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(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】
(24)【登録日】2025-02-20
(45)【発行日】2025-03-03
(54)【発明の名称】非接触電力伝送システム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/80 20160101AFI20250221BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20250221BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20250221BHJP
B60L 50/60 20190101ALI20250221BHJP
B60L 53/122 20190101ALI20250221BHJP
B60L 58/12 20190101ALI20250221BHJP
【ＦＩ】
H02J50/80
H02J50/12
H02J7/00 301D
B60L50/60
B60L53/122
B60L58/12
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023044194
(22)【出願日】2023-03-20
(65)【公開番号】P2024134088
(43)【公開日】2024-10-03
【審査請求日】2023-11-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100154852
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100194087
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 伸一
(72)【発明者】
【氏名】勝谷 仁
【審査官】鈴木 智之
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／１９６２３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１１８６９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２３－０１５８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１５７８５３（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ５０／８０
Ｈ０２Ｊ ５０／１２
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｂ６０Ｌ ５０／６０
Ｂ６０Ｌ ５３／１２２
Ｂ６０Ｌ ５８／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電装置の送電側コイルから非接触で伝送される交流電力を受け取るコイルと、前記コイルに直列に接続される共振用のキャパシタと、
前記コイルに対して設けられる磁性部材と
を有する受電部と、
前記受電部が受け取る前記交流電力を直流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部の動作を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記コイル、前記キャパシタ及び前記磁性部材の各温度を取得する温度取得部と、
前記温度取得部によって取得される前記各温度に基づいて、前記送電装置による電力伝送の要求周波数を補正する補正部と
を備え、
前記補正部は、
前記各温度に基づいて、少なくとも前記コイルの自己インダクタンス、前記受電部の抵抗値、前記キャパシタのキャパシタンス、前記送電側コイルと前記コイルとの相互インダクタンスのいずれかを補正する
非接触電力伝送システム。
【請求項2】
前記補正部は、前記各温度に基づいて、前記コイルの自己インダクタンスと、前記受電部の抵抗値と、前記キャパシタのキャパシタンスと、前記送電側コイルと前記コイルとの相互インダクタンスとを補正する
請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項3】
前記電力変換部に接続される蓄電装置を備え、前記補正部は、
前記蓄電装置の残容量に応じた要求電力に基づいて設定される前記要求周波数を補正する
請求項２に記載の非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池を搭載する車両での充給電に関する研究開発が行われている。
従来、非接触での電力伝送により車両の外部から車両に電力を供給する非接触電力伝送システムでは、送電装置及び受電装置を構成するコイル及びキャパシタ等の素子の温度に応じて、受電装置に対する給電効率が最大となるように、送電装置のインバータ回路のスイッチング周波数を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
従来、非接触での電力伝送により車両の外部から車両に電力を供給する非接触電力伝送システムでは、送電装置及び受電装置を構成するコイル及びキャパシタ等の素子の温度に応じて、受電装置に対する給電効率が最大となるように、送電装置のインバータ回路のスイッチング周波数を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１４／１９６２３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、二次電池を搭載する車両での充給電に関する技術においては、受電側のコイル及びキャパシタ等によって形成される共振回路の固有値（周波数）の変動に伴う出力低下及び損失増大を抑制することが望まれている。例えば、上記従来技術の非接触電力伝送システムでは、コイルの温度上昇に伴うインダクタンスの低下及びキャパシタの温度変化に伴うキャパシタンスの変化に限らず、受電装置の他の部位の温度変化に応じて共振回路の固有値（周波数）が変動するおそれがある。例えば、移動体の移動時に受ける風（走行風等）によって冷却される部位での温度変化等に応じて共振回路の固有値（周波数）が変動すると、出力低下及び損失増大が生じるおそれがある。
