CN104995816A - 无线电力传输装置、无线电力传输装置的供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

在使磁场变化来从具备供电线圈(21)和供电谐振器(22)的供电模块(2)对具备受电谐振器(32)和受电线圈(31)的受电模块(3)供给电力的无线电力传输装置(1)的供给电力控制方法中，以向供电模块(2)供给的电力的驱动频率不会成为供电模块(2)和受电模块(3)中的谐振频率的值进行供给，将构成供电模块(2)和受电模块(3)的电路元件的各元件值作为参数，通过分别改变参数来设定无线电力传输装置(1)的输入阻抗(Z_in)，由此调整所供给的电力。

Description

无线电力传输装置、无线电力传输装置的供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种能够提高设计自由度的无线电力传输装置、无线电力传输装置的供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法。

背景技术

近年来，笔记本型PC、平板型PC、数码相机、移动电话、便携式游戏机、耳机型音乐播放器、无线式头戴型耳机、助听器、记录器等人可携带使用的便携式的电子设备正快速普及。而且，这些便携式的电子设备的大部分中搭载有充电电池，需要定期充电。为了简化对该电子设备的充电电池的充电作业，通过在供电装置与搭载于电子设备的受电装置之间利用无线传输电力的供电技术(使磁场改变而进行电力传输的无线电力传输技术)来对充电电池进行充电的设备正不断增加。

例如，作为无线电力传输技术，能够列举利用线圈间的电磁感应进行电力传输的技术(例如参照专利文献1)、通过利用供电装置和受电装置所具备的谐振器(线圈)间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合而进行电力传输的技术(例如参照专利文献2)。

为了通过使用这样的无线电力传输技术稳定地对充电电池进行充电，要求将向充电电池供给的电力(电流)以规定范围内的值进行供给。作为其理由列举：如果向充电电池供给的电力(电流)小于规定范围内的值，则变成小电力(小电流)，根据充电电池的特性而导致无法进行充电；另一方面，如果向充电电池供给的电力(电流)大于规定范围内的值，则变成过电流，充电电池、充电电路发热而导致缩短充电电池、充电电路的寿命。

为了响应上述要求，考虑通过对进行无线电力传输的供电装置和受电装置中的输入阻抗进行控制来将向充电电池供给的电力(电流)控制为规定范围内的值。

而且，为了对进行无线电力传输的供电装置和受电装置中的输入阻抗进行控制，考虑在受电装置等中个别地设置阻抗匹配器。例如，在专利文献3所记载的非接触供电系统中，作为相当于上述阻抗匹配器的单元，设置自动匹配器12和自动匹配器23(阻抗调整单元)，由此控制非接触供电系统中的输入阻抗(参照专利文献3的图1)。

然而，另行设置阻抗匹配器对于要求便携性、小型化、低成本化的便携电子设备而言会产生零件个数变多的不佳情况。

因此，考虑通过调整被设置于进行无线电力传输的供电装置和受电装置的电阻器、电容器、线圈等的电容来控制输入阻抗。

专利文献1：日本专利第4624768号公报

专利文献2：日本特开2010-239769号公报

专利文献3：日本特开2011-050140号公报

专利文献4：日本特开2012-182975号公报

发明内容

发明要解决的问题

可是，如专利文献3的背景技术(参照段落[0008]～[0010])、专利文献4的无线电力传输系统的说明书中也记载的那样，一般地，已知通过使供电装置和受电装置具备的谐振器所具有的谐振频率与向供电装置供给的电力的驱动频率一致(或者使驱动频率与供电装置和受电装置具备的谐振器所具有的谐振频率一致)，能够使无线供电的电力传输效率最大(参照专利文献4的段落[0013])，通常为了寻求电力传输效率的最大化而进行这样的设定。而且，这样的供电装置和受电装置中的谐振器分别是包括LC谐振电路的结构，因此，为了使电力传输效率最大，供电装置和受电装置中的LC谐振电路必然被决定为各自的谐振频率与驱动频率一致的值(电容器、线圈等的电容：谐振条件ωL＝1/ωC)(参照专利文献4的段落[0027])。

这样，为了使无线供电的电力传输效率最大化，通常使向供电装置供给的电力的驱动频率与谐振频率一致，但是LC谐振电路的电容器、线圈等的电容已被预先决定，从而导致无法将LC谐振电路的电容器、线圈等的电容作为控制输入阻抗的参数而自由地变更。即，无法为了控制输入阻抗而自由地设定LC谐振电路的电容器、线圈等的电容，这意味着对于要求便携性、小型化、低成本化的便携式的电子设备的设计自由度低。

因此，本发明的目的在于提供一种无线电力传输装置、供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法，通过自由地调整包括设置于进行无线电力传输的供电装置和受电装置的电容器、线圈等的电容在内的值，能够设定输入阻抗的值，进而能够控制所供给的电力(电流)。

用于解决问题的方案

用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置的供给电力控制方法，该无线电力传输装置使磁场变化来从具备供电线圈和供电谐振器中的至少一个的供电模块对具备受电谐振器和受电线圈中的至少一个的受电模块供给电力，该无线电力传输装置的供给电力控制方法的特征在于，以向上述供电模块供给的电力的驱动频率不会成为上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的值进行供给，将构成上述供电模块和上述受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数，通过分别改变该参数来设定该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此调整所供给的电力。

根据上述方法，通过以向供电模块供给的电力的驱动频率不会成为供电模块和受电模块中的谐振频率的值进行供给，能够将构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值作为用于改变该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in的参数来自由地变更。而且，通过分别改变该参数，能够设定无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此能够调整所供给的电力。这样，为了控制输入阻抗Z_in，能够将构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数来自由地设定，能够提高无线电力传输装置的设计自由度，从而实现无线电力传输装置自身的便携性、小型化、低成本化。

另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置的供给电力控制方法，该无线电力传输装置利用谐振现象从至少具备供电线圈和供电谐振器的供电模块对至少具备受电谐振器和受电线圈的受电模块供给电力，该无线电力传输装置的供给电力控制方法的特征在于，

以向上述供电模块供给的电力的驱动频率不会成为上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的值进行供给，将构成上述供电线圈的包括线圈L₁在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₁、将构成上述供电谐振器的包括线圈L₂在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₂、将构成上述受电谐振器的包括线圈L₃在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₃、将构成上述受电线圈的包括线圈L₄在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₄、将从上述受电线圈被供电的设备的合计的负载阻抗设为Z_l、将上述供电线圈的线圈L₁与上述供电谐振器的线圈L₂之间的互感设为M₁₂、将上述供电谐振器的线圈L₂与上述受电谐振器的线圈L₃之间的互感设为M₂₃、将上述受电谐振器的线圈L₃与上述受电线圈的线圈L₄之间的互感设为M₃₄，

将构成上述供电线圈、上述供电谐振器、上述受电谐振器以及上述受电线圈的多个电路元件的各元件值以及上述互感作为参数，通过分别改变该参数来控制根据下述关系式导出的该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此调整所供给的电力。

[数1]

$Z_{in}=Z_1+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2}{Z_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{23}\right)}^2}{Z_3+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{34}\right)}^2}{Z_4+Z_l}}}$

