JP2012178960A - Antenna - Google Patents

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博幸 山川
Yasuo Ito
泰雄 伊藤
Shigenori Shimokawa
茂則 下川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna improved in power transmission efficiency with a high Q (quality factor).SOLUTION: An antenna comprises: a base material 310 having a first surface 311, and a second surface 312 which is a back surface of the first surface 311; a first surface conductive portion 330 which is formed on the first surface 311 on the base material 310, and has two end portions of a first surface first end portion 331 and a first surface second end portion 332; a second surface conductive portion 350 which is formed on the second surface 312 on the base material 310, has two end portions of a second surface first end portion 351 and a second surface second end portion 352, and superimposes on the first surface conductive portion 330 when transparently viewed from the first surface 311 to the second surface 312; a first through-hole conductive portion 341 which penetrates between the first surface 311 and the second surface 312, and electrically connects the first surface first end portion 331 and the second surface first end portion 351; and a second through-hole conductive portion 342 which penetrates between the first surface 311 and the second surface 312, and electrically connects the first surface second end portion 332 and the second surface second end portion 352.

Description

本発明は、磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いられ、電力の受電又は送電を行うアンテナに関する。   The present invention relates to an antenna that is used in a magnetic resonance wireless power transmission system and receives power or transmits power.

近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力(電気エネルギー)を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は2007年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献1(特表2009−501510号公報)に開示されている。   In recent years, development of technology for transmitting electric power (electric energy) wirelessly without using a power cord or the like has become active. Among wireless transmission methods, there is a technique called magnetic resonance as a technology that has attracted particular attention. This magnetic resonance method was proposed by a research group of Massachusetts Institute of Technology in 2007, and a technology related to this is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-501510.

磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十cm〜数mとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。   A magnetic resonance wireless power transmission system efficiently transmits energy from a power transmission side antenna to a power reception side antenna by making the resonance frequency of the power transmission side antenna and the resonance frequency of the power reception side antenna the same. One of the major features is that the power transmission distance can be several tens of centimeters to several meters.

上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いるアンテナの具体的な構成についてもこれまでいくつか提案がされてきた。例えば、特許文献2(特開2010−73976号公報)には、ワイヤレスで給電回路から受電回路へ電力を送信するワイヤレス電力伝送装置の、前記給電回路及び受電回路にそれぞれ設けられる通信コイルの構造において、比誘電率が1よりも大きい材質のプリント基板と、前記プリント基板の第1の層に設けられ、少なくとも1ループをなす導電パターンで形成された一次コイルと、前記プリント基板の第2の層に設けられ、渦巻き形状をなす導電パターンで形成された共鳴コイルと、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置の通信コイル構造が開示されている。
特表2009−501510号公報 特開2010−73976号公報
Some proposals have been made on the specific configuration of the antenna used in the above-described magnetic resonance type wireless power transmission system. For example, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-73976) discloses a structure of a communication coil provided in each of the power feeding circuit and the power receiving circuit of a wireless power transmission apparatus that wirelessly transmits power from the power feeding circuit to the power receiving circuit. A printed circuit board made of a material having a relative dielectric constant greater than 1, a primary coil provided on the first layer of the printed circuit board and formed of a conductive pattern forming at least one loop, and a second layer of the printed circuit board And a resonance coil formed of a conductive pattern having a spiral shape. The communication coil structure of the wireless power transmission device is disclosed.
Special table 2009-501510 JP 2010-73976 A

しかしながら、従来の電力伝送システムで用いられている電力伝送用のアンテナにおいては、電力伝送にとって重要なパラメーターであるQ(Qaulity Factor)の値が必ずしも高くなく、電力伝送効率が低下する、という問題があった。   However, the power transmission antenna used in the conventional power transmission system has a problem that the value of Q (Quality Factor), which is an important parameter for power transmission, is not necessarily high and the power transmission efficiency is lowered. there were.

上記問題を解決するために、請求項1に係る発明は、第1面と、前記第1面の裏面である第2面とを有する基材と、前記基材上の前記第1面に形成されると共に、第1面第1端
部と第1面第2端部の2つの端部を有する第1面導電部と、前記基材上の前記第2面に形成されると共に、第2面第1端部と第2面第2端部の2つの端部を有し、前記第1面から前記第2面に透過的にみたとき、前記第1面導電部と重なる第2面導電部と、前記第1面と前記第2面との間を貫通して前記第1面第1端部と前記第2面第1端部とを導通する第1スルーホール導通部と、前記第1面と前記第2面との間を貫通して前記第1面第2端部と前記第2面第2端部とを導通する第2スルーホール導通部と、を有することを特徴とするアンテナである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is formed on the first surface on the base material having a first surface and a second surface that is the back surface of the first surface. A first surface conductive portion having two ends, a first surface first end and a first surface second end, and a second surface formed on the second surface on the substrate; A second surface conductive layer having two end portions, a first surface end portion and a second surface second end portion, which overlaps with the first surface conductive portion when viewed transparently from the first surface to the second surface. A first through-hole conducting portion that penetrates between the first surface and the second surface and conducts between the first surface first end and the second surface first end, A second through-hole conducting portion that penetrates between the first surface and the second surface and conducts the first surface second end portion and the second surface second end portion; It is an antenna.

