(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、直列に接続された第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子とを備え、前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、
前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
今回の制御周期における、前記第１のスイッチング素子を制御する第１のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第１のゲート信号と前記第３のスイッチング素子を制御する第２のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第１の電流保持指令信号を出力する第１の電流保持指令生成器と、
今回の制御周期における、前記第２のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第２の電流保持指令信号を出力する第２の電流保持指令生成器と、
前記第１の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第１の電流値を保持する第１の電流保持器と、
前記第２の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第２の電流値を保持する第２の電流保持器と、
前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、
前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、
前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第１および第２のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項２】
直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、直列に接続された第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子とを備え、前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、
前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
今回の制御周期における、前記第１のスイッチング素子を制御する第１のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第１のゲート信号と前記第３のスイッチング素子を制御する第２のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第１の電流保持指令信号を出力する第１の電流保持指令生成器と、
今回の制御周期における、前記第１のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第２の電流保持指令信号を出力する第２の電流保持指令生成器と、
前記第１の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第１の電流値を保持する第１の電流保持器と、
前記第２の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第２の電流値を保持する第２の電流保持器と、
前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、
前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、
前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第１および第２のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記周波数制御部は、前記第１の電流値が前記第２の電流値より小さい場合には、前記非共振設定周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定し、前記第１の電流値が前記第２の電流値以上である場合には、前記共振周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記位相差制御部は、前記第１の電流値が前記第２の電流値より小さい場合には、前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差を、次回の制御周期における位相差として決定し、前記第１の電流値が前記第２の電流値以上である場合には、次回の制御周期における位相差を１８０°と決定することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電コイルと受電コイルとの電磁的な結合により電力を無線伝送するワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ケーブルを用いずに、送電コイル側から受電コイル側に給電するワイヤレス電力伝送システムが注目されている。特に、磁界の共振を利用した方式は、数ｍ程度の距離でのワイヤレス給電が可能であるため、電気自動車の充電などへの適用が検討されている。
