JP6631058B2 - 給電装置および給電方法 - Google Patents

Description

この発明は、給電装置および給電方法に関し、特に、給電装置のインピーダンスを調整する制御部を備える、給電装置および給電方法に関する。

従来、給電装置のインピーダンスを調整する制御部を備える給電装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、給電装置のインピーダンスを調整する制御部を備える給電装置が開示されている。この給電装置には、交流電源と、受電装置に電力を送電する送電共振機と、インピーダンス制御部と、送電側のインピーダンスの整合を行う整合回路とが設けられている。上記特許文献１の給電装置は、インピーダンス制御部と整合回路とを設けることにより、交流電源の入力インピーダンスと送電共振機の出力インピーダンスとを整合することが可能なように構成されている。

また、上記特許文献１の給電装置では、整合回路には、インピーダンスの実数部を調整する、交流電源および送電共振機と並列に接続されるコンデンサと、インピーダンスの虚数部を調整する、交流電源および送電共振機と直列に接続されるコンデンサとが設けられている。

特開２０１２―１３５１１７号公報

しかしながら、上記特許文献１の給電装置では、整合回路は、インピーダンスの実数部の調整およびインピーダンスの虚数部の調整のために、共に、コンデンサを用いている分、回路構成が複雑化するとともに、基板面積が拡大するなどの問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、インピーダンスを調整する構成における回路構成の複雑化および基板面積の拡大を抑制することが可能な給電装置および給電方法を提供することである。

この発明の第１の局面による給電装置は、受電装置へ電力供給を行う給電アンテナと、給電アンテナのリアクタンスを変化させるリアクタンス変化部と、給電アンテナへ給電電圧を供給する電源部と、電源部の電圧およびリアクタンス変化部の制御を行う制御部とを備え、制御部は、電源部の電圧を変化させることにより、給電電圧を、給電電圧の設定可能下限値および給電電圧の設定可能上限値のうちの一方から他方まで変化させるとともに、設定可能下限値および設定可能上限値を含む複数の給電電圧のうち、受電装置への電力の供給効率が最大となる給電電圧に設定して給電アンテナへ供給する制御を行うか、または、電源部の電圧を変化させることにより、給電アンテナのレジスタンスが所定の値よりも小さい場合は給電電圧を増加させるとともに給電アンテナのレジスタンスが所定の値よりも大きい場合は給電電圧を低下させる制御を給電アンテナのレジスタンスが所定の値になるまで繰り返す制御を行うことにより、給電アンテナのレジスタンスを調整した後、設定した給電電圧を維持した状態で、リアクタンス変化部を制御することにより給電アンテナのリアクタンスを調整するように構成されている。なお、リアクタンスは、インピーダンスの虚数部である。

この発明の第１の局面による給電装置は、電源部の電圧を制御して、レジスタンスを調整するように構成することによって、別個にコンデンサを設けることなくレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設ける必要がない分、インピーダンスを調整する構成における回路構成の複雑化および基板面積の拡大を抑制することができる。なお、レジスタンスは、インピーダンスの実数部である。

上記第１の局面による給電装置は、好ましくは、電源部は、所定の駆動周波数でスイッチングされるスイッチング素子を含み、制御部は、スイッチング素子がスイッチングされる時点におけるスイッチング素子に印加される電圧値が略零になるように電源部の電圧を制御するように構成されている。このように構成すれば、スイッチング素子がスイッチングされる際に、スイッチング素子に印加される電圧値が略零とすることが可能となるので、電力損失を小さくすることができるとともに、受電装置への電力の供給効率を向上させることができる。

この場合、好ましくは、受電装置が受電する受電電圧の情報を取得する通信部と、給電アンテナへの入力電力を測定する入力電力測定部と、入力電力と受電電圧とから、受電装置の受電効率を算出する効率算出部とをさらに備え、制御部は、受電効率に基づいて、電源部の電圧を制御することによって給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている。このように構成すれば、電源部を制御することによってレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設けることによってレジスタンスを調整するよりも、回路構成を簡素化することができるとともに、基板面積を縮小することができる。また、給電装置にインピーダンス検出部を設ける必要がないので、構成をより簡素化することができるとともに、基板面積をより縮小することができる。

上記受電効率に基づいてレジスタンスを調整する給電装置において、好ましくは、通信部は、受電装置の最大動作電圧および最小動作電圧の情報を取得するように構成されており、制御部は、電源部の電圧を制御することによって、受電電圧が最小動作電圧以上最大動作電圧以下となる範囲内において、給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている。このように構成すれば、受電装置の受電電圧が、最大動作電圧よりも大きい過度な上昇および最小動作電圧よりも小さい過度な低下を起こすことを抑制することができるので、受電装置を安全に動作させながら、インピーダンスを調整するための構成を簡略化することができる。

