WO2021166356A1 - 送電装置 - Google Patents

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WO2021166356A1
WO2021166356A1 PCT/JP2020/044032 JP2020044032W WO2021166356A1 WO 2021166356 A1 WO2021166356 A1 WO 2021166356A1 JP 2020044032 W JP2020044032 W JP 2020044032W WO 2021166356 A1 WO2021166356 A1 WO 2021166356A1
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power
frequency
control
converter
controller
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PCT/JP2020/044032
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English (en)
French (fr)
Inventor
志朗 長岡
Original Assignee
株式会社Ihi
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/122—Circuits or methods for driving the primary coil, e.g. supplying electric power to the coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Definitions

  • This disclosure relates to a power transmission device.
  • a non-contact power supply system that transmits power in a non-contact (wireless) manner is known.
  • the non-contact power supply system includes a power transmission device including a power transmission coil and a power reception device including a power reception coil, and realizes non-contact power transmission by utilizing electromagnetic induction or magnetic field resonance between the coils. If the frequency used for power transmission (inverter switching frequency) interferes with the frequency used by other equipment, noise or the like may affect other equipment due to power transmission.
  • the inverter frequency overlaps with the used frequency band after the inverter frequency is adjusted to the frequency corresponding to the power command value, the inverter frequency does not overlap with the used frequency band. It will be modified as. Then, the PFC output is increased by the decrease in the output power due to the change in the inverter frequency, and the output power value is adjusted to the power command value. Therefore, it may take a long time for the output power value to be adjusted to the power command value.
  • This disclosure describes a power transmission device capable of shortening the time required for the power value of the target power to be adjusted to the power command value while suppressing interference with other devices.
  • the power transmission device is a device for supplying electric power to a power receiving device connected to a load.
  • This power transmission device includes a first coil for transmitting power to the second coil of the power receiving device in a non-contact manner, and a DC AC converter that converts DC power into AC power and supplies AC power to the first coil. It includes a converter and a controller that brings the power value of the target power closer to the power command value by frequency control that changes the frequency of the AC power.
  • the target power is DC power or AC power.
  • the controller performs constant power control to maintain the power value in accordance with the power command value. However, frequency change processing is performed to change the frequency so that the frequency is different from the frequency band used.
  • FIG. 1 is a diagram showing an application example of a contactless power supply system including a power transmission device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of the non-contact power supply system of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the load power.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a DC / AC converter.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a series of processes of power control performed by the first controller of FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing in detail an example of the frequency change process of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the power control of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing in detail another example of the frequency change process of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining power control including the frequency change process of FIG.
  • FIG. 10 is a circuit block diagram of a non-contact power feeding system including a power transmission device according to a modified example.
  • the power transmission device is a device for supplying electric power to a power receiving device connected to a load.
  • This power transmission device includes a first coil for transmitting power to the second coil of the power receiving device in a non-contact manner, and a DC AC converter that converts DC power into AC power and supplies AC power to the first coil. It includes a converter and a controller that brings the power value of the target power closer to the power command value by frequency control that changes the frequency of the AC power.
  • the target power is DC power or AC power.
  • the controller performs constant power control to maintain the power value in accordance with the power command value.
  • frequency change processing is performed to change the frequency so that the frequency is different from the frequency band used.
  • frequency change processing is performed.
  • the frequency of the AC power is changed so that the frequency of the AC power is different from the frequency band used while the constant power control is performed to maintain the power value of the target power in accordance with the power command value. Be changed.
  • the state in which the power value of the target power is adjusted to the power command value is maintained. Therefore, even if the frequency of the AC power is changed after the power value of the target power reaches the power command value, the power value of the target power is adjusted to the power command value. As a result, it is possible to shorten the time required for the power value of the target power to be adjusted to the power command value while suppressing interference with other devices.
  • the controller performs at least one of voltage control for changing the voltage of DC power, phase shift control for the DC AC converter, and impedance control for controlling the impedance between the DC AC converter and the first coil together with frequency control.
  • the frequency change process may be performed.
  • the voltage of the DC power, the phase shift amount of the DC AC converter, or the impedance between the DC AC converter and the first coil is changed, the frequency characteristic of the target power changes. Therefore, the frequency of the AC power is changed in order to maintain the state in which the power value of the target power is adjusted to the power command value. This makes it possible to set the frequency of the AC power to a frequency different from the frequency band used.
  • the controller may perform frequency change processing by performing voltage control together with frequency control.
  • the frequency characteristics of the target power change. Therefore, the frequency of the AC power is changed in order to maintain the state in which the power value of the target power is adjusted to the power command value. This makes it possible to set the frequency of the AC power to a frequency different from the frequency band used.
  • the controller may perform voltage control by increasing the voltage.
  • the voltage of the DC power is adjusted in order from the lowest voltage, the voltage of the DC power when the frequency of the AC power is changed to a frequency different from the frequency band used can be lowered. This makes it possible to improve the power transmission efficiency between the first coil and the second coil.
  • the controller may perform frequency change processing by performing phase shift control together with frequency control.
  • the phase shift amount of the DC / AC converter is changed, the frequency characteristic of the target power changes. Therefore, the frequency of the AC power is changed in order to maintain the state in which the power value of the target power is adjusted to the power command value. This makes it possible to set the frequency of the AC power to a frequency different from the frequency band used.
  • the controller may perform frequency change processing by performing impedance control together with frequency control.
  • the impedance between the DC / AC converter and the first coil is changed, the frequency characteristic of the target power changes. Therefore, the frequency of the AC power is changed in order to maintain the state in which the power value of the target power is adjusted to the power command value. This makes it possible to set the frequency of the AC power to a frequency different from the frequency band used.
  • the controller may control the converter so that the voltage becomes constant.
  • the frequency change process can be performed without increasing the withstand voltage of the DC AC converter.
  • the controller selects either voltage control or phase shift control according to the frequency when the power value reaches the power command value, and performs frequency change processing by performing the selected control together with frequency control. You may. In this case, it is possible to shorten the time until the frequency of the AC power is set to a frequency different from the frequency band used.
  • the adjustment range of the frequency of the AC power can be expanded, so that the frequency of the AC power can be set to a frequency different from the frequency band used more reliably.
  • the controller selects either voltage control or impedance control according to the frequency when the power value reaches the power command value, and performs frequency change processing by performing the selected control together with frequency control. May be good. In this case, it is possible to shorten the time until the frequency of the AC power is set to a frequency different from the frequency band used.
  • the adjustment range of the frequency of the AC power can be expanded, so that the frequency of the AC power can be set to a frequency different from the frequency band used more reliably.
  • the controller may lower the power command value if the frequency cannot be changed to a frequency different from the frequency band used. In this case, by lowering the power command value, the frequency of the AC power can be changed to a frequency different from the frequency band used. Therefore, it is possible to more reliably suppress interference with other devices.
  • FIG. 1 is a diagram showing an application example of a contactless power supply system including a power transmission device 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 transmitting device 2 and the power receiving device 3 are separated from each other in the vertical direction, for example.
  • the power transmission device 2 is installed in, for example, a parking lot or the like.
  • the power receiving device 3 is mounted on, for example, an electric vehicle EV.
  • the non-contact power feeding system 1 is configured to supply electric power to an electric vehicle EV arriving at a parking lot or the like by utilizing magnetic coupling between coils such as a magnetic field resonance method or an electromagnetic induction method.
  • the non-contact power feeding method is not limited to the method using magnetic coupling, and may be, for example, an electric field resonance method.
  • the power transmission device 2 is a device that supplies electric power for non-contact power supply.
  • the power transmission device 2 generates a desired AC power from the power supplied by the power supply 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.
  • the power transmission device 2 includes a first coil device 4 (power transmission coil device) provided so as to project upward from a road surface R such as a parking lot.
  • the first coil device 4 includes a first coil 21 (see FIG. 2), and has, for example, a flat weight stand shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the power transmission device 2 generates desired AC power from the power source PS.
  • the generated AC power is sent to the first coil device 4, so that the first coil device 4 generates a 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 second coil device 5 (power receiving coil device) attached to the bottom surface of a vehicle body (chassis or the like) of an electric vehicle EV.
  • the second coil device 5 includes the second coil 31 (see FIG. 2) and faces the first coil device 4 in the vertical direction at the time of power supply.
  • the second coil device 5 has, for example, a flat weight stand shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the magnetic flux generated in the first coil device 4 interlinks with the second coil device 5, so that the second coil device 5 generates an induced current.
  • the second coil device 5 receives the electric power from the first coil device 4 in a non-contact manner (wirelessly).
  • the electric power received by the second coil device 5 is supplied to the load L.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of the non-contact power supply system of FIG.
  • the non-contact power supply system 1 is a system that receives AC power Pac1 from the power supply PS and supplies the load power Pout to the load L.
  • the power supply PS is an AC power source such as a commercial power source, and supplies the AC power Pac1 to the power transmission device 2.
  • the frequency of the AC power Pac1 is, for example, 50 Hz or 60 Hz.
  • the load L may be a DC load such as a battery or an AC load such as a motor.
  • the power transmission device 2 is supplied with AC power Pac1 from the power supply PS.
  • the power transmission device 2 includes a first coil 21, a first converter 22 (converter), a first detector 23, a first communication device 24, a first controller 25 (controller), and a frequency detection used. It is equipped with a vessel 28.
  • the first converter 22 is a circuit that converts the AC power Pac1 supplied from the power supply PS into a desired AC power Pac2 and supplies the AC power Pac2 to the first coil 21.
  • the first converter 22 can change the magnitude (power value) of the DC power Pdc and the AC power Pac2 by, for example, frequency control, phase shift control, and voltage control of the DC power Pdc, which will be described later.
  • the first converter 22 includes a power converter 26 and a DC / AC converter 27.
  • the power converter 26 is an AC / DC converter (AC / DC converter) that converts the AC power Pac1 supplied from the power supply PS into the DC power Pdc.
  • the power converter 26 is, for example, a rectifier circuit.
  • the rectifier circuit may be composed of a rectifier element such as a diode or a switching element such as a transistor.
  • the power converter 26 may further have a PFC (Power Factor Correction) function and a buck-boost function.
  • the first converter 22 may further include a DC / DC converter provided at the output of the power converter 26.
  • the power converter 26 is controlled by the first controller 25 so as to change the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc.
  • the power converter 26 changes the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc by, for example, pulse width modulation.
  • the power converter 26 supplies DC power Pdc to the DC AC converter 27.
  • the DC AC converter 27 converts the DC power Pdc supplied from the power converter 26 into the AC power Pac2.
  • the frequency of the AC power Pac2 is, for example, 81.38 kHz to 90 kHz.
  • the DC / AC converter 27 includes, 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 DC AC converter 27 is controlled by the first controller 25 so as to change the magnitudes of the DC power Pdc and the AC power Pac2.
  • the DC AC converter 27 supplies AC power Pac2 to the first coil 21.
  • the first coil 21 is a coil for transmitting electric power to the power receiving device 3 (the second coil 31) in a non-contact manner.
  • the first coil 21 generates magnetic flux by supplying AC power Pac2 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 circuit for acquiring a measured value related to the DC power Pdc.
  • the circuit for acquiring the measured value with respect to the DC power Pdc is, for example, a voltage sensor, a current sensor, or a combination thereof.
  • the first detector 23 measures the DC power Pdc, the voltage Vdc of the DC power Pdc, or the current Idc of the DC power Pdc.
  • the first detector 23 measures the AC power Pac2, the voltage Vac2 of the AC power Pac2, and the current Iac2 of the AC power Pac2.
  • the first detector 23 outputs the acquired measured value to the first controller 25.
  • the first communication device 24 is a circuit for wirelessly communicating with the second communication device 34 of the power receiving device 3 described later.