【０００３】
磁界の共振を利用したワイヤレス電力伝送システムでは、回路の共振を利用しているため、送電コイルと受電コイルとの相互位置により、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数が変化する。結合係数は、その数値が大きくなるほど、送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合していることを示し、結合係数が大きくなるほど、送電コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンスが大きくなり、給電効率も上がる。
【０００４】
給電効率を上げるため方法として、特許文献１には、充電側に設けられた磁気センサ、光センサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどにより、結合係数が最大となり、受電コイルに流れる電流が最大となる位置を検出する方法が開示されている。
【０００５】
また、別の方法として、受電コイルに流れる電流を検出し、その検出結果に基づき、受電コイルに流れる電流が最大となるようにする方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ワイヤレス電力伝送システムには、送電コイルと受電コイルとの結合時には、電力伝送を高効率にする（伝送電力を最大化する）ことが求められる。一方で、非結合時には、送電コイルに共振周波数の電圧が印加されると、共振電流（過電流）が流れてしまうため、このような共振電流の発生の防止が求められる。
【０００８】
特許文献１に開示されている方法では、受電コイルに流れる電流が最大となる位置を検出するために、受電側に磁気センサ、光センサ、ＣＣＤカメラなどの構成を追加する必要が生じてしまう。
【０００９】
また、受電コイルに流れる電流を検出する方法では、走行給電のように、送電コイルと受電コイルとが離れている場合、例えば、非結合状態であることを検出した際に、受電側から送電側に停止信号などを送信するための構成を受信側に追加する必要が生じてしまう。
【００１０】
このように、従来の方法では、電力伝送の高効率化および共振電流の発生の防止のためには、受電側への構成の追加が必要となってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、受電側への構成の追加無しに、結合時の電力伝送の高効率化および非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができるワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、直列に接続された第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子とを備え、前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、今回の制御周期における、前記第１のスイッチング素子を制御する第１のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第１のゲート信号と前記第３のスイッチング素子を制御する第２のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第１の電流保持指令信号を出力する第１の電流保持指令生成器と、今回の制御周期における、前記第２のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第２の電流保持指令信号を出力する第２の電流保持指令生成器と、前記第１の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第１の電流値を保持する第１の電流保持器と、前記第２の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第２の電流値を保持する第２の電流保持器と、前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第１および第２のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備える。
【００１３】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、直列に接続された第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子とを備え、前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から交流電力が供給される共振回路と、前記第１から第４のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、今回の制御周期における、前記第１のスイッチング素子を制御する第１のゲート信号と、前記共振回路への出力電圧の周波数である出力周波数と、前記第１のゲート信号と前記第３のスイッチング素子を制御する第２のゲート信号との位相差とに基づき、前記共振回路に流れる送電コイル電流の電流値の保持を指示する第１の電流保持指令信号を出力する第１の電流保持指令生成器と、今回の制御周期における、前記第１のゲート信号と、前記出力周波数と、前記位相差とに基づき、前記送電コイル電流の電流値の保持を指示する第２の電流保持指令信号を出力する第２の電流保持指