特許 6205308 無線電力伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6205308

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】無線電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20170914BHJP

   H02J 50/60 20160101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02J50/60

【請求項の数】2

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-111028(P2014-111028)

(22)【出願日】2014年5月29日

(65)【公開番号】特開2015-226411(P2015-226411A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003964

【氏名又は名称】日東電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】津田 尚

(72)【発明者】

【氏名】畑中 武蔵

(72)【発明者】

【氏名】ブー ナムトゥン

【審査官】 松尾 俊介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２３９７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１２１５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００ − ５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有し、
前記電源周波数が前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定された際における、前記給電モジュールと前記受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力インピーダンス、及び、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスの関係が、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たす無線電力伝送装置であって、
前記給電モジュールに対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能な発振出力器と
前記発振出力器から前記給電モジュールに入力される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出した電流値と、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われている時に前記給電モジュールに入力される電流値と前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われていない時に前記給電モジュールに入力される電流値との間に設定された閾値と、を比較し、前記電流検出器で検出した電流値が前記閾値以上であると判断した場合に第１信号を出力し、前記電流検出器で検出した電流値が前記閾値より小さい値であると判断した場合に第２信号を出力する比較回路と、
発振信号と休止信号とを所定周期で交互に繰り返し出力する間欠動作を実行する信号発振器と、
前記比較回路から出力される信号と前記信号発振器から出力される信号とに基づき論理演算を行い、その結果、前記比較回路から出力される信号が前記第２信号であり、且つ、前記信号発振器から出力される信号が前記休止信号であるという電力遮断条件を満たす場合は、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を前記発振出力器に出力し、一方、前記電力遮断条件を満たさない場合は、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を前記発振出力器に出力する論理回路と、
を備えたことを特徴とする無線電力伝送装置。

【請求項2】

前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、前記給電共振器と前記受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、前記給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たし、金属異物配置時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たし、
金属異物配置時入力インピーダンス≧待機時入力インピーダンスの場合は、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値と、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュールが電力伝送に対して待機状態にある時の待機時入力電流値との間に前記閾値を設け、
待機時入力インピーダンス＞金属異物配置時入力インピーダンスの場合は、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値と、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された時の金属異物配置時入力電流値との間に前記閾値を設け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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われる無線電力伝送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ノート型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯電話、携帯ゲーム機、イヤホン型音楽プレイヤー、無線式ヘッドセット、補聴器、レコーダーなど人が携帯しながら使用できる携帯型の電子機器が急速に普及してきている。そして、これらの携帯型の電子機器の多くには二次電池が搭載されており、定期的な充電が必要とされる。この電子機器の二次電池への充電作業を簡易にするために、給電モジュールと電子機器に搭載された受電モジュールとの間で無線による電力伝送を利用した給電技術（磁界を変化させて電力伝送を行う無線電力伝送技術）により、二次電池などに電力を供給する機器が増えつつある。

【0003】

無線電力伝送技術としては、給電装置（給電モジュール）及び受電装置（受電モジュール）が備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより電力伝送を行う技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

このような無線電力伝送技術を用いて給電装置及び受電装置を設計する際には、無線電力伝送するときの電力損失を小さくするために、給電装置に供給される電力に対する受電装置が受電する電力の比率である電力伝送効率を高めることが求められる。

【0005】

そして、特許文献２の背景技術（段落[０００８]〜[００１０]参照）、特許文献３のワイヤレス電力伝送システムの明細書中にも記載されているように、給電装置に供給する電力の電源周波数（駆動周波数）に、給電装置及び受電装置が備える共振器が有する共振周波数を一致させる（若しくは、電源周波数（駆動周波数）を、給電装置及び受電装置が備える共振器が有する共振周波数に一致させる）ことにより、ワイヤレス給電における電力伝送効率を最大とすることができることが一般的に知られており（特許文献３の段落[００１３]参照）、電力伝送効率の最大化を求めてこのような設定にするのが一般的である。

【0006】

ところで、給電モジュール及び受電モジュールが備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより無線電力伝送をするときには、受電モジュールを給電モジュールに近づけて、給電モジュールから受電モジュールに対して給電できる距離内（給電可能領域）に配置して使用する必要がある。このような使用過程において、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域内にない場合（待機状態）、給電モジュールでは、受電モジュールが給電可能領域に近接配置されるのに備えて常に電力が供給され続け、無駄に電力が消費されてしまう問題がある（待機電力が大きくなる）。

【0007】

特に、待機状態における給電モジュールの入力インピーダンスが、給電状態における給電モジュールの入力インピーダンスに比べて低くなると、一定電圧の下で流れる電流値は、給電状態における電流値よりも高くなり（式：Ｉ＝Ｖ/Ｚ_in 参照）、待機状態における待機電力（消費電力）が上がるとともに、給電モジュールに発生する熱が過剰なものになってしまうおそれがある。

【0008】

そこで、本発明者らは、給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有し、電源周波数が伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定された際における、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力インピーダンス（給電状態における給電モジュールの入力インピーダンス）、及び、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンス（待機状態における給電モジュールの入力インピーダンス）の関係が、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすように無線電力伝送装置を設計することにより、無線電力供給が行われていない時における一定電圧の下で流れる電流値は、無線電力供給が行われている時における電流値よりも低くなり（式：Ｉ＝Ｖ/Ｚ_in 参照）、待機状態における待機電力（消費電力）を抑制しつつ、発熱や渦電流を抑制することができることを見出した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３−２３９６９２号公報

