JP2016111610A - アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
互いに向き合った2つの磁性体板と、前記2つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記2つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記2つの磁性体板の少なくとも1つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナと、
受電コイルを備える受電アンテナと
を備え、
前記受電アンテナは、前記空間部に配置可能であることを特徴とする。
互いに向き合った2つの磁性体板と、前記2つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記2つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記2つの磁性体板の少なくとも1つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナを具備する送電側電子機器と、
受電コイルを備える受電アンテナを具備する受電側電子機器と
を含み、
前記受電アンテナが前記空間部に配置されるように前記送電側電子機器と前記受電側電子機器とを組み合わせて配置可能であることを特徴とする。
本実施形態に係るアンテナ装置1は、送電アンテナ2と受電アンテナ3とを備える。図1は、本実施形態におけるアンテナ装置1の送電アンテナ2と受電アンテナ3とをそれぞれ送電側電子機器4と受電側電子機器5とに組み込んで使用する形態を示す斜視図である。図1(A)は、送電側電子機器4と受電側電子機器5とが組み合わせて配置されていない状態を示す。図1(B)は、送電側電子機器4と受電側電子機器5とが組み合わせて配置されている状態を示す。すなわち、図1(B)は、受電アンテナ3が組み込まれた部分が、送電アンテナ2が組み込まれた部分に配置されている状態を示しており、この状態で送受電が行われる。
ここで本実施形態に係る磁性体コア20についてさらに説明する。図3は本実施形態に係る磁性体コア20を示し、(A)は斜視図であり、(B)はA−A’断面図である。磁性体コア20は、空間部23を介して互いに向き合った2つの磁性体板21と、2つの磁性体板21の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部22とを有している。好ましくは、磁性体コア20の2つの磁性体板21と連結部22とは、一体に形成される。なお、磁性体コア20の2つの磁性体板21と連結部22とは、それぞれ別体の部品として形成され、該別体の部品が接合されてなるものでもよい。また好ましくは、磁性体板21は略矩形であって平板状である。なお、磁性体板21は略矩形でなくてもよい。また磁性体板21は、平板状でなくてもよい。例えば磁性体板21は、曲線で囲まれた図形であってもよく、また曲面で構成される形態であってもよい。
図8は、磁性体コア20の変形例1を示す図である。図8(A)は変形例1の磁性体コア20の斜視図であり、図8(B)はそのA−A’断面図であり、図8(C)はそのB−B’断面図である。変形例1の磁性体コア20と本実施形態に係る磁性体コア20とは、連結部22が磁性体板21の3辺を連結している点で相違する。すなわち、磁性体コア20の形状がポケット形状となっており、開口部24が1か所のみある。ここで、磁性体板21の3辺を連結する連結部22のうち、開口部24がある辺の対辺を連結している連結部22を底面連結部22aと呼び、その他の2辺を連結する2つの連結部22を側面連結部22bと呼ぶ。以下、底面連結部22aと側面連結部22bとを区別する必要が無い場合は、これらを総称して連結部22と呼ぶ。変形例1の磁性体コア20を備える送電アンテナ2に対して、受電アンテナ3は、連結部22の無い1辺、すなわち1か所の開口部24を通って空間部23に挿入される。磁性体コア20が変形例1のような形状である場合、部材の端部に取り付けられている受電アンテナ3を空間部23に挿入しやすい。変形例1の磁性体コア20の場合、本実施形態に係る磁性体コア20と比べて連結部22によって2つの磁性体板21が連結されている部分が増えており、2つの磁性体板21の間をつなぐ経路の磁気抵抗がより低くなる。このことによって、本実施形態に係る磁性体コア20よりも変形例1の磁性体コア20を備える送電アンテナ2の方が、空間部23に挿入した受電アンテナ3との間の結合係数kが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。なお、図8は、連結部22が磁性体板21の3辺を連結している様子を示すが、連結部22が磁性体板21の隣接する2辺のみを連結していてもよい。
