特許 7100844 共振装置、電力伝送装置、及び電力伝送方法

(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】

(24)【登録日】2022-07-06

(45)【発行日】2022-07-14

(54)【発明の名称】共振装置、電力伝送装置、及び電力伝送方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20220707BHJP

   H01P 5/02 20060101ALI20220707BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H01P5/02 C

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018096151

(22)【出願日】2018-05-18

(65)【公開番号】P2019201518

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2021-04-23

(73)【特許権者】

【識別番号】504221107

【氏名又は名称】株式会社レーザーシステム

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大野 泰夫

【審査官】山本 香奈絵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２１３３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６７０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００５２５０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭５９－１９１９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６１５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２０３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１７０８０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０１Ｐ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体基板と、
前記誘電体基板内において閉曲線線路の一部が開放された構造を呈するように形成され、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器と、
前記誘電体基板と対向するように配設された回路基板と、
前記回路基板内において前記共振器と対向する位置に形成され、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記誘電体基板は、前記入出力線路と前記共振器との間の位置関係又は前記入出力線路と前記共振器との間に形成される容量を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
共振装置。

【請求項2】

前記入出力線路は、平面視で、前記共振器の外側から前記共振器の側部まで延在し、前記共振器の前記側部において、前記共振器と電気的に接続するように形成されている
請求項１に記載の共振装置。

【請求項3】

前記誘電体基板は、平面視における、前記共振器と前記入出力線路との電気的な接続位置と、前記共振器の開放端との位置関係を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
請求項２に記載の共振装置。

【請求項4】

前記入出力線路は、前記共振器と非接触状態で配設され、容量結合により、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の共振装置。

【請求項5】

前記誘電体基板は、前記共振器と前記入出力線路とが誘電体材料を介して対向するように、前記回路基板に取り付けられている
請求項４に記載の共振装置。

【請求項6】

前記誘電体基板は、前記共振器と前記入出力線路とが対向する方向における前記共振器と前記入出力線路との間の距離を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
請求項４又は５に記載の共振装置。

【請求項7】

前記誘電体基板は、前記共振器と前記入出力線路との間の比誘電率を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の共振装置。

【請求項8】

前記入出力線路は、平面視で前記共振器と重なる電極部を有し、当該電極部を介して、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う
請求項４乃至７のいずれか一項に記載の共振装置。

【請求項9】

前記誘電体基板と前記回路基板とは、平面視における、前記共振器の開放端と前記電極部の開放端との位置関係を調整可能に取り付けられている
請求項８に記載の共振装置。

【請求項10】

前記共振器と前記他の共振器とは、平面視で、前記共振器の中心点と前記他の共振器の中心点とが重なるように配され、且つ、前記共振器における前記中心点と開放端とを結ぶ線と、前記他の共振器における前記中心点と開放端とを結ぶ線との間のなす角度が９０°以上の角度を有するように配される
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の共振装置。

【請求項11】

第１及び第２の共振装置を有し、当該第１及び第２の共振装置それぞれが有する共振器の間で、非接触で電力又は信号の授受を行う電力伝送装置であって、
前記第１及び第２の共振装置は、それぞれ、
誘電体基板と、
前記誘電体基板内において閉曲線線路の一部が開放された構造を呈するように形成され、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で前記電力又は信号の授受を行う共振器と、
前記誘電体基板と対向するように配設された回路基板と、
前記回路基板内において前記共振器と対向する位置に形成され、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記誘電体基板が、前記入出力線路と前記共振器との間の位置関係又は前記入出力線路と前記共振器との間に形成される容量を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
電力伝送装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の電力伝送装置を用いた電力伝送方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、共振装置、電力伝送装置、及び電力伝送方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、２つのオープンリング共振器を用いて、非接触で高周波の電力や信号（以下、「高周波電力」と総称する）を送受する電力伝送装置が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。

【0003】

この種の電力伝送装置は、互いに対向するように配設された送電側のオープンリング共振器と受電側のオープンリング共振器とによって構成される。そして、送電側のオープンリング共振器と受電側のオープンリング共振器とを電磁結合（例えば、磁界共鳴）させることによって、送電側のオープンリング共振器から受電側のオープンリング共振器に高周波電力を送出する。

【0004】

オープンリング共振器は、一般に、送電側のオープンリング共振器と受電側のオープンリング共振器とが、同一の周波数で共振するように構成されており、典型的には、リングの線路長が共振周波数から換算されるλ/２程度となるように構成される。

【0005】

このように構成された電力伝送装置は、非接触で高い伝送効率を得られるため、電子機器が内蔵するバッテリ等への非接触電力伝送の用途、及び、異なる回路基板間での非接触信号伝送の用途等への応用が期待されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第４８３５３３４号明細書

【非特許文献】

【0007】

【文献】I.Awai and A.K.Saha, “Open Ring Resonators Applicable to Wide-band BPF”, Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference 2006, ISBN:978-4-902339-08-6

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、この種の電力伝送装置において、一方の共振器と他方の共振器を電磁結合させて非接触で高周波電力を伝送することは、２つの共振器を用いたバンドパスフィルタと等価である。

【0009】

２つのオープンリング共振器を近接して配設した場合、電磁的な相互作用で、オープンリング共振器の基本共振周波数から、高周波側と低周波側に共振周波数の分離が起こることが知られている。つまり、２つのオープンリング共振器の電磁結合の状態により、一方の共振器から他方の共振器に高周波電力を通過させ得る周波数帯域が決まり、当該周波数帯域は、一般に、分離した高周波側の共振周波数と低周波側の共振周波数が、それぞれ、通過帯域の上限と下限になる。但し、当該周波数帯域内で必ずしも均一な伝送効率（即ち、透過率）が実現されるわけではなく、接続条件により当該周波数帯域の中間領域の伝送効率が低下（双峰型の周波数特性とも称される）したり、中間領域にピークを持ち両側で伝送効率の低下が起こる。

【0010】

この点、オープンリング共振器を用いた電力伝送装置においては、送電側の入出力線路から見た共振器のインピーダンス（以下、「共振器の入力インピーダンス」と称する）、及び受電側の入出力線路から見た共振器のインピーダンス（以下、「共振器の出力インピーダンス」と称する）を適切に設定することによって、分離した高周波側の共振周波数と低周波側の共振周波数の間の広帯域に亘って、高い伝送効率で高周波電力の伝送を行うことが可能となる（特許文献１、及び非特許文献１を参照）。これは、いわゆる最大平坦型（バターワース型とも称される）の周波数特性を有するバンドパスフィルタである。

【0011】

この種の電力伝送装置においては、種々の観点から、最大平坦型のバンドパスフィルタのように、広帯域に亘って高い伝送効率を示す周波数特性を実現する要請がある。例えば、広帯域に亘って高い伝送効率を示す周波数特性が得られれば、共振器の使用環境が変化して、分離した高周波側の共振周波数及び低周波側の共振周波数がシフトした態様でも、高い伝送効率で電力伝送を実行することができる。又、これによって、電力伝送の際に使用する周波数を、適宜変化させることも可能となる。

