無線電力傳輸裝置及其制造方法
【專利摘要】本發明形成為在無線電力傳輸裝置中能夠使輸入阻抗的值根據被供電設備的負載的變動傾向而變動。無線電力傳輸裝置(1)中的供電諧振器(22)與受電諧振器(32)之間的傳輸特性(S21)具有兩個波峰頻帶。而且，設定為：向無線電力傳輸裝置(1)的供電模塊(2)供給的電力的電源頻率被設定在與傳輸特性(S21)的兩個波峰頻帶中的任一波峰頻帶對應的電源頻帶，在被供電設備的負載變動范圍的最高值時，包括被供電設備的無線電力傳輸裝置的相對于電力的電源頻率的輸入阻抗的值至少具有兩個波峰頻帶。
【專利說明】
無線電力傳輸裝置及其制造方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種使磁場變化來從供電模塊對受電模塊供給電力的無線電力傳輸 裝置和該無線電力傳輸裝置的制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，筆記型PC(Personal Computer:個人計算機）、平板型PC、數字攝像機、移 動電話、便攜式游戲機、耳機型音樂播放器、無線式頭戴型耳機、助聽器、記錄器等人可攜帶 使用的便攜式的電子設備正快速普及。而且，這些便攜式的電子設備的大部分中搭載有充 電電池，需要定期充電。為了簡化對搭載于該電子設備的充電電池的充電作業，通過在搭載 于充電器的供電模塊與搭載于電子設備的受電模塊之間利用無線傳輸電力的供電技術(使 磁場變化來進行電力傳輸的無線電力傳輸技術)來對充電電池進行充電的設備正不斷增 加。
[0003] 例如，作為無線電力傳輸技術，能夠列舉利用線圈間的電磁感應來進行電力傳輸 的技術(例如參照專利文獻1)、通過利用供電模塊和受電模塊所具備的諧振器(線圈）間的 諧振現象(磁場諧振態)使磁場耦合來進行電力傳輸的技術(例如參照專利文獻2)。
[0004] 另外，關于對充電電池(例如鋰離子二次電池等)進行充電的方式，已知有恒定電 流-恒定電壓充電方式。而且，在通過上述利用無線進行電力傳輸的無線電力傳輸裝置以恒 定電流-恒定電壓充電方式對鋰離子二次電池進行充電的情況下，在從恒定電流充電（CC) 轉變為恒定電壓充電（CV)時，向充電電池供給的電流值衰減，包括充電電池的被供電設備 (包括充電電池、穩定電路、充電電路等)的負載阻抗的值上升(負載變動）。
[0005] 這樣，包括被供電設備的無線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗也發生變動，但如果 能夠實現與被供電設備的負載阻抗值的上升相應地使包括被供電設備的無線電力傳輸裝 置整體的輸入阻抗上升，則能夠根據被供電設備的負載阻抗的上升來減小包括被供電設備 的無線電力傳輸裝置的輸入電流，從而能夠降低包括被供電設備的無線電力傳輸裝置的消 耗電力。
[0006] 關于這一點，為了與被供電設備的負載阻抗值的上升相應地使包括被供電設備的 無線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗上升，考慮單獨地設置阻抗匹配器。
[0007] 專利文獻1:日本專利第4624768號公報 [0008] 專利文獻2:日本特開號公報

【發明內容】

[0009] 發明要解決的問題
[0010]然而，對要求便攜性、簡單化、低成本化的便攜電子設備而言，單獨地設置阻抗匹 配器會導致部件數增加，故而并不理想。
[0011]換言之，期望的是，不對無線電力傳輸裝置追加新的設備，就能夠與被供電設備的 負載阻抗值的上升相應地使包括被供電設備的無線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗上升。
[0012] 因此，本發明的目的在于提供一種無線電力傳輸裝置及其制造方法，該無線電力 傳輸裝置不追加新的設備就能夠在被供電設備的負載發生變動時使包括被供電設備的無 線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗的值根據被供電設備的負載的變動傾向而變動。
[0013] 用于解決問題的方案
[0014] 用于解決上述問題的發明之一是一種無線電力傳輸裝置，其使磁場變化來從至少 具備供電諧振器的供電模塊對連接有負載變動的被供電設備的、至少具備受電諧振器的受 電模塊供給電力，該無線電力傳輸裝置的特征在于，
[0015] 所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性的值具 有兩個波峰頻帶，向所述供電模塊供給的電力的電源頻率被設定在與所述傳輸特性的兩個 波峰頻帶中的任一波峰頻帶對應的電源頻帶，
[0016] 該無線電力傳輸裝置設定為:在所述被供電設備的負載變動范圍的最高值時，包 括所述被供電設備的所述無線電力傳輸裝置的相對于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的 值至少具有兩個波峰頻帶。
[0017] 根據上述結構，在被供電設備的負載發生了變動時，能夠使包括被供電設備的無 線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗的值根據被供電設備的負載的變動傾向而變動。例如，在 被供電設備的負載上升的情況下，能夠使包括被供電設備的無線電力傳輸裝置整體的輸入 阻抗的值上升。由此，在被供電設備的負載上升的情況下，能夠減小包括被供電設備的無線 電力傳輸裝置的輸入電流，從而能夠降低被供電設備的負載上升時的消耗電力。
[0018] 另外，用于解決上述問題的發明之一的特征在于，在上述無線電力傳輸裝置中，
[0019] 設定為:通過將構成所述供電模塊和所述受電模塊的多個電路元件的各元件值作 為參數并分別改變該參數，來使所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻 率的傳輸特性的值具有兩個波峰頻帶，并且使包括所述被供電設備的所述無線電力傳輸裝 置的相對于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的值具有兩個波峰頻帶。
[0020] 根據上述結構，能夠設定為:通過相互調整構成供電模塊和受電模塊的多個電路 元件的各元件值來使供電諧振器和受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性的值 具有兩個波峰頻帶，并且使無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值具有兩個波峰頻帶。
[0021] 另外，用于解決上述問題的發明之一的特征在于，在上述無線電力傳輸裝置中，
[0022] 設定為：通過調整所述供電模塊和所述受電模塊所具有的線圈間的耦合系數的 值，來使所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性的值具有 兩個波峰頻帶，并且使包括所述被供電設備的所述無線電力傳輸裝置的相對于所述電力的 電源頻率的輸入阻抗的值具有兩個波峰頻帶。
[0023] 根據上述結構，能夠設定為:通過改變供電模塊和受電模塊所具有的線圈間的耦 合系數的值，來使供電諧振器和受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性的值具有 兩個波峰頻帶，并且使無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值具有兩個波峰頻帶。
[0024] 另外，用于解決上述問題的發明之一的特征在于，在上述無線電力傳輸裝置中，所 述供電模塊和所述受電模塊所具有的線圈間的耦合系數的值是通過使所述線圈間的距離 變化來調整的。
[0025] 根據上述結構，能夠通過使線圈間的距離變化來調整供電模塊和受電模塊所具有 的線圈間的耦合系數的值。由此，能夠通過使線圈間的距離物理地變化這樣簡易的設計來 進行調整。
[0026] 另外，用于解決上述問題的發明之一的特征在于，在上述無線電力傳輸裝置中，將 向所述供電模塊供給的電力的電源頻率設定為與所述傳輸特性的兩個波峰頻帶中的形成 于高頻側的波峰頻帶對應的頻帶。
[0027] 根據上述結構，通過將向供電模塊供給的電力的電源頻率設定為與傳輸特性的兩 個波峰頻帶中的形成于高頻側的波峰頻帶對應的頻帶，能夠在供電諧振器與受電諧振器之 間形成具有比附近的磁場強度小的磁場強度的磁場空間。
[0028] 另外，用于解決上述問題的發明之一的特征在于，在上述無線電力傳輸裝置中，將 向所述供電模塊供給的電力的電源頻率設定為與所述傳輸特性的兩個波峰頻帶中的形成 于低頻側的波峰頻帶對應的頻帶。
[0029] 根據上述結構，通過將向供電模塊供給的電力的電源頻率設定為與傳輸特性的兩 個波峰頻帶中的形成于低頻側的波峰頻帶對應的頻帶，能夠在供電諧振器和受電諧振器的 外側形成具有比附近的磁場強度小的磁場強度的磁場空間。
[0030] 另外，用于解決上述問題的發明之一是一種無線電力傳輸裝置的制造方法，該無 線電力傳輸裝置使磁場變化來從至少具備供電諧振器的供電模塊對連接有負載變動的被 供電設備且至少具備受電諧振器的受電模塊供給電力，該制造方法的特征在于，包括以下 工序：
[0031] 設定為所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性 的值具有兩個波峰頻帶；以及
[0032] 設定為在所述被供電設備的負載變動范圍的最高值時，包括所述被供電設備的所 述無線電力傳輸裝置的相對于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的值至少具有兩個波峰頻 帶。