上記第１の局面による給電装置は、好ましくは、給電アンテナのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部をさらに備え、制御部は、インピーダンス検出部が検出したインピーダンスに基づいて、給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている。このように構成すれば、電源部を制御することによってレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設けることによってレジスタンスを調整するよりも、回路構成を簡素化することができるとともに、基板面積を縮小することができる。また、インピーダンス検出部によって、給電アンテナのインピーダンスを測定するので、より確実にインピーダンスの調整をすることができる。

上記第１の局面による給電装置は、好ましくは、給電アンテナへの入力電力と出力電力とを測定する入出力電力測定部と、入力電力と出力電力とから、電力の変換効率を算出する変換効率算出部とをさらに備え、制御部は、変換効率に基づいて給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている。このように構成すれば、給電アンテナの入出力電力に基づいてインピーダンスの調整をすることにより、給電装置にインピーダンス検出部および通信部を設ける必要がないので、構成をより簡素化することができるとともに、基板面積をより縮小することができる。

上記第１の局面による給電装置では、好ましくは、給電アンテナは、給電アンテナのリアクタンスを調整する共振コンデンサを含み、制御部は、リアクタンス変化部を制御して、共振コンデンサの容量値を調整することにより、給電アンテナのリアクタンスを調整するように構成されている。このように構成すれば、リアクタンスが、所望の値に調整されるので、スイッチング素子がスイッチングされる際に、スイッチング素子に印加される電圧値が略零となり、その結果、電力損失を小さくすることができるとともに、受電装置への電力の供給効率を向上させることができる。

この場合、好ましくは、共振コンデンサは、複数のコンデンサを有し、リアクタンス変化部は、電源部と、複数のコンデンサの各々とを接続するスイッチ部とを含み、制御部は、スイッチ部のオンオフを制御して、複数のコンデンサのうちの少なくともいずれか１つと電源部とを接続することにより、給電アンテナのリアクタンスを調整するように構成されている。このように構成すれば、スイッチング素子がスイッチングされる際に、スイッチング素子に印加される電圧値が略零となるので、電力損失を小さくするとともに、受電装置への電力の供給効率を向上させることができる。また、コンデンサが１つの場合と比べて、リアクタンスを調整する際に、調整の幅が広くなるので、リアクタンスをより確実に調整することができる。

この発明の第２の局面による給電方法は、受電装置へ電力供給を行う給電アンテナへの給電電圧を、給電電圧の設定可能下限値および給電電圧の設定可能上限値のうちの一方から他方まで変化させるとともに、設定可能下限値および設定可能上限値を含む複数の給電電圧のうち、受電装置への電力の供給効率が最大となる給電電圧に設定して給電アンテナへ供給する制御を行うか、または、給電アンテナのレジスタンスが所定の値よりも小さい場合は給電電圧を増加させるとともに給電アンテナのレジスタンスが所定の値よりも大きい場合は給電電圧を低下させる制御を給電アンテナのレジスタンスが所定の値になるまで繰り返す制御を行うことにより、給電アンテナのレジスタンスを調整するステップと、給電アンテナのレジスタンスを調整した後、設定した給電電圧を維持した状態で、給電アンテナのリアクタンスを変化させるリアクタンス変化部を制御することにより、給電アンテナのリアクタンスを調整するステップとを備える。

この発明の第２の局面による給電方法では、電源部の電圧を制御して、レジスタンスを調整するステップを備えることによって、別個にコンデンサを設けることなくレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設ける必要がない分、インピーダンスを調整する構成における回路構成の複雑化および基板面積の拡大を抑制することが可能な給電方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、インピーダンスを調整する構成における回路構成の複雑化および基板面積の拡大を抑制することが可能な給電装置および給電方法を提供することができる。

本発明の第１および第２実施形態による給電装置と受電装置との全体構成を示したブロック図である。 本発明の第１〜第４実施形態による給電回路の構成を示した回路図である。 本発明の第１実施形態による給電回路の動作点の調整方法を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態による給電回路の動作点の調整方法を説明するフローチャートである。 本発明の第３実施形態による給電装置と受電装置との全体構成を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態による給電回路の動作点の調整方法を説明するフローチャートである。 本発明の第４実施形態による給電装置と受電装置との全体構成を示したブロック図である。 本発明の第４実施形態による給電回路の動作点の調整方法を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による給電装置１００の構成について説明する。図１および図２に示すように、第１実施形態による給電装置１００は、零電圧スイッチングすることが可能な、給電回路１を含む電源装置として構成されている。そして、給電装置１００は、給電装置１００の近傍に配置された受電装置２００に対して、給電装置１００と受電装置２００との間に配線および接点等を設けずに、磁気共鳴方式を用いて、（非接触給電装置または非接点給電装置として）電力を供給するように構成されている。

