JP6631116B2 - 送電装置及び非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、送電装置及び非接触給電システムに関する。

送電装置の送電コイルから受電装置の受電コイルに非接触（ワイヤレス）で電力を伝送し、受電装置側の負荷に電力を供給する非接触給電システムが知られている。そのような非接触給電システムでは、送電コイル及び受電コイルの相対的な位置がずれること（位置ずれ）によって、受電コイルひいては負荷に供給される電力が変化する。

例えば特許文献１には、上述の位置ずれを検出し、検出した位置ずれに応じて送電コイルに供給される交流電力の周波数を決定したうえで、電力伝送を実行する手法が開示されている。

特開２０１２−１９１７６４号公報

非接触給電システムにおいては、負荷に所望の電力を供給したいという要請がある。しかしながら、送電コイル及び受電コイルの相対的な位置ずれがあると、その分、負荷に供給される電力が変化してしまう。負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるべく、例えば特許文献１の手法のように、位置ずれを検出し、検出した位置ずれに応じて送電コイルに供給される交流電力の周波数を制御すると、位置ずれを検出するための手間及びコストが掛かる。

本発明は、位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整することが可能な送電装置及び非接触給電システムを提供する。

本発明の一側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、第１コイルであり、受電装置の第２コイルに非接触で電力を伝送するための第１コイルと、電力を受けて交流電力に変換し、変換した交流電力を第１コイルに供給する変換器と、交流電力を制御するためのパラメータを変更する制御器と、を備える。制御器は、基準値からのパラメータの所定の変化量に対する、負荷に供給される電力の変化量を示す電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更する。

上記の送電装置では、基準値からのパラメータの所定の変化量に対する、負荷に供給される電力の変化量を示す電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータが変更される。このように電力変化率に基づいてパラメータが変更されるので、位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整し、所望の電力に近づけることができる。

制御器は、電力変化率を記憶していてもよい。これにより、例えば電力変化率をリアルタイムで求める必要がないので、その分、負荷に供給される電力の調整の応答性を向上させることができる。

制御器は、電力変化率を、送電装置の外部から取得してもよい。例えば受電装置が設けられた他の装置（例えば車等の移動体）から送信された電力変化率を受信することによって、電力変化率が取得される。この場合、電力変化率を送信する車等の移動体は受電装置の特性を把握しているので、受電装置に対応した電力変化率が取得される。これにより、適切な電力変化率に基づいて負荷に供給される電力が調整される。よって、種類及び特性の異なる受電装置に対して電力を供給する場合でも、負荷に供給される電力を適切に調整することができる。

制御器は、負荷に供給されている電力と所望の電力との差分及び電力変化率に基づいてパラメータを変更してもよい。この場合、例えば負荷に供給されている電力と所望の電力との差分に応じた量だけパラメータを変更することにより、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができる。

パラメータは、交流電力の周波数であり、基準値は、交流電力の周波数に対して定められる基準周波数であってもよい。すなわち、制御器は、基準周波数からの交流電力の周波数の、所定の周波数変化量に対する、負荷に供給される電力の電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更してもよい。このように、パラメータを例えば交流電力の周波数とすることで、位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整し、所望の電力に近づけることができる。

電力変化率は、異なる基準周波数ごとにそれぞれ設定され、制御器は、第１コイルに供給されている交流電力の周波数を基準周波数とする電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、交流電力の周波数を変更してもよい。これにより、電力変化率が基準周波数によって異なる場合であっても、第１コイルに供給されている交流電力の周波数に対応した適切な電力変化率に基づくパラメータの変更が可能となる。よって、負荷に供給される電力の調整精度を向上させることができる。

異なる基準周波数を昇順又は降順に並べた場合、隣り合う基準周波数どうしの間隔は、交流電力の周波数に対する電力変化率の変化量が小さいほど広くなるように設定されてもよい。例えば、電力変化率の変化量が大きい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、電力変化率の変化量が小さい領域では、電力変化量に対する分解能が細かくなり過ぎる。この場合、基準周波数の数、つまり対応する電力変化率の数が多くなり過ぎるので、その分、扱うデータ量が必要以上に大きくなってしまう。一方、電力変化率の変化量が小さい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、電力変化率の変化量が大きい領域では、電力変化量に対する分解能が粗くなる。この場合、電力の調整精度を十分に高めることができない可能性がある。上記構成によれば、隣り合う基準周波数どうしの間隔が、電力変化率の変化量が小さくなるほど広くなるように設定されるので、電力変化率の変化量が小さい領域では、電力変化率の変化量に対する分解能が細かくなり過ぎないように周波数間隔が設定され、データ量が抑えられる。また、電力変化率の変化量が大きい領域では、電力変化率の変化量に対する分解能が粗くなり過ぎない様に周波数間隔が設定される。よって、扱うデータ量を低減しつつ、負荷に供給される電力の調整精度を維持することができる。

電力変化率は、負荷に供給される電力の、異なる電圧範囲ごとにそれぞれ設定され、制御器は、負荷に供給されている電力の電圧が含まれる電圧範囲に対応する電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更してもよい。これにより、電力変化率が負荷に供給される電力の電圧範囲によって異なる場合であっても、負荷に供給されている電力の電圧に対応した適切な電力変化率に基づくパラメータの変更が可能となる。よって、負荷に供給される電力の調整精度を向上させることができる。

制御器は、負荷に供給されている電力と所望の電力との差分及び電力変化率に基づいてパラメータの制御量を算出し、負荷に供給される電力を増加させる場合には、算出したパラメータの制御量の大きさが小さくなるように補正し、補正後のパラメータの制御量だけパラメータを変更してもよい。これにより、例えば、負荷に供給される電力及び送電装置等を流れる電力が急激に大きくなり負荷に供給される電力の安定した調整が困難になることを抑制することができる。

制御器は、交流電力に基づいて負荷に供給される電力を推定し、推定された電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更してもよい。これにより、第１コイルに供給される交流電力に基づいて負荷に供給される電力を推定するので、例えば受電装置側において負荷に供給される電力を検出し、検出結果を送電装置側に送信するといった構成を採用することなく、負荷に供給される電力を調整することができる。よって、装置の簡素化、コスト削減の可能性が高まる。

本発明の別の側面に係る非接触給電システムは、上記の送電装置と、受電装置と、を備え、受電装置は、送電装置と通信可能であり、受電装置は、負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、送電装置の制御器は、受電装置の検出器によって検出される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更する。

この非接触給電システムによれば、先に説明した送電装置を備えているので、第１コイルと第２コイルとの位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整することができる。また、受電装置の検出器を用いて負荷に供給される電力を検出し、その検出結果を用いて送電装置の制御器がパラメータを変更することで、例えば第１コイルに供給される交流電力に基づいて負荷に供給される電力を推定する場合よりも、負荷に供給される電力の調整精度を向上させることができる。

本発明によれば、位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整することが可能になる。

一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの適用例を示す図である。 一実施形態に係る非接触給電システムの回路ブロック図である。 周波数制御による電力調整を説明するための図である。 データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 送電装置において実行される処理の別の例を示すフローチャートである。 直流交流変換器の回路構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの適用例を示す図である。図１に示されるように、非接触給電システム１は、送電装置２と受電装置３とを備えており、送電装置２から受電装置３に電力を供給するためのシステムである。送電装置２及び受電装置３は、例えば上下方向に離間している。送電装置２は、例えば駐車場等に設置されている。受電装置３は、電気自動車ＥＶに搭載されている。非接触給電システム１は、駐車場等に到着した電気自動車ＥＶに対し、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給するように構成されている。なお、受電装置３は、電気自動車ＥＶではなく、プラグインハイブリッド車及び水中航走体などの各種移動体に搭載されてもよい。

