JP5461277B2 - アンテナ装置、送電装置、受電装置および非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、電力伝送に使用される送電装置に配設されるアンテナ装置、このアンテナ装置を備えた送電装置および受電装置、並びにこの送電装置および受電装置を備えた非接触電力伝送システムに関するものである。

この種の非接触電力伝送システムに使用される送電装置として、下記特許文献１に開示された送電装置（給電装置としてのリーダライタ装置）が知られている。この送電装置は、発振器、増幅器、２つの調整用コンデンサおよびアンテナコイルを備えている。この送電装置では、発振器から出力された高周波が増幅器にて増幅されて、２つの調整用コンデンサとアンテナコイルとで構成されるアンテナ装置へ供給される。このアンテナ装置では、２つの調整用コンデンサのうちの１つがアンテナコイルに直列接続され、他の１つがアンテナコイルに並列接続されている。

この送電装置によれば、各調整用コンデンサのインピーダンスを調整することにより、送電用のアンテナコイルと受電用アンテナコイルまでの距離である送電距離が０より大きい所定値であるときに受電電力を最大にすることができる。

特開２００４−１６６３８４号公報（第９−１４頁、第３図）

ところで、この種の非接触電力伝送システムにおいて、送電装置から受電装置への電力伝送効率（電力送電効率）ηは、送電装置および受電装置の各アンテナコイルの結合係数をｋ、送電装置のアンテナ装置（アンテナコイルおよび２つの調整用コンデンサ）全体のＱ値をＱｓ、および受電装置のアンテナ装置（アンテナコイルおよび調整用コンデンサ）全体のＱ値をＱｒとしたときに、値（ｋ×√（Ｑｓ×Ｑｒ））に応じて変化する（増加したときには増加し、減少したときには減少する）ことが知られている。したがって、送電装置におけるアンテナ装置のＱ値（Ｑｓ）を向上させることで、電力伝送効率ηを向上させることが可能である。

この電力伝送効率ηの向上のため、Ｑ値（Ｑｓ）を向上させる場合、アンテナコイルについてはＱ値の高い形状のものを選定し、またコンデンサについてはＱ値の高いものを選定するのが一般的である。この場合、本願発明者らは、非接触電力送電システムにおける送電装置での増幅器からアンテナ装置（アンテナコイルおよび２つの調整用コンデンサ）までの間の高周波信号の供給ライン（同軸線）の引き回し方によって、送電装置側のＱ値（Ｑｓ）が影響を受けて大きく変動すること、言い替えれば、この引き回しを適切に行うことにより、送電装置のアンテナ装置についてのＱ値（Ｑｓ）をより大きな値に（Ｑ値を良好に）規定できることを見出した。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、Ｑ値（Ｑｓ）の良好な送電装置用のアンテナ装置、このアンテナ装置を備えた送電装置および受電装置、並びにこの送電装置および受電装置を備えた非接触電力伝送システムを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のアンテナ装置は、導体ラインがループ状に形成されて構成されたアンテナコイルと、前記アンテナコイルに並列に接続された第１コンデンサと、一方の電極が前記アンテナコイルおよび前記第１コンデンサの並列回路の一端に接続されて当該並列回路に直列接続された第２コンデンサと、出力端側において内部導体が前記第２コンデンサの他方の電極に接続されると共に外部導体が前記並列回路の他端に接続されて、入力された交流信号を前記アンテナコイルに供給する同軸ケーブルとを備えたアンテナ装置であって、前記同軸ケーブルは、前記出力端から予め規定された長さまたは回数だけ、前記並列回路の前記他端を起点として当該並列回路の前記一端方向に前記導体ラインに沿ってまたは当該導体ラインの内側で引き回されている。

また、請求項２記載のアンテナ装置は、請求項１載のアンテナ装置において、前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、および前記同軸ケーブルにおける前記引き回されている部位が、前記アンテナコイルの前記導体ラインによって囲われる内側領域に配設されている。

また、請求項３記載のアンテナ装置は、請求項１または２載のアンテナ装置において、前記アンテナコイルは、前記導体ラインとしての帯状の導電性金属板を曲げて構成されている。

上記目的を達成すべく請求項４記載の送電装置は、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記交流信号を発生すると共に前記同軸ケーブルを介して前記アンテナ装置に接続されて、当該発生した交流信号を当該同軸ケーブルに出力する信号発生部とを備えている。

上記目的を達成すべく請求項５記載の受電装置は、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置と、当該アンテナ装置の前記アンテナコイルに発生した交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧を生成する直流電圧生成部とを備えている。

上記目的を達成すべく請求項６記載の非接触電力伝送システムは、請求項４記載の送電装置と、請求項５記載の受電装置とを備え、当該送電装置の前記アンテナコイルと当該受電装置の前記アンテナコイルとが電磁結合している。

