(57)【要約】【課題】給電モジュール及び受電モジュールの周辺に発生する磁界の強度を抑制しつつ、新たな機器を設けずに、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域にない場合（待機状態）における給電モジュールの消費電力を低減することができる無線電力伝送装置、及び、無線電力伝送装置の電力供給方法を提供する。【解決手段】交流電源６に接続された給電モジュール２から、受電モジュール３に対して共振現象を利用して電力を供給する給電モジュール２に関して、磁界空間Ｚ１、Ｚ２が形成されていない待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、磁界空間Ｚ１、Ｚ２が形成されている給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなる、電源周波数で作動させる。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続された給電モジュールに受電モジュールを近接させて、前記給電モジュール周辺に発生する磁界と前記受電モジュール周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせることにより、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成しつつ、給電モジュールから、受電モジュールに対して共振現象を利用して電力を供給する無線電力伝送装置であって、
前記磁界空間が形成されていない待機状態における前記給電モジュールの入力インピーダンスが、前記磁界空間が形成され、前記受電モジュールに電力が供給されている給電状態における前記給電モジュール及び前記受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなる、前記電源の電源周波数で作動させることを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記給電モジュール及び前記受電モジュールは、少なくとも所定の共振周波数で共振する給電共振器及び受電共振器を有し、
前記給電共振器から前記受電共振器に対して前記共振現象により電力を供給するときに、前記給電共振器に流れる電流の向きと前記受電共振器に流れる電流の向きとが、同じ向きになるように、前記電源の電源周波数を前記共振周波数よりも低周波数側に設定することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記給電モジュール及び前記受電モジュールは、少なくとも所定の共振周波数で共振する給電共振器及び受電共振器を有し、
前記給電共振器から前記受電共振器に対して前記共振現象により電力を供給するときに、前記給電共振器に流れる電流の向きと前記受電共振器に流れる電流の向きとが、逆向きになるように、前記電源の電源周波数を前記共振周波数よりも高周波数側に設定することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
前記給電モジュールは、給電コイル、給電共振器、及び、受電共振器を備え、
前記受電モジュールは、受電コイルを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
前記給電モジュールは、給電コイル、及び、給電共振器を備え、
前記受電モジュールは、受電共振器、及び、受電コイルを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記給電モジュールは、給電コイルを備え、
前記受電モジュールは、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
電源に接続された給電モジュールに受電モジュールを近接させて、前記給電モジュール周辺に発生する磁界と前記受電モジュール周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせることにより、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成しつつ、給電モジュールから、受電モジュールに対して共振現象を利用して電力を供給する無線電力伝送装置の電力供給方法であって、
前記電源の電源周波数を、前記磁界空間が形成されていない待機状態における前記給電モジュールの入力インピーダンスが、前記磁界空間が形成され前記受電モジュールに電力が供給されている給電状態における前記給電モジュール及び前記受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなる帯域に調整することを特徴とする無線電力伝送装置の電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送装置及び無線電力伝送装置の電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯電話、携帯ゲーム機、イヤホン型音楽プレイヤー、無線式ヘッドセット、補聴器、レコーダーなど人が携帯しながら使用できる携帯型の電子機器が急速に普及してきている。そして、これらの携帯型の電子機器の多くには充電池が搭載されており、定期的な充電が必要とされる。この電子機器の充電池への充電作業を簡易にするために、給電モジュールと電子機器に搭載された受電モジュールとの間で無線による電力伝送を利用した給電技術（磁界を変化させて電力伝送を行う無線電力伝送技術）により、充電池を充電する機器が増えつつある。
【０００３】
無線電力伝送技術としては、給電装置（給電モジュール）及び受電装置（受電モジュール）が備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより電力伝送を行う技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
例えば、上記給電モジュール及び受電モジュールが備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより無線電力伝送をするときには、受電モジュールを給電モジュールに近づけて、給電モジュールから受電モジュールに対して給電できる距離（給電可能領域）になるように配置して使用する必要がある。このような使用過程において、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域内にない場合、給電モジュールでは、受電モジュールが給電可能領域に近接配置されるのに備えて常に電力が供給され続け、無駄に電力が消費されてしまう問題がある（待機電力が大きくなる）。
【０００５】
この問題に対して、何らかの検出部（センサ等）を給電モジュール又は受電モジュールに設け、その検出部が、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域内に配置されたことによる各種の変化を検出し、その検出結果をトリガーとして給電モジュールに電力供給を開始する対処法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献２の給電システムの給電装置（給電モジュール）には、検出部（電流・電圧検出部１１３）が設けられ、この検出部で測定した電流値・電圧値に基づきインピーダンスを求め、このインピーダンスの変化（インピーダンスの増加量など：段落[0047]等参照）を予め設定した閾値と比較することにより、給電装置（給電モジュール）と２次側機器（受電モジュール）とが給電可能領域にあるか否かを判断する構成が記載されている。
【０００７】
確かに、上記のように検出部を設けて、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域にあるか否かを判断すれば、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域にないと判断した場合は、給電モジュールへの電力供給を止めて無駄に電力が消費されるのを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２３９７６９号公報
【特許文献２】特開２０１３−６２８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のように検出部を新たに設けることは、コストが掛かるうえに、給電モジュールの小型化の点からも不都合である。
また、検出部を設けた場合でも、所定の時間間隔を空けて（間欠的に）検出部を動作させる必要があり、この検出部の動作に電力が必要となり、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域にない場合でも電力は消費されることになる（特許文献２の段落[0044]参照）。
【００１０】
更に、上記の無線電力伝送技術では、共振器間の共振現象時に給電装置及び受電装置が備える共振器周辺に磁界が発生する。その結果、給電装置や受電装置の内部や外部に配置された整流器、充電池、その他の電子部品などに、磁界に起因する渦電流が発生して発熱し、整流器や充電池や電子部品などに悪影響を及ぼす問題もある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、給電モジュール及び受電モジュールの周辺に発生する磁界の強度を抑制しつつ、新たな機器を設けずに、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域にない場合（待機状態）における給電モジュールの消費電力を低減することができる無線電力伝送装置、及び、無線電力伝送装置の電力供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための発明の一つは、電源に接続された給電モジュールに受電モジュールを近接させて、前記給電モジュール周辺に発生する磁界と前記受電モジュール周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせることにより、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成しつつ、給電モジュールから、受電モジュールに対して共振現象を利用して電力を供給する無線電力伝送装置であって、
前記磁界空間が形成されていない待機状態における前記給電モジュールの入力インピーダンスが、前記磁界空間が形成され、前記受電モジュールに電力が供給されている給電状態における前記給電モジュール及び前記受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなる、前記電源の電源周波数で作動させることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、給電モジュール周辺に発生する磁界と受電モジュール周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせる程度に、給電モジュールに対して受電モジュールを近接させることにより、給電モジュール及び受電モジュールの間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。そして、磁界空間が形成されていない待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスが、磁界空間が形成されている給電状態における給電モジュール及び受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュールの消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置であって、前記給電モジュール及び前記受電モジュールは、少なくとも所定の共振周波数で共振する給電共振器及び受電共振器を有し、
前記給電共振器から前記受電共振器に対して前記共振現象により電力を供給するときに、前記給電共振器に流れる電流の向きと前記受電共振器に流れる電流の向きとが、同じ向きになるように、前記電源の電源周波数を前記共振周波数よりも低周波数側に設定することを特徴としている。
【００１５】
