JP6814642B2 - 非接触給電システム及び非接触給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電システム及び非接触給電方法に関する。

従来、非接触給電システムは、例えば、磁界共鳴、電磁誘導等により非接触で交流電力を送電する送電装置と、当該送電装置から送電された交流電力を受電し当該交流電力を直流電力に整流器により整流し当該直流電力をバッテリ等の負荷に供給する受電装置とを備えている。非接触給電システムは、例えば、非接触給電の効率を向上させるために、整流器の入力インピーダンス（受電回路のインピーダンス）が一定になるように、送電回路からの送電電力を受電回路からの通信を用いて制御するものがある（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−２３６５１号公報

ところで、従来の非接触給電システムは、整流器の入力インピーダンスを調整して非接触給電を行う場合に更なる改善の余地がある。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、整流器の入力インピーダンスを調整して適正に非接触給電を行うことができる非接触給電システム及び非接触給電方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非接触給電システムは、交流電力を供給する交流電源、前記交流電源から供給された前記交流電力を非接触で送電する送電コイル、前記交流電源により前記送電コイルに印加する電圧を検出する電圧検出部、前記交流電源から前記送電コイルに流れる電流を検出する電流検出部、及び、前記電圧検出部により検出された前記電圧と前記電流検出部により検出された前記電流との位相差に基づいて前記交流電源を制御し前記交流電力を調整する送電側制御部、を有する電力送電装置と、前記送電コイルから非接触で送電される前記交流電力を受電する受電コイル、前記受電コイルにより受電した前記交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷に供給するブリッジ整流回路、前記負荷に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出部、前記ブリッジ整流回路と前記負荷との間に設けられ、前記ブリッジ整流回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部、及び、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて前記インピーダンス調整部を制御する受電側制御部、を有する電力受電装置と、を備え、前記ブリッジ整流回路は、第１ダイオードと、第２ダイオードと、第３ダイオードと、第４ダイオードとを有し、前記インピーダンス調整部は、第１静電容量可変部と、第２静電容量可変部とを有し、前記ブリッジ整流回路及び前記インピーダンス調整部は、前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第１及び前記第２静電容量可変部が直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、さらに、前記第１静電容量可変部が前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２静電容量可変部が前記第４ダイオードに並列に接続され、前記受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間に接続され、かつ、前記受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの間に接続され、前記受電側制御部は、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１静電容量可変部及び前記第２静電容量可変部の可変容量を制御することを特徴とする。

また、上記非接触給電システムにおいて、前記交流電源は、直流電力を生成する直流電源生成部と、前記直流電源生成部により生成された前記直流電力を交流電力に変換する交流電源生成部と、を備え、前記送電側制御部は、前記位相差に基づいて前記直流電源生成部を制御し前記直流電力を調整するか、又は、前記位相差に基づいて前記交流電源生成部を制御し前記交流電力を調整することが好ましい。

また、本発明に係る非接触給電方法は、交流電源から供給される交流電力を非接触で送電コイルから受電コイルに送電する送電工程と、前記交流電源により前記送電コイルに印加する電圧を検出する電圧検出工程と、前記交流電源から前記送電コイルに流れる電流を検出する電流検出工程と、前記電圧検出工程で検出された前記電圧と前記電流検出工程で検出された前記電流との位相差に基づいて前記交流電源を制御し前記交流電力を調整する交流電力調整工程と、前記送電コイルから送電された前記交流電力を前記受電コイルにより受電する受電工程と、前記受電工程で受電した前記交流電力をブリッジ整流回路により直流電力に整流し当該直流電力を負荷に供給する整流工程と、前記負荷に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出工程と、前記ブリッジ整流回路と前記負荷との間に設けられ前記ブリッジ整流回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部を、前記検出工程で検出された前記電圧及び前記電流に基づいて制御するインピーダンス調整工程と、を有し、前記ブリッジ整流回路は、第１ダイオードと、第２ダイオードと、第３ダイオードと、第４ダイオードとを有し、前記インピーダンス調整部は、第１静電容量可変部と、第２静電容量可変部とを有し、前記ブリッジ整流回路及び前記インピーダンス調整部は、前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第１及び前記第２静電容量可変部が直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、さらに、前記第１静電容量可変部が前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２静電容量可変部が前記第４ダイオードに並列に接続され、前記受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間に接続され、かつ、前記受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの間に接続され、前記インピーダンス調整工程は、前記検出工程で検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１静電容量可変部及び前記第２静電容量可変部の可変容量を制御することを特徴とする。

本発明に係る非接触給電システム及び非接触給電方法によれば、ブリッジ整流回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、検出電圧及び検出電流に基づいてインピーダンス調整部を制御する受電側制御部とを備えることにより、負荷へ供給される電力を調整することができるので適正に非接触給電を行うことができる。

