WO2014171163A1 - 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 - Google Patents

Abstract

　給電モジュール２から、定電流・定電圧充電方式により充電可能なリチウムイオン二次電池９を含む被給電機器１０が接続された受電モジュール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の発熱制御方法に関して、給電モジュール２、及び、受電モジュール３が有するコイル間における結合係数の値を調整することにより、定電圧充電時における充電時間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の値の変化量である負荷変動特性を調整し、無線電力伝送装置の発熱を制御できるようにする。

Description

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

　本発明は、無線電力伝送装置の発熱を制御可能な、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）。

　また、充電池（例えば、リチウムイオン二次電池など）を充電する方式に関しては、定電流定電圧充電方式が知られている。そして、上記無線による電力伝送を行う無線電力伝送装置によって、リチウムイオン二次電池を定電流定電圧充電方式によって充電する場合、定電流充電から定電圧充電に移行したときに、充電池に供給される電流値が減衰し、充電池を含めた被給電機器（充電池、安定回路、充電回路などが含まれる）の負荷インピーダンスの値が上がることになる。

　そうすると、被給電機器を含めた無線電力伝送装置全体の入力インピーダンスも変動することになるが、この定電圧充電時における充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量を大きくすることができれば、所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力電流値の変化量を大きくして、定電流充電から定電圧充電に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置の過剰な発熱を抑制することができる。即ち、定電流充電から定電圧充電に移行した際の無線電力伝送装置の過剰な発熱を抑制するために、定電圧充電時における充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整可能とすることが求められる。

　この点、負荷変動特性を調整可能とするために、別個にインピーダンス整合器を設けることが考えられる。

特許第４６２４７６８号公報 特開２０１０－２３９７６９号公報

　しかしながら、別個にインピーダンス整合器を設けることは、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、無線電力伝送装置（給電装置及び受電装置）に新たな機器を追加せずに、負荷変動特性を調整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、定電流充電から定電圧充電に移行した際の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整し、もって無線電力伝送装置の発熱を制御できるようにした発熱制御方法等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、給電モジュールから、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池を含む被給電機器が接続され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発熱制御方法であって、
　前記給電モジュール、及び、前記受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を調整することにより、前記定電圧充電時における充電時間に対する当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整することを特徴としている。

　上記方法によれば、磁界を変化させて電力を供給する無線電力伝送装置を使用して、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池に充電を行う場合に、定電流充電から定電圧充電に移行した際における充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を、給電モジュール、及び、受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を変えることにより調整することができる。
　これにより、負荷変動特性を大きくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量が大きくなるため、前記所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力電流値の変化量が大きくなる。そして、無線電力伝送装置の入力電流値の変化量を大きくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置（給電モジュール及び受電モジュール）の過剰な発熱を抑制することができる。
　逆に、負荷変動特性を小さくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量が小さくなるため、前記所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力電流値の変化量が小さくなる。そして、無線電力伝送装置の入力電流値の変化量を小さくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における短時間での急な無線電力伝送装置（給電モジュール及び受電モジュール）の温度変化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、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、且つ、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池を含む被給電機器が接続され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発熱制御方法であって、
　前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数、前記給電共振器と前記受電共振器との間の結合係数、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数の少なくとも一つを調整することにより、前記定電圧充電時における充電時間に対する当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整することを特徴としている。

　上記方法によれば、共振現象によって電力を供給する無線電力伝送装置を使用して、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池に充電を行う場合に、定電流充電から定電圧充電に移行した際における充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を、給電コイルと給電共振器との間の結合係数、給電共振器と受電共振器との間の結合係数、及び、受電共振器と受電コイルとの間の結合係数の少なくとも一つを変えることにより調整することができる。
　これにより、負荷変動特性を大きくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量が大きくなるため、前記所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力電流値の変化量が大きくなる。そして、無線電力伝送装置の入力電流値の変化量を大きくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置（給電コイル、給電共振器、受電共振器、受電コイル）の過剰な発熱を抑制することができる。
　逆に、負荷変動特性を小さくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量が小さくなるため、前記所定の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力電流値の変化量が小さくなる。そして、無線電力伝送装置の入力電流値の変化量を小さくすれば、定電流充電から定電圧充電に移行した際における短時間での急な無線電力伝送装置（給電コイル、給電共振器、受電共振器、受電コイル）の温度変化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の発熱制御方法において、前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数を大きくすることにより、前記負荷変動特性を大きくすることを特徴としている。

　上記方法によれば、給電コイルと給電共振器との間の結合係数を大きくすることにより、負荷変動特性を大きくすることができる。

　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発熱制御方法において、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数を大きくすることにより、前記負荷変動特性を大きくすることを特徴としている。

　上記方法によれば、受電共振器と受電コイルとの間の結合係数を大きくすることにより、負荷変動特性を大きくすることができる。

　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発熱制御方法において、前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数を大きくすることにより、前記負荷変動特性を大きくすることを特徴としている。

