(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置と受電装置との間で非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムであって、
送電コイルを含み、非接触で送電する送電部と、
受電コイルを含み、前記送電部から非接触で受電する受電部と、
前記受電部による受電に起因して前記受電装置内で過電圧が生じた場合に、前記受電コイルを短絡させる保護回路と、
前記受電部の短絡に伴い、前記送電部に生じる電流が所定の閾値を上回る場合に、前記送電部を制御して送電を停止させるように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、前記送電コイルと前記受電コイルとの結合状態を推定し、該推定された結合状態によって前記所定の閾値を変更する、非接触電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電部及び前記受電部の各々に接続されたフィルタをさらに備え、
前記制御部は、
前記送電コイルと前記受電コイルとの間の前記結合状態に対して前記所定の閾値を対応付ける複数のテーブルが記憶されたメモリを有し、
前記送電部及び前記受電部のフィルタ構成の組合せに応じて前記複数のテーブルから１つのテーブルを選択し、
前記選択されたテーブルと、前記推定された結合状態とを用いて、前記所定の閾値を設定する、請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項３】
受電装置に非接触で送電する送電装置であって、
前記受電装置は、
受電コイルを含み、非接触で受電する受電部と、
前記受電部による受電に起因して前記受電装置内で過電圧が生じた場合に、前記受電部を短絡させる保護回路とを備え、
前記送電装置は、
送電コイルを含み、前記受電部に非接触で送電する送電部と、
前記受電部の短絡に伴い、前記送電部に生じる電流が所定の閾値を上回る場合に、前記送電部を制御して送電を停止させるように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、前記送電コイルと前記受電コイルとの結合状態を推定し、該推定された結合状態によって前記所定の閾値を変更する、送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は非接触電力伝送システム及び送電装置に関し、特に、送電装置と受電装置との間で非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムにおいて異常が生じた場合のシステム保護技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から送電装置から受電装置に非接触で電力を送電する非接触電力伝送システムが知られている（特許文献１〜６参照）。送電装置は送電コイルを含み、受電装置は受電コイルを含む。
【０００３】
たとえば、特開２００３−２０９９０３号公報（特許文献６）に開示される非接触給電システムにおいて、非接触給電装置（受電装置）は、共振回路部と、受電部と、出力電圧制限部とを備える。共振回路部は、交流電源から非接触で受電する。受電部は、共振回路部から供給される電力をモータに出力する。出力電圧制限部は、受電部の出力電圧が基準電圧以上となった場合に、共振回路部から受電部に電力を供給する主路に対する分路に共振回路部からの電力が供給されるようにする。これにより、共振回路部から受電部への電力供給は遮断され、受電部の出力電圧は低下する。その結果、この技術によれば、受電部の出力電圧が過剰とはならず、機器の破損を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献４】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献５】特開２０１３−１２６３２７号公報
【特許文献６】特開２００３−２０９９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
送電装置と受電装置との間で非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムにおいて、電力伝送中に電力伝送に起因した異常が生じた場合には、速やかに電力伝送が停止されることがシステム保護の観点から望ましい。電力伝送に起因した異常としては、たとえば、受電装置において生じる過電圧がある。
【０００６】
受電装置において、過電圧を防止するための構成として、過電圧が生じた場合に受電コイルを短絡させる構成を有するものが考えられる。このような場合には、受電装置における過電圧の発生時に受電コイルを短絡させることで、送電コイル側からみた受電装置側のインピーダンスが低下し、その結果、送電装置内に生じる電流は増加する。送電装置に生じる電流が所定より増加したことを検知することで、受電装置において過電圧が生じたことを間接的に検知することができ、それに対応して適切な保護処置を行うことで、機器を保護することができる。
【０００７】
