WO2015056539A1 - 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 - Google Patents

Abstract

　少なくとも給電共振器２２を備えた給電モジュール２から、少なくとも受電共振器３２を備えた受電モジュール３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１であって、給電共振器２２及び受電共振器３２における、電力の電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の値が、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、伝送特性『Ｓ２１』の二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、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・Ｇ２を形成する。

Description

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

　本発明は、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を形成可能な無線電力伝送装置及びその形成方法に関する。

　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。この電子機器に搭載された充電池への充電作業を簡易にするために、充電器に搭載された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、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、給電モジュール及び受電モジュールが備える共振器間の共振現象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技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

　上記の無線電力伝送技術では、共振器間の共振現象時に給電モジュール及び受電モジュールが備える共振器周辺に磁界が発生する。その結果、給電モジュールや受電モジュールの周辺に配置された安定回路、充電回路、充電池、その他の電子部品などに、磁界に起因する渦電流が発生して発熱し、安定回路、充電回路、充電池、その他の電子部品などに悪影響を及ぼす問題がある。

　上記磁界による問題を解決するために、例えば、特許文献２には、非接触給電による電力伝送を行なう給電装置において、漏洩電磁界を低減させることができるとする電力伝送システムが開示されている。また、特許文献３には、送電コイルと受電コイルの間の磁場を小さくすることができるとする送受電装置が開示されている。

特開２０１０－２３９７６９号公報 特開２０１１－１４７２１３号公報 特開２０１０－２３９８４７号公報

　しかしながら、特許文献２の電力伝送システム及び特許文献３の送受電装置には、意図的に磁界強度の小さい磁界空間を形成することまでは言及されておらず、更に、給電装置や受電装置において、安定回路、充電回路、充電池、その他の電子部品の大きさなどを考慮して、磁界強度の小さい磁界空間を、どれだけの大きさで発生させるかといった発想までは、言及されていない。

　そこで、本発明の目的は、給電モジュールと受電モジュールとの間に、意図的に磁界強度の小さな磁界空間を形成し、更に、磁界強度の小さな磁界空間の大きさなどを制御可能な無線電力伝送装置、及び、磁界空間の形成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、少なくとも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であって、前記給電共振器及び前記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、前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、前記給電共振器及び前記受電共振器の近辺に、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を形成したことを特徴としている。

　上記構成によれば、共振現象によって電力を無線伝送するに際して、給電共振器及び受電共振器におけ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、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何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、給電共振器及び受電共振器の近辺に、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を形成することが可能となる。
　そして、周辺の磁界強度よりも磁界強度を低減させた磁界空間に、磁界の影響を低減させたい電子機器などを収納することにより、電子機器などに対して、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、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、前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、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することにより、給電共振器と受電共振器との間に、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を形成することが可能となる。

　また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置において、前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、前記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することにより、給電共振器及び受電共振器の外側に、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を形成することが可能となる。

　また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置において、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、前記給電モジュール及び前記受電モジュールにおける、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が、一つのピークを有する、単峰性の特性を有するように設定したことを特徴としている。

　上記構成によれば、給電モジュール及び受電モジュールにおける、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が、一つのピークを有する、単峰性の特性を有するように設定することにより、伝送特性の最大化を図ることができる。そして、伝送特性を最大化できるということは、給電モジュールから受電モジュールに対する電力伝送効率を最大化することができることを意味しているため、磁界空間を形成しつつ、無線電力伝送の電力伝送効率を高めることが可能となる。

　また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置において、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、前記給電モジュール及び前記受電モジュールにおける、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が、少なくとも二つのピークを有する、双峰性の特性を有するように設定したことを特徴としている。

　上記構成によれば、給電モジュール及び受電モジュールにおける、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が、少なくとも二つのピークを有する、双峰性の特性を有するように設定することにより、電力の電源周波数をピーク付近に設定した場合、磁界空間を形成しつつ、無線電力伝送の電力伝送効率を高めることが可能となる。

