JP2015012748A - 給電装置及び周波数特性取得方法 - Google Patents

給電装置及び周波数特性取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】給電側での処理のみで、伝送効率の周波数特性を取得することと同様の周波数特性を、簡単に正確に得ること。【解決手段】インバータ２０３は、駆動周波数を変化させながら定電圧若しくは定電流の交流電力を給電コイル１０４ａに供給する。周波数特性取得部１０５は、交流電力の供給を受けた給電コイル１０４ａを流れる電流に関連する電流値若しくは、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得する。【選択図】図２

Description

本発明は、非接触給電システムの給電装置及び周波数特性取得方法に関する。
従来、車輌に搭載された蓄電池を地上の給電装置を用いて充電する非接触給電システムが知られている。非接触給電システムとしては、給電側と受電側との間の伝送効率の周波数特性を取得し、取得した周波数特性から共振周波数付近の駆動周波数で給電を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、給電側は、周波数を変化させながら給電を行い、その際の受電コイルにおける受電電力のデータを受電側から取得する。そして、給電電力と取得した受電電力とから電力の伝送効率を算出し伝送効率の周波数特性を取得する。
特開２０１１−１４２７６９号公報
特許文献１においては、伝送効率の周波数特性を取得するために、受電側から受電電力のデータを取得する必要がある。受電電力のデータを取得するには、無線通信を用いる必要があり、その分、給電側と受電側とで周波数特性取得時の処理ステップが増える。また、受電電力のデータ取得にタイムラグが生じることから、周波数を変化させる速度に制限が生じて、周波数特性の取得処理速度が低下するという課題が生じる。
本発明の目的は、伝送効率の周波数特性を簡単な処理で速やかに取得することのできる給電装置及び周波数特性取得方法を提供することである。
本発明に係る給電装置は、外部の受電コイルに電磁作用より電力を供給する給電コイルと、前記給電コイルに駆動周波数を変化させながら交流電力を供給する電力供給部と、前記交流電力の供給を受けた際の、前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得する取得部と、を備える。
本発明に係る周波数特性取得方法は、電磁作用により外部の受電コイルに電力を供給する給電コイルに、駆動周波数を変化させながら交流電力を供給するステップと、前記交流電力の供給を受けた際に前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得するステップと、を有する。
本発明によれば、給電コイルと受電コイルとの間の伝送効率の周波数特性を簡単な処理で速やかに取得することができる。
本発明の一実施の形態における充電システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図 本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図 周波数に対する伝送効率と給電側コイル電流の関係を示す図 本実施の形態に係る給電装置の変形例１における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る給電装置の変形例２における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る給電装置の変形例３における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る給電装置の変形例４における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る変形例４における予備給電時の周波数特性取得方法を示すフロー図 本実施の形態に係る給電装置の変形例５における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜充電システムの構成＞
本発明の一実施の形態における充電システム１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の形態における充電システムの構成を示すブロック図である。
充電システム１０は、給電装置１４０と、車輌１５０と、給電側操作部１６０とを有している。
なお、図１は、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとが対向した給電可能な状態を示す。
給電装置１４０は、給電部１０４が地表ｇに配置されるように地面上に設置もしくは埋設される。給電装置１４０は、例えば駐車スペースに設けられ、車輌１５０の駐車中に、受電部１５４に対向することにより受電部１５４に対して給電する。ここで、給電には、蓄電池１５２に電力を供給する前において、受電部１５４に少ない電力を供給する予備給電と、蓄電池１５２に電力を供給するために大きな電力を供給する本給電とがある。なお、以下の説明において、単に「給電」と記載しているものについては、予備給電と本給電との両方を含むものとする。また、給電装置１４０の構成については後述する。
車輌１５０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）といった蓄電池１５２の電力で走行する自動車である。なお、車輌１５０の構成の詳細については後述する。
給電側操作部１６０は、外部からの操作により、給電の開始を示す給電開始信号または給電の停止を示す給電停止信号を給電装置１４０に出力する。
＜車輌の構成＞
