JP6201896B2 - 送電装置及び非接触給電システム - Google Patents

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Description

本発明は、送電装置及び非接触給電システムに関する。
現在、送電コイルを備える送電装置から受電コイルを備える受電装置へ磁気を用いて給電を行う非接触給電システムが提案されている。上記送電装置は、例えば、交流電源からの交流電力を整流する整流回路と、整流回路から入力された電圧を変換すると共に力率を改善するチョッパ回路と、チョッパ回路から入力された電力を交流電力に変換するインバータ回路と、インバータから入力された電力を受電装置に給電する送電コイルとを備える。また、受電装置は、送電装置から電力を受電する受電コイルと、受電コイルから入力された交流電力を整流する整流回路と、整流回路から入力される電力からノイズを除去すると共に平滑化するフィルタ回路とを備える。下記特許文献１には、上述した非接触給電システムが開示されている。
特開２０１０−２５２４４６号公報
ところで、上記従来技術では、給電時に、送電コイルと受電コイルとの位置ズレが生じた場合、送電装置のチョッパ回路によって電圧を昇圧することで、受電装置に供給するべき所望の電力を得ているが、チョッパ回路のような電圧変換器の出力端に設けられたコンデンサやインバータ回路のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））等の耐圧を超えて昇圧してはならないため、送電コイルと受電コイルとの位置ズレが大きい場合には、受電装置に所望の電力を供給できないという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、送電コイルと受電コイルとの位置ズレが大きい場合でも、送電装置の電圧変換器またはインバータ回路のある素子の耐圧を電圧が超えることなく、受電装置に所望の電力を供給できることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、送電装置に係る第１の解決手段として、電圧を変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から入力される電力を交流電力に変換するインバータ回路とを具備し、前記インバータ回路から出力される前記交流電力に基づいて磁界を発生するものであり、前記磁界を介して受電側パッドによって受電した電力を整流し、整流した電力をフィルタ回路によって平滑化する受電装置に給電する送電装置であって、前記受電装置と通信する通信部と、制御部とを具備し、前記通信部は、前記受電装置によって受電される電力に関する情報を前記受電装置から受信し、前記制御部は、前記電圧変換器または前記インバータ回路のある素子の両端電圧が当該素子の耐圧の上限に達した時、前記情報に基づいて前記受電装置の受電電力が目標値に達していないと判断した場合には、前記受電電力が前記目標値に近づくという条件を満たすように、前記受電装置の前記受電側パッドから前記フィルタ回路までにおける素子のインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方を変化するための指示を、前記通信部に送信させる、という手段を採用する。
本発明では、送電装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記条件は、前記受電装置への電力効率が目標値に近づくことを含む、という手段を採用する。
本発明では、送電装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記条件は、前記フィルタ回路において前記インバータ回路の駆動周波数に対応する周波数の減衰量が目標値に近づくことを含む、という手段を採用する。
本発明では、送電装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜３のいずれか１つの解決手段において、前記受電側パッドから前記フィルタ回路までにおける素子は、前記フィルタ回路におけるリアクトルである、という手段を採用する。
本発明では、送電装置に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記リアクトルは、可変リアクトルである、という手段を採用する。
本発明では、送電装置に係る第６の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記リアクトルは、スイッチング素子によって切り替え可能に構成されている、という手段を採用する。
本発明では、送電装置に係る第７の解決手段として、上記第１〜６のいずれか１つの解決手段において、前記制御部は、前記電圧変換器または前記インバータ回路の前記素子の両端電圧が前記耐圧の上限に達した時、前記情報に基づいて前記受電装置の受電電力が目標値に達していないと判断した場合には、給電を停止し、前記条件を満たすように、前記指示を、前記通信部に送信させ、前記受電側パッドから前記フィルタ回路までにおける素子のインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方が変化された後、給電を再開する、という手段を採用する。
