JP2017041921A - 送電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行う。
【解決手段】１次側コイル１３ａから、２次側コイル２３ａ及びバッテリ２２を有する受電機器２１の２次側コイル２３ａに対して非接触で交流電力を送電可能な送電機器１１において、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路１２ｂａを備えている。ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子の温度を検知する温度センサ１７を備え、送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知したスイッチング素子の温度が、予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるようにＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電機器に係り、詳しくは電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置の送電機器に関する。

従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば、磁場共鳴を用いたものが知られている。非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が入力される１次側コイルとを有する送電機器を備えている。また、非接触電力伝送装置は、１次側コイルと磁場共鳴可能な２次側コイルを有する受電機器を備えている。そして、１次側コイルと２次側コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に交流電力が伝送される。

非接触電力伝送装置で、例えば、数ｋＷの電力を伝送する場合、１次側コイルと２次側コイルの位置関係の変動により、送電機器の電源の出力インピーダンスが数Ω〜数十Ωまで変動する。１次側コイルと２次側コイルの位置ズレにより、ＤＣ／ＡＣ変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態が変化して電力損失が発生する。電力損失が発生すると送電機器の電源が発熱する。

特許文献１には、電力伝送を行っている状況において、周波数の変動に起因した交流電源の異常を回避することができる非接触電力伝送装置の送電機器が提案されている。特許文献１の送電機器は、交流電力を出力可能な交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、を備えている。そして、交流電源は、２次側コイルを有する受電機器に対して非接触で交流電力を送電するため、交流電源が交流電力を出力している状況において、交流電力の周波数が予め定められた許容範囲から外れた場合に、交流電力の出力が停止されるか、又は交流電力の電力値が小さくなるように制御される。

特開２０１４−１２１１７１号公報

特許文献１では、交流電源が出力している交流電力の周波数が予め定められた許容範囲から外れたか否かを判断するために、交流電力の周波数を測定する周波数測定器が必要になる。また、交流電力の周波数が予め定められた許容範囲から外れた場合に、交流電力の出力を継続するためには、交流電力の電力値が小さくなるように制御を行う必要があり、電力値を測定する測定装置（電力計）が必要になる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行うことができる送電機器を提供することにある。

上記課題を解決する送電機器は、外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有する交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、前記交流電源の出力電力値の可変制御を含む前記交流電源の制御を行う制御部と、を備え、前記１次側コイルから、２次側コイル及び負荷を有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路を備え、前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記スイッチング素子の温度を検知する温度検知部を備え、前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記スイッチング素子の温度が予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるように前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整する。ここで、「予め設定された温度」とは、１点の温度ではなく、損失として支障のない範囲の温度を含む。

本発明は、ＤＣ／ＡＣ変換部の位相状態に応じて、ＤＣ／ＡＣ変換部における電力損失が異なるという知見に基づいてなされた。詳述すると、ＤＣ／ＡＣ変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態として、出力電圧に対して出力電流が進んでいる位相進みの状態における損失と、出力電圧に対して出力電流が遅れている位相遅れの状態における損失では、位相進みの状態における損失の方が大きいという知見に基づいてなされた。

本発明では、温度検知部によりＤＣ／ＡＣ変換部を構成するスイッチング素子の温度が予め設定された温度より高い場合は、ＤＣ／ＡＣ変換部の位相進みの状態を軽減させるように、具体的にはＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を増加させるようにスイッチング素子のスイッチングを制御（調整）する。したがって、簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行うことができる。

前記温度検知部は、各ハーフブリッジ回路の温度を検知可能であり、前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整することが好ましい。小電力の電力伝送時において、１次側コイル及び２次側コイルの位置ズレなどによる位相進みの状態における各ハーフブリッジ回路の温度と、位相０の状態の温度との差は小さいため、いずれか一方のハーフブリッジ回路の温度を検知しても位相進みの状態か否かの判断は難しい。しかし、電力伝送時における２つのハーフブリッジ回路の温度差は、小電力出力であっても発生する。したがって、この発明の構成では、小電力出力であっても、ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整することができる。

前記温度検知部は、固定相とシフト相の各ハーフブリッジ回路の温度を検知可能であり、前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をフェーズシフト方式で制御することが好ましい。この構成では、周波数の調整が容易になる。

前記温度検知部は、前記フルブリッジ回路のハイサイド相とローサイド相の温度を検知可能であり、前記制御部は、前記ハイサイド相とローサイド相の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をＰＷＭ方式で制御してもよい。この構成では、フェーズシフト式ではなくても、位相進みの状態を軽減させるようにスイッチング制御を行うことができる。

