(57)【要約】【課題】送電アンテナ及び受電アンテナの少なくとも一方を小型化する。【解決手段】実施形態によれば、無線電力伝送システムは、送電アンテナ１２０と、受電アンテナ１３０とを含む。送電アンテナ１２０は、第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持ち、送電回路から第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを受け、高周波エネルギーを無線送電する。受電アンテナ１３０は、第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持ち、高周波エネルギーを無線受電する。第２の共振周波数は、第１の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値である。第１の伝送周波数は、第１の周波数帯域幅に含まれる値である。【選択図】図１
2013013204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持ち、送電回路から第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを受け、当該高周波エネルギーを無線送電する送電アンテナと、
第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持ち、前記高周波エネルギーを無線受電する受電アンテナと
を具備し、
前記第２の共振周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値であり、
前記第１の伝送周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる値である、
無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電アンテナは、先端開放自己共振コイルを含み、
前記受電アンテナは、先端短絡ループ素子を含む、
請求項１の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電アンテナは、
前記送電回路から前記高周波エネルギーを受ける先端短絡ループ素子と、
前記先端短絡ループ素子と磁界結合して前記高周波エネルギーを受け、前記高周波エネルギーを無線送電する先端開放自己共振コイルと
を含む、請求項１の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電アンテナと間隙を隔てて配置される回路基板と、
前記受電アンテナと前記回路基板との間隙に配置される磁性体と
を更に具備する、請求項１の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電アンテナを内蔵する筐体と、
第３の共振周波数及び第３の周波数帯域幅を持ち、前記筐体に対して着脱可能であり、前記筐体に取り付けられている場合に前記受電アンテナと磁界結合する自己共振コイルと
を更に具備し、
前記第３の共振周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる値であり、
前記自己共振コイルが前記筐体に取り付けられている場合に、当該自己共振コイルは前記高周波エネルギーを無線受電し、当該高周波エネルギーを前記受電アンテナに供給する、
請求項１の無線電力伝送システム。
【請求項６】
可変キャパシタ及び可変インダクタの少なくとも一方を含み、前記送電アンテナと接続される可変受動素子と、
前記送電アンテナからの反射電力が小さくなるように前記可変受動素子を制御する制御回路と
を更に具備する、請求項１の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記第１の周波数帯域幅内の周波数利用状況を検出する検出部と、
前記第１の伝送周波数の利用が他のシステムに干渉を与えるか否かを前記周波数利用状況に基づいて判定し、前記第１の伝送周波数の利用が他のシステムに干渉を与えると判定するならば、前記第１の伝送周波数を前記第１の周波数帯域幅内の異なる値に変更するように前記送電回路を制御する制御部と
を更に具備する、請求項１の無線電力伝送システム。
【請求項８】
第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持ち、第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持つ送電アンテナから第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを無線受電する受電アンテナを具備し、
前記第２の共振周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値であり、
前記第１の伝送周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる値である、
