JP2019161910A - 電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受電側からの情報を必要とせずに結合状態に応じた電力伝送が可能な電力伝送装置を提供する。【解決手段】電力伝送装置１は、直流電源１１の出力を変換して第１の直流電力を出力する直流電圧変換部１２と、直流電圧変換部の出力に並列に接続された第１のコンデンサ１３と、第１の直流電力を交流電力に変換するインバータ部１４と、インバータ部から交流電力が供給される第１の共振回路１５と、磁気的に結合されて第１の共振回路から交流電力を受け取る第２の共振回路１６と、第２の共振回路から供給された交流電力を第２の直流電力に変換して負荷１９に供給する整流部１７と、第１の共振回路に流れる電流を検出する電流検出器２１と、電流検出器が検出した電流に基づいて直流電圧変換部１２に電圧指令を出力する制御部３１と、を備え、制御部は電圧指令が電圧制限値に達したか否かに基づいて結合状態を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は電力伝送装置に関する。

近年、ケーブルを用いずに電力を給電できる電力伝送装置が注目されている。

例えば磁界の共振を用いた方式（磁界共振結合方式）は、数ｍ程度の距離であれば離れたところから給電ができる。磁界共振結合方式の電力伝送装置は、例えば電気自動車の充電等に適用可能である。

磁界共振結合方式では、回路の共振が利用されている。そのため、送電側コイルと受電側コイルとの位置関係によって、これらのコイル間の相互インダクタンスが変化する。相互インダクタンスの数値が大きい程、送電側コイルと受電側コイルとの結合度合いを示す結合係数は大きくなる。磁界共振結合方式において、効率的な電力伝送のためには、結合係数を大きくすることが必要である。

例えば、特許文献１は、結合係数が最大となり、受電側コイルに流れる電流（誘導電流）が最大となる位置を磁気センサ、光センサまたはＣＣＤカメラ等を用いて検出する。

特開平８−３３１１２号公報

しかし、送電側コイルと受電側コイルとが結合していない状態（つまり、電力伝送ができない程度に両コイルの位置関係にずれが生じた状態）では、受電側コイルに電流が流れない。そのため、受電側コイルに流れる電流が最大となる受電側コイルの位置を検出する特許文献１に記載の技術は、送電側コイルと受電側コイルとが結合していない状態で使用できない。また、送電側コイルと受電側コイルとが結合していない状態で、送電側コイルに共振周波数の電圧が印加されると、送電側コイルに大きな共振電流が流れる可能性がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、受電側からの情報を必要とせずに、送電側コイルおよび受電側コイルの結合状態に応じた電力伝送が可能な電力伝送装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る電力伝送装置は、直流電源の出力を変換して第１の直流電力を出力する直流電圧変換部と、前記直流電圧変換部の出力に並列に接続された第１のコンデンサと、前記第１の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、第２のコンデンサと第１のコイルとを有し、前記インバータ部から前記交流電力が供給される第１の共振回路と、第３のコンデンサと第２のコイルとを有し、前記第１の共振回路と磁気的に結合されて、前記第１の共振回路から前記交流電力を受け取る第２の共振回路と、前記第２の共振回路から供給された前記交流電力を第２の直流電力に変換して負荷に供給する整流部と、前記第１の共振回路に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器が検出した電流に基づいて前記直流電圧変換部に電圧指令を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流検出器が検出した前記電流の実効値を演算する実効値演算部と、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの相互インダクタンスに応じて変化する前記第１の直流電力の電圧と前記実効値との対応関係を記憶し、前記第１の共振回路と前記第２の共振回路との結合の限界を示す前記相互インダクタンスの前記対応関係において電圧の基準値に対する前記実効値である電流指令を定める相互インダクタンス特性テーブルと、前記実効値演算部からの前記実効値が、前記電流指令と一致するように原電圧指令を演算する電圧指令演算部と、電圧制限値を、前記基準値または前記直流電圧変換部が出力できる最大電圧に設定する電圧制限切替部と、前記原電圧指令を前記電圧制限値で制限して、前記電圧指令を出力する電圧指令制限部と、を備え、前記電圧指令が前記電圧制限値に達したか否かに基づいて、前記第１の共振回路と前記第２の共振回路との結合状態を判定する。

