JP2023067133A - 非接触充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】使用率の目標値を適切な値に調整することができる非接触充電システムを提供する。【解決手段】非接触充電システム１では、受電装置１１は、送電装置１０が無線で送った交流電力を受ける。受電装置１１では、受電コイル３０は、送電装置１０が送った交流電力を受け、交流電圧を出力する。この交流電圧は直流電圧に変換される。変換された直流電圧は蓄電器に印加される。送電装置１０では、インバータ２３が交流電圧を送電コイル２０に印加する。この場合、送電コイル２０は受電コイル３０に交流電力を無線で送る。送電制御器２６は、蓄電器３３に流れる充電電流の電流値に基づく許容使用率を設定し、設定した許容使用率に従って、インバータ２３を制御する。許容使用率は、所定期間にて連続してインバータ２３が送電コイル２０に交流電圧を印加できる時間を示す。【選択図】図１

Description

本開示は非接触充電システムに関する。

特許文献１には、蓄電器を充電する充電システムが開示されている。特許文献１の充電システムは、無線で交流電力を送る送電装置と、送電装置が送った交流電力を受ける受電装置とを備える。送電装置では、送電コイルに交流電圧を印加することによって、無線で交流電力を受電装置に送る。受電装置では、送電装置が送った交流電力を受電コイルが受ける。受電コイルが交流電力を受けた場合、受電コイルは交流電圧を出力する。受電コイルが出力した交流電圧は直流電圧に変換される。変換された直流電圧は蓄電器に印加される。これにより、蓄電器は充電される。

所定期間内において、送電コイルに交流電圧を印加している印加期間が占める使用率の目標値が予め設定されている。送電装置は、予め設定された使用率の目標値によって決まる時間を超えて連続して、送電コイルに交流電圧を印加することはないように、所定期間内において交流電圧の印加の間欠動作を繰り返す。そのため、受電コイルにも予め設定された使用率の目標値によって決まる時間を超えて流れることはなく、受電コイルが異常な温度まで上昇することを防止している。

特開２０１７－２０４９５１号公報

受電コイルに流れる電流が小さい場合は、受電コイルの発熱量は小さいため、連続して電流を流す時間を長くしても受電コイルが異常な温度まで上昇することはない。従って受電コイルに流れる電流が小さい場合は、使用率の目標値（許容使用率）を大きくして、蓄電器への充電時間を長くすることができる。同様にして、送電コイルに流れる電流が小さい場合は、使用率の目標値（許容使用率）を大きくして、送電装置側を流れる充電時間を長くすることができる。

本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、許容使用率を適切な値に調整することができる非接触充電システムを提供することにある。

本開示の態様に係る非接触充電システムは、送電コイル及び該送電コイルに交流電圧を印加する電圧印加部を有し、無線で交流電力を送る送電装置と、前記送電装置が送った交流電力を受ける受電コイルを有し、該受電コイルにて受電した交流得電力を用いて蓄電器を充電する受電装置とを備え、前記送電装置は、所定期間内にて連続して前記電圧印加部が前記送電コイルに交流電圧を印加できる時間を示す許容使用率以内となるように前記電圧印加部を制御する処理部を備え、前記処理部は、前記受電装置又は前記送電装置に流れる充電電流の電流値に基づく前記許容使用率を設定すること、を特徴とする。

上記の態様によれば、充電電流の電流値に基づく許容使用率に従って交流電圧の印加が適切に行われる。

本開示の態様に係る非接触充電システムは、前記処理部は、前記送電装置側の前記充電電流の電流値に基づく送電側許容使用率と、前記受電装置側の前記充電電流の電流値に基づく受電側許容使用率とを比較し、より小さい方の値を前記許容使用率として選択し、前記電圧印加部を制御すること、を特徴とする。

上記の態様によれば、送電側許容使用率及び受電側許容使用率のうち、より小さな値を許容使用率として設定するため、送電コイル及び受電コイルの両方の温度が異常な温度に上昇することが防止される。

本開示の態様に係る非接触充電システムは、前記受電装置側の前記充電電流の電流値と、該電流値に基づく受電側許容使用率との関係を記憶する受電側使用率記憶部を備え、前記処理部は、前記受電側使用率記憶部が記憶する関係を参照することにより、前記受電装置側の前記充電電流の電流値に対応する値を、前記受電側許容使用率又は前記許容使用率として設定すること、を特徴とする。

上記の態様によれば、例えば、受電装置側の充電電流の電流値と受電側許容使用率との関係を示すグラフが記憶されている。グラフを用いることによって、受電側許容使用率又は許容使用率の設定を容易に実現することができる。

本開示の態様に係る非接触充電システムは、前記送電装置側の前記充電電流の電流値と、該電流値に基づく送電側許容使用率の値との関係を記憶する送電側使用率記憶部を備え、前記処理部は、前記送電側使用率記憶部が記憶する関係を参照することにより、前記送電装置側の前記充電電流の電流値に対応する値を、前記送電側許容使用率又は前記許容使用率として設定すること、を特徴とする。

上記の態様によれば、例えば、送電装置側の充電電流の電流値と送電側許容使用率との関係を示すグラフが記憶されている。グラフを用いることによって、送電側許容使用率又は許容使用率の設定を容易に実現することができる。

