WO2011070637A1 - 磁界共鳴送電装置、及び、磁界共鳴受電装置 - Google Patents

Abstract

　送電装置から受電装置へ磁界共鳴による電力伝送が行われる磁界共鳴ワイヤレス送電システムにおいて、電力伝送の効率を向上させる。　磁界共鳴ワイヤレス送電システム（１）における磁界共鳴送電装置（１０）は、共振コイル（１１）と、共振コイル（１１）に電力を供給して磁界を発生させる電力供給部（１２）と、共振コイル（１１）が発生する磁界を変化させる磁性体（１３）と、共振コイル（１１）と磁性体（１３）との位置関係を調整する位置調整部（１４）と、を有する。

Description

磁界共鳴送電装置、及び、磁界共鳴受電装置

　本件は、磁界共鳴によるワイヤレス送電に用いられる磁界共鳴送電装置、及び、磁界共鳴受電装置に関する。

　磁界共鳴によるワイヤレス送電を行う磁界共鳴ワイヤレス送電システムが存在する。磁界共鳴ワイヤレス送電システムは、共振コイルを備える送電装置と、共振コイルを備える受電装置とを有し、送電装置が備える共振コイルと、受電装置が備える共振コイルとが、同じ共振周波数を備えている。

　この送電装置の共振コイルに電力を供給して、共振コイルの共振周波数と同じ周波数の交流電流を流すと、送電装置の共振コイルと受電装置の共振コイルとの間で、磁界共鳴による電力伝送が行われ、受電装置の共振コイルに交流電流が流れる。このようにして、送電装置から受電装置へ電力の伝送がワイヤレスで行われる。

　ワイヤレス送電システムには、磁界共鳴ワイヤレス送電システムの他に、例えば、電波を用いたワイヤレス送電システムや、電磁誘導を用いたワイヤレス送電システムが存在する。これらの他の送電システムと比べて、磁界共鳴ワイヤレス送電システムは、例えば、次のようなメリットがある。磁界共鳴ワイヤレス送電システムは、電波を用いたワイヤレス送電システムに比べて、大電力の送電が可能である。また、磁界共鳴ワイヤレス送電システムは、電磁誘導を用いたワイヤレス送電システムに比べて、送電距離を長くすることが可能であり、さらに、送電装置及び受電装置の各共振コイルを小さくすることが可能である。

特開２００９－１５２８６２号公報 特開２００７－１４２０８８号公報 特開昭６２－１２６６０７号公報

　しかしながら、磁界共鳴ワイヤレス送電システムでは、製造ばらつきや、温度や湿度等の使用環境の変動や、外部の磁性体の影響等により、送電装置の共振コイルの共振周波数又は受電装置の共振コイルの共振周波数が、目的とする周波数からずれてしまう可能性があった。これにより、電力伝送の効率（エネルギー転送効率）が低下してしまう可能性があった。

　このような点に鑑み、電力伝送の効率を向上させた磁界共鳴送電装置、及び、磁界共鳴受電装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、以下のような磁界共鳴送電装置が提供される。
　この磁界共鳴送電装置は、共振コイルと、共振コイルに電力を供給して磁界を発生させる電力供給部と、共振コイルが発生する磁界を変化させる磁性体と、共振コイルと磁性体との位置関係を調整する位置調整部と、を有する。

　開示の磁界共鳴送電装置、及び、磁界共鳴受電装置によれば、電力伝送の効率を向上させることが可能となる。
　本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

第１の実施の形態に係る磁界共鳴ワイヤレス送電システムの一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る共振コイルの一例を示した等価回路図である。 第１の実施の形態に係る磁界共鳴ワイヤレス送電システムの電力伝送状態の一例を示したグラフである。 磁性体の特性を説明するモデル図である。 磁性体の特性を説明するモデル図である。 第２の実施の形態に係る磁界共鳴送電装置の一例を示した側面図である。 図６に対応する斜視図である。 第３の実施の形態に係る磁界シールドの設定方法の一例を示した図である。 第３の実施の形態に係る磁界シールドの設定方法の他の一例を示した図である。 第４の実施の形態に係る磁界共鳴送電装置の一例を示した側面図である。 第４の実施の形態に係る磁界共鳴送電装置の調整手順の一例を示したフローチャートである。 第５の実施の形態に係る磁界共鳴受電装置の一例を示した側面図である。 図１２に対応する斜視図である。 第５の実施の形態に係る磁界共鳴受電装置の調整手順の一例を示したフローチャートである。 第６の実施の形態に係る磁界共鳴ワイヤレス送電システムの調整手順の一例を示したシーケンス図である。

　以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
　［第１の実施の形態］
　図１は、第１の実施の形態に係る磁界共鳴ワイヤレス送電システムの一例を示す図である。

　磁界共鳴ワイヤレス送電システム１は、電力を伝送する磁界共鳴送電装置１０と、磁界共鳴送電装置１０から伝送された電力が供給される磁界共鳴受電装置２０とを有する。
　磁界共鳴送電装置１０は、共振コイル１１と、共振コイル１１に電力を供給して磁界を発生させる電力供給部１２と、共振コイル１１が発生する磁界を変化させる磁性体１３と、共振コイル１１と磁性体１３との位置関係を調整する位置調整部１４とを有する。

