JP2017131073A - 送電装置及び電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムにおいて、極値探索制御による送電コイルの電流変化を精度よく把握して極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させる。
【解決手段】電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御を実行する第１の制御部４００と、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００とを含む。第２の制御部５００は、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を実行する。電源ＥＣＵ２５０は、さらに、周波数の振動による送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してデューティを補正する第３の制御部６００を含む。
【選択図】図４

Description

この発明は、送電装置及び電力伝送システムに関し、特に、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムに関する。

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜６参照）。このような電力伝送システムについて、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

上記のような電力伝送システムにおいては、インバータ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の大きさを制御することができる。また、送電電力が一定の下では、送電コイルに流れる電流が最小となるように送電電力の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。

制御対象に振動信号を与えることにより制御量の極値を探索する公知の極値探索制御を用いて、インバータにより生成される送電電力の周波数を振動させることにより、送電コイルに流れる電流が最小となる最適周波数を探索することが可能である。しかしながら、送電電力の大きさは、インバータ出力電圧のデューティだけでなく送電電力の周波数にも依存し、送電電力の周波数を振動させると、送電電力の大きさも振動する。その結果、送電電力の周波数を振動させたことによる送電コイルの電流の変化を精度よく把握できず、上記の極値探索制御による最適周波数の探索精度が低下してしまう。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムにおいて、極値探索制御による送電コイルの電流の変化を精度よく把握して極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させることである。

この発明に従う送電装置は、受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、所定の周波数の送電電力を生成して送電コイルへ供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを備える。制御部は、インバータの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目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、送電電力が一定の下で送電コイルに流れる電流が最小となるように、インバータにより生成される送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含む。第２の制御は、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含む。制御部は、さらに、極値探索制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してデューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む。

また、この発明に従う電力伝送システムは、送電装置と、受電装置とを備える。送電装置は、受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、所定の周波数の送電電力を生成して送電コイルへ供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを含む。制御部は、インバータの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目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、送電電力が一定の下で送電コイルに流れる電流が最小となるように、インバータにより生成される送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含む。第２の制御は、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含む。制御部は、さらに、極値探索制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してデューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む。

この送電装置及び電力伝送システムにおいては、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる最適周波数を探索する極値探索制御が実行される。そして、第３の制御によって、極値探索制御による周波数の振動に同期してインバータ出力電圧のデューティが補正され、極値探索制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動が抑制される。したがって、この送電装置及び電力伝送システムによれば、極値探索制御による送電コイルの電流の変化を精度よく把握することができる。その結果、極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させることができる。

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及びそれを備える電力伝送システムにおいて、極値探索制御による送電コイルの電流の変化を精度よく把握して極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態による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に示す送電部及び受電部の構成を説明する回路図である。 送電電力の周波数依存性を例示した図である。 電源ＥＣＵにより実行される送電電力制御、送電コイル電流最小制御、及びデューティ補正制御の制御ブロック図である。 電源ＥＣＵにより実行されるデューティ補正制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。

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、図中同一又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。

図１は、この発明の実施の形態による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、商用系統電源等の交流電源１００から受ける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、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従って、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従ってスイッチング周波数を変更することにより、送電電力の周波数を変更することができる。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。

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、インバータ２２０により生成される交流電力（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（図示せず）。

電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧Ｖ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に流れる電流、すなわちインバータ２２０の出力電流Ｉｉｎｖを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。なお、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を検出することができる。電流センサ２７４は、送電部２４０の共振回路に流れる電流Ｉｓ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）、上記の各センサ等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。たとえば、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、所定の周波数を有する送電電力をインバータ２２０が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。

この実施の形態に従う送電装置１０では、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するための制御（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、インバータ２２０の出力電圧のデューティとは、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／オフ期間比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。送電電力の目標電力は、たとえば受電装置２０の受電状況に基づいて生成される。この実施の形態では、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。

さらに、電源ＥＣＵ２５０は、上記の送電電力制御を実行するとともに、送電電力が一定の下で送電部２４０に含まれる送電コイル（後述）に流れる電流Ｉｓを最小にするための制御（以下「送電コイル電流最小制御」とも称する。）を実行する。詳細については後述するが、電力が一定の状態において、送電コイルに流れる電流が小さいほど、送電部２４０（送電コイル）と受電部３１０（受電コイル）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、送電コイルに流れる電流Ｉｓが最小となるようにインバータ２２０の駆動周波数（インバータ２２０のスイッチング周波数であり、送電電力の周波数でもある。）を調整する。なお、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数すなわち送電電力の周波数を所定の周波数帯（規格等によって定められ得る。）において調整可能であり、この周波数帯を外れて周波数を調整することはしない。