$M_{12}=k{12}_{}\sqrt{L_1{L}_2},M_{23}=k_{23}\sqrt{L_2{L}_3},M_{34}=k_{34}\sqrt{L_3{L}_4},$

k_ij为L_i与L_j之间的耦合系数

根据上述方法，关于利用谐振现象从至少具备供电线圈和供电谐振器的供电模块对至少具备受电谐振器和受电线圈的受电模块供给电力的无线电力传输装置的供给电力控制方法，通过以满足上述关系式的方式分别改变参数，能够控制输入阻抗Z_in来调整所供给的电力。这样，为了控制输入阻抗Z_in，能够将构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数来自由地设定，能够提高无线电力传输装置的设计自由度，从而实现无线电力传输装置自身的便携性、小型化、低成本化。

另外，用于解决上述问题的发明之一是上述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，将构成上述供电模块和上述受电模块的多个电路元件的各元件值以及上述互感作为参数，通过分别改变该参数，将相对于向上述供电模块供给的电力的上述驱动频率的传输特性的值设定为在低于上述谐振频率的驱动频带和高于上述谐振频率的驱动频带分别具有波峰。

通过上述方法，将相对于向供电模块供给的电力的驱动频率的传输特性的值设定为在低于谐振频率的驱动频带和高于谐振频率的驱动频带分别具有波峰(具有后述的双峰性的性质)。由此，与相对于向供电模块供给的电力的驱动频率的传输特性的值在谐振频带出现一个波峰的类型(具有后述的单峰性的性质)相比，具有双峰性的性质的无线电力传输装置能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围。而且，所谓能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围，是指与具有单峰性的性质的设定相比，能够以构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值以及互感作为参数在更大范围内进行设定，能够进一步提高无线电力传输装置的设计自由度，从而实现无线电力传输装置自身的便携性、小型化、低成本化。

另外，用于解决上述问题的发明之一是上述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，向上述供电模块供给的电力的驱动频率处于与在低于上述谐振频率的驱动频带出现的传输特性的峰值相对应的频带。

根据上述方法，无论在传输特性具有双峰性的性质的情况下，还是在传输特性具有单峰性的性质的情况下，使驱动频率与谐振频率一致时都有所不足，但是能够在某种程度上确保较高的传输特性。

另外，产生于供电模块的外周侧的磁场与产生于受电模块的外周侧的磁场相互抵消，由此，在供电模块和受电模块的外周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电模块和受电模块的外周侧以外的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。由此，通过在所形成的磁场空间收纳期望不受到磁场影响的电路等，能够有效利用空间，从而能够实现无线电力传输装置自身的小型化。

另外，用于解决上述问题的发明之一是上述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，向上述供电模块供给的电力的驱动频率处于与在高于上述谐振频率的驱动频带出现的传输特性的峰值相对应的频带。

根据上述方法，无论在传输特性具有双峰性的性质的情况，还是在传输特性具有单峰性的性质的情况下，使驱动频率与谐振频率一致时都有所不足，但是能够在某种程度上确保较高的传输特性。

另外，产生于供电模块的内周侧的磁场与产生于受电模块的内周侧的磁场相互抵消，由此，在供电模块和受电模块的内周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电模块和受电模块的内周侧以外的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。由此，通过在所形成的磁场空间收纳期望不受到磁场影响的电路等，能够有效利用空间，从而能够实现无线电力传输装置自身的小型化。

另外，作为用于解决上述问题的发明之一，也可以是一种无线电力传输装置，其特征在于，通过上述供给电力控制方法来调整所供给的电力。

根据上述结构，为了控制输入阻抗，能够将构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数而自由地设定。由此，能够提高无线电力传输装置的设计自由度，从而实现无线电力传输装置自身的便携性、小型化、低成本化。

另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置的制造方法，该无线电力传输装置以从具备供电线圈和供电谐振器中的至少一个的供电模块对具备受电谐振器和受电线圈中的至少一个的受电模块供给的电力的驱动频率不会成为上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的值进行供给，并且使磁场变化来供给电力，该无线电力传输装置的制造方法的特征在于，包括如下设计工序：将构成上述供电模块和上述受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数，通过分别改变该参数来控制该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此调整该无线电力传输装置能够供给的电力。

根据上述方法，为了控制输入阻抗，将构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数来自由地设定，能够提高无线电力传输装置的设计自由度，从而制造出便携性、小型化、低成本化优异的无线电力传输装置。

发明的效果

能够提供一种无线电力传输装置、供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法，通过自由地调整包含设置于进行无线电力传输的供电装置和受电装置的电容器、线圈等的电容在内的值，能够设定输入阻抗的值，进而能够控制所供给的电力(电流)。

附图说明

图1是无线电力传输装置的概要说明图。

图2是适当电流范围的说明图。

图3是无线电力传输装置的等效电路的说明图。

图4是表示相对于驱动频率的传输特性“S21”的关系的说明图。

图5是测定实验1中使用的无线电力传输装置的概要说明图。

图6是表示测定实验1的比较例所涉及的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围的测定结果的表。

图7是表示测定实验1的实施例所涉及的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围的测定结果的表。

图8是表示在测定实验1中传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置的输入阻抗Z_in测定中，将传输特性“S21”设定为-2.2dB的情况和设定为-2.8dB的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围的测定结果的表。

图9是测定实验2中使用的无线电力传输装置的等效电路的说明图。

图10是表示测定实验2的比较例所涉及的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围的测定结果的表。

图11是表示测定实验2的实施例所涉及的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围的测定结果的表。

图12是表示在测定实验2中传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置的输入阻抗Z_in测定中，将传输特性“S21”设定为-2.0dB的情况和设定为-2.7dB的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围的测定结果的表。

图13是说明无线电力传输装置的制造方法的说明图。

图14是说明包括无线电力传输装置的无线式头戴型耳机和充电器的设计方法的流程图。

具体实施方式

下面，对本发明所涉及的无线电力传输装置、供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法的实施方式进行说明。

(实施方式)

首先，在说明无线电力传输装置的供给电力控制方法以及无线电力传输装置的制造方法之前，先说明通过供给电力控制方法或制造方法设计、制造出的无线电力传输装置1。

(无线电力传输装置1的结构)

如图1所示，无线电力传输装置1包括具备供电线圈21和供电谐振器22的供电模块2以及具备受电线圈31和受电谐振器32的受电模块3。而且，在供电模块2的供电线圈21上连接有具备将向供电模块2供给的电力的驱动频率设定为规定值的振荡电路的交流电源6，在受电模块3的受电线圈31上经由用于使接收到的交流电力整流化的稳定电路7和用于防止过充电的充电电路8而连接有充电电池9。

供电线圈21发挥通过电磁感应将从交流电源6获得的电力供给至供电谐振器22的作用。如图3所示，该供电线圈21构成为以电阻器R₁、线圈L₁以及电容器C₁为要素的RLC电路。此外，关于线圈L₁部分，将铜线材(带绝缘覆膜)卷绕一圈，并将线圈直径设定为96mmφ。另外，将构成供电线圈21的电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₁，在本实施方式中，将构成供电线圈21的以电阻器R₁、线圈L₁以及电容器C₁为要素的RLC电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z₁。

受电线圈31发挥如下作用：通过电磁感应来接收作为磁场能量而从供电谐振器22传输至受电谐振器32的电力，并将该电力经由稳定电路7和充电电路8供给至充电电池9。如图3所示，该受电线圈31与供电线圈21同样地构成为以电阻器R₄、线圈L₄以及电容器C₄为要素的RLC电路。此外，关于线圈L₄部分，将铜线材(带绝缘覆膜)卷绕一圈，并将线圈直径设定为96mmφ。另外，将构成受电线圈31的电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₄，在本实施方式中，将构成受电线圈31的以电阻器R₄、线圈L₄以及电容器C₄为要素的RLC电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z₄。另外，在图3中，为方便起见，将连接于受电线圈31的稳定电路7、充电电路8以及充电电池9的各负载电阻合起来设为电阻器R_l(即、电阻器R_l的值是连接于无线电力传输装置1的设备的负载电阻的总计值)。而且，将从受电线圈31被供电的设备(本实施方式中为稳定电路7、充电电路8以及充电电池9)的合计的负载阻抗设为Z_l。

