JP6464520B2 - 非接触送電装置、非接触受電装置及び非接触送電システム - Google Patents

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Description

本発明は、非接触送電装置、非接触受電装置及び非接触送電システムに関する。
近年、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の電気で走行する自動車（以下、単に「車両」という）が普及しつつある。このような車両は、大容量の蓄電池を搭載しており、外部から送電された電気エネルギーを蓄電池に蓄え、蓄えられた電気エネルギーを用いて走行する。
外部から車両の蓄電池に送電する方法として、地上側に設けられた送電装置の一次側コイルと、車両側に設けられた受電装置の二次側コイルとの間で、電磁力を用いて非接触送電する方法が、例えば、特許文献１等に開示されている。
特許文献１には、インバータのソフトスイッチング動作によるスイッチング損失を低減するなどのために、共振周波数ｆｅよりも周波数の高い領域でインバータを動作させる非接触送電回路が開示されている（段落［００５７］参照）。ここで、共振周波数ｆｅよりも周波数の高い領域とは、一次側電圧に対する一次側電流の位相が遅れている領域である（段落［００６０］、［図３］参照）。
このように、非接触送電では、一次側電流の一次側電圧に対する位相（電流−電圧の位相差）が遅れている（以下、「遅相」という）ときに、インバータを動作させることが一般的である。これは、一次側電流の一次側電圧に対する位相が進んでいる（以下、「進相」という）ときに駆動すると、インバータ部位でハードスイッチングとなってしまい、パワー素子破壊の恐れがあるためである。
なお、一次側コイルのインダクタンス値Ｌ１＝二次側コイルのインダクタンス値Ｌ２、且つ、一次側コンデンサの容量値（キャパシタンス値）Ｃ１＝二次側コンデンサの容量値Ｃ２の場合、特許文献１の図３に示すように、共振周波数ｆｍから共振点（双峰性の谷間）までは遅相領域であり、共振点から共振周波数ｆｅまでが進相領域となる。
特開２０１３−１５３６２７号公報
しかしながら、非接触送電においては、ギャップ、軸ずれ、ＳＯＣ（State Of Charge）などが容易に送電条件を変化させ、この変化に伴い、一次側電流と一次側電圧の位相差も変化してしまう。このため、理想状態（位置ずれなし）では、遅相領域となる駆動周波数であっても、進相領域となってしまう可能性がある。進相モード（進相領域での動作）を避けるためには厳しい制約条件が課せられ、駆動周波数を自由に選定できないという問題がある。
本発明の目的は、駆動周波数選定の自由度を拡大する非接触送電装置、非接触受電装置及び非接触送電システムを提供することである。
本発明の一態様に係る非接触送電装置は、受電側コイルと、前記受電側コイルと共振する受電側共振部とを有する非接触受電装置に対して、電力を送電する非接触送電装置であって、送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有し、前記受電側コイルのインダクタンス値と前記送電側コイルのインダクタンス値とが等しく、且つ、前記受電側共振部の容量値と前記送電側共振部の容量値とが等しい場合よりも、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値が設定された構成を採る。
本発明の一態様に係る非接触送電装置は、受電側コイルと、前記受電側コイルと共振する受電側共振部とを有する非接触受電装置に対して、電力を送電する非接触送電装置であって、送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部と、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する構成を採る。
本発明の一態様に係る非接触受電装置は、送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有する非接触送電装置から電力を受電する非接触受電装置であって、受電側コイルと、前記受電側コイルと共振する受電側共振部と、を有し、前記受電側コイルのインダクタンス値と前記送電側コイルのインダクタンス値とが等しく、且つ、前記受電側共振部の容量値と前記送電側共振部の容量値とが等しい場合よりも、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値が設定された構成を採る。
本発明の一態様に係る非接触受電装置は、送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有する非接触送電装置から電力を受電する非接触受電装置であって、受電側コイルと、前記受電側コイルと共振する受電側共振部と、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する構成を採る。
本発明によれば、駆動周波数選定の自由度を拡大することができる。
