(57)【要約】【課題】送電電力の目標電力からのオーバーシュート量を抑えつつ、ターンオン電流が目標値に一致する動作点を探索する。【解決手段】送電装置１０は、受電装置２０へ非接触で送電するように構成された送電部２４０と、送電電力Ｐｓを送電部２４０へ供給する電圧形のインバータ２２０と、インバータ２２０を制御する電源ＥＣＵ２５０とを備える。電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数ｆを調整することによって、インバータ２２０の出力電圧の立ち上がり時におけるインバータ２２０の出力電流を示すターンオン電流Ｉｔを目標電流Ｉｔｒに制御するターンオン電流制御を実行する。電源ＥＣＵ２５０は、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒより低い第１の値である場合よりも、送電電力が第１の値よりも目標電力Ｐｓｒに近づいた第２の値である場合には、駆動周波数ｆを調整する場合の周波数の変化速度を小さくする。【選択図】図１
2017028819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置へ非接触で送電するように構成された送電部と、
送電電力を前記送電部へ供給する電圧形のインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記インバータの出力電圧のデューティを調整することによって前記送電電力を目標電力に制御する第１の制御と、
前記インバータの駆動周波数を調整することによって、前記インバータの出力電圧の立ち上がり時における前記インバータの出力電流を示すターンオン電流を制御する第２の制御とを実行し、
前記制御部は、前記第２の制御において、前記送電電力が目標電力より低い第１の値である場合よりも、前記送電電力が前記第１の値よりも前記目標電力に近づいた第２の値である場合には、前記駆動周波数を調整する場合の周波数の変化速度を小さくする、非接触送電装置。
【請求項２】
前記第２の制御において、前記駆動周波数の変更を行なう場合に、前記駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量は一定であり、
前記送電電力が前記第１の値である場合の前記駆動周波数を変更する周期よりも、前記送電電力が前記第２の値である場合の前記駆動周波数を変更する周期は長い、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記第２の制御において、前記駆動周波数の変更を行なう場合に、周波数を変更する周期は一定であり、
前記送電電力が前記第１の値である場合の前記駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量よりも、前記送電電力が前記第１の値である場合の前記駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量は小さい、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項４】
送電装置と、
受電装置とを備え、
前記送電装置は、
受電装置へ非接触で送電するように構成された送電部と、
送電電力を前記送電部へ供給する電圧形のインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記インバータの出力電圧のデューティを調整することによって前記送電電力を目標電力に制御する第１の制御と、
前記インバータの駆動周波数を調整することによって、前記インバータの出力電圧の立ち上がり時における前記インバータの出力電流を示すターンオン電流を制御する第２の制御とを実行し、
前記制御部は、前記第２の制御において、前記送電電力が目標電力より低い第１の値である場合よりも、前記送電電力が前記第１の値よりも前記目標電力に近づいた第２の値である場合には、前記駆動周波数を調整する場合の周波数の変化速度を小さくする、電力伝送システム。
【請求項５】
前記第２の制御において、前記駆動周波数の変更を行なう場合に、前記駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量は一定であり、
前記送電電力が前記第１の値である場合の前記駆動周波数を変更する周期よりも、前記送電電力が前記第２の値である場合の前記駆動周波数を変更する周期は長い、請求項４に記載の電力伝送システム。
【請求項６】
前記第２の制御において、前記駆動周波数の変更を行なう場合に、周波数を変更する周期は一定であり、
前記送電電力が前記第１の値である場合の前記駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量よりも、前記送電電力が前記第１の値である場合の前記駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量は小さい、請求項４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、非接触送電装置および電力伝送システムに関し、より特定的には、受電装置に非接触で送電する非接触送電装置における電力制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−２０７７９５号公報（特許文献１）は、給電装置（送電装置）から車両（受電装置）に非接触で給電する非接触給電システムを開示する。この非接触給電システムでは、給電装置は、送電コイルと、インバータと、制御部とを備える。送電コイルは、車両に搭載された受電コイルに非接触で送電する。インバータは、駆動周波数に応じた交流電流を生成して送電コイルに出力する。制御部は、バッテリへの充電電力指令とバッテリへの出力電力とを車両側から取得し、出力電力が充電電力指令に追従するようにインバータの駆動周波数をフィードバック制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インバータが、電圧形のインバータであり、駆動周波数に応じた送電電力を送電部へ供給する場合に、インバータ出力電圧のデューティを調整することによって送電電力を制御することができる。また、インバータの駆動周波数を制御することによって、インバータ出力電圧の立ち上がり時におけるインバータ出力電流を示すターンオン電流を制御することができる。
【０００５】
