JP2014049479A - コイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送用コイルと通信用コイルとの間における干渉を抑制して、通信品質を落とすことなく、電力伝送と情報通信とを同時に行い、コイルを簡単な構成にすること。
【解決手段】通信用コイル１０２は、導電部材を巻回して形成している。電力伝送用コイル１０３は、通信用コイル１０２の周囲に設けられ、通信用コイル１０２の巻回軸Ｘと巻回軸Ｘに対して直交する直交軸Ｙとを対角線とする矩形状、かつ平面状に導電部材を巻回して形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電装置から電子機器等に対して電磁誘導により非接触で電力を伝送するコイルユニットに関する。

従来、送電側であるワイヤレス電力伝送装置に設けられた１次側送電用コイルと、受電側である電子機器または車輌に設けられた２次側受電用コイルとの間で、電磁誘導作用を利用して電力伝送を行うものが知られている。ワイヤレス電力伝送装置では、接点部分が外部に露出しないため、防水性の確保が容易であり、電気的接点部分の不良または劣化がない。また、ワイヤレス電力伝送装置では、受電側の電子機器等との着脱を容易に行うことができる。

上記の１次側送電用コイル及び２次側受電用コイルには、コアに巻き線を巻いたもの、またはボビンに巻き線を巻いたものが一般的に用いられている。近年、受電側の電子機器等には、小型化、薄型化及び高機能化が求められている。このため、ワイヤレス電力伝送装置に設けられる１次側送電用コイルと、受電側の電子機器等に設けられる２次側受電用コイルとを、スパイラルで平面状に構成した平面コイルとし、受電側の電子機器等の小型化及び薄型化を図っている。

しかしながら、１次側送電用コイル及び２次側受電用コイルを平面コイルにした場合には、コアを用いることができない。従って、この場合には、１次側送電用コイル及び２次側受電用コイルから発生する磁界による不要輻射を抑制するとともに電力伝送の効率化を図る必要がある。

また、ワイヤレス電力伝送装置では、効率よく電磁誘導結合することができるように、１次側送電用コイルと２次側受電用コイルとを対向して配置する。ワイヤレス電力伝送装置では、商用電源からの電圧を高周波インバータ回路により高周波交流電圧に変換して１次側送電用コイルに加える。これにより、１次側送電用コイルは、６０〜６００ｋＨｚの高周波の交流磁束を発生する。そして、ワイヤレス電力伝送装置における電磁誘導作用により、受電側の電子機器等の内部の２次側受電用コイルにおいて該交流磁束により誘起された交流電圧を、２次側の整流平滑回路で直流に変換した後に２次電池に給電する。

特許文献１には、ワイヤレスで電力伝送を行う装置が記載されている。特許文献１では、電力伝送の効率化を図るために、１次側送電用平面コイルと２次側受電用平面コイルとの互いに対向する面の反対側の面に、磁性シートをそれぞれ設けている。これにより、コイルから発生する磁界による不要輻射を抑制することができる。

また、近年、非接触型ＩＣカード、ＲＦＩＤ（Radio Frequency-Identification：電波方式認識）、またはＦｅｌｉＣａ（フェリカ（登録商標））に代表されるＮＦＣ等のように、電気的な接点を用いずにデータ通信を行う非接触通信機能を搭載したものが一般化しつつある。このようなワイヤレス通信では、送信側機器のアンテナから送信された電波を、受信側機器のアンテナで受信することにより、データ通信が行われる。

例えば、ＮＦＣは、非接触型ＩＣカードのための通信技術として開発され、１３．５６ＭＨｚの電波を使い、１０ｃｍ程度の近距離で１００〜４００ｋｂｐｓの双方向通信が可能である。非接触型ＩＣカードでは、リーダ・ライタからキャリアを送信して、電磁誘導によりＩＣカードに電力を供給し、キャリアの変調によりリーダ・ライタとの間で通信を行う。

また、特許文献２には、ワイヤレスで電力伝送を行うことに加えて、非接触通信を行うことが記載されている。即ち、特許文献２には、電力伝送用アンテナにより電力伝送を行うとともに、情報通信用アンテナにより情報通信を行うリーダ・ライタが記載されている。特許文献２に記載のリーダ・ライタは、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを同一平面内に配置するとともに、これらの両アンテナを構成するコイルの軸線を互いに直交させて両アンテナを配置する。これにより、両アンテナ間の電磁結合による干渉を防止することができる。

また、特許文献２に加えて、特許文献３〜特許文献６には、ワイヤレス電力伝送機能と非接触通信機能との両機能を備えた装置が記載されている。

特開２００６−４２５１９号公報 特開平１１−１２２１４６号公報 特開平１１−３３２１３５号公報 特開２００８−２０６２９７号公報 特開２０１０−４０９０１号公報 特開２０１１−２４３６０号公報

しかしながら、従来のワイヤレス電力伝送機能と非接触通信機能との両機能を備えた装置においては、以下の課題がある。

（１）電力伝送用コイルに高周波電流を流すことによって生じる磁束が、自己のワイヤレス通信用コイルを用いた通信に対して干渉を与えるという問題がある。即ち、電力伝送用コイルと非接触通信用コイルとが近接して配置される場合、電力伝送用コイルと非接触通信用コイルとの間で電磁結合による相互干渉を生じ、非接触通信における誤動作を誘発するという問題がある。

（２）電力伝送用コイルから発生する高調波ノイズが非接触通信の使用周波数帯域に影響を及ぼし、非接触通信における信頼性が損なわれるという問題がある。

（３）特許文献６に記載の装置においては、電力伝送用コイルの裏面と情報伝送用コイルの裏面とに、それぞれ磁気シールド体を配置し、かつ磁気シールド体を配置した電力伝送用コイルと情報伝送用コイルとを積層配置する。このため、特許文献６では、コイルユニットの小型化及び薄型化を図ることができないという問題がある。さらに、特許文献６に記載の装置においては、情報伝送用コイルの位置が電力伝送用コイルに対して偏心した位置にあるため、通信伝送方向に角度依存があるという問題がある。

本発明の目的は、電力伝送用コイルと通信用コイルとの間における干渉を抑制して、通信品質を落とすことなく、電力伝送と情報通信とを同時に行うことができ、コイルを簡単な構成にすることができるコイルユニットを提供することである。

本発明のコイルユニットは、導電部材を巻回して形成した通信用コイルと、前記通信用コイルの周囲に設けられ、前記通信用コイルの巻回軸と前記巻回軸に対して直交する直交軸とを対角線とする矩形状かつ平面状に導電部材を巻回して形成した電力伝送用コイルと、を具備する構成を採る。

本発明によれば、電力伝送用コイルと通信用コイルとの間における干渉を抑制して、通信品質を落とすことなく、電力伝送と情報通信とを同時に行うことができ、コイルを簡単な構成にすることができる。

本発明の実施の形態１に係るコイルユニットの平面図 本発明の実施の形態１に係るコイルユニットの分解斜視図 図１のＣ−Ｃ線断面図 図１のＢ−Ｂ線断面図 本発明の実施の形態１における通信アンテナの一部の斜視図 本発明の実施の形態１における通信アンテナの分解斜視図 本発明の実施の形態１における下側フレキシブル基板のコアとの当接面より通信アンテナを見た図 本発明の実施の形態１における上側フレキシブル基板のコアとの当接面より通信アンテナを見た図 電力伝送用コイルの平面図 本発明の実施の形態１におけるワイヤレス電力伝送システムの平面図 本発明の実施の形態１に係るコイルユニットにおける磁束を示す図 本発明の実施の形態２におけるワイヤレス電力伝送システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２におけるワイヤレス電力伝送システムの制御回路図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
＜コイルユニットの構成＞
本発明の実施の形態１に係るコイルユニット１００の構成について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るコイルユニット１００の平面図である。図２は、本実施の形態に係るコイルユニット１００の分解斜視図である。図３は、図１のＣ−Ｃ線断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