　また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置において、前記給電モジュール及び前記受電モジュールに関する調整パラメータを変化させて、前記給電共振器と前記受電共振器との間に発生する磁界結合の強度を変更することにより、前記磁界空間の大きさを調整したことを特徴としている。

　上記構成によれば、給電モジュール及び受電モジュールに関する調整パラメータを変化させて、給電共振器と受電共振器との間に発生する磁界結合の強度を変更することにより、磁界空間の大きさを変更することができる。例えば、給電モジュールと受電モジュールとの間に発生する磁界結合を相対的に弱めることにより磁界空間の大きさを拡大することができる。一方、給電モジュールと受電モジュールとの間に発生する磁界結合を相対的に強めることにより磁界空間の大きさを小さくすることができる。
　これにより、磁界の影響を低減させたい電子機器の大きさに合わせて磁界空間の大きさを調整することが可能となる。

　また、上記課題を解決するための発明の一つは、上記無線電力伝送装置において、前記調整パラメータは、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一つであることを特徴としている。

　上記構成によれば、給電コイルと給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の少なくとも一つを変更することにより、磁界結合の強度を変更して磁界空間の大きさを変更することができる。

　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における磁界空間の形成方法であって、前記給電共振器及び前記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、前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、前記給電共振器と前記受電共振器との間に、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を形成することを特徴としている。

　上記の方法によれば、共振現象によって電力を無線伝送するに際して、給電共振器及び受電共振器におけ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、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何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、給電共振器及び受電共振器の近辺に、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を形成することが可能となる。
　そして、周辺の磁界強度よりも磁界強度を低減させた磁界空間に、磁界の影響を低減させたい電子機器などを収納することにより、電子機器などに対して、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。

　給電モジュールと受電モジュールとの間に、意図的に磁界強度の小さな磁界空間を形成し、更に、磁界強度の小さな磁界空間の大きさなどを制御可能な無線電力伝送装置、及び、磁界空間の形成方法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。 単峰性及び多峰性の伝送特性『Ｓ２１』を説明した説明図である。 単峰性の特性における電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである。 電磁界解析を用いて測定した単峰性における磁界強度分布図である。 磁界空間Ｇ１における伝送特性『Ｓ２１』への影響を検証する際に使用する無線電力伝送装置等の説明図である。 鉄片を挿入した場合における電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである（単峰性の場合）。 磁界空間Ｇ２における伝送特性『Ｓ２１』への影響を検証する際に使用する無線電力伝送装置等の説明図である。 銅片を挿入した場合における電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである（単峰性の場合）。 多峰性の特性における電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである。 電磁界解析を用いて測定した多峰性における磁界強度分布図である。 鉄片を挿入した場合における電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである（多峰性の場合）。 銅片を挿入した場合における電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の関係を示したグラフである（多峰性の場合）。

　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、及び、無線電力伝送装置１における磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形成方法について説明する。

　（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（Ｇ２）の形成を実現する、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を介して充電池９が接続されている。そして、安定回路７、充電回路８及び充電池９は、充電時に、給電共振器２２と受電共振器３２との間に位置するように配置されており、詳細は後述するが、これら安定回路７、充電回路８及び充電池９が配置された、給電共振器２２と受電共振器３２との間に、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が形成されている。なお、本実施形態における安定回路７、充電回路８、及び、充電池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、給電モジュール２及び受電モジュール３を無線電力伝送装置１としている。

　また、図示しないが、充電器１０１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、及び、コイルＬ₁を要素とするＲＬ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、及び、コイルＬ₁を要素とするＲＬ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。

　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Ｒ₄、及び、コイルＬ₄を要素とするＲＬ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、及び、コイルＬ₄を要素とするＲＬ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及び充電池９）の合計のインピーダンスをＺ_L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及び充電池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Ｒ_L（Ｚ_Lに相当）としている。

　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内に設けられた充電池９が充電される。

　（磁界空間の形成）
　本実施形態では、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・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・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。

　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。

　（給電コイル、給電共振器及び受電共振器、受電コイルにおけるＳ２１）
　上記では、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』が二つのピーク帯域を有するように設定した場合における磁界空間の形成について説明した。次に、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』が二つのピーク帯域を有するように設定したうえで、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』の解析波形が単峰性又は双峰性を示す場合の磁界空間Ｇ１・Ｇ２について説明する。

