JP2014135851A

JP2014135851A - 共振周波数探索装置、共振周波数探索方法及びプログラム

Info

Publication number: JP2014135851A
Application number: JP2013002716A
Authority: JP
Inventors: Reiji Hattori; 励治服部; Akihiko Watanabe; 明彦渡邊; Koichi Yoshitake; 晃一吉武; Hiroshi Ishinishi; 洋石西
Original assignee: NETWORK OYO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Kyushu University NUC
Current assignee: NETWORK OYO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Kyushu University NUC
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2014-07-24

Abstract

【課題】送電装置が受電装置に電力を伝送する場合の送電装置における共振周波数の極値探索を実現するのに適した共振周波数探索装置等を提供する。
【解決手段】共振周波数探索部１１は、受電装置５に電力を伝送する送電装置３の共振周波数を探索する。勾配演算部１５は、まず、送電装置３が受電装置５に電力を伝送している状態で、送電装置において摂動信号に応じて計測される物理量の勾配を求める。摂動振幅決定部１７は、物理量が最大値（又は、最小値）に近付くにつれて、摂動振幅を小さくする。周波数変更部１９は、物理量の勾配に基づき摂動信号の周波数を変更する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、共振周波数探索装置、共振周波数探索方法及びプログラムに関し、特に、受電装置に電力を伝送する送電装置の共振周波数を探索する共振周波数探索装置等に関するものである。

極値探索（Extremum Seeking）制御は、最適運転点を探索しながらシステムを運転する適応制御の一つである（非特許文献１及び２参照）。

高田、外２名著，"出力差分値付加による改良型Extremum Seeking制御"，鹿児島大学工学部研究報告，第50号，2008. 高田、外２名著，"PID型加速器補正を有するExtremum Seeking制御"，鹿児島大学工学部研究報告，第51号，2009.

しかしながら、送電装置が受電装置に電力を伝送する場合、回路特性として、例えば、共振周波数付近では周波数を変化させた場合の出力電圧の変化量は大きいが、共振周波数を外れると小さくなってしまう場合がある。極値探索制御は、一般的に、パワーエレクトロニクス分野において、適応最適化手法の一つとして採用されてこなかった。

そこで、本願発明は、送電装置が受電装置に電力を伝送する場合の送電装置における共振周波数の極値探索を実現するのに適した共振周波数探索装置等を提供することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、受電装置に電力を伝送する送電装置の共振周波数を探索する共振周波数探索装置であって、前記送電装置は、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で摂動信号が入力され、前記送電装置において前記摂動信号に応じて変動する物理量が計測されるものであり、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で、前記送電装置において前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配を求める勾配演算手段と、前記物理量の勾配に基づき前記摂動信号の周波数を変更する周波数変更手段を備え、前記勾配演算手段は、前記周波数変更手段により変更された周波数の前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配をさらに求めるものであることを特徴とするものである。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の共振周波数探索装置であって、前記物理量は、前記送電装置が前記受電装置に対して伝送する電力量に対応して増加又は減少するものであって、前記共振周波数において最大又は最小となるものであり、前記摂動信号の摂動振幅を、前記物理量が前記共振周波数において最大になる場合に、前記物理量が基準値よりも大きいときには、前記物理量が前記基準値よりも小さいときよりも小さくし、又は、前記物理量が前記共振周波数において最小になる場合に、前記物理量が基準値よりも小さいときには、前記物理量が前記基準値よりも大きいときよりも小さくする摂動振幅決定手段を備えるものである。

本願発明の第３の観点は、第２の観点の共振周波数探索装置であって、前記摂動振幅決定手段は、前記物理量が前記共振周波数において最大になる場合に、前記物理量が増加すると前記摂動振幅を小さくし、又は、前記物理量が前記共振周波数において最小になる場合に、前記物理量が減少すると前記摂動振幅を小さくするものである。

本願発明の第４の観点は、第３の観点の共振周波数探索装置であって、前記物理量は、上限値又は下限値が定まっており、前記摂動振幅決定手段は、前記物理量が前記共振周波数において最大になる場合には、前記物理量の上限値と計測される物理量との差が小さくなると前記摂動振幅を小さくし、又は、前記物理量が前記共振周波数において最小になる場合には、前記物理量の下限値と計測される物理量との差が小さくなると前記摂動振幅を小さくするものである。