[0033]根據通過上述方法制造的無線電力傳輸裝置，在被供電設備的負載發生了變動 時，能夠使包括被供電設備的無線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗的值根據被供電設備的負 載的變動傾向而變動。例如，在被供電設備的負載上升的情況下，能夠使包括被供電設備的 無線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗的值上升。由此，在被供電設備的負載上升的情況下，能 夠減小包括被供電設備的無線電力傳輸裝置的輸入電流，從而能夠降低被供電設備負載上 升時的消耗電力。
[0034] 發明的效果
[0035]能夠提供一種無線電力傳輸裝置及其制造方法，該無線電力傳輸裝置不追加新的 設備就能夠在被供電設備的負載變動時使包括被供電設備的無線電力傳輸裝置整體的輸 入阻抗的值根據被供電設備的負載的變動傾向而變動。
【附圖說明】
[0036]圖1是搭載有本實施方式的無線電力傳輸裝置的充電器和無線式頭戴型耳機的說 明圖。
[0037]圖2是無線電力傳輸裝置的概要說明圖。
[0038]圖3是無線電力傳輸裝置的等效電路的說明圖。
[0039]圖4是諧振器間的傳輸特性"S21"具有兩個波峰時的說明圖。
[0040] 圖5是連接于網絡分析儀的無線電力傳輸裝置的說明圖。
[0041] 圖6是反相諧振模式的磁場矢量圖。
[0042] 圖7是同相諧振模式的磁場矢量圖。
[0043]圖8A是表示鋰離子二次電池的充電特性的曲線圖。
[0044] 圖8B是表示鋰離子二次電池的充電特性的曲線圖。
[0045] 圖9是表示無線電力傳輸中的線圈間距離與耦合系數的關系的曲線圖。
[0046]圖IOA表示實施例1的測定結果，是S21測定結果的曲線圖。
[0047] 圖IOB表示實施例1的測定結果，是相對于電源頻率的輸入阻抗的曲線圖。
[0048] 圖IOC表示實施例1的測定結果，是表示終端負載的傾向的說明圖。
[0049]圖IlA表示實施例2的測定結果，是S21測定結果的曲線圖。
[0050]圖IlB表示實施例2的測定結果，是相對于電源頻率的輸入阻抗的曲線圖。
[0051]圖IlC表示實施例2的測定結果，是表示終端負載的傾向的說明圖。
[0052]圖12A表示實施例3的測定結果，是S21測定結果的曲線圖。
[0053]圖12B表示實施例3的測定結果，是相對于電源頻率的輸入阻抗的曲線圖。
[0054]圖12C表示實施例3的測定結果，是表示終端負載的傾向的說明圖。
[0055]圖13A表示實施例4的測定結果，是S21測定結果的曲線圖。
[0056]圖13B表示實施例4的測定結果，是相對于電源頻率的輸入阻抗的曲線圖。
[0057]圖13C表示實施例4的測定結果，是表示終端負載的傾向的說明圖。
[0058]圖14A表示比較例的測定結果，是S21測定結果的曲線圖。
[0059] 圖14B表示比較例的測定結果，是相對于電源頻率的輸入阻抗的曲線圖。
[0060] 圖14C表示比較例的測定結果，是表示終端負載的傾向的說明圖。
[0061] 圖15是說明包括無線電力傳輸裝置的無線式頭戴型耳機和充電器的設計方法的 流程圖。
【具體實施方式】 [0062](實施方式）
[0063]以下，對本發明所涉及的無線電力傳輸裝置和無線電力傳輸裝置的制造方法的實 施方式進行說明。
[0064]在本實施方式中，如圖1所示，以搭載有供電模塊2的充電器101和搭載有受電模塊 3的無線式頭戴型耳機102為例來對無線電力傳輸裝置1進行說明，該無線電力傳輸裝置1是 將形成具有比周邊的磁場強度小的磁場強度的磁場空間G1(G2)的、具備供電諧振器22的供 電模塊2和具備受電諧振器32的受電模塊3作為主要結構要素。此外，圖1表示充電時的充電 器101和無線式頭戴型耳機102的狀態。
[0065](充電器101和無線式頭戴型耳機102的結構）
[0066]如圖1所示，充電器101具備供電模塊2,該供電模塊2具有供電線圈21和供電諧振 器22。另外，無線式頭戴型耳機102具備受電模塊3,該受電模塊3具有耳機揚聲器部102a、受 電線圈31以及受電諧振器32。而且，在供電模塊2的供電線圈21上連接有交流電源6,該交流 電源6具備將向供電模塊2供給的電力的電源頻率設定為規定值的振蕩電路。另外，在受電 模塊3的受電線圈31上經由對接收到的交流電力進行整流化的穩定電路7和用于防止過充 電的充電電路8而連接有鋰離子二次電池9。而且，穩定電路7、充電電路8以及鋰離子二次電 池9被配置成位于受電諧振器32的內周側(此外，在附圖中，為了便于說明而將穩定電路7、 充電電路8以及鋰離子二次電池9記載在受電諧振器32之外）。在配置有這些穩定電路7、充 電電路8以及鋰離子二次電池9的受電諧振器32的內周側，在充電時形成具有比周邊的磁場 強度小的磁場強度的磁場空間Gl，詳細內容在后面記述。此外，如圖1和圖2所示，本實施方 式的穩定電路7、充電電路8以及鋰離子二次電池9是成為最終的電力的供電目標的被供電 設備10,被供電設備10是連接于受電模塊3的作為電力的供電目標的所有設備的總稱。
[0067] 另外，雖未圖示，但在充電器101中設置有用于收納無線式頭戴型耳機102的符合 無線式頭戴型耳機102的形狀的收納槽，通過將無線式頭戴型耳機102收納于該充電器101 的收納槽，能夠將無線式頭戴型耳機102以充電器101所具備的供電模塊2與無線式頭戴型 耳機102所具備的受電模塊3相向配置的方式定位。
[0068] 供電線圈21發揮通過電磁感應將從交流電源6獲得的電力供給至供電諧振器22的 作用。如圖3所示，該供電線圈21構成為以電阻器心和線圈L 1S要素的RL電路。此外，線圈L1 部分使用螺線管線圈。另外，將構成供電線圈21的電路元件所具有的合計阻抗設為Z1，在本 實施方式中，將以構成供電線圈21的電阻器心和線圈L 1S要素的RL電路（電路元件)所具有 的合計阻抗設SZ1。另外，將供電線圈21中流通的電流設為I 1。此外，電流1占向無線電力傳 輸裝置1輸入的輸入電流Iin的含義相同。另外，在本實施方式中，列舉RL電路為例對供電線 圈21進行了說明，但是也可以設為RLC電路的結構。
[0069] 受電線圈31發揮如下作用:通過電磁感應來接收作為磁場能量從供電諧振器22傳 輸至受電諧振器32的電力，并將所接收的電力經由穩定電路7和充電電路8供給至鋰離子二 次電池9。如圖3所示，該受電線圈31與供電線圈21同樣地構成為以電阻器R 4和線圈L4為要素 的RL電路。此外，線圈L4部分使用螺線管線圈。另外，將構成受電線圈31的電路元件所具有 的合計阻抗設為Z 4,在本實施方式中，將以構成受電線圈31的電阻器R4和線圈L4為要素的RL 電路（電路元件)所具有的合計阻抗設為Z4。另外，將連接于受電線圈31的被供電設備10(穩 定電路7、充電電路8以及鋰離子二次電池9)的合計的負載阻抗設為Z L。另外，將受電線圈31 中流通的電流設為14。此外，將被供電設備10的合計的負載阻抗設為Zu但為方便起見，也可 以置換為Rl。另外，在本實施方式中，列舉RL電路為例對受電線圈31進行了說明，但是也可 以設為RLC電路的結構。
[0070] 如圖3所示，供電諧振器22構成為以電阻器此、線圈L2以及電容器&為要素的RLC電 路。另外，如圖3所示，受電諧振器32構成為以電阻器R 3、線圈L3以及電容器C3為要素的RLC電 路。而且，供電諧振器22和受電諧振器32分別成為諧振電路，發揮產生磁場諧振態的作用。 在此，磁場諧振態(諧振現象)是指兩個以上的線圈以諧振頻帶諧振。另外，將構成供電諧振 器22的電路元件所具有的合計阻抗設為Z 2,在本實施方式中，將以構成供電諧振器22的電 阻器R2、線圈L2以及電容器(： 2為要素的RLC電路（電路元件)所具有的合計阻抗設為Z2。另外， 將構成受電諧振器32的電路元件所具有的合計阻抗設為Z 3,在本實施方式中，將以構成受 電諧振器32的電阻器R3、線圈L3以及電容器C 3為要素的RLC電路（電路元件)所具有的合計阻 抗設為Z3。另外，將供電諧振器22中流通的電流設為1 2,將受電諧振器32中流通的電流設為 13〇
[0071] 另外，對于供電諧振器22和受電諧振器32中的作為諧振電路的RLC電路，當將阻抗 設為L、將電容器容量設為C時，由（式I)確定的fo成為諧振頻率。
[0072] 「忒 Π
[0073] …(VCl)
[0074] 另外，供電諧振器22和受電諧振器32使用螺線管線圈。另外，使供電諧振器22和受 電諧振器32的諧振頻率一致。此外，供電諧振器22和受電諧振器32只要是使用線圈的諧振 器即可，也可以是螺旋型、螺線管型等的線圈。
[0075]另外，將供電線圈21與供電諧振器22之間的距離設為dl2,將供電諧振器22與受電 諧振器32之間的距離設為d23,將受電諧振器32與受電線圈31之間的距離設為d34(參照圖2 和圖3)。
[0076] 另外，如圖3所示，將供電線圈21的線圈L1與供電諧振器22的線圈L2之間的互感設 為M 12，將供電諧振器22的線圈L2與受電諧振器32的線圈L3之間的互感設為M 23,將受電諧振 器32的線圈L3與受電線圈31的線圈L4之間的互感設為M 34。另外，在無線電力傳輸裝置1中， 將線圈L1與線圈Ld間的耦合系數表述為k12，將線圈1^ 2與線圈L3之間的耦合系數表述為k23， 將線圈L3與線圈L 4之間的耦合系數表述為k34。
[0077] 此外，如果表示基于上述結構的無線電力傳輸裝置1(包括穩定電路7、充電電路8 以及鋰離子二次電池9)的電路圖，則如圖2的下圖所示。在該圖中，將無線電力傳輸裝置1整 體置換為一個輸入阻抗Z in來進行表示，將施加于無線電力傳輸裝置1的電壓設為電壓Vin， 將向無線電力傳輸裝置1輸入的電流設為Ι ιη。
[0078] 而且，如果以基于電壓Vin與輸入阻抗Zin的關系式表示該電流I in，則如(式2)所示。
[0079] [式 2]
[0080]
...(式 2)