【0012】

特許文献１及び非特許文献１には、オープンリング共振器に対する入出力線路の接続位置を適切に設定することによって、最大平坦型の周波数特性を有する透過特性を実現できることが記載されている。しかしながら、透過特性を双峰型の周波数特性から最大平坦型の周波数特性に変化させるための共振器の入力インピーダンスは、実際には、使用環境等、共振器間の電磁結合の状態（即ち、共振器間の結合係数）に起因して変化する。そのため、特許文献１のように、オープンリング共振器と入出力線路とを同一の回路基板上に作り込む構成では、このような変化に対応することができないという課題がある。

【0013】

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、共振器間の電磁結合の状態の変化に対応可能とする共振装置、電力伝送装置、及び電力伝送方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

前述した課題を解決する主たる本開示は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板内において閉曲線線路の一部が開放された構造を呈するように形成され、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器と、
前記誘電体基板と対向するように配設された回路基板と、
前記回路基板内において前記共振器と対向する位置に形成され、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記誘電体基板は、前記入出力線路と前記共振器との間の位置関係又は前記入出力線路と前記共振器との間に形成される容量を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
共振装置である。

【0015】

又、他の局面では、
第１及び第２の共振装置を有し、当該第１及び第２の共振装置それぞれが有する共振器の間で、非接触で電力又は信号の授受を行う電力伝送装置であって、
前記第１及び第２の共振装置は、それぞれ、
誘電体基板と、
前記誘電体基板内において閉曲線線路の一部が開放された構造を呈するように形成され、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器との間で、電磁結合を利用して非接触で前記電力又は信号の授受を行う共振器と、
前記誘電体基板と対向するように配設された回路基板と、
前記回路基板内において前記共振器と対向する位置に形成され、前記共振器との間で前記電力又は信号の授受を行う入出力線路と、
を備え、
前記誘電体基板が、前記入出力線路と前記共振器との間の位置関係又は前記入出力線路と前記共振器との間に形成される容量を調整可能に、前記回路基板に取り付けられている
電力伝送装置である。

【0016】

又、他の局面では、
上記の電力伝送装置を用いた電力伝送方法である。

【発明の効果】

【0017】

本開示に係る共振装置によれば、共振器間の電磁結合を利用して非接触で高周波電力の授受を行う際に、共振器間の電磁結合の状態の変化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１の実施形態に係る電力伝送装置の全体構成を示す図

【図2】第１の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す側面断面図

【図3】第１の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す斜視図

【図4】第１の実施形態に係る共振装置を誘電体基板の表面側から平面視した図

【図5A】従来技術に係る共振装置における、共振器と入出力線路の接続状態の一例を示す図

【図5B】従来技術に係る共振装置における、共振器と入出力線路の接続状態の一例を示す図

【図6A】第１の実施形態に係る電力伝送装置における、接続角度と透過率の関係の一例を示す図

【図6B】第１の実施形態に係る電力伝送装置における、接続角度と反射率の関係の一例を示す図

【図6C】第１の実施形態に係る電力伝送装置における、接続角度と反射特性に係るスミスチャートの一例を示す図

【図7】第２の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す側面断面図

【図8】第２の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す斜視図

【図9】第２の実施形態に係る共振装置を誘電体基板の表面側から平面視した図

【図10】第２の実施形態に係る共振装置を簡易化したモデル図

【図11】図１０のモデル図を用いた電力伝送装置において、電力伝送を行った際の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を算出したシミュレーション結果

【図12】図１０のモデル図を用いた電力伝送装置において、電力伝送を行った際の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を算出したシミュレーション結果

【図13A】第２の実施形態に係る電力伝送装置において、高周波電力を伝送した際に観察される透過特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果

【図13B】第２の実施形態に係る電力伝送装置において、高周波電力を伝送した際に観察される反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果

【図13C】第２の実施形態に係る電力伝送装置において、高周波電力を伝送した際に観察される反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果

【図14A】第１の実施形態に係る共振装置において、接続角度の調整により、共振器の入力インピーダンスを調整した際に観察される透過特性を示す図

【図14B】第２の実施形態に係る共振装置において、電極間距離の調整により、共振器の入力インピーダンスを調整した際に観察される透過特性を示す図

【図15】第３の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す側面断面図

【図16】第３の実施形態に係る共振装置を誘電体基板の表面側から平面視した図

【図17】第４の実施形態に係る共振装置の構成の一例を示す斜視図

【図18】第４の実施形態に係る共振装置において、共振器と電極部の間の電極間距離及び共振器と電極部の間の電極間距離それぞれを調整した際の透過特性及び反射特性を示す図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0020】

（第１の実施形態）
［電力伝送装置の全体構成］
以下、図１～図４を参照して、本実施形態に係る電力伝送装置の構成の一例について説明する。本実施形態に係る電力伝送装置は、電気負荷に対する電力伝送に適用されている。

【0021】

図１は、電力伝送装置Ｕの全体構成を示す図である。

【0022】

本実施形態に係る電力伝送装置Ｕは、送電装置１００が有する共振装置１と、受電装置２００が有する共振装置２と、により構成される。

【0023】

送電装置１００は、例えば、電源１００ａ（例えば、バッテリ）、当該電源１００ａから供給される電力に基づいて高周波電力を生成する発振器１００ｂ（例えば、ガン発振器又はインバータ等）、及び、当該発振器１００ｂから高周波電力を取得して受電装置２００側の共振装置２に送出する共振装置１等を有している。

【0024】

受電装置２００は、例えば、共振装置１から高周波電力を受電する共振装置２、当該共振装置２が受電した高周波電力を整流する整流回路２００ａ、及び、整流回路２００ａで整流された直流電力を使用する電気負荷（例えば、バッテリ）２００ｂ等を有している。

【0025】

図２は、共振装置１と共振装置２の構成の一例を示す側面断面図である。図３は、共振装置１と共振装置２の構成の一例を示す斜視図である。図４は、共振装置１を誘電体基板１１の表面側から平面視した図である。尚、図３では、説明の便宜として、共振器１２と入出力線路１４の構成のみを図示している。

【0026】

共振装置１は、誘電体基板１１、誘電体基板１１内に配設された共振器１２、回路基板１３、回路基板１３内に配設された入出力線路１４、及び、誘電体基板１１と回路基板１３とを固定する固定部材１５を備えている。

【0027】

共振装置２は、同様に、誘電体基板２１、誘電体基板２１内に配設された共振器２２、回路基板２３、回路基板２３内に配設された入出力線路２４、及び、誘電体基板２１と回路基板２３とを固定する固定部材２５を備えている。

