JP6299779B2 - 送電装置及び電力伝送システム - Google Patents

Description

この発明は、送電装置及び電力伝送システムに関し、特に、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムに関する。

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜６参照）。このような電力伝送システムについて、特開２０１４−２０７７９５号公報（特許文献１）は、給電装置（送電装置）から車両（受電装置）へ非接触で給電する非接触給電システムを開示する。この非接触給電システムでは、給電装置は、送電コイルと、インバータと、制御部とを備える。送電コイルは、車両に搭載された受電コイルへ非接触で送電する。インバータは、駆動周波数に応じた交流電流を生成して送電コイルへ出力する。制御部は、バッテリへの充電電力指令とバッテリへの出力電力とを車両側から取得し、出力電力が充電電力指令に追従するようにインバータの駆動周波数をフィードバック制御する（特許文献１参照）。

特開２０１４−２０７７９５号公報 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報

特許文献１に記載の非接触給電システムのように、周波数を調整することによって送電電力の大きさを制御することができ、電力の追従性を確保することができる（以下、この制御を「送電電力制御」とも称する。）。

また、周波数を調整することによって、インバータの出力電圧に対する出力電流の位相を制御することができる。電圧形のインバータにおいては、電圧の位相に対して電流の位相が進むと、インバータの還流ダイオードにリカバリー電流が流れ、インバータが故障するおそれがある。そこで、電圧の位相に対して電流の位相が進んでいる場合に、電流の位相を遅らせる方向に周波数を調整することによってインバータを保護することができる。なお、電圧の位相に対する電流の位相の進みは、電圧の立上り時に正の電流（正のターンオン電流）が流れるか否かで検知することができる。したがって、ターンオン電流の検出値に基づいて、電流の位相を遅らせる方向に周波数を調整することができる（以下、このターンオン電流の検出値に基づく制御を「ターンオン電流制御」とも称する。）。

さらに、周波数を調整することによって、電力が維持される下で送電コイルに流れる電流を制御することもできる。そして、送電コイルに流れる電流が最小となるように周波数を調整することによって、送電コイルと受電コイルとの間の電力伝送効率を高めることができる（以下、この制御を「送電コイル電流制御」とも称する。）。

上記の各制御は、いずれも周波数を操作するものである。そのため、上記３つの制御が併せて実装される場合、ある制御の出力（周波数操作）が他の制御の目的に対して悪影響を与える可能性がある。各制御の目的のうち、ターンオン電流制御による部品保護（インバータの保護）は、送電電力制御による電力追従、及び送電コイル電流制御による電力伝送効率向上よりも優先されるべきである。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムにおいて、送電電力制御、ターンオン電流制御、及び送電コイル電流制御が実装される場合に、部品保護（インバータの保護）を確実に図ることである。

この発明に従う送電装置は、受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、電圧形のインバータと、制御装置とを備える。インバータは、交流の送電電力を生成して送電コイルへ供給する。制御装置は、インバータを制御することによって送電電力の周波数を調整する。制御装置は、第１の制御部と、第２の制御部と、第３の制御部とを含む。第１の制御部は、インバータの出力電圧の位相に対してインバータの出力電流の位相が進んでいる場合に、出力電流の位相を遅らせる方向に周波数を調整する第１の制御（ターンオン電流制御）を実行する。第２の制御部は、送電電力の大きさが目標に近づくように周波数を調整する第２の制御（送電電力制御）を実行する。第３の制御部は、送電電力が維持される下で送電コイルに流れる電流が最小となるように周波数を調整する第３の制御（送電コイル電流制御）を実行する。そして、第１の制御の実行中は、第２及び第３の制御は実行されず、第１の制御の非実行時は、第２及び第３の制御の少なくとも一方が実行される。

また、この発明に従う電力伝送システムは、送電装置と、送電装置から非接触で受電する受電装置とを備える。送電装置は、受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、電圧形のインバータと、制御装置とを含む。インバータは、交流の送電電力を生成して送電コイルへ供給する。制御装置は、インバータを制御することによって送電電力の周波数を調整する。制御装置は、第１の制御部と、第２の制御部と、第３の制御部とを含む。第１の制御部は、インバータの出力電圧の位相に対してインバータの出力電流の位相が進んでいる場合に、出力電流の位相を遅らせる方向に周波数を調整する第１の制御（ターンオン電流制御）を実行する。第２の制御部は、送電電力の大きさが目標に近づくように周波数を調整する第２の制御（送電電力制御）を実行する。第３の制御部は、送電電力が維持される下で送電コイルに流れる電流が最小となるように周波数を調整する第３の制御（送電コイル電流制御）を実行する。そして、第１の制御の実行中は、第２及び第３の制御は実行されず、第１の制御の非実行時は、第２及び第３の制御の少なくとも一方が実行される。

上記のような構成とすることにより、第１の制御（ターンオン電流制御）が第２の制御（送電電力制御）及び第３の制御（送電コイル電流制御）に対して優先して動作する。したがって、上記の送電装置及び電力伝送システムによれば、第１から第３の制御が実装される場合に、部品保護（インバータの保護）を確実に図ることができる。

好ましくは、インバータの起動後に送電電力が目標に一旦到達した後であって、第１の制御が非実行のときは、第２の制御の実行中は第３の制御は実行されず、第３の制御の実行中は第２の制御は実行されない。

このような構成とすることにより、第２の制御の実行中に、第３の制御が第２の制御に悪影響を与えるのを防止することができる。また、第３の制御の実行中に、第２の制御が第３の制御に悪影響を与えるのを防止することができる。

さらに好ましくは、インバータの起動後に送電電力が目標に一旦到達した後であって、第１の制御が非実行のときは、送電電力の目標と検出値との差（電力偏差）がしきい値以上の場合に第２の制御が実行され、電力偏差がしきい値よりも小さい場合に第３の制御が実行される。

このような構成とすることにより、電力偏差が大きいときは、第２の制御が第３の制御に対して優先して動作する。一方、電力偏差が小さいときは、第３の制御が第２の制御に対して優先して動作する。これにより、電力偏差が大きいときは、第２の制御による電力追従性が確保され、電力偏差が小さいときは、第３の制御による電力伝送効率向上を図ることができる。

この発明によれば、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムにおいて、第１から第３の制御（送電電力制御、ターンオン電流制御、及び送電コイル電流制御）が実装される場合に、部品保護（インバータの保護）を確実に図ることができる。