本発明の実施の形態１に係る充電システムの構成を示すブロック図 図１に示した送電部及び受電部の内部構成を示すブロック図 図２に示した送電部及び受電部の等価回路を示す図 図１に示した送電部と受電部のコイルの配置を示す図 一次側電流及び一次側電圧の位相差と駆動周波数との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る送電部及び受電部の内部構成を示すブロック図 送電部及び受電部の他の内部構成を示すブロック図 送電部及び受電部の他の内部構成を示すブロック図 送電部と受電部にソレノイドコイルを用いた場合のコイルの配置を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る充電システム１０の構成について、図１を用いて説明する。
充電システム１０は、送電装置１００と、車両１５０と、送電側操作部１６０とを有している。なお、図１は、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとが対向した送電可能な状態を示す。
送電装置１００は、送電部１０３が地表ｇから露出するように地面上に設置もしくは埋設される。送電装置１００は、例えば駐車スペースに設けられ、車両１５０の駐車中に、受電部１５４に対向することにより受電部１５４に対して送電する。ここで、送電とは、送電コイル１０３ａから受電コイル１５４ａに電力を供給することを言う。送電装置１００の構成については後述する。
車両１５０は、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）またはＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）といった蓄電池１５２の電力で走行する自動車である。なお、車両１５０の構成については後述する。
送電側操作部１６０は、車両１５０外部からの操作により、送電の開始を示す送電開始信号または送電の停止を示す送電停止信号を送電装置１００に出力する。
＜車両の構成＞
車両１５０は、受電側操作部１５１と、蓄電池１５２と、受電側制御部１５３と、受電部１５４と、受電側通信部１５５とから主に構成されている。
受電側操作部１５１は、ユーザによる各種操作を受け付け、受け付けた操作に応じた各種信号を受電側制御部１５３に出力する。
蓄電池１５２は、送電装置１００から受電部１５４を介して供給される電力を蓄える。
受電側制御部１５３は、受電側操作部１５１及び受電部１５４から入力された各種信号に基づいて、受電部１５４及び受電側通信部１５５に対して、充電に伴う各種処理または充電停止に伴う各種処理を行うように制御する。また、受電側制御部１５３は、受電側通信部１５５を介して送電装置１００の送電側制御部１０２との間で各種情報の送受信を行う。
受電部１５４は、受電コイル１５４ａを有している。受電コイル１５４ａは、例えば、スパイラルコイルであり、送電部１０３の送電コイル１０３ａから送電される電力を受電する。受電部１５４は、受電側制御部１５３の制御に従って、受電コイル１５４ａで受電した電力を蓄電池１５２に供給する。受電部１５４は、車両１５０の底部において外部に露出した状態で設けられている。
受電側通信部１５５は、受電側制御部１５３の制御に従って、充電を許可する充電許可信号または充電を許可しない充電不許可信号を生成し、生成した充電許可信号または充電不許可信号を送電側通信部１０１に対して送信する。ここで、充電不許可信号は、例えば、送電中に位置ずれが検知された場合、または、蓄電池１５２が満充電の状態である場合等に送信される。
＜送電装置の構成＞
送電装置１００は、送電側通信部１０１と、送電側制御部１０２と、送電部１０３と、記憶部１０４とから主に構成されている。
送電側通信部１０１は、受電側通信部１５５から充電許可信号または充電不許可信号を受信し、受信した充電許可信号または充電不許可信号を送電側制御部１０２に出力する。
送電側制御部１０２は、送電側操作部１６０から送電開始信号が入力されると共に、送電側通信部１０１から充電許可信号が入力された場合、送電コイル１０３ａに対して周波数を順次変更させながら受電コイル１５４ａへの試験送電を行うように送電部１０３を制御する。送電側制御部１０２は、試験送電の際、送電部１０３に流れる一次側電流と送電部１０３にかかる一次側電圧に基づいて、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を求め、求めた位相差を記憶部１０４に記憶させる。送電側制御部１０２は、記憶部１０４に記憶された周波数毎の一次側電流の一次側電圧に対する位相差に基づいて、遅相領域で駆動可能な周波数を選定し、選定した周波数を用いて、送電部１０３に対して本送電を開始するよう制御する。
また、送電側制御部１０２は、送電側操作部１６０から送電停止信号が入力された場合、または送電側通信部１０１より充電不許可信号が入力された場合、送電を開始させないか、または送電を停止するように送電部１０３を制御する。
さらに、送電側制御部１０２は、送電側通信部１０１を介して車両１５０の受電側制御部１５３との間で各種情報の送受信を行う。
