JP2015192521A - 非接触給電用アンテナシステム、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電用アンテナが非平面形状でも、効率的な電力供給をする。
【解決手段】電磁誘導により送電用アンテナ装置１８から当該送電用アンテナ装置に対向する受電用アンテナ装置２２に非接触で電力を供給する非接触給電用アンテナシステム１０であって、送電用アンテナ装置に設けられ、導線が周回して構成される送電用スパイラルコイル２０と、受電用アンテナ装置に設けられ、導線が周回して構成される受電用スパイラルコイル２４と、を備え、送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルの少なくとも何れか一方のスパイラルコイルが非平面形状に構成され、かつ、一方のスパイラルコイルから他方のスパイラルコイルへの投影の内縁部ｎ１及び外縁部ｍ１が当該他方のスパイラルコイルの内縁部Ｂ１´及び外縁部Ａ１´と略重複する配置となるように構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁誘導により送電側から受電側へ非接触で電力を供給する非接触給電用アンテナシステム、及び電子機器に関し、特に、送電側及び受電側に設けられる非接触給電用アンテナの構造及び配置等に関する。

従来より、ＷＰＣ（ Wireless Power Consortium ）により策定された国際標準規格「Ｑｉ（登録商標）」を始め、電磁誘導型等の非接触で電力供給をする非接触式給電の実用化が携帯端末や電気自動車等の各種分野で進められている。このような非接触給電は、例えば、携帯可能な携帯端末等の受電装置に組み込まれる受電側コイルに電磁結合する送電側コイルを備える充電器等の送電装置によって、送電側コイルから受電側コイルに向けて給電が行われる。

受電装置となる携帯電話端末やＰＤＡ等の携帯情報端末の高機能化、小型化が進んでいるが、当該装置の小型化が進むにつれて、受電機能を確保するための受電コイルが実装できないことが懸念されていた。受電装置の小型化が進んでも、送電側より電力供給効率の良い給電を実現する従来技術として、特許文献１には、アンテナの基材を可撓性の絶縁部材で形成して、折り畳み、巻き込み等の携帯端末への収納に適した変形が可能なフレキシブルな受電コイルが開示されている。

特開２０１３−１６５１９０号公報

携帯端末の高機能化、小型化に伴い、アンテナとなる平板型のスパイラルコイルの設置スペースが十分に確保されないことが懸念されている。また、携帯端末の高機能化、小型化に加えて、いわゆる腕時計型の携帯端末等が見られるように、当該装置の形状の多様化も進んでいる。すなわち、装置本体が従来の平板型以外にも、Ｒ状の湾曲部やＬ字に折れ曲がった屈曲部を有する形状に構成されているもの等、非平面形状に構成されている受電装置の実用化が図られている。

このため、当該受電装置に備わる受電用アンテナを構成するスパイラルコイルが湾曲部や屈曲部等を有する非平面形状となり、従来の平板型の受電装置向けの充電器に備わる送電側コイルが平板型となることから、送電側コイルから受電側コイルに供給した電力の損失が大きくなる。すなわち、送電側コイルと受電側コイルを介して、充電器等の送電装置から携帯端末等の受電装置に効率的な電力供給が行えない。特許文献１に開示された受電コイルは、装置の小型化に対応した非接触給電を可能としているが、非平面形状の非接触給電用アンテナを介して効率的に給電することに関しては、言及していない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、非接触給電用アンテナが非平面形状でも、効率的な電力供給が可能な、新規かつ改良された非接触給電用アンテナシステム、及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、電磁誘導により送電用アンテナ装置から該送電用アンテナ装置に対向する受電用アンテナ装置に非接触で電力を供給する非接触給電用アンテナシステムであって、前記送電用アンテナ装置に設けられ、導線が周回して構成される送電用スパイラルコイルと、前記受電用アンテナ装置に設けられ、導線が周回して構成される受電用スパイラルコイルと、を備え、前記送電用スパイラルコイルと前記受電用スパイラルコイルの少なくとも何れか一方のスパイラルコイルが非平面形状に構成され、かつ、前記一方のスパイラルコイルから他方のスパイラルコイルへの投影の内縁部及び外縁部が該他方のスパイラルコイルの内縁部及び外縁部と略重複する配置となるように構成される。

