(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉曲線線路の一部が開放された構造を呈し、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器と、
自身の先端に設けられた電極部が前記共振器の裏面又は表面と対向するように、前記共振器の近傍に配設された回路基板から前記共振器に向けて延在し、前記電極部を介して前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記電極部と前記共振器との間の距離又は前記電極部と前記共振器との間の電気的な接続位置が、調整可能となっている、
共振装置。
【請求項２】
前記電極部は、前記共振器の裏面又は表面から離間して配設され、容量結合により、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う、
請求項１に記載の共振装置。
【請求項３】
前記共振器は、自身の長手方向の中心位置の側面から前記共振器の中心点に向かって延在するように形成された突起部を有し、
前記共振器は、当該突起部にて、支持されている、
請求項１又は２に記載の共振装置。
【請求項４】
前記入出力線路は、前記回路基板の基板面から前記共振器の裏面に向けて延在する同軸線路によって構成されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項５】
前記入出力線路は、前記回路基板の基板面から前記共振器の裏面に向けて延在する金属ピンによって構成されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項６】
前記共振器の周方向における前記電極部と前記共振器との間の位置関係が、調整可能となっている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項７】
前記電極部と前記共振器とが対向する方向における前記電極部と前記共振器との間の距離が、調整可能となっている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項８】
前記共振器と前記他の共振器とは、平面視で、前記共振器における中心点と開放端とを結ぶ線と、前記他の共振器における中心点と開放端とを結ぶ線との間のなす角度が９０°以上の角度を有するように配される、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項９】
第１及び第２の共振装置を有し、当該第１及び第２の共振装置それぞれが有する共振器の間で、非接触で電力又は信号の授受を行う電力伝送装置であって、
前記第１及び第２の共振装置は、それぞれ、
閉曲線線路の一部が開放された構造を呈し、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器と、
自身の先端に設けられた電極部が前記共振器の裏面又は表面と対向するように、前記共振器の近傍に配設された回路基板から前記共振器に向けて延在し、前記電極部を介して前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記電極部と前記共振器との間の距離又は前記電極部と前記共振器との間の電気的な接続位置が、調整可能となっている、
電力伝送装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力伝送装置を用いた電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、共振装置、電力伝送装置、及び電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つのオープンリング共振器を用いて、非接触で高周波の電力や信号（以下、「高周波電力」と総称する）を送受する電力伝送装置が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。
【０００３】
この種の電力伝送装置は、互いに対向するように配設された送電側のオープンリング共振器と受電側のオープンリング共振器とによって構成される。そして、送電側のオープンリング共振器と受電側のオープンリング共振器とを電磁結合（例えば、磁界共鳴）させることによって、送電側のオープンリング共振器から受電側のオープンリング共振器に高周波電力を送出する。
【０００４】
オープンリング共振器は、一般に、送電側のオープンリング共振器と受電側のオープンリング共振器とが、同一の周波数で共振するように構成されており、典型的には、リングの線路長が共振周波数から換算されるλ/２程度となるように構成される。
【０００５】
このように構成された電力伝送装置は、非接触で高い伝送効率を得られるため、電子機器が内蔵するバッテリ等への非接触電力伝送の用途、及び、異なる回路基板間での非接触信号伝送の用途等への応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８３５３３４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】I.Awai and A.K.Saha, “Open Ring Resonators Applicable to Wide-band BPF”, Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference 2006, ISBN:978-4-902339-08-6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、この種の電力伝送装置において、一方の共振器と他方の共振器を電磁結合させて非接触で高周波電力を伝送することは、２つの共振器を用いたバンドパスフィルタと等価である。
【０００９】
２つのオープンリング共振器を近接して配設した場合、電磁的な相互作用で、オープンリング共振器の基本共振周波数から、高周波側と低周波側に共振周波数の分離が起こることが知られている。つまり、２つのオープンリング共振器の電磁結合の状態により、一方の共振器から他方の共振器に高周波電力を通過させ得る周波数帯域が決まり、当該周波数帯域は、一般に、分離した高周波側の共振周波数と低周波側の共振周波数が、それぞれ、通過帯域の上限と下限になる。但し、当該周波数帯域内で必ずしも均一な伝送効率（即ち、透過率）が実現されるわけではなく、接続条件により当該周波数帯域の中間領域の伝送効率が低下（双峰型の周波数特性とも称される）したり、中間領域にピークを持ち両側で伝送効率の低下が起こる。
【００１０】
この点、オープンリング共振器を用いた電力伝送装置においては、送電側の入出力線路から見た共振器のインピーダンス（以下、「共振器の入力インピーダンス」と称する）、及び受電側の入出力線路から見た共振器のインピーダンス（以下、「共振器の出力インピーダンス」と称する）を適切に設定することによって、分離した高周波側の共振周波数と低周波側の共振周波数の間の広帯域に亘って、高い伝送効率で高周波電力の伝送を行うことが可能となる（特許文献１、及び非特許文献１を参照）。これは、いわゆる最大平坦型（バターワース型とも称される）の周波数特性を有するバンドパスフィルタである。
【００１１】
この種の電力伝送装置においては、種々の観点から、最大平坦型のバンドパスフィルタのように、広帯域に亘って高い伝送効率を示す周波数特性を実現する要請がある。例えば、広帯域に亘って高い伝送効率を示す周波数特性が得られれば、共振器の使用環境が変化して、分離した高周波側の共振周波数及び低周波側の共振周波数がシフトした態様でも、高い伝送効率で電力伝送を実行することができる。又、これによって、電力伝送の際に使用する周波数を、適宜変化させることも可能となる。
【００１２】
