JP6803818B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、１次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、１次側コイルから２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システムに関する。

１次側コイルと２次側コイルとを磁界によって結合し、１次側コイルから２次側コイルに非接触で電力を供給する非接触給電装置が、例えば、特許文献１及び２に開示されている。

特許文献１には、２次側の電気自動車で受電電力を検出し、通信装置を用いて２次側の受電状況を１次側の給電装置に送信することにより、該給電装置を制御することが開示されている。

特許文献２には、特許文献１の制御方法では通信装置が必要であるため、電気自動車及び給電装置が共にコスト高になるばかりでなく、通信方式が一致する電気自動車及び給電装置の組み合わせでなければ充電ができないという問題が開示されている。

特許文献２には、この問題を解決するため、高周波ドライバ、演算装置及び制御装置を備えた給電装置により、１次側と２次側との間で無線通信を行うことなく、高効率の電力伝送を可能にすることが開示されている。この場合、高周波ドライバは、１次側の交流電源の電力を、磁場を共鳴（共振）させて２次側の移動体に送電可能な高周波電力に変換し、１次側コイルに供給する。演算装置は、高周波ドライバの周波数、送電電流及び送電電圧に基づいて、共鳴法による１次側コイルから２次側コイルへの電力伝送の等価回路パラメータを推定する。制御装置は、推定された等価回路パラメータから２次側コイルの受電電力を推定し、推定した受電電力が最大となるように高周波ドライバを制御する。

特許第４４５３７４１号公報 特開２０１２−１５７１２７号公報

しかしながら、特許文献２では、通信装置を使わずに１次側から２次側への非接触の電力伝送が可能である一方で、１次側において、交流電源の電圧を所望の周波数に変換するためのインバータが必要となる。

そのため、１次側から２次側への非接触の電力伝送により、２次側に配置された二次電池等の負荷に電力を供給して充電を行う際、より簡単な構成及び制御方法、具体的には、１次側にインバータを設けることなく、１次側から２次側に電力供給を行って、負荷を充電することが望ましい。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、給電側である１次側と、受電側である２次側との間で、給電情報をやりとりすることなく、且つ、１次側にインバータを設けることなく、１次側から２次側の負荷に電力供給を行うことができる電力供給システムを提供することを目的とする。

本発明は、１次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システムに関する。

そして、上記の目的を達成するため、本発明に係る電力供給システムは、下記の第１の構成又は第２の構成を有する。

第１の構成として、前記電力供給システムでは、前記１次側が非共振回路であり、前記２次側が共振回路を含む。また、前記電力供給システムは、前記１次側及び前記２次側のうち、少なくとも一方に設けられ、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値が略無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って前記負荷抵抗値が低下するように、前記１次側コイルから前記２次側コイルを介した前記負荷への非接触給電を制御する制御手段を有する。

これにより、第１の構成では、給電側の前記１次側と受電側の前記２次側との間で、給電情報等の情報交換を行うことなく、且つ、前記１次側にインバータを用いることなく、簡単な構成で、且つ、低コストで、前記１次側から前記２次側の前記負荷への非接触給電を行うことができる。

また、前記１次側では、インバータを使用しないので、該１次側を設置するインフラに付帯する交流電源等のベース電源の周波数や電圧をそのまま利用して、電気自動車等の給電対象物に非接触給電を行うことができる。具体的には、一般インフラを利用して前記給電対象物に給電する際、商用電源の周波数（商用周波数）をそのまま利用することが可能である。また、船舶や航空機内で給電対象物に給電する際、該船舶及び航空機内のインフラ周波数をそのまま利用することができる。例えば、前記航空機内では、該航空機内のインフラ周波数である４００Ｈｚの周波数をそのまま利用することができる。

一方、第２の構成として、前記電力供給システムは、前記１次側及び前記２次側のうち、少なくとも一方に設けられ、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値と、前記１次側コイルから前記２次側コイルを介した前記負荷への非接触給電時に前記１次側又は前記２次側に生じる電流及び電力との関係を示すデータテーブルを用いて、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記非接触給電を制御する制御手段を有する。

第２の構成においても、第１の構成と同様の効果が得られる。また、第２の構成では、前記１次側と前記２次側との間で、給電情報等の情報交換を行うことなく、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定することができるので、該非接触給電の異常を簡単且つ容易に検知し、検知結果に基づいて、前記非接触給電を適切に制御することが可能となる。

上記の第１の構成又は第２の構成において、前記制御手段は、１次側制御手段及び２次側制御手段であればよい。

すなわち、前記１次側制御手段は、前記１次側に設けられ、前記負荷抵抗値と前記非接触給電時に前記１次側に生じる送電電流及び送電電力との関係を示す１次側データテーブルを用いて、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記非接触給電を制御する。

一方、前記２次側制御手段は、前記２次側に設けられ、前記負荷抵抗値と前記非接触給電時に前記２次側に生じる受電電流及び受電電力との関係を示す２次側データテーブルを用いて、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記非接触給電を制御する。

このように、前記１次側と前記２次側のそれぞれに制御手段を設け、給電情報等の情報のやり取りを行うことなく、すなわち、相手方（給電側、受電側）の状況を知ることなく、監視対象（１次側、２次側）の電流及び電力に基づいて、前記非接触給電が正常に行えているか否かを判定するので、該非接触給電を簡単且つ適切に制御することができる。

ここで、前記１次側データテーブルは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとが所定のギャップで正対している状態での前記負荷抵抗値と前記送電電流との関係を示す送電電流特性と、前記正対している状態での前記負荷抵抗値と前記送電電力との関係を示す送電電力特性と、前記送電電流特性に対する前記送電電流及び前記負荷抵抗値の許容範囲である送電電流許容範囲と、前記送電電力特性における前記送電電力及び前記負荷抵抗値の許容範囲である送電電力許容範囲とを含む。

この場合、前記１次側制御手段は、前記送電電流許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の送電電流から前記送電電流許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、一方で、前記送電電力許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の送電電力から前記送電電力許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、前記送電電流から算出した負荷抵抗値の範囲と、前記送電電力から算出した負荷抵抗値の範囲との間で一致する領域があるときに、前記非接触給電を正常に行えていると判定する。

一方、前記２次側データテーブルは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとが所定のギャップで正対している状態での前記負荷抵抗値と前記受電電流との関係を示す受電電流特性と、前記正対している状態での前記負荷抵抗値と前記受電電力との関係を示す受電電力特性と、前記受電電流特性に対する前記受電電流及び前記負荷抵抗値の許容範囲である受電電流許容範囲と、前記受電電力特性における前記受電電力及び前記負荷抵抗値の許容範囲である受電電力許容範囲とを含む。

この場合、前記２次側制御手段は、前記受電電流許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の受電電流から前記受電電流許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、一方で、前記受電電力許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の受電電力から前記受電電力許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、前記受電電流から算出した負荷抵抗値の範囲と、前記受電電力から算出した負荷抵抗値の範囲との間で一致する領域があるときに、前記非接触給電を正常に行えていると判定する。

このように、前記正対している状態の正規の位置に対して前記１次側コイルと前記２次側コイルとの位置ずれが発生する場合や、温度等の周辺環境を考慮して各許容範囲を設定することにより、例えば、多少の位置ずれがある場合でも、許容範囲内にあれば、前記非接触給電を正常に行えていると判定することができる。これにより、前記非接触給電の制御を一層容易に行うことができる。

また、前記電源と前記１次側コイルとを導通させる１次側スイッチを前記１次側にさらに設け、前記１次側制御手段が前記１次側スイッチをオンオフさせることにより前記非接触給電を制御してもよい。この場合、前記１次側制御手段が前記１次側スイッチをオンオフさせることにより、所定のパターン配列のパルス状の電力が前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で供給されたときに、前記２次側制御手段は、前記２次側に生じる受電電力が前記パターン配列に応じたパルス状の電力であるか否かを判定すればよい。これにより、前記非接触給電が可能か否かを容易に判定することができる。

