JP6372444B2 - 非接触送電装置 - Google Patents

Description

この発明は、非接触送電装置に関し、特に、受電装置に非接触で送電する非接触送電装置における電力制御技術に関する。

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。

たとえば、特開２０１４−２０７７９５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、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６参照）。

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 特開２０１４−２０７７９５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部へ供給する場合に、インバータ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制御することができる。また、インバータの駆動周波数を調整することによって、一次コイル（送電コイル）に流れる一次コイル電流を制御することができる。

詳しくは後述するが、非接触電力伝送システムにおいては、送電電力が一定である場合に、一次コイル電流が小さくなるほど伝送効率が高くなることが分かっている。したがって、非接触電力伝送システムにおいては、送電装置による送電開始から早期に一次コイル電流が小さく制御されることが望ましい。

一方、一次コイルと二次コイルとの位置関係が変化する等の環境変化により一次コイル電流が変化する場合がある。したがって、一次コイル電流のフィードバック制御のみでは、一次コイル電流が小さくなるインバータの駆動周波数の探索に時間がかかる可能性がある。送電装置による送電開始から早期に一次コイル電流を小さくするという課題及びその解決手段について、上記の特許文献１〜６では特に検討されていない。

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、送電開始から早期に一次コイル電流を小さくすることができる非接触送電装置を提供することである。

この発明のある局面に従う非接触送電装置は、一次コイルと、電圧形のインバータと、制御部とを備える。一次コイルは、受電装置の二次コイルに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、一次コイルへ送電電力を供給する。制御部は、インバータを制御する。また、制御部は、第１の制御と第２の制御とを実行する。第１の制御は、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２の制御は、インバータの駆動周波数を調整することによって、一次コイルに生じる一次コイル電流を制御する。そして、制御部は、目標電力において一次コイル電流が最小となるときの駆動周波数を示す第１の関係式から目標電力において一次コイル電流が最小となる駆動周波数を算出し、算出された駆動周波数を用いて第２の制御を実行する。第１の関係式は、駆動周波数と一次コイル電流との関係を示す第２の関係式から導出された関係式である。

この非接触送電装置においては、一次コイル電流の制御（第２の制御）は、一次コイル電流が最小となる駆動周波数を示す第１の関係式から算出される駆動周波数を用いて実行される。第１の関係式から算出された駆動周波数でインバータを駆動したとしても必ずしも一次コイル電流は最小とはならないが、算出された駆動周波数が一次コイル電流が実際に最小となる駆動周波数の近傍に存在する可能性は高い。したがって、この非接触送電装置によれば、算出された駆動周波数が用いられずに最適な駆動周波数が探索される制御と比較して、インバータの駆動周波数を早期に一次コイル電流が小さくなる駆動周波数に設定することができる。

この発明によれば、送電開始から早期に一次コイル電流を小さくすることができる非接触送電装置を提供することができる。

実施の形態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。 送電電力制御、ターンオン電流制御及び一次コイル電流制御の制御ブロック図である。 最適周波数ωopを用いた動作点探索動作を説明するための図である。 動作点探索動作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。

（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。

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。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、上記の送電電力制御を実行するとともに、インバータ２２０におけるターンオン電流が制限値を超えないようにする制御（以下「ターンオン電流制御」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の駆動周波数（スイッチング周波数）を調整することによって、ターンオン電流が制限値を超えないように制御する。ターンオン電流とは、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２２０の出力電流の瞬時値である。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の上記制限値（ターンオン電流制限値）は、インバータ２２０の還流ダイオードにリカバリー電流が生じない範囲に設定され、基本的には０以下の所定値とされる（なお、リカバリー電流による損失が問題とならない程度に小さい正値に設定してもよい。）。

また、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０に含まれる一次コイル２４２（後述）に生じる一次コイル電流の制御（以下「一次コイル電流制御」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の駆動周波数を調整することによって、一次コイル電流を制御する。詳細については後述するが、非接触での電力伝送システムにおいて、一定の電力を伝送する場合には、一次コイル電流が小さいほど伝送効率が改善される。そこで、一次コイル電流制御においては、一次コイル電流が最小となるようにインバータ２２０の駆動周波数が調整される。

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。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。