特許文献１及び非特許文献１には、オープンリング共振器に対する入出力線路の接続位置を適切に設定することによって、最大平坦型の周波数特性を有する透過特性を実現できることが記載されている。しかしながら、透過特性を双峰型の周波数特性から最大平坦型の周波数特性に変化させるための共振器の入力インピーダンスは、実際には、使用環境等、共振器間の電磁結合の状態（即ち、共振器間の結合係数）に起因して変化する。そのため、特許文献１のように、オープンリング共振器と入出力線路とを同一の回路基板上に作り込む構成では、このような変化に対応することができないという課題がある。
【００１３】
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、共振器間の電磁結合の状態の変化に対応可能とする共振装置、電力伝送装置、及び電力伝送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
閉曲線線路の一部が開放された構造を呈し、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器と、
自身の先端に設けられた電極部が前記共振器の裏面又は表面と対向するように、前記共振器の近傍に配設された回路基板から前記共振器に向けて延在し、前記電極部を介して前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記電極部と前記共振器との間の距離又は前記電極部と前記共振器との間の電気的な接続位置が、調整可能となっている、
共振装置である。
【００１５】
又、他の局面では、
第１及び第２の共振装置を有し、当該第１及び第２の共振装置それぞれが有する共振器の間で、非接触で電力又は信号の授受を行う電力伝送装置であって、
前記第１及び第２の共振装置は、それぞれ、
閉曲線線路の一部が開放された構造を呈し、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器と、
自身の先端に設けられた電極部が前記共振器の裏面又は表面と対向するように、前記共振器の近傍に配設された回路基板から前記共振器に向けて延在し、前記電極部を介して前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記電極部と前記共振器との間の距離又は前記電極部と前記共振器との間の電気的な接続位置が、調整可能となっている、
電力伝送装置である。
【００１６】
又、他の局面では、
上記の電力伝送装置を用いた電力伝送方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本開示に係る共振装置によれば、共振器間の電磁結合を利用して非接触で高周波電力の授受を行う際に、共振器間の電磁結合の状態の変化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る電力伝送装置の全体構成を示す図
【図２】第１の実施形態に係る第１共振装置と第２共振装置の構成の一例を示す側面図
【図３】第１の実施形態に係る第１共振器を平面視した図
【図４】第１の実施形態に係る第１共振器と第２共振器との位置関係を示す平面図
【図５Ａ】従来技術に係る共振装置における、共振器と入出力線路の接続状態の一例を示す図
【図５Ｂ】従来技術に係る共振装置における、共振器と入出力線路の接続状態の一例を示す図
【図６Ａ】第１の実施形態に係る電力伝送装置における、ポート角度と透過率の関係の一例を示す図
【図６Ｂ】第１の実施形態に係る電力伝送装置における、ポート角度と反射率の関係の一例を示す図
【図６Ｃ】第１の実施形態に係る電力伝送装置における、ポート角度と反射特性に係るスミスチャートの一例を示す図
【図７】第１の実施形態に係る電力伝送装置の動作の一例を示すフローチャート
【図８】第２の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す斜視図
【図９】第２の実施形態に係る共振装置を簡易化したモデル図
【図１０】図９のモデル図を用いた電力伝送装置において、電力伝送を行った際の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を算出したシミュレーション結果
【図１１】図９のモデル図を用いた電力伝送装置において、電力伝送を行った際の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を算出したシミュレーション結果
【図１２Ａ】第２の実施形態に係る電力伝送装置において、高周波電力を伝送した際に観察される透過特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果
【図１２Ｂ】第２の実施形態に係る電力伝送装置において、高周波電力を伝送した際に観察される反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果
【図１２Ｃ】第２の実施形態に係る電力伝送装置において、高周波電力を伝送した際に観察される反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果
【図１３Ａ】第１の実施形態に係る共振装置において、ポート角度の調整により、共振器の入力インピーダンスを調整した際に観察される透過特性を示す図
【図１３Ｂ】第２の実施形態に係る共振装置において、電極間距離の調整により、共振器の入力インピーダンスを調整した際に観察される透過特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
（第１の実施形態）
［電力伝送装置の全体構成］
以下、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る電力伝送装置の構成の一例について説明する。本実施形態に係る電力伝送装置は、電気負荷に対する電力伝送に適用されている。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕの全体構成を示す図である。
【００２２】
電力伝送装置Ｕは、受電装置２００と送電装置１００とにより構成される。
【００２３】
送電装置１００は、例えば、電源１３０（例えば、バッテリ）、当該電源１３０から供給される電力を用いて高周波電力を生成する発振器１２０（例えば、半導体発振器、マグネトロン等）、及び、発振器１２０から取得した高周波電力を、受電装置２００の第２共振装置２１０に送出する第１共振装置１１０を有している。
【００２４】
受電装置２００は、例えば、送電装置１００の第１共振装置１１０から高周波電力を受電する第２共振装置２１０、第２共振装置２１０が受電した高周波電力を整流する整流回路２２０、及び、整流回路２２０で整流された直流電力を使用する電気負荷（例えば、バッテリ）２３０を有している。
【００２５】
尚、受電装置２００と送電装置１００とは、典型的には、分離した状態で配設されている。受電装置２００は、例えば、電気自動車に搭載され、送電装置１００は、例えば、給電設備として地面に埋設されている。
【００２６】
図２は、本実施形態に係る第１共振装置１１０と第２共振装置２１０の構成の一例を示す側面図である。図３は、本実施形態に係る第１共振器１１１を平面視した図である。図４は、本実施形態に係る第１共振器１１１と第２共振器２１１との位置関係を示す平面図である。尚、図４では、第１共振器１１１及び第２共振器２１１の突起部（後述する１１１ｂ等）の図示を省略している。
【００２７】
第１共振装置１１０は、第１共振器１１１、第１入出力線路１１２、第１グラウンド板１１３、第１制御部１１４、及び、第１駆動部１１５を備えている。  
【００２８】
第１共振器１１１は、第２共振器２１１が対向して配された際に、当該第２共振器２１１と電磁結合して、当該第２共振器２１１との間で、非接触で高周波電力の授受を行う。ここでは、第１共振器１１１から第２共振器２１１に対して、高周波電力を送電する。
【００２９】
第１共振器１１１は、閉曲線線路の一部に開放部１１１ａを有する構造（以下、「オープンリング」と称する）を呈している（図３を参照）。即ち、第１共振器１１１は、長手方向の両端が開放端とされている。第１共振器１１１は、例えば、開放部１１１ａを有するリング状の金属板にて構成されている。第１共振器１１１のオープンリングのリング長は、例えば、電位差の最大となる両端が近接するように、送受する高周波電力の波長の１／２の長さ程度に設定される。
