JP2015146722A - 無線電力伝送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】給電モジュールの近辺に金属異物が配置された際に、給電モジュールに発生する過剰な熱を抑制する。【解決手段】給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有するように設定し、電源周波数を、伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、給電共振器と受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、金属異物配置時入力インピーダンス＞待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たす無線電力伝送装置にする。【選択図】図３

Description

本発明は、給電モジュールと受電モジュールとの間で共振現象を起こすことによって電力を供給する無線電力伝送装置に関する。
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二次電池が搭載されており、定期的な充電が必要とされる。この電子機器の二次電池への充電作業を簡易にするために、給電モジュールと電子機器に搭載された受電モジュール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、二次電池を充電する機器が増えつつある。
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（給電モジュール）及び受電装置（受電モジュール）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用いて給電装置及び受電装置を設計する際には、無線電力伝送するときの電力損失を小さくするために、給電装置に供給される電力に対する受電装置が受電する電力の比率である電力伝送効率を高めることが求められる。
そして、特許文献３の背景技術（段落[０００８]〜[００１０]参照）、特許文献４のワイヤレス電力伝送システムの明細書中にも記載されているように、給電装置に供給する電力の電源周波数（駆動周波数）に、給電装置及び受電装置が備える共振器が有する共振周波数を一致させる（若しくは、電源周波数（駆動周波数）を、給電装置及び受電装置が備える共振器が有する共振周波数に一致させる）ことにより、ワイヤレス給電における電力伝送効率を最大とすることができることが一般的に知られており（特許文献４の段落[００１３]参照）、電力伝送効率の最大化を求めてこのような設定にするのが一般的である。
特許第４６２４７６８号公報 特開２０１３−２３９６９２号公報 特開２０１１−０５０１４０号公報 特開２０１２−１８２９７５号公報
ところで、給電モジュール及び受電モジュールが備える共振器（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無線電力伝送をするときには、受電モジュールを給電モジュールに近づけて、給電モジュールから受電モジュールに対して給電できる距離（給電可能領域）になるように配置して使用する必要がある。このような使用過程において、給電モジュールの近辺に金属の異物が置かれたりすると、金属の異物が磁場の影響を受け、渦電流が引き起こされてしまう。このように渦電流が引き起こされると金属の異物や給電モジュールに過剰な熱が生じてしまう場合があり不都合である。
特に、電力伝送効率の最大化を求めて、給電装置に供給する電力の電源周波数（駆動周波数）に、給電装置及び受電装置が備える共振器が有する共振周波数を一致させた場合、給電モジュールの近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュールの入力インピーダンスが、給電モジュールの近くに金属異物がない待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスに比べて、低くなる（図１２〜図１５参照）。このように、金属異物を含めた給電モジュールの入力インピーダンスＺinが低くなると、一定電圧の下で流れる電流値は高くなり（式：Ｉ＝Ｖ/Ｚin 参照）、給電モジュールにおける消費電力が上がるとともに、給電モジュールに発生する熱が過剰なものになってしまうおそれがある。
そこで、本発明の目的は、給電モジュールの近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュールの入力インピーダンスが高くなるように設定することにより、給電モジュールに発生する過剰な熱を抑制することができる無線電力伝送装置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、給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有するように設定され、給電モジュールと受電モジュールとの間で共振現象を起こすことによって電力を供給する無線電力伝送装置であって、
前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定し、
前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、前記給電共振器と前記受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、前記給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、金属異物配置時入力インピーダンス＞待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことを特徴としている。
上記構成によれば、給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定し、金属異物配置時入力インピーダンス＞待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすように無線電力伝送装置を設計することにより、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された場合であっても、金属異物配置時入力インピーダンスが、待機時入力インピーダンス及び伝送時入力インピーダンスよりも高くなるため、給電モジュールにおける電流値が低くなり、発熱や渦電流を抑制することができる。
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に関して、前記給電モジュールは、少なくとも給電コイル及び前記給電共振器を有し、
前記受電モジュールは、少なくとも前記受電共振器及び受電コイルを有し、
前記給電コイルは、抵抗Ｒ1、コイルＬ1及びコンデンサＣ1を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ1とし、
前記給電共振器は、抵抗Ｒ2、コイルＬ2及びコンデンサＣ2を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ2とし、
前記受電共振器は、抵抗Ｒ3、コイルＬ3及びコンデンサＣ3を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ3とし、
前記受電コイルは、抵抗Ｒ4、コイルＬ4及びコンデンサＣ4を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ4とし、
前記受電コイルから給電される機器の合計の負荷インピーダンスをＺLとし、
前記給電コイルのコイルＬ1と前記給電共振器のコイルＬ2との間の相互インダクタンスをＭ12、
前記給電共振器のコイルＬ2と前記受電共振器のコイルＬ3との間の相互インダクタンスをＭ23、
前記受電共振器のコイルＬ3と前記受電コイルのコイルＬ4との間の相互インダクタンスをＭ34、
前記給電共振器のコイルＬ2と前記金属異物のコイルＬmとの間の相互インダクタンスをＭ2mとし、
前記給電コイル、前記給電共振器、前記受電共振器、及び、前記受電コイルを構成する複数の回路素子の各素子値、及び、前記相互インダクタンスをパラメータとし、前記金属異物を、抵抗Ｒm、及び、コイルＬmを要素とするＲＬ回路に見立て、
前記金属異物配置時入力インピーダンス、前記待機時入力インピーダンス、及び、前記伝送時入力インピーダンスが下記設計式で示されることを特徴としている。
上記構成によれば、上記関係式を満たす回路構成にすることにより、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された場合であっても、金属異物配置時入力インピーダンスが、待機時入力インピーダンス及び伝送時入力インピーダンスよりも高くなるため、給電モジュールにおける電流値が低くなり、発熱や渦電流を抑制することができる。
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において、入力インピーダンスを検出する検出器と、
前記検出器が検出した入力インピーダンスが、前記待機時入力インピーダンスよりも大きい値を示した場合、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断する制御部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、検出器が検出した入力インピーダンスが、待機時入力インピーダンスよりも大きい値を示した場合、給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断することができ、安全な電力供給を実現することができる。
上記課題を解決するための発明の一つは、前記制御部が、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断した場合、前記給電モジュールに対する電力供給を停止することを特徴としている。
上記構成によれば、制御部が、給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断した場合、給電モジュールに対する電力供給が停止されることによって、金属異物が給電共振器の近辺に配置された状態での電力供給による不具合（発熱・渦電流）の発生を未然に防止することができる。
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において、外部に報知する報知装置を備え、
前記制御部が、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断した場合、前記報知装置によって前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあることを報知することを特徴としている。
上記構成によれば、制御部が、給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断した場合、報知装置によって外部に、給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあることを報知することができる。
上記課題を解決するための発明の一つは、給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有し、
