(57)【要約】【課題】Ｅ級増幅回路を備える電源装置、非接触送電装置、車両、および非接触電力伝送システムにおいて、Ｅ級増幅回路を他の用途で利用可能にする。【解決手段】チョークコイル２１０、スイッチング素子２２０、ゲート駆動装置２３０、共振回路２５０、およびキャパシタ２６０は、スイッチング素子２２０の零電圧スイッチングを実現するＥ級増幅回路を構成する。チョークコイル２１０は、その磁気回路を開閉可能に構成される。チョークコイル２１０の磁気回路の開放時、スイッチ２１４，２７０は、それぞれオン，オフされる。ゲート駆動装置２３０は、磁気回路の開閉に応じてスイッチング素子２２０のスイッチング周波数を変更する。【選択図】図３
2013031289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開閉可能に構成されたＥ級増幅回路と、
前記磁気回路の開閉に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変更する制御装置とを備える電源装置。
【請求項２】
前記磁気回路の開放時に、前記インダクタに電気的に並列接続される容量素子をさらに備える、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記磁気回路の開放時、前記制御装置は、前記インダクタを用いた誘導加熱用インバータとして前記Ｅ級増幅回路が作動するように、前記磁気回路の非開放時に対して前記スイッチング周波数を変更する、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記磁気回路の開放時、前記制御装置は、前記インダクタを電磁誘導コイルとして用いる給電装置として前記Ｅ級増幅回路が作動するように、前記磁気回路の非開放時に対して前記スイッチング周波数を変更する、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記インダクタは、
コイルと、
前記磁気回路を構成するコアとを含み、
前記コアは、前記磁気回路を開放するための着脱部を有する、請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記Ｅ級増幅回路は、
前記スイッチング素子と、
前記インダクタと、
前記インダクタおよび前記スイッチング素子間の接続ノードと当該Ｅ級増幅回路に接続される負荷との間に接続される共振回路と、
前記スイッチング素子に並列に接続される容量素子とを含む、請求項１から５のいずれかに記載の電源装置。
【請求項７】
受電装置へ電力を非接触で出力する非接触送電装置であって、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置の受電用共鳴部へ非接触で出力するように構成された送電用共鳴部とを備え、
前記送電用共鳴部の固有周波数は、前記受電用共鳴部の固有周波数と同じであり、
前記電源部は、
直流電源とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開放可能に構成されたＥ級増幅回路と、
前記磁気回路の開閉に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変更する制御装置とを含む、非接触送電装置。
【請求項８】
前記電源部は、前記磁気回路の開放時に、前記インダクタに電気的に並列接続される容量素子をさらに含む、請求項７に記載の非接触送電装置。
【請求項９】
前記磁気回路の開放時、前記制御装置は、前記インダクタを用いた誘導加熱用インバータとして前記Ｅ級増幅回路が作動するように、前記磁気回路の非開放時に対して前記スイッチング周波数を変更する、請求項７または８に記載の非接触送電装置。
【請求項１０】
前記磁気回路の開放時、前記制御装置は、前記インダクタを電磁誘導コイルとして用いる給電装置として前記Ｅ級増幅回路が作動するように、前記磁気回路の非開放時に対して前記スイッチング周波数を変更する、請求項７または８に記載の非接触送電装置。
【請求項１１】
前記インダクタは、
コイルと、
前記磁気回路を構成するコアとを含み、
前記コアは、前記磁気回路を開放するための着脱部を有する、請求項７から１０のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項１２】
前記Ｅ級増幅回路は、
前記スイッチング素子と、
前記インダクタと、
前記インダクタおよび前記スイッチング素子間の接続ノードと前記送電用共鳴部との間に接続される共振回路と、
前記スイッチング素子に並列に接続される容量素子とを含む、請求項７から１１のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項１３】
前記送電用共鳴部は、前記送電用共鳴部と前記受電用共鳴部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記送電用共鳴部と前記受電用共鳴部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記受電用共鳴部へ送電する、請求項７から１２のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項１４】
前記送電用共鳴部と前記受電用共鳴部との結合係数は、０．１以下である、請求項７から１３のいずれかに記載の非接触送電装置。
【請求項１５】
車両外部の負荷へ電力を非接触で出力する車両であって、
蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力を受けて交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記負荷側の受電用共鳴部へ非接触で出力するように構成された共鳴部とを備え、
