(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子をスイッチングさせることで入力された直流を交流に変換して出力するインバータ回路（１０１）と、
前記インバータ回路に接続され、前記インバータ回路から交流が供給されることで磁束を発生する送電コイル（１２）と、
前記インバータ回路に接続され、前記インバータ回路から前記送電コイルに交流が供給されるように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御回路（１６）と、
を備えた非接触給電装置において、
前記送電コイルの発生した磁束と鎖交することで交流を発生する受電コイル（１３）と、
前記受電コイル及び給電対象に接続され、前記受電コイルから供給される交流を直流に変換して前記給電対象に供給する受電回路（１５）と、
を有し、
前記制御回路は、前記受電回路の出力電力の目標値である出力電力目標値又は前記受電回路の出力電流の目標値である出力電流目標値と、前記送電コイルと前記受電コイルの結合係数とに対する、前記スイッチング素子がターンオンする際に当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になる前記インバータ回路から前記送電コイルに供給される交流の周波数の目標値である周波数目標値の関係を規定した第１マップ又は第１関係式を有し、入手した前記出力電力目標値又は前記出力電流目標値と、入手した前記結合係数と、前記第１マップ又は前記第１関係式に基づいて前記周波数目標値を求め、前記インバータ回路から前記送電コイルに供給する交流の周波数が求めた前記周波数目標値になるように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記出力電力目標値又は前記出力電流目標値と前記結合係数に対する、前記インバータ回路から前記送電コイルに供給される交流電圧と交流電流の位相差の目標値である位相差目標値の関係を規定した第２マップ又は第２関係式を有し、入手した前記出力電力目標値又は前記出力電流目標値と、入手した前記結合係数と、前記第２マップ又は前記第２関係式に基づいて前記位相差目標値を求めるとともに、前記インバータ回路から前記送電コイルに供給される交流電圧と交流電流の位相差を検出し、求めた前記位相差目標値と検出した位相差に基づいて前記周波数目標値を補正することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記出力電力目標値又は前記出力電流目標値と前記結合係数に対する、前記インバータ回路から前記送電コイルに供給する交流電圧の目標値である出力電圧目標値の関係を規定した第３マップ又は第３関係式を有し、入手した前記出力電力目標値又は前記出力電流目標値と、入手した前記結合係数と、前記第３マップ又は前記第３関係式に基づいて前記出力電圧目標値を求め、前記インバータ回路から前記送電コイルに供給する交流電圧が前記出力電圧目標値になるように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記受電回路から前記給電対象に供給される前記受電回路の出力電力又は出力電流を検出し、入手した前記出力電力目標値と検出した出力電力又は求めた前記出力電流目標値と検出した出力電流に基づいて前記出力電圧目標値を補正することを特徴とする請求項３に記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記出力電圧目標値に比べ、前記周波数目標値をより頻繁に補正することを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路と、インバータ回路に接続される送電コイルと、インバータ回路に接続され、インバータ回路を制御する制御回路とを備えた非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ回路と、インバータ回路に接続される送電コイルと、インバータ回路に接続され、インバータ回路を制御する制御回路とを備えた非接触給電装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている電力伝送システムがある。
【０００３】
この電力伝送システムは、インバータ部と、送電アンテナと、送電制御部とを備えている。インバータ部、送電アンテナ及び送電制御部が、インバータ回路、送電コイル及び制御回路に相当する。
【０００４】
インバータ部は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子をスイッチングさせることで直流を交流に変換して送電アンテナに供給する。送電アンテナは、交流が供給されることで送電に必要な磁束を発生する。送電制御部は、スイッチング素子をスイッチングさせ、１８０度通電によってインバータ部から送電アンテナに矩形波状の交流電圧を供給させる。矩形波状の交流電圧が供給されると、送電アンテナに正弦波状の交流電流が流れる。つまり、インバータ部から送電アンテナに矩形波状の交流電圧と正弦波状の交流電流が供給されることになる。送電制御部は、インバータ部から送電アンテナに供給される矩形波状の交流電圧と正弦波状の交流電流の位相差がなくなるように交流の周波数を調整する。