特許 6707526 コンバータ及び受電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6707526

(24)【登録日】2020年5月22日

(45)【発行日】2020年6月10日

(54)【発明の名称】コンバータ及び受電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20200601BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20200601BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02M7/12 P

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-512200(P2017-512200)

(86)(22)【出願日】2016年4月13日

(86)【国際出願番号】JP2016002001

(87)【国際公開番号】WO2016166976

(87)【国際公開日】20161020

【審査請求日】2019年1月24日

(31)【優先権主張番号】特願2015-82638(P2015-82638)

(32)【優先日】2015年4月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100198568

【弁理士】

【氏名又は名称】君塚 絵美

(72)【発明者】

【氏名】柏木 夕希

(72)【発明者】

【氏名】村井 敏昭

(72)【発明者】

【氏名】萩原 善泰

(72)【発明者】

【氏名】澤田 理

(72)【発明者】

【氏名】田中 孝佳

(72)【発明者】

【氏名】加島 武尚

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１６８２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２４３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６７４３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ ５／００

Ｂ６０Ｍ １／００− ７／００

Ｈ０２Ｊ５０／００−５０／９０

Ｈ０２Ｍ １／４２

７／００− ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を発生させる２次コイルから入力される入力電力を変換するコンバータであって、
当該コンバータの等価回路は、等価コンデンサと等価抵抗の直列接続で表され、前記等価コンデンサの容量性リアクタンスを制御することで前記入力電力の力率を調整する制御部、を備え、
前記制御部は、前記２次コイル及び前記コンバータの開放電圧と短絡電流に基づいて、前記入力電力の無効成分を算出し、前記等価コンデンサが、前記無効成分を打ち消すような容量性リアクタンスを有するように制御することを特徴とするコンバータ。

【請求項2】

請求項１に記載のコンバータと、
前記２次コイルを備えることを特徴とする受電装置。

【請求項3】

請求項２に記載の受電装置であって、
前記２次コイルと前記コンバータとの間に直列に接続された共振コンデンサをさらに備えることを特徴とする受電装置。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１５年４月１４日出願の日本国特許出願２０１５−０８２６３８号の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

【技術分野】

【0002】

本発明は、２次コイルから供給される電力を変換するコンバータ及び受電装置に関する。

【背景技術】

【0003】

近年、コードレス電話、電気シェーバー、及び電動歯ブラシ等に使用されており、金属接点やコネクタなどを介さずに電力を伝送する非接触の電力伝送方法が普及している。このような非接触の電力伝送方法においては、複数のコイル間の電磁誘導を利用して電力を伝送している。

【0004】

例えば、特許文献１には、図９に示すような、非接触の電力伝送設備において、受電装置１００の２次コイル１０２は１次コイル１０１と磁気的に結合され、さらに、２次コイル１０２とコンデンサ１０３とが直列で接続されていることが記載されている。また、受電装置１００は、２次コイル１０２にて発生した電力を、整流器１０４、フィルタコンデンサ１０５、及びチョッパ回路１０６を介して負荷１０７に供給する。このように、受電装置１００では、２次コイル１０２とコンデンサ１０３とが直列に接続されるため、共振し、２次コイル１０２にて発生した電力の無効電力は減少する。したがって、受電装置１００は、電力の力率を改善して負荷１０７に供給することができる。

【0005】

また、特許文献２には、図１０に示すように、受電装置２００が、１次コイル２０１に磁気的に結合された２次コイル２０２と、共振コンデンサ２０３と、を備えることが記載されている。さらに、この受電装置２００は、変換器２０４を備え、変換器２０４は、予め測定した回路定数から変換器のパラメータを設定することで交流電力を力率１にする。そして、変換器２０４は交流電力を直流電力に変換して、変換した直流電力を負荷２０６に供給する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−１０８３９０号公報

【特許文献2】特開平２０１２−１４３１３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載されている、共振を利用した従来の高周波受電回路においては、前述のように、整流器１０４、フィルタコンデンサ１０５等を含む多くの機器を備えなければならないため、受電装置１００全体としての重量が大きくなるという課題が発生している。また、このような受電装置１００は、多くの機器を備えるため、その製造に係るコストが高くなるという課題が発生していた。

