JP6395096B2 - 非接触給電装置、プログラム、非接触給電装置の制御方法、および非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に非接触給電装置、プログラム、非接触給電装置の制御方法、および非接触電力伝送システムに関し、より詳細には負荷に非接触で給電を行う非接触給電装置、プログラム、非接触給電装置の制御方法、および非接触電力伝送システムに関する。

従来、負荷へ電磁誘導を利用して非接触で電力を供給する非接触給電装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の非接触給電装置は、磁界を発生させることで電力を供給する一次側コイル（給電コイル）を備えており、電気自動車などの移動体への給電に用いられる。電気自動車は非接触受電装置を備えている。非接触受電装置は、二次側コイル（受電コイル）および蓄電池を備えており、非接触給電装置の一次側コイルから二次側コイルに供給された電力を蓄電池に蓄積する。

ところで、上述したような非接触給電装置においては、非接触給電装置の一次側コイルと負荷（移動体）の二次側コイルとの相対的な位置関係によって、一次側コイルと二次側コイルとの間の結合係数が変化する。そのため、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係が変化した場合、非接触給電装置から出力される出力電力が低下し、出力電力が必要な電力に対して不足する可能性がある。

特開２０１３−２４３９２９号公報

本発明は上記事由に鑑みてなされており、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係が変化しても、必要な電力を確保しやすい非接触給電装置、プログラム、非接触給電装置の制御方法、および非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る非接触給電装置は、インバータ回路と、一次側コイルと、可変容量回路と、制御回路とを備える。前記インバータ回路は、一対の入力点と一対の出力点との間に電気的に接続された複数の変換用スイッチ素子を有する。前記インバータ回路は、前記複数の変換用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の入力点に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一対の出力点から出力する。前記一次側コイルは、前記一対の出力点間に電気的に接続され、前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する。前記可変容量回路は、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間に電気的に接続される。前記可変容量回路は、調整用コンデンサおよび複数の調整用スイッチ素子を有する。前記可変容量回路は、前記複数の調整用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間における容量成分の大きさを調整する。前記制御回路は、第１駆動信号にて前記複数の変換用スイッチ素子を制御し、第２駆動信号にて前記複数の調整用スイッチ素子を制御する。前記制御回路は、前記第１駆動信号に対する前記第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、前記出力電力の大きさを調節するように構成されている。前記制御回路は、推定部と、設定部とを有する。前記推定部は、前記可変容量回路を動作させた状態で、前記可変容量回路を無効とした場合の前記インバータ回路の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する。前記設定部は、前記推定部で推定された前記初期モードに応じて前記規定範囲を設定する。

本発明の一態様に係るプログラムは、非接触給電装置に用いられるコンピュータを、制御部、推定部、設定部として機能させる。前記非接触給電装置は、インバータ回路と、一次側コイルと、可変容量回路とを備える。前記インバータ回路は、一対の入力点と一対の出力点との間に電気的に接続された複数の変換用スイッチ素子を有する。前記インバータ回路は、前記複数の変換用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の入力点に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一対の出力点から出力する。前記一次側コイルは、前記一対の出力点間に電気的に接続され、前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する。前記可変容量回路は、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間に電気的に接続される。前記可変容量回路は、調整用コンデンサおよび複数の調整用スイッチ素子を有する。前記可変容量回路は、前記複数の調整用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間における容量成分の大きさを調整する。前記制御部は、第１駆動信号にて前記複数の変換用スイッチ素子を制御し、第２駆動信号にて前記複数の調整用スイッチ素子を制御する。前記制御部は、前記第１駆動信号に対する前記第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、前記出力電力の大きさを調節する。前記推定部は、前記可変容量回路を動作させた状態で、前記可変容量回路を無効とした場合の前記インバータ回路の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する。前記設定部は、前記推定部で推定された前記初期モードに応じて前記規定範囲を設定する。

本発明の一態様に係る非接触給電装置の制御方法は、制御過程と、推定過程と、設定過程とを有する。前記非接触給電装置は、インバータ回路と、一次側コイルと、可変容量回路とを備える。前記インバータ回路は、一対の入力点と一対の出力点との間に電気的に接続された複数の変換用スイッチ素子を有する。前記インバータ回路は、前記複数の変換用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の入力点に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一対の出力点から出力する。前記一次側コイルは、前記一対の出力点間に電気的に接続され、前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する。前記可変容量回路は、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間に電気的に接続される。前記可変容量回路は、調整用コンデンサおよび複数の調整用スイッチ素子を有する。前記可変容量回路は、前記複数の調整用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間における容量成分の大きさを調整する。前記制御過程では、第１駆動信号にて前記複数の変換用スイッチ素子を制御し、第２駆動信号にて前記複数の調整用スイッチ素子を制御する。前記制御過程では、前記第１駆動信号に対する前記第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、前記出力電力の大きさを調節する。前記推定過程では、前記可変容量回路を動作させた状態で、前記可変容量回路を無効とした場合の前記インバータ回路の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する。前記設定過程では、前記推定過程で推定された前記初期モードに応じて前記規定範囲を設定する。

本発明の一態様に係る非接触電力伝送システムは、上記の非接触給電装置と、前記二次側コイルを有する非接触受電装置とを備える。前記非接触受電装置は、前記非接触給電装置から非接触で前記出力電力が供給されるように構成されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触電力伝送システムを示す回路図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る非接触給電装置の第１駆動信号および第２駆動信号を示す波形図である。 図３は、同上の非接触給電装置における共振特性の例を示すグラフである。 図４Ａおよび図４Ｂは、同上の非接触給電装置における共振特性の例を示すグラフである。 図５Ａは同上の非接触給電装置における初期進相の場合の位相差特性の例を示すグラフ、図５Ｂは同上の非接触給電装置における初期遅相の場合の位相差特性の例を示すグラフである。 図６Ａは、同上の非接触給電装置における可変容量回路の第１充電モードを示す説明図である。図６Ｂは、同上の非接触給電装置における可変容量回路の第１放電モードを示す説明図である。図６Ｃは、同上の非接触給電装置における可変容量回路の第２充電モードを示す説明図である。図６Ｄは、同上の非接触給電装置における可変容量回路の第２放電モードを示す説明図である。 図７は、同上の非接触給電装置におけるＶ−Ｉ位相差が９０度である場合の第１駆動信号、一次側電流、および第２駆動信号の波形図である。 図８は、同上の非接触給電装置におけるＶ−Ｉ位相差が４５度である場合の第１駆動信号、一次側電流、および第２駆動信号の波形図である。 図９は、同上の非接触給電装置における出力電力制御を示すフローチャートである。 図１０は、同上の非接触給電装置における第１の初期モードの推定方法を示すフローチャートである。 図１１は、同上の非接触給電装置における初期進相、初期遅相のそれぞれの場合の電圧電流位相差と位相差との関係を示すグラフである。 図１２は、同上の非接触給電装置における第２の初期モードの推定方法を示すフローチャートである。 図１３Ａは、同上の非接触給電装置における位相差−コイル電流特性の例を示すグラフである。図１３Ｂは、図１３Ａの領域Ａ１を拡大したグラフである。 図１４は、同上の非接触給電装置におけるサーチモードの動作を示すフローチャートである。 図１５は、同上の非接触給電装置における共振特性の例を示すグラフである。 図１６は、本発明の一実施形態の変形例に係る可変容量回路の構成を示す回路図である。

本実施形態の非接触給電装置は、負荷に対し非接触で給電を行う。非接触給電装置は、非接触給電装置に設けられた一次側コイルと負荷に設けられた二次側コイルとが電磁界結合（電界結合と磁界結合との少なくとも一方）された状態で、一次側コイルから二次側コイルへ電力の伝達を行うことにより、負荷への給電を行う。この種の非接触給電装置は、負荷に備わっている非接触受電装置と共に非接触電力伝送システムを構成する。

＜非接触電力伝送システムの概要＞
まず、非接触電力伝送システムの概要について、図１を参照して説明する。

非接触電力伝送システム１は、一次側コイルＬ１を有する非接触給電装置２と、二次側コイルＬ２を有する非接触受電装置３とを備えている。非接触受電装置３は、非接触給電装置２から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。ここでいう出力電力は、非接触給電装置２から出力される電力であって、一次側コイルＬ１に交流電圧が印加されることにより一次側コイルＬ１から二次側コイルＬ２に非接触で供給される電力である。

本実施形態では、負荷としての電動車両に非接触受電装置３が搭載されている場合を例に説明する。電動車両は、蓄電池４を備え、蓄電池４に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する車両である。電動車両に搭載された非接触受電装置３は、蓄電池４の充電装置として用いられる。なお、ここでは電動機で生じる駆動力によって走行する電気自動車を電動車両の例として説明するが、電動車両は電気自動車に限らず、たとえば二輪車（電動バイク）、電動自転車などであってもよい。

非接触給電装置２は、商用電源（系統電源）や、太陽光発電設備等の発電設備から供給される電力を、非接触受電装置３に供給することで、電動車両の蓄電池４を充電する。非接触給電装置２に供給される電力は、交流電力と直流電力とのいずれであってもよいが、本実施形態では、非接触給電装置２が直流電源５に電気的に接続され、非接触給電装置２に直流電力が供給される場合を例に説明する。なお、非接触給電装置２に交流電力が供給される場合、非接触給電装置２には交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが設けられる。

非接触給電装置２は、たとえば商業施設や公共施設、あるいは集合住宅などの駐車場に設置される。非接触給電装置２は、少なくとも一次側コイルＬ１が床あるいは地面に設置されており、一次側コイルＬ１上に駐車された電動車両の非接触受電装置３に対して非接触で電力を供給する。このとき、非接触受電装置３の二次側コイルＬ２は、一次側コイルＬ１の上方に位置することで、一次側コイルＬ１と電磁界結合（電界結合と磁界結合との少なくとも一方）されている。そのため、一次側コイルＬ１からの出力電力が二次側コイルＬ２へ伝達（送電）されることになる。なお、一次側コイルＬ１は、床あるいは地面から露出するように設置される構成に限らず、床あるいは地面に埋め込まれるように設置されていてもよい。

非接触受電装置３は、二次側コイルＬ２と、一対の二次側コンデンサＣ２１，Ｃ２２と、整流回路３１と、平滑コンデンサＣ２とを有している。整流回路３１は、一対の交流入力点と、一対の直流出力点とを有するダイオードブリッジからなる。二次側コイルＬ２の一端は、第１の二次側コンデンサＣ２１を介して整流回路３１の一方の交流入力点に電気的に接続され、二次側コイルＬ２の他端は、第２の二次側コンデンサＣ２２を介して整流回路３１の他方の交流入力点に電気的に接続されている。平滑コンデンサＣ２は、整流回路３１の一対の直流出力点間に電気的に接続されている。さらに、平滑コンデンサＣ２の両端は一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２に電気的に接続されている。一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２には、蓄電池４が電気的に接続されている。

これにより、非接触受電装置３は、非接触給電装置２の一次側コイルＬ１からの出力電力を二次側コイルＬ２で受けることで二次側コイルＬ２の両端間に発生する交流電圧を、整流回路３１にて整流し、さらに平滑コンデンサＣ２にて平滑して直流電圧を得る。非接触受電装置３は、このようにして得られる直流電圧を、一対の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２から蓄電池４に出力（印加）する。

ここで、本実施形態においては、非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１と共に共振回路（以下、「一次側共振回路」という）を構成する可変容量回路２２、および一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２を備えている。また、非接触受電装置３では、二次側コイルＬ２は一対の二次側コンデンサＣ２１，Ｃ２２と共に共振回路（以下、「二次側共振回路」という）を構成している。そして、本実施形態の非接触電力伝送システム１は、一次側共振回路と二次側共振回路とを共鳴させることにより電力の伝送を行う磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）を採用している。すなわち、非接触電力伝送システム１は、一次側共振回路と二次側共振回路とで共振周波数を一致させることにより、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２とが比較的離れた状態でも、非接触給電装置２の出力電力を高効率で伝送可能である。

＜非接触給電装置の概要＞
次に、非接触給電装置の概要について、図１を参照して説明する。

本実施形態の非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１に加えて、インバータ回路２１と、可変容量回路２２と、制御回路２３とをさらに備えている。