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。

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。また、詳細については後述するが、通信部３７０は、電源ＥＣＵ２５０による一次コイル電流制御のために必要な情報を送電装置１０へ送信する。具体的には、通信部３７０は、後述する二次コイル３１２のインダクタンス、抵抗３１６の抵抗値、キャパシタ３１４の容量値、及び蓄電装置３５０の内部抵抗を導出するために必要な情報を送電装置１０へ送信する。

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、一次コイル２４２、キャパシタ２４４、及び抵抗２４６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、一次コイル２４２及び抵抗２４６に直列に接続される。抵抗２４６は、一次コイル２４２の巻線抵抗である。受電部３１０は、二次コイル３１２、キャパシタ３１４、及び抵抗３１６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、二次コイル３１２及び抵抗３１６に直列に接続される。抵抗３１６は、二次コイル３１２の巻線抵抗である。

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のコイルと受電部３１０の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。

（各制御の制御ブロックの説明）
図３は、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御、ターンオン電流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３を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、コントローラ４２０，４４０、及び最適周波数算出部４５０を含む。コントローラ４２０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。また、コントローラ４４０及びインバータ２２０によって構成されるフィードバックループが、ターンオン電流制御及び一次コイル電流制御を構成する。なお、ターンオン電流制御及び一次コイル電流制御を構成するフィードバックループには、最適周波数算出部４５０により算出された最適周波数ωopが入力される。

コントローラ４２０は、目標電力Ｐｓｒから送電電力Ｐｓの検出値を減算し、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２２０の出力電圧Ｖｏのデューティ指令値を生成する。送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに近づくように出力電圧Ｖｏのデューティが調整され、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに制御される。

コントローラ４４０は、ターンオン電流が制限値を超えない範囲でインバータ２２０の駆動周波数（スイッチング周波数）が最適周波数ωopに近づくようにインバータ２２０の駆動周波数指令値を生成する。詳しくは後述するが、最適周波数ωopとは、目標電力において一次コイル電流が最小となるときのインバータ２２０の駆動周波数を示す関係式から算出される駆動周波数であり、目標電力において一次コイル電流が最小となるときの駆動周波数のことである。最適周波数算出部４５０は、この関係式を用いて最適周波数ωopを算出し、算出した最適周波数ωopをコントローラ４４０に出力する。なお、ターンオン電流Ｉｔの検出値は、電圧センサ２７０（図１）により出力電圧Ｖｏの立上りが検知されたときの電流センサ２７２（図１）の検出値（瞬時値）である。なお、ターンオン電流制御は、必ずしもターンオン電流が制限値を超えないように制御される構成でなくてもよく、たとえば、ターンオン電流が所定の目標値（たとえば、０）となるように制御されるフィードバック制御であってもよい。

また、一次コイル電流制御において、コントローラ４４０は、最適周波数ωop近傍において、一次コイル電流Ｉ１が最小となるようにインバータ２２０の駆動周波数指令値を生成する。これにより、一次コイル電流Ｉ１は、最小となるように制御される。上述の関係式には、受電装置２０の性能により決まるパラメータが含まれている。したがって、電源ＥＣＵ２５０が把握する受電装置２０の性能と実際の性能とに差がある場合には、この関係式により算出された駆動周波数でインバータ２２０を駆動したとしても一次コイル電流が最小とはならない。よって、コントローラ４４０は、一次コイル電流Ｉ１を最小にする制御を行う必要がある。

このような電力伝送システムにおいては、伝送効率を改善するため、なるべく早期に一次コイル電流を小さくすることが望ましい。しかしながら、一次コイル２４２と二次コイル３１２との位置関係が変化する等の環境変化により一次コイル電流が変化することもある。したがって、一次コイル電流のフィードバック制御のみでは、一次コイル電流が小さくなるインバータ２２０の駆動周波数の探索に時間がかかる可能性がある。

そこで、この実施の形態に従う非接触送電装置においては、目標電力における一次コイル電流が最小となるときのインバータ２２０の駆動周波数を示す関係式から目標電力における一次コイル電流が最小となる最適周波数ωopが算出され、算出された最適周波数ωopを用いて一次コイル電流が制御される。

このように、この送電装置１０においては、最適周波数ωopが関係式を用いて予め算出されるフィードフォワード制御が実行される。上述の通り、この関係式により算出された最適周波数ωopでインバータ２２０を駆動したとしても必ずしも一次コイル電流は最小とはならないが、一次コイル電流が最小となるインバータ２２０の駆動周波数が最適周波数ωopの近傍に存在する可能性は高い。したがって、この送電装置１０によれば、予め最適周波数ωopを算出し、算出した最適周波数ωopを用いて一次コイル電流を制御することで、一次コイル電流が小さくなるインバータ２２０の駆動周波数を早期に見つけ得る。以下、最適周波数ωopを示す関係式、及び最適周波数ωopを用いたインバータ２２０の動作点探索方法について説明する。