受電装置。
【請求項９】
第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持ち、送電回路から第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを受け、当該高周波エネルギーを第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持つ受電アンテナに無線送電する送電アンテナを具備し、
前記第２の共振周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値であり、
前記第１の伝送周波数は、前記第１の周波数帯域幅に含まれる値である、
送電装置。
【請求項１０】
第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持ち、送電回路から第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを受け、当該高周波エネルギーを無線送電する送電アンテナと、
第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持ち、前記高周波エネルギーを無線受電する受電アンテナと
を具備し、
前記第１の共振周波数は、前記第２の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値であり、
前記第１の伝送周波数は、前記第２の周波数帯域幅に含まれる値である、
無線電力伝送システム。
【請求項１１】
第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持ち、送電回路から第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを受け、当該高周波エネルギーを第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持つ受電アンテナに無線送電する送電アンテナを具備し、
前記第１の共振周波数は、前記第２の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値であり、
前記第１の伝送周波数は、前記第２の周波数帯域幅に含まれる値である、
送電装置。
【請求項１２】
第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持ち、第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持つ送電アンテナから第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを無線受電する受電アンテナを具備し、
前記第１の共振周波数は、前記第２の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値であり、
前記第１の伝送周波数は、前記第２の周波数帯域幅に含まれる値である、
受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共鳴型の無線電力伝送システムが提案されている。この無線電力伝送システムにおいて、送電アンテナ及び受電アンテナの共振周波数は近接している。ここで、共振周波数が近接しているとは、下記の数式（１）が満足されることをいうものとする。
【数１】
2013013204.tif 000003
【０００３】
数式（１）において、ｆ１は送電アンテナの共振周波数を表し、Δｆ１は送電アンテナの周波数帯域幅を表し、ｆ２は受電アンテナの共振周波数を表し、Δｆ２は受電アンテナの周波数帯域幅を表す。また、ｍｉｎ（ａ，ｂ）は、ａ及びｂのうちの最小値を返す関数である。
【０００４】
また、従来の共鳴型の無線電力伝送システムにおいて、高い無線伝送効率を達成するために、送電アンテナ及び受電アンテナの両方が共振する状態で結合される。即ち、伝送周波数（＝ｆ３）は、送電アンテナ及び受電アンテナの周波数帯域幅（＝Δｆ１，Δｆ２）の重複する範囲内の値に制約される。
【０００５】
従って、従来の共鳴型の無線電力伝送システムにおいて、受電アンテナのサイズは、送電アンテナのサイズから制約を受けることになる。例えば、受電アンテナは、その共振周波数が送電アンテナの共振周波数に近接するように、送電アンテナと同程度のサイズに設計されがちである。即ち、従来の共鳴型の無線電力伝送システムにおいて、送電アンテナ及び受電アンテナの両方が大きなサイズに設計される傾向にあり、小型化は困難である。
【０００６】
無線電力伝送システムの応用例として、モバイル機器（例えば、ノートＰＣ、携帯電話機など）、電気自動車、電動自動二輪車、電動アシスト付き自転車などへの無線充電（または無線給電）が検討されている。例えば、受電アンテナを小型化すれば、当該受電アンテナをこれらの移動体に内蔵させることが容易となる。
【０００７】
