JP7192997B2 - 非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、受電装置に電力を非接触で伝送する送電装置の制御装置に関する。本開示はまた、そのような制御装置を備えた送電装置に関する。本開示はまた、そのような送電装置を含む非接触電力伝送システムに関する。

電源に接続された送電装置から、充電池などの負荷装置を含む受電装置に電力を非接触で伝送する非接触電力伝送システムが知られている。

例えば、特許文献１は、コイルが受電した交流電圧を直流電圧に整流する第１の電力変換器と、第１の電力変換器により整流された直流電圧を任意の直流電圧または交流電圧に変換する第２の電力変換器とを備えた受電装置を含むワイヤレス電力伝送システムを開示している。受電装置の制御器は、第１の電力変換器および第２の電力変換器のうち、一方を用いて送電側との間の電力の伝送効率を制御し、他方を用いて送電側からの受電電力を制御する。

特開２０１７－０９３０９４号公報

一般に、負荷装置の消費電力又は消費電流は経時的に変動する。従って、送電装置から受電装置に電力を非接触で伝送するとき、負荷装置の消費電力又は消費電流（本明細書では「負荷装置の負荷値」という）の変動に応じて、負荷装置に印加される電圧（本明細書では「受電装置の出力電圧」という）が変動することがある。

負荷装置の所望電圧を受電装置から負荷装置に供給するために、例えば、特許文献１のように、受電装置に追加の電力変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器又はＤＣ／ＡＣ変換器など）を設けることが考えられる。しかしながら、受電装置に追加の電力変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器など）を設ける場合、受電装置のサイズ、重量、及びコストが増大し、効率が低下する。従って、受電装置に余分な回路（ＤＣ／ＤＣ変換器など）を必要とすることなく、負荷装置にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置を制御することが求められる。

本開示の目的は、受電装置に余分な回路を必要とすることなく、負荷装置にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置を制御することができる、送電装置の制御装置を提供することにある。

本開示の目的はさらに、そのような制御装置を備えた送電装置を提供し、また、そのような送電装置を含む非接触電力伝送システムを提供することにある。

本開示の側面に係る送電装置の制御装置、送電装置、及び非接触電力伝送システムは、上述した課題を解決するために、以下の構成を有する。

本開示の側面に係る送電装置の制御装置によれば、
受電コイルを備えた受電装置に電力を非接触で伝送する送電装置の制御装置であって、
前記送電装置は、送電コイルと、可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して前記送電コイルに供給する電源回路とを備え、
前記制御装置は、
前記受電装置に通信可能に接続され、前記受電装置から、前記受電装置の出力電圧の検出値を受信する第１の通信装置と、
前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて前記電源回路を制御する第１の制御回路とを備え、
前記第１の制御回路は、
予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御し、
前記電源回路を用いて前記送電電力を発生しているときに前記受電装置において検出された前記受電装置の出力電圧の検出値を、前記第１の通信装置を用いて前記受電装置から受信し、
前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記周波数範囲において前記受電装置の負荷値に対する前記受電装置の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの前記送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定し、
前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに前記受電装置の出力電圧を予め決められた目標電圧にする前記送電電力の電圧を示す送電電圧を決定し、
前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御する。

本開示の側面に係る送電装置によれば、
送電コイルと、
可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して前記送電コイルに供給する電源回路と、
前記送電装置の制御装置とを備える。

本開示の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、
前記送電装置と、
受電装置とを含む非接触電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
受電コイルと、
前記受電装置の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記送電装置に通信可能に接続され、前記受電装置の出力電圧の検出値を前記送電装置に送信する第２の通信装置とを備える。

本開示によれば、受電装置に余分な回路を必要とすることなく、負荷装置にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置を制御することができる。

第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 比較例に係る非接触電力伝送システムの出力電圧の周波数特性を示すグラフである。 図１の非接触電力伝送システムの出力電圧の周波数特性を示すグラフである。 図１の非接触電力伝送システムにおいて送電装置１０の電圧Ｖ０を制御することによる受電装置２０の電圧Ｖ４の変化を説明するための図である。 図１のインバータ１３の構成を示す回路図である。 図１の整流回路２２の構成を示す回路図である。 図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示す斜視図である。 図１の送電装置１０の制御回路１１によって実行される送電処理を示すフローチャートである。 図８のステップＳ２のサブルーチンを示すフローチャートである。 図１の受電装置２０の制御回路２１によって実行される受電処理を示すフローチャートである。 図１の非接触電力伝送システムにおける電圧Ｖ１，Ｖ４，Ｖ５の波形を概略的に示す図である。 図８のステップＳ１３～Ｓ１４におけるスイッチング周波数ｆｓｗの探索及び決定を説明するための図である。 図１の非接触電力伝送システムの概略構成を示す等価回路図である。 図１のキャパシタＣ１，Ｃ２の容量を決定する方法を説明するための図である。 図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の他の配置を示す斜視図である。 図１の送電装置１０のキャパシタＣ１を除去した場合の構成を示す図である。 図１の受電装置２０のキャパシタＣ２を除去した場合の構成を示す図である。 図１のインバータ１３の変形例を示す回路図である。 図１の整流回路２２の第１の変形例を示す回路図である。 図１の整流回路２２の第２の変形例を示す回路図である。 図１の整流回路２２の第３の変形例を示す回路図である。 第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図２２の送電装置１０の制御回路１１によって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２３のステップＳ４１のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２３のステップＳ４２のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２２の受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂによって実行される受電処理を示すフローチャートである。 図２３のステップＳ４３における電圧Ｖ５及びスイッチング周波数ｆｓｗの決定を説明するための図である。 第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図２８の送電装置１０の制御回路１１によって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２８の受電装置２０Ｃの制御回路２１Ｃによって実行される受電処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態の変形例に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図３１の非接触電力伝送システムにおける電圧Ｖ１，Ｖ２の波形を概略的に示す図である。 第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図３３の送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及び補助コイルＬ３の配置を示す斜視図である。 図３３の非接触電力伝送システムの適用例を示す図である。 図３３の検出器１５によって検出される補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３の大きさの変化の一例を示すグラフである。 図３３の検出器１６によって検出される送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の大きさの変化の一例を示すグラフである。 図３３の送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１及び補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３に対して計算される送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２の一例を示すテーブルである。 図３３の送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅによって実行される送電処理を示すフローチャートである。 図３９のステップＳ１１２のサブルーチンを示すフローチャートである。 図３３の受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅによって実行される受電処理を示すフローチャートである。 図３３の非接触電力伝送システムにおける電圧Ｖ１，Ｖ３及び電流Ｉ１，Ｉ３の波形を概略的に示す図である。 図３３の非接触電力伝送システムの概略構成を示す等価回路図である。 第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図４４の送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第６の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図４６の送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図４８の送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図４８の受電装置２０の制御回路２１によって実行される受電処理を示すフローチャートである。 第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図５１の送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第９の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図５３の送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第１０の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図３３の送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及び補助コイルＬ４の配置を示す斜視図である。 図５５の受電装置２０Ｈの制御回路２１Ｈによって実行される受電処理を示すフローチャートである。

以下、本開示の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１の非接触電力伝送システムは、送電装置１０及び受電装置２０を含み、送電装置１０は受電装置２０に電力を非接触で伝送する。

送電装置１０は、少なくとも、制御回路１１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２、インバータ１３、通信装置１４、及び送電コイルＬ１を備える。

制御回路１１は、送電装置１０の全体の動作を制御する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は、交流電源１から入力された交流電圧を、制御回路１１の制御下で可変な大きさを有する直流の電圧Ｖ０に変換する。インバータ１３は、制御回路１１の制御下で可変なスイッチング周波数ｆｓｗで動作し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から入力された直流の電圧Ｖ０を交流の電圧Ｖ１に変換する。電圧Ｖ１は送電コイルＬ１に印加される。ここで、電圧Ｖ１の振幅は電圧Ｖ０の大きさに等しい。

本明細書では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３をまとめて「電源回路」ともいう。言い換えると、電源回路は、可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して送電コイルＬ１に供給する。

送電コイルＬ１は、送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送するとき、受電装置２０の受電コイルＬ２（後述）に電磁的に結合する。

通信装置１４は、受電装置２０に通信可能に接続され、受電装置２０から、受電装置２０の出力電圧（後述）の検出値を受信する。

制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。特に、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０の大きさと、インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗとを制御する。

受電装置２０は、少なくとも、受電コイルＬ２、電圧検出回路２４、及び通信装置２５を備える。

受電コイルＬ２は、送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送するとき、送電装置１０の送電コイルＬ１に電磁的に結合する。

受電装置２０の内部又は外部に負荷装置２３が設けられる。負荷装置２３は、例えば、充電池、モータ、電気回路、及び／又は電子回路などを含む。受電コイルＬ２を介して送電装置１０から受信された電力は、負荷装置２３に供給される。

本明細書では、負荷装置２３の消費電力又は消費電流を「負荷装置の負荷値」ともいう。

一般に、負荷装置２３は、経時的に変動する可変な負荷値を有する。例えば負荷装置２３が充電池である場合、負荷装置２３に流れる電流は充電池の充電率に応じて変動する。従って、負荷装置２３の負荷値の変動に応じて、負荷装置２３に印加される電圧が変動することがある。また、負荷装置２３に印加される電圧は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２（すなわち、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の距離）に応じて変動する。一方、送電装置１０の制御回路１１は、前述のように、受電装置２０の出力電圧（すなわち、負荷装置２３に印加される電圧）の検出値に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。このとき、送電装置１０の制御回路１１は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に依存するが、負荷装置２３の負荷値の変動に依存しない受電装置２０の出力電圧の検出値を取得することが望ましい。従って、受電装置２０は、予め決められた負荷値を有する負荷素子Ｒ０を備え、受電装置２０の出力電圧として、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４に代えて、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を検出してもよい。

本明細書では、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４又は負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を、「受電装置の出力電圧」ともいう。

電圧検出回路２４は、受電装置２０の出力電圧を検出する。図１の例では、電圧検出回路２４は、電圧Ｖ４及びＶ５の両方を検出するが、電圧Ｖ４及びＶ５の一方のみを検出してもよい。

通信装置２５は、送電装置１０に通信可能に接続され、受電装置２０の出力電圧の検出値を送電装置１０に送信する。

本明細書では、送電装置１０の制御回路１１を「第１の制御回路」ともいう。また、本明細書では、送電装置１０の通信装置１４を「第１の通信装置」ともいい、受電装置２０の通信装置２５を「第２の通信装置」ともいう。

送電装置１０の制御回路１１は、予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生するように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を用いて送電電力を発生しているときに受電装置２０において検出された受電装置２０の出力電圧の検出値を、通信装置１４を用いて受電装置２０から受信する。制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて、予め決められた周波数範囲において受電装置２０の負荷値に対する受電装置２０の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定する。制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて、安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに受電装置２０の出力電圧を予め決められた目標電圧にする送電電力の電圧を示す送電電圧を決定する。制御回路１１は、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

第１の実施形態では、制御回路１１及び通信装置１４をまとめて、送電装置１０の「制御装置」ともいう。

次に、図２～図４を参照して、図１の非接触電力伝送システムの動作についてさらに説明する。

図２は、比較例に係る非接触電力伝送システムの出力電圧の周波数特性を示すグラフである。図２の例は、送電装置が送電コイル及びキャパシタの直列共振回路を備え、受電装置が受電コイル及びキャパシタの直列共振回路を備え、所定のスイッチング周波数で動作するインバータによって発生された送電電力を送電装置から受電装置に伝送する場合を示す。図２の例では、送電コイル及び受電コイルは互いに等しい自己インダクタンスを有し、送電装置のキャパシタ及び受電装置のキャパシタは互いに等しい容量を有する。図２は、送電コイルに印加される電圧の振幅が一定である条件において、インバータのスイッチング周波数に対する受電装置の出力電圧の関係を示す。従来の非接触電力伝送システムでは、送電コイル及び受電コイルの間の伝送効率及び伝送距離を向上するために、送電コイル、受電コイル、及びキャパシタの共振周波数ｆｒに等しいスイッチング周波数においてインバータを動作させる場合が多い。この場合、送電コイルに印加される電圧の振幅が一定であっても、受電装置の出力電圧は、図２に示すように、受電装置の負荷値の変動（軽負荷又は重負荷）に応じて大きく変動することがわかる。

図３は、図１の非接触電力伝送システムの出力電圧の周波数特性を示すグラフである。図１の例では、送電装置１０が送電コイルＬ１及びキャパシタＣ１の直列共振回路を備え、受電装置２０が受電コイルＬ２及びキャパシタＣ２の直列共振回路を備える。図３の例では、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は互いに等しい自己インダクタンスを有するが、送電装置１０のキャパシタＣ１及び受電装置２０のキャパシタＣ２は互いに異なる容量を有する。図３もまた、送電コイルＬ１に印加される電圧Ｖ１の振幅が一定である条件において、インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗに対する受電装置２０の出力電圧の関係を示す。図３に示すように、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２と、負荷装置２３の負荷値とに依存して変化する。ただし、図３に示すように、あるスイッチング周波数ｆｓｗにおいて電力を伝送しているとき、負荷値に対する電圧Ｖ４（及び利得）の依存性が少なくとも局所的に最小化され、電圧Ｖ４（及び利得）は、負荷装置２３の負荷値にかかわらず実質的に一定になる。本明細書では、このようなスイッチング周波数ｆｓｗを「安定伝送周波数」ともいう。キャパシタＣ１，Ｃ２の容量を互いに異なる値に適宜に設定することにより、非接触電力伝送システムは安定伝送周波数を有する。図３の例では、結合率ｋ１２が小さいとき、非接触電力伝送システムは安定伝送周波数ｆｓｔ１を有し、結合率ｋ１２が大きいとき、非接触電力伝送システムは安定伝送周波数ｆｓｔ２を有する。安定伝送周波数は、送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及びキャパシタＣ１，Ｃ２の共振周波数ｆｒに一致することもあり、一致しないこともある。図３の例は、安定伝送周波数ｆｓｔ１，ｆｓｔ２が共振周波数ｆｒとは異なる場合を示す。

送電装置１０から受電装置２０に電力を非接触で伝送するとき、受電装置２０は送電装置１０に対して常に決まった位置に配置されるとは限らない。例えば、受電装置２０が充電池を備えた電動の車両であり、送電装置１０が車両のための充電台である場合を考える。この場合、車両が充電台の正面の位置からずれることにより、また、充電台及び車両の間の距離が変化することにより、車両が充電台に停止するごとに、例えば数ｍｍ～数十ｍｍのずれが発生することがある。従って、送電装置１０の送電コイルＬ１と受電装置２０の受電コイルＬ２との間の距離が変化し、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が変化する可能性がある。結合率ｋ１２が変化すると、図３に示すように、安定伝送周波数も変化する。実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、電力伝送を開始するごとに、その時点の送電装置１０及び受電装置２０の配置に応じた安定伝送周波数を決定し、インバータ１３を適切なスイッチング周波数ｆｓｗで動作させることができる。

図４は、図１の非接触電力伝送システムにおいて送電装置１０の電圧Ｖ０を制御することによる受電装置２０の電圧Ｖ４の変化を説明するための図である。図４に示すように、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２と、送電装置１０の電圧Ｖ０とに依存して変化する。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離が大きく、結合率ｋ１２が小さい場合、スイッチング周波数ｆｓｗがｆｓｔ１になるときに電圧Ｖ４が極大値になる。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離が小さく、結合率ｋ１２が大きい場合、スイッチング周波数ｆｓｗがｆｓｔ２になるときに電圧Ｖ４が極大値になる。ここで、距離及び結合率ｋ１２の大小は、相対的な大きさを意味する。制御回路１１は、安定伝送周波数ｆｓｔ１又はｆｓｔ２に合わせてインバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを設定する。負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４が目標電圧に満たない場合には、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を増大させることにより、電圧Ｖ４を目標電圧まで増大させる。負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４が目標電圧を超える場合には、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を低下させることにより、電圧Ｖ４を目標電圧まで低下させる。

実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０に余分な回路を必要とすることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置１０を制御することができる。

インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを安定伝送周波数に合わせて設定することにより、負荷装置２３の負荷値の変動に応じて送電装置１０及び／又は受電装置２０を制御することが不要になる。負荷装置２３の負荷値が変動しても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を変化させることなく、また、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給することができる。また、負荷装置２３にその所望電圧を供給するために受電装置２０にＤＣ／ＤＣ変換器などを設けることが不要になるので、高効率で動作する、小型、軽量、かつ低コストの受電装置を提供することができる。

