(57)【要約】【課題】インバータの入力電力を一定に保ちながら、インバータの効率を向上させるインバータの駆動周波数を探索制御できる非接触給電の送電装置を提供する。【解決手段】インバータ７と、制御部９と、送電側コンデンサ１０と、送電コイル１１と、入力電力検出部６と、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差を検出する位相差検出部８とを備え、制御部９はインバータ７の入力電力および位相差検出部８が検出した位相差に基づいて、インバータ７の入力電力を一定に保ちながら、位相差を０にするように、インバータ７の駆動周波数と出力デューティを変化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を出力するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
前記インバータの出力に接続され前記高周波電力が供給される送電側コンデンサと、
前記送電側コンデンサに接続された送電コイルと、
前記インバータの入力電力を検出する入力電力検出部と、
前記インバータの出力電圧と出力電流の位相差を検出する位相差検出部とを備え、
前記制御部は、前記インバータの入力電力および前記位相差検出部が検出した前記位相差に基づいて、前記インバータの入力電力を一定に保ちながら、前記位相差を０にするように、前記インバータの駆動周波数と前記インバータの出力デューティを変化させる送電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記インバータの制御を開始したとき、
前記インバータの駆動周波数を固定にし、前記インバータの入力電力検出部において検出した前記入力電力が送電に要求される値でない場合は、前記インバータの出力デューティを変化させて、前記入力電力を送電に要求される値に一致させる第一の制御を行い、
さらに、前記インバータの出力デューティを固定し、前記位相差を０にするように、前記インバータの駆動周波数を変化させる第二の制御を行い、
前記位相差が０になるまで、前記第一の制御と前記第二の制御を繰り返す請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第二の制御を行うとき、
前記位相差が正の値の場合には、前記インバータの駆動周波数を減少させて、前記第二の制御を終了し、
前記位相差が負の値の場合には、前記インバータの駆動周波数を増加させて、前記第二の制御を終了する請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第二の制御を行うとき、
前記位相差の絶対値が０でない場合には、制御開始時に０に設定する制御フラグＦの判定を行い、
前記制御フラグがＦ＝０の場合は、前記インバータの駆動周波数を減少させて、
前記インバータの出力電圧と出力電流の前記位相差を検出し、
前記位相差が減少した場合には、前記第二の制御を終了し、
前記位相差が増加した場合には、前記制御フラグをＦ＝１として、前記インバータの駆動周波数を増加させて、
前記インバータの出力電圧と出力電流の前記位相差を検出し、
前記位相差が減少した場合には、前記第二の制御を終了し、
前記位相差が増加した場合には、前記制御フラグをＦ＝０として、前記第二の制御を終了する請求項２に記載の送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気自動車およびハイブリッド自動車等の車載蓄電池に、非接触で外部の給電施設から充電を行うための非接触給電システムの送電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触で充電を行える非接触給電システム、例えば、駐車場等に設置された送電側の送電コイル（送電部）に交流電流を供給し、車両の底面に設置された受電側の受電コイル（受電部）に電磁誘導による交流電流を発生させ、受電コイルから蓄電池に電力を供給する充電装置が提案されている。
【０００３】
非接触給電では、受電側の負荷変動および送電コイルと受電コイルの位置ずれによる相互インダクタンスの変化に伴い、インバータの出力インピーダンスが変化し、力率の低下、無効電流の増加により、インバータの効率が低下するという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、負荷の抵抗成分を検出し、この負荷の抵抗成分に応じてインバータの駆動周波数を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、送電コイルと受電コイルの位置関係を検出して、相互インダクタンスを推定し、それに応じてインバータの駆動周波数を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。さらにインバータの出力電圧と出力電流の位相差を検出し、その位相差をゼロにするようにインバータの駆動周波数を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７２１３４号公報（段落［００２９］〜［００３５］、図１）
【特許文献２】特許第５３６９６９３号公報（段落［００１４］〜［００２０］、［００２６］、［００３５］、図５）