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。通信部２６０は、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、電力伝送の開始／停止に関する情報を受電装置２０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）を受電装置２０から受信したりする。

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、磁界を通じて非接触で受電する。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（図示せず）。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、受電部３１０による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。整流部３３０は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。

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を含んで構成される。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として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられる。リレー回路３４０は、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にオン（導通状態）にされる。

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（蓄電装置３５０の充電電力に相当する。）を検出することができる。なお、電圧センサ３８０及び電流センサ３８２は、受電部３１０と整流部３３０との間（たとえば、フィルタ回路３２０と整流部３３０との間）に設けてもよい。

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）、上記の各センサ等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る。通信部３７０は、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。

この電力伝送システムにおいては、送電装置１０において、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ、所定の周波数を有する交流電力が供給される。送電部２４０及び受電部３１０の各々は、共振回路を含み、交流電力の周波数において共振するように設計されている。

インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ交流電力が供給されると、送電部２４０の共振回路を構成するコイルと、受電部３１０の共振回路を構成するコイルとの間に形成される磁界を通じて、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。

図２は、図１に示した送電部２４０及び受電部３１０の構成を説明する回路図である。図２を参照して、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、送電コイル２４２に直列に接続されて送電コイル２４２と共振回路を形成する。キャパシタ２４４は、送電部２４０の共振周波数を調整するために設けられる。送電コイル２４２及びキャパシタ２４４によって構成される共振回路のＱ値は、１００以上であることが好ましい。なお、この回路図では、送電装置１０において、インバータ２２０と送電部２４０との間のフィルタ回路２３０（図１）の図示は省略されている。

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、受電コイル３１２に直列に接続されて受電コイル３１２と共振回路を形成する。キャパシタ３１４は、受電部３１０の共振周波数を調整するために設けられる。受電コイル３１２及びキャパシタ３１４によって構成される共振回路の共振強度を示すＱ値も、１００以上であることが好ましい。

なお、特に図示しないが、送電コイル２４２及び受電コイル３１２の構造は特に限定されない。たとえば、送電部２４０と受電部３１０とが正対する場合に、送電部２４０と受電部３１０とが並ぶ方向に沿う軸に巻回される渦巻形状やらせん形状のコイルを送電コイル２４２及び受電コイル３１２の各々に採用することができる。或いは、送電部２４０と受電部３１０とが正対する場合に、送電部２４０と受電部３１０とが並ぶ方向を法線方向とするフェライト板に電線を巻回して成るコイルを送電コイル２４２及び受電コイル３１２の各々に採用してもよい。

ここで、受電コイル３１２のインダクタンスはＬ２であり、キャパシタ３１４のキャパシタンスはＣ２であるものとする。電気負荷３９０は、受電部３１０以降のフィルタ回路３２０、整流部３３０及び蓄電装置３５０（図１）である。インピーダンス３９５は、電気負荷３９０等価インピーダンスを示し、そのインピーダンス値はＲＬであるものとする。すなわち、インピーダンス３９５は、受電部３１０以降の負荷インピーダンスである（以下では、電気負荷３９０の等価インピーダンスＲＬを「負荷インピーダンスＲＬ」とも称する。）。なお、この負荷インピーダンスＲＬは、電気負荷３９０の回路構成、電気負荷３９０が受ける電力（受電電力）、及び電気負荷３９０に含まれる蓄電装置３５０（図１）の電圧（電気負荷３９０の電圧は蓄電装置３５０によって拘束される。）から算出することができる。

このような回路構成において、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の電力伝送効率ηは、次式にて表される。

ここで、Ｉ１は送電コイル２４２に流れる電流（すなわち電流Ｉｓ）を示し、Ｉ２は受電コイル３１２に流れる電流を示す。また、ｒ１は送電コイル２４２の巻線抵抗を示し、ｒ２は受電コイル３１２の巻線抵抗を示す。電気負荷３９０の電圧は、蓄電装置３５０（図１）によって拘束されるので、電力一定の下では、電流Ｉ２及び負荷インピーダンスＲＬは略一定となる。したがって、式（１）から、電力伝送効率ηは電流Ｉ１の２乗に反比例することが分かる。すなわち、送電コイル２４２に流れる電流Ｉ１が小さいほど電力伝送効率ηは高くなる。

