JP2014128048A - 高周波電圧発生装置及び受給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電圧を継続して発生させるための回路駆動を低周波数で行う。
【解決手段】給電装置１のＬＣ並列共振回路１０は、互いに並列接続されたコイル１１とコンデンサ１２とを含み、一端が電源ラインＬと電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０は、一端がＬＣ並列共振回路１０の他端と電気的に接続され、他端が、接地点ＧＮＤと電気的に接続され、ゲートＧに入力された制御信号に応じてオンオフする。駆動回路３０は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０をオンさせるオン期間と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０をオフさせるオフ期間とを交互に繰り返すための制御信号ＣＳを、ゲートＧへ出力する。ＬＣ並列共振回路１０は、オン期間にコンデンサ１２を充電し、オフ期間に自励発振して、コイル１１に出力される発振電圧を発生させる。コイル１１に発振電圧が出力されると、給電装置１は、電磁誘導により高周波の磁場を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自励発振を利用して高周波電圧を発生させる技術に関する。

自励式の発振回路を用いて非接触給電を行う発明が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１は、送電側共振部に、コンデンサと送電側一次コイルとを並列接続した自励式発振回路、及び、送電側一次コイルと磁気結合する送電側二次コイルを設けた、磁気共鳴型の非接触給電装置を開示している。この送電側共振部では、コンデンサが有する共振周波数の電圧を生成して、この電圧をもとに送電側二次コイルに誘導電圧を発生させ、この誘導電圧をＴＦＴ（Thin Film Transistor）のゲート−ドレインを介して送電側一次コイルにフィードバックさせることにより、自励式の発振動作を実現している。

特開２０１２−１７５８８０号公報

特許文献１に記載の発明によれば、電力供給を可能とする受電側への伝達距離を延長することができる。
これに対し、本発明の目的は、高周波電圧を継続して発生させるための回路駆動を低周波数で行うことのできる技術を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の高周波電圧発生装置は、互いに並列接続されたコイルとコンデンサとを含み、一端が、直流電圧源及び基準電位点の一方と電気的に接続された並列共振回路と、一端が前記並列共振回路の他端と電気的に接続され、他端が、前記直流電圧源及び前記基準電位点の他方と電気的に接続され、制御端子に入力された制御信号に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチをオンさせるオン期間と、前記スイッチをオフさせるオフ期間とを交互に繰り返すための前記制御信号を、前記制御端子へ出力する駆動回路とを備え、前記並列共振回路は、前記オン期間に前記コンデンサを充電し、前記オフ期間に自励発振して、前記コイルに発振電圧を出力することを特徴とする。

本発明の高周波電圧発生装置において、前記駆動回路は、前記オン期間よりも前記オフ期間を長くするように、前記制御信号を出力するようにしてもよい。
本発明の高周波電圧発生装置において、前記駆動回路は、前記制御信号として、デューティ比が５０％のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を出力するようにしてもよい。

本発明の高周波電圧発生装置において、一端が、前記並列共振回路と前記スイッチとの接点と電気的に接続され、他端が前記基準電位点と電気的に接続された、共振周波数調整用のコンデンサを備えるようにしてもよい。
本発明の高周波電圧発生装置において、前記コイルが平面コイルにより構成されるようにしてもよい。
本発明の受給電システムは、上記いずれか１の構成の高周波電圧発生装置を含み、前記発振電圧を前記コイルに出力して電磁誘導方式の非接触給電を行う給電装置と、前記コイルと磁気的に結合する受電用コイルを含む受電装置とを備える。

本発明によれば、高周波電圧を継続して発生させるための回路駆動を低周波数で行うことができる。

本発明の一実施形態に係る給電装置の回路構成を示す図。 同実施形態に係るコイル及びコイル周辺の物理的構成を示す図。 同実施形態に係る受電装置の回路構成を示す図。 同実施形態に係る給電装置の動作の説明図。 同実施形態に係る給電装置の回路構成の他の例を示す図。 実施例の説明図。 実施例の説明図。 実施例の説明図。

図１は、本発明の一実施形態に係る給電装置１の回路構成を示す図である。図１に示すように、給電装置１は、ＬＣ並列共振回路１０と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）２０と、駆動回路３０と、調整用コンデンサ４０とを含む高周波電圧発生装置を含む。