【0005】
本発明は、受電側での温度の変動に起因する出力低下及び損失増大を抑制することができる非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）：本発明の一態様に係る非接触電力伝送システム（例えば、実施形態での非接触電力伝送システム１）は、送電装置（例えば、実施形態での送電装置２）の送電側コイル（例えば、実施形態での一次側コイル８ａ）から非接触で伝送される交流電力を受け取るコイル（例えば、実施形態での二次側コイル１５ａ）と、前記コイルに直列に接続される共振用のキャパシタ（例えば、実施形態での二次側キャパシタ１５ｃ）と、前記コイルに対して設けられる磁性部材（例えば、実施形態でのコア部材１９）とを有する受電部（例えば、実施形態での受電部１５）と、前記受電部が受け取る前記交流電力を直流電力に変換する電力変換部（例えば、実施形態での受電電力変換部１６）と、前記電力変換部の動作を制御する制御装置（例えば、実施形態での制御装置１７）とを備え、前記制御装置は、前記コイル、前記キャパシタ及び前記磁性部材の各温度を取得する温度取得部（例えば、実施形態でのコイル温度検出部３１と、磁性部材温度検出部３２と、キャパシタ温度検出部３３）と、前記温度取得部によって取得される前記各温度に基づいて、前記送電装置による電力伝送の要求周波数を補正する補正部（例えば、実施形態でのインダクタンス補正部３４と、抵抗値補正部３５と、相互インダクタンス補正部３６と、キャパシタンス補正部３７と、最大効率点算出部３８と、差分算出部３９と、要求周波数補正部４０）とを備え、前記補正部は、前記各温度に基づいて、少なくとも前記コイルの自己インダクタンス、前記受電部の抵抗値、前記キャパシタのキャパシタンス、前記送電側コイルと前記コイルとの相互インダクタンスのいずれかを補正する。
（１）：本発明の一態様に係る非接触電力伝送システム（例えば、実施形態での非接触電力伝送システム１）は、送電装置（例えば、実施形態での送電装置２）の送電側コイル（例えば、実施形態での一次側コイル８ａ）から非接触で伝送される交流電力を受け取るコイル（例えば、実施形態での二次側コイル１５ａ）と、前記コイルに直列に接続される共振用のキャパシタ（例えば、実施形態での二次側キャパシタ１５ｃ）と、前記コイルに対して設けられる磁性部材（例えば、実施形態でのコア部材１９）とを有する受電部（例えば、実施形態での受電部１５）と、前記受電部が受け取る前記交流電力を直流電力に変換する電力変換部（例えば、実施形態での受電電力変換部１６）と、前記電力変換部の動作を制御する制御装置（例えば、実施形態での制御装置１７）とを備え、前記制御装置は、前記コイル、前記キャパシタ及び前記磁性部材の各温度を取得する温度取得部（例えば、実施形態でのコイル温度検出部３１と、磁性部材温度検出部３２と、キャパシタ温度検出部３３）と、前記温度取得部によって取得される前記各温度に基づいて、前記送電装置による電力伝送の要求周波数を補正する補正部（例えば、実施形態でのインダクタンス補正部３４と、抵抗値補正部３５と、相互インダクタンス補正部３６と、キャパシタンス補正部３７と、最大効率点算出部３８と、差分算出部３９と、要求周波数補正部４０）とを備え、前記補正部は、前記各温度に基づいて、少なくとも前記コイルの自己インダクタンス、前記受電部の抵抗値、前記キャパシタのキャパシタンス、前記送電側コイルと前記コイルとの相互インダクタンスのいずれかを補正する。
【0007】
（２）：上記（１）に記載の非接触電力伝送システムでは、前記補正部は、前記各温度に基づいて、前記コイルの自己インダクタンスと、前記受電部の抵抗値と、前記キャパシタのキャパシタンスと、前記送電側コイルと前記コイルとの相互インダクタンスとを補正してもよい。
【0008】
（３）：上記（２）に記載の非接触電力伝送システムは、前記電力変換部に接続される蓄電装置（例えば、実施形態での蓄電装置１１）を備え、前記補正部は、前記蓄電装置の残容量に応じた要求電力に基づいて設定される前記要求周波数を補正してもよい。
【発明の効果】
【0009】
上記（１）によれば、制御装置は、受電部のコイル、キャパシタ及び磁性部材の各温度に基づいて、送電装置による電力伝送の要求周波数を補正することにより、受電側での温度の変動に起因する電力伝送の出力低下及び損失増大を抑制することができる。
【0010】
上記（２）の場合、制御装置は、受電部のコイルの自己インダクタンスと、受電部の抵抗値と、受電部のキャパシタのキャパシタンスと、相互インダクタンスとを補正することにより、例えば受電部の温度変化等に応じて共振回路の固有値（周波数）が変動する場合であっても、要求周波数の補正によって出力低下及び損失増大を抑制することができる。
【0011】
上記（３）の場合、制御装置は、蓄電装置の残容量に応じた要求電力に基づいて設定される要求周波数を補正することにより、送電装置からの電力伝送及び移動体の電力消費に伴う蓄電装置の充放電が増大することを抑制しつつ、電力伝送の出力低下及び損失増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態の非接触電力伝送システムの構成を示す図。
【図2】本発明の実施形態の非接触電力伝送システムの構成の詳細を示す図。
【図3】本発明の実施形態の非接触電力伝送システムでの送電部及び受電部の構成を示す図。
【図4】本発明の実施形態の非接触電力伝送システムでの受電部のコイルユニットの構成を示す分解斜視図。
【図5】本発明の実施形態の非接触電力伝送システムでの制御装置の第１の機能構成を示すブロック図。
【図6】本発明の実施形態の非接触電力伝送システムでの制御装置の第２の機能構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態に係る非接触電力伝送システムについて、添付図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、実施形態の非接触電力伝送システム１の構成を示す図である。図３は、実施形態での非接触電力伝送システム１の送電部８及び受電部１５の構成を示す図である。図４は、実施形態の非接触電力伝送システム１での受電部１５のコイルユニット１８の構成を示す分解斜視図である。
