JP6547554B2 - 送電装置及び非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、送電装置及び非接触給電システムに関する。

送電装置の送電コイルから受電装置の受電コイルに非接触で電力を伝送し、受電装置側の負荷に電力を供給する非接触給電システムが知られている。そのような非接触給電システムでは、送電コイル及び受電コイルの相対的な位置がずれること（位置ずれ）によって、受電コイルひいては負荷に供給される電力が変化する。

例えば特許文献１には、位置ずれがある場合、送電装置において送電コイルに供給する電力の周波数制御を行うことによって、受電コイルに発生する電圧を調整する手法が開示されている。

特開２０１２−１９１７６４号公報

電力伝送システムにおいては、負荷に所望の電力を供給したいという要請がある。そのため、位置ずれにより、負荷に供給される電力が変化すると、この変化を抑えるために、特許文献１の手法のように送電コイルに供給される交流電力の周波数を制御することが想定される。しかし、周波数制御のみでは電力調整に限界があるので、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけられない可能性がある。

本発明は、負荷に供給される電力をより確実に所望の電力に近づけることができる送電装置及び非接触給電システムを提供する。

本発明の一側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、第１コイルであり、受電装置の第２コイルに非接触で電力を伝送するための第１コイルと、直流電力を受けて交流電力に変換し、交流電力を第１コイルに供給する変換器と、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、を備える。制御器は、電力制御として、交流電力の周波数制御と、変換器の位相シフト制御及び直流電力の電圧制御の少なくとも一方の制御とを実行し、制御器は、周波数制御によっては負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方を実行する。

上記の送電装置によれば、周波数制御に加えて、位相シフト制御及び電圧制御のいずれかの制御が実行される。周波数制御のみでは、電力調整の範囲が限られていたり、細かい電力調整が行えなかったりするため、電力調整に限界があるが、上記の送電装置では、周波数制御によっては負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方の制御が実行される。このように周波数制御に加えて位相シフト制御及び電力制御の少なくとも一方が実行されることによって、周波数制御のみが実行される場合よりも、電力調整の範囲が拡がり、また、より細かい電力調整が行えるようになる。よって、負荷に供給される電力を所望の電力にさらに近づけることができる。

制御器は、電力制御として周波数制御及び位相シフト制御を実行し、周波数制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御を実行してもよい。位相シフト制御は、電圧制御よりも応答性に優れる。そのため、周波数制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に電圧制御を実行するよりも、周波数制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に位相シフト制御を実行する方が、電力制御の応答性を向上させ、電力の調整を行いやすくすることができる。

制御器は、電圧制御をさらに実行し、位相シフト制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合にさらに電圧制御を実行してもよい。これにより、周波数制御及び位相シフト制御の２つの制御のみを実行する場合よりも、さらに電力調整の範囲が拡がり、また、より細かい電力調整が行えるようになるので、負荷に供給される電力を所望電力にさらに近づけることができる。

制御器は、さらに、所望の電力に対応する電力指令値に応じて直流電力の電圧を切り替えてもよい。例えば周波数制御及び位相シフト制御による電力制御の調整範囲内に電力指令値が含まれるように直流電力の電圧が切り替えられることで、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけやすくなる。

制御器は、所望の電力に対応する電力指令値と負荷に供給されている電力との差分が所定の誤差許容値よりも大きい場合に、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができないと判断してもよい。この場合、誤差許容値に応じて、所望の精度で電力制御を実行することができる。

交流電力の電流位相は、交流電力の電圧位相よりも遅れており、制御器は、位相シフト制御において電圧位相に対する電流位相の位相差の大きさが所定値を下回らないように、電力制御を実行してもよい。これにより、所定値以上の位相差を確保し、変換器から第１コイルへの交流電力の供給の安定性を確保しつつ、電力制御を実行することができる。

本発明の別の側面に係る非接触給電システムは、上記の送電装置と、送電装置と通信可能な受電装置と、を備え、受電装置は、負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、制御器は、検出器によって検出される電力が所望の電力に近づくように、電力制御を実行する。

この非接触給電システムによれば、先に説明した送電装置を備えているので、周波数制御のみを実行する場合よりも、負荷に供給される電力を所望の電力にさらに近づけることができる。また、受電装置の検出器を用いて負荷に供給される電力を検出し、その検出結果を用いて送電装置において電力制御が実行される。この場合、例えば送電装置側で負荷に供給される電力を推定して電力制御を実行する場合よりも、電力制御の精度を向上させることができる。

本発明によれば、負荷に供給される電力をより確実に所望の電力に近づけることができる。

一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの適用例を示す図である。 一実施形態に係る非接触給電システムの回路ブロック図である。 周波数制御による電力調整を説明するための図である。 位相シフト制御及び電圧制御による電力調整を説明するための図である。 送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 直流交流変換器の回路構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの適用例を示す図である。図１に示されるように、非接触給電システム１は、送電装置２と受電装置３とを備えており、送電装置２から受電装置３に電力を供給するためのシステムである。送電装置２及び受電装置３は、例えば上下方向に離間している。送電装置２は、例えば駐車場等に設置されている。受電装置３は、電気自動車ＥＶに搭載されている。非接触給電システム１は、駐車場等に到着した電気自動車ＥＶに対し、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給するように構成されている。なお、受電装置３は、電気自動車（ＥＶ）ではなく、プラグインハイブリッド車及び水中航走体などの各種移動体に搭載されてもよい。

送電装置２は、非接触給電のための電力を供給する装置である。送電装置２は、電源ＰＳ（図２参照）によって供給された電力から所望の交流電力を生成し、受電装置３に送る。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒに設置される。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒから上方に突出するように設けられた送電コイル装置４を備えている。送電コイル装置４は、第１コイル２１（図２参照）を含み、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電装置２は、交流電源から所望の交流電力を生成する。生成された交流電力が送電コイル装置４に送られることによって、送電コイル装置４は磁束を発生させる。

受電装置３は、送電装置２から電力を受け取り、負荷Ｌ（図２参照）に電力を供給する装置である。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶに搭載される。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶの車体（シャーシ等）の底面に取り付けられた受電コイル装置５を備えている。受電コイル装置５は、第２コイル３１（図２参照）を含み、電力供給時において送電コイル装置４と上下方向に離間して対向する。受電コイル装置５は、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電コイル装置４で発生した磁束が受電コイル装置５に鎖交することによって、受電コイル装置５は誘導電流を発生させる。これにより、受電コイル装置５は、非接触で送電コイル装置４からの電力を受け取る。受電コイル装置５が受け取った電力は、負荷に供給される。

図２を参照して、非接触給電システム１の回路構成を詳細に説明する。図２は、非接触給電システム１の回路ブロック図である。図２に示されるように、非接触給電システム１は、電源ＰＳから入力電力Ｐ１を受け、負荷Ｌに負荷電力Ｐｏｕｔを供給するシステムである。電源ＰＳは、交流電源であってもよいし、直流電源であってもよい。交流電源の種類はとくに限定されないが、例えば商用電源であってもよい。直流電源の種類はとくに限定されないが、例えば太陽光発電装置及び蓄電装置等であってもよい。負荷Ｌは、直流負荷であってもよいし、交流負荷であってもよい。直流負荷の種類はとくに限定されないが、例えば蓄電池であってもよい。交流負荷の種類はとくに限定されないが、例えばモータであってもよい。