　ここで、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）に供給する電力の電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』は、それぞれのコイル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多峰性の性質を有するものに分かれる。そして、単峰性とは、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の解析波形のピークが一つで、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の破線５１参照）。一方、多峰性とは、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の解析波形のピークが複数現れるものをいう（図８の実線５２参照：この例では、ピークは二つ）。更に詳細に多峰性を定義すると、図５に示すように、ネットワークアナライザ１１０に給電モジュール２及び受電モジュール３を接続して計測される反射特性『Ｓ１１』が二つ以上のピークを有する状態をいう。従って、電源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』が二つ以上のピークを有する場合には、多峰性の性質を有するものとする。

　例えば、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が、単峰性の性質を有するように設定すると、伝送特性『Ｓ２１』は、図８の破線５１に示すように、電源周波数が共振周波数ｆoの帯域で最大化する（電力伝送効率が最大化する）。

　一方、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が、多峰性の性質を有するように設定すると、一般的に、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離が同じであれば、多峰性における伝送特性『Ｓ２１』の最大値（複数のピークでの値）は、単峰性における伝送特性『Ｓ２１』の最大値(ｆoでの伝送特性『Ｓ２１』の値)よりも低い値になる。

　なお、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が単峰性又は多峰性の性質を有するには、給電モジュール２及び受電モジュール３（無線電力伝送装置１）を構成する、給電コイル２１のＲＬ回路のＲ₁、Ｌ₁（給電コイル２１をＲＬＣ回路にした場合には、更に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ＲＬ回路のＲ₄、Ｌ₄（受電コイル３１をＲＬＣ回路にした場合には、更にＣ₄）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ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄、コイル間距離ｄ１２、ｄ２３、ｄ３４などを、変更可能なパラメータとして調整することにより実現される。

　（電磁界解析による磁界空間の測定）
　次に、図５に示すように、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に接続し、磁界空間Ｇ１・Ｇ２が形成されることを測定実験により説明する。磁界空間Ｇ１・Ｇ２を測定するに際しては、電磁界解析を用いて解析し、磁界強度を色調で表示させることによって測定する。

　なお、磁界空間Ｇ１・Ｇ２の測定に使用する無線電力伝送装置１（給電モジュール２、受電モジュール３）は、上記充電器１０１及び無線式ヘッドセット１０２に組み込まれた無線電力伝送装置１を測定用に拡大構成したもので、スケール以外は同様の仕様である。具体的には、測定に用いる無線電力伝送装置１に関して、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ₁、及び、コイルＬ₁を要素とするＲＬ回路であり、コイルＬ₁部分は、線径１ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径１００ｍｍφに設定している（共振なし）。受電コイル３１は、抵抗器Ｒ₄、及び、コイルＬ₄を要素とするＲＬ回路であり、コイルＬ₄部分は、給電コイル２１同様に、線径１ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を１回巻にして、コイル径１００ｍｍφに設定している（共振なし）。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回路であり、コイルＬ₂部分は、線径１ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を２回巻きにしたコイル径１００ｍｍφのソレノイドコイルである。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回路であり、コイルＬ₃部分は、線径１ｍｍφの銅線材（絶縁被膜付）を２回巻きにしたコイル径１００ｍｍφのソレノイドコイルである。そして、給電共振器２２、及び、受電共振器３２における共振周波数は１２．６３ＭＨｚである。また、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を１２０ｍｍとし、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を測定条件に合わせて調整している。

　（単峰性の場合）
　そして、まずは、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における伝送特性『Ｓ２１』を、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９のグラフに示すように、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。

　図９の給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』を示す実線１５０に示すように、１２．５３ＭＨｚで低周波数側のピーク帯域（f(Low P)）を有し、１２．７３ＭＨｚで高周波数側のピーク帯域（f(High P)）を有している。このように、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』は、二つのピーク帯域を有する。なお、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、上記無線電力伝送装置１において、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を１２０ｍｍに設定している。また、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を１００ｍｍに設定することにより、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を確保している。同様に、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を１００ｍｍに設定することにより、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を確保している。