前記電源周波数が前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定された際における、前記給電モジュールと前記受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力インピーダンス、及び、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスの関係が、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たす無線電力伝送装置であって、
前記給電モジュールに対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能な発振出力器と
前記発振出力器から前記給電モジュールに入力される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出した第１電流値と、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われている時に前記給電モジュールに入力される電流値と前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われていない時に前記給電モジュールに入力される電流値との間に設定された閾値と、を比較し、前記電流検出器で検出した第１電流値が前記閾値以上であると判断した場合、その後、再度、前記電流検出器で検出した第２電流値と、前記閾値とを比較し、前記第２電流値が前記閾値より小さいと判断した場合に、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を前記発振出力器に出力する比較回路と、
を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置である。
上記構成によれば、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の入力電流値を、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われていない時の入力電流値よりも高くすることができる。そして、無線電力供給が行われている時の入力電流値と無線電力供給が行われていない時の入力電流値との間に閾値を設ける。
そして、電流検出器が検出した、発振出力器から給電モジュールに入力される第１電流値が、閾値以上の場合、その後、再度、電流検出器で検出した第２電流値と、閾値とを比較し、第２電流値が閾値より小さいと判断した場合には、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている状態から、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われていない状態に移行したと判断し、発振出力器によって給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、消費電力を抑制することができる。
上記課題を解決するための発明の一つは、前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、前記給電共振器と前記受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、前記給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、金属異物配置時入力インピーダンス＞待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことを特徴とする上記に記載の無線電力伝送装置である。
上記構成によれば、金属異物配置時入力インピーダンス ＞ 待機時入力インピーダンス ＞ 伝送時入力インピーダンスの条件を満たすように無線電力伝送装置を設計することにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値 ＞ 給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュールが電力伝送に対して待機状態にある時の待機時入力電流値 ＞ 給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された時の金属異物配置時入力電流値、の関係を満たすことができる。そして、伝送時入力電流値と待機時入力電流値との間に閾値を設けている。
この場合、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された時の金属異物配置時入力電流値は、閾値よりも小さい値が検出されることから、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュールが電力伝送に対して待機状態にある場合と同様に扱われる。
これにより、無線電力伝送装置において、無線電力給電が行われている状態から給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された状態に移行した際は、給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、金属異物が給電共振器の近辺に配置された状態での電力供給による不具合（発熱・渦電流）の発生を未然に防止することができる。
給電モジュールの近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュールの入力インピーダンスが高くなるように設定することにより、給電モジュールに発生する過剰な熱を抑制することができる無線電力伝送装置を提供することができる。
本実施形態に係る無線電力伝送装置を搭載した充電器及び無線式ヘッドセットの説明図である。 本実施形態に係る無線電力伝送装置の構成図である。 本実施形態に係る無線電力伝送装置を等価回路で示した説明図である。 共振器間の伝送特性『Ｓ２１』が二つのピークを有するときの説明図である。 ネットワークアナライザに接続した無線電力伝送装置の説明図である。 逆相共振モードにおける磁界ベクトル図である。 同相共振モードにおける磁界ベクトル図である。 単峰性の伝送特性『Ｓ２１』を説明した説明図である。 正常充電状態における無線電力伝送装置の等価回路を示した説明図である。 待機状態における給電モジュールの等価回路を示した説明図である。 異常状態における金属異物を含む給電モジュールの等価回路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図である。 測定実験２に係る測定結果を示す図である。 測定実験３に係る測定結果を示す図である。 測定実験４に係る測定結果を示す図である。 測定実験５に係る測定結果を示す図である。 その他の実施形態２に係る無線電力伝送装置の構成図である。 その他の実施形態２に係る電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートである。
以下に本発明である無線電力伝送に用いる無線電力伝送装置１について説明する。
（実施形態）
本実施形態では、図１及び図２に示すように、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１を形成する（詳細は後述）、給電共振器２２を備えた給電モジュール２及び受電共振器３２を備えた受電モジュール３を主な構成要素とする無線電力伝送装置１を、給電モジュール２を搭載した充電器１０１、及び、受電モジュール３を搭載した無線式ヘッドセット１０２を例に説明する。なお、図１は、充電時における充電器１０１及び無線式ヘッドセット１０２の状態を示している。
（充電器１０１及び無線式ヘッドセット１０２の構成）
充電器１０１は、図１及び図２に示すように、給電コイル２１及び給電共振器２２を有した給電モジュール２を備えている。また、無線式ヘッドセット１０２は、イヤホンスピーカ部１０２ａ、受電コイル３１及び受電共振器３２を有した受電モジュール３を備えている。そして、給電モジュール２の給電コイル２１には、給電モジュール２に供給する電力の電源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が接続されている。また、受電モジュール３の受電コイル３１には、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を介して二次電池９が接続されている。そして、安定回路７、充電回路８及び二次電池９は、受電共振器３２の内周側に位置するように配置されている（なお、図面では、説明の都合上、安定回路７、充電回路８及び二次電池９を受電共振器３２の外に図示している場合もある）。詳細は後述するが、これら安定回路７、充電回路８及び二次電池９が配置された、受電共振器３２の内周側には、充電時に、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１が形成される。なお、本実施形態における安定回路７、充電回路８、及び、二次電池９は、図１及び図２に示すように、最終的な電力の給電先となる被給電機器１０であり、被給電機器１０は、受電モジュール３に接続された電力の給電先の機器全体の総称である。
また、図示しないが、充電器１０１には、無線式ヘッドセット１０２を収納するための、無線式ヘッドセット１０２の形状に即した収納溝が設けられており、この充電器１０１の収納溝に無線式ヘッドセット１０２を収納することにより、充電器１０１が備える給電モジュール２と無線式ヘッドセット１０２が備える受電モジュール３とが対向配置されるように無線式ヘッドセット１０２を位置決めすることができるようになっている。
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Ｒ1、コイルＬ1、及び、コンデンサＣ1を要素とするＲＬＣ回路を構成している。なお、コイルＬ1部分には、ソレノイドコイルを使用している。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Ｚ1としており、本実施形態では、給電コイル２１を構成する抵抗器Ｒ1、コイルＬ1、及び、コンデンサＣ1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Ｚ1とする。また、給電コイル２１に流れる電流をＩ1する。なお、本実施形態では、給電コイル２１にＲＬＣ回路を例に挙げて説明しているが、ＲＬ回路の構成としてもよい。
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を介して二次電池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Ｒ4、コイルＬ4、及び、コンデンサＣ4を要素とするＲＬＣ回路を構成している。なお、コイルＬ4部分には、ソレノイドコイルを使用している。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Ｚ4としており、本実施形態では、受電コイル３１を構成する抵抗器Ｒ4、コイルＬ4、及び、コンデンサＣ4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Ｚ4とする。また、受電コイル３１に接続された被給電機器１０（安定回路７、充電回路８及び二次電池９）の合計のインピーダンスをＺLとする。また、受電コイル３１に流れる電流をＩ4する。なお、図３に示すように、受電コイル３１に接続された被給電機器１０（安定回路７、充電回路８及び二次電池９）の各負荷インピーダンスを合わせたものを便宜的に抵抗器ＲL（ＺLに相当）としている。また、本実施形態では、受電コイル３１にＲＬＣ回路を例に挙げて説明しているが、ＲＬ回路の構成としてもよい。
