(57)【要約】本発明の給電装置、および非接触給電システムは、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路（３）と、前記交流電力に基づき、受電装置に向かって非接触にて電力を伝送する共振回路（４、１１）と、所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部（１５）と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力に基づき、受電装置に向かって非接触にて電力を伝送する共振回路と、
所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部と、
を有する給電装置。
【請求項２】
前記スイッチング周波数は、前記受電装置に対する給電効率が最大となる周波数である、請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記受電装置から、前記受電装置に設けられた所定の素子の状態情報を受信する通信部をさらに有する、請求項１に記載の給電装置。
【請求項４】
前記状態情報は、前記素子を流れる電圧及び電流の値、または前記素子の温度の値である、請求項１に記載の給電装置。
【請求項５】
前記素子は、コイル及びコンデンサであり、
前記制御部は、前記状態情報から前記コイルのインダクタンス値及び前記コンデンサのキャパシタンス値を算出し、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値に基づいて前記スイッチング周波数を決定する、請求項４に記載の給電装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値と、前記受電装置に対する給電効率が最大となる前記スイッチング周波数と、が対応するデータテーブルを記憶している、請求項５に記載の給電装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記素子を流れる電圧及び電流と、前記受電装置に対する給電効率が最大となる前記スイッチング周波数と、が対応するデータテーブルを記憶している、請求項４に記載の給電装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記素子の温度と、前記受電装置に対する給電効率が最大となる前記スイッチング周波数と、が対応するデータテーブルを記憶している、請求項４に記載の給電装置。
【請求項９】
前記素子は、前記給電装置に設けられた所定の回路を構成する素子である、請求項１に記載の給電装置。
【請求項１０】
前記所定の回路は、少なくとも前記インバータ回路を含む、請求項９に記載の給電装置。
【請求項１１】
商用電源に接続されるべき整流回路と、
前記整流回路及び前記インバータ回路と接続された電圧変換器と、
をさらに有し、
前記所定の回路は、前記インバータ回路、前記整流回路、前記電圧変換器を少なくとも含む、請求項９に記載の給電装置。
【請求項１２】
インバータ回路及び給電コイルを有する給電装置と、受電コイルを有する受電装置とを具備し、前記インバータ回路から出力される交流電力に基づいて前記給電コイルから前記受電コイルに非接触給電を行う非接触給電システムであって、
前記給電装置及び前記受電装置の一方あるいは両方の所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部を具備する非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電装置、および非接触給電システムに関する。
本願は、２０１３年６月４日に日本に出願された特願２０１３−１１８１９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、給電装置及び受電装置を簡素化可能な非接触給電システムが開示されている。この非接触給電システムにおいて、給電装置は、自身の一次自己共振コイルと受電装置の二次自己共振コイルとの距離を推定し、距離に応じて給電を制御するため、受電装置との通信を行うことで上記距離を推定する必要がない。すなわち、通信機能を必要としないので、受電装置と共に構成が簡素化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１０−２５２４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術において、給電装置は、共振用コイル（上記一次自己共振コイル）や共振用コンデンサ、あるいはフィルタとして用いられるリアクトル等の複数の素子によって構成されているが、これら素子については量産時における製品ロット毎の特性ばらつきや使用環境の温度変化に伴う特性ばらつきが発生する。このため、上記従来技術では、回路の特性が変わってしまい、高い給電効率を得ることができない。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高い給電効率を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記交流電圧に基づき、受電装置に向かって非接触にて電力を伝送する共振回路と、所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部と、を有する。【０００７】
本発明の第２の態様は、インバータ回路及び給電コイルを有する給電装置と、受電コイルを有する受電装置とを具備し、前記インバータ回路から出力される交流電力に基づいて前記給電コイルから前記受電コイルに非接触給電を行う非接触給電システムであって、前記給電装置及び前記受電装置の一方あるいは両方の所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部を具備する。【０００８】