その他、共振周波数の調整、送電アンテナまたは受電アンテナの改善（例えば、薄型化、軽量化、低損失化、低コスト化、大電力化、高効率化など）に関する課題の解決が、従来の共鳴型の無線電力伝送システムにおいて望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施形態は、送電アンテナ及び受電アンテナの少なくとも一方を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、無線電力伝送システムは、送電アンテナと、受電アンテナとを含む。送電アンテナは、第１の共振周波数及び第１の周波数帯域幅を持ち、送電回路から第１の伝送周波数を持つ高周波エネルギーを受け、高周波エネルギーを無線送電する。受電アンテナは、第２の共振周波数及び第２の周波数帯域幅を持ち、高周波エネルギーを無線受電する。第２の共振周波数は、第１の周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高い値である。第１の伝送周波数は、第１の周波数帯域幅に含まれる値である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る無線電力伝送システムにおける送電アンテナ及び受電アンテナの共振周波数及び周波数帯域幅と、伝送周波数との関係を例示する図。
【図３】第２の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図４】第３の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図５】第４の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図６】第５の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図７】第６の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図８】第６の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図９】第７の実施形態に係る無線電力伝送システムを例示するブロック図。
【図１０】円形平面スパイラルコイルを例示する図。
【図１１】方形平面スパイラルコイルを例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。
【００１３】
（第１の実施形態）  
図１に示されるように、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置と、受電装置とを含む。送電装置は、送電回路１１０と、送電アンテナ１２０とを含む。受電装置は、受電アンテナ１３０と、受電回路１４０とを含む。
【００１４】
送電回路１１０は、高周波エネルギーを生成（または外部から中継）し、送電アンテナ１２０に供給する。この高周波エネルギーは、例えば、伝送周波数（＝ｆ３）を中心とした狭帯域信号である。
【００１５】
例えば、送電回路１１０は、正弦波生成回路と、正弦波増幅回路とを含むことができる。正弦波生成回路は、伝送周波数（＝ｆ３）に主成分を備える正弦波を生成する。正弦波増幅回路は、正弦波生成回路によって生成された正弦波を増幅し、高周波エネルギーを得る。
【００１６】
送電アンテナ１２０は、送電回路１１０から供給される高周波エネルギーを受電装置（の受電アンテナ１３０）に無線送電する。送電アンテナ１２０の共振周波数の値はｆ１であり、この周波数帯域幅の値はΔｆ１である。
【００１７】
ここで、共振周波数（＝ｆ１）とは、送電アンテナ１２０のインピーダンスの実部が非零となり、かつ、虚部が零となる周波数を指す。尚、一般に、送電アンテナ１２０は、複数の共振周波数を備えるが、以降の説明において共振周波数（＝ｆ１）とはこれら複数の共振周波数のうち最も低いものを指すとする。また、送電アンテナ１２０の周波数帯域幅Δｆ１は、下記の数式（２）によって定義される。
【数２】
2013013204.tif 000004
【００１８】
尚、上記の数式（２）のうち、Ｑは下記の数式（３）によって定義される。  
【数３】
2013013204.tif 000005
【００１９】
数式（３）において、Ｌは、送電アンテナ１２０のインダクタンスを表す。Ｒは、送電アンテナ１２０の損失抵抗値の合計を表す。損失抵抗値は、例えば導体抵抗値、放射抵抗値などを含む。
【００２０】
受電アンテナ１３０は、送電装置（の送電アンテナ１２０）から供給される高周波エネルギーを無線受電する。受電アンテナ１３０は、無線受電した高周波エネルギーを受電回路１４０に供給する。受電アンテナ１３０の共振周波数の値はｆ２であり、この周波数帯域幅の値はΔｆ２である。尚、受電アンテナ１３０の共振周波数（＝ｆ２）及び周波数帯域幅（＝Δｆ２）の詳細は、送電アンテナ１２０の共振周波数（＝ｆ１）及び周波数帯域幅（＝Δｆ１）についての説明を適宜読み替えることによって理解可能であろう。
【００２１】
