(57)【要約】      （修正有）【課題】送電アンテナと受電アンテナとの間に位置ずれ量を簡単な構成により算出することが可能な電力伝送システムを提供する。【解決手段】送電アンテナ１４０から受電アンテナ２１０に対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、インバータ部１３０と送電側制御部１５０と送電アンテナ１４０と、受電アンテナ２１０と受電側整流部２２０と受電側昇降圧部２３０と電池２４０と受電側制御部２５０と、昇降圧部入力電圧検出部と昇降圧部入力電流検出部と、電池２４０の電圧を検出する電池電圧検出部からなり、受電側制御部２５０は、送電側制御部１５０でインバータ部１３０が所定態様で制御されるとき、第１の時間に電圧検出部で検出される第１電圧と、第１の時間から所定時間経過した第２の時間に電圧検出部で検出される第２電圧と、に基づいて、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０と間の位置ずれ量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電アンテナから受電アンテナに対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、
直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
前記インバータ部に入力する直流電圧の電圧値を制御し、前記インバータ部から出力される電力を制御する送電側制御部と、
前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、
前記受電アンテナからの出力を直流電圧に整流して出力する整流部と、
前記整流部から出力される直流電圧を昇圧又は降圧して出力する昇降圧部と、
前記昇降圧部からの出力が充電される電池と、
前記整流部から前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整する受電側制御部と、
前記整流部から出力される電圧を検出する昇降圧部入力電圧検出部と、
前記整流部から出力される電流を検出する昇降圧部入力電流検出部と、
前記電池の電圧を検出する電池電圧検出部と、からなり、
前記受電側制御部は、前記送電側制御部で前記インバータ部が所定態様で制御されるとき、第１の時間に前記電池電圧検出部で検出される第１電圧と、第１の時間から所定時間経過した第２の時間に前記電池電圧検出部で検出される第２電圧と、に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置ずれ量を算出することを特徴とする電力伝送システム。
【請求項２】
前記所定態様とは、前記インバータ部に入力される電圧が一定となるように制御される態様であることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記所定態様とは、前記インバータ部に入力される電圧の増加率が一定となるように制御される態様であることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記第１電圧に対応する前記第２電圧と前記第１電圧との差分からなるテーブルに基づき、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電側制御部は、算出された位置ずれ量に基づいて、実際の電力伝送を行う際の、前記整流部から前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴方式の磁気共鳴アンテナが用いられ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、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。
【０００３】
磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。
【０００４】
上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両搭載電池への充電に応用することが検討されている。このようなワイヤレスなシステムを、上記のような車両に用いることで、車両への給電のために、電源コネクタや電源線などを取り扱う必要がなくなるからである。
【０００５】
例えば、特許文献２（特開２０１０−６８６５７号公報）には、一方のアンテナを電気自動車のような移動体の底面部に搭載し、地上に設けた他方のアンテナから、ワイヤレスで電力伝送を行い、伝送された電力を電気自動車の電池に充電することが開示されている。
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−６８６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、車両に電力伝送システムを適用する場合には、送電アンテナなどを停車スペースの地中部に埋設しておき、車両のユーザーは当該停車スペースに車両を停車させて、送電アンテナから伝送される電力を、車両に搭載されている受電アンテナで受けるような利用形態となる。このような利用形態であることから、送電アンテナと受電アンテナとの間の位置関係は、停車スペースに車両を停車させるたびに変化することとなる。
【０００７】
ところで、発明者らは、実験により、上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムにおいては、送電アンテナと受電アンテナとの間に位置ずれがある場合には、その位置ずれ量に応じて、受電側システム側のパラメーターの設定を変更すると、効率的に車両搭載の電池に充電を行い得ることを見いだした。
【０００８】
しかしながら、従来の技術においては、送電アンテナと受電アンテナとの間に位置ずれ量を簡単な構成により算出する方法については開示がなされておらず、問題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、送電アンテナから受電アンテナに
対して、電磁場を介して電気エネルギーを伝送する電力伝送システムであって、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部に入力する直流電圧の電圧値を制御し、前記インバータ部から出力される電力を制御する送電側制御部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される前記送電アンテナと、前記受電アンテナからの出力を直流電圧に整流して出力する整流部と、前記整流部から出力される直流電圧を昇圧又は降圧して出力する昇降圧部と、前記昇降圧部からの出力が充電される電池と、前記整流部から前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整する受電側制御部と、前記整流部から出力される電圧を検出する昇降圧部入力電圧検出部と、前記整流部から出力される電流を検出する昇降圧部入力電流検出部と、前記電池の電圧を検出する電池電圧検出部と、からなり、前記受電側制御部は、前記送電側制御部で前記インバータ部が所定態様で制御されるとき、第１の時間に前記電池電圧検出部で検出される第１電圧と、第１の時間から所定時間経過した第２の時間に前記電池電圧検出部で検出される第２電圧と、に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置ずれ量を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電力伝送システムにおいて、前記所定態様とは、前記インバータ部に入力される電