この発明の実施の形態に従う送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 図１に示す送電部及び受電部の回路構成の一例を示した図である。 図１に示すインバータの回路構成を示した図である。 インバータのスイッチング波形と、出力電圧及び出力電流の波形とを示した図である。 送電部から受電部への電力伝送効率を説明するための等価回路図である。 送電電力一定下における、送電コイルに流れる電流の周波数依存性を例示した図である。 電源ＥＣＵにより実行される制御の制御ブロック図である。 ターンオン電流制御の動作領域を示した図である。 インバータの起動後に、送電電力が目標電力に到達するまでの送電電力制御の動作領域を示した図である。 インバータの起動後に、送電電力が目標電力に一旦到達した後の送電電力制御の動作領域を示した図である。 インバータの起動後に、送電電力が目標電力に一旦到達した後の送電コイル電流制御の動作領域を示した図である。 インバータが起動してからの動作点の推移の一例を示した図である。 図７に示すターンオン電流制御部における処理手順を説明するフローチャートである。 図７に示す送電電力制御部における処理手順を説明するフローチャートである。 図１４のステップＳ１８０において実行される電力到達前制御の処理手順を説明するフローチャートである。 図１４のステップＳ２００において実行される電力到達後制御の処理手順を説明するフローチャートである。 図７に示す送電コイル電流制御部における処理手順を説明するフローチャートである。 図１７のステップＳ４９０において実行される送電コイル電流制御の制御ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（電力伝送システムの全体構成）
図１は、この発明の実施の形態に従う送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、たとえば、送電装置１０から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載される。

送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２，２７４とをさらに含む。

ＰＦＣ回路２１０は、商用系統電源等の交流電源１００から受ける電力を整流及び昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善する。このＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２１０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。

インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０によって制御され、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従ってスイッチング周波数を変更することにより、送電電力の周波数を調整することができる。インバータ２２０によって生成された送電電力は、フィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ供給される。インバータ２２０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。

フィルタ回路２３０は、インバータ２２０と送電部２４０との間に設けられ、インバータ２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２３０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。

送電部２４０は、インバータ２２０により生成される交流電力（送電電力）をインバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて受け、送電部２４０の周囲に生成される磁界を通じて受電装置２０の受電部３１０へ非接触で送電する。送電部２４０は、受電部３１０へ非接触で送電するための共振回路を含む（図示せず）。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。

電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０に流れる電流すなわちインバータ２２０の出力電流Ｉｏを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。なお、電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０へ供給される送電電力を検出することができる。電流センサ２７４は、送電部２４０に流れる電流Ｉｓを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。

電源ＥＣＵ２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種信号を入出力するための入出力ポート等を含み（いずれも図示せず）、上述の各センサ等からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を実行する。たとえば、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送が行なわれるときに、送電電力（交流）をインバータ２２０が生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を実行する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

この実施の形態に従う送電装置１０では、電源ＥＣＵ２５０により実行される主要な制御として、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流の検出値に基づいて、インバータ２２０のスイッチング周波数を操作して送電電力の周波数を調整する制御（ターンオン電流制御）を実行する。すなわち、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流の検出値に基づいて、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏの位相に対して出力電流Ｉｏの位相が進んでいるかを検知し、電流の位相の進みが検知された場合に、電流の位相を遅らせる方向に周波数を調整する。

また、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への送電中に、インバータ２２０により生成される送電電力（交流）の大きさが目標に近づくように周波数を調整する制御（送電電力制御）を実行する。さらに、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力が維持される下で、送電部２４０に含まれる送電コイル（後述）に流れる電流Ｉｓが最小となるように周波数を調整する制御（送電コイル電流制御）を実行する。

これらの各制御は、いずれも周波数を調整する（周波数を操作量とする）ものであり、ある制御の出力（周波数操作）が他の制御の目的に悪影響を与える可能性がある。そこで、この実施の形態に従う送電装置１０では、電源ＥＣＵ２５０は、部品保護（インバータ２２０の保護）を目的とするターンオン電流制御を、送電電力制御及び送電コイル電流制御に対して優先して動作させる。電源ＥＣＵ２５０により実行される制御の詳細については後ほど説明する。

通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成される。通信部２６０は、受電装置２０から送信される送電電力の目標（目標電力）を受信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を受電装置２０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を受電装置２０から受信したりする。

一方、受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０と、電圧センサ３８０と、電流センサ３８２とをさらに含む。

受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流）を、磁界を通じて非接触で受電する。受電部３１０は、たとえば、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む（図示せず）。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。

フィルタ回路３２０は、受電部３１０と整流部３３０との間に設けられ、受電部３１０による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路３２０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。整流部３３０は、受電部３１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３５０へ出力する。整流部３３０は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。

蓄電装置３５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置３５０は、整流部３３０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置３５０は、その蓄えられた電力を図示しない負荷駆動装置等へ供給する。なお、蓄電装置３５０として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。

リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられる。リレー回路３４０は、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にオン（導通状態）にされる。電圧センサ３８０は、整流部３３０の出力電圧（受電電圧）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電流センサ３８２は、整流部３３０からの出力電流（受電電流）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電圧センサ３８０及び電流センサ３８２の検出値に基づいて、受電部３１０による受電電力（蓄電装置３５０の充電電力に相当する。）を検出することができる。電圧センサ３８０及び電流センサ３８２は、受電部３１０と整流部３３０との間（たとえば、フィルタ回路３２０と整流部３３０との間）に設けてもよい。

充電ＥＣＵ３６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を含み（いずれも図示せず）、上記の各センサ等からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

充電ＥＣＵ３６０により実行される主要な制御として、充電ＥＣＵ３６０は、送電装置１０からの受電中に、受電装置２０における受電電力が所望の目標となるように、送電装置１０における送電電力の目標（目標電力）を生成する。具体的には、充電ＥＣＵ３６０は、受電電力の目標と検出値との偏差に基づいて、送電装置１０における送電電力の目標を生成する。そして、充電ＥＣＵ３６０は、生成された送電電力の目標（目標電力）を通信部３７０によって送電装置１０へ送信する。

通信部３７０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成される。通信部３７０は、充電ＥＣＵ３６０において生成される送電電力の目標（目標電力）を送電装置１０へ送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を送電装置１０へ送信したりする。

図２は、図１に示した送電部２４０及び受電部３１０の回路構成の一例を示した図である。図２を参照して、送電部２４０は、送電コイル２４２と、キャパシタ２４４とを含む。キャパシタ２４４は、送電コイル２４２に直列に接続されて送電コイル２４２と共振回路を形成する。キャパシタ２４４は、送電部２４０の共振周波数を調整するために設けられる。送電コイル２４２及びキャパシタ２４４によって構成される共振回路の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

受電部３１０は、受電コイル３１２と、キャパシタ３１４とを含む。キャパシタ３１４は、受電コイル３１２に直列に接続されて受電コイル３１２と共振回路を形成する。キャパシタ３１４は、受電部３１０の共振周波数を調整するために設けられる。受電コイル３１２及びキャパシタ３１４によって構成される共振回路のＱ値も、１００以上であることが好ましい。

