JP7332025B2 - 送電装置 - Google Patents

Description

本開示は、送電装置に関する。

非接触（ワイヤレス）で電力を伝送する非接触給電システムが知られている。非接触給電システムは、送電コイルを含む送電装置と受電コイルを含む受電装置とを備え、コイル間の電磁誘導又は磁界共鳴等を利用して、非接触での電力伝送を実現している。電力伝送に用いられる周波数（インバータのスイッチング周波数）と他の機器が使用している周波数とが干渉すると、電力伝送に起因して他の機器にノイズ等の影響を及ぼすおそれがある。

特許文献１に記載の非接触給電装置では、出力指令値（電力指令値）に応じたインバータ周波数が、他の機器が使用する使用周波数帯域と重複する場合、使用周波数帯域と重複しないようにインバータ周波数が修正され、電力指令値に対応する出力電力値が得られるようにＰＦＣ（Power Factor Correction）出力が調整される。

国際公開第２０１４／１１８９７２号

特許文献１に記載の非接触給電装置では、インバータ周波数が電力指令値に応じた周波数に合わせられた後、インバータ周波数が使用周波数帯域に重複する場合には、インバータ周波数が使用周波数帯域に重複しないように修正される。そして、インバータ周波数が変更されたことによる出力電力の減少分だけＰＦＣ出力が増加され、出力電力値が電力指令値に合わせられる。このため、出力電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間が長くなるおそれがある。

本開示は、他の機器との干渉を抑制しつつ、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間を短縮することが可能な送電装置を説明する。

本開示の一側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための装置である。この送電装置は、受電装置の第２コイルに非接触で電力を伝送するための第１コイルと、直流電力を交流電力に変換するとともに交流電力を第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、を備える。対象電力は、直流電力又は交流電力である。制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、電力値が電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数となるように周波数を変更する周波数変更処理を行う。

本開示によれば、他の機器との干渉を抑制しつつ、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間を短縮することができる。

図１は、一実施形態に係る送電装置を含む非接触給電システムの適用例を示す図である。 図２は、図１の非接触給電システムの回路ブロック図である。 図３は、負荷電力の周波数特性を示す図である。 図４は、直流交流変換器の回路構成の一例を示す図である。 図５は、図２の第１制御器が行う電力制御の一連の処理を示すフローチャートである。 図６は、図５の周波数変更処理の一例を詳細に示すフローチャートである。 図７は、図５の電力制御を説明するための図である。 図８は、図５の周波数変更処理の別の例を詳細に示すフローチャートである。 図９は、図８の周波数変更処理を含む電力制御を説明するための図である。 図１０は、変形例に係る送電装置を含む非接触給電システムの回路ブロック図である。

［１］実施形態の概要
本開示の一側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための装置である。この送電装置は、受電装置の第２コイルに非接触で電力を伝送するための第１コイルと、直流電力を交流電力に変換するとともに交流電力を第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、を備える。対象電力は、直流電力又は交流電力である。制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、電力値が電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数となるように周波数を変更する周波数変更処理を行う。

この送電装置では、対象電力の電力値が電力指令値に達した際の交流電力の周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、周波数変更処理が行われる。周波数変更処理では、対象電力の電力値が電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御が行われつつ、交流電力の周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数となるように交流電力の周波数が変更される。このように、対象電力の電力値が電力指令値に一旦達すると、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態が維持される。このため、対象電力の電力値が電力指令値に達した後に、交流電力の周波数が変更されたとしても、対象電力の電力値は電力指令値に合わせられている。その結果、他の機器との干渉を抑制しつつ、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間を短縮することが可能となる。

制御器は、直流電力の電圧を変更する電圧制御、直流交流変換器の位相シフト制御、及び直流交流変換器と第１コイルとの間のインピーダンスを制御するインピーダンス制御の少なくとも１つを周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流電力の電圧、直流交流変換器の位相シフト量、又は直流交流変換器と第１コイルとの間のインピーダンスが変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

制御器は、電圧制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流電力の電圧が変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

制御器は、電圧を増加させることによって、電圧制御を行ってもよい。この場合、直流電力の電圧が低い電圧から順に調整されるので、交流電力の周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数に変更された際の直流電力の電圧を低くすることができる。これにより、第１コイルと第２コイルとの間の電力の伝送効率を向上させることが可能となる。

制御器は、位相シフト制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流交流変換器の位相シフト量が変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

制御器は、インピーダンス制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流交流変換器と第１コイルとの間のインピーダンスが変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

制御器は、電圧が一定となるように、変換器を制御してもよい。この場合、直流電力の電圧が一定であるので、直流交流変換器の耐電圧を上げることなく、周波数変更処理を行うことができる。その結果、直流交流変換器の大型化を招くことなく、他の機器との干渉を抑制することが可能となる。

制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数に応じて、電圧制御及び位相シフト制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。この場合、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定するまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及び位相シフト制御を用いることによって、交流電力の周波数の調整範囲を広げることができるので、より確実に交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数に応じて、電圧制御及びインピーダンス制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。この場合、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定するまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及びインピーダンス制御を用いることによって、交流電力の周波数の調整範囲を広げることができるので、より確実に交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

制御器は、周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に変更できない場合、電力指令値を下げてもよい。この場合、電力指令値を下げることによって、交流電力の周波数は使用周波数帯域とは異なる周波数に変更され得る。したがって、他の機器との干渉をより確実に抑制することが可能となる。

