JP2019140727A - 信号生成装置、送電装置、および非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電システムにおいて、伝送効率の低下を抑えつつ、音鳴りを抑制する。【解決手段】本発明の代表的な実施の形態に係る、共振回路（４）を有する非接触給電システム（３００）において送電のための制御信号（ＶＣ）を所定の周期（Ｔ０）毎に生成する信号生成装置（１）は、前記非接触給電システムにおいて送電期間と非送電期間とが非周期的になるように、前記共振回路に基づく結合状態（伝送距離）に対応する周波数の第１信号（Ｖ１）を前記制御信号として生成するとともに前記第１信号と異なる第２信号（Ｖ２）を前記制御信号として生成し、前記所定の周期において前記制御信号として前記第１信号を生成する第１期間（Ｔ１）と前記制御信号として前記第２信号を生成する第２期間（Ｔ２）との比率を、受電側で必要な電力に基づいて決定することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、信号生成装置、送電装置、および非接触給電システムに関し、例えば、共振回路を用いた非放射の非接触給電技術において、送電側のスイッチングを制御するための信号を生成する信号生成装置、当該信号生成装置を備えた送電装置、および当該送電装置を搭載した非接触給電システムに関する。

従来、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触給電システムにおいて、送電側（一次側）と受電側（二次側）にそれぞれ共振回路を設け、一次側および二次側の共振回路の結合に基づく共振周波数に応じて送電側のスイッチング周波数を制御して送電電力を制御する技術（ＰＦＭ制御）が知られている。

近年、放射型の非接触給電システムにおいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて電力伝送を行う技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、非接触給電システムにおいて伝送効率を低下させることなく送電電力の制御が可能となる。

特表２０１７−５０９２９７号公報

非放射の非接触給電システムにおいて、ある結合条件（伝送距離）と負荷条件の際に伝送効率が最適となる周波数が存在する。しかしながら結合条件（伝送距離）と負荷条件が決定した際、出力電圧（電力）の制御を行う必要があるため、必ずしも伝送効率が最適となる周波数を選択することができない。すなわち、入力パラメータが結合条件（伝送距離）と負荷条件の２つであるのに対して、制御パラメータが周波数の１つであることから、伝送効率が最適となる周波数に制御することができない虞がある。

また、非接触給電システムにおけるＰＷＭ制御は、バースト制御として捉えることができる。バースト制御は、低電力時の効率改善手法として有効である。しかしながら、高電力時に非接触給電システムにおいてバースト制御を行う場合、出力リプルの増加や所謂音鳴りの問題などのバースト制御における短所が顕著に表れるようになる。特に非放射による非接触給電システムにおいて共振周波数は放射型と比較して可聴域に近い低周波帯（１００ｋＨｚ帯）をとることが多く、また結合を強くするために磁性体を用いることも多いため、更に顕著に表れることとなる。

すなわち、ＰＷＭ制御を行う非放射の非接触給電システムでは、送電装置側または受電装置側の共振回路を構成するコイルおよびキャパシタの電流の不連続や電圧の出力リプルの増大に起因してコイルおよびキャパシタの物理的な振動が発生し、音響的なノイズが発生する虞がある。音鳴り等の問題は、伝送電力が極めて小さい場合は電圧電流の変動が少ないために音鳴り等の発生も小さく許容できる場合が多いが、伝送電力が大きくなるほど許容できなくなる。例えば、伝送電力が５Ｗ〜２０Ｗの場合、音鳴り等の問題は無視できないと考えられる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、非接触給電システムにおいて、伝送効率の低下を抑えつつ、音鳴りを抑えることにある。

本発明の代表的な実施の形態に係る、共振回路を有する非接触給電システムにおいて送電のための制御信号を所定の周期毎に生成する信号生成装置は、前記非接触給電システムにおいて送電期間と非送電期間とが非周期的になるように、前記共振回路に基づく結合状態に対応する周波数の第１信号を前記制御信号として生成するとともに前記第１信号と異なる第２信号を前記制御信号として生成し、前記所定の周期において前記制御信号として前記第１信号を生成する第１期間と前記制御信号として前記第２信号を生成する第２期間との比率を、受電側で必要な電力に基づいて決定することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、非接触給電システムにおいて、伝送効率の低下を抑えつつ、音鳴りを抑えることが可能となる。