本発明の一態様によれば、送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルの少なくとも何れか一方が非平面形状に構成されていても、対向する送電用及び受電用スパイラルコイルの外縁部と内縁部の位置ずれが殆ど無い状態となる。このため、電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

このとき、本発明の一態様では、前記他方のスパイラルコイルは、その内縁部が前記投影の内縁部より内側に配置され、かつ、その外縁部が前記投影の外縁部より外側に配置される構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルの少なくとも何れか一方が非平面形状に構成されていても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

また、本発明の一態様では、前記送電用スパイラルコイル及び前記受電用スパイラルコイルが略同一の曲率を有する非平面形状に構成されることとしてもよい。

このようにすれば、送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルが何れも非平面形状に構成されていても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

また、本発明の一態様では、前記送電用スパイラルコイル及び前記受電用スパイラルコイルが略同一の曲率の湾曲部を有する形状に構成されることとしてもよい。

このようにすれば、送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルが何れも略同一の曲率の湾曲部を有する形状に構成されていても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

また、本発明の一態様では、前記送電用スパイラルコイル及び前記受電用スパイラルコイルが略同一の角度で屈曲した屈曲部を有する形状に構成されることとしてもよい。

このようにすれば、送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルが何れも略同一の角度で屈曲した屈曲部を有する形状に構成されていても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

また、本発明の他の態様は、電子機器であって、前述した何れかの非接触給電用アンテナシステムに備わる受電用スパイラルコイル又は送電用スパイラルコイルの一方が設けられる。

本発明の他の態様によれば、非接触給電用アンテナが非平面形状でも、当該非接触給電用アンテナを備える充電器等の送電装置や携帯端末等の受電装置等によって、効率的な電力供給が実現される。

以上説明したように本発明によれば、非接触給電用アンテナが非平面形状でも、双方のアンテナを確実に対向する配置となる構成とすることができるので、電磁誘導による送電側から受電側への電力供給を効率的に行える。

本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムが適用される非接触給電システムの概略構成を示すブロック図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの概略構成を示す斜視図である。 図２（Ｃ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係を示す説明図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルの構成例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの他の適用例を示す断面図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの実施例における送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの実施例による送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係と磁気結合係数の増減割合との関係を示す特性図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムが適用される非接触給電システムの概略構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムが適用される非接触給電システムの概略構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０は、充電器等の電子機器からなる送電装置１２から、携帯端末等の電子機器からなる受電装置１４への電磁誘導による非接触給電を行う非接触給電システム１に適用される。

送電装置１２は、共振用コンデンサ（図示せず）等が設けられる送電回路１６と、導線（図示せず）が周回して構成される送電コイルとなる送電用スパイラルコイル２０が設けられる送電用アンテナ装置１８とを備える。一方、受電装置１４は、導線（図示せず）が周回して構成される受電コイルとなる受電用スパイラルコイル２４が設けられる受電用アンテナ装置２２と、整流回路（図示せず）等が設けられる受電回路２６と、バッテリ２８とを備える。

送電回路１６は、非接触給電用アンテナを構成する送電用アンテナ装置１８を介して、商用交流電源等の電源３０から供給される電力を受電装置１４に供給する。受電回路２６は、非接触給電用アンテナを構成する受電用アンテナ装置２２を介して、送電装置１２から送電されてきた電力を受電して、バッテリ２８に充電用として電力を供給する。