本発明の実施の形態１における車輌１５０の構成について、図１を用いて説明する。
車輌１５０は、車輌側操作部１５１と、蓄電池１５２と、車輌側制御部１５３と、受電部１５４と、車輌側通信部１５５とから主に構成されている。
車輌側操作部１５１は、ドライバーによる各種操作を受け付け、受け付けた操作に応じた信号を車輌側制御部１５３に出力する。
蓄電池１５２は、給電装置１４０から受電部１５４を介して供給される電力を蓄える。
車輌側制御部１５３は、車輌側操作部１５１から入力された各種信号に基づいて、受電部１５４及び車輌側通信部１５５に対して、給電に伴う各種処理または給電停止に伴う各種処理を行うように制御する。車輌側制御部１５３は、例えば本給電時に、受電コイル１５４ａで受電した受電電力を検出し、受電電力の検出結果を受電電力情報として車輌側通信部１５５に出力する。後述するが、伝送効率の周波数特性を取得する処理においては、受電電力情報の送信は不要となる。
受電部１５４は、受電コイル１５４ａを有している。受電コイル１５４ａは、給電部１０４の給電コイル１０４ａから電磁誘導により電力を受けて給電される。受電部１５４は、車輌側制御部１５３の制御に従って、受電コイル１５４ａで受電した電力を蓄電池１５２に供給する。
車輌側通信部１５５は、給電に必要な様々な情報を、給電側通信部１０１との間でやり取りする。例えば、車両用側通信部１５５は、本給電時に、車輌側制御部１５３から入力された受電電力情報を給電側通信部１０１に対して送信する。また、車輌側通信部１５５は、車輌側制御部１５３の制御に従って、充電を許可する受電可信号または充電を許可しない受電不可信号を生成し、生成した受電可信号または受電不可信号を給電側通信部１０１に対して送信する。ここで、受電不可信号は、蓄電池１５２が満充電の状態である場合等に送信される。
＜給電装置の構成＞
本発明の一実施の形態に係る給電装置１４０の構成について、図１を用いて説明する。
給電装置１４０は、給電側通信部１０１と、給電側制御部１０３と、給電部１０４とから主に構成されている。
給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５５との間で給電に必要な様々な情報をやりとりする。例えば、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５５からの受電可信号または受電不可信号を受信する。給電側通信部１０１は、受信した受電可信号または受電不可信号を給電側制御部１０３に出力する。
給電側制御部１０３は、給電部１５４を制御して、給電に関する様々な制御を行う。
例えば、給電側制御部１０３は、給電側操作部１６０から給電開始信号が入力された際に、予備給電を行うように給電部１０４を制御する。また、給電側制御部１０３は、給電側通信部１０１から受電可信号が入力された際に、本給電を開始するように給電部１０４を制御する。
また、給電側制御部１０３は、給電部１０４の周波数特性を取得して、給電部１０４と受電部１５４との間の電力の伝送効率の周波数特性を算出する処理を行う。この処理については後で詳述する。給電側制御部１０３は、取得した伝送効率の周波数特性から、例えば本給電時において、伝送効率が最大となる周波数を設定し、設定した周波数で給電を行うように給電部１０４を制御する。
また、給電側制御部１０３は、給電側操作部１６０より給電停止信号が入力された場合、または給電側通信部１０１より受電不可信号が入力された場合に、給電を開始させないかまたは給電を停止するように給電部１０４を制御する。なお、給電側制御部１０３の構成の詳細については後述する。
給電部１０４は、給電側制御部１０３の制御により駆動して、例えば電磁誘導方式または磁気共鳴方式などの電磁作用により、受電部１５４に電力を供給する。
＜給電部の構成＞
本発明の一実施の形態における給電部１０４の構成について、図２を用いて更に詳細に説明する。図２は、本発明の一実施の形態における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
給電部１０４は、切替部２０１と、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２と、インバータ２０３と、電流検知部２０４と、電圧検知部２０５と、給電コイル１０４ａとを備えている。
切替部２０１は、電力供給制御部２１３の制御に従って、外部電源（外部交流電源）とＡＣ／ＤＣ変換装置２０２との接続を開閉する。
ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２は、外部電源から供給される交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換してインバータ２０３に供給する。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧は、予め決められた所定電圧に固定されていてもよいし、電力供給制御部２１３の制御によって可変であってもよい。
インバータ２０３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２から供給される直流電力を交流電力に変換して給電コイル１０４ａに供給する。インバータ２０３は、電力供給制御部２１３の制御によって、出力電力の周波数、および、出力電力の大きさを変更できる。インバータ２０３は、例えば予備給電の際には、小電力の出力を行うように制御され、本給電の際には、大電力の出力を行うように制御される。
電流検知部２０４は、インバータ２０３から給電コイル１０４ａに供給される交流電力の電流値を測定し、電流値の測定結果を周波数特性取得部１０５、および、電力供給制御部２１３に出力する。
