JP2016136682A - ワイヤレス電力伝送用アンテナ、送電アンテナ、受電アンテナおよびワイヤレス電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スタブによる共振コンデンサを用いた場合と比較して、共振周波数を低くすることができるワイヤレス電力伝送用アンテナ、送電アンテナ、受電アンテナおよびワイヤレス電力伝送装置を提供すること。【解決手段】ワイヤレス電力伝送用アンテナ（１００、５００）を、一端および他端を有しループ状に形成されたループ部（１０２、５０２）と、一端に接続された第１の平板（１０４ａ、５０４ａ）と、他端に接続され、かつ第１の平板（１０４ａ、５０４ａ）と対向して配置された第２の平板（１０４ｂ、５０４ｂ）と、を含むように構成した。【選択図】図４

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送用アンテナ、送電アンテナ、受電アンテナおよびワイヤレス電力伝送装置に関する。

特許文献１には、磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルと、１または複数の共振器を含む補助共振部とを有する送電部を備え、共振器は、少なくとも一部の領域に間隙が形成されるように巻回された補助コイルを有する給電装置が開示されている。

特許文献２には、電源から電力供給先へ非接触式にて電力の供給を行う非接触式電力供給ユニットであって、非接触式の電力供給において電力供給先側で受電を行う受電コイル、又は該非接触式の電力供給において電源側で送電を行う送電コイルの何れかのコイルで形成される給電用コイルと、非接触式の電力供給における給電用コイルの相手方のコイルとは反対側に配置されるハウジングであって、少なくとも該給電用コイルが形成する電力供給面を覆う表面積を有し、且つ磁性材料で形成された第一ハウジングと、第一ハウジングを挟んで給電用コイルとは反対側に配置されたハウジングであって、給電用コイルの電力供給面に沿った方向において該第一ハウジングより大きい表面積を有し、且つ導電性材料で形成された第二ハウジングと、を備える非接触式電力供給ユニットが開示されている。

特開２０１２−２４４７６３号公報 特開２０１１−０１０４３５号公報

本発明は、スタブによる共振コンデンサを用いた場合と比較して、共振周波数を低くすることができるワイヤレス電力伝送用アンテナ、送電アンテナ、受電アンテナおよびワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナは、一端および他端を有しループ状に形成されたループ部と、前記一端に接続された第１の平板と、前記他端に接続され、かつ前記第１の平板と対向して配置された第２の平板と、を含むものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の平板および前記第２の平板は、各々内部に開口部を有するものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、開口部を有する前記第１の平板および前記第２の平板の開口部の幅をｄ１とし、平板部の幅をｄ２とした場合に、ｄ１とｄ２とが、ｄ１＜５×ｄ２なる関係を満たすものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記第１の平板は、前記第１の平板と前記一端との接続部のいずれかの側に前記第１の平板の外周から前記開口部に至るスリットを有し、前記第２の平板は、前記第２の平板と前記他端との接続部のいずれかの側に前記第２の平板の外周から前記開口部に至るスリットを有するものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の平板および前記第２の平板が、各々前記ループ部の中央に配置されたものである。

上記の目的を達成するために、請求項６に記載の送電アンテナは、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを有し、前記第１の平板が第１の配線層で形成され、前記ループ部および前記第２の平板が第２の配線層で形成され、前記ループ部と前記第１の平板とがスルーホールで接続されたものである。

上記の目的を達成するために、請求項７に記載の受電アンテナは、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを有し、前記第１の平板が第１の配線層で形成され、前記ループ部および前記第２の平板が第２の配線層で形成され、前記ループ部と前記第１の平板とがスルーホールで接続されたものである。

上記の目的を達成するために、請求項８に記載のワイヤレス電力伝送装置は、請求項６に記載の送電アンテナと、請求項７に記載の受電アンテナと、前記送電アンテナに接続された交流電源と、前記受電アンテナに接続された負荷と、を含むものである。

上記の目的を達成するために、請求項９に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナは、前記ループ部、前記第１の平板、および前記第２の平板を各々第１のループ部、第１のスリット平板、および第２のスリット平板とする請求項４に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを備え、交流電源に接続される送電アンテナと、前記ループ部、前記第１の平板、および前記第２の平板を各々第２のループ部、第３のスリット平板、および第４のスリット平板とする請求項４に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを備え、負荷に接続される受電アンテナと、含み、前記第１のループ部に流れる電流の方向を基準方向とした場合に、前記第１のスリット平板および前記第２のスリット平板の少なくとも一方に流れる電流の方向が前記基準方向であり、かつ前記第３のスリット平板および前記第４のスリット平板の少なくとも一方に流れる電流の方向が前記基準方向であるものである。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記送電アンテナは、前記第１のスリット平板が第１の配線層で形成され、前記第１のループ部および前記第２のスリット平板が第２の配線層で形成され前記第１のループ部と前記第１のスリット平板とがスルーホールで接続され、前記受電アンテナは、前記第３のスリット平板が第１の配線層で形成され、前記第２のループ部および前記第４のスリット平板が第２の配線層で形成され、前記第２のループ部と前記第３のスリット平板とがスルーホールで接続されたものである。

上記の目的を達成するために、請求項１１に記載のワイヤレス電力伝送装置は、請求項９または請求項１０に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナと、前記送電アンテナに接続された交流電源と、前記受電アンテナに接続された負荷と、を含むものである。

請求項１および請求項８に記載の発明によれば、スタブによる共振コンデンサを用いた場合と比較して、共振周波数を低くすることができるワイヤレス電力伝送用アンテナおよびワイヤレス電力伝送装置が提供される、という効果が得られる。

請求項２に記載の発明によれば、第１の平板および第２の平板が、内部に開口部を有さない場合と比較して、開口部に伝導体を配置してもよいので、ワイヤレス電力伝送用アンテナがネジ等により固定される、という効果が得られる。

請求項３に記載の発明によれば、開口部の幅ｄ１と平板部の幅ｄ２とが、ｄ１≧５×ｄ２なる関係を満たす場合と比較して、伝送効率の劣化が抑制される、という効果が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、第１の平板および第２の平板がスリットを有さない場合と比較して、第１の平板および第２の平板に流れる電流の回転方向が変えられる、という効果が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、第１の平板および第２の平板をループ部内で偏在させた場合と比較して、ワイヤレス電力伝送用アンテナの回転に対するロバスト性が向上する、という効果が得られる。

請求項６に記載の発明によれば、第１の配線層および第２の配線層を用いない場合と比較して、送電アンテナにおける第１の平板と第２の平板を用いた共振コンデンサが簡易に構成される、という効果が得られる。

請求項７に記載の発明によれば、第１の配線層および第２の配線層を用いない場合と比較して、受電アンテナにおける第１の平板と第２の平板を用いた共振コンデンサが簡易に構成される、という効果が得られる。

請求項９に記載の発明によれば、第１のスリット平板および第２のスリット平板の双方に流れる電流の方向を基準方向としないか、または第３のスリット平板および第４のスリット平板の双方に流れる電流の方向を基準方向としない場合と比較して、ワイヤレス電力伝送用アンテナにおける伝送効率がより向上する、という効果が得られる。

請求項１０に記載の発明によれば、第１の配線層および第２の配線層を用いない場合と比較して、ワイヤレス電力伝送用アンテナにおける第１のスリット平板と第２のスリット平板を用いた共振コンデンサ、および第３のスリット平板と第４のスリット平板を用いた共振コンデンサが簡易に構成される、という効果が得られる。

請求項１１に記載の発明によれば、第１のスリット平板および第２のスリット平板の双方に流れる電流の方向を基準方向としないか、または第３のスリット平板および第４のスリット平板の双方に流れる電流の方向を基準方向としない場合と比較して、ワイヤレス電力伝送装置における伝送効率がより向上する、という効果が得られる。

