(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態は、複数の磁界による電力伝送において、磁界の打消しおよび周波数ホッピングの両方を実施しつつ、漏洩磁界低減効果を効率よく得る。【解決手段】本発明の一態様としての送電装置は、それぞれが磁界を発生させる複数の送電部を備える。各前記磁界の位相は、各前記磁界が打ち消し合うように、定められている。各前記送電部は、各前記磁界の周波数を、同一のタイミングで同一の値に順次遷移させる。前記周波数の１回あたりの遷移幅は、上限値により制限されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが磁界を発生させる複数の送電部と、
各前記磁界を所望の状態にするために、各前記送電部を制御する送電制御部と、
を備え、
各前記磁界の位相が、各前記磁界が打ち消し合うように揃えられており、
各前記磁界の周波数が、同一のタイミングで同一の値に順次遷移し、
前記周波数の１回あたりの遷移幅が、上限値により制限されている
送電装置。
【請求項２】
前記周波数が遷移される際の各前記送電部の過渡応答により、前記磁界の打ち消し合いによる漏洩磁界低減効果が低下するが、
前記制限により、前記低下が抑えられる
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記低下が３ｄＢ以内に抑えられるように、前記上限値が定められた
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記周波数の遷移の形状の一部が、三角波状または正弦波状である
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項５】
前記周波数の遷移が、一定の周期で繰り返される
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項６】
前記周期が、漏洩磁界を測定するための所定の規格に基づく、前記周波数に対応する第１通過帯域幅の参照帯域の逆数と概ね一致する
請求項５に記載の送電装置。
【請求項７】
前記周期が、漏洩磁界を測定するための所定の規格に基づく、前記周波数に対応する第１通過帯域幅の参照帯域の逆数の４分の１から、前記参照帯域の逆数の２倍までの範囲に含まれる
請求項５に記載の送電装置。
【請求項８】
前記周期が、
漏洩磁界を測定するための所定の規格に基づく、前記周波数に対応する第１通過帯域幅の参照帯域の逆数よりも小さく、
前記規格に基づく、前記第１通過帯域幅よりも高帯域を対象とした第２通過帯域幅参照帯域の逆数よりも大きい
請求項５に記載の送電装置。
【請求項９】
前記遷移幅が、漏洩磁界を測定するための所定の規格に基づく、前記周波数に対応する第１通過帯域幅の参照帯域の逆数以上である
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項１０】
前記送電制御部が、
前記遷移幅に対する入力値を受け付け、
前記入力値が前記制限を満たす場合に限り、前記入力値に基づき、前記順次遷移する周波数の値を決定する
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項１１】
送電装置と、受電装置と、を備え、非接触にて電力を伝送する電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
それぞれが磁界を発生させる複数の送電部と、
各前記磁界を所望の状態にするために、各前記送電部を制御する送電制御部と、
を備え、
前記受電装置は、
前記磁界により、高周波電流を生成する受電部と、
を備え、
各前記磁界の位相が、各前記磁界が打ち消し合うように揃えられており、
各前記磁界の周波数が、同一のタイミングで同一の値に順次遷移し、
前記周波数の１回あたりの遷移幅が、上限値により制限されている
電力伝送システム。
【請求項１２】
前記磁界の強度を測定可能な計測装置
をさらに備え、
前記送電制御部が、
前記周波数の遷移を行わずに前記磁界の打ち消し合いだけを行う第１試験と、
前記磁界の打ち消し合いを行わずに、前記周波数の遷移だけを行う第２試験と、
前記磁界の打ち消し合いと、前記周波数の遷移と、の両方を行う第３試験と、
を実施し、
前記計測装置が、前記第１から前記第３までの試験における磁界強度を測定し、
前記送電制御部が、測定された各磁界強度に基づき、前記上限値を決定する
請求項１１に記載の電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送電装置および電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置から受電装置への非接触での電力伝送（非接触給電）が普及しつつある。非接触給電では、送電回路が所定の周波数の高周波電流を発生し、当該高周波電流により送電コイルが励振し、当該励振により発生した磁界により電力が伝送される。しかし、非接触給電では、外部に漏れた磁界（漏洩磁界）が、放送、無線通信などを妨害する懸念がある。そのため、非接触給電においては、国際規格等により定められた、漏洩磁界の上限に関する制限を満たすように、漏洩磁界を抑える必要がある。
【０００３】