本発明によれば、給電装置及び受電装置の一方あるいは両方のコンデンサ及びコイルの電圧及び電流と温度との少なくともいずれかの検出値に基づいて最大給電効率となるインバータ回路のスイッチング周波数を求め、求められたスイッチング周波数に基づいてインバータ回路を制御するので、高い給電効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
初めに第１実施形態について説明する。本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムは、図１に示すように、給電装置Ｓと受電装置Ｒによって構成されている。また、図示するように、給電装置Ｓは、整流回路１、チョッパ回路（電圧変換器）２、インバータ回路３、共振回路４、通信部５、電圧電流計測部６、キャパシタンス・インダクタンス演算部７、スイッチング演算部８及びスイッチング制御部９から構成されている。一方、受電装置Ｒは、共振回路１１、整流回路１２、電圧電流計測部１３、通信部１４及び制御部１５から構成されている。
【００１１】
なお、キャパシタンス・インダクタンス演算部７、スイッチング演算部８及びスイッチング制御部９は、本実施形態における給電装置側の制御部を構成する。また、制御部１５は、本実施形態における受電側の制御部である。また、通信部５は、本実施形態における受信手段である。また、通信部１４は、本実施形態における送信手段である。
【００１２】
給電装置Ｓは、地上に設けられた給電施設に固定配置され、移動体に非接触で交流電力を供給する装置であり、バッテリＢ（負荷）に直流電力を供給する。上記給電施設は、移動体の停車スペースが単数あるいは複数設けられた施設であり、停車スペースの個数に相当する給電装置Ｓを備えている。一方、受電装置Ｒは、上記移動体に備えられ、給電装置Ｓから供給された交流電力を直流電力に変換して蓄電する装置である。なお、上記移動体は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等、外部からの受電を必要とする車両である。
【００１３】
上記給電装置Ｓにおける整流回路１は、例えばダイオードブリッジであり、商用電源から供給される商用電力（例えば単相１００ボルト、５０Ｈｚ）を全波整流してチョッパ回路２に出力する。この整流回路１からチョッパ回路２に供給される電力（全波整流電力）は、正弦波状の商用電力がゼロクロス点で折り返されて片極性（例えばプラス極性）の脈流である。
【００１４】
チョッパ回路２は、スイッチング制御部９によってスイッチング動作が制御されることにより、自らの出力電圧を調整してインバータ回路３に出力する。具体的に、このチョッパ回路２は、昇圧チョッパまたは昇降圧チョッパ回路であり、整流回路１から入力された電力を昇圧または昇降圧して出力する。チョッパ回路２の出力は、チョッパ回路２内のインダクタ（コイル）及び平滑コンデンサの機能により、脈流である全波整流電力が十分に平滑化された直流電力である。
【００１５】
また、このチョッパ回路２は、スイッチング制御部９によってスイッチング動作が制御されることにより、力率改善回路（ＰＦＣ）としても機能する。すなわち、チョッパ回路２は、全波整流電力を前記全波整流電力の周波数よりも十分に高い周波数で全波整流電力のゼロクロス点を基準にスイッチングすることにより、全波整流電力の電流の通流期間を広げて力率を改善する。なお一般に、チョッパ回路が力率改善回路として機能することは周知なので、ここではチョッパ回路２の力率改善原理について詳細な説明を省略する。
【００１６】
インバータ回路３は、スイッチング素子、リアクトル（コイル）及び平滑コンデンサを備え、スイッチング制御部９によってスイッチング動作が制御されることにより、上記チョッパ回路２から供給される直流電力を特定周波数（伝送周波数）の交流電力に変換して共振回路４に出力する。
【００１７】
共振回路４は、給電コイルと給電コンデンサとが接続された共振回路である。上記給電コイル及び給電コンデンサのうち、給電コイルは、上記停車スペースに停車した移動体の特定箇所（受電コイルが設けられている箇所）と対向する位置に設けられている。また、この共振回路４の共振周波数は、上記インバータ回路３における駆動周波数と近い周波数に設定されている。
【００１８】
通信部５は、受電装置Ｒの通信部１４と近距離無線通信を行うことにより、通信部１４から受電装置Ｒの状態を示す状態情報を取得する。例えば、この状態情報は、受電装置に設けられた共振回路１１や整流回路１２を構成する特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧及び電流を示す情報、あるいは、コンデンサ及びコイルの温度の値である。これらは例示であり、状態情報の意味は、本願発明が解決しようとする課題を解決できる範囲において、他の情報も含む。
【００１９】
このような通信部５は、通信部１４から取得した状態情報をスイッチング演算部８に出力する。なお、通信部５と通信部１４との通信方式は、ZigBee（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信あるいは光信号を用いた近距離光通信である。
【００２０】