（一次コイル電流最小時の駆動周波数を示す関係式）
再び図２を参照して、一次コイル２４２及び二次コイル３１２のインダクタンスをそれぞれＬ１及びＬ２とする。抵抗２４６及び３１６の抵抗値をそれぞれｒ１及びｒ２とする。キャパシタ２４４及び３１４のコンデンサ容量をそれぞれＣ１及びＣ２とする。一次コイル電流及び二次コイル電流をそれぞれＩ１及びＩ２とする。そして、受電部３１０からみた負荷の等価抵抗をＲｌとする。

こうした場合に、この電力伝送システムにおける伝送効率ηは、次の式（１）により表される。

この式（１）からも分かるように、一次コイル電流Ｉ１が小さいほど、伝送効率ηの値は大きくなる。

式（１）の分母に含まれる項のうち、一次コイル電流Ｉ１が含まれる項に関して次の式（２）が成り立つ。

ここで、式（２）に含まれるＭは、一次コイル２４２と二次コイル３１２との相互インダクタンスを表す。また、ωは、一次コイル電流Ｉ１の周波数、すなわち、インバータ２２０の駆動周波数を表す。式（２）は、インバータ２２０の駆動周波数と一次コイル電流Ｉ１との関係を示す関係式ともいえる。二次コイル電流Ｉ２は、受電装置２０による受電電力が一定である場合には一定となる。したがって、受電装置２０による受電電力が一定であるとすると、式（２）の右項が最小となる場合の駆動周波数ωが最適周波数ωopということになる。式（２）をωで微分すると、ωの最小値ωop（最適周波数ωop）を次の式（３）のように表せる。

式（３）に含まれるパラメータの各々は、受電装置２０の性能に関わるパラメータである。電源ＥＣＵ２５０は、これらのパラメータの情報を通信部３７０，２６０を介して受電装置２０から受信することで最適周波数ωopを算出することができる。このうち、インダクタンスＬ２、コンデンサ容量Ｃ２、抵抗ｒ２は一定値である。受電部３１０からみた等価抵抗Ｒｌは、受電装置２０の受電電力の関数であり、受電電力の大きさによって変動する。受電装置２０の受電電力は、送電装置１０の送電電力と相関がある。したがって、最適周波数ωopは、送電装置１０による送電電力の大きさにより変動する。したがって、電源ＥＣＵ２５０は、目標電力に対する最適周波数ωopを算出し、算出した最適周波数ωopを用いて一次コイル電流制御を含む動作点探索を実行する。

次に、受電装置２０の性能に関わる情報を受信することにより算出された最適周波数ωopを用いてどのようにインバータ２２０の動作点探索を行うのかについて説明する。

（動作点探索）
図４は、最適周波数ωopを用いた動作点探索を説明するための図である。図４を参照して、横軸はインバータ２２０の駆動周波数（スイッチング周波数）を示し、縦軸はインバータ２２０の出力電圧のデューティを示す。点線ＰＬ１は、送電部２４０による送電電力の等高線を示す。この例において、送電部２４０による送電電力の目標電力は、点線ＰＬ１で示される電力に設定されている。一点鎖線ＩＬ１，ＩＬ２は、ターンオン電流が０となる等高線を示す。また、この実施の形態において、駆動周波数を操作することができる範囲である可動周波数帯は一部の範囲に限られている。

斜線で示される領域Ｓ１は、インバータ２２０においてリカバリー電流が生じる領域である。すなわち、領域Ｓ１に含まれるインバータ２２０の動作点では、ターンオン電流が０よりも大きくなり、インバータ２２０においてリカバリー電流が生じる。以下では、この領域Ｓ１を「禁止帯Ｓ１」とも称する。なお、この実施の形態では、禁止帯Ｓ１の境界は、ターンオン電流０のラインではなく、小さい正値のターンオン電流は許容するものとしている。

