WO2017047454A1 - 送電装置及び非接触給電システム - Google Patents

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WO2017047454A1
WO2017047454A1 PCT/JP2016/076186 JP2016076186W WO2017047454A1 WO 2017047454 A1 WO2017047454 A1 WO 2017047454A1 JP 2016076186 W JP2016076186 W JP 2016076186W WO 2017047454 A1 WO2017047454 A1 WO 2017047454A1
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frequency
controller
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志朗 長岡
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株式会社Ihi
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Definitions

  • This disclosure relates to a power transmission device and a non-contact power supply system.
  • This application is based on Japanese Patent Application No. 2015-184051 filed on September 17, 2015 and Japanese Patent Application No. 2015-190956 filed on September 29, 2015. All of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
  • a non-contact power feeding system that transmits power from a power transmission coil of a power transmission device to a power reception coil of a power reception device in a contactless (wireless) manner and supplies power to a load on the power reception device is known.
  • the power supplied to the power receiving coil and thus to the load changes due to the relative positions of the power transmitting coil and the power receiving coil shifting (positional shift).
  • This disclosure describes a power transmission device and a non-contact power supply system that can bring power supplied to a load closer to desired power more reliably.
  • the power supplied to the load can be brought closer to the desired power more reliably.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an application example of a power transmission device and a non-contact power supply system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of a non-contact power feeding system according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the DC / AC converter.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining power adjustment by frequency control.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining power adjustment by phase shift control and voltage control.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing executed in the power transmission device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of processing executed in the power transmission device according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of processing executed in the power transmission device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of processing executed in the power transmission device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining power adjustment by frequency control.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a data table creation method.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of a data table creation method.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a data table creation method.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an example of a data table creation method.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of processing executed in the power transmission device according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of processing executed in the power transmission device according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating another example of processing executed in the power transmission device according to the second embodiment.
  • a power transmission device for supplying power to a power reception device connected to a load, which is a first coil, and a second coil of the power reception device.
  • a first coil for transmitting power in a non-contact manner, a converter that receives DC power and converts it into AC power, supplies AC power to the first coil, and converts power supplied to the load to desired power
  • a controller that executes power control for approaching.
  • the controller performs, as power control, frequency control of AC power and control of at least one of phase shift control of the converter and voltage control of DC power, and the controller is supplied to the load depending on the frequency control. When power cannot be brought close to desired power, at least one of phase shift control and voltage control is executed.
  • control of either phase shift control or voltage control is executed in addition to frequency control. Only frequency control has a limited power adjustment because the range of power adjustment is limited or fine power adjustment cannot be performed.
  • at least one of the phase shift control and the voltage control is executed.
  • the controller may perform the frequency shift and the phase shift control as the power control, and may execute the phase shift control when the power supplied to the load cannot be brought close to the desired power by the frequency control.
  • Phase shift control is more responsive than voltage control. Therefore, when the power supplied to the load by the frequency control cannot be brought close to the desired power, the power supplied to the load by the frequency control cannot be brought closer to the desired power than when the voltage control is executed.
  • the execution of the phase shift control can improve the power control response and facilitate the power adjustment.
  • the controller may further execute the voltage control when the electric power supplied to the load by the phase shift control cannot be brought close to the desired electric power.
  • the range of power adjustment is further expanded and finer power adjustment can be performed than when only two controls of frequency control and phase shift control are executed. It can be closer to electric power.
  • the controller may further switch the DC power voltage according to the power command value corresponding to the desired power. For example, the voltage of the DC power is switched so that the power command value is included in the power control adjustment range by the frequency control and the phase shift control, so that the power supplied to the load can be easily brought close to the desired power.
  • the controller may bring the power supplied to the load closer to the desired power when the difference between the power command value corresponding to the desired power and the power supplied to the load is greater than a predetermined error tolerance. You may decide that you can't. In this case, power control can be executed with desired accuracy according to the error tolerance.
  • the current phase of the AC power is behind the voltage phase of the AC power, and the controller executes power control so that the magnitude of the phase difference of the current phase with respect to the voltage phase does not fall below a predetermined value in the phase shift control. May be. Thereby, electric power control can be performed, ensuring the stability of supply of the alternating current power from a converter to the 1st coil by ensuring the phase difference beyond a predetermined value.
  • a contactless power supply system includes the above power transmission device and a power reception device that can communicate with the power transmission device, and the power reception device includes a detector that detects power supplied to a load. The controller performs power control so that the power detected by the detector approaches the desired power.
  • the power supplied to the load can be made closer to the desired power than when only frequency control is performed.
  • the electric power supplied to load is detected using the detector of a power receiving apparatus, and electric power control is performed in a power transmission apparatus using the detection result.
  • the power control accuracy can be improved as compared to the case where the power control is executed by estimating the power supplied to the load on the power transmission device side.
  • a power transmission device is a power transmission device for supplying power to a power reception device connected to a load, and is a first coil, and power is contactless to a second coil of the power reception device.
  • a first coil for transmitting the power a converter that receives power and converts it into AC power, and supplies the converted AC power to the first coil; a controller that changes a parameter for controlling the AC power; Is provided. Based on a power change rate indicating a change amount of power supplied to the load with respect to a predetermined change amount of the parameter from the reference value, the controller adjusts the parameter so that the power supplied to the load approaches a desired power. To change.
  • the power supplied to the load approaches the desired power based on the power change rate indicating the change amount of the power supplied to the load with respect to the predetermined change amount of the parameter from the reference value.
  • the parameters are changed.
  • the power supplied to the load can be adjusted and brought close to the desired power without detecting a displacement.
  • the controller may store the power change rate. Thereby, for example, since it is not necessary to obtain the power change rate in real time, the responsiveness of adjusting the power supplied to the load can be improved accordingly.
  • the controller may acquire the power change rate from the outside of the power transmission device.
  • the power change rate is acquired by receiving the power change rate transmitted from another device (for example, a moving body such as a car) provided with the power receiving device.
  • the mobile body such as a vehicle that transmits the power change rate knows the characteristics of the power receiving device
  • the power change rate corresponding to the power receiving device is acquired.
  • the power supplied to the load is adjusted based on an appropriate power change rate. Therefore, even when power is supplied to power receiving apparatuses having different types and characteristics, the power supplied to the load can be appropriately adjusted.
  • the controller may change the parameter based on the difference between the power supplied to the load and the desired power and the power change rate. In this case, for example, by changing the parameter by an amount corresponding to the difference between the power supplied to the load and the desired power, the power supplied to the load can be brought close to the desired power.
  • the parameter may be a frequency of AC power
  • the reference value may be a reference frequency determined with respect to the frequency of AC power. That is, the controller makes the power supplied to the load approach the desired power based on the power change rate of the power supplied to the load with respect to a predetermined frequency change amount of the frequency of the AC power from the reference frequency.
  • the parameters may be changed. Thus, by setting the parameter to the frequency of AC power, for example, it is possible to adjust the power supplied to the load without detecting misalignment and bring it closer to the desired power.
  • the power change rate is set for each different reference frequency, and the controller determines the power supplied to the load based on the power change rate with the frequency of the AC power supplied to the first coil as the reference frequency. You may change the frequency of alternating current power so that it may approach the electric power of. Thereby, even if the power change rate differs depending on the reference frequency, it is possible to change the parameter based on an appropriate power change rate corresponding to the frequency of the AC power supplied to the first coil. Therefore, the adjustment accuracy of the power supplied to the load can be improved.
  • the interval between adjacent reference frequencies may be set so as to increase as the amount of change in the power change rate with respect to the frequency of the AC power decreases. For example, if each reference frequency is set at an equal interval with a frequency interval that provides an appropriate resolution for the change amount with reference to a region where the change rate of the power change rate is large, the power change The resolution for quantity is too fine. In this case, since the number of reference frequencies, that is, the number of corresponding power change rates becomes too large, the amount of data to be handled becomes unnecessarily large.
  • each reference frequency is set at an equal interval with a frequency interval that provides an appropriate resolution for the change amount based on a region where the change rate of the power change rate is small, the power change occurs in a region where the change amount of the power change rate is large.
  • the resolution for quantity is coarse.
  • the interval between adjacent reference frequencies is set to become wider as the change amount of the power change rate becomes smaller. Therefore, in the region where the change amount of the power change rate is small, the change amount of the power change rate
  • the frequency interval is set so that the resolution with respect to is not too fine, and the amount of data is suppressed.
  • the frequency interval is set so that the resolution with respect to the change amount of the power change rate is not too rough. Therefore, it is possible to maintain the adjustment accuracy of the power supplied to the load while reducing the amount of data to be handled.
  • the power change rate is set for each different voltage range of the power supplied to the load, and the controller is based on the power change rate corresponding to the voltage range including the voltage of the power supplied to the load.
  • the parameter may be changed so that the power supplied to the load approaches the desired power.
  • the controller calculates the control amount of the parameter based on the difference between the power supplied to the load and the desired power and the power change rate, and when increasing the power supplied to the load, the controller Correction may be made so that the magnitude of the control amount becomes small, and the parameter may be changed by the control amount of the parameter after correction.
  • the controller Correction may be made so that the magnitude of the control amount becomes small, and the parameter may be changed by the control amount of the parameter after correction.
  • the controller may estimate the power supplied to the load based on the AC power, and change the parameter so that the estimated power approaches the desired power.
  • the power supplied to the load is estimated based on the AC power supplied to the first coil.
  • the power supplied to the load is detected on the power receiving device side, and the detection result is transmitted to the power transmitting device side.
  • the power supplied to the load can be adjusted without adopting such a configuration. Therefore, the possibility of simplification of the apparatus and cost reduction increases.
  • a contactless power supply system includes the above power transmission device and a power reception device, the power reception device can communicate with the power transmission device, and the power reception device is power supplied to a load. And the controller of the power transmission device changes the parameter so that the power detected by the detector of the power receiving device approaches the desired power.
  • the power transmission device described above since the power transmission device described above is provided, it is possible to adjust the power supplied to the load without detecting a positional shift between the first coil and the second coil. . Further, the power supplied to the load is detected using the detector of the power receiving device, and the controller of the power transmitting device changes the parameter using the detection result, for example, to the AC power supplied to the first coil. The adjustment accuracy of the power supplied to the load can be improved as compared with the case where the power supplied to the load is estimated.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an application example of a power transmission device and a non-contact power feeding system according to an embodiment.
  • the non-contact power supply system 1 includes a power transmission device 2 and a power reception device 3, and is a system for supplying power from the power transmission device 2 to the power reception device 3.
  • the power transmission device 2 and the power reception device 3 are separated, for example, in the vertical direction.
  • the power transmission device 2 is installed in, for example, a parking lot.
  • the power receiving device 3 is mounted on the electric vehicle EV.
  • the non-contact power supply system 1 is configured to supply electric power to an electric vehicle EV that has arrived at a parking lot or the like by using magnetic coupling between coils such as a magnetic resonance method or an electromagnetic induction method.
  • the power receiving device 3 may be mounted on various mobile bodies such as a plug-in hybrid vehicle and an underwater vehicle instead of the electric vehicle EV.
  • the power transmission device 2 is a device that supplies power for non-contact power feeding.
  • the power transmission device 2 generates desired AC power from the power supplied by the power source PS (see FIG. 2) and sends it to the power receiving device 3.
  • the power transmission device 2 is installed on a road surface R such as a parking lot, for example.
  • the power transmission device 2 includes a power transmission coil device 4 provided so as to protrude upward from a road surface R such as a parking lot.
  • the power transmission coil device 4 includes a first coil 21 (see FIG. 2) and has, for example, a flat frustum shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the power transmission device 2 generates desired AC power from an AC power source. When the generated AC power is sent to the power transmission coil device 4, the power transmission coil device 4 generates magnetic flux.
  • the power receiving device 3 is a device that receives power from the power transmitting device 2 and supplies power to the load L (see FIG. 2).
  • the power receiving device 3 is mounted on, for example, an electric vehicle EV.
  • the power receiving device 3 includes, for example, a power receiving coil device 5 attached to the bottom surface of a vehicle body (chassis or the like) of the electric vehicle EV.
  • the power receiving coil device 5 includes a second coil 31 (see FIG. 2), and is opposed to the power transmitting coil device 4 while being separated in the vertical direction during power supply.
  • the power receiving coil device 5 has, for example, a flat frustum shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the power reception coil device 5 When the magnetic flux generated by the power transmission coil device 4 is linked to the power reception coil device 5, the power reception coil device 5 generates an induced current. Thereby, the receiving coil apparatus 5 receives the electric power from the power transmission coil apparatus 4 in non-contact (that is, wireless). The electric power received by the receiving coil device 5 is supplied to the load.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of the non-contact power feeding system 1.
  • the non-contact power feeding system 1 is a system that receives input power P1 from a power supply PS and supplies load power Pout to a load L.
  • the power source PS may be an AC power source or a DC power source.
  • the type of AC power supply is not particularly limited, but may be a commercial power supply, for example.
  • the type of the DC power supply is not particularly limited, and may be, for example, a solar power generation device or a power storage device.
  • the load L may be a DC load or an AC load.
  • the type of DC load is not particularly limited, but may be, for example, a storage battery.
  • the type of AC load is not particularly limited, but may be, for example, a motor.
  • the power transmission device 2 is supplied with input power P1 from the power source PS.
  • the power transmission device 2 includes a first coil 21, a first converter 22, a first detector 23, a first communication device 24, and a first controller 25.
  • the first converter 22 is a circuit that converts the input power P1 supplied from the power source PS into desired AC power Pac2, and supplies the converted AC power Pac2 to the first coil 21.
  • the first converter 22 includes a power converter 26 and a DC / AC converter 27.
  • the power converter 26 for example, the following configuration may be employed according to the input power P1.
  • the power converter 26 may be, for example, an AC / DC converter.
  • the AC / DC converter is, for example, a rectifier circuit.
  • the rectifier circuit may be composed of a rectifier element such as a diode, or may be composed of a switching element such as a transistor.
  • the DC / AC converter may have a PFC (Power Factor Correction) function and a step-up / down function.
  • PFC Power Factor Correction
  • the power converter 26 may be, for example, a DC / DC converter.
  • the DC / DC converter may be a non-insulated circuit using a chopper circuit, for example, or may be an insulated circuit using a transformer.
  • the magnitude of the DC power Pdc output from the power converter 26 is controlled by the first controller 25.
  • the magnitude of the DC power Pdc is controlled by changing the DC voltage Vdc output from the power converter 26, for example.
  • the power converter 26 supplies the converted DC power Pdc to the DC / AC converter 27.
  • the DC / AC converter 27 converts the DC power Pdc converted by the power converter 26 into AC power Pac2.
  • the DC / AC converter 27 is, for example, an inverter circuit.
  • the first converter 22 may further include a transformer provided at the output of the DC / AC converter 27.
  • the magnitude of the AC power Pac2 output from the DC / AC converter 27 is controlled by the first controller 25.
  • the magnitude of the AC power Pac2 can be controlled by, for example, frequency control and phase shift control.
  • the DC / AC converter 27 supplies the converted AC power Pac2 to the first coil 21.
  • the configuration of the first converter 22 is not limited to the example shown in FIG.
  • the first converter 22 may include an AC / AC converter (AC / AC converter) instead of the power converter 26 and the DC / AC converter 27.
  • the AC / AC converter is, for example, a matrix converter or a cycloconverter.
  • the first converter 22 receives AC power from the power source PS and converts it to AC power.
  • the power converter 26 may be configured by an AC / DC converter and a DC / DC converter (DC / DC converter) provided at the output of the AC / DC converter.
  • the first coil 21 is a coil for supplying power to the power receiving device 3 in a non-contact manner.
  • the first coil 21 generates magnetic flux when AC power Pac2 is supplied from the first converter 22.
  • a capacitor and an inductor may be connected between the first coil 21 and the first converter 22.
  • the first detector 23 includes a sensor for detecting the magnitude of the DC power Pdc.
  • the first detector 23 is, for example, a voltage sensor, a current sensor, or a combination thereof.
  • the first communication device 24 is a circuit for performing wireless communication with a second communication device 34 of the power receiving device 3 to be described later.
  • the first communicator 24 is, for example, a communication system antenna using radio waves, or a communication system light emitting element and light receiving element using optical signals.
  • the first communication device 24 outputs information received from the power receiving device 3 to the first controller 25.
  • the first controller 25 is a processing device such as a CPU (Central Processing Unit) and a DSP (Digital Signal Processor).
  • the first controller 25 may include a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an interface circuit connected to each part of the power transmission device 2, and the like.
  • the first controller 25 controls the first converter 22 to control the magnitude of the AC power Pac2 and execute power control for controlling the magnitude of the load power Pout supplied to the load L.
  • the first controller 25 uses, for example, a measured value as a power command based on a measured value and a power command value (described later) received (notified) from the power receiving device 3 via the first communication device 24.
  • the first converter 22 is controlled so as to approach the value.
  • the first controller 25 may estimate the load power Pout based on the AC power Pac2 supplied from the first converter 22 to the first coil 21.
  • the power control is performed using at least one of frequency control, phase shift control, and control of DC power Pdc described below.
  • a parameter for controlling the magnitude of the AC power Pac2 is changed.
  • the magnitudes of the AC power Pac2 and the load power Pout are changed according to the frequency of the AC power Pac2.
  • 81.38 kHz to 90 kHz can be used as the frequency of the AC power Pac2.
  • the impedance of reactance elements such as coils and capacitors changes, and the magnitudes of AC power Pac2 and load power Pout change.
  • the AC power Pac2 and the load power Pout decrease as the frequency increases.
  • the first controller 25 performs frequency control for changing the magnitudes of the AC power Pac2 and the load power Pout by changing the frequency of the AC power Pac2.
  • the above-described parameter in the frequency control is the frequency of the AC power Pac2.
  • the frequency of the AC power Pac2 is the frequency of the AC current or AC voltage output from the first converter 22.
  • the specific method of frequency control is not limited.
  • the first controller 25 adjusts the switching frequency of each switching element using a drive signal supplied to each switching element included in the inverter circuit.
  • the frequency of the AC power Pac2 is changed.
  • the switching element is, for example, an FET (Field Effect Transistor), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like.
  • the drive signal is applied to the gate of the switching element.
  • the phase shift control will be described.
  • the first controller 25 adjusts the supply time of the drive signals Sa to Sd to the switching elements a to d included in the inverter circuit.
  • the time for which each of the switching elements ad is turned on is adjusted.
  • the driving time of the switching element a and the driving time of the switching element d are the same, and the driving time of the switching element b and the driving time of the switching element c are the same, the energization period of the inverter circuit is the longest.
  • the above-described parameter in the phase shift control is a deviation amount between the driving time of the switching element a and the driving time of the switching element d (or a deviation amount between the driving time of the switching element b and the driving time of the switching element c).
  • this deviation amount is referred to as a phase shift value.
  • phase shift value may be expressed as a percentage, for example, where the length of one cycle of AC power Pac2 (that is, 360 degrees) is 100%. In this case, the phase shift value is 0% when no phase shift is performed. In the phase shift control, the AC power Pac2 is maximized and the load power Pout is maximized when the phase shift value is 0%.
  • the maximum value of the phase shift value varies depending on circuit characteristics of the first coil 21 (for example, characteristics of a resonance circuit with the first coil 21 and a capacitor not shown), but is about 50%, for example. That is, in one aspect, the lower limit value of the phase shift value can be set to 0%. The upper limit value of the phase shift value can be set to 50%.
  • the control of DC power Pdc will be described.
  • the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc is changed.
  • the change of the voltage Vdc of the DC power Pdc is performed using, for example, the step-up / step-down function of the power converter 26 described above.
  • the AC power Pac2 increases as the voltage Vdc of the DC power Pdc increases, and the AC power Pac2 decreases as the voltage Vdc of the DC power Pdc decreases. Therefore, the above-described parameter in the control of the DC power Pdc is the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc.
  • phase shift control and the control of the DC power Pdc can also be described based on the same principle as the frequency control.
  • the frequency of the AC power Pac2 may be referred to as “driving frequency f”.
  • the amount of change in drive frequency f that is changed (controlled) by frequency control may be referred to as “frequency control amount ⁇ f”.
  • the phase shift value in the phase shift control of the DC / AC converter 27 may be referred to as “phase shift value ⁇ ”.
  • the power receiving device 3 includes a second coil 31, a second converter 32, a second detector 33, a second communicator 34, and a second controller 35.
  • the second coil 31 is a coil for receiving electric power supplied from the power transmission device 2 in a non-contact manner.
  • AC power Pac3 is generated in the second coil 31.
  • the second coil 31 supplies AC power Pac3 to the second converter 32.
  • a capacitor and an inductor may be connected between the second coil 31 and the second converter 32.
  • the second converter 32 is a circuit that converts the AC power Pac3 received by the second coil 31 into a desired load power Pout for the load L.
  • the second converter 32 is an AC / DC converter (rectifier circuit) that converts AC power Pac3 into DC load power Pout.
  • the second converter 32 may include a step-up / step-down function in order to output a desired load power Pout for the load L. This step-up / step-down function can be realized by a chopper circuit or a transformer, for example.
  • the second converter 32 may further include a transformer provided at the input of the AC / DC converter.
  • the second converter 32 When the load L is an AC load, the second converter 32 includes a DC / AC converter (inverter circuit) in addition to the AC / DC converter that converts the AC power Pac3 into DC power.
  • the DC / AC converter converts the DC power converted by the AC / DC converter into AC load power Pout.
  • the second converter 32 may further include a transformer provided at the input of the AC / DC converter. Note that when the AC power Pac3 supplied from the second coil 31 is AC power desired for the load L, the second converter 32 may be omitted.
  • the second detector 33 acquires a measurement value related to the load power Pout supplied to the load L.
  • the second detector 33 measures the load voltage, load current, or load power Pout supplied to the load L.
  • the second detector 33 is, for example, a voltage sensor, a current sensor, or a combination thereof.
  • the second detector 33 outputs the acquired measurement value to the second controller 35.
  • the load L outputs a power command value to the second controller 35.
  • the power command value is a value corresponding to the desired power to be supplied to the load L, and is assumed to be the magnitude of the desired power to be supplied to the load L hereinafter.
  • the power command value corresponding to the desired power may not be a power value.
  • the power command value may be a command value of current, voltage, or power determined according to the SOC (State Of Charge) of the load L.
  • the second communication device 34 is a circuit for performing wireless communication with the first communication device 24 of the power transmission device 2. With the second communication device 34, the power receiving device 3 can communicate with the power transmitting device 2.
  • the second communicator 34 is, for example, an antenna for a communication system that uses radio waves, or a light emitting element and a light receiving element for a communication system that uses optical signals.
  • the second communication device 34 transmits the information received from the second controller 35 to the power transmission device 2.
  • the second controller 35 is a processing device such as a CPU and a DSP.
  • the second controller 35 may include a ROM, a RAM, and an interface circuit connected to each part of the power receiving device 3.
  • the second controller 35 transmits the measurement value received from the second detector 33 and the power command value received from the load L to the power transmission device 2 via the second communication device 34.