【００３０】
第１共振器１１１は、第１入出力線路１１２と電気的に接続するように配設され、第１入出力線路１１２を介して、発振器１２０から高周波電力を取得する。本実施形態に係る第１共振器１１１は、当該第１共振器１１１の上面側（即ち、裏面側）において、第１入出力線路１１２の電極部１１２ａと電気接続するように配設されている。
【００３１】
第１共振器１１１が第１入出力線路１１２の電極部１１２ａと電気接続する位置は、第１共振器１１１と第１入出力線路１１２との間におけるインピーダンス整合を考慮して、適宜な位置に設定されている（図５、図６を参照して後述）。尚、以下では、第１共振器１１１が電極部１１２ａと電気接続する位置を、平面視において、第１共振器１１１の中心点Ａ０と第１共振器１１１に電極部１１２ａが電気接続する位置Ａ２とを結ぶ線と、第１共振器１１１の中心点Ａ０と第１共振器１１１の長手方向の中心位置Ａ１とを結ぶ線との間のなす角度（即ち、位置Ａ２と位置Ａ１との間の第１共振器１１１の周方向における角度）∠Ａ１Ａ０Ａ２により規定する（以下、「ポート角度φＡ」と称する）。
【００３２】
第１共振器１１１は、例えば、当該第１共振器１１１の側面において、当該第１共振器１１１の長手方向の中心位置（即ち、周方向の中心位置）から、当該第１共振器１１１の中心点Ａ０に向けて突出する突起部１１１ｂを有している（図３を参照）。そして、第１共振器１１１は、突起部１１１ｂに挿通された上下方向（±Ｚ方向）に延在する支持棒１１１Ｓにて支持されている。突起部１１１ｂの位置は、典型的には、第１共振器１１１が共振動作する際の電圧のゼロクロス点に相当するため、突起部１１１ｂは、導電性がある電気的な接続であっても第１共振器１１１の共振特性に影響を及ぼさない。
【００３３】
第１共振器１１１は、自身の上方側（プラスＺ方向）に配設された第１グラウンド板１１３と対向する位置に、第１グラウンド板１１３から離間して配設されている。そして、第１共振器１１１は、第１グラウンド板１１３を挟んで、発振器１２０が構成された回路基板１２０ａの下方に位置するように、配設されている。そして、第１共振器１１１は、回路基板１２０ａの下面から延在する支持棒１１１Ｓにて支持及び固定されている。
【００３４】
支持棒１１１Ｓは、回路基板１２０ａに配設された軸受（図示せず）に回動可能に支持されている。又、支持棒１１１Ｓは、第１駆動部１１５（例えば、駆動モータ）と歯車１１５ａを介して連結され、第１駆動部１１５の動作に応じて、自身の中心軸回りに回動する。つまり、第１共振器１１１は、支持棒１１１Ｓの回動により、当該第１共振器１１１の中心点Ａ０を回転中心として当該第１共振器１１１の周方向に回動し得るようになっている。これによって、第１共振器１１１と電極部１１２ａとが電気接続する位置（即ち、ポート角度φＡ）が調整可能となっている。尚、支持棒１１１Ｓの側面には、第１駆動部１１５の歯車１１５ａと噛み合う歯溝（図示せず）が形成されている。
【００３５】
第１入出力線路１１２は、第１共振器１１１と電気的に接続するように配設され、発振器１２０から取得した高周波電力を、第１共振器１１１に送出する。第１入出力線路１１２は、例えば、第１共振器１１１と整流回路２２０とを電気接続するように、発振器１２０が構成された回路基板１２０ａ（例えば、ＰＣＢ基板）の下面から下方（マイナスＺ方向）に延在する同軸線路により構成されている。そして、第１入出力線路１１２は、回路基板１２０ａの下面から、第１グラウンド板１１３に形成された貫通穴を挿通して、第１共振器１１１の上面の直上まで延在している。
【００３６】
但し、第１入出力線路１１２と回路基板１２０ａとの間の距離が短い場合には、第１入出力線路１１２は、同軸線路に代えて、回路基板１２０ａ（発振器１２０）から下方に突出する金属ピン（例えば、発振器１２０を構成するダイオードの接続ピン）によって構成されてもよい。尚、第１入出力線路１１２は、典型的には、所定の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）となるように調整されている。
【００３７】
尚、回路基板１２０ａの配設位置は、第１共振器１１１の近傍（即ち、隣接）であればよく、例えば、第１共振器１１１の側面側であってもよい。
【００３８】
第１入出力線路１１２は、下方側の先端位置に、電極部１１２ａを有し、当該電極部１１２ａが、第１共振器１１１の上面と対向するように配設されている。即ち、第１入出力線路１１２は、電極部１１２ａを介して、第１共振器１１１と電気的に接続する。電極部１１２ａは、例えば、第１入出力線路１１２を構成する同軸線路の中心導体に接続された板状電極である。電極部１１２ａは、例えば、第１共振器１１１の上面と接触するように配設され、これにより、第１共振器１１１と電気接続する。
【００３９】
但し、電極部１１２ａは、第１共振器１１１から離間するように配設されて、容量結合により第１共振器１１１と電気接続する態様であってもよい（後述する第２の実施形態を参照）。
【００４０】
尚、電極部１１２ａの形状は、任意であるが、例えば、平面視で円形状を呈している。電極部１１２ａは、実効的なリングサイズが変わって共振周波数にずれが生じることを抑制するため、平面視において、共振器１１１の内径側の側部より中心点Ａ０側に飛び出さないのが望ましい。
【００４１】
第１グラウンド板１１３は、第１共振器１１１と対向する位置に離間して、第１共振器１１１の上方（プラスＺ方向）に配設されている。尚、第１グラウンド板１１３の中心には、支持棒１１１Ｓが挿通される貫通孔が形成されている。
【００４２】
尚、第１グラウンド板１１３と第１共振器１１１との間は、空気層となってマイクロストリップラインを形成しているが、第１グラウンド板１１３と第１共振器１１１との間には空気層以外の誘電体が存在してもかまわない。  
【００４３】
第１制御部１１４は、発振器１２０に対して、所望の電力値の電力伝送を実行するように実行指令等を行う。
【００４４】
又、第１制御部１１４は、第１共振器１１１と第２共振器２１１との間で高周波電力の授受を実行させつつ第１駆動部１１５を制御する。そして、第１制御部１１４は、第１共振器１１１の各位置で検出される第１共振器１１１から第２共振器２１１へ伝送された電力の電力値に基づいて、第１共振器１１１に対する第１入出力線路１１２のポート角度φＡを設定する（図７を参照して後述）。尚、このとき、第１制御部１１４は、第２制御部２１４に対して指令して、第２共振器２１１に対する第２入出力線路２１２のポート角度φＢが、ポート角度φＡと同一となるように制御する。
【００４５】
尚、第１制御部１１４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、これに加えて、第２制御部２１４と無線通信するための通信コントローラ等を有している。
【００４６】
第１駆動部１１５は、第１共振器１１１（即ち、一部が開放された閉曲線線路）が形成する面内（即ち、ＸＹ面内）で、第１共振器１１１の中心点Ａ０を回転中心として、第１共振器１１１を回転させ、第１共振器１１１に対する第１入出力線路１１２のポート角度φＡを変更する。
【００４７】
第１駆動部１１５は、例えば、先端に歯車１１５ａを有する駆動モータであり、当該歯車１１５ａを回転させることで、支持棒１１１Ｓを回転させ、これにより、第１共振器１１１を回転させる。第１入出力線路１１２の電極部１１２ａの位置は、常時固定されているため、第１共振器１１１と電極部１１２ａとの位置関係は、第１共振器１１１の回転により、相対的に変化する。つまり、第１共振器１１１を回転させることで、第１共振器１１１に対する第１入出力線路１１２のポート角度φＡが変更することになる。
【００４８】
第２共振装置２１０は、第２共振器２１１、第２入出力線路２１２、第２グラウンド板２１３、第２制御部２１４、及び、第２駆動部２１５を備えている。
【００４９】
第２共振装置２１０の第２共振器２１１、第２入出力線路２１２、第２グラウンド板２１３、第２制御部２１４、及び、第２駆動部２１５は、第１共振装置１１０の第１共振器１１１、第１入出力線路１１２、第１グラウンド板１１３、第１制御部１１４、及び、第１駆動部１１５と同様の構成を有している。