ＬＣ並列共振回路１０は、互いに並列接続されたコイル１１とコンデンサ１２とを含む並列共振回路である。コイル１１は、ここでは、線材を同一平面上で複数回巻き回した平面コイルである。コイル１１を構成する線材は、例えば、直列抵抗を低減させるために絶縁被覆された複数の導線を撚り合わせた線材である。この絶縁被覆の材料としては、エナメル等の樹脂、絹等の繊維等を使用することができる。コイル１１を構成する線材は、例えばリッツ線である。コンデンサ１２は、ここでは可変容量コンデンサ（バリコン）である。コンデンサ１２の容量は、ＬＣ並列共振回路１０が所望する共振周波数で共振するように、その容量が設定されている。

ＬＣ並列共振回路１０の一端は、直流電圧ＶＤＤが印加された電源ラインＬと電気的に接続されている。直流電圧ＶＤＤは、例えば１２Ｖ又は２４Ｖである。電源ラインＬは、給電装置１における直流電圧源である。給電装置１では、電源ラインＬに印加された直流電圧に基づいて、電磁誘導方式で非接触給電を行うための電圧をコイル１１（つまり給電用コイル）に出力する。コイル１１の出力電圧を、「Ｖｏ」と表す。

Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０は、ドレインＤがＬＣ並列共振回路１０の他端と電気的に接続され、ソースＳが接地点ＧＮＤと電気的に接続されたスイッチである。給電装置１では、接地点ＧＮＤにより基準電位点が規定されている。本実施形態では、ＬＣ並列共振回路１０とＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０との電気的接点を「接点Ｎ」と表し、接点Ｎの電位を「ＶＮ」と表す。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０は、ゲートＧを制御端子とし、ゲートＧに入力された制御信号に応じてオンオフする。具体的には、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０は、ソースＳの電位（ここでは接地電位）よりも高く、且つ、ソースＳとの電位差が閾値以上である電圧レベル（以下「オンレベル」という。）の制御信号が入力されると、オンする。一方で、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０は、オンレベルの制御信号が入力されていないとき、例えば、ソースＳよりも低電位であるオフレベルの制御信号が入力されたときに、オフする。

駆動回路３０は、ここではＰＷＭ制御回路であり、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０においてオン期間とオフ期間とを交互に繰り返すための制御信号ＣＳを、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートＧに出力する。駆動回路３０は、例えば、駆動周波数が３００ＫＨｚでデューティ比が２５％のＰＷＭ信号を、制御信号ＣＳとして出力する。このＰＷＭ信号は、ここでは方形
波を示す信号である。

調整用コンデンサ４０は、一端が接点Ｎと電気的に接続され、他端が接地点ＧＮＤと電気的に接続された可変容量コンデンサである。調整用コンデンサ４０は、ＬＣ並列共振回路１０を含む、給電装置１の回路系の共振周波数ｆ０を、所望する周波数に調整するためのコンデンサである。ただし、ＬＣ並列共振回路１０のみで、共振周波数ｆ０を所望する共振周波数に調整することができる場合には、調整用コンデンサ４０が設けられなくてもよい。
なお、共振周波数ｆ０は、浮遊容量や寄生容量その他の影響を考慮しなければ、理論上、ｆ０＝１／２π√ＬＣという関係を満たす。ここにおいて、Ｌは、コイル１１の自己インダクタンスである。Ｃは、コンデンサ１２と調整用コンデンサ４０との合成容量である。共振周波数ｆ０は、例えば数ＭＨｚになるように調整されている。共振周波数ｆ０は、少なくとも、駆動回路３０が出力するＰＷＭ信号の駆動周波数（ここでは３００ＫＨｚ）よりも高い周波数である。