請求項１記載のアンテナ装置によれば、出力端から予め規定された長さまたは回数だけ、アンテナコイルおよび第１コンデンサの並列回路の他端を起点として並列回路の一端方向に導体ラインに沿ってまたは導体ラインの内側で同軸ケーブルを引き回して構成したことにより、同軸ケーブルを導体ラインに沿って引き回すことなく、同軸ケーブルの出力端から直ちにアンテナコイルの外部に引き出す構成や、同軸ケーブルを導体ラインに沿って逆方向に引き回す構成と比較して、アンテナ装置のＱ値をより大きな値に規定することができる。したがって、このアンテナ装置を備えた請求項４記載の送電装置によれば、送電についての電力伝送効率を十分に向上させることができる。また、このアンテナ装置を備えた請求項５記載の受電装置によれば、受電についての電力伝送効率を十分に向上させることができる。また、この送電装置およびこの受電装置を備えた請求項６記載の非接触電力電送システムによれば、送電および受電についての各電力伝送効率を十分に向上させることができる。

請求項２記載のアンテナ装置によれば、第１コンデンサ、第２コンデンサ、および同軸ケーブルにおける引き回されている部位をアンテナコイルの導体ラインによって囲われる内側領域に配設したことにより、アンテナ装置の外形をアンテナコイルの外形と同じに構成することができるため、第１コンデンサおよび第２コンデンサの少なくとも一方をアンテナコイルの外側領域に配置する構成や、同軸ケーブルにおける引き回されている部位をアンテナコイルの外側領域に配設する構成と比較して、アンテナ装置の外形を小さくする（アンテナ装置を小形化する）ことができる。したがって、このアンテナ装置を備えた請求項４記載の送電装置、このアンテナ装置を備えた請求項５記載の受電装置、およびこの送電装置および受電装置を備えた請求項６記載の非接触電力電送システムによれば、装置およびシステムを小形化することができる。

請求項３記載のアンテナ装置によれば、導体ラインとして表面積の大きい帯状の導電性金属板を曲げてアンテナコイルを構成したことにより、リッツ線を使用する構成と比較して、表皮効果の生じる高い周波数の交流信号の供給下であっても近接効果の発生を抑えて、発生する損失を低くすることができるため、電力伝送効率の低下を一層抑制することができる。したがって、このアンテナ装置を備えた請求項４記載の送電装置、このアンテナ装置を備えた請求項５記載の受電装置、およびこの送電装置およびこの受電装置を備えた請求項６記載の非接触電力電送システムによれば、電力伝送効率の低下をより一層抑制することができる。

電力伝送システム１の構成を示す構成図である。 送信アンテナ装置１２（受信アンテナ装置４１Ａ）の実施例についての構成を示す斜視図である。 図２の送信アンテナ装置１２（受信アンテナ装置４１Ａ）における同軸ケーブル２４（５４）の引き回しを説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２の比較例についての構成を示す斜視図である。 図４の送信アンテナ装置１２における同軸ケーブル２４の引き回しを説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２の他の比較例についての構成を示す斜視図である。 図６の送信アンテナ装置１２における同軸ケーブル２４の引き回しを説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２Ａ（１２Ｂ）の実施例についての構成を説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２Ａ（１２Ｂ）の他の実施例についての構成を説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２Ａ（１２Ｂ）の比較例についての構成を説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２Ａ（１２Ｂ）の他の比較例についての構成を説明するための模式図である。 送信アンテナ装置１２の実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１の内側で引き回した構成）における引き回し長（一辺を単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２の実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１の外側で引き回した構成）における引き回し長（一辺を単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２の実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１の内側で半分の面積となるように引き回した構成）における引き回し長（一辺を単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２の比較例（同軸ケーブル２４を逆方向へ、かつアンテナコイル２１の内側で引き回した構成）における引き回し長（一辺を単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２Ａの実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１の内側で引き回した構成）における引き回し長（アンテナコイル２１Ａの４分の１周の長さを単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２Ａの実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１の内側で半分の直径となるように引き回した構成）における引き回し長（アンテナコイル２１Ａの４分の１周の長さを単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２Ａの比較例（同軸ケーブル２４を逆方向へ、かつアンテナコイル２１の内側で引き回した構成）における引き回し長（アンテナコイル２１Ａの４分の１周の長さを単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２Ｂの実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１Ｂの内側で引き回した構成）における引き回し長（アンテナコイル２１Ｂの４分の１周の長さを単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２Ｂの実施例（同軸ケーブル２４を順方向へ、かつアンテナコイル２１Ｂの内側で半分の直径となるように引き回した構成）における引き回し長（アンテナコイル２１Ｂの４分の１周の長さを単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 送信アンテナ装置１２Ｂの比較例（同軸ケーブル２４を逆方向へ、かつアンテナコイル２１Ｂの内側で引き回した構成）における引き回し長（アンテナコイル２１Ｂの４分の１周の長さを単位とした長さ）とＱ値との関係を示す特性図である。 電力伝送システム１Ａの構成を示す構成図である。

以下、添付図面を参照して、非接触電力伝送システムの実施の形態について説明する。

図１に示す非接触電力伝送システム（以下、単に「電力伝送システム」ともいう）１は、一例として送電装置２および受電装置３を備え、受電装置３が送電装置２から非接触で電力を受電すると共に、受電した電力を負荷（本例では、一例としてバッテリ）４に対して出力可能に構成されている。