図9は、磁性体コア20の変形例2を示す図である。図9(A)は斜視図であり、図9(B)はそのA−A’断面図であり、図9(C)はそのB−B’断面図である。変形例2の磁性体コア20と本実施形態に係る磁性体コア20とは、連結部22が磁性体板21の1辺だけでなくその対辺も連結している点で相違する。すなわち、略矩形であって平板状の2つの磁性体板21が略平行に向き合い、連結部22が該磁性体板21それぞれの向かい合う2辺を連結している。言い換えれば、変形例2の磁性体コア20は、底面連結部22aを有さず、側面連結部22bのみを有する。変形例2において、磁性体コア20の空間部23は磁性体コア20を貫通する穴となっており、開口部24が向かい合う2辺にある。また、変形例2の磁性体コア20は、断面形状がロの字であるといえる。変形例2の磁性体コア20を備える送電アンテナ2に対して、受電アンテナ3は、2辺にある開口部24のいずれかを通って空間部23に挿入される。変形例2の磁性体コア20の場合も、本実施形態に係る磁性体コア20と比べて連結部22によって2つの磁性体板21が連結されている部分が増えており、2つの磁性体板21の間をつなぐ経路の磁気抵抗がより低くなる。このことによって、本実施形態に係る磁性体コア20よりも変形例2の磁性体コア20を備える送電アンテナ2の方が、送電アンテナ2と空間部23に挿入した受電アンテナ3との間の結合係数kが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。また、変形例2の磁性体コアを備える送電アンテナ2は、受電アンテナ3が棒状、ベルト状、カード状など長辺を有する部材の中間に取り付けられている場合にも、送電アンテナ2を貫通するように挿入することができる。
図10は磁性体コア20のその他の変形例を示す。図10(A)は、断面形状がV字である磁性体コア20を示す。すなわち、略矩形であって平板状の2つの磁性体板21が互いに非平行に向き合い、連結部22が磁性体板21の間の距離が小さい側の1辺を連結している。言い換えれば、連結部22側の辺における2つの磁性体板21の間の距離よりも、連結部22側の辺の対辺における2つの磁性体板21の間の距離の方が大きい。したがって図10(A)の磁性体コア20を備える送電アンテナ2によれば、開口部24における2つの磁性体板21の間の距離が大きいため、受電アンテナ3を空間部23に挿入しやすい。
図11は、本実施形態に係る磁性体コア20の開口部24に磁性体を含む可動式の蓋26を設けた態様を示す。蓋26が閉じている場合、変形例2の磁性体コア20と同様の形状である。好ましくは、蓋26は磁性体コア20と同じ材料からなる。図11に示す変形例においては、蓋26を開いて受電アンテナ3を空間部23に挿入する。また受電アンテナ3を挿入した後に、蓋26を閉じる。本変形例によれば、特に、受電アンテナ3が棒状やベルト状など長手方向と短手方向の長さが大きく異なる部材の中間に取り付けられている場合に、空間部23に挿入しやすく、且つ、蓋26により磁性体コア20の磁気抵抗をさらに低くすることができる。このことによって、受電アンテナ3を挿入しやすくすることと、送電アンテナ2と受電アンテナ3との結合係数kが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなることとを両立できる。なお、蓋26を設ける位置は、連結部22側の辺の対辺の開口部24に限られない。その他の開口部24に蓋26を設けても、蓋26を閉じることにより、送電アンテナ2と受電アンテナ3との結合係数kが大きくなる。
上述の通り、送電アンテナ2において、送電コイル25は磁性体コア20の2つの磁性体板21の少なくとも一方の空間部23に面する側に貼り付けられて配置される。好ましくは、送電コイル25は面状であって薄い形状である。また、送電コイル25は、好ましくは、送電コイル25の厚みは1mm以下である。このようにすることで、送電アンテナ2の小型化につながる。また好ましくは、送電コイル25は渦巻状のスパイラルコイルである。また好ましくは、送電コイル25にはAl、Cu又はこれらを主成分とする合金からなる単線を巻回したものを用いる。また好ましくは、送電コイル25には、単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて1層、又は2層のα巻としてもよい。特に送電コイル25に薄さを求める場合にはパターニングにより形成したFPC(Flexible Print Circuit)コイルを用いることもできる。