令生成器と、前記第１の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第１の電流値を保持する第１の電流保持器と、前記第２の電流保持指令信号の出力に応じて、前記送電コイル電流の電流値である第２の電流値を保持する第２の電流保持器と、前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路の共振周波数および予め設定された前記共振回路が共振しない非共振設定周波数のいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数として決定する周波数制御部と、前記第１の電流値と、前記第２の電流値とに基づき、前記共振回路による伝送電力が最大となる位相差および前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差として決定する位相差制御部と、前記周波数制御部により決定された出力周波数と、前記位相差制御部により決定された位相差とに基づき、前記第１および第２のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備える。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記周波数制御部は、前記第１の電流値が前記第２の電流値より小さい場合には、前記非共振設定周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定し、前記第１の電流値が前記第２の電流値以上である場合には、前記共振周波数を次回の制御周期における出力周波数として決定することが好ましい。
【００１５】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記位相差制御部は、前記第１の電流値が前記第２の電流値より小さい場合には、前記共振回路の共振状態よりも前記送電コイル電流が制限される位相差を、次回の制御周期における位相差として決定し、前記第１の電流値が前記第２の電流値以上である場合には、次回の制御周期における位相差を１８０°と決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムによれば、受電側への構成の追加無しに、結合時の電力伝送の高効率化および非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御部の構成を示す図である。
【図３】図２に示すゲート信号、電流保持指令信号、送電コイル電流および送電コイル保持電流を示すタイムチャートである。
【図４】送電コイルと受電コイルとの間の相互インダクタンス、送電コイル電流、送電コイル保持電流、出力周波数および位相差を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る制御部の構成を示す図である。
【図６】図５に示すゲート信号、電流保持指令信号、送電コイル電流および送電コイル保持電流を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の構成を示す図である。
【００２０】
図１に示すワイヤレス電力伝送システム１０は、直流電源１１と、インバータ回路１２と、送電コイルユニット１３と、電流センサ１４と、受電コイルユニット１５と、整流器１６と、平滑コンデンサ１７と、負荷１８と、制御部１９とを備える。直流電源１１、インバータ回路１２、送電コイルユニット１３、電流センサ１４および制御部１９は、送電側の構成であり、受電コイルユニット１５、整流器１６、平滑コンデンサ１７および負荷１８は、受電側の構成である。
【００２１】
インバータ回路１２は、スイッチング素子１２１〜１２４を備え、スイッチング素子１２１〜１２４のオン、オフにより、直流電源１からの直流電力を交流電力に変換して、送電コイルユニット１３に出力する。
【００２２】
スイッチング素子１２１（第１のスイッチング素子）とスイッチング素子１２２（第２のスイッチング素子）とは直列に接続され、インバータ回路１２のＵ相アームを構成する。スイッチング素子１２３（第３のスイッチング素子）とスイッチング素子１２４（第４のスイッチング素子）とは直列に接続され、インバータ回路１２のＶ相アームを構成する。スイッチング素子１２１，１２２の直列体およびスイッチング素子１２３，１２４の直列体は、直流電源１１に並列に接続される。スイッチング素子１２１とスイッチング素子１２２との接続点、および、スイッチング素子１２３とスイッチング素子１２４との接続点はそれぞれ、送電コイルユニット１３に接続される。
【００２３】
上述した構成のインバータ回路１２において、各相の位相が０〜１８０°ずれるように、スイッチング素子１２１〜１２４のオン、オフを制御することで、送電コイルユニット１３への出力電圧を制御することができる。
【００２４】
送電コイルユニット１３は、コンデンサ１３１と、送電コイル１３２とを備え、送電側の共振回路を構成する。コンデンサ１３１は、一端がスイッチング素子１２１とスイッチング素子１２２との接続点に接続され、他端が送電コイル１３２の一端と接続される。送電コイル１３２は、一端がコンデンサ１３１の他端と接続され、他端がスイッチング素子１２３とスイッチング素子１２４との接続点と接続される。
【００２５】
電流センサ１４は、送電コイルユニット１３に流れる電流（送電コイル電流Ｉｐ）を検出し、検出結果を制御部１９に出力する。
【００２６】