インバータ回路２１は、一対の入力点２１１，２１２と一対の出力点２１３，２１４との間に電気的に接続された複数（ここでは４つ）の変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を有している。インバータ回路２１は、複数の変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングにより、一対の入力点２１１，２１２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して一対の出力点２１３，２１４から出力する。

一次側コイルＬ１は、一対の出力点２１３，２１４間に電気的に接続され、交流電圧が印加されることにより二次側コイルＬ２に非接触で出力電力を供給する。

可変容量回路２２は、一対の出力点２１３，２１４と一次側コイルＬ１との間に電気的に接続され、調整用コンデンサＣ１および複数（ここでは４つ）の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を有している。可変容量回路２２は、複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のスイッチングにより、一対の出力点２１３，２１４と一次側コイルＬ１との間における容量成分の大きさを調整する。

制御回路２３は、第１駆動信号にて複数の変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を制御し、第２駆動信号にて複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する。制御回路２３は、第１駆動信号に対する第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、出力電力の大きさを調節するように構成されている。制御回路２３は、推定部２３１と、設定部２３２とを有している。推定部２３１は、可変容量回路２２を動作させた状態で、可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する。設定部２３２は、推定部２３１で推定された初期モードに応じて規定範囲を設定する。

ここでいう「位相差」は、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７の位相の遅れ、あるいは第１駆動信号Ｇ２，Ｇ３に対する第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８の位相の遅れである。この点については、後に「基本動作」の「（２）可変容量回路あり」の欄で詳しく説明する。また、ここでいう「進相モード」は、電圧位相に対して電流位相が進み位相（進相）になるモードである。一方、「遅相モード」は、電圧位相に対して電流位相が遅れ位相（遅相）になるモードである。

上記構成により、本実施形態の非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化しても、必要な電力を確保しやすい、という利点がある。すなわち、非接触給電装置２は、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４（Ｇ２，Ｇ３）に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７（Ｇ５，Ｇ８）の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、出力電力の大きさを調節することができる。したがって、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化して、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との間の結合係数が変化したとしても、非接触給電装置２は、位相差の調節により必要な電力を確保しやすくなる。しかも、位相差は、規定範囲内の設定値に調節されるので、規定範囲が所定の条件を満たしていればインバータ回路２１は遅相モードで動作することが可能である。ただし、インバータ回路２１が遅相モードで動作するための所定の条件は、不変的ではなく、初期モード（可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モード）に応じて変化する。ここでは、制御回路２３は、可変容量回路２２を動作させた状態で推定部２３１にて初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定し、推定された初期モードに応じて設定部２３２にて規定範囲を設定する。したがって、本実施形態の非接触給電装置２は、初期モードに応じた適切な範囲に規定範囲を設定して、インバータ回路２１を遅相モードで動作させることが可能である。

なお、本実施形態でいう「入力点」や「出力点」は、電線等を接続するための部品（端子）として実体を有しなくてもよく、たとえば電子部品のリードや、回路基板に含まれる導体の一部であってもよい。

＜回路構成＞
次に、本実施形態の非接触給電装置２の具体的な回路構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態の非接触給電装置２は、一対の入力端子Ｔ１１，Ｔ１２を備えている。一対の入力端子Ｔ１１，Ｔ１２には、直流電源５が電気的に接続されている。

インバータ回路２１は、４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４がフルブリッジ接続されたフルブリッジインバータ回路である。つまり、インバータ回路２１は、一対の入力点２１１，２１２間に電気的に並列に接続された第１アームと第２アームとを有し、これら第１アームおよび第２アームが４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４にて構成されている。第１アームは（第１の）変換用スイッチ素子Ｑ１と（第２の）変換用スイッチ素子Ｑ２との直列回路からなり、第２アームは（第３の）変換用スイッチ素子Ｑ３と（第４の）変換用スイッチ素子Ｑ４との直列回路からなる。第１アームの中点（変換用スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点）および第２アームの中点（変換用スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点）は、一対の出力点２１３，２１４となる。本実施形態では、４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、それぞれｎチャネルのデプレション型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。

さらに詳しく説明すると、一対の入力点２１１，２１２は、第１の入力点２１１が直流電源５の正極側となり、第２の入力点２１２が直流電源５の負極側となるように、一対の入力端子Ｔ１１，Ｔ１２に電気的に接続されている。第１の入力点２１１には、変換用スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３のドレインが電気的に接続されている。また、第２の入力点２１２には、変換用スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のソースが電気的に接続されている。そして、変換用スイッチ素子Ｑ１のソースと変換用スイッチ素子Ｑ２のドレインとの接続点が、インバータ回路２１の第１の出力点２１３となる。また、変換用スイッチ素子Ｑ３のソースと変換用スイッチ素子Ｑ４のドレインとの接続点が、インバータ回路２１の第２の出力点２１４となる。

４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の各々のドレインおよびソース間には、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４が４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４と一対一に対応するように電気的に接続されている。各ダイオードＤ１〜Ｄ４は、各変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のドレイン側をカソードとする向きで接続されている。ここでは、各ダイオードＤ１〜Ｄ４は各変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオードである。

可変容量回路２２は、調整用コンデンサＣ１と、４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８とを有している。この可変容量回路２２は、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４間において電気的に並列に接続された第３アームと第４アームとを有し、これら第３アームおよび第４アームが４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８にて構成されている。第３アームは（第１の）調整用スイッチ素子Ｑ５と（第３の）調整用スイッチ素子Ｑ７との直列回路からなり、第４アームは（第２の）調整用スイッチ素子Ｑ６と（第４の）調整用スイッチ素子Ｑ８との直列回路からなる。第３アームの中点（調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ７の接続点）と、第４アームの中点（調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ８の接続点）との間には、調整用コンデンサＣ１が電気的に接続されている。本実施形態では、４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８は、それぞれｎチャネルのデプレション型ＭＯＳＦＥＴである。

さらに詳しく説明すると、インバータ回路２１の第１の出力点２１３には、第１の一次側コンデンサＣ１１を介して、調整用スイッチ素子Ｑ５のソースおよび調整用スイッチ素子Ｑ６のドレインが電気的に接続されている。また、第２の出力点２１４には、第２の一次側コンデンサＣ１２および一次側コイルＬ１を介して、調整用スイッチ素子Ｑ７のソースおよび調整用スイッチ素子Ｑ８のドレインが電気的に接続されている。そして、調整用コンデンサＣ１の一端は、調整用スイッチ素子Ｑ５のドレインと調整用スイッチ素子Ｑ７のドレインとの接続点に電気的に接続されている。調整用コンデンサＣ１の他端は、調整用スイッチ素子Ｑ６のソースと調整用スイッチ素子Ｑ８のソースとの接続点に電気的に接続されている。

４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の各々のドレインおよびソース間には、４つのダイオードＤ５〜Ｄ８が４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８と一対一に対応するように電気的に接続されている。各ダイオードＤ５〜Ｄ８は、各調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のドレイン側をカソードとする向きで接続されている。ここでは、各ダイオードＤ５〜Ｄ８は各調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の寄生ダイオードである。

制御回路２３は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成として備えている。マイコンは、マイコンのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより、制御回路（制御部）２３としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。本実施形態では、制御回路２３は、推定部２３１および設定部２３２に加えて、制御部２３３を有している。言い換えれば、上記プログラムは、非接触給電装置２に用いられるコンピュータ（ここではマイコン）を、制御部２３３、推定部２３１、設定部２３２として機能させるためのプログラムである。

制御部２３３は、インバータ回路２１の各変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフを切り替えるための第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を出力する。４つの第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４は、４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に一対一に対応する。ここでは、制御部２３３は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を、それぞれ対応する変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに出力することで、対応する変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の制御を行っている。

また、制御部２３３は、可変容量回路２２の４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の各々のオンオフを切り替えるための第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８を出力する。４つの第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８は、４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８に一対一に対応する。ここでは、制御部２３３は、第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８を、それぞれ対応する調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のゲートに出力することで、対応する調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の制御を行っている。

なお、本実施形態では、制御回路２３の制御部２３３が、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４および調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の各々のゲートに対し、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４および第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８を直接出力しているが、この構成に限らない。たとえば、非接触給電装置２は駆動回路をさらに備え、駆動回路が、制御回路２３の制御部２３３からの第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４および第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８を受けて、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４および調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を駆動してもよい。

一次側コイルＬ１は、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４において、一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２および可変容量回路２２と電気的に直列に接続されている。一次側コイルＬ１の一端は、可変容量回路２２および第１の一次側コンデンサＣ１１を介して、インバータ回路２１の第１の出力点２１３に電気的に接続されている。一次側コイルＬ１の他端は、第２の一次側コンデンサＣ１２を介して、インバータ回路２１の第２の出力点２１４に電気的に接続されている。

本実施形態の非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１に流れる電流の大きさを計測値として計測する計測部２４をさらに備えている。一次側コイルＬ１と第２の一次側コンデンサＣ１２との間には、たとえば変流器からなる電流センサ２５が設けられている。計測部２４は、電流センサ２５の出力を受けて、一次側コイルＬ１に流れる電流の大きさを、計測値として計測する。計測部２４は、計測値を制御回路２３に出力するように構成されている。制御回路２３は、計測部２４で計測された計測値を用いて、一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさを監視する。

＜基本動作＞
次に、本実施形態の非接触給電装置２の基本動作について、図１および図２を参照して説明する。図２では、横軸を時間軸として、上から順に第１駆動信号「Ｇ１，Ｇ４」、「Ｇ２，Ｇ３」、第２駆動信号「Ｇ５，Ｇ８」、「Ｇ６，Ｇ７」の信号波形を表している。なお、図２中の「オン」、「オフ」は、対応するスイッチ素子（変換用スイッチ素子、調整用スイッチ素子）のオン、オフを表している。

（１）可変容量回路なし
ここではまず、可変容量回路２２がない場合、つまり一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１および一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２のみが電気的に接続されている場合を想定し、非接触給電装置２の動作を説明する。この場合の非接触給電装置２の動作は、図１の回路構成において、可変容量回路２２が動作を停止している場合、つまり可変容量回路２２の全ての調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がオンに固定されている場合の非接触給電装置２の動作と等価である。

制御回路２３の制御部２３３は、図２に示すように、変換用スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４に対応する第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４と、変換用スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３に対応する第１駆動信号Ｇ２，Ｇ３として、互いに逆位相（位相差１８０度）の信号を発生する。これにより、インバータ回路２１においては、第１の変換用スイッチ素子Ｑ１および第４の変換用スイッチ素子Ｑ４のペアと、第２の変換用スイッチ素子Ｑ２および第３の変換用スイッチ素子Ｑ３のペアとが交互にオンするように制御される。

その結果、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４間には、周期的に極性（正・負）が反転する電圧（交流電圧）が発生する。要するに、インバータ回路２１は、複数の変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングにより、一対の入力点２１１，２１２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して一対の出力点２１３，２１４から出力する。以下では、インバータ回路２１の出力電圧について、一対の出力点２１３，２１４のうちの第１の出力点２１３が高電位となる電圧を「正極性」といい、第２の出力点２１４が高電位となる電圧を「負極性」という。つまり、インバータ回路２１の出力電圧は、変換用スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオンの状態で正極性となり、変換用スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンの状態で負極性となる。

このように、インバータ回路２１が一対の出力点２１３，２１４から交流電圧を出力することで、一対の出力点２１３，２１４間に電気的に接続された一次側コイルＬ１に交流電流が流れ、一次側コイルＬ１が磁界を発生する。これにより、非接触給電装置２は、非接触受電装置３の二次側コイルＬ２に対し、一次側コイルＬ１から非接触で出力電力を供給することができる。

ところで、可変容量回路２２がない場合、本実施形態の非接触給電装置２では、一次側コイルＬ１は一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２と共に一次側共振回路を構成する。そのため、一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさは、インバータ回路２１の動作周波数（つまり第１駆動信号Ｑ１〜Ｑ４の周波数）に応じて変化し、インバータ回路２１の動作周波数が一次側共振回路の共振周波数に一致するときにピークに達する。

ここにおいて、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化して、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との間の結合係数が変化すると、非接触給電装置２の出力電力の周波数特性（以下、「共振特性」という）が変化する。図３は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化した場合の、非接触給電装置２の共振特性の変化を示している。なお、図３では、横軸を周波数（インバータ回路２１の動作周波数）、縦軸を非接触給電装置２の出力電力として、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が異なる場合の非接触給電装置２の共振特性を「Ｘ１」、「Ｘ２」で示している。