本開示の各実施形態によれば、受電装置２０は充電池を備えた電子機器（例えば、ノートブック型コンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話機など）であってもよく、送電装置１０はその充電器であってもよい。また、本開示の各実施形態によれば、受電装置２０は充電池を備えた電動の車両（例えば、電気自動車又は無人搬送車（automated guided vehicle））であってもよく、送電装置１０はその充電台であってもよい。また、本開示の各実施形態によれば、受電装置２０は、搬送時に荷物に対して何らかの作業を行うために電源を必要とするパレットであってもよく、送電装置１０は、そのようなパレットに電力を供給可能なコンベアなどであってもよい。また、本開示の各実施形態によれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離が変化しない非接触電力伝送システムにも有効に適用可能である。この場合、例えば、送電装置１０及び受電装置２０は、ロボットアームの先端などにおける駆動機構に電力を供給するために、ロボットアームの関節などにおいてスリップリングに代えて設けられてもよい。

例えば負荷装置が充電池である場合、充電池に流れる電流は、充電池の充電率が増大するにつれて減少する。従って、充電池に流れる電流（すなわち負荷装置の負荷値）の変動に応じて、充電池に印加される電圧が変動する。なお、従来、充電池の充電制御方法の１つとして、ＣＣＣＶ（Constant Current, Constant Voltage）充電が知られている。ＣＣＣＶ充電を行う場合、従来の受電装置では、「受電コイル→整流回路→ＤＣ／ＤＣ変換器→充電制御回路→充電池」の順に電力が伝送されることが多い。ここで、充電制御回路は、充電池に対してＣＣＣＶ充電を行う。また、ＤＣ／ＤＣ変換器は、充電池に流れる電流（すなわち負荷装置の負荷値）に依存することなく、一定の範囲内の電圧を発生して充電制御回路に供給する。しかしながら、受電装置のサイズ、重量、及びコストを削減するためには、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器を必要とすることなく、一定の範囲内の電圧を発生して充電制御回路に供給することが求められる。実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、安定伝送周波数に合わせてインバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを設定することにより、受電装置２０に余分な回路（ＤＣ／ＤＣ変換器など）を必要とすることなく、負荷装置２３にその所望電圧を供給することができる。また、実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、既存の充電制御回路の再設計などを必要とすることなく、ＣＣＣＶ充電を行うことができる。

［第１の実施形態］
次に、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成の一例について、さらに詳細に説明する。第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、受電装置が予め決められた負荷値を有する１つの負荷素子を備え、負荷素子に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。

［第１の実施形態の構成例］
図１に示すように、送電装置１０は交流電源１から電力供給を受ける。交流電源１は、例えば商用電力である。

図１の例では、送電装置１０は、制御回路１１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２、インバータ１３、通信装置１４、キャパシタＣ１、磁性体コアＦ１、及び送電コイルＬ１を備える。

制御回路１１は、送電装置１０の全体の動作を制御する。特に、制御回路１１は、前述のように、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０の大きさと、インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗとを制御する。これにより、制御回路１１は、安定伝送周波数を含む予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生する。制御回路１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、図８及び図９を参照して後述する送電処理を実行する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は、交流電源１から入力された交流電圧を、制御回路１１の制御下で可変な大きさを有する直流の電圧Ｖ０に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は力率改善回路を備えてもよい。インバータ１３は、前述のように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から入力された直流の電圧Ｖ０を交流の電圧Ｖ１に変換する。インバータ１３は、例えば、スイッチング周波数ｆｓｗを有する矩形波の交流の電圧Ｖ１を発生する。インバータ１３は、制御回路１１の制御下で可変なスイッチング周波数ｆｓｗで動作する。

図５は、図１のインバータ１３の構成を示す回路図である。インバータ１３は、例えば、４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を含むフルブリッジ型のインバータであってもよい。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えば、制御回路１１又は他の回路によってオン・オフされる電界効果トランジスタである。

送電装置１０はキャパシタＣ１を備える。キャパシタＣ１は、ＬＣ共振回路を構成するように送電コイルＬ１に接続される。キャパシタＣ１を備えることにより、受電装置２０の出力電圧の利得を調整したり、電力伝送の効率を向上したりすることができる。

送電装置１０は磁性体コアＦ１を備えてもよい。この場合、送電コイルＬ１は磁性体コアＦ１に巻回されてもよい。送電コイルＬ１を磁性体コアＦ１に巻回することにより、送電コイルＬ１の磁束密度を増大させることができ、また、漏洩磁束を低減することができる。

通信装置１４は、無線（例えば赤外線）又は有線により、受電装置２０の通信装置２５（後述）と通信可能に接続される。前述のように、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を用いて送電電力を発生しているときに受電装置２０において検出された受電装置２０の出力電圧の検出値を、通信装置１４を介して受電装置２０から受信する。また、制御回路１１は、受電装置２０が電力伝送を要求していることを示す制御信号を、通信装置１４を介して受電装置２０から受信してもよい。また、制御回路１１は、受電装置２０が電力伝送の停止を要求していることを示す制御信号を、通信装置１４を介して受電装置２０から受信してもよい。また、制御回路１１は、負荷装置２３に供給すべき電圧及び／又は電流の値などを示す信号を、通信装置１４を介して受電装置２０から受信してもよい。また、受電装置２０が通常モード及びテストモード（後述）を有する場合、制御回路１１は、テストモードへの遷移又は通常モードへの遷移を要求する制御信号を、通信装置１４を介して受電装置２０に送信してもよい。

制御回路１１は、前述のように、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。制御回路１１は、送電装置１０から受電装置２０に電力伝送を開始するとき、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。また、制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値が、安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から大きく変化したとき、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。これにより、制御回路１１は、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

図１の例では、受電装置２０は、制御回路２１、整流回路２２、負荷装置２３、電圧検出回路２４、通信装置２５、キャパシタＣ２，Ｃ１０、磁性体コアＦ２、受電コイルＬ２、負荷素子Ｒ０、及びスイッチ回路ＳＷを備える。

制御回路２１は、受電装置２０の全体の動作を制御する。特に、制御回路２１は、後述するように、スイッチ回路ＳＷを制御する。制御回路２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図１０を参照して後述する受電処理を実行する。

本明細書では、受電装置２０の制御回路２１を「第２の制御回路」ともいう。

送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送するとき、受電コイルＬ２が送電コイルＬ１に電磁的に結合することにより、受電コイルＬ２に電流Ｉ２及び電圧Ｖ２が発生する。

受電装置２０はキャパシタＣ２を備える。キャパシタＣ２は、ＬＣ共振回路を構成するように受電コイルＬ２に接続される。キャパシタＣ２を備えることにより、受電装置２０の出力電圧の利得を調整したり、電力伝送の効率を向上したりすることができる。

受電装置２０は磁性体コアＦ２を備えてもよい。この場合、受電コイルＬ２は磁性体コアＦ２に巻回されてもよい。受電コイルＬ２を磁性体コアＦ２に巻回することにより、受電コイルＬ２の磁束密度を増大させることができ、また、漏洩磁束を低減することができる。

整流回路２２及びキャパシタＣ１０は、受電コイルＬ２から入力された交流の電圧Ｖ２を直流の電圧に変換する。整流回路２２は力率改善回路を備えてもよい。

図６は、図１の整流回路２２の構成を示す回路図である。整流回路２２は、例えば、４つのダイオードＤ１～Ｄ４を含む全波整流回路であってもよい。

受電装置２０は、負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを備えてもよい。この場合、整流回路２２から出力された電圧は、制御回路２１の制御下で動作するスイッチ回路ＳＷを介して、負荷装置２３又は負荷素子Ｒ０に選択的に供給される。例えば負荷装置２３が充電池である場合、負荷装置２３は、充電池の充電率に応じて変動する可変な負荷値を有する。一方、負荷素子Ｒ０は、予め決められた負荷値を有する。負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータよりも簡単な構成を有し、負荷装置２３への電力伝送の効率に影響しにくいように構成される。負荷素子Ｒ０の負荷値は、負荷装置２３の定格の負荷値より大きいほうが安定伝送周波数を特定しやすい。負荷素子Ｒ０は、負荷装置２３の負荷値よりも小さな負荷値を有してもよい。受電装置２０は、整流回路２２から出力された電圧を負荷装置２３に供給する通常モードと、整流回路２２から出力された電圧を負荷素子Ｒ０に供給するテストモードとを有する。

本明細書では、スイッチ回路ＳＷを「第１のスイッチ回路」ともいう。

電圧検出回路２４は、テストモードにおいて、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を受電装置２０の出力電圧として検出する。また、電圧検出回路２４は、通常モードにおいて、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４を受電装置２０の出力電圧として検出する。

通信装置２５は、前述のように、無線（例えば赤外線）又は有線により、送電装置１０の通信装置１４と通信可能に接続される。制御回路２１は、電圧検出回路２４によって検出された受電装置２０の出力電圧（すなわち、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５）の検出値を、通信装置２５を介して送電装置１０に送信する。制御回路２１は、受電装置２０が電力伝送を要求していることを示す制御信号を、通信装置２５を介して送電装置１０に送信してもよい。また、制御回路２１は、受電装置２０が電力伝送の停止を要求していることを示す制御信号を、通信装置２５を介して送電装置１０に送信してもよい。また、制御回路２１は、負荷装置２３に供給すべき電圧及び／又は電流の値などを示す信号を、通信装置２５を介して送電装置１０に送信してもよい。

送電装置１０の制御回路１１は、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗを決定するとき、テストモードへの遷移を要求する制御信号を、通信装置１４を用いて受電装置２０に送信する。一方、制御回路１１は、負荷装置２３に電力を供給するための通常の送電を行うとき、通常モードへの遷移を要求する制御信号を、通信装置１４を用いて受電装置２０に送信する。

受電装置２０の制御回路２１は、テストモードへの遷移又は通常モードへの遷移を要求する制御信号を、通信装置２５を介して送電装置１０から受信する。制御回路２１は、テストモードへの遷移を要求する制御信号を受信したとき、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える。この場合、負荷素子Ｒ０に電圧Ｖ５が印加される。また、制御回路２１は、通常モードへの遷移を要求する制御信号を受信したとき、受電装置２０の出力電圧を負荷装置２３に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える。この場合、負荷装置２３に電圧Ｖ４が印加される。

受電装置２０の制御回路２１は、受電装置２０において過電圧を検出したとき、すなわち、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４が所定のしきい値を超えたとき、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換えてもよい。これにより、負荷装置２３を過電圧から保護することができる。

図７は、図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の配置を示す斜視図である。前述したように、送電コイルＬ１は磁性体コアＦ１に巻回されてもよく、受電コイルＬ２は磁性体コアＦ２に巻回されてもよい。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は結合率ｋ１２で互いに電磁的に結合する。

受電装置２０において発生する電圧（整流回路２２から出力された電圧Ｖ４、など）は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に応じて変化する。結合率ｋ１２が増大すると電圧も増大し、結合率ｋ１２が低下すると電圧も低下する。送電装置１０及び受電装置２０の各回路パラメータは、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が最大になり、かつ、電圧Ｖ４が最大値又は極大値になる周波数で動作するときであっても、受電装置２０において過電圧が発生しないように決定される。

［第１の実施形態の動作例］
図８は、図１の送電装置１０の制御回路１１によって実行される送電処理を示すフローチャートである。図９は、図８のステップＳ２のサブルーチンを示すフローチャートである。図１０は、図１の受電装置２０の制御回路２１によって実行される受電処理を示すフローチャートである。

例えば、受電装置２０が送電装置１０から電力を受信可能な位置に配置されたとき、送電処理及び受電処理が開始される。図１０のステップＳ２１において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて、電力供給を要求する制御信号を送電装置１０に送信する。図８のステップＳ１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、電力供給を要求する制御信号を受電装置２０から受信する。

図８のステップＳ２において、送電装置１０の制御回路１１は、電力制御処理を実行する。

図９のステップＳ１１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、受電装置２０をテストモードに遷移させる制御信号を受電装置２０に送信する。図１０のステップＳ２２において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて送電装置１０から制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える（すなわち、テストモードに遷移する）。

図９のステップＳ１２において、送電装置１０の制御回路１１は、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗをテストモードの規定値に設定し、テストモードの送電を開始する。前述のように、受電装置２０において発生する電圧は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に応じて変化する。従って、受電装置２０において過電圧が発生しないようにするために、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を予め決められた非ゼロの最小値に設定し、インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを最小値又は最大値に設定する。電圧Ｖ０の最小値は、電圧検出回路２４によって検出可能な電圧Ｖ５が負荷素子Ｒ０に生じるように設定される。電圧Ｖ０の最小値と、スイッチング周波数ｆｓｗの最小値又は最大値とを、テストモードの規定値として使用する。図１０のステップＳ２３において、受電装置２０の制御回路２１は、電圧検出回路２４を用いて負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を検出し、通信装置２５を用いて電圧Ｖ５を送電装置１０に通知する。

図１１は、図１の非接触電力伝送システムにおける電圧Ｖ１，Ｖ４，Ｖ５の波形を概略的に示す図である。前述のように、インバータ１３は、例えば、矩形波の交流の電圧Ｖ１を発生する。負荷装置２３には直流の電圧Ｖ４が印加され、負荷素子Ｒ０にもまた直流の電圧Ｖ５が印加される。

図９のステップＳ１３において、送電装置１０の制御回路１１は、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させながらテストモードの送電を継続し、通信装置１４を用いて受電装置２０から電圧Ｖ５の値を取得する。図９のステップＳ１４において、送電装置１０の制御回路１１は、予め決められた周波数範囲においてスイッチング周波数ｆｓｗを変化させるとき、局所的に最大化される電圧Ｖ５と、電圧Ｖ５を局所的に最大化するスイッチング周波数ｆｓｔとを決定する。

図１２は、図９のステップＳ１３～Ｓ１４におけるスイッチング周波数ｆｓｔの探索及び決定を説明するための図である。送電装置１０の制御回路１１は、探索方法Ａ及びＢのいずれかを用いて、電圧Ｖ５を局所的に最大化するスイッチング周波数ｆｓｔを決定する。

図１２の探索方法Ａによれば、予め決められた周波数範囲ｆ１～ｆ２において、スイッチング周波数ｆｓｗを下限の周波数ｆ１から上限の周波数ｆ２に向かって一度だけスイープしながら、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を検出する。周波数範囲ｆ１～ｆ２において、電圧Ｖ５が最大になるときのスイッチング周波数ｆｓｔを安定伝送周波数として決定する。

探索方法Ａによれば、スイッチング周波数ｆｓｗを上限の周波数ｆ２から下限の周波数ｆ１に向かって一度だけスイープしながら、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を検出してもよい。

図１２の探索方法Ｂによれば、所定の初期値のスイッチング周波数ｆｓｗ（例えば周波数ｆ１又はｆ２）から開始して、スイッチング周波数ｆｓｗを一方向にスイープしながら（すなわち増加又は減少させながら）、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を検出する。電圧Ｖ５が増大している間には、スイッチング周波数ｆｓｗを同じ方向にスイープし続け、電圧Ｖ５が減少したとき、スイッチング周波数ｆｓｗをスイープする向きを反転する（すなわち減少又は増加させる）。これらのステップを反復的に実行することにより、電圧Ｖ５が最大になるときのスイッチング周波数ｆｓｔを安定伝送周波数として決定する。各反復におけるスイッチング周波数ｆｓｗの変動がゼロになったとき、又は、予め決められたしきい値（百分率又は電圧値）以内になったとき、処理を終了する。探索方法Ｂを「山登り法」ともいう。

探索方法Ａは、探索方法Ｂよりも簡単な処理で実施可能である。一方、探索方法Ｂは、周波数範囲ｆ１～ｆ２の全体にわたってスイッチング周波数ｆｓｗをスイープしなくてもよいので、条件によっては、探索方法Ａよりも短時間で実施可能である。また、探索方法Ｂは、例えば、最大電力点追従制御（Maximum Power Point Tracking: MPPT）に適用可能である。

局所的に最大化される電圧Ｖ５を求めることにより、スイッチング周波数ｆｓｔで電力を伝送するときの非接触電力伝送システムの利得Ｇ＝Ｖ５／Ｖ０がわかる。

ステップＳ１４において電圧Ｖ５を局所的に最大化するスイッチング周波数ｆｓｔが決定されたとき、次いで、図９のステップＳ１５において、送電装置１０の制御回路１１は、テストモードの送電を停止する。