また、請求項2に係る発明は、第1端部と第2端部とを有する導電部が基材を介して積
層されるようにして複数設けられ、前記導電部における前記第1端部同士は前記基材を貫通するスルーホール導通部により互いに導通され、前記導電部における前記第2端部同士は前記基材を貫通するスルーホール導通部により互いに導通され、積層方向から透過的にみたとき、複数の前記導電部は全て重なるように構成されることを特徴とするアンテナである。
Moreover, the invention which concerns on Claim 2 is provided with two or more so that the electroconductive part which has a 1st edge part and a 2nd edge part may be laminated | stacked through a base material, The said 1st edge parts in the said electroconductive part are Are electrically connected to each other by a through-hole conductive part that penetrates the base material, and the second ends of the conductive part are electrically connected to each other by a through-hole conductive part that penetrates the base material, and are viewed transparently from the stacking direction. A plurality of the conductive parts are configured to overlap each other.

本発明に係るアンテナは、第1面導電部と、これに重なるように形成される第2面導電部と、を両端部においてスルーホールで導通接続した構成であり、このような構成の本発明に係るアンテナによれば、インダクタンスを大幅に低下させることなく、抵抗値を下げてQ(Qaulity Factor)を向上させるので、アンテナ間の伝送効率が向上する。   The antenna according to the present invention has a configuration in which a first surface conductive portion and a second surface conductive portion formed so as to overlap with the first surface conductive portion are conductively connected to each other by through holes at both ends. With the antenna according to the above, the Q (Quality Factor) is improved by lowering the resistance value without significantly reducing the inductance, so that the transmission efficiency between the antennas is improved.

本発明の実施形態に係るアンテナが用いられる電力伝送システムのブロック図である。1 is a block diagram of a power transmission system in which an antenna according to an embodiment of the present invention is used. 電力伝送システムのインバーター部を示す図である。It is a figure which shows the inverter part of an electric power transmission system. 本発明の第1実施形態に係る受電アンテナ201の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a power receiving antenna 201 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る受電アンテナ201による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section which shows the mode of the electric power transmission by the power receiving antenna 201 which concerns on 1st Embodiment of this invention. アンテナの位置ずれに伴う伝送効率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the transmission efficiency accompanying the position shift of an antenna. 本発明の第2実施形態に係る受電アンテナ201の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the receiving antenna 201 which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係るアンテナが用いられる電力伝送システムのブロック図である。なお、本発明に係るアンテナは、電力伝送システムを構成する受電側のアンテナと送電側のアンテナのいずれにも適用可能であるが、以下の実施形態においては受電側のアンテナに本発明のアンテナを適用した例につき説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a power transmission system in which an antenna according to an embodiment of the present invention is used. The antenna according to the present invention can be applied to both a power receiving antenna and a power transmitting antenna constituting the power transmission system. However, in the following embodiments, the antenna of the present invention is used as the power receiving antenna. The applied example will be described.

本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、送電アンテナ105などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナ201と、前記送電アンテナ105とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナ201が、送電アンテナ105に対して伝送効率が良い位置関係となるようにする。   As a power transmission system using the antenna of the present invention, for example, a system for charging a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) is assumed. Since the electric power transmission system transmits electric power to the vehicle as described above in a non-contact manner, the electric power transmission system is provided in a stop space where the vehicle can be stopped. The stop space, which is a vehicle charging space, is configured such that the power transmission antenna 105 and the like are buried in the ground. A user of the vehicle stops the vehicle in a stop space where the power transmission system is provided, and makes the power reception antenna 201 mounted on the vehicle and the power transmission antenna 105 face each other to thereby generate power from the power transmission system. Receive power. When the vehicle is stopped in the stop space, the power receiving antenna 201 mounted on the vehicle has a positional relationship with good transmission efficiency with respect to the power transmission antenna 105.

電力伝送システムでは、電力伝送システム100側の送電アンテナ105から、受電側システム200側の受電アンテナ201へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ105の共振周波数と、受電アンテナ201の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。   In the power transmission system, when power is efficiently transmitted from the power transmission antenna 105 on the power transmission system 100 side to the power reception antenna 201 on the power reception side system 200 side, the resonance frequency of the power transmission antenna 105 and the resonance frequency of the power reception antenna 201 are By making the same, energy transmission is efficiently performed from the power transmission side antenna to the power reception side antenna.

送電側システム100におけるAC/DC変換部101は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このAC/DC変換部101からの出力は高電圧発生部102において、所定の電圧に昇圧されたりする。この高電圧発生部102で生成される電圧の設定は主制御部110から制御可能となっている。   The AC / DC conversion unit 101 in the power transmission side system 100 is a converter that converts input commercial power into a constant direct current. The output from the AC / DC converter 101 is boosted to a predetermined voltage in the high voltage generator 102. The setting of the voltage generated by the high voltage generator 102 can be controlled from the main controller 110.

インバーター部103は、高電圧発生部102から供給される高電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器104に入力する。図2は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部103は、例えば図2に示すように、フルブリッジ方式で接続されたQA乃至QDからなる4つの電界効果トランジスタ(FET)によって構成されている。 The inverter unit 103 generates a predetermined AC voltage from the high voltage supplied from the high voltage generation unit 102 and inputs it to the matching unit 104. FIG. 2 is a diagram illustrating an inverter unit of the power transmission system. For example, as shown in FIG. 2, the inverter unit 103 includes four field effect transistors (FETs) composed of Q A to Q D connected in a full bridge system.