そこで、この実施の形態に従う電力伝送システムでは、送電電力が一定の下で送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓ（図１）を最小にするための送電コイル電流最小制御が実行される。この送電コイル電流最小制御には、制御対象に振動信号を与えることにより制御量の極値を探索する公知の極値探索制御が適用される。すなわち、制御の詳細については後述するが、電源ＥＣＵ２５０は、公知の極値探索制御を用いて、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる最適周波数を探索する。

ここで、送電電力の大きさは、インバータ出力電圧のデューティだけでなく送電電力の周波数にも依存し、送電電力の周波数を振動させると、送電電力の大きさも振動する。その結果、周波数を振動させたことによる送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握できず、極値探索制御を用いた送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度が低下してしまう。

図３は、送電電力の周波数依存性を例示した図である。図３を参照して、横軸は、インバータ２２０のスイッチング周波数を変更することにより調整される送電電力（交流）の周波数を示す。縦軸は、インバータ２２０の出力電圧のデューティを示す。

線ＰＬ１〜ＰＬ３の各々は、送電電力の等高線を示す。線ＰＬ２によって示される送電電力は、線ＰＬ１によって示される送電電力よりも大きく、線ＰＬ３によって示される送電電力は、線ＰＬ２によって示される送電電力よりも大きい。インバータ出力電圧のデューティと送電電力の大きさとの相関は大きく、この実施の形態では、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、送電電力の大きさが制御される（送電電力制御）。

しかしながら、送電電力の大きさは、送電電力の周波数にも依存する。たとえば、図示されるような電力等高線の場合、線ＰＬ２上の動作点Ｐ１から周波数がΔｆだけ増加した動作点Ｐ２に動作点が推移すると、送電電力は、線ＰＬ２で示される電力よりも大きくなる。なお、このような周波数変化による送電電力の変動は、送電電力制御によって目標電力に調整されることとなるが、送電電力制御は、送電電力の検出値に基づくフィードバック制御（後述）であるので、このような送電電力の変動自体を抑えることはできない。なお、特に図示しないが、反対に送電電力の周波数を下げた場合は、送電電力は低下する。

このように、極値探索制御を用いた送電コイル電流最小制御によって送電電力の周波数を振動させると、送電電力の大きさも振動する。その結果、周波数を振動させたことによる送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握できず、送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度が低下してしまう。

そこで、この実施の形態に従う電力伝送システムでは、電源ＥＣＵ２５０は、さらに、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動に起因する送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してインバータ出力電圧のデューティを補正する制御（以下「デューティ補正制御」とも称する。）を実行する。以下、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御、送電コイル電流最小制御、及びデューティ補正制御について、詳しく説明する。

図４は、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御、送電コイル電流最小制御、及びデューティ補正制御の制御ブロック図である。図４を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御を実行する第１の制御部４００と、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００と、デューティ補正制御を実行する第３の制御部６００とを含む。

第１の制御部４００は、減算部４１０，４３０と、コントローラ４２０とを含む。減算部４１０は、送電電力の目標値を示す目標電力Ｐｓｒから送電電力Ｐｓの検出値を減算し、その演算値をコントローラ４２０へ出力する。送電電力Ｐｓの検出値は、たとえば、図１に示した電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて算出される。目標電力Ｐｓｒは、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて受電装置２０において生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。

コントローラ４２０は、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差に基づいて、インバータ出力電圧のデューティ指令値を生成する。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（減算部４１０の出力）を入力とするＰＩ制御（比例積分制御）を実行することによって操作量を算出し、その算出された操作量をデューティ指令値とする。

減算部４３０は、コントローラ４２０によって算出されたデューティ指令値から、第３の制御部６００（後述）によって算出される補正量を減算し、その演算値を最終的なデューティ指令値とする。コントローラ４２０によって算出されたデューティ指令値から、第３の制御部６００によって算出されるデューティ補正量を減算することによって、送電コイル電流最小制御（第２の制御部５００）による周波数の振動に起因する送電電力の振動が抑制される。

第２の制御部５００は、振動信号生成部５１０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ（High Pass Filter））５２０と、乗算部５３０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））５４０と、コントローラ５５０と、加算部５６０とを含む。

振動信号生成部５１０は、振幅が十分小さく、かつ低周波数の振動信号を生成する。極値探索制御では、このような振動信号を用いることによって、送電電力の周波数ｆの、最適周波数（送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる周波数）への移行が監視される。

