JP6443565B2 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の非接触伝送システムに使用されるアンテナ装置およびそれを備えた電子機器に関するものである。
従来のアンテナ装置として、例えば、引用文献１に記載のものがある。引用文献１に記載された従来例では、平面視で、受電コイルのコイル開口内に受信コイルが配置されている。引用文献１に記載された第１の実施例では、平面視で、受信コイルのコイル開口が受電コイルに沿って延伸し、受信コイルのコイル開口内に受電コイルが配置されている。引用文献１に記載された第２の実施例では、平面視で、受信コイルのコイル開口が受電コイルを跨ぎ、受信コイルのコイル開口の中央部が受電コイルと重なる。
特開平５−２５９９４９号公報
引用文献１に記載されたアンテナ装置では、受信コイルのコイル開口の中央部を送信側のアンテナ装置に近づけたとき、通信特性が最良となる。受電コイルのコイル開口の中央部を送電側のアンテナ装置に近づけたとき、電力伝送特性が最良となる。
引用文献１に記載された従来例では、平面視で、受信コイルのコイル開口の中央部と受電コイルのコイル開口の中央部とが一致している。このため、通信時と電力伝送時とにおいて、従来例のアンテナ装置の同一の箇所を相手側のアンテナ装置に近づければよい。しかし、引用文献１に記載された従来例では、受信コイルと受電コイルとの間に磁界結合が生じることで、通信と電力伝送とが互いを阻害してしまう。
引用文献１に記載された第１の実施例および第２の実施例では、一方のコイルにより他方のコイル開口に生成される磁束が、磁界の打ち消し合いにより小さくなる。このため、受信コイルと受電コイルとの磁界結合が小さくなる。しかし、引用文献１に記載された第１の実施例では、受信コイルと受電コイルとの磁界結合を小さくするために、受信コイルにおいて内側を周回する部分を大きくすると、十分な受信感度を確保できない。また、引用文献１に記載された第２の実施例では、平面視で、受信コイルのコイル開口の中央部と受電コイルのコイル開口の中央部とが一致しない。このため、通信時と電力伝送時とにおいて、第２の実施例のアンテナ装置の異なる箇所を相手側のアンテナ装置に近づける必要がある。
本発明の目的は、各非接触伝送において特性が良好となる送受のアンテナ装置の位置関係が概ね同一であり、各非接触伝送に使用されるコイルアンテナ間の不要な磁界結合が低減された、アンテナ装置およびそれを備える電子機器を提供することにある。
（１）本発明のアンテナ装置は、第１非接触伝送システムのための第１コイルアンテナと、第１非接触伝送システムとは異なる第２非接触伝送システムのための第２コイルアンテナとを備える。第１コイルアンテナは、第１コイル導体と、平面視したときに第１コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第１コイル開口とを有する。第２コイルアンテナは、第２コイル導体と、平面視したときに第２コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第２コイル開口とを有する。第１コイル開口を平面視したとき、第１コイル開口は、第２コイル開口とは重ならず、かつ、第２コイル開口により互いに分断される第１開口部と第２開口部を有する。第１コイル開口を平面視したとき、第１コイル開口において、第２コイル開口と重なる領域よりも第２コイル開口と重ならない領域の方が大きい。
この構成では、第１開口部および第２開口部が適宜設計されることで、第１コイル開口を平面視したとき、第１コイル開口の中央部と第２コイル開口の中央部とが概ね一致する。このため、第１非接触伝送および第２非接触伝送において特性が良好となる送受のアンテナ装置の位置関係を概ね同一にできる。また、この構成では、第２コイルアンテナにより第１コイル開口に生成される磁界が打ち消し合うことで、第２コイルアンテナによる第１コイル開口の開口面上の磁束の大きさが小さくなる。このため、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの不要な磁界結合を低減できる。
（２）第１コイル開口を平面視したとき、第１コイル導体は、第２コイル開口と重なる領域において、第１コイル開口側に凹む凹部を有してもよい。この構成では、凹部が形成されることにより、第２コイルアンテナによる第１コイル開口の開口面上の磁束が適宜調整される。このため、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの不要な磁界結合を効果的に低減できる。また、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナの磁界結合を低減するために、第２コイル開口の開口面積を大きくする必要がない。このため、平面視で第１コイルアンテナおよび第２コイルアンテナの占める占有面積を小さくできる。
（３）第１コイル開口を平面視したとき、第１開口部と第２開口部は、第１コイル開口の重心に関して回転対称に配置されてもよい。この構成では、第１コイルアンテナまたは第２コイルアンテナに位置ずれが生じても、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの磁界結合が大きく変化することを抑制できる。
（４）第１コイル開口を平面視したとき、第１開口部と第２開口部は、第１コイル開口の重心を通る軸に関して線対称に配置されてもよい。この構成では、第１コイルアンテナまたは第２コイルアンテナに位置ずれが生じても、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの磁界結合が大きく変化することを抑制できる。