送電装置２は、電源ＰＳから入力電力Ｐ１を供給される。送電装置２は、第１コイル２１と、第１変換器２２と、第１検出器２３と、第１通信器２４と、第１制御器２５と、を備えている。

第１変換器２２は、電源ＰＳから供給される入力電力Ｐ１を、所望の交流電力Ｐａｃ２に変換し、変換した交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する回路である。第１変換器２２は、電力変換器２６と、直流交流変換器（DC/AC converter）２７と、を備えている。

電力変換器２６としては、例えば入力電力Ｐ１に応じて次のような構成が採用され得る。入力電力Ｐ１が交流電力の場合、電力変換器２６は、例えば交流直流変換器（AC/DC converter）であってもよい。交流直流変換器は、例えば整流回路である。整流回路は、ダイオード等の整流素子で構成されてもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子によって構成されてもよい。直流交流変換器は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能及び昇降圧機能を有していてもよい。

入力電力Ｐ１が直流電力の場合、電力変換器２６は、例えば直流直流変換器（DC/DCconverter）であってもよい。直流直流変換器は、例えばチョッパ回路を用いた非絶縁型の回路であってもよいし、トランスを用いた絶縁型の回路であってもよい。

いずれの場合も、第１制御器２５によって、電力変換器２６から出力される直流電力Ｐｄｃの大きさが制御される。直流電力Ｐｄｃの大きさは、例えば、電力変換器２６から出力される直流電圧の変更により、制御される。電力変換器２６は、変換した直流電力Ｐｄｃを直流交流変換器２７に供給する。

直流交流変換器２７は、電力変換器２６によって変換された直流電力Ｐｄｃを交流電力Ｐａｃ２に変換する。直流交流変換器２７は、例えばインバータ回路である。第１変換器２２は、直流交流変換器２７の出力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。直流交流変換器２７から出力される交流電力Ｐａｃ２の大きさは、第１制御器２５によって制御される。交流電力Ｐａｃ２の大きさは、例えば、周波数制御、及び位相シフト制御によって制御され得る。直流交流変換器２７は、変換した交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する。

なお、第１変換器２２の構成は、図２に示される例に限定されない。例えば、第１変換器２２は、電力変換器２６及び直流交流変換器２７に代えて、交流交流変換器（AC/AC converter）を含んでもよい。交流交流変換器は、例えば、マトリクスコンバータ及びサイクロコンバータ等である。また、電力変換器２６は、交流直流変換器と、交流直流変換器の出力に設けられた直流直流変換器（DC/DC converter）とで構成されてもよい。

第１コイル２１は、受電装置３に非接触で給電するためのコイルである。第１コイル２１は、第１変換器２２から交流電力Ｐａｃ２が供給されることによって、磁束を発生する。第１コイル２１と第１変換器２２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。

第１検出器２３は、直流電力Ｐｄｃの大きさを検出するためのセンサを含む。第１検出器２３は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。

第１通信器２４は、後述する受電装置３の第２通信器３４と無線で通信を行うための回路である。第１通信器２４は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子である。第１通信器２４は、受電装置３から受信した情報を第１制御器２５に出力する。

第１制御器２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置である。第１制御器２５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び送電装置２の各部と接続するインターフェース回路等を有してもよい。第１制御器２５は、第１変換器２２を制御することによって、交流電力Ｐａｃ２の大きさを制御し、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを制御する電力制御を実行する。第１制御器２５は、電力制御として、例えば、第１通信器２４を介して受電装置３から受信した（通知された）測定値及び電力指令値（後述）に基づいて、測定値が電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する。なお、後述するように、第１制御器２５は、第１変換器２２から第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２に基づいて、負荷電力Ｐｏｕｔを推定してもよい。

電力制御は、次に説明する、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの制御の少なくとも１つを用いて行われる。各制御において、交流電力Ｐａｃ２の大きさを制御するためのパラメータが変更される。

周波数制御について説明する。交流電力Ｐａｃ２の周波数に応じて、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変更される。交流電力Ｐａｃ２の周波数としては、例えば８１．３８ｋＨｚ〜９０ｋＨｚが利用可能である。周波数が変わることにより、コイル及びキャパシタ等のリアクタンス素子のインピーダンスが変わり、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変化する。以下、本実施形態では、周波数が大きくなるにつれて、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが小さくなるとする。第１制御器２５は、交流電力Ｐａｃ２の周波数を変更することによって、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを変更する周波数制御を実施する。周波数制御における上述のパラメータは、交流電力Ｐａｃ２の周波数である。交流電力Ｐａｃ２の周波数とは、第１変換器２２から出力される交流電流又は交流電圧の周波数である。

周波数制御の具体的な手法は限定されない。例えば、直流交流変換器２７がインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれる各スイッチング素子に供給される駆動信号を用いて、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整し、交流電力Ｐａｃ２の周波数を変更する。スイッチング素子は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated GateBipolar Transistor）等であり、この場合、駆動信号はスイッチング素子のゲートに印加される。なお、周波数制御の詳細については、後に図３を用いてさらに説明する。

位相シフト制御について説明する。直流交流変換器２７が図９に示されるようなインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれるスイッチング素子ａ〜ｄへの駆動信号Ｓａ〜Ｓｄの供給時間を調整して、各スイッチング素子ａ〜ｄがオンとなる時間を調整する。スイッチング素子ａの駆動時間とスイッチング素子ｄの駆動時間とが同じであり、スイッチング素子ｂの駆動時間とスイッチング素子ｃの駆動時間とが同じであるときが、インバータ回路の通電期間が最も長くなる。スイッチング素子ａの駆動時間とスイッチング素子ｄの駆動時間とがずれるほど（スイッチング素子ｂの駆動時間とスイッチング素子ｃの駆動時間とがずれるほど）、インバータ回路の通電期間が短くなる。インバータ回路の通電期間が短くなるほど、交流電力Ｐａｃ２は小さくなる。位相シフト制御における上述のパラメータは、スイッチング素子ａの駆動時間とスイッチング素子ｄの駆動時間とのずれ量（又はスイッチング素子ｂの駆動時間とスイッチング素子ｃの駆動時間とのずれ量）である。以下、このずれ量を位相シフト値とする。

上述の位相シフト値は、例えば、交流電力Ｐａｃ２の１周期の長さ（つまり３６０度）を１００％としてパーセントで表されてもよい。この場合、位相シフトが全く行われていない状態では、位相シフト値は０％である。なお、位相シフト制御においては、位相シフト値が０％のときに交流電力Ｐａｃ２が最大になり、負荷電力Ｐｏｕｔも最大になる。位相シフト値の最大値は、第１コイル２１の回路特性（例えば第１コイル２１及び図示しないキャパシタとの共振回路の特性）によって変わるが、例えば、５０％程度である。すなわち、一態様において、位相シフト値の下限値は０％に設定され得る。位相シフト値の上限値は５０％に設定され得る。

直流電力Ｐｄｃの制御について説明する。直流電力Ｐｄｃの制御では、直流電力Ｐｄｃの電圧の大きさが変更される。直流電力Ｐｄｃの電圧の変更は、例えば先に説明した電力変換器２６が有する昇降圧機能を利用して行われる。例えば、直流電力Ｐｄｃの電圧が大きくなるにつれて交流電力Ｐａｃ２も大きくなり、直流電力Ｐｄｃの電圧が小さくなるにつれて交流電力Ｐａｃ２も小さくなる。よって、直流電力Ｐｄｃの制御における上述のパラメータは、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさである。