【特許文献2】特開２０１１−０５０１４０号公報

【特許文献3】特開２０１２−１８２９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記条件の下、更に、待機状態における待機電力（消費電力）を抑制するために、何らかの検出部（電流検出等）を給電モジュール又は受電モジュールに設け、その検出部が、給電モジュールと受電モジュールとが給電可能領域内・外に配置されたことによる変化（電流の変化）を検出し、その検出結果をトリガーとして給電モジュールに電力供給の開始・遮断を行うことが考えられる。

【0011】

また、検出部を設けた場合でも、所定の時間間隔を空けて（間欠的に）検出部を動作させる必要がある場合があり、この検出部の動作に電力が必要となる場合がある。

【0012】

そこで、本発明の目的は、消費電力の抑制、及び、無線電力による給電の遮断と無線電力による給電との間のスムーズな移行が可能な無線電力伝送装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するための発明の一つは、給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有し、
前記電源周波数が前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定された際における、前記給電モジュールと前記受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力インピーダンス、及び、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスの関係が、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たす無線電力伝送装置であって、
前記給電モジュールに対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能な発振出力器と
前記発振出力器から前記給電モジュールに入力される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出した電流値と、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われている時に前記給電モジュールに入力される電流値と前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われていない時に前記給電モジュールに入力される電流値との間に設定された閾値と、を比較し、前記電流検出器で検出した電流値が前記閾値以上であると判断した場合に第１信号を出力し、前記電流検出器で検出した電流値が前記閾値より小さい値であると判断した場合に第２信号を出力する比較回路と、
発振信号と休止信号とを所定周期で交互に繰り返し出力する間欠動作を実行する信号発振器と、
前記比較回路から出力される信号と前記信号発振器から出力される信号とに基づき論理演算を行い、その結果、前記比較回路から出力される信号が前記第２信号であり、且つ、前記信号発振器から出力される信号が前記休止信号であるという電力遮断条件を満たす場合は、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を前記発振出力器に出力し、一方、前記電力遮断条件を満たさない場合は、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を前記発振出力器に出力する論理回路と、
を備えたことを特徴としている。

【0014】

上記構成によれば、非伝送時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の入力電流値を、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われていない時の入力電流値よりも高くすることができる。そして、無線電力供給が行われている時の入力電流値と無線電力供給が行われていない時の入力電流値との間に閾値を設ける。
そして、電流検出器が検出した、発振出力器から給電モジュールに入力される電流値が、閾値以上の場合、比較回路は第１信号を出力する。この場合、信号発振器から出力される信号が発振信号、又は、休止信号の何れの場合であっても、論理回路は、発振出力器における給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器に出力し、給電モジュールに対する電力供給をＯＮ（供給）にする。
一方、電流検出器が検出した、発振出力器から給電モジュールに入力される電流値が、閾値より小さい場合、比較回路は第２信号を出力する。
この場合、信号発振器から出力される信号が発振信号の場合、論理回路は、発振出力器における給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器に出力し、給電モジュールに対する電力供給をＯＮ（供給）にする。また、信号発振器から出力される信号が休止信号の場合（比較回路から出力される信号が前記第２信号であり、且つ、前記信号発振器から出力される信号が前記休止信号であるという電力遮断条件を満たす場合）、論理回路は、発振出力器における給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器に出力し、給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にする。
これにより、無線電力伝送装置において、無線電力給電が行われている状態から無線電力給電が行われていない状態に移行した際は、給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、消費電力を抑制することができる。
また、給電が行われていない状態から無線電力給電が行われる状態に移行するために、給電が行われていない状態において、電力供給のＯＮ／ＯＦＦを所定周期で繰り返す（間欠動作）ことができる。これにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で給電可能な状態になった場合に、間欠動作により、給電モジュールに対する電力供給をＯＮにすることができる。これにより、間欠動作による消費電力の抑制と、給電が行われていない状態から無線電力給電が行われる状態へのスムーズな移行が可能になる。

【0015】

また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記電源周波数を、前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち高周波側に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定した際における、前記給電共振器と前記受電共振器とが対向配置された状態における無線電力伝送装置の伝送時入力インピーダンス、前記給電共振器の近辺に金属異物が配置された状態における無線電力伝送装置の金属異物配置時入力インピーダンス、及び、前記給電モジュールの待機時入力インピーダンスの関係が、待機時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たし、金属異物配置時入力インピーダンス＞伝送時入力インピーダンスの条件を満たし、
金属異物配置時入力インピーダンス≧待機時入力インピーダンスの場合は、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値と、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われておらず、給電モジュールが電力伝送に対して待機状態にある時の待機時入力電流値との間に前記閾値を設け、
待機時入力インピーダンス＞金属異物配置時入力インピーダンスの場合は、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力電流値と、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された時の金属異物配置時入力電流値との間に前記閾値を設けることを特徴とした無線電力伝送装置である。