また、前記２次側には、前記２次側コイルに対して、２次側スイッチと、前記負荷抵抗値の取り得る範囲内の値で任意の固定値に設定された抵抗値の抵抗器との直列回路が並列に接続され、前記２次側制御手段は、前記２次側スイッチをオンオフさせることにより、前記２次側コイルと前記抵抗器との導通を制御してもよい。このように、前記負荷抵抗値の取り得る範囲内の値で任意の固定値に設定された抵抗値の前記抵抗器を用いることにより、前記非接触給電が可能か否かの判定処理を精度よく行うことができる。

なお、前記２次側コイルと、該２次側コイルに電気的に接続されるコンデンサとの共振回路を含み前記２次側が構成されることにより、前記１次側が非共振回路で、且つ、前記２次側が前記２次側コイルと前記コンデンサとが直列接続されたＮ−Ｓ方式（Ｎ:Ｎｏｎ−Ｒｅｓｏｎａｎｔ、Ｓ: Ｓｅｒｉｅｓ）、又は、前記２次側が前記２次側コイルと前記コンデンサとが並列接続されたＮ−Ｐ方式（Ｐ: Ｐａｒａｌｌｅｌ）の非接触給電方式を実現することができる。

本発明によれば、給電側である１次側と、受電側である２次側との間で、給電情報をやりとりすることなく、且つ、１次側にインバータを設けることなく、１次側から２次側の負荷に電力供給を行うことができる。

本実施形態に係る電力供給システムの回路図である。 １次側の送電電流特性及び送電電力特性を示す図である。 ２次側の受電電流特性及び受電電力特性を示す図である。 図２の送電電流特性及び送電電力特性を用いて生成された１次側データテーブルを示す図である。 図３の受電電流特性及び受電電力特性を用いて生成された２次側データテーブルを示す図である。 図１の電力供給システムの動作を示すフローチャートである。 図１の電力供給システムの動作を示すフローチャートである。 イニシャル処理を示すタイミングチャートである。 バッテリへの充電処理を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る電力供給システムについて好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

［本実施形態の構成］
本実施形態に係る電力供給システム１０は、図１に示すように、給電側である１次側１２から受電側である２次側１４に非接触給電（非接触電力伝送）を行うシステムである。

１次側１２は、非共振回路であり、交流電源１６に対して、１次側スイッチ１８を介して１次側コイル２０が接続されている。１次側スイッチ１８と１次側コイル２０との間には、１次側コイル２０に流れる電流Ｉ１（以下、送電電流Ｉ１ともいう。）を検出する１次側電流センサ２２が接続されている。また、１次側コイル２０に生ずる電圧Ｖ１（以下、送電電圧Ｖ１ともいう。）を検出する１次側電圧センサ２４が、１次側コイル２０に対して並列に接続されている。１次側スイッチ１８は、１次側制御手段としての１次側コントローラ２６からの制御信号に基づいてオンオフされるリレーである。

この場合、１次側電流センサ２２は、送電電流Ｉ１を逐次検出し、検出した送電電流Ｉ１に応じた検出信号を１次側コントローラ２６に逐次出力する。また、１次側電圧センサ２４は、送電電圧Ｖ１を逐次検出し、検出した送電電圧Ｖ１に応じた検出信号を１次側コントローラ２６に逐次出力する。１次側コントローラ２６は、後述する１次側データテーブル２８を有し、入力された各検出信号（送電電流Ｉ１、送電電圧Ｖ１）に基づいて１次側１２の電力Ｐ１（以下、送電電力Ｐ１ともいう。）を算出し、１次側データテーブル２８と送電電流Ｉ１及び送電電力Ｐ１とに基づいて、１次側スイッチ１８のオンオフを制御することにより、１次側１２から２次側１４への非接触給電を制御する。

２次側１４は、例えば、電気自動車３０であって、２次側コイル３２に対して、負荷である二次電池のバッテリ３４が接続されている。２次側コイル３２は、送電側パッドである１次側コイル２０に対して、所定のギャップを隔てて配置された受電側パッドであり、１次側コイル２０から非接触で供給された電力を受電する。

また、２次側１４において、２次側コイル３２とバッテリ３４との間には、共振コンデンサ３６を介してＯＢＣ３８（オンボードチャージャ）が並列に接続されている。そのため、２次側１４は、２次側コイル３２及び共振コンデンサ３６等から構成される共振回路を含み構成されている。従って、電力供給システム１０は、Ｎ−Ｓ方式の非接触給電によって、１次側コイル２０から２次側コイル３２を介してバッテリ３４に充電可能である。

ＯＢＣ３８は、車載型の充電器であって、接触充電口４０を備えており、１次側コイル２０から２次側コイル３２を介して非接触で供給された電力をバッテリ３４に充電するか、又は、不図示の外部電源から接触充電口４０を介して供給される電力をバッテリ３４に充電する。なお、２つの充電方法の切り替えは、ＯＢＣ３８内部での制御切り替えによって行われる。

また、２次側コイル３２に生ずる電圧Ｖ２（以下、受電電圧Ｖ２ともいう。）を検出する２次側電圧センサ４２が、２次側コイル３２と共振コンデンサ３６とに対して並列に接続されている。共振コンデンサ３６の後端とＯＢＣ３８との間には、２次側コイル３２に流れる電流Ｉ２（以下、受電電流Ｉ２ともいう。）を検出する２次側電流センサ４４が接続されている。さらに、ＯＢＣ３８からバッテリ３４に流れる電流Ｉ３（以下、充電電流Ｉ３ともいう。）を検出する充電電流センサ４６が、ＯＢＣ３８とバッテリ３４との間に接続されている。さらにまた、バッテリ３４の電圧Ｖ３（以下、充電電圧Ｖ３ともいう。）を検出する充電電圧センサ４８が、バッテリ３４に対して並列に接続されている。

この場合、２次側電流センサ４４は、受電電流Ｉ２を逐次検出し、検出した受電電流Ｉ２に応じた検出信号をＯＢＣ３８に逐次出力する。また、２次側電圧センサ４２は、受電電圧Ｖ２を逐次検出し、検出した受電電圧Ｖ２に応じた検出信号をＯＢＣ３８に逐次出力する。充電電流センサ４６は、充電電流Ｉ３を逐次検出し、検出した充電電流Ｉ３に応じた検出信号をＯＢＣ３８に逐次出力する。また、充電電圧センサ４８は、充電電圧Ｖ３を逐次検出し、検出した充電電圧Ｖ３に応じた検出信号をＯＢＣ３８に逐次出力する。

ＯＢＣ３８では、２次側コイル３２及び共振コンデンサ３６からバッテリ３４に向かって、リレーである２次側スイッチ５０及び抵抗器５２の直列回路と、整流回路５４と、第１平滑回路５６と、電圧変換回路５８と、第２平滑回路６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２とが、２次側コイル３２に対して並列に接続されている。また、ＯＢＣ３８において、共振コンデンサ３６と整流回路５４との間には、整流回路５４を接触充電口４０に接続するか、又は、整流回路５４を共振コンデンサ３６並びに２次側スイッチ５０及び抵抗器５２の直列回路に接続するか、を切り替えるための入力切替スイッチ６４が設けられている。

さらに、ＯＢＣ３８には、リレーである２次側スイッチ５０及び入力切替スイッチ６４と、電圧変換回路５８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２とを制御する２次側制御手段としての２次側コントローラ６６が設けられている。２次側コントローラ６６は、後述する２次側データテーブル６８を有する。２次側コントローラ６６は、ＯＢＣ３８に入力された各検出信号（受電電流Ｉ２、受電電圧Ｖ２）に基づいて、２次側１４の電力Ｐ２（以下、受電電力Ｐ２ともいう。）を算出し、２次側データテーブル６８と受電電流Ｉ２及び受電電力Ｐ２とに基づいて、２次側スイッチ５０、入力切替スイッチ６４、電圧変換回路５８及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２を制御することにより、１次側１２から２次側１４への非接触給電を制御する。

ＯＢＣ３８において、２次側スイッチ５０は、２次側コントローラ６６からの制御信号によってオンオフされる。抵抗器５２は、２次側コイル３２からバッテリ３４を見たときの負荷抵抗値Ｒｚの取り得る範囲内の値である任意の固定値に設定された抵抗値（例えば、比較的小さな電流が２次側１４の回路に流れるような負荷抵抗値Ｒｚが取り得る範囲内の値のうち、高い側の抵抗値）を有する抵抗器である。

