CN105144546A - 无线电力传输装置 - Google Patents

Abstract

一种无线电力传输装置，其中，供电谐振器与受电谐振器相向配置的状态下的无线电力传输装置传输时输入阻抗、在供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下的无线电力传输装置的金属异物配置时输入阻抗以及供电模块的待机时输入阻抗的关系满足如下条件：金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗。

Description

无线电力传输装置

技术领域

本发明涉及一种通过在供电模块与受电模块之间产生谐振现象来供给电力的无线电力传输装置。

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二次电池，需要定期充电。为了简化对该电子设备的二次电池的充电作业，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(使磁场变化来进行电力传输的无线电力传输技术)来对二次电池进行充电的设备正不断增加。

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(供电模块)和受电装置(受电模块)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)。

在使用这样的无线电力传输技术来设计供电装置和受电装置时，为了减少无线电力传输时的电力损耗而要求提高受电装置所接受的电力相对于供给至供电装置的电力的比率、即电力传输效率。

而且，也如专利文献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所记载的那样，通常已知的是通过使供电装置和受电装置所具备的谐振器所具有的谐振频率与供给至供电装置的电力的电源频率(驱动频率)一致(或使电源频率(驱动频率)与供电装置和受电装置所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])，通常是谋求电力传输效率的最大化而进行这样的设定。

专利文献1：日本专利第4624768号公报

专利文献2：日本特开2013-239692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

另外，在通过利用供电模块和受电模块所具备的谐振器(线圈)间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合来进行无线电力传输时，需要使受电模块接近供电模块而以成为能够从供电模块对受电模块供电的距离(可供电区域)的方式进行配置来使用。在这样的使用过程中，如果在供电模块的附近放置有金属异物，则金属异物会受磁场影响而导致产生涡电流。如果像这样产生涡电流，则有时会导致金属异物、供电模块产生过量的热而发生不良情况。

特别地，在为谋求电力传输效率的最大化而使供电装置和受电装置所具备的谐振器所具有的谐振频率与供给至供电装置的电力的电源频率(驱动频率)一致的情况下，相比于在供电模块的附近不存在金属异物的待机状态下的供电模块的输入阻抗，在供电模块的附近存在金属异物的状态下的包含金属异物的供电模块的输入阻抗变低(参照图12～图15)。这样，当包含金属异物的供电模块的输入阻抗Z_in变低时，在恒定电压下流动的电流值变高(参照式：I＝V/Z_in)，有可能导致供电模块的消耗电力增加，并且导致供电模块所产生的热过量。

因此，本发明的目的在于提供一种无线电力传输装置，其通过设定为在供电模块的附近存在金属异物的状态下的包含金属异物的供电模块的输入阻抗变高而能够抑制供电模块所产生的过量的热。

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，设定为供电模块所具有的供电谐振器和受电模块所具有的受电谐振器相对于电力的电源频率的传输特性的值具有两个波峰频带，通过在供电模块与受电模块之间产生谐振现象来供给电力，该无线电力传输装置的特征在于，

将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带，

将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带时的上述供电谐振器与上述受电谐振器相向配置的状态下的无线电力传输装置的传输时输入阻抗、在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下的无线电力传输装置的金属异物配置时输入阻抗以及上述供电模块的待机时输入阻抗的关系满足如下条件：金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗。

根据上述结构，通过将无线电力传输装置设计成将供给至供电模块的电力的电源频率设定在与传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带并满足金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗的条件，即使在供电模块所具有的供电谐振器的附近配置有金属异物的情况下，也会由于金属异物配置时输入阻抗高于待机时输入阻抗和传输时输入阻抗而供电模块的电流值变低，从而能够抑制发热、涡电流。

另外，用于解决上述问题的发明之一涉及上述无线电力传输装置，其特征在于，

上述供电模块至少具有供电线圈和上述供电谐振器，

上述受电模块至少具有上述受电谐振器和受电线圈，

上述供电线圈具备以电阻R₁、线圈L₁以及电容器C₁为要素的RLC电路，将该供电线圈的合计阻抗设为Z₁，

上述供电谐振器具备以电阻R₂、线圈L₂以及电容器C₂为要素的RLC电路，将该供电谐振器的合计阻抗设为Z₂，

上述受电谐振器具备以电阻R₃、线圈L₃以及电容器C₃为要素的RLC电路，将该受电谐振器的合计阻抗设为Z₃，

上述受电线圈具备以电阻R₄、线圈L₄以及电容器C₄为要素的RLC电路，将该受电线圈的合计阻抗设为Z₄，

将从上述受电线圈供电的设备的合计负载阻抗设为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，

将上述供电谐振器的线圈L₂与上述金属异物的线圈L_m之间的互感设为M_2m，

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和上述互感作为参数，将上述金属异物视为以电阻R_m和线圈L_m为要素的RL电路，

通过下述设计式来表示上述金属异物配置时输入阻抗、上述待机时输入阻抗以及上述传输时输入阻抗，上述设计式为：

根据上述结构，通过设为满足上述关系式的电路结构，即使在供电模块所具有的供电谐振器的附近配置有金属异物的情况下，也会由于金属异物配置时输入阻抗高于待机时输入阻抗和传输时输入阻抗而供电模块的电流值变低，从而能够抑制发热、涡电流。

用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置，其特征在于，具备：

检测器，其检测输入阻抗；以及

控制部，在由上述检测器检测出的输入阻抗表示大于上述待机时输入阻抗的值的情况下，该控制部判断为处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态。

根据上述结构，在由检测器检测出的输入阻抗表示大于待机时输入阻抗的值的情况下，能够判断为处于在供电谐振器的附近配置有金属异物的状态，从而能够实现安全的电力供给。

用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置，其特征在于，上述控制部在判断为处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态的情况下，使得停止对上述供电模块的电力供给。

根据上述结构，在控制部判断为处于在供电谐振器的附近配置有金属异物的状态的情况下，停止对供电模块的电力供给，由此能够预先防止因在供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下进行电力供给而导致发生不良情况(发热、涡电流)。

用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置，其特征在于，还具备通知装置，该通知装置向外部进行通知，

上述控制部在判断为处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态的情况下，通过上述通知装置来通知处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态。

根据上述结构，在控制部判断为处于在上述谐振器的附近配置有金属异物的状态的情况下，能够通过通知装置向外部通知处于在供电谐振器的附近配置有金属异物的状态。

用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置，其中，供电模块所具有的供电谐振器和受电模块所具有的受电谐振器相对于电力的电源频率的传输特性的值具有两个波峰频带，将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带时的、在上述供电模块与上述受电模块之间进行无线电力供给时的传输时输入阻抗和未进行无线电力供给时的非传输时输入阻抗的关系满足如下条件：非传输时输入阻抗>传输时输入阻抗，该无线电力传输装置的特征在于，具备：