電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２からインバータ２０３に供給される直流電力の電圧値を測定し、電圧値の測定結果を給電側制御部１０３（詳細には、電力供給制御部２１３）に出力する。
給電コイル１０４ａは、インバータ２０３より交流電力の供給を受けることにより、受電部１５４へ給電する。給電コイル１０４ａは、予備給電よりも大電力で本給電を行う。
＜給電側制御部の構成＞
本発明の一実施の形態における給電側制御部１０３の構成について、図２を用いて説明する。
給電側制御部１０３は、周波数特性取得部１０５と、電力供給制御部２１３とから主に構成されている。
周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａの周波数特性、具体的には、給電コイル１０４ａが交流電力の供給を受けた際の、給電コイル１０４ａを流れる電流の値の周波数特性を取得する。周波数特性とは、給電コイル１０４ａに供給される交流電力の周波数と対象となる電流値との関係を示すものである。
なお、変形例として後に説明するが、周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａが交流電力の供給を受けた際の、給電コイル１０４ａを流れる電流に関連する電流値の周波数特性を取得すればよい。若しくは、周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａが交流電力の供給を受けた際の、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得すればよい。
ここで、給電コイル１０４ａを流れる電流に関連する電流値とは、給電コイル１０４ａに直接流れる電流に影響を与える（相関がある）、他の箇所を流れる電流の値のことである。言い換えれば、給電コイル１０４ａを直接に流れる電流の値、或いは、給電コイル１０４ａに直接流れる電流の値を推定できる、他の箇所を流れる電流の値である。具体的な箇所については、変形例として後に説明する。
また、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値とは、給電コイル１０４ａに直接に印加される電圧に影響を与える（相関がある）、他の箇所に印加される電圧の値のことである。言い換えれば、給電コイル１０４ａに直接に印加される電圧値、或いは、給電コイル１０４ａに直接印加される電圧の値を推定できる、他の箇所に印加される電圧の値である。具体的な箇所については、変形例として後に説明する。
また、周波数特性取得部１０５は、取得した周波数特性に基づいて、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの伝送効率の周波数特性を算出する演算部としても機能する。周波数特性取得部１０５は、受電コイル１５４ａに供給される電力値のデータを用いることなく、伝送効率の周波数特性を算出する。この算出方法については、後に詳述する。
また、周波数特性取得部１０５は、算出した伝送効率の周波数特性から、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの共振周波数を算出する演算部としても機能する。周波数特性取得部１０５は、伝送効率の周波数特性から伝送効率が極大となる周波数を抽出することで共振周波数を算出する。
なお、伝送効率の周波数特性の算出、および、共振周波数の算出は、電力供給制御部２１３が行っても良く、また、専用の演算処理部を設けて、これが行ってもよい。
周波数特性取得部１０５は、取得した給電コイル１０４ａの周波数特性、算出した伝送効率の周波数特性、または、算出した共振周波数を、電力供給制御部２１３に出力する。
電力供給制御部２１３には、電圧検知部２０５および電流検知部２０４から電圧および電流の情報がそれぞれ入力される。また、電力供給制御部２１３には、給電側操作部１６０から操作信号が入力され、給電側通信部１０１から通信データが入力される。そして、これらの入力情報に基づき、電力供給制御部２１３は、切替部２０１のオン／オフ制御、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の駆動制御、並びに、インバータ２０３の駆動制御を行って、給電コイル１０４ａに交流電力を供給させる。
例えば、電力供給制御部２１３は、給電側操作部１６０より給電開始信号が入力された場合に、予備給電を開始するために、給電コイル１０４ａに予備給電の電力が供給されるように、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２およびインバータ２０３を制御する。また、給電側通信部１０１より受電可信号が入力された場合には、予備給電の際よりも大電力を出力するようにＡＣ／ＤＣ変換装置２０２およびインバータ２０３を制御する。これにより、給電部１０４は、予備給電よりも大電力で本給電を行う。
電力供給制御部２１３は、周波数特性取得部１０５から取得した情報により、給電の際、伝送効率の最大となる周波数をインバータ２０３の駆動周波数として用いることができる。
また、電力供給制御部２１３は、給電コイル１０４ａの周波数特性取得処理時に、交流電力の周波数を変更させるようにインバータ２０３を制御し、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２に対して定電圧（実効電圧）により直流電力を供給するように制御する。
また、電力供給制御部２１３は、給電を開始した後、給電側操作部１６０より給電停止信号が入力されるか、または給電側通信部１０１より受電不可信号が入力された場合には、切替部２０１を開いてインバータ２０３と非接続状態にする。
