JP6756632B2 - 給電システム、給電装置、及び給電方法 - Google Patents

給電システム、給電装置、及び給電方法 Download PDF

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Description

本発明は、給電システム、給電装置、及び給電方法に関する。
近年、給電コイルと受電コイルとの電磁誘導、あるいは電磁結合により、電力をワイヤレスに供給する給電システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、このような給電システムにおいて、給電装置が、受電側の負荷の状態に応じて、給電コイルから供給する電力を制御する技術が知られている（例えば、特許文献２、及び特許文献３を参照）。
特開２０１５−７０６８９号公報 特開２０００−６００１０号公報 特開２００９−２４００９９号公報
しかしながら、例えば、上述した特許文献２、及び特許文献３に記載の技術では、給電装置が受電側の負荷の状態を知るために、受電装置から給電装置にデータを送信する通信手段を備える必要があった。そのため、上述した給電システムでは、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることが困難であった。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる給電システム、給電装置、及び給電方法を提供することにある。
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、給電コイルを有する給電装置と、受電コイルを有する受電装置とを備え、前記給電装置から前記受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電システムであって、前記受電装置は、前記給電コイルから給電される前記受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第１のスイッチング素子とを有する共振回路と、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて、前記第１のスイッチング素子を制御する共振制御部と、を備え、前記給電装置は、前記給電コイルに直列に接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出部と、前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御部と、を備えることを特徴とする給電システムである。
また、本発明の一態様は、上記の給電システムにおいて、前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との比率が所定の比率になるように、前記給電コイルに供給する電圧を変更することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、上記の給電システムにおいて、前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との繰り返し周期が所定の周期になるように、前記給電コイルに供給する電圧を変更することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、上記の給電システムにおいて、前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との比率の複数周期にわたる移動平均を算出し、当該移動平均に基づいて前記給電コイルに供給する電力を制御することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、上記の給電システムにおいて、前記共振制御部は、前記受電コイルが受電した前記受電電力を整流して前記負荷に供給する供給線の電圧が所定の閾値以下である場合に、前記共振回路が前記共振状態になるように、前記第１のスイッチング素子を制御し、前記供給線の電圧が前記所定の閾値より大きい場合に、前記共振回路が前記非共振状態になるように、前記第１のスイッチング素子を制御することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、上記の給電システムにおいて、前記給電制御部は、前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて、前記受電装置に給電可能な状態であるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、前記第２のスイッチング素子に前記駆動信号を継続して供給するか否かの制御を行う駆動制御部を備えることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、給電コイルから給電される受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第１のスイッチング素子とを有する共振回路と、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて、前記第１のスイッチング素子を制御する共振制御部と、を備える受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電装置であって、前記給電コイルに直列に接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出部と、前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする給電装置である。
また、本発明の一態様は、給電コイルから給電される受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第１のスイッチング素子とを有する共振回路を備える受電装置と、前記給電コイルを有する給電装置と、を備え、前記給電装置から前記受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電システムの給電方法であって、前記給電装置が、前記給電コイルに直列に接続された第２のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、前記受電装置が、前記第１のスイッチング素子を、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて制御する共振制御ステップと、前記給電装置が、前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出ステップと、前記給電装置が、前記変動検出ステップによって検出された前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御ステップと、を含むことを特徴とする給電方法である。
本発明によれば、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
第１の実施形態による給電システムの一例を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態による受電装置の共振制御処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態における共振期間と非共振期間との変化の一例を示す図である。 第１の実施形態による給電装置の電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態による給電装置の電圧制御処理の一例を示す図である。 第１の実施形態による給電装置の駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態による給電システムの一例を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態による給電装置の電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態による給電システムについて、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る第１の実施形態による給電システム１００の一例を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、給電システム１００は、給電装置１と、受電装置２を有する電子機器３とを備えている。