【００５０】
第２共振器２１１は、閉曲線線路の一部に開放部２１１ａを有する構造を呈している。第２共振器２１１は、例えば、開放部２１１ａを有するリング状の金属板にて構成されている。第２共振器２１１のオープンリングのリング長さは、例えば、電位差の最大となる両端が近接するように、送受する高周波電力の波長の１／２の長さ程度に設定される。尚、第１共振器１１１と第２共振器２１１とは、典型的には、同一の共振周波数を有するように、略同一サイズの共振器が用いられる。
【００５１】
第２共振器２１１は、第２入出力線路２１２と電気的に接続するように配設され、発振器１２０から送出される高周波電力を、第２入出力線路２１２を介して取得する。第２共振器２１１は、例えば、当該第２共振器２１１の下面側において、第２入出力線路２１２の電極部２１２ａと電気接続するように配設されている。
【００５２】
第２共振器２１１が第２入出力線路２１２の電極部２１２ａと電気接続する位置は、第２共振器２１１と第２入出力線路２１２とがインピーダンス整合するように適宜な位置に設定されている（図５、図６を参照して後述）。以下では、第２共振器２１１が電極部２１２ａと電気接続する位置を、平面視において、第２共振器２１１の中心点Ｂ０と第２共振器２１１に電極部２１２ａが電気接続する位置Ｂ２とを結ぶ線と、第２共振器２１１の中心点Ｂ０と第２共振器２１１の長手方向の中心位置Ｂ１とを結ぶ線との間のなす角度（即ち、位置Ｂ２と位置Ｂ１との間の第２共振器２１１の周方向における角度差）∠Ｂ１Ｂ０Ｂ２により規定する（以下、「ポート角度φＢ」と称する）。尚、ポート角度φＢは、典型的には、ポート角度φＡと略同一の角度に設定される。
【００５３】
尚、第２共振器２１１は、第１共振器１１１と同様に、当該第２共振器２１１の側面において、当該第２共振器２１１の長手方向の中心位置（即ち、周方向の中心位置）から、当該第２共振器２１１の中心点Ｂ０に向けて突出する突起部（図示せず）を有する。そして、第２共振器２１１は、当該突起部に、上下方向に延在するように挿通された支持棒２１１Ｓにて支持されている。
【００５４】
第２共振器２１１は、自身の下方側（マイナスＺ方向）に配設された第２グラウンド板２１３と対向する位置に、第２グラウンド板２１３から離間して、配設されている。そして、第２共振器２１１は、第２グラウンド板２１３を挟んで、発振回路２２０が構成された回路基板２２０ａの上方に位置するように、配設されている。そして、第２共振器２１１は、回路基板２２０ａの上面から延在する支持棒２１１Ｓにて支持及び固定されている。
【００５５】
支持棒２１１Ｓは、回路基板２２０ａに配設された軸受（図示せず）に回動可能に支持されている。又、支持棒２１１Ｓは、第２駆動部２１５（例えば、駆動モータ）と歯車２１５ａを介して連結され、第２駆動部２１５の動作に応じて、自身の中心軸回りに回動する。つまり、第２共振器２１１は、支持棒２１１Ｓの回動により、当該第２共振器２１１の中心点Ｂ０を回転中心として当該第２共振器２１１の周方向に回動し得るようになっている。これによって、第２共振器２１１と電極部２１２ａとが電気接続する位置（即ち、ポート角度φＢ）が調整可能となっている。尚、支持棒２１１Ｓの側面には、第２駆動部２１５の歯車２１５ａと噛み合う歯溝（図示せず）が形成されている。
【００５６】
第２入出力線路２１２は、第２共振器２１１が受電した高周波電力を、整流回路２２０に送出する。第２入出力線路２１２は、例えば、第２共振器２１１と整流回路２２０とを電気接続するように、上下方向に延在する同軸線路により構成されている。第２入出力線路２１２は、第２グラウンド板２１３の下方側に配設された整流回路２２０が構成された回路基板２２０ａの下面から、第２グラウンド板２１３に形成された貫通穴を挿通して、第２共振器２１１の上面の直上まで延在している。尚、第２入出力線路２１２は、典型的には、所定の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）となるように調整されている。
【００５７】
第２入出力線路２１２は、上方側の先端位置に、電極部２１２ａを有し、当該電極部２１２ａが、第２共振器２１１の上面側と対向するように配設されている。即ち、第２入出力線路２１２は、電極部２１２ａを介して、第２共振器２１１と電気的に接続する。電極部２１２ａは、例えば、第２入出力線路２１２を構成する同軸線路の中心導体に接続された板状電極である。電極部２１２ａは、例えば、第２共振器２１１の下面と対向する位置に離間して配設され、容量結合によって、第２共振器２１１と電気接続する。尚、電極部２１２ａの形状は、任意であるが、例えば、平面視で円形状を呈している。
【００５８】
第２グラウンド板２１３は、第２共振器２１１の下方（マイナスＺ方向）に、第２共振器２１１と対向して、配設されている。
【００５９】
第２制御部２１４は、第１制御部１１４と通信し、第２駆動部２１５の駆動制御を行う。
【００６０】
尚、第２制御部２１４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、これに加えて、第１制御部１１４と無線通信するための通信コントローラ等を有している。又、第２制御部２１４は、第１共振器１１１と第２共振器２１１との間で高周波電力の授受を実行させた際の伝送効率を測定し得るように、整流回路２２０に通流する電流レベルを検出する電流センサ２１４ａからセンサ信号を取得している。
【００６１】
第２駆動部２１５は、第２共振器２１１（即ち、一部が開放された閉曲線線路）が形成する面内（即ち、ＸＹ面内）で、第２共振器２１１の中心点Ｂ０を回転中心として、第２共振器２１１を回転させる。
【００６２】
第２駆動部２１５は、例えば、先端に歯車２１５ａを有する駆動モータであり、当該歯車２１５ａを回転させることで、支持棒２１１Ｓを回転させ、これにより、第２共振器２１１を回転させる。第２入出力線路２１２の電極部２１２ａの位置は、常時固定されているため、第２共振器２１１と電極部２１２ａとの位置関係は、第２共振器２１１の回転により、相対的に変化する。これにより、第２駆動部２１５は、第２共振器２１１に対する第２入出力線路２１２のポート角度φＢを変更する。
【００６３】
電力伝送装置Ｕにおいて、電力伝送の際には、第１共振器１１１と第２共振器２１１とは、平面視で、互いの内径が重なるように（典型的には、第１共振器１１１の中心点Ａ０と第２共振器２１１の中心点Ｂ０とが重なるように）、対向して配される（図４を参照）。尚、第１共振器１１１と第２共振器２１１とは、空間、誘電体材料、又はこれらの両方を介して、対向するように配設される。
【００６４】
この際、第１共振器１１１と第２共振器２１１とは、平面視で、第１共振器１１１の開放部１１１ａと中心点Ａ０とを結ぶ線と、第２共振器２１１の開放部２１１ａと中心点Ｂ０とを結ぶ線との間のなす角度（即ち、第１共振器１１１の開放部１１１ａと第２共振器２１１の開放部２１１ａとの間のリングの周方向における角度差）（以下、「リング間角度α」と称する）が、例えば、９０°以上、より好適には１８０°の角度を有するように配設される。特に、リング間角度αが１８０°の場合には、磁界の共振及び電界の共振の両方が、第１共振器１１１と第２共振器２１１の間で同相となり、共鳴が最も強くなり、１００％近い伝送効率を実現することが可能となる。
【００６５】
［共振器に対する入出力線路のポート角度の調整機能について］
次に、図５Ａ〜図６Ｃを参照して、本実施形態に係る及び第１及び第２共振装置１１０、２１０における、ポート角度φＡ、φＢの調整機能について説明する。
【００６６】
上記したように、第１共振装置１１０において、第１共振器１１１に対する第１入出力線路１１２のポート角度φＡは、調整可能となっている。又、同様に、第２共振装置２１０において、第２共振器２１１に対する第２入出力線路２１２のポート角度φＢは、調整可能となっている。第１共振器１１１と第２共振器２１１とは、典型的には、共振特性が同一のものを用いられるから、第１共振器１１１に対する第１入出力線路１１２のポート角度φＡと、第２共振器２１１に対する第２入出力線路２１２のポート角度φＢとは、典型的には、同一の角度に設定される。尚、以下では、ポート角度φＡとポート角度φＢを特に区別しない場合には、「ポート角度φ」と称する。
