JP2017099054A

JP2017099054A - 非接触送電装置及び非接触電力伝送システム

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Publication number: JP2017099054A
Application number: JP2015225864A
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Inventors: 崇弘三澤; Takahiro Misawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: JP6414538B2

Abstract

【課題】受電装置へ非接触で送電する送電装置又は電力伝送システムにおいて、インバータの駆動周波数が調整された場合に、送電電力のオーバーシュートをできる限り抑制することである。【解決手段】送電部２４０と、電圧形のインバータ２２０と、電源ＥＣＵ２５０とを備える。送電部２４０は、受電装置２０へ非接触で送電するように構成される。電圧形のインバータ２２０は、駆動周波数に応じた送電電力を送電部へ供給する。電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０を制御する。電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティの調整と、駆動周波数の調整とを実行する。デューティの調整により送電電力は目標電力に制御される。そして、電源ＥＣＵ２５０は、駆動周波数の変更とともに出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する。【選択図】図１

Description

この発明は、非接触送電装置及び非接触電力伝送システムに関し、特に、受電装置に非接触で送電する非接触送電装置及び非接触電力伝送システムに関する。

送電装置から受電装置に非接触で電力伝送を行なう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）。

たとえば、特開２０１４−２０７７９５号公報（特許文献１）は、給電装置（送電装置）から車両（受電装置）へ非接触で給電する非接触給電システムを開示する。この非接触給電システムでは、給電装置は、送電コイルと、インバータと、制御部とを備える。送電コイルは、車両に搭載された受電コイルへ非接触で送電する。インバータは、駆動周波数に応じた交流電流を生成して送電コイルへ出力する。制御部は、バッテリへの充電電力指令とバッテリへの出力電力とを車両側から取得し、出力電力が充電電力指令に追従するようにインバータの駆動周波数をフィードバック制御する（特許文献１参照）。

特開２０１４−２０７７９５号公報特開２０１３−１５４８１５号公報特開２０１３−１４６１５４号公報特開２０１３−１４６１４８号公報特開２０１３−１１０８２２号公報特開２０１３−１２６３２７号公報

インバータが、電圧形のインバータであり、駆動周波数に応じた送電電力を送電コイルへ供給する場合に、インバータ出力電圧のデューティ（duty）及びインバータの駆動周波数を調整することにより、送電コイルと受電コイルとの間の電力伝送を制御することができる。たとえば、インバータ出力電圧のデューティを調整することによって送電電力を制御することができる。また、たとえば、受電装置における受電電力が一定の状態で、送電コイルに流れる電流が最小となるようにインバータの駆動周波数を調整することによって、送電コイルと受電コイルとの間の電力伝送効率を高めることができる。

しかしながら、送電電力の大きさはインバータの出力電圧のデューティだけでなくインバータの駆動周波数にも依存するため、インバータの駆動周波数の調整によって送電電力も影響を受ける。したがって、インバータの駆動周波数の調整に伴い送電電力が変化すると、送電電力が予期しない大きさとなり得る。たとえば、送電コイルと受電コイルとの結合係数が小さい、又は、送電電力が小さいという状況においては、インバータの駆動周波数の変化に対する送電電力の変化が大きくなる傾向がある。したがって、このような状況において、インバータの駆動周波数の調整が行われた場合に送電電力のオーバーシュートが生じ、送電電力が予期しない大きさとなり得る。このような問題及びその解決手段について、上記の特許文献１では特に検討されていない。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、受電装置へ非接触で送電する送電装置において、インバータの駆動周波数が調整された場合に、送電電力のオーバーシュートをできる限り抑制することである。

また、この発明の別の目的は、送電装置から受電装置へ非接触で送電する電力伝送システムにおいて、インバータの駆動周波数が調整された場合に、送電電力のオーバーシュートをできる限り抑制することである。

この発明のある局面に従う非接触送電装置は、送電部と、電圧形のインバータと、制御部とを備える。送電部は、受電装置へ非接触で送電するように構成される。電圧形のインバータは、駆動周波数に応じた送電電力を送電部へ供給する。制御部は、インバータを制御する。制御部は、インバータの出力電圧のデューティの調整と、駆動周波数の調整とを実行する。デューティの調整により送電電力は目標電力に制御される。そして、制御部は、駆動周波数の変更とともに出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する。