実施の形態に係るワイヤレス電力伝送装置の構成の一例を示す回路図である。 第１の実施の形態に係るアンテナと比較例に係るスタブ型アンテナとの構成を示す平面図である。 第１の実施の形態に係るアンテナと比較例に係るスタブ型アンテナとの伝送特性を示すグラフである。 第１の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの構成の一例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るアンテナの平行平板のループに対する配置のバリエーションを示す図である。 第１の実施の形態に係るアンテナのシミュレーションモデルを説明するための図である。 第１の実施の形態に係るアンテナの伝送特性を示すグラフである。 第２の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの構成の一例を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る送電アンテナの層構成の一例を示す平面図および断面図である。 第２の実施の形態に係る受電アンテナの層構成の一例を示す平面図および断面図である。 第２の実施の形態に係るアンテナのシミュレーションモデルを説明するための図である。 第２の実施の形態に係るアンテナの開口部の大きさによるバリエーションを示す平面図である。 第２の実施の形態に係るアンテナの開口部の大きさによる伝送特性の違いを示すグラフである。 第２の実施の形態に係るアンテナのシフトずれによる伝送特性の変化を示すグラフである。 第２の実施の形態に係るアンテナの回転ずれによる伝送特性の変化を示すグラフである。 第２の実施の形態に係るアンテナの開口部内にネジを配置した場合のシミュレーションモデルを説明するための図、およびアンテナの開口部内にネジを配置した状態を示す平面図である。 第２の実施の形態に係るアンテナの開口部内にネジを配置した場合の伝送特性を示すグラフである。 第２の実施の形態に係るアンテナの開口部内に浮島を配置した場合のシミュレーションモデルを説明するための図、およびアンテナの開口部内に浮島を配置した状態を示す平面図である。 第２の実施の形態に係るアンテナの開口部内に浮島を配置した場合の伝送特性を示すグラフである。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの構成の一例を示す斜視図である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナの層構成の一例を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る受電アンテナの層構成の一例を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平行平板の回転方向を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平行平板の回転方向を示す平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平行平板の回転方向を示す平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平行平板の回転方向を示す平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平行平板の回転方向による伝送特性の違いを示すグラフである。 第３の実施の形態に係る送電アンテナと受電アンテナとの位置ずれおよび回転ずれを説明するための平面図である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナと受電アンテナとの位置ずれおよび回転ずれによる伝送特性の違いを示すグラフである。 第３の実施の形態に係る電流回転の向きを説明するための図である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平板回転の方向と電流回転の向きを説明するための平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平板回転の方向と電流回転の向きを説明するための平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平板回転の方向と電流回転の向きを説明するための平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平板回転の方向と電流回転の向きを説明するための平面図の一部である。 第３の実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの平板回転の方向と電流回転の向きによる特性の違いを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）に、本実施の形態に係るワイヤレス電力伝送装置９００を示す。本実施の形態に係るワイヤレス電力伝送装置９００は、給電装置９０２および受電装置９０４を備え、磁界を利用し、給電装置９０２から受電装置９０４にワイヤレスで（非接触）で電力が供給される。本実施の形態において、受電装置９０４は、たとえば携帯電話端末やノート型コンピュータなどの電子機器（図示省略）に搭載され、受電装置９０４で受電された電力は、当該電子機器で消費される。

本実施の形態に係る給電装置９０２は、交流電源９１０、整合回路９１２、および送電アンテナ９０６を含んで構成されている。

交流電源９１０は、一例として、給電装置９０２の外部から、予め定められた周波数の交流電力を供給する電源である。送電アンテナ９０６は、送電コイルＬＴ、共振コンデンサＣＴを含み、受電装置９０４（電子機器）に対し、磁界を用いて電力を送電する部位である。整合回路９１２は、交流電源９１０の出力インピーダンスと送電アンテナ９０６の入力インピーダンスとのマッチングを行う回路であり、該整合回路９１２により、交流電源９１０から送電アンテナ９０６へ効率よく電力が供給される。なお、交流電源９１０と送電アンテナ９０６とのインピーダンス整合を考慮しなくてよい場合には、本整合回路９１２は省略しても差し支えない。

受電装置９０４は、受電アンテナ９０８、整合回路９２０、整流回路９１４、電圧安定化回路９１６、および負荷９１８を含んで構成されている。

受電アンテナ９０８は、受電コイルＬＲ、共振コンデンサＣＲを含み、送電アンテナ９０６からの磁界を受け、該磁界を電流に変換する。整合回路９２０は、整合回路９１２と同様、受電アンテナ９０８と整流回路９１４との間のインピーダンス整合を行う回路であり、電力を効率よく伝送する。なお、本整合回路９２０も、前後に接続される回路のインピーダンス整合を考慮しなくてよい場合には、省略しても差し支えない。

整流回路９１４は、受電アンテナ９０８で受電した交流電力を整流し、直流電力に変換する回路である。電圧安定化回路９１６は、整流回路９１４から供給される直流電力を安定化させ、負荷９１８に供給する回路である。負荷９１８は、電子機器内において電力が供給される部位を代表させたものであり、電子機器内に設けられたバッテリー（２次電池）が接続される場合がある。

ワイヤレス電力伝送装置９００は、方式的には直接給電型のワイヤレス電力伝送装置に属するが、別の方式として、間接給電型のワイヤレス電力伝送装置がある。

図１（ｂ）に、間接給電型のワイヤレス電力伝送装置９５０の一例を示す。ワイヤレス電力伝送装置９５０は、給電装置９５２および受電装置９５４を備え、磁界を利用し、給電装置９５２から受電装置９５４にワイヤレスで電力が供給される。なお、図１（ｂ）では、図１（ａ）における整合回路、整流回路、電圧安定化回路を省略している。

給電装置９５２は、交流電源９６４および送電アンテナ９５８を含んで構成され、各々ワイヤレス電力伝送装置９００の、交流電源９１０および送電アンテナ９０６と同様の機能を有している。また、受電装置９５４は、受電アンテナ９６０および負荷９６６を含んで構成され、各々、ワイヤレス電力伝送装置９００の、受電アンテナ９０８および負荷９１８と同様の機能を有している。

送電アンテナ９５８は、送電アンテナ９０６と同様に、送電コイルＬＴ１および共振コンデンサＣＴを含み、受電アンテナ９６０は、受電アンテナ９０８と同様に、受電コイルＬＲ１および共振コンデンサＣＲを含んでいる。

ワイヤレス電力伝送装置９５０の給電装置９５２では、さらに、送電コイルＬＴ１に誘導結合されたコイルＬＴ２を含み、コイルＬＴ２は電源の一部を構成している。また、受電装置９５４では、さらに、受電コイルＬＲ１に誘導結合されたコイルＬＲ２を含み、コイルＬＲ２は負荷の一部を構成している。

以上のように構成された、間接給電型のワイヤレス電力伝送装置９５０は、特に給電系の伝送距離を長くしたい場合に用いられる方式である。

以下、本実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナについて説明するが、以下で説明する送電アンテナおよび受電アンテナは、直接給電方式、間接給電方式を問わず用いられる。なお、以下では、ワイヤレス電力伝送用の送電アンテナおよび受電アンテナを総称する場合には、単に「アンテナ」という。

つぎに、図２および図３を参照して、本実施の形態に係るアンテナである、送電アンテナ１０Ｅおよび受電アンテナ５０Ｅについて説明する。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｅは、送電コイルとしてのループＬＰ３および共振コンデンサＣＰ１を含んで構成されている。また、本実施の形態に係る受電アンテナ５０Ｅは、受電コイルとしてのループＬＰ４および共振コンデンサＣＰ２を含んで構成されている。

詳細は後述するが、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｅおよび受電アンテナ５０Ｅは、一例として、少なくとも２層の配線層を有するプリント板を使用して作製されている。以下では、２層の配線層を有するプリント板を例示して説明することとし、プリント基板の表面側の配線層を「第２配線層」といい、プリント基板の裏面側の配線層を「第１配線層」という。また、便宜的に、送電アンテナの第１配線層を「１層目」、第２配線層を「２層目」、受電アンテナの第２配線層を「３層目」、第１配線層を「４層目」と称することとする。なお、本実施の形態では、プリント板の配線層を使用する形態を例示して説明するが、これに限られず、たとえば半導体の配線層を使用する形態としてもよい。