【0028】

以下では、共振装置１と共振装置２とは、同様の構成を有するものとして、共振装置１の構成についてのみ、説明する。

【0029】

誘電体基板１１は、共振器１２を保持する保持体である。誘電体基板１１を構成する素材は、本発明では特に限定されないが、例えば、セラミック基板やプラスチック基板等が用いられる。

【0030】

共振器１２は、受電側の共振器２２が対向して配された際に、当該共振器２２と電磁結合して、当該共振器２２との間で、非接触で高周波電力の授受を行う。

【0031】

共振器１２は、誘電体基板１１の基板面内に形成された導体パターンである。共振器１２は、閉曲線線路の一部に開放部１２ａを有する構造を呈している。即ち、共振器１２は、長手方向の両端が開放端とされている。共振器１２は、例えば、金属線をリング状に配して両端を近接させて構成されている（「オープンリング共振器」とも称される）。共振器１２の金属線は、例えば、電位差の最大となる両端が近接するように、送受する高周波電力の波長の１／２の奇数倍の長さ程度に設定される。

【0032】

共振器１２は金属配線で出来ており、回路基板１３に配設されたやはり金属配線で形成された入出力線路１４と電気的に直接接続するように配設され、入出力線路１４から入力される高周波電力を共振器２２に対して送出する。本実施形態に係る共振器１２は、例えば、誘電体基板１１の裏面（又、共振装置１と共振装置２とが対向する側とは逆側の基板面を表す。以下同じ）側において、回路基板１３に配設された入出力線路１４と接触するように配設されている。

【0033】

送電側の共振器１２と受電側の共振器２２とは、典型的には、同一の共振周波数を有する共振器が用いられる（図３を参照）。そして、電力伝送の際には、共振器１２と共振器２２とは、平面視で、互いの中心点Ｃ０が重なるように対向して配される。又、この際、共振器１２と共振器２２とは、平面視で、共振器１２における開放部１２ａと中心点Ｃ０とを結ぶ線１２ａｌと、共振器２２における開放部２２ａと中心点Ｃ０とを結ぶ線２２ａｌとの間のなす角度（即ち、共振器１２の開放端と共振器２２の開放端との間のリングの周方向における角度差）が、例えば、９０°以上、より好適には１８０°の角度を有するように配設される。これによって、磁界の共振及び電界の共振の両方が、共振器１２と共振器２２の間で同相となり、共鳴が最も強くなる（調相結合とも称される）。これにより、波長の１／４程度の距離でもほぼ１００％の電力伝送が可能となる。

【0034】

共振器１２と共振器２２とは、空間、誘電体材料、又はこれらの両方を介して、対向するように配設される。本実施形態では、共振器１２と共振器２２とが、ガラス基板Ｔを介在して、対向するように配設されている。

【0035】

尚、共振器１２と共振器２２とは、典型的には、分離可能に配設されるが、互いに固定された状態で配設されてもよい。換言すると、共振装置１と共振装置２とは、電力伝送を実行していないときにはそれぞれが分離可能に配設されてもよいし、一体的に配設されていてもよい。

【0036】

回路基板１３は、例えば、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板である。回路基板１３には、例えば、入出力線路１４及び発振器１００ｂとのインターフェース部品等が配設されている。又、回路基板１３の裏面全面には、接地導体１４ｂが形成されている。尚、回路基板１３としては、多層基板や、又は信号処理ＩＣを内蔵した半導体基板等が用いられてもよい。

【0037】

回路基板１３は、誘電体基板１１の裏面側において、誘電体基板１１と対向して配設されている。

【0038】

入出力線路１４は、発振器１００ｂから高周波電力を受電し、当該高周波電力を共振器１２に対して入力する。入出力線路１４は、回路基板１３内に形成された導体パターンである。入出力線路１４は、例えば、回路基板１３の表面（共振装置１と共振装置２とが対向する側の基板面を表す。以下同じ）側に配設され、回路基板１３の裏面に形成された接地導体１４ｂと共に、所定の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）となるように調整されたマイクロストリップ線路として構成されている。

【0039】

入出力線路１４は、先端部が開放端とされ、当該先端部において、共振器１２と電気的に接続する電極部１４ａが形成されている。即ち、入出力線路１４は、電極部１４ａを介して、共振器１２と電気的に接続する。本実施形態に係る電極部１４ａは、共振器１２に接触するように配設されている（図４を参照）。尚、電極部１４ａの形状は、例えば、共振器１２の周方向の略３°～４５°に対応する扇形状を呈している。

【0040】

より詳細には、入出力線路１４は、平面視において、共振器１２の外側から共振器１２の側部（オープンリング形状の外縁を形成する部分を表す。以下同じ）まで延在し、電極部１４ａが、共振器１２の当該側部において、当該共振器１２と電気的に接続するように配設されている（タップ結合とも称される）。尚、以下では、平面視において、共振器１２の側部の中心位置から開放部１２ａ（即ち、開放端）側への角度θ１を、「接続角度θ１」と称して説明する（図４を参照）。例えば、接続角度θ１が０°の位置が共振器１２のリング状の金属線の中心位置に相当し、接続角度θ１が略９０°の位置が共振器１２のリング状の金属線の開放部１２ａ側の位置に相当する。

【0041】

但し、電極部１４ａは、高周波信号を伝送するため必ずしも共振器１２と直接接触する必要はなく、誘電体膜を介した容量結合によって、共振器１２と電気的に接続されてもよい（第２の実施形態で後述）。

【0042】

尚、共振装置２の入出力線路２４も、入出力線路１４と同様に、回路基板２３の裏面全体に形成された接地導体２４ｂと共に、マイクロストリップ線路を構成する。又、入出力線路２４も、入出力線路１４と同様に、電極部２４ａを有している。そして、入出力線路２４は、共振器２２から高周波電力を取得して、当該高周波電力を整流回路２００ａに対して出力する。

【0043】

固定部材１５は、誘電体基板１１と回路基板１３とを固定する。固定部材１５は、例えば、ボルトとナットとにより構成される。本実施形態に係る固定部材１５は、誘電体基板１１及び回路基板１３を貫通するように形成された貫通溝（図４には、誘電体基板１１に形成された貫通溝１１ａのみを示す）にボルトを挿通してナットで締結することで、誘電体基板１１と回路基板１３とを固定する。

【0044】

［誘電体基板と回路基板の取り付け状態について］
次に、図４～図６Ｃを参照して、本実施形態に係る共振装置１における誘電体基板１１と回路基板１３の取り付け状態について説明する。

【0045】

本実施形態に係る第１の共振装置１において、誘電体基板１１と回路基板１３とは、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を調整可能に固定されている（図４を参照）。換言すると、誘電体基板１１と回路基板１３とは、平面視で、共振器１２と入出力線路１４との電気的な結合位置が、共振器１２の開放部１２ａの位置から離間する方向に調整可能に取り付けられている。又、同様に、共振装置２において、誘電体基板２１と回路基板２３とは、共振器２２に対する入出力線路２４の接続角度θ１を調整可能に固定されている。