送電装置２は、非接触給電のための電力を供給する装置である。送電装置２は、電源ＰＳ（図２参照）によって供給された電力から所望の交流電力を生成し、受電装置３に送る。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒに設置される。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒから上方に突出するように設けられた送電コイル装置４を備えている。送電コイル装置４は、第１コイル２１（図２参照）を含み、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電装置２は、交流電源から所望の交流電力を生成する。生成された交流電力が送電コイル装置４に送られることによって、送電コイル装置４は磁束を発生させる。

受電装置３は、送電装置２から電力を受け取り、負荷Ｌ（図２参照）に電力を供給する装置である。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶに搭載される。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶの車体（シャーシ等）の底面に取り付けられた受電コイル装置５を備えている。受電コイル装置５は、第２コイル３１（図２参照）を含み、電力供給時において送電コイル装置４と上下方向に離間して対向する。受電コイル装置５は、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電コイル装置４で発生した磁束が受電コイル装置５に鎖交することによって、受電コイル装置５は誘導電流を発生させる。これにより、受電コイル装置５は、非接触（つまりワイヤレス）で送電コイル装置４からの電力を受け取る。受電コイル装置５が受け取った電力は、負荷に供給される。

図２を参照して、非接触給電システム１の回路構成を詳細に説明する。図２は、非接触給電システム１の回路ブロック図である。図２に示されるように、非接触給電システム１は、電源ＰＳから入力電力Ｐ１を受け、負荷Ｌに負荷電力Ｐｏｕｔを供給するシステムである。電源ＰＳは、交流電源であってもよいし、直流電源であってもよい。交流電源の種類はとくに限定されないが、例えば商用電源であってもよい。直流電源の種類はとくに限定されないが、例えば太陽光発電装置及び蓄電装置等であってもよい。負荷Ｌは、直流負荷であってもよいし、交流負荷であってもよい。直流負荷の種類はとくに限定されないが、例えば蓄電池であってもよい。交流負荷の種類はとくに限定されないが、例えばモータであってもよい。

送電装置２は、電源ＰＳから入力電力Ｐ１を供給される。送電装置２は、第１コイル２１と、第１変換器２２と、第１検出器２３と、第１通信器２４と、第１制御器２５と、を備えている。

第１変換器２２は、電源ＰＳから供給される入力電力Ｐ１を、所望の交流電力Ｐａｃ２に変換し、変換した交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する回路である。第１変換器２２は、電力変換器２６と、直流交流変換器（DC/AC converter）２７と、を備えている。

電力変換器２６としては、例えば入力電力Ｐ１に応じて次のような構成が採用され得る。入力電力Ｐ１が交流電力の場合、電力変換器２６は、例えば交流直流変換器（AC/DC converter）であってもよい。交流直流変換器は、例えば整流回路である。整流回路は、ダイオード等の整流素子で構成されてもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子によって構成されてもよい。直流交流変換器は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能及び昇降圧機能を有していてもよい。

入力電力Ｐ１が直流電力の場合、電力変換器２６は、例えば直流直流変換器（DC/DCconverter）であってもよい。直流直流変換器は、例えばチョッパ回路を用いた非絶縁型の回路であってもよいし、トランスを用いた絶縁型の回路であってもよい。

いずれの場合も、第１制御器２５によって、電力変換器２６から出力される直流電力Ｐｄｃの大きさが制御される。直流電力Ｐｄｃの大きさは、例えば、電力変換器２６から出力される直流電圧の変更により、制御される。電力変換器２６は、変換した直流電力Ｐｄｃを直流交流変換器２７に供給する。

直流交流変換器２７は、電力変換器２６によって変換された直流電力Ｐｄｃを交流電力Ｐａｃ２に変換する。直流交流変換器２７は、例えばインバータ回路である。第１変換器２２は、直流交流変換器２７の出力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。直流交流変換器２７から出力される交流電力Ｐａｃ２の大きさは、第１制御器２５によって制御される。交流電力Ｐａｃ２の大きさは、例えば、周波数制御、及び位相シフト制御によって制御され得る。直流交流変換器２７は、変換した交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する。

なお、第１変換器２２の構成は、図２に示される例に限定されない。例えば、第１変換器２２は、電力変換器２６及び直流交流変換器２７に代えて、交流交流変換器（AC/AC converter）を含んでもよい。交流交流変換器は、例えば、マトリクスコンバータ及びサイクロコンバータ等である。この場合、第１変換器２２は、電源ＰＳからの交流電力を受けて交流電力に変換する。また、電力変換器２６は、交流直流変換器と、交流直流変換器の出力に設けられた直流直流変換器（DC/DC converter）とで構成されてもよい。

第１コイル２１は、受電装置３に非接触で給電するためのコイルである。第１コイル２１は、第１変換器２２から交流電力Ｐａｃ２が供給されることによって、磁束を発生する。第１コイル２１と第１変換器２２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。

第１検出器２３は、直流電力Ｐｄｃの大きさを検出するためのセンサを含む。第１検出器２３は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。

第１通信器２４は、後述する受電装置３の第２通信器３４と無線で通信を行うための回路である。第１通信器２４は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子である。第１通信器２４は、受電装置３から受信した情報を第１制御器２５に出力する。

第１制御器２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置である。第１制御器２５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び送電装置２の各部と接続するインターフェース回路等を有してもよい。第１制御器２５は、第１変換器２２を制御することによって、交流電力Ｐａｃ２の大きさを制御し、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを制御する電力制御を実行する。第１制御器２５は、電力制御として、例えば、第１通信器２４を介して受電装置３から受信した測定値及び電力指令値（後述）に基づいて、測定値が電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する。

電力制御は、次に説明する、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの制御の少なくとも１つを用いて行われる。各制御において、交流電力Ｐａｃ２の大きさを制御するためのパラメータが変更される。

周波数制御について説明する。交流電力Ｐａｃ２の周波数に応じて、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変更される。交流電力Ｐａｃ２の周波数としては、例えば８１．３８ｋＨｚ〜９０ｋＨｚが利用可能である。周波数が変わることにより、コイル及びキャパシタ等のリアクタンス素子のインピーダンスが変わり、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変化する。以下、本実施形態では、周波数が大きくなるにつれて、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが小さくなるとする。第１制御器２５は、交流電力Ｐａｃ２の周波数を変更することによって、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを変更する周波数制御を実施する。周波数制御における上述のパラメータは、交流電力Ｐａｃ２の周波数である。交流電力Ｐａｃ２の周波数とは、第１変換器２２から出力される交流電流又は交流電圧の周波数である。

周波数制御の具体的な手法は限定されない。例えば、直流交流変換器２７がインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれる各スイッチング素子に供給される駆動信号を用いて、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整し、交流電力Ｐａｃ２の周波数を変更する。スイッチング素子は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であり、この場合、駆動信号はスイッチング素子のゲートに印加される。なお、周波数制御の詳細については、後に図３を用いてさらに説明する。

位相シフト制御について説明する。直流交流変換器２７が図１０に示されるようなインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれるスイッチング素子ａ〜ｄへの駆動信号Ｓａ〜Ｓｄの供給時間を調整して、各スイッチング素子ａ〜ｄがオンとなる時間を調整する。スイッチング素子ａの駆動時間とスイッチング素子ｄの駆動時間とが同じであり、スイッチング素子ｂの駆動時間とスイッチング素子ｃの駆動時間とが同じであるときが、インバータ回路の通電期間が最も長くなる。スイッチング素子ａの駆動時間とスイッチング素子ｄの駆動時間とがずれるほど（スイッチング素子ｂの駆動時間とスイッチング素子ｃの駆動時間とがずれるほど）、インバータ回路の通電期間が短くなる。インバータ回路の通電期間が短くなるほど、交流電力Ｐａｃ２は小さくなる。位相シフト制御における上述のパラメータは、スイッチング素子ａの駆動時間とスイッチング素子ｄの駆動時間とのずれ量（又はスイッチング素子ｂの駆動時間とスイッチング素子ｃの駆動時間とのずれ量）である。