給電共振器２２は、図３に示すように、抵抗器Ｒ2、コイルＬ2、及び、コンデンサＣ2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Ｒ3、コイルＬ3、及び、コンデンサＣ3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帯域において共振することをいう。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Ｚ2とし、本実施形態では、給電共振器２２を構成する、抵抗器Ｒ2、コイルＬ2、及び、コンデンサＣ2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Ｚ2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Ｚ3とし、本実施形態では、受電共振器３２を構成する、抵抗器Ｒ3、コイルＬ3、及び、コンデンサＣ3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Ｚ3とする。また、給電共振器２２に流れる電流をＩ2とし、受電共振器３２に流れる電流をＩ3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ｆoが共振周波数となる。
・・・（式１）
また、給電共振器２２及び受電共振器３２には、ソレノイド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５参照）。
また、図３に示すように、給電コイル２１のコイルＬ1と給電共振器２２のコイルＬ2との間の相互インダクタンスをＭ12、給電共振器２２のコイルＬ2と受電共振器３２のコイルＬ3との間の相互インダクタンスをＭ23、受電共振器３２のコイルＬ3と受電コイル３１のコイルＬ4との間の相互インダクタンスをＭ34としている。また、給電モジュール２及び受電モジュール３において、コイルＬ1とコイルＬ2との間の結合係数をｋ12と表記し、コイルＬ2とコイルＬ3との間の結合係数をｋ23と表記し、コイルＬ3とコイルＬ4との間の結合係数をｋ34と表記する。
上記無線電力伝送装置１（給電モジュール２及び受電モジュール３）によれば、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界共鳴状態（共振現象）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可能となり、給電モジュール２を備えた充電器１０１から、受電モジュール３を備えた無線式ヘッドセット１０２に電力が無線伝送され、無線式ヘッドセット１０２内に設けられた二次電池９が充電される。
（磁界空間の形成）
本実施形態の無線電力伝送装置１では、給電モジュール２及び受電モジュール３の内部・周辺に発生する磁界の強度を抑制するために、磁界強度を弱めた磁界空間Ｇ１又は磁界空間Ｇ２を形成する。具体的には、図１〜図５に示すように、給電モジュール２の給電共振器２２から受電モジュール３の受電共振器３２に共振現象を利用した電力供給をする際に、給電共振器２２及び受電共振器３２の近辺に、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１又は磁界空間Ｇ２を形成する。
磁界空間Ｇ１・Ｇ２を形成するためには、給電共振器２２及び受電共振器３２における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』を示すグラフが、二つのピーク帯域を有するように設定し、給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数に設定することにより実現する。本実施形態では、図１〜図５に示すように、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界空間Ｇ１を形成するために、電源周波数を、二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する電源周波数に設定する。なお、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に、磁界空間Ｇ２を形成したい場合は（図５参照）、電源周波数を、二つのピーク帯域のうち低周波側に形成されるピーク帯域に対応する電源周波数に設定する。
ここで、伝送特性『Ｓ２１』とは、無線電力伝送装置１（給電モジュール２及び受電モジュール３）をネットワークアナライザ１１０（例えば、アジレント・テクノロジー株式会社製のＥ５０６１Ｂなど、図５参照）に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。また、電力伝送効率とは、ネットワークアナライザ１１０に無線電力伝送装置１を接続した状態で、出力端子１１１から給電モジュール２に供給される電力に対する入力端子１１２に出力される電力の比率のことをいう。
具体的には、図５に示すように、ネットワークアナライザ１１０を使用して、給電共振器２２及び受電共振器３２における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』を、給電共振器２２に供給する交流電力の電源周波数を変えながら解析する。この際、図４のグラフに示すように、横軸を出力端子１１１から出力される交流電力の電源周波数とし、縦軸を伝送特性『Ｓ２１』として解析する。ここで、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』を測定するにあたり、給電コイル２１と給電共振器２２との間の結合が強いと、給電共振器２２と受電共振器３２との間の結合状態に影響を与えてしまい、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の正確な測定ができないため、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２は、給電共振器２２が十分に励振でき、給電共振器２２による磁界を生成させ、かつ、給電コイル２１と給電共振器２２とができるだけ結合しない距離に保持する必要がある。また、同様の理由で受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４も、受電共振器３２が十分に励振でき、受電共振器３２による磁界を生成させ、かつ、受電共振器３２と受電コイル３１とができるだけ結合しない距離に保持する必要がある。そして、解析された給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が、図４に示すように、低周波数側に形成されるピーク帯域（f(Low P)）と高周波数側に形成されるピーク帯域（f(High P)）との二つのピーク帯域を有するように設定される（実線１５０参照）。
なお、上記のように給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が、低周波側と高周波側とにピークが分離して二つのピーク帯域を有するには、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を調整したり、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ2、Ｌ2、Ｃ2、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ3、Ｌ3、Ｃ3における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、結合係数ｋ23などの給電共振器２２及び受電共振器３２を構成する変更可能なパラメータを調整したりすることにより実現される。
そして、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が、二つのピーク帯域を有する場合に、高周波数側に形成されるピーク帯域（f(High P)）に、供給する交流電力の電源周波数を設定した場合、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、図６に示すように、給電共振器２２に流れる電流の向き（２２Ａ）と受電共振器３２に流れる電流の向き（３２Ａ）とが逆向きになる。その結果、図６の磁界ベクトル図に示すように、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Ｇ１を形成することができる。ここで、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となる共振状態を逆相共振モードと呼ぶことにする。
一方、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が、二つのピーク帯域を有する場合に、低周波数側に形成されるピーク帯域（f(Low P)）に、供給する交流電力の電源周波数を設定した場合、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、図７に示すように、給電共振器２２に流れる電流の向き（２２Ａ）と受電共振器３２に流れる電流の向き（３２Ａ）とが同じ向きになる。その結果、図７の磁界ベクトル図に示すように、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Ｇ２を形成することができる。ここで、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となる共振状態を同相共振モードと呼ぶことにする。
なお、無線電力伝送装置１に関して、給電コイル２１と給電共振器２２を含む給電モジュール２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１とを含む受電モジュール３における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』を示すグラフが、図８に示すように単峰性の性質を有するように設定するのが一般的である。単峰性とは、電源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８の実線１５１参照）。
単峰性の性質を有するように設定すると、給電モジュール２及び受電モジュール３の伝送特性『Ｓ２１』は、図８の破線１５１に示すように、電源周波数が共振周波数ｆ0の帯域で最大化する（電力伝送効率が最大化する）。このため、無線伝送技術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及び受電モジュール３の伝送特性『Ｓ２１』が単峰性の性質を有するように設定し、電源周波数を共振周波数ｆ0に設定して使用されるのが一般的である。
（無線電力伝送装置における金属異物に対する問題）