送電装置２は、図１に示すように、信号発生部１１および送信用のアンテナ装置（以下、「送信アンテナ装置」ともいう）１２を備えて構成されている。信号発生部１１は、一例として交流信号としての原信号Ｓ１ａを発生する発振器１１ａ、およびこの原信号Ｓ１ａを交流信号Ｓ１に増幅して出力する増幅器１１ｂとを備えている。また、信号発生部１１は、後述するように、送信アンテナ装置１２の同軸ケーブル２４における一端（入力端）に接続されて、交流信号Ｓ１をこの同軸ケーブル２４へ出力する。

送信アンテナ装置１２は、図１に示すように、アンテナコイル２１、第１コンデンサ２２、第２コンデンサ２３および同軸ケーブル２４を備えて構成されている。具体的には、アンテナコイル２１は、一例として、図２，３に示すように、導体ラインとしての帯状の導電性金属板３１を両端部３１ａ，３１ｂ同士が離間する状態で平面視四角形状（ループ状の一例）に折り曲げて構成されている。このアンテナコイル２１では、両端部３１ａ，３１ｂが１つの同じ隅部に位置する状態に導電性金属板３１が四角形状に折り曲げられ、さらにこの両端部３１ａ，３１ｂのうちの一方の端部３１ａがアンテナコイル２１の内側に向けて、他方の端部３１ｂを含むアンテナコイル２１の一辺（同図中における下辺）に対して平行となるように折り曲げられている。なお、本例では一例として、図２に示すように、アンテナコイル２１は、非磁性でかつ非導電性の支持平板３２の一方の面上に配設されると共に、この一方の面上に立設された非磁性でかつ非導電性の支柱３３に導電性金属板３１の各折曲部位および端部が固定されることにより、外形が上記した平面視四角形状に保持されている。

第１コンデンサ２２は、一例として、静電容量を変更可能な柱状（本例では一例として円柱状）の真空コンデンサ（可変容量形真空コンデンサ）で構成されている。また、第１コンデンサ２２は、長さ方向の両端部が電極として構成されて、図２，３に示すように、一方の電極（同図中の上側の電極）が導電性金属板３１の一方の端部３１ａに接続されると共に、他方の電極（同図中の下側の電極）が導電性金属板３１の他方の端部３１ｂの内側面に接続されている。この構成により、第１コンデンサ２２は、アンテナコイル２１に対して並列接続された状態で、アンテナコイル２１の導電性金属板３１によって囲われる内側領域（平面視四角形状のアンテナコイル２１の外縁で形成される仮想四角形の内側領域）に配設されている。

第２コンデンサ２３も、第１コンデンサ２２と同様にして静電容量を変更可能な柱状（本例では一例として円柱状）の真空コンデンサで構成されている。また、第２コンデンサ２３は、図２に示すように、第１コンデンサ２２と平行な状態で、かつ隣接して配設されると共に、一方の電極（同図中の下側の電極）が導電性金属板３１における他方の端部３１ｂ（アンテナコイル２１および第１コンデンサ２２の並列回路における一端）の内側面に接続されている。この構成により、第２コンデンサ２３は、アンテナコイル２１および第１コンデンサ２２の並列回路（以下、単に「アンテナコイル２１等の並列回路」ともいう）に対して直列接続された状態で、アンテナコイル２１の内側領域に配設されている。また、第２コンデンサ２３の他方の電極には、導電性金属板３４が取り付けられている。

同軸ケーブル２４は、図１に示すように、交流信号Ｓ１の入力端側が信号発生部１１に接続されている。具体的には、同軸ケーブル２４は、入力端側において、中心導体２４ａが信号発生部１１の出力端子（増幅器１１ｂの出力端子でもある）に接続され、かつ外部導体２４ｂが発振器１１ａの基準電位Ｖｇに接続されている。また、同軸ケーブル２４は、交流信号Ｓ１の出力端側がアンテナコイル２１等の並列回路における他端に接続されると共に第２コンデンサ２３の他方の電極に接続されている。具体的には、同軸ケーブル２４は、一例として出力端側にコネクタ３５が取り付けられ、同軸ケーブル２４の中心導体２４ａと接続されているコネクタ３５の出力ピン３５ａが第２コンデンサ２３の他方の電極（本例ではこの電極に取り付けられた導電性金属板３４）に接続されることにより、この出力ピン３５ａを介して中心導体が第２コンデンサ２３の他の電極に接続されている。また、同軸ケーブル２４は、同軸ケーブル２４の外部導体２４ｂと接続されているコネクタ３５の金属製ハウジング３５ｂが導電性金属板３１の一方の端部３１ａ（アンテナコイル２１等の並列回路における他端）に固定される（本例では一例として、一方の端部３１ａに形成されたコネクタ取付金具３６に固定される）ことにより、金属製ハウジング３５ｂを介して外部導体２４ｂがアンテナコイル２１等の並列回路における他端に接続されている。

また、同軸ケーブル２４は、図２，３に示すように、出力端（本例ではコネクタ３５）から予め規定された長さＬ１（予め規定された長さまたは回数の一例）だけ、アンテナコイル２１等の並列回路の他端（導電性金属板３１の一方の端部３１ａ）を起点としてアンテナコイル２１等の並列回路の一端（他方の端部３１ｂ）方向へ導電性金属板３１に沿って引き回されている。各同図では、同軸ケーブル２４は、平面視四角形状に形成された導電性金属板３１におけるこの四角形の四辺に対応する各部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうちの互いに隣り合う部位Ａ，Ｂに沿って引き回されて、各部位Ｂ，Ｃの連結部位からアンテナコイル２１の外部に引き出されている。すなわち、同軸ケーブル２４は、予め規定された長さＬ１として、平面視四角形状に形成された導電性金属板３１の２辺分の長さ（部位Ａ，Ｂの合計長）だけ、導電性金属板３１の一方の端部３１ａを起点として、導電性金属板３１に沿って引き回されている。