なお、以後、交流電力Ｐａｃ２の周波数を「駆動周波数ｆ」という場合もある。また、直流交流変換器２７の位相シフト制御における位相シフト値を「位相シフト値θ」という場合もある。

受電装置３は、第２コイル３１と、第２変換器３２と、第２検出器３３と、第２通信器３４と、第２制御器３５と、を備えている。

第２コイル３１は、送電装置２から非接触で供給される電力を受け取るためのコイルである。第１コイル２１によって発生された磁束が第２コイル３１に鎖交することによって、第２コイル３１に交流電力Ｐａｃ３が生じる。第２コイル３１は、交流電力Ｐａｃ３を第２変換器３２に供給する。第２コイル３１と第２変換器３２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。

第２変換器３２は、第２コイル３１が受け取った交流電力Ｐａｃ３を負荷Ｌにとって所望の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する回路である。負荷Ｌが直流負荷である場合、第２変換器３２は、交流電力Ｐａｃ３を直流の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する交流直流変換器（整流回路）である。この場合、第２変換器３２は、負荷Ｌにとって所望の負荷電力Ｐｏｕｔを出力するために昇降圧機能を含んでいてもよい。この昇降圧機能は、例えばチョッパ回路又はトランスで実現され得る。第２変換器３２は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。

負荷Ｌが交流負荷である場合、第２変換器３２は、交流電力Ｐａｃ３を直流電力に変換する交流直流変換器に加えて、さらに直流交流変換器（インバータ回路）を含む。直流交流変換器は、交流直流変換器によって変換された直流電力を交流の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する。第２変換器３２は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。なお、第２コイル３１から供給される交流電力Ｐａｃ３が負荷Ｌにとって所望の交流電力である場合には、第２変換器３２は省略され得る。

第２検出器３３は、負荷電力Ｐｏｕｔに関する測定値を取得する。第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電圧、負荷電流又は負荷電力Ｐｏｕｔを測定する。第２検出器３３は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第２検出器３３は、取得した測定値を第２制御器３５に出力する。負荷Ｌは、電力指令値を第２制御器３５に出力する。電力指令値は、負荷Ｌに供給すべき所望の電力に対応する値であり、以下負荷Ｌに供給すべき所望の電力の大きさであるとする。なお、所望の電力に対応する電力指令値は、電力の値でなくてもよい。電力は、電流と電圧との乗算で求まる値であるため、一方が一定である場合は、所望の電力を実現する他方の値が定まる。この定められた値を電力指令値としてもよい。例えば負荷Ｌが蓄電池の場合には、電力指令値は、負荷ＬのＳＯＣ（State Of Charge）に応じて定められた電流、電圧、又は電力の指令値であってもよい。

第２通信器３４は、送電装置２の第１通信器２４と無線で通信を行うための回路である。第２通信器３４により、受電装置３は、送電装置２と通信可能である。第２通信器３４は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子である。第２通信器３４は、第２制御器３５から受信した情報を送電装置２に送信する。

第２制御器３５は、ＣＰＵ及びＤＳＰ等の処理装置である。第２制御器３５は、ＲＯＭ，ＲＡＭ及び受電装置３の各部と接続するインターフェース回路等を含んでいてもよい。第２制御器３５は、第２検出器３３から受信した測定値及び負荷Ｌから受信した電力指令値を第２通信器３４を介して送電装置２に送信する。

なお、例えば、送電装置２に、電源ＰＳに代えて電気自動車の蓄電池が接続され、受電装置３に、負荷Ｌに代えて電源ＰＳが接続されることによって、受電装置３から送電装置２に電力を伝送することも可能である。

次に、送電装置２の第１制御器２５による周波数制御の詳細について、図３を用いて説明する。図３のグラフの横軸は駆動周波数ｆを示し、縦軸は負荷電力Ｐｏｕｔ（の大きさ）を示す。図３のｆｌｉｍは、駆動周波数ｆに対して定められる上限値を示す。

図３のグラフでは、駆動周波数ｆと負荷電力Ｐｏｕｔとの関係を示す特性（以下、単に「電力特性」という場合もある）として、先に説明したような、駆動周波数ｆの増加にともない負荷電力Ｐｏｕｔが減少する例が示される。以下、駆動周波数ｆを変えることによって、負荷電力Ｐｏｕｔを調整する手法について具体的に説明する。

例えば、当初、駆動周波数ｆが周波数ｆ３０であったと仮定する。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐ３０である。ここで、例えば、駆動周波数ｆを、周波数ｆ３０から周波数ｆ２９まで減少させる。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆ２９に対応する電力Ｐ５０となる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ３０から、電力Ｐ５０まで増加する。一方、駆動周波数ｆを、周波数ｆ３０から周波数ｆ３１まで増加させる。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆ３１に対応する電力Ｐ２０となる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ３０から、電力Ｐ２０まで減少する。

第１制御器２５は、例えば上述のように駆動周波数ｆを制御することによって、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力（電力Ｐ５０，Ｐ２０等）に近づけることができる。実際に駆動周波数ｆを変える（増加及び減少させる）制御においては、駆動周波数ｆをステップ単位で変化させてよい。駆動周波数ｆを変えるための１ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数Ｈｚ〜数十Ｈｚ、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度であってよい。ステップは、例えば、第１制御器２５であるＣＰＵのクロックの分解能で定まる。

次に、送電装置２の第１制御器２５による位相シフト制御及び電圧制御の詳細について、図４を用いて説明する。図４のグラフは、図３のグラフと同様に、電力特性を示す。ただし、図４のグラフでは、曲線Ｃ１、曲線Ｃ２及び曲線Ｃ３の３つの曲線による異なる電力特性が示される。電力特性は、例えば、位相シフト値θを変える、或いは電圧Ｖｄｃを変えることによって、曲線Ｃ１〜Ｃ３で示される異なる電力特性を取り得る。位相シフト値θが大きいほど、インバータ回路の通電期間が短くなり交流電力Ｐａｃ２が小さくなる。よって、位相シフト値θの増加に伴い、負荷電力Ｐｏｕｔが減少するように、電力特性が変化する。また、電圧Ｖｄｃが大きいほど直流電力Ｐｄｃが大きくなり得る。よって、電圧Ｖｄｃの増加に伴い、負荷電力Ｐｏｕｔが増加するように、電力特性が変化し得る。

位相シフト値θについて見ると、例えば、当初、位相シフト値θが所定の値（例えば０％）であり、電力特性が、曲線Ｃ３によって示される電力特性であったと仮定する。駆動周波数ｆは周波数ｆ３０であるとする。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐ３０である。ここで、例えば、駆動周波数ｆを変えることなく、位相シフト値θを、所定値だけ増加させる。すると、電力特性は、例えば曲線Ｃ２によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ２８となる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ３０から、電力Ｐ２８まで減少する。さらに、駆動周波数ｆを変えることなく、位相シフト値θを所定値だけ増加させると、電力特性は、例えば、曲線Ｃ１によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ２６となる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、さらに電力Ｐ２８から、電力Ｐ２６まで減少する。

例えばこのように位相シフト値θを制御することによって、駆動周波数ｆを変えることなく負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力（電力Ｐ２８、電力Ｐ２６等）に近づけることができる。