この実施の形態においては、インバータ２２０の動作点は、最適周波数ωopに対応する点線ＰＬ１上の動作点Ｔ１に向けて制御される。

また、この実施の形態においては、最適周波数ωopが、可動周波数帯の中央に位置する中央周波数ωcを基準に、下端周波数ｆＬに寄っているか、上端周波数ｆＨに寄っているかによりインバータ２２０の起動時の周波数（起動周波数）が決定される。具体的には、最適周波数ωopが下端周波数ｆＬに寄っている場合には、下端周波数ｆＬに起動周波数が設定され、最適周波数ωopが上端周波数ｆＨに寄っている場合には、上端周波数ｆＨに起動周波数が設定される。これは、最適周波数ωopに近い端部から動作点探索を行った方が、より早く動作点を最適値に設定できるからである。なお、最適周波数ωopは、インバータ２２０の起動処理の実行前に、受電装置２０の性能に関する各種情報が取得され、式（３）を用いて算出される。

また、この実施の形態においては、動作点のデューティが目標電力に達する前の段階で所定値以上の大きさのターンオン電流が所定時間以上生じた場合に、動作点探索を可動周波数帯における反対側の端部からやりなおす。ここで、ターンオン電流の大きさに関する所定値、及びターンオン電流が流れる時間に関する所定時間には、インバータ２２０内に生じるリカバリー電流によりインバータ２２０が故障しない程度の数値が設定される。

実線で示されるラインは、インバータ２２０の起動処理の実行時における動作点の推移の一例を示したものである。この例においては、最適周波数ωopは、中央周波数ωcを基準に下端周波数ｆＬに寄っている。したがって、起動周波数には、最初、下端周波数ｆＬが設定される。動作点は、下端周波数ｆＬから動作点Ｔ１に向けて制御される。動作点の制御が開始されると、動作点は禁止帯Ｓ１を通る。そして、動作点が動作点Ｍ１を通る時点で、所定値以上の大きさのターンオン電流が所定時間以上生じたとする。この場合には、下端周波数ｆＬを起動周波数とする動作点探索は中止され、反対側の端部である上端周波数ｆＨから動作点探索が再開される。

動作点は、上端周波数ｆＨから点線ＰＬ１に向けて制御され、点線ＰＬ１に達した後、ターンオン電流制御により、点線ＰＬ１上を最適周波数ωop側に制御される。そして、動作点は、ターンオン電流制御により、最適周波数ωopに最も近く、かつ、ターンオン電流が０以下となる動作点Ｍ２に制御される。動作点が動作点Ｍ２に制御されると、ターンオン電流制御に加えて、一次コイル電流制御が開始される。そして、正のターンオン電流が生じない範囲において、一次コイル電流が最小となる動作点の探索が行なわれ、この例では、動作点は動作点Ｍ３に制御される。

次に、動作点探索動作の具体的な制御内容について説明する。図５は、動作点探索動作を示すフローチャートである。図５を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の起動処理の実行前に、通信部２６０，３７０を介して、充電ＥＣＵ３６０から送電電力の目標電力を示す情報、及び受電装置２０の性能に関する情報（インダクタンスＬ２、コンデンサ容量Ｃ２、抵抗ｒ２、及び受電部３１０からみた等価抵抗Ｒｌ等）を受信する（ステップＳ１００）。

送電電力の目標電力を示す情報、及び受電装置２０の性能に関する情報が受信されると、電源ＥＣＵ２５０は、上述の式（３）及び受電装置２０から取得した各種性能情報を用いて最適周波数ωopを算出する（ステップＳ１１０）。

最適周波数ωopが算出されると、電源ＥＣＵ２５０は、最適周波数ωopが可動周波数帯の下端周波数ｆＬ及び上端周波数ｆＨの何れに寄っているかを判断する（ステップＳ１２０）。最適周波数ωopが下端周波数ｆＬに寄っていると判断されると（ステップＳ１２０において、「低周波数側」）、電源ＥＣＵ２５０は、動作点探索の起動周波数として下端周波数ｆＬを設定する（ステップＳ１３０）。一方、最適周波数ωopが上端周波数ｆＨに寄っていると判断されると（ステップＳ１２０において、「高周波数側」）、電源ＥＣＵ２５０は、動作点探索の起動周波数として上端周波数ｆＨを設定する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１３０、又はステップＳ１４０において起動周波数が設定されると、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の動作点探索を実行する（ステップＳ１５０）。この実施の形態の動作点探索においては、まずは、送電電力制御及びターンオン電流制御が実行される。そして、インバータ２２０の駆動周波数が最適周波数ωopに達すると、さらに一次コイル電流制御が実行され、動作点は、最終的な動作点に制御される。なお、ターンオン電流の影響により、インバータ２２０の駆動周波数を最適周波数ωopに制御することができない場合には、正のターンオン電流が生じない範囲で駆動周波数が最も最適周波数ωopに近づいた時点で一次コイル電流制御が実行される。