受電装置３は、図１に示すように、受信用のアンテナ装置（以下、「受信アンテナ装置」ともいう）４１および直流電圧生成部４２を備え、負荷４に対して直流電圧Ｖ１を出力可能に構成されている。具体的には、受信アンテナ装置４１は、図１に示すように、アンテナコイル５１およびコンデンサ５２を備えて構成されている。直流電圧生成部４２は、一例として整流回路および平滑回路（いずれも図示せず）で構成されて、受信アンテナ装置４１を構成するアンテナコイル５１に発生した交流電圧Ｖｃを整流・平滑して、直流電圧Ｖ１を生成する。

次に、電力伝送システム１の動作について説明する。

この電力伝送システム１では、まず、信号発生部１１が、交流信号Ｓ１を低い電力で出力している状態において、送信アンテナ装置１２側の各コンデンサ２２，２３の容量値を調整して、送電装置２側の送信アンテナ装置１２の整合状態を良好な状態に移行させると共に、受信アンテナ装置４１側のコンデンサ５２の容量値を調整して、受電装置３側の受信アンテナ装置４１の整合状態を良好な状態に移行させる。

次いで、信号発生部１１が出力している交流信号Ｓ１の電力を規定の電力まで増加させる。これにより、送電装置２から受電装置３に対して高い効率で電力伝送が行われ、その結果として、負荷（バッテリ）４に対しても高い効率で直流電圧Ｖ１が出力される（バッテリが充電される）。

この電力伝送システム１では、送信アンテナ装置１２において、上記したように同軸ケーブル２４が、同軸ケーブル２４の出力端から予め規定された長さＬ１だけ、アンテナコイル２１等の並列回路の他端（導電性金属板３１の一方の端部３１ａ）を起点としてアンテナコイル２１等の並列回路の一端（他方の端部３１ｂ）方向へ導電性金属板３１に沿って引き回されている。したがって、この電力伝送システム１によれば、後述するように、図４，５に示すように、同軸ケーブル２４を導電性金属板３１に沿って引き回すことなく、同軸ケーブル２４の出力端から直ちにアンテナコイル２１の外部に引き出す構成や、図６，７に示すように、同軸ケーブル２４を導電性金属板３１に沿って逆方向に引き回す構成を採用した電力伝送システムと比較して、送信アンテナ装置１２のＱ値をより大きな値に規定することができるため、高い電力伝送効率ηで受電装置３に電力を伝送することができる。なお、以下、電力伝送システム１の送信アンテナ装置１２，１２Ａ，１２Ｂにおける同じ機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

なお、上記の送信アンテナ装置１２では、導体ラインとして導電性金属板３１を使用してアンテナコイル２１を平面視四角形状に形成しているが、図８に示す送信アンテナ装置１２Ａのように、導体ラインとして金属パイプ６１を使用してアンテナコイルを平面視円形状に形成してもよいし、また同図に示す送信アンテナ装置１２Ｂのように、導体ラインとして導電性金属板３１を使用してアンテナコイルを平面視円形状に形成することもできる。これらの送信アンテナ装置１２Ａ，１２Ｂにおいても、送信アンテナ装置１２と同様にして、同軸ケーブル２４を金属パイプ６１や導電性金属板３１に沿って引き回すことにより、送信アンテナ装置１２のＱ値をより大きな値に規定することができるため、高い電力伝送効率ηで受電装置３に電力を伝送することができる。

具体的に、実施例を挙げて、同軸ケーブル２４を導電性金属板３１に沿って引き回す効果について詳細に説明する。なお、同軸ケーブル２４としてフジクラ社製の８Ｄ−２Ｖを使用した。

まず、上記した図２，３に示す平面視四角形状（ループ状の一例）のアンテナコイル２１を備えた送信アンテナ装置１２を作製した。この場合、導電性金属板３１として、幅が６ｃｍで、厚みが０．５ｍｍであって、長さが１５６ｃｍの銅製の帯状金属板を使用し、各部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さをそれぞれ、２８．５ｃｍ、４０ｃｍ、４０ｃｍ、４０ｃｍに規定した。また、第１コンデンサ２２および第２コンデンサ２３として、可変型の真空コンデンサを使用した。

また、この送信アンテナ装置１２については、実施例として、図２，３に示すように、アンテナコイル２１等の並列回路の他端（導電性金属板３１の一方の端部３１ａ）を起点としてアンテナコイル２１等の並列回路の一端（他方の端部３１ｂ）方向に向けて（この向き順方向とする）、各部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さの単位で長さ（引き回し長）を変えながら導電性金属板３１に沿って同軸ケーブル２４を引き回し、各引き回し長でのＱ値を測定した。なお、アンテナコイル２１の内側を引き回した場合と、アンテナコイル２１の外側を引き回した場合の２つの場合について、Ｑ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果を図１２，１３に示す。また、図３において破線で示すように、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１の内部において、引き回し（巻回し）の面積がアンテナコイル２１の面積の約半分となる状態で複数回順方向で引き回したときのＱ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果を図１４に示す。