圧が一定となるように制御される態様であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の電力伝送システムにおいて、前記所定態様とは、前記インバータ部に入力される電圧の増加率が一定となるように制御される態様であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力伝送システムにおいて、前記第１電圧に対応する前記第２電圧と前記第１電圧との差分からなるテーブルに基づき、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置ずれ量を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力伝送システムにおいて、前記受電側制御部は、算出された位置ずれ量に基づいて、実際の電力伝送を行う際の、前記整流部から前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電力伝送システムにおいては、第１の時間に前記電池電圧検出部で検出される第１電圧と、第１の時間から所定時間経過した第２の時間に前記電池電圧検出部で検出される第２電圧と、に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置ずれ量を算出する。このような本発明に係る電力伝送システムによれば、送電アンテナと受電アンテナとの間に位置ずれ量を簡単な構成により算出することが可能となると共に、送電アンテナ・受電アンテナ間の位置ずれ量に基づいた効率的な電力伝送を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力伝送システムを車両に搭載した例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力伝送システムのインバータ部を示す図である。
【図４】送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係の定義を説明する図である。
【図５】送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置ずれ量に伴うΔＶB／Δtの変化を示す図である。
【図６】電力伝送システム１００で用いる参照テーブルのデータ構成を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００における電力伝送・電池２４０充電のプロフィールを説明する図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電力伝送システムの送電側システムにおける制御処理のフローチャートを示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電力伝送システムの受電側システムにおける制御処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】ΔＶ2を算出するサブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図１１】目標値Ｒｃ制御１のサブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図１２】関数ｆｔ１の一例を示す図である。
【図１３】目標値Ｒｃ制御２のサブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図１４】関数ｆｔ２の一例を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける電力伝送の運用形態の考え方を説明する図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る電力伝送システム１００における位置ずれ量、最適負荷抵抗の算出のフローチャートを示す図である。
【図１７】位置ずれ量の違いに基づく電池２４０の充電電圧の変化の違いを示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る電力伝送システム１００で用いる参照テーブルのデータ構成を説明する図である。
【図１９】送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０とを近接させたときの送電効率の周波数依存性例を示す図である。
【図２０】第１極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。
【図２１】第２極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。
【図２２】２つの極値を与える極値周波数のうち磁気壁が生じる極値周波数（第１周波数）での特性を示す図である。
【図２３】２つの極値を与える極値周波数のうち電気壁が生じる極値周波数（第２周波数）での特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図であり、図２は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００を車両に搭載した例を模式的に示す図である。本発明の電力伝送システム１００は、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両搭載電池への充電のためのシステムに用いるのに好適である。このために、車両の底面部においては、受電を行うことを可能にする受電アンテナ２１０が配されてなる。
【００１７】
本実施形態に係る電力伝送システム１００では、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、本実施形態に係る電力伝送システム１００の送電アンテナ１４０などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーは本実施形態に係る電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、送電アンテナ１４０から車両に搭載されている受電アンテナ２１０に対して、電磁場を介し電気エネルギーを伝送する。
【００１８】
本実施形態に係る電力伝送システム１００は、上記のような利用形態であることから、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置関係が停車スペースに車両を停車させるたびに変化する。
【００１９】
発明者らは、実験により、電力伝送システム１００においては、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれがある場合には、その位置ずれ量に応じて、受電側システム側のパラメーターの設定を変更すると、効率的に車両搭載の電池に充電を行い得ることを見いだした。このため、後に説明する方法で、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量を算出するようにしている。
【００２０】
車両充電設備（送電側）において、送電側整流部１１０は商用電源からの交流電圧を一定の直流電圧に変換するコンバータであり、この送電側整流部１１０からの直流電圧は送電側昇降圧部１２０に入力され、送電側昇降圧部１２０で所望の電圧値に昇圧又は降圧される。この送電側昇降圧部１２０で出力される電圧値の設定は送電側制御部１５０から制御可能となっている。
【００２１】