ＨＰＦ５２０は、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの検出値を受け、電流Ｉｓの直流成分を除去した信号を出力する。このＨＰＦ５２０は、振動信号生成部５１０により生成される振動信号に基づいて送電電力の周波数ｆを振動させたときの電流Ｉｓの傾き（微分係数）を抽出するものである。

乗算部５３０は、ＨＰＦ５２０から出力される信号（電流Ｉｓの微分係数）に、振動信号生成部５１０により生成される振動信号を乗算し、振動信号と電流Ｉｓとの相関係数を算出する。この相関係数は、周波数ｆを変化させたときの電流Ｉｓの増減方向を示すものである。

ＬＰＦ５４０は、乗算部５３０によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。このＬＰＦ５４０の出力は、周波数ｆを最適周波数へ移行させるための周波数ｆの操作方向（増減方向）を示す。なお、このＬＰＦ５４０は、省略することも可能である。

コントローラ５５０は、ＬＰＦ５４０の出力に基づいて、周波数ｆを最適周波数へ移行させるための周波数ｆの操作量（変更量）を算出する。コントローラ５５０は、たとえば、ＬＰＦ５４０の出力信号を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することによって、周波数ｆの操作量を算出する。

加算部５６０は、コントローラ５５０の出力に、振動信号生成部５１０によって生成される振動信号を加算し、その演算値を最終的な周波数ｆの操作量とする。このような第２の制御部５００によって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓを最小にする最適周波数が探索され、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓを最小にすることができる。

第３の制御部６００は、ＨＰＦ６１０と、乗算部６２０，６５０と、ＬＰＦ６３０と、コントローラ６４０とを含む。ＨＰＦ６１０は、送電電力Ｐｓの検出値を受け、送電電力Ｐｓの直流成分を除去した信号を出力する。このＨＰＦ６１０は、第２の制御部５００により周波数ｆを振動させたときの送電電力Ｐｓの傾き（微分係数）を抽出するものである。なお、ＨＰＦ６１０のカットオフ周波数は、第２の制御部５００のＨＰＦ５２０と同じ値に設定される。

乗算部６２０は、ＨＰＦ６１０から出力される信号（送電電力Ｐｓの微分係数）に、第２の制御部５００の振動信号生成部５１０により生成される振動信号を乗算し、振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数を算出する。この相関係数は、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００により周波数ｆを変化させたときの送電電力Ｐｓの増減方向を示すものである。

ＬＰＦ６３０は、乗算部６２０によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。このＬＰＦ６３０の出力は、第２の制御部５００による周波数ｆの振動に起因する送電電力の振動を相殺するためのデューティの操作方向（増減方向）を示す。ＬＰＦ６３０のカットオフ周波数も、第２の制御部５００のＬＰＦ５４０と同じ値に設定される。なお、このＬＰＦ６３０は、省略することも可能である。

コントローラ６４０は、ＬＰＦ６３０の出力に基づいて、第２の制御部５００により周波数ｆを振動させたときの送電電力Ｐｓの振動を相殺するデューティ補正量の大きさを算出する。すなわち、第２の制御部５００のＨＰＦ５２０、乗算部５３０及びＬＰＦ５４０と同様の構成を有する上記のＨＰＦ６１０、乗算部６２０及びＬＰＦ６３０によって、第２の制御部５００による振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数が算出される。そして、コントローラ６４０は、振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数に基づいて、第２の制御部５００による周波数ｆの振動に起因する送電電力Ｐｓの振動を相殺するためのデューティ補正量の大きさを算出する。コントローラ６４０は、たとえば、振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することによって、デューティ補正量の大きさを算出する。

乗算部６５０は、コントローラ６４０の出力に、第２の制御部５００の振動信号生成部５１０により生成される振動信号を乗算し、その演算値を第１の制御部４００の減算部４３０へ出力する。これにより、送電コイル電流最小制御（第２の制御部５００）による周波数の振動に起因する送電電力Ｐｓの振動を抑制するためのデューティ操作が行なわれ、第２の制御部５００の実行に伴なう送電電力の振動が抑制される。

このように、この実施の形態に従う電力伝送システムでは、第３の制御部６００において実行されるデューティ補正制御によって、第２の制御部５００において実行される送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動に同期してインバータ出力電圧のデューティが補正される。これにより、送電コイル電流最小制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動が抑制され、送電コイル電流最小制御において送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握することができる。その結果、送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度が向上する。