本実施形態では、送電用スパイラルコイル２０に流れる電流によって発生する磁界を変化させることにより、送電用スパイラルコイル２０に近距離で対向する受電用スパイラルコイル２４に起電力を発生させる。そして、電源３０からの電力を送電装置１２から受電装置１４のバッテリ２８に供給する。このようにして、非接触給電システム１では、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０によって、電磁誘導により送電用アンテナ装置１８から受電用アンテナ装置２２に非接触で電力を供給する。

非接触給電システム１で送電装置１２から受電装置１４に電力供給する際に、給電効率を上げるためには、送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４との位置合わせが重要となる。すなわち、送電用スパイラルコイル２０が受電用スパイラルコイル２４から大きくずれると、送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４との磁気的な結合が弱くなるので、給電効率が低下する。

特に、本実施形態では、送電用スパイラルコイル２０又は受電用スパイラルコイル２４の少なくとも何れかが湾曲部や屈曲部を有する形状に構成されている場合でも、給電効率を低下させずに、効率的な電力供給をするために、送電側及び受電側の非接触給電用アンテナの構造及び配置に技術的特徴を施している。

前述したように、小型化が進んでいる携帯電話端末や携帯情報端末等のような電子機器では、設置スペースの関係で非接触給電用アンテナを配置するための大きな平坦部を確保しにくい。このため、小型化された電子機器の狭い部分に非接触給電用アンテナを搭載すると、その給電効率が悪くなり、非接触給電システム１に適用される非接触給電用アンテナシステム１０を小型化された電子機器１２、１４に搭載する際の大きな課題になっていた。

このため、本実施形態では、かかる課題を解決するために、平坦部が確保できない屈曲や曲率のある非平面形状部分の形状に対応可能な非接触給電用アンテナを配設することにより、平坦部が確保できない場合でも、効率的な給電が可能としている。本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、屈曲や曲率を有する非接触給電用アンテナにおいて、給電効率確保の妨げにならないような送電用アンテナ装置１８と受電用アンテナ装置２２のスパイラルコイル２０、２４の相対的大きさ（対向面のコイル幅）と相対的な配置関係に最適領域を見出した。

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの概略構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの概略構成を示す斜視図であり、（Ａ）は、本実施形態の非接触給電用アンテナシステムに備わる受電用アンテナ装置２２の斜視図を示し、（Ｂ）は、本実施形態の非接触給電用アンテナシステムに備わる送電用アンテナ装置１８の斜視図を示し、（Ｃ）は、本実施形態の非接触給電用アンテナシステムの給電状態における斜視図を示す。

本実施形態の非接触給電用アンテナシステム１０は、図２（Ｃ）に示すように、送電用アンテナ装置１８及び受電用アンテナ装置２２がそれぞれ略同一の角度で屈曲した屈曲部１９、２３を有する形状に構成される。すなわち、対向する送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４が略同一の角度で屈曲した屈曲部１９、２３を有する形状に構成されることを特徴とする。

受電用アンテナ装置２２は、図２（Ａ）に示すように、略Ｌ字型に屈曲した磁性体２５の外面側すなわち屈曲表面側に受電用スパイラルコイル２４が不図示の接着部材等を介して、接着されている。すなわち、受電用アンテナ装置２２は、受電用スパイラルコイル２４が屈曲部２３の屈曲表面側に配置されている。なお、屈曲表面側とは、凸状に屈曲した屈曲部２３の外面側を示すものとする。

一方、送電用アンテナ装置１８は、図２（Ｂ）に示すように、略Ｌ字型に屈曲した磁性体２１の内面側すなわち屈曲裏面側に送電用スパイラルコイル２０が不図示の接着部材等を介して、接着されている。すなわち、送電用アンテナ装置１８は、送電用スパイラルコイル２０が屈曲部１９の屈曲裏面側に配置されている。なお、屈曲裏面側とは、凸状に屈曲した屈曲部１９の内面側を示すものとする。