インバータ部１３０は、送電側昇降圧部１２０から供給される直流電圧から所定の交流電圧を生成して、送電アンテナ１４０に入力する。図３は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのインバータ部を示す図である。インバータ部１３０は、例えば図３に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱA乃至ＱDからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。
【００２２】
本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱBの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子ＱCとスイッチング素子ＱDとの間の接続部Ｔ２との間に送電アンテナ１４０が接続される構成となっており、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオンのとき、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオフとされ、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオンのとき、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオフとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。
【００２３】
上記のようなインバータ部１３０を構成するスイッチング素子ＱA乃至ＱDに対する駆動信号は送電側制御部１５０から入力されるようになっている。また、インバータ部１３０を駆動させるための周波数は送電側制御部１５０から制御することができるようになっている。
【００２４】
上記のようなインバータ部１３０からの出力は送電アンテナ１４０に供給される。この送電アンテナ１４０は、インダクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２１０と共鳴することで、送電アンテナ１４０から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２１０に送ることができるようになっている。
【００２５】
なお、インバータ部１３０からの出力を、送電アンテナ１４０に入力する際には、いったん、不図示の整合器によってインピーダンスを整合させるようにしてもよい。整合器は所定の回路定数を有する受動素子から構成することができる。
【００２６】
本発明の実施形態に係る電力伝送システムでは、電力伝送システム１００の送電側の送電アンテナ１４０から、受電側の受電アンテナ２１０へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１４０の共振周波数と、受電アンテナ２１０の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにしている。
【００２７】
インバータ部１３０に対する入力される電圧Ｖ1及び電流Ｉ1は送電側制御部１５０によって検出されるようになっている。これにより、送電側制御部１５０は、検出される電圧
Ｖ1及び電流Ｉ1からインバータ部１３０に入力される入力電力（Ｗ1＝Ｖ1×Ｉ1）などを
取得することができるようになっている。
【００２８】
送電側制御部１５０は、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部を有している。
【００２９】
送電側制御部１５０は、送電側昇降圧部１２０によって出力される直流電圧の電圧と、インバータ部１３０で出力される交流電圧の周波数を制御して、実際の充電の電力伝送を実行する。このような制御を行う際には、送電側制御部１５０に内蔵される制御プログラムが参照されることによって周波数などが決定される。制御プログラムは、不図示の記憶手段に記憶され、送電側制御部１５０の演算部によって参照可能に構成されている。
【００３０】
次に、車両側に設けられている電力伝送システム１００の構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２１０は、送電アンテナ１４０と共鳴することによって、送電アンテナ１４０から出力される電気エネルギーを受電するものである。
【００３１】
受電アンテナ２１０で受電された交流電力は、受電側整流部２２０において整流される。受電側整流部２２０からの出力は受電側昇降圧部２３０において、所定の電圧値に昇圧又は降圧されて、電池２４０に蓄電されるようになっている。受電側昇降圧部２３０は受電側制御部２５０からの指令に基づいて電池２４０の充電を制御する。
【００３２】
受電側昇降圧部２３０はＤＣＤＣコンバータにより構成されており、このＤＣＤＣコンバータに含まれるスイッチング素子ＳＷに対して、受電側制御部２５０は、当該スイッチング素子ＳＷのオンオフ比であるのデューティ比Ｄを制御量として送信して、受電側昇降圧部２３０を制御する。これにより、受電側整流部２２０から受電側昇降圧部２３０に入力される電流及び電圧を調整することができるようになっている。
【００３３】
ここで、本発明に係る電力伝送システム１００においては、受電側整流部２２０から受電側昇降圧部２３０に入力される電流Ｉ2及び電圧Ｖ2を調整することによって電力伝送系のインピーダンスを制御することが可能となり、高効率となる電力伝送系インピーダンスとすることができる。、即ち、電池２４０のインピーダンスが電力伝送系インピーダンスと大きく異なっている場合であっても、この差を受電側昇降圧部２３０によって吸収することが可能となるため、本発明に係る電力伝送システム１００によれば、位置ずれなどにより電力伝送系インピーダンスが変化した場合においても系全体の損失を抑制し、高効率で電力伝送を行うことが可能となる。また、本発明に係る電力伝送システム１００によれば、電池２４０のインピーダンスに合わせて電力伝送系インピーダンスを設計する必要がなく、電力伝送系設計の自由度が増す。
【００３４】
上記のような受電側制御部２５０による受電側昇降圧部２３０に対する制御に基づいて、受電側整流部２２０から受電側昇降圧部２３０に入力される電圧Ｖ2及び電流Ｉ2は、受電側制御部２５０によって検出されるようになっている。また、受電側昇降圧部２３０から電池２４０に対して入力される電流ＩB、及び電池電圧ＶBは受電側制御部２５０によって検出されるようになっている。
【００３５】
検出された電流Ｖ2及び電圧Ｖ2、電圧ＶB及び電流ＩBにより、受電側制御部２５０は、受電側昇降圧部２３０などを制御して、電池２４０の適切な充電プロファイルに沿うように電池２４０の充電を制御することができるように構成されている。
【００３６】
受電側制御部２５０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部を有しており、図示されて
いる受電側制御部２５０と接続される各構成と協働するように動作する。後述するテーブル、リングバッファなどは、この受電側制御部２５０に含まれる構成である。
【００３７】
受電側制御部２５０には、電池２４０の充電プロファイルが記憶されると共に、受電側制御部２５０をこのプロファイルに沿って動作させるためのアルゴリズムが記憶されている。
【００３８】
上記のように、車両に適用された電力伝送システム１００を利用する場合、車両のユーザーは、送電アンテナ１４０が設けられた停車スペースに車両を停車させて、送電アンテナ１４０から伝送される電力を、車両に搭載されている受電アンテナ２１０で受けるような利用形態となる。このような利用形態であることから、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置関係は、停車スペースに車両を停車させるたびに変化することとなる。
【００３９】