実施の形態１に係る非接触給電システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る非接触給電システムの送電装置に搭載される信号生成装置の機能ブロック構成を示す図である。 実施の形態１に係る信号生成装置における各信号のタイミングチャートである。 実施の形態１に係る非接触給電システムによる電力の伝送効率の推定値の一例を示す図である。 実施の形態２に係る非接触給電システムの構成を示す図である。 実施の形態２に係る非接触給電システムの送電装置に搭載される信号生成装置の機能ブロック構成を示す図である。 実施の形態２に係る信号生成装置における各信号のタイミングチャートである。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係る、共振回路（４）を有する非接触給電システム（３００，３００Ａ）において送電のための制御信号（ＶＣ１，ＶＣ１Ａ，ＶＣ２，ＶＣ２Ａ，ＶＣ，ＶＣＡ）を所定の周期（Ｔ０）毎に生成する信号生成装置（１，１Ａ）は、前記非接触給電システムにおいて送電期間と非送電期間とが非周期的になるように、前記共振回路に基づく結合状態に対応する周波数の第１信号（Ｖ１，Ｖ１Ａ）を前記制御信号として生成するとともに前記第１信号と異なる第２信号（Ｖ２，ローレベルの信号）を前記制御信号として生成し、前記所定の周期において前記制御信号として前記第１信号を生成する第１期間（Ｔ１）と前記制御信号として前記第２信号を生成する第２期間（Ｔ２）との比率を、受電側で必要な電力に基づいて決定することを特徴とする。

〔２〕上記信号生成装置（１）において、前記第２信号は、周波数（ｆ２）が一定の信号であってもよい。
［３］上記信号生成装置（１）において、前記第２信号は論理レベルが固定された信号であってもよい。

〔４〕上記信号生成装置（１）において、周波数が前記共振回路に基づく結合状態により伝送効率が最大となるようにパルス周波数変調された前記第１信号を生成する第１信号生成部（１１）と、前記第２信号を生成する第２信号生成部（１２）と、受電側で必要な電力に応じてパルス幅変調された第３信号を生成する第３信号生成部（１３）と、前記第３信号が第１論理レベルである場合に前記第１信号を前記制御信号として出力し、前記第３信号が第２論理レベルである場合に前記第２信号を前記制御信号として出力する信号出力部（１４）と、を有していてもよい。

〔５〕上記信号生成装置（１Ａ）において、前記第２信号は論理レベルが固定された信号であって、前記所定の周期において、前記第１信号と前記第２信号を前記制御信号として非周期的に出力するとともに、受電側で必要な電力に基づいて、前記所定の周期において前記第１信号を前記制御信号として出力する回数を変化させてもよい。

〔６〕上記信号生成装置（１Ａ）において、周波数が前記共振回路に基づく結合状態により伝送効率が最大となるようにパルス周波数変調された前記第１信号（Ｖ１Ａ）を生成する変調信号生成部（１１Ａ）と、前記所定の周期よりも短い周期毎に第１論理レベルまたは第２論理レベルとなるランダム信号（ＶＲ）を生成するランダム信号生成部（１３Ａ）と、前記第１論理レベルである前記ランダム信号が生成された場合に前記第１信号を前記制御信号（ＶＣ１Ａ，ＶＣ２Ａ，ＶＣＡ）として出力し、前記第２論理レベルであるランダム信号が生成された場合に論理レベルが固定された前記制御信号（ＶＣ１Ａ，ＶＣ２Ａ，ＶＣＡ）を出力する信号出力部（１４Ａ）と、を有し、前記ランダム信号生成部は、受電側で必要な電力に応じて、前記所定の周期において前記第１論理レベルの前記ランダム信号を出力する回数を変化させてもよい。

〔７〕本発明の代表的な実施の形態に係る送電装置（１００）は、上記信号生成装置（１，１Ａ）と、送電用コイル（Ｌ１）と、前記制御信号に基づいて前記送電用コイルに電力を供給する電力供給部（２）とを有することを特徴とする。

〔８〕本発明の代表的な実施の形態に係る非接触給電システム（３００）は、上記送電装置（１００）と、受電用コイル（Ｌ２）およびキャパシタ（Ｃ２）を含む前記共振回路（４）を有する受電装置（２００）とを備えることを特徴とする。

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

≪実施の形態１≫
図１は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの構成を示す図である。
非接触給電システム３００は、例えば、電磁誘導を用いた非放射の結合共振型ワイヤレス給電システムであって、送電装置１００および受電装置２００を備えている。