【0008】

また、特許文献２に記載された発明においては、受電装置２００は、整流器を備えず、これにより軽量化を図ることができる。さらに、上記に記載のように変換器が予め測定した回路定数から変換器のパラメータを設定することによって、正確にリアクタンスを補償することができる。

【0009】

しかし、２次コイル２０２のインダクタンスは、温度、通電電流、経年によって変化するため、逐次調整し直さなければ、リアクタンスを正確に補償することができなくなってしまう。また、リアクタンスを正確に補償するために、受電装置２００が備える共振コンデンサ２０３の静電容量を変化させることは現実的ではない。また、共振コンデンサ２０３の静電容量も２次コイル２０２のインダクタンスと同様に、温度、通電電流、経年によって変化してしまうため、共振コンデンサ２０３の静電容量を調整してもリアクタンスを正確に補償できないことがある。このため、リアクタンスを正確に補償するために変換器のパラメータを調整しなければならないが、調整に係る費用及び時間を要してしまうという課題が発生していた。

【0010】

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、２次コイルのインダクタンスの変化に伴うコンバータへの入力電力の力率を改善するコンバータ及び受電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するため、本発明に係るコンバータは、電力を発生させる２次コイルから入力される入力電力を変換するコンバータであって、当該コンバータの等価回路は、等価コンデンサと等価抵抗の直列接続で表され、前記等価コンデンサの容量性リアクタンスを制御することで前記入力電力の力率を調整する制御部、を備え、前記制御部は、前記２次コイル及び前記コンバータの開放電圧と短絡電流に基づいて、前記入力電力の無効成分を算出し、前記等価コンデンサが、前記無効成分を打ち消すような容量性リアクタンスを有するように制御することを特徴とする。

【0015】

また、本発明に係る受電装置は上記コンバータと、前記２次コイルを備えることを特徴とする。

【0016】

また、本発明に係る受電装置において、前記２次コイルと前記コンバータとの間に直列に接続された共振コンデンサをさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、２次コイルのインダクタンスの変化に伴う電源電力の力率を改善することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る受電装置の電気的構成を示す回路の等価回路図である。

【図2】図１の回路においてコンバータ４の入力端を開放した場合の等価回路図である。

【図3】図１の回路においてコンバータ４の入力端を短絡した場合の等価回路図である。

【図4】容量性リアクタンスの変化に対する抵抗値の変化を示すグラフである。

【図5】容量性リアクタンスの変化に対する電流の変化を示すグラフである。

【図6】図１に示す受電装置の電気的構成を示す回路図である。

【図7】図１に示す等価回路を試験的に動作させるための試験回路の回路図である。

【図8】図６に示す試験回路についてのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図9】従来技術における受電装置の電気的構成を示す回路図である。

【図10】他の従来技術における受電装置の電気的構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について図１〜８を用いて説明する。

【0020】

＜＜受電装置の概要＞＞
まず、図１を用いて、本実施形態の受電装置１について説明する。

【0021】

受電装置１は、２次コイル２に発生した交流電力の力率を調整し、直流電力に変換して出力する。なお、本明細書において、「調整する」とは交流電力の力率を１に近づけることを表す。受電装置１は、図１に示すように、２次コイル２、共振コンデンサ３、及びコンバータ４を備える。２次コイル２、共振コンデンサ３、及びコンバータ４は直列に接続される。

【0022】

２次コイル２は、不図示の１次コイルと磁気的に結合し、１次コイルによって発生した磁気変動に伴い電力を発生させる。２次コイル２は、交流電源２１、抵抗２２、及びインダクタ２３を備える等価回路として表すことができる。以降の説明において、交流電源２１の電圧をＶｓ、抵抗２２の抵抗値をＲｓ、インダクタ２３のインダクタンスをＬｓとする。

【0023】

共振コンデンサ３は、２次コイル２とコンバータ４との間に直列に接続される。また、共振コンデンサ３の静電容量Ｃｓは、２次コイル２と共振コンデンサ３とが共振して、２次コイル２によって発生した交流電力の力率を１に近づけるように設定される。