図９のステップＳ１６において、送電装置１０の制御回路１１は、非接触電力伝送システムの利得Ｇ＝Ｖ５／Ｖ０に基づいて、負荷装置２３の所望の電圧Ｖ４に対応する、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を送電電圧として決定する。ここで、通常モードにおける非接触電力伝送システムの利得Ｖ４／Ｖ０は、テストモードにおける非接触電力伝送システムの利得Ｖ５／Ｖ０と等価であるとみなされる。

図９のステップＳ１７において、送電装置１０の制御回路１１は、ステップＳ１６において決定された電圧Ｖ０をＡＣ／ＤＣコンバータ１２に設定し、ステップＳ１４において決定されたスイッチング周波数ｆｓｔをインバータ１３に設定する。

図９のステップＳ１８において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、受電装置２０を通常モードに遷移させる制御信号を受電装置２０に送信する。図１０のステップＳ２４において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて送電装置１０から制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０の出力電圧を負荷装置２３に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える（すなわち、通常モードに遷移する）。

図９のステップＳ１９において、送電装置１０の制御回路１１は、ステップＳ１８において設定された電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｔで、通常モードの送電を開始する。

送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送しているとき、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が変化すると、非接触電力伝送システムの安定伝送周波数及び利得も変化する。この場合、送電装置１０の制御回路１１は、以下に説明するように、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。

図１０のステップＳ２５において、受電装置２０の制御回路２１は、電圧検出回路２４を用いて負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４を検出し、通信装置２５を用いて電圧Ｖ４を送電装置１０に通知する。図８のステップＳ３において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて受電装置２０から電圧Ｖ４の値を取得する。

図８のステップＳ４において、送電装置１０の制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値が、安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から所定のしきい値よりも大きく変化したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２に戻り、ＮＯのときはステップＳ５に進む。

図８のステップＳ４からステップＳ２に戻ったとき、送電装置１０の制御回路１１は、図９を参照して説明した電力制御処理を再び実行する。前述のように、図９のステップＳ１１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、受電装置２０をテストモードに遷移させる制御信号を受電装置２０に送信する。図１０のステップＳ２６において、受電装置２０の制御回路２１は、送電装置１０から制御信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２２に戻り、ＮＯのときはステップＳ２７に進む。

図１の受電装置２０は、受電装置２０において過電圧を検出したとき、以下に説明するように、負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを用いて、負荷装置２３を過電圧から保護してもよい。

図１０のステップＳ２７において、受電装置２０の制御回路２１は、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４が所定のしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２８に進み、ＮＯのときはステップＳ２９に進む。図１０のステップＳ２８において、受電装置２０の制御回路２１は、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える。

図１０のステップＳ２９において、受電装置２０の制御回路２１は、負荷装置２３の動作が停止するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０に進み、ＮＯのときはステップＳ２５に戻る。例えば負荷装置２３が充電池である場合、負荷装置２３は充電が完了したことを制御回路２１に通知してもよく、制御回路２１は、負荷装置２３からの信号に基づいて、負荷装置２３の動作が停止するか否かを判断してもよい。また、負荷装置２３は、ユーザ入力に基づいて、その動作を開始及び停止してもよく、制御回路２１は、このユーザ入力に基づいて、負荷装置２３の動作が停止するか否かを判断してもよい。

図１０のステップＳ３０において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて、電力伝送の停止を要求する制御信号を送電装置１０に送信する。図８のステップＳ５において、送電装置１０の制御回路１１は、受電装置２０から電力供給の停止が要求されたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ６に進み、ＮＯのときはステップＳ３に戻る。図８のステップＳ６において、送電装置１０の制御回路１１は、通常モードの送電を停止する。

［第１の実施形態の動作原理］
次に、図１３及び図１４を参照して、図１の非接触電力伝送システムの動作原理について説明する。

図１３は、図１の非接触電力伝送システムの概略構成を示す等価回路図である。図１３の等価回路図を参照して、非接触電力伝送システムの安定伝送周波数及び利得が送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に依存することについて説明する。送電コイルＬ１は、自己インダクタンス（同符号「Ｌ１」により示す）及び抵抗Ｒｗ１を有し、受電コイルＬ２は、自己インダクタンス（同符号「Ｌ２」により示す）及び抵抗Ｒｗ２を有する。さらに、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は、結合率ｋ１２で互いに結合され、相互インダクタンスＭ１２を有する。また、符号Ｒｌｄは、受電装置２０の負荷値（すなわち、負荷装置２３又は負荷素子Ｒ０の負荷値）を示す。図１３のシステムは、次式の行列Ｆ（「Ｆパラメータ」又は「ＡＢＣＤパラメータ」ともいう）によって表される。

ここで、Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｅ、Ｆｆ、及びＦｇはそれぞれ、次式のように、図１３のキャパシタＣ１、抵抗Ｒｗ１、送電コイルＬ１、相互インダクタンスＭ１２、受電コイルＬ２、抵抗Ｒｗ２、キャパシタＣ２の伝送パラメータを示す。

数２～数８では、スイッチング周波数ｆｓｗを「ω」により示す。また、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の相互インダクタンスＭ１２は、次式によって表される。

図１３のシステムの利得Ｇ１は、次式によって表される。

ここで、ａ１１及びａ１２は、数１の行列Ｆの成分である。

数１～数１０によれば、利得Ｇ１はスイッチング周波数ωに依存して変化し、利得Ｇ１の周波数特性は結合率ｋ１２に依存して変化することがわかる。従って、安定伝送周波数（すなわち、受電装置２０の負荷値Ｒｌｄに対する利得Ｇ１の依存性を最小化する周波数）は、結合率ｋ１２に依存して変化する。特に、数１０によれば、ａ１２の絶対値を最小化する、好ましくはゼロにすることにより、受電装置２０の負荷値Ｒｌｄに対する利得Ｇ１の依存性を最小化又は除去することができる。従って、スイッチング周波数ωは、ａ１２＝０を満たすように、又は少なくとも、ａ１２の絶対値を最小化するように決定される。

利得Ｇ１は、Ｇ１＝Ｖ５／Ｖ０とも表される。ここで、電圧Ｖ０は既知であり、電圧Ｖ５は検出値である。前述したように、通常モードにおける非接触電力伝送システムの利得は、テストモードにおける非接触電力伝送システムの利得と等価であるとみなされるので、通常モードにおいてＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０は、テストモードにおける利得Ｇ１＝Ｖ５／Ｖ０に基づいて、所望の電圧Ｖ４を負荷装置２３に印加するように決定される。

図１４は、図１のキャパシタＣ１，Ｃ２の容量を決定する方法を説明するための図である。非接触電力伝送システムのインバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗは、関連規制により、予め決められた周波数範囲ｆ１～ｆ２に制限されている。例えば、８５ｋＨｚ帯を使用する非接触電力伝送システムの場合は、スイッチング周波数ｆｓｗは７９～９０ｋＨｚに制限されている。また、非接触電力伝送システムの安定伝送周波数は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に応じて変化し、かつ、キャパシタＣ１，Ｃ２の容量に応じて変化する。

非接触電力伝送システムを安定伝送周波数で動作させるために、キャパシタＣ１，Ｃ２の容量は以下のように決定される。まず、送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送可能であるように送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離を変化させ、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離が最大及び最小になるときの結合率ｋ１２及び自己インダクタンスを計算又は測定する。ここで、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の巻線を磁性体コアの周りに巻回している場合、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の自己インダクタンスは、結合率ｋ１２に依存して（すなわち、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離に依存して）変化する。また、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に代えて、相互インダクタンスＭ１２を計算又は測定してもよい。次いで、計算又は測定された送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２及び自己インダクタンスに基づいて、例えば数１～数１０を用いて、非接触電力伝送システムの利得の周波数特性を計算する。

図１４の例では、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離が最大になるとき（すなわち、結合率ｋ１２が最小になるとき）、非接触電力伝送システムは安定伝送周波数ｆｓｔ１を有する。また、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離が最小になるとき（すなわち、結合率ｋ１２が最大になるとき）、非接触電力伝送システムは安定伝送周波数ｆｓｔ２を有する。

キャパシタＣ１，Ｃ２の容量は、安定伝送周波数ｆｓｔ１及びｆｓｔ２の両方が周波数範囲ｆ１～ｆ２に含まれるように決定される。キャパシタＣ１，Ｃ２の容量は、例えば、互いに異なる値に設定される。

図１４を参照して説明したようにキャパシタＣ１，Ｃ２の容量を決定することにより、あるスイッチング周波数ｆｓｔにおいて、受電装置２０の負荷値に対する受電装置２０の出力電圧の依存性を少なくとも局所的に最小化することができる。

［第１の実施形態の変形例］
図１５は、図１の送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の他の配置を示す斜視図である。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は、図７に示すような磁性体コアＦ１，Ｆ２の周りに巻回されることに限定されず、例えば、図１５に示すような磁性体Ｆ１Ａ，Ｆ２Ａの近傍に配置されてもよく、他の形態で配置されてもよい。

図１６は、図１の送電装置１０のキャパシタＣ１を除去した場合の構成を示す図である。図１７は、図１の受電装置２０のキャパシタＣ２を除去した場合の構成を示す図である。非接触電力伝送システムの安定伝送周波数が予め決められた周波数範囲ｆ１～ｆ２（すなわち、インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗの範囲であり、かつ、関連規制により制限された範囲）に含まれるのであれば、送電装置１０及び受電装置２０の一方のキャパシタを除去してもよい。これにより、送電装置１０又は受電装置２０の部品点数を削減することができる。

図１８は、図１のインバータ１３の変形例を示す回路図である。図１の送電装置１０は、図５のフルブリッジ型のインバータ１３に代えて、図１８のハーフブリッジ型のインバータ１３Ａを備えてもよい。インバータ１３Ａは２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む。ハーフブリッジ型のインバータ１３Ａを備えることにより、送電装置１０の部品点数を削減することができる。

一方、図５のフルブリッジ型のインバータ１３を備えることにより、送電コイルＬ１に印加される電圧Ｖ１の振幅は、ハーフブリッジ型のインバータ１３Ａを用いる場合の２倍になる。したがって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０の振幅を、ハーフブリッジ型のインバータ１３Ａを用いる場合の半分にすることができる。

図１９は、図１の整流回路２２の第１の変形例を示す回路図である。図１の受電装置２０は、図６のダイオードＤ１～Ｄ４を含む整流回路２２に代えて、図１９のスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を含む整流回路２２Ａ１を備えてもよい。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４は、例えば、制御回路２１又は他の回路によってオン・オフされる電界効果トランジスタである。整流回路２２Ａ１は、同期整流回路として動作する。同期整流回路として動作する整流回路２２Ａ１を用いることにより、非接触電力伝送システムの全体の電力変換効率を向上することが期待される。

図２０は、図１の整流回路２２の第２の変形例を示す回路図である。図１の受電装置２０は、ダイオードＤ１～Ｄ４を含む全波整流回路である図６の整流回路２２に代えて、ダイオードＤ１～Ｄ２を含む倍電圧整流回路である図２０の整流回路２２Ａ２を備えてもよい。倍電圧整流回路である整流回路２２Ａ２を備えることにより、負荷装置２３に印加される電圧は、全波整流回路である整流回路２２を用いる場合の２倍になる。したがって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０の振幅を、全波整流回路である整流回路２２を用いる場合の半分にすることができる。

図２１は、図１の整流回路２２の第３の変形例を示す回路図である。図１の受電装置２０は、ダイオードＤ１～Ｄ４を含む全波整流回路である図６の整流回路２２に代えて、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２を含む倍電圧整流回路である図２１の整流回路２２Ａ３を備えてもよい。整流回路２２Ａ３は、同期整流回路として動作する。倍電圧整流回路である整流回路２２Ａ３を備えることにより、負荷装置２３に印加される電圧は、全波整流回路である整流回路２２Ａ１を用いる場合の２倍になる。したがって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０の振幅を、全波整流回路である整流回路２２Ａ１を用いる場合の半分にすることができる。

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを安定伝送周波数に合わせて設定することにより、負荷装置２３の負荷値の変動に応じて送電装置１０及び／又は受電装置２０を制御することが不要になる。負荷装置２３の負荷値が変動しても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を変化させることなく、また、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給することができる。また、負荷装置２３にその所望電圧を供給するために受電装置２０にＤＣ／ＤＣ変換器などを設けることが不要になるので、高効率で動作する、小型、軽量、かつ低コストの受電装置を提供することができる。

また、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が変化しない限り、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０及びインバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを変化させることは不要である。これにより、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗを変化させる頻度が小さくなるので、負荷装置２３の負荷値をモニタリングして受電装置２０から送電装置１０にリアルタイムでフィードバックすることによる遅延の影響を受けにくくなり、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給することができる。

また、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、予め決められた負荷値を有する負荷素子Ｒ０を用いることにより、安定伝送周波数を正確に決定することができる。

また、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ０を局所的に最大化するスイッチング周波数ｆｓｔを決定することにより、安定伝送周波数を簡単に決定することができる。

また、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０の出力電圧の検出値が大きく変化したとき、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２の変化に追従することができる。

また、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを用いることにより、負荷装置２３を過電圧から保護することができる。

また、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電コイルＬ２及びキャパシタＣ２の共振を利用することで、伝送効率及び伝送距離を向上することができる。

このように、第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０に余分な回路を必要とすることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置１０を制御することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、受電装置が予め決められた互いに異なる負荷値を有する２つの負荷素子を備え、各負荷素子に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。

［第２の実施形態の構成例］
図２２は、第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２２の非接触電力伝送システムは、送電装置１０及び受電装置２０Ｂを含む。

図２２の送電装置１０は、図２３～図２５を参照して後述する電力制御処理を実行することの他は、図１の送電装置１０と同様に構成され、同様に動作する。

受電装置２０Ｂは、図１の制御回路２１、電圧検出回路２４、負荷素子Ｒ０、及びスイッチ回路ＳＷに代えて、制御回路２１Ｂ、電圧検出回路２４Ｂ、負荷素子Ｒ０ａ，Ｒ０ｂ、及びスイッチ回路ＳＷＢを備える。

制御回路２１Ｂは、受電装置２０Ｂの全体の動作を制御する。特に、制御回路２１Ｂは、後述するように、スイッチ回路ＳＷＢを制御する。制御回路２１Ｂは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図２６を参照して後述する受電処理を実行する。

整流回路２２から出力された電圧は、制御回路２１Ｂの制御下で動作するスイッチ回路ＳＷＢを介して、負荷装置２３、負荷素子Ｒ０ａ、及び負荷素子Ｒ０ｂのうちの１つに選択的に供給される。負荷素子Ｒ０ａは、所定の負荷値（「第１の負荷値」又は「軽負荷」ともいう）を有し、負荷素子Ｒ０ｂは、負荷素子Ｒ０ａの負荷値よりも大きい負荷値（「第２の負荷値」又は「重負荷」ともいう）を有する。受電装置２０Ｂは、整流回路２２から出力された電圧を負荷装置２３に供給する通常モードと、整流回路２２から出力された電圧を負荷素子Ｒ０ａに供給するテストモードＡと、整流回路２２から出力された電圧を負荷素子Ｒ０ｂに供給するテストモードＢとを有する。

本明細書では、負荷素子Ｒ０ａを「第１の負荷素子」ともいい、負荷素子Ｒ０ｂを「第２の負荷素子」ともいう。

電圧検出回路２４Ｂは、負荷素子Ｒ０ａに印加される電圧Ｖ５ａと、負荷素子Ｒ０ｂに印加される電圧Ｖ５ｂとを、受電装置２０Ｂの出力電圧として検出する。

制御回路２１Ｂは、電圧検出回路２４Ｂによって検出された電圧Ｖ５ａ，Ｖ５ｖを、通信装置２５を用いて送電装置１０に送信する。

送電装置１０の制御回路１１は、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗを決定するとき、テストモードＡへの遷移を要求する制御信号と、テストモードＢへの遷移を要求する制御信号とを、通信装置１４を用いて受電装置２０Ｂに送信する。一方、制御回路１１は、負荷装置２３に電力を供給するための通常の送電を行うとき、通常モードへの遷移を要求する制御信号を、通信装置１４を用いて受電装置２０Ｂに送信する。