なお、送電部２４０及び受電部３１０の各々において、キャパシタは、コイルに並列に接続されてもよい。また、キャパシタを備えることなく所望の共振周波数を達成できる場合には、キャパシタを備えない構成としてもよい。

また、特に図示しないが、送電コイル２４２及び受電コイル３１２の構造は特に限定されない。たとえば、送電部２４０と受電部３１０とが正対する場合に、送電部２４０と受電部３１０とが並ぶ方向に沿う軸に巻回される渦巻形状やらせん形状のコイルを送電コイル２４２及び受電コイル３１２の各々に採用することができる。或いは、送電部２４０と受電部３１０とが正対する場合に、送電部２４０と受電部３１０とが並ぶ方向を法線方向とするフェライト板に電線を巻回して成るコイルを送電コイル２４２及び受電コイル３１２の各々に採用してもよい。

再び図１を参照して、この電力伝送システムにおいては、送電装置１０において、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ交流の送電電力が供給される。送電部２４０及び受電部３１０の各々は、共振回路を含み、送電電力の周波数において共振するように設計されている。

インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ交流の送電電力が供給されると、送電部２４０の送電コイル２４２と、受電部３１０の受電コイル３１２との間に形成される磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路３２０及び整流部３３０を通じて蓄電装置３５０へ供給される。

（インバータの電流位相及びターンオン電流の説明）
図３は、図１に示したインバータ２２０の回路構成を示した図である。図３を参照して、インバータ２２０は、電圧形のインバータであり、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）Ｑ１〜Ｑ４と、還流ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。直流側の端子Ｔ１，Ｔ２には、ＰＦＣ回路２１０（図１）が接続され、交流側の端子Ｔ３，Ｔ４には、フィルタ回路２３０（図１）が接続される。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）等によって構成される。還流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に逆並列に接続される。

端子Ｔ１，Ｔ２間には、ＰＦＣ回路２１０から出力される直流電圧Ｖ１が印加される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に伴なって、端子Ｔ３，Ｔ４間に出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏが生じる（図中、矢印で示される方向を正値とする。）。この図３では、一例として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がＯＮであり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がＯＦＦである状態が示されており、この状態では出力電圧Ｖｏはほぼ電圧Ｖ１（正値）となる。

図４は、インバータ２２０のスイッチング波形と、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏの波形とを示した図である。図４とともに図３を参照して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を図示のようにＯＮ／ＯＦＦさせることにより、スイッチング周波数で変動する方形波の出力電圧Ｖｏが生成される。すなわち、インバータ２２０のスイッチング周波数を操作することにより、インバータ２２０によって生成される送電電力の周波数を調整することができる。

点線で示される電流波形は、出力電圧Ｖｏとの位相差が０であるときの出力電流Ｉｏを示す。一方、実線で示される電流波形は、電圧Ｖｏの位相に対して電流の位相が進んでいるときの出力電流Ｉｏを示す。電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が進むと、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、スイッチング素子Ｑ３に逆並列に接続される還流ダイオードＤ３（図３）に逆方向の電流すなわちリカバリー電流が流れる。還流ダイオードＤ３にリカバリー電流が流れると、還流ダイオードＤ３が破損するおそれがある。電圧Ｖｏと電流Ｉｏとの位相差が０のとき（点線）、或いは電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が遅れているときは（図示せず）、還流ダイオードＤ３にリカバリー電流は流れない。

電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相は、インバータ２２０のスイッチング周波数（送電電力の周波数）を調整（操作）することによって制御することができる。そこで、この実施の形態では、電圧Ｖｏに対して電流Ｉｏの位相が進んでいる場合には、電流の位相を遅らせる方向にインバータ２２０のスイッチング周波数（送電電力の周波数）が調整される。

電圧Ｖｏの立上り時（時刻ｔ４や時刻ｔ８）における電流Ｉｏの瞬時値はターンオン電流Ｉｔを示し、図から理解されるように、電圧Ｖｏの位相に対する電流Ｉｏの位相の進みは、正のターンオン電流Ｉｔが流れるか否かで検知することができる。そこで、この実施の形態では、ターンオン電流Ｉｔが検出され、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きくなる場合に、ターンオン電流Ｉｔが小さくなる方向に周波数が調整される（ターンオン電流制御）。

なお、ターンオン電流Ｉｔは、電圧センサ２７０及び電流センサ２７２（図１）によってそれぞれ検出される電圧Ｖｏ及び電流Ｉｏに基づいて検出することができる。具体的には、電圧Ｖｏの立上り時における電流Ｉｏを検出することによってターンオン電流Ｉｔを検出することができる。

なお、図中、Ｔはインバータ２２０のスイッチング周期を示し、Ｔｄは電圧Ｖｏの出力時間を示す。周期Ｔに対するＴｄの期間比は、インバータ出力電圧のデューティとして定義される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン／オフタイミング（オン／オフ期間比０．５）に対してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン／オフタイミング（オン／オフ期間比０．５）を変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。

（送電コイルに流れる電流と電力伝送効率との関係）
図５は、送電部２４０から受電部３１０への電力伝送効率を説明するための等価回路図である。図５を参照して、送電部２４０において、送電コイル２４２のインダクタンスはＬ１であり、キャパシタ２４４のキャパシタンスはＣ１であるものとする。抵抗成分２４６は、送電コイル２４２の巻線抵抗を示し、その抵抗値はｒ１であるものとする。なお、この等価回路図では、送電装置１０のフィルタ回路２３０（図１）は省略されている。

一方、受電部３１０において、受電コイル３１２のインダクタンスはＬ２であり、キャパシタ３１４のキャパシタンスはＣ２であるものとする。抵抗成分３１６は、受電コイル３１２の巻線抵抗を示し、その抵抗値はｒ２であるものとする。負荷３９０は、受電装置２０において、フィルタ回路３２０（図１）以降の回路を統括的に示したものであり、そのインピーダンスをＲＬとする。

このような回路構成において、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の電力伝送効率ηは、次式にて表される。

ここで、Ｉ１は送電コイル２４２に流れる電流（すなわち電流Ｉｓ）を示し、Ｉ２は受電コイル３１２に流れる電流を示す。負荷３９０の電圧は、蓄電装置３５０（図１）によって拘束されるので、電力が維持される下では電流Ｉ２及びインピーダンスＲＬは略一定となる。したがって、式（１）から、電力伝送効率ηは電流Ｉ１の２乗に反比例することが理解される。すなわち、送電コイル２４２に流れる電流が小さいほど電力伝送効率ηは高くなる。

図６は、送電電力一定下における、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの周波数依存性を例示した図である。