　共振コイル１１は、インダクタンスと容量とを備えるＬＣ共振回路を構成し、伝送周波数と同じ周波数の共振周波数を備えている。ここで、伝送周波数とは、磁界共鳴送電装置１０から磁界共鳴受電装置２０へ電力を伝送するために使用される周波数である。

　また、共振コイル１１では、容量は、共振コイル１１の浮遊容量により得られているが、共振コイル１１のコイル線間にコンデンサを設けることで得るようにしてもよい。共振コイル１１は、電力供給部１２から電力が供給されて交流電流が流れると、その周囲に磁界を発生する。共振コイル１１が発生する磁界は、流れる交流電流の周波数に応じて振動する。

　電力供給部１２は、共振コイル１１に電力を供給して、伝送周波数と同じ周波数の交流電流を共振コイル１１に発生させる。電力供給部１２は、例えば、交流電源と、これに接続されたコイルで構成され、電磁誘導を用いて共振コイル１１に電力を供給する。また、電力供給部１２は、交流電源で構成され、共振コイル１１に配線等により直接接続して電力を供給するものとしてもよい。

　磁性体１３には、例えば、プレート状又はシート状のフェライトが用いられる。磁性体１３は、共振コイル１１に対しての相対位置や、その形状に応じて、共振コイル１１が発生する磁界を変化させる。また、磁性体１３は、例えば、共振コイル１１が発生する磁界が外部の磁性体の影響を受けることを抑制し、又は、共振コイル１１が発生する磁界が外部の電子部品に影響を与えることを抑制するためのシールド材として機能することも可能である。

　位置調整部１４は、例えば、磁性体１３を回転させたり、磁性体１３を共振コイル１１に近づけたり遠ざけたりして、共振コイル１１と磁性体１３との位置関係を調整する。また、反対に、位置調整部１４は、共振コイル１１を回転させたり、共振コイル１１を磁性体１３に近づけたり遠ざけたりして、共振コイル１１と磁性体１３との位置関係を調整するものとしてもよい。

　次に、磁界共鳴受電装置２０は、共振コイル１１から電力が伝送される共振コイル２１と、共振コイル２１から電力を受給する電力受給部２２とを有する。
　共振コイル２１は、インダクタンスと容量とを備えるＬＣ共振回路を構成し、伝送周波数と同じ周波数の共振周波数を備える。即ち、共振コイル２１の共振周波数は、共振コイル１１の共振周波数と一致している。容量は、共振コイル２１の浮遊容量により得られているが、共振コイル２１のコイル線間にコンデンサを設けることで得るようにしてもよい。共振コイル２１には、共振コイル１１が発生した磁界の振動に応じて交流電流が発生する。

　電力受給部２２は、例えば、電力消費部又は電力蓄積部と、これに接続されたコイルで構成され、電磁誘導を用いて共振コイル２１から電力を受給する。また、電力受給部２２は、電力消費部又は電力蓄積部で構成され、共振コイル２１に配線等により直接接続して電力を受給するものとしてもよい。

　このように、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、共振コイル１１と共振コイル２１とがいずれも伝送周波数と同じ共振周波数を備えている。これにより、共振コイル１１に電力を供給して交流電流を流すと、共振コイル１１と共振コイル２１との間で、磁界共鳴による電力伝送が行われ、共振コイル２１に交流電流が流れる。

　これにより、共振コイル１１から共振コイル２１へ電力の伝送がワイヤレスで行われる。なお、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、電力伝送時における共振コイル１１と共振コイル２１との間の距離は、例えば、数１０ｃｍから２ｍ程度を想定している。

　図２は、第１の実施の形態に係る共振コイルの一例を示した等価回路図である。
　共振コイル１１，２１は、図２に示すように、インダクタンスＬと、容量Ｃとを備えるＬＣ共振回路を構成している。ＬＣ共振回路の共振周波数ｆは、次の式で表される。
ｆ＝ω／２π＝１／２π（ＬＣ）^1/2・・・（１）
　図３は、第１の実施の形態に係る磁界共鳴ワイヤレス送電システムの電力伝送状態の一例を示したグラフである。

　グラフの横軸は伝送周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は伝送電力（ｄＢ）を示す。ここで、伝送電力とは、共振コイル１１から共振コイル２１に伝送される電力である。
　特性１ａは、共振コイル１１及び共振コイル２１の共振周波数が目的とする周波数ｆ０と一致している場合の伝送電力特性を示す。この例では、ｆ０の値は１３．５６ＭＨｚである。特性１ｂは、共振コイル１１の共振周波数がｆ０であり、共振コイル２１の共振周波数がｆ０から＋５％分ずれている場合の伝送電力特性を示す。特性１ｃは、共振コイル１１の共振周波数がｆ０であり、共振コイル２１の共振周波数がｆ０に対して＋１０％分ずれている場合の伝送電力特性を示す。