このように、本実施形態では、送電用アンテナ装置１８と受電用アンテナ装置２２は、送電用スパイラルコイル２０、受電用スパイラルコイル２４が略同一の曲率を有する非平面形状に構成されている。このため、非接触給電を行う際には、図２（Ｃ）に示すように、送電用アンテナ装置１８と受電用アンテナ装置２２は、送電用スパイラルコイル２０、受電用スパイラルコイル２４が対向するようになる。

すなわち、本実施形態では、受電装置１４（図１参照）が従来のような平板型の受電用アンテナを設置するスペースの余裕がないくらい小型な場合や、いわゆる腕時計型等のように、その装置本体の形状自体が非平面形状であるために、設置する受電用アンテナ自体も非平面形状とせざるを得ない場合に、送電装置１２（図１参照）に備える送電用アンテナ装置１８に設けられる送電用スパイラルコイル２０も同様の曲率を有する非平面形状に構成する。このため、電磁誘導により送電装置１２から受電装置１４への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

なお、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示す実施形態では、受電用アンテナ装置２２の受電用スパイラルコイル２４が屈曲部２３の屈曲表面側に配置され、送電用アンテナ装置１８の送電用スパイラルコイル２０が屈曲部１９の屈曲裏面側に配置されているが、それぞれが逆の構成としてもよい。すなわち、受電用アンテナ装置の受電用スパイラルコイルが屈曲部の屈曲裏面側に配置され、送電用アンテナ装置の送電用スパイラルコイルが屈曲部の屈曲表面側に配置される構成としてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０における送電用アンテナ装置１８と受電用アンテナ装置２２の位置関係について、図面を使用しながら説明する。図３は、図２（Ｃ）のＡ−Ａ断面図である。

送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４は、略同一の形状と大きさを有して、互いに略重複する配置となっている。すなわち、送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４は、略同一の角度で屈曲した屈曲部１９、２３を有する形状に構成され、略同一の曲率を有する非平面形状に構成されている。

また、本実施形態では、送電用スパイラルコイル２０は、受電用スパイラルコイル２４より幾分サイズが大きい構成となっている。なお、本実施形態では、幾分サイズの大きい方を送電用アンテナ装置１８のスパイラルコイル２０としているが、アンテナ装置１８、２２のどちらを送電用、受電用に用いてもよい。一般的には、送電側の方に空間的に余裕がある場合が多いので、送電用アンテナ装置１８のスパイラルコイル２０を大きくして、その際に、合わせて磁性体２１も大きくすることが好ましい。

電磁誘導による送電装置１２から受電装置１４への電力供給効率が良好な状態を維持するためには、非接触給電用アンテナシステム１０を構成する双方のアンテナ装置１８、２２に設けられるそれぞれのスパイラルコイル２０、２４が互いにずれないように対向して配置される必要がある。このため、本実施形態では、図３に示すように、受電用スパイラルコイル２４から送電用スパイラルコイル２０への投影の内縁部ｎ１、ｎ２及び外縁部ｍ１、ｍ２が送電用スパイラルコイル２０の内縁部Ｂ１´、Ｂ２´及び外縁部Ａ１´、Ａ２´と略重複する配置となるように構成している。

具体的には、図３に示すように、送電用スパイラルコイル２０は、その内縁部Ｂ１´、Ｂ２´が投影の内縁部ｎ１、ｎ２より内側に配置され、かつ、送電用スパイラルコイル２０の外縁部Ａ１´、Ａ２´が投影の外縁部ｍ１、ｍ２より外側に配置される構成となっている。すなわち、送電用スパイラルコイル２０は、受電用スパイラルコイル２４より幾分サイズが大きい構成となっており、その内縁部Ｂ１´、Ｂ２´が受電用スパイラルコイル２４の内縁部Ｂ１、Ｂ２より内側に配置され、かつ、その外縁部Ａ１´、Ａ２´が受電用スパイラルコイル２４の外縁部Ａ１、Ａ２より外側に配置される。なお、この配置関係は、コイル全周に渡って満たすのが好ましいが、例えば、送電用スパイラルコイル２０の内縁部Ｂ２´の位置が投影内縁部ｎ２の位置よりも外周側に配置されたり、送電用スパイラルコイル２０の外縁部Ａ２´の位置が投影外縁部ｍ２の位置より内周側に配置されたり等、一部の部分において満たさない状態になってもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係について、図面を使用しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係を示す説明図である。