また、本発明では、非接触給電システムに係る解決手段として、上記第１〜７のいずれか１つの解決手段に係る送電装置と、前記送電装置によって非接触給電された電力を受電する受電装置とを具備する、という手段を採用する。
本発明によれば、電圧変換器またはインバータ回路のある素子の両端電圧が当該素子の耐圧の上限に達した時、受電装置の受電電力が目標値に達していないと判断した場合には、受電電力が目標値に近づくという条件を満たすように、受電装置の受電側パッドからフィルタ回路までにおける素子のインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方を変化するための指示を、送電装置から受電装置に送信するので、送電コイルと受電コイルとの位置ズレが大きい場合でも、送電装置の電圧変換器またはインバータ回路のある素子の耐圧を電圧が超えることなく、受電装置に所望の電力を供給できる。
本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの回路図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムにおけるリアクトル１３ａのインダクタンスとインピーダンスとの関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムにおける受電電力調整用テーブルを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムのフィルタ回路１３の周波数特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る非接触給電システムは、図１及び図２に示すように、送電装置Ｓ及び受電装置Ｒを有している。また、図示するように、送電装置Ｓは、送電側整流回路１、チョッパ回路２、インバータ回路３、送電側パッド４、送電側電流/電圧センサ５、送電側通信部６及び送電側演算制御部７を有している。なお、送電側演算制御部７は、本実施形態における送電側制御部を構成する。
一方、受電装置Ｒは、受電側パッド１１、受電側整流回路１２、フィルタ回路１３、受電側電流/電圧センサ１４、受電側通信部１５、リアクトル切替部１６及び受電側演算制御部１７を有している。なお、受電側電流/電圧センサ１４、リアクトル切替部１６及び受電側演算制御部１７は、本実施形態における受電側制御部を構成する。
送電装置Ｓは、地上に設けられた給電施設に固定配置され、移動体に設けられた受電装置Ｒに非接触で交流電力を供給する装置である。上記給電施設は、移動体の停車スペースが単数あるいは複数設けられた施設であり、停車スペースの個数に相当する送電装置Ｓを備えている。一方、受電装置Ｒは、上記移動体に備えられ、送電装置Ｓから供給された交流電力を直流電力に変換することによりバッテリＢに充電させる装置である。なお、上記移動体は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等、外部からの受電を必要とする車両である。
上記送電装置Ｓにおいて、送電側整流回路１は、例えばダイオードブリッジであり、外部の商用電源から供給される商用電力（例えば単相１００ボルト、５０Ｈｚ）を全波整流して、チョッパ回路２に出力する。この送電側整流回路１からチョッパ回路２に供給される電力（全波整流電力）は、正弦波状の商用電力がゼロクロス点で折り返されて片極性（例えばプラス極性）の脈流である。
チョッパ回路２は、送電側演算制御部７によってスイッチング動作が制御されることにより、自らの出力電圧を調整してインバータ回路３に出力する。具体的に、このチョッパ回路２は、昇圧チョッパ回路あるいは昇降圧チョッパ回路であり、送電側整流回路１から入力された電圧を昇降圧して出力する。チョッパ回路２の出力は、チョッパ回路２の出力端に設けられたコンデンサ２ａの機能により、脈流である全波整流電力が十分に平滑化された直流電力である。なお、コンデンサ２ａは、チョッパ回路の一部ではなく、インバータ回路３の一部としてインバータ回路３の入力端に設けられてもよい。
また、このチョッパ回路２は、送電側演算制御部７によってスイッチング動作が制御されることにより、力率改善回路（ＰＦＣ：Power Factor Correction）としても機能するものである。すなわち、チョッパ回路２は、全波整流電力を当該全波整流電力の周波数よりも十分に高い周波数で全波整流電力のゼロクロス点を基準にスイッチングすることにより、全波整流電力の電流の通流期間を広げて力率を改善する。なお一般に、チョッパ回路２が力率改善回路として機能することは周知なので、ここではチョッパ回路２の力率改善原理について詳細な説明を省略する。