給電システム１００は、給電装置１から受電装置２にワイヤレス（非接触）により電力を供給するシステムであり、例えば、受電装置２が備える負荷２６を動作させる電力を、給電装置１から受電装置２に供給する。
電子機器３は、例えば、携帯電話端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などであり、受電装置２と負荷２６とを備える。また、給電装置１は、例えば、受電装置２に対応する充電器などである。
＜給電装置１の構成＞
給電装置１は、給電コイル１１と、共振コンデンサ１２と、駆動トランジスタ１３と、駆動電圧生成部１４と、駆動信号生成部１５と、波高値変動検出部１６と、給電制御部１７とを備えている。
給電コイル１１は、第１端子が駆動電圧生成部１４から供給されるＶＣＣ電圧の端子に接続され、第２端子がノードＮ１に接続されている。給電コイル１１は、例えば、電磁誘導、又は電磁結合により、受電装置２が備える受電コイル２１に電力を供給するコイルである。給電コイル１１は、受電装置２に給電する際に、受電コイル２１と対向して配置され、電磁誘導により受電コイル２１に給電する。
共振コンデンサ１２は、給電コイル１１と並列に接続されており、給電コイル１１と共振するコンデンサである。ここで、給電コイル１１と共振コンデンサ１２とは、共振回路１０を構成している。共振回路１０は、給電コイル１１のインダクタンス値と共振コンデンサ１２の容量値とにより定まる所定の共振周波数（例えば、１００ｋＨｚ（キロヘルツ））により共振する。
駆動トランジスタ１３（第２のスイッチング素子の一例）は、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、共振回路１０に直列に接続されている。本実施形態では、一例として、駆動トランジスタ１３が、Ｎ型チャネルＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＦＥＴである場合について説明する。なお、以下の説明において、ＭＯＳＦＥＴをＭＯＳトランジスタといい、Ｎ型チャネルＭＯＳトランジスタをＮＭＯＳトランジスタという場合がある。
具体的に、駆動トランジスタ１３は、ソース端子がＧＮＤ端子に接続され、ゲート端子が駆動信号生成部１５の出力信号線に接続され、ドレイン端子がノードＮ１に接続されている。駆動トランジスタ１３は、駆動信号生成部１５が生成する駆動信号ＤＲＶによりオン状態（導通状態）とオフ状態（非導通状態）とを周期的に繰り返す。すなわち、駆動トランジスタ１３のスイッチング動作によって、共振回路１０に電力の供給と開放とが繰り返される。これにより、給電コイル１１に周期的な信号が発生し、給電コイル１１から電磁誘導により受電コイル２１に給電する。
駆動電圧生成部１４は、給電コイル１１を駆動するＶＣＣ電圧を生成する。駆動電圧生成部１４は、給電制御部１７による制御に基づいて、ＶＣＣ電圧を変更可能な可変電源である。すなわち、駆動電圧生成部１４は、給電制御部１７から出力される制御信号に基づいて、給電コイル１１に供給するＶＣＣ電圧を変更する。
駆動信号生成部１５は、駆動トランジスタ１３の導通状態と非導通状態とを変更して、給電コイル１１を駆動する駆動信号ＤＲＶを生成する。ここで、駆動信号ＤＲＶは、駆動トランジスタ１３のオン状態（導通状態）とオフ状態（非導通状態）とを周期的に変更する信号である。すなわち、駆動信号生成部１５は、駆動トランジスタ１３のオン状態／オフ状態を周期的に制御する駆動信号ＤＲＶを生成する。また、駆動信号生成部１５は、給電制御部１７から出力される制御信号に基づいて、駆動信号ＤＲＶを出力、又は駆動信号ＤＲＶの出力を停止する。
波高値変動検出部１６（変動検出部の一例）は、後述する受電装置２の共振コンデンサ２２の接続状態に応じた受電装置２の共振回路２０の共振状態の変更を、給電コイル１１に励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する。なお、周期的な波形の変動には、励起電圧におけるピーク電圧の変動が含まれ、本実施形態では、波高値変動検出部１６は、受電装置２の共振回路２０の共振状態の変更を、給電コイル１１に励起される励起電圧におけるピーク電圧の変動として検出する。波高値変動検出部１６は、検出したピーク電圧の変動の検出結果を給電制御部１７に出力する。
波高値変動検出部１６は、例えば、サンプルホールド回路を利用して、給電コイル１１に励起されるピーク電圧を保持し、ピーク電圧の変動を検出する。
給電制御部１７は、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動結果に応じて、駆動信号生成部１５が生成する駆動信号ＤＲＶ通じて駆動トランジスタ１３を間欠駆動させるか継続して駆動させるか制御するとともに、ピーク電圧の変動結果に基づいて、推定される共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、駆動電圧生成部１４が生成するＶＣＣ電圧を変更する。給電制御部１７は、電圧制御部１７１と、駆動制御部１７２とを備えている。
電圧制御部１７１は、波高値変動検出部１６が検出した周期的な波形の変動に基づいて推定される、受電装置２の共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する。例えば、給電制御部１７は、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率が所定の比率になるように、給電コイル１１に供給する電圧を変更する。電圧制御部１７１は、例えば、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動結果に基づいて、受電装置２の共振状態の期間と非共振状態の期間とを推定し、当該共振状態の期間と非共振状態の期間との比率を算出する。電圧制御部１７１は、例えば、下記の式（１）により、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率の一例として、共振比率を算出する。
共振比率＝共振状態の期間／非共振状態の期間 ・・・（１）
電圧制御部１７１は、算出した共振比率が所定の値（所定の比率）になるように、駆動電圧生成部１４の出力する駆動電圧（ＶＣＣ電圧）を制御する。
具体的に、電圧制御部１７１は、算出した共振比率が所定の値より大きい場合に、駆動電圧生成部１４の出力する駆動電圧を上げる（増加させる）制御を行う。また、電圧制御部１７１は、算出した共振比率が所定の値より小さい場合に、駆動電圧生成部１４の出力する駆動電圧を下げる（減少させる）制御を行う。
ここで、所定の値（所定の比率）は、負荷２６の消費電力と、給電装置１から受電装置２への供給電力とに基づいて、給電効率の良い比率に定められている。なお、給電効率は、負荷２６の消費電力や、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率などに影響され、共振状態が長くなる程、給電効率は向上する。そのため、所定の値（所定の比率）は、共振状態の期間の比率（共振比率）が、所定の値（所定の比率）以上になるように設定されている。
駆動制御部１７２は、波高値変動検出部１６が検出した周期的な波形の変動に基づいて、受電装置２に給電可能な状態であるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、駆動トランジスタ１３に駆動信号を継続して供給するか否かの制御を行う。すなわち、駆動制御部１７２は、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動に基づいて、受電装置２に給電可能な状態であるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、駆動トランジスタ１３に駆動信号ＤＲＶを継続して供給するか否かの制御を行う。
駆動制御部１７２は、例えば、受電装置２に給電可能な状態であると判定した場合に、駆動信号生成部１５に駆動信号ＤＲＶの供給を継続させて、連続して給電コイル１１を駆動する連続駆動を行う。また、駆動制御部１７２は、例えば、受電装置２に給電可能な状態でないと判定した場合に、駆動信号生成部１５に駆動信号ＤＲＶの供給を停止させて、間欠的に（断続的に）給電コイル１１を駆動する間欠駆動を行う。なお、受電装置２に給電可能な状態でない（給電不可能な状態）とは、例えば、受電装置２がない場合（給電コイル１１と受電コイル２１との位置が適切でない場合も含む）や、金属異物が給電コイル１１の上に置かれた場合などのことである。