【特許文献３】特開平１０−２２５１２９号公報（段落［００１９］〜［００２２］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非接触給電で車載蓄電池を充電する場合には、インバータの入力電力を一定に制御する必要があるが、インバータの駆動周波数を開示技術のように制御すると、インバータの駆動周波数の変動により、インバータの入力電力も変動するので、入力電力を一定に制御できないという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、インバータの入力電力を一定に保ちながら、インバータの効率を向上させるインバータの駆動周波数を探索制御できる非接触給電の送電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る送電装置は、高周波電力を出力するインバータと、インバータを制御する制御部と、インバータの出力に接続され高周波電力が供給される送電側コンデンサと、送電側コンデンサに接続された送電コイルと、インバータの入力電力を検出する入力電力検出部と、インバータの出力電圧と出力電流の位相差を検出する位相差検出部とを備え、制御部は、インバータの入力電力および位相差検出部が検出した位相差に基づいて、インバータの入力電力を一定に保ちながら、位相差を０にするように、インバータの駆動周波数とインバータの出力デューティを変化させる構成としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る送電装置は、上記のように構成されているため、インバータの入力電力を一定に保ちながら、インバータの効率を向上させるインバータの駆動周波数を探索制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の送電装置に係るシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の送電装置に係る内部構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力デューティ説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータ出力の位相差信号説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１の送電装置に係る入力電力制御時のインバータの出力電圧と出力電流の波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１の送電装置に係る制御フローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータのゼロボルトスイッチング説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータのゼロボルトスイッチング説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータのゼロボルトスイッチング説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータのゼロボルトスイッチング説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態１の送電装置に係るインバータのゼロボルトスイッチング説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態２の送電装置に係る制御フローチャートである。
【図２２】この発明の実施の形態２の送電装置に係るインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１は、インバータと、インバータを制御する制御部と、送電側コンデンサと、送電コイルと、インバータの入力電力を検出する入力電力検出部と、インバータの出力電圧、電流の位相差を検出する位相差検出部とを備え、制御部はインバータの入力電力、および出力電圧、電流の位相差に基づいて、インバータの入力電力を一定に保ちながら、位相差を０にするように、インバータの駆動周波数と出力デューティを変化させる送電装置に関するものである。
【００１２】
以下、本願発明の実施の形態１に係る送電装置１の構成、動作について、送電装置を含むシステム構成図である図１、送電装置の内部構成図である図２、インバータの出力デューティ説明図である図３、インバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である図４、図７、図９〜図１５、インバータ出力の位相差信号説明図である図５、一定電力制御時のインバータの出力電圧と出力電流の波形図である図６、制御フローチャートである図８、およびゼロボルトスイッチング説明図である図１６〜図２０に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１の送電装置１を含む非接触給電システム１００の全体構成を示す。非接触給電システム１００は、地上側の送電装置１と、車両側の受電装置２と、送電装置１を介して受電装置２に電力を供給する電源３と、受電装置２に供給された電力を蓄える蓄電装置４とで構成されている。
【００１４】
送電装置１は、駐車場などの地上側に設置されており、また、系統電源などの電源３に接続され、電源３から電力が供給される。送電装置１は、電源３から供給された交流電力を直流電力に変換する送電側整流回路５と、送電側整流回路５からの直流電力、すなわちインバータ７の入力電力を検出する入力電力検出部６と、直流電力を高周波電力に変換するインバータ７と、インバータ７から出力される出力電圧と出力電流の位相差を検出する位相差検出部８と、インバータ７を制御する制御部９と、位相差検出部８の後段に接続された共振用の送電側コンデンサ１０および送電コイル１１とで構成されている。
制御部９は、入力電力検出部６で検出されたインバータ７の入力電流、電圧信号と、位相差検出部８で検出されたインバータ７から出力される出力電圧と出力電流の位相差信号に基づいてインバータ７を制御する。
なお、送電側整流回路５、送電側コンデンサ１０は、それぞれ整流回路５、コンデンサ１０と適宜記載する。
【００１５】