また、上記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る電力伝送装置は、前記制御部が、前記結合状態が非結合と判定した場合に、前記電流を抑制するように、前記直流電圧変換部への電圧指令を出力してもよい。

また、上記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る電力伝送装置は、前記制御部が、前記結合状態が結合と判定した場合に、前記インバータ部が出力する交流電力が最大となるように、前記直流電圧変換部への電圧指令を出力してもよい。

また、上記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る電力伝送装置は、前記制御部が、前記結合状態が非結合と判定した場合に、所定時間、前記結合状態についての新たな判定を実行してもよい。

本発明の実施形態によれば、受電側からの情報を必要とせずに、送電側および受電側の共振回路の結合状態に応じた電力伝送が可能な電力伝送装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電力伝送装置を例示するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電力伝送装置の制御部を例示するブロック図である。 相互インダクタンスの特性を例示する図である。 結合状態の判定に関する制御部の制御方法を例示するフローチャートである。 結合状態の判定に関する制御部の制御方法を例示する別のフローチャートである。 結合状態の判定に関する制御部の制御方法を例示するさらに別のフローチャートである。 図４、５および６を組み合わせた制御部の制御方法を例示するフローチャートである。 相互インダクタンス等の時間変化を例示する図である。

（電力伝送装置の構成）
図１は本実施形態に係る電力伝送装置１のブロック図である。

電力伝送装置１は、直流電源１１と、直流電圧変換部１２と、第１のコンデンサ１３と、インバータ部１４と、第１の共振回路１５（送電側共振回路）と、第２の共振回路１６（受電側共振回路）と、整流部１７と、負荷１９と、電流検出器２１と、制御部３１と、を備える。また、図１に示すように、電力伝送装置１は、さらに電圧検出器１３１を備えてもよい。電力伝送装置１は、整流部１７からの直流電力を負荷１９に供給する。負荷１９は、例えば二次電池であるが、特に限定されるものではない。また、図１に示すように、整流部１７からの電圧を平滑して直流電圧を出力する平滑コンデンサ１８が電力伝送装置１に接続される。

直流電源１１は直流電力を供給する。直流電源１１は例えば二次電池である。直流電源１１は例えば鉛蓄電池であってもよい。また、直流電源１１は例えばニッケルカドミウム電池のようなアルカリ二次電池であってもよい。また、直流電源１１は例えばリチウムイオン電池のようなリチウム二次電池であってもよい。また、代替例として、直流電源１１は一次電池でもよい。

直流電圧変換部１２は直流電源１１の出力（直流電源１１からの直流電力）を受け取る。そして、直流電圧変換部１２は、直流電源１１の出力を変換して、第１の直流電力を出力する。直流電圧変換部１２は、第１の直流電力の電圧Ｖｄｃ１が、制御部３１からの電圧指令Ｖｄｃ１^＊と等しくなるように変換する。直流電圧変換部１２は、例えば降圧チョッパ回路、昇圧チョッパ回路または昇降圧チョッパ回路で構成されてもよい。

第１のコンデンサ１３は直流電圧変換部１２の出力に並列に接続される。第１のコンデンサ１３の端子間電圧は電圧Ｖｄｃ１となる。

電圧検出器１３１は第１のコンデンサ１３の端子間電圧（電圧Ｖｄｃ１）を検出して制御部３１に出力する。電圧検出器１３１は例えば電圧センサである。上記のように、直流電圧変換部１２は、電圧Ｖｄｃ１が電圧指令Ｖｄｃ１^＊と等しくなるように変換する。以下において、電圧Ｖｄｃ１と電圧指令Ｖｄｃ１^＊とは交換可能であるとする。例えば、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２との相互インダクタンスの特性（図３参照）で、パラメータとして用いられる電圧Ｖｄｃ１は、電圧指令Ｖｄｃ１^＊に置き換えることが可能である。