また、比較例として、図４，５に示すように、同軸ケーブル２４を引き回すことなく、導電性金属板３１の端部３１ａからアンテナコイル２１の外部に引き出してＱ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果、この比較例でのＱ値は、１６６と測定された（図１２，１３での辺の数がゼロのときの測定値を参照）。

また、他の比較例として、図６，７に示すように、アンテナコイル２１等の並列回路の他端（導電性金属板３１の一方の端部３１ａ）を起点として、図２，３の場合とは逆に、導電性金属板３１の他方の端部３１ｂまで引き回し、その後、導電性金属板３１に沿って同軸ケーブル２４を他方の端部３１ｂから一方の端部３１ａ方向（逆方向）に向けて、各部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さの単位で長さを変えながら引き回し、各長さについてのＱ値を測定した。この結果を図１５に示す。

また、図８に示すように平面視円形状（ループ状の他の一例）のアンテナコイル２１Ａを備えた送信アンテナ装置１２Ａと、同じく平面視円形状のアンテナコイル２１Ｂを備えた送信アンテナ装置１２Ｂとを作製した。この場合、アンテナコイル２１Ａは、円柱状の金属パイプ（材質：銅、断面の外径が２ｃｍで内径が１．６ｃｍ）６１を円形状に１ターン巻回して（曲げて）作製し、アンテナコイル２１Ｂは、送信アンテナ装置１２のアンテナコイル２１と同じ導電性金属板３１を円形状に１ターン巻回して（曲げて）作製した。この場合、各アンテナコイル２１Ａ，２１Ｂは、その直径を４２ｃｍに規定した。また、各送信アンテナ装置１２Ａ，１２Ｂについては、各アンテナコイル２１Ａ，２１Ｂの端部間を約０．５ｃｍ離間させて、両端部間にリード線を介して第１コンデンサ２２を接続した。

また、送信アンテナ装置１２Ａについては、実施例として、図８に示すように、アンテナコイル２１Ａ等の並列回路（アンテナコイル２１Ａと第１コンデンサ２２の並列回路）の他端（金属パイプ６１の一方の端部６１ａ）を起点としてアンテナコイル２１Ａ等の並列回路の一端（金属パイプ６１の他方の端部６１ｂ）方向（順方向）に向けて、アンテナコイル２１Ａの４分の１周の長さを単位として長さ（引き回し長）を変えながら金属パイプ６１に沿って同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１Ａの内側で引き回し、各引き回し長でのＱ値を測定した。この結果を図１６に示す。また、図９に示すように、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１Ａの内部において、引き回しの直径がアンテナコイル２１Ａの直径の半分となる状態で複数回順方向で引き回したときのＱ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果を図１７に示す。

また、比較例として、図１０に示すように、同軸ケーブル２４を引き回すことなく、同軸ケーブル２４を金属パイプ６１の端部６１ａからアンテナコイル２１Ａの外部に引き出してＱ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果、この比較例でのＱ値は、約２２０と測定された（図１６，１７のゼロ回での測定値を参照）。

また、他の比較例として、図１１に示すように、アンテナコイル２１Ａ等の並列回路の他端（金属パイプ６１の一方の端部６１ａ）を起点として金属パイプ６１に沿って図８の場合とは逆方向（金属パイプ６１の他方の端部６１ｂを経由して、一方の端部６１ａに至る方向）に向けて、アンテナコイル２１Ａの４分の１周の長さを単位として長さ（引き回し長）を変えながら金属パイプ６１に沿って同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１Ａの内側で引き回し、各長さについてのＱ値を測定した。この結果を図１８に示す。

また、送信アンテナ装置１２Ｂについては、実施例として、図８に示すように、アンテナコイル２１Ｂの並列回路（アンテナコイル２１Ｂと第１コンデンサ２２の並列回路）の他端（導電性金属板３１の一方の端部３１ａ）を起点としてアンテナコイル２１Ｂ等の並列回路の一端（導電性金属板３１の他方の端部３１ｂ）方向（順方向）に向けて、アンテナコイル２１Ｂの４分の１周の長さを単位として長さ（引き回し長）を変えながら導電性金属板３１に沿って同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１Ｂの内側で引き回し、各引き回し長でのＱ値を測定した。この結果を図１９に示す。また、図９に示すように、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１Ｂの内部において、引き回しの直径がアンテナコイル２１Ｂの直径の半分となる状態で複数回順方向で引き回したときのＱ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果を図２０に示す。

また、比較例として、図１０に示すように、同軸ケーブル２４を引き回すことなく、同軸ケーブル２４を導電性金属板３１の端部３１ａからアンテナコイル２１Ｂの外部に引き出してＱ値（無負荷時のＱ値）を測定した。この結果、この比較例でのＱ値は、約１８３と測定された（図１９，２０のゼロ回での測定値を参照）。

