CN105917551A - 无线电力传输装置及其制造方法 - Google Patents

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CN105917551A CN201580004655.9A CN201580004655A CN105917551A CN 105917551 A CN105917551 A CN 105917551A CN 201580004655 A CN201580004655 A CN 201580004655A CN 105917551 A CN105917551 A CN 105917551A
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津田尚
畑中武蔵
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Abstract

本发明形成为在无线电力传输装置中能够使输入阻抗的值根据被供电设备的负载的变动倾向而变动。无线电力传输装置(1)中的供电谐振器(22)与受电谐振器(32)之间的传输特性(S21)具有两个波峰频带。而且，设定为：向无线电力传输装置(1)的供电模块(2)供给的电力的电源频率被设定在与传输特性(S21)的两个波峰频带中的任一波峰频带对应的电源频带，在被供电设备的负载变动范围的最高值时，包括被供电设备的无线电力传输装置的相对于电力的电源频率的输入阻抗的值至少具有两个波峰频带。

Description

无线电力传输装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使磁场变化来从供电模块对受电模块供给电力的无线电力传输装置和该无线电力传输装置的制造方法。
背景技术
近年来，笔记型PC(Personal Computer：个人计算机)、平板型PC、数字摄像机、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。为了简化对搭载于该电子设备的充电电池的充电作业，通过在搭载于充电器的供电模块与搭载于电子设备的受电模块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来进行电力传输的技术(例如参照专利文献1)、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)使磁场耦合来进行电力传输的技术(例如参照专利文献2)。
另外，关于对充电电池(例如锂离子二次电池等)进行充电的方式，已知有恒定电流-恒定电压充电方式。而且，在通过上述利用无线进行电力传输的无线电力传输装置以恒定电流-恒定电压充电方式对锂离子二次电池进行充电的情况下，在从恒定电流充电(CC)转变为恒定电压充电(CV)时，向充电电池供给的电流值衰减，包括充电电池的被供电设备(包括充电电池、稳定电路、充电电路等)的负载阻抗的值上升(负载变动)。
这样，包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗也发生变动，但如果能够实现与被供电设备的负载阻抗值的上升相应地使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗上升，则能够根据被供电设备的负载阻抗的上升来减小包括被供电设备的无线电力传输装置的输入电流，从而能够降低包括被供电设备的无线电力传输装置的消耗电力。
关于这一点，为了与被供电设备的负载阻抗值的上升相应地使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗上升，考虑单独地设置阻抗匹配器。
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
发明内容
发明要解决的问题
然而，对要求便携性、简单化、低成本化的便携电子设备而言，单独地设置阻抗匹配器会导致部件数增加，故而并不理想。
换言之，期望的是，不对无线电力传输装置追加新的设备，就能够与被供电设备的负载阻抗值的上升相应地使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗上升。
因此，本发明的目的在于提供一种无线电力传输装置及其制造方法，该无线电力传输装置不追加新的设备就能够在被供电设备的负载发生变动时使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗的值根据被供电设备的负载的变动倾向而变动。
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，其使磁场变化来从至少具备供电谐振器的供电模块对连接有负载变动的被供电设备的、至少具备受电谐振器的受电模块供给电力，该无线电力传输装置的特征在于，
所述供电谐振器和所述受电谐振器的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，向所述供电模块供给的电力的电源频率被设定在与所述传输特性的两个波峰频带中的任一波峰频带对应的电源频带，
该无线电力传输装置设定为：在所述被供电设备的负载变动范围的最高值时，包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值至少具有两个波峰频带。
根据上述结构，在被供电设备的负载发生了变动时，能够使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗的值根据被供电设备的负载的变动倾向而变动。例如，在被供电设备的负载上升的情况下，能够使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗的值上升。由此，在被供电设备的负载上升的情况下，能够减小包括被供电设备的无线电力传输装置的输入电流，从而能够降低被供电设备的负载上升时的消耗电力。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，
设定为：通过将构成所述供电模块和所述受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数并分别改变该参数，来使所述供电谐振器和所述受电谐振器的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，并且使包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值具有两个波峰频带。
根据上述结构，能够设定为：通过相互调整构成供电模块和受电模块的多个电路元件的各元件值来使供电谐振器和受电谐振器的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，并且使无线电力传输装置的输入阻抗的值具有两个波峰频带。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，
设定为：通过调整所述供电模块和所述受电模块所具有的线圈间的耦合系数的值，来使所述供电谐振器和所述受电谐振器的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，并且使包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值具有两个波峰频带。
根据上述结构，能够设定为：通过改变供电模块和受电模块所具有的线圈间的耦合系数的值，来使供电谐振器和受电谐振器的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，并且使无线电力传输装置的输入阻抗的值具有两个波峰频带。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，所述供电模块和所述受电模块所具有的线圈间的耦合系数的值是通过使所述线圈间的距离变化来调整的。
根据上述结构，能够通过使线圈间的距离变化来调整供电模块和受电模块所具有的线圈间的耦合系数的值。由此，能够通过使线圈间的距离物理地变化这样简易的设计来进行调整。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，将向所述供电模块供给的电力的电源频率设定为与所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。