インバータ部１４は、直流電圧変換部１２が出力した第１の直流電力を交流電力に変換する。本実施形態において、インバータ部１４によって変換された交流電力は、矩形波の電圧形状を有する。インバータ部１４からの交流電力は、第１の共振回路１５に供給される。ここで、インバータ部１４は例えば複数のスイッチング素子で構成されたブリッジ回路で構成されてもよい。スイッチング素子は例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、特に限定されるものではない。

第１の共振回路１５は、インバータ部１４からの交流電力を伝送する。本実施形態において、第１の共振回路１５は、磁界を用いた共振現象を利用してワイヤレス伝送を行う。第１の共振回路１５は、送電側の共振回路であって、第２のコンデンサ１５１と第１のコイル１５２（送電側コイル）とを有している。第２のコンデンサ１５１と第１のコイル１５２とは直列に接続される。第１のコイル１５２と接続されていない方の第２のコンデンサ１５１の端子は、インバータ部１４に接続される。また、第２のコンデンサ１５１と接続されていない方の第１のコイル１５２の端子は、インバータ部１４に接続される。

第２の共振回路１６は、第１の共振回路１５からワイヤレス伝送された交流電力を受け取る。第２の共振回路１６は、受電側の共振回路であって、第３のコンデンサ１６１と第２のコイル１６２（受電側コイル）とを有している。第３のコンデンサ１６１と第２のコイル１６２とは直列に接続される。第２のコイル１６２と接続されていない方の第３のコンデンサ１６１の端子は、整流部１７に接続される。また、第３のコンデンサ１６１と接続されていない方の第２のコイル１６２の端子は、整流部１７に接続される。第２のコイル１６２は、第１のコイル１５２と磁気的に結合し、第１のコイル１５２から第２のコイル１６２にワイヤレス電力伝送が行われる。ここで、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６とが結合する（結合状態が「結合」である）、とは、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２とが結合して電力伝送が可能であることを意味する。また、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６とが結合しない（結合状態が「非結合」である）、とは、電力伝送ができない状態であることを意味する。

整流部１７は、第２の共振回路１６から供給された交流電力を整流し、第２の直流電力に変換する。整流部１７は、第２の直流電力を負荷１９に供給する。整流部１７は、例えばダイオード整流器で構成されてもよいが、特に限定されるものではない。

電流検出器２１は、第１の共振回路１５に流れる電流Ｉｐを検出して制御部３１に出力する。電流検出器２１は例えば電流センサである。

制御部３１は、電流検出器２１が検出した電流Ｉｐに基づいて直流電圧変換部１２に電圧指令Ｖｄｃ１^＊を出力する。詳細には、制御部３１は、電流Ｉｐ、後述する相互インダクタンスＭ１および後述する電圧値Ｋ１に基づいて、電圧指令Ｖｄｃ１^＊を演算する。

図２は本実施形態に係る電力伝送装置１の制御部３１のブロック図である。

制御部３１は、実効値演算部３１１と、相互インダクタンス特性テーブル３１２と、電圧指令演算部３１３と、電圧制限切替部３１４と、電圧指令制限部３１５と、を備える。

実効値演算部３１１は、電流Ｉｐの実効値である電流実効値Ｉｐｒｍｓを演算して出力する。

相互インダクタンス特性テーブル３１２は、相互インダクタンスＭ、電圧Ｖｄｃ１、及び電流Ｉｐをパラメータとするデータ（相互インダクタンス特性）を記憶する。そして、相互インダクタンス特性テーブル３１２は、相互インダクタンスＭ１および電圧値Ｋ１に基づいて、電流指令Ｉｐ^＊を演算して出力する。

電圧指令演算部３１３は、電流実効値Ｉｐｒｍｓおよび電流指令Ｉｐ^＊に基づいて、原電圧指令Ｖｄｃ１^＊＊を演算する。ここで、電圧指令演算部３１３は、例えばＰＩ制御を用いて、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と一致するように、原電圧指令Ｖｄｃ１^＊＊を演算してもよい。