しかしながら、非接触電力伝送システムにおいては、送電コイルと受電コイルとの結合状態によって、受電コイルの短絡時に送電装置内に生じる電流の大きさが異なる状態となり得る。したがって、送電装置内に生じる電流がある１つの閾値以上となったとしても、結合係数の大きさによっては、必ずしも受電装置で過電圧が生じているとは限らない。よって、送電装置内に生じる電流をある１つの閾値と比較する方法によっては、適切な状況で電力伝送を停止することができない状態となる場合が生じる。このような問題及びその解決手段について、上記特許文献１〜６では特に検討されていない。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、非接触での電力伝送中に電力伝送に起因した異常が生じた場合に、速やかに電力伝送を停止して、機器を保護することができる非接触電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある側面に従う非接触電力伝送システムは、送電装置と受電装置との間で非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムであって、送電部と、受電部と、保護回路と、制御部とを備える。送電部は、送電コイルを含み、非接触で送電する。受電部は、受電コイルを含み、送電部から非接触で受電する。保護回路は、受電部による受電に起因して受電装置内で過電圧が生じた場合に受電コイルを短絡させる。制御部は、受電コイルの短絡に伴い、送電部に生じる電流が所定の閾値を上回る場合に、送電部を制御して送電を停止させるように構成される。そして、制御部は、送電コイルと受電コイルとの結合状態を推定し、推定された結合状態によって所定の閾値を変更する。
【００１０】
また、この発明の別の側面に従う送電装置は、受電装置に非接触で送電する送電装置である。受電装置は、受電部と保護回路とを備える。受電部は、受電コイルを含み、非接触で受電する。保護回路は、受電部による受電に起因して受電装置内で過電圧が生じた場合に、受電コイルを短絡させる。送電装置は、送電部と制御部とを備える。送電部は、送電コイルを含み、受電部に非接触で送電する。制御部は、受電コイルの短絡に伴い、送電部に生じる電流が所定の閾値を上回る場合に、送電部を制御して送電を停止させるように構成される。制御部は、送電コイルと受電コイルとの結合状態を推定し、推定された結合状態によって所定の閾値を変更する。
【００１１】
この非接触電力伝送システム及び送電装置においては、送電停止判断のために送電部の電流と比較される閾値が、送電コイルと受電コイルとの結合状態によって変更される。したがって、この非接触電力伝送システムによれば、送電コイルと受電コイルとの結合状態が変動しても、受電コイルの短絡に伴う送電部の電流の増加を適切に検知することができる。これによって、過電圧等の異常発生時に適切な状況で送電を停止させ、機器を保護することができる。
【００１２】
好ましくは、非接触電力伝送システムは、送電部及び受電部の各々に接続されたフィルタをさらに備える。所定の閾値は、フィルタの特性によって予め設定される。
【００１３】
送電コイルと受電コイルとの結合状態の強弱と、受電コイルの短絡に伴う送電部の電流の大小との関係は、送電部及び受電部に接続されているフィルタの特性により異なる。この非接触電力伝送システムにおいては、フィルタの特性に合わせて電流値の閾値が設定される。したがって、この非接触電力伝送システムによれば、送電部及び受電部に接続されるフィルタの種類が異なっていても、過電圧等の異常発生時に適切な状況で送電を停止させ、機器を保護することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、非接触での電力伝送中に電力伝送に起因した異常が生じた場合に、速やかに電力伝送を停止して、機器を保護することができる非接触電力伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１における非接触電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】送受電に関連する構成の詳細を示す図である。
【図３】送電コイルと受電コイルとの間の結合係数の大小による電流センサの検出値の違いを示す図である。
【図４】結合係数と過電流閾値とを対応付けて管理するテーブルを示す図である。
【図５】過電圧発生時に駆動回路により実行される動作を示すフローチャートである。
【図６】受電装置における過電圧発生に起因する送電装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２における送受電に関連する構成の詳細を示す図である。
【図８】送電コイルと受電コイルとの間の結合係数の大小による電流センサの検出値の違いを示す図である。
【図９】結合係数毎の過電流閾値を管理する閾値管理テーブルの一例を示す図である。
【図１０】実施の形態３における受電装置における過電圧発生に起因する送電装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
（実施の形態１）
＜非接触電力伝送システムの構成＞
図１は、この発明の実施の形態における非接触電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この非接触電力伝送システム１は、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、たとえば、送電装置１０から非接触で送電された電力を用いて走行可能な車両等に搭載され得る。
【００１８】
送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power  Factor  Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２とをさらに含む。
【００１９】
ＰＦＣ回路２１０は、交流電源１００（たとえば系統電源）から受ける交流電力を整流及び昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２１０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。
