JP6642699B2 - Coil antenna, power supply device, power receiving device, and wireless power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、コイル導体と導電性部材とを備えるコイルアンテナ、それを備える給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システムに関する。 The present invention relates to a coil antenna including a coil conductor and a conductive member, a power supply device including the coil antenna, a power receiving device, and a wireless power supply system.
従来、給電用コイルアンテナと受電用コイルアンテナとを磁界結合させることにより、ワイヤレス電力供給を可能とした磁界共鳴電力供給システムが知られている(特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic resonance power supply system that enables wireless power supply by magnetically coupling a power feeding coil antenna and a power receiving coil antenna is known (Patent Document 1).
例えば、特許文献1には、磁束密度が高い内周部はコイル導体が疎に巻回され、磁束密度が低い外周部はコイル導体が密に巻回される構造の平面スパイラル状の給電用コイルアンテナが開示されている。上記の構造により、給電用コイルアンテナ上に生じる磁束が一定となり、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制され、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による電力供給効率の変化が小さくなる。
For example,
しかし、上記構造をコイルアンテナに採用するのみでは、コイル導体が密に巻回される部分においてコイル導体間の寄生容量が発生する等して、実際に結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきを抑制するコイルアンテナを構成することは難しい。 However, simply adopting the above structure for a coil antenna causes a parasitic capacitance between the coil conductors in a portion where the coil conductor is densely wound, and thus the relative position between the coil antenna and the coil antenna of the coupling partner is actually increased. It is difficult to configure a coil antenna that suppresses variation in coupling strength due to the relationship.
本発明の目的は、簡素な構造により、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が小さいコイルアンテナを提供することにある。また、それを備える給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a coil antenna having a simple structure and having a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with a coupling partner coil antenna. Another object is to provide a power supply device, a power receiving device, and a wireless power supply system including the same.
(1)本発明のコイルアンテナは、ワイヤレス電力供給システムに用いられるものであって、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有する、コイルアンテナ。(1) The coil antenna of the present invention is used for a wireless power supply system,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a minimum portion of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The coil antenna, wherein the first conductive member has a cutout portion that does not overlap with the coil conductor other than the minimum portion when viewed from the winding axis direction.
一般に、コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分の内側は磁束が集中しやすく、コイル導体の他の部分に比べて相対的に磁束密度が高くなりやすい。これに対して、この構成では、巻回軸方向から視て、相対的に磁束密度の高くなりやすいコイル導体の極小部分には第1導電性部材の少なくとも一部が重なり、相対的に磁束密度が低くなりやすいコイル導体の極小部分以外には第1導電性部材が重ならない。そのため、極小部分での磁界形成が第1導電性部材によって一部妨げられ、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制される。したがって、簡素な構造により、広い範囲の相対的な位置関係において、結合相手のコイルアンテナとの結合係数が安定化したコイルアンテナを実現できる。 Generally, the magnetic flux tends to concentrate inside the minimum portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor, and the magnetic flux density tends to be relatively high as compared with other portions of the coil conductor. On the other hand, in this configuration, when viewed from the winding axis direction, at least a part of the first conductive member overlaps with a minimum portion of the coil conductor where the magnetic flux density tends to be relatively high, and the magnetic flux density is relatively high. The first conductive member does not overlap other than the extremely small portion of the coil conductor, which is likely to be low. Therefore, the formation of the magnetic field in the minimum portion is partially prevented by the first conductive member, and variation in the coupling strength due to the relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner is suppressed. Therefore, with a simple structure, it is possible to realize a coil antenna in which the coupling coefficient with the coupling partner coil antenna is stabilized in a wide range of relative positional relationship.
(2)上記(1)において、前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、複数の前記極小部分に重なり、且つ、前記コイル導体の径方向に延伸することが好ましい。この構成では、単一の第1導電性部材が、巻回軸方向から視て、コイル導体の複数の極小部分に重なった構造である。したがって、単純な形状で少ない数の第1導電性部材を設けるだけでよい。 (2) In the above (1), it is preferable that the first conductive member overlaps the plurality of the minimum parts and extends in the radial direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction. This configuration has a structure in which a single first conductive member overlaps a plurality of minimum portions of the coil conductor when viewed from the winding axis direction. Therefore, it is only necessary to provide a small number of first conductive members with a simple shape.
(3)上記(1)または(2)において、前記コイル導体は、前記巻回軸方向から視て、2つの両端部の間を通って前記巻回軸に交わる軸に対して線対称であることが好ましい。この構成により、互いに隣接するコイル導体間の線間容量の分布が対称となって、磁界放射の均等性が確保される。また、コイルアンテナに接続される外部回路が平衡回路である場合に、外部回路からみた平衡性を保つことができる。 (3) In the above (1) or (2), the coil conductor is line-symmetric with respect to an axis passing between the two ends and intersecting with the winding axis, as viewed from the winding axis direction. Is preferred. With this configuration, the distribution of the line capacitance between the coil conductors adjacent to each other is symmetric, and the uniformity of the magnetic field radiation is ensured. Further, when the external circuit connected to the coil antenna is a balanced circuit, the balance seen from the external circuit can be maintained.
(4)上記(1)から(3)のいずれかにおいて、前記コイル導体は、前記巻回軸方向から視て、第1方向に巻回される外周コイル導体部と、前記第1方向とは逆方向に巻回される内周コイル導体部と、で構成され、前記外周コイル導体部は、前記巻回軸方向から視て、前記径方向において前記巻回軸からの距離が前記内周コイル導体部よりも遠く、前記外周コイル導体部の巻回数は、前記内周コイル導体部の巻回数よりも多いことが好ましい。この構成では、コイル導体の内周コイル導体部の周囲に磁束が発生し、結合相手のコイルアンテナとの磁界結合に寄与する磁束(外周コイル導体部から発生する磁束)の一部が打ち消される。したがって、この構成により、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制される。 (4) In any one of the above (1) to (3), when viewed from the winding axis direction, the coil conductor may include an outer peripheral coil conductor portion wound in a first direction and the first direction. An inner circumferential coil conductor portion wound in a reverse direction, wherein the outer circumferential coil conductor portion is located at a distance from the winding shaft in the radial direction in the radial direction as viewed from the winding axis direction. It is preferable that the number of turns of the outer coil conductor is larger than the number of turns of the inner coil conductor, which is farther than the conductor. In this configuration, a magnetic flux is generated around the inner peripheral coil conductor of the coil conductor, and a part of the magnetic flux (magnetic flux generated from the outer peripheral coil conductor) contributing to the magnetic field coupling with the coil antenna of the coupling partner is canceled. Therefore, with this configuration, variation in the coupling strength due to the relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner is suppressed.
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記コイル導体は、径方向において前記巻回軸からの距離が近い第1コイル導体部と、前記径方向において前記巻回軸からの距離が前記第1コイル導体部よりも遠い第2コイル導体部と、を有し、互いに隣接する前記コイル導体の間隙は、前記第2コイル導体部よりも前記第1コイル導体部のほうが大きいことが好ましい。この構成では、巻回軸方向から視て、磁束密度が低くなりやすいコイル導体の外周(第2コイル導体部)が密に巻回され、磁束密度が高くなりやすいコイル導体の内周(第1コイル導体部)が疎に巻回される構造となる。一般的に、コイル導体同士の間隔が等しくなるように巻回されたコイルアンテナは、そのコイルアンテナの巻回軸方向におけるコイルアンテナの上面(または下面)において、そのコイルアンテナに電流が流れることに起因する磁束密度の巻回軸方向成分は、径方向において巻回軸(コイルの中心)に近いほど強く、巻回軸(コイルの中心)から遠いほど弱くなる。上記構成によれば、径方向において巻回軸から外周寄りになるほど隣接するコイル導体同士の間隔が密となるように巻回されているため、コイルアンテナの上面(または下面)において、磁束密度の巻回軸方向成分が一様となる。したがって、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきは抑制され、広い範囲の相対的な位置関係において、結合相手のコイルアンテナとの結合係数が安定化されるコイルアンテナを実現できる。 (5) In any one of the above items (1) to (4), the coil conductor may include a first coil conductor portion having a short distance from the winding axis in a radial direction, and a first coil conductor portion extending from the winding axis in the radial direction. A distance between the coil conductors adjacent to each other is greater in the first coil conductor than in the second coil conductor. Is preferred. In this configuration, when viewed from the winding axis direction, the outer periphery (second coil conductor portion) of the coil conductor where the magnetic flux density tends to be low is densely wound, and the inner periphery (the first coil conductor) where the magnetic flux density tends to increase is high. The coil conductor is wound sparsely. Generally, a coil antenna wound so that the intervals between coil conductors are equal to each other is such that a current flows through the coil antenna on the upper surface (or lower surface) of the coil antenna in the winding axis direction of the coil antenna. The component of the resulting magnetic flux density in the winding axis direction becomes stronger as it is closer to the winding axis (the center of the coil) in the radial direction, and becomes weaker as it is farther from the winding axis (the center of the coil). According to the above configuration, the coil is wound so that the distance between the adjacent coil conductors becomes closer toward the outer periphery from the winding axis in the radial direction, so that the magnetic flux density on the upper surface (or lower surface) of the coil antenna is reduced. The component in the winding axis direction becomes uniform. Therefore, variation in coupling strength due to the relative positional relationship with the coupling partner coil antenna is suppressed, and a coil antenna in which the coupling coefficient with the coupling partner coil antenna is stabilized in a wide range of relative positional relationship. realizable.