上記の構成では、共振現象を利用した電力伝送を行う際に、給電モジュールに受電モジュールを近接させることにより、給電共振器と受電共振器との結合の強さを表す結合係数が高くなる。このように結合係数が高い状態で、伝送特性『Ｓ２１』（給電モジュールから受電モジュールに電力を送電する際の送電効率の指標となる値）を解析すると、その解析波形は低周波側と高周波側とにピークが分離する。
そして、この低周波側の周波数に、電源の電源周波数を設定することにより、給電共振器に流れる電流の向きと受電共振器に流れる電流の向きとが同じ向きになり、給電モジュールの外周側に発生する磁界と受電モジュールの外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電モジュール及び受電モジュールの外周側に、磁界による影響が低減されて、給電モジュール及び受電モジュールの外周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。そして、給電モジュール及び受電モジュールの外周側に磁界空間が形成されていない待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスが、給電モジュール及び受電モジュールの外周側に磁界空間が形成されている給電状態における給電モジュール及び受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュールの消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置であって、前記給電モジュール及び前記受電モジュールは、少なくとも所定の共振周波数で共振する給電共振器及び受電共振器を有し、
前記給電共振器から前記受電共振器に対して前記共振現象により電力を供給するときに、前記給電共振器に流れる電流の向きと前記受電共振器に流れる電流の向きとが、逆向きになるように、前記電源の電源周波数を前記共振周波数よりも高周波数側に設定することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成では、共振現象を利用した電力伝送を行う際に、給電モジュールに受電モジュールを近接させることにより、給電共振器と受電共振器との結合の強さを表す結合係数が高くなる。このように結合係数が高い状態で、伝送特性『Ｓ２１』（給電モジュールから受電モジュールに電力を送電する際の送電効率の指標となる値）を解析すると、その解析波形は低周波側と高周波側とにピークが分離する。
そして、この高周波側の周波数に、電源の電力周波数を設定することにより、給電共振器に流れる電流の向きと受電共振器に流れる電流の向きとが逆向きになり、給電モジュールの内周側に発生する磁界と受電モジュールの内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電モジュール及び受電モジュールの内周側に、磁界による影響が低減されて、給電モジュール及び受電モジュールの内周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。そして、給電モジュール及び受電モジュールの内周側に磁界空間が形成されていない待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスが、給電モジュール及び受電モジュールの内周側に磁界空間が形成されている給電状態における給電モジュール及び受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュールの消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置であって、前記給電モジュールは、給電コイル、給電共振器、及び、受電共振器を備え、前記受電モジュールは、受電コイルを備えていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスを、給電コイル、給電共振器、及び、受電共振器を有する給電モジュールの入力インピーダンスとして構成することができる。
これによれば、給電モジュールは、少なくとも給電コイル、給電共振器、及び、受電共振器の３つの要素によって構成されているため、給電モジュールの入力インピーダンスを決定するための要素が多くなる。そして、給電モジュールの入力インピーダンスを決定するための要素が多くなるということは、電源の電源周波数に対する給電モジュールの入力インピーダンスの関係を決定するための要素も多くなるため、給電モジュールの設計自由度を高めることができる。
また、受電モジュールを、受電コイルを有する構成としているため、受電モジュールのコンパクト化を実現することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置であって、前記給電モジュールは、給電コイル、及び、給電共振器を備え、前記受電モジュールは、受電共振器、及び、受電コイルを備えていることを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスを、給電コイル、及び、給電共振器を有する給電モジュールの入力インピーダンスとして構成することができる。
これによれば、給電モジュールは、少なくとも給電コイル、及び、給電共振器の２つの要素によって構成されているため、給電モジュールの入力インピーダンスを決定するための要素が多くなる。そして、給電モジュールの入力インピーダンスを決定するための要素が多くなるということは、電源の電源周波数に対する給電モジュールの入力インピーダンスの関係を決定するための要素も多くなるため、給電モジュールの設計自由度を高めることができる。
また、受電モジュールを、受電コイルを有する構成としているため、受電モジュールのコンパクト化を実現することができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置であって、前記給電モジュールは、給電コイルを備え、前記受電モジュールは、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルを備えていることを特徴としている。
【００２３】
上記構成によれば、待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスを、給電コイルの入力インピーダンスとして構成することができる。
これによれば、給電モジュールは、主に給電コイルの１つの要素によって構成されているため、給電モジュールの入力インピーダンスを決定するための要素を単一化することができる。そして、給電モジュールの入力インピーダンスを決定するための要素を単一化することができるということは、電源の電源周波数に対する給電モジュールの入力インピーダンスの関係を決定するための要素も単一化することができるため、給電モジュールの設計の簡素化を図ることができる。
【００２４】
また、上記課題を解決するための発明の一つは、電源に接続された給電モジュールに受電モジュールを近接させて、前記給電モジュール周辺に発生する磁界と前記受電モジュール周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせることにより、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成しつつ、給電モジュールから、受電モジュールに対して共振現象を利用して電力を供給する無線電力伝送装置の電力供給方法であって、
前記電源の電源周波数を、前記磁界空間が形成されていない待機状態における前記給電モジュールの入力インピーダンスが、前記磁界空間が形成され前記受電モジュールに電力が供給されている給電状態における前記給電モジュール及び前記受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなる帯域に調整することを特徴としている。
【００２５】
上記方法によれば、給電モジュール周辺に発生する磁界と受電モジュール周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせる程度に、給電モジュールに対して受電モジュールを近接させることにより、給電モジュール及び受電モジュールの間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。そして、磁界空間が形成されていない待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスが、磁界空間が形成されている給電状態における給電モジュール及び受電モジュールの入力インピーダンスよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュールの消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
給電モジュール及び受電モジュールの周辺に発生する磁界の強度を抑制しつつ、新たな機器を設けずに、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域にない場合（待機状態）における給電モジュールの消費電力を低減することができる無線電力伝送装置、及び、無線電力伝送装置の電力供給方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】給電モジュールを搭載した充電器、及び、受電モジュールを搭載した無線式ヘッドセットの説明図である。
【図２】待機状態における給電モジュール及び受電モジュールの説明図である。
【図３】給電状態における給電モジュール及び受電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図４】磁界空間の形成場所を説明した説明図である。
【図５】ネットワークアナライザに接続した無線電力伝送装置の説明図である。
【図６】電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである。
【図７】（Ａ）同相共振モードの説明図である。（Ｂ）同相共振モードにおける磁界ベクトル図である。
【図８】（Ａ）同相共振モードにおける給電モジュール及び受電モジュールを側面から見た磁界強度分布である。（Ｂ）図８（Ａ）の給電モジュール及び受電モジュールのＡ−Ａ断面図である。
【図９】（Ａ）逆相共振モードの説明図である。（Ｂ）逆相共振モードにおける磁界ベクトル図である。
【図１０】（Ａ）逆相共振モードにおける給電モジュール及び受電モジュールを側面から見た磁界強度分布である。（Ｂ）図１０（Ａ）の給電モジュール及び受電モジュールのＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】実施例１−１に係る給電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図１２】実施例１−１に係る解析結果を示すグラフである。
【図１３】実施例１−２に係る給電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図１４】実施例１−２に係る解析結果を示すグラフである。
【図１５】実施例１−３に係る給電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図１６】実施例１−３に係る解析結果を示すグラフである。
【図１７】実施例２−１に係る給電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図１８】実施例２−１に係る解析結果を示すグラフである。
【図１９】実施例２−２に係る給電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図２０】実施例２−２に係る解析結果を示すグラフである。
【図２１】実施例２−３に係る給電モジュールを等価回路で示した説明図である。
【図２２】実施例２−３に係る解析結果を示すグラフである。
【図２３】給電モジュールを搭載した充電器、及び、受電モジュールを搭載した無線式ヘッドセットの設計方法を説明したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に本発明である無線電力伝送に用いる無線電力伝送装置１、及び、無線電力伝送装置１の電力供給方法の実施形態について説明する。