【００２０】
インバータ２２０は、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の伝送周波数を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２２０によって生成された送電電力は、フィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ供給される。インバータ２２０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。
【００２１】
フィルタ回路２３０は、インバータ２２０と送電部２４０との間に設けられ、インバータ２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２３０は、インダクタ及びキャパシタをそれぞれ１つずつ含むＬＣフィルタによって構成される。しかしながら、フィルタ回路２３０は、必ずしもこのような構成には限定されない。フィルタ回路２３０は、インダクタ及びキャパシタをそれぞれ複数含むＬＣフィルタによって構成されてもよいし、インダクタ及びキャパシタの何れか一方のみによって構成されてもよい。
【００２２】
送電部２４０は、伝送周波数を有する交流電力（送電電力）をインバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて受け、送電部２４０の周囲に生成される電磁界を通じて、受電装置２０の受電部３１０へ非接触で送電する。送電部２４０は、受電部３１０へ非接触で送電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとを含んで構成される。しかしながら、共振回路は、必ずしもこのような構成には限定されない。たとえば、コイルの容量成分のみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
【００２３】
電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０の出力電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。なお、電流センサ２７２の検出値は、送電部２４０の入力電流値ともいえる。電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０へ供給される送電電力が検出され得る。
【００２４】
電源ＥＣＵ２５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、インバータ２２０が送電電力（交流）を生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００２５】
たとえば、電源ＥＣＵ２５０は、電流センサ２７２の検出値が過電流閾値を超過しているか否かを判断する。ここで、過電流閾値とは、送電装置１０において過電流が生じているか否かを判断するための閾値である。電流センサ２７２の検出値が過電流閾値を超過していると判断された場合には、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０を制御して送電部２４０による送電を停止させる。また、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０に含まれる送電コイル２４２（図２）と、受電部３１０に含まれる受電コイル３１２（図２）との結合係数を推定する。そして、電源ＥＣＵ２５０は、推定された結合係数によって、過電流閾値を変更する。結合係数の具体的な推定方法、及び結合係数により過電流閾値を変更する意義については後程詳しく説明する。
【００２６】
通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成される。たとえば、通信部２６０は、送電コイル２４２（図２）と受電コイル３１２（図２）との結合係数を推定するために必要な情報（受電装置２０の受電電圧等）を通信部３７０から受信する。
【００２７】
一方、受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０と、電圧センサ３８０と、電流センサ３８２とをさらに含む。
【００２８】
受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流）を非接触で受電する。受電部３１０は、たとえば、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成される。しかしながら、共振回路は、必ずしもこのような構成には限定されない。たとえば、コイルの容量成分のみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。受電部３１０は、受電した電力をフィルタ回路３２０を通じて整流部３３０へ出力する。
【００２９】
フィルタ回路３２０は、受電部３１０と整流部３３０との間に設けられ、受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路３２０は、キャパシタを含むＣフィルタによって構成される。しかしながら、フィルタ回路３２０は、必ずしもこのような構成には限定されない。フィルタ回路３２０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成してもよい。整流部３３０は、受電部３１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３５０へ出力する。受電部３１０及びフィルタ回路３２０の詳細については後述する。