本願発明の第５の観点は、第２から第４のいずれかの観点の共振周波数探索装置であって、前記摂動振幅決定手段は、前記共振周波数において前記物理量が最大又は最小になる場合に、それぞれ、少なくとも前記物理量が前記物理量の最大値又は最小値であるとき、前記摂動振幅を無くすものである。

本願発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点の共振周波数探索装置であって、前記物理量は、前記送電装置において計測される電流値から得られるものである。

本願発明の第７の観点は、受電装置に電力を伝送する送電装置の共振周波数を探索する共振周波数探索方法であって、前記送電装置は、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で摂動信号が入力され、前記送電装置において前記摂動信号に応じて変動する物理量が計測されるものであり、勾配演算手段が、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で、前記送電装置において前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配を求める勾配演算ステップと、周波数変更手段が、前記物理量の勾配に基づき前記摂動信号の周波数を変更する周波数変更ステップと、前記勾配演算手段が、前記周波数変更手段により変更された周波数の前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配をさらに求める第２勾配演算ステップを含むものである。

本願発明の第８の観点は、コンピュータにおいて、請求項１から６のいずれかに記載の共振周波数探索装置を実現するためのプログラムである。

なお、本願発明において、送電装置は、受電装置に電力を無線で伝送するものであってもよい。また、電力は、電気信号を含む。また、本願発明を、第７の観点のプログラムを定常的に記憶するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。また、本願発明の各観点を、受電装置において、共振周波数を探索するものとして捉えてもよい。

本願発明の各観点によれば、パワーエレクトロニクス分野において、適応最適化手法として摂動方式を用いて極値探索制御を実現することができる。すなわち、例えば、送電装置を制御するために、制御信号として、摂動信号を与える。ここで、摂動信号は、例えば正弦波励振などの摂動要素を含む信号である。送電装置においては、制御信号が摂動要素を含むために、この摂動要素に応じて、所定の物理量が変動する。勾配演算手段は、摂動要素に応じた物理量の変動を用いて、物理量の周波数軸上の勾配を求める。周波数変更手段は、この物理量の周波数軸上の勾配に基づき、共振周波数に近づくように摂動信号の周波数を変更する。勾配演算手段は、変更後の摂動信号による物理量の周波数軸上の勾配をさらに求める。これを繰り返すことにより、共振周波数を容易に探索することが可能になる。特に、送電装置が受電装置に電力を伝送する場合、制御対象が未知である。本願発明の各観点によれば、摂動方式を利用することにより、例えば摂動振幅を調整する等が可能になる。そのため、例えば山登り法等よりも容易に調整をすることができる。さらに、摂動方式は、微分項が不要で、ノイズの影響も受けにくい。これは、後に説明するように、確かな数式を用いて、シミュレーション結果に基づき、説明することができる稀なものと評価することができる。

さらに、本願発明の第２の観点によれば、送電装置において計測される物理量に基づき摂動信号の摂動振幅を制御することにより、共振周波数の追従を迅速に実現することができる。そのため、仮に共振周波数が変動して供給電力が低下しても、一定量以上の電力供給量の回復を容易に実現することが可能になる。すなわち、物理量が基準値以下の場合には、摂動振幅を大きくすることにより高速に共振周波数を探索して送電装置が受電装置に対して伝送する電力を一定以上確保できる状態とすることができる。また、基準値以上の場合には、摂動振幅を小さくすることにより、共振周波数探索の精度を上げ、かつ、共振周波数の変化への追従が容易にできる状態とすることにより、共振周波数の変化にも迅速に対応できる状態とすることができる。特に、受電装置においては、送電装置から供給される電力が中断する場合に備えて、一般に、一定の電力を確保する手段が設けられている。そのため、共振周波数付近になり、一定量以上の電力供給が可能となった状態では、受電装置では、一定の電力量が確保されている。その後、共振周波数が変更し、送電装置が受電装置に対して供給する電力量が低下しても、送電装置では、摂動振幅を大きくすることにより、迅速に共振周波数を探索することができる。そのため、受電装置において、電力を確保する手段は、小さな容量で済むこととなる。なお、基準値以上か以下かによる制御は、例えば、物理量によって単調に摂動振幅を増加又は減少することによって実現することができるものである。