　上記方法によれば、給電コイルと給電共振器との間の結合係数、及び、受電共振器と受電コイルとの間の結合係数を大きくすることにより、負荷変動特性を大きくすることができる。

　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発熱制御方法において、前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数、前記給電共振器と前記受電共振器との間の結合係数、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数の値は、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、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離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、給電コイルと給電共振器との間の結合係数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、給電共振器と受電共振器との間の結合係数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、受電共振器と受電コイルとの間の結合係数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、負荷変動特性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発熱制御方法において、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双峰性の特性を有するように、前記給電モジュール及び前記受電モジュールを構成する可変可能なパラメータを設定することにより、
　前記駆動周波数を調整することによって、前記定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の増減傾向を調整できるようにしたことを特徴としている。

　上記方法によれば、無線電力伝送装置を双峰性の特性を有するように設定することで、双峰性の特性を有するように設定された無線電力伝送装置に供給する電力の駆動周波数を調整することによって、定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の増減傾向を設定して当該無線電力伝送装置の入力電流の増減傾向を調整し、もって無線電力伝送装置の発熱の制御をすることができるようになる。

　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発熱制御方法において、前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数を、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける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、又は、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける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に設定し、前記定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値が増加傾向になるように調整することを特徴としている。

　上記方法によれば、給電モジュールに供給する電力の駆動周波数を、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に現れる伝送特性のピーク値に対応する帯域、又は、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に設定することにより、定電圧充電時における無線電力伝送装置の入力インピーダンス値が増加傾向になるように調整することができる。これにより、定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力電流を低減させて、もって無線電力伝送装置の発熱を低減させることができる。

　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発熱制御方法において、前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数を、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける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と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との間の谷間に対応する帯域に設定し、前記定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値が維持又は低下傾向になるように調整することを特徴としている。

　上記方法によれば、給電モジュールに供給する電力の駆動周波数を、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に現れる伝送特性のピーク値と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との間の谷間に対応する帯域に設定することにより、定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値が維持又は低下傾向になるように調整することができる。これにより、定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力電流を維持又は増加させることができる。

　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発熱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る。

　上記構成によれば、無線電力伝送装置の発熱の制御を、給電モジュール、及び、受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を調整することにより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、無線電力伝送装置の発熱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、給電モジュールから、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池を含む被給電機器が接続され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、
　前記給電モジュール、及び、前記受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を調整することにより、前記定電圧充電時における充電時間に対する当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整する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発熱の制御を、給電モジュール、及び、受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を調整することにより実現可能な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、無線電力伝送装置の発熱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。

　新たな機器を追加せずに、定電流充電から定電圧充電に移行した際の充電時間に対する無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整し、もって無線電力伝送装置の発熱を制御できるようにした発熱制御方法等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。 無線電力伝送装置の等価回路の説明図である。 リチウムイオン二次電池の充電特性を示すグラフである。 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。 駆動周波数に対する入力インピーダンスＺ_inの関係を示したグラフである。 測定実験１－１に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験１－２に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験１－３に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験２－１及び測定実験２－２に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験２－３及び測定実験２－４に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験２－５に係る測定結果を示すグラフである。 測定実験２－５に係る給電コイルの表面温度の測定結果である。 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。

　（実施形態）
　以下に本発明に係る無線電力伝送装置、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の実施形態について説明する。まず、本実施形態で使用す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を介してリチウムイオン二次電池９を接続している。なお、本実施形態では、安定回路７、充電回路８、及び、リチウムイオン二次電池９は、被給電機器１０に相当する。

　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２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部分は、銅線材（絶縁被膜付）を使用して、コイル径を１５ｍｍφ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Ｚ₁とし、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としている。また、給電コイル２１に流れる電流をＩ₁する。なお、電流Ｉ₁は、無線電力伝送装置１に入力される入力電流Ｉ_inと同義である。

　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を介してリチウムイオン二次電池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２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部分は、銅線材（絶縁被膜付）を使用して、コイル径１１ｍｍφ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Ｚ₄とし、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としている。また、受電コイル３１に接続された被給電機器１０の合計のインピーダンスをＺ_Lとしている。また、受電コイル３１に流れる電流をＩ₄としている。なお、被給電機器１０の合計のインピーダンスをＺ_Lとしているが、便宜的にＲ_Lと置き換えてもよい。

　給電共振器２２は、図２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２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としている。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としている。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、９７０ｋＭＨｚとしている。
　

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式１）

　また、給電共振器２２は、銅線材（絶縁被膜付）により構成したコイル径１５ｍｍφ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、銅線材（絶縁被膜付）により構成したコイル径１１ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。また、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２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、無線電力伝送装置１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と表記している。

　なお、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、及び、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄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４）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。

　なお、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及びリチウムイオン二次電池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り、無線電力伝送装置１に印加する電圧を電圧Ｖ_in、無線電力伝送装置１に入力する電流をＩ_inとしている。

　更に、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２に示すようになる。そして、図２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、Ｚ_L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）