電圧制限切替部３１４は、電圧制限値Ｖｌｉｍを設定する。本実施形態において、電圧制限切替部３１４は、例えば電圧値Ｋ１と、直流電圧変換部１２が出力できる最大電圧であるＫｍａｘと、を切り替えて電圧制限値Ｖｌｉｍを出力する。

電圧指令制限部３１５は、原電圧指令Ｖｄｃ１^＊＊を電圧制限値Ｖｌｉｍで制限して、電圧指令Ｖｄｃ１^＊を演算する。電圧指令制限部３１５は、演算した電圧指令Ｖｄｃ１^＊を直流電圧変換部１２に出力する。

図３は相互インダクタンスの特性を示す図である。図３に示す特性曲線は、横軸に示される第１の直流電力の電圧Ｖｄｃ１と、縦軸に示される電流実効値Ｉｐｒｍｓとの関係を、相互インダクタンスの値に応じて示したものである。図３に示す特性曲線は、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２との組み合わせで定まる。相互インダクタンスが大きい程、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２との結合度合いも大きい。図３の「相互インダクタンス最小時の特性」は、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２とが完全に離れている場合の特性曲線である。また、図３の「相互インダクタンス最大時の特性」は、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２とが最も強く磁気的に結合している場合の特性曲線である。また、図３の「相互インダクタンスＭ１時の特性」は、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２とが電力伝送が可能である限界の結合度合い（閾値の結合度合い）を有する場合の特性曲線である。また、図３の「相互インダクタンスＭ２時の特性」は、第１のコイル１５２と第２のコイル１６２とが電力伝送ができない非結合状態である場合の特性曲線の例である。ここで、電力伝送が可能であるとは、実用的な伝送効率でワイヤレス電力伝送ができることを意味する。電力伝送ができない状態は、ワイヤレス電力伝送ができないこと、または、ワイヤレス電力伝送ができても実用的な伝送効率でないことを意味する。

図３の例において、相互インダクタンスがＭ１から最大の場合に、第１の共振回路１５の第１のコイル１５２と第２の共振回路１６の第２のコイル１６２とは「結合」している。つまり、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との間で電力伝送が可能である。また、図３の例において、相互インダクタンスが最小からＭ１未満の場合に、第１の共振回路１５の第１のコイル１５２と第２の共振回路１６の第２のコイル１６２とは「非結合」である。つまり、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との間で電力伝送ができない状態である。

図３に示すように、相互インダクタンスが減少すると、同じ電流実効値Ｉｐｒｍｓに対応する電圧Ｖｄｃ１が小さくなる。例えば、相互インダクタンスがＭ１からＭ２へと減少すると、電流実効値Ｉｐｒｍｓの一つの値であるＹ１に対応する電圧Ｖｄｃ１は、Ｋ１からＫ２へと小さくなる。つまり、電流実効値Ｉｐｒｍｓの一つの値に対する電圧Ｖｄｃ１の変化（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊の変化）によって、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態の変化を把握可能である。ここで、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との「結合」または「非結合」の境界となる（「結合」の限界を示す）特性曲線において、電圧Ｖｄｃ１の基準値と、対応する電流実効値Ｉｐｒｍｓの値を定めると、結合状態の変化が更に容易に把握可能になる。

図３の例では、結合の限界を示す特性曲線は「相互インダクタンスＭ１時の特性」である。また、電圧Ｖｄｃ１の基準値は「Ｋ１」である。また、基準値に対応する電流実効値Ｉｐｒｍｓの値は「Ｙ１」である。例えば、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が変化して相互インダクタンスがＭ１からＭ２に変化すると、電流実効値ＩｐｒｍｓのＹ１に対応する電圧Ｖｄｃ１の値はＫ１からＫ２に変化する。制御部３１は、電圧Ｖｄｃ１が基準値である「Ｋ１」より小さくなったことから、相互インダクタンスが減少して第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」となったことを容易に把握できる。また、電流実効値Ｉｐｒｍｓおよび電圧Ｖｄｃ１（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊）は送電側だけで得られる情報である。つまり、上記の結合判定において、受電側からの情報は必要ない。