【００６７】
以下では、第１共振装置１１０の構成を、「共振装置１１０」、「共振器１１１」、「入出力線路１１２」、及び「制御部１１４」と略称し、第２共振装置２１０の構成を、「共振装置２１０」、「共振器２１１」、「入出力線路２１２」、及び「制御部２１４」と略称して説明する。
【００６８】
図５Ａ、図５Ｂは、従来技術に係る共振装置Ｐ１、Ｐ２における、共振器Ｐ１１１、Ｐ２１１と入出力線路Ｐ１１２、Ｐ２１２の接続状態の一例を示す図である。図５Ａは、共振器Ｐ１１１と共振器Ｐ２１１の側面断面図である。図５Ｂは、共振器Ｐ１を平面視した図である。
【００６９】
従来技術に係る共振装置Ｐ１、Ｐ２においては、図５Ａ、図５Ｂに示すように、共振器Ｐ１１１は、入出力線路Ｐ１１２と共に回路基板Ｐ１１３内に配設され、入出力線路Ｐ１１２から延設する導体パターンによって構成されている。又、同様に、共振器Ｐ２１１は、入出力線路Ｐ２１２と共に回路基板Ｐ２１３内に配設され、入出力線路Ｐ２１２から延設する導体パターンによって構成されている。
【００７０】
共振器Ｐ１１１と共振器Ｐ２１１の間で高周波電力の授受を行う際の透過率に係る周波数特性は、２つの共振器が近接している場合には、共振器Ｐ１１１と共振器Ｐ２１１の間での電磁的な結合により、共振器固有の共振周波数ｆ０（以下、基本モード周波数ｆ０と称する）から、高周波側の共振周波数ｆ１及び低周波側の共振周波数ｆ２の２つに分離したものとなる（図６Ａを参照）。そして、二つの共振器が強く結合するほど、高周波側の共振周波数ｆ１及び低周波側の共振周波数ｆ２は、それぞれ、基本モード周波数ｆ０から離れる側へシフトする。
【００７１】
尚、共振器間の電磁結合の状態は、一般に、結合係数ｋとして以下の式（１）のように表される。
【数１】
0006729920.tif 000002
【００７２】
但し、この高周波側の共振周波数ｆ１から低周波側の共振周波数ｆ２の間の帯域内では、必ずしも均一な伝送効率（透過率）を持つわけではなく、一般に、当該周波数帯域の中間領域の伝送効率が低下する（双峰型の周波数特性）。
【００７３】
そこで、従来技術に係る共振装置Ｐ１、Ｐ２においては、共振器Ｐ１１１に対する入出力線路Ｐ１１２のポート角度φを適切に設定することで、共振器Ｐ１１１の入力インピーダンス（又は共振器Ｐ１１１の出力インピーダンス）、即ち外部Ｑ値を変化させ、入出力線路Ｐ１１２と共振器Ｐ１１１の間でインピーダンス整合を行っている。これによって、共振装置Ｐ１と共振装置Ｐ２の間で高周波電力の授受を行う際の透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることが可能である（例えば、特許文献１又は非特許文献１を参照）。
【００７４】
尚、共振器Ｐ１１１に対する入出力線路Ｐ１１２のポート角度φを大きくするほど信号の出入りが大きくなり、共振器Ｐ１１１の入力インピーダンス（典型的にはリアクタンス成分）及び外部Ｑ値は小さくなる。一方、ポート角度φを０°に近づけるほど、共振器Ｐ１１１の入力インピーダンス（典型的にはリアクタンス成分）及び外部Ｑ値は大きくなる。
【００７５】
しかしながら、透過率に係る周波数特性を双峰型から最大平坦型に変化させるために適切な共振器Ｐ１１１の入力インピーダンス及び共振器Ｐ２１１の出力インピーダンス（即ち、インピーダンス整合条件）は、実際には、共振器Ｐ１１１と共振器Ｐ２１１の間の電磁結合の状態に起因して変化し、例えば、共振器Ｐ１１１と共振器Ｐ２１１の間の距離、又は共振器Ｐ１１１と共振器Ｐ２１１の間の媒質の誘電率等に応じて変化する。そのため、従来技術に係る共振装置Ｐ１のようにポート角度φを固定した態様では、対応できない場合がある。
【００７６】
本実施形態に係る共振装置１１０、２１０では、かかる観点から、ポート角度φを調整し得る支持構造を採用している。そして、共振装置１１０、２１０は、共振器１１１と共振器２１１の間の電磁結合の状態の変化に対応させるように、ポート角度φを変化させる。これによって、電力伝送時における透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることを可能とする。
【００７７】
図６Ａ〜図６Ｃは、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおける、ポート角度φと透過特性及び反射特性の関係の一例を示す図である。
【００７８】
図６Ａ〜図６Ｃは、それぞれ、共振装置１１０から共振装置２１０に対して高周波電力を送出した際に観察される透過特性及び反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果である。図６Ａは透過率（Ｓ２１）、図６Ｂは反射率（Ｓ１１）、図６Ｃは図６Ｂの反射率をスミスチャートにして表したものである。
【００７９】
図６Ａ〜図６Ｃの各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。
点線グラフ：ポート角度φを１６°と設定した態様
実線グラフ：ポート角度φを２２°と設定した態様
一点鎖線グラフ：ポート角度φを２８°と設定した態様
【００８０】
具体的なシミュレーション条件は、以下の通りである。共振器１１１と共振器２１１の間には、比誘電率：３．９、厚さ：２５ｍｍのガラス基板Ｔを配設している。又、共振器１１１及び共振器２１１の形状を内径：９．３ｍｍ、外径：１９．３ｍｍのオープンリングと設定し、入出力線路１１２及び入出力線路２１２を特性インピーダンス：５０Ω、幅：２ｍｍのマイクロストリップ線路と設定した。
【００８１】
図６Ａから分かるように、ポート角度φを、２２°と設定した場合、透過特性は、９１５ＭＨｚを中心に３ｄＢ帯域幅１５．８ＭＨｚのほぼ最大平坦型の周波数特性となる（実線グラフ）。ここで、ポート角度φを１６°とすると、共振器１１１の入力インピーダンスが増すためインピーダンス整合が失われ、透過特性は、ピーク位置が基本モード周波数ｆ０から高周波側の周波数ｆ１と低周波側の周波数ｆ２に分離した双峰型の周波数特性に変化する（点線グラフ）。一方、ポート角度φを２８°とすると、共振器１１１の入力インピーダンスが過度に低下するため、透過特性は、基本モード周波数ｆ０において１つのピークを持つ周波数特性に変化する（一点鎖線グラフ）。尚、図６Ｂの反射率は、図６Ａの透過率を反転した特性を示している。
【００８２】
図６Ｃから分かるように、スミスチャート上では、ポート角度φが２２°の場合、ほぼ原点にループが描かれ、反射率が低くなっている（実線グラフ）。一方、ポート角度φが１６°の場合、原点の右側にループが描かれ、曲線は２回原点付近を通過する（点線グラフ）。つまり、ポート角度φが１６°の場合、反射率の低い周波数が２つ有り、それに対応して透過率に２つのピークが発生することを示している。一方、ポート角度φが２８°の場合、ループを描かずに原点付近を通過するため、反射率の低下は１回のみで、その結果、透過率のピークも一つであることを示している（一点鎖線グラフ）。
【００８３】
図７は、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕの動作の一例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、例えば、制御部１１４が、制御部２１４と協働して、コンピュータプログラムに従って順番に実行する処理である。
【００８４】
ステップＳ１において、制御部１１４は、発振器１２０を制御して、第１電力値にて、共振器１１１から共振器２１１に対して電力伝送を実行させる。
【００８５】
尚、このステップＳ１は、高い伝送効率を確保し得るポート角度φを特定するための試験的な電力伝送である。そのため、このステップＳ１で指定される第１電力値は、ステップＳ５の本実施に係る電力伝送の場合の電力値（第２電力値）よりも、低い電力値に設定されている。
【００８６】