また、この発明の別の局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を備える。受電装置は、送電装置から非接触で受電するように構成される受電部を含む。送電装置は、送電部と、電圧形のインバータと、制御部とを含む。送電部は、受電装置へ非接触で送電するように構成される。電圧形のインバータは、駆動周波数に応じた送電電力を送電部へ供給する。制御部は、インバータを制御する。制御部は、インバータの出力電圧のデューティの調整と、駆動周波数の調整とを実行する。デューティの調整により送電電力は目標電力に制御される。そして、制御部は、駆動周波数の変更とともに出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する。

これらの非接触送電装置及び非接触電力伝送システムにおいては、インバータの駆動周波数の変更時に、インバータの出力電圧のデューティが減少する。インバータの出力電圧のデューティが減少すると、送電電力は減少する。したがって、インバータの駆動周波数の調整による送電電力のオーバーシュートを抑制することができる。

この発明によれば、受電装置へ非接触で送電する送電装置において、インバータの駆動周波数が調整された場合に、送電電力のオーバーシュートをできる限り抑制することができる。

また、この発明によれば、送電装置から受電装置へ非接触で送電する電力伝送システムにおいて、インバータの駆動周波数が調整された場合に、送電電力のオーバーシュートをできる限り抑制することができる。

実施の形態１における電力伝送システムの全体構成図である。送電部及び受電部の回路構成の一例を示した図である。仮にインバータの駆動周波数の変更時に、インバータの出力電圧のデューティが減少されなかった場合のインバータ制御の一例について説明するための図である。送電電力制御及び一次コイル電流制御の制御ブロック図である。実施の形態１におけるインバータ制御の一例について説明するための図である。動作点探索の処理手順を示すフローチャートである。

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。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。

［実施の形態１］
（電力伝送システムの構成）
図１は、この発明の実施の形態１による非接触送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システムは、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から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載され得る。

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２７２，２７４とをさらに含む。

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。

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、電圧形インバータであり、インバータ２２０を構成する各スイッチング素子に逆並列に還流ダイオードが接続されている。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。

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、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される。

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、たとえば、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によって構成され得るが、コイル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。

電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧Ｖ_０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Ｉ_０を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。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（すなわち、送電部２４０から受電装置２０へ出力される電力）が検出され得る。電流センサ２７４は、送電部２４０に流れる電流Ｉ_１を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。

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。

電源ＥＣＵ２５０により実行される主要な制御として、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、送電電力を目標電力に制御するためのフィードバック制御（以下「送電電力制御」とも称する。）を実行する。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティ（duty）を調整することによって、送電電力を目標電力に制御する。なお、出力電圧のデューティは、出力電圧波形（矩形波）の周期に対する正（又は負）の電圧出力時間の比として定義される。インバータ２２０のスイッチング素子（オン／オフデューティ０．５）の動作タイミングを変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。目標電力は、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて生成され得る。この実施の形態１では、受電装置２０において、受電電力の目標値と検出値との偏差に基づいて送電電力の目標電力が生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。

また、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力が目標電力に制御されている下で、送電部２４０に含まれる一次コイル（後述）に流れる電流Ｉ_１を最小にするための制御（以下「一次コイル電流制御」とも称する。）を実行する。送電電力が目標電力に制御されている下で、一次コイルに流れる電流Ｉ_１が小さい程、送電部２４０の一次コイルと受電部３１０の二次コイル（後述）との間の電力伝送効率は高くなる。そこで、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御を実行しつつ、一次コイルに流れる電流Ｉ_１が最小となるようにインバータ２２０の駆動周波数を調整する。なお、一次コイル電流の大きさは、電流センサ２７４により検出される。

なお、インバータ２２０の駆動周波数の調整により送電電力も影響を受ける。インバータ２２０の駆動周波数の調整中に送電電力が予期しない大きさとならないために、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数の変更と同時に（ともに）インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少するようにインバータ２２０を制御する。この制御については後程詳しく説明する。

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、受電装置２０から送信される送電電力の目標値（目標電力）を受信するほか、送電の開始／停止や受電装置２０の受電状況等の情報を受電装置２０とやり取りする。

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。

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得るが、コイル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。

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、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される。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。