(6)上記(5)において、前記第1コイル導体部の線幅は、前記第2コイル導体部の線幅よりも太いことが好ましい。この構成により、コイルアンテナ全体の直流抵抗成分を低減できる。また、コイルアンテナを構成するコイル導体の線幅が細い場合に比べ、コイル導体の線幅が太い場合の方がコイルアンテナのインダクタンス値は低くなる。そのため、この構成により、コイル導体全体の線幅が同じ場合に比べて、コイルアンテナ全体のインダクタンス値は低くなる。したがって、同じインダクタンス値のコイルアンテナであれば、上記構成により、コイル導体の巻回数をさらに多くできる。 (6) In the above (5), it is preferable that a line width of the first coil conductor is larger than a line width of the second coil conductor. With this configuration, the DC resistance component of the entire coil antenna can be reduced. Further, the inductance value of the coil antenna is lower when the line width of the coil conductor is thicker than when the line width of the coil conductor forming the coil antenna is narrower. Therefore, with this configuration, the inductance value of the entire coil antenna is lower than when the line width of the entire coil conductor is the same. Therefore, if the coil antenna has the same inductance value, the above configuration can further increase the number of turns of the coil conductor.
(7)上記(1)から(6)のいずれかにおいて、前記巻回軸方向から視て、前記コイル導体に重なる第2導電性部材をさらに備え、前記コイル導体は、径方向において前記巻回軸からの距離が近い第1コイル導体部と、前記径方向において前記巻回軸からの距離が前記第1コイル導体部よりも遠い第2コイル導体部と、を有し、前記第2導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記第1コイル導体部に重なり、且つ、前記第2コイル導体部に重ならないことが好ましい。この構成では、巻回軸方向から視て、磁束密度が高くなりやすいコイル導体の内周(第1コイル導体部)に第2導電性部材が重なり、磁束密度が低くなりやすいコイル導体の外周(第2コイル導体部)には第2導電性部材が重ならない。そのため、第1コイル導体部での磁界形成が第2導電性部材によって一部妨げられ、コイル導体により形成される磁束密度のばらつきは抑制される。コイル導体により形成される磁束密度が一様となることで、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制される。 (7) In any one of the above (1) to (6), further comprising a second conductive member overlapping the coil conductor when viewed from the winding axis direction, wherein the coil conductor is configured to have the winding in a radial direction. A first coil conductor having a short distance from an axis; and a second coil conductor having a distance from the winding axis in the radial direction that is farther than the first coil conductor. It is preferable that the member overlaps with the first coil conductor and does not overlap with the second coil conductor when viewed from the winding axis direction. In this configuration, when viewed from the winding axis direction, the second conductive member overlaps the inner periphery (first coil conductor portion) of the coil conductor where the magnetic flux density tends to increase, and the outer periphery (the coil conductor) where the magnetic flux density tends to decrease. The second conductive member does not overlap the second coil conductor. Therefore, the formation of the magnetic field in the first coil conductor is partially prevented by the second conductive member, and the variation in the magnetic flux density formed by the coil conductor is suppressed. By making the magnetic flux density formed by the coil conductors uniform, variation in the coupling strength due to the relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner is suppressed.
(8)上記(1)から(7)のいずれかにおいて、前記第1導電性部材は、メッシュ状の導体であることが好ましい。この構成により、第1導電性部材とコイル導体との間に発生する寄生容量によるアンテナ特性の劣化が抑制される。 (8) In any one of the above (1) to (7), it is preferable that the first conductive member is a mesh-shaped conductor. With this configuration, deterioration of antenna characteristics due to parasitic capacitance generated between the first conductive member and the coil conductor is suppressed.
(9)上記(7)または(8)において、前記第2導電性部材は、メッシュ状の導体であることが好ましい。この構成により、第2導電性部材とコイル導体との間に発生する寄生容量によるアンテナ特性の劣化が抑制される。 (9) In the above (7) or (8), it is preferable that the second conductive member is a mesh-shaped conductor. With this configuration, deterioration of antenna characteristics due to parasitic capacitance generated between the second conductive member and the coil conductor is suppressed.
(10)上記(1)から(9)のいずれかにおいて、前記コイル導体は、1ターンのうちに曲率半径の極小部分を4つ有する、矩形スパイラル状であってもよい。 (10) In any one of the above (1) to (9), the coil conductor may have a rectangular spiral shape having four minimal portions of a radius of curvature in one turn.
(11)本発明の給電装置は、
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を供給するワイヤレス電力供給システムにおける給電装置であって、
前記受電装置との結合に用いられる給電用コイルアンテナと、
前記給電用コイルアンテナに接続される給電回路と、
を備え、
前記給電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有することを特徴とする。(11) The power supply device of the present invention
A power supply device in a wireless power supply system that wirelessly supplies power from a power supply device to a power receiving device,
A power feeding coil antenna used for coupling with the power receiving device,
A power supply circuit connected to the power supply coil antenna,
With
The feeding coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a minimum portion of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a cutout portion that does not overlap the coil conductor other than the minimum portion when viewed from the winding axis direction.
この構成により、結合相手側コイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が少ない給電用コイルアンテナを備える給電装置を実現できる。 With this configuration, it is possible to realize a power supply device including a power supply coil antenna in which a change in coupling strength is small due to a relative positional relationship with the coupling partner coil antenna.
(12)上記(11)において、前記給電回路は、前記給電用コイルアンテナにHF帯の交番電圧を印加してもよい。 (12) In the above (11), the power supply circuit may apply an alternating voltage in the HF band to the power supply coil antenna.
(13)本発明の受電装置は、
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を供給するワイヤレス電力供給システムにおける受電装置であって、
前記給電装置との結合に用いられる受電用コイルアンテナと、
前記受電用コイルアンテナに接続される受電回路と、
を備え、
前記受電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有することを特徴とする。(13) The power receiving device of the present invention includes:
A power receiving device in a wireless power supply system that wirelessly supplies power from a power supply device to a power receiving device,
A power receiving coil antenna used for coupling with the power supply device,
A power receiving circuit connected to the power receiving coil antenna,
With
The power receiving coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a minimum portion of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a cutout portion that does not overlap the coil conductor other than the minimum portion when viewed from the winding axis direction.
この構成により、結合相手側コイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化がすくない受電用コイルアンテナを備える給電装置を実現できる。 With this configuration, it is possible to realize a power supply device including a power receiving coil antenna in which a change in coupling strength due to a relative positional relationship with the coupling partner coil antenna is small.
(14)上記(13)において、前記受電回路が有する容量成分と、前記受電用コイルアンテナのインダクタンス成分とで共振回路が構成され、前記共振回路の共振周波数はHF帯の周波数であってもよい。 (14) In the above (13), a resonance circuit may be constituted by a capacitance component of the power reception circuit and an inductance component of the power reception coil antenna, and a resonance frequency of the resonance circuit may be a frequency in an HF band. .
(15)本発明の給電装置および受電装置で構成されるワイヤレス電力供給システムは、
前記給電装置は、
前記受電装置が備える受電コイルアンテナとの結合に用いられる給電用コイルアンテナと、
前記給電用コイルアンテナに接続される給電回路と、
を有し、
前記給電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有し、
前記給電用コイルアンテナの形成領域の面積は、前記受電用コイルアンテナの形成領域の面積よりも大きいことを特徴とする。(15) A wireless power supply system including the power supply device and the power receiving device of the present invention includes:
The power supply device,
A power feeding coil antenna used for coupling with a power receiving coil antenna provided in the power receiving device,
A power supply circuit connected to the power supply coil antenna,
Has,
The feeding coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a minimum portion of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a cutout portion that does not overlap with the coil conductor other than the minimum portion, as viewed from the winding axis direction,
The area of the formation area of the power feeding coil antenna is larger than the area of the formation area of the power receiving coil antenna.
この構成により、結合相手側コイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が小さい給電用コイルアンテナを備える給電装置を有した、ワイヤレス電力供給システムを実現できる。 With this configuration, it is possible to realize a wireless power supply system including a power supply device including a power supply coil antenna having a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with the coupling partner coil antenna.
(16)上記(15)において、前記第1導電性部材は、前記コイル導体に対して前記受電用コイルアンテナと反対側に配置されることが好ましい。この構成により、給電用コイルアンテナが備えるコイル導体の開口部を通る磁束が、第1導電性部材によって妨げられることを抑制できる。 (16) In the above (15), it is preferable that the first conductive member is arranged on a side opposite to the power receiving coil antenna with respect to the coil conductor. With this configuration, it is possible to suppress the magnetic flux passing through the opening of the coil conductor included in the power feeding coil antenna from being hindered by the first conductive member.
(17)上記(15)または(16)において、前記給電回路は前記給電用コイルアンテナにHF帯の交番電圧を印加してもよい。 (17) In the above (15) or (16), the power supply circuit may apply an alternating voltage in the HF band to the power supply coil antenna.
(18)本発明の給電装置および受電装置で構成されるワイヤレス電力供給システムは、
前記受電装置は、
前記給電装置が備える給電用コイルアンテナとの結合に用いられる受電用コイルアンテナと、
前記受電用コイルアンテナに接続される受電回路と、
を有し、
前記受電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有し、
前記給電用コイルアンテナの形成領域の面積は、前記受電用コイルアンテナの形成領域の面積よりも大きいことを特徴とする。(18) The wireless power supply system including the power supply device and the power receiving device of the present invention includes:
The power receiving device,
A power receiving coil antenna used for coupling with a power feeding coil antenna provided in the power feeding device,
A power receiving circuit connected to the power receiving coil antenna,
Has,
The power receiving coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a minimum portion of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a cutout portion that does not overlap with the coil conductor other than the minimal portion, as viewed from the winding axis direction,
The area of the formation area of the power feeding coil antenna is larger than the area of the formation area of the power receiving coil antenna.
この構成により、結合相手側コイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が小さい受電用コイルアンテナを備える受電装置を有した、ワイヤレス電力供給システムを実現できる。 With this configuration, it is possible to realize a wireless power supply system including a power receiving device including a power receiving coil antenna having a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with the coupling partner coil antenna.
(19)上記(18)において、前記第1導電性部材は、前記コイル導体に対して前記給電用コイルアンテナと反対側に配置されることが好ましい。この構成により、受電用コイルアンテナが備えるコイル導体の開口部を通る磁束が、第1導電性部材によって妨げられることを抑制できる。 (19) In the above (18), it is preferable that the first conductive member is arranged on the opposite side of the coil conductor from the coil conductor. With this configuration, it is possible to prevent the magnetic flux passing through the opening of the coil conductor provided in the power receiving coil antenna from being hindered by the first conductive member.
