(57)【要約】  受電装置（２００）は、送電装置（１００）の送電部（１０１）と空間を介して対向して配置され、送電部から送電された電力を受電する受電部（２０１）と、受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路（２０３）、及び交流電圧値を交流電圧値とは異なり且つ第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路（２０５）、を有する変換部と、変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、充電部に係るインピーダンスを検出する検出部（２０８、２０９、２１０）と、検出されたインピーダンスに基づいて、第１回路及び第２回路の一方を選択する選択手段（２１０）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、
前記受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を前記交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び前記交流電圧値を前記交流電圧値とは異なり且つ前記第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する変換部と、
前記変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、
前記充電部に係るインピーダンスを検出する検出部と、
前記検出されたインピーダンスに基づいて、前記第１回路及び前記第２回路の一方を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする受電装置。
【請求項２】
前記第１回路はブリッジ整流回路であり、前記第２回路は倍電圧回路であることを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、前記受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を前記交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び前記交流電圧値を前記交流電圧値とは異なり且つ前記第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する変換部と、前記変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、を備える受電装置における受電装置制御方法であって、
前記充電部に係るインピーダンスを検出する検出工程と、
前記検出されたインピーダンスに基づいて、前記第１回路及び前記第２回路の一方を選択する選択工程と、
を備えることを特徴とする受電装置制御方法。
【請求項４】
送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、前記受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を前記交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び前記交流電圧値を前記交流電圧値とは異なり且つ前記第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する変換部と、前記変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、を備える受電装置に搭載されたコンピュータを、
前記充電部に係るインピーダンスを検出する検出部と、
前記検出されたインピーダンスに基づいて、前記第１回路及び前記第２回路の一方を選択する選択手段と、
として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置との間で、非接触に電力授受を行う受電装置及び受電装置制御方法、並びにコンピュータプログラムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置では、受電装置に電気的に接続されている、例えばバッテリ等の負荷の状態に応じてインピーダンスが変化する。インピーダンスが比較的大きく変化した場合、送電装置及び受電装置間のインピーダンスマッチングがずれて、電送効率が低下する可能性がある。このため、例えば、受電装置の受信アンテナと、負荷との間に、スイッチングのＤＣ／ＤＣコンバータを配置し、インピーダンスマッチングをとることが提案されている（非特許文献１“第５章５．３．３  スイッチング整合方式の提案”参照）。【０００３】
尚、第１受電部と第２受電部とを備える移動体において、該第１受電部及び第２受電部の両方が給電線区間にあるときは、移動体電源回路を等倍電圧電源回路とし、該第１受電部及び第２受電部の一方が無給電線区間にあるときは、移動体電源回路を倍電圧電源回路とする技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０５８１７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】居村  岳広、「電磁界共振結合を用いたワイヤレス電力伝送に関する研究」、東京大学大学院工学研究科  電気工学専攻  博士論文、２０１０年３月２４日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、例えば回路規模が増大したり、製造コストが増加したり、スイッチングのＤＣ／ＤＣコンバータ自体の損失が効率を低下させたりする可能性があるという技術的問題点がある。