受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、テストモードＡへの遷移、テストモードＢへの遷移、又は通常モードへの遷移を要求する制御信号を、通信装置２５を介して送電装置１０から受信する。制御回路２１Ｂは、テストモードＡへの遷移を要求する制御信号を受信したとき、受電装置２０Ｂの出力電圧を負荷素子Ｒ０ａに供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える。この場合、負荷素子Ｒ０ａに電圧Ｖ５ａが印加される。また、制御回路２１Ｂは、テストモードＢへの遷移を要求する制御信号を受信したとき、受電装置２０Ｂの出力電圧を負荷素子Ｒ０ｂに供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える。この場合、負荷素子Ｒ０ｂに電圧Ｖ５ｂが印加される。また、制御回路２１Ｂは、通常モードへの遷移を要求する制御信号を受信したとき、受電装置２０Ｂの出力電圧を負荷装置２３に供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える。この場合、負荷装置２３に電圧Ｖ４が印加される。

他の点では、受電装置２０Ｂは、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。

［第２の実施形態の動作例］
図２３は、図２２の送電装置１０の制御回路１１によって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図２４は、図２３のステップＳ４１のサブルーチンを示すフローチャートである。図２５は、図２３のステップＳ４２のサブルーチンを示すフローチャートである。図２６は、図２２の受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂによって実行される受電処理を示すフローチャートである。

図２２の送電装置１０の制御回路１１は、図８と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０の制御回路１１は、図８のステップＳ２において、図９の電力制御処理に代えて、図２３の電力制御処理を実行する。

例えば、受電装置２０Ｂが送電装置１０から電力を受信可能な位置に配置されたとき、送電処理及び受電処理が開始される。図２６のステップＳ７１において、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、通信装置２５を用いて、電力供給を要求する制御信号を送電装置１０に送信する。図８のステップＳ１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、電力供給を要求する制御信号を受電装置２０Ｂから受信する。

図８のステップＳ２において、送電装置１０の制御回路１１は、前述のように、図２３の電力制御処理を実行する。

図２３のステップＳ４１において、送電装置１０の制御回路１１は、第１の電圧検出処理を実行する。

図２４のステップＳ５１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、受電装置２０ＢをテストモードＡに遷移させる制御信号を受電装置２０Ｂに送信する。図２６のステップＳ７２において、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、通信装置２５を用いて送電装置１０から制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０Ｂの出力電圧を負荷素子Ｒ０ａに供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える（すなわち、テストモードＡに遷移する）。

図２４のステップＳ５２において、送電装置１０の制御回路１１は、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗをテストモードの規定値に設定し、テストモードの送電を開始する。電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗの規定値は、テストモードＡ及びＢにおいて共通であり、例えば図９のステップＳ２において説明したものと同様に設定される。図２６のステップＳ７３において、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、電圧検出回路２４Ｂを用いて負荷素子Ｒ０ａに印加される電圧Ｖ５ａを検出し、通信装置２５を用いて電圧Ｖ５ａを送電装置１０に通知する。

図２４のステップＳ５３において、送電装置１０の制御回路１１は、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させながらテストモードの送電を継続し、通信装置１４を用いて受電装置２０Ｂから電圧Ｖ５ａの値を取得する。これにより、送電装置１０の制御回路１１は、受電装置２０Ｂの出力電圧が負荷素子Ｒ０ａに供給されているとき、受電装置２０Ｂの出力電圧の検出値に基づいて、受電装置２０Ｂの出力電圧の周波数特性を示す電圧Ｖ５ａを取得する。

図２４のステップＳ５４において、送電装置１０の制御回路１１は、テストモードの送電を停止する。

図２３のステップＳ４２において、送電装置１０の制御回路１１は、第２の電圧検出処理を実行する。

図２５のステップＳ６１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、受電装置２０ＢをテストモードＢに遷移させる制御信号を受電装置２０Ｂに送信する。図２６のステップＳ７４において、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、通信装置２５を用いて送電装置１０から制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０Ｂの出力電圧を負荷素子Ｒ０ｂに供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える（すなわち、テストモードＢに遷移する）。

図２５のステップＳ６２において、送電装置１０の制御回路１１は、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗをテストモードの規定値に設定し、テストモードの送電を開始する。図２６のステップＳ７５において、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、電圧検出回路２４Ｂを用いて負荷素子Ｒ０ｂに印加される電圧Ｖ５ｂを検出し、通信装置２５を用いて電圧Ｖ５ｂを送電装置１０に通知する。

図２５のステップＳ６３において、送電装置１０の制御回路１１は、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させながらテストモードの送電を継続し、通信装置１４を用いて受電装置２０Ｂから電圧Ｖ５ａの値を取得する。これにより、送電装置１０の制御回路１１は、受電装置２０Ｂの出力電圧が負荷素子Ｒ０ｂに供給されているとき、受電装置２０Ｂの出力電圧の検出値に基づいて、受電装置２０Ｂの出力電圧の周波数特性を示す電圧Ｖ５ｂを取得する。

図２５のステップＳ６４において、送電装置１０の制御回路１１は、テストモードの送電を停止する。

図２３のステップＳ４３において、送電装置１０の制御回路１１は、電圧の差Ｖ５ａ－Ｖ５ｂが最小化されるときの平均電圧Ｖ５と、対応するスイッチング周波数ｆｓｔとを決定する。

図２７は、図２３のステップＳ４３における電圧Ｖ５及びスイッチング周波数ｆｓｗの決定を説明するための図である。図３及び図１２などに示すように、第１の実施形態では、安定伝送周波数が、受電装置２０Ｂの出力電圧が局所的に最大化されるときのスイッチング周波数ｆｓｗに一致する場合について説明した。しかしながら、安定伝送周波数は、必ずしも、受電装置２０Ｂの出力電圧が局所的に最大化されるときのスイッチング周波数ｆｓｗに一致しない。図２７の例では、スイッチング周波数ｆｓｔが安定伝送周波数である。ただし、受電装置２０Ｂの出力電圧が負荷素子Ｒ０ｂに印加されているとき、受電装置２０Ｂの出力電圧はスイッチング周波数ｆｓｔにおいて局所的に最大化されるが、受電装置２０Ｂの出力電圧が負荷素子Ｒ０ａに印加されているとき、受電装置２０Ｂの出力電圧はスイッチング周波数ｆｓｔにおいて極大値ではない。

第２の実施形態では、このような条件下でも安定伝送周波数を決定するために、互いに異なる負荷値を有する２つの負荷素子Ｒ０ａ及びＲ０ｂを備え、２つのテストモードＡ及びＢを用いて受電装置２０Ｂの出力電圧の周波数特性をそれぞれ取得する。図２３のステップＳ４３では、送電装置１０の制御回路１１は、電圧の差Ｖ５ａ－Ｖ５ｂが最小化されるときのスイッチング周波数ｆｓｔを安定伝送周波数として決定する。

また、図２３のステップＳ４３では、送電装置１０の制御回路１１は、電圧の差Ｖ５ａ－Ｖ５ｂが最小化されるときの平均電圧Ｖ５に代えて、電圧Ｖ５ａ及びＶ５ｂの間の任意の電圧を決定してもよい。

図２３のステップＳ４４において、送電装置１０の制御回路１１は、非接触電力伝送システムの利得Ｇ＝Ｖ５／Ｖ０に基づいて、負荷装置２３の所望の電圧Ｖ４に対応する、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を送電電圧として決定する。

図２３のステップＳ４５において、送電装置１０の制御回路１１は、ステップＳ４４において決定された電圧Ｖ０をＡＣ／ＤＣコンバータ１２に設定し、ステップＳ４３において決定されたスイッチング周波数ｆｓｔをインバータ１３に設定する。

図２３のステップＳ４６において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、受電装置２０Ｂを通常モードに遷移させる制御信号を受電装置２０Ｂに送信する。図２６のステップＳ７６において、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、通信装置２５を用いて送電装置１０から制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０Ｂの出力電圧を負荷装置２３に供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える（すなわち、通常モードに遷移する）。

図２３のステップＳ４７において、送電装置１０の制御回路１１は、ステップＳ４５において設定された電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｔで、通常モードの送電を開始する。

以後、送電装置１０の制御回路１１は、第１の実施形態と同様に、図８のステップＳ３～Ｓ６を実行する。また、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、図２６のステップＳ７７～Ｓ８２を実行する。図２６のステップＳ７７～Ｓ８２は、図８のステップＳ２５～Ｓ３０と実質的に同様である。ただし、図２６のステップＳ８０では、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、受電装置２０Ｂの出力電圧を、負荷素子Ｒ０ａ及びＲ０ｂの一方に供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換える。ここで、負荷装置２３を過電圧からより確実に保護するために、受電装置２０Ｂの制御回路２１Ｂは、受電装置２０Ｂの出力電圧を、負荷素子Ｒ０ａの負荷値よりも大きな負荷値を有する負荷素子Ｒ０ｂに供給するようにスイッチ回路ＳＷＢを切り換えてもよい。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、互いに異なる負荷値を有する２つの負荷素子Ｒ０ａ及びＲ０ｂを備え、各負荷素子Ｒ０ａ及びＲ０ｂに印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。これにより、安定伝送周波数が、受電装置２０Ｂの出力電圧が局所的に最大化されるときのスイッチング周波数ｆｓｗに一致しない場合であっても、適切な安定伝送周波数及び送電電圧を決定することができる。

第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、２つのテストモードＡ及びＢを用いることにより、安定伝送周波数及び送電電圧を第１の実施形態の場合よりも高精度に決定することができる。

第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、互いに異なる負荷値を有する３つ以上の負荷素子を受電装置に備え、各負荷素子に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定してもよい。より多くのテストモードを用いることにより、安定伝送周波数及び送電電圧をより高精度に決定することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、可変な負荷値を有する負荷装置に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。

［第３の実施形態の構成例］
図２８は、第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２８の非接触電力伝送システムは、送電装置１０及び受電装置２０Ｃを含む。

図２８の送電装置１０は、図２９を参照して後述する電力制御処理を実行することの他は、図１の送電装置１０と同様に構成され、同様に動作する。

受電装置２０Ｃは、図１の制御回路２１及び電圧検出回路２４に代えて制御回路２１Ｃ及び電圧検出回路２４Ｃを備え、図１の負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを除去している。

制御回路２１Ｃは、受電装置２０Ｃの全体の動作を制御する。制御回路２１Ｃは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図３０を参照して後述する受電処理を実行する。

電圧検出回路２４Ｃは、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４のみを受電装置２０Ｃの出力電圧として検出する。

他の点では、受電装置２０Ｃは、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。負荷装置２３は、前述のように、可変な負荷値を有してもよい。

送電装置１０の制御回路１１は、受電装置２０Ｃの出力電圧が負荷装置２３に供給され、予め決められた周波数範囲において受電装置２０Ｃの出力電圧の検出値が少なくとも局所的に最大化されるときの送電電力の周波数を安定伝送周波数として決定する。

［第３の実施形態の動作例］
図２９は、図２８の送電装置１０の制御回路１１によって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図３０は、図２８の受電装置２０Ｃの制御回路２１Ｃによって実行される受電処理を示すフローチャートである。

図２８の送電装置１０の制御回路１１は、図８と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０の制御回路１１は、図８のステップＳ２において、図９の電力制御処理に代えて、図２９の電力制御処理を実行する。

例えば、受電装置２０Ｃが送電装置１０から電力を受信可能な位置に配置されたとき、送電処理及び受電処理が開始される。図３０のステップＳ１０１において、受電装置２０Ｃの制御回路２１Ｃは、通信装置２５を用いて、電力供給を要求する制御信号を送電装置１０に送信する。図８のステップＳ１において、送電装置１０の制御回路１１は、通信装置１４を用いて、電力供給を要求する制御信号を受電装置２０Ｃから受信する。

図８のステップＳ２において、送電装置１０の制御回路１１は、前述のように、図２９の電力制御処理を実行する。

図２９のステップＳ９１において、送電装置１０の制御回路１１は、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗをテストモードの規定値に設定し、テストモードの送電を開始する。例えば、負荷装置２３が充電池である場合には、負荷装置２３が充電されない程度の微弱な電圧Ｖ０をテストモードの規定値として使用する。図３０のステップＳ１０２において、受電装置２０Ｃの制御回路２１Ｃは、電圧検出回路２４を用いて負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４を検出し、通信装置２５を用いて電圧Ｖ４を送電装置１０に通知する。

図２９のステップＳ９２において、送電装置１０の制御回路１１は、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させながらテストモードの送電を継続し、通信装置１４を用いて受電装置２０Ｃから電圧Ｖ４の値を取得する。図２９のステップＳ９３において、送電装置１０の制御回路１１は、予め決められた周波数範囲においてスイッチング周波数ｆｓｗを変化させるとき、局所的に最大化される電圧Ｖ４と、電圧Ｖ４を局所的に最大化するスイッチング周波数ｆｓｔとを決定する。

図２９のステップＳ９４において、送電装置１０の制御回路１１は、テストモードの送電を停止する。

図２９のステップＳ９５において、送電装置１０の制御回路１１は、非接触電力伝送システムの利得Ｇ＝Ｖ４／Ｖ０に基づいて、負荷装置２３の所望の電圧Ｖ４に対応する、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を決定する。

図２９のステップＳ９６において、送電装置１０の制御回路１１は、ステップＳ９５において決定された電圧Ｖ０をＡＣ／ＤＣコンバータ１２に設定し、ステップＳ９４において決定されたスイッチング周波数ｆｓｔをインバータ１３に設定する。

図２９のステップＳ９７において、送電装置１０の制御回路１１は、ステップＳ９６において設定された電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｔで、通常モードの送電を開始する。

以後、送電装置１０の制御回路１１は、第１の実施形態と同様に、図８のステップＳ３～Ｓ６を実行する。また、受電装置２０Ｃの制御回路２１Ｃは、図３０のステップＳ１０３～Ｓ１０５を実行する。図２６のステップＳ１０３～Ｓ１０５は、図８のステップＳ２７、Ｓ２９、及びＳ３０と実質的に同様である。図２８の受電装置２０Ｃは、負荷装置２３を過電圧から保護するための回路をもたないので、受電装置２０Ｃの制御回路２１Ｃは、図３０のステップＳ１０３において過電圧を検出しても、ステップＳ１０５に進み、送電装置１０に電力伝送の停止を要求するだけである。

［第３の実施形態の変形例］
図３１は、第３の実施形態の変形例に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図２８の非接触電力伝送システムは、送電装置１０及び受電装置２０Ｄを含む。

図３１の送電装置１０は、図２９の電力制御処理を実行することの他は、図１の送電装置１０と同様に構成され、同様に動作する。

受電装置２０Ｄは、図１の制御回路２１、整流回路２２、及び電圧検出回路２４に代えて、制御回路２１Ｄ、整流回路２２Ｄ、電圧検出回路２４Ｄ、及び電圧検出抵抗Ｒ２を備える。また、受電装置２０Ｄは、図１の負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを除去している。

制御回路２１Ｃは、受電装置２０Ｄの全体の動作を制御する。制御回路２１Ｃは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図３０の受電処理を実行する。

整流回路２２Ｄは、例えば、図１９又は図２１に示すように、同期整流回路として構成される。

電圧検出抵抗Ｒ２は、整流回路２２Ｄの入力端子にわたって接続される。電圧検出回路２４Ｄは、図１の負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５に代えて、受電コイルＬ２に発生する電圧Ｖ２を受電装置２０Ｄの出力電圧として検出する。

他の点では、受電装置２０Ｄは、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。

図３２は、図３１の非接触電力伝送システムにおける電圧Ｖ１，Ｖ２の波形を概略的に示す図である。前述のように、インバータ１３は、例えば、矩形波の交流の電圧Ｖ１を発生する。受電コイルＬ２には、矩形波又は正弦波の電圧Ｖ２が発生する。

送電装置１０の制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を用いて送電電力を発生しているときに受電コイルＬ２に発生する電圧Ｖ２を、受電装置２０Ｄの出力電圧の検出値として、通信装置１４を用いて受電装置２０Ｄから受信する。受電コイルＬ２に発生する電圧Ｖ２を受電装置２０Ｄの出力電圧の検出値として用いても、図１の負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５、図２２の負荷素子Ｒ０ａ，Ｒ０ｂに印加される電圧Ｖ５ａ，Ｖ５ｂ、又は図２８の負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４を用いる場合と同様に、安定伝送周波数及び送電電圧を決定することができる。