電圧電流計測部６は、計測部の一つの例である。後述する第２の実施の形態では、計測部として別の例が示される。以下の第１の実施の形態においては、計測部は、電圧電流計測部６であるとして、説明が行われる。電圧電流計測部６は、上述した整流回路１、チョッパ回路２、インバータ回路３及び共振回路４を構成するコンデンサ及びコイルのうち、特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧を検出する電圧センサと、上記特定のコンデンサ及び特定のコイルに流れる電流を検出する電流センサとから構成される。そして、電圧電流計測部６は、電圧センサにより検出された端子間電圧を示す電圧検出信号及び電流センサにより検出された電流を示す電流検出信号を制御部に含まれるキャパシタンス・インダクタンス演算部７に出力する。ここで、上述のコイル及びコンデンサを流れる電流及び電圧の値は、電圧電流計測部６が制御部に出力する状態情報の一例である。さらには、コイル及びコンデンサという例を用いて説明したが、より一般的には、所定の素子の状態情報が制御部に入力される、ということになる。つまり、これまでの説明を整理すると、受電装置側の素子の状態情報を通信部５が受電装置から受け取る場合と、給電装置側の素子の状態情報が制御部に入力される場合の両方が存在する。
【００２１】
キャパシタンス・インダクタンス演算部７は、上記電圧電流計測部６から状態情報、例として電圧検出信号及び電流検出信号が入力されると、電圧検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧と、電流検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルに流れる電流に基づいて、上記特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、スイッチング演算部８に出力する。
【００２２】
スイッチング演算部８は、通信部５から入力される受電装置Ｒの状態情報や、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される上述した特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを入力値として演算処理を実行することで最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を求め、スイッチング制御部９に出力する。
【００２３】
例えば、スイッチング演算部８は、特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスの組み合わせに応じて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数が登録されたデータテーブルを予め記憶する。そして、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスの組み合わせに対応したスイッチング周波数を上記データテーブルから取得する。なお、上述した最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数とは、力率が最大となるスイッチング周波数であり、すなわち、電圧と電流との位相差が最小となるスイッチング周波数である。
【００２４】
スイッチング制御部９は、スイッチング演算部８から入力されるインバータ回路３のスイッチング周波数に基づいてインバータ回路３を制御する。以上の説明では、制御部に含まれるスイッチング演算部８が最大の給電効率となるスイッチング周波数を求め、制御部に含まれるスイッチング制御部がその周波数でインバータを制御する例を説明した。しかし、本発明は常に最大給電効率となるスイッチング周波数を求めるものではない。直流電力を交流電力に変換するインバータ回路に対して、少なくとも制御部が所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数でこのインバータ回路を制御すれば、本願の構成によって、「従来技術では量産時の特性ばらつきによって回路の特性が変わってしまい高い給電効率を得ることができない」という本願の課題が解決することができる。したがって、本発明は、最大の給電効率を要求する制御に限定されないことに留意する必要がある。
【００２５】
一方、受電装置Ｒにおける共振回路１１は、受電コイルと受電コンデンサとが接続された共振回路である。上記受電コイルは、移動体の底部または側部、上部等に設けられており、移動体が停車スペースに停車した際に給電装置Ｓの給電コイルと近接して対向する。
【００２６】
このような共振回路１１は、受電コイルと受電コンデンサとが接続された共振回路であり、受電コイルが共振回路４の給電コイルと近接対向して磁気結合する。この結果、共振回路１１は、インバータ回路３によって給電コイルに供給された交流電力及び給電コイルと受電コイルとの結合係数に応じた交流電力を共振回路４から非接触で受電して整流回路１２に出力する。すなわち、本発明の非接触給電システムは、電磁誘導方式または磁界共鳴方式に準拠した非接触給電システムとして構成されている。
【００２７】
整流回路１２は、例えばダイオードブリッジ、リアクトル（コイル）及び平滑コンデンサから構成されており、上記共振回路１１から供給される交流電力（受電電力）を全波整流かつ平滑化してバッテリＢに出力する。この整流回路１２からバッテリＢに供給される電力は、ダイオードブリッジで全波整流された全波整流電力をリアクトル及び平滑コンデンサによって平滑化した直流電力である。
【００２８】
電圧電流計測部１３は、上述した共振回路１１及び整流回路１２を構成する特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧を検出する電圧センサと、上記特定のコンデンサ及び特定のコイルに流れる電流を検出する電流センサから構成され、電圧センサにより検出された端子間電圧を示す電圧検出信号及び電流センサにより検出された電流を示す電流検出信号を制御部１５に出力する。