実施形態の非接触電力伝送システム１は、例えば、非接触での電力伝送により車両等の移動体の外部から移動体に電力を供給する。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池車両等の電動車両である。
図１及び図２は、実施形態の非接触電力伝送システム１の構成を示す図である。図３は、実施形態での非接触電力伝送システム１の送電部８及び受電部１５の構成を示す図である。図４は、実施形態の非接触電力伝送システム１での受電部１５のコイルユニット１８の構成を示す分解斜視図である。
実施形態の非接触電力伝送システム１は、例えば、非接触での電力伝送により車両等の移動体の外部から移動体に電力を供給する。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池車両等の電動車両である。
【0014】
（非接触電力伝送システム）
図１及び図２に示すように、実施形態の非接触電力伝送システム１は、例えば、車両の走行路等に設置される送電装置２と、車両等の移動体に搭載される駆動制御装置３及び受電装置４とを備える。なお、実施形態の非接触電力伝送システム１は、少なくとも、移動体に搭載される構成要素（例えば、駆動制御装置３及び受電装置４）のみを備えてもよく、移動体の外部の構成要素（例えば、送電装置２）と移動体に搭載される非接触電力伝送システム１との組み合わせによって非接触での電力伝送が実行されてもよい。
図１及び図２に示すように、実施形態の非接触電力伝送システム１は、例えば、車両の走行路等に設置される送電装置２と、車両等の移動体に搭載される駆動制御装置３及び受電装置４とを備える。なお、実施形態の非接触電力伝送システム１は、少なくとも、移動体に搭載される構成要素（例えば、駆動制御装置３及び受電装置４）のみを備えてもよく、移動体の外部の構成要素（例えば、送電装置２）と移動体に搭載される非接触電力伝送システム１との組み合わせによって非接触での電力伝送が実行されてもよい。
【0015】
送電装置２は、例えば、電源部６と、送電電力変換部７と、送電部８とを備える。なお、送電装置２は、例えば、車両の走行路等での所定の電力伝送区間に複数の少なくとも送電部８を備えてもよい。
電源部６は、例えば、商用電源等の交流電源と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバータと、電力平滑用のキャパシタとを備える。電源部６は、交流電源から供給される交流電力をＡＣ－ＤＣコンバータによって直流電力に変換する。
電源部６は、例えば、商用電源等の交流電源と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバータと、電力平滑用のキャパシタとを備える。電源部６は、交流電源から供給される交流電力をＡＣ－ＤＣコンバータによって直流電力に変換する。
【0016】
送電電力変換部７は、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。送電電力変換部７のインバータは、例えば２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成されるブリッジ回路と、電圧平滑用のキャパシタとを備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ７ａ，７ｂである。整流素子は、例えば、各トランジスタ７ａ，７ｂに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタ７ｃは、ブリッジ回路に並列に接続される。
【0017】
送電部８は、例えば、磁界共鳴又は電磁誘導等の磁界結合により、高周波の磁界の変化によって電力を送る。図３に示すように、送電部８は、例えば、直列に接続される一次側コイル８ａ、一次側抵抗８ｂ及び一次側キャパシタ８ｃによって形成される共振回路を備える。送電部８は、例えば、共振回路に流れる電流Ｉｔを検出する電流センサ等のセンサを備える。
【0018】
例えば、送電装置２は、予め設定される駆動周波数又は受電装置４から受け取る要求周波数の情報に応じて、送電電力変換部７の各スイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）のスイッチングを制御することによって、車両の受電装置４への電力伝送を行う。
【0019】
図１及び図２に示すように、車両等の移動体の駆動制御装置３は、例えば、蓄電装置１１と、蓄電電圧変換部１２と、電力変換部１３と、回転電機１４とを備える。移動体の受電装置４は、例えば、受電部１５と、受電電力変換部１６とを備える。駆動制御装置３及び受電装置４は、例えば、共通の制御装置１７を備える。
なお、例えば蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。例えば蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていてもよい。
なお、例えば蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。例えば蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていてもよい。
【0020】
蓄電装置１１は、蓄電電圧変換部１２に接続される。蓄電装置１１は、車両の外部の送電装置２から非接触で伝送される電力によって充電される。蓄電装置１１は、蓄電電圧変換部１２及び電力変換部１３を介して回転電機１４との間で電力を授受する。
蓄電装置１１は、例えば、リチウムイオンバッテリ等のバッテリと、バッテリの電流を検出する電流センサ及びバッテリの電圧を検出する電圧センサとを備える。
なお、例えば電気自動車等において蓄電電圧変換部１２を備えていない場合、蓄電装置１１は、後述する電力変換部１３及び受電電力変換部１６に接続される。