(20)上記(18)または(19)において、前記受電回路が有する容量成分と、前記受電用コイルアンテナのインダクタンス成分とで共振回路が構成され、前記共振回路の共振周波数はHF帯の周波数であってもよい。 (20) In the above (18) or (19), a resonance circuit is constituted by a capacitance component of the power receiving circuit and an inductance component of the coil antenna for power reception, and a resonance frequency of the resonance circuit is a frequency in an HF band. There may be.
本発明によれば、簡素な構造により、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が小さいコイルアンテナを実現できる。また、それを備える給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システムを実現できる。 According to the present invention, a coil antenna having a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with a coupling partner coil antenna can be realized with a simple structure. Further, a power supply device, a power receiving device, and a wireless power supply system including the same can be realized.
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。 Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings and some specific examples. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. Although the embodiments are shown separately for convenience in consideration of the explanation of the main points or the ease of understanding, it is possible to partially replace or combine the configurations shown in different embodiments. From the second embodiment onward, description of matters common to the first embodiment will be omitted, and only different points will be described. In particular, the same operation and effect of the same configuration will not be sequentially described for each embodiment.
本発明は、例えばマウスとマウスパッド等のように、平面上で位置自由度が求められるシステムに好適である。以降に示す各実施形態において、マウスにワイヤレス電力供給を行う場合、本発明における「コイルアンテナ」は例えばマウスパッド等に設けられ、受電側コイルアンテナはマウスに設けられる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a system requiring a degree of positional freedom on a plane, such as a mouse and a mouse pad. In each of the embodiments described below, when wireless power is supplied to the mouse, the “coil antenna” of the present invention is provided on, for example, a mouse pad, and the power receiving coil antenna is provided on the mouse.
《第1の実施形態》
図1(A)は第1の実施形態に係るコイルアンテナ101の平面図であり、図1(B)はコイル導体31の周方向における曲率半径の極小部分PSを示すコイルアンテナ101の平面図である。図2はコイル導体31の平面図である。なお、図1(A)では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dにはテクスチャーパターンを付与している。さらに、図1(B)では、構造を分かりやすくするため、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dの図示を省略している。<< 1st Embodiment >>
FIG. 1A is a plan view of the
コイルアンテナ101は基材1、コイル導体31および複数の第1導電性部材11A,11B,11C,11Dを備える。
The
基材1は絶縁性材料で構成される矩形状の平板である。コイル導体31は、基材1の表面等に形成され、巻回軸AXの周りに巻回される約4ターンの矩形スパイラル状導体パターンであり、第1端部E1および第2端部E2を有する。基材1は例えばポリイミド(PI)や液晶ポリマー(LCP)等の樹脂製シートであり、コイル導体31は例えばCu箔パターンである。
The
複数の第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは矩形状の平板である。複数の第1導電性部材11A,11B,11C,11Dの一部は、Z軸方向(本発明における「巻回軸方向」に相当する)から視て、コイル導体31に重なる。第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは、Z軸方向から視て、コイル導体31の周方向における曲率半径の極小部分PSに重なる。また、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは、Z軸方向から視て、上記極小部分PS以外のコイル導体31に重ならない抜き部C1,C2,C3,C4を有する。第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは例えば金属やグラファイト等で構成される平板である。
The plurality of first
なお、本実施形態では、コイル導体31が1ターンのうちに曲率半径の極小部分PSを4つ有している。そして、本実施形態では、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dが、Z軸方向から視て、複数の上記極小部分PSに重なり、且つ、コイル導体31の径方向に延伸する形状である。
In the present embodiment, the
ここで、本発明におけるコイル導体の「周方向」とは、例えばコイル導体の巻回軸AXの周りに延伸する方向(図2におけるCDを参照)をいい、本発明におけるコイル導体の「径方向」とは、例えばコイル導体の延伸する方向と直交する方向(図2におけるRDを参照)をいう。言い換えると、コイル導体によって囲まれるコイル開口CMに沿った方向がコイル導体の「周方向」であり、その周方向に直交する方向がコイル導体の「径方向」である。 Here, the “circumferential direction” of the coil conductor in the present invention refers to, for example, a direction (see CD in FIG. 2) extending around the winding axis AX of the coil conductor, and the “radial direction” of the coil conductor in the present invention. "Means, for example, a direction perpendicular to the direction in which the coil conductor extends (see RD in FIG. 2). In other words, the direction along the coil opening CM surrounded by the coil conductor is the “circumferential direction” of the coil conductor, and the direction orthogonal to the circumferential direction is the “radial direction” of the coil conductor.
また、本発明における「コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分」とは、Z軸方向から視て、巻回軸AXの周りに巻回されるコイル導体の途中に設けられる箇所である。つまり、図1(B)に示す引き出し部XPのように、コイル導体を内周から外周に引き出す場合等で曲率半径が極小となる部分については、本発明における「コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分」から除外される。このことは、以降の各実施形態でも同様である。なお、本発明における「コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分」には、Z軸方向から視たコイル導体の曲率半径を周方向で微分したときに、単に微分係数がゼロとなる極小部分(本実施形態に係るコイル導体21のように、直線状に延伸する部分と屈曲する部分とが連続した構造)だけでなく、屈曲し続けるコイル導体の極小部分も含む。つまり、本発明では、コイル導体の曲率半径が他の箇所よりも相対的に小さい箇所に導電性部材を配置することを特徴としており、差分的に(任意の2点間で相対的に)極小部分となる屈曲部分も本発明における「コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分」に含まれる。 Further, the “minimum portion of the radius of curvature of the coil conductor in the circumferential direction” in the present invention is a portion provided in the middle of the coil conductor wound around the winding axis AX when viewed from the Z-axis direction. In other words, for a portion where the radius of curvature is minimal when the coil conductor is pulled out from the inner periphery to the outer periphery, such as the lead portion XP shown in FIG. Tiny part of ". This is the same in the following embodiments. In the present invention, the “minimum portion of the radius of curvature of the coil conductor in the circumferential direction” includes the minimal portion where the differential coefficient is simply zero when the radius of curvature of the coil conductor viewed in the Z-axis direction is differentiated in the circumferential direction. This includes not only a structure in which a linearly extending portion and a bent portion are continuous as in the coil conductor 21 according to the present embodiment, but also a minimal portion of the coil conductor that continues to bend. That is, the present invention is characterized in that the conductive member is disposed at a location where the radius of curvature of the coil conductor is relatively smaller than other locations, and the difference is extremely small (relatively between any two points). The bent portion to be a portion is also included in the "minimum portion of the radius of curvature of the coil conductor in the circumferential direction" in the present invention.
図3は、コイルアンテナ101と結合相手のコイルアンテナ201との結合関係を示す断面図である。図3では、コイルアンテナ101が給電用コイルアンテナであり、結合相手のコイルアンテナ201が受電用コイルアンテナである。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the coupling relationship between the
図3に示すように、給電用コイルアンテナであるコイルアンテナ101の形成領域の面積(図2におけるコイル導体の形成領域の面積)は、受電用コイルアンテナである結合相手のコイルアンテナ201の形成領域の面積(コイル導体の形成領域の面積)よりも大きい。また、図3に示すように、第1導電性部材11A,11B等は、Z軸方向に対しコイル導体31を挟んで結合相手のコイルアンテナ201とは反対側に配置される。言い換えると、第1導電性部材11A,11B等は、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201と反対側に配置されている。
As shown in FIG. 3, the area of the formation area of the
一般に、コイル導体の周方向における曲率半径の小さな部分の内側は磁束が強くなりやすい。特にコイル導体の曲率半径の極小部分PSの内側は磁束が集中しやすく、コイル導体の他の部分に比べて相対的に磁束密度が高くなりやすい。これに対して、本実施形態に係るコイルアンテナ101では、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dの一部が、Z軸方向から視て、相対的に磁束密度が高くなりやすいコイル導体31の曲率半径の極小部分PSに重なる。また、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは、Z軸方向から視て、上記極小部分PS以外のコイル導体31に重ならない抜き部C1,C2,C3,C4を有する。そのため、極小部分PSでの磁界形成が第1導電性部材11A,11B,11C,11Dによって一部妨げられ、コイル導体31により形成される磁束密度のばらつきが抑制される。コイル導体により形成される磁束密度が一様となることで、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制される。したがって、簡素な構造により、広い範囲の相対的な位置関係において、結合相手のコイルアンテナとの結合係数が安定化したコイルアンテナを実現できる。