送電部１０３は、送電コイル１０３ａを有しており、送電コイル１０３ａは、例えば、スパイラルコイルである。送電部１０３は、送電側制御部１０２の制御に従って、周波数を順次変更しながら送電コイル１０３ａより試験送電を行い、また、決定された駆動周波数で本送電を行う。送電部１０３は、例えば、電磁誘導方式、電界共鳴方式または磁界共鳴方式により送電する。
記憶部１０４は、送電側制御部１０２から出力された周波数毎の位相差を記憶する。
＜送電部及び受電部の詳細な構成＞
次に、上述した送電部１０３及び受電部１５４の内部構成について説明する。図２は、図１に示した送電部１０３及び受電部１５４の内部構成を示すブロック図である。
送電部１０３は、電源部２０１、送電側インバータ２０２、電圧検知部２０３、電流検知部２０４、共振部２０５及び送電コイル１０３ａを備える。
電源部２０１は、送電側インバータ２０４に対して所定の電圧及び電流の直流電力を供給する。
送電側インバータ２０２は、送電側制御部１０２の制御に従って、電源部２０１から供給される直流電力を交流電力に変換して共振部２０５及び送電コイル１０３ａに供給する。
電圧検知部２０３は、送電側インバータ２０２から共振部２０５に供給される交流電力の電圧値を検知し、検知した電圧値を送電側制御部１０２に出力する。送電側制御部１０２は、電圧検知部２０３から出力された電圧値に基づき、一次側電圧の位相を求める。
電流検知部２０４は、送電側インバータ２０２から共振部２０５に供給される交流電力の電流値を検知し、検知した電流値を送電側制御部１０２に出力する。送電側制御部１０２は、電流検知部２０４から出力された電流値に基づき、一次側電流の位相を求める。なお、電圧検知部２０３、電流検知部２０４は、送電側インバータ２０２に供給される電力の電圧値と電流値を検出してもよい。
共振部２０５は、送電コイル１０３ａと共に共振する、例えば、容量値Ｃ１のコンデンサである。
送電コイル１０３ａは、送電側インバータ２０２より交流電力の供給を受けることにより、共振部２０５と共に共振し、受電コイル１５４ａに対して送電する。送電コイル１０３ａは、インダクタンス値Ｌ１とする。
受電部１５４は、受電コイル１５４ａ、共振部２５１、電流検知部２５２、整流回路２５３及び電圧検知部２５４を備える。
受電コイル１５４ａは、送電部１０３の送電コイル１０３ａによって発生した電磁界（磁束を含む）を受けて起電力を発生し、発生した起電力を共振部２５１に供給する。受電コイル１５４ａは、インダクタンス値Ｌ２とする。なお、起電力によって生じる電流を、以下、受電側コイル電流という。
共振部２５１は、受電コイル１５４ａと共に共振する、例えば、容量値Ｃ２のコンデンサである。
電流検知部２５２は、受電コイル１５４ａから供給される電力の電流値を検知し、検知した電流値を受電側制御部１５３に出力する。受電側制御部１５３は、電流検知部２５２から出力された電流値に基づき、受電側コイル電流の位相を求める。
整流回路２５３は、受電コイル１５４ａから供給された受電側コイル電流を整流して、蓄電池１５２に供給する。
電圧検知部２５４は、整流回路２５３から蓄電池１５２に供給される直流電力の電圧値を検知し、検知した電圧値を受電側制御部１５３に出力する。なお、電圧検知部２５４は、整流回路２５３に供給される電力の電圧値を検知する構成でもあってもよい。
このような送電部１０３と受電部１５４とにおいて、共振部２０５の容量値Ｃ１と送電コイル１０３ａのインダクタンス値Ｌ１との積であるＬ１Ｃ１と、共振部２５１の容量値Ｃ２と受電コイル１５４ａのインダクタンス値Ｌ２との積であるＬ２Ｃ２が、異なるようにＬ１、Ｃ１、Ｌ２、Ｃ２が設定されている。
＜充電システムの回路構成＞
図３は、図２に示した送電部１０３及び受電部１５４の等価回路を示す図である。この図において、Ｒｅ１は送電部１０３内の抵抗、Ｃａ１は送電部１０３の共振部２０５のコンデンサ、Ｌｅ１は送電コイル１０３ａを示している。また、Ｌｅ２は受電コイル１５４ａ、Ｒｅ２は受電部１５４内の配線抵抗及び整流回路２５３の抵抗、Ｃａ２は共振部２５１のコンデンサ、Ｒｌｄ＝Ｚ０は蓄電池１５２（負荷）を示している。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、Ｃａ１及びＣａ２の配置の変形例を示している。図３（ａ）は、Ｃａ１がＬｅ１と並列に、Ｃａ２がＬｅ２と並列に配置された回路構成を示しており、図３（ｂ）は、Ｃａ１がＬｅ１と直列に、Ｃａ２がＬｅ２と直列に配置された回路構成を示している。また、図３（ｃ）は、Ｃａ１がＬｅ１と並列に、Ｃａ２がＬｅ２と直列に配置された回路構成を示し、図３（ｄ）は、Ｃａ１がＬｅ１と直列に、Ｃａ２がＬｅ２と並列に配置された回路構成を示している。
＜コイルの配置＞
次に、上述した送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの配置について図４を用いて説明する。図４では、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの位置合わせがなされた状態を示している。また、ｘ軸は車両１５０の横方向（＋ｘ方向を車両１５０の右方向、−ｘ方向を車両１５０の左方向）を示し、ｙ軸は車両１５０の前後方向（＋ｙ方向を車両１５０の後方、−ｙ方向を車両１５０の前方）を示し、ｚ軸は地上に対して垂直方向（＋ｚ方向を車両１５０の上方、−ｚ方向を車両１５０の下方）を示す。