蓄電装置１１は、例えば、リチウムイオンバッテリ等のバッテリと、バッテリの電流を検出する電流センサ及びバッテリの電圧を検出する電圧センサとを備える。
なお、例えば電気自動車等において蓄電電圧変換部１２を備えていない場合、蓄電装置１１は、後述する電力変換部１３及び受電電力変換部１６に接続される。
【0021】
蓄電電圧変換部１２は、電力変換部１３及び受電電力変換部１６に接続される。蓄電電圧変換部１２は、例えば、昇圧及び降圧の双方向の電圧変換を行う電圧制御器を備える。電圧制御器は、双方向の電圧変換によって蓄電装置１１の充電及び放電時に入力電力及び出力電力を変換する。蓄電電圧変換部１２の電圧制御器は、例えば、１対の第１リアクトルと、第１素子モジュールと、電圧平滑用のキャパシタとを備える。
【0022】
１対の第１リアクトル１２ａ，１２ａは、相互に逆極性に磁気結合されることによって複合型リアクトルを形成する。１対の第１リアクトル１２ａ，１２ａは、第１素子モジュールの各相のハイサイドアームとローサイドアームとの接続点に接続される。
第１素子モジュールは、例えば２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第１ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ１２ｂ，１２ｃである。整流素子は、例えば、各トランジスタ１２ｂ，１２ｃに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタ１２ｄは、蓄電装置１１に並列に接続される。
蓄電電圧変換部１２は、直列に接続される抵抗１２ｅ及びトランジスタ１２ｆを備える。抵抗１２ｅ及びトランジスタ１２ｆは、第１ブリッジ回路に並列に接続される。
第１素子モジュールは、例えば２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第１ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ１２ｂ，１２ｃである。整流素子は、例えば、各トランジスタ１２ｂ，１２ｃに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタ１２ｄは、蓄電装置１１に並列に接続される。
蓄電電圧変換部１２は、直列に接続される抵抗１２ｅ及びトランジスタ１２ｆを備える。抵抗１２ｅ及びトランジスタ１２ｆは、第１ブリッジ回路に並列に接続される。
【0023】
電圧制御器の１対の第１リアクトル１２ａ，１２ａ及び第１素子モジュールは、いわゆる２相のインターリーブによって電圧変換を行う。２相のインターリーブでは、１対の第１リアクトル１２ａ，１２ａに接続される２相のトランジスタ１２ｂ，１２ｃのうちで第１の相のトランジスタ１２ｂ，１２ｃのスイッチング制御の１周期と、第２の相のトランジスタ１２ｂ，１２ｃのスイッチング制御の１周期とは、相互に半周期だけずらされる。
【0024】
電力変換部１３は、回転電機１４に接続される。電力変換部１３は、例えば、直流電力と交流電力との変換を行う電力変換器を備える。電力変換器は、例えば、第２素子モジュールと、電圧平滑用のキャパシタとを備える。
第２素子モジュールは、例えば、３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第２ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ１３ａ，１３ｂである。整流素子は、例えば、各トランジスタ１３ａ，１３ｂに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタ１３ｃは、第２ブリッジ回路に並列に接続される。
第２素子モジュールは、例えば、３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第２ブリッジ回路を備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ１３ａ，１３ｂである。整流素子は、例えば、各トランジスタ１３ａ，１３ｂに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタ１３ｃは、第２ブリッジ回路に並列に接続される。
【0025】
第２素子モジュールは、電力の授受によって回転電機１４の動作を制御する。第２素子モジュールは、例えば回転電機１４の力行時には、正極及び負極の直流端子１３ｐ，１３ｎから入力される直流電力を３相交流電力に変換して、３相交流電力を３相の交流端子１３ｄから回転電機１４に供給する。第２素子モジュールは、回転電機１４の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることによって回転駆動力を発生させる。
第２素子モジュールは、例えば回転電機１４の回生時には、回転電機１４の回転に同期がとられた各相のスイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）の駆動によって、３相のステータ巻線から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２素子モジュールは、３相交流電力から変換された直流電力を、蓄電電圧変換部１２を介して蓄電装置１１に供給することが可能である。
第２素子モジュールは、例えば回転電機１４の回生時には、回転電機１４の回転に同期がとられた各相のスイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）の駆動によって、３相のステータ巻線から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２素子モジュールは、３相交流電力から変換された直流電力を、蓄電電圧変換部１２を介して蓄電装置１１に供給することが可能である。
【0026】
回転電機１４は、例えば、車両の走行駆動用に設けられる３相交流のブラシレスＤＣモータである。回転電機１４は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させる３相のステータ巻線を有する固定子とを備える。３相のステータ巻線は、電力変換部１３の３相の交流端子１３ｄに接続される。