直流電力Ｐｄｃの制御について説明する。直流電力Ｐｄｃの制御では、直流電力Ｐｄｃの電圧の大きさが変更される。直流電力Ｐｄｃの電圧の変更は、例えば先に説明した電力変換器２６の有する昇降圧機能を利用して行われる。例えば、直流電力Ｐｄｃの電圧が大きくなるにつれて交流電力Ｐａｃ２も大きくなり、直流電力Ｐｄｃの電圧が小さくなるにつれて交流電力Ｐａｃ２も小さくなる。よって、直流電力Ｐｄｃの制御における上述のパラメータは、直流電力Ｐｄｃの電圧の大きさである。

なお、本明細書では、主に、電力制御として周波数制御を用いる例について詳細に説明する。位相シフト制御及び直流電力Ｐｄｃの制御についても、周波数制御と同様の原理で説明され得る。また、以後、交流電力Ｐａｃ２の周波数を「駆動周波数ｆ」という場合もある。周波数制御によって変化する（制御される）駆動周波数ｆの変化量を「周波数制御量Δｆ」という場合もある。

受電装置３は、第２コイル３１と、第２変換器３２と、第２検出器３３と、第２通信器３４と、第２制御器３５と、を備えている。

第２コイル３１は、送電装置２から非接触で供給される電力を受け取るためのコイルである。第１コイル２１によって発生された磁束が第２コイル３１に鎖交することによって、第２コイル３１に交流電力Ｐａｃ３が生じる。第２コイル３１は、交流電力Ｐａｃ３を第２変換器３２に供給する。第２コイル３１と第２変換器３２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。

第２変換器３２は、第２コイル３１が受け取った交流電力Ｐａｃ３を負荷Ｌにとって所望の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する回路である。負荷Ｌが直流負荷である場合、第２変換器３２は、交流電力Ｐａｃ３を直流の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する交流直流変換器（整流回路）である。この場合、第２変換器３２は、負荷Ｌにとって所望の負荷電力Ｐｏｕｔを出力するために昇降圧機能を含んでいてもよい。この昇降圧機能は、例えばチョッパ回路又はトランスで実現され得る。第２変換器３２は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。

負荷Ｌが交流負荷である場合、第２変換器３２は、交流電力Ｐａｃ３を直流電力に変換する交流直流変換器に加えて、さらに直流交流変換器（インバータ回路）を含む。直流交流変換器は、交流直流変換器によって変換された直流電力を交流の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する。第２変換器３２は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。なお、第２コイル３１から供給される交流電力Ｐａｃ３が負荷Ｌにとって所望の交流電力である場合には、第２変換器３２は省略され得る。

第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔに関する測定値を取得する。第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電圧、負荷電流又は負荷電力Ｐｏｕｔを測定する。第２検出器３３は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第２検出器３３は、取得した測定値を第２制御器３５に出力する。負荷Ｌは、電力指令値を第２制御器３５に出力する。電力指令値は、負荷Ｌに供給すべき所望の電力の大きさを示す。例えば負荷Ｌが蓄電池の場合には、電力指令値は、負荷ＬのＳＯＣ（State Of Charge）に応じて定められた電流、電圧、又は電力の指令値であってもよい。

第２通信器３４は、送電装置２の第１通信器２４と無線で通信を行うための回路である。第２通信器３４により、受電装置３は、送電装置２と通信可能である。第２通信器３４は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子である。第２通信器３４は、第２制御器３５から受信した情報を送電装置２に送信する。

第２制御器３５は、ＣＰＵ及びＤＳＰ等の処理装置である。第２制御器３５は、ＲＯＭ，ＲＡＭ及び受電装置３の各部と接続するインターフェース回路等を含んでいてもよい。第２制御器３５は、第２検出器３３から受信した測定値及び負荷Ｌから受信した電力指令値を第２通信器３４を介して送電装置２に送信する。

なお、例えば、送電装置２に、電源ＰＳに代えて電気自動車の蓄電池が接続され、受電装置３に、負荷Ｌに代えて電源ＰＳが接続されることによって、受電装置３から送電装置２に電力を伝送することも可能である。

次に、送電装置２の第１制御器２５による周波数制御の詳細について、図３を用いて説明する。

図３のグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は電力（の大きさ）を示す。周波数は、上述の駆動周波数ｆ、すなわち第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２の周波数である。電力は、上述の負荷電力Ｐｏｕｔ、すなわち負荷Ｌに供給される電力である。

図３のグラフによって示される駆動周波数ｆと負荷電力Ｐｏｕｔとの関係を示す特性（以下、単に「電力特性」という場合もある）は、第１コイル２１と第２コイル３１との結合係数ｋによって変化し得る。結合係数ｋは、例えば、第１コイル２１と第２コイル３１との相対的な位置関係に応じて変化する。例えば第１コイル２１と第２コイル３１との位置関係が変化することによる位置ずれが生じると、結合係数ｋは変化する。一般に、位置ずれは、結合係数ｋが最大となる第１コイル２１と第２コイル３１との位置を基準とした場合の、その位置に対する位置ずれである。このため、位置ずれが大きいほど、結合係数ｋは小さくなる。異なる結合係数ｋにおける電力特性として、図３のグラフでは、曲線Ｃ１及び曲線Ｃ２の２つの曲線が示される。

図３のグラフでは、曲線Ｃ１及び曲線Ｃ２によって示される電力特性として、先に説明したような、駆動周波数ｆの増加にともない負荷電力Ｐｏｕｔが減少する例が示される。具体的に、駆動周波数ｆを変えることによって、負荷電力Ｐｏｕｔを調整する手法について説明する。

例えば、曲線Ｃ１で示される電力特性において、当初、駆動周波数ｆが周波数ｆｂ１であると仮定する。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐｂである。ここで、例えば、駆動周波数ｆを、周波数ｆｂ１から、周波数ｆａ１をまで減少させる（すなわち周波数制御量Δｆ＝ｆａ１−ｆｂ１）。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆａ１に対応する電力Ｐａとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから、電力Ｐａまで増加する。

一方、負荷電力Ｐｏｕｔを減少させる場合には、例えば、駆動周波数ｆを周波数ｆｂ１から周波数ｆｃ１まで増加させる（すなわち周波数制御量Δｆ＝ｆｃ１−ｆｂ１）。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆｃ１に対応する電力Ｐｃとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから、電力Ｐｃまで減少する。

曲線Ｃ２で示される電力特性においても、同様に説明される。すなわち、当初、駆動周波数ｆが周波数ｆｂ２であると仮定する。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐｂである。ここで、例えば、駆動周波数ｆを、周波数ｆｂ２から、周波数ｆａ２まで減少させる（すなわち周波数制御量Δｆ＝ｆａ２−ｆｂ２）。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆａ２に対応する電力Ｐａとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから、電力Ｐａまで増加する。

一方、負荷電力Ｐｏｕｔを減少させる場合には、例えば、駆動周波数ｆを、周波数ｆｂ２から、周波数ｆｃ２まで増加させる（すなわち周波数制御量Δｆ＝ｆｃ２−ｆｂ２）。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆｃ２に対応する電力Ｐｃとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから、電力Ｐｃまで減少する。