受電装置２は、送電コイル１１から送出された高周波磁界により形成された誘導電流から高周波電力を出力するために受電コイル１２と、受電コイル１２に並列に接続された共振用の受電側コンデンサ１３と、受電した高周波電力を直流電力に変換する受電側整流回路１４と、受電側整流回路１４を介して直流電力の電圧を変換し、蓄電装置４に電力を供給する昇降圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１５とで構成されている。
なお、受電側コンデンサ１３、受電側整流回路１４は、それぞれコンデンサ１３、整流回路１４と適宜記載する。
【００１６】
図２は、入力電力検出部６、インバータ７、位相差検出部８、および制御部９の構成を示す。
入力電力検出部６は、入力電流検出部２１と入力電圧検出部２２で構成され、入力電流検出部２１および入力電圧検出部２２で検出した信号を制御部９に送る。
インバータ７はフルブリッジインバータである。
位相差検出部８は、出力電流検出部２３、出力電圧検出部２４と、インバータ７の出力電流および出力電圧から位相差を検出する位相比較器２５から構成される。
制御部９は、例えばマイコンを備えた演算処理部２６とゲートドライバ２７で構成される。演算処理部２６に入力された信号に基づいて、ゲートドライバ２７に出力する信号を変化させて、インバータ７の出力デューティの制御を行う。
【００１７】
制御部９において、インバータ７を構成する各スイッチング素子のオンオフの位相をずらして出力電圧を制御するフェイズシフト法によって、インバータ７の出力電圧を制御する。また、インバータ７の出力電圧の制御についてはＰＷＭ制御を行ってもよい。
図２ではインバータ７を構成するスイッチング素子としてＦＥＴを使用しているが、ＩＧＢＴを使用することもできる。
【００１８】
図３は、インバータ７の出力デューティの定義を説明する図である。インバータ７の出力電圧は図３のように矩形波となる。図３に示すように本発明においてはインバータ７の駆動周波数がｆのとき、出力電圧矩形波の正のパルス幅ｗが半周期１／２ｆのときをインバータ７の出力デューティ＝１で最大とし、出力デューティ＝２ｆｗと定義する。
【００１９】
図４は位相差θの定義を説明する図である。インバータ７の出力電圧の立ち上がりとインバータ７の出力電流のゼロクロス点の間を位相差θと定義する。位相比較器２５から制御部９に位相差θの信号が送られる。
位相差θは図４に示すように正の位相差θの場合と、負の位相差θの場合がある。図２における位相比較器２５から制御部９への２本の点線矢印は、正の位相差θと負の位相差θの信号を別々に出力していることを示している。
また、位相差θの絶対値のみを出力する位相比較器を用いてもよい。位相差θの絶対値のみを出力する場合の制御部９の機能、動作については、実施の形態２で説明する。
【００２０】
図５は、位相差検出部８から制御部９に送られる位相差信号を説明する図である。
制御部９に送られる位相差θの信号は、図５に示す位相差信号であり、この位相差信号を平均化した値を位相差θとして制御部９の演算処理部２６に入力される。
また位相差信号を平均化した値ではなく、位相差信号の電圧が０でない時間を制御部９においてカウントしてもよい。
【００２１】
次に、送電装置１を中心とした非接触給電システム１００の基本動作を図１に基づいて説明する。なお、この基本動作は、インバータ７の駆動周波数は固定として説明する。
【００２２】
電源３から供給された電力は、電源３が系統電源のような交流である場合には、整流回路５で直流に整流され、平滑される。整流回路５は、例えば、ダイオードブリッジ、平滑用リアクトルおよび平滑用コンデンサで構成される。なお、整流回路５は平滑用リアクトルを用いずに構成される場合であってもよい。
整流回路５で平滑された電力は、整流回路５の後段に接続されたインバータ７で高周波電力に変換される。
【００２３】
車載蓄電池への充電時には、状況に応じて一定電力供給が要求される。
例えば、２ｋＷ一定で電力を送電できるように、入力電力検出部６、インバータ７、および制御部９は一体としてフィードバック制御機能を備え、インバータ７への入力電力を一定に保つことができる。
このフィードバック制御を行うため、制御部９は入力電力検出部６において検出されたインバータ７の入力電流と入力電圧から入力電力を測定する、
制御部９は、演算処理部２６で常にインバータ７の入力電力を一定にすることができるよう、この入力電力に応じて、インバータ７の出力デューティを制御する。
【００２４】
図２の位相差検出部８の出力端には、送電側コンデンサ１０と送電コイル１１が直列に接続され、インバータ７から送電コイル１１に高周波電流が供給され、送電コイル１１の周囲に高周波磁界が形成される。送電コイル１１は、リッツ線などの導線を渦巻状やソレノイド状に巻回して形成したものを使用することができる。また、送電コイル１１には、受電コイル１２との結合係数を向上させるために、フェライトコアを挿入してもよいし、フェライトコアを用いない送電コイルであってもよい。
【００２５】
受電装置２では、送電コイル１１が作る高周波磁界によって、受電コイル１２に誘導電流が生じる。受電コイル１２と並列に接続されたコンデンサ１３とで構成された回路により、送電装置１から受電された高周波電力は、整流回路１４により直流電力に変換される。
ここで、受電コイル１２も送電コイル１１と同様、リッツ線などの導線で形成されたコイルであり、送電コイル１１との結合係数を向上させるために、フェライトコアを挿入してもよいし、フェライトコアを用いない受電コイル１２であってもよい。
また、整流回路１４はダイオードブリッジと平滑用リアクトル、平滑用コンデンサで構成される。なお、整流回路１４は平滑用リアクトルを用いずに構成してもよい。
【００２６】
整流回路１４にはＤＣ／ＤＣコンバータ１５が接続されている。非接触給電システム１００が蓄電装置４の充電動作時には、整流回路１４で平滑された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５により適切な電圧に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の後段に接続された蓄電装置４に電力が供給される。