ここで、図３に示すように、インバータ回路２１の動作周波数として使用可能な周波数帯域（以下、「許可周波数帯Ｆ１」という）が制限されていると仮定する。許可周波数帯Ｆ１は、たとえば電波法などの法律により規定される。この場合、許可周波数帯Ｆ１の下限値ｆｍｉｎ未満、および上限値ｆｍａｘを超えるような周波数については、インバータ回路２１の動作周波数として使用することはできない。こうした場合において、非接触給電装置２の共振特性が、たとえば図３に「Ｘ１」で示すような状態にあれば、インバータ回路２１の動作周波数をどう調整しても、非接触給電装置２の出力電力が必要な大きさ（以下、「目標値」という）とならない可能性がある。

たとえば図４Ａに示すように、一次側共振回路の共振周波数ｆｒが許可周波数帯Ｆ１から外れていると、非接触給電装置２の出力電力の大きさがピークに届かず、結果的に、目標値Ｐ１に対して出力電力が不足する可能性がある。また、たとえば図４Ｂに示すように、一次側共振回路の共振周波数ｆｒが許可周波数帯Ｆ１内にある場合でも、非接触給電装置２の出力電力のピークが目標値Ｐ１に届かず、結果的に、目標値Ｐ１に対して出力電力が不足する可能性がある。つまり、図４Ａや図４Ｂの例では、ハッチング（斜線）部分の電力が目標値Ｐ１に対して不足することになる。

そこで、本実施形態の非接触給電装置２は、可変容量回路２２を備えることにより、非接触給電装置２の共振特性を可変とし、目標値Ｐ１を満たすように出力電力の大きさを補正する機能を有している。

（２）可変容量回路あり
次に、図１に示すように可変容量回路２２がある場合、つまり一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１、一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２、および可変容量回路２２が電気的に接続されている場合における、非接触給電装置２の動作を説明する。

制御回路２３の制御部２３３は、図２に示すように、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７に対応する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７と、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８に対応する第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８として、互いに逆位相（位相差１８０度）の信号を発生する。これにより、可変容量回路２２においては、第２の調整用スイッチ素子Ｑ６および第３の調整用スイッチ素子Ｑ７のペアと、第１の調整用スイッチ素子Ｑ５および第４の調整用スイッチ素子Ｑ８のペアとが交互にオンするように制御される。本実施形態では、制御回路２３の制御部２３３は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と、第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との周波数を同一周波数としている。

そして、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオン、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフの期間において、インバータ回路２１の出力電圧が正極性であると、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８を介して調整用コンデンサＣ１に電圧が印加される。つまり、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介して電気的に接続された状態（以下、「第１の状態」ともいう）となる。

一方、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオン、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフの期間において、インバータ回路２１の出力電圧が負極性であると、ダイオードＤ７および調整用スイッチ素子Ｑ５を通して電流が流れる。つまり、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介さずに電気的に接続された状態（以下、「第２の状態」ともいう）となる。言い換えれば、調整用コンデンサＣ１の両端間がダイオードＤ７および調整用スイッチ素子Ｑ５にてバイパスされた状態となる。

また、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオン、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフの期間においては、インバータ回路２１の出力電圧が正極性であると、調整用スイッチ素子Ｑ６およびダイオードＤ８を通して電流が流れる。つまり、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介さずに電気的に接続された状態（以下、「第３の状態」ともいう）となる。言い換えれば、調整用コンデンサＣ１の両端間が調整用スイッチ素子Ｑ６およびダイオードＤ８にてバイパスされた状態となる。

一方、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオン、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフの期間において、インバータ回路２１の出力電圧が負極性であると、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７を介して調整用コンデンサＣ１に電圧が印加される。つまり、インバータ回路２１の一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介して電気的に接続された状態となる（以下、「第４の状態」ともいう）。なお、調整用コンデンサＣ１に印加される電圧の極性は、第１の状態と第４の状態とで逆極性になる。

このように、可変容量回路２２は、一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介して電気的に接続された状態と、調整用コンデンサＣ１を介さず電気的に接続された状態とを切り替えている。これにより、一対の出力点２１３，２１４と一次側コイルＬ１との間の容量成分の大きさが、見かけ上、変化することになる。ここで、可変容量回路２２がいずれの状態となるかは、複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のオンオフ、およびインバータ回路２１の出力電圧の極性によって決まる。要するに、可変容量回路２２は、複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のスイッチングにより、一対の出力点２１３，２１４と一次側コイルＬ１との間の容量成分の大きさを調整する。

したがって、本実施形態の非接触給電装置２は、一対の出力点２１３，２１４と一次側コイルＬ１との間の容量成分の大きさを可変容量回路２２にて調整することで、非接触給電装置２の共振特性を変化させることが可能である。その結果、上述したように非接触給電装置２の出力電力が目標値Ｐ１に対して不足するような場合、可変容量回路２２にて、目標値Ｐ１を満たすように出力電力の大きさを補正することが可能である。

ところで、本実施形態では、上述したように、変換用スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４に対応する第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４と、変換用スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３に対応する第１駆動信号Ｇ２，Ｇ３とは互いに逆位相（位相差１８０度）の信号になる。同様に、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７に対応する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７と、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８に対応する第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８とは互いに逆位相（位相差１８０度）の信号になる。

ここにおいて、本実施形態でいう第１駆動信号と第２駆動信号との位相差θは、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７の位相の遅れ、あるいは第１駆動信号Ｇ２，Ｇ３に対する第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８の位相の遅れである（図２参照）。すなわち、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７の位相の遅れと、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４に対する第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８の位相の遅れとでは１８０度の開きがあるため、いずれの位相の遅れを位相差θとするかで位相差θの値が異なる。そこで、本実施形態では、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７の位相の遅れ、あるいは第１駆動信号Ｇ２，Ｇ３に対する第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８の位相の遅れを位相差θと定義する。

ここで、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４および第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７がいずれも「オン」であれば、可変容量回路２２においては、一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介さずに電気的に接続された第３の状態となる。また、第１駆動信号Ｇ２，Ｇ３および第２駆動信号Ｇ５，Ｇ８がいずれも「オン」であれば、可変容量回路２２においては、一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介さずに電気的に接続された第２の状態となる。つまり、本実施形態では、一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１が調整用コンデンサＣ１を介さずに電気的に接続された状態となるような、第１駆動信号と第２駆動信号との組み合わせについての位相の差を位相差θと定義している。

＜進相モード・遅相モード＞
次に、進相モードおよび遅相モードについて説明する。

（１）可変容量回路なし
ここではまず、上記「基本動作」の欄と同様に、可変容量回路２２がない場合、つまり一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１および一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２のみが電気的に接続されている場合について説明する。

この場合、インバータ回路２１は、たとえばインバータ回路２１の動作周波数と一次側共振回路の共振周波数との関係に応じて、遅相モードと進相モードとのいずれかの動作モードで動作する。

進相モードは、インバータ回路２１の出力電流（一次側コイルＬ１を流れる電流）の位相が、インバータ回路２１の出力電圧の位相よりも進んだ状態で、インバータ回路２１が動作するモードである。つまり、進相モードでは、電圧位相に対して電流位相が進み位相（進相）になる。進相モードでは、インバータ回路２１のスイッチング動作はハードスイッチングになる。したがって、進相モードでは、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング損失が増大しやすく、また、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４にストレスが加わりやすい。

一方、遅相モードは、インバータ回路２１の出力電流（一次側コイルＬ１を流れる電流）の位相が、インバータ回路２１の出力電圧の位相よりも遅れた状態で、インバータ回路２１が動作するモードである。つまり、遅相モードでは、電圧位相に対して電流位相が遅れ位相（遅相）になる。遅相モードでは、インバータ回路２１のスイッチング動作はソフトスイッチングになる。したがって、遅相モードでは、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング損失を低減でき、また、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４にストレスが加わりにくい。そのため、インバータ回路２１は、進相モードよりも遅相モードで動作することが好ましい。

（２）可変容量回路あり
次に、可変容量回路２２がある場合、つまり一対の出力点２１３，２１４間に、一次側コイルＬ１、一対の一次側コンデンサＣ１１，Ｃ１２、および可変容量回路２２が電気的に接続されている場合について説明する。

この場合、可変容量回路２２についても、インバータ回路２１と同様に、進相モードと遅相モードとのいずれかの動作モードで動作する。可変容量回路２２においても、進相モードでなく遅相モードで動作することが好ましい。

また、可変容量回路２２がある場合には、インバータ回路２１および可変容量回路２２の動作モード（遅相モード、進相モード）は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との位相差θに応じて変化することが確認されている。さらに、インバータ回路２１の動作モードと位相差θとの関係は、可変容量回路２２がない状態、つまり上記「（１）可変容量回路なし」で説明した条件下における、インバータ回路２１の動作モード（初期モード）によって変化する。言い換えれば、インバータ回路２１の動作周波数と一次側共振回路の共振周波数との関係で決まるインバータ回路２１の動作モードである初期モードが遅相モードか進相モードかによって、インバータ回路２１の動作モードと位相差θとの関係は変化する。

図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ可変容量回路２２がない状態でインバータ回路２１が進相モードにある場合、遅相モードにある場合の、非接触給電装置２の出力電力の位相差θに対する特性（位相差特性）を示している。つまり、図５Ａは初期モードが進相モードである場合の出力電力の位相差θに対する特性を示し、図５Ｂは初期モードが遅相モードにある場合の出力電力の位相差θに対する特性を示している。図５Ａおよび図５Ｂでは、横軸を第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との位相差θ、縦軸を非接触給電装置２の出力電力とする。

すなわち、可変容量回路２２がない状態でインバータ回路２１が進相モードにある場合、つまり初期モードが進相モードである場合（以下、「初期進相」という）においては、非接触給電装置２の出力電力は、たとえば図５Ａに示すように位相差θに応じて変化する。図５Ａの例では、非接触給電装置２の出力電力は、位相差θが９０度のときに極大かつ最大となり、位相差θが１８０度のときに極小かつ最小となるように位相差θによって変化する。非接触給電装置２の出力電力が位相差θによって変化する原理については、下記「（２）位相差制御による出力電力制御の原理」の欄で説明する。ここで、位相差θ（０度〜３６０度）を４つの区分に分け、０度〜９０度を第１区分Ｚ１、９０度〜１８０度を第２区分Ｚ２、１８０度〜２７０度を第３区分Ｚ３、２７０度〜３６０度を第４区分Ｚ４とする。そうすると、初期モードが進相モードとなる「初期進相」の場合においては、インバータ回路２１の動作モード（遅相モード、進相モード）と位相差θの各区分との関係は表１のようになる。

要するに、「初期進相」の場合にあっては、インバータ回路２１が遅相モードで動作するのは、第１区分Ｚ１〜第４区分Ｚ４のうち、位相差θが９０度〜１８０度となる第２区分Ｚ２のみである。

一方、可変容量回路２２がない状態でインバータ回路２１が遅相モードにある場合、つまり初期モードが遅相モードである場合（以下、「初期遅相」という）においては、非接触給電装置２の出力電力は、たとえば図５Ｂに示すように位相差θに応じて変化する。図５Ｂの例では、非接触給電装置２の出力電力は、位相差θが２７０度のときに極大かつ最大となり、位相差θが１８０度のときに極小かつ最小となるように位相差θによって変化する。そのため、初期モードが遅相モードとなる「初期遅相」の場合においては、インバータ回路２１および可変容量回路２２のそれぞれの動作モード（遅相モード、進相モード）と位相差θの各区分との関係は表２のようになる。

要するに、「初期遅相」の場合にあっては、インバータ回路２１が遅相モードで動作するのは、第１区分Ｚ１〜第４区分Ｚ４のうち、位相差θが０度〜１８０度、２７０度〜３６０度となる第１区分Ｚ１、第２区分Ｚ２、および第４区分Ｚ４の３区分である。また、「初期遅相」の場合において、可変容量回路２２が遅相モードで動作するのは、第１区分Ｚ１〜第４区分Ｚ４のうち、位相差θが０度〜９０度、１８０度〜３６０度となる第１区分Ｚ１、第３区分Ｚ３、および第４区分Ｚ４の３区分である。つまり、「初期遅相」の場合に、インバータ回路２１と可変容量回路２２とのいずれもが遅相モードで動作するのは、第１区分Ｚ１〜第４区分Ｚ４のうち、位相差θが０度〜９０度、２７０度〜３６０度となる第１区分Ｚ１、および第４区分Ｚ４の２区分である。