前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が小電力出力の状態において、前記各ハーフブリッジ回路の温度差が予め設定された値となるように、前記各ハーフブリッジ回路の前記スイッチング素子のスイッチング周波数を調整した後、前記ＤＣ／ＡＣ変換部から大電力を出力することが好ましい。電力伝送時における２つのハーフブリッジ回路の温度差は、小電力出力であっても発生する。小電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行うと、その間の損失は、大電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行う場合の損失に比べて小さくなる。この構成では、小電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行った後、大電力で電力伝送を行うため、スイッチング周波数の調整を行う間の電力損失を低減することができる。

本発明によれば、簡単なセンサを設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイルと２次側コイルとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＡＣ変換部の損失を低減した制御を行うことができる。

第１実施形態の送電機器及び非接触電力伝送装置のブロック図。 ＤＣ／ＲＦ変換器の出力の位相状態と周波数の関係を示すグラフ。 同じく位相状態と出力電圧及び出力電流の関係を示す波形図。 同じく位相状態と損失の関係を示す模式図。 第２実施形態の送電機器及び非接触電力伝送装置のブロック図。 固定相とシフト相の位相状態と、出力電圧及び出力電流との関係を示す波形図。 第３実施形態の制御を示すフローチャート。 第４実施形態のＤＣ／ＲＦ変換器のブロック図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、非接触で電力伝送が可能な送電機器１１及び受電機器２１を備えている。送電機器１１は地上に設けられており、受電機器２１は車両に搭載されている。

送電機器１１は、交流電力を出力する交流電源１２を備えている。交流電源１２は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能に構成されている。詳述すると、交流電源１２は、系統電源Ｅから入力される外部電力としての系統電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部としてのＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部としてのＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂとを備えている。すなわち、交流電源１２は、外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有する。

交流電源１２から出力された交流電力は、非接触で受電機器２１に伝送され、受電機器２１に設けられた負荷としてのバッテリ２２の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、送電機器１１及び受電機器２１間の電力伝送を行うものとして、送電機器１１に設けられた送電器１３と、受電機器２１に設けられた受電器２３とを備えている。送電機器１１は、送電機器１１に設けられた１次側インピーダンス変換器１４を介して、交流電源１２から出力された交流電力が送電器１３に入力されるように構成されている。受電機器２１は、受電器２３によって受電される交流電力を整流し、その整流された直流電力を出力する整流器２４を備えている。

送電器１３及び受電器２３は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、送電器１３は、互いに並列に接続された１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂを含む共振回路を有している。受電器２３は、互いに並列に接続された２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂを含む共振回路を有している。両共振回路の共振周波数は同一に設定されている。すなわち、送電機器１１は、１次側コイル１３ａから、２次側コイル２３ａ及び負荷（バッテリ２２）を有する受電機器２１の２次側コイル２３ａに対して非接触で交流電力を送電可能に構成されている。

交流電源１２から出力される交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３間にて電力伝送が可能となるように、送電器１３及び受電器２３の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器１３及び受電器２３の共振周波数とがずれていてもよい。

ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａは、図示しないスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子を周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより直流電力を出力する。
ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路１２ｂａを備えている。詳述すると、フルブリッジ回路１２ｂａは、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有し、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、それぞれ、ボディダイオード（寄生ダイオード）Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有している。

フルブリッジ回路１２ｂａは、互いに直列に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２を有する第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂと、互いに直列に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３及び第４のスイッチング素子Ｑ４を有する第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃとを含む。両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃは並列に接続されている。第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂはシフト相を構成し、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃは固定相を構成する。

第１のスイッチング素子Ｑ１のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの正（＋）の出力端に接続されており、第２のスイッチング素子Ｑ２のソースは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの負（−）の出力端に接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１のソースと第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインとは、接続線Ｌ１を介して接続されている。

同様に、第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの正（＋）の出力端に接続されており、第４のスイッチング素子Ｑ４のソースは、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの負（−）の出力端に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３のソースと第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインとは、接続線Ｌ２を介して接続されている。

送電器１３の一方の入力端（１次側コイル１３ａの一端）は、１次側インピーダンス変換器１４を介して接続線Ｌ１に接続されている。送電器１３の他方の入力端（１次側コイル１３ａの他端）は、１次側インピーダンス変換器１４を介して接続線Ｌ２に接続されている。