インバータ回路３は、送電側演算制御部７から入力されるスイッチング信号（インバータ駆動信号）に基づいて上記送電側整流回路１から供給される直流電力を所定周波数（駆動周波数）の交流電力に変換する電力変換回路である。すなわち、このインバータ回路３は、上記インバータ駆動信号によって複数のスイッチング素子（ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）等）を駆動することにより、直流電力を駆動周波数でスイッチングして交流電力に変換する。このようなインバータ回路３は、上記駆動周波数の交流電力を送電側パッド４に出力する。
送電側パッド４は、例えば、送電コイル４ａと送電コンデンサとを含む共振回路であり、インバータ回路３から供給される交流電力に基づいて磁界を発生する。これら送電コイル４ａ及び送電コンデンサのうち、送電コイル４ａは、上記停車スペースに停車した移動体の所定箇所（受電コイル１１ａが設けられている箇所）と対向する位置に設けられている。
送電側電流/電圧センサ５は、チョッパ回路２からインバータ回路３に供給される直流電力の電流及び電圧を検出し、検出した電流及び電圧を示す検出信号を送電側演算制御部７に出力する。電流センサとしては、例えば、電流の通過する電線の周囲に発生する磁界をホール効果により測定するセンサや、電流の通過する電線に抵抗を挿入し抵抗で生じる電位降下を測定するセンサが使用可能である。電圧センサとしては、例えば、抵抗により電圧を分圧し、ＡＤ（Analog to Digital）コンバータで電圧をデジタル値に変換するセンサがある。
送電側通信部６は、受電装置Ｒの受電側通信部１５と近距離無線通信を行う。なお、送電側通信部６と受電側通信部１５との通信方式は、ZigBee（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信あるいは光信号を用いた近距離光通信である。送電側通信部６は、電波を用いた通信方式の場合、アンテナを有し、光信号を用いた通信方式の場合、通信用の発光素子・受光素子を有する。
送電側演算制御部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び電気的に相互接続された各部と各種信号の送受信を行うインターフェイス回路等から構成されている。この送電側演算制御部７は、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に各部と通信を行うことにより送電装置Ｓの全体動作を制御する。
例えば、送電側演算制御部７は、送電側通信部６が受電装置Ｒから受信する受電装置Ｒによって受電される電力、電圧及び電流等に関する情報（受電電力情報）に基づいてチョッパ回路２に昇降比を変化させる。そして、送電側演算制御部７は、チョッパ回路２からの出力される電力の電圧（チョッパ回路２の出力端の両端電圧）が、チョッパ回路２のコンデンサ２ａの耐圧の上限まで達したにも関わらず、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に達しない場合には、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、受電装置Ｒの後述するフィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａを変化するための指示（リアクトル変化指示）を、送電側通信部６に送信させる。なお、チョッパ回路２の出力端の両端電圧が耐圧の点で問題とされる素子は、チョッパ回路２のコンデンサ２ａに限定されるものではなく、チョッパ回路２又はインバータ回路３の任意の素子とすることができる。例えば、インバータ回路３のスイッチング素子３ａ〜３ｄやチョッパ回路２のスイッチング素子２ｂに印加される電圧は以下のようになる。インバータ回路３では、スイッチング素子３ａ、３ｄの組合せと、スイッチング素子３ｂ、３ｃの組合せとが交互にオン・オフされる。そのため、スイッチング素子３ａ、３ｄの組合せがオンされている（つまり、導通している）場合には、スイッチング素子３ｂ、３ｃに印加される電圧は、チョッパ回路２の出力端の両端電圧から、スイッチング素子３ａ、３ｄそれぞれでの電圧降下分が減算された値となる。スイッチング素子３ｂ、３ｃの組合せがオンされている場合のスイッチング素子３ａ、３ｄの両端電圧も、同様にして、チョッパ回路２の出力端の両端電圧から求めることができる。また、チョッパ回路２のスイッチング素子２ｂには、チョッパ回路２の出力端の両端電圧にダイオード２ｃでの電圧降下が加えられた電圧が印加される。よって、送電側演算制御部７は、スイッチング素子３ａ〜３ｄ及びダイオード２ｃの電圧降下の値を把握しておくことにより、チョッパ回路２の出力端の両端電圧に基づいて、スイッチング素子３ａ〜３ｄ及びスイッチング素子２ｂの両端電圧がそれぞれの素子の耐圧の上限に達したか否か特定できる。更に、チョッパ回路２の出力端の両端電圧に比べてスイッチング素子３ａ〜３ｄ及びダイオード２ｃの電圧降下の値が十分小さい場合には、送電側演算制御部７は、この電圧降下の値を無視して、チョッパ回路２の出力端の両端電圧が、スイッチング素子３ａ〜３ｄ及びスイッチング素子２ｂのそれぞれに印加されるとみなすこともできる。送電側演算制御部７の動作の詳細については、後述する。