この蓄電装置４としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などが用いられる。
【００２７】
次に、非接触給電システムにおけるインバータの効率と動作点の関係について説明する。
非接触給電では、送電コイルと受電コイルの位置関係によってインバータの出力インピーダンスが大きく変動する。このため、電力を一定に制御するために、インバータの出力デューティが大きく変化する。
なお、この説明は一般的な非接触給電の説明であるため、構成機器に対して（例えば、インバータ）参照符号を付していない。
【００２８】
図６は位置ずれが小さい時と、位置ずれが大きい時のインバータの出力電圧と出力電流の波形を示す図である。なお、これはインバータをある駆動周波数で固定して動作させた場合の一例であり、本願発明に係る波形ではない。
【００２９】
例えば２ｋＷ一定でインバータから電力を入力する場合には、位置ずれが小さい時はインバータから見たインピーダンスの実部、すなわち抵抗成分が大きいために、図６の右側の波形のようにインバータの出力デューティが大きくなる。
また位置ずれが大きい時には、インバータから見たインピーダンスの実部、抵抗成分が小さくなるため、図６の左側の波形のようにインバータの出力デューティを小さくする必要がある。
特許文献２、３では、図６の右側の波形のような位置ずれが小さい、すなわちデューティ＝１の状態において、インバータの駆動周波数を制御し、力率を向上させ、インバータの効率を向上させることが説明されている。
【００３０】
しかし、位置ずれが大きい場合には、力率を最大にしてもインバータの効率を最大にすることができないことを本願発明者らは発見した。その理由について以下に説明する。
位置ずれが大きい場合には、インバータの駆動周波数に応じて、インバータの出力電圧と出力電流の関係は３つの状態に分けることができる。
図７は、その３つの状態を説明する図である。
インバータの出力電圧の立ち上がりに対して、出力電流のゼロクロス点が進んでいる場合（図７（ａ））、インバータの出力電圧の立ち上がりと出力電流のゼロクロス点が一致している場合（図７（ｂ））、インバータの出力電圧の立ち上がりに対して出力電流のゼロクロス点が遅れている場合（図７（ｃ））の３通りである。
【００３１】
図７（ａ）の状態が、力率が最も高い状態であるが、インバータがゼロボルトスイッチングできないモードになる。
図７（ｂ）の状態の方が図７（ａ）の状態より力率は低いが、インバータのスイッチング損失が小さいので、効率が高くなる。また図７（ａ）の状態では、電流が大きな値でのスイッチングを行うために、ノイズも大きくなる。
車載蓄電池への充電用途のような高周波大電力での非接触給電では、力率向上による無効電流減少よりも、スイッチング損失増加の影響が大きくなる。また図７（ｃ）の状態はゼロボルトスイッチングが可能なモードであるが、力率が図７（ｂ）に比べて低い。
インバータの効率が最大になるのは図７（ｂ）の状態であるため、図７（ｂ）のように、インバータの出力電圧の立ち上がりと出力電流のゼロクロス点の位相差θが０になるように駆動周波数の制御と出力デューティの制御を行うのがよい。
なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）に関してゼロボルトスイッチングができるモードとできないモードについては後述する。
【００３２】
次に本願発明の送電装置の機能、動作について説明する。
本発明の制御方法のフローチャートを示す図８、および制御時のインバータ７の出力電圧と出力電流の波形を示す図９〜図１５に基づいて説明する。
本願発明では、インバータ７の駆動周波数と出力デューティを制御し、インバータ７の入力電力を一定にしつつ、インバータ７の効率を良好な状態に制御する。
なお、蓄電装置４は、自動車に搭載された車載蓄電池を想定して説明する。
【００３３】
送電装置１が設置された場所に、自動車が駐車され、車載蓄電池への非接触給電が開始される。
図８の制御フローチャートのステップ１（Ｓ０１）において、制御部９はインバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を非接触給電に要求される電力値に合わせるように制御を行う。なお、このステップ１（Ｓ０１）の制御を、適宜、「インバータ出力デューティによる入力電力制御」と記載する。
インバータ７の駆動周波数固定での非接触給電については、非接触給電装置の基本動作で説明した内容と同様である。
なお、本願発明の第一の制御は、ステップ１（Ｓ０１）で、制御部９が行う制御である。すなわち、本願発明の第一の制御は、インバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を非接触給電に要求される電力値に合わせる制御である。
【００３４】
ステップ２（Ｓ０２）において、インバータ７へ入力される電力の判定を行う。入力電力検出部６において検出した入力電流と入力電圧から制御部９の演算処理部２６で入力電力を測定し、この測定値を基に入力電力の判定を行う。この入力電力の判定は、車載蓄電池充電に要求される電力値になっているかどうかの判定である。
例えば２ｋＷでの一定電力入力が要求される条件では、２ｋＷの電力が入力されているかを判定する。この電力値は、充電状況や車種によって異なるので、以降充電状況や車種によって要求される電力値が既定であるという意味で既定値と記載する。
【００３５】
ステップ２（Ｓ０２）のインバータ７の入力電力の判定で、入力電力が既定値と異なっている場合は、ステップ１（Ｓ０１）に戻る。