なお、負荷抵抗値Ｒｚは、正確には、図１において、２次側コイル３２からバッテリ３４を見たときに、２次側１４における共振コンデンサ３６よりも右側部分の負荷インピーダンスの抵抗分（実数成分）をいう。

整流回路５４は、４つのダイオード７０から構成されるダイオードブリッジであって、入力切替スイッチ６４によって共振コンデンサ３６と整流回路５４とが接続されているときに、２次側コイル３２及び共振コンデンサ３６に生じた受電電圧Ｖ２を整流する（脈動電圧に変換する）。第１平滑回路５６は、コンデンサ７２を有し、脈流電圧を平滑化することにより直流電圧を生成する。

電圧変換回路５８は、スイッチング素子としてのトランジスタ７４、コイル７６及びダイオード７８を有する昇圧チョッパであり、直流電圧を昇圧する。なお、電圧変換回路５８は、必要に応じて、力率改善回路の機能を備えてもよい。

この場合、コイル７６及びトランジスタ７４の直列回路がコンデンサ７２に並列に接続されている。すなわち、トランジスタ７４のコレクタ端子がコイル７６を介してコンデンサ７２の一端に接続され、エミッタ端子がコンデンサ７２の他端に接続されている。また、トランジスタ７４のコレクタ端子は、ダイオード７８のアノード端子に接続されている。トランジスタ７４は、２次側コントローラ６６からベース端子に供給される制御信号に基づいて、コレクタ端子とエミッタ端子との間がオンオフされる。なお、電圧変換回路５８は、降圧チョッパも採用可能であるが、以下の説明では、図１に示すように、昇圧チョッパである場合について説明する。

第２平滑回路６０は、コンデンサ８０を有する。コンデンサ８０は、ダイオード７８のカソード端子とトランジスタ７４のエミッタ端子との間で並列に接続され、電圧変換回路５８で昇圧された直流電圧を平滑化する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、入力側がコンデンサ８０と並列に接続され、一方で、出力側がバッテリ３４と並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、バッテリ３４の充電電圧Ｖ３及び充電電流Ｉ３が所望の値となるように、第２平滑回路６０で平滑化された直流電圧を所望の電圧に変換する。

［１次側データテーブル２８及び２次側データテーブル６８］
次に、図２〜図５を参照しながら、１次側データテーブル２８及び２次側データテーブル６８について説明する。

１次側データテーブル２８は、１次側１２及び２次側１４の相互の状態が正常であるかどうか、具体的には、１次側コイル２０から２次側コイル３２への非接触給電が正常に行えているか否かを、１次側コントローラ２６が、２次側１４の状況を知ることなく、１次側１２の送電電流Ｉ１及び送電電力Ｐ１から判定する際に利用される。一方、２次側データテーブル６８は、１次側１２及び２次側１４の相互の状態が正常であるかどうか、具体的には、１次側コイル２０から２次側コイル３２への非接触給電が正常に行えているか否かを、２次側コントローラ６６が、１次側１２の状況を知ることなく、２次側１４の受電電流Ｉ２及び受電電力Ｐ２から判定する際に利用される。

この場合、１次側データテーブル２８及び２次側データテーブル６８は、下記のように、予め実験により求められ、１次側コントローラ２６及び２次側コントローラ６６に記憶（設定）される。

この実験は、１次側コイル２０と２次側コイル３２とが所定のギャップ（間隔）で正対する正規の位置にあり、且つ、１次側スイッチ１８及び２次側スイッチ５０がそれぞれオンである場合に、交流電源１６から１次側コイル２０に電圧を供給して、１次側コイル２０から２次側コイル３２に非接触で電力を供給することにより行われる。その際、ＯＢＣ３８に替えて、不図示の電子負荷装置等の負荷抵抗装置を取り付け、抵抗値（負荷抵抗値Ｒｚ）を略無限大（∞）から低い値（０付近の抵抗値）にまで変化させたときに、変化させた各抵抗値に応じた送電電流Ｉ１、送電電圧Ｖ１、受電電流Ｉ２及び受電電圧Ｖ２をそれぞれ取得する。

なお、以下の説明では、負荷抵抗装置の抵抗値が負荷抵抗値Ｒｚである場合について説明する。また、前述のように、送電電流Ｉ１、送電電圧Ｖ１、受電電流Ｉ２及び受電電圧Ｖ２は、それぞれ、１次側電流センサ２２、１次側電圧センサ２４、２次側電流センサ４４及び２次側電圧センサ４２によって検出される。

また、送電電力Ｐ１は、負荷抵抗値Ｒｚ毎に、送電電流Ｉ１と送電電圧Ｖ１と１次側１２の力率ｃｏｓθ１とを乗算することにより求められる。一方、受電電力Ｐ２は、負荷抵抗値Ｒｚ毎に、受電電流Ｉ２と受電電圧Ｖ２と２次側１４の力率ｃｏｓθ２とを乗算することにより求められる。実際には、１次側コイル２０と２次側コイル３２との間の送受電周波数より十分速いサンプリング速度で、送電電流Ｉ１、送電電圧Ｖ１、受電電流Ｉ２及び受電電圧Ｖ２を取得し、取得した電流及び電圧を乗算した瞬時電力の積分値を、送電電力Ｐ１及び受電電力Ｐ２として算出する。

図２には、送電電流Ｉ１と負荷抵抗値Ｒｚとの関係を示す特性（送電電流特性）と、送電電力Ｐ１と負荷抵抗値Ｒｚとの関係を示す特性（送電電力特性）とが図示されている。図２に示すように、送電電流特性は、負荷抵抗値Ｒｚの低下に伴って、送電電流Ｉ１が最大送電電流Ｉ１ｍａｘにまで増加し、最大送電電流Ｉ１ｍａｘでの負荷抵抗値Ｒｚよりも低い抵抗値では、送電電流Ｉ１が減少する特性を有する。また、送電電力特性は、負荷抵抗値Ｒｚの低下に伴って、送電電力Ｐ１が最大送電電力Ｐ１ｍａｘにまで増加し、最大送電電力Ｐ１ｍａｘでの負荷抵抗値Ｒｚよりも低い抵抗値では、送電電力Ｐ１が減少する特性を有する。

一方、図３には、受電電流Ｉ２と負荷抵抗値Ｒｚとの関係を示す特性（受電電流特性）と、受電電力Ｐ２と負荷抵抗値Ｒｚとの関係を示す特性（受電電力特性）とが示されている。図３に示すように、受電電流特性は、負荷抵抗値Ｒｚの低下に伴って、受電電流Ｉ２が最大受電電流Ｉ２ｍａｘにまで増加する特性を有する。また、受電電力特性は、負荷抵抗値Ｒｚの低下に伴って、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘにまで増加し、最大受電電力Ｐ２ｍａｘでの負荷抵抗値Ｒｚよりも低い抵抗値では、受電電力Ｐ２が減少する特性を有する。

ところで、上記のように、１次側コイル２０と２次側コイル３２とが正対している状態の正規の位置に対して、１次側コイル２０と２次側コイル３２との位置ずれが発生する場合や、温度等の周辺環境によっては、送電電流特性、送電電力特性、受電電流特性及び受電電力特性が変動する可能性がある。

そこで、このような位置ずれや周辺環境を考慮し、図２及び図３に示す各特性について、図４及び図５に示すように、該各特性を中心とした一定の許容範囲を設定し、各特性及び各許容範囲を１次側データテーブル２８及び２次側データテーブル６８として１次側コントローラ２６及び２次側コントローラ６６にそれぞれ設定（記憶）させる。

図４は、送電電流特性に対して一定の許容範囲（送電電流許容範囲ΔＩ１）を設定すると共に、送電電力特性に対して一定の許容範囲（送電電力許容範囲ΔＰ１）を設定した１次側データテーブル２８を図示したものである。図５は、受電電流特性に対して一定の許容範囲（受電電流許容範囲ΔＩ２）を設定すると共に、受信電力特性に対して一定の許容範囲（受電電力許容範囲ΔＰ２）を設定した２次側データテーブル６８を図示したものである。