また、他の比較例として、図１１に示すように、アンテナコイル２１Ｂ等の並列回路の他端（導電性金属板３１の他方の端部６１ｂ）を起点として導電性金属板３１に沿って図８の場合とは逆方向（一方の端部３１ａ方向）に向けて、アンテナコイル２１Ｂの４分の１周の長さを単位として長さ（引き回し長）を変えながら導電性金属板３１に沿って同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１Ｂの内側で引き回し、各長さについてのＱ値をネットワークアナライザを使用して測定した。この結果を図２１に示す。

また、Ｑ値の測定に際しては、下記参考文献に記載されているスミスチャートを用いたＱ値の算出手法を採用して算出した。
［参考文献］http://www.alab.t.u-tokyo.ac.jp/~yasutoc/documents/20070710_Qfactor.pdf

図１２，１３，１４，１５に示すＱ値の測定結果によれば、同軸ケーブル２４を順方向に引き回さない構成（引き回さずにアンテナコイル２１の外部に引き出す構成、および逆方向に引き回す構成）を採用した比較例の送信アンテナ装置１２では、引き回さずにアンテナコイル２１の外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２のＱ値（＝１６６）を超えるＱ値とはならない。これに対して、順方向に引き回す構成を採用した実施例の送信アンテナ装置１２では、同軸ケーブル２４の引き回し位置がアンテナコイル２１の内側であるか、外側であるかに拘わらず、同軸ケーブル２４の引き回し長が少なくとも平面視四角形状のアンテナコイル２１の５辺分の長さ（部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さの合計長に、さらに部位Ａの長さを加えた長さ）までは、引き回さずにアンテナコイル２１の外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２のＱ値（＝１６６）を超えるＱ値が確保されている。

また、順方向に引き回す構成を採用した実施例の送信アンテナ装置１２では、アンテナコイル２１の内側でアンテナコイル２１の面積よりも狭い面積となる状態で引き回したときには、引き回し（巻回）の回数が少なくとも５回（予め規定された長さまたは回数の一例）までは、引き回さずにアンテナコイル２１の外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２のＱ値（＝１６６）を超えるＱ値が確保されている。

したがって、同軸ケーブル２４を順方向に予め規定された長さＬ１（５辺分の長さ以下の長さ）だけ引き回す構成、または同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１の内側でアンテナコイル２１の面積よりも狭い面積となる状態（例えば半分の面積となる状態）で予め規定された回数（１回以上５回以下の回数）だけ引き回す構成を採用したアンテナコイル２１を備えた送信アンテナ装置１２、またこの送信アンテナ装置１２を備えた送電装置２によれば、受電装置３への電力伝送効率ηを十分に向上させることができる。

また、図１６，１７，１８に示すＱ値の測定結果によれば、同軸ケーブル２４を順方向に引き回さない構成（引き回さずにアンテナコイル２１Ａの外部に引き出す構成、および逆方向に引き回す構成）を採用した比較例の送信アンテナ装置１２Ａでは、引き回さずにアンテナコイル２１Ａの外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２ＡのＱ値（＝２２０）を超えるＱ値とはならない。これに対して、順方向に引き回す構成を採用した実施例の送信アンテナ装置１２Ａでは、アンテナコイル２１Ａに沿って引き回したときには、同軸ケーブル２４の引き回し長が少なくとも平面視円形状のアンテナコイル２１Ａの１／４回以上一周分（４／４回分）まで（予め規定された長さまたは回数の一例まで）は、引き回さずにアンテナコイル２１Ａの外部に引き出す構成を採用した送信アンテナ装置１２ＡのＱ値（＝２２０）を超えるＱ値が確保されている。

また、順方向に引き回す構成を採用した実施例の送信アンテナ装置１２Ａでは、アンテナコイル２１Ａの内側でアンテナコイル２１Ａの直径の半分の直径で引き回したときには、引き回し（巻回）の回数が少なくとも４回までは、引き回さずにアンテナコイル２１Ａの外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２ＡのＱ値（＝２２０）を超えるＱ値が確保されている。

したがって、同軸ケーブル２４を順方向に予め規定された回数Ｎ１（アンテナコイル２１Ａに沿って引き回す構成ではアンテナコイル２１Ａの一周以下の回数、アンテナコイル２１Ａの内側でアンテナコイル２１Ａの直径の半分の直径で引き回す構成では４回以下の回数）だけ引き回す構成を採用したアンテナコイル２１Ａを備えた送信アンテナ装置１２Ａ、またこの送信アンテナ装置１２Ａを備えた送電装置２によれば、受電装置３への電力伝送効率ηを十分に向上させることができる。

また、図１９，２０，２１に示すＱ値の測定結果によれば、同軸ケーブル２４を順方向に引き回さない構成（引き回さずにアンテナコイル２１Ｂの外部に引き出す構成、および逆方向に引き回す構成）を採用した比較例の送信アンテナ装置１２Ｂでは、引き回さずにアンテナコイル２１Ｂの外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２ＢのＱ値（＝１８３）を超えるＱ値とはならない。これに対して、順方向に引き回す構成を採用した実施例の送信アンテナ装置１２Ｂでは、アンテナコイル２１Ｂに沿って引き回したときには、同軸ケーブル２４の引き回し長が少なくとも平面視円形状のアンテナコイル２１Ｂの１／４回以上一周強分（５／４回分）まで（予め規定された長さまたは回数の一例まで）は、引き回さずにアンテナコイル２１Ａの外部に引き出す構成を採用した送信アンテナ装置１２ＢのＱ値（＝１８３）を超えるＱ値が確保されている。