本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子QAとスイッチング素子QBの間の接続部T1と、直列接続されたスイッチング素子QCとスイッチング素子QDとの間の接続部T2との間に整合器104が接続される構成となっており、スイッチング素子QA
とスイッチング素子QDがオンのとき、スイッチング素子QBとスイッチング素子QCがオ
フとされ、スイッチング素子QBとスイッチング素子QCがオンのとき、スイッチング素子QAとスイッチング素子QDがオフとされることで、接続部T1と接続部T2との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は数100kHz〜数1000kHz程度である。
In the present embodiment, between the connection portion T1 between the switching elements Q A and Q B connected in series and the connection portion T2 between the switching elements Q C and Q D connected in series. The matching device 104 is connected to the switching element Q A.
When the switching element Q D is on, the switching element Q B and the switching element Q C are off. When the switching element Q B and the switching element Q C are on, the switching element Q A and the switching element Q D are off. As a result, a rectangular wave AC voltage is generated between the connection portion T1 and the connection portion T2. In the present embodiment, the range of the frequency of the rectangular wave generated by switching of each switching element is about several hundred kHz to several thousand kHz.

上記のようなインバーター部103を構成するスイッチング素子QA乃至QDに対する駆動信号は主制御部110から入力されるようになっている。また、インバーター部103を駆動させるための周波数は主制御部110から制御することができるようになっている。 Drive signals for the switching elements Q A to Q D constituting the inverter unit 103 as described above are input from the main control unit 110. The frequency for driving the inverter unit 103 can be controlled from the main control unit 110.

整合器104は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部103からの出力が入力される。そして、整合器104からの出力は送電アンテナ105に供給される。整合器104を構成する受動素子の回路定数は、主制御部110からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部110は、送電アンテナ105と受電アンテナ201とが共振するように整合器104に対する指令を行う。   The matching unit 104 is composed of a passive element having a predetermined circuit constant, and receives an output from the inverter unit 103. The output from the matching unit 104 is supplied to the power transmission antenna 105. The circuit constants of the passive elements constituting the matching unit 104 can be adjusted based on a command from the main control unit 110. The main control unit 110 instructs the matching unit 104 so that the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 resonate.

送電アンテナ105は、インダクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ201と共鳴することで、送電アンテナ105から出力される電気エネルギーを受電アンテナ201に送ることができるようになっている。   The power transmission antenna 105 is composed of a coil having an inductance component, and resonates with the vehicle-mounted power reception antenna 201 arranged so as to face each other, whereby electric energy output from the power transmission antenna 105 is supplied to the power reception antenna 201. You can send.

電力伝送システム100の主制御部110はCPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワークエリアであるRAMなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部110は、図示されている主制御部110と接続される各構成と協働するように動作する。   The main control unit 110 of the power transmission system 100 is a general-purpose information processing unit that includes a CPU, a ROM that holds a program that runs on the CPU, and a RAM that is a work area of the CPU. The main control unit 110 operates in cooperation with the components connected to the main control unit 110 shown in the figure.

また、通信部120は車両側の通信部220と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部120によって受信したデータは主制御部110に転送され、また、主制御部110は所定情報を通信部120を介して車両側に送信することができるようになっている。   The communication unit 120 is configured to perform wireless communication with the vehicle-side communication unit 220 so that data can be transmitted to and received from the vehicle. Data received by the communication unit 120 is transferred to the main control unit 110, and the main control unit 110 can transmit predetermined information to the vehicle side via the communication unit 120.

次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ201は、送電アンテナ105と共鳴することによって、送電アンテナ105から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような受電アンテナ201は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。   Next, a configuration provided on the vehicle side will be described. In the system on the power receiving side of the vehicle, the power receiving antenna 201 receives electric energy output from the power transmitting antenna 105 by resonating with the power transmitting antenna 105. Such a power receiving antenna 201 is adapted to be attached to the bottom portion of the vehicle.

受電アンテナ201で受電された交流電力は、整流部202において整流され、整流された電力は充電制御部203を通してバッテリー204に蓄電されるようになっている。
充電制御部203は主制御部210からの指令に基づいてバッテリー205の蓄電を制御する。また、充電制御部203はバッテリー204の残量管理なども行い得るように構成される。
The AC power received by the power receiving antenna 201 is rectified by the rectification unit 202, and the rectified power is stored in the battery 204 through the charge control unit 203.
The charging control unit 203 controls the storage of the battery 205 based on a command from the main control unit 210. In addition, the charging control unit 203 is configured to perform the remaining amount management of the battery 204 and the like.

主制御部210はCPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワークエリアであるRAMなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部210は、図示されている主制御部210と接続される各構成と協働するように動作する。   The main control unit 210 is a general-purpose information processing unit that includes a CPU, a ROM that holds programs that run on the CPU, and a RAM that is a work area of the CPU. The main controller 210 operates in cooperation with the components connected to the main controller 210 shown in the figure.

インターフェイス部230は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー(運転者)に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするものであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部230から操作データとして主制御部210に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部210からインターフェイス部230に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。   The interface unit 230 is provided in the driver's seat of the vehicle and provides predetermined information to the user (driver) or accepts operation / input from the user. A touch panel, a speaker, and the like. When a predetermined operation by the user is executed, it is sent as operation data from the interface unit 230 to the main control unit 210 and processed. Further, when providing predetermined information to the user, display instruction data for displaying the predetermined information is transmitted from the main control unit 210 to the interface unit 230.

また、車両側の通信部220は送電側の通信部120と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部220によって受信したデータは主制御部210に転送され、また、主制御部210は所定情報を通信部220を介して送電システム側に送信することができるようになっている。   Further, the vehicle-side communication unit 220 is configured to perform wireless communication with the power transmission-side communication unit 120 and to transmit and receive data to and from the power transmission-side system. Data received by the communication unit 220 is transferred to the main control unit 210, and the main control unit 210 can transmit predetermined information to the power transmission system side via the communication unit 220.