【0024】

コンバータ４は、等価コンデンサ４１及び等価抵抗４２を備える。以降の説明において、等価コンデンサ４１の静電容量をＣｃ、等価抵抗４２の抵抗値をＲｃとする。

【0025】

また、コンバータ４は、不図示の電圧測定部、電流測定部、及び制御部を備える。電圧測定部はコンバータ電圧Ｖｃを測定する。電流測定部は、等価抵抗４２を通る電流Ｉを測定する。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実現され、等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃを制御することで入力電力の力率を調整する。

【0026】

等価コンデンサ４１は、回路定数（Ｌｓ及びＣｓ）のずれを調整する。インダクタ２３のインダクタンスＬｓが温度、通電電流、及び経年等に起因して変化すると、上記のように設定された静電容量Ｃｓの共振コンデンサ３を接続しても、コンバータ電圧Ｖｃ、及び電流Ｉに係る入力電力の力率は１より低い値となってしまう。そこで、等価コンデンサ４１は、コンバータ４への入力電力の力率を調整する。

【0027】

等価抵抗４２は、コンバータ４が出力する電力を調整する。

【0028】

また、図１に示されるようにコンバータ４について、電流Ｉ、コンバータ電圧Ｖｃ、等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃ（＝１／ωＣｃ）、及び等価抵抗４２の抵抗値Ｒｃの間には、式（１）に示される関係が成立する。ここで、ωは入力電力の周波数である。

【0029】

【数1】

コンバータ４は、コンバータ電圧Ｖｃを制御することによって容量性リアクタンスＸｃを変更し、それによって入力電力の力率を微調整する。

【0030】

＜第１の調整の概要＞
受電装置１が、起動時にコンバータ４への入力電力の力率を調整する方法について説明する。

【0031】

制御部は、等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃを、無効成分を打ち消すような容量性リアクタンスとする。

【0032】

具体的には、まず、制御部が、図２に示すようにコンバータ４の入力端を開放し、電圧測定部が開放電圧Ｖsopenを測定する。次に、制御部は、図３に示すように、コンバータ４の入力端子を短絡することによってコンバータ電圧Ｖｃを０とし、電流測定部が短絡電流Ｉshortを測定する。

【0033】

制御部は、式（２）及び式（３）を用いてインピーダンスＺを算出する。

【0034】

【数2】

【0035】

抵抗２２の抵抗値Ｒｓは非常に小さい既知の値であるため、制御部は、コンバータ４への入力電力の無効成分ωＬｓ−１／ωＣｓを算出することができる。また、制御部は、コンバータ４が備える容量性リアクタンスＸｃが、このようにして算出された入力電力の無効成分ωＬｓ−１／ωＣｓを打ち消す値となるように起動ごとに制御することによって、力率を１に近づける。

【0036】

＜第２の調整の概要＞
受電装置１の動作時にコンバータ４への入力電力の力率を調整する方法の概要を説明する。制御部は、図１に示される等価回路に係る式（１）に基づいて、出力電力を一定とした状態で、等価抵抗４２の抵抗値Ｒｃが、図４に示すように最大となる容量性リアクタンスＸｃ’を等価コンデンサ４１が有するように制御する。

【0037】

具体的には、制御部は、出力電力を一定とした状態で、容量性リアクタンスＸｃを変更（増加又は減少）する。そして、出力制御パラメータとしての等価抵抗４２の抵抗値Ｒｃを測定する。

【0038】

このとき、測定された抵抗値Ｒｃが、前回測定した抵抗値Ｒｃより大きければ、制御部は容量性リアクタンスＸｃをふたたび同様に変更する。すなわち、制御部は、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを増加させていれば、容量性リアクタンスＸｃを増加させ、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを減少させていれば、容量性リアクタンスＸｃを減少させる。

【0039】

また、測定された抵抗値Ｒｃが、前回測定した抵抗値Ｒｃより小さければ、制御部は容量性リアクタンスＸｃを前回とは逆に変更する。すなわち、制御部は、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを増加させていれば、容量性リアクタンスＸｃを減少させ、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを減少させていれば、同様に容量性リアクタンスＸｃを増加させる。