　また、図９に示すように、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』（図９の実線１５１）を見ると、解析波形のピークが１２．６ＭＨｚ付近にある単峰性の性質を有するように設定されている。このピークは、およそ給電共振器２２、及び、受電共振器３２における共振周波数ｆo（１２．６３ＭＨｚ）に近いところに出現している。なお、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』を単峰性にして測定するために、上記無線電力伝送装置１において、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を１２０ｍｍに設定し、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を２０ｍｍに設定し、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を２０ｍｍに設定している。

　次に、上記無線電力伝送装置１の給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を１２．５ＭＨｚ（f(Low P)）、１２．７ＭＨｚ（f(High P)）にそれぞれ設定した場合における、給電共振器２２及び受電共振器３２周辺の磁界強度分布を、電磁界解析を用いて解析し、磁界強度を色調で表示させた解析結果として図１０に示す。

　この図１０の磁界強度分布から、１２．５ＭＨｚ（f(Low P)）の場合に、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に、磁界による影響が低減されて、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Ｇ２を確認することができた（図１０の１２．７ＭＨｚ（f(High P)）の場合における、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側の磁界強度と比べても相対的に磁界強度が弱い磁界空間Ｇ２が形成されている）。また、１２．７ＭＨｚの場合に、給電共振器２２と受電共振器３２との間に、磁界による影響が低減されて、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を確認することができた（図１０の１２．５ＭＨｚ（f(Low P)）の場合における、給電共振器２２と受電共振器３２との間の磁界強度と比べても相対的に磁界強度が弱い磁界空間Ｇ１が形成されている）。

　これにより、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が、単峰性の性質を有する場合であっても、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』が二つのピーク帯域を有するように設定したうえで、そ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)）に対応する電源周波数に設定することにより、給電共振器２２と受電共振器３２との間に、磁界による影響が低減されて、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を形成することができることが分かる。また、伝送特性『Ｓ２１』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（f(Low P)）に対応する電源周波数に設定することにより、給電共振器２２と受電共振器３２との外側に、磁界による影響が低減されて、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Ｇ２を形成することができることが分かる。

　（磁界空間Ｇ１・Ｇ２における伝送特性『Ｓ２１』への影響：鉄・銅片を使用した検証）
　以下では、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が単峰性の性質を有する場合、給電共振器２２と受電共振器３２との間、又は、給電共振器２２・受電共振器３２の外側に、安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を配置した場合に、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』、即ち、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えないか否かを検証する。

　（給電共振器２２と受電共振器３２との間に鉄片を挿入した場合：単峰性）
　安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を想定した鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入したときの給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』を測定することによってその影響を検証する（図１１参照）。鉄片６０は、図１１に示すように、厚み１０ｍｍで、直径が４０ｍｍの円柱形状のものを使用する。

　そして、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入した状態で、給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を変えながら給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』を解析する。なお、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入しない状態の給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』（図１２の実線１５１）も合わせて記載する。

　図１２に示すように、無線電力伝送装置１において、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入した状態で解析された伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１２の実線１５２）と、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入しない場合の伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１２の実線１５１）とを比較して見ると、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１５１（鉄片６０なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－５．４ｄＢであり、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１５２（鉄片あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－６．２ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入することによって、伝送特性『Ｓ２１』が０．８ｄＢ低下し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることを示している。
　一方、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１５１（鉄片６０なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－３．１ｄＢであり、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１５２（鉄片あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－３．２ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入したとしても、伝送特性『Ｓ２１』が０．１ｄＢしか低下せず、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えていないことを示している。
　即ち、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合には、図１０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は形成されていないために、鉄片６０による影響を受け、伝送特性『Ｓ２１』が低下し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることが分かる。一方、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合には、図１０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が形成され、その磁界空間Ｇ１に鉄片６０が挿入されているため、鉄片６０による影響をほとんど受けず、伝送特性『Ｓ２１』が大幅に低下することもなく、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。