一方、受電装置Ｒにおいて、受電側パッド１１は、例えば、受電コイル１１ａと受電コンデンサとからなる共振回路であり、送電側パッド４により発生した磁界を介して電力を受ける。上記受電コイル１１ａは、移動体の底部または側部、上部等に設けられており、移動体が停車スペースに停車した場合に、送電装置Ｓを構成する送電コイル４ａと近接した状態で対向する。
このような受電側パッド１１は、受電コイル１１ａが送電側パッド４を構成する送電コイル４ａと近接対向して磁気結合する。すなわち、受電側パッド１１は、インバータ回路３によって送電コイル４ａに供給された交流電力及び送電コイル４ａと受電コイル１１ａとの結合係数に応じた交流電力を送電側パッド４から非接触で受電して受電側整流回路１２に出力する。すなわち、本非接触給電システムは、磁界共鳴方式に準拠した非接触給電システムである。なお、上記実施形態は、磁界共鳴方式に準拠した非接触給電システムであるが、本発明は、電磁誘導方式にも適用可能である。
受電側整流回路１２は、例えばダイオードブリッジから構成されており、上記受電側パッド１１から供給される交流電力（受電電力）を全波整流してフィルタ回路１３に出力する。この受電側整流回路１２からフィルタ回路１３に供給される電力は、ダイオードブリッジで全波整流された全波整流電力である。
フィルタ回路１３は、例えば、リアクトル１３ａ及びコンデンサから構成されており、上記受電側演算制御部１７から供給される全波整流電力からノイズを除去すると共に平滑化してバッテリＢに出力する。また、上記リアクトル１３ａは、例えば、可変リアクトルである。
受電側電流/電圧センサ１４は、フィルタ回路１３からバッテリＢに供給される直流電力の電流及び電圧を検出し、検出した電流及び電圧を示す検出信号を送電側演算制御部７に出力する。電流センサとしては、例えば、電流の通過する電線の周囲に発生する磁界をホール効果により測定するセンサや、電流の通過する電線に抵抗を挿入し抵抗で生じる電位降下を測定するセンサが使用可能である。電圧センサとしては、例えば、抵抗により電圧を分圧し、ＡＤコンバータで電圧をデジタル値に変換するセンサがある。
受電側通信部１５は、送電装置Ｓの送電側通信部６と近距離無線通信を行う。なお、送電側通信部６と受電側通信部１５との通信方式は、ZigBee（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信あるいは光信号を用いた近距離光通信である。
受電側通信部１５は、電波を用いた通信方式の場合、アンテナを有し、光信号を用いた通信方式の場合、通信用の発光素子・受光素子を有する。
リアクトル切替部１６は、リアクトル１３ａのインダクタンスを変化するために、可変リアクトルであるリアクトル１３ａを駆動するモータ等の駆動装置であり、受電側演算制御部１７から入力される制御指令に基づいて動作する。
受電側演算制御部１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び電気的に相互接続された各部と各種信号の送受信を行うインターフェイス回路等から構成されている。この送電側演算制御部７は、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に各部と通信を行うことにより受電装置Ｒの全体動作を制御する。
例えば、受電側演算制御部１７は、受電側通信部１５が送電装置Ｓから上述リアクトル変化指示を受信すると、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる。なお、受電側演算制御部１７の動作の詳細については、後述する。
バッテリＢは、リチウムイオン電池等の二次電池であり、上記受電側整流回路１２から供給される直流電力を充電して蓄える。このバッテリＢは、移動体の走行用モータを駆動するインバータ（走行用インバータ）あるいは／及び移動体の走行を制御する制御機器に接続されており、これら走行用インバータや制御機器に駆動電力を供給する。
次に、このように構成された非接触給電システムの動作について、図３〜図６を参照して詳しく説明する。
本非接触給電システムでは、移動体が停車スペースに進入すると、送電装置Ｓが当該移動体の受電装置Ｒに対する給電を開始する。例えば、送電装置Ｓの送電側通信部６は、通信要求信号を一定周期で連続的に発信しており、一方、受電装置Ｒの受電側通信部１５は、移動体が停車スペースに進入すると、上記通信要求信号の受信が可能になるので、当該通信要求信号に対して回答信号を送電側通信部６に送信する。送電側通信部６は、上記回答信号を受信すると、当該回答信号の受信を送電側演算制御部７に通知する。この結果、送電側演算制御部７は、移動体が給電可能エリア内に進入してきたことを判断（認識）する。そして、送電側演算制御部７は、受電装置Ｒに給電するように、チョッパ回路２及びインバータ回路３を制御する。