図１は、実施形態１に係る非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、実施形態１に係る可変容量と負荷受電電力との関係を示す図である。 図３は、実施形態１に係る非接触給電システムの制御例を示すフローチャートである。 図４は、実施形態１に係る電力送電装置の制御例を示すフローチャートである。 図５は、実施形態１に係る電力受電装置の制御例を示すフローチャートである。 図６は、実施形態２に係る非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
実施形態１に係る非接触給電システム１及び非接触給電方法について説明する。非接触給電システム１は、送電コイル１３ａを有する電力送電装置１０と、受電コイル２１ａを有する電力受電装置２０とを備え、電力送電装置１０の送電コイル１３ａと電力受電装置２０の受電コイル２１ａとを介して磁界共鳴、電磁誘導等により非接触で電力を伝送するものである。非接触給電システム１は、例えば、電力送電装置１０の送電コイル１３ａと電力受電装置２０の受電コイル２１ａとが対向した状態で、送電コイル１３ａに流れる交流電流による磁界の振動が、同じ周波数で共振する受電コイル２１ａの共振回路に伝わる磁界共鳴により電力を伝送する。非接触給電システム１は、例えば、電力受電装置２０が車両に設けられ、電力送電装置１０が車両外部の充電ステーション等に設けられる。

本実施形態１では、非接触給電システム１は、電力受電装置２０においてダイオードブリッジ整流回路２４の入力インピーダンス、つまり、後述する受電回路２０ａのインピーダンスを調整することで負荷２２に供給される電力を調整し、電力送電装置１０において当該インピーダンス調整により変化する送電側の電圧と電流との位相差が減少する方向へ交流電力を調整することで力率を向上させる。以下、電力送電装置１０による交流電力調整と電力受電装置２０によるインピーダンス調整とについて詳細に説明する。電力送電装置１０は、送電回路１０ａと、検出部１４と、送電側制御部１５とを備える。送電回路１０ａは、電力を送電する回路であり、交流電源１１と、フィルタ１２と、送電部１３とを備える。

交流電源１１は、交流電力（単に電力ともいう。）を供給するものである。交流電源１１は、直流電源生成部１１ａと、交流電源生成部１１ｂとを備える。直流電源生成部１１ａは、直流電力（単に電力ともいう。）を生成するものであり、例えば、蓄電池を電源とするＤＣ/ＤＣコンバータである。直流電源生成部１１ａは、交流電源生成部１１ｂに接続され、電源電圧を所定電圧に変換した直流電力を交流電源生成部１１ｂに供給する。交流電源生成部１１ｂは、交流電力を生成するものである。交流電源生成部１１ｂは、直流電源生成部１１ａから供給された直流電力を交流電力に変換し、フィルタ１２を介して交流電力を送電部１３に供給する。なお、上述の直流電源生成部１１ａにより電源電圧を変換する他に、交流電源生成部１１ｂによりデューティ比を変化させて交流電力の電圧を変更してもよい。

フィルタ１２は、交流電力に含まれる所定の周波数成分を除去する回路である。フィルタ１２は、交流電源生成部１１ｂ及び送電部１３に接続され、交流電源生成部１１ｂから供給された交流電力に含まれる所定の周波数成分を除去する。そして、フィルタ１２は、所定の周波数成分を除去した交流電力を送電部１３に出力する。

送電部１３は、交流電力を送電する回路である。送電部１３は、フィルタ１２を介して交流電源１１に接続される。送電部１３は、送電コイル１３ａと、コンデンサ１３ｂとを備える。送電コイル１３ａとコンデンサ１３ｂとは、直列に接続され、直列共振回路を構成する。送電部１３は、交流電源１１から供給された交流電力を非接触で磁界共鳴等により電力受電装置２０に送電する。

検出部１４は、電圧及び電流を検出する回路である。検出部１４は、電圧検出部１４ａと、電流検出部１４ｂとを備える。電圧検出部１４ａは、電圧を検出する回路である。電圧検出部１４ａは、送電部１３の直列共振回路の両端に接続され、交流電源１１により直列共振回路に印加する電圧を検出する。電圧検出部１４ａは、さらに送電側制御部１５に接続され、検出した電圧を送電側制御部１５に出力する。電流検出部１４ｂは、電流を検出する回路である。電流検出部１４ｂは、交流電源１１と送電コイル１３ａとの間に接続され、交流電源１１から送電コイル１３ａに流れる電流を検出する。電流検出部１４ｂは、さらに送電側制御部１５に接続され、検出した電流を送電側制御部１５に出力する。

送電側制御部１５は、交流電源１１を制御する回路である。送電側制御部１５は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。送電側制御部１５は、位相差検出部１５ａと、位相差記憶部１５ｂと、位相差変化量検出部１５ｃと、電圧振幅算出部１５ｄとを備える。

位相差検出部１５ａは、位相差を検出する回路である。位相差検出部１５ａは、電圧検出部１４ａ及び電流検出部１４ｂに接続され、電圧検出部１４ａにより検出された電圧と電流検出部１４ｂにより検出された電流との位相差を検出する。位相差検出部１５ａは、さらに位相差記憶部１５ｂ及び位相差変化量検出部１５ｃに接続され、検出した位相差を位相差記憶部１５ｂ及び位相差変化量検出部１５ｃに出力する。