図６を参照して、横軸は、インバータ２２０のスイッチング周波数を操作することによって調整可能な送電電力の周波数を示す。周波数ｆａは、周波数の調整可能範囲の下限を示し、周波数ｆｂは、周波数の調整可能範囲の上限を示す。なお、周波数の調整可能範囲は、送電部２４０と受電部３１０との間の電力伝送効率を考慮する等して予め定められる。

図示されるように、この例では、周波数の調整可能範囲において、電流Ｉｓは周波数変化に対して下に凸の曲線となっている。周波数ｆｅは、周波数の調整可能範囲において電流Ｉｓの大きさが最小となる周波数である。

このような電流Ｉｓの大きさの周波数依存性から、送電電力が一定の下でも、送電電力の周波数を調整することによって電流Ｉｓを小さくできることが理解される。たとえば、周波数がｆｂの場合、周波数をｆｅに調整することによって、送電電力を下げることなく、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓを下げることができる。

そこで、この実施の形態では、上述のように、送電電力が維持される下で、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となるように、インバータ２２０のスイッチング周波数を操作して送電電力の周波数が調整される（送電コイル電流制御）。

（各制御の説明）
この実施の形態に従う送電装置１０では、送電電力制御、送電コイル電流制御、及びターンオン電流制御が実行される。送電電力制御は、受電装置２０において所望の充電電力を得るために実行される。送電コイル電流制御は、送電部２４０と受電部３１０との間の電力伝送効率を高めるために実行される。ターンオン電流制御は、インバータ２２０の部品保護（還流ダイオードＤ３の破損防止）のために実行される。

これらの制御は、いずれも周波数を操作するものである。そのため、これらの制御が併せて実装される場合、ある制御の出力（周波数操作）が他の制御に悪影響を与える可能性がある。各制御の目的のうち、ターンオン電流制御による部品保護（インバータ２２０の保護）は、送電電力制御による電力追従、及び送電コイル電流制御による電力伝送効率向上よりも優先されるべきである。

そこで、この実施の形態に従う送電装置１０では、ターンオン電流制御の実行中は、送電電力制御及び送電コイル電流制御が実行されないようにし、ターンオン電流制御の非実行時に、送電電力制御及び送電コイル電流制御を実行可能とする。すなわち、ターンオン電流制御が送電電力制御及び送電コイル電流制御に対して優先して動作する。これにより、部品保護（インバータ２２０の保護）を確実に図ることができる。

また、この実施の形態に従う送電装置１０では、インバータ２２０の起動後に送電電力が目標に一旦到達した後は、ターンオン電流制御の非実行時であって送電電力制御の実行中は、送電コイル電流制御は実行されず、ターンオン電流制御の非実行時であって送電コイル電流制御の実行中は、送電電力制御は実行されない。

これにより、送電電力制御の実行中に、送電コイル電流制御が送電電力制御に悪影響を与えるのを防止することができる。また、送電コイル電流制御の実行中に、送電電力制御が送電コイル電流制御に悪影響を与えるのを防止することができる。

さらに、この実施の形態に従う送電装置１０では、インバータ２２０の起動後に送電電力が目標に一旦到達した後は、ターンオン電流制御の非実行時であって送電電力の目標と検出値との差（電力偏差）がしきい値以上（しきい値＞０）の場合に送電電力制御が実行され、ターンオン電流制御の非実行時であって電力偏差が上記しきい値よりも小さい場合に送電コイル電流制御が実行される。

これにより、電力偏差が大きいときは、送電電力制御が送電コイル電流制御に対して優先して動作する。一方、電力偏差が小さいときは、送電コイル電流制御が送電電力制御に対して優先して動作する。したがって、電力偏差が大きいときは、送電電力制御による電力追従性が確保され、電力偏差が小さいときは、送電コイル電流制御による電力伝送効率向上を図ることができる。

図７は、電源ＥＣＵ２５０により実行される制御の制御ブロック図である。図７を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流検出部（以下「Ｉｔ検出部」とも称する。）４１０と、ターンオン電流制御部４２０と、送電電力制御部４３０と、送電コイル電流制御部４４０と、周波数算出部４５０と、デューティ制御部４６０とを含む。

Ｉｔ検出部４１０は、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏの検出値に基づいてターンオン電流Ｉｔを検出する。具体的には、Ｉｔ検出部４１０は、出力電圧Ｖｏの立上り時における出力電流Ｉｏの検出値をターンオン電流Ｉｔとして検出する。

ターンオン電流制御部４２０は、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きい場合（すなわちインバータ２２０の出力電圧Ｖｏの位相に対して出力電流Ｉｏの位相が進んでいる場合）に、電流の位相を遅らせる方向に送電電力の周波数を調整する。具体的には、ターンオン電流制御部４２０は、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きい場合に、ターンオン電流Ｉｔが小さくなる方向の周波数操作量Δｆ１を出力する。

また、ターンオン電流制御部４２０は、ターンオン電流制御の実行時、すなわちターンオン電流Ｉｔが０よりも大きいとき、ターンオン電流制御が動作中であることを、送電電力制御部４３０及び送電コイル電流制御部４４０へ通知する。ターンオン電流制御部４２０の詳細については、後ほど説明する。

送電電力制御部４３０は、送電電力Ｐｓの目標を示す目標電力Ｐｓｒと、送電電力Ｐｓの検出値とを受ける。目標電力Ｐｓｒは、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて生成される。この実施の形態では、受電装置２０において、受電電力の目標と検出値との偏差に基づいて送電電力Ｐｓの目標電力Ｐｓｒが生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。送電電力Ｐｓは、電圧センサ２７０及び電流センサ２７２（図１）の検出値に基づいて算出される。

そして、送電電力制御部４３０は、送電電力Ｐｓの大きさが目標電力Ｐｓｒに近づくように送電電力の周波数を調整する。具体的には、送電電力制御部４３０は、送電電力Ｐｓの大きさが目標電力Ｐｓｒに近づくように、インバータ２２０のスイッチング周波数の操作量Δｆ２を出力する。

ここで、送電電力制御部４３０は、ターンオン電流制御が動作中である旨の通知をターンオン電流制御部４２０から受けているときは、送電電力制御を停止する。すなわち、送電電力制御部４３０は、ターンオン電流制御が動作中のときは、操作量Δｆ２を０で出力する。ターンオン電流制御の実行中は、送電電力制御よりもターンオン電流制御を優先させるためである。

また、送電電力制御部４３０は、インバータ２２０の起動後、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）が略０となるまでは、送電電力制御を実行する（ターンオン電流制御が動作した場合は停止）。そして、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達すると、送電電力制御部４３０は、電力偏差ΔＰ≧しきい値（しきい値＞０）の範囲で送電電力制御を実行する（ターンオン電流制御が動作した場合は停止）。電力偏差ΔＰが小さい範囲では、送電電力制御を停止して送電コイル電流制御を優先させることとしたものである。なお、送電電力制御部４３０は、電力偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）の値を送電コイル電流制御部４４０へ出力する。送電電力制御部４３０の詳細についても、後ほど説明する。