［２］実施形態の例示
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。

図１は、一実施形態に係る送電装置を含む非接触給電システムの適用例を示す図である。図１に示されるように、非接触給電システム１は、送電装置２と受電装置３とを備えており、送電装置２から受電装置３に電力を供給するためのシステムである。送電装置２及び受電装置３は、例えば上下方向に離間している。送電装置２は、例えば駐車場等に設置されている。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶに搭載されている。非接触給電システム１は、駐車場等に到着した電気自動車ＥＶに対し、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給するように構成されている。なお、非接触給電方式は、磁気結合を利用した方式に限らず、例えば、電界共鳴方式であってもよい。

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

受電装置３は、送電装置２から電力を受け取り、負荷Ｌ（図２参照）に電力を供給する装置である。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶに搭載される。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶの車体（シャーシ等）の底面に取り付けられた第２コイル装置５（受電コイル装置）を備えている。第２コイル装置５は、第２コイル３１（図２参照）を含み、電力供給時において第１コイル装置４と上下方向に離間して対向する。第２コイル装置５は、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。第１コイル装置４で発生した磁束が第２コイル装置５に鎖交することによって、第２コイル装置５は誘導電流を発生させる。これにより、第２コイル装置５は、非接触（ワイヤレス）で第１コイル装置４からの電力を受け取る。第２コイル装置５が受け取った電力は、負荷Ｌに供給される。

図２を参照して、非接触給電システム１の回路構成を詳細に説明する。図２は、図１の非接触給電システムの回路ブロック図である。図２に示されるように、非接触給電システム１は、電源ＰＳから交流電力Ｐａｃ１を受け、負荷Ｌに負荷電力Ｐｏｕｔを供給するシステムである。電源ＰＳは、商用電源等の交流電源であり、送電装置２に交流電力Ｐａｃ１を供給する。交流電力Ｐａｃ１の周波数は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。負荷Ｌは、バッテリ等の直流負荷であってもよく、モータ等の交流負荷であってもよい。

送電装置２は、電源ＰＳから交流電力Ｐａｃ１を供給される。送電装置２は、第１コイル２１と、第１変換器２２（変換器）と、第１検出器２３と、第１通信器２４と、第１制御器２５（制御器）と、使用周波数検出器２８と、を備えている。

第１変換器２２は、電源ＰＳから供給される交流電力Ｐａｃ１を、所望の交流電力Ｐａｃ２に変換し、交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する回路である。第１変換器２２は、例えば、後述の周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの電圧制御によって直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさ（電力値）を変更することができる。第１変換器２２は、電力変換器２６と、直流交流変換器（DC/AC converter）２７と、を備えている。

電力変換器２６は、電源ＰＳから供給された交流電力Ｐａｃ１を直流電力Ｐｄｃに変換する交流直流変換器（AC/DC converter）である。電力変換器２６は、例えば整流回路である。整流回路は、ダイオード等の整流素子で構成されてもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子で構成されてもよい。電力変換器２６は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能及び昇降圧機能をさらに有していてもよい。第１変換器２２は、電力変換器２６の出力に設けられた直流直流変換器（DC/DC converter）をさらに備えていてもよい。電力変換器２６は、第１制御器２５によって直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさを変更するように制御される。電力変換器２６は、例えば、パルス幅変調で直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさを変更する。電力変換器２６は、直流電力Ｐｄｃを直流交流変換器２７に供給する。

直流交流変換器２７は、電力変換器２６から供給された直流電力Ｐｄｃを交流電力Ｐａｃ２に変換する。交流電力Ｐａｃ２の周波数は、例えば８１．３８ｋＨｚ～９０ｋＨｚである。直流交流変換器２７は、例えば、インバータ回路を含む。第１変換器２２は、直流交流変換器２７の出力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。直流交流変換器２７は、第１制御器２５によって直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさを変更するように制御される。直流交流変換器２７は、交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する。

第１コイル２１は、受電装置３（の第２コイル３１）に非接触で電力を伝送するためのコイルである。第１コイル２１は、第１変換器２２から交流電力Ｐａｃ２が供給されることによって、磁束を発生する。第１コイル２１と第１変換器２２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。

第１検出器２３は、直流電力Ｐｄｃに関する測定値を取得するための回路を含む。直流電力Ｐｄｃに関する測定値を取得するための回路は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第１検出器２３は、直流電力Ｐｄｃ、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃ又は直流電力Ｐｄｃの電流Ｉｄｃを測定する。第１検出器２３は、交流電力Ｐａｃ２、交流電力Ｐａｃ２の電圧Ｖａｃ２及び交流電力Ｐａｃ２の電流Ｉａｃ２を測定する。第１検出器２３は、取得した測定値を第１制御器２５に出力する。

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

第１制御器２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置である。第１制御器２５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び送電装置２の各部と接続するインターフェース回路等を有してもよい。

第１制御器２５は、対象電力の電力値を第１電力指令値（電力指令値）に近づける電力一定制御を行う。対象電力としては、直流電力Ｐｄｃ又は交流電力Ｐａｃ２が用いられ得る。第１制御器２５は、第１検出器２３によって検出された電流Ｉｄｃの測定値に基づいて、第１電力測定値を計算する。対象電力が直流電力Ｐｄｃである場合、第１電力測定値とは、直流交流変換器２７の損失及び第１コイル２１の損失等と、直流交流変換器２７から第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２とを含んだ測定値である。第１制御器２５は、第１通信器２４を介して受電装置３から受信した第２電力指令値に基づいて、直流電力Ｐｄｃの目標値である第１電力指令値を計算する。第１制御器２５は、電力一定制御として、第１電力測定値及び第１電力指令値に基づいて、第１電力測定値（直流電力Ｐｄｃ）が第１電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する電力制御を行う。