前記共鳴部の固有周波数は、前記受電用共鳴部の固有周波数と同じであり、
前記電源部は、
前記蓄電装置とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開放可能に構成されたＥ級増幅回路と、
前記磁気回路の開閉に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変更する制御装置とを含む、車両。
【請求項１６】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置へ非接触で出力するように構成された送電用共鳴部とを備え、
前記受電装置は、前記送電用共鳴部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電用共鳴部を備え、
前記受電用共鳴部の固有周波数は、前記送電用共鳴部の固有周波数と同じであり、
前記電源部は、
直流電源とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開放可能に構成されたＥ級増幅回路と、
前記磁気回路の開閉に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変更する制御装置とを含む、非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置、非接触送電装置、車両、および非接触電力伝送システムに関し、特に、非接触電力伝送に用いられる高周波電源の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波の電力を低損失で生成可能なＥ級増幅回路（「Ｅ級零電圧スイッチング（ＺＶＳ：Zero  Voltage  Switching）回路」とも称される。）が知られている。Ｅ級増幅回路では、スイッチング素子の両端の電圧が零で、かつ、その傾きも零の状態でスイッチング素子がターンオンするので（零電圧スイッチング）、スイッチング損失を小さくすることができ、特に高周波電源において有用である。
【０００３】
特開２００５−１３５７８号公報（特許文献１）は、準Ｅ級のインバータ回路を用いて炊飯釜を誘導加熱する炊飯器を開示する。この炊飯器においては、準Ｅ級のインバータ回路によって共振回路の加熱コイルに高周波電力が供給され、その加熱コイルによって炊飯釜が誘導加熱される（特許文献１参照）。
【０００４】
また、特開２０１０−２６８６６４号公報（特許文献２）は、高周波電源を有する非接触給電システムにおいて、給電時の電磁場によって機器を昇温可能なシステムを開示する。この非接触給電システムにおいては、車両外部の給電設備に含まれる送電ユニットと、車両に搭載された受電ユニットとの間で、電磁場を介して電力が伝送される。そして、車両側で昇温が必要な機器は、電磁場によって昇温されるように、受電ユニットに近接して設置される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３５７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６８６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような非接触給電システムの高周波電源にＥ級増幅回路を用いることによって低損失の電源装置を構成し、非接触電力伝送の効率向上を図ることができる。しかしながら、Ｅ級増幅回路は、出力回路にある共振回路の共振を利用するので、一般的には、設計周波数から大きく外れた周波数で作動させることができない。したがって、高価なスイッチング素子を含むＥ級増幅回路を上記のような非接触給電システムの高周波電源に適用する場合、送電ユニットから受電ユニットへ電力を伝送するための電源装置以外に利用することができず、Ｅ級増幅回路の他の用途への有効利用が望まれている。
【０００７】
それゆえに、この発明の目的は、Ｅ級増幅回路を備える電源装置、非接触送電装置、車両、および非接触電力伝送システムにおいて、Ｅ級増幅回路を他の用途で利用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、電源装置は、Ｅ級増幅回路と、制御装置とを備える。Ｅ級増幅回路は、直流電源とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開閉可能に構成される。制御装置は、磁気回路の開閉に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変更する。
【０００９】
好ましくは、電源装置は、容量素子をさらに備える。容量素子は、磁気回路の開放時に、インダクタに電気的に並列接続される。
【００１０】
好ましくは、磁気回路の開放時、制御装置は、インダクタを用いた誘導加熱用インバータとしてＥ級増幅回路が作動するように、磁気回路の非開放時に対してスイッチング周波数を変更する。
【００１１】
また、好ましくは、磁気回路の開放時、制御装置は、インダクタを電磁誘導コイルとして用いる給電装置としてＥ級増幅回路が作動するように、磁気回路の非開放時に対してスイッチング周波数を変更する。
【００１２】
好ましくは、インダクタは、コイルと、磁気回路を構成するコアとを含む。コアは、磁気回路を開放するための着脱部を有する。
【００１３】
好ましくは、Ｅ級増幅回路は、上記のスイッチング素子およびインダクタと、共振回路と、容量素子とを含む。共振回路は、インダクタおよびスイッチング素子間の接続ノードとＥ級増幅回路に接続される負荷との間に接続される。容量素子は、スイッチング素子に並列に接続される。