【0046】

尚、本実施形態においては、共振装置１の接続角度θ１と共振装置２の接続角度θ１とは、同一に設定されるものとして、以下では、共振装置１の構成についてのみ説明する。

【0047】

図５Ａ、図５Ｂは、従来技術に係る共振装置Ｐ１、Ｐ２における、共振器Ｐ１２、Ｐ２２と入出力線路Ｐ１４、Ｐ２４の接続状態の一例を示す図である。図５Ａは、共振器Ｐ１２と共振器Ｐ２２の側面断面図である。図５Ｂは、共振器Ｐ１を平面視した図である。

【0048】

従来技術に係る共振装置Ｐ１、Ｐ２においては、図５Ａ、図５Ｂに示すように、共振器Ｐ１２は、入出力線路Ｐ１４と共に回路基板Ｐ１３内に配設され、入出力線路Ｐ１４から延設する導体パターンによって構成されている。又、同様に、共振器Ｐ２２は、入出力線路Ｐ２４と共に回路基板Ｐ２３内に配設され、入出力線路Ｐ２４から延設する導体パターンによって構成されている。

【0049】

当該共振器Ｐ１と共振器Ｐ２の間で高周波電力の授受を行う際の透過率に係る周波数特性は、２つの共振器が近接している場合には、共振器Ｐ１と共振器Ｐ２の間での電磁的な結合により、共振器固有の共振周波数ｆ０（以下、基本モード周波数ｆ０と称する）から、高周波側の共振周波数ｆ１及び低周波側の共振周波数ｆ２の２つに分離したものとなる（図６Ａを参照）。そして、二つの共振器が強く結合するほど、高周波側の共振周波数ｆ１及び低周波側の共振周波数ｆ２は、それぞれ、基本モード周波数ｆ０から離れる側へシフトする。

【0050】

尚、共振器間の電磁結合の状態は、一般に、結合係数ｋとして以下の式（１）のように表される。

【数1】

【0051】

但し、この高周波側の共振周波数ｆ１から低周波側の共振周波数ｆ２の間の帯域内では、必ずしも均一な伝送効率（透過率）を持つわけではなく、一般に、当該周波数帯域の中間領域の伝送効率が低下する（双峰型の周波数特性）。

【0052】

そこで、従来技術に係る共振装置Ｐ１、Ｐ２においては、共振器Ｐ１２に対する入出力線路Ｐ１４の接続角度θ１を適切に設定することで、共振器Ｐ１２の入力インピーダンス（又は共振器Ｐ１２の出力インピーダンス）、即ち外部Ｑ値を変化させ、入出力線路Ｐ１４と共振器Ｐ１２の間でインピーダンス整合を行っている。これによって、共振装置Ｐ１と共振装置Ｐ２の間で高周波電力の授受を行う際の透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることが可能である（例えば、特許文献１又は非特許文献１を参照）。

【0053】

尚、共振器Ｐ１２に対する入出力線路Ｐ１４の接続角度θ１を大きくするほど信号の出入りが大きくなり、共振器Ｐ１２の入力インピーダンス（典型的にはリアクタンス成分）及び外部Ｑ値は小さくなる。一方、接続角度θ１を０°に近づけるほど、共振器Ｐ１２の入力インピーダンス（典型的にはリアクタンス成分）及び外部Ｑ値は大きくなる。

【0054】

しかしながら、透過率に係る周波数特性を双峰型から最大平坦型に変化させるために適切な共振器Ｐ１２の入力インピーダンス及び共振器Ｐ２２の出力インピーダンス（即ち、インピーダンス整合条件）は、実際には、共振器Ｐ１２と共振器Ｐ２２の間の電磁結合の状態に起因して変化し、例えば、共振器Ｐ１２と共振器Ｐ２２の間の距離、又は共振器Ｐ１２と共振器Ｐ２２の間の媒質の誘電率等に応じて変化する。そのため、従来技術に係る共振装置Ｐ１のように接続角度θ１を固定した態様では、対応できない場合がある。

【0055】

そこで、本実施形態に係る共振装置１においては、図４に示すように、共振器１２を、入出力線路１４が配設される回路基板１３とは別体の誘電体基板１１に配設する。そして、平面視における回路基板１３に対する誘電体基板１１の取り付け角度を変更可能とすることによって、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を調整可能とする。

【0056】

固定部材１５（ここでは、ボルト）が挿通される誘電体基板１１の貫通溝１１ａは、共振器１２のリングの中心点Ｃ０を中心として、当該共振器１２のリングの外形に沿うように周方向に延在する形状を呈している。これによって、当該貫通溝１１ａにおける固定部材１５の固定位置の調整によって、平面視における回路基板１３に対する誘電体基板１１の固定角度を調整し、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を調整することが可能となっている。例えば、固定部材１５の固定位置を、図４の矢印の示す方向に移動させることによって、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を小さくすることが可能である。

【0057】

本実施形態に係る共振装置１は、このように、共振器１２と共振器２２の間の電磁結合の状態に対応させるように、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を変化させ、電力伝送時における透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることを可能とする。

【0058】

尚、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を設定変更する際には、例えば、作業者が、共振器間の距離又は媒質等に基づいて、接続角度θ１が予め規定された位置になるように、手作業で固定部材１５の固定位置を調整する態様であってもよい。他方、制御装置（図示せず）が、共振器間における高周波電力の授受の状態を検知して、電力伝送時における透過率に係る周波数特性が最大平坦型になるように、駆動モータ等により固定部材１５を移動させる態様であってもよい。

【0059】

図６Ａ～図６Ｃは、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおける、接続角度θ１と透過特性及び反射特性の関係の一例を示す図である。

【0060】

図６Ａ～図６Ｃは、それぞれ、共振装置１から共振装置２に対して高周波電力を送出した際に観察される透過特性及び反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果である。図６Ａは透過率（Ｓ２１）、図６Ｂは反射率（Ｓ１１）、図６Ｃは図６Ｂの反射率をスミスチャートにして表したものである。

【0061】

図６Ａ～図６Ｃの各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。
点線：接続角度θ１を１６°と設定した態様
実線：接続角度θ１を２２°と設定した態様
一点鎖線：接続角度θ１を２８°と設定した態様

【0062】

具体的なシミュレーション条件は、以下の通りである。共振器１２と共振器２２の間には、比誘電率：３．９、厚さ：２５ｍｍのガラス基板Ｔを配設している。又、回路基板１３を比誘電率：４、厚さ：１ｍｍと設定し、共振器１２を内径：９．３ｍｍ、外径：１９．３ｍｍと設定し、入出力線路１４を特性インピーダンス：５０Ω、幅：２ｍｍのマイクロストリップ線路と設定した。