位相差記憶部１５ｂは、前回の位相差｜θ_−１｜を記憶するものである。位相差記憶部１５ｂは、位相差検出部１５ａに接続され、位相差検出部１５ａにより検出された前回の位相差｜θ_−１｜を記憶する。

位相差変化量検出部１５ｃは、位相差の変化量を検出する回路である。位相差変化量検出部１５ｃは、位相差検出部１５ａ及び位相差記憶部１５ｂに接続され、位相差記憶部１５ｂに記憶された前回の位相差｜θ_−１｜と位相差検出部１５ａから出力された現在の位相差｜θ｜とを比較する。そして、位相差変化量検出部１５ｃは、前回の位相差｜θ_−１｜に対する現在の位相差｜θ｜の変化量Δθを検出する。位相差変化量検出部１５ｃは、さらに電圧振幅算出部１５ｄに接続され、検出した位相差の変化量Δθを電圧振幅算出部１５ｄに出力する。

電圧振幅算出部１５ｄは、電圧の振幅を算出する回路である。電圧振幅算出部１５ｄは、位相差変化量検出部１５ｃに接続され、当該位相差変化量検出部１５ｃから出力された位相差の変化量Δθに基づいて電圧の振幅を算出する。電圧振幅算出部１５ｄは、さらに直流電源生成部１１ａ及び交流電源生成部１１ｂに接続され、算出した電圧の振幅に基づいて直流電源生成部１１ａ及び交流電源生成部１１ｂの電圧を位相差の変化量Δθが減少するように調整する。

次に、電力受電装置２０について説明する。電力受電装置２０は、受電回路２０ａと、検出部２７と、目標値設定部２８と、受電側制御部２９とを備える。受電回路２０ａは、電力を受電する回路であり、受電部２１と、負荷２２と、フィルタ２３と、ブリッジ整流回路としてのダイオードブリッジ整流回路２４と、インピーダンス調整部２５と、平滑用コンデンサ２６とを備える。

受電部２１は、交流電力を受電する回路である。受電部２１は、受電コイル２１ａと、コンデンサ２１ｂとを備える。受電コイル２１ａとコンデンサ２１ｂとは、直列に接続され、直列共振回路を構成する。受電部２１は、送電コイル１３ａから非接触で送電される交流電力を磁界共鳴等により受電する。受電部２１は、受電した交流電力をフィルタ２３、ダイオードブリッジ整流回路２４、インピーダンス調整部２５等を介して負荷２２に供給する。

負荷２２は、例えばバッテリ等であり、直流電力を充電するものである。負荷２２は、例えば、電気自動車の走行用のモータや車両のライトなどの電装品などに電力を供給する。負荷２２は、充電量に応じて当該負荷２２のインピーダンスが変化する。

フィルタ２３は、交流電力に含まれる所定の周波数成分を除去する回路である。フィルタ２３は、受電部２１及びダイオードブリッジ整流回路２４に接続され、受電部２１から供給された交流電力に含まれる所定の周波数成分を除去する。そして、フィルタ２３は、所定の周波数成分を除去した交流電力をダイオードブリッジ整流回路２４に出力する。

ダイオードブリッジ整流回路２４は、交流電力を直流電力に全波整流する回路である。ダイオードブリッジ整流回路２４は、交流電力を整流した直流電力をインピーダンス調整部２５等を介して負荷２２に供給する。ダイオードブリッジ整流回路２４は、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第３ダイオードＤ３と、第４ダイオードＤ４とを備える。

インピーダンス調整部２５は、インピーダンスを調整する回路である。インピーダンス調整部２５は、ダイオードブリッジ整流回路２４と負荷２２との間に設けられ、負荷２２のインピーダンスを調整する。インピーダンス調整部２５は、第１静電容量可変部Ｃ１と、第２静電容量可変部Ｃ２とを備える。第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２は、例えば、同じ特性で同一静電容量の可変容量コンデンサが用いられる。

ここで、ダイオードブリッジ整流回路２４は、第１及び第２ダイオードＤ１、Ｄ２が順方向に直列に接続され、第３及び第４ダイオードＤ３、Ｄ４が順方向に直列に接続され、順方向の第１及び第２ダイオードＤ１、Ｄ２と順方向の第３及び第４ダイオードＤ３、Ｄ４とが並列に接続される。インピーダンス調整部２５は、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２が直列に接続され、第１静電容量可変部Ｃ１が第３ダイオードＤ３に並列に接続され、第２静電容量可変部Ｃ２が第４ダイオードＤ４に並列に接続される。受電コイル２１ａは、当該受電コイル２１ａの一端２１ｃが第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との間に接続され、かつ、受電コイル２１ａの他端２１ｄが第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４との間に接続される。