なお、実際には、制御処理上、下記のような演算処理によって送電電力Ｐ１及び受電電力Ｐ２が求められる。先ず、１次側コントローラ２６は、送受電周波数よりも十分高い周波数に応じた所定のサンプリング間隔で、送電電流Ｉ１及び送電電圧Ｖ１の瞬時値（検出値）をそれぞれ取得する。次に、１次側コントローラ２６は、取得した送電電流Ｉ１及び送電電圧Ｖ１の各瞬時値からサンプリング毎の送電電力Ｐ１の瞬時値（瞬時電力）を算出する。次に、１次側コントローラ２６は、交流電源１６の周波数に応じた１周期について、送電電力Ｐ１の瞬時電力を加算し、加算した瞬時電力を該周期で除算することにより、瞬時電力の平均値（平均電力）を算出する。これにより、１次側コントローラ２６は、求めた平均電力を送電電力Ｐ１とする。

一方、２次側コントローラ６６は、送受電周波数よりも十分高い周波数に応じた所定のサンプリング間隔で、受電電流Ｉ２及び受電電圧Ｖ２の瞬時値（検出値）をそれぞれ取得する。次に、２次側コントローラ６６は、取得した受電電流Ｉ２及び受電電圧Ｖ２の各瞬時値からサンプリング毎の送電電力Ｐ２の瞬時値（瞬時電力）を算出する。次に、２次側コントローラ６６は、交流電源１６の周波数に応じた１周期について、受電電力Ｐ２の瞬時電力を加算し、加算した瞬時電力を該周期で除算することにより、瞬時電力の平均値（平均電力）を算出する。これにより、２次側コントローラ６６は、求めた平均電力を受電電力Ｐ２とする。

そして、電力供給システム１０では、２次側スイッチ５０をオフとし、且つ、入力切替スイッチ６４によって共振コンデンサ３６と整流回路５４とを接続した状態で、１次側コントローラ２６からの制御で１次側スイッチ１８がオンすると共に、２次側コントローラ６６によるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御でトランジスタ７４がオンオフすることにより、１次側コイル２０から２次側コイル３２を介したバッテリ３４への非接触給電（充電）が行われる。

この場合、１次側コントローラ２６及び２次側コントローラ６６では、それぞれ、１次側データテーブル２８及び２次側データテーブル６８を用いて、下記の処理を行うことができる。

すなわち、１次側コントローラ２６は、１次側データテーブル２８内の送電電流許容範囲ΔＩ１を用いて、１次側電流センサ２２が検出した送電電流Ｉ１に基づいて、送電電流許容範囲ΔＩ１内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ１１、ΔＲｚｉ１２を算出する。また、１次側コントローラ２６は、１次側電流センサ２２が検出した送電電流Ｉ１と、１次側電圧センサ２４が検出した送電電圧Ｖ１とに基づいて送電電力Ｐ１を算出し、１次側データテーブル２８内の送電電力許容範囲ΔＰ１を用いて、算出した送電電力Ｐ１に基づいて、送電電力許容範囲ΔＰ１内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ１を算出する。

そして、送電電流Ｉ１に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ１１、ΔＲｚｉ１２と、送電電力Ｐ１に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ１との間に一致する領域がある場合には、１次側コイル２０と２次側コイル３２との相互の結合関係を含め、１次側１２及び２次側１４が正常な状態であり、１次側１２から２次側１４への非接触給電が正常に行えている状態であると判定する。なお、図４では、送電電流Ｉ１に基づく負荷抵抗値Ｒｚの範囲として、最大送電電流Ｉ１ｍａｘを挟み、右側の範囲ΔＲｚｉ１１と、左側の範囲ΔＲｚｉ１２との２つがある。この場合、右側の範囲ΔＲｚｉ１１の一部と、送電電力Ｐ１に基づく範囲ΔＲｚｐ１とが重なり合う領域（範囲ΔＲｚｐ１）が、一致する領域となる。

一方、送電電流Ｉ１に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ１１、ΔＲｚｉ１２と、送電電力Ｐ１に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ１との間に一致する領域がない場合には、１次側コイル２０と２次側コイル３２との相互の結合関係を含め、１次側１２及び２次側１４が異常な状態にあり、１次側１２から２次側１４への非接触給電が正常に行えていない状態であると判定する。

また、２次側コントローラ６６は、２次側データテーブル６８内の受電電流許容範囲ΔＩ２を用いて、２次側電流センサ４４が検出した受電電流Ｉ２に基づいて、受電電流許容範囲ΔＩ２内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ２を算出する。また、２次側コントローラ６６は、２次側電流センサ４４が検出した受電電流Ｉ２と、２次側電圧センサ４２が検出した受電電圧Ｖ２とに基づいて受電電力Ｐ２を算出し、２次側データテーブル６８内の受電電力許容範囲ΔＰ２を用いて、算出した受電電力Ｐ２に基づいて、受電電力許容範囲ΔＰ２内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ２を算出する。

そして、受電電流Ｉ２に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ２と、受電電力Ｐ２に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ２との間に、一致する領域がある場合には、１次側コイル２０と２次側コイル３２との相互の結合関係を含め、１次側１２及び２次側１４が正常な状態であり、１次側１２から２次側１４への非接触給電が正常に行えている状態であると判定する。なお、図５では、受電電流Ｉ２に基づく範囲ΔＲｚｉ２の一部と、受電電力Ｐ２に基づく範囲ΔＲｚｐ２の一部とが重なり合っている領域が、一致する領域となる。

一方、受電電流Ｉ２に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ２と、受電電力Ｐ２に基づいて算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ２との間に、一致する領域がない場合には、１次側コイル２０と２次側コイル３２との相互の結合関係を含め、１次側１２及び２次側１４が異常な状態にあり、１次側１２から２次側１４への非接触給電が正常に行えていない状態であると判定する。

［本実施形態の動作］
以上のように構成される電力供給システム１０の動作について、図６〜図９を参照しながら説明する。この動作説明では、必要に応じて、図１〜図５も参照しながら説明する。

ここでは、二次電池であるバッテリ３４の充電電圧Ｖ３を、安全に充電を行うことができる最高電圧値、すなわち、充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊにすることを制御目標として、１次側１２から２次側１４に非接触給電を行う場合について説明する。なお、安全に充電できる最大電流値は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電率） により変化する値であり、Ｉ３ｏｂｊとする。

また、２次側コントローラ６６は、トランジスタ７４をＰＷＭ制御によってオンオフさせるものとする。ここでは、ＰＷＭ制御による制御信号の周期をτとし、トランジスタ７４のオン時間をＴｏｎとする。なお、オン時間Ｔｏｎを制御することにより、負荷抵抗値Ｒｚを略無限大（∞）から０付近まで変化させることができ、図３及び図５に示す受電電流Ｉ２及び受電電力Ｐ２を制御することができる。

図６及び図７は、１次側１２及び２次側１４（図１参照）の制御のフローチャートである。なお、図６及び図７において、左側のフローは１次側１２の制御を示し、右側のフローは２次側１４の制御を示す。

先ず、運転者がバッテリ３４を充電すべく、１次側コイル２０（送電側パッド）と２次側コイル３２（受電側パッド）とが対向する位置に電気自動車３０を停車させ、下車する。この場合、運転者は、双方のパッドが対向する位置にあり、両パッド間に異物等が存在しない状態であるか否かを確認する。

ここで、図６のステップＳ２０１において、運転者は、電気自動車３０のＯＢＣ３８の図示しないスイッチをオンにし、ＯＢＣ３８を起動させる。

これにより、ステップＳ２０２において、ＯＢＣ３８の２次側コントローラ６６は、入力切替スイッチ６４に制御信号を供給して共振コンデンサ３６と整流回路５４とを接続させると共に、２次側スイッチ５０に制御信号を供給してオンにする。

次のステップＳ２０３において、２次側コントローラ６６は、バッテリ３４が充電可能な状態であるか否かを確認する。具体的に、２次側コントローラ６６は、充電電圧センサ４８が検出した充電電圧Ｖ３、及び、充電電流センサ４６が検出した充電電流Ｉ３に基づいて、Ｖ３＜Ｖ３ｏｂｊ、且つ、ＳＯＣ＜１００％であるか否かを判定する。ステップＳ２０３で肯定的な判定結果であれば（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、２次側１４では、次のステップＳ２０４に進んで待機する。