受電回路１４０は、受電アンテナ１３０から供給された高周波エネルギーを外部に提供する。高周波エネルギーは、図示しない外部機器のバッテリを充電するために利用されてもよいし、図示しない外部機器を駆動するための電力として利用されてもよい。例えば、受電回路１４０は、高周波エネルギーをＡＣ−ＤＣ変換してから外部に提供してもよい。
【００２２】
本実施形態に係る無線電力伝送システムは、受電アンテナ１３０の共振周波数（＝ｆ２）及び高周波エネルギーの伝送周波数（＝ｆ３）を下記の条件を満たすように設計することによって、受電アンテナ１３０の小型化を可能にする。
【００２３】
第１の条件は、受電アンテナ１３０の共振周波数（＝ｆ２）が送電アンテナ１２０の周波数帯域幅（＝Δｆ１）に含まれる最高の周波数よりも高いということである。即ち、第１の条件は、前述の数式（１）が満足されないことを意味する。第２の条件は、伝送周波数（＝ｆ３）が送電アンテナ１２０の周波数帯域幅（＝Δｆ１）と同じ範囲内の値を取り得るということである。第１の条件及び第２の条件が満たされる場合の送電アンテナ１２０及び受電アンテナ１３０の共振周波数（＝ｆ１，ｆ２）及び周波数帯域幅（＝Δｆ１，Δｆ２）と、伝送周波数（＝ｆ３）との関係が図２に示される。
【００２４】
一般に、素子構成が同じであれば、アンテナの共振周波数が高いほどそのサイズを小さくすることが容易である。具体的には、アンテナの共振周波数とは、当該アンテナに相当するインダクタンス及びキャパシタンスを夫々備えるインダクタ及びキャパシタを直列接続または並列接続した場合の共振周波数を指す。例えば、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣ、共振周波数をｆｒによって表すと、下記の数式（４）が成立する。
【数４】
2013013204.tif 000006
【００２５】
上記の数式（４）から明らかなように、インダクタンス（＝Ｌ）及びキャパシタンス（＝Ｃ）の積が小さいほど共振周波数（＝ｆｒ）は高い。また、インダクタンス（＝Ｌ）及びキャパシタンス（＝Ｃ）は、概してアンテナのサイズに依存して増減する。従って、素子構成が同じであるならば、インダクタンス（＝Ｌ）及びキャパシタンス（＝Ｃ）が小さい（即ち、共振周波数（＝ｆｒ）が高い）ほど、アンテナを小型化し易い。
【００２６】
上記の数式（１）によれば、ｆ２の上限はｆ１＋Δｆ１／２である。しかしながら、本実施形態において第１の条件が満たされるので、この上限に比べてｆ２は高い値となる。即ち、受電アンテナ１３０を小型化することが容易となる。
【００２７】
また、本実施形態において第２の条件が満たされるので、伝送周波数（＝ｆ３）の取り得る範囲と送電アンテナ１２０の周波数帯域幅Δｆ１とが一致する。故に、高効率な無線電力伝送が可能である。
【００２８】
以上説明したように、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムは、受電アンテナの共振周波数が送電アンテナの周波数帯域幅に含まれる最高の周波数よりも高く設計され、かつ、電力の伝送周波数は送電アンテナの周波数帯域幅と同じ範囲内の値を取り得る。従って、この無線電力伝送システムによれば、受電アンテナの小型化が容易であり、かつ、電力を高効率に無線伝送できる。
【００２９】
（第２の実施形態）  
図３に示されるように、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置及び受電装置を含む。送電装置は、送電回路１１０と、先端開放自己共振コイル２２０とを含む。受電装置は、ループ素子２３０と、受電回路１４０とを含む。即ち、本実施形態において、第１の実施形態における送電アンテナ１２０が先端開放自己共振コイル２２０を用いて実装され、第１の実施形態における受電アンテナ１３０が先端短絡ループ素子２３０を用いて実装されている。
【００３０】
先端開放自己共振コイル２２０は、先端短絡ループ素子２３０と相互結合（即ち、磁界結合）する。先端開放自己共振コイル２２０は、送電回路１１０から供給される高周波エネルギーを受電装置（の先端短絡ループ素子２３０）に無線送電する。先端開放自己共振コイル２２０の共振周波数の値はｆ１であり、この周波数帯域幅の値はΔｆ１である。
【００３１】
先端開放自己共振コイル２２０は、コイルの一種なので、高いインダクタンスを持つ。先端開放自己共振コイル２２０は、その近傍に磁界を発生させるので磁界結合が可能である。先端開放自己共振コイル２２０の先端２２１，２２２間は開放されているので、先端２２１，２２２間に大きな浮遊キャパシタンスが発生する。尚、先端開放自己共振コイル２２０のうち先端２２１，２２２間以外の部分においても浮遊キャパシタンスが発生する。先端開放自己共振コイル２２０は、これらインダクタンス（＝Ｌ）及び（浮遊）キャパシタンス（＝Ｃ）によって共振する。
【００３２】