上述の通り、受電アンテナ3は、受電コイル31と、磁性体シート33とが設けられる。受電コイル31は磁性体シート33の1面に貼り付けられる。受電コイル31の形状は送電コイル25の形状と同様であるため、説明を省略する。磁性体シート33の材料としては、磁性体コア20と同様に好ましくは、Fe系、Fe−Si系、センダスト、パーマロイ、アモルファス等の金属磁性体や、MnZn系フェライト、NiZn系フェライト、あるいは、上記磁性材からなる磁性粒子に結合剤としての樹脂を加えて作製した磁性樹脂材や、磁性粒子に少量のバインダを加えて圧縮成型して作成する圧粉成型材料などを用いる。また、磁性体シート33の厚みは、好ましくは0.2−0.3mmである。好ましくは、受電アンテナ3は外装32が設けられ、受電コイル31と磁性体シート33とは外装32の中に収納される。好ましくは、外装32は樹脂であり、ウェアラブル端末としての受電側電子機器5のバンド部に相当するものであってもよい。
図1にアンテナ装置1を電子機器に組み込んだ態様を示した。図1は電子機器として腕時計型の機器を想定している。電子機器としては他の態様も考えられる。図15は電子機器としてメガネ型である受電側電子機器5aを示している。図15(A)はメガネ型電子機器5aのレンズ上部に受電アンテナ3を備えた場合を示す。図15(B)はメガネ型電子機器5aの眼鏡の弦の部分に受電アンテナ3を備えた場合を示す。図16(A)は電子機器としてカード型である受電側電子機器5bを示しており、カードの端部に受電アンテナ3が配置されている。図16(B)はカード型の受電側電子機器5bを対応する送電側電子機器4bに挿入して使用している態様を示す。図15、図16のいずれの場合も本実施形態における受電アンテナ3が薄いことを利用してそれぞれの電子機器に受電アンテナ3を配置することができている。このように種々の電子機器に対して本実施形態に係るアンテナ装置1を組み込むことができ、当該電子機器は給電のための端子やケーブルが不要となり、防水性能を高めることができる。
アンテナ装置1の送受電機能は、受電アンテナ3が送電アンテナ2の空間部23に挿入されている状態で発揮される。このとき、送電アンテナ2の送電コイル25の中心と受電アンテナ3の受電コイル31の中心とができるだけ近づく方が、結合係数kが大きくなる。別の言い方をすれば、送電アンテナ2の送電コイル25の中心と受電アンテナ3の受電コイル31の中心とが互いにずれた位置に配置されると、結合係数kが小さくなり、ひいては送受電効率が低くなる。したがって、送電アンテナ2の送電コイル25の中心と受電アンテナ3の受電コイル31の中心とをできるだけ合わせて配置することが好ましい。
最近、非接触給電を広く実用化するための動きが活発化している。例えば、ブロードバンドワイヤレスフォーラムのワイヤレス電力伝送フォーラムにおいては、ワイヤレス電力伝送に用いる周波数帯を具体的に検討している。この検討を受けたワイヤレス電力伝送技術の利用に関するガイドラインにおいて、利用周波数帯を10kHz〜10MHz、ISM帯(Industry-Science-Medical band:13.56MHz,27.12MHz,40.68MHz)などと定めている(10kHz未満の周波数帯はもともと電波法の対象外である)。これによって通信用途とワイヤレス電力伝送(非接触給電)用途との間で電波干渉等の問題が起こらないようなすみわけを図っている。
本実施形態に係るアンテナ装置1が備える送電アンテナ2と受電アンテナ3とは、それぞれ電子機器に組み込まれて使用される。本実施形態に係るアンテナ装置1を電子機器に組み込む場合、好ましくは、電子機器の形状に合わせて、受電アンテナ3の形状を変化させる。したがって好ましくは、受電アンテナ3は平面に限らず曲面の形態をとりうる。また好ましくは、送電アンテナ2は受電アンテナ3の形状に合わせた形態をとりうる。
2、92 送電アンテナ
20 磁性体コア
21、921 磁性体板
22 連結部
22a 底面連結部
22b 側面連結部
23 空間部
24 開口部
25、925 送電コイル
26 蓋
27 位置決め
3、93 受電アンテナ
31、931 受電コイル
32、932 外装
33、933 磁性体シート
34 位置決め部
4、4b 送電側電子機器
5、5a、5b 受電側電子機器
6a、6b、96 磁束線
Claims (18)
- 互いに向き合った2つの磁性体板と、前記2つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記2つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記2つの磁性体板の少なくとも1つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナと、
受電コイルを備える受電アンテナと
を備え、