例えば上述のように駆動周波数ｆを制御することによって、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力（電力Ｐａ，Ｐｃ等）に近づけることができる。また、次に説明するように、結合係数ｋが変化した場合の負荷電力Ｐｏｕｔの変動を抑制することもできる。

すなわち、前述したように、第１コイル２１と第２コイル３１との結合係数ｋは、両者の位置関係によって変化し得る。例えば図１に示される例において、電気自動車ＥＶに対して非接触給電が行われている時に、乗員の乗り降り及び荷物の積み降ろし等が発生すると、電気自動車ＥＶの重量が変化する。それに応じて受電装置３に含まれる第２コイル３１の位置が、図１の上下方向に変化して、第２コイル３１の第１コイル２１に対する相対的な位置が変化し、位置ずれが発生し得る。

例えば、当初、電力特性が、曲線Ｃ１で示される電力特性であると仮定する。また、駆動周波数ｆが周波数ｆｂ１であるとする。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐｂである。ここで、位置ずれが発生して結合係数ｋが変化し、電力特性が曲線Ｃ２で示される曲線に変化したとする。この場合、駆動周波数ｆが周波数ｆｂ１のままであると、負荷電力Ｐｏｕｔが、電力Ｐｂから、電力Ｐａまで増加してしまう。これに対し、駆動周波数ｆを周波数ｆｂ１から周波数ｆｂ２に増加させることで（すなわち周波数制御量Δｆ＝ｆｂ２−ｆｂ１）、負荷電力Ｐｏｕｔを再び電力Ｐｂに近づけることができる。

以上説明したように、駆動周波数ｆを変える（制御する）ことによって、負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを調整することができる。このような周波数制御が第１制御器２５によって実行されることで、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができる。

ここで、曲線Ｃ１及び曲線Ｃ２では、駆動周波数ｆごとに傾きが異なっている。駆動周波数ｆの変化量は、前述の周波数制御量Δｆに相当し得る。そこで、各駆動周波数ｆにおける傾きを、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆとして定義する。

具体的に、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、基準周波数（例えば周波数ｆｂ）からの駆動周波数ｆの所定の周波数変化量（例えば周波数制御量Δｆ＝ｆｂ１−ｆａ１，Δｆ＝ｆｂ１−ｆｃ１等）に対する、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの変化量ΔＰ（例えば変化量ΔＰ＝Ｐａ−Ｐｂ，Ｐｃ−Ｐｂ）を示す。負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、異なる基準周波数（例えば周波数ｆａ１，ｆｂ１，ｆｃ１等）、にそれぞれ対応して設定され得る。

このような負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを用いて周波数制御を実行するために、本実施形態では、非接触給電システム１における負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが設定される。

例えば、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、周波数制御中の駆動周波数ｆの変化に対する負荷電力Ｐｏｕｔの変化に基づきリアルタイムで求められ、設定されてもよい。或いは、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、送電装置２の外部との通信を介して、受電装置３が設けられた他の装置（例えば給電対象の電気自動車ＥＶ等）から受信され、設定されてもよい。この場合、他の装置は受電装置３の特性を把握しているので、受電装置３に対応した適切な負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが取得される。よって、例えば車の種類毎に受電装置３の特性等が異なる場合でも、適切な負荷電力変化率ΔＰ／Δｆでもって非接触給電が行われる。なお、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを送電装置２の外部から受信する場合、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを示す数値データが受信されてもよいし、予め定められたいくつかのパターンの電力特性を特定するための情報が受信されてもよい。電力特性のパターンが特定されれば、特定された電力特性に応じて、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが設定され得る。或いは、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、予め設定されていてもよい。負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが予め設定される場合には、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、実験データに基づいて設定されてもよいし、送電装置２、受電装置３及び負荷Ｌの設計データからシミュレーション等によって設定されてもよい。

上述のように設定される負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、例えば第１制御器２５に含まれる図示しない記憶部（前述のＲＡＭ等）に記憶されたデータテーブルによって記述される。

次に、図４〜図７を用いて、上記のデータテーブルの作成手法の一例について説明する。

図４は、非接触給電システム１における電力特性の例を示す図である。図４のグラフでは、結合係数ｋが０．１，０．２，０．３，０．４及び０．５である場合における電力特性の各々が、曲線Ｃ１１，Ｃ１２、曲線Ｃ２１，Ｃ２２、曲線Ｃ３１，Ｃ３２、曲線Ｃ４１，４２、及び曲線Ｃ５１，Ｃ５２としてそれぞれ２つの曲線で示される。曲線Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１及びＣ５１は、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲が比較的高い電圧範囲（例えば、３０１Ｖ〜４００Ｖ、あるいはそれ以上）の場合の電力特性を示す。曲線Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２及びＣ５２は、負荷電力Ｐｏｕｔの電力範囲が比較的低い電圧範囲（例えば、１００Ｖ未満、１００Ｖ〜２００Ｖ，２０１Ｖ〜３００等）の場合の電力特性を示す。なお、この例では、５つの異なる結合係数ｋにおける電力特性を用いてデータテーブルを作成する手法について説明するが、さらに多くの異なる結合係数ｋにおける電力特性を用いてデータテーブルが作成されてもよい。

まず、図４に示されるグラフを複数のエリアに分割する。例えば図４のグラフを、図５において一点鎖線で示されるように負荷電力Ｐｏｕｔの範囲で分割し、二点鎖線で示されるように駆動周波数ｆの範囲で分割することにより、複数のエリアに分割する。

作成しようとするデータテーブルは、分割された複数のエリアごとに、対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを数値データで記述するものである。ここで、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、曲線Ｃ１１等の曲線によって示される電力特性の傾きであり、エリアを広く設定しすぎると、そのエリアに対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの値が適切に表されない可能性もある。そこで、各エリア対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの値がより適切に示されるように、電力特性を示す曲線の傾きに応じて、分割されるエリアの大きさ、すなわちそのエリアを定める駆動周波数ｆの範囲及び負荷電力Ｐｏｕｔの範囲が設定される。具体的に、グラフ中の、曲線の傾きの変化が比較的大きい部分は比較的小さいエリアで分割し、曲線の傾きの変化が比較的小さい部分は比較的大きなエリアで分割する。つまり、異なる基準周波数を昇順又は降順に並べた場合、隣り合う基準周波数どうしの間隔は、駆動周波数ｆに対する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が小さいほど広くなるように設定される。換言すると、隣り合う基準周波数どうしの間隔は、駆動周波数ｆに対する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が大きいほど狭くなるように設定される。

そして、分割された複数のエリアに対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを、数値データとして求める。数値データは、例えば、対応するエリアに含まれる曲線（複数の曲線が含まれてもよい）の傾きのうち、最も急な傾きの大きさとして算出される。ただし、数値データの算出手法はこれに限定されない。例えば、数値データは、対応するエリアに含まれる曲線を一次近似した場合の傾きの大きさとして算出されてもよい。複数の曲線が同じエリアに含まれる場合には、各曲線を一次近似した場合の傾きの値をそれぞれ算出し、そのうちの大きさが最大の傾きの値を、数値データとして算出してもよい。あるいは、算出された各曲線の傾きの平均値が、数値データとして算出されてもよい。

なお、実際に駆動周波数ｆを変化（増加及び減少）させる制御においては、駆動周波数ｆをステップ単位で変化させてもよい。ステップは、例えば、第１制御器２５であるＣＰＵのクロックの分解能で定まる。１ステップの大きさは、とくに限定されず、例えば数Ｈｚ〜数十Ｈｚ、数十Ｈｚ〜数百Ｈ程度であってもよい。よって、データテーブルにおいて記述される負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの単位は、Ｗ／ステップとされ得る。