一般に、先端開放自己共振コイル２２０のインダクタンス（＝Ｌ）及びキャパシタンス（＝Ｃ）は、同程度のサイズを持つ異なる構成の自己共振コイルに比べて両方とも高い。従って、異なる構成の自己共振コイルに比べて先端開放自己共振コイル２２０のサイズを小さく設計したとしても、所望の共振周波数（ｆ１）を実現するパラメータ（＝ＬＣ）を得ることができる。即ち、送電アンテナ１２０は、先端開放自己共振コイル２２０を用いて実装されることによって、小型化が容易となる。
【００３３】
先端短絡ループ素子２３０は、先端開放自己共振コイル２２０と磁界結合する。先端短絡ループ素子２３０は、送電装置（の先端開放自己共振コイル２２０）から供給される高周波エネルギーを無線受電する。先端短絡ループ素子２３０は、無線受電した高周波エネルギーを受電回路１４０に供給する。先端短絡ループ素子２３０の共振周波数の値はｆ２であり、この周波数帯域幅の値はΔｆ２である。
【００３４】
先端短絡ループ素子２３０は、その近傍に磁界を発生させるので磁界結合が可能である。先端短絡ループ素子２３０の先端２３１は短絡されているので、電流が先端２３１を流れる。従って、先端短絡ループ素子２３０は、その先端２３１を開放するよりも、高いインダクタンス（＝Ｌ）を持つ。また、先端短絡ループ素子２３０の先端２３１は短絡されているので、その先端２３１を開放するよりも、小さなキャパシタンス（＝Ｃ）を持つ。従って、先端短絡ループ素子２３０は、所望の共振周波数（＝ｆ２）が高く（即ち、これを実現するパラメータ（＝ＬＣ）が低く）設定される場合であっても、高いインダクタンス（＝Ｌ）を持つことができる。即ち、先端短絡ループ素子２３０は、高い共振周波数（＝ｆ２）を持ちながら高いインダクタンス（＝Ｌ）を持つので、小型化が容易であると共に高効率な磁界結合が可能である。
【００３５】
以上説明したように、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムは、第１の実施形態における送電アンテナ及び受電アンテナを先端開放自己共振コイル及び先端短絡ループ素子によって夫々実装する。従って、この無線電力伝送システムによれば、送電アンテナ及び受電アンテナを小型化しつつ、両者間の磁界結合を通じて電力を高効率に無線伝送できる。
【００３６】
（第３の実施形態）  
図４に示されるように、第３の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置及び受電装置を含む。送電装置は、送電回路１１０と、先端短絡ループ素子３２１と、先端開放自己共振コイル３２２とを含む。即ち、本実施形態において、第１の実施形態における送電アンテナ１２０が先端短絡ループ素子３２１及び先端開放自己共振コイル３２２を用いて実装されている。受電装置は、図３に示されるものと同一または類似であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、受電装置は、図１に示されるものと同一または類似であってもよい。
【００３７】
先端開放自己共振コイル３２２は、先端短絡ループ素子３２１と磁界結合する。先端開放自己共振コイル３２２は、先端短絡ループ素子３２１から高周波エネルギーを受け、当該高周波エネルギーを受電装置に無線送電する。図４の例によれば、先端開放自己共振コイル３２２は、先端短絡ループ素子２３０とも磁界結合している。従って、先端開放自己共振コイル３２２は、先端短絡ループ素子２３０に高効率に高周波エネルギーを無線送電できる。
【００３８】
先端短絡ループ素子３２１は、先端開放自己共振コイル３２２と磁界結合する。先端短絡ループ素子３２１は、送電回路１１０から高周波エネルギーを受け、当該高周波エネルギーを先端開放自己共振コイル３２２に無線送電する。尚、先端短絡ループ素子３２１は、前述の先端短絡ループ素子２３０と同一または類似の性質を持つ。従って、先端短絡ループ素子３２１は、小型化が容易であると共に高効率な無線電力伝送を可能とする。
【００３９】
また、先端短絡ループ素子３２１は、インピーダンス整合の役割も果たす。先端短絡ループ素子３２１と先端開放自己共振コイル３２２との間の距離が変化すると、両者の結合係数が変化する。即ち、先端開放自己共振コイル３２２のインピーダンスが変換される。従って、上記距離を適切に設計することによって、先端開放自己共振コイル３２２のインピーダンスを所望の値に変換することができる。例えば、送電回路１１０のインピーダンスと一致するように、先端開放自己共振コイル３２２のインピーダンスが変換される。このようにインピーダンスを整合させることによって、電力の反射が抑制され、高効率な無線電力伝送が可能となる。
【００４０】
以上説明したように、第３の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電アンテナにおいてインピーダンス整合を行う。従って、この無線電力伝送システムによれば、送電装置における電力の反射が抑制され、高効率な無線電力伝送が可能となる。
【００４１】
（第４の実施形態）  
