JP6334958B2 - 送電装置、その制御方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は送電装置、その制御方法、及びプログラムに関する。

近年、無線電力伝送技術が広く研究開発されている。この技術では、負荷で消費される消費電力変動（以下、負荷変動と称する）および送受電装置間距離変動（例えばアンテナ間距離変動。以下、ギャップ変動と称する）により電力伝送効率が低下する（非特許文献１）。また、送電装置としてＥ級増幅器を用いる技術も開示されている（特許文献１）。図２にＥ級増幅器１０６の構成例を示す。Ｅ級増幅器１０６は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２００（以下、ＦＥＴ２００と称する）と、２個のインダクタおよび２個のコンデンサで構成される。また、Ｅ級増幅器１０６は、端子として、ＦＥＴ２００のゲート２０１、ドレイン２０２、ソース２０３を含む。Ｅ級増幅器１０６は、供給された直流電圧（以下、Ｖｄｄと称する）２０４を、ゲート２０１に入力されるパルスでスイッチングし、交流電圧に変換する。

Ｅ級増幅器１０６を電力伝送システムに応用した場合のＦＥＴ２００周辺の電圧波形を図４を参照して説明する。図４は、詳細については実施形態において述べるが、ＦＥＴ２００周辺の電圧波形の時間変動を示した図である。図４において、一点鎖線４００はゲート２０１とソース２０３間の電圧（以下、Ｖｇｓと称する）の波形である。一点鎖線４００によれば、ＦＥＴ２００は、時間Ｔ０でオフ状態に遷移し、時間Ｔ０から時間Ｔ１の間はオフ状態である。そして、ＦＥＴ２００は、時間Ｔ１でオン状態に遷移する。２点鎖線４０１は、Ｅ級増幅器１０６が理想的な動作をする時のドレイン２０２とソース２０３間の電圧（以下、Ｖｄｓと称する）の波形である。２点鎖線４０１によれば、ＦＥＴ２００がオン状態に遷移する時間Ｔ１のＶｄｓは０ボルトであり、Ｖｄｓの傾きも０である。ここで、傾きとはＶｄｓの変化を時間で微分した値を意味する。

このように、Ｅ級増幅器１０６は、ＦＥＴ２００がオフ状態の期間（時間Ｔ０から時間Ｔ１）にＶｄｓを共振させる。また、理想的には、ＦＥＴ２００は、Ｖｄｓが０ボルト、かつＶｄｓの傾きが０の時にオン状態に遷移する（以下、ゼロ電圧スイッチングと称する）。これにより、スイッチング損失が少なく、高効率な電力変換が実現可能となる。また、Ｅ級増幅器１０６の出力設定値（以下、設定値）は、Ｖｄｄ２０４を増減することにより設定可能であり、Ｖｄｄ２０４を大きくすれば設定値は大きくなる。なお、本明細書中に記載された時間Ｔ１は、いずれもＦＥＴ２００がオン状態に遷移する時間を示すものとする。

特開２０１２−１４６２８９号公報

居村岳広、他２名、「近傍界用磁界アンテナの共振を利用した高効率電力伝送の解析と実験」、電気学会産業応用部門大会講演論文集II、平成２０年８月、ｐ．５３９−５４２

負荷変動乃至ギャップ変動が起きた場合のＦＥＴ２００周辺の電圧波形の例を図６を参照して説明する。図６は、詳細については実施形態において述べるが、負荷変動乃至ギャップ変動が起きた場合の、ＦＥＴ２００周辺の電圧波形の時間変動を示した図である。点線６０１は、負荷変動乃至ギャップ変動が起きた場合のＶｄｓ波形の例である。点線６０１によれば、時間Ｔ１においてＶｄｓが０ボルトでなく、Ｖｄｓの傾きも０ではない。ことのき、ＦＥＴ２００においてスイッチング損失が発生し、効率は低下する。従って、負荷変動乃至ギャップ変動が起きた場合に、ＦＥＴ２００におけるスイッチング損失に起因する効率の低下の課題を解決する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力伝送システムにおいて、負荷変動およびギャップ変動によらず、高効率な電力伝送システムを実現することを目的とする。

上記目的を達成するための一手段として、本発明の送電装置は以下の構成を備える。すなわち、受電装置へ電力伝送を行う送電装置であって、入力される電圧を変換する変換手段と、前記変換手段により変換された電圧を用いて前記受電装置へ電力伝送を行う送電手段と、入力される電圧を変換する際の前記変換手段の効率を評価する値を検出する検出手段と、前記送電手段による送電を行っている際に前記検出手段によって検出された前記効率を評価する値に基づいて前記変換手段に入力する電圧を増減する電力制御手段と、前記送電手段と前記変換手段とのインピーダンスを整合させるための制御を行うことで、前記受電装置との間の距離が変動することによる影響を低減するための制御を行う制御手段とを有し、前記検出手段は、前記制御手段による制御によって前記影響が低減された後に、前記変換手段の効率を評価する値を検出する。

電力伝送システムにおいて、負荷変動およびギャップ変動によらず、高効率な電力伝送システムを実現することが可能となる。

第１実施形態による電力伝送システムの構成図。 Ｅ級増幅器の構成図。 第１実施形態による電力伝送システムの状態を示す図。 消費電力が減少した場合のＶｄｓ波形を示す図。 第１実施形態における送電装置の動作を示すフローチャート。 消費電力が増加した場合のＶｄｓ波形を示す図。 検出部がＶｄｓを検出した場合の判定テーブルを示す図。 Ｖｄｓ波形の極大点を示す図。 （ａ）Ｖｄｓ波形の極大点の検出結果を示す図、（ｂ）検出部が極大点を検出した場合の判定テーブルを示す図。 ドレイン波形を示す図。 検出部がＩｄを検出した場合の判定テーブルを示す図。 Ｐｏｕｔに対するＺｉｎと効率を示す図（ａ）電力制御前の図、（ｂ）電力制御後の図。 検出部がＺｉｎを検出した場合の判定テーブルを示す図 検出部による検出結果とＶｄｄの関係を表す判定テーブルを示す図。 第２実施形態による電力伝送システムの構成図。 第２実施形態による電力伝送システムの状態を示す図。 負荷変動とギャップ変動が起こる場合のＶｄｓ波形を示す図。 第２実施形態における送電装置の動作を示すフローチャート。 第３実施形態による電力伝送システムの構成図。 第３実施形態における送電装置の動作を示すフローチャート（その１）。 第３実施形態における送電装置の動作を示すフローチャート（その２）。 第３実施形態における送電装置の動作を示すフローチャート（その３）。 第３実施形態による電力伝送システムの構成の変形例を示す図。 第４実施形態による電力伝送システムの構成を示す図。 第４実施形態における送電装置と受電装置とのの動作を示すフローチャート。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

［第１実施形態］
本実施形態では、電力伝送システムにおいて負荷変動が発生する場合について説明する。図１は、本実施形態によるに電力伝送システムの構成図である。図１において、送電装置１００は受電装置１０９に伝送路１１５を介して電力を伝送する。送電装置１００において、電力制御部１０１は送電装置１００が送電する電力を制御する機能を持ち、本実施形態ではＥ級増幅器１０６に接続される直流電圧Ｖｄｄ２０４を増減することによって電力制御を行う。検出部１０２は、図４の時間Ｔ１のタイミングにおけるＶｄｓ（ドレイン２０２とソース２０３間の電圧）を検出する。判定部１０３は、検出部１０２の検出結果に基づいて判定テーブル１１６を参照し、電力制御部１０１の動作を決定する。判定テーブル１１６の格納情報および、判定部１０３の動作については後述する。タイマ１０４は、電力制御部１０１が制御する電力および後述する定電圧回路１１３の出力が安定するまで検出部１０２の動作を抑制する為に使用される。