如图3所示，供电谐振器22构成为以电阻器R₂、线圈L₂以及电容器C₂为要素的RLC电路。另外，如图3所示，受电谐振器32构成为以电阻器R₃、线圈L₃以及电容器C₃为要素的RLC电路。而且，供电谐振器22和受电谐振器32分别成为谐振电路，发挥产生磁场谐振态的作用。在此，磁场谐振态(谐振现象)是指两个以上的线圈在谐振频率下调谐。另外，将构成供电谐振器22的电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₂，在本实施方式中，是将构成供电谐振器22的以电阻器R₂、线圈L₂以及电容器C₂为要素的RLC电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z₂。另外，将构成受电谐振器32的电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₃，在本实施方式中，是将构成受电谐振器32的以电阻器R₃、线圈L₃以及电容器C₃为要素的RLC电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z₃。

另外，在供电谐振器22和受电谐振器32中的作为谐振电路的RLC电路中，当将电感设为L、将电容器电容设为C时，由(式1)决定的f成为谐振频率。而且，本实施方式中的供电线圈21、供电谐振器22、受电线圈31以及受电谐振器32的谐振频率设为12.8MHz。

[数2]

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}$ ···(式1)

另外，供电谐振器22和受电谐振器32使用将铜线材(带绝缘覆膜)卷绕四圈而成的线圈直径为96mm的螺线管型的线圈。另外，使供电谐振器22和受电谐振器32中的谐振频率一致。此外，供电谐振器22和受电谐振器32只要是使用线圈的谐振器即可，可以是螺旋型、螺线管型等的线圈。

另外，将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离设为d12，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离设为d23，将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离设为d34(参照图1)。

另外，如图3所示，将供电线圈21的线圈L₁与供电谐振器22的线圈L₂之间的互感设为M₁₂，将供电谐振器22的线圈L₂与受电谐振器32的线圈L₃之间的互感设为M₂₃，将受电谐振器32的线圈L₃与受电线圈31的线圈L₄之间的互感设为M₃₄。另外，在无线电力传输装置1中，将线圈L₁与线圈L₂之间的耦合系数表述为k₁₂，将线圈L₂与线圈L₃之间的耦合系数表述为k₂₃，将线圈L₃与线圈L₄之间的耦合系数表述为k₃₄。

另外，供电线圈21的RLC电路的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的RLC电路的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的RLC电路的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的RLC电路的R₄、L₄、C₄的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄作为在设计、制造阶段等可变更的参数，以满足后述的(式3)的关系式的方式进行设定(详细说明在后文叙述)。

根据上述无线电力传输装置1，在使供电谐振器22的谐振频率与受电谐振器32的谐振频率一致的情况下，能够在供电谐振器22与受电谐振器32之间产生磁场谐振态。如果在供电谐振器22和受电谐振器32谐振的状态下产生磁场谐振态，则能够将电力作为磁场能量从供电谐振器22传输至受电谐振器32。

(供给电力控制方法)

基于上述无线电力传输装置1的结构，对用于调整由无线电力传输装置1供给的电力的供给电力控制方法进行说明。

首先，表示基于上述结构的无线电力传输装置1(包括稳定电路7、充电电路8以及充电电池9)的电路图如图1的下侧图所示。其是将无线电力传输装置1整体置换为一个输入阻抗Z_in来进行表示的图。由此，可知在控制从无线电力传输装置1输出的电力时，若交流电源6为通常使用的恒压电源，则电压V_in被保持为固定，因此需要控制电流I_in的值。

而且，若以基于电压V_in和输入阻抗Z_in的关系式来表示该电流I_in，则如(式2)所示。

[数3]

$I_{in}=\frac{V_{in}}{Z_{in}}$ ···(式2)

在此，在从本实施方式所涉及的无线电力传输装置1向充电电池9供给电力时，要求电流I_in的值如图2所示那样处于适当电流范围内(I_in(MIN)～I_in(MAX))。作为要求将电流I_in以适当电流范围内的值进行供给的理由，可列举：如果向充电电池9供给的电流小于I_in(MIN)的值，则变成小电流，根据充电电池9的特性而导致无法进行充电；另一方面，如果向充电电池9供给的电流大于I_in(MAX)的值，则变成过电流，稳定电路7、充电电路8以及充电电池9发热而有可能导致缩短寿命。

根据上述理由，为了将电流I_in的值控制在适当电流范围内(I_in(MIN)～I_in(MAX))，需要如图2所示那样将输入阻抗Z_in的值调整至Z_in(MIN)～Z_in(MAX)的范围内。即，根据(式2)，如果增大输入阻抗Z_in的值，则能够减小电流I_in的值，如果减小输入阻抗Z_in的值，则能够增大电流I_in的值。

因此，如图3所示，为了更详细地表示无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in而利用等效电路来表示无线电力传输装置1的结构。而且，根据图3的等效电路，无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in能够如(式3)那样表述。

[数4]

$Z_{in}=Z_1+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2}{Z_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{23}\right)}^2}{Z_3+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{34}\right)}^2}{Z_4+Z_l}}}$

$M_{12}=k{12}_{}\sqrt{L_1{L}_2},M_{23}=k_{23}\sqrt{L_2{L}_3},M_{34}=k_{34}\sqrt{L_3{L}_4},$

k_ij为L_i与L_j之间的耦合系数

                      ···(式3)

而且，本实施方式中的无线电力传输装置1的供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32以及受电线圈31的阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z_l分别能够如(式4)那样表述。

[数5]

$Z_1=R_1+j({\mathrm{\ωL}}_1-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1})$

$Z_2=R_2+j({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2})$

$Z_3=R_3+j({\mathrm{\ωL}}_3-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_3})$

$Z_4=R_4+j({\mathrm{\ωL}}_4-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_4})$

Z_l＝R_l

                      ···(式4)

接着，若将(式4)导入(式3)，则成为(式5)。

[数6]

$Z_{in}=R_1+j({\mathrm{\ωL}}_1-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1})+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2}{R_2+j({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2})+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{23}\right)}^2}{R_3+j({\mathrm{\ωL}}_3-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_3})+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{34}\right)}^2}{R_4+j({\mathrm{\ωL}}_4-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_4})+R_1}}}$

                      ···(式5)

而且，供电线圈21的RLC电路的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的RLC电路的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的RLC电路的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的RLC电路的R₄、L₄、C₄的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄能够作为在设计、制造阶段等可变更的参数，以从上述(式5)的关系式导出的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in的值收敛于Z_in(MIN)～Z_in(MAX)的范围内的方式进行调整。

可是，在如上所述的无线电力传输装置中，一般地，已知通过使向供电模块2供给的电力的驱动频率与供电模块2所具备的供电线圈21、供电谐振器22和受电模块3所具备的受电线圈31、受电谐振器32所具有的谐振频率一致，能够使无线电力传输的电力传输效率最大，一般地，为了寻求电力传输效率的最大化而将驱动频率设定为谐振频率。在此，电力传输效率是指由受电模块3接收的电力相对于供给至供电模块2的电力的比率。

这样，在无线电力传输装置1中，为了使电力传输效率最大化，要求满足如使驱动频率与供电模块2和受电模块3的各RLC电路各自所具有的谐振频率一致那样的电容器、线圈等的电容条件、谐振条件(ωL＝1/ωC)。