さらに、本願発明の第３の観点によれば、パワーエレクトロニクス分野では、送電装置が受電装置に電力を伝送する場合、回路特性として、共振周波数付近では物理量の勾配が大きく、共振周波数を外れると物理量の勾配が小さくなる場合がある。そのため、共振周波数を外れている間は、周波数振れ幅を大きくすることにより共振周波数の探索を高速に実現し、共振周波数付近では、周波数振れ幅を縮小することにより、安定した共振を維持させて、安定した電力供給を実現することが可能になる。さらに、共振周波数の追随速度も向上させることができる。

さらに、本願発明の第４の観点によれば、上限値又は下限値を利用することにより、摂動振幅の調整を容易に実現することができる。

さらに、本願発明の第５の観点によれば、物理量が最大又は最小となった時点で摂動させないようにすることにより、さらに安定した電力供給を可能にする。

さらに、本願発明の第６の観点によれば、物理量は、送電装置において計測される電流値から得られるものである。例えば、電流値をＡＤ変換して得られる電圧値は、共振周波数で最大となり、共振周波数付近では変化が大きく、共振周波数を外れると変化が小さいことから、共振周波数を外れると摂動振幅を大きくすることにより迅速な共振周波数探索を実現し、かつ、共振周波数付近では摂動振幅を小さくして安定した電力供給を実現することが可能になる。

本願発明の実施の形態に係る送受電システムの一例を示す概略ブロック図である。図１の共振周波数探索部１１の動作の一例を示すフロー図である。極値探索制御モデルを示す図である。図３の極値探索制御モデルにおいて、摂動振幅を一定にした場合の探索結果を示すグラフである。図３の極値探索制御モデルにおいて、摂動振幅を変更にした場合の探索結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明の実施の形態は、本実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態に係る送受電システムの一例を示す概略ブロック図である。送受電システム１は、送電装置３と、受電装置５を備える。送電装置３は、受電装置５に対して、無線で電力を伝送するものである。ここで、電力は、電気信号を含むものであってもよい。受電装置５は、送電装置３から無線で電力を受電するものである。

送電装置３は、送電部７と、計測部９と、共振周波数探索部１１（本願請求項の「共振周波数探索装置」の一例）を備える。送電部７は、受電装置５に対して、電力を送電するものである。計測部９は、送電部７に対して、制御信号の一つとして、摂動信号を与え、送電部７が受電装置５に電力を伝送している状態で、送電部７において摂動信号に応じて変動する物理量を計測するものである。ここで、摂動信号は、例えば正弦波励振などの摂動要素を含む信号である。送電装置においては、制御信号が摂動要素を含むために、この摂動要素に応じて、所定の物理量が変動する。共振周波数探索部１１は、受電装置５に電力を伝送する送電部７の共振周波数を探索する。ここで、物理量は、送電部７が受電装置５に対して伝送する電力と同様に変動するものであり、送電部７が、受電装置５に対して電力を伝送している状態で、共振周波数において、最大又は最小になるものである。

受電装置５と送電部７の共振周波数は、外乱等の影響により変化する。そのため、制御システムが未知のものと評価することができる。送電装置３では、電流検出回路の値が最大になるよう探索しながら、さらに出力電力が最適になるよう電源電圧の調整を行う必要がある。このように制御対象の状態により入力する周波数の最適値が不明な場合における最適制御手法の一つに極値探索制御がある。

以下では、計測部９が計測する物理量は、送電部７において計測される電流値をＡＤ変換して得られる電圧とする。この電圧は、共振周波数で最大となるものであり、ハードウエアで調整されることにより、その最大値が決められている。そのため、共振周波数探索部１１は、電圧が最大値に達したか否かで、共振周波数か否かを判断することができる。