振荡输出器，其能够切换对上述供电模块的电力供给的接通和断开；

电流检测器，其检测从上述振荡输出器输入至上述供电模块的电流值；以及

比较电路，其将由上述电流检测器检测出的第一电流值与阈值进行比较，在判断为由上述电流检测器检测出的第一电流值为上述阈值以上的情况下，之后再次将由上述电流检测器检测出的第二电流值与上述阈值进行比较，在判断为上述第二电流值小于上述阈值的情况下，将用于使上述振荡输出器对上述供电模块的电力供给断开的断开控制信号输出至上述振荡输出器，其中，上述阈值设定为处于在上述供电模块和上述受电模块之间进行无线电力供给时输入至上述供电模块的电流值与在上述供电模块和上述受电模块之间未进行无线电力供给时输入至上述供电模块的电流值之间的值。

根据上述结构，通过满足非传输时输入阻抗>传输时输入阻抗的条件，能够将在供电模块与受电模块之间进行无线电力供给时的输入电流值设为高于供电模块与受电模块之间未进行无线电力供给时的输入电流值。而且，将阈值设为处于进行无线电力供给时的输入电流值与未进行无线电力供给时的输入电流之间的值。

而且，在由电流检测器检测出的从振荡输出器输入至供电模块的第一电流值为阈值以上的情况下，之后再次将由电流检测器检测出的第二电流值与阈值进行比较，在判断为第二电流值小于阈值的情况下，判断为从供电模块与受电模块之间进行无线电力供给的状态转变为供电模块与受电模块之间未进行无线电力供给的状态，通过将利用振荡输出器对供电模块的电力供给断开(切断)，能够抑制消耗电力。

用于解决上述问题的发明之一是上述记载的无线电力传输装置，其特征在于，将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带时的上述供电谐振器与上述受电谐振器相向配置的状态下的无线电力传输装置的传输时输入阻抗、在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下的无线电力传输装置的金属异物配置时输入阻抗以及上述供电模块的待机时输入阻抗的关系满足如下条件：金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗。

根据上述结构，通过将无线电力传输装置设计成满足金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗的条件，能够满足如下关系：供电模块与受电模块之间进行无线电力供给时的传输时输入电流值>供电模块与受电模块之间未进行无线电力供给而供电模块针对电力传输处于待机状态时的待机时输入电流值>在供电模块所具有的供电谐振器的附近配置有金属异物时的金属异物配置时输入电流值。而且，将阈值设为处于传输时输入电流值与待机时输入电流值之间的值。

在该情况下，由于在供电模块所具有的供电谐振器的附近配置有金属异物时的金属异物配置时输入电流值被检测为小于阈值的值，因此与供电模块和受电模块之间未进行无线电力供给而供电模块针对电力输送处于待机状态的情况同样地进行处理。

由此，在无线电力传输装置中，在从进行无线电力供电的状态转变为在供电模块所具有的供电谐振器的附近配置有金属异物的状态时，通过使对供电模块的电力供给断开(切断)，能够预先防止因在供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下的电力供给而导致发生不良情况(发热、涡电流)。

发明的效果

能够提供一种无线电力传输装置，其通过设定为在供电模块的附近存在金属异物的状态下的包含金属异物的供电模块的输入阻抗变高而能够抑制供电模块所产生的过量的热。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的搭载有无线电力传输装置的充电器和无线式头戴型耳机的说明图。

图2是本实施方式所涉及的无线电力传输装置的结构图。

图3是以等效电路表示本实施方式所涉及的无线电力传输装置的说明图。

图4是谐振器间的传输特性“S21”具有两个波峰时的说明图。

图5是连接于网络分析仪的无线电力传输装置的说明图。

图6是反相谐振模式的磁场矢量图。

图7是同相谐振模式的磁场矢量图。

图8是说明单峰性的传输特性“S21”的说明图。

图9是表示正常充电状态下的无线电力传输装置的等效电路的说明图。

图10是表示待机状态下的供电模块的等效电路的说明图。

图11是表示异常状态下的包含金属异物的供电模块的等效电路的说明图。

图12A是表示测定实验1所涉及的测定结果的图。

图12B是表示测定实验1所涉及的测定结果的图。

图13A是表示测定实验2所涉及的测定结果的图。

图13B是表示测定实验2所涉及的测定结果的图。

图14A是表示测定实验3所涉及的测定结果的图。

图14B是表示测定实验3所涉及的测定结果的图。

图15A是表示测定实验4所涉及的测定结果的图。

图15B是表示测定实验4所涉及的测定结果的图。

图16是表示测定实验5所涉及的测定结果的图。

图17是其它实施方式2所涉及的无线电力传输装置的结构图。

图18是其它实施方式2所涉及的无线电力供给接通/断开控制的流程图。

具体实施方式

下面，对作为本发明的用于无线电力传输的无线电力传输装置1进行说明。

(实施方式)

在本实施方式中，如图1和图2所示，以搭载有供电模块2的充电器101和搭载有受电模块3的无线式头戴型耳机102为例，对无线电力传输装置1进行说明，该无线电力传输装置1以形成具有比周边的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G1(详细内容后述)的具备供电谐振器22的供电模块2和具备受电谐振器32的受电模块3为主要结构要素。此外，图1表示充电时的充电器101和无线式头戴型耳机102的状态。

(充电器101和无线式头戴型耳机102的结构)

如图1和图2所示，充电器101具备供电模块2，该供电模块2具有供电线圈21和供电谐振器22。另外，无线式头戴型耳机102具备受电模块3，该受电模块3具有耳机扬声器部102a、受电线圈31以及受电谐振器32。而且，在供电模块2的供电线圈21上连接有交流电源6，该交流电源6具备将供给至供电模块2的电力的电源频率设定为规定值的振荡电路。另外，在受电模块3的受电线圈31上经由用于将所接受的交流电流整流化的稳定电路7和用于防止过充电的充电电路8而连接有二次电池9。而且，稳定电路7、充电电路8以及二次电池9配置成位于受电谐振器32的内周侧(此外，在附图中，为了便于说明，有时将稳定电路7、充电电路8以及二次电池9图示在受电谐振器32之外)。详细内容后述，但是在配置有这些稳定电路7、充电电路8以及二次电池9的受电谐振器32的内周侧，在充电时形成具有比周边的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G1。此外，如图1和图2所示，本实施方式的稳定电路7、充电电路8以及二次电池9是成为最终的电力的供电目标的被供电设备10，被供电设备10是连接于受电模块3的作为电力的供电目标的所有设备的总称。

另外，虽未图示，但充电器101设置有用于收纳无线式头戴型耳机102的与无线式头戴型耳机102的形状一致的收纳槽，通过将无线式头戴型耳机102收纳于该充电器101的收纳槽，能够以充电器101所具备的供电模块2与无线式头戴型耳机102所具备的受电模块3相向配置的方式对无线式头戴型耳机102进行定位。