【0063】

図６Ａから分かるように、接続角度θ１を２２°と設定した場合、透過特性は、９１５ＭＨｚを中心に３ｄＢ帯域幅１５．８ＭＨｚのほぼ最大平坦型の周波数特性となる。ここで、接続角度θ１を１６°とすると、共振器１２の入力インピーダンスが増すためインピーダンス整合が失われ、透過特性は、ピーク位置が基本モード周波数ｆ０から高周波側の周波数ｆ１と低周波側の周波数ｆ２に分離した双峰型の周波数特性に変化する。一方、接続角度θ１を２８°とすると、共振器１２の入力インピーダンスが過度に低下するため、透過特性は、基本モード周波数ｆ０において１つのピークを持つ周波数特性に変化する。尚、図６Ｂの反射率は、図６Ａの透過率を反転した特性を示している。

【0064】

図６Ｃから分かるように、スミスチャート上では、接続角度θ１が２２°の場合、ほぼ原点にループが描かれ、反射率が低くなっている。一方、接続角度θ１が１６°の場合、原点の右側にループが描かれ、曲線は２回原点付近を通過する。つまり、接続角度θ１が１６°の場合、反射率の低い周波数が２つ有り、それに対応して透過率に２つのピークが発生することを示している。一方、接続角度θ１が２８°の場合、ループを描かずに原点付近を通過するため、反射率の低下は１回のみで、その結果、透過率のピークも一つであることを示している。

【0065】

［効果］
以上のように、本実施形態に係る共振装置１は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１内において閉曲線線路の一部が開放された構造を呈するように形成され、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器２２との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器１２と、誘電体基板１１と対向するように配設された回路基板１３と、回路基板１３内において共振器１２と対向する位置にパターン形成され、共振器１２との間で電力又は信号の授受を行う入出力線路１４と、を備え、誘電体基板１１は、入出力線路１４と共振器１２との間の位置関係を、調整可能に回路基板１３に取り付けられている。

【0066】

従って、本実施形態に係る共振装置１、２によれば、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２との間の位置関係（ここでは、共振器１２、２２に対する入出力線路１４、２４の接続角度θ１）を変更することによって、共振器１２、２２の入力インピーダンス（又は、出力インピーダンス）を調整することが可能である。これによって、共振器１２、２２間の電磁結合の状態に対応させるように、当該共振器１２の入力インピーダンス（又は、当該共振器２２の出力インピーダンス）を調整して、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることができる。

【0067】

又、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおいては、共振装置１、２が、それぞれ、誘電体基板１１、２１と、誘電体基板１１、２１内において閉曲線線路の一部が開放された構造を呈するように形成され、自身と対向して配された自身と相似形の他の共振器２２との間で、電磁結合を利用して非接触で高周波の電力又は信号の授受を行う共振器１２、２２と、誘電体基板１１、２１と対向するように配設された回路基板１３、２３と、回路基板１３、２３内において共振器１２、２２と対向する位置にパターン形成され、共振器１２、２２との間で高周波電力の授受を行う入出力線路１４、２４と、を備え、誘電体基板１１、２１が、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２との間の位置関係を、調整可能に回路基板１３、２３に取り付けられている。

【0068】

これによって、共振器１２、２２間の電磁結合の状態に対応させるように、共振器１２の入力インピーダンス及び共振器２２の出力インピーダンスを調整して、電力伝送時の透過率に係る周波数特性を、より確実に、双峰型から最大平坦型に変化させることができる。

【0069】

尚、上記実施形態では、共振装置１と共振装置２とが同一な構成を有するものとして、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１と共振器２２に対する入出力線路２４の接続角度θ１とを同一に設定する態様を示した。しかしながら、共振装置１と共振装置２とで異なる構成とされてもよく、当該場合には、共振装置１における共振器１２の入力インピーダンスの調整と共振装置２における共振器２２の入力インピーダンスの調整とは、個別に実行されることになる（後述する第４の実施形態を参照）。

【0070】

（第２の実施形態）
次に、図７～図１４Ｂを参照して、第２の実施形態に係る共振装置１、２の構成の一例について説明する。

【0071】

図７は、第２の実施形態に係る共振装置１と共振装置２の構成の一例を示す側面断面図である。図８は、第２の実施形態に係る共振装置１と共振装置２の構成の一例を示す斜視図である。図９は、共振装置１を誘電体基板１１の表面側から平面視した図である。尚、図８では、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２のみを図示している。

【0072】

本実施形態に係る共振装置１、２は、それぞれ、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２とを容量結合により電気的に接続し、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２の間に形成される容量を調整可能とする点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

【0073】

本実施形態に係る共振装置１、２は、それぞれ、誘電体基板１１、２１と回路基板１３、２３の間に介在するように配設された誘電体材料１６、２６を有している。尚、本実施形態においても、共振装置１と共振装置２とは、同様の構成を有するものとして、共振装置１の構成についてのみ、説明する。

【0074】

誘電体材料１６は、誘電体基板１１と回路基板１３の間の距離を調整するための材料であり、例えば、固定部材１５の締め付け圧力によって厚さを変形し得る軟性の材料（例えば、シリコーンゴム等の絶縁樹脂）が用いられる。

【0075】

尚、誘電体材料１６及び誘電体部材１１としては、より好適には、比誘電率が回路基板１３の比誘電率よりも小さい材料を用いる。これによって、共振器１２と入出力線路１４の間の距離Ｌを変更した際に、共振器１２のリングの電気長に影響が出て共振周波数が変化するのを抑制することができる。

【0076】

本実施形態に係る共振器１２は、例えば、誘電体基板１１の表面に配設され、誘電体基板１１及び誘電体材料１６を挟んで、入出力線路１４と対向する。即ち、共振器１２と入出力線路１４とは、非接触状態で配設されている。そして、共振器１２と入出力線路１４とは、平面視において、電極部１４ａの領域において対向する。つまり、共振器１２は、誘電体基板１１及び誘電体材料１６を介して、入出力線路１４の電極部１４ａと容量結合し、かかる状態で入出力線路１４との間で高周波電力の授受を行う。

【0077】

尚、電極部１４ａの形状は、第１の実施形態と同様に、例えば、平面視において、共振器１２の周方向の略３°～４５°に対応する扇形状を呈している。但し、電極部１４ａは、実効的なリングサイズが変わって共振周波数にずれが生じることを抑制するため、平面視において、共振器１２の内径側の側部より中心点Ｃ０側に飛び出さないのが望ましい。

【0078】

本実施形態に係る共振装置１においては、固定部材１５の締め付け圧力によって誘電体材料１６の厚さを調整可能とし、これによって、誘電体基板１１と回路基板１３の間の距離、即ち、共振器１２と入出力線路１４の間の距離（図８にＬで示す。以下、「電極間距離Ｌ」と称する）を調整可能とする。換言すると、これによって、電極部１４ａと共振器１２の間に形成される容量を調整可能とする。そして、電極部１４ａと共振器１２の間に形成される容量の調整によって、共振器１２の入力インピーダンスを調整し、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることが可能となる。