　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。そして、受電共振器３２で受電された電力が受電コイル３１、安定回路７及び充電回路８を介してリチウムイオン二次電池９に給電されて充電される。

　（無線電力伝送装置の発熱制御方法）
　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の発熱制御方法について説明する。

　まず、本実施形態に係る無線電力伝送装置１を使用した電力の給電先であるリチウムイオン二次電池９の充電時における充電特性を踏まえた、無線電力伝送装置１の温度上昇のメカニズム、及び、その対処方法について説明する。

　本実施形態では、電力が給電される被給電機器１０の一つとしてリチウムイオン二次電池９を使用している。そして、一般的に、リチウムイオン二次電池９を充電するには、定電流定電圧充電方式が使用されている。この定電流定電圧充電方式によるリチウムイオン二次電池９の充電では、図３のリチウムイオン二次電池９の充電特性に示すように、充電を開始してからしばらくの間は、リチウムイオン二次電池９に対して定電流(Ｉ_ch)による充電が行われる（ＣＣ：コンスタントカレント）。そして、定電流による充電が行われている間にリチウムイオン二次電池９に印加される電圧(Ｖ_ch)が、所定の上限電圧（本実施形態では、４．２Ｖ）まで上昇する。電圧(Ｖ_ch)が上限電圧まで上昇すると、その上限電圧に保持されたまま定電圧による充電が行われる（ＣＶ：コンスタントボルテージ）。定電圧（ＣＶ）による充電が行われると、リチウムイオン二次電池９に入力される電流値(Ｉ_ch)が減衰していき、所定の電流値、又は、所定時間経過後に充電完了となる。

　そして、リチウムイオン二次電池９に入力される電流値(Ｉ_ch)が減衰するのに伴い、リチウムイオン二次電池９を含めた被給電機器１０の負荷インピーダンスの値が上がることになる。

　そうすると、被給電機器１０を含めた無線電力伝送装置１全体の入力インピーダンスＺ_inも変動することになる。

　ここで、無線電力伝送装置１で発生する熱エネルギーＪ（発熱量）は、無線電力伝送装置１に電圧Ｖ_inを加え、電流Ｉ_inをｔ秒（sec）流したとすれば、（式５）より求められる（ジュールの法則）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式５）

　そして、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６）のように示せる（図１参照）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式６）

　そして、本実施形態のように、交流電源６によって無線電力伝送装置１に印加する電圧Ｖ_inが一定に保持されるため（本実施形態では実効値５Ｖ）、（式５）に（式６）を代入すれば、（式７）の関係式で表せる。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式７）

　そして、無線電力伝送装置１で発生する発エネルギーＪが大きくなれば、無線電力伝送装置１を構成する電子部品の寿命を縮めることになってしまため、無線電力伝送装置１で発生する熱エネルギーＪを抑制することが求められる。

　上記（式７）より、定電圧充電時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れば、無線電力伝送装置１に対する入力電流Ｉ_inの値も小さくなるため（式６参照）、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行した際の無線電力伝送装置１の発熱量（無線電力伝送装置１で発生する熱エネルギーＪ）を抑制し、無線電力伝送装置１の温度の上昇を抑制することが可能となることが分かる。

　更に、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間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の値の変化量である負荷変動特性を大きくすることができれば、所定の充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量を大きくして、定電流充電から定電圧充電に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置１の過剰な発熱を抑制することができることが分かる。
　逆に、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間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の値の変化量である負荷変動特性を小さくすることができれば、所定の充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量を小さくして、短時間での急な無線電力伝送装置１の温度変化を抑制することができることが分かる。

　（定電圧充電時の入力インピーダンスＺ_inの増減傾向の設定）
　本実施形態では、無線電力伝送装置１を使用して、リチウムイオン二次電池９に定電流定電圧充電を行う場合、定電圧充電時（ＣＶ）の入力インピーダンスＺ_inの値を大きくするために、後述する無線電力伝送装置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ように、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、及び、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄などの給電モジュール２及び受電モジュール３を構成する変更可能なパラメータを設定する。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』を双峰性の性質を有するようにしたうえで、無線電力伝送装置１に供給する電力の駆動周波数を調整することによって、定電圧充電時における無線電力伝送装置１の入力インピーダンス値の増減傾向を設定し、無線電力伝送装置１の発熱量を抑制する。

　（測定実験１－１～１－３）
　上記無線電力伝送装置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』を双峰性の性質を有するように設定した場合に、無線電力伝送装置１に供給する電力の駆動周波数を調整することによって、定電圧充電時における無線電力伝送装置１の入力インピーダンス値がどのような増減傾向を示すのかを、測定実験１－１～１－３により説明する。

　測定実験１－１～１－３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、コイル径を１５ｍｍφに設定している。同様に、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、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、コイル径１５ｍｍφ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、コイル径１１ｍｍφ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１－１～１－３に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、０．６５Ω、０．６５Ω、２．４７Ω、２．０Ωに設定した。また、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄の値をそれぞれ、３．１μＨ、３．１μＨ、１８．４μＨ、１２．５μＨに設定した。また、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄をそれぞれ、０．４６、０．２０、０．５２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９７０ｋＨｚである。