ステップ１（Ｓ０１）において、先に説明したように、インバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を既定値に合わせるように制御が行われる。
【００３６】
ステップ２（Ｓ０２）のインバータ７の判定で、インバータ７の入力電力が既定値であれば、ステップ３（Ｓ０３）へ進む。
ステップ３（Ｓ０３）において、制御部９の指令によりインバータ７の出力デューティを固定する。
図９は、このときのインバータ７の出力電圧波形と出力電流波形を表わしている。
電力供給開始時においては、インバータ７の効率が良好で、かつインバータ７の出力電圧の立ち上がりに対して、出力電流のゼロクロス点が遅れている図９に示すような状態になる駆動周波数であることが望ましい。
なお、図１０に示すようなインバータ７の出力電圧に対して、出力電流のゼロクロス点が進んでいる状態で制御を開始してもよい。
【００３７】
次にステップ４（Ｓ０４）において、位相差検出部８でインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差、すなわちインバータ７の出力電圧の立ち上がりと出力電流のゼロクロス点位相差の検出を行う。
【００３８】
次にステップ５（Ｓ０５）において、位相差検出部８から送られた位相差信号に基づき制御部９が位相差θの判定を行う。
ステップ５（Ｓ０５）の判定において、位相差θの絶対値が０より大きいと判定した場合、ステップ６（Ｓ０６）に進む。
【００３９】
ステップ６（Ｓ０６）において、インバータ７の出力電圧の立ち上がりに対して出力電流のゼロクロス点が遅れているかの判定を制御部９で行う。
ステップ６（Ｓ０６）で出力電流位相が遅れていると判定されるとステップ７（Ｓ０７）に進む。ステップ６（Ｓ０６）で位相が進んでいると判定した場合はステップ８（Ｓ０８）進むが、説明は後述する。
【００４０】
ステップ７（Ｓ０７）において、制御部９からの指令によりインバータ７の駆動周波数を減少させる。
インバータ７の駆動周波数を減少させると、図１１に示すように、インバータ７の出力電圧と出力電流間の位相差θが小さくなる。すなわち、図１１において、一点鎖線の電流波形が実線の電流波形に移行する。
なお、以下の説明においても、一点鎖線の電流（電圧）波形は移行（変化）前の波形であり、実線の電流（電圧）波形が移行（変化）後の波形である。
このときインバータ７の力率が向上し、かつ出力デューティが固定されたままであるため、インバータ７の入力電力は大きくなる。
【００４１】
このインバータ７の入力電力の変動を補正するために、ステップ７（Ｓ０７）からステップ１（Ｓ０１）に戻る。
ステップ１（Ｓ０１）において、制御部９がインバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を既定値に合わせるように制御を行う。
増加したインバータ７の入力電力を既定値に制御するために、インバータ７の出力デューティは小さくなるので、図１２に示すようにインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θがさらに小さくなる。
【００４２】
上記ステップを繰り返し、ステップ５（Ｓ０５）の判定において図１３に示すようにインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差が０になると、インバータ７の駆動周波数の変更を行わず、ステップ１（Ｓ０１）のインバータ出力デューティによる入力電力制御に戻る。
【００４３】
次に、ステップ６（Ｓ０６）で位相が進んでいると判定した場合について、この状況が発生する原因を含めて、ステップ４（Ｓ０４）まで戻って説明する。
車載蓄電池の充電電圧上昇等の負荷変動に伴い、図１４に示すようにインバータ７の出力電圧の立ち上がりよりも出力電流のゼロクロス点が進む場合がある。
図８の制御フローチャートのステップ４（Ｓ０４）において、インバータ７の出力電圧の立ち上がりに対して、出力電流のゼロクロス点が進んでいるため、位相差検出部８から制御部９へ負の位相差信号が送られる。
【００４４】
ステップ５（Ｓ０５）において、位相差の絶対値が０より大きいので、ステップ６（Ｓ０６）の判定に進む。
ステップ６（Ｓ０６）において、制御部９は負の位相差信号を受信しているため、出力電流のゼロクロス点が出力電圧の立ち上がりより進んでいると判定し、ステップ８（Ｓ０８）に進む。ステップ８（Ｓ０８）において、インバータ７の駆動周波数を増加させる。
【００４５】
インバータ７の駆動周波数を増加させると、図１５に示すように、インバータ７の出力電圧と出力電流間の位相差が小さくなる。また、このときインバータ７の入力電力も変動する。この入力電力の変動を補正するために、ステップ８（Ｓ０８）からステップ１（Ｓ０１）に戻る。
ステップ１（Ｓ０１）において、制御部９がインバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を既定値に合わせるように制御を行う。
【００４６】
上記ステップを繰り返し、ステップ５（Ｓ０５）の判定においてインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差が０になると、インバータ７の駆動周波数の変更を行わず、ステップ１（Ｓ０１）のインバータ出力デューティによる入力電力制御に戻る。
【００４７】
なお、本願発明の第二の制御は、制御部９が行うステップ３（Ｓ０３）〜ステップ７（Ｓ０７）、およびステップ３（Ｓ０３）〜ステップ８（Ｓ０８）の一連の制御である。
すなわち、本願発明の第二の制御は、インバータ７の出力デューティを固定にして、駆動周波数を変化させて、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差を０にする制御である。ただし、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差信号として、正の位相差信号と負の位相差信号を用いる。