回転電機１４は、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって回転駆動力を発生させる。回転電機１４は、例えば、車両の車輪に連結可能である場合、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって走行駆動力を発生させる。回転電機１４は、車両の車輪側から入力される回転動力により回生動作することによって発電電力を発生させてもよい。回転電機１４は、車両の内燃機関に連結可能である場合、内燃機関の動力によって発電してもよい。
回転電機１４は、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって回転駆動力を発生させる。回転電機１４は、例えば、車両の車輪に連結可能である場合、電力変換部１３から供給される電力により力行動作することによって走行駆動力を発生させる。回転電機１４は、車両の車輪側から入力される回転動力により回生動作することによって発電電力を発生させてもよい。回転電機１４は、車両の内燃機関に連結可能である場合、内燃機関の動力によって発電してもよい。
【0027】
受電部１５は、受電電力変換部１６に接続される。受電部１５は、例えば、磁界共鳴又は電磁誘導などの磁界結合により、送電部８から伝えられる高周波の磁界の変化によって電力を受け取る。図３に示すように、受電部１５は、例えば、直列に接続される二次側コイル１５ａ、二次側抵抗１５ｂ及び二次側キャパシタ１５ｃによって形成される共振回路を備える。受電部１５は、例えば、共振回路に流れる電流Ｉｒを検出する電流センサ等のセンサを備える。
【0028】
図４に示すように、受電部１５の一部を構成するコイルユニット１８は、例えば、二次側コイル１５ａと、絶縁部材１８ａと、フェライトコア１８ｂと、コア部材１９とを備える。
【0029】
二次側コイル１５ａの外形は、例えば中心軸線の周りに渦巻状に形成されている。
絶縁部材１８ａの外形は、例えば厚さ方向に貫通孔が形成された矩形のシート状に形成されている。絶縁部材１８ａは、電気的絶縁性を有する材料によって形成されている。
フェライトコア１８ｂの外形は、例えば厚さ方向に貫通孔が形成された矩形板状に形成されている。
絶縁部材１８ａの外形は、例えば厚さ方向に貫通孔が形成された矩形のシート状に形成されている。絶縁部材１８ａは、電気的絶縁性を有する材料によって形成されている。
フェライトコア１８ｂの外形は、例えば厚さ方向に貫通孔が形成された矩形板状に形成されている。
【0030】
コア部材１９は、例えば、板状部１９ａと、壁部１９ｂと、蓋部１９ｃとを備える。コア部材１９は、例えば珪素鋼板等の電磁鋼板のような磁性材料によって形成されている。
板状部１９ａの外形は、例えば中央部を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成された矩形枠状に形成されている。
壁部１９ｂの外形は、例えば板状部１９ａの貫通孔を取り囲む周縁部から中心軸線に沿った方向に突出する矩形枠状に形成されている。壁部１９ｂは、二次側コイル１５ａの空芯領域並びに絶縁部材１８ａ及びフェライトコア１８ｂの各貫通孔に配置される。
蓋部１９ｃの外形は、例えば矩形板状に形成されている。蓋部１９ｃは、壁部１９ｂの突出方向の先端部開口端を閉塞する。
板状部１９ａの外形は、例えば中央部を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成された矩形枠状に形成されている。
壁部１９ｂの外形は、例えば板状部１９ａの貫通孔を取り囲む周縁部から中心軸線に沿った方向に突出する矩形枠状に形成されている。壁部１９ｂは、二次側コイル１５ａの空芯領域並びに絶縁部材１８ａ及びフェライトコア１８ｂの各貫通孔に配置される。
蓋部１９ｃの外形は、例えば矩形板状に形成されている。蓋部１９ｃは、壁部１９ｂの突出方向の先端部開口端を閉塞する。
【0031】
絶縁部材１８ａ、フェライトコア１８ｂ及びコア部材１９の板状部１９ａは、例えば、二次側コイル１５ａに対向する一次側コイル８ａから見た場合の二次側コイル１５ａの背面側に配置される。二次側コイル１５ａ、絶縁部材１８ａ、フェライトコア１８ｂ及び板状部１９ａは、中心軸線に沿った方向で順次に積層されるように配置される。
【0032】
受電部１５の二次側キャパシタ１５ｃの容量は、例えば、受電部１５の共振回路のインピーダンスの周波数特性での２つの共振点のうち高周波側の共振点に応じて設定される。例えば、低周波側でインピーダンスが極小となる共振点は同相の共振モード（低周波モード）を示し、高周波側でインピーダンスが極小となる共振点は逆相の共振モード（高周波モード）を示す。２つの共振点の間でインピーダンスが極大となる反共振点は同相の共振モードと逆相の共振モードとの切り換わりを示す。例えば製造時等に設定される二次側キャパシタ１５ｃの容量は、所定の常温状態で共振点を高周波モードの周波数に合わせるように、高周波モードの周波数に応じて設定される。
【0033】
図１及び図２に示す受電電力変換部１６は、電力変換部１３に接続される。受電電力変換部１６は、交流電力を直流電力に変換する、いわゆるフルブリッジレス型（又はブリッジレス及びトーテムポール型）の力率改善（ＰＦＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を備える。いわゆるブリッジレスＰＦＣは、ブリッジ接続される複数のダイオードによるブリッジ整流器を備えていないＰＦＣであって、いわゆるトーテムポールＰＦＣは、同方向に直列に接続（トーテムポール接続）される同一導電型の一対のスイッチング素子を備えるＰＦＣである。
【0034】
受電電力変換部１６は、例えば、２相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第３ブリッジ回路と、電圧平滑用のキャパシタとを備える。各スイッチング素子は、例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ１６ａ，１６ｂである。整流素子は、例えば、各トランジスタ１６ａ，１６ｂに並列に接続される還流ダイオードである。電圧平滑用のキャパシタ１６ｃは、第３ブリッジ回路に並列に接続される。