データテーブルは、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲に応じてそれぞれ作成されてもよい。例えば負荷Ｌが蓄電池の場合には、蓄電池の構成及び蓄電池の充放電状態等によって電圧範囲が異なるためである。例えば、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲が比較的高い電圧範囲である場合、それに対応するデータテーブルは、曲線Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１及びＣ５１を含む複数の曲線で示される電力特性に基づいて作成するとよい。負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲が比較的低い電圧範囲である場合、それに対応するデータテーブルは、曲線Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２及びＣ５２を含む複数の曲線で示される電力特性に基づいて作成するとよい。

具体的に、図６は、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲が比較的高い電圧範囲である場合のデータテーブルの一例を示す。このデータテーブルは、図５において曲線Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１，Ｃ５１及び図５には図示されないそれ以外の曲線で示される電力特性に基づいて作成されている。図５に示されるように、このデータテーブルは、所定の駆動周波数ｆの範囲及び負荷電力Ｐｏｕｔの範囲で定められる各エリアに対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを数値データで記述している。

図６に示されるデータテーブルにおいては、駆動周波数ｆの範囲が二点鎖線で区切られている。駆動周波数ｆの各範囲に対応する値は、その範囲における駆動周波数ｆがその値以上にならないことを示す値である。例えば、データテーブルにおいて駆動周波数ｆが「８４」として示される駆動周波数ｆの範囲は、８３．５ｋＨｚ（すなわち８４−０．５ｋＨｚ）以上、８４ｋＨｚ未満の範囲である。また、データテーブルにおいて駆動周波数ｆが「８５」として示される駆動周波数ｆの範囲は、８４ｋＨｚ以上、８５ｋＨｚ未満の範囲である。

また、図６に示されるデータテーブルにおいては、負荷電力Ｐｏｕｔの範囲が一点鎖線で区切られている。負荷電力Ｐｏｕｔの各範囲に対応する値は、その範囲における負荷電力Ｐｏｕｔの下限値である。例えば、データテーブルにおいて負荷電力Ｐｏｕｔが「１０００」として示される負荷電力Ｐｏｕｔの範囲は、１０００Ｗ以上、２０００Ｗ未満の範囲である。

図７は、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲が比較的低い電圧範囲である場合のデータテーブルの一例を示す。このデータテーブルは、図５において曲線Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２、Ｃ５２及び図５には図示されないそれ以外の曲線で示される電力特性を用いて作成されている。図７のデータテーブルは、図６のデータテーブルと比較して、数値データが異なる点で相違する。

このように、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲に応じて、図６に示されるデータテーブル及び図７に示されるデータテーブルのように、異なる数値データを記述するデータテーブルが作成され得る。そして、図６及び図７に示されるようなデータテーブルを参照することにより、各エリアに対応する数値データ、つまりその駆動周波数ｆの範囲及び負荷電力Ｐｏｕｔの範囲における負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが得られるので、駆動周波数ｆを変化させたときの負荷電力Ｐｏｕｔの変化量を求めることができる。

具体的に、図７に示されるデータテーブルを例に挙げて説明する。当初、駆動周波数ｆが８４．５ｋＨｚであり、負荷電力Ｐｏｕｔが３３００Ｗであると仮定する。これに対応するデータテーブルにおけるエリアは、駆動周波数ｆが「８５」として示される範囲及び負荷電力Ｐｏｕｔが「３０００」として示される範囲で定められる。このエリアに対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、「−６３」である。この負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、駆動周波数ｆを１ステップ増やした場合に、負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが−６３Ｗ変化する（６３Ｗ減少する）ことを意味している。例えば所望の電力が３０００Ｗである場合には、負荷電力Ｐｏｕｔを３３００Ｗから３０００Ｗまで３００Ｗ減少させる必要があるので、負荷電力Ｐｏｕｔの変動量ΔＰは−３００Ｗである。この負荷電力Ｐｏｕｔの変動量ΔＰを得るための駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆは、Δｆ＝（−３００／−６３）であるので、約＋５ステップとして算出される。

すなわち、この場合には、周波数制御によって駆動周波数ｆを５ステップ分増加させることで、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力である３０００Ｗに近づけることができる。

一方、当初、駆動周波数ｆが８３．３ｋＨｚであり、負荷電力Ｐｏｕｔが５００Ｗであると仮定する。これに対応するデータテーブルにおけるエリアは、駆動周波数ｆが「８３．５」として示される範囲及び負荷電力Ｐｏｕｔが「５００」として示される範囲で定められるエリアである。このエリアに対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、「−６１」である。例えば所望の電力が３０００Ｗである場合には、負荷電力Ｐｏｕｔを５００Ｗから３０００Ｗまで２５００Ｗ増加させる必要があるので、負荷電力Ｐｏｕｔの変動量ΔＰは＋２５００Ｗである。この負荷電力Ｐｏｕｔの変動量ΔＰを得るための駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆは、Δｆ＝（２５００／−６１）であるので、約−４１ステップとして算出される。

すなわち、この場合には、周波数制御によって駆動周波数ｆを４１ステップ分減少させることで、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力である３０００Ｗに近づけることができる。

ところで、ここで参照している負荷電力変化率ΔＰ／Δｆ「−６１」は、負荷電力Ｐｏｕｔが例えば５００Ｗ以上７００Ｗ未満の場合に最も適した値である。このため、負荷電力Ｐｏｕｔが７００Ｗよりも大きくなるように負荷電力Ｐｏｕｔを調整する場合には、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆ「−６１」という値は、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを示す値としては、必ずしも最適な値であるとは限らない。また、一度に調整する負荷電力Ｐｏｕｔの値が大きすぎることも、制御の安定性等の観点から、かならずしも適切であるとは限らない。

そこで、例えば駆動周波数ｆを一度に変化させる際のステップ数の上限を定めておいてもよい。例えばステップ数の絶対値の上限を２０にしておけば、上述のように駆動周波数ｆを４１ステップ分増加させようとする場合でも、その増加幅を２０ステップ分に抑えることができる。そして、駆動周波数ｆを２０ステップ分増加させたのち、再び、対応する負荷電力変化率ΔＰ／Ｗに基づいて、周波数制御量Δを算出し、周波数制御を実行するとよい。このような制御サイクルを繰り返すことによっても、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができる。

次に、図８を参照して、送電装置２の動作について説明する。図８は、送電装置２において実行される処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、負荷Ｌが蓄電池であり、送電装置２からの電力によって蓄電池が充電される場合を例に挙げて説明する。このフローチャートの処理は、例えば受電装置３側からの充電開始要求を送電装置２が受信したことに応じて開始される。

まず、第１制御器２５は、充電開始シーケンスを実行する（ステップＳ１）。例えば、第１変換器２２から第１コイル２１側を見たインピーダンスが誘導性を示す（容量性とならない）駆動周波数ｆにおいて、第１コイル２１への交流電力Ｐａｃ２の供給が開始される。また、例えば第１コイル２１に過度に大きな電流が流れることを防ぐための保護機能を作動させないように、第１コイル２１への交流電力Ｐａｃ２の供給が開始される。

続いて、第１制御器２５は、電力一定制御による割り込みが有るか否かを判断する（ステップＳ２）。電力一定制御は、負荷Ｌに所望の電力が供給されるようにするための制御であり、これまで説明した電力制御によって実現される。割り込みは、例えば所定の周期で発生する。電力一定制御による割り込みが有ると判断された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、第１制御器２５は、電力指令値と負荷の電力値（負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ）との差分に基づく電力値を算出する（ステップＳ３）。電力指令値は、負荷Ｌに供給しようとする所望の電力の大きさを示す。負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔの大きさは、前述したように受電装置３から送電装置２に通知されてもよいし、後述するように送電装置２において推定されてもよい。