一方、受電装置Ｒにおいて、受電側演算制御部１７は、送電装置Ｓから給電が開始されると、受電側電流/電圧センサ１４から入力される検出信号に基づいて受電電力を算出し、受電電力情報として受電側通信部１５に送信させる。なお、受電電力の算出方法としては、例えば、受電側電流値と受電側電圧値を乗じて時間平均を取る方法がある。
一方、送電側演算制御部７は、送電側通信部６が受電装置Ｒから受電電力情報を受信すると、受電電力情報によって示される受電装置Ｒの受電電力が目標値に近づくように、チョッパ回路２に昇降圧比を変化させる。そして、送電側演算制御部７は、送電側電流/電圧センサ５から入力される検出信号に基づいてチョッパ回路２からの出力電圧（つまりコンデンサ２ａの両端電圧）を判断し、チョッパ回路２のコンデンサ２ａの耐圧の上限まで達したにも関わらず、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に達しない場合には、一旦給電を停止し、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、受電装置Ｒのフィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａを変化するためのリアクトル変化指示を、送電側通信部６に送信させる（図３におけるステップＳ１）。
受電側演算制御部１７は、受電側通信部１５が送電装置Ｓから上記リアクトル変化指示を受信すると、受電装置Ｒよって受電される電力が目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる（図３におけるステップＳ２）。
本非接触給電システムでは、リアクトル１３ａのインダクタンスを変化することによって、インピーダンスを変化する。ここで、インピーダンスとは、チョッパ回路２の出力端から受電側を見たインピーダンスである。本実施形態では、インバータ回路３、送電側パッド４、受電側パッド１１、受電側整流回路１２は、それぞれの回路定数が固定であるため、上記インピーダンスを変化させることはない。一方、送電側パッド４と受電側パッド１１との間の結合係数は位置ずれにより変化し、また、バッテリＢのＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）やバッテリＢへの供給所望電力も充電状況により変化する。これらの変化により、チョッパ回路２の出力端から受電側を見たインピーダンスは変化する。そして、インピーダンスが大きくなると、チョッパ回路２の出力電圧がコンデンサ２ａの耐圧の上限に達しても、バッテリＢに所望電力が供給されないことがある。そこで、本実施形態では、インピーダンスを下げることにより、チョッパ回路２の出力電流の増加を実現する。リアクトル１３ａのインダクタンスを変化させることにより、例えば、インピーダンスは、図４に示すように、リアクトル１３ａのインダクタンスの変化に応じてＶ字型に変化する。予め、リアクトル切替部１６による駆動に連動したリアクトル１３ａのインダクタンスの変化に応じた大まかなインピーダンスの値を実験によって得る。そして、実験によって得られたデータに基づくデータテーブル、つまり、リアクトル１３ａのインダクタンス（あるいはリアクトル切替部１６によるリアクトル１３ａの駆動量）毎の大まかなインピーダンス（インピーダンスの範囲）が登録された受電電力調整用テーブル（図５参照）を作成し、受電側演算制御部１７に予め記憶させる。
受電側演算制御部１７は、上記受電電力調整用テーブルに基づいて受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、インピーダンスが下がる方向にリアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる。受電装置Ｒでは、インピーダンスが下がることによって、受電される電力が上昇して目標値となる。
続いて、受電側演算制御部１７は、受電装置Ｒによって受電される電力が上昇して目標値となると、受電電力が目標値であることを前提として、受電装置への電力効率が目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる（図３におけるステップＳ３）。なお、電力効率とは、送電装置Ｓ内のある箇所での電力に対する受電装置Ｒ内のある箇所での電力の割合を示すものであり、本実施形態においては、送電装置Ｓのインバータ回路３の入力の電力に対するバッテリＢへ供給される電力の割合である。しかし、本発明は、この態様に限定されるものではなく、例えば、送電装置Ｓへ供給される商用電源からの電力に対するバッテリＢへ供給される電力の割合を電力効率とすることができる。この場合、送電側整流回路１の入力端に電流／電圧センサが設けられることになる。更に、送電側整流回路１の入力端に電流センサが設けられている場合、この電流センサの検出値からインバータ回路３の入力端の電流を推定することもできる。