　（給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に銅片を挿入した場合：単峰性）
　次に、安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を想定した銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置したときの給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』を測定することによってその影響を検証する（図１３参照）。銅片６１は、図１３に示すように、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍの四角柱形状のものを使用する。また、銅片６１は、図１３に示すように給電共振器２２及び受電共振器３２に対して３０ｍｍの距離を置いて配置した。

　そして、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置した状態で、給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を変えながら給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』を解析する。なお、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置しない状態の給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』（図１４の実線１５１）も合わせて記載する。

　図１４に示すように、無線電力伝送装置１において、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置した状態で解析された伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１４の実線１５３）と、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置しない場合の伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１４の実線１５１）とを比較して見ると、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１５１（銅片６１なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－３．１ｄＢであり、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１５３（銅片６１あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－２．５ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置することによって、伝送特性『Ｓ２１』が０．６ｄＢ上昇し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることを示している。
　一方、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１５１（銅片６１なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－５．４ｄＢであり、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１５３（銅片６１あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－５．５ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置したとしても、伝送特性『Ｓ２１』が０．１ｄＢしか低下せず、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えていないことを示している。
　即ち、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合には、図１０に示すように、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に磁界空間Ｇ２は形成されていないために、銅片６１による影響を受け、伝送特性『Ｓ２１』が上昇し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることが分かる。一方、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合には、図１０に示すように、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に磁界空間Ｇ２が形成され、その磁界空間Ｇ２に銅片６１が配置されているため、銅片６１による影響をほとんど受けず、伝送特性『Ｓ２１』が大幅に低下することもなく、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。

　上記の検証結果より、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界空間Ｇ１を形成し、形成した磁界空間Ｇ１に安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を配置した場合、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』、即ち、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。同様に、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、形成した磁界空間Ｇ２に安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を配置した場合、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』、即ち、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。

　（多峰性の場合）
　上記では、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』が、二つのピーク帯域を有するように設定したうえで、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』が単峰性の性質を有する場合の磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形成について説明した。次に、下記では、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』が、二つのピーク帯域を有するように設定したうえで、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』が多峰性（本実施形態では双峰性）の性質を有する場合の磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形成について説明する。

　まずは、単峰性の場合同様に、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における伝送特性『Ｓ２１』を、供給する交流電力の電源周波数を変えながら解析する。図１５の実線１５０に示すように、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』は、１２．５３ＭＨｚで低周波数側のピーク帯域（f(Low P)）を有し、１２．７３ＭＨｚで高周波数側のピーク帯域（f(High P)）を有している。このように、上記単峰性の場合と同様に、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』は、二つのピーク帯域を有する。

　そして、図１５の実線１６１に示すように、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』は、解析波形が１２．５４ＭＨｚ付近と１２．７２ＭＨｚ付近との二か所でピークを形成する双峰性（多峰性）の性質を有するように設定されている。この二つのピークにおける電源周波数は、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の低周波数側のピーク帯域（f(Low P)）及び高周波数側のピーク帯域（f(High P)）とほぼ一致している。なお、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（給電モジュール２及び受電モジュール３）における伝送特性『Ｓ２１』を双峰性にして測定するために、上記無線電力伝送装置１において、給電共振器２２と受電共振器３２との間の距離ｄ２３を１２０ｍｍに設定し、給電コイル２１と給電共振器２２との間の距離ｄ１２を５０ｍｍに設定し、受電共振器３２と受電コイル３１との間の距離ｄ３４を５０ｍｍに設定している。

　次に、上記無線電力伝送装置１の給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を１２．５ＭＨｚ（f(Low P)）、１２．７ＭＨｚ（f(High P)）にそれぞれ設定した場合における、給電共振器２２及び受電共振器３２周辺の磁界強度分布を、電磁界解析を用いて解析し、磁界強度を色調で表示させた解析結果として図１６に示す。