電圧形インバータにおいては、出力電圧の立ち上がり時に出力電圧と同符号の出力電流（正のターンオン電流）が流れると、インバータの還流ダイオードにリカバリー電流が生じることが知られている。リカバリー電流が生じると、還流ダイオードが発熱し、損失が増加する。そのため、インバータの駆動周波数を調整することによって、ターンオン電流が目標値（０以下の値）に制御される。これにより、リカバリー電流による損失を抑制することができる。
【０００６】
しかし、インバータの駆動周波数を変化させると、インバータから見た送電部の負荷が変化するため、送電電力が変化する。電力が増加する方向に送電電力が変化した場合、目標電力よりもオーバーシュートする送電電力の量が大きくなる可能性がある。目標電力との乖離を抑制するために、オーバーシュート量はなるべく少ないほうが望ましい。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、送電電力の目標電力からのオーバーシュート量を抑えつつ、ターンオン電流が目標値に一致する動作点を探索することができる非接触送電装置および電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、非接触送電装置であって、受電装置へ非接触で送電するように構成された送電部と、送電電力を送電部へ供給する電圧形のインバータと、インバータを制御する制御部とを備える。制御部は、インバータの出力電圧のデューティを調整することによって送電電力を目標電力に制御する第１の制御と、インバータの駆動周波数を調整することによって、インバータの出力電圧の立ち上がり時におけるインバータの出力電流を示すターンオン電流を制御する第２の制御とを実行する。制御部は、第２の制御において、送電電力が目標電力より低い第１の値である場合よりも、送電電力が第１の値よりも目標電力に近づいた第２の値である場合には、駆動周波数を調整する場合の周波数の変化速度を小さくする。
【０００９】
このように構成することによって、送電電力と目標電力との電力差が小さくなった時には、周波数の変化速度も小さくなる。すると、駆動周波数を調整する際の送電電力が周波数のずれによって目標電力から大きく外れることが無くなり、目標電力に対する送電電力の追従性が良くなる。これによって、送電電力が目標電力に対してオーバーシュートする量を小さく抑えることができる。
【００１０】
好ましくは、第２の制御において、駆動周波数の変更を行なう場合に、駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量は一定であるとともに、送電電力が第１の値である場合の駆動周波数を変更する周期よりも、送電電力が第２の値である場合の駆動周波数を変更する周期は長い。
【００１１】
駆動周波数を調整する場合の周波数の変化速度は、周波数を更新する周期と周波数の変化量との関係を変えることによって、変化させることができる。上記のように第２の制御において周波数を更新する周期を長くすることによって、周波数の変化速度を小さくすることができる。
【００１２】
好ましくは、第２の制御において、駆動周波数の変更を行なう場合に、周波数を変更する周期は一定であり、送電電力が第１の値である場合の駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量よりも、送電電力が第１の値である場合の駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量は小さい。
【００１３】
駆動周波数を調整する場合の周波数の変化速度は、周波数を更新する周期と周波数の変化量との関係を変えることによって、変化させることができる。上記のように第２の制御において周波数の変化量を小さくすることによって、周波数の変化速度を小さくすることができる。
【００１４】
なお、この発明は、他の局面では、上記いずれかの非接触送電装置と受電装置とを備える電力伝送システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非接触送電時に、送電電力の目標電力からのオーバーシュート量を抑えつつ、ターンオン電流が目標値に一致する動作点を探索することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る非接触送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】図１に示した送電部２４０および受電部３１０の回路構成の一例を示した図である。
【図３】図１に示したインバータ２２０の回路構成を示した図である。
【図４】インバータ２２０のスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。
【図５】電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御およびターンオン電流制御の制御ブロック図である。
【図６】送電電力の立ち上がり時にオーバーシュートが大きくなっている比較例を示した波形図である。
【図７】本実施の形態の制御が適用された結果、送電電力の立ち上がり時のオーバーシュートが小さく抑制されたことを示す波形図である。
【図８】送電電力の立ち上がり時にインバータの駆動周波数ｆとデューティｄとが探索点まで移動する様子を示した図である。
【図９】図８の破線Ｊで示した部分の波形を拡大して示した図である。
【図１０】送電開始から動作点探索完了までの処理を順に示したフローチャートである。
【図１１】インバータの周波数の変化速度を変更する制御を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１８】
［電力伝送システムの全体構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る非接触送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、電力伝送システム１は、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、たとえば、送電装置１０から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載され得る。
【００１９】
送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ：Power  Factor  Correction）回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２，２７４とをさらに含む。
