JP2014168359A - 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな機器を追加せずに、無線電力伝送を行う給電装置及び受電装置に設けられたコイル間における結合係数を調整することにより、入力インピーダンスの値を設定し、もって、供給する電力（電流）を制御することができる無線電力伝送装置、供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法を提供する。
【解決手段】給電モジュール２から、受電モジュール３に対して磁界を変化させて電力を供給する無線電力伝送装置１の供給電力制御方法として、隣接するコイル間における結合係数の値をそれぞれ調整することにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_ｉｎの値を所望の値に設定して供給する電力を調整する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、無線電力伝送する電力の調整が可能な、無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法に関する。

近年、ノート型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯電話、携帯ゲーム機、イヤホン型音楽プレイヤー、無線式ヘッドセット、補聴器、レコーダーなど人が携帯しながら使用できる携帯型の電子機器が急速に普及してきている。そして、これらの携帯型の電子機器の多くには充電池が搭載されており、定期的な充電が必要とされる。この電子機器の充電池への充電作業を簡易にするために、給電装置と電子機器に搭載された受電装置との間で無線による電力伝送を利用した給電技術（磁界を変化させて電力伝送を行う無線電力伝送技術）により、充電池を充電する機器が増えつつある。

例えば、無線電力伝送技術としては、コイル間の電磁誘導を利用して電力伝送を行う技術や（例えば、特許文献１参照）、給電装置及び受電装置が備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより電力伝送を行う技術が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。

このような無線電力伝送技術を使用することにより安定的に充電池を充電するには、充電池に供給される電力（電流）を所定の範囲内の値で供給することが求められる。その理由としては、充電池に供給される電力（電流）が所定の範囲内の値より小さいと小電力（小電流）となり、充電池の特性により充電ができなくなってしまうこと、一方で、充電池に供給される電力（電流）が所定の範囲内の値より大きいと過電流となり、充電池や充電回路が発熱し充電池や充電回路の寿命を縮めてしまうおそれがあることが挙げられる。

上記要求に答えるために、無線電力伝送を行う給電装置及び受電装置における入力インピーダンスを制御することにより、充電池に供給される電力（電流）を所定の範囲内の値にコントロールすることが考えられる。

そして、無線電力伝送を行う給電装置及び受電装置における入力インピーダンスを制御するために、別個にインピーダンス整合器を受電装置等に設けることが考えられる（例えば、特許文献３参照）。

特許第４６２４７６８号公報 特開２０１０−２３９７６９号公報 特開２０１１−０５０１４０号公報

しかしながら、別個にインピーダンス整合器を受電装置等に設けることは、携帯性・コンパクト化・低コスト化が求められる携帯電子機器においては、部品点数が多くなってしまい不都合である。

換言すれば、無線電力伝送を行う給電装置及び受電装置に新たな機器を追加せずに、入力インピーダンスを制御することが望ましい。

そこで、本発明の目的は、新たな機器を追加せずに、無線電力伝送を行う給電装置及び受電装置に設けられたコイル間における結合係数を調整することにより、入力インピーダンスの値を設定し、もって、供給する電力（電流）を制御することができる無線電力伝送装置、供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための発明の一つは、給電コイル及び給電共振器の少なくとも１つを備えた給電モジュールから、受電共振器及び受電コイルの少なくとも１つを備えた受電モジュールに対して磁界を変化させて電力を供給する無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記給電コイル、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルはそれぞれ少なくとも１つのコイルを有し、隣接する前記コイル間における結合係数の値をそれぞれ調整することにより、当該無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して前記供給する電力を調整することを特徴としている。

上記方法によれば、給電コイル、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルにおいて、隣接するコイル間における結合係数の値をそれぞれ調整することにより、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して供給する電力を調整することができる。これにより、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定することによる、無線電力伝送を行う際に供給する電力の調整を、新たな機器を設けずに実現することができる。即ち、無線電力伝送装置の部品点数を増やさずに、給電する電力の制御が可能となる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、少なくとも給電コイル及び給電共振器を備えた給電モジュールから、少なくとも受電共振器及び受電コイルを備えた受電モジュールに対して共振現象によって電力を供給する無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記給電コイルと前記給電共振器との間における結合係数ｋ_１２、前記給電共振器と前記受電共振器との間における結合係数ｋ_２３、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間における結合係数ｋ_３４の値の少なくとも１つを調整することにより、当該無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して前記供給する電力を調整することを特徴としている。

上記方法によれば、給電モジュールから、受電モジュールに対して共振現象によって電力を供給する無線電力伝送装置における供給電力を制御することを目的に、給電コイルと給電共振器との間における結合係数ｋ_１２、給電共振器と受電共振器との間における結合係数ｋ_２３、及び、受電共振器と受電コイルとの間における結合係数ｋ_３４の値を調整することによって、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して無線電力伝送装置から出力される電力を調整することができる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記各結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４の値は、それぞれ前記給電コイルと前記給電共振器との間の距離、前記給電共振器と前記受電共振器との間の距離、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離の少なくとも１つを変化させることにより調整されることを特徴としている。

上記方法によれば、給電コイルと給電共振器との間の距離を変化させることにより、結合係数ｋ_１２の値を変化させることができ、給電共振器と受電共振器との間の距離を変化させることにより、結合係数ｋ_２３の値を変化させることができ、受電共振器と受電コイルとの間の距離を変化させることにより、結合係数ｋ_３４の値を変化させることができる。これによれば、給電コイルと給電共振器との間の距離、給電共振器と受電共振器との間の距離、及び、受電共振器と受電コイルとの間の距離を物理的に変化させるという簡易な作業により、それぞれのコイル間の結合係数の値を変えることができる。即ち、給電コイルと給電共振器との間の距離、給電共振器と受電共振器との間の距離、及び、受電共振器と受電コイルとの間の距離を物理的に変化させるという簡易な作業によって、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を調整し、もって、無線電力伝送装置から出力される電力を制御することができる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記給電共振器と前記受電共振器との間の距離、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離を固定した場合、前記共振現象によって供給される電力は、前記給電コイルと前記給電共振器との間の距離を短くするにつれて、前記給電コイルと前記給電共振器との間における前記結合係数ｋ_１２の値が大きくなり、前記結合係数ｋ_１２の値が大きくなるにつれて、前記無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値が大きくなる特性に基づいて調整されることを特徴としている。

上記方法によれば、給電共振器と受電共振器との間の距離、及び、受電共振器と受電コイルとの間の距離を固定した場合、給電コイルと給電共振器との間の距離を短くすることにより、給電コイルと給電共振器との間における結合係数ｋ_１２の値を大きくし、結合係数ｋ_１２の値を大きくすることにより、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を大きくすることができる。逆に、給電コイルと給電共振器との間の距離を長くすることにより、給電コイルと給電共振器との間における結合係数ｋ_１２の値を小さくし、結合係数ｋ_１２の値を小さくすることにより、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を小さくすることができる。上記特性を利用した無線電力伝送装置の供給電力制御方法によって、給電コイルと給電共振器との間の距離を物理的に変化させるという簡易な作業によって、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を調整し、もって、無線電力伝送装置から出力される電力を簡単に制御することができる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記給電コイルと前記給電共振器との間の距離、及び、前記給電共振器と前記受電共振器との間の距離を固定した場合、前記共振現象によって供給される電力は、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離を短くするにつれて、前記受電共振器と前記受電コイルとの間における前記結合係数ｋ_３４の値が大きくなり、前記結合係数ｋ_３４の値が大きくなるにつれて、前記無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値が小さくなる特性に基づいて調整されることを特徴としている。