受電コイルユニット１５は、受電コイル１５１と、コンデンサ１５２とを備え、受電側の共振回路を構成する。受電コイル１５１は、一端がコンデンサ１５２の一端と接続され、他端が整流器１６と接続される。コンデンサ１５２は、一端が受電コイル１５１の一端と接続され、他端が整流器１６と接続される。
【００２７】
送電コイル１３２と受電コイル１５１とは電磁的に結合し、送電コイル１３２から受電コイル１５１に電力をワイヤレス伝送することができる。
【００２８】
整流器１６は、受電コイルユニット１５が受電した電力を整流して出力する。図1においては、整流器１６は、４つのダイオード１６１〜１６４を備え、ダイオード１６１とダイオード１６２とが直列に接続され、ダイオード１６３とダイオード１６４とが直列に接続され、ダイオード１６１とダイオード１６２との接続点にコンデンサ１５２の他端が接続され、ダイオード１６３とダイオード１６４との接続点に受電コイル１５１の他端が接続されたフルブリッジ構成の全波整流回路である例を示しているが、整流器１６は、半波整流回路であってもよい。
【００２９】
平滑コンデンサ１７は、整流器１６により整流された電圧を平滑化して、直流電圧を負荷１８に出力する。
【００３０】
負荷１８は、整流器１６および平滑コンデンサ１７と接続され、平滑コンデンサ１７から出力された直流電圧が供給される。負荷１８としては、例えば、バッテリーなどの二次電池がある。
【００３１】
制御部１９は、所定の制御周期毎に、電流センサ１４による送電コイル電流Ｉｐの検出結果などに基づき、スイッチング素子１２１のゲート信号Ｇｕｐ（第１のゲート信号）、スイッチング素子１２２のゲート信号Ｇｕｎ、スイッチング素子１２３のゲート信号Ｇｖｐ（第２のゲート信号）およびスイッチング素子１２４のゲート信号Ｇｖｎを生成し、各スイッチング素子に出力する。
【００３２】
次に、制御部１９の構成について、図２を参照して説明する。
【００３３】
図２に示す制御部１９は、電流検出トリガ信号生成器１９１，１９２と、電流保持器１９３ａ，１９３ｂと、周波数制御部１９４と、位相差制御部１９５と、ゲート信号生成部１９６と、論理反転器１９７ａ，１９７ｂとを備える。図２において、「’（ダッシュ）」を付した信号などは、今回の制御周期における信号などであることを示している。
【００３４】
電流検出トリガ信号生成器１９１（第１の電流保持指令生成器）は、今回の制御周期における、ゲート信号Ｇｕｐ’と、送電コイルユニット１３への出力電圧の周波数である出力周波数ｆ’と、ゲート信号Ｇｕｐ’とゲート信号Ｇｖｐ’との位相差Ｐｈ’とに基づき、送電コイル電流Ｉｐの電流値の保持を指示する電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１（第１の電流保持指令信号）を電流保持器１９３ａに出力する。具体的には、電流検出トリガ信号生成器１９１は、以下の式（１）に基づき、ゲート信号Ｇｕｐ’の出力が開始されてから電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１を出力するまでの時間ｔ１を演算し、ゲート信号Ｇｕｐ’の出力が開始されてから時間ｔ１経過後に、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１を電流保持器１９３ａに出力する。なお、０°≦Ｐｈ’≦１８０°である。
【００３５】
【数１】
0006598720.tif 000002
【００３６】
電流検出トリガ信号生成器１９２（第２の電流保持指令生成器）は、今回の制御周期における、ゲート信号Ｇｖｐ’と、出力周波数ｆ’と、位相差Ｐｈ’とに基づき、送電コイル電流Ｉｐの電流値の保持を指示する電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２（第２の電流保持指令信号）を電流保持器１９３ｂに出力する。具体的には、電流検出トリガ信号生成器１９２は、以下の式（２）に基づき、ゲート信号Ｇｖｐ’の出力が開始されてから電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２を出力するまでの時間ｔ２を演算し、ゲート信号Ｇｖｐ’の出力が開始されてから時間ｔ２経過後に、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２を電流保持器１９３ｂに出力する。
【００３７】
【数２】
0006598720.tif 000003
【００３８】
電流保持器１９３ａ（第１の電流保持器）は、電流検出トリガ信号生成器１９１からの電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１の出力に応じて、送電コイル電流Ｉｐの電流値Ｉｐ１（第１の電流値）を保持（記憶）し、周波数制御部１９４および位相差制御部１９５に出力する。
【００３９】
電流保持器１９３ｂ（第２の電流保持器）は、電流検出トリガ信号生成器１９２からの電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２の出力に応じて、送電コイル電流Ｉｐの電流値Ｉｐ２（第２の電流値）を保持（記憶）し、周波数制御部１９４および位相差制御部１９５に出力する。
【００４０】
周波数制御部１９４は、電流保持器１９３ａから出力された電流値Ｉｐ１と、電流保持器１９３ｂから出力された電流値Ｉｐ２とに基づき、共振周波数ｆｒおよび送電コイルユニット１３が共振しないように予め設定された非共振設定周波数ｆｄのいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数ｆとして決定する。