（５）第２コイル開口を平面視したとき、第２コイル開口は、第１コイル開口とは重ならず、かつ、第１コイル開口により互いに分断される第３開口部と第４開口部を有することが好ましい。この構成では、上述と同様に、第１非接触伝送および第２非接触伝送において特性が良好となる送受のアンテナ装置の位置関係を概ね同一にできる。また、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの不要な磁界結合を低減できる。
（６）第２コイル開口を平面視したとき、第２コイル導体は、第１コイル開口と重なる領域において、第２コイル開口側に凹む凹部を有してもよい。この構成では、上述と同様に、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの不要な磁界結合を効果的に低減できる。また、平面視で第１コイルアンテナおよび第２コイルアンテナの占める占有面積を小さくできる。
（７）第２コイル開口を平面視したとき、第３開口部と第４開口部は、第２コイル開口の重心に関して回転対称に配置されてもよい。この構成では、上述と同様に、位置ずれが生じても磁界結合が大きく変化することを抑制できる。
（８）第２コイル開口を平面視したとき、第３開口部と第４開口部は、第２コイル開口の重心を通る軸に関して線対称に配置されてもよい。この構成では、上述と同様に、位置ずれが生じても磁界結合が大きく変化することを抑制できる。
（９）第２コイル開口を平面視したとき、第２コイル開口において、第１コイル開口と重なる領域よりも第１コイル開口と重ならない領域の方が大きくてもよい。この構成では、上述と同様に、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの不要な磁界結合を効果的に低減できる。
（１０）例えば、上記第１非接触伝送システムは通信システムであり、第２非接触伝送システムは電力伝送システムである。この構成では、例えば、ＮＦＣ（Near field Communication、近傍界通信）および非接触充電を行うことができる。
（１１）上記通信システムは、例えば、近距離無線通信システムである。
（１２）上記電力伝送システムは、例えば、磁界共鳴電力伝送システムである。
（１３）本発明の電子機器はアンテナ装置を備える。アンテナ装置は、第１非接触伝送システムのための第１コイルアンテナと、第１非接触伝送システムとは異なる第２非接触伝送システムのための第２コイルアンテナとを有する。第１コイルアンテナは、第１コイル導体と、平面視したときに第１コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第１コイル開口とを有する。第２コイルアンテナは、第２コイル導体と、平面視したときに第２コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第２コイル開口とを有する。第１コイル開口を平面視したとき、第１コイル開口は、第２コイル開口とは重ならず、かつ、第２コイル開口により互いに分断される第１開口部と第２開口部を有する。第１コイル開口を平面視したとき、第１コイル開口において、第２コイル開口と重なる領域よりも第２コイル開口と重ならない領域の方が大きい。この構成により、上述と同様の効果を有する電子機器を実現できる。
本発明によれば、各非接触伝送において特性が良好となる送受のアンテナ装置の位置関係を概ね同一にできる。また、各非接触伝送に使用されるコイルアンテナ間の不要な磁界結合が低減できる。
第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 図２（Ａ）は、コイルアンテナ１１Ｂによりコイルアンテナ１１Ａのコイル開口１３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図２（Ｂ）は、コイルアンテナ１１Ａによりコイルアンテナ１１Ｂのコイル開口１３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。 第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 図４（Ａ）は、コイルアンテナ２１Ｂによりコイルアンテナ２１Ａのコイル開口２３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図４（Ｂ）は、コイルアンテナ２１Ａによりコイルアンテナ２１Ｂのコイル開口２３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。 第３の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 図６（Ａ）は、コイルアンテナ３１Ｂによりコイルアンテナ３１Ａのコイル開口３３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図６（Ｂ）は、コイルアンテナ３１Ａによりコイルアンテナ３１Ｂのコイル開口３３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。 第３の実施形態の変形例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 第４の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 図９（Ａ）は、コイルアンテナ５１Ｂによりコイルアンテナ５１Ａのコイル開口５３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図９（Ｂ）は、コイルアンテナ５１Ａによりコイルアンテナ５１Ｂのコイル開口５３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。 第４の実施形態の変形例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 図１１（Ａ）は、第５の実施形態の第１の例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。