具体的に、駆動制御部１７２は、例えば、予め定められた検出期間（第１の期間）に、駆動信号生成部１５に駆動信号ＤＲＶを駆動トランジスタ１３に供給させ、波高値変動検出部１６に対してピーク電圧の変動を検出させる。そして、駆動制御部１７２は、この検出期間において受電装置２に給電可能な状態であると判定した場合に、検出期間後の予め定められた給電期間（第２の期間）に、駆動信号生成部１５に駆動トランジスタ１３に駆動信号ＤＲＶの供給を継続させ、給電コイル１１を連続的に駆動する。駆動制御部１７２は、検出期間において受電装置２に給電可能な状態でないと判定した場合に、検出期間後の給電期間に、駆動信号生成部１５に駆動トランジスタ１３に駆動信号ＤＲＶの供給を停止させて、給電コイル１１を間欠的に駆動する。
＜受電装置２の構成＞
受電装置２は、受電コイル２１と、共振コンデンサ２２と、共振制御トランジスタ２３と、整流ダイオード２４と、平滑コンデンサ２５と共振制御部３０とを備えている。また、受電装置２は、負荷２６に給電装置１から受電した電力を供給する。
受電コイル２１は、第１端子がノードＮ２に接続され、第２端子がＧＮＤ１端子に接続されている。受電コイル２１は、例えば、電磁誘導、又は電磁結合により、給電装置１が備える給電コイル１１から電力を供給されるコイルである。受電コイル２１は、負荷２６に電力を供給する際に、給電コイル１１と対向して配置される。
共振コンデンサ２２は、受電コイル２１と並列に接続されており、受電コイル２１と共振するコンデンサである。共振コンデンサ２２は、ノードＮ２とノードＮ３との間に接続されている。
ここで、受電コイル２１と共振コンデンサ２２と共振制御トランジスタ２３とは、共振回路２０を構成している。共振回路２０は、受電コイル２１のインダクタンス値と共振コンデンサ２２の容量値とにより定まる所定の共振周波数（例えば、１００ｋＨｚ）により共振する。なお、本実施形態では、受電装置２の共振周波数と給電装置１の共振周波数とは等しく、例えば、１００ｋＨｚである。
共振制御トランジスタ２３（第１のスイッチング素子の一例）は、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態を変更して、共振回路２０の共振状態と非共振状態とを切り替えるスイッチング素子である。共振制御トランジスタ２３は、共振コンデンサ２２とともに受電コイル２１と並列に接続され、且つ、共振コンデンサ２２と直列に接続されている。共振制御トランジスタ２３は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタであり、ソース端子がＧＮＤ１端子に接続され、ドレイン端子がノードＮ３に接続されている。また、共振制御トランジスタ２３は、ゲート端子が後述する共振制御部３０からの出力信号線に接続されている。共振制御トランジスタ２３は、共振制御部３０によって、オン状態にされることにより共振コンデンサ２２が機能し、共振回路２０に共振を発生させる。また、共振制御トランジスタ２３は、共振制御部３０によって、オフ状態にされることにより共振コンデンサ２２が電気的に切り離され、共振回路２０の共振を停止させる。
整流ダイオード２４（整流部）は、アノード端子が受電コイル２１の一端であるノードＮ２に接続され、カソード端子が平滑コンデンサ２５の一端であるノードＮ４に接続されている。整流ダイオード２４は、受電コイル２１が受電した電力を整流して、直流電力に変換する。すなわち、整流ダイオード２４は、受電コイル２１に発生する交流電力（交流電圧）を直流電力（直流電圧）に変換し、負荷２６に電力を供給する。
平滑コンデンサ２５は、整流ダイオード２４が変換した直流電力を平滑化する。
負荷２６は、例えば、電子機器３が備える各種回路、駆動部、蓄電池や二次電池を充電する回路などであり、整流ダイオード２４によって整流された直流電圧によって動作又は充電される。なお、負荷２６は、例えば、マイコン（マイクロコンピュータ）を使用したシステム、当該システムの電源回路、オーディオアンプ、無線回路、センサ回路、照明駆動回路、表示回路などであってもよい。
共振制御部３０は、共振制御トランジスタ２３を制御することにより、共振回路２０の共振状態を制御する。共振制御部３０は、給電コイル１１から受電コイル２１が受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷２６が消費する消費電力とに基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御する。共振制御部３０は、例えば、受電コイル２１が受電した受電電力を整流して負荷２６に供給する供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）に基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御する。なお、この供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）は、受電電力と負荷２６の消費電力とに応じて変動する。そのため、供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）に基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御することは、受電電力と負荷２６の消費電力とに基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御することの一例である。
共振制御部３０は、例えば、供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）が所定の閾値以下である場合に、共振回路２０が共振状態になるように、共振制御トランジスタ２３を制御する。また、共振制御部３０は、例えば、供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）が所定の閾値より大きい場合に、共振回路２０が非共振状態になるように、共振制御トランジスタ２３を制御する。
また、共振制御部３０は、抵抗３１、抵抗３２、コンパレータ３３、及び基準電源３４を備えている。
抵抗３１は、第１端子がノードＮ４に接続され、第２端子がノードＮ５に接続されている。また、抵抗３２は、第１端子がノードＮ５に接続され、第２端子がＧＮＤ１端子に接続されている。抵抗３１と抵抗３２とは、ノードＮ４とＧＮＤ１端子との間に直列に接続され、抵抗３１と抵抗３２との抵抗値に比率によりノードＮ４の電圧を抵抗分圧して降圧した電圧をノードＮ５に出力する。
コンパレータ３３は、＋入力端子が基準電源３４に接続され、−入力端子がノードＮ５に接続されている。コンパレータ３３は、ノードＮ５の電圧と、基準電源３４の出力電圧とを比較し、ノードＮ５の電圧が、基準電源３４の出力電圧以下である場合に、共振制御トランジスタ２３をオン状態にする。コンパレータ３３は、ノードＮ５の電圧が、基準電源３４の出力電圧より大きい場合に、共振制御トランジスタ２３をオフ状態にする。また、基準電源３４は、所定の閾値電圧を出力する定電圧源である。
次に、図面を参照して、本実施形態による給電システム１００の動作について説明する。
図２は、本実施形態による受電装置２の共振制御処理の一例を示すフローチャートである。
図２において、給電装置１の給電コイル１１から受電装置２の受電コイル２１にワイヤレス（非接触）により電力が供給されると、受電装置２は、ノードＮ４の電圧（受電電圧）が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、共振制御部３０が、抵抗３１及び抵抗３２によりノードＮ４の電圧（受電電圧）を抵抗分圧し、当該抵抗分圧した電圧（ノードＮ５の電圧）と基準電源３４の出力電圧とをコンパレータ３３が比較することにより、ノードＮ４の電圧（受電電圧）が所定の閾値以下であるか否かを判定する。
共振制御部３０は、ノードＮ４の電圧（受電電圧）が所定の閾値以下である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）に、共振制御トランジスタ２３をオン状態にする（ステップＳ１０２）。すなわち、共振制御部３０が、共振制御トランジスタ２３のゲート端子に、Ｈ状態を出力する。これにより、共振制御トランジスタ２３がオン状態になり、共振コンデンサ２２が共振回路２０に電気的に接続される。