その一方で、電気自動車（ＥＶ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｉｅｃｈｌｅ）などの大容量のバッテリーを短時間で充電するために、電力量の大きい給電が望まれている。大電力の非接触給電を行うと、コイルに流れる高周波電流量も多くなり、必然的に漏洩磁界が増加してしまう。そこで、漏洩磁界を抑えるための新しい技術の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１５／１８９９７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、複数の磁界による電力伝送において、磁界の打消しおよび周波数ホッピングの両方を実施しつつ、漏洩磁界低減効果を効率よく得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様としての送電装置は、それぞれが磁界を発生させる複数の送電部を備える。各前記磁界の位相は、各前記磁界が打ち消し合うように、定められている。各前記送電部は、各前記磁界の周波数を、同一のタイミングで同一の値に順次遷移させる。前記周波数の１回あたりの遷移幅は、上限値により制限されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図。
【図２】周波数ホッピングを説明する図。
【図３】遷移幅制限を満たす場合の周波数の遷移の一例を示す図。
【図４】遷移幅制限を満たさない場合の周波数の遷移の一例を示す図。
【図５】遷移幅制限を満たさない場合の周波数の遷移の他の一例を示す図。
【図６】周期的な遷移の一例を示す図。
【図７】周期的な遷移の他の一例を示す図。
【図８】高周波電流生成部の内部構成の一例を示す図。
【図９】整流部の構成の一例を示す図。
【図１０】第２の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図。
【図１１】第３の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図。
【図１２】周波数ホッピングによる漏洩磁界低減効果の低下を示す図。
【図１３】周期と漏洩磁界低減効果の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の符号の添え字のアルファベットは、同じ符号の各個体の区別のために付されている。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図である。第１の実施形態に係る電力伝送システムは、送電装置１と、受電装置２と、を備える。
【００１０】
送電装置１は、ＡＣ電源１１と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２と、送電制御部１３と、二つの送電部１４と、を備える。各送電部１４は、高周波電流生成部１４１と、送電コイル１４２と、を備える。ここでは、二つの送電部１４を、第１送電部１４Ａと、第２送電部１４Ｂと記載して区別する。送電部１４の構成要素も同様にして、区別する。
【００１１】
受電装置２は、二つの受電部２１を備える。各受電部２１は、受電コイル２１１と、整流部２１２と、を備える。ここでは、二つの受電部２１を、第１受電部２１Ａと、第２受電部２１Ｂと記載して区別する。受電部２１の構成要素も同様にして、区別する。
【００１２】
本実施形態の電力伝送システムでは、電磁誘導により、高周波電流から発生した磁界を利用して、送電装置１から受電装置２に対し電力が伝送される。つまり、本実施形態の電力伝送システムでは、非接触にて受電装置２が給電される。
【００１３】
また、本実施形態では、電力伝送システムの漏洩磁界強度を許容値内に抑えつつも、なるべく大きな電力を伝送するために、少なくとも二つの電力伝送系統を有する。以降において、電力伝送系統は単に系統と記載する。図１では、第１送電部１４Ａおよび第１受電部２１Ａが第１系統を構成する。また、第２送電部１４Ｂおよび第２受電部２１Ｂが第２系統を構成する。
【００１４】
しかし、何ら対策せずに電力伝送を行うと、当該磁界の一部が、漏洩磁界として、周りの機器へ干渉する。そこで、本実施形態では、漏洩磁界を低減するために、逆相化による磁界打消しと、周波数拡散と、の両方が利用される。
【００１５】
逆相化による磁界打消しは、対応する二つの磁界の位相を逆にすることにより、漏洩磁界の強度を低減する方法である。逆相化は、磁界を生み出す高周波電流の向きまたは位相を調整することにより可能である。磁界同士の位相が逆の場合は磁界同士が互いに打ち消し合うため（言い換えると、磁界が逆相である場合は磁界のベクトル和がゼロとなるため）、漏洩磁界の強度が低減するという漏洩磁界低減効果（減衰）が得られる。逆相化による漏洩磁界低減効果は、逆相効果と称される。
【００１６】
本実施形態では、第１系統による磁界と、第２系統による磁界とが、逆相となるように調整される。つまり、逆相となった、これら二つの磁界が合成されて、漏洩磁界が低減することにより、遠方にある他の外部機器への影響を防ぐ。本実施形態における逆相化の実装方法は後述する。
【００１７】
周波数拡散は、電力伝送に利用する周波数帯域を拡張する（拡散させる）ことである。例えば、磁界を生成する高周波電流を生成する際のスイッチング周波数を遷移することにより、高周波電流の周波数を遷移させる。こうすると、磁界が使用する周波数帯域が拡張され、その強度が、高周波電流の周波数を遷移させなかった場合よりも、減少することが知られている。磁界の周波数、すなわち高周波電流の周波数を遷移することは、周波数ホッピングと称される。
【００１８】
図２は、周波数ホッピングを説明する図である。図２（Ａ）は、周波数ホッピングを行わない場合、つまり一つの周波数のみにて電力伝送を行う場合での、周波数と磁界強度との関係を示す図である。図２（Ａ）の例では、８５ｋＨｚだけで電力伝送が行われているとする。ゆえに、８５ｋＨｚの地点にて、一つのピークを有する（磁界強度の大きい）グラフが示されている。
【００１９】
図２（Ｂ）は、周波数ホッピングを行う場合、つまり、複数の周波数にて電力伝送を行う場合での、周波数と磁界強度との関係を示す図である。図２（Ｂ）の例では、８５ｋＨｚを中心とした２０個の周波数にて電力伝送が行われているとする。ゆえに、２０個のピークを有する（磁界強度の大きい）グラフが示されている。