【0040】

このように、制御部は容量性リアクタンスＸｃを変更する都度、抵抗値Ｒｃを測定することを繰り返すと、抵抗値Ｒｃがほぼ最大値Ｒｃ’となる容量性リアクタンスＸｃ’が同定される。制御部は、このようにして同定された容量性リアクタンスＸｃ’を有するように等価コンデンサ４１を設定する。そのため、コンバータ４への入力電力の力率が向上し、力率は１に近くなる。

【0041】

＜第３の調整の概要＞
受電装置１の動作時にコンバータ４への入力電力の力率を調整する他の方法の概要を説明する。制御部は、図１に示される等価回路についての式（１）に基づいて、出力電力を一定とした状態で、図５に示すような電流Ｉが最小となるような容量性リアクタンスＸｃ’を等価コンデンサ４１が有するように制御する。

【0042】

具体的には、制御部は、出力電力を一定とした状態で、容量性リアクタンスＸｃ（＝１／ωＣｃ）を変更（増加又は減少）し、電流測定部が電流Ｉを測定する。

【0043】

このとき、測定された電流Ｉが、前回測定した電流Ｉより小さければ、制御部は容量性リアクタンスＸｃをふたたび同様に変更する。すなわち、制御部は、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを増加させていれば、容量性リアクタンスＸｃをさらに増加させ、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを減少させていれば、容量性リアクタンスＸｃをさらに減少させる。

【0044】

また、測定された電流Ｉが、前回測定した電流Ｉより大きければ、制御部は容量性リアクタンスＸｃを前回とは逆に変更する。すなわち、制御部は、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを増加させていれば、容量性リアクタンスＸｃを減少させ、前回の変更において容量性リアクタンスＸｃを減少させていれば、容量性リアクタンスＸｃを増加させる。

【0045】

このように、制御部が、容量性リアクタンスＸｃを変更する都度、電流Ｉを測定することを繰り返すと、電流Ｉがほぼ最小値Ｉ’となる容量性リアクタンスＸｃ’が同定される。制御部は、このようにして同定された容量性リアクタンスＸｃ’を有するように等価コンデンサ４１を設定する。そのため、コンバータ４に入力される電力の力率が向上し、力率は１に近くなる。

【0046】

＜＜受電装置の詳細な構成＞＞
ここで、受電装置１の詳細な構成について、図６を参照して詳細に説明する。図６は、図１に示す受電装置１の電気的構成を示す回路図である。

【0047】

受電装置１は、２次コイル５、共振コンデンサ６、コンバータ７、負荷８、及び入力側接触器１１、充電抵抗１２を備える。２次コイル５は、図１に示す等価回路図の２次コイルに相当し、共振コンデンサ６は、図１に示す等価回路図の共振コンデンサ３に相当し、コンバータ７は、図１に示す等価回路図のコンバータ４に相当する。

【0048】

共振コンデンサ６は、２次コイル５とコンバータ７との間に直列に接続され、コンバータ７に入力される入力電力の無効成分を打ち消して電源の力率を調整する。

【0049】

コンバータ７は、２次コイル５が発生させた交流電力を直流電力に変換する。また、コンバータ７は、２次コイル５から供給され、共振コンデンサ６によって調整した交流電力の力率をさらに調整する。コンバータ７は、出力側接触器７１、入力電圧検出器７２、入力電流検出器７３、変換器７４、出力電圧検出器７５、出力電流検出器７６、フィルタコンデンサ７７、ダイオード７８、及び制御部７９を備える。

【0050】

出力側接触器７１は、コンバータ７の各出力端子側に設けられ、コンバータ７の各出力端子と負荷８とを開放したり、接続したりする。

【0051】

入力電圧検出器７２は、コンバータ７の入力端子間のコンバータ電圧Ｖｃ（図１に示す等価回路図のコンバータ電圧Ｖｃに相当）を検出する。入力電流検出器７３はコンバータ７に入力される電流Ｉ（図１に示す等価回路図の電流Ｉに相当）を検出する。