【００１４】
また、この発明によれば、非接触送電装置は、受電装置へ電力を非接触で出力する非接触送電装置であって、電源部と、送電用共鳴部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電用共鳴部は、電源部から供給される交流電力を受電装置の受電用共鳴部へ非接触で出力するように構成される。送電用共鳴部の固有周波数は、受電用共鳴部の固有周波数と同じである。電源部は、Ｅ級増幅回路と、制御装置とを含む。Ｅ級増幅回路は、直流電源とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開放可能に構成される。制御装置は、磁気回路の開閉に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変更する。
【００１５】
好ましくは、電源部は、容量素子をさらに含む。容量素子は、磁気回路の開放時に、インダクタに電気的に並列接続される。
【００１６】
好ましくは、磁気回路の開放時、制御装置は、インダクタを用いた誘導加熱用インバータとしてＥ級増幅回路が作動するように、磁気回路の非開放時に対してスイッチング周波数を変更する。
【００１７】
また、好ましくは、磁気回路の開放時、制御装置は、インダクタを電磁誘導コイルとして用いる給電装置としてＥ級増幅回路が作動するように、磁気回路の非開放時に対してスイッチング周波数を変更する。
【００１８】
好ましくは、インダクタは、コイルと、磁気回路を構成するコアとを含む。コアは、磁気回路を開放するための着脱部を有する。
【００１９】
好ましくは、Ｅ級増幅回路は、上記のスイッチング素子およびインダクタと、共振回路と、容量素子とを含む。共振回路は、インダクタおよびスイッチング素子間の接続ノードと送電用共鳴部との間に接続される。容量素子は、スイッチング素子に並列に接続される。
【００２０】
好ましくは、送電用共鳴部は、送電用共鳴部と受電用共鳴部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電用共鳴部と受電用共鳴部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて受電用共鳴部へ送電する。
【００２１】
好ましくは、送電用共鳴部と受電用共鳴部との結合係数は、０．１以下である。
また、この発明によれば、車両は、車両外部の負荷へ電力を非接触で出力する車両であって、蓄電装置と、電源部と、共鳴部とを備える。電源部は、蓄電装置から電力を受けて交流電力を生成する。共鳴部は、電源部から供給される交流電力を負荷側の受電用共鳴部へ非接触で出力するように構成される。共鳴部の固有周波数は、受電用共鳴部の固有周波数と同じである。電源部は、Ｅ級増幅回路と、制御装置とを含む。Ｅ級増幅回路は、蓄電装置とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開放可能に構成される。制御装置は、磁気回路の開閉に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変更する。
【００２２】
また、この発明によれば、非接触電力伝送システムは、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムである。送電装置は、電源部と、送電用共鳴部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電用共鳴部は、電源部から供給される交流電力を受電装置へ非接触で出力するように構成される。受電装置は、受電用共鳴部を備える。受電用共鳴部は、送電用共鳴部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。受電用共鳴部の固有周波数は、送電用共鳴部の固有周波数と同じである。電源部は、Ｅ級増幅回路と、制御装置とを含む。Ｅ級増幅回路は、直流電源とスイッチング素子との間に接続されるインダクタの磁気回路を開放可能に構成される。制御装置は、磁気回路の開閉に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変更する。
【発明の効果】
【００２３】
この発明においては、Ｅ級増幅回路のインダクタの磁気回路を開放するとともにスイッチング素子のスイッチング周波数を変更することによって、インダクタを用いた誘導加熱用インバータや、インダクタを電磁誘導コイルとして用いる給電装置等として、Ｅ級増幅回路を作動させることができる。したがって、この発明によれば、Ｅ級増幅回路を備える電源装置、非接触送電装置、車両、および非接触電力伝送システムにおいて、Ｅ級増幅回路を他の用途で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明による電源装置が適用される非接触電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】磁場共鳴による非接触送電の原理を説明するための図である。
【図３】図１に示す電源装置の回路図である。
【図４】電源装置がＥ級増幅回路として作動するときの波形図である。
【図５】電源装置がＩＨインバータとして作動するときの電源装置の回路図である。
【図６】電源装置がＩＨインバータとして作動するときに調理器具に発生する電流を示した図である。
【図７】チョークコイルの断面図である。
【図８】チョークコイルの平面図である。
【図９】実施の形態２による非接触電力伝送システムの全体構成図である。