【０００７】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的簡便且つ安価に、電送効率の低下を抑制することができる受電装置及び受電装置制御方法、並びにコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の受電装置は、上記課題を解決するために、送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、前記受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を前記交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び前記交流電圧値を前記交流電圧値とは異なり且つ前記第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する変換部と、前記変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、前記充電部に係るインピーダンスを検出する検出部と、前記検出されたインピーダンスに基づいて、前記第１回路及び前記第２回路の一方を選択する選択手段と、を備える。【０００９】
本発明の受電装置によれば、当該受電装置は、送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、該送電部から送電された電力を受電する受電部を備える。つまり、当該受電装置は、送電装置との間で、例えば磁界共鳴等を利用して非接触で電力の授受を行う装置である。受電装置は更に、変換部、充電部、検出部及び選択手段を備えて構成されている。【００１０】
変換部は、受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を該交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び交流電圧値を該交流電圧値とは異なり且つ第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する。【００１１】
ここで、「交流電圧値と同じ直流電圧値」とは、交流電圧の最大値と直流電圧値とが等しいことを意味する。他方、「交流電圧値とは異なる直流電圧値」とは、典型的には、交流電圧の最大値より大きい直流電圧値を意味するが、交流電圧値の最大値よりも小さい直流電圧値であってもよい。【００１２】
充電部は、変換部から出力された電力により充電を行う。具体的には充電部は、当該受電装置に電気的に接続された、例えばバッテリ等の電気的な負荷に対して充電を行う。検出部は、充電部に係るインピーダンスを検出する。【００１３】
本発明に係る「検出」とは、直接的な検出に限らず、何らかの物理量若しくは何らかのパラメータから、予め定められたアルゴリズム若しくは算出式に基づいて、算出若しくは推定すること（即ち、間接的な検出）も含む概念である。【００１４】
ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、例えばバッテリ等の電気的な負荷に対して充電を行う場合、定電流定電圧充電方式が採用されることが多い。定電流定電圧充電方式では、電気的な負荷にかかる電圧が所定の値に達した後は、電圧を固定して、充電電流の値を充電時間とともに徐々に低下させるので、回路としての負荷インピーダンスは充電時間とともに徐々に増加することとなる。すると、送電装置及び受電装置間のインピーダンスマッチングがずれて電送効率が低下する。【００１５】
そこで本発明では、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる選択手段により、検出されたインピーダンスに基づいて、第１回路及び第２回路の一方が選択される。具体的には、選択手段は、検出されたインピーダンスが比較的低い場合は第１回路を選択し、検出されたインピーダンスが比較的高い値に達した場合には第２回路を選択する。【００１６】
第２回路に、第１回路に入力される交流電圧値と同じ交流電圧値が入力された場合、該第２回路は、第１回路の出力直流電圧値である第１電圧値よりも高い第２電圧値を出力する。このため、第１電圧値と同じ電圧値を第２回路から出力しようとする場合、該第２回路に入力される交流電圧値は、第１回路に入力される交流電圧値よりも低く抑えることができる。【００１７】
このため、定電流定電圧充電方式により電気的な負荷が充電されている場合に、第１回路から第２回路に切り換えられることにより、送電装置の入力インピーダンスの増加を抑制することができる。この結果、電送効率の低下を抑制することができる。本発明では特に、第１回路及び第２回路を、例えばスイッチング素子等により切り換える（選択する）だけでよいので、受電装置の構成を比較的簡便にすることができると共に、製造コスト等の増加を抑制することもできる。【００１８】
本発明の受電装置の一態様では、前記第１回路はブリッジ整流回路であり、前記第２回路は倍電圧回路である。【００１９】
この態様によれば、比較的容易にして、電送効率の低下を抑制することができ、実用上非常に有利である。【００２０】
本発明の受電装置制御方法は、上記課題を解決するために、送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、前記受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を前記交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び前記交流電圧値を前記交流電圧値とは異なり且つ前記第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する変換部と、前記変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、を備える受電装置における受電装置制御方法であって、前記充電部に係るインピーダンスを検出する検出工程と、前記検出されたインピーダンスに基づいて、前記第１回路及び前記第２回路の一方を選択する選択工程と、を備える。【００２１】