【００４１】
周波数制御部１９４による出力周波数ｆの決定方法について、より詳細に説明する。
【００４２】
図３は、送電コイル１３２と受電コイル１５１との非結合時の、ゲート信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１，Ｉｔｒｇ２、送電コイル電流Ｉｐおよび電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２（送電コイル保持電流）を示すタイムチャートである。
【００４３】
送電コイル１３２と受電コイル１５１との非結合時には、図３に示すように、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１の出力時（ゲート信号Ｇｕｐの出力から式（１）により算出される時間ｔ１の経過時）における電流値Ｉｐ１はほぼ０であり、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２の出力時（ゲート信号Ｇｖｐの出力から式（２）により算出される時間ｔ２の経過時）における電流値Ｉｐ２は送電コイル電流Ｉｐのピーク値と一致することが分かっている。
【００４４】
そして、送電コイル１３２と受電コイル１５１との間の相互インダクタンスがある程度まで増加すると、電流値Ｉｐ１は増加し、電流値Ｉｐ２は減少し始める。
【００４５】
そこで、周波数制御部１９４は、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２より小さい場合には、非結合状態であると判定し、非共振設定周波数ｆｄを次回の制御周期における出力周波数ｆとして決定する。一方、周波数制御部１９４は、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２以上である場合には、結合状態であると判定し、共振周波数ｆｒを次回の制御周期における出力周波数ｆとして決定する。
【００４６】
すなわち、周波数制御部１９４は、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２より小さい間は、出力周波数ｆを非共振設定周波数ｆｄとし、Ｉｐ１≧Ｉｐ２が満たされると、出力周波数ｆを共振周波数ｆｒに切り替える。
【００４７】
非結合時には、送電コイル１３２と受電コイル１５１との間の相互インダクタンスは０になる。この状態において、送電コイルユニット１３に共振周波数ｆｒの電圧を印加すると、共振状態となり共振電流（過電流）が発生する。そこで、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２より小さく、非結合状態である場合には、出力周波数ｆを非共振設定周波数ｆｄとすることで、共振電流の発生を防ぐことができる。
【００４８】
図２を再び参照すると、周波数制御部１９４は、決定した出力周波数ｆをゲート信号生成部１９６に出力する。
【００４９】
位相差制御部１９５は、電流保持器１９３ａから出力された電流値Ｉｐ１と、電流保持器１９３ｂから出力された電流値Ｉｐ２と、予め設定された非共振状態電流指令Ｉｄ＊とに基づき、次回の制御周期における位相差Ｐｈを決定する。
【００５０】
位相差制御部１９５による位相差Ｐｈの演算方法について、より詳細に説明する。
【００５１】
一般に、ワイヤレス電力伝送システムにおいては、伝送電力を最大化するため、ゲート信号Ｇｕｐとゲート信号Ｇｖｐとの位相差Ｐｈは１８０°である。そして、伝送電力を制限する場合には、０〜１８０°の間で位相差Ｐｈを制御する。
【００５２】
送電コイル１３２と受電コイル１５１とが非結合状態であり、送電コイル１３２に非共振設定周波数ｆｄの電圧を印加した場合でも、送電コイル１３２と受電コイル１５１とが結合状態である場合よりも多くの電流が流れる（過電流が流れる）ことがある。そこで、非結合状態である場合には、位相差Ｐｈを制限することで、送電コイル１３２に流れる電流を制限することができる。
【００５３】
位相差制御部１９５は、非結合状態である場合（電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２より小さい場合）には、以下の式（３）を満たす範囲で位相差Ｐｈを決定する。
【００５４】
【数３】
0006598720.tif 000004
【００５５】
非共振状態電流指令Ｉｄ＊は任意の値でよいが、送電コイル１３２と受電コイル１５１とが結合状態であり、出力周波数ｆが共振周波数ｆｒであり、位相差Ｐｈが１８０°である場合に送電コイル１３２に流れる電流の電流値を設定するのが好ましい。すなわち、位相差制御部１９５は、非結合時には、共振状態よりも送電コイル電流Ｉｐが制限される位相差を設定する。
【００５６】
位相差制御部１９５は、決定した位相差Ｐｈをゲート信号生成部１９６に出力する。
【００５７】
ゲート信号生成部１９６は、周波数制御部１９４から出力された出力周波数ｆと、位相差制御部１９５から出力された位相差Ｐｈとに基づき、ゲート信号Ｇｕｐおよびゲート信号Ｇｖｐを生成する。より詳細には、ゲート信号生成部１９６は、周波数が出力周波数ｆでデューティ比５０％のゲート信号Ｇｕｐを生成し、ゲート信号Ｇｕｐに対して位相差Ｐｈだけずれたゲート信号Ｇｖｐを生成する。各ゲート信号は、１制御周期中に１回オンし、１回オフする。したがって、出力周波数ｆと制御周期の逆数とは等しくなる。
【００５８】