図１１（Ｂ）は、第５の実施形態の第２の例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。 第６の実施形態に係る電子機器のブロック図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。アンテナ装置１０はスマートフォン等の電子機器に実装される。アンテナ装置１０はコイルアンテナ１１Ａ，１１Ｂを備える。コイルアンテナ１１Ａは近距離無線通信システム等の通信システムに使用される。近距離無線通信システムは、例えば、ＮＦＣ（Near field Communication、近傍界通信）を用いたシステム等である。例えば、近距離無線通信システムは、ＨＦ帯、特に１３．５６ＭＨｚ付近の周波数で用いられる。また、近距離無線通信システムは磁界結合により通信相手と通信を行う。コイルアンテナ１１Ｂは電磁誘導電力伝送システムや磁界共鳴電力伝送システム等の磁界型非接触電力伝送システムに使用される。例えば、磁界共鳴電力伝送システムは、ＨＦ帯、特に６．７８ＭＨｚ付近の周波数で用いられる。また、磁界型非接触電力伝送システムは磁界結合により電力伝送相手と電力伝送を行う。電力伝送システムは、例えば、スマートフォン等の電子機器を充電するために使用される。コイルアンテナ１１Ａは本発明の「第１コイルアンテナ」の一例である。コイルアンテナ１１Ｂは本発明の「第２コイルアンテナ」の一例である。ＮＦＣを用いたシステムは本発明の「第１非接触伝送システム」の一例である。電力伝送システムは本発明の「第２非接触伝送システム」の一例である。
なお、アンテナ装置１０が実装される電子機器は、例えば、フィーチャーフォン等の携帯電話やPDA、スマートグラスやスマートウォッチ等のウェアラブル端末、ノートPC、タブレット端末、カメラ、ゲーム機、玩具、SDカードやSIMカード等の情報記憶媒体でもよい。また、コイルアンテナ１１Ａは電力伝送システムに使用され、コイルアンテナ１１Ｂは通信システムに使用されてもよい。コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂが共に互いに異なる通信システムに使用されてもよいし、共に互いに異なる電力伝送システムに使用されてもよい。コイルアンテナ１１Ａ，１１Ｂは通信システムおよび電力伝送システム以外のシステムに使用されてもよい。
コイルアンテナ１１Ａは、コイル導体１２Ａと、コイル導体１２Ａに囲まれたコイル開口１３Ａとを有する。コイルアンテナ１１Ｂは、コイル導体１２Ｂと、コイル導体１２Ｂに囲まれたコイル開口１３Ｂとを有する。コイル導体１２Ａは本発明の「第１コイル導体」の一例である。コイル導体１２Ｂは本発明の「第２コイル導体」の一例である。コイル開口１３Ａは本発明の「第１コイル開口」の一例である。コイル開口１３Ｂは本発明の「第２コイル開口」の一例である。なお、ここで言う第１コイル開口とは、第１コイル導体の巻回軸方向から平面視したときに、第１コイル導体の同一の周回方向に電流が流れる部分に囲まれた領域を指す。つまり、第１コイル開口周りに位置する第１コイル導体は、第１コイル開口を第１コイル導体の巻回軸方向から平面視したとき第１コイル開口周りを右回りまたは左回りの何れか一方の周回方向の電流が流れるように互いに接続されている。同様に、ここで言う第２コイル開口とは、第２コイル導体の巻回軸方向から平面視したときに、第２コイル導体の同一の周回方向に電流が流れる部分に囲まれた領域を指す。つまり、第２コイル開口周りに位置する第２コイル導体は、第２コイル開口を第２コイル導体の巻回軸方向から平面視したとき第２コイル開口周りを右回りまたは左回りの何れか一方の周回方向の電流が流れるように互いに接続されている。
コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとは、コイル開口１３Ａの開口面とコイル開口１３Ｂの開口面とが互いに略平行になるように配置されている。コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとは、コイル開口１３Ａのコイル開口面の法線方向に所定の間隔を隔てて配置されている。コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとは、平面視で（コイル開口を平面視したとき）、コイル開口１３Ａの中央部とコイル開口１３Ｂの中央部とが略一致するように配置されている。
コイル開口１３Ａは開口部１３１，１３２Ａ，１３３Ａを有する。開口部１３１は、平面視でコイル開口１３Ａとコイル開口１３Ｂとが重なる領域である。開口部１３２Ａ，１３３Ａは、コイル開口１３Ａの領域のうち、平面視で、コイル開口１３Ｂと重ならず、かつ、コイル開口１３Ｂにより分断される領域である。コイル開口１３Ｂは開口部１３１，１３２Ｂ，１３３Ｂを有する。開口部１３２Ｂ，１３３Ｂは、コイル開口１３Ｂの領域のうち、平面視で、コイル開口１３Ａと重ならず、かつ、コイル開口１３Ａにより分断される領域である。開口部１３２Ａは本発明の「第１開口部」の一例である。開口部１３３Ａは本発明の「第２開口部」の一例である。開口部１３２Ｂは本発明の「第３開口部」の一例である。開口部１３３Ｂは本発明の「第４開口部」の一例である。開口部１３２Ａの周囲のコイル導体１２Ａと開口部１３３Ａの周囲のコイル導体１２Ａとに流れる電流の周回方向は同一である。開口部１３２Ｂの周囲のコイル導体１２Ｂと開口部１３３Ｂの周囲のコイル導体１２Ｂとに流れる電流の周回方向は同一である。
コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとは略同一形状を有する。コイル導体１２Ａ，１２Ｂは渦巻形状を有する。なお、コイル導体は螺旋形状に形成されてもよい。コイル導体１２Ａの端部１４Ａは、整合回路を介して送受信回路に接続される。コイル導体１２Ｂの端部１４Ｂは、整合回路を介して受電回路または送電回路に接続される。コイル導体１２Ａ，１２Ｂのターン数は３である。なお、コイル導体のターン数は適宜定めればよい。コイル導体１２Ａ，１２Ｂは、導線で構成されてもよいし、基板に形成された導体パターンおよび層間接続導体で構成されてもよい。