コイルユニット１００は、基板１０１と、電力伝送用コイル１０３と、通信用コイル１０２を内包する通信アンテナ５００と、通信アンテナ５００より引き出される接続線１０５ａ、１０５ｂとから主に構成されている。

基板１０１は、図１に示すように矩形かつ平面状であり、磁性シート等の絶縁性の材料により形成されている。基板１０１には、電力伝送用コイル１０３及び通信用アンテナ５００が設けられている。基板１０１には、中心部から角部まで延設されて外部に連通する凹溝部２０１が形成されている。

基板１０１は、磁性シートであるフェライト等により形成されてもよい。この場合、基板１０１を形成するための材料は、通信用コイル１０２及び電力伝送用コイル１０３のそれぞれにおける周波数に応じて異なる。即ち、基板１０１を形成するための材料は、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトシート（焼結体）、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート（焼結体）、またはＭｇ−Ｚｎ系のフェライトシート（焼結体）などを使うことができる。基板１０１には、アモルファス金属を用いてもよい。フェライトシートを使用する場合は電力伝送用コイル１０３の交流抵抗を低下させることができ、アモルファス金属を使用する場合は電力伝送用コイル１０３を薄型化することができる。

基板１０１は、単層構成としてもよいし、同一材料の磁性シートを厚み方向に複数枚積層した構成でもよいし、異なる材料の磁性シートを厚み方向に複数枚積層してもよい。

電力伝送用コイル１０３は、通信用コイル１０２を内包する通信アンテナ５００の周囲において、１本の線状の導電部材を巻回して形成されている。電力伝送用コイル１０３は、通信用コイル１０２の巻回軸Ｘ上の対角線と、巻回軸Ｘに対して直交する直交軸Ｙ上の対角線との、２つの対角線を有する矩形状かつ平面状に形成されている。電力伝送用コイル１０３は、電力伝送用コイル１０３の巻回軸Ｚに沿った方向から見た際に、通信用コイル１０２と重ならないように基板１０１に設けられている。電力伝送用コイル１０３は、巻回軸Ｚの周囲に、線状導体を巻回して形成されている。巻回軸Ｚは、矩形状の基板１０１の２つの対角線が交わる中心に位置し、巻回軸Ｘ及び直交軸Ｙの各々に対して直交している。電力伝送用コイル１０３には、導電部材の一端に端子部２０３ａが形成されているとともに、導電部材の他端に端子部２０３ｂが形成されている。端子部２０３ａと端子部２０３ｂとは、後述する送電回路部／送電制御部（図１〜図４では省略）または受電回路部／受電制御部（図１〜図４では省略）に接続されているとともに、凹溝部２０１の延設方向と平行な方向であって互いに平行に凹溝部２０１に配置されている。電力伝送用コイル１０３は、矩形状である方が望ましい。なぜならば、電力伝送用コイル１０３を内包する装置は、電力伝送用コイル１０３が矩形である方が円形である場合よりも、同程度の磁束強度を得ようとした場合に小型化できるためである。なお、小型化することができる理由については後述する。

接続線１０５ａは、樹脂またはエナメルなどの絶縁体により被覆された電線により構成されている。ただし、接続部１０５ａの両端部は、通信用コイル１０２及び後述する通信回路部／通信制御部（図１〜図４では省略、後述の図１２、図１３参照）との接続のために、絶縁体の被覆を除去された状態となっている。そして、接続部１０５ａの一方の端部は、通信用コイル１０２に接続されている。接続線１０５ａは、凹溝部２０１の延設方向と平行に凹溝部２０１に配置されているとともに、端子部２０３ａと端子部２０３ｂとの間に配置されている。接続線１０５ａの他方の端部は、後述する通信回路部／通信制御部（図１〜図４では省略、後述の図１２、図１３参照）に接続されている。

接続線１０５ｂは、樹脂またはエナメル等の絶縁体により被覆された電線により構成されている。ただし、接続部１０５ｂの両端部は、通信用コイル１０２及び後述する通信回路部／通信制御部（図１〜図４では省略、後述の図１２、図１３参照）との接続のために、絶縁体の被覆を除去された状態となっている。そして、接続部１０５ｂの一方の端部は、通信用コイル１０２に接続されている。接続線１０５ｂは、凹溝部２０１の延設方向と平行に凹溝部２０１に配置されているとともに、端子部２０３ａと端子部２０３ｂとの間に配置されている。接続線１０５ｂは、接続線１０５ａと平行に凹溝部２０１に配置されている。接続線１０５ｂの他方の端部は、後述する通信回路部／通信制御部（図１〜図４では省略、後述の図１２、図１３参照）に接続されている。

凹溝部２０１は、電力伝送用コイル１０３のコイル軸である巻回軸Ｚと、矩形状の電力伝送用コイル１０３の一つの角部２０５とを結ぶ直線に沿って設けられている。電力伝送用コイル１０３が有する２つの対角線は、矩形状を有する基板１０１が有する２つの対角線と、それぞれ一致するように設けられている。通信用コイル１０２の接続線１０５ａ、１０５ｂと、電力伝送用コイル１０３の端子部２０３ａ、２０３ｂとは、いずれも図１に示すＢ−Ｂ線に並行に、電力伝送用コイル１０３の角部２０５より外側へと平行に引き出される。端子部２０３ａおよび２０３ｂの引き出し方向は、巻回軸Ｚと直交している。従って、電力伝送用コイル１０３が形成する磁界と、通信用コイル１０２の接続線１０５ａ、１０５ｂとの干渉は低減される。

通信アンテナ５００は、巻回軸Ｘを有する通信用コイル１０２を内包する。通信アンテナ５００は、電力伝送用コイル１０３が設けられていない基板１０１の中央部に設けられている。通信アンテナ５００には、凹溝部２０１に配置されている接続線１０５ａ、１０５ｂが接続されている。接続線１０５ａと接続線１０５ｂとは、後述する通信回路部／通信制御部（図１〜図４では省略）に接続し、凹溝部２０１の延設方向と平行な方向であって互いに平行に凹溝部２０１に配置されているとともに、端子部２０３ａと端子部２０３ｂとの間に配置されている。接続線１０５ａ及び接続線１０５ｂは、半田３０１（図４参照）により通信用コイル１０２と接続している。通信用コイル１０２は、例えばＮＦＣ(Near Field Communication)またはＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency - Identification）と呼ばれている、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数を用いて電磁誘導により近距離無線通信を行う。

＜通信アンテナの構成＞
本発明の実施の形態１における通信アンテナ５００の構成について、図５〜図８を用いて説明する。図５は、本実施の形態における通信アンテナ５００の一部の斜視図である。図６は、本実施の形態における通信アンテナ５００の分解斜視図である。図７は、下側フレキシブル基板５０２ａのコア５０１との当接面より通信アンテナ５００を見た図である。図８は、上側フレキシブル基板５０２ｂのコア５０１との当接面より通信アンテナ５００を見た図である。

通信用コイル１０２を内包する通信アンテナ５００は、コア５０１と、フレキシブル基板５０２と、両面接着テープ５０３と、両面接着テープ５０４と、両面接着テープ５０５とから主に構成されている。