【００３０】
蓄電装置３５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。蓄電装置３５０は、整流部３３０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置３５０は、その蓄えられた電力を図示しない負荷駆動装置等へ供給する。
【００３１】
リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられ、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時に閉成される。なお、特に図示しないが、整流部３３０と蓄電装置３５０との間（たとえば、整流部３３０とリレー回路３４０との間）に、整流部３３０の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。
【００３２】
電圧センサ３８０は、整流部３３０の出力電圧（受電電圧）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電流センサ３８２は、整流部３３０からの出力電流（受電電流）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電圧センサ３８０及び電流センサ３８２の検出値に基づいて、受電部３１０による受電電力（すなわち、蓄電装置３５０の充電電力）を検出することができる。
【００３３】
クローバー回路３２５は、フィルタ回路３２０と整流部３３０との間に設けられる。クローバー回路３２５は、駆動回路３７５からの信号により制御され、接続ノードＰＰ１と接続ノードＰＰ２との電気的な接続状態を切替える。クローバー回路３２５が電気的に導通状態となることにより、接続ノードＰＰ１，ＰＰ２間が短絡し、受電コイル３１２（図２）は短絡する。クローバー回路３２５は、たとえば、リレーで構成される。
【００３４】
駆動回路３７５は、クローバー回路３２５の状態を導通状態と遮断状態とで切り替える。駆動回路３７５は、電圧センサ３８０の検出値を監視し、電圧センサ３８０の検出値が所定電圧を超過した場合に、クローバー回路３２５を導通状態とする。これにより、受電コイル３１２（図２）は短絡する。たとえば、駆動回路３７５は、コンパレータで構成される。
【００３５】
充電ＥＣＵ３６０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００３６】
通信部３７０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成される。たとえば、通信部３７０は、送電コイル２４２（図２）と受電コイル３１２（図２）との結合係数を推定するために必要な情報（受電装置２０の受電電圧等）を通信部２６０に送信する。
【００３７】
この非接触電力伝送システム１においては、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ送電電力（交流）が供給される。送電部２４０及び受電部３１０の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部２４０及び受電部３１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００３８】
送電装置１０において、インバータ２２０から送電部２４０へ送電電力が供給されると、送電部２４０の送電コイル２４２（図２）と受電部３１０の受電コイル３１２（図２）との間に形成される電磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路３２０及び整流部３３０を通じて蓄電装置３５０へ供給される。次に、この非接触電力伝送システム１における送受電に関連する構成（送電部２４０、受電部３１０、フィルタ回路２３０，３２０、インバータ２２０）の詳細について説明する。
【００３９】
＜送受電に関連する構成の詳細＞
図２は、この実施の形態における送受電に関連する構成の詳細を示す図である。図２を参照して、インバータ２２０は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子で構成されるスイッチング素子と、ＩＧＢＴ素子に逆並列に接続されたダイオードとからなる回路を複数含む。フィルタ回路２３０は、キャパシタ２４６とコイル２４８とを含む。フィルタ回路２３０は、２次のＬＣフィルタである。送電部２４０は、送電コイル２４２とキャパシタ２４４とを含む。キャパシタ２４４は、送電電力の力率を補償するために設けられ、送電コイル２４２に直列に接続される。
【００４０】
受電部３１０は、受電コイル３１２とキャパシタ３１４とを含む。キャパシタ３１４は、受電電力の力率を補償するために設けられ、受電コイル３１２に直列に接続される。フィルタ回路３２０は、キャパシタ３２２を含む。フィルタ回路３２０は、１次のＣフィルタである。
【００４１】
送電部２４０及び受電部３１０からなる回路構成は、ＳＳ方式（一次直列二次直列方式）とも称される。しかしながら、送電部２４０及び受電部３１０からなる回路構成は、必ずしもこのような構成には限定されない。たとえば、受電部３１０において、受電コイル３１２にキャパシタ３１４が並列接続されるＳＰ方式（一次直列二次並列方式）や、さらに送電部２４０において、送電コイル２４２にキャパシタ２４４が並列接続されるＰＰ方式（一次並列二次並列方式）等も採用され得る。