【0079】

尚、本実施形態においても、共振装置１の電極間距離Ｌと共振装置２の電極間距離Ｌとは、同一に設定されるものとして、以下では、共振装置１の構成についてのみ説明する。

【0080】

まず、図１０～図１２を参照して、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおいて、入出力線路１４と共振器１２の間に形成される容量を調整した際における、透過率及び反射率の周波数特性について説明する。

【0081】

図１０は、本実施形態に係る共振装置１を簡易化したモデル図である。図１１、図１２は、図１０のモデル図を用いた電力伝送装置Ｕにおいて、電力伝送を行った際の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を算出したシミュレーション結果である。

【0082】

図１０の共振装置１は、共振器１２と入出力線路１４の間に容量Ｃ１を介在させた点以外には、第１の実施形態に係る共振装置１と同様の構造を有する。ここで、共振器１２と共振器２２の間の高周波電力の授受は電磁界解析を用いてシミュレーションを行い、信号源Ｓ１からポート位置Ｓ２までの間の高周波電力の授受は回路解析を用いてシミュレーションを行っている。

【0083】

図１１は、図１０において、容量Ｃ１を変化させた場合の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を示している。尚、このシミュレーションにおいては、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を、１５０度と設定した。

【0084】

図１１の各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。尚、透過率を示すグラフには、○印を付している。
点線：容量Ｃ１を０．７５ｐＦと設定した態様
実線：容量Ｃ１を０．８５ｐＦと設定した態様
一点鎖線：容量Ｃ１を０．９５ｐＦと設定した態様

【0085】

図１１から分かるように、透過率に係る周波数特性は、容量Ｃ１が０．８５ｐＦの場合には最大平坦型、容量Ｃ１が０．７５ｐＦの場合には双峰型、容量Ｃ１が０．９５ｐＦの場合には単峰型の周波数特性を示している。

【0086】

図１２は、図１１との対比のため、図１０において、容量Ｃ１を変化させる代わりに、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を変化させた場合の透過率（Ｓ２１）及び反射率（Ｓ１１）を示している。尚、このシミュレーションにおいては、容量Ｃ１は無く直結としている。

【0087】

図１２の各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。尚、透過率を示すグラフには、○印を付している。
点線：接続角度θ１を２０.５°と設定した態様
実線：接続角度θ１を２５.５°と設定した態様
一点鎖線：接続角度θ１を３０.５°と設定した態様

【0088】

図１２から分かるように、透過率に係る周波数特性は、接続角度θ１が２５.５°の場合には最大平坦型、接続角度θ１が２０.５°の場合には双峰型、接続角度θ１が３０.５°の場合には単峰型の周波数特性を示している。

【0089】

このように、図１１と図１２を対比すると、共振器１２に対する入出力線路１４の接続角度θ１を変更することと、入出力線路１４と共振器１２の間の容量を変更することとは、共振器１２の入力インピーダンスの調整の態様としては、等価であると言える。

【0090】

次に、図７～図９に示した共振装置１、２において、電極間距離Ｌを変更した場合の透過率に係る周波数特性を示す。

【0091】

図１３Ａ～図１３Ｃは、それぞれ、本実施形態に係る電力伝送装置Ｕにおいて、高周波電力を伝送した際に観察される透過特性及び反射特性を、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果である。

【0092】

図１３Ａは透過率（Ｓ２１）、図１３Ｂは反射率（Ｓ１１）、図１３Ｃは図１３Ｂの反射率（Ｓ１１）をスミスチャートにして表したものである。

【0093】

図１３Ａ～図１３Ｃの各グラフは、以下の態様における透過率及び反射率を表す。尚、透過率を示すグラフには、○印を付している。
実線：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、接続角度θ１を１４５°と設定した態様
点線：電極間距離Ｌを１ｍｍ、接続角度θ１を１４５°と設定した態様
一点鎖線：電極間距離Ｌを２ｍｍ、接続角度θ１を１４５°と設定した態様
二点鎖線：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、接続角度θ１を８５°と設定した態様

【0094】

尚、具体的なシミュレーション条件は、図６Ａ～図６Ｃで行った電磁界解析シミュレーションと同様である。ここでは、電極部１４ａの面積を５０ｍｍ^２と設定し、誘電体基板１１及び誘電体材料１６の比誘電率を回路基板１３の比誘電率４よりも小さい３．４と設定した。

【0095】

本シミュレーションにおいて、電極間距離Ｌを１ｍｍ～２ｍｍの間で変化させることは、入出力線路１４と共振器１２の間の容量を１．７ｐＦ～０．８５ｐＦの間で変化させることに相当する。

【0096】

図１３Ａから分かるように、電極間距離Ｌを１．５ｍｍとした場合、入出力線路１４と共振器１２とがインピーダンス整合して、透過率に係る周波数特性は、最大平坦型となる。又、電極間距離Ｌを１．５ｍｍから１．０ｍｍに小さくすると、共振器１２の入力インピーダンスが小さくなり、透過率に係る周波数特性は、単峰型となる。

【0097】

一方、電極間距離Ｌを１．５ｍｍから２ｍｍに大きくすると、共振器１２の入力インピーダンスが大きくなり、透過率に係る周波数特性は、双峰型となる。又、電極間距離Ｌを１．５ｍｍにしたまま、接続角度θ１を１４５°から８５°に小さくすると、共振器１２の入力インピーダンスが大きくなるため、透過率に係る周波数特性は、同様に、双峰型となる。

【0098】

次に、図１４Ａ、図１４Ｂを参照して、共振器１２と共振器２２の間の距離（以下、「共振器間距離ｔ」と称する）が２５ｍｍから３０ｍｍに変更となった場合における、透過率に係る周波数特性の変化について、説明する。

【0099】

図１４Ａは、第１の実施形態に係る共振装置１、２において、接続角度θ１の調整により、共振器１２の入力インピーダンス（及び共振器２２の出力インピーダンス）を調整した際に観察される透過特性及び反射特性を示す図である。

【0100】

図１４Ｂは、本実施形態に係る共振装置１、２において、電極間距離Ｌの調整により、共振器１２の入力インピーダンス（及び共振器２２の出力インピーダンス）を調整した際に観察される透過特性及び反射特性を示す図である。

【0101】

尚、図１４Ａ、図１４Ｂは、いずれも、電磁界解析シミュレーションによって算出したシミュレーション結果である。

【0102】

図１４Ａの各グラフは、以下の態様における透過率を表す。
実線：接続角度θ１を１６°、共振器間距離ｔを３０ｍｍと設定した態様
点線：接続角度θ１を２２°、共振器間距離ｔを２５ｍｍと設定した態様
一点鎖線：接続角度θ１を２２°、共振器間距離ｔを３０ｍｍと設定した態様