ここで、制御部３１は、相互インダクタンス特性テーブル３１２に図３の特性曲線を示すデータを有する。つまり、相互インダクタンス特性テーブル３１２は、相互インダクタンスに応じて変化する第１の直流電力の電圧Ｖｄｃ１と電流実効値Ｉｐｒｍｓとの対応関係を定める。上記のように、相互インダクタンス特性テーブル３１２は、相互インダクタンスＭ１（結合の限界を示す特性曲線を指定するための値）および電圧値Ｋ１を受け取る。相互インダクタンス特性テーブル３１２は、相互インダクタンスがＭ１である特性曲線の電圧Ｖｄｃ１がＫ１である場合の電流実効値Ｉｐｒｍｓの値（図３の例ではＹ１）を、電流指令Ｉｐ^＊として出力する。

（第１の制御方法）
図４は、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態の判定に関する制御部３１の制御方法（第１の制御方法）を示すフローチャートである。第１の制御方法は、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６とが非結合状態から結合状態に変化する場合に実行される制御方法である。

制御部３１は、相互インダクタンスＭ１を設定する（ステップＳ１１）。上記のように、相互インダクタンスＭ１は、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６とが結合した場合の限界の相互インダクタンスを示す。相互インダクタンスＭ１は、例えば第１のコイル１５２および第２のコイル１６２の材質、線径、巻き方、構造、距離、位置関係等に応じて定められる。制御部３１は、例えば第１のコイル１５２および第２のコイル１６２の材質、線径、巻き方、構造、距離、位置関係等のデータに基づいて、相互インダクタンスＭ１を演算で求める。また、別の例として、制御部３１は、電力伝送装置１を含むシステム全体の制御装置から相互インダクタンスＭ１を受け取ってもよい。

制御部３１は、電流指令Ｉｐ^＊を設定する（ステップＳ１２）。また、制御部３１は、電圧制限値Ｖｌｉｍを設定する（ステップＳ１３）。制御部３１は、結合の限界を示す特性曲線における電流実効値Ｉｐｒｍｓと対応する電圧Ｖｄｃ１と、をそれぞれ、電流指令Ｉｐ^＊と電圧制限値Ｖｌｉｍとして設定する。例えば、図３の例では、結合の限界を示す特性曲線は「相互インダクタンスＭ１時の特性」である。電流指令Ｉｐ^＊として設定される電流実効値Ｉｐｒｍｓの値は「Ｙ１」である。また、電圧制限値Ｖｌｉｍは「Ｋ１」である。

ここで、図２に示すように、電圧制限値Ｖｌｉｍは電圧制限切替部３１４によってＫ１またはＫｍａｘから選択される。第１の制御方法においては、電圧制限値Ｖｌｉｍは電圧制限切替部３１４によってＫ１に設定される。ここで、Ｋ１はＫｍａｘよりも低い電圧であって、一例として１００［Ｖ］である。また、Ｋｍａｘは一例として６００［Ｖ］である。

制御部３１は、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくなるように制御する（ステップＳ１４）。つまり、制御部３１は、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくなるまで、電圧指令Ｖｄｃ１^＊を上昇させる（例えばゼロから電圧制限値ＶｌｉｍであるＫ１まで変化させる）。

制御部３１は、電圧Ｖｄｃ１（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊）が電圧制限値Ｖｌｉｍに達した場合に（ステップＳ１５のＹｅｓ）、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「結合」であると判定する（ステップＳ１６）。電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくならずに、電圧Ｖｄｃ１は電圧制限値Ｖｌｉｍに達している。そのため、現在の結合状態の相互インダクタンスの特性曲線において、電流指令Ｉｐ^＊（例えばＹ１）に対応する電圧Ｖｄｃ１の値は電圧制限値Ｖｌｉｍ（例えばＫ１）以上である。よって、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「結合」であると判定される。