【００４２】
このような、送電装置１０と受電装置２０との間で非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システム１において、電力伝送中に電力伝送に起因した異常が生じた場合には、速やかに電力伝送が停止されることがシステム保護の観点から望ましい。電力伝送に起因した異常としては、たとえば、受電装置２０において生じる過電圧がある。
【００４３】
この実施の形態においては、電力伝送中に電圧センサ３８０の検出値が所定電圧を超過した場合に、駆動回路３７５がクローバー回路３２５を電気的に導通させることにより、受電コイル３１２を短絡させる。受電コイル３１２が短絡することにより、送電コイル２４２側からみた受電装置２０側のインピーダンスが低下する。その結果、送電装置１０内に生じる電流は増加する。電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０に生じる電流が所定より増加したことを検知することで、受電装置２０において過電圧が生じたことを間接的に検知することができる。
【００４４】
しかしながら、このような非接触電力伝送を行う非接触電力伝送システム１においては、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数によって、受電コイル３１２の短絡時に送電装置１０内に生じる電流の大きさが異なる状態となり得る。
【００４５】
たとえば、図３は、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数の大小による電流センサ２７２の検出値の違いを示す図である。図３を参照して、横軸は時間を示し、縦軸は電流センサ２７２の検出値を示す。上段は、結合係数がΚ１である場合の電流センサ２７２の検出値の推移を示し、下段は、結合係数がΚ２（＜Κ１）である場合の電流センサ２７２の検出値の推移を示す。
【００４６】
時刻０〜時刻ｔＡ０までの間は、電力伝送が適切に行われている状態である。時刻０〜時刻ｔＡ０までの間は、電流センサ２７２の検出値は安定しており、電力伝送が適切に行われている。時刻ｔＡ０の時点で、過電圧が生じ、クローバー回路３２５により受電コイル３１２が短絡すると、電流センサ２７２の検出値が増加する。
【００４７】
この例では、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数がΚ１である場合には、結合係数がΚ２である場合よりも過電流発生時の電流値が大きい。たとえば、過電流閾値として唯一閾値Ｔｈ１しか設けられていないとすると、結合係数がΚ１である場合には、過電流の発生が検知されるが、結合係数がΚ２である場合には、過電流の発生が検知されない。
【００４８】
そこで、この実施の形態に従う非接触電力伝送システム１においては、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数を推定し、推定された結合係数によって過電流閾値を変更する構成を採用する。
【００４９】
たとえば、図４に示すような、図３に示される例における、結合係数毎の過電流閾値を管理する閾値管理テーブルを用いることによって閾値を設定する。図４を参照して、左列は結合係数を示し、右列は過電流閾値を示す。この例においては、結合係数Κ１に対しては過電流閾値として閾値Ｔｈ１が対応付けられ、結合係数Κ２に対しては過電流閾値として閾値Ｔｈ２が対応付けられる。閾値管理テーブル４００は、電源ＥＣＵ２５０の不図示の内部メモリに記憶される。
【００５０】
電源ＥＣＵ２５０は、結合係数を推定した上で、閾値管理テーブルを参照し過電流閾値を決定する。電源ＥＣＵ２５０は、電流センサ２７２の検出値が過電流閾値を超過した場合に、送電部２４０による送電を停止するようインバータ２２０を制御する。
【００５１】
これにより、この非接触電力伝送システム１によれば、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数が変動しても、受電コイル３１２の短絡に伴う送電部２４０の電流の増加を適切に検知することができ、適切な状況で送電を停止することができる。その結果、この非接触電力伝送システム１においては、過電圧発生時に適切にシステムが保護される。次に、この非接触電力伝送システム１における、過電圧発生時のシステム保護動作についてより詳細に説明する。
【００５２】
＜過電圧発生時のシステム保護動作＞
図５は、過電圧発生時に駆動回路３７５により実行される動作を示すフローチャートである。図５を参照して、電力伝送時に駆動回路３７５は、受電装置２０における過電圧の発生を検知する（ステップＳ１００）。具体的には、駆動回路３７５は、電圧センサ３８０の検出値を監視し、検出値が所定電圧を超過した場合に過電圧を検知する。過電圧が発生した場合には、システム保護のための処理を実行する必要があるため、受電装置２０においては過電圧の発生が検知される。
【００５３】
受電装置２０における過電圧の発生が検知されない場合には（ステップＳ１００においてＮＯ）、処理はステップＳ１２０に移行する。一方、受電装置２０における過電圧の発生が検知された場合には（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、駆動回路３７５は、クローバー回路３２５を電気的に導通させることにより、受電コイル３１２を短絡させる（ステップＳ１１０）。これにより、整流部３３０から蓄電装置３５０側への電力供給が遮断される。
【００５４】