具体地说，在无线电力传输装置1中，若将为了使电力传输效率最大而满足谐振条件(ωL＝1/ωC)的情况下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in应用于(式5)，则变成(ωL₁-1/ωC₁＝0)、(ωL₂-1/ωC₂＝0)、(ωL₃-1/ωC₃＝0)、(ωL₄-1/ωC₄＝0)，成为(式6)的关系式。

[数7]

$Z_{in}=R_1+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2}{R_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{23}\right)}^2}{R_3+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{34}\right)}^2}{R_4+R_1}}}$

                      ···(式6)

根据上述关系式(式6)可知，为了将无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in的值调整为收敛于Z_in(MIN)～Z_in(MAX)的范围内而能够变更的主要参数只有供电线圈21的RLC电路的R₁、供电谐振器22的RLC电路的R₂、受电谐振器32的RLC电路的R₃、受电线圈31的RLC电路的R₄等的电阻值以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄。

如上所述，在为了使无线电力传输装置1的电力传输效率最大化而使向供电模块2供给的电力的驱动频率与谐振频率一致的情况下，供电模块2和受电模块3的各RLC电路的电容器、线圈等的电容已被预先决定，从而导致主要只有各RLC电路的电阻值能够控制输入阻抗Z_in的值。这意味着无法将RLC电路的电容器、线圈等的电容作为控制输入阻抗Z_in的参数来自由地变更，从而导致无线电力传输装置1的设计自由度变低。

另一方面，在本实施方式所涉及的无线电力传输装置1中，通过使向供电模块2供给的电力的驱动频率与供电模块2所具备的供电谐振器22和受电模块3所具备的受电谐振器32所具有的谐振频率不一致(ωL≠1/ωC)，能够将供电线圈21的RLC电路的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的RLC电路的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的RLC电路的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的RLC电路的R₄、L₄、C₄等的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄以能够变更的方式用作用于控制输入阻抗Z_in的参数。

由此，在构成无线电力传输装置1时，为了以将I_in的值控制在适当电流范围内(I_in(MIN)～I_in(MAX))为目的而将输入阻抗Z_in的值调整至Z_in(MIN)～Z_in(MAX)的范围内，能够使作为参数的供电线圈21的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的R₄、L₄、C₄等的电阻值、电感、电容器电容、耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄以相互取得平衡的方式进行变更，能够根据无线电力传输装置1的体积、形状、总重量来适当地进行配置，从而能够提高无线电力传输装置1的设计自由度。即，在无线电力传输装置1中，与通常使电力传输效率最大化的以往的方法相比，用于调整输入阻抗Z_in的值的参数要素变多，从而能够极细致地控制无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in的值。

根据上述说明，通过使作为参数的供电线圈21的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的R₄、L₄、C₄等的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄以相互取得平衡的方式进行变更，可实现能够控制根据(式3)导出的输入阻抗Z_in来调整由无线电力传输装置1供给的电力的供给电力控制方法。

因而，根据上述方法，通过将向供电模块2供给的电力的驱动频率以不会成为供电模块2(供电线圈21、供电谐振器22)和受电模块3(受电线圈31、受电谐振器32)的谐振频率的值进行供给，能够将构成供电模块2和受电模块3的电路元件的各元件值(供电线圈21的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的R₄、L₄、C₄等的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄)作为改变无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in的参数来自由地变更。而且，通过以满足上述关系式的方式分别改变参数，能够控制无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in来调整所供给的电力。这样，为了控制输入阻抗Z_in，能够将构成供电模块2和受电模块3的电路元件的各元件值作为参数来自由地变更，能够提高无线电力传输装置1的设计自由度，从而能够实现无线电力传输装置1自身的便携性、小型化、低成本化。

另外，根据利用上述供给电力控制方法而被调整的无线电力传输装置1，为了控制输入阻抗Z_in，能够将构成供电模块2和受电模块3的电路元件的各元件值(供电线圈21的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的R₄、L₄、C₄等的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄)作为参数来自由地设定。由此，能够提高无线电力传输装置1的设计自由度，从而能够实现无线电力传输装置1自身的便携性、小型化、低成本化。

(传输特性具有单峰性和双峰性的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围)

接着，对无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下(后述)和具有双峰性的性质的情况下(后述)的输入阻抗Z_in的可变范围进行说明。在此，传输特性“S21”是表示在网络分析仪110(本实施方式中使用安捷伦科技股份有限公司制的E5061B)上连接无线电力传输装置1而测量出的信号，以分贝表示，数值越大则表示电力传输效率越高。

无线电力传输装置1相对于供给至无线电力传输装置1的电力的驱动频率的传输特性“S21”根据供电模块2和受电模块3之间的磁场连接程度(磁场耦合)的强度而分为具有单峰性的性质的传输特性和具有双峰性的性质的传输特性。该单峰性是指相对于驱动频率的传输特性“S21”的波峰为一个且该波峰在谐振频带(f₀)出现(参照图4的虚线51)。另一方面，双峰性是指相对于驱动频率的传输特性“S21”的波峰为两个且这两个波峰在低于谐振频率的驱动频带(fL)和高于谐振频率的驱动频带(fH)出现(参照图4的实线52)。如果更详细地定义双峰性，则是指在上述网络分析仪110上连接无线电力传输装置而测量出的反射特性“S11”具有两个波峰的状态。因而，在即使相对于驱动频率的传输特性“S21”的波峰看似为一个但测量出的反射特性“S11”具有两个波峰的情况下，也设为具有双峰性的性质。

在具有上述单峰性的性质的无线电力传输装置1中，如图4的虚线51所示，驱动频率在谐振频率f0时，其传输特性“S21”最大化(电力传输效率最大化)。

另一方面，在具有双峰性的性质的无线电力传输装置1中，如图4的实线52所示，在低于谐振频率f₀的驱动频带(fL)和高于谐振频率f₀的驱动频带(fH)，传输特性“S21”最大化。

此外，一般而言，如果供电谐振器与受电谐振器之间的距离相同，则双峰性的传输特性“S21”的最大值(fL或fH下的传输特性“S21”的值)成为比单峰性的传输特性“S21”的最大值(在f₀下的传输特性“S21”的值)低的值(参照图4的曲线)。因此，在以电力的传输效率的最大化为目的的一般的无线电力传输装置中，设计(设定)为无线电力传输装置的传输特性“S21”具有单峰性的性质，以驱动频率为谐振频率f₀时传输特性“S21”最大化的方式使用。

具体地说，在将向供电模块2供给的交流电力的驱动频率设定为双峰性的低频侧的波峰附近的频率fL的情况下(同相谐振模式)，供电谐振器22和受电谐振器32为相同相位且成为谐振状态，流向供电谐振器22的电流的方向与流向受电谐振器32的电流的方向成为相同方向。其结果，如图4的曲线所示，虽然未达到以电力传输效率的最大化为目的的一般的无线电力传输装置的传输特性“S21”(虚线51)，但是即使在使驱动频率与供电模块2所具备的供电谐振器22和受电模块3所具备的受电谐振器32所具有的谐振频率不一致的情况下，也能够将传输特性“S21”的值设为比较高的值。在此，将流向供电模块2的线圈(供电谐振器22)的电流的方向与流向受电模块3的线圈(受电谐振器32)的电流的方向成为相同方向的谐振状态称为同相谐振模式。