共振周波数探索部１１は、物理量取得部１３と、勾配演算部１５（本願請求項の「勾配演算手段」の一例）と、摂動振幅決定部１７（本願請求項の「摂動振幅決定手段」の一例）と、周波数変更部１９（本願請求項の「周波数変更手段」の一例）と、パラメータ記憶部２１を備える。

物理量取得部１３は、計測部９において計測された物理量を取得するものである。

勾配演算部１５は、計測部９が計測した物理量の勾配を求める。共振周波数探索部１１の勾配演算部１５は、摂動要素に応じた物理量の変動を用いて、物理量の周波数軸上の勾配を求める。求められた勾配は、パラメータ記憶部２１に記憶される。

摂動振幅決定部１７は、摂動信号の摂動振幅を決定する。摂動振幅は、パラメータ記憶部２１に記憶される。摂動振幅決定部１７は、送電部７において計測される電流値をＡＤ変換して得られる電圧の値が増加すると摂動振幅を小さくする。また、この電圧の値が減少すると摂動振幅を大きくする。この電圧の値は、共振周波数において最大となるためである。さらに、この電圧の値は、図４及び図５にあるように、共振周波数付近では勾配が大きく、共振周波数を外れると勾配が小さくなる。そのため、共振周波数から外れているところでは、摂動振幅を大きくすることにより共振周波数探索を高速に行い、共振周波数付近では、摂動振幅を小さくすることにより安定した共振を維持させて、安定した電力供給を実現すると共に、共振周波数探索の精度を上げることが可能になる。

摂動振幅決定部１７は、電圧が最大値の場合に、摂動振幅をゼロとすることにより、安定した電力供給を実現してもよい。また、摂動振幅決定部１７は、電圧が最大値の場合でも、摂動振幅を一定の値以上とすることにより、共振周波数が変化した場合への追従を速く行うようにしてもよい。

周波数変更部１９は、勾配演算部１５により求められた物理量の勾配に基づき、摂動信号の周波数を変更するものである。変更後の周波数は、パラメータ記憶部２１に記憶される。例えば、電圧が最大値でない場合に、物理量の大きい側に周波数を変更する。なお、仮に、物理量が最大値でなく、局地的に物理量の勾配がないような場合には、例えば、最初であれば、単に周波数を変更して改めて勾配を求めればよく、２回目以降であれば、前回と同じ向きに周波数を変更すればよい。

計測部９は、摂動振幅決定部１７により決定された摂動振幅、及び、周波数変更部１９により変更された周波数に基づき、摂動信号を送電部７に与え、その応答となる物理量を計測する。勾配演算部１５は、計測部９が計測した物理量の勾配を求める。これらの処理を繰り返すことにより、共振周波数探索部１１は、安定した電力供給を実現しつつ、共振周波数を高速に探索することができる。

図２を参照して、図１の共振周波数探索部１１の動作の一例を説明する。図２は、図１の共振周波数探索部１１の動作の一例を示すフロー図である。

図１の共振周波数探索部１１は、初期設定を行う（図２のステップＳＴ１）。すなわち、摂動信号の周波数や摂動振幅などの値を初期値に設定する。設定されたパラメータは、パラメータ記憶部２１に記憶される。

物理量取得部１３は、計測部９が摂動信号に応じて計測された物理量（電圧）を取得する。物理量取得部１３は、取得した電圧が最大値以上か否かを判断する（図２のステップＳＴ２）。

電圧が最大値以上でない場合、図１の勾配演算部１５は、計測部９が計測した物理量の勾配を求める（図２のステップＳＴ３）（本願請求項の「第１勾配演算工程」の一例）。

摂動振幅決定部１７は、摂動信号の摂動振幅を決定する（図２のステップＳＴ５）（本願請求項の「摂動振幅決定工程」の一例）。本実施例では、摂動振幅決定部１７は、計測部９が送電部７において計測した電流値をＡＤ変換して得られる電圧の値が増加すると摂動振幅を小さくする。

周波数変更部１９は、勾配演算部１５により求められた物理量の勾配に基づき、摂動信号の周波数を変更する（図２のステップＳＴ４）。例えば、勾配に基づき電圧が大きくなる側に周波数を変更する。