In general, magnetic flux is likely to be strong inside a portion having a small radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor. In particular, the magnetic flux tends to concentrate inside the minimum portion PS of the radius of curvature of the coil conductor, and the magnetic flux density tends to be relatively high as compared with other portions of the coil conductor. On the other hand, in the
また、本実施形態では、それぞれの第1導電性部材11A,11B,11C,11Dが、Z軸方向から視て、複数の極小部分PSに重なり、且つ、コイル導体31の径方向に延伸する形状である。すなわち、単一の第1導電性部材が、Z軸方向から視て、コイル導体31の複数の極小部分PSに重なった構造である。したがって、単純な形状で少ない数の第1導電性部材11A,11B,11C,11Dを設けるだけで、上記作用・効果を奏する。
In the present embodiment, each of the first
本実施形態では、コイルアンテナ101の形成領域の面積が、結合相手のコイルアンテナ201の形成領域の面積よりも大きいため、コイルアンテナ101に対して結合相手のコイルアンテナ201の平面上での位置自由度を高めることができる。
In the present embodiment, since the area of the formation area of the
また、本実施形態では、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dが、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201と反対側に配置されている。第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201側に配置してもよいが、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201と反対側に配置されている方が望ましい。第1導電性部材11A,11B,11C,11Dが、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201側に配置されている場合、コイルアンテナ101と結合相手のコイルアンテナ201との磁界結合を強く妨げ過ぎる可能性がある。しかし、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dが、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201と反対側に配置されることで、コイル導体31と結合相手のコイルアンテナ201との間に第1導電性部材11A,11B,11C,11Dを配置した場合に比べて、コイルアンテナ101が結合相手のコイルアンテナ201と磁界結合しやすくなる。また、この構成により、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dを介して、結合相手のコイルアンテナ201との間に寄生容量が発生することを抑制できる。
In the present embodiment, the first
なお、本実施形態では、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dが、Z軸方向から視て、それぞれ4つの極小部分PSに重なる構成について示したが、これに限定されるものではない。本発明の上記作用・効果を奏するには、Z軸方向から視て、第1導電性部材が1つ以上の極小部分PSに重なっていればよい。
In the present embodiment, the configuration in which the first
また、本実施形態では、矩形状の平板である4つの第1導電性部材11A,11B,11C,11Dを備えるコイルアンテナの例を示したが、この構成に限定されるものではない。第1導電性部材の個数、配置等は、後に詳述するように、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。また、第1導電性部材の形状についても、矩形状の平板に限定されるものではなく、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。第1導電性部材の平面形状は、例えば円形、楕円形、多角形、L字形等であってもよい。また、第1導電性部材は平板に限定されず、曲面を有していてもよく、立体構造等とすることも可能である。
Further, in the present embodiment, an example of the coil antenna including the four first
また、上述の例では、コイルアンテナ101が給電用コイルアンテナである場合についての作用を説明したが、送受が反転しても同様に成り立つ。すなわち、コイルアンテナ101が受電用コイルアンテナである場合にも同様に作用する。このことは、以降の各実施形態に係るコイルアンテナについても同様である。なお、コイルアンテナ101が受電用コイルアンテナである場合にも、第1導電性部材11A,11B、11C,11Dは、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201(給電用コイルアンテナ)と反対側に配置される。
Further, in the above-described example, the operation in the case where the
次に、本実施形態に係るコイルアンテナ101を利用したワイヤレス電力供給システムの給電装置について、図を参照して説明する。図4は、第1の実施形態に係るコイルアンテナ101を備える給電装置301の断面図である。
Next, a power supply device of a wireless power supply system using the
給電装置301は、樹脂製カバー2、コイルアンテナ101、回路基板4、給電回路(図示省略)等を備える。給電装置301はケーブル等により他の電子機器に接続される。
The
樹脂製カバー2は直方体状である。図4に示すように、樹脂製カバー2の内部には、コイルアンテナ101、回路基板4、給電回路等が収納されている。回路基板4は内部にグランド導体5が形成された基板であり、例えばプリント配線板である。
The
回路基板4の主面には給電回路等が実装され、給電回路は、図示しない導体パターン等を介してコイル導体31の第1端部および第2端部に接続される。給電回路は、例えば磁界共鳴電力伝送システム等の電力供給システム用の給電回路であり、さらに受電回路を備えていてもよい。
A power supply circuit or the like is mounted on the main surface of the
この構成により、結合相手側コイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が小さい給電用コイルアンテナを備えるワイヤレス電力供給システムの給電装置を実現できる。 With this configuration, it is possible to realize a power supply device of a wireless power supply system including a power supply coil antenna having a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with a coupling partner coil antenna.
また、図4に示す給電装置では、第1導電性部材11A,11B等が、コイル導体31と回路基板4との間に配置されている。この構成により、第1導電性部材11A,11B等の裏面側(図4における第1導電性部材11A,11B等の下面側)の磁気シールド効果が得られ、回路基板4に配線パターンとコイルアンテナとの不要結合が抑制される。また、この構成により、コイル導体31から生じる磁界が回路基板4に放射されることを抑制できる。
In the power supply device shown in FIG. 4, the first
なお、本実施形態では、コイルアンテナ101が給電用コイルアンテナとしてマウスパッド等に設けられ、結合相手のコイルアンテナが受電用コイルアンテナとしてマウスに設けられる例を示したが、この構成に限定されるものではない。後に詳述するように、本発明のコイルアンテナは、ワイヤレス電力供給システムを構成する給電装置と受電装置との結合に用いられるコイルアンテナであり、給電装置または受電装置のいずれか、または両方に設けられる。
In the present embodiment, an example is shown in which the
また、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dは電位の安定や電界シールドとして機能させるために、給電装置または受電装置のグランド(例えば回路基板のグランド)と接続してもよい。また、回路基板のグランド導体を第1導電性部材11A,11B,11C,11Dとして兼用してもよい。
In addition, the first
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、コイル導体の構造が第1の実施形態に係るコイルアンテナ101とは異なる例を示す。<< 2nd Embodiment >>
In the second embodiment, an example in which the structure of the coil conductor is different from that of the
図5(A)は第2の実施形態に係るコイルアンテナ102の平面図であり、図5(B)はコイル導体32の周方向における曲率半径の極小部分PSを示すコイルアンテナ102の平面図である。なお、図5(A)では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材12A,12Bにはテクスチャーパターンを付与している。さらに、図5(B)では、構造を分かりやすくするため、第1導電性部材12A,12Bの図示を省略している。
FIG. 5A is a plan view of the
本実施形態に係るコイルアンテナ102は、コイル導体32を備える点で第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と異なる。また、本実施形態に係るコイルアンテナ102は、第1導電性部材12A,12Bを備える点でコイルアンテナ101と異なる。その他の構成についてはコイルアンテナ101と実質的に同じである。
The
図5(A)に示すように、本実施形態に係るコイル導体32は、基材1の表面等に形成され、巻回軸AXの周りに巻回される約4ターンの楕円形スパイラル状の導体パターンであり、第1端部E1および第2端部E2を有する。このように、楕円形状のコイル導体の「曲率半径の極小部分」は、Z軸方向から視て、両端の半円部(図5(B)のコイル導体32におけるY軸方向の両端部分)となる。本実施形態では、コイル導体32が1ターンのうちに曲率半径の極小部分PSを2つ有している。
As shown in FIG. 5A, the
2つの第1導電性部材12A,12Bは矩形状の平板である。第1導電性部材12A,12Bは、Z軸方向から視て、コイル導体32の周方向における曲率半径の極小部分PSに重なる。また、第1導電性部材12A,12Bは、Z軸方向から視て、上記極小部分PS以外のコイル導体32に重ならない抜き部C1,C2を有する。
The two first
このような構成でも、コイルアンテナ102の基本的な構成は、第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と同様であり、コイルアンテナ101と同様の作用・効果を奏する。
Even in such a configuration, the basic configuration of the
《第3の実施形態》
第3の実施形態では、コイル導体の構造が以上に示した各実施形態に係るコイルアンテナとは異なる例を示す。<< 3rd Embodiment >>
In the third embodiment, an example in which the structure of the coil conductor is different from the coil antenna according to each embodiment described above will be described.
図6は第3の実施形態に係るコイルアンテナ103の平面図である。図7(A)は、内周コイル導体部MPと外周コイル導体部FPを示すコイル導体33の平面図であり、図7(B)は、第1コイル導体部CP1と第2コイル導体部CP2を示すコイル導体33の平面図である。なお、図6では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dにはテクスチャーパターンを付与している。図7(A)では、構造を分かりやすくするために、内周コイル導体部MPを破線で示し、外周コイル導体部FPを実線で示している。また、図7(B)では、構造を分かりやすくするために、第1コイル導体部CP1を破線で示し、第2コイル導体部CP2を一点鎖線で示している。
FIG. 6 is a plan view of the
本実施形態に係るコイルアンテナ103は、コイル導体33を備える点で第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と異なり、その他の構成についてはコイルアンテナ101と実質的に同じである。
The
図7(A)に示すように、本実施形態に係るコイル導体33は、外周コイル導体部FPと内周コイル導体部MPとで構成される。外周コイル導体部FPは、Z軸方向から視て、外側から内側に向かって右回り(本発明における「第1方向」に相当する。)に巻回される約3ターンの矩形スパイラル状導体パターンである。内周コイル導体部MPは、Z軸方向から視て、左回り(第1方向とは逆方向)に巻回される約1ターンの矩形ループ状導体パターンである。また、Z軸方向から視て、外周コイル導体部FPの径方向における巻回軸AXからの距離L2は、内周コイル導体部MPの径方向における巻回軸AXからの距離L1よりも遠い(L2>L1)。
As shown in FIG. 7A, the
すなわち、本実施形態に係るコイル導体33は、外周コイル導体部FPと、外周コイル導体部FPの内周に位置する内周コイル導体部MPとで構成される。そして、これら外周コイル導体部FPと内周コイル導体部MPとは互いに逆方向に巻回され、且つ、外周コイル導体部FPの巻回数は内周コイル導体部MPの巻回数よりも多い。
That is, the
ここで、本発明における「内周コイル導体部」とは、コイル導体のうち最も内周から巻回軸AXの周りに任意の回数巻回された導体部分をいう。本発明における「外周コイル導体部」とは、コイル導体の内周コイル導体部以外の導体部分であり、内周コイル導体部の外周に位置する導体部分をいう。したがって、コイル導体は、内周コイル導体部と、内周コイル導体部以外である外周コイル導体部とで構成される。 Here, the “inner coil conductor portion” in the present invention refers to a conductor portion of the coil conductor that has been wound an arbitrary number of times around the winding axis AX from the innermost circumference. The “outer peripheral coil conductor” in the present invention is a conductor part other than the inner peripheral coil conductor of the coil conductor, and refers to a conductor located on the outer periphery of the inner peripheral coil conductor. Therefore, the coil conductor is composed of the inner coil conductor and the outer coil conductor other than the inner coil conductor.