送電装置１００は、信号生成装置１、電力供給部２、および送電回路３とを有する。
信号生成装置１は、送電のための制御信号ＶＣ１，ＶＣ２を所定の周期毎に生成する装置である。制御信号ＶＣ１，ＶＣ２は、後述するスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフをそれぞれ制御するための２値信号である。制御信号ＶＣ１，ＶＣ２は、一方が第１論理レベル（例えばハイレベル）であるときに、他方が第２論理レベル（例えばローレベル）になる関係を有する。すなわち、制御信号ＶＣ１は、制御信号ＶＣ２の反転信号である。

以下、制御信号ＶＣ１と制御信号ＶＣ２を総称して制御信号ＶＣと表記する場合がある。

なお、信号生成装置１の詳細な構成については後述する。

送電回路３は、電力供給部２から供給された電力を非接触で受電装置２００に伝送するための回路である。送電回路３は、磁界結合用の送電用コイルＬ１と、送電電力を大きくとるためにインピーダンスを小さくするためのキャパシタＣ１とを有する。送電回路３は、送電用コイルＬ１とキャパシタＣ１とによって共振回路を構成している。図１には、送電回路３が、送電用コイルＬ１とキャパシタＣ１とを直列に接続した直列共振回路である場合を一例として示している。

電力供給部２は、信号生成装置１によって生成された制御信号ＶＣに基づいて送電回路３に電力を供給する回路である。電力供給部２は、電源部２０と電力変換部２１とを有する。

電源部２０は、電力を発生させる機能部であり、例えば直流電源である。
電力変換部２１は、信号生成装置１によって生成された制御信号ＶＣに基づいて電源部２０から発生した直流電力を交流電力に変換し、送電回路３に供給する機能部である。

電力変換部２１は、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を有する。例えば、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とは直列に接続され、ハーフブリッジ回路を構成している。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、トランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ）である。

スイッチＳＷ１は、制御信号ＶＣ１によって制御され、スイッチＳＷ２は、制御信号ＶＣ２によって制御される。例えば、スイッチＳＷ１は、制御信号ＶＣ１がハイレベルであるときにオンし、制御信号ＶＣ１がローレベルであるときにオフする。同様に、スイッチＳＷ２は、制御信号ＶＣ２がハイレベルであるときにオンし、制御信号ＶＣ２がローレベルであるときにオフする。したがって、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２は、交互にオン・オフ動作を行うことになる。

受電装置２００は、受電回路４、整流回路５、出力キャパシタＣｏｕｔ、および負荷６を有する。
受電回路４は、送電装置１００から伝送された電力（交流電力）を受電するための回路である。受電回路４は、受電用コイルＬ２と、力率を改善するためのキャパシタＣ２とを有する。受電回路４は、受電用コイルＬ２とキャパシタＣ２とによって共振回路を構成している。図１には、受電回路４が、受電用コイルＬ２とキャパシタＣ２とを直列に接続した直列共振回路である場合を一例として示している。

送電回路３と受電回路４とは、受電用コイルＬ２と送電用コイルＬ１とが電磁的に結合することによって送電回路３から受電回路４へ電力を伝送するとともに、キャパシタＣ２によって受電用コイルＬ２の無効電力を補償して伝送効率の低下を抑制する。

整流回路５は、受電回路４によって受け取った交流電力を整流して出力する回路である。整流回路５は、例えば、ダイオードをブリッジ接続した全波整流回路によって構成されている。出力キャパシタＣｏｕｔは、整流回路５によって整流された電圧を平滑する平滑化容量である。負荷６は、整流回路５および出力キャパシタＣｏｕｔによって受電回路４からの受電電力を整流および平滑化した直流電力に基づいて動作する。

非接触給電システム３００において、送電装置１００は、電力の伝送効率を最適化するための変調と、受電装置２００側の負荷６に供給する電力を最適化するための変調とを行って電力を受電装置２００に伝送する多重変調制御方式の電力伝送回路である。具体的には、送電装置１００の信号生成装置１が制御信号ＶＣを生成し、制御信号ＶＣによってスイッチＳＷ１，ＳＷ２を駆動することにより、上述の多重変調制御を実現する。以下、信号生成装置１について詳細に説明する。