［第３の実施形態の効果］
第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを安定伝送周波数に合わせて設定することにより、負荷装置２３の負荷値の変動に応じて送電装置１０及び／又は受電装置２０Ｃ，２０Ｄを制御することが不要になる。

第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０Ｃ，２０Ｄから負荷素子及びスイッチ回路を除去したことにより、第１及び第２の実施形態の場合よりも、受電装置２０Ｃ，２０Ｄの部品点数を削減することができる。これにより、高効率で動作する、小型、軽量、かつ低コストの受電装置２０Ｃ，２０Ｄを提供することができる。

第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、テストモードを実行しないことにより、第１及び第２の実施形態の場合よりも、処理を簡単化することができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電装置が送電コイルに電磁的に結合した補助コイルを備え、補助コイルに発生する電流又は電圧の値と、送電コイルに流れる電流とに基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。

［第４の実施形態の構成例］
図３３は、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図３３の非接触電力伝送システムは、送電装置１０Ｅ及び受電装置２０Ｅを含む。

送電装置１０Ｅは、図１の制御回路１１に代えて制御回路１１Ｅを備え、補助コイルＬ３、電流検出抵抗Ｒ１、検出器１５及び１６、及び結合率推定器１７をさらに備える。

制御回路１１Ｅは、送電装置１０Ｅの全体の動作を制御する。制御回路１１Ｅは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図３９及び図４０を参照して後述する送電処理を実行する。

補助コイルＬ３は送電コイルＬ１に電磁的に結合する。補助コイルＬ３は、磁性体コアＦ１に巻回されてもよい。

本明細書では、補助コイルＬ３を「第１の補助コイル」ともいう。

検出器１５は、補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値を検出する。検出器１６は、電流検出抵抗Ｒ１を用いて、送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の値を検出する。検出器１５，１６によって検出された値は、結合率推定器１７に通知される。

本明細書では、検出器１５を「第１の検出器」ともいい、検出器１６を「第２の検出器」ともいう。

結合率推定器１７は、補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値に基づいて、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の第１の結合率ｋ１２ａを推定する。結合率推定器１７は、送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の値に基づいて、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の第２の結合率ｋ１２ｂを推定する。

送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離に応じて変化する。距離が近くなると結合率ｋ１２が増大し、距離が遠くなると結合率ｋ１２が低下する。また、送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に応じて、所定の特性で変化する。補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３（及び／又は電圧Ｖ３）は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に応じて、電流Ｉ１とは異なる特性で変化する。結合率推定器１７は、電流Ｉ１及び結合率ｋ１２ｂの関係と、電流Ｉ３（又は電圧Ｖ３）及び結合率ｋ１２ａの関係とを示すテーブル又は計算式を予め格納している。結合率推定器１７は、このテーブル又は計算式を参照することにより、電流Ｉ１，Ｉ３（又は、電流Ｉ１及び電圧Ｖ３）の値に基づいて結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂをそれぞれ推定することができる。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物が存在しなければ、推定される結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂは互いに一致すると期待される。結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに一致する場合、この結合率を符号「ｋ１２」により示す。一方、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物が存在すると、電流Ｉ１，Ｉ３は異物から互いに異なる影響を受け、その結果、推定される結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂは互いに不一致する。

結合率推定器１７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、ソフトウェア処理により、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂを推定してもよい。結合率推定器１７は、制御回路１１Ｅとは別個の回路として設けられてもよく、制御回路１１Ｅに一体化されてもよい。

制御回路１１Ｅは、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。特に、制御回路１１Ｅは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０の大きさと、インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗとを制御する。

制御回路１１Ｅは、予め決められた周波数を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を用いて送電電力を発生しているとき、結合率推定器１７は、前述のように、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂを推定する。制御回路１１Ｅは、推定された送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に基づいて、非接触電力伝送システムの利得の周波数特性を決定する。制御回路１１Ｅは、利得の周波数特性に基づいて、予め決められた周波数範囲において受電装置２０Ｅの負荷値に対する受電装置２０Ｅの出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定する。制御回路１１Ｅは、利得の周波数特性に基づいて、安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに受電装置２０Ｅの出力電圧を予め決められた目標電圧にする送電電力の電圧を示す送電電圧を決定する。

前述したように、非接触電力伝送システムの利得の周波数特性は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に依存して変化する。従って、制御回路１１Ｅは、結合率ｋ１２と、利得の周波数特性との関係を示すテーブル又は計算式を予め格納している。制御回路１１Ｅは、このテーブル又は計算式を参照することにより、結合率ｋ１２に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧をそれぞれ決定することができる。

制御回路１１Ｅは、第１の結合率ｋ１２ａ及び第２の結合率ｋ１２ｂの差が予め決められたしきい値以下であるとき、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。制御回路１１Ｅは、第１の結合率ｋ１２ａ及び第２の結合率ｋ１２ｂの差が予め決められたしきい値を超えるとき、受電装置２０Ｅへの電力の伝送を停止するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。ここで、しきい値の大きさは、第１の結合率ｋ１２ａ及び第２の結合率ｋ１２ｂが実質的に一致しているとみなすことができるように設定される。

制御回路１１Ｅは、送電装置１０Ｅから受電装置２０Ｅに電力伝送を開始するとき、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。また、制御回路１１Ｅは、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が、安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から大きく変化したとき、現在の結合率ｋ１２に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。これにより、制御回路１１Ｅは、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

第４の実施形態では、制御回路１１Ｅ、検出器１５及び１６、及び結合率推定器１７をまとめて、送電装置１０Ｅの「制御装置」ともいう。

他の点では、送電装置１０Ｅは、図１の送電装置１０と同様に構成され、同様に動作する。

受電装置２０Ｅは、図１の制御回路２１及び電圧検出回路２４に代えて、制御回路２１Ｅ及び電圧検出回路２４Ｅを備える。

制御回路２１Ｅは、受電装置２０Ｅの全体の動作を制御する。制御回路２１Ｅは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図４１を参照して後述する受電処理を実行する。

電圧検出回路２４Ｅは、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４のみを受電装置２０Ｅの出力電圧として検出する。

前述のように、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、安定伝送周波数及び送電電圧を決定するために、受電装置２０Ｅの出力電圧の検出値ではなく、結合率ｋ１２を使用する。従って、第４の実施形態では、電圧Ｖ４は、送電装置１０Ｅに通知されず、負荷装置２３を過電圧から保護するか否かを決定するためにのみ使用される。

他の点では、受電装置２０Ｅは、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。

図３４は、図３３の送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及び補助コイルＬ３の配置を示す斜視図である。前述したように、送電コイルＬ１及び補助コイルＬ３は磁性体コアＦ１に巻回されてもよく、受電コイルＬ２は磁性体コアＦ２に巻回されてもよい。送電コイルＬ１から発生する磁束の一部が補助コイルＬ３に鎖交することにより、補助コイルＬ３に電流Ｉ３及び電圧Ｖ３が発生する。また、図３４に示すように、補助コイルＬ３は、送電コイルＬ１を包囲するように配置されてもよい。補助コイルＬ３をこのように配置することにより、送電コイルＬ１の漏洩磁束を低減することができる。

送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は結合率ｋ１２で互いに電磁的に結合し、送電コイルＬ１及び補助コイルＬ３は結合率ｋ１３で互いに電磁的に結合し、受電コイルＬ２及び補助コイルＬ３は結合率ｋ２３で互いに電磁的に結合する。送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及び補助コイルＬ３は、結合率ｋ１３，ｋ２３が結合率ｋ１２よりもずっと小さくなるように構成される。送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及び補助コイルＬ３は、結合率ｋ２３が結合率ｋ１３よりも小さくなるように構成されてもよい。

図３５は、図３３の非接触電力伝送システムの適用例を示す図である。図３５は、受電装置２０Ｅが、充電池を備えた電動の車両３２に組み込まれ、送電装置１０Ｅが、車両３２の受電装置２０Ｅに対して送電可能であるように路面３１に組み込まれる場合を示す。この場合、車両３２の充電池が受電装置２０Ｅの負荷装置２３である。送電装置１０Ｅ及び受電装置２０Ｅは、距離ｄ１を有して互いに対向する。図３５に示すように、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物３３が挟まれることがある。

［第４の実施形態の動作例］
図３６は、図３３の検出器１５によって検出される補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３の大きさの変化の一例を示すグラフである。図３７は、図３３の検出器１６によって検出される送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の大きさの変化の一例を示すグラフである。前述のように、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の距離ｄ１に応じて変化する。従って、図３６及び図３７に示す距離ｄ１と電流Ｉ１，Ｉ３の関係から、等価的に、結合率ｋ１２と電流Ｉ１，Ｉ３の関係がわかる。また、前述のように、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物３３が存在すると、電流Ｉ１，Ｉ３は異物３３から互いに異なる影響を受ける。図３６及び図３７の例では、異物３３が存在すると、異物３３が存在しない場合よりも、電流Ｉ３は減少し、電流Ｉ１は増大する。

図３８は、図３３の送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１及び補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３に対して計算される送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２の一例を示すテーブルである。図３８は、受電装置２０がテストモードにあり、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物３３が存在しない場合における電流Ｉ１，Ｉ３及び結合率ｋ１２を示す。結合率推定器１７は、図３８に示すような電流Ｉ１，Ｉ３及び結合率ｋ１２の関係を示すテーブルを予め格納している。結合率推定器１７は、電流Ｉ３の値に基づいてテーブルを参照することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の第１の結合率ｋ１２ａを推定する。結合率推定器１７は、電流Ｉ１の値に基づいてテーブルを参照することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の第２の結合率ｋ１２ｂを推定する。

送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物３３が存在しなければ、電流Ｉ３の値に基づいて推定された結合率ｋ１２ａと、電流Ｉ１の値に基づいて推定された結合率ｋ１２ｂとは互いに一致すると期待される。一方、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物３３が存在すると、電流Ｉ１，Ｉ３は異物３３から互いに異なる影響を受け、その結果、電流Ｉ３の値に基づいて推定された結合率ｋ１２ａと、電流Ｉ１の値に基づいて推定された結合率ｋ１２ｂとは互いに不一致する。従って、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに一致するか否かに基づいて、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物３３が存在するか否かを判断することができる。

制御回路１１Ｅは、推定された結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに実質的に一致するとき、すなわち、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂの差が予め決められたしきい値以下であるとき、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに一致すると判断してもよい。

結合率推定器１７は、図３８に示すようなテーブルに代えて、電流Ｉ１，Ｉ３及び結合率ｋ１２の関係を示す計算式を予め格納してもよい。例えば、送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１に基づいて結合率ｋ１２ａを次式のように推定してもよい。

ｋ１２ａ＝ｅ^Ｉ１＋ａ

ここで、右辺の「ａ」は定数である。

また、電流Ｉ１と結合率ｋ１２ａとは、次式の関係を有してもよい。

Ｉ１＝１＋ｋ１２ａ＋（ｋ１２ａ）^２＋…＋（ｋ１２ａ）^ｎ

この式を結合率ｋ１２ａについて解くことにより、電流Ｉ１に基づいて結合率ｋ１２ａを推定してもよい。

電流Ｉ１に基づいて結合率ｋ１２ａを推定するための計算式は、以上に例示したものに限定されない。

補助コイルＬ３に流れる電流Ｉ３に基づいて結合率ｋ１２ｂを推定する場合もまた、電流Ｉ１に基づいて結合率ｋ１２ａを推定する場合と同様に、何らかの計算式を用いて推定可能である。

受電コイルＬ２及び補助コイルＬ３の結合率ｋ２３もまた、結合率ｋ１２と同様に計算可能である。一方、送電コイルＬ１及び補助コイルＬ３の間の距離は変化しないので、送電コイルＬ１及び補助コイルＬ３の結合率ｋ１３は、予め計算され、結合率推定器１７に格納される。

図３６及び図３８では、補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３の値を検出する場合について説明したが、補助コイルＬ３に発生する電圧Ｖ３の値を検出する場合もまた実質的に同様に、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ｂを推定可能である。

図３９は、図３３の送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅによって実行される送電処理を示すフローチャートである。図４０は、図３９のステップＳ１１２のサブルーチンを示すフローチャートである。図４１は、図３３の受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅによって実行される受電処理を示すフローチャートである。

例えば、受電装置２０Ｅが送電装置１０Ｅから電力を受信可能な位置に配置されたとき、送電処理及び受電処理が開始される。図４１のステップＳ１４１において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、通信装置２５を用いて、電力供給を要求する制御信号を送電装置１０Ｅに送信する。図３９のステップＳ１１１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、電力供給を要求する制御信号を受電装置２０Ｅから受信する。

図３９のステップＳ１１２において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、電力制御処理を実行する。

図４０のステップＳ１２１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、受電装置２０Ｅをテストモードに遷移させる制御信号を受電装置２０Ｅに送信する。図４１のステップＳ１４２において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、通信装置２５を用いて送電装置１０Ｅから制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０Ｅの出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える（すなわち、テストモードに遷移する）。

図４０のステップＳ１２２において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗをテストモードの規定値に設定し、テストモードの送電を開始する。

図４０のステップＳ１２３において、送電装置１０Ｅは、検出器１５を用いて、補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値を検出する。ステップＳ１２４において、送電装置１０Ｅは、結合率推定器１７を用いて、検出された電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値に基づいて、テーブル又は計算式を参照することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａを推定する。

図４０のステップＳ１２５において、送電装置１０Ｅは、検出器１６を用いて、送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の値を検出する。ステップＳ１２６において、送電装置１０Ｅは、結合率推定器１７を用いて、検出された電流Ｉ１の値に基づいて、テーブル又は計算式を参照することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ｂを推定する。

図４２は、図３３の非接触電力伝送システムにおける電圧Ｖ１，Ｖ３及び電流Ｉ１，Ｉ３の波形を概略的に示す図である。前述のように、インバータ１３は、例えば、矩形波の交流の電圧Ｖ１を発生する。送電コイルＬ１には、矩形波の交流の電圧Ｖ１が印加され、かつ、矩形波、三角波、又は正弦波の交流の電流Ｉ１が流れる。また、補助コイルＬ３には、矩形波の交流の電圧Ｖ３が発生し、かつ、矩形波、三角波、又は正弦波の交流の電流Ｉ３が流れる。

図４０のステップＳ１２７において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、テストモードの送電を停止する。

図４０のステップＳ１２８において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、推定された結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに一致するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１２９に進み、ＮＯのときはステップＳ１３４に進む。

図４０のステップＳ１２９において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、結合率ｋ１２に基づいて、テーブル又は計算式を参照することにより、非接触電力伝送システムの利得の周波数特性を決定する。ステップＳ１３０において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、利得の周波数特性に基づいて、受電装置２０Ｅの負荷値に対する受電装置２０Ｅの出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときのスイッチング周波数ｆｓｔを安定伝送周波数として決定する。また、ステップＳ１３０において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、利得の周波数特性に基づいて、負荷装置２３の所望の電圧Ｖ４に対応する、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を送電電圧として決定する。ステップＳ１３１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、ステップＳ１３０において決定された電圧Ｖ０をＡＣ／ＤＣコンバータ１２に設定し、ステップＳ１３０において決定されたスイッチング周波数ｆｓｔをインバータ１３に設定する。

図４０のステップＳ１３２において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、受電装置２０Ｅを通常モードに遷移させる制御信号を受電装置２０Ｅに送信する。図４１のステップＳ１４３において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、通信装置２５を用いて送電装置１０Ｅから制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０Ｅの出力電圧を負荷装置２３に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える（すなわち、通常モードに遷移する）。

図４０のステップＳ１３３において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、ステップＳ１３１において設定された電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｔで、通常モードの送電を開始する。

図４０のステップＳ１３４において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、異物が存在すると判断する。送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、受電装置２０Ｅへの電力の伝送を停止し続けるようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

送電装置１０Ｅから受電装置２０Ｅに電力を伝送しているとき、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が変化すると、非接触電力伝送システムの安定伝送周波数及び利得も変化する。この場合、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、以下に説明するように、現在の結合率ｋ１２に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。

図３９のステップＳ１１３において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から所定のしきい値よりも大きく変化したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１１２に戻り、ＮＯのときはステップＳ１１４に進む。

図８のステップＳ１１３からステップＳ１１２に戻ったとき、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、図４０を参照して説明した電力制御処理を再び実行する。前述のように、図４０のステップＳ１２１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、受電装置２０Ｅをテストモードに遷移させる制御信号を受電装置２０Ｅに送信する。図４１のステップＳ１４４において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、送電装置１０Ｅから制御信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１４２に戻り、ＮＯのときはステップＳ１４５に進む。