　そして、測定実験１－１～１－３では、上記構成により、無線電力伝送装置１を双峰性の性質に設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、後述する同相共振モード（fL）、逆相共振モード(fH)、及び、共振周波数（ｆ0）の３つの状態（図４、図５参照）に変えて、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の電流Ｉ_in、及び入力インピーダンスＺ_inを測定する。なお、測定実験１－１～１－３では、無線電力伝送装置１への交流電源６からの入力電圧Ｖ_in＝５Ｖのときの充電時間（Charging Time(min)）に対する電流Ｉ_in、及び、入力インピーダンスＺ_inを測定する。

　（双峰性の性質）
　ここで、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。そして、伝送特性『Ｓ２１』とは、ネットワークアナライザ（アジレント・テクノロジー株式会社製のＥ５０６１Ｂなど）を無線電力伝送装置１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。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(ｆ0）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に無線電力伝送装置１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。なお、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。

　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ｆ0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ｆ0よりも低い駆動周波数帯域(fL)と共振周波数ｆ0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(ｆ0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やリチウムイオン二次電池９などを収納した場合、安定回路７や充電回路８やリチウムイオン二次電池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やリチウムイオン二次電池９などを収納した場合、安定回路７や充電回路８やリチウムイオン二次電池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やリチウムイオン二次電池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。

　また、上記のように無線電力伝送装置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場合、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を同相共振モード（fL）、又は、逆相共振モード(fH)に設定した際に、図５に示すように、電力伝送効率を高い値に維持した状態で、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値の最大化を図ることができる（実線５５参照）。また、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を共振周波数（ｆ0）に設定した際に、図５に示すように、無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_inの値の最小化を図ることができる（実線５５参照）。そして、本測定実験１－１～１－３では、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を同相共振モード（fL）、逆相共振モード(fH)、及び、共振周波数（ｆ0）の３つの状態で、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の電流Ｉ_in、及び入力インピーダンスＺ_inを測定している。

　なお、本実施形態では、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あれば、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、及び、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄などの給電モジュール２及び受電モジュール３を構成する変更可能なパラメータの設定・組み合わせは設計事項であり自由に設定することができる。

　（測定実験１－１：駆動周波数を同相共振モードに設定した場合）
　測定実験１－１では、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：fL＝８７０ｋＨｚ）の充電時間（Charging Time(min)）に対する入力電流Ｉ_in、及び、入力インピーダンスＺ_inを測定し、その測定結果を図６に示す。なお、入力電圧Ｖ_inは５Ｖ（一定）である。

　図６の測定結果より、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値が増加傾向になっているのが分かる。そして、入力インピーダンスＺ_inの値が増加傾向になるのに伴い、入力電流Ｉ_inの値が減少傾向になっているのが分かる（式６参照）。

　上記測定実験１－１より、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』を双峰性の性質を有するように設定したうえで、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、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値を増加傾向にすることができる。これにより、定電圧充電時（ＣＶ）における無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inを低減させて、もって無線電力伝送装置１の発熱を低減させることができることが分かる。

　（測定実験１－２：駆動周波数を逆相共振モードに設定した場合）
　測定実験１－２では、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：fH＝１０７０ｋＨｚ）の充電時間（Charging Time(min)）に対する入力電流Ｉ_in、及び、入力インピーダンスＺ_inを測定し、その測定結果を図７に示す。なお、入力電圧Ｖ_inは５Ｖ（一定）である。

　図７の測定結果より、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値が増加傾向になっているのが分かる。そして、入力インピーダンスＺ_inの値が増加傾向になるのに伴い、入力電流Ｉ_inの値が減少傾向になっているのが分かる（式６参照）。

　上記測定実験１－２より、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』を双峰性の性質を有するように設定したうえで、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、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値を増加傾向にすることができる。これにより、定電圧充電時（ＣＶ）における無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inを低減させて、もって無線電力伝送装置１の発熱を低減させることができることが分かる。

　（測定実験１－３：駆動周波数を共振周波数に設定した場合）
　測定実験１－３では、双峰性における共振周波数ｆ0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（共振周波数：ｆ0＝９７０ｋＨｚ）の充電時間（Charging Time(min)）に対する入力電流Ｉ_in、及び、入力インピーダンスＺ_inを測定し、その測定結果を図８に示す。なお、入力電圧Ｖ_inは５Ｖ（一定）である。

　図８の測定結果より、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値が減少傾向になっているのが分かる。そして、入力インピーダンスＺ_inの値が減少傾向になるのに伴い、入力電流Ｉ_inの値が増加傾向になっているのが分かる（式６参照）。

　上記測定実験１－３より、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』を双峰性の性質を有するように設定したうえで、双峰性における共振周波数ｆ0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、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値を減少傾向にすることができる。