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，对线圈L₁部分使用了螺线管线圈。另外，将构成供电线圈21的电路元件所具有的合计阻抗设为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)所具有的合计阻抗设为Z₁。另外，将流过供电线圈21的电流设为I₁。此外，在本实施方式中，列举RLC电路为例对供电线圈21进行了说明，但也可以将供电线圈21设为RL电路结构。

受电线圈31发挥通过电磁感应来接收作为磁场能量从供电谐振器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供给至二次电池9的作用。与供电线圈21同样地，该受电线圈31如图3所示那样构成为以电阻器R₄、线圈L₄以及电容器C₄为要素的RLC电路。此外，对线圈L₄部分使用了螺线管线圈。另外，将构成受电线圈31的电路元件所具有的合计阻抗设为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)所具有的合计阻抗设为Z₄。另外，将连接于受电线圈31的被供电设备10(稳定电路7、充电电路8以及二次电池9)的合计阻抗设为Z_L。另外，将流过受电线圈31的电流设为I₄。此外，如图3所示，为方便起见，将连接于受电线圈31的被供电设备10(稳定电路7、充电电路8以及二次电池9)的各负载阻抗合起来设为电阻器R_L(相当于Z_L)。此外，在本实施方式中，列举RLC电路为例对受电线圈31进行了说明，但也可以将受电线圈31设为RL电路的结构。

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带谐振。另外，将构成供电谐振器22的电路元件所具有的合计阻抗设为Z₂，在本实施方式中，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阻抗设为Z₃，在本实施方式中，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)所具有的合计阻抗设为Z₃。另外，将流过供电谐振器22的电流设为I₂，将流过受电谐振器32的电流设为I₃。

另外，在作为供电谐振器22和受电谐振器32的谐振电路的RLC电路中，当将阻抗设为L、将电容器容量设为C时，由(式1)决定的f₀成为谐振频率。

[数1]

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

另外，对供电谐振器22和受电谐振器32使用螺线管线圈。另外，使供电谐振器22和受电谐振器32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，也可以是螺旋型、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5)。

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，在供电模块2和受电模块3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。

根据上述无线电力传输装置1(供电模块2和受电模块3)，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(谐振现象)。当在供电谐振器22和受电谐振器32谐振的状态下产生磁场谐振态时，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，从而能够将电力从具备供电模块2的充电器101无线传输至具备受电模块3的无线式头戴型耳机102，对设置在无线式头戴型耳机102内的二次电池9进行充电。

(磁场空间的形成)

在本实施方式的无线电力传输装置1中，为了抑制在供电模块2和受电模块3的内部、周边产生的磁场的强度，而形成减弱了磁场强度的磁场空间G1或磁场空间G2。具体地说，如图1～图5所示，在利用谐振现象从供电模块2的供电谐振器22向受电模块3的受电谐振器32进行电力供给时，在供电谐振器22和受电谐振器32的附近形成具有比周边的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G1或磁场空间G2。

为了形成磁场空间G1或G2，通过将表示供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电源频率的传输特性“S21”的曲线图设定为具有两个波峰频带、将供给至供电模块的电力的电源频率设定为与两个波峰频带中的某一个波峰频带对应的电源频率来实现。在本实施方式中，如图1～图5所示，为了在供电谐振器22与受电谐振器32之间形成磁场空间G1，而将电源频率设定为与两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的电源频率。此外，在想要在供电谐振器22和受电谐振器32的外侧形成磁场空间G2的情况下(参照图5)，将电源频率设定为与两个波峰频带中的形成于低频侧的波峰频带对应的电源频率。

在此，传输特性“S21”是表示将无线电力传输装置1(供电模块2和受电模块3)连接于网络分析仪110(例如安捷伦科技股份有限公司制造的E5061B等，参照图5)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。另外，电力传输效率是指在将无线电力传输装置1连接于网络分析仪110的状态下输出至输入端子112的电力相对于从输出端子111供给至供电模块2的电力的比率。

具体地说，如图5所示，使用网络分析仪110，一边改变供给至供电谐振器22的交流电力的电源频率，一边对供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电源频率的传输特性“S21”进行解析。此时，如图4的曲线图所示，将横轴设为从输出端子111输出的交流电力的电源频率、将纵轴设为传输特性“S21”来进行解析。在此，在测定供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”时，如果供电线圈21与供电谐振器22之间的耦合强，则导致对供电谐振器22和受电谐振器32之间的耦合状态造成影响，从而无法准确地测定供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”，因此供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12需要保持在能够使供电谐振器22充分励磁而由供电谐振器22生成磁场且供电线圈21与供电谐振器22尽可能不产生耦合的距离。另外，由于相同的理由，受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34也需要保持在能够使受电谐振器32充分励磁而由受电谐振器32生成磁场且受电谐振器32与受电线圈31尽可能不产生耦合的距离。而且，设定成进行解析得到的供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”的解析波形如图4所示那样具有形成于低频侧的波峰频带(f(LowP))和形成于高频侧的波峰频带(f(HighP))这两个波峰频带(参照实线150)。

此外，为了如上述那样使供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”的解析波形以波峰分离于低频侧和高频侧的方式具有两个波峰频带，而通过调整供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23、或调整供电谐振器22的RLC电路的R₂、L₂、C₂、受电谐振器32的RLC电路的R₃、L₃、C₃这些电阻值、阻抗、电容器容量、耦合系数k₂₃等构成供电谐振器22和受电谐振器32的可变更的参数来实现。

而且，在供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”的解析波形具有两个波峰频带的情况下，在将所供给的交流电力的电源频率设定在形成于高频侧的波峰频带(f(HighP))时，供电谐振器22和受电谐振器32相位相反且成为谐振状态，如图6所示，流过供电谐振器22的电流的方向(22A)与流过受电谐振器32的电流的方向(32A)为相反方向。其结果，如图6的磁场矢量图所示，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G1。在此，将流过供电谐振器22的电流的方向与流过受电谐振器32的电流的方向为相反方向的谐振状态称为反相谐振模式。

另一方面，在供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”的解析波形具有两个波峰频带的情况下，在将所供给的交流电力的电源频率设定在形成于低频侧的波峰频带(f(LowP))时，供电谐振器22和受电谐振器32相位相同且成为谐振状态，如图7所示，流过供电谐振器22的电流的方向(22A)与流过受电谐振器32的电流的方向(32A)为相同方向。其结果，如图7的磁场矢量图所示，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，从而能够形成具有比供电谐振器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G2。在此，将流过供电谐振器22的电流的方向与流过受电谐振器32的电流的方向为相同方向的谐振状态称为同相谐振模式。