コイル開口１３Ａ，１３Ｂは矩形状を有する。平面視におけるコイル開口１３Ａの重心とコイル開口１３Ｂの重心は一致している。コイルアンテナ１１Ａは、平面視で、コイル開口１３Ｂの重心Ｏ1の周りにコイルアンテナ１１Ｂを所定の角度回転させたものに略一致するように配置されている。開口部１３２Ａ，１３３Ａはコイル開口１３Ａの角部から構成され、平面視で直角三角形状を有する。開口部１３２Ｂ，１３３Ｂはコイル開口１３Ｂの角部から構成され、平面視で直角三角形状を有する。開口部１３２Ａ，１３３Ａ，１３２Ｂ，１３３Ｂは平面視で互いに略同一形状を有する。開口部１３２Ａ，１３３Ａからなる形状（一対の直角三角形）は、平面視で、重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有する。即ち、開口部１３２Ａ，１３３Ａは、平面視で、コイル開口１３Ａの重心Ｏ1に関して１８０°回転対称に配置されている。開口部１３２Ｂ，１３３Ｂからなる形状は、平面視で、重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有する。即ち、開口部１３２Ｂ，１３３Ｂは、平面視で、コイル開口１３Ｂの重心Ｏ1に関して１８０°回転対称に配置されている。なお、ここでいう重心とは、幾何学における重心である。
図２（Ａ）は、コイルアンテナ１１Ｂによりコイルアンテナ１１Ａのコイル開口１３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図２（Ｂ）は、コイルアンテナ１１Ａによりコイルアンテナ１１Ｂのコイル開口１３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。図２（Ａ）に示すように、コイル導体１２Ｂに電流が流れると、コイルアンテナ１１Ｂにより磁界が生成される。コイルアンテナ１１Ｂにより生成される磁界に関して、コイル開口１３Ｂ内に生成されるＺ軸方向（コイル開口の開口面の法線方向）の磁界とコイル開口１３Ｂ外に生成されるＺ軸方向の磁界とは逆向きになる。このため、開口部１３１に生成されるＺ軸方向の磁界と、開口部１３２Ａ，１３３ＡにＺ軸方向の生成される磁界とは逆向きになる。この結果、開口部１３１に生成される磁界のＺ軸成分と開口部１３２Ａ，１３３Ａに生成される磁界のＺ軸成分とが打ち消し合うので、コイル開口１３Ａの開口面上の磁束の大きさは小さくなる。従って、コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとの磁界結合が小さくなる。
この結果については、図２（Ｂ）に示すように、コイルアンテナ１１Ａにより磁界が生成される場合を考えることでも説明できる。即ち、コイルアンテナ１１Ａにより生成される磁界に関して、開口部１３１に生成されるＺ軸方向の磁界と開口部１３２Ｂ，１３３Ｂに生成されるＺ軸方向の磁界とは逆向きになる。このため、コイル開口１３Ｂの開口面上の磁束の大きさが小さくなるので、コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとの磁界結合が小さくなる。
コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂの磁界結合を小さくするためには、コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとが重ならない面積ができるだけ大きいことが望ましい。そのため、コイルアンテナ１１Ａをコイルアンテナ１１Ｂに対して回転させる角度を調整し、開口部１３２Ａ，１３３Ａの合計の面積比が最も大きくなるようにすることが望ましい。
第１の実施形態では、平面視で、コイル開口１３Ａの中央部とコイル開口１３Ｂの中央部とが一致している。このため、通信時と電力伝送時とにおいて、特性が最良になるアンテナ装置１０と相手側のアンテナ装置との位置関係は同一になる。また、上述のように、コイルアンテナ１１Ａとコイルアンテナ１１Ｂとの不要な磁界結合を小さくできる。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、アンテナコイルのコイル開口が平面視で十字形状を有する。図３は、第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ２１Ａのコイル開口２３Ａおよびコイルアンテナ２１Ｂのコイル開口２３Ｂは平面視で十字形状を有する。コイルアンテナ２１Ａは、平面視で、コイル開口２３Ｂの重心Ｏ1の周りにコイルアンテナ２１Ｂを４５°回転させたものに一致するように配置されている。コイル開口２３Ａの開口部２３２Ａ，２３３Ａ，２３４Ａ，２３５Ａは、コイル開口２３Ａの領域のうち、平面視で、コイル開口２３Ｂと重ならず、かつ、コイル開口２３Ｂにより分断される領域である。開口部２３２Ａ，２３３Ａ，２３４Ａ，２３５Ａは平面視で二等辺三角形状を有する。
開口部２３２Ａ，２３３Ａ，２３４Ａ，２３５Ａからなる形状は、平面視で、重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に４回対称となる配置を有し、軸Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4に対して線対称である。ここで、軸Ｌ1は、コイル開口２３Ａの重心Ｏ1を通り、かつ、コイル開口２３Ａの十字形状の縦線に平行な軸である。軸Ｌ2は、平面視で重心Ｏ1の周りに軸Ｌ1を４５°回転させたものである。軸Ｌ3は、平面視で重心Ｏ1の周りに軸Ｌ2を４５°回転させたものである。軸Ｌ4は、平面視で重心Ｏ1の周りに軸Ｌ3を４５°回転させたものである。コイルアンテナ２１Ｂも、コイルアンテナ２１Ａに関して上述した特徴を有する。