＜出力電力制御＞
次に、本実施形態の非接触給電装置２において、出力電力の大きさを調節する「出力電力制御」の動作について説明する。

（１）周波数制御および位相差制御
本実施形態では、制御回路２３の制御部２３３は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４および第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の周波数を調節する「周波数制御」と、位相差θを調節する「位相差制御」との２つの方法で、出力電力の大きさを調節するように構成されている。

本実施形態では、制御回路２３の制御部２３３は、まず位相差θを調節することにより出力電力の大きさを調節する位相差制御を行う。

位相差制御では、制御部２３３が第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４（Ｇ２，Ｇ３）に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７（Ｇ５，Ｇ８）の位相の遅れである位相差θを規定範囲内の設定値に調節することにより、非接触給電装置２の出力電力の大きさを調節する。ここで、規定範囲は、位相差制御の開始時点においてはデフォルトの範囲に設定されており、位相差制御の開始後、推定部２３１で推定される初期モードに応じて設定部２３２で設定される。ここで、制御回路２３は、制御部２３３にて可変容量回路２２を動作させた状態で、初期モード（可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モード）が進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する。すなわち、推定部２３１は、実際に可変容量回路２２を無効にすることなく、制御部２３３からの第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８にて可変容量回路２２を動作させたままの状態で、初期モードの推定を行う。推定部２３１での初期モードの推定方法については、下記「初期モードの推定」の欄で詳しく説明する。

本実施形態では一例として、デフォルト（位相差制御の開始時点）の規定範囲は９０度〜１８０度の範囲である。さらに、位相差制御の開始時点での位相差θ、つまり位相差θの初期値は、デフォルトの規定範囲内の値であって、本実施形態では一例として１８０度である。

要するに、位相差制御の開始後、制御部２３３は、まずデフォルトの規定範囲（ここでは９０度〜１８０度）内で位相差θを調節することにより、非接触給電装置２の出力電力の大きさを調節する。

すなわち、図５Ａおよび図５Ｂから明らかなように、非接触給電装置２の出力電力は位相差θに応じて変化するので、制御部２３３が位相差θを設定値に調節することで出力電力の大きさの調節が可能である。ただし、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との位相差θは、上述したようにインバータ回路２１の動作モード（遅相モード、進相モード）にも影響する。さらに、可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モードである初期モードが遅相モードか進相モードかによって、インバータ回路２１の動作モードと位相差θとの関係は変化する。そのため、インバータ回路２１を遅相モードで動作させるには、位相差θを調節可能な範囲（規定範囲）が、初期モードに応じて動的に設定されている必要がある。

そこで、本実施形態の非接触給電装置２においては、上述したように位相差制御の開始後、推定部２３１で推定された初期モードに応じて、規定範囲が設定部２３２にて設定される。つまり、位相差制御において、規定範囲は、不変的ではなく、初期モード（可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モード）に応じて変化する。言い換えれば、設定部２３２は推定部２３１の推定結果に応じて規定範囲を動的に設定する。この点について、以下に詳しく説明する。

まず、推定部２３１で推定された初期モードが進相モードである場合、つまり「初期進相」の場合について、図５Ａを参照して説明する。この場合、上述したようにインバータ回路２１が遅相モードで動作するのは、第１区分Ｚ１〜第４区分Ｚ４のうち、位相差θが９０度〜１８０度となる第２区分Ｚ２のみである。そこで、本実施形態においては、推定部２３１で推定された初期モードが進相モードであれば（つまり「初期進相」の場合）、設定部２３２は規定範囲を９０度〜１８０度の範囲に設定するように構成されている。本実施形態では、デフォルト（位相差制御の開始時点）の規定範囲が９０度〜１８０度の範囲であるので、推定部２３１で推定された初期モードが進相モードであれば、設定部２３２は規定範囲をデフォルトのままとする。これにより、制御回路２３が、位相差θを規定範囲内の設定値に調節して非接触給電装置２の出力電力の大きさを調節したときに、インバータ回路２１は遅相モードで動作することができる。

次に、推定部２３１で推定された初期モードが遅相モードである場合、つまり「初期遅相」の場合について、図５Ｂを参照して説明する。この場合、上述したようにインバータ回路２１が遅相モードで動作するのは、第１区分Ｚ１、第２区分Ｚ２、および第４区分Ｚ４の３区分である。ただし、位相差θが０度〜９０度となる第１区分Ｚ１においては、位相差θが変化しても出力電力の大きさには殆ど変化がない。そこで、位相差θの調節により出力電力の大きさを調節するためには、位相差θが９０度〜１８０度となる第２区分Ｚ２、および位相差θが２７０度〜３６０度となる第４区分Ｚ４の２区分内で位相差θを調節する必要がある。そのため、本実施形態においては、推定部２３１で推定された初期モードが遅相モードであれば（つまり「初期遅相」の場合）、設定部２３２は規定範囲を９０度〜１８０度と２７０度〜３６０度との両方を含む範囲に設定するように構成されている。本実施形態では、デフォルト（位相差制御の開始時点）の規定範囲が９０度〜１８０度の範囲であるので、推定部２３１で推定された初期モードが遅相モードであれば、設定部２３２は規定範囲をデフォルトの範囲から拡大することになる。たとえば規定範囲が２７０度〜３６０度および９０度〜１８０度の範囲であれば、制御回路２３が、位相差θを規定範囲内の設定値に調節して非接触給電装置２の出力電力の大きさを調節したときに、インバータ回路２１は遅相モードで動作することができる。

また、「初期進相」か「初期遅相」かにかかわらず、インバータ回路２１が遅相モードで動作する区分（第２区分Ｚ２と第４区分Ｚ４との少なくとも一方）においては、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、位相差θが小さくなるに従って出力電力は大きくなる。そこで、本実施形態においては、たとえば規定範囲が第２区分（９０度〜１８０度）Ｚ２であれば、規定範囲の上限値（１８０度）から下限値（９０度）にかけて位相差θが徐々に小さくなるように、制御回路２３は、設定値を規定範囲内で徐々に小さくする。同様に、規定範囲が第４区分（２７０度〜３６０度）Ｚ４であれば、規定範囲の上限値（３６０度）から下限値（２７０度）にかけて位相差θが徐々に小さくなるように、制御回路２３は、設定値を規定範囲内で徐々に小さくすることが好ましい。これにより、制御回路２３が規定範囲内で設定値を徐々に変化させる（小さくする）のに伴って、非接触給電装置２の出力電力が徐々に大きくなる。

ところで、本実施形態では、「初期遅相」の場合において、制御回路２３は、位相差θを９０度〜１８０度の範囲内で調節する第１処理と、位相差θを２７０度〜３６０度の範囲内で調節する第２処理とを択一的に選択可能である。ここで、制御回路２３は、第１処理後の出力電力の大きさが所定の目標値未満であれば第２処理に移行するように構成されている。要するに、「初期遅相」の場合、制御部２３３は、まずは第１処理を選択して、規定範囲のうちの９０度〜１８０度の範囲内で位相差θを調節する。そして、第１処理では出力電力の大きさが目標値に達しなかった場合に、制御部２３３は、第２処理を選択して、規定範囲のうちの２７０度〜３６０度の範囲内で位相差θを調節する。言い換えれば、「初期遅相」の場合には、規定範囲は９０度〜１８０度と２７０度〜３６０度との両方を含む範囲に設定されるが、制御部２３３は、第１処理で出力電力が目標値に達しなかった場合にのみ、２７０度〜３６０度の範囲内で位相差θを調節する。

ここで、制御回路２３は、第１処理から第２処理へ移行する際、９０度から０度にかけて位相差θを徐々に小さくするように構成されている。すなわち、推定部２３１で推定された初期モードが遅相モードであれば（つまり「初期遅相」の場合）、位相差θが０度〜９０度となる第１区分Ｚ１においても、上述したようにインバータ回路２１は遅相モードで動作する。そこで、本実施形態では、「初期遅相」の場合、設定部２３２は０度〜９０度の範囲も規定範囲に含めることにより、０度〜１８０度および２７０度〜３６０度の範囲を規定範囲とする。位相差θにおいて０度と３６０とは等しいため、位相差θが０度であることと、位相差θが３６０度であることは同義である。そのため、０度〜１８０度および２７０度〜３６０度の範囲からなる規定範囲は、上限値を１８０度、下限値を２７０度とする、２７０度〜１８０度の連続した範囲とみなすことができる。

具体的に説明すると、制御部２３３は、まずは第１処理として、位相差θを規定範囲の上限値である１８０度から９０度にかけて位相差θを徐々に小さくする。この間に出力電力の大きさが目標値に達すれば、制御部２３３は、出力電力の大きさが目標値に達した時点の値に位相差θを固定して位相差制御を終了する。一方、第１処理では出力電力の大きさが目標値に達しない場合、制御部２３３は、９０度から０度にかけて位相差θを徐々に小さくする。この間には、位相差θが変化しても出力電力の大きさには殆ど変化がない。そして、位相差θが０度（＝３６０度）に達すると、制御部２３３は、第２処理として、位相差θを３６０度（０度）から規定範囲の下限値である２７０度にかけて位相差θを徐々に小さくする。この間に出力電力の大きさが目標値に達すれば、制御部２３３は、出力電力の大きさが目標値に達した時点の値に位相差θを固定して位相差制御を終了する。このように、本実施形態では、制御回路２３は、第１処理から第２処理へ移行する際、９０度から０度（＝３６０度）に位相差θを瞬間的に切り替えるのではなく、９０度から０度（＝３６０度）にかけて位相差θを連続的に変化させる。

なお、「初期遅相」の場合において、インバータ回路２１だけでなく可変容量回路２２も遅相モードで動作するのは、上述したように位相差θが０度〜９０度、２７０度〜３６０度となる第１区分Ｚ１、および第４区分Ｚ４の２区分である。上述したように第１区分Ｚ１においては位相差θが変化しても出力電力の大きさには殆ど変化がないため、第１区分Ｚ１および第４区分Ｚ４の２区分のうち、位相差θの調節により出力電力の大きさが調節可能であるのは第４区分Ｚ４のみである。そのため、「初期遅相」の場合においては、位相差制御により出力電力が調整された後の最終的な位相差θは、２７０度〜３６０度の範囲内であることがより好ましい。これにより、制御回路２３が、位相差θを規定範囲内の設定値に調節して非接触給電装置２の出力電力の大きさを調節したときに、インバータ回路２１および可変容量回路２２の両方が遅相モードで動作することができる。

そして、上述したような位相差制御にて調節後の出力電力の大きさが所定の目標値未満である場合に、制御回路２３の制御部２３３は以下に説明する周波数制御を行う。つまり、位相差制御だけでは目標値に対して出力電力が不足する場合には、制御部２３３は周波数制御で不足分を補う。

周波数制御では、制御部２３３は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４および第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の周波数を調節することにより出力電力の大きさを調節する。つまり、上記「基本動作」の「（１）可変容量回路なし」の欄で説明したように、一次側コイルＬ１から出力される出力電力の大きさは、インバータ回路２１の動作周波数（つまり第１駆動信号Ｑ１〜Ｑ４の周波数）に応じて変化する（図３参照）。そのため、周波数制御では、制御回路２３の制御部２３３は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４および第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の周波数を調節することで、インバータ回路２１の動作周波数を調節し、出力電圧の大きさを調節する。

ここで、インバータ回路２１の動作周波数として使用可能な周波数帯域（許可周波数帯Ｆ１）が制限されている場合には、周波数制御で調節可能な周波数は、この許可周波数帯Ｆ１内に限定される。なお、本実施形態において周波数制御時における位相差θは、位相差制御にて調節後の位相差θと同値である。要するに、周波数制御を行っている間、制御部２３３は位相差θを、位相差制御で調節された最終的な位相差θ（「初期進相」の場合は９０度、「初期遅相」の場合は２７０度）に固定している。