電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部230から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部210は、充電制御部203からのバッテリー205の残量を取得し、バッテリー205の充電に必要な電力量を算出する。算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部220から送電側のシステムの通信部120に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部110は高電圧発生部102、インバーター部103、整合器104を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。   In the power transmission system, a user who wants to receive power inputs the information indicating that charging is performed from the interface unit 230 by stopping the vehicle in the stop space where the power transmission side system as described above is provided. Receiving this, the main control unit 210 obtains the remaining amount of the battery 205 from the charge control unit 203 and calculates the amount of power necessary for charging the battery 205. The calculated amount of power and information to request power transmission are transmitted from the vehicle side communication unit 220 to the communication unit 120 of the power transmission side system. The main control unit 110 of the power transmission side system that has received the information controls the high voltage generation unit 102, the inverter unit 103, and the matching unit 104 to transmit power to the vehicle side.

次に、以上のように構成される電力伝送システム100で用いるアンテナの具体的な構成について説明する。以下、受電アンテナ201に本発明の構成を採用した例について説明するが、本発明のアンテナは送電アンテナ105に対しても適用し得るものである。   Next, a specific configuration of the antenna used in the power transmission system 100 configured as described above will be described. Hereinafter, although the example which employ | adopted the structure of this invention for the power receiving antenna 201 is demonstrated, the antenna of this invention is applicable also to the power transmission antenna 105. FIG.

図3(A)は本発明の第1実施形態に係る受電アンテナ201の分解斜視図であり、図3(B)はコイル体300を形成する基材310の厚さ方向を誇張的に表現した図である。また、図4は本発明の第1実施形態に係る受電アンテナ201による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。なお、以下の実施形態では、コイル体270として矩形平板状のものを例に説明するが、本発明のアンテナはこのようなこのような形状のコイルに限定されるものではない。例えば、コイル体270として円形平板状のものなども利用し得る。   FIG. 3A is an exploded perspective view of the power receiving antenna 201 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B exaggeratedly represents the thickness direction of the base material 310 forming the coil body 300. FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state of power transmission by the power receiving antenna 201 according to the first embodiment of the present invention. In the following embodiments, a rectangular flat plate is described as an example of the coil body 270, but the antenna of the present invention is not limited to such a coil having such a shape. For example, a circular flat plate or the like can be used as the coil body 270.

このようなコイル体270は、受電アンテナ201における磁気共鳴アンテナ部として機能する。この「磁気共鳴アンテナ部」は、コイル体270のインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。   Such a coil body 270 functions as a magnetic resonance antenna unit in the power receiving antenna 201. This “magnetic resonance antenna section” includes not only the inductance component of the coil body 270 but also a capacitance component based on its floating capacity, or a capacitance component based on an intentionally added capacitor.

樹脂ケース260は、受電アンテナ201のインダクタンス成分を有するコイル体270を収容するために用いられるものである。この樹脂ケース260は、例えばポリカーボネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしている。   The resin case 260 is used to accommodate the coil body 270 having the inductance component of the power receiving antenna 201. The resin case 260 has a box shape having an opening made of a resin such as polycarbonate.

樹脂ケース260の矩形状の底板部261の各辺からは側板部262が、前記底板部261に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、樹脂ケース260の上方においては、側板部262に囲まれるような上方開口部263が構成されている。樹脂ケース260を車両本体部に取り付けるためには、従来周知の任意の方法を用いることができる。なお、上方開口部263の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。   Side plate portions 262 are provided from each side of the rectangular bottom plate portion 261 of the resin case 260 so as to extend in a direction perpendicular to the bottom plate portion 261. An upper opening 263 is formed above the resin case 260 so as to be surrounded by the side plate 262. In order to attach the resin case 260 to the vehicle body, any conventionally known method can be used. A flange member or the like may be provided around the upper opening 263 in order to improve attachment to the vehicle main body.

コイル体300は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材310と、この表面側と裏面側に形成されている導電部により構成されている。より具体的には、基材310は主面として第1面311と、この第1面311と表裏の関係にある第2面312とを有しており、これら第1面311と第2面312の双方に渦巻き状の導電部が形成されることで、受電アンテナ201にインダクタンス成分が付与される。   The coil body 300 includes a rectangular flat plate-like substrate 310 made of glass epoxy and conductive portions formed on the front side and the back side. More specifically, the base material 310 has a first surface 311 as a main surface and a second surface 312 in a front-back relationship with the first surface 311, and the first surface 311 and the second surface. By forming a spiral conductive portion on both sides 312, an inductance component is imparted to the power receiving antenna 201.

基材310上の第1面311には渦巻き状の第1面導電部330が形成されており、第1面導電部330の内周側には第1面第1端部331が、また、外周側には第1面第2端部332がそれぞれ設けられている。   A spiral first surface conductive portion 330 is formed on the first surface 311 on the substrate 310, and the first surface first end portion 331 is provided on the inner peripheral side of the first surface conductive portion 330. A first surface second end 332 is provided on each outer peripheral side.

同様に、基材310上の第2面312には渦巻き状の第2面導電部350が形成されており、第2面導電部350の内周側には第2面第1端部351が、また外周側には第2面第2端部352がそれぞれ設けられている。   Similarly, a spiral second surface conductive portion 350 is formed on the second surface 312 on the substrate 310, and a second surface first end 351 is formed on the inner peripheral side of the second surface conductive portion 350. The second surface second end 352 is provided on the outer peripheral side.

ここで、第1面導電部330と第2面導電部350とは、第1面311から第2面312に透過的にみたとき、ちょうど重なるように構成されている。このように構成することで、第1面311側の第1面導電部330に基づくインダクタンス成分と、第2面312側の第2面導電部350に基づくインダクタンス成分との相互インダクタンスを調整・設計することが容易となる。   Here, the first surface conductive portion 330 and the second surface conductive portion 350 are configured to overlap each other when viewed transparently from the first surface 311 to the second surface 312. With this configuration, the mutual inductance between the inductance component based on the first surface conductive portion 330 on the first surface 311 side and the inductance component based on the second surface conductive portion 350 on the second surface 312 side is adjusted and designed. Easy to do.