　上記測定実験１－１～１－３より、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』を双峰性の性質を有するように設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を調整することにより、定電圧充電時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の値の増減傾向を設定するとともに、無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの増減傾向を調整し、もって無線電力伝送装置１の発熱の制御をすることができることが分かる。なお、上記測定実験１－１～１－３から、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、同相共振モードfLと共振周波数ｆ0との間、又は、共振周波数ｆ0と逆相共振モードfHとの間における所定の値に設定すれば、定電圧充電時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の値を一定の値に維持することもできる。

　更に、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及び受電モジュール３における共振周波数(f0)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(fL)に対応する帯域に設定することにより、定電圧充電時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の値が増加傾向になるように調整することができる。これにより、定電圧充電時における無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inを低減させて、もって無線電力伝送装置１の発熱を低減させることができる。

　また、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及び受電モジュール３における共振周波数(f0)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(fH)に対応する帯域に設定することにより、定電圧充電時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の値が増加傾向になるように調整することができる。これにより、定電圧充電時における無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inを低減させて、もって無線電力伝送装置１の発熱を低減させることができる。

　また、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及び受電モジュール３における共振周波数(f0)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(fL)と共振周波数(f0)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(fH)との間の谷間に対応する帯域に設定することにより、定電圧充電時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の値が維持又は低下傾向になるように調整することができる。これにより、定電圧充電時における無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inを維持又は増加させることができる。

　（負荷変動特性の設定）
　次に、例えば、上記測定実験１－１のように定電圧充電時（ＣＶ）における無線電力伝送装置１の入力インピーダンス値の増減傾向を増加傾向に設定した場合、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間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の値の変化量である負荷変動特性を大きくすることができれば、所定の充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量を大きくして、定電流充電から定電圧充電に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置１の過剰な発熱を、即応性を持って抑制することができる。

　ここで、負荷変動特性とは、定電圧充電時における充電時間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の値の変化量であり、この負荷変動特性は、Ｘ軸を定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間、Ｙ軸を入力インピーダンスＺ_in値とした場合における（図６の入力インピーダンスＺ_in参照）、Ｘ軸の所定の変化量（ΔＸ）に対するＹ軸の所定の変化量（ΔＹ）であり、傾きを意味する（なお、負荷変動特性は、絶対値で評価する）。従って、負荷変動特性が大きくなると、定電圧充電時における充電時間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の値の変化量が大きくなり、傾きが急になる。即ち、負荷変動特性を大きくすると、無線電力伝送装置１に入力される入力電流Ｉ_inを短時間で低減することができ、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置１の過剰な発熱を、即応性を持って抑制することが可能となる。

　（結合係数による負荷変動特性の調整）
　本実施形態では、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄、を変えることにより、上記負荷変動特性を調整する。そして、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄、をどのように変えることにより、負荷変動特性がどのように変わるのかを、測定実験２－１～２－５により説明する。

　（測定実験２－１）
　測定実験２－１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、０．６５Ω、０．６５Ω、２．４７Ω、２．０Ωに設定した。また、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄の値をそれぞれ、３．１μＨ、３．１μＨ、１８．４μＨ、１２．５μＨ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９７０ｋＨｚである。

　そして、測定実験２－１では、上記構成により、無線電力伝送装置１を双峰性の性質に設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、逆相共振モード(fH)に設定している。そして、結合係数ｋ₂₃、ｋ₃₄をそれぞれ、０．２０、０．５２に固定したうえで、結合係数ｋ₁₂を０．３にした場合と、結合係数ｋ₁₂を０．４６にした場合における、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の入力インピーダンスＺ_inを測定する。なお、測定実験２－１では、無線電力伝送装置１への交流電源６からの入力電圧Ｖ_in＝５Ｖのときの充電時間（Charging Time(min)）に対する入力インピーダンスＺ_inを測定する。

　図９の測定実験２－１の測定結果より、結合係数ｋ₁₂を０．３にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ１０Ωであるのに対して、結合係数ｋ₁₂を０．４６にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ２０Ωである。従って、結合係数ｋ₁₂を０．３にした場合よりも、結合係数ｋ₁₂を０．４６にした場合の方が、負荷変動特性が大きいことが分かる。

　（測定実験２－２）
　測定実験２－２で使用する無線電力伝送装置１は、測定実験２－１と同じものである。そして、測定実験２－２では、無線電力伝送装置１を双峰性の性質に設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、給電共振器２２及び受電共振器３２が有する共振周波数(f0)に設定している。そして、結合係数ｋ₂₃、ｋ₃₄をそれぞれ、０．２０、０．５２に固定したうえで、結合係数ｋ₁₂を０．３にした場合と、結合係数ｋ₁₂を０．４６にした場合における、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の入力インピーダンスＺ_inを測定する。なお、測定実験２－２では、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、給電共振器２２及び受電共振器３２が有する共振周波数(f0)に設定することにより、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値が減少傾向になるようにしている。