図４（ａ）はｘｙ平面を、図４（ｂ）はｙｚ平面を、図４（ｃ）はｘｚ平面をそれぞれ示す。また、図４（ｄ）は送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの斜視図を示す。
このように、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにそれぞれ平板状のスパイラルコイルを用い、スパイラルコイルはその平板面が地面ｇと平行に配置される。
＜一次側電流及び一次側電圧の位相差と駆動周波数との関係＞
図５は、一次側電流及び一次側電圧の位相差と駆動周波数との関係を示す図である。図５では、縦軸に一次側電流及び一次側電圧の位相差θＴｘを、横軸に駆動周波数ｆを示す。また、実線で示す曲線はＬ１Ｃ１＝Ｌ２Ｃ２（Ｌ１＝Ｌ２、且つ、Ｃ１＝Ｃ２）の場合の関係を示し、点線で示す曲線はＬ１Ｃ１＝１．２×Ｌ２Ｃ２の場合の関係を示し、一点鎖線で示す曲線はＬ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２の場合の関係を示す。
位相差θＴｘは、等価回路モデルを解くことにより次式（１）のように表すことができる。
θＴｘ＝ａｒｃｔａｎ（ＸＴｘ／ＲＴｘ） …（１）
式（１）において、ＸＴｘは送電部１０３からみたリアクタンス成分、ＲＴｘは送電部１０３からみたレジスタンス成分をそれぞれ示す。
θＴｘ≧０となる周波数範囲がＬ１Ｃ１＝Ｌ２Ｃ２（Ｌ１＝Ｌ２、且つ、Ｃ１＝Ｃ２）の場合よりも、広くなるように（言い換えると、一次側電圧に対して一次側電流の位相が遅れる領域がＬ１Ｃ１＝Ｌ２Ｃ２（Ｌ１＝Ｌ２、且つ、Ｃ１＝Ｃ２）の場合よりも増加するように）インダクタンス値、容量値などを定めることで、ソフトスイッチングが可能な領域を広げることができる。すなわち、θＴｘ（ｆ）≧０を満たすような周波数範囲ｆを広げるようにインダクタンス値、容量値を選定する。
図５から、θＴｘ≧０となる周波数範囲が広くなるのは、実線の示す関係よりも点線の示す関係の方であり、点線の示す関係よりも一点鎖線の示す関係の方であることが分かる。特に、一点鎖線の示す関係は、図５から明らかなように、この関数における極小値が０以上であり、これがθＴｘ≧０となる周波数範囲を拡大するのに寄与している。
ここで、インダクタンス値、容量値の選定方法を具体的に説明する。ここでは、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２の関係にすることにより、θＴｘ≧０となる周波数範囲を、Ｌ１Ｃ１＝Ｌ２Ｃ２（Ｌ１＝Ｌ２、且つ、Ｃ１＝Ｃ２）のときよりも広くする場合について説明する。
例えば、送電コイル１０３ａのインダクタンス値Ｌ１と受電コイル１５４ａのインダクタンス値Ｌ２を等しく（Ｌ１＝Ｌ２）し、共振部２０５の容量値Ｃ１と共振部２５１の容量値Ｃ２を異ならせる（Ｃ１＝１．８×Ｃ２の関係にする）ことで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現する。
さらに具体的には、例えば、Ｌ１＝Ｌ２で、Ｌ１、Ｌ２およびＣ２が固定されている（不可変な）場合、共振部２０５の容量値Ｃ１をＣ１＝１．８×Ｃ２に設定することで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現する。
また、Ｌ１＝Ｌ２で、Ｌ１、Ｌ２およびＣ１が固定されている（不可変な）場合、共振部２５１の容量値Ｃ２をＣ２＝Ｃ１／１．８に設定することで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現する。
一方、共振部２０５の容量値Ｃ１と共振部２５１の容量値Ｃ２を等しく（Ｃ１＝Ｃ２）し、送電コイル１０３ａのインダクタンス値Ｌ１と受電コイル１５４ａのインダクタンス値Ｌ２を異ならせる（Ｌ１＝１．８×Ｌ２の関係にする）ことで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現してもよい。
さらに具体的には、Ｃ１＝Ｃ２で、Ｃ１、Ｃ２およびＬ２が固定されている（不可変な）場合、送電コイル１０３ａのインダクタンス値Ｌ１をＬ１＝１．８×Ｌ２に設定することで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現する。
また、Ｃ１＝Ｃ２で、Ｃ１、Ｃ２およびＬ１が固定されている（不可変な）場合、受電コイル１５４ａのインダクタンス値Ｌ２をＬ２＝Ｌ１／１．８に設定することで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現する。