図５は、電源ＥＣＵ２５０により実行されるデューティ補正制御の処理手順を説明するための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、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図５を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動に起因する送電電力の振動成分を抽出する（ステップＳ１０）。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００のＨＰＦ６１０によって、送電電力の振動成分を抽出する。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１０において抽出された送電電力の振動成分に、送電コイル電流最小制御による周波数の振動信号を乗算して、振動信号と送電電力との相関係数を算出する（ステップＳ２０）。上述のように、この相関係数は、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００により周波数を変化させたときの送電電力の増減方向を示す。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００の乗算部６２０によって、振動信号と送電電力との相関係数を算出する。

続いて、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ２０において算出された相関係数を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することにより、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）によって周波数を振動させたときの送電電力の振動を相殺するデューティ補正量の大きさ（振幅）を算出する（ステップＳ３０）。より詳細には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００のＬＰＦ６３０によって相関係数の直流成分を抽出し、この相関係数の直流成分を入力とするＩ制御を実行する。

そして、電源ＥＣＵ２５０は、算出されたデューティ補正量の大きさ（振幅）に、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動信号を乗算して、周波数の振動による送電電力の振動を抑制するデューティ補正量（フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）項）を算出する（ステップＳ４０）。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００の乗算部６５０によって、デューティ補正量（Ｆ／Ｆ項）を算出する。

以上のように、この実施の形態においては、送電電力の周波数ｆを振動させることによって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる周波数を探索する送電コイル電流最小制御（極値探索制御）が実行される。そして、第３の制御部６００によるデューティ補正制御によって、送電コイル電流最小制御による周波数ｆの振動に同期してインバータ出力電圧のデューティが補正され、周波数ｆの振動による送電電力Ｐｓの振動が抑制される。したがって、この実施の形態によれば、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握することができる。その結果、送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度を向上させることができる。

なお、上記の実施の形態では、送電電力制御を実行する第１の制御部４００のコントローラ４２０は、ＰＩ制御を実行するものとしたが、ＰＩ制御に代えて、Ｉ制御やＰ制御（比例制御）を実行するようにしてもよい。

また、上記においては、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００のコントローラ５５０、及びデューティ補正制御を実行する第３の制御部６００のコントローラ６４０は、Ｉ制御を実行するものとしたが、Ｉ制御に代えて、応答速度の向上を見込めるＰＩ制御やＰ制御を実行するようにしてもよい。

なお、上記において、電源ＥＣＵ２５０は、この発明における「制御部」の一実施例に対応する。また、電源ＥＣＵ２５０の第１の制御部４００において実行される送電電力制御は、この発明における「第１の制御」の一実施例に対応し、電源ＥＣＵ２５０の第２の制御部５００において実行される送電コイル電流最小制御は、この発明における「第２の制御」の一実施例に対応する。さらに、電源ＥＣＵ２５０の第３の制御部６００において実行されるデューティ補正制御は、この発明における「第３の制御」の一実施例に対応する。

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及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、２１０ ＰＦＣ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、３９０ 電気負荷、３９５ インピーダンス、４００ 第１の制御部、４１０，４３０ 減算部、４２０，５５０，６４０ コントローラ、５００ 第２の制御部、５１０ 振動信号生成部、５２０，６１０ ＨＰＦ、５３０，６２０，６５０ 乗算部、５４０，６３０ ＬＰＦ、５６０ 加算部、６００ 第３の制御部。

Claims (2)

1. 受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、
   所定の周波数の送電電力を生成して前記送電コイルへ供給するインバータと、
   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を調整することによって前記送電電力を目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、
   前記送電電力が一定の下で前記送電コイルに流れる電流が最小となるように、前記インバータにより生成される前記送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含み、
   前記第２の制御は、前記周波数を振動させることによって、前記送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含み、
   前記制御部は、さらに、前記極値探索制御による前記周波数の振動に起因する前記送電電力の振動を抑制するように、前記周波数の振動に同期して前記デューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む、送電装置。
2. 送電装置と、
   受電装置とを備え、
   前記送電装置は、
   前記受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、
   所定の周波数の送電電力を生成して前記送電コイルへ供給するインバータと、
   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を調整することによって前記送電電力を目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、
   前記送電電力が一定の下で前記送電コイルに流れる電流が最小となるように、前記インバータにより生成される前記送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含み、
   前記第２の制御は、前記周波数を振動させることによって、前記送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含み、
   前記制御部は、さらに、前記極値探索制御による前記周波数の振動に起因する前記送電電力の振動を抑制するように、前記周波数の振動に同期して前記デューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む、電力伝送システム。

Images