前記受電アンテナは、前記空間部に配置可能であることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記受電アンテナが前記空間部に配置されている場合に、前記送電コイルに流す電流によって発生する磁束線の少なくとも一部が、前記送電コイルと、前記受電コイルと、前記空間部と、前記2つの磁性体板と、前記連結部とを通過する閉ループをなすことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記受電アンテナは、非磁性体のみで構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
- 前記磁性体コアの断面形状がコの字、V字、Y字、U字、又は半楕円であることを特徴とする、請求項1〜3いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記磁性体板は略矩形であり、前記連結部は前記磁性体板の少なくとも1辺を連結することを特徴とする、請求項1〜4いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記連結部側の辺における前記2つの磁性体板の間の距離よりも、前記連結部側の辺の対辺における前記2つの磁性体板の間の距離の方が大きいことを特徴とする、請求項5に記載のアンテナ装置。
- 前記2つの磁性体板は、前記連結部側の辺から前記連結部側の辺の対辺までの長さが互いに異なることを特徴とする、請求項5又は6に記載のアンテナ装置。
- 前記磁性体コアは、連結部で連結されていない開口部を有し、前記開口部の少なくとも一部に磁性体を含む可動式の蓋を設けることを特徴とする、請求項1〜7いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記磁性体コアは、金属磁性体、フェライトの少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項1〜8いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記2つの磁性体板のそれぞれに前記送電コイルが配置されることを特徴とする請求項1〜9いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記送電コイル及び前記受電コイルの少なくとも一方は、スパイラルコイルであることを特徴とする請求項1〜10いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記送電アンテナ又は前記受電アンテナは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの位置決めをするための位置決め部を備えることを特徴とする請求項1〜11いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記送電コイルに流す電流は、周波数10MHz以下の交流電流であることを特徴とする、請求項1〜12いずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記受電アンテナは、磁性体シートが設けられることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記磁性体シートは、金属磁性体、フェライトの少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項14に記載のアンテナ装置。
- 互いに向き合った2つの磁性体板と、前記2つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記2つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記2つの磁性体板の少なくとも1つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナを具備する送電側電子機器と、
受電コイルを備える受電アンテナを具備する受電側電子機器と
を含み、
前記受電アンテナが前記空間部に配置されるように前記送電側電子機器と前記受電側電子機器とを組み合わせて配置可能であることを特徴とする電子機器。 - 前記受電アンテナが前記空間部に配置されるように前記送電側電子機器と前記受電側電子機器とを組み合わせて配置されている場合に、前記送電コイルに流す電流によって発生する磁束線の少なくとも一部が、前記送電コイルと、前記受電コイルと、前記空間部と、前記2つの磁性体板と、前記連結部とを通過する閉ループをなすことを特徴とする請求項16に記載の電子機器。
- 前記受電側電子機器は時計型、メガネ型、カード型の少なくともいずれかの形態であることを特徴とする請求項16又は17に記載の電子機器。
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