　特性１ａに示されるように、伝送電力は、伝送周波数が共振コイル１１及び共振コイル２１の共振周波数と同じｆ０のときピーク値となる急峻な特性を備える。このように、伝送電力が急峻な特性を示すことで、電力伝送の効率を示すＱ値を大きくすることが可能となる。特性１ａでは、伝送周波数がｆ０のとき、伝送電力は約６ｄＢとなる。

　その一方、特性が急峻であるため、製造ばらつきや温度や湿度等の使用環境の変動や外部の磁性体の影響等により、共振コイル１１又は共振コイル２１の共振周波数が目的とする共振周波数からずれて特性が横軸方向にシフトした場合、伝送電力は大きく減少する。

　即ち、特性１ｂに示すように、共振コイル２１の共振周波数がｆ０から＋５％分ずれた場合、伝送周波数がｆ０のときの伝送電力は、約３ｄＢとなり、特性１ａの場合と比べて大幅に減少する。

　また、特性１ｃに示すように、共振コイル２１の共振周波数がｆ０から＋１０％分ずれた場合は、横軸方向のシフト量は少ないものの、伝送周波数がｆ０のときの伝送電力は、約０ｄＢとなり、特性１ａの場合と比べて大幅に減少する。

　このように、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、共振コイル１１の共振周波数又は共振コイル２１の共振周波数が目的とする周波数からずれてしまうと、電力伝送の効率が大幅に低下してしまう可能性がある。

　次に、磁性体１３の特性について説明する。
　図４及び図５は、磁性体の特性を説明するモデル図である。図４（Ａ）は、コイルが発生する磁界の様子を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）で示した磁界に、磁性体を配置した場合の磁界の様子を示している。図５は、図４（Ａ）、（Ｂ）の点線Ａ－Ａで示した場所での磁束の大きさを示している。なお、図５の位置Ｄは、図４（Ａ）、（Ｂ）の位置Ｄに対応している。

　図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、磁性体をコイルが発生する磁界に配置させると、コイルの鎖交磁束が変化する。鎖交磁束が増加すると、コイルのインダクタンスＬは上昇し、鎖交磁束が減少すると、コイルのインダクタンスＬは低下する。この例では、図５に示すように、磁性体により、鎖交磁束が減少して、コイルのインダクタンスＬが低下している様子が示されている。

　また、この鎖交磁束の量は、コイルと磁性体との相対位置の変化に応じて変化する。即ち、コイルと磁性体の距離が近づいたり遠ざかったりすると、コイルの鎖交磁束が増減し、その結果、インダクタンスＬも変化することになる。

　このようにして、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、磁性体１３が、共振コイル１１のインダクタンスＬを変化させる。さらに、共振コイル１１のインダクタンスＬは、共振コイル１１と磁性体１３との相対位置の変化に応じて変化する。

　以上、説明してきたように、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、共振コイル１１又は共振コイル２１の共振周波数が目的とする周波数からずれてしまうと、図３を用いて説明したように電力伝送の効率が低下してしまう可能性がある。

　一方で、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、位置調整部１４により磁性体１３の位置を調整することで、図４を用いて説明したように共振コイル１１のインダクタンスＬを変化させることが可能となる。共振コイル１１の共振周波数は、上述の式（１）で示される通り、インダクタンスＬの変化に応じて変化する。

　このため、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１は、位置調整部１４により磁性体１３の位置を調整することで、共振コイル１１の共振周波数を調整して目的とする周波数と一致させることが可能となる。

　このようにして、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１は、電力伝送の効率を向上させることが可能となる。
　さらに、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、上述した通り共振コイル１１の共振周波数の調整は磁性体１３の位置を調整することで行われるため、複雑な工程を施すことなく、共振周波数を調整することが可能となる。

　即ち、共振コイル１１の共振周波数を調整する方法としては、例えば、可変コンデンサを用いて共振コイル１１の容量Ｃを変えたり、共振コイル１１の形状を変更してインダクタンスＬを変えたりする方法も考えられる。しかしながら、これらの方法は、調整のための工程が大変複雑になってしまう。磁性体１３の位置を調整する方法は、これらの調整方法と比べて、大幅に簡単な工程で調整を行うことが可能となる。

　なお、磁界共鳴ワイヤレス送電システム１では、磁性体１３及び位置調整部１４は、磁界共鳴送電装置１０にのみ設けられているが、同様に、磁性体１３及び位置調整部１４を、磁界共鳴受電装置２０に設けてもよい。この場合は、共振コイル２１の共振周波数を調整して目的とする周波数と一致させることが可能となる。

　次に、第１の実施の形態の磁界共鳴送電装置１０をより具体的にした実施の形態を、第２の実施の形態として説明する。
　［第２の実施の形態］
　図６は、第２の実施の形態に係る磁界共鳴送電装置の一例を示した側面図である。図７は、図６に対応する斜視図である。なお、図７では、位置調整ネジ１４０及びフレーム１５０について図示を省略している。

　磁界共鳴送電装置１００ａは、共振コイル１１０と、共振コイル１１０に電磁誘導により電力を供給するコイル１２０と、コイル１２０に交流電流を発生させる交流電源１２１と、共振コイル１１０が発生する磁界を変化させる磁界シールド１３０とを有する。