  • the first communication device 24 includes, for example, an antenna for a communication method using radio waves, a light emitting element for a communication method using an optical signal, and a light receiving element.
  • the first communication device 24 outputs the 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 have a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an interface circuit for connecting to each part of the power transmission device 2, and the like.
  • the first controller 25 performs constant power control that brings the power value of the target power closer to the first power command value (power command value).
  • the target power DC power Pdc or AC power Pac2 can be used.
  • the first controller 25 calculates the first power measurement value based on the current Idc measurement value detected by the first detector 23.
  • the target power is the DC power Pdc
  • the first power measurement value includes the loss of the DC AC converter 27, the loss of the first coil 21, and the AC supplied from the DC AC converter 27 to the first coil 21. It is a measured value including the electric power Pac2.
  • the first controller 25 calculates the first power command value, which is the target value of the DC power Pdc, based on the second power command value received from the power receiving device 3 via the first communication device 24.
  • the first controller 25 first converts the first power measurement value (DC power Pdc) to approach the first power command value based on the first power measurement value and the first power command value. Power control is performed to control the device 22.
  • the first power command value is the target value of the AC power Pac2 and is set according to the AC power Pac2. That is, the first controller 25 controls the first converter 22 so that the AC power Pac2 approaches the first power command value, which is the target value of the AC power Pac2, as the constant power control.
  • the target power is the DC power Pdc
  • the first controller 25 may perform command value correction control for correcting the first power command value.
  • the first controller 25 receives a second power measurement value (described later) and a second power command value (described later) from the power receiving device 3 via the first communication device 24 as command value correction control.
  • Power control is performed to control the first converter 22 so that the measured power value (load power Pout) approaches the second power command value.
  • the first controller 25 corrects the first power command value so that the second power measurement value approaches the second power command value.
  • the first controller 25 controls the magnitude (power value) of the DC power Pdc and the AC power Pac2 by controlling the first converter 22 as the power control, and the load power Pout supplied to the load L. Control the size.
  • the power control is performed using at least one of frequency control, phase shift control, and voltage control of the DC power Pdc. In each control, the power control parameters for controlling the magnitudes of the DC power Pdc and the AC power Pac2 are changed.
  • FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the load power.
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 3 indicates the drive frequency f, and the vertical axis indicates the load power Pout (magnitude).
  • the drive frequency f 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 frequency of the AC power Pac2 may be referred to as a “drive frequency f”.
  • the magnitudes of the DC power Pdc, the AC power Pac2, and the load power Pout are changed according to the drive frequency f.
  • the drive frequency f for example, 81.38 kHz to 90 kHz can be used.
  • the impedance of the reactance element such as the coil and the capacitor changes, and the magnitudes of the DC power Pdc, the AC power Pac2, and the load power Pout change.
  • the first controller 25 performs frequency control for changing the magnitude (power value) of the DC power Pdc, the AC power Pac2, and the load power Pout by changing the drive frequency f.
  • the above-mentioned power control parameter in frequency control is the drive frequency f of the DC / AC converter 27 (inverter circuit).
  • the drive frequency f is the frequency fb at the beginning.
  • the load power Pout at this time is the power Pb.
  • the drive frequency f is reduced from the frequency fb to the frequency fa.
  • the drive frequency f is increased from the frequency fb to the frequency fc.
  • the first controller 25 brings the load power Pout closer to the desired power by changing the drive frequency f as described above.
  • the drive frequency f may be changed in step units.
  • the size of one step for changing the drive frequency f is not particularly limited, and may be, for example, several Hz to several tens of Hz, and several tens of Hz to several hundred Hz.
  • the step is determined by, for example, the clock resolution of the CPU, which is the first controller 25.
  • the specific method of frequency control is not limited.
  • the first controller 25 adjusts the switching frequency of each switching element by using the drive signal supplied to each switching element included in the inverter circuit. , The drive frequency f is changed.
  • the switching element for example, FET (Field Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) are used, and in this case, a drive signal is applied to the gate of the switching element.
  • the first controller 25 changes the phase shift amount of the DC AC converter 27 (inverter circuit) to change the magnitude (power value) of the DC power Pdc, the AC power Pac2, and the load power Pout.
  • the first controller 25 supplies the drive signals Sa to Sd to the switching elements SWa to SWd included in the inverter circuit. By adjusting, the time during which each switching element SWa to SWd is turned on is adjusted.
  • the energization period (on period) of the inverter circuit is It will be the longest.
  • the more the drive time of the switching element SWa and the drive time of the switching element SWd deviate the more the drive time of the switching element SWb and the drive time of the switching element SWc deviate, the shorter the on period of the inverter circuit becomes.
  • the shorter the ON period of the inverter circuit the smaller the DC power Pdc and the AC power Pac2.
  • the above-mentioned power control parameter in the phase shift control is the phase shift amount.
  • the phase shift amount is the amount of deviation between the drive time of the switching element SWa and the drive time of the switching element SWd (or the amount of deviation between the drive time of the switching element SWb and the drive time of the switching element SWc).
  • the power control parameter described above in phase shift control is the on-period of the inverter circuit.
  • the phase of the output voltage from the inverter circuit (voltage Vac2 of AC power Pac2) is the same as or advanced from the phase of the output current (current Iac2 of AC power Pac2) (inverter).
  • the impedance of the entire load as seen from the circuit is inductive).
  • the impedance of the entire load as seen from the inverter circuit (DC / AC converter 27) is the total impedance of the first coil 21, the second coil 31, the second converter 32, and the load L. Is. If the phase difference between the voltage and the current is the same, the impedance of the entire load seen from the inverter circuit becomes capacitive due to noise and control error.
  • phase of the output current from the inverter circuit current Iac2 of AC power Pac2
  • phase of the output voltage voltage Vac2 of AC power Pac2
  • the impedance of the entire load seen from the inverter circuit is capacitive. .. Therefore, in order to ensure safety, the phase of the voltage is advanced beyond the phase of the current so that the phase difference does not become smaller than the predetermined value.
  • This predetermined value is called a phase margin.
  • the phase shift amount may be displayed as a percentage, for example, with the length of one cycle of the AC power Pac2 (that is, 360 degrees) as 100%. In this case, the phase shift amount is 0% when the phase shift is not performed at all. In the phase shift control, when the phase shift amount is 0%, the DC power Pdc and the AC power Pac2 are maximized, and the load power Pout is also maximized.
  • the maximum value of the phase shift amount varies depending on the circuit characteristics of the first coil 21 (for example, the characteristics of the resonance circuit including the first coil 21 and the capacitor (not shown)), but is, for example, about 50%. That is, in one embodiment, the lower limit of the phase shift amount can be set to 0%. The upper limit of the phase shift amount can be set to 50%.
  • the first controller 25 performs voltage control for changing the magnitude (power value) of the DC power Pdc, the AC power Pac2, and the load power Pout by changing the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc.
  • the voltage Vdc of the DC power Pdc is changed by using, for example, the buck-boost function of the power converter 26 described above.
  • the above-mentioned power control parameter in the voltage control of the DC power Pdc is the magnitude of the voltage Vdc of the DC power Pdc.
  • the buck-boost function can be realized, for example, in a chopper circuit.
  • the used frequency detector 28 is a circuit that detects the used frequency band, which is a frequency band used by another device different from the non-contact power supply system 1.
  • the used frequency detector 28 detects the used frequency band by auto-scan, as in the case of automatic tuning of radios, for example.
  • the frequency detector 28 used acquires the position information of the power transmission device 2 using GPS (Global Positioning System) or the like, and is assigned to other devices in the area including the position indicated by the position information.
  • the frequency band may be detected as the used frequency band.
  • the allocated frequency band for each region is preset in a memory (not shown).
  • the used frequency detector 28 may use the harmonic component of the detected frequency band as the used frequency band.
  • the used frequency detector 28 outputs the used frequency information indicating the used frequency band to the first controller 25.
  • the user may set the frequency band used in the first controller 25. In this case, the power transmission device 2 does not have to include the working frequency detector 28.
  • the power receiving device 3 includes a second coil 31, a second converter 32, a second detector 33, a second communication device 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 by interlinking the magnetic flux generated by the first coil 21 with the second coil 31.
  • the second coil 31 supplies the 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 supplied from 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 the AC power Pac3 into the DC load power Pout.
  • the second converter 32 may include a buck-boost function in order to output a load power Pout desired for the load L. This buck-boost function can be realized, for example, in a chopper circuit or a transformer.
  • 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 further 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 generated by the AC-DC converter into the AC load power Pout.
  • the second converter 32 may further include a transformer provided at the input of the AC / DC converter.
  • the second detector 33 is a circuit for acquiring a measured value regarding the load power Pout supplied to the load L.
  • the second detector 33 measures the load voltage Vout, the load current Iout, or the 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 measured value to the second controller 35.
  • the load L outputs the second power command value to the second controller 35.
  • the second power command value indicates the amount of power desired to be supplied to the load L.
  • the second power command value may be a current, voltage, or power command value determined according to the SOC (State Of Charge) of the load L.
  • the second communication device 34 is a circuit for wirelessly communicating with the first communication device 24 of the power transmission device 2.
  • the second communication device 34 allows the power receiving device 3 to communicate with the power transmission device 2.
  • the second communication device 34 includes, for example, an antenna for a communication method using radio waves, a light emitting element for a communication method using an optical signal, and a light receiving element.
  • 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 an interface circuit or the like connected to each part of the ROM, the RAM, and the power receiving device 3.
  • the second controller 35 calculates the second power measurement value based on the measurement value received from the second detector 33.
  • the second controller 35 transmits the second power measurement value and the second 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 transmitting device 2 instead of the power PS, and a power PS is connected to the power receiving device 3 instead of the load L to transmit power from the power receiving device 3 to the power transmitting device 2. It is also possible to do.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a series of processes of power control performed by the first controller of FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing in detail an example of the frequency change process of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the power control of FIG.
  • the series of processes shown in FIG. 5 is started when the first controller 25 receives the second power command value from the power receiving device 3.
  • the first controller 25 calculates the first power command value based on the second power command value received from the power receiving device 3 (step S1).
  • the first controller 25 makes the second power measurement value closer to the second power command value. 1
  • the power command value may be corrected.
  • the case where the first power measurement value (DC power Pdc) is smaller than the first power command value will be described, but the same applies when the first power measurement value is larger than the first power command value.
  • the power control ends without performing the subsequent processing.
  • the first controller 25 sets the voltage Vdc (step S2). For example, when the power transmission device 2 is started, the first controller 25 uses the power converter 26 so that the voltage Vdc is the smallest voltage in the voltage range of the voltage Vdc that the power converter 26 can output. To control. The first controller 25 may control the power converter 26 so that the voltage Vdc becomes a predetermined voltage (for example, 420 V). When the power transmission device 2 is operating, the first controller 25 may be fixed at the voltage Vdc output by the power converter 26.
  • a predetermined voltage for example, 420 V
  • the frequency characteristic of the DC power Pdc is the characteristic C1 shown in FIG.
  • the characteristics C1 to C4 shown in FIG. 7 are frequency characteristics of the DC power Pdc at different voltages Vdc.
  • the frequency characteristics of the DC power Pdc are changed in the order of characteristic C1, characteristic C2, characteristic C3, and characteristic C4. In other words, as the voltage Vdc increases, the drive frequency f for obtaining the same DC power Pdc increases.
  • the first controller 25 performs frequency control (step S3), and brings the first power measurement value closer to the first power command value by frequency control.
  • the first power measurement value (power value of the DC power Pdc) changes along the characteristic C1.
  • the drive frequency f before frequency control is set to the frequency at which the DC power Pdc is the smallest (for example, 90 kHz).