此外，关于无线电力传输装置1，表示包括供电线圈21和供电谐振器22的供电模块2以及包括受电谐振器32和受电线圈31的受电模块3的相对于电源频率的传输特性“S21”的曲线图通常如图8所示那样设定为具有单峰性的性质。单峰性是指相对于电源频率的传输特性“S21”的波峰为一个且该波峰在谐振频带(f₀)出现(参照图8的实线151)。

当设定为具有单峰性的性质时，供电模块2和受电模块3的传输特性“S21”如图8的实线151所示那样在电源频率为谐振频率f₀的频带时最大化(电力传输效率最大化)。因此，为了使无线传输技术的电力传输效率最大化，通常设定为供电模块2和受电模块3的传输特性“S21”具有单峰性的性质并将电源频率设定为谐振频率f₀来使用。

(关于无线电力传输装置的金属异物的问题)

上述说明了无线电力传输装置1的结构和磁场空间G1、G2。如上所述，在通过无线方式输送电力的情况下，当在其使用过程中在供电模块2与受电模块3之间或在供电模块2的周边放置有金属异物(例如硬币、钉、别针、钥匙等)时，金属异物受磁场影响而导致产生涡电流。如果像这样产生涡电流，则有时会导致金属异物、供电模块2产生过量的热。

在本发明中，着眼于如果设为在供电模块2的附近存在金属异物的状态下的包含金属异物的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)(异常状态：Abnormality，相当于金属异物配置时输入阻抗)表示比正常充电时的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in(T)(正常充电状态：Transmission，相当于传输时输入阻抗)和供电模块2针对电力传输处于待机时的供电模块2的输入阻抗Z_in(W)(待机状态：Waiting，相当于待机时输入阻抗)高的值，则在恒定电压下流动的电流值变小，从而供电模块的消耗电力下降，并且能够抑制包括金属异物的供电模块2所产生的过量的热。

此外，输入阻抗Z_in(W)(待机状态：Waiting，待机时输入阻抗)和输入阻抗Z_in(A)(异常状态：Abnormality，金属异物配置时输入阻抗)在广义上是指未进行无线电力供给时的非传输时输入阻抗。

因此，使用无线电力传输装置1在各种条件下测定在供电模块2的附近存在金属异物的状态下的包括金属异物的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)、正常充电时的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in(T)以及供电模块2针对电力传输处于待机时的供电模块2的输入阻抗Z_in(W)，并探讨它们的相关性。

(测定实验)

在测定实验1～4中使用的无线电力传输装置1中，供电线圈21构成为以电阻器R₁、线圈L₁、电容器C₁为要素的RLC电路，线圈L₁部分使用线直径为0.14mm的铜线材，将线圈直径设定为11mmφ。另外，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，线圈L₂部分使用线直径为0.2mm的铜线材，使用线圈直径为11mmφ的螺线管型线圈。另外，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，线圈L₃部分使用线直径为0.1mm的铜线材，使用线圈直径为8mmφ的螺线管型线圈。另外，供电线圈31构成为以电阻器R₄、线圈L₄以及电容器C₄为要素的RLC电路，线圈L₄部分使用线直径为0.1mm的铜线材，将线圈直径设定为8mmφ。另外，在供电线圈21和供电谐振器22的内周侧，为了使所形成的磁场空间G1的磁场强度更小而配置有厚度为300μm的圆筒状的磁性材料。同样地，在受电谐振器32和受电线圈31的内周侧也配置有厚度为300μm的圆筒状的磁性材料。而且，将测定实验1～4中使用的无线电力传输装置1的R₁、R₂、R₃、R₄的值分别设定为1.5Ω、2.6Ω、2.1Ω、0.6Ω。另外，将L₁、L₂、L₃、L₄的值分别设定为13μH、18μH、7μH、2.5μH。另外，将C₁、C₂、C₃、C₄的值分别设定为2nF、1.4nF、3.6nF、10nF。另外，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率为1MHz。另外，耦合系数k₁₂为0.32，耦合系数k₂₃为0.15，耦合系数k₃₄为0.93。

在测定实验1～4中，通过阻抗分析仪(在本实施方式中，使用安捷伦科技股份有限公司制造的E5061B)来测定如图9所示那样正常地进行无线传输时的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in(T)、如图10所示那样供电模块2针对无线电力传输处于待机时的供电模块2的输入阻抗Z_in(W)以及如图11所示那样在供电模块2的附近存在金属异物的状态下的包括金属异物的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)。另外，在测定实验1～4中，变更金属异物的种类(铝、铜、铁、空气电池(镍/铝)制)来进行测定。此外，在测定实验1～4中，使用100Ω的电阻器(RL)代替稳定电路7、充电电路8以及二次电池9。另外，在测定包括金属异物的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)时，对图11所示的供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23为3mm的情况和2mm的情况进行了测定。

(测定实验1)

在测定实验1中，在供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23为3mm的情况和2mm的情况下，测定输入阻抗Z_in(T)、输入阻抗Z_in(W)以及将金属异物60设为直径为12mmφ、厚度为0.5mm的圆柱形状的铝片A和直径为9mmφ、厚度为0.5mm的圆柱形状的铝片B的情况下的输入阻抗Z_in(A)。在图12A和图12B中示出其测定结果。

当观察图12A和图12B的测定结果(铝片A、d23＝3mm)时，可知在将电源频率设定为谐振频率f₀的情况下，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(A)(铝片A)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(铝片A)的值低于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动大的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热大。

对于此可知，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下(例如图12A和图12B的f(A))，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(A)(铝片A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(铝片A)的值高于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动小的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热小。

根据上述测定结果，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下，在供电模块2的附近存在金属异物60(铝片A)的状态下的包括金属异物60的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)的值有时表示高于输入阻抗Z_in(T)和输入阻抗Z_in(W)的值。而且，可知，在该情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动的电流值变低，从而供电模块的消耗电力减少，并且能够抑制包括金属异物的供电模块2产生过量的热。

如上所述，在将电源频率设定为谐振频率f₀的情况下，输入阻抗Z_in(A)(铝片A)的值低于输入阻抗Z_in(W)，在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动大的电流。但是，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下，输入阻抗Z_in(A)(铝片A)的值有时高于输入阻抗Z_in(W)，在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电流下流动小的电流。如图12A和图12B所示，能够推测为这是由于在供电模块2的附近配置有铝片A的情况下，与输入阻抗Z_in(W)的波峰值相比，相对于电源频率的输入阻抗Z_in(A)的波峰值向高频侧偏移。

另外，如图12A和图12B所示，无论在使用铝片B作为金属异物60的情况下还是将供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23设为2mm的情况下，上述倾向是相同的。

(测定实验2)

在测定实验2中，在供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23为3mm的情况和2mm的情况下，测定输入阻抗Z_in(T)、输入阻抗Z_in(W)以及将金属异物60设为直径为12mmφ、厚度为0.5mm的圆柱形状的铜片A和直径为9mmφ、厚度为0.5mm的圆柱形状的铜片B的情况下的输入阻抗Z_in(A)。在图13A和图13B中示出其测定结果。