図２は、コイル１１及び給電装置１におけるコイル１１周辺の物理的構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、コイル１１の平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿ってコイル１１を切断した場合の断面図である。
図２（ａ）に示すように、コイル１１は、前述したように、線材を同一平面上で複数回巻き回した平面コイルである。図２（ｂ）に示すように、給電装置１は、放熱板１０１と、第１磁性シート１０２と、基板１０３と、第２磁性シート１０４と、第１スペーサ１０５と、コイル１１と、第２スペーサ１０６とを順に積層した構成を有する。
図１に示したコンデンサ１２やＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０、駆動回路３０及び調整用コンデンサ４０の回路要素は、例えば基板１０３に実装される。ただし、給電装置１の回路要素の一部が基板１０３以外の場所に設けられてもよい。第１磁性シート１０２及び第２磁性シート１０４は、それぞれ基板１０３の上面側又は下面側に配置され、いわゆる電磁ノイズ削減用のシートである。第１磁性シート１０２及び第２磁性シート１０４は、コイル１１から離間して設けられた磁性体である。放熱板１０１は、コイル１１が発熱した場合に、基板１０３に伝導した熱を外部に放出するために設けられている。放熱板１０１は、熱伝導率の大きい材料を用いて形成される。放熱板１０１の材料としては、アルミニウムや銅が挙げられ、コイル１１の外部磁場による挙動の変化を抑えるために非磁性体であることが好ましい。コイル１１に交流電流が流れた場合であっても、第１磁性シート１０２及び第２磁性シート１０４によって磁気シールドされるので、放熱板１０１が誘導加熱されるのを防止することができる。第１スペーサ１０５及び第２スペーサ１０６は、それぞれ放熱シート又は樹脂シートによって構成されたスペーサである。

以上の構成を有する給電装置１では、ＬＣ並列共振回路１０が自励発振して発振電圧を発生させ、この発振電圧をコイル１１に出力する。この発振電圧が出力されたコイル１１は、電磁誘導による磁場を発生させる。この磁場の発生により、給電装置１は、電磁誘導方式により非接触給電を行う。非接触給電を行うときの給電装置１の動作について、詳しくは、後で説明する。一方、給電装置１から非接触で受電する受電装置２００は、受電時においては、例えば第２スペーサ１０６上に置かれる。このとき、受電装置２００は、第２スペーサ１０６を介してコイル１１に面するので、電磁誘導方式による受電が可能となる。

図３は、受電装置２００の回路構成の一例を示す図である。
図３に示すように、受電装置２００は、受電用コイル２０１と、整流回路２０２と、抵抗２０３と、コンデンサ２０４と、負荷２０５とを備える。受電用コイル２０１は、ここでは、線材を同一平面上で複数回巻き回した平面コイルである。コイル１１を構成する線材は、例えば、直列抵抗を低減させるために絶縁被覆された複数の導線を撚り合わせた線
材である。給電装置１からの受電時には、受電用コイル２０１は、コイル１１に対向するように配置される。コイル１１に交流電圧が印加されて交流電流が流れると、コイル１１と受電用コイル２０１とが磁気的に結合する。この磁気的な結合により、受電用コイル２０１は誘導起電力（交流電圧）を発生させる。整流回路２０２は、受電用コイル２０１の出力電圧を全波整流して、整流した電圧を出力する。抵抗２０３は、整流回路２０２により整流された電圧を低下させて調整して出力する。コンデンサ２０４は、抵抗２０３が出力した電圧を平滑化する平滑コンデンサである。負荷２０５は、コンデンサ２０４により平滑化された電圧が印加される負荷である。負荷２０５は、例えば直流電圧の印加又は直流電流の供給を受けて動作する電子回路（例えば発光ダイオード）を有するが、その具体的な構成については特に問わない。

図４は、給電装置１が給電するときに行う動作を説明する図である。図４には、駆動回路３０が出力する制御信号ＣＳと、接点Ｎの電位ＶＮの時系列変化と、コイル１１からの出力電圧Ｖｏの時系列変化とを示すタイミングチャートが示されている。
なお、以下の給電装置１の動作説明において、時刻ｔ０よりも前の期間においては、コイル１１に電流は流れておらず、且つ、コンデンサ１２は充電されていないものとする。

駆動回路３０は、時刻ｔ０よりも前からオフレベルの制御信号ＣＳを出力している。オフレベルの制御信号ＣＳが入力されたＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０は、オフする。そして、駆動回路３０は、時刻ｔ０になったタイミングで、制御信号ＣＳをオフレベルからオンレベルに切り替える。制御信号ＣＳがオフレベルからオンレベルに切り替わると、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートＧの電位が上昇して、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０がオンし、オン期間が開始する。このオン期間において、給電装置１では、ＬＣ並列共振回路１０のコンデンサ１２（及び調整用コンデンサ４０）が、電源ラインＬにより印加される直流電圧ＶＤＤに基づいて充電される。この充電より、接点Ｎの電位ＶＮは、時刻ｔ０を経過したときから急激に上昇して、ピーク電位Ｖｐに達する。