　図９の測定実験２－２の測定結果より、結合係数ｋ₁₂を０．３にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ３Ωであるのに対して、結合係数ｋ₁₂を０．４６にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ６Ωである。従って、結合係数ｋ₁₂を０．３にした場合よりも、結合係数ｋ₁₂を０．４６にした場合の方が、負荷変動特性が大きいことが分かる。なお、この場合の定電圧充電時における充電時間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の値の変化量である傾きはマイナス（－）であるが、上述したように負荷変動特性を絶対値で評価するため、測定実験２－２の場合も負荷変動特性が大きいと評価する。

　（測定実験２－３）
　測定実験２－３で使用する無線電力伝送装置１は、測定実験２－１と同じものである。そして、測定実験２－２では、無線電力伝送装置１を双峰性の性質に設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、逆相共振モード(fH)に設定している。そして、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃をそれぞれ、０．４６、０．２０に固定したうえで、結合係数ｋ₃₄を０．２５にした場合と、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合における、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の入力インピーダンスＺ_inを測定する。

　図１０の測定実験２－３の測定結果より、結合係数ｋ₃₄を０．２５にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ１５Ωであるのに対して、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ２０Ωである。従って、結合係数ｋ₃₄を０．２５にした場合よりも、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合の方が、負荷変動特性が大きいことが分かる。

　（測定実験２－４）
　測定実験２－４で使用する無線電力伝送装置１は、測定実験２－１と同じものである。そして、測定実験２－４では、無線電力伝送装置１を双峰性の性質に設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、給電共振器２２及び受電共振器３２が有する共振周波数(f0)に設定している。そして、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃をそれぞれ、０．４６、０．２０に固定したうえで、結合係数ｋ₃₄を０．２５にした場合と、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合における、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の入力インピーダンスＺ_inを測定する。なお、測定実験２－４では、測定実験２－２同様に、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、給電共振器２２及び受電共振器３２が有する共振周波数(f0)に設定することにより、定電流による充電（ＣＣ）から定電圧による充電（ＣＶ）に移行してからの入力インピーダンスＺ_inの値が減少傾向になるようにしている。

　図１０の測定実験２－４の測定結果より、結合係数ｋ₃₄を０．２５にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ１．５Ωであるのに対して、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ６Ωである。従って、結合係数ｋ₃₄を０．２５にした場合よりも、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合の方が、負荷変動特性が大きいことが分かる。

　（測定実験２－５）
　測定実験２－５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、０．７Ω、０．７Ω、２．５Ω、２．０Ωに設定した。また、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄の値をそれぞれ、３．１μＨ、３．１μＨ、１８．４μＨ、１２．５μＨに設定した。また、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄の値をそれぞれ、８．７ｎＦ、８．７ｎＦ、１．５ｎＦ、２．３ｎＦ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９７０ｋＨｚである。

　そして、測定実験２－５では、上記構成により、無線電力伝送装置１を双峰性の性質に設定したうえで、給電モジュール２に供給する交流電力の駆動周波数を、逆相共振モード(fH)に設定している。そして、結合係数ｋ₂₃を、０．２０に固定したうえで、結合係数ｋ₁₂を０．３８、及び、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合と、結合係数ｋ₁₂を０．４６、及び、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合における、リチウムイオン二次電池９に充電（給電）を行った際の入力インピーダンスＺ_in、及び、入力電流Ｉ_in(Ｉ₁)を測定する。なお、測定実験２－５でも、無線電力伝送装置１への交流電源６からの入力電圧Ｖ_in＝５Ｖのときの充電時間（Charging Time(min)）に対する入力インピーダンスＺ_in、及び、入力電流Ｉ_inを測定する。

　図１１の測定実験２－５の入力インピーダンスＺ_inの測定結果より、結合係数ｋ₁₂を０．３８、及び、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ１２Ω（４１Ω－２９Ω）であるのに対して、結合係数ｋ₁₂を０．４６、及び、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合は、定電圧充電時（ＣＶ）における充電時間に対する入力インピーダンスＺ_inの値の変化量はおよそ１７Ω（４７Ω－３０Ω）である。従って、結合係数ｋ₁₂を０．３８、及び、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合よりも、結合係数ｋ₁₂を０．４６、及び、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合の方が、負荷変動特性が大きいことが分かる。

　また、図１１の測定実験２－５の入力電流Ｉ_inの測定結果より、結合係数ｋ₁₂を０．３８、及び、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合、定電圧充電時における充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量は、およそ０．０５０Ａ（０．１７０Ａ－０．１２０Ａ）であるのに対して、結合係数ｋ₁₂を０．４６、及び、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合は、定電圧充電時における充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量は、およそ０．０５８Ａ（０．１６４Ａ－０．１０６Ａ）である。従って、結合係数ｋ₁₂を０．３８、及び、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合よりも、結合係数ｋ₁₂を０．４６、及び、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合の方が、電圧充電時における充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量は大きいことが分かる。