続いて、第１制御器２５は、データテーブルを参照し、周波数制御量Δｆの候補値Δｆ１を決定する（ステップＳ４）。具体的に、先に図４〜図７を参照して説明したように、データテーブルが参照され、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけるための周波数制御量Δｆが算出される。ただし、ここでの周波数制御量Δｆは暫定的な値であり、後述のステップＳ６，Ｓ８において変更され得る。このため、ステップＳ４において決定されるのは、周波数制御量Δｆの候補値Δｆ１とされる。

続いて、第１制御器２５は、候補値Δｆ１だけ変化させた場合の周波数（駆動周波数ｆ）が上限周波数ｆｍａｘより大きいか否かを判断する（ステップＳ５）。上限周波数ｆｍａｘは、駆動周波数ｆの上限値である。上限周波数ｆｍａｘは、例えば、非接触給電システム１が利用可能な駆動周波数ｆの上限値（例えば９０ｋＨｚ）であってもよいし、第１変換器２２から第１コイル２１を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数ｆの上限値であってもよい。候補値Δｆ１だけ変化させた場合の駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘより大きいと判断された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、第１制御器２５は、周波数が上限周波数ｆｍａｘとなるように周波数制御量Δｆを設定する（ステップＳ６）。これにより、駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘを上回らないようにすることができる。

一方、ステップＳ５において候補値Δｆ１だけ変化させた場合の駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘ以下であると判断された場合（ステップＳ５でＮＯ）、第１制御器２５は、候補値Δｆ１だけ変化させた場合の駆動周波数ｆが下限周波数ｆｍｉｎより小さいか否かを判断する（ステップＳ７）。下限周波数ｆｍｉｎは、駆動周波数ｆの下限値である。下限周波数ｆｍｉｎは、例えば、非接触給電システム１が利用可能な駆動周波数ｆの下限値（例えば８１．３８ｋＨｚ）であってもよいし、第１変換器２２から第１コイル２１を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数ｆの下限値であってもよい。候補値Δｆ１だけ変化させた場合の駆動周波数ｆが下限周波数ｆｍｉｎより小さいと判断された場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、第１制御器２５は、周波数が下限周波数ｆｍｉｎとなるように周波数制御量Δｆを設定する。

一方、ステップＳ７において候補値Δｆ１だけ変化させた場合の周波数が下限周波数ｍｉｎ以上であると判断された場合（ステップＳ７でＮＯ）、第１制御器２５は、周波数制御量Δｆを候補値Δｆ１に設定する（ステップＳ９）。

以上のステップＳ６，Ｓ８，Ｓ９のいずれかにおいて周波数制御量Δｆが決定される。そして、周波数制御量Δｆが決定された後、第１制御器２５は、周波数（駆動周波数ｆ）を周波数制御量Δｆだけ変化させる（ステップＳ１０）。

先のステップＳ２において電力一定制御による割り込みが無いと判断された場合（ステップＳ２でＮＯ）、又はステップＳ１０において周波数が周波数制御量Δｆだけ変化させられた後、第１制御器２５は、充電停止要求が有るか否かを判断する（ステップＳ１１）。充電停止要求は、例えば、蓄電池としての負荷ＬのＳＯＣが十分に高くなり充電が不要となったタイミングで、受電装置３から送電装置２に通知される。充電停止要求が無いと判断された場合（ステップＳ１１でＮＯ）、第１制御器２５は、ステップＳ２に再び処理を戻す。一方、充電停止要求が有ると判断された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、第１制御器２５は、充電停止シーケンスを実行する（ステップＳ１２）。

図８の処理によれば、第１制御器２５によって、負荷Ｌに所望の電力が供給されるように（ステップＳ２）、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づいて駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆが算出されて決定され（ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９）、決定された周波数制御量Δｆに応じて駆動周波数ｆが変更（制御）される（ステップＳ１０）。このフローチャートによれば、第１コイル２１と第２コイル３１との位置ずれを検出することなく、負荷Ｌに供給される電力が調整される。

ところで、図８に示される処理の例では、駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘを上回る可能性のある場合（つまりステップＳ５でＹＥＳ）及び下限周波数ｆｍｉｎを下回る可能性のある場合（つまりステップＳ７でＹＥＳ）を除き、駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆは、駆動周波数ｆを増加させる場合と減少させる場合とで区別せずに設定される（ステップＳ３、Ｓ４，Ｓ９）。

ここで、非接触給電システム１の回路特性によっては、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆがかなり大きくなり、駆動周波数ｆをわずかに変化させただけで負荷電力Ｐｏｕｔが急激に増加する可能性がある。負荷電力Ｐｏｕｔが急激に増加すると、送電装置２及び受電装置３を流れる電力が急激に増加し、例えば、電力制御を安定させることが困難になる。また、第１変換器２２、第２変換器３２に含まれる種々の回路（インバータ回路及びＰＦＣ等）の劣化等を招く可能性もある。これを避けるために、負荷電力Ｐｏｕｔを増加させる場合の駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆを抑えてもよい。一方で、第１コイル２１及び第２コイル３１の位置ずれ又は何らかの異常事態により負荷電力Ｐｏｕｔが大きくなりすぎた場合には、負荷電力Ｐｏｕｔを迅速に減少させなければならない。

そこで、第１制御器２５は、負荷電力Ｐｏｕｔを増加させる場合には、周波数制御量Δｆが算出された値よりも小さくなるように、周波数制御量Δｆを補正し、補正した周波数制御量Δｆを用いて（に応じて）周波数制御を実行してもよい。

具体的に、図９に示されるフローチャートを用いて説明する。図９に示されるフローチャートは、図８に示されるフローチャートと比較して、ステップＳ４とステップＳ５，Ｓ７との間に、ステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３を含む点、及びそれらのステップ間のフローにおいて相違する。

すなわち、図９に示されるように、ステップＳ４の処理が完了すると、第１制御器２５は、候補値Δｆ１が正の値か否かを判断する（ステップＳ４１）。候補値Δｆ１が正の値であると判断された場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）、第１制御器２５は、候補値Δｆ１を係数Ａで補正する（ステップＳ４２）。この補正は、候補値Δｆ１の大きさ（つまり絶対値）を、先のステップＳ４において決定された候補値Δｆ１の大きさに維持するか、候補値Δｆ１の大きさよりも大きな値にするための補正である。第１制御器２５は、例えば候補値Δｆ１に係数Ａを乗じることによって、候補値Δｆ１を係数Ａで補正する。その場合の係数Ａは、１以上の値とされる。ステップＳ４２の処理が完了した後、第１制御器２５は、ステップＳ５に処理を進める。なお、候補値Δｆ１がゼロの場合及び係数Ａが１の場合には、係数Ａによる補正によっては候補値Δｆ１が変化しないので、ステップＳ４２の処理がスキップされてもよい。

一方、ステップＳ４１において候補値Δｆ１がゼロ又は負の値であると判断された場合（ステップＳ４１でＮＯ）、第１制御器２５は、候補値Δｆ１を係数Ｂで補正する（ステップＳ４３）。この補正は、候補値Δｆ１の大きさ（つまり絶対値）を、先のステップＳ４において決定された候補値Δｆ１の大きさよりも小さな値にするための補正である。第１制御器２５は、例えば候補値Δｆ１に係数Ｂを乗じることによって、候補値Δｆ１を係数Ｂで補正する。その場合の係数Ｂは、１未満の値とされる。ステップＳ４３の処理が完了した後、第１制御器２５は、ステップＳ７に処理を進める。