ここで、実際に位相シフト値θを変える（増加させる）制御においては、位相シフト値θをステップ単位で変えることになる。位相シフト値θを変えるための１ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数度程度であってよい。

電圧Ｖｄｃについても、図４のグラフを用いて説明される。例えば、当初、電圧Ｖｄｃが所定の値であり、電力特性が、曲線Ｃ２によって示される電力特性であったと仮定する。駆動周波数ｆは周波数ｆ３０であるとする。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐ２８である。ここで、例えば、駆動周波数ｆを変えることなく、電圧Ｖｄｃを所定値だけ増加させる。すると、電力特性は、例えば曲線Ｃ３によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ３０となる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ２８から、電力Ｐ３０まで増加する。一方、駆動周波数ｆを変えることなく、電圧Ｖｄｃを所定値だけ減少させると、電力特性は、例えば、曲線Ｃ１によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ２６となる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐ２８から、電力Ｐ２６まで減少する。

例えばこのように電圧Ｖｄｃを制御することによって、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力（電力Ｐ３０、電力Ｐ２６等）に近づけることができる。

実際に電圧Ｖｄｃを変化（増加及び減少）させる制御においては、電圧Ｖｄｃをステップ単位で変化させてよい。電圧Ｖｄｃを変えるための１ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数Ｖ〜数十Ｖ程度であってよい。

ここで、先に図３を参照して説明した周波数制御においては、駆動周波数ｆを変える際の単位ステップの最小値がハードウェア性能等によって制限されるので、駆動周波数ｆを変えることによる負荷電力Ｐｏｕｔの調整精度には限界がある。また、利用可能な駆動周波数ｆの範囲が制限されているので、負荷電力Ｐｏｕｔの調整範囲も制限される。

これに対し、周波数制御と、先に図４を参照して説明した位相シフト制御及び電圧制御とを組み合わせて実行することにより、周波数制御のみを実行する場合よりも、負荷電力Ｐｏｕｔが細かく調整される。また、周波数制御において駆動周波数ｆが利用可能な範囲の上限値又は下限値に設定されていたとしても、さらに位相シフト制御又は電圧制御を実行することにより、周波数制御における負荷電力Ｐｏｕｔの調整範囲を超えた負荷電力Ｐｏｕｔの調整が行われる。

本実施形態では、第１制御器２５は、負荷電力Ｐｏｕｔが電力指令値に近づくように、電力制御を行う。負荷電力Ｐｏｕｔが電力指令値に近づいている状態とは、たとえば、負荷電力Ｐｏｕｔ（の大きさを示す値）と電力指令値との差分（絶対値）が、誤差許容値以下の状態である。誤差許容値は、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分の絶対値として許容できる範囲の上限値である。すなわち、第１制御器２５によって実行される電力制御は、負荷電力Ｐｏｕｔと電力指令値との差分が、誤差許容値以下となるように、負荷電力Ｐｏｕｔを調整しようとするものである。

電力制御によって、例えば、負荷電力Ｐｏｕｔを一定に維持するための制御（電力一定制御）が実現される。先に図３及び図４を参照して説明した電力特性は、例えば、第１コイル２１及び第２コイル３１の相対的な位置ずれが生じて第１コイル２１と第２コイル３１との結合係数が変化することによって、変化する。図１に示される例において、電気自動車ＥＶに対して非接触給電が行われている時に、乗員の乗り降り及び荷物の積み降ろし等が発生すると、電気自動車ＥＶの重量が変化する。それに応じて受電装置３に含まれる第２コイル３１の位置が、図１の上下方向に変化して、第１コイル２１と第２変換器３２との相対的な位置が変化し、位置ずれが発生し得る。ただし、位置ずれによって電力特性が変化した場合でも、上述した周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御によって同様に負荷電力Ｐｏｕｔを調整できる。この場合の電力制御は、例えば電力伝送中に位置ずれが生じることによって負荷電力Ｐｏｕｔが変動したときに負荷電力Ｐｏｕｔの変動を抑制するための制御として用いられる。

第１制御器２５は、例えば制御モード状態フラグに従って制御モードを選択し、周波数制御及び位相シフト制御のいずれかを実行する。制御モード状態フラグは、電力制御において実行される制御の種類を指定するフラグである。制御モード状態フラグは、例えば周波数制御を示す値及び位相シフト制御を示す値のいずれかの値に設定（更新）される。制御モード状態フラグは、さらに電圧制御を示す値に設定されてもよい。

電力制御において、まず、制御モードとして周波数制御が選択される。すなわち、第１制御器２５は、負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけるために、まず、周波数制御を実行する。そして、周波数制御によって負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に、第１制御器２５は、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方を実行する。第１制御器２５は、例えば周波数制御によって負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に位相シフト制御を実行し、位相シフト制御によって負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合にさらに電圧制御を実行する。

また、第１制御器２５は、周波数制御において駆動周波数ｆが所定の上限値を上回らず且つ所定の下限値を下回らないように、電力制御を実行する。駆動周波数ｆに対して定められる上限値は、例えば、非接触給電システム１が利用可能な周波数の上限値（９０ｋＨｚ）であってもよいし、第１変換器２２から第１コイル２１側を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数ｆの上限値であってもよい。駆動周波数ｆに対して定められる下限値は、例えば、非接触給電システム１が利用可能な周波数の下限値（８１．３８ｋＨｚ）であってもよいし、第１変換器２２から第１コイル２１側を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数ｆの下限値であってもよい。

また、第１制御器２５は、位相シフト制御において位相シフト値θが所定の上限値を上回らず且つ所定の下限値を下回らないように、電力制御を実行する。位相シフト値θに対して定められる上限値は、例えばインバータとしての直流交流変換器２７がソフトスイッチング可能か否かに応じて定められてよい。ソフトスイッチングを実現するためには、直流交流変換器２７から第１コイル２１側を見たインピーダンスが誘導性である（電流位相が電圧位相よりも遅れている）必要がある。以下、電圧位相に対する電流位相の遅れを正の値とする。位相シフト値θが大きくなると、電圧位相が電流位相に近づき、電圧位相に対する電流位相の位相差が小さくなる。電圧位相に対する電流位相の位相差が負になる（つまり、電流位相が電圧位相よりも進んでいる）とソフトスイッチングができなくなる。ここで、電圧と電流との位相差を同じにしておくと、ノイズ及び制御誤差などでインピーダンスが容量性になってしまうので、安全性確保のために電圧位相を電流位相よりも所定値進めておくことが好ましい。つまり、位相シフト制御においては、電圧位相に対する電流位相の位相差が所定値を下回らないようにすることが望ましい。この場合には、位相シフト値θを大きくできる限界が存在することになる。インバータとしての直流交流変換器２７がソフトスイッチング可能な位相シフト値θに対する上限値は、例えば５０％程度である。直流交流変換器２７のソフトスイッチングが可能であれば、第１変換器２２から第１コイル２１への交流電力Ｐａｃ２の供給の安定性が確保される。位相シフト値θに対して定められる下限値は、例えば０％である。

なお、電圧Ｖｄｃの上限値及び下限値は、例えば電力変換器２６の有する昇降圧機能に基づいて定められる。また、電圧Ｖｄｃは、電圧制御とは別に、電圧切り替え制御によって切り替えられてもよい。電圧切り替え制御では、周波数制御、位相シフト制御及びの電圧制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整範囲に電力指令値が含まれるように、電圧Ｖｄｃが切り替えられる。