また、電力供給制御部２１３は、本給電の際に、電圧検知部２０５から入力された電圧値の測定結果と、電流検知部２０４から入力された電流値の測定結果とより、伝送効率の周波数特性、給電コイル１０４ａから本給電する際の給電電力の電力値を算出してもよい。
＜予備給電時の周波数特性取得方法＞
本発明の一実施の形態における予備給電時の周波数特性取得方法について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図である。
給電側制御部１０３は、予備給電の際、図３の周波数特性取得処理を実行する。
周波数特性取得処理が開始されると、まず、電力供給制御部２１３は、予め設定される駆動周波数情報である駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを取得して設定する（ステップＳＴ４０１）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する（ステップＳＴ４０２）。
次に、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２から出力される電力の電圧値Ｖｓを設定する（ステップＳＴ４０３）。
次に、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力が電圧値Ｖｓになるよう、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２を動作させ、且つ、インバータ２０３を駆動周波数Ｆａで動作させる（ステップＳＴ４０４）。ここで、電力供給制御部２１３は、インバータ２０３を、例えば、所定のデューティ比で駆動するなど、インバータ２０３の出力電流を調整する制御は行わない。
次に、電流検知部２０４は、電流値Ｉｋを検出し、周波数特性取得部１０５は、検出された電流値Ｉｋを取得する（ステップＳＴ４０５）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算する（ステップＳＴ４０６）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４０７）。
電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である場合（ステップＳＴ４０７：ＮＯ）には、ステップＳＴ４０４の処理に戻る。
一方、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である場合（ステップＳＴ４０７：ＹＥＳ）には、切替部２０１を開いてＡＣ／ＤＣ変換装置２０２及びインバータ２０３を停止させる（ステップＳＴ４０８）。
ステップＳＴ４０４〜ＳＴ４０７のループ処理により、周波数特性取得部１０５は、駆動周波数Ｆａ〜Ｆｂにおける複数の電流値Ｉｋのデータを、小さなステップ間隔Ｆｓで取得することができる。これらのデータが電流値Ｉｋの周波数特性データとなる。
なお、図３では、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも高周波数側に設定することにより、ステップＳＴ４０６において駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算したが、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも低周波数側に設定することにより、ステップＳＴ４０６において駆動周波数Ｆからステップ値Ｆｓを減算してもよい。また、駆動周波数Ｆを上げたり下げたりしてもよい。
＜本給電時の周波数特性取得方法＞
本発明の一実施の形態における本給電時の周波数特性取得方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図である。
給電側制御部１０３は、本給電の際に、図４の周波数特性取得処理を実行して、周波数特性を取得してもよい。この本給電時の周波数特性取得処理は、例えば、本給電時に伝送効率が最大となる周波数が変化していないか確認し、駆動周波数を修正する場合などに利用することができる。
まず、図４の周波数特性取得処理が開始されると、電力供給制御部２１３は、予め設定されている駆動周波数情報である駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを取得して設定する（ステップＳＴ６０１）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する（ステップＳＴ６０２）。
次に、電力供給制御部２１３は、切替部２０１を閉じてＡＣ／ＤＣ変換装置２０２及びインバータ２０３を起動する（ステップＳＴ６０３）。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧は本給電時の電圧とし、インバータ２０３は設定された駆動周波数Ｆで、且つ、本給電時用の所定のデューティ比で動作させる。
次に、電力供給制御部２１３は、電圧検知部２０５から入力された電圧値の測定結果と、電流検知部２０４から入力された電流値の測定結果とより給電電力Ｗｓを算出する（ステップＳＴ６０４）。なお、給電電力Ｗｓは、本給電における電力であるため、予備給電よりも大きい電力である。また、このとき、周波数特性取得部１０５が、電流検知部２０４が検出した電流値Ｉｋを取得する。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算する（ステップＳＴ６０５）。この駆動周波数Ｆの設定変更に応じて、インバータ２０３の実際の駆動周波数が変化する。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ６０６）。
電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である場合（ステップＳＴ６０６：ＮＯ）には、ステップＳＴ６０４の処理に戻る。
