(57)【要約】      （修正有）【課題】送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高める。【解決手段】非接触電力伝送システムは、非接触で送電するように構成された送電装置１０と、送電装置からの電力を非接触で受電するように構成された受電装置２０と、送電周波数、送電側共振周波数、および受電側共振周波数を調整するように構成された電源ＥＣＵと、を備える。電源ＥＣＵは、送電周波数と送電側共振周波数との差の大きさが、送電周波数と受電側共振周波数との差の大きさ以上となる範囲で、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整する。【選択図】図２
2019022266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触で送電するように構成された送電装置と、
前記送電装置からの電力を非接触で受電するように構成された受電装置と、
前記送電装置から出力される電力の周波数である送電周波数、前記送電装置の共振周波数である送電側共振周波数、および前記受電装置の共振周波数である受電側共振周波数を調整するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記送電周波数と前記送電側共振周波数との差の大きさが前記送電周波数と前記受電側共振周波数との差の大きさ以上となる範囲で、前記送電周波数、前記送電側共振周波数および前記受電側共振周波数を調整する、非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１７−２８８２８号公報（特許文献１）には、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムが開示されている。このシステムに含まれる送電装置は、受電装置の受電コイルへ非接触で送電する送電コイルと、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インバータと、インバータを制御する制御部とを備える。送電装置の制御部は、インバータの駆動周波数を制御することによって、送電コイルから出力される電力の周波数（以下「送電周波数」ともいう）を調整するように構成される。送電装置の制御部は、送電周波数を調整することによって、インバータの出力電圧の立上り時におけるインバータの出力電流を示す「ターンオン電流」を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２８８２８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献５】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献６】特開２０１３−１２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非接触電力伝送システムにおいて、送電周波数と送電装置の共振周波数と受電装置の共振周波数との関係は、ターンオン電流だけでなく、電力伝送効率にも大きな影響を与える。
【０００５】
上述の特許文献１に開示されているように、送電周波数は、インバータの駆動周波数を制御することによって調整可能である。
【０００６】
送電装置の共振周波数（以下「送電側共振周波数」ともいう）は、送電装置のインダクタンスやキャパシタンスによって決まるところ、送電装置がインダクタンスあるいはキャパシタンスを変更可能に構成される場合には送電側共振周波数も調整可能である。同様に、受電装置の共振周波数（以下「受電側共振周波数」ともいう）は、受電装置のインダクタンスやキャパシタンスによって決まるところ、受電装置がインダクタンスあるいはキャパシタンスを変更可能に構成される場合には、受電装置の共振周波数も調整可能である。
【０００７】
このように、送電周波数だけでなく、送電側共振周波数および受電側共振周波数をも調整可能に構成される場合に、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高めるために上述の３つの周波数をどのように調整するかについて、特許文献１には何ら示されていない。
【０００８】
本開示は、上述の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、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示による非接触電力伝送システムは、非接触で送電するように構成された送電装置と、送電装置からの電力を非接触で受電するように構成された受電装置と、送電装置から出力される電力の周波数である送電周波数、送電装置の共振周波数である送電側共振周波数、および受電装置の共振周波数である受電側共振周波数を調整するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、送電周波数と送電側共振周波数との差の大きさが送電周波数と受電側共振周波数との差の大きさ以上となる範囲で、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整する。
【００１０】
一般的に、ターンオン電流は、送電周波数と送電側共振周波数との差を増加させることで抑制可能である。一方、電力伝送効率は、送電周波数と受電側共振周波数との差を低下させることで向上する。
【００１１】
この点に鑑み、上記構成においては、送電周波数と送電側共振周波数との差の大きさ（絶対値）が送電周波数と受電側共振周波数との差の大きさ（絶対値）以上となるように調整される。これにより、たとえば、ターンオン電流の抑制のために送電周波数と送電側共振周波数との差を増加させつつ、かつ電力伝送効率の向上のために送電周波数と受電側共振周波数との差を低下させることが可能となる。その結果、送電周波数、送電側共振周波数および受電側共振周波数を調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流を抑制しつつ電力伝送効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非接触電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】送電装置および受電装置の回路構成の一例を示した図である。
【図３】送電装置のインバータの回路構成の一例を示した図である。
【図４】インバータのスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。
【図５】送電周波数ｆとシステム損失との対応関係の一例を示す図である。
【図６】電力伝送システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。
【図７】電力伝送システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示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。
【００１４】
（電力伝送システムの構成）