本実施形態に係る電力伝送システム１００では、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量を以下のような方法で算出するようにしている。
【００４０】
図４は送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係の定義を説明する図である。送電アンテナ１４０、受電アンテナ２１０はいずれも渦巻き状に巻回された略矩形のコイルである。受電アンテナ２１０が車輌に搭載されているという制約の下、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数が最大となる、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との相対的位置を、最適相対的位置として定義すると、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量は、この最適相対的位置からの相違として定義することができる。最適相対的位置からのアンテナ間の位置ずれ量が大きくなればなるほど、結合係数は小さくなる。
【００４１】
ここで、上記のように構成される電力伝送システム１００においては、インバータ部１３０に入力される電圧Ｖ1と、電池電圧Ｖ3との間には、図５に示すような関係がある。
即ち、位置ずれに応じて結合係数は減少するため最適効率を与える電力伝送系インピーダンスも変化し、その結果、位置ずれゼロ時の電力伝送系インピーダンスのままでは電力伝送効率が低下し、必然的に電池への充電電力が減少するため電池電圧の上昇が遅くなる。
【００４２】
図５は送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置ずれ量に伴うΔＶB／Δtの変化を示す図である。図５における傾きであるΔＶB／Δtは、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量が大きくなるに伴い、減少する傾向がある。
【００４３】
以上の通り、仮にΔＶB／Δtを把握することが可能であれば、送電アンテナ１４０・受電アンテナ２１０の位置ずれ量を算出することが可能となる。
【００４４】
一方、発明者らは、実測を通じて、上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムにおいては、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれがある場合には、その位置ずれ量に応じて、受電側システム側のパラメーターの設定を変更すると、効率的に車両搭載の電池２４０に充電を行い得ることを見いだした。
【００４５】
上記のパラメーターは、具体的にはＶ2／Ｉ2により求められる抵抗のディメンジョンを持つ量Ｒｃである。このようなＲｃを最適負荷抵抗と呼ぶこととする。この最適負荷抵抗Ｒｃは、位置ずれ量を変化させて、Ｖ2／Ｉ2を変化させつつ、電池２４０への充電効率を実測することにより得ることが可能である。
【００４６】
図６は電力伝送システム１００で用いる参照テーブルのデータ構成を説明する図である
。図６（Ａ）は、ΔＶB／Δtと、送電アンテナ１４０・受電アンテナ２１０の位置ずれ量と、さらに最適負荷抵抗Ｒｃとの関係付けたテーブルである。
【００４７】
ところで、本発明に係る電力伝送システム１００においては、送電側システムと受電側システムに無線通信手段などは設けられておらず、両者の間での通信は不可能である構成となっている。したがって、本発明に係る電力伝送システム１００においては、ΔＶB／
Δtと位置ずれ量を一意に関連づけることはできない。
【００４８】
そこで、本発明に係る電力伝送システム１００では、ｄＶ1／ｄｔを一定量のΔＡとし
て、受電側システムでｄＶB／ｄｔに比例する量であるΔＶBを求めることで、実質的にΔＶB／Δtと位置ずれ量を一意に関連づけるようにしている。
【００４９】
すなわち、本発明に係る電力伝送システム１００では、図６（Ｂ）に示すような、ΔＶBと、送電アンテナ１４０・受電アンテナ２１０の位置ずれ量と、さらに最適負荷抵抗Ｒ
ｃとの関係付けたテーブルを利用して、ΔＶBから位置ずれ量、及び、実際の電力伝送を
行うときの最適負荷抵抗Ｒｃとを求めるようにしている。なお、図６（Ｂ）では、ΔＶB
から位置ずれ量、最適負荷抵抗Ｒｃとをテーブルによって求める例を示しているが、ΔＶBから位置ずれ量、最適負荷抵抗Ｒｃを求める関数を定めておき、ΔＶBに基づいてテーブル参照する代わりに、ΔＶBを関数に代入して、位置ずれ量、最適負荷抵抗Ｒｃを求める
ようにしてもよい。
【００５０】
本発明に係る電力伝送システム１００においては、所定経過時間における電池電圧ΔＶ3を求め、これに基づいて、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０と間の位置ずれ量
を算出する。このような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量を簡単な構成により算出することが可能となると共に、送電アンテナ１４０・受電アンテナ２１０間の位置ずれ量に基づいた効率的な電力伝送を行うことが可能となる。
【００５１】
次に、以上のように構成される電力伝送システム１００における電力伝送と電池２４０の充電における時間変化を各パラメーターの変化を図７に基づいて説明する。なお、図７において、一点鎖線で示される挙動は、線形で現すことができない挙動である。
【００５２】
車両のユーザーは本実施形態に係る電力伝送システム１００が設けられている停車スペースに車両を停車させて、送電アンテナ１４０から車両に搭載されている受電アンテナ２１０に電力伝送と共に電池２４０の充電を開始するが、以下のような（I）、（II）、（III）、（III p）、（IV）、（V）の６つのフェーズにわけてその概要について説明する。
【００５３】
○フェーズ（I）
１．送電側昇降圧部１２０の出力電圧Ｖ1を一定の増加率で徐々に上げる。ここでの電圧
の増加速度ｄＶ１／ｄｔ＝ΔＡ（定数）を決めておく。
２．あらかじめ作成されたテーブル（或いは、当該テーブルを関数化したもの）から、位置ずれゼロにおける最適負荷抵抗Ｒｃを読み出す。
３．受電側昇降圧部２３０は停止され、受電側整流部２２０の後段に配置された平滑コンデンサ（不図示）の電圧が所定値に達するまで待機する。
【００５４】
○フェーズ（II）
１．送電側システムでは、目標電力（第一電力Ｐ1）になるまで、さらに電圧を上昇させ
る。ただしΔＡは変えず、かつ一定の電圧Ｖ1ｍａｘまで到達しても電流がＩ1ｍｉｎ以上上昇しない
場合は、動作を停止し、電源出力電圧を０Ｖとする。
２．受電側昇降圧部２３０は、フェーズ（I）で読み出された負荷抵抗Ｒｃを実現するよ
う動作する。具体的には、Ｒｃ＝Ｖ2／Ｉ2を実現するよう動作する。さらに具体的には、Ｖ2／Ｉ2が最適負荷抵抗Ｒｃになるよう、ＩBを調節することでこれを実現する。
３・ΔＶB／Δtを算出し、図５に基づく関係から位置ずれ量を推定し、該位置ずれに対応する最適負荷抵抗Ｒｃを決定する。
４・以降、受電側昇降圧部２３０は該位置ずれに対応した最適負荷抵抗Ｒｃを実現するよう動作する。
【００５５】
○フェーズ（III）
１．送電側システムでは、第一電力Ｐ1を目標値とした定電力運転を行う。
２．受電側昇降圧部２３０は、Ｒｃ＝Ｖ2／Ｉ2を実現するような調節を継続する。
【００５６】
○フェーズ（III p）
１．受電側昇降圧部２３０は、ＶBが第一電力時の充電最大電圧ＶBｍａｘ１に到達すると、第二電力が出力されるよう調整される。具体的には、ＩBが低下するよう調整される。
この調整は、あらかじめ設定された変化速度で、徐々に行う。
