JP2013243795A - 電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】最大効率での電池の充電を実現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に伝送する電力伝送システムであって、インバータ部１３０と、電力を制御する送電側制御部１５０と、インバータ部１３０から入力される送電アンテナ１４０と、受電アンテナ２１０からの出力を整流出力する受電側整流部２２０と、受電側整流部２２０からの直流電圧を昇圧降圧して出力する受電側昇降圧部２３０と、昇降圧部からの出力が充電される電池２４０と、受電側整流部２２０から受電側昇降圧部２３０への入力電流電圧を調整する受電側制御部２５０からなり、受電側制御部２５０が受電側昇降圧部２３０に入力される電流電圧を調整しインピーダンス調整部として機能させることで、アンテナのインピーダンスより受電側昇降圧部２３０の入力インピーダンスを高く設定する。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。
特表２００９−５０１５１０号公報 特開２０１０−６８６５７号公報 特許第４８６８０７７号公報

特許文献３（特許第４８６８０７７号公報）には、受電用共鳴器で受電された電力を整流する整流器と、この整流器によって整流された電力を電圧変換し負荷へ供給する電圧変換器と、整流器と電圧変換器との間の電圧を所定の目標電圧に制御する電圧制御装置とを設けたシステムにおいて、電圧制御装置が、目標インピーダンスに基づいた電圧設定を行うことが開示されている。

より具体的には、特許文献３においては、目標インピーダンスＲを給電装置２００のインピーダンス値に基づいて設定することにより、給電側の給電装置２００と受電側の電動車両１００のインピーダンスマッチングをとり、効率的に電力伝送を行うようにしている。

しかしながら、実際の電力伝送システムでは、伝送路全体のインピーダンスの影響があり、特に大電力で電力伝送を行う場合においては、アンテナのインピーダンスよりも、伝送路のインピーダンスの影響が大きくなる。このため、アンテナのインピーダンスより、受電側昇降圧部の入力インピーダンスが高く設定されることにより、最大効率での電池の
充電を実現することが可能であるが、従来のシステムではこのように設定されておらず、問題であった。

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、からなり、前記受電側制御部が前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整し、前記昇降圧部をインピーダンス調整部として機能させることで、前記アンテナのインピーダンスより、前記昇降圧部の入力インピーダンスを高く設定することを特徴とする。

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、前記昇降圧部はスイッチング素子を有し、前記受電側制御部は前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御することで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。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２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、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置関係に基づいて、前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を決定することを特徴とする。

本発明に係る電力伝送システムにおいては、前記受電側制御部が前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整し、前記昇降圧部をインピーダンス調整部として機能させることで、前記アンテナのインピーダンスより、前記昇降圧部の入力インピーダンスを高く設定するので、伝送路全体のインピーダンスの影響を勘案した電力伝送を行うことができ、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、最大効率での電池の充電を実現することが可能となる。

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。 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。 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。 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と受電アンテナ２１０の位置ずれ量に伴うΔＶ₂／ΔＶ₁の変化を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 関数ｆｔ１の一例を示す図である。 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。 関数ｆｔ２の一例を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｑ_A乃至Ｑ_D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。

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Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Bの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Cとスイッチング素子Ｑ_D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Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Dがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオフとされ、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_D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。

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Ｑ_A乃至Ｑ_D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。

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。

本実施形態に係る電力伝送システム１００において、送電アンテナ１４０から受電アンテナ２１０をみたインピーダンスを、アンテナのインピーダンスと称する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施形態に係る電力伝送システム１００において、受電側昇降圧部２３０から受電側整流部２２０をみたインピーダンスを、受電側昇降圧部２３０の入力インピーダンスと称する。

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。

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、受電側昇降圧部２３０はインピーダンス調整部として機能する。

本実施形態においては、受電側制御部２５０が受電側整流部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し、受電側昇降圧部２３０をインピーダンス調整部として機能させることで、アンテナのインピーダンスより、受電側昇降圧部２３０のインピーダンスを高く設定することを可能としている。