これにより、力率が改善され、無効電力を抑えることができる。従って、電力の伝送効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７４６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述した電力伝送システムにおいて、スイッチング素子のオン時間を正弦波状に変化させＰＷＭ制御することによって、インバータ部から送電アンテナに正弦波状の交流電圧を供給することができる。この場合も、正弦波状の交流電圧と正弦波状の交流電流の位相差をなくすように交流の周波数を調整することで、電力の伝送効率を向上させることができる。しかし、ＰＷＭ制御によって正弦波状の交流電圧を供給する場合、交流の１周期内でスイッチング素子が複数回スイッチングすることになる。そのため、スイッチング素子がターンオンする際に、スイッチング素子に大きな電流が流れるような事態が発生する。その結果、１８０度通電によって矩形波状の交流電圧を供給する場合には発生していなかったスイッチング損失が発生し、電力の伝送効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、インバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御する場合に問題となるスイッチング損失を抑え、電力の伝送効率を向上させることができる非接触給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】
上記課題を解決するためになされた本発明は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子をスイッチングさせることで入力された直流を交流に変換して出力するインバータ回路と、インバータ回路に接続され、インバータ回路から交流が供給されることで磁束を発生する送電コイルと、インバータ回路に接続され、インバータ回路から送電コイルに交流が供給されるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御回路と、を備えた非接触給電装置において、送電コイルの発生した磁束と鎖交することで交流を発生する受電コイルと、受電コイル及び給電対象に接続され、受電コイルから供給される交流を直流に変換して給電対象に供給する受電回路と、を有し、制御回路は、受電回路の出力電力の目標値である出力電力目標値又は受電回路の出力電流の目標値である出力電流目標値と、送電コイルと受電コイルの結合係数とに対する、スイッチング素子がターンオンする際に当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるインバータ回路から送電コイルに供給される交流の周波数の目標値である周波数目標値の関係を規定した第１マップ又は第１関係式を有し、入手した出力電力目標値又は出力電流目標値と、入手した結合係数と、第１マップ又は第１関係式に基づいて周波数目標値を求め、インバータ回路から送電コイルに供給する交流の周波数が求めた周波数目標値になるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、スイッチング素子がターンオンする際に当該スイッチング素子に流れる電流を０付近に抑えることができる。そのため、スイッチング素子がターンオンする際に発生するスイッチング損失を抑えることができる。従って、インバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御する場合に問題となるスイッチング損失を抑え、電力の伝送効率を向上させることができる。また、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるように、インバータ回路から送電コイルに供給される交流の周波数を確実に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における非接触給電装置の回路図である。
【図２】図１に示す送電側制御回路のブロック図である。
【図３】図２に示す目標値出力部に設定されている第１マップを説明するための説明図である。
【図４】図２に示す目標値出力部に設定されている第２マップを説明するための説明図である。
【図５】図２に示す目標値出力部に設定されている第３マップを説明するための説明図である。
【図６】図１に示すインバータ回路の出力電圧及び出力電流の波形図である。
【図７】従来のようにＰＷＭ制御をした場合におけるインバータ回路の出力電圧及び出力電流の波形図である。
【図８】第１実施形態の変形形態における非接触給電装置の回路図である。
【図９】図８における送電側制御回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る非接触給電装置を、電気自動車やハイブリッド車に搭載された車載バッテリに非接触で送電する非接触給電装置に適用した例を示す。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の非接触給電装置の構成について説明する。
【００１３】