【００２９】
通信部１４は、給電装置Ｓの通信部５と近距離無線通信を行うことにより、受電装置Ｒの状態を示す状態情報を送信する。例えば、この状態情報は、電圧電流計測部１３によって端子間電圧及び電流が検出される特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンス（後述する制御部１５によって算出）を示す情報である。この通信部１４は、通信部５と同様にZigBee（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の電波通信あるいは光信号を用いた光通信を行う。なお、電圧電流計測部１３は、受電側に設けられた計測部の一例である。後述する第２の実施の形態では、受電側の計測部の別の例が説明される。
【００３０】
制御部１５は、演算処理に基づいて受電装置Ｒを統括制御し、例えば、電圧電流計測部１３から入力された電圧検出信号及び電流検出信号に基づいて特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、キャパシタンス及びインダクタンスを受電装置Ｒの状態情報として通信部１４に送信させる。
【００３１】
バッテリＢは、リチウムイオン電池等の二次電池であり、上記整流回路１２から供給される直流電力を充電して蓄える。図示しないが、このバッテリＢは、移動体の走行用モータを駆動するインバータ回路（走行用インバータ回路）あるいは／及び移動体の走行を制御する制御機器に接続されており、これら走行用インバータ回路や制御機器に駆動電力を供給する。
【００３２】
次に、このように構成された非接触給電システムの動作について説明する。
本願の非接触給電システムは、移動体が停車スペースに進入すると、移動体に対する給電を開始する。例えば、給電装置Ｓの通信部５は通信要求信号を一定周期で連続的に発信する。一方、受電装置Ｒの通信部１４は、移動体が停車スペースに進入すると、上記通信要求信号の受信が可能になるので、通信要求信号に対して回答信号を通信部５に送信する。そして、通信部５は、この回答信号を受信すると、回答信号の受信をスイッチング制御部９に通知する。この結果、スイッチング制御部９は、移動体が給電可能エリア内に進入してきたことを判断（認識）する。
【００３３】
そして、スイッチング制御部９は、移動体が給電可能エリア内に進入してきたと判断すると、チョッパ回路２及びインバータ回路３の駆動を開始する。この結果、給電装置Ｓの共振回路４から受電装置Ｒの共振回路１１への非接触給電が開始される。
【００３４】
そして、給電装置Ｓのキャパシタンス・インダクタンス演算部７は、給電動作の開始に伴って、電圧電流計測部６から電圧検出信号及び電流検出信号が入力されると、電圧検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧と、電流検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルに流れる電流とに基づいて上記特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、スイッチング演算部８に出力する。
【００３５】
そして、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを入力値として演算処理を実行することで最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を求め、スイッチング制御部９に出力する。
【００３６】
ここで、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスの組み合わせに対応したスイッチング周波数を上述したデータテーブルから取得し、スイッチング制御部９に出力する。なお、最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数とは、力率が最大となるスイッチング周波数のことである。ここで、最大とは、計測や制御の誤差を反映した一定の範囲内であれば最大と見なしてよい。
【００３７】
そして、スイッチング制御部９は、スイッチング演算部８から入力されるインバータ回路３のスイッチング周波数に基づいてインバータ回路３を制御する。この結果、給電装置Ｓにおける力率が改善され、給電効率が向上する。
【００３８】
また、スイッチング演算部８は、上述した動作において、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに基づいてインバータ回路３のスイッチング周波数を求めたが、これに限定されない。例えば、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに加えて、通信部５から入力される受電装置Ｒの状態情報によって示される受電装置Ｒの特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに基づいて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を算出してもよい。
【００３９】
ここでも、スイッチング演算部８は、予めデータテーブルを記憶し、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスが入力されると共に、通信部５から受電装置Ｒの状態情報が入力されると、給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスと、受電装置Ｒにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスとの組み合わせに対応したスイッチング周波数を上記データテーブルから取得してもよい。