【0035】
例えば、受電部１５及び受電電力変換部１６を備える受電装置４は、送電装置２による電力伝送の周波数の情報に応じて、受電電力変換部１６の各スイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）のスイッチングを制御することによって、送電装置２から伝送される電力を受け取る。
【0036】
制御装置１７は、例えば、車両等の移動体の駆動制御装置３及び受電装置４を統合的に制御する。制御装置１７は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵである。なお、制御装置１７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。
【0037】
制御装置１７は、例えば、各スイッチング素子をオン（導通）及びオフ（遮断）に駆動するタイミングを示す制御信号を生成するとともに、制御信号に基づいて各スイッチング素子を実際にオン及びオフに駆動するためのゲート信号を生成する。
例えば、制御装置１７は、受電装置４の各スイッチング素子のスイッチングを制御することによって、送電装置２から受け取る交流電力を直流電力に整流しつつ、入力電圧及び入力電流の力率改善を行う。
例えば、制御装置１７は、受電装置４の各スイッチング素子のスイッチングを制御することによって、送電装置２から受け取る交流電力を直流電力に整流しつつ、入力電圧及び入力電流の力率改善を行う。
【0038】
例えば、制御装置１７は、受電装置４の複数のスイッチング素子を同期的にオン及びオフに駆動する同期整流動作と、二次側コイル１５ａを短絡する短絡動作とによって、目標出力に応じた出力を制御する。
例えば、制御装置１７は、送電装置２から送られる電力によって受電部１５に発生する電流、つまり二次側コイル１５ａに流れる電流Ｉｒの大きさ及び位相に応じて同期整流動作を制御する。制御装置１７は、受電電力変換部１６の複数のスイッチング素子を、いわゆるゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ：Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のソフトスイッチングで制御する。ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）では、各スイッチング素子は、各相のデッドタイム期間のオフ状態での出力容量（寄生容量）の放電によって両端電圧がゼロにされてからターンオン（オフ状態からオン状態への切り換え）が実行される。
例えば、制御装置１７は、受電電力変換部１６の各相のハイサイドアームでゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）の同期整流動作を継続させつつ、各相のローサイドアームのみオンにすることで短絡動作を制御する。
例えば、制御装置１７は、送電装置２から送られる電力によって受電部１５に発生する電流、つまり二次側コイル１５ａに流れる電流Ｉｒの大きさ及び位相に応じて同期整流動作を制御する。制御装置１７は、受電電力変換部１６の複数のスイッチング素子を、いわゆるゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ：Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のソフトスイッチングで制御する。ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）では、各スイッチング素子は、各相のデッドタイム期間のオフ状態での出力容量（寄生容量）の放電によって両端電圧がゼロにされてからターンオン（オフ状態からオン状態への切り換え）が実行される。
例えば、制御装置１７は、受電電力変換部１６の各相のハイサイドアームでゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）の同期整流動作を継続させつつ、各相のローサイドアームのみオンにすることで短絡動作を制御する。
【0039】
例えば、制御装置１７は、送電装置２による電力伝送に要求する周波数（要求周波数）を、蓄電装置１１の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて設定する。
図５は、実施形態の非接触電力伝送システム１での制御装置１７の第１の機能構成を示すブロック図である。
図５に示すように、制御装置１７は、例えば、駆動要求電力算出部２１と、補機消費電力算出部２２と、推定電力損失算出部２３と、加算部２４と、要求アシスト電力算出部２５と、減算部２６と、要求周波数取得部２７とを備える。
図５は、実施形態の非接触電力伝送システム１での制御装置１７の第１の機能構成を示すブロック図である。
図５に示すように、制御装置１７は、例えば、駆動要求電力算出部２１と、補機消費電力算出部２２と、推定電力損失算出部２３と、加算部２４と、要求アシスト電力算出部２５と、減算部２６と、要求周波数取得部２７とを備える。
【0040】
駆動要求電力算出部２１は、例えば、移動体又は回転電機１４の目標駆動力に応じて必要とされる電力変換部１３から回転電機１４に供給される電力（駆動要求電力）を算出する。目標駆動力は、例えば、移動体の移動状態又は回転電機１４の状態に関する各種のセンサの出力に基づいて算出される。各種のセンサは、例えば、車両の速度を検出する速度センサ及びアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ等と、回転電機１４の状態を把握するための電流センサ、電圧センサ及び温度センサ等とである。
【0041】
補機消費電力算出部２２は、例えば、各種のセンサの出力に基づき、蓄電装置１１に接続される各種補機の消費電力（補機消費電力）を算出する。各種のセンサは、例えば、蓄電装置１１の状態及び各種補機の消費電力等を把握するための電流センサ、電圧センサ及び温度センサ等である。各種補機は、例えば、電力変換器、空調装置及び各種ポンプ等である。