また、図7(B)に示すように、本実施形態に係るコイル導体33は、径方向における巻回軸AXからの距離が近い第1コイル導体部CP1と、径方向における巻回軸AXからの距離が第1コイル導体部よりも遠い第2コイル導体部CP2とを有する。第2コイル導体部CP2の径方向における巻回軸AXからの距離R2は、第1コイル導体部CP1の径方向における巻回軸AXからの距離R1よりも長い(R2>R1)。本実施形態では、第1コイル導体部CP1がコイル導体33の最も内周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回される約1ターンの導体である。また、本実施形態では、第2コイル導体部CP2が第1コイル導体部CP1よりも外周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回される約2ターンの導体である。
As shown in FIG. 7B, the
そして、第1コイル導体部CP1において互いに隣接するコイル導体33の間隙G1は、第2コイル導体部CP2において互いに隣接するコイル導体33の間隙G2よりも大きい(G1>G2)。すなわち、本実施形態では、Z軸方向から視て、第1コイル導体部CP1ではコイル導体33が疎に巻回され、第2コイル導体部CP2ではコイル導体33が密に巻回される構造となる。なお、第1コイル導体部CP1において必ずしもコイル導体33同士が隣接している必要はない。また、第2コイル導体部CP2において必ずしもコイル導体33同士が隣接している必要はない。
The gap G1 between the
ここで、本発明における「第1コイル導体部」とは、コイル導体のうち巻回軸AXの周りに任意の回数巻回された導体部分をいう。本発明における「第2コイル導体部」とは、内周コイル導体部の外周に位置し、巻回軸AXの周りに任意の回数巻回された導体部分である。第1コイル導体部CP1はコイル導体33の最も内周に位置する導体でなくてもよく、第2コイル導体部CP2は第1コイル導体部CP1よりも相対的に外周に位置する導体であればよい。なお、コイル導体は、第1コイル導体部CP1および第2コイル導体部CP2以外の別の導体部分を含んでいてもよい。
Here, the “first coil conductor portion” in the present invention refers to a conductor portion of the coil conductor that is wound an arbitrary number of times around the winding axis AX. The “second coil conductor portion” in the present invention is a conductor portion that is located on the outer periphery of the inner peripheral coil conductor portion and is wound an arbitrary number of times around the winding axis AX. The first coil conductor portion CP1 may not be the conductor located on the innermost periphery of the
本実施形態に係るコイルアンテナ103によれば、第1の実施形態で述べた効果以外に、次のような効果を奏する。
According to the
本実施形態では、Z軸方向から視て、コイル導体33の内周(内周コイル導体部MP)とコイル導体33の外周(外周コイル導体部FP)とが逆方向に巻回され、且つ、コイル導体33の内周はコイル導体33の外周よりも巻回数が少ない。そのため、コイル導体33の内周コイル導体部MPから、結合相手のコイルアンテナとの磁界結合に寄与する磁束(外周コイル導体部FPから発生する磁束)とは反対向きの磁束が発生して、結合相手のコイルアンテナとの磁界結合に寄与する磁束の一部が打ち消される。すなわち、この構成により、磁束密度が高くなりやすいコイル導体の内周の磁束密度が抑制され、コイル導体により形成される磁束密度が一様となり、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制される。
In the present embodiment, when viewed from the Z-axis direction, the inner periphery of the coil conductor 33 (the inner periphery coil conductor portion MP) and the outer periphery of the coil conductor 33 (the outer periphery coil conductor portion FP) are wound in opposite directions, and The inner circumference of the
また、本実施形態では、Z軸方向から視て、磁束密度が高くなりやすい内周(第1コイル導体部CP1)ではコイル導体33が疎に巻回され、磁束密度が低くなりやすい外周(第2コイル導体部CP2)ではコイル導体33が密に巻回される構造となる。言い換えると、コイル導体33の間隔が密の部分が、径方向において巻回軸AXから外周寄りに位置していて、疎の部分が径方向において巻回軸AXから内周寄りに位置している。一般的に、コイル導体同士の間隔が等しくなるように巻回されたコイルアンテナは、そのコイルアンテナの巻回軸方向におけるコイルアンテナの上面(または下面)において、そのコイルアンテナに電流が流れることに起因する磁束密度の巻回軸方向成分は、巻回軸(コイルの中心)に近いほど強く、巻回軸(コイルの中心)から遠いほど弱くなる。しかし、コイルアンテナ103では、径方向において巻回軸AXから外周寄りになるほどコイル導体L1,L2同士の間隔が密となるように巻回されているため、コイルアンテナの上面(または下面)において、磁束密度の巻回軸方向成分が一様となる。よって、この構成により、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきは抑制され、広い範囲の相対的な位置関係において、結合相手のコイルアンテナとの結合係数が安定化されるコイルアンテナを実現できる。
Further, in the present embodiment, when viewed from the Z-axis direction, the
なお、本実施形態では、外周コイル導体部FPが約2ターンの導体部分であり、内周コイル導体部MPが約2ターンの導体部分である例を示したが、この構成に限定されるものではない。外周コイル導体部FPの巻回数および内周コイル導体部MPの巻回数については、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。 In the present embodiment, an example is shown in which the outer coil conductor portion FP is a conductor portion of about two turns and the inner coil conductor portion MP is a conductor portion of about two turns, but is not limited to this configuration. is not. The number of turns of the outer coil conductor FP and the number of turns of the inner coil conductor MP can be appropriately changed within a range in which the functions and effects of the present invention can be obtained.
また、本実施形態では、第1コイル導体部CP1が約1ターンの導体部分であり、第2コイル導体部CP2が約2ターンの導体部分である例を示したが、この構成に限定されるものではない。第1コイル導体部CP1の巻回数および第2コイル導体部CP2の巻回数については、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。 Further, in the present embodiment, an example has been described in which the first coil conductor portion CP1 is a conductor portion of about one turn, and the second coil conductor portion CP2 is a conductor portion of about two turns. However, the present invention is limited to this configuration. Not something. The number of turns of the first coil conductor portion CP1 and the number of turns of the second coil conductor portion CP2 can be appropriately changed within a range in which the functions and effects of the present invention can be obtained.
《第4の実施形態》
第4の実施形態では、第2導電性部材をさらに備えるコイルアンテナについて示す。<< 4th Embodiment >>
In the fourth embodiment, a coil antenna further including a second conductive member will be described.
図8(A)は第4の実施形態に係るコイルアンテナ104の平面図であり、図8(B)は、内周コイル導体部MPと外周コイル導体部FPを示すコイル導体31の平面図である。図9は、コイルアンテナ104と結合相手のコイルアンテナ201との結合関係を示す断面図である。なお、図8(A)では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dおよび第2導電性部材24にはテクスチャーパターンを付与している。また、図8(B)では、構造を分かりやすくするために、内周コイル導体部MPを破線で示し、外周コイル導体部FPを実線で示している。図9では、コイルアンテナ104が給電用コイルアンテナであり、結合相手のコイルアンテナ201が受電用コイルアンテナである。
FIG. 8A is a plan view of a
本実施形態に係るコイルアンテナ104は、第2導電性部材24をさらに備える点で、第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と異なる。その他の構成についてはコイルアンテナ101と実質的に同じである。
The
本実施形態に係るコイル導体31は、内周コイル導体部MPおよび外周コイル導体部FPを有する。本実施形態では、外周コイル導体部FPがコイル導体31の最も外周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約2ターンの導体である。また、本実施形態では、内周コイル導体部MPが外周コイル導体部FPよりも内周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約2ターンの導体である。
The
第2導電性部材24は矩形状の平板である。第2導電性部材24の一部は、Z軸方向から視て、コイル導体31に重なる。第2導電性部材24は、Z軸方向から視て、コイル開口CMおよび内周コイル導体部MPに重なる。また、第2導電性部材24は、Z軸方向から視て、外周コイル導体部FPには重ならない。第2導電性部材24は例えば金属やグラファイト等で構成される平板である。
The second
また、図9に示すように、第2導電性部材24は、Z軸方向に対しコイル導体31を挟んで結合相手のコイルアンテナ201とは反対側に配置される。言い換えると、第2導電性部材24は、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201と反対側に配置されている。なお、本実施形態では、第2導電性部材24が、Z軸方向に対して第1導電性部材11A,11B等とコイル導体31との間に配置される。
As shown in FIG. 9, the second
本実施形態では、Z軸方向から視て、磁束密度が高くなりやすいコイル導体31の内周(内周コイル導体部MP)やコイル開口CMに第2導電性部材24が重なり、磁束密度が低くなりやすいコイル導体31の外周(外周コイル導体部FP)には第2導電性部材24が重ならない。そのため、コイル導体31の内周やコイル開口CMでの磁界形成が第2導電性部材24によって一部妨げられ、コイル導体31により形成される磁束密度のばらつきが抑制される。コイル導体により形成される磁束密度が一様となることで、結合相手のコイルアンテナ201との相対的な位置関係による結合強度のばらつきがさらに抑制される。
In the present embodiment, when viewed from the Z-axis direction, the second
なお、第2導電性部材24は、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dと同様に、コイル導体31に対し結合相手のコイルアンテナ201と反対側に配置されることが好ましい。この構成により、コイル導体31と結合相手のコイルアンテナ201との間に第2導電性部材24を配置した場合に比べて、コイルアンテナ104が結合相手のコイルアンテナ201と磁界結合しやすくなる。
It is preferable that the second
本実施形態では、第2導電性部材24が、Z軸方向に対して第1導電性部材11A,11B等とコイル導体31との間に配置される例を示したが、この構成に限定されるものではない。第2導電性部材24は、Z軸方向に対して第1導電性部材と同一面上に配置されていてもよく、Z軸方向に対して第1導電性部材よりもコイル導体31から離れた位置に配置されていてもよい。
In the present embodiment, the example in which the second
《第5の実施形態》
第5の実施形態では、異なる形状の第1導電性部材の備えたコイルアンテナについて示す。<< 5th Embodiment >>
In the fifth embodiment, a coil antenna including first conductive members having different shapes will be described.