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。なお、蓄電装置３５０として大容量のキャパシタも採用可能である。

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の充電時にオンされる。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。

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。

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。

充電ＥＣＵ３６０により実行される主要な制御として、充電ＥＣＵ３６０は、送電装置１０からの受電中に、受電装置２０における受電電力が所望の目標値となるように、送電装置１０における送電電力の目標値（目標電力）を生成する。具体的には、充電ＥＣＵ３６０は、受電電力の検出値と目標値との偏差に基づいて、送電装置１０における送電電力の目標値を生成する。そして、充電ＥＣＵ３６０は、生成された送電電力の目標値（目標電力）を通信部３７０によって送電装置１０へ送信する。

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、充電ＥＣＵ３６０において生成される送電電力の目標値（目標電力）を送電装置１０へ送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を送電装置１０へ送信したりする。

図２は、図１に示した送電部２４０及び受電部３１０の回路構成の一例を示した図である。図２を参照して、送電部２４０は、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、コイル２４２に直列に接続される。受電部３１０は、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、コイル３１２に直列に接続される。なお、このような回路構成は、ＳＳ方式（一次直列二次直列方式）とも称される。

なお、特に図示しないが、送電部２４０及び受電部３１０の構成は、このようなＳＳ方式のものに限定されない。たとえば、受電部３１０において、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、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。

再び図１を参照して、この電力伝送システムにおいては、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。

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のコイル（一次コイル）と受電部３１０のコイル（二次コイル）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。

（送電電力のオーバーシュート抑制）
以上のような構成の送電装置１０においては、上述の通り、インバータ２２０の駆動周波数の調整により送電電力も影響を受ける。したがって、インバータ２２０の駆動周波数の調整に伴ない送電電力が変化すると、送電電力が予期しない大きさとなり得る。たとえば、送電部２４０のコイル２４２と受電部３１０のコイル３１２との結合係数が小さい、又は、送電電力が小さいという状況においては、インバータ２２０の駆動周波数の変化に対する送電電力の変化が大きくなる傾向がある。したがって、このような状況においては、インバータ２２０の駆動周波数の調整が行なわれた場合に、何らの対策も採られないとすると、送電電力のオーバーシュートが生じ、送電電力が予期しない大きさとなり得る。

そこで、この実施の形態１に従う送電装置１０において、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数の変更とともにインバータ２２０の出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する。インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少すると、送電電力は減少する。したがって、この送電装置１０によれば、インバータ２２０の駆動周波数の調整による送電電力のオーバーシュートを抑制することができる。

図３は、仮にインバータ２２０の駆動周波数の変更時に、インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少されなかった場合のインバータ２２０の制御例について説明するための図である。図３を参照して、横軸はインバータの駆動周波数を示し、縦軸はインバータの出力電圧のデューティを示す。

線ＰＬ１は、電力の等高線であり、この例における目標電力を示す。送電装置１０による送電電力は、フィードバック制御により、この目標電力に制御される。線ＰＬ２は、電力の等高線であり、目標電力よりも大きな電力を示す。線ＰＬ２により示される電力は、この実施の形態１の電力伝送システムにおける送電電力として予期していない大きさの電力である。なお、電力の等高線（ＰＬ１，ＰＬ２）の間隔は、周波数ｆ０付近よりも、周波数ｆ３付近の方が狭くなっている。すなわち、周波数ｆ３付近の方が周波数ｆ０付近よりも周波数変化に対する送電電力変化の感度が高い。

インバータ２２０の駆動周波数がｆ０の状態でインバータ２２０は起動し、インバータ２２０の動作点は、目標電力を示す線ＰＬ１上の動作点Ｔ０へ推移する。ここで、コイル２４２（一次コイル）に流れる電流が最小となる線ＰＬ１上の動作点がＴＰ１であるとする。この場合には、動作点Ｔ０は動作点ＴＰ１から離れているため、一次コイル電流制御により、インバータ２２０の駆動周波数はｆ０からｆ１へと推移する（動作点Ｔ１）。動作点Ｔ１は、線ＰＬ１により示される電力よりも送電電力が大きくなる領域の動作点である。すなわち、インバータ２２０の動作点がＴ０からＴ１へと推移することにより、送電電力は増大する。ただし、動作点Ｔ１における送電電力は線ＰＬ２に示される電力を超過していない。