一方、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である場合（ステップＳＴ６０６：ＹＥＳ）には、及びインバータ２０３を停止させる（ステップＳＴ６０７）。
ステップＳＴ６０４〜ＳＴ６０６のループ処理により、周波数特性取得部１０５は、駆動周波数Ｆａ〜Ｆｂにおける複数の電流値Ｉｋのデータを、小さなステップ間隔Ｆｓで取得することができる。これらのデータが、本給電に近い状態での電流値Ｉｋの周波数特性データとなる。
なお、図４では、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも高周波数側に設定することにより、ステップＳＴ６０５において駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算したが、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも低周波数側に設定することにより、ステップＳＴ６０５において駆動周波数Ｆからステップ値Ｆｓを減算してもよい。また、駆動周波数Ｆを上げたり下げたりしてもよい。
＜伝送効率の周波数特性と給電コイルの電流値の周波数特性との関係＞
伝送効率の周波数特性と電流値若しくは電圧値の周波数特性とは同一の特性を示す。その理由を以下に説明する。
充電システム１０においては、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの距離及び軸ずれの影響で結合係数は変化する。伝送効率をη及び給電コイル１０４ａの電流値をＩ１とすると、それぞれは、駆動周波数ｆ及び結合係数ｋからなる関数として（１）式のように表すことができる。
Figure 2015012748
 ただし、Ｖ：電源電圧
α：定数
電源電圧Ｖが一定、かつ給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの距離及び軸ずれが変動しない場合、結合係数ｋは一定となり（ｋ＝ｃｏｎｓｔ）、伝送効率η及び給電コイル１０４ａの電流値Ｉ１は、それぞれ駆動周波数ｆに対して一意に決まる。結合係数が高い状態での伝送効率ηの特性には２つの共振周波数ｆ１、ｆ２(極大点)が存在することが分かっている（下記（２）式参照）。給電コイル１０４ａの電流値Ｉ１も同様に、2つの共振周波数ｆ３、ｆ４（極大点）を持った特性を示す（下記（２）式参照）。すなわち、電流値Ｉ１と伝送効率ηは相関関係がある。
Figure 2015012748
図５には、周波数に対する伝送効率と給電側コイル電流（給電コイル１０４ａを流れる電流）の関係を示す。
図５に示すように、等価回路モデルを用いて回路シミュレーションを行えばｆ１＝ｆ３、ｆ２＝ｆ４であることが確認でき、2つの共振周波数の検出は、伝送効率ηを用いても給電コイル１０４ａを流れる電流値Ｉ１を用いても行うことができる事が分かる。なお、給電コイル１０４ａに流れる電流値Ｉ１は、外部電源からの交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換しインバータ２０３へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値と相関がある。すなわち、給電コイル１０４ａを流れる電流値Ｉ１は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値から推定できる。これにより、切替部２０１とＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の間、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間で測定された電流値を用いて、伝送効率の周波数特性を得るようにしてもよい。
また、（１）式、（２）式及び図５で示した上記特性は、伝送効率ηと給電コイル１０４ａに印加される電圧値との間にも同様の相関関係が成立している。上記特性は給電コイル１０４ａに印加される電圧値、または、外部交流電源からの交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換しインバータ２０３へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値においてもあてはまる。
従来の給電装置の構成では、伝送効率の周波数特性を得るためには、車輌１５０側より受電コイル１５４ａに流れる電力値を給電装置１４０に対して無線で送信し、給電装置１４０において伝送効率を算出する必要がある。
これに対し、本実施の形態では、周波数特性取得部１０５が電流値Ｉｋの周波数特性から、上述の関係を用いて、伝送効率の周波数特性を算出する。
本実施の形態では、給電コイル１０４ａに流れる電流値で伝送効率と同様の周波数特性が得られるので、車輌１５０との間で無線通信を行う必要がなく、給電装置１４０における処理のみで給電コイル１０４ａに流れる電流値の周波数特性を得られる。従って、給電コイル１０４ａに流れる電流値若しくは印加される電圧値の周波数特性を用いる方が、伝送効率の周波数特性を用いる場合に比べて、演算処理を簡略化することができる。
＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、予備給電または本給電において、給電コイル１０４ａを流れる電流値Ｉｋの周波数特性を取得する。そして、この取得した周波数特性に基づいて、給電装置１４０において、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの間の伝送効率の周波数特性が算出される。また、給電装置１４０は、この伝送効率の周波数特性を、給電側の処理のみで取得する。これにより、従来と異なり、受電側との間で受電コイル１５４ａでの受電電力のデータをやり取りする処理が省かれる。この受電電力のデータ通信する処理が省かれることから、インバータ２０３の駆動周波数を変化する処理を比較的高速に行うことが可能となり、伝送効率の周波数特性取得処理を高速にすることができる。