【００２０】
ＰＦＣ回路２１０は、交流電源１００（たとえば系統電源）から受ける交流電力を整流および昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。ＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２１０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。
【００２１】
インバータ２２０は、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の伝送周波数を有する送電電力（交流電力）に変換する。インバータ２２０によって生成された送電電力は、フィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ供給される。インバータ２２０は、電圧形インバータであり、インバータ２２０を構成する各スイッチング素子に逆並列に還流ダイオードが接続されている（図３参照）。インバータ２２０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。
【００２２】
フィルタ回路２３０は、インバータ２２０と送電部２４０との間に設けられ、インバータ２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２３０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。
【００２３】
送電部２４０は、伝送周波数を有する交流電力（送電電力）をインバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて受け、送電部２４０の周囲に生成される電磁界を通じて、受電装置２０の受電部３１０に非接触で送電する。送電部２４０は、たとえば、受電部３１０に非接触で送電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
【００２４】
電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０に出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０の出力電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０に出力する。電流センサ２７４は、送電部２４０に流れる電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電圧センサ２７０および電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０に供給される送電電力（すなわち、送電部２４０から受電装置２０に出力される電力）を検出することができる。
【００２５】
電源ＥＣＵ２５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサおよび機器からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、インバータ２２０が送電電力（交流電力）を生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を行なう。電源ＥＣＵ２５０が実行する各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００２６】
電源ＥＣＵ２５０により実行される主要な制御として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、送電電力を目標電力に制御するためのフィードバック制御（以下、「送電電力制御」とも称する）を実行する。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティを調整することによって、送電電力を目標電力に制御する。なお、出力電圧のデューティとは、出力電圧波形（矩形波）の周期に対する正（または負）の電圧出力時間の比として定義される。インバータ２２０のスイッチング素子の動作タイミングを変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。目標電力は、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて生成され得る。本実施の形態では、受電装置２０において、受電電力の目標値と検出値との偏差に基づいて送電電力の目標電力が生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。
【００２７】
また、電源ＥＣＵ２５０は、上記の送電電力制御を実行するとともに、インバータ２２０におけるターンオン電流を目標値に制御するためのフィードバック制御（以下、「ターンオン電流制御」とも称する）を実行する。ターンオン電流とは、インバータ２２０の出力電圧の立ち上がり時におけるインバータ２２０の出力電流の瞬時値である。ターンオン電流が正であると、インバータ２２０の還流ダイオードに逆方向のリカバリー電流が流れ、還流ダイオードにおいて熱（すなわち損失）が発生する。そこで、ターンオン電流制御の上記目標値（ターンオン電流目標値）は、インバータ２２０の還流ダイオードにリカバリー電流が生じない範囲に設定され、基本的には０以下の所定値とされる。ターンオン電流目標値は、力率が良くなる「０」が理想的であるが、マージンをとって負値に設定してもよい。また、ターンオン電流目標値は、リカバリー電流による損失が問題とならない程度に小さい正値に設定してもよい。送電電力制御およびターンオン電流制御については、後ほど詳しく説明する。
【００２８】
通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成され、受電装置２０から送信される送電電力の目標値（目標電力）を受信するほか、送電の開始／停止および受電装置２０の受電状況などの情報を受電装置２０とやり取りする。
【００２９】
一方、受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０と、電圧センサ３８０と、電流センサ３８２とをさらに含む。
【００３０】