そして、本発明に係る電力伝送システムにおいては、受電側昇降圧部２３０におけるこのようなインピーダンス調整機能に基づいて、アンテナのインピーダンスより、受電側昇降圧部２３０の入力インピーダンスを高く設定するので、伝送路全体のインピーダンスの影響を勘案した電力伝送を行うことができ、このような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、最大効率での電池の充電を実現することが可能となる。

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圧Ｖ_B及び電流Ｉ_B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。

検出された電圧Ｖ₂及び電流I₂、電圧Ｖ_B及び電流Ｉ_B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。

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。

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。

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。

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。

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１４
０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。

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、受電側昇降圧部２３０に対してデューティ比Ｄ＝０が入力
されているとき（すなわち、受電側整流部２２０と受電側昇降圧部２３０との間にスイッチがあるとしてこれがオープンとなっているとき）の電圧Ｖ₂との間には、図５に示すよ
うな関係があることが発明者らによる実測によって得られた。

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ΔＶ₂／ΔＶ₁の変化を示す図である。図５における傾きであるΔＶ₂／ΔＶ₁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。

以上の通り、仮にΔＶ₂／ΔＶ₁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。

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。

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。

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、ΔＶ₂／ΔＶ₁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。

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、ΔＶ₂／
ΔＶ₁を把握することができない。

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ｄＶ₂／ｄｔに比例する量であるΔＶ２を求めることで、実質的に
ΔＶ₂／ΔＶ₁を把握するようにしている。

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、ΔＶ₂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、ΔＶ₂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、ΔＶ₂
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、ΔＶ₂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、ΔＶ₂に基づいてテーブル参照する代わりに、ΔＶ₂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。

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に入力される電流を０とし、受電側整流部２２０から出力される電圧からΔＶ₂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。

これとは別に、図５からわかる通り、Ｖ₁をある値にしたときに、位置ずれ量ごとにＶ₂の値が一意に定まることから、送電側システムにおいて、Ｖ₁が一定の値をとる期間を設
定し、これを受電側制御部２５０で検知するよう構成することもできる。

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。

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。

○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．受電側昇降圧部２３０は停止され（すなわち、Ｄ＝０とされ）、入力のインピーダンスは高い状態（実質的に∞）とする。ここで、ｄＶ₂／ｄｔ＝ΔＶ₂を測定する。
３．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、ΔＶ₂を用いて第一電力Ｐ₁時の最適負荷抵抗Ｒｃを求める。

○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）で決定された最適負荷抵抗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、Ｉ_Bを調節することでこれを実現する。

○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。

○フェーズ（III p）
１．受電側昇降圧部２３０は、Ｖ_Bが第一電力時の充電最大電圧Ｖ_Bｍａｘ１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、Ｉ_Bが低下するよう調整される。
これは、充電器への入力抵抗を増加させることを意味する。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を調整して電力を維持しようと試みる。通常、効率の良いインピ
ーダンスで伝送されていた状態から、充電器（受電側昇降圧部２３０）の入力抵抗が大きくなる方向へ変化した場合、電源側からみたアンテナ方向の抵抗は小さくなる。そのため、出力電圧Ｖ₁は小さく調整される。この、一定値（ＲＳ₁）以上の抵抗変化をトリガとし
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。

○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。

○フェーズ（V）
１．受電側制御部２５０は、Ｖ_Bが第二電力Ｐ₂時の充電最大電圧Ｖ_Bｍａｘ２に到達する
と、Ｉ_B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）。

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（Ｖ_B
ｍａｘ１或いはＶ_Bｍａｘ２）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、電流を減少させる制御を行う。つまり、受電側整流部２２０から見た受電側昇降圧部２３０の入力抵抗が増加するような制御を行う。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、電力を維持するため、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。

