JP2013255348A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】車両底部を加熱させてしまうことがなく、伝送効率を向上させることが可能な電力伝送システム用のアンテナを提供する。
【解決手段】本発明のアンテナは、第１軸を中心として巻回された導体線よりなるメインコイルと、前記第１軸を法線とする平面内に含まれる複数の第２軸を中心として巻回された導体線よりなる複数のサブコイルと、前記メインコイルと前記サブコイルとを構成する導体線が巻きかけられる基材と、を有するアンテナであって、前記基材には、前記導体線が係止されるメインコイル造形用突片３２０と、周囲に前記導体線が巻回されるサブコイル造形用突片３３０と、が設けられることを特徴とする。
【選択図】 図８

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。

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。

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し高いＱ値（１００以上）のアンテナを用いることで、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。

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

上記のような磁気共鳴方式の電力伝送システムを電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給に用いる場合においては、送電用のアンテナは地中部に埋設され、また、受電用のアンテナは車両の底面部にレイアウトされることが想定される。

しかしながら、特許文献１記載の構造のアンテナは、金属体からなる車両の底部に設置すると、電力伝送中にアンテナから漏洩した磁界が金属体に進入し、金属体内において当該磁界で誘導される電流によって、車両の底部を加熱させてしまう、という問題があった。

また、電力伝送中にアンテナから漏洩し金属体に進入する磁界によって、システムの電力伝送効率が抑制される、という問題もあった。

上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、第１軸を中心として巻回された導
体線よりなるメインコイルと、前記第１軸を法線とする平面内に含まれる複数の第２軸を中心として巻回された導体線よりなる複数のサブコイルと、前記メインコイルと前記サブコイルとを構成する導体線が巻きかけられる基材と、を有するアンテナであって、前記基材には、前記導体線が係止されるメインコイル造形用突片と、周囲に前記導体線が巻回されるサブコイル造形用突片と、が設けられることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアンテナにおいて、前記基材の周囲に、前記メインコイル造形用突片と前記サブコイル造形用突片とが交互に配列されることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載のアンテナにおいて、前記基材の周囲に、連続した複数個の前記メインコイル造形用突片と１個の前記サブコイル造形用突片とが交互に配列されることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載のアンテナにおいて、前記基材の周囲に、連続して配列される前記メインコイル造形用突片の数が、奇数個であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記メインコイル造形用突片の幅は、前記基材の外周縁に近いほど広いことを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記サブコイル造形用突片の幅は、前記基材の外周縁に近いほど広いことを特徴とする。

本発明に係るアンテナは、メインコイルと、複数のサブコイルと、を有し、メインコイルによる磁界を、複数のサブコイルによる磁界で補正するアンテナであり、このような本発明に係るアンテナによれば、車両底面にアンテナを装着した場合でも、アンテナ全体により発生する磁界には指向性があるので、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。

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。 電力伝送システムのインバーター部を示す図である。 本発明の実施形態に係るアンテナのコイルを造形するために利用される基材３００を示す図である。 基材３００に形成されるメインコイルの概要を模式的に示す図である。 基材３００に形成されるサブコイルの概要を模式的に示す図である。 基材３００に導体線４００を巻回する際のパターンの１例を示す図である。 本発明の実施形態に係るアンテナを示す図である。 メインコイル造形用突片３２０を設ける意義を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナの等価回路を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナのコイルを造形するために利用される基材３００を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るアンテナにおける第２基材５００の取り付けを説明する図である。 基材３００に導体線４００を巻回する際のパターンの１例を示す図である。

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。

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に対して最も伝送効率が良い位置関係となるようにする。

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。

電力伝送システム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。この電圧調整部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。

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Ｑ_A乃至Ｑ_D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。

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Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_Bの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ_Cとスイッチング素子Ｑ_D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Ｑ_A
とスイッチング素子Ｑ_Dがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオ
フとされ、スイッチング素子Ｑ_Bとスイッチング素子Ｑ_Cがオンのとき、スイッチング素子Ｑ_Aとスイッチング素子Ｑ_D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２０ｋＨｚ〜数１０００ｋＨｚ程度である。