次に、図５〜図８を参照して、送電装置２の動作について説明する。図５〜図８は、送電装置２において実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、図５を用いて、全体のフローについて説明し、その後、図５のフローチャートにおけるいくつかの処理について、図６〜図８を用いて説明する。なお、ここでは、負荷Ｌが蓄電池であり、送電装置２からの電力によって蓄電池が充電される場合について説明する。このフローチャートの処理は、例えば受電装置３側からの充電開始要求を送電装置２が受信したことに応じて開始される。また、負荷電力Ｐｏｕｔの測定値及び電力指令値は、受電装置３から送電装置２へ定期的に通知される。

まず、第１制御器２５は、充電開始シーケンスを実行する（ステップＳ１）。例えば、第１変換器２２から第１コイル２１側を見たインピーダンスが誘導性を示す（容量性とならない）駆動周波数ｆにおいて、第１コイル２１への交流電力Ｐａｃ２の供給が開始される。また、例えば第１コイル２１に過度に大きな電流が流れることを防ぐための保護機能を作動させないように、第１コイル２１への交流電力Ｐａｃ２の供給が開始される。

続いて、第１制御器２５は、制御モード状態フラグを、周波数制御を示す値に設定する（ステップＳ２）。制御モード状態フラグは、後に実行される周波数制御又は位相シフト制御において、周波数制御又はそれ以外の制御（例えば位相シフト制御）を示す値に設定（更新）される。

続いて、第１制御器２５は、電力一定制御の割り込みがあるか否かを判断する（ステップＳ３）。電力一定制御の割り込みは、例えば所定の周期で発生する。この電力一定制御の割り込みの優先度は、後述のステップＳ７における電圧切り替え制御の割り込みの優先度よりも高い。電力一定制御による割り込みが有ると判断された場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、第１制御器２５は、制御モード状態フラグが周波数制御を示す値であるか否かを判断し（ステップＳ４）、周波数モード状態フラグが周波数制御を示す値であると判断された場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、周波数制御を実行する（ステップＳ５）。周波数制御の詳細については後に図６を参照して説明する。これに対し、ステップＳ４において制御モード状態フラグが周波数制御を示す値でないと判断された場合には（ステップＳ４でＮＯ）、第１制御器２５は、位相シフト制御を実行する（ステップＳ６）。位相シフト制御の詳細については後に図７を参照して説明する。

一方、ステップＳ３において電力一定制御の割り込みが無いと判断された場合（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ５又はステップＳ６の処理が完了した後、第１制御器２５は、電圧切り替え制御の割り込みが有るか否かを判断する（ステップＳ７）。電圧切り替え制御は、電力指令値が変更された場合に、必要に応じて直流電力Ｐｄｃの電圧レンジを切り替える制御である。電圧切り替え制御の割り込みは、例えば所定の周期で発生する。電圧切り替え制御の割り込みが発生する周期は、上述の電力一定制御の割り込みが発生する周期よりも長い。電圧切り替え制御の割り込みが有ると判断された場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、第１制御器２５は、電圧切り替え制御を実行する（ステップＳ８）。電圧切り替え制御の詳細については、後に図８を参照して説明する。なお、上述のようにステップＳ３における電力一定制御の割り込みの優先度は、ステップＳ７における電圧切り替え制御の割り込みの優先度よりも高いので、電圧切り替え制御の割り込みがあると判断された場合（ステップＳ７でＹＥＳ）であっても、電力一定制御の割り込みが発生すると、電力一定制御の処理（ステップＳ３でＹＥＳ、ステップＳ４〜Ｓ６）が実行される。

ステップＳ７において電圧切り替え制御の割り込みが無いと判断された場合（ステップＳ７）又はステップＳ８の処理が完了した後、第１制御器２５は、充電停止要求が有るか否かを判断する（ステップＳ９）。充電停止要求は、例えば、蓄電池としての負荷ＬのＳＯＣが十分に高くなり充電が不要となったタイミングで、受電装置３から送電装置２に通知される。充電停止要求がないと判断された場合（ステップＳ９でＮＯ）、第１制御器２５は、ステップＳ３に再び処理を戻す。一方、充電停止要求が有ると判断された場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、第１制御器２５は、充電停止シーケンスを実行し（ステップＳ１０）、送電装置２において実行される一連の処理が終了する。

図５の処理によれば、制御モード状態フラグは、初期状態では、周波数制御を示す値に設定されるので（ステップＳ２）、電力一定制御においては、まず、周波数制御が位相シフト制御よりも優先して実行される（ステップＳ３、ステップＳ４でＹＥＳ、ステップＳ５）。また、電力一定制御の割り込み周期よりも遅い周期で電圧切り替え制御の割り込みが発生し（ステップＳ７）、電圧切り替え制御が実行される（ステップＳ８）。

次に、図６を参照して周波数制御（図５のステップＳ６）の詳細を説明する。まず、第１制御器２５は、電力指令値と負荷の電力値（すなわち負荷電力Ｐｏｕｔ）との差分を取得する（ステップＳ２１）。電力指令値及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさは、例えば前述したように受電装置３から送電装置２に通知される。

続いて、第１制御器２５は、新たな駆動周波数ｆの候補値ｆ１を算出する（ステップＳ２２）。例えば、ステップＳ２１において算出された電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分を小さくするために負荷電力Ｐｏｕｔを減少させる必要がある場合、候補値ｆ１は、現在の駆動周波数ｆよりも所定ステップ分の周波数だけ大きな周波数として算出される。現在の駆動周波数ｆは、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の周波数である。所定のステップは、例えば１ステップである。また、負荷電力Ｐｏｕｔを増加させる必要がある場合、候補値ｆ１は、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の駆動周波数ｆよりも所定ステップ分の周波数だけ小さな周波数として算出される。ここで、ステップＳ２１において算出された電力指令値と負荷の電力値との差分が小さ過ぎるため、駆動周波数ｆを１ステップ分変えた場合に、むしろ電力指令値と負荷の電力値との差分がさらに大きくなってしまう場合もある。例えば、駆動周波数ｆを１ステップ分変えた場合の負荷電力Ｐｏｕｔの変化量の大きさが、電力指令値と現在の負荷電力Ｐｏｕｔとの差分の２倍よりも大きいと、第１制御器２５は、駆動周波数ｆを１ステップ分変えた場合に、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分がさらに大きくなると判断する。駆動周波数ｆを１ステップ分変えた場合の負荷電力Ｐｏｕｔの変化量の大きさは、例えば現在の駆動周波数ｆによって異なる場合があるので、想定される負荷電力Ｐｏｕｔの変化量のうち大きさが最小の変化量に基づいて定められてもよい。負荷電力Ｐｏｕｔの変化量の大きさは、例えば実験データ等に基づいて予め定められ、第１制御器２５が備える記憶部（例えば前述のＲＡＭ，ＲＯＭ等）に記憶されていてよい。電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分がさらに大きくなると判断された場合には、候補値ｆ１は、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の周波数、つまり現在の駆動周波数ｆと同じ周波数として算出される。