当观察图13A和图13B的测定结果(铜片A、d23＝3mm)时，可知在将电源频率设定为谐振频率f₀的情况下，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(A)(铜片A)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(铜片A)的值低于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有铜片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动大的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有铜片A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热大。

对于此可知，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下(例如图13A和图13B的f(A))，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(A)(铜片A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(铜片A)的值高于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有铜片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动小的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有铜片A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热小。

另外，如图13A和图13B所示，无论在使用铜片B作为金属异物60的情况下还是将供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23设为2mm的情况下，上述倾向是相同的。上述测定实验2的结果也与测定实验1具有相同的倾向。

(测定实验3)

在测定实验3中，在供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23为3mm的情况和2mm的情况下，测定输入阻抗Z_in(T)、输入阻抗Z_in(W)以及将金属异物60设为直径为12mmφ、厚度为0.5mm的圆柱形状的铁片A和直径为9mmφ、厚度为0.5mm的圆柱形状的铁片B的情况下的输入阻抗Z_in(A)。在图14A和图14B中示出其测定结果。

当观察图14A和图14B的测定结果(铁片A、d23＝3mm)时，可知在将电源频率设定为谐振频率f₀的情况下，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(A)(铁片A)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(铁片A)的值低于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有铁片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动大的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有铁片A的情况下，与待机状态相比包括金属异物60的供电模块2所产生的热大。

对于此可知，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下(例如图14A和图14B的f(A))，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(A)(铁片A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(铁片A)的值高于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有铁片A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动小的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有铁片A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热小。

另外，如图14A和图14B所示，无论在使用铁片B作为金属异物60的情况下还是将供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23设为2mm的情况下，上述倾向是相同的。上述测定实验3的结果也与测定实验1具有相同的倾向。

(测定实验4)

在测定实验4中，在供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23为3mm的情况和2mm的情况下，测定输入阻抗Z_in(T)、输入阻抗Z_in(W)以及将金属异物60设为直径为11.6mmφ、厚度为5.4mm的圆柱形状的空气电池A和设为直径为7.9mmφ、厚度为5.4mm的圆柱形状的空气电池B的情况下的输入阻抗Z_in(A)。在图15A和图15B中示出其测定结果。

当观察图15A和图15B的测定结果(空气电池A、d23＝3mm)时，可知在将电源频率设定为谐振频率f₀的情况下，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(A)(空气电池A)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(空气电池A)的值低于输入阻抗Z_in(W)，因此，在供电模块2的附近配置有空气电池A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动大的电流。即，可知在供电模块2的附近配置有空气电池A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热大。

对于此可知，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下(例如图15A和图15B的f(A))，所测定的各输入阻抗的关系为：输入阻抗Z_in(A)(空气电池A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。由此可知，在正常充电状态下，输入阻抗Z_in的值最低，因此在恒定电压下流过无线电力传输装置1的电流值也变高，从而能够有效地进行电力传输。另一方面，输入阻抗Z_in(A)(空气电池A)的值高于输入阻抗Z_in(W)的值，因此，在供电模块2的附近配置有空气电池A的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动小的电流。即，可知在供电模块2附的近配置有空气电池A的情况下，与待机状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热小。

另外，如图15A和图15B所示，无论在使用空气电池B作为金属异物60的情况下还是将供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23设为2mm的情况下，上述倾向是相同的。上述测定实验4的结果也与测定实验1具有相同的倾向。

(各输入阻抗Z_in(A)、Z_in(W)、Z_in(T)的设计式)

从上述测定实验1～4可知，如图12～图15所示，在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下，相对于电源频率的输入阻抗Z_in(A)的波峰值与输入阻抗Z_in(W)的波峰值相比向高频侧偏移。因此，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下，输入阻抗Z_in(A)的值有时高于输入阻抗Z_in(W)，在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下，与待机状态相比，在恒定电压下流动小的电流。

基于上述特性，在本发明中设计为，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧时，针对所设定的电源频率的各输入阻抗Z_in的关系满足如下条件：输入阻抗Z_in(A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。

具体地说，当为了求出正常充电状态下的输入阻抗Z_in(T)而通过等效电路来表示包括被供电设备10的无线电力传输装置1的结构时，如图9所示。而且，根据图9的等效电路，输入阻抗Z_in(T)能够如(式2)那样表述。

[数2]

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

$\begin{array}{ccc}{M}_{12}=k_{12}\sqrt{L_1{L}_2}& M_{23}=k_{23}\sqrt{L_2{L}_3}& M_{34}=k_{34}\sqrt{L_3{L}_4}\end{array}$

(k_ij是L_i与L_j之间的耦合系数)

···(式2)

而且，本实施方式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3)那样表述。

[数3]

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

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

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

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

Z_L＝R_L

···(式3)

接着，当将(式3)导入(式2)时，成为(式4)所示那样。

[数4]

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

···(式4)

另外，当为了求出待机状态下的输入阻抗Z_in(W)而通过等效电路来表示供电模块2的结构时，成为如图10所示那样。而且，根据图10的等效电路，输入阻抗Z_in(W)能够如(式5)那样表述。

[数5]

$Z_{in}\left(W\right)=\[R_1+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2{R}_2}{R_2^2+{({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2})}^2}\]+j\[{\mathrm{\ωL}}_1-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1}-\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2})}{R_2^2+{({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2})}^2}\]$

···(式5)

另外，当为了求出在供电模块2的附近存在金属异物60的状态下的包括金属异物60的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)而通过等效电路来表示包括金属异物60的供电模块2的的结构时，成为如图11所示那样。在此，将金属异物60视为以电阻R_m和线圈L_m为要素的RL电路(将供电谐振器22的线圈L₂与金属异物60的线圈L_m之间的互感设为M_2m、将线圈L₂与线圈L_m之间的耦合系数设为k_2m)。而且，根据图11的等效电路，输入阻抗Z_in(A)能够如(式6)那样表述。

[数6]

$\begin{array}{c}Zin\left(A\right)=\left(R_1+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2\left(R_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{2m}\right)}^2{R}_m}{{R_m}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_m\right)}^2}\right)}{{\left(R_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{2m}\right)}^2{R}_m}{{R_m}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_m\right)}^2}\right)}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2}-\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{2m}\right)}^2{\mathrm{\ωL}}_m}{{R_m}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_m\right)}^2}\right)}^2}\right)\\ +j\left({\mathrm{\ωL}}_1-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1}-\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{12}\right)}^2\left({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2}-\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{2m}\right)}^2{\mathrm{\ωL}}_m}{{R_m}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_m\right)}^2}\right)}{{\left(R_2+\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{2m}\right)}^2{R}_m}{{R_m}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_m\right)}^2}\right)}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2}-\frac{{\left({\mathrm{\ωM}}_{2m}\right)}^2{\mathrm{\ωL}}_m}{{R_m}^2+{\left({\mathrm{\ωL}}_m\right)}^2}\right)}^2}\right)\end{array}$