  • a storage battery of an electric vehicle is connected to the power transmission device 2 instead of the power source PS, and a power source PS is connected to the power reception device 3 instead of the load L, so that power is supplied from the power reception device 3 to the power transmission device 2. Can also be transmitted.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 4 indicates the drive frequency f, and the vertical axis indicates the load power Pout (the magnitude).
  • the flim in FIG. 4 indicates an upper limit value determined for the drive frequency f.
  • the load power as the drive frequency f increases as a characteristic indicating the relationship between the drive frequency f and the load power Pout (hereinafter, also simply referred to as “power characteristic”).
  • Pout decreases
  • a method for adjusting the load power Pout by changing the drive frequency f will be described in detail.
  • the drive frequency f was initially the frequency f30.
  • the load power Pout at this time is the power P30.
  • the drive frequency f is decreased from the frequency f30 to the frequency f29.
  • the drive frequency f is increased from the frequency f30 to the frequency f31.
  • the first controller 25 can bring the load power Pout close to desired power (power P50, P20, etc.) by controlling the drive frequency f as described above, for example.
  • the driving frequency f may be changed in units of steps.
  • the size of one step for changing the driving frequency f is not particularly limited, and may be, for example, about several Hz to several tens Hz, or about several tens Hz to several hundreds Hz.
  • the size of one step is determined by, for example, the resolution of the CPU clock that is the first controller 25.
  • the graph of FIG. 5 shows the power characteristics, similar to the graph of FIG. However, in the graph of FIG. 5, different power characteristics are shown by the three curves C1, C2, and C3.
  • the power characteristics can take different power characteristics shown by the curves C1 to C3, for example, by changing the phase shift value ⁇ or changing the voltage Vdc.
  • the larger the phase shift value ⁇ the shorter the energization period of the inverter circuit and the smaller the AC power Pac2. Therefore, the power characteristics change so that the load power Pout decreases as the phase shift value ⁇ increases.
  • the DC power Pdc can increase as the voltage Vdc increases. Therefore, the power characteristics can change such that the load power Pout increases as the voltage Vdc increases.
  • phase shift value ⁇ for example, it is assumed that the phase shift value ⁇ is initially a predetermined value (for example, 0%) and the power characteristic is the power characteristic indicated by the curve C3.
  • the driving frequency f is assumed to be the frequency f30.
  • the load power Pout at this time is the power P30.
  • the phase shift value ⁇ is increased by a predetermined value without changing the drive frequency f.
  • the power characteristic is, for example, the power characteristic indicated by the curve C2.
  • the load power Pout at this time is the power P28. Therefore, the load power Pout decreases from the power P30 to the power P28.
  • the power characteristic becomes, for example, the power characteristic indicated by the curve C1.
  • the load power Pout at this time is the power P26. Therefore, the load power Pout further decreases from the power P28 to the power P26.
  • the load power Pout can be brought close to desired power (power P28, power P26, etc.) without changing the drive frequency f.
  • the phase shift value ⁇ is changed in units of steps.
  • the size of one step for changing the phase shift value ⁇ is not particularly limited, and may be about several degrees, for example.
  • the power characteristic becomes, for example, the power characteristic indicated by the curve C1.
  • the load power Pout at this time is the power P26. Therefore, the load power Pout decreases from the power P28 to the power P26.
  • the load power Pout can be brought close to desired power (power P30, power P26, etc.).
  • the voltage Vdc may be changed in units of steps.
  • the size of one step for changing the voltage Vdc is not particularly limited, and may be, for example, about several volts to several tens of volts.
  • the load power Pout is adjusted more finely than when only the frequency control is executed.
  • the drive frequency f is set to the upper limit value or the lower limit value of the usable range in the frequency control
  • the adjustment range of the load power Pout in the frequency control is further increased by executing the phase shift control or the voltage control. The excess load power Pout is adjusted.
  • the first controller 25 performs power control so that the load power Pout approaches the power command value.
  • the state in which the load power Pout is approaching the power command value is, for example, a state in which the difference (absolute value) between the load power Pout (a value indicating the magnitude) and the power command value is equal to or less than the allowable error value.
  • the allowable error value is an upper limit value in a range that is allowable as an absolute value of a difference between the power command value and the load power Pout. That is, the power control executed by the first controller 25 is control for adjusting the load power Pout so that the difference between the load power Pout and the power command value is equal to or less than the error allowable value.
  • the power characteristics described above with reference to FIGS. 4 and 5 are, for example, a coupling coefficient between the first coil 21 and the second coil 31 due to a relative displacement between the first coil 21 and the second coil 31. It changes by changing.
  • the weight of the electric vehicle EV changes when an occupant gets on and off, loads and unloads, and the like while non-contact power feeding is being performed on the electric vehicle EV.
  • the position of the second coil 31 included in the power receiving device 3 changes in the vertical direction in FIG. 1, the relative position between the first coil 21 and the second converter 32 changes, and the positional deviation occurs. Can occur.
  • the load power Pout can be similarly adjusted by the above-described frequency control, phase shift control, and voltage control.
  • the power control in this case is used as control for suppressing fluctuations in the load power Pout when the load power Pout fluctuates due to, for example, a positional shift during power transmission.
  • the first controller 25 selects a control mode according to, for example, a control mode state flag, and executes either frequency control or phase shift control.
  • the control mode state flag is a flag that designates the type of control executed in power control.
  • the control mode state flag is set (updated) to one of a value indicating frequency control and a value indicating phase shift control, for example.
  • the control mode state flag may be further set to a value indicating voltage control.
  • frequency control is selected as the control mode. That is, the first controller 25 first performs frequency control in order to bring the load power Pout close to the power command value.
  • the first controller 25 performs at least one of phase shift control and voltage control. For example, the first controller 25 performs phase shift control when the load power Pout cannot be brought close to the power command value by frequency control, and when the load power Pout cannot be brought close to the power command value by phase shift control. Further, voltage control is executed.
  • the first controller 25 performs power control so that the driving frequency f does not exceed a predetermined upper limit value and does not fall below a predetermined lower limit value in frequency control.
  • the upper limit value determined for the drive frequency f may be, for example, the upper limit value (90 kHz) of the frequency that can be used by the non-contact power feeding system 1.
  • the upper limit value of the driving frequency f at which the impedance is inductive may be used.
  • the lower limit value determined for the drive frequency f may be, for example, the lower limit value (81.38 kHz) of the frequency that can be used by the non-contact power feeding system 1, or from the first converter 22 to the first coil 21 side.
  • the lower limit value of the driving frequency f showing inductivity may be used as the impedance.
  • the first controller 25 executes power control so that the phase shift value ⁇ does not exceed a predetermined upper limit value and does not fall below a predetermined lower limit value in the phase shift control.
  • the upper limit value determined for the phase shift value ⁇ may be determined, for example, depending on whether the DC / AC converter 27 as an inverter is soft-switchable. In order to realize soft switching, the impedance when the first coil 21 side is viewed from the DC / AC converter 27 must be inductive (the current phase is delayed from the voltage phase). Hereinafter, the delay of the current phase with respect to the voltage phase is a positive value. As the phase shift value ⁇ increases, the voltage phase approaches the current phase, and the phase difference between the current phase and the voltage phase decreases.
  • phase difference between the current phase and the voltage phase becomes negative (that is, the current phase is ahead of the voltage phase), soft switching cannot be performed.
  • the phase difference between the voltage and current is the same, the impedance becomes capacitive due to noise and control errors, so the voltage phase is advanced by a predetermined value from the current phase to ensure safety. It is preferable to keep it. That is, in the phase shift control, it is desirable that the phase difference between the current phase and the voltage phase does not fall below a predetermined value.
  • the upper limit value for the phase shift value ⁇ that can be soft-switched by the DC / AC converter 27 as an inverter is, for example, about 50%. If soft switching of the DC / AC converter 27 is possible, the stability of supply of AC power Pac2 from the first converter 22 to the first coil 21 is ensured.
  • the lower limit value defined for the phase shift value ⁇ is, for example, 0%.
  • the upper limit value and the lower limit value of the voltage Vdc are determined based on, for example, the step-up / step-down function of the power converter 26.
  • the voltage Vdc may be switched by voltage switching control separately from voltage control. In the voltage switching control, the voltage Vdc is switched so that the power command value is included in the adjustment range of the load power Pout by frequency control, phase shift control, and voltage control.
  • FIGS. 6 to 9 are flowcharts illustrating an example of processing executed in the power transmission device 2 according to the first embodiment.
  • the overall flow will be described with reference to FIG. 6, and then several processes in the flowchart of FIG. 6 will be described with reference to FIGS.
  • the process of this flowchart is started in response to the power transmission device 2 receiving a charge start request from the power reception device 3 side, for example. Further, the measured value and the power command value of the load power Pout are periodically notified from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2.
  • the first controller 25 executes a charging start sequence (step S1). For example, the supply of AC power Pac2 to the first coil 21 is started at the driving frequency f where the impedance viewed from the first converter 22 when viewed from the first coil 21 is inductive (not capacitive). Further, for example, supply of AC power Pac2 to the first coil 21 is started so as not to activate a protection function for preventing an excessively large current from flowing through the first coil 21.
  • the first controller 25 sets the control mode state flag to a value indicating frequency control (step S2).
  • the control mode state flag is set (updated) to a value indicating frequency control or other control (for example, phase shift control) in frequency control or phase shift control executed later.
  • the first controller 25 determines whether or not there is an interruption of constant power control (step S3).
  • the constant power control interrupt occurs, for example, at a predetermined cycle.
  • the priority of this constant power control interrupt is higher than the priority of the voltage switching control interrupt in step S7 described later.
  • the first controller 25 determines whether or not the control mode state flag is a value indicating frequency control (step S4).
  • the first controller 25 executes frequency control (step S5). Details of the frequency control will be described later with reference to FIG.
  • step S4 when it is determined in step S4 that the control mode state flag is not a value indicating frequency control (NO in step S4), the first controller 25 executes phase shift control (step S6). Details of the phase shift control will be described later with reference to FIG.
  • step S3 if it is determined in step S3 that there is no interrupt for constant power control (NO in step S3), or after the processing in step S5 or step S6 is completed, the first controller 25 interrupts the voltage switching control. Is determined (NO in step S7).
  • the voltage switching control is control for switching the voltage range of the DC power Pdc as necessary when the power command value is changed. The interruption of voltage switching control occurs at a predetermined cycle, for example. The cycle at which the voltage switching control interrupt occurs is longer than the cycle at which the constant power control interrupt occurs.
  • step S3 the priority of the constant power control interrupt in step S3 is higher than the priority of the voltage switching control interrupt in step S7. Therefore, when it is determined that there is a voltage switching control interrupt (step S7). Even when the constant power control interruption occurs, the constant power control processing (YES in step S3, steps S4 to S6) is executed.
  • step S7 When it is determined in step S7 that there is no voltage switching control interruption (step S7) or after the processing in step S8 is completed, the first controller 25 determines whether there is a charge stop request (step S9). ). The charging stop request is notified from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 at a timing when the SOC of the load L as a storage battery becomes sufficiently high and charging is unnecessary, for example. When it is determined that there is no charge stop request (NO in step S9), the first controller 25 returns the process to step S3 again. On the other hand, when it is determined that there is a charge stop request (YES in step S9), the first controller 25 executes a charge stop sequence (step S10), and a series of processes executed in the power transmission device 2 ends. .
  • step S2 since the control mode state flag is set to a value indicating frequency control in the initial state (step S2), in the constant power control, first, frequency control has priority over phase shift control. (YES in step S3, YES in step S4, and step S5). In addition, a voltage switching control interrupt is generated at a period later than the constant power control interrupt period (YES in step S7), and the voltage switching control is executed (step S8).
  • the first controller 25 acquires the difference between the power command value and the load power value (that is, the load power Pout) (step S21).
  • the magnitudes of the power command value and the load power Pout are notified from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 as described above, for example.
  • the first controller 25 calculates a candidate value f1 for a new drive frequency f (step S22). For example, when it is necessary to reduce the load power Pout in order to reduce the difference between the power command value calculated in step S21 and the load power Pout, the candidate value f1 is equal to a predetermined step than the current drive frequency f. The frequency is calculated as a larger frequency.
  • the current drive frequency f is the frequency of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21.
  • the predetermined step is, for example, one step.
  • the candidate value f1 is calculated as a frequency that is smaller than the drive frequency f of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 by a frequency corresponding to a predetermined step.
  • the difference between the power command value calculated in step S21 and the load power value is too small, when the drive frequency f is changed by one step, the difference between the power command value and the load power value is rather small. In some cases, it becomes even larger.
  • the first controller 25 When the drive frequency f is changed by one step, it is determined that the difference between the power command value and the load power Pout is further increased. Since the magnitude of the change amount of the load power Pout when the drive frequency f is changed by one step may vary depending on the current drive frequency f, for example, the magnitude of the assumed change amount of the load power Pout is the smallest. May be determined based on the amount of change.
  • the magnitude of the change amount of the load power Pout may be determined in advance based on, for example, experimental data, and may be stored in a storage unit (for example, the above-described RAM and ROM) provided in the first controller 25.
  • a storage unit for example, the above-described RAM and ROM
  • the candidate value f1 is the same as the frequency of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21, that is, the current drive frequency f. Is calculated as
  • the first controller 25 determines whether or not the candidate value f1 is the same as the current drive frequency f (step S23). When it is determined that the candidate value f1 is the same as the current drive frequency f (YES in step S23), the first controller 25 determines whether or not the difference between the power command value and the load power Pout is greater than the allowable error value. Is determined (step S24).
  • step S24 If it is determined in step S24 that the difference between the power command value and the load power Pout is greater than the allowable error value and the load power Pout cannot be brought close to the desired power (YES in step S24), the first controller 25 Performs phase shift control or voltage control (step S25). That is, when the adjustment that makes the difference between the load power Pout and the desired power equal to or less than the error allowable value cannot be achieved only by the frequency control, the first controller 25 performs the phase shift control or the voltage control. Specifically, as described above with reference to FIG. 5, the first controller 25 adjusts the load power Pout to approach the power command value by changing the phase shift value ⁇ or the voltage Vdc.
  • phase shift control may be executed in preference to voltage control.
  • voltage control may be executed when the difference between the power command value and the load power value is not less than or equal to the allowable error value even by phase shift control.
  • step S23 When it is determined in step S23 that the candidate value f1 is not the same as the current drive frequency f (NO in step S23), the first controller 25 determines whether the candidate value f1 is greater than the upper limit frequency fmax. (Step S26). As described above, the upper limit frequency fmax is an upper limit value determined for the drive frequency f. When it is determined that the candidate value f1 is greater than the upper limit frequency fmax (YES in step S26), the first controller 25 sets the control mode state flag to a value indicating phase shift control (step S27), and the drive frequency f Is set to the upper limit fmax (step S28).
  • the first controller 25 sets the drive frequency f to the candidate value f1 (step S29).
  • step S24 When it is determined in step S24 that the difference between the power command value and the load power Pout is equal to or less than the allowable error value (NO in step S24), or after the processing in steps S25, S28, and S29 is completed, the first controller 25 ends the frequency control.
  • the load power Pout is adjusted by changing the drive frequency f (steps S28 and S29). If the difference between the power command value and the load power Pout cannot be less than the allowable error due to the limit of the adjustment accuracy of the load power Pout by frequency control (YES in step S24), the power command can be obtained by phase shift control or voltage control.
  • the load power Pout is adjusted so that the difference between the value and the load power Pout of the load L is smaller than the allowable error value (step S25).
  • the control mode state flag is set to a value indicating phase shift control (step S27), and the drive frequency f is set to the upper limit frequency fmax (step S27).
  • the power control shifts from the power control by frequency control to the power control by phase shift control (NO in step S4 in FIG. 6 and step S6).
  • step S41 executed first is the same as the process of step S21 of FIG. 7 described above. That is, the first controller 25 acquires the difference between the power command value and the load power value (that is, the load power Pout) (step S41).
  • the first controller 25 calculates a new candidate value ⁇ 1 for the phase shift value ⁇ (step S42).
  • the candidate value ⁇ 1 is the phase of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21. It is calculated as a phase shift value larger than the shift value ⁇ by a phase shift value for a predetermined step.
  • the candidate value ⁇ 1 is a phase shift value corresponding to a predetermined step than the phase shift value ⁇ of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 (that is, the current). Calculated as a small phase shift value.
  • the difference between the power command value calculated in step S41 and the load power Pout is too small, when the phase shift value ⁇ is changed by one step, the difference between the power command value and the load power Pout is rather. May become even larger.
  • the first controller 25 Determines that the difference between the power command value and the load power Pout further increases when the phase shift value ⁇ is changed by one step.
  • the magnitude of the change amount of the load power Pout when the phase shift value ⁇ is changed by one step may vary depending on, for example, the current phase shift value ⁇ , the magnitude of the assumed change amount of the load power Pout. May be determined based on the minimum change amount.
  • the magnitude of the change amount of the load power Pout may be determined in advance based on, for example, experimental data or the like, and stored in the storage unit included in the first controller 25.
  • the candidate value ⁇ 1 is the phase shift value of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21, that is, the current phase shift value ⁇ . Is calculated as the same phase shift value.
  • the first controller 25 determines whether the candidate value ⁇ 1 is the same as the current phase shift value ⁇ (step S43). When it is determined that the candidate value ⁇ 1 is the same as the current phase shift value ⁇ (YES in step S43), the first controller 25 determines whether the difference between the power command value and the load power Pout is greater than the allowable error value. It is determined whether or not (step S44).
  • step S44 When it is determined in step S44 that the difference between the power command value and the load power Pout is larger than the allowable error value and the load power Pout cannot be brought close to the desired power (YES in step S44), the first controller 25 Performs voltage control (step S45). That is, when the adjustment that sets the difference between the load power Pout and the power command value to be equal to or smaller than the error allowable value is not achieved even by the phase shift control, the first controller 25 executes voltage control. Specifically, as described above with reference to FIG. 5, the first controller 25 adjusts the load power Pout to approach the desired power by changing the voltage Vdc of the DC power Pdc.
  • step S43 determines whether the candidate value ⁇ 1 is greater than the lower limit phase shift value ⁇ min. It is determined whether or not (step S46).
  • the lower limit phase shift value ⁇ min is a lower limit value determined for the phase shift value ⁇ as described above.
  • the first controller 25 sets the phase shift value ⁇ to the candidate value ⁇ 1 (step S47).
  • the first controller 25 sets the control mode state flag to a value indicating frequency control (step S48), and the phase The shift value ⁇ is set to the lower limit phase shift value ⁇ min (step S49).
  • step S44 When it is determined in step S44 that the difference between the power command value and the load power Pout is equal to or less than the allowable error value (NO in step S44), or after the processing in steps S45, S47, and S49 is completed, the first controller 25 ends the phase shift control.
  • the load power Pout is adjusted by changing the phase shift value ⁇ (steps S47 and S49). If the difference between the power command value and the load power Pout cannot be less than the allowable error due to the limit of the adjustment accuracy of the load power Pout by the phase shift control (YES in step S44), the power command value and the load are controlled by the voltage control. The load power Pout is adjusted so that the difference from the power Pout is smaller than the allowable error value (step S45).
  • the control mode state flag is set to a value indicating frequency control (steps S48 and S49), and from the power control by the phase shift control, Power control shifts to power control by frequency control (YES in step S4 in FIG. 6 and step S5).
  • the phase shift value ⁇ is set to the upper limit value, and the control mode state flag is set to a value indicating frequency control. May be set.
  • the load power Pout is adjusted by changing the voltage Vdc as in the voltage control.
  • the voltage Vdc is not changed as finely as the voltage control, but the voltage Vdc is switched to one of several voltage levels, for example.
  • the first controller 25 determines whether or not the power command value has been changed (step S51). For example, when the power command value notified from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 is a value different from the power command value notified before, it is determined that the power command value has been changed.
  • the first controller 25 determines whether or not the power command value is higher than the mode switching value (step S52).
  • the mode switching value is a threshold value that serves as a criterion for determination when the voltage Vdc is switched between a voltage in a low mode and a voltage in a high mode, which will be described later.
  • the mode switching value is 1000 W, for example.
  • the mode switching value is 1000 W
  • the voltage Vdc is set to the voltage in the high mode
  • the adjustable range of the load power Pout by power control is mainly in the range of 1000 W or more (upper limit For example, about 3000 W, 4000 W).
  • the voltage Vdc in the high mode is a voltage (for example, about 400 V) higher than the voltage Vdc in the low mode.
  • the voltage Vdc is set to a voltage in the low mode, and the adjustable range of the load power Pout by the power control is mainly a range of 1000 W or less.
  • the voltage Vdc in the low mode is lower than the voltage Vdc in the high mode (for example, about 350V).
  • the voltage Vdc is switched so that the power command value is included in the adjustment range of the load power Pout by frequency control, phase shift control, and voltage control.
  • step S52 determines whether or not the power command value is higher than the mode switching value (YES in step S52). For example, a flag indicating the mode state is set, and the first controller 25 determines whether or not the current mode is the high mode by referring to the value of the flag.
  • step S54 a flag indicating the mode state is set (updated) to a value indicating the high mode.
  • step S52 determines whether or not the current mode is the low mode (step S52). S55). This determination is made, for example, by referring to the value of the flag.
  • step S56 a flag indicating the mode state is set (updated) to a value indicating the low mode.
  • step S57 the first controller 25 executes a mode switching sequence (step S57).
  • the voltage Vdc is switched according to the mode indicated by the flag so that the impedance of the first converter 22 viewed from the first coil 21 side is inductive (not capacitive).
  • the voltage Vdc is switched so as not to activate a protective function for preventing an excessively large current from flowing through the first coil 21.
  • step S51 If it is determined in step S51 that the power command value has not been changed (NO in step S51), if it is determined in step S53 that the current mode is the high mode (YES in step S53), the current value is determined in step S55. When it is determined that the first mode is the low mode (YES in step S55), or after the process of step S57 is completed, the first controller 25 ends the voltage switching control.
  • the voltage Vdc of the DC power Pdc is switched according to the power command value (step S57). Specifically, the voltage Vdc is switched so that the power command value is included in the adjustment range of the load power Pout by frequency control, phase shift control, and voltage control.
  • the load power Pout is converted into the power command value by frequency control, phase shift control, and voltage control that can be executed in constant power control (steps S4 to S6 in FIG. 6). It becomes easy to approach.
  • the frequency control there is an increased possibility that power adjustment can be performed in a range where the drive frequency f does not exceed the upper limit value and does not fall below the lower limit value.
  • phase shift control there is an increased possibility that power adjustment can be performed in a range where the phase shift value ⁇ does not exceed the upper limit value and does not fall below the lower limit value.
  • the mode switching value for switching from the high mode to the low mode and the mode switching value for switching from the low mode to the high mode are set to different values, so that the hysteresis is switched to the mode switching. May be provided.
  • the first controller 25 executes any one of phase shift control and voltage control in addition to frequency control.