コア５０１は、フェライト等により形成されている。この場合、コア５０１を形成するための材料は、通信用コイル１０２及び電力伝送用コイル１０３のそれぞれにおける周波数に応じて異なる。即ち、コア５０１は、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトシート（焼結体）、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート（焼結体）、またはＭｇ−Ｚｎ系のフェライトシート（焼結体）などを使うことができる。コア５０１には、アモルファス金属を用いてもよい。フェライトシートを使用する場合はコア５０１の交流抵抗を低下させることができ、アモルファス金属を使用する場合はコア５０１を薄型化することができる。

コア５０１は、単層構成としてもよいし、同一材料の磁性シートを厚み方向に複数枚積層した構成でもよいし、異なる材料の磁性シートを厚み方向に複数枚積層してもよい。

ただし、電力伝送を行う際の電磁誘導の周波数は、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）等の規格によって、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度（例えば１２０ｋＨｚ）と決まっている。このような低周波数帯において、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートは高効率となる。この点を考慮すると、電力伝送用コイル１０３を直接支持する基板１０１は、少なくとも、透磁率が２５０以上、かつ飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上のものであることが好ましい。また、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトシートは、高周波において高効率である。

従って、本実施の形態においては、約１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚで電力伝送を行う電力伝送用コイル１０３のための基板１０１は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトシートで構成されている。また、本実施の形態では、約１３．５６ＭＨｚで通信を行う通信用コイル１０２のためのコア５０１は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトシートで構成されている。このように、本実施の形態では、コア５０１と基板１０１とを、異なる種類のフェライトで構成することによって、それぞれが効率的に通信及び電力伝送を行うことができる。また、本実施の形態では、コア５０１と基板１０１とを薄型化及び小型化しても、通信及び電力伝送のそれぞれにおいて十分な効率を得ることができる。

フレキシブル基板５０２は、コア５０１の周囲を包み込むように配置されている。フレキジブル基板５０２には、主に樹脂からなる支持体上に、パターンからなる通信用コイル１０２が形成されている。通信用コイル１０２は、図示しないＩＣカードまたはＩＣタグなどの無線通信媒体と通信を行うための磁力線を発生する。通信用コイル１０２は、巻回軸Ｘの周囲に巻回して形成されている。通信用コイル１０２は、例えばフレキシブル基板５０２が有する、ポリイミドフィルムとカバーレイあるいはレジストとの２つの樹脂層の間に銅箔によって形成されている。なお、通信用コイル１０２の構成の詳細については、後述する。

フレキシブル基板５０２は、図６に示すように、コア５０１を挟んで２つに分割されている。本実施の形態においては、便宜上、２つに分割されたフレキシブル基板５０２のうち、外部接続端子５２１、５２２を有する一方を下側フレキシブル基板５０２ａとし、他方を上側フレキシブル基板５０２ｂとする。下側フレキシブル基板５０２ａと上側フレキシブル基板５０２ｂとは、半田により接合されている。下側フレキシブル基板５０２ａと上側フレキシブル基板５０２ｂとは、巻回軸Ｘと略平行なフレキシブル基板５０２の二辺において接合されている。

下側フレキシブル基板５０２ａには、半田付けによる接着を可能とするためのパターン露出部５０７ａ及びパターン露出部５０７ｂが設けられている。複数の分割パターン５１１ａ（図７参照）は、それぞれ通信用コイル１０２の一部分を構成する。それら複数の分割パターン５１１ａの両端の銅箔５０６ａ及び銅箔５０６ｂは、パターン露出部５０７ａ及びパターン露出部５０７ｂにおいて露出している。銅箔５０６ａ、５０６ｂと、銅箔によって形成された外部接続端子５２１、５２２とには、通信アンテナ５００の組み立て前の状態において、あらかじめ金メッキ処理が施されている。また、外部接続端子５２１、５２２には、半田メッキ処理が施されている。

下側フレキシブル基板５０２ａには、図７に示すように、通信用コイル１０２の一部となる複数の分割パターン５１１ａが、互いに平行に、かつ巻回軸Ｘと交わるように形成されている。複数の分割パターン５１１ａの一方の端部は、それぞれパターン露出部５０７ａにおいて銅箔５０６ａが露出された状態になっている。また、複数の分割パターン５１１ｂの他方の端部は、それぞれパターン露出部５０７ｂにおいて銅箔５０６ｂが露出された状態になっている。

上側フレキシブル基板５０２ｂには、半田付けによる接着を可能とするためのパターン露出部５０９ａおよびパターン露出部５０９ｂが設けられている。通信用コイル１０２を複数に分割した分割パターン５１１ｂ（図８参照）の両端の銅箔５０８ａ及び銅箔５０８ｂは、パターン露出部５０９ａおよびパターン露出部５０９ｂにおいて露出している。パターン露出部５０９ａにおいて露出している銅箔５０８ａ、及びパターン露出部５０９ｂにおいて露出している銅箔５０８ｂには、通信アンテナ５００の組み立て前の状態において、あらかじめ半田メッキ処理が施されている。上側フレキシブル基板５０２ｂの巻回軸Ｘ方向の幅は、コア５０１がはみ出さないように設定されている。その理由は、特にコア５０１が割れやすいフェライトで構成されている場合、通信アンテナ５００が組み込まれる通信装置（図示省略）内にコア５０１の破片または残渣が飛散し、通信装置に悪影響を与えることを防ぐためである。

上側フレキシブル基板５０２ｂには、図８に示すように、通信用コイル１０２の一部となる複数の分割パターン５１１ｂが、互いに平行に、かつ巻回軸Ｘと交わるように形成されている。複数の分割パターン５１１ｂの一方の端部は、それぞれパターン露出部５０９ａにおいて銅箔５０８ａが露出された状態になっている。また、複数の分割パターン５１１ｂの他方の端部は、それぞれパターン露出部５０９ｂにおいて銅箔５０８ｂが露出された状態になっている。

なお、本実施の形態においては、銅箔に金メッキ処理または半田メッキ処理が施された状態であっても、銅箔が「露出している」と表現する。

下側フレキシブル基板５０２ａおよび上側フレキシブル基板５０２ｂは、可撓性を有している。なお、「下側」及び「上側」は、理解し易くするために便宜上使用しているものであり、通信アンテナ５００をコイルユニット１００に搭載する際には上下が逆になっても構わない。

両面接着テープ５０３は、コア５０１と下側フレキシブル基板５０２ａとの間に貼付され、下側フレキシブル基板５０２ａとコア５０１とを固定している。

両面接着テープ５０４は、両面接着テープ５０４はコア５０１と上側フレキシブル基板５０２ｂとの間に貼付され、上側フレキシブル基板５０２ｂとコア５０１とを固定している。

両面接着テープ５０４は、下側フレキシブル基板５０２ａの両面接着テープ５０３が貼付されている面の反対側の面に貼付されている。両面接着テープ５０５は、下側フレキシブル基板５０２ａと基板１０１との間に貼付され、通信アンテナ５００と基板１０１とを固定している。

このような構成を有するフレキシブル基板５０２は、銅箔５０６ａと銅箔５０８ａとの位置、及び銅箔５０６ｂと銅箔５０８ｂとの位置がそれぞれ一致するように設計されている。これにより、一つの通信用コイル１０２が形成されるようになっている。

＜通信用コイルの構成＞
本発明の実施の形態１における通信用コイル１０２の構成について、図７及び図８を用いて説明する。

まず、通信用コイル１０２は、下側フレキシブル基板５０２ａ上にある外部接続端子５２１から、パターン露出部５０７ａにより銅箔５０６ａが露出されたランドｊへと引き回される。通信アンテナ５００の組み立て前の状態において、上側フレキシブル基板５０２ｂ上を横断する複数の分割パターン５１１ｂの両端は、パターン露出部５０９ａ、５０９ｂにおいて銅箔５０８ａ、５０８ｂが露出している。また、下側フレキシブル基板５０２ａ上を横断する複数の分割パターン５１１ａの両端は、パターン露出部５０７ａ、５０７ｂにおいて銅箔５０６ａ、５０６ｂが露出している。これより、通信アンテナ５００の組み立て後の状態において、パターン露出部５０７ａにおいて銅箔を露出させることにより形成されたランドｊは、パターン露出部５０９ａにおいて銅箔を露出させることにより形成されたランドｋと半田により接合される。