（給電装置の全体構成）
図１に示すように、給電装置１００には、給電回路１と、動作制御回路２とが設けられている。

（給電回路の構成）
図１に示すように、給電回路１には、電源部３と、給電コイル４と、共振コンデンサ５と、スイッチ部６とが設けられており、給電アンテナ４０は、給電コイル４と共振コンデンサ５とを含んでいる。また、後述するリアクタンス変化部７は、スイッチ部６を含んでいる。また、電源部３と、給電コイル４および共振コンデンサ５とは、ケーブル８を介して接続されている。そして、給電装置１００は、電源部３からケーブル８を介して、給電コイル４に電力を供給するように構成されている。

（動作制御回路の構成）
図１に示すように、動作制御回路２には、制御部９と、効率算出部１０と、記憶部１１と、入力電力測定部１２と、通信部１３と、リアクタンス変化部７とが設けられている。また、制御部９と、電源部３とは、ケーブル１４で接続されており、制御部９と、リアクタンス変化部７とは、ケーブル１５で接続されている。そして、制御部９から、ケーブル１４と、ケーブル１５とを介して、電源部３と、リアクタンス変化部７とに、制御信号を送信することによって、制御部９は、給電回路１の動作を制御している。なお、効率算出部１０は、本発明の「変換効率算出部」の一例である。

（給電回路の各部の構成）

図２に示すように、電源部３は、直流電源１６と、駆動部１７と、増幅回路１８とを含んでいる。

図２に示すように、直流電源１６は、電力変換部１６１と、チョークコイル１６２とを含む。電力変換部１６１は、制御部９の指令に基づいて、取得した電力を、直流の電圧値Ｖ１を有する電力に変換するように構成されている。チョークコイル１６２は、インダクタンスＬ１を有し、電力変換部１６１から取得された電力の電流値を電流値Ｉ１に略一定にするように構成されている。また、直流電源１６は、外部商用電源（図示せず）やバッテリ部（図示せず）から電力を取得するように構成されている。

図２に示すように、駆動部１７には、ゲート駆動回路１７１が設けられている。ゲート駆動回路１７１は、抵抗値Ｒ１を有する抵抗１７１ａ、および、駆動周波数ｆｄを有するとともに電圧値Ｖ２を有するパルスを発生させるパルス発生器１７１ｂを含む。

図２に示すように、増幅回路１８は、スイッチング素子１８１と、シャントコンデンサ１８２とを含む。スイッチング素子１８１は、たとえば、寄生容量Ｃ１を有するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として構成されている。スイッチング素子１８１のゲート（Ｇ）は、ゲート駆動回路１７１に接続されており、ゲート駆動回路１７１（駆動部１７）からのゲート駆動信号を取得することにより、スイッチング素子１８１のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）との間の接続をオンオフするように構成されている。スイッチング素子１８１のドレインは、直流電源１６に接続されている。スイッチング素子１８１のソースは、接地されている。なお、図２では、説明の都合上、ＦＥＴと寄生容量Ｃ１とを別々に図示しているが、寄生容量Ｃ１はＦＥＴに含まれる。

図２に示すように、シャントコンデンサ１８２は、キャパシタンスＣ２を有する。そして、シャントコンデンサ１８２は、スイッチング素子１８１に並列に接続されている。

図２に示すように、給電コイル４は、インダクタンスＬ２を有するとともに、増幅回路１８のスイッチング素子１８１のドレインに接続されている。そして、増幅回路１８は、スイッチング素子１８１が駆動周波数ｆｄでオンオフされることにより、駆動周波数ｆｄを有する交流の電力を、給電コイル４に供給するように構成されている。また、内部抵抗１９は、給電コイル４および共振コンデンサ５内の内部抵抗を含む。内部抵抗１９は、抵抗値Ｒ２を有し、抵抗値Ｒ２は、給電コイル４が受電装置２００と磁界結合されることにより、大きさは変化される。

図２に示すように、スイッチ部６は、給電コイル４と共振コンデンサ５との間に配置されており、共振コンデンサ５は、コンデンサ５１とコンデンサ５２とコンデンサ５３とを含み、コンデンサ５１〜５３は、それぞれ、キャパシタンスＣ３と、キャパシタンスＣ４と、キャパシタンスＣ５とを有する。また、スイッチ部６は、給電コイル４と共振コンデンサ５とを接続するように構成されており、コンデンサ５１とコンデンサ５２とコンデンサ５３のそれぞれと、給電コイル４とを接続する３つのスイッチを含む。