另外，在上述同相谐振模式下，产生于供电谐振器22的外周侧的磁场与产生于受电谐振器32的外周侧的磁场相互抵消，由此在供电谐振器22和受电谐振器32的外周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成比供电谐振器22和受电谐振器32的外周侧以外的磁场强度(例如供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧的磁场强度)小的磁场强度的磁场空间。而且，在该磁场空间收纳有期望减小磁场的影响的稳定电路7、充电电路8、充电电池9等的情况下，能够减小或防止对于稳定电路7、充电电路8、充电电池9等发生由磁场引起的涡电流，从而能够抑制发热所导致的不良影响。

另一方面，在将向供电模块2供给的交流电力的驱动频率设定为双峰性的高频侧的波峰附近的频率fH的情况下(反相谐振模式)，供电谐振器22和受电谐振器32为相反相位且成为谐振状态，流向供电谐振器22的电流的方向与流向受电谐振器32的电流的方向成为相反方向。其结果，如图4的曲线所示，虽然未达到以电力传输效率的最大化为目的的一般的无线电力传输装置的传输特性“S21”(虚线51)，但是即使在使驱动频率与供电模块2所具备的供电谐振器22和受电模块3所具备的受电谐振器32所具有的谐振频率不一致的情况下，也能够将传输特性“S21”的值设为比较高的值。在此，将流向供电模块2的线圈(供电谐振器22)的电流的方向与流向受电模块3的线圈(受电谐振器32)的电流的方向成为相反方向的谐振状态称为反相谐振模式。

另外，在上述反相谐振模式中，产生于供电谐振器22的内周侧的磁场与产生于受电谐振器32的内周侧的磁场相互抵消，由此在供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧以外的磁场强度(例如供电谐振器22和受电谐振器32的外周侧的磁场强度)小的磁场强度的磁场空间。而且，在该磁场空间收纳有期望减小磁场的影响的稳定电路7、充电电路8、充电电池9等的情况下，能够减小或防止对于稳定电路7、充电电路8、充电电池9等发生由磁场引起的涡电流，从而能够抑制发热所导致的不良影响。另外，通过该反相谐振模式而形成的磁场空间形成于供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧，因此通过将稳定电路7、充电电路8、充电电池9等电子零件组装到该空间内，能够实现无线电力传输装置1自身的小型化、设计自由度的提高。

(测定实验1)

接着，基于上述概念和关系，对与无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下和具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in的可变范围相关的测定实验1进行说明。

(单峰性的测定)

首先，作为比较对象，测定出无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in。具体地说，在无线电力传输装置1(参照图3)中，如图5所示，在供电线圈21上连接网络分析仪110的输出端子111，在受电线圈31上连接网络分析仪110的输入端子112，向供电模块2供给规定的驱动频率的电力，利用谐振现象将电力作为磁场能量而从供电谐振器22供给至受电谐振器32，由此测定传输特性“S21”和输入阻抗Z_in。此时，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23固定在48mm，改变供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12以及受电线圈31与受电谐振器32之间的距离d34来进行测定。另外，传输特性“S21”和输入阻抗Z_in是使驱动频率与传输特性“S21”的值成为波峰(最大)的谐振频率一致而测定出来的。

在此，如上述那样，通过改变供电模块2与受电模块3之间的基于磁场的连接程度(磁场耦合)的强度，能够将无线电力传输装置1的传输特性“S21”设为具有单峰性的性质或具有双峰性的性质。在本实施例中，在将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23固定的基础上，对供电模块2的供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12以及受电模块3的受电线圈31与受电谐振器32之间的距离d34的组合进行各种变更，由此使该磁场耦合变化。而且，在将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23固定成48mm的情况下，若将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12以及受电线圈31与受电谐振器32之间的距离d34设为4mm以下的值，则传输特性“S21”具有单峰性的性质，另一方面，若将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12以及受电线圈31与受电谐振器32之间的距离d34设为大于4mm的值，则传输特性“S21”具有双峰性的性质。

此外，作为改变供电模块2与受电模块3之间的基于磁场的连接程度(磁场耦合)的强度的手段，除此之外还能够列举改变供给至供电模块2的电量、改变供电谐振器22和受电谐振器32的各元件(电容器、线圈)的电容、电感、改变向供电模块2供给的电力的频率等方法。

图6表示单峰性的情况下的测定结果。根据图6的测定结果，若列举传输特性“S21”具有单峰性的性质且传输特性“S21”的值可取-3dB以上的值时的距离d12和距离d34的距离的主要组合，则相符的有比较例2～6。而且，当观察比较例2～6的输入阻抗Z_in可取的范围时，可知该范围是66.6(比较例6)～186.1Ω(比较例2)的范围。即，意味着在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在66.6Ω～186.1Ω的范围内调整输入阻抗Z_in的值。此外，在上述说明中，以传输特性“S21”的值为-3dB以上的值为条件是因为如果小于-3dB则无线电力传输装置的送电效率明显下降。因此，将传输特性“S21”的值设为-3dB是设计事项，且是能够根据使用形态而变更的值。

(双峰性的测定)

接着，作为本实施例，测定出无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in。作为测定方法，与上述单峰性的测定方法的情况相同。其中，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23固定在48mm，对供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12以及受电线圈31与受电谐振器32之间的距离d34的组合进行各种变更来进行测定。其中，如具有双峰性的性质那样，以距离d12和距离d34取得大于4mm的值的方式进行改变。另外，关于传输特性“S21”和输入阻抗Z_in，使驱动频率与传输特性“S21”的值成为波峰(最大)的低频侧的频率fL(同相谐振模式)和高频侧的频率fH(反相谐振模式)一致而测定出低频侧的频率fL(同相谐振模式)和高频侧的频率fH(反相谐振模式)下的传输特性“S21”和输入阻抗Z_in。

图7表示双峰性的情况下的测定结果。根据图7的测定结果，若列举传输特性“S21”具有双峰性的性质且传输特性“S21”的值可取-3dB以上的值时的距离d12和距离d34的距离的主要组合，则相符的有实施例1～4、6、7的低频侧的频率fL(同相谐振模式)以及实施例1、2、6、7的高频侧的频率fH(反相谐振模式)。而且，当观察实施例1～4、6、7的低频侧的频率fL(同相谐振模式)以及实施例1、2、6、7的高频侧的频率fH(反相谐振模式)的输入阻抗Z_in可取的范围时，可知该范围是12.98(实施例6的fH)～149.81Ω(实施例7的fL)的范围。即，意味着在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在12.98Ω～149.81Ω的范围内调整输入阻抗Z_in的值。

根据上述测定结果，在传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在66.6Ω～186.1Ω的范围(可变范围)内调整输入阻抗Z_in的值。另一方面，在传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在12.98Ω～149.81Ω的范围(可变范围)内调整输入阻抗Z_in的值。由此，可知以传输特性“S21”具有双峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置1与以传输特性“S21”具有单峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置1相比，能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围。

(设定为规定的传输特性“S21”的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围)

接着，在上述无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性和双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in测定中，测定设定为规定的传输特性“S21”的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围。此外，在本比较例、实施例中，对将规定的传输特性“S21”例示性地设为-2.2dB的情况和设为-2.8dB的情况进行测定。

(将规定的传输特性“S21”设为-2.2dB的情况)

首先，若列举表示传输特性“S21”为约-2.2dB的值时的距离d12和距离d34的组合，则就单峰性而言如图6所示列举比较例3，就双峰性而言如图8的(A)所示列举实施例8～12。