また、順方向に引き回す構成を採用した実施例の送信アンテナ装置１２Ｂでは、アンテナコイル２１Ｂの内側でアンテナコイル２１Ｂの直径の半分の直径で引き回したときには、引き回し（巻回）の回数が少なくとも３回までは、引き回さずにアンテナコイル２１Ｂの外部に引き出す構成を採用した比較例の送信アンテナ装置１２ＢのＱ値（＝１８３）を超えるＱ値が確保されている。

したがって、同軸ケーブル２４を順方向に予め規定された回数Ｎ１（アンテナコイル２１Ｂに沿って引き回す構成ではアンテナコイル２１Ｂの一周強以下（５／４回以下）の回数、アンテナコイル２１Ｂの内側でアンテナコイル２１Ｂの直径の半分の直径で引き回す構成では３回以下の回数）だけ引き回す構成を採用したアンテナコイル２１Ｂを備えた送信アンテナ装置１２Ｂ、またこの送信アンテナ装置１２Ｂを備えた送電装置２によれば、受電装置３への電力伝送効率ηを十分に向上させることができる。

また、図２，３に示すように、第１コンデンサ２２および第２コンデンサ２３をアンテナコイル２１の内側領域に配置すると共に、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１の内側において引き回す構成を採用することにより、送信アンテナ装置１２の外形をアンテナコイル２１の外形と同じに構成することができるため、第１コンデンサ２２および第２コンデンサ２３の少なくとも一方をアンテナコイル２１の外側領域に配置する構成を採用した不図示の送信アンテナ装置１２や、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１の外側において引き回す構成を採用した不図示の送信アンテナ装置１２と比較して、送信アンテナ装置１２の外形を小さくする（送信アンテナ装置１２を小形化する）ことができる。したがって、この送信アンテナ装置１２を備えた送電装置２、およびこの送電装置２を備えた電力伝送システム１についても小形化することができる。

また、図示はしないが、図８に示す送信アンテナ装置１２Ａ，１２Ｂにおいても、上記した送信アンテナ装置１２と同様にして、第１コンデンサ２２および第２コンデンサ２３をアンテナコイル２１Ａ，２１Ｂの内側領域に配置すると共に、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１の内側において引き回す構成を採用することにより、送信アンテナ装置１２Ａ，１２Ｂの外形を小さくする（送信アンテナ装置１２Ａ，１２Ｂを小形化する）ことができる。

なお、送信アンテナ装置１２，１２Ａ，１２Ｂの設置スペースに余裕がある場合には、第１コンデンサ２２および第２コンデンサ２３の少なくとも一方をアンテナコイル２１，２１Ａ，２１Ｂの外側領域に配置する構成や、同軸ケーブル２４をアンテナコイル２１，２１Ａ，２１Ｂの外側において引き回す構成を採用してもよいのは勿論である。

また、アンテナコイルを形成するための導電ラインとしては、上記したように導電性金属板３１や金属パイプ６１に限定されず、種々の長尺な導体を採用することができるが、特に、導電性金属板３１のように表面積の大きい帯状の導体ラインを使用する送信アンテナ装置１２によれば、リッツ線を使用する構成と比較して、表皮効果の生じる高い周波数の交流信号Ｓ１の供給下であっても近接効果の発生を抑えて、発生する損失を低くすることができるため、電力伝送効率ηの低下を一層抑制することができる。したがって、このアンテナ装置１２を備えた送電装置２およびこの送電装置２を備えた電力伝送システム１によれば、電力伝送効率ηの低下をより一層抑制することができる。

また、上記した実施の形態に示した構成では、導電性金属板３１や金属パイプ６１を１ターン巻回して各アンテナコイル２１，２１Ａ，２１Ｂを形成しているが、２ターン以上巻回する構成を採用することもできる。

また、上記した電力伝送システム１では、アンテナコイルを構成する導体ラインに沿って同軸ケーブルを引き回すことでＱ値を高めたアンテナ装置を送信アンテナ装置１２に適用しているが、図２２に示す電力伝送システム１Ａのように、このアンテナ装置を受信アンテナ装置４１Ａに適用することもできる。以下、この電力伝送システム１Ａについて説明する。なお、この受信アンテナ装置４１Ａを除く他の構成については電力伝送システム１と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、受信アンテナ装置４１Ａについて主として説明する。

図２２に示す電力伝送システム１Ａは、一例として送電装置２および受電装置３Ａを備え、受電装置３Ａが送電装置２から非接触で電力を受電すると共に、受電した電力を負荷４に対して出力可能に構成されている。この電力伝送システム１Ａでは、受電装置３Ａの受信アンテナ装置４１Ａは、送電装置２の送信アンテナ装置１２と同一の構成を備えている。この場合、受信アンテナ装置４１Ａは、図２、図３、図８および図９に示す構成のうちの任意の１つの構成を採用することができるが、以下では、一例として、図２，３の構成を採用した例を挙げて説明する。