【0103】

図１４Ｂの各グラフは、以下の態様における透過率を表す。
実線：電極間距離Ｌを２ｍｍ、接続角度θ１を１４５°、共振器間距離ｔを３０ｍｍと設定した態様
点線：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、接続角度θ１を８５°、共振器間距離ｔを３０ｍｍと設定した態様
一点鎖線：電極間距離Ｌを１．５ｍｍ、接続角度θ１を１４５°、共振器間距離ｔを３０ｍｍと設定した態様

【0104】

図１４Ａ、図１４Ｂのいずれにおいても、共振器間距離ｔを２５ｍｍから３０ｍｍに変更した場合には、結合係数が低下する。そのため、入出力線路１４と共振器１２の間でインピーダンス整合を行うためには、共振器１２の入力インピーダンスの増大が必要である。

【0105】

図１４Ａでは、共振器間距離ｔが２５ｍｍのときには、接続角度θ１が２２°の状態でインピーダンス整合し、透過率に係る周波数特性は、最大平坦型を示している（点線）。そして、共振器間距離ｔを２５ｍｍから３０ｍｍに変更した場合に、接続角度θ１が２２°の状態では、共振器１２の入力インピーダンスが小さすぎるため、透過率に係る周波数特性はピークが一つの単峰型となり、透過率も大幅に低下する（一点鎖線）。この際には、接続角度θ１を２２°から１６°へ小さくすることによって、共振器１２の入力インピーダンスが増加するため、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることができる（実線）。

【0106】

一方、図１４Ｂでは、共振器間距離ｔが２５ｍｍのときには、電極間距離Ｌを１．５ｍｍの状態でインピーダンス整合し、透過率に係る周波数特性は、最大平坦型を示している（図示せず）。そして、共振器間距離ｔを２５ｍｍから３０ｍｍに変更した場合に、電極間距離Ｌを１．５ｍｍの状態では、共振器１２の入力インピーダンスが小さすぎるため、透過率に係る周波数特性は、ピークが一つの単峰型となり、透過率も大幅に低下する（一点鎖線）。この際には、電極間距離Ｌを１．５ｍｍから２ｍｍへ増加することによって、共振器１２の入力インピーダンスを増加させ、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることができる（実線）。尚、図１４Ｂでは、図１４Ａと同様に、膜厚を１．５ｍｍとしたまま接続角度θ１を１４５°から８５°へ変更することでも、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることができる（点線）。

【0107】

図１４Ｂの実線と点線を比較すると分かるように、接続角度θ１を変更することでインピーダンス整合を行うよりも、電極間距離Ｌを変更することでインピーダンス整合を行った方が、結合係数が大きい状態を維持することが可能であり、即ち、最大平坦型を示す透過率に係る周波数特性の通過帯域の幅を更に広く確保することが可能である。従って、接続角度θ１を変更して入力インピーダンスを調整するよりも、電極間距離Ｌを変更して入力インピーダンスを調整する方が、好適である。

【0108】

このような現象が生じる理由としては、図１４Ａのように接続角度θ１を小さくすることでインピーダンス整合を行った場合、入出力線路１４と共振器１２の電気的な接続位置が、電気的振幅が大きい共振器１２の中心付近となり、その結果、共振器１２の共振特性の低下を引き起こすためと推定される。この点、図１４Ｂのように電極間距離Ｌを変更することでインピーダンス整合を行う場合には、入出力線路１４と共振器１２の電気的な接続位置をリングの端部（開放部１２ａ付近）に設定することができ、共振器１２の共振特性の低下を引き起こさないためと考えられる。

【0109】

以上のように、本実施形態に係る共振装置１、２において、誘電体基板１１、２１と回路基板１３、２３とは、誘電体基板１１、２１と回路基板１３、２３とが対向する方向における共振器１２、２２と入出力線路１４、２４との間の距離を調整可能に取り付けられている。これによって、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２との間に直列に形成される容量を変更することが可能となり、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることができる。

【0110】

尚、本実施形態に係る共振装置１、２において、誘電体基板１１と回路基板１３の間の距離を調整するための手法としては、誘電体材料１６の厚みを変形させる態様に代えて、厚さの異なる誘電体材料１６を用意しておき、当該誘電体材料１６を取り替える態様であってもよい。

【0111】

（第３の実施形態）
次に、図１５～図１６を参照して、第３の実施形態に係る共振装置１、２の構成の一例について説明する。

【0112】

図１５は、本実施形態に係る共振装置１、２の構成の一例を示す側面断面図である。図１６は、本実施形態に係る共振装置１を誘電体基板１１の表面側から平面視した図である。

【0113】

本実施形態に係る共振装置１、２は、それぞれ、誘電体基板１１、２１と回路基板１３、２３の間に配設する誘電体材料１６、２６を変更可能とすることによって、電極部１４ａ、２４ａと共振器１２、２２の間に形成される容量を調整可能とする点で、第２の実施形態と相違する。

【0114】

本実施形態に係る誘電体材料１６、２６は、平面視において、共振器１２、２２と電極部１４ａ、２４ａとが対向する領域の中心位置を境界にして、一方側の第１の領域１６ａ、２６ａが第１の比誘電率となるように形成され、他方側の第２の領域１６ｂ、２６ｂが第２の比誘電率となるように形成されている。尚、本実施形態においても、共振装置１と共振装置２とは、同様の構成を有するものとして、共振装置１の構成についてのみ、説明する。

【0115】

尚、誘電体材料１６の比誘電率を領域毎に調整する手法としては、例えば、誘電体材料１６の含有物の調整する方法を用いることができる。例えば、誘電体材料１６としてテフロン（登録商標）を用いた場合、当該テフロンの比誘電率は約２であるが、比誘電率が高いセラミックのパウダーを混ぜることにより、誘電体材料１６の比誘電率を１０程度まで変化させることができる。

【0116】

又、本実施形態に係る誘電体材料１６は、誘電体基板１１と回路基板１３の間において、固定位置を横方向（誘電体基板１１と回路基板１３とが対向する方向と直交する方向を表す。以下同じ）にスライド移動することが可能に構成されている。図１５に示すように、誘電体材料１６には、固定部材１５を挿通するための貫通溝１６ｃが横方向に延在するように形成されている。そして、固定部材１５は、当該貫通溝１６ｃに沿って横方向にスライド移動可能とされている。

【0117】

これによって、共振器１２と電極部１４ａの間に介在する領域における、誘電体材料１６の第１の領域１６ａと第２の領域１６ｂの割合を変化させることが可能となっている。そして、これにより、電極部１４ａと共振器１２の間に形成される容量を変化させ、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることが可能となる。

【0118】

尚、本実施形態においても、共振装置１の誘電体材料１６の第１の領域１６ａと第２の領域１６ｂの割合と、共振装置２の誘電体材料２６の第１の領域２６ａと第２の領域２６ｂの割合とは、同一に設定される。