送電コイル電流制御部４４０は、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの検出値を受ける。そして、送電コイル電流制御部４４０は、送電電力が維持される下で電流Ｉｓが最小となるように送電電力の周波数を調整する。具体的には、送電コイル電流制御部４４０は、電流Ｉｓが最小となるように、インバータ２２０のスイッチング周波数の操作量Δｆ３を算出する。

ここで、送電コイル電流制御部４４０も、ターンオン電流制御が動作中である旨の通知をターンオン電流制御部４２０から受けているときは、送電コイル電流制御を停止する。すなわち、送電コイル電流制御部４４０も、ターンオン電流制御が動作中のときは、操作量Δｆ３を０で出力する。ターンオン電流制御の実行中は、送電コイル電流制御よりもターンオン電流制御を優先させるためである。

また、送電コイル電流制御部４４０は、電力偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）を送電電力制御部４３０から受け、電力偏差ΔＰ＜しきい値（送電電力制御部４３０において用いられるしきい値と同値）の範囲で送電コイル電流制御を実行する（ターンオン電流制御が動作した場合は停止）。電力偏差ΔＰが大きい範囲では、送電コイル電流制御を停止して送電電力制御による電力追従を優先させることとしたものである。

なお、この実施の形態では、送電コイル電流制御部４４０には、制御対象に振動信号を与えることにより制御量の極値を探索する公知の極値探索制御が適用される。すなわち、制御の詳細については後述するが、送電コイル電流制御部４４０は、公知の極値探索制御を用いて、送電電力の周波数を微小振動させることによって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる最適周波数を探索する。送電コイル電流制御部４４０の詳細についても、後ほど説明する。

周波数算出部４５０は、ターンオン電流制御部４２０の操作量Δｆ１、送電電力制御部４３０の操作量Δｆ２、及び送電コイル電流制御部４４０の操作量Δｆ３を受ける。そして、周波数算出部４５０は、操作量Δｆ１〜Δｆ３を加算することによって周波数のトータル操作量を算出し、その算出されたトータル操作量だけ周波数を変更するように周波数指令値ｆを算出する。

デューティ制御部４６０は、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差（電力偏差）に基づいて、インバータ２２０の出力電圧のデューティ（duty）指令値を生成する。たとえば、デューティ制御部４６０は、電力偏差を入力とするＰＩ制御等を実行することによって操作量を算出し、その算出された操作量をデューティ指令値とする。このデューティ制御部４６０によって、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに近づくようにインバータ出力電圧のデューティが調整される。

図８〜図１１は、ターンオン電流制御、送電電力制御、及び送電コイル電流制御の各々の動作領域を示す。図８は、ターンオン電流制御の動作領域を示した図である。図８を参照して、横軸は送電電力の周波数（インバータ２２０のスイッチング周波数）を示し、縦軸はインバータ２２０の出力電圧のデューティを示す。

線ＰＬ１，ＰＬ２の各々は、送電電力の等高線を示す。点線ＰＬ１によって示される送電電力は、一点鎖線ＰＬ２によって示される送電電力よりも大きい。なお、この図８から以下に説明される図１２までにおいて、線ＰＬ１は、目標電力Ｐｓｒの等高線を示し、線ＰＬ２は、目標電力Ｐｓｒよりもしきい値（＞０）だけ小さい送電電力の等高線を示しているものとする。なお、二点鎖線ＩＬは、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの等高線の一例を示す。

斜線で示される領域Ｓ１は、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏの位相に対して出力電流Ｉｏの位相が進む領域である。すなわち、この領域Ｓ１は、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きくなる領域であり、ターンオン電流制御の動作領域を示す。

図９は、インバータ２２０の起動後に、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに到達するまでの送電電力制御の動作領域を示した図である。図９を参照して、斜線で示される領域Ｓ２は、インバータ２２０の起動後、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの電力偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）が略０となるまでの送電電力制御の動作領域を示す。

図１０は、インバータ２２０の起動後に、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達した後の送電電力制御の動作領域を示した図である。図１０を参照して、斜線で示される領域Ｓ３は、インバータ２２０の起動後に電力偏差ΔＰが一旦略０となった後の送電電力制御の動作領域を示す。上述のように、インバータ２２０の起動後に、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに到達した後は、電力偏差ΔＰ≧しきい値（しきい値＞０）の範囲で送電電力制御が実行される。

なお、図９，図１０の非斜線領域では、周波数操作に基づく送電電力制御は動作しないけれども、デューティ制御部４６０（図７）によるデューティ制御が動作しているので、電力偏差ΔＰに応じてインバータ出力電圧のデューティが制御される。

図１１は、インバータ２２０の起動後に、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達した後の送電コイル電流制御の動作領域を示した図である。図１１を参照して、斜線で示される領域Ｓ４が、インバータ２２０の起動後に電力偏差ΔＰが一旦略０となった後の送電コイル電流制御の動作領域を示す。なお、点Ｐｍは、送電電力Ｐｓの大きさが目標電力Ｐｓｒであるときに（線ＰＬ１上）、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる最適動作点を示す。ここに示される例では、最適動作点Ｐｍは、領域Ｓ１内すなわちターンオン電流制御の動作領域内にあるので、動作点は領域Ｓ１外において最適動作点Ｐｍに最も近い位置まで推移する。

図１２は、インバータ２２０が起動してからの動作点の推移の一例を示した図である。なお、この図１２では、インバータ２２０の起動時における送電電力の周波数（インバータ２２０のスイッチング周波数）が調整範囲上限の周波数ｆｂである場合について代表的に説明される。

インバータ２２０の起動直後は、電力偏差に基づくデューティ制御によってインバータ出力電圧のデューティが急上昇する。デューティが上限（０．５）に到達した後は、周波数操作による送電電力制御によって、目標電力Ｐｓｒを示す線ＰＬ１に向けて動作点が推移する。なお、この段階では、送電電力制御と送電コイル電流制御との双方が動作するが、周波数の調整方向が同じ（周波数を下げる方向）であるので、双方が動作することによる悪影響はない。

動作点が線ＰＬ１上に到達すると（電力偏差ΔＰが略０）、送電電力制御の動作領域がΔＰ≧しきい値（しきい値＞０）の範囲（図１０）に切替わることにより送電電力制御が停止する。そうすると、動作点が最適動作点Ｐｍに向けて推移するように、送電コイル電流制御によって周波数が調整される。なお、動作点が線ＰＬ１上を推移しているのは、送電コイル電流制御によって周波数が調整（低下）されるとともに、デューティ制御によって電力偏差に基づきデューティが調整（減少）されるからである。