推定電力損失算出部２３は、例えば、蓄電電圧変換部１２及び受電電力変換部１６での推定される電力損失を算出する。
推定電力損失算出部２３は、例えば、蓄電電圧変換部１２及び受電電力変換部１６での推定される電力損失を算出する。
【0042】
加算部２４は、駆動要求電力算出部２１から入力される駆動要求電力と、補機消費電力算出部２２から入力される補機消費電力と、推定電力損失算出部２３から入力される電力損失とを加算することによって、システムに必要とされる電力（要求システム電力）を算出する。
要求アシスト電力算出部２５は、例えば、蓄電装置１１の所望の出力の確保等に基づいて必要とされる残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じた電力（要求アシスト電力）を算出する。
減算部２６は、加算部２４から入力される要求システム電力から、要求アシスト電力算出部２５から入力される要求アシスト電力を減算することによって、受電装置４が送電装置２から受け取る電力の目標である要求電力を算出する。
要求アシスト電力算出部２５は、例えば、蓄電装置１１の所望の出力の確保等に基づいて必要とされる残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じた電力（要求アシスト電力）を算出する。
減算部２６は、加算部２４から入力される要求システム電力から、要求アシスト電力算出部２５から入力される要求アシスト電力を減算することによって、受電装置４が送電装置２から受け取る電力の目標である要求電力を算出する。
【0043】
要求周波数取得部２７は、減算部２６から入力される要求電力に応じて、送電装置２の電力伝送に要求される周波数（要求周波数）を算出する。
要求周波数取得部２７は、例えば、送電装置２の送電部８及び受電装置４の受電部１５の各々での磁性体及びコイル等の組み合わせに応じて異なる特性を示す電力伝送の周波数と出力との対応関係のデータに基づき、要求電力に対応する要求周波数を取得する。
要求周波数取得部２７は、例えば、送電装置２の送電部８及び受電装置４の受電部１５の各々での磁性体及びコイル等の組み合わせに応じて異なる特性を示す電力伝送の周波数と出力との対応関係のデータに基づき、要求電力に対応する要求周波数を取得する。
【0044】
例えば、制御装置１７は、受電部１５を構成する各素子及びコイルユニット１８を構成する磁性部材の各温度に基づいて、要求周波数を補正する。
図６は、実施形態の非接触電力伝送システム１での制御装置１７の第２の機能構成を示すブロック図である。
図６に示すように、制御装置１７は、例えば、コイル温度検出部３１と、磁性部材温度検出部３２と、キャパシタ温度検出部３３と、インダクタンス補正部３４と、抵抗値補正部３５と、相互インダクタンス補正部３６と、キャパシタンス補正部３７と、最大効率点算出部３８と、差分算出部３９と、要求周波数補正部４０とを備える。
図６は、実施形態の非接触電力伝送システム１での制御装置１７の第２の機能構成を示すブロック図である。
図６に示すように、制御装置１７は、例えば、コイル温度検出部３１と、磁性部材温度検出部３２と、キャパシタ温度検出部３３と、インダクタンス補正部３４と、抵抗値補正部３５と、相互インダクタンス補正部３６と、キャパシタンス補正部３７と、最大効率点算出部３８と、差分算出部３９と、要求周波数補正部４０とを備える。
【0045】
コイル温度検出部３１は、二次側コイル１５ａの温度を検出する温度センサを備え、温度の検出値の信号を出力する。
磁性部材温度検出部３２は、例えばコア部材１９の板状部１９ａ等の磁性部材の温度を検出する温度センサを備え、温度の検出値の信号を出力する。
キャパシタ温度検出部３３は、二次側キャパシタ１５ｃの温度を検出する温度センサを備え、温度の検出値の信号を出力する。
磁性部材温度検出部３２は、例えばコア部材１９の板状部１９ａ等の磁性部材の温度を検出する温度センサを備え、温度の検出値の信号を出力する。
キャパシタ温度検出部３３は、二次側キャパシタ１５ｃの温度を検出する温度センサを備え、温度の検出値の信号を出力する。
【0046】
インダクタンス補正部３４は、コイル温度検出部３１から出力される二次側コイル１５ａの温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、二次側コイル１５ａの自己インダクタンスＬｒを補正する。
抵抗値補正部３５は、コイル温度検出部３１から出力される二次側コイル１５ａの温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、受電部１５の共振回路の抵抗値Ｒｒを補正する。
相互インダクタンス補正部３６は、磁性部材温度検出部３２から出力される磁性部材の温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの相互インダクタンスＬｍを補正する。
キャパシタンス補正部３７は、キャパシタ温度検出部３３から出力される二次側キャパシタ１５ｃの温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、二次側キャパシタ１５ｃのキャパシタンスＣｒを補正する。
抵抗値補正部３５は、コイル温度検出部３１から出力される二次側コイル１５ａの温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、受電部１５の共振回路の抵抗値Ｒｒを補正する。
相互インダクタンス補正部３６は、磁性部材温度検出部３２から出力される磁性部材の温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの相互インダクタンスＬｍを補正する。
キャパシタンス補正部３７は、キャパシタ温度検出部３３から出力される二次側キャパシタ１５ｃの温度の検出値に応じて、予め設定された補正用のデータを参照して、二次側キャパシタ１５ｃのキャパシタンスＣｒを補正する。
【0047】