【００２０】
以降、周波数ホッピングを行う場合に、周波数が遷移する値を、単に遷移値と記載する。また、遷移値の小さいほうから順に番号を付与し、i（iは１以上の整数）番目の遷移値をｆiと表すものとする。つまり、１番目の遷移値ｆ１が最小の遷移値であり、遷移値ｆiはi番目に大きい遷移値であり、ｆi＋１＞ｆiが成り立つ。また、遷移値の数を遷移数と記載する。図２（Ｂ）の例では、遷移数は２０である。
【００２１】
周波数ホッピングでは、あるタイミングにおいて、周波数が、遷移値のいずれかから、それとは別の遷移値のいずれかに遷移する。当該遷移が何度も行われることにより、周波数が拡散し、漏洩磁界の強度が低下する。図２の例では、最小の遷移値ｆ１から最大の遷移値ｆ２０までは８ｋＨｚほどであるため、周波数が８ｋＨｚほど拡散していると言える。この、最小の遷移値から最大の遷移値までを、拡散帯域幅と記載する。また、周波数の変更１回あたりの周波数の差分、つまり、変更後の周波数と、変更前の周波数との差分（ｆi＋１−ｆi）を、遷移幅と記載する。
【００２２】
このような周波数ホッピングを行った場合の電力は、周波数ホッピングを行わない場合の電力と、長期的には同一である。ゆえに、周波数あたりの電力（電力密度）は、周波数ホッピングを行った場合のほうが、周波数ホッピングを行わない場合よりも小さくなる。周波数ホッピングを行うことにより、電力エネルギーを複数の周波数にて拡散し、漏洩磁界として測定される電力密度を低減する。周波数ホッピングにより、漏洩磁界が低減するという効果（漏洩磁界低減効果）を、周波数拡散効果と記載する。
【００２３】
本実施形態では、周波数ホッピングにより、つまり、高周波電流の周波数が、一定の時間間隔にて、順次遷移することにより、周波数拡散効果を得る。本実施形態における周波数ホッピングの実装方法は後述する。
【００２４】
しかし、電力伝送システムの各系統は異なる過渡応答特性を有しており、過渡応答特性の相違により、周波数の遷移時に、各系統において異なる過渡応答が発生する。そのため、逆相による磁界打消しと周波数ホッピングの両方を同時に利用しても、単純に両方法を組み合わせただけでは、漏洩磁界低減効果が、想定よりも著しく低下する場合がある。
【００２５】
例えば、各系統の構成要素が同一であっても、構成要素の構成素子には部品バラ付きがあるため、各系統は同一の特性を有するわけではない。また、各系統の特性を同一にできたとしても、送電装置１および受電装置２の位置などにより、各系統の特性が変化してしまう。例えば、受電装置２を搭載する電気自動車が、送電装置１を備える駐車場に駐車する場合において、所定の駐車位置に対して若干斜めに駐車した場合には、各系統の結合状態が理想と異なり、各系統の回路応答特性などが変化する。ゆえに、各系統の過渡応答特性を同一にすることは困難である。
【００２６】
そして、周波数ホッピングにおいて、周波数は瞬時に遅延なく遷移するわけではない。そのため、周波数の過渡期間において、過渡応答特性の相違により、各系統の高周波電流の位相差が変化してしまう。当該期間において逆相が維持されていないため、逆相効果が消失する。このように、周波数が変更される際の各送電部１４の過渡応答により、逆相効果が低下する。ゆえに、磁界強度が想定よりも高くなる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、漏洩磁界低減効果の低下を抑えるために、周波数ホッピングに制限をかける。当該制限により、逆相化と周波数ホッピングの両方を実行した際に、漏洩磁界低減効果が想定よりも著しく低下する、つまり、漏洩磁界強度が想定よりも著しく高いという事態を防ぐ。具体的には、遷移幅を、遷移幅に対する上限値により制限する。これにより、逆相効果が消失する期間の長さが抑えられて、漏洩磁界低減効果の低下が許容範囲に抑えられる。つまり、漏洩磁界の磁界強度が低くなる。
【００２８】
送電装置１の内部構成について説明する。
【００２９】
ＡＣ電源１１は、交流電流をＡＣ−ＤＣコンバータ１２に供給する。ＡＣ電源１１は、三相電源でも単相電源でもよい。また、ＡＣ電源１１には、力率改善回路、整流器などが接続されていてもよい。ＡＣ−ＤＣコンバータ１２は、供給された交流電流を直流電流に変換する。そして、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から直流電流が第１送電部１４Ａおよび第２送電部１４Ｂに送られる。
【００３０】
送電制御部１３は、逆相化および周波数ホッピングが行われるように、送電部１４を制御する。制御の仕方は、適宜定めてよい。
【００３１】
例えば、磁界の位相は、例えば、駆動信号として逆相の制御信号を供給することにより、制御されてもよい。これにより、各送電部１４により生成された磁界が逆相となる。
【００３２】
なお、磁界に関する設定値（パラメータ）が固定である場合は、予め送電部１４が当該設定値にて磁界を生成できるようにしておけばよく、その場合、送電制御部１３は位相に関する制御を行わなくともよい。例えば、第１送電部１４Ａが生成する磁界の位相が０度で固定され、第２送電部１４Ｂが生成する磁界の位相が１８０度で固定されている場合、送電制御部１３は位相に関する制御を行わない。
【００３３】
また、周波数の遷移のタイミングは、送電制御部１３がクロック信号をそのまま各送電部１４に送信することにより、指定されてもよい。あるいは、後述する送電部１４内のインバータ１４１２を動作させるための信号を、クロック信号を分周して生成することにより、当該タイミングを指定してもよい。遷移値は、予め送電部１４に送信しておいてもよいし、遷移させる度に送信してもよい。これにより、各送電部１４が、生成する各磁界の周波数を、同一のタイミングで同一の値に順次変更することができる。