なお、対象電力が交流電力Ｐａｃ２である場合、第１電力指令値は、交流電力Ｐａｃ２の目標値であって、交流電力Ｐａｃ２に応じて設定される。つまり、第１制御器２５は、電力一定制御として、交流電力Ｐａｃ２が交流電力Ｐａｃ２の目標値である第１電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する。以下、対象電力が直流電力Ｐｄｃである場合について説明を行う。

なお、第１制御器２５は、第１電力指令値を補正するための指令値補正制御を行ってもよい。第１制御器２５は、指令値補正制御として、第１通信器２４を介して受電装置３から受信した第２電力測定値（後述）及び第２電力指令値（後述）に基づいて、第２電力測定値（負荷電力Ｐｏｕｔ）が第２電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する電力制御を行う。具体的には、第１制御器２５は、第２電力測定値が第２電力指令値に近づくように、第１電力指令値を補正する。

第１制御器２５は、電力制御として、第１変換器２２を制御することによって、直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさ（電力値）を制御し、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを制御する。電力制御は、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの電圧制御の少なくとも１つを用いて行われる。各制御において、直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさを制御するための電力制御パラメータが変更される。

ここで、図３を用いて周波数制御を説明する。図３は、負荷電力の周波数特性を示す図である。図３のグラフの横軸は駆動周波数ｆを示し、縦軸は負荷電力Ｐｏｕｔ（の大きさ）を示す。駆動周波数ｆは、交流電力Ｐａｃ２の周波数である。交流電力Ｐａｃ２の周波数とは、第１変換器２２から出力される交流電流又は交流電圧の周波数である。以下、交流電力Ｐａｃ２の周波数を「駆動周波数ｆ」と称する場合がある。図３に示されるように、駆動周波数ｆに応じて、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変更される。駆動周波数ｆとしては、例えば８１．３８ｋＨｚ～９０ｋＨｚが利用可能である。駆動周波数ｆが変わることにより、コイル及びキャパシタ等のリアクタンス素子のインピーダンスが変わり、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変化する。以下、本実施形態では、駆動周波数ｆが大きくなるにつれて、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが小さくなるとする。第１制御器２５は、駆動周波数ｆを変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更する周波数制御を実施する。周波数制御における上述の電力制御パラメータは、直流交流変換器２７（インバータ回路）の駆動周波数ｆである。

例えば、当初、駆動周波数ｆが周波数ｆｂであったと仮定する。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐｂである。ここで、例えば、駆動周波数ｆが、周波数ｆｂから周波数ｆａまで減少される。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆａに対応する電力Ｐａとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから電力Ｐａまで増加する。一方、駆動周波数ｆが、周波数ｆｂから周波数ｆｃまで増加される。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆｃに対応する電力Ｐｃとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから電力Ｐｃまで減少する。

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

周波数制御の具体的な手法は限定されない。例えば、直流交流変換器２７がインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれる各スイッチング素子に供給される駆動信号を用いて、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整し、駆動周波数ｆを変更する。スイッチング素子としては、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられ、この場合、駆動信号はスイッチング素子のゲートに印加される。

続いて、位相シフト制御を説明する。第１制御器２５は、直流交流変換器２７（インバータ回路）の位相シフト量を変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更する位相シフト制御を実施する。例えば、直流交流変換器２７が図４に示されるようなインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれるスイッチング素子ＳＷａ～ＳＷｄへの駆動信号Ｓａ～Ｓｄの供給時間を調整することによって、各スイッチング素子ＳＷａ～ＳＷｄがオンとなる時間を調整する。

スイッチング素子ＳＷａの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｄの駆動時間とが同じであり、スイッチング素子ＳＷｂの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｃの駆動時間とが同じであるときが、インバータ回路の通電期間（オン期間）が最も長くなる。スイッチング素子ＳＷａの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｄの駆動時間とがずれるほど（スイッチング素子ＳＷｂの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｃの駆動時間とがずれるほど）、インバータ回路のオン期間が短くなる。インバータ回路のオン期間が短くなるほど、直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２は小さくなる。位相シフト制御における上述の電力制御パラメータは、位相シフト量である。位相シフト量は、スイッチング素子ＳＷａの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｄの駆動時間とのずれ量（又はスイッチング素子ＳＷｂの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｃの駆動時間とのずれ量）である。言い換えれば、位相シフト制御における上述の電力制御パラメータは、インバータ回路のオン期間である。

なお、インバータ回路のソフトスイッチングを実現するために、インバータ回路からの出力電圧（交流電力Ｐａｃ２の電圧Ｖａｃ２）の位相が出力電流（交流電力Ｐａｃ２の電流Ｉａｃ２）の位相と同じか進んでいる（インバータ回路から見た負荷全体のインピーダンスが誘導性である）必要がある。ここで、本実施形態において、インバータ回路（直流交流変換器２７）から見た負荷全体のインピーダンスとは、第１コイル２１、第２コイル３１、第２変換器３２、及び負荷Ｌのインピーダンスの合計である。電圧と電流との位相差を同じにしておくと、ノイズ及び制御誤差などでインバータ回路から見た負荷全体のインピーダンスが容量性になってしまう。インバータ回路からの出力電流（交流電力Ｐａｃ２の電流Ｉａｃ２）の位相が出力電圧（交流電力Ｐａｃ２の電圧Ｖａｃ２）の位相よりも進んでいる場合、インバータ回路から見た負荷全体のインピーダンスは容量性である。したがって、安全性を確保するために、位相差が所定値よりも小さくならないように電圧の位相を電流の位相よりも進めておく。この所定値を位相余裕と呼ぶ。