本開示の態様に係る非接触充電システムは、前記処理部は、予め定められた算出式に前記充電電流の電流値を代入することにより算出された値を、前記許容使用率をとして設定すること、を特徴とする。

上記の態様によれば、許容使用率は、充電電流の電流値を算出式に代入することによって算出された許容使用率に設定される。

上記の態様によれば、許容使用率を適切な値に調整することができる。

実施の形態１における非接触充電システムの要部構成を示すブロック図である。 印加電圧の電圧値の調整方法の説明図である。 送電制御器及び受電制御器の要部構成を示すブロック図である。 受電側目標値グラフ及び送電側目標値グラフの設定方法の説明図である。 使用率の算出方法の説明図である。 送電処理及び無線送信処理の手順を示すフローチャートである。 送電処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における非接触充電システム１の要部構成を示すブロック図である。非接触充電システム１は、送電装置１０及び受電装置１１を備える。受電装置１１は、車両、無人搬送車（ＡＧＶ）等の移動機器、又は携帯電話機等の携帯機器、その他の移動体に搭載される。ユーザは、受電装置１１を移動させる。

送電装置１０は送電コイル２０を有する。送電装置１０では、送電コイル２０に交流電圧を印加する。これにより、送電コイル２０は無線で交流電力を送る。受電装置１１は受電コイル３０、受電側整流回路３１、受電側平滑回路３２及び蓄電器３３を有する。受電コイル３０は、送電コイル２０が送った交流電力を受ける。受電コイル３０は、交流電力を受けた場合、交流電圧を出力する。受電コイル３０から出力された交流電圧は、受電側整流回路３１及び受電側平滑回路３２によって、平滑された直流電圧に変換される。変換された直流電圧は蓄電器３３に印加される。これにより、蓄電器３３は充電される。

以下では、送電装置１０及び受電装置１１の構成を詳細に説明する。送電装置１０は、送電コイル２０に加えて、送電側整流回路２１、送電側平滑回路２２、インバータ２３、送電キャパシタ２４、送電側センサ２５及び送電制御器２６を有する。送電側整流回路２１は、商用電源Ｅに接続されている。送電側整流回路２１は、更に、送電側平滑回路２２に接続されている。送電側平滑回路２２は、更に、インバータ２３に接続されている。インバータ２３は、更に、送電コイル２０及び送電キャパシタ２４の一端に各別に接続されている。送電コイル２０の他端は送電キャパシタ２４の他端に接続されている。インバータ２３及び送電側センサ２５それぞれは送電制御器２６に接続されている。

図１では、複数の電圧波形が示されている。これらの縦軸及び横軸には、電圧及び時間が示されている。時間は「ｔ」で表されている。商用電源Ｅは、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ等である交流電圧を送電側整流回路２１に出力する。送電側整流回路２１は、商用電源Ｅから入力された交流電圧を直流電圧に整流し、整流した直流電圧を送電側平滑回路２２に出力する。送電側整流回路２１は、例えばダイオードブリッジ回路である。送電側平滑回路２２は、送電側整流回路２１から入力された直流電圧を平滑し、平滑した直流電圧をインバータ２３に出力する。送電側平滑回路２２は、キャパシタを含む回路である。

送電制御器２６は制御信号をインバータ２３に出力する。インバータ２３は、複数のスイッチを有する。インバータ２３が有する複数のスイッチそれぞれは、制御信号の電圧に従って、オン又はオフに切替わる。これにより、インバータ２３は、正の複数のパルスと、負の複数のパルスとを交互に生成する。各パルスのパルス幅は、制御信号の電圧に従って適宜調整される。正の複数のパルスについて、図１に示すように、最初、パルスの配置順番に従ってパルス幅は徐々に上昇する。その後、パルスの配置順序に従って、パルス幅は徐々に低下する。負の複数のパルスのパルス幅は、正の複数のパルスのパルス幅と同様に調整される。インバータ２３は、正の複数のパルス及び負の複数のパルスを、送電キャパシタ２４を介して、送電コイル２０の両端に印加する。インバータ２３の出力電圧の電圧波形のスケールは、他の電圧波形のスケールとは異なる。インバータ２３の出力電圧の電圧波形は拡大されている。

正の複数のパルス及び負の複数のパルスが送電キャパシタ２４を介して、送電コイル２０の両端に印加された場合、正の複数のパルス及び負の複数のパルスは、全体として、正弦波状の交流電圧に変換される。従って、インバータ２３は正弦波状の交流電圧を送電コイル２０に印加する。正の複数のパルス及び負の複数のパルスが生成される期間は、正弦波状の交流電圧の１周期である。インバータ２３が送電コイル２０に印加する交流電圧の周波数は、商用電源Ｅが出力している交流電圧の周波数よりも高い。このため、送電コイル２０の小型化が実現される。インバータ２３は電圧印加部として機能する。

送電コイル２０のインダクタンスをＬｔと記載する。送電キャパシタ２４のキャパシタンスをＣｔと記載する。送電コイル２０及び送電キャパシタ２４の共振周波数は、１／（２・π・√（Ｌｔ・Ｃｔ））で表される。ここで「・」は積を表す。インバータ２３が送電コイル２０に印加する正弦波状の交流電圧の周波数は、送電コイル２０及び送電キャパシタ２４の共振周波数と実質的に一致している。交流電圧の周波数及び共振周波数の実質的な一致は、交流電圧の周波数と共振周波数との差が誤差範囲内の値であることを意味する。