一方、制御部３１は、電圧Ｖｄｃ１（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊）が電圧制限値Ｖｌｉｍに達していない場合に（ステップＳ１５のＮｏ）、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」であると判定する（ステップＳ１７）。つまり、現在の結合状態の相互インダクタンスの特性曲線において、電流指令Ｉｐ^＊（例えばＹ１）に対応する電圧Ｖｄｃ１の値は電圧制限値Ｖｌｉｍ（例えばＫ１）未満である。そのため、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」であると判定される。そして、制御部３１はステップＳ１４の処理に戻る。

このように、制御部３１は、第１の制御方法を実行することによって、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６とが「非結合」から「結合」に変化する場合に結合状態を適切に判定できる。

（第２の制御方法）
図５は、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態の判定に関する制御部３１の制御方法（第２の制御方法）を示すフローチャートである。第２の制御方法は、第１の制御方法の後に（第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「結合」であると判定された後に）、実行される制御方法である。

制御部３１は、電圧制限値Ｖｌｉｍを変更する（ステップＳ２１）。ここで、図２に示すように、電圧制限値Ｖｌｉｍは電圧制限切替部３１４によってＫ１またはＫｍａｘから選択される。例えば、制御部３１は、電圧制限値ＶｌｉｍをＫ１（一例として１００［Ｖ］）からＫｍａｘ（一例として６００［Ｖ］）に変更する。

制御部３１は、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくなるように制御する（ステップＳ２２）。つまり、制御部３１は、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくなるまで、電圧指令Ｖｄｃ１^＊を上昇させる（例えばＫ１から電圧制限値ＶｌｉｍであるＫｍａｘまで変化させる）。

このように、制御部３１は、結合状態が「結合」であると判定された後に電圧指令Ｖｄｃ１^＊を最大値まで上げることによって、インバータ部１４が出力する交流電力（受電側に伝送される電力）を最大にする。制御部３１は、第２の制御方法を実行することによって、結合状態にある第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との間で伝送される電力を最大化することが可能である。

（第３の制御方法）
図６は、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態の判定に関する制御部３１の制御方法（第３の制御方法）を示すフローチャートである。第３の制御方法は、第２の制御方法の後に実行される制御方法である。第３の制御方法は、結合状態から非結合状態への変化を検出可能にする。

制御部３１は、電圧制限下限値ＶｌｉｍＬを設定する（ステップＳ３１）。制御部３１は、電圧制限下限値ＶｌｉｍＬを「Ｋ１」に設定してもよい。また、制御部３１は、ヒステリシスを設けて、電圧制限下限値ＶｌｉｍＬを「Ｋ１」よりも低い電圧値に設定してもよい。

制御部３１は、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくなるように制御する（ステップＳ３２）。つまり、制御部３１は、電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくなるまで、電圧指令Ｖｄｃ１^＊を低下させる（例えば電圧制限値ＶｌｉｍであるＫｍａｘから電圧制限下限値ＶｌｉｍＬであるＫ１まで変化させる）。

制御部３１は、電圧Ｖｄｃ１（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊）が電圧制限下限値ＶｌｉｍＬに達した場合に（ステップＳ３３のＹｅｓ）、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」であると判定する（ステップＳ３４）。電流実効値Ｉｐｒｍｓが電流指令Ｉｐ^＊と等しくならずに、電圧Ｖｄｃ１は電圧制限下限値ＶｌｉｍＬに達している。現在の結合状態の相互インダクタンスの特性曲線において、電流指令Ｉｐ^＊（例えばＹ１）に対応する電圧Ｖｄｃ１の値は電圧制限下限値ＶｌｉｍＬ（例えばＫ１）未満である。そのため、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」であると判定される。