在比较例3中，在d12＝1mm、d23＝48mm、d34＝1mm的情况下，S21为-2.25dB而表示160.9Ω。而且，就单峰性而言，除了比较例3以外，还有表示传输特性“S21”为约-2.2dB的值时的距离d12和距离d34的组合，在该情况下，输入阻抗Z_in表示大致相同的值。即，可知在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(本比较例中设定为约-2.2dB)下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in大致决定为约160.9Ω。

另一方面，如图8的(A)所示，在实施例8中，在同相谐振模式(fL)下d12＝5mm、d23＝48mm、d34＝18mm的情况下，S21为-2.08dB而表示129.79Ω。另外，在实施例9中，在同相谐振模式(fL)下d12＝10mm、d23＝48mm、d34＝22mm的情况下，S21为-2.25dB而表示94.30Ω。另外，在实施例10中，在同相谐振模式(fL)下d12＝25mm、d23＝48mm、d34＝25mm的情况下，S21为-2.46dB而表示33.30Ω。另外，在实施例11中，在同相谐振模式(fL)下d12＝24mm、d23＝48mm、d34＝10mm的情况下，S21为-2.26dB而表示16.47Ω。另外，在实施例12中，在同相谐振模式(fL)下d12＝20mm、d23＝48mm、d34＝5mm的情况下，S21为-2.20dB而表示15.51Ω。这样，可知在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”情况(在本实施例中设定为约-2.2dB)下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in可取15.51Ω(实施例12)～129.79Ω(实施例8)的范围。

(将规定的传输特性“S21”设为-2.8dB的情况)

首先，若列举表示传输特性“S21”为约-2.8dB的值时的距离d12和距离d34的组合，则就单峰性而言如图6所示列举比较例2，就双峰性而言如图8的(B)所示列举实施例13～17。

在比较例2中，在d12＝1mm、d23＝48mm、d34＝0mm的情况下，S21为-2.74dB而表示186.1Ω。而且，就单峰性而言，除了比较例2以外，还有表示传输特性“S21”为约-2.8dB的值时的距离d12和距离d34的组合，在该情况下，输入阻抗Z_in表示大致相同的值。即，可知在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(在本比较例中设定为约-2.8dB)下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in大致决定为约186.1Ω。

另一方面，如图8的(B)所示，在实施例13中，在反相谐振模式(fH)下d12＝5mm、d23＝48mm、d34＝25mm的情况下，S21为-2.93dB而表示129.38Ω。另外，在实施例14中，在反相谐振模式(fH)下d12＝10mm、d23＝48mm、d34＝25mm的情况下，S21为-2.96dB而表示72.66Ω。另外，在实施例15中，在反相谐振模式(fH)下d12＝15mm、d23＝48mm、d34＝22mm的情况下，S21为-2.58dB而表示39.70Ω。另外，在实施例16中，在反相谐振模式(fH)下d12＝20mm、d23＝48mm、d34＝10mm的情况下，S21为-2.83dB而表示14.65Ω。另外，在实施例17中，在反相谐振模式(fH)下d12＝20mm、d23＝48mm、d34＝5mm的情况下，S21为-2.77dB而表示12.98Ω。这样，可知在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(在本实施例中，设定为约-2.8dB)下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in可取12.98Ω(实施例17)～129.38Ω(实施例13)的范围。

根据上述测定结果，可知在将传输特性“S21”的值设定为规定值的情况下，以传输特性“S21”具有双峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置1与以传输特性“S21”具有单峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置1相比，能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围。

(测定实验2)

在上述测定实验1中，对与图3所示的电路结构的无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下和具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in的可变范围相关的测定实验1进行了说明，但是在本测定实验2中，如图9所示，使用改变无线电力传输装置1的电路结构而得到的无线电力传输装置101进行测定。具体地说，如图9所示，无线电力传输装置101具备从无线电力传输装置1中的供电线圈21中除去电容器C₁后的供电线圈121以及从无线电力传输装置1的受电线圈31中除去电容器C₄后的受电线圈131，其它结构与无线电力传输装置1相同。

(测定实验2)

对与无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下和具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置101的输入阻抗Z_in的可变范围相关的测定实验2进行说明。

(单峰性的测定)

首先，与测定实验1同样地，作为比较对象，测定出无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下的无线电力传输装置101的输入阻抗Z_in。具体地说，在无线电力传输装置101(参照图9)中，在供电线圈121上连接网络分析仪110的输出端子111，在受电线圈131上连接网络分析仪110的输入端子112，向供电模块2供给规定的驱动频率的电力，利用谐振现象将电力作为磁场能量而从供电谐振器22供给至受电谐振器32，由此测定传输特性“S21”和输入阻抗Z_in。此时，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23固定为48mm，改变供电线圈121与供电谐振器22之间的距离d12以及受电线圈131与受电谐振器32之间的距离d34来进行测定。另外，传输特性“S21”和输入阻抗Z_in是使驱动频率与传输特性“S21”的值成为波峰(最大)的谐振频率一致而测定出来的。

图10表示单峰性的情况下的测定结果。根据图10的测定结果，若列举传输特性“S21”具有单峰性的性质且传输特性“S21”的值可取-3dB以上的值时的距离d12和距离d34的距离的主要组合，则相符的有比较例2～6。而且，当观察比较例2～6的输入阻抗Z_in可取的范围时，可知该范围是68.9Ω(比较例6)～180.7Ω(比较例2)的范围。即，意味着在无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在68.9Ω～180.7Ω的范围内调整输入阻抗Z_in的值。

(双峰性的测定)

接着，作为本实施例，测定出无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置101的输入阻抗Z_in。作为测定方法，与上述单峰性的测定方法的情况相同。其中，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23固定在48mm，对供电线圈121与供电谐振器22之间的距离d12以及受电线圈131与受电谐振器32之间的距离d34的组合进行各种变更来进行测定。其中，如具有双峰性的性质那样，以距离d12和距离d34取得大于4mm的值的方式进行改变。另外，关于传输特性“S21”和输入阻抗Z_in，使驱动频率与传输特性“S21”的值成为波峰(最大)的低频侧的频率fL(同相谐振模式)和高频侧的频率fH(反相谐振模式)一致而测定出低频侧的频率fL(同相谐振模式)和高频侧的频率fH(反相谐振模式)下的传输特性“S21”和输入阻抗Z_in。

图11表示双峰性的情况下的测定结果。根据图11的测定结果，若列举传输特性“S21”具有双峰性的性质且传输特性“S21”的值可取-3dB以上的值时的距离d12和距离d34的距离的主要组合，则相符的有实施例1～4、6～8的低频侧的频率fL(同相谐振模式)以及实施例1、2、7、8的高频侧的频率fH(反相谐振模式)。而且，当观察实施例1～4、6～8的低频侧的频率fL(同相谐振模式)以及实施例1、2、7、8的高频侧的频率fH(反相谐振模式)的输入阻抗Z_in可取的范围，可知该范围是19.47Ω(实施例7的fH)～182.30Ω(实施例8的fL)的范围。即，意味着在无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在19.47Ω～182.30Ω的范围内调整输入阻抗Z_in的值。

根据上述测定结果，在传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在68.9Ω～180.7Ω的范围(可变范围)内调整输入阻抗Z_in的值。另一方面，在传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，如果将传输特性“S21”的值设为-3dB以上的值，则能够在19.47Ω～182.30Ω的范围(可变范围)内调整输入阻抗Z_in的值。由此，可知以传输特性“S21”具有双峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置101与以传输特性“S21”具有单峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置101相比，能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围。

(设定为规定的传输特性“S21”的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围)