図10(A)は第5の実施形態に係るコイルアンテナ105の平面図であり、図10(B)は、内周コイル導体部MPと外周コイル導体部FPを示すコイル導体31の平面図である。図11は、コイルアンテナ105と結合相手のコイルアンテナ201との結合関係を示す断面図である。なお、図10(A)では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材15にはテクスチャーパターンを付与している。また、図10(B)では、構造を分かりやすくするために、内周コイル導体部MPを破線で示し、外周コイル導体部FPを実線で示している。図11では、コイルアンテナ105が給電用コイルアンテナであり、結合相手のコイルアンテナ201が受電用コイルアンテナである。
FIG. 10A is a plan view of a
本実施形態に係るコイルアンテナ105は、第1導電性部材15の形状が、第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と異なる。その他の構成についてはコイルアンテナ101と実質的に同じである。
The
本実施形態に係るコイル導体31は、内周コイル導体部MPおよび外周コイル導体部FPを有する。本実施形態では、外周コイル導体部FPがコイル導体31の最も外周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約2ターンの導体である。また、本実施形態では、内周コイル導体部MPが外周コイル導体部FPよりも内周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約2ターンの導体である。
The
第1導電性部材15は、Z軸方向から視て、第4の実施形態に係る第1導電性部材(図8(A)における第1導電性部材11A,11B,11C,11D)と第2導電性部材(図8(A)における第2導電性部材24)とが一体となったような形状である。
The first
第1導電性部材15は、Z軸方向から視て、複数の極小部分PSに重なり、且つ、コイル導体31の径方向に延伸する部分を有する。また、第1導電性部材15は、Z軸方向から視て、コイル開口CMおよび内周コイル導体部MPに重なり、外周コイル導体部FPには重ならない。
The first
本実施形態では、Z軸方向から視て、磁束密度が高くなりやすいコイル導体31の内周(内周コイル導体部MP)やコイル開口CMに第1導電性部材15が重なり、磁束密度が低くなりやすいコイル導体31の外周(外周コイル導体部FP)には第1導電性部材15が重ならない。そのため、コイル導体31の内周やコイル開口CMでの磁界形成が第1導電性部材15によって一部妨げられ、コイル導体31により形成される磁束密度のばらつきが抑制される。コイル導体により形成される磁束密度が一様となることで、結合相手のコイルアンテナ201との相対的な位置関係による結合強度のばらつきが抑制される。
In the present embodiment, when viewed from the Z-axis direction, the first
《第6の実施形態》
第6の実施形態では、軸対称であるコイル導体を備えたコイルアンテナについて示す。<< Sixth Embodiment >>
In the sixth embodiment, a coil antenna provided with an axially symmetric coil conductor will be described.
図12は第6の実施形態に係るコイルアンテナ106の平面図である。図13(A)は、内周コイル導体部MPと外周コイル導体部FPを示すコイル導体36の平面図であり、図13(B)は、第1コイル導体部CP1と第2コイル導体部CP2を示すコイル導体36の平面図である。なお、図12では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dにはテクスチャーパターンを付与している。図13(A)では、内周コイル導体部MPを破線で示し、外周コイル導体部FPを実線で示している。また、図13(B)では、構造を分かりやすくするために、第1コイル導体部CP1を破線で示し、第2コイル導体部CP2を実線で示している。
FIG. 12 is a plan view of the
本実施形態に係るコイルアンテナ106は、軸対称であるコイル導体36を備える点で第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と異なり、その他の構成についてはコイルアンテナ101と実質的に同じである。
The
本実施形態に係るコイル導体36は、Z軸方向から視て、第1端部E1と第2端部E2との間を通る軸(対称軸)SAに対して線対称である。また、コイル導体36は、隣接するコイル導体の内外配置を入れ替えるように互いに交差する交差部CR1,CR2を有する。これら交差部CR1,CR2は、隣接するコイル導体同士が短絡しないように、絶縁層を介して交差する。
The
図13(A)に示すように、本実施形態に係るコイル導体36は、2つの外周コイル導体部FPと内周コイル導体部MPとで構成される。2つの外周コイル導体部FPは、Z軸方向から視て、右回り(第1方向)に巻回する約1.5ターンの導体パターンである。内周コイル導体部MPは、Z軸方向から視て、左回り(第1方向とは逆方向)に巻回する約1ターンの矩形ループ状の導体パターンである。
As shown in FIG. 13A, the
また、図13(B)に示すように、本実施形態に係るコイル導体36は、径方向における巻回軸AXからの距離が近い第1コイル導体部CP1と、径方向における巻回軸AXからの距離が第1コイル導体部よりも遠い第2コイル導体部CP2とを有する。本実施形態では、第1コイル導体部CP1がコイル導体36の最も内周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約2ターンの導体である。また、本実施形態では、第2コイル導体部CP2が第1コイル導体部CP1よりも外周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約1ターンの2つの導体である。そして、Z軸方向から視て、第1コイル導体部CP1ではコイル導体36が疎に巻回され、第2コイル導体部CP2ではコイル導体36が密に巻回されている。
Further, as shown in FIG. 13 (B), the
一般に、線対称に巻回されるコイル導体においては、給電回路(または受電回路)との接続により隣接するコイル導体間の線間容量の影響が大きくなるという問題がある。そして、この問題は、コイル導体を疎に巻回する内周部と密に巻回する外周部とを有するコイルアンテナの、外周部(第2コイル導体部CP2)において顕著に現れる。これに対して、本実施形態では、外周コイル導体部FPとは逆方向に巻回される内周コイル導体部MPを備えるため、磁束密度が高くなりやすいコイル導体の内周部の磁束密度が抑制される(第2の実施形態を参照)。すなわち、この構成により、内周コイル導体部MPを備えていない場合に比べ、第2コイル導体部CP2でコイル導体36を密に巻回することなく(コイル導体36同士の間隙G2を小さくすることなく)、結合相手のコイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度のばらつきを抑制したコイルアンテナを実現できる。
Generally, in a coil conductor wound in line symmetry, there is a problem that the influence of the line capacitance between adjacent coil conductors increases due to connection with a power supply circuit (or a power receiving circuit). This problem is prominent in the outer peripheral portion (second coil conductor portion CP2) of the coil antenna having the inner peripheral portion that sparsely winds the coil conductor and the outer peripheral portion that is densely wound. On the other hand, in the present embodiment, since the inner peripheral coil conductor portion MP wound in the opposite direction to the outer peripheral coil conductor portion FP is provided, the magnetic flux density of the inner peripheral portion of the coil conductor where the magnetic flux density tends to be high is reduced It is suppressed (see the second embodiment). That is, according to this configuration, the
また、本実施形態では、コイル導体36が、Z軸方向から視て、第1端部E1と第2端部E2との間を通る軸(対称軸)SAに対して線対称であるため、互いに隣接するコイル導体同士の線間容量の分布が対象となり、コイルアンテナの磁界放射の均等性が確保される。また、コイルアンテナ106に接続される給電回路(または受電回路)が平衡回路である場合には、給電回路(または受電回路)から見た平衡性を保つことができる。
In the present embodiment, since the
《第7の実施形態》
第7の実施形態では、線幅(導体径)の異なるコイル導体を備えたコイルアンテナについて示す。<< Seventh Embodiment >>
In the seventh embodiment, a coil antenna provided with coil conductors having different line widths (conductor diameters) will be described.
図14は第7の実施形態に係るコイルアンテナ107の平面図である。図15(A)は、内周コイル導体部MPと外周コイル導体部FPを示すコイル導体37の平面図であり、図15(B)は、第1コイル導体部CP1と第2コイル導体部CP2を示すコイル導体37の平面図である。なお、図14では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dにはテクスチャーパターンを付与している。図15(A)では、内周コイル導体部MPを破線で示し、外周コイル導体部FPを実線で示している。また、図15(B)では、構造を分かりやすくするために、第1コイル導体部CP1を破線で示し、第2コイル導体部CP2を実線で示している。
FIG. 14 is a plan view of the
本実施形態に係るコイルアンテナ107は、コイル導体37が有する第1コイル導体部CP1の線幅と、第2コイル導体部CP2の線幅とが異なる点で第6の実施形態に係るコイルアンテナ106と異なり、その他の構成についてはコイルアンテナ106と実質的に同じである。
The
図14等に示すように、本実施形態に係るコイル導体37では、第1コイル導体部CP1の線幅が第2コイル導体部CP2の線幅よりも太い。
As shown in FIG. 14 and the like, in the
本実施形態では、コイル導体37の一部の線幅が太いため(導体径が大きいため)、コイルアンテナ全体の直流抵抗成分を低減できる。
In the present embodiment, since the line width of a part of the
また、本実施形態では、線幅が太い第1コイル導体部CP1において互いに隣接するコイル導体37の間隙G1が、他の部分(第2コイル導体部CP2)において互いに隣接するコイル導体37の間隙G2よりも大きい(G1>G2)。そのため、コイル導体37を疎に巻回する内周部(第1コイル導体部CP1)の線幅を、他の部分の線幅よりも太くしても、互いに隣接するコイル導体間の線間容量の増加は少ない。
In the present embodiment, the gap G1 between the
コイルアンテナを構成するコイル導体の線幅が細い場合に比べ、コイル導体の線幅が太い場合の方がコイルアンテナのインダクタンス値は低くなる。そのため、上記構成により、コイル導体37全体の線幅が同じ場合に比べて、コイルアンテナ全体のインダクタンス値は低くなる。したがって、同じインダクタンス値のコイルアンテナであれば、上記構成により、コイル導体を密に巻回する外周部などの巻回数をさらに多くできる。
The inductance value of the coil antenna is lower when the line width of the coil conductor is thicker than when the line width of the coil conductor forming the coil antenna is narrower. Therefore, with the above configuration, the inductance value of the entire coil antenna is lower than in the case where the entire line width of the
《第8の実施形態》
第8の実施形態では、磁性体部材をさらに備えるコイルアンテナの例を示す。<< Eighth Embodiment >>
In the eighth embodiment, an example of a coil antenna further including a magnetic member will be described.
