JP2022016299A - 非接触給電用インバータ装置、非接触給電用インバータ装置の制御方法、非接触送電装置、非接触送受電装置、非接触給電システムならびに非接触送受電システム - Google Patents

Abstract

【課題】出力制御を行っても、インバータ部の出力の周波数が非接触給電用共振負荷の共振周波数からずれることがなく、また、共振周波数が変動する非接触給電用共振負荷への追尾特性を改善する。【解決手段】非接触給電用共振負荷に接続してＰＷＭ制御される電圧形インバータである非接触給電用インバータ装置において、非接触給電用共振負荷に接続されてインバータ駆動信号により駆動されるインバータ部と、インバータ部の動作を制御する制御手段とを有し、制御手段は、非接触給電用共振負荷の共振周波数の周期より短いパルス幅のパルス信号をインバータ駆動信号として、共振周波数より離れた周波数を起点としてインバータ部の駆動を開始した後に、インバータ駆動信号の周波数を共振周波数または共振周波数近傍まで周波数シフトさせて、インバータ駆動信号の周波数が共振周波数と略一致するように制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、非接触給電用インバータ装置、非接触給電用インバータ装置の制御方法、非接触送電装置、非接触送受電装置、非接触給電システムならびに非接触送受電システムに関する。

さらに詳細には、本発明は、非接触給電用送電回路からなる共振負荷たる非接触給電用共振負荷に接続して用いる非接触給電用インバータ装置、当該非接触給電用インバータ装置の制御方法、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送受電装置、非接触送電装置を備えた非接触給電システムならびに当該非接触送受電装置を備えた非接触送受電システムに関するものである。

一般に、電磁誘導方式による非接触給電用送電回路は、直列共振回路方式あるいは並列共振回路方式などにより構成されており、この共振回路たる非接触給電用共振負荷に接続する電源装置として非接触給電用インバータ装置が知られている。

従来、こうした非接触給電用インバータ装置においては、インバータ回路を有するインバータ部を制御するインバータ制御部として、位相同期（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路により構成されるインバータ制御部が用いられており、このインバータ制御部によりインバータ部が制御されていた。

図１（ａ）（ｂ）を参照しながら、ＰＬＬ回路を用いたインバータ制御部により制御される従来より公知の非接触給電用インバータ装置について説明する。

なお、図１（ａ）には、ＰＬＬ回路を用いたインバータ制御部により制御されるとともに電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわす構成説明図が示されている。

また、図１（ｂ）には、図１（ａ）に示す非接触給電用インバータ装置におけるインバータ制御部の詳細な構成説明図があらわされている。

図１（ａ）に示すように、非接触給電用インバータ装置１００は、交流（ＡＣ）電源１０２から供給される交流電圧を所望の電圧の高周波交流電圧に変換して、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００へ供給するものである。

なお、交流電源１０２としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、非接触給電用インバータ装置１００は、商用交流電圧を高周波交流電圧に変換して電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００へ供給する。

より詳細には、非接触給電用インバータ装置１００は、交流電源１０２から供給される交流電圧を入力して直流（ＤＣ）電圧に変換して出力するコンバータ回路を有するコンバータ部１０４と、コンバータ部１０４から出力された直流電圧を入力して高周波交流電圧に逆変換して出力するインバータ回路を有するインバータ部１０６と、インバータ部１０６からの出力（ここで、インバータ部１０６からの「出力」とは、インバータ部１０６から出力される電圧たる「出力電圧Ｖｈ」、または、インバータ部１０６から出力される電流たる「出力電流Ｉｈ」、または、インバータ部１０６から出力される電力たる「出力電力」である。）を検出してその検出結果を出力センサー信号として出力する出力センサー１０８と、外部からインバータ部１０６の出力を設定する信号たる出力設定信号と出力センサー１０８から出力された出力センサー信号とに基づいてコンバータ部１０４が変換する直流電圧をフィードバック制御するコンバータ制御部１１０と、出力センサー１０８から出力された出力センサー信号に基づいてインバータ部１０６の動作をフィードバック制御するＰＬＬ回路１１２ａ（図１（ｂ）を参照する。）を有するインバータ制御部１１２とを有して構成されている。

なお、コンバータ部１０４のコンバータ回路は、例えば、サイリスタ整流回路やチョッパ回路などにより構成される。

ここで、図１（ｂ）には、インバータ制御部１１２の詳細な構成が示されている。インバータ制御部１１２においては、ＰＬＬ回路１１２ａに入力された出力センサー信号に応じて、ＰＬＬ回路１１２ａがインバータ部１０６を駆動するインバータ駆動信号である矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱを出力する。

なお、本明細書および本特許請求の範囲においては、「矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱ」について、単に「インバータ駆動信号」と適宜に称する。

以上の構成において、非接触給電用インバータ装置１００においては、商用交流電源などの交流電源１０２から、交流電圧がコンバータ部１０４に入力される。交流電源１０２から交流電圧を入力されたコンバータ部１０４は、コンバータ制御部１１０からの制御信号により直流電圧を可変制御して、インバータ部１０６へ出力する。

インバータ部１０６は、コンバータ部１０４から出力されて入力した直流電圧を、インバータ回路を構成するトランジスタのＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）のスイッチング動作により高周波電圧に変換して出力する。

非接触給電用インバータ装置１００におけるインバータ部１０６の出力段には、上記したように出力センサー１０８が設けられており、出力センサー１０８はインバータ部１０６からの出力（出力電圧Ｖｈまたは出力電流Ｉｈまたは出力電力である。）を検出して、その検出結果を出力センサー信号としてコンバータ制御部１１０とインバータ制御部１１２とへ出力する。

コンバータ制御部１１０は、インバータ部１０６の出力を出力設定信号により指示された設定レベルにするように、コンバータ部１０４の出力である直流電圧値を可変する制御を行う。

ここで、インバータ制御部１１２は、ＰＬＬ回路１１２ａにより、インバータ部１０６の出力の周波数が電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００の共振周波数となるように自動制御する。

ところで、電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷に接続する非接触給電用インバータ装置においては、高周波電圧と高周波電流との位相制御を用いた出力制御回路に関して、上記した従来の非接触給電用インバータ装置１００において示した構成の他にいくつかの手法が用いられている。

しかしながら、従来より用いられているいずれの手法においても、出力制御を行うと、インバータ部の出力の周波数が電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数からずれていく特性となり、実用上の課題となっていたという問題点があった。

一方、低電力機器に用いる非接触給電用インバータ装置においては、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式による出力制御も用いられている。

ここで、図２には、ＰＷＭ制御方式により出力制御が行われるとともに電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわす構成説明図が示されている。

なお、以下の説明においては、図１（ａ）（ｂ）を参照しながら説明した構成ならびに作用と同一あるいは相当する構成ならびに作用については、図１（ａ）（ｂ）において用いた符号と同一の符号をそれぞれ付して示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。

図２に示すように、非接触給電用インバータ装置３００は、交流電源１０２から供給される交流電圧を所望の電圧の高周波交流電圧に変換して、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００へ供給するものである。

なお、交流電源１０２としては、上記した非接触給電用インバータ装置１００と同様に、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、非接触給電用インバータ装置３００は、商用交流電圧を高周波交流電圧に変換して電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００へ供給する。

より詳細には、非接触給電用インバータ装置３００は、交流電源１０２から供給される交流電圧を入力してダイオードによる整流により直流電圧に変換して出力するコンバータ部３０２と、コンバータ部３０２から出力された直流電圧を入力して高周波交流電圧に逆変換して出力するインバータ回路を有するインバータ部１０６と、インバータ部１０６からの出力（ここで、インバータ部１０６からの「出力」とは、インバータ部１０６から出力される電圧たる「出力電圧Ｖｈ」、または、インバータ部１０６から出力される電流たる「出力電流Ｉｈ」、または、インバータ部１０６から出力される電力たる「出力電力」である。）を検出してその検出結果を出力センサー信号として出力する出力センサー１０８と、外部からインバータ部１０６の出力を設定する信号たる出力設定信号と出力センサー１０８から出力された出力センサー信号とに基づいてインバータ部１０６をフィードバック制御するＰＷＭ制御部３０４とを有して構成されている。

以上の構成において、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に模式的に示す波形図を参照しながら、非接触給電用インバータ装置３００の動作について説明する。

ここで、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）において、
波形Ａ：インバータ部１０６の出力（出力電圧Ｖｈまたは出力電流Ｉｈ）
波形Ｂ：インバータ部１０６の出力（出力電圧Ｖｈまたは出力電流Ｉｈ）
波形Ｃ：インバータ部１０６の出力（出力電圧Ｖｈまたは出力電流Ｉｈ）
Ｔ：インバータ部１０６の出力（出力電圧Ｖｈまたは出力電流Ｉｈ）の基本波成分の１周期
Ｔ／４：インバータ部１０６の出力（出力電圧Ｖｈまたは出力電流Ｉｈ）の基本波成分の１／４周期
ｔｗ：インバータ駆動信号のパルス幅
である。

非接触給電用インバータ装置３００においては、ＰＷＭ制御部３０４のＰＷＭ制御により駆動開始時（スタート時）はパルス幅ｔｗの狭いインバータ駆動信号（矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱ）により共振周波数近傍で駆動させ（図３（ａ））、インバータ部１０６の出力を可変制御するにはＰＷＭ制御部３０４のＰＷＭ制御によりパルス幅ｔｗを可変させて、インバータ部１０６の出力を可変制御する。