上記では、無線電力伝送装置１の構成、及び、磁界空間Ｇ１・Ｇ２について説明した。上記のように、無線により電力を送電する場合、その使用過程で、給電モジュール２と受電モジュール３の間、若しくは、給電モジュール２の周辺に、金属異物（例えば、硬貨、釘、クリップ、鍵など）が置かれたりすると、金属異物が磁場の影響を受け、渦電流が引き起こされてしまう。このように渦電流が引き起こされると金属異物や給電モジュール２に過剰な熱が生じてしまう場合がある。
本発明では、給電モジュール２の近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)（異常状態: Abnormality、金属異物配置時入力インピーダンスに相当）が、正常に充電されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺin(T)（正常充電状態：Transmission、伝送時入力インピーダンスに相当）、及び、給電モジュール２が電力伝送に対して待機しているときの給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(W)（待機状態：Waiting、待機時入力インピーダンスに相当）よりも高い値を示すようにすれば、一定電圧の下で流れる電流値は低くなり、給電モジュールにおける消費電力が下がるとともに、金属異物を含めた給電モジュール２に発生する過剰な熱を抑制することができることに着目した。
なお、入力インピーダンスＺin(W)（待機状態：Waiting、待機時入力インピーダンス）、及び、入力インピーダンスＺin(A)（異常状態: Abnormality、金属異物配置時入力インピーダンス）は、広義では、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスのことである。
そこで、無線電力伝送装置１を使用して、様々な条件の下、給電モジュール２の近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)、正常に充電されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺin(T)、及び、給電モジュール２が電力伝送に対して待機しているときの給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(W)を測定し、それらの関係性を考察する。
（測定実験）
測定実験１〜４で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Ｒ1、コイルＬ1、コンデンサＣ1を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ1部分は、線径０．１４ｍｍの銅線材を使用し、コイル径を１１ｍｍφに設定している。また、給電共振器２２は、抵抗器Ｒ2、コイルＬ2、及び、コンデンサＣ2を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ2部分は、線径０．２ｍｍの銅線材を使用し、コイル径１１ｍｍφ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Ｒ3、コイルＬ3、及び、コンデンサＣ3を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ3部分は、線径０．１ｍｍの銅線材を使用し、コイル径８ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。また、受電コイル３１は、抵抗器Ｒ4、コイルＬ4、コンデンサＣ4を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ4部分は、線径０．１ｍｍの銅線材を使用し、コイル径を８ｍｍφに設定している。また、給電コイル２１及び給電共振器２２の内周側に、形成される磁界空間Ｇ１の磁界強度をより小さくするため、厚み３００μｍの円筒状の磁性材を配置している。同様に、受電共振器３２及び受電コイル３１の内周側にも、厚み３００μｍの円筒状の磁性材を配置している。そして、測定実験１〜４で使用する無線電力伝送装置１におけるＲ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4の値をそれぞれ、１．５Ω、２．６Ω、２．１Ω、０．６Ωに設定した。また、Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4の値をそれぞれ、１３μＨ、１８μＨ、７μＨ、２．５μＨに設定した。また、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4の値をそれぞれ、２ｎＦ、１．４ｎＦ、３．６ｎＦ、１０ｎＦ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１ＭＨｚである。また、結合係数ｋ12は、０．３２、結合係数ｋ23は、０．１５、結合係数ｋ34は、０．９３である。
測定実験１〜４では、図９に示すように、正常に無線伝送されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺin(T)、図１０に示すように、給電モジュール２が無線電力伝送に対して待機しているときの給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(W)、及び、図１１に示すように、給電モジュール２の近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)を、インピーダンスアナライザ（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）によって測定している。また、測定実験１〜４では、金属異物の種類（アルミ、銅、鉄、空気電池（ニッケル・アルミ製））を変えて測定している。なお、測定実験１〜４では、安定回路７、充電回路８、及び、二次電池９に代えて、１００Ωの抵抗器（ＲL）を使用している。また、金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)を測定する際には、図１１に示す、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定している。
（測定実験１）
測定実験１では、入力インピーダンスＺin(T)、及び、入力インピーダンスＺin(W)、並びに、金属異物６０を、直径１２ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状のアルミ片Ａ、及び、直径９ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状のアルミ片Ｂにした場合の入力インピーダンスＺin(A)を、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定した。その測定結果を図１２に示す。
図１２の測定結果（アルミ片Ａ、ｄ２３＝３ｍｍ）を見ると、電源周波数を共振周波数ｆ0に設定した場合には、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも低いため、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、大きな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも大きくなってしまうことが分かる。
これに対して、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合（例えば、図１２のｆ(A)）、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高いため、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、小さな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも小さくなることが分かる。
上記測定結果によれば、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合、給電モジュール２の近辺に金属異物６０（アルミ片Ａ）がある状態における金属異物６０を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)の値は、入力インピーダンスＺin(T)、及び、入力インピーダンスＺin(W)よりも高い値を示す場合がある。そして、その場合、待機状態に比べて、一定電圧の下で流れる電流値は低くなり、給電モジュールにおける消費電力が下がるとともに、金属異物を含めた給電モジュール２に発生する過剰な熱を抑制することができることが分かる。
上記のように、電源周波数を共振周波数ｆ0に設定した場合には、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも低くなり、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、一定電圧の下、待機状態に比べて、大きな電流が流れることになる。しかし、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合には、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高くなる場合があり、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、一定電圧の下、待機状態に比べて、小さな電流が流れることになる。これは、図１２に示すように、給電モジュール２の近辺にアルミ片Ａが配置された場合、電源周波数に対する入力インピーダンスＺin(A)のピーク値は、入力インピーダンスＺin(W)におけるピーク値に比べて、高周波側にずれることによるものと推察できる。
また、上記傾向は、図１２に示すように、金属異物６０にアルミ片Ｂを使用した場合でも、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３を２ｍｍにした場合でも同様であった。
（測定実験２）
測定実験２では、入力インピーダンスＺin(T)、及び、入力インピーダンスＺin(W)、並びに、金属異物６０を、直径１２ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状の銅片Ａ、及び、直径９ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状の銅片Ｂにした場合の入力インピーダンスＺin(A)を、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定した。その測定結果を図１３に示す。
図１３の測定結果（銅片Ａ、ｄ２３＝３ｍｍ）を見ると、電源周波数を共振周波数ｆ0に設定した場合には、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ａ)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも低いため、給電モジュール２の近辺に銅片Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、大きな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺に銅片Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも大きくなってしまうことが分かる。