【図１０】図９に示すコネクタ部の構造の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本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。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返さない。
【００２６】
［実施の形態１］
図１は、この発明による電源装置が適用され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は、送電装置１００と、車両２００とを備える。送電装置１００は、パワーコントローラ１０と、電源装置２０と、共鳴ユニット３０とを含む。車両２００は、共鳴ユニット５０と、電源装置６０と、蓄電装置７０と、動力生成装置８０とを含む。
【００２７】
パワーコントローラ１０は、たとえば、系統電源１２や太陽電池１４、蓄電装置１６等から電力の供給を受ける。そして、パワーコントローラ１０は、一定の直流電圧を生成し、その生成した直流電圧を電源装置２０へ供給する。
【００２８】
電源装置２０は、パワーコントローラ１０から電力を受け、車両２００へ電力を伝送するための高周波の交流電力を生成する。この電源装置２０には、零電圧スイッチングを行なうことにより低損失で作動可能なＥ級増幅回路が用いられる。
【００２９】
また、電源装置２０は、共鳴ユニット３０，５０間での非送電時、調理用鍋など金属製の調理器具４０を誘導加熱するためのＩＨ（Induction  Heating）インバータとしても作動し得る。電源装置２０がＩＨインバータとして作動するときは、電源装置２０は、調理器具４０の誘導加熱に適した周波数の交流電力を生成し、たとえば、車両２００への電力伝送時の周波数よりも低いｋＨｚオーダーの交流電力を生成する。
【００３０】
なお、この非接触電力伝送システムにおいては、車両２００から送電装置１００への電力の逆潮流も可能である。車両２００から送電装置１００への電力伝送時は、電源装置２０は、共鳴ユニット３０により受電された交流電力を直流に変換してパワーコントローラ１０へ出力する。この電源装置２０の回路構成については、後ほど詳しく説明する。
【００３１】
共鳴ユニット３０は、電源装置２０から高周波の交流電力の供給を受け、共鳴ユニット５０へ非接触で電力を伝送する。一例として、共鳴ユニット３０は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。
【００３２】
一方、車両２００において、共鳴ユニット５０は、送電装置１００側の共鳴ユニット３０から送出される電力を非接触で受電し、整流器として作動する電源装置６０へ出力する。また、車両２００から送電装置１００への電力伝送時には、共鳴ユニット５０は、電源装置６０から高周波の交流電力の供給を受け、共鳴ユニット５０へ非接触で電力を伝送する。一例として、共鳴ユニット５０も、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。
【００３３】
電源装置６０は、送電装置１００から車両２００への電力伝送時には、共鳴ユニット５０から受ける交流電力を直流電力に変換し、その変換された直流電力を蓄電装置７０へ出力することによって蓄電装置７０を充電する。一方、車両２００から送電装置１００への電力伝送時には、電源装置６０は、蓄電装置７０から電力を受け、送電装置１００へ電力を伝送するための高周波の交流電力を生成する。この電源装置６０にも、零電圧スイッチングを行なうことにより低損失で作動可能なＥ級増幅回路が用いられる。
【００３４】
また、電源装置６０は、共鳴ユニット３０，５０間での非送電時、調理用鍋など金属製の調理器具９０を誘導加熱するためのＩＨインバータとしても作動し得る。電源装置６０がＩＨインバータとして作動するときは、電源装置６０は、調理器具９０の誘導加熱に適した周波数の交流電力を生成し、たとえば、送電装置１００への電力伝送時の周波数よりも低いｋＨｚオーダーの交流電力を生成する。なお、この電源装置６０の回路構成は、電源装置２０の回路構成と同じである。
【００３５】
蓄電装置７０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やニッケル水素などの二次電池によって構成される。蓄電装置７０は、電源装置６０から出力される電力を蓄えるほか、動力生成装置８０によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置７０は、その蓄えられた電力を動力生成装置８０へ供給する。また、車両２００から送電装置１００への電力伝送時や調理器具９０の使用時、蓄電装置７０は、蓄えられた電力を電源装置６０へ供給する。なお、蓄電装置７０として大容量のキャパシタも採用可能である。
【００３６】
動力生成装置８０は、蓄電装置７０に蓄えられる電力を用いて車両２００の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置８０は、たとえば、蓄電装置７０から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力生成装置８０は、蓄電装置７０を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンを含んでもよい。
【００３７】
この非接触電力伝送システムにおいては、送電装置１００の共鳴ユニット３０の固有周波数は、車両２００の共鳴ユニット５０の固有周波数と同じである。ここで、共鳴ユニット３０（５０）の固有周波数とは、共鳴ユニット３０（５０）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、共鳴ユニット３０（５０）の共振周波数とは、共鳴ユニット３０（５０）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数を意味する。