  • the drive frequency f that has been used until immediately before may be used as it is.
  • the first controller 25 gradually brings the first power measurement value closer to the first power command value by, for example, changing the drive frequency f in step units. In the frequency band in which the amount of change in the DC power Pdc with respect to the amount of change in the drive frequency f is small, the first controller 25 may increase the amount of change in the drive frequency f per step.
  • the drive frequency f may be temporarily included in the used frequency band (in this example, the used frequency band FB2). be.
  • the used frequency band FB2 since the time during which the drive frequency f is included in the used frequency band FB2 is relatively short, the influence on other devices is limited.
  • the first controller 25 determines whether or not the first power measurement value has reached (matches) the first power command value (step S4). When it is determined that the first power measurement value does not reach the first power command value (does not match) (step S4; NO), the first controller 25 continues to perform frequency control in step S3. On the other hand, when it is determined that the first power measurement value has reached (matches) the first power command value (step S4; YES), the first controller 25 uses frequency band information from a memory (not shown). Is read out, and it is determined whether or not the frequency f0 of the drive frequency f is included in any of the used frequency bands (step S5). The frequency f0 is the drive frequency f when the power value of the DC power Pdc reaches the first power command value in the characteristic C1.
  • step S5 When it is determined that the frequency f0 is not included in any of the used frequency bands (step S5; NO), a series of power control processes is completed. On the other hand, when it is determined in step S5 that the frequency f0 is included in any of the used frequency bands (step S5; YES), the first controller 25 sets the drive frequency f out of the used frequency band.
  • the frequency change process (step S6) of the above is carried out.
  • the frequency change process is a process of changing the drive frequency f to a frequency different from the frequency band used while performing constant power control by frequency control.
  • the first controller 25 controls the voltage of the DC power Pdc while performing constant power control by frequency control (step S11). Specifically, the first controller 25 controls the power converter 26 so as to change the magnitude of the voltage Vdc. In step S2, when the voltage Vdc is set to the minimum voltage in the voltage range of the voltage Vdc that the power converter 26 can output, the first controller 25 increases the voltage Vdc. 26 is controlled. The first controller 25, for example, gradually changes the voltage Vdc in step units.
  • the power value (first power measurement value) of the DC power Pdc is the first power when the drive frequency f is maintained at the frequency f0.
  • the value will be different from the command value.
  • the first controller 25 performs constant power control using frequency control, the power converter 26 is controlled so as to change the magnitude of the voltage Vdc, and the drive frequency f is changed. , The state in which the first power measurement value matches the first power command value is maintained.
  • the first controller 25 determines whether or not the drive frequency f has become a frequency outside the used frequency band (step S12). When it is determined that the drive frequency f is not a frequency outside the use frequency band, that is, the drive frequency f is included in the use frequency band (step S12; NO), the first controller 25 changes the voltage Vdc. Is possible or not (step S13). For example, as shown in FIG. 7, when the voltage Vdc is increased from the minimum voltage in the voltage range of the voltage Vdc that can be output by the power converter 26, the voltage Vdc reaches the maximum voltage in the above voltage range. If not, the voltage Vdc can be further increased. In such a case, the first controller 25 determines that the voltage Vdc can be changed (step S13; YES), and performs the process of step S11 again.
  • the frequency characteristic of the DC power Pdc is changed to the characteristic C2 by increasing the voltage Vdc.
  • the drive frequency f when the power value of the DC power Pdc matches the first power command value is included in the used frequency band FB1. Therefore, the voltage Vdc is further increased.
  • the first controller 25 determines that the voltage Vdc cannot be changed (step S13; NO), changes the first power command value (step S14), and performs the process of step S11 again. ..
  • the first controller 25 changes (lowers) the first power command value so that the drive frequency f is set to a frequency outside the used frequency band within a range in which the voltage Vdc can be changed.
  • step S12 when it is determined that the drive frequency f has become a frequency outside the used frequency band (step S12; YES), a series of power control processes is completed.
  • the frequency characteristic of the DC power Pdc is changed to the characteristic C4 by increasing the voltage Vdc.
  • the drive frequency f (frequency f1) when the power value of the DC power Pdc matches the first power command value is outside the used frequency band FB1.
  • the load L is a battery
  • the battery voltage (load voltage Vout) rises as the charging of the battery progresses.
  • the frequency characteristic of the DC power Pdc changes, but the drive frequency f changes because the constant power control is performed by the frequency control.
  • whether the drive frequency f rises or falls is determined according to the configuration of the resonance circuit and the like.
  • the drive frequency f rises, the drive frequency f moves away from the used frequency band FB1.
  • the first controller 25 may gradually raise the first power command value to the original value.
  • the drive frequency f decreases, the drive frequency f approaches the use frequency band FB1.
  • the first controller 25 further lowers the first power command value, so that the drive frequency f is included in the use frequency band FB1. You may not have it.
  • the drive frequency f drops to some extent, even if the first power command value is the original value, it may be smaller than the lower limit frequency of the used frequency band FB1. Therefore, the first controller 25 may return the first power command value to the original value when the amount of decrease in the drive frequency f exceeds a preset threshold value.
  • the drive frequency f (frequency f0) of the AC power Pac2 when the power value (first power measurement value) of the DC power Pdc reaches the first power command value is another device. If it is included in the used frequency band used by, frequency change processing is performed. In the frequency change process, the drive frequency f is changed so that the drive frequency f becomes a frequency different from the frequency band used, as well as constant power control for maintaining the state in which the power value of the DC power Pdc is matched with the first power command value. NS. As described above, once the power value of the DC power Pdc reaches the first power command value, the state in which the power value of the DC power Pdc is adjusted to the first power command value is maintained.
  • the first controller 25 performs the frequency change process by performing the voltage control of the DC power Pdc together with the frequency control.
  • the voltage Vdc of the DC power Pdc is changed, the frequency characteristic of the DC power Pdc changes. Therefore, the drive frequency f is changed in order to maintain the state in which the power value of the DC power Pdc is matched with the first power command value. This makes it possible to set the drive frequency f to a frequency different from the frequency band used.
  • the first controller 25 sets the voltage Vdc to the minimum voltage in the voltage range that the power converter 26 can output. Therefore, the first controller 25 controls the voltage of the DC power Pdc by increasing the voltage Vdc in the frequency change process. In this case, since the voltage Vdc is increased in order from the lowest voltage, the voltage Vdc when the drive frequency f is changed to a frequency different from the used frequency band can be lowered. The lower the voltage Vdc, the higher the power transmission efficiency between the first coil 21 and the second coil 31. Therefore, it is possible to improve the power transmission efficiency between the first coil 21 and the second coil 31. By lowering the voltage Vdc, the possibility that the power transmission device 2 is destroyed can be reduced.
  • the first controller 25 lowers the first power command value and performs frequency change processing. As a result, the drive frequency f can be changed to a frequency different from the frequency band used. Therefore, it is possible to more reliably suppress interference with other devices.
  • the load power Pout may fluctuate.
  • the load L is a battery
  • the load voltage Vout fluctuates according to the SOC of the battery
  • the load power Pout may also fluctuate.
  • the first controller 25 performs constant power control after the power value of the DC power Pdc reaches the first power command value, it is possible to follow the transient response as described above.
  • the non-contact power feeding system 1 is not limited to the electric vehicle EV, and may be applied to a moving body such as a plug-in hybrid vehicle and an underwater vehicle, or may be applied to a moving body other than the moving body.
  • the first controller 25 may perform frequency change processing by performing phase shift control together with frequency control instead of voltage control of the DC power Pdc.
  • the power control of the modified example will be described with reference to FIGS. 5, 8 and 9.
  • FIG. 8 is a flowchart showing in detail another example of the frequency change process of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining power control including the frequency change process of FIG.
  • the initial value of the phase shift amount of the DC / AC converter 27 is set to 0.
  • steps S1 to S5 are the same as the power control steps S1 to S5 of the above embodiment.
  • Vdc is set (fixed) to the minimum voltage in the voltage range that the power converter 26 can output
  • the first controller 25 executes the frequency change process (step S6).
  • the first controller 25 performs phase shift control of the DC AC converter 27 while performing constant power control by frequency control (step S21). Specifically, the first controller 25 changes the phase shift amount by adjusting the supply time of the drive signals Sa to Sd (see FIG. 4). Since the initial value of the phase shift amount is set to 0, the first controller 25 increases the phase shift amount. The first controller 25, for example, gradually changes the phase shift amount in step units.
  • the power value (first power measurement value) of the DC power Pdc is the first when the drive frequency f is maintained at the frequency f0. 1
  • the value will be different from the power command value.
  • the phase shift amount is increased, the power value of the DC power Pdc decreases even if the DC AC converter 27 is driven at the same drive frequency f.
  • the first controller 25 performs constant power control using frequency control, the first power measurement value is changed by changing (decreasing) the drive frequency f while changing the phase shift amount. 1 Maintain a state that matches the power command value.
  • the first controller 25 determines whether or not the drive frequency f has become a frequency outside the used frequency band (step S22). When it is determined that the drive frequency f is not a frequency outside the use frequency band, that is, the drive frequency f is included in the use frequency band (step S22; NO), the first controller 25 changes the phase shift amount (step S22; NO). It is determined whether or not it is possible to increase (increase) (step S23). If the phase shift amount has not reached the maximum value, the phase shift amount can be further increased. In such a case, the first controller 25 determines that the phase shift amount can be changed (step S23; YES), and performs the process of step S21 again.
  • the first controller 25 determines that the phase shift amount cannot be changed (step S23; NO), changes the first power command value (step S24), and repeats the process of step S21. conduct. For example, the first controller 25 lowers the first power command value so that the drive frequency f is set to a frequency outside the used frequency band within a range in which the phase shift amount can be changed.
  • step S22 when it is determined that the drive frequency f has become a frequency outside the used frequency band (step S22; YES), a series of power control processes is completed.
  • the frequency characteristic of the DC power Pdc is changed by increasing the phase shift amount.
  • the drive frequency f (frequency f2) when the power value of the DC power Pdc matches the first power command value is the drive when the power value of the DC power Pdc matches the first power command value in the characteristic C1. It is smaller than the frequency f (frequency f0) and is outside the used frequency band FB1.
  • the battery voltage (load voltage Vout) rises as the charging of the battery progresses.
  • the frequency characteristic of the DC power Pdc changes, but the drive frequency f changes because the constant power control is performed by the frequency control.
  • the drive frequency f decreases, the drive frequency f moves away from the used frequency band FB1.
  • the first controller 25 may gradually reduce the phase shift amount.
  • the drive frequency f rises, the drive frequency f approaches the use frequency band FB1. Therefore, the first controller 25 includes the drive frequency f in the use frequency band FB1 by further increasing the phase shift amount. It may not be possible.
  • the same processing as in the above embodiment may be performed.
  • the power transmission device 2 of the modified example also has the same effect as the power transmission device 2 according to the above embodiment.
  • the first controller 25 controls the power converter 26 so that the voltage Vdc is constant.
  • the voltage Vdc is set to a low voltage, such as the smallest voltage in the voltage range that the power converter 26 can output.
  • the frequency change process can be performed without increasing the withstand voltage of the DC / AC converter 27.
  • a switching element having a high withstand voltage is used as the switching element of the DC / AC converter 27, the on-resistance of the switching element becomes large, so that the loss in the DC / AC converter 27 increases. Therefore, by using a switching element having a low withstand voltage, it is possible to reduce a decrease in power efficiency of the power transmission device 2.
  • the voltage Vdc By lowering the voltage Vac1 of the AC power Pac1, the voltage Vdc can be further lowered, but the voltage range of the voltage Vac1 becomes narrower.