続いて、第１制御器２５は、候補値ｆ１が現在の駆動周波数ｆと同じか否かを判断する（ステップＳ２３）。候補値ｆ１が現在の駆動周波数ｆと同じであると判断された場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、第１制御器２５は、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値より大きいか否かを判断する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４において、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値より大きく、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができないと判断した場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、第１制御器２５は、位相シフト制御又は電圧制御を実行する（ステップＳ２５）。すなわち、負荷電力Ｐｏｕｔと所望の電力との差分を誤差許容値以下とする調整が周波数制御のみでは達成されない場合、第１制御器２５は、位相シフト制御又は電圧制御を実行する。具体的に、先に図４を参照して説明したように、第１制御器２５は、位相シフト値θ又は電圧Ｖｄｃを変えることによって、負荷電力Ｐｏｕｔが電力指令値に近づくように調整する。

ここで、ステップＳ２５においては、電圧制御に優先して位相シフト制御が実行されてもよい。換言すると、位相シフト制御によっても電力指令値と負荷の電力値との差分が誤差許容値以下とならない場合に、電圧制御が実行されてもよい。

ステップＳ２３において、候補値ｆ１が現在の駆動周波数ｆと同じでないと判断された場合（ステップＳ２３でＮＯ）、第１制御器２５は、候補値ｆ１が上限周波数ｆｍａｘより大きいか否かを判断する（ステップＳ２６）。上限周波数ｆｍａｘは、先に説明したように、駆動周波数ｆに対して定められる上限値である。候補値ｆ１が上限周波数ｆｍａｘより大きいと判断された場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）、第１制御器２５は、制御モード状態フラグを位相シフト制御を示す値に設定し（ステップＳ２７）、駆動周波数ｆを上限ｆｍａｘに設定する（ステップＳ２８）。

一方、候補値ｆ１が上限周波数ｆｍａｘ以下であると判断された場合（ステップＳ２６でＮＯ）、第１制御器２５は、駆動周波数ｆを候補値ｆ１に設定する（ステップＳ２９）。

ステップＳ２４において電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値以下であると判断された場合（ステップＳ２４でＮＯ）、ステップＳ２５、Ｓ２８又はステップＳ２９の処理が完了した後、第１制御器２５は、周波数制御を終了する。

図６に示される周波数制御では、駆動周波数ｆを変えることによって、負荷電力Ｐｏｕｔが調整される（ステップＳ２８，Ｓ２９）。また、周波数制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整精度の限界により電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分を誤差許容値以下にできない場合には（ステップＳ２４でＹＥＳ）、位相シフト制御又は電圧制御によって電力指令値と負荷Ｌの負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値より小さくなるように、負荷電力Ｐｏｕｔが調整される（ステップＳ２５）。さらに、駆動周波数ｆの候補値ｆ１が上限周波数ｆｍａｘを超える場合には、制御モード状態フラグが位相シフト制御を示す値に設定され（ステップＳ２７）、駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘに設定され（ステップＳ２８）、周波数制御による電力制御から、位相シフト制御による電力制御に、電力制御が移行する（図５のステップＳ４でＮＯ，ステップＳ６）。

なお、図６に示される処理において、駆動周波数ｆの候補値ｆ１が下限値を下回る場合には、例えば駆動周波数ｆが下限周波数に設定され、制御モード状態フラグが位相シフト制御を示す値に設定されてよい。

次に、図７を参照して位相シフト制御（図５のステップＳ７）の詳細を説明する。初めに実行されるステップＳ４１の処理は、先に説明した図６のステップＳ２１と同じである。すなわち、第１制御器２５は、電力指令値と負荷の電力値（すなわち負荷電力Ｐｏｕｔ）との差分を取得する（ステップＳ４１）。

続いて、第１制御器２５は、新たな位相シフト値θの候補値θ１を算出する（ステップＳ４２）。例えば、ステップＳ４１において算出された電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分から、負荷電力Ｐｏｕｔを減少させる必要がある場合、候補値θ１は、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の位相シフト値θよりも所定ステップ分の位相シフト値だけ大きな位相シフト値として算出される。また、負荷電力Ｐｏｕｔを増加させる必要がある場合、候補値θ１は、第１コイル２１に供給されている（すなわち現在の）交流電力Ｐａｃ２の位相シフト値θよりも所定ステップ分の位相シフト値だけ小さな位相シフト値として算出される。ここで、例えば、ステップＳ４１において算出された電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が小さ過ぎるため、位相シフト値θを１ステップ分変えた場合に、むしろ電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分がさらに大きくなってしまう場合もある。例えば、位相シフト値θを１ステップ分変えた場合の負荷電力Ｐｏｕｔの変化量の大きさが、電力指令値と現在の負荷電力Ｐｏｕｔとの差分の２倍よりも大きいと、第１制御器２５は、位相シフト値θを１ステップ分変えた場合に、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分がさらに大きくなると判断する。位相シフト値θを１ステップ分変えた場合の負荷電力Ｐｏｕｔの変化量の大きさは、例えば現在の位相シフト値θによって異なる場合があるので、想定される負荷電力Ｐｏｕｔの変化量のうち大きさが最小の変化量に基づいて定められてもよい。負荷電力Ｐｏｕｔの変化量の大きさは、例えば実験データ等に基づいて予め定められ、第１制御器２５が備える記憶部に記憶されていてよい。電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分がさらに大きくなると判断された場合には、候補値θ１は、第１コイル２１に供給されている交流電力Ｐａｃ２の位相シフト値、つまり現在の位相シフト値θと同じ位相シフト値として算出される。

続いて、第１制御器２５は、候補値θ１が現在の位相シフト値θと同じか否かを判断する（ステップＳ４３）。候補値θ１が現在の位相シフト値θと同じであると判断された場合（ステップＳ４３でＹＥＳ）、第１制御器２５は、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値より大きいか否かを判断する（ステップＳ４４）。

ステップＳ４４において、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値より大きく、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づけることができないと判断した場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、第１制御器２５は、電圧制御を実行する（ステップＳ４５）。すなわち、負荷電力Ｐｏｕｔと電力指令値との差分を誤差許容値以下とする調整が位相シフト制御によっても達成されない場合、第１制御器２５は、電圧制御を実行する。具体的に、先に図４を参照して説明したように、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃを変えることによって、負荷電力Ｐｏｕｔが所望の電力に近づくように調整する。

一方、ステップＳ４３において、候補値θ１が現在の位相シフト値θと同じでないと判断された場合（ステップＳ４３でＮＯ）、第１制御器２５は、候補値θ１が下限位相シフト値θｍｉｎより大きいか否かを判断する（ステップＳ４６）。下限位相シフト値θｍｉｎは、先に説明したように、位相シフト値θに対して定められる下限値である。候補値θ１が下限位相シフト値θｍｉｎより大きいと判断された場合（ステップＳ４６でＹＥＳ）、第１制御器２５は、位相シフト値θを候補値θ１に設定する（ステップＳ４７）。一方、候補値θ１が下限位相シフト値θｍｉｎ以下と判断された場合（ステップＳ４６でＮＯ）、第１制御器２５は、制御モード状態フラグを周波数制御を示す値に設定し（ステップＳ４８）、位相シフト値θを下限位相シフト値θｍｉｎに設定する（ステップＳ４９）。

ステップＳ４４において電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値以下であると判断された場合（ステップＳ４４でＮＯ）、ステップＳ４５，Ｓ４７又はステップＳ４９の処理が完了した後、第１制御器２５は、位相シフト制御を終了する。