ダイオードブリッジ整流回路２４は、第１ダイオードＤ１〜第４ダイオードＤ４により全波整流した直流電力をインピーダンス調整部２５を介して負荷２２に供給する。ダイオードブリッジ整流回路２４は、例えば、受電コイル２１ａの一端２１ｃが正極の場合には第１ダイオードＤ１及び第４ダイオードＤ４により交流電力を整流し、受電コイル２１ａの他端２１ｄが正極の場合には第３ダイオードＤ３及び第２ダイオードＤ２により交流電力を整流する。インピーダンス調整部２５は、ダイオードブリッジ整流回路２４により整流された直流電力を第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２に充放電し、受電回路２０ａのインピーダンスを調整する。インピーダンス調整部２５は、例えば、受電コイル２１ａの一端２１ｃが正極の場合、第１静電容量可変部Ｃ１に直流電力を充電し、かつ、第２静電容量可変部Ｃ２から直流電力を受電コイル２１へ放電し、負荷２２に供給される直流電力を減少させる。また、インピーダンス調整部２５は、受電コイル２１ａの他端２１ｄが正極の場合、第２静電容量可変部Ｃ２に直流電力を充電し、かつ、第１静電容量可変部Ｃ１から直流電力を受電コイル２１へ放電し、負荷２２に供給される直流電力を減少させる。

平滑用コンデンサ２６は、インピーダンス調整部２５に並列に接続され、負荷２２に供給される直流電流（脈流）を平滑化する。

検出部２７は、電圧及び電流、又は、電力を検出する回路である。検出部２７は、電圧検出部２７ａと、電流検出部２７ｂと、電力検出部２７ｃとを備える。電圧検出部２７ａは、負荷２２の両極に接続され、負荷２２に供給される直流電力の電圧を検出するものである。電圧検出部２７ａは、スイッチ３０を介して受電側制御部２９に接続され、当該スイッチ３０が切り替えられて受電側制御部２９に接続されることにより、検出した電圧を受電側制御部２９に出力する。電流検出部２７ｂは、平滑用コンデンサ２６と負荷２２との間に接続され、負荷２２に供給される直流電流を検出するものである。電流検出部２７ｂは、スイッチ３０を介して受電側制御部２９に接続され、当該スイッチ３０が切り替えられて受電側制御部２９に接続されることにより、検出した電流を受電側制御部２９に出力する。電力検出部２７ｃは、電圧検出部２７ａと電流検出部２７ｂとに接続され、電圧検出部２７ａにより検出された電圧と電流検出部２７ｂにより検出された電流とに基づいて電力を検出するものである。電力検出部２７ｃは、スイッチ３０を介して受電側制御部２９に接続され、当該スイッチ３０が切り替えられて受電側制御部２９に接続されることにより、検出した電力を受電側制御部２９に出力する。

目標値設定部２８は、目標値を設定する回路である。目標値設定部２８は、目標電圧設定部２８ａと、目標電流設定部２８ｂと、目標電力設定部２８ｃとを備える。目標電圧設定部２８ａは、負荷２２に供給される目標電圧を設定するものである。目標電圧設定部２８ａは、スイッチ３１を介して受電側制御部２９に接続され、当該スイッチ３１が切り替えられて受電側制御部２９に接続されることにより、予め定められた目標電圧を受電側制御部２９に設定する。目標電流設定部２８ｂは、負荷２２に供給される目標電流を設定するものである。目標電流設定部２８ｂは、スイッチ３１を介して受電側制御部２９に接続され、当該スイッチ３１が切り替えられて受電側制御部２９に接続されることにより、予め定められた目標電流を受電側制御部２９に設定する。目標電力設定部２８ｃは、負荷２２に供給される目標電力を設定するものである。目標電力設定部２８ｃは、スイッチ３１を介して受電側制御部２９に接続され、当該スイッチ３１が切り替えられて受電側制御部２９に接続されることにより、予め定められた目標電力を受電側制御部２９に設定する。

受電側制御部２９は、負荷２２に供給される電力を制御する回路である。受電側制御部２９は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。受電側制御部２９は、検出部２７により検出された検出結果と目標値設定部２８により設定された目標値とに基づいてインピーダンス調整部２５を制御し、負荷２２に供給される電力を調整する。例えば、受電側制御部２９は、電力検出部２７ｃにより検出された電力と目標電力設定部２８ｃにより設定された目標電力とに基づいて、インピーダンス調整部２５の第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を制御し、負荷２２に供給される電力を調整する。例えば、受電側制御部２９は、図２に示す負荷抵抗ｒにおいて、電力検出部２７ｃにより検出された電力が目標電力Ｑ以下の場合、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を減少させる。これにより、受電側制御部２９は、負荷２２に供給する電力が増加する。また、受電側制御部２９は、図２に示す負荷抵抗ｒにおいて、電力検出部２７ｃにより検出された電力が目標電力Ｑを超過する場合、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を増加させる。これにより、受電側制御部２９は、負荷２２に供給する電力が減少する。このような調整が繰り返された結果、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２が最適値（図２では負荷抵抗rにおいて可変容量４０μＦ）に達した時、当該電力が目標電力Ｑに調整される。なお、図２は、交流電力の電圧が所定値の場合における可変容量と負荷受電電力との関係を示す図である。