【００２９】
（実施形態）
まず、本実施形態では、無線電力伝送を実現する、給電モジュール２及び受電モジュール３を主な構成要素とする無線電力伝送装置１を、図１に示すように、給電モジュール２を備えた充電器１０１、及び、受電モジュール３を備えた無線式ヘッドセット１０２を例に説明する。
【００３０】
（充電器１０１及び無線式ヘッドセット１０２の構成）
充電器１０１は、図１に示すように、給電コイル２１及び給電共振器２２を有した給電モジュール２を備えている。また、無線式ヘッドセット１０２は、イヤホンスピーカ部１０２ａ、受電コイル３１及び受電共振器３２を有した受電モジュール３を備えている。そして、給電モジュール２の給電コイル２１には、給電モジュール２に供給する電力の電源周波数を所定の値に設定した発振回路を備えた交流電源６が接続され、受電モジュール３の受電コイル３１には、受電された交流電力を整流化する安定回路７及び過充電を防止する充電回路８を介して充電池９が接続されている。なお、図１では、説明の都合上、安定回路７、充電回路８及び充電池９を受電モジュール３の外に記載しているが、実際は、ソレノイド状の受電コイル３１及び受電共振器３２のコイル内周側に配置されている。また、本実施形態における安定回路７、充電回路８、及び、充電池９は、図１に示すように、最終的な電力の給電先となる被給電機器１０であり、被給電機器１０は、受電モジュール３に接続された電力の給電先の機器全体の総称である。また、給電モジュール２及び受電モジュール３を無線電力伝送装置１としている。
【００３１】
また、図示しないが、充電器１０１は、無線式ヘッドセット１０２を収納するための、無線式ヘッドセット１０２の形状に即した収納溝が設けられており、この充電器１０１の収納溝に無線式ヘッドセット１０２を収納することにより、充電器１０１が備える給電モジュール２と無線式ヘッドセット１０２が備える受電モジュール３とが対向配置されるように無線式ヘッドセット１０２を位置決めすることができるようになっている。
【００３２】
給電コイル２１は、交流電源６から得られた電力を電磁誘導によって給電共振器２２に供給する役割を果たす。この給電コイル２１は、図３に示すように、抵抗器Ｒ１、コイルＬ１、及び、コンデンサＣ１を要素とするＲＬＣ回路を構成している。なお、コイルＬ１部分は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。また、給電コイル２１を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ１としており、本実施形態では、給電コイル２１を構成する抵抗器Ｒ１、コイルＬ１、及び、コンデンサＣ１を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ１とする。また、給電コイル２１に流れる電流をＩ１する。
【００３３】
受電コイル３１は、給電共振器２２から受電共振器３２に磁界エネルギーとして伝送された電力を電磁誘導によって受電し、安定回路７及び充電回路８を介して充電池９に供給する役割を果たす。この受電コイル３１は、給電コイル２１同様に、図３に示すように、抵抗器Ｒ４、コイルＬ４、及び、コンデンサＣ４を要素とするＲＬＣ回路を構成している。なお、コイルＬ４部分は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。また、受電コイル３１を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ４としており、本実施形態では、受電コイル３１を構成する抵抗器Ｒ４、コイルＬ４、及び、コンデンサＣ４を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ４とする。また、受電コイル３１に接続された被給電機器１０の合計のインピーダンスをＺＬとするが、本実施形態では、図３に示すように、受電コイル３１に接続された安定回路７、充電回路８及び充電池９（被給電機器１０）の各負荷インピーダンスを合わせたものを便宜的に抵抗器ＲＬ（ＺＬに相当）としている。また、受電コイル３１に流れる電流をＩ４する。
【００３４】
給電共振器２２は、図３に示すように、抵抗器Ｒ２、コイルＬ２、及び、コンデンサＣ２を要素とするＲＬＣ回路を構成している。また、受電共振器３２は、図３に示すように、抵抗器Ｒ３、コイルＬ３、及び、コンデンサＣ３を要素とするＲＬＣ回路を構成している。そして、給電共振器２２及び受電共振器３２は、それぞれ共振回路となり、磁界共鳴状態を創出する役割を果たす。ここで、磁界共鳴状態（共振現象）とは、２つ以上のコイルが共振周波数帯域において共振することをいう。また、給電共振器２２を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ２とし、本実施形態では、給電共振器２２を構成する、抵抗器Ｒ２、コイルＬ２、及び、コンデンサＣ２を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ２とする。また、受電共振器３２を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ３とし、本実施形態では、受電共振器３２を構成する、抵抗器Ｒ３、コイルＬ３、及び、コンデンサＣ３を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ３とする。また、給電共振器２２に流れる電流をＩ２とし、受電共振器３２に流れる電流をＩ３とする。
【００３５】
また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１における共振回路としてのＲＬＣ回路では、インダクタンスをＬ、コンデンサ容量をＣとすると、（式１）によって定まるｆが共振周波数となる。そして、本実施形態における給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１の共振周波数は、１．０ＭＨｚとしている。
2014241668.tif 000003
・・・（式１）
【００３６】
また、給電共振器２２及び受電共振器３２は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。また、給電共振器２２及び受電共振器３２における共振周波数は上記のように一致させている。なお、給電共振器２２及び受電共振器３２は、コイルを使用した共振器であれば、スパイラル型やソレノイド型などのコイルであってもよい。
【００３７】
また、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離をｄ１２とし、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離をｄ２３とし、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離をｄ３４としている（図１参照）。
【００３８】
また、図３に示すように、給電コイル２１のコイルＬ１と給電共振器２２のコイルＬ２との間の相互インダクタンスをＭ１２、給電共振器２２のコイルＬ２と受電共振器３２のコイルＬ３との間の相互インダクタンスをＭ２３、受電共振器３２のコイルＬ３と受電コイル３１のコイルＬ４との間の相互インダクタンスをＭ３４としている。また、給電モジュール２及び受電モジュール３において、コイルＬ１とコイルＬ２との間の結合係数をｋ１２と表記し、コイルＬ２とコイルＬ３との間の結合係数をｋ２３と表記し、コイルＬ３とコイルＬ４との間の結合係数をｋ３４と表記している。
【００３９】
また、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ１、Ｌ１、Ｃ１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ２、Ｌ２、Ｃ２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ３、Ｌ３、Ｃ３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ４、Ｌ４、Ｃ４における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、及び、結合係数ｋ１２、ｋ２３、ｋ３４は、設計・製造段階等で変更可能なパラメータとして設定される。
【００４０】
上記給電モジュール２及び受電モジュール３によれば、給電共振器２２の共振周波数と受電共振器３２の共振周波数とを一致させた場合、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界共鳴状態を創出することができる。給電共振器２２及び受電共振器３２が共振した状態で磁界共鳴状態が創出されると、給電共振器２２から受電共振器３２に電力を磁界エネルギーとして伝送することが可能となり、給電モジュール２を備えた充電器１０１から、受電モジュール３を備えた無線式ヘッドセット１０２に電力が無線伝送され、無線式ヘッドセット１０２内に設けられた充電池９が充電される。
【００４１】
（磁界強度を弱めた磁界空間の形成）
本実施形態では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に発生する磁界の強度を抑制するために、磁界強度を弱めた磁界空間を形成する。具体的には、図４に示すように、給電モジュール２の給電共振器２２から受電モジュール３の受電共振器３２に共振現象を利用した電力供給をする際に、給電共振器２２と受電共振器３２の間の所望位置に、当該所望位置以外の磁界強度よりも磁界強度が小さな磁界空間Ｚ１又は磁界空間Ｚ２を形成する。ここで、所望の位置とは、詳細は後述するが、給電モジュール２におけるコイル（給電共振器２２）又は受電モジュール３におけるコイル（受電共振器３２）の内周側の空間（磁界空間Ｚ２）又は外周側の空間（磁界空間Ｚ１）をいう。
【００４２】
（磁界空間が形成される場所）
図５に示すように、上記充電器１０１及び無線式ヘッドセット１０２に組み込まれる無線電力伝送装置１（給電モジュール２及び受電モジュール３）をネットワークアナライザ１１０（本実施形態では、アジレント・テクノロジー株式会社製のＥ５０６１Ｂを使用）に接続し、磁界空間が形成される場所について説明する。また、磁界空間を測定するに際しては、電磁界解析を用いて解析し、磁界強度を色調で表示させることによって測定する。
【００４３】
まず、ネットワークアナライザ１１０を使用して、給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を変えながら伝送特性『Ｓ２１』を解析する。この際、図６のグラフに示すように、横軸を出力端子１１１から出力される交流電力の電源周波数とし、縦軸を伝送特性『Ｓ２１』として解析する。
【００４４】
なお、伝送特性『Ｓ２１』とは、ネットワークアナライザ１１０を給電モジュール２及び受電モジュール３に接続して計測される信号を表しており、デシベル表示され、数値が大きいほど電力伝送効率が高いことを意味する。また、電力伝送効率とは、ネットワークアナライザ１１０に無線電力伝送装置１を接続した状態で、出力端子１１１から給電モジュール２に供給される電力に対する入力端子１１２に出力される電力の比率のことをいう。即ち、伝送特性『Ｓ２１』が高いほど、電力伝送効率が高くなることを意味する。
【００４５】
本実施形態では、図６に示すように、解析された伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図６の実線５２）が、低周波側と高周波側とにピークが分離する双峰性の性質を有するように設定される。なお、分離したピークのうち、高周波側の周波数をfH、低周波側の周波数をfLとして表す。
【００４６】