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Ｑ_A乃至Ｑ_D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。

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。

送電アンテナ１０５は、誘導性リア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。

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。

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。

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。

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２０４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。

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。

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。

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。

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２０４の残量を取得し、バッテリー２０４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。

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、本発明のアンテナは、送電アンテナ１０５及び受電アンテナ２０１の双方に適用し得るものである。

なお、以下の実施形態では、アンテナを構成するコイルに係る構成について詳しく説明するが、磁気共鳴方式で電力伝送を行うアンテナは、コイル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。

また、本発明に係るアンテナは、メインコイルＭＣと、複数のサブコイルＳＣからなるアンテナであり、メインコイルＭＣによる磁界を、複数のサブコイルＳＣによる磁界で補正することで、アンテナとしての指向性を持たせるようになっている。

まず、アンテナを構成するコイルを造形するために利用される基材３００の構成について説明する。図３は本発明の実施形態に係るアンテナのコイルを造形するために利用される基材３００を示す図である。なお、本実施形態においては、この基材３００としては略円形であるものを例にとり説明するが、これに限定されるものではない。

基材３００は、第１面３０１と、これと表裏の関係にある第２面３０２とを有する基板状の部材であり、例えばポリカーボネートやポリプロピレンなどの誘電正接が小さい材料を用いて構成することが好ましい。

この基材３００は、略円形の平板部をなす基部３１０と、この基部３１０から放射状に延出する複数の突片とから構成されている。

これらの突片としては、メインコイル造形用突片３２０とサブコイル造形用突片３３０の２種類があり、基部３１０の周囲に、メインコイル造形用突片３２０とサブコイル造形用突片３３０とが交互に配列されるようになっている。なお、本実施形態においては、１個のメインコイル造形用突片３２０と、１個のサブコイル造形用突片３３０とが交互に、基部３１０周囲に配列される構成を例に説明しているが、このような例に限らず、例えば、後述する図１５のように、連続した任意の個数のメインコイル造形用突片３２０と、１個のサブコイル造形用突片３３０とが交互に、基部３１０周囲に配列される構成や、これとは逆に、１個のメインコイル造形用突片３２０と、連続した任意の個数のサブコイル造形用突片３３０とが交互に、基部３１０周囲に配列される構成や、更には、連続した任意の個数のメインコイル造形用突片３２０と、連続した任意の個数のサブコイル造形用突片３３０とが交互に、基部３１０周囲に配列される構成についても本発明の範疇に含まれるものである。

メインコイル造形用突片３２０は、基部３１０から放射状に延出する方向と略平行な２つの側部３２２と、基材３００の外縁に相当する縁部３２５とを有している。また、サブコイル造形用突片３３０も、基部３１０から放射状に延出する方向と略平行な２つの側部３３２と、基材３００の外縁に相当する縁部３３５とを有している。

メインコイル造形用突片３２０は、第１面３０１又は第２面３０２のいずれか一方側に導体線４００が通され、導体線４００を係止するために利用される。これにより、導体線４００でメインコイルＭＣの形状が維持される。サブコイル造形用突片３３０は、導体線４００を巻回するために利用され、これにより導体線４００でサブコイルＳＣの形状が維持される。また、サブコイル造形用突片３３０で巻回された導体線４００の一部や、サブコイル造形用突片３３０で係止される導体線４００は、メインコイルＭＣとしても機能する。

以上のような、基材３００を利用して、導体線４００で形成されるメインコイルＭＣと、サブコイルＳＣの概要について説明する。図４は基材３００に形成されるメインコイルＭＣの概要を模式的に示す図であり、図５は基材３００に形成されるサブコイルＳＣの概要を模式的に示す図である。

図４及び図５において、平面Pは、基材３００の第１面３０１を含む面であり、第１軸
は平面Pの法線である。また、第２軸は平面P内に含まれる軸である。

メインコイルＭＣは、第１軸を中心として、これを周回する導体で形成されるものとして定義することができる。

図４の例では、メインコイルＭＣは、第１軸を中心として平面P内で渦巻き状をなす導
体により構成されているが、メインコイルＭＣは、第１軸を中心として、これを周回する導体により形成されればどのようなものであってもよい。例えば、メインコイルＭＣは、第１軸を中心として巻回されるソレノイド状のコイルであっても構わない。また、メインコイルＭＣの導電部としては、導体線ではなく、基材３００に印刷した導体を用いることなども可能である。