【００３８】
また、固有周波数が「同じ」とは、完全に同じ場合だけでなく、固有周波数が実質的に同じ場合も含む。固有周波数が「実質的に同じ」とは、たとえば、共鳴ユニット３０の固有周波数と共鳴ユニット５０の固有周波数との差が、共鳴ユニット３０または共鳴ユニット５０の固有周波数の１０％以内の場合を意味する。
【００３９】
そして、共鳴ユニット３０は、共鳴ユニット３０，５０間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、共鳴ユニット３０，５０間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、車両２００の共鳴ユニット５０と非接触で電力を授受する。共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０との結合係数κは０．１以下であり、結合係数κとＱ値との積が所定値（たとえば１．０）以上になるように共鳴ユニット３０，５０が設計される。このように、共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電装置１００の共鳴ユニット３０と車両２００の共鳴ユニット５０との間で非接触で電力が伝送される。
【００４０】
なお、上記のように、この非接触電力伝送システムにおいては、共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０との間で非接触で電力が伝送される。電力伝送における、このような共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」、または「電界（電場）共振結合」等という。「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。
【００４１】
共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０とが上記のようにコイルによって形成される場合には、共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０とに、たとえばメアンダライン等のアンテナを採用することも可能であり、この場合には、共鳴ユニット３０と共鳴ユニット５０とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。
【００４２】
図２は、磁場共鳴による非接触送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この送電手法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つの共振コイルが磁場（電場でもよい）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ磁場を介して電力が伝送される。
【００４３】
送電装置１００から車両２００へ電力が伝送される場合について、以下に代表的に説明する。送電装置１００側の共鳴ユニット３０は、電磁誘導コイル１１０と共振コイル１２０とによって構成され、電源装置２０に接続される電磁誘導コイル１１０を用いて、高周波電力が共振コイル１２０に供給される。車両２００側の共鳴ユニット５０も、共振コイル１４０と電磁誘導コイル１６０とによって構成される。共振コイル１２０は、キャパシタ１３０とともにＬＣ共振器を形成し、共振コイル１２０と同じ固有周波数を有する車両２００側の共振コイル１４０と磁場において共鳴する。そうすると、共振コイル１２０から共振コイル１４０へ磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。共振コイル１４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル１６０を用いて取出され、整流器として作動する電源装置６０（図１）へ出力される。
【００４４】
なお、電磁誘導コイル１１０は、共振コイル１２０への電力の出し入れを容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル１１０を設けずに共振コイル１２０に電源装置２０を直接接続してもよい。また、共振コイル１２０の浮遊容量を利用してキャパシタ１３０を設けない構成としてもよい。
【００４５】
同様に、電磁誘導コイル１６０は、共振コイル１４０への電力の出し入れを容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル１６０を設けずに共振コイル１４０に電源装置６０を直接接続してもよい。また、共振コイル１４０の浮遊容量を利用してキャパシタ１５０を設けない構成としてもよい。
【００４６】
図３は、図１に示した電源装置２０の回路図である。なお、図１に示した電源装置６０の構成も電源装置２０と同じである。図３を参照して、電源装置２０は、チョークコイル２１０と、キャパシタ２１２と、スイッチ２１４と、スイッチング素子２２０と、ゲート駆動装置２３０と、ゲート抵抗２４０とを含む。また、電源装置２０は、共振回路２５０と、キャパシタ２６０と、スイッチ２７０と、出力端子２８０とをさらに含む。
【００４７】
チョークコイル２１０は、パワーコントローラ１０（図１）とノードＮＤ１との間に接続され、ノードＮＤ１にスイッチング素子２２０が接続される。共振回路２５０は、ノードＮＤ１と出力端子２８０との間に接続され、出力端子２８０に負荷２９０が接続される。なお、負荷２９０は、電源装置２０から見た、共鳴ユニット３０（図１）以降の負荷を総括的に示したものである。キャパシタ２６０は、ノードＮＤ１と共振回路２５０との間の電力線ＰＬに接続される。すなわち、キャパシタ２６０は、スイッチング素子２２０に並列に接続される。キャパシタ２１２は、スイッチ２１４を介してチョークコイル２１０に並列に接続される。スイッチ２７０は、キャパシタ２６０を電力線ＰＬに接続するノードＮＤ４と共振回路２５０との間に設けられる。