受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流電力）を非接触で受電する。受電部３１０は、たとえば、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。受電部３１０は、受電した電力をフィルタ回路３２０を通じて整流部３３０に出力する。
【００３１】
フィルタ回路３２０は、受電部３１０と整流部３３０との間に設けられ、受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路３２０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。整流部３３０は、受電部３１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３５０に出力する。
【００３２】
蓄電装置３５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置３５０は、整流部３３０から出力される電力を蓄え、その蓄えた電力を図示しない負荷駆動装置に供給する。なお、蓄電装置３５０として大容量のキャパシタも採用可能である。
【００３３】
リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられ、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にＯＮされる。なお、図示しないが、整流部３３０と蓄電装置３５０との間（たとえば、整流部３３０とリレー回路３４０との間）に、整流部３３０の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。
【００３４】
電圧センサ３８０は、整流部３３０の出力電圧（受電電圧）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０に出力する。電流センサ３８２は、整流部３３０からの出力電流（受電電流）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０に出力する。電圧センサ３８０および電流センサ３８２の検出値に基づいて、受電部３１０による受電電力（すなわち、蓄電装置３５０の充電電力）を検出することができる。なお、電圧センサ３８０および電流センサ３８２は、受電部３１０と整流部３３０との間（たとえばフィルタ回路３２０と整流部３３０との間）に設けてもよい。
【００３５】
充電ＥＣＵ３６０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサおよび機器からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。
【００３６】
充電ＥＣＵ３６０により実行される主要な制御として、充電ＥＣＵ３６０は、送電装置１０からの受電中に、受電装置２０における受電電力が所望の目標値となるように、送電装置１０における送電電力の目標値（目標電力）を生成する。具体的には、充電ＥＣＵ３６０は、受電電力の検出値と目標値との偏差に基づいて、送電装置１０における送電電力の目標値を生成する。そして、充電ＥＣＵ３６０は、生成された送電電力の目標値（目標電力）を通信部３７０によって送電装置１０に送信する。
【００３７】
通信部３７０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成され、充電ＥＣＵ３６０において生成される送電電力の目標値（目標電力）を送電装置１０に送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧、受電電流、および受電電力等）を送電装置１０に送信したりする。
【００３８】
図２は、図１に示した送電部２４０および受電部３１０の回路構成の一例を示した図である。図２を参照して、送電部２４０は、コイル２４２と、キャパシタ２４４とを含む。キャパシタ２４４は、送電電力の力率を補償するために設けられ、コイル２４２に直列に接続される。受電部３１０は、コイル３１２と、キャパシタ３１４とを含む。キャパシタ３１４は、受電電力の力率を補償するために設けられ、コイル３１２に直列に接続される。なお、このような回路構成は、ＳＳ方式（一次直列二次直列方式）とも称される。
【００３９】
なお、図示しないが、送電部２４０および受電部３１０の構成は、このようなＳＳ方式のものに限定されない。たとえば、受電部３１０において、コイル３１２にキャパシタ３１４が並列接続されるＳＰ方式（一次直列二次並列方式）、または、さらに送電部２４０において、コイル２４２にキャパシタ２４４が並列接続されるＰＰ方式（一次並列二次並列方式）等も採用され得る。
【００４０】
再び図１を参照して、電力伝送システム１においては、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０に送電電力（交流電力）が供給される。送電部２４０および受電部３１０の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部２４０および受電部３１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００４１】
送電装置１０において、インバータ２２０から送電部２４０に送電電力が供給されると、送電部２４０のコイルと受電部３１０のコイルとの間に形成される電磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０に移動したエネルギーは、フィルタ回路３２０および整流部３３０を通じて蓄電装置３５０に供給される。
【００４２】
［インバータの構成とターンオン電流の説明］
図３は、図１に示したインバータ２２０の回路構成を示した図である。図３を参照して、インバータ２２０は、電圧形インバータであり、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）Ｑ１〜Ｑ４と、還流ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。直流側の端子Ｔ１，Ｔ２には、ＰＦＣ回路２１０（図１参照）が接続され、交流側の端子Ｔ３，Ｔ４には、フィルタ回路２３０が接続される。
【００４３】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、ＧＴＯ（Gate  Turn  Off  thyristor）等によって構成される。還流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に逆並列に接続される。