受電装置２００は、受電アンテナ等（図示せず）を含み、たとえば、スマートフォンからなる。また、受電装置２００の受電アンテナは、給電コイル４の給電磁界と結合することにより、給電装置１００からの電力を受電するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、図２に示すように、電源部３は、所定の駆動周波数でスイッチングされるスイッチング素子１８１を含む。また、制御部９は、電源部３の電圧を制御することによって、スイッチング素子１８１がスイッチングされる時点において、スイッチング素子１８１に印加される電圧値を制御するように構成されている。具体的には、スイッチング素子１８１がスイッチングされる時点において、スイッチング素子１８１に印加される電圧値が略零に近づくように制御する。そして、給電アンテナ４０のレジスタンスを調整するとともに、リアクタンス変化部７を制御して、給電アンテナ４０のリアクタンスを調整するように構成されている。具体的には、電源部３への給電電圧を制御することによって、レジスタンスを調整する。また、リアクタンス変化部７を制御するとともに、スイッチ部６によって、給電コイル４と共振コンデンサ５との接続を制御することによって、リアクタンスを調整する。以下、詳細に説明する。

（給電回路の動作点調整処理）
次に、図３を参照して、第１実施形態の給電装置１００による給電回路１の動作点調整処理フローについて説明する。

まず、ステップＳ１において、給電コイル４（図１参照）への給電を開始する。

ステップＳ２において、給電電圧を、設定可能下限値に設定する。

ステップＳ３において、設定されている給電電圧において、入力電力測定部１２（図１参照）によって、給電コイル４への入力電力を測定し、さらに、通信部１３（図１参照）によって、受電装置２００の受電電圧を受信する。

ステップＳ４において、効率算出部１０（図１参照）によって、入力電力と受電電圧との比である受電効率を算出する。

ステップＳ５において、受電効率を記憶部１１（図１参照）へ保存する。

ステップＳ６において、給電電圧が、設定可能上限値であるか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ７へ進み、一致する場合は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ７において、給電電圧を増加し、ステップＳ３へ戻る。

ステップＳ８において、ステップＳ５において記憶部１１に保存された受電効率が、最大になる給電電圧に設定する。これにより、レジスタンスが調整される。

ステップＳ９において、スイッチ部６の第１（ｎ＝１）のスイッチを選択する。

ステップＳ１０において、選択しているスイッチ（第ｎ番目）をオンするとともに、その他のスイッチをオフする。

ステップＳ１１において、選択しているスイッチがオンしている状態において、入力電力測定部１２（図１参照）によって、給電コイル４への入力電力を測定し、さらに、通信部１３（図１参照）によって、受電装置２００の受電電圧を受信する。

ステップＳ１２において、効率算出部１０（図１参照）によって、入力電力と受電電圧との比である受電効率を算出する。

ステップＳ１３において、受電効率を記憶部１１（図１参照）へ保存する。

ステップＳ１４において、選択しているスイッチ番号（ｎ）が、備えられているスイッチの数と一致するか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ１５に進み、一致する（ｎ＝３）場合は、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５において、ｎをｎ＋１として、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１６において、選択するスイッチを、ステップＳ１３において保存された受電効率が最大になるスイッチに設定する。これにより、リアクタンス変化部７（スイッチ部６）が制御されることにより、給電アンテナ４０のリアクタンスが調整される。その結果、スイッチング素子１８１がスイッチングされる際に、スイッチング素子１８１に印加される電圧値を略零とすることが可能となる。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、受電装置２００へ電力供給を行う給電アンテナ４０と、給電アンテナ４０のリアクタンスを変化させるリアクタンス変化部７と、給電アンテナ４０へ給電電圧を供給する電源部３と、電源部３の電圧およびリアクタンス変化部７の制御を行う制御部９とを備えるように構成する。これにより、別個にコンデンサを設けることなくレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設ける必要がない分、インピーダンスを調整する構成における回路構成の複雑化および基板面積の拡大を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９を、電源部３の電圧を制御することによって、スイッチング素子がスイッチングされる時点におけるスイッチング素子に印加される電圧値を制御するように構成する。これにより、スイッチング素子１８１がスイッチングされる際に、スイッチング素子１８１に印加される電圧値が略零とすることが可能となるので、電力損失を小さくすることができるとともに、受電装置２００への電力の供給効率を向上させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９を、受電効率に基づいて、電源部３の電圧を制御することによって給電アンテナ４０のレジスタンスを調整するように構成する。これにより、電源部３を制御することによってレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設けることによってレジスタンスを調整するよりも、回路構成を簡素化することができるとともに、基板面積を縮小することができる。また、給電装置１００に、後述するインピーダンス検出部２０を設ける必要がないので、構成をより簡素化することができるとともに、基板面積をより縮小することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９を、リアクタンス変化部７を制御して、接続するコンデンサを選択するとともに、共振コンデンサ５の容量値を調整することにより、給電アンテナ４０のリアクタンスを調整するように構成する。これにより、リアクタンスが、所望の値に調整されるので、スイッチング素子１８１がスイッチングされる際に、スイッチング素子１８１に印加される電圧値が略零となり、電力損失を小さくすることができるとともに、受電装置２００への電力の供給効率を向上させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９を、スイッチ部６のオンオフを制御して、複数の共振コンデンサ５のうちの少なくともいずれか１つと給電コイル４とを接続することにより、給電アンテナ４０のリアクタンスを調整するように構成する。これにより、共振コンデンサ５が１つの場合と比べて、リアクタンスを調整する際に、調整の幅が広くなるので、リアクタンスをより適切に調整することができる。