【００３４】
遷移値および遷移数は、送電制御部１３に予め定められているとする。例えば、図２（Ｂ）の例のように、送電制御部１３にはｆ１からｆ２０までの２０個の遷移値（候補値）が登録されているとする。その場合、送電制御部１３は、所定の規則に基づき、２０個の遷移値から一つの周波数を選択し、選択された周波数となるように、各送電部１４を制御する。
【００３５】
例えば、三角波または正弦波状の遷移にする場合には、送電制御部１３は、順次遷移する周波数の値を、登録されている２０個の候補値から、昇順または降順にて決定していき、終端の候補値であるｆ１またはｆ２０が決定された後は、先の順序とは逆の順序にて決定していけばよい。
【００３６】
但し、指定する遷移値は、遷移幅に対する上限値による制限を満たすようにする。逆相効果の低下は、各送電部１４の過渡応答差の絶対値に依存する。周波数の遷移時の過渡応答は、周波数の遷移幅にほぼ比例する。そのため、各送電部１４の過渡応答の差分も、周波数の遷移幅に比例する。したがって、遷移幅を上限値により制限することにより、逆相効果の低下が抑えられる。そこで、送電制御部１３は、遷移幅に対する上限値による制限を満たすような遷移値を決定し、当該遷移値になるように送電部１４を制御する。遷移幅に対する上限値による制限を、遷移幅制限と記載する。なお、遷移幅制限は、遷移幅が上限値以下であること、または、遷移幅が上限値未満であることとする。つまり、遷移幅が上限値と同じである場合、遷移幅制限を満たしているとしてもよいし、満たしていないとしてもよい。
【００３７】
上限値は、過渡応答差を推定することにより、決定される。例えば、過渡応答差の最大値を、部品のバラ付きの分布の最悪値に基づき、推定することが考えられる。部品のバラ付きの分布の最悪値などは、構成要素を考慮した、部品シミュレーションなどにより、定めることができる。
【００３８】
図３は、遷移幅制限を満たす場合の周波数の遷移の一例を示す図である。図２（Ｂ）の例のように、送電制御部１３にはｆ１からｆ２０までの２０個の遷移値が登録されており、隣り合う遷移値の間隔は４００Ｈｚで一定であるとする。また、遷移幅制限として、遷移幅が８００Ｈｚ未満になるように定められているとする。当該想定において、遷移幅制限を満たすように送電制御部１３が制御した場合における周波数の遷移の一例が図３に示されている。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は遷移値の番号を示す。
【００３９】
遷移値の間隔が４００Ｈｚであるため、隣り合う遷移値に遷移すすれば、遷移幅制限は満たされる。ゆえに、図３の例では、送電制御部１３は、周波数がまず昇順（ｆ１から順にｆ２０に向かう）で遷移し、次に降順（ｆ２０から順にｆ１に向かう）で遷移するような制御としている。
【００４０】
なお、周波数ホッピングの開始時の遷移値はいずれの遷移値でもよく、また、遷移の順番も降順を先にしてもよいし、昇順を先にしてもよい。例えば、周波数ホッピングが線位置ｆ５から開始され、次にｆ６に遷移してもよいし、次にｆ４に遷移してもよい。
【００４１】
なお、周波数がまず昇順または降順で遷移し、次にその逆で遷移すると、グラフの形状が三角形になることから、このような遷移状況を「三角波状の遷移」と定義する。なお、遷移の形状は、三角波状に限られるわけではない。
【００４２】
なお、遷移してから次に遷移するまでの遷移値の維持時間は、仕様に応じて、適宜定めてよい。また、遷移値ごとに維持時間が異なっていてもよい。図３では、遷移値ｆ２０を除き、各遷移値の維持時間は１２５μ秒であるが、遷移値ｆ２０においては、２５０μ秒である。これは、遷移値ｆ２０だけ維持時間を２倍となるように制御することで実現される。あるいは、遷移値の維持時間を１２５μ秒で一定とし、送電制御部１３が、ｆ１８、ｆ１９、ｆ２０、ｆ２０、ｆ１９の順に遷移するように制御することにより実現されてもよい。
【００４３】
図４は、遷移幅制限を満たさない場合の周波数の遷移の一例を示す図である。図３での想定と同じ想定下において、送電制御部１３が、図３の例と同様に、周波数をまず昇順で、次に降順で遷移させている。しかし、図３の例と異なり、遷移値を二つおきに遷移するように制御したとする。つまり、ｆ１、ｆ４、ｆ７、ｆ１０の順に、遷移値が遷移したとする。なお、遷移値ｆ19の次は、遷移値ｆ20と遷移値ｆ1９が抜かされて、遷移値ｆ１８に遷移している。この場合、１回の遷移における周波数幅が１．２ｋＨｚとなる。ゆえに、図４の例では、遷移幅制限を満たさない。
【００４４】
図５は、遷移幅制限を満たさない場合の周波数の遷移の他の一例を示す図である。図５の例では、図３および４での想定とは異なり、図５（Ａ）に示すように、送電制御部１３にはｆ１からｆ６までの６個の遷移値が登録されているとする。隣り合う遷移値の間隔は２ｋＨｚで一定であるとする。また、遷移幅制限はこれまでの想定と同じく、遷移幅が８００Ｈｚ未満になるように定められているとする。
【００４５】
このような想定においては、図３の例と同じように、送電制御部１３が隣接する遷移値となるように制御しても、図５（Ｂ）に示すように、偏移幅が遷移幅制限を満たすことができない。したがって、登録されている遷移値の変更が必要となる。
【００４６】
このように、遷移値が設定されていたとしても、遷移の仕方によっては、遷移幅制限を満たすとは限らない。また、設定された遷移値では、遷移幅制限を満たすことができない場合もあり得る。ゆえに、送電制御部１３は、遷移幅制限を満たすように、制御する。
【００４７】
例えば、送電制御部１３は、予め登録された遷移値および遷移規則が遷移幅制限を満たしていることを確認し、遷移幅制限を満たしている場合に限り、当該遷移値および遷移規則に基づき、送電部１４を制御してもよい。あるいは、予め登録された遷移値を用いて、遷移幅制限を満たすような遷移規則を生成してもよい。