図６は、受電装置２０における過電圧発生に起因する送電装置１０の動作を示すフローチャートである。図６を参照して、電力伝送時に電源ＥＣＵ２５０は、送電停止指示が生じたか否かを判断する（ステップＳ２００）。たとえば、蓄電装置３５０が満充電状態となった場合や、ドライバにより送電停止操作がなされた場合に送電停止指示は生じる。送電停止指示が生じたと判断されると（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２５０に移行する。
【００５５】
一方、送電停止指示が生じていないと判断されると（ステップＳ２００においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数を推定する（ステップＳ２１０）。結合係数は、たとえば、送電部２４０に流れる電流と、受電装置２０における受電電圧とから推定することができる。すなわち、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数κは、受電電圧Ｖ２と送電部２４０の電流Ｉ１との比に比例することが知られており、たとえば、受電装置２０の負荷抵抗が十分に大きい場合に、次式（１）にて結合係数κを推定することができる。
【００５６】
κ＝｛１／（ω・√（Ｌ１・Ｌ２））｝・｜Ｖ２｜／｜Ｉ１｜  …（１）
ここで、ωは伝送角周波数、Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ送電コイル２４２、及び受電コイル３１２のインダクタンスを示す。なお、受電電圧Ｖ２は、電圧センサ３８０によって検出することができ、送電部２４０の電流Ｉ１は、電流センサ２７２によって検出することができる。たとえば、受電コイル３１２のインダクタンスＬ２、及び受電電圧Ｖ２の情報は、通信部３７０，２６０を介して、充電ＥＣＵ３６０から電源ＥＣＵ２５０に送信される。
【００５７】
結合係数が推定されると、電源ＥＣＵ２５０は、推定された結合係数と閾値管理テーブル４００（図４）とから過電流閾値を決定する（ステップＳ２２０）。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、閾値管理テーブル４００において、推定された結合係数に対応付けられている閾値を過電流閾値に決定する。
【００５８】
過電流閾値が決定されると、電源ＥＣＵ２５０は、電流センサ２７２の検出値が過電流閾値を超過したか否かを判断する（ステップＳ２３０）。送電装置１０に過電流が生じたことを検知することで、間接的に受電装置２０に過電圧が生じたことを検知することができるため、このような判断がなされている。電流センサ２７２の検出値が過電流閾値を超過していないと判断されると（ステップＳ２３０においてＮＯ）、処理はステップＳ２００に移行する。
【００５９】
一方、電流センサ２７２の検出値が過電流閾値を超過していると判断されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０を制御して送電部２４０による送電を停止させる（ステップＳ２４０）。送電が停止すると、処理はステップＳ２５０に移行する。
【００６０】
このように、この実施の形態に従う非接触電力伝送システム１においては、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数が推定され、推定された結合係数によって過電流閾値が変更される。これにより、この非接触電力伝送システム１によれば、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数が変動しても、受電コイル３１２の短絡に伴う送電部２４０の電流の増加を適切に検知することができ、適切な状況で送電を停止することができる。
【００６１】
（実施の形態２）
この実施の形態２は、上述の実施の形態１と比較して、送電装置１０及び受電装置２０におけるフィルタ回路２３０，３２０の具体的な構成が異なる。具体的には、実施の形態１においては、送電装置１０側で２次のＬＣフィルタが用いられ、受電装置２０側で一次のＣフィルタが用いられた。この実施の形態２においては、送電装置１０側で４次のＬＣフィルタが用いられ、受電装置２０側でも４次のＬＣフィルタが用いられる。この実施の形態２においては、各フィルタ回路の具体的な構成が実施の形態１と異なるため、閾値管理テーブル４００の内容が実施の形態１から変更されている。以下、実施の形態１と異なる点について詳細に説明する。
【００６２】
＜送受電に関連する構成の詳細＞
図７は、この実施の形態２における送受電に関連する構成のうち実施の形態１と異なる点の詳細を示す図である。図７を参照して、送電装置１０は、フィルタ回路２３０Ａ、及び送電部２４０を備える。受電装置２０は、受電部３１０、及びフィルタ回路３２０Ａを備える。
【００６３】
フィルタ回路２３０Ａは、２つのコイルと２つのキャパシタを含んだ４次のＬＣフィルタである。具体的には、フィルタ回路２３０Ａは、正極線ＰＬ１上に設けられたコイル２３１，２３３と、正極線ＰＬ１及び負極線ＰＬ２の間に接続されたキャパシタ２３２，２３４とを含む。フィルタ回路３２０Ａは、フィルタ回路２３０Ａと同様、２つのコイルと２つのキャパシタを含んだ４次のＬＣフィルタである。具体的には、フィルタ回路３２０Ａは、正極線ＰＬ３上に設けられたコイル３２６，３２４と、正極線ＰＬ３及び負極線ＰＬ４の間に接続されたキャパシタ３２１，３２３とを含む。
【００６４】
このように、各フィルタ回路の具体的な構成が実施の形態１と異なるため、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数と、受電コイル３１２の短絡時に送電装置１０内に生じる電流の大きさとの関係も実施の形態１と異なる。
【００６５】