次に、非接触給電システム１の制御例について説明する。非接触給電システム１は、図３に示すように、電力送電装置１０が交流電力の調整を行う（ステップＳ１）。例えば、電力送電装置１０は、後述する図４のフローチャートに従って電圧を調整する。次に、非接触給電システム１は、電力受電装置２０が受電回路２０ａのインピーダンスを調整する（ステップＳ２）。例えば、電力受電装置２０は、後述する図５のフローチャートに従って受電回路２０ａのインピーダンスの調整を行う。次に、非接触給電システム１は、処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ３）。非接触給電システム１は、処理が終了した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、交流電力調整処理及びインピーダンス調整処理を終了する。非接触給電システム１は、処理が終了していない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、上述のステップＳ１に戻って交流電力の調整を行う。

次に、図３の交流電力の調整について、図４のフローチャートを参照して詳細に説明する。送電側制御部１５は、前回の位相差｜θ_−１｜を初期化する（ステップＳ１１）。例えば、位相差検出部１５ａは、位相差記憶部１５ｂの前回の位相差｜θ_−１｜にゼロを設定する。次に、送電側制御部１５は、交流電源１１の電圧を上昇させる（ステップＳ１２）。次に、位相差変化量検出部１５ｃは、前回の位相差｜θ_−１｜に対する現在の位相差｜θ｜の変化量Δθ（Δθ＝｜θ_−１｜−｜現在の位相差θ｜）を検出する（ステップＳ１３）。ここで、現在の位相差｜θ｜は、電圧検出部１４ａにより検出された電圧と電流検出部１４ｂにより検出された電流との位相差である。位相差検出部１５ａは、位相差が等しい又は減少している場合（ステップＳ１３；Δθ≦０）、前回の位相差｜θ_−１｜に現在の位相差｜θ｜を設定する（ステップＳ１４）。そして、電圧振幅算出部１５ｄは、上述のステップＳ１２に戻り電圧を上昇させる。また、位相差検出部１５ａは、位相差が増加している場合（ステップＳ１３；Δθ＞０）、前回の位相差｜θ_−１｜に現在の位相差｜θ｜を設定する（ステップＳ１５）。そして、電圧振幅算出部１５ｄは、電圧を減少させる（ステップＳ１６）。

次に、位相差変化量検出部１５ｃは、前回の位相差｜θ_−１｜に対する現在の位相差｜θ｜の変化量Δθ（Δθ＝｜θ_−１｜−｜現在の位相差θ｜）を検出する（ステップＳ１７）。位相差検出部１５ａは、位相差が等しい又は減少している場合（ステップＳ１７；Δθ≦０）、前回の位相差｜θ_−１｜に現在の位相差｜θ｜を設定する（ステップＳ１８）。そして、電圧振幅算出部１５ｄは、上述のステップＳ１６に戻り電圧を減少させる。また、位相差検出部１５ａは、位相差が増加している場合（ステップＳ１７；Δθ＞０）、前回の位相差｜θ_−１｜に現在の位相差｜θ｜を設定する（ステップＳ１９）。そして、電圧振幅算出部１５ｄは、位相差調整処理が終了であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。電圧振幅算出部１５ｄは、位相差調整処理が終了である場合（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、位相差調整処理を終了させる。電圧振幅算出部１５ｄは、位相差調整処理が終了でない場合（ステップＳ２０；Ｎｏ）、上述のステップＳ１２に戻って電圧を上昇させる。このように、送電側制御部１５は、検出された電圧と電流との位相差を抑制するように、前回の位相差｜θ_−１｜に対して現在の位相差｜θ｜が増加に転じた場合、交流電源１１の電圧の増減方向を変更することにより、受電回路２０ａへ送電する電力を調整する。

次に、図３の負荷２２のインピーダンスを調整する処理について、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。受電側制御部２９は、高インピーダンスで待機する（ステップＳ３１）。例えば、受電側制御部２９は、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２を最小容量（例えば、可変容量をゼロ）に設定し、高インピーダンスで待機する。次に、受電部２１は、送電部１３から電力が供給され電圧が上昇する（ステップＳ３２）。次に、受電側制御部２９は、負荷２２に供給される負荷電力Ｐと目標電力Ｑとを比較する（ステップＳ３３）。ここで、負荷電力Ｐは、電力検出部２７ｃにより検出された電力であり、目標電力Ｑは、目標電力設定部２８ｃにより設定された電力である。受電側制御部２９は、負荷電力Ｐと目標電力Ｑとが同じ場合（Ｐ＝Ｑ）、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量（インピーダンス）を維持する（ステップＳ３４）。また、受電側制御部２９は、負荷電力Ｐが目標電力Ｑを超過する場合（Ｐ＞Ｑ）、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を増加させインピーダンスを減少させる（ステップＳ３５）。これにより、受電側制御部２９は、負荷２２に供給される負荷電力Ｐを減少させることができる。また、受電側制御部２９は、負荷電力Ｐが目標電力Ｑ未満である場合（Ｐ＜Ｑ）、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を減少させインピーダンスを増加させる（ステップＳ３６）。これにより、受電側制御部２９は、負荷２２に供給される負荷電力Ｐを増加させることができる。次に、受電側制御部２９は、インピーダンスの調整処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ３７）。受電側制御部２９は、インピーダンスの調整処理が終了した場合（ステップＳ３７；Ｙｅｓ）、終了する。受電側制御部２９は、インピーダンスの調整処理が終了していない場合（ステップＳ３７；Ｎｏ）、上述のステップＳ３３に戻り、負荷電力Ｐと目標電力Ｑとを比較する。