さらに、送電コイル１０３ａのインダクタンス値Ｌ１と受電コイル１５４ａのインダクタンス値Ｌ２を異ならせ（Ｌ１≠Ｌ２）、且つ、共振部２０５の容量値Ｃ１と共振部２５１の容量値Ｃ２を異ならせる（Ｃ１≠Ｃ２）ことで、Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２を実現してもよい。
なお、以上のインダクタンス値、容量値の選定方法は例示であり、その他種々の方法を用いて、θＴｘ（ｆ）≧０を満たすような周波数範囲ｆを広げるようにインダクタンス値、容量値を選定してもよい。
このように、実施の形態１によれば、送電部１０３と受電部１５４とにおいて、一次側電流及び一次側電圧の位相差θＴｘが０以上となる周波数範囲が広くなるように、共振部２０５の容量値Ｃ１、送電コイル１０３ａのインダクタＬ１、共振部２５１の容量値Ｃ２、受電コイル１５４ａのインダクタＬ２の値が設定されることにより、遅相領域で駆動可能な駆動周波数選定の自由度を拡大することができる。
また、特に、図５の一点鎖線で示す曲線（Ｌ１Ｃ１＝１．８×Ｌ２Ｃ２）のように、極小値が０以上となるように共振部２０５の容量値Ｃ１、送電コイル１０３ａのインダクタＬ１、共振部２５１の容量値Ｃ２、受電コイル１５４ａのインダクタＬ２の値が設定されることにより、低周波側の共振周波数付近を駆動周波数として利用しやすくなる。
すなわち、駆動周波数を設定する場合、高周波数から低周波数に順次変更（スイープ）させることを考えると、低周波側の共振周波数付近まで進相モードで駆動する領域（ハードスイッチングを行う領域）が存在しない極小値が０以上の状態が好ましい。
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る送電部１０３及び受電部１５４の内部構成を示すブロック図である。図６が図２と異なる点は、共振部２０５、２５１を共振容量調整部３０１、３０３にそれぞれ変更し、送電側制御部１０２を送電側制御部３０２に変更し、受電側制御部１５３を受電側制御部３０４に変更した点である。
共振容量調整部３０１は、送電コイル１０３ａと共に共振する、例えば、可変容量コンデンサである。
送電側制御部３０２は、試験送電の際、送電部１０３に流れる一次側電流と送電部１０３にかかる一次側電圧に基づいて、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を求め、求めた位相差を記憶部１０４に記憶させる。送電側制御部３０２は、共振容量調整部３０１の容量値Ｃ１を調整する。また、送電側制御部３０２は、記憶部１０４に記憶された周波数毎の位相差と、調整した共振容量調整部３０１の容量値などを送電側通信部１０１、受電側通信部１５５を介して受電側制御部３０４に通知する。なお、送電側制御部３０２は、送電側制御部１０２と同じ機能も有する。
共振容量調整部３０３は、受電コイル１５４ａと共に共振する、例えば、可変容量コンデンサである。
受電側制御部３０４は、共振容量調整部３０３の容量値Ｃ２を調整する。なお、受電側制御部３０４は、受電側制御部１５３と同じ機能も有する。
ここで、共振容量調整部３０１および／または共振容量調整部３０３の容量値の調整について説明を行う。なお、初期状態では、共振容量調整部３０１の可変容量コンデンサの容量値Ｃ１および共振容量調整部３０３の可変容量コンデンサの容量値Ｃ２が等しいものとして説明する。すなわち、初期様態では、Ｌ１Ｃ１＝Ｌ２Ｃ２（Ｌ１＝Ｌ２、且つ、Ｃ１＝Ｃ２）であるものとして説明する。
まず、共振容量調整部３０１の可変容量コンデンサの容量値Ｃ１を可変させる場合について説明する。送電側制御部３０２は、送電コイル１０３ａに対して周波数を順次変更させながら受電コイル１５４ａへの試験送電を行うように送電部１０３を制御する。送電側制御部３０２は、試験送電の際、送電部１０３に流れる一次側電流および送電部１０３にかかる一次側電圧に基づいて、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を求め、求めた位相差を記憶部１０４に記憶させる。
次に、送電側制御部３０２は、共振容量調整部３０１の容量値Ｃ１を調整する。例えば、Ｃ１＝１．２×Ｃ２に調整する（容量値Ｃ２は、受電側通信部１５５および送電側通信部１０１を介して取得可能である。また、Ｃ１＝１．２×初期状態Ｃ１としてもよい）。
そして、送電側制御部３０２は、再度、送電コイル１０３ａに対して周波数を順次変更させながら受電コイル１５４ａへの試験送電を行うように送電部１０３を制御し、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を求め、求めた位相差を記憶部１０４に記憶させる。
送電側制御部３０２は、共振容量調整部３０１の容量値Ｃ１の調整、および、周波数毎の一次側電流の一次側電圧に対する位相差の算出および記憶を繰り返し行う。例えば、容量値Ｃ１を１．２×Ｃ２、１．８×Ｃ２、Ｃ２／１．２、Ｃ２／１．８の４つの値に調整して、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を算出する。
その後、送電側制御部３０２は、記憶部１０４に記憶された周波数毎の一次側電流の一次側電圧に対する位相差のうち、最もθＴｘ≧０となる周波数範囲が広い容量値を特定し、当該容量値になるように共振容量調整部３０１の容量値Ｃ１を調整する。