【００４８】
また、送電制御部１３が、遷移幅制限を満たすような遷移値を決定してもよい。例えば、利用可能な周波数帯域が指定された場合、送電制御部１３は、利用可能な周波数帯域内において、遷移幅制限を満たす遷移値を決定する。
【００４９】
なお、周波数サイドローブの影響を防ぐために、周波数帯の両端にマージンを設けることも考えられる。ゆえに、送電制御部１３は、利用可能な周波数帯域全体ではなく、利用可能な周波数帯域からマージンを抜いた範囲において、遷移値を決定してもよい。例えば、８０から９０ｋＨｚの利用可能な周波数帯域が指定された場合、８０から９０ｋＨｚの全体を用いて、遷移値が設定されてもよいし、周波数帯の両端に１ｋＨｚ程のマージンを設けて、８１から８９ｋＨｚ間において、遷移値が設定されてもよい。
【００５０】
遷移幅制限を満たすことができない場合は、送電制御部１３は、送電を行わないように送電部１４を制御してもよい。あるいは、図示されていない出力部を介して、エラーを意味する信号を出力してもよい。また、送電制御部１３に新たに入力された設定値が遷移幅制限を満たすことができない場合は、送電制御部１３は、これまでの設定値を用いてもよい。
【００５１】
なお、送電制御部１３の制御により、図３のような三角波状の遷移が周期的に繰り返されると、安定して周波数拡散効果を得ることができる。ゆえに、周波数を周期的な遷移とするために、送電制御部１３は、一定の周期で繰り返し同一の遷移値に遷移するように制御したほうが好ましい。
【００５２】
図６は、周期的な遷移の一例を示す図である。図６では、図３に示した三角波状の遷移が繰り返されている。降順および昇順の遷移を周期的に繰り返すように制御することにより、実現できる。図７は、周期的な遷移の他の一例を示す図である。図７では、正弦波状のグラフが示されている。降順および昇順の遷移において、特定の遷移値における維持時間を、他の遷移値の維持時間よりも長くすると、このような正弦波状の遷移となる。あるいは、遷移の順番を定めている遷移規則に基づき周波数ホッピングが行われている場合に、特定の遷移値が連続して定められていると、このような正弦波状の遷移となる。例えば、遷移規則において、遷移の順番がｆ１９、ｆ２０、ｆ２０、ｆ１９と定められている場合に、ｆ２０が他よりも２倍長く維持される。このようにして、正弦波状の遷移としてもよい。
【００５３】
なお、図６および７のような周期的な遷移における周期は、遷移値ｆk＋１またはｆk-１から周波数が遷移値ｆkに遷移した時点から、再び同じ遷移値ｆk＋１またはｆk-１から遷移値ｆkに遷移した時点までが、１周期となる。例えば、遷移値ｆ１１から遷移値ｆ１2に遷移した時点から、再び遷移値ｆ１１から遷移値ｆ１2に遷移した時点までが１周期である。また、以降、当該周期を、周波数ホッピングの周期と記載する。
【００５４】
送電部１４は、送電制御部１３の制御により、所望の位相および周波数である磁界を生成する。具体的には、高周波電流生成部１４１が、指定された周数および位相にて高周波信号を生成する。そして、送電コイル１４２が、高周波電流が流れることにより、磁界を発生させる。つまり、高周波電流の周波数および位相は、磁界の周波数および位相と同一である。
【００５５】
高周波電流生成部１４１は、回路にて実現してもよい。例えば、高周波電流生成部１４１は、インバータ、整流器、力率改善回路（ＰＦＣ）、電圧変換回路などを含んでいてもよい。図８は、高周波電流生成部１４１の内部構成の一例を示す図である。図８における高周波電流生成部１４１は、それぞれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４１１と、インバータ１４１２と、フィルタ１４１３と、補償回路１４１４と、送電コイル１４２と、を備える。なお、高周波電流生成部１４１の構成は、図８の例に限られるわけではない。
【００５６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４１１は、入力される直流電流を所望の電圧に制御（昇圧または降圧）する。このように、電圧値を制御することにより、受電装置２に給電される電力量調整をする。
【００５７】
インバータ１４１２は、入力される直流電流を、指定された周波数および位相の交流電流に、指定されたタイミングで変換する。これにより、高周波電流の生成および周波数ホッピングが行われる。なお、各高周波電流の周波数を同一にするには、各インバータ１４１２のスイッチング動作を同期させればよい。
【００５８】
フィルタ１４１３はインバータ１４１２から出力された高周波電流の不要高調波を抑圧する。
【００５９】
補償回路１４１４は、高周波電流が送電コイル１４２に送られる前の力率改善、高周波電流と電圧の位相差軽減などを目的に、高周波電流を補償する。補償回路１４１４は例えばキャパシタなどから構成される。キャパシタは、送電コイル１４２に直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。このようにして、生成および調整された高周波電流が、送電コイル１４２に送られる。
【００６０】
送電コイル１４２は、高周波電流が流れることにより磁界を発生させる。送電コイル１４２から発生した磁界が、同系統の受電コイル２１１に到達すると、送電コイル１４２と受電コイル２１１との間で相互結合が生じる。これにより、各受電コイル２１１は、同系統の送電コイル１４２からの電力を受け取る。このようにして、非接触で電力が伝送される。ここで、第２送電コイル１４２Ｂから発生される磁界は、第１送電コイル１４２Ａから発生される磁界とは逆位相である。
【００６１】