根据上述结构，通过将向供电模块供给的电力的电源频率设定为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，能够在供电谐振器与受电谐振器之间形成具有比附近的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，将向所述供电模块供给的电力的电源频率设定为与所述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。
根据上述结构，通过将向供电模块供给的电力的电源频率设定为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，能够在供电谐振器和受电谐振器的外侧形成具有比附近的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。
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使磁场变化来从至少具备供电谐振器的供电模块对连接有负载变动的被供电设备且至少具备受电谐振器的受电模块供给电力，该制造方法的特征在于，包括以下工序：
设定为所述供电谐振器和所述受电谐振器的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；以及
设定为在所述被供电设备的负载变动范围的最高值时，包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值至少具有两个波峰频带。
根据通过上述方法制造的无线电力传输装置，在被供电设备的负载发生了变动时，能够使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗的值根据被供电设备的负载的变动倾向而变动。例如，在被供电设备的负载上升的情况下，能够使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗的值上升。由此，在被供电设备的负载上升的情况下，能够减小包括被供电设备的无线电力传输装置的输入电流，从而能够降低被供电设备负载上升时的消耗电力。
发明的效果
能够提供一种无线电力传输装置及其制造方法，该无线电力传输装置不追加新的设备就能够在被供电设备的负载变动时使包括被供电设备的无线电力传输装置整体的输入阻抗的值根据被供电设备的负载的变动倾向而变动。
附图说明
图1是搭载有本实施方式的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是无线电力传输装置的概要说明图。
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8A是表示锂离子二次电池的充电特性的曲线图。
图8B是表示锂离子二次电池的充电特性的曲线图。
图9是表示无线电力传输中的线圈间距离与耦合系数的关系的曲线图。
图10A表示实施例1的测定结果，是S21测定结果的曲线图。
图10B表示实施例1的测定结果，是相对于电源频率的输入阻抗的曲线图。
图10C表示实施例1的测定结果，是表示终端负载的倾向的说明图。
图11A表示实施例2的测定结果，是S21测定结果的曲线图。
图11B表示实施例2的测定结果，是相对于电源频率的输入阻抗的曲线图。
图11C表示实施例2的测定结果，是表示终端负载的倾向的说明图。
图12A表示实施例3的测定结果，是S21测定结果的曲线图。
图12B表示实施例3的测定结果，是相对于电源频率的输入阻抗的曲线图。
图12C表示实施例3的测定结果，是表示终端负载的倾向的说明图。
图13A表示实施例4的测定结果，是S21测定结果的曲线图。
图13B表示实施例4的测定结果，是相对于电源频率的输入阻抗的曲线图。
图13C表示实施例4的测定结果，是表示终端负载的倾向的说明图。
图14A表示比较例的测定结果，是S21测定结果的曲线图。
图14B表示比较例的测定结果，是相对于电源频率的输入阻抗的曲线图。
图14C表示比较例的测定结果，是表示终端负载的倾向的说明图。
图15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
(实施方式)
以下，对本发明所涉及的无线电力传输装置和无线电力传输装置的制造方法的实施方式进行说明。
在本实施方式中，如图1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为例来对无线电力传输装置1进行说明，该无线电力传输装置1是将形成具有比周边的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G1(G2)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作为主要结构要素。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具备将向供电模块2供给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上经由对接收到的交流电力进行整流化的稳定电路7和用于防止过充电的充电电路8而连接有锂离子二次电池9。而且，稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池9被配置成位于受电谐振器32的内周侧(此外，在附图中，为了便于说明而将稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池9记载在受电谐振器32之外)。在配置有这些稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池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，详细内容在后面记述。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以及锂离子二次电池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，但在充电器101中设置有用于收纳无线式头戴型耳机102的符合无线式头戴型耳机102的形状的收纳槽，通过将无线式头戴型耳机102收纳于该充电器101的收纳槽，能够将无线式头戴型耳机102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和线圈L1为要素的RL电路。此外，线圈L1部分使用螺线管线圈。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，将以构成供电线圈21的电阻器R1和线圈L1为要素的RL电路(电路元件)所具有的合计阻抗设为Z1。另外，将供电线圈21中流通的电流设为I1。此外，电流I1与向无线电力传输装置1输入的输入电流Iin的含义相同。另外，在本实施方式中，列举RL电路为例对供电线圈21进行了说明，但是也可以设为RLC电路的结构。
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从供电谐振器22传输至受电谐振器32的电力，并将所接收的电力经由稳定电路7和充电电路8供给至锂离子二次电池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和线圈L4为要素的RL电路。此外，线圈L4部分使用螺线管线圈。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，将以构成受电线圈31的电阻器R4和线圈L4为要素的RL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以及锂离子二次电池9)的合计的负载阻抗设为ZL。另外，将受电线圈31中流通的电流设为I4。此外，将被供电设备10的合计的负载阻抗设为ZL，但为方便起见，也可以置换为RL。另外，在本实施方式中，列举RL电路为例对受电线圈31进行了说明，但是也可以设为RLC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以谐振频带谐振。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，将以构成供电谐振器22的电阻器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，将以构成受电谐振器32的电阻器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，将供电谐振器22中流通的电流设为I2，将受电谐振器32中流通的电流设为I3。
另外，对于供电谐振器22和受电谐振器32中的作为谐振电路的RLC电路，当将阻抗设为L、将电容器容量设为C时，由(式1)确定的f0成为谐振频率。
[式1]