[0081] 另外，為了更詳細地表示無線電力傳輸裝置1的輸入阻抗Zin，當利用等效電路來表 示無線電力傳輸裝置1的結構時，如圖3所示。而且，根據圖3的等效電路，無線電力傳輸裝置 1的輸入阻抗Z in能夠如(式3)那樣表述。
[0082] [式 3]
[0083]
[0084] 0?為L1與Lj之間的耦合系數）
[0085] ···(式3)
[0086] 而且，本實施方式中的無線電力傳輸裝置1的供電線圈21、供電諧振器22、受電諧 振器32以及受電線圈31的阻抗Zi、Z2、Z3、Z4、Zl分別能夠如(式4)那樣表述。
[0087] [式 4]
[0088]
[0089] 接著，如果將(式4)導入(式3)，則成為(式5)。[0090]
[0091]
[0092] 在此，供電線圈21的RL電路的R^L1、供電諧振器22的RLC電路1?2丄2、(： 2、受電諧振器 32的RLC電路的防、1^、(：3、受電線圈31的1^電路的1?4、1^的電阻值、電感、電容器容量以及耦合 系數k 12、k23、k34作為在設計、制造階段等可變更的參數而發揮作用。
[0093]根據上述無線電力傳輸裝置1，在使供電諧振器22的諧振頻率與受電諧振器32的 諧振頻率一致的情況下，能夠在供電諧振器22與受電諧振器32之間產生磁場諧振態。當在 供電諧振器22與受電諧振器32諧振的狀態下產生磁場諧振態時，能夠將電力作為磁場能量 從供電諧振器22傳輸至受電諧振器32。而且，由受電諧振器32接收到的電力經由受電線圈 31、穩定電路7以及充電電路8被供給至鋰離子二次電池9來對該鋰離子二次電池9進行充 電。
[0094](磁場空間的形成）
[0095] 在本實施方式的無線電力傳輸裝置1中，為了抑制在供電模塊2和受電模塊3的內 部、周邊產生的磁場的強度，而形成用于使磁場強度減弱的磁場空間Gl或磁場空間G2。具體 地說，如圖1~圖5所示，在利用諧振現象從供電模塊2的供電諧振器22向受電模塊3的受電 諧振器32進行電力供給時，在供電諧振器22和受電諧振器32附近形成具有比周邊的磁場強 度小的磁場強度的磁場空間Gl或磁場空間G2。
[0096] 為了形成磁場空間G1、G2,通過設定為表示供電諧振器22和受電諧振器32的相對 于電源頻率的傳輸特性"S21"的曲線圖具有兩個波峰頻帶并將向供電模塊供給的電力的電 源頻率設定為與兩個波峰頻帶中的任一波峰頻帶對應的電源頻率來實現。在本實施方式 中，如圖1~圖5所示，為了在供電諧振器22與受電諧振器32之間形成磁場空間Gl，而將電源 頻率設定為與兩個波峰頻帶中的形成于高頻側的波峰頻帶對應的電源頻率。此外，期望在 供電諧振器22和受電諧振器32的外側形成磁場空間G2的情況下（參照圖5)，將電源頻率設 定為與兩個波峰頻帶中的形成于低頻側的波峰頻帶對應的電源頻率。
[0097]在此，傳輸特性"S21"表示將無線電力傳輸裝置1(供電模塊2和受電模塊3)連接于 網絡分析儀11〇(例如Agilent Technologies股份有限公司制造的E5061B等，參照圖5)而測 量出的信號，以分貝表示，數值越大則意味著電力傳輸效率越高。另外，電力傳輸效率是指 在將無線電力傳輸裝置1連接于網絡分析儀110的狀態下輸出至輸入端子112的電力相對于 從輸出端子111向供電模塊2供給的電力的比率。
[0098]具體地說，如圖5所示，使用網絡分析儀110,一邊改變向供電諧振器22供給的交流 電力的電源頻率，一邊對供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電源頻率的傳輸特性 "S21"進行分析。此時，如圖4的曲線圖所示，將橫軸設為從輸出端子111輸出的交流電力的 電源頻率、將縱軸設為傳輸特性"S21"來進行分析。在此，在對供電諧振器22和受電諧振器 32的傳輸特性"S21"進行測定時，如果供電線圈21與供電諧振器22之間的耦合強，則導致對 供電諧振器22與受電諧振器32之間的耦合狀態造成影響，從而無法準確地測定供電諧振器 22和受電諧振器32的傳輸特性"S21"，因此供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2需要 保持為使供電諧振器22能夠被充分被激勵而生成基于供電諧振器22的磁場且供電線圈21 與供電諧振器22盡可能不耦合的距離。另外，基于相同的原因，受電諧振器32與受電線圈31 之間的距離d34也需要保持為使受電諧振器32能夠充分被激勵而生成基于受電諧振器32的 磁場且受電諧振器32與受電線圈31盡可能不耦合的距離。而且設定為，進行分析得到的供 電諧振器22和受電諧振器32的傳輸特性"S21"的分析波形如圖4所示那樣具有形成于低頻 側的波峰頻帶(f (Low P))和形成于高頻側的波峰頻帶(f (Hi gh P))這兩個波峰頻帶(參照 實線150)。
[0099]此外，為了如上述那樣使供電諧振器22和受電諧振器32的傳輸特性"S21"的分析 波形以波峰分離在低頻側和高頻側的方式具有兩個波峰頻帶，而通過調整供電諧振器22與 受電諧振器32之間的距離d23、或調整供電諧振器22的RLC電路的1? 2丄2、(：2、受電諧振器32的 RLC電路的R3、L3、C3的電阻值、電感、電容器容量、耦合系數k 23等構成供電諧振器22和受電諧 振器32的可變更的參數來實現。
[0100] 而且，在供電諧振器22和受電諧振器32的傳輸特性"S21"的分析波形具有兩個波 峰頻帶的情況下，在將供給的交流電力的電源頻率設定在形成于高頻側的波峰頻帶（f (High P))時，供電諧振器22和受電諧振器32以相反的相位成為諧振態，如圖6所示，供電諧 振器22中流通的電流的方向（22A)與受電諧振器32中流通的電流的方向（32A)為相反的方 向。其結果，如圖6的磁場矢量圖所示，產生于供電諧振器22的內周側的磁場與產生于受電 諧振器32的內周側的磁場相互抵消，由此在供電諧振器22和受電諧振器32的內周側，磁場 所產生的影響減少，從而能夠形成具有比供電諧振器22和受電諧振器32的內周側以外的磁 場強度(例如供電諧振器22和受電諧振器32的外周側的磁場強度)小的磁場強度的磁場空 間G1。在此，將供電諧振器22中流通的電流的方向與受電諧振器32中流通的電流的方向為 相反的方向的諧振態稱為反相諧振模式。
[0101] 另一方面，在供電諧振器22和受電諧振器32的傳輸特性"S21"的分析波形具有兩 個波峰頻帶的情況下，在將供給的交流電力的電源頻率設定為形成于低頻側的波峰頻帶(f (Low P))時，供電諧振器22和受電諧振器32以相同的相位成為諧振態，如圖7所示，供電諧 振器22中流通的電流的方向（22A)與受電諧振器32中流通的電流的方向（32A)為相同的方 向。其結果，如圖7的磁場矢量圖所示，產生于供電諧振器22的外周側的磁場與產生于受電 諧振器32的外周側的磁場相互抵消，由此在供電諧振器22和受電諧振器32的外周側，磁場 所產生的影響減少，從而能夠形成具有比供電諧振器22和受電諧振器32的外周側以外的磁 場強度(例如供電諧振器22和受電諧振器32的內周側的磁場強度)小的磁場強度的磁場空 間G2。在此，將供電諧振器22中流通的電流的方向與受電諧振器32中流通的電流的方向為 相同的方向的諧振態稱為同相諧振模式。
[0102] (伴隨被供電設備的負載變動而發生的無線電力傳輸裝置的負載變動）
[0103] 在此，以鋰離子二次電池為例，簡單地說明伴隨鋰離子二次電池的負載變動而發 生的無線電力傳輸裝置1的負載變動會產生什么樣的影響。
[0104] 在本實施方式中，使用鋰離子二次電池9來作為被供給電力的被供電設備10的一 種。另外，一般而言，對鋰離子二次電池9進行充電時使用恒定電流-恒定電壓充電方式。在 利用該恒定電流-恒定電壓充電方式對鋰離子二次電池9進行充電的過程中，如圖8A的鋰離 子二次電池的充電特性所示，在開始充電后不久，以恒定電流進行充電（CC : constant current)。而且，在以恒定電流進行充電的期間，電壓(Vch)上升至規定的上限電壓(在本實 施方式中為4.2V)。當電壓上升至上限電壓時，保持該上限電壓不變地以恒定電壓進行充電 (CV: constant voltage)。當以恒定電壓進行充電時，電流值（Id1)逐漸衰減，在達到規定的 電流值或經過規定時間后，充電完成。
[0105] 而且，在利用無線電力傳輸裝置1以上述恒定電流-恒定電壓充電方式對鋰離子二 次電池9進行充電的情況下，在從利用恒定電流的充電（CC)轉變為利用恒定電壓的充電 (CV)時，如圖8B的構成被供電設備10的穩定電路7、充電電路8以及鋰離子二次電池9的負載 阻抗Zl的負載變動特性所示，供給至構成被供電設備10的穩定電路7、充電電路8以及鋰離 子二次電池9的電流值（I in)衰減，由此在恒定電壓充電（CV)中負載阻抗Zl的值上升。即，作 為本實施方式的被供電設備1〇(穩定電路7、充電電路8、鋰離子二次電池9)整體的負載阻抗 Zl的值上升(負載變動）。
[0106] 而且，伴隨著被供電設備10的負載阻抗Zl的值的上升，包括被供電設備10的無線 電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin也發生變動。在此，當與被供電設備10的負載阻抗Zl的值 的上升相應地、包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Z in下降時，如果是 在固定電壓下，則根據被供電設備10的負載阻抗的上升，包括被供電設備10的無線電力傳 輸裝置1的輸入電流變大，從而包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力增大。