【0016】

上記構成によれば、待機時入力電流値、及び、金属異物配置時入力電流値は、閾値よりも小さい値が検出されることから、無線電力伝送装置において、無線電力給電が行われている状態から給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された状態に移行した際は、給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、金属異物が給電共振器の近辺に配置された状態での電力供給による不具合（発熱・渦電流）の発生を未然に防止することができる。
また、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された状態から無線電力給電が行われる状態に移行された場合に無線電力給電可能にするために、給電モジュールが有する給電共振器の近辺に、金属異物が配置された状態においても、電力供給のＯＮ／ＯＦＦを所定周期で繰り返す（間欠動作）ことができる。これにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で給電可能な状態になった場合に、間欠動作により、給電モジュールに対する電力供給をＯＮにすることができる。これにより、金属異物が配置された状態から無線電力給電が行われる状態へのスムーズな移行が可能になる。また、金属異物が配置された状態の時に、間欠動作によって給電モジュールに対する電力供給を一時的に許可しているだけであるため、金属異物が給電共振器の近辺に配置された状態での電力供給による発熱・渦電流も抑制することができる。

【発明の効果】

【0017】

消費電力の抑制、及び、無線電力による給電の遮断と無線電力による給電との間のスムーズな移行が可能な無線電力伝送装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係る無線電力伝送装置の構成図である。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】逆相共振モードにおける磁界ベクトル図である。

【図6】同相共振モードにおける磁界ベクトル図である。

【図7】単峰性の伝送特性『Ｓ２１』を説明した説明図である。

【図8】正常充電状態における無線電力伝送装置の等価回路を示した説明図である。

【図9】待機状態における給電モジュールの等価回路を示した説明図である。

【図10】異常状態における金属異物を含む給電モジュールの等価回路を示した説明図である。

【図11】測定実験に係る測定結果を示す図である。

【図12】電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートである。

【図13】電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御における論理積表である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に本発明である無線電力伝送に用いる無線電力伝送装置１について説明する。

【0020】

（実施形態）
本実施形態では、図１に示すように、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１を形成可能な（詳細は後述）、給電共振器２２を備えた給電モジュール２及び受電共振器３２を備えた受電モジュール３を主な構成要素とする無線電力伝送装置１を、給電モジュール２を搭載した充電器１０１、及び、受電モジュール３を搭載した無線式ヘッドセット１０２を例に説明する。

【0021】

（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、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、電源回路５を介してＡＣ/ＤＣ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、受電された電力を整流化する安定回路７及び過充電を防止する充電回路８を介して二次電池９が接続されている。そして、安定回路７、充電回路８及び二次電池９は、受電共振器３２の内周側に位置するように配置されている。詳細は後述するが、これら安定回路７、充電回路８及び二次電池９が配置された、受電共振器３２の内周側には、充電時に、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１が形成される。なお、本実施形態における安定回路７、充電回路８、及び、二次電池９は、図１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。

【0022】

給電コイル２１は、ＡＣ/ＤＣ電源６から電源回路５を介して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部分には、ソレノイドコイルを使用している。また、給電コイル２１を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ₁としており、本実施形態では、給電コイル２１を構成する抵抗器Ｒ₁、コイルＬ₁、及び、コンデンサＣ₁を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ₁とする。また、給電コイル２１に流れる電流をＩ₁する。なお、本実施形態では、給電コイル２１にＲＬＣ回路を例に挙げて説明しているが、ＲＬ回路の構成としてもよい。

【0023】

受電コイル３１は、給電共振器２２から受電共振器３２に磁界エネルギーとして伝送された電力を電磁誘導によって受電し、安定回路７及び充電回路８を介して二次電池９に供給する役割を果たす。この受電コイル３１は、給電コイル２１同様に、図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部分には、ソレノイドコイルを使用している。また、受電コイル３１を構成する回路素子が有する合計のインピーダンスをＺ₄としており、本実施形態では、受電コイル３１を構成する抵抗器Ｒ₄、コイルＬ₄、及び、コンデンサＣ₄を要素とするＲＬＣ回路（回路素子）が有する合計のインピーダンスをＺ₄とする。また、受電コイル３１に接続された被給電機器１０（安定回路７、充電回路８及び二次電池９）の合計のインピーダンスをＺ_Lにしている。また、受電コイル３１に流れる電流をＩ₄にしている。なお、図２に示すように、受電コイル３１に接続された被給電機器１０（安定回路７、充電回路８及び二次電池９）の各負荷インピーダンスを合わせたものを便宜的に抵抗器Ｒ_L（Ｚ_Lに相当）として説明している。また、本実施形態では、受電コイル３１にＲＬＣ回路を例に挙げて説明しているが、ＲＬ回路の構成としてもよい。

【0024】

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。

【0025】

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）によって定まる周波数が共振周波数となる。

【数1】

・・・（式１）

【0026】

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。

【0027】

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４参照）。

【0028】

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、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。

【0029】

上記無線電力伝送装置１（給電モジュール２及び受電モジュール３）によれば、給電共振器２２と受電共振器３２との間に磁界共鳴状態（共振現象）を創出することができる。給電共振器２２及び受電共振器３２が共振した状態で磁界共鳴状態が創出されると、給電共振器２２から受電共振器３２に電力を磁界エネルギーとして伝送することが可能となり、給電モジュール２を備えた充電器１０１から、受電モジュール３を備えた無線式ヘッドセット１０２に電力が無線伝送され、無線式ヘッドセット１０２内に設けられた二次電池９が充電される。