２．送電側システムは、受電側昇降圧部２３０が徐々に電力を減少させる動作をすることから、当初出力電圧Ｖ1を上昇させて電力を維持しようと試みるが、一定値（ＲＳ1／Ｉ1
）以上の電圧上昇をトリガとして第二電力Ｐ2を目標電力に変更する（第一電力Ｐ1＞第二電力Ｐ2）。目標電力を変更するときは、あらかじめ設定された変化速度で、徐々に行う
。
【００５７】
○フェーズ（IV）
１．送電側システムは、第二電力Ｐ2を目標値とした定電力運転を行う。
２．受電側制御部２５０は、Ｖ2が設定値Ｖｓ以下になったことを検知すると、Ｒｃ＝Ｖ2／Ｉ2を実現するような調節を開始、継続する。Ｖｓは、Ｒｃ・Ｐ2を基準に設定され、送電側システムが間違いなく第二電力Ｐ2になったと判断できる電圧とする。
【００５８】
○フェーズ（V）
１．受電側制御部２５０は、ＶBが第二電力Ｐ2時の充電最大電圧ＶBｍａｘ２に到達する
と、ＩBを減少させ０にする。Ｉ2も減少し０となる。
２．送電側システムは、Ｗ1が減少するためＶ1を上昇させ第二電力Ｐ2を維持しようと試
みるが、一定値（ＲＳ2／Ｉ2）以上の電圧上昇をトリガとして目標電力を０に変更する（停止する）。
【００５９】
本発明に係る電力伝送システム１００は、フェーズ（III p）やフェーズ（V）において、受電側制御部２５０は、電池２４０の電圧を検出する電圧検出部が所定電圧以上（ＶB
ｍａｘ１或いはＶBｍａｘ２）となると、受電側整流部２２０から受電側昇降圧部２３０
に入力する電圧を増加させる制御を行う。このような制御を行うと、一定の電力伝送を行う送電側システムでは、インバータ部１３０に入力する直流電圧Ｖ1が変化する。本発明
に係る電力伝送システム１００によれば、送電側システムは上記のような変化を捉えることで、受電側システムにおける電池の充電態様の切り換えを把握することが可能となるので、システムに無線通信手段を設けるなどコストをかけることなく、受電側システムから送電側システムに対して、電池の充電態様の切り換えを報知することができる。そして、本発明に係る電力伝送システム１００の送電側システムにおいては、このような切り換えを報知されると、前記したように第一電力Ｐ1から第二電力Ｐ2に目標値を変更したり、第二電力Ｐ2から電力０に目標を変更したりする。
【００６０】
次に、本発明に係る電力伝送システム１００において、以上のような各フェーズに基づく電力伝送及び電池充電を実現するための制御について説明する。
【００６１】
まず、電力伝送システム１００の送電側システムにおける制御動作を説明する。図８は本発明の実施形態に係る電力伝送システムの送電側システムにおける制御処理のフローチャートを示す図である。
【００６２】
図８において、Ｐ1は第一電力（定数）であり、Ｐ2は第二電力（定数）であり、Ｒｐは駆動抵抗（変数）であり、Ｒｓ1は駆動抵抗閾値（定数）であり、Ｒｓ2は駆動抵抗閾値（定数）である。
【００６３】
ステップＳ１００で制御が開始されると、続いてステップＳ１０１では、不図示の充電開始ボタンなどからのトリガがあり充電開始となったか否かが判定される。
【００６４】
ステップＳ１０２では、これまで説明したように、電圧を一定の増加率ΔＡで増加させる。
【００６５】
ステップＳ１０３では、Ｗ1≧Ｐ1であるか否かが判定される。ステップＳ１０３における判定がＮＯであれば、ステップＳ１１１に進み、Ｖ1≧Ｖ1ｍａｘであるか否かが判定される。ここで、Ｖ1ｍａｘは駆動監視電圧（定数）であり、設計上Ｖ1が超えることが許されない電圧である。ステップＳ１１１における判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１１２に進み、制御を即終了とする。
【００６６】
一方、ステップＳ１１１における判定がＮＯであれば、ステップＳ１０２に戻る。したがって、Ｖ1がＶ1ｍａｘを超えない限り、Ｗ1がＰ1となるまで、ステップＳ１０３→ステップＳ１１１→ステップＳ１０２をループすることとなる。
【００６７】
ステップＳ１０３において、判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１０４に進み、Ｐ1に
なるように制御を行う。次のステップＳ１０５では、Ｒｐ＝Ｖ1／Ｉ1を算出し、ステップＳ１０６で、Ｒｐ≧ＲＳ1であるかを判定する。ステップＳ１０６における判定がＮＯで
ある間は、ステップＳ１０４に戻りループする。
【００６８】
一方、ステップＳ１０６における判定がＹＥＳとなると、受電側システムにおける電池２４０の充電態様の切り換えが行われたこととなるので、ステップＳ１０７に進み、次にＰ2になるように制御を行う。
【００６９】
次のステップＳ１０８では、Ｒｐ＝Ｖ1／Ｉ1を算出し、ステップＳ１０９で、Ｒｐ≧ＲＳ2であるかを判定する。ステップＳ１０９における判定がＮＯである間は、ステップＳ
１０７に戻りループする。
【００７０】
一方、ステップＳ１０９における判定がＹＥＳとなると、受電側システムにおける電池２４０の充電態様の切り換えが行われたこととなるので、ステップＳ１１０に進み、次に出力電力あ０となるように制御し、ステップＳ１１２で、制御を終了する。
【００７１】
続いて、電力伝送システム１００の受電側システムにおける制御動作を説明する。図９は本発明の実施形態に係る電力伝送システムの受電側システムにおける制御処理のフローチャートを示す図である。
【００７２】
図９において、ステップＳ２００で制御を開始すると、まず、ステップＳ２０１では、Ｄ＝０として、受電側昇降圧部２３０を停止する。
【００７３】
続いて、ステップＳ２０２では、ΔＶ2算出サブルーチンにより、これまで説明したΔ
Ｖ2を求める。
【００７４】
続く、ステップＳ２０３では、サブルーチンから返されたΔＶ2につき、ΔＶ2≠０であるか否か判定される。この判定でＹＥＳとなると、次のステップＳ２０４に進む。
【００７５】
ステップＳ２０４では、これまで説明したように、ΔＶ2から最適負荷抵抗Ｒｃをテー
ブル又は関数により求める。
【００７６】
ステップＳ２０５では、Ｒｃを目標値とする制御１サブルーチンを実行する。
【００７７】
ステップＳ２０６では、ＩBを減少させ、ステップＳ２０７では、Ｖ2＜Ｖｓであるか否かが判定される。このステップＳ２０６の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ２０８に進む。
【００７８】
ステップＳ２０８では、Ｒｃを目標値とする制御２サブルーチンを実行する。
【００７９】
ステップＳ２０９では、ＩB＝０となるように制御し、ステップＳ２１０で制御を終了
する。
【００８０】
次に、以上のような受電側システムの制御フローチャートで利用される各サブルーチンについて説明する。図１０はΔＶBを算出するサブルーチンのフローチャートを示す図で
ある。
【００８１】
ステップＳ３００で、ΔＶ2算出サブルーチンを開始すると、続いて、ステップＳ３０
１では、予め定められているサンプリングタイムＴｓを取得する。
【００８２】
続いて、ステップＳ３０２では、ＶBｏｌｄを０にセットする。次のステップＳ３０３
では、電圧ＶBを検出し、続くステップＳ３０４では、傾き算出ＳＬを（ＶB−ＶBｏｌｄ
）／Ｔｓにより算出する。
【００８３】
ステップＳ３０５では、リングバッファにデータがあるか否かが判定される。もしあれば、ステップＳ３０６に進み、データの両者の比較を行い、差５％以内であるかが判定される。
【００８４】
ステップＳ３０６の判定がＹＥＳであれば、ステップＳ３０７に進み、ＳＬをリングバッファに保存する。ステップＳ３０６の判定がＮＯであれば、ステップＳ３１０に進み、リングバッファをクリアし、ステップＳ３０２に戻る。
【００８５】
ステップＳ３０８では、リングバッファにおけるデータが１０個となったかが判定される。ステップＳ３０８における判定がＮＯであれば、ステップＳ３１１に進み、ＶBｏｌ
ｄにＶ2をセットしてステップＳ３０３に戻る。