図１に示す非接触給電装置１は、車両外部の商用電源ＡＣ１から車両に搭載された車載バッテリＢ１（給電対象）に非接触で送電し、車載バッテリＢ１を充電する装置である。非接触給電装置１は、送電回路１０と、送電側共振用コンデンサ１１と、送電コイル１２と、受電コイル１３と、受電側共振用コンデンサ１４と、受電回路１５と、制御回路１６とを備えている。
【００１４】
送電回路１０は、商用電源ＡＣ１から供給される交流を高周波数の交流に変換して送電コイル１２に供給する回路である。送電回路１０は、送電側整流回路１００と、インバータ回路１０１とを備えている。
【００１５】
送電側整流回路１００は、商用電源ＡＣ１から供給される交流を整流するとともに昇圧してインバータ回路１０１に供給する回路である。送電側整流回路１００の入力端は商用電源ＡＣ１に、出力端はインバータ回路１０１にそれぞれ接続されている。
【００１６】
インバータ回路１０１は、制御回路１６によって制御され、送電側整流回路１００から供給される直流を高周波数の交流に変換して送電コイル１２に供給する回路である。具体的には、４つのスイッチング素子によって構成される周知のＨブリッジ回路である。インバータ回路１０１は、４つのスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチングさせることで送電側整流回路１００から供給される直流を高周波数の交流に変換して送電コイル１２に供給する。インバータ回路１０１の入力端は送電側整流回路１００の出力端に、出力端は送電側共振用コンデンサ１１及び送電コイル１２に、駆動信号入力端は制御回路１６にそれぞれ接続されている。
【００１７】
送電側共振用コンデンサ１１は、送電用コイル１２とともに共振回路を構成する素子である。送電側共振用コンデンサ１１の一端はインバータ回路１０１の出力端に、他端は送電コイル１２にそれぞれ接続されている。
【００１８】
送電コイル１２は、インバータ回路１０１から交流が供給されることで交番磁束を発生する素子である。送電コイル１２は、駐車スペースの地表面の所定位置に設けられている。送電コイル１２の一端は送電側共振用コンデンサ１１の他端に、他端はインバータ回路１０１の出力端にそれぞれ接続されている。
【００１９】
受電コイル１３は、送電コイル１２の発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する素子である。受電コイル１３は、駐車スペースに車両を駐車したときに、上下方向に間隔をあけて送電コイル１２と対向するよう、車両の底部に設けられている。受電コイル１３の一端は受電側共振用コンデンサ１４に、他端は受電回路１５にそれぞれ接続されている。
【００２０】
受電側共振用コンデンサ１４は、受電コイル１３とともに共振回路を構成する素子である。受電側共振用コンデンサ１４の一端は受電コイル１３の一端に、他端は受電回路１５にそれぞれ接続されている。
【００２１】
受電回路１５は、受電側共振用コンデンサ１４の接続された受電コイル１３から供給される交流を直流に変換して車載バッテリＢ１に供給する回路である。受電回路１５は、受電側整流回路１５０を備えている。
【００２２】
受電側整流回路１５０は、受電側共振用コンデンサ１４の接続された受電コイル１３から供給される交流を整流し、直流に変換して車載バッテリＢ１に供給する回路である。受電側整流回路１５０の入力端は受電側共振用コンデンサ１４の他端と受電コイル１３の他端に、出力端は車載バッテリＢ１にそれぞれ接続されている。
【００２３】
制御回路１６は、車両制御装置Ｅ１から入力される出力電力目標値Ｐｃｏｍ、インバータ回路１０１の出力電圧Ｖ１及び出力電流Ｉ１、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２及び出力電流Ｉ２に基づいてインバータ回路１０１を制御する回路である。ここで、出力電力目標値Ｐｃｏｍは、受電側整流回路１５０の出力電力の目標値である。制御回路１６は、送電側電流センサ１６０と、送電側制御回路１６１と、受電側電流センサ１６２と、受電側制御回路１６３とを備えている。
【００２４】
送電側電流センサ１６０は、インバータ回路１０１の出力電流Ｉ１を検出し、検出結果を出力する素子である。送電側電流センサ１６０は、インバータ回路１０１と送電側共振用コンデンサ１１を接続する配線に、配線をクランプするように設けられている。送電側電流センサ１６０の出力端は、送電側制御回路１６１に接続されている。
【００２５】
送電側制御回路１６１は、無線通信によって受電側制御回路１６３から受信した出力電力目標値Ｐｃｏｍ、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２及び出力電流Ｉ２、自ら検出したインバータ回路１０１の出力電圧Ｖ１、送電側電流センサ１６０の検出したインバータ回路１０１の出力電流Ｉ１に基づいて、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に高周波数の交流が供給されるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する回路である。送電側制御回路１６１は、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるように、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流の周波数を調整する。送電側制御回路１６１の電圧検出端はインバータ回路１０１の出力端に、電流信号入力端は送電側電流センサ１６０の出力端に、駆動信号出力端はインバータ回路１０１の駆動信号入力端にそれぞれ接続されている。