また、本実施の形態では、給電装置１４０は、給電コイル１０４ａに流れる電流値の周波数特性を取得して、共振点を判断することで、給電コイル１０４ａの電流値のピークの数に基づいて給電コイル１０４ａに対向する位置に受電コイル１５４ａが存在するか否かを判定できる。
また、本実施の形態によれば、給電側で、伝送効率の周波数特性を取得し、伝送効率の周波数特性の極大値の周波数で本給電するように制御できるので、本給電を効率よくかつ短時間で行うことができる。
なお、本実施の形態では、周波数特性取得部１０５は、所定の電圧値（一定電圧値）で制御される給電コイル１０４ａを流れる電流値の周波数特性を取得しているが、給電コイル１０４ａに直接流れる電流と相関する各部の電流値の周波数特性を取得してもよい。
例えば、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値の周波数特性を取得する構成としてもよい。また、このとき、所定値に制御する電圧は、給電コイル１０４ａに直接印加される電圧値（例えば電圧実効値を一定に制御する）、或いは、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値としてもよい。また、ＡＣ／ＤＣの入力電圧と出力電圧が相関する動作を行う場合には、所定値に制御する電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電圧値を採用することもできる。
また、周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａが所定の電流（例えば電流実効値が一定）で駆動されている際における、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得するようにしてもよい。
例えば、電力供給制御部２１３が給電コイル１０４ａを直接流れる電流の実効値、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流の実効値、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値のいずれかを所定電流に制御する。そして、この駆動制御中において、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値、または、インバータ２０３の出力電圧値の周波数特性を取得してもよい。
以下、これらの変形例の幾つかを図面を用いて説明する。
＜実施の形態の変形例＞
本実施の形態の変形例を図６〜図１１を用いて説明する。本実施の形態の変形例における充電システムは、給電装置１４０の給電部１０４において、電流検知部２０４と電圧検知部２０５の配置位置と、周波数特性取得部１０５に入力される電流値の場合或いは電圧値の場合である以外は図２と同一構成であるので、その全体の説明を省略する。また、本実施の形態における給電側制御部１０３の構成は上記実施の形態の給電側制御部１０３と同一であるので、その説明を省略する。
＜変形例１＞
図６は本実施の形態に係る給電装置の変形例１における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
図６に示す給電部１０４Ａは、電圧検知部２０５を、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に代えてインバータ２０３と給電コイル１０４ａとの間に設けている。
周波数特性取得部１０５は、電流検知部２０４及び電圧検知部２０５で検知した電流値、電圧値を用いて、所定の電圧（例えば電圧実効値が一定）で制御される給電コイル１０４ａを直接流れる電流値の周波数特性を取得する。
＜変形例２＞
図７は、本実施の形態に係る給電装置の変形例２における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
図７に示す給電部１０４Ｂは、実施の形態の給電装置１４０の給電部１０４と異なり、切替部２０１とＡＣ／ＤＣ変換装置２０２との間に、電流検知部２０４と電圧検知部２０５とを設けている。
電流検知部２０４は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値を検知する。
電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電圧値を検知する。
この場合、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電圧が所定電圧になるように、且つ、インバータ２０３の駆動周波数を変化させて、給電部１０４を制御する。そして、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流の周波数特性を取得する。この周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
＜変形例３＞
図８は、本実施の形態に係る給電装置の変形例３における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
図８に示す電圧給電部１０４Ｃは、実施の形態の給電装置１４０の給電部１０４と異なり、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に、電流検知部２０４と電圧検知部２０５とを設けている。