図４（Ａ）は、コイルアンテナ２１Ｂによりコイルアンテナ２１Ａのコイル開口２３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図４（Ｂ）は、コイルアンテナ２１Ａによりコイルアンテナ２１Ｂのコイル開口２３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、コイル開口の各開口部に生成される磁界が互いに打ち消し合うことで、コイル開口の開口面上の磁束の大きさが小さくなる。このため、コイルアンテナ２１Ａとコイルアンテナ２１Ｂとの磁界結合が小さくなる。
第２の実施形態では、平面視でコイル開口２３Ａ，２３Ｂが互いに重ならない領域が高い対称性を有する。このため、コイルアンテナ２１Ａ，２１Ｂに位置ずれが生じても、コイルアンテナ２１Ａとコイルアンテナ２１Ｂとの磁界結合が大きく変化することを抑制できる。
なお、コイルアンテナ２１Ａは、コイルアンテナ２１Ｂのコイル開口２３Ｂと重なる領域において、コイル開口２３Ａ側に凹む凹部を４個有している。またコイルアンテナ２１Ｂは、コイルアンテナ２１Ａのコイル開口２３Ａと重なる領域において、コイル開口２３Ｂ側に凹む凹部を４個有しており、当該凹部は、それぞれ開口部２３２Ａ，２３３Ａ，２３４Ａ，２３５Ａと一致する。
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、所定方向において、第１コイルアンテナの第１コイル開口の幅が第２コイルアンテナの第２コイル開口の幅より広く、第１コイル開口が第２コイル開口を跨ぐように各コイルアンテナが配置されている。また、平面視で、第１コイル開口において、第２コイル開口と重なる領域よりも第２コイル開口と重ならない領域の方が大きい。
図５は、第３の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ３１Ａのコイル開口３３Ａおよびコイルアンテナ３１Ｂのコイル開口３３Ｂは矩形状を有する。コイルアンテナ３１Ａ，３１Ｂは、コイル開口３３Ａの長手方向とコイル開口３３Ｂの長手方向が平行になるように配置されている。コイル開口３３Ａの長辺はコイル開口３３Ｂの長辺より長い。コイル開口３３Ａの短辺はコイル開口３３Ｂの短辺より短い。コイルアンテナ３１Ａ，３１Ｂは、コイル開口３３Ａの長手方向においてコイル開口３３Ａがコイル開口３３Ｂを跨ぐように、かつ、コイル開口３３Ａの短手方向においてコイル開口３３Ｂがコイル開口３３Ａを跨ぐように、配置されている。
コイル開口３３Ａは開口部３３１，３３２Ａ，３３３Ａを有する。開口部３３１は、平面視でコイル開口３３Ａとコイル開口３３Ｂとが重なる領域である。開口部３３２Ａ，３３３Ａは、コイル開口３３Ａの領域のうち、平面視で、コイル開口３３Ｂと重ならず、かつ、コイル開口３３Ｂにより分断される領域である。コイル開口３３Ｂは開口部３３１，３３２Ｂ，３３３Ｂを有する。開口部３３２Ｂ，３３３Ｂは、コイル開口３３Ｂの領域のうち、平面視で、コイル開口３３Ａと重ならず、かつ、コイル開口３３Ａにより分断される領域である。
開口部３３２Ａおよび開口部３３３Ａの開口面の面積の和は、開口部３３１の開口面の面積より大きい。即ち、平面視で、コイル開口３３Ａにおいて、コイル開口３３Ｂと重なる領域よりもコイル開口３３Ｂと重ならない領域の方が大きい。開口部３３２Ｂおよび開口部３３３Ｂの開口面の面積の和は、開口部３３１の開口面の面積より大きい。即ち、平面視で、コイル開口３３Ｂにおいて、コイル開口３３Ａと重なる領域よりもコイル開口３３Ｂと重ならない領域の方が大きい。
開口部３３２Ａ，３３３Ａはコイル開口３３Ａの長手方向の端部から構成され、平面視で矩形状を有する。開口部３３２Ｂ，３３３Ｂはコイル開口３３Ｂの短手方向の端部から構成され、平面視で矩形状を有する。コイル開口３３Ａの重心とコイル開口３３Ｂの重心は一致している。開口部３３２Ａ，３３３Ａからなる形状は、平面視で、コイル開口３３Ａの重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有し、軸Ｌ1，Ｌ2に対して線対称である。開口部３３２Ｂ，３３３Ｂからなる形状は、平面視で、重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有し、軸Ｌ1，Ｌ2に対して線対称である。ここで、軸Ｌ1は、重心Ｏ1を通り、かつ、コイル開口３３Ａの短手方向に平行な軸である。軸Ｌ2は、平面視で重心Ｏ1の周りに軸Ｌ1を９０°回転させたものである。
図６（Ａ）は、コイルアンテナ３１Ｂによりコイルアンテナ３１Ａのコイル開口３３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図６（Ｂ）は、コイルアンテナ３１Ａによりコイルアンテナ３１Ｂのコイル開口３３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。第３の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、コイル開口の各開口部に生成される磁界が互いに打ち消し合うことで、コイル開口の開口面上の磁束の大きさが小さくなる。このため、コイルアンテナ３１Ａとコイルアンテナ３１Ｂとの磁界結合が小さくなる。
一般的に、コイル開口の開口面上の磁束に対するコイル開口の開口部に生成される磁界の寄与は、コイル開口の開口部の面積と、コイル開口の開口部におけるＺ軸方向（コイル開口の開口面の法線方向）の磁界成分との積に比例する。また、コイルアンテナがそのコイル開口内に生成するＺ軸方向の磁界と、コイルアンテナがそのコイル開口外に生成するＺ軸方向の磁界とは、逆向きになる。さらに、コイルアンテナがそのコイル開口内に生成する磁界は、コイルアンテナがそのコイル開口外に生成する磁界より大きい。このため、平面視で、第１コイルアンテナの第１コイル開口において、第２コイルアンテナの第２コイル開口と重なる領域よりも第２コイル開口と重ならない領域の方を幾分大きくすることで、第２コイルアンテナにより生成される第１コイル開口上の磁束をほぼ０に調整できる。
