JP7435627B2

JP7435627B2 - 近距離無線通信装置

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Publication number: JP7435627B2
Application number: JP2021566797A
Authority: JP
Inventors: 達也細谷; 崇浩長井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-07-29
Also published as: JPWO2021131128A1; CN114902232A; US20220321172A1; WO2021131128A1

Description

本発明は、ワイヤレス受電機能を有する近距離無線通信装置に関する。

非接触充電コイルとＮＦＣアンテナと磁性シートとを備える一つのモジュールを構成し、通信及び電力伝送が可能な、小型の非接触充電モジュールに関して特許文献１が開示されている。この特許文献１には、充電コイルと、この充電コイルを囲むように配置されたＮＦＣコイルと、充電コイルを支持する第１の磁性シートと、第１の磁性シートに載置され、ＮＦＣコイルを支持する第２の磁性シートと、を備える非接触充電モジュールが示されている。

特許第５０１３０１９号公報

特許文献１に記載の非接触充電モジュールは、非接触充電用のコイル、非接触充電用の磁性体、ＮＦＣ用のコイル、及びＮＦＣ用の磁性体が一体化されたものであるため、携帯端末に組み込む際に小型化が容易である。

しかし、特許文献１に記載の非接触充電モジュールでは、非接触充電のためのコイル及び磁性体と、ＮＦＣ通信のためのコイル及び磁性体とが実質的に独立していて、構造上の小型化以外に電気的特性上及び磁気的特性上の有機的な関連がない。

本発明の目的は、ワイヤレス受電機能を備えることに伴って、近距離無線通信の特性を向上させた近距離無線通信装置を提供することにある。

本開示の一例としての近距離無線通信装置は、平面に配置された、近距離無線通信用の通信アンテナと、前記通信アンテナに接続され、前記近距離無線通信の信号を通過させるインターフェイス回路と、前記インターフェイス回路に接続され前記近距離無線通信の信号を処理する無線通信ＩＣと、前記通信アンテナを前記平面に沿って囲むように配置された受電コイルと、前記受電コイルと共に受電共振回路を構成する共振キャパシタと、前記受電共振回路に接続された整流平滑回路と、を備える。そして、前記受電共振回路は前記近距離無線通信の周波数で共振し、前記受電共振回路に流れる共振電流により前記受電コイルの近傍に発生する磁束は前記通信アンテナと鎖交する。

上記構成によれば、受電共振回路は近距離無線通信の周波数で共振し、受電共振回路に流れる共振電流により受電コイルの近傍に発生する磁束が通信アンテナと鎖交するので、相手側通信アンテナから発生される近距離無線通信用の信号を伝送する磁束を受電コイルで受けて受信または近距離無線通信用の信号を伝送する磁束を受電コイルの近傍で発生させて送信することができる。

本発明によれば、受電共振回路により、通信距離及び電力伝送距離の両方を大きくできる近距離無線通信装置が得られる。

図１は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す平面図である。図２は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置１０１を含む、近距離無線通信システムの構成を示すブロック図である。図３は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置１０１を含む、近距離無線通信システムの構成を示すブロック図である。図４は、近距離無線通信装置１０１のＮＦＣ－ＩＣ１６から通信アンテナ１１までの回路構成の例を示す図である。図５は、図３に示した送電回路５０の構成例を示す図である。図６は、図５に示した電力変換回路５２及び整流平滑回路２２の回路構成例を示す図である。図７は整流平滑回路２２の別の構成例を示す図である。図８は、相手側通信アンテナ４１、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌの結合係数の関係を示す図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１との位置関係と、その両者の結合係数ｋ１２との関係をシミュレーションするための、受電コイル２１Ｌ及び通信アンテナ１１の構成を示す図である。図１０は、図９（Ａ）に示したように、通信アンテナ１１を受電コイル２１Ｌの中央から、図９（Ｂ）に示したように、受電コイル２１Ｌの角部まで対角線に沿って移動させたときの、結合係数ｋ１２の変化を示す図である。図１１は、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す平面図である。図１２は、第２の実施形態に係る別の近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す平面図である。図１３は、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す断面図である。図１５は、第３の実施形態に係る別の近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す断面図である。

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。要点の説明又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又は組み合わせは可能である。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の実施形態に係る近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す平面図である。図１において、通信アンテナ１１はＮＦＣの通信アンテナであり、受電コイル２１Ｌはワイヤレス受電用の受電コイルである。通信アンテナ１１は平面に沿って配置されている。また、受電コイル２１Ｌは通信アンテナ１１を平面に沿って囲むように配置されている。通信アンテナ１１は複数ターン巻回された方形スパイラル状のコイル導体で構成されている。受電コイル２１Ｌも複数ターン巻回された方形スパイラル状のコイル導体で構成されている。

近距離無線通信装置は、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌに近接する磁性体を備えていてもよい。その磁性体は、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌに鎖交する磁束の磁路の一部を構成する。この磁性体については後に例示する。

図１に示した通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌは、例えばクレジットカードサイズ等のカード型電子機器に設けられる。つまり、カード型電子機器として近距離無線通信装置が構成される。その場合、図１に示した受電コイル２１Ｌはカード型電子機器の外形に沿って設けられる。このカード型電子機器を利用する場合、後に示すように、ＮＦＣ通信装置の通信アンテナ（相手側通信アンテナ）にかざすことによりＮＦＣ通信を行う。また、送電装置の送電コイルにかざすことによってワイヤレス受電を行う。