カウンタ１０５は、電力制御部１０１の動作回数をカウントする機能を持ち、上限の限度値に達すると送電装置１００の送電機能を停止する。そのため、カウンタ１０５は、電力制御部１０１が動作した回数（以下、現在値と称する）と、限度値を記憶する機能も持つ。共振回路１０７は、送電アンテナ１０８および伝送路１１５と受電アンテナ１１０間をＥ級増幅器１０６の出力である交流電圧の周波数で共振させ、かつＥ級増幅器１０６と送電アンテナ１０８間のインピーダンス整合をとる。送電アンテナ１０８は、共振回路１０７から出力された電力を伝送路１１５を介して受電装置１０９に伝送する。

一方、受電装置１０９において、受電アンテナ１１０と共振回路１１１が電力を受信した後、整流回路１１２は、共振回路１１１が出力する交流電圧を、直流電圧に変換する。定電圧回路１１３は、整流回路１１２から供給される直流電圧を負荷が動作する電圧値に変換する。負荷１１４は、定電圧回路１１３が出力した電力を消費する。なお、本実施形態では負荷１１４は電圧１０Ｖで動作するものとして説明する。

図３は、負荷１１４の消費電力が変化した場合の本実施形態による電力伝送システムの状態の評価を表す表である。図３（ａ）は、負荷１１４の消費電力が減少した場合を示し、図３（ｂ）は、負荷１１４の消費電力が増加した場合を示す。図３（ａ）（ｂ）のそれぞれにおいて、各状態（３０６ａ〜３０９ａ、３０６ｂ〜３０８ｂ）を表す値が示されている。具体的には、図３（ａ）には、状態３０６ａ〜３０９ａのそれぞれについて、Ｖｄｄ（供給された直流電圧２０４）３００ａ、Ｅ級増幅器１０６の出力の設定値３０１ａ、負荷１１４の消費電力（以下、Ｐｏｕtと称する）３０２ａが示されている。さらに、図３（ａ）には、各状態について、本実施形態による電力伝送システムの電力伝送効率３０３ａ、負荷１１４に供給される電圧値（以下、Ｖｏｕtと称する）３０４ａ、設定値３０１ａの最適値３０５ａが示されている。図３（ｂ）についても、状態３０６ｂ〜３０８ｂのそれぞれについて、図３（ａ）と同様の表となっている。なお、最適値３０５ａは、Ｐｏｕｔをゼロ電圧スイッチング時の効率で除算した値である。

図３（ａ）では、状態３０６ａおよび状態３０９ａがゼロ電圧スイッチングの状態であり、それぞれにおいて設定値３０１ａと最適値３０５ａは等しい。また、図３（ｂ）では、状態３０６ｂおよび状態３０８ｂがゼロ電圧スイッチングの状態であり、それぞれにおいて設定値３０１ｂと最適値３０５ｂは等しい。

図３（ａ）の状態３０６ａ〜３０９ａの時の、ＦＥＴの出力波形であるＶｄｓ波形を、図４に示す。図４は、負荷１１４の消費電力（Ｐｏｕｔ）が減少した場合のＶｄｓ波形およびＶｇｓ波形である。一点鎖線４００は前述したように、オン状態とオフ状態を遷移するＶｇｓ波形である。図４において、図３（ａ）における状態３０６ａの時のＶｄｓ波形は２点鎖線４０１、状態３０７ａの時のＶｄｓ波形は点線４０２、状態３０８ａの時のＶｄｓ波形は破線４０３、状態３０９ａの時のＶｄｓ波形は実線４０４である。

また、図３（ｂ）の３０６ｂ〜３０８ｂの時のＶｄｓ波形を、図６に示す。図６は、負荷１１４の消費電力（Ｐｏｕｔ）が増加した場合のＶｄｓ波形およびＶｇｓ波形である。図４と同様に、一点鎖線４００はＶｇｓ波形である。図６において、図３（ｂ）における状態３０６ｂの時のＶｄｓ波形は２点鎖線６００、状態３０７ｂの時のＶｄｓ波形は点線６０１、状態３０８ｂの時のＶｄｓ波形は実線６０２である。

次に、本実施形態による送電装置１００の動作について、図７を参照して説明する。図７は、判定テーブル１１６の一例である。図７の判定テーブル１１６は、検出部１０２が時間Ｔ１におけるＶｄｓを検出した場合に、判定部１０３が電力制御部１０１の動作を判定する為に使用される。すなわち、判定部１０３は、検出部１０２によって検出されたＶｄｓを用いて判定テーブル１１６を参照することにより、状態を判断する。図７において、状態７００は、検出されたＶｄｓが０Ｖの場合である。すなわち、ゼロ電圧スイッチングの状態であり、前述の通り設定値とＰｏｕｔが適切な状態である。この状態を、本実施形態では「状態１」と定義する。状態１の場合、判定部１０３は電力制御を行わない（電力制御７０５は「なし」）。

状態７０１は、検出されたＶｄｓが０Ｖよりも大きい場合であり、設定値が最適値より小さい状態である。この状態を、本実施形態では「状態２」と定義する。状態２の場合、スイッチング損失等の影響により、状態１と比較して効率は低い。状態２の場合、判定部１０３は、Ｖｄｄを増加することにより設定値を増加させる処理を行う（電力制御７０５は「Ｖｄｄ増加」）。

状態７０２は、検出されたＶｄｓが０Ｖよりも小さい場合であり、設定値が前記最適値より大きい状態である。この状態を、本実施形態では「状態３」と定義する。状態３の場合も、スイッチング損失等の影響により、状態１と比較して効率は低い。状態３の場合、判定部１０３は、Ｖｄｄを減少することにより設定値を減少させる処理を行う（電力制御７０５は「Ｖｄｄ減少」）。

次に、図５を参照して、本実施形態による送電装置１００の動作を説明する。図５は、本実施形態における送電装置の動作を示すフローチャートである。なお、カウンタの限度値は「５」に設定されているものとする。最初に、Ｐｏｕｔが減少する場合について説明する。まず、電力伝送システムの状態が図３（ａ）の状態３０６ａに示す状態であるとする。すなわち、Ｐｏｕｔ（３０２ａ）が１０ＷでＥ級増幅器１０６がゼロ電圧スイッチングの状態であるとする。この時、Ｖｄｄ（３００ａ）は１７Ｖ、Ｅ級増幅器の設定値（３０１ａ）は１１．８Ｖ、効率（３０３ａ）は８５％、Ｐｏｕｔ（３０２ａ）は１０Ｗである。また、負荷１１４へは定電圧回路１１３を介して１０Ｖ（Ｖｏｕｔ，３０４ａ）が供給されている。状態３０６ａはゼロ電圧スイッチングの状態である為、最適値（３０５ａ）は、前述のように、Ｐｏｕｔ（３０２ａ）である１０Ｗを効率（３０３ａ）である８５％で除算した値１１．８Ｗであり、この値は設定値（３０１ａ）である１１．８Ｗと等しい。

この状態で、図５において処理は開始し、検出部１０２は図４の時間Ｔ１におけるＶｄｓを検出する（Ｓ５００）。この時のＶｄｓ波形は図４の２点鎖線４０１に示される。この時は、ゼロ電圧スイッチングの状態であり、検出部１０２の検出結果は、Ｖｄｓ＝０Ｖである。次に判定部１０３は、図７の判定テーブル１１６を参照して、現在の状態が状態１であるか否かを判定する（Ｓ５０１）。検出部１０２の検出結果はＶｄｓ＝０Ｖであったため、判定部１０３は、現在の状態は状態１であると判定する（Ｓ５０１のＹｅｓ）。従って、判定部１０３は電力制御部１０１の制御を行わない（Ｓ５１１）。そして判定部１０３はカウンタ１０５の現在値を０に初期化し（Ｓ５０９）、処理はＳ５００へ戻る。