図３３の受電装置２０Ｅは、受電装置２０Ｅにおいて過電圧を検出したとき、以下に説明するように、負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを用いて、負荷装置２３を過電圧から保護してもよい。

図４１のステップＳ１４５において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４が所定のしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１４６に進み、ＮＯのときはステップＳ１４７に進む。図４１のステップＳ１４６において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、受電装置２０Ｅの出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える。

図４１のステップＳ１４７において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、負荷装置２３の動作が停止するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１４８に進み、ＮＯのときはステップＳ１４４に戻る。

図４１のステップＳ１４８において、受電装置２０Ｅの制御回路２１Ｅは、通信装置２５を用いて、電力伝送の停止を要求する制御信号を送電装置１０Ｅに送信する。図３９のステップＳ１１４において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、受電装置２０Ｅから電力供給の停止が要求されたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１１５に進み、ＮＯのときはステップＳ１１３に戻る。図３９のステップＳ１１５において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通常モードの送電を停止する。

［第４の実施形態の動作原理］
次に、図４３を参照して、図３３の非接触電力伝送システムの動作原理について説明する。

図４３は、図３３の非接触電力伝送システムの概略構成を示す等価回路図である。図４３の等価回路図を参照して、非接触電力伝送システムの安定伝送周波数及び利得が送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２に依存することについて説明する。送電コイルＬ１は、自己インダクタンス（同符号「Ｌ１」により示す）及び抵抗Ｒｗ１を有し、受電コイルＬ２は、自己インダクタンス（同符号「Ｌ２」により示す）及び抵抗Ｒｗ２を有し、補助コイルＬ３は、自己インダクタンス（同符号「Ｌ３」により示す）及び抵抗Ｒｗ３を有する。さらに、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２は、結合率ｋ１２で互いに結合され、相互インダクタンスＭ１２を有する。また、送電コイルＬ１及び補助コイルＬ３は、結合率ｋ１３で互いに結合され、相互インダクタンスＭ１３を有する。また、受電コイルＬ２及び補助コイルＬ３は、結合率ｋ２３で互いに結合され、相互インダクタンスＭ２３を有する。また、符号Ｒｌｄは、受電装置２０Ｅの負荷値（すなわち、負荷装置２３又は負荷素子Ｒ０の負荷値）を示す。

図３３のシステムは、次式の行列Ｚ（「Ｚパラメータ」ともいう）によって表される。

数１４では、スイッチング周波数ｆｓｗを「ω」により示す。ｊは虚数単位を示す。

ここで、行列Ｚの逆行列を導入する。

図４３のシステムの利得Ｇ２は、次式によって表される。

数１１～数１６によれば、利得Ｇ２はスイッチング周波数ωに依存して変化し、利得Ｇ２の周波数特性は結合率ｋ１２に依存して変化することがわかる。従って、安定伝送周波数（すなわち、受電装置２０Ｅの負荷値Ｒｌｄに対する利得Ｇ２の依存性を最小化する周波数）は、結合率ｋ１２に依存して変化する。特に、数１６によれば、「１－Ｒｗ３・ｃ３３」の絶対値を最小化する、好ましくはゼロにすることにより、受電装置２０Ｅの負荷値Ｒｌｄに対する利得Ｇ２の依存性を最小化又は除去することができる。従って、スイッチング周波数ωは、１－Ｒｗ３・ｃ３３＝０を満たすように、又は少なくとも、「１－Ｒｗ３・ｃ３３」の絶対値を最小化するように決定される。

前述したように、制御回路１１Ｅは、結合率ｋ１２と、利得の周波数特性との関係を示すテーブル又は計算式を予め格納している。このテーブル又は計算式は、数１１～数１６に基づいて生成されても、他のモデルに基づいて生成されてもよい。

［第４の実施形態の効果］
第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電装置１０Ｅにおいて検出された送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂに基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを安定伝送周波数に合わせて設定することにより、負荷装置２３の負荷値の変動に応じて送電装置１０Ｅ及び／又は受電装置２０Ｅを制御することが不要になる。負荷装置２３の負荷値が変動しても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を変化させることなく、また、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給することができる。また、負荷装置２３にその所望電圧を供給するために受電装置２０ＥにＤＣ／ＤＣ変換器などを設けることが不要になるので、高効率で動作する、小型、軽量、かつ低コストの受電装置を提供することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０Ｅから送電装置１０Ｅにフィードバックされる信号を参照することなく、送電装置１０Ｅにおいて検出された送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂに基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定することができる。従って、負荷装置２３の負荷値をモニタリングして受電装置２０Ｅから送電装置１０Ｅにフィードバックすることによる遅延の影響を受けることはない。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが変化しない限り、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０及びインバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを変化させることは不要である。これにより、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗを変化させる頻度が小さくなるので、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値に基づいて推定された結合率ｋ１２ａと、電流Ｉ１の値に基づいて推定された結合率ｋ１２ｂとが互いに一致する場合、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２を正しく推定することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに一致するか否かを判断することにより、異物を検出して送電を停止することができ、非接触電力伝送システムの安全性を向上することもできる。１つの回路パラメータに基づいて送電コイル及び受電コイルの結合率を推定し、推定された結合率を何らかのしきい値と比較する場合には、結合率が異物の影響により変化したのか、他の要因（送電コイル及び受電コイルの間の距離の変化、など）により変化したのかを区別することが困難である。また、この場合、推定された結合率がしきい値よりも高いか低いかを判断することしかできず、結合率の強弱を考慮することができない。これに対して、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、結合率が高い場合にも低い場合にも、異物を確実に検出することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、カメラ、温度センサなどを含まない簡単な構成で、異物を確実に検出することもできる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、補助コイルＬ３を追加することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２のみを備える場合よりも、漏えい磁束を低減することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、予め決められた負荷値を有する負荷素子Ｒ０を用いることにより、安定伝送周波数を正確に決定することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が大きく変化したとき、現在の結合率ｋ１２に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定することにより、結合率ｋ１２の変化に追従することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを用いることにより、負荷装置２３を過電圧から保護することができる。

また、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電コイルＬ２及びキャパシタＣ２の共振を利用することで、伝送効率及び伝送距離を向上することができる。

このように、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０Ｅに余分な回路を必要とすることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置１０Ｅを制御することができる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電装置が送電コイルに電磁的に結合した補助コイルを備え、補助コイルに発生する電流又は電圧の値に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。

［第５の実施形態の構成例］
図４４は、第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図４４の非接触電力伝送システムは、送電装置１０Ｆ及び受電装置２０Ｅを含む。

送電装置１０Ｆは、図３３の制御回路１１Ｅ及び結合率推定器１７に代えて、制御回路１１Ｆ及び結合率推定器１７Ｆを備え、図３３の検出器１６及び電流検出抵抗Ｒ１を除去している。

制御回路１１Ｆは、送電装置１０Ｆの全体の動作を制御する。制御回路１１Ｆは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図４５を参照して後述する電力制御処理を実行する。

結合率推定器１７Ｆは、補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値のみに基づいて、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の結合率ｋ１２を推定する。

他の点では、送電装置１０Ｆは、図３３の送電装置１０Ｅと同様に構成され、同様に動作する。

第５の実施形態では、制御回路１１Ｆ、検出器１５、及び結合率推定器１７をまとめて、送電装置１０Ｆの「制御装置」ともいう。

図４４の受電装置２０Ｅは、図３３の受電装置２０Ｅと同様に構成され、同様に動作する。

［第５の実施形態の動作例］
図４４の送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆは、図３９と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆは、図３９のステップＳ１１２において、図４０の電力制御処理に代えて、図４５の電力制御処理を実行する。

図４５は、図４４の送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物が存在しないと考えられる場合、図４０のステップＳ１２５、Ｓ１２６、Ｓ１２８、及びＳ１３４を省略してもよい。これにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図３３の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

［第５の実施形態の効果］
第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、第４の実施形態と同様に、受電装置２０Ｅから送電装置１０Ｆにフィードバックされる信号を参照することなく、送電装置１０Ｆにおいて検出された送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａに基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定することができる。従って、負荷装置２３の負荷値をモニタリングして受電装置２０Ｅから送電装置１０Ｆにフィードバックすることによる遅延の影響を受けることはない。

第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、電流検出抵抗Ｒ１及び検出器１６を除去したことにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図３３の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

［第６の実施形態］
第６の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電コイルに流れる電流に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。

［第６の実施形態の構成例］
図４６は、第６の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図４６の非接触電力伝送システムは、送電装置１０Ｇ及び受電装置２０Ｅを含む。

送電装置１０Ｇは、図３３の制御回路１１Ｅ及び結合率推定器１７に代えて、制御回路１１Ｇ及び結合率推定器１７Ｇを備え、図３３の補助コイルＬ３及び検出器１５を除去している。

制御回路１１Ｇは、送電装置１０Ｇの全体の動作を制御する。制御回路１１Ｇは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図４７を参照して後述する電力制御処理を実行する。

結合率推定器１７Ｇは、送電コイルＬ１に発生する電流Ｉ１の値のみに基づいて、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の結合率ｋ１２を推定する。

他の点では、送電装置１０Ｇは、図３３の送電装置１０Ｅと同様に構成され、同様に動作する。

第６の実施形態では、制御回路１１Ｇ、検出器１５、及び結合率推定器１７をまとめて、送電装置１０Ｇの「制御装置」ともいう。

図４６の受電装置２０Ｅは、図３３の受電装置２０Ｅと同様に構成され、同様に動作する。

［第６の実施形態の動作例］
図４６の送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇは、図３９と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇは、図３９のステップＳ１１２において、図４０の電力制御処理に代えて、図４７の電力制御処理を実行する。

図４７は、図４６の送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物が存在しないと考えられる場合、図４０のステップＳ１２３、Ｓ１２４、Ｓ１２８、及びＳ１３４を省略してもよい。これにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図３３の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

［第６の実施形態の効果］
第６の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、第４の実施形態と同様に、受電装置２０Ｅから送電装置１０Ｇにフィードバックされる信号を参照することなく、送電装置１０Ｇにおいて検出された送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ｂに基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定することができる。従って、負荷装置２３の負荷値をモニタリングして受電装置２０Ｅから送電装置１０Ｇにフィードバックすることによる遅延の影響を受けることはない。

［第７の実施形態］
第４の実施形態に係る送電装置と、第１の実施形態に係る受電装置とを組み合わせてもよい。第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、受電装置が予め決められた負荷値を有する１つの負荷素子を備え、負荷素子に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。さらに、第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電装置が送電コイルに電磁的に結合した補助コイルを備え、補助コイルに発生する電流又は電圧の値と、送電コイルに流れる電流とに基づいて、送電コイル及び受電コイルの結合率を推定する。

［第７の実施形態の構成例］
図４８は、第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図４８の非接触電力伝送システムは、送電装置１０Ｅ及び受電装置２０を含む。

図４８の送電装置１０Ｅは、図４９を参照して後述する電力制御処理を実行することの他は、図３３の送電装置１０Ｅと同様に構成され、同様に動作する。

制御回路１１Ｅは、予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。制御回路１１Ｅは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を用いて送電電力を発生しているときに受電装置２０において検出された受電装置２０の出力電圧の検出値を、通信装置１４を用いて受電装置２０から受信する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を用いて送電電力を発生しているとき、結合率推定器１７は、前述のように、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂを推定する。制御回路１１Ｅは、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて、予め決められた周波数範囲において受電装置２０の負荷値に対する受電装置２０の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定する。制御回路１１Ｅは、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて、安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに受電装置２０の出力電圧を予め決められた目標電圧にする送電電力の電圧を示す送電電圧を決定する。制御回路１１Ｅは、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

制御回路１１Ｅは、第１の結合率ｋ１２ａ及び第２の結合率ｋ１２ｂの差が予め決められたしきい値以下であるとき、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。制御回路１１Ｅは、第１の結合率ｋ１２ａ及び第２の結合率ｋ１２ｂの差が予め決められたしきい値を超えるとき、受電装置２０への電力の伝送を停止するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。ここで、しきい値の大きさは、第１の結合率ｋ１２ａ及び第２の結合率ｋ１２ｂが実質的に一致しているとみなすことができるように設定される。

制御回路１１Ｅは、送電装置１０Ｅから受電装置２０に電力伝送を開始するとき、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。また、制御回路１１Ｅは、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２が、安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から大きく変化したとき、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。これにより、制御回路１１Ｅは、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

第７の実施形態では、制御回路１１Ｅ、通信装置１４、検出器１５及び１６、及び結合率推定器１７をまとめて、送電装置１０Ｅの「制御装置」ともいう。

図４８の受電装置２０は、図５０を参照して後述する受電処理を実行することの他は、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。

［第７の実施形態の動作例］
図４９は、図４８の送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図５０は、図４８の受電装置２０の制御回路２１によって実行される受電処理を示すフローチャートである。

図４９の送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、図３９と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、図３９のステップＳ１１２において、図４０の電力制御処理に代えて、図４９の電力制御処理を実行する。

例えば、受電装置２０が送電装置１０Ｅから電力を受信可能な位置に配置されたとき、送電処理及び受電処理が開始される。図５０のステップＳ１６１において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて、電力供給を要求する制御信号を送電装置１０Ｅに送信する。図３９のステップＳ１１１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、電力供給を要求する制御信号を受電装置２０から受信する。

図３９のステップＳ１１２において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、電力制御処理を実行する。

図４９のステップＳ１５１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、受電装置２０をテストモードに遷移させる制御信号を受電装置２０に送信する。図５０のステップＳ１７２において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて送電装置１０Ｅから制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える（すなわち、テストモードに遷移する）。

図４９のステップＳ１５２において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｗをテストモードの規定値に設定し、テストモードの送電を開始する。図５０のステップＳ１７３において、受電装置２０の制御回路２１は、電圧検出回路２４を用いて負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５を検出し、通信装置２５を用いて電圧Ｖ５を送電装置１０Ｅに通知する。

図４９のステップＳ１５３において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させながらテストモードの送電を継続し、通信装置１４を用いて受電装置２０から電圧Ｖ５の値を取得する。図４９のステップＳ１５４において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、予め決められた周波数範囲においてスイッチング周波数ｆｓｗを変化させるとき、局所的に最大化される電圧Ｖ５と、電圧Ｖ５を局所的に最大化するスイッチング周波数ｆｓｔとを決定する。

図４９のステップＳ１５５において、送電装置１０Ｅは、検出器１５を用いて、補助コイルＬ３に発生する電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値を検出する。図４９のステップＳ１５６において、送電装置１０Ｅは、結合率推定器１７を用いて、検出された電流Ｉ３又は電圧Ｖ３の値に基づいて、テーブル又は計算式を参照することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａを推定する。

図４９のステップＳ１５７において、送電装置１０Ｅは、検出器１６を用いて、送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の値を検出する。図４９のステップＳ１５８において、送電装置１０Ｅ、結合率推定器１７を用いて、検出された電流Ｉ１の値に基づいて、テーブル又は計算式を参照することにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ｂを推定する。

図４９のステップＳ１５９において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、テストモードの送電を停止する。

図４９のステップＳ１６０において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、推定された結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが互いに実質的に一致するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１６１に進み、ＮＯのときはステップＳ１６５に進む。

図４９のステップＳ１６１において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、非接触電力伝送システムの利得Ｇ＝Ｖ５／Ｖ０に基づいて、負荷装置２３の所望の電圧Ｖ４に対応する、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される電圧Ｖ０を決定する。

図４９のステップＳ１６２において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、ステップＳ１６１において決定された電圧Ｖ０をＡＣ／ＤＣコンバータ１２に設定し、ステップＳ１５４において決定されたスイッチング周波数ｆｓｔをインバータ１３に設定する。

図４９のステップＳ１６３において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、通信装置１４を用いて、受電装置２０を通常モードに遷移させる制御信号を受電装置２０に送信する。図５０のステップＳ１７４において、受電装置２０の制御回路２１は、通信装置２５を用いて送電装置１０Ｅから制御信号を受信し、この制御信号に応じて、受電装置２０の出力電圧を負荷装置２３に供給するようにスイッチ回路ＳＷを切り換える（すなわち、通常モードに遷移する）。

図４９のステップＳ１６４において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、ステップＳ１６２において設定された電圧Ｖ０及びスイッチング周波数ｆｓｔで、通常モードの送電を開始する。