これにより、位相差θＴｘが０以上となる周波数範囲が広くなる容量値Ｃ１に調整でき、遅相領域で駆動可能な駆動周波数選定の自由度を拡大することができる。
次に、共振容量調整部３０３の可変容量コンデンサの容量値Ｃ２を可変させる場合について説明する。送電側制御部３０２は、送電コイル１０３ａに対して周波数を順次変更させながら受電コイル１５４ａへの試験送電を行うように送電部１０３を制御し、送電側制御部３０２は、試験送電の際、送電部１０３に流れる一次側電流および送電部１０３にかかる一次側電圧に基づいて、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を求め、求めた位相差を記憶部１０４に記憶させる。
次に、送電側制御部３０２は、送電側通信部１０１および受電側通信部１５５を介して、受電側制御部３０４に共振容量調整部３０３の容量値Ｃ２を調整するよう指示する。
受電側制御部３０４は、共振容量調整部３０３の容量値Ｃ２を、例えば、Ｃ２＝１．２×Ｃ１に調整する（容量値Ｃ１は、受電側通信部１５５および送電側通信部１０１を介して取得可能である。また、Ｃ２＝１．２×初期状態Ｃ２としてもよい）。
そして、送電側制御部３０２は、再度、送電コイル１０３ａに対して周波数を順次変更させながら受電コイル１５４ａへの試験送電を行うように送電部１０３を制御し、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を求め、求めた位相差を記憶部１０４に記憶させる。
共振容量調整部３０３の容量値Ｃ２の調整、および、周波数毎の一次側電流の一次側電圧に対する位相差の算出および記憶を繰り返し行う。例えば、容量値Ｃ２を１．２×Ｃ１、１．８×Ｃ１、Ｃ１／１．２、Ｃ１／１．８の４つの値に調整して、周波数毎に一次側電流の一次側電圧に対する位相差を算出する。
その後、送電側制御部３０２は、記憶部１０４に記憶された周波数毎の一次側電流の一次側電圧に対する位相差のうち、最もθＴｘ≧０となる周波数範囲が広い容量値を特定し、当該容量値を受電側制御部３０４に通知する、受電側制御部３０４は、当該容量値になるように共振容量調整部３０３の容量値Ｃ２を調整する。
これにより、位相差θＴｘが０以上となる周波数範囲が広くなる容量値Ｃ２に調整でき、遅相領域で駆動可能な駆動周波数選定の自由度を拡大することができる。
なお、上述の例では、Ｃ１またはＣ２の何れか一方のみを可変させる場合を記載したが、これに限らず、例えば、送電側制御部３０２と受電側制御部３０４とで協働してＣ１とＣ２の両方を可変させてもよい。
また、上述の例では、送電側制御部３０２が主体となって制御を行ったが、受電側制御部３０４が主体となって制御を行っても良い。例えば、上述の例では、送電装置１００が記憶部１０４を有し、送電側制御部３０２が位相差を算出したが、車両１５０が記憶部１０４を有し、受電側通信部１５５を介して受信した一次側電流値と一次側電圧値に基づいて、受電側制御部３０４が周波数毎の位相差を算出してもよい。或いは、別途サーバと通信する通信部を設けて、該サーバが位相差の算出および記憶などを行ってもよい。
また、容量値Ｃ１またはＣ２の可変値を、Ｃ１とＣ２の関係式にしたが、あらかじめ定められた数値を可変値として使用してもよい。
このように、実施の形態２によれば、ギャップ、軸ずれ、ＳＯＣなどの送電条件によって変化しうる位相差θＴｘを計測し、位相差θＴｘが０以上となる周波数範囲が広くなるように、共振容量調整部の容量値を調整することにより、遅相領域で駆動可能な駆動周波数選定の自由度を拡大することができる。
なお、本実施の形態では、送電部１０３と受電部１５４にそれぞれ共振容量調整部３０１、３０３を設けた場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、共振容量調整部を送電部１０３と受電部１５４のいずれか一方に設けるだけでもよい。図７では、共振容量調整部３０１を送電部１０３に設けた場合を示し、図８では、共振容量調整部３０３を受電部１５４に設けた場合を示している。
また、本実施の形態では、共振容量調整部３０１、３０３が可変容量コンデンサである場合について説明したが、これに限らず、例えば、共振容量調整部３０１、３０３は、スイッチに接続された異なる容量値の複数のコンデンサからなり、スイッチングにより、容量値を変更してもよい。
さらに、本実施の形態では、共振容量調整部３０１、３０３を設け、容量値Ｃ１および／または容量値Ｃ２を変更する場合について説明したが、これに限らず、インダクタンス値Ｌ１および／またはインダクタンス値Ｌ２を変更してもよい。例えば、送電コイル１０３ａおよび／または受電コイル１５４ａと直列に別途コイルを設けるとともに、当該コイルをバイパスする回路と、該バイパス回路を開閉するスイッチを設け、スイッチングにより、インダクタンス値を変更してもよい。または、送電コイル１０３ａおよび／または受電コイル１５４ａと並列に別途インダクタンス値の異なるコイルを設けるとともに、コイルを切り替えるスイッチを設けて、スイッチングにより、インダクタンス値を変更してもよい。