（２）位相差制御による出力電力制御の原理
以下、制御回路２３が位相差制御にて位相差θを規定範囲内の設定値に調節することにより、非接触給電装置２の出力電力の大きさが調節される原理について、図６Ａ〜図８を参照して説明する。

非接触給電装置２の出力電力は、一次側共振回路の一次側コイルＬ１に印加される電圧によって変化する。一次側コイルＬ１に印加される電圧は、インバータ回路２１の出力電圧と、可変容量回路２２の両端電圧（調整用スイッチ素子Ｑ５のドレイン、および調整用スイッチ素子Ｑ７のドレイン間の電圧）との合成電圧である。そのため、インバータ回路２１の出力電圧と、可変容量回路２２の両端電圧とが同極性であり、互いに強め合う場合に、一次側コイルＬ１に印加される電圧が大きくなり、非接触給電装置２の出力電力は大きくなる。この場合において、調整用コンデンサＣ１の両端電圧が大きくなるほど、可変容量回路２２の両端電圧が大きくなって、一次側コイルＬ１に印加される電圧が大きくなるので、非接触給電装置２の出力電力は大きくなる。そこで、位相差制御では、制御回路２３は、位相差θを調節することにより、調整用コンデンサＣ１の充電と放電とのバランスを変化させ、調整用コンデンサＣ１の両端電圧を変化させて、非接触給電装置２の出力電力を変化させる。

ここにおいて、調整用コンデンサＣ１が充電されるか放電されるかは、複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のオンオフ、およびインバータ回路２１の出力電流の向きによって決まる。インバータ回路２１の出力電流は、一次側コイルＬ１を流れる電流であるから、以下「一次側電流Ｉ１」ともいう。第１の出力点２１３から、一次側コンデンサＣ１１、可変容量回路２２、一次側コイルＬ１、および一次側コンデンサＣ１１を通って第２の出力点２１４に流れる一次側電流Ｉ１の向き、つまり図１に矢印で示す一次側電流Ｉ１の向きを、「正方向」という。第２の出力点２１４から、一次側コンデンサＣ１２、一次側コイルＬ１、可変容量回路２２、および一次側コンデンサＣ１１を通って第１の出力点２１３に流れる一次側電流Ｉ１の向き、つまり図１に矢印で示す一次側電流Ｉ１とは逆の向きを、「負方向」という。

図６Ａ〜６Ｄは、複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のオンオフと、一次側電流Ｉ１の向きとの組み合わせパターンを示している。図６Ａ〜６Ｄ中、太線矢印は電流経路を表し、点線の丸印が付された調整用スイッチ素子はオン状態の素子を表している。

図６Ａは、可変容量回路２２の状態として、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオン、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフであって、負方向の一次側電流Ｉ１が流れている状態（以下、「第１充電モード」という）を表している。図６Ｂは、可変容量回路２２の状態として、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオン、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフであって、正方向の一次側電流Ｉ１が流れている状態（以下、「第１放電モード」という）を表している。図６Ｃは、可変容量回路２２の状態として、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオン、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフであって、正方向の一次側電流Ｉ１が流れている状態（以下、「第２充電モード」という）を表している。図６Ｄは、可変容量回路２２の状態として、調整用スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオン、調整用スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフであって、負方向の一次側電流Ｉ１が流れている状態（以下、「第２放電モード」という）を表している。図６Ａに示す第１充電モード、および図６Ｃに示す第２充電モードにおいて、調整用コンデンサＣ１は充電される。一方、図６Ｂに示す第１放電モード、および図６Ｄに示す第２放電モードで、調整用コンデンサＣ１は放電される。

次に、図７および図８を参照して、位相差θと、調整用コンデンサＣ１の充電および放電のバランスとの関係について説明する。図７および図８ではいずれも、横軸を時間軸として、上から順に第１駆動信号「Ｇ１，Ｇ４」、一次側電流「Ｉ１」、２種類の第２駆動信号「Ｇ６，Ｇ７」の波形を表している。ここでいう２種類の第２駆動信号は互いに位相差θが異なっている。なお、図７および図８中の「オン」、「オフ」は、対応するスイッチ素子（変換用スイッチ素子、調整用スイッチ素子）のオン、オフを表している。

図７は、「初期遅相」の場合であって、インバータ回路２１の出力電圧に対する一次側電流Ｉ１の位相の遅れ（以下、「電圧電流位相差」という）Φが９０度である場合を例示している。図７では、２種類の第２駆動信号「Ｇ６，Ｇ７」の波形として、上から順に位相差θが３６０度のときの波形、位相差θが３２０度のときの波形を表している。さらに、図７では、位相差θが３６０度の場合について、第１充電モードの期間を「Ｔｃａ１」、第１放電モードの期間を「Ｔｄａ１」、第２充電モードの期間を「Ｔｃａ２」、第２放電モードの期間を「Ｔｄａ２」で表している。同様に、位相差θが３２０度の場合について、第１充電モードの期間を「Ｔｃｂ１」、第１放電モードの期間を「Ｔｄｂ１」、第２充電モードの期間を「Ｔｃｂ２」、第２放電モードの期間を「Ｔｄｂ２」で表している。

図７から明らかなように、位相差θが３６０度であれば、第２駆動信号の１周期において、調整用コンデンサＣ１が充電される時間（以下、「充電時間」という）と、調整用コンデンサＣ１が放電される時間（以下、「放電時間」という）とは略均衡する。つまり、位相差θが３６０度であれば、「Ｔｃａ１」および「Ｔｃａ２」の合計と、「Ｔｄａ１」および「Ｔｄａ２」の合計とは、略同じ長さになる。一方、位相差θが３２０度であれば、第２駆動信号の１周期において、充電時間が放電時間を上回る。つまり、位相差θが３２０度であれば、「Ｔｃｂ１」および「Ｔｃｂ２」の合計は、「Ｔｄｂ１」および「Ｔｄｂ２」の合計よりも、長くなる。

上記より、位相差θが３６０度から２７０度に近づくように変化すると、第２駆動信号の１周期において、充電時間と放電時間との均衡が破れ、徐々に、充電時間の占める割合が大きくなる。充電時間が放電時間に対して長くなるほど、調整用コンデンサＣ１の両端電圧が大きくなるので、結果的に、位相差θが３６０度から２７０度に近づくにつれて、非接触給電装置２の出力電力が、徐々に大きくなる。

また、図８は、「初期遅相」の場合であって、電圧電流位相差Φが４５度である場合を例示している。図８では、２種類の第２駆動信号「Ｇ６，Ｇ７」の波形として、上から順に位相差θが３１５度のときの波形、位相差θが２９０度のときの波形を表している。さらに、図８では、位相差θが３１５度の場合について、第１充電モードの期間を「Ｔｃａ１」、第１放電モードの期間を「Ｔｄａ１」、第２充電モードの期間を「Ｔｃａ２」、第２放電モードの期間を「Ｔｄａ２」で表している。同様に、位相差θが２９０度の場合について、第１充電モードの期間を「Ｔｃｂ１」、第１放電モードの期間を「Ｔｄｂ１」、第２充電モードの期間を「Ｔｃｂ２」、第２放電モードの期間を「Ｔｄｂ２」で表している。

電圧電流位相差Φが４５度であれば、図８から明らかなように、位相差θが３１５度であっても、第２駆動信号の１周期において、充電時間と放電時間とは略均衡する。つまり、位相差θが３１５度であっても、「Ｔｃａ１」および「Ｔｃａ２」の合計と、「Ｔｄａ１」および「Ｔｄａ２」の合計とは、略同じ長さになる。一方、位相差θが２９０度であれば、第２駆動信号の１周期において、充電時間が放電時間を上回る。つまり、位相差θが２９０度であれば、「Ｔｃｂ１」および「Ｔｃｂ２」の合計は、「Ｔｄｂ１」および「Ｔｄｂ２」の合計よりも、長くなる。

上記より、電圧電流位相差Φが９０度の場合に限らず、「初期遅相」の場合には、位相差θが３６０度から２７０度に近づくように変化すると、第２駆動信号の１周期において、充電時間と放電時間との均衡が破れ、徐々に、充電時間の占める割合が大きくなる。ただし、電圧電流位相差Φが９０度の場合は、位相差θが３２０度のときには充電時間が放電時間を上回るのに対し、電圧電流位相差Φが４５度の場合は、位相差θが３１５度のときでも充電時間と放電時間とは均衡する。このように、位相差θを３６０度から徐々に小さくした場合に、充電時間と放電時間との均衡が破れて調整用コンデンサＣ１の両端電圧が上昇し始める変曲点に相当する位相差θ（以下、「変化開始点」という）は、電圧電流位相差Φによって異なる。変化開始点は、電圧電流位相差Φが９０度のときよりも４５度のときの方が、つまり電圧電流位相差Φが小さいほど、２７０度に近づく向きにシフトする。

すなわち、「初期遅相」の場合、電圧電流位相差Φによる違いはあるとしても、規定範囲（たとえば２７０度〜３６０度）内に変化開始点が存在する。そのため、制御回路２３が、規定範囲の上限値（３６０度）から下限値（２７０度）にかけて位相差θを徐々に小さくすれば、位相差θが変化開始点に達した以降は、非接触給電装置２の出力電力は徐々に大きくなる。

また、図７および図８では「初期遅相」の場合を例示したが、「初期進相」の場合は、「初期遅相」の例を基準にして一次側電流Ｉ１の位相を１８０度ずらした場合と等価である。つまり、図７および図８の例において、一次側電流Ｉ１の位相を１８０度ずらせば、「初期進相」の例となる。したがって、「初期進相」の場合でも、電圧電流位相差Φによる違いはあるとしても、規定範囲（１８０度〜９０度）内に変化開始点が存在する。そのため、制御回路２３が、規定範囲の上限値（１８０度）から下限値（９０度）にかけて位相差θを徐々に小さくすれば、位相差θが変化開始点に達した以降は、非接触給電装置２の出力電力は徐々に大きくなる。

以上説明したような原理で、「初期遅相」および「初期進相」のいずれの場合でも、制御回路２３が位相差制御にて位相差θを規定範囲内の設定値に調節することにより、非接触給電装置２の出力電力の大きさが調節される。

（３）出力電力制御の全体的な流れ
以下、本実施形態の「出力電力制御」の全体的な流れについて、制御回路２３の処理を表す図９のフローチャートを参照して説明する。

出力電力制御が開始すると、制御回路２３は、まず所定の目標値と出力電力の大きさとを比較する（Ｓ１）。出力電力が目標値の許容誤差範囲（±数％）内にあれば（Ｓ１：定格）、出力電力制御を終了する。

一方、出力電力が目標値の許容誤差範囲の下限を下回っていれば（Ｓ１：不足）、制御回路２３は、まず位相差制御にて出力電力の調節を行う。具体的には、制御回路２３は位相差θと規定範囲の下限値とを比較する（Ｓ１１）。ここで、規定範囲が２７０度〜３６０度の範囲であれば、位相差θの初期値は３６０（度）、規定範囲の下限値は２７０（度）となる。規定範囲が９０度〜１８０度の範囲であれば、位相差θの初期値は１８０（度）、規定範囲の下限値は９０（度）となる。本実施形態では、デフォルトの規定範囲は９０度〜１８０度の範囲であるので、位相差制御の開始直後には、位相差θの初期値は１８０（度）、規定範囲の下限値は９０（度）となる。位相差θが下限値以上であれば（Ｓ１１：Ｎｏ）、制御回路２３は位相差θをデクリメント（θ−１）して（Ｓ１２）、処理Ｓ１の動作に戻る。これらの処理（Ｓ１１，Ｓ１２）を繰り返すことにより、制御回路２３は、位相差θを徐々に小さくして、出力電力を徐々に大きく、つまり目標値に近づけることができる。

一方、位相差制御において位相差θが下限値未満になると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、制御回路２３は、推定部２３１にて初期モードの推定を行い（Ｓ１３）、推定された初期モードに応じて設定部２３２にて規定範囲を設定する（Ｓ１４）。それから、制御回路２３は、位相差θと、新たに設定された規定範囲の下限値とを比較する（Ｓ１５）。たとえば、位相差制御の開始直後でデフォルトの規定範囲が設定されている状態において、推定部２３１で推定された初期モードが遅相モードであれば、設定部２３２は規定範囲をデフォルトの範囲から拡大することになる。この場合、新たに設定された（拡大後の）規定範囲は、上限値を１８０度、下限値を２７０度とする２７０度〜１８０度の範囲（０度〜１８０度および２７０度〜３６０度の範囲）である。そして、位相差θが下限値以上であれば（Ｓ１５：Ｎｏ）、制御回路２３は処理Ｓ１２の動作に移行し、位相差θをデクリメント（θ−１）して（Ｓ１２）、処理Ｓ１の動作に戻る。その後、処理Ｓ１１，Ｓ１２を繰り返すことにより、制御回路２３は、位相差θを徐々に小さくして、出力電力を徐々に大きく、つまり目標値に近づけることができる。