【００４８】
チョークコイル２１０は、その磁気回路を開閉可能に構成される。チョークコイル２１０の磁気回路が閉じられた状態において、電源装置２０は、車両２００へ電力を伝送するための高周波電源として用いられ、このとき、チョークコイル２１０は、パワーコントローラ１０から受ける電流を略一定にする。チョークコイル２１０のインダクタンスは、磁気回路が閉じている状態において、パワーコントローラ１０から受ける電流を略一定化できる程度に大きく設定される。
【００４９】
一方、チョークコイル２１０の磁気回路が開放された状態において、電源装置２０は、調理器具４０（図１）を誘導加熱するためのＩＨインバータとして作動する。すなわち、チョークコイル２１０の磁気回路が開放された状態でスイッチング素子２２０をオンオフ駆動することにより、調理器具４０を誘導加熱するための交流電力をチョークコイル２１０に発生させることができる。なお、電源装置２０がＩＨインバータとして作動するときは、車両２００へ電力を伝送するための高周波電源として電源装置２０が作動するときと作動周波数が異なるので、送電装置１００から車両２００への送電は行なわないものとする。なお、磁気回路を開閉可能に構成されたチョークコイル２１０の構造については、後ほど説明する。
【００５０】
キャパシタ２１２は、チョークコイル２１０の磁気回路の開放時に、スイッチ２１４がオンされることによってチョークコイル２１０と共振回路を構成する。これにより、チョークコイル２１０の磁気回路の開放時にチョークコイル２１０に効率的に交流磁束を発生させることができる。スイッチ２１４は、チョークコイル２１０の磁気回路が閉じているときはオフされ（非導通）、チョークコイル２１０の磁気回路が開放されているときはオンされる（導通）。
【００５１】
スイッチング素子２２０は、ゲート駆動装置２３０によってオンオフ駆動される。スイッチング素子２２０には、代表的にはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field-Effect  Transistor）が用いられるが、パワーＭＯＳＦＥＴに代えてＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等のパワートランジスタを用いてもよい。なお、スイッチング素子２２０には、逆並列にダイオードが接続される。
【００５２】
ゲート駆動装置２３０は、スイッチング素子２２０をオンオフ駆動するためのパルス信号（デューティー比５０％）を発生する。車両２００へ電力を伝送するための高周波電源として電源装置２０が用いられるとき、ゲート駆動装置２３０は、共鳴ユニット３０から車両２００側の共鳴ユニット５０へ磁場共鳴により電力伝送するのに適した周波数のパルス信号を発生する。一方、共鳴ユニット３０，５０間での非送電時に電源装置２０がＩＨインバータとして作動するとき、ゲート駆動装置２３０は、調理器具４０の誘導加熱に適した周波数（車両２００への電力伝送時よりも低い数１０ｋＨｚ）のパルス信号を発生する。ゲート抵抗２４０は、寄生振動等を防止するために設けられる。
【００５３】
共振回路２５０は、直列接続されたキャパシタ２５２およびコイル２５４を含む。共振回路２５０については、車両２００へ電力を伝送するための高周波電源として電源装置２０が用いられるときの作動周波数付近に固有周波数を有するように、キャパシタ２５２およびコイル２５４が設計される。
【００５４】
キャパシタ２６０は、Ｅ級増幅回路の作動周波数および出力の負荷に基づいて、Ｅ級増幅回路の設計理論に従ってたとえば次式にてその容量Ｃが決定される。
【００５５】
Ｃ＝８／{π（π2＋４）ωＲ}  …（１）
ここで、ω＝２πｆであり、ｆは作動周波数を示し、Ｒは負荷の大きさを示す。なお、スイッチング素子２２０は寄生容量を有するので、キャパシタ２６０の容量については、上記の算出値からスイッチング素子２２０の寄生容量を差引く必要がある。
【００５６】
スイッチ２７０は、共鳴ユニット３０，５０間での非送電時に電源装置２０がＩＨインバータとして作動するときにオフされる（非導通）。なお、車両２００へ電力を伝送するための高周波電源として電源装置２０が用いられるときは、スイッチ２７０はオンされる（導通）。
【００５７】
この電源装置２０においては、チョークコイル２１０の磁気回路を閉じるとともにスイッチ２１４，２７０をそれぞれオフ，オンさせ、スイッチング素子２２０を高周波で駆動することによって、電源装置２０は、Ｅ級増幅回路として作動する。一方、チョークコイル２１０の磁気回路を開放するとともにスイッチ２１４，２７０をそれぞれオン，オフさせ、たとえば数１０ｋＨｚ程度の高周波でスイッチング素子２２０を駆動することによって、電源装置２０は、チョークコイル２１０を加熱コイルとするＩＨインバータとして作動する。このように、この電源装置２０は、チョークコイル２１０の磁気回路を開放するとともにスイッチング素子２２０の作動周波数を適宜変更することによって、Ｅ級増幅回路を他の用途（この実施の形態１ではＩＨインバータ）に用いることができる。
【００５８】
なお、この図３では、チョークコイル２１０の磁気回路が閉じられるとともにスイッチ２１４，２７０がそれぞれオフ，オンされ、電源装置２０がＥ級増幅回路として作動する場合について示されている。
【００５９】