［第２実施形態］
（給電回路の動作点調整処理）
次に、図４を参照して、第２実施形態の給電装置１０１による給電回路１の動作点調整処理フローについて説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、通信部１３が、受電装置２００の最大動作電圧および最小動作電圧の情報を取得する構成となっている。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

まず、ステップＳ２１において、給電コイル４（図１参照）への給電を開始する。

ステップＳ２２において、給電電圧を、設定可能下限値に設定する。

ステップＳ２３において、設定されている給電電圧において、入力電力測定部１２（図１参照）によって、給電コイル４への入力電力を測定し、さらに、通信部１３（図１参照）によって、受電装置２００の受電電圧を受信する。

ステップＳ２４において、効率算出部１０（図１参照）によって、入力電力と受電電圧との比である受電効率を算出する。

ステップＳ２５において、受電効率を記憶部１１（図１参照）へ保存する。

ステップＳ２６において、給電電圧が、設定可能上限値であるか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ２７へ進み、一致する場合は、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２７において、給電電圧を増加し、ステップＳ２３へ戻る。

ステップＳ２８において、ステップＳ２５において記憶部１１に保存された受電効率が、最大になる給電電圧に設定する。

ステップＳ２９において、スイッチ部６の第１（ｎ＝１）のスイッチを選択する。

ステップＳ３０において、選択しているスイッチ（第ｎ番目）をオンするとともに、その他のスイッチをオフする。

ステップＳ３１において、選択しているスイッチがオンしている状態において、入力電力測定部１２（図１参照）によって、給電コイル４への入力電力を測定し、さらに、通信部１３（図１参照）によって、受電装置２００の受電電圧を受信する。

ステップＳ３２において、効率算出部１０（図１参照）によって、入力電力と受電電圧との比である受電効率を算出する。

ステップＳ３３において、受電効率を記憶部１１（図１参照）へ保存する。

ステップＳ３４において、選択しているスイッチ番号（ｎ）が、備えられているスイッチの数と一致するか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ３５に進み、一致する（ｎ＝３）場合は、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３５において、ｎをｎ＋１として、ステップＳ３０に戻る。

ステップＳ３６において、選択するスイッチを、ステップＳ３３において保存された受電効率が最大になるスイッチに設定する。

ステップＳ３７において、通信部１３は、受電装置２００の受電電圧と、受電装置２００の規格によって定まっている、最大動作電圧および最小動作電圧の情報を、受電装置２００から取得する。

ステップＳ３８において、受電装置２００の受電電圧が、最大動作電圧よりも大きいか否かを判定する。最大動作電圧よりも大きい場合は、ステップＳ３９に進み、最大動作電圧以下の場合は、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ３９において、給電電圧を所定の電圧分低下させるように、電源部３を制御する。その後、ステップＳ３７に戻る。