これに対して、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合（例えば、図１３のｆ(A)）、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ａ)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高いため、給電モジュール２の近辺に銅片Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、小さな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺に銅片Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも小さくなることが分かる。
また、上記傾向は、図１３に示すように、金属異物６０に銅片Ｂを使用した場合でも、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３を２ｍｍにした場合でも同様であった。上記測定実験２の結果も、測定実験１と同様の傾向であった。
（測定実験３）
測定実験３では、入力インピーダンスＺin(T)、及び、入力インピーダンスＺin(W)、並びに、金属異物６０を、直径１２ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状の鉄片Ａ、及び、直径９ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状の鉄片Ｂにした場合の入力インピーダンスＺin(A)を、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定した。その測定結果を図１４に示す。
図１４の測定結果（鉄片Ａ、ｄ２３＝３ｍｍ）を見ると、電源周波数を共振周波数ｆ0に設定した場合には、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ａ)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも低いため、給電モジュール２の近辺に鉄片Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、大きな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺に鉄片Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも大きくなってしまうことが分かる。
これに対して、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合（例えば、図１４のｆ(A)）、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ａ)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高いため、給電モジュール２の近辺に鉄片Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、小さな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺に鉄片Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも小さくなることが分かる。
また、上記傾向は、図１４に示すように、金属異物６０に鉄片Ｂを使用した場合でも、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３を２ｍｍにした場合でも同様であった。上記測定実験３の結果も、測定実験１と同様の傾向であった。
（測定実験４）
測定実験４では、入力インピーダンスＺin(T)、及び、入力インピーダンスＺin(W)、並びに、金属異物６０を、直径１１．６ｍｍφ、厚み５．４ｍｍの円柱形状の空気電池Ａ、及び、直径７．９ｍｍφ、厚み５．４ｍｍの円柱形状の空気電池Ｂにした場合の入力インピーダンスＺin(A)を、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定した。その測定結果を図１５に示す。
図１５の測定結果（空気電池Ａ、ｄ２３＝３ｍｍ）を見ると、電源周波数を共振周波数ｆ0に設定した場合には、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ａ)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも低いため、給電モジュール２の近辺に空気電池Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、大きな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺に空気電池Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも大きくなってしまうことが分かる。
これに対して、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合（例えば、図１５のｆ(A)）、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ａ)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。これによれば、正常充電状態では、入力インピーダンスＺinの値が最も低いため、一定電圧の下、無線電力伝送装置１に流れる電流値も高くなり、効率良く電力伝送されていることが分かる。一方、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ａ)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高いため、給電モジュール２の近辺に空気電池Ａが配置された場合、待機状態に比べて、一定電圧の下、小さな電流が流れることになる。即ち、給電モジュール２の近辺に空気電池Ａが配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態よりも小さくなることが分かる。
また、上記傾向は、図１５に示すように、金属異物６０に空気電池Ｂを使用した場合でも、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３を２ｍｍにした場合でも同様であった。上記測定実験４の結果も、測定実験１と同様の傾向であった。
（各入力インピーダンスＺin(A)、Ｚin(W)、Ｚin(T)の設計式）
上記測定実験１〜４から、図１２〜図１５に示されたように、給電モジュール２の近辺に金属異物６０が配置された場合、電源周波数に対する入力インピーダンスＺin(A)のピーク値は、入力インピーダンスＺin(W)におけるピーク値に比べて、高周波側にずれることが分かった。このため、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合には、入力インピーダンスＺin(A)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高くなる場合があり、給電モジュール２の近辺に金属異物６０が配置された場合、一定電圧の下、待機状態に比べて、小さな電流が流れることになる。
上記特性を踏まえて、本発明では、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した際に、設定した電源周波数に対する各入力インピーダンスＺinの関係が、入力インピーダンスＺin(A)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)の条件を満たすように設計される。
具体的には、正常充電状態における入力インピーダンスＺin(T)を求めるために、被給電機器１０を含む無線電力伝送装置１の構成を等価回路によって表すと図９に示すようになる。そして、図９の等価回路より、入力インピーダンスＺin(T)は、（式２）のように表記することができる。
・・・（式２）
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Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3、Ｚ4、ＺLは、それぞれ（式３）のように表記することができる。
・・・（式３）
次に、（式２）に（式３）を導入すると、（式４）のようになる。
・・・（式４）
また、待機状態における入力インピーダンスＺin(W)を求めるために、給電モジュール２の構成を等価回路によって表すと図１０に示すようになる。そして、図１０の等価回路より、入力インピーダンスＺin(W)は、（式５）のように表記することができる。
・・・（式５）
また、給電モジュール２の近辺に金属異物６０がある状態における金属異物６０を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)を求めるために、金属異物６０を含めた給電モジュール２の構成を等価回路によって表すと図１１に示すようになる。ここで、金属異物６０は、抵抗Ｒm、及び、コイルＬmを要素とするＲＬ回路に見立てている（給電共振器２２のコイルＬ2と金属異物６０のコイルＬmとの間の相互インダクタンスをＭ2m、コイルＬ2とコイルＬmとの間の結合係数をｋ2mとする）。そして、図１１の等価回路より、入力インピーダンスＺin(A)は、（式６）のように表記することができる。
・・・（式６）
上記より、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した際に、設定した電源周波数に対する各入力インピーダンスＺinの関係が、上記等価回路によって示された関係式（式４）〜（式６）に基づいて、入力インピーダンスＺin(A)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)の条件を満たすように設計される。
なお、上記等価回路によって示された関係式（式４）〜（式６）に基づいて、入力インピーダンスＺin(A)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)の条件を満たすように設計するために、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ1、Ｌ1、Ｃ1、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ2、Ｌ2、Ｃ2、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ3、Ｌ3、Ｃ3、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ4、Ｌ4、Ｃ4における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、相互インダクタンス、及び、結合係数ｋ12、ｋ23、ｋ34などが、設計・製造段階等で変更可能なパラメータとして用いられる。