本発明の受電装置制御方法によれば、上述した本発明の受電装置と同様に、比較的簡便且つ安価に、電送効率の低下を抑制することができる。【００２２】
尚、本発明の受電装置制御方法においても、上述した本発明の受電装置に係る各種態様と同様の各種態様を採ることができる。【００２３】
本発明のコンピュータプログラムは、上記課題を解決するために、送電装置の送電部と空間を介して対向して配置され、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、前記受電部から出力された交流電力に係る交流電圧値を前記交流電圧値と同じ又は異なる直流電圧値である第１電圧値に変換する回路である第１回路、及び前記交流電圧値を前記交流電圧値とは異なり且つ前記第１電圧値よりも高い直流電圧値である第２電圧値に変換する回路である第２回路、を有する変換部と、前記変換部から出力された電力により充電を行う充電部と、を備える受電装置に搭載されたコンピュータを、前記充電部に係るインピーダンスを検出する検出部と、前記検出されたインピーダンスに基づいて、前記第１回路及び前記第２回路の一方を選択する選択手段と、として機能させる。【００２４】
本発明のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを格納するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ＤＶＤ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体から、当該コンピュータプログラムを、受電装置に備えられたコンピュータに読み込んで実行させれば、或いは、当該コンピュータプログラムを通信手段を介してダウンロードさせた後に実行させれば、上述した本発明の受電装置を比較的容易にして実現できる。これにより、上述した本発明の受電装置と同様に、比較的簡便且つ安価に、電送効率の低下を抑制することができる。【００２５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る非接触給電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電圧、電流及びインピーダンス各々の時間変動の一例を示す概念図である。
【図３】電送効率の時間変動の一例を示す概念図である。
【図４】電送効率、電圧、電流各々の時間変動の一例を示す概念図である。
【図５】実施形態の第１変形例に係る受電装置の構成を示すブロック図である。
【図６】電送効率、電圧、電流各々の時間変動の他の例を示す概念図である。
【図７】実施形態の第２変形例に係る受電装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の受電装置に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２８】
実施形態に係る非接触給電装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る非接触給電装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、非接触給電装置は、送電装置１００と、受電装置２００とを備えて構成されている。送電装置１００と受電装置２００とは、１次コイル１０２及び２次コイル２０１間における、例えば電磁誘導、磁界共鳴等によって非接触で電力の授受を行う。
【００３０】
送電装置１００は、高周波交流電源１０１と、１次コイル（アンテナ）１０２と、を備えて構成されている。尚、送電装置１００の詳細な構成については、本発明とは関連性が低いので、ここでは図示を省略している。送電装置１００の構成については、公知の各種態様を適用可能である。
【００３１】
受電装置２００は、２次コイル（アンテナ）２０１、２次共振コンデンサ２０２、ブリッジ整流回路２０３、スイッチ２０４、倍電圧整流回路２０５、過電圧保護回路２０６、バッテリ２０７、電圧センサ２０８、電流センサ２０９及び制御回路２１０を備えて構成されている。
【００３２】
２次共振コンデンサ２０２は、図１では、２次コイル２０１と電気的に直列に接続されているが、２次コイル２０１と電気的に並列に接続されていてもよい。過電圧保護回路２０６は、出力電圧がバッテリ２０７の定格電圧を超えないように制限するレギュレータ等を有して構成されている。
【００３３】
ブリッジ整流回路２０３及び倍電圧整流回路２０５各々は、２次コイル２０１により受電された交流電力を直流電力に変換する。スイッチ２０４は、ブリッジ整流回路２０３及び倍電圧整流回路２０５を相互に切り換え可能に構成されている。
【００３４】
制御回路２１０は、電圧センサ２０８により検出されたバッテリ２０７に係る充電電圧、及び電流センサ２０９により検出されたバッテリ２０７に係る充電電流に基づいて、インピーダンス（ここでは、電圧／電流）を算出し、該算出されたインピーダンスに基づいて、ブリッジ整流回路２０３及び倍電圧整流回路２０５の一方を選択するようにスイッチ２０４を制御する。
【００３５】
ところで、バッテリ２０７が充電される際には、定電流定電圧充電方式が採用される。バッテリ２０７の放電状態から充電が開始されると、図２に示すように、先ず定格電流（例えば１０Ａ）での定電流充電となる。この際、バッテリ２０７の充電量が増加することに伴い、該バッテリ２０７のセル電圧も上昇する。バッテリ２０７のセル電圧が定格電圧（例えば３５０Ｖ）に達すると（図２における“時刻ｔ１”参照）、定電圧充電に移行する。
【００３６】
定電圧充電期間では、バッテリ２０７の充電量の増加に従って、充電電流が低下するため、負荷インピーダンスは徐々に増加することとなる（図２における“時刻ｔ１”以降参照）。すると、送電装置１００及び受電装置２００間のインピーダンスマッチングがずれて電送効率が低下する。尚、図２は、電圧、電流及び負荷インピーダンス各々の時間変動の一例を示す概念図である。
【００３７】