例えば、送電装置Ｓにおいて、送電側演算制御部７は、送電側電流/電圧センサ５から入力される検出信号によって示される電流及び電圧に基づいて給電電力を算出し、該給電電力を示す給電電力情報を送電側通信部６に送信させる。受電側演算制御部１７は、受電側通信部１５が送電装置Ｓから給電電力情報を受信すると、給電電力情報によって示される給電電力と、受電側電流/電圧センサ１４から入力される検出信号によって示される電流及び電圧に基づき算出する受電電力とに基づいて電力効率を算出し、この電力効率が目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる。なお、電力効率を調整する際、リアクトル１３ａのインダクタンスを変化させては、給電して電力効率を確認し、電力効率が目標値に達していなければ、再び給電を停止して、リアクトル１３ａのインダクタンスを変化させることを繰り返す。
続いて、受電側演算制御部１７は、受電装置Ｒへの電力効率が目標値となると、受電電力が目標値であり、かつ受電装置への電力効率が目標値であることを前提として、フィルタ回路１３において送電装置Ｓのインバータ回路３の駆動周波数（例えば、１００ｋＨｚ）に対応する周波数の減衰量が目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる（図３におけるステップＳ４）。
つまり、本非接触給電システムでは、リアクトル１３ａのインダクタンスを変化することによって、フィルタ回路１３において送電装置Ｓのインバータ回路３の駆動周波数に対応する周波数の減衰量が目標値から離れてしまうことを防止する。例えば、フィルタ回路１３の周波数特性が、図６に示すものである場合、インバータ回路３の駆動周波数（例えば、１００ｋＨｚ）に対応する周波数の減衰量Ｇが目標値となるようにしなければならない。予め、リアクトル切替部１６によるリアクトル１３ａの駆動に連動したリアクトル１３ａのインダクタンスの変化に応じた例えば１００ｋＨｚの減衰量を実験によって得る。そして、実験によって得られたデータに基づくデータテーブル、つまり、リアクトル１３ａのインダクタンス（あるいはリアクトル切替部１６によるリアクトル１３ａの駆動量）毎の１００ｋＨｚの減衰量が登録された減衰量調整用テーブルを作成し、受電側演算制御部１７に予め記憶させる。
受電側演算制御部１７は、上記減衰量調整用テーブルに基づいてフィルタ回路１３において送電装置Ｓのインバータ回路３の駆動周波数に対応する周波数の減衰量Ｇが目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御し、該リアクトル切替部１６に、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させる。受電側演算制御部１７は、フィルタ回路１３において送電装置Ｓのインバータ回路３の駆動周波数に対応する周波数の減衰量Ｇが目標値となると、受電側通信部１５に完了通知を送信させる。
送電装置Ｓの送電側演算制御部７は、送電側通信部６が受電装置Ｒから受電電力情報を受信すると、給電を再開する（図３におけるステップＳ５）。
このような本実施形態によれば、給電時、チョッパ回路２のコンデンサ２ａの両端電圧が耐圧の上限に達したにも関わらず、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に達しない場合には、受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、受電装置Ｒのフィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化するための指示を、送電装置Ｓから受電装置Ｒに送信するので、送電コイル４ａと受電コイル１１ａとの位置ズレが大きい場合でも、送電装置Ｓのチョッパ回路２に設けられたコンデンサ２ａの耐圧を電圧が超えることなく、受電装置Ｒに所望の電力を供給できる。
また、本実施形態によれば、受電装置Ｒによって受電される電力が上昇して目標値となると、受電電力が目標値であることを前提として、受電装置Ｒへの電力効率が目標値に近づくように、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化するので、電力効率を損なうことがない。
また、本実施形態によれば、受電装置Ｒへの電力効率が目標値となると、受電電力が目標値であり、かつ受電装置への電力効率が目標値であることを前提として、フィルタ回路１３において送電装置Ｓのインバータ回路３の駆動周波数（例えば、１００ｋＨｚ）に対応する周波数の減衰量Ｇが目標値に近づくように、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化するので、フィルタ回路１３に求められるフィルタリング機能を損なうことがない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化したが、本発明はこれに限定されない。本発明、受電装置Ｒの受電側パッド１１からフィルタ回路１３における素子のインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方を変化するようにしてもよい。例えば、本発明は、受電側パッド１１やフィルタ回路１３のコンデンサのキャパシタンスを変化するようにしてもよい。