送電側センサ２５は、送電コイル２０を介して流れる交流電流の電流値を検出する電流センサであり、変流器又はホール電流検出器等によって構成される。送電側センサ２５によって検出される電流値は、送電装置１０側の充電電流の電流値に相当する。送電装置１０側の充電電流の検出箇所は特に限定されるものでは無い。ただし、送電コイル２０を流れる電流を簡易かつ直接的に検出できるため、上記箇所に送電側センサ２５を備える構成が好ましい。送電側センサ２５は、検出した電流値を示す送電側電流情報を送電制御器２６に出力する。送電制御器２６は、送電側センサ２５が検出した送電コイル２０を流れる交流電流の電流値の二乗平均平方根を算出することによって、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値を算出する。なお、実効値は一例であり、送電コイル２０の温度上昇の指標となるものであれば、交流電流のピーク値、二乗平均、その他の値を用いてもよい。インバータ２３が交流電圧を送電コイル２０に印加した場合、送電コイル２０は、受電装置１１の受電コイル３０に交流電力を無線で送る。

受電装置１１は、受電コイル３０、受電側整流回路３１、受電側平滑回路３２及び蓄電器３３に加えて、受電キャパシタ３４、受電側センサ３５及び受電制御器３６を有する。受電コイル３０の一端及び他端それぞれは、受電側整流回路３１及び受電キャパシタ３４の一端に接続されている。受電キャパシタ３４の他端は、受電側整流回路３１に接続されている。受電側整流回路３１は、更に、受電側平滑回路３２に接続されている。受電側平滑回路３２は、更に、蓄電器３３の正極及び負極に各別に接続されている。受電制御器３６は、蓄電器３３の正極及び負極と、受電側センサ３５とに各別に接続されている。

受電コイル３０のインダクタンスをＬｒと記載する。受電キャパシタ３４のキャパシタンスをＣｒと記載する。受電コイル３０及び受電キャパシタ３４の共振周波数は、１／（２・π・√（Ｌｒ・Ｃｒ））で表される。受電コイル３０及び受電キャパシタ３４の共振周波数は、送電コイル２０及び送電キャパシタ２４の共振周波数と実質的に一致している。２つの共振周波数の実質的な一致は、２つの共振周波数の差が誤差範囲の値であることを意味する。

インバータ２３が送電コイル２０に印加する交流電圧の周波数は、送電コイル２０及び送電キャパシタ２４の共振周波数と、受電コイル３０及び受電キャパシタ３４の共振周波数とに一致している。このため、磁気共鳴が実現される。磁気共鳴が実現されている場合、送電コイル２０及び受電コイル３０間の距離の許容範囲は長い。

受電コイル３０は、送電コイル２０から交流電力を無線で受けた場合、周波数が共振周波数である交流電圧を、受電キャパシタ３４を介して受電側整流回路３１に出力する。受電側整流回路３１は、受電コイル３０から入力された交流電圧を直流電圧に整流し、整流した直流電圧を受電側平滑回路３２に出力する。受電側整流回路３１は、例えば、ダイオードブリッジ回路である。受電側平滑回路３２は、受電側整流回路３１から入力された直流電圧を平滑し、平滑した直流電圧を蓄電器３３の正極及び負極に印加する。これにより、蓄電器３３は充電される。受電側平滑回路３２はキャパシタを含む回路である。蓄電器３３は、蓄えている直流電力を、受電装置１１の内側又は外側に配置されている電気機器に供給する。このとき、蓄電器３３は放電する。

受電側センサ３５は、受電側平滑回路３２から蓄電器３３の正極に充電電流の電流値を検出する電流センサであり、例えば、ホール電流検出器によって構成される。受電側センサ３５によって検出される電流値は、受電装置１１側の充電電流の電流値に相当する。受電装置１１側の充電電流の検出箇所は特に限定されるものでは無い。ただし、蓄電器３３の充電制御用の受電側センサ３５を、本実施の形態１に係る目標値（許容使用率）の設定処理用のセンサとして兼用することが好ましい。部品点数を減らすことができる。
受電側センサ３５は、検出した電流値を示す受電側電流情報を受電制御器３６に出力する。受電制御器３６は、蓄電器３３の両端間の両端電圧値を検出する。

送電制御器２６は、インバータ２３に指示して、インバータ２３から出力される複数のパルスのパルス幅を調整させる。これにより、受電側平滑回路３２が蓄電器３３に印加する印加電圧の電圧値が調整される。印加電圧の電圧値の調整方法を説明する。

図２は、印加電圧の電圧値の調整方法の説明図である。図２には、インバータ２３の出力電圧、受電コイル３０の出力電圧及び印加電圧の波形が示されている。これらの波形の横軸及び縦軸それぞれには、時間及び電圧が示されている。

図２の上側に示すように、複数のパルスのパルス幅が狭い場合、送電コイル２０に印加される交流電圧の実効値（振幅）は小さい。このため、受電コイル３０が出力する交流電圧の実効値も小さい。受電コイル３０が出力する交流電圧の実効値が小さい場合、印加電圧の電圧値は低い。