図２は、実施の形態１に係る非接触給電システム３００の送電装置１００に搭載される信号生成装置１の機能ブロック構成を示す図である。

信号生成装置１は、非接触給電システム３００において送電期間と非送電期間とが非周期的になるように、共振回路（送電回路３および受電回路４）に基づく結合状態に対応する周波数の第１信号Ｖ１を制御信号ＶＣ（ＶＣ１，ＶＣ２）として生成するとともに第１信号と異なる第２信号Ｖ２を制御信号ＶＣとして生成し、所定の周期Ｔ０において制御信号ＶＣとして第１信号を生成する第１期間Ｔ１と制御信号ＶＣとして第２信号を生成する第２期間Ｔ２との比率を、受電側で必要な電力に基づいて決定する。

具体的に、信号生成装置１は、非接触給電システム３００において送電期間と非送電期間とが非周期的になるように、第１期間Ｔ１にパルス周波数変調された第１信号Ｖ１を制御信号ＶＣとして生成するとともに第２期間Ｔ２（＝Ｔ０−Ｔ１）に一定の周波数ｆ２の第２信号Ｖ２を制御信号ＶＣとして生成し、所定の周期Ｔ０毎に、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との比率を受電側で必要な電力に基づいて変化させる。

信号生成装置１は、図２に示すように、第１信号生成部１１、第２信号生成部１２、第３信号生成部１３、および信号出力部１４を有する。信号生成装置１を構成するこれらの機能部は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプログラム処理装置やクロック発生回路等の種々の回路を組み合わせることによって実現される。

第１信号生成部１１は、第１信号Ｖ１として、共振回路の結合状態（伝送距離）に基づく伝送効率が最大となるようにパルス周波数変調（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＦＭ）された変調信号Ｖ１を生成する。具体的に、第１信号生成部１１は、送電装置１００側の共振回路としての送電回路３と受電装置２００側の共振回路としての受電回路４との結合状態（伝送距離）および負荷定数に基づいて伝送効率が最適となるように周波数ｆ１を決定し、決定した周波数ｆ１の周期信号（例えば２値信号）を変調信号Ｖ１として生成する。変調信号Ｖ１は、例えば、周波数ｆ１、デューティ比５０％の２値信号である。

第２信号生成部１２は、第２信号Ｖ２として、一定の周波数の変調信号Ｖ２を生成する。変調信号Ｖ２は、周波数が一定の周期信号であってもよく、例えば、周波数ｆ２、デューティ比５０％の２値信号である。ここで、周波数ｆ２は、所望の伝送電力および伝送効率に基づいて決定すればよい。例えば、１Ｗの伝送電力を送電するときに所定の伝送効率となるように変調信号Ｖ２の周波数ｆ２を設定すればよい。

なお、第２信号Ｖ２は、周期信号に限定されず、論理レベルが固定された信号（ローレベル信号）であってもよい。

第３信号生成部１３は、第３信号Ｖ３として、受電側で必要な電力に応じてパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）された変調信号Ｖ３を生成する。ここで、変調信号Ｖ３の周波数ｆ３は、変調信号Ｖ２の周波数ｆ２よりも小さく、変調信号Ｖ１の周波数ｆ１よりも十分に小さい。

具体的に、第３信号生成部１３は、受電装置２００の負荷６に必要な電力（要求電力）の増加に応じてパルス幅が広くなる周波数ｆ３の２値信号を生成し、変調信号Ｖ３として出力する。

第３信号生成部１３は、受電装置２００側の出力電圧の情報を取得して、変調信号Ｖ３を生成する。受電装置２００側の出力電圧の情報の取得方法としては、送電用コイルＬ１に流れる電流のピーク値の大きさを判定することにより受電装置２００側の出力電圧を推定する方法や、送電側と受電側にそれぞれ通信回路を設ける方法を例示することができる。後者の方法の場合、例えば、受電装置２００側に負荷６の電圧を検知して送電装置１００に送信する情報送信部を設けるとともに、送電装置１００側に送信部から受信した検知結果を受信する情報受信部を設ける。そして、第３信号生成部１３が、情報受信部で受信した検知結果に基づいて変調信号Ｖ３を生成する。