另外，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2和图3)。
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。
此外，如果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以及锂离子二次电池9)的电路图，则如图2的下图所示。在该图中，将无线电力传输装置1整体置换为一个输入阻抗Zin来进行表示，将施加于无线电力传输装置1的电压设为电压Vin，将向无线电力传输装置1输入的电流设为Iin。
而且，如果以基于电压Vin与输入阻抗Zin的关系式表示该电流Iin，则如(式2)所示。
[式2]
另外，为了更详细地表示无线电力传输装置1的输入阻抗Zin，当利用等效电路来表示无线电力传输装置1的结构时，如图3所示。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Zin能够如(式3)那样表述。
[式3]
Z i n = Z 1 + ( ωM 12 ) 2 Z 2 + ( ωM 23 ) 2 Z 3 ( ωM 34 ) 2 Z 4 + Z L M 12 = k 12 L 1 L 2 M 23 = k 23 L 2 L 3 M 34 = k 34 L 3 L 4
(kij为Li与Lj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、ZL分别能够如(式4)那样表述。
[式4]
接着，如果将(式4)导入(式3)，则成为(式5)。
[式5]
在此，供电线圈21的RL电路的R1、L1、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RL电路的R4、L4的电阻值、电感、电容器容量以及耦合系数k12、k23、k34作为在设计、制造阶段等可变更的参数而发挥作用。
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。当在供电谐振器22与受电谐振器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。而且，由受电谐振器32接收到的电力经由受电线圈31、稳定电路7以及充电电路8被供给至锂离子二次电池9来对该锂离子二次电池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，而形成用于使磁场强度减弱的磁场空间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、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向供电模块供给的电力的电源频率设定为与两个波峰频带中的任一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，期望在供电谐振器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”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Agilent Technologies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，数值越大则意味着电力传输效率越高。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向供电模块2供给的电力的比率。
具体地说，如图5所示，使用网络分析仪110，一边改变向供电谐振器22供给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”进行分析。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”来进行分析。在此，在对供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”进行测定时，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与受电谐振器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需要保持为使供电谐振器22能够被充分被激励而生成基于供电谐振器22的磁场且供电线圈21与供电谐振器22尽可能不耦合的距离。另外，基于相同的原因，受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34也需要保持为使受电谐振器32能够充分被激励而生成基于受电谐振器32的磁场且受电谐振器32与受电线圈31尽可能不耦合的距离。而且设定为，进行分析得到的供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”的分析波形如图4所示那样具有形成于低频侧的波峰频带(f(Low P))和形成于高频侧的波峰频带(f(High P))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”的分析波形以波峰分离在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的电阻值、电感、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”的分析波形具有两个波峰频带的情况下，在将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(High P))时，供电谐振器22和受电谐振器32以相反的相位成为谐振态，如图6所示，供电谐振器22中流通的电流的方向(22A)与受电谐振器32中流通的电流的方向(32A)为相反的方向。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少，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，将供电谐振器22中流通的电流的方向与受电谐振器32中流通的电流的方向为相反的方向的谐振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”的分析波形具有两个波峰频带的情况下，在将供给的交流电力的电源频率设定为形成于低频侧的波峰频带(f(Low P))时，供电谐振器22和受电谐振器32以相同的相位成为谐振态，如图7所示，供电谐振器22中流通的电流的方向(22A)与受电谐振器32中流通的电流的方向(32A)为相同的方向。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少，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，将供电谐振器22中流通的电流的方向与受电谐振器32中流通的电流的方向为相同的方向的谐振态称为同相谐振模式。
(伴随被供电设备的负载变动而发生的无线电力传输装置的负载变动)
在此，以锂离子二次电池为例，简单地说明伴随锂离子二次电池的负载变动而发生的无线电力传输装置1的负载变动会产生什么样的影响。
在本实施方式中，使用锂离子二次电池9来作为被供给电力的被供电设备10的一种。另外，一般而言，对锂离子二次电池9进行充电时使用恒定电流-恒定电压充电方式。在利用该恒定电流-恒定电压充电方式对锂离子二次电池9进行充电的过程中，如图8A的锂离子二次电池的充电特性所示，在开始充电后不久，以恒定电流进行充电(CC：constant current)。而且，在以恒定电流进行充电的期间，电压(Vch)上升至规定的上限电压(在本实施方式中为4.2V)。当电压上升至上限电压时，保持该上限电压不变地以恒定电压进行充电(CV：constant voltage)。当以恒定电压进行充电时，电流值(Ich)逐渐衰减，在达到规定的电流值或经过规定时间后，充电完成。
而且，在利用无线电力传输装置1以上述恒定电流-恒定电压充电方式对锂离子二次电池9进行充电的情况下，在从利用恒定电流的充电(CC)转变为利用恒定电压的充电(CV)时，如图8B的构成被供电设备10的稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池9的负载阻抗ZL的负载变动特性所示，供给至构成被供电设备10的稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池9的电流值(Iin)衰减，由此在恒定电压充电(CV)中负载阻抗ZL的值上升。即，作为本实施方式的被供电设备10(稳定电路7、充电电路8、锂离子二次电池9)整体的负载阻抗ZL的值上升(负载变动)。