ここで、無線電力伝送装置１に供給する電力の電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』は、給電モジュール２及び受電モジュール３の間の磁界による結びつき度合い（磁界結合）の強度により、単峰性の性質を有するものと双峰性の性質を有するものに分かれる。そして、単峰性とは、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが一つで、そのピークが共振周波数帯域(ｆo）において現れるものをいう（図６の破線５１参照）。一方、双峰性とは、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが二つあり、その二つのピークが共振周波数よりも低い電源周波数帯域(fL)と共振周波数よりも高い電源周波数帯域(fH)において現れるものをいう（本実施形態の解析結果に係る図６の実線５２参照）。更に詳細に双峰性を定義すると、上記ネットワークアナライザ１１０に給電モジュール２及び受電モジュール３を接続して計測される反射特性『Ｓ１１』が二つのピークを有する状態をいう。従って、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが一見して一つに見えたとしても、計測されている反射特性『Ｓ１１』が二つのピークを有する場合には、双峰性の性質を有するものとする。
【００４７】
仮に、単峰性の性質を有するように設定すると、給電モジュール２及び受電モジュール３の伝送特性『Ｓ２１』は、図６の破線５１に示すように、電源周波数が共振周波数ｆ０の帯域で最大化する（電力伝送効率が最大化する）。
【００４８】
一方、本実施形態のように、双峰性の性質を有する給電モジュール２及び受電モジュール３では、図６の実線５２に示すように、伝送特性『Ｓ２１』は、共振周波数ｆoよりも低い電源周波数帯域(fL)と共振周波数ｆoよりも高い電源周波数帯域(fH)において最大化する。なお、一般的に、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離が同じであれば、双峰性における伝送特性『Ｓ２１』の最大値（fL又はfHでの伝送特性『Ｓ２１』の値）は、単峰性における伝送特性『Ｓ２１』の最大値(ｆ０での伝送特性『Ｓ２１』の値)よりも低い値になる。
【００４９】
なお、本実施例では、解析された伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が、低周波側と高周波側とにピークが分離する程度に給電共振器２２と受電共振器３２とが近接配置されていればよい。また、無線電力伝送装置１の伝送特性『Ｓ２１』が双峰性の性質を有するには、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ１、Ｌ１、Ｃ１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ２、Ｌ２、Ｃ２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ３、Ｌ３、Ｃ３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ４、Ｌ４、Ｃ４における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、結合係数ｋ１２、ｋ２３、ｋ３４、コイル間距離ｄ１２、ｄ２３、ｄ３４などの給電モジュール２及び受電モジュール３を構成する変更可能なパラメータを設定することにより実現される。
【００５０】
そして、伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が双峰性を示す場合に、共振周波数ｆoよりも低い周波数帯域に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定した場合、給電共振器２２及び受電共振器３２が同位相で共振状態となり、図７（Ａ）に示すように、給電共振器２２に流れる電流の向き（２２Ａ）と受電共振器３２に流れる電流の向き（３２Ａ）とが同じ向きになる。その結果、図７（Ｂ）の磁界ベクトル図に示すように、給電共振器２２の外周側に発生する磁界と受電共振器３２の外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側以外の磁界強度（例えば、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側の磁界強度）よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ１を形成することができる。ここで、給電モジュール２におけるコイル（給電共振器２２）に流れる電流の向きと受電モジュール３におけるコイル（受電共振器３２）に流れる電流の向きとが同じ向きとなる共振状態を同相共振モードと呼ぶことにする。また、同相共振モードにおいて、伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が双峰性を示す場合に、共振周波数ｆoよりも低い周波数帯域に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定することを広義の同相共振モード（図６参照）と定義し、更に、『Ｓ２１』の解析波形の共振周波数ｆoよりも低い周波数帯域に現れるピーク(fL)付近（『Ｓ２１』の値がおよそ−１０ｄＢ以上となる範囲）の周波数帯域に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定することを狭義の同相共振モード（図６参照）と定義する。なお、狭義の同相共振モードにおいて、『Ｓ２１』の解析波形の共振周波数ｆoよりも低い周波数帯域に現れるピーク(fL)に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定することを最狭義の同相共振モードとする。
【００５１】
上記最狭義の同相共振モードにおける給電共振器２２及び受電共振器３２周辺の磁界強度分布を、図８（Ａ）（Ｂ）に、電磁界解析を用いて解析し、磁界強度を色調で表示させた解析結果として示す。この図８（Ａ）（Ｂ）の磁界強度分布からも、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側に、磁界による影響が低減されて、比較的小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ１を確認することができる。なお、図８（Ａ）は、給電モジュール２及び受電モジュール３を側面から見た磁界強度分布であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の給電モジュール２及び受電モジュール３のＡ−Ａ断面図である。
【００５２】
一方、伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が双峰性を示す場合に、共振周波数ｆoよりも高い周波数帯域に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定した場合、給電共振器２２及び受電共振器３２が逆位相で共振状態となり、図９（Ａ）に示すように、給電共振器２２に流れる電流の向き（２２Ａ）と受電共振器３２に流れる電流の向き（３２Ａ）とが逆向きになる。その結果、図９（Ｂ）の磁界ベクトル図に示すように、給電共振器２２の内周側に発生する磁界と受電共振器３２の内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側以外の磁界強度（例えば、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側の磁界強度）よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ２を形成することができる。ここで、給電モジュール２におけるコイル（給電共振器２２）に流れる電流の向きと受電モジュール３におけるコイル（受電共振器３２）に流れる電流の向きとが逆向きとなる共振状態を逆相共振モードと呼ぶことにする。また、逆相共振モードにおいて、伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が双峰性を示す場合に、共振周波数ｆoよりも高い周波数帯域に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定することを広義の逆相共振モード（図６参照）と定義し、更に、『Ｓ２１』の解析波形の共振周波数ｆoよりも高い周波数帯域に現れるピーク(fH)付近（『Ｓ２１』の値がおよそ−１０ｄＢ以上となる範囲）の周波数帯域に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定することを狭義の逆相共振モード（図６参照）と定義する。なお、狭義の逆相共振モードにおいて、『Ｓ２１』の解析波形の共振周波数ｆoよりも高い周波数帯域に現れるピーク(fH)に給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を設定することを最狭義の逆相共振モードとする。
【００５３】
上記最狭義の逆相共振モードにおける給電共振器２２及び受電共振器３２周辺の磁界強度分布を、図１０（Ａ）（Ｂ）に、電磁界解析を用いて解析し、磁界強度を色調で表示させた解析結果として示す。この図１０（Ａ）（Ｂ）の磁界強度分布からも、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側に、磁界による影響が低減されて、比較的小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ２を確認することができる。なお、図１０（Ａ）は、給電モジュール２及び受電モジュール３を側面から見た磁界強度分布であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の給電モジュール２及び受電モジュール３のＢ−Ｂ断面図である。
【００５４】
上記によれば、無線電力伝送装置１（給電モジュール２及び受電モジュール３）に関して、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』が双峰性の性質を有するように設定し、給電共振器２２から受電共振器３２に対して共振現象により電力を供給するときに、給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を同相共振モードに設定することにより、給電共振器２２に流れる電流の向きと受電共振器３２に流れる電流の向きとが同じ向きになり、給電共振器２２の外周側に発生する磁界と受電共振器３２の外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ１を形成することができる。
【００５５】
そして、この磁界空間Ｚ１に磁界の影響を低減させたい安定回路７や充電回路８や充電池９などを収納した場合、安定回路７や充電回路８や充電池９などに対して、磁界に起因する渦電流の発生を低減・防止して、発熱による悪影響を抑制することが可能となる。
【００５６】
また、上記のように、無線電力伝送装置１（給電モジュール２及び受電モジュール３）に関して、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』が双峰性の性質を有するように設定し、給電共振器２２から受電共振器３２に対して共振現象により電力を供給するときに、給電モジュール２に供給する交流電力の周波数を逆相共振モードに設定することにより、給電共振器２２に流れる電流の向きと受電共振器３２に流れる電流の向きとが逆向きになり、給電共振器２２の内周側に発生する磁界と受電共振器３２の内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ２を形成することができる。
【００５７】
そして、この磁界空間Ｚ２に磁界の影響を低減させたい安定回路７や充電回路８や充電池９などを収納した場合、安定回路７や充電回路８や充電池９などに対して、磁界に起因する渦電流の発生を低減・防止して、発熱による悪影響を抑制することが可能となる。また、この逆相共振モードにより形成される磁界空間は、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側に形成されるので、この空間に安定回路７や充電回路８や充電池９などの電子部品を組み込むことにより給電モジュール２及び受電モジュール３自体のコンパクト化・設計自由度の向上が実現される。
【００５８】
（待機状態の入力インピーダンスと給電状態の入力インピーダンスの関係）