位相差θと、新たに設定された規定範囲の下限値との比較結果において、位相差θが下限値未満になると（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、次に制御回路２３は周波数制御にて出力電力の調節を行う。具体的には、制御回路２３はインバータの動作周波数（つまり第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の周波数）ｆ１と、許可周波数帯Ｆ１の下限値ｆｍｉｎとを比較する（Ｓ１６）。動作周波数ｆ１が下限値ｆｍｉｎより高ければ（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、制御回路２３はインバータの動作周波数ｆ１を所定値Δｆだけ低くして（Ｓ１７）、処理Ｓ１の動作に戻る。これらの処理（Ｓ１６，Ｓ１７）を繰り返すことにより、制御回路２３は、動作周波数ｆ１を徐々に低下させて、出力電力を徐々に大きく、つまり目標値に近づけることができる。なお、動作周波数ｆ１の初期値は、たとえば許可周波数帯Ｆ１の上限値ｆｍａｘである。

なお、周波数制御において動作周波数ｆ１が下限値ｆｍｉｎ以下になると（Ｓ１６：Ｎｏ）、制御回路２３は、エラーと判断して（Ｓ１８）、出力電力制御を終了する。

また、出力電力が目標値の許容誤差範囲の上限を上回っていれば（Ｓ１：超過）、制御回路２３は、まず周波数制御にて出力電力の調節を行う。具体的には、制御回路２３はインバータの動作周波数（つまり第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４の周波数）ｆ１と、許可周波数帯Ｆ１の上限値ｆｍａｘとを比較する（Ｓ２１）。動作周波数ｆ１が上限値ｆｍａｘより低ければ（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、制御回路２３はインバータの動作周波数ｆ１を所定値Δｆだけ高くして（Ｓ２２）、処理Ｓ１の動作に戻る。これらの処理（Ｓ２１，Ｓ２２）を繰り返すことにより、制御回路２３は、動作周波数ｆ１を徐々に上昇させて、出力電力を徐々に小さく、つまり目標値に近づけることができる。

周波数制御において動作周波数ｆ１が上限値ｆｍａｘ以上になると（Ｓ２１：Ｎｏ）、次に制御回路２３は位相差制御にて出力電力の調節を行う。具体的には、制御回路２３は位相差θと規定範囲の上限値とを比較する（Ｓ２３）。ここで、規定範囲が２７０度〜３６０度の範囲であれば規定範囲の上限値は３６０（度）、規定範囲が９０度〜１８０度の範囲であれば規定範囲の上限値は１８０（度）となる。位相差θが上限値以下であれば（Ｓ２３：Ｎｏ）、制御回路２３は位相差θをインクリメント（θ＋１）して（Ｓ２４）、処理Ｓ１の動作に戻る。これらの処理（Ｓ２３，Ｓ２４）を繰り返すことにより、制御回路２３は、位相差θを徐々に大きくして、出力電力を徐々に小さく、つまり目標値に近づけることができる。

なお、位相差制御において位相差θが上限値を超えると（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、制御回路２３は、エラーと判断して（Ｓ２５）、出力電力制御を終了する。

また、制御回路２３が位相差制御にて出力電力の調節を行う際、規定範囲の上限値を初期値として、位相差θを初期値（規定範囲の上限値）から徐々に小さくすることは、非接触給電装置２に必須の構成ではない。たとえば、規定範囲が２７０度〜３６０度の範囲である場合、制御回路２３は、規定範囲の上限値を超える値（たとえば３７０度）を初期値として、位相差θをこの初期値から徐々に小さくしてもよい。または、規定範囲が２７０度〜３６０度の範囲である場合、制御回路２３は、規定範囲の上限値よりも小さな値（たとえば３１５度）を初期値として、位相差θをこの初期値から徐々に小さくしてもよい。いずれの場合でも、規定範囲内に存在する変化開始点と規定範囲の下限値との間の領域では、位相差θの変化に応じて非接触給電装置２の出力電力が変化する。

＜初期モードの推定＞
次に、推定部２３１での初期モードの推定方法について説明する。ここでは、２通りの推定方法を例示する。

第１の初期モードの推定方法として、推定部２３１は、インバータ回路２１の電圧位相と電流位相との差（電圧電流位相差）に基づいて、初期モードを推定する。つまり、推定部２３１は、インバータ回路２１の出力電流（一次側コイルＬ１を流れる電流）の位相（電流位相）と、インバータ回路２１の出力電圧の位相（電圧位相）との位相差である電圧電流位相差から、初期モードを推定する。ここで、電圧電流位相差は、電圧位相に対する電流位相の遅れである。

具体的には、推定部２３１は、たとえば図１０に示すようなフローチャートに従って動作し、初期モードが進相モードか遅相モードかの推定を行う。図１０の例では、推定部２３１は、位相差θを９０度〜１８０度の範囲内で変化させたときに、インバータ回路２１の出力電圧に対する出力電流の位相差を算出し、電圧電流位相差を取得する（Ｓ１０１）。ここで、推定部２３１が電圧電流位相差を取得するのは、位相差θがデフォルトの規定範囲の下限値（９０度）付近にあるタイミングであることが好ましい。たとえば、位相差θが１００度から９０度の間にあるときに、推定部２３１が電圧電流位相差を取得する。

その後、推定部２３１は、取得した電圧電流位相差と所定の閾値（第１閾値）とを比較する（Ｓ１０２）。電圧電流位相差が第１閾値以下であれば（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、推定部２３１は、初期モードが進相モードである、つまり「初期進相」であると推定する（Ｓ１０３）。一方、電圧電流位相差が第１閾値より大きければ（Ｓ１０２：Ｎｏ）、推定部２３１は、初期モードが遅相モードである、つまり「初期遅相」であると推定する（Ｓ１０４）。

電圧電流位相差から初期モードが推定される原理について、図１１を参照して簡単に説明する。図１１は、電圧電流位相差と位相差θとの関係を示している。図１１では、横軸を第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との位相差θ、縦軸を電圧電流位相差として、「初期進相」の場合の電圧電流位相差を「Ｘ１」、「初期遅相」の場合の電圧電流位相差を「Ｘ２」で示している。図１１において、電圧電流位相差が正の値（０度〜９０度）となる領域は、電圧位相に対して電流位相が遅れ位相となる領域、つまりインバータ回路２１が遅相モードで動作する領域である。一方、電圧電流位相差が負の値（０度〜−９０度）となる領域（ハッチング部分）は、電圧位相に対して電流位相が進み位相となる領域、つまりインバータ回路２１が進相モードで動作する領域である。

位相差θが第２区分（９０度〜１８０度の範囲）Ｚ２内にあれば、初期モードが進相モードか遅相モードかによらず、インバータ回路２１は遅相モードで動作する。そのため、第２区分Ｚ２においては、「初期進相」と「初期遅相」とのいずれの場合でも、電圧電流位相差Ｘ１，Ｘ２は正の値となる。一方、位相差θが第１区分（０度〜９０度の範囲）Ｚ１内にあるとき、初期モードが進相モードの場合に、インバータ回路２１は進相モードで動作し、初期モードが遅相モードの場合に、インバータ回路２１は遅相モードで動作する。そのため、第１区分Ｚ１においては、「初期進相」の場合の電圧電流位相差Ｘ１は負の値となり、「初期遅相」の場合の電圧電流位相差Ｘ２は正の値となる。

したがって、位相差θが、第２区分Ｚ２内で変化し第１区分Ｚ１との境界（９０度）に近づくほどに、「初期進相」の電圧電流位相差Ｘ１は小さくなり、「初期遅相」の電圧電流位相差Ｘ２との差（Ｘ２−Ｘ１）が大きくなる。図１１の例では、第２区分Ｚ２における第１区分Ｚ１との境界付近（たとえば９０度〜１００度）において、「初期進相」の場合の電圧電流位相差Ｘ１が０度付近まで低下するのに対し、「初期遅相」の場合の電圧電流位相差Ｘ２は６０度以上である。そのため、推定部２３１は、このときの電圧電流位相差を取得し、第１閾値（たとえば３０度）と比較することにより、「初期進相」か「初期遅相」かを推定可能となる。

なお、「初期進相」の場合と「初期遅相」の場合とでは、第２区分Ｚ２における第１区分Ｚ１との境界付近（たとえば９０度〜１００度）で位相差θが変化するときの、電圧電流位相差の変化量も異なる。つまり、位相差θが９０度〜１００度の範囲内で変化するときの電圧電流位相差の変化量は、「初期進相」の場合（Ｘ１）に、「初期遅相」の場合（Ｘ２）より大きくなる。したがって、推定部２３１は、電圧電流位相差の変化量に基づいて、初期モードを推定することも可能である。

第２の初期モードの推定方法として、推定部２３１は、位相差θを９０度〜１８０度の範囲内で変化させたときの、出力電力の変化に基づいて、初期モードを推定する。つまり、推定部２３１は、非接触給電装置２の出力電力の変化から、初期モードを推定する。

具体的には、推定部２３１は、たとえば図１２に示すようなフローチャートに従って動作し、初期モードが進相モードか遅相モードかの推定を行う。図１２の例では、推定部２３１は、位相差θを９０度〜１８０度の範囲内で変化させたときに、出力電力の変化量（以下、「電力変化量」という）を取得する（Ｓ２０１）。ここで、推定部２３１が電力変化量を取得するのは、位相差θがデフォルトの規定範囲の下限値（９０度）付近にあるタイミングであることが好ましい。たとえば、位相差θが１００度から９０度の間にあるときに、推定部２３１が電力変化量を取得する。

その後、推定部２３１は、取得した電力変化量と所定の閾値（第２閾値）とを比較する（Ｓ２０２）。電力変化量が第２閾値以上であれば（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、推定部２３１は、初期モードが進相モードである、つまり「初期進相」であると推定する（Ｓ２０３）。一方、電力変化量が第２閾値未満であれば（Ｓ２０２：Ｎｏ）、推定部２３１は、初期モードが遅相モードである、つまり「初期遅相」であると推定する（Ｓ２０４）。

すなわち、「初期進相」の場合には、図５Ａに示したように第２区分Ｚ２における第１区分Ｚ１との境界付近（たとえば９０度〜１００度）において、出力電力の変化量は大きくなる。一方、「初期遅相」の場合には、図５Ｂに示したように第２区分Ｚ２における第１区分Ｚ１との境界付近（たとえば９０度〜１００度）において、出力電力の変化量は小さくなる。そのため、推定部２３１では、この変化量の違いから、「初期進相」か「初期遅相」かを推定可能となる。

＜起動処理＞
本実施形態の非接触給電装置２は、インバータ回路２１および可変容量回路２２が動作を開始する起動時において、以下に説明するようにインバータ回路２１をソフトスタートさせる。

制御回路２３は、インバータ回路２１の起動時、変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するための第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４のデューティ比を、０（ゼロ）から所定値（たとえば０．５）まで徐々に上げることで、インバータ回路２１のソフトスタートを実現する。これにより、非接触給電装置２に入力される電圧や電流の急変が抑制され、回路素子に加わるストレスを低減できる。以下では、このように制御回路２３が第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４のデューティ比を変化させてインバータ回路２１をソフトスタートさせる処理を、「起動処理」という。

本実施形態の非接触給電装置２は、制御回路２３が起動処理を行っている間、可変容量回路２２に関しては全ての調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８をオンに固定し、可変容量回路２２の機能を無効にする。これにより、非接触給電装置２は、「（１）可変容量回路なし」（上記「基本動作」の欄参照）と等価の状態となる。