図４は、電源装置２０がＥ級増幅回路として作動するときの波形図である。図４とともに図３を参照して、電圧Ｖｇは、スイッチング素子２２０のゲート電圧を示し、電圧Ｖｃは、キャパシタ２６０の端子間電圧を示す。また、電流Ｉｓは、スイッチング素子２２０に流れる電流を示し、電流Ｉｏは、出力端子２８０から出力される電流を示す。
【００６０】
時刻ｔ１において、電圧Ｖｇが立ち上がり、スイッチング素子２２０がターンオンする。スイッチング素子２２０がオンしている間は、電圧Ｖｃは略０であり、スイッチング素子２２０には電流Ｉｓが流れる。
【００６１】
時刻ｔ２において、電圧Ｖｇが立ち下がり、スイッチング素子２２０がターンオフする。電流Ｉｓは０となり、キャパシタ２６０が充電されることにより電圧Ｖｃが上昇する。その後、共振回路２５０の作用によってキャパシタ２６０の放電が始まり、電圧Ｖｃは低下する。キャパシタ２６０の容量は、スイッチング素子２２０の零電圧スイッチングを実現するために上記の式（１）に基づいて設計されており、スイッチング素子２２０がターンオンする時刻ｔ３の直前に電圧Ｖｃは０となる。
【００６２】
そして、時刻ｔ３において、電圧Ｖｇが再び立ち上がり、電圧Ｖｃが０の状態でスイッチング素子２２０がターンオンする。すなわち、スイッチング素子２２０の零電圧スイッチングが実現される。
【００６３】
図５は、電源装置２０がＩＨインバータとして作動するときの電源装置２０の回路図である。図５を参照して、電源装置２０がＩＨインバータとして作動するときは、チョークコイル２１０の磁気回路が開放され、スイッチ２１４，２７０がそれぞれオン，オフされる。
【００６４】
そして、スイッチング素子２２０をたとえば数１０ｋＨｚでオンオフ駆動することにより、チョークコイル２１０に交流電力を発生させる。そうすると、チョークコイル２１０から発生する交流磁束による電磁誘導作用によって、図６に示すように、チョークコイル２１０に近接して配置される調理器具４０に電流が発生し、この電流によるジュール熱によって調理器具４０が加熱される。
【００６５】
図７，図８は、図３に示したチョークコイル２１０の構造の一例を説明するための図である。図７は、チョークコイル２１０の断面図であり、図８は、チョークコイル２１０の平面図である。なお、図８では、着脱部３５６（後述）が取外された状態で、着脱部３５６が取付けられていた側から見たときのチョークコイル２１０の構造が示される。
【００６６】
図７，図８を参照して、チョークコイル２１０は、導線コイル３５２と、固定部３５４と、着脱部３５６とを含む。固定部３５４および着脱部３５６は、チョークコイル２１０のコアを形成し、たとえばフェライトによって構成される。導線コイル３５２は、固定部３５４内に設けられ、着脱部３５６が設けられる面とは反対側の面（図７の下方向）からコイル端部が引き出される。
【００６７】
固定部３５４の上面（図７の上方向）は開放されており、その開放面に着脱部３５６が着脱可能に設けられる。送電装置１００から車両２００への電力伝送が行なわれるときは、着脱部３５６が固定部３５４に取り付けられ、固定部３５４および着脱部３５６によって形成されるコア内に閉ループの磁気回路が形成される。
【００６８】
一方、ＩＨインバータとして電源装置２０が作動するときは、着脱部３５６を固定部３５４から取外すことによってチョークコイル２１０の磁気回路が外部へ開放される。そして、その磁気回路の開放面に調理器具４０（図１）を近接して配置することにより、チョークコイル２１０によって調理器具４０を誘導加熱することができる。
【００６９】
なお、上記においては、チョークコイル２１０の形状は丸型としたが、コイル形状は、角型やらせん型等の他の形状であってもよい。
【００７０】
以上のように、この実施の形態１においては、電源装置２０（６０）にＥ級増幅回路が用いられる。そして、Ｅ級増幅回路のチョークコイル２１０の磁気回路を開放するとともにスイッチング素子２２０のスイッチング周波数を変更することによって、チョークコイル２１０を用いたＩＨインバータとしてＥ級増幅回路を作動させることができる。したがって、この実施の形態１によれば、電源装置２０（６０）に用いられるＥ級増幅回路を他の用途で利用することができる。
【００７１】
また、この実施の形態１においては、チョークコイル２１０の磁気回路の開放時にキャパシタ２１２がチョークコイル２１０に電気的に接続され、チョークコイル２１０とキャパシタ２１２とによって共振回路が形成される。したがって、この実施の形態１によれば、チョークコイル２１０の磁気回路の開放時にチョークコイル２１０に効率的に交流磁束を発生させることができる。
【００７２】
［実施の形態２］
図９は、実施の形態２による非接触電力伝送システムの全体構成図である。図９を参照して、この非接触電力伝送システムは、送電装置１００Ａと、車両２００Ａとを備える。送電装置１００Ａは、図１に示した送電装置１００の構成において、コネクタ部４２と、電力ケーブル４４とをさらに含む。車両２００Ａは、コネクタ部９２をさらに含む。
【００７３】
コネクタ部４２は、電源装置２０のチョークコイル２１０（図３）を含み、車両２００Ａのコネクタ部９２と接続可能に構成される。電力ケーブル４４は、コネクタ部４２を電源装置２０と電気的に接続する。すなわち、この実施の形態２では、図３に示したチョークコイル２１０を電力ケーブル４４によって電源装置２０の外部へ引出可能とし、車両２００Ａのコネクタ部９２と接続可能なコネクタ部４２内にチョークコイル２１０が設けられる。
【００７４】
車両２００Ａのコネクタ部９２は、電源装置６０のチョークコイル２１０を含み、送電装置１００の電源装置２０から引出されるコネクタ部４２と接続可能に構成される。
【００７５】