図４９のステップＳ１６５において、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、異物が存在すると判断する。送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、受電装置２０への電力の伝送を停止し続けるようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２及びインバータ１３を制御する。

以後、送電装置１０Ｅの制御回路１１Ｅは、第４の実施形態と同様に、図３９のステップＳ１１３～Ｓ１１５を実行する。また、受電装置２０の制御回路２１は、図５０のステップＳ１７５～Ｓ１７９を実行する。図５０のステップＳ１７５～Ｓ１７９は、図４１のステップＳ１４４～Ｓ１４８と実質的に同様である。

［第７の実施形態の効果］
第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、負荷素子Ｒ０に印加される電圧Ｖ５に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。インバータ１３のスイッチング周波数ｆｓｗを安定伝送周波数に合わせて設定することにより、負荷装置２３の負荷値の変動に応じて送電装置１０及び／又は受電装置２０を制御することが不要になる。

また、第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが大きく変化したとき、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定することにより、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂの変化に追従することができる。

このように、第７の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置２０に余分な回路を必要とすることなく、負荷装置２３にその所望電圧を安定的に供給するように送電装置１０Ｅを制御することができる。

第７の実施形態では、第４の実施形態に係る送電装置と、第１の実施形態に係る受電装置とを組み合わせる場合について説明したが、第４の実施形態に係る送電装置と、第２又は第３の実施形態に係る受電装置とを組み合わせてもよい。

また、第７の実施形態に係る送電装置は、図３９のステップＳ１１３に代えて、又は、図３９のステップＳ１１３に加えて、図８のステップＳ３～Ｓ４を実行してもよい。この場合、受電装置は、図５０のステップＳ１７４の後で、図１０のステップＳ２５をさらに実行する。これにより、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂが大きく変化したとき、又は、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂの変化に起因して受電装置２０の出力電圧が大きく変化したとき、結合率ｋ１２ａ，ｋ１２ｂの変化に確実に追従することができる。

［第８の実施形態］
第５の実施形態に係る送電装置と、第１の実施形態に係る受電装置とを組み合わせてもよい。第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、受電装置が予め決められた負荷値を有する１つの負荷素子を備え、負荷素子に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。さらに、第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電装置が送電コイルに電磁的に結合した補助コイルを備え、補助コイルに発生する電流又は電圧の値に基づいて、送電コイル及び受電コイルの結合率を推定する。

［第８の実施形態の構成例］
図５１は、第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図５１の非接触電力伝送システムは、送電装置１０Ｆ及び受電装置２０を含む。

図５１の送電装置１０Ｆは、図５２を参照して後述する電力制御処理を実行することの他は、図４４の送電装置１０Ｆと同様に構成され、同様に動作する。

第８の実施形態では、制御回路１１Ｆ、通信装置１４、検出器１５、及び結合率推定器１７をまとめて、送電装置１０Ｆの「制御装置」ともいう。

図５１の受電装置２０は、図５０の受電処理を実行することの他は、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。

［第８の実施形態の動作例］
図５１の送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆは、図３９と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆは、図３９のステップＳ１１２において、図４０の電力制御処理に代えて、図５２の電力制御処理を実行する。

図５２は、図５１の送電装置１０Ｆの制御回路１１Ｆによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物が存在しないと考えられる場合、図４９のステップＳ１５７、Ｓ１５８、Ｓ１６０、及びＳ１６５を省略してもよい。これにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図４８の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

［第８の実施形態の効果］
第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ａが大きく変化したとき、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定することにより、結合率ｋ１２ａの変化に追従することができる。

第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、電流検出抵抗Ｒ１及び検出器１６を除去したことにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図４８の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

第８の実施形態では、第５の実施形態に係る送電装置と、第１の実施形態に係る受電装置とを組み合わせる場合について説明したが、第５の実施形態に係る送電装置と、第２又は第３の実施形態に係る受電装置とを組み合わせてもよい。

［第９の実施形態］
第６の実施形態に係る送電装置と、第１の実施形態に係る受電装置とを組み合わせてもよい。第９の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、受電装置が予め決められた負荷値を有する１つの負荷素子を備え、負荷素子に印加される電圧に基づいて、安定伝送周波数及び送電電圧を決定する。さらに、第９の実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電コイルに流れる電流に基づいて、送電コイル及び受電コイルの結合率を推定する。

［第９の実施形態の構成例］
図５３は、第９の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図５３の非接触電力伝送システムは、送電装置１０Ｇ及び受電装置２０を含む。

図５３の送電装置１０Ｇは、図５４を参照して後述する電力制御処理を実行することの他は、図４６の送電装置１０Ｇと同様に構成され、同様に動作する。

第９の実施形態では、制御回路１１Ｇ、通信装置１４、検出器１６、及び結合率推定器１７をまとめて、送電装置１０Ｇの「制御装置」ともいう。

図５３の受電装置２０は、図５０の受電処理を実行することの他は、図１の受電装置２０と同様に構成され、同様に動作する。

［第９の実施形態の動作例］
図５３の送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇは、図３９と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇは、図３９のステップＳ１１２において、図４０の電力制御処理に代えて、図５４の電力制御処理を実行する。

図５４は、図５３の送電装置１０Ｇの制御回路１１Ｇによって実行される電力制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間に異物が存在しないと考えられる場合、図４９のステップＳ１５５、Ｓ１５６、Ｓ１６０、及びＳ１６５を省略してもよい。これにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図４８の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

［第９の実施形態の効果］
第８の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率ｋ１２ｂが大きく変化したとき、受電装置２０の出力電圧の現在の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定することにより、結合率ｋ１２ｂの変化に追従することができる。

第９の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、補助コイルＬ３及び検出器１５を除去したことにより、送電装置１０Ｆの構成及び動作を、図４８の送電装置１０Ｅの場合よりも簡単化することができる。

［第１０の実施形態］
第１～第９の実施形態では、受電装置の出力電圧が印加される負荷素子を用いて負荷装置を過電圧から保護したが、他の手段を用いて負荷装置を過電圧から保護してもよい。第１０の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、受電装置は、送電コイルに電磁的に結合した補助コイルと、補助コイルに接続された負荷素子とを備え、これらの構成要素を用いて負荷装置を過電圧から保護する。

［第１０の実施形態の構成例］
図５５は、第１０の実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図５５の非接触電力伝送システムは、送電装置１０及び受電装置２０Ｈを含む。

図５５の送電装置１０は、図２９の電力制御処理を実行することの他は、図１の送電装置１０と同様に構成され、同様に動作する。

図５５の受電装置２０Ｈは、図２８の制御回路２１Ｃ及び電圧検出回路２４Ｃに代えて、制御回路２１Ｈ及び電圧検出回路２４Ｈを備え、補助コイルＬ４、スイッチ回路ＳＷＨ、及び負荷素子Ｒ３をさらに備える。

制御回路２１Ｈは、受電装置２０Ｈの全体の動作を制御する。制御回路２１Ｈは、ＨＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、図５７を参照して後述する受電処理を実行する。

電圧検出回路２４Ｈは、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４のみを受電装置２０Ｈの出力電圧として検出する。

補助コイルＬ４は送電コイルＬ１に電磁的に結合する。補助コイルＬ３は、磁性体コアＦ２に巻回されてもよい。

スイッチ回路ＳＷＨは、制御回路２１Ｈの制御下でオン／オフされる。初期状態において、スイッチ回路ＳＷＨはオフされている。

負荷素子Ｒ３は、スイッチ回路ＳＷＨを介して第２の補助コイルＬ４に接続される。

本明細書では、補助コイルＬ４を「第２の補助コイル」ともいい、スイッチ回路ＳＷＨを「第２のスイッチ回路」ともいい、負荷素子Ｒ３を「第３の負荷素子」ともいう。

他の点では、受電装置２０Ｈは、図２８の受電装置２０Ｃと同様に構成され、同様に動作する。

図５６は、図３３の送電コイルＬ１、受電コイルＬ２、及び補助コイルＬ４の配置を示す斜視図である。前述したように、補助コイルＬ４は磁性体コアＦ２に巻回されてもよい。送電コイルＬ１から発生する磁束の一部が補助コイルＬ４に鎖交することにより、補助コイルＬ４に電流及び電圧が発生する。また、図５６に示すように、補助コイルＬ４は、受電コイルＬ２を包囲するように配置されてもよい。補助コイルＬ４をこのように配置することにより、受電コイルＬ２の漏洩磁束を低減することができる。

［第１０の実施形態の動作例］

図５５の送電装置１０の制御回路１１は、図８と同様の送電処理を実行する。ただし、送電装置１０の制御回路１１は、図８のステップＳ２において、図９の電力制御処理に代えて、図２９の電力制御処理を実行する。

図５７は、図５５の受電装置２０Ｈの制御回路２１Ｈによって実行される受電処理を示すフローチャートである。

図５７のステップＳ１８１～Ｓ１８２は、図３０のステップＳ１０１～Ｓ１０２と同様である。

図５７のステップＳ１８３において、受電装置２０Ｈの制御回路２１Ｈは、負荷装置２３に印加される電圧Ｖ４が所定のしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１８４に進み、ＮＯのときはステップＳ１８５に進む。図５７のステップＳ１８４において、受電装置２０Ｈの制御回路２１Ｈは、スイッチ回路ＳＷＨをオンする。

スイッチ回路ＳＷＨをオンすることにより、送電装置１０から受電装置２０Ｈに伝送される電力の一部は、負荷素子Ｒ３によって消費される。従って、受電装置２０Ｈにおいて過電圧を検出したとき、スイッチ回路ＳＷＨをオンすることにより、負荷装置２３に印加される電圧を低減し、負荷装置２３を過電圧から保護することができる。

図５７のステップＳ１８５～Ｓ１８６は、図３０のステップＳ１０４～Ｓ１０５と同様である。

［第１０の実施形態の効果］
第１０の実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、補助コイルＬ４、スイッチ回路ＳＷＨ、及び負荷素子Ｒ３を用いることにより、負荷装置２３を過電圧から保護することができる。

第１０の実施形態に係る過電圧の保護と、第１の実施形態などで説明した負荷素子Ｒ０及びスイッチ回路ＳＷを用いた過電圧の保護とを組み合わせてもよい。これにより、負荷装置２３を過電圧から確実に保護することができる。

［他の変形例］
以上、本開示の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。

上述した各実施形態及び各変形例は、任意に組み合わされてもよい。

送電装置は、交流電源に代えて直流電源を用いてもよい。この場合、送電装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。

送電装置は、通信装置以外の何らかのセンサ又はスイッチにより受電装置を検出してもよい。

図１では、送電コイルＬ１及びキャパシタＣ１が互いに直列に接続され、受電コイルＬ２及びキャパシタＣ２が互いに直列に接続される場合を示したが、これらの少なくとも一方が互いに並列に接続されてもよい。

送電コイル、受電コイル、及び補助コイルは、図２に示すリング形状以外の他の形状を有してもよい。

送電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１を検出するために、電流検出抵抗Ｒ１に代えて、例えば、シャント抵抗、電流トランス、などを用いてもよい。

負荷装置は、図１に示すように受電装置の内部に一体化されてもよく、受電装置の外部に接続されてもよい。

負荷装置２３は、可変な負荷値に代えて、予め決められた負荷値を有してもよい。

［まとめ］
本開示の各側面に係る送電装置の制御装置、送電装置、及び非接触電力伝送システムは、以下のように表現されてもよい。

本開示の第１の側面に係る送電装置１０の制御装置は、受電コイルＬ２を備えた受電装置２０に電力を非接触で伝送する。送電装置１０は、送電コイルＬ１と、可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して送電コイルＬ１に供給する電源回路とを備える。制御装置は、受電装置２０に通信可能に接続され、受電装置２０から、受電装置２０の出力電圧の検出値を受信する第１の通信装置１４と、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて電源回路を制御する第１の制御回路１１とを備える。第１の制御回路１１は、予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生するように電源回路を制御する。第１の制御回路１１は、電源回路を用いて送電電力を発生しているときに受電装置２０において検出された受電装置２０の出力電圧の検出値を、第１の通信装置１４を用いて受電装置２０から受信する。第１の制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて、予め決められた周波数範囲において受電装置２０の負荷値に対する受電装置２０の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定する。第１の制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて、安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに受電装置２０の出力電圧を予め決められた目標電圧にする送電電力の電圧を示す送電電圧を決定する。第１の制御回路１１は、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するように電源回路を制御する。

本開示の第２の側面に係る送電装置１０の制御装置によれば、第１の側面に係る送電装置１０の制御装置において、受電装置２０は、可変負荷値を有する負荷装置２３と、予め決められた負荷値を有する少なくとも１つの負荷素子Ｒ０と、受電装置２０の出力電圧を負荷装置２３及び負荷素子Ｒ０のいずれか１つに選択的に供給する第１のスイッチ回路ＳＷとを備える。第１の制御回路１１は、通常の送電を行うとき、受電装置２０の出力電圧を負荷装置２３に供給するように第１のスイッチ回路ＳＷを切り換える制御信号を、第１の通信装置１４を用いて受電装置２０に送信する。第１の制御回路１１は、送電電力の周波数を決定するとき、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するように第１のスイッチ回路ＳＷを切り換える制御信号を、第１の通信装置１４を用いて受電装置２０に送信する。

本開示の第３の側面に係る送電装置１０の制御装置によれば、第２の側面に係る送電装置１０の制御装置において、受電装置２０Ｂは、第１の負荷値を有する第１の負荷素子Ｒ０ａと、第１の負荷値よりも大きい第２の負荷値を有する第２の負荷素子Ｒ０ｂとを備える。第１の制御回路１１は、受電装置２０Ｂの出力電圧が第１の負荷素子Ｒ０ａに供給されているとき、受電装置２０Ｂの出力電圧の検出値に基づいて、受電装置２０Ｂの出力電圧の周波数特性を示す第１の電圧を取得する。第１の制御回路１１は、受電装置２０Ｂの出力電圧が第２の負荷素子Ｒ０ｂに供給されているとき、受電装置２０Ｂの出力電圧の検出値に基づいて、受電装置２０Ｂの出力電圧の周波数特性を示す第２の電圧を取得する。第１の制御回路１１は、第１及び第２の電圧の差が最小化されるときの送電電力の周波数を、安定伝送周波数として決定する。

本開示の第４の側面に係る送電装置１０の制御装置によれば、第１の側面に係る送電装置１０の制御装置において、受電装置２０Ｃは、可変負荷値を有する負荷装置２３を備える。第１の制御回路１１は、受電装置２０Ｃの出力電圧が負荷装置２３に供給され、予め決められた周波数範囲において受電装置２０Ｃの負荷値に対する受電装置２０Ｃの出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの送電電力の周波数を決定する。

本開示の第５の側面に係る送電装置１０の制御装置によれば、第１の側面に係る送電装置１０の制御装置において、第１の制御回路１１は、電源回路を用いて送電電力を発生しているときに受電コイルＬ２に発生する電圧を、受電装置２０Ｄの出力電圧の検出値として、第１の通信装置１４を用いて受電装置２０Ｄから受信する。

本開示の第６の側面に係る送電装置１０の制御装置によれば、第１、第２、第４、又は第５の側面に係る送電装置１０の制御装置において、第１の制御回路１１は、予め決められた周波数範囲において受電装置２０の出力電圧の検出値が少なくとも局所的に最大化されるときの送電電力の周波数を、安定伝送周波数として決定する。

本開示の第７の側面に係る送電装置１０の制御装置によれば、第１～第６のうちの１つの側面に係る送電装置１０の制御装置において、第１の制御回路１１は、受電装置２０の出力電圧の検出値が、安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から第１のしきい値よりも変化したとき、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。

本開示の第８の側面に係る送電装置１０Ｅの制御装置によれば、第１～第７のうちの１つの側面に係る送電装置１０Ｅの制御装置において、制御装置は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の結合率を推定する結合率推定器１７をさらに備える。第１の制御回路１１Ｅは、結合率が、安定伝送周波数及び送電電圧を決定したときの値から第２のしきい値よりも変化したとき、受電装置２０の出力電圧の検出値に基づいて安定伝送周波数及び送電電圧を再決定する。

本開示の第９の側面に係る送電装置１０Ｅの制御装置によれば、第８の側面に係る送電装置１０Ｅの制御装置において、制御装置は、送電コイルＬ１に電磁的に結合した第１の補助コイルＬ３と、第１の補助コイルＬ３に発生する電流又は電圧の値を検出する第１の検出器１５と、送電コイルＬ１に流れる電流を検出する第２の検出器１６とをさらに備える。結合率推定器１７は、第１の検出器１５及び第２の検出器１６によって検出された値に基づいて結合率を推定する。