また、共振制御部３０は、ノードＮ４の電圧（受電電圧）が所定の閾値より大きい場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）に、共振制御トランジスタ２３をオフ状態にする（ステップＳ１０３）。すなわち、共振制御部３０が、共振制御トランジスタ２３のゲート端子に、Ｌ状態を出力する。これにより、共振制御トランジスタ２３がオフ状態になり、共振コンデンサ２２が共振回路２０から電気的に切り離される。
ステップＳ１０２又はステップＳ１０３の処理の後、共振制御部３０は、ステップＳ１０１の処理に戻し、ステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理が繰り返される。
このように、共振制御部３０は、共振回路２０の共振状態を切り替える制御を行う。すなわち、共振制御部３０は、共振回路２０を共振状態と非共振状態とを周期的に切り替える制御を行う。
なお、共振回路２０の共振状態の期間（共振期間）と、非共振状態の期間（非共振期間）との比率は、受電装置２が受電した受電電力と、負荷２６の消費電力とにより変動する。共振回路２０の共振状態の期間は、非共振状態の期間より給電効率が高いため、例えば、共振回路２０の共振状態の期間が長い程（共振比率が高い程）、給電効率が高くなる。本実施形態では、共振回路２０の共振状態の期間が所定の割合になるように、給電装置１が、給電コイル１１に供給する電力を制御する。
図３は、本実施形態における共振期間と非共振期間との変化の一例を示す図である。
図３に示す波形は、上から順に、（ａ）目標の共振比率の場合の共振制御トランジスタ２３のゲート信号、（ｂ）共振比率が高い場合の共振制御トランジスタ２３のゲート信号、及び（ｃ）共振比率が低い場合の共振制御トランジスタ２３のゲート信号の波形をそれぞれ示している。なお、各波形の縦軸は、論理レベルを示し、横軸は、時間を示している。
図３（ａ）において、期間ＴＰ０は、共振期間であり、期間ＴＭ０は、非共振期間である。また、期間ＴＣ０は、共振期間と非共振期間との繰り返し周期を示している。ここで、期間ＴＰ０と期間ＴＭ０との比率を共振期間と非共振期間との比率の目標値（所定の比率）とする。
また、図３（ｂ）に示す例は、給電コイル１１と受電コイル２１との間の距離が遠い、給電コイル１１と受電コイル２１と配置がずれている、又は、負荷２６の消費電力が大きいなどの負荷２６の消費電力に対して受電電力が不足気味である場合を示している。図３（ｂ）において、期間ＴＰ１は、共振期間であり、期間ＴＭ１は、非共振期間である。また、期間ＴＣ１は、共振期間と非共振期間との繰り返し周期を示している。この場合、上述した図３（ａ）の場合に対して、共振期間（期間ＴＰ１）が長く、共振比率が高くなる。また、繰り返し周期（期間ＴＣ１）も、図３（ａ）の場合に比べて長くなる。
また、図３（ｃ）に示す例は、給電コイル１１と受電コイル２１との間の距離が近く、給電コイル１１と受電コイル２１と配置が一致している、又は、負荷２６の消費電力が小さいなどの負荷２６の消費電力に対して受電電力が過剰気味である場合を示している。図３（ｃ）において、期間ＴＰ２は、共振期間であり、期間ＴＭ２は、非共振期間である。また、期間ＴＣ２は、共振期間と非共振期間との繰り返し周期を示している。この場合、上述した図３（ａ）の場合に対して、共振期間（期間ＴＰ２）が長く、共振比率が低くなる。また、繰り返し周期（期間ＴＣ２）も、図３（ａ）の場合に比べて短くなる。
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態による給電装置１の電圧制御処理について説明する。
図４は、本実施形態による給電装置１の電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
図４において、まず、給電装置１の給電制御部１７は、給電コイル１１の電圧のピーク電圧の変動の検出結果を取得する（ステップＳ２０１）。すなわち、波高値変動検出部１６がピーク電圧の変動を検出し、給電制御部１７の電圧制御部１７１は、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動の検出結果を取得する。
次に、電圧制御部１７１は、ピーク電圧の変動に基づいて、共振期間と非共振期間とを推定する（ステップＳ２０２）。
次に、電圧制御部１７１は、共振期間と非共振期間とから共振比率を算出する（ステップＳ２０３）。電圧制御部１７１は、例えば、上述した式（１）を用いて、共振比率を共振期間と非共振期間との比率として算出する。なお、電圧制御部１７１は、共振比率を、複数周期（例えば、３周期）の共振期間及び非共振期間に基づく移動平均により算出してもよい。
次に、電圧制御部１７１は、算出した共振比率が、所定の値（所定の比率）より大きいか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、共振比率が所定の値（所定の比率）より大きい場合は、上述した図３（ｂ）に対応し、負荷２６の消費電力に対して受電電力が不足気味である場合である。電圧制御部１７１は、共振比率が所定の値（所定の比率）より大きい場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２０５に進める。また、電圧制御部１７１は、共振比率が所定の値（所定の比率）より大きくない場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）に、処理をステップＳ２０６に進める。
ステップＳ２０５において、電圧制御部１７１は、駆動電圧を上げる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１は、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を増加させる制御信号を出力する。なお、電圧制御部１７１は、例えば、ＶＣＣ電圧を一定の電圧ΔＶだけ増加させてもよいし、共振比率と所定の値（所定の比率）との差分に基づいて、増加させる電圧値を変更してもよい。ステップＳ２０５の処理後に、電圧制御部１７１は、処理をステップＳ２０１に戻す。
また、ステップＳ２０６において、電圧制御部１７１は、算出した共振比率が、所定の値（所定の比率）より小さいか否かを判定する。ここで、共振比率が所定の値（所定の比率）より小さい場合は、上述した図３（ｃ）に対応し、負荷２６の消費電力に対して受電電力が過剰気味である場合である。電圧制御部１７１は、共振比率が所定の値（所定の比率）より小さい場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２０７に進める。また、電圧制御部１７１は、共振比率が所定の値（所定の比率）より小さくない場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）に、処理をステップＳ２０１に戻す。
ステップＳ２０７において、電圧制御部１７１は、駆動電圧を下げる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１は、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を低下させる制御信号を出力する。なお、電圧制御部１７１は、例えば、ＶＣＣ電圧を一定の電圧ΔＶだけ低下させてもよいし、共振比率と所定の値（所定の比率）との差分に基づいて、低下させる電圧値を変更してもよい。ステップＳ２０７の処理後に、電圧制御部１７１は、処理をステップＳ２０１に戻す。
また、図５は、本実施形態による給電装置１の電圧制御処理の一例を示す図である。
図５に示す波形は、上から順に、（ａ）受電装置２の共振制御トランジスタ２３のゲート信号、（ｂ）給電装置１の給電コイル１１の電圧、（ｃ）共振期間と非共振期間の推定結果、及び、（ｄ）給電装置１のＶＣＣ電圧（駆動電圧）の波形をそれぞれ示している。なお、各波形の縦軸は、（ａ）及び（ｃ）が論理レベルを示し、（ｂ）及び（ｄ）が電圧を示し、横軸は、時間を示している。
図５（ａ）において、受電装置２の共振制御部３０によって、共振制御トランジスタ２３のゲート信号の論理レベルが変化すると、図５（ｂ）に示すように、給電コイル１１の電圧（ノードＮ１の電圧）のピーク電圧が変動し、当該変動を波高値変動検出部１６が検出する。そして、給電制御部１７の電圧制御部１７１は、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧が変動に基づいて、図５（ｃ）に示すように、共振期間と非共振期間を推定する。電圧制御部１７１は、例えば、ピーク電圧が高から低に変化する点を共振期間の始まりとして判定し、例えば、ピーク電圧が低から高に変化する点を非共振期間の始まりとして判定する。