　共振コイル１１０の材料には、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。共振コイル１１０には、例えば、直径３０ｃｍのスパイラル型コイルが用いられる。共振コイル１１０は、インダクタンスＬと容量Ｃとを備えるＬＣ共振回路を構成し、伝送周波数と同じ周波数の共振周波数を備えている。ここでは、容量Ｃは、共振コイル１１０のコイル線間にコンデンサ１１１を設けることで得られているが、コンデンサ１１１を用いずに、共振コイル１１０の浮遊容量により得るようにしてもよい。また、共振コイル１１０の共振周波数は、例えば、１０ＭＨｚである。

　さらに、共振コイル１１０は、コイル１２０から電磁誘導により電力が供給されて共振周波数と同じ周波数の交流電流が流れると、磁界共鳴受電装置側の共振コイル（図示せず）に向けて、磁界共鳴による電力伝送を行う。なお、図６の矢印１１２は、この電力伝送の方向を示すものである。

　交流電源１２１には、例えば、コルピッツ発振回路が用いられる。交流電源１２１は、コイル１２０と配線１２２を介して接続し、コイル１２０に、伝送周波数と同じ周波数、例えば、１０ＭＨｚの交流電流を発生させる。

　コイル１２０の材料には、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。コイル１２０の直径は、共振コイル１１０の直径よりも小さく、コイル１２０は、共振コイル１１０の内側に配置されている。コイル１２０の直径を共振コイル１１０よりも小さくすることで、コイル１２０が発生する磁界が、磁界共鳴による電力伝送に影響を与える割合を低減することが可能となる。

　コイル１２０は、交流電源１２１から交流電流が供給されると、電磁誘導により共振コイル１１０に電力を供給して、共振コイル１１０に交流電流を発生させる。ここで、コイル１２０に流れる交流電流の周波数と共振コイル１１０に発生する交流電流の周波数とは一致する。即ち、コイル１２０に伝送周波数と同じ周波数、例えば、１０ＭＨｚの交流電流が供給されると、共振コイル１１０には、伝送周波数と同じ周波数、例えば、１０ＭＨｚの交流電流が流れる。

　このように、共振コイル１１０には、配線等による電力供給ではなく、電磁誘導による電力供給が行われている。これにより、共振コイル１１０に、交流電源１２１や電力供給のための配線等による抵抗が付加されることを避けることができるため、損失が少なく高い共振Ｑを備えた共振コイル１１０を得ることが可能となる。

　磁界シールド１３０には、フェライト等を材料とした磁性体が用いられる。磁界シールド１３０は、共振コイル１１０の下方に位置している。即ち、磁界シールド１３０は、共振コイル１１０に対して、磁界共鳴による電力伝送が行われる側とは反対側に配置されている。磁界シールド１３０は、共振コイル１１０に対しての相対位置や、その形状に応じて、共振コイル１１０が発生する磁界を変化させて共振コイル１１０の共振周波数を変化させる。

　磁界シールド１３０は、さらに、共振コイル１１０が発生する磁界が外部の磁性体の影響を受けることを抑制し、さらに、共振コイル１１０が発生する磁界が外部の電子部品に影響を与えることを抑制する。なお、磁界シールド１３０の外周は、共振コイル１１０の外周よりも外側に位置する。即ち、磁界シールド１３０は共振コイル１１０よりも面積が大きい。

　さらに、磁界共鳴送電装置１００ａは、共振コイル１１０、コイル１２０及び磁界シールド１３０を支持しているフレーム１５０と、フレーム１５０に設けられ共振コイル１１０と磁界シールド１３０との位置関係を調整する位置調整ネジ１４０とを有する。

　位置調整ネジ１４０は、磁界シールド１３０の周辺部に対応して複数個設けられている。位置調整ネジ１４０は、回転することで、磁界シールド１３０を上昇又は下降させ、共振コイル１１０と磁界シールド１３０との相対位置を変化させる。

　複数の位置調整ネジ１４０を全て同じように回転させることで、磁界シールド１３０を矢印１４１に示すように並進移動させることができる。また、複数の位置調整ネジ１４０の一部を選択的に回転させることで、磁界シールド１３０を矢印１４２に示すように回転移動させて傾斜させることもできる。

　磁界共鳴送電装置１００ａは、さらに、共振コイル１１０に流れる電流を検出する電流センサ１６１と、共振コイル１１０が発生する磁界を検出する磁界センサ１６２と、電流センサ１６１が検出した電流及び磁界センサ１６２が検出した磁界を測定する測定器１６０とを有する。

　電流センサ１６１には、例えば、ホール素子が用いられる。電流センサ１６１は、共振コイル１１０を構成するコイル線をクランプするように配置される。磁界センサ１６２は、共振コイル１１０の上方、即ち、矢印１１２で示される磁界共鳴による電力伝送方向に配置されている。

　ここで、共振コイル１１０に流れる電流及び共振コイル１１０に発生する磁界は、共振コイル１１０の共振周波数が目的とする周波数に近いほど大きくなり、共振コイル１１０の共振周波数が目的とする周波数に一致したとき最大となる。即ち、測定器１６０の測定結果により、共振コイル１１０の共振周波数と目的とする周波数とのずれを検出することが可能となる。