たとえば、図８は、この実施の形態２における送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数の大小による電流センサ２７２の検出値の違いを示す図である。図８を参照して、上段は、結合係数がΚＡ１である場合の電流センサ２７２の検出値の推移を示し、下段は、結合係数がΚＡ２（＜ΚＡ１）である場合の電流センサ２７２の検出値の推移を示す。この例においては、時刻ｔＢ０において受電コイル３１２の短絡が生じている。
【００６６】
時刻ｔＢ０において受電コイル３１２が短絡し、その後の電流センサ２７２の検出値は、結合係数がΚＡ２（＜ΚＡ１）である場合の方が、結合係数がΚＡ１である場合よりも大きい。したがって、過電流閾値としては、結合係数がΚＡ２である場合の方が、結合係数がΚＡ１である場合よりも大きな閾値が設定される必要がある。
【００６７】
このような、結合係数が大きいほど過電流閾値として小さい閾値を設定する必要があるという関係は、実施の形態１（結合係数が大きい程、過電流閾値として大きい閾値を設定）とは逆である。
【００６８】
したがって、この実施の形態２においては、たとえば、図９に示すような閾値管理テーブル４００Ａが過電流閾値の決定に用いられる。図９は、図８に示される例における、結合係数毎の過電流閾値を管理する閾値管理テーブルの一例を示す図である。図９を参照して、左列は結合係数を示し、右列は過電流閾値を示す。この例においては、結合係数ΚＡ１に対しては過電流閾値として閾値ＴｈＡ１が対応付けられ、結合係数ΚＡ２（＜ΚＡ１）に対しては過電流閾値として閾値ＴｈＡ２（＞ＴｈＡ１）が対応付けられる。すなわち、この実施の形態２においては、結合係数が小さい場合の方が、結合係数が大きい場合よりも過電流閾値として大きい閾値が設定される。
【００６９】
この実施の形態２においては、この閾値管理テーブル４００Ａを用いて過電流閾値を決定することで、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合係数が変動しても、受電コイル３１２の短絡に伴う送電部２４０の電流の増加を適切に検知することができ、適切な状況で送電を停止することができる。
【００７０】
実施の形態１及び２から分かるように、送電コイル２４２と受電コイル３１２との結合係数と、受電コイル３１２の短絡時に送電装置１０内に生じる電流の大きさとの関係はフィルタ回路の特性により異なる。したがって、実施の形態１及び２においては、各結合係数に対応させる過電流閾値は、各フィルタ回路の特性に従って予め設定される。これにより、この非接触電力伝送システム１によれば、送電部２４０及び受電部３１０に接続されるフィルタ回路の特性に合わせて、受電コイル３１２の短絡に伴う送電部２４０の電流の増加を適切に検知することができ、適切な状況で送電を停止することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
実施の形態１，２では、各フィルタ回路のフィルタ特性が固定されている場合の例であった。しかしながら、非接触電力伝送システムにおいては、充電すべき受電装置のフィルタ特性がそれぞれ異なる状態となり得る。この実施の形態３においては、受電装置によってフィルタ特性が異なる場合でも適用可能な構成について説明する。
【００７２】
この実施の形態３において、送電装置１０は、フィルタ回路２３０，３２０の構成の組合せパターンに合った複数の閾値管理テーブルを有している。また、送電装置１０は、受電装置２０のフィルタ回路３２０の構成に関する情報を受信する。電源ＥＣＵ２５０は、受信したフィルタ回路３２０の構成に関する情報、及びフィルタ回路２３０の構成に関する情報に基づいて、複数の閾値管理テーブルのうち何れかの閾値管理テーブルを選択する。電源ＥＣＵ２５０は、選択した閾値管理テーブルを用いて過電流閾値を決定する。以下、実施の形態１及び２と異なる点について詳細に説明する。
【００７３】
＜過電圧発生時のシステム保護動作＞
図１０は、この実施の形態３の受電装置２０における過電圧発生に起因する送電装置１０の動作を示すフローチャートである。図１０を参照して、ステップＳ２００〜Ｓ２１０，Ｓ２３０〜Ｓ２５０は、図６と同一の処理であるため説明を省略する。
【００７４】
送電部２４０による送電の開始前に、電源ＥＣＵ２５０は、通信部２６０，３７０を介して、充電ＥＣＵ３６０からフィルタ回路３２０の構成に関する情報を受信する（ステップＳ３００）。たとえば、電源ＥＣＵ２５０は、フィルタ回路３２０がＣフィルタ（実施の形態１に対応）であることを示す情報や、フィルタ回路３２０が４次のＬＣフィルタ（実施の形態２に対応）であることを示す情報を受信する。
【００７５】
フィルタ回路３２０の構成に関する情報が受信されると、電源ＥＣＵ２５０は、複数の閾値管理テーブルから、送電装置１０及び受電装置２０のフィルタ構成の組合せに応じて閾値管理テーブルを選択する（ステップＳ３１０）。たとえば、電源ＥＣＵ２５０は、閾値管理テーブル４００（実施の形態１）と閾値管理テーブル４００Ａ（実施の形態２）とを含む複数の閾値管理テーブルを不図示の内部メモリに記憶している。ステップＳ３１０においてフィルタ回路３２０がＣフィルタであるという情報が受信された場合には、電源ＥＣＵ２５０は、閾値管理テーブルとして閾値管理テーブル４００を選択する。一方、ステップＳ３１０においてフィルタ回路３２０が４次のＬＣフィルタであるという情報が受信された場合には、電源ＥＣＵ２５０は、閾値管理テーブルとして閾値管理テーブル４００Ａを選択する。
【００７６】