図１は、本実施の形態による非接触電力伝送システムの全体構成図である。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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およ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。
【００１７】
インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０によって制御され、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調整することができる。
【００１８】
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、コイルおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される（図２参照）。
【００１９】
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が、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
【００２０】
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および電流センサ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。電流センサ２７４は、送電部２４０に流れる電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。
【００２１】
なお、送電電力の検出には、電流センサ２７２に代えて電流センサ２７４が用いられてもよいし、ＰＦＣ回路２１０とインバータ２２０との間の直流ラインにおいて電圧および電流が検出されることにより送電電力が算出されてもよい。
【００２２】
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。
【００２３】
電源ＥＣＵ２５０は、受電装置２０への送電中に、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（または負）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。
【００２４】
また、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Ｉｔを目標値に制御する。ターンオン電流Ｉｔ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Ｉｔ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目標値（ターンオン電流目標値）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（力率が良くなる「０」が理想的であるが、マージンをとって負値に設定してもよく、また、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。）。
【００２５】
また、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、送電電力の周波数（以下「送電周波数ｆ」ともいう）を調整することができる。送電周波数ｆが適切な値に調整されることによって、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送効率を高めることができる。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、受電装置２０について説明する。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。
【００２８】
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が、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。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。
【００２９】
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＊＊およ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。
【００３０】
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。なお、蓄電装置３５０として大容量のキャパシタも採用可能である。
【００３１】
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。なお、特に図示しないが、整流部３３０と蓄電装置３５０との間（たとえば、整流部３３０とリレー回路３４０との間）に、整流部３３０の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。
【００３２】
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および電流センサ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。なお、受電電力の検出については、受電部３１０とフィルタ回路３２０との間の電力線、またはフィルタ回路３２０と整流部３３０との間の電力線において、電圧および電流を検出することにより受電電力を検出してもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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および受電部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および受電部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。
【００３７】
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および整流部３３０を通じて蓄電装置３５０へ供給される。
【００３８】
図２は、送電装置１０のインバータ２２０、フィルタ回路２３０および送電部２４０と、受電装置２０の受電部３１０およびフィルタ回路３２０との回路構成の一例を示した図である。
【００３９】
フィルタ回路２３０は、コイル２３２およびキャパシタ２３４を含むＬＣフィルタによって構成される。以下、コイル２３２のインダクタンスは「Ｌ１１」であり、キャパシタ２３４のキャパシタンスは「Ｃ１１」であるものとする。
【００４０】
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、送電電力の力率を補償するために設けられ、送電コイル２４２に直列に接続される。以下、送電コイル２４２のインダクタンスは「Ｌ１」であり、キャパシタ２４４のキャパシタンスは「Ｃ１」であるものとする。
【００４１】