上記のように構成されるメインコイルＭＣは、ある瞬間ｔに流れる電流Iによって、図
４に示すような向きの磁界Ｈｍが形成される。

一方、サブコイルＳＣは、第２軸を中心として、これを周回する導体で形成されるものとして定義することができる。

図５では、サブコイルＳＣは、第２軸を中心としたソレノイド状のコイルにより形成される例を示しているが、サブコイルＳＣは、第２軸を中心として、これを周回する導体により形成されればどのようなものであってもよい。

本実施形態に係るアンテナにおいては、上記のようなサブコイルＳＣとして、８個設けられるようになっているが、設けるサブコイルＳＣ数に特に制限があるわけではない。

図面の最も右にあるサブコイルＳＣについては、ある瞬間ｔに流れる電流Iによって形
成される磁界Ｈｓが図示してある。他のサブコイルＳＣについても、このサブコイルＳＣと同じように、第１軸から離れる方向に向いた磁界Ｈｓが形成される。なお、いずれのサブコイルＳＣの磁界Ｈｓのスカラー量は共通である。

本実施形態に係るアンテナにおいては、ある瞬間ｔに流れる電流Iによって形成される
磁界は、１つのメインコイルＭＣにより形成される磁界Ｈｍと、８つのサブコイルＳＣにより形成される磁界Ｈｓの合成により形成された合成磁界が発生する。

このような合成磁界においては、平面Ｐの上面側では磁界Ｈｍと磁界Ｈｓとが相殺し、平面Ｐの上面側では磁界Ｈｍと磁界Ｈｓとが強め合うこととなるので、アンテナ全体により発生する磁界は、平面Ｐの下面側に広がる磁界となり、指向性が付与されたものとなる。

このような本発明に係るアンテナを、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１に適用すると、車両に搭載される側において、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。

次に、以上のように定義されるメインコイルＭＣ、サブコイルＳＣを、基材３００で造形する際の導体線４００の巻回パターンの１例について図６を参照して説明する。

本実施形態においては、サブコイル造形用突片３３０に、透磁率と比抵抗が高いフェライト材料などの強磁性体材料からなる磁性コア３５０を取り付けた上で、図６に示すパターンで導体線４００を巻回していく。導体線４００としては、複数の導体素線を集合させた撚り線を用いている。

図６において、導体線４００に示された矢印は、巻回する際の順序を示している。例えば、図中（ａ）から、導体線４００を巻回し始めたとすると、まず、（ａ）から（ｂ）にかけては、メインコイル造形用突片３２０の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

続いて、（ｂ）から（ｃ）の区間においては、導体線４００は、サブコイル造形用突片３３０の第２面→サブコイル造形用突片３３０の第１面→サブコイル造形用突片３３０の第２面のように、サブコイル造形用突片３３０の周囲に略１周半分にわたって巻回される。

サブコイル造形用突片３３０で上記のように巻回されるコイルは、全体としてサブコイルＳＣとしての磁界を形成すると共に、サブコイル造形用突片３３０の第２面側に巻回されている導体線４００分は、メインコイルＭＣとしての磁界も形成することとなる。

以上のような巻回パターンにより、（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→・・・と順次巻回する。基材３００の全ての突片に対して基材３００の周囲１周分、上記のよう巻回パターンでの巻回を行い、再び（ａ）に戻ったときには、突片が基部３１０から延出する方向に、ずらして、巻回を進めていく。

上記のようにして、基材３００の周囲に略５周分の巻回を行ったものが、図７である。図７は本発明の実施形態に係るアンテナを示す図である。なお、基材３００の周囲に巻回する巻回数はこれに限定されるものではない。