ゲート信号生成部１９６は、生成したゲート信号Ｇｕｐを図２においては不図示のスイッチング素子１２１および論理反転器１９７ａに出力する。また、ゲート信号生成部１９６は、生成したゲート信号Ｇｖｐを図２においては不図示のスイッチング素子１２３および論理反転器１９７ｂに出力する。
【００５９】
論理反転器１９７ａは、ゲート信号生成部１９６から出力されたゲート信号Ｇｕｐを論理反転し、ゲート信号Ｇｕｎとしてスイッチング素子１２２に出力する。論理反転器１９７ｂは、ゲート信号生成部１９６から出力されたゲート信号Ｇｖｐを論理反転し、ゲート信号Ｇｖｎとしてスイッチング素子１２４に出力する。
【００６０】
図４は、制御部１９の動作を説明するための図であり、送電コイル１３２と受電コイル１５１との間の相互インダクタンス、送電コイル電流Ｉｐ、電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２（送電コイル保持電流）、出力周波数ｆおよび位相差Ｐｈを示すタイムチャートである。図４においては、送電コイル電流Ｉｐが流れていない状態から時刻Ｔ０において所定値の送電コイル電流Ｉｐが流れ、時刻Ｔ０においては、送電コイル１３２と受電コイル１５１とは非結合状態であるとする。
【００６１】
時刻Ｔ０においては、非結合状態であるため、送電コイル１３２と受電コイル１５１との間の相互インダクタンスは小さい。また、電流値Ｉｐ１はほぼ０となり、電流値Ｉｐ２は送電コイル電流Ｉｐの最大値と一致する。
【００６２】
周波数制御部１９４は、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２よりも小さいため、非共振設定周波数ｆｄを出力周波数ｆとして決定する。また、位相差制御部１９５は、位相差Ｐｈを０°〜１８０°の間の所定値と決定する。こうすることで、非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができる。
【００６３】
時刻Ｔ１において、送電コイル１３２と受電コイル１５１との間の相互インダクタンスが増加し始めたとする。ただし、時刻Ｔ１においては、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２よりも小さいとする。この場合、出力周波数ｆは非共振設定周波数ｆｄのままであり、位相差Ｐｈは所定値のままである。
【００６４】
送電コイル１３２と受電コイル１５１との間の相互インダクタンスがさらに増加し、時刻Ｔ２において、電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２以上になったとする。
【００６５】
電流値Ｉｐ１が電流値Ｉｐ２以上となったため、周波数制御部１９４は、出力周波数ｆを共振周波数ｆｒに切り替えると決定し、出力周波数ｆを非共振設定周波数ｆｄから共振周波数ｆｒに徐々に変化させる。また、位相差制御部１９５は、位相差Ｐｈを１８０°にすると決定し、位相差Ｐｈを所定値から１８０°に徐々に変化させる。位相差Ｐｈを１８０°に設定することで、電力伝送を高効率化することができる。
【００６６】
このように本実施形態によれば、ワイヤレス電力伝送システム１０は、直列に接続されたスイッチング素子１２１およびスイッチング素子１２２と、直列に接続されたスイッチング素子１２３およびスイッチング素子１２４とを備え、スイッチング素子１２１〜１２４のオン、オフにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２と、インバータ回路１２から交流電力が供給される送電コイルユニット１３と、スイッチング素子１２１〜１２４のオン、オフを制御する制御部１９と、を備える。
【００６７】
制御部１９は、今回の制御周期における、ゲート信号Ｇｕｐ’と、送電コイルユニット１３への出力電圧の周波数である出力周波数ｆ’と、ゲート信号Ｇｕｐ’とゲート信号Ｇｖｐ’との位相差Ｐｈ’とに基づき電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１を生成する電流検出トリガ信号生成器１９１と、今回の制御周期における、ゲート信号Ｇｖｐ’と、出力周波数ｆ’と、位相差Ｐｈ’とに基づき電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２を生成する電流検出トリガ信号生成器１９２と、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１が出力されると、送電コイル電流Ｉｐの電流値Ｉｐ１を保持する電流保持器１９３ａと、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２が出力されると、送電コイル電流Ｉｐの電流値Ｉｐ２を保持する電流保持器１９３ｂと、電流値Ｉｐ１と、電流値Ｉｐ２とに基づき、共振周波数ｆｒおよび非共振設定周波数ｆｄのいずれか一方を、次回の制御周期における出力周波数ｆとして決定する周波数制御部１９４と、電流値Ｉｐ１と、電流値Ｉｐ２とに基づき、送電コイルユニット１３による伝送電力が最大となる位相差および共振状態よりも送電コイル電流Ｉｐを制限する位相差のいずれか一方を、次回の制御周期における位相差Ｐｈとして決定する位相差制御部１９５と、周波数制御部１９４により決定された出力周波数ｆと、位相差制御部１９５により決定された位相差Ｐｈとに基づき、ゲート信号Ｇｕｐおよびゲート信号Ｇｖｐを生成するゲート信号生成部１９６とを備える。
【００６８】