一方、制御部３１は、電圧Ｖｄｃ１（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊）が電圧制限下限値ＶｌｉｍＬに達していない場合に（ステップＳ３３のＮｏ）、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「結合」であると判定する（ステップＳ３５）。つまり、現在の結合状態の相互インダクタンスの特性曲線において、電流指令Ｉｐ^＊（例えばＹ１）に対応する電圧Ｖｄｃ１の値は電圧制限下限値ＶｌｉｍＬ（例えばＫ１）以上である。そのため、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「結合」であると判定される。そして、制御部３１はステップＳ３２の処理に戻る。

このように、制御部３１は、第３の制御方法を実行することによって、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６とが「結合」から「非結合」に変化する場合に結合状態を適切に判定できる。

（第４の制御方法）
制御部３１は、上記の第１〜第３の制御方法のそれぞれを個別に実行可能である。ここで、制御部３１は、上記の第１〜第３の制御方法のうちの複数を組み合わせて実行してもよい。図７は、上記の第１〜第３の制御方法を組み合わせた一つの制御方法（第４の制御方法）を示すフローチャートである。

制御部３１は、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理を実行する。ステップＳ１１〜Ｓ１７は、第１の制御方法の同じ符号の処理と同一内容であるため説明を省略する。

制御部３１は、ステップＳ１６の後に（つまり、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「結合」であると判定した後に）、ステップＳ２１およびステップＳ３１〜Ｓ３５の処理を実行する。ステップＳ２１は、第２の制御方法の同じ符号の処理と同一内容であるため説明を省略する。また、ステップＳ３１〜Ｓ３５は、第３の制御方法の同じ符号の処理と同一内容であるため説明を省略する。

制御部３１は、ステップＳ１７またはＳ３４の後に（つまり、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」であると判定した後に）、電流指令Ｉｐ^＊をゼロに設定する（ステップＳ４１）。また、制御部３１は電圧Ｖｄｃ１をゼロにする（ステップＳ４２）。よって、第１の共振回路１５と第２の共振回路１６との結合状態が「非結合」である場合に、第１のコイル１５２（送電側コイル）に流れる電流Ｉｐを最小にできる。

制御部３１は所定時間経過するまで待機する（ステップＳ４３のＮｏ）。つまり、制御部３１は、所定時間、結合状態についての新たな判定を実行しない。制御部３１は所定時間が経過すると（ステップＳ４３のＹｅｓ）、ステップＳ１１の処理に戻る。所定時間は、例えば第１のコイル１５２および第２のコイル１６２の距離、位置関係等を調整可能な長さに設定されてもよい。所定時間は、例えば１０秒であってもよいし、１分であってもよい。

このように、制御部３１は、第４の制御方法を実行することによって、第１〜第３の制御方法の効果に加えて、非結合時の電流Ｉｐを最小にできる。

図８は、制御部３１が第４の制御方法を実行した場合における、第１のコイル１５２および第２のコイル１６２の相互インダクタンスＭ等の時間変化を例示する図である。図８の例では、制御部３１は、時刻ｔ１において、電圧Ｖｄｃ１が電圧制限値Ｖｌｉｍに達したために、結合状態が「結合」であると判定している。また、図８の例では、制御部３１は、時刻ｔ２において、電圧Ｖｄｃ１が電圧制限下限値ＶｌｉｍＬに達したために、結合状態が「非結合」であると判定している。

以上のように、本実施形態に係る電力伝送装置１は、電圧Ｖｄｃ１（または電圧指令Ｖｄｃ１^＊）が電圧制限値Ｖｌｉｍ（または電圧制限下限値ＶｌｉｍＬ）に達したか否かに基づいて結合状態を判定する。つまり、電力伝送装置１は、受電側からの情報を必要とせずに適切な「結合」または「非結合」の判定を行う。そのため、電力伝送装置１は、送電側コイルおよび受電側コイルの結合状態に応じた電力伝送が可能である。また、本実施形態において、電力伝送装置１は、結合状態が「非結合」であると判定した場合に、第１のコイル１５２（送電側コイル）に流れる電流Ｉｐを抑制することができる。つまり、電力伝送装置１は、結合状態が「非結合」であると判定した場合に、電圧指令Ｖｄｃ１^＊に制限（例えばＫ１）を設けることによって、または、電圧指令Ｖｄｃ１^＊をゼロにすることによって、電流Ｉｐを抑制することができる。