一方で、図２の下側に示すように、複数のパルスのパルス幅が広い場合、送電コイル２０に印加される交流電圧の実効値（振幅）は大きい。このため、受電コイル３０が出力する交流電圧の実効値は大きい。受電コイル３０が出力する交流電圧の実効値が大きい場合、印加電圧の電圧値は高い。
以上のように、送電制御器２６は、インバータ２３にパルス幅を調整させることによって、印加電圧の電圧値を調整する。

次に、送電制御器２６及び受電制御器３６の構成を説明する。図３は、送電制御器２６及び受電制御器３６の要部構成を示すブロック図である。受電制御器３６は、無線通信部４０、Ａ／Ｄ変換部４１、電圧検出部４２、受電側記憶部４３及び受電側制御部４４を有する。これらは、内部バス４５に接続されている。Ａ／Ｄ変換部４１は、更に、受電側センサ３５に接続されている。電圧検出部４２は、更に、蓄電器３３の正極及び負極に各別に接続されている。

無線通信部４０は、受電側制御部４４の指示に従って、送電の開始を指示する送電開始信号と、送電の停止を指示する送電停止信号とを送電制御器２６に無線で送信する。受電側センサ３５は、充電電流の電流値を示す受電側電流情報をＡ／Ｄ変換部４１に出力する。Ａ／Ｄ変換部４１は、受電側センサ３５から入力された受電側電流情報をデジタルの受電側電流情報に変換する。Ａ／Ｄ変換部４１が変換したデジタルの受電側電流情報は、受電側制御部４４によって取得される。無線通信部４０は、受電側制御部４４に従って、受電側電流情報も送電制御器２６に無線で送信する。

電圧検出部４２は蓄電器３３の両端電圧値を検出する。電圧検出部４２が検出した両端電圧値は、受電側制御部４４によって読み出される。受電側記憶部４３は、例えば、不揮発性メモリ及び揮発性メモリによって構成される。

受電側制御部４４は、処理を実行する処理素子、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)を有する。受電側制御部４４の処理素子（コンピュータ）は、例えば、受電側制御部４４に記憶されている図示しないコンピュータプログラムを実行することによって、種々の処理を並行して実行する。

送電制御器２６は、無線通信部５０、Ａ／Ｄ変換部５１、信号出力部５２、カウンタ５３、送電側記憶部５４及び送電側制御部５５を有する。これらは、内部バス５６に接続されている。Ａ／Ｄ変換部５１は、更に、送電側センサ２５が接続されている。信号出力部５２は、更に、インバータ２３に接続されている。

無線通信部５０は、受電制御器３６の無線通信部４０が送信した送電開始信号、送電停止信号及び受電側電流情報を無線で受信する。送電側センサ２５は、送電コイル２０を介して流れる交流電流の電流値を示すアナログの送電側電流情報をＡ／Ｄ変換部５１に出力する。Ａ／Ｄ変換部５１は、送電側センサ２５から入力されたアナログの送電側電流情報を、デジタルの送電側電流情報に変換する。Ａ／Ｄ変換部５１が変換したデジタルの送電側電流情報は、送電側制御部５５によって取得される。

信号出力部５２は、送電側制御部５５に従って制御信号をインバータ２３に出力する。前述したように、インバータ２３は、信号出力部５２から入力された制御信号に従って、交流電圧の生成、交流電圧の生成の停止、及び、パルス幅の調整等を行う。カウンタ５３は、一定期間が経過する都度、カウント値を１だけインクリメントする。カウント値は、０から所定数までのいずれかの整数である。カウント値が所定数である場合において、一定期間が経過したとき、カウンタ５３は、カウント値を０に戻す。従って、（（所定数）＋１）・（一定期間）が経過する都度、カウント値は０に戻る。カウント値は、送電側制御部５５によって読み出される。

送電側記憶部５４は、例えば、不揮発性メモリ及び揮発性メモリによって構成される。送電側制御部５５は、処理を実行する処理素子、例えばＣＰＵを有する。送電側制御部５５の処理素子（コンピュータ）は、例えば、送電側記憶部５４に記憶されている図示しないコンピュータプログラムを実行することによって、種々の処理を並行して実行する。

インバータ２３が送電コイル２０に交流電圧を印加している期間を印加期間と記載する。所定期間内において印加期間が占める割合を使用率と記載する。使用率の単位はパーセントである。使用率は、所定期間内において連続してインバータ２３が送電コイル２０に交流電圧を印加できる時間を示す。送電側制御部５５は、使用率を受電側目標値又は送電側目標値に調整する。受電側目標値は、蓄電器３３に流れる充電電流の電流値に基づいて設定される。送電側目標値は、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値に基づいて設定される。