ステップＳ５及びステップＳ７の処理自体は、先に図８を参照して説明したとおりである。ただし、候補値Δｆ１が正の値の場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）には、駆動周波数ｆが下限周波数ｆｍｉｎを下回ることはない。また、候補値Δｆ１が正の値でない場合（ステップＳ４１でＮＯ）には、駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘを上回ることはない。そのため、候補値Δｆ１が正の場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）には、ステップＳ４２の処理を経た後、ステップＳ５の処理、すなわち候補値Δｆ１だけ変化させた場合の駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘより大きいか否かが判断され、その判断結果に応じてステップＳ６又はステップＳ９に処理が進められる。また、候補値Δｆ１が正の値でない場合（ステップＳ４１でＮＯ）には、ステップＳ４３の処理を経た後、ステップＳ７の処理、すなわち候補値Δｆ１だけ変化させた場合の駆動周波数ｆが下限周波数ｆｍｉｎより小さいか否か判断され、その判断結果に応じてステップＳ８又はステップＳ９に処理が進められる。ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ９以降の処理は、先に図８を参照して説明したとおりである。

図９の処理によれば、負荷電力Ｐｏｕｔを増加させる場合、つまり駆動周波数ｆを減少させる場合（ステップＳ４１でＮＯ）には、周波数制御量Δｆの大きさが算出された値の大きさよりも小さくなるように補正される（ステップＳ４３）。よって、周波数制御により負荷Ｌに供給される電力及び送電装置２、受電装置３を流れる電力が急激に増加することも抑制される。一方、負荷電力Ｐｏｕｔを減少させる場合、つまり駆動周波数ｆを増加させる場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）には、周波数制御量Δｆの大きさが算出された値の大きさと同じかその値の大きさよりも大きくされる（ステップＳ４２）。よって、負荷電力Ｐｏｕｔが迅速に減少される。

次に、第１制御器２５の作用効果について説明する。例えば、第１制御器２５は、第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２を制御するためのパラメータとして駆動周波数ｆを採用し、駆動周波数ｆを変更することによって、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力（電力指令値）に近づけるように、駆動周波数ｆを変更する。

上記実施形態では、基準周波数からの駆動周波数ｆの所定の周波数変化量に対する負荷電力の変化量（負荷電力変化率ΔＰ／Δｆ）に基づいて、負荷Ｌに供給される電力が所望の電力に近づくように、駆動周波数ｆが変更される（周波数制御が実行される）。具体的に、第１制御器２５は、負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔと所望の電力（電力指令値）との差分（負荷電力Ｐｏｕｔの変化量ΔＰ）と負荷電力変化率ΔＰ／Δｆとに基づいて、駆動周波数ｆを変更する。より具体的に、上記差分（負荷電力Ｐｏｕｔの変化量ΔＰ）を負荷電力変化率ΔＰ／Δｆで除することによって駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆを算出し、算出した周波数制御量Δｆを用いて駆動周波数ｆを変更する（制御する）することで、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができる。そして、このように負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づいて周波数制御を実行することによって、第１コイル２１と第２コイル３１との位置ずれを検出することなく、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを調整することができる。

また、上記実施形態では、第１制御器２５の記憶部は、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを記憶している。図４〜図７を参照して説明したようにデータテーブルが予め作成され、第１制御器２５は、そのデータテーブルを記憶している。第１制御器２５は、データテーブルを参照することによって、周波数制御を実行する。つまり、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆをリアルタイムで算出する必要がない。そのため、処理時間が短縮され、効率的に負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができる。特に、給電中に位置ずれが発生して、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔが所望の電力からずれても、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に素早く近づけることができる。つまり、応答性の良い電力制御が実現される。

第１制御器２５は、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを、送電装置２の外部から取得してもよい。例えば受電装置３が設けられた他の装置（例えば車等の移動体）から送信された負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを受信することによって、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが取得される。この場合、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆを送信する車等の移動体は受電装置３の特性を把握しているので、受電装置３に対応した負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが取得される。これにより、適切な負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づいて負荷電力Ｐｏｕｔが調整される。よって、種類及び特性の異なる受電装置３に対して電力を供給する場合でも、負荷電力Ｐｏｕｔを適切に調整することができる。

また、上記実施形態の図４及び図５に示されるグラフは、異なる複数の結合係数ｋの各々について、駆動周波数ｆと負荷電力Ｐｏｕｔとの関係を示す複数の曲線を示す。そして、図６及び図７に示されるデータテーブルは、異なる複数の結合係数ｋに対応した全ての曲線に基づいて作成されている。このため、第１コイル２１と第２コイル３１との位置ずれによって結合係数ｋがどのような値に変化しても、その結合係数ｋ（つまり位置ずれの状態）に対応した負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが、データテーブルによって記述されることとなる。この場合、図６、図７に示されるデータテーブルを参照し、データテーブルによって記述される負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づくことで、位置ずれの状態にかかわらず周波数制御を実行することが可能である。よって、位置ずれを検出することなく、負荷Ｌに供給される電力を所望の電力に近づけるように周波数制御を実行することができる。

また、上述の周波数制御においては、駆動周波数ｆの周波数制御量Δｆが、所望の電力と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分を埋めるような値として算出される。このため、駆動周波数ｆを周波数制御量Δｆ変化させることで、負荷電力Ｐｏｕｔが、所望の電力とほぼ同じ、あるいはかなり近い値となることが期待される。よって、短時間で負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができる可能性が高い。

ここで、先に説明したように、受電装置３側に設けられた負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔを把握するために、負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが、電力指令値とともに受電装置３から送電装置２に通知されてもよい。この場合、受電装置３の第２検出器３３によって直接検出された負荷電力Ｐｏｕｔに基づいて電力制御が行われる。そのため、例えば第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２に基づいて負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを推定する場合よりも、電力制御の精度を向上させることができる。

また、先に図４〜図７を参照して説明したように、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、異なる基準周波数ごとにそれぞれ設定される。このため、第１制御器２５は、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の駆動周波数ｆを基準周波数とする負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づいて、駆動周波数ｆを変える（制御する）ことができる。これにより、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが基準周波数によって異なる場合であっても、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の駆動周波数ｆに対応した適切な負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づく電力制御が可能となる。よって、電力制御の精度を向上させることができる。

ここで、異なる基準周波数どうしの間隔は、駆動周波数ｆに対する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が小さいほど広くなるように設定されてもよい。例えば、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が大きい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が小さい領域では、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに対する分解能が細かくなり過ぎる。この場合、基準周波数の数、つまり対応する負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの数が多くなり過ぎるので、その分、扱うデータ量が必要以上に大きくなってしまう。一方、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が小さい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が大きい領域では、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに対する分解能が粗くなる。この場合、電力の調整精度を十分に高めることができない可能性がある。上記構成によれば、隣り合う基準周波数どうしの間隔が、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が小さくなるほど広くなるように設定されるので、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が小さい領域では、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量に対する分解能が細かくなり過ぎないように周波数間隔が設定され、データ量が抑えられる。また、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量が大きい領域では、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆの変化量に対する分解能が粗くなり過ぎない様に周波数間隔が設定される。よって、扱うデータ量を低減しつつ、負荷電力Ｐｏｕｔの調整精度を維持することができる。

また、先に図４〜図７を参照して説明したように、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆは、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの異なる電圧範囲ごとにそれぞれ設定される。このため、例えば負荷Ｌが蓄電池等であり、負荷電力変化率ΔＰ／Δｆが負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの電圧範囲によって異なる場合であっても、負荷電力Ｐｏｕｔの電圧に対応した適切な負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づく電力制御が可能となる。よって、電力制御の精度を向上させることができる。