まず、本実施形態に係る無線電力伝送装置１における給電状態及び待機状態の概念について説明する。図１及び図３に示すように、給電モジュール２から受電モジュール３に対して電力が供給されている状態を給電状態とする。この給電状態は、給電モジュール２及び受電モジュール３が備える給電共振器２２と受電共振器３２とが磁界共鳴状態を創出したときとも言える。また、給電状態は、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３がある程度近接配置された場合（給電可能領域）に成立する状態でもある。また、この給電状態では、上述した磁界空間（Ｚ１又はＺ２）が形成されている状態ともいえる。また、本実施形態では、無線式ヘッドセット１０２における充電池９に充電がなされている状態が給電状態といえる。
【００５９】
一方、図２に示すように、給電モジュール２から受電モジュール３に対して電力が供給されていない状態を待機状態とする。この待機状態は、給電モジュール２及び受電モジュール３が備える給電共振器２２と受電共振器３２とが磁界共鳴状態を創出していないときとも言える。また、待機状態は、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３が、上記磁界共鳴状態を創出しない程度の配置関係にある場合に成立する状態でもある。また、この待機状態では、上述した磁界空間（Ｚ１又はＺ２）が形成されていない状態ともいえる。また、本実施形態では、無線式ヘッドセット１０２における充電池９に充電がなされていない状態が待機状態といえる。
【００６０】
次に、上記の待機状態、及び、給電状態の概念を踏まえて、待機状態における給電モジュール２の消費電力を低減するための、給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態の入力インピーダンスと給電状態の入力インピーダンスとの関係を説明する。
【００６１】
まず、無線電力伝送を利用した電力伝送において、待機状態における消費電力を低減させる必要性を説明する。上述したように、給電モジュール２及び受電モジュール３が備える給電共振器２２と受電共振器３２との間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより無線電力伝送をするときには、受電モジュール３を給電モジュール２に近づけて、給電モジュール２から受電モジュール３に対して給電できる距離（給電可能領域）になるように配置して使用する必要がある。このような使用過程において、給電モジュール２と受電モジュール３とが給電可能領域内にない場合（待機状態）、給電モジュール２では、受電モジュール３が給電可能領域に近接配置される（給電状態）のに備えて常に電力が供給され続けた状態になる。
そうすると、待機状態における給電モジュール２の消費電力は無駄になってしまう。
一方、待機状態では、受電モジュール３が給電可能領域に近接配置された際に、すぐに給電状態に移行できるように給電モジュール２に電力を供給され続ける必要がある。
そうすると、待機状態における消費電力は、給電状態における消費電力よりも抑制されることが求められる。
そこで、待機状態における消費電力を、給電状態における消費電力よりも抑制するためには、消費電力Ｐは下記（式２）により算出されることから、待機状態における入力インピーダンスＺinの値を、給電状態における入力インピーダンスＺinの値よりも大きくすればよいことが分かる。なお、交流電源６によって給電モジュール２に印加される電圧Ｖ（実効値）は一定に保持されるため、電圧Ｖは可変要素とはしていない。
2014241668.tif 000004
・・・（式２）
【００６２】
従って、本実施形態に係る給電モジュール２は、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるように設定され、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなる電源周波数で作動させることにより実現される。そして、このように構成することにより、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュール２の消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【００６３】
以下実施例を示して説明する。以下の実施例では、様々な構成をした給電モジュール２及び受電モジュール３を用いて、待機状態（ＯＦＦ）における電源周波数に対する入力インピーダンスＺinと給電状態（ＯＮ）における電源周波数に対する入力インピーダンスＺinを測定した。なお、実施例では、安定回路７、充電回路８、及び、充電池９の代わりに可変抵抗器１１（Ｒｌ）を接続して測定している。
【００６４】
また、実施例１−１〜実施例２−３では、給電状態における、給電モジュール２及び受電モジュール３に供給する電力の電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』が、双峰性の性質を有するもので解析している。
【００６５】
（実施例１−１）
実施例１−１に係る給電モジュール２は、図１１に示すように、給電コイル２１及び給電共振器２２を備えた構成をしている。一方、受電モジュール３は、受電共振器３２及び受電コイル３１を備えた構成をしている。そして、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ１、コイルＬ１、及び、コンデンサＣ１を要素とするＲＬＣ直列回路を構成しており（共振あり）、コイルＬ１部分は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。同様に、受電コイル３１も、抵抗器Ｒ４、コイルＬ４、及び、コンデンサＣ４を要素とするＲＬＣ直列回路を構成しており、コイルＬ４部分は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。また、給電共振器２２は、抵抗器Ｒ２、コイルＬ２、及び、コンデンサＣ２を要素とするＲＬＣ直列回路を構成しており、コイルＬ２部分は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。また、受電共振器３２は、抵抗器Ｒ３、コイルＬ３、及び、コンデンサＣ３を要素とするＲＬＣ直列回路を構成しており、コイルＬ３部分は、線径０．４ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１８回巻きにしたコイル径１５ｍｍφのソレノイドコイルである。そして、実施例１−１におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の値をそれぞれ、０．５Ωに設定した。また、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の値をそれぞれ、４．５μＨに設定した。また、被給電機器１０のＲＬは１００Ωである。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１における共振周波数は１．０ＭＨｚである。また、各結合係数ｋ１２、ｋ２３、ｋ３４は０．３である（なお、給電状態での結合係数の値である）。
【００６６】
待機状態では、図１１に示すように、給電モジュール２を構成する給電コイル２１及び給電共振器２２における入力インピーダンスをＺinとしている。また、図３に示すように、給電状態では、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、給電共振器２２、及び、受電モジュール３を構成する受電共振器３２、受電コイル３１における入力インピーダンスをＺinとしている。
【００６７】
実施例１−１における給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１２の破線）と給電状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１２の実線）の測定結果を図１２に示す。これを見ると、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin（図１２の破線）が、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺin（図１２の実線）よりも大きくなる電源周波数帯域は、約０．７８〜０．８４ＭＨｚの帯域Ａ１、約０．９２〜１．０９ＭＨｚの帯域Ａ２、及び、約１．２８〜１．５（測定上限）ＭＨｚの帯域Ａ３の３つの帯域があることが分かる。
【００６８】
また、上述したように本実施例では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に磁界空間（Ｚ１、Ｚ２）を形成することも目的の一つとしている。具体的には、実施例１−１では、磁界空間Ｚ１を形成するときに設定する、狭義の同相共振モードとなる電源周波数帯域は、０．８３ＭＨＺ以上、１．００ＭＨｚ未満の帯域ａ１である（図１２参照）。一方、磁界空間Ｚ２を形成するときに設定する、狭義の逆相共振モードとなる電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく、１．３７ＭＨｚ以下の帯域ａ２である（図１２参照）。
【００６９】
上記より、実施例１−１において、磁界空間Ｚ１を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、０．８３〜０．８４ＭＨｚの帯域、及び、０．９２ＭＨｚ以上１．００ＭＨｚ未満の帯域となる。よって、実施例１−１に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ１を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、０．８３〜０．８４ＭＨｚの帯域、又は、０．９２ＭＨｚ以上１．００ＭＨｚ未満の帯域に設定して使用する。また、磁界空間Ｚ２を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく１．０９ＭＨｚ以下の帯域、及び、１．２８〜１．３７ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例１−１に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ２を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、１．００ＭＨｚより大きく１．０９ＭＨｚ以下の帯域、又は、１．２８〜１．３７ＭＨｚの帯域に設定して使用する。
【００７０】
（実施例１−２）
実施例１−２に係る給電モジュール２は、図１３に示すように、給電コイル２１、給電共振器２２、及び受電共振器３２を備えた構成をしている。一方、受電モジュール３は、受電コイル３１を備えた構成をしている。なお、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１それぞれの構成は実施例１−１と同様である。
【００７１】
待機状態では、図１３に示すように、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、給電共振器２２、及び、受電共振器３２における入力インピーダンスをＺinとしている。また、図３に示すように、給電状態では、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電モジュール３を構成する受電コイル３１における入力インピーダンスをＺinとしている。
【００７２】
実施例１−２における給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１４の破線）と給電状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１４の実線）の測定結果を図１４に示す。これを見ると、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin（図１４の破線）が、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺin（図１４の実線）よりも大きくなる電源周波数帯域は、約０．８７〜０．８９ＭＨｚの帯域Ｂ１、及び、約１．１４〜１．２２ＭＨｚの帯域Ｂ２の２つの帯域があることが分かる。