第３の実施形態では、開口部３３２Ａおよび開口部３３３Ａの開口面の面積の和は、開口部３３１の開口面の面積より幾分大きい。このため、コイル開口の各開口部に生成される磁界が効果的に打ち消し合うことで、コイル開口の開口面上の磁束が０に近くなる。この結果、コイルアンテナ３１Ａとコイルアンテナ３１Ｂとの磁界結合が効果的に小さくなる。
次に、第３の実施形態の変形例について説明する。第３の実施形態の変形例では、第１コイルアンテナの第１コイル開口の長手方向と第２コイルアンテナの第２コイル開口の短手方向が平行になるように、第１コイルアンテナおよび第２コイルアンテナが配置されている。
図７は、第３の実施形態の変形例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ４１Ａ，４１Ｂは、コイルアンテナ４１Ａのコイル開口４３Ａの長手方向とコイルアンテナ４１Ｂのコイル開口４３Ｂの短手方向が平行になるように配置されている。コイル開口４３Ａの長辺はコイル開口４３Ｂの短辺より長い。コイル開口４３Ａの短辺はコイル開口４３Ｂの長辺より短い。平面視で、コイル開口４３Ａにおいて、コイル開口４３Ｂと重なる領域よりもコイル開口４３Ｂと重ならない領域の方が大きい。平面視で、コイル開口４３Ｂにおいて、コイル開口４３Ａと重なる領域よりもコイル開口４３Ａと重ならない領域の方が小さい。
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、第１コイルアンテナの第１コイル導体が、平面視で、第２コイルアンテナの第２コイル開口と重なる領域において、第１コイルアンテナの第１コイル開口側に凹む凹部を有する。
図８は、第４の実施形態に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ５１Ａのコイル開口５３Ａおよびコイルアンテナ５１Ｂのコイル開口５３Ｂは略矩形状を有する。コイルアンテナ５１Ａ，５１Ｂは、コイル開口５３Ａの重心とコイル開口５３Ｂの重心が一致するように、かつ、コイル開口５３Ａの長手方向とコイル開口５３Ｂの短手方向が平行になるように配置されている。コイル開口５３Ａの長辺はコイル開口５３Ｂの短辺より長い。コイル開口５３Ａの短辺はコイル開口５３Ｂの長辺と略等しい。
コイルアンテナ５１Ａのコイル導体５２Ａは、平面視で、コイルアンテナ５１Ｂのコイル開口５３Ｂと重なる領域において、コイル開口５３Ａ側に凹む凹部５２１，５２２を有する。換言すると、コイル開口５３Ａの短手方向の幅は、コイル開口５３Ａの長辺方向の中央部で他の箇所より局所的に狭くなっている。コイル開口５３Ｂは、平面視で、コイル開口５３Ａの短手方向において、コイル開口５３Ａの長辺方向の中央部を跨いでいる。平面視で、コイル開口５３Ａにおいて、コイル開口５３Ｂと重なる領域よりもコイル開口５３Ｂと重ならない領域の方が大きい。平面視で、コイル開口５３Ｂにおいて、コイル開口５３Ａと重なる領域よりもコイル開口５３Ａと重ならない領域の方が大きい。
開口部５３２Ａ，５３３Ａは、コイル開口５３Ａの領域のうち、平面視で、コイル開口５３Ｂと重ならず、かつ、コイル開口５３Ｂにより分断される領域である。開口部５３２Ｂ，５３３Ｂは、コイル開口５３Ｂの領域のうち、平面視で、コイル開口５３Ａと重ならず、かつ、コイル開口５３Ａにより分断される領域である。開口部５３２Ａ，５３３Ａからなる形状、および、開口部５３２Ｂ，５３３Ｂからなる形状は、平面視で、コイル開口５３Ａの重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有し、軸Ｌ1，Ｌ2に対して線対称である。ここで、軸Ｌ1は、重心Ｏ1を通り、かつ、コイル開口５３Ａの短手方向に平行な軸である。軸Ｌ2は、平面視で重心Ｏ1の周りに軸Ｌ1を９０°回転させたものである。
図９（Ａ）は、コイルアンテナ５１Ｂによりコイルアンテナ５１Ａのコイル開口５３Ａに生成される磁界を示す模式的平面図である。図９（Ｂ）は、コイルアンテナ５１Ａによりコイルアンテナ５１Ｂのコイル開口５３Ｂに生成される磁界を示す模式的平面図である。第４の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、コイル開口の各開口部に生成される磁界が互いに打ち消し合うことで、コイル開口の開口面上の磁束の大きさが小さくなる。このため、コイルアンテナ５１Ａとコイルアンテナ５１Ｂとの磁界結合が小さくなる。
第４の実施形態では、凹部５２１，５２２が形成されることで、コイル開口５３Ａ上の磁束に対する、コイルアンテナ５１Ｂにより各開口部５３１，５３２Ａ，５３３Ａに生成される磁界の寄与が調整される。このため、コイル開口の各開口部に生成される磁界が効果的に打ち消し合うことで、コイル開口の開口面上の磁束が０に近くなる。この結果、コイルアンテナ５１Ａとコイルアンテナ５１Ｂとの磁界結合が効果的に小さくなる。また、コイルアンテナ５１Ａとコイルアンテナ５１Ｂとの磁界結合を小さくするために、コイル開口５３Ｂの長辺を長くする必要がない。このため、平面視でコイルアンテナ５１Ａ，５１Ｂの占める占有面積を小さくできる。
次に、第４の実施形態の変形例について説明する。第４の実施形態の変形例では、第１コイルアンテナの第１コイル導体および第２コイルアンテナの第２コイル導体が凹部を有する。図１０は、第４の実施形態の変形例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ６１Ａのコイル導体６２Ａは凹部６２１Ａ，６２２Ａを有する。コイルアンテナ６１Ｂのコイル導体６２Ｂは凹部６２１Ｂ，６２２Ｂを有する。第４の実施形態の変形例では、凹部６２１Ａ，６２２Ａ，６２１Ｂ，６２２Ｂにより、コイルアンテナ６１Ａとコイルアンテナ６１Ｂとの磁界結合が定められる。