  • the load power Pout cannot be brought close to the power command value by frequency control
  • at least one of phase shift control and voltage control is executed (step S25 in FIG. 7).
  • the range of power adjustment is expanded and finer power adjustment can be performed than when only frequency control is performed. Therefore, the load power Pout can be made closer to the power command value.
  • the first controller 25 may execute the phase shift control with priority over the voltage control.
  • Phase shift control is often more responsive than voltage control. Therefore, by executing the phase shift control with priority over the voltage control, it is possible to improve the responsiveness of the power control and to easily adjust the power.
  • the first controller 25 may perform the power control while switching the voltage Vdc of the DC power Pdc in accordance with the power command value.
  • the voltage Vdc is switched so that the power command value is included in the adjustment range of the load power Pout by frequency control and phase shift control, which makes it easy to bring the load power Pout closer to the power command value.
  • the first controller 25 adjusts the load power Pout by executing power control so that the difference between the power command value and the load power Pout is equal to or less than the allowable error value.
  • the power control can be executed with desired accuracy by appropriately setting the error tolerance.
  • the first controller 25 executes power control so that the phase shift value ⁇ does not fall below the lower limit value in the phase shift control. As a result, a phase difference equal to or greater than a predetermined value is ensured, so that power control can be executed while ensuring the stability of the supply of AC power Pac2 from the first converter 22 to the first coil 21.
  • the load power Pout supplied to the load L is detected using the second detector 33 of the power receiving device 3, and power control is executed in the power transmitting device 2 using the detection result. May be.
  • the power control accuracy can be improved as compared with the case where the power control is executed by estimating the load power Pout supplied to the load L on the power transmission device 2 side.
  • the power control may be performed by estimating the load power Pout on the power transmission device 2 side without notifying the power transmission device 2 of the magnitude of the load power Pout from the power reception device 3.
  • the first controller 25 may estimate the load power Pout based on the AC power Pac2 supplied from the first converter 22 to the first coil 21. This is because the AC power Pac2 and the load power Pout are related. For example, when almost no power loss occurs in the power transmission by the non-contact power feeding system 1, the magnitudes of the AC power Pac 2 and the load power Pout are approximately equal, and thus the magnitude of the AC power Pac 2 supplied to the first coil 21. Can be estimated as the load power Pout supplied to the load L.
  • the magnitude of power loss is set to a predetermined value (for example, 5%), and the value obtained by subtracting the magnitude of power loss from the magnitude of AC power Pac2 is used as load power. It can be estimated as Pout.
  • Pout the load power Pout supplied to the load L based on the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 in this way, for example, notification of the load power Pout from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 is unnecessary. It can be. In that case, the power transmission device 2 and the power reception device 3, that is, the configuration of the non-contact power feeding system 1 is simplified, and the possibility that the cost can be reduced is increased.
  • the first controller 25 may adjust the load power Pout by executing only one of phase shift control and voltage control in addition to frequency control as power control.
  • the first controller 25 first executes frequency control, and executes phase shift control when the load power Pout cannot be brought close to the power command value by frequency control.
  • the example in which the voltage control is executed when the load power Pout cannot be brought close to the power command value even by the shift control has been described.
  • the first controller 25 first executes the frequency control, and executes the voltage control when the load power Pout cannot be brought close to the power command value by the frequency control, and the load power Pout is also obtained by the voltage control.
  • Phase shift control may be executed when it is not possible to approach the command value.
  • the cycle in which the voltage switching control interrupt occurs is longer than the cycle in which the constant power control interrupt occurs.
  • the voltage switching control is generated in a period longer than the period in which the constant power control interrupt occurs, and the voltage Vdc is set according to the power command value. It will be switched.
  • the constant power control is performed in a cycle shorter than the cycle in which the voltage switching control interrupt occurs. Is executed. As a result, the constant power control is executed following the change in the voltage Vdc due to the switching of the voltage Vdc. Therefore, even when both the voltage switching control and the constant power control coexist, the load power Pout is brought close to the power command value. be able to.
  • step S24 or NO in step S44 when the difference between the power command value and the load power Pout is equal to or less than the error allowable value (NO in step S24 or NO in step S44), power control is performed by phase shift control and voltage control. First, the constant power control was terminated. However, even when the difference between the power command value and the load power Pout is equal to or less than the allowable error value (NO in step S24 or NO in step S44), further power control (that is, processing in steps S25 and S45) is executed. May be.
  • the horizontal axis represents frequency
  • the vertical axis represents power (magnitude).
  • the frequency is the drive frequency f described above, that is, the frequency of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21.
  • the power is the above-described load power Pout, that is, power supplied to the load L.
  • the characteristic indicating the relationship between the drive frequency f and the load power Pout shown in the graph of FIG. 10 depends on the coupling coefficient k between the first coil 21 and the second coil 31. Can change. For example, the coupling coefficient k changes according to the relative positional relationship between the first coil 21 and the second coil 31. For example, when a positional shift occurs due to a change in the positional relationship between the first coil 21 and the second coil 31, the coupling coefficient k changes. Generally, the positional deviation is a positional deviation with respect to the position when the positions of the first coil 21 and the second coil 31 having the maximum coupling coefficient k are used as a reference. For this reason, the coupling coefficient k decreases as the positional deviation increases. As power characteristics at different coupling coefficients k, the graph of FIG. 10 shows two curves, a curve C101 and a curve C102.
  • the graph of FIG. 10 shows an example in which the load power Pout decreases as the drive frequency f increases, as described above, as the power characteristics indicated by the curves C101 and C102. Specifically, a method for adjusting the load power Pout by changing the drive frequency f will be described.
  • the drive frequency f is the frequency fb1.
  • the load power Pout at this time is the power Pb.
  • the drive frequency f is the frequency fb2.
  • the load power Pout at this time is the power Pb.
  • the load power Pout decreases from the power Pb to the power Pc.
  • the load power Pout can be brought close to desired power (power Pa, Pc, etc.). Further, as will be described below, it is also possible to suppress fluctuations in the load power Pout when the coupling coefficient k changes.
  • the coupling coefficient k between the first coil 21 and the second coil 31 can vary depending on the positional relationship between the two.
  • the position of the second coil 31 included in the power receiving device 3 changes in the vertical direction in FIG. 1, the relative position of the second coil 31 with respect to the first coil 21 changes, and a displacement occurs.
  • the power characteristic is the power characteristic indicated by the curve C101.
  • the drive frequency f is the frequency fb1.
  • the load power Pout at this time is the power Pb.
  • a displacement occurs, the coupling coefficient k changes, and the power characteristic changes to a curve indicated by a curve C102.
  • the load power Pout increases from the power Pb to the power Pa.
  • the load power Pout can be brought close to the power Pb again.
  • the magnitude of the load power Pout can be adjusted by changing (controlling) the drive frequency f.
  • Such frequency control is executed by the first controller 25, whereby the load power Pout can be brought close to desired power.
  • the curves C101 and C102 have different slopes for each drive frequency f.
  • the amount of change in the driving frequency f can correspond to the above-described frequency control amount ⁇ f. Therefore, the slope of the power characteristic at each drive frequency f is defined as the load power change rate ⁇ P / ⁇ f.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f can be set corresponding to different reference frequencies (for example, frequencies fa1, fb1, fc1, etc.).
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f in the non-contact power feeding system 1 is set.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f may be obtained and set in real time based on the change of the load power Pout with respect to the change of the drive frequency f during the frequency control.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is received and set from another device (for example, an electric vehicle EV to be fed) provided with the power receiving device 3 through communication with the outside of the power transmitting device 2. Also good. In this case, since the other devices grasp the characteristics of the power receiving device 3, an appropriate load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to the power receiving device 3 is acquired.
  • contactless power feeding is performed with an appropriate load power change rate ⁇ P / ⁇ f.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is received from the outside of the power transmission device 2
  • numerical data indicating the load power change rate ⁇ P / ⁇ f may be received, or power characteristics of some predetermined patterns
  • the information for specifying may be received. If the pattern of the power characteristic is specified, the load power change rate ⁇ P / ⁇ f can be set according to the specified power characteristic. Alternatively, the load power change rate ⁇ P / ⁇ f may be set in advance.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f may be set based on experimental data, or design data of the power transmission device 2, the power reception device 3, and the load L. Or may be set by simulation or the like.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f set as described above is described by, for example, a data table stored in a storage unit (not shown) included in the first controller 25 (the above-described RAM or the like).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of power characteristics in the non-contact power feeding system 1.
  • the power characteristics when the coupling coefficient k is 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 are the curves C11, C12, the curves C21, C22, and the curve, respectively.
  • C31 and C32, curves C41 and C42, and curves C51 and C52 are shown as two curves, respectively.
  • Curves C11, C21, C31, C41, and C51 indicate power characteristics when the voltage range of the load power Pout is a relatively high voltage range (for example, 301 V to 400 V or more).
  • Curves C12, C22, C32, C42, and C52 indicate power characteristics when the power range of the load power Pout is a relatively low voltage range (for example, less than 100V, 100V to 200V, or 201V to 300, etc.).
  • a method for creating a data table using power characteristics at five different coupling coefficients k will be described.
  • a data table may be created using power characteristics at many different coupling coefficients k. .
  • the graph shown in FIG. 11 is divided into a plurality of areas.
  • the graph of FIG. 11 is divided into a plurality of areas by dividing the load power Pout within the range of the load power Pout as shown by the one-dot chain line in FIG. To do.
  • the data table to be created describes the corresponding load power change rate ⁇ P / ⁇ f as numerical data for each of a plurality of divided areas.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is the slope of the power characteristic indicated by a curve such as the curve C11. If the area is set too wide, the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to the area may not be appropriately represented. Therefore, in order to more appropriately indicate the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to each area, the size of the area to be divided according to the slope of the curve indicating the power characteristics, that is, the drive frequency that determines the area The range of f and the range of load power Pout are set.
  • a portion of the graph where the change in the slope of the curve is relatively large is divided into relatively small areas, and a portion where the change in the curve slope is relatively small is divided into relatively large areas. That is, when different reference frequencies are arranged in ascending order or descending order, the interval between adjacent reference frequencies is set to become wider as the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f with respect to the drive frequency f is smaller. In other words, the interval between adjacent reference frequencies is set so as to decrease as the amount of change in load power change rate ⁇ P / ⁇ f with respect to drive frequency f increases.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to the divided areas is obtained as numerical data.
  • the numerical data is calculated, for example, as the magnitude of the steepest slope among the slopes of curves (which may include a plurality of curves) included in the corresponding area.
  • the calculation method of numerical data is not limited to this.
  • the numerical data may be calculated as the magnitude of the gradient when a curve included in the corresponding area is linearly approximated.
  • a slope value when each curve is linearly approximated may be calculated, and a slope value having the maximum magnitude may be calculated as numerical data.
  • the average value of the calculated slopes of the curves may be calculated as numerical data.
  • the driving frequency f may be changed in units of steps.
  • the size of one step is determined by, for example, the resolution of the CPU clock that is the first controller 25.
  • the size of one step is not particularly limited, and may be, for example, about several Hz to several tens Hz, or about several tens Hz to several hundreds H. Therefore, the unit of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f described in the data table can be W / step.
  • the data table may be created according to the voltage range of the load power Pout.
  • the voltage range varies depending on the configuration of the storage battery, the charge / discharge state of the storage battery, and the like.
  • the corresponding data table is created based on the power characteristics indicated by a plurality of curves including the curves C11, C21, C31, C41, and C51. Good.
  • the corresponding data table is created based on the power characteristics shown by a plurality of curves including the curves C12, C22, C32, C42 and C52. Good.
  • FIG. 13 shows an example of a data table when the voltage range of the load power Pout is a relatively high voltage range.
  • This data table is created based on the power characteristics shown by the curves C11, C21, C31, C41, C51 in FIG. 12 and other curves not shown in FIG.
  • this data table describes the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to each area defined by the range of the predetermined drive frequency f and the range of the load power Pout by numerical data.
  • the range of the driving frequency f is divided by a two-dot chain line.
  • the value corresponding to each range of the driving frequency f is a value indicating that the driving frequency f in the range does not exceed the value.
  • the range of the drive frequency f in which the drive frequency f is indicated as “84” in the data table is a range of 83.5 kHz (ie, 84 ⁇ 0.5 kHz) or more and less than 84 kHz.
  • the range of the drive frequency f in which the drive frequency f is indicated as “85” in the data table is a range of 84 kHz or more and less than 85 kHz.
  • the range of the load power Pout is divided by a one-dot chain line.
  • the value corresponding to each range of the load power Pout is a lower limit value of the load power Pout in that range.
  • the range of the load power Pout in which the load power Pout is indicated as “1000” in the data table is a range of 1000 W or more and less than 2000 W.
  • FIG. 14 shows an example of a data table when the voltage range of the load power Pout is a relatively low voltage range. This data table is created using the power characteristics shown by the curves C12, C22, C32, C42, C52 in FIG. 12 and other curves not shown in FIG. The data table in FIG. 14 is different from the data table in FIG. 13 in that numerical data is different.
  • a data table describing different numerical data can be created, such as the data table shown in FIG. 13 and the data table shown in FIG. Then, by referring to the data tables as shown in FIGS. 13 and 14, the numerical data corresponding to each area, that is, the load power change rate ⁇ P / ⁇ f in the range of the drive frequency f and the range of the load power Pout is obtained. Therefore, the amount of change in the load power Pout when the drive frequency f is changed can be obtained.
  • the data table shown in FIG. 14 will be described as an example. Initially, it is assumed that the drive frequency f is 84.5 kHz and the load power Pout is 3300 W. The area in the data table corresponding to this is determined in the range where the drive frequency f is indicated as “85” and the range where the load power Pout is indicated as “3000”. The load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to this area is “ ⁇ 63”. The load power change rate ⁇ P / ⁇ f means that the load power Pout changes by ⁇ 63 W (decreases by 63 W) when the drive frequency f is increased by one step.
  • the load power Pout needs to be reduced by 300 W from 3300 W to 3000 W, so the variation ⁇ P of the load power Pout is ⁇ 300 W.
  • the load power Pout can be brought close to 3000 W, which is the desired power, by increasing the drive frequency f by five steps by frequency control.
  • the drive frequency f is 83.3 kHz and the load power Pout is 500 W.
  • the area in the data table corresponding to this is an area defined by a range in which the drive frequency f is indicated as “83.5” and a range in which the load power Pout is indicated as “500”.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to this area is “ ⁇ 61”.
  • the load power Pout needs to be increased by 2500 W from 500 W to 3000 W, so the variation ⁇ P of the load power Pout is +2500 W.
  • the load power Pout can be brought close to 3000 W, which is the desired power, by reducing the drive frequency f by 41 steps by frequency control.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f “ ⁇ 61” referred to here is the most suitable value when the load power Pout is 500 W or more and less than 700 W, for example. Therefore, when the load power Pout is adjusted so that the load power Pout is greater than 700 W, the value of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f “ ⁇ 61” is a value indicating the load power change rate ⁇ P / ⁇ f. Is not necessarily an optimal value. Also, it is not always appropriate that the value of the load power Pout to be adjusted at one time is too large from the viewpoint of control stability and the like.
  • an upper limit of the number of steps when changing the drive frequency f at a time may be set. For example, if the upper limit of the absolute value of the number of steps is set to 20, even when the drive frequency f is increased by 41 steps as described above, the increase width can be suppressed to 20 steps. Then, after increasing the drive frequency f by 20 steps, the frequency control amount ⁇ f is calculated again based on the corresponding load power change rate ⁇ P / ⁇ f, and the frequency control is executed. By repeating such a control cycle, the load power Pout can be brought close to a desired power.
  • FIG.15 and FIG.16 is a flowchart which shows an example of the process performed in the power transmission apparatus 2 which concerns on 2nd Embodiment.
  • the load L is a storage battery and the storage battery is charged by the power from the power transmission device 2 will be described as an example.
  • the process of this flowchart is started in response to the power transmission device 2 receiving a charge start request from the power reception device 3 side, for example.
  • the first controller 25 executes a charging start sequence (step S101). For example, the supply of AC power Pac2 to the first coil 21 is started at the driving frequency f where the impedance viewed from the first converter 22 when viewed from the first coil 21 is inductive (not capacitive). Further, for example, supply of AC power Pac2 to the first coil 21 is started so as not to activate a protection function for preventing an excessively large current from flowing through the first coil 21.
  • the first controller 25 determines whether or not there is an interrupt due to constant power control (step S102).
  • the constant power control is control for supplying desired power to the load L, and is realized by the power control described so far. An interrupt is generated at a predetermined cycle, for example.
  • the first controller 25 performs constant power control (step S103).
  • the first controller 25 calculates the power command value and the load power value (the magnitude of the load power Pout supplied to the load L). A power value based on the difference is calculated (step S131).
  • the power command value indicates the magnitude of desired power to be supplied to the load L.
  • the magnitude of the load power Pout supplied to the load L may be notified from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 as described above, or may be estimated in the power transmitting device 2 as described later.
  • the first controller 25 refers to the data table and determines a candidate value ⁇ f1 for the frequency control amount ⁇ f (step S132). Specifically, as described above with reference to FIGS. 11 to 14, the data table is referred to, and the frequency control amount ⁇ f for making the load power Pout close to the desired power is calculated. However, the frequency control amount ⁇ f here is a provisional value and can be changed in steps S134 and S136 described later. For this reason, what is determined in step S132 is the candidate value ⁇ f1 of the frequency control amount ⁇ f.
  • the first controller 25 determines whether or not the frequency (drive frequency f) when changed by the candidate value ⁇ f1 is greater than the upper limit frequency fmax (step S133).
  • the upper limit frequency fmax is an upper limit value of the drive frequency f.
  • the upper limit frequency fmax may be, for example, the upper limit value (for example, 90 kHz) of the drive frequency f that can be used by the non-contact power feeding system 1, and the impedance when the first coil 22 is viewed from the first converter 22 is inductive. May be an upper limit value of the drive frequency f.
  • the first controller 25 controls the frequency control amount ⁇ f so that the frequency becomes the upper limit frequency fmax. Is set (step S134). Thereby, it is possible to prevent the drive frequency f from exceeding the upper limit frequency fmax.
  • step S133 if it is determined in step S133 that the driving frequency f when changed by the candidate value ⁇ f1 is equal to or lower than the upper limit frequency fmax (NO in step S133), the first controller 25 changes the candidate value ⁇ f1. In this case, it is determined whether or not the driving frequency f is smaller than the lower limit frequency fmin (step S135).
  • the lower limit frequency fmin is a lower limit value of the drive frequency f.
  • the lower limit frequency fmin may be, for example, the lower limit value (for example, 81.38 kHz) of the drive frequency f that can be used by the non-contact power feeding system 1. It may be a lower limit value of the driving frequency f showing inductivity.
  • the first controller 25 controls the frequency control amount ⁇ f so that the frequency becomes the lower limit frequency fmin. Is set (step S136).
  • step S135 when it is determined in step S135 that the frequency when changed by the candidate value ⁇ f1 is equal to or higher than the lower limit frequency min (NO in step S135), the first controller 25 sets the frequency control amount ⁇ f to the candidate value ⁇ f1. Setting is made (step S137).
  • the frequency control amount ⁇ f is determined in any one of the above steps S134, S136, and S137. Then, after the frequency control amount ⁇ f is determined, the first controller 25 changes the frequency (drive frequency f) by the frequency control amount ⁇ f (step S138).
  • step S104 When it is determined in step S102 that there is no interruption due to constant power control (NO in step S102), or after the frequency is changed by the frequency control amount ⁇ f in step S138, the first controller 25 stops charging. It is determined whether there is a request (step S104). The charging stop request is notified from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 at a timing when the SOC of the load L as a storage battery becomes sufficiently high and charging is unnecessary, for example. When it is determined that there is no charge stop request (NO in step S104), the first controller 25 returns the process to step S102 again. On the other hand, when it is determined that there is a charge stop request (YES in step S104), the first controller 25 executes a charge stop sequence (step S105).
  • the frequency control amount ⁇ f of the drive frequency f is set based on the load power change rate ⁇ P / ⁇ f so that desired power is supplied to the load L by the first controller 25. It is calculated and determined (steps S132, S134, S136, S137), and the drive frequency f is changed (controlled) according to the determined frequency control amount ⁇ f (step S138). According to this flowchart, the electric power supplied to the load L is adjusted without detecting a positional shift between the first coil 21 and the second coil 31.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f becomes considerably large, and the load power Pout may increase rapidly only by slightly changing the drive frequency f.
  • the load power Pout increases rapidly, the power flowing through the power transmitting device 2 and the power receiving device 3 increases rapidly, and for example, it becomes difficult to stabilize power control. Further, there is a possibility that various circuits (inverter circuit, PFC, etc.) included in the first converter 22 and the second converter 32 are deteriorated. In order to avoid this, when the load power Pout is increased, the frequency control amount ⁇ f of the drive frequency f may be suppressed.
  • the load power Pout becomes too large due to the displacement of the first coil 21 and the second coil 31 or some abnormal situation, the load power Pout must be quickly reduced.
  • the first controller 25 corrects the frequency control amount ⁇ f so that the frequency control amount ⁇ f becomes smaller than the calculated value, and the corrected frequency control amount ⁇ f Frequency control may be performed using (depending on).
  • the flowchart shown in FIG. 17 differs from the flowchart shown in FIG. 16 in that steps S141, S142, and S143 are included between steps S132 and S133 and S135, and the flow between these steps is different. To do.
  • step S141 when the process of step S132 is completed, the first controller 25 determines whether the candidate value ⁇ f1 is a positive value (step S141). When it is determined that the candidate value ⁇ f1 is a positive value (YES in step S141), the first controller 25 corrects the candidate value ⁇ f1 with the coefficient A (step S142). This correction is performed to maintain the magnitude (that is, the absolute value) of the candidate value ⁇ f1 at the magnitude of the candidate value ⁇ f1 determined in the previous step S132 or to make the magnitude larger than the magnitude of the candidate value ⁇ f1. It is. The first controller 25 corrects the candidate value ⁇ f1 with the coefficient A, for example, by multiplying the candidate value ⁇ f1 by the coefficient A.
  • the coefficient A is a value of 1 or more.
  • the first controller 25 advances the process to step S133.
  • the candidate value ⁇ f1 is zero and the coefficient A is 1, the candidate value ⁇ f1 does not change depending on the correction by the coefficient A, and thus the process of step S142 may be skipped.
  • step S141 when it is determined in step S141 that the candidate value ⁇ f1 is zero or a negative value (NO in step S141), the first controller 25 corrects the candidate value ⁇ f1 with the coefficient B (step S143).
  • This correction is a correction for making the magnitude (that is, the absolute value) of the candidate value ⁇ f1 smaller than the magnitude of the candidate value ⁇ f1 determined in the previous step S132.
  • the first controller 25 corrects the candidate value ⁇ f1 with the coefficient B, for example, by multiplying the candidate value ⁇ f1 by the coefficient B. In this case, the coefficient B is a value less than 1.