【００７３】
また、上述したように本実施例では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に磁界空間（Ｚ１、Ｚ２）を形成することも目的の一つとしている。実施例１−２も、実施例１−１と同様に、磁界空間Ｚ１を形成するときに設定する、狭義の同相共振モードとなる電源周波数帯域は、０．８３ＭＨＺ以上、１．００ＭＨｚ未満の帯域ａ１である（図１４参照）。一方、磁界空間Ｚ２を形成するときに設定する、狭義の逆相共振モードとなる電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく、１．３７ＭＨｚ以下の帯域ａ２である（図１４参照）。
【００７４】
上記より、実施例１−２において、磁界空間Ｚ１を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、０．８７〜０．８９ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例１−２に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ１を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、０．８７〜０．８９ＭＨｚに設定して使用する。また、磁界空間Ｚ２を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、１．１４〜１．２２ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例１−２に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ２を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、１．１４〜１．２２ＭＨｚに設定して使用する。
【００７５】
（実施例１−３）
実施例１−３に係る給電モジュール２は、図１５に示すように、給電コイル２１を備えた構成をしている。一方、受電モジュール３は、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１を備えた構成をしている。なお、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１それぞれの構成は実施例１−１と同様である。
【００７６】
待機状態では、図１５に示すように、給電モジュール２を構成する給電コイル２１における入力インピーダンスをＺinとしている。また、図３に示すように、給電状態では、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、及び、受電モジュール３を構成する給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１における入力インピーダンスをＺinとしている。
【００７７】
実施例１−３における給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１６の破線）と給電状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１６の実線）の測定結果を図１６に示す。これを見ると、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin（図１６の破線）が、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺin（図１６の実線）よりも大きくなる電源周波数帯域は、約０．６０〜０．８５ＭＨｚの帯域Ｃ１、及び、約１．２５〜１．５（測定上限）ＭＨｚの帯域Ｃ２の２つの帯域があることが分かる。
【００７８】
また、上述したように本実施例では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に磁界空間（Ｚ１、Ｚ２）を形成することも目的の一つとしている。実施例１−３も、実施例１−１と同様に、磁界空間Ｚ１を形成するときに設定する、狭義の同相共振モードとなる電源周波数帯域は、０．８３ＭＨＺ以上、１．００ＭＨｚ未満の帯域ａ１である（図１６参照）。一方、磁界空間Ｚ２を形成するときに設定する、狭義の逆相共振モードとなる電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく、１．３７ＭＨｚ以下の帯域ａ２である（図１６参照）。
【００７９】
上記より、実施例１−３において、磁界空間Ｚ１を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、０．８３〜０．８５ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例１−３に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ１を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、０．８３〜０．８５ＭＨｚに設定して使用する。また、磁界空間Ｚ２を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、１．２５〜１．３７ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例１−３に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ２を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、１．２５〜１．３７ＭＨｚに設定して使用する。
【００８０】
（実施例２−１）
実施例２−１〜実施例２−３は、実施例１−１〜実施例１−３とは異なり、給電モジュール２に含まれる給電コイル２１を構成するＲＬＣ回路（抵抗器Ｒ１、コイルＬ１、及び、コンデンサＣ１）のコンデンサＣ１が、図１７、図１９、図２１に示すように、並列接続されている。
【００８１】
実施例２−１に係る給電モジュール２は、図１７に示すように、給電コイル２１及び給電共振器２２を備えた構成をしている。一方、受電モジュール３は、受電共振器３２及び受電コイル３１を備えた構成をしている。そして、前述したように給電コイル２１は、抵抗器Ｒ１、コイルＬ１、及び、コンデンサＣ１を要素としたＲＬＣ回路であり、コンデンサＣ１が並列接続されている。なお、他の構成は実施例１−１と同様である。
【００８２】
待機状態では、図１７に示すように、給電モジュール２を構成する給電コイル２１及び給電共振器２２における入力インピーダンスをＺinとしている。また、給電状態では、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、給電共振器２２、及び、受電モジュール３を構成する受電共振器３２、受電コイル３１における入力インピーダンスをＺinとしている。
【００８３】
実施例２−１における給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１８の破線）と給電状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図１８の実線）の測定結果を図１８に示す。これを見ると、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin（図１８の破線）が、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺin（図１８の実線）よりも大きくなる電源周波数帯域は、約０．８４〜０．９３ＭＨｚの帯域Ｄ１、及び、約１．１２〜１．３０ＭＨｚの帯域Ｄ２の２つの帯域があることが分かる。
【００８４】
また、上述したように本実施例では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に磁界空間（Ｚ１、Ｚ２）を形成することも目的の一つとしている。具体的には、実施例２−１では、磁界空間Ｚ１を形成するときに設定する、狭義の同相共振モードとなる電源周波数帯域は、０．８３ＭＨＺ以上、１．００ＭＨｚ未満の帯域ｂ１である（図１８参照）。一方、磁界空間Ｚ２を形成するときに設定する、狭義の逆相共振モードとなる電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく、１．４３ＭＨｚ以下の帯域ｂ２である（図１８参照）。
【００８５】
上記より、実施例２−１において、磁界空間Ｚ１を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、０．８４〜０．９３ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例２−１に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ１を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、０．８４〜０．９３ＭＨｚに設定して使用する。また、磁界空間Ｚ２を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、１．１２〜１．３０ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例２−１に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ２を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、１．１２〜１．３０ＭＨｚに設定して使用する。
【００８６】
（実施例２−２）
実施例２−２に係る給電モジュール２は、図１９に示すように、給電コイル２１、給電共振器２２、及び受電共振器３２を備えた構成をしている。一方、受電モジュール３は、受電コイル３１を備えた構成をしている。なお、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１それぞれの構成は実施例２−１と同様である。
【００８７】
待機状態では、図１９に示すように、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、給電共振器２２、及び、受電共振器３２における入力インピーダンスをＺinとしている。また、給電状態では、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電モジュール３を構成する受電コイル３１における入力インピーダンスをＺinとしている。
【００８８】
実施例２−２における給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図２０の破線）と給電状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図２０の実線）の測定結果を図２０に示す。これを見ると、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin（図２０の破線）が、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺin（図２０の実線）よりも大きくなる電源周波数帯域は、約０．８３〜０．８４ＭＨｚの帯域Ｅ１、約０．９８〜１．０２ＭＨｚの帯域Ｅ２、及び、約１．３０〜１．３５ＭＨｚの帯域Ｅ３の３つの帯域があることが分かる。
【００８９】
また、上述したように本実施例では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に磁界空間（Ｚ１、Ｚ２）を形成することも目的の一つとしている。実施例２−２も、実施例２−１と同様に、磁界空間Ｚ１を形成するときに設定する、狭義の同相共振モードとなる電源周波数帯域は、０．８３ＭＨＺ以上、１．００ＭＨｚ未満の帯域ｂ１である（図２０参照）。一方、磁界空間Ｚ２を形成するときに設定する、狭義の逆相共振モードとなる電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく、１．４３ＭＨｚ以下の帯域ｂ２である（図２０参照）。