電位ＶＮがピーク電位Ｖｐに達するのは、時刻ｔ０が経過したときからごく僅かの時間の経過後である。よって、このときには、コイル１１に電流が流れていないか、又は、ほとんど流れていない状態である。すなわち、このタイミングで、ＬＣ並列共振回路１０が発振条件を満たす。発振条件を満たすと、ＬＣ並列共振回路１０は、コンデンサ１２に蓄えられた電荷を用いて、共振周波数ｆ０で自励発振する。ＬＣ並列共振回路１０は、自励発振して交流の発振電圧を発生させる。この発振電圧が発生したことによって、時刻ｔ０よりも後である時刻ｔ１において、コイル１１の出力電圧Ｖｏが最大振幅の＋Ａに達する。この出力電圧Ｖｏの最大振幅Ａは、直流電圧ＶＤＤに応じた大きさとなる。
なお、接点Ｎの電位ＶＮにあっては、ＬＣ並列共振回路１０の自励発振が開始したとき以降は、ピーク電位Ｖｐは急激に低下する。

駆動回路３０は、時刻ｔ１以降もオンレベルの制御信号ＣＳを継続して出力し、時刻ｔ２になったタイミングで、制御信号ＣＳをオンレベルからオフレベルに切り替える。すなわち、駆動回路３０は、時刻ｔ０からｔ２までの長さｔａのオン期間において、オン信号を継続して出力し、その後、オフ信号に出力を切り替える。時刻ｔ２以降、駆動回路３０は、オフ信号を継続して出力する。このオフ信号に応じて、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０はオフし、オフ期間が開始する。このオフ期間においても、ＬＣ並列共振回路１０は、共振周波数ｆ０で自励発振する。この自励発振によって、時刻ｔ２以降のオフ期間においても、高周波の発振電圧がコイル１１に出力されて、出力電圧Ｖｏは図４に示すように変化する。
この高周波の発振電圧がコイル１１に出力されることにより、コイル１１の対向空間には高周波の磁場が発生する。受電装置２００にあっては、この磁場中に受電用コイル２０１が置かれることにより、電磁誘導方式による受電が可能となる。
なお、受電用コイル２０１における出力電圧の波形は、図４に示すコイル１１の出力電
圧に近い波形となると考えられるが、振幅については、図４に示す例よりも小さくなると考えられる。

ところで、図４の時刻ｔ１以降の出力電圧Ｖｏの時系列変化を見て分かるように、出力電圧Ｖｏが最大振幅Ａに達したとき以降は、時間経過とともに、発振電圧の振幅が漸次減衰する。この漸次減衰の発生原因としては、例えば、給電装置１の回路系に存在する抵抗成分の存在があり、例えば、コイル１１に含まる直流抵抗やＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０のツェナーの存在等がある。
以上のとおり、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０のオフ期間であっても、ＬＣ並列共振回路１０が自励発振し、高周波の発振電圧がコイル１１に出力される一方で、その振幅は時間経過とともに漸次減衰していく。この発振電圧の減衰に伴い、給電装置１が非接触で給電することのできる電力の量が減少する。

駆動回路３０は、時刻ｔ２から長さｔｂのオフ期間が経過して、時刻ｔ３になると、制御信号ＣＳをオフレベルからオンレベルに切り替える。制御信号ＣＳがオンレベルに切り替えられると、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートＧの電位が上昇し、オン期間が開始する。このオン期間では、前述したとおり、ＬＣ並列共振回路１０のコンデンサ１２が充電される。この充電により、接点Ｎの電位ＶＮは、時刻ｔ３の電位から再び急激に上昇して、ピーク電位Ｖｐに達する。そして、ＬＣ並列共振回路１０は、共振周波数ｆ０で自励発振する。ＬＣ並列共振回路１０が自励発振すると、時刻ｔ３よりも僅かに後である時刻ｔ４において、コイル１１の出力電圧Ｖｏは、最大振幅の＋Ａの発振電圧となる。すなわち、直前のオフ期間（時刻ｔ２からｔ３までの期間）で、出力電圧Ｖｏが低下した場合であっても、再びＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０のオン期間が開始することで、出力電圧Ｖｏは再び大きくなる。