　この図１６の磁界強度分布から、１２．５ＭＨｚ（f(Low P)）の場合に、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に、磁界による影響が低減されて、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Ｇ２を確認することができた（図１６の１２．７ＭＨｚ（f(High P)）の場合における、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側の磁界強度と比べても相対的に磁界強度が弱い磁界空間Ｇ２が形成されている）。また、１２．７ＭＨｚの場合に、給電共振器２２と受電共振器３２との間に、磁界による影響が低減されて、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を確認することができた（図１６の１２．５ＭＨｚ（f(Low P)）の場合における、給電共振器２２と受電共振器３２との間の磁界強度と比べても相対的に磁界強度が弱い磁界空間Ｇ１が形成されている）。

　これにより、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が、多峰性の性質を有する場合であっても、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』が二つのピーク帯域を有するように設定したうえで、そ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)）に対応する電源周波数に設定することにより、給電共振器２２と受電共振器３２との間に、磁界による影響が低減されて、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を形成することができることが分かる。また、伝送特性『Ｓ２１』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（f(Low P)）に対応する電源周波数に設定することにより、給電共振器２２と受電共振器３２との外側に、磁界による影響が低減されて、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Ｇ２を形成することができることが分かる。

　（磁界空間Ｇ１・Ｇ２における伝送特性『Ｓ２１』への影響：鉄・銅片を使用した検証）
　以下では、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』が多峰性の性質を有する場合、給電共振器２２と受電共振器３２との間、又は、給電共振器２２・受電共振器３２の外側に、安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を配置した場合に、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』、即ち、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えないか否かを検証する。

　（給電共振器２２と受電共振器３２との間に鉄片を挿入した場合：多峰性）
　安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を想定した鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入したときの給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』を測定することによってその影響を検証する（図１１参照）。鉄片６０は、図１１に示すように、厚み１０ｍｍで、直径が４０ｍｍの円柱形状のものを使用する。

　そして、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入した状態で、給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を変えながら給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』を解析する。なお、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入しない状態の給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』（図１７の実線１６１）も合わせて記載する。

　図１７に示すように、無線電力伝送装置１において、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入した状態で解析された伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１７の実線１６２）と、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入しない場合の伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１７の実線１６１）とを比較して見ると、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１６１（鉄片６０なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－９．０ｄＢであり、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１６２（鉄片あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－１０．０ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入することによって、伝送特性『Ｓ２１』が１．０ｄＢ低下し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることを示している。
　一方、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１６１（鉄片６０なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－１０．２ｄＢであり、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１６２（鉄片あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－１０．３ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合、鉄片６０を給電共振器２２と受電共振器３２との間に挿入したとしても、伝送特性『Ｓ２１』が０．１ｄＢしか低下せず、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えていないことを示している。
　即ち、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合には、図１６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は形成されていないために、鉄片６０による影響を受け、伝送特性『Ｓ２１』が低下し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることが分かる。一方、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合には、図１６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が形成され、その磁界空間Ｇ１に鉄片６０が挿入されているため、鉄片６０による影響をほとんど受けず、伝送特性『Ｓ２１』が大幅に低下することもなく、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。

　（給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に銅片を挿入した場合：多峰性）
　次に、安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を想定した銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置したときの給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』を測定することによってその影響を検証する（図１３参照）。銅片６１は、図１３に示すように、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍの四角柱形状のものを使用する。また、銅片６１は、図１３に示すように給電共振器２２及び受電共振器３２に対して３０ｍｍの距離を置いて配置した。

　そして、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置した状態で、給電モジュール２に供給する交流電力の電源周波数を変えながら給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』を解析する。なお、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置しない状態の給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１における伝送特性『Ｓ２１』（図１８の実線１６１）も合わせて記載する。