計測部９は、摂動振幅決定部１７により決定された摂動振幅、及び、周波数変更部１９により変更された周波数に基づき、摂動信号を送電部７に与え、その応答となる電流値を計測する。物理量取得部１３は、変更後の摂動信号の応答として得られた電流値をＡＤ変換して得られる電圧を取得し、取得した電圧が最大値以上か否かを改めて判断する（図２のステップＳＴ２）。最大値でない場合、勾配演算部１５は、変更後の摂動信号の応答として得られた電圧の勾配を演算する（図２のステップＳＴ３）（本願請求項の「第２勾配演算工程」の一例）。このように、電圧が最大になるまで、図２のステップＳＴ３〜ＳＴ５の処理は繰り返される。

図２のステップＳＴ２の判断処理において、電圧が最大値以上の場合、振動振幅決定部１７は、摂動振幅をゼロとする（図２のステップＳＴ６）。

図１の物理量取得部１３は、電圧が最大値未満となったか否かを判断する（図２のステップＳＴ７）。最大値未満となるまでは、処理を繰り返す。

電圧が最大値未満となった場合、摂動振幅決定部１７は、摂動振幅を正の値に設定する（図２ステップＳＴ８）。そして、計測部９は、摂動振幅決定部１７により決定された摂動振幅に基づき、摂動信号を送電部７に与え、その応答となる電圧を計測する。物理量取得部１３は、変更後の摂動信号の応答として得られた電圧を取得し、取得した電圧が最大値以上か否かを改めて判断する（図２のステップＳＴ２）。

続いて、図３〜図５を参照して、本願発明の有用性について説明する。図３は、Matlab/Simulinkを利用して作成された極値探索制御モデル（連続時間モデル）を示す図である。発明者らは、検証済みの制御モデルから自動生成されたＣコードをファームウェアに実装し、正常動作を確認している。図４は、摂動振幅を一定にした場合の探索結果を示すグラフである。図５は、摂動振幅を変更した場合の探索結果を示すグラフである。

図３において、極値探索制御モデルは、制御対象５１と、外乱発生部５３と、信号生成部５５と、第１加算部５７と、計測部５９と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６１と、乗算部６３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５と、第１ゲイン部６７と、積分部６９と、第２ゲイン部７１と、第２加算部７３を備える。

制御対象５１は、制御対象となるシステムである。これは、図１の送電部７に対応する。制御対象５１のモデルは、ルックアップテーブル化し、実際の回路を計測して得られたデータを反映したものである。

信号生成部５５と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６１と、乗算部６３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５と、第１ゲイン部６７と、積分部６９と、第２ゲイン部７１と、第２加算部７３が、摂動方式極値探索制御を行う。これらは、図１の計測部９及び共振周波数探索部１１を併せたものに対応する。

図３の極値探索制御モデルにおけるパラメータについて、その一例を説明する。信号生成部５５では、周波数が500(rad/sec)とした。振幅は、図４では２とし、図５では、電圧に応じて変更した。具体的な変更については、後で説明する。第１ゲイン部６７のゲインは4000とした。ＨＰＦ６１のカットオフ周波数は、300(rad/sec)とし、これを元にフィルタ係数を算出した。ＬＰＦ６５のカットオフ周波数は、1000(rad/sec)とし、これを元にフィルタ係数を算出した。積分部６９は、飽和の上限を140とし、下限を20とした。第２ゲイン部７１のゲインは、１とした。

連続時間で検証済みのモデルをコード自動生成するためにモデルを離散化した。変更ポイントは以下の通りである。まず、ＨＰＦ６１を離散ＨＰＦのブロックに置き換える。この際、ＨＰＦのフィルタ係数をｚ変換して離散ＨＰＦの係数に反映し、サンプル時間を3msとした。ＬＰＦ６５及び積分部６９も同様である。また、実回路のデータを使用するので、外乱発生部５３を削除した。そして、摂動方式極値探索制御を行う部分（信号生成部５５と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６１と、乗算部６３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５と、第１ゲイン部６７と、積分部６９と、第２ゲイン部７１と、第２加算部７３）をSubsystemブロックの中に纏め、Subsystemの出力となる周波数値は整数なので、Rounding Functionを追加して、丸め演算する。