（２）上記実施形態では、リアクトル１３ａは可変リアクトルであるが、可変リアクトルに代えて、図７（ａ）や（ｂ）に示すリアクトル１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅとスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３から構成され、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をスイッチングすることでリアクトル１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅを切り替えることによってインダクタンスを変化する構成を用いてもよい。なお、この場合、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の開閉は、受電側演算制御部１７から入力される制御指令により制御されるため、リアクトル切替部１６は、省略することができる。また、上述したように、受電側パッド１１やフィルタ回路１３のコンデンサのキャパシタンスを変化させる場合、図７に示すリアクトル１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅとスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３との構成のように、コンデンサとスイッチング素子とを構成し、コンデンサを切り替えるようにしてもよい。
（３）上記実施形態では、受電側演算制御部１７は、図５に示す受電電力調整用テーブルに基づいて受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、インピーダンスが下がる方向にリアクトル切替部１６を制御したが、本発明はこれに限定されない。例えば、受電側演算制御部１７は、リアクトル１３ａのインダクタンスに加えて、受電側パッド１１や受電側整流回路１２を構成する素子の特性値等のその他のパラメータに基づいて正確なインピーダンス（一義的なインピーダンス）を求めるデータテーブルを予め記憶し、該データテーブルに基づいて受電装置Ｒによって受電される電力が目標値に近づくように、リアクトル切替部１６を制御するようにしてもよい。この結果、リアクトル１３ａのインダクタンスが変化して、インピーダンスがデータテーブルに登録されたものまで下がり、受電装置Ｒによって受電される電力が上昇して目標値となる。
（４）上記実施形態において、送電側電流/電圧センサ５は、チョッパ回路２とインバータ回路３との間に設けられ、チョッパ回路２からインバータ回路３に供給される直流電力の電流及び電圧を検出しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、送電側電流/電圧センサ５は、送電側整流回路１とチョッパ回路２との間に設けられ、送電側整流回路１からチョッパ回路２に供給される電力の電流及び電圧を検出してもよい。この場合、送電側演算制御部７は、送電側整流回路１からチョッパ回路２に供給される電力の電圧と、チョッパ回路２の昇降圧比に基づいてチョッパ回路２からの出力電圧を推定するようにする。
（５）上記実施形態において、受電装置Ｒの受電電力が目標値に達しない場合には、一旦給電を停止し、その上で、上述した変化指示を送電側通信部６に送信させたが、給電を停止せずに、変化指示を送電側通信部６に送信させるようにしてもよい。つまり、給電を停止することなく、フィルタ回路１３におけるリアクトル１３ａのインダクタンスを変化させるようにしてもよい。
また、一旦給電を停止する場合には、例えば、図８に示すように、チョッパ回路２からの出力電圧と、受電装置Ｒの受電電力とが遷移する。つまり、送電側演算制御部７は、給電時、チョッパ回路２のコンデンサ２ａの両端電圧が耐圧の上限に達したにも関わらず、受電装置Ｒの受電電力が目標値に達しない場合には、給電を停止し、上述した条件（受電電力が前記目標値に近づくことや、電力効率が目標値に近づくことや、フィルタ回路の減衰量が目標値に近づくこと）を満たすように、上述した変化指示を、送電側通信部６に送信させ、受電装置Ｒのリアクトル１３ａのインダクタンスが変化された後、給電を再開する。そして、コンデンサ２ａの両端電圧は、給電再開後、受電電力が目標値に達したとしても、上限に達さない。これは、インピーダンスが低下しているからである。
（６）上記実施形態において、電圧変換器としてチョッパ回路２を用いているが、非絶縁型の電圧変換器であるチョッパ回路２に代わって、絶縁型の電圧変換器であるトランスを用いてもよい。また、上記実施形態において、送電側整流回路１や受電側整流回路１２として、フルブリッジを用いたが、フルブリッジに代わってハーフブリッジを用いてもよい。また、上記実施形態において、負荷に応じてフィルタ回路１３の後段に電圧変換器を設けてもよい。