電流検知部２０４は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値を検知する。
電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値を検知する。
この場合、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧が所定電圧になるように、且つ、インバータ２０３の駆動周波数を変化させて、給電部１０４を制御する。そして、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流の周波数特性を取得する。この周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
＜変形例４＞
図９は、本実施の形態に係る給電装置の変形例４における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
図９に示す給電部１０４Ｄは、電圧検知部２０５を、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に代えて、インバータ２０３と給電コイル１０４ａとの間に設けている。電圧検知部２０５で検知される電圧値は、周波数特性取得部１０５に出力される。
ここで、変形例４を用いて、所定の電流値（一定の電流値）で給電コイル１０４ａを制御して、給電コイル１０４ａに印加される電圧値の周波数特性を取得する方法を、図１０を用いて説明する。
図１０は、本実施の形態に係る変形例４における予備給電時の周波数特性取得方法を示すフロー図である。
まず、電力供給制御部２１３は、予め設定されている駆動周波数情報である駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを取得して設定する（ステップＳＴ１００１）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する（ステップＳＴ１００２）。
次に、電力供給制御部２１３は、給電コイル１０４ａに供給される電力の電流値（実効値）Ｉｓを設定する（ステップＳＴ１００３）。
次に、電力供給制御部２１３は、給電コイル１０４ａに供給される電流実効値が定電流ＩｓになるようにＡＣ／ＤＣ変換装置２０２及びインバータ２０３を駆動周波数Ｆａで動作させる（ステップＳＴ１００４）。
次に、電圧検知部２０５は、電圧値（詳細には、給電コイル１０４ａに印加される電圧値）Ｖｋを検出し、周波数特性取得部１０５は、検出された電圧値Ｖｋを取得する（ステップＳＴ１００５）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算する（ステップＳＴ１００６）。
次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１００７）。
電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である場合（ステップＳＴ１００７：ＮＯ）には、ステップＳＴ１００４の処理に戻る。
一方、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である場合（ステップＳＴ１００７：ＹＥＳ）には、及びインバータ２０３を停止させる（ステップＳＴ１００８）。
ステップＳＴ１００４〜ＳＴ１００７のループ処理により、周波数特性取得部１０５は、駆動周波数Ｆａ〜Ｆｂにおける複数の電圧値Ｖｋのデータを、小さなステップ間隔Ｆｓで取得することができる。これらのデータが電圧値Ｖｋの周波数特性データとなる。
伝送効率の周波数特性と給電コイルの電圧値Ｖｋの周波数特性との関係は、上記実施の形態で説明した関係と同一であるため、電圧値Ｖｋの周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
＜変形例５＞
図１１は、本実施の形態に係る給電装置の変形例５における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
図１１に示す給電部１０４Ｅは、電流検知部２０４を、インバータ２０３と給電コイル１０４ａとの間に代えて、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に設けている。また、図１１の給電部１０４Ｅでは、電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２と、インバータ２０３との間に設けられている。
周波数取得部１０５には、電圧検知部２０５で検知される電圧値が入力される。
この場合、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流が所定値（例えば実効値が一定）になるように、且つ、インバータ２０３の駆動周波数を変化させて、給電部１０４を制御する。そして、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧の周波数特性を取得する。この周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
上記実施の形態及び各変形例において、給電側操作部１６０から給電側制御部１０３に給電開始信号が入力されるようにしたが、車輌側通信部１５５から給電側通信部１０１を介して給電側制御部１０３に給電開始信号が入力されるようにしてもよい。
本発明にかかる給電装置及び周波数特性取得方法は、例えば車両用の無接点給電システムに適用することができる。
１０３ 給電側制御部
１０４ 給電部
１０４ａ 給電コイル
１０５ 周波数特性取得部（取得部）
１４０ 給電装置
２０１ 切替部