【００４４】
端子Ｔ１，Ｔ２間には、ＰＦＣ回路２１０から出力される直流電圧Ｖ１が印加される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に伴なって、端子Ｔ３，Ｔ４間に出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏが生じる（図中、矢印で示される方向を正値とする）。図３では、一例として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がＯＮであり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がＯＦＦである状態が示されている。この場合の出力電圧Ｖｏは、ほぼ電圧Ｖ１（正値）となる。
【００４５】
図４は、インバータ２２０のスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。図３および図４を参照して、時刻ｔ４〜ｔ８の１周期を例に説明する。
【００４６】
時刻ｔ４において、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がそれぞれＯＦＦ，ＯＮの状態で、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦからＯＮに切り替わるとともにスイッチング素子Ｑ３がＯＮからＯＦＦに切り替わると（図３に示される状態）、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏが０からＶ１（正値）に立ち上がる。
【００４７】
時刻ｔ５において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がそれぞれＯＮ，ＯＦＦの状態で、スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦからＯＮに切り替わるとともにスイッチング素子Ｑ４がＯＮからＯＦＦに切り替わると、出力電圧Ｖｏは０となる。
【００４８】
時刻ｔ６において、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がそれぞれＯＮ，ＯＦＦの状態で、スイッチング素子Ｑ１がＯＮからＯＦＦに切り替わるとともにスイッチング素子Ｑ３がＯＦＦからＯＮに切り替わると、出力電圧Ｖｏは−Ｖ１（負値）となる。
【００４９】
時刻ｔ７において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がそれぞれＯＦＦ，ＯＮの状態で、スイッチング素子Ｑ２がＯＮからＯＦＦに切り替わるとともにスイッチング素子Ｑ４がＯＦＦからＯＮに切り替わると、出力電圧Ｖｏは再び０となる。
【００５０】
時刻ｔ４から１周期後の時刻ｔ８において、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がそれぞれＯＦＦ，ＯＮの状態で、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦからＯＮに切り替わるとともにスイッチング素子Ｑ３がＯＮからＯＦＦに切り替わると、出力電圧Ｖｏが０からＶ１（正値）に立ち上がる（時刻ｔ４と同じ状態）。
【００５１】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のスイッチングタイミングと、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のスイッチングタイミングとを変化させることによって、出力電圧Ｖｏのデューティを変化させることができる。図４では、出力電圧Ｖｏのデューティが０．２５である場合が示されている。たとえば、図４に示される状態に対して、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のスイッチングタイミングを早めると、出力電圧Ｖｏのデューティを０．２５よりも小さくすることができ（最小値は０）、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のスイッチングタイミングを遅くすると、出力電圧Ｖｏのデューティを０．２５よりも大きくすることができる（最大値は０．５）。
【００５２】
出力電圧Ｖｏのデューティを調整することによって、送電電力を変化させることができる。定性的には、デューティを大きくすることによって送電電力を増加させることができ、デューティを小さくすることによって送電電力を減少させることができる。そのため、電源ＥＣＵ２５０は、出力電圧Ｖｏのデューティを調整することによって、送電電力を目標電力に制御する送電電力制御を実行する。
【００５３】
また、出力電圧Ｖｏの立ち上がり時（時刻ｔ４，ｔ８）における出力電流Ｉｏの瞬時値Ｉｔは、上述のターンオン電流Ｉｔに相当する。ターンオン電流Ｉｔの値は、ＰＦＣ回路２１０からインバータ２２０に与えられる電圧Ｖ１およびインバータ２２０の駆動周波数（スイッチング周波数）に応じて変化する。図４では正のターンオン電流Ｉｔが流れる場合が示されている。
【００５４】
正のターンオン電流Ｉｔが流れると、スイッチング素子Ｑ３に逆並列に接続される還流ダイオードＤ３（図３参照）に逆方向の電流（すなわちリカバリー電流）が流れる。還流ダイオードＤ３にリカバリー電流が流れると、還流ダイオードＤ３の発熱が大きくなり、インバータ２２０の損失が大きくなる。ターンオン電流Ｉｔが０以下であれば、還流ダイオードＤ３にリカバリー電流は流れず、インバータ２２０の損失は抑制される。
【００５５】
インバータ２２０の駆動周波数が変化するとターンオン電流Ｉｔが変化するので、インバータ２２０の駆動周波数を調整することによって、ターンオン電流Ｉｔを制御し得る。そのため、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数を調整することによって、ターンオン電流Ｉｔを目標値に制御するターンオン電流制御を実行する。ターンオン電流Ｉｔの目標値は、インバータ２２０においてリカバリー電流が生じないように、基本的に０以下の値に設定される。
【００５６】
［ターンオン電流制御の説明］