例えば、インバータ部１０６の出力を上昇するには、図３（ｂ）ならびに図３（ｃ）に示すように、ＰＷＭ制御部３０４のＰＷＭ制御によりパルス幅ｔｗを広げることになる。

即ち、従来の非接触給電用インバータ装置３００においては、ＰＷＭ制御部３０４のＰＷＭ制御により、スタート時からＰＬＬ回路などを用いて、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００の共振周波数近傍で駆動を制御され、その周波数帯でＰＷＭ制御を行っていた。

このため、従来の非接触給電用インバータ装置３００は、共振周波数が変動する負荷である電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷への追尾特性に劣るという問題点があった。

また、上記したような従来の非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置や非接触送受電装置、あるいは、上記したような従来の非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置により構成された非接触給電システムや上記したような従来の非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送受電装置により構成された非接触送受電システムにおいても、上記において説明した従来の非接触給電用インバータ装置の問題点に起因する不具合があった。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術における種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力制御を行ってもインバータ部の出力の周波数が電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数からずれることがなく、また、共振周波数が変動する電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷への追尾特性を改善した非接触給電用インバータ装置、非接触給電用インバータ装置の制御方法、非接触送電装置、非接触送受電装置、非接触給電システムならびに非接触送受電システムを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷に接続してＰＷＭ制御される電圧形インバータである非接触給電用インバータ装置において、共振周波数周期より短いパルス幅（例えば、後述する「最低パルス幅」である。）のパルス信号（本明細書および本特許請求の範囲においては、「共振周波数周期より短いパルス幅のパルス信号」を「狭幅パルス信号」と適宜に称する。）をインバータ駆動信号として用いて、共振周波数より離れた周波数を起点としてインバータ部の駆動を開始し、周波数制御によりインバータ駆動信号を共振周波数または共振周波数近傍まで周波数シフトさせて、インバータ駆動信号の周波数が共振周波数と略一致するように制御したものである。

そして、本発明は、上記によりインバータ駆動信号の周波数が共振周波数と略一致するように制御した後に、ＰＷＭ制御によりインバータ駆動信号のパルス幅を広くすることにより、インバータ部の出力（出力電圧または出力電流または出力電力である。）が予め設定された値となるように制御したものである。

従って、本発明によれば、出力制御を行ってもインバータ部の出力の周波数が電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数からずれることがなく、また、共振周波数が変動する電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷への追尾特性を改善することができるようになる。

つまり、本発明においては、インバータ駆動信号の駆動開始時の周波数を電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数から離すとともに、当該駆動開始の後にインバータ駆動信号の周波数が電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数となるように意図的に周波数シフトすることによって、電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷側の共振周波数がいかようにずれても、当該周波数シフトにより自動で電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数を探し当てることが可能となる。

ここで、インバータ駆動信号の周波数を周波数シフトする領域（本明細書および本特許請求の範囲においては、「インバータ駆動信号の周波数を周波数シフトする領域」を「周波数シフト領域」と適宜に称する。）は、インバータ回路に最適なダイオード逆回復特性を考慮した誘導性領域に決定することが好ましい。

換言すれば、共振周波数より離れた周波数の起点は、周波数シフト領域がインバータ回路のダイオード逆回復特性に基づく誘導性領域となるように決定することが好ましい。

即ち、本発明による非接触給電用インバータ装置は、非接触給電用共振負荷に接続してＰＷＭ制御される電圧形インバータである非接触給電用インバータ装置において、非接触給電用共振負荷に接続されてインバータ駆動信号により駆動されるインバータ部と、上記インバータ部の動作を制御する制御手段とを有し、上記制御手段は、上記非接触給電用共振負荷の共振周波数の周期より短いパルス幅のパルス信号を上記インバータ駆動信号として、上記共振周波数より離れた周波数を起点として上記インバータ部の駆動を開始した後に、上記インバータ駆動信号の周波数を上記共振周波数または上記共振周波数近傍まで周波数シフトさせて、上記インバータ駆動信号の周波数が上記共振周波数と略一致するように制御するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記短いパルス幅は、上記インバータ部の出力が外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値となるパルス幅であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記起点は、上記周波数シフトする領域が上記インバータ部を構成するインバータ回路のダイオード逆回復特性に基づく誘導性領域となるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用並列共振負荷であり、上記起点は、上記共振周波数より低い周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記インバータ部の出力段にインダクタを接続したものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記制御部は、上記インダクタによる電圧位相の遅れを補正する遅れ補正手段を有するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、上記起点は、上記共振周波数より高い周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記制御部は、上記インバータ部の回路遅れを補正する遅れ補正手段を有するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、上記インバータ部は、インバータスイッチング素子におけるフリーホイールダイオードとしてＳｉＣダイオードを用い、上記起点は、上記共振周波数より低い周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記起点は、上記共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記制御部は、上記インバータ駆動信号の周波数が上記共振周波数と略一致するように制御した後に、ＰＷＭ制御により上記インバータ駆動信号のパルス幅を広くするようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記制御部は、上記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルになったことを検知する最低レベル検知手段を有するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記制御部は、上記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルの周波数になったことを検知する周波数検知手段を有するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、周波数８０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数９０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトするようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置において、上記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、周波数９０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数８０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトするようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、非接触給電用共振負荷に接続してＰＷＭ制御される電圧形インバータである非接触給電用インバータ装置の制御方法において、非接触給電用共振負荷の共振周波数の周期より短いパルス幅のパルス信号をインバータ駆動信号として、上記共振周波数より離れた周波数を起点としてインバータ部の駆動を開始した後に、上記インバータ駆動信号の周波数を上記共振周波数または上記共振周波数近傍まで周波数シフトさせて、上記インバータ駆動信号の周波数が上記共振周波数と略一致するように制御するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記短いパルス幅は、上記インバータ部の出力が外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値となるパルス幅であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記起点は、上記周波数シフトする領域が上記インバータ部を構成するインバータ回路のダイオード逆回復特性に基づく誘導性領域となるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用並列共振負荷であり、上記起点は、上記共振周波数より低い周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記インバータ部の出力段にインダクタを接続したものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記インダクタによる電圧位相の遅れを補正するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、上記起点は、上記共振周波数より高い周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記インバータ部の回路遅れを補正するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、上記インバータ部は、インバータスイッチング素子におけるフリーホイールダイオードとしてＳｉＣダイオードを用い、上記起点は、上記共振周波数より低い周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記起点は、上記共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記インバータ駆動信号の周波数が上記共振周波数と略一致するように制御した後に、ＰＷＭ制御により上記インバータ駆動信号のパルス幅を広くするようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルになったことを検知するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルの周波数になったことを検知するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、周波数８０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数９０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトするようにしたものである。

また、本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置の制御方法において、上記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、周波数９０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数８０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトするようにしたものである。

また、本発明による非接触送電装置は、非接触により受電装置に給電する非接触送電装置において、交流電源と、上記交流電源に接続された非接触給電用インバータ装置と、上記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用共振負荷とを有し、上記非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置であるようにしたものである。

また、本発明による非接触送電装置は、非接触により受電装置に給電する非接触送電装置において、交流電源と、上記交流電源に接続された非接触給電用インバータ装置と、上記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用並列共振負荷とを有し、上記非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置であるようにしたものである。

また、本発明による非接触送受電装置は、非接触により双方向給電を行う非接触送受電装置において、二次電池と、上記二次電池に接続された非接触給電用インバータ装置と、上記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用共振負荷とを有し、上記非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置であるようにしたものである。

また、本発明による非接触送受電装置は、非接触により双方向給電を行う非接触送受電装置において、二次電池と、上記二次電池に接続された非接触給電用インバータ装置と、上記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用並列共振負荷とを有し、上記非接触給電用インバータ装置は、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電システムは、非接触送電装置から受電装置に非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、上記非接触送電装置は、上記した本発明による非接触送電装置であるようにしたものである。

また、本発明による非接触給電システムは、非接触送電装置から受電装置に非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、上記非接触送電装置は、上記した本発明による非接触送電装置であり、上記受電装置は、非接触受電用並列共振負荷を備え、上記非接触送電装置から上記受電装置へＰ－Ｐ方式非接触給電により給電するようにしたものである。

また、本発明による非接触給電システムは、非接触送電装置から受電装置に非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、上記非接触送電装置は、上記した本発明による非接触送電装置であり、上記受電装置は、非接触受電用直列共振負荷を備え、上記非接触送電装置から上記受電装置へＰ－Ｓ方式非接触給電により給電するようにしたものである。

また、本発明による非接触送受電システムは、第１の非接触送受電装置と第２の非接触送受電装置との間で双方向非接触給電を行う非接触送受電システムにおいて、上記した本発明による第１の非接触送受電装置と、上記した本発明による第２の非接触送受電装置とを有し、上記第１の非接触送受電装置の上記非接触給電用共振負荷または上記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルと、上記第２の非接触送受電装置の上記非接触給電用共振負荷または上記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルとを磁界結合させたものである。

また、本発明による非接触送受電システムは、第１の非接触送受電装置と第２の非接触送受電装置との間で双方向非接触給電を行う非接触送受電システムにおいて、上記した本発明による第１の非接触送受電装置と、上記した本発明による第２の非接触送受電装置とを有し、上記第１の非接触送受電装置の上記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルと、上記第２の非接触送受電装置の上記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルとを磁界結合させ、上記第１の非接触送受電装置と上記第２の非接触送受電装置との間でＰ－Ｐ方式非接触給電により双方向非接触給電するようにしたものである。