第１加算部５７は、制御対象５１より出力された信号と、外乱発生部５３により発生された信号を加算する。計測部５９は、第１加算部５７の出力信号を計測する。以下では、計測部５９の出力信号を計測信号という。これが、制御対象５１の電流値として計測される。ＨＰＦ６１は、計測信号に対してフィルタリング処理を行う。乗算部６３は、ＨＰＦ６１と信号生成部５５の出力信号を乗算する。ＬＰＦ６５は、乗算部６３の出力信号に対してフィルタリング処理を行う。第１ゲイン部６７は、ＬＰＦ６５の出力信号に対して振幅調整を行う。積分部６９は、第１ゲイン部６７の出力信号に対して積分演算する。第２ゲイン部７１は、信号生成部５５の出力信号に対して振幅調整を行う。第２加算部７３は、積分部６９と第２ゲイン部７１の出力信号を加算する。これが、摂動信号である。第２加算部７３は、摂動信号を制御対象５１に入力する。制御対象５１は、入力された摂動信号に対応して応答信号を出力する。

図４は、図３の信号生成部５５の摂動振幅を一定とした場合の探索結果を示すグラフである。横軸は、周波数（MHz）を示す。左側の縦軸は、電流値のＡＤ変換により得られた電圧（Ｖ）を示す。右側の縦軸は、振動回数を示す。グラフにおいて、菱形の点は、各周波数において、計測された電流値をＡＤ変換した電圧を示す。その値は、左側の縦軸により示される。周波数が12.600付近で、最大値となっている。そのため、最大値となる周波数が、共振周波数である。正方形の点は、各摂動における周波数を示す。摂動回数は、右側の縦軸により示されている。13.550の初期値から、一度周波数が増大し、その後、減少傾向になり、約160回で、共振周波数付近を探索している。

図５は、図３の信号生成部５５の摂動振幅を変更とした場合の探索結果を示すグラフである。横軸は、周波数（MHz）を示す。左側の縦軸は、電流値のＡＤ変換により得られた電圧（Ｖ）を示す。右側の縦軸は、振動回数を示す。グラフにおいて、菱形の点は、各周波数において、計測された電流値をＡＤ変換した電圧を示す。その値は、左側の縦軸により示される。周波数が12.600付近で、最大値となっている。三角の点は、各摂動における周波数を示す。摂動回数は、右側の縦軸により示されている。13.550の初期値から、一度周波数が増大し、その後、減少傾向になり、約70回で、共振周波数付近を探索している。よって、摂動振幅を変更することにより、高速な探索が可能であることがわかる。

図５における摂動振幅の調整について、具体的に説明する。数１は、図３の信号生成部５５の出力信号Ｓを示す。Ｖ_maxは、電流値をＡＤ変換した電圧の最大値を示す。図４では、5.0(V)とする。Ｖ_ADは、電流値をＡＤ変換した電圧値(V)である。θは、摂動回数（ステップ）に比例し、増加するものであり、500(rad/s)×0.003(s/step)に摂動回数を掛けたものである。

信号生成部５５は、目標値をＡＤ変換計測の最大値とし、リアルタイムに計測される電流値との偏差をフィードバックして比例（Ｐ）制御する。数１の右辺のsin関数の係数が、追加したＰ制御部分であり、摂動振幅である。数１の摂動振幅は、電流値をＡＤ変換して得られる電圧の最大値を上限として、電流値をＡＤ変換して得られる電圧に比例して減少する。そのため、図５において、最大値を外れた部分では、最大値付近に比較して、摂動振幅が大きい。なお、このシミュレーションでは、最大値付近でも、摂動させる形としている。数１の摂動振幅の動的制御を用いることにより、図４と比較して、図５にあるように、高速な極値探索が実現可能になる。また、最大値付近で摂動振幅を小さくすることにより、安定した共振を維持させて、安定した電力供給を実現することが可能になる。さらに、共振周波数が変化した場合でも、共振周波数の追随速度を向上させることができる。