《第５の実施形態》
第５の実施形態の第１の例では、第１コイルアンテナのコイル開口が平面視で楕円形状を有し、第２コイルアンテナのコイル開口が平面視で円形状を有する。図１１（Ａ）は、第５の実施形態の第１の例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ７１Ａのコイル開口７３Ａは平面視で楕円形状を有する。コイルアンテナ７１Ｂのコイル開口７３Ｂは平面視で円形状を有する。コイルアンテナ７１Ａ，７１Ｂは、平面視でコイル開口７３Ａの重心とコイル開口７３Ｂの重心とが一致するように配置されている。
コイル開口７３Ａの開口部７３２Ａ，７３３Ａは、コイル開口７３Ａの領域のうち、平面視で、コイル開口７３Ｂと重ならず、かつ、コイル開口７３Ｂにより分断される領域である。コイル開口７３Ｂの開口部７３２Ｂ，７３３Ｂは、コイル開口７３Ｂの領域のうち、平面視で、コイル開口７３Ａと重ならず、かつ、コイル開口７３Ａにより分断される領域である。開口部７３２Ａ，７３３Ａからなる形状、および、開口部７３２Ｂ，７３３Ｂからなる形状は、平面視で、コイル開口７３Ａの重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有し、軸Ｌ1，Ｌ2に対して線対称である。ここで、軸Ｌ1は、コイル開口７３Ａの重心Ｏ1を通り、かつ、コイル開口７３Ａの楕円の長軸に平行な軸である。軸Ｌ2は、平面視で重心Ｏ1の周りに軸Ｌ1を９０°回転させたものである。
次に、第５の実施形態の第２の例について説明する。第５の実施形態の第２の例では、コイルアンテナのコイル開口が平面視で略ジグザク形状を有する。図１１（Ｂ）は、第５の実施形態の第２の例に係るアンテナ装置を示す模式的平面図である。コイルアンテナ８１Ａのコイル開口８３Ａおよびコイルアンテナ８１Ｂのコイル開口８３Ｂは、平面視で、略ジグザク形状を有し、９０°に折れ曲がる部分を２箇所有する。コイルアンテナ８１Ａは、平面視で、コイル開口８３Ｂの重心Ｏ1の周りにコイルアンテナ８１Ｂを９０°回転させたものに一致するように配置されている。コイル開口８３Ａの開口部８３２Ａ，８３３Ａは、コイル開口８３Ａの領域のうち、平面視で、コイル開口８３Ｂと重ならず、かつ、コイル開口８３Ｂにより分断される領域である。開口部８３２Ａ，８３３Ａからなる形状は、平面視で、重心Ｏ1を中心にコイルの巻回方向に２回対称となる配置を有する。コイルアンテナ８１Ｂも、コイルアンテナ８１Ａに関して上述した特徴を有する。
《第６の実施形態》
図１２は第６の実施形態に係る電子機器のブロック図である。電子機器９０は通信装置Comm1および受電装置Rxpを備える。通信装置Comm1は、通信装置Comm2とともにＮＦＣを用いた近距離無線通信システムを構成する。受電装置Rxpは、送電装置Txpとともに磁気共鳴電力伝送システムを構成する。通信装置Comm1は、通信コイルＬ１と、通信コイルＬ１とともにＬＣ共振回路９１を構成するキャパシタＣｒ１と、ＬＣ共振回路９１に電気的に接続されて、少なくとも通信コイルＬ１に信号を出力または通信コイルＬ１から信号を入力する機能を有する送受信回路９２と、を備える。送受信回路９２は、例えば、ＨＦ帯の１３．５６ＭＨｚの信号を扱う。通信コイルＬ１はコイルとして電気的に機能する両端が送受信回路９２に接続される。通信装置Comm2は、通信コイルＬ３と、通信コイルＬ３とともにＬＣ共振回路１０１を構成するキャパシタＣｒ３と、ＬＣ共振回路１０１に電気的に接続されて、少なくとも通信コイルＬ３に信号を出力または通信コイルＬ３から信号を入力する機能を有する送受信回路１０２と、を備える。送受信回路１０２は、例えば、ＨＦ帯の１３．５６ＭＨｚの信号を扱う。通信コイルＬ３はコイルとして電気的に機能する両端が送受信回路１０２に接続される。
受電装置Rxpは、受電コイルＬ２と、受電コイルＬ２とともに受電共振機構９３を構成する受電共振キャパシタＣｒ２と、受電共振機構９３に電気的に接続されて、負荷に電力を供給する受電回路９４と、を備える。受電回路９４は、例えば、ＨＦ帯の６．７８ＭＨｚの電力を扱う。受電コイルＬ２はコイルとして電気的に機能する両端が受電回路９４に接続される。送電装置Txpは、送電コイルＬ４と、送電コイルＬ４とともに送電共振機構１０３を構成する送電共振キャパシタＣｒ４と、送電共振機構１０３に電気的に接続されて、直流入力電圧を送電共振機構１０３に断続的に与え、送電コイルＬ４に交流電圧を発生させる送電回路１０４と、を備える。送電回路１０４は、例えば、ＨＦ帯の６．７８ＭＨｚの電力を扱う。送電コイルＬ４はコイルとして電気的に機能する両端が送電回路１０４に接続される。送電装置Txpには入力電源１０５が接続され、受電装置Rxpには負荷９５が接続されて、送電装置Txpから受電装置Rxpへ電力が供給される。受電回路９４は整流平滑回路９４１を備える。送電回路１０４は入力電源電圧を交番電圧に変換する制御回路部１０４１と、その交番電圧を電力変換する電力回路部１０４２とを備える。通信コイルＬ１は通信用のコイルアンテナである。受電コイルＬ２は受電用のコイルアンテナである。通信コイルＬ１および受電コイルＬ２は、例えば、上述の実施形態に従って配置される。
Comm1，Comm2…通信装置
Ｃｒ１，Ｃｒ３…キャパシタ
Ｃｒ２…受電共振キャパシタ
Ｃｒ４…送電共振キャパシタ
Ｌ１，Ｌ３…通信コイル
Ｌ２…受電コイル
Ｌ４…送電コイル
Rxp…受電装置
Txp…送電装置
１０…アンテナ装置
１１Ａ…コイルアンテナ（第１コイルアンテナ）
１１Ｂ…コイルアンテナ（第２コイルアンテナ）
２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ，６１Ａ，６１Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，８１Ａ，８１Ｂ…コイルアンテナ