ステップＳ４０において、受電装置２００の受電電圧が、最小動作電圧よりも小さいか否かを判定する。最小動作電圧よりも小さい場合は、ステップＳ４１に進む。

ステップＳ４１において、給電電圧を所定の電圧分増加させるように、電源部３を制御する。その後、ステップＳ３７に戻る。そして、受電装置２００の受電電圧が、最大動作電圧と最小動作電圧と間になるまで、ステップＳ３７〜ステップＳ４１の動作が繰り返される。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、制御部９を、電源部３の電圧を制御することによって、受電電圧が最小動作電圧以上最大動作電圧以下となる範囲内において、給電アンテナ４０のレジスタンスを調整するように構成する。これにより、受電装置２００の受電電圧が、最大動作電圧よりも大きい過度な上昇および最小動作電圧よりも小さい過度な低下を起こすことを抑制することができるので、受電装置２００を安全に動作させながら、インピーダンスを調整するための構成を簡略化することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
図５を参照して、本発明の第３実施形態による給電装置３００の構成について説明する。第３実施形態では、受電効率を算出するように構成されていた上記第１実施形態と違い、給電アンテナ４０の負荷を直接測定することによって、レジスタンスおよびリアクタンスの調整をしている。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

（動作制御回路の構成）
図５に示すように、動作制御回路３２には、制御部３９と、インピーダンス検出部２０と、リアクタンス変化部７とが設けられている。

（給電回路の動作点調整処理）
次に、図６を参照して、第３実施形態の給電装置３００による給電回路１の動作点調整処理フローについて説明する。

まず、ステップＳ５１において、給電コイル４（図５参照）への給電を開始する。

ステップＳ５２において、インピーダンス検出部２０（図５参照）によって、給電アンテナ４０の負荷Ｚ（Ｒ＋ｊＸΩ）を測定する。

ステップＳ５３において、ステップＳ５２で測定されたレジスタンス（Ｒ）が、所望の値と一致するか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ５４に進み、一致する場合は、ステップＳ５７に進む。

ステップＳ５４において、ステップＳ５２で測定されたレジスタンス（Ｒ）が、所望の値未満であるか否かを判定する。所望の値未満の場合は、ステップＳ５５に進み、所望の値よりも大きい場合は、ステップＳ５６に進む。

ステップＳ５５において、給電電圧を所定の電圧分増加させるように、電源部３（図５参照）を制御する。その後、ステップＳ５２に戻る。

ステップＳ５６において、給電電圧を所定の電圧分低下させるように、電源部３を制御する。その後、ステップＳ５２に戻る。

ステップＳ５７において、スイッチ部６の第１（ｎ＝１）のスイッチを選択する。

ステップＳ５８において、選択しているスイッチ（第ｎ番目）をオンするとともに、その他のスイッチをオフする。

ステップＳ５９において、選択しているスイッチがオンしている状態において、インピーダンス検出部２０によって、給電アンテナ４０の負荷Ｚ（Ｒ＋ｊＸΩ）を測定する。

ステップＳ６０において、ステップＳ５９で測定されたリアクタンス（Ｘ）が、所望の値と一致するか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ６１に進む。

ステップＳ６１において、ｎをｎ＋１として、ステップＳ５９に戻る。すなわち、リアクタンス（Ｘ）が所望の値になるまで、ステップＳ５９〜ステップＳ６１の動作が繰り返される。

また、第３実施形態による給電装置３００のその他の構成は、第１実施形態における給電装置１００と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、制御部３９を、インピーダンス検出部２０が検出したインピーダンスに基づいて、給電アンテナ４０のレジスタンスを調整するように構成する。これにより、電源部３を制御することによってレジスタンスが調整されるので、別個にコンデンサを設けることによってレジスタンスを調整するよりも、回路構成を簡素化することができるとともに、基板面積を縮小することができる。また、インピーダンス検出部２０によって、給電アンテナ４０のインピーダンスを測定するので、より確実にインピーダンスの調整をすることができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第４実施形態］
図７を参照して、本発明の第４実施形態による給電装置４００の構成について説明する。第４実施形態では、受電効率を算出するように構成されていた上記第１実施形態と違い、給電コイル４への入力電力および出力電力の比である変換効率に基づいて、レジスタンスおよびリアクタンスの調整をしている。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

（動作制御回路の構成）
図７に示すように、動作制御回路４２には、制御部４９と、変換効率算出部５０と、記憶部５１と、入出力電力測定部５２と、リアクタンス変化部７とが設けられている。

（給電回路の動作点調整処理）
次に、図８を参照して、第４実施形態の給電装置４００による給電回路１の動作点調整処理フローについて説明する。

まず、ステップＳ７１において、給電コイル４（図７参照）への給電を開始する。

ステップＳ７２において、給電電圧を、設定可能下限値に設定する。

ステップＳ７３において、設定されている給電電圧において、入出力電力測定部５２（図７参照）によって、給電コイル４への入力電力および出力電力を測定する。

ステップＳ７４において、変換効率算出部５０（図７参照）によって、入力電力と出力電力との比である変換効率を算出する。

ステップＳ７５において、変換効率を記憶部５１（図７参照）へ保存する。

ステップＳ７６において、給電電圧が、設定可能上限値であるか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ７７へ進み、一致する場合は、ステップＳ７８に進む。