[0107] 另一方面，如果能夠與被供電設備10的負載阻抗A的值的上升相應地使包括被供 電設備10的無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Z in上升，則在固定電壓下，根據被供電設備 10的負載阻抗的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而 能夠降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。例如，能夠降低在充電時 (尤其是轉變為恒定電壓后)消耗的電力量。
[0108] 即，如果能夠使包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin相應 于被供電設備10的負載阻抗Zl的值的上升而上升，則根據被供電設備10的負載變動，能夠 降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。例如，如果在被供電設備10包括 鋰離子二次電池9的情況下，則能夠降低在鋰離子二次電池9的充電時消耗的電力量。另外， 在被供電設備10采用能夠一邊直接消耗電力一邊工作的驅動設備的情況下(例如不經由二 次電池等而通過供給電力來直接驅動設備），在驅動設備的負載上升時，能夠降低與此同時 產生的驅動設備的消耗電力。
[0109]在本實施方式中，為了使包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻 抗Zin相應于被供電設備10的負載阻抗Zl的值的上升而上升，設定為:供電諧振器22和受電 諧振器32的相對于電力的電源頻率的傳輸特性"S21"的值具有兩個波峰頻帶，并將向供電 模塊2供給的電力的電源頻率設定在與傳輸特性"S21"的兩個波峰頻帶中的任一波峰頻帶 對應的電源頻帶(設定為反相諧振模式或同相諧振模式），在被供電設備10的負載變動范圍 的最高值(例如，如果負載在50 Ω~200 Ω的范圍進行變動，則200 Ω為負載變動范圍的最高 值)時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電力的電源頻率的輸入阻抗Zin的 值至少具有兩個波峰頻帶。
[0110]另外，在本實施方式中，為了設定為在被供電設備1〇的負載變動范圍的最高值時、 包括被供電設備1〇的無線電力傳輸裝置1的相對于電力的電源頻率的輸入阻抗Zin的值至少 具有兩個波峰頻帶，而通過將構成供電模塊2和受電模塊3的多個電路元件的各元件值作為 參數并分別變更該參數來實現。
[0111] 具體地說，供電線圈21的RL電路的R1、L1、供電諧振器22的RLC電路R2、L 2、C2、受電諧 振器32的RLC電路的R3、L3、C 3、受電線圈31的RL電路的R4、L4的電阻值、電感、電容器容量、耦 合系數k 12、k23、k34等是在設計、制造階段等可變更的參數。此外，在供電線圈21和受電線圈 31使用RLC電路的情況下，各RLC電路的電容器容量也是在設計、制造階段等可變更的參數。
[0112] 此外，這些參數也為用于將上述供電諧振器22和受電諧振器32的傳輸特性"S21" 的分析波形設定為以波峰分離在低頻側和高頻側的方式具有兩個波峰頻帶的參數。
[0113] 另外，作為調整供電模塊和受電模塊所具有的線圈間的耦合系數k12、k23、k34的值 的方法，能夠列舉以下方法等:改變供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2、供電諧振 器22與受電諧振器32之間的距離d23、受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34;改變供 電線圈21、供電諧振器22、受電諧振器32、受電線圈31的線圈直徑;使供電諧振器22的中心 軸與受電諧振器32的中心軸錯開;使供電諧振器22的線圈面與受電諧振器32的線圈面形成 角度;使供電線圈21、供電諧振器22或受電諧振器32、受電線圈31等各元件（電阻、電容器、 線圈）的容量變化;改變向供電模塊2供給的交流電力的驅動頻率。
[0114] 在此，一般而言，如圖9所示，在無線電力傳輸中，線圈與線圈之間的距離同耦合系 數k的關系具有如下傾向：當縮短(拉近)線圈與線圈之間的距離時，耦合系數k的值變高。當 將其應用于本實施方式的無線電力傳輸裝置1時，通過分別縮短供電線圈21與供電諧振器 22之間的距離dl2、供電諧振器22與受電諧振器32之間的距離d23、受電諧振器32與受電線 圈31之間的距離d34,能夠提高供電線圈21(線圈L 1)與供電諧振器22(線圈L2)之間的耦合系 數k12、供電諧振器22(線圈L 2)與受電諧振器32(線圈L3)之間的耦合系數k23、受電諧振器32 (線圈L 3)與受電線圈31(線圈L4)之間的耦合系數k34。相反地，通過分別延長供電線圈21與 供電諧振器22之間的距離dl2、供電諧振器22與受電諧振器32之間的距離d23、受電諧振器 32與受電線圈31之間的距離d34,能夠降低供電線圈21(線圈L 1)與供電諧振器22(線圈L2)之 間的耦合系數k12、供電諧振器22(線圈L 2)與受電諧振器32(線圈L3)之間的耦合系數k23、受 電諧振器32(線圈L 3)與受電線圈31(線圈L4)之間的耦合系數k34。
[0115] (實施例和比較例）
[0116] 接著，利用改變了條件的實施例1~4以及比較例，來說明在改變供電線圈21與供 電諧振器22之間的距離dl2和受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34而使耦合系數k 12、 k34發生了變化的情況下包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1整體的相對于電力的電源 頻率的輸入阻抗Z in表示什么樣的值。
[0117] 在實施例1~4和比較例中，將無線電力傳輸裝置1連接于阻抗分析儀(在本實施方 式中，使用Agilent TechnoIogies股份有限公司制造的E506IB)來測定包括被供電設備10 的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Z in的值。此外，在實施例1~4和比較例 中，代替被供電設備(穩定電路7、充電電路8以及鋰離子二次電池9)而連接可變電阻器(R l) 來進行測定。在此，通過將可變電阻器(Rl)的值改變為50 Ω、1〇〇Ω、200Ω這三個值來進行 測定，由此能夠虛擬地再現被供電設備10的負載阻抗Zl的值發生變動的現象。
[0118] 另外，關于在實施例1~4和比較例中使用的無線電力傳輸裝置1，供電線圈21是以 電阻器R1和線圈Ld要素的RL電路，線圈1^部分是將線徑為ΙπιπιΦ的銅線材(帶絕緣覆膜)卷 繞一圈而得到的，設定為線圈直徑為1〇〇_Φ(不諧振）。受電線圈31是以電阻器R4和線圈L 4 為要素的RL電路，線圈L4部分與供電線圈21同樣地，是將線徑為ΙπιπιΦ的銅線材(帶絕緣覆 膜)卷繞一圈而得到的，設定為線圈直徑為1〇〇πιπιΦ(不諧振）。另外，供電諧振器22是以電阻 器R 2、線圈L2以及電容器(：2為要素的RLC電路，線圈1^部分是將線徑為ΙπιπιΦ的銅線材(帶絕 緣覆膜)卷繞兩圈而得到的線圈直徑為ΙΟΟπιπιΦ的螺線管線圈。受電諧振器32是以電阻器 R3、線圈L3以及電容器C3為要素的RLC電路，線圈L3部分是將線徑為ΙπιπιΦ的銅線材(帶絕緣 覆膜)卷繞兩圈而得到的線圈直徑為ΙΟΟπιπιΦ的螺線管線圈。而且，供電諧振器22和受電諧 振器32的諧振頻率為12.63MHz。另外，將供電諧振器22與受電諧振器32之間的距離d23設為 120mm，供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的傳輸特性"S21"的值設定 為具有形成于低頻側的波峰頻帶(f(L 〇w P))和形成于高頻側的波峰頻帶(f(High P))這兩 個波峰頻帶(參照圖10A、圖11A、圖12A、圖13A、圖14A的實線150)。此外，根據測定條件來調 整供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2和受電諧振器32與受電線圈31之間的距離 d34〇
[0119] (實施例1)
[0120]在實施例1中，測定將供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2設為40mm、將受 電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設為40mm之后將可變電阻器(Rl)的值改變為50 Ω、100Ω、200Ω這三個值的情況下的、包括可變電阻(相當于被供電設備10)的無線電力傳 輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Z in的值(參照圖10Β)。另外，在圖10C的表中，一并示 出向供電模塊2供給的交流電力的電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f (Low P))時（同相 諧振模式：12.53MHz)的測定值、設定為諧振頻率??時（諧振頻率12.63MHz)的測定值、設定 在高頻側的波峰頻帶(f (High P))時(反相諧振模式:12.73MHz)的測定值。此外，在實施例1 中，如圖10A所示，還測定了供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的傳輸 特性"S21"的值(實線150)以及供電線圈21、供電諧振器22、受電諧振器32及受電線圈31的 傳輸特性"S21"的值(實線151)。在圖10A中示出其測定結果。