【００２６】
図２に示すように、送電側制御回路１６１は、目標値出力部１６１ａと、出力電力演算部１６１ｂと、補正値演算部１６１ｃと、目標値補正部１６１ｄと、位相差演算部１６１ｅと、補正値演算部１６１ｆと、目標値補正部１６１ｇと、信号生成部１６１ｈとを備えている。
【００２７】
目標値出力部１６１ａは、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍ、入手した送電コイル１２と受電コイル１３の結合係数ｋ、及び、予め設定されている第１マップに基づいて周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦ求めるブロックである。また、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍ、入手した結合係数ｋ、及び、予め設定されている第２マップに基づいて位相差目標値Δθ．ｃｏｍを求めるブロックでもある。さらに、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍ、入手した結合係数ｋ、及び、予め設定されている第３マップに基づいて出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜を求めるブロックでもある。ここで、結合係数ｋは、周知の方法、例えば、送電コイル１２と受電コイル１３の位置を検出し、検出結果に別途求めたものである。
【００２８】
図３に示すように、第１マップは、出力電力目標値Ｐｃｏｍと結合係数ｋに対する、スイッチング素子がターンオンする際に当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になる周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦの関係を規定したものである。図４に示すように、第２マップは、出力電力目標値Ｐｃｏｍと結合係数ｋに対する位相差目標値Δθ．ｃｏｍの関係を規定したものである。図５に示すように、第３マップは、出力電力目標値Ｐｃｏｍと結合係数ｋに対する出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜の関係を規定したものである。第１〜第３マップは、実験やシミュレーションによって予め求められ設定されている。
【００２９】
出力電力演算部１６１ｂは、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２と出力電流Ｉ２から受電側整流回路１５０の実際の出力電力Ｐｒｅａｌを演算し出力するブロックである。
【００３０】
補正値演算部１６１ｃは、出力電力目標値Ｐｃｏｍと出力電力演算部１６１ｂの出力する出力電力Ｐｒｅａｌの偏差を演算するとともに、その偏差を比例、積分演算し、出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜を補正するための補正値｜Ｖ．ＦＢ｜として出力するブロックである。
【００３１】
目標値補正部１６１ｄは、目標値出力部１６１ａの出力する出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜に、補正値演算部１６１ｃの出力する補正値｜Ｖ．ＦＢ｜を加算して新たな出力電圧目標値｜Ｖ．ｃｏｍ｜として出力するブロックである。
【００３２】
位相差演算部１６１ｅは、インバータ回路１０１の出力電圧Ｖ１を対応する正弦波状の出力電圧に変換した上で、変換した正弦波状の出力電圧とインバータ回路１０１の出力電流Ｉ１からインバータ回路１０１の出力電圧と出力電流の実際の位相差Δθを演算し出力するブロックである。
【００３３】
補正値演算部１６１ｆは、目標値出力部１６１ａの出力する位相差目標値Δθ．ｃｏｍと位相差演算部１６１ｅの出力する位相差Δθの偏差を演算するとともに、その偏差を比例、積分演算し、周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦを補正するための補正値Ｆｒｑ．ＦＢとして出力するブロックである。
【００３４】
目標値補正部１６１ｇは、目標値出力部１６１ａの出力する周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦに補正値演算部１６１ｆの出力する補正値Ｆｒｑ．ＦＢを加算して新たな周波数目標値Ｆｒｑ．ｃｏｍとして出力するブロックである。
【００３５】
信号生成部１６１ｈは、目標値補正部１６１ｄの出力する新たな出力電圧目標値｜Ｖ．ｃｏｍ｜と目標値補正部１６１ｇの出力する新たな周波数目標値Ｆｒｑ．ｃｏｍに基づいて、インバータ回路１０１のスイッチング素子をＰＷＭ制御するための駆動信号を生成し出力するブロックである。信号生成部１６１ｈは、インバータ回路１０１の出力電圧が出力電圧目標値｜Ｖ．ｃｏｍ｜に、インバータ回路１０１の出力する交流の周波数が周波数目標値Ｆｒｑ．ｃｏｍになるような、インバータ回路１０１のスイッチング素子をＰＷＭ制御するための駆動信号を生成し出力する。具体的には、出力電圧目標値｜Ｖ．ｃｏｍ｜を、周波数目標値Ｆｒｑ．ｃｏｍに応じた周波数の三角波やのこぎり波と比較し、比較結果に基づいて駆動信号を生成し出力する。