　なお、磁界共鳴送電装置１００ａでは、電流センサ１６１と磁界センサ１６２との両方が設けられているが、どちらか一方のみを設けることとしてもよい。
　次に、磁界共鳴送電装置１００ａの調整手順について説明する。

　まず、交流電源１２１により、コイル１２０に、伝送周波数と同じ周波数の交流電流を発生させる。
　次に、測定器１６０により、共振コイル１１０に流れる電流又は共振コイル１１０に発生する磁界を測定する。

　次に、測定器１６０による測定結果が最大値に満たない場合、測定結果が最大値となるように、位置調整ネジ１４０を回転させて磁界シールド１３０の位置を調整する。
　このように調整することで、共振コイル１１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となる。

　以上、説明した通り、磁界共鳴送電装置１００ａでは、測定器１６０による測定結果に応じて、位置調整ネジ１４０を回転させて磁界シールド１３０の位置を調整することで、共振コイル１１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となる。

　これにより、磁界共鳴送電装置１００ａは、磁界共鳴による電力伝送の効率を向上させることが可能となる。
　さらに、磁界共鳴送電装置１００ａでは、上述した通り共振コイル１１０の共振周波数の調整は磁界シールド１３０の位置を調整することで行われるため、複雑な工程を施すことなく、共振周波数を調整することが可能となる。

　次に、第２の実施の形態の磁界共鳴送電装置１００ａの磁界シールド１３０の設定方法を、第３の実施の形態として説明する。
　［第３の実施の形態］
　図８は、第３の実施の形態に係る磁界シールドの設定方法の一例を示した図である。

　まず、組み合わせが可能な単位磁界シールド１３０ａにより構成された磁界シールドを準備する。そして、測定器１６０で測定される電流又は磁界が最大となるように、磁界シールドを構成する単位磁界シールド１３０ａの枚数を増減させる。ここで、単位磁界シールド１３０ａの枚数によって磁界シールドを通過する磁束が変化し、共振コイル１１０の共振周波数は変化する。

　このように調整することで、磁界シールド１３０が設定される。これにより、共振コイル１１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となる。
　図９は、第３の実施の形態に係る磁界シールドの設定方法の他の一例を示した図である。

　まず、形状や厚さ、又は透磁率の異なる複数種類の交換可能な磁界シールド１３０を用意する。そして、これらの複数の磁界シールド１３０を順次取り付けて、測定器１６０により測定を行う。そして、測定器１６０で測定される電流又は磁界が最大となる磁界シールド１３０を、複数の磁界シールド１３０の中から選択する。

　このようにして、磁界シールド１３０が設定される。これにより、共振コイル１１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となる。
　なお、第３の実施の形態の磁界シールド１３０の設定は、第２の実施の形態の共振コイル１１０の調整の前に行われる。

　次に、第１の実施の形態の磁界共鳴送電装置１０をより具体的にした他の実施の形態を、第４の実施の形態として説明する。
　［第４の実施の形態］
　図１０は、第４の実施の形態に係る磁界共鳴送電装置の一例を示した側面図である。

　磁界共鳴送電装置１００ｂは、第２の実施の形態の磁界共鳴送電装置１００ａに対して、測定器１６０に換えて、制御回路１７０と、複数のモータ１８０を設けたものである。
　複数のモータ１８０はそれぞれ、位置調整ネジ１４０に対応して設けられ、位置調整ネジ１４０を回転させる。

　制御回路１７０は、電流センサ１６１及び磁界センサ１６２と接続し、電流センサ１６１が検出した電流及び磁界センサ１６２が検出した磁界を測定する。さらに、制御回路１７０は、メモリ１７１を有し、測定した電流値及び磁界強度をメモリ１７１に記憶する。

　さらに、制御回路１７０は、複数のモータ１８０に接続し、各モータ１８０の動作を制御する。さらに、制御回路１７０は、交流電源１２１に接続し、交流電源１２１の電源供給を制御する。

　次に、磁界共鳴送電装置１００ｂの調整手順について説明する。
　図１１は、第４の実施の形態に係る磁界共鳴送電装置の調整手順の一例を示したフローチャートである。

　以下の処理は、例えば、磁界共鳴送電装置１００ｂと磁界共鳴受電装置との間で電力の伝送が実行される毎に開始される。
　［ステップＳ１０１］制御回路１７０が、モータ１８０を制御して、磁界シールド１３０の位置を初期位置に移動する。ここでは、初期位置は、共振コイル１１０から最も離れた位置に設定されている。

　［ステップＳ１０２］制御回路１７０が、交流電源１２１を制御して、コイル１２０に電力を供給する。
　［ステップＳ１０３］制御回路１７０が、電流センサ１６１が検出した共振コイル１１０の電流を測定する。なお、電流を測定する代わりに磁界センサ１６２が検出した共振コイル１１０が発生する磁界を測定してもよい。