送電機器１１は、交流電源１２の出力電力値の可変制御を含む交流電源１２の制御を行う制御部としての送電側コントローラ１５を備えている。送電側コントローラ１５は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御（スイッチング制御）を行う。また、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、フルブリッジ回路１２ｂａ（詳細には両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃ）を動作（駆動）させるドライバ回路１６を備えている。送電側コントローラ１５はドライバ回路１６を介してフルブリッジ回路１２ｂａのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦ制御（スイッチング制御）を行う。

送電側コントローラ１５は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の状態が、第１状態と第２状態とに交互に切り替わるようにスイッチング制御を行う。第１状態とは、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第４のスイッチング素子Ｑ４がＯＮで、かつ、第２のスイッチング素子Ｑ２及び第３のスイッチング素子Ｑ３がＯＦＦの状態である。また、第２状態とは、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第４のスイッチング素子Ｑ４がＯＦＦで、かつ、第２のスイッチング素子Ｑ２及び第３のスイッチング素子Ｑ３がＯＮの状態である。

ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子の温度を検知する温度検知部としての温度センサ１７を備えている。この実施形態では、温度センサ１７は、固定相である第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度を検知する位置に設けられている。温度センサ１７としては、例えば、サーミスタやダイオードを用いた公知の構成のものが使用される。

送電側コントローラ１５は、温度センサ１７の検知結果に基づいて第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を把握する。送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度が、予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるように交流電源１２の発振周波数を調整する。

詳述すると、送電側コントローラ１５は、送電器１３及び受電器２３が適切な位置関係において交流電源１２から電力伝送が行われる際の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度の値、すなわち基準となる温度の値をメモリに記憶している。なお、交流電源１２の温度は、交流電源１２から出力される電力の大きさによっても変化し、出力される電力が大きくなるとそれだけでスイッチング素子の温度が高くなる。そのため、基準となる温度は、出力電力を上げたことによる温度上昇を考慮して設定され、出力電力の大きさに対応して基準温度が設定される。

送電機器１１から受電機器２１への非接触電力伝送が行われる際には、送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知された第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を把握する。送電側コントローラ１５は、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度が、基準となる温度より高い場合には、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度が低くなるように、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を大きくするように調整する。

受電機器２１は、送電側コントローラ１５と無線通信可能に構成された受電側コントローラ２５を備えている。非接触電力伝送装置１０は、送電側コントローラ１５及び受電側コントローラ２５間の情報の送受信を通じて、電力伝送の開始又は終了などを行う。

次に前記のように構成された非接触電力伝送装置１０及び送電機器１１の作用を説明する。
車両に搭載されたバッテリ２２に充電を行う場合には、車両が送電機器１１の近くの所定位置に停止した状態でバッテリ２２への充電が行われる。車両が所定位置に停止した後、受電側コントローラ２５は、送電側コントローラ１５に充電要求信号を送信する。

送電側コントローラ１５は、受電側コントローラ２５からの充電要求信号を受信すると、電力伝送を行うための制御を開始する。
送電側コントローラ１５は、先ず、温度センサ１７の検知結果に基づいて第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を把握し、温度センサ１７により検知したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度が、予め設定された温度（基準温度）より高い場合に、温度が低くなるように交流電源１２の発振周波数を調整する。

詳述すると、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂからの出力電圧と出力電流との位相状態として、出力電圧に対して出力電流が進んでいる位相進みの状態と、出力電圧に対して出力電流が遅れている位相遅れの状態と、位相進みも位相遅れもない位相０の状態とがある。そして、交流電源１２から出力される交流電力の周波数ｆＯと位相状態との関係は、図２に示すように、位相０の状態における周波数ｆＯより周波数ｆＯが大きくなると位相遅れとなり、周波数ｆＯが小さくなると位相進みとなる。

ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂからの出力電圧と出力電流との関係を位相状態に対応して示すと、図３に示すようになる。
位相状態が位相進みか、位相０か、位相遅れの状態かは、出力電圧のピークと出力電流のピークの関係で判断するのではなく、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がプラス（＋）かマイナス（−）かで決まり、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がプラスであれば位相進みとなり、マイナスであれば位相遅れとなる。したがって、図３の上側に示す状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がプラスのため、位相進みとなる。また、図３の中央に示す状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングと、出力電流の立ち上がりのタイミングとは、ほぼ同時となっているため、位相０となる。図３の下側に示す状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングで出力電流がマイナスのため、位相遅れとなる。