１２Ａ…コイル導体（第１コイル導体）
１２Ｂ…コイル導体（第２コイル導体）
５２Ａ，６２Ａ，６２Ｂ…コイル導体
１３Ａ…コイル開口（第１コイル開口）
１３Ｂ…コイル開口（第２コイル開口）
２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，５３Ａ，５３Ｂ，７３Ａ，７３Ｂ，８３Ａ，８３Ｂ…コイル開口
１４Ａ，１４Ｂ…端部
９０…電子機器
９１，１０１…ＬＣ共振回路
９２，１０２…送受信回路
９３…受電共振機構
９４…受電回路
９５…負荷
１０３…送電共振機構
１０４…送電回路
１０５…入力電源
１３２Ａ…開口部（第１開口部）
１３３Ａ…開口部（第２開口部）
１３２Ｂ…開口部（第３開口部）
１３３Ｂ…開口部（第４開口部）
１３１，２３２Ａ，２３３Ａ，２３４Ａ，２３５Ａ，３３１，３３２Ａ，３３３Ａ，３３２Ｂ，３３３Ｂ，５３１，５３２Ａ，５３３Ａ，５３２Ｂ，５３３Ｂ，７３２Ａ，７３３Ａ，７３２Ｂ，７３３Ｂ，８３２Ａ，８３３Ａ…開口部
５２１，５２２，６２１Ａ，６２２Ａ，６２１Ｂ，６２２Ｂ…凹部
９４１…整流平滑回路
１０４１…制御回路部
１０４２…電力回路部

Claims (13)

  1. 第１コイル導体と、平面視したときに前記第１コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第１コイル開口とを有する、第１非接触伝送システムのための第１コイルアンテナと、
    第２コイル導体と、平面視したときに前記第２コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第２コイル開口とを有する、前記第１非接触伝送システムとは異なる第２非接触伝送システムのための第２コイルアンテナと、を備え、
    前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１コイル開口は、前記第２コイル開口とは重ならず、かつ、前記第２コイル開口により互いに分断される第１開口部と第２開口部を有し、前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１コイル開口において、前記第２コイル開口と重なる領域よりも前記第２コイル開口と重ならない領域の方が大きい、アンテナ装置。
  2. 前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１コイル導体は、前記第２コイル開口と重なる領域において、前記第１コイル開口側に凹む凹部を有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１開口部と前記第２開口部は、前記第１コイル開口の重心に関して回転対称に配置されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１開口部と前記第２開口部は、前記第１コイル開口の重心を通る軸に関して線対称に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 前記第２コイル開口を平面視したとき、前記第２コイル開口は、前記第１コイル開口とは重ならず、かつ、前記第１コイル開口により互いに分断される第３開口部と第４開口部を有する、請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 前記第２コイル開口を平面視したとき、前記第２コイル導体は、前記第１コイル開口と重なる領域において、前記第２コイル開口側に凹む凹部を有する、請求項５に記載のアンテナ装置。
  7. 前記第２コイル開口を平面視したとき、前記第３開口部と前記第４開口部は、前記第２コイル開口の重心に関して回転対称に配置されている、請求項５または６に記載のアンテナ装置。
  8. 前記第２コイル開口を平面視したとき、前記第３開口部と前記第４開口部は、前記第２コイル開口の重心を通る軸に関して線対称に配置されている、請求項５から７のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9. 前記第２コイル開口を平面視したとき、前記第２コイル開口において、前記第１コイル開口と重なる領域よりも前記第１コイル開口と重ならない領域の方が大きい、請求項１から８のいずれかに記載のアンテナ装置。
  10. 前記第１非接触伝送システムは通信システムであり、前記第２非接触伝送システムは電力伝送システムである、請求項１から９のいずれかに記載のアンテナ装置。
  11. 前記通信システムは近距離無線通信システムである、請求項１０に記載のアンテナ装置。
  12. 前記電力伝送システムは磁界共鳴電力伝送システムである、請求項１０または１１に記載のアンテナ装置。
  13. 第１コイル導体と、平面視したときに前記第１コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第１コイル開口とを有する、第１非接触伝送システムのための第１コイルアンテナと、
    第２コイル導体と、平面視したときに前記第２コイル導体の同じ周回方向に電流が流れる部分に囲まれた第２コイル開口とを有する、前記第１非接触伝送システムとは異なる第２非接触伝送システムのための第２コイルアンテナと、を有し、
    前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１コイル開口は、前記第２コイル開口とは重ならず、かつ、前記第２コイル開口により互いに分断される第１開口部と第２開口部を有し、前記第１コイル開口を平面視したとき、前記第１コイル開口において、前記第２コイル開口と重なる領域よりも前記第２コイル開口と重ならない領域の方が大きい、アンテナ装置を備える、電子機器。
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