信号出力部１４は、変調信号Ｖ３の論理レベルに応じて、変調信号Ｖ１および変調信号Ｖ２の何れか一方を選択し、選択した信号に基づいて制御信号ＶＣを生成する。

図３は、実施の形態１に係る信号生成装置１における各信号のタイミングチャートである。
図３には、変調信号Ｖ１、変調信号Ｖ２、変調信号Ｖ３、制御信号ＶＣ１、および制御信号ＶＣ２の波形が示されている。なお、図示の容易化のために、図３において、変調信号Ｖ１の周波数を一定とし、変調信号Ｖ３のデューティ比を一定（５０％）として図示している。また、図３において、変調信号Ｖ２の周波数ｆ２＝２×ｆ３としている。

図３に示すように、信号出力部１４は、変調信号Ｖ３の周期Ｔ０において変調信号Ｖ３が第１論理レベル（例えばハイレベル）となる第１期間Ｔ１に、変調信号Ｖ１の反転信号を制御信号ＶＣ１として出力するとともに、変調信号Ｖ１を制御信号ＶＣ２として出力する。また、信号出力部１４は、変調信号Ｖ３の周期Ｔ０において変調信号Ｖ３が第２論理レベル（例えばローレベル）となる第２期間Ｔ２に、変調信号Ｖ２を制御信号ＶＣ１として出力するとともに、変調信号Ｖ２を反転した信号を制御信号ＶＣ２として出力する。

このように、信号生成装置１は、ＰＦＭによって制御された周波数ｆ１の変調信号Ｖ１と、固定の周波数ｆ２の変調信号Ｖ２とをそれぞれ生成し、ＰＷＭ制御によって変調信号Ｖ１を制御信号ＶＣとして出力する第１期間Ｔ１と変調信号Ｖ２を制御信号ＶＣとして出力する第２期間Ｔ２の比率を変化させる。

上述したように、従来の特許文献１に開示されたＰＷＭによる制御信号によって電力供給部２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフを切り替えるスイッチング制御を行った場合、送電回路３に電流が流れる期間と電流が流れない期間が周期的に発生して音鳴りが生じ得る。これに対し、信号生成装置１によれば、送電回路３に連続的に電流を流すことができるので、共振回路を構成するコイル（Ｌ１、Ｌ２）やキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）による音鳴りを軽減することが可能となる。

すなわち、図３に示すように、ＰＷＭ周期Ｔ０における第１期間Ｔ１にＰＦＭの変調信号Ｖ１で電力供給部２のスイッチング制御を行い、ＰＷＭ周期Ｔ０における第２期間Ｔ２に固定の周波数ｆ２の変調信号Ｖ２で電力供給部２のスイッチング制御を行う。これにより、送電回路３に電流が流れる期間と電流が流れない期間とが周期的に発生せず、送電回路３に連続的に電流を流すことができるので、共振回路を構成するコイル（Ｌ１、Ｌ２）やキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）による音鳴りを軽減することが可能となる。

また、共振回路（送電回路３および受電回路４）を用いた非接触給電システム３００において、回路定数、結合状態（伝送距離）および負荷６が固定である場合、伝送周波数を決定すれば伝送効率が一意に決まる。例えば、変調信号Ｖ１が制御信号ＶＣとして出力される第１期間Ｔ１における伝送効率η１および伝送電力Ｐ１は、負荷６が固定の場合に変調信号Ｖ１の周波数ｆ１によって一意に決まり、変調信号Ｖ２が制御信号ＶＣとして出力される第２期間Ｔ２における伝送効率η２および伝送電力Ｐ２は、負荷６が固定の場合に変調信号Ｖ２の周波数ｆ２によって一意に決まる。したがって、信号生成装置１によれば、第１期間Ｔ１において、送電装置１００による送電の伝送効率が最適になるように制御することができる。

なお、第２信号Ｖ２がローレベル信号（論理レベルが固定された信号）の場合、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２において、送電装置１００による送電の伝送効率が最適になるように制御することができる。

また、信号生成装置１によれば、周期Ｔ０における第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２の比率、すなわち変調信号Ｖ３のデューティ比を制御することにより、受電装置２００側の負荷６に必要な電力を適切に供給することができる。

図４は、実施の形態１に係る非接触給電システム３００による電力の伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。

図４において、参照符号５０１は、ＰＷＭとＰＦＭとを組み合わせた制御手法を採用した非接触給電システムの、ある結合状態（伝送距離）における伝送効率の推定値を表している。参照符号５０２は、同結合状態（伝送距離）でのＰＦＭによる制御方法を採用した非接触給電システムの伝送効率の推定値を表している。参照符号５０３は、同結合状態（伝送距離）での実施の形態１に係る非接触給電システム３００の伝送効率の推定値を表している。