ステップＳ２において、制御部１１４は、伝送効率を測定する。このとき、制御部１１４は、例えば、制御部２１４から電流センサ２１４ａの検出信号を取得して、共振器１１１から共振器２１１に伝送された電力値を検出する。そして、制御部１１４は、検出された電力値と、発振器１２０に指令した第１電力値との比較により、伝送効率を測定する。
【００８７】
ステップＳ３において、制御部１１４は、ステップＳ２で測定された伝送効率が、閾値（例えば、９５％）よりも大きいか否かを判定する。そして、ステップＳ２で測定された伝送効率が、閾値よりも大きい場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ５に処理を進め、閾値以下の場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４に処理を進める。
【００８８】
尚、このステップＳ３において、制御部１１４は、伝送効率に代えて、検出された共振器１１１から共振器２１１へ伝送された電力の電力値を基準として、ポート角度φを決定してもよい。
【００８９】
ステップＳ４において、制御部１１４は、駆動部１１５を制御して、共振器１１１を、所定角度（例えば、１°）だけ、当該共振器１１１の周方向に回転させる。つまり、共振器１１１に対する入出力線路１１２のポート角度φＡを所定角度（例えば、１°）だけ変更する。そして、制御部１１４は、制御部２１４に対して指令して、共振器２１１に対する入出力線路２１２のポート角度φＢが、共振器１１１に対する入出力線路１１２のポート角度φＡと同一角度となるように、駆動部２１５を動作させる。そして、制御部１１４は、ステップＳ１に戻って、再び、電力伝送及び伝送効率の測定を実行する。
【００９０】
このＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返し実行することで、高い伝送効率を確保し得るポート角度φを特定する。
【００９１】
ステップＳ５において、制御部１１４は、発振器１２０を制御して、第２電力値にて、共振器１１１から共振器２１１に対して電力伝送を実行させる。尚、このステップＳ５は、本実施に係る電力伝送の相当する。
【００９２】
ステップＳ６において、制御部１１４は、電力伝送を終了する条件を充足するか否かを判定することを待ち受ける（Ｓ６：ＮＯ）。そして、終了条件を充足した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７に処理を進める。尚、制御部１１４は、例えば、電気負荷２３０であるバッテリが満充電の状態に到った場合、終了条件を充足したと判定する。
【００９３】
ステップＳ７において、制御部１１４は、発振器１２０の動作を停止させて、電力伝送を終了する。
【００９４】
電力伝送装置Ｕは、以上のような一連の処理によって、高い伝送効率にて、送電装置１００から受電装置２００に対して、電力伝送を実行することができる。
【００９５】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る共振装置１１０、２１０によれば、入出力線路１１２、２１２）と共振器１１１、２１１との間の位置関係（ここでは、ポート角度φ）を変更することによって、共振器の入力インピーダンス（又は、出力インピーダンス）を調整することが可能である。
【００９６】
これによって、共振器１１１と共振器２１１の間の電磁結合の状態に対応させるように、共振器１１１の入力インピーダンス（又は、共振器２１１の出力インピーダンス）を調整して、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることができる。
【００９７】
（第２の実施形態）
次に、図８〜図１３Ｂを参照して、第２の実施形態に係る共振装置１１０、２１０の構成の一例について説明する。
【００９８】
図８は、第２の実施形態に係る共振装置１１０、２１０の構成の一例を示す図である。
【００９９】
本実施形態に係る共振装置１１０、２１０は、入出力線路１１２、２１２（電極部１１２ａ、２１２ａ）と共振器１１１、２１１とを容量結合により電気的に接続するように構成され、入出力線路１１２、２１２と共振器１１１、２１１との間に形成される容量を調整可能に構成されている点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。
【０１００】
尚、本実施形態において、共振装置１１０と共振装置２１０とは、同様の構成を有するものとして、共振装置１１０の構成についてのみ、説明する。
【０１０１】
本実施形態に係る入出力線路１１２の電極部１１２ａは、共振器１１１の上方向に共振器１１１と対向する位置において、共振器１１１の上面から離間して配設されている。即ち、共振器１１１と電極部１１２ａとは、非接触状態で配設されている。尚、電極部１１２ａの形状は、第１の実施形態と同様に、例えば、平面視において、円形状を呈している。
【０１０２】
本実施形態に係る共振装置１１０においては、共振器１１１と電極部１１２ａとの間の距離（図８にＬで示す。以下、「電極間距離Ｌ」と称する）が調整可能に構成されている。具体的には、入出力線路１１２には、電極部１１２ａの支持位置を上下（±Ｚ方向）に移動させることを可能とする調整機構（例えば、螺子回し式の長さ調整機構）が内蔵され、当該可動機構を駆動部１１５が動作させる構成となっている。
【０１０３】
つまり、本実施形態に係る共振装置１１０においては、電極間距離Ｌの調整により、共振器１１１と電極部１１２ａとの間に形成される容量を調整する。これによって、共振器１１１の入力インピーダンスを調整し、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることが可能となる。
【０１０４】
尚、本実施形態において、共振装置１１０の電極間距離Ｌと共振装置２１０の電極間距離Ｌとは、典型的には、略同一に設定される。
【０１０５】
まず、図９〜図１１を参照して、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおいて、入出力線路１１２、２１２と共振器１１１、２１１の間に形成される容量を調整した際における、透過率及び反射率の周波数特性について説明する。
【０１０６】
図９は、本実施形態に係る共振装置１１０の構成を簡易化したモデル図である。図１０、図１１は、図９のモデル図を用いた電力伝送装置Ｕにおいて、電力伝送を行った際の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を算出したシミュレーション結果である。
【０１０７】
図９の共振装置１１０は、共振器１１１と入出力線路１１２の間に容量Ｃ１を介在させた点以外、第１の実施形態に係る共振装置１１０と同様の構造を有する。本シミュレーションでは、共振器１１１と共振器２１１の間の高周波電力の授受については、電磁界解析を用いてシミュレーションを行い、信号源Ｔ１からポート位置Ｔ２までの間の高周波電力の授受については、回路解析を用いてシミュレーションを行っている。
【０１０８】
図１０は、図９の共振装置１１０のモデルにおいて、容量Ｃ１を変化させた場合の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を示している。尚、このシミュレーションにおいては、共振器１１１に対する入出力線路１１２のポート角度φを、１５０度と設定した。
【０１０９】
図１０の各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。尚、透過率を示すグラフには、○印を付している。
点線グラフ：容量Ｃ１を０．７５ｐＦと設定した態様
実線グラフ：容量Ｃ１を０．８５ｐＦと設定した態様
一点鎖線グラフ：容量Ｃ１を０．９５ｐＦと設定した態様
【０１１０】
図１０から分かるように、透過率に係る周波数特性は、容量Ｃ１が０．８５ｐＦの場合には最大平坦型、容量Ｃ１が０．７５ｐＦの場合には双峰型、容量Ｃ１が０．９５ｐＦの場合には単峰型の周波数特性を示している。
【０１１１】
図１１は、図１０との対比のため、図９の共振装置１１０のモデルにおいて、容量Ｃ１を変化させる代わりに、共振器１１１に対する入出力線路１１２のポート角度φを変化させた場合の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を示している。尚、このシミュレーションにおいては、容量Ｃ１は無く直結としている。