図７に示される位相シフト制御では、位相シフト値θを変えることによって、負荷電力Ｐｏｕｔが調整される（ステップＳ４７，Ｓ４９）。また、位相シフト制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整精度の限界により電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分を誤差許容値以下にできない場合には（ステップＳ４４でＹＥＳ）、電圧制御によって電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値より小さくなるように、負荷電力Ｐｏｕｔが調整される（ステップＳ４５）。さらに、位相シフト値θの候補値θ１が下限位相シフト値θｍｉｎになる場合には、制御モード状態フラグが周波数制御を示す値に設定され（ステップＳ４８，Ｓ４９）、位相シフト制御による電力制御から、周波数制御による電力制御に、電力制御が移行する（図５のステップＳ４でＹＥＳ、ステップＳ５）。

なお、図７に示される処理において、位相シフト値θの候補値θ１が上限値を上回る場合には、例えば位相シフト値θが上限値に設定され、制御モード状態フラグが周波数制御を示す値に設定されてよい。

次に、図８を参照して、電圧切り替え制御（図５のステップＳ８）の詳細を説明する。この電圧切り替え制御では、電圧制御と同様に電圧Ｖｄｃを変えることによって負荷電力Ｐｏｕｔが調整される。ただし、電圧切り替え制御においては、電圧制御ほど電圧Ｖｄｃが細かく変えられるのではなく、たとえば数段階の電圧レベルのいずれかに電圧Ｖｄｃが切り替えられる。ここでは、電圧Ｖｄｃが２段階で切り替えられる例について説明する。まず、第１制御器２５は、電力指令値が変更されたか否かを判断する（ステップＳ５１）。例えば受電装置３から送電装置２に通知された電力指令値が、その前に通知された電力指令値と異なる値であった場合に、電力指令値が変更されたと判断される。電力指令値が変更になったと判断された場合（ステップＳ５１でＹＥＳ）、第１制御器２５は、電力指令値はモード切替値より高いか否かを判断する（ステップＳ５２）。モード切替値は、電圧Ｖｄｃを後述のローモードにおける電圧及びハイモードにおける電圧の間で切り替える際の判断の基準となる閾値である。モード切替値は、例えば１０００Ｗである。例えばモード切替値が１０００Ｗの場合、電力指令値が１０００Ｗより大きいと、電圧Ｖｄｃがハイモードにおける電圧に設定され、電力制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整可能な範囲が、主に１０００Ｗ以上の範囲（上限はたとえば３０００Ｗ，４０００Ｗ程度）となる。ハイモードにおける電圧Ｖｄｃは、ローモードよりも高い電圧（例えば４００Ｖ程度）である。一方、電力指令値が１０００Ｗ以下であると、電圧Ｖｄｃがローモードにおける電圧に設定される、電力制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整可能な範囲が、主に１０００Ｗ以下の範囲となる。ローモードにおける電圧Ｖｄｃは、ハイモードにおける電圧よりも低い電圧（例えば３５０Ｖ程度）である。電圧切り替え制御において、電圧Ｖｄｃは、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整範囲に電力指令値が含まれるように切り替えられる。

ステップＳ５２において電力指令値がモード切替値より高いと判断された場合（ステップＳ５２でＹＥＳ）、第１制御器２５は、現在のモードがハイモードであるか否かを判断する（ステップＳ５３）。例えばモードの状態を示すフラグが設定されており、第１制御器２５は、フラグの値を参照することによって、現在のモードがハイモードであるか否かを判断する。現在のモードがハイモードでないと判断された場合（ステップＳ５３でＮＯ）、第１制御器２５は、モードをハイモードに切替える（ステップＳ５４）。具体的にステップＳ５４では、モード状態を示すフラグが、ハイモードを示す値に設定（更新）される。

一方、ステップＳ５２において電力指令値がモード切替値以下であると判断された場合（ステップＳ５２でＮＯ）、第１制御器２５は、現在のモードがローモードであるか否かを判断する（ステップＳ５５）。この判断は、例えば上述のフラグの値が参照されることによって行われる。現在のモードがローモードでないと判断された場合（ステップＳ５５でＮＯ）、第１制御器２５は、モードをローモードに切替える（ステップＳ５６）。具体的にステップＳ５６では、モード状態を示すフラグが、ローモードを示す値に設定（更新）される。

ステップＳ５４又はステップＳ５６の処理が完了した後、第１制御器２５は、モード切替シーケンスを実行する（ステップＳ５７）。例えば、第１変換器２２から第１コイル２１側を見たインピーダンスが誘導性を示す（容量性とならない）ように、フラグが示すモードに応じて電圧Ｖｄｃが切り替えられる。また、例えば第１コイル２１に過度に大きな電流が流れることを防ぐための保護機能を作動させないように、電圧Ｖｄｃが切り替えられる。

ステップＳ５１において電力指令値が変更されたと判断された場合（ステップＳ５１でＮＯ）、ステップＳ５３において現在のモードがハイモードであると判断された場合（ステップＳ５３でＹＥＳ）、ステップＳ５５において現在のモードがローモードであると判断された場合（ステップＳ５５でＹＥＳ）、又はステップＳ５７の処理が完了した後、第１制御器２５は、電圧切り替え制御を終了する。

図８に示される電圧切り替え制御では、電力指令値に応じて、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが切り替えられる（ステップＳ５７）。具体的に、電圧Ｖｄｃは、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整範囲に電力指令値が含まれるように切り替えられる。このように電力指令値に応じて電圧Ｖｄｃが切り替わることで、電力一定制御（図５のステップＳ４）において実行され得る周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御によって、負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけやすくなる。また、周波数制御において駆動周波数ｆが上限値を上回らず下限値を下回らない範囲で電力調整を行える可能性が高まる。同様に、位相シフト制御において位相シフト値θが上限値を上回らず下限値を下回らない範囲で電力調整を行える可能性が高まる。

なお、モード切替を安定させるために、ハイモードからローモードに切り替えるためのモード切替値と、ローモードからハイモードに切替えるためのモード切替値とを異なる値に設定することによって、モード切替にヒステリシスを持たせてもよい。

次に、送電装置２の作用効果について説明する。送電装置２では、第１制御器２５によって、周波数制御に加えて、位相シフト制御及び電圧制御のいずれかの制御が実行される。そして、周波数制御によっては負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方の制御が実行される（図６のステップＳ２５）。これにより、周波数制御のみを実行する場合よりも、電力調整の範囲が拡がり、また、より細かい電力調整が行えるようになる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値にさらに近づけることができる。

また、先に説明したように、ステップＳ２５において、第１制御器２５は、電圧制御よりも位相シフト制御を優先して実行してもよい。位相シフト制御は、電圧制御よりも応答性に優れる場合も少なくない。そのため、位相シフト制御を電圧制御よりも優先して実行することで、電力制御の応答性を向上させ、電力の調整を行いやすくすることができる。

第１制御器２５は、電力指令値に応じて直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃを切り替えるとともに、電力制御を実行してもよい。電圧Ｖｄｃは、周波数制御及び位相シフト制御による負荷電力Ｐｏｕｔの調整範囲に電力指令値が含まれるように切り替えられ、これにより、負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけやすくなる。

例えば、第１制御器２５は、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が、誤差許容値以下となるように電力制御を実行することによって、負荷電力Ｐｏｕｔを調整する。この場合、誤差許容値を適切に設定することで、所望の精度で電力制御を実行することができる。