  • the power converter 26 can further reduce the voltage Vdc without narrowing the voltage range of the voltage Vac1 by further providing a DC-DC converter for step-down after the PFC circuit.
  • the DC-DC converter for step-down can be omitted, so that the cost of the power transmission device 2 can be reduced.
  • the voltage Vdc may be changed by about several V.
  • the first controller 25 may perform frequency change processing by performing impedance control together with frequency control.
  • a non-contact power supply system 1 including a power transmission device 2 of another modification will be described with reference to FIG.
  • FIG. 10 is a circuit block diagram of a non-contact power feeding system including a power transmission device according to another modification.
  • the non-contact power supply system 1 according to another modification is the non-contact power supply system 1 of the above-described embodiment in that the first converter 22 of the power transmission device 2 further includes an impedance converter 29. Mainly different from.
  • the impedance converter 29 is provided between the DC / AC converter 27 and the first coil 21.
  • the impedance converter 29 is a device for changing the impedance (impedance seen from the DC AC converter 27) between the DC AC converter 27 and the first coil 21.
  • the impedance converter 29 may be, for example, a TMN (Tunable matching network). Since TMN is known, the description thereof will be omitted (see US Patent Application Publication No. 2019/0006883 and US Patent Application Publication No. 2019/0006885, etc.).
  • the first converter 22 can change the magnitude (power value) of the DC power Pdc and the AC power Pac2 by impedance control in addition to frequency control, phase shift control, and voltage control of the DC power Pdc. That is, the power control performed by the first controller 25 is performed using at least one of frequency control, phase shift control, voltage control of DC power Pdc, and impedance control.
  • the first controller 25 changes the magnitude of the impedance between the DC AC converter 27 and the first coil 21 to change the magnitude (power value) of the DC power Pdc, the AC power Pac2, and the load power Pout.
  • the DC power Pdc and AC power Pac2 decrease as the impedance between the DC AC converter 27 and the first coil 21 increases, and the DC power decreases as the impedance between the DC AC converter 27 and the first coil 21 decreases.
  • the power Pdc and the AC power Pac2 increase. Therefore, the above-mentioned power control parameter in impedance control is the magnitude of impedance between the DC / AC converter 27 and the first coil 21.
  • the power control of another modification is different from the power control of the above modification in that impedance control is used instead of phase shift control. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
  • the power transmission device 2 of another modification also has the same effect as that of the power transmission device 2 according to the above modification.
  • the impedance converter 29 may be provided between the second coil 31 and the second converter 32.
  • the first controller 25 has either voltage control or phase shift control of the DC power Pdc according to the drive frequency f (frequency f0) when the power value of the DC power Pdc reaches the first power command value.
  • the frequency change process may be performed by selecting the above and performing the selected control together with the frequency control. For example, it is assumed that the voltage Vdc is set to the minimum voltage in the voltage range that can be output by the power converter 26 and the phase shift amount is set to 0 before the frequency change processing is performed. In this case, in order to maintain the state in which the power value of the DC power Pdc is adjusted to the first power command value, the drive frequency f is increased in the frequency change processing by the power control and the frequency control of the DC power Pdc. Only the drive frequency f can be reduced in the frequency change processing by the phase shift control and the frequency control.
  • the first controller 25 determines, for example, whether or not the power value of the DC power Pdc can be set as the first power command value, and the impedance of the entire load as seen from the DC AC converter 27 (inverter circuit) by phase shift control.
  • the frequency characteristics of the DC power Pdc changed as the power transmission progressed, whether or not the power became capacitive (C load), whether or not there was an influence of noise such as EMC (Electromagnetic Compatibility) and malfunction due to phase shift control.
  • one of the power control of the DC power Pdc and the phase shift control of the DC AC converter 27 is selected in consideration of each criterion such as whether the drive frequency f rises or falls.
  • the impedance of the entire load as seen from the DC / AC converter 27 (inverter circuit) in this modification is the impedance converter 29, the first coil 21, the second coil 31, the second converter 32, and the load L. Is the total impedance of.
  • the first controller 25 selects the voltage control of the DC power Pdc when the impedance of the entire load as seen from the DC AC converter 27 (inverter circuit) becomes capacitive.
  • the first controller 25 selects the voltage control of the DC power Pdc when there is an influence of noise.
  • the first controller 25 selects control in which the drive frequency f moves away from the used frequency band when the frequency characteristic of the DC power Pdc changes.
  • the adjustment range of the drive frequency f can be widened, so that the drive frequency f can be set to a frequency different from the frequency band used more reliably. Further, it is possible to stabilize the charge control while reducing the influence of noise without performing the control to suppress the noise.
  • the first controller 25 has either voltage control or impedance control of the DC power Pdc according to the drive frequency f (frequency f0) when the power value of the DC power Pdc reaches the first power command value.
  • the frequency change process may be performed by selecting the above and performing the selected control together with the frequency control. For example, before the frequency change process is performed, the voltage Vdc is set to the minimum voltage in the voltage range that the power converter 26 can output, and the impedance between the DC AC converter 27 and the first coil 21 is set. It is assumed that it is set to the minimum value.
  • the criteria for selecting the voltage control or the impedance control of the DC power Pdc are the same as the criteria for selecting the voltage control or the phase shift control of the DC power Pdc. This makes it possible to shorten the time until the drive frequency f is set to a frequency different from the frequency band used.
  • the adjustment range of the drive frequency f can be widened, so that the drive frequency f can be set to a frequency different from the frequency band used more reliably. Further, it is possible to stabilize the charge control while reducing the influence of noise without performing the control to suppress the noise.
  • the first controller 25 is at least one of voltage control of the DC power Pdc, phase shift control of the DC AC converter 27, and impedance control between the DC AC converter 27 and the first coil 21.
  • the frequency change processing is performed by performing one with the frequency control.
  • the voltage Vdc, the phase shift amount of the DC AC converter 27, or the impedance between the DC AC converter 27 and the first coil 21 is changed, the frequency characteristic of the DC power Pdc changes. Therefore, the drive frequency f is changed in order to maintain the state in which the power value of the DC power Pdc is matched with the first power command value. This makes it possible to set the drive frequency f to a frequency different from the frequency band used.