なお、ここでは、最適動作点Ｐｍが領域Ｓ１内すなわちターンオン電流制御の動作領域内にある場合が示されている。動作点が領域Ｓ１内に入ると、送電電力制御及び送電コイル電流制御に対してターンオン電流制御が優先して動作するので、動作点は領域Ｓ１外に向けて推移する。その結果、動作点は、領域Ｓ１の境界の点Ｐ１近傍で落ち着く。

（ターンオン電流制御部４２０の詳細説明）
図１３は、図７に示したターンオン電流制御部４２０における処理手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１３を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏの各検出値を取得する（ステップＳ１０）。次いで、電源ＥＣＵ２５０は、検出された出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏに基づいてターンオン電流Ｉｔを検出する（ステップＳ２０）。そして、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きいか否か（すなわち電流の位相進みが検知されたか否か）を判定する（ステップＳ３０）。

ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きいと判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の起動時の周波数（起動周波数）が調整可能範囲下限のｆａであるか、それとも調整可能範囲上限のｆｂであるかを判定する（ステップＳ４０）。

起動周波数がｆｂであると判定されると（ステップＳ４０において「ｆｂ」）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ１としてＡ（正値）を出力する（ステップＳ５０）。調整可能範囲上限のｆｂから周波数を下げる方向へ周波数の調整が行なわれ、その調整の過程で電流位相が進んだ場合（ターンオン電流Ｉｔが０を超えた場合）は、正値の操作量Δｆ１を出力することにより周波数を上げることで電流の位相進みを速やかに解消できるからである。

一方、ステップＳ４０において起動周波数がｆａであると判定されると（ステップＳ４０において「ｆａ」）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ１として−Ａ（負値）を出力する（ステップＳ６０）。調整可能範囲下限のｆａから周波数を上げる方向へ周波数の調整が行なわれ、その調整の過程で電流位相が進んだ場合は、負値の操作量Δｆ１を出力することにより周波数を下げることで電流の位相進みを速やかに解消できるからである。

ステップＳ５０又はＳ６０の処理が実行されると、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流制御が動作中であることを示す第１動作中フラグをオンにする（ステップＳ７０）。なお、第１動作中フラグをオンにすることは、図７において、ターンオン電流制御が動作中であることをターンオン電流制御部４２０から送電電力制御部４３０及び送電コイル電流制御部４４０へ通知することに相当する。

ステップＳ３０において、ターンオン電流Ｉｔが０以下であると判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、操作量Δｆ１を０で出力する（ステップＳ８０）。すなわち、ターンオン電流制御は非実行とされる。そして、電源ＥＣＵ２５０は、第１動作中フラグをオフにする（ステップＳ９０）。

（送電電力制御部４３０の詳細説明）
図１４は、図７に示した送電電力制御部４３０における処理手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１４を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流制御が動作中であることを示す第１動作中フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。第１動作中フラグがオンであると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２を０で出力する（ステップＳ１２０）。すなわち、ターンオン電流制御の実行中は、送電電力制御よりもターンオン電流制御が優先され、送電電力制御は非実行とされる。そして、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御が動作中であることを示す第２動作中フラグをオフにする（ステップＳ１３０）。

ステップＳ１１０において第１動作中フラグがオフであると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、すなわちターンオン電流制御は動作していないと判定されると、電源ＥＣＵ２５０は、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏの各検出値に基づいて送電電力Ｐｓを検出する（ステップＳ１４０）。次いで、電源ＥＣＵ２５０は、目標電力Ｐｓｒから送電電力Ｐｓの検出値を差引くことによって送電電力の偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）を算出し、電力偏差ΔＰが判定値δよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１５０）。この判定値δは、電力偏差ΔＰが略０になったか否かを判定するためのものであり、ごく小さい値である。

電力偏差ΔＰが判定値δよりも小さいと判定されると（ステップＳ１５０においてＹＥＳ）、インバータ２２０の起動後に送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに到達したものと判断され、電源ＥＣＵ２５０は、電力到達フラグをオンにする（ステップＳ１６０）。ステップＳ１５０において電力偏差ΔＰが判定値δ以上であると判定されたときは（ステップＳ１５０においてＮＯ）、ステップＳ１６０の処理は実行されない。なお、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達した後は、電力偏差ΔＰが判定値δ以上になっても電力到達フラグのオン状態は維持され、インバータ２２０が停止すると電力到達フラグはオフになる。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、電力到達フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。電力到達フラグがオフであると判定されると（ステップＳ１７０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達するまでの制御である電力到達前制御（後述）を実行する（ステップＳ１８０）。

一方、ステップＳ１７０において電力到達フラグはオンであると判定されると（ステップＳ１７０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル電流制御が動作中であることを示す第３動作中フラグ（後述）がオンであるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。第３動作中フラグがオンであると判定されると（ステップＳ１９０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１２０へ処理を移行し、操作量Δｆ２を０で出力する。すなわち、送電コイル電流制御の実行中は、送電電力制御は非実行とされる。

ステップＳ１９０において第３動作中フラグはオフであると判定されると（ステップＳ１９０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達した後の制御である電力到達後制御（後述）を実行する（ステップＳ２００）。

図１５は、図１４のステップＳ１８０において実行される電力到達前制御の処理手順を説明するフローチャートである。図１５を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、電力偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）が０以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。インバータ２２０の起動後に送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達するまでは（電力到達フラグがオフ）、送電電力制御の動作領域はΔＰ≧０に設定される（図９の領域Ｓ２）。

ステップＳ２１０において電力偏差ΔＰが０よりも小さいと判定されると（ステップＳ２１０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２を０で出力する（ステップＳ２２０）。すなわち、送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに到達したものと判断され、送電電力制御は非実行とされる。そして、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御が動作中であることを示す第２動作中フラグをオフにする（ステップＳ２６０）。

ステップＳ２１０において電力偏差ΔＰが０以上であると判定されると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の起動周波数が調整可能範囲下限のｆａであるか、それとも調整可能範囲上限のｆｂであるかを判定する（ステップＳ２３０）。

起動周波数がｆｂであると判定されると（ステップＳ２３０において「ｆｂ」）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２として−Ｂ（負値）を出力する（ステップＳ２４０）。調整可能範囲上限のｆｂから周波数を下げる方向へ周波数の調整が行なわれる場合は、負値の操作量Δｆ２を出力することにより周波数を下げることで送電電力Ｐｓを目標電力Ｐｓｒへ近づけることができるからである。

一方、ステップＳ２３０において起動周波数がｆａであると判定されると（ステップＳ２３０において「ｆａ」）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２としてＢ（正値）を出力する（ステップＳ２５０）。調整可能範囲下限のｆａから周波数を上げる方向へ周波数の調整が行なわれる場合は、正値の操作量Δｆ２を出力することにより周波数を上げることで送電電力Ｐｓを目標電力Ｐｓｒへ近づけることができるからである。

