共振結合

Philips ResearchのEberhard Waffenschmidtによる

誘導性電力伝送が始まった当初から、誘導性電力伝送の増進に共振回路が利用されています。Nicola Teslaは100年以上も前に誘導性電力伝送に関する自らの最初の実験で共振を利用しました。特に結合係数の低いシステムにとっては共振受電器により電力伝送が向上します。共振利用による電力伝送は特殊ながら広く普及している誘導性電力伝送方法であり、磁界放出と効率面での同じ制約により限界があります。
上記の共振効果を分かりやすくするため機械的共振と比較してみます。機械共振子として一定のトーンに同調させた弦を想定してください。離れた距離の音響発生器から弱い音を発信した場合でも音のピッチが合っていれば弦を励振して振動させることができます。
受電器においては、共振器は受電側インダクタンスとキャパシタで構成します。伝送器にも共振器を設けることができます。全体の配置を図6aに示します。伝送側コイルLTxと受電側コイルLRxは弱結合の変圧器としてみなすことができます。これに対し、図6bに示すように磁化と漂遊インダクタンスから成る等価回路図を考えてみます。この回路図には、巻線抵抗も示してあります。図では共振コンデンサが受電側の漂遊インダクタンスと伝送側の磁化インダクタンスを相殺しているのがはっきりと分かります。以上のことから、電力伝送の制約要因として残るのはコイルの巻線抵抗のみということになりますが、そのインピーダンスは問題のインダクタンスに比べれば1桁も2桁も小さいものです。したがって、一定の電力源に対し、よりたくさんの電力が受け入れ可能になります。