而且，伴随着被供电设备10的负载阻抗ZL的值的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin也发生变动。在此，当与被供电设备10的负载阻抗ZL的值的上升相应地、包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降时，如果是在固定电压下，则根据被供电设备10的负载阻抗的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，从而包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另一方面，如果能够与被供电设备10的负载阻抗ZL的值的上升相应地使包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升，则在固定电压下，根据被供电设备10的负载阻抗的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。例如，能够降低在充电时(尤其是转变为恒定电压后)消耗的电力量。
即，如果能够使包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin相应于被供电设备10的负载阻抗ZL的值的上升而上升，则根据被供电设备10的负载变动，能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。例如，如果在被供电设备10包括锂离子二次电池9的情况下，则能够降低在锂离子二次电池9的充电时消耗的电力量。另外，在被供电设备10采用能够一边直接消耗电力一边工作的驱动设备的情况下(例如不经由二次电池等而通过供给电力来直接驱动设备)，在驱动设备的负载上升时，能够降低与此同时产生的驱动设备的消耗电力。
在本实施方式中，为了使包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin相应于被供电设备10的负载阻抗ZL的值的上升而上升，设定为：供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值具有两个波峰频带，并将向供电模块2供给的电力的电源频率设定在与传输特性“S21”的两个波峰频带中的任一波峰频带对应的电源频带(设定为反相谐振模式或同相谐振模式)，在被供电设备10的负载变动范围的最高值(例如，如果负载在50Ω～200Ω的范围进行变动，则200Ω为负载变动范围的最高值)时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值至少具有两个波峰频带。
另外，在本实施方式中，为了设定为在被供电设备10的负载变动范围的最高值时、包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值至少具有两个波峰频带，而通过将构成供电模块2和受电模块3的多个电路元件的各元件值作为参数并分别变更该参数来实现。
具体地说，供电线圈21的RL电路的R1、L1、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RL电路的R4、L4的电阻值、电感、电容器容量、耦合系数k12、k23、k34等是在设计、制造阶段等可变更的参数。此外，在供电线圈21和受电线圈31使用RLC电路的情况下，各RLC电路的电容器容量也是在设计、制造阶段等可变更的参数。
此外，这些参数也为用于将上述供电谐振器22和受电谐振器32的传输特性“S21”的分析波形设定为以波峰分离在低频侧和高频侧的方式具有两个波峰频带的参数。
另外，作为调整供电模块和受电模块所具有的线圈间的耦合系数k12、k23、k34的值的方法，能够列举以下方法等：改变供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12、供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23、受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34；改变供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32、受电线圈31的线圈直径；使供电谐振器22的中心轴与受电谐振器32的中心轴错开；使供电谐振器22的线圈面与受电谐振器32的线圈面形成角度；使供电线圈21、供电谐振器22或受电谐振器32、受电线圈31等各元件(电阻、电容器、线圈)的容量变化；改变向供电模块2供给的交流电力的驱动频率。
在此，一般而言，如图9所示，在无线电力传输中，线圈与线圈之间的距离同耦合系数k的关系具有如下倾向：当缩短(拉近)线圈与线圈之间的距离时，耦合系数k的值变高。当将其应用于本实施方式的无线电力传输装置1时，通过分别缩短供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12、供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23、受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34，能够提高供电线圈21(线圈L1)与供电谐振器22(线圈L2)之间的耦合系数k12、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k23、受电谐振器32(线圈L3)与受电线圈31(线圈L4)之间的耦合系数k34。相反地，通过分别延长供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12、供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23、受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34，能够降低供电线圈21(线圈L1)与供电谐振器22(线圈L2)之间的耦合系数k12、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k23、受电谐振器32(线圈L3)与受电线圈31(线圈L4)之间的耦合系数k34。
(实施例和比较例)
接着，利用改变了条件的实施例1～4以及比较例，来说明在改变供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12和受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34而使耦合系数k12、k34发生了变化的情况下包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin表示什么样的值。
在实施例1～4和比较例中，将无线电力传输装置1连接于阻抗分析仪(在本实施方式中，使用Agilent Technologies股份有限公司制造的E5061B)来测定包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值。此外，在实施例1～4和比较例中，代替被供电设备(稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池9)而连接可变电阻器(RL)来进行测定。在此，通过将可变电阻器(RL)的值改变为50Ω、100Ω、200Ω这三个值来进行测定，由此能够虚拟地再现被供电设备10的负载阻抗ZL的值发生变动的现象。
另外，关于在实施例1～4和比较例中使用的无线电力传输装置1，供电线圈21是以电阻器R1和线圈L1为要素的RL电路，线圈L1部分是将线径为1mmφ的铜线材(带绝缘覆膜)卷绕一圈而得到的，设定为线圈直径为100mmφ(不谐振)。受电线圈31是以电阻器R4和线圈L4为要素的RL电路，线圈L4部分与供电线圈21同样地，是将线径为1mmφ的铜线材(带绝缘覆膜)卷绕一圈而得到的，设定为线圈直径为100mmφ(不谐振)。另外，供电谐振器22是以电阻器R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路，线圈L2部分是将线径为1mmφ的铜线材(带绝缘覆膜)卷绕两圈而得到的线圈直径为100mmφ的螺线管线圈。受电谐振器32是以电阻器R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路，线圈L3部分是将线径为1mmφ的铜线材(带绝缘覆膜)卷绕两圈而得到的线圈直径为100mmφ的螺线管线圈。而且，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率为12.63MHz。另外，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23设为120mm，供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值设定为具有形成于低频侧的波峰频带(f(Low P))和形成于高频侧的波峰频带(f(High P))这两个波峰频带(参照图10A、图11A、图12A、图13A、图14A的实线150)。此外，根据测定条件来调整供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12和受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34。