送電側記憶部５４には、受電側目標値の設定に用いられる受電側目標値グラフと、送電側目標値の設定に用いられる送電側目標値グラフとが記憶されている。図４は、受電側目標値グラフ及び送電側目標値グラフの設定方法の説明図である。受電側目標値グラフは、充電電流の電流値と使用率の目標値との関係を示す。従って、送電側記憶部５４には、受電側平滑回路３２から蓄電器３３に流れる充電電流の電流値に対応付けて使用率の目標値が記憶されている。この目標値は受電側許容使用率に相当し、送電側記憶部５４は受電側使用率記憶部として機能する。充電電流の電流値が小さい程、使用率の目標値は大きい。より詳細には、充電電流の電流値が小さい電流域では、使用率の目標値は急増し、充電電流の電流値が大きい電流域では使用率の目標値は漸減する。受電側許容使用率は、許容される第１の所定温度を超えて受電コイル３０の温度が上昇しないようにするための使用率（所定期間内にて連続して送電コイル２０に交流電圧を印加できる時間、又は受電コイル３０に交流電力を送電できる時間）である。受電側目標値は、受電側センサ３５が検出した充電電流の電流値に対応する使用率の目標値に設定される。

送電側目標値グラフは、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値と使用率の目標値との関係を示す。従って、送電側記憶部５４には、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値に対応付けて使用率の目標値が記憶されている。この目標値は送電側許容使用率に相当し、送電側記憶部５４は送電側許容使用率記憶部としても機能する。交流電流の実効値が小さい程、使用率の目標値は大きい。より詳細には、充電電流の電流値が小さい電流域では、使用率の目標値は急増し、充電電流の電流値が大きい電流域では使用率の目標値は漸減する。送電側許容使用率は、許容される第２の所定温度を超えて送電コイル２０の温度が上昇しないようにするための使用率（所定期間内にて連続して送電コイル２０に交流電圧を印加できる時間）である。送電側制御部５５は、前述したように、送電側センサ２５が検出した送電コイル２０に流れる交流電流の二乗平均平方根を算出することによって、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値を算出する。送電側目標値は、算出した実効値に対応する使用率の目標値に設定される。

送電側制御部５５は、使用率を算出する使用率算出処理を実行する。図５は使用率の算出方法の説明図である。送電側記憶部５４には、０から所定数までの複数のカウント値それぞれに対応する送電コイル２０の状態を示す状態テーブルが記憶されている。送電コイル２０の状態として、使用及び不使用が挙げられる。送電コイル２０の使用は、送電コイル２０に交流電圧が印加されている状態を意味する。送電コイル２０の不使用は、送電コイル２０に交流電圧が印加されていない状態を示す。図５には、所定数が９である例が示されている。図５の例では、カウント値が１、２、６又は７である期間、送電コイル２０の状態は使用である。カウント値が０、３、４、５、８、９である期間、送電コイル２０の状態は不使用である。

使用率算出処理では、送電側制御部５５は、カウンタ５３がカウント値を変更した場合、送電コイル２０の状態を特定する。次に、送電側制御部５５は、状態テーブルにおいて、現在のカウント値に対応する送電コイル２０の状態を、特定した状態に更新する。送電側制御部５５は、送電コイル２０の状態を更新した後、使用率を算出する。状態テーブルにおいて、使用が示されている数をＮｕと記載する。所定数をＮｐと記載する。所定数は、カウント値の最大値である。使用率は、１００・Ｎｕ／（Ｎｐ＋１）によって算出される。図５の例では、Ｎｕは４であり、Ｎｐは９である。従って、使用率は４０［％］である。

所定期間は（（所定数）＋１）・（一定期間）で表される。前述したように、一定期間が経過する都度、カウント値は１だけインクリメントされる。状態テーブルは、直近の所定期間の使用率を示す。Ｎｕは時間の経過とともに変化する。インバータ２３が交流電圧を送電コイル２０に印加し続けた場合、Ｎｕが時間の経過とともに上昇し、使用率は上昇する。インバータ２３が交流電圧の印加を停止している場合、Ｎｕが時間の経過とともに低下し、使用率は低下する。所定数Ｎｐは９に限定されない。例えば、カウント値が１０ビットの２進数で表された場合、所定数Ｎｐは１０２３である。

なお、使用率の算出方法はカウンタ５３のカウント値を用いた方法に限定されない。使用率を算出する構成は、カウンタ５３のカウント値が用いられない構成であってもよい。以下では、カウンタ５３のカウント値を用いて使用率を算出する場合の例を説明する。

送電側制御部５５は、電力を無線で送る送電処理を実行する。送電側制御部５５は処理部として機能する。送電側制御部５５が送電処理を実行している間、受電側制御部４４は、信号又は情報を送電制御器２６の無線通信部５０に無線で送信する無線送信処理を実行する。以下では、送電処理及び無線送信処理を詳細に説明する。

図６は、送電処理及び無線送信処理の手順を示すフローチャートである。図７は送電処理の手順を示すフローチャートである。受電側制御部４４は、送電装置１０が蓄電器３３を充電することができる充電場所に受電装置１１が配置された場合において、電圧検出部４２が検出した蓄電器３３の両端電圧値が低いときに、無線送信処理を実行する。例えば、受電側制御部４４は、無線通信部４０が送電制御器２６の無線通信部５０と無線で通信することによって、充電場所に受電装置１１が配置されたことを検知する。

無線送信処理では、受電側制御部４４は、まず、無線通信部４０に指示して、送電開始信号を送電制御器２６の無線通信部５０に無線で送信させる（ステップＳ１）。送電開始信号には、インバータ２３が生成すべき複数のパルスのパルス幅を示すパルス情報が含まれている。これらのパルス幅は、例えば、電圧検出部４２が検出した蓄電器３３の両端電圧値に応じた値である。