【００８６】
一方、ステップＳ３０８の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ３０９で、ΔＶBを１０
個のＳＬのデータの平均することで求める。ステップＳ３１２では、元のルーチンにリターンする。
【００８７】
ΔＶB算出サブルーチンは、差分が５%以内のデータを１０個連続してリングバッファに収集して、これによりΔＶBを求めるものであるが、ΔＶB算出のルーチンはこれに限定されるものではない。
【００８８】
次に、ステップＳ２０５におけるＲｃを目標値とする制御１サブルーチンについて説明する。図１１は目標値Ｒｃ制御１のサブルーチンのフローチャートを示す図である。
【００８９】
ステップＳ４００で、目標値Ｒｃ制御１サブルーチンを開始すると、続くステップＳ４０１では、最適負荷抵抗Ｒｃの値を取得する。
【００９０】
次のステップＳ４０２では、変換可能な最低の電圧であり、予め規定されているＶｃを取得する。続く、ステップＳ４０３では、受電側昇降圧部２３０の出力電圧を最低にセットする。
【００９１】
ステップＳ４０４では電圧Ｖ2を検出し、ステップＳ４０５ではＶｃ＜Ｖ2であるか否かが判定される。
【００９２】
ステップＳ４０５における判定がＹＥＳとなると、ステップＳ４０６に進み、Ｔｔに０がセットされ、ステップＳ４０７でタイマーをスタートする。
【００９３】
ステップＳ４０８で、電池２４０の電圧ＶBを検出し、ステップＳ４０９では、電力制
限値をＷＢｔ１＝ｆｔ１（Ｔｔ）により算出する。このときに用いる関数ｆｔ１の一例を図１２に示す。続いて、ステップＳ４１０では、電流制限値をＩＢｔ１＝ＷＢｔ１／ＶB
により算出する。
【００９４】
ステップＳ４１１では、電圧Ｖ2を検出し、ステップＳ４１２では、電流Ｉ2を検出し、これらよりステップＳ４１３で、抵抗値をＲｒ＝Ｖ2／Ｉ2により算出する。
【００９５】
ステップＳ４１４では、制御値をＨ＝Ｋｐ（Ｒｒ−Ｒｃ１）により算出する。ここで、Ｋｐはフィードバック制御における比例項である。
【００９６】
ステップＳ４１５では、現在の制御量Ｄを取得し、ステップＳ４１６では、新制御量をＤｎ＝Ｄ＋Ｈにより算出し、ステップＳ４１７では、新制御量Ｄｎを適用し、ステップＳ４１８で、電池２４０の電流ＩBを計測する。
【００９７】
ステップＳ４１９では、ＩB＞ＩＢｔ１であるか否かが判定される。ステップＳ４１９
における判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４２０に進み、新制御量Ｄは元のものに戻し、ＮＯである場合には、テップＳ４２４に進み、新制御量としてＤ＝Ｄｎとする。
【００９８】
ステップＳ４２１で、改めて電圧ＶBを検出し、ステップＳ４２２では予め定められて
いるＶｂｍａｘ１を取得し、ステップＳ４２３で、ＶB≧ＶＢｍａｘ１であるか否かの判
定を行う。ステップＳ４２３の判定がＮＯであれば、ステップＳ４０８に戻り、判定がＹＥＳであれば、ステップＳ４２５で元のルーチンにリターンする。
【００９９】
次に、ステップＳ２０８におけるＲｃを目標値とする制御２サブルーチンについて説明する。図１３は目標値Ｒｃ制御２のサブルーチンのフローチャートを示す図である。
【０１００】
ステップＳ５００で、目標値Ｒｃ制御２サブルーチンを開始すると、続くステップＳ５０１では、最適負荷抵抗Ｒｃの値を取得する。
【０１０１】
次のステップＳ５０２では、変換可能な最低の電圧であり、予め規定されているＶｃを取得し、続いてステップＳ５０３でタイマーをスタートする。
【０１０２】
ステップＳ５０４で、電池２４０の電圧ＶBを検出し、ステップＳ５０６では、電力制
限値をＷＢｔ２＝ｆｔ２（Ｔｔ）により算出する。このときに用いる関数ｆｔ２の一例を図１４に示す。続いて、ステップＳ５１０では、電流制限値をＩＢｔ１＝ＷＢｔ１／ＶB
により算出する。
【０１０３】
ステップＳ５０７では、電圧Ｖ2を検出し、ステップＳ５０８では、電流Ｉ2を検出し、これらよりステップＳ５０９で、抵抗値をＲｒ＝Ｖ2／Ｉ2により算出する。
【０１０４】
ステップＳ５１０では、制御値をＨ＝Ｋｐ（Ｒｒ−Ｒｃ２）により算出する。ここで、Ｋｐはフィードバック制御における比例項である。
【０１０５】
ステップＳ５１１では、現在の制御量Ｄを取得し、ステップＳ５１２では、新制御量をＤｎ＝Ｄ＋Ｈにより算出し、ステップＳ５１３では、新制御量Ｄｎを適用し、ステップＳ５１４で、電池２４０の電流ＩBを計測する。
【０１０６】
ステップＳ５１５では、ＩB＞ＩＢｔ２であるか否かが判定される。ステップＳ５１５
における判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ５１６に進み、新制御量Ｄは元のものに戻し、ＮＯである場合には、テップＳ５２０に進み、新制御量としてＤ＝Ｄｎとする。
【０１０７】
ステップＳ５１７で、改めて電圧ＶBを検出し、ステップＳ５１８では予め定められて
いるＶｂｍａｘ２を取得し、ステップＳ５１９で、ＶB≧ＶＢｍａｘ１であるか否かの判
定を行う。ステップＳ５１９の判定がＮＯであれば、ステップＳ５０５に戻り、判定がＹＥＳであれば、ステップＳ５２１で元のルーチンにリターンする。
【０１０８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。これまでに説明したように、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれがある場合には、その位置ずれ量に応じて、受電側システム側のパラメーターの設定を変更すると、効率的に車両搭載の電池２４０に充電を行ことができる。
【０１０９】
先の実施形態においては、図７フェーズ（II）の区間において送電側システムが目標電力（第一電力Ｐ1）に向けて徐々に送電電力を増加させる期間中に電池電圧の上昇特性が
図５に示すような関係があることに基づいて、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃを求めるようにしていた。
【０１１０】
これは、送電側でいきなり目標電力（第一電力Ｐ1）を出力すると突入電流などで素子
を破壊に至らしめることがある為、徐々に電力を上げることで素子破棄を回避しており、この区間に最適負荷抵抗Ｒｃを決定することで目標電力（第一電力Ｐ1）到達時点では最
良の電力電送効率がなされるようにしたものである。
【０１１１】
これに対して、本発明の他の実施形態では、目標電力（第一電力Ｐ1）到達までは位置
ずれゼロにおける最適負荷抵抗Ｒｃとし、目標電力（第一電力Ｐ1）に到達した後に電池
電圧を計測し、この電池電圧挙動から、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃを求めるようにするものである。
【０１１２】
この実施例では、先の実施例と比較すると位置ずれに応じた最適負荷抵抗Ｒｃに設定されるまで多少時間が遅くなる為、その区間の電力伝送効率は多少劣るが、入力電力が大きくなる為、電池電圧の時間変化が大きくなるので検出しやすくなるという利点がある。
【０１１３】
図１５は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システムにおける電力伝送の運用形態の考え方を説明する図であり、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量と最適負荷抵抗Ｒｃとの間の関係を示す図である。本実施形態においては、まず、送電
アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量が如何なるものであったとしても、まず、図中（１）のポイントで電力伝送を実行する。そして、（１）のポイントで電力伝送中に、受電側システムの挙動を計測し、それに基づいて、位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃを求め、実際の電力伝送を行うポイント（２）を決定する。