【0030】

（磁界空間の形成）
本実施形態の無線電力伝送装置１では、給電モジュール２及び受電モジュール３の内部・周辺に発生する磁界の強度を抑制するために、磁界強度を弱めた磁界空間Ｇ１又は磁界空間Ｇ２を形成することができる。具体的には、図１〜図６に示すように、給電モジュール２の給電共振器２２から受電モジュール３の受電共振器３２に共振現象を利用した電力供給をする際に、給電共振器２２及び受電共振器３２の近辺に、周辺の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間Ｇ１又は磁界空間Ｇ２を形成することができる。形成した磁界空間Ｇ１又は磁界空間Ｇ２に、電子機器などを配置すれば、磁場の影響を軽減することが可能となる。

【0031】

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（設計）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６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３参照）、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。

【0032】

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３参照）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。

【0033】

具体的には、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、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計される（実線１５０参照）。

【0034】

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。

【0035】

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５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５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。

【0036】

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）とが同じ向きになる。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。

【0037】

なお、無線電力伝送装置１に関して、給電コイル２１と給電共振器２２を含む給電モジュール２、及び、受電共振器３２と受電コイル３１とを含む受電モジュール３における、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』を示すグラフが、図７に示すように単峰性の性質を有するように設定するのが一般的である。単峰性とは、電源周波数に対する伝送特性『Ｓ２１』のピークが一つで、そのピークが共振周波数帯域(ｆo）において現れるものをいう（図７の実線１５１参照）。

【0038】

単峰性の性質を有するように設定すると、給電モジュール２及び受電モジュール３の伝送特性『Ｓ２１』は、図７の破線１５１に示すように、電源周波数が共振周波数ｆ₀の帯域で最大化する（電力伝送効率が最大化する）。このため、無線伝送技術における電力伝送効率を最大化するために、給電モジュール２及び受電モジュール３の伝送特性『Ｓ２１』が単峰性の性質を有するように設定し、電源周波数を共振周波数ｆ₀に設定して使用されるのが一般的である。

【0039】

（待機状態、及び、金属異物近接時における問題）
給電モジュール２と受電モジュール３とが給電可能領域内にない場合（待機状態）、給電モジュール２では、受電モジュール３が給電可能領域に近接配置されるのに備えて常に電力が供給され続け、無駄に電力が消費されてしまう問題がある（待機電力が大きくなる）。
更に、給電モジュール２と受電モジュール３の間、若しくは、給電モジュール２の周辺に、金属異物（例えば、硬貨、釘、クリップ、鍵など）が置かれたりすると、金属異物が磁場の影響を受け、渦電流が引き起こされてしまう。そして、渦電流が引き起こされると金属異物や給電モジュール２に過剰な熱が生じてしまう場合がある。

【0040】

そこで、本実施形態では、給電モジュール２が電力伝送に対して待機しているときの給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(W)（待機状態：Waiting、待機時入力インピーダンスに相当）が、正常に充電されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_in(T)（正常充電状態：Transmission、伝送時入力インピーダンスに相当）よりも高い値を示すようにすれば、一定電圧の下で、待機状態における電流値は、正常充電状態における電流値よりも低くなり、待機状態における待機電力（消費電力）を抑制することができることに着目している。
また、給電モジュール２の近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(A)（異常状態: Abnormality、金属異物配置時入力インピーダンスに相当）が、正常に充電されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_in(T)（正常充電状態：Transmission、伝送時入力インピーダンスに相当）よりも高い値を示すようにすれば、一定電圧の下で、異常状態における電流値は、正常充電状態における電流値よりも低くなり、異常状態における消費電力が下がるとともに、金属異物を含めた給電モジュール２に発生する過剰な熱を抑制することができることに着目している。

【0041】

なお、入力インピーダンスＺ_in(W)（待機状態：Waiting、待機時入力インピーダンス）、及び、入力インピーダンスＺ_in(A)（異常状態: Abnormality、金属異物配置時入力インピーダンス）は、広義では、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスのことである。

【0042】

以下では、無線電力伝送装置１を使用して、給電モジュール２の近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(A)、正常に充電されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_in(T)、及び、給電モジュール２が電力伝送に対して待機しているときの給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(W)を測定し、考察する。

【0043】

（測定実験）
測定実験で使用する無線電力伝送装置１では、給電コイル２１は、抵抗器Ｒ₁、コイルＬ₁、コンデンサＣ₁を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ₁部分は、線径０．１４ｍｍの銅線材を使用し、コイル径を１１ｍｍφに設定している。また、給電共振器２２は、抵抗器Ｒ₂、コイルＬ₂、及び、コンデンサＣ₂を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ₂部分は、線径０．２ｍｍの銅線材を使用し、コイル径１１ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。また、受電共振器３２は、抵抗器Ｒ₃、コイルＬ₃、及び、コンデンサＣ₃を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ₃部分は、線径０．１ｍｍの銅線材を使用し、コイル径８ｍｍφのソレノイド型のコイルを使用している。また、受電コイル３１は、抵抗器Ｒ₄、コイルＬ₄、コンデンサＣ₄を要素とするＲＬＣ回路を構成しており、コイルＬ₄部分は、線径０．１ｍｍの銅線材を使用し、コイル径を８ｍｍφに設定している。また、給電コイル２１及び給電共振器２２の内周側に、形成される磁界空間Ｇ１の磁界強度をより小さくするため、厚み３００μｍの円筒状の磁性材を配置している。同様に、受電共振器３２及び受電コイル３１の内周側にも、厚み３００μｍの円筒状の磁性材を配置している。そして、測定実験１〜４で使用する無線電力伝送装置１におけるＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄の値をそれぞれ、１．５Ω、２．６Ω、２．１Ω、０．６Ωに設定した。また、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄の値をそれぞれ、１３μＨ、１８μＨ、７μＨ、２．５μＨに設定した。また、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄の値をそれぞれ、２ｎＦ、１．４ｎＦ、３．６ｎＦ、１０ｎＦに設定した。また、給電共振器２２及び受電共振器３２における共振周波数は１ＭＨｚである。また、結合係数ｋ₁₂は、０．３２、結合係数ｋ₂₃は、０．１５、結合係数ｋ₃₄は、０．９３である。

