磁界調相結合
通常型の変圧器のような非共振結合インダクタは、一次コイルが磁界を生成し、二次コイルがその磁界からできる限りの電力を受けとる原理で動作する。このためには、磁界が二次コイルを通ることが必要となるので、ごく近距離に限られ、通常はフェライトなどのコアを必要とする。非共振の誘導結合では距離が大きくなると効率が大きく低下し、エネルギーの大部分は一次コイルの銅損として発熱により失われてしまう。
共振を用いることにより効率を劇的に向上させることができる。共振結合を使う場合、二次コイルに容量性負荷が接続され、LC回路が形成される。一次コイルの駆動周波数と二次コイルの共振周波数が一致する場合、コイル長の数倍の距離を隔てたコイル間でも相当のエネルギーを伝送しうる。共振条件下では結合係数が増大すると説明されることが多いが、正しくない。
磁界調相結合(じかいちょうそうけつごう、英: Magnetic phase synchronous coupling)、もしくは共振誘導結合(きょうしんゆうどうけつごう、英: Resonant inductive coupling)とは、疎結合になっている二つのコイル(一次コイルと二次コイル)の二次側が共振するとき、二つのコイルの間に強い結合が生じる現象をいう。
磁界調相結合における最も基本的な構成は、一つの駆動コイルを一次側に、一つの共振回路を二次側に設置するものである。この場合、二次側の共振状態を一次側から観測すると、対になった二つの共振が観測される。このうち片方は反共振(英語版)周波数(並列共振周波数、右図のピーク 1)と呼ばれ、もう片方は共振周波数(直列共振周波数、右図の谷 1′)と呼ばれる。二次側の反共振周波数(並列共振周波数)は二次コイルの自己インダクタンスと共振コンデンサとの共振であり、共振周波数(直列共振周波数)は二次コイルの短絡インダクタンスと共振コンデンサとの共振である。一次コイルが二次側の共振周波数(直列共振周波数)で駆動されるとき、一次コイルに流れる電流によって生じる磁界の位相と二次コイルに流れる電流によって生じる磁界の位相が揃うことにより、磁界位相が同期する。その結果、主磁束(相互磁束)の増加により二次コイルに最大電圧が発生し、熱発生は抑制され、効率が向上する。磁界調相結合はテスラコイルやCCFLインバータ回路のなどの共振変圧器に応用され、ワイヤレス電力伝送における磁界共振の本質的な原理でもある。
WiTricityの説明によれば、共振による電力伝送はコイルに交流電流の減衰振動(リンギング)を起こさせることで働くとされる。これにより振動する磁界が生じる。一次側共振器のコイルは共振のQ値が高いので、コイルに流入したエネルギーは比較的ゆっくりと何サイクルもかけて減衰振動する。ここに共振する二次コイル(二次側共振器)を近づけると相当な距離があっても一次側共振器がエネルギーを散逸する前に二次側共振器がエネルギーのほとんど取り込んでしまう。機器同士の距離が波長の 1/4 の距離以内にある限り、使用される磁界は主に非放射性の近接場(エバネッセント波とも)となり、送電器から無限遠へと放射されるエネルギーはわずかであると説明されている。
磁界調相結合の応用の一つとしてCCFLインバータが挙げられる。他にも、スーパーヘテロダイン受信機において、各周波段を繋ぐ共振変成器が、中間周波数に同調する(英語版)ことにより受信機の周波数選択性を実現している。テスラコイルは高電圧を発生させるための共振変圧器であり、ヴァンデグラフ起電機などの静電発電機よりもずっと大きい電流を発生させることができる。磁界調相結合を応用した共振電力伝送は、大電力用途としては超伝導リニアおよび無人搬送車の集電装置に採用されている。短距離(2メートル以内)ワイヤレス電力システムとして構想中の WiTricity や Rezence(英語版) および、既に実用化済みのQi、パッシブRFIDタグ、非接触スマートカード(英語版)などの動作原理も磁界調相結合の応用である。