図５は、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御およびターンオン電流制御の制御ブロック図である。図５を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、減算部４１０，４３０と、コントローラ４２０，４４０とを含む。送電電力制御を行なうフィードバックループが減算部４１０、コントローラ４２０および制御対象のインバータ２２０によって構成される。一方、ターンオン電流制御を行なうフィードバックループが減算部４１０，４３０、コントローラ４４０およびインバータ２２０によって構成される。
【００５７】
減算部４１０は、送電電力の目標値を示す目標電力Ｐｓｒから送電電力Ｐｓの検出値を減算し、その演算値をコントローラ４２０に出力する。なお、送電電力Ｐｓの検出値は、たとえば、図１に示した電圧センサ２７０および電流センサ２７２の検出値に基づいて算出することができる。
【００５８】
コントローラ４２０は、減算部４１０からの演算値に基づいて、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏのデューティｄを調整する。これにより、送電電力制御が実現される。
【００５９】
より詳細に説明すると、演算値が略０の場合（送電電力Ｐｓと目標電力Ｐｓｒとがほぼ等しい場合）、コントローラ４２０は、そのときのデューティｄを維持する。演算値が正の場合（送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒよりも小さい場合）、コントローラ４２０は、デューティｄを所定の調整量Δｄだけ増加させる。一方、演算値が負の場合（送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒよりも大きい場合）、コントローラ４２０は、デューティｄを所定の調整量Δｄだけ減少させる。これにより、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに近づくようにデューティｄが調整され、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに制御される。なお、コントローラ４２０は、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差を入力とするＰＩ制御（Proportional-Integral  Control：比例積分制御）を実行してもよい。
【００６０】
減算部４３０は、ターンオン電流の目標電流Ｉｔｒからターンオン電流Ｉｔの検出値を減算し、その演算値をコントローラ４４０に出力する。なお、ターンオン電流の目標電流Ｉｔｒは、上述のように基本的に０以下の値とされる。また、ターンオン電流Ｉｔの検出値とは、電圧センサ２７０により出力電圧Ｖｏの立ち上がりが検知されたときの電流センサ２７２（いずれも図１参照）の検出値（瞬時値）である。
【００６１】
コントローラ４４０は、減算部４３０からの演算値に基づいて、インバータ２２０の駆動周波数ｆを調整する。また、コントローラ４４０は、駆動周波数ｆを調整する速度を、減算部４１０からの演算値に基づいて変更する。駆動周波数ｆを調整する速度は、駆動周波数ｆの変化量Δｆを固定しておいて更新周期ＴＰを変更したり、逆に駆動周波数ｆの更新周期ＴＰを固定しておいて駆動周波数ｆの変化量Δｆを増減させることによって変えることができる。これにより、ターンオン電流制御が実現される。コントローラ４４０によるフィードバック制御については後ほど詳しく説明する。
【００６２】
図６は、送電電力の立ち上がり時にオーバーシュートが大きくなっている比較例を示した波形図である。図７は、本実施の形態の制御が適用された結果、送電電力の立ち上がり時のオーバーシュートが小さく抑制されたことを示す波形図である。図８は、送電電力の立ち上がり時にインバータの駆動周波数ｆとデューティｄとが探索点まで移動する様子を示した図である。
【００６３】
図８の波形において、ラインＰｓｒはインバータが目標電力を出力する動作点をつないで得られる等電力ラインである。ラインＰｓｒ−１はラインＰｓｒよりも低い電力の等電力ラインである。ラインＰｓｒ＋１はラインＰｓｒよりも高い電力の等電力ラインである。
【００６４】
また、図８の波形においてラインＩｔｒは、ターンオン電流が目標電力となる動作点をつないで得られる等電流ラインである。図８において、送電装置が電力の送電を開始すると動作点は駆動周波数ｆ１でデューティ０の始動点ＫＳから動作点Ｋ１を経た後に、基本的に等電力ラインＰｓｒに沿って探索完了点ＫＧまで移動する。探索完了点ＫＧは、等電力ラインＰｓｒと等電流ラインＩｔｒとの交点である。
【００６５】
図６、図８を参照して、比較例では、ターンオン電流制御を行なう際に固定周期で駆動周波数ｆの更新がされ、その結果動作波形Ｗ１に示すように等電力ラインＰｓｒよりも電力が大きい側にずれている。このずれは、後に図９に拡大して示すが、図６のオーバーシュートに相当する。このオーバーシュートが発生する原因は、図５における送電電力制御を行なう減算器４１０、コントローラ４２０およびインバータ２２０からなるループの応答が遅いためである。駆動周波数ｆの変化速度が速いと、それに伴う送電電力の変化も大きくなり、送電電力が目標電力に追従できなくなる。
【００６６】
図７、図８を参照して、本実施の形態の制御が行なわれた例では、ターンオン電流制御を行なう際に送電電力が目標電力にある程度近づいた時点（動作点Ｋ１）から駆動周波数ｆを更新する周期ＴＰを長くする。駆動周波数ｆを更新する周期ＴＰを長くすると、周波数変化量Δｆが等しい場合駆動周波数ｆの変化速度は小さくなる。その結果、図５のコントローラ４２０がデューティｄを変化させて送電電力を目標電力に追従させる時間が確保でき、動作波形Ｗ２に示すように等電力ラインＰｓｒにほぼ沿って動作点が移動することができるので、電力のずれが抑制され図７の波形に示すようにオーバーシュートも小さく収まるようになる。
【００６７】
たとえば、等電力線Ｐｓｒ＋１と等電力線Ｐｓｒ−１とで挟まれた領域（送電電力が電力Ｐｓｒにある程度近づいた動作点を示す）に動作点が入った場合に周期ＴＰを長くし、等電力線Ｐｓｒ＋１と等電力線Ｐｓｒ−１とで挟まれた領域の外部では周期ＴＰを短くするように駆動周波数ｆを更新する周期ＴＰの切替を行なうと良い。
【００６８】
以下、図８の電力のずれについて波形を拡大して詳細に説明する。