【００９０】
上記より、実施例２−２において、磁界空間Ｚ１を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、０．８３〜０．８４ＭＨｚの帯域、及び、０．９８ＭＨｚ以上１．００ＭＨｚ未満の帯域となる。よって、実施例２−２に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ１を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、０．８３〜０．８４ＭＨｚの帯域、又は、０．９８ＭＨｚ以上１．００ＭＨｚ未満の帯域に設定して使用する。また、磁界空間Ｚ２を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく１．０２ＭＨｚ以下の帯域、及び、１．３０〜１．３５ＭＨｚの帯域となる。よって、実施例２−２に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ２を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、１．００ＭＨｚより大きく１．０２ＭＨｚ以下の帯域、又は、１．３０〜１．３５ＭＨｚの帯域に設定して使用する。
【００９１】
（実施例２−３）
実施例２−３に係る給電モジュール２は、図２１に示すように、給電コイル２１を備えた構成をしている。一方、受電モジュール３は、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１を備えた構成をしている。なお、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１それぞれの構成は実施例２−１と同様である。
【００９２】
待機状態では、図２１に示すように、給電モジュール２を構成する給電コイル２１における入力インピーダンスをＺinとしている。また、給電状態では、給電モジュール２を構成する給電コイル２１、及び、受電モジュール３を構成する給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１における入力インピーダンスをＺinとしている。
【００９３】
実施例２−３における給電モジュール２及び受電モジュール３に関する、待機状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図２２の破線）と給電状態における電源周波数に対する入力インピーダンスＺin（図２２の実線）の測定結果を図２２に示す。これを見ると、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin（図２２の破線）が、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺin（図２２の実線）よりも大きくなる電源周波数帯域は、約０．８６〜１．２８ＭＨｚの帯域Ｆ１があることが分かる。
【００９４】
また、上述したように本実施例では、給電モジュール２及び受電モジュール３の周辺に磁界空間（Ｚ１、Ｚ２）を形成することも目的の一つとしている。実施例２−３も、実施例２−１と同様に、磁界空間Ｚ１を形成するときに設定する、狭義の同相共振モードとなる電源周波数帯域は、０．８３ＭＨＺ以上、１．００ＭＨｚ未満の帯域ｂ１である（図２２参照）。一方、磁界空間Ｚ２を形成するときに設定する、狭義の逆相共振モードとなる電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく、１．４３ＭＨｚ以下の帯域ｂ２である（図２２参照）。
【００９５】
上記より、実施例２−３において、磁界空間Ｚ１を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、０．８６ＭＨｚ以上１．００ＭＨｚ未満の帯域となる。よって、実施例２−３に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ１を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、０．８６ＭＨｚ以上１．００ＭＨｚ未満の帯域に設定して使用する。また、磁界空間Ｚ２を形成しつつ、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくする電源周波数帯域は、１．００ＭＨｚより大きく１．２８ＭＨｚ以下の帯域となる。よって、実施例２−３に係る無線電力伝送装置１を使用するときは、磁界空間Ｚ２を形成したい場合は、交流電源６の電源周波数帯域を、１．００ＭＨｚより大きく１．２８ＭＨｚ以下の帯域に設定して使用する。
【００９６】
上記実施例１−１〜実施例２−３で説明したように、上記構成によれば、給電モジュール２周辺に発生する磁界と受電モジュール３周辺に発生する磁界とを打ち消し合わせる程度に、給電共振器２２に対して受電共振器３２を近接させることにより、給電モジュール２及び受電モジュール３の間若しくは周辺の所定位置に、当該所定位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ１、Ｚ２を形成することができる。そして、磁界空間Ｚ１、Ｚ２が形成されていない待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、磁界空間Ｚ１、Ｚ２が形成されている給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュール２の消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【００９７】
なお、給電モジュール２及び受電モジュール３を、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるように設定する要素（パラメータ）としては、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ１、Ｌ１、Ｃ１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ２、Ｌ２、Ｃ２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ３、Ｌ３、Ｃ３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ４、Ｌ４、Ｃ４における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、結合係数ｋ１２、ｋ２３、ｋ３４、負荷インピーダンス（負荷抵抗）などの設定値が挙げられる。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１におけるＲＬＣ回路を直列にするか並列にするかコンデンサを接続しないかも、上記要素（パラメータ）となる。また、給電モジュール２に、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２の何れかを盛り込むか否かも上記要素（パラメータ）となる。
【００９８】
また、上記の構成では、共振現象を利用した電力伝送を行う際に、給電共振器２２に受電共振器３２を近接させることにより、給電共振器２２と受電共振器３２との結合の強さを表す結合係数が高くなる。このように結合係数が高い状態で、伝送特性『Ｓ２１』を計測すると、その解析波形は低周波側と高周波側とにピークが分離する（双峰性）。
そして、この低周波側の周波数帯域(fL)に、交流電源６の電源周波数を設定することにより（同相共振モード）、給電共振器２２に流れる電流の向きと受電共振器３２に流れる電流の向きとが同じ向きになり、給電モジュール２の外周側に発生する磁界と受電モジュール３の外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電モジュール２及び受電モジュール３の外周側に、磁界による影響が低減されて、給電モジュール２及び受電モジュール３の外周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ１を形成することができる。そして、給電モジュール２及び受電モジュール３の外周側に磁界空間Ｚ１が形成されていない待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電モジュール２及び受電モジュール３の外周側に磁界空間Ｚ１が形成されている給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュール２の消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【００９９】
また、上記の構成では、共振現象を利用した電力伝送を行う際に、給電共振器２２に受電共振器３２を近接させることにより、給電共振器２２と受電共振器３２との結合の強さを表す結合係数が高くなる。このように結合係数が高い状態で、伝送特性『Ｓ２１』を計測すると、その解析波形は低周波側と高周波側とにピークが分離する（双峰性）。
そして、この高周波側の周波数帯域(fH)に、交流電源６の電力周波数を設定することにより（逆相共振モード）、給電共振器２２に流れる電流の向きと受電共振器３２に流れる電流の向きとが逆向きになり、給電モジュール２の内周側に発生する磁界と受電モジュール３の内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電モジュール２及び受電モジュール３の内周側に、磁界による影響が低減されて、給電モジュール２及び受電モジュール３の内周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｚ２を形成することができる。そして、給電モジュール２及び受電モジュール３の内周側に磁界空間Ｚ２が形成されていない待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電モジュール２及び受電モジュール３の内周側に磁界空間Ｚ２が形成されている給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュール２の消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【０１００】
また、実施例１−２、実施例２−２の構成によれば、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電コイル２１、給電共振器２２、及び、受電共振器３２を有する給電モジュール２の入力インピーダンスとして構成することができる。
これによれば、給電モジュール２は、少なくとも給電コイル２１、給電共振器２２、及び、受電共振器３２の３つの要素によって構成されているため、給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを決定するための要素が多くなる。そして、給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを決定するための要素が多くなるということは、交流電源６の電源周波数に対する給電モジュール２の入力インピーダンスＺinの関係を決定するための要素も多くなるため、給電モジュール２の設計自由度を高めることができる。
また、受電モジュール３は、受電コイル３１を有する構成とすることができるため、受電モジュール３のコンパクト化を実現することができる。
【０１０１】
また、実施例１−１、実施例２−１の構成によれば、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電コイル２１、及び、給電共振器２２を有する給電モジュール２の入力インピーダンスＺinとして構成することができる。