【００３６】
図１に示す受電側電流センサ１６２は、受電側整流回路１５０の出力電流Ｉ２を検出し、検出結果を出力する素子である。受電側電流センサ１６２は、受電側整流回路１５０と車載バッテリＢ１を接続する配線に、配線をクランプするように設けられている。受電側電流センサ１６２の出力端は、受電側制御回路１６３に接続されている。
【００３７】
受電側制御回路１６３は、車両制御装置Ｅ１から入力された出力電力目標値Ｐｃｏｍ、自ら検出した受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２、受電側電流センサ１６２の検出した受電側整流回路１５０の出力電流Ｉ２を、無線通信によって送電側制御回路１６１に送信する回路である。受電側制御回路１６３は、送電側制御回路１６１からの要求に応じて、出力電力目標値Ｐｃｏｍ、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２及び出力電流Ｉ２の情報を無線通信によって送電側制御回路１６１に送信する。受電側制御回路１６３の出力電力目標値入力端は車両制御装置Ｅ１に、電圧検出端は受電側整流回路１５０の出力端に、電流信号入力端は受電側電流センサ１６２の出力端にそれぞれ接続されている。
【００３８】
次に、図１、図２、図６及び図７を参照して第１実施形態の非接触給電装置の動作について説明する。
【００３９】
駐車スペースに車両を駐車すると、図１に示す送電コイル１２と受電コイル１３が、上下方向に所定の間隔をあけて対向する。この状態で充電開始ボタン（図略）が押され、充電の開始が指示されると、非接触給電装置１は動作を開始する。
【００４０】
受電側制御回路１６３は、送電側制御回路１６１からの要求に応じて、出力電力目標値Ｐｃｏｍ、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２及び出力電流Ｉ２の情報を無線通信によって送電側制御回路１６１に送信する。
【００４１】
送電側整流回路１００は、商用電源ＡＣ１から供給される交流を整流するとともに昇圧してインバータ回路１０１に供給する。
【００４２】
送電側制御回路１６１は、出力電力目標値Ｐｃｏｍ、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２及び出力電流Ｉ２、インバータ回路１０１の出力電圧Ｖ１及び出力電流Ｉ１に基づいて、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に高周波数の交流が供給されるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する。
【００４３】
図２に示す目標値出力部１６１ａは、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍ及び結合係数ｋ、並びに、予め設定されている第１〜第３マップに基づいて、周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦ、位相差目標値Δθ．ｃｏｍ及び出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜を求める。
【００４４】
出力電力演算部１６１ｂは、受電側整流回路１５０の出力電圧Ｖ２と出力電流Ｉ２から受電側整流回路１５０の出力電力Ｐｒｅａｌを演算し出力する。補正値演算部１６１ｃは、出力電力目標値Ｐｃｏｍと出力電力Ｐｒｅａｌの偏差を演算するとともに、その偏差を比例、積分演算し、補正値｜Ｖ．ＦＢ｜として出力する。目標値補正部１６１ｄは、出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜に補正値｜Ｖ．ＦＢ｜を加算して新たな出力電圧目標値｜Ｖ．ｃｏｍ｜として出力する。
【００４５】
位相差演算部１６１ｅは、インバータ回路１０１の出力電圧Ｖ１を対応する正弦波状の出力電圧に変換した上で、変換した正弦波状の出力電圧とインバータ回路１０１の出力電流Ｉ１からインバータ回路１０１の出力電圧と出力電流の位相差Δθを演算し出力する。補正値演算部１６１ｆは、位相差目標値Δθ．ｃｏｍと位相差Δθの偏差を演算するとともに、その偏差を比例、積分演算し、補正値Ｆｒｑ．ＦＢとして出力する。目標値補正部１６１ｇは、周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦに補正値Ｆｒｑ．ＦＢを加算して新たな周波数目標値Ｆｒｑ．ｃｏｍとして出力する。
【００４６】
送電側制御回路１６１は、出力電圧目標値に比べ、周波数目標値をより頻繁に補正する。
【００４７】
信号生成部１６１ｈは、インバータ回路１０１の出力電圧が出力電圧目標値｜Ｖ．ｃｏｍ｜に、インバータ回路１０１の出力する交流の周波数が周波数目標値Ｆｒｑ．ｃｏｍになるような、インバータ回路１０１のスイッチング素子をＰＷＭ制御するための駆動信号を生成し出力する。
【００４８】