ゲート信号Ｇｕｐ’、出力周波数ｆ’および位相差Ｐｈ’に基づく電流保持指令信号Ｉｔｒｇ１の出力に応じて保持される電流値Ｉｐ１と、ゲート信号Ｇｖｐ’、出力周波数ｆ’および位相差Ｐｈ’に基づく電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２の出力に応じて保持される電流値Ｉｐ２とは、送電コイル１３２と受電コイル１５１とが結合状態であるか、非結合状態であるかに応じて、大小関係が変化する。すなわち、電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２の大小関係から結合状態であるか、非結合状態であるかを判定することができる。そのため、電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２の大小関係による判定結果に応じて、共振周波数ｆｒおよび非共振設定周波数ｆｄのいずれかを一方を出力周波数ｆとして決定し、伝送電力が最大となる位相差および共振状態よりも送電コイル電流Ｉｐが制限される位相差のいずれか一方を、位相差Ｐｈとして決定することで、結合時の電力伝送を高効率化し、非結合時の共振電力の発生の防止を図ることができる。また、電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２に基づき、結合状態であるか、非結合状態であるかを判定するため、受電側に追加の構成を設ける必要がない。
【００６９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る制御部１９Ａの構成を示す図である。図５において、図２と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と比較して、制御部１９を制御部１９Ａに変更した点のみが異なる。
【００７０】
図５に示す制御部１９Ａは、図２に示す制御部１９と比較して、電流検出トリガ信号生成器１９２を電流検出トリガ信号生成器１９２Ａに変更した点が異なる。
【００７１】
電流検出トリガ信号生成器１９２Ａ（第２の電流保持指令生成器）は、今回の制御周期における、ゲート信号Ｇｕｐ’と、出力周波数ｆ’と、位相差Ｐｈ’とに基づき電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２（第２の電流保持指令信号）を電流保持器１９３ｂに出力する。具体的には、電流検出トリガ信号生成器１９２は、以下の式（４）に基づき、ゲート信号Ｇｕｐ’の出力が開始されてから電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２を出力するまでの時間ｔ３を演算し、図６に示すように、ゲート信号Ｇｕｐ’の出力が開始されてから時間ｔ３経過後に、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２を電流保持器１９３ｂに出力する。
【００７２】
【数４】
0006598720.tif 000005
【００７３】
式（２）により求められる時間ｔ２と式（４）により求められる時間ｔ３との差分（１／ｆ’）・（Ｐｈ’／３６０°）は、ゲート信号Ｇｕｐ’とゲート信号Ｇｖｐ’との位相差Ｐｈ’に相当する時間である。したがって、ゲート信号Ｇｕｐ’の出力が開始されてから時間ｔ３が経過した時刻と、ゲート信号Ｇｖｐ’の出力が開始されてから時間ｔ２が経過した時刻とは一致する。そのため、本実施形態において電流保持器１９３ｂに保持される電流値Ｉｐ２と、第１の実施形態において電流保持器１９３ｂに保持される電流値Ｉｐ２とは一致するため、第１の実施形態と同様に、電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２に基づき、送電コイル１３２と受電コイル１５１とが結合状態であるか、非結合状態であるかを判定することができる。
【００７４】
このように本実施形態においては、制御部１９は、今回の制御周期における、ゲート信号Ｇｕｐ’と、出力周波数ｆ’と、位相差Ｐｈ’とに基づき、電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２を生成する電流検出トリガ信号生成器１９２Ａを備える。
【００７５】
電流検出トリガ信号生成器１９２Ａによる電流保持指令信号Ｉｔｒｇ２に従い保持される電流値Ｉｐ２は、第１の実施形態における電流値Ｉｐ２と一致する。そのため、第１の実施形態と同様に、電流値Ｉｐ１，Ｉｐ２に基づき、送電コイル１３２と受電コイル１５１とが結合状態であるか、非結合状態であるかを判定し、その判定結果に基づき、結合時の電力伝送を高効率化し、非結合時の共振電流の発生の防止を図ることができる。
【００７６】
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１０    ワイヤレス電力伝送システム
１１    直流電源
１２    インバータ回路
１２１〜１２４    スイッチング素子
１３    送電コイルユニット
１３１    コンデンサ
１３２    送電コイル
１４    電流センサ
１５    受電コイルユニット
１５１    受電コイル
１５２    コンデンサ
１６    整流器
１６１〜１６４    ダイオード
１７    平滑コンデンサ
１８    負荷
【図１】
0006598720.tif 000006
【図２】
0006598720.tif 000007
【図３】
0006598720.tif 000008
【図４】
0006598720.tif 000009
【図５】
0006598720.tif 000010
【図６】
0006598720.tif 000011