また、負荷としてバッテリＢを設けているが、バッテリＢ以外の直流負荷（キャパシタ等の蓄電デバイスや発熱体等の抵抗負荷）、あるいは交流負荷（モータ等のインダクタンス負荷）を設けてもよい。なお、交流負荷を設ける場合には、交流電力を生成するために、フィルタ回路１３の後段に、インバータ回路等を設ける必要がある。また、交流電源である商用電源を用いているが、直流電源を用いてもよい。なお、直流電源を設ける場合には、送電側整流回路１を削除する必要がある。
（７）上記実施形態において、例えば、電圧が耐圧の上限に「達する」や電力が目標値に「達する」のような表現の技術的思想が意味する内容は必ずしても厳密な意味ではなく、送電装置Ｓまたは受電装置Ｒの仕様に応じて、基準となる値を含む場合または含まない場合の意味を包含するのものとする。例えば、電圧が耐圧の上限に「達する」とは、電圧が上限に達した場合のみならず、上限を超えた場合も含意し得るものとする。
（８）上記実施形態において、チョッパ回路２の出力端の両端電圧に基づいて、スイッチング素子３ａ〜３ｄ及びスイッチング素子２ｂの両端電圧を求めることについて説明したが、本発明は、この態様に限定されるものではない。例えば、スイッチング素子３ａ〜３ｄ及びスイッチング素子２ｂのそれぞれに並列に電圧センサを設け、スイッチング素子３ａ〜３ｄ及びスイッチング素子２ｂの両端電圧を直接測定してもよい。
Ｓ…送電装置、Ｒ…受電装置、１…送電側整流回路、２…チョッパ回路、３…インバータ回路、４…送電側パッド、５…送電側電流/電圧センサ、６…送電側通信部、７…送電側演算制御部、１１…受電側パッド、１２…受電側整流回路、１３…フィルタ回路、１４…受電側電流/電圧センサ、１５…受電側通信部、１６…リアクトル切替部、１７…受電側演算制御部、２ａ…コンデンサ、４ａ…送電コイル、１１ａ…受電コイル、１３ａ…リアクトル、１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ…リアクトル、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３…スイッチング素子

Claims (8)

  1. 電圧を変換する電圧変換器と、前記電圧変換器から入力される電力を交流電力に変換するインバータ回路とを具備し、前記インバータ回路から出力される前記交流電力に基づいて磁界を発生するものであり、前記磁界を介して受電側パッドによって受電した電力を整流し、整流した電力をフィルタ回路によって平滑化する受電装置に給電する送電装置であって、
    前記受電装置と通信する通信部と、
    制御部とを具備し、
    前記通信部は、前記受電装置によって受電される電力に関する情報を前記受電装置から受信し、
    前記制御部は、前記電圧変換器または前記インバータ回路のある素子の両端電圧が当該素子の耐圧の上限に達した時、前記情報に基づいて前記受電装置の受電電力が目標値に達していないと判断した場合には、前記受電電力が前記目標値に近づくという条件を満たすように、前記受電装置の前記受電側パッドから前記フィルタ回路までにおける素子のインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方を変化するための指示を、前記通信部に送信させる送電装置。
  2. 前記条件は、前記受電装置への電力効率が目標値に近づくことを含む請求項１に記載の送電装置。
  3. 前記条件は、前記フィルタ回路において前記インバータ回路の駆動周波数に対応する周波数の減衰量が目標値に近づくことを含む請求項１または２に記載の送電装置。
  4. 前記受電側パッドから前記フィルタ回路までにおける素子は、前記フィルタ回路におけるリアクトルである請求項１〜３のいずれか一項に記載の送電装置。
  5. 前記リアクトルは、可変リアクトルである請求項４に記載の送電装置。
  6. 前記リアクトルは、スイッチング素子によって切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の送電装置。
  7. 前記制御部は、前記電圧変換器または前記インバータ回路の前記素子の両端電圧が前記耐圧の上限に達した時、前記情報に基づいて前記受電装置の受電電力が目標値に達していないと判断した場合には、給電を停止し、前記条件を満たすように、前記指示を、前記通信部に送信させ、前記受電側パッドから前記フィルタ回路までにおける素子のインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方が変化された後、給電を再開する請求項１〜６のいずれ一項に記載の送電装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の送電装置と、前記送電装置によって非接触給電された電力を受電する受電装置とを具備する非接触給電システム。
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