上記方法によれば、給電コイルと給電共振器との間の距離、及び、給電共振器と受電共振器との間の距離を固定した場合、受電共振器と受電コイルとの間の距離を短くすることにより、受電共振器と受電コイルとの間における結合係数ｋ_３４の値を大きくし、結合係数ｋ_３４の値を大きくすることにより、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を小さくすることができる。逆に、受電共振器と受電コイルとの間の距離を長くすることにより、受電共振器と受電コイルとの間における結合係数ｋ_３４の値を小さくし、結合係数ｋ_３４の値を小さくすることにより、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を大きくすることができる。上記特性を利用した無線電力伝送装置の供給電力制御方法によって、受電共振器と受電コイルとの間の距離を物理的に変化させるという簡易な作業によって、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を調整し、もって、無線電力伝送装置から出力される電力を簡単に制御することができる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記給電モジュールに供給する電力の駆動周波数に対する伝送特性の値が、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける共振周波数よりも低い駆動周波数帯域及び前記共振周波数よりも高い駆動周波数帯域にそれぞれピークを有するように設定し、前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数は、前記共振周波数よりも低い駆動周波数帯域に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域であることを特徴としている。

上記方法によれば、給電モジュールに供給する電力の駆動周波数に対する伝送特性の値が、給電モジュール及び受電モジュールにおける共振周波数よりも低い駆動周波数帯域及び共振周波数よりも高い駆動周波数帯域にそれぞれピークを有するように設定した場合に、給電モジュールに供給する電力の駆動周波数を、共振周波数よりも低い駆動周波数帯域に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域の周波数に設定することにより、比較的高い伝送特性を確保することができる。
また、給電モジュールの外周側に発生する磁界と受電モジュールの外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電モジュール及び受電モジュールの外周側に、磁界による影響が低減されて、給電モジュール及び受電モジュールの外周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。これにより、形成した磁界空間に、磁界の影響を受けたくない回路等を格納することで、スペースの有効活用ができ、無線電力伝送装置自体の小型化を図ることが可能になる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、前記給電モジュールに供給する電力の駆動周波数に対する伝送特性の値が、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける共振周波数よりも低い駆動周波数帯域及び前記共振周波数よりも高い駆動周波数帯域にそれぞれピークを有するように設定し、前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数は、前記共振周波数よりも高い駆動周波数帯域に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域であることを特徴としている。

上記方法によれば、給電モジュールに供給する電力の駆動周波数に対する伝送特性の値が、給電モジュール及び受電モジュールにおける共振周波数よりも低い駆動周波数帯域及び共振周波数よりも高い駆動周波数帯域にそれぞれピークを有するように設定した場合に、給電モジュールに供給する電力の駆動周波数を、共振周波数よりも高い駆動周波数帯域に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域の周波数に設定することにより、比較的高い伝送特性を確保することができる。
また、給電モジュールの内周側に発生する磁界と受電モジュールの内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電モジュール及び受電モジュールの内周側に、磁界による影響が低減されて、給電モジュール及び受電モジュールの内周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。これにより、形成した磁界空間に、磁界の影響を受けたくない回路等を格納することで、スペースの有効活用ができ、無線電力伝送装置自体の小型化を図ることが可能になる。

また、上記課題を解決するための発明の一つとして、上記供給電力制御方法により調整されたことを特徴とする無線電力伝送装置であってもよい。

上記構成によれば、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定することによる、無線電力伝送を行う際に供給する電力の調整を、新たな機器を設けずに実現することができる。即ち、無線電力伝送装置の部品点数を増やさずに、給電する電力の制御が可能となる。

また、上記課題を解決するための発明の一つは、給電コイル及び給電共振器の少なくとも１つを備えた給電モジュールから、受電共振器及び受電コイルの少なくとも１つを備えた受電モジュールに対して磁界を変化させて電力を供給する無線電力伝送装置の製造方法であって、前記給電コイル、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルには、それぞれ少なくとも１つのコイルを設け、隣接する前記コイル間における結合係数の値をそれぞれ調整することにより、当該無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して供給する電力を調整する設計工程を含むことを特徴としている。

上記方法によれば、無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定することによる、無線電力伝送を行う際に供給する電力の調整を、新たな機器を設けずにできる無線電力伝送装置を製造することができる。即ち、無線電力伝送装置の部品点数を増やさずに、給電する電力の制御が可能な無線電力伝送装置を製造することができる。

無線電力伝送を行う給電装置及び受電装置に設けられたコイル間における結合係数を調整することにより、入力インピーダンスの値を設定し、もって、供給する電力（電流）を制御することができる無線電力伝送装置、供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法を提供することができる。

無線電力伝送装置の概略説明図である。 適正電流範囲の説明図である。 無線電力伝送装置の等価回路の説明図である。 駆動周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示した説明図である。 測定実験１に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験２に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験３に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験４に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験５に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験６に係る測定結果を示すグラフである。 無線電力伝送における、コイル間距離と結合係数との関係を示すグラフである。 無線電力伝送装置の製造方法を説明する説明図である。 無線電力伝送装置を含む無線式ヘッドセット及び充電器の設計方法を説明したフローチャートである。

以下に本発明に係る無線電力伝送装置、供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法の実施形態について説明する。

（実施形態）
まず、無線電力伝送装置の供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法を説明する前に、供給電力制御方法又は製造方法によって設計・製造される無線電力伝送装置１について説明する。

（無線電力伝送装置１の構成）
無線電力伝送装置１は、図１に示すように、給電コイル２１及び給電共振器２２を備える給電モジュール２と、受電コイル３１及び受電共振器３２を備える受電モジュール３とを備えている。そして、給電モジュール２の給電コイル２１に、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数を所定の値に設定した発振回路を備えた交流電源６を接続し、受電モジュール３の受電コイル３１に、受電された交流電力を整流化する安定回路７及び過充電を防止する充電回路８を介して充電池９を接続している。

給電コイル２１は、交流電源６から得られた電力を電磁誘導によって給電共振器２２に供給する役割を果たす。この給電コイル２１は、図３に示すように、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１、及び、コンデンサＣ_１を要素とするＲＬＣ回路を構成している。なお、コイルＬ_１部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。また、給電コイル２１を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ_１とし、本実施形態では、給電コイル２１を構成する抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１、及び、コンデンサＣ_１を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ_１とする。

受電コイル３１は、給電共振器２２から受電共振器３２に磁界エネルギーとして伝送された電力を電磁誘導によって受電し、安定回路７及び充電回路８を介して充電池９に供給する役割を果たす。この受電コイル３１は、給電コイル２１同様に、図３に示すように、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４、及び、コンデンサＣ_４を要素とするＲＬＣ回路を構成している。なお、コイルＬ_４部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径９６ｍｍφに設定している。また、受電コイル３１を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ_４とし、本実施形態では、受電コイル３１を構成する抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４、及び、コンデンサＣ_４を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ_４とする。また、図３では、受電コイル３１に接続された安定回路７、充電回路８及び充電池９の負荷インピーダンスをＺ_ｌとし、当該負荷インピーダンスＺ_ｌ測定時に便宜的に抵抗器Ｒ_lに置き換えている。