図９は、図８の破線Ｊで示した部分の波形を拡大して示した図である。図９を参照して、波形Ｗ１（比較例）も波形Ｗ２（本願実施の形態）も階段状に動作点が変化し、目標電力を示すラインＰｓｒに追従するように動作点が移動している。ただし、波形Ｗ１は、駆動周波数ｆの更新周期ＴＰが短い場合を示し、波形Ｗ２は駆動周波数ｆの更新周期ＴＰが波形Ｗ１の場合よりも長い場合を示す。
【００６９】
ターンオン電流制御を行なうためにインバータの駆動周波数ｆを変化させると、インバータから見た送電部の負荷が変化するので、送電電力がずれてしまう。このため、送電電力Ｐｓとして目標電力Ｐｓｒを送電し続けるには、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに追従するようにインバータのスイッチング素子のデューティｄを変化させる必要がある。しかし、更新周期ＴＰが短いと、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに追従完了する前にさらに駆動周波数ｆが更新されてしまう。このような状態を示したのが図９における波形Ｗ１である。これに対し、波形Ｗ２に示した場合では、更新周期ＴＰが長いので、駆動周波数ｆを次に変化させるまでには、送電電力Ｐｓは目標電力Ｐｓｒに追従する。
【００７０】
しかし、送電開始直後から波形Ｗ２の場合の更新周期を常時採用すると、図８において始動点ＫＳから探索完了点ＫＧまで動作点を移動させるのに時間を要してしまい、送電開始時に立ち上がり時間が長くなってしまう。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、図８において、駆動周波数ｆの変化量Δｆを固定し、始動点ＫＳから目標電力を示すラインＰｓｒに近づいた中間点Ｋ１までの間は、駆動周波数ｆの更新周期を短くして（周期ＴＰ１とする）動作点を早く移動させるようにする。そして、中間点Ｋ１から探索完了点ＫＧまでの間は、駆動周波数ｆの更新周期を長くして（周期ＴＰ２とする、ただしＴＰ２＞ＴＰ１）、目標電力に対する追従性を高めてオーバーシュートを抑制する。
【００７２】
なお、更新周期を変える代わりに、更新周期ＴＰを固定しておき、駆動周波数ｆの変化量Δｆを増減させても良い。その場合には、図８の動作点ＫＳ〜Ｋ１での駆動周波数ｆの変化量Δｆ１とすると、動作点Ｋ１〜ＫＧでの駆動周波数ｆの変化量Δｆ２（ただしΔｆ２＜Δｆ１）とする。
【００７３】
以上の制御についてフローチャートを用いて説明する。図１０は、送電開始から動作点探索完了までの処理を順に示したフローチャートである。図１１は、インバータの周波数の変化速度を変更する制御を示したフローチャートである。
【００７４】
図５、図１０を参照して、送電が開始されるとまずステップＳ１において電源ＥＣＵ２５０のコントローラ４２０は、インバータ２２０のデューティを操作して、送電電力Ｐｓを目標電力Ｐｓｒに近づける。このときコントローラ４４０が駆動周波数ｆを更新する周期は初期値ＴＰ１になっている。
【００７５】
ステップＳ２において送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに近くなると、ステップＳ３において減算部４１０の出力によってこれを認識し、コントローラ４４０は駆動周波数ｆを変化させる速度を小さくする。たとえば、コントローラ４４０は駆動周波数ｆを更新する周期を初期値ＴＰ１からＴＰ２に切替える（ＴＰ２＞ＴＰ１）。更新周期を長くした結果、駆動周波数ｆが変化する速度は小さくなる。
【００７６】
そして、ステップＳ４において電源ＥＣＵ２５０のコントローラ４２０によって送電電力を一定に保ちつつ、ターンオン電流Ｉｔが目標電流Ｉｔｒに到達するまで駆動周波数ｆを操作する。すると、図８の目標電力を示すラインＰｓｒに追従しながら動作点が移動し、ステップＳ５において動作点ＫＧに至り、動作点の探索が終了する。
【００７７】
図５、図１１を参照して、電源ＥＣＵ２５０のコントローラ４２０は、減算部４１０の出力を受けて、ステップＳ１１において送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒからしきい値Ｐｔｈを減算した値よりも大きいか否かを判断する。この処理は、図８において、動作点がＫＳ〜Ｋ１の範囲にあるのか、Ｋ１〜ＫＧの範囲にあるのかを判断することに相当する。
【００７８】
ステップＳ１１において、Ｐｓ＞Ｐｓｒ−Ｐｔｈが成立しない場合には、ステップＳ１２に処理が進められる。ステップＳ１２では、電源ＥＣＵ２５０のコントローラ４２０は、周波数更新周期ＴＰを初期値ＴＰ１に設定する。
【００７９】
ステップＳ１１において、Ｐｓ＞Ｐｓｒ−Ｐｔｈが成立した場合には、ステップＳ１３に処理が進められる。ステップＳ１３では、電源ＥＣＵ２５０のコントローラ４２０は、周波数更新周期ＴＰを初期値ＴＰ１よりも長い周期ＴＰ２に設定する。
【００８０】
ステップＳ１２またはステップＳ１３で周波数更新周期ＴＰが設定されたらステップＳ１４に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。
【００８１】
なお、ステップＳ１２、ステップＳ１３において、周波数更新周期ＴＰは固定として、周波数更新周期ＴＰを変更する代わりに周波数変化量を変更するようにしても良い。この場合にはステップＳ１２で設定される周波数変化量Δｆ１に対して、ステップＳ１３で設定される周波数変化量Δｆ２は小さく設定される。
【００８２】
最後に、本実施の形態の主要部について、再び図面を参照して総括する。図１を参照して、送電装置１０は、受電装置２０へ非接触で送電するように構成された送電部２４０と、送電電力Ｐｓを送電部２４０へ供給する電圧形のインバータ２２０と、インバータ２２０を制御する電源ＥＣＵ２５０とを備える。
【００８３】
電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティｄを調整することによって送電電力Ｐｓを目標電力Ｐｓｒに制御する第１の制御と、インバータ２２０の駆動周波数ｆを調整することによって、インバータ２２０の出力電圧の立ち上がり時におけるインバータ２２０の出力電流を示すターンオン電流Ｉｔを目標電流Ｉｔｒに制御する第２の制御とを実行する。電源ＥＣＵ２５０は、第２の制御において、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒより低い第１の値である場合よりも、送電電力Ｐｓが第１の値よりも目標電力Ｐｓｒに近づいた第２の値である場合には、駆動周波数ｆを調整する場合の周波数の変化速度を小さくする。なお、「第１の制御」は、「送電電力制御」に相当し、「第２の制御」は「ターンオン電流制御」に相当する。なお、ターンオン電流Ｉｔは、必ずしも目標電流Ｉｔｒに制御されなくてもよい。たとえば、ターンオン電流の目標電流Ｉｔｒの代わりに、ターンオン電流の制限値が設けられてもよい。この場合には、ターンオン電流Ｉｔは制限値を超過しないように制御される。