  • step S133 and step S135 The processing itself of step S133 and step S135 is as described above with reference to FIG. However, when the candidate value ⁇ f1 is a positive value (YES in step S141), the drive frequency f does not fall below the lower limit frequency fmin. In addition, when the candidate value ⁇ f1 is not a positive value (NO in step S141), the drive frequency f does not exceed the upper limit frequency fmax. Therefore, when the candidate value ⁇ f1 is positive (YES in step S141), after the process of step S142, the process of step S133, that is, the drive frequency f when changed by the candidate value ⁇ f1 is greater than the upper limit frequency fmax. Is determined, and the process proceeds to step S134 or step S137 according to the determination result.
  • step S141 If the candidate value ⁇ f1 is not a positive value (NO in step S141), the processing frequency in step S135 after the processing in step S143, that is, the drive frequency f when changed by the candidate value ⁇ f1 is the lower limit frequency fmin. It is determined whether or not it is smaller, and the process proceeds to step S136 or step S137 depending on the determination result.
  • the processes after steps S134, S136, and S137 are as described above with reference to FIGS.
  • the frequency control amount ⁇ f is smaller than the calculated value. (Step S143). Therefore, it is possible to suppress a sudden increase in the power supplied to the load L by the frequency control and the power flowing through the power transmission device 2 and the power reception device 3.
  • the load power Pout is decreased, that is, when the drive frequency f is increased (YES in step S141)
  • the magnitude of the frequency control amount ⁇ f is equal to or larger than the calculated value. Increased (step S142). Therefore, the load power Pout is rapidly reduced.
  • the first controller 25 adopts the drive frequency f as a parameter for controlling the AC power Pac2 supplied to the first coil 21, and changes the drive frequency f to thereby provide a load supplied to the load L.
  • the drive frequency f is changed so that the power Pout approaches the desired power (power command value).
  • the power supplied to the load L approaches the desired power based on the amount of change in load power (load power change rate ⁇ P / ⁇ f) with respect to a predetermined frequency change amount of the drive frequency f from the reference frequency.
  • the drive frequency f is changed (frequency control is executed). Specifically, the first controller 25 determines the difference between the load power Pout supplied to the load L and the desired power (power command value) (change amount ⁇ P of the load power Pout) and the load power change rate ⁇ P / ⁇ f. Based on the above, the drive frequency f is changed.
  • the frequency control amount ⁇ f of the drive frequency f is calculated by dividing the difference (the change amount ⁇ P of the load power Pout) by the load power change rate ⁇ P / ⁇ f. Then, by changing (controlling) the drive frequency f using the calculated frequency control amount ⁇ f, the load power Pout supplied to the load L can be brought close to desired power. Then, by executing the frequency control based on the load power change rate ⁇ P / ⁇ f in this way, the load power supplied to the load L without detecting the positional deviation between the first coil 21 and the second coil 31. Pout can be adjusted.
  • the storage unit of the first controller 25 stores the load power change rate ⁇ P / ⁇ f.
  • a data table is created in advance, and the first controller 25 stores the data table.
  • the first controller 25 performs frequency control by referring to the data table. That is, it is not necessary to calculate the load power change rate ⁇ P / ⁇ f in real time. Therefore, the processing time is shortened, and the load power Pout supplied to the load L can be brought close to desired power efficiently. In particular, even if a positional shift occurs during power feeding and the load power Pout supplied to the load L deviates from the desired power, the load power Pout supplied to the load L can be quickly brought close to the desired power. That is, power control with good responsiveness is realized.
  • the first controller 25 may acquire the load power change rate ⁇ P / ⁇ f from the outside of the power transmission device 2.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is acquired by receiving the load power change rate ⁇ P / ⁇ f transmitted from another device (for example, a moving body such as a car) provided with the power receiving device 3.
  • another device for example, a moving body such as a car
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to the power receiving device 3 is acquired.
  • the load power Pout is adjusted based on the appropriate load power change rate ⁇ P / ⁇ f. Therefore, even when power is supplied to the power receiving devices 3 having different types and characteristics, the load power Pout can be adjusted appropriately.
  • the graphs shown in FIGS. 11 and 12 of the above embodiment show a plurality of curves indicating the relationship between the drive frequency f and the load power Pout for each of a plurality of different coupling coefficients k.
  • the data tables shown in FIGS. 13 and 14 are created based on all curves corresponding to a plurality of different coupling coefficients k. Therefore, even if the coupling coefficient k changes to any value due to the positional deviation between the first coil 21 and the second coil 31, the load power change rate ⁇ P corresponding to the coupling coefficient k (that is, the positional deviation state). / ⁇ f is described by the data table. In this case, referring to the data tables shown in FIGS.
  • the frequency control amount ⁇ f of the drive frequency f is calculated as a value that fills the difference between the desired power and the load power Pout. Therefore, by changing the drive frequency f by the frequency control amount ⁇ f, it is expected that the load power Pout becomes a value that is substantially the same as or substantially close to the desired power. Therefore, there is a high possibility that the load power Pout can be brought close to the desired power in a short time.
  • the magnitude of the load power Pout is determined from the power receiving device 3 together with the power command value.
  • the power transmission device 2 may be notified.
  • power control is performed based on the load power Pout directly detected by the second detector 33 of the power receiving device 3. Therefore, for example, the accuracy of power control can be improved as compared with the case where the load power Pout supplied to the load L is estimated based on the AC power Pac2 supplied to the first coil 21.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is set for each different reference frequency. Therefore, the first controller 25 changes (controls) the drive frequency f based on the load power change rate ⁇ P / ⁇ f with the drive frequency f of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 as the reference frequency. )be able to. As a result, even if the load power change rate ⁇ P / ⁇ f varies depending on the reference frequency, the load power change rate ⁇ P / ⁇ f corresponding to the drive frequency f of the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 is set. Power control based on this becomes possible. Therefore, the accuracy of power control can be improved.
  • the interval between different reference frequencies may be set so as to increase as the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f with respect to the drive frequency f decreases. For example, if each reference frequency is set at an equal interval with a frequency interval at which an appropriate resolution for the change amount is obtained with reference to a region where the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is large, the change in the load power change rate ⁇ P / ⁇ f In a region where the amount is small, the resolution with respect to the load power change rate ⁇ P / ⁇ f becomes too fine.
  • the interval between the adjacent reference frequencies is set so as to increase as the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f decreases, so that the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is small. Then, the frequency interval is set so that the resolution with respect to the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is not too fine, and the data amount is suppressed. In the region where the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is large, the frequency interval is set so that the resolution with respect to the change amount of the load power change rate ⁇ P / ⁇ f does not become too coarse. Therefore, the adjustment accuracy of the load power Pout can be maintained while reducing the amount of data to be handled.
  • the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is set for each different voltage range of the load power Pout supplied to the load L. For this reason, for example, even when the load L is a storage battery or the like and the load power change rate ⁇ P / ⁇ f varies depending on the voltage range of the load power Pout supplied to the load L, an appropriate value corresponding to the voltage of the load power Pout is obtained. Power control based on the load power change rate ⁇ P / ⁇ f is possible. Therefore, the accuracy of power control can be improved.
  • the first controller 25 determines the frequency based on the change amount ⁇ P of the load power Pout and the load power change rate ⁇ P / ⁇ f, which is the difference between the load power Pout supplied to the load L and the desired power (power command value).
  • a candidate value ⁇ f1 of the control amount ⁇ f is calculated.
  • the first controller 25 when increasing the load power Pout supplied to the load L, the first controller 25 reduces the calculated candidate value ⁇ f1.
  • the drive frequency f may be changed by the frequency control amount ⁇ f with the corrected candidate value ⁇ f1 as the frequency control amount ⁇ f.
  • the first controller 25 can grasp the load power Pout supplied to the load L without notifying the power transmission device 2 of the magnitude of the load power Pout as described above.
  • the first controller 25 may estimate the load power Pout based on the AC power Pac2 supplied from the first converter 22 to the first coil 21. This is because the AC power Pac2 and the load power Pout are related. For example, when almost no power loss occurs in the power transmission by the non-contact power feeding system 1, the magnitudes of the AC power Pac 2 and the load power Pout are approximately equal, and thus the magnitude of the AC power Pac 2 supplied to the first coil 21. Can be estimated as the load power Pout supplied to the load L.
  • the magnitude of power loss is set to a predetermined value (for example, 5%), and the value obtained by subtracting the magnitude of power loss from the magnitude of AC power Pac2 is used as load power. It can be estimated as Pout.
  • Pout the load power Pout supplied to the load L based on the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 in this way, for example, notification of the load power Pout from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2 is unnecessary. It can be. In that case, the power transmission device 2 and the power reception device 3, that is, the configuration of the non-contact power feeding system 1 is simplified, and the possibility that the cost can be reduced is increased.
  • the parameter for controlling the AC power Pac2 supplied to the first coil 21 is the parameter of the switching element included in the inverter circuit described above with reference to FIG.
  • a deviation amount of the driving time may be employed.
  • the power change rate is a change amount of the load power Pout with respect to a change amount of the shift amount of the driving time.
  • a data table describing such a power change rate can be created using the same method as in the case of frequency control.
  • the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc may be adopted as a parameter for controlling the AC power Pac2 supplied to the first coil 21.
  • the power change rate is a change amount of the load power Pout with respect to a change amount of the voltage Vdc of the DC power Pdc.
  • a data table describing such a power change rate can also be created using the same method as in the case of frequency control.
  • the impedance control of the non-contact power feeding system 1 may be employed.
  • the impedance of the elements constituting the power transmission device 2 of the non-contact power supply system 1 changes, the impedance of the non-contact power supply system 1 changes, and the AC power Pac2 supplied by the first converter 22 also changes. That is, the impedance of the non-contact power feeding system 1 may be employed as a parameter for controlling the AC power Pac2 supplied to the first coil 21.
  • the power change rate is the change amount of the load power Pout with respect to the change amount of the impedance of the variable element.
  • a data table describing such a power change rate can also be created using the same method as in the case of frequency control.
  • the power supplied to the load L (load power) is brought close to the desired power based on the power change rate.
  • the power change rate defines a change in current. Also good.
  • the load power is proportional (almost proportional) to the current (load current) supplied to the load L.