給電共振器２２は、図３に示すように、抵抗器Ｒ_２、コイルＬ_２、及び、コンデンサＣ_２を要素とするＲＬＣ回路を構成している。また、受電共振器３２は、図３に示すように、抵抗器Ｒ_３、コイルＬ_３、及び、コンデンサＣ_３を要素とするＲＬＣ回路を構成している。そして、給電共振器２２及び受電共振器３２は、それぞれ共振回路となり、磁界共鳴状態を創出する役割を果たす。ここで、磁界共鳴状態（共振現象）とは、２つ以上のコイルが共振周波数において同調することをいう。また、給電共振器２２を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ_２とし、本実施形態では、給電共振器２２を構成する、抵抗器Ｒ_２、コイルＬ_２、及び、コンデンサＣ_２を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ_２とする。また、受電共振器３２を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ_３とし、本実施形態では、受電共振器３２を構成する、抵抗器Ｒ_３、コイルＬ_３、及び、コンデンサＣ_３を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ_３とする。

また、給電共振器２２及び受電共振器３２における共振回路としてのＲＬＣ回路では、インダクタンスをＬ、コンデンサ容量をＣとすると、（式１）によって定まるｆが共振周波数となる。そして、本実施形態における給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、及び、受電共振器３２の共振周波数は、１２．８ＭＨｚとしている。

また、給電共振器２２及び受電共振器３２は、銅線材（絶縁被膜付）を４回巻にした、コイル径９６ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。また、給電共振器２２及び受電共振器３２における共振周波数は一致させている。なお、給電共振器２２及び受電共振器３２は、コイルを使用した共振器であれば、スパイラル型やソレノイド型などのコイルであってもよい。

また、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離をｄ１２とし、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離をｄ２３とし、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離をｄ３４としている（図１参照）。

また、図３に示すように、給電コイル２１のコイルＬ_１と給電共振器２２のコイルＬ_２との間の相互インダクタンスをＭ_１２、給電共振器２２のコイルＬ_２と受電共振器３２のコイルＬ_３との間の相互インダクタンスをＭ_２３、受電共振器３２のコイルＬ_３と受電コイル３１のコイルＬ_４との間の相互インダクタンスをＭ_３４としている。また、無線電力伝送装置１において、コイルＬ_１とコイルＬ_２との間の結合係数をｋ_１２と表記し、コイルＬ_２とコイルＬ_３との間の結合係数をｋ_２３と表記し、コイルＬ_３とコイルＬ_４との間の結合係数をｋ_３４と表記する。

なお、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ_１、Ｌ_１、Ｃ_１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ_２、Ｌ_２、Ｃ_２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ_３、Ｌ_３、Ｃ_３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ_４、Ｌ_４、Ｃ_４における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、及び、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４は、設計・製造段階等で変更可能なパラメータとして、後述する（式３）の関係式を満たすように設定されていることが望ましい。

上記無線電力伝送装置１によれば、給電共振器２２の共振周波数と受電共振器３２の共振周波数とを一致させた場合、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界共鳴状態を創出することができる。給電共振器２２及び受電共振器３２が共振した状態で磁界共鳴状態が創出されると、給電共振器２２から受電共振器３２に電力を磁界エネルギーとして伝送することができる。

（供給電力制御方法）
上記無線電力伝送装置１の構成を踏まえて、無線電力伝送装置１が供給する電力を調整する供給電力制御方法について説明する。

まず、上記構成による無線電力伝送装置１（安定回路７、充電回路８及び充電池９含む）の回路図を示すと図１の下図のようになる。これは、無線電力伝送装置１全体を一つの入力インピーダンスＺ_inに置き換えて示したものである。これによると、無線電力伝送装置１から出力される電力を制御するには、交流電源６が一般的に使用される定電圧電源だとすると電圧Ｖ_inは一定に保持されるため、電流Ｉ_inの値を制御する必要があることがわかる。

そして、この電流Ｉ_inを電圧Ｖ_in及び入力インピーダンスＺ_inを踏まえた関係式で表すと（式２）のように示せる。

ここで、本実施形態に係る無線電力伝送装置１から充電池９に電力を供給するに際して、電流Ｉ_inの値は、図２に示すように適正電流範囲内（Ｉ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｉ_{in（ＭＡＸ）}）にあることが求められる。電流Ｉ_inが適正電流範囲内の値で供給されることが求められる理由としては、充電池９に供給される電流がＩ_{in（ＭＩＮ）}の値より小さいと小電流となり、充電池９の特性により充電ができなくなってしまうこと、一方で、充電池９に供給される電流がＩ_{in（ＭＡＸ）}の値より大きいと過電流となり、安定回路７、充電回路８及び充電池９が発熱し、寿命を縮めてしまったり、無線電力伝送装置１の給電モジュール２、受電モジュール３を構成するコイルの発熱により、コイルの近接に配置された電源６、安定回路７、充電回路８及び充電池９等の寿命を縮めてしまったりするおそれがあることが挙げられる。

上記理由から電流Ｉ_inの値を、適正電流範囲内（Ｉ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｉ_{in（ＭＡＸ）}）に制御するためには、図２に示すように、入力インピーダンスＺ_inの値をＺ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｚ_{in（ＭＡＸ）}の範囲内に調整する必要がある。即ち、（式２）より、入力インピーダンスＺ_inの値を大きくすれば、電流Ｉ_inの値を小さくすることができ、入力インピーダンスＺ_inの値を小さくすれば、電流Ｉ_inの値を大きくすることができる。

そこで、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inをより詳細に表すために、無線電力伝送装置１の構成を等価回路によって表すと図３に示すようになる。そして、図３の等価回路より、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inは、（式３）のように表記することができる。
・・・（式３）

そして、本実施形態における無線電力伝送装置１の給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１におけるインピーダンスＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、Ｚ_４、Ｚ_ｌは、それぞれ（式４）のように表記することができる。
・・・（式４）

次に、（式３）に（式４）を導入すると、（式５）のようになる。

・・・（式５）

そして、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ_１、Ｌ_１、Ｃ_１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ_２、Ｌ_２、Ｃ_２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ_３、Ｌ_３、Ｃ_３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ_４、Ｌ_４、Ｃ_４における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、及び、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４を設計・製造段階等で変更可能なパラメータとして、上記（式５）の関係式から導出される無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値がＺ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｚ_{in（ＭＡＸ）}の範囲内に納まるように調整することができる。

（結合係数による入力インピーダンスＺ_inの制御）
上記のような無線電力伝送装置では、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数を、給電モジュール２が備える給電コイル２１・給電共振器２２及び受電モジュール３が備える受電コイル３１・受電共振器３２が有する共振周波数と一致させることにより、無線電力伝送における電力伝送効率を最大にすることができることが一般的に知られており、電力伝送効率の最大化を求めて駆動周波数を共振周波数に設定にするのが一般的である。ここで、電力伝送効率とは、給電モジュール２に供給される電力に対する、受電モジュール３が受電する電力の比率のことをいう。

そうすると、無線電力伝送装置１において、電力伝送効率を最大化するには、駆動周波数と、給電モジュール２及び受電モジュール３の各ＲＬＣ回路のそれぞれが有する共振周波数とが一致するようなコンデンサやコイルなどの容量条件・共振条件（ωＬ＝１/ωＣ）を満たすことが求められる。

具体的に、無線電力伝送装置１において、電力伝送効率を最大にするために共振条件（ωＬ＝１/ωＣ）を満たした場合における無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inを、（式５）に当てはめてみると、（ωＬ_１−１/ωＣ_１＝０）、（ωＬ_２−１/ωＣ_２＝０）、（ωＬ_３−１/ωＣ_３＝０）、（ωＬ_４−１/ωＣ_４＝０）となり、（式６）の関係式になる。