【0052】

変換器７４は、スイッチング素子及びダイオード等によって実現され、交流電力を直流電力に変換する。

【0053】

出力電圧検出器７５は、コンバータ７の出力端子間の電圧を検出する。出力電流検出器７６はコンバータ７から出力される電流を検出する。

【0054】

フィルタコンデンサ７７は、変換器７４に並列に接続される。ダイオード７８は、負荷８からの電流の逆流防止のために、フィルタコンデンサ７７と変換器７４との並列接点の片側に接続される。制御部７９は、コンバータ７が変換して出力する電力の電圧値を指定する。また、制御部７９は、コンバータ７に入力される電流Ｉの実効値を演算する。

【0055】

負荷８は、コンバータ７の出力端子に接続され、コンバータ７から出力された電力が供給される。負荷８の一例は、バッテリ装置である。

【0056】

入力側接触器１１は、コンバータ７の各入力端子側に設けられ、コンバータ７の各入力端子と２次コイル５との間を開放したり、接続したりする。

【0057】

充電抵抗１２は、フィルタコンデンサ７７が初期に充電される際に、コンバータ７の電流Ｉとして過電流が流れるのを抑制する。

【0058】

＜＜動作試験回路に基づく試験結果＞＞
ここで、受電装置１について試験を行うための試験用受電装置１０について、図７を参照して詳細に説明する。図７は、図６に示す回路図の一部を変更したものである。

【0059】

試験用受電装置１０は、２次コイル模擬５０、共振コンデンサ６、コンバータ７、模擬バッテリ装置９、入力側接触器１１、及び充電抵抗１２を備える。

【0060】

共振コンデンサ６、コンバータ７、入力側接触器１１、及び充電抵抗１２は、受電装置１の詳細な構成において説明した共振コンデンサ６、コンバータ７、入力側接触器１１、及び充電抵抗１２とそれぞれ同様である。

【0061】

２次コイル模擬５０は、コンバータ７に交流電力を供給するもので、高周波インバータ５０１及びリアクトル５０２を備える。高周波インバータ５０１は、図６の回路図に示す２次コイル５で発生する誘起電圧と同等の電圧をワンパルス運転で発生させる。リアクトル５０２は、高周波インバータ５０１に直列に接続される。

【0062】

模擬バッテリ装置９は、コンバータ７の負荷であり、本実施形態では回生インバータがその一例である。

【0063】

また、コンバータ７、高周波インバータ５０１、及び模擬バッテリ装置９の仕様の一例は表１に示される通りとする。

【0064】

【表1】

【0065】

＜第１の調整に関する試験結果＞
上記のようにして構成された試験用受電装置１０において起動時にコンバータ７への入力電力を調整する方法の詳細について説明し、この試験用受電装置１０を用いて入力電力の調整を行った結果を示す。

【0066】

まず、制御部７９が、図７に示される試験回路において、入力側接触器１１を開放し、このときに入力電圧検出器７２が開放電圧Ｖsopenを測定する。そして、制御部７９は測定された開放電圧Ｖsopenを不図示のメモリ等に保存する。

【0067】

また、制御部７９は、スイッチング素子を制御して入力端子間を短絡することによって、コンバータ電圧Ｖｃ＝０とし、このときに入力電流検出器７３が短絡電流Ｉshortを測定する。そして、制御部７９は、測定された短絡電流Ｉshortを不図示のメモリ等に保存する。

【0068】

続いて、制御部７９は、メモリ等に保存した電圧Ｖsopen及び電流Ｉshortに基づいて式（２）及び式（３）を用いて無効成分ωＬｓ−１／ωＣｓを算出する。制御部７９は、算出された無効成分ωＬｓ−１／ωＣｓを補償するように、コンバータ７の等価コンデンサ（図１に示す等価回路図の等価コンデンサ４１に相当）の容量性リアクタンスＸｃ’を同定する。表２に示すように、このようにして制御部７９が同定した容量性リアクタンスＸｃ’は５．５Ωであり、この値は、ＬＣＲメータで測定した回路定数に基づいて算出した容量性リアクタンスＸｃの４．６２Ωに比べて、約１．２倍の値である。また、容量性リアクタンスＸｃ’を５．５Ωとした場合の電源力率は１に近い値である０．９９となる。このように、本発明の一実施形態に係る方法によれば、良好に無効成分を算出することができる。