ここでは、オフ期間の長さｔｂをオン期間の長さｔａよりも大きくし、具体的には３倍の長さとしている。オフ期間の長さｔｂは、出力電圧Ｖｏの振幅の低減をどこまで許容するかによって決定されればよい。例えば、オフ期間をオン期間の１０倍の長さ以下とすれば、給電装置１では、受電装置２００に安定的に給電するための発振電圧を得ることができる。一方、オン期間の長さｔａについては、少なくとも発振条件を満たすように決められ、ＬＣ並列共振回路１０が飽和しない程度の長さにする必要がある。オン期間ｔａが長すぎると、コイル１１に流れる電流が増大しすぎて、ＬＣ並列共振回路１０の挙動が安定し、発振条件を満たさなくなるためである。オン期間の長さｔａは、例えば、コンデンサ１２がフル充電される最低時間以上であって、なるべく短い時間とするとよい。

以降においても、駆動回路３０は、給電装置１の駆動を行い、時刻ｔ３からオン期間ｔａが経過すると、時刻ｔ５にて制御信号ＣＳをオンレベルからオフレベルに切り替える。そして、時刻ｔ５からｔ６までの長さｔｂの期間において、駆動回路３０は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０はオフ期間とする。このオフ期間においても、ＬＣ並列共振回路１０が、共振周波数ｆ０で自励発振する。以降も、駆動回路３０は、長さｔａのオン期間と、長さｔｂのオフ期間とを交互に繰り返すように、制御信号ＣＳを出力する。このオンオフ駆動により、給電装置１では、自励発振による発振電圧を継続して発生させて、この発振電圧を用いて非接触給電を行う。

以上説明したとおり、給電装置１は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０のオンオフを交互に繰り返して駆動して、ＬＣ並列共振回路１０を自励発振させて発振電圧を発生させる。給電装置１によれば、発振電圧を継続して発生させ、コイル１１に出力するので、非接触給電を安定的に行うことができる。また、共振周波数ｆ０については、給電装置１の回路系の回路定数の設定により、定めることができる。この設定により、給電装置１によれば、高周波電圧を継続して発生させるための回路駆動を低周波数で行うことができる。この結果、給
電装置１では、駆動回路３０の駆動周波数を低く抑えることができるので、給電装置１の回路駆動に係る消費電力量の増大を抑えつつ、高周波電力を継続して外部に供給することができる。

前述した給電装置１では、スイッチとしてＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０を用いていたが、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ５０に代えて用いてもよい。この場合の給電装置１の回路構成は、例えば、図５に示すとおりである。
図５に示すように、給電装置１では、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ５０は、ソースＳが電源ラインＬと電気的に接続されて、ドレインＤが並列共振回路１０の一端と電気的に接続される。調整用コンデンサ４０は、一端が並列共振回路１０の他端と電気的に接続され、他端が基準電位点としての接地点ＧＮＤと電気的に接続される。

この構成の下、駆動回路３０は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ５０のゲートＧに制御信号ＣＳを出力して、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ５０のオンオフ動作を行う。ただし、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ５０を用いた場合には、ドレインＤよりも低い電位の制御信号ＣＳの出力によりＰ型ＭＯＳＦＥＴ５０がオン期間となり、ドレインＤよりも高い電位の制御信号ＣＳの出力によりＰ型ＭＯＳＦＥＴ５０がオフ期間となる点で、給電装置１の場合とは相違する。ただし、駆動回路３０におけるその他の駆動については、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０を用いた給電装置１の場合と同様に行えばよい。この場合も、ＬＣ並列共振回路１０では、オン期間においてコンデンサ１２を充電し、このオン期間に続くオフ期間において自励発振して、高周波数の発振電圧を発生させてコイル１１に出力する。