・・・（式６）

上記関係式（式６）によれば、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値をＺ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｚ_{in（ＭＡＸ）}の範囲内に納まるように調整するために変更可能な主なパラメータとしては、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ_１、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ_２、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ_３、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ_４などの抵抗値、及び、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４が残ることが分かる。

上記のように、無線電力伝送装置１における電力伝送効率を最大化するために、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数を共振周波数に一致させた場合にも、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値をＺ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｚ_{in（ＭＡＸ）}の範囲内に納まるように制御するためのパラメータとして、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４を使用することができる。

また、前述したように、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数を、給電モジュール２が備える給電共振器２２及び受電モジュール３が備える受電共振器３２が有する共振周波数と一致させない場合にも（ωＬ≠１/ωＣ）、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値をＺ_{in（ＭＩＮ）}〜Ｚ_{in（ＭＡＸ）}の範囲内に納まるように制御するためのパラメータとして、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４を使用することができる。

（結合係数の変化による入力インピーダンスＺ_inの変化）
次に、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４を変化させた場合に、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inがどのような変化をするかを、条件を変えた測定実験１〜６により説明する。

測定実験１〜６では、図３に示した無線電力伝送装置１をネットワークアナライザ１１０（本実施形態では、アジレント・テクノロジー株式会社製のＥ５０６１Ｂを使用）に接続して、結合係数に対する入力インピーダンスＺ_inを測定した。なお、測定実験１〜６では、安定回路７、充電回路８、及び、充電池９の代わりに可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）を接続して測定した。

また、本測定実験においては、無線電力伝送装置１に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の伝送特性『Ｓ２１』が、双峰性の性質を有するもので測定している。

ここで、伝送特性『Ｓ２１』とは、ネットワークアナライザ１１０に無線電力伝送装置１を接続して計測される信号を表しており、デシベル表示され、数値が大きいほど電力伝送効率が高いことを意味する。そして、無線電力伝送装置１に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の伝送特性『Ｓ２１』は、給電モジュール２及び受電モジュール３の間の磁界による結びつき度合い（磁界結合）の強度により、単峰性の性質を有するものと双峰性の性質を有するものに分かれる。そして、単峰性とは、駆動周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが一つで、そのピークが共振周波数帯域(ｆo）において現れるものをいう（図４の破線５１参照）。一方、双峰性とは、駆動周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが二つあり、その二つのピークが共振周波数よりも低い駆動周波数帯域(fL)と共振周波数よりも高い駆動周波数帯域(fH)において現れるものをいう（図４の実線５２参照）。更に詳細に双峰性を定義すると、上記ネットワークアナライザ１１０に無線電力伝送装置を接続して計測される反射特性『Ｓ１１』が二つのピークを有する状態をいう。従って、駆動周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが一見して一つに見えたとしても、計測されている反射特性『Ｓ１１』が二つのピークを有する場合には、双峰性の性質を有するものとする。

上記単峰性の性質を有する無線電力伝送装置１においては、図４の破線５１に示すように、駆動周波数が共振周波数ｆ_０で伝送特性『Ｓ２１』が最大化する（電力伝送効率が最大化する）。

一方、双峰性の性質を有する無線電力伝送装置１では、図４の実線５２に示すように、伝送特性『Ｓ２１』は、共振周波数ｆoよりも低い駆動周波数帯域(fL)と共振周波数ｆoよりも高い駆動周波数帯域(fH)において最大化する。

なお、一般的に、給電共振器と受電共振器との間の距離が同じであれば、双峰性における伝送特性『Ｓ２１』の最大値（fL又はfHでの伝送特性『Ｓ２１』の値）は、単峰性における伝送特性『Ｓ２１』の最大値(ｆ_０での伝送特性『Ｓ２１』の値)よりも低い値になる（図４のグラフ参照）。

具体的には、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード）、給電共振器２２及び受電共振器３２が同位相で共振状態となり、給電共振器２２に流れる電流の向きと受電共振器３２に流れる電流の向きとが同じ向きになる。その結果、図４のグラフに示すように、電力伝送効率の最大化を目的にした一般的な無線電力伝送装置における伝送特性『Ｓ２１』（破線５１）には及ばないが、駆動周波数を給電モジュール２が備える給電共振器２２及び受電モジュール３が備える受電共振器３２が有する共振周波数と一致させない場合でも、伝送特性『Ｓ２１』の値を比較的高い値にすることができる。ここで、給電モジュール２におけるコイル（給電共振器２２）に流れる電流の向きと受電モジュール３におけるコイル（受電共振器３２）に流れる電流の向きとが同じ向きとなる共振状態を同相共振モードと呼ぶことにする。

また、上記同相共振モードでは、給電共振器２２の外周側に発生する磁界と受電共振器３２の外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側以外の磁界強度（例えば、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側の磁界強度）よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。そして、この磁界空間に磁界の影響を低減させたい安定回路７や充電回路８や充電池９などを収納した場合、安定回路７や充電回路８や充電池９などに対して、磁界に起因する渦電流の発生を低減・防止して、発熱による悪影響を抑制することが可能となる。

一方、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード）、給電共振器２２及び受電共振器３２が逆位相で共振状態となり、給電共振器２２に流れる電流の向きと受電共振器３２に流れる電流の向きとが逆向きになる。その結果、図４のグラフに示すように、電力伝送効率の最大化を目的にした一般的な無線電力伝送装置における伝送特性『Ｓ２１』（破線５１）には及ばないが、駆動周波数を給電モジュール２が備える給電共振器２２及び受電モジュール３が備える受電共振器３２が有する共振周波数と一致させない場合でも、伝送特性『Ｓ２１』の値を比較的高い値にすることができる。ここで、給電モジュール２におけるコイル（給電共振器２２）に流れる電流の向きと受電モジュール３におけるコイル（受電共振器３２）に流れる電流の向きとが逆向きとなる共振状態を逆相共振モードと呼ぶことにする。

また、上記逆相共振モードでは、給電共振器２２の内周側に発生する磁界と受電共振器３２の内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側以外の磁界強度（例えば、給電共振器２２及び受電共振器３２の外周側の磁界強度）よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を形成することができる。そして、この磁界空間に磁界の影響を低減させたい安定回路７や充電回路８や充電池９などを収納した場合、安定回路７や充電回路８や充電池９などに対して、磁界に起因する渦電流の発生を低減・防止して、発熱による悪影響を抑制することが可能となる。また、この逆相共振モードにより形成される磁界空間は、給電共振器２２及び受電共振器３２の内周側に形成されるので、この空間に安定回路７や充電回路８や充電池９などの電子部品を組み込むことにより無線電力伝送装置１自体のコンパクト化・設計自由度の向上が実現される。

（測定実験１：結合係数ｋ_１２の値を変えた場合の入力インピーダンスＺ_inの変化）
測定実験１に使用する無線電力伝送装置１では、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１を要素とするＲＬ回路を構成しており（共振なし）、コイルＬ_１部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。同様に、受電コイル３１は、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４を要素とするＲＬ回路を構成しており（共振なし）、コイルＬ_４部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。また、給電共振器２２は、抵抗器Ｒ_２、コイルＬ_２、及び、コンデンサＣ_２を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_２部分は、銅線材（絶縁被膜付）を４回巻にした、コイル径９６ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。また、受電共振器３２は、抵抗器Ｒ_３、コイルＬ_３、及び、コンデンサＣ_３を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_３部分は、銅線材（絶縁被膜付）を４回巻にした、コイル径９６ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。そして、測定実験１に使用する無線電力伝送装置１におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４の値をそれぞれ、０．０５Ω、０．５Ω、０．５Ω、０．０５Ωに設定した。また、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の値をそれぞれ、０．３μＨ、４μＨ、４μＨ、０．３μＨに設定した。また、給電共振器２２及び受電共振器３２における共振周波数は１２．８ＭＨｚである。