制御回路２３は、起動処理が終了すると、つまり第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４のデューティ比が所定値（たとえば０．５）に達すると、可変容量回路２２についても動作を開始させる。要するに、制御回路２３は、起動処理の終了後、第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８にて調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の制御を開始する。これにより、非接触給電装置２は、「（２）可変容量回路あり」（上記「基本動作」の欄参照）と等価の状態となる。このとき、規定範囲はデフォルトの範囲となり、制御回路２３は、初期値である１８０（度）に位相差θを設定し、可変容量回路２２の動作を開始させる。

ところで、上述のような起動処理を行う場合、制御回路２３は、起動処理の終了後、可変容量回路２２の動作を開始させる前に、周波数制御にて出力電力の調節を行うように構成されていてもよい。すなわち、制御回路２３は、起動処理の終了後、可変容量回路２２の動作開始前に、周波数制御にて出力電力の調節を行い、周波数制御にて調節後の出力電力の大きさが所定の目標値未満である場合に、可変容量回路２２の動作を開始させてもよい。この場合、制御回路２３は、可変容量回路２２の動作を開始後に、位相差制御にて出力電力の調節を行う。この構成によれば、周波数制御のみで出力電力の大きさが目標値に達する場合には、制御回路２３は、可変容量回路２２を動作させないので、可変容量回路２２による効率（電力変換効率）の低下を避けることができる。

＜サーチモード＞
本実施形態においては、制御回路２３は、上述したような出力電力制御を行う通常モード（起動処理を含む）の他に、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との間の結合係数を推定するサーチモードを有している。サーチモードにおいては、制御回路２３は、位相差θを規定範囲内で徐々に変化させ、位相差θの変化に伴う計測値（計測部２４の計測値）の変化に基づいて、結合係数を推定するように構成されている。ここでいう計測値は、一次側コイルＬ１を流れる電流（以下、「コイル電流」ともいう）の大きさであって、計測部２４で計測される。以下、サーチモードについて詳しく説明する。

図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４に対する第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８の位相差θと、コイル電流との関係は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との間の結合係数によって変わることが確認されている。図１３Ａおよび図１３Ｂでは、横軸を第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４と第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８との位相差θ、縦軸をコイル電流（一次側コイルＬ１を流れる電流）とする。図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、「Ｙ１」〜「Ｙ５」は、それぞれ結合係数が異なる場合における位相差θとコイル電流との関係を表している。図１３Ｂは、図１３Ａの領域Ａ１の拡大図である。

ここで、図１３Ａおよび図１３Ｂ中の「Ｙ１」〜「Ｙ５」は、結合係数が大きい側から順に並べるとＹ５，Ｙ４，Ｙ３，Ｙ２，Ｙ１となる。図１３Ｂから明らかなように、位相差θを規定範囲の上限値（ここでは３６０度）から徐々に小さくした場合に、コイル電流が増加に転じる変曲点に相当する位相差θが、結合係数によって異なっている。一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との間の結合係数が大きくなるほど、コイル電流が増加に転じる位相差θは小さくなる。したがって、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すような位相差θとコイル電流との関係を用いれば、制御回路２３は、位相差θの変化に伴う計測値（コイル電流の大きさ）の変化から、結合係数を推定することが可能である。

具体的には、制御回路２３は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すような位相差θとコイル電流との関係を特性データとして、たとえばテーブル形式でマイコンのメモリに予め記録しておくことにより、特性データを用いて結合係数の推定が可能である。このような特性データは、負荷が電動車両の場合、たとえば車種によって異なるため、複数の車種の特性データが記録されていることが好ましい。なお、非接触給電装置２は、非接触受電装置３との間で通信を行うことにより、非接触受電装置３から特性データを取得してもよい。

制御回路２３は、結合係数から、上記「基本動作」の「（１）可変容量回路あり」の欄で説明したような共振特性（つまりインバータ回路２１の動作周波数と、非接触給電装置２の出力電力との関係）をさらに推定することができる。その結果、制御回路２３では、たとえばインバータ回路２１の動作周波数ｆ１について、インバータ回路２１が遅相モードで動作する（つまり進相モードにならない）周波数範囲を推定できる。そこで、制御回路２３は、上述したサーチモードでの動作を、通常モードでの動作を開始する前に行うことが好ましい。これにより、制御回路２３は、通常モードでの動作を開始する際の動作周波数ｆ１の初期値を、インバータ回路２１が遅相モードで動作する周波数範囲内に設定することができる。なお、この場合、上述した周波数制御における動作周波数ｆ１の下限値は、インバータ回路２１が遅相モードで動作する周波数範囲の下限値と、許可周波数帯Ｆ１の下限値ｆｍｉｎとの大きい方とされる。

以下、本実施形態の「サーチモード」の全体的な流れについて、制御回路２３の処理を表す図１４のフローチャートを参照して説明する。なお、図１４に示す処理は、図９のフローチャートにおける処理Ｓ１の前であって、起動処理よりも前に行われる。

サーチモードが開始すると、制御回路２３は、まず位相差θを初期値（ここでは３６０度）に設定する（Ｓ３１）。次に、制御回路２３は位相差θをデクリメント（θ−１）して（Ｓ３２）、計測部２４からコイル電流の計測値を取得する（Ｓ３３）。次に、制御回路２３は、最新のコイル電流の計測値と、前回のコイル電流の計測値との差分をコイル電流の増加量として求め、コイル電流の増加量と閾値との比較を行う（Ｓ３４）。このとき、コイル電流の増加量が閾値未満であれば（Ｓ３４：Ｎｏ）、制御回路２３の動作は処理Ｓ３２に戻る。

一方、コイル電流の増加量が閾値以上であれば（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、制御回路２３は、現在の位相差θを特性テーブル（テーブル形式の特性データ）と比較する（Ｓ３５）。その結果、制御回路２３は、結合係数を推定することができ、さらに結合係数から共振特性までも推定することができる。次に、制御回路２３は、位相差θを初期値（ここでは３６０度）に戻し（Ｓ３６）、サーチモードを終了する。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の非接触給電装置２は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化しても、必要な電力を確保しやすい、という利点がある。すなわち、非接触給電装置２は、第１駆動信号Ｇ１，Ｇ４（Ｇ２，Ｇ３）に対する第２駆動信号Ｇ６，Ｇ７（Ｇ５，Ｇ８）の位相の遅れである位相差θを規定範囲内の設定値に調節することにより、出力電力の大きさを調節することができる。したがって、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化して、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との間の結合係数が変化したとしても、非接触給電装置２は、位相差θの調節により必要な電力を確保しやすくなる。また、位相差θの調節によって出力電力を調節するため、たとえばインバータ回路２１の動作周波数ｆ１として使用可能な周波数帯域（許可周波数帯Ｆ１）が制限されている場合には、とくに有用である。

しかも、位相差θは、規定範囲内の設定値に調節されるので、規定範囲が所定の条件を満たしていればインバータ回路２１は遅相モードで動作することが可能である。インバータ回路２１が遅相モードで動作するための所定の条件は、不変的ではなく、初期モード（可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モード）に応じて変化する。そこで、本実施形態では、制御回路２３は、可変容量回路２２を動作させた状態で推定部２３１にて初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定し、推定された初期モードに応じて設定部２３２にて規定範囲を設定する。したがって、本実施形態の非接触給電装置２は、初期モードに応じた適切な範囲に規定範囲を設定して、インバータ回路２１を遅相モードで動作させることが可能である。所定の条件においては、「初期遅相」の場合の規定範囲は９０度〜１８０度と２７０度〜３６０度とのいずれでもよく、「初期進相」の場合の規定範囲は９０度〜１８０度のみに制限される。

また、本実施形態のように、設定部２３２は、推定部２３１で推定された初期モードが進相モードであれば、規定範囲を９０度〜１８０度の範囲に設定することが好ましい。この場合、設定部２３２は、推定部２３１で推定された初期モードが遅相モードであれば、規定範囲を９０度〜１８０度と２７０度〜３６０度との両方を含む範囲に設定する。この構成によれば、「初期進相」、「初期遅相」のいずれの場合においても、制御回路２３が、位相差θを規定範囲内の設定値に調節して非接触給電装置２の出力電力の大きさを調節したときに、インバータ回路２１を遅相モードで動作させることができる。

また、本実施形態のように、推定部２３１で推定された初期モードが前記遅相モードである場合において、制御回路２３は、第１処理と、第２処理とを択一的に選択可能であることが好ましい。第１処理は、位相差θを９０度〜１８０度の範囲内で調節する処理であって、第２処理は、位相差θを２７０度〜３６０度の範囲内で調節する処理である。この場合、制御回路２３は、第１処理後の出力電力の大きさが所定の目標値未満であれば第２処理に移行するように構成されており、第１処理から第２処理へ移行する際、９０度から０度にかけて位相差θを徐々に小さくするように構成されていることが好ましい。この構成によれば、制御回路２３は、第１処理から第２処理へ移行する際、９０度から０度（＝３６０度）にかけて位相差θを連続的に変化させることができる。しかも、位相差θが０度〜９０度の範囲内にある間も、インバータ回路２１は遅相モードで動作することができる。

また、本実施形態のように、推定部２３１は、インバータ回路２１の電圧位相と電流位相との差である電圧電流位相差に基づいて、初期モードを推定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、可変容量回路２２の動作を実際に停止することなく、推定部２３１は、比較的簡単な演算処理で初期モード（可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モード）を推定することが可能である。

あるいは、推定部２３１は、位相差θを９０度〜１８０度の範囲内で変化させたときの、出力電力の変化に基づいて、初期モードを推定するように構成されていてもよい。この構成によれば、可変容量回路２２の動作を実際に停止することなく、推定部２３１は、比較的簡単な演算処理で初期モード（可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モード）を推定することが可能である。

また、制御回路２３がマイコンを主構成とする場合、マイコンのメモリに記録されるプログラムは、非接触給電装置２に用いられるコンピュータ（マイコン）を、制御部２３３、推定部２３１、設定部２３２として機能させるためのプログラムである。ここでいう非接触給電装置２は、インバータ回路２１と、一次側コイルＬ１と、可変容量回路２２とを備えている。制御部２３３は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４にて複数の変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を制御し、第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８にて複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する。制御部２３３は、位相差θを規定範囲内の設定値に調節することにより、出力電力の大きさを調節する。推定部２３１は、可変容量回路２２を動作させた状態で、可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する。設定部２３２は、推定部２３１で推定された初期モードに応じて規定範囲を設定する。

このプログラムによれば、専用の制御回路２３を用いなくても本実施形態の非接触給電装置２と同等の機能を実現でき、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化しても、必要な電力を確保しやすい、という利点がある。

また、インバータ回路２１と、一次側コイルＬ１と、可変容量回路２２とを備えた非接触給電装置２を、以下の制御方法により制御することで、専用の制御回路２３を用いなくても本実施形態の非接触給電装置２と同等の機能を実現できる。

つまり、非接触給電装置２の制御方法は、第１駆動信号Ｇ１〜Ｇ４にて複数の変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を制御し、第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８にて複数の調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する方法である。この制御方法は、位相差θを規定範囲内の設定値に調節することにより、出力電力の大きさを調節する制御過程に加え、推定過程と、設定過程とを有する。推定過程は、可変容量回路２２を動作させた状態で、可変容量回路２２を無効とした場合のインバータ回路２１の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する過程である。設定過程は、推定過程で推定された初期モードに応じて規定範囲を設定する過程である。

この非接触給電装置２の制御方法によれば、専用の制御回路２３を用いなくても本実施形態の非接触給電装置２と同等の機能を実現でき、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との相対的な位置関係が変化しても、必要な電力を確保しやすい、という利点がある。

＜一次側コイル、二次側コイルについて＞
ところで、本実施形態における一次側コイルＬ１および二次側コイルＬ２は、コアに対して導線が螺旋状に巻き付けられたソレノイド型のコイルであってもよいが、平面上において導線が渦巻き状に巻かれたスパイラル型のコイルであることが好ましい。スパイラル型のコイルは、ソレノイド型のコイルに比べて、不要輻射ノイズが生じにくい、という利点がある。また、スパイラル型のコイルが用いられることで、不要輻射ノイズが低減される結果、インバータ回路２１において使用可能な動作周波数の範囲が拡大される、という利点もある。以下、この点について詳述する。