【００４０】
また、スイッチング演算部８は、上述した動作において、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに代わって、通信部５から入力される受電装置Ｒの状態情報によって示される受電装置Ｒの特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに基づいて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を算出してもよい。
【００４１】
ここでも、スイッチング演算部８は、予めデータテーブルを記憶し、通信部５から受電装置Ｒの状態情報が入力されると、状態情報によって示される受電装置Ｒにおけるキャパシタンス及びインダクタンスの組み合わせに対応したスイッチング周波数を上記データテーブルから取得してもよい。
【００４２】
このような本実施形態によれば、給電装置Ｓ及び受電装置Ｒの一方あるいは両方のコンデンサ及びコイルの電圧及び電流の検出値に基づいて最大給電効率となるインバータ回路のスイッチング周波数を求め、求められたスイッチング周波数に基づいてインバータ回路を制御するので、製造時におけるコンデンサ及びコイルの特性ばらつきによって、回路の特性が変わっていたとしても、高い給電効率を得ることができる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る非接触給電システムについて説明する。
本願の第２実施形態に係る電力変換装置は、図２に示すように、電圧電流計測部６に代わって給電温度計測部２１を備え、電圧電流計測部１３に代わって受電温度計測部１６を備え、キャパシタンス・インダクタンス演算部７及び制御部１５の動作が異なる点において、上記第１実施形態と相違する。これ以外の構成要素については第１実施形態と同様である。よって、第２実施形態において第１実施形態と同様の構成要素については説明を省略する。
【００４４】
給電温度計測部２１は、上述した整流回路１、チョッパ回路２、インバータ回路３及び共振回路４を構成する特定のコンデンサ及び特定のコイルの近傍に設けられ、温度を検出する温度センサであり、上記温度を示す温度検出信号をキャパシタンス・インダクタンス演算部７に出力する。
【００４５】
キャパシタンス・インダクタンス演算部７は、上記給電温度計測部２１から温度検出信号が入力されると、温度検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルの温度に基づいて上記特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、スイッチング演算部８に出力する。
【００４６】
例えば、スイッチング演算部８は、給電温度計測部２１によって検出される温度に応じて特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスが登録されたデータテーブルを予め記憶し、給電温度計測部２１から温度検出信号が入力されると、温度検出信号によって示される温度に対応した特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを取得する。
【００４７】
受電温度計測部１６は、上述した共振回路１１及び整流回路１２を構成する特定のコンデンサ及び特定のコイルの近傍に設けられ、温度を検出する温度センサであり、上記温度を示す温度検出信号を制御部１５に出力する。
【００４８】
制御部１５は、演算処理に基づいて受電装置Ｒを統括制御し、例えば、キャパシタンス・インダクタンス演算部７と同様に、受電温度計測部１６から入力された温度検出信号に基づいて受電装置Ｒにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、キャパシタンス及びインダクタンスを受電装置Ｒの状態情報として通信部１４に送信させる。
【００４９】
次に、このように構成された本第２実施形態の動作について説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同様の動作については説明を省略する。
まず、スイッチング制御部９は、移動体が給電可能エリア内に進入してきたと判断すると、チョッパ回路２やインバータ回路３の駆動を開始する。この結果、給電装置Ｓの共振回路４から受電装置Ｒの共振回路１１への非接触給電が開始される。
【００５０】
そして、給電装置Ｓのキャパシタンス・インダクタンス演算部７は、給電動作の開始に伴って、給電温度計測部２１から温度検出信号が入力されると、温度検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルの温度に基づいて上記特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、スイッチング演算部８に出力する。
【００５１】
ここで、キャパシタンス・インダクタンス演算部７は、給電温度計測部２１から入力される温度検出信号によって示される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルの温度に対応したキャパシタンス及びインダクタンスを上述したデータテーブルから取得し、スイッチング演算部８に出力する。
【００５２】