  • the power change rate is the change amount of the load current with respect to the change amount of the drive frequency f (or the shift amount of the drive time in the phase shift, the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc, the impedance of the variable element).

Abstract

本開示の一側面に係る送電装置は、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、直流電力を受けて交流電力に変換し、交流電力を第1コイルに供給する変換器と、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、を備える。制御器は、電力制御として、交流電力の周波数制御と、変換器の位相シフト制御及び直流電力の電圧制御の少なくとも一方の制御とを実行し、制御器は、周波数制御によっては負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方を実行する。

Description

送電装置及び非接触給電システム
 本開示は、送電装置及び非接触給電システムに関する。本出願は、2015年9月17日に提出された日本特許出願第2015-184051号、及び2015年9月29日に提出された日本特許出願第2015-190956号に基づいており、それらに対して優先権の利益を主張するものであり、それらの内容全体は、参照されることによって本出願に援用される。
 送電装置の送電コイルから受電装置の受電コイルに非接触(ワイヤレス)で電力を伝送し、受電装置側の負荷に電力を供給する非接触給電システムが知られている。そのような非接触給電システムでは、送電コイル及び受電コイルの相対的な位置がずれること(位置ずれ)によって、受電コイルひいては負荷に供給される電力が変化する。
 例えば特許文献1には、位置ずれがある場合、送電装置において送電コイルに供給する電力の周波数制御を行うことによって、受電コイルに発生する電圧を調整する手法が開示されている。
特開2012-191764号公報
 電力伝送システムにおいては、負荷に所望の電力を供給したいという要請がある。しかしながら、送電コイル及び受電コイルの相対的な位置ずれがあると、その分、負荷に供給される電力が変化してしまう。そのため、位置ずれにより、負荷に供給される電力が変化すると、この変化を抑えるために、特許文献1の手法のように送電コイルに供給される交流電力の周波数を制御することが想定される。しかし、周波数制御のみでは電力調整に限界があるので、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけられない可能性がある。
 本開示は、負荷に供給される電力をより確実に所望の電力に近づけることができる送電装置及び非接触給電システムを説明する。
 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送電装置であって、第1コイルであり、受電装置の第2コイルに非接触で電力を伝送するための第1コイルと、直流電力を受けて交流電力に変換し、交流電力を第1コイルに供給する変換器と、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、を備える。制御器は、電力制御として、交流電力の周波数制御と、変換器の位相シフト制御及び直流電力の電圧制御の少なくとも一方の制御とを実行し、制御器は、周波数制御によっては負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方を実行する。
 本開示によれば、負荷に供給される電力をより確実に所望の電力に近づけることができる。
図1は、一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの適用例を示す図である。 図2は、一実施形態に係る非接触給電システムの回路ブロック図である。 図3は、直流交流変換器の回路構成の一例を示す図である。 図4は、周波数制御による電力調整を説明するための図である。 図5は、位相シフト制御及び電圧制御による電力調整を説明するための図である。 図6は、第1実施形態に係る送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図7は、第1実施形態に係る送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図8は、第1実施形態に係る送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図9は、第1実施形態に係る送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図10は、周波数制御による電力調整を説明するための図である。 図11は、データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 図12は、データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 図13は、データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 図14は、データテーブルの作成手法の一例を説明するための図である。 図15は、第2実施形態に係る送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図16は、第2実施形態に係る送電装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図17は、第2実施形態に係る送電装置において実行される処理の別の例を示すフローチャートである。
[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送電装置であって、第1コイルであり、受電装置の第2コイルに非接触で電力を伝送するための第1コイルと、直流電力を受けて交流電力に変換し、交流電力を第1コイルに供給する変換器と、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、を備える。制御器は、電力制御として、交流電力の周波数制御と、変換器の位相シフト制御及び直流電力の電圧制御の少なくとも一方の制御とを実行し、制御器は、周波数制御によっては負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方を実行する。
 上記の送電装置によれば、周波数制御に加えて、位相シフト制御及び電圧制御のいずれかの制御が実行される。周波数制御のみでは、電力調整の範囲が限られていたり、細かい電力調整が行えなかったりするため、電力調整に限界がある。上記の送電装置では、周波数制御によっては負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方の制御が実行される。このように周波数制御に加えて位相シフト制御及び電力制御の少なくとも一方が実行されることによって、周波数制御のみが実行される場合よりも、電力調整の範囲が拡がり、また、より細かい電力調整が行えるようになる。よって、負荷に供給される電力を所望の電力にさらに近づけることができる。
 制御器は、電力制御として周波数制御及び位相シフト制御を実行し、周波数制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に、位相シフト制御を実行してもよい。位相シフト制御は、電圧制御よりも応答性に優れる。そのため、周波数制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に電圧制御を実行するよりも、周波数制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合に位相シフト制御を実行する方が、電力制御の応答性を向上させ、電力の調整を行いやすくすることができる。
 制御器は、電圧制御をさらに実行し、位相シフト制御によって負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができない場合にさらに電圧制御を実行してもよい。これにより、周波数制御及び位相シフト制御の2つの制御のみを実行する場合よりも、さらに電力調整の範囲が拡がり、また、より細かい電力調整が行えるようになるので、負荷に供給される電力を所望電力にさらに近づけることができる。
 制御器は、さらに、所望の電力に対応する電力指令値に応じて直流電力の電圧を切り替えてもよい。例えば周波数制御及び位相シフト制御による電力制御の調整範囲内に電力指令値が含まれるように直流電力の電圧が切り替えられることで、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけやすくなる。
 制御器は、所望の電力に対応する電力指令値と負荷に供給されている電力との差分が所定の誤差許容値よりも大きい場合に、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができないと判断してもよい。この場合、誤差許容値に応じて、所望の精度で電力制御を実行することができる。
 交流電力の電流位相は、交流電力の電圧位相よりも遅れており、制御器は、位相シフト制御において電圧位相に対する電流位相の位相差の大きさが所定値を下回らないように、電力制御を実行してもよい。これにより、所定値以上の位相差を確保することによって、変換器から第1コイルへの交流電力の供給の安定性を確保しつつ、電力制御を実行することができる。
 本開示の別の側面に係る非接触給電システムは、上記の送電装置と、送電装置と通信可能な受電装置と、を備え、受電装置は、負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、制御器は、検出器によって検出される電力が所望の電力に近づくように、電力制御を実行する。
 この非接触給電システムによれば、先に説明した送電装置を備えているので、周波数制御のみを実行する場合よりも、負荷に供給される電力を所望の電力にさらに近づけることができる。また、受電装置の検出器を用いて負荷に供給される電力を検出し、その検出結果を用いて送電装置において電力制御が実行される。この場合、例えば送電装置側で負荷に供給される電力を推定して電力制御を実行する場合よりも、電力制御の精度を向上させることができる。
 本開示のさらに別の側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、第1コイルであり、受電装置の第2コイルに非接触で電力を伝送するための第1コイルと、電力を受けて交流電力に変換し、変換した交流電力を第1コイルに供給する変換器と、交流電力を制御するためのパラメータを変更する制御器と、を備える。制御器は、基準値からのパラメータの所定の変化量に対する、負荷に供給される電力の変化量を示す電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更する。
 上記の送電装置では、基準値からのパラメータの所定の変化量に対する、負荷に供給される電力の変化量を示す電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータが変更される。このように電力変化率に基づいてパラメータが変更されるので、位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整し、所望の電力に近づけることができる。
 制御器は、電力変化率を記憶していてもよい。これにより、例えば電力変化率をリアルタイムで求める必要がないので、その分、負荷に供給される電力の調整の応答性を向上させることができる。
 制御器は、電力変化率を、送電装置の外部から取得してもよい。例えば受電装置が設けられた他の装置(例えば車等の移動体)から送信された電力変化率を受信することによって、電力変化率が取得される。この場合、電力変化率を送信する車等の移動体は受電装置の特性を把握しているので、受電装置に対応した電力変化率が取得される。これにより、適切な電力変化率に基づいて負荷に供給される電力が調整される。よって、種類及び特性の異なる受電装置に対して電力を供給する場合でも、負荷に供給される電力を適切に調整することができる。
 制御器は、負荷に供給されている電力と所望の電力との差分及び電力変化率に基づいてパラメータを変更してもよい。この場合、例えば負荷に供給されている電力と所望の電力との差分に応じた量だけパラメータを変更することにより、負荷に供給される電力を所望の電力に近づけることができる。
 パラメータは、交流電力の周波数であり、基準値は、交流電力の周波数に対して定められる基準周波数であってもよい。すなわち、制御器は、基準周波数からの交流電力の周波数の、所定の周波数変化量に対する、負荷に供給される電力の電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更してもよい。このように、パラメータを例えば交流電力の周波数とすることで、位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整し、所望の電力に近づけることができる。
 電力変化率は、異なる基準周波数ごとにそれぞれ設定され、制御器は、第1コイルに供給されている交流電力の周波数を基準周波数とする電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、交流電力の周波数を変更してもよい。これにより、電力変化率が基準周波数によって異なる場合であっても、第1コイルに供給されている交流電力の周波数に対応した適切な電力変化率に基づくパラメータの変更が可能となる。よって、負荷に供給される電力の調整精度を向上させることができる。
 異なる基準周波数を昇順又は降順に並べた場合、隣り合う基準周波数どうしの間隔は、交流電力の周波数に対する電力変化率の変化量が小さいほど広くなるように設定されてもよい。例えば、電力変化率の変化量が大きい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、電力変化率の変化量が小さい領域では、電力変化量に対する分解能が細かくなり過ぎる。この場合、基準周波数の数、つまり対応する電力変化率の数が多くなり過ぎるので、その分、扱うデータ量が必要以上に大きくなってしまう。一方、電力変化率の変化量が小さい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、電力変化率の変化量が大きい領域では、電力変化量に対する分解能が粗くなる。この場合、電力の調整精度を十分に高めることができない可能性がある。上記構成によれば、隣り合う基準周波数どうしの間隔が、電力変化率の変化量が小さくなるほど広くなるように設定されるので、電力変化率の変化量が小さい領域では、電力変化率の変化量に対する分解能が細かくなり過ぎないように周波数間隔が設定され、データ量が抑えられる。また、電力変化率の変化量が大きい領域では、電力変化率の変化量に対する分解能が粗くなり過ぎない様に周波数間隔が設定される。よって、扱うデータ量を低減しつつ、負荷に供給される電力の調整精度を維持することができる。
 電力変化率は、負荷に供給される電力の、異なる電圧範囲ごとにそれぞれ設定され、制御器は、負荷に供給されている電力の電圧が含まれる電圧範囲に対応する電力変化率に基づいて、負荷に供給される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更してもよい。これにより、電力変化率が負荷に供給される電力の電圧範囲によって異なる場合であっても、負荷に供給されている電力の電圧に対応した適切な電力変化率に基づくパラメータの変更が可能となる。よって、負荷に供給される電力の調整精度を向上させることができる。
 制御器は、負荷に供給されている電力と所望の電力との差分及び電力変化率に基づいてパラメータの制御量を算出し、負荷に供給される電力を増加させる場合には、算出したパラメータの制御量の大きさが小さくなるように補正し、補正後のパラメータの制御量だけパラメータを変更してもよい。これにより、例えば、負荷に供給される電力及び送電装置等を流れる電力が急激に大きくなり負荷に供給される電力の安定した調整が困難になることを抑制することができる。
 制御器は、交流電力に基づいて負荷に供給される電力を推定し、推定された電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更してもよい。これにより、第1コイルに供給される交流電力に基づいて負荷に供給される電力を推定するので、例えば受電装置側において負荷に供給される電力を検出し、検出結果を送電装置側に送信するといった構成を採用することなく、負荷に供給される電力を調整することができる。よって、装置の簡素化、及びコスト削減の可能性が高まる。
 本開示のさらに別の側面に係る非接触給電システムは、上記の送電装置と、受電装置と、を備え、受電装置は、送電装置と通信可能であり、受電装置は、負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、送電装置の制御器は、受電装置の検出器によって検出される電力が所望の電力に近づくように、パラメータを変更する。
 この非接触給電システムによれば、先に説明した送電装置を備えているので、第1コイルと第2コイルとの位置ずれを検出することなく、負荷に供給される電力を調整することができる。また、受電装置の検出器を用いて負荷に供給される電力を検出し、その検出結果を用いて送電装置の制御器がパラメータを変更することで、例えば第1コイルに供給される交流電力に基づいて負荷に供給される電力を推定する場合よりも、負荷に供給される電力の調整精度を向上させることができる。
[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を付し、重複する説明は省略する。
 図1は、一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの適用例を示す図である。図1に示されるように、非接触給電システム1は、送電装置2と受電装置3とを備えており、送電装置2から受電装置3に電力を供給するためのシステムである。送電装置2及び受電装置3は、例えば上下方向に離間している。送電装置2は、例えば駐車場等に設置されている。受電装置3は、電気自動車EVに搭載されている。非接触給電システム1は、駐車場等に到着した電気自動車EVに対し、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給するように構成されている。なお、受電装置3は、電気自動車EVではなく、プラグインハイブリッド車及び水中航走体などの各種移動体に搭載されてもよい。
 送電装置2は、非接触給電のための電力を供給する装置である。送電装置2は、電源PS(図2参照)によって供給された電力から所望の交流電力を生成し、受電装置3に送る。送電装置2は、例えば駐車場等の路面Rに設置される。送電装置2は、例えば駐車場等の路面Rから上方に突出するように設けられた送電コイル装置4を備えている。送電コイル装置4は、第1コイル21(図2参照)を含み、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電装置2は、交流電源から所望の交流電力を生成する。生成された交流電力が送電コイル装置4に送られることによって、送電コイル装置4は磁束を発生させる。
 受電装置3は、送電装置2から電力を受け取り、負荷L(図2参照)に電力を供給する装置である。受電装置3は、例えば電気自動車EVに搭載される。受電装置3は、例えば電気自動車EVの車体(シャーシ等)の底面に取り付けられた受電コイル装置5を備えている。受電コイル装置5は、第2コイル31(図2参照)を含み、電力供給時において送電コイル装置4と上下方向に離間して対向する。受電コイル装置5は、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電コイル装置4で発生した磁束が受電コイル装置5に鎖交することによって、受電コイル装置5は誘導電流を発生させる。これにより、受電コイル装置5は、非接触(つまりワイヤレス)で送電コイル装置4からの電力を受け取る。受電コイル装置5が受け取った電力は、負荷に供給される。
 図2を参照して、非接触給電システム1の回路構成を詳細に説明する。図2は、非接触給電システム1の回路ブロック図である。図2に示されるように、非接触給電システム1は、電源PSから入力電力P1を受け、負荷Lに負荷電力Poutを供給するシステムである。電源PSは、交流電源であってもよいし、直流電源であってもよい。交流電源の種類はとくに限定されないが、例えば商用電源であってもよい。直流電源の種類はとくに限定されないが、例えば太陽光発電装置及び蓄電装置等であってもよい。負荷Lは、直流負荷であってもよいし、交流負荷であってもよい。直流負荷の種類はとくに限定されないが、例えば蓄電池であってもよい。交流負荷の種類はとくに限定されないが、例えばモータであってもよい。
 送電装置2は、電源PSから入力電力P1を供給される。送電装置2は、第1コイル21と、第1変換器22と、第1検出器23と、第1通信器24と、第1制御器25と、を備えている。
 第1変換器22は、電源PSから供給される入力電力P1を、所望の交流電力Pac2に変換し、変換した交流電力Pac2を第1コイル21に供給する回路である。第1変換器22は、電力変換器26と、直流交流変換器(DC/AC converter)27と、を備えている。
 電力変換器26としては、例えば入力電力P1に応じて次のような構成が採用され得る。入力電力P1が交流電力の場合、電力変換器26は、例えば交流直流変換器(AC/DC converter)であってもよい。交流直流変換器は、例えば整流回路である。整流回路は、ダイオード等の整流素子で構成されてもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子によって構成されてもよい。直流交流変換器は、PFC(Power Factor Correction)機能及び昇降圧機能を有していてもよい。
 入力電力P1が直流電力の場合、電力変換器26は、例えば直流直流変換器(DC/DC converter)であってもよい。直流直流変換器は、例えばチョッパ回路を用いた非絶縁型の回路であってもよいし、トランスを用いた絶縁型の回路であってもよい。
 いずれの場合も、第1制御器25によって、電力変換器26から出力される直流電力Pdcの大きさが制御される。直流電力Pdcの大きさは、例えば、電力変換器26から出力される直流電圧Vdcの変更により、制御される。電力変換器26は、変換した直流電力Pdcを直流交流変換器27に供給する。
 直流交流変換器27は、電力変換器26によって変換された直流電力Pdcを交流電力Pac2に変換する。直流交流変換器27は、例えばインバータ回路である。第1変換器22は、直流交流変換器27の出力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。直流交流変換器27から出力される交流電力Pac2の大きさは、第1制御器25によって制御される。交流電力Pac2の大きさは、例えば、周波数制御、及び位相シフト制御によって制御され得る。直流交流変換器27は、変換した交流電力Pac2を第1コイル21に供給する。
 なお、第1変換器22の構成は、図2に示される例に限定されない。例えば、第1変換器22は、電力変換器26及び直流交流変換器27に代えて、交流交流変換器(AC/AC converter)を含んでもよい。交流交流変換器は、例えば、マトリクスコンバータ及びサイクロコンバータ等である。この場合、第1変換器22は、電源PSからの交流電力を受けて交流電力に変換する。また、電力変換器26は、交流直流変換器と、交流直流変換器の出力に設けられた直流直流変換器(DC/DC converter)とで構成されてもよい。
 第1コイル21は、受電装置3に非接触で給電するためのコイルである。第1コイル21は、第1変換器22から交流電力Pac2が供給されることによって、磁束を発生する。第1コイル21と第1変換器22との間には、キャパシタ及びインダクタ(例えば、リアクトル)が接続されていてもよい。
 第1検出器23は、直流電力Pdcの大きさを検出するためのセンサを含む。第1検出器23は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。
 第1通信器24は、後述する受電装置3の第2通信器34と無線で通信を行うための回路である。第1通信器24は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、又は光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子である。第1通信器24は、受電装置3から受信した情報を第1制御器25に出力する。
 第1制御器25は、CPU(Central Processing Unit)及びDSP(Digital Signal Processor)等の処理装置である。第1制御器25は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及び送電装置2の各部と接続するインターフェース回路等を有してもよい。第1制御器25は、第1変換器22を制御することによって、交流電力Pac2の大きさを制御し、負荷Lに供給される負荷電力Poutの大きさを制御する電力制御を実行する。第1制御器25は、電力制御として、例えば、第1通信器24を介して受電装置3から受信した(通知された)測定値及び電力指令値(後述)に基づいて、測定値が電力指令値に近づくように第1変換器22を制御する。なお、後述するように、第1制御器25は、第1変換器22から第1コイル21に供給される交流電力Pac2に基づいて、負荷電力Poutを推定してもよい。
 電力制御は、次に説明する、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Pdcの制御の少なくとも1つを用いて行われる。各制御において、交流電力Pac2の大きさを制御するためのパラメータが変更される。
 周波数制御について説明する。交流電力Pac2の周波数に応じて、交流電力Pac2及び負荷電力Poutの大きさが変更される。交流電力Pac2の周波数としては、例えば81.38kHz~90kHzが利用可能である。周波数が変わることにより、コイル及びキャパシタ等のリアクタンス素子のインピーダンスが変わり、交流電力Pac2及び負荷電力Poutの大きさが変化する。以下、本実施形態では、周波数が大きくなるにつれて、交流電力Pac2及び負荷電力Poutの大きさが小さくなるとする。第1制御器25は、交流電力Pac2の周波数を変更することによって、交流電力Pac2及び負荷電力Poutの大きさを変更する周波数制御を実施する。周波数制御における上述のパラメータは、交流電力Pac2の周波数である。交流電力Pac2の周波数とは、第1変換器22から出力される交流電流又は交流電圧の周波数である。
 周波数制御の具体的な手法は限定されない。例えば、直流交流変換器27がインバータ回路である場合には、第1制御器25は、インバータ回路に含まれる各スイッチング素子に供給される駆動信号を用いて、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整し、交流電力Pac2の周波数を変更する。スイッチング素子は、例えば、FET(Field Effect Transistor)、及びIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等であり、この場合、駆動信号はスイッチング素子のゲートに印加される。なお、周波数制御の詳細については、後に図4を用いてさらに説明する。
 位相シフト制御について説明する。直流交流変換器27が図3に示されるようなインバータ回路である場合には、第1制御器25は、インバータ回路に含まれるスイッチング素子a~dに対する駆動信号Sa~Sdの供給時間を調整して、各スイッチング素子a~dがオンとなる時間を調整する。スイッチング素子aの駆動時間とスイッチング素子dの駆動時間とが同じであり、スイッチング素子bの駆動時間とスイッチング素子cの駆動時間とが同じであるときが、インバータ回路の通電期間が最も長くなる。スイッチング素子aの駆動時間とスイッチング素子dの駆動時間とがずれるほど(スイッチング素子bの駆動時間とスイッチング素子cの駆動時間とがずれるほど)、インバータ回路の通電期間が短くなる。インバータ回路の通電期間が短くなるほど、交流電力Pac2は小さくなる。位相シフト制御における上述のパラメータは、スイッチング素子aの駆動時間とスイッチング素子dの駆動時間とのずれ量(又はスイッチング素子bの駆動時間とスイッチング素子cの駆動時間とのずれ量)である。以下、このずれ量を位相シフト値とする。
 上述の位相シフト値は、例えば、交流電力Pac2の1周期の長さ(つまり360度)を100%としてパーセントで表されてもよい。この場合、位相シフトが全く行われていない状態では、位相シフト値は0%である。なお、位相シフト制御においては、位相シフト値が0%のときに交流電力Pac2が最大になり、負荷電力Poutも最大になる。位相シフト値の最大値は、第1コイル21の回路特性(例えば第1コイル21及び図示しないキャパシタとの共振回路の特性)によって変わるが、例えば、50%程度である。すなわち、一態様において、位相シフト値の下限値は0%に設定され得る。位相シフト値の上限値は50%に設定され得る。
 直流電力Pdcの制御について説明する。直流電力Pdcの制御では、直流電力Pdcの電圧Vdcの大きさが変更される。直流電力Pdcの電圧Vdcの変更は、例えば先に説明した電力変換器26が有する昇降圧機能を利用して行われる。例えば、直流電力Pdcの電圧Vdcが大きくなるにつれて交流電力Pac2も大きくなり、直流電力Pdcの電圧Vdcが小さくなるにつれて交流電力Pac2も小さくなる。よって、直流電力Pdcの制御における上述のパラメータは、直流電力Pdcの電圧Vdcの大きさである。
 なお、本明細書では、主に、電力制御として周波数制御を用いる例について詳細に説明する。位相シフト制御及び直流電力Pdcの制御についても、周波数制御と同様の原理で説明され得る。また、以後、交流電力Pac2の周波数を「駆動周波数f」という場合もある。周波数制御によって変化する(制御される)駆動周波数fの変化量を「周波数制御量Δf」という場合もある。また、直流交流変換器27の位相シフト制御における位相シフト値を「位相シフト値θ」という場合もある。