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、受電電力の力率を補償するために設けられ、受電コイル３１２に直列に接続される。以下、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。
【００４２】
フィルタ回路３２０は、コイル３２２およびキャパシタ３２４を含むＬＣフィルタによって構成される。以下、コイル３２２のインダクタンスは「Ｌ２２」であり、キャパシタ３２４のキャパシタンスは「Ｃ２２」であるものとする。
【００４３】
フィルタ回路２３０および送電部２４０を含む送電装置１０の共振周波数（以下「送電側共振周波数ｆｇａ」ともいう）は、コイル２３２のインダクタンスＬ１１、キャパシタ２３４のキャパシタンスＣ１１、送電コイル２４２のインダクタンスＬ１、およびキャパシタ２４４のキャパシタンスＣ１によって決まる。本実施の形態においては、送電部２４０のキャパシタ２４４は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従って、そのキャパシタンスＣ１を調整可能に構成される。したがって、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０のキャパシタンスＣ１を調整することによって、送電側共振周波数ｆｇａを調整することができる。
【００４４】
なお、送電部２４０のキャパシタンスＣ１だけでなく、送電部２４０のインダクタンスＬ１、フィルタ回路２３０のインダクタンスＬ１１あるいはキャパシタンスＣ１１が調整可能に構成されている場合には、電源ＥＣＵ２５０は、キャパシタンスＣ１，Ｃ１１およびインダクタンスＬ１，Ｌ１１のうちの少なくともいずれかを調整することによって送電側共振周波数ｆｇａを調整することができる。
【００４５】
受電部３１０およびフィルタ回路３２０を含む受電装置２０の共振周波数（以下「受電側共振周波数ｆｖａ」ともいう）は、受電コイル３１２のインダクタンスＬ２、キャパシタ３１４のキャパシタンスＣ２、コイル３２２のインダクタンスＬ２２、およびキャパシタ３２４のキャパシタンスＣ２２によって決まる。本実施の形態においては、受電部３１０のキャパシタ３１４は、充電ＥＣＵ３６０からの制御信号に従って、そのキャパシタンスＣ２を調整可能に構成される。したがって、充電ＥＣＵ３６０は、受電部３１０のキャパシタンスＣ２を調整することによって、受電側共振周波数ｆｖａを調整することができる。
【００４６】
なお、受電部３１０のキャパシタンスＣ２だけでなく、受電部３１０のインダクタンスＬ２、フィルタ回路３２０のインダクタンスＬ２２あるいはキャパシタンスＣ２２が調整可能に構成されている場合には、充電ＥＣＵ３６０は、キャパシタンスＣ２，Ｃ２２およびインダクタンスＬ２，Ｌ２２のうちの少なくともいずれかを調整することによって受電側共振周波数ｆｖａを調整することができる。
【００４７】
図３は、送電装置１０のインバータ２２０の回路構成の一例を示した図である。インバータ２２０は、電圧型インバータであり、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」ともいう）Ｑ１〜Ｑ４と、還流ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。直流側の端子Ｅ１，Ｅ２には、ＰＦＣ回路２１０（図１）が接続され、交流側の端子Ｅ３，Ｅ４には、フィルタ回路２３０が接続される。
【００４８】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、ＧＴＯ（Gate  Turn  Off  thyristor）等によって構成される。還流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に逆並列に接続される。
【００４９】
端子Ｅ１，Ｅ２間には、ＰＦＣ回路２１０から出力される直流電圧Ｖ１が印加される。そして、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に伴なって、端子Ｅ３，Ｅ４間に出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏが生じる（図中、矢印で示される方向を正値とする。）。この図３では、一例として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がＯＮであり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がＯＦＦである状態が示されており、この場合の出力電圧Ｖｏはほぼ電圧Ｖ１（正値）となる。
【００５０】
＜ターンオン電流の抑制＞
図４は、インバータ２２０のスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を図示のようにＯＮ／ＯＦＦさせることにより、スイッチング周波数で変動する方形波の出力電圧Ｖｏが生成される。すなわち、インバータ２２０のスイッチング周波数を操作することにより、送電周波数ｆを調整することができる。
【００５１】
点線で示される電流波形は、出力電圧Ｖｏとの位相差が０であるときの出力電流Ｉｏを示す。一方、実線で示される電流波形は、電圧Ｖｏの位相に対して電流の位相が進んでいるときの出力電流Ｉｏを示す。電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が進むと、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、スイッチング素子Ｑ３に逆並列に接続される還流ダイオードＤ３（図３）に逆方向の電流すなわちリカバリー電流が流れる。還流ダイオードＤ３にリカバリー電流が流れると、還流ダイオードＤ３が破損するおそれがある。電圧Ｖｏと電流Ｉｏとの位相差が０のとき（点線）、或いは電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が遅れているときは（図示せず）、還流ダイオードＤ３にリカバリー電流は流れない。
【００５２】
電圧Ｖｏの立上り時（時刻ｔ４や時刻ｔ８）における電流Ｉｏの瞬時値はターンオン電流Ｉｔを示し、図から理解されるように、電圧Ｖｏの位相に対する電流Ｉｏの位相の進みは、正のターンオン電流Ｉｔが流れるか否かで検知することができる。
【００５３】
電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相は、送電周波数ｆ（インバータ２２０のスイッチング周波数）と送電側共振周波数ｆｇａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｇａ｜）を大きくすることによって、遅らせることができる。
【００５４】
そこで、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、ターンオン電流Ｉｔがしきい値（たとえば０）よりも大きい場合、｜ｆ−ｆｇａ｜が大きくなる方向に送電周波数ｆまたは送電側共振周波数ｆｇａが調整される。これにより、電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相の進みが軽減されるため、ターンオン電流Ｉｔが抑制される。
【００５５】