···(式6)

根据上述说明设计为，在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧时，针对所设定的电源频率的各输入阻抗Z_in的关系基于由上述等效电路表示的关系式(式4)～(式6)而满足如下条件：输入阻抗Z_in(A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。

此外，为了基于通过上述等效电路表示的关系式(式4)～(式6)设计成满足输入阻抗Z_in(A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)的条件，而将供电线圈21的RLC电路的R₁、L₁、C₁、供电谐振器22的RLC电路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、阻抗、电容器容量、互感以及耦合系数k₁₂、k₂₃、k₃₄等作为在设计和制造阶段等可变更的参数来使用。

(测定实验5)

在上述说明中，对将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧的情况下输入阻抗Z_in(A)的值有时高于输入阻抗Z_in(W)的情况进行了说明。在此，在本发明中，如上所述，在利用谐振现象从供电模块2的供电谐振器22向受电模块3的受电谐振器32供给电力时，能够在供电谐振器22和受电谐振器32的附近形成具有比周边的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G1或磁场空间G2。而且，为了形成磁场空间G1、G2，通过设定为表示供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电源频率的传输特性“S21”的曲线图具有两个波峰频带并将供给至供电模块2的电力的电源频率设定为与两个波峰频带中的某一个波峰频带对应的电源频率来实现。在本实施方式中，如图1～图5所示，为了在供电谐振器22与受电谐振器32之间形成磁场空间G1，而将电源频率设定为与两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的电源频率。

这样，可知在为了形成磁场空间G1而将电源频率设为与两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带(f(HighP))对应的电源频率的情况下，如表示测定实验1～4的测定结果的图12～图15所示，输入阻抗Z_in(A)的值高于输入阻抗Z_in(W)。

在测定实验5中，实际上对为了形成磁场空间G1而将电源频率设定为与两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带(f(HighP))对应的电源频率时的正常充电状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Z_in(T)、待机状态下的供电模块2的输入阻抗Z_in(W)以及在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下的包括金属异物60的供电模块2的输入阻抗Z_in(A)进行测定。

具体地说，使用测定实验1～4中所使用的无线电力传输装置1，并将稳定电路7、充电电路8以及二次电池9作为连接于受电线圈31的被供电设备10进行连接。另外，将所施加的电压设为5V，将电源频率设定为1030kHz(f(HighP))，将二次电池9的充电电流设为12.5mA。另外，与测定实验1～4同样地，使用铝、铜、铁、空气电池(镍/铝制)作为所使用的金属异物60。另外，在正常充电状态下的供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23为3mm时进行了测定。另外，在对包括金属异物的供电模块2的电流值进行测定时，针对图11所示的供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23为3mm的情况和2mm的情况进行了测定。在图16中示出其结果。

如图16所示，在将电源频率设为1030kHz(f(HighP))并将供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23设定为3mm的情况下，输入阻抗Z_in(W)为84.1Ω，输入阻抗Z_in(A)(铝片A)为117.3Ω，输入阻抗Z_in(A)(铝片B)为96.8Ω，输入阻抗Z_in(A)(铜片A)为121.0Ω，输入阻抗Z_in(A)(铜片B)为96.8Ω，输入阻抗Z_in(A)(铁片A)为92.2Ω，输入阻抗Z_in(A)(铁片B)为88.0Ω，输入阻抗Z_in(A)(空气电池A)为94.4Ω，输入阻抗Z_in(A)(空气电池B)为86.0Ω，输入阻抗Z_in(T)为69.1Ω，

另外，在将电源频率设定为1030kHz(f(HighP))并将供电谐振器22与金属异物60之间的距离d23设定为3mm的情况下，输入阻抗Z_in(W)为84.1Ω，输入阻抗Z_in(A)(铝片A)为168.3Ω，输入阻抗Z_in(A)(铝片B)为110.6Ω，输入阻抗Z_in(A)(铜片A)为162.6Ω，输入阻抗Z_in(A)(铜片B)为110.6Ω，输入阻抗Z_in(A)(铁片A)为101.9Ω，输入阻抗Z_in(A)(铁片B)为90.0Ω，输入阻抗Z_in(A)(空气电池A)为101.9Ω，输入阻抗Z_in(A)(空气电池B)为88.0Ω，输入阻抗Z_in(T)为58.6Ω，

如上所述可知，在将金属异物60设为铝、铜、铁、空气电池中的任一个的情况下，所测定的各输入阻抗的关系均为：输入阻抗Z_in(A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)。

根据上述，在为了形成磁场空间G1而将电源频率设定在与两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带(f(HighP))对应的频带并满足输入阻抗Z_in(A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)的关系性的情况下，成为如下关系：正常充电状态下的流过无线电力传输装置1的电流值>待机状态下的流过供电模块2的电流值>在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下的流过包括金属异物60的供电模块2的电流值。由此，在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下，与待机状态、正常充电状态相比，包括金属异物60的供电模块2所产生的热小。

(效果)

根据上述结构，通过将无线电力传输装置1设计成将供给至供电模块2的电力的电源频率设定在与传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带(f(HighP))对应的频带并满足金属异物配置时输入阻抗Z_in(A)>待机状态时的输入阻抗Z_in(W)>正常充电时的输入阻抗Z_in(T)的条件，由此，即使在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物60的情况下，与待机状态相比，也会由于输入阻抗Z_in(A)高于输入阻抗Z_in(W)和输入阻抗Z_in(T)而包括金属异物60的供电模块2的电流值变低，从而能够抑制发热、涡电流。

另外，通过将无线电力传输装置1设为满足上述关系式(式4)～(式6)的电路结构，由此，即使在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物60的情况下，与待机状态相比，也会由于输入阻抗Z_in(A)高于输入阻抗Z_in(W)和输入阻抗Z_in(T)而供电模块2的电流值变低，从而能够抑制发热、涡电流。

(其它实施方式1)

在上述实施方式的说明中，不特别设置控制设备(控制部)等，而设为如下结构：在将电源频率设定在比谐振频率f₀高的高频侧并在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下，与待机状态的输入阻抗Z_in(W)相比，输入阻抗Z_in(A)的值变高，由此减小在恒定电压下流动的电流值，从而抑制包括金属异物60的供电模块2所产生的过量的热。

但是，并不限于此，无线电力传输装置1还可以设为设置有检测器和控制部的结构，其中，该检测器检测输入阻抗，在由检测器检测出的输入阻抗表示大于输入阻抗Z_in(W)的值的情况下，该控制部判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态。