[0121]如圖10B所示，在將電源頻率設定為諧振頻率f0的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入 阻抗Zin = 25 · 0 Ω，在設Rl= 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 24 · 4 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸入阻抗Zin = 23.9 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin下降了。因 而可知，在將電源頻率設定為諧振頻率f〇的情況下，相應于負載Rl的上升，包括被供電設備 10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流變大，導致包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的 消耗電力增大。
[0122] 另一方面，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(L〇w P))的情況下，在設Rl =50〇時，輸入阻抗2化=40.6〇，在設仉=100〇時，輸入阻抗2化=41.8〇，在設見=20(^ 時，輸入阻抗Ζ ιη = 43.1Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻 抗Zin上升了。因而可知，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(Low P))的情況下，相應 于負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠 降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0123] 另外，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入阻抗Zin = 32 · 7 Ω，在設Rl= 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 35 · 6 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸 入阻抗Ζιη = 37.3 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin 上升了。因而可知，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，相應于 負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠降 低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0124] 另外，在實施例1中，將被供電設備10的負載設定為50Ω、1〇〇Ω、200Ω這三個值， 虛擬地再現了被供電設備10的負載阻抗A的值在50~200 Ω之間進行負載變動的現象。而 且，在該負載變動的最高值即200 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于 電源頻率的輸入阻抗Zin的值具有兩個波峰頻帶(參照圖IOB的相對于電源頻率的輸入阻抗 項目中的200 Ω的曲線圖）。此外，在實施例1中，通過將供電線圈21與供電諧振器22之間的 距離dl2設為40mm、將受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設為40mm，即使在將負載 設為50 Ω和100 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻 抗Zin的值也具有兩個波峰頻帶(參照圖10B)。
[0125] (實施例2)
[0126] 在實施例2中，測定將供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2設定為30mm、將 受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設定為30mm之后將可變電阻器(Rl)的值改變為 50Ω、100Ω、200Ω這三個值的情況下的、包括可變電阻（相當于被供電設備10)的無線電力 傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Z in的值(參照圖11Β)。另外，在圖IlC的表中，一并 示出將向供電模塊2供給的交流電力的電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶（f(Low P))時 (同相諧振模式：12.53MHz)的測定值、設定為諧振頻率??時（諧振頻率12.63MHz)的測定值、 設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))時(反相諧振模式：12.73MHz)的測定值。此外，在實 施例2中，如圖IlA所示，還測定了供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率 的傳輸特性"S21"的值(實線150)以及供電線圈21、供電諧振器22、受電諧振器32及受電線 圈31的傳輸特性"S21"的值(實線152)。在圖IlA中示出其測定結果。
[0127] 如圖IIB所示，在將電源頻率設定為諧振頻率f0的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入 阻抗Zin = 33 · 5 Ω，在設Rl= 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 29 · 0 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸入阻抗Zin = 26.7 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin下降了。因 而可知，在將電源頻率設定為諧振頻率f〇的情況下，相應于負載Rl的上升，包括被供電設備 10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流變大，導致包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的 消耗電力增大。
[0128] 另一方面，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(L〇w P))的情況下，在設Rl =50 Ω時，輸入阻抗Zin = 55 · 2 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 57 · 5 Ω，在設Rl = 200 Ω 時，輸入阻抗Ζιη = 60.4Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻 抗Zin上升了。因而可知，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(Low P))的情況下，相應 于負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠 降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0129] 另外，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入阻抗Zin = 40 · 0 Ω，在設Rl= 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 47 · 7 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸 入阻抗Ζιη = 52.4 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin 上升了。因而可知，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，相應于 負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠降 低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0130] 另外，在實施例2中，將被供電設備10的負載設定為50Ω、1〇〇Ω、200Ω這三個值， 虛擬地再現了被供電設備10的負載阻抗A的值在50~200 Ω之間進行負載變動的現象。而 且，在該負載變動的最高值即200 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于 電源頻率的輸入阻抗Zin的值具有兩個波峰頻帶(參照圖IlB的相對于電源頻率的輸入阻抗 項目中的200 Ω的曲線圖）。此外，在實施例2中，通過將供電線圈21與供電諧振器22之間的 距離dl2設為30mm、將受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設為30mm，即使在將負載 設為50 Ω和100 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻 抗Zin的值也具有兩個波峰頻帶(參照圖11B)。
[0131] (實施例3)