ランドｋは、上側フレキシブル基板５０２ｂ上において、パターン露出部５０９ｂにおいて銅箔を露出させることにより形成されたランドｍと、導体パターンｎによって接続される。

パターン露出部５０９ｂにおいて銅箔を露出させることにより形成されたランドｍは、パターン露出部５０７ｂにおいて銅箔を露出させることにより形成されたランドｐと半田により接合される。ランドｐは、パターン露出部５０７ａにおいて銅箔を露出させることにより形成されたランドｑと、導体パターンｒによって接続される。

上記のように、コア５０１を挟んで分割された複数の導体パターン５１１ａと導体パターン５１１ｂとの半田接合が繰り返されることにより、下側フレキシブル基板５０２ａ上にある外部接続端子５２１を出発した導体パターンは、コア５０１を周回した後、外部接続端子５２２へと接続される。この結果、巻回軸Ｘの周囲に、らせん状の導体パターンが形成される。このらせん状の導体パターンが、通信用コイル１０２である。

上記の構成を有する通信用コイル１０２は、ＩＣカードまたはＩＣタグなどの無線通信媒体と通信を行う。

＜電力伝送用コイルを保持するための基材の大きさ＞
電力伝送用コイルを保持するための基材（以下、「電力伝送用コイルの基材」と記載する）の大きさについて、図９を用いて説明する。

図９（ａ）は、本実施の形態における電力伝送用コイル１０３の平面図である。図９（ｂ）は、電力伝送用コイル１０３と同程度の磁束強度が得られる円形状の電力伝送用コイル１０３ａの平面図である。図９（ｃ）は、矩形状の電力伝送用コイル１０３と、円形状の電力伝送用コイル１０３ａとを、それぞれの中心を重ねて上面から見た図である。

本実施の形態では、電力伝送用コイル１０３の基材は、磁性シート（基板１０１）で形成されている。基材を磁性シートで形成するのは、以下の２つの理由による。

１つ目の理由は、電力伝送用コイル１０３で発生する磁束を、電力伝送用コイル１０３から見て、できるだけ磁性シートとは反対側に向かって飛ばすためである。また、２つ目の理由は、磁性シートの電力伝送用コイル１０３、１０３ａの配置面とは反対側の面に、金属筐体または電気回路基板を配置することを想定しているためである。

もし、電力伝送用コイル１０３、１０３ａが基材の外縁からはみ出した場合には、基材の電力伝送用コイル１０３、１０３ａの配置面とは反対側の面に、電力伝送用コイル１０３、１０３ａより生じた磁束が漏れる。この結果、上記の金属筐体または電気回路基板には、電力伝送用コイル１０３、１０３ａで発生する磁束により、渦電流が発生する。そして、上記の金属筐体または電気回路基板には、その渦電流により、電力伝送用コイル１０３、１０３ａで発生する磁束の方向とは反対方向の磁束が発生する。結果的には、これら反対方向の磁束が電力伝送用コイル１０３、１０３ａで発生した磁束を弱めることになり、磁束強度の低下が生じる。従って、電力伝送用コイル１０３、１０３ａが基材の外縁からはみ出した場合には、電力伝送用コイル１０３、１０３ａで発生する磁束を、電力伝送用コイル１０３、１０３ａから見て磁性シートとは反対側に向かって飛ばす力が弱くなる。

上記より、基材は、少なくとも電力伝送用コイル１０３、１０３ａがはみ出さない大きさに形成する必要がある。

＜電力伝送用コイルを矩形状にすることによる利点＞
本実施の形態における電力伝送用コイル１０３を矩形状にすることによる利点について、図９を用いて説明する。

コイルユニット１００は、電力伝送用コイル１０３を矩形状とすることにより、全体を小型化することができる。即ち、コイルユニット１００は、占有面積を増やすことなく、充電と通信とを同時に行うことができる。

矩形状の電力伝送用コイル１０３の対角線の長さは、同程度の磁束強度が得られる円形形状の電力伝送用コイル１０３ａの直径より長くなってしまう。この点だけをみれば、矩形状の電力伝送用コイル１０３ａの方が、円形形状の電力伝送用コイル１０３ａよりも、コイルユニット１００における専有面積が大きくなるようにも思える。

しかしながら、矩形状の電力伝送用コイル１０３を用いたコイルユニット１００は、基材の形状まで考えると、円形形状の電力伝送用コイル１０３ａを用いたコイルユニットよりも小型化することができる。

即ち、電力伝送用コイル１０３、１０３ａの基材は、上記の通り、平面から見て、電力伝送用コイル１０３、１０３ａがはみ出さない大きさにしなければならない。仮に、電力伝送用コイル１０３と電力伝送用コイル１０３の基材とがほぼ同じ大きさである場合には、図９（ａ）に示す矩形状の電力伝送用コイル１０３の外縁が、基材の外縁となる。また、図９（ｂ）に示す円形形状の電力伝送用コイル１０３ａの基材は、上記の通り矩形状であるため、少なくとも図９（ｃ）に破線で示す大きさの矩形状となる。この結果、図９（ｃ）より、電力伝送用コイル１０３ａの破線で示す矩形状の基材の外縁は、電力伝送用コイル１０３の外縁よりも、Ｌだけ大きくなる。即ち、基材を考慮した場合、円形形状の電力伝送用コイル１０３ａを保持する基材の方が、矩形状の電力伝送用コイル１０３を保持する基材よりも大きくなる。この状況は、マージンを取って、電力伝送用コイル１０３、１０３ａよりも基材を大きくした場合であっても変わらない。

従って、矩形状の電力伝送用コイル１０３を用いるコイルユニット１００は、円形形状の電力伝送用コイル１０３ａを用いたコイルユニットよりも、全体を小型化することができる。このことは、コイルユニット１００を搭載するワイヤレス電力伝送システム全体の小型化にも繋がる。

さらに、通信用コイル１０２は、矩形状の電力伝送用コイル１０３を形成する巻き線の内側に設けられることにより、電力伝送用コイル１０３による占有面積を増やすことなく、充電と通信とを同時に行うことができる。この際、通信用コイル１０２は、矩形状を有する電力伝送用コイル１０３の内側に配置されるとともに、巻回軸Ｘが電力伝送用コイル１０３の巻回軸Ｚに対して直交するように配置されることにより、電力伝送用コイル１０３から生じる磁界により受ける影響を小さくすることができる。なお、磁界により受ける影響を小さくすることができる理由については、後述する。

以上、図９を用いて述べたことを、後述の図１２及び図１３に示すワイヤレス電力伝送システム６００に応用して、１次側電力伝送用コイル１０３Ａ及び２次側電力伝送用コイル１０３Ｂを矩形状とし、それぞれの内側に配置される１次側通信用コイル１０２Ａ及び２次側通信用コイル１０２Ｂを円形形状とすれば、コイルユニット１００Ａ、１００Ｂ全体を小型化することができる。

＜通信時の送電装置と電子機器との位置関係＞
本実施の形態における通信時の送電装置６１０と電子機器６２０との位置関係について、図１０を用いて説明する。

図１０は、送電装置６１０と、送電装置６１０上に配置された電子機器６２０とを巻回軸Ｚ方向に沿った方向から見た図である。図１０は、送電装置６１０の１次側通信用コイル１０２Ａ及び１次側電力伝送用コイル１０３Ａに対して、電子機器６２０の２次側通信用コイル１０２Ｂ及び２次側電力伝送用コイル１０３Ｂが、巻回軸Ｚ方向に沿った方向から見て斜めに配置された場合を示す。