これによれば、給電モジュール２は、少なくとも給電コイル２１、及び、給電共振器２２の２つの要素によって構成されているため、給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを決定するための要素が多くなる。そして、給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを決定するための要素が多くなるということは、交流電源６の電源周波数に対する給電モジュール２の入力インピーダンスＺinの関係を決定するための要素も多くなるため、給電モジュール２の設計自由度を高めることができる。
また、受電モジュール３を、受電共振器３２、受電コイル３１を有する構成としているため、受電モジュール３のコンパクト化を実現することができる。
【０１０２】
また、実施例１−３、実施例２−３の構成によれば、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを、給電コイル２１の入力インピーダンスＺinとして構成することができる。
これによれば、給電モジュール２は、主に給電コイル２１の１つの要素によって構成されているため、給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを決定するための要素を単一化することができる。そして、給電モジュール２の入力インピーダンスＺinを決定するための要素を単一化することができるということは、交流電源６の電源周波数に対する給電モジュール２の入力インピーダンスＺinの関係を決定するための要素も単一化することができるため、給電モジュール２の設計の簡素化を図ることができる。
【０１０３】
（設計方法）
次に、給電モジュール２及び受電モジュール３を製造する一工程である、設計方法（調整）について、図２３を参照して説明する。
【０１０４】
本設計方法で設計されるのは、図１に示す給電モジュール２を備えた充電器１０１、及び、受電モジュール３を備えた無線式ヘッドセット１０２である。
【０１０５】
まず、図２３に示すように、充電池９の容量、及び、充電池９の充電に必要とされる充電電流から、受電モジュール３が受電する受電電力量が決まる（Ｓ１）。
【０１０６】
次に、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離を決定する（Ｓ２）。これは、受電モジュール３を内蔵した無線式ヘッドセット１０２を、給電モジュール２を内蔵した充電器１０１に載置した際の給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３であり、使用形態としては給電状態である。本設計例では、安定回路７、充電回路８、及び、充電池９を、ソレノイド状の受電コイル３１及び受電共振器３２のコイル内周側に配置するため、受電共振器３２の内周側に磁界空間Ｚ２を形成する必要がある。故に、磁界空間Ｚ２の形成場所を考慮して給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３が決定される。なお、距離ｄ２３は、無線式ヘッドセット１０２と充電器１０１の形状・構造も考慮して決定される。
【０１０７】
また、無線式ヘッドセット１０２及び充電器１０１の大きさ・形状・構造を踏まえて、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、及び、受電共振器３２のコイル径が決定される（Ｓ３）。
【０１０８】
上記Ｓ２〜Ｓ３の手順を経ることにより、給電共振器２２（コイルＬ２）と受電共振器３２（コイルＬ３）との間の結合係数ｋ２３と、電力伝送効率が決まることになる。
【０１０９】
上記Ｓ１で決定した受電モジュール３が受電する受電電力量、及び、Ｓ２〜Ｓ３の手順を経て決定された電力伝送効率より、給電モジュール２に給電する必要最低限の給電電力量が決定される（Ｓ４）。
【０１１０】
そして、上記受電モジュール３が受電する受電電力量、電力伝送効率、及び、給電モジュール２に給電する必要最低限の給電電力量を踏まえて、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺｉｎの設計値が決まる（Ｓ５）。
【０１１１】
そして、本設計例では、上述したように、磁界空間Ｚ２を形成できるように逆相共振モードにおける電源周波数帯域において、Ｓ５で決定された給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺｉｎの設計値に基づき、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺｉｎが、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺｉｎよりも大きくなるように、各要素（パラメータ）を決定する。具体的に、給電モジュール２及び受電モジュール３を、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるように設定する要素（パラメータ）としては、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ１、Ｌ１、Ｃ１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ２、Ｌ２、Ｃ２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ３、Ｌ３、Ｃ３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ４、Ｌ４、Ｃ４における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、結合係数ｋ１２、ｋ２３、ｋ３４、負荷インピーダンス（負荷抵抗）などの設定値が挙げられる。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１におけるＲＬＣ回路を直列にするか並列にするかコンデンサを接続しないかも、上記要素（パラメータ）となる。また、給電モジュール２に、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２の何れかを盛り込むか否かも上記要素（パラメータ）となる。
【０１１２】
上記方法によれば、磁界空間Ｚ２が形成されていない待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺinが、磁界空間Ｚ２が形成されている給電状態における給電モジュール２及び受電モジュール３の入力インピーダンスＺinよりも大きくなるため、待機状態における給電モジュール２の消費電力を給電状態における消費電力よりも低減することができる。
【０１１３】
（その他の実施形態）
上記の説明では、無線式ヘッドセット１０２を例示して説明したが、充電池を備えた機器であれば、タブレット型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯電話、イヤホン型音楽プレイヤー、補聴器、集音器などにも使用することができる。
【０１１４】
また、上記では、被給電機器１０に充電池９を含む受電モジュール３として説明したが、これに限らず、被給電機器１０に直接電力を消費しながら可動する機器を採用してもよい。
【０１１５】
また、上記説明では、給電モジュール２及び受電モジュール３を携帯型の電子機器に搭載した場合を想定して説明したが、用途はこれら小型なものに限らず、必要電力量に合わせて仕様を変更することにより、例えば、比較的大型な電気自動車（ＥＶ）における無線充電システムや、より小型な医療用の無線式胃カメラなどにも搭載することができる。
【０１１６】
（磁界空間の大きさの変更）
また、上記実施形態では、磁界空間Ｚ１、Ｚ２を形成することができることについて説明したが、更に、磁界空間Ｚ１、Ｚ２は、その大きさを変更することができる。
【０１１７】
磁界空間Ｚ１、Ｚ２の大きさを変更するには、給電共振器２２及び受電共振器３２の間の磁界による結びつき度合い（磁界結合）の強度を変更することによって行うが、この磁界結合を変化させるには、給電モジュール２における給電コイル２１や給電共振器２２、及び、受電モジュール３における受電コイル３１や受電共振器３２に関する調整パラメータを変化させることによって行う。この調整パラメータを変化させる態様には、給電モジュール２における給電コイル２１と給電共振器２２との配置関係、及び、受電モジュール３における受電コイル３１と受電共振器３２との配置関係を変化させることや、給電モジュール２に供給する電力量を変化させることや、給電共振器２２及び受電共振器３２の各素子（コンデンサ、コイル）の容量やインダクタンスを変化させることや、給電モジュール２に供給する電力の周波数を変えることなどが挙げられる。
【０１１８】
上記方法によれば、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２に関する調整パラメータを変化させて、給電共振器２２及び受電共振器３２の間に発生する磁界結合の強度を変更させることより、磁界空間（Ｚ１又はＺ２）の大きさを変更することができる。例えば、給電共振器２２及び受電共振器３２の間に発生する磁界結合を相対的に弱めることにより磁界空間（Ｚ１又はＺ２）の大きさを拡大することができる。一方、給電共振器２２及び受電共振器３２との間に発生する磁界結合を相対的に強めることにより磁界空間（Ｚ１又はＺ２）の大きさを小さくすることができる。
【０１１９】
（磁界空間の形状の変更）
また、上記実施形態では、磁界空間Ｚ１、Ｚ２を形成することができることについて説明したが、更に、磁界空間の形状を変更することができることについて説明する。
【０１２０】
磁界空間の形状を変更するには、例えば、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１のそれぞれの間・周辺の磁界による結びつき度合い（磁界結合）の強度を変更することによって行うが、この磁界結合を変化させるには、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２のコイル形状を変えることによって行う。
【０１２１】
上記方法によれば、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２を所望の形状にすることにより、磁界強度が相対的に弱い磁界空間を、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２の形状に沿った所望の形状で形成することができる。即ち、給電コイル２１・給電共振器２２及び受電モジュール３における受電コイル３１・受電共振器３２の形状を変えることにより、磁界強度が相対的に弱い磁界空間Ｚの形状を変えることが可能となる。
【０１２２】
以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態・実施例に限定されず、その他の実施形態・実施例にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。また、本明細書において用いた用語及び語法は、本発明を的確に説明するために用いたものであり、本発明の解釈を制限するために用いたものではない。また、当業者であれば、本明細書に記載された発明の概念から、本発明の概念に含まれる他の構成、システム、方法等を推考することは容易であると思われる。従って、請求の範囲の記載は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で均等な構成を含むものであるとみなされるべきである。また、本発明の目的及び本発明の効果を充分に理解するために、すでに開示されている文献等を充分に参酌することが望まれる。
【符号の説明】
【０１２３】
２  給電モジュール
３  受電モジュール
６  交流電源
７  安定回路
８  充電回路
９  充電池
１０  被給電機器
１１  可変抵抗器
２１  給電コイル
２２  給電共振器
３１  受電コイル
３２  受電共振器
１０２  無線式ヘッドセット
１０１  充電器
１１０  ネットワークアナライザ
Ｚ１、Ｚ２  磁界空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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