【0069】

【表2】

【0070】

＜第２の調整に関する試験結果＞
次に、試験用受電装置１０において動作中にコンバータ７への入力電力の力率を調整する方法の詳細について説明し、この試験用受電装置１０を用いてコンバータ７への入力電力の力率を調整した結果を示す。

【0071】

試験用受電装置１０において、コンバータ７への入力電力の力率を調整するために、制御部７９は、コンバータ７に係る不図示の等価コンデンサの容量性リアクタンスＸｃを制御する。具体的には、制御部７９は、複数回にわたって容量性リアクタンスＸｃを変更し、その都度、制御パラメータである、等価抵抗（図１に示す等価回路図の等価抵抗４２に相当）の抵抗値Ｒｃを測定する。表３に示すように、制御部７９が（ｎ−１）回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させ、それに伴い抵抗値Ｒｃが減少した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させ、抵抗値Ｒｃが増加した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させる。同様に、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの減少に伴って抵抗値Ｒｃが増加した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させ、一方、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの減少に伴って抵抗値Ｒｃが減少した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させる。

【0072】

同様にして、制御部７９が（ｎ−１）回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させ、それに伴い抵抗値Ｒｃが増加した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させ、抵抗値Ｒｃが減少した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させる。同様に、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの減少に伴って抵抗値Ｒｃが増加した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させ、一方、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの減少に伴って抵抗値Ｒｃが減少した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させる。

【0073】

【表3】

【0074】

次に、上記で説明した抵抗値Ｒｃが最大となるように容量性リアクタンスＸｃを同定した結果を説明する。表４に示すように、試験用受電装置１０における誘導電圧をＶｓ＝３００Ｖ、容量性リアクタンスＸｃの初期値をＸｃ０＝６．１６Ωとし、２０ｍｓｅｃに１回、容量性リアクタンスＸｃを０．２５Ωずつ変更し、シミュレーション周期を２５ｎｓｅｃとする条件で、上記の方法によって抵抗値Ｒｃが最大となる容量性リアクタンスＸｃを同定するためのシミュレーション結果を得た。

【0075】

【表4】

【0076】

図８に示すように、シミュレーションは１．５秒間行っている。図８においては、各グラフの横軸はそれぞれ時刻を表し、時刻ｔ＝０（ｓ）でコンバータ７が起動されたとする。具体的には、図８の１段目に示すように、高周波インバータ５０１が実効値３００Ｖの交流電圧を発生させることによって、図８の２段目に示すような値の電力がコンバータ７に入力された。このとき、上記の表３及び表４を参照して説明したようにコンバータ７の等価コンデンサの容量性リアクタンスＸｃを変化させた様子が図８の４段目に示されている。本シミュレーションにおいては、図８の４段目に示すように、容量性リアクタンスＸｃの変更は時刻ｔ＝０．１（ｓ）に開始され、およそ時刻ｔ＝０．２５（ｓ）、すなわち容量性リアクタンスＸｃの変更の開始からおよそ０．１５秒間という短時間で、図８の３段目に示すように等価抵抗の抵抗値Ｒｃは収束している。また、等価抵抗の抵抗値Ｒｃが収束した時刻以降において、図８の５段目に示すように電源力率は０．９９５以上である。また、図８の６段目に示すように、電流Ｉの実効値は、時刻ｔ＝０．１（ｓ）以降でほぼ一定の値となっている。

【0077】

以上より、上記に記載されたように等価コンデンサに係る容量性リアクタンスＸｃを同定し、同定された容量性リアクタンスＸｃ’を有するように等価コンデンサを設定することによって、電力の力率を改善することができる。