基材310中においては、第1面311と第2面312との間を貫通する第1スルーホール導通部341が、第1面第1端部331と第2面第1端部351とを導通するようになっている。また、第1面311と第2面312との間を貫通第2スルーホール導通部342が、第1面第2端部332と第2面第2端部352とを導通するようになっている。   In the base material 310, the first through-hole conducting portion 341 penetrating between the first surface 311 and the second surface 312 connects the first surface first end portion 331 and the second surface first end portion 351. It is designed to conduct. In addition, the second through-hole conduction part 342 penetrating between the first surface 311 and the second surface 312 conducts the first surface second end 332 and the second surface second end 352. Yes.

上記のような渦巻き状をなす第1面導電部330の内周側の第1面第1端部331、及び外周側の第1面第2端部332には不図示の導電線路が電気接続される。これにより、受電アンテナ201によって受電した電力を整流部202へと導けるようになっている。このようなコイル体300は樹脂ケース260の矩形状の底板部261上に載置され、適当な固着手段によって底板部261上に固着される。   A conductive line (not shown) is electrically connected to the first surface first end portion 331 on the inner peripheral side and the first surface second end portion 332 on the outer peripheral side of the first surface conductive portion 330 having a spiral shape as described above. Is done. As a result, the power received by the power receiving antenna 201 can be guided to the rectifying unit 202. Such a coil body 300 is placed on the rectangular bottom plate portion 261 of the resin case 260 and fixed on the bottom plate portion 261 by an appropriate fixing means.

以上のような本発明に係るアンテナは、インダクタンス成分として、第1面311の第1面導電部330に基づくもの、及び、第2面312の第2面導電部350に基づくもの、及び第1面導電部330と、これに重なるように形成される第2面導電部350とによって相互に形成される相互インダクタンスに基づくもの、を有することとなり、インダクタンスを大幅に低下させることがなく、さらに、第1面導電部330と第2面導電部350とは並列接続の関係になるので、アンテナにおける電路の抵抗が減少する。以上によれば、Q(Qaulity Factor)を向上させることが可能となるので、アンテナ間の伝送効率が向上する。   The antenna according to the present invention as described above is based on the first surface conductive portion 330 of the first surface 311, the antenna based on the second surface conductive portion 350 of the second surface 312, and the first as the inductance component. Based on the mutual inductance formed mutually by the surface conductive portion 330 and the second surface conductive portion 350 formed so as to overlap therewith, without significantly reducing the inductance, Since the first surface conductive portion 330 and the second surface conductive portion 350 are connected in parallel, the resistance of the electric circuit in the antenna is reduced. According to the above, since Q (Quality Factor) can be improved, transmission efficiency between antennas is improved.

磁性シールド280は、中抜き部285を有する平板状の磁性部材である。この磁性シールド280を構成するためには、フェライトなどの磁性材料を用いることができる。磁
性シールド280は、樹脂ケース260に対して適当な手段により固着されることで、コイル体300の上方にある程度の空間を空けて配されるようになっている。このようなレイアウトにより、送電アンテナ105側で発生する磁力線は、磁性シールド280を透過する率が高くなり、送電アンテナ105から受電アンテナ201への電力伝送において、車両本体部を構成する金属物による磁力線への影響が軽微となる。
The magnetic shield 280 is a flat magnetic member having a hollow portion 285. In order to construct the magnetic shield 280, a magnetic material such as ferrite can be used. The magnetic shield 280 is arranged with a certain amount of space above the coil body 300 by being fixed to the resin case 260 by an appropriate means. With such a layout, the lines of magnetic force generated on the power transmission antenna 105 side have a high rate of transmission through the magnetic shield 280, and the lines of magnetic force generated by metal objects constituting the vehicle main body in power transmission from the power transmission antenna 105 to the power reception antenna 201. The impact on is minor.

本発明に係るアンテナにおいては、コイル体270の上方に配される平板状の磁性シールド280には、中抜き部285を設けることが好ましい。磁性シールド280に中抜き部285を設けることにより、磁性シールド280自体の損失が低減され、磁性シールド280のシールド効果を最大限に引き出すことが可能となる。また、中抜き部285を有する磁性シールド280においては、部材面積が少なくてすみ、アンテナのコスト低減が可能となる。なお、中抜き部285の広さは、磁性シールド280自体とコイル体270の導電部272とが積層方向からみて重畳しなくならない程度の広さに留めることが好ましい。   In the antenna according to the present invention, the flat magnetic shield 280 disposed above the coil body 270 is preferably provided with a hollow portion 285. By providing the hollow portion 285 in the magnetic shield 280, the loss of the magnetic shield 280 itself is reduced, and the shielding effect of the magnetic shield 280 can be maximized. Further, in the magnetic shield 280 having the hollow portion 285, the member area is small, and the cost of the antenna can be reduced. Note that the width of the hollow portion 285 is preferably limited to such a size that the magnetic shield 280 itself and the conductive portion 272 of the coil body 270 do not overlap each other when viewed from the stacking direction.

