磁界調相結合
主流の有線設備と異なり、直接電気的に接続する必要が無いため、感電の可能性を避けるため設備を遮蔽する必要のある場合もある。
結合は主に磁界により成されるため、この技術は比較的安全である。ほとんどの国において電磁界への曝露に関する安全基準やガイドラインが存在する(例: ICNIRP )。 システムがガイドラインもしくはより厳しくない法規制を満たすことができるか否かは、送電器から伝送される電力とその範囲によって決まる。推奨最大磁束密度は周波数の複雑な関数となる。例えば ICNIRP ガイドラインでは 100 kHz 以下では二乗平均平方根で数十マイクロテスラまでの磁界を許容するが、VHF帯では許容値は 200ナノテスラまで落ち、人体の各部に波長程度の直径を持つ電流ループが形成しえ、深部組織のエネルギー吸収が最大となる 400 MHz 以上ではより低くなる。
既に磁界を発生させている現行の機器でも、例えばIHクッキングヒーターは数十 kHz で強い磁界が許容されるが、非接触スマートカード(英語版)リーダは必要電力が少ないため、より高い周波数が使用できる。
ところが負荷に電流が流れる場合は主磁束と漏れ磁束との比率は変化する。とくに容量性の負荷が存在する場合は一定の条件において主磁束が大幅に増加する。
結合係数は系の幾何配置の関数であり、二つのコイルの位置関係により定まる。結合係数は系が共振状態にあるかないかに関わらず一定である。共振状態においてコイル巻数比よりも大きな二次電圧が生じている場合でも結合係数は変化しない。すなわちこれは、結合係数は変化せずに主磁束が大幅に増加している状態である。
共振系は密結合、疎結合、臨界結合、過結合のどれかに分類される。密結合とは、通常の鉄芯変圧器のように結合係数がほぼ1の場合である。過結合とは、二次コイルが非常に近くコイル相互の結合の生成が反共振の効果により妨げられる状態であり、臨界結合とは通過帯における電力伝送と効率が最大となる状態である。疎結合とはコイルが互いに離れており、磁束のほとんどが二次コイルに届かない状態である。テスラコイルでは 0.2 程度の値が用いられ、より距離の大きい、たとえば誘導ワイヤレス電力伝送の場合は 0.01 を下回る場合もある。
1894年、ニコラ・テスラは誘導結合(または "electro-dynamic induction")を用いてニューヨーク市の研究所の蛍光灯と白熱灯をワイヤレスに点灯した。 1897年には高電圧共振変圧器、もしくは「テスラコイル」と呼ばれる機器の特許を取得した。電気エネルギーを一次コイルから二次コイルに共振誘導により伝送することで、テスラコイルは高圧かつ高周波の電流を発生することができた。設計の進歩により、「機器自体の破壊や近接または操作中の人間への危険のおそれなく」高圧電流を発生・利用することができた。
1960年代初頭、共振誘導の電力伝送は、ペースメーカーや人工心臓などのデバイスを含む埋め込み型医療デバイスで使用され始め、ワイヤレス電力伝送としての一つの成功を収めた。 初期のシステムでは受信コイル側のみに共振が採用されていたが、後のシステムでは送信コイル側にも共振が採用された。 これらの医療機器は低電力の電子機器において、比較的高い効率が実現できるように設計されており、コイルの位置ずれやねじれを効果的に調整している。 埋め込み型アプリケーションにおけるコイル間の間隔はほとんどの場合において20 cm未満である。 現在共振を利用した電力伝送は、多くの市販の医療用埋め込み型デバイスで電力を提供するために数多く使用されている 。
電気自動車やバスなどへの大電力 (>10 kW) ワイヤレス伝送に向けて実験が行われている。急速な充電のためには大電力が要求され、運用経済性と環境への影響を抑えるための両方の理由から高効率が求められる。
マリン・ソーリャチッチらが発明したWiTricityの磁気共鳴は一次側の共振コイルと二次側の共振コイルとが対になっていることを特徴とする。一次側共振器は駆動コイル電流を増加させ、結果として一次コイル周辺に発生する磁束を増加させる。これにより一次コイルを高電圧で駆動するのと同等の効果が得られる。
図に示す型の装置の場合の動作原理を以下に説明する。ある量の振動エネルギー(パルスまたはパルス列)を容量性負荷を持つ一次コイルに入力すると一次コイルは「リンギング」を起こし、振動磁界を発生させる。エネルギーはインダクタ内の磁界とキャパシタ内の電界との間を共振周波数で行き来する。この振動は、主に抵抗損と放射損により、利得帯域幅(Q値)の逆数に比例する損失速度 Γによって決まる速度で減衰する。しかし、二次コイルが十分な磁界を受けているのならば、一次コイルの共振周期のうちに失なわれるエネルギーよりも大きな量のエネルギーを吸収できるため、エネルギーの大部分が伝送できる。