[0132] 在實施例3中，測定將供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2設定為20mm、將 受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設定為20mm之后將可變電阻器(Rl)的值改變為 50Ω、100Ω、200Ω這三個值的情況下的、包括可變電阻（相當于被供電設備10)的無線電力 傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Z in的值(參照圖12Β)。另外，在圖12C的表中，一并 示出將向供電模塊2供給的交流電力的電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶（f(Low P))時 (同相諧振模式：12.53MHz)的測定值、設定為諧振頻率??時（諧振頻率12.63MHz)的測定值、 設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))時(反相諧振模式：12.73MHz)的測定值。此外，在實 施例3中，如圖12A所示，還測定了供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率 的傳輸特性"S21"的值(實線150)以及供電線圈21、供電諧振器22、受電諧振器32及受電線 圈31的傳輸特性" S 2 Γ的值(實線15 3)。在圖12 A中示出其測定結果。
[0133] 如圖12B所示，在將電源頻率設定為諧振頻率f0的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入 阻抗Zin = 84.8 Ω，在設Rl =100 Ω時，輸入阻抗Zin = 63.0 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸入阻抗Zin = 48.5 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin下降了。因 而可知，在將電源頻率設定為諧振頻率f〇的情況下，相應于負載Rl的上升，包括被供電設備 10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流變大，導致包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的 消耗電力增大。
[0134] 另一方面，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(L〇w P))的情況下，在設Rl =50 Ω時，輸入阻抗Zin = 74 · 3 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 77 · 7 Ω，在設Rl = 200 Ω 時，輸入阻抗Ζιη = 84.1Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻 抗Zin上升了。因而可知，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(Low P))的情況下，相應 于負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠 降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0135] 另外，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，在設Rl = 50 〇時，輸入阻抗2化=61.3〇，在設1^=10(^時，輸入阻抗2化=74.7〇，在設仇=20(^時，輸 入阻抗Ζ ιη = 87.0Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin 上升了。因而可知，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，相應于 負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠降 低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0136] 另外，在實施例3中，將被供電設備10的負載設定為50Ω、1〇〇Ω、200Ω這三個值， 虛擬地再現了被供電設備10的負載阻抗A的值在50~200 Ω之間進行負載變動的現象。而 且，在該負載變動的最高值即200 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于 電源頻率的輸入阻抗Zin的值具有兩個波峰頻帶(參照圖12Β的相對于電源頻率的輸入阻抗 項目中的200 Ω的曲線圖）。此外，在實施例3中，通過將供電線圈21與供電諧振器22之間的 距離dl2設定為20mm、將受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設定為20mm，即使在將 負載設為100Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗 Zin的值也具有兩個波峰頻帶(參照圖12B)。但是，在將負載設為50 Ω時，包括被供電設備10 的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Zin的值僅具有一個波峰頻帶(參照圖 12B)。
[0137] (實施例4)
[0138] 在實施例4中，測定將供電線圈21與供電諧振器22之間的距離dl2設定為10mm、將 受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設定為IOmm之后將可變電阻器(Rl)的值改變為 50Ω、100Ω、200Ω這三個值的情況下、包括可變電阻（相當于被供電設備10)的無線電力傳 輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Z in的值(參照圖13Β)。另外，在圖13C的表中，一并示 出將向供電模塊2供給的交流電力的電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f (Low P))時（同 相諧振模式：12.53MHz)的測定值、設定為諧振頻率??時(諧振頻率12.63MHz)的測定值、設 定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))時(反相諧振模式：12.73MHz)的測定值。此外，在實施 例4中，如圖13A所示，還測定了供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的 傳輸特性"S21"的值(實線150)以及供電線圈21、供電諧振器22、受電諧振器32及受電線圈 31的傳輸特性"S2Γ的值(實線154)。在圖13A示出其測定結果。
[0139] 如圖13B所示，在將電源頻率設定為諧振頻率f0的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入 阻抗Zin = 267.4 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 203.5 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸入阻抗 Zin= 149.5 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin下降 了。因而可知，在將電源頻率設定為諧振頻率f〇的情況下，相應于負載Rl的上升，包括被供 電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流變大，導致包括被供電設備10的無線電力傳輸 裝置1的消耗電力增大。
[0140]另一方面，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(L〇w P))的情況下，在設Rl =50 Ω時，輸入阻抗Zin= 144.1 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin= 146.5 Ω，在設Rl =設為 200 Ω時，輸入阻抗Ζιη=156.4 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的 輸入阻抗Zin上升了。因而可知，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f (Low P))的情況 下，相應于負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流， 從而能夠降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0141]另外，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入阻抗Zin= 170.5 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin= 172.2 Ω，在設Rl = 200 Ω時， 輸入阻抗Zin=ISl.9Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗 Zin上升了。因而可知，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，相應 于負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠 降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力。