本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、非平面形状の非接触給電用アンテナにおいて、給電効率確保の妨げにならない受電用スパイラルコイル２４と送電用スパイラルコイル２０の相対的な配置関係に最適領域を見出した。

図４に示すように、送電用スパイラルコイル２０−１の内縁部Ｂ２´−１が受電用スパイラルコイル２４の外縁部Ａ２より外側に配置される場合には、給電効率が悪い。また、送電用スパイラルコイル２０−２の内縁部Ｂ２´−２が受電用スパイラルコイル２４の外縁部Ａ２より内側に配置され、かつ、受電用スパイラルコイル２４の内縁部Ｂ２より外側に配置される場合でも、依然として給電効率が悪い。

これに対して、送電用スパイラルコイル２０−３の内縁部Ｂ２´−３が受電用スパイラルコイル２４の内縁部Ｂ２より内側に配置され、かつ、送電用スパイラルコイル２０−３の外縁部Ａ２´−３が受電用スパイラルコイル２４の外縁部Ａ２より外側に配置される場合では、給電効率が良くなる。すなわち、送電用スパイラルコイル２０−３の内縁部Ｂ２´−３が投影内縁部ｎ２−３より内側に配置され、かつ、送電用スパイラルコイル２０−３の外縁部Ａ２´−３が投影外縁部ｍ２−３より外側に配置されると、給電効率が良くなる。

一方、図４に示すように、送電用スパイラルコイル２０−５の外縁部Ａ２´−５が受電用スパイラルコイル２４の内縁部Ｂ２より内側に配置される場合には、給電効率が悪い。また、送電用スパイラルコイル２０−４の外縁部Ａ２´−４が受電用スパイラルコイル２４の外縁部Ａ２より内側に配置され、かつ、受電用スパイラルコイル２４の内縁部Ｂ２より外側に配置される場合でも、依然として給電効率が悪い。

このように、良好な給電効率を維持するためには、送電用スパイラルコイル２０の内縁部Ｂ２´が投影内縁部ｎ２より内側に配置され、かつ、送電用スパイラルコイル２０の外縁部Ａ２´が投影外縁部ｍ２より外側に配置される構成とすることが好ましいことが分かる。すなわち、送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４が非平面形状に構成されている場合でも、給電効率を良くするためには、上記条件の送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４の配置関係を満たす必要がある。

なお、本実施形態では、送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４の双方が略Ｌ字型の屈曲部１９、２３を有する形状で構成されているが、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０は、かかる構成に限定されない。すなわち、送電用スパイラルコイル２０と受電用スパイラルコイル２４の少なくとも何れか一方が非平面形状に構成され、かつ、一方のスパイラルコイルから他方のスパイラルコイルへの投影の内縁部及び外縁部が当該他方のスパイラルコイルの内縁部及び外縁部と略重複する配置となるように構成されていればよい。

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの他の実施態様について、図面を使用しながら説明する。図５（Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルの構成例を示す断面図である。また、図６は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの他の適用例を示す断面図である。

図５（Ａ）に示すように、非接触給電用アンテナシステム１１０において、送電用アンテナ装置１１８と受電用アンテナ装置１２２が略同一の曲率の湾曲部１１９、１２３を有する形状に構成されていれも、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムを適用できる。すなわち、磁性シート１２１に貼付した送電用スパイラルコイル１２０と、磁性シート１２５に貼付した受電用スパイラルコイル１２４が略同一の曲率の湾曲部１１９、１２３を有する形状に構成しても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