　［ステップＳ１０４］制御回路１７０が、ステップＳ１０３の測定が１回目かどうかを判定する。１回目の場合、処理をステップＳ１０５に進める。１回目ではない場合、即ち、２回目以降の場合、処理をステップＳ１０６に進める。

　［ステップＳ１０５］制御回路１７０が、ステップＳ１０３で測定された電流値を、メモリ１７１に記憶する。
　［ステップＳ１０６］制御回路１７０が、ステップＳ１０３で測定された電流値が、メモリ１７１に記憶された前回の測定値よりも大きいかどうかを判定する。大きい場合、処理をステップＳ１０５に進める。大きくない場合、処理を終了する。又は、磁界シールド１３０の位置を前回の位置に戻した後、処理を終了する。

　［ステップＳ１０７］制御回路１７０が、モータ１８０を制御して、磁界シールド１３０の位置を、規定ステップ量並進移動させ、処理をステップＳ１０３に進める。ここでは、磁界シールド１３０は、共振コイル１１０に近づく方向に移動する。

　なお、上記処理を行った後、ステップＳ１０７の磁界シールド１３０の位置の移動を、並進移動から、より微小な調整が可能な回転移動に変えて、ステップＳ１０３からステップＳ１０７を繰り返してもよい。

　以上の処理を行うことで、共振コイル１１０の電流が最大となるように調整を行うことが可能となる。これにより、共振コイル１１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となる。

　次に、第１の実施の形態の磁界共鳴受電装置２０をより具体的にした実施の形態を、第５の実施の形態として説明する。
　［第５の実施の形態］
　図１２は、第５の実施の形態に係る磁界共鳴受電装置の一例を示した側面図である。図１３は、図１２に対応する斜視図である。なお、図１３では、フレーム２５０、制御回路２４０、及びバッテリ２６０については図示を省略している。

　磁界共鳴受電装置２００は、磁界共鳴送電装置の共振コイル（図示せず）から電力が伝送される共振コイル２１０と、共振コイル２１０から電力を受給するコイル２２０とを有する。

　共振コイル２１０の材料には、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。共振コイル２１０には、例えば、直径３０ｃｍのスパイラル型コイルが用いられる。共振コイル２１０は、インダクタンスＬと容量Ｃとを備えるＬＣ共振回路を構成し、伝送周波数と同じ周波数の共振周波数を備えている。ここでは、容量Ｃは、共振コイル２１０のコイル線間にコンデンサ２１１を設けることで得られているが、コンデンサ２１１を用いずに、共振コイル２１０の浮遊容量により得るようにしてもよい。また、共振コイル２１０の共振周波数は、例えば、１０ＭＨｚである。

　さらに、共振コイル２１０には、磁界共鳴送電装置の共振コイルから磁界共鳴により電力が伝送されると、伝送周波数と同じ周波数の交流電流が流れる。なお、図１２の矢印２１２は、電力伝送の方向を示すものである。

　コイル２２０の材料には、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。コイル２２０の直径は、共振コイル２１０の直径よりも小さく、コイル２２０は、共振コイル２１０の内側に配置されている。コイル２２０の直径を共振コイル２１０よりも小さくすることで、コイル２２０が発生する磁界が、磁界共鳴による電力伝送に影響を与える割合を低減することが可能となる。

　コイル２２０は、共振コイル２１０に交流電流が流れると、電磁誘導により共振コイル２１０から電力を受給して、交流電流を発生する。このように、共振コイル２１０からの電力の受給は、配線等によるものではなく、電磁誘導により行われている。これにより、共振コイル２１０に、抵抗が付加されることを避けることができるため、損失が少なく高い共振Ｑを備えた共振コイル２１０を得ることが可能となる。

　さらに、磁界共鳴受電装置２００は、共振コイル２１０が発生する磁界を変化させる磁界シールド２３０と、磁性体２３１とを有する。
　磁界シールド２３０には、フェライト等の磁性材料が用いられる。磁界シールド２３０は、共振コイル２１０の下方に位置している。即ち、磁界シールド２３０は、共振コイル２１０に対して、磁界共鳴による電力伝送が行われる側とは反対側に配置されている。磁界シールド２３０は、共振コイル２１０に対しての相対位置や、その形状に応じて、共振コイル２１０が発生する磁界を変化させて共振コイル２１０の共振周波数を変化させる。

　磁界シールド２３０は、さらに、共振コイル２１０が発生する磁界が外部の磁性体の影響を受けることを抑制し、さらに、共振コイル２１０が発生する磁界が外部の電子部品に影響を与えることを抑制する。

　磁性体２３１の材料には、フェライトが用いられる。さらに、磁性体２３１は、回転機構２３２を備えている。回転機構２３２には、例えば、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）、ピエゾ素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の微細機構が用いられる。回転機構２３２により、磁性体２３１は、矢印２３３に示すように回転する。

　磁性体２３１は、共振コイル２１０と磁界シールド２３０との間に位置するように、磁界シールド２３０の上方に搭載されている。磁性体２３１は、共振コイル２１０に対しての相対位置や、その形状に応じて、共振コイル２１０が発生する磁界を変化させて共振コイル２１０の共振周波数を変化させる。