本発明を諸図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、上記の実施形態において、結合状態の判定は制御部３１の全体で実行される。そして、結合状態についての情報は、制御部３１を構成する各機能ブロックで共有される。ここで、制御部３１のうちの特定の機能ブロックが結合状態の判定を実行してもよい。例えば、電圧指令制限部３１５が電圧指令Ｖｄｃ１^＊と電圧制限値Ｖｌｉｍとの比較に基づいて結合状態を判定してもよい。そして、電圧指令制限部３１５が結合状態に応じた信号を生成して、結合状態に応じた信号は電圧指令制限部３１５以外の機能ブロックに出力されてもよい。例えば、電圧制限切替部３１４は、結合状態に応じた信号に基づいて、電圧制限値Ｖｌｉｍを選択してもよい。

１ 電力伝送装置
１１ 直流電源
１２ 直流電圧変換部
１３ 第１のコンデンサ
１４ インバータ部
１５ 第１の共振回路
１６ 第２の共振回路
１７ 整流部
１８ 平滑コンデンサ
１９ 負荷
２１ 電流検出器
３１ 制御部
１３１ 電圧検出器
１５１ 第２のコンデンサ
１５２ 第１のコイル
１６１ 第３のコンデンサ
１６２ 第２のコイル
３１１ 実効値演算部
３１２ 相互インダクタンス特性テーブル
３１３ 電圧指令演算部
３１４ 電圧制限切替部
３１５ 電圧指令制限部

Claims (4)

1. 直流電源の出力を変換して第１の直流電力を出力する直流電圧変換部と、
   前記直流電圧変換部の出力に並列に接続された第１のコンデンサと、
   前記第１の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、
   第２のコンデンサと第１のコイルとを有し、前記インバータ部から前記交流電力が供給される第１の共振回路と、
   第３のコンデンサと第２のコイルとを有し、前記第１の共振回路と磁気的に結合されて、前記第１の共振回路から前記交流電力を受け取る第２の共振回路と、
   前記第２の共振回路から供給された前記交流電力を第２の直流電力に変換して負荷に供給する整流部と、
   前記第１の共振回路に流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器が検出した電流に基づいて前記直流電圧変換部に電圧指令を出力する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電流検出器が検出した前記電流の実効値を演算する実効値演算部と、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルとの相互インダクタンスに応じて変化する前記第１の直流電力の電圧と前記実効値との対応関係を記憶し、前記第１の共振回路と前記第２の共振回路との結合の限界を示す前記相互インダクタンスの前記対応関係において電圧の基準値に対する前記実効値である電流指令を定める相互インダクタンス特性テーブルと、
   前記実効値演算部からの前記実効値が、前記電流指令と一致するように原電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
   電圧制限値を、前記基準値または前記直流電圧変換部が出力できる最大電圧に設定する電圧制限切替部と、
   前記原電圧指令を前記電圧制限値で制限して、前記電圧指令を出力する電圧指令制限部と、を備え、
   前記電圧指令が前記電圧制限値に達したか否かに基づいて、前記第１の共振回路と前記第２の共振回路との結合状態を判定する、電力伝送装置。
2. 前記制御部は、
   前記結合状態が非結合と判定した場合に、前記電流を抑制するように、前記直流電圧変換部への電圧指令を出力する、請求項１に記載の電力伝送装置。
3. 前記制御部は、
   前記結合状態が結合と判定した場合に、前記インバータ部が出力する交流電力が最大となるように、前記直流電圧変換部への電圧指令を出力する、請求項１または２に記載の電力伝送装置。
4. 前記制御部は、
   前記結合状態が非結合と判定した場合に、所定時間、前記結合状態についての新たな判定を実行しない、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力伝送装置。

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