送電アンテナ１０ＥのループＬＰ３は２層目（第２配線層）に形成されており、共振コンデンサＣＰ１は、１層目（第１配線層）と２層目（第２配線層）に同形状の平行平板を配置して形成されている。受電アンテナ５０ＥのループＬＰ４は３層目（第２配線層）に形成されており、共振コンデンサＣＰ２は、３層目（第２配線層）と４層目（第１配線層）に同形状の平行平板を配置して形成されている。つまり、本実施の形態では、送電アンテナ１０Ｅの第２配線層に形成されたループＬＰ３と、受電アンテナ５０Ｅの第２配線層に形成されたループＬＰ４とが対向する構成となっている。図２（ａ）では、１層目ないし４層目のうちの２層目および３層目を示している。また、本実施の形態では、共振コンデンサＣＰ１およびＣＰ２の容量を、一例として１．６２ｐＦとしている。

送電アンテナ１０ＥのループＬＰ３の一部に表記された四角で囲まれた１は、後述する伝送特性をシミュレーションする場合の交流電源を、受電アンテナ５０ＥのループＬＰ４の一部に表記された四角で囲まれた２は、伝送特性をシミュレーションする場合の負荷を、各々表している（図４および図６参照）。また、本実施の形態では、送電アンテナ−受電アンテナ間の伝送特性を、送電アンテナの交流電源から受電アンテナの負荷までのＳパラメータＳ２１の絶対値でシミュレーションしている。

Ｓパラメータとは、電子回路や電子部品の特性を表すために使用される回路網パラメータのひとつで、散乱行列とも呼ばれ、回路網の通過特性、反射特性を示す。２ポートのＳパラメータは、Ｓ_１１、Ｓ_２１、Ｓ_１２、およびＳ_２２の４つのパラメータで回路網を表現するが、Ｓ_２１は、そのうちの順方向伝達特性を示し、Ｓ_２１の絶対値の最大値は１である。また、本実施の形態では、伝達特性を３次元電磁界シミュレーションにより求めており、解析シミュレータとしては、Ｓｏｎｎｅｔ ｅｍ（ソネット技研）を用いている。なお、以下では、｜Ｓ_２１｜を単にＳ２１と記載することとする。

図３を参照して、送電アンテナ１０Ｅ−受電アンテナ５０Ｅ間の伝送特性Ｓ２１について説明するが、図３では、比較例として、スタブによる共振コンデンサを用いたアンテナの伝送特性も図示している。「スタブ」とは、伝送線路の途中または端部に並列に接続された分岐線路であり、スタブ線路ともいう。

図２（ｂ）は、各々ループＬＰ１の一端および他端に並列に接続され、対向して配置されたスタブＳ１およびＳ２を有する送電アンテナ１００Ｃと、各々ループＬＰ２の一端および他端に並列に接続され、対向して配置されたスタブＳ３およびＳ４を有する受電アンテナ５００Ｃと、を示している。送電アンテナ１００Ｃおよび受電アンテナ５００Ｃは、各々単層で構成されている（図２（ｂ）では、各々、「スタブの１層目」、「スタブの２層目」と表記されている）。

以下に示すシミュレーションに際しては、スタブＳ１とＳ２とが対向して構成されるコンデンサの容量、および、スタブＳ３とＳ４とが対向して構成されるコンデンサの容量は、送電アンテナ１０Ｅの共振コンデンサＣＰ１、受電アンテナ５０Ｅの共振コンデンサＣＰ２と同じ値の１．６２ｐＦとしている。また、送電アンテナ１０ＥのループＬＰ３および受電アンテナ５０ＥのループＬＰ４の外形、送電アンテナ１００ＣのループＬＰ１および受電アンテナ５００ＣのループＬＰ２の外形は、いずれも同じ外形としている。

図３（ａ）は、送電アンテナ１０Ｅ−受電アンテナ５０Ｅ間の伝送特性を、図３（ｂ）には、送電アンテナ１００Ｃ−受電アンテナ５００Ｃ間の伝送特性を、各々示している。
図３の各図では、送電アンテナと受電アンテナとの距離（図３では、「Ｄ３」と表記、単位はｍｍ、詳細は後述する）をパラメータとして変えており、たとえば、同図中に示す「Ｄ３＝１０」は、送電アンテナ−受電アンテナ間の距離が１０ｍｍであることを示している。両者の伝送特性はほぼ同じ特性を示し、また、共振周波数ｆｒは、ｆｒ≒１５３ＭＨｚとなっている。

図３に示す結果から、送電アンテナおよび受電アンテナの共振コンデンサをスタブを用いて構成してもよいともいえる。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、スタブ（Ｓ１ないしＳ４）はループ（ＬＰ１、ＬＰ２）の内部に配置する必要があるため、その大きさ、すなわち容量値が制限される。ワイヤレス電力伝送装置では、伝送効率や、取り扱いのし易さ等から共振周波数を低くすることが求められる場合もあるところ、スタブでは共振コンデンサの容量値としての限界があり、共振周波数ｆｒを低くすることができない。

なお、上記送電アンテナ１０Ｅおよび受電アンテナ５０Ｅと、送電アンテナ１００Ｃおよび受電アンテナ５００Ｃと、の各々について、間接給電方式の構成とした場合の伝送特性も比較している。その結果、送電アンテナ１０Ｅおよび受電アンテナ５０ＥではＳ２１のピーク値が０．９９９となり、送電アンテナ１００Ｃおよび受電アンテナ５００ＣではＳ２１のピーク値が０．９８７となった。すなわち、スタブ型のアンテナよりも平行平板型のアンテナの方が伝送効率が高くできることがわかっている。なお、間接給電方式でシミュレーションする場合の構成は、図１の送電アンテナ９５８として、送電アンテナ１０Ｅまたは送電アンテナ１００Ｃを接続し、受電アンテナ９６０として、受電アンテナ５０Ｅまたは受電アンテナ５００Ｃを接続している。

つぎに、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｅおよび受電アンテナ５０Ｅの、平行平板型の共振コンデンサの形状を大きくした場合の実施の形態に係る送電アンテナ１００および受電アンテナ５００について説明する。本実施の形態に係るアンテナは、ループの内部に平行平板型の共振コンデンサを設けるようにしたので、共振コンデンサの外形はループの大きさまでの範囲で選択され、大きな容量の値も容易に設定される。一例として、本実施の形態に係る送電アンテナ１００および受電アンテナ５００の平行平板１０４の面積は、送電アンテナ１０Ｅおよび受電アンテナ５０Ｅの共振コンデンサＣＰ１およびＣＰ２の３１０倍とし、従って容量値を、１．６２×３１０≒５００ｐＦとしている。

図４に、本実施の形態に係る送電アンテナ１００および受電アンテナ５００を示す。図４（ａ）は送電アンテナ１００の斜視図を、図４（ｂ）は受電アンテナ５００の斜視図を、各々示している。

図４（ａ）に示すように送電アンテナ１００は、コイルとしての機能を有するループ１０２、およびコンデンサとしての機能を有する平行平板１０４ａおよび１０４ｂ（以下、総称する場合には、「平行平板１０４」という）を備えている。平行平板１０４ａは、接続部１０６ａおよびスルーホールＴＨを介してループ１０２の一端に接続され、平行平板１０４ｂは、接続部１０６ｂを介してループ１０２の他端に接続されている（以下、総称する場合には、「接続部１６」という）。また、ループ１０２には、送電アンテナ１００に電力を供給する交流電源９０が接続される。