電子機器６２０は人間の手で送電装置６１０上に置かれるので、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘの方向と、２次側通信用コイル１０２Ｂの巻回軸Ｘの方向とが一致しない図１０に示す状態は頻繁に起こり得る。しかしながら、通信性能の低下を防ぐためには、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘの方向と、２次側通信用コイル１０２Ｂの巻回軸Ｘの方向とを揃える必要がある。

上記より、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘの方向と、２次側通信用コイル１０２Ｂの巻回軸Ｘの方向とを揃えるために、送電装置６１０が有する１次側コイルユニット１００Ａには、中心部を回転軸として回転する回転機構を設けてもよい。この場合、例えば１次側通信用コイル１０２Ａは、２次側通信用コイル１０２Ｂに対して、あらかじめ決められた信号を送信するようにする。１次側コイルユニット１００Ａは、１次側通信用コイル１０２Ａと２次側通信用コイル１０２Ｂとの間の通信状態を確認しながら回転される。そして、１次側コイルユニット１００Ａは、最も通信状態が良い状態である、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘと２次側通信用コイル１０２Ｂの巻回軸Ｘとが一致した際に停止される。これにより、本実施の形態では、１次側通信用コイル１０２Ａと２次側通信用コイル１０２Ｂとの間における位置合わせを容易にすることができるとともに通信性能を向上させることができる。

＜コイルユニットにおける磁束＞
本発明の実施の形態１に係るコイルユニット１００における磁束について、図１１を用いて説明する。

図１１は、後述するワイヤレス電力伝送システムにおいて、送電装置が１次側電力伝送用コイル１０３Ａから、電子機器が有する２次側電力伝送用コイル１０３Ｂへのワイヤレス電力伝送中に、１次側電力伝送用コイル１０３Ａが発生させる磁界の状態を示す断面図である。ここで、１次側電力伝送用コイル１０３Ａ及び２次側電力伝送用コイル１０３Ｂは、図１〜図４に示す電力伝送用コイル１０３と同一構成をそれぞれ有している。また、１次側通信用コイル１０２Ａ及び２次側通信用コイル１０２Ｂは、図１〜図８に示す通信用コイル１０２と同一構成をそれぞれ有している。

図１１（ａ）は、図１に示すＢ−Ｂ線断面における磁界の状態を示す図である。図１１（ｂ）は、図１に示すＡ−Ａ線断面における磁界の状態を示す図である。

１次側電力伝送用コイル１０３Ａより発生する磁力線は、矩形状の１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線において、１次側電力伝送用コイル１０３の対角線以外の部分（以下、「１次側電力伝送用コイル１０３の他の部分」と記載する）（例えば図１に示すＣ−Ｃ線に相当する辺部分）よりも集中する。従って、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線の断面に発生する磁界の方が、１次側電力伝送用コイル１０３の他の部分の断面に発生する磁界よりも強くなる。即ち、図１１（ａ）に示す磁力線の方が、図１１（ｂ）に示す磁力線よりも図９の上下方向における幅が大きくなる。

ここで、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線と１次側電力伝送用コイル１０３Ａの他の部分とにおいて、電力伝送用コイル１０３の巻回軸Ｚ（図２参照）に沿った方向から見て、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの内側端面と１次側通信用コイル１０２Ａの外側端面との間の距離が同じである場合には、以下の問題が生じる。即ち、１次側通信用コイル１０２Ａは、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線上（図１に示すＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った方向）では、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの他の部分（例えば図１に示すＣ−Ｃ線に沿った方向）よりも、１次側電力伝送用コイル１０３Ａより発生する磁界からの干渉を受けやすい。

また、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線の１つである図１に示すＡ−Ａ線は、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの内側に配置された１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘと一致する。そして、１次側通信用コイル１０２Ａから発生する磁束は、巻回軸Ｘ付近が最も強く、巻回軸Ｘから離れるに従って弱くなる。

ここで、通信アンテナ５００が内包する通信用コイル１０２において、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの巻回軸Ｚ（図２参照）に沿った方向から見て、通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘに直交する方向（以後、「図２におけるＹ軸の方向」と記載）の長さは、巻回軸Ｘ方向の長さよりも長くなっている。この構成により、図２におけるＹ軸の方向における端部と１次側電力伝送用コイル１０３Ａとの間の距離は、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘ方向における端部と１次側電力伝送用コイル１０３Ａとの間の距離よりも大きくなる。従って、本実施の形態では、１次側電力伝送用コイル１０３Ａの巻回軸Ｚに沿った方向から見て、通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘが、矩形状の１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線と一致するにもかかわらず、図２におけるＹ軸の方向の端部と、１次側電力伝送用コイル１０３Ａとの間の距離を確保することができる。これにより、１次側通信用コイル１０２Ａが１次側電力伝送用コイル１０３Ａから受ける干渉は、低減される。即ち、１次側通信用コイル１０２Ａより発生する磁束が増加する。さらに、１次側通信用コイル１０２Ａは、図２におけるＹ軸の方向が、矩形状の１次側電力伝送用コイル１０３Ａが有する対角線に沿った方向と一致するよう配置されている。このことにより、１次側通信用コイル１０２Ａの図２におけるＹ軸の方向の長さを、他の場合より大きく取ることができ、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘ方向に発生する磁束がさらに増加する。すなわち、１次側通信用コイル１０２Ａによる通信品質が向上する。

なお、矩形状の１次側電力伝送用コイル１０３Ａの対角線の１つと、１次側通信用コイル１０２Ａの巻回軸Ｘとは一致するので、１次側通信用コイル１０２Ａの図２におけるＹ軸の端部と、１次側電力伝送用コイル１０３Ａとの間の距離が、巻回軸Ｘを中心として線対称となる。従って、１次側通信用コイル１０２Ａが１次側電力伝送用コイル１０３Ａから受ける干渉が最小となり、１次側通信用コイル１０２Ａより発生する磁束が最大となる。

上記より、１次側電力伝送用コイル１０３Ａから発生する磁界により１次側通信用コイル１０２Ａが受ける影響を大きくすることなく、１次側通信用コイル１０２Ａによる通信性能をさらに向上させることができる。また、１次側通信用コイル１０２Ａから発生する磁界により１次側電力伝送用コイル１０３Ａが受ける影響を大きくすることなく、１次側電力伝送用コイル１０３Ａによる通信性能をさらに向上させることができる。

なお、上記は、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂ及びその内側に配置された２次側通信用コイル１０２Ｂについても同様である。

上記に加えて、本実施の形態では、電力伝送用コイル１０３の巻回軸Ｚと、通信用コイル１０２の巻回軸Ｘとは互いに直交している。通信用コイル１０２から発生する磁束は、Ｘ軸方向に向かう。また、電力伝送用コイル１０３から発生する磁束は、Ｚ軸方向に向かう。即ち、通信用コイル１０２から生じる磁束と電力伝送用コイル１０３から生じる磁束とは、互いに直交する方向に向かう。これにより、本実施の形態では、通信用コイル１０２と電力伝送用コイル１０３とを同時に使用しても、互いに及ぼす磁束の影響を最小限にすることができる。

また、通信用コイル１０２の接続線１０５ａ、１０５ｂは、本実施の形態においては直交軸Ｙの方向へと引き出される。直交軸Ｙの方向は、通信用コイル１０２の巻回軸Ｘの方向とは異なるとともに電力伝送用コイル１０３の巻回軸Ｚの方向に対して直交する方向である。従って、電力伝送用コイル１０３が形成する磁界と、通信用コイル１０２の接続線１０５ａ、１０５ｂとの干渉は低減される。