具体地说，预先测定未从充电器101对无线式头戴型耳机102所具备的二次电池9充电而处于待机状态时的输入阻抗Z_in(W)的范围(例如使控制部所具备的存储装置存储处于待机状态时的输入阻抗Z_in(W)的范围以供参照)，在由检测器检测出该范围的输入阻抗Z_in的情况下，判断为针对充电处于待机状态。另一方面，在由检测器检测出的输入阻抗Z_in表示大于处于待机状态时的输入阻抗Z_in(W)的范围的值的情况下，判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态。

另外，也可以是，控制部在判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态的情况下，进行控制使得停止对供电模块2的电力供给。

并且，也可以是，无线电力传输装置1还具备通知装置(警报、灯、表示器等)，该通知装置(警报、灯、表示器等)向外部进行通知，控制部在判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态的情况下，通过通知装置来通知处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态。例如，如果通知装置是警报装置，则通过警告音来通知异常，如果通知装置是LED灯，则通过使警告色点亮、闪烁来通知异常，如果通知装置是显示器，则通过将警告消息显示于显示器来通知异常。

根据上述结构，在由检测器检测出的输入阻抗表示大于输入阻抗Z_in(W)的值的情况下，能够判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态，从而能够实现安全的电力供给。

另外，通过控制部在判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态的情况下停止对供电模块2的电力供给，能够预先防止因在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态下的电力供给而导致发生不良情况(发热、涡电流)。

另外，控制部在判断为处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态的情况下，能够通过通知装置向外部通知处于在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态。

(其它实施方式2)

另外，对在上述无线电力传输装置1中满足输入阻抗Z_in(A)>输入阻抗Z_in(W)>输入阻抗Z_in(T)的关系性的情况下成为正常充电状态下的流过无线电力传输装置1的电流值>待机状态下的流过供电模块2的电流值>在供电模块2的附近配置有金属异物60的情况下的流过包括金属异物60的供电模块2的电流值的关系的情况进行了说明。因此，在本发明中，还提供能够利用该电流值的关系来控制对供电模块2的电力供给的开始/切断(电力供给接通/断开控制)的结构。

具体地说，如图17所示，在无线电力传输装置1中，设为在供电模块2的供电线圈21与AC/DC电源20之间连接有电源电路5的结构。而且，电源电路5设为包括振荡输出器11、电流检测器12以及比较电路13的结构。

振荡输出器11包括将电力的电源频率设定为规定值的振荡器(逆变器电路等)和能够通过来自外部的控制信号(后述的接通控制信号、断开控制信号)来切换对供电模块2的电力供给的接通/断开的开关电路等。

电流检测器12是能够检测从振荡输出器11输出至供电模块2的电流值的电流计。此外，在本实施方式中，通过测定电压来测定电流值。

比较电路13是如下的比较器：将由电流检测器12检测出的第一电流值与预先设定的阈值进行比较，在判断为第一电流值为阈值以上的情况下，经过规定时间后再次将由电流检测器12检测出的第二电流值与阈值进行比较，在判断为第二电流值小于阈值的情况下，将用于使对供电模块2的电力供给断开的断开控制信号输出至振荡输出器11。

在此，将阈值设为处于从供电模块2对受电模块3进行无线电力供给时输入至供电模块2的电流值与未从供电模块2对受电模块3进行无线电力供给时输入至供电模块2的电流值之间的值。

具体地说，如上所述，由于满足金属异物配置时的输入阻抗Z_in(A)>待机状态时的输入阻抗Z_in(W)>正常充电状态时的输入阻抗Z_in(T)的条件，因此满足供电模块2与受电模块3之间进行无线电力供给时(正常充电状态)的电流值(传输时输入电流值)>处于待机状态时的电流值(待机时输入电流值)>在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物时(异常状态)的电流值(金属异物配置时输入电流值)的关系。因此，在本实施方式中，将阈值设为传输时输入电流值与待机时输入电流值之间的值。此外，阈值只要处于满足上述条件的范围内即可，能够自由地设定。

(电力供给接通/断开控制流程)

接着，根据图18的流程图来说明由电源电路5执行的电力供给接通/断开控制。

首先，利用电流检测器12来检测最初的电流值(第一电流值)(S11)。然后，比较电路13判断所检测出的第一电流值是否为上述(预先设定的)阈值以上(S12)。

然后，在检测出的第一电流值不为阈值以上的情况下(S12：否(NO))，转移至S11。另一方面，在检测出的第一电流值为阈值以上的情况下(S12：是(YES))，经过规定时间后再次利用电流检测器12来检测电流值(第二电流值)(S13)。

然后，比较电路13判断所检测出的第二电流值是否小于上述阈值(S14)。然后，在所检测出的第二电流值不小于阈值的情况下(S14：否)、即第一电流值和第二电流值均为阈值以上的情况下，将用于使对供电模块2的电力供给接通的接通控制信号输出至振荡输出器11(S15)。其结果，振荡输出器11对供电模块2进行电力供给(开关电路接通)。

另一方面，在所检测出的第二电流值小于阈值的情况下(S14：是)、即经过规定时间而从阈值以上的电流值(第一电流值)下降至小于阈值的电流值(第二电流值)的情况下，将用于使对供电模块2的电力供给断开的断开控制信号输出至振荡输出器11(S16)。其结果，振荡输出器11切断对供电模块2的电力供给(开关电路断开)。

通过重复进行上述过程来进行电力供给接通/断开控制。

根据上述无线电力传输装置1，构成为通过检测电流值的变化来判断是否从正常地进行无线电力供电的状态(正常充电状态)转变为待机状态或在供电谐振器22的附近配置有金属异物的状态，在从正常充电状态转变为待机状态或在供电谐振器22的附近配置有金属异物的状态的情况下，振荡输出器11切断对供电模块2的电力供给。由此，能够抑制消耗电力。

另外，根据上述结构，将无线电力传输装置1设计成满足金属异物配置时输入阻抗Z_in(A)>待机状态时输入阻抗Z_in(W)>传输时输入阻抗Z_in(T)的条件，由此能够满足如下关系：供电模块2与受电模块3之间进行无线电力供给时的传输时输入电流值>供电模块2与受电模块3之间未进行无线电力供给而供电模块2针对电力传输处于待机状态时的待机时输入电流值>在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物60时的金属异物配置时输入电流值。而且，将阈值设为处于传输时输入电流值与待机时输入电流值之间的值。

在该情况下，由于在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物60时的金属异物配置时输入电流值被检测为小于阈值的值，因此与供电模块2和受电模块3之间未进行无线电力供给而供电模块2针对电力传输处于待机状态的情况同样地进行处理。

由此，在无线电力传输装置1中，在从进行无线电力供电的状态转变为在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态时，将对供电模块2的电力供给断开(切断)，由此能够预先防止因在供电谐振器22的附近配置有金属异物60的状态下的电力供给而导致发生不良情况(发热、涡电流)。