測定実験１では、結合係数ｋ_２３を０．１０、結合係数ｋ_３４を０．３５にそれぞれ固定したうえで、結合係数ｋ_１２の値を、０．１１、０．１５、０．２２、０．３５の４つの値に設定した場合における、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωの値に設定した４つのケースについて測定した（結合係数の調整方法についての詳細は後述する）。そして、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード：１２．２ＭＨｚ）の測定値を図５（Ａ）に示す。また、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード：１３．４ＭＨｚ）の測定値を図５（Ｂ）に示す。

図５（Ａ）の同相共振モードの測定結果より、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、３１．４Ω、→ ３５．９Ω、→ ４７．５Ω、→ ７９．０Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、３３．１Ω、→ ３９．０Ω、→ ５４．８Ω、→ ９７．１Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、３７．８Ω、→ ４８．２Ω、→ ７６．０Ω、→ １４８．５Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、４０．９Ω、→ ５４．５Ω、→ ９０．１Ω、→ １８３．１Ωという具合に大きくなった。
上記のように、同相共振モードにおいて、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_１２の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる傾向にあることが分かる。

また、図５（Ｂ）の逆相共振モードの測定結果においても同様に、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２７．５Ω、→ ２８．１Ω、→ ３０．２Ω、→ ３３．３Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２８．７Ω、→ ２９．４Ω、→ ３２．６Ω、→ ５０．３Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、３０．７Ω、→ ３３．５Ω、→ ４３．０Ω、→ ８０．６Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、３１．８Ω、→ ３５．８Ω、→ ４９．１Ω、→ ９６．７Ωという具合に大きくなった。
上記のように、逆相共振モードにおいても、変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_１２の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる傾向にあることが分かる。

（測定実験２：結合係数ｋ_１２の値を変えた場合の入力インピーダンスＺ_inの変化）
測定実験２に使用する無線電力伝送装置１では、測定実験１と異なり、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１、及び、コンデンサＣ_１を要素とするＲＬＣ回路を構成しており（共振あり）、コイルＬ_１部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。同様に、受電コイル３１も、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４、及び、コンデンサＣ_４を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_４部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。なお、その他の構成は、測定実験１と同様である。そして、測定実験２に使用する無線電力伝送装置１におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４の値をそれぞれ、０．０５Ω、０．５Ω、０．５Ω、０．０５Ωに設定した。また、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の値をそれぞれ、０．３μＨ、４μＨ、４μＨ、０．３μＨに設定した。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１における共振周波数は１２．８ＭＨｚである。

測定実験２では、結合係数ｋ_２３を０．１０、結合係数ｋ_３４を０．３５にそれぞれ固定したうえで、結合係数ｋ_１２の値を、０．１１、０．１５、０．２２、０．３５の４つの値に設定した場合における、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωの値に設定した４つのケースについて測定した。そして、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード：１２．２ＭＨｚ）の測定値を図６（Ａ）に示す。また、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード：１３．４ＭＨｚ）の測定値を図６（Ｂ）に示す。

図６（Ａ）の同相共振モードの測定結果より、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、６．５Ω、→ １１．５Ω、→ ２２．４Ω、→ ４８．８Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１０．０Ω、→ １８．１Ω、→ ３５．４Ω、→ ７７．６Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１７．３Ω、→ ３１．８Ω、→ ６２．２Ω、→ １３６．５Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２１．８Ω、→ ４０．３Ω、→ ７９．０Ω、→ １７３．１Ωという具合に大きくなった。
上記のように、同相共振モードにおいて、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_１２の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる傾向にあることが分かる。

また、図６（Ｂ）の逆相共振モードの測定結果においても同様に、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、５．５Ω、→ ６．８Ω、→ １３．６Ω、→ ３５．９Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、６．９Ω、→ ９．５Ω、→ １９．３Ω、→ ４９．８Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、９．３Ω、→ １４．９Ω、→ ３１．２Ω、→ ７９．０Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１０．７Ω、→ １８．０Ω、→ ３８．１Ω、→ ９５．９Ωという具合に大きくなった。
上記のように、逆相共振モードにおいても、変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_１２の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる傾向にあることが分かる。

（測定実験３：結合係数ｋ_１２の値を変えた場合の入力インピーダンスＺ_inの変化）
測定実験３に使用する無線電力伝送装置１では、測定実験１、２と異なり、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１のコイル部分に、平面上にコイルを巻き回して作成したパターンコイルを使用している。具体的には、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１、及び、コンデンサＣ_１を要素とするＲＬＣ回路を構成しており（共振あり）、コイルＬ_１部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。同様に、受電コイル３１は、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４、及び、コンデンサＣ_４を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_４部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。また、給電共振器２２は、抵抗器Ｒ_２、コイルＬ_２、及び、コンデンサＣ_２を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_２部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。また、受電共振器３２は、抵抗器Ｒ_３、コイルＬ_３、及び、コンデンサＣ_３を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_３部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。そして、測定実験３に使用する無線電力伝送装置１におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４の値をそれぞれ、１．８Ω、１．８Ω、１．８Ω、１．８Ωに設定した。また、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の値をそれぞれ、２．５μＨ、２．５μＨ、２．５μＨ、２．５μＨに設定した。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１における共振周波数は８．０ＭＨｚである。

測定実験３では、結合係数ｋ_２３を０．０５、結合係数ｋ_３４を０．０８にそれぞれ固定したうえで、結合係数ｋ_１２の値を、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８の４つの値に設定した場合における、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωの値に設定した４つのケースについて測定した。そして、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード：７．９ＭＨｚ）の測定値を図７（Ａ）に示す。また、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード：８．２ＭＨｚ）の測定値を図７（Ｂ）に示す。

図７（Ａ）の同相共振モードの測定結果より、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、９．１Ω、→ １８．０Ω、→ ２９．５Ω、→ ３５．９Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１０．５Ω、→ ２０．７Ω、→ ３４．１Ω、→ ４２．３Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１２．３Ω、→ ２４．０Ω、→ ３９．８Ω、→ ４９．９Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１２．８Ω、→ ２５．４Ω、→ ４１．９Ω、→ ５１．９Ωという具合に大きくなった。
上記のように、同相共振モードにおいて、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_１２の値が、０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる傾向にあることが分かる。

また、図７（Ｂ）の逆相共振モードの測定結果においても同様に、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、８．７Ω、→ １４．９Ω、→ ２５．０Ω、→ ３２．１Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、９．５Ω、→ １５．８Ω、→ ２６．６Ω、→ ３４．２Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１０．５Ω、→ １７．３Ω、→ ２９．４Ω、→ ３７．８Ωという具合に大きくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_１２の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１０．８Ω、→ １８．０Ω、→ ３０．５Ω、→ ３８．７Ωという具合に大きくなった。
上記のように、逆相共振モードにおいても、変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_１２の値が、０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる傾向にあることが分かる。