次に、本発明の実施例を図６〜図８を参照して説明する。
発明者らは、図１に示す回路構成の給電装置１を作製して、発振電圧を用いた非接触給電に関する測定を行った。この実施例では、直流電圧ＶＤＤ＝１２Ｖとし、駆動回路３０が、駆動周波数が３００ＫＨｚのパルス波形の制御信号ＣＳを用いてＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０を駆動する。また、コイル１１及び受電用コイル２０１に用いたリッツ線は、０．０７ｍｍΦのニッケルメッキ線（銅）を７本撚り合わせて絶縁ポリエステルで被覆した線材である。また、コンデンサ１２の容量を３０ｐＦとした。
コイル１１及び受電用コイル２０１の条件を以下に示す。
（コイル１１の条件）
外径（直径） ：１０２ｍｍ
内径（直径） ：５１
厚さ ：０．８５ｍｍ（導通部０．４９ｍｍ、被覆部０．３６ｍｍ）
巻数 ：３０
自己インダクタンス：７０．７１μＨ（計算値）
自己共振周波数 ：２．８ＭＨｚ
（受電用コイル２０１の条件）
外径（直径） ：７０ｍｍ
内径（直径） ：４３ｍｍ
厚さ ：０．８５ｍｍ（導通部０．４９ｍｍ、被覆部０．３６ｍｍ）
巻数 ：１６
自己インダクタンス：１７．３３μＨ（計算値）
自己共振周波数 ：６．５ＭＨｚ

また、この実施例においては、図６（ａ）に示す断面図（図２（ｂ）に対応する断面図である。）のように、基板１１０上にコイル１１を実装し、基板２１０上に受電用コイル２０１を実装し、基板１１０の法線方向において５０ｍｍの間隔を空けて、基板１１０と基板２１０とを平行に配置した。そして、スペクトラムアナライザ（ＨＰ ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ８５９３Ｅ（２０ＧＨｚ））の端子を、受電用コイル２０１の
両端にそれぞれ接続し、図６（ｂ）に示す測定１〜測定１６の各測定条件で、受電用コイル２０１の出力電圧の周波数特性を測定した。図６（ｂ）に示す「測定周期」は、１組のオン期間とオフ期間とを１周期としたときの、１周期の長さ（つまりｔａ＋ｔｂ）である。「駆動周波数」は、制御信号ＣＳの周波数であり、測定周期の逆数である。「オン期間ｔａ」及び「オフ期間ｔｂ」は、前述したとおり、それぞれ、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０のオン期間の長さとオフ期間の長さとを意味する。「電流測定（無負荷）」は、負荷としての基板２１０及び受電用コイル２０１がないときに、コイル１１を流れる電流を測定した値である。「電流測定（負荷あり）」は、負荷としての基板２１０及び受電用コイル２０１があるときに、コイル１１を流れる電流を測定した値である。

図７及び図８は、測定１〜測定１６における測定結果を示す図である。図７及び図８に示すグラフにおいて、横軸が周波数（１０Ｈｚ〜２０ＭＨｚ）に対応し、縦軸が受電用コイル２０１の出力電圧に対応している。
図７に示すように、測定２及び測定３では、広い周波数帯域で、ＬＣ並列共振回路１０が自励発振することにより、受電用コイル２０１においても高い出力電圧が得られていることを確認することができた。測定２及び測定３は、オン期間ｔａとオフ期間ｔｂとの長さがほぼ同じ、すなわち、デューティ比が５０％の制御信号ＣＳを用いた場合に対応している。測定４〜測定８においても、自励発振によって、受電用コイル２０１の出力電圧の変動が僅かに生じていることが確認されたが、測定２及び測定３の場合ほどその変動が顕著ではなかった。測定４〜測定８で自励発振が生じにくかった原因として、オン期間ｔａが長くなり過ぎてしまい、ＬＣ並列共振回路１０が飽和して挙動が安定したことが考えられる。図８に示すように、オン期間が更に長い測定９〜測定１６では、スペクトラムアナライザの特性が現れているだけで、自励発振の発生を確認することができなかった。測定１でも、自励発振の発生を確認することができなかった。
以上の測定により、給電装置１によれば、オン期間ｔａとオフ期間ｔｂとの長さを同じにし、デューティ比が５０％のＰＷＭ信号を制御信号ＣＳとすることによっても、発振電圧が発生することを確認した。