上記の通り、コイルユニット１００では、通信用コイル１０２と電力伝送用コイル１０３との干渉を低減することができるので、電力伝送と通信とを同時に行うことができる。

＜コイルユニットの組み立て方法＞
本発明の実施の形態１に係るコイルユニット１００の組み立て方法について、図５〜図８を用いて説明する。

まず、図５に示すように、コア５０１と下側フレキシブル基板５０２ａとは、両面接着テープ５０３により固定される。

次に、コア５０１と上側フレキシブル基板５０２ｂとは、両面接着テープ５０４により固定される。

この際、分割パターン５１１ａにおいて、銅箔５０６ａはパターン露出部５０７ａにおいて露出しているとともに、銅箔部５０６ｂはパターン露出部５０７ｂにおいて露出している。また、分割パターン５１１ｂにおいて、銅箔部５０８ａはパターン露出部５０９ａにおいて露出しているとともに、銅箔部５０８ｂはパターン露出部５０９ｂにおいて露出している。従って、次に、パターン露出部５０７ａにおいて露出している銅箔５０６ａと、パターン露出部５０９ａにおいて露出している銅箔５０８ａとは、半田により接合される。また、パターン露出部５０７ｂにおいて露出している銅箔５０６ｂと、パターン露出部５０９ｂにおいて露出している銅箔５０８ｂとは、半田により接合される。これにより、通信アンテナ５００の通信用コイル１０２が形成されるとともに、通信アンテナ５００が完成する。

次に、下側フレキシブル基板５０２ａは、両面接着シート５０５により基板１０１に固定される。この際、通信アンテナ５００は、基板１０１に貼付される箇所がたとえ曲面を有していても、その曲面に沿って貼付される。

次に、第１の導電端子部５２１に接続線１０５ｂを接続させるとともに、第２の導電端子部５２２に接続線１０５ａを接続させる。

次に、基板１０１の中央部に通信アンテナ５００を配置する。この際、通信用コイル１０２の巻回軸Ｘが基板１０１の対角線と一致するように通信アンテナ５００を配置する。

次に、基板１０１上の通信アンテナ５００の周囲に、導電性の線状導体を矩形状かつ平面状に巻回して、電力伝送用コイル１０３を形成する。この際、矩形状に巻回した電力伝送用コイル１０３は、１つの対角線が通信用コイル１０２の巻回軸Ｘと一致するように、導電部材を巻回して形成される。また、矩形状に巻回した電力伝送用コイル１０３は、上記対角線以外の他の対角線が直交軸Ｙと一致するように、導電部材を巻回して形成される。

なお、コア５０１のフレキシブル基板５０２への固定方法については、本実施の形態に示すように、コア５０１の両面への両面接着テープ５０３及び両面接着テープ５０４の貼付である必要は必ずしもない。例えば、両面接着テープ５０３、５０４のいずれか一方のみによる固定方法が考えられる。また、コア５０１と各フレキシブル基板との間に両面接着テープを貼る代わりに、巻回軸Ｘと略直交しかつ半田付けにより接合されていないフレキシブル基板５０２の二辺において、下側フレキシブル基板５０２ａと上側フレキシブル基板５０２ｂとを接着する方法も考えられる。この時、下側フレキシブル基板５０２ａと上側フレキシブル基板５０２ｂとは、コア５０１の外縁よりも巻回軸Ｘ方向の外側に延ばす必要がある。そして、この部分の接着については、先ほどと同様に両面接着テープによるものの他に、接着剤を直接塗布する方法などがある。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、電力伝送用コイルと通信用コイルとの間における干渉を抑制して、通信品質を落とすことなく、電力伝送と情報通信とを同時に行うことができ、コイルを簡単な構成にすることができる。

また、本実施の形態によれば、電力伝送用コイルを平面状にするので、小型化及び薄型化することができる。

（実施の形態２）
＜ワイヤレス電力伝送システムの構成＞
本発明の実施の形態２におけるワイヤレス電力伝送装置６００の構成について、図１２及び図１３を用いて説明する。

図１２は、本実施の形態におけるワイヤレス電力伝送システム６００の構成を示すブロック図である。図１３は、本実施の形態におけるワイヤレス電力伝送システム６００の制御回路図である。

なお、図１２及び図１３において、１次側電力伝送用コイル１０３Ａ及び２次側電力伝送用コイル１０３Ｂは、図１〜図４における電力伝送用コイル１０３と同一構成を有している。また、図１２及び図１３において、１次側通信用コイル１０２Ａ及び２次側通信用コイル１０２Ｂは、図１〜図４における通信用コイル１０２と同一構成を有している。

図１２に示すように、ワイヤレス電力伝送装置システム６００は、送電装置６１０と、受電装置である電子機器６２０と、を含んで構成される。

送電装置６１０と電子機器６２０とは、電磁誘導結合することにより、ワイヤレスで電力伝送を行うワイヤレス電力伝送装置を形成する。

＜送電装置の構成＞
本発明の実施の形態２における送電装置６１０の構成について、図１２及び図１３を用いて説明する。

送電装置６１０は、電子機器６２０が載置されて、電子機器６２０の２次電池６２４（図１３参照、以下同様）の充電を行う充電装置である。また、送電装置６１０は、電子機器６２０とＮＦＣ等の非接触通信を行う。

送電装置６１０は、１次側電力伝送用コイル１０３Ａと、送電回路部／送電制御部６１１と、１次側通信用コイル１０２Ａと、通信回路部／通信制御部６１２と、パーソナルコンピュータ６１４等を接続するインターフェイス６１３と、を備えている。

１次側電力伝送用コイル１０３Ａは、電子機器６２０の２次電池６２４の充電を行う際の送電側のコイルである。なお、１次側電力伝送用コイル１０３Ａは、図１〜図４に示す電力伝送用コイル１０３と同一構成であるので、その説明を省略する。

送電回路部／送電制御部６１１は、１次側電力伝送用コイル１０３Ａへの電力供給とその制御を行う。

＜電子機器の構成＞
本発明の実施の形態２における電子機器６２０の構成について、図１２及び図１３を用いて説明する。

電子機器６２０は、受電側の電子機器である。ここでは、電子機器内の負荷として蓄電用の２次電池６２４を内蔵する電子機器に適用している。

電子機器６２０は、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂと、受電回路部／受電制御部６２１と、２次側通信用コイル１０２Ｂと、通信回路部／通信制御部６２２と、を備えている。

２次側電力伝送用コイル１０３Ｂは、２次電池６２４の充電を行う際の受電側となる受電側のコイルである。なお、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂは、図１〜図４に示す電力伝送用コイル１０３と同一構成であるので、その説明を省略する。

＜ワイヤレス電力伝送システムの動作＞
本発明の実施の形態２に係るワイヤレス電力伝送システム６００の動作について説明する。

電子機器６２０の２次側電力伝送用コイル１０３Ｂが、送電装置６１０の１次側電力送電用コイル１０３Ａに接近することで、両コイルの電磁誘導結合により２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに交流電圧が誘起される。誘起された交流電圧は、受電回路部／受電制御部６２１に供給される。

商用電源である１００〔Ｖ〕の交流電圧を、図示しないＡＣ／ＤＣコンバータにより所定の直流電圧に変換し、その直流電圧を所定の周波数の交流電圧を生成して、その生成された交流電圧を送電回路部／送電制御部６１１に送る。生成された交流電圧は、送電回路部／送電制御部６１１から１次側電力伝送用コイル１０３Ａに供給され、１次側電力伝送用コイル１０３Ａを所定の共振周波数で発振させる。共振コンデンサの容量は、電力伝送の信号の搬送波周波数Ｆ（Ｈｚ）と、コイルのインダクタンスから決定することができ、Ｆ＝１／２π√ＬＣ、で与えられる。