以上のように、本実施形態においては、受電側制御部２５０は、電池２４０の電圧が所定電圧以上となると、受電側整流部２２０からみた受電側昇降圧部２３０の入力抵抗を増加させることを特徴としている。さらに、受電側制御部２５０は、入力抵抗を増加させたのちに、受電側昇降圧部２３０に入力される電圧が所定電圧以下になると、増加させた入力抵抗を所定の値まで復帰させることを特徴としている。

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２４０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２４０の充電態様の切り換えを報知することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。このときに、最初の通過時のみＲｐｂ１＝Ｖ₁／Ｖ₂を算出し、保持する。次のステップＳ１０５では、Ｒｐ＝Ｖ₁／Ｉ₁−Ｒｐｂ１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。

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。このときに、最初の通過時のみＲｐｂ２＝Ｖ₁／Ｖ₂を算出
し、保持する。

次のステップＳ１０８では、Ｒｐ＝Ｖ₁／Ｉ₁−Ｒｐｂ２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Ｓ１０７に戻りループする。

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、次に出力電力が０となるように制御し、ステップＳ１１２で、制御を終了する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ステップＳ２０６では、Ｉ_B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。

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。

ステップＳ２０９では、Ｉ_B＝０となるように制御し、ステップＳ２１０で制御を終了
する。

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。

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。

続いて、ステップＳ３０２では、Ｖ₂ｏｌｄを０にセットする。次のステップＳ３０３
では、電圧Ｖ₂を検出し、続くステップＳ３０４では、傾き算出ＳＬを（Ｖ₂−Ｖ₂ｏｌｄ
）／Ｔｓにより算出する。

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。

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。

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、Ｖ₂ｏｌ
ｄにＶ₂をセットしてステップＳ３０３に戻る。

一方、ステップＳ３０８の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ３０９で、ΔＶ₂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。

ΔＶ₂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ΔＶ₂を求めるものであるが、ΔＶ₂算出のルーチンはこれに限定されるものではない。

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。

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Ｓ４
０１では、最適負荷抵抗Ｒｃの値を取得する。

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。

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。

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。

ステップＳ４０８で、電池２４０の電圧Ｖ_B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／Ｖ_B
により算出する。

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。

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。

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Ｉ_Bを計測する。

ステップＳ４１９では、Ｉ_B＞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。

ステップＳ４２１で、改めて電圧Ｖ_B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、Ｖ_B≧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。

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。

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。

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。

ステップＳ５０４で、電池２４０の電圧Ｖ_B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／Ｖ_B
により算出する。

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。

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。

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Ｉ_Bを計測する。

ステップＳ５１５では、Ｉ_B＞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。

ステップＳ５１７で、改めて電圧Ｖ_B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、Ｖ_B≧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。

以上、本発明に係る電力伝送システム１００においては、受電側制御部２５０が受電側昇降圧部２３０に入力される電流及び電圧を調整し、受電側昇降圧部２３０をインピーダンス調整部として機能させることで、アンテナのインピーダンスより、受電側昇降圧部２３０の入力インピーダンスを高く設定するので、伝送路全体のインピーダンスの影響を勘案した電力伝送を行うことができ、このような本発明に係る電力伝送システム１００によれば、最大効率での電池の充電を実現することが可能となる。

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

Claims (3)

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、からなり、
   前記受電側制御部が前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を調整し、前記昇降圧部をインピーダンス調整部として機能させることで、前記アンテナのインピーダンスより、前記昇降圧部の入力インピーダンスを高く設定することを特徴とする電力伝送システム。
2. 前記昇降圧部はスイッチング素子を有し、前記受電側制御部は前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御することで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に記載の電力伝送システム。
3. 前記受電側制御部は、前記送電アンテナと前記受電アンテナと間の位置関係に基づいて、前記昇降圧部に入力される電流及び電圧を決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力伝送システム。

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