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

続いて、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を説明する。第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさを変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更する電圧制御を実施する。直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの変更は、例えば上述の電力変換器２６が有する昇降圧機能を利用して行われる。例えば、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが大きくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２も大きくなり、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが小さくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２も小さくなる。よって、直流電力Ｐｄｃの電圧制御における上述の電力制御パラメータは、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさである。昇降圧機能は、例えば、チョッパ回路で実現され得る。

使用周波数検出器２８は、非接触給電システム１とは異なる他の機器によって使用される周波数帯域である使用周波数帯域を検出する回路である。使用周波数検出器２８は、例えば、ラジオの自動チューニングと同様に、オートスキャンによって使用周波数帯域を検出する。使用周波数検出器２８は、ＧＰＳ（Global Positioning System）等を用いて送電装置２の位置情報を取得し、当該位置情報によって示される位置を含む地域において、他の機器に対して割り当てられている割当周波数帯域を使用周波数帯域として検出してもよい。地域ごとの割当周波数帯域は、不図示のメモリに予め設定されている。使用周波数検出器２８は、検出された周波数帯域の高調波成分を使用周波数帯域としてもよい。使用周波数検出器２８は、使用周波数帯域を示す使用周波数情報を第１制御器２５に出力する。なお、ユーザが使用周波数帯域を第１制御器２５に設定してもよい。この場合、送電装置２は、使用周波数検出器２８を備えていなくてもよい。

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

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

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

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

第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔに関する測定値を取得するための回路である。第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電圧Ｖｏｕｔ、負荷電流Ｉｏｕｔ又は負荷電力Ｐｏｕｔを測定する。第２検出器３３は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第２検出器３３は、取得した測定値を第２制御器３５に出力する。負荷Ｌは、第２電力指令値を第２制御器３５に出力する。第２電力指令値は、負荷Ｌに供給すべき所望の電力の大きさを示す。例えば負荷Ｌが蓄電池の場合には、第２電力指令値は、負荷ＬのＳＯＣ（State Of Charge）に応じて定められた電流、電圧、又は電力の指令値であってもよい。

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

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

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

次に、図５～図７を参照して、電力制御を詳細に説明する。図５は、図２の第１制御器が行う電力制御の一連の処理を示すフローチャートである。図６は、図５の周波数変更処理の一例を詳細に示すフローチャートである。図７は、図５の電力制御を説明するための図である。図５に示される一連の処理は、第１制御器２５が受電装置３から第２電力指令値を受信することによって開始される。

第１制御器２５は、まず、受電装置３から受信した第２電力指令値に基づいて、第１電力指令値を計算する（ステップＳ１）。なお、受電装置３が第２電力指令値とともに第２電力測定値を送電装置２に送信する場合、第１制御器２５は、第２電力測定値が第２電力指令値に近づくように、第１電力指令値を補正してもよい。ここでは、第１電力測定値（直流電力Ｐｄｃ）が第１電力指令値よりも小さい場合を説明するが、第１電力測定値が第１電力指令値よりも大きい場合も同様である。第１電力測定値が第１電力指令値と等しい場合には、以降の処理は行われることなく、電力制御が終了する。

続いて、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを設定する（ステップＳ２）。例えば、送電装置２の起動時においては、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧Ｖｄｃの電圧範囲のうちの最小の電圧となるように、電力変換器２６を制御する。第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃが予め定められた電圧（例えば、４２０Ｖ）となるように電力変換器２６を制御してもよい。送電装置２が稼働している場合には、第１制御器２５は、電力変換器２６が出力している電圧Ｖｄｃで固定してもよい。

ここでは、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧に設定される場合を例として説明する。この電圧Ｖｄｃにおいては、直流電力Ｐｄｃの周波数特性は、図７に示された特性Ｃ１となる。図７に示される特性Ｃ１～Ｃ４は、異なる電圧Ｖｄｃにおける直流電力Ｐｄｃの周波数特性である。電圧Ｖｄｃが大きくなるに従い、直流電力Ｐｄｃの周波数特性は特性Ｃ１、特性Ｃ２、特性Ｃ３、及び特性Ｃ４の順に変更される。言い換えると、電圧Ｖｄｃが大きくなるに従い、同一の直流電力Ｐｄｃを得るための駆動周波数ｆが大きくなる。

続いて、第１制御器２５は、周波数制御を行い（ステップＳ３）、周波数制御によって第１電力測定値を第１電力指令値に近づける。ここでは、駆動周波数ｆが変更されるに従い、第１電力測定値（直流電力Ｐｄｃの電力値）が特性Ｃ１に沿って変化する。なお、送電装置２の起動時においては、周波数制御を行う前の駆動周波数ｆは、直流電力Ｐｄｃが最も小さくなる周波数（例えば、９０ｋＨｚ）に設定されている。送電装置２が稼働している場合には、直前まで用いられていた駆動周波数ｆがそのまま使用されてもよい。第１制御器２５は、例えば、駆動周波数ｆをステップ単位で変化させることによって、第１電力測定値を第１電力指令値に徐々に近づける。なお、駆動周波数ｆの変化量に対する直流電力Ｐｄｃの変化量が小さい周波数帯域においては、第１制御器２５は、１ステップ当たりの駆動周波数ｆの変化量を大きくしてもよい。