[0142] 另外，在實施例4中，將被供電設備10的負載設定為50Ω、1〇〇Ω、200Ω這三個值， 虛擬地再現了被供電設備10的負載阻抗A的值在50~200 Ω之間進行負載變動的現象。另 外，在該負載變動的最高值即200 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于 電源頻率的輸入阻抗Zin的值具有兩個波峰頻帶(參照圖13Β的相對于電源頻率的輸入阻抗 項目中的200 Ω的曲線圖）。此外，在實施例4中，通過將供電線圈21與供電諧振器22之間的 距離dl2設定為10mm、將受電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設定為10mm，在將負載 設為50 Ω或100 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻 抗Zin的值僅具有一個波峰頻帶(參照圖13B)。
[0143] (比較例）
[0144] 在比較例中，測定將供電線圈21與供電諧振器22之間的距離d 12設定為5mm、將受 電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34設定為5mm之后將可變電阻器(Rl)的值改變為50 Ω、100Ω、200Ω這三個值的情況下的、包括可變電阻(相當于被供電設備10)的無線電力傳 輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Z in的值(參照圖14Β)。另外，在圖14C的表中，一并示 出將向供電模塊2供給的交流電力的電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f (Low P))時（同 相諧振模式：12.53MHz)的測定值、設定為諧振頻率??時(諧振頻率12.63MHz)的測定值、設 定在高頻側的波峰頻帶(f(High P))時(反相諧振模式：12.73MHz)的測定值。此外，在比較 例中，如圖14A所示，還測定了供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的傳 輸特性"S21"的值(實線150)以及供電線圈21、供電諧振器22、受電諧振器32及受電線圈31 的傳輸特性"S21"的值(實線155)。在圖14A中示出其測定結果。
[0145] 如圖14B所示，在將電源頻率設定為諧振頻率f0的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入 阻抗Zin = 565 · 5 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 485 · 9 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸入阻抗 Ζιη=387.1 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin下降 了。因而可知，在將電源頻率設定為諧振頻率f〇的情況下，相應于負載Rl的上升，包括被供 電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流變大，導致包括被供電設備10的無線電力傳輸 裝置1的消耗電力增大。
[0146] 另一方面，在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(L〇w P))的情況下，在設Rl =50 Ω時，輸入阻抗Zin = 241 · 7 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 241 · 6 Ω，在設Rl = 200 Ω時，輸入阻抗Ζιη = 247.1 Ω，即使負載Rl上升了，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin也 表示大致不變的值。因而，可以說在將電源頻率設定在低頻側的波峰頻帶(f(Low P))的情 況下，即使負載Rl上升了，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流也大致不 變。
[0147] 另外，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，在設Rl = 50 Ω時，輸入阻抗Zin = 347 · 3 Ω，在設Rl = 100 Ω時，輸入阻抗Zin = 338 · 0 Ω，在設Rl = 200 Ω時， 輸入阻抗Ζιη = 333.6 Ω，可以說，相應于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗 Zin下降了。因而可知，在將電源頻率設定在高頻側的波峰頻帶(f (High P))的情況下，相應 于負載Rl的上升，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流變大，導致包括被供 電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電力增大。
[0148] 另外，在比較例中，將被供電設備10的負載設為50Ω、1〇〇Ω、200Ω這三個值，虛擬 地再現了被供電設備10的負載阻抗Zl的值在50~200 Ω之間進行負載變動的現象。而且，在 該負載變動的最高值即200 Ω時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻 率的輸入阻抗Zin的值僅具有一個波峰頻帶(參照圖14Β的相對于電源頻率的輸入阻抗項目 中的200 Ω的曲線圖）。此外，在比較例中，即使在將負載設為50 Ω或1 〇〇 Ω時，包括被供電設 備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電源頻率的輸入阻抗Zin的值也僅具有一個波峰頻帶 (參照圖14Β)。
[0149] 如上所述，將實施例1~4與比較例進行比較，可以說，通過設定為供電諧振器22和 受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的傳輸特性"S21"的值具有兩個波峰頻帶，將向供 電模塊2供給的電力的電源頻率設定在與傳輸特性"S21"的兩個波峰頻帶中的任一波峰頻 帶對應的電源頻帶(設定為f (High Ρ)或f (Low P))，在被供電設備10的負載變動范圍的最 高值(在實施例1~4中為200 Ω)時，包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電力 的電源頻率的輸入阻抗Zin的值具有兩個波峰頻帶，由此相應于負載Rl的上升，無線電力傳 輸裝置1整體的輸入阻抗Z in上升了。因而可知，在將電源頻率設定在高、低頻側的波峰頻帶f (High P)或f (Low P)的情況下，相應于負載Rl的上升，能夠減小包括被供電設備10的無線 電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠降低包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗 電力。
[0150] 另外，根據實施例1~4和比較例，在將電源頻率設定為諧振頻率f0的情況下，相應 于負載Rl的上升，無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Z in下降，包括被供電設備10的無線電 力傳輸裝置1的輸入電流變大，從而導致包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的消耗電 力增大。因此可知，需要將向供電模塊2供給的電力的電源頻率設定在與傳輸特性"S21"的 兩個波峰頻帶中的任一波峰頻帶對應的電源頻帶(f(High P)或f(Low P))。
[0151] (效果）
[0152] 根據上述結構，在被供電設備10的負載發生了變動時，能夠使包括被供電設備10 的無線電力傳輸裝置1整體的輸入阻抗Zin的值根據被供電設備10的負載變動傾向而變動。 例如，在被供電設備10的負載上升的情況下，能夠使包括被供電設備10的無線電力傳輸裝 置1整體的輸入阻抗Z in的值上升。由此，在被供電設備10的負載上升的情況下，能夠減小包 括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的輸入電流，從而能夠降低被供電設備10的負載上 升時的消耗電力。
[0153] 另外，根據上述結構，通過相互調整構成供電模塊2和受電模塊3的多個電路元件 的各元件值，能夠設定為供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的傳輸特 性"S21"的值具有兩個波峰頻帶且無線電力傳輸裝置1的輸入阻抗Z in的值具有兩個波峰頻 帶。
[0154] 另外，根據上述結構，通過改變供電模塊2和受電模塊3所具有的線圈間的耦合系 數1^上3上4的值，能夠設定為供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電力的電源頻率的 傳輸特性"S21"的值具有兩個波峰頻帶且無線電力傳輸裝置1的相對于電力的電源頻率的 輸入阻抗Z in的值具有兩個波峰頻帶。