また、本発明による非接触送受電システムは、上記した本発明による非接触送受電システムにおいて、上記第１の非接触送受電装置の上記非接触給電用並列共振負荷の回路定数と上記第２の非接触送受電装置の上記非接触給電用並列共振負荷の回路定数とを同じにし、かつ、上記第１の非接触送受電装置の回路構成と上記第２の非接触送受電装置の回路構成とを対称にしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、出力制御を行ってもインバータ部の出力の周波数が電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数からずれることがなく、また、共振周波数が変動する電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷への追尾特性を改善することが可能になるという優れた効果を奏する。

図１（ａ）（ｂ）は、ＰＬＬ回路を用いて制御される従来より公知の非接触給電用インバータ装置の構成説明図である。より詳細には、図１（ａ）は、ＰＬＬ回路を用いたインバータ制御部により制御されるとともに非接触給電用共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわす構成説明図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す非接触給電用インバータ装置におけるインバータ制御部の詳細な構成説明図である。 図２は、ＰＷＭ制御方式により出力制御が行われるとともに非接触給電用共振負荷に接続された従来より公知の非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわす構成説明図である。 図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図２に示す非接触給電用インバータ装置における動作を示す模式的な波形図である。 図４は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図である。より詳細には、図４は、制御部により制御されるとともに非接触給電用共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわすとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわしている。 図５は、図４に示す非接触給電用インバータ装置における制御部の詳細な構成説明図である。 図６は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図である。より詳細には、図６は、制御部により制御されるとともに非接触給電用並列共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわすとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわしている。 図７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、図６に示す非接触給電用インバータ装置における動作を示す模式的な波形図である。 図８は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図である。より詳細には、図８は、制御部により制御されるとともに非接触給電用直列共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわすとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわしている。 図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、図８に示す非接触給電用インバータ装置における動作を示す模式的な波形図である。 図１０は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置における制御部の構成説明図である。 図１１は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置における制御部の構成説明図である。 図１２は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図である。より詳細には、図１２は、制御部により制御されるとともに非接触給電用直列共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成をあらわすとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわしている。 図１３は、図１２に示す非接触給電用インバータ装置におけるインバータ部の拡大説明図である。 図１４は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電システムの構成説明図である。より詳細には、図１４は、Ｐ－Ｐ方式非接触給電による非接触給電システムの全体の構成についてあらわしている。なお、制御部については、簡略化して図示している。 図１５は、本発明の実施の形態の一例による非接触給電システムの構成説明図である。より詳細には、図１５は、Ｐ－Ｓ方式非接触給電による非接触給電システムの全体の構成についてあらわしている。なお、制御部については、簡略化して図示している。 図１６は、本発明の実施の形態の一例による非接触送受電システムの構成説明図である。より詳細には、図１６は、Ｐ－Ｐ方式非接触給電による非接触送受電システムの全体の構成についてあらわしている。なお、制御部については、簡略化して図示している。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による非接触給電用インバータ装置、非接触給電用インバータ装置の制御方法、非接触送電装置、非接触送受電装置、非接触給電システムならびに非接触送受電システムの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

なお、以下の「発明を実施するための形態」の項の説明においては、図１（ａ）（ｂ）、図２ならびに図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の各図を参照しながら説明した構成ならびに作用、あるいは、図４以下の各図を参照しながら説明する構成ならびに作用と同一あるいは相当する構成ならびに作用については、図１（ａ）（ｂ）、図２ならびに図３（ａ）（ｂ）（ｃ）あるいは図４以下において用いた符号と同一の符号をそれぞれ付して示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。

（Ｉ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第１の実施の形態

（Ｉ－１）構成

図４には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図があらわされている。

より詳細には、図４には、制御部により制御されるとともに非接触給電用共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成があらわされているとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわされている。

また、図５には、図４に示す非接触給電用インバータ装置における制御部の詳細な構成説明図があらわされている。

これら図４ならびに図５を参照しながら、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置１０について説明する。

本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置１０は、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００に接続するＰＷＭ制御の電圧形インバータである。

即ち、非接触給電用インバータ装置１０は、交流電源１０２から供給される交流電圧を所望の電圧の高周波交流電圧に変換して、誘導加熱回路などのような電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００へ供給するものである。

ここで、交流電源１０２とインバータ装置１０と非接触給電用共振負荷２００とによって、受電装置（非接触受電装置）に対して非接触で給電する非接触送電装置５００が構成される。

なお、交流電源１０２としては、従来の非接触給電用インバータ装置１００と同様に、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、非接触給電用インバータ装置１０は、商用交流電圧を高周波交流電圧に変換して電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００へ供給する。

より詳細には、非接触給電用インバータ装置１０は、交流電源１０２から供給される交流電圧を入力してダイオードによる整流により直流電圧に変換して出力するコンバータ部３０２を備えている。

即ち、非接触給電用インバータ装置１０のコンバータ部３０２は、コンバータ制御部を使用しないダイオード整流回路で構成されており、交流電源１０２から交流電圧が入力され、入力された交流電圧を直流電圧に変換してインバータ部１０６へ出力する。

インバータ部１０６は、コンバータ部３０２から出力された直流電圧を入力して高周波交流電圧に逆変換して出力する。

インバータ部１０６の出力段には、インバータ部１０６からの出力（ここで、インバータ部１０６からの「出力」とは、インバータ部１０６から出力される電圧たる「出力電圧Ｖｈ」、または、インバータ部１０６から出力される電流たる「出力電流Ｉｈ」、または、インバータ部１０６から出力される電力たる「出力電力」である。）を検出してその検出結果を出力センサー信号として出力する出力センサー１０８が設けられている。

非接触給電用インバータ装置１０は、インバータ部１０６の動作を制御する制御手段として制御部１２を備えている。

図５に示すように、制御部１２は、ＰＷＭ制御部１２ａと、周波数シフト制御部１２ｂとを有して構成されている。

制御部１２は、外部からインバータ部１０６の出力を設定する信号たる出力設定信号と出力センサー１０８から出力された出力センサー信号とに基づいて、インバータ部１０６をフィードバック制御する。

即ち、制御部１２は、インバータ部１０６からの出力が出力設定信号が示す出力設定値となるように、ＰＷＭ制御部１２ａのＰＷＭ制御により、インバータ部１０６を構成する電圧型インバータのトランジスタを駆動するインバータ駆動信号たる矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱのパルス幅を可変して、インバータ部１０６で変換される高周波交流電圧の出力を可変する。

なお、インバータ部１０６からの出力は、出力センサー１０８を介して外部の電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００に入力される。

（Ｉ－２）動作

以上の構成において、非接触給電用インバータ装置１０の制御部１２は、本発明の実施の関連する動作として、以下に説明する動作を行う。

即ち、非接触給電用インバータ装置１０からの出力を開始する駆動開始時（スタート時）は、共振周波数周期より十分に短いパルス幅、例えば、外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）となるパルス幅（本明細書および本特許請求においては、「外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値となるパルス幅」を「最低パルス幅」と適宜に称する。）であって、かつ、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００の共振周波数より離れた周波数を起点とした矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱにより駆動開始（スタート）させる。

これによって、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００の共振周波数が変動しても、駆動開始時（スタート時）から制御部１２の周波数シフト制御部１２ｂによる矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱの周波数を共振周波数へシフトする周波数シフトにより、変動する電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００の共振周波数への自動追尾が可能になる。

そして、非接触給電用インバータ装置１０においては、制御部１２のＰＷＭ制御部１２ａが、矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱの周波数が共振周波数（共振点）または共振周波数近傍になった後に、外部からの出力設定信号が示す設定値の出力になるように、ＰＷＭ制御により矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱのパルス幅を広げる。

即ち、非接触給電用インバータ装置１０は、インバータ駆動信号である矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱとして、外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）を出力するとともに共振周波数周期より十分に短いパルス幅（例えば、上記した最低パルス幅である。）のパルス信号（狭幅パルス信号）を用い、その狭幅パルス信号を共振周波数より離れた周波数を起点にスタートさせてから共振周波数または共振周波数近傍まで周波数をシフトさせた後に、周波数制御により共振周波数に制御する。

その後に、非接触給電用インバータ装置１０は、ＰＷＭ制御により狭幅パルス信号のパルス幅を広くして、外部からの出力設定信号が示す設定値の出力（出力電圧または出力電流または出力電力である。）になるようにする。

（Ｉ－３）作用効果

従って、上記において説明した非接触給電用インバータ装置１０によれば、出力制御を行ってもインバータ部の出力の周波数が電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷の共振周波数からずれることがなく、また、共振周波数が変動する電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷への追尾特性を改善することができる。

また、上記において説明した非接触給電用インバータ装置１０においては、インバータ部１０６において出力制御ができるため、従来の技術のようにコンバータ部のコンバータ回路としてサイリスタ整流回路やチョッパ回路を使用することがない。

このため、非接触給電用インバータ装置１０は、サイリスタ整流回路やチョッパ回路を使用する従来の技術と比較すると、電源力率の改善、出力応答速度の大幅な改善（本願発明者の実験によれば、応答速度は、従来の技術における１００ｍｓから１０ｍｓに大幅に改善された。）、部品点数の大幅削減によるコスト低減ならびに信頼性向上を図ることができるようになる。

また、非接触給電用インバータ装置１０は、インバータ駆動信号の駆動開始時（スタート時）の周波数たるスタート周波数を共振周波数より離れた周波数とし、それからインバータ駆動信号の周波数を共振周波数に近づけるように周波数シフトさせるため、共振周波数が変動する電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００への追尾特性が大幅に改善され、また、共振周波数の異なる複数の電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００を切り替えて接続する場合にも問題なく対応することができる。