図７に示されるように、第１電力測定値が第１電力指令値に合わせられる過程において、駆動周波数ｆが一時的に使用周波数帯域（この例では、使用周波数帯域ＦＢ２）に含まれることがある。しかしながら、駆動周波数ｆが使用周波数帯域ＦＢ２に含まれている時間は比較的短いので、他の機器への影響は限定的である。

そして、第１制御器２５は、第１電力測定値が第１電力指令値に達した（一致している）か否かを判定する（ステップＳ４）。第１電力測定値が第１電力指令値に達していない（一致していない）と判定された場合（ステップＳ４；ＮＯ）、第１制御器２５は、引き続きステップＳ３の周波数制御を行う。一方、第１電力測定値が第１電力指令値に達した（一致している）と判定された場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、第１制御器２５は、不図示のメモリから使用周波数帯域情報を読み出し、駆動周波数ｆの周波数ｆ０がいずれかの使用周波数帯域に含まれているか否かを判定する（ステップＳ５）。周波数ｆ０は、特性Ｃ１において、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した際の駆動周波数ｆである。

周波数ｆ０がいずれの使用周波数帯域にも含まれていないと判定された場合（ステップＳ５；ＮＯ）、電力制御の一連の処理が終了する。一方、ステップＳ５において、周波数ｆ０がいずれかの使用周波数帯域に含まれていると判定された場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、第１制御器２５は、駆動周波数ｆを使用周波数帯域外とするための周波数変更処理（ステップＳ６）を実施する。周波数変更処理は、周波数制御による電力一定制御を行いながら、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に変更する処理である。

ステップＳ６の周波数変更処理では、図６に示されるように、まず、第１制御器２５が周波数制御による電力一定制御を行いながら、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を行う（ステップＳ１１）。具体的には、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃの大きさを変更するように電力変換器２６を制御する。ステップＳ２において、電力変換器２６が出力可能な電圧Ｖｄｃの電圧範囲のうちの最小の電圧に電圧Ｖｄｃが設定されていた場合、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを増加させるように電力変換器２６を制御する。第１制御器２５は、例えば、電圧Ｖｄｃをステップ単位で徐々に変化させる。

このとき、電圧Ｖｄｃの大きさに応じて周波数特性が変化するので、駆動周波数ｆが周波数ｆ０に維持されている場合には、直流電力Ｐｄｃの電力値（第１電力測定値）が第１電力指令値とは異なる値になってしまう。しかしながら、第１制御器２５は、周波数制御を用いて電力一定制御を行っているので、電圧Ｖｄｃの大きさを変更するように電力変換器２６を制御するとともに、駆動周波数ｆを変更することによって、第１電力測定値が第１電力指令値と一致している状態を維持する。

続いて、第１制御器２５は、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったか否かを判定する（ステップＳ１２）。駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数でない、つまり駆動周波数ｆが使用周波数帯域に含まれていると判定された場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更することが可能か否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、図７に示されるように、電力変換器２６が出力可能な電圧Ｖｄｃの電圧範囲の最小の電圧から電圧Ｖｄｃが増加されている場合、電圧Ｖｄｃが上記電圧範囲の最大の電圧に達していないのであれば、電圧Ｖｄｃをさらに増加することができる。このような場合、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更することが可能であると判定し（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１１の処理を再び行う。

図７の例では、電圧Ｖｄｃを増加することによって、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が特性Ｃ２に変更される。しかし、特性Ｃ２において、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆは、使用周波数帯域ＦＢ１内に含まれる。このため、電圧Ｖｄｃがさらに増加される。

一方、上述のような場合において、電圧Ｖｄｃが上記電圧範囲の最大の電圧に達しているのであれば、電圧Ｖｄｃをさらに増加することはできない。このような場合、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更することができないと判定し（ステップＳ１３；ＮＯ）、第１電力指令値を変更し（ステップＳ１４）、ステップＳ１１の処理を再び行う。例えば、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更可能な範囲において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数に設定されるように、第１電力指令値を変更する（下げる）。

一方、ステップＳ１２において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったと判定された場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、電力制御の一連の処理が終了する。図７の例では、電圧Ｖｄｃを増加することによって、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が特性Ｃ４に変更される。この特性Ｃ４において、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆ（周波数ｆ１）は、使用周波数帯域ＦＢ１外となる。

例えば、負荷Ｌがバッテリである場合、バッテリの充電が進むとバッテリ電圧（負荷電圧Ｖｏｕｔ）が上昇する。この場合、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化するが、周波数制御による電力一定制御が行われているので、駆動周波数ｆが変化する。このとき、駆動周波数ｆが上がるか下がるかは、共振回路の構成等に応じて定まる。駆動周波数ｆが上がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１から遠ざかる。この場合、ステップＳ１４において第１電力指令値が下げられていれば、第１制御器２５は、第１電力指令値を元の値まで段階的に上げてもよい。駆動周波数ｆが下がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１に近づくので、第１制御器２５は、第１電力指令値をさらに引き下げることにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯域ＦＢ１に含まれないようにしてもよい。駆動周波数ｆがある程度下がると、第１電力指令値が元の値であっても、使用周波数帯域ＦＢ１の下限周波数よりも小さい場合がある。このため、第１制御器２５は、駆動周波数ｆの減少量が予め設定された閾値を超えた場合に、第１電力指令値を元の値に戻してもよい。