図４に示すように、ある結合状態（伝送距離）において、ＰＷＭとＰＦＭとを組み合わせた制御方法を採用した非接触給電システム（参照符号５０１）が最も伝送効率が高くなる。一方、実施の形態１に係る非接触給電システム３００は、ＰＦＭによって決定した周波数ｆ１の変調信号Ｖ１によってスイッチング制御する期間Ｔ１と、所定の伝送効率となるように設定された固定の周波数ｆ２の変調信号Ｖ２によってスイッチング制御する期間Ｔ２との比率を、ＰＷＭによって切り替えるので、従来のＰＦＭによる制御手法を採用した非接触給電システム（参照符号５０２）よりも伝送効率を改善することが可能である。

例えば、変調信号Ｖ３のデューティ比が０％、すなわち変調信号Ｖ２のみによってスイッチング制御した場合、変調信号Ｖ２の周波数ｆ２を従来のＰＦＭ制御時の周波数と同じ値に設定すれば、ＰＦＭ制御を採用した非接触給電システムと同等の性能となる。したがって、実施の形態１に係る非接触給電システム３００によれば、ＰＦＭ制御による制御手法を採用した従来の非接触給電システムよりも伝送効率を改善することが可能となる。

このように、実施の形態１に係る信号生成装置１を適用した非接触給電システム３００によれば、伝送効率が最適となるように、負荷６を適切に駆動するために必要な電力を伝送することが可能となる。

以上、実施の形態１に係る信号生成装置１によれば、非接触給電システム３００において、伝送効率の低下を抑えつつ、音鳴りを抑制することが可能となる。

≪実施の形態２≫
図５は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムの構成を示す図である。
実施の形態２に係る非接触給電システム３００Ａは、信号生成装置１Ａの構成が実施の形態１に係る非接触給電システム３００の信号生成装置１と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る非接触給電システム３００と同様である。

図６は、実施の形態２に係る非接触給電システム３００Ａの送電装置１００Ａに搭載される信号生成装置１Ａの機能ブロック構成を示す図である。

信号生成装置１Ａは、所定の周期Ｔ０において、第１信号と、論理レベルが固定された第２信号を制御信号として非周期的に出力するとともに、受電側で必要な電力に基づいて、所定の周期Ｔ０において第１信号を制御信号として出力する頻度を変化させる。

具体的に、信号生成装置１Ａは、変調信号生成部１１Ａ、ランダム信号生成部１３Ａ、および信号出力部１４Ａを有する。信号生成装置１Ａを構成するこれらの機能部は、例えば、ＤＳＰ等のプログラム処理装置やクロック発生回路等の種々の回路を組み合わせることによって実現することができる。

変調信号生成部１１Ａは、実施の形態１に係る信号生成装置１の第１信号生成部１１と同様に、周波数が共振回路の共振周波数に一致するようにパルス周波数変調された変調信号Ｖ１Ａを生成する。

ランダム信号生成部１３Ａは、所定の周期（期間Ｔ３（＜Ｔ０））毎に第１論理レベル（例えばハイレベル）または第２論理レベル（例えばローレベル）となるランダム信号ＶＲを生成する。ランダム信号生成部１３Ａは、周期Ｔ０毎に、第１論理レベルのランダム信号ＶＲを出力する回数を、受電側で必要な電力に応じて変化させる。

ここで、Ｔ３＝Ｔ０／ｎ（ｎは２以上の整数）である。

信号出力部１４Ａは、ランダム信号ＶＲの論理レベルに応じて、変調信号Ｖ１Ａを制御信号ＶＣ１Ａ，ＶＣ２Ａとして出力するか否かを切り替える。具体的に、信号出力部１４Ａは、ランダム信号ＶＲが第１論理レベル（ハイレベル）であるときに変調信号Ｖ１Ａを制御信号ＶＣ１Ａとして出力するとともに、変調信号Ｖ１Ａの反転信号を制御信号ＶＣ２Ａとして出力し、ランダム信号ＶＲが第２論理レベル（ローレベル）であるときに論理レベルが固定された制御信号ＶＣ１Ａ，ＶＣ２Ａを出力する。