図５に示されるように、第４の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置及び受電装置を含む。送電装置は、図４に示されるものと同一または類似であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、送電装置は、図１または図３に示されるものと同一または類似であってもよい。受電装置は、先端短絡ループ素子２３０と、受電回路１４０と、磁性体４５０と、回路基板４６１と、筐体４６２とを含む。尚、先端短絡ループ素子２３０は、受電アンテナ１３０に置き換えられてもよい。
【００４２】
先端短絡ループ素子２３０は、筐体４６２に内蔵される。先端短絡ループ素子２３０は、送電装置から高周波エネルギーを無線受電する。図５の例によれば、先端短絡ループ素子２３０は、先端開放自己共振コイル３２２と磁界結合し、当該先端開放自己共振コイル３２２から高周波エネルギーを高効率に無線受電する。先端短絡ループ素子２３０は、無線受電した高周波エネルギーを受電回路１４０に供給する。
【００４３】
回路基板４６１は、筐体４６２に内蔵され、先端短絡ループ素子２３０と間隙を隔てて配置される。筐体４６２は、回路基板４６１だけでなく受電回路１４０、先端短絡ループ素子２３０及び磁性体４５０を内蔵する。尚、回路基板４６１及び筐体４６２の詳細は、受電装置或いは当該受電装置を組み込む電子機器の種別に依存する。典型的には、回路基板４６１及び筐体４６２は、モバイル機器に関するものである。
【００４４】
回路基板４６１と、先端短絡ループ素子２３０との間には、磁性体４５０が挿入（配置）される。回路基板４６１は、例えば、その回路面が先端短絡ループ素子２３０のループ面と平行になるように配置される。先端短絡ループ素子２３０が高周波エネルギーを受けると、電流が当該先端短絡ループ素子２３０を流れると共に磁界が発生する。仮に磁性体４５０を設けなければ、これら磁界は回路基板４６１に到達し、渦電流を発生させる。一方、磁性体４５０を設けると、これら磁界は磁性体４５０の内部に集中するので、回路基板４６１に到達する磁界は減少する。即ち、磁性体４５０を設けることにより、渦電流に起因するエネルギー損失が抑制されるので、高効率な無線電力伝送が可能となる。
【００４５】
磁性体４５０は、例えば、比透磁率が１以上の材料によって構成されるものとする。また、磁性体４５０を構成する材料は、１以上の比透磁率に加えて１以上の比誘電率を備えていてもよい。また、磁性体４５０の形状は任意である。例えば、磁性体４５０は、長方形のシート状に形成されてもよいし、先端短絡ループ素子２３０と相似する形状に形成されてもよい。
【００４６】
以上説明したように、第４の実施形態に係る無線電力伝送システムは、受電アンテナ及び回路基板を筐体に内蔵し、両者の間隙に磁性体を配置している。従って、この無線電力伝送システムによれば、受電アンテナを筐体に内蔵しながらも高効率な無線電力伝送が可能である。
【００４７】
（第５の実施形態）  
図６に示されるように、第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置及び受電装置を含む。送電装置は、図４に示されるものと同一または類似であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、送電装置は、図１または図３に示されるものと同一または類似であってもよい。受電装置は、先端短絡ループ素子２３０と、受電回路１４０と、磁性体４５０と、回路基板４６１と、筐体４６２とを含む。更に、受電装置は、筐体４６２に対して着脱可能な自己共振コイル５３１を含む。尚、先端短絡ループ素子２３０は、受電アンテナ１３０に置き換えられてもよい。
【００４８】
自己共振コイル５３１は、筐体４６２に取り付けられている場合に先端短絡ループ素子２３０と磁界結合する。そして、自己共振コイル５３１は、送電装置から高周波エネルギーを無線受電し、当該高周波エネルギーを先端短絡ループ素子２３０に高効率に無線送電する。即ち、自己共振コイル５３１は、受電アンテナの一部とみなすことができる。
【００４９】
自己共振コイル５３１の共振周波数の値はｆ４であり、その周波数帯域幅の値はΔｆ４である。ｆ４は、前述のｆ１，Δｆ１に関して下記の数式（５）の関係を満たす値である。即ち、ｆ４は、周波数帯域幅（＝Δｆ１）に含まれる値である。
【数５】
2013013204.tif 000007
【００５０】
上記の数式（５）の関係が満たされるということは、共振周波数（＝ｆ４）が共振周波数（＝ｆ１）に近接するということを意味する。従って、送電アンテナと自己共振コイル５３１との磁界結合量は大きい。故に、送電アンテナから自己共振コイル５３１までの間の距離が大きくても高効率な無線電力伝送が可能である。換言すれば、電力の無線伝送距離を延長することが可能である。
【００５１】
以上説明したように、第５の実施形態に係る無線電力伝送システムは、筐体に対して着脱可能な自己共振コイルを用意する。自己共振コイルは、送電アンテナと近接した共振周波数を持つ。自己共振コイルは、筐体に取り付けられた場合に受電アンテナの一部として機能する。従って、この無線電力伝送システムによれば、電力の無線伝送距離の延長が可能である。
【００５２】
（第６の実施形態）  