　図１８に示すように、無線電力伝送装置１において、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置した状態で解析された伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１８の実線１６３）と、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置しない場合の伝送特性『Ｓ２１』の解析波形（図１８の実線１６１）とを比較して見ると、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１６１（銅片６１なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－１０．２ｄＢであり、１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）における実線１６３（銅片６１あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－１１．５ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置することによって、伝送特性『Ｓ２１』が１．３ｄＢ低下し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることを示している。
　一方、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１６１（銅片６１なし）の伝送特性『Ｓ２１』は、－９．０ｄＢであり、１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）における実線１６３（銅片６１あり）の伝送特性『Ｓ２１』は、－９．２ｄＢであった。これは、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合、銅片６１を給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に配置したとしても、伝送特性『Ｓ２１』が０．２ｄＢしか低下せず、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えていないことを示している。
　即ち、電源周波数を１２．７３ＭＨｚ（f(High P)）にした場合には、図１６に示すように、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に磁界空間Ｇ２は形成されていないために、銅片６１による影響を受け、伝送特性『Ｓ２１』が低下し、無線電力伝送装置１の電力伝送効率に影響を与えていることが分かる。一方、電源周波数を１２．５３ＭＨｚ（f(Low P)）にした場合には、図１６に示すように、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に磁界空間Ｇ２が形成され、その磁界空間Ｇ２に銅片６１が配置されているため、銅片６１による影響をほとんど受けず、伝送特性『Ｓ２１』が大幅に低下することもなく、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。

　上記の検証結果より、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界空間Ｇ１を形成し、形成した磁界空間Ｇ１に安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を配置した場合、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』、即ち、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。同様に、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、形成した磁界空間Ｇ２に安定回路７、充電回路８、充電池９などの電子機器を配置した場合、給電コイル２１、給電共振器２２及び受電共振器３２、受電コイル３１（無線電力伝送装置１）における伝送特性『Ｓ２１』、即ち、無線電力伝送装置１の電力伝送効率にほとんど影響を与えないことが分かる。

　上記構成によれば、共振現象によって電力を無線伝送するに際して、給電共振器２２及び受電共振器３２における伝送特性『Ｓ２１』の値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、伝送特性『Ｓ２１』の二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、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・Ｇ２を形成することが可能となる。
　そして、周辺の磁界強度よりも磁界強度を低減させた磁界空間Ｇ１・Ｇ２に、磁界の影響を低減させたい電子機器（安定回路７、充電回路８、及び、充電池９等）などを収納することにより、電子機器などに対して、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、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『Ｓ２１』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することにより、給電共振器２２と受電共振器３２との間に、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を形成することが可能となる。

　また、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『Ｓ２１』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（f(Low P)）に対応する周波数帯域に設定することにより、給電共振器２２及び受電共振器３２の外側に、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Ｇ２を形成することが可能となる。

　また、上記構成によれば、給電モジュール２（給電コイル２１、給電共振器２２）及び受電モジュール３（受電コイル３１、受電共振器３２）における、電力の電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の値が、一つのピークを有する、単峰性の特性を有するように設定することにより、伝送特性『Ｓ２１』の最大化を図ることができる。そして、伝送特性を最大化できるということは、給電モジュール２から受電モジュール３に対する電力伝送効率を最大化することができることを意味しているため、磁界空間Ｇ１・Ｇ２を形成しつつ、無線電力伝送の電力伝送効率を高めることが可能となる。
　また、給電モジュール２（給電コイル２１、給電共振器２２）及び受電モジュール３（受電コイル３１、受電共振器３２）における、電力の電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』の値が、少なくとも二つのピークを有する、双峰性の特性を有するように設定することにより、電力の電源周波数をピーク付近に設定した場合、磁界空間Ｇ１・Ｇ２を形成しつつ、無線電力伝送の電力伝送効率を高めることが可能となる。

　（磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさの変更）
　上記では、磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形成方法等について説明した。次に、形成する磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさを調整することができることを説明する。

　磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさを変更するには、給電モジュール２における給電共振器２２と受電モジュール３における受電共振器３２との間の磁界による結びつき度合い（磁界結合）の強度を変更することによって行うことが可能である。例えば、この磁界結合を変化させるには、給電モジュール２における給電コイル２１や給電共振器２２、及び、受電モジュール３における受電コイル３１や受電共振器３２に関する調整パラメータを変化させることによって行う。この調整パラメータを変化させる態様には、給電モジュール２における給電コイル２１と給電共振器２２との配置関係や、受電モジュール３における受電コイル３１と受電共振器３２との配置関係を変化させること、給電モジュール２に供給する電力量を変化させること、給電共振器２２及び受電共振器３２の各素子（コンデンサ、コイル）の容量やインダクタンスを変化させることなどが挙げられる。