以上説明したように、送電装置２では、直流電力Ｐｄｃの電力値（第１電力測定値）が第１電力指令値に達した際の交流電力Ｐａｃ２の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、周波数変更処理が行われる。周波数変更処理では、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御とともに、駆動周波数ｆが使用周波数帯域とは異なる周波数となるように駆動周波数ｆが変更される。このように、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に一旦達すると、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態が維持される。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した後に、駆動周波数ｆが変更されたとしても、直流電力Ｐｄｃの電力値は第１電力指令値に合わせられている。その結果、他の機器との干渉を抑制しつつ、第２電力指令値が受信されてから、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられるまでの応答時間を短縮することが可能となる。

上記実施形態では、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行う。直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

上記実施形態では、第１制御器２５は、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧に電圧Ｖｄｃを設定している。このため、第１制御器２５は、周波数変更処理において、電圧Ｖｄｃを増加させることによって直流電力Ｐｄｃの電圧制御を行う。この場合、電圧Ｖｄｃが低い電圧から順に増加されるので、駆動周波数ｆが使用周波数帯域とは異なる周波数に変更された際の電圧Ｖｄｃを低くすることができる。電圧Ｖｄｃが低いほど、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率は高い。したがって、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率を向上させることが可能となる。電圧Ｖｄｃを低くすることによって、送電装置２が破壊される可能性を低減することができる。

第１制御器２５は、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に変更できない場合、第１電力指令値を下げ、周波数変更処理を行う。これにより、駆動周波数ｆは使用周波数帯域とは異なる周波数に変更され得る。したがって、他の機器との干渉をより確実に抑制することが可能となる。

第１コイル２１と第２コイル３１との間のギャップが変動した場合には、負荷電力Ｐｏｕｔが変動することがある。負荷Ｌがバッテリである場合、バッテリのＳＯＣに応じて負荷電圧Ｖｏｕｔが変動すると、負荷電力Ｐｏｕｔも変動することがある。これに対し、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した後、電力一定制御を行うので、上述のような過渡応答に追従することが可能となる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。例えば、非接触給電システム１は、電気自動車ＥＶに限られず、プラグインハイブリッド車及び水中航走体等の移動体に適用されてもよく、移動体以外に適用されてもよい。

第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御に代えて、位相シフト制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。図５、図８、及び図９を参照して、変形例の電力制御を説明する。図８は、図５の周波数変更処理の別の例を詳細に示すフローチャートである。図９は、図８の周波数変更処理を含む電力制御を説明するための図である。直流交流変換器２７の位相シフト量の初期値は、０に設定されている。

変形例の電力制御では、ステップＳ１～Ｓ５は、上記実施形態の電力制御のステップＳ１～Ｓ５と同様である。この変形例では、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧に設定（固定）される場合を例として説明する。

続いて、第１制御器２５は、周波数変更処理を実施する（ステップＳ６）。ステップＳ６の周波数変更処理では、図８に示されるように、まず、第１制御器２５が周波数制御による電力一定制御を行いながら、直流交流変換器２７の位相シフト制御を行う（ステップＳ２１）。具体的には、第１制御器２５は、駆動信号Ｓａ～Ｓｄ（図４参照）の供給時間を調整することによって、位相シフト量を変更する。位相シフト量の初期値は０に設定されているので、第１制御器２５は、位相シフト量を増加する。第１制御器２５は、例えば、位相シフト量をステップ単位で徐々に変化させる。

このとき、位相シフト量に応じて直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化するので、駆動周波数ｆが周波数ｆ０に維持されている場合には、直流電力Ｐｄｃの電力値（第１電力測定値）が第１電力指令値とは異なる値になってしまう。例えば、位相シフト量が増加された場合には、同じ駆動周波数ｆで直流交流変換器２７を駆動したとしても、直流電力Ｐｄｃの電力値は減少する。しかしながら、第１制御器２５は、周波数制御を用いて電力一定制御を行っているので、位相シフト量を変更するとともに、駆動周波数ｆを変更（減少）することによって、第１電力測定値が第１電力指令値と一致している状態を維持する。

続いて、第１制御器２５は、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったか否かを判定する（ステップＳ２２）。駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数でない、つまり駆動周波数ｆが使用周波数帯域に含まれていると判定された場合（ステップＳ２２；ＮＯ）、第１制御器２５は、位相シフト量を変更（増加）することが可能か否かを判定する（ステップＳ２３）。位相シフト量が最大値に達していないのであれば、位相シフト量をさらに増加することができる。このような場合、第１制御器２５は、位相シフト量を変更することが可能であると判定し（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、ステップＳ２１の処理を再び行う。

一方、位相シフト量が最大値に達しているのであれば、位相シフト量をさらに増加することはできない。このような場合、第１制御器２５は、位相シフト量を変更することができないと判定し（ステップＳ２３；ＮＯ）、第１電力指令値を変更し（ステップＳ２４）、ステップＳ２１の処理を再び行う。例えば、第１制御器２５は、位相シフト量を変更可能な範囲において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数に設定されるように、第１電力指令値を下げる。

一方、ステップＳ２２において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったと判定された場合（ステップＳ２２；ＹＥＳ）、電力制御の一連の処理が終了する。図９の例では、位相シフト量を増加することによって、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変更される。この特性において直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆ（周波数ｆ２）は、特性Ｃ１において直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）よりも小さく、使用周波数帯域ＦＢ１外である。