受信アンテナ装置４１Ａは、図２２に示すように、アンテナコイル５１、第１のコンデンサとしてのコンデンサ５２、第２のコンデンサとしてのコンデンサ５３および同軸ケーブル５４を備えて構成されている。具体的には、アンテナコイル５１は、一例として、図２，３に示すように、導体ラインとしての帯状の導電性金属板３１を両端部３１ａ，３１ｂ同士が離間する状態で平面視四角形状（ループ状の一例）に折り曲げて、アンテナコイル２１と同一に構成されている。

コンデンサ５２は、一例として、第１コンデンサ２２と同型のコンデンサで構成され、コンデンサ５３は、一例として、第２コンデンサ２３と同型のコンデンサで構成されている。コンデンサ５２は、図２，３に示すように、一方の電極（同図中の上側の電極）が導電性金属板３１の一方の端部３１ａに接続されると共に、他方の電極（同図中の下側の電極）が導電性金属板３１の他方の端部３１ｂの内側面に接続されている。この構成により、コンデンサ５２は、アンテナコイル５１に対して並列接続された状態で、アンテナコイル５１の導電性金属板３１によって囲われる内側領域（平面視四角形状のアンテナコイル５１の外縁で形成される仮想四角形の内側領域）に配設されている。

コンデンサ５３は、図２に示すように、コンデンサ５２と平行な状態で、かつ隣接して配設されると共に、一方の電極（同図中の下側の電極）が導電性金属板３１における他方の端部３１ｂ（アンテナコイル５１およびコンデンサ５２の並列回路における一端）の内側面に接続されている。この構成により、コンデンサ５３は、アンテナコイル５１およびコンデンサ５２の並列回路（以下、単に「アンテナコイル５１等の並列回路」ともいう）に対して直列接続された状態で、アンテナコイル５１の内側領域に配設されている。また、コンデンサ５３の他方の電極には、導電性金属板３４が取り付けられている。

同軸ケーブル５４は、図１に示すように、入力端側がアンテナコイル５１等の並列回路およびコンデンサ５３の直列回路に接続されると共に、出力端側が直流電圧生成部４２に接続されて、アンテナコイル５１に発生した交流電圧Ｖｃを直流電圧生成部４２に伝送する。また、同軸ケーブル５４は、図２，３に示すように、送信アンテナ装置１２における同軸ケーブル２４と同様にして、導電性金属板３１に沿って引き回されている。

以上の構成により、受信アンテナ装置４１Ａについても、送信アンテナ装置１２と同様にしてＱ値を大きな値に規定することができるため、受信アンテナ装置４１Ａおよびこの受信アンテナ装置４１Ａを備えた電力伝送システム１Ａによれば、受電装置３Ａが高い電力伝送効率ηで送電装置２から電力を受電（受信）することができる。なお、この電力伝送システム１Ａでは、送電装置２および受電装置３Ａの双方において、アンテナコイルを構成する導体ラインに沿って同軸ケーブルを引き回すことでＱ値を高めたアンテナ装置を採用する最も好ましい構成を採用したが、図示はしないが、受電装置のみがこの同軸ケーブルを引き回すことでＱ値を高めたアンテナ装置を採用する構成とすることもできる。

１，１Ａ 電力伝送システム
２ 送電装置
３，３Ａ 受電装置
１２，１２Ａ，１２Ｂ 送信アンテナ装置
２１，２１Ａ，２１Ｂ アンテナコイル
２２ 第１コンデンサ
２３ 第２コンデンサ
２４，５４ 同軸ケーブル
３１ 導電性金属板
４１Ａ 受信アンテナ装置
５１ アンテナコイル
５２，５３ コンデンサ
６１ 金属パイプ
Ｓ１ 交流信号

Claims (6)

1. 導体ラインがループ状に形成されて構成されたアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルに並列に接続された第１コンデンサと、
   一方の電極が前記アンテナコイルおよび前記第１コンデンサの並列回路の一端に接続されて当該並列回路に直列接続された第２コンデンサと、
   出力端側において内部導体が前記第２コンデンサの他方の電極に接続されると共に外部導体が前記並列回路の他端に接続されて、入力された交流信号を前記アンテナコイルに供給する同軸ケーブルとを備えたアンテナ装置であって、
   前記同軸ケーブルは、前記出力端から予め規定された長さまたは回数だけ、前記並列回路の前記他端を起点として当該並列回路の前記一端方向に前記導体ラインに沿ってまたは当該導体ラインの内側で引き回されているアンテナ装置。
2. 前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、および前記同軸ケーブルにおける前記引き回されている部位が、前記アンテナコイルの前記導体ラインによって囲われる内側領域に配設されている請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナコイルは、前記導体ラインとしての帯状の導電性金属板を曲げて構成されている請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記交流信号を発生すると共に前記同軸ケーブルを介して前記アンテナ装置に接続されて、当該発生した交流信号を当該同軸ケーブルに出力する信号発生部とを備えている送電装置。
5. 請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置と、当該アンテナ装置の前記アンテナコイルに発生した交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧を生成する直流電圧生成部とを備えている受電装置。
6. 請求項４記載の送電装置と、請求項５記載の受電装置とを備え、当該送電装置の前記アンテナコイルと当該受電装置の前記アンテナコイルとが電磁結合している非接触電力伝送システム。

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