一方、１次側１２では、ステップＳ１０１において、運転者が図示しない１次側コントローラ２６のスイッチをオンにし、１次側コントローラ２６を起動させる。

これにより、ステップＳ１０２において、１次側コントローラ２６は、１次側スイッチ１８に制御信号を供給してオンオフさせることにより、交流電源１６からの交流電力を、短時間持続するパルス的な電力（パルス電力）として１次側コイル２０に供給する。これにより、１次側コイル２０は、２次側コイル３２にパルス電力を非接触で給電する。前述のように、１次側コイル２０に対向して２次側コイル３２が所定位置に近接している状態では、１次側コイル２０と２次側コイル３２との間の相互インダクタンスにより、１次側１２及び２次側１４には、規定値の送電電力Ｐ１及び受電電力Ｐ２が生ずる。

そこで、ステップＳ１０３において、１次側コントローラ２６は、送電電力Ｐ１が規定値であるか否かを、１次側データテーブル２８に基づき判断する。具体的に、１次側コントローラ２６は、１次側電流センサ２２が検出した送電電流Ｉ１に基づいて負荷抵抗値Ｒｚを参照し、参照した負荷抵抗値Ｒｚと送電電流Ｉ１との座標値が、１次側データテーブル２８の送電電流許容範囲ΔＩ１内であるか否かを判定する。また、１次側コントローラ２６は、送電電流Ｉ１と、１次側電圧センサ２４が検出した送電電圧Ｖ１とに基づいて送電電力Ｐ１を算出し、算出した送電電力Ｐ１に基づいて負荷抵抗値Ｒｚをさらに参照し、送電電力Ｐ１と負荷抵抗値Ｒｚとの座標値が、１次側データテーブル２８の送電電力許容範囲ΔＰ１内であるか否かを判定する。そして、参照した各負荷抵抗値Ｒｚが、互いに略等しく、且つ、抵抗器５２の固定された抵抗値と略等しいか否かを判定する。

ステップＳ１０３で肯定的な判定結果であった場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、１次側コントローラ２６は、１次側コイル２０と２次側コイル３２との間で、非接触による電力供給が可能であると判定し、次のステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４において、１次側コントローラ２６は、ステップＳ１０２、Ｓ１０３の処理を繰り返し行うか否かを判定する。繰り返し行う場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、１次側コントローラ２６は、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２、Ｓ１０３の処理を再度行う。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理が繰り返し行われることにより、図８に示すように、例えば、Ｔ１の時間におけるＴ２、Ｔ３の周期内でパルス状の送電電力Ｐ１が発生し、１次側コイル２０から２次側コイル３２に非接触で電力供給が行われる。なお、図８では、時点ｔ１で２次側コントローラ６６が起動し（ステップＳ２０１）、時点ｔ２で１次側コントローラ２６が起動し（ステップＳ１０１）、時点ｔ３から時点ｔ４までの時間Ｔ１内で、パルス幅Ｔ４、Ｔ５の３つのパルス状の送電電力Ｐ１が発生する場合を図示している。また、時間Ｔ１内のパルス状の送電電力Ｐ１を複数のパルス波形とみなした場合、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理では、「１０００１０００１１００００」のパターン配列のパルス信号を１次側コイル２０から２次側コイル３２に送信していると考えることもできる。

なお、時点ｔ４において、パルス状の送電電力Ｐ１の発生を停止させた後（ステップＳ１０４：ＮＯ）、１次側１２は、次のステップＳ１０５に進んで待機する。

一方、図６のステップＳ２０４において、２次側コントローラ６６は、２次側コイル３２が１次側コイル２０からパルス状の電力を受電したか否かを判定する。そして、２次側コイル３２がパルス状の電力を受電したと判定した場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０５において、２次側コントローラ６６は、２次側１４が１次側１２との磁界結合により非接触で電力を受電可能であるか否か、さらには、２次側１４が１次側１２に対する磁界結合の相手として、所定の仕様を満たした正規なものであるか否かの認証処理を行う。

ステップＳ２０５では、下記（１）〜（３）の３つの判定処理を、並行して、又は、順に、行う。

（１）２次側データテーブル６８を参照して、受電電流Ｉ２に応じた負荷抵抗値Ｒｚを参照する。次に、受電電圧Ｖ２と受電電流Ｉ２とに基づいて受電電力Ｐ２を算出し、２次側データテーブル６８を参照して、算出した受電電力Ｐ２に応じた負荷抵抗値Ｒｚを参照する。そして、求めた各負荷抵抗値Ｒｚが、互いに略等しく、且つ、抵抗器５２の固定された抵抗値と略等しいか否かを判定する。

（２）１次側コイル２０に電力（送電電力Ｐ１）が供給された際に、２次側コイル３２で受電される電力（受電電力Ｐ２）が２次側データテーブル６８から参照される規定値（受電電力許容範囲ΔＰ２）内であるか否かを判定する。

（３）１次側コイル２０に供給された複数のパルス状の電力について、電力が供給されている時間（状態）を「１」、電力が供給されていない時間（状態）を「０」として表わしたときのパターン配列と、該パターン配列のパルス状の電力が１次側コイル２０から２次側コイル３２に非接触で給電されたときに、２次側コイル３２で受電される複数のパルス状の受電電力Ｐ２について、上記の規定値の電力が供給される時間（状態）を「１」、電力が供給されていない時間（状態）を「０」として表わしたときのパターン配列とが、一致するか否かを判定する。

一例として、（３）の判定処理では、１次側コイル２０のパルス状の電力のパターン配列が図８に示す「１０００１０００１１００００」である場合、２次側１４の受電電力Ｐ２のパターン配列が「１０００１０００１１００００」と一致するかを判定する。

そして、ステップＳ２０５において、２次側コントローラ６６は、これらの３つの判定処理の結果が全て肯定的な判定結果である場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、１次側コイル２０から非接触で給電された電力を２次側コイル３２で受電可能である（２次側１４が受電可能状態にある）と共に、２次側１４が１次側１２との磁界結合の相手として正規なものであることを認定し、次のステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、２次側コントローラ６６は、２次側スイッチ５０をオフした後、次のステップＳ２０７に進んで待機する。

一方、ステップＳ１０５において、１次側コントローラ２６は、１次側スイッチ１８のオン状態を継続させ、交流電源１６から１次側コイル２０に常時通電させる。これにより、１次側コイル２０から２次側コイル３２を介してバッテリ３４に非接触給電を開始させることが可能な状態となり、次のステップＳ１０６に進む。なお、図８において、時点ｔ４が、１次側１２におけるステップＳ１０４、及び、２次側１４におけるステップＳ２０６の状態となる。

ステップＳ２０７において、２次側コントローラ６６は、ステップＳ２０６で２次側スイッチ５０がオフになって以降、十分に長い時間経過している場合に、２次側１４が正しい受電状態であるか否かを判定する。

具体的に、２次側コントローラ６６は、２次側データテーブル６８を参照して、受電電流Ｉ２に応じた負荷抵抗値Ｒｚを参照し、一方で、受電電圧Ｖ２と受電電流Ｉ２とに基づいて受電電力Ｐ２を算出し、２次側データテーブル６８を参照して、算出した受電電力Ｐ２に応じた負荷抵抗値Ｒｚを参照し、参照した各負荷抵抗値Ｒｚが略等しいか否かを判定する。

ステップＳ２０７で肯定的な判定結果である場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８において、２次側コントローラ６６は、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを最小単位時間Δτに設定し、設定した最小単位時間Δτに応じた制御信号をトランジスタ７４のベース端子に供給することにより、トランジスタ７４のコレクタ端子とエミッタ端子との間を導通させる、最低限度の通電制御を行う。ここで、オン時間Ｔｏｎが０を含めてｎ段階に変更可能である場合、トランジスタ７４に対するＰＷＭ周期をＴとすると、Δτ＝Ｔ／（ｎ−１）となる。

すなわち、２次側コントローラ６６は、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを最初に最小単位時間Δτに設定し、該オン時間Ｔｏｎを最小単位時間Δτから、２Δτ、３Δτ、…、ｎΔτのように、ステップ的に長くする通電制御を行うことができる。このように、２次側コントローラ６６は、オン時間Ｔｏｎを変化させることにより、２次側１４の負荷抵抗値Ｒｚを、実質的に、略無限大の状態から出発して、０に向かって変化させることができる。