以下、制御信号ＶＣ１Ａと制御信号ＶＣ２Ａを総称して制御信号ＶＣＡと表記する場合がある。

図７は、実施の形態２に係る信号生成装置１Ａにおける各信号のタイミングチャートである。
図７には、変調信号Ｖ１Ａ、ランダム信号ＶＲ、および制御信号ＶＣ１Ａ，ＶＣ２Ａの波形が示されている。なお、図示の容易化のために、図７において、変調信号Ｖ１Ａの周波数を一定として図示している。また、図７において、一例として、ｎ＝２０、すなわちＴ３＝Ｔ０／２０としている。また、図７において、ランダム信号ＶＲがハイレベルである期間を”１”で表し、ランダム信号ＶＲがローレベルである期間を”０”で表している。

図７に示すように、ランダム信号生成部１３Ａは、周期Ｔ０毎に、第１論理レベル（ハイレベル）のランダム信号ＶＲを出力する回数を、受電側で必要な電力に応じて変化させる。ランダム信号生成部１３Ａは、先ず、実施の形態１に係る信号生成装置１による変調信号Ｖ３の生成方法（ＰＷＭ）と同様に、受電側で必要な電力に応じて、周期Ｔ０のうち第１論理レベル（ハイレベル）のランダム信号ＶＲを出力すべき総時間（ｍ×Ｔ３）を決定する。ここで、ｍは、例えば０以上ｎ以下の整数である。

例えば、ランダム信号生成部１３Ａは、受電側で必要な電力が大きいほど、総時間（ｍ×Ｔ３）が大きくなるように、変数ｍを決定する。

次に、ランダム信号生成部１３Ａは、周期Ｔ０の間に、第１論理レベル（ハイレベル）のランダム信号ＶＲをランダムにｍ回出力する。例えば、図７に示すように、受電側で必要な電力、すなわち受電側の負荷率が３０％であるときにｍ＝６と決定した場合、ランダム信号生成部１３Ａは、周期Ｔ０（＝２０×Ｔ３）の間に、ハイレベルのランダム信号ＶＲをランダムに６回出力する。この場合、周期Ｔ０におけるハイレベルのランダム信号ＶＲとローレベルのランダム信号ＶＲの出現比率は６：１４となり、周期Ｔ０、デューティ比３０％（＝１００×６／２０）のＰＷＭ信号を出力している場合と同様となる。

図７に示すように、信号出力部１４Ａは、ハイレベルのランダム信号ＶＲが出力されている期間Ｔ３に変調信号Ｖ１Ａを制御信号ＶＣＡとして出力する。一方、ローレベルのランダム信号ＶＲが出力されている場合には、信号出力部１４Ａは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のスイッチングを停止させるために、論理レベルが固定された制御信号ＶＣＡを出力する。例えば、図７に示すように、信号出力部１４Ａは、ローレベルの制御信号ＶＣ１Ａ，ＶＣ２Ａをそれぞれ出力する。

このように、実施の形態２に係る信号生成装置１Ａは、周期Ｔ０毎に、制御信号ＶＣＡをランダムに出力するとともに、制御信号ＶＣＡを出力する総時間（ｍ×Ｔ３）を受電側で必要な電力に応じて決定する。

これによれば、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をスイッチングする期間が周期的ではなくランダムに発生するので、従来の特許文献１に開示されたＰＷＭ制御のように送電回路３に電流が流れる期間と電流が流れない期間が周期的に発生しない。これにより、共振回路を構成するコイル（Ｌ１、Ｌ２）やキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）による音鳴りを軽減することが可能となる。

また、実施の形態２に係る信号生成装置１Ａによれば、ＰＷＭ制御と同様に、受電装置２００側の負荷６に必要な電力に応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２をスイッチングする総時間（ｍ×Ｔ３）を決定しているので、伝送効率が最適となるように、負荷６を適切に駆動するために必要な電力を伝送することが可能となる。

また、信号生成装置１Ａを適用した非接触給電システム３００Ａによれば、周期Ｔ０における期間Ｔ２にスイッチング制御を行わないので、実施の形態１に係る信号生成装置１を適用した非接触給電システム３００よりもさらに伝送効率を向上させることが可能となる。