【0044】

測定実験では、図８に示すように、正常に無線伝送されているときの無線電力伝送装置１の入力インピーダンスＺ_in(T)、図９に示すように、給電モジュール２が無線電力伝送に対して待機しているときの給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(W)、及び、図１０に示すように、給電モジュール２の近辺に金属異物がある状態における金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(A)を、インピーダンスアナライザ（本実施形態では、アジレント・テクノロジー株式会社製のＥ５０６１Ｂを使用）によって測定している。また、測定実験では、金属異物にアルミを使用して測定している。なお、測定実験では、安定回路７、充電回路８、及び、二次電池９に代えて、１００Ωの抵抗器（Ｒ_L）を使用している。また、金属異物を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(A)を測定する際には、図１０に示す、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合、及び、２ｍｍの場合について測定している。また、共振周波数ｆ₀は、１ＭＨｚであり、同相共振モードにおけるピーク帯域の周波数（f(Low P)）は、０．９４ＭＨｚであり、逆相共振モードにおけるピーク帯域の周波数（f(High P)）は、１．０５ＭＨｚである。

【0045】

（測定実験）
測定実験では、入力インピーダンスＺ_in(T)、及び、入力インピーダンスＺ_in(W)、並びに、金属異物６０を、直径１２ｍｍφ、厚み０．５ｍｍの円柱形状のアルミ片Ａにした場合の入力インピーダンスＺ_in(A)を、給電共振器２２と金属異物６０との間の距離ｄ２３が、３ｍｍの場合について測定した。その測定結果を図１１に示す。

【0046】

図１１の測定結果（アルミ片Ａ、ｄ２３＝３ｍｍ）を見ると、入力インピーダンスＺ_in(W)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係、及び、入力インピーダンスＺ_in(A)(アルミ片Ａ)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係を満たす条件帯域は、０．９５５ＭＨｚ〜１．０６ＭＨｚの範囲に形成されていることが分かる。これによれば、電源周波数を、条件帯域（０．９５５ＭＨｚ〜１．０６ＭＨｚ）の範囲に設定することにより、一定電圧の下で、待機状態における電流値は、正常充電状態における電流値よりも低くなり、待機状態における待機電力（消費電力）を抑制することができ、また、一定電圧の下で、異常状態における電流値は、正常充電状態における電流値よりも低くなり、異常状態における消費電力が下がるとともに、金属異物を含めた給電モジュール２に発生する過剰な熱を抑制することができる。

【0047】

また、本実施形態では、上述したように磁界空間Ｇ１・Ｇ２を形成可能としている。この場合、上記条件帯域（０．９５５ＭＨｚ〜１．０６ＭＨｚ）の範囲内であり、且つ、磁界空間の形成が可能な周波数は、逆相共振モードにおける周波数帯域（f(High P)）であることがわかる（同相共振モードにおける周波数帯域（f(Low P)）は、上記条件帯域の範囲外である）。

【0048】

（各入力インピーダンスＺ_in(A)、Ｚ_in(W)、Ｚ_in(T)の設計式）
上記を踏まえて、本発明では、電源周波数を逆相共振モードにおける周波数帯域（f(High P)）に設定した際に、入力インピーダンスＺ_in(W)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係、及び、入力インピーダンスＺ_in(A)(アルミ片Ａ)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係を満たすように設計される。

【0049】

具体的には、正常充電状態における入力インピーダンスＺ_in(T)を求めるために、被給電機器１０を含む無線電力伝送装置１の構成を等価回路によって表すと図８に示すようになる。そして、図９の等価回路より、入力インピーダンスＺ_in(T)は、（式２）のように表記することができる。

【数2】

・・・（式２）

【0050】

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。

【数3】

・・・（式３）

【0051】

次に、（式２）に（式３）を導入すると、（式４）のようになる。

【数4】

・・・（式４）

【0052】

また、待機状態における入力インピーダンスＺ_in(W)を求めるために、給電モジュール２の構成を等価回路によって表すと図９に示すようになる。そして、図９の等価回路より、入力インピーダンスＺ_in(W)は、（式５）のように表記することができる。

【数5】

・・・（式５）

【0053】

また、給電モジュール２の近辺に金属異物６０がある状態における金属異物６０を含めた給電モジュール２の入力インピーダンスＺ_in(A)を求めるために、金属異物６０を含めた給電モジュール２の構成を等価回路によって表すと図１０に示すようになる。ここで、金属異物６０は、抵抗Ｒ_m、及び、コイルＬ_mを要素とするＲＬ回路に見立てている（給電共振器２２のコイルＬ₂と金属異物６０のコイルＬ_mとの間の相互インダクタンスをＭ_2m、コイルＬ₂とコイルＬ_mとの間の結合係数をｋ_2mとする）。そして、図１０の等価回路より、入力インピーダンスＺ_in(A)は、（式６）のように表記することができる。