閾値管理テーブルが選択されると、送電開始に必要な準備がなされ、送電部２４０による送電が開始される（ステップＳ３２０）。そして、ステップＳ２１０において結合係数が推定されると、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ３１０において選択された閾値管理テーブル及び推定された結合係数を用いて過電流閾値を決定する（ステップＳ２２０Ａ）。
【００７７】
このように、この実施の形態３においては、フィルタ回路３２０の構成に関する情報が受電装置２０から送電装置１０に送信され、フィルタ回路２３０，３２０の構成に適合した閾値管理テーブルが送電装置１０において選択される。これにより、この実施の形態３によれば、受電装置側のフィルタ回路３２０の構成が受電装置毎に異なる場合であっても、当該フィルタ回路に適した閾値管理テーブルが選択することができる。そのため、送電装置１０においては、受電コイル３１２の短絡に伴う送電部２４０の電流の増加を適切に検知することができ、適切な状況で送電を停止することができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上のように、この発明の実施の形態として実施の形態１〜３を説明した。しかしながら、この発明は必ずしもこれらの実施の形態に限定されない。ここでは、他の実施の形態の一例について説明する。
【００７９】
実施の形態１〜３においては、過電流閾値を結合係数に基づいて決定することとした。しかしながら、過電流閾値の決定方法は、必ずしもこのような構成には限定されない。たとえば、ステップＳ２１０において、結合係数κまでは算出せず、受電装置２０における受電電圧Ｖ２と送電部２４０の電流Ｉ１との比のみから、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の結合状態を推定し、過電流閾値を決定するような構成としてもよい。この場合には、実施の形態１の構成であれば、電流Ｉ１に対する受電電圧Ｖ２の大きさが大きいほど結合状態が強いため、過電流閾値として大きい閾値を設定する。実施の形態２の構成であれば、電流Ｉ１に対する受電電圧Ｖ２の大きさが大きいほど、過電流閾値として小さい閾値を設定する。要するに、過電流閾値の決定のために必ずしも結合係数が推定される必要はなく、送電コイル２４２と受電コイル３１２との結合状態が推定されていればよい。
【００８０】
また、他にも電力伝送時の反射電力の大きさを検知することにより、過電流閾値を決定するような構成としてもよい。この場合には、実施の形態１の構成であれば、反射電力の大きさが小さいほど結合状態が強いため、過電流閾値として大きい閾値を設定する。実施の形態２の構成であれば、反射電力の大きさが大きいほど、過電流閾値として小さい値を設定する。
【００８１】
また、他にも電力伝送時の伝送効率を検知することにより、過電流閾値を決定するような構成としてもよい。この場合には、実施の形態１の構成であれば、伝送効率が高いほど結合状態が強いため、過電流閾値として大きい閾値を設定する。実施の形態２の構成であれば、伝送効率が高いほど、過電流閾値として小さい閾値を設定する。
【００８２】
また、実施の形態１〜３においては、図６のステップＳ２３０において電流Ｉ１が過電流閾値を超過していないと判断される度、毎サイクル、ステップＳ２１０において結合係数が推定されることとした。しかしながら、結合係数を推定するタイミングは、必ずしもこのような構成には限定されない。たとえば、結合係数の推定は最初の１サイクル目のみ行なわれてもよいし、数サイクルに１度行なわれる構成であってもよい。
【００８３】
なお、上記において、送電装置１０は、この発明における「送電装置」の一実施例に対応し、受電装置２０は、この発明における「受電装置」の一実施例に対応し、インバータ２２０及び送電部２４０からなる構成は、この発明における「送電部」の一実施例に対応し、受電部３１０は、この発明における「受電部」の一実施例に対応し、電源ＥＣＵ２５０は、この発明の「制御部」の一実施例に対応する。クローバー回路３２５及び駆動回路３７５からなる構成は、この発明の「保護回路」の一実施例に対応する。フィルタ回路２３０，３２０は、この発明の「フィルタ」の一実施例に対応する。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
１０  送電装置、２０  受電装置、１００  交流電源、２１０  ＰＦＣ回路、２２０  インバータ、２３０，２３０Ａ，３２０，３２０Ａ  フィルタ回路、２４０  送電部、２４２  送電コイル、２３１，２３３，２４８，３２４，３２６  コイル、２３２，２３４，２４４，２４６，３１４，３２１，３２２，３２３  キャパシタ、２５０  電源ＥＣＵ、２６０，３７０  通信部、２７０，３８０  電圧センサ、２７２，２７４，３８２  電流センサ、３１０  受電部、３１２  受電コイル、３２５  クローバー回路、３３０  整流部、３４０  リレー回路、３５０  蓄電装置、３６０  充電ＥＣＵ、３７５  駆動回路、４００  閾値管理テーブル。
【図１】
0006278012.tif 000002
【図２】
0006278012.tif 000003
【図３】
0006278012.tif 000004
【図４】
0006278012.tif 000005
【図５】
0006278012.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006278012.tif 000008
【図８】
0006278012.tif 000009
【図９】
0006278012.tif 000010
【図１０】
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