【０１１４】
ここで、（１）のポイントで電力伝送中に、受電側システムで観られる、アンテナ間位置ずれ量の違いに基づく挙動の違いについて、図１７を参照して説明する。図１７は、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量の違いに基づく電池２４０の充電電圧Ｖｂの変化の違いを示す図である。
【０１１５】
ここで図１７は例えば初期電池電圧Ｖｂ=a[V]に対応する充電電圧Ｖｂの変化を示す一
例であり、初期電池電圧Ｖｂ=b[V]の場合は異なった変化特性を示すが図には示していな
い。
【０１１６】
例えば、負荷抵抗を所定の値（例えば、位置ずれ量が０である場合の最適負荷抵抗、図１５の（１）のポイント）で、電池２４０の充電を開始すると、電池２４０の充電電圧Ｖｂは、図１７にしめすように、位置ずれ量に応じて変化する。そこで、本実施形態においては、タイマーをスタートした第１の時間に検出される第１の電圧と、この第１の時間から所定時間（Ｔｏ）経過した第２の時間に検出される第２電圧の差分（ΔＶｂ）と、に基づいて、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃを求めるものである。
【０１１７】
上記のような差分電圧ΔＶｂとアンテナ間位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃとの関連性は、例えば、テーブルで管理することができる。また、差分電圧ΔＶｂから、アンテナ間位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃを求める関数を定めておき、差分電圧ΔＶｂに基づいてテーブル参照する代わりに、差分電圧ΔＶｂを関数に代入して、位置ずれ量、最適負荷抵抗Ｒｃを求めるようにしてもよい。
【０１１８】
図１８は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システム１００で用いる参照テーブルのデータ構成を説明する図であり、この形態のテーブルが初期電池電圧Ｖｂに対応して複数存在する（不図示）。図１８は他の実施形態に係る電力伝送システム１００で用いる参照テーブルのデータ構成を説明する図である。図１８は、差分電圧ΔＶｂと、送電アンテナ１４０・受電アンテナ２１０の位置ずれ量と、さらに最適負荷抵抗Ｒｃとの関係付けたテーブルである。
【０１１９】
次に、以上のような発明の他の実施形態に係る電力伝送システム１００における位置ずれ量、最適負荷抵抗の算出のためのアルゴリズムについて説明する。図１６は本発明の他の実施形態に係る電力伝送システム１００におけるアンテナ間位置ずれ量、最適負荷抵抗の算出のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、受電側システムで実行されるものである。また、このフローチャートを実行するタイミングとしては、フェーズ（III）の初期の段階で行うことが考えられる。
【０１２０】
図１６において、ステップＳ６００でフローが開始されると、続く、ステップＳ６０１においては、初期負荷抵抗の設定で、電池２４０の充電を実施する。この初期負荷抵抗は、所定の負荷抵抗でよいが、例えば、位置ずれ量が０である場合の負荷抵抗である図１５（１）のポイントを用いることができる。
【０１２１】
ステップＳ６０２では、電池２４０の初期電圧Ｖｂを計測する。ステップＳ６０３では、タイマーをスタートし、ステップＳ６０４では、Ｔｏが経過したか否かが判定される。ステップＳ６０４における判定がＮＯであれば、ステップＳ６０７に進み、タイマーをカ
ウントアップし、判定がＹＥＳであれば、ステップＳ６０５に進み、電圧Ｖｂを計測する。
【０１２２】
ステップＳ６０６では、ステップＳ６０５で計測された第２時間の電圧Ｖｂから、ステップＳ６０２で計測された第１時間の初期電圧Ｖｂを差し引くことで、差分電圧ΔＶｂを求める。さらに、この差分電圧ΔＶｂに基づいて図１８のテーブルを参照して、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量、及び最適負荷抵抗Ｒｃを求める。
【０１２３】
ステップＳ６０８で、処理を終了する。
【０１２４】
受電側システムでは、上記のようにして算出された最適負荷抵抗Ｒｃに基づいて、フェーズ（III）における実際の電力伝送を行うべく、整流部２２０から受電側昇降圧部２３
０に入力される電流及び電圧を調整する。
【０１２５】
以上のような、本発明の他の実施形態に係る電力伝送システム１００においては、第１の時間に電圧検出部で検出される第１電圧と、第１の時間から所定時間経過した第２の時間に電圧検出部で検出される第２電圧と、に基づいて、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０と間の位置ずれ量を算出する。このような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間に位置ずれ量を簡単な構成により算出することが可能となると共に、送電アンテナ１４０・受電アンテナ２１０間の位置ずれ量に基づいた効率的な電力伝送を行うことが可能となる。
【０１２６】
尚、本実施例においては位置ずれに応じて電力伝送効率が変化するため、電池に充電される電力も位置ずれにより変化し、結果的に電池電圧の上昇特性が位置ずれに対応するということを利用したが、受電される電力を監視することでも同様の効果が得られる。
【０１２７】
ここで、ワイヤレス電力伝送システムにおける伝送効率の極値を与える周波数について説明する。前記システムの電力伝送時においては、伝送効率の極値を与える周波数が２つ存在することがある。このような２つのうちのいずれの周波数を選択する方がシステムにとって最適であるかについて説明する。
【０１２８】
図１９は送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０とを近接させたときの送電効率の周波数依存性例を示す図である。
【０１２９】
磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムにおいては、図１９に示すように、第１極値周波数ｆm、第２極値周波数ｆeの２つがあるが、電力伝送を行うときには、これらのいずれかの周波数でこれを行うことが好ましい。
【０１３０】
図２０は第１極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。第１極値周波数においては、送電アンテナ１４０のコイルに流れる電流と、受電アンテナ２１０のコイルに流れる電流とで位相が略等しくなり、磁界ベクトルが揃う位置が送電アンテナ１４０のコイルや受電アンテナ２１０のコイルの中央部付近となる。この状態を、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に対して磁界の向きが垂直となる磁気壁が生じているものとして考える。
【０１３１】
また、図２１は第２極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。第２極値周波数においては、送電アンテナ１４０のコイルに流れる電流と、受電アンテナ２１０のコイルに流れる電流とで位相がほぼ逆となり、磁界ベクトルが揃う位置が送電アンテナ１４０のコイルや受電アンテナ２１０のコイルの対称面付近となる。この状態を、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に対して磁界の向きが水平となる
電気壁が生じているものとして考える。