（測定実験４：結合係数ｋ_３４の値を変えた場合の入力インピーダンスＺ_inの変化）
測定実験４に使用する無線電力伝送装置１では、測定実験１と同様に、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１を要素とするＲＬ回路を構成しており（共振なし）、コイルＬ_１部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。同様に、受電コイル３１は、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４を要素とするＲＬ回路を構成しており（共振なし）、コイルＬ_４部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。なお、その他の構成も、測定実験１と同様である。また、測定実験４に使用する無線電力伝送装置１におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４の値をそれぞれ、０．０５Ω、０．５Ω、０．５Ω、０．０５Ωに設定した。また、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の値をそれぞれ、０．３μＨ、４μＨ、４μＨ、０．３μＨに設定した（測定実験１と同じ）。また、給電共振器２２及び受電共振器３２における共振周波数は１２．８ＭＨｚである。

測定実験４では、結合係数ｋ_１２を０．３５、結合係数ｋ_２３を０．１０にそれぞれ固定したうえで、結合係数ｋ_３４の値を、０．１１、０．１５、０．２２、０．３５の４つの値に設定した場合における、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωの値に設定した４つのケースについて測定した（結合係数の調整方法についての詳細は後述する）。そして、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード：１２．２ＭＨｚ）の測定値を図８（Ａ）に示す。また、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード：１３．４ＭＨｚ）の測定値を図８（Ｂ）に示す。

図８（Ａ）の同相共振モードの測定結果より、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２０２．５Ω、→ １６５．８Ω、→ １２７．４Ω、→ ７９．０Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２２８．２Ω、→ １９７．７Ω、→ １５２．８Ω、→ ９７．１Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２５９．１Ω、→ ２４２．０Ω、→ ２０９．７Ω、→ １４８．５Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２６９．２Ω、→ ２５９．３Ω、→ ２３０．２Ω、→ １８３．１Ωという具合に小さくなった。
上記のように、同相共振モードにおいて、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_３４の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる傾向にあることが分かる。

また、図８（Ｂ）の逆相共振モードの測定結果においても同様に、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１１７．１Ω、→ ９６．１Ω、→ ６６．１Ω、→ ３３．３Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１２７．４Ω、→ １１２．８Ω、→ ８６．８Ω、→ ５０．３Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１３８．０Ω、→ １３１．１Ω、→ １１５．０Ω、→ ８０．６Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１４１．３Ω、→ １３７．６Ω、→ １２６．５Ω、→ ９６．７Ωという具合に小さくなった。
上記のように、逆相共振モードにおいても、変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_３４の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる傾向にあることが分かる。

（測定実験５：結合係数ｋ_３４の値を変えた場合の入力インピーダンスＺ_inの変化）
測定実験５に使用する無線電力伝送装置１では、測定実験４と異なり、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１、及び、コンデンサＣ_１を要素とするＲＬＣ回路を構成しており（共振あり）、コイルＬ_１部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。同様に、受電コイル３１も、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４、及び、コンデンサＣ_４を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_４部分は、銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径を９６ｍｍφに設定している。なお、その他の構成は、測定実験４と同様である。そして、測定実験５に使用する無線電力伝送装置１におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４の値をそれぞれ、０．０５Ω、０．５Ω、０．５Ω、０．０５Ωに設定した。また、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の値をそれぞれ、０．３μＨ、４μＨ、４μＨ、０．３μＨに設定した。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１における共振周波数は１２．８ＭＨｚである。

測定実験５では、結合係数ｋ_１２を０．３５、結合係数ｋ_２３を０．１０にそれぞれ固定したうえで、結合係数ｋ_３４の値を、０．１１、０．１５、０．２２、０．３５の４つの値に設定した場合における、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωの値に設定した４つのケースについて測定した。そして、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード：１２．２ＭＨｚ）の測定値を図９（Ａ）に示す。また、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード：１３．４ＭＨｚ）の測定値を図９（Ｂ）に示す。

図９（Ａ）の同相共振モードの測定結果より、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１７０．５Ω、→ １３４．９Ω、→ ９４．２Ω、→ ４８．８Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２０４．９Ω、→ １７６．５Ω、→ １３３．４Ω、→ ７７．６Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２３８．０Ω、→ ２２２．８Ω、→ １９３．８Ω、→ １３６．５Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、２４６．７Ω、→ ２３９．７Ω、→ ２１６．２Ω、→ １７３．１Ωという具合に小さくなった。
上記のように、同相共振モードにおいて、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_３４の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる傾向にあることが分かる。

また、図９（Ｂ）の逆相共振モードの測定結果においても同様に、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１０５．５Ω、→ ８６．６Ω、→ ６３．０Ω、→ ３５．９Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１１９．３Ω、→ １０５．２Ω、→ ８３．３Ω、→ ４９．８Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１３０．６Ω、→ １２３．４Ω、→ １１０．９Ω、→ ７９．０Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、１３３．９Ω、→ １２９．３Ω、→ １２２．１Ω、→ ９５．９Ωという具合に小さくなった。
上記のように、逆相共振モードにおいても、変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_３４の値が、０．１１、→ ０．１５、→ ０．２２、→ ０．３５の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる傾向にあることが分かる。

（測定実験６：結合係数ｋ_３４の値を変えた場合の入力インピーダンスＺ_inの変化）
測定実験６に使用する無線電力伝送装置１では、測定実験４、５と異なり、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１のコイル部分に、平面上にコイルを巻き回して作成したパターンコイルを使用している。具体的には、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ_１、コイルＬ_１、及び、コンデンサＣ_１を要素とするＲＬＣ回路を構成しており（共振あり）、コイルＬ_１部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。同様に、受電コイル３１は、抵抗器Ｒ_４、コイルＬ_４、及び、コンデンサＣ_４を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_４部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。また、給電共振器２２は、抵抗器Ｒ_２、コイルＬ_２、及び、コンデンサＣ_２を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_２部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。また、受電共振器３２は、抵抗器Ｒ_３、コイルＬ_３、及び、コンデンサＣ_３を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ_３部分は、銅箔のエッチングにより形成した１２回巻き、コイル径３５ｍｍφのパターンコイルを使用している。そして、測定実験６に使用する無線電力伝送装置１におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４の値をそれぞれ、１．８Ω、１．８Ω、１．８Ω、１．８Ωに設定した。また、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の値をそれぞれ、２．５μＨ、２．５μＨ、２．５μＨ、２．５μＨに設定した。また、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１における共振周波数は８．０ＭＨｚである。

測定実験６では、結合係数ｋ_１２を０．０８、結合係数ｋ_２３を０．０５にそれぞれ固定したうえで、結合係数ｋ_３４の値を、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８の４つの値に設定した場合における、給電モジュール２に供給する電力の駆動周波数に対する無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωの値に設定した４つのケースについて測定した。そして、双峰性における低周波側のピーク付近の周波数fLに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（同相共振モード：７．９ＭＨｚ）の測定値を図１０（Ａ）に示す。また、双峰性における高周波側のピーク付近の周波数fHに、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を設定した場合（逆相共振モード：８．２ＭＨｚ）の測定値を図１０（Ｂ）に示す。

図１０（Ａ）の同相共振モードの測定結果より、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、５５．８Ω、→ ５０．２Ω、→ ４５．３Ω、→ ３５．９Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、５９．７Ω、→ ５６．１Ω、→ ５１．４Ω、→ ４２．３Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、６２．６Ω、→ ６０．６Ω、→ ５８．６Ω、→ ４９．９Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、６３．５Ω、→ ６２．０Ω、→ ６１．０Ω、→ ５１．９Ωという具合に小さくなった。
上記のように、同相共振モードにおいて、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_３４の値が、０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる傾向にあることが分かる。