【0119】

以上のように、本実施形態に係る共振装置１、２において、誘電体基板１１、２１と回路基板１３、２３とは、共振器１２、２２と入出力線路１４、２４の間に介在する誘電体材料１６、２６の比誘電率を調整可能に取り付けられている。これによって、入出力線路１４と共振器１２との間に直列に形成される容量を変更することが可能となり、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に変化させることができる。

【0120】

尚、本実施形態に係る共振装置１において、誘電体基板１１と回路基板１３の間の形成される容量を変化させる手法としては、誘電体基板１１と回路基板１３の間に配設する誘電体材料１６を、比誘電率の異なる誘電体材料１６に変更する手法を用いてもよい。

【0121】

（第４の実施形態）
次に、図１７、図１８を参照して、第４の実施形態に係る共振装置１、２の構成の一例について説明する。上記各実施形態では、共振装置１と共振装置２とが同一な構成を有する態様を示したが、共振装置１と共振装置２とで異なる構成とされてもよい。

【0122】

図１７は、本実施形態に係る共振装置１、２の構成の一例を示す斜視図である。尚、図１７では、入出力線路１４、２４と共振器１２、２２のみを図示している。

【0123】

本実施形態においては、共振器１２のリング状の金属線の配線幅に比して、共振器２２のリング状の金属線の配線幅の方が太く形成されている点で、第２の実施形態に係る共振装置１、２と相違する。

【0124】

かかる態様においては、透過率に係る周波数特性を、双峰型から最大平坦型に調整するためには、共振器１２の入力インピーダンスと共振器２２の出力インピーダンスとを別個に調整すればよい。

【0125】

図１８は、本実施形態に係る共振装置１、２において、共振器１２と電極部１４ａの間の電極間距離Ｌ１及び共振器２２と電極部２４ａの間の電極間距離Ｌ２それぞれを調整した際の透過特性及び反射特性を示す図である。

【0126】

尚、図１８は、電磁界解析シミュレーションによって算出された透過特性及び反射特性である。図１８の実線グラフは透過率（Ｓ２１）、点線グラフは反射率（Ｓ１１）を表す。

【0127】

本シミュレーションでは、共振器１２のリング状の金属線の配線幅を１０ｍｍと設定し、共振器２２のリング状の金属線の配線幅を１２ｍｍと設定した。この場合、共振器１２と共振器２２とで配線幅が互いに異なるため、共振器１２の入力インピーダンスと共振器２２の出力インピーダンスとが異なる状態となる。

【0128】

従って、かかる状態に対応させるため、本実施形態においては、第２の実施形態では両者の電極間距離Ｌを１．５ｍｍと設定していた構成を、電極間距離Ｌ１を１．５５ｍｍ、電極間距離Ｌ２を１．２５ｍｍと変更した。このように、共振装置１と共振装置２とで、別個に共振器１２、２２の入力インピーダンス（又は出力インピーダンス）を調整することで、図１８に示すように、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に変化させることが可能である。

【0129】

尚、共振装置１と共振装置２とが異なる構成の態様としては、共振器１２、２２のリング状の金属線の配線幅の他、例えば、入出力線路１４、２４の線路幅、誘電体基板１１、２１の材料等が挙げられる。かかる態様においても、同様に、透過率に係る周波数特性を最大平坦型に調整することが可能である。

【0130】

（第５の実施形態）
上記各実施形態では、共振装置１、２を電力伝送に適用する態様を示したが、信号伝送に適用されてもよい。

【0131】

例えば、本発明に係る共振装置１、２は、回路基板間での信号伝送にも適用可能である。従来技術においては、ボンディングパッドやボンディングワイアを使用すると反射や輻射のため、高周波電力を半導体チップの外に取り出すことができなかった。しかしながら、上記のように、本発明に係る共振装置１、２を用いれば、半導体チップで生成した高周波電力を、損失なく、回路基板間で高周波電力を伝送する際に使用することができる。又、当該高周波電力をアンテナへ導くことで、極めて低コストのミリ波無線通信が実現できる。

【0132】

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

【0133】

上記実施形態では、共振装置１、２の構成の一例を種々に示した。但し、各実施形態で示した態様を種々に組み合わせた共振装置１、２としてもよいのは勿論である。

【0134】

又、上記実施形態では、誘電体基板１１と回路基板１３とを固定する手法の一例として、ボルトとナットからなる固定部材１５を用いる態様を示した。しかしながら、誘電体基板１１と回路基板１３とを固定する手法は、任意である。例えば、回路基板１３の表面に凹部を設けると共に、誘電体基板１１の裏面に凸部を設け、凹部と凸部を嵌合させるようにして、誘電体基板１１と回路基板１３とを固定してもよい。又、クリップ部材等を用いて誘電体基板１１と回路基板１３とを固定してもよい。

【0135】

又、上記実施形態では、共振器１２、２２の形状の一例として、リング状の閉曲線線路の一部に開放部１２ａ、２２ａが形成された形状を示した。しかしながら、共振器１２、２２の形状は、種々に変形可能であり、例えば、一部に開放部１２ａ、２２ａが形成された略矩形状にループする形状であってもよい。

【0136】

又、上記実施形態では、入出力線路１４、２４の電極部１４ａ、２４ａの形状の一例として、略扇形状を示した。しかしながら、電極部１４ａ、２４ａの形状は、種々に変形可能であり、例えば、共振器１２、２２と相似形のオープンリング形状としてもよい。

【0137】

又、上記実施形態では、送電装置１００の共振器１２と受電装置２００の共振器２２とを電磁結合する態様の一例として、両者が直接的に電磁結合する態様を示した。しかしながら、共振器１２と共振器２２との間に一個又は複数個の中継用共振器を配して、当該中継用共振器を介して、共振器１２と共振器２２との間で電磁結合する構成としてもよい。その場合、中継用共振器は、共振器１２、２２と相似形のオープンリング共振器とするのが望ましい。これによって、中継用共振器と共振器１２の間及び中継用共振器と共振器２２の間それぞれにおいて、強い電磁結合を確保し、高効率な電力伝送を実現することができる。

【0138】

又、上記実施形態では、入出力線路１４、２４の一例として、マイクロストリップ線路を用いる態様を示したが、コプレナー線路等が用いられてもよい。

【0139】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0140】

本開示に係る共振装置によれば、共振器間の電磁結合を利用して非接触で高周波電力の授受を行う際に、共振器間の電磁結合の状態の変化に対応することができる。

【符号の説明】

【0141】

Ｕ 電力伝送装置
１ 共振装置
２ 共振装置
１１、２１ 誘電体基板
１２、２２ 共振器
１２ａ、２２ａ 開放部
１３、２３ 回路基板
１４、２４ 入出力線路
１４ａ、２４ａ 電極部
１５、２５ 固定部材
１００ 送電装置
１００ａ 電源
１００ｂ 発振器
２００ 受電装置
２００ａ 整流回路
２００ｂ 電気負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】