ここで、Ｐｏｕｔが１Ｗに減少したとする。この時の電力伝送システムの状態は図３（ａ）の状態３０７ａに示す状態で、Ｐｏｕｔ（３０２ａ）が１Ｗに減少している。また、Ｖｄｄ（３００ａ）は１７Ｖであり状態３０６ａの時のＶｄｄ（３００ａ）と変化はない。Ｖｄｄが変化しない為、Ｖｄｄの大小によって決まる設定値（３０１ａ）も変化せず１１．８Ｗである。最適値（３０５ａ）は、前述のように、Ｐｏｕｔ（３０２ａの１Ｗ）をゼロ電圧スイッチング状態（状態３０６ａ）における効率（３０３ａ）の８５％で除算した値である。よって、状態３０７ａの最適値（３０５ａ）は、１Ｗを８５％で除算した１．２Ｗである。設定値（３０１ａ）は１１．８Ｗであり、最適値１．２Ｗより大きく、等しくない。よって、スイッチング損失などの影響により効率（３０３ａ）は３６％と低くなってしまう。ここで、効率を向上させるためには、設定値（３０１ａ）を下げ、最適値（３０５ａ）と等しくするための処理を行う必要がある。

図５に戻り、検出部１０２は再びＶｄｓを検出する（Ｓ５００）。この時の状態は図３（ａ）の状態３０７ａに示す状態で、Ｖｄｓ波形は図４の点線４０２に示される。点線４０２では、時間Ｔ１より前の時間Ｔ２においてＶｄｓが０Ｖに達している。このような場合は、時間Ｔ１においてＦＥＴ２００のドレイン２０２とソース２０３間の寄生ダイオード（図示しない）に電流が流れ、Ｖｄｓは、寄生ダイオードの順方向電圧と略一致する−１Ｖを示す。よって、検出部１０２が検出するＶｄｓの検出結果は、Ｖｄｓ＝−１Ｖとなる。

次に判定部は、判定テーブル１１６を参照して、現在の状態が状態１であるか否かを判定する（Ｓ５０１）。検出部１０２の検出結果はＶｄｓ＝−１Ｖであったため、判定部１０３は、現在の状態は状態１ではないと判定する（Ｓ５０１のＮｏ）。そして、カウンタ１０５の現在値を１にインクリメントした後（Ｓ５０２）、現在値と限度値を比較する（Ｓ５０３）。現在値は現在「１」であり、限度値の「５」より小さい（Ｓ５０３でＮｏ）。続いて、判定部１０３は判定テーブル１１６を参照し、現在の状態が状態３であるかを判定する（Ｓ５０４）。検出部１０２の検出結果はＶｄｓ＝−１Ｖであったため、判定部１０３は、現在の状態は状態３であると判定する（Ｓ５０４でＹｅｓ）。そして判定部１０３は、図７の判定テーブルにおける状態３の電力制御７０５を参照し、電力制御部１０１の動作として「Ｖｄｄ減少」を選択し、電力制御部１０１に指示する。判定部１０３の指示を受けた電力制御部１０１はＶｄｄを減少させる（Ｓ５０５）ことでＥ級増幅器１０６の設定値を下げる。

判定部１０３は、電力制御部１０１がＳ５０５において電力制御を行った後、タイマ１０４を起動させる（Ｓ５０７）。これは、Ｅ級増幅器１０６および定電圧回路１１３の出力が安定するまで検出部１０２が動作しないようにするためである。タイマ１０４が所定の一定時間を計測し、タイムアウトすると（Ｓ５０８でＹｅｓ）、処理はＳ５００へ戻る。

ここで、電力制御部１０１の制御によりＶｄｄが９Ｖまで減少し、設定値は３．５Ｗになったとする。この時の電力伝送システムの状態は図３（ａ）の状態３０８ａに示す状態である。この状態では、設定値（３０１ａ）の３．５Ｗは最適値（３０５ａ）の１．２Ｗより大きいが、状態３０７ａの時と比較して設定値（３０１ａ）と最適値（３０５ａ）の差は小さくなっている。よって、効率（３０３ａ）は状態３０７ａの時の３６％から６４％に向上している。この時のＶｄｓ波形を図４の破線４０３に示す。破線４０３によれば、Ｖｄｓは時間Ｔ１より前の時間Ｔ２においてＶｄｓが０Ｖに達しており、時間Ｔ１におけるＶｄｓは状態３０７ａと同様に−１Ｖである。よって、判定部１０３および電力制御部１０１は、既に説明したＳ５０１からＳ５０８の処理に基づいて、Ｅ級増幅器１０６の設定値をさらに下げる方向にＶｄｄを制御する。すなわち、電力制御部１０１はＶｄｄを減少させる（Ｓ５０５）ことでＥ級増幅器１０６の設定値を下げる。処理Ｓ５０７とＳ５０８を経て、処理はＳ５００へ戻る。

ここで、Ｖｄｄ（３００ａ）をさらに５Ｖまで下げ、設定値（３０１ａ）は１．２Ｗになったとする。この時の電力伝送システムの状態は図３（ａ）の状態３０９ａに示す状態である。この状態では、設定値（３０１ａ）の１．２Ｗは、Ｐｏｕt（３０２ａ）の１Ｗを、ゼロ電圧スイッチングの状態（状態３０６ａ）における効率（３０３ａ）の８５％で除算した値に等しい。つまり、状態３０９ａはゼロ電圧スイッチングの状態であり、効率（３０３ａ）も８５％に向上している。この時のＶｄｓ波形を図４の実線４０４に示す。実線４０４では時間Ｔ１においてゼロ電圧スイッチングの状態であることが分かる。従って、図５に戻ると、検出部は図４の時間Ｔ１におけるＶｄｓをＶｄｓ＝０と検出し（Ｓ５００）、判定部１０３は状態１であると判定し（Ｓ５０１のＹｅｓ）、処理Ｓ５１１とＳ５０９を経て、処理はＳ５００へ戻る。

次に、Ｐｏｕｔが増加する場合について説明する。電力伝送システムの状態がゼロ電圧スイッチング時の状態である図３（ｂ）の状態３０６ｂから、状態３０７ｂに移ったとする。すなわち、Ｐｏｕｔ（３０２ｂ）が１０Ｗから１８Ｗに増加したとする。この時、Ｖｄｄ（３００ｂ）は１７Ｖであり変化していない。Ｖｄｄが変化しない為、Ｖｄｄの大小によって決まる設定値（３０１ｂ）も変化せず１１．８Ｗである。最適値（３０５ｂ）は、Ｐｏｕｔ（３０２ｂ）の１８Ｗをゼロ電圧スイッチング時（状態３０６ｂ）の効率（３０３ｂ）の８５％で除算した値である２１．２Ｗである。設定値（３０１ｂ）の１１．８Ｗは最適値（３０５ｂ）の２１．２Ｗより小さく、等しくない。よって、効率（３０３ｂ）は８０％と低くなってしまう。ここで、効率を向上させるためには、設定値（３０１ｂ）を上げ、最適値（３０５ｂ）と等しくするための処理を行う必要がある。

図５に戻り、検出部１０２はＶｄｓを検出する（Ｓ５００）。この時のＶｄｓ波形を図６の点線６０１に示す。点線６０１によれば、時間Ｔ１におけるＶｄｓは３０Ｖである。よって、検出部１０２が検出するＶｄｓの検出結果は、Ｖｄｓ＝３０Ｖである。検出部１０２の検出結果がＶｄｓ＝３０Ｖであったため、判定部１０３は、判定テーブル１１６を参照して現在の状態は状態１ではないと判定する（Ｓ５０１のＮｏ）。さらに、カウンタをインクリメントし（Ｓ５０２）、カウンタの現在値が限度値より低ければ（Ｓ５０３のＮｏ）、判定部１０３は、判定テーブル１１６を参照して現在の状態が状態３であるか否かを判定する。判定部１０３は、現在の状態は状態３ではないと判定し（Ｓ５０４のＮｏ）、状態２であると判定する（Ｓ５１３）。そして判定部１０３は、図７の判定テーブルにおける状態２の電力制御７０５を参照し、電力制御部１０１の動作として「Ｖｄｄ増加」を選択し、電力制御部１０１に指示する。判定部１０３の指示を受けた電力制御部１０１はＶｄｄを増加させる（Ｓ５０６）ことでＥ級増幅器１０６の設定値を上げる。