ここで、図５（ｃ）に示す波形のＨ状態の期間が受電装置２の共振期間であり、Ｌ状態の期間が非共振期間である。例えば、ＶＣＣ電圧が、電圧Ｖ１である場合に、時刻Ｔ１において、電圧制御部１７１が、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧が変動に基づいて、共振期間ＴＰ３と非共振期間ＴＭ３とを推定する。この場合、電圧制御部１７１は、当該共振期間ＴＰ３及び非共振期間ＴＭ３に基づく共振比率が、所定の値（所定の比率）より小さいため、ＶＣＣ電圧を電圧Ｖ２に低下させる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１は、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を電圧Ｖ２に低下させる制御信号を出力する。
また、時刻Ｔ２において、電圧制御部１７１が、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧が変動に基づいて、共振期間ＴＰ４と非共振期間ＴＭ４とを推定する。この場合、電圧制御部１７１は、当該共振期間ＴＰ４及び非共振期間ＴＭ４に基づく共振比率が、所定の値（所定の比率）より小さいため、ＶＣＣ電圧を電圧Ｖ３に低下させる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１は、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を電圧Ｖ３に低下させる制御信号を出力する。
また、時刻Ｔ３において、電圧制御部１７１が、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧が変動に基づいて、共振期間ＴＰ５と非共振期間ＴＭ５とを推定する。この場合、電圧制御部１７１は、当該共振期間ＴＰ５及び非共振期間ＴＭ５に基づく共振比率が、所定の値（所定の比率）より大きいため、ＶＣＣ電圧を電圧Ｖ４に増加させる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１は、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を電圧Ｖ４に増加させる制御信号を出力する。
次に、図６を参照して、本実施形態による給電装置１の駆動制御処理について説明する。
図６は、本実施形態による給電装置１の駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。
図６において、給電装置１の給電制御部１７は、まず、駆動トランジスタ１３に駆動信号ＤＲＶを供給させる（ステップＳ３０１）。具体的には、給電制御部１７の駆動制御部１７２は、駆動信号生成部１５に駆動信号ＤＲＶを、駆動トランジスタ１３のゲート端子に供給させる。
次に、駆動制御部１７２は、給電コイル１１の電圧のピーク電圧の変動の検出結果を取得する（ステップＳ３０２）。すなわち、波高値変動検出部１６が、ピーク電圧の変動を検出し、駆動制御部１７２は、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動の検出結果を取得する。
次に、駆動制御部１７２は、ピーク電圧の変動があるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。駆動制御部１７２は、ピーク電圧の変動がある場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）に、駆動トランジスタ１３への駆動信号ＤＲＶの供給を継続する（ステップＳ３０４）。すなわち、駆動制御部１７２は、駆動信号生成部１５に駆動信号ＤＲＶの出力を継続させる。ステップＳ３０４の処理後に、給電期間を経過した後に、駆動制御部１７２は、処理をステップＳ３０１に戻す。これにより、給電装置１は、給電コイル１１を連続駆動する。
また、駆動制御部１７２は、ピーク電圧の変動がない場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）に、駆動トランジスタ１３への駆動信号ＤＲＶの供給を停止する（ステップＳ３０５）。すなわち、駆動制御部１７２は、駆動信号生成部１５に駆動信号ＤＲＶの出力を停止させる。ステップＳ３０５の処理後に、給電期間を経過した後に、駆動制御部１７２は、処理をステップＳ３０１に戻す。これにより、給電装置１は、給電コイル１１を間欠駆動する。
以上説明したように、本実施形態による給電システム１００は、給電コイル１１を有する給電装置１と、受電コイル２１を有する受電装置２とを備え、給電装置１から受電装置２に電磁誘導によって電力を給電する。受電装置２は、共振回路２０と、共振制御部３０と、を備える。共振回路２０は、給電コイル１１から給電される受電コイル２１と、受電コイル２１と共振する共振コンデンサ２２と、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える共振制御トランジスタ２３（第１のスイッチング素子）とを有する。共振制御部３０は、給電コイル１１から受電コイル２１が受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷２６が消費する消費電力とに基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御する。また、給電装置１は、駆動トランジスタ１３（第２のスイッチング素子）と、波高値変動検出部１６（変動検出部）と、給電制御部１７と、を備える。駆動トランジスタ１３は、給電コイル１１に直列に接続されている。駆動信号生成部１５は、駆動トランジスタ１３の導通状態と非導通状態とを変更して、給電コイル１１を駆動する駆動信号ＤＲＶを生成する。波高値変動検出部１６は、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態の変更を、給電コイル１１に励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する。そして、給電制御部１７は、波高値変動検出部１６が検出した周期的な波形の変動に基づいて推定される、受電装置２の共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する。
これにより、本実施形態による給電システム１００は、給電装置１側で検出される給電コイル１１の電圧における周期的な波形の変動に基づいて受電装置２の共振状態の期間及び非共振状態の期間を推定し、当該共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する。受電装置２の共振状態の期間及び非共振状態の期間は、受電装置２側の負荷２６の状態や、給電コイル１１と受電コイル２１との結合状態に応じて変化するため、給電装置１は、負荷２６の状態や給電コイル１１と受電コイル２１との結合状態を知るために、を備える必要がない。そのため、本実施形態による給電システム１００は、通信手段を付加することなく、例えば、負荷２６の状態や給電コイル１１と受電コイル２１との結合状態に応じて適切な電力（例えば、適切な駆動電圧）により、受電装置２に給電することができる。よって、本実施形態による給電システム１００は、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
また、本実施形態による給電システム１００は、給電効率を向上させることができるため、給電による消費電力を低減（低消費電力化）することができる。
また、本実施形態では、給電制御部１７（電圧制御部１７１）は、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率（例えば、共振比率）が所定の比率になるように、給電コイル１１に供給する電圧を変更する。
これにより、本実施形態による給電システム１００は、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率により給電コイル１１に供給する電圧を制御するという簡易な手法により、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、給電制御部１７（電圧制御部１７１）は、上述した式（１）により算出される共振比率が、所定の値（所定の比率）より大きい場合に、給電コイル１１に供給する電圧を増加させる。そして、給電制御部１７（電圧制御部１７１）は、当該共振比率が、所定の値（所定の比率）より小さい場合に、給電コイル１１に供給する電圧を低下させる。