【００４８】
以上の本願発明の制御方法を用いることで、充電状態の変動等の負荷変動時においてもインバータ７の入力電力を一定に保ちつつ、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差を０とする、インバータ７の駆動周波数と出力デューティの組み合わせを探索することができる。
【００４９】
次に、図７（ａ）〜図７（ｃ）に関して、ゼロボルトスイッチングができるモードとできないモードについて、図１６〜図２０に基づいて説明する。
図１６〜図２０はインバータ７の出力電圧波形と出力電流波形と、インバータ７のＦＥＴのオンオフの状態を示している。
【００５０】
まず、図７（ａ）でのインバータ７の出力電流のゼロクロス点が出力電圧の立ち上がりに対して進んでいる場合のインバータ７の動作モードについて説明する。
図１６ではインバータ７の左側アームのローサイドのみがオンであり、図に示すように太い点線で示す経路で電流が流れている。このとき右側アームのハイサイドのドレインソース間には電源電圧がかかっている。
次にインバータ７の右側アームのハイサイドのＦＥＴがオンする。その状態を示したものが図１７である。このときインバータ７の右側アームのハイサイドは電源電圧がかかった状態でオンすることになり、ゼロボルトスイッチングできないモードとなる。図１７の左側アームに関しても同様の動作をする。
なお、図１７において、図１７（右図）の細い点線の期間の間、図１７（左図）の状態（左ローサイド、右ハイサイドのＦＥＴがオン）が継続する。
【００５１】
次に、図７（ｂ）、および図７（ｃ）でのインバータ７の出力電流のゼロクロス点が出力電圧の立ち上がりに対して遅れている場合について説明する。
インバータ７の右側と左側のローサイドがオンの状態を示したものが図１８である。図に示すように太い点線で示す経路で電流が流れている。
次にインバータ右側のローサイドのＦＥＴがオフする。このときの状態を示したのが図１９である。図に示すように太い点線で示す経路で電流が流れている。このときインバータ右側のハイサイドのＦＥＴのボディダイオードに電流が流れるため、このハイサイドＦＥＴには電圧がかかっていない状態になる。
次にインバータ７の右側アームのハイサイドのＦＥＴがオンする。このインバータ７の状態を示すものが図２０である。右側ハイサイドのＦＥＴに電流が流れている状態でＦＥＴをオンするために、このモードではゼロボルトスイッチングとなる。
【００５２】
すなわち、インバータ７がゼロボルトスイッチングできるかどうかは、インバータ７のハイサイドがオンする時、つまりインバータ７の出力電圧が立ち上がる時に電流の向きが反転しているか否かで決まる。
図７（ａ）の波形では、インバータ７の出力電圧が立ち上がる時には既に電流が反転しているため、ハイサイドのＦＥＴのボディダイオードに電流が流れず、電源電圧がかかった状態でＦＥＴをオンすることになる。
一方、図７（ｂ）および（ｃ）では、インバータ７の出力電圧が立ち上がる時には、電流が反転していないためハイサイドのＦＥＴに電流が流れており、電圧がかかっていないためゼロボルトスイッチングが可能となる。
【００５３】
実施の形態１では、電源３として交流電源である系統電源を使用する場合を説明した。電源３として直流電源である蓄電池を使用することもできる。この場合は、整流回路５をバイパスして電源３を入力電力検出部６に直接接続する構成とする。
【００５４】
以上説明したように、実施の形態１の送電装置は、インバータと、制御部と、送電側コンデンサと、送電コイルと、入力電力検出部と、位相差検出部とを備え、制御部はインバータの入力電力、および出力電圧、電流の位相差に基づいて、インバータの入力電力を一定に保ちながら、位相差を０にするようにインバータの駆動周波数と出力デューティを変化させるものである。このため、実施の形態１の送電装置は、インバータの入力電力を一定に保ちながら、インバータの効率を向上させるインバータの駆動周波数を探索制御できる。また、インバータの効率を向上させることで省エネルギーの効果がある。
【００５５】
実施の形態２．
実施の形態２の送電装置は、実施の形態１の送電装置に対して、位相差検出部の位相比較器から制御部の演算処理部への位相差信号を位相差の絶対値信号のみとしたものである。
【００５６】
以下、実施の形態２の送電装置の構成、動作について、制御フローチャートである図２１およびインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である図２２に基づいて実施の形態１との差異を中心に説明する。また、実施の形態１で説明した送電装置を含むシステム構成図である図１、送電装置の内部構成図である図２およびインバータの出力電圧と出力電流の位相差説明図である図９〜図１５を適宜参照する。
【００５７】
実施の形態１の送電装置の構成と実施の形態２の送電装置の構成との差異は、位相差検出部８の位相比較器２５から制御部９の演算処理部２６に出力される位相差信号のみである。
実施の形態１の送電装置１では、位相差検出部８の位相比較器２５から制御部９の演算処理部２６に正の位相差信号（進み）と負の位相差信号（遅れ）が別々のラインで出力されていた。実施の形態２の送電装置１では、位相差検出部８の位相比較器２５から制御部９の演算処理部２６に位相差の絶対値のみを１つラインで出力するものである。
【００５８】
位相比較器２５から出力される位相差信号が絶対値のみとなるが、インバータ７の入力電力を一定にしながら、インバータ７の出力電圧の立ち上がりと出力電流のゼロクロス点を一致させることは可能である。位相比較器２５から出力される位相差信号が絶対値のみとなるため、制御部９の制御動作が実施の形態１とは異なる。