 受電装置3は、第2コイル31と、第2変換器32と、第2検出器33と、第2通信器34と、第2制御器35と、を備えている。
 第2コイル31は、送電装置2から非接触で供給される電力を受け取るためのコイルである。第1コイル21によって発生された磁束が第2コイル31に鎖交することによって、第2コイル31に交流電力Pac3が生じる。第2コイル31は、交流電力Pac3を第2変換器32に供給する。第2コイル31と第2変換器32との間には、キャパシタ及びインダクタ(例えば、リアクトル)が接続されていてもよい。
 第2変換器32は、第2コイル31が受け取った交流電力Pac3を負荷Lにとって所望の負荷電力Poutに変換する回路である。負荷Lが直流負荷である場合、第2変換器32は、交流電力Pac3を直流の負荷電力Poutに変換する交流直流変換器(整流回路)である。この場合、第2変換器32は、負荷Lにとって所望の負荷電力Poutを出力するために昇降圧機能を含んでいてもよい。この昇降圧機能は、例えばチョッパ回路又はトランスで実現され得る。第2変換器32は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。
 負荷Lが交流負荷である場合、第2変換器32は、交流電力Pac3を直流電力に変換する交流直流変換器に加えて、さらに直流交流変換器(インバータ回路)を含む。直流交流変換器は、交流直流変換器によって変換された直流電力を交流の負荷電力Poutに変換する。第2変換器32は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。なお、第2コイル31から供給される交流電力Pac3が負荷Lにとって所望の交流電力である場合には、第2変換器32は省略され得る。
 第2検出器33は、負荷Lに供給される負荷電力Poutに関する測定値を取得する。第2検出器33は、負荷Lに供給される負荷電圧、負荷電流又は負荷電力Poutを測定する。第2検出器33は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第2検出器33は、取得した測定値を第2制御器35に出力する。負荷Lは、電力指令値を第2制御器35に出力する。電力指令値は、負荷Lに供給すべき所望の電力に対応する値であり、以下負荷Lに供給すべき所望の電力の大きさであるとする。なお、所望の電力に対応する電力指令値は、電力の値でなくてもよい。電力は、電流と電圧との乗算で求まる値であるため、一方が一定である場合は、所望の電力を実現する他方の値が定まる。この定められた値を電力指令値としてもよい。例えば負荷Lが蓄電池の場合には、電力指令値は、負荷LのSOC(State Of Charge)に応じて定められた電流、電圧、又は電力の指令値であってもよい。
 第2通信器34は、送電装置2の第1通信器24と無線で通信を行うための回路である。第2通信器34により、受電装置3は、送電装置2と通信可能である。第2通信器34は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、又は光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子である。第2通信器34は、第2制御器35から受信した情報を送電装置2に送信する。
 第2制御器35は、CPU及びDSP等の処理装置である。第2制御器35は、ROM,RAM及び受電装置3の各部と接続するインターフェース回路等を含んでいてもよい。第2制御器35は、第2検出器33から受信した測定値及び負荷Lから受信した電力指令値を第2通信器34を介して送電装置2に送信する。
 なお、例えば、送電装置2に、電源PSに代えて電気自動車の蓄電池が接続され、受電装置3に、負荷Lに代えて電源PSが接続されることによって、受電装置3から送電装置2に電力を伝送することも可能である。
(第1実施形態)
 次に、第1実施形態に係る送電装置2の第1制御器25による周波数制御の詳細について、図4を用いて説明する。図4のグラフの横軸は駆動周波数fを示し、縦軸は負荷電力Pout(の大きさ)を示す。図4のflimは、駆動周波数fに対して定められる上限値を示す。
 図4のグラフでは、駆動周波数fと負荷電力Poutとの関係を示す特性(以下、単に「電力特性」という場合もある)として、先に説明したような、駆動周波数fの増加にともない負荷電力Poutが減少する例が示される。以下、駆動周波数fを変えることによって、負荷電力Poutを調整する手法について具体的に説明する。
 例えば、当初、駆動周波数fが周波数f30であったと仮定する。このときの負荷電力Poutは電力P30である。ここで、例えば、駆動周波数fを、周波数f30から周波数f29まで減少させる。すると、負荷電力Poutは、駆動周波数f=f29に対応する電力P50となる。よって、負荷電力Poutは、電力P30から、電力P50まで増加する。一方、駆動周波数fを、周波数f30から周波数f31まで増加させる。すると、負荷電力Poutは、駆動周波数f=f31に対応する電力P20となる。よって、負荷電力Poutは、電力P30から、電力P20まで減少する。
 第1制御器25は、例えば上述のように駆動周波数fを制御することによって、負荷電力Poutを所望の電力(電力P50,P20等)に近づけることができる。実際に駆動周波数fを変える(増加及び減少させる)制御においては、駆動周波数fをステップ単位で変化させてよい。駆動周波数fを変えるための1ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数Hz~数十Hz、又は数十Hz~数百Hz程度であってよい。1ステップの大きさは、例えば、第1制御器25であるCPUのクロックの分解能で定まる。
 次に、送電装置2の第1制御器25による位相シフト制御及び電圧制御の詳細について、図5を用いて説明する。図5のグラフは、図4のグラフと同様に、電力特性を示す。ただし、図5のグラフでは、曲線C1、曲線C2及び曲線C3の3つの曲線による異なる電力特性が示される。電力特性は、例えば、位相シフト値θを変える、或いは電圧Vdcを変えることによって、曲線C1~C3で示される異なる電力特性を取り得る。位相シフト値θが大きいほど、インバータ回路の通電期間が短くなり交流電力Pac2が小さくなる。よって、位相シフト値θの増加に伴い、負荷電力Poutが減少するように、電力特性が変化する。また、電圧Vdcが大きいほど直流電力Pdcが大きくなり得る。よって、電圧Vdcの増加に伴い、負荷電力Poutが増加するように、電力特性が変化し得る。
 位相シフト値θについて見ると、例えば、当初、位相シフト値θが所定の値(例えば0%)であり、電力特性が、曲線C3によって示される電力特性であったと仮定する。駆動周波数fは周波数f30であるとする。このときの負荷電力Poutは電力P30である。ここで、例えば、駆動周波数fを変えることなく、位相シフト値θを、所定値だけ増加させる。すると、電力特性は、例えば曲線C2によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Poutは、電力P28となる。よって、負荷電力Poutは、電力P30から、電力P28まで減少する。さらに、駆動周波数fを変えることなく、位相シフト値θを所定値だけ増加させると、電力特性は、例えば、曲線C1によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Poutは、電力P26となる。よって、負荷電力Poutは、さらに電力P28から、電力P26まで減少する。
例えばこのように位相シフト値θを制御することによって、駆動周波数fを変えることなく負荷電力Poutを所望の電力(電力P28、又は電力P26等)に近づけることができる。
 ここで、実際に位相シフト値θを変える(増加させる)制御においては、位相シフト値θをステップ単位で変えることになる。位相シフト値θを変えるための1ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数度程度であってよい。
 電圧Vdcについても、図5のグラフを用いて説明される。例えば、当初、電圧Vdcが所定の値であり、電力特性が、曲線C2によって示される電力特性であったと仮定する。駆動周波数fは周波数f30であるとする。このときの負荷電力Poutは電力P28である。ここで、例えば、駆動周波数fを変えることなく、電圧Vdcを所定値だけ増加させる。すると、電力特性は、例えば曲線C3によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Poutは、電力P30となる。よって、負荷電力Poutは、電力P28から、電力P30まで増加する。一方、駆動周波数fを変えることなく、電圧Vdcを所定値だけ減少させると、電力特性は、例えば、曲線C1によって示される電力特性となる。このときの負荷電力Poutは、電力P26となる。よって、負荷電力Poutは、電力P28から、電力P26まで減少する。
 例えばこのように電圧Vdcを制御することによって、負荷電力Poutを所望の電力(電力P30、又は電力P26等)に近づけることができる。
 実際に電圧Vdcを変化(増加及び減少)させる制御においては、電圧Vdcをステップ単位で変化させてよい。電圧Vdcを変えるための1ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数V~数十V程度であってよい。
 ここで、先に図4を参照して説明した周波数制御においては、駆動周波数fを変える際の単位ステップの最小値がハードウェア性能等によって制限されるので、駆動周波数fを変えることによる負荷電力Poutの調整精度には限界がある。また、利用可能な駆動周波数fの範囲が制限されているので、負荷電力Poutの調整範囲も制限される。
 これに対し、周波数制御と、先に図5を参照して説明した位相シフト制御及び電圧制御とを組み合わせて実行することにより、周波数制御のみを実行する場合よりも、負荷電力Poutが細かく調整される。また、周波数制御において駆動周波数fが利用可能な範囲の上限値又は下限値に設定されていたとしても、さらに位相シフト制御又は電圧制御を実行することにより、周波数制御における負荷電力Poutの調整範囲を超えた負荷電力Poutの調整が行われる。
 本実施形態では、第1制御器25は、負荷電力Poutが電力指令値に近づくように、電力制御を行う。負荷電力Poutが電力指令値に近づいている状態とは、たとえば、負荷電力Pout(の大きさを示す値)と電力指令値との差分(絶対値)が、誤差許容値以下の状態である。誤差許容値は、電力指令値と負荷電力Poutとの差分の絶対値として許容できる範囲の上限値である。すなわち、第1制御器25によって実行される電力制御は、負荷電力Poutと電力指令値との差分が、誤差許容値以下となるように、負荷電力Poutを調整する制御である。
 電力制御によって、例えば、負荷電力Poutを一定に維持するための制御(電力一定制御)が実現される。先に図4及び図5を参照して説明した電力特性は、例えば、第1コイル21及び第2コイル31の相対的な位置ずれが生じて第1コイル21と第2コイル31との結合係数が変化することによって、変化する。図1に示される例において、電気自動車EVに対して非接触給電が行われている時に、乗員の乗り降り及び荷物の積み降ろし等が発生すると、電気自動車EVの重量が変化する。それに応じて受電装置3に含まれる第2コイル31の位置が、図1の上下方向に変化して、第1コイル21と第2変換器32との相対的な位置が変化し、位置ずれが発生し得る。ただし、位置ずれによって電力特性が変化した場合でも、上述した周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御によって同様に負荷電力Poutを調整できる。この場合の電力制御は、例えば電力伝送中に位置ずれが生じることによって負荷電力Poutが変動したときに負荷電力Poutの変動を抑制するための制御として用いられる。
 第1制御器25は、例えば制御モード状態フラグに従って制御モードを選択し、周波数制御及び位相シフト制御のいずれかを実行する。制御モード状態フラグは、電力制御において実行される制御の種類を指定するフラグである。制御モード状態フラグは、例えば周波数制御を示す値及び位相シフト制御を示す値のいずれかの値に設定(更新)される。制御モード状態フラグは、さらに電圧制御を示す値に設定されてもよい。
 電力制御において、まず、制御モードとして周波数制御が選択される。すなわち、第1制御器25は、負荷電力Poutを電力指令値に近づけるために、まず、周波数制御を実行する。そして、周波数制御によって負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に、第1制御器25は、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方を実行する。第1制御器25は、例えば周波数制御によって負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に位相シフト制御を実行し、位相シフト制御によって負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合にさらに電圧制御を実行する。
 また、第1制御器25は、周波数制御において駆動周波数fが所定の上限値を上回らず且つ所定の下限値を下回らないように、電力制御を実行する。駆動周波数fに対して定められる上限値は、例えば、非接触給電システム1が利用可能な周波数の上限値(90kHz)であってもよいし、第1変換器22から第1コイル21側を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数fの上限値であってもよい。駆動周波数fに対して定められる下限値は、例えば、非接触給電システム1が利用可能な周波数の下限値(81.38kHz)であってもよいし、第1変換器22から第1コイル21側を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数fの下限値であってもよい。
 また、第1制御器25は、位相シフト制御において位相シフト値θが所定の上限値を上回らず且つ所定の下限値を下回らないように、電力制御を実行する。位相シフト値θに対して定められる上限値は、例えばインバータとしての直流交流変換器27がソフトスイッチング可能か否かに応じて定められてよい。ソフトスイッチングを実現するためには、直流交流変換器27から第1コイル21側を見たインピーダンスが誘導性である(電流位相が電圧位相よりも遅れている)必要がある。以下、電圧位相に対する電流位相の遅れを正の値とする。位相シフト値θが大きくなると、電圧位相が電流位相に近づき、電圧位相に対する電流位相の位相差が小さくなる。電圧位相に対する電流位相の位相差が負になる(つまり、電流位相が電圧位相よりも進んでいる)とソフトスイッチングができなくなる。ここで、電圧と電流との位相差を同じにしておくと、ノイズ及び制御誤差などでインピーダンスが容量性になってしまうので、安全性確保のために電圧位相を電流位相よりも所定値進めておくことが好ましい。つまり、位相シフト制御においては、電圧位相に対する電流位相の位相差が所定値を下回らないようにすることが望ましい。この場合には、位相シフト値θを大きくできる限界が存在することになる。インバータとしての直流交流変換器27がソフトスイッチング可能な位相シフト値θに対する上限値は、例えば50%程度である。直流交流変換器27のソフトスイッチングが可能であれば、第1変換器22から第1コイル21への交流電力Pac2の供給の安定性が確保される。位相シフト値θに対して定められる下限値は、例えば0%である。
 なお、電圧Vdcの上限値及び下限値は、例えば電力変換器26の有する昇降圧機能に基づいて定められる。また、電圧Vdcは、電圧制御とは別に、電圧切り替え制御によって切り替えられてもよい。電圧切り替え制御では、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による負荷電力Poutの調整範囲に電力指令値が含まれるように、電圧Vdcが切り替えられる。
 次に、図6~図9を参照して、第1実施形態に係る送電装置2の動作について説明する。図6~図9は、第1実施形態に係る送電装置2において実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、図6を用いて、全体のフローについて説明し、その後、図6のフローチャートにおけるいくつかの処理について、図7~図9を用いて説明する。なお、ここでは、負荷Lが蓄電池であり、送電装置2からの電力によって蓄電池が充電される場合について説明する。このフローチャートの処理は、例えば受電装置3側からの充電開始要求を送電装置2が受信したことに応じて開始される。また、負荷電力Poutの測定値及び電力指令値は、受電装置3から送電装置2へ定期的に通知される。
 まず、第1制御器25は、充電開始シーケンスを実行する(ステップS1)。例えば、第1変換器22から第1コイル21側を見たインピーダンスが誘導性を示す(容量性とならない)駆動周波数fにおいて、第1コイル21への交流電力Pac2の供給が開始される。また、例えば第1コイル21に過度に大きな電流が流れることを防ぐための保護機能を作動させないように、第1コイル21への交流電力Pac2の供給が開始される。
 続いて、第1制御器25は、制御モード状態フラグを、周波数制御を示す値に設定する(ステップS2)。制御モード状態フラグは、後に実行される周波数制御又は位相シフト制御において、周波数制御又はそれ以外の制御(例えば位相シフト制御)を示す値に設定(更新)される。
 続いて、第1制御器25は、電力一定制御の割り込みがあるか否かを判断する(ステップS3)。電力一定制御の割り込みは、例えば所定の周期で発生する。この電力一定制御の割り込みの優先度は、後述のステップS7における電圧切り替え制御の割り込みの優先度よりも高い。電力一定制御による割り込みが有ると判断された場合(ステップS3でYES)、第1制御器25は、制御モード状態フラグが周波数制御を示す値であるか否かを判断する(ステップS4)。そして、周波数モード状態フラグが周波数制御を示す値であると判断された場合には(ステップS4でYES)、第1制御器25は、周波数制御を実行する(ステップS5)。周波数制御の詳細については後に図7を参照して説明する。これに対し、ステップS4において制御モード状態フラグが周波数制御を示す値でないと判断された場合には(ステップS4でNO)、第1制御器25は、位相シフト制御を実行する(ステップS6)。位相シフト制御の詳細については後に図8を参照して説明する。
 一方、ステップS3において電力一定制御の割り込みが無いと判断された場合(ステップS3でNO)、又は、ステップS5若しくはステップS6の処理が完了した後、第1制御器25は、電圧切り替え制御の割り込みが有るか否かを判断する(ステップS7でNO)。電圧切り替え制御は、電力指令値が変更された場合に、必要に応じて直流電力Pdcの電圧レンジを切り替える制御である。電圧切り替え制御の割り込みは、例えば所定の周期で発生する。電圧切り替え制御の割り込みが発生する周期は、上述の電力一定制御の割り込みが発生する周期よりも長い。電圧切り替え制御の割り込みが有ると判断された場合(ステップS7でYES)、第1制御器25は、電圧切り替え制御を実行する(ステップS8)。電圧切り替え制御の詳細については、後に図9を参照して説明する。なお、上述のようにステップS3における電力一定制御の割り込みの優先度は、ステップS7における電圧切り替え制御の割り込みの優先度よりも高いので、電圧切り替え制御の割り込みがあると判断された場合(ステップS7でYES)であっても、電力一定制御の割り込みが発生すると、電力一定制御の処理(ステップS3でYES、ステップS4~S6)が実行される。
 ステップS7において電圧切り替え制御の割り込みが無いと判断された場合(ステップS7)又はステップS8の処理が完了した後、第1制御器25は、充電停止要求が有るか否かを判断する(ステップS9)。充電停止要求は、例えば、蓄電池としての負荷LのSOCが十分に高くなり充電が不要となったタイミングで、受電装置3から送電装置2に通知される。充電停止要求がないと判断された場合(ステップS9でNO)、第1制御器25は、ステップS3に再び処理を戻す。一方、充電停止要求が有ると判断された場合(ステップS9でYES)、第1制御器25は、充電停止シーケンスを実行し(ステップS10)、送電装置2において実行される一連の処理が終了する。
 図6の処理によれば、制御モード状態フラグは、初期状態では、周波数制御を示す値に設定されるので(ステップS2)、電力一定制御においては、まず、周波数制御が位相シフト制御よりも優先して実行される(ステップS3でYES、ステップS4でYES、及びステップS5)。また、電力一定制御の割り込み周期よりも遅い周期で電圧切り替え制御の割り込みが発生し(ステップS7でYES)、電圧切り替え制御が実行される(ステップS8)。
 次に、図7を参照して周波数制御(図6のステップS5)の詳細を説明する。まず、第1制御器25は、電力指令値と負荷の電力値(すなわち負荷電力Pout)との差分を取得する(ステップS21)。電力指令値及び負荷電力Poutの大きさは、例えば前述したように受電装置3から送電装置2に通知される。
 続いて、第1制御器25は、新たな駆動周波数fの候補値f1を算出する(ステップS22)。例えば、ステップS21において算出された電力指令値と負荷電力Poutとの差分を小さくするために負荷電力Poutを減少させる必要がある場合、候補値f1は、現在の駆動周波数fよりも所定ステップ分の周波数だけ大きな周波数として算出される。現在の駆動周波数fは、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の周波数である。所定のステップは、例えば1ステップである。また、負荷電力Poutを増加させる必要がある場合、候補値f1は、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の駆動周波数fよりも所定ステップ分の周波数だけ小さな周波数として算出される。ここで、ステップS21において算出された電力指令値と負荷の電力値との差分が小さ過ぎるため、駆動周波数fを1ステップ分変えた場合に、むしろ電力指令値と負荷の電力値との差分がさらに大きくなってしまう場合もある。例えば、駆動周波数fを1ステップ分変えた場合の負荷電力Poutの変化量の大きさが、電力指令値と現在の負荷電力Poutとの差分の2倍よりも大きいと、第1制御器25は、駆動周波数fを1ステップ分変えた場合に、電力指令値と負荷電力Poutとの差分がさらに大きくなると判断する。駆動周波数fを1ステップ分変えた場合の負荷電力Poutの変化量の大きさは、例えば現在の駆動周波数fによって異なる場合があるので、想定される負荷電力Poutの変化量のうち大きさが最小の変化量に基づいて定められてもよい。負荷電力Poutの変化量の大きさは、例えば実験データ等に基づいて予め定められ、第1制御器25が備える記憶部(例えば前述のRAM及びROM等)に記憶されていてよい。電力指令値と負荷電力Poutとの差分がさらに大きくなると判断された場合には、候補値f1は、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の周波数、つまり現在の駆動周波数fと同じ周波数として算出される。
 続いて、第1制御器25は、候補値f1が現在の駆動周波数fと同じか否かを判断する(ステップS23)。候補値f1が現在の駆動周波数fと同じであると判断された場合(ステップS23でYES)、第1制御器25は、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値より大きいか否かを判断する(ステップS24)。
 ステップS24において、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値より大きく、負荷電力Poutを所望の電力に近づけることができないと判断された場合(ステップS24でYES)、第1制御器25は、位相シフト制御又は電圧制御を実行する(ステップS25)。すなわち、負荷電力Poutと所望の電力との差分を誤差許容値以下とする調整が周波数制御のみでは達成されない場合、第1制御器25は、位相シフト制御又は電圧制御を実行する。具体的に、先に図5を参照して説明したように、第1制御器25は、位相シフト値θ又は電圧Vdcを変えることによって、負荷電力Poutが電力指令値に近づくように調整する。
 ここで、ステップS25においては、電圧制御に優先して位相シフト制御が実行されてもよい。換言すると、位相シフト制御によっても電力指令値と負荷の電力値との差分が誤差許容値以下とならない場合に、電圧制御が実行されてもよい。
 ステップS23において、候補値f1が現在の駆動周波数fと同じでないと判断された場合(ステップS23でNO)、第1制御器25は、候補値f1が上限周波数fmaxより大きいか否かを判断する(ステップS26)。上限周波数fmaxは、先に説明したように、駆動周波数fに対して定められる上限値である。候補値f1が上限周波数fmaxより大きいと判断された場合(ステップS26でYES)、第1制御器25は、制御モード状態フラグを位相シフト制御を示す値に設定し(ステップS27)、駆動周波数fを上限fmaxに設定する(ステップS28)。
 一方、候補値f1が上限周波数fmax以下であると判断された場合(ステップS26でNO)、第1制御器25は、駆動周波数fを候補値f1に設定する(ステップS29)。
 ステップS24において電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値以下であると判断された場合(ステップS24でNO)、又はステップS25,S28,S29の処理が完了した後、第1制御器25は、周波数制御を終了する。
 図7に示される周波数制御では、駆動周波数fを変えることによって、負荷電力Poutが調整される(ステップS28,S29)。また、周波数制御による負荷電力Poutの調整精度の限界により電力指令値と負荷電力Poutとの差分を誤差許容値以下にできない場合には(ステップS24でYES)、位相シフト制御又は電圧制御によって電力指令値と負荷Lの負荷電力Poutとの差分が誤差許容値より小さくなるように、負荷電力Poutが調整される(ステップS25)。さらに、駆動周波数fの候補値f1が上限周波数fmaxを超える場合には、制御モード状態フラグが位相シフト制御を示す値に設定され(ステップS27)、駆動周波数fが上限周波数fmaxに設定され(ステップS28)、周波数制御による電力制御から、位相シフト制御による電力制御に、電力制御が移行する(図6のステップS4でNO、及びステップS6)。
 なお、図7に示される処理において、駆動周波数fの候補値f1が下限値を下回る場合には、例えば駆動周波数fが下限周波数に設定され、制御モード状態フラグが位相シフト制御を示す値に設定されてよい。
 次に、図8を参照して位相シフト制御(図6のステップS6)の詳細を説明する。初めに実行されるステップS41の処理は、先に説明した図7のステップS21の処理と同じである。すなわち、第1制御器25は、電力指令値と負荷の電力値(すなわち負荷電力Pout)との差分を取得する(ステップS41)。
 続いて、第1制御器25は、新たな位相シフト値θの候補値θ1を算出する(ステップS42)。例えば、ステップS41において算出された電力指令値と負荷電力Poutとの差分から、負荷電力Poutを減少させる必要がある場合、候補値θ1は、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の位相シフト値θよりも所定ステップ分の位相シフト値だけ大きな位相シフト値として算出される。また、負荷電力Poutを増加させる必要がある場合、候補値θ1は、第1コイル21に供給されている(すなわち現在の)交流電力Pac2の位相シフト値θよりも所定ステップ分の位相シフト値だけ小さな位相シフト値として算出される。ここで、例えば、ステップS41において算出された電力指令値と負荷電力Poutとの差分が小さ過ぎるため、位相シフト値θを1ステップ分変えた場合に、むしろ電力指令値と負荷電力Poutとの差分がさらに大きくなってしまう場合もある。例えば、位相シフト値θを1ステップ分変えた場合の負荷電力Poutの変化量の大きさが、電力指令値と現在の負荷電力Poutとの差分の2倍よりも大きいと、第1制御器25は、位相シフト値θを1ステップ分変えた場合に、電力指令値と負荷電力Poutとの差分がさらに大きくなると判断する。位相シフト値θを1ステップ分変えた場合の負荷電力Poutの変化量の大きさは、例えば現在の位相シフト値θによって異なる場合があるので、想定される負荷電力Poutの変化量のうち大きさが最小の変化量に基づいて定められてもよい。負荷電力Poutの変化量の大きさは、例えば実験データ等に基づいて予め定められ、第1制御器25が備える記憶部に記憶されていてよい。電力指令値と負荷電力Poutとの差分がさらに大きくなると判断された場合には、候補値θ1は、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の位相シフト値、つまり現在の位相シフト値θと同じ位相シフト値として算出される。
 続いて、第1制御器25は、候補値θ1が現在の位相シフト値θと同じか否かを判断する(ステップS43)。候補値θ1が現在の位相シフト値θと同じであると判断された場合(ステップS43でYES)、第1制御器25は、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値より大きいか否かを判断する(ステップS44)。
 ステップS44において、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値より大きく、負荷電力Poutを所望の電力に近づけることができないと判断された場合(ステップS44でYES)、第1制御器25は、電圧制御を実行する(ステップS45)。すなわち、負荷電力Poutと電力指令値との差分を誤差許容値以下とする調整が位相シフト制御によっても達成されない場合、第1制御器25は、電圧制御を実行する。具体的に、先に図5を参照して説明したように、第1制御器25は、直流電力Pdcの電圧Vdcを変えることによって、負荷電力Poutが所望の電力に近づくように調整する。
 一方、ステップS43において、候補値θ1が現在の位相シフト値θと同じでないと判断された場合(ステップS43でNO)、第1制御器25は、候補値θ1が下限位相シフト値θminより大きいか否かを判断する(ステップS46)。下限位相シフト値θminは、先に説明したように、位相シフト値θに対して定められる下限値である。候補値θ1が下限位相シフト値θminより大きいと判断された場合(ステップS46でYES)、第1制御器25は、位相シフト値θを候補値θ1に設定する(ステップS47)。一方、候補値θ1が下限位相シフト値θmin以下と判断された場合(ステップS46でNO)、第1制御器25は、制御モード状態フラグを周波数制御を示す値に設定し(ステップS48)、位相シフト値θを下限位相シフト値θminに設定する(ステップS49)。