以上のような本発明に係るアンテナは、メインコイルＭＣと、複数のサブコイルＳＣと、を有するアンテナであり、メインコイルＭＣによる磁界を、複数のサブコイルＳＣによる磁界で補正する。このような本発明に係るアンテナによれば、車両底面にアンテナを装着した場合でも、アンテナ全体により発生する磁界には指向性があるので、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両
底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。

ここで、本発明に係るアンテナにおいて、メインコイルＭＣの寄与によって形成されるインダクタンスＬｍと、複数のサブコイルＳＣ（図の例では８個のサブコイルＳＣ）の全ての寄与によって形成されるインダクタンスＬｓとの間には、Ｌｓ≦Ｌｍ≦２．５Ｌｓの関係を持たせることが好ましい。

これは、本発明に係るアンテナを車両の底部に搭載し、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１とを、実用範囲で向き合わせたときに、所定以上の電力伝送効率が得られるインダクタンスＬｍとインダクタンスＬｓとの関係である。

上記のような関係を成立させるためには、第１の方法としては、メインコイルＭＣを構成する周回する導体線４００の配置を調整することを挙げることができる。図７に示す巻回パターンで説明すると、基材３００の略中心Ｏと、導体線４００との間の距離（図７におけるｒ）を種々調整することでインダクタンスＬｍを変更し、前記関係を満たすようにする。

また、第２の方法としては、サブコイルＳＣを構成する周回する導体線４００の配置を調整することを挙げることができる。より具体的には、サブコイル造形用突片３３０の形状・大きさを種々調整することで、サブコイル造形用突片３３０での導体線４００の巻回形状を変えインダクタンスＬｓを変更し、前記関係を満たすようにする。

また、第３の方法としては、メインコイルＭＣの周回数及びサブコイルＳＣの周回数を調整することで、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。

さらに、第４の方法としては、メインコイルＭＣ又はサブコイルＳＣのいずれかの周回数を調整することで、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。

図６に示す巻回パターンで、サブコイルＳＣの周回数を調整する方法を説明する。例えば、図６に示す巻回パターンにおいて、（ｂ）から（ｃ）の区間においては、導体線４００をサブコイル造形用突片３３０に巻回する際に、導体線４００を略１周半分巻回するようにしていたが、例えば、サブコイルＳＣのインダクタンスＬｓを増加させようとする場合、サブコイル造形用突片３３０に巻回する導体線４００を略２周半分とすることで、サブコイルＳＣのインダクタンスＬｓを調整することができる。

また、第５の方法としては、サブコイルＳＣを構成する導体の内周側に、磁性コア３５０を設けたり、或いは、これを省いたりすることでインダクタンスＬｓを変更し、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。

さらに、第６の方法としては、サブコイルＳＣを構成する導体の内周側には磁性コア３５０を設けると共に、この磁性コア３５０の透磁率を調整したり、磁性コア３５０の大きさ及び形状を調整したりすることでインダクタンスＬｓを変更し、前記関係を満たすようにすることを挙げることができる。

次に、メインコイル造形用突片３２０を設けるメリットについて説明する。図８はメインコイル造形用突片３２０を設ける意義を説明する図である。図８（Ａ）はメインコイル造形用突片３２０が設けられている本発明に係るアンテナの巻回パターンを説明する図であり、図８（Ｂ）はメインコイル造形用突片３２０が設けられていない比較例に係るアンテナの巻回パターンを説明する図である。

また、図８（Ｃ）は基材３００における各部の定義を説明する図である。基材３００の略中心Ｏと、メインコイル造形用突片３２０（又はサブコイル造形用突片３３０）の縁部３３５の中間点とを通る線に対する垂線が、メインコイル造形用突片３２０（又はサブコイル造形用突片３３０）を横切る長さを、突片の「幅」として定義する。

また、基材３００の略中心Ｏと、メインコイル造形用突片３２０（又はサブコイル造形用突片３３０）の縁部３３５の中間点とを通る線が、基部３１０の端部から縁部３３５まで通る距離を、突片の「長さ」として定義する。