ここで、電力制御部１０１はＶｄｄを２３Ｖまで上げたとする。この時の電力伝送システムの状態は図３（ｂ）の３０８ｂに示す状態である。この時、設定値３０１ｂは２１．２Ｗまで上がっている。この時の設定値（３０１ｂ）は、Ｐｏｕt（３０２ｂ）である１８Ｗを、ゼロ電圧スイッチングの状態（状態３０６ｂ）における効率の（３０３ｂ）である８５％で除算した値に等しい。つまり、状態３０８ｂはゼロ電圧スイッチングの状態であり、効率（３０３ｂ）も８５％に向上している。この時のＶｄｓ波形を図６の実線６０２に示す。実線６０２では時間Ｔ１においてゼロ電圧スイッチングの状態である。

なお、本実施形態では、カウンタをインクリメントした後（Ｓ５０２）、現在値と限度値を比較した場合に、両値が等しい場合は（Ｓ５０３でＹｅｓ）、判定部１０３は効率が収束しないと判定し、送電を停止する（Ｓ５１０）。効率が収束しない要因として、送電装置１００や受電装置１０９の故障などにより、負荷変動が、電力制御部１０１の制御可能範囲を超えた場合などがある。このような処理によって送電を停止することで、電力伝送システムの安全性を確保することが出来る。

また、本実施形態では、タイマ１０４を設け、Ｅ級増幅器１０６および定電圧回路１１３の出力が安定した後、すなわち一定時間が経過した後、検出部１０２、判定部１０３を動作させる（Ｓ５０７、Ｓ５０８）。このような処理により、出力が安定しない過渡状態において、検出部１０２がＶｄｓを検出し（Ｓ５００）、その結果に基づいて電力制御部１０１がＶｄｄを制御する（Ｓ５０５、Ｓ５０６）ことを防止することが出来る。

以上のように、検出部１０２が時間Ｔ１におけるＶｄｓを検出し、判定部１０３はこの検出結果に基づいて現在の状態（状態１乃至状態３のいずれか）を判定テーブルから判断する。そして、判定部１０３は、さらに判定テーブルを参照してＥ級増幅器１０６の設定値を増減する為に電力制御部１０１を制御するようにした。これにより、負荷１１４の消費電力が減少した時に低下していた効率を、ゼロ電圧スイッチング時の効率（高効率）に収束させることが出来る。

［変形例１］
以上の説明では、電力伝送システムの状態（状態１乃至状態３のいずれか）を判断する為に、検出部１０２は時間Ｔ１におけるＶｄｓの電圧値を検出する構成としたが、これに限定されない。すなわち、ＦＥＴ２００がオフ状態におけるＶｄｓ波形の極大値を検出する構成としてもよい。具体的には、検出部１０２は図４における時間Ｔ０から時間Ｔ１より前（時間Ｔ１は含まない）のＶｄｓの極大点を検出し、判定部１０３はこの検出結果に基づいて状態を判断する。以下に、検出した極大値を用いて状態を判断する方法について図８乃至図１２を参照して説明する。

図８は、状態１乃至状態３におけるＶｄｓ波形とその極大点を示す図である。実線８００はゼロ電圧スイッチング状態（状態１）場合を示す。また、２点鎖線８０１は最適値（３０５ａ、３０５ｂ）がＥ級増幅器１０６の設定値（３０１ａ、３０１ｂ）に対して小さい状態（状態３）の場合を示し、点線８０２は反対に最適値がＥ級増幅器１０６の設定値に対して大きい状態（状２）の場合を示す。三角印８０３は状態１の時のＶｄｓ波形の極大点、四角印８０４は状態３の時のＶｄｓ波形の極大点、丸印８０５は状態２の時のＶｄｓ波形の極大点である。時間８０６は三角印８０３に対応する時間、電圧８０７は三角印８０３に対応するＶｄｓの電圧値を表す。時間８０８は四角印８０４に対応する時間、電圧８０９は四角印８０４に対応するＶｄｓの電圧値を表す。時間８１０は丸印８０５に対応する時間、電圧８１１は丸印８０５に対応するＶｄｓの電圧値を表す。この変形例では、図５における処理Ｓ５００として、検出部１０２は、Ｖｄｓ波形の極大点におけるＶｄｓの電圧値および時間に関して、ゼロ電圧スイッチング状態（状態１）の場合の極大点（三角印８０３）を基準とした差分を検出する。

Ｖｄｓの極大点に関する検出結果を図９（ａ）に示す。結果９０３は状態１の極大点（三角印８０３）に関する検出結果である。三角印８０３は、状態２と状態３の極大点のＶｄｓおよび時間を検出する際の基準となる為、Ｖｄｓ９００と時間９０１はいずれも０である。結果９０２は状態３の極大点（四角印８０４）に関する検出結果である。結果９０２によれば、三角印８０３のＶｄｓ（８０７）に対して四角印８０４のＶｄｓ（８０９）は５Ｖ高く（Ｖｄｓ（９００）＝５Ｖ）、三角印８０３の時間（８０６）に対して四角印８０４の時間（８０８）は０．５μｓ遅れている（時間（１１０１）＝０．５μｓ）。Ｖｄｓ９００、時間９０１の符号はいずれも正である。結果９０４は状態２の極大点（丸印８０５）に関する検出結果である。結果９０４によれば、三角印８０３のＶｄｓ（８０７）に対して丸印８０５のＶｄｓ（８１１）は５Ｖ低く（Ｖｄｓ（９００）＝−５Ｖ）、三角印８０３の時間（８０６）に対して丸印８０５の時間（８１０）は０．５μｓ進んでいる（時間（９０１）＝−０．５μｓ）。Ｖｄｓ９００、時間９０１の符号はいずれも負である。

図９（ｂ）は、検出部１０２が図９（ａ）に示す検出結果を得た場合に、判定部１０３が図５における処理Ｓ５０１、Ｓ５０４において参照する判定テーブル１１６である。図９（ｂ）において、状態９１１は、Ｖｄｓおよび時間の符号がいずれも正の場合であり、判定部１０３は状態３であると判断する。この場合、判定部１０３の指示により、電力制御部１０１はＶｄｄを減少させる。また、状態９１０は、Ｖｄｓおよび時間の符号がいずれも負の場合であり、判定部１０３は状態２であると判断する。この場合、判定部１０３の指示により、電力制御部１０１はＶｄｄを増加させる。

このように、検出部１０２はＦＥＴ２００がオフ状態におけるＶｄｓ波形の極大値を検出する構成とし、判定部１０３が検出結果に基づいて電力制御部１０１を制御するようにしても、前述の実施形態と同様の効果が得られる。また、図９（ｂ）によれば、Ｖｄｓ９０５と時間９０６の符号は、状態９１０、９１１ともに一致しているので、検出部１０２は図９（ａ）におけるＶｄｓ９００および時間９０１のいずれか片方を検出する構成としてもよい。

［変形例２］
別の変形例として、検出部１０２が、時間Ｔ１においてドレイン２０２からソース２０３に流れるドレイン電流（以下、Ｉｄと称する）検出する構成としてもよい。以下に、検出したＩｄを用いて状態を判断する方法について、図１０乃至図１１を参照して説明する。図１０にＩｄ波形を示す。波形１０００は状態１におけるＩｄ波形を示し、時間Ｔ１において０Ａである。波形１００１は状態３におけるＩｄ波形を示し、時間Ｔ１において約−１Ａであり、Ｉｄは０より小である。波形１００２は状態２におけるＩｄ波形示し、時間Ｔ１において約１０Ａのスパイク電流が流れ、Ｉｄは０より大である。

図１１は、検出部１０２がＩｄを検出した場合に、判定部１０３が図５における処理Ｓ５０１、Ｓ５０４において参照する判定テーブル１１６である。図１１において、状態１１０１は、Ｉｄ（１１０３）が０Ａより大の場合であり、判定部１０３は状態２であると判断する。この場合、判定部１０３の指示により、電力制御部１０１はＶｄｄを増加させる（Ｓ５０６）。また、状態１１０２は、Ｉｄ（１１０３）が０Ａより小である場合であり、判定部１０３は状態３であると判定する（Ｓ５０４でＹＥＳ）。この場合、判定部１０３の指示により、電力制御部１０１はＶｄｄを減少させる（Ｓ５０５）。状態１１００はＩｄ１１０３が０Ａである場合であり、判定部１０３は設定値が適正と判定する（Ｓ５０１でＹＥＳ、Ｓ５１１）。この場合、判定部１０３は電力制御部１０１に電力制御の指示を行わない。