図5はアンテナの位置ずれに伴う伝送効率の変化を示す図である。図5において、「本発明」では、送電アンテナ105及び受電アンテナ201のいずれに本発明に係るアンテナが用いられているのに対して、「比較例」では、送電アンテナ105及び受電アンテナ201に、第1面のみ(片面のみ)に導電部が設けられたアンテナが用いられている。   FIG. 5 is a diagram showing a change in transmission efficiency due to the positional deviation of the antenna. In FIG. 5, in the “present invention”, the antenna according to the present invention is used for either the power transmitting antenna 105 or the power receiving antenna 201, whereas in the “comparative example”, the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 are An antenna having a conductive portion provided on only the first surface (only one surface) is used.

図5(A)は、送電アンテナ105及び受電アンテナ201が所定対向位置から、受電アンテナ201(又は送電アンテナ105)がこれを含む水平面内における長辺方向にずれたときの効率の変化を示す図であり、また、図5(B)は、送電アンテナ105及び受電アンテナ201が所定対向位置から、受電アンテナ201(又は送電アンテナ105)がこれを含む水平面内における短辺方向にずれたときの効率の変化を示す図である。なお、長辺、短辺については図3(B)に示すように、矩形状の基材310の辺の長短に基づいて決めております。また、図5はVNA(Vector Network Analyzer)による測定結果に基づくものである。   FIG. 5A shows a change in efficiency when the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 are shifted from a predetermined facing position in the long side direction in the horizontal plane including the power receiving antenna 201 (or the power transmitting antenna 105). FIG. 5B shows the efficiency when the power transmitting antenna 105 and the power receiving antenna 201 are shifted from the predetermined facing position in the short side direction in the horizontal plane including the power receiving antenna 201 (or the power transmitting antenna 105). It is a figure which shows the change of. The long and short sides are determined based on the length of the sides of the rectangular base material 310 as shown in FIG. Further, FIG. 5 is based on the measurement result by VNA (Vector Network Analyzer).

図5(A)、(B)に示されるように、いずれの位置関係においても、本発明に係るアンテナを用いて電力伝送を実行した方が、比較例に係るアンテナを用いて電力伝送を実行した場合より伝送効率が向上することがわかる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, in any positional relationship, power transmission is performed using the antenna according to the comparative example when power transmission is performed using the antenna according to the present invention. It can be seen that the transmission efficiency is improved as compared with the case of the above.

表1に、本発明に係るアンテナと、比較例に係るアンテナとの特性の特性表を示す。表中、上段側はアンテナ単体の特性を示しており、下段側は電力伝送時の特性を示している。   Table 1 shows a characteristic table of characteristics of the antenna according to the present invention and the antenna according to the comparative example. In the table, the upper side shows the characteristics of the antenna alone, and the lower side shows the characteristics during power transmission.

Figure 2012178960
また、表中のαと効率ηとの間には、下式(1)の関係がある。
Figure 2012178960
Further, there is a relationship of the following expression (1) between α and efficiency η in the table.

Figure 2012178960
ここでαは、送電アンテナ、受電アンテナのQ値を各々Q1、Q2とすると、α=k2
*Q1*Q2であり送電アンテナ、受電アンテナがほぼ同一特性を有する時、即ち、Q1≒Q2=Qと見なせる場合、α=(kQ)2と定義される。
Figure 2012178960
Where α is α = k 2 , where the Q values of the transmitting antenna and the receiving antenna are Q1 and Q2, respectively.
When Q1 * Q2 and the power transmitting antenna and the power receiving antenna have substantially the same characteristics, that is, when Q1≈Q2 = Q, it is defined as α = (kQ) 2 .

本発明に係るアンテナにおいては、Rの減少によりアンテナ単体特性Qの向上が図れることがわかる。また、本発明に係るアンテナにおいては、基材310の表裏に設けた第1面導電部330によるインダクタンスと、第2面導電部350によるインダクタンスとが結合したインダクタンス(相互インダクタンス)の向上によりアンテナ全体のインダクタンスの低下は2uH(全体インダクタンスの1.5%程度)に抑えられる。以上から、本発明に係るアンテナは、アンテナ性能(効率)としての優位性があることがわかる。   In the antenna according to the present invention, it can be seen that the single antenna characteristic Q can be improved by reducing R. Further, in the antenna according to the present invention, the entire antenna is improved by improving the inductance (mutual inductance) in which the inductance by the first surface conductive portion 330 and the inductance by the second surface conductive portion 350 provided on the front and back of the substrate 310 are combined. Is reduced to 2uH (about 1.5% of the total inductance). From the above, it can be seen that the antenna according to the present invention has superiority in antenna performance (efficiency).

以上、本発明に係るアンテナは、第1面導電部330と、これに重なるように形成される第2面導電部350とを両端部においてスルーホールで導通接続した構成であり、このような構成の本発明に係るアンテナによれば、インダクタンスを大幅に低下させることなく、抵抗値を下げてQ(Qaulity Factor)を向上させるので、アンテナ間の伝送効率が向上する。   As described above, the antenna according to the present invention has a configuration in which the first surface conductive portion 330 and the second surface conductive portion 350 formed so as to overlap with the first surface conductive portion 330 are electrically connected to each other by through holes. According to the antenna according to the present invention, since the resistance value is lowered and Q (Quality Factor) is improved without significantly reducing the inductance, the transmission efficiency between the antennas is improved.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態においては、コイル体300における導電部は基材310の表裏に設けられる構成となっていたが、第2実施形態においては、コイル体300の導電部が基材310の中間層にも設けられている点で相違している。以下、この相違点であるコイル体300の構成について説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the conductive portion in the coil body 300 is configured to be provided on the front and back of the base material 310. However, in the second embodiment, the conductive portion of the coil body 300 is provided in the intermediate layer of the base material 310. Is different in that it is also provided. Hereinafter, the configuration of the coil body 300 which is the difference will be described.