接着，在上述无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有单峰性和双峰性的性质的情况下的无线电力传输装置101的输入阻抗Z_in测定中，测定设定为规定的传输特性“S21”的情况下的输入阻抗Z_in的可变范围。此外，在本比较例、实施例中，对将规定的传输特性“S21”例示性地设为-2.0dB的情况和设为-2.7dB的情况进行测定。

(将规定的传输特性“S21”设为-2.0dB的情况)

首先，若列举表示传输特性“S21”为约-2.0dB的值时的距离d12和距离d34的组合，则就单峰性而言如图10所示列举比较例3，就双峰性而言如图12的(A)所示列举实施例9～15。

在比较例3中，在d12＝2mm、d23＝48mm、d34＝2mm的情况下，S21为-1.90dB而表示134.0Ω。而且，就单峰性而言，除了比较例3以外，还有表示传输特性“S21”为约-2.0dB的值的距离d12和距离d34的组合，在该情况下，输入阻抗Z_in表示大致相同的值。即，可知在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(在本比较例中设定为约-2.0dB)下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in大致决定为约134.0Ω。

另一方面，如图12的(A)所示，在实施例9中，在同相谐振模式(fL)下d12＝5mm、d23＝48mm、d34＝19mm的情况下，S21为-2.09dB而表示167.52Ω。另外，在实施例10中，在同相谐振模式(fL)下d12＝10mm、d23＝48mm、d34＝20mm的情况下，S21为-2.01dB而表示107.95Ω。另外，在实施例11中，在同相谐振模式(fL)下d12＝15mm、d23＝48mm、d34＝20mm的情况下，S21为-1.95dB而表示76.62Ω。另外，在实施例12中，在同相谐振模式(fL)下d12＝20mm、d23＝48mm、d34＝20mm的情况下，S21为-2.11dB而表示55.59Ω。另外，在实施例13中，在同相谐振模式(fL)下d12＝22mm、d23＝48mm、d34＝15mm的情况下，S21为-2.00dB而表示44.96Ω。另外，在实施例14中，在同相谐振模式(fL)下d12＝22mm、d23＝48mm、d34＝10mm的情况下，S21为-2.00dB而表示40.05Ω。另外，在实施例15中，在同相谐振模式(fL)下d12＝20mm、d23＝48mm、d34＝5mm的情况下，S21为-1.96dB而表示38.50Ω。这样，可知在无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(在本实施例中设定为约-2.0dB)下的无线电力传输装置101的输入阻抗Z_in可取38.50Ω(实施例15)～167.52Ω(实施例9)的范围。

(将规定的传输特性“S21”设为-2.7dB的情况)

首先，若列举表示传输特性“S21”为约-2.7dB的值时的距离d12和距离d34的组合，则就单峰性而言如图10所示列举比较例2，就双峰性而言如图12的(B)所示列举实施例16～20。

在比较例2中，在d12＝0mm、d23＝48mm、d34＝2mm的情况下，S21为-2.70dB而表示180.7Ω。而且，就单峰性而言，除了比较例2以外，还有表示传输特性“S21”为约-2.7dB的值时的距离d12和距离d34的组合，在该情况下，输入阻抗Z_in表示大致相同的值。即，可知在无线电力传输装置1所具备的传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(在本比较例中设定为约-2.7dB)下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in大致决定为约180.7Ω。

另一方面，如图12的(B)所示，在实施例16中，在反相谐振模式(fH)下d12＝5mm、d23＝48mm、d34＝19mm的情况下，S21为-2.69dB而表示102.14Ω。另外，在实施例17中，在反相谐振模式(fH)下d12＝10mm、d23＝48mm、d34＝20mm的情况下，S21为-2.65dB而表示59.29Ω。另外，在实施例18中，在反相谐振模式(fH)下d12＝15mm、d23＝48mm、d34＝20mm的情况下，S21为-2.90dB而表示42.35Ω。另外，在实施例19中，在反相谐振模式(fH)下d12＝16mm、d23＝48mm、d34＝15mm的情况下，S21为-2.66dB而表示24.34Ω。另外，在实施例20中，在反相谐振模式(fH)下d12＝15mm、d23＝48mm、d34＝5mm的情况下，S21为-2.72dB而表示19.47Ω。这样，可知在无线电力传输装置101所具备的传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，设定为规定的传输特性“S21”的情况(在本实施例中，设定为约-2.7dB)下的无线电力传输装置101的输入阻抗Z_in可取19.47Ω(实施例20)～102.14Ω(实施例16)的范围。

根据上述测定结果，可知在将传输特性“S21”的值设定为规定值的情况下，以传输特性“S21”具有双峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置101与以传输特性“S21”具有单峰性的性质的方式设定的无线电力传输装置101相比，能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围。

根据上述测定实验1和测定实验2，相比于相对于供给至供电模块2的电力的驱动频率的传输特性“S21”的值的波峰在谐振频带(f₀)出现一个(单峰性)的无线电力传输装置，使相对于供给至供电模块2的电力的驱动频率的传输特性的值在低于谐振频率(f₀)的驱动频带(fL)和高于谐振频率(f₀)的驱动频带(fH)分别具有波峰的(双峰性)无线电力传输装置能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围。而且，所谓能够扩大输入阻抗Z_in的可变范围，是指与具有单峰性的性质的设定相比而能够以构成供电模块2和受电模块3的多个电路元件的各元件值以及互感为参数更大范围地进行设定，能够进一步提高无线电力传输装置的设计自由度，从而实现无线电力传输装置自身的便携性、小型化、低成本化。

另外，根据上述方法，通过将向供电模块2供给的电力的驱动频率设定在与出现在低于谐振频率的驱动频带(fL)的传输特性“S21”的峰值相对应的频带，由此，无论在传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下还是在传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，使驱动频率与谐振频率一致时都有所不足，但是能够在某种程度上确保高的传输特性“S21”。另外，产生于供电模块2的外周侧的磁场与产生于受电模块3的外周侧的磁场相互抵消，由此，在供电模块2和受电模块3的外周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电模块2和受电模块3的外周侧以外的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。由此，通过在所形成的磁场空间内收纳期望不受磁场影响的电路(稳定电路7、充电电路8、充电电池9等)等，能够有效利用空间，从而能够实现无线电力传输装置1自身的小型化。

另外，根据上述方法，将向供电模块2供给的电力的驱动频率设定在与出现在高于谐振频率的驱动频带(fH)的传输特性“S21”的峰值相对应的频带，由此，无论在传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下还是在传输特性“S21”具有单峰性的性质的情况下，使驱动频率与谐振频率一致时都有所不足，但是能够在某种程度上确保高的传输特性“S21”。另外，产生于供电模块2的内周侧的磁场与产生于受电模块3的内周侧的磁场相互抵消，由此，在供电模块2和受电模块3的内周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电模块2和受电模块3的内周侧以外的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。由此，通过在所形成的磁场空间内收纳期望不受磁场影响的电路(稳定电路7、充电电路8、充电电池9等)等，能够有效利用空间，从而能够实现无线电力传输装置1自身的小型化。

(制造方法)

接着，参照图13和图14对作为制造无线电力传输装置1的一个工序的设计方法(设计工序)进行说明。在本说明中，作为搭载无线电力传输装置1的便携式设备，以具备耳机扬声器部201a的无线式头戴型耳机200以及充电器201为例进行说明(参照图13)。