　さらに、磁界共鳴受電装置２００は、共振コイル２１０、コイル２２０、及び、磁界シールド２３０を支持しているフレーム２５０を有する。
　さらに、磁界共鳴受電装置２００は、コイル２２０に発生した交流電流を整流する整流回路２５０と、整流回路２５０で整流された電流により電力を蓄積するバッテリ２６０と、整流回路２５０で整流された電流（電力）を測定する制御回路２４０とを有する。

　ここで、コイル２２０に流れる電流は、共振コイル２１０の共振周波数が目的とする周波数に近いほど大きくなり、共振コイル２１０の共振周波数が目的とする周波数に一致したとき最大となる。

　制御回路２４０は、メモリ２４１を有し、測定した電流値をメモリ２４１に記憶する。さらに、制御回路２４０は、磁性体２３１の回転機構２３２に接続し、回転機構２３２の動作を制御する。

　次に、磁界共鳴受電装置２００の調整手順について説明する。
　図１４は、第５の実施の形態に係る磁界共鳴受電装置の調整手順の一例を示したフローチャートである。

　以下の処理は、例えば、磁界共鳴送電装置と磁界共鳴受電装置２００との間で電力の伝送が実行される毎に開始される。
　［ステップＳ２０１］制御回路２４０が、磁性体２３１の回転機構２３２を制御して、磁性体２３１の位置を初期位置に移動する。ここでは、初期位置は、共振コイル２１０から最も離れた位置に設定されている。即ち、磁性体２３１は、共振コイル２１０と並行状態となるように配置されている。

　［ステップＳ２０２］制御回路２４０が、整流回路２５０で整流された電流を測定する。
　［ステップＳ２０３］制御回路２４０が、ステップＳ２０２の測定が１回目かどうかを判定する。１回目の場合、処理をステップＳ２０４に進める。１回目ではない場合、即ち、２回目以降の場合、処理をステップＳ２０５に進める。

　［ステップＳ２０４］制御回路２４０が、ステップＳ２０２で測定された電流値を、メモリ２４１に記憶する。
　［ステップＳ２０５］制御回路２４０が、ステップＳ２０２で測定された電流値が、メモリ２４１に記憶された前回の測定値よりも大きいかどうかを判定する。大きい場合、処理をステップＳ２０４に進める。大きくない場合、処理を終了する。又は、磁性体２３１の位置を前回の位置に戻した後、処理を終了する。

　［ステップＳ２０６］制御回路２４０が、磁性体２３１の回転機構２３２を制御して、磁性体２３１の位置を、規定ステップ量回転させ、処理をステップＳ２０２に進める。
　以上の処理を行うことで、共振コイル２１０の電流が最大となるように調整を行うことが可能となる。これにより、共振コイル２１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となる。

　このように、磁界共鳴受電装置２００では、磁界シールド２３０とは別に設けられた微細な回転機構２３２を備える磁性体２３１を用いて、共振コイル２１０の共振周波数を調整している。

　このため、磁界シールド２３０そのものの位置を調整する場合に比べて、機構を小さくすることが可能となる。これにより、磁界共鳴受電装置２００を、小型化が求められる携帯電話機等の電子機器に搭載することで、電子機器の小型化と電力伝送の効率の向上とを両立させることが可能となる。

　さらに、この構成によれば、磁界シールド２３０そのものの位置を調整する場合に比べて、より細かい調整を行うことが可能となり、より精度の高い調整を行うことが可能となる。

　なお、第５の実施の形態では、磁界共鳴受電装置を対象として説明を行っているが、第５の実施の形態の共振周波数の設定方法を、磁界共鳴送電装置に適用することも可能である。

　例えば、第５の実施の形態の共振周波数の設定方法を、第４の実施の形態の磁界共鳴送電装置１００ｂに適用し、磁界共鳴受電装置２００のような回転機構を備える磁性体２３１を、磁界シールド１３０上に設け、この磁性体２３１の回転機構を制御回路１７０により制御するようにしてもよい。

　また、第５の実施の形態の磁界共鳴受電装置２００に、第２の実施の形態の共振周波数の調整方法を適用することも可能である。
　例えば、磁界共鳴受電装置２００の磁界シールド２３０に対して、第２の実施の形態の磁界共鳴送電装置１００ａのような位置調整ネジ１４０を設け、この位置調整ネジ１４０により磁界シールド２３０の位置を調整することとしてもよい。

　また、第５の実施の形態の磁界共鳴受電装置２００の磁界シールド２３０に、第３の実施の形態のような磁界シールドの調整方法を適用することとしてもよい。
　また、第５の実施の形態の磁界共鳴受電装置２００に、第４の実施の形態の共振周波数の調整方法を適用することも可能である。

　例えば、磁界共鳴受電装置２００の磁界シールド２３０に、第３の実施の形態の磁界共鳴送電装置１００ｂのような位置調整ネジ１４０及びモータ１８０を設け、このモータ１８０を制御回路２４０により制御し、磁界シールド２３０の位置を調整することとしてもよい。