図４（ｂ）に示すように受電アンテナ５００は、コイルとしての機能を有するループ５０２およびコンデンサとしての機能を有する平行平板５０４ａおよび５０４ｂ（以下、総称する場合には、「平行平板５０４」という）を備えている。平行平板５０４ａは、接続部５０６ａおよびスルーホールＴＨを介してループ５０２の一端に接続され、平行平板５０４ｂは、接続部５０６ｂを介してループ５０２の他端に接続されている（以下、総称する場合には、「接続部５０６」という）。また、ループ５０２には、受電アンテナ５００が搭載される電子機器の電力消費部であるインピーダンスＺ０の負荷９２が接続される。

図５は、本実施の形態に係る送電アンテナ１００および受電アンテナ５００の１層目ないし４層目のレイアウトを図示している。本シミュレーションでは、平行平板１０４、５０４をループ１０２の中央部に配置した場合と、偏らせて配置した場合の伝送特性の相違についても検討している。図５（ａ）は、平行平板１０４ａおよび１０４ｂを中央に配置した場合の送電アンテナ１００Ａの１層目と２層目、および、平行平板５０４ａおよび５０４ｂを中央に配置した場合の受電アンテナ５００Ａの３層目と４層目を各々示している。また、図５（ｂ）は、平行平板１０４ａおよび１０４ｂをループ１０２の中央部ではなく偏らせて配置した場合の送電アンテナ１００Ｂの１層目と２層目、および、平行平板５０４ａおよび５０４ｂをループ５０２の中央部ではなく偏らせて配置した場合の受電アンテナ５００Ｂの３層目と４層目を各々示している。

図６は、本実施の形態に係る送電アンテナ−受電アンテナ間の伝送特性をシミュレーションする場合のシミュレーションモデルを示している。本シミュレーションモデルでは、各々２層の仮想的な送電側平面対ＰＴおよび受電側平面対ＰＲを考え、送電側平面対ＰＴに送電アンテナ１０の第１配線層および第２配線層を、図６を平面視して上からこの順に配置し、受電側平面対ＰＲに受電アンテナ５０の第２配線層および第１配線層を上からこの順に配置する。図６中の四角で囲まれた”１”がシミュレーション上の信号源を、四角で囲まれた”２”がシミュレーション上の５０Ω負荷を示している。

このシミュレーションモデルでは、信号源がループ１０２を励振すると、ループ１０２から磁界Ｍが発生し、磁界Ｍによりループ１０２と予め定められた結合係数で結合されたループ５０２が励振され、ループ５０２に電流が発生する。この、信号源から負荷までの伝達特性を示すパラメータが上記Ｓ２１である。なお、送電側平面対ＰＴと受電側平面対ＰＲの内側の層同士の距離、すなわち、送電アンテナの第２配線層と、受電アンテナの第２配線層との間の距離を、送電アンテナ１００と受電アンテナ５００との間の距離Ｄ３と定義する。

図７（ａ）に、送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ間の伝送特性（Ｓ２１）のシミュレーション結果を、図７（ｂ）に、送電アンテナ１００Ｂ−受電アンテナ５００Ｂ間の伝送特性（Ｓ２１）のシミュレーション結果を示す。図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較して明らかなように、送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ間の伝送特性と、送電アンテナ１００Ｂ−受電アンテナ５００Ｂ間の伝送特性とでは、大きな相違はない。つまり、本実施の形態に係るアンテナでは、平行平板（１０４、５０４）のループ（１０２、５０２）内の位置によって、伝送特性は大きく変化しないことがわかる。

［第２の実施の形態］
図８（ａ）に本実施の形態に係る送電アンテナ１０を、図８（ｂ）に本実施の形態に係る受電アンテナ５０を示す。本実施の形態に係るアンテナは、上記実施の形態に係るアンテナにおいて、平行平板の内部に開口を設けた形態である。なお、本実施の形態に係るアンテナのループの形状は、上記実施の形態に係るアンテナのループの形状と同じ形状とし、平行平板の面積は、同等にしている。

図８（ａ）に示すように送電アンテナ１０は、コイルとしての機能を有するループ１２およびコンデンサとしての機能を有する平行平板１４ａおよび１４ｂ（以下、総称する場合には、「平行平板１４」という）を備えている。平行平板１４ａは、接続部１６ａおよびスルーホールＴＨを介してループ１２の一端に接続され、平行平板１４ｂは、接続部１６ｂを介してループ１２の他端に接続されている（以下、総称する場合には、「接続部１６」という）。

本実施の形態に係る平行平板１４ａは内部に開口部１８ａを有し、平行平板１４ｂは開口部１８ｂを有する（以下、総称する場合には、「開口部１８」という）。本実施の形態に係る平行平板１４ａと平行平板１４ｂとは、開口部１８を含めて同じ形状とされるとともに、対向して配置されている。また、ループ１２には、送電アンテナ１０に電力を供給する交流電源９０が接続される。

図８（ｂ）に示すように受電アンテナ５０は、コイルとしての機能を有するループ５２およびコンデンサとしての機能を有する平行平板５４ａおよび５４ｂ（以下、総称する場合には、「平行平板５４」という）を備えている。平行平板５４ａは、接続部５６ａおよびスルーホールＴＨを介してループ５２の一端に接続され、平行平板５４ｂは、接続部５６ｂを介してループ５２の他端に接続されている（以下、総称する場合には、「接続部５６」という）。

本実施の形態に係る平行平板５４ａは内部に開口部５８ａを有し、平行平板５４ｂは開口部５８ｂを有する（以下、総称する場合には、「開口部５８」という）。平行平板５４ａと平行平板５４ｂとは、開口部５８を含めて同じ形状とされるとともに、対向して配置されている。また、ループ５２には、受電アンテナ５０が搭載される電子機器の電力消費部であるインピーダンスＺ０の負荷９２が接続されている。

本実施の形態に係る送電アンテナ１０および受電アンテナ５０は、上記実施の形態と同様、一例として、２層の配線層を有するプリント板を使用して作製されている。以下、図９を参照して送電アンテナ１０の層ごとのレイアウト構成について、図１０を参照して受電アンテナ５０の層ごとのレイアウト構成について説明する。

図９（ａ）は、第１配線層側、つまりプリント板の裏面側から見た送電アンテナ１０の平面図を示している。図９（ａ）に示すように、送電アンテナ１０は、平行平板１４ａおよび接続部１６ａが第１配線層で形成され、ループ１２、平行平板１４ｂおよび接続部１６ｂが第２配線層で形成され、第１配線層の接続部１６ａと第２配線層のループ１２とが、スルーホールＴＨで接続されている。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＡ−Ａ’での断面図を、図９（ｃ）は、図９（ａ）に示すＢ−Ｂ’での断面図を各々示している。図９（ｂ）および（ｃ）における表記（１）が第１配線層、表記（２）が第２配線層を示している。

図１０（ａ）は、第２配線層側、つまりプリント板の表面側から見た受電アンテナ５０の平面図を示している。図１０（ａ）に示すように、受電アンテナ５０は、ループ５２、平行平板５４ｂ、および接続部５６ｂが第２配線層で形成され、平行平板５４ａおよび接続部５６ａが第１配線層で形成され、第１配線層の接続部５６ａと第２配線層のループ５２とが、スルーホールＴＨで接続されている。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＣ−Ｃ’での断面図を、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示すＤ−Ｄ’での断面図を各々示している。

以上のように構成された本実施の形態に係る送電アンテナ１０と受電アンテナ５０とを実際に使用する場合には、図８に示すように各々の第２配線層側を対向させて、つまり、ループ１２とループ５２とを直接対向させて配置する。

つぎに、図１１ないし図１５を参照して、本実施の形態に係る送電アンテナ−受電アンテナ間の伝送特性のシミュレーション結果について説明する。本実施の形態も、上記実施の形態と同様、送電アンテナ−受電アンテナ間の伝送特性を、送電アンテナの交流電源から受電アンテナの負荷までのＳパラメータＳ２１でシミュレーションしている。そして、Ｓパラメータをシミュレーションする場合の信号源は図８（ａ）の交流電源９０の位置に、５０Ω（図８（ｂ）では、「Ｚ０」と表記）負荷は図８（ｂ）の負荷９２の位置に各々接続している。