そして、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを入力値として演算処理を実行することで最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を求め、スイッチング制御部９に出力する。
【００５３】
ここで、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスの組み合わせに対応したスイッチング周波数を上述したデータテーブルから取得し、スイッチング制御部９に出力する。なお、最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数とは、力率が最大となるスイッチング周波数のことである。
【００５４】
そして、スイッチング制御部９は、スイッチング演算部８から入力されるインバータ回路３のスイッチング周波数に基づいてインバータ回路３を制御する。この結果、給電装置Ｓにおける力率が改善され、給電効率が向上する。
【００５５】
また、スイッチング演算部８は、上述した動作において、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに基づいてインバータ回路３のスイッチング周波数を求めたが、これに限定されない。例えば、スイッチング演算部８は、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに加えて、通信部５から入力される受電装置Ｒの状態情報によって示される受電装置Ｒの特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに基づいて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を算出してもよい。
【００５６】
また、スイッチング演算部８は、上述した動作において、キャパシタンス・インダクタンス演算部７から入力される給電装置Ｓにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに代わって、通信部５から入力される受電装置Ｒの状態情報によって示される受電装置Ｒの特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスに基づいて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を算出してもよい。
【００５７】
このような本実施形態によれば、給電装置Ｓ及び受電装置Ｒの一方あるいは両方のコンデンサ及びコイルの電圧及び電流の検出値に基づいて最大給電効率となるインバータ回路のスイッチング周波数を求め、求められたスイッチング周波数に基づいてインバータ回路を制御するので、製造時におけるコンデンサ及びコイルの特性ばらつきによって、回路の特性が変わっていたとしても、高い給電効率を得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態は、給電装置Ｓ及び受電装置Ｒの一方あるいは両方の特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧及び電流、あるいは温度に基づいて特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、キャパシタンス及びインダクタンスに基づいて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を求めたが、本発明はこれに限定されない。例えば、特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧及び電流、あるいは温度と、最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数とを対応付けたデータテーブルを予め記憶させ、端子間電圧及び電流、あるいは温度の検出値に対応する最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数をデータテーブルから取得してもよい。
【００５９】
（２）上記実施形態では、特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧及び電流、あるいは温度の検出値を用いて最大給電効率となるインバータ回路３のスイッチング周波数を求めたが、端子間電圧及び電流と温度との両方を用いるようにしてもよい。例えば、キャパシタンス・インダクタンス演算部７は、特定のコンデンサ及び特定のコイルの端子間電圧及び電流と温度との検出値に基づいて特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを求める。
【００６０】
（３）上記実施形態では、受電装置Ｒで特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出し、キャパシタンス及びインダクタンスを給電装置Ｓに送信したが、本発明はこれに限定されない。例えば、受電装置Ｒから給電装置Ｓに、端子間電圧及び電流、あるいは温度の検出値を送信する。そして、給電装置Ｓは、受電装置Ｒから受信した端子間電圧及び電流、あるいは温度の検出値に基づいて受電装置Ｒにおける特定のコンデンサ及び特定のコイルのキャパシタンス及びインダクタンスを算出する。
【００６１】
（４）上記実施形態では、チョッパ回路２に整流回路１の力率改善機能を持たせたが、この力率改善機能については省略してもよい。
（５）上記実施形態では、磁界共鳴方式に準拠した非接触給電システムについて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、電磁誘導方式にも適用可能である。また、上記実施形態では、負荷をバッテリＢとしたが、本発明における負荷は、バッテリＢに限定されるものではなく、種々の蓄電デバイス及び電力の供給を受けて所定の機能を発現する各種機器を包含する。