また、容量値およびインダクタンス値を共に変更する構成であってもよい。
なお、実施の形態１および実施の形態２では、位相差θＴｘが０以上となる周波数範囲がなるべく広くなるように容量値Ｃ１などを設定または調整する場合を例示したが、例えば、駆動周波数が定まっている場合であれば、当該駆動周波数が遅相領域内（位相差θＴｘが０以上）であれば良いため、該駆動周波数が遅相領域内となる値（容量値Ｃ１など）に設定または調整してもよい。
すなわち、該駆動周波数が遅相領域内となる値であればよく、必ずしも、位相差θＴｘが０以上となる周波数範囲が最も広い値に設定または調整しなくてもよい。
＜コイル形状の変形例＞
なお、上記各実施の形態では、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにそれぞれ平板状のスパイラルコイルを用いた場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、ソレノイドコイルを用いてもよい。以下、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにそれぞれソレノイドコイルを用いた場合について図９を用いて説明する。
図９では、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの位置合わせがなされた状態を示し、コイル内を貫く鉄芯は省略している。また、ｘ軸は車両１５０の横方向（＋ｘ方向を車両１５０の右方向、−ｘ方向を車両１５０の左方向）を示し、ｙ軸は車両１５０の前後方向（＋ｙ方向を車両１５０の後方、−ｙ方向を車両１５０の前方）を示し、ｚ軸は地上に対して垂直方向（＋ｚ方向を車両１５０の上方、−ｚ方向を車両１５０の下方）を示す。
図９（ａ）はｘｙ平面を、図９（ｂ）はｘｚ平面を、図９（ｃ）はｙｚ平面をそれぞれ示す。また、図９（ｄ）は送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの斜視図を示す。
このように、送電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにそれぞれ用いたソレノイドコイルが、その中心軸を地面ｇと平行に配置される。
本発明にかかる非接触送電装置、非接触受電装置及び非接触送電システムは、駆動周波数選定の自由度を拡大するのに有用である。
１０ 充電システム
１００ 送電装置
１０１ 送電側通信部
１０２、３０２ 送電側制御部
１０３ 送電部
１０３ａ 送電コイル
１０４ 記憶部
１５０ 車両
１５１ 受電側操作部
１５２ 蓄電池
１５３、３０４ 受電側制御部
１５４ 受電部
１５４ａ 受電コイル
１５５ 受電側通信部
１６０ 送電側操作部
２０１ 電源部
２０２ 送電側インバータ
２０３、２５４ 電圧検知部
２０４、２５２ 電流検知部
２０５、２５１ 共振部
２５３ 整流回路
３０１、３０３ 共振容量調整部

Claims (17)

  1. 受電側コイルと、前記受電側コイルと共振する受電側共振部とを有する非接触受電装置に対して、電力を送電する非接触送電装置であって、
    送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有し、
    前記受電側コイルのインダクタンス値と前記送電側コイルのインダクタンス値とが等しく、且つ、前記受電側共振部の容量値と前記送電側共振部の容量値とが等しい場合よりも、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値が設定された、
    非接触送電装置。
  2. 前記位相差と駆動周波数との関数における極小値が０以上となるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値が設定された、
    請求項１に記載の非接触送電装置。
  3. 駆動周波数における前記位相差が０以上となるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値が設定された、
    請求項１に記載の非接触送電装置。
  4. 受電側コイルと、前記受電側コイルと共振する受電側共振部とを有する非接触受電装置に対して、電力を送電する非接触送電装置であって、
    送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部と、
    前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する、
    非接触送電装置。
  5. 前記制御部は、前記位相差と駆動周波数との関数における極小値が０以上となるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する、
    請求項４に記載の非接触送電装置。
  6. 前記制御部は、駆動周波数における前記位相差が０以上となるように、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する、