なお、図８において、ｔ４〜ｔ５の時間帯が、２次側１４におけるステップＳ２０７の状態であり、時点ｔ５がステップＳ２０８となる。

次のステップＳ２０９において、２次側コントローラ６６は、最低限度の通電制御（最小単位時間Δτでのトランジスタ７４のオン）において、２次側１４が正しい受電状態であるか否かについて、ステップＳ２０７と同様の判定処理を再度行う。ステップＳ２０９において、肯定的な判定結果である場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、図７のステップＳ２１０に進む。なお、図８において、時点ｔ６以降の状態が、２次側１４のステップＳ２１０以降の処理となる。

なお、前述のステップＳ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０９の各判定処理において、否定的な判定結果であった場合(ステップＳ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０９：ＮＯ)、２次側コントローラ６６は、２次側１４が電力を非接触で受電可能な状態にはない異常状態にあると判断し、次のステップＳ２１１で、２次側１４での充電処理を終了させる。すなわち、トランジスタ７４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２をオフさせる。

一方、ステップＳ１０６において、１次側コントローラ２６は、ステップＳ１０５以降、送電電力Ｐ１が変化した場合、１次側データテーブル２８を用いて送電電流Ｉ１に基づいた負荷抵抗値Ｒｚを参照し、一方で、送電電力Ｐ１に基づいた負荷抵抗値Ｒｚを参照し、両方の負荷抵抗値Ｒｚが略等しい場合、２次側１４において最低限の通電制御が行われていると判断し（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０７に進む。

これに対して、２次側コントローラ６６は、図７のステップＳ２１０において、ステップＳ２０７、Ｓ２０９と同様の判定処理を再度行う。これは、上述したイニシャルループ処理を終了し、その後、ステップＳ２１０、Ｓ２１２〜Ｓ２１６において繰り返し行われる電力追尾ループ処理での異常検知判断をステップＳ２１０で行うためである。ステップＳ２１０で肯定的な判定結果であった場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、次のステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２において、２次側コントローラ６６は、今回の処理で算出された受電電力Ｐ２と、前回の処理で算出された受電電力Ｐ２ｏｌｄとを比較し、Ｐ２＞Ｐ２ｏｌｄであるか否かを判定する。ステップＳ２１２において肯定的な判定結果である場合（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、次のステップＳ２１３に進む。なお、Ｐ２＞Ｐ２ｏｌｄであるとき、受電電力Ｐ２の状態は、図３及び図９に示すように、最大受電電力Ｐ２ｍａｘに向かってＰ２ｏｌｄから単調に増加している状態か、又は、最大受電電力Ｐ２ｍａｘに一旦到達した後に低下し、その後、最大受電電力Ｐ２ｍａｘに向かって増加している状態であるか、のどちらかである。

ステップＳ２１３において、２次側コントローラ６６は、前回の処理がデューティアップ制御、すなわち、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりΔτだけインクリメントする制御であったか否かを判定する。前回の処理がデューティアップ制御であった場合の受電電力Ｐ２の状態は、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘに向かってＰ２ｏｌｄから単調に増加している状態である。

従って、ステップＳ２１３で肯定的な判定結果である場合（ステップＳ２１３：ＹＥＳ）、２次側コントローラ６６は、受電電力Ｐ２を最大受電電力Ｐ２ｍａｘに近づけるように、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけインクリメントさせるべく、次のステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１４において、２次側コントローラ６６は、バッテリ３４の充電電圧Ｖ３と充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊとを比較すると共に、充電電流Ｉ３とバッテリ３４を安全に充電できる最大電流値Ｉ３ｏｂｊとを比較し、Ｖ３＜Ｖ３ｏｂｊ且つＩ３＜Ｉ３ｏｂｊであるか否かを判定する。ステップＳ２１４が肯定的な判定結果であった場合（ステップＳ２１４：ＹＥＳ）、２次側コントローラ６６は、充電電流Ｉ３及び充電電圧Ｖ３が共にバッテリ３４を安全に充電できる状態にあると判断し、次のＳ２１５に進む。

ステップＳ２１５において、２次側コントローラ６６は、負荷抵抗値Ｒｚを下げて、受電電流Ｉ２及び受電電力Ｐ２を増加させるべく、デューティアップ制御（オン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけインクリメントする制御）を行い、次のステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１６において、２次側コントローラ６６は、受電電力Ｐ２の最小状態の経過時間、例えば、図９のｔ１９〜ｔ２０の時間帯のようにＰ２≒０の状態が継続する時間が、規定時間以上であるか否かを判断する。最小状態の経過時間が規定時間未満である場合には（ステップＳ２１６：ＮＯ）、バッテリ３４の充電完了と判断できない状態であるため、２次側コントローラ６６は、ステップＳ２１０に戻り、バッテリ３４への充電を継続させる。

従って、ステップＳ２１０、Ｓ２１２〜Ｓ２１６の処理を繰り返し行うことにより、例えば、図９の時点ｔ１１〜ｔ１３の時間帯において、時間経過に伴い、オン時間Ｔｏｎのデューティを徐々に増加させながら、受電電力Ｐ２及び受電電流Ｉ２を増加させると共に、充電が進むにつれて充電電圧Ｖ３及びＳＯＣを増加させることができる。受電電力Ｐ２等の増加に伴って、送電電力Ｐ１も増加する。

一方、ステップＳ２１０、Ｓ２１２、Ｓ２１３、Ｓ２１４の各判定処理において、否定的な判定結果（ステップＳ２１０、Ｓ２１２、Ｓ２１３、Ｓ２１４：ＮＯ）となった場合の処理について以下に説明する。

ステップＳ２１０で否定的な判定結果となった場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、２次側コントローラ６６は、ステップＳ２１１に進み、ＰＷＭ制御を停止する（トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを０とする）。

ステップＳ２１２で否定的な判定結果となった場合（ステップＳ２１２：ＮＯ）、次のＳ２１７に進む。このような判定結果となる状態は、図３において、最大受電電力Ｐ２ｍａｘよりも右側の領域（負荷抵抗値Ｒｚが高い領域）で、受電電力Ｐ２が前回値以下の状態、又は、最大受電電力Ｐ２ｍａｘよりも左側の領域（負荷抵抗値Ｒｚが低い領域）で、受電電力Ｐ２が前回値以下の状態、のどちらかである。

ステップＳ２１７において、２次側コントローラ６６は、前回の処理がデューティアップ制御であったか否かを判定する。デューティアップ制御であった場合（ステップＳ２１７：ＹＥＳ）、受電電力Ｐ２の状態は、図３の最大受電電力Ｐ２ｍａｘよりも左側の領域で、受電電力Ｐ２が前回値以下の状態である。

そこで、次のステップＳ２１８において、２次側コントローラ６６は、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘに近づくように、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけデクリメントし、ステップＳ２１６に進む。

一方、ステップＳ２１７において、前回の処理がデューティアップ制御でなかった場合（ステップＳ２１７：ＮＯ）、受電電力Ｐ２の状態は、図３の最大受電電力Ｐ２ｍａｘよりも右側の領域で、受電電力Ｐ２が前回値以下の状態である。

そこで、２次側コントローラ６６は、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘに近づくように、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけインクリメントさせるべく、ステップＳ２１４〜Ｓ２１６の処理を順に行う。

また、ステップＳ２１３で否定的な判定結果となった場合（ステップＳ２１３：ＮＯ）、ステップＳ２１８に進む。このような判定結果となる状態は、図３において、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘに到達した後に低下し、その後、受電電力Ｐ２が増加傾向にあっても、最大受電電力Ｐ２ｍａｘに到達していない状態である。この場合、２次側コントローラ６６は、ステップＳ２１８において、受電電力Ｐ２を最大受電電力Ｐ２ｍａｘに近づけるように、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけデクリメントし、その後、ステップＳ２１６に進む。