本開示の第１０の側面に係る送電装置１０Ｅの制御装置によれば、第９の側面に係る送電装置１０Ｅの制御装置において、結合率推定器１７は、第１の補助コイルＬ３に発生する電流又は電圧の値に基づいて送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の第１の結合率を推定し、送電コイルＬ１に流れる電流の値に基づいて送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２の間の第２の結合率を推定する。第１の制御回路１１Ｅは、第１及び第２の結合率の差が第３のしきい値以下であるとき、安定伝送周波数及び送電電圧を有する送電電力を発生するように電源回路を制御する。第１の制御回路１１Ｅは、第１及び第２の結合率の差が第３のしきい値を超えるとき、受電装置２０への電力の伝送を停止するように電源回路を制御する。

本開示の第１１の側面に係る送電装置１０Ｆの制御装置によれば、第８の側面に係る送電装置１０Ｆの制御装置において、制御装置は、送電コイルＬ１に電磁的に結合した第１の補助コイルＬ３と、第１の補助コイルＬ３に発生する電流又は電圧の値を検出する検出器１５とを備える。結合率推定器１７は、第１の補助コイルＬ３に発生する電流又は電圧の値に基づいて結合率を推定する。

本開示の第１２の側面に係る送電装置１０Ｇの制御装置によれば、第８の側面に係る送電装置１０Ｇの制御装置において、制御装置は、送電コイルＬ１に流れる電流の値を検出する検出器１６をさらに備える。結合率推定器１７は、送電コイルＬ１に流れる電流の値に基づいて結合率を推定する。

本開示の第１３の側面に係る送電装置１０によれば、送電装置１０は、送電コイルＬ１と、可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して送電コイルＬ１に供給する電源回路と、第１～第１２のうちの１つの側面に係る送電装置１０の制御装置とを備える。

本開示の第１４の側面に係る送電装置１０によれば、第１３の側面に係る送電装置１０において、電源回路は、フルブリッジ型又はハーフブリッジ型のインバータ１３を含む。

本開示の第１５の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、非接触電力伝送システムは、第１３又は第１４の側面に係る送電装置１０と、受電装置２０とを含む。受電装置２０は、受電コイルＬ２と、受電装置２０の出力電圧を検出する電圧検出回路２４と、送電装置１０に通信可能に接続され、受電装置２０の出力電圧の検出値を送電装置１０に送信する第２の通信装置２５とを備える。

本開示の第１６の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、第１５の側面に係る非接触電力伝送システムにおいて、送電装置１０及び受電装置２０の少なくとも一方は、送電コイルＬ１又は受電コイルＬ２と共振するように接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２をさらに備える。キャパシタＣ１，Ｃ２の容量は、予め決められた周波数範囲において、受電装置２０の負荷値に対する受電装置２０の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化される周波数を含むように設定される。

本開示の第１７の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、第１６の側面に係る非接触電力伝送システムにおいて、送電装置１０は、送電コイルＬ１と共振するように接続され、第１の容量を有する第１のキャパシタＣを備える。受電装置２０は、受電コイルＬ２と共振するように接続され、第１の容量とは異なる第２の容量を有する第２のキャパシタＣ２を備える。

本開示の第１８の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、第１５～第１７のうちの１つの側面に係る非接触電力伝送システムにおいて、受電装置２０は、受電コイルＬ２に発生する電圧を整流する整流回路２２をさらに備える。整流回路２２は、ダイオードの全波整流回路、ダイオードの倍電圧整流回路、スイッチング素子の全波整流回路、又はスイッチング素子の倍電圧整流回路である、

本開示の第１９の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、第１５～第１８のうちの１つの側面に係る非接触電力伝送システムにおいて、受電装置２０は、可変負荷値を有する負荷装置２３と、予め決められた負荷値を有する少なくとも１つの負荷素子Ｒ０と、受電装置２０の出力電圧を負荷装置２３及び負荷素子Ｒ０のいずれか１つに選択的に供給する第１のスイッチ回路ＳＷと、電圧検出回路２４によって検出された受電装置２０の出力電圧が第４のしきい値を超えたとき、受電装置２０の出力電圧を負荷素子Ｒ０に供給するように第１のスイッチ回路ＳＷを切り換える第２の制御回路２１とをさらに備える。

本開示の第２０の側面に係る非接触電力伝送システムによれば、第１５～第１８のうちの１つの側面に係る非接触電力伝送システムにおいて、受電装置２０は、送電コイルＬ１に電磁的に結合した第２の補助コイルＬ４と、第２のスイッチ回路ＳＷＨと、第２のスイッチ回路ＳＷＨを介して第２の補助コイルＬ４に接続された第３の負荷素子Ｒ３と、電圧検出回路２４によって検出された受電装置２０の出力電圧が第４のしきい値を超えたとき、第２のスイッチ回路ＳＷＨをオンする第２の制御回路２１とをさらに備える。

本開示は、磁界方式で電力を伝送し、かつ、送電コイル及び受電コイルの結合率が変化する可能性がある非接触電力伝送システムに適用可能である。本開示は、磁界方式で電力を伝送し、かつ、送電コイル及び受電コイルの結合率が変化しない非接触電力伝送システムにも適用可能である。

１ 交流電源
１０，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ 送電装置
１１，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ 制御回路
１２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３，１３Ａ インバータ
１４ 通信装置
１５，１６ 検出器
１７，１７Ｆ，１７Ｇ 結合率推定器
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｈ 受電装置
２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｈ 制御回路
２２，２２Ａ１，２２Ａ２，２２Ａ３，２２Ｄ 整流回路
２３ 負荷装置
２４，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｈ 電圧検出回路
２５ 通信装置
３１ 路面
３２ 車両
３３ 異物
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０ キャパシタ
Ｆ１，Ｆ２ 磁性体コア
Ｆ１Ａ，Ｆ２Ａ 磁性体
Ｌ１ 送電コイル
Ｌ２ 受電コイル
Ｌ３，Ｌ４ 補助コイル
Ｒ０ 負荷素子
Ｒ１ 電流検出抵抗
Ｒ２ 電圧検出抵抗
Ｒ３ 負荷素子
ＳＷ，ＳＷＢ，ＳＷＨ スイッチ回路

Claims (21)

1. 受電コイルを備えた受電装置に電力を非接触で伝送する送電装置の制御装置であって、
   前記送電装置は、送電コイルと、可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して前記送電コイルに供給する電源回路とを備え、
   前記制御装置は、
   前記受電装置に通信可能に接続され、前記受電装置から、前記受電装置の出力電圧の検出値を受信する第１の通信装置と、
   前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて前記電源回路を制御する第１の制御回路とを備え、
   前記第１の制御回路は、
   予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御し、
   前記電源回路を用いて前記送電電力を発生しているときに前記受電装置において検出された前記受電装置の出力電圧の検出値を、前記第１の通信装置を用いて前記受電装置から受信し、
   前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記周波数範囲において前記受電装置の負荷値に対する前記受電装置の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの前記送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定し、
   前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに前記受電装置の出力電圧を予め決められた目標電圧にする前記送電電力の電圧を示す送電電圧を決定し、
   前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御し、
   前記受電装置は、可変負荷値を有する負荷装置と、予め決められた負荷値を有する少なくとも１つの負荷素子と、前記受電装置の出力電圧を前記負荷装置及び前記負荷素子のいずれか１つに選択的に供給する第１のスイッチ回路とを備え、
   前記第１の制御回路は、
   通常の送電を行うとき、前記受電装置の出力電圧を前記負荷装置に供給するように前記第１のスイッチ回路を切り換える制御信号を、前記第１の通信装置を用いて前記受電装置に送信し、
   前記送電電力の周波数を決定するとき、前記受電装置の出力電圧を前記負荷素子に供給するように前記第１のスイッチ回路を切り換える制御信号を、前記第１の通信装置を用いて前記受電装置に送信する、
   送電装置の制御装置。
2. 前記受電装置は、第１の負荷値を有する第１の負荷素子と、前記第１の負荷値よりも大きい第２の負荷値を有する第２の負荷素子とを備え、
   前記第１の制御回路は、
   前記受電装置の出力電圧が前記第１の負荷素子に供給されているとき、前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記受電装置の出力電圧の周波数特性を示す第１の電圧を取得し、
   前記受電装置の出力電圧が前記第２の負荷素子に供給されているとき、前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記受電装置の出力電圧の周波数特性を示す第２の電圧を取得し、
   前記第１及び第２の電圧の差が最小化されるときの前記送電電力の周波数を、前記安定伝送周波数として決定する、
   請求項１記載の送電装置の制御装置。
3. 前記第１の制御回路は、前記周波数範囲において前記受電装置の出力電圧の検出値が少なくとも局所的に最大化されるときの前記送電電力の周波数を、前記安定伝送周波数として決定する、
   請求項１記載の送電装置の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記送電コイル及び前記受電コイルの結合率を推定する結合率推定器をさらに備え、
   前記第１の制御回路は、前記結合率が、前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を決定したときの値から第２のしきい値よりも変化したとき、前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を再決定する、
   請求項１～３のうちの１つに送電装置の制御装置。
5. 受電コイルを備えた受電装置に電力を非接触で伝送する送電装置の制御装置であって、
   前記送電装置は、送電コイルと、可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して前記送電コイルに供給する電源回路とを備え、
   前記制御装置は、
   前記受電装置に通信可能に接続され、前記受電装置から、前記受電装置の出力電圧の検出値を受信する第１の通信装置と、
   前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて前記電源回路を制御する第１の制御回路とを備え、
   前記第１の制御回路は、
   予め決められた周波数範囲において変化する周波数を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御し、
   前記電源回路を用いて前記送電電力を発生しているときに前記受電装置において検出された前記受電装置の出力電圧の検出値を、前記第１の通信装置を用いて前記受電装置から受信し、
   前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記周波数範囲において前記受電装置の負荷値に対する前記受電装置の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの前記送電電力の周波数を示す安定伝送周波数を決定し、
   前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて、前記安定伝送周波数を有する送電電力を発生するときに前記受電装置の出力電圧を予め決められた目標電圧にする前記送電電力の電圧を示す送電電圧を決定し、
   前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御する、
   前記制御装置は、前記送電コイル及び前記受電コイルの結合率を推定する結合率推定器をさらに備え、
   前記第１の制御回路は、前記結合率が、前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を決定したときの値から第２のしきい値よりも変化したとき、前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を再決定する、
   送電装置の制御装置。
6. 前記受電装置は、可変負荷値を有する負荷装置を備え、
   前記第１の制御回路は、前記受電装置の出力電圧が前記負荷装置に供給され、前記周波数範囲において前記受電装置の負荷値に対する前記受電装置の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化されるときの前記送電電力の周波数を決定する、
   請求項５記載の送電装置の制御装置。
7. 前記第１の制御回路は、前記電源回路を用いて前記送電電力を発生しているときに前記受電コイルに発生する電圧を、前記受電装置の出力電圧の検出値として、前記第１の通信装置を用いて前記受電装置から受信する、
   請求項５記載の送電装置の制御装置。
8. 前記第１の制御回路は、前記周波数範囲において前記受電装置の出力電圧の検出値が少なくとも局所的に最大化されるときの前記送電電力の周波数を、前記安定伝送周波数として決定する、
   請求項５～７のうちの１つに記載の送電装置の制御装置。
9. 前記制御装置は、
   前記送電コイルに電磁的に結合した第１の補助コイルと、
   前記第１の補助コイルに発生する電流又は電圧の値を検出する第１の検出器と、
   前記送電コイルに流れる電流を検出する第２の検出器とをさらに備え、
   前記結合率推定器は、前記第１及び第２の検出器によって検出された値に基づいて前記結合率を推定する、
   請求項４～８のうちの１つに記載の送電装置の制御装置。
10. 前記結合率推定器は、前記第１の補助コイルに発生する電流又は電圧の値に基づいて前記送電コイル及び前記受電コイルの間の第１の結合率を推定し、前記送電コイルに流れる電流の値に基づいて前記送電コイル及び前記受電コイルの間の第２の結合率を推定し、
    前記第１の制御回路は、
    前記第１及び第２の結合率の差が第３のしきい値以下であるとき、前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を有する送電電力を発生するように前記電源回路を制御し、
    前記第１及び第２の結合率の差が前記第３のしきい値を超えるとき、前記受電装置への電力の伝送を停止するように前記電源回路を制御する、
    請求項９記載の送電装置の制御装置。
11. 前記制御装置は、
    前記送電コイルに電磁的に結合した第１の補助コイルと、
    前記第１の補助コイルに発生する電流又は電圧の値を検出する検出器とを備え、
    前記結合率推定器は、前記第１の補助コイルに発生する電流又は電圧の値に基づいて前記結合率を推定する、
    請求項４～８のうちの１つに記載の送電装置の制御装置。
12. 前記制御装置は、前記送電コイルに流れる電流の値を検出する検出器をさらに備え、
    前記結合率推定器は、前記送電コイルに流れる電流の値に基づいて前記結合率を推定する、
    請求項４～８のうちの１つに記載の送電装置の制御装置。
13. 前記第１の制御回路は、前記受電装置の出力電圧の検出値が、前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を決定したときの値から第１のしきい値よりも変化したとき、前記受電装置の出力電圧の検出値に基づいて前記安定伝送周波数及び前記送電電圧を再決定する、
    請求項１～１２のうちの１つに記載の送電装置の制御装置。
14. 送電コイルと、
    可変電圧及び可変周波数を有する送電電力を発生して前記送電コイルに供給する電源回路と、
    請求項１～１３のうちの１つに記載の送電装置の制御装置とを備えた、
    送電装置。
15. 前記電源回路は、フルブリッジ型又はハーフブリッジ型のインバータを含む、
    請求項１４記載の送電装置。
16. 請求項１４又は１５記載の送電装置と、
    受電装置とを含む非接触電力伝送システムであって、
    前記受電装置は、
    受電コイルと、
    前記受電装置の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
    前記送電装置に通信可能に接続され、前記受電装置の出力電圧の検出値を前記送電装置に送信する第２の通信装置とを備えた、
    非接触電力伝送システム。
17. 前記送電装置及び前記受電装置の少なくとも一方は、前記送電コイル又は前記受電コイルと共振するように接続されたキャパシタをさらに備え、
    前記キャパシタの容量は、予め決められた周波数範囲において、前記受電装置の負荷値に対する前記受電装置の出力電圧の依存性が少なくとも局所的に最小化される周波数を含むように設定された、
    請求項１６記載の非接触電力伝送システム。
18. 前記送電装置は、前記送電コイルと共振するように接続され、第１の容量を有する第１のキャパシタを備え、
    前記受電装置は、前記受電コイルと共振するように接続され、前記第１の容量とは異なる第２の容量を有する第２のキャパシタを備えた、
    請求項１７記載の非接触電力伝送システム。
19. 前記受電装置は、前記受電コイルに発生する電圧を整流する整流回路をさらに備え、
    前記整流回路は、ダイオードの全波整流回路、ダイオードの倍電圧整流回路、スイッチング素子の全波整流回路、又はスイッチング素子の倍電圧整流回路である、
    請求項１６～１８のうちの１つに記載の非接触電力伝送システム。
20. 前記受電装置は、
    可変負荷値を有する負荷装置と、
    予め決められた負荷値を有する少なくとも１つの負荷素子と、
    前記受電装置の出力電圧を前記負荷装置及び前記負荷素子のいずれか１つに選択的に供給する第１のスイッチ回路と、
    前記電圧検出回路によって検出された前記受電装置の出力電圧が第４のしきい値を超えたとき、前記受電装置の出力電圧を前記負荷素子に供給するように前記第１のスイッチ回路を切り換える第２の制御回路とをさらに備えた、
    請求項１６～１９のうちの１つに記載の非接触電力伝送システム。
21. 前記受電装置は、
    前記送電コイルに電磁的に結合した第２の補助コイルと、
    第２のスイッチ回路と、
    前記第２のスイッチ回路を介して前記第２の補助コイルに接続された第３の負荷素子と、
    前記電圧検出回路によって検出された前記受電装置の出力電圧が第４のしきい値を超えたとき、前記第２のスイッチ回路をオンする第２の制御回路とをさらに備えた、
    請求項１６～１９のうちの１つに記載の非接触電力伝送システム。

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