また、図１０（Ｂ）の逆相共振モードの測定結果においても同様に、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、４３．９Ω、→ ４１．０Ω、→ ３９．４Ω、→ ３２．１Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を１００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、４５．６Ω、→ ４３．７Ω、→ ４１．２Ω、→ ３４．２Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を２７０Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、４６．８Ω、→ ４５．７Ω、→ ４４．６Ω、→ ３７．８Ωという具合に小さくなった。
また、可変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５００Ωに設定した場合、結合係数ｋ_３４の値を０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくしていくと、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値は、４７．１Ω、→ ４６．２Ω、→ ４５．１Ω、→ ３８．７Ωという具合に小さくなった。
上記のように、逆相共振モードにおいても、変抵抗器１１（Ｒ_ｌ）の値を５１Ω、１００Ω、２７０Ω、５００Ωのいずれの値に設定した場合でも、結合係数ｋ_３４の値が、０．０５、→ ０．０６、→ ０．０７、→ ０．０８の順に大きくなるにつれて、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる傾向にあることが分かる。

上記測定実験１〜６によれば、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、及び、受電コイル３１を備えた無線電力伝送装置１において、隣接するコイル間における結合係数、例えば、結合係数ｋ_１２の値や、結合係数ｋ_３４の値をそれぞれ調整することにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を所望の値に設定して供給する電力を調整することができる。

（結合係数の調整方法）
次に、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inを制御するパラメータである結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４の調整方法について説明する。

一般的に、図１１に示すように、無線電力伝送において、コイルとコイルとの間の距離と結合係数ｋとの関係は、コイルとコイルとの間の距離を縮める（短くする）と結合係数ｋの値が高くなる傾向にあることが分かっている。これを本実施形態に係る無線電力伝送装置１に当てはめると、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４をそれぞれ縮めることによって、給電コイル２１（コイルＬ_１）と給電共振器２２（コイルＬ_２）との間の結合係数ｋ_１２、給電共振器２２（コイルＬ_２）と受電共振器３２（コイルＬ_３）との間の結合係数ｋ_２３、受電共振器３２（コイルＬ_３）と受電コイル３１（コイルＬ_４）との間の結合係数ｋ_３４を高めることができる。逆に、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４をそれぞれ伸ばすことによって、給電コイル２１（コイルＬ_１）と給電共振器２２（コイルＬ_２）との間の結合係数ｋ_１２、給電共振器２２（コイルＬ_２）と受電共振器３２（コイルＬ_３）との間の結合係数ｋ_２３、受電共振器３２（コイルＬ_３）と受電コイル３１（コイルＬ_４）との間の結合係数ｋ_３４を低めることができる。

上記結合係数の調整方法、及び、結合係数の変化による入力インピーダンスＺ_inの変化の測定実験より、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を固定した場合、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を短くすることにより、給電コイル２１と給電共振器２２との間における結合係数ｋ_１２の値を大きくし、結合係数ｋ_１２の値を大きくすることにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を大きくすることができる。逆に、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を長くすることにより、給電コイル２１と給電共振器２２との間における結合係数ｋ_１２の値を小さくし、結合係数ｋ_１２の値を小さくすることにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を小さくすることができる。

即ち、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を短くすることにより、入力インピーダンスＺ_inの値を大きくし、（式２）より、入力インピーダンスＺ_inの値を大きくすることにより、無線電力伝送装置１に流れる電流Ｉ_inの値を小さくして、無線電力伝送装置１から出力される電力を小さく制御することができる。逆に、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を長くすることにより、入力インピーダンスＺ_inの値を小さくし、（式２）より、入力インピーダンスＺ_inの値を小さくすることにより、無線電力伝送装置１に流れる電流Ｉ_inの値を大きくして、無線電力伝送装置１から出力される電力を大きく制御することができる。
上記特性を利用した無線電力伝送装置１の供給電力制御方法によって、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を物理的に変化させるという簡易な作業によって、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を調整し、もって、無線電力伝送装置１から出力される電力を簡単に制御することができる。

また、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、及び、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を固定した場合、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を短くすることにより、受電共振器３２と受電コイル３１との間における結合係数ｋ_３４の値を大きくし、結合係数ｋ_３４の値を大きくすることにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を小さくすることができる。逆に、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を長くすることにより、受電共振器３２と受電コイル３１との間における結合係数ｋ_３４の値を小さくし、結合係数ｋ_３４の値を小さくすることにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を大きくすることができる。

即ち、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を短くすることにより、入力インピーダンスＺ_inの値を小さくし、（式２）より、入力インピーダンスＺ_inの値を小さくすることにより、無線電力伝送装置１に流れる電流Ｉ_inの値を大きくして、無線電力伝送装置１から出力される電力を大きく制御することができる。逆に、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を長くすることにより、入力インピーダンスＺ_inの値を大きくし、（式２）より、入力インピーダンスＺ_inの値を大きくすることにより、無線電力伝送装置１に流れる電流Ｉ_inの値を小さくして、無線電力伝送装置１から出力される電力を小さく制御することができる。
上記特性を利用した無線電力伝送装置１の供給電力制御方法によって、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を物理的に変化させるという簡易な作業によって、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値を調整し、もって、無線電力伝送装置１から出力される電力を簡単に制御することができる。

なお、上記では、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inを制御するパラメータである結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４の調整方法として、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４をそれぞれ変化させる方法を例示して説明した。しかし、結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４の調整方法としては、これに限らず、給電共振器２２の中心軸と受電共振器３２の中心軸をずらす方法や、給電共振器２２のコイル面と受電共振器３２のコイル面に角度をつける方法や、給電コイル２１・給電共振器２２や受電共振器３２・受電コイル３１などの各素子（抵抗、コンデンサ、コイル）の容量を変化させる方法や、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を変える方法などが挙げられる。

（製造方法）
次に、無線電力伝送装置１を製造する一工程である、設計方法（設計工程）について、図１２及び図１３を参照して説明する。本説明では、無線電力伝送装置１を搭載する携帯機器としてイヤホンスピーカ部２０１ａを備えた無線式ヘッドセット２００、及び、充電器２０１を例にして説明する（図１２参照）。

本設計方法で設計される無線電力伝送装置１は、図１２に示す無線式ヘッドセット２００及び充電器２０１に、それぞれ受電モジュール３（受電コイル３１・受電共振器３２）及び給電モジュール２（給電コイル２１・給電共振器２２）として搭載されている。また、図１２では、説明の都合上、安定回路７、充電回路８及び充電池９を受電モジュール３の外に記載しているが、実際は、ソレノイド状の受電コイル３１及び受電共振器３２のコイル内周側に配置されている。即ち、無線式ヘッドセット２００には、受電モジュール３、安定回路７、充電回路８及び充電池９が搭載されており、充電器２０１には、給電モジュール２が搭載されており、給電モジュール２の給電コイル２１に交流電源６が接続された状態で使用される。

（設計方法）
まず、図１３に示すように、充電池９の容量、及び、充電池９の充電に必要とされる充電電流から、受電モジュール３が受電する受電電力量が決まる（Ｓ１）。

次に、給電モジュール２と受電モジュール３との間の距離を決定する（Ｓ２）。これは、受電モジュール３を内蔵した無線式ヘッドセット２００を、給電モジュール２を内蔵した充電器２０１に載置した際の給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３であり、使用形態としては充電中の状態である。より詳細には、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３は、無線式ヘッドセット２００と充電器２０１の形状・構造を考慮して決定される。