また、第１制御器２５は、位相シフト制御において位相シフト値θが下限値を下回らないように、電力制御を実行する。これにより、所定値以上の位相差を確保し、第１変換器２２から第１コイル２１への交流電力Ｐａｃ２の供給の安定性を確保しつつ、電力制御を実行することができる。

また、非接触給電システム１においては、受電装置３の第２検出器３３を用いて負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを検出し、その検出結果を用いて送電装置２において電力制御が実行されてもよい。この場合、例えば送電装置２側で負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを推定して電力制御を実行する場合よりも、電力制御の精度を向上させることができる。

もちろん、受電装置３から送電装置２へ負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを通知せず、送電装置２側で負荷電力Ｐｏｕｔを推定して電力制御を実行してもよい。例えば、第１制御器２５は、第１変換器２２から第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２に基づいて、負荷電力Ｐｏｕｔを推定してもよい。これは、交流電力Ｐａｃ２と、負荷電力Ｐｏｕｔとが関連性を有するためである。例えば、非接触給電システム１による電力伝送においてほとんど電力損失が発生しない場合には、交流電力Ｐａｃ２及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさはほぼ等しいので、第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２の大きさを、負荷Ｌに供給されている負荷電力Ｐｏｕｔとして推定することができる。また、電力損失を考慮する場合には、電力損失の大きさを予め定めた値（例えば５％）としておき、交流電力Ｐａｃ２の大きさから、電力損失の大きさを差し引いた値を、負荷電力Ｐｏｕｔとして推定することができる。このように第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２に基づいて負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔを推定するので、例えば、受電装置３から送電装置２への負荷電力Ｐｏｕｔの通知を不要とすることができる。その場合、送電装置２及び受電装置３、すなわち非接触給電システム１の構成を簡素化し、コストを削減できる可能性が高まる。

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ない。例えば、第１制御器２５は、電力制御として、周波数制御に加えて位相シフト制御及び電圧制御のいずれか一方のみを実行することによって、負荷電力Ｐｏｕｔを調整してもよい。また、上記実施形態では、第１制御器２５が、まず、周波数制御を実行し、周波数制御によって負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に、位相シフト制御を実行し、位相シフト制御によっても負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に、電圧制御を実行する例について説明した。しかし、第１制御器２５は、まず、周波数制御を実行し、周波数制御によって負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に、電圧制御を実行し、電圧制御によっても負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができない場合に、位相シフト制御を実行してもよい。

なお、図５に示されるフローチャートにおいては、先に説明したように、電圧切り替え制御の割り込みが発生する周期は、電力一定制御の割り込みが発生する周期よりも長い。この場合、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による電力一定制御に拘わらず、電力一定制御の割り込みが発生する周期よりも長い周期で電圧切り替え制御が発生し、電力指令値に応じて電圧Ｖｄｃが切り替えられることとなる。この場合でも、先に説明したように、電力一定制御の割り込みの優先度が電圧切り替え制御の割り込みの優先度よりも高いので、電圧切り替え制御の割り込みが発生する周期よりも短い周期で電力一定制御が実行される。その結果、電圧Ｖｄｃの切り替えによる電圧Ｖｄｃの変化に追従して電力一定制御が実行されるので、電圧切り替え制御および電力一定制御の両制御が併存する場合でも、負荷電力Ｐｏｕｔを電力指令値に近づけることができる。

また、上記実施形態では、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値以下になると（ステップＳ２４でＮＯ、ステップＳ４４でＮＯ）、位相シフト制御および電圧制御による電力制御を行わず、電力一定制御を終了するようにしていた。ただし、電力指令値と負荷電力Ｐｏｕｔとの差分が誤差許容値以下になった場合でも（ステップＳ２４でＮＯ、ステップＳ４４でＮＯ）、さらに電力制御を（つまりステップＳ２５、ステップＳ４５の処理を）実行してもよい。

１ 非接触給電システム
２ 送電装置
３ 受電装置
２１ 第１コイル
２２ 第１変換器
２３ 第１検出器
２４ 第１通信器
２５ 第１制御器
２６ 電力変換器
２７ 直流交流変換器
３１ 第２コイル
３２ 第２変換器
３３ 第２検出器
３４ 第２通信器
３５ 第２制御器
ＰＳ 電源
Ｌ 負荷

Claims (8)

1. 負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
   第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
   直流電力を受けて交流電力に変換し、前記交流電力を前記第１コイルに供給する変換器と、
   前記負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、前記電力制御として、前記交流電力の周波数制御及び前記変換器の位相シフト制御を実行し、前記周波数制御によっては前記負荷に供給される前記電力を前記所望の電力に近づけることができない場合に、前記位相シフト制御を実行する、
   送電装置。
2. 前記制御器は、前記電力制御として、前記直流電力の電圧制御をさらに実行し、前記位相シフト制御によって前記負荷に供給される電力を前記所望の電力に近づけることができない場合にさらに前記電圧制御を実行する、請求項１に記載の送電装置。
3. 前記制御器は、さらに、前記所望の電力に対応する電力指令値に応じて前記直流電力の電圧を切り替える、請求項１または２に記載の送電装置。
4. 前記制御器は、前記所望の電力に対応する電力指令値と前記負荷に供給されている前記電力との差分が所定の誤差許容値よりも大きい場合に、前記負荷に供給される電力を前記所望の電力に近づけることができないと判断する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の送電装置。
5. 前記交流電力の電流位相は、前記交流電力の電圧位相よりも遅れており、
   前記制御器は、前記位相シフト制御において前記電圧位相に対する前記電流位相の位相差の大きさが所定値を下回らないように、前記電力制御を実行する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
   第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
   直流電力を受けて交流電力に変換し、前記交流電力を前記第１コイルに供給する変換器と、
   前記負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、前記電力制御として、前記交流電力の周波数制御と、前記変換器の位相シフト制御及び前記直流電力の電圧制御の少なくとも一方の制御とを実行し、
   前記制御器は、前記周波数制御によっては前記負荷に供給される前記電力を前記所望の電力に近づけることができない場合に、前記位相シフト制御及び前記電圧制御の少なくとも一方を実行し、
   前記制御器は、前記所望の電力に対応する電力指令値と前記負荷に供給されている前記電力との差分が所定の誤差許容値よりも大きい場合に、前記負荷に供給される電力を前記所望の電力に近づけることができないと判断する、
   送電装置。
7. 負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
   第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
   直流電力を受けて交流電力に変換し、前記交流電力を前記第１コイルに供給する変換器と、
   前記負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、前記電力制御として、前記交流電力の周波数制御と、前記変換器の位相シフト制御とを実行し、
   前記制御器は、前記周波数制御によっては前記負荷に供給される前記電力を前記所望の電力に近づけることができない場合に、前記位相シフト制御を実行し、
   前記交流電力の電流位相は、前記交流電力の電圧位相よりも遅れており、
   前記制御器は、前記位相シフト制御において前記電圧位相に対する前記電流位相の位相差の大きさが所定値を下回らないように、前記電力制御を実行する、
   送電装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の送電装置と、
   前記送電装置と通信可能な前記受電装置と、
   を備え、
   前記受電装置は、前記負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、
   前記制御器は、前記検出器によって検出される電力が前記所望の電力に近づくように、前記電力制御を実行する、
   非接触給電システム。

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