【数6】

・・・（式６）

【0054】

上記より、電源周波数を逆相共振モードにおける周波数帯域（f(High P)）に設定した際に、設定した電源周波数に対する各入力インピーダンスＺ_inの関係が、上記等価回路によって示された関係式（式４）〜（式６）に基づいて、入力インピーダンスＺ_in(W)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係、及び、入力インピーダンスＺ_in(A)(アルミ片Ａ)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係を満たすように設計される。

【0055】

なお、上記等価回路によって示された関係式（式４）〜（式６）に基づいて、入力インピーダンスＺ_in(W)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係、及び、入力インピーダンスＺ_in(A)(アルミ片Ａ)＞入力インピーダンスＺ_in(T)の関係を満たすように設計するために、給電コイル２１のＲＬＣ回路のＲ₁、Ｌ₁、Ｃ₁、給電共振器２２のＲＬＣ回路のＲ₂、Ｌ₂、Ｃ₂、受電共振器３２のＲＬＣ回路のＲ₃、Ｌ₃、Ｃ₃、受電コイル３１のＲＬＣ回路のＲ₄、Ｌ₄、Ｃ₄における抵抗値、インダクタンス、コンデンサ容量、相互インダクタンス、及び、結合係数ｋ₁₂、ｋ₂₃、ｋ₃₄などが、設計・製造段階等で変更可能なパラメータとして用いられる。

【0056】

（電源回路５）
本実施形態では、図２に示すように、ＡＣ/ＤＣ電源６と給電モジュール２との間に電源回路５が接続されている。電源回路５は、発振出力器１１、電流検出器１２、比較回路１３、信号発振器１４、及び、論理回路１５を含む構成としている。

【0057】

発振出力器１１は、電力の電源周波数を所定の値に設定する発振器（インバータ回路など）や、外部からの制御信号（後述するＯＮ制御信号、ＯＦＦ制御信号）によって給電モジュール２に対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能なスイッチング回路などにより構成されている。

【0058】

電流検出器１２は、発振出力器１１から給電モジュール２に出力される電流値を検出可能な電流計である。なお、本実施形態では、電圧を測定することで電流値を測定している。

【0059】

比較回路１３は、予め設定した閾値と電流検出器１２で検出した電流値とを比較し、電流検出器１２で検出した電流値が閾値以上であると判断した場合にLow[0]（第１信号）を出力し、電流検出器１２で検出した電流値が閾値より小さい値であると判断した場合にHigh[1]（第２信号）を出力する比較器である。

【0060】

ここで、閾値は、給電モジュール２から受電モジュール３に対して無線電力供給が行われている時に給電モジュール２に入力される電流値と、給電モジュール２から受電モジュール３に対して無線電力供給が行われていない時に給電モジュール２に入力される電流値との間に設けられる。

【0061】

具体的には、入力インピーダンスＺ_in(A)≧入力インピーダンスＺ_in(W)の場合は、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われている時（正常充電状態）の電流値（伝送時入力電流値）と、待機状態にある時の電流値（待機時入力電流値）との間に閾値を設ける。また、入力インピーダンスＺ_in(W)＞入力インピーダンスＺ_in(A)の場合は、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われている時（正常充電状態）の電流値（伝送時入力電流値）と、給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された時（異常状態）の電流値（金属異物配置時入力電流値）との間に閾値を設ける。なお、左記条件を満たす範囲ならば自由に閾値を設定することができる。

【0062】

信号発振器１４は、Low[0]（発振信号）とHigh[1]（休止信号）とを所定周期で交互に繰り返し出力する間欠動作を実行する。所定周期は、デューティー比として、自由に設定可能である。

【0063】

論理回路１５は、比較回路１３から出力されるLow[0]（第１信号）又はHigh[1]（第２信号）と、信号発振器１４から出力されるLow[0]（発振信号）又はHigh[1]（休止信号）と、に基づき論理積演算を行い、その結果、論理積がHigh[1]である場合（電力遮断条件を満たす場合）、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力する。一方、論理積演算の結果、論理積がLow[0]である場合（電力遮断条件を満たさない場合）、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器１１に出力する。

【0064】

なお、本実施形態では、論理回路１５に論理積回路を使用しているが、論理回路１５には、論理和回路を使用してもよい。この場合、比較回路１３から出力される第１信号をHigh[1]とし、第２信号をLow[0]とし、信号発振器１４から出力される発振信号をHigh[1]とし、休止信号をLow[0]とする。そして、比較回路１３から出力されるLow[0]（第２信号）又はHigh[1]（第１信号）と、信号発振器１４から出力されるLow[0]（休止信号）又はHigh[1]（発振信号）と、に基づき論理和演算を行い、その結果、論理和がHigh[1]である場合、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器１１に出力する。一方、論理和演算の結果、論理和がLow[0]である場合（電力遮断条件を満たす場合）、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力する。

【0065】

（電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御フロー）
次に、電源回路５が実行する電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御を、図１２のフローチャート及び図１３の論理積表により説明する。