  • the first controller 25 may control the first converter 22 so that the AC power Pac2 approaches the first power command value, which is the target value of the AC power Pac2, as the constant power control. good.
  • the frequency characteristics of the AC power Pac2 are the same as the frequency characteristics of the DC power Pdc described above.
  • the power control using the AC power Pac2 is the same as the power control using the DC power Pdc.
  • Non-contact power supply system Power transmission device 3 Power receiving device 4 1st coil device 5 2nd coil device 21 1st coil 22 1st converter (converter) 23 1st detector 24 1st communication device 25 1st controller (control) 26 Power converter 27 DC AC converter 28 Frequency detector used 29 Impedance converter 31 Second coil 32 Second converter 33 Second detector 34 Second communication device 35 Second controller SWa Switching element SWb Switching element SWc Switching Element SWd Switching element EV Electric vehicle FB1 Operating frequency band FB2 Operating frequency band Idc Current Iout Load current L Load Pac1 AC power Pac2 AC power Pac3 AC power Pdc DC power Pout Load power PS Power supply R Road surface Sa Drive signal Sb Drive signal Sc Drive signal Sd drive signal Vdc voltage Vout load voltage

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Abstract

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

Description

送電装置
　本開示は、送電装置に関する。
　非接触（ワイヤレス）で電力を伝送する非接触給電システムが知られている。非接触給電システムは、送電コイルを含む送電装置と受電コイルを含む受電装置とを備え、コイル間の電磁誘導又は磁界共鳴等を利用して、非接触での電力伝送を実現している。電力伝送に用いられる周波数（インバータのスイッチング周波数）と他の機器が使用している周波数とが干渉すると、電力伝送に起因して他の機器にノイズ等の影響を及ぼすおそれがある。
　特許文献１に記載の非接触給電装置では、出力指令値（電力指令値）に応じたインバータ周波数が、他の機器が使用する使用周波数帯域と重複する場合、使用周波数帯域と重複しないようにインバータ周波数が修正され、電力指令値に対応する出力電力値が得られるようにＰＦＣ（Power　Factor　Correction）出力が調整される。
国際公開第２０１４／１１８９７２号
　特許文献１に記載の非接触給電装置では、インバータ周波数が電力指令値に応じた周波数に合わせられた後、インバータ周波数が使用周波数帯域に重複する場合には、インバータ周波数が使用周波数帯域に重複しないように修正される。そして、インバータ周波数が変更されたことによる出力電力の減少分だけＰＦＣ出力が増加され、出力電力値が電力指令値に合わせられる。このため、出力電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間が長くなるおそれがある。
　本開示は、他の機器との干渉を抑制しつつ、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間を短縮することが可能な送電装置を説明する。
　本開示の一側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための装置である。この送電装置は、受電装置の第２コイルに非接触で電力を伝送するための第１コイルと、直流電力を交流電力に変換するとともに交流電力を第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、を備える。対象電力は、直流電力又は交流電力である。制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、電力値が電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数となるように周波数を変更する周波数変更処理を行う。
　本開示によれば、他の機器との干渉を抑制しつつ、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間を短縮することができる。
図１は、一実施形態に係る送電装置を含む非接触給電システムの適用例を示す図である。 図２は、図１の非接触給電システムの回路ブロック図である。 図３は、負荷電力の周波数特性を示す図である。 図４は、直流交流変換器の回路構成の一例を示す図である。 図５は、図２の第１制御器が行う電力制御の一連の処理を示すフローチャートである。 図６は、図５の周波数変更処理の一例を詳細に示すフローチャートである。 図７は、図５の電力制御を説明するための図である。 図８は、図５の周波数変更処理の別の例を詳細に示すフローチャートである。 図９は、図８の周波数変更処理を含む電力制御を説明するための図である。 図１０は、変形例に係る送電装置を含む非接触給電システムの回路ブロック図である。
［１］実施形態の概要
　本開示の一側面に係る送電装置は、負荷に接続された受電装置に電力を供給するための装置である。この送電装置は、受電装置の第２コイルに非接触で電力を伝送するための第１コイルと、直流電力を交流電力に変換するとともに交流電力を第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、を備える。対象電力は、直流電力又は交流電力である。制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、電力値が電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数となるように周波数を変更する周波数変更処理を行う。
　この送電装置では、対象電力の電力値が電力指令値に達した際の交流電力の周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、周波数変更処理が行われる。周波数変更処理では、対象電力の電力値が電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御が行われつつ、交流電力の周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数となるように交流電力の周波数が変更される。このように、対象電力の電力値が電力指令値に一旦達すると、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態が維持される。このため、対象電力の電力値が電力指令値に達した後に、交流電力の周波数が変更されたとしても、対象電力の電力値は電力指令値に合わせられている。その結果、他の機器との干渉を抑制しつつ、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられるまでに要する時間を短縮することが可能となる。
　制御器は、直流電力の電圧を変更する電圧制御、直流交流変換器の位相シフト制御、及び直流交流変換器と第１コイルとの間のインピーダンスを制御するインピーダンス制御の少なくとも１つを周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流電力の電圧、直流交流変換器の位相シフト量、又は直流交流変換器と第１コイルとの間のインピーダンスが変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　制御器は、電圧制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流電力の電圧が変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　制御器は、電圧を増加させることによって、電圧制御を行ってもよい。この場合、直流電力の電圧が低い電圧から順に調整されるので、交流電力の周波数が使用周波数帯域とは異なる周波数に変更された際の直流電力の電圧を低くすることができる。これにより、第１コイルと第２コイルとの間の電力の伝送効率を向上させることが可能となる。
　制御器は、位相シフト制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流交流変換器の位相シフト量が変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　制御器は、インピーダンス制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。直流交流変換器と第１コイルとの間のインピーダンスが変更されると、対象電力の周波数特性が変化する。このため、対象電力の電力値が電力指令値に合わせられた状態を維持するために、交流電力の周波数が変更される。これにより、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　制御器は、電圧が一定となるように、変換器を制御してもよい。この場合、直流電力の電圧が一定であるので、直流交流変換器の耐電圧を上げることなく、周波数変更処理を行うことができる。その結果、直流交流変換器の大型化を招くことなく、他の機器との干渉を抑制することが可能となる。
　制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数に応じて、電圧制御及び位相シフト制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。この場合、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定するまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及び位相シフト制御を用いることによって、交流電力の周波数の調整範囲を広げることができるので、より確実に交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　制御器は、電力値が電力指令値に達した際の周波数に応じて、電圧制御及びインピーダンス制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。この場合、交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定するまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及びインピーダンス制御を用いることによって、交流電力の周波数の調整範囲を広げることができるので、より確実に交流電力の周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　制御器は、周波数を使用周波数帯域とは異なる周波数に変更できない場合、電力指令値を下げてもよい。この場合、電力指令値を下げることによって、交流電力の周波数は使用周波数帯域とは異なる周波数に変更され得る。したがって、他の機器との干渉をより確実に抑制することが可能となる。
［２］実施形態の例示
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。
　図１は、一実施形態に係る送電装置を含む非接触給電システムの適用例を示す図である。図１に示されるように、非接触給電システム１は、送電装置２と受電装置３とを備えており、送電装置２から受電装置３に電力を供給するためのシステムである。送電装置２及び受電装置３は、例えば上下方向に離間している。送電装置２は、例えば駐車場等に設置されている。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶに搭載されている。非接触給電システム１は、駐車場等に到着した電気自動車ＥＶに対し、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給するように構成されている。なお、非接触給電方式は、磁気結合を利用した方式に限らず、例えば、電界共鳴方式であってもよい。
　送電装置２は、非接触給電のための電力を供給する装置である。送電装置２は、電源ＰＳ（図２参照）によって供給された電力から所望の交流電力を生成し、受電装置３に送る。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒに設置される。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒから上方に突出するように設けられた第１コイル装置４（送電コイル装置）を備えている。第１コイル装置４は、第１コイル２１（図２参照）を含み、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電装置２は、電源ＰＳから所望の交流電力を生成する。生成された交流電力が第１コイル装置４に送られることによって、第１コイル装置４は磁束を発生させる。
　受電装置３は、送電装置２から電力を受け取り、負荷Ｌ（図２参照）に電力を供給する装置である。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶに搭載される。受電装置３は、例えば電気自動車ＥＶの車体（シャーシ等）の底面に取り付けられた第２コイル装置５（受電コイル装置）を備えている。第２コイル装置５は、第２コイル３１（図２参照）を含み、電力供給時において第１コイル装置４と上下方向に離間して対向する。第２コイル装置５は、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。第１コイル装置４で発生した磁束が第２コイル装置５に鎖交することによって、第２コイル装置５は誘導電流を発生させる。これにより、第２コイル装置５は、非接触（ワイヤレス）で第１コイル装置４からの電力を受け取る。第２コイル装置５が受け取った電力は、負荷Ｌに供給される。
　図２を参照して、非接触給電システム１の回路構成を詳細に説明する。図２は、図１の非接触給電システムの回路ブロック図である。図２に示されるように、非接触給電システム１は、電源ＰＳから交流電力Ｐａｃ１を受け、負荷Ｌに負荷電力Ｐｏｕｔを供給するシステムである。電源ＰＳは、商用電源等の交流電源であり、送電装置２に交流電力Ｐａｃ１を供給する。交流電力Ｐａｃ１の周波数は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。負荷Ｌは、バッテリ等の直流負荷であってもよく、モータ等の交流負荷であってもよい。
　送電装置２は、電源ＰＳから交流電力Ｐａｃ１を供給される。送電装置２は、第１コイル２１と、第１変換器２２（変換器）と、第１検出器２３と、第１通信器２４と、第１制御器２５（制御器）と、使用周波数検出器２８と、を備えている。
　第１変換器２２は、電源ＰＳから供給される交流電力Ｐａｃ１を、所望の交流電力Ｐａｃ２に変換し、交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する回路である。第１変換器２２は、例えば、後述の周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの電圧制御によって直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさ（電力値）を変更することができる。第１変換器２２は、電力変換器２６と、直流交流変換器（DC/AC　converter）２７と、を備えている。
　電力変換器２６は、電源ＰＳから供給された交流電力Ｐａｃ１を直流電力Ｐｄｃに変換する交流直流変換器（AC/DC　converter）である。電力変換器２６は、例えば整流回路である。整流回路は、ダイオード等の整流素子で構成されてもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子で構成されてもよい。電力変換器２６は、ＰＦＣ（Power　Factor　Correction）機能及び昇降圧機能をさらに有していてもよい。第１変換器２２は、電力変換器２６の出力に設けられた直流直流変換器（DC/DC　converter）をさらに備えていてもよい。電力変換器２６は、第１制御器２５によって直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさを変更するように制御される。電力変換器２６は、例えば、パルス幅変調で直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさを変更する。電力変換器２６は、直流電力Ｐｄｃを直流交流変換器２７に供給する。