図１１は、本実施の形態に係る送電アンテナ−受電アンテナ間の伝送特性をシミュレーションする場合のシミュレーションモデルを示している。本シミュレーションモデルは、図６に示すシミュレーションモデルにおける送電アンテナ１００の位置に送電アンテナ１０を配置し、受電アンテナ５００の位置に受電アンテナ５０を配置したモデルである。したがって、モデルについての詳細は先述と同様であるので省略する。

図１２は、平行平板１４、５４の外形、および開口部１８、５８の形状をさまざまに変えた場合の送電アンテナ１０および受電アンテナ５０の平面図を示している。図１２（ａ）は、開口部１８、５８の大きさが大きい場合の送電アンテナ１０Ａおよび受電アンテナ５０Ａの平面図を、図１２（ｂ）は、開口部１８、５８の大きさが中程度の場合の送電アンテナ１０Ｂおよび受電アンテナ５０Ｂの平面図を、図１２（ｃ）は、開口部１８、５８の大きさが小さい場合の送電アンテナ１０Ｃおよび受電アンテナ５０Ｃの平面図を、各々示している。なお、本実施の形態において開口部１８，５８の大きさを変える場合には、平行平板１４、５４の実質的な面積を変えないように、開口部を大きくするにしたがって、平行平板の幅を狭くするようにしている。

図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各々では、左から右に向かって、送電アンテナの第１配線層、第２配線層、受電アンテナの第２配線層、第１配線層の順で、すなわち、図８（ａ）、（ｂ）を上方から（送電アンテナ１０の第１配線層側から）見た順で並んでいる。
図１２における（１）ないし（４）の表記は、第１層目ないし第４層目を示している。

図１３（ａ）は、送電アンテナ１０Ａから受電アンテナ５０Ａへの伝送特性、すなわち、平行平板の開口部が大きい場合の伝送特性を示し、図１３（ｂ）は、送電アンテナ１０Ｂから受電アンテナ５０Ｂへの伝送特性、すなわち、平行平板の開口部が中程度の場合の伝送特性を示し、図１３（ｃ）は、送電アンテナ１０Ｃから受電アンテナ５０Ｃへの伝送特性、すなわち、平行平板の開口部が小さい場合の伝送特性を、各々示している。図１３の各図では、送電アンテナと受電アンテナとの距離Ｄ３をパラメータとして変えている。

図１３に示す結果から、開口部１８、５８が大きくなるにしたがって伝送特性Ｓ２１のピーク値が下がるので、電力の伝送効率が低下することがわかり、距離Ｄ３が短いほど伝送効率が高いこともわかる。すなわち、図１３（ａ）から、開口部１８、５８が大の場合は、Ｓ２１の値自体が０．１以下と小さくなる。また、開口部１８、５８が中程度の場合のＳ２１のピークは約０．３４、開口部１８、５８が小の場合のＳ２１のピーク値は約０．４となっている。

図１３に示す結果から、求められる伝送効率を考慮して、図９（ａ）に示す開口部の幅ｄ１と平行平板部の幅ｄ２とを決定すべきことがわかる。本実施の形態では、ｄ１とｄ２との関係を種々変えて設定し、シミュレーションした結果、ｄ１とｄ２との間に以下に示す（式１）が成立する場合に、伝送効率の劣化が少なく、好ましいという結果を得ている。
ｄ１＜５×ｄ２ ・・・ （式１）
ここで、図１３（ｂ）、（ｃ）に示す結果から、本実施の形態に係るアンテナの共振周波数ｆｒ（Ｓ２１のピーク値における周波数）は、ｆｒ≒１３ＭＨｚであった。この共振周波数ｆｒの値は、図３（ｂ）に示す比較例に係るアンテナの共振周波数ｆｒの値ｆｒ≒１５３ＭＨｚの１／１０以下の値となっている。

また、本シミュレーションでは、送電アンテナと受電アンテナとの相対的な位置ずれについても検討している（図２８参照）。ワイヤレス電力伝送装置では、使用時において、送電アンテナのループおよび平行平板と、受電アンテナのループおよび平行平板とが正確に対向していることが、伝送効率の観点から望ましい。しかしながら、実際の使用においては、送電アンテナと受電アンテナとを必ずしも正確に対向させられるとは限らない。そこで、本実施の形態では、送電アンテナと受電アンテナとの相対的な位置をずらした場合の、伝送特性の変化も検討している。本実施の形態では、相対的な位置ずれに関し、送電アンテナと受電アンテナとが平行を維持しつつ横にずれる場合（以下、この横ずれを「シフトずれ」という）と、送電アンテナと受電アンテナとが同一の点を中心として相対的に回転してずれる場合（以下、このずれを「回転ずれ」という）とを想定している。なお、以下のシミュレーションでは、送電アンテナ−受電アンテナ間の距離Ｄ３を、Ｄ３＝１０ｍｍとしている。

図１４は、シフトずれ量を０ｍｍ、０．８ｍｍ、２．４ｍｍ、４ｍｍとした場合の上記実施の形態に係るアンテナのシフトずれに対する依存性と、本実施の形態に係るアンテナのシフトずれに対する依存性を示す図である。送電アンテナと受電アンテナとの相対的な位置のずらし方は、図２８（ａ）に示すように、送電アンテナを図２８（ａ）の平面視左側に移動させ、受電アンテナを図２８（ａ）の平面視右側に移動させ、左右の移動量の合計が前記シフトずれ量となるようにしている。

図１４（ａ）は、シフトずれ量を加味した送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ（図５（ａ）参照）間の伝送特性を、図１４(ｂ)は、シフトずれ量を加味した送電アンテナ１００Ｂ−受電アンテナ５００Ｂ（図５（ｂ）参照）間の伝送特性を、図１４（ｃ）は、シフト量を加味した送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ（図１２（ｃ）参照）間の伝送特性を、各々示している。

図１４に示す結果から、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ間の伝送特性は、開口部を有さない上記実施の形態に係る送電アンテナ１００Ａ（１００Ｂ）−受電アンテナ間５００Ａ（５００Ｂ）の伝送特性と比較して大きな変化はなく、伝送効率的に遜色のないことがわかる。また、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ間のシフトずれに対するロバスト性（外乱に対する耐力）も、開口部を有さない上記実施の形態に係る送電アンテナ１００Ａ（１００Ｂ）−受電アンテナ５００Ａ（５００Ｂ）間のシフトずれに対するロバスト性と比較して遜色のないことがわかる。

また、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃと、開口部を有さない上記実施の形態に係る送電アンテナ１００Ａ（１００Ｂ）−受電アンテナ５００Ａ（５００Ｂ）とを、各々間接給電型（図１（ｂ）参照）の構成として伝送特性を比較した結果についても、両者で大きな相違がないことを確認している（図示省略）。

つぎに、図１５を参照して、送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ間、送電アンテナ１００Ｂ−受電アンテナ５００Ｂ間、および送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ間の回転ずれに対する特性の変化の検討結果について説明する。送電アンテナと受電アンテナとの回転のさせ方は、図２８（ｂ）に示すように、送電アンテナの位置をそのままとし、受電アンテナを−９０°回転させている。

図１５は、回転させない場合（図１５では、「０°」と表記）と−９０°回転させた場合（図１５では、「−９０°」と表記）の各送電アンテナ−受電アンテナ間の伝送特性を示しており、図１５（ａ）は、送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ間の伝送特性を、図１５（ｂ）は、送電アンテナ１００Ｂ−５００Ｂ間の伝送特性を、図１５（ｃ）は、送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ間の伝送特性を示している。