このように、検出部１０２は時間Ｔ１におけるＩｄを検出し、判定部１０３が前記検出結果に基づいて電力制御部１０１を制御するようにしても、前述の実施形態と同様の効果が得られる。

［変形例３］
また、別の変形例として、検出部１０２が、Ｖｄｄ２０４の電圧値および電流値を検出し、その結果から、Ｅ級増幅器１０６の入力インピーダンス（以下、Ｚｉｎと称する）を算出する構成としてもよい。以下に、検出したＺｉｎを用いて状態を判断する方法について、図１２乃至図１３を参照して説明する。図１２（ａ）にＰｏｕｔの変化とＺｉｎおよび効率の関係を示す。図１２（ａ）において実線１２００ａはＺｉｎを表す。黒三角印１２０２ａはＰｏｕｔが１０Ｗの時（図３の状態３０６ａ）で状態１の時のＺｉｎであり、この場合Ｚｉｎは２３ｏｈｍを示す。実線１２００ａによれば、状態１の時のＺｉｎ（三角印１２０２ａ）と比較して、Ｐｏｕｔが小さくなり状態３になる場合（例えば図３の状態３０７ａ）は、Ｚｉｎは増加する。一方、Ｐｏｕｔが大きくなり状態２になる場合（例えば図３の状態３０７ｂ）は、Ｚｉｎは減少する。

また、図１２（ａ）において破線１２０１ａは効率を表し、白抜き三角印１２０３ａはＰｏｕｔが１０Ｗで状態１の時の効率であり、図３の状態３０６ａによれば８５％である。破線１２０１ａによれば、効率は、白抜き三角印１２０３ａをピークとして、Ｐｏｕｔが減少した場合と増加した場合共に下がることが分かる。ずなわち、状態１から状態２または状態３になると、効率は下がっている。このように、実線１２００ａと破線１２０１ａから分かるように、Ｅ級増幅器１０６では、高効率を実現するＺｉｎが一意に決まる特徴がある。

図１３は、検出部１０２がＺｉｎを検出した場合に判定部１０３が６における処理Ｓ５０１、Ｓ５０４において参照する判定テーブルである。図１３において、状態１３０１は、Ｚｉｎ（１３０３）が２３ｏｈｍより小さい場合であり、判定部１０３は状態２であると判断する。この場合、判定部１０３の指示により、電力制御部１０１はＶｄｄを増加させる（Ｓ５０６）。また、状態１３０２は、Ｚｉｎ１３０３が２３ｏｈｍより大きい場合であり、判定部１０３は状態３であると判定する（Ｓ５０４でＹＥＳ）。この場合、判定部１０３の指示により、電力制御部１０１はＶｄｄを減少させる（Ｓ５０５）。また、状態１３００は、Ｚｉｎ１３０３が２３ｏｈｍの場合であり、判定部１０３は設定値が適正と判定する（Ｓ５０１でＹＥＳ、Ｓ５１１）。この場合、判定部１０３は電力制御部１０１に電力制御の指示を行わない。

図１３の判定テーブルに基づいて電力制御部１０１が動作した場合の、Ｐｏｕｔの変化とＺｉｎおよび効率の関係を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）において実線１２００ｂはＺｉｎを表す。三角印１２０２ｂはＰｏｕｔが１０Ｗの時（図３の状態３０６ａ）で状態１の時のＺｉｎであり、この場合２３ｏｈｍを示す。実線１２００ｂによれば、Ｐｏｕｔが増減した場合でも、Ｚｉｎに変化はない。また、図１２（ｂ）において破線１２０１ｂは効率を表し、白抜き三角印１２０３ｂはＰｏｕｔが１０Ｗで状態１の時の効率であり、図３の状態３０６ａによれば８５％である。破線１２０１ｂによれば、効率は、Ｐｏｕｔが増減しても白抜き三角印１２０３ｂと同等である。すなわち、状態１から状態２または状態３になっても、効率は変わらない。

このように、検出部１０２がＺｉｎを検出し、検出結果に基づいて判定部１０３はシステム状態を判断し、その状態に応じて電力制御部１０１を制御するようにしても、前述の実施形態と同様の効果がある。この構成はＥ級増幅器に限らず、高効率を実現するＺｉｎが一意に決まる送電装置に適用可能である。

［変形例４］
また、別の変形例として、検出部１０２の検出結果に基づいて、判定部１０３は、Ｖｄｄ２０４の値を決定する構成としてもよい。以下に、検出部１０２の検出結果に基づいてＶｄｄ２０４の値を決定する方法について、図１４を参照して説明する。図１４に、この変形例に適用できる判定テーブル１１６の一例を示す。図１４には、各状態について検出部１０２の検出結果であるＺｉｎ１４０３、Ｐｏｕｔ１４０４、設定値１４０５、およびＥ級増幅器１０６が設定値１４０５の電力を出力する為のＶｄｄ１４０６が示されている。状態１４００はＰｏｕｔが１Ｗの場合（図３の状態３０７ａ）を表す。この時、Ｚｉｎ１４０３は１３４ｏｈｍであり、図１２（ａ）の丸印１２０４ａに対応する。判定部１０３はＶｄｄ１４０６を参照し、Ｖｄｄ２０４に５Ｖを印加すると判定し、この判定に基づく指示により、電力制御部１０１はＶｄｄ２０４に５Ｖを印加する。この場合、システム状態は状態３０９ａとなりＥ級増幅器１０６はゼロ電圧スイッチング状態となる。

状態１４０２はＰｏｕｔが１８Ｗの場合（図３の状態３０７ｂ）を表す。この時、Ｚｉｎ１４０３は１３ｏｈｍであり、四角印１２０５ａに対応する。判定部１０３はＶｄｄ１４０６を参照し、Ｖｄｄ２０４に２３Ｖを印加すると判定し、この判定に基づく指示により、電力制御部１０１はＶｄｄ２０４に２３Ｖを印加する。この場合、システム状態は状態３０８ｂとなりＥ級増幅器１０６はゼロ電圧スイッチング状態となる。このように、検出部１０２は、Ｅ級増幅器１０６の入力インピーダンスを検出し、検出結果に基づいて、判定部１０３はＶｄｄ２０４の値を決定する構成としても、前述の実施形態と同様の効果がある。さらには、判定テーブル１１６にＥ級増幅器１０６のＺｉｎと印加するＶｄｄを対応づけて記憶しておくことにより、より早期に効率をゼロ電圧スイッチング時の効率（高効率）に収束させることが出来る。なお、この変形例では、判定テーブル１１６に、ＺｉｎとＶｄｄを対応付けて記憶させるようにしたが、他の検出結果とＶｄｄを対応付けて記憶させるようにしてもよい。

なお、以上の本実施形態では、Ｖｄｓを共振させる電圧共振型の増幅器を例に説明したが、Ｉｄを共振させ、ゼロ電流スイッチングを実現する電流共振型の増幅器の構成であってもよい。その場合、検出部１０２はＩｄを検出する構成となる。また、本実施形態では、直流電圧Ｖｄｄ２０４を制御することによってＥ級増幅器の出力を設定する構成としたが、これは、ＦＥＴ２００のオン・オフ時間のデューティー比を制御することによって出力を設定する構成、例えばＰＷＭ制御による出力設定としてもよい。また、タイマ１０４により検出部１０２および判定部１０３の動作を待機させたが、これは図示しない通信部によって受電装置１０９から送電装置１００に対して定電圧回路１１３の出力値が安定したことを通知する手段であっても同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
本実施形態では、負荷変動とギャップ変動が同時に起こりうる場合の送電装置の制御について説明する。ギャップ変動が起きた場合、共振回路１０７から伝送路１１５を見たインピーダンスがずれる為、共振回路１０７とＥ級増幅器１０６の間で反射波が発生し、効率が低下する。図１５は本実施形態による電力伝送システムの構成図である。図１と比較して、整合制御部１５００が加わっている。整合制御部１５００は、反射波を抑える為に共振回路１０７とＥ級増幅器１０６間のインピーダンス整合（以下、整合と称する）をとる働きをする。