第１制御器２５は、負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔと所望の電力（電力指令値）との差分である負荷電力Ｐｏｕｔの変化量ΔＰ及び負荷電力変化率ΔＰ／Δｆに基づいて周波数制御量Δｆの候補値Δｆ１を算出する。ここで、先に図９を参照して説明したように、第１制御器２５は、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを増加させる場合には、算出した候補値Δｆ１の大きさが小さくなるように補正し、補正後の候補値Δｆ１を周波数制御量Δｆとして、周波数制御量Δｆだけ駆動周波数ｆを変更してもよい。これにより、例えば、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔ及び送電装置２等を流れる電力が急激に大きくなり安定した電力制御が困難になることを抑制することができる。

ところで、上記のように受電装置３から送電装置２へ負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを通知しなくとも、第１制御器２５は、負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔを把握し得る。例えば、第１制御器２５は、第１変換器２２から第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２に基づいて、負荷電力Ｐｏｕｔを推定してもよい。これは、交流電力Ｐａｃ２と、負荷電力Ｐｏｕｔとが関連性を有するためである。例えば、非接触給電システム１による電力伝送においてほとんど電力損失が発生しない場合には、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさはほぼ等しいので、第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２の大きさを、負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔとして推定することができる。また、電力損失を考慮する場合には、電力損失の大きさを予め定めた値（例えば５％）としておき、交流電力Ｐａｃ２の大きさから、電力損失の大きさを差し引いた値を、負荷電力Ｐｏｕｔとして推定することができる。このように第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２に基づいて負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを推定するので、例えば、受電装置３から送電装置２への負荷電力Ｐｏｕｔの通知を不要とすることができる。その場合、送電装置２及び受電装置３、すなわち非接触給電システム１の構成を簡素化し、コストを削減できる可能性が高まる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、主に、電力制御として周波数制御を用いる場合について説明したが、電力制御として、前述の位相シフト制御、直流電力Ｐｄｃの制御が採用されてもよい。

電力制御として位相シフト制御を用いる場合には、第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２を制御するためのパラメータとして、先に図１０を参照して説明した、インバータ回路に含まれるスイッチング素子の駆動時間のずれ量が採用されてもよい。この場合、電力変化率は、当該駆動時間のずれ量の変化量に対する負荷電力Ｐｏｕｔの変化量とされる。そのような電力変化率を記述するデータテーブルは、周波数制御の場合と同様の手法を用いて作成され得る。

また、電力制御として直流電力Ｐｄｃの制御を用いる場合には、第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２を制御するためのパラメータとして、直流電力Ｐｄｃの電圧の大きさが採用されてもよい。この場合、電力変化率は、直流電力Ｐｄｃの電圧の大きさの変化量に対する負荷電力Ｐｏｕｔの変化量とされる。そのような電力変化率を記述するデータテーブルも、周波数制御の場合と同様の手法を用いて作成され得る。

更に、電力制御として、非接触給電システム１のインピーダンスの制御が採用されてもよい。非接触給電システム１の送電装置２を構成する素子のインピーダンスが変わると、非接触給電システム１のインピーダンスが変化し、第１変換器２２が供給する交流電力Ｐａｃ２も変化する。つまり、第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２を制御するためのパラメータとして、非接触給電システム１のインピーダンスが採用されてもよい。例えば、第１コイル２１と、第１コイル２１に接続され得るキャパシタ又はインダクタンスとの少なくとも１つを可変素子で実現し、この可変素子のインピーダンスを変えることにより、非接触給電システム１のインピーダンスが変化する。この場合、電力変化率は、可変素子のインピーダンスの変化量に対する負荷電力Ｐｏｕｔの変化量とされる。そのような電力変化率を記述するデータテーブルも、周波数制御の場合と同様の手法を用いて作成され得る。

また、上記実施形態では、電力変化率に基づいて、負荷Ｌに供給される電力（負荷電力）を所望の電力に近づける場合について説明したが、電力変化率は電流の変化を規定してもよい。負荷Ｌに印加される電圧（負荷電圧）が変わらない（又はその変化が極めて小さい）場合、負荷電力は、負荷Ｌに供給される電流（負荷電流）に比例（ほぼ比例）する。所望の電力を負荷電圧で除算することにより、所望の電力を実現する所望の電流が求まる。この場合、電力変化率は、駆動周波数ｆ（又は位相シフトにおける駆動時間のずれ量、直流電力Ｐｄｃの電圧の大きさ、可変素子のインピーダンス）の変化量に対する負荷電流の変化量とされる。この電力変化率に基づいて負荷電流を所望の電流に近づけることにより、負荷電力を所望の電力に近づけることができる。

１ 非接触給電システム
２ 送電装置
３ 受電装置
２１ 第１コイル
２２ 第１変換器
２３ 第１検出器
２４ 第１通信器
２５ 第１制御器
２６ 電力変換器
２７ 直流交流変換器
３１ 第２コイル
３２ 第２変換器
３３ 第２検出器
３４ 第２通信器
３５ 第２制御器
ＰＳ 電源
Ｌ 負荷

Claims (12)

1. 負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
   第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
   電力を受けて交流電力に変換し、変換した交流電力を前記第１コイルに供給する変換器と、
   前記交流電力を制御するためのパラメータを変更する制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、基準値からの前記パラメータの所定の変化量に対する、前記負荷に供給される電力の変化量を示す電力変化率に基づいて、前記負荷に供給される前記電力が所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、送電装置。
2. 前記制御器は、前記電力変化率を記憶している、請求項１に記載の送電装置。
3. 前記制御器は、前記電力変化率を、前記送電装置の外部から取得する、請求項１に記載の送電装置。
4. 前記制御器は、前記負荷に供給されている前記電力と前記所望の電力との差分及び前記電力変化率に基づいて前記パラメータを変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の送電装置。
5. 前記パラメータは、前記交流電力の周波数であり、
   前記基準値は、前記交流電力の周波数に対して定められる基準周波数である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 前記電力変化率は、異なる前記基準周波数ごとにそれぞれ設定され、
   前記制御器は、前記第１コイルに供給されている前記交流電力の周波数を基準周波数とする電力変化率に基づいて、前記負荷に供給される前記電力が前記所望の電力に近づくように、前記交流電力の周波数を変更する、請求項５に記載の送電装置。
7. 前記異なる前記基準周波数を昇順又は降順に並べた場合、隣り合う前記基準周波数どうしの間隔は、前記交流電力の周波数に対する前記電力変化率の変化量が小さいほど広くなるように設定される、請求項６に記載の送電装置。
8. 前記電力変化率は、前記負荷に供給される前記電力の、異なる電圧範囲ごとにそれぞれ設定され、
   前記制御器は、前記負荷に供給されている前記電力の電圧が含まれる電圧範囲に対応する電力変化率に基づいて、前記負荷に供給される前記電力が前記所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の送電装置。
9. 前記制御器は、前記負荷に供給されている前記電力と前記所望の電力との差分及び前記電力変化率に基づいて前記パラメータの制御量を算出し、前記負荷に供給される前記電力を増加させる場合には、算出した前記パラメータの制御量の大きさが小さくなるように補正し、補正後のパラメータの制御量だけ前記パラメータを変更する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の送電装置。
10. 前記負荷に供給される前記電力を減少させる場合には、算出した前記パラメータの制御量の大きさが大きくなるように補正し、補正後のパラメータの制御量だけ前記パラメータを変更する、請求項９に記載の送電装置。
11. 前記制御器は、前記交流電力に基づいて前記負荷に供給される前記電力を推定し、推定された前記電力が前記所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の送電装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の送電装置と、
    前記受電装置と、
    を備え、
    前記受電装置は、前記送電装置と通信可能であり、
    前記受電装置は、前記負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、
    前記制御器は、前記検出器によって検出される電力が前記所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、非接触給電システム。

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