例えば、負荷Ｌがバッテリである場合、バッテリの充電が進むとバッテリ電圧（負荷電圧Ｖｏｕｔ）が上昇する。この場合、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化するが、周波数制御による電力一定制御が行われているので、駆動周波数ｆが変化する。駆動周波数ｆが下がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１から遠ざかる。この場合、第１制御器２５は、位相シフト量を段階的に小さくしてもよい。一方、駆動周波数ｆが上がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１に近づくので、第１制御器２５は、位相シフト量をさらに大きくすることにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯域ＦＢ１に含まれないようにしてもよい。なお、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化した場合の処理として、上記実施形態と同様の処理が行われてもよい。

この変形例では、直流交流変換器２７の位相シフト量が変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。以上説明したように、上記変形例の送電装置２においても、上記実施形態に係る送電装置２と同様の効果が奏される。

上記変形例では、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃが一定となるように、電力変換器２６を制御している。具体的には、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧のような、低い電圧に設定されている。この構成によれば、直流交流変換器２７の耐電圧を上げることなく、周波数変更処理を行うことができる。その結果、直流交流変換器２７の大型化を招くことなく、他の機器との干渉を抑制することが可能となる。直流交流変換器２７に耐電圧の低い部品を用いることができるので、送電装置２のコストを低減することができる。

直流交流変換器２７のスイッチング素子として耐電圧の高いスイッチング素子が用いられると、スイッチング素子のオン抵抗が大きくなるので、直流交流変換器２７における損失が増加する。このため、耐電圧の低いスイッチング素子を用いることによって、送電装置２の電力効率の低下を軽減することが可能となる。

さらに、上記変形例では、電圧Ｖｄｃが変更されないので、ギャップ変動等の過渡応答に追従することができる。

電圧Ｖｄｃが低いほど、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率は高い。したがって、電圧Ｖｄｃを低くすることによって、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率を向上させることが可能となる。電圧Ｖｄｃを低くすることによって、送電装置２が破壊される可能性を低減することができる。

交流電力Ｐａｃ１の電圧Ｖａｃ１を下げることによって、電圧Ｖｄｃをさらに下げることができるが、電圧Ｖａｃ１の電圧範囲が狭くなる。これに対し、電力変換器２６は、ＰＦＣ回路の後段に降圧用の直流直流変換器をさらに備えることによって、電圧Ｖａｃ１の電圧範囲を狭めることなく、電圧Ｖｄｃをさらに下げることが可能である。ＰＦＣ回路の出力可能な電圧範囲内に電圧Ｖｄｃが設定される場合には、降圧用の直流直流変換器は省略され得るので、送電装置２のコストを低減することが可能となる。なお、上記変形例において、電圧Ｖｄｃは、数Ｖ程度変更されてもよい。

第１制御器２５は、インピーダンス制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。図１０を参照して、別の変形例の送電装置２を含む非接触給電システム１を説明する。図１０は、別の変形例に係る送電装置を含む非接触給電システムの回路ブロック図である。図１０に示されるように、別の変形例に係る非接触給電システム１は、送電装置２の第１変換器２２がインピーダンス変換器２９をさらに備える点において、上記実施形態の非接触給電システム１と主に相違する。

インピーダンス変換器２９は、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間に設けられている。インピーダンス変換器２９は、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンス（直流交流変換器２７から見たインピーダンス）を変更するための装置である。インピーダンス変換器２９は、例えば、ＴＭＮ（Tunable matching network）であってもよい。ＴＭＮについては、公知であるのでその説明を省略する（米国特許出願公開第２０１９／０００６８３６号明細書、及び米国特許出願公開第２０１９／０００６８８５号明細書等参照）。

第１変換器２２は、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの電圧制御に加えて、インピーダンス制御よっても直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさ（電力値）を変更することができる。すなわち、第１制御器２５によって行われる電力制御は、周波数制御、位相シフト制御、直流電力Ｐｄｃの電圧制御、及びインピーダンス制御の少なくとも１つを用いて行われる。

続いて、インピーダンス制御を説明する。第１制御器２５は、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスの大きさを変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更するインピーダンス制御を実施する。直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが大きくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２が小さくなり、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが小さくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２が大きくなる。よって、インピーダンス制御における上述の電力制御パラメータは、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスの大きさである。

別の変形例の電力制御は、位相シフト制御に代えてインピーダンス制御が用いられる点において、上記変形例の電力制御と異なる。このため、詳細な説明を省略する。

この別の変形例では、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。以上説明したように、別の変形例の送電装置２においても、上記変形例に係る送電装置２と同様の効果が奏される。なお、インピーダンス変換器２９は、第２コイル３１と第２変換器３２との間に設けられてもよい。

さらに、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した際の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）に応じて、直流電力Ｐｄｃの電圧制御及び位相シフト制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。例えば、周波数変更処理が行われる前に、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小電圧に設定され、位相シフト量が０に設定されているとする。この場合、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するためには、直流電力Ｐｄｃの電力制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを増加させることのみが可能であり、位相シフト制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを減少させることのみが可能である。

第１制御器２５は、例えば、直流電力Ｐｄｃの電力値を第１電力指令値とすることができるか否か、位相シフト制御によって直流交流変換器２７（インバータ回路）から見た負荷全体のインピーダンスが容量性（Ｃ負荷）となるか否か、位相シフト制御によってＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）及び誤動作等のノイズの影響があるか否か、電力伝送が進むことによって直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化した場合に、駆動周波数ｆが上がるか下がるか、といった各基準を考慮して、直流電力Ｐｄｃの電力制御及び直流交流変換器２７の位相シフト制御のいずれかを選択する。ここで、本変形例における直流交流変換器２７（インバータ回路）から見た負荷全体のインピーダンスとは、インピーダンス変換器２９、第１コイル２１、第２コイル３１、第２変換器３２、及び負荷Ｌのインピーダンスの合計である。例えば、第１制御器２５は、直流交流変換器２７（インバータ回路）から見た負荷全体のインピーダンスが容量性となる場合、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を選択する。第１制御器２５は、ノイズの影響がある場合には、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を選択する。あるいは、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化した場合に、駆動周波数ｆが使用周波数帯域から遠ざかる制御を選択する。

これにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯とは異なる周波数に設定されるまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及び位相シフト制御を用いることによって、駆動周波数ｆの調整範囲を広げることができるので、より確実に駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。さらに、ノイズを抑える制御を行うことなく、ノイズの影響を低減しながら充電制御を安定化することが可能となる。

同様に、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した際の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）に応じて、直流電力Ｐｄｃの電圧制御及びインピーダンス制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。例えば、周波数変更処理が行われる前に、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小電圧に設定され、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが最小値に設定されているとする。この場合、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するためには、電力制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを増加させることのみが可能であり、インピーダンス制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを減少させることのみが可能である。

直流電力Ｐｄｃの電圧制御とインピーダンス制御とのいずれが選択されるかの基準は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御と位相シフト制御とのいずれが選択されるかの基準と同様である。これにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯とは異なる周波数に設定されるまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及びインピーダンス制御を用いることによって、駆動周波数ｆの調整範囲を広げることができるので、より確実に駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。さらに、ノイズを抑える制御を行うことなく、ノイズの影響を低減しながら充電制御を安定化することが可能となる。

以上説明したように、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御、直流交流変換器２７の位相シフト制御、及び直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンス制御の少なくとも１つを周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行う。電圧Ｖｄｃ、直流交流変換器２７の位相シフト量、又は直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。

なお、上述のように、第１制御器２５は、電力一定制御として、交流電力Ｐａｃ２が交流電力Ｐａｃ２の目標値である第１電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御してもよい。交流電力Ｐａｃ２の周波数特性は、上述の直流電力Ｐｄｃの周波数特性と同様である。交流電力Ｐａｃ２を用いた電力制御は、直流電力Ｐｄｃを用いた電力制御と同様である。

１ 非接触給電システム
２ 送電装置
３ 受電装置
４ 第１コイル装置
５ 第２コイル装置
２１ 第１コイル
２２ 第１変換器（変換器）
２３ 第１検出器
２４ 第１通信器
２５ 第１制御器（制御器）
２６ 電力変換器
２７ 直流交流変換器
２８ 使用周波数検出器
２９ インピーダンス変換器
３１ 第２コイル
３２ 第２変換器
３３ 第２検出器
３４ 第２通信器
３５ 第２制御器
ＳＷａ スイッチング素子
ＳＷｂ スイッチング素子
ＳＷｃ スイッチング素子
ＳＷｄ スイッチング素子
ＥＶ 電気自動車
ＦＢ１ 使用周波数帯域
ＦＢ２ 使用周波数帯域
Ｉｄｃ 電流
Ｉｏｕｔ 負荷電流
Ｌ 負荷
Ｐａｃ１ 交流電力
Ｐａｃ２ 交流電力
Ｐａｃ３ 交流電力
Ｐｄｃ 直流電力
Ｐｏｕｔ 負荷電力
ＰＳ 電源
Ｒ 路面
Ｓａ 駆動信号
Ｓｂ 駆動信号
Ｓｃ 駆動信号
Ｓｄ 駆動信号
Ｖｄｃ 電圧
Ｖｏｕｔ 負荷電圧

Claims (6)

1. 負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
   第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
   直流電力を交流電力に変換するとともに前記交流電力を前記第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、
   前記交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、
   を備え、
   前記対象電力は、前記直流電力又は前記交流電力であり、
   前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数が前記受電装置と前記送電装置とは異なる他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、前記電力値が前記電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら前記周波数が前記使用周波数帯域とは異なる周波数となるように前記周波数を変更する周波数変更処理を行い、
   前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数に応じて、前記直流電力の電圧を変更する電圧制御及び前記直流交流変換器の位相シフト制御のいずれかを選択し、選択された制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、送電装置。
2. 負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
   第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
   直流電力を交流電力に変換するとともに前記交流電力を前記第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、
   前記交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、
   を備え、
   前記対象電力は、前記直流電力又は前記交流電力であり、
   前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数が前記受電装置と前記送電装置とは異なる他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、前記電力値が前記電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら前記周波数が前記使用周波数帯域とは異なる周波数となるように前記周波数を変更する周波数変更処理を行い、
   前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数に応じて、前記直流電力の電圧を変更する電圧制御及び前記直流交流変換器と前記第１コイルとの間のインピーダンスを制御するインピーダンス制御のいずれかを選択し、選択された制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、送電装置。
3. 前記制御器は、前記電圧制御を前記周波数制御とともに行う場合、前記電圧を増加させることによって、前記電圧制御を行う、請求項１又は請求項２に記載の送電装置。
4. 前記制御器は、前記位相シフト制御を前記周波数制御とともに行う場合、前記電圧が一定となるように、前記変換器を制御する、請求項１に記載の送電装置。
5. 前記制御器は、前記インピーダンス制御を前記周波数制御とともに行う場合、前記電圧が一定となるように、前記変換器を制御する、請求項２に記載の送電装置。
6. 前記制御器は、前記周波数を前記使用周波数帯域とは異なる周波数に変更できない場合、前記電力指令値を下げる、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の送電装置。

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