    請求項４に記載の非接触送電装置。
  7. 前記制御部は、前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を順次変更するとともに、周波数毎に前記位相差を求め、求めた前記周波数毎の位相差のうち、前記位相差が０以上となる周波数範囲が広いときのインダクタンス値およびまたは容量値になるように前記送電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記送電側共振部の容量値を制御する
    請求項４に記載の非接触送電装置。
  8. 前記送電側共振部は、可変容量コンデンサであり、
    前記制御部は、前記位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記送電側共振部の容量値を制御する、
    請求項４に記載の非接触送電装置。
  9. 送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有する非接触送電装置から電力を受電する非接触受電装置であって、
    受電側コイルと、
    前記受電側コイルと共振する受電側共振部と、
    を有し、
    前記受電側コイルのインダクタンス値と前記送電側コイルのインダクタンス値とが等しく、且つ、前記受電側共振部の容量値と前記送電側共振部の容量値とが等しい場合よりも、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値が設定された、
    非接触受電装置。
  10. 前記位相差と駆動周波数との関数における極小値が０以上となるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値が設定された、
    請求項９に記載の非接触受電装置。
  11. 駆動周波数における前記位相差が０以上となるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値が設定された、
    請求項９に記載の非接触受電装置。
  12. 送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有する非接触送電装置から電力を受電する非接触受電装置であって、
    受電側コイルと、
    前記受電側コイルと共振する受電側共振部と、
    前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する、
    非接触受電装置。
  13. 前記制御部は、前記位相差と駆動周波数との関数における極小値が０以上となるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する、
    請求項１２に記載の非接触受電装置。
  14. 前記制御部は、駆動周波数における前記位相差が０以上となるように、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する、
    請求項１２に記載の非接触受電装置。
  15. 前記制御部は、前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を順次変更するとともに、周波数毎に前記位相差を求め、求めた前記周波数毎の位相差のうち、前記位相差が０以上となる周波数範囲が広いときのインダクタンス値およびまたは容量値になるように前記受電側コイルのインダクタンス値およびまたは前記受電側共振部の容量値を制御する
    請求項１２に記載の非接触受電装置。
  16. 前記受電側共振部は、可変容量コンデンサであり、
    前記制御部は、前記位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記受電側共振部の容量値を制御する、
    請求項１２に記載の非接触受電装置。
  17. 非接触受電装置と、前記非接触受電装置に対して電力を送電する非接触送電装置とを有する非接触送電システムであって、
    前記非接触送電装置は、
    送電側コイルと、前記送電側コイルと共振する送電側共振部と、前記送電側共振部に電力を供給するインバータと、を含む送電部を有し、
    前記非接触受電装置は、
    受電側コイルと、
    前記受電側コイルと共振する受電側共振部と、
    を有し、
    前記受電側コイルのインダクタンス値と前記送電側コイルのインダクタンス値とが等しく、且つ、前記受電側共振部の容量値と前記送電側共振部の容量値とが等しい場合よりも、前記送電部に流れる一次側電流の前記送電部にかかる一次側電圧に対する位相差が０以上となる周波数範囲が広くなるように、前記送電側コイルのインダクタンス値、前記送電側共振部の容量値、前記受電側コイルのインダクタンス値、および前記受電側共振部の容量値が設定された、
    非接触送電システム。
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