(实施例1)
在实施例1中，测定将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设为40mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设为40mm之后将可变电阻器(RL)的值改变为50Ω、100Ω、200Ω这三个值的情况下的、包括可变电阻(相当于被供电设备10)的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值(参照图10B)。另外，在图10C的表中，一并示出向供电模块2供给的交流电力的电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))时(同相谐振模式：12.53MHz)的测定值、设定为谐振频率f0时(谐振频率12.63MHz)的测定值、设定在高频侧的波峰频带(f(High P))时(反相谐振模式：12.73MHz)的测定值。此外，在实施例1中，如图10A所示，还测定了供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值(实线150)以及供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32及受电线圈31的传输特性“S21”的值(实线151)。在图10A中示出其测定结果。
如图10B所示，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝25.0Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝24.4Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝23.9Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降了。因而可知，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，相应于负载RL的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另一方面，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝40.6Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝41.8Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝43.1Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝32.7Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝35.6Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝37.3Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在实施例1中，将被供电设备10的负载设定为50Ω、100Ω、200Ω这三个值，虚拟地再现了被供电设备10的负载阻抗ZL的值在50～200Ω之间进行负载变动的现象。而且，在该负载变动的最高值即200Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带(参照图10B的相对于电源频率的输入阻抗项目中的200Ω的曲线图)。此外，在实施例1中，通过将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设为40mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设为40mm，即使在将负载设为50Ω和100Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值也具有两个波峰频带(参照图10B)。
(实施例2)
在实施例2中，测定将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设定为30mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设定为30mm之后将可变电阻器(RL)的值改变为50Ω、100Ω、200Ω这三个值的情况下的、包括可变电阻(相当于被供电设备10)的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值(参照图11B)。另外，在图11C的表中，一并示出将向供电模块2供给的交流电力的电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))时(同相谐振模式：12.53MHz)的测定值、设定为谐振频率f0时(谐振频率12.63MHz)的测定值、设定在高频侧的波峰频带(f(High P))时(反相谐振模式：12.73MHz)的测定值。此外，在实施例2中，如图11A所示，还测定了供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值(实线150)以及供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32及受电线圈31的传输特性“S21”的值(实线152)。在图11A中示出其测定结果。
如图11B所示，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝33.5Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝29.0Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝26.7Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降了。因而可知，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，相应于负载RL的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另一方面，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝55.2Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝57.5Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝60.4Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝40.0Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝47.7Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝52.4Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在实施例2中，将被供电设备10的负载设定为50Ω、100Ω、200Ω这三个值，虚拟地再现了被供电设备10的负载阻抗ZL的值在50～200Ω之间进行负载变动的现象。而且，在该负载变动的最高值即200Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带(参照图11B的相对于电源频率的输入阻抗项目中的200Ω的曲线图)。此外，在实施例2中，通过将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设为30mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设为30mm，即使在将负载设为50Ω和100Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值也具有两个波峰频带(参照图11B)。