図８（Ａ）と図８（Ｂ）とを比較するとわかるように、メインコイル造形用突片３２０が設けられている本発明に係るアンテナにおいては、導体線４００は、基材３００の略中心Ｏを中心とした円により近い形状となる。これにより、メインコイル造形用突片３２０が設けられている場合には、メインコイルＭＣの寄与により発生するインダクタンスＬｍをより増大させることが可能となる。

また、本実施形態においては、図８（Ｃ）に示すように、メインコイル造形用突片３２０及びサブコイル造形用突片３３０の幅は、基材３００の外周縁に近いほど広くなるように構成することが好ましい。このように構成することで、基材３００の主面に対して垂直な方向以外に放射される磁界の成分をより低減することが可能となると共に、導体線４００が、基材３００の略中心Ｏの方向へよる力が発生するためアンテナの振動強度を増大させることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図９は本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。

これまで、説明した実施形態においては、磁性コア３５０は、サブコイル造形用突片３３０の長さ以下であったが、本実施形態においては、磁性コア３５０の長さがサブコイル造形用突片３３０の長さより長く設定されると共に、基材３００の基部３１０側に延在するようにしてサブコイル造形用突片３３０に取り付けられることを特徴としている。基材３００の基部３１０側に延在した磁性コア３５０の部分は、図９においてＰとして示されている部分である。

このような磁性コア３５０の長さ、配置によれば、基材３００の中央に近い部分における磁界の漏れを低減することで、アンテナの指向性をより高めることが可能となる。

また、図１０は本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図である。図１０に示す実施形態においては、磁性コア３５０の長さがサブコイル造形用突片３３０の長さより長く設定されると共に、サブコイル造形用突片３３０の縁部３３５から延在するようにしてサブコイル造形用突片３３０に取り付けられることを特徴としている。サブコイル造形用突片３３０の縁部３３５から延在した磁性コア３５０の部分は、図１０においてＱとして示されている部分である。

このような磁性コア３５０の長さ、配置によれば、基材３００の外周縁に近い部分における磁界の漏れを低減することで、アンテナの指向性をより高めることが可能となる。

なお、図９に示す実施形態と図１０に示す実施形態を組み合わせた実施形態によっても、上記のようなアンテナの指向性を高める効果をよりいっそう期待することができる。

また、本発明に係るアンテナにおいては、磁性コア３５０をそれぞれの独立した別体の
ものとして複数用意して、個別の磁性コア３５０を、それぞれのサブコイル造形用突片３３０に取り付けることがよく、基材３００の中心部で連結されたような一体側の磁性コアを用いることは好ましくない。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１１は本発明の他の実施形態に係るアンテナを示す図であり、図１１（Ａ）は他の実施形態アンテナのメインコイルＭＣを構成する部分を、また、図１１（Ｂ）は他の実施形態のアンテナのサブコイルＳＣを構成する部分をそれぞれ示している。本実施形態に係るアンテナは、図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）とを重ね合わせたものである。

また、図１２は、本発明の他の実施形態に係るアンテナの等価回路を示す図である。図１２において、ＬｍはメインコイルＭＣによって形成されるインダクタンスであり、Ｌｓはそれぞれ個別のサブコイルＳＣによって形成されるインダクタンスである。

これまで説明した実施形態においては、1つ基材３００を用いて、図６に示す巻回パタ
ーンによって、アンテナのメインコイルＭＣと、サブコイルＳＣと同時的に形成していた。

これに対して、図１１及び図１２に示す実施形態では、２つ基材３００を用いて、それぞれの基材３００に、メインコイルＭＣと、サブコイルＳＣとを独立的に形成している。

図１１（Ａ）において、導体線４００は、メインコイル造形用突片３２０及びサブコイル造形用突片３３０に係止されながら、渦巻き状に巻回されることで、まさに図４の模式図に示すメインコイルＭＣが形成されることとなる。

一方、サブコイルＳＣの形成には、サブコイル造形用突片３３０のみが利用される。本実施形態では、図１１（Ｂ）に示すように、磁性コア３５０が取り付けられたサブコイル造形用突片３３０に、導体線４００を巻き付けて、各サブコイル造形用突片３３０でそれぞれ独立したサブコイルＳＣを形成する。これらのサブコイルＳＣは、模式的には図５に示されるものと同等である。また、これらのサブコイルＳＣは、図１２に示すように直列に接続される。