さらに、電磁誘導方式の非接触給電用共振負荷２００が並列共振負荷であっても直列共振負荷であっても同じ電圧型インバータとして使用することができるので、非接触給電用インバータ装置の共通化を図ることができるようになる。

本願発明者による実験によれば、インバータ駆動信号の駆動開始時（スタート時）の周波数たるスタート周波数としては、共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数（例えば、共振周波数が８５ｋＨｚ近傍であるとすると、共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数は８０ｋＨｚ近傍の周波数となる。）とすると良好な結果が得られた。

なお、スタート周波数を共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数とする際、即ち、スタート周波数を共振周波数の周波数から５％以上離す際には、共振周波数の低域側（共振周波数よりも低い周波数方向）に離してもよいし（例えば、共振周波数が８５ｋＨｚ近傍であるとすると、共振周波数の低域側に５％以上離れた周波数は８０ｋＨｚ近傍の周波数となる。）、あるいは、共振周波数の高域側（共振周波数よりも高い周波数方向）に離してもよい（例えば、共振周波数が８５ｋＨｚ近傍であるとすると、共振周波数の高域側に５％以上離れた周波数は９０ｋＨｚ近傍の周波数となる。）。

なお、本願発明者の知見によれば、上記した本発明による非接触給電用インバータ装置１０のように、スタート周波数を共振周波数の周波数から離すようにして（例えば、共振周波数の周波数に対して５％以上離すようにする。）、当該スタート周波数から狭幅パルス信号によりインバータ部の駆動を開始した後に、当該狭幅パルス信号を共振周波数へ周波数シフトさせ、その後に共振周波数で狭幅パルス信号のパルス幅を広げるＰＷＭ制御を開始させるような従来の技術は存在しない。

（ＩＩ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第２の実施の形態

（ＩＩ－１）構成

図６には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図があらわされている。

より詳細には、図６には、制御部により制御されるとともに非接触給電用並列共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成があらわされているとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわされている。

なお、並列共振負荷は、非接触給電用インバータ装置から電力伝達するケーブルに流れる電流が共振回路のＱ値の１／Ｑに低減できることが知られており、ケーブルの低損失化と低コスト化とを図ることができる。

以下に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置２０について説明すると、非接触給電用インバータ装置２０は、並列共振回路よりなる非接触給電用並列共振負荷２２に接続されている。

ここで、交流電源１０２とインバータ装置２０と非接触給電用並列共振負荷２２とによって、受電装置（非接触受電装置）に対して非接触で給電する非接触送電装置６００が構成される。

ところで、非接触給電用並列共振負荷では、共振周波数より周波数が低い範囲では誘導性になる特性があり、一方、電圧型インバータは、インバータ素子に並列に接続されているダイオードの電流の逆回復特性より、誘導性でのスイッチング動作は容量性に比較して安定なことが分かっている。

従って、本発明による非接触給電用インバータ装置２０は、非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２の共振周波数よりも低い周波数（例えば、共振周波数より５％以上低い周波数である。）をインバータ駆動信号のスタート周波数とし、このスタート周波数から周波数シフトさせてインバータ駆動信号の周波数を共振周波数まで上昇し、共振周波数でインバータ駆動信号の周波数をロックさせるようにしている。

以下に、非接触給電用インバータ装置２０について説明すると、符号２４はインダクタであり、符号を２６は電圧センサーであり、符号２８は制御部である。

なお、電圧センサー２６は、上記した出力センサー１０８に相当する構成要素であり、電圧を検知して、出力センサー信号として検知した電圧を示す信号を出力する。

制御部２８は、周波数シフト回路３０と、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）回路３２と、狭幅パルス信号発生回路３４と、出力回路３６と、位相比較回路３８と、遅れ設定回路４０と、ロック完了回路４２と、検波回路４４と、誤差アンプフィルタ４６と、三角波発生回路４８と、ＰＷＭ回路５０とを有して構成されている。

ここで、非接触給電用インバータ装置２０は、本発明の実施に関連して制御部２８が周波数シフト回路３０を備えていてインバータ駆動信号の周波数を周波数シフトする点と信号切換の点を除いて、従来より公知の非接触給電用インバータ装置の技術を適用することができるので、インバータ駆動信号の周波数を周波数シフトする点と信号切換の点を除く他の構成に関する詳細な説明は省略する。

（ＩＩ－２）動作

以上の構成において、非接触給電用インバータ装置２０の動作について、本発明の実施に関連する制御部２８の動作を中心に説明する。

制御部２８においては、外部からの出力オン（ＯＮ）信号を周波数シフト回路３０に入力し、非接触給電用並列共振負荷２２の共振周波数より低い周波数（例えば、共振周波数より５％以上低い周波数である。）からインバータ部１０６の駆動を開始するようにＶＣＯ回路３２に信号を出力し、ＶＣＯ回路３２の出力からの周波数信号は狭幅パルス信号発生回路３４に入力され、ＶＣＯ回路３２の出力の周波数の狭幅パルス信号が狭幅パルス信号発生回路３４により発生されて出力回路３６に出力される。出力回路３６では、ロック完了回路４２の信号により、狭幅パルス信号発生回路３４の信号からＰＷＭ回路５０の信号に切り換える。

ここで、狭幅パルス信号発生回路３４により発生される狭幅パルス信号のパルス幅は、インバータ部１０６から出力される出力値が、外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）となるように設定することが好ましい。

図７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）には、非接触給電用インバータ装置２０における動作を模式的に示す波形図があらわされている。

なお、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）において、波形Ｄ、波形Ｅ、波形Ｆ、波形Ｇならびに波形Ｈは、電圧センサー２６により検知された電圧（コンデンサ電圧Ｖｃ）波形である。

図７（ａ）は、駆動開始時（スタート時）のスタート周波数におけるインバータ部１０６の出力として電圧センサー２６により検知された電圧（コンデンサ電圧Ｖｃ）波形（波形Ｄ）とインバータ駆動信号たる狭幅パルス信号との位相差を示す。

非接触給電用インバータ装置２０に非接触給電用並列共振負荷２２が接続されている場合には、共振周波数以下の周波数領域ではインバータ駆動信号の位相はコンデンサ電圧Ｖｃの位相より遅れることが分かっている。

ここで、位相比較回路３８において、インバータ駆動信号のパルスの周期の１／４遅れの位置たるＡ点を位相検波パルスのパルス位置とし、比較するコンデンサ電圧Ｖｃ位相波形（波形Ｅ）のゼロクロス点をＢ点として（図７（ｂ）を参照する。）、Ａ点とＢ点との位相差を比較し、位相差がゼロ（０）または予め設定されている位相差となった周波数でロックする（図７（ｃ）を参照する。）。

一方、電圧センサー２６からの波形信号とＶＣＯ回路３２からの周波数信号とを位相比較回路１６に入力してそれぞれの位相を比較し、共振周波数となるようにＶＣＯ回路３２の周波数を制御する。

具体的には、共振周波数から離れた周波数、例えば、共振周波数より５％以上低い周波数をスタート周波数とした狭幅パルス信号のインバータ駆動信号によりインバータ部１０６の駆動を開始し（図７（ａ）を参照する。）、当該インバータ信号の周波数を周波数シフトして上昇させる（図７（ｂ）を参照する。）。

そして、位相比較回路３８によりインバータ駆動信号の周波数を共振周波数でロックさせ（図７（ｃ）を参照する。）、ロック完了回路４２がロック完了を検知して出力回路３６へ信号を出力する。この信号により、出力回路３６からは、狭幅パルス信号からＰＷＭ制御によりパルス幅ｔｗが広がったインバータ駆動信号が出力され、インバータ部１０６の出力が出力設定信号によって設定された設定値の出力まで上昇する（図７（ｄ）（ｅ）を参照する。）。

即ち、非接触給電用インバータ装置２０は、非接触給電用共振負荷として非接触給電用並列共振負荷２２を接続し、インバータ駆動信号である矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱとして、外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）を出力する共振周波数周期より十分に短いパルス幅のパルス信号（狭幅パルス信号）を用い、その狭幅パルス信号を共振周波数より離れた周波数（例えば、共振周波数より５％以上低い周波数である。）を起点にスタートさせてから共振周波数または共振周波数近傍まで周波数を上昇する周波数シフトによる周波数制御を行って、インバータ駆動信号の周波数を共振周波数に制御する。

その後に、非接触給電用インバータ装置２０は、ＰＷＭ制御により狭幅パルス信号のパルス幅を広くして、外部からの出力設定信号が示す設定値の出力（出力電圧または出力電流または出力電力である。）になるようにする。

（ＩＩ－３）作用効果

従って、非接触給電用インバータ装置２０においても、非接触給電用インバータ装置１０に関して上記（Ｉ－３）において説明したと同様な作用効果が得られる。

（ＩＩ－４）第２の実施の形態におけるその他の特徴的な構成

（ア）非接触給電用インバータ装置２０においては、インバータ部１０６の出力段、即ち、インバータ部１０６と電圧センサー２６との間に、高調波電流を防止するインダクタ２４が接続されている。

即ち、非接触給電用インバータ装置２０においては、非接触給電用並列共振負荷２２に電圧形インバータであるインバータ部１０６を接続した場合に、矩形波電圧の高調波成分の電圧により高調波電流が流れるので、これを防止するためのインダクタ２４をインバータ部１０６の出力段に直列接続している。