また、図５（Ｂ）に示すように、非接触給電用アンテナシステム２１０において、送電用アンテナ装置２１８と受電用アンテナ装置２２２が略同一の角度で屈曲した屈曲部２１９ａ、２１９ｂ、２２３ａ、２２３ｂがそれぞれ２箇所ずつ設けられる構成としても、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０を適用できる。すなわち、磁性シート２２１に貼付した送電用スパイラルコイル２２０と、磁性シート２２５に貼付した受電用スパイラルコイル２２４がそれぞれ略同一の角度で屈曲した屈曲部２１９ａ、２１９ｂ、２２３ａ、２２３ｂを２箇所ずつ設けられる構成としても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

さらに、図５（Ｃ）に示すように、非接触給電用アンテナシステム３１０において、送電用アンテナ装置３１８と受電用アンテナ装置３２２の一方のみが非平面形状に構成されていても、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０を適用できる。例えば、送電用アンテナ装置３１８を平板型として、受電用アンテナ装置３２２のみが非平面形状に構成されていても、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０を適用できる。

すなわち、受電用アンテナ装置３２２が図５（Ｃ）に示すような２箇所の屈曲部３２３ａ、３２３ｂを有する形状に構成されていても、送電用スパイラルコイル３２０と受電用スパイラルコイル３２４が殆どずれることなく対向する構成となっていればよい。換言すると、磁性シート３２１に貼付した送電用スパイラルコイル３２０と、磁性シート３２５に貼付した受電用スパイラルコイル３２４が図５（Ｃ）に示す幅方向に殆どずれることなく、それぞれ対向する構成となっていれば、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

また、図５（Ｄ）に示すように、非接触給電用アンテナシステム４１０において、送電用アンテナ装置４１８と受電用アンテナ装置４２２が略同一の曲率を有する３次元曲面形状としても、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０を適用できる。すなわち、磁性シート４２１の内面側に貼付した送電用スパイラルコイル４２０と、磁性シート４２５の外面側に貼付した受電用スパイラルコイル４２４がそれぞれ略同一の曲率を有する３次元曲面形状としても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

さらに、図６に示すように、非接触給電用アンテナシステム５１０において、送電用アンテナ装置５１８と受電用アンテナ装置５２２が非接触給電用アンテナ５２０、５２４のみでなく、ＮＦＣ等の通信アンテナ５２６、５２７を並列した構成としたアンテナ装置にも、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０を適用できる。すなわち、磁性シート５２１に貼付した送電用スパイラルコイル５２０及び通信アンテナ５２６と、磁性シート５２５に貼付した受電用スパイラルコイル５２４及び通信アンテナ５２７が略同一の曲率の湾曲部５１９、５２３を有する形状に構成しても、より確実に電磁誘導により送電側から受電側への電力供給の効率が良好な状態を維持できる。

このように、本実施形態では、非接触給電用アンテナとなる送電用アンテナ装置１８と受電用アンテナ装置２２に備わるスパイラルコイル２０、２４の少なくとも何れかが非平面形状でも、双方のアンテナ装置１８、２２のスパイラルコイル２０、２４を確実に対向する配置となる構成とすることができる。このため、アンテナ装置１８、２２の形状や設置態様に関わらず、電磁誘導による送電側から受電側への電力供給を効率的に行える。

また、電子機器の装置本体の小型化や、その形状の多様化に対応して、非接触給電システムにおける高い電力供給効率を維持することができる。すなわち、装置本体が従来の平板型以外にも、Ｒ状の湾曲部やＬ字に折れ曲がった屈曲部を有する形状に構成されているもの等、非平面形状に構成されている受電装置の実用化に対応すべく、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムを適用することによって、非接触給電における高い給電効率が確保される。