さらに、ステップＳ２１４で否定的な判定結果となった場合（ステップＳ２１４：ＮＯ）、ステップＳ２１８に進む。このような判定結果となる状態は、充電電圧Ｖ３が充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊに到達した場合、又は、充電電流Ｉ３が最大電流値Ｉ３ｏｂｊに到達した場合、のいずれかである。

従って、ステップＳ２１８において、２次側コントローラ６６は、充電電圧Ｖ３が充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊに到達した場合には、充電電圧Ｖ３が充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊよりも大きくならないように、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけデクリメントする。また、２次側コントローラ６６は、充電電流Ｉ３が最大電流値Ｉ３ｏｂｊに到達した場合には、充電電流Ｉ３が最大電流値Ｉ３ｏｂｊよりも大きくならないように、オン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけデクリメントする。

このようにして、ステップＳ２１０、Ｓ２１２〜Ｓ２１８の処理を繰り返し行うことにより、すなわち、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎを前回よりもΔτだけインクリメント又はデクリメントする処理を繰り返すことにより、図３及び図９に示すように、時点ｔ１１から時点ｔ１４にかけて、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘに次第に近づいていき、時点ｔ１４から時点ｔ１５までの時間帯では、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘ近傍で略一定となるように制御される。このような制御により、ｔ１１〜ｔ１５の時間帯では、時間が経過するにつれて、バッテリ３４の充電が進み、ＳＯＣ及び充電電圧Ｖ３は徐々に増加する。

なお、ｔ１１〜ｔ１３の時間帯では、図９において太い破線で示す最大電流値Ｉ３ｏｂｊを制御目標として充電電流Ｉ３を追従させる充電処理が行われ、ｔ１３〜ｔ１４の時間帯では、充電電流Ｉ３を最大電流値Ｉ３ｏｂｊで保持しながら充電電圧Ｖ３を増加させる充電処理が行われる。

その後、時点ｔ１４で、受電電力Ｐ２が最大受電電力Ｐ２ｍａｘ近傍にまで到達した場合、該受電電力Ｐ２を最大受電電力Ｐ２ｍａｘに追従させつつ、受電電圧Ｖ２及び受電電流Ｉ２がそれぞれ充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊ及び最大電流値Ｉ３ｏｂｊを超えない程度に、バッテリ３４が充電される。これにより、ｔ１４〜ｔ１５の時間帯において、充電電流Ｉ３は、最大電流値Ｉ３ｏｂｊから徐々に低下する。

一方、ＳＯＣが高い領域では、最大電流値Ｉ３ｏｂｊは、ＳＯＣの増加に対して、時点ｔ１５、ｔ１６、ｔ１７、ｔ１８において、ステップ状に低下する。そのため、バッテリ３４への充電が継続されると、充電電流Ｉ３は、最大電流値Ｉ３ｏｂｊに追従するように変化する。一方、充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊは、時点ｔ１５、ｔ１６、ｔ１７、ｔ１８の順に高い電圧値に設定される。

このような変化に伴い、トランジスタ７４のオン時間Ｔｏｎはデクリメントされ、受電電力Ｐ２は、時点ｔ１５以降、最大受電電力Ｐ２ｍａｘから低下し、図３の２次側データテーブル６８における受電電力特性の右側にシフトしていく。その後、充電電圧Ｖ３は、１００％付近のＳＯＣにおける充電終止電圧Ｖ３ｏｂｊに到達する。

この結果、オン時間Ｔｏｎはさらにデクリメントされ、時点ｔ１９で充電電流Ｉ３（受電電流Ｉ２）及び受電電力Ｐ２が最小値又は略０にまで減少する。そして、受電電力Ｐ２について、規定値以下（最小値又は略０）の状態が規定時間以上継続する場合、例えば、図９において、時点ｔ１９から所定時間経過した時点ｔ２０に到達した場合（ステップＳ２１６：ＹＥＳ）、２次側コントローラ６６は、バッテリ３４が満充電（ＳＯＣ＝１００％）になったと判断し、次のステップＳ２１９でバッテリ３４に対する充電処理を正常終了させる。

一方、２次側１４でステップＳ２１０、Ｓ２１２〜Ｓ２１８の処理が繰り返される間、１次側コントローラ２６は、ステップＳ１０７において、１次側１２の状態を確認し続ける。具体的には、１次側データテーブル２８を用いて、送電電流Ｉ１に基づいた負荷抵抗値Ｒｚを参照し、一方で、送電電力Ｐ１に基づいた負荷抵抗値Ｒｚを参照し、両方の負荷抵抗値Ｒｚが略等しいか否かを確認すると共に、送電電力Ｐ１の増加又は減少等の変化が、１次側データテーブル２８の規定値（送電電力許容範囲ΔＰ１）内であるか否かを確認する。ステップＳ１０７で肯定的な判定結果である場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、１次側コントローラ２６は、２次側１４で受電電力Ｐ２の最小状態が規定時間以上継続していることにより、１次側１２の送電電力Ｐ１についても最小状態が規定時間以上継続している状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１０８で肯定的な判定結果である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９において、１次側コントローラ２６は、バッテリ３４への充電が終了したと判断し、１次側１２での充電処理を正常終了させる。

なお、ステップＳ１０８において否定的な判定結果となった場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、１次側コントローラ２６は、ステップＳ１０７、Ｓ１０８の処理を繰り返し実行する。

また、ステップＳ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７において、否定的な判定結果であった場合（ステップＳ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７：ＮＯ）、１次側コントローラ２６は、１次側１２が送電可能な状態にはない異常状態と判断し、ステップＳ１１０で、１次側１２での充電処理を終了させる。

［本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る電力供給システム１０によれば、１次側１２が非共振回路であり、２次側１４が共振回路を含む。また、電力供給システム１０では、１次側１２及び２次側１４のうち、少なくとも一方に設けられ、２次側コイル３２からバッテリ３４を見たときの負荷抵抗値Ｒｚが略無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って負荷抵抗値Ｒｚが低下するように、１次側コイル２０から２次側コイル３２を介したバッテリ３４への非接触給電を制御する制御手段（１次側コントローラ２６、２次側コントローラ６６）を有する。

これにより、給電側の１次側１２と受電側の２次側１４との間で、給電情報等の情報交換を行うことなく、且つ、１次側１２にインバータを用いることなく、簡単な構成で、且つ、低コストで、１次側１２から２次側１４の負荷への非接触給電を行うことができる。

また、１次側１２では、インバータを使用しないので、該１次側１２を設置するインフラに付帯するベース電源としての交流電源１６の周波数や電圧をそのまま利用して、電気自動車３０等の給電対象物に非接触給電を行うことができる。具体的には、一般インフラを利用して給電対象物に給電する際には、商用電源の周波数（商用周波数）をそのまま利用することができる。また、船舶や航空機内で給電対象物に給電する際には、該船舶及び航空機内のインフラ周波数をそのまま利用することができる。例えば、航空機内では、該航空機内のインフラ周波数である４００Ｈｚの周波数をそのまま利用することができる。

また、本実施形態に係る電力供給システム１０では、１次側１２及び２次側１４のうち、少なくとも一方に設けられ、２次側コイル３２からバッテリ３４を見たときの負荷抵抗値Ｒｚと、１次側コイル２０から２次側コイル３２を介したバッテリ３４への非接触給電時に１次側１２又は２次側１４に生じる電流及び電力との関係を示すデータテーブル（１次側データテーブル２８、２次側データテーブル６８）を用いて、非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて非接触給電を制御する制御手段（１次側コントローラ２６、２次側コントローラ６６）を有する。

この場合でも、上記の構成と同様の効果が得られる。また、この構成では、１次側１２と２次側１４との間で、給電情報等の情報交換を行うことなく、非接触給電を正常に行えているか否かを判定することができるので、該非接触給電の異常を簡単且つ容易に検知し、検知結果に基づいて、適切に制御することが可能となる。

また、１次側１２と２次側１４のそれぞれに制御手段としての１次側コントローラ２６及び２次側コントローラ６６を設け、給電情報等の情報のやり取りを行うことなく、すなわち、相手方（給電側、受電側）の状況を知ることなく、監視対象（１次側１２、２次側１４）の電流及び電力に基づいて、非接触給電が正常に行えているか否かを判定する。これにより、非接触給電を簡単且つ適切に制御することができる。