ステップＳ２４０又はＳ２５０の処理が実行されると、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ２６０へ処理を移行し、第２動作中フラグをオフにする。インバータ２２０の起動後に送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達するまでは、送電電力制御とともに送電コイル電流制御が動作することを許容するためである。

図１６は、図１４のステップＳ２００において実行される電力到達後制御の処理手順を説明するフローチャートである。図１６を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、電力偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）がしきい値以上（しきい値＞０）であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。インバータ２２０の起動後に送電電力Ｐｓが目標電力Ｐｓｒに一旦到達した後は（電力到達フラグがオン）、送電電力制御の動作領域はΔＰ≧しきい値に設定される（図１０の領域Ｓ３）。

ステップＳ３１０において電力偏差ΔＰがしきい値よりも小さいと判定されると（ステップＳ３１０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２を０で出力する（ステップＳ３２０）。すなわち、電力偏差ΔＰが小さいので、送電電力制御は非実行とされる。そして、電源ＥＣＵ２５０は、第２動作中フラグをオフにする（ステップＳ３３０）。

ステップＳ３１０において電力偏差ΔＰがしきい値以上であると判定されると（ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の起動周波数が調整可能範囲下限のｆａであるか、それとも調整可能範囲上限のｆｂであるかを判定する（ステップＳ３４０）。

起動周波数がｆｂであると判定されると（ステップＳ３４０において「ｆｂ」）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２として−Ｂ（負値）を出力する（ステップＳ３５０）。一方、ステップＳ３４０において起動周波数がｆａであると判定されると（ステップＳ３４０において「ｆａ」）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ２としてＢ（正値）を出力する（ステップＳ３６０）。

ステップＳ３５０又はＳ３６０の処理が実行されると、電源ＥＣＵ２５０は、第２動作中フラグをオンにする（ステップＳ３７０）。なお、第２動作中フラグをオンにすることは、図７において、送電電力制御が動作中であることを送電電力制御部４３０から送電コイル電流制御部４４０へ通知することに相当する。

（送電コイル電流制御部４４０の詳細説明）
図１７は、図７に示した送電コイル電流制御部４４０における処理手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１７を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、ターンオン電流制御が動作中であることを示す第１動作中フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ４１０）。第１動作中フラグがオンであると判定されると（ステップＳ４１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、周波数の操作量Δｆ３を０で出力する（ステップＳ４２０）。すなわち、ターンオン電流制御の実行中は、送電コイル電流制御よりもターンオン電流制御が優先され、送電コイル電流制御は非実行とされる。そして、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル電流制御が動作中であることを示す第３動作中フラグをオフにする（ステップＳ４３０）。

ステップＳ１１０において第１動作中フラグがオフであると判定されると（ステップＳ４１０においてＮＯ）、すなわちターンオン電流制御は動作していないと判定されると、電源ＥＣＵ２５０は、電力到達フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ４４０）。電力到達フラグがオフであると判定されると（ステップＳ４４０においてＮＯ）、以降のステップＳ４５０〜Ｓ４７０の処理は実行されず、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ４８０へ処理を移行する（後述）。

ステップＳ４４０において電力到達フラグがオンであると判定されると（ステップＳ４４０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御が動作中であることを示す第２動作中フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ４５０）。第２動作中フラグがオンであると判定されると（ステップＳ４５０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ４２０へ処理を移行し、周波数の操作量Δｆ３を０で出力する。すなわち、送電電力制御の実行中は、送電コイル電流制御は非実行とされる。

ステップＳ４５０において第２動作中フラグはオフであると判定されると（ステップＳ４５０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの電力偏差ΔＰ（＝Ｐｓｒ−Ｐｓ）を取得する（ステップＳ４６０）。そして、電源ＥＣＵ２５０は、電力偏差ΔＰがしきい値（しきい値＞０）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４７０）。このしきい値は、図１６に示したステップＳ３１０において用いられるしきい値と同じ値である。

ステップＳ４７０において電力偏差ΔＰがしきい値以上であると判定されると（ステップＳ４７０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ４２０へ処理を移行し、周波数の操作量Δｆ３を０で出力する。すなわち、送電コイル電流制御は非実行とされる。一方、ステップＳ４７０において電力偏差ΔＰがしきい値よりも小さいと判定されると（ステップＳ４７０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの検出値を取得する（ステップＳ４８０）。そして、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル電流制御を実行する（ステップＳ４９０）。送電コイル電流制御の詳細については、後ほど説明する。

送電コイル電流制御が実行されると、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル電流制御が動作中であることを示す第３動作中フラグをオンにする（ステップＳ５００）。なお、第３動作中フラグをオンにすることは、図７において、送電コイル電流制御が動作中であることを送電コイル電流制御部４４０から送電電力制御部４３０へ通知することに相当する。

図１８は、図１７のステップＳ４９０において実行される送電コイル電流制御の制御ブロック図である。なお、この処理は、図７に示した送電コイル電流制御部４４０により実行される。図１８を参照して、送電コイル電流制御部４４０は、振動信号生成部４４１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ（High Pass Filter））４４２と、乗算部４４３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））４４４と、コントローラ４４５と、加算部４４６とを含む。これらによって極値探索制御が実現される。

振動信号生成部４４１は、振幅が十分小さく、かつ低周波数の振動信号を生成する。極値探索制御では、このような振動信号を用いることによって、送電電力の周波数の、最適周波数（送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる周波数）への移行が監視される。

ＨＰＦ４４２は、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの検出値を受け、電流Ｉｓの直流成分を除去した信号を出力する。このＨＰＦ４４２は、振動信号生成部４４１により生成される振動信号に基づいて送電電力の周波数を振動させたときの電流Ｉｓの傾き（微分係数）を抽出するものである。

乗算部４４３は、ＨＰＦ４４２から出力される信号（電流Ｉｓの微分係数）に、振動信号生成部４４１により生成される振動信号を乗算し、振動信号と電流Ｉｓとの相関係数を算出する。この相関係数は、周波数を変化させたときの電流Ｉｓの増減方向を示すものである。

ＬＰＦ４４４は、乗算部４４３によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。このＬＰＦ４４４の出力は、周波数を最適周波数へ移行させるための周波数の操作方向（増減方向）を示す。なお、このＬＰＦ４４４は、省略することも可能である。

コントローラ４４５は、ＬＰＦ４４４の出力に基づいて、周波数を最適周波数へ移行させるための周波数の操作量を算出する。コントローラ４４５は、たとえば、ＬＰＦ４４４の出力信号を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することによって、周波数の操作量を算出する。