【0066】

まず、電流検出器１２による電流値の検出を行う（Ｓ１１）。そして、比較回路１３は、検出した電流値が、前述した閾値（予め設定する）以上か否かを判断する（Ｓ１２）。

【0067】

そして、検出した電流値が、閾値以上である場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、比較回路１３は、論理回路１５に対して、Low[0]（第１信号）を出力する（Ｓ１３）。一方、検出した電流値が、閾値以上でない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、比較回路１３は、論理回路１５に対して、High[1]（第２信号）を出力する（Ｓ１４）。

【0068】

また、信号発振器１４は、間欠動作を実行する（Ｓ１５）。具体的には、信号発振器１４は、論理回路１５に対して、Low[0]（発振信号）とHigh[1]（休止信号）とを所定周期で交互に繰り返し出力する（Ｓ１６）。

【0069】

次に、論理回路１５は、比較回路１３から出力されるLow[0]（第１信号）又はHigh[1]（第２信号）と、信号発振器１４から出力されるLow[0]（発振信号）又はHigh[1]（休止信号）と、に基づき論理積演算を行い（図１３参照）、その結果、論理積がLow[0]であるか否かを判断する（Ｓ１７）。

【0070】

そして、論理積がLow[0]である場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器１１に出力する（Ｓ１８）。その結果、発振出力器１１は、給電モジュール２に対する電力供給を行う（スイッチング回路ＯＮ）。

【0071】

一方、論理積がLow[0]でない場合（即ち、論理積がHigh[1]である場合）（Ｓ１７：ＮＯ）、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力する（Ｓ１９）。その結果、発振出力器１１は、給電モジュール２に対する電力供給を遮断する（スイッチング回路ＯＦＦ）。

【0072】

上記の過程を繰り返すことにより電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。

【0073】

（効果）
上記構成によれば、入力インピーダンスＺ_in(A)及び入力インピーダンスＺ_in(W)（非伝送時入力インピーダンス）＞入力インピーダンスＺ_in(T)（伝送時入力インピーダンス）の条件を満たすことにより、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われている時（正常充電状態）の入力電流値を、給電モジュール２と受電モジュール３との間で無線電力供給が行われていない時（待機状態、異常状態）の入力電流値よりも高くすることができる。そして、無線電力供給が行われている時の入力電流値と無線電力供給が行われていない時の入力電流値との間に閾値を設ける。
そして、電流検出器１２が検出した、発振出力器１１から給電モジュール２に入力される電流値が、閾値以上の場合、比較回路１３は第１信号を出力する。この場合、信号発振器１４から出力される信号が発振信号、又は、休止信号の何れの場合であっても、論理回路１５は、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器１１に出力し、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮ（供給）にする。
一方、電流検出器１２が検出した、発振出力器１１から給電モジュール２に入力される電流値が、閾値より小さい場合、比較回路１３は第２信号を出力する。
この場合、信号発振器１４から出力される信号が発振信号の場合、論理回路１５は、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器１１に出力し、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮ（供給）にする。また、信号発振器１４から出力される信号が休止信号の場合（比較回路１３から出力される信号が第２信号であり、且つ、信号発振器１４から出力される信号が休止信号であるという電力遮断条件を満たす場合）、論理回路１５は、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器１１に出力し、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にする。

【0074】

これにより、無線電力伝送装置１において、無線電力給電が行われている状態から無線電力給電が行われていない状態に移行した際は、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、消費電力を抑制することができる。
また、給電が行われていない状態から無線電力給電が行われる状態に移行するために、給電が行われていない状態において、電力供給のＯＮ／ＯＦＦを所定周期で繰り返す（間欠動作）ことができる。これにより、給電モジュール２と受電モジュール３との間で給電可能な状態になった場合に、間欠動作により、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにすることができる。これにより、間欠動作による消費電力の抑制と、給電が行われていない状態から無線電力給電が行われる状態へのスムーズな移行が可能になる。

【0075】

また、上記構成によれば、待機状態にある時の電流値、及び、金属異物６０が配置された時（異常状態）の電流値は、閾値よりも小さい値が検出されることから、無線電力伝送装置１において、無線電力給電が行われている状態から給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された状態に移行した際は、給電モジュール２に対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、金属異物６０が給電共振器２２の近辺に配置された状態での電力供給による不具合（発熱・渦電流）の発生を未然に防止することができる。
また、給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された状態から無線電力給電が行われる状態に移行された場合に無線電力給電可能にするために、給電モジュール２が有する給電共振器２２の近辺に、金属異物６０が配置された状態においても、電力供給のＯＮ／ＯＦＦを所定周期で繰り返す（間欠動作）ことができる。これにより、給電モジュール２と受電モジュール３との間で給電可能な状態になった場合に、間欠動作により、給電モジュール２に対する電力供給をＯＮにすることができる。これにより、金属異物６０が配置された状態から無線電力給電が行われる状態へのスムーズな移行が可能になる。また、金属異物６０が配置された状態の時に、間欠動作によって給電モジュール２に対する電力供給を一時的に許可しているだけであるため、金属異物６０が給電共振器２２の近辺に配置された状態での電力供給による発熱・渦電流も抑制することができる。

【0076】

（変形例）
上記実施形態では、電源回路５が実行する電力供給ＯＮ／ＯＦＦ制御を、電源周波数が伝送特性の二つのピーク帯域のうち「高周波側」に形成されるピーク帯域に対応する周波数帯域に設定された場合の無線電力伝送装置１について説明したが、電源周波数が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場合でも実行可能である。