送電処理では、送電側制御部５５は、無線通信部５０が受電制御器３６の無線通信部４０から送電開始信号を無線で受信したか否かを判定する（ステップＳ１１）。送電側制御部５５は、無線通信部５０が送電開始信号を受信していないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１１を再び実行し、無線通信部５０が送電開始信号を受信するまで待機する。送電側制御部５５は、無線通信部５０が送電開始信号を受信したと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、信号出力部５２に制御信号を出力させることによって、インバータ２３を作動させる（ステップＳ１２）。

これにより、インバータ２３は交流電圧を送電コイル２０に印加する。送電コイル２０は、交流電力を無線で送る。インバータ２３が生成する複数のパルスのパルス幅は、送電開始信号のパルス情報が示す複数のパルス幅に調整される。

送電側制御部５５は、ステップＳ１２を実行した後、送電コイル２０を介して流れる交流電流に関する複数の電流値をＡ／Ｄ変換部５１から取得する（ステップＳ１３）。次に、送電側制御部５５は、ステップＳ１３で取得した複数の電流値の二乗平均平方根を算出することによって、インバータ２３から送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値を算出する（ステップＳ１４）。次に、送電側制御部５５は、ステップＳ１４で算出した実効値に基づいて、使用率の送電側目標値（送電側許容使用率）を設定する（ステップＳ１５）。具体的に、送電側制御部５５は、使用率の送電側目標値を、送電側目標値グラフ（図４参照）において、ステップＳ１４で算出した実効値に対応する目標値に設定する。言い換えると、送電側制御部５５は、ステップＳ１４で算出した実効値をキーにして、送電側目標値グラフ（関係）を参照し、当該実効値に対応する目標値を特定し、特定された目標値を、送電側目標値として設定する。

無線送信処理では、受電側制御部４４は、ステップＳ１を実行した後、Ａ／Ｄ変換部４１から受電側電流情報を取得する（ステップＳ２）。次に、受電側制御部４４は、ステップＳ２で取得した受電側電流情報に基づいて、受電側平滑回路３２から蓄電器３３に充電電流が流れたか否かを判定する（ステップＳ３）。受電側制御部４４は、充電電流が流れていないと判定した場合（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ２を再び実行し、充電電流が流れるまで待機する。

受電側制御部４４は、充電電流が流れたと判定した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、無線通信部４０に指示して、受電側平滑回路３２から蓄電器３３に流れる充電電流の電流値を示す受電側電流情報を送電制御器２６の無線通信部５０に無線で送信させる（ステップＳ４）。受電側制御部４４は、ステップＳ４を実行した後、無線送信処理を終了する。受電装置１１が充電場所から離れた後、受電装置１１が再び充電場所に配置される。この場合において、電圧検出部４２が検出した蓄電器３３の両端電圧値が低いときに、無線送信処理を再び実行する。

送電処理では、送電側制御部５５は、ステップＳ１５を実行した後、無線通信部５０が受電制御器３６の無線通信部４０から受電側電流情報を受信したか否かを判定する（ステップＳ１６）。送電側制御部５５は、無線通信部５０が受電側電流情報を受信していないと判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１６を再び実行し、無線通信部５０が受電側電流情報を受信するまで待機する。

送電側制御部５５は、無線通信部５０が受電側電流情報を受信したと判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、無線通信部５０が受信した受電側電流情報が示す充電電流の電流値に基づいて、使用率の受電側目標値（受電側許容使用率）を設定する（ステップＳ１７）。具体的には、送電側制御部５５は、使用率の受電側目標値を、受電側目標値グラフ（図４参照）において、受電側電流情報が示す充電電流の電流値に対応する目標値に設定する。言い換えると、送電側制御部５５は、受電側電流情報が示す充電電流の電流値をキーにして、受電側目標値グラフ（関係）を参照し、当該電流値に対応する目標値を特定し、特定された目標値を、受電側目標値として設定する。

次に、送電側制御部５５は、ステップＳ１５，Ｓ１７それぞれで設定した送電側目標値及び受電側目標値の中で小さい目標値（許容使用率）を選択する（ステップＳ１８）。以下では、送電側制御部５５が選択した目標値を選択目標値と記載する。選択目標値は、送電側目標値又は受電側目標値である。

送電側制御部５５は、インバータ２３が作動している状態でステップＳ１８を実行する。また、送電側制御部５５は、カウント値が１だけインクリメントされる都度、使用率を算出している。送電側制御部５５は、ステップＳ１８を実行した後、算出した最新の使用率が選択目標値以下であるかを判定する（ステップＳ１９）。送電側制御部５５は、最新の使用率が選択目標値以下であると判定した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ１９を再び実行し、最新の使用率が選択目標値を超えるまで待機する。この待機期間中、インバータ２３は送電コイル２０に交流電圧を印加し続ける。従って、時間の経過とともに、使用率は上昇する。

送電側制御部５５は、使用率が選択目標値を超えたと判定した場合（Ｓ１９：ＮＯ）、信号出力部５２に、インバータ２３の動作の停止を指示する制御信号を出力させることによって、インバータ２３の動作を停止させる（ステップＳ２０）。インバータ２３が動作を停止している場合、時間の経過とともに、最新の使用率は低下する。送電側制御部５５は、ステップＳ２０を実行した後、最新の使用率は選択目標値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２１）。送電側制御部５５は、最新の使用率が選択目標値を超えていると判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２１を再び実行し、最新の使用率が選択目標値以下の値になるまで待機する。