図１５に示す結果から、図１５（ｃ）に示す本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ間の伝送特性の回転ずれに対する変動量は、図１５（ａ）に示す、開口部を有さない平行平板を中央に配置した送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ間の伝送特性と大きく違わないことがわかる。つまり、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｃ−受電アンテナ５０Ｃ間の、伝送効率で見た回転ずれに対するロバスト性は、開口部を有しない平行平板を用いた送電アンテナ１００Ａ−受電アンテナ５００Ａ間のロバスト性と比較して遜色はない。一方、図１５（ｂ）に示すように、開口部を有さない平行平板を偏在して配置した送電アンテナ１００Ｂ−受電アンテナ５００Ｂ間の伝送特性は、回転ずれに対して大きく変動することがわかる。

つぎに、図１６ないし図１９を参照して、本実施の形態に係る送電アンテナ１０の開口部１８内、あるいは受電アンテナ５０の開口部５８内に、伝導体を配置した場合の伝送特性の変化について説明する。本実施の形態に係る送電アンテナ１０は開口部１８を、受電アンテナ５０は開口部５８を各々有しているが、この開口部１８、５８を利用してプリント板を固定するネジを配置したり、開口部１８、５８を介して他の配線パターン、たとえば電源パターンを通過させたりする必要が生ずる場合もある。また、このような意図した伝導体の配置以外にも、たとえばはんだ屑のような意図しない異物が、開口部１８、５８内に付着するようなことも考えられる。そのため、本実施の形態では、開口部１８、５８内に伝導体が配置された場合の伝送特性の変化について検討した。

図１６（ａ）は、図１１で説明したシミュレーションモデルに、図１２（ｃ）に示す本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｃ、受電アンテナ５０Ｃを配置し、さらに送電アンテナ１０Ｃの開口部１８内の中央に上記伝導体としてのネジＮ１を、受電アンテナ５０Ｃの開口部５８内の中央に上記伝導体としてのネジＮ２を配置したシミュレーションモデルを示している。また、図１６（ｂ）は、各アンテナの開口部内にネジを配置した状態を、２層目、つまり送電アンテナ１０Ｃの第２配線層とネジＮ１との配置関係の詳細を図示し、代表して示している。

図１７（ａ）は、開口部１８および５８内に各々ネジＮ１およびＮ２がない場合の伝送特性を、図１７（ｂ）は、開口部１８および５８内に各々ネジＮ１およびＮ２を配置した場合の、上記シミュレーションモデルによる伝送特性のシミュレーション結果を示している。図１７に示すように、ネジの有無によって伝送特性の大きな変化はみられず、本実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナによれば、開口部内にネジ等の伝導体を配置してもよいことがわかる。なお、本シミュレーションでは、一例として、送電アンテナの開口部および受電アンテナの開口部の双方にネジを配置した形態で評価したが、いずれか一方の開口部にネジを配置しても同様の結果が得られることを確認している。

つぎに、図１８および図１９を参照して、開口部１８、５８内に他の配線パターンを配置した場合の伝送特性の変化について説明する。図１８（ａ）は、図１１に示すシミュレーションモデルに、送電アンテナ１０Ｃおよび受電アンテナ５０Ｃと、開口部１８および５８内に各々配置された他の配線パターンとしての浮島Ｕ１および浮島Ｕ２との配置状態を示している。なお、本シミュレーションでは、浮島Ｕ１は送電アンテナ１０Ｃの２層目（送電アンテナ１０Ｃの第２配線層）に配置し、浮島Ｕ２は、３層目（受電アンテナ５０Ｃの第２配線層）に配置しているので、図１８（ａ）では、２層目および３層目を代表して図示している。図１８（ｂ）は、その内２層目の配置状態の詳細を示している。

図１９（ａ）は、開口部１８、５８内に浮島Ｕ１、Ｕ２がない場合の伝送特性を、図１９（ｂ）は、開口部１８、５８内に各々浮島Ｕ１およびＵ２を配置した場合の、上記シミュレーションモデルによる伝送特性のシミュレーション結果を示している。図１９に示すように、浮島の有無によって伝送特性の大きな変化はみられず、本実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナによれば、開口部内に浮島等の他の配線パターンを配置してもよいことがわかる。なお、本シミュレーションでは、一例として、送電アンテナの開口部および受電アンテナの開口部の双方に浮島を配置した形態で評価したが、いずれか一方の開口部に浮島を配置しても同様の結果が得られることを確認している。

［第３の実施の形態］
以下、図２０ないし図３５を参照して、本実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナについて詳細に説明する。本実施の形態は、上記実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの開口部を有する平行平板に、該平行平板の外周から開口部に達するスリットを設け、平行平板の図形的な回転および電流の回転を考慮した特性の違いを利用する形態である。

図２０は、本実施の形態に係る送電アンテナおよび受電アンテナの一例として、代表的な形態を図示しており、図２０（ａ）は、送電アンテナ１０Ｄ、図２０（ｂ）は、受電アンテナ５０Ｄを示している。送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄは、上記実施の形態と同様２層のプリント板で構成されており、その層構成は図８に示す送電アンテナ１０および受電アンテナ５０と同様の層構成となっている。また、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄも、上記実施の形態と同様に、プリント板のみならず、半導体の配線層を利用して構成してもよい。

図２０（ａ）に示すように、送電アンテナ１０Ｄは、第１配線層（１層目）に配置された、開口部３８ａを有する平行平板３４ａ、接続部３６ａ、第２配線層（２層目）に配置されたループ３２、開口部３８ｂを有する平行平板３４ｂ、および接続部３６ｂを含んで構成されている。また、１層目の接続部３６ａと２層目のループ３２とが、スルーホールＴＨによって接続されている。そして、平行平板３４ａには、平行平板３４ａの外周から開口部３８ａに至るスリットＧ１が、平行平板３４ｂには、平行平板３４ｂの外周から開口部３８ｂに至るスリットＧ２が設けられている。

図２０（ｂ）に示すように、受電アンテナ５０Ｄは、第２配線層（３層目）に配置された、ループ７２、開口部７８ｂを有する平行平板７４ｂ、接続部７６ｂ、第１配線層（４層目）に配置された開口部７８ａを有する平行平板７４ａ、および接続部７６ａを含んで構成されている。また、３層目のループ７２と４層目の接続部７６ａとが、スルーホールＴＨによって接続されている。そして、平行平板７４ｂには、平行平板７４ｂの外周から開口部７８ｂに至るスリットＧ３が、平行平板７４ａには、平行平板７４ａの外周から開口部７８ａに至るスリットＧ４が設けられている。

以上のように構成された送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの断面図は各々図９および図１０と同様となるので、図示を省略する。また、送電アンテナ１０Ｄ−受電アンテナ５０Ｄ間の伝送特性をシミュレーションする場合のシミュレーションモデルも図１１と同様であり、シミュレーションに際しては、交流電源９０と負荷９２が接続される。

ここで、上記スリットＧ１ないしＧ４（以下、総称する場合は「スリットＧ」という）により規定される、本実施の形態に係る平行平板３４、７４の図形的な回転に伴う方向性について定義する。本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄでは、各々接続部３６および７６の位置に対するスリットＧの設け方により、平行平板の図形的な回転方向（右回り、左回り）が異なる。この図形的な回転（以下、「平板回転」という場合がある）に伴い、送電アンテナ１０Ｄ−受電アンテナ５０Ｄ間の伝送特性が異なる。

図２１および図２２を参照して、上記平板回転についてより詳細に説明する。図２１は、送電アンテナ１０Ｄの一形態を示しており、図２１（ａ）は１層目を、図２１（ｂ）は２層目を各々示している。また、図２２は、受電アンテナ５０Ｄの一形態を示しており、図２２（ａ）は３層目を、図２２（ｂ）は４層目を各々示している。図２１および２２は、平行平板３４とループ３２との接続部３６を介した接続方法、および平行平板７４とループ７２との接続部７６を介した接続方法は、スリットＧ１〜Ｇ４の位置も含めて図２０に示す送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの接続方法と同じとした送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの例である。