ステップＳ７７において、給電電圧を増加し、ステップＳ７３へ戻る。

ステップＳ７８において、ステップＳ７５において記憶部５１に保存された変換効率が、最大になる給電電圧に設定する。

ステップＳ７９において、スイッチ部６の第１（ｎ＝１）のスイッチを選択する。

ステップＳ８０において、選択しているスイッチ（第ｎ番目）をオンするとともに、その他のスイッチをオフする。

ステップＳ８１において、選択しているスイッチがオンしている状態において、入出力電力測定部５２（図７参照）によって、給電コイル４への入力電力および出力電力を測定する。

ステップＳ８２において、変換効率算出部５０（図７参照）によって、入力電力と出力電力との比である変換効率を算出する。

ステップＳ８３において、変換効率を記憶部５１（図７参照）へ保存する。

ステップＳ８４において、選択しているスイッチ番号（ｎ）が、備えられているスイッチの数と一致するか否かを判定する。一致しない場合は、ステップＳ８５に進み、一致する（ｎ＝３）場合は、ステップＳ８６に進む。

ステップＳ８５において、ｎをｎ＋１として、ステップＳ８０に戻る。

ステップＳ８６において、選択するスイッチを、ステップＳ８３において保存された変換効率が最大になるスイッチに設定する。

また、第４実施形態による給電装置４００のその他の構成は、第１実施形態における給電装置１００と同様である。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記のように、制御部４９を、変換効率に基づいて給電アンテナ４０のレジスタンスを調整するように構成する。これにより、給電コイル４の入出力電力に基づいてインピーダンスの調整をすることにより、給電装置４００にインピーダンス検出部２０および通信部１３を設ける必要がないので、構成をより簡素化することができるとともに、基板面積をより縮小することができる。

また、第４実施形態による給電装置４００のその他の効果は、第１実施形態における給電装置１００と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、電源部を制御することによって、レジスタンスを調整した後に、リアクタンス変化部を制御することによって、リアクタンスを調整する動作フローチャートの例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リアクタンス変化部を制御することによって、リアクタンスを調整した後に、電源部を制御することによって、レジスタンスを調整してもよい。

また、上記第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、最大動作電圧および最小動作電圧の情報を取得し、受電電圧を最小動作電圧以上最大動作電圧以下にするように制御する構成となっている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３実施形態および第４実施形態の構成に通信部をさらに加えることによって、第２実施形態と同様に、最大動作電圧および最小動作電圧の情報を取得し、受電電圧を最小動作電圧以上最大動作電圧以下にするように制御する構成としてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、共振コンデンサとして、複数の共振コンデンサを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、共振コンデンサとして、１つの可変コンデンサを用いてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、磁気共鳴方式を用いて、給電装置から受電装置へ電力を供給するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、他の方式を用いて、電力の供給をする構成でもよい。

また、上記第３実施形態では、リアクタンスの調整の際に、リアクタンスの値が所望の値と一致することを判定し、一致すれば動作を終了する動作フローチャートの例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３実施形態の構成に記憶部をさらに加えることによって、第１番目から第ｎ番目のスイッチをオンした際の、それぞれのリアクタンスの値を記憶部に保存し、それぞれの値の中で、最も所望の値に近いものを選択するという動作を行ってもよい。

また、上記第１、第２および第４実施形態では、給電電圧を、設定可能下限値から設定可能上限値まで変化させて、レジスタンスを調整する動作フローチャートの例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、給電電圧を、設定可能上限値から設定可能下限値まで変化させて、レジスタンスを調整する動作を行ってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、共振コンデンサの数およびスイッチ部に含まれるスイッチの数を３つとした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、共振コンデンサの数およびスイッチ部に含まれるスイッチの数を３つ以外としてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、寄生容量を有するスイッチング素子として、ＦＥＴを用いる例を示したが、本発明はこれに限らない。すなわち、寄生容量を有するスイッチング素子であればＦＥＴ以外のスイッチング素子を用いてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、説明の便宜上、本発明の制御部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ 給電回路
２、３２、４２ 動作制御回路
３ 電源部
４ 給電コイル
５ 共振コンデンサ
６ スイッチ部
７ リアクタンス変化部
９、３９、４９ 制御部
１０ 効率算出部（変換効率算出部）
１１、５１ 記憶部
１２ 入力電力測定部
１３ 通信部
２０ インピーダンス検出部
４０ 給電アンテナ
５０ 変換効率算出部
５２ 入出力電力測定部
１００、１０１、３００、４００ 給電装置
１８１ スイッチング素子
２００ 受電装置