これにより、本実施形態による給電システム１００は、例えば、負荷２６の状態や給電コイル１１と受電コイル２１との結合状態に応じて、給電コイル１１に供給する電圧を適切に制御することができる。
また、本実施形態では、給電制御部１７（電圧制御部１７１）は、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率の複数周期にわたる移動平均を算出し、当該移動平均に基づいて給電コイル１１に供給する電力を制御するようにしてもよい。例えば、図５の時刻Ｔ３において、３周期における移動平均を適用した場合には、給電制御部１７は、以下の式（２）を用いて、共振比率を算出してもよい。
共振比率＝（ＴＰ３＋ＴＰ４＋ＴＰ５）／（ＴＭ３＋ＴＭ４＋ＴＭ５） ・・・（２）
これにより、本実施形態による給電システム１００は、給電コイル１１に供給する電力を制御する際に、ノイズ等の外乱の影響を低減することができる。よって、本実施形態による給電システム１００は、負荷２６の状態や給電コイル１１と受電コイル２１との結合状態に応じて、給電コイル１１に供給する電力をさらに適切に制御することができる。
また、本実施形態では、共振制御部３０は、受電コイル２１が受電した受電電力を整流して負荷２６に供給する供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）が所定の閾値以下である場合に、共振回路２０が共振状態になるように、共振制御トランジスタ２３を制御する。また、共振制御部３０は、供給線の電圧（ノードＮ４の電圧）が所定の閾値より大きい場合に、共振回路２０が非共振状態になるように、共振制御トランジスタ２３を制御する。
これにより、本実施形態による給電システム１００では、受電装置２が、簡易な手法により、共振状態と非共振状態とを適切に切り替えることができる。
また、本実施形態では、給電制御部１７（駆動制御部１７２）は、波高値変動検出部１６が検出した周期的な波形の変動に基づいて、受電装置２に給電可能な状態であるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、駆動トランジスタ１３に駆動信号を継続して供給するか否かの制御を行う駆動制御部１７２を備える。
これにより、本実施形態による給電システム１００は、受電装置２に給電可能な状態であるか否かを正確に判定することができる。また、本実施形態による給電システム１００は、例えば、受電装置２に給電可能な状態でない場合に、駆動トランジスタ１３に駆動信号の供給を停止できるため、給電のための電力を無駄に消費することを低減できる。
また、本実施形態による給電装置１は、給電コイル１１から給電される受電コイル２１と、受電コイル２１と共振する共振コンデンサ２２と、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える共振制御トランジスタ２３とを有する共振回路２０と、給電コイル１１から受電コイル２１が受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷２６が消費する消費電力とに基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御する共振制御部３０と、を備える受電装置２に電磁誘導によって電力を給電する。給電装置１は、給電コイル１１に直列に接続された駆動トランジスタ１３と、駆動信号生成部１５と、波高値変動検出部１６と、給電制御部１７と、を備える。駆動信号生成部１５は、駆動トランジスタ１３の導通状態と非導通状態とを変更して、給電コイル１１を駆動する駆動信号ＤＲＶを生成する。波高値変動検出部１６は、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態の変更を、給電コイル１１に励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する。そして、給電制御部１７は、波高値変動検出部１６が検出した周期的な波形の変動に基づいて推定される、共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する。
これにより、本実施形態による給電装置１は、上述した給電システム１００と同様の効果を奏し、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
また、本実施形態による給電方法は、給電コイル１１から給電される受電コイル２１と、受電コイル２１と共振する共振コンデンサ２２と、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える共振制御トランジスタ２３とを有する共振回路２０を備える受電装置２と、給電コイル１１を有する給電装置１と、を備え、給電装置１から受電装置２に電磁誘導によって電力を給電する給電システム１００の給電方法であって、駆動信号生成ステップと、共振制御ステップと、変動検出ステップと、給電制御ステップと、を含む。駆動信号生成ステップにおいて、給電装置１が、給電コイル１１に直列に接続された駆動トランジスタ１３の導通状態と非導通状態とを変更して、給電コイル１１を駆動する駆動信号を生成する。共振制御ステップにおいて、受電装置２が、共振制御トランジスタ２３を、給電コイル１１から受電コイル２１が受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷２６が消費する消費電力とに基づいて制御する。変動検出ステップにおいて、給電装置１が、共振コンデンサ２２の電気的な接続状態の変更を、給電コイル１１に励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する。給電制御ステップにおいて、給電装置１が、変動検出ステップによって検出された周期的な波形の変動に基づいて推定される、共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する。
これにより、本実施形態による給電方法は、上述した給電システム１００と同様の効果を奏し、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、本発明に係る第２の実施形態による給電システム１００ａについて説明する。
図７は、第２の実施形態による給電システム１００ａの一例を示す機能ブロック図である。
図７に示すように、給電システム１００ａは、給電装置１ａと、受電装置２を有する電子機器３とを備えている。
なお、この図において、図１と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
本実施形態では、共振回路２０の共振状態の期間と、非共振状態の期間との比率の代わりに、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する一例について説明する。
給電装置１ａは、給電コイル１１と、共振コンデンサ１２と、駆動トランジスタ１３と、駆動電圧生成部１４と、駆動信号生成部１５と、波高値変動検出部１６と、給電制御部１７ａとを備えている。
給電制御部１７ａは、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動結果に応じて、駆動信号生成部１５が生成する駆動信号ＤＲＶを通じて駆動トランジスタ１３を間欠駆動させるか継続して駆動するか制御するとともに、ピーク電圧の変動結果に基づいて、推定される、共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、駆動電圧生成部１４が生成するＶＣＣ電圧を変更する。給電制御部１７ａは、電圧制御部１７１ａと、駆動制御部１７２とを備えている。
電圧制御部１７１ａは、波高値変動検出部１６が検出した周期的な波形の変動に基づいて推定される、受電装置２の共振状態の期間及び非共振状態の期間に基づいて、給電コイル１１に供給する電力を制御する。例えば、給電制御部１７ａは、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期が所定の周期になるように、給電コイル１１に供給する電圧を変更する。電圧制御部１７１ａは、例えば、波高値変動検出部１６が検出したピーク電圧の変動結果に基づいて、受電装置２の共振状態の期間と非共振状態の期間とを推定し、当該共振状態の期間と非共振状態の期間とを合算した繰り返し周期を算出する。電圧制御部１７１ａは、例えば、下記の式（３）により、繰り返し周期を算出する。