動作点Ｔ１は目標電力から離れているので、送電電力制御により、インバータ２２０の出力電圧のデューティはｄ１へと推移する（動作点Ｔ２）。動作点Ｔ２は線ＰＬ１上の動作点である。

そして、一次コイル電流制御により、インバータ２２０の駆動周波数はｆ１からｆ２へと推移する（動作点Ｔ３）。このような動作を繰り返し、インバータ２２０の駆動周波数がｆ２からｆ３に推移して動作点がＴ５に到達したとき、送電電力は線ＰＬ２により示される電力を超過してしまう（オーバーシュート）。上述のように、周波数ｆ３付近は送電電力の等高線が密集しており、インバータ２２０の駆動周波数の変化に対する送電電力の変化が大きいため、駆動周波数がｆ２からｆ３に変化することで、送電電力が線ＰＬ２により示される電力を超過する。

上述のように、送電コイルと受電コイルとの結合係数が小さい、又は、送電電力が小さいという状況においては送電電力の等高線が密集する傾向にある。図３に示すように、仮にインバータ２２０の駆動周波数の変更時に何らの対策も採られないとすると、送電電力の等高線が密集するような状況においては、インバータ２２０の駆動周波数が変更された場合に、送電電力が予期しない大きさとなってしまう可能性がある。

上述のように、この実施の形態１に従う送電装置１０においては、インバータ２２０の駆動周波数の変更時に、インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少するように制御される。したがって、この送電装置１０によれば、インバータ２２０の駆動周波数の調整による送電電力のオーバーシュートを抑制することができる。以下、送電装置１０における、送電電力制御及び一次コイル電流制御の詳細について説明する。

（送電電力制御及び一次コイル電流制御の説明）
図４は、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御及び一次コイル電流制御の制御ブロック図である。図４を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、演算部４１０と、コントローラ４２０と、演算部４３０と、コントローラ４４０と、Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０とを含む。演算部４１０、コントローラ４２０、演算部４３０、及び制御対象のインバータ２２０によって構成されるフィードバックループが、送電電力制御を構成する。一方、コントローラ４４０及びインバータ２２０によって構成されるループが、一次コイル電流制御を構成する。

コントローラ４４０は、電流センサ２７４の出力を取得することで一次コイル電流Ｉ１を検知する。コントローラ４４０は、一次コイル電流Ｉ１の検知を周期的に行なう。コントローラ４４０は、前周期の駆動周波数調整により一次コイル電流Ｉ１が減少したか否かを判定することにより、今周期のインバータ２２０の駆動周波数の操作量を算出する。コントローラ４４０は、算出した駆動周波数の操作量をインバータ２２０に出力する。すなわち、コントローラ４４０は、駆動周波数の操作量を周期的にインバータ２２０に出力する。また、コントローラ４４０は、インバータ２２０の駆動周波数の変更タイミングに合わせてデューティを減少させるために、駆動周波数の変更タイミングをＦ／Ｆ操作量算出部４５０に通知する。Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０の動作については後程説明する。

演算部４１０は、目標電力Ｐｓｒから送電電力Ｐｓを減算し、その演算値をコントローラ４２０に出力する。コントローラ４２０は、たとえば、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差を入力とするＰＩ制御（比例積分制御）等を実行することによってインバータ２２０の出力電圧のデューティ操作量を算出する。

Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティの減少方向の操作量を算出する。たとえば、Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０は、目標電力Ｐｓｒが第１の電力である場合に、第２の電力（＞第１の電力）である場合よりも、デューティの減少方向の操作量として大きな値を算出する。また、たとえば、Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０は、コイル２４２（一次コイル）とコイル３１２（二次コイル）との結合係数が第１の結合係数である場合に、第２の結合係数（＞第１の結合係数）である場合よりも、デューティの減少方向の操作量として大きな値を算出する。上述の通り、送電電力が小さい、又は、コイル２４２とコイル３１２との結合係数が小さいという状況においては、インバータ２２０の駆動周波数の変化に対する送電電力の変化が大きくなる傾向がある。したがって、このような状況で、インバータ２２０の駆動周波数の変化時にデューティをより大きく減少させることで、送電電力がオーバーシュートする可能性をより低減することができる。

Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０は、コントローラ４４０から取得した駆動周波数の変更タイミングに合わせて、デューティの減少方向の操作量を演算部４３０に出力する。なお、コントローラ４４０によりインバータ２２０の駆動周波数が変更されないときは、Ｆ／Ｆ操作量算出部４５０は、デューティの減少方向の操作量を演算部４３０に出力しない。

演算部４３０は、コントローラ４２０により算出されたデューティ操作量からＦ／Ｆ操作量算出部４５０により算出されたデューティの減少方向の操作量を減算する。演算部４３０は、算出されたデューティ操作量をインバータ２２０に出力する。

このように、この実施の形態１に従う送電装置１０においては、インバータ２２０の駆動周波数の調整に合わせて、インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少される（フィードフォワード制御）。このようなフィードフォワード制御が行なわれることによる効果について次に説明する。

図５は、この実施の形態１におけるインバータ２２０の制御例について説明するための図である。図５を参照して、縦軸、横軸、デューティ（ｄ０〜ｄ２）、周波数（ｆ０〜ｆ３）、及び電力の等高線（ＰＬ１，ＰＬ２）は、図３と同様である。

インバータ２２０の駆動周波数がｆ０の状態でインバータ２２０は起動し、インバータ２２０の動作点は、目標電力を示す線ＰＬ１上の動作点Ｔ００へ推移する。ここで、図３の例と同様、コイル２４２（一次コイル）に流れる電流が最小となる線ＰＬ１上の動作点がＴＰ１であるとする。この場合には、動作点Ｔ００は動作点ＴＰ１から離れているため、一次コイル電流制御によりインバータ２２０の駆動周波数がｆ０からｆ１へと変更されるとともに、フィードフォワード制御によりデューティが減少される。その結果、動作点はＴ０１に推移する。動作点Ｔ０１は目標電力から離れているので、送電電力制御により、インバータ２２０の出力電圧のデューティはｄ１へと推移する（動作点Ｔ０２）。

そして、一次コイル電流制御により駆動周波数がｆ１からｆ２へと変更されるとともに、フィードフォワード制御によりデューティが減少される。その結果、動作点はＴ０３に推移する。このような動作を繰り返し、インバータ２２０の駆動周波数がｆ２からｆ３に推移して動作点はＴ０５に推移する。図３に示される例においては、インバータ２２０の駆動周波数がｆ３となった時点で、送電電力が、線ＰＬ２により示される電力を超過していた。しかしながら、この実施の形態１に従う送電装置１０においては、インバータ２２０の駆動周波数がｆ３となっても送電電力が線ＰＬ２により示される電力を超過しない。

このように、この実施の形態１に従う送電装置１０において、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数の変更時に、インバータ２２０の出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する。インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少すると、送電電力は減少する。たとえば、図５に示される例においても、インバータ２２０の駆動周波数の変更時にデューティが減少されているため、動作点Ｔ０５における送電電力は線ＰＬ２により示される電力を超過しない。したがって、この送電装置１０によれば、インバータ２２０の駆動周波数の調整による送電電力のオーバーシュートを抑制することができる。次に、送電装置１０における動作点探索の処理手順を説明する。

（動作点探索の処理手順の説明）
図６は、送電装置１０における動作点探索の処理手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、インバータ２２０の起動後、動作点探索が完了するまでの間に実行される。

図６を参照して、インバータ２２０が起動されると、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力Ｐｓの目標電力Ｐｓｒを設定する（ステップＳ１００）。なお、目標電力Ｐｓｒは、上述のように受電装置２０の受電状況に基づいて生成されるところ、送電が開始されていないこの時点では、予め定められた初期値に設定される。

目標電力Ｐｓｒが設定されると、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御及び一次コイル電流制御を実行する（ステップＳ１１０）。なお、送電電力制御の実行に伴ない送電装置１０から受電装置２０への送電が開始されると、受電装置２０の受電状況に応じて目標電力Ｐｓｒが修正され、受電装置２０において受電電力が目標値に近づくと、目標電力Ｐｓｒも安定する。