[0155] 另外，根據上述結構，能夠通過使線圈間的距離變化來調整供電模塊2和受電模塊 3所具有的線圈間的耦合系數k12、k 23、k34的值。由此，能夠通過使線圈間的距離物理地變化 這樣的簡易設計來進行調整。
[0156] 另外，根據上述結構，通過將向供電模塊2供給的電力的電源頻率設定在與傳輸特 性"S21"的兩個波峰頻帶中的形成于高頻側的波峰頻帶f (High P)對應的頻帶，能夠在供電 諧振器22與受電諧振器32之間形成具有比附近的磁場強度小的磁場強度的磁場空間G1。
[0157] 另外，根據上述結構，通過將向供電模塊2供給的電力的電源頻率設定在與傳輸特 性"S21"的兩個波峰頻帶中的形成于低頻側的波峰頻帶f (Low P)對應的頻帶，能夠在供電 諧振器22和受電諧振器32的外側形成具有比附近的磁場強度小的磁場強度的磁場空間G2。
[0158] (制造方法）
[0159] 接著，參照圖1和圖15,對作為制造無線電力傳輸裝置1的一個工序的設計方法(設 計工序)進行說明。在本說明中，以作為搭載無線電力傳輸裝置1的移動設備的無線式頭戴 型耳機102和充電器101為例進行說明（參照圖1)。
[0160] (設計方法）
[0161] 首先，如圖15所示，根據鋰離子二次電池9的容量和鋰離子二次電池9的充電所需 的充電電流，來確定受電模塊3接收的受電電量(S1)。
[0162] 接著，確定供電模塊2與受電模塊3之間的距離(S2)。該距離是將內置有受電模塊3 的無線式頭戴型耳機102載置于內置有供電模塊2的充電器101時的供電諧振器22與受電諧 振器32之間的距離d23,使用形態為充電中的狀態。更詳細地說，供電諧振器22與受電諧振 器32之間的距離d23是考慮無線式頭戴型耳機102和充電器101的形狀、構造而確定的。
[0163] 另外，基于無線式頭戴型耳機102的大小、形狀、構造來確定受電模塊3中的受電線 圈31和受電諧振器32的線圈直徑(S3)。
[0164] 另外，基于充電器101的大小、形狀、構造來確定供電模塊2中的供電線圈21和供電 諧振器22的線圈直徑(S4)。
[0165] 經過上述S2~S4的過程，能夠估計出無線電力傳輸裝置1的供電諧振器22(線圈 L2)與受電諧振器32(線圈L3)之間的耦合系數k23和電力傳輸效率。
[0166] 根據在上述Sl中確定出的受電模塊3接收的受電電量以及經過S2~S4的過程而確 定的電力傳輸效率，來確定向供電模塊2供電所需的最低限度的供電電量(S5)。
[0167] 而且，基于所述受電模塊3接收的受電電量、電力傳輸效率以及向供電模塊2供電 所需的最低限度的供電電量，來確定供電諧振器22和受電諧振器32的相對于電源頻率的傳 輸特性"S21"的值具有兩個波峰頻帶的設計值的范圍（S6)。
[0168] 另外，確定在被供電設備10的穩定電路7、充電電路8以及鋰離子二次電池9的被估 計出的負載變動范圍的最高值時、包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電力 的電源頻率的輸入阻抗Z in的值至少具有兩個波峰頻帶的設計值(S7)。
[0169] 在此，通過設計成至少在被供電設備10的被估計出的負載變動范圍的最高值時、 包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電力的電源頻率的輸入阻抗Z in的值具有 兩個波峰頻帶，相比于設計成在被供電設備10的被估計出的整個負載變動范圍（或某種程 度的范圍）內、包括被供電設備10的無線電力傳輸裝置1的相對于電力的電源頻率的輸入阻 抗Z in的值具有兩個波峰頻帶的情況，能夠實現設計自由度的提高。
[0170] 而且，以滿足在S5和S7中確定的設計值的方式來確定與供電線圈21和供電諧振器 22以及受電諧振器32和受電線圈31相關的最終的參數(S8)。在此，作為與供電線圈21和供 電諧振器22以及受電諧振器32和受電線圈31相關的最終的參數，能夠列舉供電線圈21的RL 電路的Ri、U、供電諧振器22的RLC電路的1?2丄2、(：2、受電諧振器32的1^電路的1? 3、1^、(：3、受電 線圈31的RL電路的R4、L4的電阻值、電感、電容器容量、耦合系數k 12、k23、k34以及供電線圈21 與供電諧振器22之間的距離dl2、供電諧振器32與受電線圈31之間的距離d34等。此外，在供 電線圈21和受電線圈31使用RLC電路的情況下，各RLC電路的電容器容量也成為在設計、制 造階段等可變更的參數。
[0171] (其它實施方式）
[0172] 在上述制造方法的說明中，例示無線式頭戴型耳機102進行了說明，但只要是負載 變動的設備即可，也能夠使用平板型PC、數字攝像機、移動電話、耳機型音樂播放器、助聽 器、集音器等。
[0173] 另外，在上述說明中，例示利用供電模塊2和受電模塊3所具備的諧振器(線圈）間 的諧振現象(磁場諧振態)使磁場耦合來進行電力傳輸的無線電力傳輸裝置1進行了說明， 但是也能夠應用于利用線圈間的電磁感應來進行電力傳輸的無線電力傳輸裝置1。
[0174]另外，在上述說明中，假設為將無線電力傳輸裝置1搭載于便攜式電子設備的情況 進行了說明，但是其用途并不限定于這些小型設備，通過根據所需電量來變更規格，例如也 能夠搭載于比較大型的電動汽車(EV)的無線充電系統、更小型的醫療用的無線式胃內相機 等。
[0175] 在以上的詳細說明中，為了能夠更容易地理解本發明而以特征部分為中心進行了 說明，但本發明并不限定于以上的詳細說明所記載的實施方式、實施例，也能夠應用于其它 實施方式、實施例，應盡可能廣地解釋其應用范圍。另外，在本說明書中使用的用語和語法 用于準確地對本發明進行說明，并非用于限制本發明的解釋。另外，本領域技術人員能夠根 據本說明書所記載的發明的概念而容易地推想出包含于本發明的概念的其它結構、系統、 方法等。因而，權利要求書的記載應視為在不脫離本發明的技術思想的范圍內包含等同的 結構。另外，為了充分地理解本發明的目的和本發明的效果，期望充分地參考已經公開的文 獻等。
[0176] 附圖標記說明
[0177] 1:無線電力傳輸裝置;2:供電模塊;3:受電模塊;6:交流電源;7:穩定電路;8:充電 電路;9:鋰離子二次電池；10:被供電設備;21:供電線圈；22:供電諧振器;31:受電線圈；32: 受電諧振器;101:充電器;102:無線式頭戴型耳機;G1、G2:磁場空間。
【主權項】
1. 一種無線電力傳輸裝置，其使磁場變化來從至少具備供電諧振器的供電模塊對連接 有負載變動的被供電設備的、至少具備受電諧振器的受電模塊供給電力，該無線電力傳輸 裝置的特征在于， 該無線電力傳輸裝置設定為： 所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性的值具有兩 個波峰頻帶，向所述供電模塊供給的電力的電源頻率被設定在與所述傳輸特性的兩個波峰 頻帶中的任一波峰頻帶對應的電源頻帶， 在所述被供電設備的負載變動范圍的最高值時，包括所述被供電設備的所述無線電力 傳輸裝置的相對于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的值至少具有兩個波峰頻帶。2. 根據權利要求1所述的無線電力傳輸裝置，其特征在于， 該無線電力傳輸裝置設定為:通過將構成所述供電模塊和所述受電模塊的多個電路元 件的各元件值作為參數并分別改變該參數，來使所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對 于電力的電源頻率的傳輸特性的值具有兩個波峰頻帶，并且使包括所述被供電設備的所述 無線電力傳輸裝置的相對于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的值具有兩個波峰頻帶。3. 根據權利要求1所述的無線電力傳輸裝置，其特征在于， 該無線電力傳輸裝置設定為:通過調整所述供電模塊和所述受電模塊所具有的線圈間 的耦合系數的值，來使所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸 特性的值具有兩個波峰頻帶，并且使包括所述被供電設備的所述無線電力傳輸裝置的相對 于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的值具有兩個波峰頻帶。4. 根據權利要求3所述的無線電力傳輸裝置，其特征在于， 所述供電模塊和所述受電模塊所具有的線圈間的耦合系數的值是通過使所述線圈間 的距離變化來調整的。5. 根據權利要求1所述的無線電力傳輸裝置，其特征在于， 將向所述供電模塊供給的電力的電源頻率設定在與所述傳輸特性的兩個波峰頻帶中 的形成于高頻側的波峰頻帶對應的頻帶。6. 根據權利要求1所述的無線電力傳輸裝置，其特征在于， 將向所述供電模塊供給的電力的電源頻率設定在與所述傳輸特性的兩個波峰頻帶中 的形成于低頻側的波峰頻帶對應的頻帶。7. -種無線電力傳輸裝置的制造方法，該無線電力傳輸裝置使磁場變化來從至少具備 供電諧振器的供電模塊對連接有負載變動的被供電設備的、至少具備受電諧振器的受電模 塊供給電力，該制造方法的特征在于，包括以下工序： 設定為所述供電諧振器和所述受電諧振器的相對于電力的電源頻率的傳輸特性的值 具有兩個波峰頻帶；以及 設定為在所述被供電設備的負載變動范圍的最高值時，包括所述被供電設備的所述無 線電力傳輸裝置的相對于所述電力的電源頻率的輸入阻抗的值至少具有兩個波峰頻帶。
【文檔編號】H02J50/00GK105917551SQ201580004655
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月13日
【發明人】津田尚, 畑中武蔵
【申請人】日東電工株式會社