【０１１２】
図１１の各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。尚、透過率を示すグラフには、○印を付している。
点線グラフ：ポート角度φを２０.５°と設定した態様
実線グラフ：ポート角度φを２５.５°と設定した態様
一点鎖線グラフ：ポート角度φを３０.５°と設定した態様
【０１１３】
図１１から分かるように、透過率に係る周波数特性は、ポート角度φが２５.５°の場合には最大平坦型、ポート角度φが２０.５°の場合には双峰型、ポート角度φが３０.５°の場合には単峰型の周波数特性を示している。
【０１１４】
このように、図１０と図１１を対比すると、共振器１１１に対する入出力線路１１２のポート角度φを変更することと、入出力線路１１２と共振器１１１の間の容量を変更することとは、共振器１１１の入力インピーダンスの調整の態様としては、等価であると言える。
【０１１５】
次に、本実施形態に係る共振装置１１０、２１０において、電極間距離Ｌを変更した場合の透過率に係る周波数特性を示す。
【０１１６】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、それぞれ、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおいて、高周波電力を伝送した際に観察される透過特性及び反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果である。
【０１１７】
図１２Ａは透過率（Ｓ２１）、図１２Ｂは反射率（Ｓ１１）、図１２Ｃは図１２Ｂの反射率（Ｓ１１）をスミスチャートにして表したものである。
【０１１８】
図１２Ａ〜図１２Ｃの各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。
実線グラフ：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、ポート角度φを１４５°と設定した態様
点線グラフ：電極間距離Ｌを１ｍｍ、ポート角度φを１４５°と設定した態様
一点鎖線グラフ：電極間距離Ｌを２ｍｍ、ポート角度φを１４５°と設定した態様
二点鎖線グラフ：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、ポート角度φを８５°と設定した態様
【０１１９】
尚、具体的なシミュレーション条件は、図６Ａ〜図６Ｃで行った電磁界解析シミュレーションと同様である。
【０１２０】
本シミュレーションにおいて、電極間距離Ｌを１ｍｍ〜２ｍｍの間で変化させることは、入出力線路１１２と共振器１１１の間の容量を１．７ｐＦ〜０．８５ｐＦの間で変化させることに相当する。
【０１２１】
図１２Ａから分かるように、電極間距離Ｌを１．５ｍｍとした場合、入出力線路１１２と共振器１１１とがインピーダンス整合して、透過率に係る周波数特性は、最大平坦型となる。又、電極間距離Ｌを１．５ｍｍから１．０ｍｍに小さくすると、共振器１１１の入力インピーダンスが小さくなり、透過率に係る周波数特性は、単峰型となる。
【０１２２】
一方、電極間距離Ｌを１．５ｍｍから２ｍｍに大きくすると、共振器１１１の入力インピーダンスが大きくなり、透過率に係る周波数特性は、双峰型となる。又、電極間距離Ｌを１．５ｍｍにしたまま、ポート角度φを１４５°から８５°に小さくすると、共振器１１１の入力インピーダンスが大きくなるため、透過率に係る周波数特性は、同様に、双峰型となる。
【０１２３】
次に、図１３Ａ、図１３Ｂを参照して、共振器１１１と共振器２１１の間の距離（以下、「共振器間距離Ｔ」と称する）が２５ｍｍから３０ｍｍに変更となった場合における、透過率に係る周波数特性の変化について、説明する。
【０１２４】
図１３Ａは、第１の実施形態に係る共振装置１１０において、ポート角度φの調整により、共振器１１１の入力インピーダンスを調整した際に観察される透過特性及び反射特性を示す図である。
【０１２５】
図１３Ｂは、本実施形態に係る共振装置１１０において、電極間距離Ｌの調整により、共振器１１１の入力インピーダンスを調整した際に観察される透過特性及び反射特性を示す図である。
【０１２６】
尚、図１３Ａ、図１３Ｂは、いずれも電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果である。
【０１２７】
図１３Ａの各グラフは、以下の態様における透過率を表す。
実線グラフ：ポート角度φを１６°、共振器間距離Ｔを３０ｍｍと設定した態様
点線グラフ：ポート角度φを２２°、共振器間距離Ｔを２５ｍｍと設定した態様
一点鎖線グラフ：ポート角度φを２２°、共振器間距離Ｔを３０ｍｍと設定した態様
【０１２８】
図１３Ｂの各グラフは、以下の態様における透過率を表す。
実線グラフ：電極間距離Ｌを２ｍｍ、ポート角度φを１４５°、共振器間距離Ｔを３０ｍｍと設定した態様
点線グラフ：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、ポート角度φを８５°、共振器間距離Ｔを３０ｍｍと設定した態様
一点鎖線グラフ：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、ポート角度φを１４５°、共振器間距離Ｔを３０ｍｍと設定した態様
【０１２９】
図１３Ａ、図１３Ｂのいずれにおいても、共振器間距離Ｔを２５ｍｍから３０ｍｍに変更した場合には、結合係数が低下する。そのため、入出力線路１１２と共振器１１１の間でインピーダンス整合を行うためには、共振器１１１の入力インピーダンスの増大が必要である。
【０１３０】
図１３Ａでは、共振器間距離Ｔが２５ｍｍのときには、ポート角度φが２２°の状態でインピーダンス整合し、透過率に係る周波数特性は、最大平坦型を示している（点線グラフ）。そして、共振器間距離Ｔを２５ｍｍから３０ｍｍに変更した場合に、ポート角度φが２２°の状態では、共振器１１１の入力インピーダンスが小さすぎるため、透過率に係る周波数特性はピークが一つの単峰型となり、透過率も大幅に低下する（一点鎖線グラフ）。この際には、ポート角度φを２２°から１６°へ小さくすることによって、共振器１１１の入力インピーダンスが増加するため、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることができる（実線グラフ）。
【０１３１】
一方、図１３Ｂでは、共振器間距離Ｔが２５ｍｍのときには、電極間距離Ｌを１．５ｍｍの状態でインピーダンス整合し、透過率に係る周波数特性は、最大平坦型を示している（図示せず）。そして、共振器間距離Ｔを２５ｍｍから３０ｍｍに変更した場合に、電極間距離Ｌを１．５ｍｍの状態では、共振器１１１の入力インピーダンスが小さすぎるため、透過率に係る周波数特性は、ピークが一つの単峰型となり、透過率も大幅に低下する（一点鎖線グラフ）。この際には、電極間距離Ｌを１．５ｍｍから２ｍｍへ増加することによって、共振器１１１の入力インピーダンスを増加させ、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることができる（実線グラフ）。尚、図１３Ｂでは、図１３Ａと同様に、膜厚を１．５ｍｍとしたままポート角度φを１４５°から８５°へ変更することでも、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることができる（点線グラフ）。
【０１３２】
図１３Ｂの実線グラフと点線グラフを比較すると分かるように、ポート角度φを変更することでインピーダンス整合を行うよりも、電極間距離Ｌを変更することでインピーダンス整合を行った方が、最大平坦型を示す透過率に係る周波数特性の通過帯域の幅を更に広く確保することが可能である。従って、ポート角度φを変更して入力インピーダンスを調整するよりも、電極間距離Ｌを変更して入力インピーダンスを調整する方が、好適である。
【０１３３】