数１は、Ｖ_ADが増加すると、単調に減少する。よって、所定の基準値に対して、電圧が、基準値よりも大きい場合は、基準値よりも小さい場合よりも、摂動振幅は小さくすることができる。よって、この基準値によって、送電装置が受電装置に対して伝送する電力量を確保することが可能である。

１送受電システム、３送電装置、５受電装置、７送電部、９計測部、１１共振周波数探索部、１３物理量取得部、１５勾配演算部、１７周波数変更部、１９正堂振幅決定部、２１パラメータ記憶部、５１制御対象、５３外乱発生部、５５信号生成部、５７第１加算部、５９計測部、６１ハイパスフィルタ、６３乗算部、６５ローパスフィルタ、６７第１ゲイン部、６９積分部、７１第２ゲイン部、７３第２加算部

Claims

受電装置に電力を伝送する送電装置の共振周波数を探索する共振周波数探索装置であって、
前記送電装置は、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で摂動信号が入力され、前記送電装置において前記摂動信号に応じて変動する物理量が計測されるものであり、
前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で、前記送電装置において前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配を求める勾配演算手段と、
前記物理量の勾配に基づき前記摂動信号の周波数を変更する周波数変更手段を備え、
前記勾配演算手段は、前記周波数変更手段により変更された周波数の前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配をさらに求めるものであることを特徴とする共振周波数探索装置。
前記物理量は、前記送電装置が前記受電装置に対して伝送する電力量に対応して増加又は減少するものであって、前記共振周波数において最大又は最小となるものであり、
前記摂動信号の摂動振幅について、
前記物理量が前記共振周波数において最大になる場合に、前記物理量が基準値よりも小さいときには、前記物理量が前記基準値よりも大きいときよりも、前記摂動振幅を大きくし、又は、
前記物理量が前記共振周波数において最小になる場合に、前記物理量が基準値よりも大きいときには、前記物理量が前記基準値よりも小さいときよりも、前記摂動振幅を大きくする摂動振幅決定手段を備える請求項１記載の共振周波数探索装置。
前記摂動振幅決定手段は、
前記物理量が前記共振周波数において最大になる場合に、前記物理量が減少すると前記摂動振幅を大きくし、又は、
前記物理量が前記共振周波数において最小になる場合に、前記物理量が増加すると前記摂動振幅を大きくするものである、請求項２記載の共振周波数探索装置。
前記物理量は、上限値又は下限値が定まっており、
前記摂動振幅決定手段は、
前記物理量が前記共振周波数において最大になる場合には、前記物理量の上限値と計測される物理量との差が大きくなると前記摂動振幅を大きくし、又は、
前記物理量が前記共振周波数において最小になる場合には、前記物理量の下限値と計測される物理量との差が大きくなると前記摂動振幅を大きくするものである、請求項３記載の共振周波数探索装置。
前記摂動振幅決定手段は、前記共振周波数において前記物理量が最大又は最小になる場合に、それぞれ、少なくとも前記物理量が前記物理量の最大値又は最小値であるとき、前記摂動振幅を無くす、請求項２から４のいずれかに記載の共振周波数探索装置。
前記物理量は、前記送電装置において計測される電流値から得られるものである、請求項１から５のいずれかに記載の共振周波数探索装置。
受電装置に電力を伝送する送電装置の共振周波数を探索する共振周波数探索方法であって、
前記送電装置は、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で摂動信号が入力され、前記送電装置において前記摂動信号に応じて変動する物理量が計測されるものであり、
勾配演算手段が、前記送電装置が前記受電装置に電力を伝送している状態で、前記送電装置において前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配を求める勾配演算ステップと、
周波数変更手段が、前記物理量の勾配に基づき前記摂動信号の周波数を変更する周波数変更ステップと、
前記勾配演算手段が、前記周波数変更手段により変更された周波数の前記摂動信号に応じて計測された前記物理量の周波数軸上の勾配をさらに求める第２勾配演算ステップを含む共振周波数探索方法。
コンピュータにおいて、請求項１から６のいずれかに記載の共振周波数探索装置を実現するためのプログラム。