インバータ回路１０１は、４つのスイッチング素子を駆動信号に従ってスイッチングさせることで送電側整流回路１００から供給される直流を高周波数の交流に変換して、送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給する。その結果、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるように、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流の周波数が調整される。これにより、図６に示すように、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流を０付近に抑えることができる。図７に示すような、従来の制御において発生していた、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に大きな電流が流れるような事態を防止することができる。従って、スイッチング素子がターンオンする際に発生するスイッチング損失を抑えることができる。
【００４９】
送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に交流が供給されると、送電コイル１２は、交番磁束を発生する。
【００５０】
受電側共振用コンデンサ１４の接続された受電コイル１３は、送電コイル１２の発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する。受電側整流回路１５０は、受電側共振用コンデンサ１４の接続された受電コイル１３から供給される交流を整流し、直流に変換して車載バッテリＢ１に供給し、車載バッテリＢ１を充電する。このようにして、商用電源ＡＣ１から車載バッテリＢ１に非接触で送電することができる。
【００５１】
次に、第１実施形態の非接触給電装置の効果について説明する。
【００５２】
第１実施形態によれば、送電側制御回路１６１は、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に交流が供給されるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する。そして、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるように、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流の周波数を調整する。そのため、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流を０付近に抑えることができる。従って、スイッチング素子がターンオンする際に発生するスイッチング損失を抑えることができる。これにより、インバータ回路１０１のスイッチング素子をＰＷＭ制御する場合に問題となるスイッチング損失を抑え、電力の伝送効率を向上させることができる。
【００５３】
第１実施形態によれば、送電側制御回路１６１は、出力電力目標値Ｐｃｏｍと結合係数ｋに対する、スイッチング素子がターンオンする際に当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になる周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦの関係を規定した第１マップを有している。そして、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍと、入手した結合係数ｋと、第１マップに基づいて周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦを求め、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流の周波数が求めた周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦになるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する。そのため、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるように、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流の周波数を確実に調整することができる。
【００５４】
第１実施形態によれば、送電側制御回路１６１は、出力電力目標値Ｐｃｏｍと結合係数ｋに対する位相差目標値Δθ．ｃｏｍの関係を規定した第２マップを有している。そして、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍと、入手した結合係数ｋと、第２マップに基づいて位相差目標値Δθ．ｃｏｍを求める。さらに、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流電圧と交流電流の位相差Δθｒｅａｌを検出する。その後、求めた位相差目標値Δθ．ｃｏｍと検出した位相差Δθｒｅａｌに基づいて周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦを補正する。そのため、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流電圧と交流電流の位相差が何らかの理由によって変動した場合であっても、スイッチング素子がターンオンする際に、当該スイッチング素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になるように、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流の周波数を確実に調整することができる。