（６）上記実施形態において、電圧変換器はチョッパ回路であるとして説明したが、電圧変換器は、チョッパ回路を用いた非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータに限定されるものではない。例えば、トランス等を用いた絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換器を実現することもできる。
（７）上記実施形態において、給電装置Ｓへ電力を供給する電源は、交流の商用電源であるとして説明したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、給電装置Ｓは、ＤＣ電源（直流電源）から電力を受けることができる。ＤＣ電源は、直流電圧を出力できるため、ＤＣ電源を採用する態様では、交流電圧を直流電圧に変換するための整流回路を省略することができる。ＤＣ電源からの出力を所望の直流電圧に変換する場合には、チョッパ回路が利用されるが、ＤＣ電源の出力自体が所望の電圧である場合には、チョッパ回路も省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の給電装置、受電装置、および非接触給電システムは、高い給電効率を得ることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  整流回路
２  チョッパ回路（電圧変換器）
３  インバータ回路
４  共振回路
５  通信部
６  電圧電流計測部
７  キャパシタンス・インダクタンス演算部
８  スイッチング演算部
９  スイッチング制御部
１１  共振回路
１２  整流回路
１３  電圧電流計測部
１４  通信部
１５  制御部
１６  受電温度計測部
２１  給電温度計測部
Ｂ  バッテリ
Ｒ  受電装置
Ｓ  給電装置
【図１】
2014196239.tif 000003
【図２】
2014196239.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月2日(2016.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力に基づき、受電装置に向かって非接触にて電力を伝送する共振回路と、
所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部と、を有し、
前記スイッチング周波数は、前記受電装置に対する給電効率が最大となる周波数である、給電装置。
【請求項２】
前記受電装置から、前記受電装置に設けられた所定の素子の状態情報を受信する通信部をさらに有する、請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記状態情報は、前記素子を流れる電圧及び電流の値、または前記素子の温度の値である、請求項１に記載の給電装置。
【請求項４】
前記素子は、コイル及びコンデンサであり、
前記制御部は、前記状態情報から前記コイルのインダクタンス値及び前記コンデンサのキャパシタンス値を算出し、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値に基づいて前記スイッチング周波数を決定する、請求項３に記載の給電装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記インダクタンス値及び前記キャパシタンス値と、前記受電装置に対する給電効率が最大となる前記スイッチング周波数と、が対応するデータテーブルを記憶している、請求項４に記載の給電装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記素子を流れる電圧及び電流と、前記受電装置に対する給電効率が最大となる前記スイッチング周波数と、が対応するデータテーブルを記憶している、請求項３に記載の給電装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記素子の温度と、前記受電装置に対する給電効率が最大となる前記スイッチング周波数と、が対応するデータテーブルを記憶している、請求項３に記載の給電装置。
【請求項８】
前記素子は、前記給電装置に設けられた所定の回路を構成する素子である、請求項１に記載の給電装置。
【請求項９】
前記所定の回路は、少なくとも前記インバータ回路を含む、請求項８に記載の給電装置。
【請求項１０】
商用電源に接続されるべき整流回路と、
前記整流回路及び前記インバータ回路と接続された電圧変換器と、
をさらに有し、
前記所定の回路は、前記インバータ回路、前記整流回路、前記電圧変換器を少なくとも含む、請求項８に記載の給電装置。
【請求項１１】
インバータ回路及び給電コイルを有する給電装置と、受電コイルを有する受電装置とを具備し、前記インバータ回路から出力される交流電力に基づいて前記給電コイルから前記受電コイルに非接触給電を行う非接触給電システムであって、
前記給電装置及び前記受電装置の一方あるいは両方の所定の素子の状態情報に基づくスイッチング周波数で前記インバータ回路を制御する制御部を具備し、
前記スイッチング周波数は、前記受電装置に対する給電効率が最大となる周波数である、非接触給電システム。
【国際調査報告】
2014196239.tif 000005
2014196239.tif 000006
2014196239.tif 000007
2014196239.tif 000008