なお、コイルの種類は、巻線とフェライトコアの配置などから、ソレノイド型と、スパライラル型があるが、いずれの型でもよい。第１送電コイル１４２Ａおよび第２送電コイル１４２Ｂの型が異なっていてもよい。
【００６２】
以上のようにして、送電装置１は、漏洩磁界低減効果の低下を抑えつつ、受電装置２に対し送電を行うことができる。
【００６３】
受電装置２は、相互誘導により二つの受電コイル２１１に生じた電力を受け取る。受電コイル２１１の種類は、送電コイル１４２同様、いずれの型でもよい。第１受電コイル２１１Ａおよび第２受電コイル２１１Ｂの型が異なっていてもよい。
【００６４】
各整流部２１２は、各受電コイル２１１からの高周波電流を整流し、バッテリー、他の装置などに流すためのものである。図９は、整流部２１２の構成の一例を示す図である。整流部２１２は、補償回路２１２１と、フィルタ２１２２と、整流回路（リップ除去回路）２１２３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１２４と、を備える。なお、整流部２１２の構成は、高周波電流を整流することができればよく、図９の例に限られるわけではない。
【００６５】
受電コイル２１１からの高周波電流は、補償回路２１２１およびフィルタ２１２２を介して、整流器２１２３へ伝送される。補償回路２１２１もキャパシタなどにより構成されていてもよく、当該キャパシタは、受電コイル２１１に直列に接続されていても、並列に接続されていてもよい。フィルタ２１２２も、キャパシタ、インダクタ、またはこれらの組み合わせから構成されていてもよい。また、電磁妨害に対する磁界強度が許容値に対して十分に低い場合は、フィルタ２１２２はなくてもよい。
【００６６】
整流器２１２３は、例えば、フルブリッジのダイオードなどにより構成されていてもよい。整流後の電流は、リップル成分を多く含む。ゆえに、整流器は、リップルを除去するために、キャパシタ、インダクタ、またはこれらの組み合わせからなるリップル除去回路を含んでいてもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１２４は、整流器２１２３の整流後に電圧変換を行う。
【００６７】
そして、整流、変圧等が各整流部２１２により行われた各電流が合成されて、他の構成要素、例えばバッテリー等に送られる。以上のようにして、受電装置２は受電を行うことができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態の電力伝送システムの送電装置１は、逆相化と周波数ホッピングの両方を行うが、周波数ホッピングの遷移幅に対して上限値による制限を設ける。これにより、周波数ホッピングの際の過渡応答により、磁界打消しによる漏洩磁界低減効果が低下することを許容範囲に抑えることができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
説明の便宜上、第１の実施形態は、二つの系統を有するとした。しかし、系統は三つ以上であってもよい。ゆえに、第２の実施形態として、系統が三つ以上の場合を示す。
【００７０】
図１０は、第２の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図である。送電部１４および受電部２１が、三つ以上であることが第１の実施形態と異なる。
【００７１】
第１の実施形態では、二つの系統において逆相の磁界を発生させることにより、逆相効果を得た。系統が三つ以上の場合では、磁界の位相を逆相ではなく、系統の数に応じた位相に調整することにより、磁界が打ち消される。例えば、ｋ個の系統間で磁界を打ち消し合う場合には、各磁界の位相を３６０／ｋずつ変えるようにする。三つの系統間の場合は、位相を１２０度ずつ変えれば、各磁界は打ち消され（磁界のベクトル和がゼロとなるため）、漏洩磁界低減効果が得られる。
【００７２】
あるいは、系統を複数のグループに分け、各グループ内の系統間において、磁界を打ち消し合うようにしてもよい。例えば、五つの系統がある場合に、二つの系統を含むグループと、三つの系統を含むグループに分ける。そして、二つの系統を含むグループでは、逆相化により磁界を打ち消すようにし、三つの系統を含むグループでは、各位相を１２０度ずつ変えることにより、磁界を打ち消すようにしてもよい。
【００７３】
各系統の位相は、第１の実施形態と同様に、送電制御部１３の制御により調整されてもよいし、固定であってもよい。このようにして、磁界の打ち消しによる漏洩磁界低減効果を得ること以外は、第１の実施形態と同様である。
【００７４】
以上のように、第２の実施形態によれば、系統が三つ以上であっても、漏洩磁界低減効果が得られる。ゆえに、系統が三つ以上であっても、周波数ホッピングの際の過渡応答により、磁界打消しによる漏洩磁界低減効果が低下することを許容範囲に抑えることができる。
【００７５】
（第３の実施形態）
これまでの実施形態では、遷移幅を制限して、漏洩磁界低減効果が低下することを抑えた。しかし、漏洩磁界低減効果の低下が許容可能な程度であれば、遷移幅を制限する必要はないと考えられる。ゆえに、漏洩磁界低減効果の低下の程度が所定値以上と想定される場合に、許容不可として、遷移幅を制限するといった運用も考えられる。
【００７６】
図１１は、第３の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示すブロック図である。第３の実施形態では、電力伝送システムが漏洩磁界の低減効果を算出する低減効果算出装置をさらに備える点が、これまでの実施形態と異なる。低減効果算出装置は、相化による漏洩磁界低減効果を推定可能な装置等を想定する。低減効果算出装置は送電側にあってもよいし、受電側にあってもよい。低減効果算出装置と送電側・受電側の接続は実線で記載されているが、有線接続されていてもよいし、無線回線を介して接続されデータが伝送されていてもよい。