本発明は、上述した実施形態と異なる形態で実施することが可能である。本発明は、例えば、以下のような形態で実施することも可能である。また、以下に示す変形例は、各々を適宜に組み合わせてもよい。
上述した実施形態では、スイッチは、Ｎ型又はＰ型のＭＯＳＦＥＴであったが、ＭＯＳＦＥＴ以外のＴＦＴを用いたスイッチ等の、他のスイッチであってもよい。給電装置１では、オン期間とオフ期間とを交互に繰り返せるようにこのスイッチを駆動して、ＬＣ並列共振回路１０を自励発振させれば、発振電圧による非接触給電を行うことができる。

また、駆動回路３０の駆動周波数は、必ずしも一定値に設定される必要はない。例えば、給電装置１は、コイル１１に発生した発振電圧の振幅を測定して、閾値電圧以上の発振電圧を継続して発生させることができるように、発振電圧が閾値以下に減衰するまではオフ期間とし、発振電圧が閾値以下になるとオン期間に切り替えてもよい。
また、給電装置１では、自装置の回路系の共振周波数を測定する回路を設け、所望する共振周波数が得られるように、コンデンサ１２や調整用コンデンサ４０の容量を自動調整してもよい。
また、コンデンサ１２は容量固定のコンデンサであってもよい。

ＬＣ並列共振回路を用いた発振回路では、負性抵抗を発生する回路を並列共振回路と電気的に接続することで、発振電圧の減衰を抑えられることが知られている。よって、給電装置１において、負性抵抗を発生する回路がＬＣ並列共振回路１０と電気的に接続されてもよい。
また、制御信号ＣＳの信号波形は、方形波に限らず、サイン波や三角波等であってもよ
い。

本発明のコイルは、円形の平面コイルに限らず、四角形その他の多角形等、他の形状の平面コイルで構成されてもよい。また、本発明は、ソレノイドコイルその他の種類のコイルを用いて実施することも可能である。

本発明は、上述した実施形態の給電装置１と、受電用コイル２０１で受電した電力を外部に出力する受電装置２００とをユニット化した受給電システムを構成してもよい。この受給電システムはトランスに相当する。また、この受給電システムは、コイル１１及び受電用コイル２０１が平面コイルで構成されていれば、薄型のトランスとして提供することが可能である。これ以外にも、本発明は、本発明の高周波電圧発生装置を含み、発振電圧をコイルに出力して電磁誘導方式の非接触給電を行う給電装置と、このコイルと磁気的に結合する受電用コイルを含む受電装置とを含む受給電システムとして特定することができる。

１…給電装置、１０…ＬＣ並列共振回路、１１…コイル、１２…コンデンサ、２０…Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、３０…駆動回路、４０…調整用コンデンサ、５０…Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ。

Claims (6)

1. 互いに並列接続されたコイルとコンデンサとを含み、一端が、直流電圧源及び基準電位点の一方と電気的に接続された並列共振回路と、
   一端が前記並列共振回路の他端と電気的に接続され、他端が、前記直流電圧源及び前記基準電位点の他方と電気的に接続され、制御端子に入力された制御信号に応じてオンオフするスイッチと、
   前記スイッチをオンさせるオン期間と、前記スイッチをオフさせるオフ期間とを交互に繰り返すための前記制御信号を、前記制御端子へ出力する駆動回路と
   を備え、
   前記並列共振回路は、
   前記オン期間に前記コンデンサを充電し、
   前記オフ期間に自励発振して、前記コイルに発振電圧を出力する
   ことを特徴とする高周波電圧発生装置。
2. 前記駆動回路は、
   前記オン期間よりも前記オフ期間を長くするように、前記制御信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電圧発生装置。
3. 前記駆動回路は、
   前記制御信号として、デューティ比が５０％のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電圧発生装置。
4. 一端が前記並列共振回路と電気的に接続され、他端が前記基準電位点と電気的に接続された、共振周波数調整用のコンデンサを備える
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波電圧発生装置。
5. 前記コイルが平面コイルにより構成される
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の高周波電圧発生装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の高周波電圧発生装置を含み、前記発振電圧を前記コイルに出力して電磁誘導方式の非接触給電を行う給電装置と、
   前記コイルと磁気的に結合する受電用コイルを含む受電装置と
   を備えることを特徴とする受給電システム。