以上のように、実施形態１に係る非接触給電システム１は、電圧検出部１４ａにより検出された電圧と電流検出部１４ｂにより検出された電流との位相差｜θ｜に基づいて交流電源１１を制御し交流電力を調整する電力送電装置１０と、検出部２７により検出された電圧及び電流に基づいてインピーダンス調整部２５を制御する電力受電装置２０とを備える。これにより、非接触給電システム１は、負荷２２へ供給する電力が変化しても、インピーダンス調整部２５により負荷２２へ供給する電力を調整することができる。また、非接触給電システム１は、インピーダンス調整の結果生じた位相差｜θ｜に基づき、この位相差｜θ｜が小さくなるように送電電力を制御することで、通信を用いることなく最適な送電電力を設定することができるので、電力送電装置１０において皮相電力に対する有効電力の割合である力率を向上させることができる。この結果、非接触給電システム１は、力率を高くすることができるので、適正に非接触給電を行うことができる。また、非接触給電システム１は、送電コイル１３ａと受電コイル２１ａとの位置関係等による結合係数の変動によって負荷２２へ供給する電力が変化してもその変化を解消することができる。また、非接触給電システム１は、従来のように、電力伝送制御用の通信手段を別途設けることなく、電力送電装置１０の位相調整、電力受電装置２０のインピーダンス調整を行うので、通信エラーによる障害が発生しない。また、非接触給電システム１は、通信手段を別途設けないので、小型化することができると共にコストアップを抑制できる。また、非接触給電システム１は、従来のように、電力伝送路に通信信号を重畳させないので、通信回路を電力伝送路に別途接続することを回避でき、電力伝送路のノイズによる通信エラーに起因する障害が発生しない。

また、非接触給電システム１において、受電側制御部２９は、検出部２７により検出された電圧及び電流に基づいて、第１静電容量可変部Ｃ１及び第２静電容量可変部Ｃ２の可変容量を制御する。これにより、受電側制御部２９は、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を制御することにより、受電回路２０ａのインピーダンスを調整することができるので、負荷２２に供給される電力を調整することができる。また、受電側制御部２９は、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２のダブルキャパシタを調整するため、従来のように２次側コイルのＬ値との関係で共振キャパシタの調整範囲に制約を受けないので、より広範囲の調整が可能である。

また、非接触給電システム１において、送電側制御部１５は、位相差に基づいて直流電源生成部１１ａを制御し直流電力を調整するか、又は、当該位相差に基づいて交流電源生成部１１ｂを制御し交流電力を調整する。これにより、非接触給電システム１は、交流電力を適切に調整することができる。

また、実施形態１に係る非接触給電方法は、交流電源１１から供給される交流電力を非接触で送電コイル１３ａから受電コイル２１ａに送電する送電工程と、交流電源１１により送電コイル１３ａに印加する電圧を検出する電圧検出工程と、交流電源１１から送電コイル１３ａに流れる電流を検出する電流検出工程と、電圧検出工程で検出された電圧と電流検出工程で検出された電流との位相差に基づいて交流電源１１を制御し交流電力を調整する交流電力調整工程と、送電コイル１３ａから送電された交流電力を受電コイル２１ａにより受電する受電工程と、受電工程で受電した交流電力をダイオードブリッジ整流回路２４により直流電力に整流し当該直流電力を負荷２２に供給する整流工程と、負荷２２に供給される直流電流の電圧及び電流を検出する検出工程と、ダイオードブリッジ整流回路２４と負荷２２との間に設けられ受電回路２０ａのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部２５を、検出工程で検出された電圧及び電流に基づいて制御するインピーダンス調整工程とを有する。これにより、非接触給電方法は、実施形態１に係る非接触給電システム１と同等の効果を有する。

〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る非接触給電システム１Ａについて説明する。なお、実施形態２は、実施形態１と同一の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施形態２に係る非接触給電システム１Ａは、図６に示すように、電力送電装置１０Ａと、電力受電装置２０とを備える。電力送電装置１０Ａは、送電回路１０ａを備える。なお、電力送電装置１０Ａは、上述した実施形態１の検出部１４、送電側制御部１５を備えていない。送電回路１０ａは、交流電源１１と、フィルタ１２と、送電部１３とを備える。電力送電装置１０Ａは、交流電源１１により交流電力を供給し、供給された交流電力に含まれる所定の周波数成分をフィルタ１２により除去し、所定の周波数成分が除去された交流電力を送電部１３により電力受電装置２０へ送電する。