位相０の状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングにおける出力電流の値は０で、スイッチングによる電力損失が０になる。位相進みの状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングのときに、出力電流はプラスの値となり、電力損失が大きくなる。一方、位相遅れの状態では、出力電圧の立ち上がりのタイミングのときに、出力電流はマイナスの値となり、電力損失が小さくなる。

そして、位相状態と電力損失との関係を模式的に示すと、図４のようになる。即ち、位相０の状態では非接触電力伝送装置１０の損失が最も小さく、位相０の状態から位相遅れ側へ位相状態が変化しても位相進み側へ位相状態が変化しても損失は大きくなる。しかし、位相０の状態から同じ割合で位相が変化した場合、位相進みの方が位相遅れに比べて損失が大きくなる。なお、位相０の状態でも損失が０にならないのは、スイッチングによる損失以外の損失があるためである。

送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知された温度が予め設定された温度より高い場合は、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの出力電流が位相進みの状態と判断し、位相進みの状態を軽減させるように、具体的にはＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を増加させるようにスイッチング素子のスイッチングを制御（調整）する。周波数の調整は、例えば、１００Ｈｚずつ変化させる。その結果、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの位相進みの状態が軽減され、電力損失が軽減される。すなわち、位相検知回路を設けなくても位相状態を判断でき、位相進みの状態で電力伝送を行って電力損失が大きくなることを防止することができる。

ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を上げてＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの温度が下がった後は、その周波数を維持する。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。

（１）送電機器１１は、外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器（外部電力変換部）１２ａと、直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＲＦ変換器（ＤＣ／ＡＣ変換部）１２ｂと、を有する交流電源１２と、交流電力が入力される１次側コイル１３ａと、交流電源１２の出力電力値の可変制御を含む交流電源１２の制御を行う送電側コントローラ（制御部）１５と、を備え、１次側コイル１３ａから、２次側コイル２３ａ及びバッテリ２２を有する受電機器２１の２次側コイル２３ａに対して非接触で交流電力を送電可能な送電機器である。そして、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を有するハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃ）を２つ含むフルブリッジ回路１２ｂａを備えている。ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度を検知する温度センサ（温度検知部）１７を備え、送電側コントローラ１５は、温度センサ１７により検知したスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の温度が予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるようにＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を調整する。具体的には、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を増加させるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを制御（調整）する。したがって、簡単なセンサ（温度センサ１７）を設けるだけで、共鳴系の共鳴状態に影響する１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａとの位置ズレ等に対応して、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの損失を低減した制御を行うことができる。

（２）ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａにより変換された直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部としてＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂが使用されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａにより変換された直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部としては、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂ以外の構成の回路もあるが、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂを使用した場合は、周波数の調整が容易になる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図５及び図６にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、交流電源１２を構成するスイッチング素子の温度を検知する温度検知部が２個設けられている点が第１の実施形態と大きく異なる。第１の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図５に示すように、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂは、スイッチング素子の温度を検知する温度検知部として、温度センサ１７に加えて、シフト相である第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度を検知する位置に設けられている温度センサ１８を備えている。すなわち、温度検知部は、各ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの温度を検知可能である。

送電側コントローラ１５は、各ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの温度差に応じて、フェーズシフト方式でＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング制御を行い、発振周波数を調整する。詳述すると、送電側コントローラ１５は、シフト相の第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度を温度センサ１８の検知信号から把握し、固定相の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を温度センサ１７の検知信号から把握する。送電側コントローラ１５は、両ハーフブリッジ回路１２ｂｂ，１２ｂｃの温度差から交流電源１２の出力状態が位相進みの状態であるか否かを判断する。そして、位相進みの状態であれば、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの発振周波数を増加させるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をフェーズシフト方式によりスイッチング制御する。その結果、固定相の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの位相進みを軽減させる。その結果、位相進みの状態で交流電源１２の駆動が継続することによる電力損失の増加が防止される。

フェーズシフト方式によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ制御を行うと、シフト相の第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び固定相の第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの位相状態と、出力電圧、出力電流及び差動出力の関係は図６に示すようになる。すなわち、固定相が位相０の状態におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティに対して、デューティを小さくしてデューティ制御を行うと、固定相は位相進みの状態になり、差動出力のパルス幅が小さくなる。また、固定相が位相０の状態におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティに対して、デューティを大きくしてデューティ制御を行うと、固定相は位相遅れの状態になり、差動出力のパルス幅が大きくなる。

ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂでは、位相が進んでいる状態と遅れている状態では温度の上がり方が違うため、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂと第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度差により位相進みか位相遅れかを判断することができる。したがって、この実施形態では、第１の実施形態のように一方のハーフブリッジ回路の温度により位相状態を判断する場合に比べて、判断が容易で正確になる。その結果、損失がより少なくなり、効率良く電力伝送を行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図７にしたがって説明する。この実施形態は、非接触電力伝送装置１０において電力伝送を行う際のＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を適切な状態でスイッチング制御する方法が第２の実施形態と異なっており、非接触電力伝送装置１０のハード面の構成は同じで、制御部としての送電側コントローラ１５のソフトが異なっている。

詳述すると、この実施形態では、電力伝送を行う場合、送電機器１１の送電側コントローラ１５は、最初から目的の大電力を出力する状態で１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａの位置ズレなどによる位相進みの状態を抑制する制御を行うのではなく、先ず、小電力の出力状態で位相進みの状態を設定範囲に調整する。そして、位相進みの状態が電力損失の少ない状態で電力伝送が可能な設定範囲に調整された後、大電力の電力伝送を行う。ここで、大電力とは、例えば、数ｋＷを意味し、小電力とは、例えば、数Ｗ〜数十Ｗを意味する。

以下、図７のフローチャートにしたがって、送電側コントローラ１５による制御を説明する。
送電側コントローラ１５は、ステップＳ１で、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂの出力を小電力出力に設定する。次に送電側コントローラ１５は、ステップＳ２で、スイッチング周波数の調整を行う。スイッチング周波数の調整は、ステップＳ１で設定された小電力出力を、１次側コイル１３ａ及び２次側コイル２３ａの位置ズレなどによる位相進みのない状態で電力伝送を行う場合のスイッチング制御のスイッチング周波数に設定することである。

次に送電側コントローラ１５は、ステップＳ３で、温度センサ１７，１８の検知信号から第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度Ｔ１及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度Ｔ２を把握する。

次に送電側コントローラ１５は、ステップＳ４で、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度Ｔ１と第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度Ｔ２の差が、予め設定された所定の温度差ΔＴより大きいか否か、すなわち、Ｔ１−Ｔ２＞ΔＴか否かを判断する。

送電側コントローラ１５は、ステップＳ４で、Ｔ１−Ｔ２＞ΔＴであればステップＳ２へ戻り、スイッチング周波数の調整を行う。スイッチング周波数の調整は、現在の周波数より所定周波数大きくすることである。送電側コントローラ１５は、ステップＳ２でスイッチング周波数の調整を行った後、ステップＳ３及びステップＳ４の動作を行う。

送電側コントローラ１５は、ステップＳ４で、Ｔ１−Ｔ２＞ΔＴでなければ、すなわち、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度Ｔ１と第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度Ｔ２の差が、予め設定された所定の温度差ΔＴ以下であれば、ステップＳ５に進み、大電力出力で電力伝送を行う。

小電力の電力伝送時において、１次側コイル１３ａ及び２次側コイル２３ａの位置ズレなどによる位相進みの状態における第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度と、位相０の状態の温度との差は小さいため、いずれか一方のハーフブリッジ回路の温度を検知しても位相進みの状態か否かの判断は難しい。

しかし、電力伝送時における第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂ及び第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度差は、小電力出力であっても発生する。小電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行うと、その間の損失は、大電力で電力伝送中にスイッチング周波数の調整を行う場合の損失に比べて小さくなる。したがって、この実施形態では、スイッチング周波数調整の間の電力損失を低減することができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を図８にしたがって説明する。この実施形態は、フルブリッジ回路１２ｂａのハイサイド相とローサイド相の温度を把握して、ハイサイド相とローサイド相の温度差により、位相進みの状態か否かを判断する点が第２の実施形態と異なっている。２個の温度センサ１７，１８を設ける位置と、温度センサ１７，１８の検知信号に基づいて送電側コントローラ１５が行うスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング制御の方法が異なる点を除き、他の構成は第２の実施形態と同様である。

詳述すると、図８に示すように、ＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂには、フルブリッジ回路１２ｂａのハイサイド相のスイッチング素子となる第１のスイッチング素子Ｑ１及び第３のスイッチング素子Ｑ３のうち、第１のスイッチング素子Ｑ１の温度を検知する位置に温度センサ１７が設けられている。また、フルブリッジ回路１２ｂａのローサイド相のスイッチング素子となる第２のスイッチング素子Ｑ２及び第４のスイッチング素子Ｑ４のうち、第２のスイッチング素子Ｑ２の温度を検知する位置に温度センサ１８が設けられている。