図3(A)は本発明の第2実施形態に係る受電アンテナ201の分解斜視図であり、図3(B)はコイル体300を形成する基材310の厚さ方向を誇張的に表現した図である。   FIG. 3A is an exploded perspective view of the power receiving antenna 201 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B exaggeratedly represents the thickness direction of the base material 310 forming the coil body 300. FIG.

コイル体300は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材310と、この表面側と裏面側と中間層に形成されている導電部により構成されている。より具体的には、基材310は主面として第1面311と、この第1面311と表裏の関係にある第2面312と、これら第1面311と第2面312と間の中間層313を有しており、これら第1面311と第2面312と中間層313に渦巻き状の導電部が形成されることで、受電アンテナ201にインダクタンス成分が付与される。     The coil body 300 is composed of a rectangular flat plate-like base material 310 made of glass epoxy, and conductive portions formed on the front surface side, the back surface side, and the intermediate layer. More specifically, the base material 310 has a first surface 311 as a main surface, a second surface 312 having a front-back relationship with the first surface 311, and an intermediate between the first surface 311 and the second surface 312. A spiral conductive portion is formed in the first surface 311, the second surface 312, and the intermediate layer 313, so that an inductance component is imparted to the power receiving antenna 201.

基材310上の第1面311には渦巻き状の第1面導電部330が形成されており、第1面導電部330の内周側には第1面第1端部331が、また、外周側には第1面第2端部332がそれぞれ設けられている。   A spiral first surface conductive portion 330 is formed on the first surface 311 on the substrate 310, and the first surface first end portion 331 is provided on the inner peripheral side of the first surface conductive portion 330. A first surface second end 332 is provided on each outer peripheral side.

同様に、基材310上の中間層313には渦巻き状の中間層導電部360が形成されており、中間層導電部360の内周側には中間層第1端部361が、また、外周側には中間層第2端部362がそれぞれ設けられている。   Similarly, a spiral intermediate layer conductive portion 360 is formed on the intermediate layer 313 on the substrate 310, and the intermediate layer first end 361 is provided on the inner peripheral side of the intermediate layer conductive portion 360, and the outer periphery An intermediate layer second end 362 is provided on each side.

同様に、基材310上の第2面312には渦巻き状の第2面導電部350が形成されており、第2面導電部350の内周側には第2面第1端部351が、また外周側には第2面第2端部352がそれぞれ設けられている。   Similarly, a spiral second surface conductive portion 350 is formed on the second surface 312 on the substrate 310, and a second surface first end 351 is formed on the inner peripheral side of the second surface conductive portion 350. The second surface second end 352 is provided on the outer peripheral side.

ここで、第1面導電部330と中間層導電部360と第2面導電部350とは、第1面311から第2面312に透過的にみたとき、ちょうど重なるように構成されている。このように構成することで、第1面311側の第1面導電部330に基づくインダクタンス成分と、中間層313の中間層導電部360に基づくインダクタンス成分と、第2面312側の第2面導電部350に基づくインダクタンス成分と、の相互インダクタンスを調整・設計することが容易となる。   Here, the first surface conductive portion 330, the intermediate layer conductive portion 360, and the second surface conductive portion 350 are configured to overlap each other when viewed transparently from the first surface 311 to the second surface 312. With this configuration, the inductance component based on the first surface conductive portion 330 on the first surface 311 side, the inductance component based on the intermediate layer conductive portion 360 of the intermediate layer 313, and the second surface on the second surface 312 side. It becomes easy to adjust and design the mutual inductance with the inductance component based on the conductive portion 350.

基材310中においては、第1面311と中間層313との間を貫通する第1スルーホール導通部341が、第1面第1端部331と中間層第1端部361とを導通するようになっている。また、第1面311と中間層313との間を貫通第2スルーホール導通部342が、第1面第2端部332と中間層第2端部362とを導通するようになっている。   In the substrate 310, the first through-hole conducting portion 341 that penetrates between the first surface 311 and the intermediate layer 313 conducts the first surface first end portion 331 and the intermediate layer first end portion 361. It is like that. A second through-hole conduction portion 342 that penetrates between the first surface 311 and the intermediate layer 313 connects the first surface second end portion 332 and the intermediate layer second end portion 362.

また、中間層313と第2面312との間を貫通する第3スルーホール導通部343が、中間層第1端部361と第2面第1端部351とを導通するようになっている。また、中間層313と第2面312との間を貫通する第4スルーホール導通部344が、中間層第2端部362と第2面第2端部352とを導通するようになっている。   Further, a third through-hole conducting portion 343 penetrating between the intermediate layer 313 and the second surface 312 conducts the intermediate layer first end portion 361 and the second surface first end portion 351. . The fourth through-hole conducting portion 344 that passes between the intermediate layer 313 and the second surface 312 conducts the intermediate layer second end 362 and the second surface second end 352. .

以上のような構成のコイル体300を有する第2実施形態においても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。なお、第2実施形態においては、導電部が第1面311、中間層313、第2面312の3層に形成されて、それぞれの導電部の端部同士が基材を貫通するスルーホール導通部で導通される構成であったが、中間層を2層以上設けて、導電部を設ける層を4層以上とすることも可能である。   Also in the second embodiment having the coil body 300 configured as described above, it is possible to enjoy the same effects as in the previous embodiment. In the second embodiment, the conductive portion is formed in three layers of the first surface 311, the intermediate layer 313, and the second surface 312, and the end portions of the respective conductive portions penetrate through the base material. However, it is also possible to provide two or more intermediate layers and four or more layers for providing the conductive portion.