【0077】

その場合、給電モジュールが有する給電共振器及び受電モジュールが有する受電共振器における、電力の電源周波数に対する伝送特性の値が二つのピーク帯域を有し、
前記電源周波数が前記伝送特性の二つのピーク帯域のうち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された際における、前記給電モジュールと前記受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の伝送時入力インピーダンス、及び、無線電力供給が行われていない時の非伝送時入力インピーダンスの関係が、非伝送時入力インピーダンス＜伝送時入力インピーダンスの条件を満たす無線電力伝送装置であって、
前記給電モジュールに対する電力供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが可能な発振出力器と
前記発振出力器から前記給電モジュールに入力される電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出した電流値と、前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われている時に前記給電モジュールに入力される電流値と前記給電モジュール及び前記受電モジュールの間で無線電力供給が行われていない時に前記給電モジュールに入力される電流値との間に設定された閾値と、を比較し、前記電流検出器で検出した電流値が前記閾値以下であると判断した場合に第１信号を出力し、前記電流検出器で検出した電流値が前記閾値より大きい値であると判断した場合に第２信号を出力する比較回路と、
発振信号と休止信号とを所定周期で交互に繰り返し出力する間欠動作を実行する信号発振器と、
前記比較回路から出力される信号と前記信号発振器から出力される信号とに基づき論理演算を行い、その結果、前記比較回路から出力される信号が前記第２信号であり、且つ、前記信号発振器から出力される信号が前記休止信号であるという電力遮断条件を満たす場合は、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を前記発振出力器に出力し、一方、前記電力遮断条件を満たさない場合は、前記発振出力器における前記給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を前記発振出力器に出力する論理回路と、
を備えたことを特徴にする。

【0078】

上記構成によれば、非伝送時入力インピーダンス＜伝送時入力インピーダンスの条件を満たすことにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われている時の入力電流値は、給電モジュールと受電モジュールとの間で無線電力供給が行われていない時の入力電流値よりも低くなる。そして、無線電力供給が行われている時の入力電流値と無線電力供給が行われていない時の入力電流値との間に閾値を設ける。
そして、電流検出器が検出した、発振出力器から給電モジュールに入力される電流値が、閾値以下の場合、比較回路は第１信号を出力する。この場合、信号発振器から出力される信号が発振信号、又は、休止信号の何れの場合であっても、論理回路は、発振出力器における給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器に出力し、給電モジュールに対する電力供給をＯＮ（供給）にする。
一方、電流検出器が検出した、発振出力器から給電モジュールに入力される電流値が、閾値より大きい場合、比較回路は第２信号を出力する。
この場合、信号発振器から出力される信号が発振信号の場合、論理回路は、発振出力器における給電モジュールに対する電力供給をＯＮにするＯＮ制御信号を発振出力器に出力し、給電モジュールに対する電力供給をＯＮ（供給）にする。また、信号発振器から出力される信号が休止信号の場合（比較回路から出力される信号が前記第２信号であり、且つ、前記信号発振器から出力される信号が前記休止信号であるという電力遮断条件を満たす場合）、論理回路は、発振出力器における給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦにするＯＦＦ制御信号を発振出力器に出力し、給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にする。
これにより、無線電力伝送装置において、無線電力給電が行われている状態から無線電力給電が行われていない状態に移行した際は、給電モジュールに対する電力供給をＯＦＦ（遮断）にすることにより、消費電力を抑制することができる。
また、給電が行われていない状態から無線電力給電が行われる状態に移行するために、給電が行われていない状態において、電力供給のＯＮ／ＯＦＦを所定周期で繰り返す（間欠動作）ことができる。これにより、給電モジュールと受電モジュールとの間で給電可能な状態になった場合に、間欠動作により、給電モジュールに対する電力供給をＯＮにすることができる。これにより、間欠動作による消費電力の抑制と、給電が行われていない状態から無線電力給電が行われる状態へのスムーズな移行が可能になる。

【0079】

（その他の実施形態）
また、上記製造方法の説明では、無線式ヘッドセット１０２を例示して説明したが、二次電池を備えた機器であれば、タブレット型ＰＣ、デジタルカメラ、携帯電話、イヤホン型音楽プレイヤー、補聴器、集音器などにも使用することができる。

【0080】

また、上記説明では、給電モジュール２及び受電モジュール３が備える共振器（コイル）間の共振現象（磁界共鳴状態）を利用して磁場を結合させることにより電力伝送を行う無線電力伝送装置１を例示して説明したが、給電装置及び受電装置が備えるコイル間の共振及び電磁誘導を利用して電力伝送を行う無線電力伝送装置においても適用可能である。

【0081】

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。

【0082】

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。

【符号の説明】

【0083】

１ 無線電力伝送装置
２ 給電モジュール
３ 受電モジュール
５ 電源回路
６ ＡＣ/ＤＣ電源
７ 安定回路
８ 充電回路
９ 二次電池
１０ 被給電機器
１１ 発振出力器
１２ 電流検出器
１３ 比較回路
１４ 信号発振器
１５ 論理回路
２１ 給電コイル
２２ 給電共振器
３１ 受電コイル
３２ 受電共振器
６０ 金属異物
１０１ 充電器
１０２ 無線式ヘッドセット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】