図１６は、負荷１１４の消費電力が変化した場合の本実施形態による電力伝送システムの状態を表す表である。ギャップ１６０５は送電装置１００と受電装置１０９間の距離で、例えば、送電アンテナ１０８と受電アンテナ１１０間の距離を表す。図１６において、状態１６０６は、図３（ａ）の状態３０６ａと同じ状態であり、ゼロ電圧スイッチングの状態である。この時のギャップ１６０５は５５ｍｍである。図１７は本実施形態のＶｄｓ波形及びＶｇｓ波形である。図４と同様に、一点鎖線４００はＶｇｓ波形である。図１７において、図１５における状態１６０７の時のＶｄｓ波形は点線１７００、状態１６０８の時のＶｄｓ波形は破線１７０１、状態１６１０の時のＶｄｓ波形は２点鎖線１７０２である。また、図１８は、本実施形態における送電装置の動作を示すフローチャートである。図５と比較して、処理Ｓ１８００〜Ｓ１８０２が加わっている。

次に、本実施形態による送電装置の動作について、図１８を参照して説明する。まず、図１６の状態１６０６から状態１６０７に移り、Ｐｏｕｔ１６０２が１８Ｗに増加し、ギャップ１６０５が９５ｍｍに変化したとする。この場合、効率１６０３は４４％に低下する。この時のＶｄｓ波形を図１７の点線１７００に示す。負荷変動とギャップ変動の両方またはどちらか片方が起きた場合にはＥ級増幅器１０６はゼロ電圧スイッチングの状態ではなくなる。この時、検出部１０２は、時間Ｔ１におけるＶｄｓを検出する（Ｓ１８００）。点線１７００によれば、時間Ｔ１において、Ｖｄｓは０より大であり、Ｅ級増幅器１０６はゼロ電圧スイッチングの状態ではない。よって判定部１０３は負荷変動とギャップ変動の両方またはどちらか片方が起きたことが分かる。

続いて判定部１０３は前記整合が取れているかを判定する（Ｓ１８０１）。状態１６０７では、ギャップ１６０５が９５ｍｍに変化している為、整合は取れていない（Ｓ２２０１でＮＯ）。これは、例えば整合制御部にサーキュレータを設け、反射波を観測する構成によって整合の良否を判断する構成がある。よって、整合制御部１５００は整合がとれるように整合制御を行う（Ｓ１８０２）。この整合制御は、例えば整合制御部を複数の素子（コンデンサやインダクタ）により構成し、前記複数の素子を切り替えることで整合をとる構成などがある。整合制御後のシステム状態を状態１６０８に示す。整合制御を実施前の状態である状態１６０７と比較して、実施後の状態１６０８の効率１６０３は８０％に上がっている。状態１６０８は、負荷変動について説明した状態３０７ｂと同一の状態である。また、この時のＶｄｓ波形を破線１７０１に示すが、破線１７０１は、同じく負荷変動について説明した図６の点線６０１と同一である。

このように、ギャップ変動による反射波の影響（効率低下）が取り除かれた為、効率低下の要因は負荷変動の影響のみになる。前記整合が取れると（Ｓ１８０１でＹＥＳ）、判定部１０３は負荷変動のみに対応すればよい為、既に説明したＳ５００からＳ５１４のフローに基づいて負荷変動による効率低下を補償する制御を行う。制御後のシステム状態を状態１６０９に示す。状態１６０９は、負荷変動について説明した状態３０８ｂと同一であり、状態１６０７で発生した負荷変動およびギャップ変動の影響を取り除き高効率伝送を実現できる。

ここで、整合制御（Ｓ１８０２）より前に電力制御（Ｓ５０５、Ｓ５０６）を行った場合について触れる。状態１６０７では、時間Ｔ１におけるＶｄｓは０より大（点線１７００）である為、判定部１０３は図７に示す判定テーブル１１６に基づいてＶｄｄを増加させたとする。この時のシステム状態を状態１６１０に示す。状態１６１０における効率１６０３は４１%であり、状態１６０７の効率である４４％よりさらに低下している。この時のＶｄｓ波形を２点鎖線１７０２に示す。点線１７００と比較して、２点鎖線１７０２の時間Ｔ１におけるＶｄｓは大きく、スイッチング損失がさらに増加していることが分かる。このように、整合制御より前に電力制御を行った場合はさらに効率が低下する為、電力制御に先立って整合制御を行うことが必要である。

以上のように本実施形態では、電力制御（すなわち、図５のＳ５０５、Ｓ５０６）に先立って整合制御（Ｓ１８０２）を行う構成としたことで、負荷変動とギャップ変動の両方に起因する効率低下をゼロ電圧スイッチング時の効率に収束させることができる。なお、上記実施形態では、ＭＯＳＦＥＴを有するＥ級増幅器を例に説明したが、スイッチング素子を有する増幅器であれば他に替えても本実施形態は適用可能である。

以上の実施形態によれば、負荷変動乃至ギャップ変動が起きた場合であっても、状態に応じて適切にＶｄｄを変化させて設定値を適切な値にすることにより、低下した効率をゼロ電圧スイッチング時の効率（高効率）に収束させることが可能となる。

［第３実施形態］
本実施形態では、送電装置と受電装置それぞれが、相手装置との間で通信する通信手段を有し、送電装置が受電装置の負荷変動情報を通信手段を介して受電装置から受信する場合の送電装置の制御について説明する。

図１９は、本実施形態による電力伝送システムの構成図である。図１９において、図１と共通するものに関しては同じ番号が付されている。一般的に、送電装置から受電装置へ送電する際には、送受電相手をＩＤの交換等によって特定し、誤った相手装置への送電や誤った装置からの受電を防ぐ必要がある。このＩＤの交換のため、送受電装置間において通信を行う必要がある。

受電装置１０９において、受電制御部１９０１は受電処理を行い、通信部１９０２はＩＤの交換等を行い、通信用アンテナ１９０３は受電装置１０９の通信に使用される。一方、送電装置１００において、通信部１９０４は、通信用アンテナ１９０５と受電装置１０９の通信用アンテナ１９０３を介して、伝送路１９０６で繋がれた受電装置１０９の通信部１９０２と通信を行う。受電制御部１９０１は、受電処理を行う機能のほか、初期認証のためのＩＤを通信部１９０２に出力する機能と、初期認証後に定電圧回路１１３の出力を負荷１１４に接続する機能と、負荷１１４で消費される消費電力量を定電圧回路１１３から出力される電流から算出する機能等を有する。本実施形態では、受電装置１０９は、受電制御部１９０１にて算出された負荷１１４の消費電力量を、定期的に通信部１９０２から送電装置１００へ送信する。送電装置１００は、受電装置１０９から受信した負荷１１４の消費電力量を常時モニタリングすることができる。

次に、図２０乃至２２を参照して、本実施形態による送電装置１００の動作を説明する。図２０乃至２２は、本実施形態における送電装置の動作を示すフローチャートである。図２０において、送電装置１００は、まず受電装置１０９と通信部１９０４を介して初期認証を行い、送電を開始する（Ｓ２００１）。次に、送電装置１００は、第１実施形態の変形例３の説明において図１３に示した状態１乃至３を、判定部１０３によって状態判定フェーズＳ２００２で判定する。図２１に、状態判定フェーズＳ２００２の詳細な動作を示す。検出部１０２は、Ｅ級増幅器１０６のドレイン電圧Ｖｄｄとドレイン電流Ｉｄから入力インピーダンスＺｉｎを算出する（Ｓ２１０１）。もし、Ｚｉｎが初期状態のインピーダンスＺ０（図１３においては２３ｏｈｍ）と等しい場合（Ｓ２１０２のＹｅｓ）、判定部１０３は状態１であると判定する（Ｓ２１０４）。一方、ＺｉｎがＺ０と等しくなく（Ｓ２１０２のＮｏ）、ＺｉｎがＺ０より小さいと判断された場合（Ｓ２１０３のＹｅｓ）、判定部１０３は状態２であると判定する（Ｓ２１０５）。さらに、ＺｉｎがＺ０より大きいと判断された場合（Ｓ２１０３のＮｏ）、判定部１０３は状態３であると判定する（Ｓ２１０６）。