さらに、１次側コントローラ２６は、１次側データテーブル２８内の送電電流許容範囲ΔＩ１を用いて、非接触給電時に生じる実際の送電電流Ｉ１から送電電流許容範囲ΔＩ１内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ１１、ΔＲｚｉ１２を算出する。また、１次側コントローラ２６は、１次側データテーブル２８内の送電電力許容範囲ΔＰ１を用いて、非接触給電時に生じる実際の送電電力Ｐ１から送電電力許容範囲ΔＰ１内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ１を算出する。そして、１次側コントローラ２６は、送電電流Ｉ１から算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ１１、ΔＲｚｉ１２と、送電電力Ｐ１から算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ１との間に一致する領域があるときに、非接触給電を正常に行えていると判定する。

一方、２次側コントローラ６６においても、２次側データテーブル６８内の受電電流許容範囲ΔＩ２を用いて、非接触給電時に生じる実際の受電電流Ｉ２から受電電流許容範囲ΔＩ２内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ２を算出する。また、２次側コントローラ６６は、２次側データテーブル６８内の受電電力許容範囲ΔＰ２を用いて、非接触給電時に生じる実際の受電電力Ｐ２から受電電力許容範囲ΔＰ２内となる負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ２を算出する。そして、２次側コントローラ６６は、受電電流Ｉ２から算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｉ２と、受電電力Ｐ２から算出した負荷抵抗値Ｒｚの範囲ΔＲｚｐ２との間に、一致する領域があるときに、非接触給電を正常に行えていると判定する。

このように、正対している状態の正規の位置に対して１次側コイル２０と２次側コイル３２との位置ずれが発生する場合や、温度等の周辺環境を考慮して各許容範囲を設定することにより、例えば、多少の位置ずれがある場合でも、許容範囲内にあれば、非接触給電を正常に行えていると判定することができる。これにより、非接触給電の制御を一層容易に行うことができる。

また、１次側コントローラ２６が１次側スイッチ１８をオンオフさせることにより、所定のパターン配列のパルス状の電力が１次側コイル２０から２次側コイル３２に非接触で供給されたときに、２次側コントローラ６６は、２次側１４に生じる受電電力Ｐ２がパターン配列に応じたパルス状の電力であるか否かを判定するので、非接触給電が可能か否かを容易に判定することができる。

また、２次側コントローラ６６は、２次側スイッチ５０をオンさせた状態で、パルス状の電力が１次側コイル２０から２次側コイル３２に非接触で供給された場合、２次側１４に生じる受電電力Ｐ２がパターン配列に応じたパルス状の電力であるか否かを判定し、受電電力Ｐ２がパターン配列に応じたパルス状の電力であったときに、２次側スイッチ５０をオフさせる。このように、負荷抵抗値Ｒｚの取り得る範囲内の値で任意の固定値に設定された抵抗値の抵抗器５２を用いることにより、非接触給電が可能か否かの判定処理を精度よく行うことができる。

さらに、２次側コイル３２と、該２次側コイル３２に電気的に接続される共振コンデンサ３６との共振回路を含み２次側１４が構成されることにより、１次側１２が非共振回路で、且つ、２次側１４が２次側コイル３２と共振コンデンサ３６とが直列接続されたＮ−Ｓ方式、又は、２次側１４が２次側コイル３２と共振コンデンサ３６とが並列接続されたＮ−Ｐ方式の非接触給電方式を実現することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…電力供給システム １２…１次側
１４…２次側 １６…交流電源
２０…１次側コイル
２６…１次側コントローラ（制御手段、１次側制御手段）
２８…１次側データテーブル ３２…２次側コイル
３４…バッテリ（負荷）
６６…２次側コントローラ（制御手段、２次側制御手段）
６８…２次側データテーブル

Claims (8)

1. １次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システムにおいて、
   前記１次側は、非共振回路であり、
   前記２次側は、共振回路を含み、
   前記電力供給システムは、前記１次側及び前記２次側のうち、少なくとも一方に設けられ、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値が無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って前記負荷抵抗値が低下するように、前記１次側コイルから前記２次側コイルを介した前記負荷への非接触給電を制御する制御手段を有することを特徴とする電力供給システム。
2. １次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システムにおいて、
   前記１次側及び前記２次側のうち、少なくとも一方に設けられ、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値と、前記１次側コイルから前記２次側コイルを介した前記負荷への非接触給電時に前記１次側又は前記２次側に生じる電流及び電力との関係を示すデータテーブルを用いて、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記非接触給電を制御する制御手段を有することを特徴とする電力供給システム。
3. 請求項１又は２記載の電力供給システムにおいて、
   前記制御手段は、
   前記１次側に設けられ、前記負荷抵抗値と前記非接触給電時に前記１次側に生じる送電電流及び送電電力との関係を示す１次側データテーブルを用いて、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記非接触給電を制御する１次側制御手段と、
   前記２次側に設けられ、前記負荷抵抗値と前記非接触給電時に前記２次側に生じる受電電流及び受電電力との関係を示す２次側データテーブルを用いて、前記非接触給電を正常に行えているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記非接触給電を制御する２次側制御手段と、
   であることを特徴とする電力供給システム。
4. 請求項３記載の電力供給システムにおいて、
   前記１次側データテーブルは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとが所定のギャップで正対している状態での前記負荷抵抗値と前記送電電流との関係を示す送電電流特性と、前記正対している状態での前記負荷抵抗値と前記送電電力との関係を示す送電電力特性と、前記送電電流特性に対する前記送電電流及び前記負荷抵抗値の許容範囲である送電電流許容範囲と、前記送電電力特性における前記送電電力及び前記負荷抵抗値の許容範囲である送電電力許容範囲とを含み、
   前記１次側制御手段は、前記送電電流許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の送電電流から前記送電電流許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、一方で、前記送電電力許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の送電電力から前記送電電力許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、前記送電電流から算出した負荷抵抗値の範囲と、前記送電電力から算出した負荷抵抗値の範囲との間で一致する領域がある場合に、前記非接触給電を正常に行えていると判定することを特徴とする電力供給システム。
5. 請求項３又は４記載の電力供給システムにおいて、
   前記２次側データテーブルは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとが所定のギャップで正対している状態での前記負荷抵抗値と前記受電電流との関係を示す受電電流特性と、前記正対している状態での前記負荷抵抗値と前記受電電力との関係を示す受電電力特性と、前記受電電流特性に対する前記受電電流及び前記負荷抵抗値の許容範囲である受電電流許容範囲と、前記受電電力特性における前記受電電力及び前記負荷抵抗値の許容範囲である受電電力許容範囲とを含み、
   前記２次側制御手段は、前記受電電流許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の受電電流から前記受電電流許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、一方で、前記受電電力許容範囲を用いて、前記非接触給電時に生じる実際の受電電力から前記受電電力許容範囲内となる負荷抵抗値の範囲を算出し、前記受電電流から算出した負荷抵抗値の範囲と、前記受電電力から算出した負荷抵抗値の範囲との間で一致する領域がある場合に、前記非接触給電を正常に行えていると判定することを特徴とする電力供給システム。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記１次側には、前記電源と前記１次側コイルとを導通させる１次側スイッチがさらに設けられ、
   前記１次側制御手段は、前記１次側スイッチをオンオフさせることにより、前記非接触給電を制御し、
   前記１次側制御手段が前記１次側スイッチをオンオフさせることにより、所定のパターン配列のパルス状の電力が前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で供給された場合、前記２次側制御手段は、前記２次側に生じる受電電力が前記パターン配列に応じたパルス状の電力であるか否かを判定することを特徴とする電力供給システム。
7. 請求項６記載の電力供給システムにおいて、
   前記２次側には、前記２次側コイルに対して、２次側スイッチと、前記負荷抵抗値の取り得る範囲内の値で任意の固定値に設定された抵抗値の抵抗器との直列回路が並列に接続され、
   前記２次側制御手段は、前記２次側スイッチをオンオフさせることにより、前記２次側コイルと前記抵抗器との導通を制御することを特徴とする電力供給システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記２次側は、前記２次側コイルと、該２次側コイルに電気的に接続されるコンデンサとの共振回路を含み構成されることを特徴とする電力供給システム。

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