(实施例3)
在实施例3中，测定将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设定为20mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设定为20mm之后将可变电阻器(RL)的值改变为50Ω、100Ω、200Ω这三个值的情况下的、包括可变电阻(相当于被供电设备10)的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值(参照图12B)。另外，在图12C的表中，一并示出将向供电模块2供给的交流电力的电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))时(同相谐振模式：12.53MHz)的测定值、设定为谐振频率f0时(谐振频率12.63MHz)的测定值、设定在高频侧的波峰频带(f(High P))时(反相谐振模式：12.73MHz)的测定值。此外，在实施例3中，如图12A所示，还测定了供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值(实线150)以及供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32及受电线圈31的传输特性“S21”的值(实线153)。在图12A中示出其测定结果。
如图12B所示，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝84.8Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝63.0Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝48.5Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降了。因而可知，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，相应于负载RL的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另一方面，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝74.3Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝77.7Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝84.1Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝61.3Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝74.7Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝87.0Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在实施例3中，将被供电设备10的负载设定为50Ω、100Ω、200Ω这三个值，虚拟地再现了被供电设备10的负载阻抗ZL的值在50～200Ω之间进行负载变动的现象。而且，在该负载变动的最高值即200Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带(参照图12B的相对于电源频率的输入阻抗项目中的200Ω的曲线图)。此外，在实施例3中，通过将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设定为20mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设定为20mm，即使在将负载设为100Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值也具有两个波峰频带(参照图12B)。但是，在将负载设为50Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值仅具有一个波峰频带(参照图12B)。
(实施例4)
在实施例4中，测定将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设定为10mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设定为10mm之后将可变电阻器(RL)的值改变为50Ω、100Ω、200Ω这三个值的情况下、包括可变电阻(相当于被供电设备10)的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值(参照图13B)。另外，在图13C的表中，一并示出将向供电模块2供给的交流电力的电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))时(同相谐振模式：12.53MHz)的测定值、设定为谐振频率f0时(谐振频率12.63MHz)的测定值、设定在高频侧的波峰频带(f(High P))时(反相谐振模式：12.73MHz)的测定值。此外，在实施例4中，如图13A所示，还测定了供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值(实线150)以及供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32及受电线圈31的传输特性“S21”的值(实线154)。在图13A示出其测定结果。
如图13B所示，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝267.4Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝203.5Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝149.5Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降了。因而可知，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，相应于负载RL的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另一方面，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝144.1Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝146.5Ω，在设RL＝设为200Ω时，输入阻抗Zin＝156.4Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝170.5Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝172.2Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝181.9Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，在实施例4中，将被供电设备10的负载设定为50Ω、100Ω、200Ω这三个值，虚拟地再现了被供电设备10的负载阻抗ZL的值在50～200Ω之间进行负载变动的现象。另外，在该负载变动的最高值即200Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带(参照图13B的相对于电源频率的输入阻抗项目中的200Ω的曲线图)。此外，在实施例4中，通过将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设定为10mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设定为10mm，在将负载设为50Ω或100Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值仅具有一个波峰频带(参照图13B)。