続いて、送電装置１００は、受電装置１０９から負荷１１４の消費電力量（以後、「負荷量」）を通信部１９０４を介して受信する（Ｓ２００３）。もし、受信した負荷量が０の場合、判定部１０３は、受電装置１０９は受電する必要がなくなったと判断して（Ｓ２００４のＹｅｓ）、送電装置１００は送電を終了する（Ｓ２０１３）。図２０においては、負荷量が０の場合に送電装置１００は送電を終了しているが、受電装置１０９から受電終了を知らせる通知を送電装置１００が受信することで終了してもよい。受信した負荷量が０でなく（Ｓ２００４のＮｏ）、かつ負荷量が変動していない場合（Ｓ２００５のＮｏ）であって、Ｓ２００２で判断した状態が状態１であった場合（Ｓ２０１４のＹｅｓ）、判定部１０３は、状態には変化がないと判断し、状態判定フェーズＳ２００２に戻る。一方、Ｓ２０１４で状態１でなかった場合（Ｓ２０１４のＮ）には、判定部１０３は、状態判定フェーズＳ２００２で状態１でなくなった理由が位置変動と判定し（Ｓ２０１５）、送電装置１００はアンテナインピーダンスの制御（以後「アンテナＺ制御」）を行う（Ｓ２０１６）。

負荷量が変動していた場合（Ｓ２００５のＹｅｓ）、検出部１０２は、アンテナの整合が合っているかを調べる（Ｓ２００６）。これは負荷量の変動と同時期にアンテナの整合がずれている、すなわち受電装置１０９の位置変動が起きている可能性を排除し、負荷量の変動に対して正確にＥ級増幅器のドレイン電圧Ｖｄｄを制御できるようにするためである。もし、アンテナの整合がずれていた場合（Ｓ２００６のＮｏ）、送電装置１００は、アンテナＺ制御を行う（Ｓ２００７）。Ｓ２０１６やＳ２００６、Ｓ２００７におけるアンテナインピーダンスの検出は、不図示のサーキュレータや、交流電圧、電流計等からの換算等が考えられる。また、その他の方法でアンテナインピーダンスを検出してもよい。アンテナＺ制御（Ｓ２００７、Ｓ２０１６）後、判定部１０３は再び状態判定を行う（Ｓ２００８）。ここで、負荷量の変化がなく、位置変動によるアンテナＺ制御後の電力伝送効率が変化しない場合には状態１になる（Ｓ２００９のＹｅｓ）。この場合には、送電装置１００はＥ級増幅器１０６のドレイン電圧Ｖｄｄを調整するは必要ない。

Ｓ２００９で状態１でないと判断された場合（Ｓ２００９のＮｏ）、Ｖｄｄ調整フェーズＳ２０１０に入る。図２２（Ａ）に、Ｖｄｄ調整フェーズの詳細を示す。Ｖｄｄの現在値が限度値になってしまった場合（Ｓ２２０１のＹｅｓ）、送電装置１００は送電を停止し（Ｓ２２０６）、終了する。Ｖｄｄ調整フェーズは状態２、または状態３に対応する。状態が状態３の場合（Ｓ２０２２のＹｅｓ）、設定値は大きいため（Ｓ２２０７）、送電装置１００はＶｄｄを減少させる（Ｓ２２０８）。状態が状態３でない場合（Ｓ２０２２のＮｏ）、状態は状態２であり（Ｓ２２０３）、設定値が小さいと判断されるため（Ｓ２２０４）、送電装置１００はＶｄｄを増加させる（Ｓ２２０５）。

Ｖｄｄ調整フェーズの別の方法を図２２（Ｂ）に示す。図２２（Ｂ）においては、図２２（Ａ）に加え、Ｓ２２０９からＳ２２１２の動作が含まれている。本実施形態において、送電装置１００は、受電装置１０９から受電量を受信しているため、アンテナＺ制御後の送受電間の効率が分かればＥ級増幅器のＶｄｄを決定可能である。図２３は、本実施形態の変形例による電力伝送システムの構成図である。図２３においては、図１９に加え、送電装置１００は送電電力予測部２１０１を含む。送電電力予測部２１０１は、通信部１９０４を介して受信した受電装置１０９の負荷量を、現在までの効率等の仮の効率で割った値を得ることにより送電量（送電電力量）の予測をする。図２２（Ｂ）におけるＳ２２０９では、送電装置１００は、送電電力予測部２１０１により、受信した負荷量から予測の送電量を算出する。送電装置１００は、算出した送電量からＶｄｄを算出して設定し（Ｓ２２１０）、送電を行う。ここで、送電電力予測部２１０１で予測された送電電力は送受電装置間の効率が仮の値であるため、粗い調整しかできない。さらに詳細に送電電力を決定するため、送電装置１００は、再び状態判定フェーズＳ２２１１に進み、判定状態に合わせ、Ｖｄｄを調整する。

これらの調整後、上記の実施形態と同様本実施形態においても、送電装置１００はタイマ１０４を設け、Ｅ級増幅器１０６および定電圧回路１１３の出力が安定した後、すなわち一定時間が経過した後、検出部１０２、判定部１０３を動作させる（Ｓ２００２）。このような処理により、出力が安定しない過渡状態において、アンテナＺ制御Ｓ２００７やＳ２０１６が行われることを防止している。また、他の実施形態と同様に、出力が安定しない過渡状態において検出部１０２がＺｉｎを検出し（図２０のＳ２００８）、その結果に基づいてＶｄｄを制御する（Ｓ２０１０）ことを防止することが出来る。

なお、本実施形態においては、図２０において送電装置１００は受電装置１０９から常時、または定期的に負荷量を受信しているが、受電待機していて負荷変動があった場合のみ受電装置１０９から負荷量を受信してもよい。また、図１９において、通信用アンテナ１９０３、１９０５は送電アンテナ１０８や受電アンテナ１１０と異なる構成として描かれている。しかし、電力伝送と通信を同じ周波数帯域で行い、通信用アンテナと送受電アンテナを兼用してもよい。また、本実施形態においては、検出部１０２はＥ級増幅器の電源インピーダンスを検出している。しかし、他の実施形態と同様に、検出部１０２はＥ級増幅器のドレインソース間電圧Ｖｄｓのあるタイミングにおける値やドレイン電流Ｉｄを検出してもよい。

［第４実施形態］
本実施形態では、送電装置と受電装置それぞれが、相手装置との間で通信する通信手段を有し、送電装置が受電装置とアンテナインピーダンス整合を行う際の制御の一例について説明する。第３実施形態で説明した図２０のＳ２００７、Ｓ２０１６において、送電装置１００はアンテナインピーダンス制御（以後アンテナＺ制御）を行っている。上述したように、送電装置から見たアンテナ側のインピーダンスは、受電装置との相対的な位置ずれと、受電側の負荷の変化によって変動する。よってアンテナＺ制御において、受電装置の負荷を一定にすることで、受電装置との相対的な位置ずれに起因するアンテナインピーダンス変化に対応する整合の制御が容易になる。

図２４は、本実施形態の電力伝送システムの構成図である。図１９と比較して、送電装置１００には定Ｚモード制御部が、受電装置１０９には負荷切り替えスイッチ２２０２と定負荷２２０３が追加されている。この定負荷２２０３の値は、初期値として、受電装置１０９が通常受電する場合の負荷インピーダンスに相当する値になっている。