【００５５】
第１実施形態によれば、送電側制御回路１６１は、出力電力目標値Ｐｃｏｍと結合係数ｋに対する出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜の関係を規定した第３マップを有している。そして、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍと、入手した結合係数ｋと、第３マップに基づいて出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜を求め、インバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給する交流電圧が出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜になるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する。そのため、受電側整流回路１５０の出力電力が出力電力目標値Ｐｃｏｍになるようにインバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流電圧を確実に制御することができる。
【００５６】
第１実施形態によれば、送電側制御回路１６１は、受電側整流回路１５０の出力電力Ｐｒｅａｌを検出し、入手した出力電力目標値Ｐｃｏｍと検出した出力電力Ｐｒｅａｌに基づいて出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜を補正する。そのため、受電側整流回路１５０の出力電力が何らかの理由によって変動した場合であっても、出力電力が出力電力目標値Ｐｃｏｍになるようにインバータ回路１０１から送電側共振用コンデンサ１１の接続された送電コイル１２に供給される交流電圧を確実に制御することができる。
【００５７】
送電側制御回路１６１において、出力電圧目標値を補正することで出力電力の応答性を向上させることができる。一方、周波数目標値を補正することで、周波数の応答性を向上させることができる。しかし、非接触給電装置１の損失を抑えようとした場合、出力電力の応答性を向上させるより、周波数の応答性を向上させた方がより大きな効果を得られる。第１実施形態によれば、送電側制御回路１６１は、出力電圧目標値に比べ、周波数目標値をより頻繁に補正する。そのため、損失を確実に抑えることができる。
【００５８】
なお、第１実施形態では、出力電力目標値Ｐｃｏｍに基づいて制御を行っている例を挙げているが、これに限られるものではない。出力電力目標値Ｐｃｏｍと対応関係を有する、受電側整流回路１５０の出力電流の目標値である出力電流目標値Ｉｃｏｍに基づいて制御を行ってもよい。この場合、図８に示すように、受電側制御回路１６３による受電側整流回路１５０の出力電圧の検出が不要になる。また、図９に示すように、図２にあった出力電力演算部１６１ｂが不要になる。そして、第１マップ、第２マップ及び第３マップを、出力電流目標値Ｉｃｏｍとの関係を規定したものにするとともに、補正値演算部１６１ｃを、出力電流目標値Ｉｃｏｍと出力電流Ｉ２に基づいて補正値｜Ｖ．ＦＢ｜を求めるものとする。これにより、同様の制御を実現でき、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
第１実施形態では、実験やシミュレーションによって予め求めておいた第１マップ、第２マップ及び第３マップを用いる例を挙げているが、これに限られるものではない。第１マップ、第２マップ及び第３マップに代えて、第１マップ、第２マップ及び第３マップに規定された関係を式で表した第１関係式、第２関係式及び第３関係式を用いるようにしてもよい。
【００６０】
第１実施形態では、出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜及び周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦを補正している例を挙げているが、これに限られるものではない。変動に対する耐性が低下するが、それが許容範囲内であれば補正しなくてもよい。出力電圧目標値｜Ｖ．ＦＦ｜及び周波数目標値Ｆｒｑ．ＦＦから駆動信号を生成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・非接触給電装置、１０・・・送電回路、１００・・・送電側整流回路、１０１・・・インバータ回路、１２・・・送電コイル、１３・・・受電コイル、１５・・・受電回路、１５０・・・受電側整流回路、１６・・・制御回路、１６１・・・送電側制御回路、１６３・・・受電側制御回路、Ｅ１・・・車両制御装置、ＡＣ１・・・商用電源、Ｂ１・・・車載バッテリ（給電対象）
【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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