さらに、図１２に示すように、サブコイルＳＣの直列接続は、メインコイルＭＣとも直列接続される。なお、図１２に示すように各コイルを接続する際には、図４及び図５で説明したような磁界が発生するように、これを行う。さらに、図１１（Ａ）のメインコイルＭＣと図１１（Ｂ）のサブコイルＳＣとを、それぞれ重ね合わせて近接させることで、他の実施形態に係るアンテナが構成される。このような他の実施形態に係るアンテナによっても、これまで説明した実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１３は本発明の他の実施形態に係るアンテナのコイルを造形するために利用される基材３００を示す図である。図１３において、先の実施形態と同様の参照番号が付されている構成については、同様のものであるので説明を省略する。

他の実施形態に係るアンテナが、最初に説明した実施形態に係るアンテナと異なる第１の点は、最初に説明した実施形態に係るアンテナにおいては、基材３００の周囲に、メインコイル造形用突片３２０とサブコイル造形用突片３３０とが交互に配列されているのに対して、他の実施形態に係るアンテナにおいては、基材３００の周囲に、連続した複数個のメインコイル造形用突片３２０と１個のサブコイル造形用突片３３０とが交互に配列されることである。

特に、他の実施形態に係るアンテナにおいては、基材３００の周囲に、連続して配列されるメインコイル造形用突片３２０の数が、奇数個であることが望ましい。図１３に示す実施形態においては、連続して配列されるメインコイル造形用突片３２０の数は３個である。

上記のように、基材３００の周囲に連続して配列されるメインコイル造形用突片３２０の数を奇数個としておくと、図１５に示すように導体線４００を巻回する際に、導体線４００が第１面３０１から第２面３０２へ、また、第２面３０２から第１面３０１へと、渡されるパターンが、基材３００の周囲全周にわたり一様となるため、アンテナの製造効率が向上する。

また、他の実施形態に係るアンテナが、最初に説明した実施形態に係るアンテナと異なる第２の点は、第２基材５００が用いられる点である。図１４は本発明の他の実施形態に係るアンテナにおける第２基材５００の取り付けを説明する図である。

基材３００同様、第２基材５００は、第１面５０１と、これと表裏の関係にある第２面５０２とを有する基板状の部材であり、例えばポリカーボネートやポリプロピレンなどの誘電正接が小さい材料を用いて構成することが好ましい。

この第２基材５００は、略中央の平板部をなす基部５１０と、この基部５１０から放射状に延出する複数のサブコイル造形用突片５３０とから構成されている。第２基材５００のサブコイル造形用突片５３０は、基材３００のサブコイル造形用突片３３０とで磁性コア３５０を挟持するため、及び、導体線４００を巻回するために利用される。

図１４に示すように、基材３００のサブコイル造形用突片３３０には、透磁率と比抵抗が高いフェライト材料などの強磁性体材料からなる磁性コア３５０を取り付けた上で、さらに、第２基材５００を磁性コア３５０の上に取り付けて、基材３００のサブコイル造形用突片３３０と第２基材５００のサブコイル造形用突片５３０とで、磁性コア３５０を挟持させる。

さらに、他の実施形態に係るアンテナにおいては、基材３００のサブコイル造形用突片３３０と第２基材５００のサブコイル造形用突片５３０の外周囲に導体線４００が巻回されることで、サブコイルＳＣの形状が維持される。これにより、造形されるサブコイルＳＣを構成する導体線４００と、第２軸との間の距離は、基材３００のみを使う場合に比べて増加し、その結果インダクタンス成分も増加することとなる。

次に、他の実施形態に係るアンテナにおいて、メインコイルＭＣ、サブコイルＳＣを、基材３００及び第２基材５００で造形する際の導体線４００の巻回パターンの１例について図１５を参照して説明する。