電力受電装置２０は、受電回路２０ａと、検出部２７と、目標値設定部２８と、受電側制御部２９とを備える。受電回路２０ａは、受電部２１と、負荷２２と、フィルタ２３と、ダイオードブリッジ整流回路２４と、インピーダンス調整部２５と、平滑用コンデンサ２６とを備える。電力受電装置２０は、電力送電装置１０Ａにより送電された交流電力を受電部２１により受電し、受電した交流電力に含まれる所定の周波数成分をフィルタ２３により除去し、所定の周波数成分が除去された交流電流をダイオードブリッジ整流回路２４により整流し、整流された直流電力を平滑用コンデンサ２６により平滑し、平滑された直流電力を負荷２２に供給する。さらに、電力受電装置２０は、検出部２７により負荷２２に供給される電力を検出し、検出された検出結果と目標値設定部２８により設定された目標値とに基づいてインピーダンス調整部２５を受電側制御部２９により制御し、負荷２２に供給される電力を調整する。

以上のように、実施形態２に係る非接触給電システム１Ａは、交流電力を供給する交流電源１１、及び、交流電源１１から供給された交流電力を非接触で送電する送電コイル１３ａ、を有する電力送電装置１０Ａと、送電コイル１３ａから非接触で送電される交流電力を受電する受電コイル２１ａ、受電コイル２１ａにより受電した交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷に供給するダイオードブリッジ整流回路２４、負荷２２に供給される直流電力の電圧及び電流を検出する検出部２７、ダイオードブリッジ整流回路２４と負荷２２との間に設けられ、ダイオードブリッジ整流回路２４の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部２５、及び、検出部２７により検出された電圧及び電流に基づいてインピーダンス調整部２５を制御する受電側制御部２９、を有する電力受電装置２０とを備える。これにより、非接触給電システム１Ａは、負荷２２へ供給する電力が変化しても、インピーダンス調整部２５により負荷２２へ供給する電力を調整することができる。また、非接触給電システム１Ａは、送電コイル１３ａと受電コイル２１ａとの位置関係等による結合係数の変動によって負荷２２へ供給する電力が変化してもその変化を解消することができる。また、非接触給電システム１Ａは、インピーダンス調整部２５において第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２のダブルキャパシタを調整する場合、従来のように２次側コイルのＬ値との関係で共振キャパシタの調整範囲に制約を受けないので、より広範囲の調整が可能である。また、非接触給電システム１Ａは、従来のように、電力伝送制御用の通信手段を別途設けることなく、電力受電装置２０のインピーダンス調整を行うので、通信エラーによる障害が発生しない。また、非接触給電システム１Ａは、通信手段を別途設けないので、小型化することができと共にコストアップを抑制できる。また、非接触給電システム１Ａは、従来のように、電力伝送路に通信信号を重畳させないので、通信回路を電力伝送路に別途接続することを回避でき、電力伝送路のノイズによる通信エラーに起因する障害が発生しない。

〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。ブリッジ整流回路は、第１ダイオードＤ１〜第４ダイオードＤ４を有するダイオードブリッジ整流回路２４である例について説明したが、これに限定されない。ブリッジ整流回路は、第１ダイオードＤ１〜第４ダイオードＤ４の代わりにＦＥＴ等の半導体スイッチを有してもよい。

また、受電側制御部２９は、電圧検出部２７ａにより検出された電圧、及び、目標電圧設定部２８ａにより設定された目標電圧、並びに、電流検出部２７ｂにより検出された電流、及び、目標電流設定部２８ｂにより設定された目標電流に基づいて、インピーダンス調整部２５の第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２の可変容量を制御し、負荷２２に供給される電力を調整してもよい。

また、インピーダンス調整部２５は、第１及び第２静電容量可変部Ｃ１、Ｃ２に限定されず、抵抗を用いることにより負荷２２のインピーダンスを調整してもよい。

１、１Ａ 非接触給電システム
１０、１０Ａ 電力送電装置
１１ 交流電源
１３ 送電部
１３ａ 送電コイル
１４ 検出部
１４ａ 電圧検出部
１４ｂ 電流検出部
１５ 送電側制御部
２０ 電力受電装置
２１ 受電部
２１ａ 受電コイル
２２ 負荷
２４ ダイオードブリッジ整流回路
２５ インピーダンス調整部
２７ 検出部
２９ 受電側制御部
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｄ３ 第３ダイオード
Ｄ４ 第４ダイオード
Ｃ１ 第１静電容量可変部
Ｃ２ 第２静電容量可変部
θ_−１ 前回の位相差
θ 現在の位相差

Claims (4)