ここで、ブリッジ整流回路２０３のみが使用された場合と、倍電圧整流回路２０５のみが使用された場合との各々の、バッテリ２０７が充電される際の電送効率について、図３を参照して説明する。図３は、電送効率の時間変動の一例を示す概念図である。
【００３８】
図３に示すように、ブリッジ整流回路２０３のみが使用された場合、電送効率は、時刻ｔ１以降（つまり、定電圧充電期間）顕著に悪化する。他方で、倍電圧整流回路２０５のみが使用された場合、電送効率は、定電流充電期間ではブリッジ整流回路２０３が使用された場合に比べて低いが、定電圧充電期間ではブリッジ整流回路２０３が使用された場合よりも高くなる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、制御回路２１０により負荷インピーダンスに基づいて、ブリッジ整流回路２０３及び倍電圧整流回路２０５の一方を選択するようにスイッチ２０４が制御される。具体的には、制御回路２１０は、バッテリ２０７の充電が開始された当初は、ブリッジ整流回路２０３を選択するようにスイッチ２０４を制御する。そして、負荷インピーダンスが所定値に達した時点で、倍電圧整流回路２０５を選択するようにスイッチ２０４を制御する。
【００４０】
ここで、「所定値」は、ブリッジ整流回路２０３から倍電圧整流回路２０４への切り換えを実施するか否かを決定する値である。このような「所定値」は、ブリッジ整流回路２０３を使用した場合の電送効率が、倍電圧整流回路２０５を使用した場合の電送効率以下となる負荷インピーダンスとして設定すればよい。
【００４１】
尚、バッテリ２０７の充電中における負荷インピーダンスの変化は、受電装置２００の構成が決定されれば、例えばシミュレーション等により比較的容易に求めることができる。他方で、電送効率を、例えばシミュレーション等により求めるためには、送電装置１００に係るパラメータ（例えば、コイルのインダクタンス、コンデンサ容量等）も必要である。
【００４２】
受電装置２００は、上述の如く構成されているので、バッテリ２０７の充電時における電送効率の低下を抑制することができる。
【００４３】
実施形態に係る「一次コイル１０２」、「２次コイル２０１」、「ブリッジ整流回路２０３」、「倍電圧整流回路２０５」、「制御回路２１０」は、夫々、本発明に係る「送電部」、「受電部」、「第１回路」、「第２回路」及び「選択手段」の一例である。実施形態に係る「電圧センサ２０８」、「電流センサ２０９」及び「制御回路２１０」は、本発明に係る「検出部」の一例である。実施形態に係る「ブリッジ整流回路２０３」及び「倍電圧整流回路２０５」は、本発明に係る「変換部」の一例である。実施形態に係る「過電圧保護回路２０６」は、本発明に係る「充電部」の一例である。
【００４４】
＜第１変形例＞
次に、実施形態に係る受電装置の第１変形例について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、電送効率、電圧、電流各々の時間変動の一例を示す概念図である。図５は、実施形態の第１変形例に係る受電装置の構成を示すブロック図である。
【００４５】
図４に示すように、倍電圧整流回路２０４を使用した場合の電送効率が、ブリッジ整流回路２０３を使用した場合の電送効率を上回る時期が、定電圧充電期間内である場合（図４における“時刻ｔ３”参照）、制御回路２１０は、負荷インピーダンスに代えて、充電電流が所定値ｉ０まで低下したことを条件に、倍電圧整流回路２０５を選択するようにスイッチ２０４を制御する。
【００４６】
第１変形例では充電電流さえ検出できればよいので、第１変形例に係る受電装置２２０は、図５に示すように、電圧センサ２０８（図１参照）を備えていなくてもよい。
【００４７】
＜第２変形例＞
次に、実施形態に係る受電装置の第２変形例について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、電送効率、電圧、電流各々の時間変動の他の例を示す概念図である。図７は、実施形態の第２変形例に係る受電装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
図６に示すように、倍電圧整流回路２０４を使用した場合の電送効率が、ブリッジ整流回路２０３を使用した場合の電送効率を上回る時期が、定電流充電期間内である場合（図４における“時刻ｔ４”参照）、制御回路２１０は、負荷インピーダンスに代えて、充電電圧が所定値ｖ０まで上昇したことを条件に、倍電圧整流回路２０５を選択するようにスイッチ２０４を制御する。
【００４９】
第２変形例では充電電圧さえ検出できればよいので、第２変形例に係る受電装置２３０は、図７に示すように、電流センサ２０９（図１参照）を備えていなくてもよい。
【００５０】
尚、実施形態では、ブリッジ整流回路２０３と倍電圧整流回路２０５とを用いたが、例えば倍電圧整流回路と三倍電圧整流回路との組み合わせ等であってもよい。また、受電装置２００が、例えばブリッジ整流回路２０３及び倍電圧整流回路２０５に加えて、三倍電圧整流回路等を備え、ブリッジ整流回路２０３、倍電圧整流回路２０５及び三倍電圧整流回路を、負荷インピーダンスに応じて相互に切り換えるように構成してもよい。
【００５１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う受電装置及び受電装置制御方法、並びにコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１００…送電装置、１０１…高周波交流電源、１０２…１次コイル、２０１…２次コイル、２０２…２次共振コンデンサ、２０３…ブリッジ整流回路、２０４…スイッチ、２０５…倍電圧整流回路、２０６…過電圧保護回路、２０７…バッテリ、２０８…電圧センサ、２０９…電流センサ、２１０…制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2013136409.tif 000010
2013136409.tif 000011