送電側制御部５５は、最新の使用率が選択目標値以下であると判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、信号出力部５２に制御信号を出力させることによって、インバータ２３を作動させる（ステップＳ２２）。送電側制御部５５は、ステップＳ２２を実行した後、ステップＳ１９を実行し、使用率が選択目標値を超えるまで待機する。
以上のように、送電側制御部５５は、送電処理では、使用率を選択目標値に調整する。

受電側制御部４４は、送電を停止させる送電停止処理を実行する。送電停止処理では、受電側制御部４４は、受電装置１１が充電場所から離れるか、又は、蓄電器３３の充電が完了した場合、無線通信部４０に指示して、送電停止信号を送電制御器２６の無線通信部５０に無線で送信させる。その後、受電側制御部４４は、送電停止処理を終了する。

送電側制御部５５は、無線通信部５０が受電制御器３６の無線通信部４０から送電停止信号を受信した場合、インバータ２３が作動しているか否かを判定する。送電側制御部５５は、インバータ２３が作動していると判定した場合、送電処理のステップＳ２０と同様に、インバータ２３の動作を停止させる。送電側制御部５５は、インバータ２３が作動していないと判定した場合、又は、インバータ２３の動作を停止させた後、送電処理を終了する。
なお、上記処理では、目標値の設定後は、当該目標値を変更することなく充電制御を行っているが、蓄電器３３の充電処理途中においても、充電状態によって変化する充電電流の電流値を検出し、動的に送電側目標値及び受電側目標値を決定し、目標値を選択及び設定するように構成してもよい。
また、言うまでも無く、送電装置１０の無線通信部５０と、受電装置１１の無線通信部４０との通信が確立され、又は通信が開始される都度、送電側制御部５５（処理部）は、充電電流の電流値に基づく許容使用率を設定又は更新するように構成するとよい。なお、通信確立又は通信開始が所定回数行われる都度、許容使用率を設定又は更新するように構成してもよい。

以上のように、送電側制御部５５は、ステップＳ１７では、蓄電器３３に流れる充電電流の電流値に基づいて受電側目標値を設定する。送電側制御部５５は、ステップＳ１５では、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値に基づいて送電側目標値を設定する。送電側制御部５５は、ステップＳ１７，Ｓ１５それぞれで設定した受電側目標値及び送電側目標値の中で小さい目標値を選択し、使用率を、選択した選択目標値に調整する。結果、送電側制御部５５は、選択目標値に従ってインバータ２３を制御し、送電コイル２０への交流電圧の印加が適切に行われる。

送電側制御部５５は、ステップＳ１７で設定した受電側目標値がステップＳ１５で設定した送電側目標値以下である場合、送電側制御部５５は、使用率をステップＳ１７で設定した受電側目標値に調整する。ステップＳ１５で設定した送電側目標値がステップＳ１７で設定した受電側目標値未満である場合、送電側制御部５５は、使用率をステップＳ１５で設定した送電側目標値に調整する。

送電コイル２０及び受電コイル３０それぞれについて、交流電流が流れた場合、発熱する。送電コイル２０の発熱量は、送電コイル２０に交流電圧が印加されている印加期間が長い程、大きい。受電コイル３０の発熱量は、充電電流が流れている期間が長い程、大きい。前述したように、使用率は、受電側目標値及び送電側目標値中の小さい目標値に調整されるので、送電コイル２０及び受電コイル３０の両方の温度が異常な温度に上昇することが防止される。

送電側目標値及び受電側目標値それぞれの設定では、送電側目標値グラフ及び受電側目標値グラフが用いられる。このため、送電側目標値及び受電側目標値の設定が容易に実現される。

（実施の形態２）
実施の形態１では、送電側制御部５５は、送電側目標値グラフ及び受電側目標値グラフそれぞれを用いて送電側目標値及び受電側目標値を設定する。しかしながら、送電側目標値及び受電側目標値それぞれを設定する方法は、送電側目標値グラフ及び受電側目標値グラフを用いる方法に限定されない。
以下では、実施の形態２について、実施の形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施の形態１と共通しているため、実施の形態１と共通する構成部には実施の形態１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２における送電側記憶部５４には、受電側目標値グラフの代わりに、受電側平滑回路３２から蓄電器３３に流れる充電電流の電流値が変数である受電側算出式が記憶されている。受電側算出式の変数に充電電流の電流値を代入した場合、使用率の目標値が算出される。充電電流の電流値が小さい程、使用率の目標値は大きい。

送電処理のステップＳ１７では、送電側制御部５５は、受電側目標値を、受電側電流情報が示す充電電流の電流値を受電側算出式の変数に代入することによって算出される目標値に設定する。

同様に、送電側記憶部５４には、送電側目標値グラフの代わりに、送電コイル２０を介して流れる交流電流の実効値が変数である送電側算出式が記憶されている。送電側算出式の変数に交流電流の実効値を代入した場合、使用率の目標値が算出される。交流電流の実効値が小さい程、使用率の目標値は大きい。