(比较例)
在比较例中，测定将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12设定为5mm、将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34设定为5mm之后将可变电阻器(RL)的值改变为50Ω、100Ω、200Ω这三个值的情况下的、包括可变电阻(相当于被供电设备10)的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值(参照图14B)。另外，在图14C的表中，一并示出将向供电模块2供给的交流电力的电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))时(同相谐振模式：12.53MHz)的测定值、设定为谐振频率f0时(谐振频率12.63MHz)的测定值、设定在高频侧的波峰频带(f(High P))时(反相谐振模式：12.73MHz)的测定值。此外，在比较例中，如图14A所示，还测定了供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值(实线150)以及供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32及受电线圈31的传输特性“S21”的值(实线155)。在图14A中示出其测定结果。
如图14B所示，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝565.5Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝485.9Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝387.1Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降了。因而可知，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，相应于负载RL的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另一方面，在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝241.7Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝241.6Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝247.1Ω，即使负载RL上升了，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin也表示大致不变的值。因而，可以说在将电源频率设定在低频侧的波峰频带(f(Low P))的情况下，即使负载RL上升了，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流也大致不变。
另外，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，在设RL＝50Ω时，输入阻抗Zin＝347.3Ω，在设RL＝100Ω时，输入阻抗Zin＝338.0Ω，在设RL＝200Ω时，输入阻抗Zin＝333.6Ω，可以说，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降了。因而可知，在将电源频率设定在高频侧的波峰频带(f(High P))的情况下，相应于负载RL的上升，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。
另外，在比较例中，将被供电设备10的负载设为50Ω、100Ω、200Ω这三个值，虚拟地再现了被供电设备10的负载阻抗ZL的值在50～200Ω之间进行负载变动的现象。而且，在该负载变动的最高值即200Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值仅具有一个波峰频带(参照图14B的相对于电源频率的输入阻抗项目中的200Ω的曲线图)。此外，在比较例中，即使在将负载设为50Ω或100Ω时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电源频率的输入阻抗Zin的值也仅具有一个波峰频带(参照图14B)。
如上所述，将实施例1～4与比较例进行比较，可以说，通过设定为供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值具有两个波峰频带，将向供电模块2供给的电力的电源频率设定在与传输特性“S21”的两个波峰频带中的任一波峰频带对应的电源频带(设定为f(High P)或f(Low P))，在被供电设备10的负载变动范围的最高值(在实施例1～4中为200Ω)时，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带，由此相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin上升了。因而可知，在将电源频率设定在高、低频侧的波峰频带f(High P)或f(Low P)的情况下，相应于负载RL的上升，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力。
另外，根据实施例1～4和比较例，在将电源频率设定为谐振频率f0的情况下，相应于负载RL的上升，无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin下降，包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流变大，从而导致包括被供电设备10的无线电力传输装置1的消耗电力增大。因此可知，需要将向供电模块2供给的电力的电源频率设定在与传输特性“S21”的两个波峰频带中的任一波峰频带对应的电源频带(f(High P)或f(Low P))。
(效果)
根据上述结构，在被供电设备10的负载发生了变动时，能够使包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin的值根据被供电设备10的负载变动倾向而变动。例如，在被供电设备10的负载上升的情况下，能够使包括被供电设备10的无线电力传输装置1整体的输入阻抗Zin的值上升。由此，在被供电设备10的负载上升的情况下，能够减小包括被供电设备10的无线电力传输装置1的输入电流，从而能够降低被供电设备10的负载上升时的消耗电力。
另外，根据上述结构，通过相互调整构成供电模块2和受电模块3的多个电路元件的各元件值，能够设定为供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值具有两个波峰频带且无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带。
另外，根据上述结构，通过改变供电模块2和受电模块3所具有的线圈间的耦合系数k12、k23、k34的值，能够设定为供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电力的电源频率的传输特性“S21”的值具有两个波峰频带且无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带。
另外，根据上述结构，能够通过使线圈间的距离变化来调整供电模块2和受电模块3所具有的线圈间的耦合系数k12、k23、k34的值。由此，能够通过使线圈间的距离物理地变化这样的简易设计来进行调整。
另外，根据上述结构，通过将向供电模块2供给的电力的电源频率设定在与传输特性“S21”的两个波峰频带中的形成于高频侧的波峰频带f(High P)对应的频带，能够在供电谐振器22与受电谐振器32之间形成具有比附近的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G1。
另外，根据上述结构，通过将向供电模块2供给的电力的电源频率设定在与传输特性“S21”的两个波峰频带中的形成于低频侧的波峰频带f(Low P)对应的频带，能够在供电谐振器22和受电谐振器32的外侧形成具有比附近的磁场强度小的磁场强度的磁场空间G2。
(制造方法)