一方、電子機器６２０では、送電装置６１０の１次側電力伝送用コイル１０３Ａの発振によって２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに交流電圧が誘起される。誘起された交流電圧は、図示しない整流回路を通じて整流され、平滑回路にて平滑化した直流電圧により２次電池６２４の充電を行う。

ここで、送電装置６１０の１次側電力伝送用コイル１０３Ａの発振によって２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに交流電圧が誘起され２次電池６２４の充電を行う前に、受電装置である電子機器６２０が送電装置６１０の端末載置台に設置されていることを検知する。

まず、送電装置６１０の端末載置台に電子機器６２０が置かれ、電子機器６２０の２次側電力伝送用コイル１０３Ｂと送電装置６１０の１次側電力伝送用コイル１０３Ａとが近接配置される。この近接配置により、負荷インピーダンスが変化して、１次側電力伝送用コイル１０３Ａに電圧又は電流値の変動が生じる。送電回路部／送電制御部６１１は、上記変動値を予め定めておいた値と比較して、充電対象である電子機器６２０が存在することを検知する。

同様に、受電側である電子機器６２０でも、送電装置６１０の端末載置台に電子機器６２０が置かれて、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂと１次側電力伝送用コイル１０３Ａとが近接配置されることで、負荷インピーダンスが変化することにより１次側電力伝送用コイル１０３Ａに生じた電圧又は電流値の変動を検知する。受電回路部／受電制御部６２１は、上記変動値を予め定めておいた値と比較して、電子機器６２０が充電装置である送電装置６１０の載置台に置かれたことを検知する。

電子機器６２０が、送電装置６１０の載置台に置かれる際、コイル同士が適切な近接配置に置かれることにより高効率の電力伝送がなされる。しかし、電子機器６２０が不適切な位置に置かれると、電力電送効率は低下する傾向にある。そのため、適切な位置関係に置かれているかどうかをユーザに何らかの方法で通知し、適切な位置に置くように促すことが好ましい。

本実施の形態のワイヤレス電力伝送システム６００は、両コイル間の少々の位置ずれがあったとしても、電力電送効率が大きく低下することがないため、比較的ラフな位置決めであっても一定の電力電送効率が得られる。

また、本実施の形態のワイヤレス電力伝送システム６００は、送電装置６１０と電子機器６２０とは、１次側電力伝送用コイル１０３Ａと２次側電力伝送用コイル１０３Ｂを介して双方の機器に関する情報信号の伝達が可能である。例えば、１次側電力伝送用コイル１０３Ａと２次側電力伝送用コイル１０３Ｂとが近接配置され、そのときの電圧変動を検出して、適切な配置を検知した場合、１次側電力伝送用コイル１０３Ａ及び２次側電力伝送用コイル１０３Ｂ間で各々の機器及び装置の識別情報をやりとりして、互いに相手方の認証を行う。そして、１次側電力伝送用コイル１０３Ａと２次側電力伝送用コイル１０３Ｂとが適切な近接配置された検知し、各々の機器及び装置が互いに相手方を認証できた場合に、１次側電力伝送用コイル１０３Ａから２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに電力伝送が行われ、その伝送された電力により電子機器６２０の２次電池６２４の充電が行われる。

次に、送電装置６１０と電子機器６２０間でのワイヤレス電力伝送の制御について説明する。

＜電力伝送制御＞
図１３に示すように、送電装置６１０は、１次側電力伝送用コイル１０３Ａ、送電制御部６１１Ａ、送電回路部６１１Ｂ、１次側通信用コイル１０２Ａ、通信制御部６１２Ａ、通信回路部６１２Ｂ、インターフェイス６１３、制御部６１５、及びデータ記憶部６１６を備える。

送電制御部６１１Ａ及び送電回路部６１１Ｂは、図１３の送電回路部／送電制御部６１１と同様の機能を有する。通信制御部６１２Ａ及び通信回路部６１２Ｂは、図１３の通信回路部／通信制御部６１２と同様の機能を有する。

制御部６１５は、マイクロプロセッサ等により構成され、データ記憶部６１６に記憶されたプログラム及びデータを基に送電装置６１０全体を制御する。

商用電源６１７から供給される交流電圧は、図示しないＡＣ／ＤＣコンバータを通じて所定の直流電圧に変換される。この直流電圧は、送電制御部６１１Ａを介して送電回路部６１１Ｂへ供給される。

送電回路部６１１Ｂは、少なくともドライバ及び共振回路（いずれも図示略）を有している。ドライバは、送電制御部６１１Ａによる制御によって、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電圧を所定の周波数を有する交流電圧に変換する。共振回路は、コンデンサの容量ＣとコイルのインダクタンスＬからなる共振回路により、ドライバからの交流電圧に応じて共振する。これにより、１次側電力伝送用コイル１０３Ａを所定の共振周波数で発振させる。

また、送電回路部６１１Ｂは、送電制御部６１１Ａから供給される装置の状態や認証のための情報を含んだ変調信号を電力伝送用の交流信号に重畳するか又は、その情報のみを単独で電子機器６２０への情報送信も行うことが可能である。

送電制御部６１１Ａは、送電装置６１０から電子機器６２０へ充電電力を伝送する場合には、送電回路部６１１Ｂのドライバを制御し、ドライバから１次側電力伝送用コイル１０３Ａへ所定の周波数の交流電圧を供給させる。また、送電制御部６１１Ａは、送電装置６１０の載置台へ電子機器６２０の接近配置や移動により１次側電力伝送用コイル１０３Ａに発生する電圧又は電流変動を検知する。そして、送電装置６１０の載置台へ電子機器６２０の接近配置や移動の検知に基づいて、ドライバから１次側電力伝送用コイル１０３Ａへの交流電圧の供給と停止の制御などを行う。さらに、送電制御部６１１Ａは、送電装置６１０と電子機器６２０間での各々の機器状態の情報を送信する変復調回路（図示略）を有している。機器の状態の情報に応じて変調した信号を生成して送信を行うことにより、１次側電力伝送用コイル１０３Ａから、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂへ情報送信が行われる。

逆に、電子機器６２０から機器情報の受信を行う場合、電子機器６２０から送られてきた変調信号を取り出し、変復調回路で変調信号の復調が行われ、電子機器６２０から送られる情報の受信が行われる。

一方、電子機器６２０は、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂ、受電制御部６２１Ａ、受電回路部６２１Ｂ、２次側通信用コイル１０２Ｂ、通信制御部６２２Ａ、通信回路部６２２Ｂ、充放電制御回路６２３、２次電池６２４、制御部６２５、及びデータ記憶部６２６を備える。

受電制御部６２１Ａ及び受電回路部６２１Ｂは、図１３の受電回路部／受電制御部６２１と同様の機能を有する。また、通信制御部６２２Ａ及び通信回路部６２２Ｂは、図１３の通信回路部／通信制御部６２２と同様の機能を有する。

２次電池６２４は、端末の動作電力を発生する。

制御部６２５は、マイクロプロセッサ等により構成され、データ記憶部６２６に記憶されたプログラム及びデータを基に電子機器６２０全体を制御する。

受電回路部６２１Ｂは、１次側電力伝送用コイル１０３Ａからの電磁誘導により２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路（図示略）と、整流回路から送られた直流電圧を電子機器６２０の充電で使用される所定電圧に変換するレギュレータ（図示略）から構成される。また、送電装置６１０へ機器状態の情報を送るための２次側電力伝送用コイル１０３Ｂの共振回路とドライバ（いずれも図示略）を備えている。