このため、今後、更に電子機器の高機能化、小型化、装置本体の多様化等が進んでも、これらに対応可能な効率の良い非接触給電を実現できる。また、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０を適用することによって、非接触給電に使用する携帯端末や充電器等の電子機器の設計の自由度も向上する。

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの実施例について、図面を使用しながら説明する。図７（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの実施例における送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係を示す説明図である。また、図８は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステムの実施例による送電用スパイラルコイルと受電用スパイラルコイルとの位置関係と磁気結合係数の増減割合との関係を示す特性図である。

本実施例は、本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０（図１参照）の作用・効果を実証するために、図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示す非接触給電用アンテナシステム６１０、７１０、８１０を使用した。

各実施例では、二つのアンテナ装置６１８、６２２（７１８、７２２、８１８、８２２）を用意し、一方をスパイラルコイル６２４（７２４、８２４）の設置面が屈曲表面側になるように屈曲させたアンテナ装置６２２（７２２、８２２）とし、他方をスパイラルコイル６２０（７２０、８２０）の設置面が屈曲裏面側になるように屈曲させたアンテナ装置６１８（７１８、８１８）とした。本実施例では、アンテナ装置６２２（７２２、８２２）を受電用アンテナ装置、アンテナ装置６１８（７１８、８１８）を送電用アンテナ装置とした。

図７（Ａ）は、同一形状で屈曲させて作成したアンテナ装置６１８、６２２をアンテナ装置６１８、６２２の中心軸に沿って対向させた状態を示す。アンテナ装置６１８、６２２を９０度に曲げた構成とした場合には、アンテナ装置６２２のスパイラルコイル６２４に対し、アンテナ装置６１８のスパイラルコイル６２０は、スパイラルコイル６２０の中心側にΔＬだけずれた構成となってしまう。

次に、アンテナ装置の形状を変えて屈曲させて、同様に対向させた状態を図７（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図７（Ｂ）は、アンテナ装置７２２のスパイラルコイル７２４と、アンテナ装置７１８のスパイラルコイル７２０の内周位置、外周位置がスパイラルコイル７２４、７２０の巻回部垂直方向で一致している例、つまり、位置ずれΔＬがゼロの例である。一方、図３（Ｃ）は、アンテナ装置８２２のスパイラルコイル８２４に対し、アンテナ装置８１８のスパイラルコイル８２０が、外側にずれている例である。

これらの図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示す実施例について、アンテナ装置間の磁気結合状態がどのように変わるかを電磁界シミュレーションにより調べた。このときのアンテナ装置６２２、７２２、８２２の形状は、磁性体６２５、７２５、８２５の大きさを４５ｍｍ（長辺の長さ）×３５ｍｍ（短辺の長さ）とし、スパイラルコイル６２４、７２４、８２４の外径、内径をそれぞれ３６ｍｍ×３２ｍｍ、２１ｍｍ×１７ｍｍとしている。

電磁界シミュレーション結果を図８に示す。図８において、図７（Ａ）が位置ずれΔＬ＝−２．８ｍｍ、図７（Ｂ）が位置ずれΔＬ＝０ｍｍ、図７（Ｃ）が位置ずれΔＬ＝１．４ｍｍにそれぞれ対応している。なお、図８は、対向するアンテナ装置間の磁気結合係数の増減割合を表したもので、図７（Ａ）の状態での値に対する磁気結合係数の増減割合を示している。

図８に示すように、図７（Ａ）に示す受電側と送電側のコイルを略同一の大きさ、形状としたものをそのまま屈曲させて対向させた場合では、双方のスパイラルコイル６２０、６２４の位置がずれる。このため、送電側から受電側に供給した電力のロスが発生して、その分、磁気結合係数が低下する。