　次に、磁界共鳴ワイヤレス送電システムにおける、磁界共鳴送電装置及び磁界共鳴受電装置の調整手順について、第６の実施の形態として説明する。
　［第６の実施の形態］
　図１５は、第６の実施の形態に係る磁界共鳴ワイヤレス送電システムの調整手順の一例を示したシーケンス図である。

　第６の実施の形態では、磁界共鳴送電装置に第４の実施の形態の磁界共鳴送電装置１００ｂを用い、磁界共鳴受電装置に第５の実施の形態の磁界共鳴受電装置２００を用いた場合を例にして説明する。ここでは、磁界共鳴送電装置１００ｂと、磁界共鳴受電装置２００とは、通信が可能な構造を備えていることとする。

　［ステップＳ３０１］磁界共鳴送電装置１００ｂが、磁界共鳴受電装置２００の検知処理を実行する。
　［ステップＳ３０２］磁界共鳴送電装置１００ｂが、磁界共鳴受電装置２００を検知すると、磁界共鳴受電装置２００に検知したことを通知する。

　［ステップＳ３０３］磁界共鳴受電装置２００が、磁界共鳴受電装置２００の検知処理を実行する。
　［ステップＳ３０４］磁界共鳴受電装置２００が、磁界共鳴送電装置１００ｂを検知すると、磁界共鳴送電装置１００ｂに検知したことを通知する。

　［ステップＳ３０５］磁界共鳴送電装置１００ｂが、図１１に示した共振コイル１１０の共振周波数の調整処理を実行する。
　［ステップＳ３０６］共振コイル１１０の共振周波数の調整処理が完了すると、磁界共鳴送電装置１００ｂが、磁界共鳴受電装置２００に調整完了を通知する。

　［ステップＳ３０７］磁界共鳴受電装置２００が、図１４に示した共振コイル２１０の共振周波数の調整処理を実行する。なお、ここで、図１４に示した調整処理のうち、ステップＳ２０１の磁性体２３１の位置の初期化については、ステップＳ３０４の直後に予め実行していてもよい。

　［ステップＳ３０８］共振コイル２１０の共振周波数の調整処理が完了すると、磁界共鳴受電装置２００が、磁界共鳴送電装置１００ｂに調整完了を通知して処理を終了する。
　［ステップＳ３０９］磁界共鳴受電装置２００が、磁界共鳴による電力伝送を開始して処理を終了する。

　以上の処理を行うことで、共振コイル１１０，２１０の共振周波数を目的とする周波数に調整することが可能となり、電力伝送の効率を向上させることが可能となる。
　上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

　１　磁界共鳴ワイヤレス送電システム
　１０　磁界共鳴送電装置
　１１，２１　共振コイル
　１２　電力供給部
　１３　磁性体
　１４　位置調整部
　２０　磁界共鳴受電装置
　２２　電力受給部

Claims (11)

1. 　共振コイルと、
   　前記共振コイルに電力を供給して磁界を発生させる電力供給部と、
   　前記共振コイルが発生する磁界を変化させる磁性体と、
   　前記共振コイルと前記磁性体との位置関係を調整する位置調整部と、
   　を有することを特徴とする磁界共鳴送電装置。
2. 　前記共振コイルに流れる電流を検出する電流センサ又は前記共振コイルに発生する磁界を検出する磁界センサを有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の磁界共鳴送電装置。
3. 　前記電流センサが検出した電流又は前記磁界センサが検出した磁界の大きさに基づいて、前記位置調整部を制御する制御回路を有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の磁界共鳴送電装置。
4. 　前記磁性体には、前記共振コイルよりも面積の大きい磁界シールドが用いられ、
   　前記磁界シールドは、組み合わせが可能な単位磁界シールドにより構成されていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の磁界共鳴送電装置。
5. 　前記磁性体には、磁界シールドが用いられ、
   　前記磁界シールドは、透磁率の異なる他の磁界シールドに交換可能な構造を備えることを特徴とする請求の範囲第３項記載の磁界共鳴送電装置。
6. 　前記磁性体は、前記共振コイルに対して、磁界共鳴による電力伝送が行われる側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項から５項のいずれか１項に記載の磁界共鳴送電装置。
7. 　前記位置調整部は、前記磁性体を、前記共振コイルに対して並進移動させることを特徴とする請求の範囲第１項から６項のいずれか１項に記載の磁界共鳴送電装置。
8. 　前記位置調整部は、前記磁性体を、回転移動させることを特徴とする請求の範囲第１項から７項のいずれか１項に記載の磁界共鳴送電装置。
9. 　共振コイルと、
   　前記共振コイルから電力を受給する電力受給部と、
   　前記共振コイルが発生する磁界を変化させる磁性体と、
   　前記共振コイルと前記磁性体との位置関係を調整する位置調整部と、
   　を有することを特徴とする磁界共鳴受電装置。
10. 　前記電力受給部が受給した電力の大きさに基づいて、前記位置調整部を制御する制御回路を有することを特徴とする請求の範囲第９項記載の磁界共鳴受電装置。
11. 　前記磁性体及び前記位置調整部が載置された磁界シールドを有することを特徴とする請求の範囲第９項又は１０項記載の磁界共鳴受電装置。

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