（測定実験５）
上記では、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定した場合には、入力インピーダンスＺin(A)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高くなる場合があることを説明した。ここで、本発明では、上述したように、給電モジュール２の給電共振器２２から受電モジュール３の受電共振器３２に共振現象を利用した電力供給をする際に、給電共振器２２及び受電共振器３２の近辺に、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１又は磁界空間Ｇ２を形成可能としている。そして、磁界空間Ｇ１・Ｇ２を形成するためには、給電共振器２２及び受電共振器３２における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』を示すグラフが、二つのピーク帯域を有するように設定し、給電モジュール２に供給する電力の電源周波数を、二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数に設定することにより実現する。本実施形態では、図１〜図５に示すように、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界空間Ｇ１を形成するために、電源周波数を、二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する電源周波数に設定している。
このように、磁界空間Ｇ１を形成するために、電源周波数を、二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域（f(High P)）に対応する電源周波数した場合、測定実験１〜４の測定結果を示す図１２〜図１５に示すように、入力インピーダンスＺin(A)の値は、入力インピーダンスＺin(W)よりも高くなっていることが分かる。
測定実験５では、実際に、磁界空間Ｇ１を形成するために、電源周波数を、二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域（f(High P)）に対応する電源周波数に設定したときの、正常充電状態における無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺin(T)、待機状態における給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(W)、及び、給電モジュール２の近くに金属異物６０が配置された場合の金属異物６０を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺin(A)を測定する。
具体的には、測定実験１〜４で使用した無線電力伝送装置１を使用し、受電コイル３１に接続する被給電機器１０として、安定回路７、充電回路８、及び、二次電池９を接続する。また、印加する電圧は５Ｖ、電源周波数を、１０３０ｋＨｚ（f(High P)）に設定し、二次電池９の充電電流１２．５ｍＡにしている。また、使用する金属異物６０は、測定実験１〜４と同様に、アルミ、銅、鉄、空気電池（ニッケル・アルミ製）を使用している。また、正常充電状態における給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３は、３ｍｍで測定している。また、金属異物を含めた給電モジュール２の電流値を測定する際には、図１１に示す、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定している。その結果を図１６に示す。
図１６に示すように、電源周波数を１０３０ｋＨｚ（f(High P)）に設定し、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３を３ｍｍに設定した場合、入力インピーダンスＺin(W)は８４．１Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)は１１７．３Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ｂ)は、９６．８Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ａ)は１２１．０Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ｂ)は９６．８Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ａ)は９２．２Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ｂ)は８８．０Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ａ)は９４．４Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ｂ)は８６．０Ωであり、入力インピーダンスＺin(T)は６９．１Ωであった。
また、電源周波数を１０３０ｋＨｚ（f(High P)）に設定し、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３を３ｍｍに設定した場合、入力インピーダンスＺin(W)は８４．１Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ａ)は１６８．３Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(アルミ片Ｂ)は、１１０．６Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ａ)は１６２．６Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(銅片Ｂ)は１１０．６Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ａ)は１０１．９Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(鉄片Ｂ)は９０．０Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ａ)は１０１．９Ωであり、入力インピーダンスＺin(A)(空気電池Ｂ)は８８．０Ωであり、入力インピーダンスＺin(T)は５８．６Ωであった。
上記のように、金属異物６０を、アルミ、銅、鉄、空気電池のいずれにした場合でも、測定される各入力インピーダンスの関係は、入力インピーダンスＺin(A)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)であることが分かる。
上記より、磁界空間Ｇ１を形成するために、電源周波数を、二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域（f(High P)）に対応する周波数帯域に設定し、入力インピーダンスＺin(A)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)の関係性を満たした場合、正常充電状態における無線電力伝送装置１に流れる電流値 ＞ 待機状態における給電モジュール２に流れる電流値 ＞ 給電モジュール２の近くに金属異物６０が配置された場合の金属異物６０を含めた給電モジュール２に流れる電流値の関係になる。これにより、給電モジュール２の近辺に金属異物６０が配置された場合、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する熱が、待機状態・正常充電状態よりも小さくなることが分かる。
（効果）
上記構成によれば、給電モジュール２に供給する電力の電源周波数を、伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域（f(High P)）に対応する周波数帯域に設定し、金属異物配置時の入力インピーダンスＺin(A)＞待機状態時の入力インピーダンスＺin(W)＞正常充電時の入力インピーダンスＺin(T)の条件を満たすように無線電力伝送装置１を設計することにより、給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された場合であっても、入力インピーダンスＺin(A)が、入力インピーダンスＺin(W)及び入力インピーダンスＺin(T)よりも高くなるため、待機状態に比べて、金属異物６０を含めた給電モジュール２における電流値が低くなり、発熱や渦電流を抑制することができる。
また、無線電力伝送装置１を、上記関係式（式４）〜（式６）を満たす回路構成にすることにより、給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された場合であっても、入力インピーダンスＺin(A)が、入力インピーダンスＺin(W)及び入力インピーダンスＺin(T)よりも高くなるため、待機状態に比べて、給電モジュール２における電流値が低くなり、発熱や渦電流を抑制することができる。
（その他の実施形態１）
上記実施形態の説明では、特に制御機器（制御部）などを設けずに、電源周波数を共振周波数ｆ0よりも高周波側に設定し、給電モジュール２の近辺に金属異物６０が配置された場合、待機状態の入力インピーダンスＺin(W)に比べて、入力インピーダンスＺin(A)の値が高くなることで、一定電圧の下で流れる電流値を低くして、金属異物６０を含めた給電モジュール２に発生する過剰な熱を抑制する構成としている。
しかし、これに限らず、無線電力伝送装置１は、更に、入力インピーダンスを検出する検出器と、検出器が検出した入力インピーダンスが、入力インピーダンスＺin(W)よりも大きい値を示した場合、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断する制御部とを設けた構成にしてもよい。
具体的には、充電器１０１から無線式ヘッドセット１０２が備える二次電池９に対しての充電が行われず、待機状態にあるときの入力インピーダンスＺin(W)の範囲を予め測定しておき（例えば、制御部が備える記憶装置に、待機状態にあるときの入力インピーダンスＺin(W)の範囲を記憶させ、参照可能にしておく）、この範囲の入力インピーダンスＺinが検出器によって検出された場合には、充電に対して待機状態であると判断する。一方、検出器が検出した入力インピーダンスＺinが、待機状態にあるときの入力インピーダンスＺin(W)の範囲よりも大きい値を示す場合は、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断する。
また、制御部は、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断した場合、給電モジュール２に対する電力供給を停止するように制御してもよい。