【００７７】
なお、説明の便宜上、逆相化および逆相効果という用語を用いて説明するが、系統が三つ以上の場合では、磁界による打ち消しおよび磁界による打ち消し効果と読み替えることとする。
【００７８】
非接触給電システムでは、各送電コイル１４２および各受電コイル２１１に供給される電流を測定することが可能である。また、周波数を遷移させた際の過渡応答をオシロスコープ等で測定することも可能である。ゆえに、低減効果算出装置に電流計、オシロスコープなどを内蔵し、過渡応答時の高周波電流などを測定することにより、測定値に基づき、漏洩磁界低減効果の低下を算出することができる。
【００７９】
あるいは、電力伝送に係る実際の測定データを用いるのではなく、想定されるデータを用いて、低減効果算出装置は漏洩磁界低減効果を算出してもよい。
【００８０】
低減効果算出装置は、周波数ホッピングを行わない場合における逆相効果を計測する。また、逆相化を行わずに、周波数ホッピングでの周波数拡散効果を計測する。この際、全ての遷移値による周波数ホッピングではなく、最小遷移値ｆｍｉｎと最大遷移値ｆｍａｘとの二つの遷移値だけを用いた周波数ホッピングを行ってもよい。当該周波数ホッピングでの周波数拡散効果を計測する。最小遷移値ｆｍｉｎと最大遷移値ｆｍａｘとの周波数差を最大遷移幅と記載し、最小遷移値ｆｍｉｎと最大遷移値ｆｍａｘと二つによる周波数ホッピングを、最大遷移幅周波数ホッピングと記載する。また、逆相化と、周波数ホッピングまたは最大遷移幅周波数ホッピングと、の両方を行い、漏洩磁界低減効果を計測する。
【００８１】
これらの計測を行う際は、送信制御部１３に対して計測を行う旨を送信し、送信制御部１３が計測のための位相および周波数になるように送電部１４を制御すればよい。つまり、送信制御部１３は、周波数の遷移を行わずに磁界の打ち消し合いだけを行う第１試験と、磁界の打ち消し合いを行わずに、周波数の遷移だけを行う第２試験と、磁界の打ち消し合いと、周波数の遷移と、の両方を行う第３試験と、を実施する。なお、第３試験は、試験ではなく、通常の電力伝送でもよい。
【００８２】
周波数ホッピングを行わない場合における逆相効果と、逆相化を行わない場合における最大遷移幅周波数ホッピングの周波数拡散効果との総和を算出する。当該総和から逆相化を行った場合における最大遷移幅周波数ホッピングの漏洩磁界低減効果を引いた差分を算出する。当該差分が、漏洩磁界低減効果の低下の目安となる。
【００８３】
例えば、当該差分が、当該差分に対する閾値未満または以下である場合、漏洩磁界低減効果があまり低下していないと判定し、遷移幅の制限を適用しないとしてもよい。逆に、当該差分が、当該差分に対する閾値以上または当該閾値を超過する場合に限り、遷移幅の制限を適用するとしてもよい。
【００８４】
当該差分に対する閾値は、１から３ｄＢ程度が想定される。例えば、当該差分に対する閾値が３ｄＢの場合、漏洩磁界低減効果の低下が３ｄＢを越えていれば、漏洩磁界低減効果の低下が許容できなくなると想定され、遷移幅の制限を適用したほうがよいと言える。
【００８５】
図１２は、周波数ホッピングによる漏洩磁界低減効果の低下を示す図である。横軸が周波数を示し、縦軸が漏洩磁界低減効果を示す。漏洩磁界低減効果は、負の値が大きい程（下に行く程）、効果が大きく、漏洩磁界が低減されていることを示す。点線のグラフは、遷移幅が４００ｋＨｚで一定の六つの遷移値を用いた場合の漏洩磁界低減効果を示す。この場合の拡散帯域幅は２．４ＧＨｚである。実線のグラフは、遷移幅が８００ｋＨｚで一定の六つの遷移値を用いた場合の漏洩磁界低減効果を示す。この場合の拡散帯域幅は４．８ＧＨｚであり、実線のグラフに係る周波数帯域の２倍である。
【００８６】
図１２に示すように、周波数帯域４．８ＧＨｚでの漏洩磁界低減効果は、周波数帯域２．４ＧＨｚでの漏洩磁界低減効果よりも概ね３ｄＢ程度低い。このことから、拡散帯域幅を２倍とした場合には、３ｄＢの漏洩磁界低減効果が得られることが分かる。このことから、遷移幅を制限することにより、漏洩磁界低減効果が３ｄＢ以上改善できれば、利用する周波数帯域を半分で済ますことができ、効率が良いと言える。したがって、遷移幅制限を行った場合のほうが、遷移幅制限を行わなかった場合よりも、漏洩磁界低減効果が３ｄＢ以上大きい場合は、遷移幅の制限を適用したほうがよいと言える。
【００８７】
遷移幅の制限の適用可否の判定は、送信制御部１３が行ってもよい。あるいは、低減効果算出装置が判定を行い、判定結果を送信制御部１３に送信してもよい。
【００８８】
また、遷移幅に対する上限値が、低減効果算出装置の計測結果に基づき、算出されてもよい。上限値は、設計時の部品構成、部品バラ付き特性などから推定されると、過度な値となる恐れがある。しかし、低減効果算出装置の測定結果に基づき上限値が算出されることにより、上限値がより正確な値となる。
【００８９】
例えば、遷移幅をパラメータとし、遷移幅を変えて、逆相化および周波数ホッピングを行った場合の漏洩磁界低減効果を複数算出する。また、遷移幅の制限の判定の時と同様、周波数ホッピングを行わない場合における逆相効果と、逆相化を行わない場合における最大遷移幅周波数ホッピングの漏洩磁界低減効果との総和を算出する。そして、当該総和から、逆相化および周波数ホッピングを行った場合の漏洩磁界低減効果を引いた差分を算出する。当該差分に基づき、上限値を定める。例えば、遷移幅の制限の判定の時と同様、当該差分が、３ｄＢといった閾値程度であったときの遷移幅を、上限値としてもよい。
【００９０】
あるいは、送信制御部１３は、上限値の遷移幅にて周波数が順次遷移した場合における周波数の遷移だけによる漏洩磁界低減効果と、周波数を遷移しない場合における磁界の打ち消し合いによる漏洩磁界低減効果と、の総和を算出する。そして、当該総和が、上限値の２倍の遷移幅にて周波数が順次遷移した場合における周波数の遷移および磁界の打ち消し合いの両方による漏洩磁界低減効果と概ね一致するように、送信制御部１３は、上限値を定めてよい。このようにしても、利用する周波数帯域を半分で済ますことができ、効率が良いと言える。