 ステップS44において電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値以下であると判断された場合(ステップS44でNO)、又はステップS45,S47,S49の処理が完了した後、第1制御器25は、位相シフト制御を終了する。
 図8に示される位相シフト制御では、位相シフト値θを変えることによって、負荷電力Poutが調整される(ステップS47,S49)。また、位相シフト制御による負荷電力Poutの調整精度の限界により電力指令値と負荷電力Poutとの差分を誤差許容値以下にできない場合には(ステップS44でYES)、電圧制御によって電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値より小さくなるように、負荷電力Poutが調整される(ステップS45)。さらに、位相シフト値θの候補値θ1が下限位相シフト値θminになる場合には、制御モード状態フラグが周波数制御を示す値に設定され(ステップS48,S49)、位相シフト制御による電力制御から、周波数制御による電力制御に、電力制御が移行する(図6のステップS4でYES、及びステップS5)。
 なお、図8に示される処理において、位相シフト値θの候補値θ1が上限値を上回る場合には、例えば位相シフト値θが上限値に設定され、制御モード状態フラグが周波数制御を示す値に設定されてよい。
 次に、図9を参照して、電圧切り替え制御(図6のステップS8)の詳細を説明する。この電圧切り替え制御では、電圧制御と同様に電圧Vdcを変えることによって負荷電力Poutが調整される。ただし、電圧切り替え制御においては、電圧制御ほど電圧Vdcが細かく変えられるのではなく、たとえば数段階の電圧レベルのいずれかに電圧Vdcが切り替えられる。ここでは、電圧Vdcが2段階で切り替えられる例について説明する。まず、第1制御器25は、電力指令値が変更されたか否かを判断する(ステップS51)。例えば受電装置3から送電装置2に通知された電力指令値が、その前に通知された電力指令値と異なる値であった場合に、電力指令値が変更されたと判断される。電力指令値が変更されたと判断された場合(ステップS51でYES)、第1制御器25は、電力指令値がモード切替値より高いか否かを判断する(ステップS52)。モード切替値は、電圧Vdcを後述のローモードにおける電圧及びハイモードにおける電圧の間で切り替える際の判断の基準となる閾値である。モード切替値は、例えば1000Wである。例えばモード切替値が1000Wの場合、電力指令値が1000Wより大きいと、電圧Vdcがハイモードにおける電圧に設定され、電力制御による負荷電力Poutの調整可能な範囲が、主に1000W以上の範囲(上限はたとえば3000W,4000W程度)となる。ハイモードにおける電圧Vdcは、ローモードにおける電圧Vdcよりも高い電圧(例えば400V程度)である。一方、電力指令値が1000W以下であると、電圧Vdcがローモードにおける電圧に設定され、電力制御による負荷電力Poutの調整可能な範囲が、主に1000W以下の範囲となる。ローモードにおける電圧Vdcは、ハイモードにおける電圧Vdcよりも低い電圧(例えば350V程度)である。電圧切り替え制御において、電圧Vdcは、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による負荷電力Poutの調整範囲に電力指令値が含まれるように切り替えられる。
 ステップS52において電力指令値がモード切替値より高いと判断された場合(ステップS52でYES)、第1制御器25は、現在のモードがハイモードであるか否かを判断する(ステップS53)。例えばモードの状態を示すフラグが設定されており、第1制御器25は、フラグの値を参照することによって、現在のモードがハイモードであるか否かを判断する。現在のモードがハイモードでないと判断された場合(ステップS53でNO)、第1制御器25は、モードをハイモードに切替える(ステップS54)。具体的にステップS54では、モード状態を示すフラグが、ハイモードを示す値に設定(更新)される。
 一方、ステップS52において電力指令値がモード切替値以下であると判断された場合(ステップS52でNO)、第1制御器25は、現在のモードがローモードであるか否かを判断する(ステップS55)。この判断は、例えば上述のフラグの値が参照されることによって行われる。現在のモードがローモードでないと判断された場合(ステップS55でNO)、第1制御器25は、モードをローモードに切替える(ステップS56)。具体的にステップS56では、モード状態を示すフラグが、ローモードを示す値に設定(更新)される。
 ステップS54又はステップS56の処理が完了した後、第1制御器25は、モード切替シーケンスを実行する(ステップS57)。例えば、第1変換器22から第1コイル21側を見たインピーダンスが誘導性を示す(容量性とならない)ように、フラグが示すモードに応じて電圧Vdcが切り替えられる。また、例えば第1コイル21に過度に大きな電流が流れることを防ぐための保護機能を作動させないように、電圧Vdcが切り替えられる。
 ステップS51において電力指令値が変更されていないと判断された場合(ステップS51でNO)、ステップS53において現在のモードがハイモードであると判断された場合(ステップS53でYES)、ステップS55において現在のモードがローモードであると判断された場合(ステップS55でYES)、又はステップS57の処理が完了した後、第1制御器25は、電圧切り替え制御を終了する。
 図9に示される電圧切り替え制御では、電力指令値に応じて、直流電力Pdcの電圧Vdcが切り替えられる(ステップS57)。具体的に、電圧Vdcは、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による負荷電力Poutの調整範囲に電力指令値が含まれるように切り替えられる。このように電力指令値に応じて電圧Vdcが切り替わることで、電力一定制御(図6のステップS4~S6)において実行され得る周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御によって、負荷電力Poutを電力指令値に近づけやすくなる。また、周波数制御において駆動周波数fが上限値を上回らず、且つ下限値を下回らない範囲で電力調整を行える可能性が高まる。同様に、位相シフト制御において位相シフト値θが上限値を上回らず、且つ下限値を下回らない範囲で電力調整を行える可能性が高まる。
 なお、モード切替を安定させるために、ハイモードからローモードに切り替えるためのモード切替値と、ローモードからハイモードに切替えるためのモード切替値とを異なる値に設定することによって、モード切替にヒステリシスを持たせてもよい。
 次に、送電装置2の作用効果について説明する。送電装置2では、第1制御器25によって、周波数制御に加えて、位相シフト制御及び電圧制御のいずれかの制御が実行される。そして、周波数制御によっては負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に、位相シフト制御及び電圧制御の少なくとも一方の制御が実行される(図7のステップS25)。これにより、周波数制御のみを実行する場合よりも、電力調整の範囲が拡がり、また、より細かい電力調整が行えるようになる。よって、負荷電力Poutを電力指令値にさらに近づけることができる。
 また、先に説明したように、図7のステップS25において、第1制御器25は、電圧制御よりも位相シフト制御を優先して実行してもよい。位相シフト制御は、電圧制御よりも応答性に優れる場合も少なくない。そのため、位相シフト制御を電圧制御よりも優先して実行することで、電力制御の応答性を向上させ、電力の調整を行いやすくすることができる。
 第1制御器25は、電力指令値に応じて直流電力Pdcの電圧Vdcを切り替えるとともに、電力制御を実行してもよい。電圧Vdcは、周波数制御及び位相シフト制御による負荷電力Poutの調整範囲に電力指令値が含まれるように切り替えられ、これにより、負荷電力Poutを電力指令値に近づけやすくなる。
 例えば、第1制御器25は、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が、誤差許容値以下となるように電力制御を実行することによって、負荷電力Poutを調整する。この場合、誤差許容値を適切に設定することで、所望の精度で電力制御を実行することができる。
 また、第1制御器25は、位相シフト制御において位相シフト値θが下限値を下回らないように、電力制御を実行する。これにより、所定値以上の位相差が確保されるので、第1変換器22から第1コイル21への交流電力Pac2の供給の安定性を確保しつつ、電力制御を実行することができる。
 また、非接触給電システム1においては、受電装置3の第2検出器33を用いて負荷Lに供給される負荷電力Poutを検出し、その検出結果を用いて送電装置2において電力制御が実行されてもよい。この場合、例えば送電装置2側で負荷Lに供給される負荷電力Poutを推定して電力制御を実行する場合よりも、電力制御の精度を向上させることができる。
 もちろん、受電装置3から送電装置2へ負荷電力Poutの大きさを通知せず、送電装置2側で負荷電力Poutを推定して電力制御を実行してもよい。例えば、第1制御器25は、第1変換器22から第1コイル21に供給される交流電力Pac2に基づいて、負荷電力Poutを推定してもよい。これは、交流電力Pac2と、負荷電力Poutとが関連性を有するためである。例えば、非接触給電システム1による電力伝送においてほとんど電力損失が発生しない場合には、交流電力Pac2及び負荷電力Poutの大きさはほぼ等しいので、第1コイル21に供給される交流電力Pac2の大きさを、負荷Lに供給されている負荷電力Poutとして推定することができる。また、電力損失を考慮する場合には、電力損失の大きさを予め定めた値(例えば5%)としておき、交流電力Pac2の大きさから、電力損失の大きさを差し引いた値を、負荷電力Poutとして推定することができる。このように第1コイル21に供給される交流電力Pac2に基づいて負荷Lに供給される負荷電力Poutを推定することにより、例えば、受電装置3から送電装置2への負荷電力Poutの通知を不要とすることができる。その場合、送電装置2及び受電装置3、すなわち非接触給電システム1の構成を簡素化し、コストを削減できる可能性が高まる。
 以上、本開示の第1実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第1制御器25は、電力制御として、周波数制御に加えて位相シフト制御及び電圧制御のいずれか一方のみを実行することによって、負荷電力Poutを調整してもよい。また、上記第1実施形態では、第1制御器25が、まず、周波数制御を実行し、周波数制御によって負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に、位相シフト制御を実行し、位相シフト制御によっても負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に、電圧制御を実行する例について説明した。しかし、第1制御器25は、まず、周波数制御を実行し、周波数制御によって負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に、電圧制御を実行し、電圧制御によっても負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができない場合に、位相シフト制御を実行してもよい。
 なお、図6に示されるフローチャートにおいては、先に説明したように、電圧切り替え制御の割り込みが発生する周期は、電力一定制御の割り込みが発生する周期よりも長い。この場合、周波数制御、位相シフト制御及び電圧制御による電力一定制御に拘わらず、電力一定制御の割り込みが発生する周期よりも長い周期で電圧切り替え制御が発生し、電力指令値に応じて電圧Vdcが切り替えられることとなる。この場合でも、先に説明したように、電力一定制御の割り込みの優先度が電圧切り替え制御の割り込みの優先度よりも高いので、電圧切り替え制御の割り込みが発生する周期よりも短い周期で電力一定制御が実行される。その結果、電圧Vdcの切り替えによる電圧Vdcの変化に追従して電力一定制御が実行されるので、電圧切り替え制御および電力一定制御の両制御が併存する場合でも、負荷電力Poutを電力指令値に近づけることができる。
 また、上記第1実施形態では、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値以下になると(ステップS24でNO、又はステップS44でNO)、位相シフト制御および電圧制御による電力制御を行わず、電力一定制御を終了するようにしていた。ただし、電力指令値と負荷電力Poutとの差分が誤差許容値以下になった場合でも(ステップS24でNO、又はステップS44でNO)、さらに電力制御(つまりステップS25、ステップS45の処理)を実行してもよい。
(第2実施形態)
 次に、第2実施形態に係る送電装置2の第1制御器25による周波数制御の詳細について、図10を用いて説明する。
 図10のグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は電力(の大きさ)を示す。周波数は、上述の駆動周波数f、すなわち第1コイル21に供給される交流電力Pac2の周波数である。電力は、上述の負荷電力Pout、すなわち負荷Lに供給される電力である。
 図10のグラフによって示される駆動周波数fと負荷電力Poutとの関係を示す特性(以下、単に「電力特性」という場合もある)は、第1コイル21と第2コイル31との結合係数kによって変化し得る。結合係数kは、例えば、第1コイル21と第2コイル31との相対的な位置関係に応じて変化する。例えば第1コイル21と第2コイル31との位置関係が変化することによる位置ずれが生じると、結合係数kは変化する。一般に、位置ずれは、結合係数kが最大となる第1コイル21と第2コイル31との位置を基準とした場合の、その位置に対する位置ずれである。このため、位置ずれが大きいほど、結合係数kは小さくなる。異なる結合係数kにおける電力特性として、図10のグラフでは、曲線C101及び曲線C102の2つの曲線が示される。
 図10のグラフでは、曲線C101及び曲線C102によって示される電力特性として、先に説明したような、駆動周波数fの増加にともない負荷電力Poutが減少する例が示される。具体的に、駆動周波数fを変えることによって、負荷電力Poutを調整する手法について説明する。
 例えば、曲線C101で示される電力特性において、当初、駆動周波数fが周波数fb1であると仮定する。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を、周波数fb1から、周波数fa1をまで減少させる(すなわち周波数制御量Δf=fa1-fb1)。すると、負荷電力Poutは、駆動周波数f=fa1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、負荷電力Poutを減少させる場合には、例えば、駆動周波数fを周波数fb1から周波数fc1まで増加させる(すなわち周波数制御量Δf=fc1-fb1)。すると、負荷電力Poutは、駆動周波数f=fc1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。
 曲線C102で示される電力特性においても、同様に説明される。すなわち、当初、駆動周波数fが周波数fb2であると仮定する。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を、周波数fb2から、周波数fa2まで減少させる(すなわち周波数制御量Δf=fa2-fb2)。すると、負荷電力Poutは、駆動周波数f=fa2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、負荷電力Poutを減少させる場合には、例えば、駆動周波数fを、周波数fb2から、周波数fc2まで増加させる(すなわち周波数制御量Δf=fc2-fb2)。すると、負荷電力Poutは、駆動周波数f=fc2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。
 例えば上述のように駆動周波数fを制御することによって、負荷電力Poutを所望の電力(電力Pa,Pc等)に近づけることができる。また、次に説明するように、結合係数kが変化した場合の負荷電力Poutの変動を抑制することもできる。
 すなわち、前述したように、第1コイル21と第2コイル31との結合係数kは、両者の位置関係によって変化し得る。例えば図1に示される例において、電気自動車EVに対して非接触給電が行われている時に、乗員の乗り降り及び荷物の積み降ろし等が発生すると、電気自動車EVの重量が変化する。それに応じて受電装置3に含まれる第2コイル31の位置が、図1の上下方向に変化して、第2コイル31の第1コイル21に対する相対的な位置が変化し、位置ずれが発生し得る。
 例えば、当初、電力特性が、曲線C101で示される電力特性であると仮定する。また、駆動周波数fが周波数fb1であるとする。このときの負荷電力Poutは電力Pbである。ここで、位置ずれが発生して結合係数kが変化し、電力特性が曲線C102で示される曲線に変化したとする。この場合、駆動周波数fが周波数fb1のままであると、負荷電力Poutが、電力Pbから、電力Paまで増加してしまう。これに対し、駆動周波数fを周波数fb1から周波数fb2に増加させることで(すなわち周波数制御量Δf=fb2-fb1)、負荷電力Poutを再び電力Pbに近づけることができる。
 以上説明したように、駆動周波数fを変える(制御する)ことによって、負荷電力Poutの大きさを調整することができる。このような周波数制御が第1制御器25によって実行されることで、負荷電力Poutを所望の電力に近づけることができる。
 ここで、曲線C101及び曲線C102では、駆動周波数fごとに傾きが異なっている。駆動周波数fの変化量は、前述の周波数制御量Δfに相当し得る。そこで、各駆動周波数fにおける電力特性の傾きを、負荷電力変化率ΔP/Δfとして定義する。
 具体的に、負荷電力変化率ΔP/Δfは、基準周波数(例えば周波数fb)からの駆動周波数fの所定の周波数変化量(例えば周波数制御量Δf=fb1-fa1,Δf=fb1-fc1等)に対する、負荷Lに供給される負荷電力Poutの変化量ΔP(例えば変化量ΔP=Pa-Pb,Pc-Pb)を示す。負荷電力変化率ΔP/Δfは、異なる基準周波数(例えば周波数fa1,fb1,fc1等)にそれぞれ対応して設定され得る。
 このような負荷電力変化率ΔP/Δfを用いて周波数制御を実行するために、本実施形態では、非接触給電システム1における負荷電力変化率ΔP/Δfが設定される。
 例えば、負荷電力変化率ΔP/Δfは、周波数制御中の駆動周波数fの変化に対する負荷電力Poutの変化に基づきリアルタイムで求められ、設定されてもよい。或いは、負荷電力変化率ΔP/Δfは、送電装置2の外部との通信を介して、受電装置3が設けられた他の装置(例えば給電対象の電気自動車EV等)から受信され、設定されてもよい。この場合、他の装置は受電装置3の特性を把握しているので、受電装置3に対応した適切な負荷電力変化率ΔP/Δfが取得される。よって、例えば車の種類毎に受電装置3の特性等が異なる場合でも、適切な負荷電力変化率ΔP/Δfでもって非接触給電が行われる。なお、負荷電力変化率ΔP/Δfを送電装置2の外部から受信する場合、負荷電力変化率ΔP/Δfを示す数値データが受信されてもよいし、予め定められたいくつかのパターンの電力特性を特定するための情報が受信されてもよい。電力特性のパターンが特定されれば、特定された電力特性に応じて、負荷電力変化率ΔP/Δfが設定され得る。或いは、負荷電力変化率ΔP/Δfは、予め設定されていてもよい。負荷電力変化率ΔP/Δfが予め設定される場合には、負荷電力変化率ΔP/Δfは、実験データに基づいて設定されてもよいし、送電装置2、受電装置3及び負荷Lの設計データからシミュレーション等によって設定されてもよい。
 上述のように設定される負荷電力変化率ΔP/Δfは、例えば第1制御器25に含まれる図示しない記憶部(前述のRAM等)に記憶されたデータテーブルによって記述される。
 次に、図11~図14を用いて、上記のデータテーブルの作成手法の一例について説明する。
 図11は、非接触給電システム1における電力特性の例を示す図である。図11のグラフでは、結合係数kが0.1,0.2,0.3,0.4及び0.5である場合における電力特性の各々が、曲線C11,C12、曲線C21,C22、曲線C31,C32、曲線C41,C42、及び曲線C51,C52としてそれぞれ2つの曲線で示される。曲線C11,C21,C31,C41及びC51は、負荷電力Poutの電圧範囲が比較的高い電圧範囲(例えば、301V~400V、あるいはそれ以上)の場合の電力特性を示す。曲線C12,C22,C32,C42及びC52は、負荷電力Poutの電力範囲が比較的低い電圧範囲(例えば、100V未満、100V~200V、又は201V~300等)の場合の電力特性を示す。なお、この例では、5つの異なる結合係数kにおける電力特性を用いてデータテーブルを作成する手法について説明するが、さらに多くの異なる結合係数kにおける電力特性を用いてデータテーブルが作成されてもよい。
 まず、図11に示されるグラフを複数のエリアに分割する。例えば図11のグラフを、図12において一点鎖線で示されるように負荷電力Poutの範囲で分割し、二点鎖線で示されるように駆動周波数fの範囲で分割することにより、複数のエリアに分割する。
 作成しようとするデータテーブルは、分割された複数のエリアごとに、対応する負荷電力変化率ΔP/Δfを数値データで記述するものである。ここで、負荷電力変化率ΔP/Δfは、曲線C11等の曲線によって示される電力特性の傾きである。エリアを広く設定しすぎると、そのエリアに対応する負荷電力変化率ΔP/Δfの値が適切に表されない可能性もある。そこで、各エリア対応する負荷電力変化率ΔP/Δfの値がより適切に示されるように、電力特性を示す曲線の傾きに応じて、分割されるエリアの大きさ、すなわちそのエリアを定める駆動周波数fの範囲及び負荷電力Poutの範囲が設定される。具体的に、グラフ中の、曲線の傾きの変化が比較的大きい部分は比較的小さいエリアで分割し、曲線の傾きの変化が比較的小さい部分は比較的大きなエリアで分割する。つまり、異なる基準周波数を昇順又は降順に並べた場合、隣り合う基準周波数どうしの間隔は、駆動周波数fに対する負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が小さいほど広くなるように設定される。換言すると、隣り合う基準周波数どうしの間隔は、駆動周波数fに対する負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が大きいほど狭くなるように設定される。
 そして、分割された複数のエリアに対応する負荷電力変化率ΔP/Δfを、数値データとして求める。数値データは、例えば、対応するエリアに含まれる曲線(複数の曲線が含まれてもよい)の傾きのうち、最も急な傾きの大きさとして算出される。ただし、数値データの算出手法はこれに限定されない。例えば、数値データは、対応するエリアに含まれる曲線を一次近似した場合の傾きの大きさとして算出されてもよい。複数の曲線が同じエリアに含まれる場合には、各曲線を一次近似した場合の傾きの値をそれぞれ算出し、そのうちの大きさが最大の傾きの値を、数値データとして算出してもよい。あるいは、算出された各曲線の傾きの平均値が、数値データとして算出されてもよい。
 なお、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。1ステップの大きさは、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。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、又は数十Hz~数百H程度であってもよい。よって、データテーブルにおいて記述される負荷電力変化率ΔP/Δfの単位は、W/ステップとされ得る。
 データテーブルは、負荷電力Poutの電圧範囲に応じてそれぞれ作成されてもよい。例えば負荷Lが蓄電池の場合には、蓄電池の構成及び蓄電池の充放電状態等によって電圧範囲が異なるためである。例えば、負荷電力Poutの電圧範囲が比較的高い電圧範囲である場合、それに対応するデータテーブルは、曲線C11,C21,C31,C41及びC51を含む複数の曲線で示される電力特性に基づいて作成されるとよい。負荷電力Poutの電圧範囲が比較的低い電圧範囲である場合、それに対応するデータテーブルは、曲線C12,C22,C32,C42及びC52を含む複数の曲線で示される電力特性に基づいて作成されるとよい。
 具体的に、図13は、負荷電力Poutの電圧範囲が比較的高い電圧範囲である場合のデータテーブルの一例を示す。このデータテーブルは、図12において曲線C11,C21,C31,C41,C51及び図12には図示されないそれ以外の曲線で示される電力特性に基づいて作成されている。図13に示されるように、このデータテーブルは、所定の駆動周波数fの範囲及び負荷電力Poutの範囲で定められる各エリアに対応する負荷電力変化率ΔP/Δfを数値データで記述している。
 図13に示されるデータテーブルにおいては、駆動周波数fの範囲が二点鎖線で区切られている。駆動周波数fの各範囲に対応する値は、その範囲における駆動周波数fがその値以上にならないことを示す値である。例えば、データテーブルにおいて駆動周波数fが「84」として示される駆動周波数fの範囲は、83.5kHz(すなわち84-0.5kHz)以上、84kHz未満の範囲である。また、データテーブルにおいて駆動周波数fが「85」として示される駆動周波数fの範囲は、84kHz以上、85kHz未満の範囲である。
 また、図13に示されるデータテーブルにおいては、負荷電力Poutの範囲が一点鎖線で区切られている。負荷電力Poutの各範囲に対応する値は、その範囲における負荷電力Poutの下限値である。例えば、データテーブルにおいて負荷電力Poutが「1000」として示される負荷電力Poutの範囲は、1000W以上、2000W未満の範囲である。
 図14は、負荷電力Poutの電圧範囲が比較的低い電圧範囲である場合のデータテーブルの一例を示す。このデータテーブルは、図12において曲線C12,C22,C32,C42、C52及び図12には図示されないそれ以外の曲線で示される電力特性を用いて作成されている。図14のデータテーブルは、図13のデータテーブルと比較して、数値データが異なる点で相違する。
 このように、負荷電力Poutの電圧範囲に応じて、図13に示されるデータテーブル及び図14に示されるデータテーブルのように、異なる数値データを記述するデータテーブルが作成され得る。そして、図13及び図14に示されるようなデータテーブルを参照することにより、各エリアに対応する数値データ、つまりその駆動周波数fの範囲及び負荷電力Poutの範囲における負荷電力変化率ΔP/Δfが得られるので、駆動周波数fを変化させたときの負荷電力Poutの変化量を求めることができる。
 具体的に、図14に示されるデータテーブルを例に挙げて説明する。当初、駆動周波数fが84.5kHzであり、負荷電力Poutが3300Wであると仮定する。これに対応するデータテーブルにおけるエリアは、駆動周波数fが「85」として示される範囲及び負荷電力Poutが「3000」として示される範囲で定められる。このエリアに対応する負荷電力変化率ΔP/Δfは、「-63」である。この負荷電力変化率ΔP/Δfは、駆動周波数fを1ステップ増やした場合に、負荷電力Poutの大きさが-63W変化する(63W減少する)ことを意味している。例えば所望の電力が3000Wである場合には、負荷電力Poutを3300Wから3000Wまで300W減少させる必要があるので、負荷電力Poutの変動量ΔPは-300Wである。この負荷電力Poutの変動量ΔPを得るための駆動周波数fの周波数制御量Δfは、Δf=(-300/-63)であるので、約+5ステップとして算出される。
 すなわち、この場合には、周波数制御によって駆動周波数fを5ステップ分増加させることで、負荷電力Poutを所望の電力である3000Wに近づけることができる。
 一方、当初、駆動周波数fが83.3kHzであり、負荷電力Poutが500Wであると仮定する。これに対応するデータテーブルにおけるエリアは、駆動周波数fが「83.5」として示される範囲及び負荷電力Poutが「500」として示される範囲で定められるエリアである。このエリアに対応する負荷電力変化率ΔP/Δfは、「-61」である。例えば所望の電力が3000Wである場合には、負荷電力Poutを500Wから3000Wまで2500W増加させる必要があるので、負荷電力Poutの変動量ΔPは+2500Wである。この負荷電力Poutの変動量ΔPを得るための駆動周波数fの周波数制御量Δfは、Δf=(2500/-61)であるので、約-41ステップとして算出される。
 すなわち、この場合には、周波数制御によって駆動周波数fを41ステップ分減少させることで、負荷電力Poutを所望の電力である3000Wに近づけることができる。
 ところで、ここで参照している負荷電力変化率ΔP/Δf「-61」は、負荷電力Poutが例えば500W以上700W未満の場合に最も適した値である。このため、負荷電力Poutが700Wよりも大きくなるように負荷電力Poutを調整する場合には、負荷電力変化率ΔP/Δf「-61」という値は、負荷電力変化率ΔP/Δfを示す値としては、必ずしも最適な値であるとは限らない。また、一度に調整する負荷電力Poutの値が大きすぎることも、制御の安定性等の観点から、必ずしも適切であるとは限らない。
 そこで、例えば駆動周波数fを一度に変化させる際のステップ数の上限が定められてもよい。例えばステップ数の絶対値の上限を20にしておけば、上述のように駆動周波数fを41ステップ分増加させようとする場合でも、その増加幅を20ステップ分に抑えることができる。そして、駆動周波数fを20ステップ分増加させたのち、再び、対応する負荷電力変化率ΔP/Δfに基づいて、周波数制御量Δfを算出し、周波数制御を実行するとよい。このような制御サイクルを繰り返すことによっても、負荷電力Poutを所望の電力に近づけることができる。