更に、無線電力伝送装置１は、外部に報知する報知装置（アラーム、ランプ、ディスプレイ等）を備え、制御部は、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断した場合、報知装置によって給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあることを報知するようにしてもよい。例えば、報知装置が、アラーム装置であれば、警告音によって異常を報知し、ＬＥＤランプであれば、警告色を点灯、点滅させることにより異常を報知し、ディスプレイであれば、警告メッセージをディスプレイに表示することにより異常を報知する。
上記構成によれば、検出器が検出した入力インピーダンスが、入力インピーダンスＺin(W)よりも大きい値を示した場合、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断することができ、安全な電力供給を実現することができる。
また、制御部が、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断した場合、給電モジュール２に対する電力供給が停止されることによって、金属異物６０が給電共振器２２の近辺に配置された状態での電力供給による不具合（発熱・渦電流）の発生を未然に防止することができる。
また、制御部が、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあると判断した場合、報知装置によって外部に、給電共振器２２の近辺に金属異物６０が配置された状態にあることを報知することができる。
（その他の実施形態２）
また、上述した無線電力伝送装置１では、入力インピーダンスＺin(A)＞入力インピーダンスＺin(W)＞入力インピーダンスＺin(T)の関係性を満たした場合、正常充電状態における無線電力伝送装置１に流れる電流値 ＞ 待機状態における給電モジュール２に流れる電流値 ＞ 給電モジュール２の近くに金属異物６０が配置された場合の金属異物６０を含めた給電モジュール２に流れる電流値の関係になることを説明した。そこで、本発明では、更に、この電流値の関係を利用して、給電モジュール２に対する電力供給の開始・遮断を制御（電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御）することが可能な構成を提供する。
具体的には、図１７に示すように、無線電力伝送装置１において、給電モジュール２の給電コイル２１とＡＣ/ＤＣ電源２０との間に電源回路５を接続した構成にする。そして、電源回路５は、発振出力器１１、電流検出器１２、及び、比較回路１３を含む構成としている。
発振出力器１１は、電力の電源周波数を所定の値に設定する発振器（インバータ回路など）や、外部からの制御信号（後述するＯＮ制御信号、ＯＦＦ制御信号）によって給電モジュール２に対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能なスイッチング回路などにより構成されている。
電流検出器１２は、発振出力器１１から給電モジュール２に出力される電流値を検出可能な電流計である。なお、本実施形態では、電圧を測定することで電流値を測定している。
比較回路１３は、電流検出器１２で検出した第１電流値と予め設定した閾値とを比較し、第１電流値が閾値以上であると判断した場合、所定時間経過後、再度、電流検出器１２で検出した第２電流値と閾値とを比較し、第２電流値が閾値より小さいと判断した場合に、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力する比較器である。
ここで、閾値は、給電モジュール２から受電モジュール３に対して無線電力供給が行われている時に給電モジュール２に入力される電流値と、給電モジュール２から受電モジュール３に対して無線電力供給が行われていない時に給電モジュール２に入力される電流値との間に設けられる。
具体的には、上述したように、金属異物配置時の入力インピーダンスＺin(A)＞待機状態時の入力インピーダンスＺin(W)＞正常充電状態時の入力インピーダンスＺin(T)の条件を満たしているので、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われている時（正常充電状態）の電流値（伝送時入力電流値）＞待機状態にある時の電流値（待機時入力電流値）＞給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物が配置された時（異常状態）の電流値（金属異物配置時入力電流値）の関係を満たしている。そこで、本実施形態では、伝送時入力電流値と待機時入力電流値との間に閾値を設けている。なお、左記条件を満たす範囲ならば自由に閾値を設定することができる。
（電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御フロー）
次に、電源回路５が実行する電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御を、図１８のフローチャートにより説明する。
まず、電流検出器１２による最初の電流値（第１電流値）の検出を行う（Ｓ１１）。そして、比較回路１３は、検出した第１電流値が、前述した閾値（予め設定する）以上か否かを判断する（Ｓ１２）。
そして、検出した第１電流値が、閾値以上でない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１１に移行する。一方、検出した第１電流値が、閾値以上である場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、所定時間経過後、再度、電流検出器１２による電流値（第２電流値）の検出を行う（Ｓ１３）。
そして、比較回路１３は、検出した第２電流値が、前述した閾値より小さいか否かを判断する（Ｓ１４）。そして、検出した第２電流値が、閾値より小さくない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、即ち、第１電流値及び第２電流値がともに、閾値以上である場合、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器１１に出力する（Ｓ１５）。その結果、発振出力器１１は、給電モジュール２に対する電力供給を行う（スイッチング回路ＯＮ）。
一方、検出した第２電流値が、閾値より小さい場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、即ち、閾値以上であった電流値（第１電流値）から、所定時間を経て、閾値より小さい電流値（第２電流値）に低下した場合、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力する（Ｓ１６）。その結果、発振出力器１１は、給電モジュール２に対する電力供給を遮断する（スイッチング回路ＯＦＦ）。
上記の過程を繰り返すことにより電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。
上記無線電力伝送装置１によれば、電流値の変化を検出することにより、無線電力給電が正常に行われている状態（正常充電状態）から、待機状態、又は、給電共振器２２の近辺に金属異物が配置された状態に移行したか否かを判断し、正常充電状態から、待機状態、又は、給電共振器２２の近辺に金属異物が配置された状態に移行した場合には、発振出力器１１が、給電モジュール２に対する電力供給を遮断する構成にしている。これにより、消費電力を抑制することができる。
また、上記構成によれば、金属異物配置時入力インピーダンスＺin(A) ＞ 待機時入力インピーダンスＺin(W) ＞ 伝送時入力インピーダンスＺin(T)の条件を満たすように無線電力伝送装置１を設計することにより、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値 ＞ 給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュール２が電力伝送に対して待機状態にある時の待機時入力電流値 ＞ 給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された時の金属異物配置時入力電流値、の関係を満たすことができる。そして、伝送時入力電流値と待機時入力電流値との間に閾値を設けている。
この場合、給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された時の金属異物配置時入力電流値は、閾値よりも小さい値が検出されることから、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュール２が電力伝送に対して待機状態にある場合と同様に扱われる。
これにより、無線電力伝送装置１において、無線電力給電が行われている状態から給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された状態に移行した際は、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、金属異物６０が給電共振器２２の近辺に配置された状態での電力供給による不具合（発熱・渦電流）の発生を未然に防止することができる。
なお、上記では、給電モジュール２に対する電力供給の開始・遮断を制御することが可能な電源回路５に関して、電源周波数を、伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した無線電力伝送装置１に基づいて、説明したが、電源周波数を、伝送特性の二つのピーク帯域のうち低周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した場合にも適用可能である。
この場合、無線電力伝送装置１において、金属異物配置時入力インピーダンスＺin(A) ＜ 待機時入力インピーダンスＺin(W) ＜ 伝送時入力インピーダンスＺin(T)の関係性を持つと、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値 ＜ 給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュール２が電力伝送に対して待機状態にある時の待機時入力電流値 ＜ 給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された時の金属異物配置時入力電流値、の関係を持つことになるため、伝送時入力電流値と待機時入力電流値との間に閾値を設けることになる。また、比較回路１３は、電流検出器１２で検出した第１電流値と予め設定した閾値とを比較し、第１電流値が閾値以下であると判断した場合、所定時間経過後、再度、電流検出器１２で検出した第２電流値と閾値とを比較し、第２電流値が閾値より大きいと判断した場合に、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力するように設定する。
（その他の実施形態３）
また、上記製造方法の説明では、無線式ヘッドセット１０２を例示して説明したが、二次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、給電装置及び受電装置が備えるコイル間の共振及び電磁誘導を利用して電力伝送を行う無線電力伝送装置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
５ 電源回路
６ 交流電源
７ 安定回路
８ 充電回路
９ 二次電池
１０ 被給電機器
１１ 発振出力器