1. 交流電力を供給する交流電源、前記交流電源から供給された前記交流電力を非接触で送電する送電コイル、前記交流電源により前記送電コイルに印加する電圧を検出する電圧検出部、前記交流電源から前記送電コイルに流れる電流を検出する電流検出部、及び、前記電圧検出部により検出された前記電圧と前記電流検出部により検出された前記電流との位相差に基づいて前記交流電源を制御し前記交流電力を調整する送電側制御部、を有する電力送電装置と、
   前記送電コイルから非接触で送電される前記交流電力を受電する受電コイル、前記受電コイルにより受電した前記交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷に供給するブリッジ整流回路、前記負荷に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出部、前記ブリッジ整流回路と前記負荷との間に設けられ、前記ブリッジ整流回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部、及び、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて前記インピーダンス調整部を制御する受電側制御部、を有する電力受電装置と、
   を備え、
   前記ブリッジ整流回路は、
   第１ダイオードと、第２ダイオードと、第３ダイオードと、第４ダイオードとを有し、
   前記インピーダンス調整部は、
   第１静電容量可変部と、第２静電容量可変部とを有し、
   前記ブリッジ整流回路及び前記インピーダンス調整部は、
   前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第１及び前記第２静電容量可変部が直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、さらに、前記第１静電容量可変部が前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２静電容量可変部が前記第４ダイオードに並列に接続され、前記受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間に接続され、かつ、前記受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの間に接続され、
   前記受電側制御部は、
   前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１静電容量可変部及び前記第２静電容量可変部の可変容量を制御することを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記交流電源は、
   直流電力を生成する直流電源生成部と、
   前記直流電源生成部により生成された前記直流電力を交流電力に変換する交流電源生成部と、を備え、
   前記送電側制御部は、
   前記位相差に基づいて前記直流電源生成部を制御し前記直流電力を調整するか、又は、
   前記位相差に基づいて前記交流電源生成部を制御し前記交流電力を調整する請求項１記載の非接触給電システム。
3. 交流電源から供給される交流電力を非接触で送電コイルから受電コイルに送電する送電工程と、
   前記交流電源により前記送電コイルに印加する電圧を検出する電圧検出工程と、
   前記交流電源から前記送電コイルに流れる電流を検出する電流検出工程と、
   前記電圧検出工程で検出された前記電圧と前記電流検出工程で検出された前記電流との位相差に基づいて前記交流電源を制御し前記交流電力を調整する交流電力調整工程と、
   前記送電コイルから送電された前記交流電力を前記受電コイルにより受電する受電工程と、
   前記受電工程で受電した前記交流電力をブリッジ整流回路により直流電力に整流し当該直流電力を負荷に供給する整流工程と、
   前記負荷に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出工程と、
   前記ブリッジ整流回路と前記負荷との間に設けられ前記ブリッジ整流回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部を、前記検出工程で検出された前記電圧及び前記電流に基づいて制御するインピーダンス調整工程と、を有し、
   前記ブリッジ整流回路は、
   第１ダイオードと、第２ダイオードと、第３ダイオードと、第４ダイオードとを有し、
   前記インピーダンス調整部は、
   第１静電容量可変部と、第２静電容量可変部とを有し、
   前記ブリッジ整流回路及び前記インピーダンス調整部は、
   前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第１及び前記第２静電容量可変部が直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、さらに、前記第１静電容量可変部が前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２静電容量可変部が前記第４ダイオードに並列に接続され、前記受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間に接続され、かつ、前記受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの間に接続され、
   前記インピーダンス調整工程は、
   前記検出工程で検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１静電容量可変部及び前記第２静電容量可変部の可変容量を制御することを特徴とする非接触給電方法。
4. 交流電力を供給する交流電源、及び、前記交流電源から供給された前記交流電力を非接触で送電する送電コイル、を有する電力送電装置と、
   前記送電コイルから非接触で送電される前記交流電力を受電する受電コイル、前記受電コイルにより受電した前記交流電力を直流電力に整流し当該直流電力を負荷に供給するブリッジ整流回路、前記負荷に供給される前記直流電力の電圧及び電流を検出する検出部、前記ブリッジ整流回路と前記負荷との間に設けられ、前記ブリッジ整流回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部、及び、前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて前記インピーダンス調整部を制御する受電側制御部、を有する電力受電装置と、
   を備え、
   前記ブリッジ整流回路は、
   第１ダイオードと、第２ダイオードと、第３ダイオードと、第４ダイオードとを有し、
   前記インピーダンス調整部は、
   第１静電容量可変部と、第２静電容量可変部とを有し、
   前記ブリッジ整流回路及び前記インピーダンス調整部は、
   前記第１及び前記第２ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第３及び前記第４ダイオードが順方向に直列に接続され、前記第１及び前記第２静電容量可変部が直列に接続され、順方向の前記第１及び第２ダイオードと順方向の前記第３及び第４ダイオードとが並列に接続され、さらに、前記第１静電容量可変部が前記第３ダイオードに並列に接続され、前記第２静電容量可変部が前記第４ダイオードに並列に接続され、前記受電コイルの一端が前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間に接続され、かつ、前記受電コイルの他端が前記第３ダイオードと前記第４ダイオードとの間に接続され、
   前記受電側制御部は、
   前記検出部により検出された前記電圧及び前記電流に基づいて、前記第１静電容量可変部及び前記第２静電容量可変部の可変容量を制御することを特徴とする非接触給電システム。

Images