繰り返し周期＝（共振状態の期間＋非共振状態の期間） ・・・（３）
電圧制御部１７１ａは、算出した繰り返し周期が所定の値（所定の周期）になるように、駆動電圧生成部１４の出力する駆動電圧（ＶＣＣ電圧）を制御する。
具体的に、電圧制御部１７１ａは、算出した繰り返し周期が所定の値より大きい場合に、駆動電圧生成部１４の出力する駆動電圧を上げる（増加させる）制御を行う。また、電圧制御部１７１ａは、算出した繰り返し周期が所定の値より小さい場合に、駆動電圧生成部１４の出力する駆動電圧を下げる（減少させる）制御を行う。
ここで、所定の値（所定の周期）は、負荷２６の消費電力と、給電装置１ａから受電装置２への供給電力とに基づいて、給電効率の良い周期に定められている。なお、給電効率は、負荷２６の消費電力や、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期などに影響され、例えば、共振状態が長く、繰り返し周期が長くなる程、給電効率は向上する。そのため、所定の値（所定の周期）は、繰り返し周期が、所定の値（所定の周期）以上になるように設定されている。
次に、図面を参照して、本実施形態による給電システム１００ａの動作について説明する。
なお、本実施形態による受電装置２の共振制御処理は、上述した図２に示す処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。また、本実施形態による給電装置１ａの駆動制御処理は、上述した図６に示す処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。
図８を参照して、本実施形態による給電装置１ａの電圧制御処理について説明する。
図８は、本実施形態による給電装置１ａの電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
図８において、ステップＳ４０１及びステップＳ４０２の処理は、上述した図３に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２の処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。
ステップＳ４０３において、給電制御部１７ａの電圧制御部１７１ａは、共振期間と非共振期間とから繰り返し期間を算出する。電圧制御部１７１ａは、例えば、上述した式（３）を用いて、繰り返し期間を算出する。なお、電圧制御部１７１ａは、繰り返し期間を、複数周期（例えば、３周期）の共振期間及び非共振期間に基づく移動平均により算出してもよい。
次に、電圧制御部１７１ａは、算出した繰り返し期間が、所定の値（所定の周期）より大きいか否かを判定する（ステップＳ４０４）。ここで、繰り返し期間が所定の値（所定の周期）より大きい場合は、上述した図３（ｂ）に対応し、負荷２６の消費電力に対して受電電力が不足気味である場合である。電圧制御部１７１ａは、繰り返し期間が所定の値（所定の比率）より大きい場合（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ４０５に進める。また、電圧制御部１７１ａは、繰り返し期間が所定の値（所定の周期）より大きくない場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）に、処理をステップＳ４０６に進める。
ステップＳ４０５において、電圧制御部１７１ａは、駆動電圧を上げる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１ａは、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を増加させる制御信号を出力する。なお、電圧制御部１７１ａは、例えば、ＶＣＣ電圧を一定の電圧ΔＶだけ増加させてもよいし、繰り返し期間と所定の値（所定の周期）との差分に基づいて、増加させる電圧値を変更してもよい。ステップＳ４０５の処理後に、電圧制御部１７１ａは、処理をステップＳ４０１に戻す。
また、ステップＳ４０６において、電圧制御部１７１ａは、算出した繰り返し期間が、所定の値（所定の周期）より小さいか否かを判定する。ここで、繰り返し期間が所定の値（所定の周期）より小さい場合は、上述した図３（ｃ）に対応し、負荷２６の消費電力に対して受電電力が過剰気味である場合である。電圧制御部１７１ａは、繰り返し期間が所定の値（所定の周期）より小さい場合（ステップＳ４０６：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ４０７に進める。また、電圧制御部１７１ａは、繰り返し期間が所定の値（所定の周期）より小さくない場合（ステップＳ４０６：ＮＯ）に、処理をステップＳ４０１に戻す。
ステップＳ４０７において、電圧制御部１７１ａは、駆動電圧を下げる制御を行う。すなわち、電圧制御部１７１ａは、駆動電圧生成部１４に、ＶＣＣ電圧を低下させる制御信号を出力する。なお、電圧制御部１７１ａは、例えば、ＶＣＣ電圧を一定の電圧ΔＶだけ低下させてもよいし、繰り返し期間と所定の値（所定の周期）との差分に基づいて、低下させる電圧値を変更してもよい。ステップＳ４０７の処理後に、電圧制御部１７１ａは、処理をステップＳ４０１に戻す。
以上説明したように、本実施形態による給電システム１００ａは、給電装置１ａと、受電装置２とを備える。給電装置１ａは、上述した駆動トランジスタ１３と、波高値変動検出部１６と、給電制御部１７ａと、を備える。給電制御部１７ａは、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期が所定の周期になるように、給電コイル１１に供給する電圧を変更する。
これにより、本実施形態による給電システム１００ａは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。また、本実施形態による給電システム１００ａは、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期により給電コイル１１に供給する電圧を制御するという簡易な手法により、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、受電装置２の共振制御部３０は、受電電力と負荷２６の消費電力とに基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御する一例として、受電電力を整流して負荷２６に供給するノードＮ４の電圧（受電電圧）に基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御する例を説明したがこれに限定されるものではない。例えば、共振制御部３０は、ノードＮ４の電圧（受電電圧）の代わりに、負荷２６に流れる電流に基づいて、共振制御トランジスタ２３を制御するようにしてもよいし、他の手法を用いてもよい。
また、上記の各実施形態において、共振制御部３０は、１つの閾値電圧（所定の電圧）に基づいて、共振制御トランジスタ２３のオン状態（共振状態）と、オフ状態（非共振状態）とを切り替える例を説明したが、これに限定されるものではない。共振制御部３０は、例えば、オン状態にする閾値電圧（第１の閾値）と、オフ状態にする閾値電圧（第２の閾値）とに分けて、制御にヒステリシスを持たせるようにしてもよい。
また、上記の各実施形態において、給電コイル１１の励起電圧の周期的な波形の変動を検出する変動検出部の一例として、給電コイル１１のピーク電圧を検出する波高値変動検出部１６を用いる例を説明したが、これに限定されるものではない。変動検出部は、例えば、励起電圧の波形の周波数の変動、又は励起電圧の波形の周期の変動として検出してもよい。
また、上記の各実施形態において、電圧制御部１７１（１７１ａ）は、給電コイル１１に供給する電力を制御する一例として、給電コイル１１に供給する電圧を制御する例を説明したが、給電コイル１１に供給する電流を制御するようにしてもよい。
また、上記の各実施形態において、目標値である所定の値（所定の比率、又は所定の周期）は、負荷２６に応じて、変更されてもよい。