図２５は図２０のアンテナＺ制御Ｓ２００７、Ｓ２０１６における送電装置１００と、受電装置１０９のフローチャートである。図２５において、送電装置１００の定Ｚモード制御部２２０１が起動されると、送電装置１００は、アンテナＺ制御モードに入ることを受電装置１０９に通知する（Ｓ２５０１）。受電装置１０９はアンテナＺ制御モード通知を受信すると（Ｓ２５０７のＹｅｓ）、受電制御部１９０１が負荷切り替えスイッチ２２０２を切り替え、定負荷２２０３に接続する（Ｓ２５０８）。送電装置１００は、アンテナＺ制御のためには受電装置１０９からの反射が検出可能な最低限の電力を送電すればよいため、アンテナＺ制御モード通知送信（Ｓ２５０１）後、アンテナＺ制御用の低電力送電を行う（Ｓ２５０２）。送電装置１００は、不図示のサーキュレータ等で受電装置からの反射電力を分離して検出し、反射電力が最小になるようにアンテナインピーダンスの整合制御を行う（Ｓ２５０３）。

アンテナＺ制御が完了したら、送電装置１００は、アンテナＺ制御モード終了通知を受電装置１０９に送信する（Ｓ２５０４）。受電装置１０９は、アンテナＺ制御モード終了通知を受信すると（Ｓ２３０９のＹｅｓ）、受電制御部１９０１が負荷切り替えスイッチ２２０２を通常負荷（図２４においては整流回路１１２）に切り替える（Ｓ２５１０）。受電装置１０９は、通常負荷に切り替え後、通常モード通知を送電装置１００に送信する（Ｓ２５１１）。一方、送電装置１００は、受電装置１０９からの通常モード通知を検出すると（Ｓ２５０５のＹｅｓ）、通常電力の送電を開始し、アンテナＺ制御モードを完了する。

以上述べてきたように、送受電装置間で通信を行う場合にはアンテナＺ制御時に受電装置を定負荷に切り替えることによって受電負荷の変動によるアンテナインピーダンスの変動の影響を回避できる。本実施の形態を採用することによって、送受電装置の相対的な位置ずれによるアンテナインピーダンス変化に対し、容易に整合制御が可能となる。

［その他の実施形態］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施例の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (23)

1. 受電装置へ電力伝送を行う送電装置であって、
   入力される電圧を変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換された電圧を用いて前記受電装置へ電力伝送を行う送電手段と、
   入力される電圧を変換する際の前記変換手段の効率を評価する値を検出する検出手段と、
   前記送電手段による送電を行っている際に前記検出手段によって検出された前記効率を評価する値に基づいて前記変換手段に入力する電圧を増減する電力制御手段と、
   前記送電手段と前記変換手段とのインピーダンスを整合させるための制御を行うことで、前記受電装置との間の距離が変動することによる影響を低減するための制御を行う制御手段とを有し、
   前記検出手段は、前記制御手段による制御によって前記影響が低減された後に、前記変換手段の効率を評価する値を検出することを特徴とする送電装置。
2. 前記変換手段は、入力される直流電圧を、スイッチング素子によるスイッチングにより交流電圧に変換し、
   前記送電手段は、前記変換手段により変換された前記交流電圧を用いて前記受電装置へ電力伝送を行い、
   前記電力制御手段は、前記送電手段による送電を行っている際に前記検出手段によって検出された前記効率を評価する値が、前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電圧値がプラスの値であることを示す場合、前記変換手段に入力する電圧を増やし、
   前記送電手段による送電を行っている際に前記検出手段によって検出された前記効率を評価する値が、前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電圧値がマイナスの値であることを示す場合、前記変換手段に入力する電圧を減らすことを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
3. 前記電力制御手段は、前記送電手段による送電を行っている際に前記検出手段によって検出された前記効率を評価する値が、前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電圧値が略０であることを示す場合、前記変換手段に入力する電圧を維持することを特徴する請求項２に記載の送電装置。
4. 前記変換手段は、スイッチング素子を有し、入力される直流電圧を前記スイッチング素子によるスイッチングに応じて交流電圧に変換して出力することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
5. 前記効率を評価する値は、前記変換手段における前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態に遷移するまでの、前記スイッチング素子の出力波形に基づくことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 前記効率を評価する値は、前記変換手段における前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電圧値であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の送電装置。
7. 前記効率を評価する値は、前記変換手段における前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電流値であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の送電装置。
8. 前記効率を評価する値は、前記変換手段における前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態に遷移するまでの、前記スイッチング素子が出力する電圧値が極大値となる時間または電圧値であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の送電装置。
9. 前記効率を評価する値は、前記変換手段における前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態に遷移するまでの、前記変換手段の入力インピーダンスであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の送電装置。
10. 前記検出手段によって検出された結果に基づいて、前記変換手段に供給する電圧を決定する決定手段を更に設け、
    前記電力制御手段は前記決定手段によって決定された電圧に従って前記変換手段に供給する電圧を増減することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の送電装置。
11. 前記受電装置と通信する通信手段を更に備え、
    前記電力制御手段は、前記通信手段によって受信された前記受電装置の負荷の消費電力量に基づいて、前記変換手段に供給する電圧を増減する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の送電装置。
12. 前記検出手段は、前記変換手段のスイッチング損失に起因する前記変換手段の前記効率を評価する値を検出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の送電装置。
13. 前記変換手段の前記効率の変動に起因して前記送電手段による送電効率が変動することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の送電装置。
14. 前記変換手段は、Ｅ級増幅器であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の送電装置。
15. 前記電力制御手段は、前記変換手段の前記効率が改善されるように前記変換手段に入力する電圧を増減することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の送電装置。
16. 前記電力制御手段は、前記受電装置が消費電力を変動させた場合、または、前記送電装置と前記受電装置との距離が変動した場合に、前記変換手段に供給する電圧を増減することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の送電装置。
17. 前記電力制御手段は、前記受電装置が消費電力を増加させた場合、前記変換手段に供給する電圧を増やし、
    前記受電装置が消費電力を低下させた場合、前記変換手段に供給する電圧を減らすことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の送電装置。
18. 前記電力制御手段による制御に応じて、前記変換手段の前記効率が改善しない場合、前記送電手段は、送電を停止することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の送電装置。
19. 前記検出手段は、前記電力制御手段による制御を行ってから所定期間後に、前記変換手段の前記効率を評価する値を再度検出することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の送電装置。
20. 前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の送電装置。
21. 送電手段と、入力される電圧を変換する変換手段とを備え、受電装置へ電力伝送を行う送電装置の制御方法であって、
    前記変換手段により変換された電圧を用いて前記受電装置へ電力伝送を前記送電手段により行う送電工程と、
    入力される電圧を変換する際の前記変換手段の効率を評価する値を検出する検出工程と、
    前記送電工程において送電を行っている際に前記検出工程において検出された前記効率を評価する値に基づいて前記変換手段に入力する電圧を増減する電力制御工程と、
    前記送電手段と前記変換手段とのインピーダンスを整合させるための制御を行うことで、前記受電装置との間の距離が変動することによる影響を低減するための制御を行う制御工程とを有し、
    前記検出工程では、前記制御工程における制御によって前記影響が低減された後に、前記変換手段の効率を評価する値を検出することを特徴とする送電装置の制御方法。
22. 前記変換手段は、入力される直流電圧を、スイッチング素子によるスイッチングにより交流電圧に変換し、
    前記電力制御工程において、前記送電工程における送電を行っている際に前記検出工程において検出された前記効率を評価する値が、前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電圧値がプラスの値であることを示す場合、前記変換手段に入力する電圧を増やし、
    前記送電工程における送電を行っている際に前記検出工程において検出された前記効率を評価する値が、前記スイッチング素子のオフ状態からオン状態への遷移のタイミングにおける前記スイッチング素子が出力する電圧値がマイナスの値であることを示す場合、前記変換手段に入力する電圧を減らすことを特徴とする請求項２１に記載の送電装置の制御方法。
23. 請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の送電装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

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