インバータ部１０６の出力電圧は矩形波になるが、矩形波はサイン波と奇数高調波との合成波形からなることは一般的に知られており、矩形波のまま非接触給電用並列共振負荷２２に接続すると奇数高調波成分は周波数が高いためコンデンサのリアクタンスが小さくなり、高調波電流が増大し電流波形ひずみを起こしたり、インバータ部１０６のスイッチング素子であるトランジスタの損失悪化などを引き起こす。

このため、こうした高調波電流を抑制する目的で、非接触給電用インバータ装置２０ではインバータ部１０６の出力段にインダクタ２４が接続されている。

（イ）非接触給電用インバータ装置２０の制御部２８においては、ＶＣＯ回路３２からの出力信号を位相比較回路３８に入力して位相比較を行う際に、信号遅れ時間を設定するための遅れ設定回路４０を設けている。

即ち、非接触給電用インバータ装置２０においては、非接触給電用並列共振負荷２２に電圧形インバータであるインバータ部１０６を接続した場合に、矩形波電圧の高調波成分の電圧により高調波電流が流れるので、これを防止するためにインダクタ２４を直列接続したが、このインダクタ２４の直列接続によるインダクタ成分により共振時の電圧位相に遅れが生じる。

非接触給電用インバータ装置２０の制御部２８においては、この電圧位相の遅れを補正するために、位相比較回路３８に入力する駆動側のパルス位相を遅らせる遅れ設定回路４０を設けて遅れ補正を行っている。

（ＩＩＩ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第３の実施の形態

（ＩＩＩ－１）構成

図８には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図があらわされている。

より詳細には、図８には、制御部により制御されるとともに非接触給電用直列共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成があらわされているとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわされている。

図８を参照しながら、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置６０について説明すると、非接触給電用インバータ装置６０は、直列共振回路よりなる非接触給電用直列共振負荷６２に接続されている。

ここで、交流電源１０２とインバータ装置６０と非接触給電用直列共振負荷６２とによって、受電装置（非接触受電装置）に対して非接触で給電する非接触送電装置７００が構成される。

ところで、非接触給電用直列共振負荷では、共振周波数より周波数が高い範囲では誘導性になる特性があり、一方、電圧型インバータは、インバータ素子に並列に接続されているダイオードの電流の逆回復特性より、誘導性でのスイッチング動作は容量性に比較して安定なことが分かっている。

従って、本発明による非接触給電用インバータ装置６０は、非接触給電用直列共振負荷（非接触給電用直列共振回路）６２の共振周波数よりも高い周波数（例えば、共振周波数より５％以上高い周波数である。）をインバータ駆動信号のスタート周波数とし、このスタート周波数から周波数シフトさせてインバータ駆動信号の周波数を共振周波数まで下降し、共振周波数でインバータ駆動信号の周波数をロックさせるようにしている。

以下に、非接触給電用インバータ装置６０について説明すると、符号６４は電流センサーであり、符号６６は非接触給電用直列共振負荷６２の共振コンデンサである。

なお、電流センサー６４は、上記した出力センサー１０８に相当する構成要素であり、電流を検知して、出力センサー信号として検知した電流を示す信号を出力する。

制御部２８の構成は、上記において説明した非接触給電用インバータ装置２０における構成と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

（ＩＩＩ－２）動作

以上の構成において、非接触給電用インバータ装置６０の動作について、本発明の実施に関連する制御部２８の動作を中心に説明する。

制御部２８においては、外部からの出力オン（ＯＮ）信号を周波数シフト回路３０に入力し、非接触給電用直列共振負荷６２の共振周波数より高い周波数（例えば、共振周波数より５％以上高い周波数である。）からインバータ部１０６の駆動を開始するようにＶＣＯ回路３２に信号を出力し、ＶＣＯ回路３２の出力からの周波数信号は狭幅パルス信号発生回路３４に入力され、ＶＣＯ回路３２の出力の周波数の狭幅パルス信号が狭幅パルス信号発生回路３４により発生されて出力回路３６に出力される。出力回路３６では、ロック完了回路４２の信号により、狭幅パルス信号発生回路３４の信号からＰＷＭ回路５０の信号に切り換える。

ここで、狭幅パルス信号発生回路３４により発生される狭幅パルス信号のパルス幅は、インバータ部１０６から出力される出力値が、外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）となるように設定することが好ましい。

図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）には、非接触給電用インバータ装置６０における動作を模式的に示す波形図があらわされている。

なお、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）において、波形Ｉ、波形Ｊ、波形Ｋ、波形Ｌならびに波形Ｍは、電流センサー６４により検知された電流（出力電流）波形である。

図９（ａ）は、駆動開始時（スタート時）のスタート周波数におけるインバータ部１０６の出力として電流センサー６４により検知された電流（出力電流）波形（波形Ｉ）とインバータ駆動信号たる狭幅パルス信号との位相差を示す。

非接触給電用インバータ装置６０に非接触給電用直列共振負荷６２が接続されている場合には、共振周波数以上の周波数領域では出力電流の位相はインバータ駆動信号の位相より遅れることが分かっている。

ここで、位相比較回路３８において、インバータ駆動信号のパルスの周期の１／４遅れの位置たるＣ点を位相検波パルスのパルス位置とし、比較する出力電流位相波形（波形Ｊ）のゼロクロス点をＤ点として（図９（ｂ）を参照する。）、Ｃ点とＤ点との位相差を比較し、位相差がゼロ（０）または予め設定されている位相差となった周波数でロックする（図９（ｃ）を参照する。）。

一方、電流センサー６４からの波形信号とＶＣＯ回路３２からの周波数信号とを位相比較回路１６に入力してそれぞれの位相を比較し、共振周波数となるようにＶＣＯ回路３２の周波数を制御する。

具体的には、共振周波数から離れた周波数、例えば、共振周波数より５％以上高い周波数をスタート周波数とした狭幅パルス信号のインバータ駆動信号によりインバータ部１０６の駆動を開始し（図９（ａ）を参照する。）、当該インバータ信号の周波数を周波数シフトして下降させる（図９（ｂ）を参照する。）。

そして、位相比較回路３８によりインバータ駆動信号の周波数を共振周波数でロックさせ（図９（ｃ）を参照する。）、ロック完了回路４２がロック完了を検知して出力回路３６へ信号を出力する。この信号により、出力回路３６からは、狭幅パルス信号からＰＷＭ制御によりパルス幅ｔｗが広がったインバータ駆動信号が出力され、インバータ部１０６の出力が出力設定信号によって設定された設定値の出力まで上昇する（図９（ｄ）（ｅ）を参照する。）。

なお、遅れ設定回路４０は、非接触給電用直列共振負荷６２を接続した非接触給電用インバータ装置６０においては、インバータ部１０６の回路遅れを補正するために使用される。

即ち、非接触給電用インバータ装置６０は、非接触給電用共振負荷として非接触給電用直列共振負荷６２を接続し、インバータ駆動信号である矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱとして、外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）を出力する共振周波数周期より十分に短いパルス幅のパルス信号（狭幅パルス信号）を用い、その狭幅パルス信号を共振周波数より離れた周波数（例えば、共振周波数より５％以上高い周波数である。）を起点にスタートさせてから共振周波数または共振周波数近傍まで周波数を下降する周波数シフトによる周波数制御を行って、インバータ駆動信号の周波数を共振周波数に制御する。

その後に、非接触給電用インバータ装置６０は、ＰＷＭ制御により狭幅パルス信号のパルス幅を広くして、外部からの出力設定信号が示す設定値の出力（出力電圧または出力電流または出力電力である。）になるようにする。

（ＩＩＩ－３）作用効果

従って、非接触給電用インバータ装置６０においても、非接触給電用インバータ装置１０に関して上記（Ｉ－３）において説明したと同様な作用効果が得られる。

（ＩＶ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第４の実施の形態

図１０には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置における制御部の構成説明図があらわされている。

なお、この第４の実施の形態においては、制御部を除く他の構成については、上記した第２、３の各実施の形態による非接触給電用インバータ装置２０、６０および後述する第７の実施の形態による非接触給電用インバータ装置４００の構成と異なるところがないので、制御部を除く他の構成の図示ならびに説明は省略する。

この第４の実施の形態による非接触給電用インバータ装置の制御部７０は、上記した各実施の形態（第２、３、７の実施の形態）における制御部２８と比較すると、制御部２８の構成に加えて最低レベル検知回路７２を備えており、この点において両者は異なる。

第２、３、７の実施の形態による非接触給電用インバータ装置２０、６０、４００においては、周波数が共振周波数から離れると出力レベル（共振電圧または共振電流）が低下して、インバータ部１０６の出力から正確な位相検知ができなくなる。

このため、第４の実施の形態による非接触給電用インバータ装置においては、制御部７０に最低レベル検知回路７２を設け、インバータ部１０６の出力が最低レベル検知回路７２で位相検知が可能になる出力レベルになったことを検知して、位相比較を開始するようにした。

即ち、第４の実施の形態による非接触給電用インバータ装置は、制御部７０の最低レベル検知回路７２により、インバータ駆動信号たるパルス駆動信号による共振負荷の出力（出力電圧または出力電流または出力電力である。）レベルを検知して、予め設定されたレベル以上になった場合に共振周波数近傍に制御する位相比較回路３８を動作開始させるものである。

（Ｖ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第５の実施の形態

図１１には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置における制御部の構成説明図があらわされている。