図２１（ａ）に示すように、スリットＧ１を接続部３６ａの図２１（ａ）の正面視上側に設けることによって、接続部３６ａに接続された部分Ａから出発して、接続部３６ａに接続されていない部分Ｂに到達するまでの経路は、図２１（ａ）に点線で示す経路Ｋとなる。経路Ｋを、図２１の正面視で見ると、つまり図２０における送電アンテナ１０Ｄの第１配線層側から見ると右回りであるので、図２１（ａ）に示す平行平板の平板回転の方向は「右回り」（図２１（ａ）では「Ｒ」と表記）であると定義する。

同様に考えると、図２１（ｂ）に示す２層目の平行平板の平板回転の方向は左回り、図２２（ａ）に示す３層目の平板回転の方向は左回り、図２２（ｂ）に示す４層目の平板回転の方向は右回りとなる。ここで、ある送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの組の１層目から４層目までの平板回転の方向を、左を「Ｌ」、右を「Ｒと」表記し、記号（１層目の平板回転方向、２層目の平板回転方向、３層目の平板回転方向、４層目の平板回転方向）で表すことにする。すなわち、図２１および図２２に示す送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの平板回転の方向は（ＲＬＬＲ）となる。

図２３（ｂ）ないし図２６（ａ）は、上記で定義される送電アンテナ１０Ｄと受電アンテナ５０Ｄとの平板回転方向の組み合わせのうち、各々（ＬＬＬＬ）、（ＬＲＬＲ）、（ＬＲＲＬ）、（ＲＲＲＲ）、（ＲＬＲＬ）、（ＲＬＬＲ）の各タイプの１層目ないし４層目のパターン配置状態を示している。

図２３（ａ）は、比較例としてのスリットのない送電アンテナ１０Ｃおよび受電アンテナ５０Ｃ（図２３（ａ）では、「なし」と表記）のパターン配置を示しており、図２６（ｂ）は、比較例としての、スリットが接続部とは反対側にある送電アンテナ１０Ｆおよび受電アンテナ５０Ｆ（図２６（ｂ）では、「中央」と表記）のパターン配置を示している。

図２７に、図２３ないし図２６に示す平板回転方向の送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの伝送特性を示す。図２７では、図２３ないし図２６に示す平板回転に、（ＲＬＬＬ）および（ＲＬＲＲ）の伝送特性を付け加えている。図２７から、（ＲＬＬＲ）、（ＲＬＬＬ）、（ＲＬＲＲ）、（ＲＲＲＲ）、（ＬＬＬＬ）の各タイプは、Ｓ２１のピーク値で比較した場合、送電アンテナ１０Ｃおよび受電アンテナ５０Ｃ（図１３参照、図２３（ａ）の「なし」）よりも伝送効率が向上することがわかる。さらに、（ＲＬＬＲ）、（ＲＬＬＬ）、（ＲＬＲＲ）の各タイプは、送電アンテナ１０Ｆおよび受電アンテナ５０Ｆ（図２６（ｂ）の「中央」）の伝送特性よりも伝送効率が向上することがわかる。また、（ＲＬＬＲ）タイプの伝送効率が最も高いことがわかる。

つぎに、本実施の形態に係る送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄのシフトずれおよび回転ずれに対する伝送特性の変化について説明する。図２８（ａ）は、本シミュレーションにおけるシフトずれを発生させる方法、図２８（ｂ）は、回転ずれを発生させる方法を、各々説明するための図であり、各々（ＲＬＬＲ）タイプの送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの１層目ないし４層目を示している。

図２８（ａ）に示すように、本実施の形態では、シフトずれを発生させる場合には、図２８（ａ）正面視で左方向に送電アンテナ１０Ｄをずらし、右方向に受電アンテナ５０Ｄをずらし、合計のシフト量で所望のシフトずれ量を得る。図２８（ａ）は、シフトずれ量を４ｍｍとした場合の例を示している。むろん、送電アンテナ１０Ｄあるいは受電アンテナ５０Ｄの一方を固定し、他方を横にずらしてもよい。

図２８（ｂ）に示すように、本実施の形態では、回転ずれを発生させる場合には、送電アンテナ１０Ｄを固定し、受電アンテナ５０Ｄを同心に回転させて、所望の回転ずれ量を得る。図２８（ｂ）は、回転ずれ量を−９０°（反時計回りの方向を正方向の回転としている）とした場合の例を示している。むろん、受電アンテナ５０Ｄを固定し送電アンテナ１０Ｄを回転させてもよい。

図２９は、（ＲＬＬＲ）タイプの送電アンテナ１０Ｄ−受電アンテナ５０Ｄ間のシフトずれ、および回転ずれによる伝送特性の変化のシミュレーション結果を示している。図１４（ｃ）に示す送電アンテナ１０Ｃおよび受電アンテナ５０Ｃのシフトずれに対する伝送特性の変化量、および図１５（ｃ）に示す送電アンテナ１０Ｃおよび受電アンテナ５０Ｃの回転ずれに対する伝送特性の変化量と比較して、（ＲＬＬＲ）タイプの送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄは、シフトずれ、回転ずれに対する伝送特性の変化量（ロバスト性）は同程度に維持され、さらに伝送効率が全体的に高くなっていることがわかる。

つぎに、上記平板回転と、送電アンテナおよび受電アンテナの平行平板に流れる電流の回転方向との関係について説明するが、まず、図３０を参照して、電流の方向について定義する。

図３０（ａ）ないし（ｄ）は、図２１および図２２に示す（ＲＬＬＲ）タイプの送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの１層目ないし４層目を示している。本実施の形態では、シミュレーション上の電源（図３０（ｂ）では、四角で囲まれた「１」で表記）の一方の端子からの交流電流の向きのうち、図３０（ｂ）に示す時計回り（右回り）の電流ｉＴの向きを基準とする。このとき、図３０に示す例では、スルーホールＴＨを介して１層目の平行平板３４ａに経路を移した電流は、右回りで回転し、平行平板３４ｂの電流は、接続部３６ｂを介して電源の他方の端子に戻るので、右方向に回転する。

ループ３２に発生する磁界によって受電アンテナ５０Ｄのループ７２が励振されるので、ループ７２には右回りの電流ｉＲが発生する（つまり、本実施の形態では、ループ３２とループ７２とを対向させて配置しているので、ループ７２には必ず右回りの電流が発生する）。この際、３層目では、平行平板７４ｂを介して負荷（図３０（ｃ）では、四角で囲まれた「２」で表記）の他方の端子に流れ込むので、平行平板７４ｂの電流の向きは右回りである。また、ループ７２に流れる電流ｉＲは、スルーホールＴＨを介して平行平板７４ａに移るので、平行平板７４ａの電流の向きは右回りである。

以上、（ＲＬＬＲ）タイプの送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの平行平板における電流の向きをまとめると、平行平板３４ａでは右回り、平行平板３４ｂでは右回り、平行平板７４ｂでは右回り、平行平板７４ａでは右回りとなる。以下、平行平板における電流回転の向きを、平板回転の向きに準じて、＜１層目の電流の向き、２層目の電流の向き、３層目の電流の向き、４層目の電流の向き＞で表すこととする。この場合、（ＲＬＬＲ）タイプの送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄの電流回転の向きは、＜ＲＲＲＲ＞となる。すなわち、平板回転の方向と電流回転の向きは必ずしも一致しない。

図３１ないし図３４に、図２７に示す各平板回転方向の送電アンテナ１０Ｄおよび受電アンテナ５０Ｄについての電流回転の向きを示す。すなわち、図３１（ａ）は、平板回転（ＬＬＬＬ）の電流回転の向き＜ＬＲＲＬ＞を、図３１（ｂ）は、平板回転（ＬＲＬＲ）の電流回転の向き＜ＬＬＲＲ＞を、図３２（ａ）は、平板回転（ＬＲＲＬ）の電流回転の向き＜ＬＬＬＬ＞を、図３２（ｂ）は、平板回転（ＲＲＲＲ）の電流回転の向き＜ＲＬＬＲ＞を、図３３（ａ）は、平板回転（ＲＬＲＬ）の電流回転の向き＜ＲＲＬＬ＞を、図３３（ｂ）は、平板回転（ＲＬＬＲ）の電流回転の向き＜ＲＲＲＲ＞を、図３４（ａ）は、平板回転（ＲＬＬＬ）の電流回転の向き＜ＲＲＲＬ＞を、図３４（ｂ）は、平板回転（ＲＬＲＲ）の電流回転の向き＜ＲＲＬＲ＞を、各々示している。なお、図３１ないし図３４の各図には、つぎに説明する図３５における伝送効率の比較結果（○、△、×、××）を併せて示している。