なお、実施の形態１と実施の形態の差異は、位相差検出部８の位相比較器２５から制御部９の演算処理部２６へ出力される位相差信号のみであるため、以下の説明において、実施の形態１の図１、図２を参照する場合は、符番号をそのまま使用する。
【００５９】
実施の形態２における制御部９の制御について、図２１の制御フローチャートに基づいて説明する。なお、制御開始時、後述する制御フラグＦを初期値であるＦ＝０に設定する。
図２１の制御フローチャートのステップ２１（Ｓ２１）において、制御部９はインバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を非接触給電に要求される電力値に合わせるように制御を行う。なお、このステップ２１（Ｓ０２１）の制御は、実施の形態１の図８の制御フローチャートのステップ１（Ｓ０１）の制御と同じである。
【００６０】
次に、ステップ２２（Ｓ２２）において、インバータ７へ入力される電力の判定を行う。入力電力検出部６において検出した入力電流と入力電圧から制御部９の演算処理部２６で入力電力を測定し、この測定値を基に入力電力の判定を行う。この入力電力の判定は、車載蓄電池充電に要求される電力値になっているかどうかの判定である。
【００６１】
ステップ２２（Ｓ２２）のインバータ７の入力電力の判定で、入力電力が既定値と異なっている場合は、ステップ２１（Ｓ２１）に戻る。
ステップ２１（Ｓ２１）において、インバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を既定値に合わせるように制御が行われる。
【００６２】
ステップ２２（Ｓ２２）でインバータ７の入力電力の判定を行い、入力電力が既定値であれば、ステップ２３（Ｓ２３）において制御部９の指令により、インバータ７の出力デューティを固定する。
図９は、このときのインバータ７の出力電圧波形と出力電流波形を表している。
【００６３】
次にステップ２４（Ｓ２４）において、位相差検出部８でインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θ、すなわちインバータ７の出力電圧の立ち上がりと出力電流のゼロクロス点との位相差θの検出を行う。
【００６４】
次にステップ２５（Ｓ２５）において、位相差検出部８から送られた位相差信号に基づき、制御部９が位相差θの判定を行う。
ステップ２５（Ｓ２５）の判定において、位相差θの絶対値が０であった場合には、ステップ２１（Ｓ２１）に戻る。
ステップ２１（Ｓ２１）において、制御部９がインバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を既定値に合わせるように制御を行う。
【００６５】
ステップ２５（Ｓ２５）の判定において、位相差が０より大きい場合にはステップ２６（Ｓ２６）において制御部９が制御フラグＦの判定を行う。
この制御フラグＦの判定は、インバータ７の出力電圧の立ち上がりと出力電流のゼロクロス点の位置関係を判定するものである。
【００６６】
制御フラグＦ＝０の場合は、インバータ７の出力電圧の立ち上がりに対して、出力電流のゼロクロス点が遅れている状態を示している。また制御フラグＦ＝１の場合には、出力電圧の立ち上がりに対して出力電流のゼロクロス点が進んでいる状態を示している。
【００６７】
ステップ２６（Ｓ２６）の判定で制御フラグがＦ＝０であった場合には、ステップ２７（Ｓ２７）に進む。ステップ２７（Ｓ２７）においてインバータ７の駆動周波数を減少させる。
ステップ２６の判定で制御フラグＦ＝１であった場合には、ステップ３１（Ｓ３１）に進むが、この説明は後述する。
【００６８】
ステップ２７（Ｓ２７）において、インバータ７の駆動周波数を減少させると、図１１に示すように、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θが小さくなる。
【００６９】
次にステップ２８（Ｓ２８）に進み、ステップ２８（Ｓ２８）において位相差検出部８から位相差θを取得し、制御部９において再度位相差θの検出を行う。
【００７０】
次にステップ２９（Ｓ２９）に進み、ステップ２９（Ｓ２９）において制御部９において位相差θの判定を行う。
このステップ２９（Ｓ２９）において、実際にインバータ７の出力電圧と出力電流の位相関係を確かめることができる。
図９の状態でインバータ７の駆動周波数を減少させると、駆動周波数を減少させる前に検出した位相差と比較してステップ２８（Ｓ２８）で測定した位相差θは減少している。これは出力電流が出力電圧に対して位相が遅れていることを示している。
【００７１】
この場合、ステップ２９（Ｓ２９）において位相差が減少したと判定するので、ステップ２１（Ｓ２１）戻り、インバータ出力デューティによる入力電力制御を行う。
インバータ７の出力電圧の立ち上がりが出力電流のゼロクロス点に対して進んでいる場合には、インバータ７の出力位相差θが０になるまでステップ２１（Ｓ２１）〜ステップ２９（Ｓ２９）を繰り返す。
【００７２】
一方、車載蓄電池の充電電圧上昇等の負荷変動に伴い、インバータ７の出力電圧の立ち上がりよりも出力電流のゼロクロス点が進む場合がある。このときの制御について説明する。
図２１の制御フローチャートのステップ２５（Ｓ２５）において、位相差θの絶対値は０より大きいため、ステップ２６（Ｓ２６）の制御フラグＦの判定に移る。
この時点ではまだ制御フラグＦは初期値Ｆ＝０であるため、ステップ２７（Ｓ２７）においてインバータ７の駆動周波数を減少させる。
【００７３】
次にステップ２８（Ｓ２８）において位相差検出部８でインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θの検出を行う。
インバータ７の出力電圧に対して出力電流の位相が進んでいる場合には、インバータ７の駆動周波数を減少させると、図２２に示すようにステップ２８（Ｓ２８）で検出した出力電圧と出力電流の位相差θはインバータ７の駆動周波数を減少させる前に検出した出力電圧と出力電流の位相差θと比較して増加する。