　直流交流変換器２７は、電力変換器２６から供給された直流電力Ｐｄｃを交流電力Ｐａｃ２に変換する。交流電力Ｐａｃ２の周波数は、例えば８１．３８ｋＨｚ～９０ｋＨｚである。直流交流変換器２７は、例えば、インバータ回路を含む。第１変換器２２は、直流交流変換器２７の出力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。直流交流変換器２７は、第１制御器２５によって直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさを変更するように制御される。直流交流変換器２７は、交流電力Ｐａｃ２を第１コイル２１に供給する。
　第１コイル２１は、受電装置３（の第２コイル３１）に非接触で電力を伝送するためのコイルである。第１コイル２１は、第１変換器２２から交流電力Ｐａｃ２が供給されることによって、磁束を発生する。第１コイル２１と第１変換器２２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。
　第１検出器２３は、直流電力Ｐｄｃに関する測定値を取得するための回路を含む。直流電力Ｐｄｃに関する測定値を取得するための回路は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第１検出器２３は、直流電力Ｐｄｃ、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃ又は直流電力Ｐｄｃの電流Ｉｄｃを測定する。第１検出器２３は、交流電力Ｐａｃ２、交流電力Ｐａｃ２の電圧Ｖａｃ２及び交流電力Ｐａｃ２の電流Ｉａｃ２を測定する。第１検出器２３は、取得した測定値を第１制御器２５に出力する。
　第１通信器２４は、後述する受電装置３の第２通信器３４と無線で通信を行うための回路である。第１通信器２４は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子を含む。第１通信器２４は、受電装置３から受信した情報を第１制御器２５に出力する。
　第１制御器２５は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）及びＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）等の処理装置である。第１制御器２５は、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及び送電装置２の各部と接続するインターフェース回路等を有してもよい。
　第１制御器２５は、対象電力の電力値を第１電力指令値（電力指令値）に近づける電力一定制御を行う。対象電力としては、直流電力Ｐｄｃ又は交流電力Ｐａｃ２が用いられ得る。第１制御器２５は、第１検出器２３によって検出された電流Ｉｄｃの測定値に基づいて、第１電力測定値を計算する。対象電力が直流電力Ｐｄｃである場合、第１電力測定値とは、直流交流変換器２７の損失及び第１コイル２１の損失等と、直流交流変換器２７から第１コイル２１に供給される交流電力Ｐａｃ２とを含んだ測定値である。第１制御器２５は、第１通信器２４を介して受電装置３から受信した第２電力指令値に基づいて、直流電力Ｐｄｃの目標値である第１電力指令値を計算する。第１制御器２５は、電力一定制御として、第１電力測定値及び第１電力指令値に基づいて、第１電力測定値（直流電力Ｐｄｃ）が第１電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する電力制御を行う。
　なお、対象電力が交流電力Ｐａｃ２である場合、第１電力指令値は、交流電力Ｐａｃ２の目標値であって、交流電力Ｐａｃ２に応じて設定される。つまり、第１制御器２５は、電力一定制御として、交流電力Ｐａｃ２が交流電力Ｐａｃ２の目標値である第１電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する。以下、対象電力が直流電力Ｐｄｃである場合について説明を行う。
　なお、第１制御器２５は、第１電力指令値を補正するための指令値補正制御を行ってもよい。第１制御器２５は、指令値補正制御として、第１通信器２４を介して受電装置３から受信した第２電力測定値（後述）及び第２電力指令値（後述）に基づいて、第２電力測定値（負荷電力Ｐｏｕｔ）が第２電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御する電力制御を行う。具体的には、第１制御器２５は、第２電力測定値が第２電力指令値に近づくように、第１電力指令値を補正する。
　第１制御器２５は、電力制御として、第１変換器２２を制御することによって、直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさ（電力値）を制御し、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔの大きさを制御する。電力制御は、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの電圧制御の少なくとも１つを用いて行われる。各制御において、直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさを制御するための電力制御パラメータが変更される。
　ここで、図３を用いて周波数制御を説明する。図３は、負荷電力の周波数特性を示す図である。図３のグラフの横軸は駆動周波数ｆを示し、縦軸は負荷電力Ｐｏｕｔ（の大きさ）を示す。駆動周波数ｆは、交流電力Ｐａｃ２の周波数である。交流電力Ｐａｃ２の周波数とは、第１変換器２２から出力される交流電流又は交流電圧の周波数である。以下、交流電力Ｐａｃ２の周波数を「駆動周波数ｆ」と称する場合がある。図３に示されるように、駆動周波数ｆに応じて、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変更される。駆動周波数ｆとしては、例えば８１．３８ｋＨｚ～９０ｋＨｚが利用可能である。駆動周波数ｆが変わることにより、コイル及びキャパシタ等のリアクタンス素子のインピーダンスが変わり、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが変化する。以下、本実施形態では、駆動周波数ｆが大きくなるにつれて、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさが小さくなるとする。第１制御器２５は、駆動周波数ｆを変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更する周波数制御を実施する。周波数制御における上述の電力制御パラメータは、直流交流変換器２７（インバータ回路）の駆動周波数ｆである。
　例えば、当初、駆動周波数ｆが周波数ｆｂであったと仮定する。このときの負荷電力Ｐｏｕｔは電力Ｐｂである。ここで、例えば、駆動周波数ｆが、周波数ｆｂから周波数ｆａまで減少される。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆａに対応する電力Ｐａとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから電力Ｐａまで増加する。一方、駆動周波数ｆが、周波数ｆｂから周波数ｆｃまで増加される。すると、負荷電力Ｐｏｕｔは、駆動周波数ｆ＝ｆｃに対応する電力Ｐｃとなる。よって、負荷電力Ｐｏｕｔは、電力Ｐｂから電力Ｐｃまで減少する。
　第１制御器２５は、上述のように駆動周波数ｆを変更することによって、負荷電力Ｐｏｕｔを所望の電力に近づける。実際に駆動周波数ｆを変化（増加及び減少）させる制御においては、駆動周波数ｆをステップ単位で変化させてもよい。駆動周波数ｆを変えるための１ステップの大きさはとくに限定されず、例えば数Ｈｚ～数十Ｈｚ、数十Ｈｚ～数百Ｈｚ程度であってもよい。ステップは、例えば、第１制御器２５であるＣＰＵのクロックの分解能で定まる。
　周波数制御の具体的な手法は限定されない。例えば、直流交流変換器２７がインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれる各スイッチング素子に供給される駆動信号を用いて、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整し、駆動周波数ｆを変更する。スイッチング素子としては、例えば、ＦＥＴ（Field　Effect　Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）が用いられ、この場合、駆動信号はスイッチング素子のゲートに印加される。
　続いて、位相シフト制御を説明する。第１制御器２５は、直流交流変換器２７（インバータ回路）の位相シフト量を変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更する位相シフト制御を実施する。例えば、直流交流変換器２７が図４に示されるようなインバータ回路である場合には、第１制御器２５は、インバータ回路に含まれるスイッチング素子ＳＷａ～ＳＷｄへの駆動信号Ｓａ～Ｓｄの供給時間を調整することによって、各スイッチング素子ＳＷａ～ＳＷｄがオンとなる時間を調整する。
　スイッチング素子ＳＷａの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｄの駆動時間とが同じであり、スイッチング素子ＳＷｂの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｃの駆動時間とが同じであるときが、インバータ回路の通電期間（オン期間）が最も長くなる。スイッチング素子ＳＷａの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｄの駆動時間とがずれるほど（スイッチング素子ＳＷｂの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｃの駆動時間とがずれるほど）、インバータ回路のオン期間が短くなる。インバータ回路のオン期間が短くなるほど、直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２は小さくなる。位相シフト制御における上述の電力制御パラメータは、位相シフト量である。位相シフト量は、スイッチング素子ＳＷａの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｄの駆動時間とのずれ量（又はスイッチング素子ＳＷｂの駆動時間とスイッチング素子ＳＷｃの駆動時間とのずれ量）である。言い換えれば、位相シフト制御における上述の電力制御パラメータは、インバータ回路のオン期間である。
　なお、インバータ回路のソフトスイッチングを実現するために、インバータ回路からの出力電圧（交流電力Ｐａｃ２の電圧Ｖａｃ２）の位相が出力電流（交流電力Ｐａｃ２の電流Ｉａｃ２）の位相と同じか進んでいる（インバータ回路から見た負荷全体のインピーダンスが誘導性である）必要がある。ここで、本実施形態において、インバータ回路（直流交流変換器２７）から見た負荷全体のインピーダンスとは、第１コイル２１、第２コイル３１、第２変換器３２、及び負荷Ｌのインピーダンスの合計である。電圧と電流との位相差を同じにしておくと、ノイズ及び制御誤差などでインバータ回路から見た負荷全体のインピーダンスが容量性になってしまう。インバータ回路からの出力電流（交流電力Ｐａｃ２の電流Ｉａｃ２）の位相が出力電圧（交流電力Ｐａｃ２の電圧Ｖａｃ２）の位相よりも進んでいる場合、インバータ回路から見た負荷全体のインピーダンスは容量性である。したがって、安全性を確保するために、位相差が所定値よりも小さくならないように電圧の位相を電流の位相よりも進めておく。この所定値を位相余裕と呼ぶ。
　位相シフト量は、例えば、交流電力Ｐａｃ２の１周期の長さ（つまり３６０度）を１００％としてパーセント表示されてもよい。この場合、位相シフトが全く行われていない状態では、位相シフト量は０％である。なお、位相シフト制御においては、位相シフト量が０％のときに直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２が最大になり、負荷電力Ｐｏｕｔも最大になる。位相シフト量の最大値は、第１コイル２１の回路特性（例えば第１コイル２１及び図示しないキャパシタを含む共振回路の特性）によって変わるが、例えば、５０％程度である。すなわち、一態様において、位相シフト量の下限値は０％に設定され得る。位相シフト量の上限値は５０％に設定され得る。
　続いて、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を説明する。第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさを変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更する電圧制御を実施する。直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの変更は、例えば上述の電力変換器２６が有する昇降圧機能を利用して行われる。例えば、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが大きくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２も大きくなり、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが小さくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２も小さくなる。よって、直流電力Ｐｄｃの電圧制御における上述の電力制御パラメータは、直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃの大きさである。昇降圧機能は、例えば、チョッパ回路で実現され得る。
　使用周波数検出器２８は、非接触給電システム１とは異なる他の機器によって使用される周波数帯域である使用周波数帯域を検出する回路である。使用周波数検出器２８は、例えば、ラジオの自動チューニングと同様に、オートスキャンによって使用周波数帯域を検出する。使用周波数検出器２８は、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）等を用いて送電装置２の位置情報を取得し、当該位置情報によって示される位置を含む地域において、他の機器に対して割り当てられている割当周波数帯域を使用周波数帯域として検出してもよい。地域ごとの割当周波数帯域は、不図示のメモリに予め設定されている。使用周波数検出器２８は、検出された周波数帯域の高調波成分を使用周波数帯域としてもよい。使用周波数検出器２８は、使用周波数帯域を示す使用周波数情報を第１制御器２５に出力する。なお、ユーザが使用周波数帯域を第１制御器２５に設定してもよい。この場合、送電装置２は、使用周波数検出器２８を備えていなくてもよい。
　受電装置３は、第２コイル３１と、第２変換器３２と、第２検出器３３と、第２通信器３４と、第２制御器３５と、を備えている。
　第２コイル３１は、送電装置２から非接触で供給される電力を受け取るためのコイルである。第１コイル２１によって発生された磁束が第２コイル３１に鎖交することによって、第２コイル３１に交流電力Ｐａｃ３が生じる。第２コイル３１は、交流電力Ｐａｃ３を第２変換器３２に供給する。なお、第２コイル３１と第２変換器３２との間には、キャパシタ及びインダクタ（例えば、リアクトル）が接続されていてもよい。
　第２変換器３２は、第２コイル３１から供給された交流電力Ｐａｃ３を負荷Ｌにとって所望の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する回路である。負荷Ｌが直流負荷である場合、第２変換器３２は、交流電力Ｐａｃ３を直流の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する交流直流変換器（整流回路）である。この場合、第２変換器３２は、負荷Ｌにとって所望の負荷電力Ｐｏｕｔを出力するために昇降圧機能を含んでいてもよい。この昇降圧機能は、例えばチョッパ回路又はトランスで実現され得る。第２変換器３２は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。
　負荷Ｌが交流負荷である場合、第２変換器３２は、交流電力Ｐａｃ３を直流電力に変換する交流直流変換器に加えて、さらに直流交流変換器（インバータ回路）を含む。直流交流変換器は、交流直流変換器によって生成された直流電力を交流の負荷電力Ｐｏｕｔに変換する。第２変換器３２は、交流直流変換器の入力に設けられたトランスをさらに備えていてもよい。なお、第２コイル３１から供給される交流電力Ｐａｃ３が負荷Ｌにとって所望の交流電力である場合には、第２変換器３２は省略され得る。
　第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電力Ｐｏｕｔに関する測定値を取得するための回路である。第２検出器３３は、負荷Ｌに供給される負荷電圧Ｖｏｕｔ、負荷電流Ｉｏｕｔ又は負荷電力Ｐｏｕｔを測定する。第２検出器３３は、例えば、電圧センサ、電流センサ、又はその組み合わせである。第２検出器３３は、取得した測定値を第２制御器３５に出力する。負荷Ｌは、第２電力指令値を第２制御器３５に出力する。第２電力指令値は、負荷Ｌに供給すべき所望の電力の大きさを示す。例えば負荷Ｌが蓄電池の場合には、第２電力指令値は、負荷ＬのＳＯＣ（State　Of　Charge）に応じて定められた電流、電圧、又は電力の指令値であってもよい。
　第２通信器３４は、送電装置２の第１通信器２４と無線で通信を行うための回路である。第２通信器３４により、受電装置３は、送電装置２と通信可能である。第２通信器３４は、例えば、電波を利用する通信方式用のアンテナ、光信号を利用する通信方式用の発光素子及び受光素子を含む。第２通信器３４は、第２制御器３５から受信した情報を送電装置２に送信する。
　第２制御器３５は、ＣＰＵ及びＤＳＰ等の処理装置である。第２制御器３５は、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び受電装置３の各部と接続するインターフェース回路等を含んでいてもよい。第２制御器３５は、第２検出器３３から受信した測定値に基づいて第２電力測定値を計算する。第２制御器３５は、第２電力測定値及び負荷Ｌから受信した第２電力指令値を第２通信器３４を介して送電装置２に送信する。