送電電力制御及び一次コイル電流制御が実行されると、電源ＥＣＵ２５０は、一次コイル電流制御におけるインバータ２２０の駆動周波数の操作タイミングが到来したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。インバータ２２０の駆動周波数の操作タイミングが到来していないと判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、処理はステップＳ１４０に移行する。一方、インバータ２２０の駆動周波数の操作タイミングが到来したと判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する（ステップＳ１３０）。

その後、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の動作点探索が完了したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。インバータ２２０の動作点が所望の目標動作点に到達し、動作点探索が完了したと判定されると（ステップＳ１４０においてＹＥＳ）、処理は完了する。一方、動作点探索が完了していないと判定されると（ステップＳ１４０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１１０に処理を戻し、送電電力制御及び一次コイル電流制御が継続して実行される。

以上のように、この実施の形態１に従う送電装置１０においては、インバータ２２０の駆動周波数の変更とともにインバータ２２０の出力電圧のデューティが減少される。したがって、送電装置１０によれば、インバータ２２０の駆動周波数の調整による送電電力のオーバーシュートを抑制することができる。

なお、図３，５に示す例においては、インバータ２２０の駆動周波数を増加させる方向に操作することにより送電電力が増加した。これらの例において、インバータ２２０の駆動周波数を減少させる方向に操作した場合には送電電力が減少する。駆動周波数を減少させる方向に操作する場合（送電電力が減少する場合）に、インバータ２２０の出力電圧のデューティを減少させると、送電電力がさらに低下する。しかしながら、送電電力は送電電力制御により目標電力に制御されるため、デューティの減少により送電電力が一時的に低下しても問題が生じない。

［他の実施の形態］
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を説明した。しかしながら、この発明は必ずしもこの実施の形態１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。

実施の形態１においては、インバータ２２０の駆動周波数を調整することにより、一次コイル電流制御を実行することとした。しかしながら、駆動周波数の調整による制御対象は必ずしもこれに限定されない。たとえば、インバータ２２０の駆動周波数を調整することによって、インバータ２２０の出力電圧の立上り時におけるインバータ出力電流を示すターンオン電流を制御するようにしてもよい（ターンオン電流制御）。ターンオン電流が正であると、インバータ２２０の還流ダイオードに逆方向のリカバリー電流が流れ、還流ダイオードにおいて発熱すなわち損失が発生する。そこで、ターンオン電流制御においては、たとえば、ターンオン電流が０以下となるようにインバータ２２０の駆動周波数が制御される。この場合においては、ターンオン電流制御のためにインバータ２２０の駆動周波数が変更されるのに合わせて、インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少されることとなる。

また、インバータ２２０の駆動周波数を制御することにより、一次コイル電流制御とターンオン電流制御との両方を実行してもよい。この場合には、一次コイル電流制御又はターンオン電流制御のためにインバータ２２０の駆動周波数が変更されるのに合わせて、インバータ２２０の出力電圧のデューティが減少されることとなる。

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。

１０送電装置、２０受電装置、１００交流電源、２１０ＰＦＣ回路、２２０インバータ、２３０，３２０フィルタ回路、２４０送電部、２４２，３１２コイル、２４４，３１４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、３３０整流部、３４０リレー回路、３５０蓄電装置、３６０充電ＥＣＵ、４１０，４３０演算部、４２０，４４０コントローラ、４５０Ｆ／Ｆ操作量算出部。

Claims

受電装置へ非接触で送電するように構成された送電部と、
駆動周波数に応じた送電電力を前記送電部へ供給する電圧形のインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記インバータの出力電圧のデューティの調整と、前記駆動周波数の調整とを実行し、
前記デューティの調整により前記送電電力は目標電力に制御され、
前記制御部は、前記駆動周波数の変更とともに前記出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する、非接触送電装置。
送電装置と受電装置とを備える非接触電力伝送システムであって、
前記受電装置は、前記送電装置から非接触で受電するように構成された受電部を含み、
前記送電装置は、
前記受電装置へ非接触で送電するように構成された送電部と、
駆動周波数に応じた送電電力を前記送電部へ供給する電圧形のインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを含み、
前記制御部は、前記インバータの出力電圧のデューティの調整と、前記駆動周波数の調整とを実行し、
前記デューティの調整により前記送電電力は目標電力に制御され、
前記制御部は、前記駆動周波数の変更とともに前記出力電圧のデューティを減少させる操作を実行する、非接触電力伝送システム。