なお、この第５の実施の形態においては、制御部を除く他の構成については、上記した第２、３の各実施の形態による非接触給電用インバータ装置２０、６０および後述する第７の実施の形態による非接触給電用インバータ装置４００の構成と異なるところがないので、制御部を除く他の構成の図示ならびに説明は省略する。

この第５の実施の形態による非接触給電用インバータ装置の制御部８０は、上記した各実施の形態（第２、３、７の実施の形態）における制御部２８と比較すると、制御部２８の構成に加えて最低レベル周波数検知回路８２を備えており、この点において両者は異なる。

第２、３、７の実施の形態による非接触給電用インバータ装置２０、６０、４００においては、周波数が共振周波数から離れると出力レベル（共振電圧または共振電流）が低下して、インバータ部１０６の出力から正確な位相検知ができなくなる。

このため、第５の実施の形態による非接触給電用インバータ装置においては、制御部８０に最低レベル周波数検知回路８２を設け、インバータ部１０６の出力が最低レベル周波数検知回路８２で位相検知が可能になる出力レベルの周波数（最低レベル周波数）になったことを検知して、位相比較を開始するようにした。

即ち、第５の実施の形態による非接触給電用インバータ装置は、制御部８０の最低レベル周波数検知回路８２により、インバータ駆動信号たるパルス駆動信号の周波数を周波数シフトさせる際に予め設定された周波数（最低レベル周波数）になったことを検知し、その検知の時点で位相比較回路３８を動作開始させるものである。

（ＶＩ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第６の実施の形態

本発明による第６の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置は、上記した第４の実施の形態における最低レベル検知回路７２と上記した第５の実施の形態における最低レベル周波数検知回路８２との両者を備えたものである。

なお、この第６の実施の形態においては、制御部に最低レベル検知回路と最低レベル周波数検知回路との両者を設けた点を除き、その他の構成については上記した各実施の形態（第２、３、４、５の各実施の形態）および後述する第７の実施の形態における構成と異なるところがないので、上記した各実施の形態（第２、３、４、５の各実施の形態）および後述する第７の実施の形態における説明を援用することにより、その図示ならびに説明は省略する。

（ＶＩＩ）本発明による非接触給電用インバータ装置の第７の実施の形態

図１２には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置の構成説明図があらわされている。

より詳細には、図１２には、制御部により制御されるとともに非接触給電用直列共振負荷に接続された非接触給電用インバータ装置の全体の構成があらわされているとともに、当該非接触給電用インバータ装置を備えた非接触送電装置の全体の構成についてあらわされている。

また、図１３には、図１２に示す非接触給電用インバータ装置におけるインバータ部の拡大説明図があらわされている。

この図１２に示す非接触給電用インバータ装置（本発明による第７の実施の形態の一例による非接触給電用インバータ装置）４００は、図８に示す上記した第３の実施の形態による非接触給電用インバータ装置６０の構成と比較すると、インバータ部１０６に代えてインバータ部４０６を備えている点において両者は異なっている。

ここで、交流電源１０２とインバータ装置４００と非接触給電用直列共振負荷６２とによって、受電装置（非接触受電装置）に対して非接触で給電する非接触送電装置８００が構成される。

図１３に示すように、非接触給電用インバータ装置４００のインバータ部４０６は、インバータスイッチング素子４０６ａにおける環流ダイオード（フリーホイールダイオード）４０６ｂとしてＳｉＣダイオードを用いるようにしたものである。

より詳細には、図１３に示すように、インバータ部４０６のインバータスイッチング素子４０６ａにおいて、半導体スイッチング素子４０６ｃと逆向き並列に接続されたフリーホイールダイオード４０６ｂとして、ＳｉＣダイオードを用いるようにしている。

この第７の実施の形態の非接触給電用インバータ装置４００においては、非接触給電用共振負荷は非接触給電用直列共振負荷（非接触給電用直列共振回路）６２を形成し、最低設定出力値（出力電圧または出力電流または出力電力である。）が確保できる十分に短いインバータ駆動信号たるパルス駆動信号の周波数を共振周波数よりも低い周波数（例えば、共振周波数より５％以上低い周波数である。）を起点にスタートさせ、共振周波数近傍まで周波数を上昇する周波数シフトによる周波数制御を行って、インバータ駆動信号たるパルス駆動信号の周波数を共振周波数に制御する。

即ち、非接触給電用インバータ装置４００においては、インバータスイッチング素子１０６ａのフリーホイールダイオード１０６ｂとして、ＳｉＣダイオードを用いている。

このため、その特性から電流回生時のリカバリー時間がほとんどないので、非接触給電用直列共振回路で容量性（Ｃ性）でのインバータ動作が可能となり、低い周波数（Ｃ性領域）を起点にして、周波数の高い共振周波数までシフトさせてることができる。

（ＶＩＩＩ）本発明による非接触給電システムの第１の実施の形態

図１４には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電システムの構成説明図があわらされている。

より詳細には、図１４には、Ｐ－Ｐ方式非接触給電による非接触給電システムの全体の構成についてあらわされている。なお、図１４においては、制御部２８については、簡略化して図示している。

この図１４に示す非接触給電システム９００は、非接触送電装置６００と非接触受電装置（受電装置）９１０とを有して構成されている。

ここで非接触送電装置６００は、図６を参照しながら説明したインバータ装置２０を有する非接触送電装置６００と同一の構成を備えており、図１４においても図６において用いた符号６００と同一の符号を用いて示している。

非接触送電装置６００において、一次側の非接触給電用送電共振回路である非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２は、並列共振コンデンサＣ_１と送電コイル（コイル）Ｌ_１とを有する並列共振回路により構成されている。

また、非接触受電装置９１０は、二次側の非接触給電用受電共振回路である非接触受電用並列共振負荷（非接触受電用並列共振回路）９１２と、非接触受電用並列共振負荷９１２に接続される充電回路９１４とを有して構成されている。

この二次側の非接触給電用受電共振回路である非接触受電用並列共振負荷９１２は、並列共振コンデンサＣ_２と受電コイル（コイル）Ｌ_２とを有する並列共振回路により構成されている。

また、充電回路９１４は、ダイオードを有して構成される高周波整流回路と二次電池Ｅ_２とを有して構成されている。

なお、非接触給電システム９００のように一次側二次側ともに並列コンデンサを配置する非接触給電方式は、Ｐ－Ｐ方式非接触給電と称されている。

以上の構成において、非接触給電システム９００においては、一次側の非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２で発生した磁界は、二次側の非接触受電用並列共振負荷（非接触受電用並列共振回路）９１２で受電されて、非接触受電用並列共振負荷（非接触受電用並列共振回路）９１２から充電回路９１４へ高周波電力が伝送されることになる。

そして、充電回路９１４においては、高周波整流回路により高周波電力を直流電力に変換した後に、二次電池Ｅ_２に直流電力を充電させる。

上記のようにして、非接触給電システム９００によれば、非接触により二次電池Ｅ_２に充電する非接触給電が行われる。

（ＩＸ）本発明による非接触給電システムの第２の実施の形態

図１５には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電システムの構成説明図があわらされている。

より詳細には、図１５には、Ｐ－Ｓ方式非接触給電による非接触給電システムの全体の構成についてあらわされている。なお、図１５においては、制御部２８については、簡略化して図示している。

この図１５に示す非接触給電システム１０００は、非接触送電装置６００と非接触受電装置（受電装置）１０１０とを有して構成されている。

ここで非接触送電装置６００は、図６を参照しながら説明したインバータ装置２０を有する非接触送電装置６００と同一の構成を備えており、図１５においても図６において用いた符号６００と同一の符号を用いて示している。

非接触送電装置６００において、一次側の非接触給電用送電共振回路である非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２は、並列共振コンデンサＣ_１と送電コイル（コイル）Ｌ_１とを有する並列共振回路により構成されている。

また、非接触受電装置１０１０は、二次側の非接触給電用受電共振回路である非接触受電用直列共振負荷（非接触受電用直列共振回路）１０１２と、非接触受電用直列共振負荷１０１２に接続される充電回路１０１４とを有して構成されている。

この二次側の非接触給電用受電共振回路である非接触受電用直列共振負荷１０１２は、直列共振コンデンサＣ_２と受電コイル（コイル）Ｌ_２とを有する直列共振回路により構成されている。

また、充電回路１０１４は、ダイオードを有して構成される高周波整流回路と二次電池Ｅ_２とを有して構成されている。

なお、非接触給電システム１０００のように一次側に並列コンデンサを配置するとともに二次側に直列コンデンサを配置する非接触給電方式は、Ｐ－Ｓ方式非接触給電と称されている。

以上の構成において、非接触給電システム１０００においては、一次側の非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２で発生した磁界は、二次側の非接触受電用直列共振負荷（非接触受電用直列共振回路）１０１２で受電されて、非接触受電用直列共振負荷（非接触受電用直列共振回路）１０１２から充電回路１０１４へ高周波電力が伝送されることになる。

そして、充電回路１０１４においては、高周波整流回路により高周波電力を直流電力に変換した後に、二次電池Ｅ_２に直流電力を充電させる。

上記のようにして、非接触給電システム１０００によれば、非接触により二次電池Ｅ_２に充電する非接触給電が行われる。

（Ｘ）本発明による非接触送受電システムの実施の形態

図１６には、本発明の実施の形態の一例による非接触送受電システムの構成説明図があわらされている。

より詳細には、図１６には、Ｐ－Ｐ方式非接触給電による非接触送受電システムの全体の構成についてあらわされている。なお、図１６においては、制御部２８については、簡略化して図示している。