また、上記の第１の実施形態において、電圧制御部１７１は、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率の一例として、非共振状態の期間に対する共振状態の期間の割合である共振比率を用いる例を説明したが、これに限定されるものではない。電圧制御部１７１は、例えば、共振状態の期間に対する非共振状態の期間の割合である非共振率を用いてもよいし、共振状態の期間と非共振状態の期間との周期に対する共振状態の期間の割合などを用いてもよい。
また、上記の第２の実施形態において、電圧制御部１７１ａは、共振状態の期間と非共振状態の期間とに基づいて繰り返し周期を算出する例を説明したが、共振状態の開始点、共振状態の終了点、非共振状態の開始点、及び非共振状態の終了点のうちのいずれかに基づいて、繰り返し周期を算出するようにしてもよい。なお、この場合、電圧制御部１７１ａは、共振状態の期間と非共振状態の期間とを推定する必要がない。
また、上記の第１の実施形態において、電圧制御部１７１は、移動平均を用いて、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率を算出する例を説明したが、移動平均を用いずに、毎周期ごとに給電コイル１１に供給する駆動電圧を制御するようにしてもよい。また、電圧制御部１７１は、毎周期ごとに移動平均を用いて、駆動電圧を制御するようにしてもよいし、複数周期ごとに移動平均を用いて、駆動電圧を制御するようにしてもよい。
また、上記の第２の実施形態において、電圧制御部１７１ａは、移動平均を用いて、繰り返し周期を算出するようにしてもよい。
また、給電システム１００（１００ａ）が備える各構成は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。また、給電システム１００（１００ａ）が備える各構成は、メモリ及びＣＰＵにより構成され、給電システム１００（１００ａ）が備える各構成を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
１、１ａ 給電装置
２ 受電装置
３ 電子機器
１０、２０ 共振回路
１１ 給電コイル
１２、２２ 共振コンデンサ
１３ 駆動トランジスタ
１４ 駆動電圧生成部
１５ 駆動信号生成部
１６ 波高値変動検出部
１７、１７ａ 給電制御部
２１ 受電コイル
２３ 共振制御トランジスタ
２４ 整流ダイオード
２５ 平滑コンデンサ
２６ 負荷
３０ 共振制御部
３１、３２ 抵抗
３３ コンパレータ
３４ 基準電源
１００、１００ａ 給電システム
１７１、１７１ａ 電圧制御部
１７２ 駆動制御部

Claims (8)

  1. 給電コイルを有する給電装置と、受電コイルを有する受電装置とを備え、前記給電装置から前記受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電システムであって、
    前記受電装置は、
    前記給電コイルから給電される前記受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第１のスイッチング素子とを有する共振回路と、
    前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて、前記第１のスイッチング素子を制御する共振制御部と、
    を備え、
    前記給電装置は、
    前記給電コイルに直列に接続された第２のスイッチング素子と、
    前記第２のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
    前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出部と、
    前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御部と、
    を備えることを特徴とする給電システム。
  2. 前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との比率が所定の比率になるように、前記給電コイルに供給する電圧を変更する
    ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
  3. 前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との繰り返し周期が所定の周期になるように、前記給電コイルに供給する電圧を変更する
    ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
  4. 前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との比率の複数周期にわたる移動平均を算出し、当該移動平均に基づいて前記給電コイルに供給する電力を制御する
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の給電システム。
  5. 前記共振制御部は、前記受電コイルが受電した前記受電電力を整流して前記負荷に供給する供給線の電圧が所定の閾値以下である場合に、前記共振回路が前記共振状態になるように、前記第１のスイッチング素子を制御し、前記供給線の電圧が前記所定の閾値より大きい場合に、前記共振回路が前記非共振状態になるように、前記第１のスイッチング素子を制御する
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の給電システム。
  6. 前記給電制御部は、前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて、前記受電装置に給電可能な状態であるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、前記第２のスイッチング素子に前記駆動信号を継続して供給するか否かの制御を行う駆動制御部を備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の給電システム。
  7. 給電コイルから給電される受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第１のスイッチング素子とを有する共振回路と、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて、前記第１のスイッチング素子を制御する共振制御部と、を備える受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電装置であって、
    前記給電コイルに直列に接続された第２のスイッチング素子と、
    前記第２のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
    前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出部と、
    前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御部と、
    を備えることを特徴とする給電装置。
  8. 給電コイルから給電される受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第１のスイッチング素子とを有する共振回路を備える受電装置と、前記給電コイルを有する給電装置と、を備え、前記給電装置から前記受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電システムの給電方法であって、
    前記給電装置が、前記給電コイルに直列に接続された第２のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
    前記受電装置が、前記第１のスイッチング素子を、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて制御する共振制御ステップと、
    前記給電装置が、前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出ステップと、
    前記給電装置が、前記変動検出ステップによって検出された前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御ステップと、
    を含むことを特徴とする給電方法。
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