加算部４４６は、コントローラ４４５の出力に、振動信号生成部４４１によって生成される振動信号を加算し、その演算値を最終的な周波数の操作量Δｆ３とする。このような制御構造によって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓを最小にする最適周波数が探索され、電流Ｉｓを最小にするための操作量Δｆ３を算出することができる。

以上のように、この実施の形態においては、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きくなったときのターンオン電流制御の実行中は、送電電力制御及び送電コイル電流制御が実行されないようにし、ターンオン電流制御の非実行時に、送電電力制御及び送電コイル電流制御を実行可能とする。すなわち、ターンオン電流制御が送電電力制御及び送電コイル電流制御に対して優先して動作する。したがって、この実施の形態によれば、ターンオン電流制御による部品保護（インバータ２２０の保護）を確実に図ることができる。

また、この実施の形態においては、インバータ２２０の起動後に送電電力が目標に一旦到達した後は、ターンオン電流制御の非実行時であって送電電力制御の実行中は、送電コイル電流制御は実行されず、ターンオン電流制御の非実行時であって送電コイル電流制御の実行中は、送電電力制御は実行されない。したがって、この実施の形態によれば、送電電力制御の実行中に、送電コイル電流制御が送電電力制御に悪影響を与えるのを防止することができる。また、送電コイル電流制御の実行中に、送電電力制御が送電コイル電流制御に悪影響を与えるのを防止することができる。

さらに、この実施の形態においては、インバータ２２０の起動後に送電電力が目標に一旦到達した後は、ターンオン電流制御の非実行時であって送電電力の目標と検出値との差（電力偏差）ΔＰがしきい値以上（しきい値＞０）の場合に、送電電力制御が実行され、ターンオン電流制御の非実行時であって電力偏差ΔＰがしきい値よりも小さい場合に、送電コイル電流制御が実行される。これにより、電力偏差ΔＰが大きいときは、送電電力制御が送電コイル電流制御に対して優先して動作し、送電電力制御による電力追従性を確保することができる。一方、電力偏差ΔＰが小さいときは、送電コイル電流制御が送電電力制御に対して優先して動作し、送電コイル電流制御による電力伝送効率向上を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、ターンオン電流Ｉｔが０よりも大きいときにターンオン電流制御が動作するものとしたが、ターンオン電流制御が動作するしきい値は、必ずしも厳密に０でなくてもよい。たとえば、インバータ２２０（還流ダイオードＤ３）の破損には至らない程度に電圧Ｖｏに対する電流Ｉｏの位相の進みを許容して、ターンオン電流制御が動作するしきい値を小さい正値としてもよい。或いは、正のターンオン電流Ｉｔが流れるのをできる限り防止するために、ターンオン電流制御が動作するしきい値は、マージンをとって負値としてもよい。

なお、上記において、電源ＥＣＵ２５０は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。また、ターンオン電流制御は、この発明における「第１の制御」の一実施例に対応し、ターンオン電流制御部４２０は、この発明における「第１の制御部」の一実施例に対応する。

さらに、送電電力制御は、この発明における「第２の制御」の一実施例に対応し、送電電力制御部４３０は、この発明における「第２の制御部」の一実施例に対応する。また、さらに、送電コイル電流制御は、この発明における「第３の制御」の一実施例に対応し、送電コイル電流制御部４４０は、この発明における「第３の制御部」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 送電装置、２０ 受電装置、１００ 交流電源、２１０ ＰＦＣ回路、２２０ インバータ、２３０，３２０ フィルタ回路、２４０ 送電部、２４２，３１２ コイル、２４４，３１４ キャパシタ、２４６，３１６ 抵抗成分、２５０，２５０Ａ 電源ＥＣＵ、２６０，３７０ 通信部、２７０，３８０ 電圧センサ、２７２，２７４，３８２ 電流センサ、３１０ 受電部、３３０ 整流部、３４０ リレー回路、３５０ 蓄電装置、３６０ 充電ＥＣＵ、３９０ 負荷、４１０ Ｉｔ検出部、４２０ ターンオン電流制御部、４３０ 送電電力制御部、４４０ 送電コイル電流制御部、４４１ 振動信号生成部、４４２ ＨＰＦ、４４３ 乗算部、４４４ ＬＰＦ、４４６ 加算部、４５０ 周波数算出部、４６０ デューティ制御部、Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ４ 還流ダイオード、Ｔ１〜Ｔ４ 端子。

Claims (4)

1. 受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、
   交流の送電電力を生成して前記送電コイルへ供給する電圧形のインバータと、
   前記インバータを制御することによって前記送電電力の周波数を調整する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記インバータの出力電圧の位相に対して前記インバータの出力電流の位相が進んでいる場合に、前記出力電流の位相を遅らせる方向に前記周波数を調整する第１の制御を実行する第１の制御部と、
   前記送電電力の大きさが目標に近づくように前記周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部と、
   前記送電電力が維持される下で前記送電コイルに流れる電流が最小となるように前記周波数を調整する第３の制御を実行する第３の制御部とを含み、
   前記第１の制御の実行中は、前記第２及び第３の制御は実行されず、
   前記第１の制御の非実行時は、前記第２及び第３の制御の少なくとも一方が実行される、送電装置。
2. 前記インバータの起動後に前記送電電力が前記目標に一旦到達した後であって、前記第１の制御が非実行のときは、
   前記第２の制御の実行中は、前記第３の制御は実行されず、
   前記第３の制御の実行中は、前記第２の制御は実行されない、請求項１に記載の送電装置。
3. 前記インバータの起動後に前記送電電力が前記目標に一旦到達した後であって、前記第１の制御が非実行のときは、
   前記目標と前記送電電力の検出値との差がしきい値以上の場合に、前記第２の制御が実行され、
   前記差が前記しきい値よりも小さい場合に、前記第３の制御が実行される、請求項２に記載の送電装置。
4. 送電装置と、
   前記送電装置から非接触で受電する受電装置とを備え、
   前記送電装置は、
   前記受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、
   交流の送電電力を生成して前記送電コイルへ供給する電圧形のインバータと、
   前記インバータを制御することによって前記送電電力の周波数を調整する制御装置とを含み、
   前記制御装置は、
   前記インバータの出力電圧の位相に対して前記インバータの出力電流の位相が進んでいる場合に、前記出力電流の位相を遅らせる方向に前記周波数を調整する第１の制御を実行する第１の制御部と、
   前記送電電力の大きさが目標に近づくように前記周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部と、
   前記送電電力が維持される下で前記送電コイルに流れる電流が最小となるように前記周波数を調整する第３の制御を実行する第３の制御部とを含み、
   前記第１の制御の実行中は、前記第２及び第３の制御は実行されず、
   前記第１の制御の非実行時は、前記第２及び第３の制御の少なくとも一方が実行される、電力伝送システム。

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