此外，在上述说明中，关于能够控制对供电模块2的电力供给的开始/切断的电源电路5，基于将电源频率设定在与传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带的无线电力传输装置1进行了说明，但也能够应用于将电源频率设定在与传输特性的两个波峰频带中的形成于低频侧的波峰频带对应的频带的情况。

在该情况下，在无线电力传输装置1中，当具有金属异物配置时输入阻抗Z_in(A)＜待机时输入阻抗Z_in(W)＜传输时输入阻抗Z_in(T)的关系性时，具有如下关系：供电模块2与受电模块3之间进行无线电力供给时的传输时输入电流值＜供电模块2与受电模块3之间未进行无线电力供给而供电模块2针对电力传输处于待机状态时的待机时输入电流值＜在供电模块2所具有的供电谐振器22的附近配置有金属异物60时的金属异物配置时输入电流值，因此将阈值设为处于传输时输入电流值与待机时输入电流值之间的值。另外，比较电路13将由电流检测器12检测出的第一电流值与预先设定的阈值进行比较，在判断为第一电流值为阈值以下的情况下，经过规定时间后再次将由电流检测器12检测出的第二电流值与阈值进行比较，在判断为第二电流值大于阈值的情况下，将用于使对供电模块2的电力供给断开的断开控制信号输出至振荡输出器11。

(其它实施方式3)

另外，在上述制造方法的说明中，例示无线式头戴型耳机102进行了说明，但是只要是具备二次电池的设备即可，也能够使用于平板型PC、数字相机、移动电话、耳机音乐播放器、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)间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合来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供电装置和受电装置所具备的线圈间的谐振和电磁感应来进行电力传输的无线电力传输装置。

另外，在上述说明中，假定将无线电力传输装置1搭载于便携型电子设备的情况进行了说明，但用途不限于这些小型设备，通过根据所需电量来改变规格，例如也能够搭载于比较大型的电动汽车(EV)的无线充电系统、更小型的医疗用无线式胃镜等。

在以上的详细说明中，为了能够更容易地理解本发明而以特征部分为中心进行了说明，但本发明并不限定于以上详细的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地对本发明进行说明，而非用于限制本发明的解释。另外，认为本领域技术人员能够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被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，期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；5：电源电路；6：交流电源；7：稳定电路；8：充电电路；9：二次电池；10：被供电设备；11：振荡输出器；12：电流检测器；13：比较电路；20：AC/DC电源；21：供电线圈；22：供电谐振器；31：受电线圈；32：受电谐振器；60：金属异物；102：无线式头戴型耳机；101：充电器。

Claims (7)

1.一种无线电力传输装置，设定为供电模块所具有的供电谐振器和受电模块所具有的受电谐振器相对于电力的电源频率的传输特性的值具有两个波峰频带，通过在供电模块与受电模块之间产生谐振现象来供给电力，该无线电力传输装置的特征在于，

将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带，

将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带时的上述供电谐振器与上述受电谐振器相向配置的状态下的无线电力传输装置的传输时输入阻抗、在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下的无线电力传输装置的金属异物配置时输入阻抗以及上述供电模块的待机时输入阻抗的关系满足如下条件：金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗。

2.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，

上述供电模块至少具有供电线圈和上述供电谐振器，

上述受电模块至少具有上述受电谐振器和受电线圈，

上述供电线圈具备以电阻R₁、线圈L₁以及电容器C₁为要素的RLC电路，将该供电线圈的合计阻抗设为Z₁，

上述供电谐振器具备以电阻R₂、线圈L₂以及电容器C₂为要素的RLC电路，将该供电谐振器的合计阻抗设为Z₂，

上述受电谐振器具备以电阻R₃、线圈L₃以及电容器C₃为要素的RLC电路，将该受电谐振器的合计阻抗设为Z₃，

上述受电线圈具备以电阻R₄、线圈L₄以及电容器C₄为要素的RLC电路，将该受电线圈的合计阻抗设为Z₄，

将从上述受电线圈供电的设备的合计负载阻抗设为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，

将上述供电谐振器的线圈L₂与上述金属异物的线圈L_m之间的互感设为M_2m，

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和上述互感作为参数，将上述金属异物视为以电阻R_m和线圈L_m为要素的RL电路，

通过下述设计式来表示上述金属异物配置时输入阻抗、上述待机时输入阻抗以及上述传输时输入阻抗，上述设计式为：

3.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，还具备：

检测器，其检测输入阻抗；以及

控制部，在由上述检测器检测出的输入阻抗表示大于上述待机时输入阻抗的值的情况下，该控制部判断为处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态。

4.根据权利要求3所述的无线电力传输装置，其特征在于，

上述控制部在判断为处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态的情况下，使得停止对上述供电模块的电力供给。

5.根据权利要求3所述的无线电力传输装置，其特征在于，

还具备通知装置，该通知装置向外部进行通知，

上述控制部在判断为处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态的情况下，通过上述通知装置来通知处于在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态。

6.一种无线电力传输装置，其中，供电模块所具有的供电谐振器和受电模块所具有的受电谐振器相对于电力的电源频率的传输特性的值具有两个波峰频带，将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带时的、在上述供电模块与上述受电模块之间进行无线电力供给时的传输时输入阻抗和未进行无线电力供给时的非传输时输入阻抗的关系满足如下条件：非传输时输入阻抗>传输时输入阻抗，该无线电力传输装置的特征在于，具备：

振荡输出器，其能够切换对上述供电模块的电力供给的接通和断开；

电流检测器，其检测从上述振荡输出器输入至上述供电模块的电流值；以及

比较电路，其将由上述电流检测器检测出的第一电流值与阈值进行比较，在判断为由上述电流检测器检测出的第一电流值为上述阈值以上的情况下，之后再次将由上述电流检测器检测出的第二电流值与上述阈值进行比较，在判断为上述第二电流值小于上述阈值的情况下，将用于使上述振荡输出器对上述供电模块的电力供给断开的断开控制信号输出至上述振荡输出器，其中，上述阈值设定为处于在上述供电模块和上述受电模块之间进行无线电力供给时输入至上述供电模块的电流值与在上述供电模块和上述受电模块之间未进行无线电力供给时输入至上述供电模块的电流值之间的值。

7.根据权利要求6所述的无线电力传输装置，其特征在于，

将上述电源频率设定在与上述传输特性的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带对应的频带时的上述供电谐振器与上述受电谐振器相向配置的状态下的无线电力传输装置的传输时输入阻抗、在上述供电谐振器的附近配置有金属异物的状态下的无线电力传输装置的金属异物配置时输入阻抗以及上述供电模块的待机时输入阻抗的关系满足如下条件：金属异物配置时输入阻抗>待机时输入阻抗>传输时输入阻抗。