【0078】

＜第３の調整に関する試験結果＞
次に、試験用受電装置１０において、動作中にコンバータ７への入力電力の力率を調整する他の方法の詳細について説明する。

【0079】

試験用受電装置１０において、コンバータ７への入力電力を調整するために、制御部７９は、コンバータ７の等価コンデンサの容量性リアクタンスＸｃを調整する。具体的には、制御部７９は、複数回にわたって容量性リアクタンスＸｃを変更し、その都度、コンバータ７に入力される電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓを測定する。表５に示すように、制御部７９が（ｎ−１）回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させ、それに伴い電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが減少した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させ、電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが増加した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させる。また、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの増加に伴って電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが減少した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させ、一方、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの増加に伴って電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが増加した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させる。

【0080】

同様にして、制御部７９が（ｎ−１）回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させ、それに伴い電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが増加した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させ、電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが減少した場合、制御部７９はｎ回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させる。また、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの増加に伴って電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが減少した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを増加させ、一方、ｎ回目の容量性リアクタンスＸｃの増加に伴って電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓが増加した場合、制御部７９は、（ｎ＋１）回目に容量性リアクタンスＸｃを減少させる。

【0081】

【表5】

【0082】

以上のように、本実施形態に記載されたコンバータ４は、等価コンデンサ４１と等価抵抗４２の直列接続で表され、等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃを制御することで入力電力の力率を調整するため、受電装置１の備えるインダクタ２３の発熱、通電電流、及び経年による劣化に伴うインダクタンスＬｓの変化に伴って共振コンデンサ３を変更することなく、コンバータ４の入力電力の力率を改善することが可能となる。共振コンデンサ３を変更するには、受電装置１の動作を停止させなければならない一方、本実施形態に記載されたコンバータ４によれば、受電装置１の起動中及び動作中にも入力電力を調整することができるため、受電装置１のメンテナンスに係る停止時間を削減することが可能となる。

【0083】

また、本実施形態に記載されたコンバータ４は、コンバータ４の開放電圧Ｖsopen及び短絡電流Ｉshortに基づいて等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃを制御する。このため、ＬＣＲメータ等を用いて算出した２次コイル２のインダクタンスＬｓに基づいて等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃを設定するより、入力電力の力率を１に近づけるのに適切な容量性リアクタンスＸｃを設定することができる。したがって、本実施形態に記載されたコンバータ４は、より高い精度で力率を改善することが可能となる。

【0084】

また、本実施形態に記載された受電装置１は、２次コイル２とコンバータ４との間に直列に接続された共振コンデンサ３を備えるため、高周波数の電力が２次コイル２で発生した場合に、２次コイル２と共振コンデンサ３とにより無効電力の大部分を打ち消すことができる。このため、コンバータ４の制御部は、等価コンデンサ４１が、２次コイル２と共振コンデンサ３とにより打ち消すことのできなかった、比較的小さい無効電力のみを打ち消すような容量性リアクタンスＸｃを有するように制御すればいい。したがって、コンバータ４は、等価コンデンサ４１の容量性リアクタンスＸｃを短時間で同定することが可能となる。

【0085】

また、本実施形態においては、第１、第２及び第３の調整が独立して行われるとして記載したが、コンバータ４の起動時に第１の調整を行い、起動後、所定時間経過したのちに第２の調整を行うことによって力率を調整してもよい。同様に、コンバータ４の起動時に第１の調整を行って、起動後、所定時間経過したのちに第３の調整を行って力率を調整してもよい。

【0086】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0087】

１ 受電装置
２ ２次コイル
３ 共振コンデンサ
４ コンバータ
５ ２次コイル
６ 共振コンデンサ
７ コンバータ
８ 負荷
９ 模擬バッテリ装置
１０ 試験用受電装置
１１ 入力側接触器
１２ 充電抵抗
２１ 交流電源
２２ 抵抗
２３ インダクタ
４１ 等価コンデンサ
４２ 等価抵抗
５０ ２次コイル模擬
７１ 出力側接触器
７２ 入力電圧検出器
７３ 入力電流検出器
７４ 変換器
７５ 出力電圧検出器
７６ 出力電流検出器
７７ フィルタコンデンサ
７８ ダイオード
７９ 制御部
５０１ 高周波インバータ
５０２ リアクトル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】