この図１６に示す非接触送受電システム２０００は、一方側の非接触送受電装置（第１非接触送受電装置）２０１０と他方側の非接触送受電装置（第２非接触送受電装置）２０２０とを有して構成されている。

ここで、第１非接触送受電装置２０１０と上記した非接触送電装置６００と比較すると、第１非接触送受電装置２０１０は、非接触送電装置６００における交流（ＡＣ）電源１０２およびコンバータ部３０２に代えて二次電池Ｅ_１を備えており、この点において、両者は異なっている。

同様に、第２非接触送受電装置２０２０と上記した非接触送電装置６００と比較すると、第２非接触送受電装置２０２０は、非接触送電装置６００における交流（ＡＣ）電源１０２およびコンバータ部３０２に代えて二次電池Ｅ_２を備えており、この点において、両者は異なっている。

従って、第１非接触送受電装置２０１０を構成する非接触給電用インバータ装置２０’は、インバータ部１０６へ二次電池Ｅ_１から出力された直流電力が入力される点においてのみ非接触送電装置６００における非接触給電用インバータ装置２０と異なり、その他の構成や動作ならびに作用効果は、非接触給電用インバータ装置２０と同様である。

同様に、第２非接触送受電装置２０２０を構成する非接触給電用インバータ装置２０’は、インバータ部１０６へ二次電池Ｅ_２から出力された直流電力が入力される点においてのみ非接触送電装置６００における非接触給電用インバータ装置２０と異なり、その他の構成や動作ならびに作用効果は、非接触給電用インバータ装置２０と同様である。

ここで、第１非接触送受電装置２０１０を一次側とするとともに第２非接触送受電装置２０２０を二次側とすると、一次側の非接触給電用送電共振回路である非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２は、並列共振コンデンサＣ_１と送電コイル（コイル）Ｌ_１とを有する並列共振回路により構成されており、二次側の非接触給電用受電共振回路である非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２は、並列共振コンデンサＣ_２と受電コイル（コイル）Ｌ_２とを有する並列共振回路により構成されている。

なお、非接触送受電システム２０００のように一次側二次側ともに並列コンデンサを配置する非接触給電方式は、Ｐ－Ｐ方式非接触給電と称されている。

以上の構成において、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作（オン）させるとともに、第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作停止（オフ）させ、第１非接触送受電装置２０１０の送電コイル（コイル）Ｌ_１と第２非接触送受電装置２０２０の受電コイル（コイル）Ｌ_２とを磁界結合させた場合には、第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用インバータ装置２０’はダイオード整流回路が形成されるため高周波整流回路となって、第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２で受電された高周波電力は直流電力に変換されて、二次電池Ｅ_２に直流電力が充電される。

一方、上記とは反対に、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作停止（オフ）させるとともに、第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作（オン）させ、第１非接触送受電装置２０１０の送電コイル（コイル）Ｌ_１と第２非接触送受電装置２０２０の受電コイル（コイル）Ｌ_２とを磁界結合させた場合には、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用インバータ装置２０’はダイオード整流回路が形成されるため高周波整流回路となって、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２で受電された高周波電力は直流電力に変換されて、二次電池Ｅ_１に直流電力が充電され、二次側から一次側への電力伝送が行われる。

従って、非接触送受電システム２０００によれば、非接触により二次電池Ｅ_１に充電する非接触給電と二次電池Ｅ_２に充電する非接触給電とを選択的に行うことができる。

即ち、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作（オン）させるとともに、第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作停止（オフ）させて、第１非接触送受電装置２０１０を一次側とするとともに第２非接触送受電装置２０２０を二次側として機能させることにより、二次側の第２非接触送受電装置２０２０の二次電池Ｅ_２に充電する非接触給電を行うことができる。

一方、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作停止（オフ）させるとともに、第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用インバータ装置２０’を動作（オン）させて、第１非接触送受電装置２０１０を二次側とするとともに第２非接触送受電装置２０２０を一次側として機能させることにより、二次側の第１非接触送受電装置２０１０の二次電池Ｅ_１に充電する非接触給電を行うことができる。

さらに、非接触送受電システム２０００において、第１非接触送受電装置２０１０の非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２と第２非接触送受電装置２０２０の非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）２２との回路定数を同じ、即ち、
Ｃ_１＝Ｃ_２
Ｌ_１＝Ｌ_２
とするとともに、送電側（例えば、第１非接触送受電装置２０１０である。）と受電側（例えば、第２非接触送受電装置２０２０である。）との回路構成を対称とすることにより、送電回路と受電回路とを同じ構成で実現することが可能となり、コスト削減や標準化を図ることができるようになる。

（ＸＩ）その他の実施の形態および変形例の説明

なお、上記した実施の形態は例示に過ぎないものであり、本発明は他の種々の形態で実施することができる。即ち、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、上記した実施の形態は、以下の（ＸＩ－１）乃至（ＸＩ－５）に示すように変形するようにしてもよい。

（ＸＩ－１）上記した実施の形態において、スタート周波数を共振周波数から離す際に、具体的には共振周波数から５％以上離すことを例示した。

しかしながら、本発明は、共振周波数から５％以上離すことに限られるものではなく、共振周波数から５％未満離すようにしてもよい。

即ち、「５％」との数値は本願発明者が実験により実証的に求めた好適な数値ではあるが、本発明は「５％」の数値に限られものではなく、スタート周波数が共振周波数から離れていればよい。

スタート周波数を共振周波数から離すことにより、非接触給電用共振負荷側の共振周波数がいかようにずれても、周波数シフトにより自動で共振周波数を探し当てることが可能となる。

ここで、周波数シフトする領域（周波数シフト領域）は、インバータ回路に最適なダイオード逆回復特性を考慮した誘導性領域に決定することが好ましく、本願発明者が実験によれば共振周波数から５％以上の領域であった。

（ＸＩ－２）上記した実施の形態において、非接触給電用共振負荷（非接触給電用並列共振負荷、非接触給電用直列共振負荷）が電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷の場合には、例えば、周波数８０ｋＨｚ近傍を起点として、周波数９０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトしたり、あるいは、周波数９０ｋＨｚ近傍を起点として、周波数８０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトしたりすることが好ましい。

なお、この数値は、本願発明者が理論的ならびに実験により実証的に求めた好適な数値である。

（ＸＩ－３）上記した実施の形態においては、各構成における具体的な回路構成などは説明を省略したが、各構成に対応する従来より公知の回路構成を用いてよいことは勿論である。

（ＸＩ－４）上記した実施の形態においては、各構成における具体的な回路定数などの説明を省略したが、各構成に対応する従来より公知の回路定数を用いてよいことは勿論である。

（ＸＩ－５）上記した各実施の形態ならびに上記した（ＸＩ－１）乃至（ＸＩ－４）に示す各実施の形態は、適宜に組み合わせるようにしてもよいことは勿論である。

本発明は、電磁誘導方式などによる非接触給電用共振負荷に接続する電源装置たる非接触給電用インバータ装置、非接触送電装置、非接触送受電装置、非接触給電システムならびに非接触送受電システムに利用することができる。

１０ 非接触給電用インバータ装置
１２ 制御部（制御手段）
１２ａ ＰＷＭ制御部（制御手段）
１２ｂ 周波数シフト制御部（制御手段）
２０ 非接触給電用インバータ装置
２０’ 非接触給電用インバータ装置
２２ 非接触給電用並列共振負荷（非接触給電用並列共振回路）
２４ インダクタ
２６ 電圧センサー
２８ 制御部（制御手段）
３０ 周波数シフト回路
３２ 電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）回路
３４ 狭幅パルス信号発生回路
３６ 出力回路
３８ 位相比較回路
４０ 遅れ設定回路
４２ ロック完了回路
４４ 検波回路
４６ 誤差アンプフィルタ
４８ 三角波発生回路
５０ ＰＷＭ回路
６０ 非接触給電用インバータ装置
６２ 非接触給電用直列共振負荷（非接触給電用直列共振回路）
６４ 電流センサー
６６ 共振コンデンサ
７０ 制御部（制御手段）
７２ 最低レベル検知回路（最低レベル検知手段）
８０ 制御部（制御手段）
８２ 最低レベル周波数検知回路（周波数検知手段）
１００ 非接触給電用インバータ装置
１０２ 交流（ＡＣ）電源
１０４ コンバータ部
１０６ インバータ部
１０８ 出力センサー
１１０ コンバータ制御部
１１２ 制御部
１１２ａ ＰＬＬ回路
２００ 非接触給電用共振負荷
３００ 非接触給電用インバータ装置
３０２ コンバータ部
３０４ ＰＷＭ制御部
４００ 非接触給電用インバータ装置
４０６ インバータ部
４０６ａ インバータスイッチング素子
４０６ｂ 環流ダイオード（フリーホイールダイオード）
４０６ｃ 半導体スイッチング素子
５００ 非接触送電装置
６００ 非接触送電装置
７００ 非接触送電装置
８００ 非接触送電装置
９００ 非接触給電システム（Ｐ－Ｐ方式非接触給電による非接触給電システム）
９１０ 非接触受電装置（受電装置）
９１２ 非接触受電用並列共振負荷（非接触受電用並列共振回路）
９１４ 充電回路
１０００ 非接触給電システム（Ｐ－Ｓ方式非接触給電による非接触給電システム）
１０１０ 非接触受電装置（受電装置）
１０１２ 非接触受電用直列共振負荷（非接触受電用直列共振回路）
１０１４ 充電回路
２０００ 非接触送受電システム（Ｐ－Ｐ方式非接触給電による非接触送受電システム）
２０１０ 非接触送受電装置（第１非接触送受電装置）（第１の非接触送受電装置）
２０２０ 非接触送受電装置（第２非接触送受電装置）（第２の非接触送受電装置）
Ｖｈ 出力電圧
Ｉｈ 出力電流
Ｑ 矩形波インバータ駆動信号
ＮＱ 矩形波インバータ駆動信号
Ｔ インバータ部の出力（出力電圧または出力電流）の基本波成分の１周期
Ｔ／４ インバータ部の出力（出力電圧または出力電流）の基本波成分の１／４周期
ｔｗ 矩形波インバータ駆動信号Ｑ、ＮＱのパルス幅
Ｃ_１ 並列共振コンデンサ
Ｌ_１ 送電コイル（コイル）
Ｃ_２ 並列共振コンデンサ
Ｌ_２ 受電コイル（コイル）
Ｅ_１ 二次電池
Ｅ_２ 二次電池