したがって、ステップ２９（Ｓ２９）での位相差θの判定によって、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θは増加していると判断できる。
【００７４】
このため、ステップ３０（Ｓ３０）に進む。ステップ３０（Ｓ３０）において制御フラグＦをＦ＝１に設定する。
【００７５】
次にステップ３１（Ｓ３１）に進み、ステップ３１（Ｓ３１）において駆動周波数を増加させる。
【００７６】
次にステップ３２（Ｓ３２）に進み、ステップ３２（Ｓ３２）でインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θの検出を行う。
次にステップ３３（Ｓ３３）に進み、ステップ３３（Ｓ３３）でインバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θが減少したか否かを判定する。
インバータ７の出力電流のゼロクロス点が出力電圧に対して進んでいる場合には、インバータ７の駆動周波数を増加させると、図１５に示すように、位相差θが減少するので、ここではステップ２１（Ｓ２１）に戻る。
【００７７】
ステップ２１（Ｓ２１）において、制御部９がインバータ７の駆動周波数を固定にして、出力デューティを変化させて、インバータ７の入力電力を既定値に合わせるように制御を行う。
【００７８】
次に、ステップ２２（Ｓ２２）〜ステップ２６（Ｓ２６）を順に行い、ステップ２６（Ｓ２６）の制御フラグの判定においてＦ＝１となっているため、ステップ２６（Ｓ２６）からステップ３１（Ｓ３１）に進む。
【００７９】
インバータ７の出力電流のゼロクロス点が出力電圧の立ち上がりに対して進んでいる場合には、インバータ７の出力位相差θが０になるまでステップ２１（Ｓ２１）〜ステップ２６（Ｓ２６）、ステップ３１（Ｓ３１）〜ステップ３３（Ｓ３３）を繰り返す。
【００８０】
また、制御フラグがＦ＝１の状態でインバータ７の出力電流の位相が出力電圧よりも遅れてきた場合には、ステップ３１（Ｓ３１）でインバータ７の駆動周波数を増加させると、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θが増加する。従ってステップ３２（Ｓ３２）の位相差θの検出、およびステップ３３（Ｓ３３）の位相差θの判定において、位相差θが減少したと判定されないため、ステップ３３（Ｓ３３）からステップ３４（Ｓ３４）に進む。
【００８１】
ステップ３４（Ｓ３４）において、制御フラグをＦ＝０に設定する。
ステップ３４（Ｓ３４）からステップ２１（Ｓ２１）に戻り、再びステップ２１（Ｓ２１）〜ステップ２９（Ｓ２９）を繰り返し、インバータ７の入力電力を一定のまま位相差θが０になるよう、インバータ７の駆動周波数と出力デューティの組み合わせを探索する。
【００８２】
なお、本願発明の第二の制御は、制御部９が行うステップ２３（Ｓ２３）〜ステップ２９（Ｓ２９）、ステップ２３（Ｓ２３）〜ステップ３３（Ｓ３３）、およびステップ２３（Ｓ２３）〜ステップ２６（Ｓ２６）さらにステップ３１（Ｓ３１）〜ステップ３３（Ｓ３３）またはステップ３１（Ｓ３１）〜ステップ３４（Ｓ３４）の一連の制御である。
すなわち、本願発明の第二の制御は、インバータ７の出力デューティを固定にして、駆動周波数を変化させて、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差を０にする制御である。ただし、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差信号として、位相差の絶対値のみを用いる。
【００８３】
実施の形態２の送電装置においては、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θを検出した後、インバータ７の駆動周波数を変化させ、その後再び、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相差θの検出および判定を行っている。
このように制御することによって、位相差θの絶対値のみで、インバータ７の出力電圧と出力電流の位相関係を把握制御することができる。位相差検出部８から制御部９に入力される信号が少なくなるので、位相差検出部８の位相比較器２５および制御部９の演算処理部２６の構成を簡素化することができる。
【００８４】
以上説明したように、実施の形態２の送電装置は、実施の形態１の送電装置に対して、位相差検出部の位相比較器から制御部の演算処理部への位相差信号を位相差の絶対値信号のみとしたものである。実施の形態２の送電装置は、実施の形態１の送電装置と同様に、インバータの入力電力を一定に保ちながら、インバータの効率を向上させるインバータの駆動周波数を探索制御でき、省エネルギーの効果がある。さらに、位相差検出部と制御部の構成を簡素化できる。
【００８５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１  送電装置、２  受電装置、３  電源、４  蓄電装置、５  送電側整流回路、
６  入力電力検出部、７  インバータ、８  位相差検出部、９  制御部、
１０  送電側コンデンサ、１１  送電コイル、１２  受電コイル、
１３  受電側コンデンサ、１４  受電側整流回路、１５  ＤＣ／ＤＣコンバータ、
２１  入力電流検出部、２２  入力電圧検出部、２３  出力電流検出部、
２４  出力電圧検出部、２５  位相比較器、２６  演算処理部、２７  ゲートドライバ、１００  非接触給電システム。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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