図16(A)は第8の実施形態に係るコイルアンテナ108の平面図であり、図16(B)はコイル導体31の周方向における曲率半径の極小部分PSを示すコイルアンテナ108の平面図である。なお、図16(A)では、構造を分かりやすくするために、基材1の図示を省略し、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dにはテクスチャーパターンを付与し、磁性体部材48A,48B,48C,48Dにはクロスハッチングを付与している。さらに、図16(B)では、構造を分かりやすくするため、第1導電性部材11A,11B,11C,11Dの図示を省略している。
FIG. 16A is a plan view of a
本実施形態に係るコイルアンテナ108は、4つの磁性体部材48A,48B,48C,48Dをさらに備える点で第1の実施形態に係るコイルアンテナ101と異なる。その他の構成についてはコイルアンテナ101と実質的に同じである。
The
磁性体部材48A,48Cは台形状の平板であり、磁性体部材48B,48Dは三角形状の平板である。磁性体部材48A,48B,48C,48Dは、Z軸方向から視て、図16(B)に示す抜き部C1,C2,C3,C4に重なる。すなわち、磁性体部材48A,48B,48C,48Dは、抜き部C1,C2,C3,C4にそれぞれ配置されている。磁性体部材48A,48B,48C,48Dは、例えば焼結された磁性フェライト板であるが、フェライト粉等の磁性体粉がエポキシ樹脂等の樹脂中に分散された樹脂シート等を基材1に貼付したものであってもよい。
The
一般に、コイル導体の曲率半径の極小部分PSに比べ、コイル導体の他の部分は相対的に磁束密度が低くなりやすい。本実施形態では、相対的に磁束密度が低くなりやすい他の部分(抜き部C1,C2,C3,C4)に磁性体部材48A,48B,48C,48Dを配置しているため、コイル導体との位置関係による磁束密度のばらつきが抑制される。また、この構成により、磁性体部材を備えていない場合に比べて、コイルアンテナのインダクタンス値が高まるためコイルアンテナ自体を小型化できる。
Generally, the magnetic flux density of the other portions of the coil conductor tends to be relatively lower than that of the minimal portion PS of the radius of curvature of the coil conductor. In the present embodiment, since the
なお、磁性体部材は、コイル導体31に対して結合相手のコイルアンテナと反対側に配置されることが好ましい。それによって、本発明のコイルアンテナが、結合相手のコイルアンテナと磁界結合しやすくなる。また、磁性体部材の形状、個数等は本実施形態で示したものに限定されるものではない。磁性体部材の形状、個数等は、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。すなわち、磁性体部材は例えば矩形、円形等であってもよく、コイルアンテナが1つの磁性体部材を備える構成であってもよい。
The magnetic member is preferably arranged on the opposite side of the
《第9の実施形態》
第9の実施形態では、本発明のコイルアンテナを利用したワイヤレス電力供給システムの例を示す。<< Ninth embodiment >>
In the ninth embodiment, an example of a wireless power supply system using the coil antenna of the present invention will be described.
本発明における「給電装置」は、上記コイルアンテナおよび給電回路(後に詳述する)等を備える装置であり、例えば磁気共鳴電力供給システム等のワイヤレス電力供給システムに対応した上記マウスパッド等である。本発明における「受電装置」は、上記コイルアンテナおよび受電回路(後に詳述する)等を備える装置であり、例えば磁気共鳴電力供給システム等のワイヤレス電力供給システムに対応した受電側機器(ワイヤレスマウス、携帯電話端末、いわゆるスマートフォン、タブレット端末、ノートPCやPDA、ウェアラブル端末、カメラ、ビデオ、ゲーム機および玩具等)にワイヤレス給電する充電器等である。 The “feeding device” in the present invention is a device including the coil antenna and a feeding circuit (to be described in detail later) and the like, and is, for example, the mouse pad and the like corresponding to a wireless power supply system such as a magnetic resonance power supply system. The “power receiving device” in the present invention is a device including the coil antenna and a power receiving circuit (described in detail later) and the like. For example, a power receiving side device (wireless mouse, wireless mouse, etc.) compatible with a wireless power supply system such as a magnetic resonance power supply system A charger for wirelessly supplying a mobile phone terminal, a so-called smartphone, tablet terminal, notebook PC, PDA, wearable terminal, camera, video, game machine, toy, and the like.
磁界共鳴電力供給システムは、HF帯、特に6.78MHz付近の周波数で用いられる。また、磁界型ワイヤレス電力供給システムは、磁界結合により電力供給相手と結合して電力の供給を行う。 The magnetic resonance power supply system is used in the HF band, especially at frequencies around 6.78 MHz. Further, the magnetic field type wireless power supply system supplies power by coupling with a power supply partner by magnetic field coupling.
図17は第9の実施形態に係るワイヤレス電力供給システム501の回路図である。ワイヤレス電力供給システム501は、給電装置301および受電装置401で構成され、給電装置301から受電装置401へワイヤレスで電力を供給する。
FIG. 17 is a circuit diagram of a wireless
給電装置301は、給電回路310と、給電回路310に接続される給電用コイルアンテナLtと、この給電用コイルアンテナLtに直列接続された共振キャパシタCtとを含む。給電用コイルアンテナLtは、受電装置401が備える受電回路410との結合に用いられ、この給電用コイルアンテナLtと共振キャパシタCtとで共振回路320が構成される。
The
また、給電回路310は、直流入力電圧Viを交流電圧に変換して上記共振回路320に印加するインバータ回路311を備える。インバータ回路311は、スイッチング素子Q1,Q2、キャパシタC11、ダイオードD1および駆動回路312を含む。駆動回路312は、スイッチング素子Q1,Q2をHF帯の動作周波数(例えば6.78MHz)で交互にオン/オフ駆動する。共振回路320の共振周波数はこの動作周波数またはその近傍の周波数である。このように、給電回路310は給電用コイルアンテナLtにHF帯の交番電圧を印加する。
The
受電装置401は、受電回路410と、受電回路410に接続される受電用コイルアンテナLrとを含む。受電用コイルアンテナLrは、給電装置301が備える給電回路310との結合に用いられ、この受電用コイルアンテナLrのインダクタンス成分と受電回路410が有する容量成分とで共振回路420が構成される。受電用コイルアンテナLrと給電用コイルアンテナLtとは主に磁界結合する。なお、本実施形態では、第1の実施形態で示した構造と同様、給電用コイルアンテナLtの形成領域の面積は、受電用コイルアンテナLrの形成領域の面積よりも大きい。
The
また、受電回路410は、受電用コイルアンテナLrに生じる交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑回路411と、整流平滑回路411によって変換された直流出力電圧によって駆動される負荷Roとを備える。整流平滑回路411はダイオードブリッジ回路による整流回路412、平滑キャパシタC21,C22、および電圧レギュレータ回路413を含む。
The
共振回路420はHF帯の上記動作周波数またはその近傍の周波数で共振する。共振回路420の共振電圧は整流回路412で全波整流され、平滑キャパシタC21,C22、および電圧レギュレータ回路313で平滑および安定化され、負荷Roへ所定の一定電圧Voが供給される。
The
本実施形態では、給電用コイルアンテナLtは、第1の実施形態で示した構造のコイルアンテナ101であり、受電用コイルアンテナLrは通常のコイルアンテナである。なお、「通常のコイルアンテナ」とは、コイル導体が単純なループ状またはスパイラル状を成しているものである。
In the present embodiment, the power feeding coil antenna Lt is the
なお、給電用コイルアンテナが通常のコイルアンテナであり、受電用コイルアンテナが第1の実施形態で示したコイルアンテナ101であってもよい。また、給電用コイルアンテナおよび受電用コイルアンテナの双方が第1の実施形態で示した構造のコイルアンテナ101であってもよい。いずれも構造でも、給電用コイルアンテナと受電用コイルアンテナは主に磁界結合し、主に磁界を介して電力が伝送される。
The power feeding coil antenna may be a normal coil antenna, and the power receiving coil antenna may be the
このように、本発明のコイルアンテナは、給電用コイルアンテナ、受電用コイルアンテナのいずれにも利用できる。 As described above, the coil antenna of the present invention can be used for both a power feeding coil antenna and a power receiving coil antenna.
この構成により、相手側コイルアンテナとの相対的な位置関係による結合強度の変化が小さなコイルアンテナを備える給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システムを実現できる。 With this configuration, a power supply device, a power receiving device, and a wireless power supply system including a coil antenna having a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with a partner coil antenna can be realized.
なお、本実施形態では、受電回路410が有する容量成分と、受電用コイルアンテナLrのインダクタンス成分とで共振回路が構成される例を示したが、共振用のキャパシタを受電用コイルアンテナLrに並列に接続してもよい。
In the present embodiment, an example has been described in which the resonance circuit is configured by the capacitance component of the
《その他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、第1導電性部材および第2導電性部材が金属やグラファイト等で構成される平板である例を示したが、この構成に限定されるものではない。第1導電性部材および第2導電性部材は、基材1の内部または裏面に形成されたCu等の導体パターンであってもよい。また、第1導電性部材および第2導電性部材は、回路基板に形成される導体やグランド導体、シールドケース、バッテリーパック等でもよい。なお、回路基板に形成される導体やグランド導体、シールドケース、バッテリーパック等を、第1導電性部材や第2導電性部材に利用した場合には、第1導電性部材や第2導電性部材を別途形成する必要がなく、製造が容易で低コスト化が図れる。<< Other embodiments >>
In each of the embodiments described above, the first conductive member and the second conductive member are examples of flat plates made of metal, graphite, or the like. However, the present invention is not limited to this configuration. The first conductive member and the second conductive member may be a conductor pattern of Cu or the like formed inside or on the back surface of the
なお、第1導電性部材は、メッシュ状の導体であってもよい。第1導電性部材をメッシュ状の導体とすることにより、第1導電性部材とコイル導体との間に発生する寄生容量によるアンテナ特性の劣化が抑制される。このことは、第2導電性部材についても同様である。 Note that the first conductive member may be a mesh-shaped conductor. By making the first conductive member a mesh-shaped conductor, deterioration of antenna characteristics due to parasitic capacitance generated between the first conductive member and the coil conductor is suppressed. This is the same for the second conductive member.