このような現象が生じる理由としては、図１３Ａのようにポート角度φを小さくすることでインピーダンス整合を行った場合、入出力線路１１２と共振器１１１との電気的な接続位置が、電気的振幅が大きい共振器１１１の中心付近となり、その結果、共振器１１１の共振特性の低下を引き起こすためと推定される。この点、図１３Ｂのように電極間距離Ｌを変更することでインピーダンス整合を行う場合には、入出力線路１１２と共振器１１１の電気的な接続位置をリングの端部（開放部１１１ａ付近）に設定することができ、共振器１１１の共振特性の低下を引き起こさないためと考えられる。
【０１３４】
尚、本実施形態に係る共振装置１１０、２１０においても、制御部１１４の動作により、図７に示した動作フローと同様に、透過率に係る周波数特性が最大平坦型となるように、電極間距離Ｌを調整することが可能である。
【０１３５】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る共振装置１１０、２１０によれば、入出力線路１１２、２１２と共振器１１１、２１１との間の位置関係（ここでは、電極間距離Ｌ）を変更することによって、共振器１１１、２１１の入力インピーダンス（又は、出力インピーダンス）を調整することが可能である。
【０１３６】
これによって、共振器１１１と共振器２１１の間の電磁結合の状態に対応させるように、共振器１１１の入力インピーダンス（又は、共振器２１１の出力インピーダンス）を調整して、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることができる。
【０１３７】
又、本実施形態に係る共振装置１１０、２１０においては、入出力線路１１２、２１２と共振器１１１、２１１とを容量結合により電気接続し、容量の調整によって、共振器１１１の入力インピーダンス（又は、共振器２１１の出力インピーダンス）を調整するため、最大平坦型を示す透過率に係る周波数特性の通過帯域の幅を更に広く確保することが可能である。
【０１３８】
（第３の実施形態）
上記実施形態では、共振装置１１０、２１０を、電気負荷２３０の動作電力に供される電力の伝送に適用する態様を示したが、信号の伝送に適用されてもよい。
【０１３９】
例えば、本発明に係る共振装置１１０、２１０は、回路基板間での信号伝送にも適用可能である。従来技術においては、ボンディングパッドやボンディングワイアを使用すると反射や輻射のため、高周波電力を半導体チップの外に取り出すことができなかった。しかしながら、本発明に係る共振装置１１０、２１０によれば、半導体チップで生成した高周波電力を、損失なく、回路基板間で高周波電力を伝送することができる。又、当該高周波電力をアンテナへ導くことで、極めて低コストのミリ波無線通信が実現できる。
【０１４０】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。例えば、各実施形態で示した態様を種々に組み合わせたものが用いられてもよいのは勿論である。
【０１４１】
上記実施形態では、共振器１１１、２１１に対する入出力線路１１２、２１２のポート角度φ又は電極間距離Ｌを調整可能とする調整機構の一例を示した。しかしながら、本発明において、ポート角度φや電極間距離Ｌを調整可能とする調整機構は、任意である。
【０１４２】
又、上記実施形態では、共振装置１１０、２１０の各部の支持構造の一例を示した。しかしながら、本発明において、共振装置１１０、２１０の各部の支持構造の種々に変形可能である。例えば、回路基板１２０ａ、２２０ａは、共振器１１１、２１１の表面側（即ち、共振器１１１と共振器２１１とが対向する側）、又は、共振器１１１、２１１の側面側に配設されてもよい。又、電極部１１２ａ、２１２ａは、共振器１１１、２１１の表面側に対向するように配設されてもよい。換言すると、共振装置１１０、２１０の各部の配置は、共振器１１１と共振器２１１とが電力伝送を実行する際に障害にならない位置であればよい。
【０１４３】
又、上記実施形態では、共振器１１１、２１１に対する入出力線路１１２、２１２のポート角度φ及び電極間距離Ｌを、制御部１１４（又は制御部２１４）によって自動的に調整する態様を示した。しかしながら、かかる共振器１１１、２１１に対する入出力線路１１２、２１２のポート角度φ及び電極間距離Ｌは、ユーザの手作業で調整されてもよい。
【０１４４】
又、上記実施形態では、共振器１１１、２１１の形状の一例として、リング状の閉曲線線路の一部に開放部１１１ａ、２１１ａが形成された形状を示した。しかしながら、共振器１１１、２１１の形状は、種々に変形可能であり、例えば、一部に開放部１１１ａ、２１１ａが形成された略矩形状にループする形状であってもよい。又、共振器１１１、２１１のリング長は、高周波電力の波長の１／２の奇数倍の長さとしてもよい。
【０１４５】
又、上記実施形態では、共振器１１１と共振器２１１とが同一の形状を有する態様を示したが、共振器１１１と共振器２１１とが異なる形状とされてもよい。尚、共振器１１１と共振器２１１とが異なる形状の態様としては、例えば、リングサイズやリング幅等が挙げられる。かかる態様においては、共振器１１１のポート角度φＡと共振器２１１のポート角度φＢとを別個に調整可能とすればよい。
【０１４６】
又、上記実施形態では、入出力線路１１２、２１２の電極部１１２ａ、２１２ａの形状の一例として、円形状を示した。しかしながら、電極部１１２ａ、２１２ａの形状は、種々に変形可能であり、例えば、共振器１１１、２１１と相似形のオープンリング形状としてもよい。
【０１４７】
又、上記実施形態では、共振装置１１０と共振装置２１０とが同一である態様について説明した。しかしながら、共振装置１１０と共振装置２１０とは、必ずしも同一である必要はない。例えば、共振装置１１０の入出力線路１１２は、同軸線路によって構成され、共振装置２１０の入出力線路２１２は、金属ピンによって構成されてもよい。
【０１４８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本開示に係る共振装置によれば、共振器間の電磁結合を利用して非接触で高周波電力の授受を行う際に、共振器間の電磁結合の状態の変化に対応することができる。
【符号の説明】
【０１５０】
Ｕ  電力伝送装置
１００  送電装置
１１０  第１共振装置
１１１  第１共振器
１１１Ｓ  支持棒
１１１ａ  開放部
１１１ｂ  突起部
１１２  第１入出力線路
１１２ａ  電極部
１１３  第１グラウンド板
１１４  第１制御部
１１５  第１駆動部
１１５ａ  歯車
１２０  発振器
１２０ａ  回路基板
１３０  電源
２００  受電装置
２１０  第２共振装置
２１１  第２共振器
２１１Ｓ  支持棒
２１１ａ  開放部
２１２  第２入出力線路
２１２ａ  電極部
２１３  第２グラウンド板
２１４  第２制御部
２１４ａ  電流センサ
２１５  第２駆動部
２１５ａ  歯車
２２０  整流回路
２２０ａ  回路基板
２３０  電気負荷
Ｌ  電極間距離
Ｔ  共振器間距離
φＡ、φＢ  ポート角度
【要約】
【課題】２つの共振器間の位置ずれに対応可能とする共振装置を提供すること。
【解決手段】閉曲線線路の一部が開放された構造を呈し、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器２１１との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器１１１と、自身の先端に設けられた電極部１１２ａが共振器１１１の裏面又は表面と対向するように、共振器１１１の近傍に配設された回路基板１２０ａから共振器１１１に向けて延在し、電極部１１２ａを介して共振器１１１との間で電力又は信号の授受を行う入出力線路１１２と、を備え、電極部１１２ａと共振器１１１との間の距離又は電極部１１２ａと共振器１１１との間の電気的な接続位置が、調整可能となっている共振装置。
【選択図】図２【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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