すなわち、非接触電力伝送システム１における共振特性は、上述したように一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との結合係数に応じて変化し、ある条件下では、図１５に示すように出力に２つの極大値が生じる、いわゆる双峰特性を示す。この共振特性（双峰特性）においては、図１５に示すように、第１周波数ｆｒ１と第３周波数ｆｒ３とのそれぞれで出力が極大となる２つの“山”が生じる。これら２つの“山”の間には、第２周波数ｆｒ２で出力が極小となる“谷”が生じる。ここで、第１周波数ｆｒ１と第２周波数ｆｒ２と第３周波数ｆｒ３とは、ｆｒ１＜ｆｒ２＜ｆｒ３の関係にある。以下では、第２周波数ｆｒ２を基準に、第２周波数ｆｒ２より低い周波数領域を「低周波領域」といい、第２周波数ｆｒ２より高い周波数領域を「高周波領域」という。

このような共振特性にあっては、低周波領域の“山”（第１周波数ｆｒ１で極大となる山）と、高周波領域の“山”（第３周波数ｆｒ３で極大となる山）とのそれぞれに、インバータ回路２１が遅相モードで動作する領域（以下、「遅相領域」という）が生じる。そのため、インバータ回路２１は、動作周波数ｆ１が２つの“山”のいずれにある場合でも、遅相モードで動作可能である。

ここで、インバータ回路２１の動作周波数ｆ１が低周波領域の“山”にある場合と、高周波領域の“山”にある場合とを比較すると、低周波領域の“山”にある場合の方が、不要輻射ノイズは小さくなる。つまり、高周波領域の“山”においては、一次側コイルＬ１を流れる電流と、二次側コイルＬ２を流れる電流とは同位相になる。これに対して、低周波領域の“山”においては、一次側コイルＬ１を流れる電流と、二次側コイルＬ２を流れる電流とは逆位相になる。そのため、低周波領域の“山”においては、一次側コイルＬ１で生じる不要輻射ノイズと、二次側コイルＬ２で生じる不要輻射ノイズとが、互いに相殺されることになり、非接触電力伝送システム１全体でみれば不要輻射ノイズは低減される。

したがって、ソレノイド型のコイルが採用される場合でも、インバータ回路２１の動作周波数ｆ１が低周波領域の“山”の遅相領域（ｆｒ１〜ｆｒ２）にあれば、インバータ回路２１が遅相モードで動作し、かつ不要輻射ノイズも低減されることになる。しかし、低周波領域の“山”の遅相領域は、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２との結合係数に応じて変化するため、このような不確定な遅相領域にインバータ回路２１の動作周波数ｆ１を収める制御が必要になる。

これに対して、スパイラル型のコイルであれば、たとえインバータ回路２１の動作周波数ｆ１が高周波領域の“山”の遅相領域（ｆｒ３より高周波側）にあっても、ソレノイド型のコイルに比べれば不要輻射ノイズは大幅に低減される。つまり、スパイラル型のコイルが用いられることで、インバータ回路２１の動作周波数ｆ１は低周波領域の“山”の遅相領域に制限されず、インバータ回路２１において使用可能な動作周波数ｆ１の範囲が拡大されることになる。なお、高周波領域の“山”の遅相領域も不確定な領域ではあるが、インバータ回路２１の動作周波数ｆ１を十分に高い周波数から低周波側にスイープさせれば動作周波数ｆ１は高周波領域の“山”の遅相領域を通るので、複雑な制御は不要である。

＜変形例＞
可変容量回路２２は、本実施形態のように４つの調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を用いた構成に限らず、たとえば図１６に示すように、２つの調整用スイッチ素子Ｑ９，Ｑ１０を用いて構成されていてもよい。図１６に示す可変容量回路２２において、各調整用スイッチ素子Ｑ９，Ｑ１０は、ゲートを２つ有するダブルゲート構造の半導体スイッチ素子である。また、第１の調整用スイッチ素子Ｑ９は、調整用コンデンサＣ１と電気的に直列に接続されている。第２の調整用スイッチ素子Ｑ１０は、調整用スイッチ素子Ｑ９および調整用コンデンサＣ１の直列回路に対して、電気的に並列に接続されている。調整用スイッチ素子Ｑ９の２つのゲートには、それぞれ第２駆動信号Ｇ７及び第２駆動信号Ｇ８が入力される。また、調整用スイッチ素子Ｑ１０の２つのゲートには、それぞれ第２駆動信号Ｇ５および第２駆動信号Ｇ６が入力される。図１６に示す可変容量回路２２は、第２駆動信号Ｇ５〜Ｇ８によって２つの調整用スイッチ素子Ｑ９，Ｑ１０が制御され、図１に示す可変容量回路２２と等価に機能する。

また、非接触給電装置２から非接触で出力電力が供給される（つまり給電される）負荷は、電動車両に限らず、たとえば携帯電話機やスマートフォンなどの蓄電池を備えた電気機器、あるいは蓄電池を備えない照明器具などの電気機器であってもよい。

また、非接触給電装置２から非接触受電装置３への出力電力の伝送方式は、上述した磁界共鳴方式に限らず、たとえば電磁誘導方式、マイクロ波伝送方式などであってもよい。

また、各変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４や各調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他の半導体スイッチング素子で構成されていてもよい。

また、各ダイオードＤ１〜Ｄ４は、各変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオードに限らず、各変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に外付けされていてもよい。同様に、各ダイオードＤ５〜Ｄ８は、各調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の寄生ダイオードに限らず、各調整用スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８に外付けされていてもよい。

また、計測部２４は、制御回路２３と別に設けられる構成に限らず、制御回路２３と一体に設けられていてもよい。さらに、計測部２４は一次側コイルＬ１に流れる電流の大きさを計測できればよいので、電流センサ２５は、一次側コイルＬ１と第２の一次側コンデンサＣ１２との間に限らず、一次側コイルＬ１に流れる電流の経路上にあればよい。

また、制御回路２３の制御部２３３は、周波数制御を行うことは必須ではなく、位相差制御のみで出力電力の大きさを調節するように構成されていてもよい。

また、１つの制御回路２３に推定部２３１と設定部２３２と制御部２３３とが設けられていることは必須ではなく、たとえば推定部２３１と設定部２３２との少なくとも一方が制御部２３３とは別に設けられていてもよい。

また、制御部２３３は、デフォルトの規定範囲（９０度〜１８０度の範囲）内で位相差制御を行った後、継続的に、初期モードに応じて設定された規定範囲内で位相差制御を行うことは必須ではない。たとえば「初期遅相」の場合において、制御部２３３は、デフォルトの規定範囲（９０度〜１８０度の範囲）内で位相差制御を行った後、周波数制御を行ってもよい。この場合、周波数制御にて調節後の出力電力の大きさが所定の目標値未満であれば、その後に、制御部２３３は、初期モードに応じて設定（拡大）された規定範囲（２７０度〜３６０度の範囲）について位相差制御を行うことになる。

また、インバータ回路２１は、直流電圧を交流電圧に変換して出力可能な電圧形インバータであればよく、４つの変換用スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４がフルブリッジ接続されたフルブリッジインバータ回路に限らない。インバータ回路２１は、たとえばハーフブリッジインバータ回路であってもよい。

１ 非接触給電システム
２ 非接触給電装置
３ 非接触受電装置
２１ インバータ回路
２１１，２１２ 一対の入力点
２１３，２１４ 一対の出力点
２２ 可変容量回路
２３ 制御回路
２３１ 推定部
２３２ 設定部
２３３ 制御部
Ｃ１ 調整用コンデンサ
Ｇ１〜Ｇ４ 第１駆動信号
Ｇ５〜Ｇ８ 第２駆動信号
Ｌ１ 一次側コイル
Ｌ２ 二次側コイル
Ｑ１〜Ｑ４ 変換用スイッチ素子
Ｑ５〜Ｑ８ 調整用スイッチ素子
Ｑ９，Ｑ１０ 調整用スイッチ素子
θ 位相差

Claims (8)

1. 一対の入力点と一対の出力点との間に電気的に接続された複数の変換用スイッチ素子を有し、前記複数の変換用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の入力点に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一対の出力点から出力するインバータ回路と、
   前記一対の出力点間に電気的に接続され、前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する一次側コイルと、
   前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間に電気的に接続され、調整用コンデンサおよび複数の調整用スイッチ素子を有し、前記複数の調整用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間における容量成分の大きさを調整する可変容量回路と、
   第１駆動信号にて前記複数の変換用スイッチ素子を制御し、第２駆動信号にて前記複数の調整用スイッチ素子を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記第１駆動信号に対する前記第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、前記出力電力の大きさを調節するように構成されており、
   前記制御回路は、
   前記可変容量回路を動作させた状態で、前記可変容量回路を無効とした場合の前記インバータ回路の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する推定部と、
   前記推定部で推定された前記初期モードに応じて前記規定範囲を設定する設定部とを有する
   ことを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記設定部は、前記推定部で推定された前記初期モードが前記進相モードであれば、前記規定範囲を９０度〜１８０度の範囲に設定し、前記推定部で推定された前記初期モードが前記遅相モードであれば、前記規定範囲を９０度〜１８０度と２７０度〜３６０度との両方を含む範囲に設定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記推定部で推定された前記初期モードが前記遅相モードである場合において、
   前記制御回路は、
   前記位相差を９０度〜１８０度の範囲内で調節する第１処理と、前記位相差を２７０度〜３６０度の範囲内で調節する第２処理とを択一的に選択可能であって、前記第１処理後の前記出力電力の大きさが所定の目標値未満であれば前記第２処理に移行するように構成されており、
   前記第１処理から前記第２処理へ移行する際、９０度から０度にかけて前記位相差を徐々に小さくするように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。
4. 前記推定部は、前記インバータ回路の電圧位相と電流位相との差である電圧電流位相差に基づいて、前記初期モードを推定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
5. 前記推定部は、前記位相差を９０度〜１８０度の範囲内で変化させたときの、前記出力電力の変化に基づいて、前記初期モードを推定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
6. 一対の入力点と一対の出力点との間に電気的に接続された複数の変換用スイッチ素子を有し、前記複数の変換用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の入力点に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一対の出力点から出力するインバータ回路と、
   前記一対の出力点間に電気的に接続され、前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する一次側コイルと、
   前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間に電気的に接続され、調整用コンデンサおよび複数の調整用スイッチ素子を有し、前記複数の調整用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間における容量成分の大きさを調整する可変容量回路とを備えた非接触給電装置に用いられるコンピュータを、
   第１駆動信号にて前記複数の変換用スイッチ素子を制御し、第２駆動信号にて前記複数の調整用スイッチ素子を制御し、前記第１駆動信号に対する前記第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、前記出力電力の大きさを調節する制御部、
   前記可変容量回路を動作させた状態で、前記可変容量回路を無効とした場合の前記インバータ回路の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する推定部、
   前記推定部で推定された前記初期モードに応じて前記規定範囲を設定する設定部
   として機能させるためのプログラム。
7. 一対の入力点と一対の出力点との間に電気的に接続された複数の変換用スイッチ素子を有し、前記複数の変換用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の入力点に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一対の出力点から出力するインバータ回路と、
   前記一対の出力点間に電気的に接続され、前記交流電圧が印加されることにより二次側コイルに非接触で出力電力を供給する一次側コイルと、
   前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間に電気的に接続され、調整用コンデンサおよび複数の調整用スイッチ素子を有し、前記複数の調整用スイッチ素子のスイッチングにより、前記一対の出力点と前記一次側コイルとの間における容量成分の大きさを調整する可変容量回路とを備えた非接触給電装置の制御方法であって、
   第１駆動信号にて前記複数の変換用スイッチ素子を制御し、第２駆動信号にて前記複数の調整用スイッチ素子を制御し、前記第１駆動信号に対する前記第２駆動信号の位相の遅れである位相差を規定範囲内の設定値に調節することにより、前記出力電力の大きさを調節する制御過程と、
   前記可変容量回路を動作させた状態で、前記可変容量回路を無効とした場合の前記インバータ回路の動作モードである初期モードが進相モードと遅相モードとのいずれであるかを推定する推定過程と、
   前記推定過程で推定された前記初期モードに応じて前記規定範囲を設定する設定過程とを有する
   ことを特徴とする非接触給電装置の制御方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触給電装置と、前記二次側コイルを有する非接触受電装置とを備え、
   前記非接触受電装置は、前記非接触給電装置から非接触で前記出力電力が供給されるように構成されている
   ことを特徴とする非接触電力伝送システム。

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