また、無線式ヘッドセット２００の大きさ・形状・構造を踏まえて、受電モジュール３における受電コイル３１及び受電共振器３２のコイル径が決定される（Ｓ３）。

また、充電器２０１の大きさ・形状・構造を踏まえて、給電モジュール２における給電コイル２１及び給電共振器２２のコイル径が決定される（Ｓ４）。

上記Ｓ２〜Ｓ４の手順を経ることにより、無線電力伝送装置１の給電共振器２２（コイルＬ_２）と受電共振器３２（コイルＬ_３）との間の結合係数ｋ_２３と、電力伝送効率が決まることになる。

上記Ｓ１で決定した受電モジュール３が受電する受電電力量、及び、Ｓ２〜Ｓ４の手順を経て決定された電力伝送効率より、給電モジュール２に給電する必要最低限の給電電力量が決定される（Ｓ５）。

そして、上記受電モジュール３が受電する受電電力量、電力伝送効率、及び、給電モジュール２に給電する必要最低限の給電電力量を踏まえて、無線電力伝送装置１における入力インピーダンスＺ_ｉｎの設計値が決まる（Ｓ６）。

そして、Ｓ６で決定された入力インピーダンスＺ_ｉｎの設計値になるように、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４が決められる（Ｓ７）。具体的には、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を固定した場合、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を短くすることにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が大きくなる特性に基づき調整をしたり、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、及び、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を固定した場合、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を短くすることにより、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値が小さくなる特性に基づき調整をしたりすることにより、Ｓ６で決定された入力インピーダンスＺ_ｉｎの設計値になるような、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４が決定される。

上記設計方法を含む無線電力伝送装置１の製造方法、及び、上記設計工程を経て製造された無線電力伝送装置１によれば、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_ｉｎの値を設定することによる、無線電力伝送を行う際に供給する電力の調整を、新たな機器を設けずにできる無線電力伝送装置１を製造することができる。即ち、無線電力伝送装置１の部品点数を増やさずに、給電する電力の制御が可能な無線電力伝送装置１を製造することができる。

（その他の実施形態）
上記製造方法の説明では、無線式ヘッドセット２００を例示して説明したが、充電池を備えた機器であれば、タブレット型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯電話、イヤホン型音楽プレイヤー、補聴器、集音器などにも使用することができる。

また、上記説明では、給電モジュール２及び受電モジュール３が備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより電力伝送を行う無線電力伝送装置１を例示して説明したが、コイル間の電磁誘導を利用して電力伝送を行う無線電力伝送装置１においても適用可能である。

また、上記説明では、無線電力伝送装置１を携帯型の電子機器に搭載した場合を想定して説明したが、用途はこれら小型なものに限らず、必要電力量に合わせて仕様を変更することにより、例えば、比較的大型な電気自動車（ＥＶ）における無線充電システムや、より小型な医療用の無線式胃カメラなどにも搭載することができる。

以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態・実施例に限定されず、その他の実施形態・実施例にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。また、本明細書において用いた用語及び語法は、本発明を的確に説明するために用いたものであり、本発明の解釈を制限するために用いたものではない。また、当業者であれば、本明細書に記載された発明の概念から、本発明の概念に含まれる他の構成、システム、方法等を推考することは容易であると思われる。従って、請求の範囲の記載は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で均等な構成を含むものであるとみなされるべきである。また、本発明の目的及び本発明の効果を充分に理解するために、すでに開示されている文献等を充分に参酌することが望まれる。

１ 無線電力伝送装置
２ 給電モジュール
３ 受電モジュール
６ 交流電源
７ 安定回路
８ 充電回路
９ 充電池
２１ 給電コイル
２２ 給電共振器
３１ 受電コイル
３２ 受電共振器
２００ 無線式ヘッドセット
２０１ 充電器

Claims (9)

1. 給電コイル及び給電共振器の少なくとも１つを備えた給電モジュールから、受電共振器及び受電コイルの少なくとも１つを備えた受電モジュールに対して磁界を変化させて電力を供給する無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、
   前記給電コイル、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルはそれぞれ少なくとも１つのコイルを有し、
   隣接する前記コイル間における結合係数の値をそれぞれ調整することにより、当該無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して前記供給する電力を調整することを特徴とする無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
2. 少なくとも給電コイル及び給電共振器を備えた給電モジュールから、少なくとも受電共振器及び受電コイルを備えた受電モジュールに対して共振現象によって電力を供給する無線電力伝送装置の供給電力制御方法であって、
   前記給電コイルと前記給電共振器との間における結合係数ｋ_１２、前記給電共振器と前記受電共振器との間における結合係数ｋ_２３、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間における結合係数ｋ_３４の値の少なくとも１つを調整することにより、当該無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して前記供給する電力を調整することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
3. 前記各結合係数ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４の値は、それぞれ前記給電コイルと前記給電共振器との間の距離、前記給電共振器と前記受電共振器との間の距離、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離の少なくとも１つを変化させることにより調整されることを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
4. 前記給電共振器と前記受電共振器との間の距離、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離を固定した場合、
   前記共振現象によって供給される電力は、
   前記給電コイルと前記給電共振器との間の距離を短くするにつれて、前記給電コイルと前記給電共振器との間における前記結合係数ｋ_１２の値が大きくなり、前記結合係数ｋ_１２の値が大きくなるにつれて、前記無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値が大きくなる特性に基づいて調整されることを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
5. 前記給電コイルと前記給電共振器との間の距離、及び、前記給電共振器と前記受電共振器との間の距離を固定した場合、
   前記共振現象によって供給される電力は、
   前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離を短くするにつれて、前記受電共振器と前記受電コイルとの間における前記結合係数ｋ_３４の値が大きくなり、前記結合係数ｋ_３４の値が大きくなるにつれて、前記無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値が小さくなる特性に基づいて調整されることを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
6. 前記給電モジュールに供給する電力の駆動周波数に対する伝送特性の値が、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける共振周波数よりも低い駆動周波数帯域及び前記共振周波数よりも高い駆動周波数帯域にそれぞれピークを有するように設定し、
   前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数は、前記共振周波数よりも低い駆動周波数帯域に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域であることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
7. 前記給電モジュールに供給する電力の駆動周波数に対する伝送特性の値が、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける共振周波数よりも低い駆動周波数帯域及び前記共振周波数よりも高い駆動周波数帯域にそれぞれピークを有するように設定し、
   前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数は、前記共振周波数よりも高い駆動周波数帯域に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域であることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の無線電力伝送装置の供給電力制御方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の供給電力制御方法により調整されたことを特徴とする無線電力伝送装置。
9. 給電コイル及び給電共振器の少なくとも１つを備えた給電モジュールから、受電共振器及び受電コイルの少なくとも１つを備えた受電モジュールに対して磁界を変化させて電力を供給する無線電力伝送装置の製造方法であって、
   前記給電コイル、給電共振器、受電共振器、及び、受電コイルには、それぞれ少なくとも１つのコイルを設け、
   隣接する前記コイル間における結合係数の値をそれぞれ調整することにより、当該無線電力伝送装置の入力インピーダンスの値を設定して供給する電力を調整する設計工程を含むことを特徴とする無線電力伝送装置の製造方法。