Claims (9)

1. 受電装置へ電力供給を行う給電アンテナと、
   前記給電アンテナのリアクタンスを変化させるリアクタンス変化部と、
   前記給電アンテナへ給電電圧を供給する電源部と、
   前記電源部の電圧および前記リアクタンス変化部の制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電源部の電圧を変化させることにより、前記給電電圧を、前記給電電圧の設定可能下限値および前記給電電圧の設定可能上限値のうちの一方から他方まで変化させるとともに、前記設定可能下限値および前記設定可能上限値を含む複数の前記給電電圧のうち、前記受電装置への電力の供給効率が最大となる前記給電電圧に設定して前記給電アンテナへ供給する制御を行うか、または、前記電源部の電圧を変化させることにより、前記給電アンテナのレジスタンスが所定の値よりも小さい場合は前記給電電圧を増加させるとともに前記給電アンテナのレジスタンスが前記所定の値よりも大きい場合は前記給電電圧を低下させる制御を前記給電アンテナのレジスタンスが前記所定の値になるまで繰り返す制御を行うことにより、前記給電アンテナのレジスタンスを調整した後、設定した前記給電電圧を維持した状態で、前記リアクタンス変化部を制御することにより前記給電アンテナのリアクタンスを調整するように構成されている、給電装置。
2. 前記電源部は、所定の駆動周波数でスイッチングされるスイッチング素子を含み、
   前記制御部は、前記スイッチング素子がスイッチングされる時点における前記スイッチング素子に印加される電圧値が略零になるように前記電源部の電圧を制御するように構成されている、請求項１に記載の給電装置。
3. 前記受電装置が受電する受電電圧の情報を取得する通信部と、
   前記給電アンテナへの入力電力を測定する入力電力測定部と、
   前記入力電力と前記受電電圧とから、前記受電装置の受電効率を算出する効率算出部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記受電効率に基づいて、前記電源部の電圧を制御することによって前記給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている、請求項１または２に記載の給電装置。
4. 前記通信部は、前記受電装置の最大動作電圧および最小動作電圧の情報を取得するように構成されており、
   前記制御部は、前記電源部の電圧を制御することによって、前記受電電圧が前記最小動作電圧以上前記最大動作電圧以下となる範囲内において、前記給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている、請求項３に記載の給電装置。
5. 前記給電アンテナのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記インピーダンス検出部が検出したインピーダンスに基づいて、前記給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている、請求項１または２に記載の給電装置。
6. 前記給電アンテナへの入力電力と出力電力とを測定する入出力電力測定部と、
   前記入力電力と前記出力電力とから、電力の変換効率を算出する変換効率算出部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記変換効率に基づいて前記給電アンテナのレジスタンスを調整するように構成されている、請求項１または２に記載の給電装置。
7. 前記給電アンテナは、前記給電アンテナのリアクタンスを調整する共振コンデンサを含み、
   前記制御部は、前記リアクタンス変化部を制御して、前記共振コンデンサの容量値を調整することにより、前記給電アンテナのリアクタンスを調整するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の給電装置。
8. 前記共振コンデンサは、複数のコンデンサを有し、
   前記リアクタンス変化部は、前記電源部と、前記複数のコンデンサの各々とを接続するスイッチ部とを含み、
   前記制御部は、前記スイッチ部のオンオフを制御して、前記複数のコンデンサのうちの少なくともいずれか１つと前記電源部とを接続することにより、前記給電アンテナのリアクタンスを調整するように構成されている、請求項７に記載の給電装置。
9. 受電装置へ電力供給を行う給電アンテナへの給電電圧を、前記給電電圧の設定可能下限値および前記給電電圧の設定可能上限値のうちの一方から他方まで変化させるとともに、前記設定可能下限値および前記設定可能上限値を含む複数の前記給電電圧のうち、前記受電装置への電力の供給効率が最大となる前記給電電圧に設定して前記給電アンテナへ供給する制御を行うか、または、前記給電アンテナのレジスタンスが所定の値よりも小さい場合は前記給電電圧を増加させるとともに前記給電アンテナのレジスタンスが前記所定の値よりも大きい場合は前記給電電圧を低下させる制御を前記給電アンテナのレジスタンスが前記所定の値になるまで繰り返す制御を行うことにより、前記給電アンテナのレジスタンスを調整するステップと、
   前記給電アンテナのレジスタンスを調整した後、設定した前記給電電圧を維持した状態で、前記給電アンテナのリアクタンスを変化させるリアクタンス変化部を制御することにより、前記給電アンテナのリアクタンスを調整するステップとを備える、給電方法。

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