２０２ ＡＣ／ＤＣ変換装置
２０３ インバータ（電力供給部）
２０４ 電流検知部
２０５ 電圧検知部
２１３ 電力供給制御部

Claims (16)

  1. 外部の受電コイルに電磁作用より電力を供給する給電コイルと、
    前記給電コイルに駆動周波数を変化させながら交流電力を供給する電力供給部と、
    前記交流電力の供給を受けた際の、前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得する取得部と、を備えた、
    給電装置。
  2. 前記取得部が取得した前記周波数特性に基づいて、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の伝送効率の周波数特性を算出する演算部をさらに備えた、
    請求項１記載の給電装置。
  3. 前記演算部は、前記受電コイルが受電した電力のデータを用いずに、前記伝送効率の周波数特性を算出する、
    請求項２記載の給電装置。
  4. 前記取得部が取得した前記周波数特性のうち、極大値をとる周波数を前記受電コイルおよび前記給電コイルの共振周波数であると特定する演算部をさらに備えた、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電装置。
  5. 前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値とは、
    前記給電コイルに流れる電流値、外部交流電源からの電気エネルギを直流の電気エネルギに変換し前記電力供給部へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電流値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流値である、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の給電装置。
  6. 前記取得部は、前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに流れる電流値、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電流値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流値の前記周波数特性を取得する、
    請求項５記載の給電装置。
  7. 前記取得部は、前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに流れる電流値の前記周波数特性を取得する、
    請求項６記載の給電装置。
  8. 前記取得部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電流値の前記周波数特性を取得する、
    請求項６記載の給電装置。
  9. 前記取得部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流値の前記周波数特性を取得する、
    請求項６記載の給電装置。
  10. 前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値とは、前記給電コイルに印加される電圧の電圧値、または、外部交流電源からの電気エネルギを直流の電気エネルギに変換し前記電力供給部へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値である、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の給電装置。
  11. 前記取得部は、前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに印加される電圧の電圧値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値の前記周波数特性を取得する、
    請求項１０記載の給電装置。
  12. 前記取得部は、前記給電コイルの電流を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに印加される電圧値の前記周波数特性を取得する、
    請求項１１記載の給電装置。
  13. 前記取得部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流を所定の値となるように制御した際の、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値の前記周波数特性を取得する、
    請求項１１記載の給電装置。
  14. 電磁作用により外部の受電コイルに電力を供給する給電コイルに、駆動周波数を変化させながら交流電力を供給するステップと、
    前記交流電力の供給を受けた際に前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得するステップと、を有する、
    周波数特性取得方法。
  15. 取得した前記周波数特性に基づいて、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の伝送効率の周波数特性を算出するステップを更に有する、
    請求項１４に記載の周波数特性取得方法。
  16. 取得した前記周波数特性のうち、極大値をとる周波数を前記給電コイルおよび前記受電コイルの共振周波数であると特定するステップをさらに有する、
    請求項１４または１５に記載の周波数特性取得方法。

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