 次に、図15及び図16を参照して、第2実施形態に係る送電装置2の動作について説明する。図15及び図16は、第2実施形態に係る送電装置2において実行される処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、負荷Lが蓄電池であり、送電装置2からの電力によって蓄電池が充電される場合を例に挙げて説明する。このフローチャートの処理は、例えば受電装置3側からの充電開始要求を送電装置2が受信したことに応じて開始される。
 まず、第1制御器25は、充電開始シーケンスを実行する(ステップS101)。例えば、第1変換器22から第1コイル21側を見たインピーダンスが誘導性を示す(容量性とならない)駆動周波数fにおいて、第1コイル21への交流電力Pac2の供給が開始される。また、例えば第1コイル21に過度に大きな電流が流れることを防ぐための保護機能を作動させないように、第1コイル21への交流電力Pac2の供給が開始される。
 続いて、第1制御器25は、電力一定制御による割り込みが有るか否かを判断する(ステップS102)。電力一定制御は、負荷Lに所望の電力が供給されるようにするための制御であり、これまで説明した電力制御によって実現される。割り込みは、例えば所定の周期で発生する。電力一定制御による割り込みが有ると判断された場合(ステップS102でYES)、第1制御器25は、電力一定制御を行う(ステップS103)。
 ステップS103の電力一定制御では、図16に示されるように、まず、第1制御器25が、電力指令値と負荷の電力値(負荷Lに供給されている負荷電力Poutの大きさ)との差分に基づく電力値を算出する(ステップS131)。電力指令値は、負荷Lに供給しようとする所望の電力の大きさを示す。負荷Lに供給されている負荷電力Poutの大きさは、前述したように受電装置3から送電装置2に通知されてもよいし、後述するように送電装置2において推定されてもよい。
 続いて、第1制御器25は、データテーブルを参照し、周波数制御量Δfの候補値Δf1を決定する(ステップS132)。具体的に、先に図11~図14を参照して説明したように、データテーブルが参照され、負荷電力Poutを所望の電力に近づけるための周波数制御量Δfが算出される。ただし、ここでの周波数制御量Δfは暫定的な値であり、後述のステップS134,S136において変更され得る。このため、ステップS132において決定されるのは、周波数制御量Δfの候補値Δf1とされる。
 続いて、第1制御器25は、候補値Δf1だけ変化させた場合の周波数(駆動周波数f)が上限周波数fmaxより大きいか否かを判断する(ステップS133)。上限周波数fmaxは、駆動周波数fの上限値である。上限周波数fmaxは、例えば、非接触給電システム1が利用可能な駆動周波数fの上限値(例えば90kHz)であってもよいし、第1変換器22から第1コイル21を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数fの上限値であってもよい。候補値Δf1だけ変化させた場合の駆動周波数fが上限周波数fmaxより大きいと判断された場合(ステップS133でYES)、第1制御器25は、周波数が上限周波数fmaxとなるように周波数制御量Δfを設定する(ステップS134)。これにより、駆動周波数fが上限周波数fmaxを上回らないようにすることができる。
 一方、ステップS133において候補値Δf1だけ変化させた場合の駆動周波数fが上限周波数fmax以下であると判断された場合(ステップS133でNO)、第1制御器25は、候補値Δf1だけ変化させた場合の駆動周波数fが下限周波数fminより小さいか否かを判断する(ステップS135)。下限周波数fminは、駆動周波数fの下限値である。下限周波数fminは、例えば、非接触給電システム1が利用可能な駆動周波数fの下限値(例えば81.38kHz)であってもよいし、第1変換器22から第1コイル21を見たインピーダンスが誘導性を示す駆動周波数fの下限値であってもよい。候補値Δf1だけ変化させた場合の駆動周波数fが下限周波数fminより小さいと判断された場合(ステップS135でYES)、第1制御器25は、周波数が下限周波数fminとなるように周波数制御量Δfを設定する(ステップS136)。
 一方、ステップS135において候補値Δf1だけ変化させた場合の周波数が下限周波数min以上であると判断された場合(ステップS135でNO)、第1制御器25は、周波数制御量Δfを候補値Δf1に設定する(ステップS137)。
 以上のステップS134,S136,S137のいずれかにおいて周波数制御量Δfが決定される。そして、周波数制御量Δfが決定された後、第1制御器25は、周波数(駆動周波数f)を周波数制御量Δfだけ変化させる(ステップS138)。
 先のステップS102において電力一定制御による割り込みが無いと判断された場合(ステップS102でNO)、又はステップS138において周波数が周波数制御量Δfだけ変化させられた後、第1制御器25は、充電停止要求が有るか否かを判断する(ステップS104)。充電停止要求は、例えば、蓄電池としての負荷LのSOCが十分に高くなり充電が不要となったタイミングで、受電装置3から送電装置2に通知される。充電停止要求が無いと判断された場合(ステップS104でNO)、第1制御器25は、ステップS102に再び処理を戻す。一方、充電停止要求が有ると判断された場合(ステップS104でYES)、第1制御器25は、充電停止シーケンスを実行する(ステップS105)。
 図15及び図16の処理によれば、第1制御器25によって、負荷Lに所望の電力が供給されるように、負荷電力変化率ΔP/Δfに基づいて駆動周波数fの周波数制御量Δfが算出されて決定され(ステップS132,S134,S136,S137)、決定された周波数制御量Δfに応じて駆動周波数fが変更(制御)される(ステップS138)。このフローチャートによれば、第1コイル21と第2コイル31との位置ずれを検出することなく、負荷Lに供給される電力が調整される。
 ところで、図15及び図16に示される処理の例では、駆動周波数fが上限周波数fmaxを上回る可能性のある場合(つまりステップS133でYES)及び下限周波数fminを下回る可能性のある場合(つまりステップS135でYES)を除き、駆動周波数fの周波数制御量Δfは、駆動周波数fを増加させる場合と減少させる場合とで区別せずに設定される(ステップS131,S132,S137)。
 ここで、非接触給電システム1の回路特性によっては、負荷電力変化率ΔP/Δfがかなり大きくなり、駆動周波数fをわずかに変化させただけで負荷電力Poutが急激に増加する可能性がある。負荷電力Poutが急激に増加すると、送電装置2及び受電装置3を流れる電力が急激に増加し、例えば、電力制御を安定させることが困難になる。また、第1変換器22及び第2変換器32に含まれる種々の回路(インバータ回路及びPFC等)の劣化等を招く可能性もある。これを避けるために、負荷電力Poutを増加させる場合には駆動周波数fの周波数制御量Δfを抑えてもよい。一方で、第1コイル21及び第2コイル31の位置ずれ又は何らかの異常事態により負荷電力Poutが大きくなりすぎた場合には、負荷電力Poutを迅速に減少させなければならない。
 そこで、第1制御器25は、負荷電力Poutを増加させる場合には、周波数制御量Δfが算出された値よりも小さくなるように、周波数制御量Δfを補正し、補正した周波数制御量Δfを用いて(に応じて)周波数制御を実行してもよい。
 具体的に、図17に示されるフローチャートを用いて説明する。図17に示されるフローチャートは、図16に示されるフローチャートと比較して、ステップS132とステップS133,S135との間に、ステップS141,S142,S143を含む点、及びそれらのステップ間のフローにおいて相違する。
 すなわち、図17に示されるように、ステップS132の処理が完了すると、第1制御器25は、候補値Δf1が正の値か否かを判断する(ステップS141)。候補値Δf1が正の値であると判断された場合(ステップS141でYES)、第1制御器25は、候補値Δf1を係数Aで補正する(ステップS142)。この補正は、候補値Δf1の大きさ(つまり絶対値)を、先のステップS132において決定された候補値Δf1の大きさに維持するか、候補値Δf1の大きさよりも大きな値にするための補正である。第1制御器25は、例えば候補値Δf1に係数Aを乗じることによって、候補値Δf1を係数Aで補正する。その場合の係数Aは、1以上の値とされる。ステップS142の処理が完了した後、第1制御器25は、ステップS133に処理を進める。なお、候補値Δf1がゼロの場合及び係数Aが1の場合には、係数Aによる補正によっては候補値Δf1が変化しないので、ステップS142の処理がスキップされてもよい。
 一方、ステップS141において候補値Δf1がゼロ又は負の値であると判断された場合(ステップS141でNO)、第1制御器25は、候補値Δf1を係数Bで補正する(ステップS143)。この補正は、候補値Δf1の大きさ(つまり絶対値)を、先のステップS132において決定された候補値Δf1の大きさよりも小さな値にするための補正である。第1制御器25は、例えば候補値Δf1に係数Bを乗じることによって、候補値Δf1を係数Bで補正する。その場合の係数Bは、1未満の値とされる。ステップS143の処理が完了した後、第1制御器25は、ステップS135に処理を進める。
 ステップS133及びステップS135の処理自体は、先に図16を参照して説明したとおりである。ただし、候補値Δf1が正の値の場合(ステップS141でYES)には、駆動周波数fが下限周波数fminを下回ることはない。また、候補値Δf1が正の値でない場合(ステップS141でNO)には、駆動周波数fが上限周波数fmaxを上回ることはない。そのため、候補値Δf1が正の場合(ステップS141でYES)には、ステップS142の処理を経た後、ステップS133の処理、すなわち候補値Δf1だけ変化させた場合の駆動周波数fが上限周波数fmaxより大きいか否かが判断され、その判断結果に応じてステップS134又はステップS137に処理が進められる。また、候補値Δf1が正の値でない場合(ステップS141でNO)には、ステップS143の処理を経た後、ステップS135の処理、すなわち候補値Δf1だけ変化させた場合の駆動周波数fが下限周波数fminより小さいか否か判断され、その判断結果に応じてステップS136又はステップS137に処理が進められる。ステップS134,S136,S137以降の処理は、先に図15及び図16を参照して説明したとおりである。
 図17の処理によれば、負荷電力Poutを増加させる場合、つまり駆動周波数fを減少させる場合(ステップS141でNO)には、周波数制御量Δfの大きさが算出された値の大きさよりも小さくなるように補正される(ステップS143)。よって、周波数制御により負荷Lに供給される電力、並びに送電装置2及び受電装置3を流れる電力が急激に増加することも抑制される。一方、負荷電力Poutを減少させる場合、つまり駆動周波数fを増加させる場合(ステップS141でYES)には、周波数制御量Δfの大きさが算出された値の大きさと同じかその値の大きさよりも大きくされる(ステップS142)。よって、負荷電力Poutが迅速に減少される。
 次に、第1制御器25の作用効果について説明する。例えば、第1制御器25は、第1コイル21に供給される交流電力Pac2を制御するためのパラメータとして駆動周波数fを採用し、駆動周波数fを変更することによって、負荷Lに供給される負荷電力Poutを所望の電力(電力指令値)に近づけるように、駆動周波数fを変更する。
 上記実施形態では、基準周波数からの駆動周波数fの所定の周波数変化量に対する負荷電力の変化量(負荷電力変化率ΔP/Δf)に基づいて、負荷Lに供給される電力が所望の電力に近づくように、駆動周波数fが変更される(周波数制御が実行される)。具体的に、第1制御器25は、負荷Lに供給されている負荷電力Poutと所望の電力(電力指令値)との差分(負荷電力Poutの変化量ΔP)と負荷電力変化率ΔP/Δfとに基づいて、駆動周波数fが変更される。より具体的に、上記差分(負荷電力Poutの変化量ΔP)を負荷電力変化率ΔP/Δfで除することによって駆動周波数fの周波数制御量Δfが算出される。そして、算出した周波数制御量Δfを用いて駆動周波数fを変更する(制御する)することで、負荷Lに供給される負荷電力Poutを所望の電力に近づけることができる。そして、このように負荷電力変化率ΔP/Δfに基づいて周波数制御を実行することによって、第1コイル21と第2コイル31との位置ずれを検出することなく、負荷Lに供給される負荷電力Poutを調整することができる。
 また、上記実施形態では、第1制御器25の記憶部は、負荷電力変化率ΔP/Δfを記憶している。図11~図14を参照して説明したようにデータテーブルが予め作成され、第1制御器25は、そのデータテーブルを記憶している。第1制御器25は、データテーブルを参照することによって、周波数制御を実行する。つまり、負荷電力変化率ΔP/Δfをリアルタイムで算出する必要がない。そのため、処理時間が短縮され、負荷Lに供給される負荷電力Poutを所望の電力に効率的に近づけることができる。特に、給電中に位置ずれが発生して、負荷Lに供給される負荷電力Poutが所望の電力からずれても、負荷Lに供給される負荷電力Poutを所望の電力に素早く近づけることができる。つまり、応答性の良い電力制御が実現される。
 第1制御器25は、負荷電力変化率ΔP/Δfを、送電装置2の外部から取得してもよい。例えば受電装置3が設けられた他の装置(例えば車等の移動体)から送信された負荷電力変化率ΔP/Δfを受信することによって、負荷電力変化率ΔP/Δfが取得される。この場合、負荷電力変化率ΔP/Δfを送信する車等の移動体は受電装置3の特性を把握しているので、受電装置3に対応した負荷電力変化率ΔP/Δfが取得される。これにより、適切な負荷電力変化率ΔP/Δfに基づいて負荷電力Poutが調整される。よって、種類及び特性の異なる受電装置3に対して電力を供給する場合でも、負荷電力Poutを適切に調整することができる。
 また、上記実施形態の図11及び図12に示されるグラフは、異なる複数の結合係数kの各々について、駆動周波数fと負荷電力Poutとの関係を示す複数の曲線を示す。そして、図13及び図14に示されるデータテーブルは、異なる複数の結合係数kに対応した全ての曲線に基づいて作成されている。このため、第1コイル21と第2コイル31との位置ずれによって結合係数kがどのような値に変化しても、その結合係数k(つまり位置ずれの状態)に対応した負荷電力変化率ΔP/Δfが、データテーブルによって記述されることとなる。この場合、図13及び図14に示されるデータテーブルを参照し、データテーブルによって記述される負荷電力変化率ΔP/Δfに基づくことで、位置ずれの状態にかかわらず周波数制御を実行することが可能となる。よって、位置ずれを検出することなく、負荷Lに供給される電力を所望の電力に近づけるように周波数制御を実行することができる。
 また、上述の周波数制御においては、駆動周波数fの周波数制御量Δfが、所望の電力と負荷電力Poutとの差分を埋めるような値として算出される。このため、駆動周波数fを周波数制御量Δfだけ変化させることで、負荷電力Poutが、所望の電力とほぼ同じ、あるいはかなり近い値となることが期待される。よって、短時間で負荷電力Poutを所望の電力に近づけることができる可能性が高い。
 ここで、先に説明したように、受電装置3側に設けられた負荷Lに供給されている負荷電力Poutを把握するために、負荷電力Poutの大きさが、電力指令値とともに受電装置3から送電装置2に通知されてもよい。この場合、受電装置3の第2検出器33によって直接検出された負荷電力Poutに基づいて電力制御が行われる。そのため、例えば第1コイル21に供給される交流電力Pac2に基づいて負荷Lに供給される負荷電力Poutを推定する場合よりも、電力制御の精度を向上させることができる。
 また、先に図11~図14を参照して説明したように、負荷電力変化率ΔP/Δfは、異なる基準周波数ごとにそれぞれ設定される。このため、第1制御器25は、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の駆動周波数fを基準周波数とする負荷電力変化率ΔP/Δfに基づいて、駆動周波数fを変える(制御する)ことができる。これにより、負荷電力変化率ΔP/Δfが基準周波数によって異なる場合であっても、第1コイル21に供給されている交流電力Pac2の駆動周波数fに対応した適切な負荷電力変化率ΔP/Δfに基づく電力制御が可能となる。よって、電力制御の精度を向上させることができる。
 ここで、異なる基準周波数どうしの間隔は、駆動周波数fに対する負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が小さいほど広くなるように設定されてもよい。例えば、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が大きい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が小さい領域では、負荷電力変化率ΔP/Δfに対する分解能が細かくなり過ぎる。この場合、基準周波数の数、つまり対応する負荷電力変化率ΔP/Δfの数が多くなり過ぎるので、その分、扱うデータ量が必要以上に大きくなってしまう。一方、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が小さい領域を基準として当該変化量に対する適切な分解能が得られる周波数間隔で各基準周波数を等間隔に設定すると、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が大きい領域では、負荷電力変化率ΔP/Δfに対する分解能が粗くなる。この場合、電力の調整精度を十分に高めることができない可能性がある。上記構成によれば、隣り合う基準周波数どうしの間隔が、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が小さくなるほど広くなるように設定されるので、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が小さい領域では、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量に対する分解能が細かくなり過ぎないように周波数間隔が設定され、データ量が抑えられる。また、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量が大きい領域では、負荷電力変化率ΔP/Δfの変化量に対する分解能が粗くなり過ぎないように周波数間隔が設定される。よって、扱うデータ量を低減しつつ、負荷電力Poutの調整精度を維持することができる。
 また、先に図11~図14を参照して説明したように、負荷電力変化率ΔP/Δfは、負荷Lに供給される負荷電力Poutの異なる電圧範囲ごとにそれぞれ設定される。このため、例えば負荷Lが蓄電池等であり、負荷電力変化率ΔP/Δfが負荷Lに供給される負荷電力Poutの電圧範囲によって異なる場合であっても、負荷電力Poutの電圧に対応した適切な負荷電力変化率ΔP/Δfに基づく電力制御が可能となる。よって、電力制御の精度を向上させることができる。
 第1制御器25は、負荷Lに供給されている負荷電力Poutと所望の電力(電力指令値)との差分である負荷電力Poutの変化量ΔP及び負荷電力変化率ΔP/Δfに基づいて周波数制御量Δfの候補値Δf1を算出する。ここで、先に図17を参照して説明したように、第1制御器25は、負荷Lに供給される負荷電力Poutを増加させる場合には、算出した候補値Δf1の大きさが小さくなるように補正し、補正後の候補値Δf1を周波数制御量Δfとして、周波数制御量Δfだけ駆動周波数fを変更してもよい。これにより、例えば、負荷Lに供給される負荷電力Pout及び送電装置2等を流れる電力が急激に大きくなり安定した電力制御が困難になることを抑制することができる。
 ところで、上記のように受電装置3から送電装置2へ負荷電力Poutの大きさを通知しなくとも、第1制御器25は、負荷Lに供給されている負荷電力Poutを把握し得る。例えば、第1制御器25は、第1変換器22から第1コイル21に供給される交流電力Pac2に基づいて、負荷電力Poutを推定してもよい。これは、交流電力Pac2と、負荷電力Poutとが関連性を有するためである。例えば、非接触給電システム1による電力伝送においてほとんど電力損失が発生しない場合には、交流電力Pac2及び負荷電力Poutの大きさはほぼ等しいので、第1コイル21に供給される交流電力Pac2の大きさを、負荷Lに供給されている負荷電力Poutとして推定することができる。また、電力損失を考慮する場合には、電力損失の大きさを予め定めた値(例えば5%)としておき、交流電力Pac2の大きさから、電力損失の大きさを差し引いた値を、負荷電力Poutとして推定することができる。このように第1コイル21に供給される交流電力Pac2に基づいて負荷Lに供給される負荷電力Poutを推定することにより、例えば、受電装置3から送電装置2への負荷電力Poutの通知を不要とすることができる。その場合、送電装置2及び受電装置3、すなわち非接触給電システム1の構成を簡素化し、コストを削減できる可能性が高まる。
 以上、本開示の第2実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記第2実施形態では、主に、電力制御として周波数制御を用いる場合について説明したが、電力制御として、前述の位相シフト制御、及び直流電力Pdcの制御が採用されてもよい。
 電力制御として位相シフト制御を用いる場合には、第1コイル21に供給される交流電力Pac2を制御するためのパラメータとして、先に図3を参照して説明した、インバータ回路に含まれるスイッチング素子の駆動時間のずれ量が採用されてもよい。この場合、電力変化率は、当該駆動時間のずれ量の変化量に対する負荷電力Poutの変化量とされる。そのような電力変化率を記述するデータテーブルは、周波数制御の場合と同様の手法を用いて作成され得る。
 また、電力制御として直流電力Pdcの制御を用いる場合には、第1コイル21に供給される交流電力Pac2を制御するためのパラメータとして、直流電力Pdcの電圧Vdcの大きさが採用されてもよい。この場合、電力変化率は、直流電力Pdcの電圧Vdcの大きさの変化量に対する負荷電力Poutの変化量とされる。そのような電力変化率を記述するデータテーブルも、周波数制御の場合と同様の手法を用いて作成され得る。
 更に、電力制御として、非接触給電システム1のインピーダンスの制御が採用されてもよい。非接触給電システム1の送電装置2を構成する素子のインピーダンスが変わると、非接触給電システム1のインピーダンスが変化し、第1変換器22が供給する交流電力Pac2も変化する。つまり、第1コイル21に供給される交流電力Pac2を制御するためのパラメータとして、非接触給電システム1のインピーダンスが採用されてもよい。例えば、第1コイル21と、第1コイル21に接続され得るキャパシタ又はインダクタンスとの少なくとも1つを可変素子で実現し、この可変素子のインピーダンスを変えることにより、非接触給電システム1のインピーダンスが変化する。この場合、電力変化率は、可変素子のインピーダンスの変化量に対する負荷電力Poutの変化量とされる。そのような電力変化率を記述するデータテーブルも、周波数制御の場合と同様の手法を用いて作成され得る。
 また、上記第2実施形態では、電力変化率に基づいて、負荷Lに供給される電力(負荷電力)を所望の電力に近づける場合について説明したが、電力変化率は電流の変化を規定してもよい。負荷Lに印加される電圧(負荷電圧)が変わらない(又はその変化が極めて小さい)場合、負荷電力は、負荷Lに供給される電流(負荷電流)に比例(ほぼ比例)する。所望の電力を負荷電圧で除算することにより、所望の電力を実現する所望の電流が求まる。この場合、電力変化率は、駆動周波数f(又は位相シフトにおける駆動時間のずれ量、直流電力Pdcの電圧Vdcの大きさ、可変素子のインピーダンス)の変化量に対する負荷電流の変化量とされる。この電力変化率に基づいて負荷電流を所望の電流に近づけることにより、負荷電力を所望の電力に近づけることができる。
1 非接触給電システム
2 送電装置
3 受電装置
21 第1コイル
22 第1変換器
23 第1検出器
24 第1通信器
25 第1制御器
26 電力変換器
27 直流交流変換器
31 第2コイル
32 第2変換器
33 第2検出器
34 第2通信器
35 第2制御器
PS 電源
L 負荷

Claims (18)

  1.  負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
     第1コイルであり、前記受電装置の第2コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第1コイルと、
     直流電力を受けて交流電力に変換し、前記交流電力を前記第1コイルに供給する変換器と、
     前記負荷に供給される電力を所望の電力に近づけるための電力制御を実行する制御器と、
     を備え、
     前記制御器は、前記電力制御として、前記交流電力の周波数制御と、前記変換器の位相シフト制御及び前記直流電力の電圧制御の少なくとも一方の制御とを実行し、
     前記制御器は、前記周波数制御によっては前記負荷に供給される前記電力を前記所望の電力に近づけることができない場合に、前記位相シフト制御及び前記電圧制御の少なくとも一方を実行する、
     送電装置。
  2.  前記制御器は、前記電力制御として前記周波数制御及び前記位相シフト制御を実行し、周波数制御によって前記負荷に供給される電力を前記所望の電力に近づけることができない場合に、前記位相シフト制御を実行する、請求項1に記載の送電装置。
  3.  前記制御器は、前記電圧制御をさらに実行し、前記位相シフト制御によって前記負荷に供給される電力を前記所望の電力に近づけることができない場合にさらに前記電圧制御を実行する、請求項2に記載の送電装置。
  4.  前記制御器は、さらに、前記所望の電力に対応する電力指令値に応じて前記直流電力の電圧を切り替える、請求項1~3のいずれか1項に記載の送電装置。
  5.  前記制御器は、前記所望の電力に対応する電力指令値と前記負荷に供給されている前記電力との差分が所定の誤差許容値よりも大きい場合に、前記負荷に供給される電力を前記所望の電力に近づけることができないと判断する、請求項1~4のいずれか1項に記載の送電装置。
  6.  前記交流電力の電流位相は、前記交流電力の電圧位相よりも遅れており、
     前記制御器は、前記位相シフト制御において前記電圧位相に対する前記電流位相の位相差の大きさが所定値を下回らないように、前記電力制御を実行する、
     請求項1~5のいずれか1項に記載の送電装置。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の送電装置と、
     前記送電装置と通信可能な前記受電装置と、
     を備え、
     前記受電装置は、前記負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、
     前記制御器は、前記検出器によって検出される電力が前記所望の電力に近づくように、前記電力制御を実行する、
     非接触給電システム。
  8.  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、
     電力を受けて交流電力に変換し、変換した交流電力を前記第1コイルに供給する変換器と、
     前記交流電力を制御するためのパラメータを変更する制御器と、
     を備え、
     前記制御器は、基準値からの前記パラメータの所定の変化量に対する、前記負荷に供給される電力の変化量を示す電力変化率に基づいて、前記負荷に供給される前記電力が所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、送電装置。
  9.  前記制御器は、前記電力変化率を記憶している、請求項8に記載の送電装置。
  10.  前記制御器は、前記電力変化率を、前記送電装置の外部から取得する、請求項8に記載の送電装置。
  11.  前記制御器は、前記負荷に供給されている前記電力と前記所望の電力との差分及び前記電力変化率に基づいて前記パラメータを変更する、請求項8~10のいずれか1項に記載の送電装置。
  12.  前記パラメータは、前記交流電力の周波数であり、
     前記基準値は、前記交流電力の周波数に対して定められる基準周波数である、請求項8~11のいずれか1項に記載の送電装置。
  13.  前記電力変化率は、異なる前記基準周波数ごとにそれぞれ設定され、
     前記制御器は、前記第1コイルに供給されている前記交流電力の周波数を基準周波数とする電力変化率に基づいて、前記負荷に供給される前記電力が前記所望の電力に近づくように、前記交流電力の周波数を変更する、請求項12に記載の送電装置。
  14.  前記異なる前記基準周波数を昇順又は降順に並べた場合、隣り合う前記基準周波数どうしの間隔は、前記交流電力の周波数に対する前記電力変化率の変化量が小さいほど広くなるように設定される、請求項13に記載の送電装置。
  15.  前記電力変化率は、前記負荷に供給される前記電力の、異なる電圧範囲ごとにそれぞれ設定され、
     前記制御器は、前記負荷に供給されている前記電力の電圧が含まれる電圧範囲に対応する電力変化率に基づいて、前記負荷に供給される前記電力が前記所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、
     請求項8~14のいずれか1項に記載の送電装置。
  16.  前記制御器は、前記負荷に供給されている前記電力と前記所望の電力との差分及び前記電力変化率に基づいて前記パラメータの制御量を算出し、前記負荷に供給される前記電力を増加させる場合には、算出した前記パラメータの制御量の大きさが小さくなるように補正し、補正後のパラメータの制御量だけ前記パラメータを変更する、請求項8~15のいずれか1項に記載の送電装置。
  17.  前記制御器は、前記交流電力に基づいて前記負荷に供給される前記電力を推定し、推定された前記電力が前記所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、請求項8~16のいずれか1項に記載の送電装置。
  18.  請求項8~17のいずれか1項に記載の送電装置と、
     前記受電装置と、
     を備え、
     前記受電装置は、前記送電装置と通信可能であり、
     前記受電装置は、前記負荷に供給される電力を検出する検出器を含み、
     前記制御器は、前記検出器によって検出される電力が前記所望の電力に近づくように、前記パラメータを変更する、非接触給電システム。
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