最大効率点算出部３８は、各補正部３４，３５，３６，３７によって補正された自己インダクタンスＬｒ、抵抗値Ｒｒ、相互インダクタンスＬｍ及びキャパシタンスＣｒに基づき、一次側コイル８ａと二次側コイル１５ａとの間の電力伝送の効率ηが最大となる最大効率点での周波数ωを算出する。
例えば、下記数式（１）に示すように、電力伝送の効率ηは、電力伝送の周波数ωと、相互インダクタンスＬｍと、負荷抵抗値（送電部８及び受電部１５から見た負荷側の抵抗値）Ｒと、抵抗値Ｒｒと、自己インダクタンスＬｒと、キャパシタンスＣｒと、送電部８の共振回路の抵抗値Ｒｔとによって記述される。
例えば、下記数式（１）に示すように、電力伝送の効率ηは、電力伝送の周波数ωと、相互インダクタンスＬｍと、負荷抵抗値（送電部８及び受電部１５から見た負荷側の抵抗値）Ｒと、抵抗値Ｒｒと、自己インダクタンスＬｒと、キャパシタンスＣｒと、送電部８の共振回路の抵抗値Ｒｔとによって記述される。
【0048】
【数1】
【0049】
差分算出部３９は、要求周波数取得部２７から出力される要求周波数と、最大効率点算出部３８から出力される最大効率点での周波数ωとの差分を算出する。
要求周波数補正部４０は、差分算出部３９から出力される周波数の差分に応じて、要求周波数を補正する。
要求周波数補正部４０は、差分算出部３９から出力される周波数の差分に応じて、要求周波数を補正する。
【0050】
制御装置１７は、例えば、送電装置２と移動体との間の適宜の通信によって、移動体が送電装置２の各電力伝送区間に到達するよりも前の各タイミングで算出及び補正した要求周波数を送電装置２に送信する。送電装置２と移動体との間の通信は、例えば、送電装置２及び受電装置４の各コイル８ａ，１５ａ間での誘起電圧による通信又は送電装置２及び移動体の各々に追加的に設けられる通信装置による無線通信等である。
【0051】
上述したように、実施形態の非接触電力伝送システム１によれば、制御装置１７は、二次側コイル１５ａ、コア部材１９及び二次側キャパシタ１５ｃの各温度に基づいて、送電装置２による電力伝送の要求周波数を補正することにより、受電側での温度の変動に起因する電力伝送の出力低下及び損失増大を抑制することができる。
制御装置１７は、二次側コイル１５ａの自己インダクタンスＬｒと、受電部１５の抵抗値Ｒｒと、二次側キャパシタ１５ｃのキャパシタンスＣｒと、相互インダクタンスＬｍとを補正することにより、例えば受電部１５の温度変化等に応じて共振回路の固有値（周波数）が変動する場合であっても、要求周波数の補正によって出力低下及び損失増大を抑制することができる。
制御装置１７は、二次側コイル１５ａの自己インダクタンスＬｒと、受電部１５の抵抗値Ｒｒと、二次側キャパシタ１５ｃのキャパシタンスＣｒと、相互インダクタンスＬｍとを補正することにより、例えば受電部１５の温度変化等に応じて共振回路の固有値（周波数）が変動する場合であっても、要求周波数の補正によって出力低下及び損失増大を抑制することができる。
【0052】
制御装置は、蓄電装置１１の残容量（ＳＯＣ）に応じた要求電力に基づいて設定される要求周波数を補正することにより、送電装置２からの電力伝送及び移動体の電力消費に伴う蓄電装置１１の充放電が増大することを抑制しつつ、電力伝送の出力低下及び損失増大を抑制することができる。
【0053】
（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、制御装置１７は、各温度検出部３１，３２，３３を備えるとしたが、これに限定されない。例えば、制御装置１７は、各温度検出部３１，３２，３３の代わりに、受電部１５の各部位での熱抵抗と、受電部の雰囲気温度と、移動体の移動時に受ける風（走行風等）による冷却となどに基づく温度推定の処理によって、各部位の温度を算出してもよい。
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、制御装置１７は、各温度検出部３１，３２，３３を備えるとしたが、これに限定されない。例えば、制御装置１７は、各温度検出部３１，３２，３３の代わりに、受電部１５の各部位での熱抵抗と、受電部の雰囲気温度と、移動体の移動時に受ける風（走行風等）による冷却となどに基づく温度推定の処理によって、各部位の温度を算出してもよい。
【0054】
上述した実施形態では、非接触電力伝送システム１は、蓄電装置１１の入出力電力を変換する蓄電電圧変換部１２を備えるとしたが、これに限定されず、蓄電電圧変換部１２は省略されてもよい。
例えば、蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備え、蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。
例えば、蓄電装置１１及び内燃機関を動力源として駆動するハイブリッド車両等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備え、蓄電装置１１を動力源として駆動する電気自動車等の場合、駆動制御装置３は蓄電電圧変換部１２を備えていなくてもよい。
【0055】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0056】
１…非接触電力伝送システム、２…送電装置、３…駆動制御装置、４…受電装置、６…電源部、７…送電電力変換部、８…送電部、８ａ…一次側コイル（送電側コイル）、１１…蓄電装置、１２…蓄電電圧変換部、１３…電力変換部、１４…回転電機、１５…受電部、１５ａ…二次側コイル（コイル）、１５ｃ…二次側キャパシタ（キャパシタ）、１６…受電電力変換部（電力変換部）、１７…制御装置、２７…要求周波数取得部、３１…コイル温度検出部（温度取得部）、３２…磁性部材温度検出部（温度取得部）、３３…キャパシタ温度検出部（温度取得部）、３４…インダクタンス補正部（補正部）、３５…抵抗値補正部（補正部）、３６…相互インダクタンス補正部（補正部）、３７…キャパシタンス補正部（補正部）、３８…最大効率点算出部（補正部）、３９…差分算出部（補正部）、４０…要求周波数補正部（補正部）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】