　更に、本測定実験２－５では、結合係数ｋ₁₂を０．３８、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合と、結合係数ｋ₁₂を０．４６、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合における、定電流定電圧充電時の給電コイル２１の表面温度を測定した。その測定値、及び、測定値をグラフ化したものを図１２に示す。

　図１２の給電コイル２１の表面温度の測定結果によると、結合係数ｋ₁₂を０．３８、結合係数ｋ₃₄を０．３７にした場合、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行したあたり（充電時間３０分と４０分の間）における給電コイル２１の表面温度は約３９．４℃であり、定電圧充電（ＣＶ）に移行してから約４０分経過したとき（充電時間８０分）の給電コイル２１の表面温度は約３９．２℃であった。即ち、給電コイル２１の表面温度は、０．２℃（３９．４－３９．２℃）下がっただけであった。
　一方、結合係数ｋ₁₂を０．４６、結合係数ｋ₃₄を０．５２にした場合、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行したあたり（充電時間３０分と４０分の間）における給電コイル２１の表面温度は約３９．１℃であり、定電圧充電（ＣＶ）に移行してから約４０分経過したとき（充電時間８０分）の給電コイル２１の表面温度は約３７．６℃であった。即ち、給電コイル２１の表面温度は、１．５℃（３９．１－３７．６℃）も下がっていた。

　このように結合係数ｋ₁₂及び結合係数ｋ₃₄の値を大きく設定すると、負荷変動特性が大きくなり、充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの変化量も大きくなり、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置１（本測定実験２－５では、給電コイル２１）の発熱をより抑制することができることが分かる。

　（結合係数の調整方法）
　次に、上記負荷変動特性を調整するためのパラメータである結合係数の調整方法について説明する。

　図１３に示すように、無線電力伝送において、コイル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がある。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Ｌ₁）と給電共振器２２（コイルＬ₂）との間の結合係数ｋ₁₂、給電共振器２２（コイルＬ₂）と受電共振器３２（コイルＬ₃）との間の結合係数ｋ₂₃、受電共振器３２（コイルＬ₃）と受電コイル３１（コイルＬ₄）との間の結合係数ｋ₃₄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Ｌ₁）と給電共振器２２（コイルＬ₂）との間の結合係数ｋ₁₂、給電共振器２２（コイルＬ₂）と受電共振器３２（コイルＬ₃）との間の結合係数ｋ₂₃、受電共振器３２（コイルＬ₃）と受電コイル３１（コイルＬ₄）との間の結合係数ｋ₃₄を低めることができる。

　上記結合係数の調整方法、及び、結合係数による負荷変動特性の調整の測定実験２－１～２－５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ｋ₁₂の値を大きくし、結合係数ｋ₁₂の値を大きくすることにより、負荷変動特性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ｋ₁₂の値を小さくし、結合係数ｋ₁₂の値を小さくすることにより、負荷変動特性を小さくすることができる。

　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ｋ₃₄の値を大きくし、結合係数ｋ₃₄の値を大きくすることにより、負荷変動特性を大き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ｋ₃₄の値を小さくし、結合係数ｋ₃₄の値を小さくすることにより、負荷変動特性を小さくすることができる。

　また、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、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ｋ₁₂の値、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間における結合係数ｋ₃₄の値を大きくし、結合係数ｋ₁₂及び結合係数ｋ₃₄の値を大きくすることにより、負荷変動特性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、及び、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、給電コイル２１と給電共振器２２との間における結合係数ｋ₁₂の値、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間における結合係数ｋ₃₄の値を小さくし、結合係数ｋ₁₂及び結合係数ｋ₃₄の値を小さくすることにより、負荷変動特性を小さくすることができる。

　上記方法によれば、共振現象によって電力を供給する無線電力伝送装置１を使用して、定電流・定電圧充電方式により充電可能なリチウムイオン二次電池９に充電を行う場合に、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における充電時間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の値の変化量である負荷変動特性を、給電コイル２１と給電共振器２２との間の結合係数ｋ₁₂、給電共振器２２と受電共振器３２との間の結合係数ｋ₂₃、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の結合係数ｋ₃₄の少なくとも一つを変えることにより調整することができる。これにより、負荷変動特性を大きくすれば、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における所定の充電時間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の値の変化量が大きくなるため、所定の充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの値の変化量が大きくなる。そして、無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの値の変化量を大きくすれば、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における過剰な入力電力を抑制でき、無線電力伝送装置１（給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１）の過剰な発熱を抑制することができる。
　逆に、負荷変動特性を小さくすれば、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における所定の充電時間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の値の変化量が小さくなるため、所定の充電時間に対する無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの値の変化量が小さくなる。そして、無線電力伝送装置１の入力電流Ｉ_inの値の変化量を小さくすれば、定電流充電（ＣＣ）から定電圧充電（ＣＶ）に移行した際における短時間での急な無線電力伝送装置１（給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１）の温度変化を抑制することができる。