１２ 電流検出器
１３ 比較回路
２０ ＡＣ/ＤＣ電源
２１ 給電コイル
２２ 給電共振器
３１ 受電コイル
３２ 受電共振器
６０ 金属異物
１０２ 無線式ヘッドセット
１０１ 充電器

Claims (7)

  1. 給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有するように設定され、給電モジュールと受電モジュールとの間で共振現象を起こすことによって電力を供給する無線電力伝送装置であって、
    前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定し、
    前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、前記給電共振器と前記受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、前記給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、金属異物配置時入力インピーダンス＞待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことを特徴とする無線電力伝送装置。
  2. 前記給電モジュールは、少なくとも給電コイル及び前記給電共振器を有し、
    前記受電モジュールは、少なくとも前記受電共振器及び受電コイルを有し、
    前記給電コイルは、抵抗Ｒ1、コイルＬ1及びコンデンサＣ1を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ1とし、
    前記給電共振器は、抵抗Ｒ2、コイルＬ2及びコンデンサＣ2を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ2とし、
    前記受電共振器は、抵抗Ｒ3、コイルＬ3及びコンデンサＣ3を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ3とし、
    前記受電コイルは、抵抗Ｒ4、コイルＬ4及びコンデンサＣ4を要素とするＲＬＣ回路を備え、その合計のインピーダンスをＺ4とし、
    前記受電コイルから給電される機器の合計の負荷インピーダンスをＺLとし、
    前記給電コイルのコイルＬ1と前記給電共振器のコイルＬ2との間の相互インダクタンスをＭ12、
    前記給電共振器のコイルＬ2と前記受電共振器のコイルＬ3との間の相互インダクタンスをＭ23、
    前記受電共振器のコイルＬ3と前記受電コイルのコイルＬ4との間の相互インダクタンスをＭ34、
    前記給電共振器のコイルＬ2と前記金属異物のコイルＬmとの間の相互インダクタンスをＭ2mとし、
    前記給電コイル、前記給電共振器、前記受電共振器、及び、前記受電コイルを構成する複数の回路素子の各素子値、及び、前記相互インダクタンスをパラメータとし、前記金属異物を、抵抗Ｒm、及び、コイルＬmを要素とするＲＬ回路に見立て、
    前記金属異物配置時入力インピーダンス、前記待機時入力インピーダンス、及び、前記伝送時入力インピーダンスが下記設計式で示され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。
  3. 入力インピーダンスを検出する検出器と、
    前記検出器が検出した入力インピーダンスが、前記待機時入力インピーダンスよりも大きい値を示した場合、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断する制御部と、
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
  4. 前記制御部は、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断した場合、前記給電モジュールに対する電力供給を停止す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。
  5. 外部に報知する報知装置を備え、
    前記制御部は、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあると判断した場合、前記報知装置によって前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態にあることを報知す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。
  6. 給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有し、
    前記電源周波数が前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定された際における、前記給電モジュールと前記受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力インピーダンス、及び、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスの関係が、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たす無線電力伝送装置であって、
    前記給電モジュールに対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能な発振出力器と
    前記発振出力器から前記給電モジュールに入力される電流値を検出する電流検出器と、
    前記電流検出器で検出した第１電流値と、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われている時に前記給電モジュールに入力される電流値と前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われていない時に前記給電モジュールに入力される電流値との間に設定された閾値と、を比較し、前記電流検出器で検出した第１電流値が前記閾値以上であると判断した場合、その後、再度、前記電流検出器で検出した第２電流値と、前記閾値とを比較し、前記第２電流値が前記閾値より小さいと判断した場合に、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を前記発振出力器に出力する比較回路と、
    を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置。
  7. 前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、前記給電共振器と前記受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、前記給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、金属異物配置時入力インピーダンス＞待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことを特徴とする請求項６に記載の無線電力伝送装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6144176B2 (ja) 2013-10-15 2017-06-07 日東電工株式会社 磁界空間を形成可能な無線電力伝送装置及びその形成方法
CN110146927B (zh) 2019-05-16 2022-02-15 京东方科技集团股份有限公司 充电系统、异物检测方法及组件、充电控制方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013126307A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Equos Research Co Ltd 電力伝送システム

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4624768B2 (ja) 2004-11-29 2011-02-02 オリンパス株式会社 被検体内導入装置および被検体内導入システム
JP2011050140A (ja) 2009-08-26 2011-03-10 Sony Corp 非接触給電装置、非接触受電装置、非接触給電方法、非接触受電方法および非接触給電システム
JP2011211760A (ja) * 2010-03-26 2011-10-20 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触給電装置及び非接触充電システム
JP5427105B2 (ja) * 2010-05-14 2014-02-26 株式会社豊田自動織機 共鳴型非接触給電システム
US8742627B2 (en) 2011-03-01 2014-06-03 Tdk Corporation Wireless power feeder
JP5794056B2 (ja) * 2011-09-12 2015-10-14 ソニー株式会社 給電装置および給電システム
JP2013158188A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Equos Research Co Ltd 電力伝送システム
TWI587597B (zh) * 2012-02-17 2017-06-11 Ｌｇ伊諾特股份有限公司 無線電力傳輸器，無線電力接收器，以及無線電力傳輸系統的電力傳輸方法
JP5966538B2 (ja) * 2012-04-10 2016-08-10 ソニー株式会社 受電装置、受電装置の制御方法、および、給電システム
JP5865822B2 (ja) 2012-04-17 2016-02-17 日東電工株式会社 磁界空間の形成方法
JP2014155375A (ja) * 2013-02-12 2014-08-25 Nitto Denko Corp 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
JP6199058B2 (ja) * 2013-03-25 2017-09-20 日東電工株式会社 無線電力伝送によって電力供給される被給電機器の受電電圧制御方法、当該受電電圧制御方法によって調整された無線電力伝送装置、及び、その無線電力伝送装置の製造方法
JP6156726B2 (ja) * 2013-03-27 2017-07-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 給電装置および充電システム
JP2014209813A (ja) * 2013-04-16 2014-11-06 日東電工株式会社 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の発熱制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013126307A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Equos Research Co Ltd 電力伝送システム

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