【０１３２】
なお、以上のような電気壁や磁気壁などの概念に関しては、居村岳広、堀洋一「電磁界共振結合による伝送技術」ＩＥＥＪ  Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．１２９，Ｎｏ．７，２００９、或いは、居村岳広、岡部浩之、内田利之、堀洋一「等価回路から見た非接触電力伝送の磁界結合と電界結合に関する研究」ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＩＡ，Ｖｏｌ．１３０，Ｎｏ．１，２０１０などに記載されているものを本明細書においては準用している。
【０１３３】
本発明において、極値を与える周波数として、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定する理由について説明する。
【０１３４】
図２２は２つの極値を与える極値周波数のうち磁気壁が生じる極値周波数（第１周波数）での特性を示す図である。図２２（Ａ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う送電側の電圧（Ｖ1）、電流（Ｉ1）の変動の様子を示す図であり、図２２（Ｂ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う受電側の電圧（ＶB）、電流（ＩB）の変動の様子を示す図である。図２２に示すような特性によれば、受電側で電池２４０（負荷）の負荷増大と共に、電圧が増大する特性があることがわかる。
【０１３５】
以上のような磁気壁が生じる周波数においては、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電流源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電流源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとすると、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇してしまうこととなる。
【０１３６】
一方、図２３は２つの極値を与える極値周波数のうち電気壁が生じる極値周波数（第２周波数）での特性を示す図である。図２３（Ａ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う送電側の電圧（Ｖ1）、電流（Ｉ1）の変動の様子を示す図であり、図２３（Ｂ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う受電側の電圧（ＶB）、電流（ＩB）の変動の様子を示す図である。図２３に示すような特性によれば、受電側で電池２４０（負荷）の負荷増大と共に、電流が減少する特性があることがわかる。
【０１３７】
以上のような電気壁が生じる周波数においては、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電圧源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電圧源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとしても、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇することはない。したがって、本発明に係る電力伝送システムによれば、負荷が急激に低下した際に電圧が高圧になることがなく、安定して電力伝送を行うことが可能となるのである。
【０１３８】
図２２の特性においては、受電側の電池２４０（負荷）にとっては、充電回路が電流源として見えることとなり、図２３の特性においては、受電側の電池２４０（負荷）にとっては、充電回路が電圧源として見えることとなる。負荷が増大することに伴い、電流が減少する図２３に示す特性の方が、電池２４０（負荷）にとっては好ましいので、本実施形態においては、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定するようにしている。
【０１３９】
このような本発明に係る電力伝送システムによれば、伝送効率の極値を与える周波数が２つ存在することがある場合でも、電力伝送時の最適な周波数を迅速に決定することができ、効率的な電力伝送を短時間で行うことが可能となる。
【０１４０】
また、２つの極値を与える周波数が２つある場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定すると、電池２４０（負荷）にとって、充電回路が電圧源として見えるので、充電制御により電池２４０への出力が変動した際にインバータ部１３０の出力も伴って増減するために扱いやすい、というメリットがある。また、受電側制御部２５０が緊急停止した際にも供給電力も自動的に最小化するため無駄な装置も必要ない。
【０１４１】
また、２つの極値を与える周波数が２つある場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定すると、受電側制御部２５０からみて受電側整流部２２０が電圧源として見えるので、充電制御により電池２４０への出力が変動した際に送電側昇降圧部１２０の出力も伴って増減するために扱いやすい、というメリットがある。
【０１４２】
これに対して、２つの極値を与える周波数が２つある場合に、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に磁気壁が生じる極値周波数を選定すると、受電側制御部２５０が出力を小さくした際に伴って供給電圧を制御する必要がありそのための通信手段や検知手段が必要となり、コストがかかることとなる。
【０１４３】
ただし、本発明に係る電力伝送システムにおけるインバータ部の周波数制御方法は、極値が２つとなる送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に、電気壁が生じる極値周波数を選定する場合、磁気壁が生じる極値周波数を選定する場合のいずれにも利用することができるし、さらに、共振点付近での極値が１つしかない場合でも有効に利用することができる。
【０１４４】
本願発明者は、整流部から昇降圧部に入力される電流を０としたときに、送電アンテナと受電アンテナと間の位置ずれ量と、整流部から出力される電圧との間に関連性があることを見いだした。そこで、本発明に係る電力伝送システムにおいては、整流部から昇降圧部に入力される電流を０とし、整流部から出力される電圧を検出する電圧検出部で検出される電圧に基づいて、送電アンテナと受電アンテナと間の位置ずれ量を算出する。このような本発明に係る電力伝送システムによれば、送電アンテナと受電アンテナとの間に位置ずれ量を簡単な構成により算出することが可能となると共に、送電アンテナ・受電アンテナ間の位置ずれ量に基づいた効率的な電力伝送を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１４５】
１００・・・電力伝送システム
１１０・・・送電側整流部
１２０・・・送電側昇降圧部
１３０・・・インバータ部
１４０・・・送電アンテナ
１５０・・・送電側制御部
２１０・・・受電アンテナ
２２０・・・受電側整流部
２３０・・・受電側昇降圧部
２４０・・・電池
２５０・・・受電側制御部
【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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【図２３】
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