　なお、例えば、送電装置２に電源ＰＳに代えて電気自動車の蓄電池が接続され、受電装置３に負荷Ｌに代えて電源ＰＳが接続されることによって、受電装置３から送電装置２に電力を伝送することも可能である。
　次に、図５～図７を参照して、電力制御を詳細に説明する。図５は、図２の第１制御器が行う電力制御の一連の処理を示すフローチャートである。図６は、図５の周波数変更処理の一例を詳細に示すフローチャートである。図７は、図５の電力制御を説明するための図である。図５に示される一連の処理は、第１制御器２５が受電装置３から第２電力指令値を受信することによって開始される。
　第１制御器２５は、まず、受電装置３から受信した第２電力指令値に基づいて、第１電力指令値を計算する（ステップＳ１）。なお、受電装置３が第２電力指令値とともに第２電力測定値を送電装置２に送信する場合、第１制御器２５は、第２電力測定値が第２電力指令値に近づくように、第１電力指令値を補正してもよい。ここでは、第１電力測定値（直流電力Ｐｄｃ）が第１電力指令値よりも小さい場合を説明するが、第１電力測定値が第１電力指令値よりも大きい場合も同様である。第１電力測定値が第１電力指令値と等しい場合には、以降の処理は行われることなく、電力制御が終了する。
　続いて、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを設定する（ステップＳ２）。例えば、送電装置２の起動時においては、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧Ｖｄｃの電圧範囲のうちの最小の電圧となるように、電力変換器２６を制御する。第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃが予め定められた電圧（例えば、４２０Ｖ）となるように電力変換器２６を制御してもよい。送電装置２が稼働している場合には、第１制御器２５は、電力変換器２６が出力している電圧Ｖｄｃで固定してもよい。
　ここでは、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧に設定される場合を例として説明する。この電圧Ｖｄｃにおいては、直流電力Ｐｄｃの周波数特性は、図７に示された特性Ｃ１となる。図７に示される特性Ｃ１～Ｃ４は、異なる電圧Ｖｄｃにおける直流電力Ｐｄｃの周波数特性である。電圧Ｖｄｃが大きくなるに従い、直流電力Ｐｄｃの周波数特性は特性Ｃ１、特性Ｃ２、特性Ｃ３、及び特性Ｃ４の順に変更される。言い換えると、電圧Ｖｄｃが大きくなるに従い、同一の直流電力Ｐｄｃを得るための駆動周波数ｆが大きくなる。
　続いて、第１制御器２５は、周波数制御を行い（ステップＳ３）、周波数制御によって第１電力測定値を第１電力指令値に近づける。ここでは、駆動周波数ｆが変更されるに従い、第１電力測定値（直流電力Ｐｄｃの電力値）が特性Ｃ１に沿って変化する。なお、送電装置２の起動時においては、周波数制御を行う前の駆動周波数ｆは、直流電力Ｐｄｃが最も小さくなる周波数（例えば、９０ｋＨｚ）に設定されている。送電装置２が稼働している場合には、直前まで用いられていた駆動周波数ｆがそのまま使用されてもよい。第１制御器２５は、例えば、駆動周波数ｆをステップ単位で変化させることによって、第１電力測定値を第１電力指令値に徐々に近づける。なお、駆動周波数ｆの変化量に対する直流電力Ｐｄｃの変化量が小さい周波数帯域においては、第１制御器２５は、１ステップ当たりの駆動周波数ｆの変化量を大きくしてもよい。
　図７に示されるように、第１電力測定値が第１電力指令値に合わせられる過程において、駆動周波数ｆが一時的に使用周波数帯域（この例では、使用周波数帯域ＦＢ２）に含まれることがある。しかしながら、駆動周波数ｆが使用周波数帯域ＦＢ２に含まれている時間は比較的短いので、他の機器への影響は限定的である。
　そして、第１制御器２５は、第１電力測定値が第１電力指令値に達した（一致している）か否かを判定する（ステップＳ４）。第１電力測定値が第１電力指令値に達していない（一致していない）と判定された場合（ステップＳ４；ＮＯ）、第１制御器２５は、引き続きステップＳ３の周波数制御を行う。一方、第１電力測定値が第１電力指令値に達した（一致している）と判定された場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、第１制御器２５は、不図示のメモリから使用周波数帯域情報を読み出し、駆動周波数ｆの周波数ｆ０がいずれかの使用周波数帯域に含まれているか否かを判定する（ステップＳ５）。周波数ｆ０は、特性Ｃ１において、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した際の駆動周波数ｆである。
　周波数ｆ０がいずれの使用周波数帯域にも含まれていないと判定された場合（ステップＳ５；ＮＯ）、電力制御の一連の処理が終了する。一方、ステップＳ５において、周波数ｆ０がいずれかの使用周波数帯域に含まれていると判定された場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、第１制御器２５は、駆動周波数ｆを使用周波数帯域外とするための周波数変更処理（ステップＳ６）を実施する。周波数変更処理は、周波数制御による電力一定制御を行いながら、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に変更する処理である。
　ステップＳ６の周波数変更処理では、図６に示されるように、まず、第１制御器２５が周波数制御による電力一定制御を行いながら、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を行う（ステップＳ１１）。具体的には、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃの大きさを変更するように電力変換器２６を制御する。ステップＳ２において、電力変換器２６が出力可能な電圧Ｖｄｃの電圧範囲のうちの最小の電圧に電圧Ｖｄｃが設定されていた場合、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを増加させるように電力変換器２６を制御する。第１制御器２５は、例えば、電圧Ｖｄｃをステップ単位で徐々に変化させる。
　このとき、電圧Ｖｄｃの大きさに応じて周波数特性が変化するので、駆動周波数ｆが周波数ｆ０に維持されている場合には、直流電力Ｐｄｃの電力値（第１電力測定値）が第１電力指令値とは異なる値になってしまう。しかしながら、第１制御器２５は、周波数制御を用いて電力一定制御を行っているので、電圧Ｖｄｃの大きさを変更するように電力変換器２６を制御するとともに、駆動周波数ｆを変更することによって、第１電力測定値が第１電力指令値と一致している状態を維持する。
　続いて、第１制御器２５は、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったか否かを判定する（ステップＳ１２）。駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数でない、つまり駆動周波数ｆが使用周波数帯域に含まれていると判定された場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更することが可能か否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、図７に示されるように、電力変換器２６が出力可能な電圧Ｖｄｃの電圧範囲の最小の電圧から電圧Ｖｄｃが増加されている場合、電圧Ｖｄｃが上記電圧範囲の最大の電圧に達していないのであれば、電圧Ｖｄｃをさらに増加することができる。このような場合、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更することが可能であると判定し（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１１の処理を再び行う。
　図７の例では、電圧Ｖｄｃを増加することによって、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が特性Ｃ２に変更される。しかし、特性Ｃ２において、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆは、使用周波数帯域ＦＢ１内に含まれる。このため、電圧Ｖｄｃがさらに増加される。
　一方、上述のような場合において、電圧Ｖｄｃが上記電圧範囲の最大の電圧に達しているのであれば、電圧Ｖｄｃをさらに増加することはできない。このような場合、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更することができないと判定し（ステップＳ１３；ＮＯ）、第１電力指令値を変更し（ステップＳ１４）、ステップＳ１１の処理を再び行う。例えば、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃを変更可能な範囲において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数に設定されるように、第１電力指令値を変更する（下げる）。
　一方、ステップＳ１２において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったと判定された場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、電力制御の一連の処理が終了する。図７の例では、電圧Ｖｄｃを増加することによって、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が特性Ｃ４に変更される。この特性Ｃ４において、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆ（周波数ｆ１）は、使用周波数帯域ＦＢ１外となる。
　例えば、負荷Ｌがバッテリである場合、バッテリの充電が進むとバッテリ電圧（負荷電圧Ｖｏｕｔ）が上昇する。この場合、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化するが、周波数制御による電力一定制御が行われているので、駆動周波数ｆが変化する。このとき、駆動周波数ｆが上がるか下がるかは、共振回路の構成等に応じて定まる。駆動周波数ｆが上がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１から遠ざかる。この場合、ステップＳ１４において第１電力指令値が下げられていれば、第１制御器２５は、第１電力指令値を元の値まで段階的に上げてもよい。駆動周波数ｆが下がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１に近づくので、第１制御器２５は、第１電力指令値をさらに引き下げることにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯域ＦＢ１に含まれないようにしてもよい。駆動周波数ｆがある程度下がると、第１電力指令値が元の値であっても、使用周波数帯域ＦＢ１の下限周波数よりも小さい場合がある。このため、第１制御器２５は、駆動周波数ｆの減少量が予め設定された閾値を超えた場合に、第１電力指令値を元の値に戻してもよい。
　以上説明したように、送電装置２では、直流電力Ｐｄｃの電力値（第１電力測定値）が第１電力指令値に達した際の交流電力Ｐａｃ２の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、周波数変更処理が行われる。周波数変更処理では、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御とともに、駆動周波数ｆが使用周波数帯域とは異なる周波数となるように駆動周波数ｆが変更される。このように、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に一旦達すると、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態が維持される。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した後に、駆動周波数ｆが変更されたとしても、直流電力Ｐｄｃの電力値は第１電力指令値に合わせられている。その結果、他の機器との干渉を抑制しつつ、第２電力指令値が受信されてから、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられるまでの応答時間を短縮することが可能となる。
　上記実施形態では、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行う。直流電力Ｐｄｃの電圧Ｖｄｃが変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　上記実施形態では、第１制御器２５は、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧に電圧Ｖｄｃを設定している。このため、第１制御器２５は、周波数変更処理において、電圧Ｖｄｃを増加させることによって直流電力Ｐｄｃの電圧制御を行う。この場合、電圧Ｖｄｃが低い電圧から順に増加されるので、駆動周波数ｆが使用周波数帯域とは異なる周波数に変更された際の電圧Ｖｄｃを低くすることができる。電圧Ｖｄｃが低いほど、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率は高い。したがって、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率を向上させることが可能となる。電圧Ｖｄｃを低くすることによって、送電装置２が破壊される可能性を低減することができる。
　第１制御器２５は、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に変更できない場合、第１電力指令値を下げ、周波数変更処理を行う。これにより、駆動周波数ｆは使用周波数帯域とは異なる周波数に変更され得る。したがって、他の機器との干渉をより確実に抑制することが可能となる。
　第１コイル２１と第２コイル３１との間のギャップが変動した場合には、負荷電力Ｐｏｕｔが変動することがある。負荷Ｌがバッテリである場合、バッテリのＳＯＣに応じて負荷電圧Ｖｏｕｔが変動すると、負荷電力Ｐｏｕｔも変動することがある。これに対し、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した後、電力一定制御を行うので、上述のような過渡応答に追従することが可能となる。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。例えば、非接触給電システム１は、電気自動車ＥＶに限られず、プラグインハイブリッド車及び水中航走体等の移動体に適用されてもよく、移動体以外に適用されてもよい。
　第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御に代えて、位相シフト制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。図５、図８、及び図９を参照して、変形例の電力制御を説明する。図８は、図５の周波数変更処理の別の例を詳細に示すフローチャートである。図９は、図８の周波数変更処理を含む電力制御を説明するための図である。直流交流変換器２７の位相シフト量の初期値は、０に設定されている。
　変形例の電力制御では、ステップＳ１～Ｓ５は、上記実施形態の電力制御のステップＳ１～Ｓ５と同様である。この変形例では、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧に設定（固定）される場合を例として説明する。
　続いて、第１制御器２５は、周波数変更処理を実施する（ステップＳ６）。ステップＳ６の周波数変更処理では、図８に示されるように、まず、第１制御器２５が周波数制御による電力一定制御を行いながら、直流交流変換器２７の位相シフト制御を行う（ステップＳ２１）。具体的には、第１制御器２５は、駆動信号Ｓａ～Ｓｄ（図４参照）の供給時間を調整することによって、位相シフト量を変更する。位相シフト量の初期値は０に設定されているので、第１制御器２５は、位相シフト量を増加する。第１制御器２５は、例えば、位相シフト量をステップ単位で徐々に変化させる。
　このとき、位相シフト量に応じて直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化するので、駆動周波数ｆが周波数ｆ０に維持されている場合には、直流電力Ｐｄｃの電力値（第１電力測定値）が第１電力指令値とは異なる値になってしまう。例えば、位相シフト量が増加された場合には、同じ駆動周波数ｆで直流交流変換器２７を駆動したとしても、直流電力Ｐｄｃの電力値は減少する。しかしながら、第１制御器２５は、周波数制御を用いて電力一定制御を行っているので、位相シフト量を変更するとともに、駆動周波数ｆを変更（減少）することによって、第１電力測定値が第１電力指令値と一致している状態を維持する。
　続いて、第１制御器２５は、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったか否かを判定する（ステップＳ２２）。駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数でない、つまり駆動周波数ｆが使用周波数帯域に含まれていると判定された場合（ステップＳ２２；ＮＯ）、第１制御器２５は、位相シフト量を変更（増加）することが可能か否かを判定する（ステップＳ２３）。位相シフト量が最大値に達していないのであれば、位相シフト量をさらに増加することができる。このような場合、第１制御器２５は、位相シフト量を変更することが可能であると判定し（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、ステップＳ２１の処理を再び行う。
　一方、位相シフト量が最大値に達しているのであれば、位相シフト量をさらに増加することはできない。このような場合、第１制御器２５は、位相シフト量を変更することができないと判定し（ステップＳ２３；ＮＯ）、第１電力指令値を変更し（ステップＳ２４）、ステップＳ２１の処理を再び行う。例えば、第１制御器２５は、位相シフト量を変更可能な範囲において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数に設定されるように、第１電力指令値を下げる。