なお、ターンオン電流Ｉｔは、電圧センサ２７０および電流センサ２７２（図１）によってそれぞれ検出される電圧Ｖｏおよび電流Ｉｏに基づいて検出することができる。具体的には、電圧Ｖｏの立上り時における電流Ｉｏを検出することによってターンオン電流Ｉｔを検出することができる。
【００５６】
なお、図中、Ｔはインバータ２２０のスイッチング周期を示し、Ｔｄは電圧Ｖｏの出力時間を示す。周期Ｔに対するＴｄの期間比は、インバータ出力電圧のデューティとして定義される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン／オフタイミング（オン／オフ期間比０．５）に対してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン／オフタイミング（オン／オフ期間比０．５）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。
【００５７】
＜コイル間損失＞
上記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（１）にて表される。なお、式（１）において、Ｉ１は送電コイル２４２に流れる電流を示し、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。また、ＲＬは受電コイル３１２に接続される電気負荷の等価インピーダンスを示す。
【００５８】
【数１】
2019022266.tif 000003
【００５９】
一方、送電コイル２４２に流れる電流Ｉ１と、受電コイル３１２に流れる電流Ｉ２とには、次式（２）に示す関係が成り立つ。なお、式（２）において、ωは、電流Ｉ１の周波数、すなわち送電周波数ｆである。Ｍは、送電コイル２４２と受電コイル３１２との相互インピーダンスを示す。
【００６０】
【数２】
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【００６１】
ここで、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合、式（２）の右辺の「ω・Ｌ２−｛１／（ω・Ｃ２）｝」はゼロとなって消去されるため、式（２）の左辺「（Ｉ１／Ｉ２）２」の値は最小となり、その結果、式（１）に示す電力伝送効率ηは最大となる。これは、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合（｜ｆ−ｆｖａ｜＝０である場合）に、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の電力伝送損失（以下「コイル間損失」ともいう）は最小（極小）となることを意味する。
【００６２】
＜システム損失＞
上述のように、コイル間損失は、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合に最小となる。しかしながら、インバータ２２０のスイッチング動作などによって生じる損失（以下「インバータ損失」ともいう）は、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとが一致する場合に最小になるとは限らない。その結果、コイル間伝送損失とインバータ損失とを含めたシステム全体の電力伝送損失（以下「システム損失」ともいう）は、送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａからずれた値であるときに最小となる。
【００６３】
図５は、送電周波数ｆとシステム損失との対応関係の一例を示す図である。図５において、横軸は送電周波数ｆを示し、縦軸はシステム損失を示す。また、図５において、一点鎖線はコイル間損失を示し、二点鎖線はインバータ損失を示し、実線はシステム損失（コイル間損失とインバータ損失との合計）を示す。
【００６４】
図５に示す例においては、コイル間損失（一点鎖線）は送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａと一致する場合に最小となるが、インバータ損失（二点鎖線）は、送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａよりも所定量Δｆ（Δｆ＞０）だけ小さい所定値ｆ１である場合に極小となる。この影響により、システム損失（コイル間損失とインバータ損失との合計）は、送電周波数ｆが所定値ｆ１である場合に最小となる。
【００６５】
このように、システム損失は、送電周波数ｆが受電側共振周波数ｆｖａから所定量Δｆだけずれた所定値ｆ１である場合に最小となる。
【００６６】
そこで、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｖａ｜）が所定量Δｆに近づくように、送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａが調整される。これにより、システム損失が軽減されるため、電力伝送効率を向上させることができる。なお、所定量Δｆは、正の値である（Δｆ＞０）であるが、その大きさは０に近い小さな値である。
【００６７】
＜送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａの関係＞
既に述べたように、本実施の形態による電力伝送システムは、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａをそれぞれ調整可能に構成される。
【００６８】
そして、送電周波数ｆと送電側共振周波数ｆｇａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｇａ｜）が、ターンオン電流Ｉｔを抑制するために調整される。さらに、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｖａ｜）が、電力伝送効率を向上させるために調整される。
【００６９】
さらに、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａの関係が次式（３）を満たすように調整される。
【００７０】
｜ｆ−ｆｇａ｜≧｜ｆ−ｆｖａ｜＞０  …（３）
図６は、電力伝送システムの電源ＥＣＵ２５０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００７１】
電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０から受電部３１０への送電中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。送電中でない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。
【００７２】
一方、送電中である場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔがしきい値（たとえば０）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００７３】
ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも大きい場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電周波数ｆと送電側共振周波数ｆｇａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｇａ｜）が大きくなる方向に、送電周波数ｆまたは送電側共振周波数ｆｇａを調整する（ステップＳ１４）。これにより、電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相の進みが軽減されるため、ターンオン電流Ｉｔが抑制される。
【００７４】
一方、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、受電装置２０から受電側共振周波数ｆｖａを示す情報を取得し、送電周波数ｆと受電側共振周波数ｆｖａとの差の大きさ（＝｜ｆ−ｆｖａ｜）が所定量Δｆ（Δｆ＞０）に近づくように、送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａを調整する（ステップＳ１６）。ここで、所定量Δｆは上述したように０に近い値である。したがって、ステップＳ１６の処理において、電源ＥＣＵ２５０は、｜ｆ−ｆｖａ｜が所定量Δｆ（０に近い値）に向けて低下するように、送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａを調整することになる。
【００７５】
このように、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔとしきい値とを比較した結果に応じて、｜ｆ−ｆｇａ｜を増加させる処理、｜ｆ−ｆｖａ｜を低下させる処理のどちらかを選択的に実行する。その結果、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａが上述の式（３）を満たすように調整される。
【００７６】
なお、ステップＳ１６において電源ＥＣＵ２５０が受電側共振周波数ｆｖａを調整する場合には、送電装置１０の電源ＥＣＵ２５０が受電装置２０の充電ＥＣＵ３６０に対して受電側共振周波数ｆｖａの調整を要求し、この要求に応答して受電装置２０の充電ＥＣＵ３６０が受電側共振周波数ｆｖａの調整を行なうことになる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態による電力伝送システムにおいては、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａが、｜ｆ−ｆｇａ｜≧｜ｆ−ｆｖａ｜＞０の関係式を満たすように調整される。これにより、ターンオン電流Ｉｔの抑制のために｜ｆ−ｆｇａ｜を増加させつつ、かつ電力伝送効率の向上のために｜ｆ−ｆｖａ｜を所定量Δｆに向けて低下させることが可能となる。その結果、送電周波数ｆ、送電側共振周波数ｆｇａおよび受電側共振周波数ｆｖａを調整可能に構成された非接触電力伝送システムにおいて、ターンオン電流Ｉｔを抑制しつつ、電力伝送効率を高めることができる。
【００７８】
＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、図６に示すフローチャートを実行する主体が、送電装置１０の電源ＥＣＵ２５０である例について説明した。しかしながら、図６に示すフローチャートを実行する主体は、受電装置２０の充電ＥＣＵ３６０であってもよい。この場合、送電側共振周波数ｆｇａの調整は、充電ＥＣＵ３６０が送電装置１０の電源ＥＣＵ２５０との通信を行なうことによって実現される。
【００７９】
＜変形例２＞
上述の実施の形態においては、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合（図６のステップＳ１２においてＮＯ）、電力伝送効率を高めるために、｜ｆ−ｆｖａ｜が所定量Δｆに向けて低下するように送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａが調整される（図６のステップＳ１６）。
【００８０】
しかしながら、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合であっても、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である場合には、ターンオン電流Ｉｔがしきい値を超える可能性があることに鑑み、｜ｆ−ｆｖａ｜を低下させることなく現状の状態に維持するようにしてもよい。
【００８１】
図７は、本変形例２による電源ＥＣＵ２５０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、図６に示すフローチャートに対して、ステップＳ２０，Ｓ２２を追加したものである。その他のステップ（上述の図６に示したステップと同じ番号を付しているステップ）については、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００８２】
ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である（すなわちターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも僅かに小さい値である）か否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００８３】
ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近ではない場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、｜ｆ−ｆｖａ｜が所定量Δｆに近づくように送電周波数ｆまたは受電側共振周波数ｆｖａを調整する（ステップＳ１６）。
【００８４】
一方、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、｜ｆ−ｆｖａ｜の状態を維持する（ステップＳ２２）。
【００８５】
このように、ターンオン電流Ｉｔがしきい値よりも小さい場合であっても、ターンオン電流Ｉｔがしきい値付近である場合には、｜ｆ−ｆｖａ｜を低下させることなく現状の状態に維持することによって、ターンオン電流Ｉｔがしきい値を超過することを適切に抑制することができる。
【００８６】
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。本開示の範囲は上記した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。
【符号の説明】
【００８７】
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、２３２，３２２  コイル、２３４，２４４，３１４，３２４  キャパシタ、２４０  送電部、２４２  送電コイル、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、３１２  受電コイル、３３０  整流部、３４０  リレー回路、３５０  蓄電装置、３６０  充電ＥＣＵ。
【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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