　上記によれば、給電モジュール２及び受電モジュール３に関する調整パラメータを変化させて、給電共振器２２と受電共振器３２との間に発生する磁界結合の強度を変更することにより、磁界空間Ｇ１の大きさを変更することができる。例えば、給電モジュール２と受電モジュール３との間に発生する磁界結合を相対的に弱めることにより磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさを小さくすることができる。一方、給電モジュールと受電モジュールとの間に発生する磁界結合を相対的に強めることにより磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさを拡大することができる。これにより、磁界の影響を低減させたい電子機器の大きさに合わせて磁界空間の大きさを調整することが可能となる。

　例えば、給電モジュール２における給電コイル２１と給電共振器２２との配置関係、及び、受電モジュール３における受電コイル３１と受電共振器３２との配置関係、即ち、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を調整パラメータとして、この距離ｄ１２及び距離ｄ３４を変化させることによって磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさを変更することができる。

　上記構成によれば、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の少なくとも一つを変更することにより、磁界結合の強度を変更して磁界空間Ｇ１・Ｇ２の大きさを変更することができる。

　（その他の実施形態）
　上記の説明では、充電器１０１及び無線式ヘッドセット１０２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、上記では、電力が供給される機器として充電池９を例示して説明したが、これに限らず、電力が供給される機器に直接電力を消費しながら可動する機器を採用してもよい。

　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。

　（磁界空間の形状の変更）
　また、上記実施形態では、磁界空間Ｇ１・Ｇ２を形成することができることについて説明したが、更に、磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形状を変更することができることについて説明する。

　磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形状を変更するには、例えば、給電コイル２１、給電共振器２２、受電共振器３２、受電コイル３１のそれぞれの間・周辺の磁界による結びつき度合い（磁界結合）の強度を変更することによって行うが、この磁界結合を変化させるには、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２のコイル形状を変えることによって行う。

　上記方法によれば、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２を所望の形状にすることにより、磁界強度が相対的に弱い磁界空間Ｇ１・Ｇ２を、給電コイル２１、給電共振器２２、受電コイル３１、受電共振器３２の形状に沿った所望の形状で形成することができる。即ち、給電コイル２１・給電共振器２２及び受電モジュール３における受電コイル３１・受電共振器３２の形状を変えることにより、磁界強度が相対的に弱い磁界空間Ｇ１・Ｇ２の形状を変えることが可能となる。

　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
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
１０１　充電器
１０２　無線式ヘッドセット
１１０　ネットワークアナライザ
Ｇ１　Ｇ２　磁界空間

Claims (8)

1. 　少なくとも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であって、
   　前記給電共振器及び前記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、
   　前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、
   　前記給電共振器及び前記受電共振器の近辺に、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を形成した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に供給する電力の電源周波数を、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. 　前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、前記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、
   　前記給電モジュール及び前記受電モジュールにおける、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が、一つのピークを有する、単峰性の特性を有するように設定したことを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の無線電力伝送装置。
5. 　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、
   　前記給電モジュール及び前記受電モジュールにおける、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が、少なくとも二つのピークを有する、双峰性の特性を有するように設定したことを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の無線電力伝送装置。
6. 　前記給電モジュール及び前記受電モジュールに関する調整パラメータを変化させて、前記給電共振器と前記受電共振器との間に発生する磁界結合の強度を変更することにより、前記磁界空間の大きさを調整したことを特徴とする請求項５に記載の無線電力伝送装置。
7. 　前記調整パラメータは、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一つであることを特徴とする請求項６に記載の無線電力伝送装置。
8. 　少なくとも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における磁界空間の形成方法であって、
   　前記給電共振器及び前記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、
   　前記給電モジュールに供給する電力の電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域の何れかに対応する電源周波数帯域に設定することにより、
   　前記給電共振器と前記受電共振器との間に、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を形成することを特徴とする磁界空間の形成方法。

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