接着，参照图1和图15，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，以作为搭载无线电力传输装置1的移动设备的无线式头戴型耳机102和充电器101为例进行说明(参照图1)。
(设计方法)
首先，如图15所示，根据锂离子二次电池9的容量和锂离子二次电池9的充电所需的充电电流，来确定受电模块3接收的受电电量(S1)。
接着，确定供电模块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102载置于内置有供电模块2的充电器101时的供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23，使用形态为充电中的状态。更详细地说，供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23是考虑无线式头戴型耳机102和充电器101的形状、构造而确定的。
另外，基于无线式头戴型耳机102的大小、形状、构造来确定受电模块3中的受电线圈31和受电谐振器32的线圈直径(S3)。
另外，基于充电器101的大小、形状、构造来确定供电模块2中的供电线圈21和供电谐振器22的线圈直径(S4)。
经过上述S2～S4的过程，能够估计出无线电力传输装置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k23和电力传输效率。
根据在上述S1中确定出的受电模块3接收的受电电量以及经过S2～S4的过程而确定的电力传输效率，来确定向供电模块2供电所需的最低限度的供电电量(S5)。
而且，基于所述受电模块3接收的受电电量、电力传输效率以及向供电模块2供电所需的最低限度的供电电量，来确定供电谐振器22和受电谐振器32的相对于电源频率的传输特性“S21”的值具有两个波峰频带的设计值的范围(S6)。
另外，确定在被供电设备10的稳定电路7、充电电路8以及锂离子二次电池9的被估计出的负载变动范围的最高值时、包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值至少具有两个波峰频带的设计值(S7)。
在此，通过设计成至少在被供电设备10的被估计出的负载变动范围的最高值时、包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带，相比于设计成在被供电设备10的被估计出的整个负载变动范围(或某种程度的范围)内、包括被供电设备10的无线电力传输装置1的相对于电力的电源频率的输入阻抗Zin的值具有两个波峰频带的情况，能够实现设计自由度的提高。
而且，以满足在S5和S7中确定的设计值的方式来确定与供电线圈21和供电谐振器22以及受电谐振器32和受电线圈31相关的最终的参数(S8)。在此，作为与供电线圈21和供电谐振器22以及受电谐振器32和受电线圈31相关的最终的参数，能够列举供电线圈21的RL电路的R1、L1、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RL电路的R4、L4的电阻值、电感、电容器容量、耦合系数k12、k23、k34以及供电线圈21与供电谐振器22之间的距离d12、供电谐振器32与受电线圈31之间的距离d34等。此外，在供电线圈21和受电线圈31使用RLC电路的情况下，各RLC电路的电容器容量也成为在设计、制造阶段等可变更的参数。
(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102进行了说明，但只要是负载变动的设备即可，也能够使用平板型PC、数字摄像机、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)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线圈间的电磁感应来进行电力传输的无线电力传输装置1。
另外，在上述说明中，假设为将无线电力传输装置1搭载于便携式电子设备的情况进行了说明，但是其用途并不限定于这些小型设备，通过根据所需电量来变更规格，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、更小型的医疗用的无线式胃内相机等。
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，应尽可能广地解释其应用范围。另外，在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，并非用于限制本发明的解释。另外，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包含于本发明的概念的其它结构、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等同的结构。另外，为了充分地理解本发明的目的和本发明的效果，期望充分地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：锂离子二次电池；10：被供电设备；21：供电线圈；22：供电谐振器；31：受电线圈；32：受电谐振器；101：充电器；102：无线式头戴型耳机；G1、G2：磁场空间。

Claims (7)

1.一种无线电力传输装置，其使磁场变化来从至少具备供电谐振器的供电模块对连接有负载变动的被供电设备的、至少具备受电谐振器的受电模块供给电力，该无线电力传输装置的特征在于，
该无线电力传输装置设定为：
所述供电谐振器和所述受电谐振器的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，向所述供电模块供给的电力的电源频率被设定在与所述传输特性的两个波峰频带中的任一波峰频带对应的电源频带，
在所述被供电设备的负载变动范围的最高值时，包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值至少具有两个波峰频带。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，
该无线电力传输装置设定为：通过将构成所述供电模块和所述受电模块的多个电路元件的各元件值作为参数并分别改变该参数，来使所述供电谐振器和所述受电谐振器的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，并且使包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值具有两个波峰频带。
3.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，
该无线电力传输装置设定为：通过调整所述供电模块和所述受电模块所具有的线圈间的耦合系数的值，来使所述供电谐振器和所述受电谐振器的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，并且使包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值具有两个波峰频带。
4.根据权利要求3所述的无线电力传输装置，其特征在于，
所述供电模块和所述受电模块所具有的线圈间的耦合系数的值是通过使所述线圈间的距离变化来调整的。
5.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，
将向所述供电模块供给的电力的电源频率设定在与所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。
6.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，
将向所述供电模块供给的电力的电源频率设定在与所述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。
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使磁场变化来从至少具备供电谐振器的供电模块对连接有负载变动的被供电设备的、至少具备受电谐振器的受电模块供给电力，该制造方法的特征在于，包括以下工序：
设定为所述供电谐振器和所述受电谐振器的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；以及
设定为在所述被供电设备的负载变动范围的最高值时，包括所述被供电设备的所述无线电力传输装置的相对于所述电力的电源频率的输入阻抗的值至少具有两个波峰频带。
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