【００８４】
ここで送電電力Ｐｓが第１の値である場合は、（Ｐｓｒ−Ｐｓ＞しきい値）が成立し、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒにまだ近づいていない場合（図１１のＳ１１でＮＯ）である。また、送電電力Ｐｓが第２の値である場合は、（Ｐｓｒ−Ｐｓ＜しきい値）が成立し、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに近づいた場合（図１１のＳ１１でＹＥＳ）である。
【００８５】
このように構成することによって、送電電力Ｐｓと目標電力Ｐｓｒとの電力差が小さくなった時には、周波数の変化速度も小さくなる。すると、駆動周波数ｆを調整する際の送電電力Ｐｓが周波数のずれによって大きく外れることが無くなり、目標電力Ｐｓｒに対する送電電力Ｐｓの追従性が良くなる。これによって、図７の波形に示したように、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに対してオーバーシュートする量を小さく抑えることができる。
【００８６】
好ましくは、図５に示すように、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力Ｐｓと目標電力Ｐｓｒとの電力差に基づいてインバータ２２０のスイッチング素子のデューティを制御するコントローラ４２０と、ターンオン電流Ｉｔと目標電流Ｉｔｒとの差に基づいて駆動周波数ｆの変更を行なうとともに、電力差に基づいて駆動周波数ｆの変更時の周波数の変化速度を変更するコントローラ４４０とを含む。
【００８７】
上記のようにコントローラ４４０が駆動周波数ｆの変更時の周波数の変化速度を変更するので、コントローラ４２０の処理が同じであっても、目標電力Ｐｓｒに対する送電電力Ｐｓの追従性を変更することができる。
【００８８】
好ましくは、図１１のステップＳ１２，Ｓ１３に示されるように、第２の制御（ターンオン電流制御）において、駆動周波数ｆの変更を行なう場合に、駆動周波数ｆを調整する処理１回当たりの周波数の変化量Δｆを一定とすると、送電電力が第１の値である場合の駆動周波数を変更する周期ＴＰ１よりも、送電電力が第２の値である場合の駆動周波数を変更する周期ＴＰ２は長い。
【００８９】
このときコントローラ４４０は、ターンオン電流制御において、駆動周波数ｆの変更が必要な場合には周波数を更新する処理１回当たり所定変化量（図９のΔｆ（固定値））の周波数の変更を行なう。コントローラ４４０は、電力差（Ｐｓ−Ｐｓｒ）に基づいて周波数を更新する周期ＴＰを変更する。
【００９０】
具体的には、図１１に示すように、電力差＞しきい値である場合（Ｓ１１でＮＯ）には周波数を更新する周期をＴＰ１に設定し、コントローラ４４０は、電力差＜しきい値である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）には周波数を更新する周期を延長し、ＴＰ２（ただしＴＰ１＜ＴＰ２）に設定する。
【００９１】
駆動周波数ｆを調整する場合の周波数の変化速度は、周波数を更新する周期と周波数の変化量との関係を変えることによって、変化させることができる。上記のようにコントローラ４４０が周波数を更新する周期を長くすることによって、周波数の変化速度を小さくすることができる。
【００９２】
なお、上記の例では、更新する周期を周期ＴＰ１、ＴＰ２の２段階に変化させる例を示したが、送電電力が目標電力に近づくにつれて多段階に周期を長くしても良い。
【００９３】
好ましくは、図１１のステップＳ１２，Ｓ１３に示されるように、第２の制御（ターンオン電流制御）において、第２の制御において、駆動周波数の変更を行なう場合に、周波数を変更する周期ＴＰを一定とすると、送電電力が第１の値である場合の駆動周波数ｆを調整する処理１回当たりの周波数の変化量Δｆ１よりも、送電電力が第１の値である場合の駆動周波数を調整する処理１回当たりの周波数の変化量Δｆ２は小さい。
【００９４】
このときコントローラ４４０は、ターンオン電流制御において、駆動周波数ｆの変更が必要な場合には一定の周期で周波数を更新する。コントローラ４４０は、電力差（Ｐｓ−Ｐｓｒ）に基づいて周波数を更新する処理１回あたりの周波数の変化量Δｆを変更する。
【００９５】
具体的には、図１１に示すように、コントローラ４４０は、電力差＞しきい値である場合（Ｓ１１でＮＯ）には、周波数を更新する処理１回当たりの周波数の変化量ΔｆをΔｆ１に設定し、電力差＜しきい値である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）には、周波数を更新する処理１回当たりの周波数の変化量Δｆを縮小し、Δｆ２（ただしΔｆ２＜Δｆ１）に設定する。
【００９６】
駆動周波数ｆを調整する場合の周波数の変化速度は、周波数を更新する周期と周波数の変化量との関係を変えることによって、変化させることができる。上記のようにコントローラ４４０が周波数の変化量を小さくすることによって、周波数の変化速度を小さくすることができる。
【００９７】
なお、上記の例では、周波数の変化量を変化量Δｆ１，Δｆ２の２段階に変化させる例を示したが、送電電力が目標電力に近づくにつれて多段階に周波数の変化量を小さくしても良い。
【００９８】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９９】
１  電力伝送システム、１０  送電装置、２０  受電装置、１００  交流電源、２１０  回路、２２０  インバータ、２３０，３２０  フィルタ回路、２４０  送電部、２４２，３１２  コイル、２４４，３１４  キャパシタ、２５０  電源ＥＣＵ、２６０，３７０  通信部、２７０，３８０  電圧センサ、２７２，２７４，３８２  電流センサ、３１０  受電部、３３０  整流部、３４０  リレー回路、３５０  蓄電装置、３６０  充電ＥＣＵ、４１０，４３０  減算部、４２０，４４０  コントローラ、Ｄ１〜Ｄ４  還流ダイオード。
【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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