送電側コントローラ１５は、ハイサイド相のスイッチング素子である第１のスイッチング素子Ｑ１とローサイド相のスイッチング素子である第４のスイッチング素子Ｑ４を同時にオンオフし、ローサイド相のスイッチング素子である第２のスイッチング素子Ｑ２とハイサイド相のスイッチング素子である第３のスイッチング素子Ｑ３を同時にオンオフする。

送電側コントローラ１５は、ハイサイド相の第１のスイッチング素子Ｑ１の温度を温度センサ１７の検知信号から把握し、ローサイド相の第２のスイッチング素子Ｑ２の温度を温度センサ１８の検知信号から把握する。送電側コントローラ１５は、ハイサイド相とローサイド相の温度差から交流電源１２の出力状態が位相進みの状態であるか否かを判断する。そして、位相進みの状態であれば、位相進みを軽減させるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ方式で制御する。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１の実施形態において、第２のハーフブリッジ回路１２ｂｃの温度を検知する代わりに、第１のハーフブリッジ回路１２ｂｂの温度を検知してもよい。送電側コントローラ１５は、その検知信号からＤＣ／ＲＦ変換器１２ｂが位相進みの状態か否かを判断して、位相進みの状態では位相進みの状態を軽減させるようにスイッチング制御を行う。

○ 温度センサ１７，１８の検知信号から位相進みの状態と判断した場合、出力電力を調整して発振周波数を高くするようにしてもよい。
○ 外部電力は系統電源Ｅからの交流電力に限らず、所定の電力値の直流電力が入力されてもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが外部電力変換部となる。

○ 各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はパワー型のＭＯＳＦＥＴであったが、これに限られず、ＩＧＢＴ等他のスイッチング素子を用いてもよい。また、ボディダイオードＤ１〜Ｄ４に代えて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に並列に接続されるダイオードを別途設けてもよい。要は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対して並列に接続されるダイオードは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に内蔵されたものであってもよいし、別途取り付けられるものであってもよい。

○ 送電器１３と受電器２３とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。
○ １次側コンデンサ１３ｂ及び２次側コンデンサ２３ｂを省略してもよい。この場合、１次側コイル１３ａ及び２次側コイル２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。

○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 実施形態では、受電器２３にて受電された交流電力は車両のバッテリ２２の充電に用いられたが、別の用途に用いてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記スイッチング素子の温度から、前記ＤＣ／ＡＣ変換部からの出力電圧と出力電流との位相状態が、前記出力電圧に対して前記出力電流が進んでいる位相進みであるか、前記出力電圧に対して前記出力電流が遅れている位相遅れであるかを判断し、位相進みの場合に、位相を遅らせるように、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整する請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の送電機器。

Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子、１１…送電機器、１２…交流電源、１２ｂａ…フルブリッジ回路、１２ｂｂ，１２ｂｃ…ハーフブリッジ回路、１３ａ…１次側コイル、２１…受電機器、２３ａ…２次側コイル。

Claims (5)

1. 外部電力を予め定められた電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部と、前記直流電力を予め定められた周波数の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有する交流電源と、
   前記交流電力が入力される１次側コイルと、
   前記交流電源の出力電力値の可変制御を含む前記交流電源の制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記１次側コイルから、２次側コイル及び負荷を有する受電機器の前記２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を２つ含むフルブリッジ回路を備え、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記スイッチング素子の温度を検知する温度検知部を備え、
   前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記スイッチング素子の温度が、予め設定された温度より高い場合に、温度が低くなるように前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整することを特徴とする送電機器。
2. 前記温度検知部は、各ハーフブリッジ回路の温度を検知可能であり、
   前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の発振周波数を調整する請求項１に記載の送電機器。
3. 前記温度検知部は、固定相とシフト相の各ハーフブリッジ回路の温度を検知可能であり、
   前記制御部は、各ハーフブリッジ回路の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をフェーズシフト方式で制御する請求項２に記載の送電機器。
4. 前記温度検知部は、前記フルブリッジ回路のハイサイド相とローサイド相の温度を検知可能であり、
   前記制御部は、前記ハイサイド相とローサイド相の温度差に応じて、前記ＤＣ／ＡＣ変換部をＰＷＭ方式で制御する請求項２に記載の送電機器。
5. 前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が小電力出力の状態において、前記各ハーフブリッジ回路の温度差が予め設定された値となるように、前記各ハーフブリッジ回路の前記スイッチング素子のスイッチング周波数を調整した後、前記ＤＣ／ＡＣ変換部から大電力を出力する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の送電機器。