動作点探索が実行されると、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流が閾値を超過したか否かを判断する（ステップＳ１６０）。上述した、所定値以上の大きさのターンオン電流が所定時間以上生じた場合に、閾値が超過したと判断される。ターンオン電流が閾値を超過したと判断されると（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、動作点探索における起動周波数を反対側の端部の周波数に変更する（ステップＳ１７０）。その後、処理はステップＳ１５０に移行する。

ターンオン電流が閾値を超過していないと判断されると（ステップＳ１６０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、動作点が最適周波数ωopに達したか否か、又は、ターンオン電流の影響により動作点を最適周波数ωopに制御することができない場合には、正のターンオン電流が生じない範囲で最も最適周波数ωopに近接する点に動作点が達したか否かを判断する（ステップＳ１８０）。動作点が最適周波数ωopに達していない、又は、正のターンオン電流が生じない範囲で最も最適周波数ωopに近接する点に動作点が達していないと判断されると（ステップＳ１８０においてＮＯ）、処理はステップＳ１６０に移行する。

動作点が最適周波数ωopに達した、又は、正のターンオン電流が生じない範囲で最も最適周波数ωopに近接する点に動作点が達したと判断されると（ステップＳ１８０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、一次コイル電流制御を実行する（ステップＳ１９０）。このように、この実施の形態においては、動作点が最適周波数ωopに達するまで、又は、正のターンオン電流が生じない範囲で最も最適周波数ωopに近接する点に動作点が達するまでは、一次コイル電流制御が実行されない。これは、一次コイル電流が最小となる動作点が、最適周波数ωopから大きく離れた場所には存在しない可能性が高く、そのような最適周波数ωopから大きく離れた場所においても一次コイル電流制御を行っていては、一次コイル電流が最小となる動作点に達するまでに長時間を要してしまうからである。

一次コイル電流制御が開始されると、電源ＥＣＵ２５０は、正のターンオン電流が生じない範囲において、一次コイル電流が最小となる動作点が発見されたか否かを判断する（ステップＳ２００）。一次コイル電流が最小となる動作点が発見されていないと判断されると（ステップＳ２００においてＮＯ）、処理はステップＳ２００に移行する。一方、一次コイル電流が最小となる動作点が発見されたと判断されると（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２１０に移行する。

このように、この送電装置１０においては、最適周波数ωopが関係式を用いて予め算出するフィードフォワード制御が実行される。したがって、この送電装置１０によれば、予め最適周波数ωopを算出し、算出した最適周波数ωopを用いて一次コイル電流を制御することで、一次コイル電流が小さくなるインバータ２２０の駆動周波数を早期に見つけ得る。

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、２１０ ＰＦＣ回路、２２０ インバータ、２３０，３２０ フィルタ回路、２４０ 送電部、２４２ 一次コイル、２４４，３１４ キャパシタ、２４６，３１６ 抵抗、２５０ 電源ＥＣＵ、２６０，３７０ 通信部、２７０，３８０ 電圧センサ、２７２，３８２ 電流センサ、３１０ 受電部、３１２ 二次コイル、３３０ 整流部、３４０ リレー回路、３５０ 蓄電装置、３６０ 充電ＥＣＵ、４２０，４４０ コントローラ、４５０ 最適周波数算出部。

Claims (1)

1. 受電装置の二次コイルに非接触で送電するように構成された一次コイルと、
   前記一次コイルへ送電電力を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の制御と、
   前記インバータの駆動周波数を調整することによって、前記一次コイルに生じる一次コイル電流を制御する第２の制御とを実行し、
   前記制御部は、前記目標電力において前記一次コイル電流が最小となるときの前記駆動周波数を示す第１の関係式から前記目標電力において前記一次コイル電流が最小となる前記駆動周波数を算出し、当該算出された駆動周波数を用いて前記第２の制御を実行し、
   前記第１の関係式は、前記駆動周波数と前記一次コイル電流との関係を示す第２の関係式から導出された関係式である、非接触送電装置。

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