　一方、ステップＳ２２において、駆動周波数ｆが使用周波数帯域外の周波数になったと判定された場合（ステップＳ２２；ＹＥＳ）、電力制御の一連の処理が終了する。図９の例では、位相シフト量を増加することによって、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変更される。この特性において直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆ（周波数ｆ２）は、特性Ｃ１において直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値と一致する場合の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）よりも小さく、使用周波数帯域ＦＢ１外である。
　例えば、負荷Ｌがバッテリである場合、バッテリの充電が進むとバッテリ電圧（負荷電圧Ｖｏｕｔ）が上昇する。この場合、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化するが、周波数制御による電力一定制御が行われているので、駆動周波数ｆが変化する。駆動周波数ｆが下がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１から遠ざかる。この場合、第１制御器２５は、位相シフト量を段階的に小さくしてもよい。一方、駆動周波数ｆが上がる場合には、駆動周波数ｆは使用周波数帯域ＦＢ１に近づくので、第１制御器２５は、位相シフト量をさらに大きくすることにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯域ＦＢ１に含まれないようにしてもよい。なお、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化した場合の処理として、上記実施形態と同様の処理が行われてもよい。
　この変形例では、直流交流変換器２７の位相シフト量が変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。以上説明したように、上記変形例の送電装置２においても、上記実施形態に係る送電装置２と同様の効果が奏される。
　上記変形例では、第１制御器２５は、電圧Ｖｄｃが一定となるように、電力変換器２６を制御している。具体的には、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小の電圧のような、低い電圧に設定されている。この構成によれば、直流交流変換器２７の耐電圧を上げることなく、周波数変更処理を行うことができる。その結果、直流交流変換器２７の大型化を招くことなく、他の機器との干渉を抑制することが可能となる。直流交流変換器２７に耐電圧の低い部品を用いることができるので、送電装置２のコストを低減することができる。
　直流交流変換器２７のスイッチング素子として耐電圧の高いスイッチング素子が用いられると、スイッチング素子のオン抵抗が大きくなるので、直流交流変換器２７における損失が増加する。このため、耐電圧の低いスイッチング素子を用いることによって、送電装置２の電力効率の低下を軽減することが可能となる。
　さらに、上記変形例では、電圧Ｖｄｃが変更されないので、ギャップ変動等の過渡応答に追従することができる。
　電圧Ｖｄｃが低いほど、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率は高い。したがって、電圧Ｖｄｃを低くすることによって、第１コイル２１と第２コイル３１との間の電力の伝送効率を向上させることが可能となる。電圧Ｖｄｃを低くすることによって、送電装置２が破壊される可能性を低減することができる。
　交流電力Ｐａｃ１の電圧Ｖａｃ１を下げることによって、電圧Ｖｄｃをさらに下げることができるが、電圧Ｖａｃ１の電圧範囲が狭くなる。これに対し、電力変換器２６は、ＰＦＣ回路の後段に降圧用の直流直流変換器をさらに備えることによって、電圧Ｖａｃ１の電圧範囲を狭めることなく、電圧Ｖｄｃをさらに下げることが可能である。ＰＦＣ回路の出力可能な電圧範囲内に電圧Ｖｄｃが設定される場合には、降圧用の直流直流変換器は省略され得るので、送電装置２のコストを低減することが可能となる。なお、上記変形例において、電圧Ｖｄｃは、数Ｖ程度変更されてもよい。
　第１制御器２５は、インピーダンス制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。図１０を参照して、別の変形例の送電装置２を含む非接触給電システム１を説明する。図１０は、別の変形例に係る送電装置を含む非接触給電システムの回路ブロック図である。図１０に示されるように、別の変形例に係る非接触給電システム１は、送電装置２の第１変換器２２がインピーダンス変換器２９をさらに備える点において、上記実施形態の非接触給電システム１と主に相違する。
　インピーダンス変換器２９は、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間に設けられている。インピーダンス変換器２９は、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンス（直流交流変換器２７から見たインピーダンス）を変更するための装置である。インピーダンス変換器２９は、例えば、ＴＭＮ（Tunable　matching　network）であってもよい。ＴＭＮについては、公知であるのでその説明を省略する（米国特許出願公開第２０１９／０００６８３６号明細書、及び米国特許出願公開第２０１９／０００６８８５号明細書等参照）。
　第１変換器２２は、周波数制御、位相シフト制御、及び直流電力Ｐｄｃの電圧制御に加えて、インピーダンス制御よっても直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２の大きさ（電力値）を変更することができる。すなわち、第１制御器２５によって行われる電力制御は、周波数制御、位相シフト制御、直流電力Ｐｄｃの電圧制御、及びインピーダンス制御の少なくとも１つを用いて行われる。
　続いて、インピーダンス制御を説明する。第１制御器２５は、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスの大きさを変更することによって、直流電力Ｐｄｃ、交流電力Ｐａｃ２、及び負荷電力Ｐｏｕｔの大きさ（電力値）を変更するインピーダンス制御を実施する。直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが大きくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２が小さくなり、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが小さくなるにつれて直流電力Ｐｄｃ及び交流電力Ｐａｃ２が大きくなる。よって、インピーダンス制御における上述の電力制御パラメータは、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスの大きさである。
　別の変形例の電力制御は、位相シフト制御に代えてインピーダンス制御が用いられる点において、上記変形例の電力制御と異なる。このため、詳細な説明を省略する。
　この別の変形例では、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。以上説明したように、別の変形例の送電装置２においても、上記変形例に係る送電装置２と同様の効果が奏される。なお、インピーダンス変換器２９は、第２コイル３１と第２変換器３２との間に設けられてもよい。
　さらに、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した際の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）に応じて、直流電力Ｐｄｃの電圧制御及び位相シフト制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。例えば、周波数変更処理が行われる前に、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小電圧に設定され、位相シフト量が０に設定されているとする。この場合、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するためには、直流電力Ｐｄｃの電力制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを増加させることのみが可能であり、位相シフト制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを減少させることのみが可能である。
　第１制御器２５は、例えば、直流電力Ｐｄｃの電力値を第１電力指令値とすることができるか否か、位相シフト制御によって直流交流変換器２７（インバータ回路）から見た負荷全体のインピーダンスが容量性（Ｃ負荷）となるか否か、位相シフト制御によってＥＭＣ（Electromagnetic　Compatibility）及び誤動作等のノイズの影響があるか否か、電力伝送が進むことによって直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化した場合に、駆動周波数ｆが上がるか下がるか、といった各基準を考慮して、直流電力Ｐｄｃの電力制御及び直流交流変換器２７の位相シフト制御のいずれかを選択する。ここで、本変形例における直流交流変換器２７（インバータ回路）から見た負荷全体のインピーダンスとは、インピーダンス変換器２９、第１コイル２１、第２コイル３１、第２変換器３２、及び負荷Ｌのインピーダンスの合計である。例えば、第１制御器２５は、直流交流変換器２７（インバータ回路）から見た負荷全体のインピーダンスが容量性となる場合、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を選択する。第１制御器２５は、ノイズの影響がある場合には、直流電力Ｐｄｃの電圧制御を選択する。あるいは、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化した場合に、駆動周波数ｆが使用周波数帯域から遠ざかる制御を選択する。
　これにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯とは異なる周波数に設定されるまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及び位相シフト制御を用いることによって、駆動周波数ｆの調整範囲を広げることができるので、より確実に駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。さらに、ノイズを抑える制御を行うことなく、ノイズの影響を低減しながら充電制御を安定化することが可能となる。
　同様に、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に達した際の駆動周波数ｆ（周波数ｆ０）に応じて、直流電力Ｐｄｃの電圧制御及びインピーダンス制御のいずれかを選択し、選択された制御を周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行ってもよい。例えば、周波数変更処理が行われる前に、電圧Ｖｄｃが、電力変換器２６が出力可能な電圧範囲のうちの最小電圧に設定され、直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが最小値に設定されているとする。この場合、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するためには、電力制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを増加させることのみが可能であり、インピーダンス制御と周波数制御とによる周波数変更処理では、駆動周波数ｆを減少させることのみが可能である。
　直流電力Ｐｄｃの電圧制御とインピーダンス制御とのいずれが選択されるかの基準は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御と位相シフト制御とのいずれが選択されるかの基準と同様である。これにより、駆動周波数ｆが使用周波数帯とは異なる周波数に設定されるまでの時間を短縮することが可能となる。電圧制御及びインピーダンス制御を用いることによって、駆動周波数ｆの調整範囲を広げることができるので、より確実に駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。さらに、ノイズを抑える制御を行うことなく、ノイズの影響を低減しながら充電制御を安定化することが可能となる。
　以上説明したように、第１制御器２５は、直流電力Ｐｄｃの電圧制御、直流交流変換器２７の位相シフト制御、及び直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンス制御の少なくとも１つを周波数制御とともに行うことによって、周波数変更処理を行う。電圧Ｖｄｃ、直流交流変換器２７の位相シフト量、又は直流交流変換器２７と第１コイル２１との間のインピーダンスが変更されると、直流電力Ｐｄｃの周波数特性が変化する。このため、直流電力Ｐｄｃの電力値が第１電力指令値に合わせられた状態を維持するために、駆動周波数ｆが変更される。これにより、駆動周波数ｆを使用周波数帯域とは異なる周波数に設定することが可能となる。
　なお、上述のように、第１制御器２５は、電力一定制御として、交流電力Ｐａｃ２が交流電力Ｐａｃ２の目標値である第１電力指令値に近づくように第１変換器２２を制御してもよい。交流電力Ｐａｃ２の周波数特性は、上述の直流電力Ｐｄｃの周波数特性と同様である。交流電力Ｐａｃ２を用いた電力制御は、直流電力Ｐｄｃを用いた電力制御と同様である。
１　非接触給電システム
２　送電装置
３　受電装置
４　第１コイル装置
５　第２コイル装置
２１　第１コイル
２２　第１変換器（変換器）
２３　第１検出器
２４　第１通信器
２５　第１制御器（制御器）
２６　電力変換器
２７　直流交流変換器
２８　使用周波数検出器
２９　インピーダンス変換器
３１　第２コイル
３２　第２変換器
３３　第２検出器
３４　第２通信器
３５　第２制御器
ＳＷａ　スイッチング素子
ＳＷｂ　スイッチング素子
ＳＷｃ　スイッチング素子
ＳＷｄ　スイッチング素子
ＥＶ　電気自動車
ＦＢ１　使用周波数帯域
ＦＢ２　使用周波数帯域
Ｉｄｃ　電流
Ｉｏｕｔ　負荷電流
Ｌ　負荷
Ｐａｃ１　交流電力
Ｐａｃ２　交流電力
Ｐａｃ３　交流電力
Ｐｄｃ　直流電力
Ｐｏｕｔ　負荷電力
ＰＳ　電源
Ｒ　路面
Ｓａ　駆動信号
Ｓｂ　駆動信号
Ｓｃ　駆動信号
Ｓｄ　駆動信号
Ｖｄｃ　電圧
Ｖｏｕｔ　負荷電圧

Claims (10)

  1. 　負荷に接続された受電装置に電力を供給するための送電装置であって、
    　第１コイルであり、前記受電装置の第２コイルに非接触で前記電力を伝送するための前記第１コイルと、
    　直流電力を交流電力に変換するとともに前記交流電力を前記第１コイルに供給する直流交流変換器を含む変換器と、
    　前記交流電力の周波数を変更する周波数制御によって、対象電力の電力値を電力指令値に近づける制御器と、
    を備え、
    　前記対象電力は、前記直流電力又は前記交流電力であり、
    　前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数が他の機器によって使用される使用周波数帯域に含まれる場合、前記電力値が前記電力指令値に合わされた状態を維持する電力一定制御を行いながら前記周波数が前記使用周波数帯域とは異なる周波数となるように前記周波数を変更する周波数変更処理を行う、送電装置。
  2. 　前記制御器は、前記直流電力の電圧を変更する電圧制御、前記直流交流変換器の位相シフト制御、及び前記直流交流変換器と前記第１コイルとの間のインピーダンスを制御するインピーダンス制御の少なくとも１つを前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、請求項１に記載の送電装置。
  3. 　前記制御器は、前記電圧制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、請求項２に記載の送電装置。
  4. 　前記制御器は、前記電圧を増加させることによって、前記電圧制御を行う、請求項３に記載の送電装置。
  5. 　前記制御器は、前記位相シフト制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、請求項２に記載の送電装置。
  6. 　前記制御器は、前記インピーダンス制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、請求項２に記載の送電装置。
  7. 　前記制御器は、前記電圧が一定となるように、前記変換器を制御する、請求項５又は請求項６に記載の送電装置。
  8. 　前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数に応じて、前記電圧制御及び前記位相シフト制御のいずれかを選択し、選択された制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、請求項２に記載の送電装置。
  9. 　前記制御器は、前記電力値が前記電力指令値に達した際の前記周波数に応じて、前記電圧制御及び前記インピーダンス制御のいずれかを選択し、選択された制御を前記周波数制御とともに行うことによって、前記周波数変更処理を行う、請求項２に記載の送電装置。
  10. 　前記制御器は、前記周波数を前記使用周波数帯域とは異なる周波数に変更できない場合、前記電力指令値を下げる、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の送電装置。
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