図７に示されるように、第６の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置及び受電装置を含む。送電装置は、送電回路１１０と、先端短絡ループ素子６２１と、先端開放自己共振コイル３２２と、制御回路６７０と、可変キャパシタ６７１とを含む。但し、先端開放自己共振コイル３２２は除去されてもよいし、先端短絡ループ素子６２１は他のアンテナ素子に置き換えられてもよい。受電装置は、図３に示されるものと同一または類似であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、受電装置は、図１，図４または図５に示されるものと同一または類似であってもよい。
【００５３】
上記の数式（４）に示されるように、一般に、共振周波数はアンテナのインダクタンス（＝Ｌ）及びキャパシタンス（＝Ｃ）によって決まる。ところが、これらインダクタンス及びキャパシタンスは、アンテナの構成だけでなくアンテナ周辺の条件にも依存する。例えば、アンテナの周辺に金属が存在すると、当該アンテナの共振周波数及び周波数帯域幅は変化する。送電装置の実際の使用環境次第で、様々な形状を持ち様々な材料で構成される物体（例えば、部屋の壁、タンス、床、計器など）が様々な位置に存在するだろう。これらの影響によって送電装置のアンテナの共振周波数（＝ｆ１）及び周波数帯域幅（＝Δｆ１）が変化するおそれがある。これらの共振周波数（＝ｆ１）及び周波数帯域幅（＝Δｆ１）は、前述のように電力の無線伝送効率に関わるパラメータであるから送電装置の使用環境に関わらず一定であることが望ましい。
【００５４】
図７の例によれば、可変キャパシタ６７１が先端短絡ループ素子６２１に接続される。従って、先端短絡ループ素子６２１のキャパシタンス（＝Ｃ）は可変なので、共振周波数（＝ｆ１）及び周波数帯域幅（＝Δｆ１）を調整できる。即ち、可変キャパシタ６７１のキャパシタンスが適切に制御されれば、送電装置の使用環境の変動による共振周波数（＝ｆ１）及び周波数帯域幅（＝Δｆ１）の変動を緩和し、電力の無線伝送効率を安定的に高く維持できる。尚、可変キャパシタ６７１は、先端短絡ループ素子６２１の代わりに、または、先端短絡ループ素子６２１に加えて、先端開放自己共振コイル３２２に接続されてもよい。可変キャパシタ６７１は、可変インダクタで置き換えられてもよいし、可変キャパシタ及び可変インダクタの組み合わせに置き換えられてもよい。即ち、可変キャパシタ６７１は、可変キャパシタ及び可変インダクタの少なくとも一方を含む可変受動素子であればよい。
【００５５】
制御回路６７０は、可変キャパシタ６７１のキャパシタンスを制御する。具体的には、制御回路６７０は、先端短絡ループ素子６２１からの反射電力を送電回路１１０経由で監視する。そして、制御回路６７０は、この反射電力が小さくなるように可変キャパシタのキャパシタンスを増減させる。
【００５６】
以上説明したように、第６の実施形態に係る無線電力伝送システムは、可変キャパシタ及び可変インダクタの少なくとも一方を含む可変受動素子を送電アンテナと接続し、反射電力が小さくなるように可変受動素子を制御している。従って、この無線電力伝送システムによれば、送電アンテナの共振周波数及び周波数帯域幅の変動を緩和し、電力の無線伝送効率を安定的に高く維持できる。
【００５７】
尚、図７の例によれば、送電装置は自己共振コイルを含むものの受電装置は自己共振コイルを含まない。従って、受電アンテナの共振周波数及び周波数帯域幅を調整する必要はない。この事実は、受電アンテナの小型化及び低コスト化に寄与する。特に、受電アンテナの小型化及び低コスト化は、当該受電アンテナを移動体（例えば、モバイル機器）に内蔵する場合に好ましい。
【００５８】
また、送電アンテナの共振周波数及び周波数帯域幅を調整するために、金属板を利用することもできる。図８に示されるように、図３の無線電力伝送システムに制御回路７８１と、金属板移動部７８２と、金属板７８３とが追加されてもよい。
【００５９】
金属板移動部７８２は、制御回路７８１からの制御に従って、金属板７８３の位置を移動する。金属板７８３は、金属板移動部７８２の作用によって、送電アンテナ（即ち、先端短絡ループ素子３２１及び先端開放自己共振コイル３２２）の周辺のいずれかの位置に固定される。送電アンテナの共振周波数及び周波数帯域幅は、金属板７８３の位置に応じて調整される。
【００６０】
制御回路７８１は、金属板７８３の位置を制御する。具体的には、制御回路７８１は、先端短絡ループ素子３２１からの反射電力を送電回路１１０経由で監視する。そして、制御回路７８１は、この反射電力が小さくなるように金属板７８３の位置を金属板移動部７８２によって移動させる。
【００６１】
図８の無線電力伝送システムによっても、図７の無線電力伝送システムと同一または類似の効果を得ることができる。
【００６２】
（第７の実施形態）  