図１５において、導体線４００に示された矢印は、巻回する際の順序を示している。例えば、図中（ａ）から、導体線４００を巻回し始めたとすると、まず、（ａ）から（ｂ）にかけては、メインコイル造形用突片３２０の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

続いて、（ｂ）から（ｃ）の区間においては、導体線４００は、基材３００のサブコイル造形用突片３３０の第２面→第２基材５００のサブコイル造形用突片５３０の第１面→基材３００のサブコイル造形用突片３３０の第２面のように、基材３００のサブコイル造形用突片３３０及び第２基材５００のサブコイル造形用突片５３０の周囲に略１周半分に
わたって巻回される。

サブコイル造形用突片３３０で上記のように巻回されるコイルは、全体としてサブコイルＳＣとしての磁界を形成すると共に、サブコイル造形用突片３３０の第２面側に巻回されている導体線４００分は、メインコイルＭＣとしての磁界も形成することとなる。

続いて、（ｃ）から（ｄ）にかけては、メインコイル造形用突片３２０の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

続く、（ｄ）から（ｅ）にかけては、メインコイル造形用突片３２０の第２面３０２側において、導体線４００を係止させる。

続く、（ｅ）から（ｆ）にかけては、メインコイル造形用突片３２０の第１面３０１側において、導体線４００を係止させる。

以上のような巻回パターンにより、さらに（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→・・・と順次巻回する。基材３００、第２基材５００の全ての突片に対して基材３００の周囲１周分、上記のよう巻回パターンでの巻回を行い、再び（ａ）に戻ったときには、突片が基部３１０から延出する方向に、ずらして、巻回を進めていく。

以上のように構成される他の実施形態に係るアンテナにおいても、これまでに説明したアンテナと同様の効果を享受することが可能であると共に、磁性コア３５０が２つの突片に挟持されるので製造性がよく、さらに、基材３００のみを利用する場合に比べ、インダクタンス成分を増加させることも可能となる。

以上、本発明に係るアンテナは、メインコイルＭＣと、複数のサブコイルＳＣと、を有し、メインコイルＭＣによる磁界を、複数のサブコイルＳＣによる磁界で補正するアンテナであり、このような本発明に係るアンテナによれば、車両底面にアンテナを装着した場合でも、アンテナ全体により発生する磁界には指向性があるので、電力伝送中にアンテナから漏洩し車両底部の金属体に進入する磁界を低減することが可能となり、車両底部を加熱させてしまうことがなく、加えて、システムの電力伝送効率を向上させることができる。

１００・・・電力伝送システム
１０１・・・ＡＣ／ＤＣ変換部
１０２・・・電圧調整部
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
３００・・・基材
３０１・・・第１面
３０２・・・第２面
３１０・・・基部
３２０・・・メインコイル造形用突片
３２２・・・側部
３２５・・・縁部
３３０・・・サブコイル造形用突片
３３２・・・側部
３３５・・・縁部
３５０・・・磁性コア
４００・・・導体線
５００・・・第２基材
５０１・・・第１面
５０２・・・第２面
５１０・・・基部
５３０・・・サブコイル造形用突片

Claims (6)

1. 第１軸を中心として巻回された導体線よりなるメインコイルと、
   前記第１軸を法線とする平面内に含まれる複数の第２軸を中心として巻回された導体線よりなる複数のサブコイルと、
   前記メインコイルと前記サブコイルとを構成する導体線が巻きかけられる基材と、を有するアンテナであって、
   前記基材には、前記導体線が係止されるメインコイル造形用突片と、周囲に前記導体線が巻回されるサブコイル造形用突片と、が設けられることを特徴とするアンテナ。
2. 前記基材の周囲に、前記メインコイル造形用突片と前記サブコイル造形用突片とが交互に配列されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記基材の周囲に、連続した複数個の前記メインコイル造形用突片と１個の前記サブコイル造形用突片とが交互に配列されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記基材の周囲に、連続して配列される前記メインコイル造形用突片の数が、奇数個であることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記メインコイル造形用突片の幅は、前記基材の外周縁に近いほど広いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ。
6. 前記サブコイル造形用突片の幅は、前記基材の外周縁に近いほど広いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ。

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