【００９１】
また、これまでの遷移幅制限は、遷移幅に対する上限値による制限であった。しかし、遷移幅を小さくすることにも限界はある。高周波信号は、インバータ１４１２がマスタークロックと言われる比較的周波数が高いクロック源からの信号を分周することより、一般的に生成される。ゆえに、マスタークロックの分解能の限界を越えて、遷移幅を小さくすることはできない。したがって、送電装置１内のマスタークロックに応じた下限値による制限を遷移幅に設けてもよい。逆に、遷移幅の下限値を定めて、送電装置１に搭載するマスタークロックを選別してもよい。
【００９２】
以上のように、第３の実施形態によれば、低減効果算出装置によって算出された漏洩磁界低減効果を用いることにより、遷移幅を制限の適用可否を決めることができ、より柔軟な電力伝送を行うことができる。
【００９３】
なお、これまでの実施形態において、図６および７に示したように、周波数ホッピングが周期的になるようにした場合、周波数ホッピングの周期は、対応する通過帯域幅（分解能帯域幅：ＲＢＷ）の参照帯域の逆数と概ね一致するように、定めたほうが好ましい。ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）規格では、測定に係る周波数帯域が９ｋＨｚから１５０ｋＨｚまでの帯域Ａである場合、測定器に設定される通過帯域幅は１００から３００Ｈｚと定められている。また当該通過帯域幅に係る参照帯域は２００Ｈｚと定められている。また、測定に係る周波数帯域が１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚまでの帯域Ｂである場合は、通過帯域幅は８ｋＨｚから１０ｋＨｚと定められている。また当該通過帯域幅に係る参照帯域は、９ｋＨｚと定められている。ゆえに、８５ｋＨｚ帯を対象とする場合は、周波数ホッピングの周期は、０．５ｍｓｅｃ（１／２００Ｈｚ）程度であることが好ましい。
【００９４】
図１３は、周期と漏洩磁界低減効果の関係を示す図である。横軸が、約２００Ｈｚの通過帯域幅に対応する周波数を対象に、遷移幅が４００Ｈｚで一定の１２個の遷移値を用いて行われた周波数ホッピングの周期を示す。縦軸が、当該周期における漏洩磁界低減効果の値を示す。周波数ホッピングの周期が５ｍｓｅｃのあたりにおいて、グラフが最小となり、漏洩磁界低減効果が最も得られていることが分かる。このことから、周波数ホッピングの周期を、対象の周波数に対応する通過帯域幅の参照帯域の逆数と概ね一致させると、良好な低減効果を得られることが分かる。また、漏洩磁界低減効果が最大値よりも３ｄＢ程度小さいあたりまでを有効な範囲（図１３では、漏洩磁界低減効果が−７ｄＢよりも下の範囲）と定めた場合は、周期が、参照帯域の逆数の４分の１倍から、前記第１通過帯域幅の参照帯域の逆数の２倍までの範囲（１／（４ＲＢＷ）から２／ＲＢＷまで）に含まれるようにする。
【００９５】
また、漏洩磁界は、利用周波数での漏洩磁界に加え、高調波での漏洩磁界についても低減することが重要である。例えば８５ｋＨｚを利用周波数とすると、奇数高調波である３次高調波は２５５ｋＨｚに、５次は４２５ｋＨｚに、７次は５９５ｋＨｚに現れてくる。
【００９６】
前述の通り、ＣＩＳＰＲ規格では、基本波８５ｋＨｚに対する通過帯域幅は約２００ｋＨｚであり、各高調波に対する通過帯域幅は約９ｋＨｚであるため、４５倍ほどの乖離がある。基本波８５ｋＨｚに対する通過帯域幅を基準として周波数ホッピングの周期を設定した場合、各高調波における周波数ホッピングの低減効果は限定的となる。ゆえに、周波数ホッピングの周期を、高調波の通過帯域幅の逆数から、基本波の通過帯域幅の逆数までの範囲に含めることにより、基本波だけでなく高調波に対しても、漏洩磁界低減効果を得ることが可能となる。
【００９７】
なお、本実施形態の各処理は専用の回路で実現されることを想定しているが、周波数を変更するタイミングの指定など、回路の制御に関する処理は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。
【００９８】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１  送電装置
１１  ＡＣ電源
１２  ＡＣ−ＤＣコンバータ
１３  送電制御部１３
１４  送電部
１４Ａ  第１送電部
１４Ｂ  第２送電部
１４Ｃ  第３送電部
１４１  高周波電流生成部
１４１Ａ  第１高周波電流生成部
１４１Ｂ  第２高周波電流生成部
１４１Ｃ  第３高周波電流生成部
１４２  送電コイル
１４２Ａ  第１送電コイル
１４２Ｂ  第２送電コイル
１４２Ｃ  第３送電コイル
１４１１  高周波電流生成部のＤＣ−ＤＣコンバータ
１４１２  インバータ
１４１３  高周波電流生成部のフィルタ
１４１４  高周波電流生成部の補償回路
２  受電装置
２１  受電部
２１Ａ  第１受電部
２１Ｂ  第２受電部
２１Ｃ  第３受電部
２１１  受電コイル
２１１Ａ  第１受電コイル
２１１Ｂ  第２受電コイル
２１１Ｃ  第３受電コイル
２１２  整流部
２１２Ａ  第１整流部
２１２Ｂ  第２整流部
２１２Ｃ  第３整流部
２１２１  整流部の補償回路
２１２２  整流部のフィルタ
２１２３  整流器
２１２４  整流部のＤＣ−ＤＣコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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