Claims (40)

1. 非接触給電用共振負荷に接続してＰＷＭ制御される電圧形インバータである非接触給電用インバータ装置において、
   非接触給電用共振負荷に接続されてインバータ駆動信号により駆動されるインバータ部と、
   前記インバータ部の動作を制御する制御手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記非接触給電用共振負荷の共振周波数の周期より短いパルス幅のパルス信号を前記インバータ駆動信号として、前記共振周波数より離れた周波数を起点として前記インバータ部の駆動を開始した後に、前記インバータ駆動信号の周波数を前記共振周波数または前記共振周波数近傍まで周波数シフトさせて、前記インバータ駆動信号の周波数が前記共振周波数と略一致するように制御する
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記短いパルス幅は、前記インバータ部の出力が外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値となるパルス幅である
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記起点は、前記周波数シフトする領域が前記インバータ部を構成するインバータ回路のダイオード逆回復特性に基づく誘導性領域となるようにした
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用並列共振負荷であり、
   前記起点は、前記共振周波数より低い周波数である
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
5. 請求項４に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記インバータ部の出力段にインダクタを接続した
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
6. 請求項５に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記制御部は、前記インダクタによる電圧位相の遅れを補正する遅れ補正手段を有する
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
7. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、
   前記起点は、前記共振周波数より高い周波数である
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
8. 請求項７に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記制御部は、前記インバータ部の回路遅れを補正する遅れ補正手段を有する
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
9. 請求項１または２のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
   前記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、
   前記インバータ部は、インバータスイッチング素子におけるフリーホイールダイオードとしてＳｉＣダイオードを用い、
   前記起点は、前記共振周波数より低い周波数である
   ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
    前記起点は、前記共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数である
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
11. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
    前記制御部は、前記インバータ駆動信号の周波数が前記共振周波数と略一致するように制御した後に、ＰＷＭ制御により前記インバータ駆動信号のパルス幅を広くする
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
12. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
    前記制御部は、前記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルになったことを検知する最低レベル検知手段を有する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
13. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
    前記制御部は、前記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルの周波数になったことを検知する周波数検知手段を有する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
14. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
    前記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、
    周波数８０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数９０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトする
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
15. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置において、
    前記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、
    周波数９０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数８０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトする
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置。
16. 非接触給電用共振負荷に接続してＰＷＭ制御される電圧形インバータである非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    非接触給電用共振負荷の共振周波数の周期より短いパルス幅のパルス信号をインバータ駆動信号として、前記共振周波数より離れた周波数を起点としてインバータ部の駆動を開始した後に、前記インバータ駆動信号の周波数を前記共振周波数または前記共振周波数近傍まで周波数シフトさせて、前記インバータ駆動信号の周波数が前記共振周波数と略一致するように制御する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
17. 請求項１６に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記短いパルス幅は、前記インバータ部の出力が外部からの出力設定信号が示す設定値の最低設定出力値となるパルス幅である
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
18. 請求項１６または１７のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記起点は、前記周波数シフトする領域が前記インバータ部を構成するインバータ回路のダイオード逆回復特性に基づく誘導性領域となるようにした
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
19. 請求項１６、１７または１８のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用並列共振負荷であり、
    前記起点は、前記共振周波数より低い周波数である
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
20. 請求項１９に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記インバータ部の出力段にインダクタを接続した
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
21. 請求項２０に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記インダクタによる電圧位相の遅れを補正する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
22. 請求項１６、１７または１８のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、
    前記起点は、前記共振周波数より高い周波数である
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
23. 請求項２２に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記インバータ部の回路遅れを補正する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
24. 請求項１６または１７のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記非接触給電用共振負荷は、非接触給電用直列共振負荷であり、
    前記インバータ部は、インバータスイッチング素子におけるフリーホイールダイオードとしてＳｉＣダイオードを用い、
    前記起点は、前記共振周波数より低い周波数である
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
25. 請求項１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３または２４のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記起点は、前記共振周波数の周波数に対して５％以上離れた周波数である
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
26. 請求項１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記インバータ駆動信号の周波数が前記共振周波数と略一致するように制御した後に、ＰＷＭ制御により前記インバータ駆動信号のパルス幅を広くする
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
27. 請求項１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルになったことを検知する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
28. 請求項１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６または２７のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記インバータ部の出力が位相検知が可能になる出力レベルの周波数になったことを検知する
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
29. 請求項１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７または２８のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、
    周波数８０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数９０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトする
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
30. 請求項１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７または２８のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置の制御方法において、
    前記非接触給電用共振負荷は、電気自動車への非接触給電に用いられる非接触給電用共振負荷であり、
    周波数９０ｋＨｚ近傍を起点とし、周波数８０ｋＨｚ近傍まで周波数シフトする
    ことを特徴とする非接触給電用インバータ装置の制御方法。
31. 非接触により受電装置に給電する非接触送電装置において、
    交流電源と、
    前記交流電源に接続された非接触給電用インバータ装置と、
    前記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用共振負荷と
    を有し、
    前記非接触給電用インバータ装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置である
    ことを特徴とする非接触送電装置。
32. 非接触により受電装置に給電する非接触送電装置において、
    交流電源と、
    前記交流電源に接続された非接触給電用インバータ装置と、
    前記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用並列共振負荷と
    を有し、
    前記非接触給電用インバータ装置は、請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置である
    ことを特徴とする非接触送電装置。
33. 非接触により双方向給電を行う非接触送受電装置において、
    二次電池と、
    前記二次電池に接続された非接触給電用インバータ装置と、
    前記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用共振負荷と
    を有し、
    前記非接触給電用インバータ装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置である
    ことを特徴とする非接触送受電装置。
34. 非接触により双方向給電を行う非接触送受電装置において、
    二次電池と、
    前記二次電池に接続された非接触給電用インバータ装置と、
    前記非接触給電用インバータ装置に接続された非接触給電用並列共振負荷と
    を有し、
    前記非接触給電用インバータ装置は、請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の非接触給電用インバータ装置である
    ことを特徴とする非接触送受電装置。
35. 非接触送電装置から受電装置に非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、
    前記非接触送電装置は、請求項３１または３２のいずれか１項に記載の非接触送電装置である
    ことを特徴とする非接触給電システム。
36. 非接触送電装置から受電装置に非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、
    前記非接触送電装置は、請求項３２に記載の非接触送電装置であり、
    前記受電装置は、非接触受電用並列共振負荷を備え、
    前記非接触送電装置から前記受電装置へＰ－Ｐ方式非接触給電により給電する
    ことを特徴とする非接触給電システム。
37. 非接触送電装置から受電装置に非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、
    前記非接触送電装置は、請求項３２に記載の非接触送電装置であり、
    前記受電装置は、非接触受電用直列共振負荷を備え、
    前記非接触送電装置から前記受電装置へＰ－Ｓ方式非接触給電により給電する
    ことを特徴とする非接触給電システム。
38. 第１の非接触送受電装置と第２の非接触送受電装置との間で双方向非接触給電を行う非接触送受電システムにおいて、
    請求項３３または３４のいずれか１項に記載の第１の非接触送受電装置と、
    請求項３３または３４のいずれか１項に記載の第２の非接触送受電装置と
    を有し、
    前記第１の非接触送受電装置の前記非接触給電用共振負荷または前記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルと、前記第２の非接触送受電装置の前記非接触給電用共振負荷または前記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルとを磁界結合させた
    ことを特徴とする非接触送受電システム。
39. 第１の非接触送受電装置と第２の非接触送受電装置との間で双方向非接触給電を行う非接触送受電システムにおいて、
    請求項３４に記載の第１の非接触送受電装置と、
    請求項３４に記載の第２の非接触送受電装置と
    を有し、
    前記第１の非接触送受電装置の前記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルと、前記第２の非接触送受電装置の前記非接触給電用並列共振負荷を構成するコイルとを磁界結合させ、前記第１の非接触送受電装置と前記第２の非接触送受電装置との間でＰ－Ｐ方式非接触給電により双方向非接触給電する
    ことを特徴とする非接触送受電システム。
40. 請求項３９に記載の非接触送受電システムにおいて、
    前記第１の非接触送受電装置の前記非接触給電用並列共振負荷の回路定数と前記第２の非接触送受電装置の前記非接触給電用並列共振負荷の回路定数とを同じにし、かつ、前記第１の非接触送受電装置の回路構成と前記第２の非接触送受電装置の回路構成とを対称にした
    ことを特徴とする非接触送受電システム。

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