送電処理のステップＳ１５では、送電側制御部５５は、送電側目標値を、ステップＳ１４で算出した交流電流の実効値を送電側算出式の変数に代入することによって算出される目標値に設定する。

実施の形態２における非接触充電システム１では、送電側制御部５５は、受電側算出式及び送電側算出式それぞれを用いて、受電側目標値及び送電側目標値を算出する。このため、適切な受電側目標値と、適切な送電側目標値とが算出される。実施の形態２における非接触充電システム１では、実施の形態１と同様に、送電コイル２０への交流電圧の印加が適切に行われる。また、送電コイル２０及び受電コイル３０の両方の温度が異常な温度に上昇することが防止される。

なお、実施の形態１において、受電側目標値グラフの代わりに、複数の充電電流の電流値それぞれに対応する使用率の目標値が示されている受電側目標値テーブルが用いられてもよい。この場合、ステップＳ１７では、送電側制御部５５は、使用率の受電側目標値を、受電側目標値テーブルにおいて、受電側電流情報が示す充電電流の電流値に対応する目標値に設定する。

同様に、送電側目標値グラフの代わりに、複数の交流電流の実効値それぞれに対応する使用率の目標値が示されている送電側目標値テーブルが用いられもよい。この場合、ステップＳ１５では、送電側制御部５５は、使用率の送電側目標値を、送電側目標値テーブルにおいて、ステップＳ１４で算出した実効値に対応する目標値に設定する。
また、送電側制御部５５は、送電処理のステップＳ１５，Ｓ１７の一方を実施の形態２と同様に実行してもよい。

実施の形態１，２において、送電コイル２０の温度の許容範囲の上限値が、受電コイル３０の温度の許容範囲の上限値よりも十分に大きい場合、送電側制御部５５は、送電処理において、送電側目標値を設定する処理を省略してもよい。この場合、使用率は受電側目標値に設定される。同様に、受電コイル３０の温度の許容範囲の上限値が、送電コイル２０の温度の許容範囲の上限値よりも十分に大きい場合、送電側制御部５５は、送電処理において、受電側目標値を設定する処理を省略してもよい。この場合、使用率は送電側目標値に設定される。

実施の形態１，２において、受電側目標値の設定は、受電側制御部４４によって実行されてもよい。この場合、受電側目標値グラフ、受電側目標値テーブル又は受電側算出式は、受電側記憶部４３に記憶されている。

実施の形態１，２において、蓄電器３３は、受電装置１１の外部に配置されてもよい。また、送電装置１０が交流電力を送る方法は、磁気共鳴を用いた方法に限定されず、例えば、電磁誘導を用いた方法であってもよい。この場合、送電キャパシタ２４及び受電キャパシタ３４の配置は不要である。送電コイル２０の一端及び他端はインバータ２３に各別に接続される。受電コイル３０の一端及び他端は受電側整流回路３１に各別に接続される。インバータ２３が印加する交流電圧の周波数は、送電コイル２０及び送電キャパシタ２４の共振周波数とは異なっていてもよい。

開示された実施の形態１，２はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 非接触充電システム、１０ 送電装置、１１ 受電装置、２０ 送電コイル、２３ インバータ（電圧印加部）、３０ 受電コイル、３１ 受電側整流回路、３２ 受電側平滑回路、３３ 蓄電器、５４ 送電側記憶部（受電側使用率記憶部、送電側使用率記憶部）、５５ 送電側制御部（処理部）

Claims (5)

1. 送電コイル及び該送電コイルに交流電圧を印加する電圧印加部を有し、無線で交流電力を送る送電装置と、
   前記送電装置が送った交流電力を受ける受電コイルを有し、該受電コイルにて受電した交流得電力を用いて蓄電器を充電する受電装置と
   を備え、
   前記送電装置は、
   所定期間内にて連続して前記電圧印加部が前記送電コイルに交流電圧を印加できる時間を示す許容使用率以内となるように前記電圧印加部を制御する処理部を備え、
   前記処理部は、前記受電装置又は前記送電装置に流れる充電電流の電流値に基づく前記許容使用率を設定すること、
   を特徴とする非接触充電システム。
2. 前記処理部は、
   前記送電装置側の前記充電電流の電流値に基づく送電側許容使用率と、前記受電装置側の前記充電電流の電流値に基づく受電側許容使用率とを比較し、より小さい方の値を前記許容使用率として選択し、前記電圧印加部を制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記受電装置側の前記充電電流の電流値と、該電流値に基づく受電側許容使用率との関係を記憶する受電側使用率記憶部を備え、
   前記処理部は、前記受電側使用率記憶部が記憶する関係を参照することにより、前記受電装置側の前記充電電流の電流値に対応する値を、前記受電側許容使用率又は前記許容使用率として設定すること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非接触充電システム。
4. 前記送電装置側の前記充電電流の電流値と、該電流値に基づく送電側許容使用率の値との関係を記憶する送電側使用率記憶部を備え、
   前記処理部は、前記送電側使用率記憶部が記憶する関係を参照することにより、前記送電装置側の前記充電電流の電流値に対応する値を、前記送電側許容使用率又は前記許容使用率として設定すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非接触充電システム。
5. 前記処理部は、予め定められた算出式に前記充電電流の電流値を代入することにより算出された値を、前記許容使用率をとして設定すること、
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非接触充電システム。

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