図９に示されるように、第７の実施形態に係る無線電力伝送システムは、送電装置及び受電装置を含む。送電装置は、送電回路８１０と、先端短絡ループ素子３２１と、先端開放自己共振コイル３２２と、干渉検出部８９１と、制御回路８９２とを含む。但し、先端開放自己共振コイル３２２は除去されてもよいし、先端短絡ループ素子３２１は他のアンテナ素子に置き換えられてもよい。受電装置は、図３に示されるものと同一または類似であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、受電装置は、図１，図４または図５に示されるものと同一または類似であってもよい。
【００６３】
送電回路８１０は、少なくとも２つの値の中から伝送周波数（＝ｆ３）を選択できる。送電回路８１０が選択する伝送周波数の値は、制御回路８９２によって制御される。尚、これら少なくとも２つの値は、いずれも送電アンテナの周波数帯域幅（＝Δｆ１）の範囲内に含まれる。
【００６４】
干渉検出部８９１は、送電アンテナの周波数帯域幅（＝Δｆ１）内の周波数利用状況を検出する。ここで、周波数利用状況は、例えば、送電アンテナの周波数帯域幅（＝Δｆ１）内の周波数が他のシステムによって使用されているか否か示す情報（例えば、各周波数における受信電力強度）である。
【００６５】
制御回路８９２は、干渉検出部８９１によって検出された周波数利用状況を参照し、現行の伝送周波数（＝ｆ３）の利用が他のシステムに干渉を与えるか否かを判定する。例えば、現行の伝送周波数（＝ｆ３）が他のシステムによって使用されているならば、現行の伝送周波数（＝ｆ３）を用いて無線送電された高周波エネルギーの一部が他のシステムによって受信されるおそれがある。この高周波エネルギーの一部は、混信を引き起こし、他のシステムの性能を劣化させるおそれがある。故に、係る場合に、制御回路８９１は現行の伝送周波数（＝ｆ３）の利用が他のシステムに干渉を与えると判定できる。
【００６６】
制御回路８９２は、現行の伝送周波数（＝ｆ３）の利用が他のシステムに干渉を与えると判定するならば、伝送周波数（＝ｆ３）を異なる値に変更するように送電回路８１０を制御する。或いは、制御回路８９２は、与干渉が小さくなるように、伝送周波数の値を制御してもよい。
【００６７】
以上説明したように、第７の実施形態に係る無線電力伝送システムは、与干渉を回避または縮小するように、伝送周波数の値を制御する。但し、伝送周波数は、送電アンテナの周波数帯域幅内に限って可変である。従って、この無線電力伝送システムによれば、電力の無線伝送効率を高く維持しながら与干渉を回避または縮小できる。
【００６８】
以下、各実施形態の説明が補足される。  
先端開放自己共振コイル２２０，３２２は、平面コイルに変形されてもよい。例えば図１０に示される先端開放円形スパイラルコイルに変形されてもよいし、図１１に示される先端開放方形スパイラルコイルに変形されてもよい。平面コイルを利用すれば、アンテナの薄型化が可能となる。また、平面コイルを筐体に内蔵する場合には、当該平面コイルの形状を筐体の形状に沿って変形させてもよい。更に、平面コイルは円形、方形に限られず、楕円形、多角形などの任意の形状に形成されてよい。
【００６９】
先端短絡ループ素子２３０，３２１，６２１は、円形に限られず、方形、楕円形、多角形、多重巻きループなどの任意の形状に形成されてもよい。
【００７０】
各実施形態において、主に受電アンテナの小型化するための技法が説明された。更に、受電アンテナに関する説明と送電アンテナに関する説明とを読み替えることによって、送電アンテナの小型化が可能となる。
【００７１】
各実施形態は、無線電力伝送システムへの適用を前提に説明されてきたが、無線通信システムへ適用されてもよい。例えば、高周波エネルギーを高周波変調信号に置き換え、他の公知のハードウェアを利用すれば、各実施形態を無線通信システムに適用可能である。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１１０，８１０・・・送電回路
１２０・・・送電アンテナ
１３０・・・受電アンテナ
１４０・・・受電回路
２２０，３２２・・・先端開放自己共振コイル
２２１，２２２・・・先端
２３０，３２１，６２１・・・先端短絡ループ素子
２３１・・・先端
４５０・・・磁性体
４６１・・・回路基板
４６２・・・筐体
５３１・・・自己共振コイル
６７０・・・制御回路
６７１・・・可変キャパシタ
７８１・・・制御回路
７８２・・・金属板移動部
７８３・・・金属板
８９１・・・干渉検出部
８９２・・・制御回路
【図１】
2013013204.tif 000008
【図２】
2013013204.tif 000009
【図３】
2013013204.tif 000010
【図４】
2013013204.tif 000011
【図５】
2013013204.tif 000012
【図６】
2013013204.tif 000013
【図７】
2013013204.tif 000014
【図８】
2013013204.tif 000015
【図９】
2013013204.tif 000016
【図１０】
2013013204.tif 000017
【図１１】
2013013204.tif 000018