そして、この実施の形態２では、電源装置２０は、共鳴ユニット３０，５０間での非送電時、電力ケーブル４４を介して電磁誘導により車両２００Ａの電源装置６０へ電力を伝送するための給電装置としても作動し得る。このとき、電源装置２０は、電磁誘導による送電に適した周波数の交流電力を生成する。
【００７６】
また、車両２００Ａの電源装置６０も、共鳴ユニット３０，５０間での非送電時に、電力ケーブル４４を介して電磁誘導により送電装置１００Ａの電源装置２０へ電力を伝送するための給電装置としても作動し得る。このとき、電源装置６０は、電磁誘導による送電に適した周波数の交流電力を生成する。
【００７７】
なお、送電装置１００Ａのその他の構成は、図１に示した実施の形態１における送電装置１００と同じである。また、車両２００Ａのその他の構成も、図１に示した実施の形態１における車両２００と同じである。
【００７８】
図１０は、図９に示したコネクタ部４２，９２の構造の一例を示した図である。なお、この図１０では、コネクタ部４２，９２の断面図が示されている。図１０を参照して、コネクタ部４２は、チョークコイル２１０Ａを含む。チョークコイル２１０Ａは、導線コイル３５２Ａと、固定部３５４Ａと、図示されない着脱部３５６Ａとを含む。同様に、車両２００Ａ側のコネクタ部９２は、チョークコイル２１０Ａを含む。チョークコイル２１０Ａは、導線コイル３５２Ａと、固定部３５４Ａと、図示されない着脱部３５６Ａとを含む。
【００７９】
そして、コネクタ部４２，９２は、固定部３５４Ａ，３５４Ｂの開放面が対向するように、互いに接続可能に構成される。これにより、送電装置１００Ａの電源装置２０と車両２００Ａの電源装置６０との間で電磁誘導により電力を伝送することができる。
【００８０】
なお、上記においては、送電装置１００Ａの電源装置２０におけるチョークコイル２１０Ａを電力ケーブル４４によって引出可能としたが、車両２００Ａの電源装置６０におけるチョークコイル２１０Ｂを電力ケーブルによって引出可能な構成としてもよい。
【００８１】
以上のように、この実施の形態２においては、Ｅ級増幅回路のチョークコイル２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ）の磁気回路を開放するとともにスイッチング素子２２０のスイッチング周波数を変更することによって、電源装置２０，６０間で電磁誘導により電力を伝送することができる。したがって、この実施の形態２によっても、電源装置２０（６０）に用いられるＥ級増幅回路を他の用途で利用することができる。
【００８２】
なお、上記の各実施の形態では、車両から送電装置へも電力を伝送可能としたが、送電装置と車両との間で双方向に電力を送電できることは、この発明では必須ではない。送電装置および車両のいずれか一方から他方へ送電可能な非接触電力伝送システムにおける送電側の電源装置にこの発明は適用可能である。
【００８３】
また、実施の形態２について、車両は、共鳴ユニットを必ずしも備えていなくてもよい。すなわち、この発明によれば、車両が共鳴法による受電に対応していなくても、コネクタ部４２から電磁誘導により受電可能な構成を備える車両へ送電装置から電力を伝送することができる。
【００８４】
また、上記の実施の形態においては、車両を用いた非接触電力伝送システムに本発明の電源装置が適用される場合について説明したが、携帯電話や家電製品など、車両以外の非接触電力伝送システムにも本発明は適用可能である。
【００８５】
なお、上記において、パワーコントローラ１０または蓄電装置７０は、この発明における「直流電源」の一実施例に対応し、チョークコイル２１０は、この発明における「インダクタ」の一実施例に対応する。また、ゲート駆動装置２３０は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、キャパシタ２６０は、この発明における「容量素子」の一実施例に対応する。
【００８６】
さらに、導線コイル３５２は、この発明における「コイル」の一実施例に対応し、固定部３５４および着脱部３５６は、この発明における「コア」の一実施例を形成する。また、さらに、共鳴ユニット３０は、この発明における「送電用共鳴部」の一実施例に対応し、共鳴ユニット５０は、この発明における「受電用共鳴部」の一実施例に対応する。
【００８７】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて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】
【００８８】
１０  パワーコントローラ、１２  系統電源、１４  太陽電池、１６，７０  蓄電装置、２０，６０  電源装置、３０，５０  共鳴ユニット、４０，９０  調理器具、８０  動力生成装置、１００，１００Ａ  送電装置、１１０，１６０  電磁誘導コイル、１２０，１４０  共振コイル、１３０，１５０，２１２，２５２，２６０  キャパシタ、２００，２００Ａ  車両、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ  チョークコイル、２１４，２７０  スイッチ、２２０  スイッチング素子、２３０  ゲート駆動装置、２４０  ゲート抵抗、２５０  共振回路、２５４  コイル、２８０  出力端子、２９０  負荷、３５２  導線コイル、３５４  固定部、３５６  着脱部、ＮＤ１〜ＮＤ４  ノード、ＰＬ  電力線。
【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】
2013031289.tif 000009
【図８】
2013031289.tif 000010
【図９】
2013031289.tif 000011
【図１０】
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