以上に示した各実施形態では、基材1が矩形状の平板である例を示したが、この構成に限定されるものではない。基材1の平面形状は、円形、楕円形、正方形、多角形等、適宜変更可能である。また、基材1は平板に限定されず、曲面を有していてもよく、立体構造等とすることも可能である。
In each of the embodiments described above, the example in which the
以上に示した各実施形態では、コイル導体31が、基材1の表面に形成される約4ターンの矩形スパイラル状導体パターンである例を示したが、この構成に限定されるものではない。コイル導体31の外形は、Z軸方向から視て、円形、楕円形、多角形、L字形、T字形等、適宜変更可能である。また、コイル導体31は基材1の裏面や内部に形成されていてもよい。また、コイル導体31は、スパイラル状の導体パターンが形成された基材を積層してヘリカル状にした構成であってもよい。また、コイル導体31は巻線コイルであってもよい。すなわち、本発明のコイルアンテナにおいて基材は必須ではない。なお、コイル導体31の巻回数についても、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。
In each of the embodiments described above, the example in which the
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。 Finally, the description of the above embodiments is illustrative in all respects and is not restrictive. Modifications and changes can be made by those skilled in the art as appropriate. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the embodiments described above. Further, the scope of the present invention includes modifications from the embodiments within the scope equivalent to the scope of the claims.
AX…巻回軸
31,32,33,36,37…コイル導体
E1…コイル導体の第1端部
E2…コイル導体の第2端部
CM…コイル開口
C1,C2,C3,C4…抜き部
CP1…第1コイル導体部
CP2…第2コイル導体部
FP…外周コイル導体部
MP…内周コイル導体部
CR1,CR2…交差部
G1,G2…互いに隣接するコイル導体の間隙
PS…コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分
L1,L2,R1,R2…径方向において巻回軸からの距離
Lr…受電用コイルアンテナ
Lt…給電用コイルアンテナ
C11…キャパシタ
C21,C22…平滑キャパシタ
Ct…共振キャパシタ
D1…ダイオード
Q1,Q2…スイッチング素子
Ro…負荷
Vi…直流入力電圧
Vo…一定電圧
1…基材
2…樹脂製カバー
4…回路基板
5…グランド導体
11A,11B,11C,11D,12A,12B,15…第1導電性部材
24…第2導電性部材
101,102,103,104,105,106,107,108…コイルアンテナ
201…結合相手のコイルアンテナ
301…給電装置
310…給電回路
311…インバータ回路
312…駆動回路
313…電圧レギュレータ回路
320…共振回路
401…受電装置
410…受電回路
411…整流平滑回路
412…整流回路
413…電圧レギュレータ回路
420…共振回路
501…ワイヤレス電力供給システムAX: winding
Claims (19)
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の複数の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、平面形状が矩形であり、前記コイル導体の径方向に延伸する長手方向を有し、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記複数の極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有する、コイルアンテナ。 A coil antenna used for a wireless power supply system,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a plurality of minimum portions of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a rectangular shape in a planar shape, and has a longitudinal direction extending in a radial direction of the coil conductor,
A coil antenna, wherein the first conductive member has a cutout portion that does not overlap with the coil conductor other than the plurality of minimum portions when viewed from the winding axis direction.
前記外周コイル導体部は、前記巻回軸方向から視て、前記径方向において前記巻回軸からの距離が前記内周コイル導体部よりも遠く、
前記外周コイル導体部の巻回数は、前記内周コイル導体部の巻回数よりも多い、請求項1または2に記載のコイルアンテナ。 The coil conductor includes an outer coil conductor portion wound in a first direction and an inner coil conductor portion wound in a direction opposite to the first direction, as viewed from the winding axis direction. And
The outer peripheral coil conductor portion, when viewed from the winding axis direction, the distance from the winding axis in the radial direction is farther than the inner peripheral coil conductor portion,
The number of turns of the outer peripheral coil conductor portion is larger than the number of turns of the inner peripheral coil conductor portion, the coil antenna according to claim 1 or 2.
互いに隣接する前記コイル導体の間隙は、前記第2コイル導体部よりも前記第1コイル導体部のほうが大きい、請求項1から3のいずれかに記載のコイルアンテナ。 The coil conductor has a first coil conductor portion that is closer to the winding axis in the radial direction, and a second coil conductor that has a longer distance from the winding axis in the radial direction than the first coil conductor portion. And a part,
Together gap adjacent said coil conductors, the second is larger in the first coil conductor portion than the coil conductor portion, the coil antenna according to any one of claims 1 to 3.
前記コイル導体は、前記径方向において前記巻回軸からの距離が近い第1コイル導体部と、前記径方向において前記巻回軸からの距離が前記第1コイル導体部よりも遠い第2コイル導体部と、を有し、
前記第2導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記第1コイル導体部に重なり、且つ、前記第2コイル導体部に重ならない、請求項1から6のいずれかに記載のコイルアンテナ。 A second conductive member that at least partially overlaps the coil conductor when viewed from the winding axis direction,
The coil conductor has a first coil conductor portion that is closer to the winding axis in the radial direction, and a second coil conductor that has a longer distance from the winding axis in the radial direction than the first coil conductor portion. And a part,
Said second conductive member, as viewed from the winding axis direction, the first overlapping the coil conductor section, and does not overlap the second coil conductor portion, the coil according to any one of claims 1 to 6 antenna.
前記受電装置との結合に用いられる給電用コイルアンテナと、
前記給電用コイルアンテナに接続される給電回路と、
を備え、
前記給電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の複数の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、平面形状が矩形であり、前記コイル導体の径方向に延伸する長手方向を有し、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記複数の極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有する、給電装置。 A power supply device in a wireless power supply system that wirelessly supplies power from a power supply device to a power receiving device,
A power feeding coil antenna used for coupling with the power receiving device,
A power supply circuit connected to the power supply coil antenna,
With
The feeding coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a plurality of minimum portions of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a rectangular shape in a planar shape, and has a longitudinal direction extending in a radial direction of the coil conductor,
The power supply device, wherein the first conductive member has a cutout portion that does not overlap the coil conductor other than the plurality of minimum portions when viewed from the winding axis direction.
前記給電装置との結合に用いられる受電用コイルアンテナと、
前記受電用コイルアンテナに接続される受電回路と、
を備え、
前記受電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の複数の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、平面形状が矩形であり、前記コイル導体の径方向に延伸する長手方向を有し、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記複数の極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有する、受電装置。 A power receiving device in a wireless power supply system that wirelessly supplies power from a power supply device to a power receiving device,
A power receiving coil antenna used for coupling with the power supply device,
A power receiving circuit connected to the power receiving coil antenna,
With
The power receiving coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a plurality of minimum portions of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a rectangular shape in a planar shape, and has a longitudinal direction extending in a radial direction of the coil conductor,
The power receiving device, wherein the first conductive member has a cutout portion that does not overlap the coil conductor other than the plurality of minimum portions when viewed from the winding axis direction.
前記共振回路の共振周波数はHF帯の周波数である、請求項12に記載の受電装置。 A resonance circuit is formed by a capacitance component of the power receiving circuit and an inductance component of the power receiving coil antenna,
The power receiving device according to claim 12 , wherein a resonance frequency of the resonance circuit is a frequency in an HF band.
前記給電装置は、
前記受電装置が備える受電用コイルアンテナとの結合に用いられる給電用コイルアンテナと、
前記給電用コイルアンテナに接続される給電回路と、
を有し、
前記給電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の複数の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、平面形状が矩形であり、前記コイル導体の径方向に延伸する長手方向を有し、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記複数の極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有し、
前記給電用コイルアンテナの形成領域の面積は、前記受電用コイルアンテナの形成領域の面積よりも大きい、ワイヤレス電力供給システム。 In a wireless power supply system including a power supply device and a power reception device,
The power supply device,
A power feeding coil antenna used for coupling with a power receiving coil antenna provided in the power receiving device,
A power supply circuit connected to the power supply coil antenna,
Has,
The feeding coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a plurality of minimum portions of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor, as viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a rectangular shape in a planar shape, and has a longitudinal direction extending in a radial direction of the coil conductor,
The first conductive member has a cutout portion that does not overlap with the coil conductor other than the plurality of minimal portions, as viewed from the winding axis direction,
The wireless power supply system, wherein an area of the formation area of the power feeding coil antenna is larger than an area of the formation area of the power receiving coil antenna.
前記受電装置は、
前記給電装置が備える給電用コイルアンテナとの結合に用いられる受電用コイルアンテナと、
前記受電用コイルアンテナに接続される受電回路と、
を有し、
前記受電用コイルアンテナは、
巻回軸の周りに複数回巻回されるコイル導体と、
前記巻回軸方向から視て、少なくとも一部が前記コイル導体の周方向における曲率半径の複数の極小部分に重なる第1導電性部材と、
を備え、
前記第1導電性部材は、平面形状が矩形であり、前記コイル導体の径方向に延伸する長手方向を有し、
前記第1導電性部材は、前記巻回軸方向から視て、前記複数の極小部分以外の前記コイル導体に重ならない抜き部を有し、
前記給電用コイルアンテナの形成領域の面積は、前記受電用コイルアンテナの形成領域の面積よりも大きい、ワイヤレス電力供給システム。 In a wireless power supply system including a power supply device and a power reception device,
The power receiving device,
A power receiving coil antenna used for coupling with a power feeding coil antenna provided in the power feeding device,
A power receiving circuit connected to the power receiving coil antenna,
Has,
The power receiving coil antenna,
A coil conductor wound multiple times around a winding axis;
A first conductive member that at least partially overlaps a plurality of minimum portions of a radius of curvature in a circumferential direction of the coil conductor when viewed from the winding axis direction;
With
The first conductive member has a rectangular shape in a planar shape, and has a longitudinal direction extending in a radial direction of the coil conductor,
The first conductive member has a cutout portion that does not overlap with the coil conductor other than the plurality of minimum portions, as viewed from the winding axis direction,
The wireless power supply system, wherein an area of the formation area of the power feeding coil antenna is larger than an area of the formation area of the power receiving coil antenna.
前記共振回路の共振周波数はHF帯の周波数である、請求項17または18に記載のワイヤレス電力供給システム。 A resonance circuit is formed by a capacitance component of the power receiving circuit and an inductance component of the power receiving coil antenna,
Resonance frequency of the resonant circuit is the frequency of the HF band, the wireless power supply system according to claim 17 or 18.
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