尚、本実施例においては、基材310にガラスエポキシ樹脂を用いた例について記述したが、より放熱効果の高いセラミック基材を用いても良く、更にはアルミなど金属基材に絶縁膜を施した基材を用いても良い。また、もちろんフレキシブルプリント基板などを用いた物であっても良い。   In this embodiment, an example in which a glass epoxy resin is used for the substrate 310 has been described. However, a ceramic substrate having a higher heat dissipation effect may be used, and an insulating film is applied to a metal substrate such as aluminum. You may use the base material which did. Of course, a thing using a flexible printed circuit board etc. may be used.

以上、本発明に係るアンテナは、第1面導電部と、これに重なるように形成される第2面導電部と、を両端部においてスルーホールで導通接続した構成であり、このような構成の本発明に係るアンテナによれば、インダクタンスを大幅に低下させることなく、抵抗値を下げてQ(Qaulity Factor)を向上させるので、アンテナ間の伝送効率が向上する。   As described above, the antenna according to the present invention has a configuration in which the first surface conductive portion and the second surface conductive portion formed so as to overlap with the first surface conductive portion are conductively connected to each other through the through holes. According to the antenna of the present invention, the resistance value is lowered and the Q (Quality Factor) is improved without significantly reducing the inductance, so that the transmission efficiency between the antennas is improved.

100・・・電力伝送システム
101・・・AC/DC変換部
102・・・高電圧発生部
103・・・インバーター部
104・・・整合器
105・・・送電アンテナ
110・・・主制御部
120・・・通信部
201・・・受電アンテナ
202・・・整流部
203・・・充電制御部
204・・・バッテリー
210・・・主制御部
220・・・通信部
230・・・インターフェイス部
260・・・樹脂ケース
261・・・底板部
262・・・側板部
263・・・上方開口部
280・・・磁性シールド
281・・・シールド保持板
282・・・磁性シールド分割片
285・・・中抜き部
300・・・コイル体
310・・・基材
311・・・第1面
312・・・第2面
313・・・中間層
330・・・第1面導電部
331・・・第1面第1端部
332・・・第1面第2端部
341・・・第1スルーホール導通部
342・・・第2スルーホール導通部
343・・・第3スルーホール導通部
344・・・第4スルーホール導通部
350・・・第2面導電部
351・・・第2面第1端部
352・・・第2面第2端部
360・・・中間層導電部
361・・・中間層第1端部
362・・・中間層第2端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electric power transmission system 101 ... AC / DC conversion part 102 ... High voltage generation part 103 ... Inverter part 104 ... Matching device 105 ... Power transmission antenna 110 ... Main control part 120 ... Communication unit 201 ... Receiving antenna 202 ... Rectification unit 203 ... Charge control unit 204 ... Battery 210 ... Main control unit 220 ... Communication unit 230 ... Interface unit 260- ··· Resin case 261 ··· Bottom plate portion 262 ··· Side plate portion 263 ··· Upper opening portion 280 ··· Magnetic shield 281 ··· Shield holding plate 282 ··· Magnetic shield divided piece 285 ··· Part 300 ... Coil body 310 ... Base material 311 ... First face 312 ... Second face 313 ... Intermediate layer 330 ... First face conductive part 331 ... First face first One end 332 .. First surface second end portion 341... First through hole conducting portion 342... Second through hole conducting portion 343... Third through hole conducting portion 344. 2nd surface conductive part 351 2nd surface 1st end 352 2nd surface 2nd end 360 ... Intermediate layer conductive part 361 2nd layer 1st end 362 ..Intermediate layer second end

Claims (2)

第1面と、前記第1面の裏面である第2面とを有する基材と、
前記基材上の前記第1面に形成されると共に、第1面第1端部と第1面第2端部の2つの
端部を有する第1面導電部と、
前記基材上の前記第2面に形成されると共に、第2面第1端部と第2面第2端部の2つの端部を有し、前記第1面から前記第2面に透過的にみたとき、前記第1面導電部と重なる第2面導電部と、
前記第1面と前記第2面との間を貫通して前記第1面第1端部と前記第2面第1端部とを導通する第1スルーホール導通部と、
前記第1面と前記第2面との間を貫通して前記第1面第2端部と前記第2面第2端部とを導通する第2スルーホール導通部と、を有することを特徴とするアンテナ。
A base material having a first surface and a second surface which is the back surface of the first surface;
A first surface conductive portion formed on the first surface of the substrate and having two ends, a first surface first end and a first surface second end;
It is formed on the second surface on the base material, and has two end portions, a second surface first end portion and a second surface second end portion, and is transmitted from the first surface to the second surface. When it sees, the 2nd surface conductive part which overlaps with the 1st surface conductive part,
A first through-hole conducting portion that penetrates between the first surface and the second surface and conducts the first surface first end and the second surface first end;
A second through-hole conducting portion that penetrates between the first surface and the second surface and conducts the first surface second end portion and the second surface second end portion; And antenna.
第1端部と第2端部とを有する導電部が基材を介して積層されるようにして複数設けられ、
前記導電部における前記第1端部同士は前記基材を貫通するスルーホール導通部により互いに導通され、
前記導電部における前記第2端部同士は前記基材を貫通するスルーホール導通部により互いに導通され、
積層方向から透過的にみたとき、複数の前記導電部は全て重なるように構成されることを特徴とするアンテナ。
A plurality of conductive portions having a first end portion and a second end portion are provided so as to be laminated via a base material,
The first ends of the conductive part are electrically connected to each other by a through-hole conductive part that penetrates the base material,
The second ends of the conductive part are electrically connected to each other by a through-hole conductive part that penetrates the base material,
An antenna, wherein the plurality of conductive portions are configured to overlap each other when viewed transparently from the stacking direction.
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