図３５に、上記平板回転の方向と電流回転の向きに対応する、Ｓ２１のシミュレーション結果からもとめた伝送効率の比較結果を示している。図３５においては、○が良好、△が比較的良好、×が不良、××が極めて不良という結果を示している。図３５の結果から、電流回転の向きで、送電アンテナおよび受電アンテナの各々に１つ以上の右回転がある場合に伝送効率が良いことがわかる（Ｎｏ．１，４，６−８）。また、送電アンテナおよび受電アンテナの各々で２つとも右回転の場合が最も伝送効率が高いことがわかる（Ｎｏ．６）。換言すると、送電アンテナおよび受電アンテナの少なくとも一方に右回転がない場合は伝送効率が悪い（Ｎｏ．２，３，５）。さらに、送電アンテナおよび受電アンテナの向きが逆のときに、一番伝送効率が悪いことがわかる（Ｎｏ．２，５）。

図３５に基づく上記結果を換言すると以下のようになる。すなわち、図３０（ｂ）に示すループ３２に流れる電流ｉＴの向き（時計回り）を基準方向とすると、送電アンテナを構成する２つの平行平板の少なくとも一方における電流の回転方向が基準方向であり、かつ受電アンテナを構成する２つの平行平板の少なくとも一方における電流の回転方向が基準方向である場合に伝送効率がよい。また、送電アンテナを構成する２つの平行平板の双方における電流の回転方向が基準方向であり、かつ受電アンテナを構成する２つの平行平板の双方における電流の回転方向が基準方向である場合に伝送効率が最も高い。

なお、上記各実施の形態では、送電アンテナの平行平板と受電アンテナの平行平板とを、開口部含めて同じ形状とし、対向させる形態を例示して説明したが、これに限られない。必要に応じて、送電アンテナと受電アンテナとで平行平板の大きさを変えてもよいし、平行平板の開口部の大きさを変えてもよい。また、本実施の形態では、ループおよび平行平板の形状を矩形にした形態を例示して説明するが、これに限られず、ループおよび平行平板の形状は円形、楕円形、多角形等さまざまな形状から選択した形状としてよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ 送電アンテナ
１２、３２、７２ ループ
１４、１４ａ、１４ｂ、３４ａ、３４ｂ、７４ａ、７４ｂ 平行平板
１６、１６ａ、１６ｂ、３６ａ、３６ｂ、７６ａ、７６ｂ 接続部
１８、１８ａ、１８ｂ、３８ａ、３８ｂ、７８ａ、７８ｂ 開口部
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ 受電アンテナ
５２ ループ
５４、５４ａ、５４ｂ 平行平板
５６、５６ａ、５６ｂ 接続部
５８、５８ａ、５８ｂ 開口部
９０ 交流電源
９２ 負荷
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ 送電アンテナ
１０２ ループ
１０４ａ、１０４ｂ 平行平板
１０６ａ、１０６ｂ 接続部
５００、５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ 受電アンテナ
５０２ ループ
５０４ａ、５０４ｂ 平行平板
５０６ａ、５０６ｂ 接続部
９００ ワイヤレス電力伝送装置
９０２ 給電装置
９０４ 受電装置
９０６ 送電アンテナ
９０８ 受電アンテナ
９１０ 交流電源
９１２ 整合回路
９１４ 整流回路
９１６ 電圧安定化回路
９１８ 負荷
９２０ 整合回路
９５０ ワイヤレス電力伝送装置
９５２ 給電装置
９５４ 受電装置
９５８ 送電アンテナ
９６０ 受電アンテナ
９６４ 交流電源
９６６ 負荷
ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＲ、ＣＴ 共振コンデンサ
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ スリット
ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４ ループ
ＬＴ、ＬＴ１ 送電コイル
ＬＴ２、ＬＲ２ コイル
ＬＲ、ＬＲ１ 受電コイル
Ｎ１、Ｎ２ ネジ
ＰＴ 送信側平面対
ＰＲ 受信側平面対
Ｓ１〜Ｓ４ スタブ
ＴＨ スルーホール
Ｕ１、Ｕ２ 浮島

Claims (11)

1. 一端および他端を有しループ状に形成されたループ部と、
   前記一端に接続された第１の平板と、
   前記他端に接続され、かつ前記第１の平板と対向して配置された第２の平板と、
   を含むワイヤレス電力伝送用アンテナ。
2. 前記第１の平板および前記第２の平板は、各々内部に開口部を有する
   請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナ。
3. 開口部を有する前記第１の平板および前記第２の平板の開口部の幅をｄ１とし、平板部の幅をｄ２とした場合に、ｄ１とｄ２とが、
   ｄ１＜５×ｄ２
   なる関係を満たす
   請求項２に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナ。
4. 前記第１の平板は、前記第１の平板と前記一端との接続部のいずれかの側に前記第１の平板の外周から前記開口部に至るスリットを有し、
   前記第２の平板は、前記第２の平板と前記他端との接続部のいずれかの側に前記第２の平板の外周から前記開口部に至るスリットを有する
   請求項２または請求項３に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナ。
5. 前記第１の平板および前記第２の平板が、各々前記ループ部の中央に配置された
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを有し、
   前記第１の平板が第１の配線層で形成され、
   前記ループ部および前記第２の平板が第２の配線層で形成され、
   前記ループ部と前記第１の平板とがスルーホールで接続された
   送電アンテナ。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを有し、
   前記第１の平板が第１の配線層で形成され、
   前記ループ部および前記第２の平板が第２の配線層で形成され、
   前記ループ部と前記第１の平板とがスルーホールで接続された
   受電アンテナ。
8. 請求項６に記載の送電アンテナと、
   請求項７に記載の受電アンテナと、
   前記送電アンテナに接続された交流電源と、
   前記受電アンテナに接続された負荷と、
   を含む
   ワイヤレス電力伝送装置。
9. 前記ループ部、前記第１の平板、および前記第２の平板を各々第１のループ部、第１のスリット平板、および第２のスリット平板とする請求項４に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを備え、交流電源に接続される送電アンテナと、
   前記ループ部、前記第１の平板、および前記第２の平板を各々第２のループ部、第３のスリット平板、および第４のスリット平板とする請求項４に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナを備え、負荷に接続される受電アンテナと、含み、
   前記第１のループ部に流れる電流の方向を基準方向とした場合に、前記第１のスリット平板および前記第２のスリット平板の少なくとも一方に流れる電流の方向が前記基準方向であり、かつ前記第３のスリット平板および前記第４のスリット平板の少なくとも一方に流れる電流の方向が前記基準方向である
   ワイヤレス電力伝送用アンテナ。
10. 前記送電アンテナは、前記第１のスリット平板が第１の配線層で形成され、前記第１のループ部および前記第２のスリット平板が第２の配線層で形成され前記第１のループ部と前記第１のスリット平板とがスルーホールで接続され、
    前記受電アンテナは、前記第３のスリット平板が第１の配線層で形成され、前記第２のループ部および前記第４のスリット平板が第２の配線層で形成され、前記第２のループ部と前記第３のスリット平板とがスルーホールで接続された
    請求項９に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナ。
11. 請求項９または請求項１０に記載のワイヤレス電力伝送用アンテナと、
    前記送電アンテナに接続された交流電源と、
    前記受電アンテナに接続された負荷と、
    を含むワイヤレス電力伝送装置。

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