以上、実施の形態２に係る信号生成装置１Ａによれば、非接触給電システム３００において、伝送効率の低下を抑えつつ、音鳴りを抑制することが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態において、送電側と受電側に共振回路（送電回路３および受電回路４）をそれぞれ設ける場合を例示したが、これに限られず、受電側のみ共振回路を設けた非接触給電システムに本発明に係る信号生成装置１，１Ａを適用してもよい。これによれば、上述した非接触給電システム３００，３００Ａと同様の効果を得ることが可能となる。

１，１Ａ…信号生成装置、２…電力供給部、３…送電回路（共振回路）、４…受電回路（共振回路）、５…整流回路、６…負荷、１１…第１信号生成部、１２…第２信号生成部、１３…第３信号生成部、１４…信号出力部、２０…電源部、２１…電力変換部、１１Ａ…変調信号生成部、１３Ａ…ランダム信号生成部、１４Ａ…信号出力部、１００，１００Ａ…送電装置、２００…受電装置、３００，３００Ａ…非接触給電システム、Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ、Ｃｏｕｔ…出力キャパシタ、Ｌ１…送電用コイル、Ｌ２…受電用コイル、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ、Ｖ１，Ｖ１Ａ…変調信号（第１信号）、Ｖ２…変調信号（第２信号）、Ｖ３…変調信号、ＶＣ，ＶＣ１，ＶＣ１Ａ，ＶＣ２，ＶＣ２Ａ，ＶＣＡ…制御信号、ＶＲ…ランダム信号

Claims (8)

1. 共振回路を有する非接触給電システムにおいて送電のための制御信号を所定の周期毎に生成する信号生成装置であって、
   前記非接触給電システムにおいて送電期間と非送電期間とが非周期的になるように、前記共振回路に基づく結合状態に対応する周波数の第１信号を前記制御信号として生成するとともに前記第１信号と異なる第２信号を前記制御信号として生成し、前記所定の周期において前記制御信号として前記第１信号を生成する第１期間と前記制御信号として前記第２信号を生成する第２期間との比率を、受電側で必要な電力に基づいて決定する
   信号生成装置。
2. 請求項１に記載の信号生成装置であって、
   前記第２信号は、周波数が一定の信号である
   ことを特徴とする信号生成装置。
3. 請求項１に記載の信号生成装置であって、
   前記第２信号は論理レベルが固定された信号である
   ことを特徴とする信号生成装置。
4. 請求項２または３に記載の信号生成装置であって、
   周波数が前記共振回路に基づく結合状態により伝送効率が最大となるようにパルス周波数変調された前記第１信号を生成する第１信号生成部と、
   前記第２信号を生成する第２信号生成部と、
   受電側で必要な電力に応じてパルス幅変調された第３信号を生成する第３信号生成部と、
   前記第３信号が第１論理レベルである場合に前記第１信号を前記制御信号として出力し、前記第３信号が第２論理レベルである場合に前記第２信号を前記制御信号として出力する信号出力部と、を有する
   ことを特徴とする信号生成装置。
5. 請求項１に記載の信号生成装置において、
   前記第２信号は論理レベルが固定された信号であって、
   前記所定の周期において、前記第１信号と前記第２信号を前記制御信号として非周期的に出力するとともに、受電側で必要な電力に基づいて、前記所定の周期において前記第１信号を前記制御信号として出力する回数を変化させる
   ことを特徴とする信号生成装置。
6. 請求項５に記載の信号生成装置であって、
   周波数が前記共振回路に基づく結合状態により伝送効率が最大となるようにパルス周波数変調された前記第１信号を生成する変調信号生成部と、
   前記所定の周期よりも短い周期毎に第１論理レベルまたは第２論理レベルとなるランダム信号を生成するランダム信号生成部と、
   前記第１論理レベルである前記ランダム信号が生成された場合に前記第１信号を前記制御信号として出力し、前記第２論理レベルである前記ランダム信号が生成された場合に論理レベルが固定された前記制御信号を出力する信号出力部と、を有し、
   前記ランダム信号生成部は、受電側で必要な電力に応じて、前記所定の周期において前記第１論理レベルの前記ランダム信号を出力する回数を変化させる
   ことを特徴とする信号生成装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の信号生成装置と、
   送電用コイルと、
   前記制御信号に基づいて前記送電用コイルに電力を供給する電力供給部とを有する
   送電装置。
8. 請求項７に記載の送電装置と、
   受電用コイルおよびキャパシタを含む前記共振回路を有する受電装置と、を備える
   非接触給電システム。

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