通过本设计方法设计的无线电力传输装置1分别作为受电模块3(受电线圈31、受电谐振器32)和供电模块2(供电线圈21、供电谐振器22)而搭载于图13所示的无线式头戴型耳机200和充电器201。另外，在图13中，为了便于说明，将稳定电路7、充电电路8以及充电电池9记载于受电模块3之外，但实际上是配置于螺线管状的受电线圈31和受电谐振器32的线圈内周侧。即，以在无线式头戴型耳机200中搭载有受电模块3、稳定电路7、充电电路8以及充电电池9、在充电器201中搭载有供电模块2、在供电模块2的供电线圈21上连接有交流电源6的状态进行使用。

(设计方法)

首先，如图14所示，根据充电电池9的容量以及充电电池9的充电所需的充电电流来决定由受电模块3接收的受电电量(S1)。

接着，决定供电模块2与受电模块3之间的距离(S2)。该距离是将内置有受电模块3的无线式头戴型耳机200载置于内置有供电模块2的充电器201时的供电模块2与受电模块3之间的距离，使用形态为充电中的状态。具体地说，考虑无线式头戴型耳机200和充电器201的形状、构造来决定供电模块2与受电模块3之间的距离。

另外，根据无线式头戴型耳机200的大小、形状、构造来决定受电模块3的受电线圈31和受电谐振器32的线圈直径(S3)。

另外，根据充电器201的大小、形状、构造来决定供电模块2的供电线圈21和供电谐振器22的线圈直径(S4)。

当经过上述S2～S4的过程而将无线电力传输装置1的供电谐振器22(线圈L₂)与受电谐振器32(线圈L₃)之间的耦合系数设为k₂₃时，决定了电力传输效率。

根据通过上述S1决定的由受电模块3接收的受电电量以及经过S2～S4的过程而决定的电力传输效率，来决定向供电模块2供电的所需最低限度的供电电量(S5)。

然后，根据由上述受电模块3接收的受电电量、电力传输效率以及向供电模块2供电的所需最低限度的供电电量，来决定无线电力传输装置1中的输入阻抗Z_in的设计值(S6)。

然后，将通过S6决定的输入阻抗Z_in的设计值应用于上述(式3)，以满足该(式3)的方式，将作为电路元件的供电线圈21的RLC电路的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的RLC电路的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的RLC电路的R₃、L₃、C₃、受电线圈31的RLC电路的R₄、L₄、C₄的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k₁₂、k₃₄作为参数进行调整而决定(S7)。

根据上述制造方法，为了控制输入阻抗Z_in，将构成供电模块2和受电模块3的电路元件的各元件值作为参数而自由地设定，能够提高无线电力传输装置1的设计自由度，从而能够制造便携性、小型化、低成本化优异的无线电力传输装置1。

(其它实施方式)

在上述制造方法的说明中，例示无线式头戴型耳机200进行了说明，但是只要是具备充电电池的设备即可，也能够使用于平板型PC、数码相机、移动电话、耳机型音乐播放器、助听器、集音器等。

另外，在上述说明中，例示利用供电模块2和受电模块3所具备的谐振器(线圈)之间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合由此进行电力传输的无线电力传输装置1进行了说明，但是也能够应用于利用线圈之间的电磁感应来进行电力传输的无线电力传输装置1。

在以上的详细说明中，为了更容易理解本发明而以特征部分为中心进行了说明，但是本发明并不限定于以上的详细说明所记载的实施方式、实施例，也能够应用于其它实施方式、实施例，应该尽可能广范地解释其应用范围。另外，本说明书中使用的用语和语法用于准确说明本发明，而并非用于限制本发明的解释。另外，本领域技术人员可根据本说明书所记载的发明的概念而容易地推想出本发明的概念所包含的其它结构、系统、方法等。因而，权利要求书的记载应视为在不脱离本发明的技术思想的范围内包含均等的结构。另外，为了充分理解本发明的目的和本发明的效果，希望充分参考已经公开的文献等。

附图标记说明

1：无线电力传输装置；2：供电模块；3：受电模块；6：交流电源；7：稳定电路；8：充电电路；9：充电电池；21：供电线圈；22：供电谐振器；31：受电线圈；32：受电谐振器；200：无线式头戴型耳机；201：充电器。

Claims (7)

1.一种无线电力传输装置的供给电力控制方法，该无线电力传输装置使磁场变化来从具备供电线圈和供电谐振器中的至少一个的供电模块对具备受电谐振器和受电线圈中的至少一个的受电模块供给电力，该无线电力传输装置的供给电力控制方法的特征在于，

以向上述供电模块供给的电力的驱动频率不会成为上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的值进行供给，

将构成上述供电模块和上述受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数，通过分别改变该参数来设定该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此调整所供给的电力。

2.根据权利要求1所述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，

该无线电力传输装置利用谐振现象从至少具备供电线圈和供电谐振器的供电模块对至少具备受电谐振器和受电线圈的受电模块供给电力，

以向上述供电模块供给的电力的驱动频率不会成为上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的值进行供给，

将构成上述供电线圈的包括线圈L₁在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₁、将构成上述供电谐振器的包括线圈L₂在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₂、将构成上述受电谐振器的包括线圈L₃在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₃、将构成上述受电线圈的包括线圈L₄在内的各电路元件所具有的合计的阻抗设为Z₄、将从上述受电线圈被供电的设备的合计的负载阻抗设为Z_l、将上述供电线圈的线圈L₁与上述供电谐振器的线圈L₂之间的互感设为M₁₂、将上述供电谐振器的线圈L₂与上述受电谐振器的线圈L₃之间的互感设为M₂₃、将上述受电谐振器的线圈L₃与上述受电线圈的线圈L₄之间的互感设为M₃₄，

将构成上述供电线圈、上述供电谐振器、上述受电谐振器以及上述受电线圈的多个电路元件的各元件值以及上述互感作为参数，通过分别改变该参数来控制根据下述关系式导出的该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此调整所供给的电力，上述关系式为：

$Z_{in}=Z_1+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2}{Z_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{23}\right)}^2}{Z_3+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{34}\right)}^2}{Z_4+Z_l}}}$

$M_{12}=k{12}_{}\sqrt{L_1{L}_2},M_{23}=k_{23}\sqrt{L_2{L}_3},M_{34}=k_{34}\sqrt{L_3{L}_4},$

k_ij为L_i与L_j之间的耦合系数。

3.根据权利要求2所述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，

将构成上述供电模块和上述受电模块的多个电路元件的各元件值以及上述互感作为参数，通过分别改变该参数，将相对于向上述供电模块供给的电力的上述驱动频率的传输特性的值设定为在低于上述谐振频率的驱动频带和高于上述谐振频率的驱动频带分别具有波峰。

4.根据权利要求3所述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，

向上述供电模块供给的电力的驱动频率处于与在低于上述谐振频率的驱动频带出现的传输特性的峰值相对应的频带。

5.根据权利要求3所述的无线电力传输装置的供给电力控制方法，其特征在于，

向上述供电模块供给的电力的驱动频率处于与在高于上述谐振频率的驱动频带出现的传输特性的峰值相对应的频带。

6.一种无线电力传输装置，其特征在于，通过根据权利要求1～5中的任一项所述的供给电力控制方法来调整。

7.一种无线电力传输装置的制造方法，该无线电力传输装置以从具备供电线圈和供电谐振器中的至少一个的供电模块对具备受电谐振器和受电线圈中的至少一个的受电模块供给的电力的驱动频率不会成为上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的值进行供给，并且使磁场变化来供给电力，该无线电力传输装置的制造方法的特征在于，包括如下设计工序：

将构成上述供电模块和上述受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数，通过分别改变该参数来控制该无线电力传输装置的输入阻抗Z_in，由此调整该无线电力传输装置能够供给的电力。