これに対して、図８に示すように、図７（Ｂ）に示すアンテナ装置７２２のスパイラルコイル７２４と、アンテナ装置７１８のスパイラルコイル７２０の内周位置、外周位置がスパイラルコイル７２４、７２０の巻回部垂直方向で一致させた場合では、磁気結合係数が一番大きな値を示すことが分かる。すなわち、非接触給電用のアンテナ装置７１８、７２２のスパイラルコイル７２０、７２４が屈曲部７１９、７２３を有する非平面形状である場合に、非接触給電による電極供給効率を高めるためには、双方のスパイラルコイル７２０、７２４が互いにずれないで対向する配置となるように、設ける必要があることが分かる。

なお、図８に示すように、位置ずれΔＬが０ｍｍでなくても、ΔＬ＝±２．０ｍｍ未満の範囲内であれば、増減割合が４％以上、すなわち、高い磁気結合係数を示すことが分かる。このことから、送電側と受電側のアンテナ装置間の位置ずれが多少の微差の範囲内であれば、非接触式による高い給電効率を確保できることが分かる。換言すると、一方のスパイラルコイルから他方のスパイラルコイルへの投影の内縁部及び外縁部が当該他方のスパイラルコイルの内縁部及び外縁部と略重複する配置となっていれば、非接触式による高い給電効率を確保できることが分かる。

実際の使用に当たっては、送電側と受電側のアンテナ装置間の位置ずれを考慮して、前述した図３に示す本発明の一実施形態に係る非接触給電用アンテナシステム１０のように、一方のスパイラルコイル２０を他方のスパイラルコイル２４に比べて、やや大きくなる構成としている。すなわち、他方のスパイラルコイルは、その内縁部が投影の内縁部より内側に配置され、かつ、その外縁部が投影の外縁部より外側に配置される構成としている。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、非接触給電用アンテナシステム、及び電子機器の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１ 非接触給電システム、１０ 非接触給電用アンテナシステム、１２ 送電装置（電子機器）、１４ 受電装置（電子機器）、１６ 送電回路、１８ 送電用アンテナ装置、１９、２３ 屈曲部、２０ 送電用スパイラルコイル、２２ 受電用アンテナ装置、２４ 受電用スパイラルコイル、２６ 受電回路、２８ バッテリ、３０ 電源、１１９、１２３、５１９、５２３ 湾曲部

Claims (6)

1. 電磁誘導により送電用アンテナ装置から該送電用アンテナ装置に対向する受電用アンテナ装置に非接触で電力を供給する非接触給電用アンテナシステムであって、
   前記送電用アンテナ装置に設けられ、導線が周回して構成される送電用スパイラルコイルと、
   前記受電用アンテナ装置に設けられ、導線が周回して構成される受電用スパイラルコイルと、を備え、
   前記送電用スパイラルコイルと前記受電用スパイラルコイルの少なくとも何れか一方のスパイラルコイルが非平面形状に構成され、かつ、前記一方のスパイラルコイルから他方のスパイラルコイルへの投影の内縁部及び外縁部が該他方のスパイラルコイルの内縁部及び外縁部と略重複する配置となるように構成される非接触給電用アンテナシステム。
2. 前記他方のスパイラルコイルは、その内縁部が前記投影の内縁部より内側に配置され、かつ、その外縁部が前記投影の外縁部より外側に配置される構成となっている請求項１に記載の非接触給電用アンテナシステム。
3. 前記送電用スパイラルコイル及び前記受電用スパイラルコイルが略同一の曲率を有する非平面形状に構成される請求項１又は請求項２に記載の非接触給電用アンテナシステム。
4. 前記送電用スパイラルコイル及び前記受電用スパイラルコイルが略同一の曲率の湾曲部を有する形状に構成される請求項３に記載の非接触給電用アンテナシステム。
5. 前記送電用スパイラルコイル及び前記受電用スパイラルコイルが略同一の角度で屈曲した屈曲部を有する形状に構成される請求項３に記載の非接触給電用アンテナシステム。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の非接触給電用アンテナシステムに備わる受電用スパイラルコイル又は送電用スパイラルコイルの一方が設けられる電子機器。