　また、上記方法によれば、給電コイル２１と給電共振器２２との間の結合係数ｋ₁₂を大きくすることにより、負荷変動特性を大きくすることができる。

　また、上記方法によれば、受電共振器３２と受電コイル３１との間の結合係数ｋ₃₄を大きくすることにより、負荷変動特性を大きくすることができる。

　また、上記方法によれば、給電コイル２１と給電共振器２２との間の結合係数ｋ₁₂、及び、受電共振器３２と受電コイル３１との間の結合係数ｋ₃₄を大きくすることにより、負荷変動特性を大きくすることができる。

　上記方法によれば、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を変化させることにより、給電コイル２１と給電共振器２２との間の結合係数ｋ₁₂の値を変化させることができ、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を変化させることにより、給電共振器２２と受電共振器３２との間の結合係数ｋ₂₃の値を変化させることができ、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を変化させることにより、受電共振器３２と受電コイル３１との間の結合係数ｋ₃₄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、及び、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、コイル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、負荷変動特性を調整することができる。

　（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１４及び図１５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２００ａ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１４参照）。

　本設計方法で設計される無線電力伝送装置１は、図１４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１４では、説明の都合上、安定回路７、充電回路８及びリチウムイオン二次電池９を受電モジュール３の外に記載しているが、実際は、受電コイル３１及びソレノイド状の受電共振器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及びリチウムイオン二次電池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１５に示すように、リチウムイオン二次電池９の容量、及び、リチウムイオン二次電池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Ｌ₂）と受電共振器３２（コイルＬ₃）との間の結合係数ｋ₂₃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の設計値の範囲が決まる（Ｓ６）。

　また、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』が上述した双峰性の性質を有する設計値の範囲が決まる（Ｓ７）。

　そして、Ｓ６及びＳ７で決定された入力インピーダンスＺ_in、双峰性の性質を有する設計値、及び、所望の負荷変動特性を満たすように給電コイル２１と給電共振器２２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１に関する最終的なパラメータを決定する（Ｓ８）。ここで、給電コイル２１と給電共振器２２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１に関するパラメータとしては、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、コンデンサ容量や、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄や、更には、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４などが挙げられる。

　上記設計方法を含む無線電力伝送装置１の製造方法によれば、無線電力伝送装置１の発熱の制御を、給電モジュール２、及び、受電モジュール３が有するコイル間における結合係数の値を調整することにより実現可能な無線電力伝送装置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、無線電力伝送装置１の発熱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、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、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　リチウムイオン二次電池
１０　被給電機器
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 (11)

1. 　給電モジュールから、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池を含む被給電機器が接続され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発熱制御方法であって、
   　前記給電モジュール、及び、前記受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を調整することにより、前記定電圧充電時における充電時間に対する当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整することを特徴とする無線電力伝送装置の発熱制御方法。
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、且つ、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池を含む被給電機器が接続され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発熱制御方法であって、
   　前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数、前記給電共振器と前記受電共振器との間の結合係数、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数の少なくとも一つを調整することにより、前記定電圧充電時における充電時間に対する当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性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発熱制御方法。
3. 　前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数を大きくすることにより、前記負荷変動特性を大きくす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発熱制御方法。
4. 　前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数を大きくすることにより、前記負荷変動特性を大きくす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発熱制御方法。
5. 　前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数、及び、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数を大きくすることにより、前記負荷変動特性を大きくす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発熱制御方法。
6. 　前記給電コイルと前記給電共振器との間の結合係数、前記給電共振器と前記受電共振器との間の結合係数、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の結合係数の値は、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、前記受電共振器と前記受電コイルとの間の距離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２～５の何れかに記載の無線電力伝送装置の発熱制御方法。
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双峰性の特性を有するように、前記給電モジュール及び前記受電モジュールを構成する可変可能なパラメータを設定することにより、
   　前記駆動周波数を調整することによって、前記定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の増減傾向を調整できるようにしたことを特徴とする請求項１～６の何れかに記載の無線電力伝送装置の発熱制御方法。
8. 　前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数を、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける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、又は、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける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に設定し、前記定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値が増加傾向になるように調整することを特徴とする請求項７に記載の無線電力伝送装置の発熱制御方法。
9. 　前記給電モジュールに供給する電力の前記駆動周波数を、前記給電モジュール及び受電モジュールにおける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と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との間の谷間に対応する帯域に設定し、前記定電圧充電時における当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値が維持又は低下傾向になるように調整することを特徴とする請求項７に記載の無線電力伝送装置の発熱制御方法。
10. 　請求項１～９のいずれかに記載の発熱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。
11. 　給電モジュールから、定電流・定電圧充電方式により充電可能な二次電池を含む被給電機器が接続され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、
    　前記給電モジュール、及び、前記受電モジュールが有するコイル間における結合係数の値を調整することにより、前記定電圧充電時における充電時間に対する当該無線電力伝送装置の入力インピーダンス値の変化量である負荷変動特性を調整する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。

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