レギュレータにより、所定電圧に変換された直流電圧は、受電制御部６２１Ａに送られる。受電制御部６２１Ａは、受電回路部６２１Ｂが受電した電力を、充放電制御回路６２３へ送り、２次電池６２４の充電を行う。また、受電制御部６２１Ａは、電子機器６２０の機器状態、例えば温度上昇、２次電池６２４の充電状態、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに発生する電圧変動等を検出する。さらに、受電制御部６２１Ａは、送電装置６１０へ機器情報に応じた変調した信号を受電回路部６２１Ｂへ送る変復調回路（図示略）を備える。

受電回路部６２１Ｂの発振回路は、電子機器６２０から送電装置６１０へ情報伝送を行う際、ドライバは受電制御部６２１Ａにより、共振回路を共振させることにより、２次側電力伝送用コイル１０３Ｂを所定の共振周波数で発振させる。ドライバは、受電制御部６２１Ａから供給される情報送信用の変調信号を送信する。

送電装置６１０と電子機器６２０間での情報信号の送受信は、単純なビット通信でもあってもよいし、コード化通信であってもよい。

また、本実施の形態では、送電装置６１０は、負荷インピーダンスの変化に基づく電圧値が予め定めた所定の電圧値にならなかった時や、相互の機器間での識別認証ができなかった時は何らかの異常な状態にあるものとして、１次側電力伝送用コイル１０３Ａへの電力供給を行わないように制御される。

また、本実施の形態では、１次側電力伝送用コイル１０３Ａと２次側電力伝送用コイル１０３Ｂの両コイルが、電磁誘導結合により２次側電力伝送用コイル１０３Ｂに交流電圧が誘起され、受電回路部６２１Ｂに供給され、電子機器６２０の２次電池６２４の充電が行われている場合、送電装置６１０と電子機器６２０との間で、１次側電力伝送用コイル１０３Ａ及び２次側電力伝送用コイル１０３Ｂを介して２次電池６２４の充電情報の送信が行われる。例えば、２次電池６２４の充電の継続が必要な場合は、１次側電力伝送用コイル１０３Ａからの電力伝送を継続する。また、２次電池６２４の充電が完了した場合は、電力伝送を停止する。また何らかの異常を示す情報が供給されたような場合にも電力伝送を停止する制御を行う。

＜非接触通信制御＞
送電装置６１０及び電子機器６２０は、ＲＦＩＤ、ＮＦＣ、無線ＬＡＮ、３Ｇ通信モジュール、Bluetooth（登録商標）等のような電気的な接点を用いずに非接触で通信を行う機能を搭載する。具体的には、送電装置６１０は、１次側通信用コイル１０２Ａ、通信制御部６１２Ａ、及び通信回路部６１２Ｂを備え、電子機器６２０は、２次側通信用コイル１０２Ｂ、通信制御部６２２Ａ、及び通信回路部６２２Ｂを備える。

１次側通信用コイル１０２Ａ及び２次側通信用コイル１０２Ｂは、非接触通信に用いられるアンテナである。通信制御部６１２Ａ、６２２Ａ及び通信回路部６１２Ｂ、６２２Ｂは、非接触通信の信号処理及び制御を行うための非接触通信回路である。

電子機器６２０は、例えば、携帯情報端末、携帯電話機、ディジタルカメラ等である。送電装置６１０は、インターフェイス６１３を介してパーソナルコンピュータ６１４とデータのやり取りが可能である。

送電装置６１０には、電子機器６２０と非接触通信を行うための非接触通信アンテナである１次側通信用コイル１０２Ａが設けられる。

データ記憶部６１６は、画像、音声又はテキストなどからなるデータを保存する。

通信回路部６１２Ｂは、例えば、ＮＦＣや、Bluetooth（登録商標）などで規定される通信方式に従って、通信制御部６１２Ａの制御に基づいて、電子機器６２０と無線通信を行う。例えば、通信回路部６１２Ｂは、通信制御部６１２Ａの制御に基づいて、データ記憶部６１６に記憶されているデータを読み出して、無線で、電子機器６２０に送信する。また、通信回路部６１２Ｂは、電子機器６２０との通信により電子機器６２０から送信されてくる情報データを受信し、通信制御部６１２Ａに供給する。

電子機器６２０には、送電装置６１０と非接触通信を行うための非接触通信アンテナである２次側通信用コイル１０２Ｂが設けられる。

通信回路部６２２Ｂは、通信制御部６２２Ａの制御に基づいて、データ記憶部６２６に記憶されているデータを読み出して、無線で、送電装置６１０に送信する。

電子機器６２０は、ユーザからの指示を受ける操作部（図示略）を備える。通信制御部６２２Ａは、ユーザからの指示に応じて、通信回路部６２２Ｂを制御し、データ記憶部６２６に記憶されているデータを、電子機器６２０から送電装置６１０へ、又は送電装置６１０から電子機器６２０に送信する。また、電子機器６２０と送電装置６１０が磁気的に結合した段階で自動的に電子機器に蓄えられたデータ情報を、送電装置６１０に非接触通信して送信する方法も好ましい。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、送電装置６１０から電子機器６２０にワイヤレスで電力伝送されている間に、例えば、ユーザが、送電装置６１０から電子機器６２０にデータを送信するように、操作部からの指示が入力されると、送電装置６１０から電子機器６２０にデータが送信される。また、ユーザからの指示をまたずに磁気結合により電力電送されると、電子機器６２０から送電装置６１０にデータが送信される。これにより、上記実施の形態１の効果に加えて、電力電送される間にデータ通信が中断され、ユーザに対して待ち時間に伴うイライラ感を与えることを防ぐことができる。

＜本実施の形態の変形例＞
本実施の形態において、コイルユニットを充電装置及び電子機器、またワイヤレス電力伝送装置に用いたが、本発明はこれに限らず、コイルユニットは、携帯端末等どのような電子機器に適用してもよい。電磁誘導により非接触で電力を伝送する機器であれば、どのような装置でもよく、例えば携帯電話機等の携帯端末装置に適用してもよい。当然のことながら、コイルユニットは、送電コイル又は受電コイルのいずれであってもよい。

また、本実施の形態において、コイルユニット及び電力伝送装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、コイルユニットは平面コイル、送電コイル又は受電コイル、コイルユニット、電力伝送装置はワイヤレス電力伝送装置、非接触電力伝送システム等であってもよい。

また、本実施の形態において、上記コイルユニットを構成する各部、例えば線状導体等の種類・形状、取付方法などは前述した実施の形態に限られない。

本発明にかかるコイルユニットは、送電装置から電子機器等に対して電磁誘導により非接触で電力を伝送するのに好適である。

１００ コイルユニット
１０１ 基板
１０２ 通信用コイル
１０３ 電力伝送用コイル
１０５ａ、１０５ｂ 接続線
２０１ 凹溝部
５００ 通信アンテナ

Claims (5)

1. 導電部材を巻回して形成した通信用コイルと、
   前記通信用コイルの周囲に設けられ、前記通信用コイルの巻回軸と前記巻回軸に対して直交する直交軸とを対角線とする矩形状かつ平面状に導電部材を巻回して形成した電力伝送用コイルと、
   を具備するコイルユニット。
2. 前記通信用コイルの巻回軸と前記電力伝送用コイルの巻回軸とは直交する、
   請求項１記載のコイルユニット。
3. 請求項１記載のコイルユニットを具備する送電装置。
4. 請求項１記載のコイルユニットを具備する受電装置。
5. 請求項３記載の送電装置と、
   請求項４記載の受電装置と、
   を具備する電力送電システム。
   

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