図２は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置１０１を含む、近距離無線通信システムの構成を示すブロック図である。図２に示す状態では、近距離無線通信システムは近距離無線通信装置１０１、相手側通信アンテナ４１及びＮＦＣ通信回路４２で構成される。

近距離無線通信装置１０１は、通信アンテナ１１と、この通信アンテナ１１に接続され、ＮＦＣ通信の信号を通過させるインターフェイス回路１２と、インターフェイス回路１２に接続され、ＮＦＣ通信の信号を処理するＮＦＣ－ＩＣと、を備える。

また、近距離無線通信装置１０１は、受電コイル２１Ｌと、受電コイル２１Ｌと共に受電共振回路２１を構成する共振キャパシタ２１Ｃと、受電共振回路２１に接続された整流平滑回路２２と、を備える。

また、近距離無線通信装置１０１は、上記整流平滑回路２２の出力部に接続された電圧変換回路２３と、充電回路２４と、二次電池３０と、充電制御回路２５と、放電制御回路１４と、電圧変換回路１５と、を備える。

電圧変換回路２３は、例えばＤＣ－ＤＣコンバータで構成され、整流平滑回路２２の出力電圧を、充電回路２４に必要な電圧に変換する。充電回路２４は電圧変換回路２３の出力電圧で二次電池３０を充電する。電圧変換回路１５は二次電池３０の起電圧を所定電圧に変換して、ＮＦＣ－ＩＣ１６へ電源電圧として供給する。

上記充電制御回路２５は、ＮＦＣ－ＩＣ１６から出力される制御信号に応じて、充電回路２４の動作の有効／無効を制御する。例えば、ＮＦＣ通信を行っている状態では充電を停止し、ＮＦＣ通信を行っていない状態では充電を行う。

上記放電制御回路１４は、ＮＦＣ－ＩＣ１６から出力される制御信号に応じて、電圧変換回路１５の動作の有効／無効を制御する。例えば、ＮＦＣ通信を行っている状態では電圧変換回路１５の動作を有効にし、ＮＦＣ通信を行っていない状態では電圧変換回路１５を無効にして放電を停止させる。

図２に示す状態では、ＮＦＣ通信用の相手側通信アンテナ４１と通信アンテナ１１とが磁界結合し、ＮＦＣ通信回路４２とＮＦＣ－ＩＣ１６とでＮＦＣ通信が行われる。また、相手側通信アンテナ４１は受電コイル２１Ｌとも磁界結合する。受電共振回路２１の共振周波数はＮＦＣ通信信号の周波数である13.56MHz帯である。また、ＮＦＣ通信信号の周波数での受電共振回路２１のインピーダンスは、ＮＦＣ通信信号の周波数でのインターフェイス回路１２のインピーダンスに比べて１／２以下である。したがって、ＮＦＣ通信信号の電力を高効率で受電できる。

図３は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置１０１を含む、近距離無線通信システムの構成を示すブロック図である。図３に示す状態では、近距離無線通信システムは近距離無線通信装置１０１、送電回路５０及び送電共振回路５１で構成される。送電共振回路５１は送電コイル５１Ｌと共振キャパシタ５１Ｃとで構成される。近距離無線通信装置１０１の構成は図２に示した近距離無線通信装置１０１と同じである。つまり、図３に示す例は、近距離無線通信装置１０１を送電コイル５１Ｌに近接配置している状態である。この状態で、送電コイル５１Ｌは受電コイル２１Ｌと磁界結合する。受電共振回路２１は送電共振回路５１と結合して磁気共鳴し、送電回路５０から整流平滑回路２２、電圧変換回路２３及び充電回路２４等で構成される受電回路へ電力が受電される。

図３に示す状態で、送電コイル５１Ｌは通信アンテナ１１とも磁界結合するが、ＮＦＣ－ＩＣ１６はＮＦＣ通信を行わない。また、この状態で、充電制御回路２５はＮＦＣ－ＩＣ１６から制御信号を受けず、充電回路が「有効」となる。これにより、送電回路５０からワイヤレス受電した電力で二次電池３０は充電される。さらに、放電制御回路１４は、ＮＦＣ－ＩＣ１６から制御信号を受けず、電圧変換回路１５が「無効」となる。これにより、二次電池３０からの無駄な放電が抑制される。

図４は、近距離無線通信装置１０１のＮＦＣ－ＩＣ１６から通信アンテナ１１までの回路構成の例を示す図である。図４において、インターフェイス回路１２は整合回路１２Ｍ、送信フィルタ１２ＴＦ及び受信フィルタ１２ＲＦで構成されている。ＮＦＣ－ＩＣ１６は、送信信号端子Ｔｘ１，Ｔｘ２、受信信号端子Ｒｘ１，Ｒｘ２及びグランド端子ＴＶＳＳを備えている。ＮＦＣ－ＩＣ１６はベースバンド信号と高周波信号との間の変復調を行う。また、このＮＦＣ－ＩＣ１６は通信データを含むデータの入出力も行う。

送信フィルタ１２ＴＦは、インダクタＬ０及びキャパシタＣ０で構成されるＥＭＩ除去用フィルタであり、ＮＦＣ－ＩＣ１６により生じるノイズの放出及びＮＦＣ－ＩＣ１６へのノイズの侵入を抑制するとともに、ＮＦＣ送信信号の周波数帯は通過させる。受信フィルタ１２ＲＦはキャパシタＣ２ｂで構成され、ＮＦＣ受信信号を通過させる。整合回路１２Ｍは、キャパシタＣ１，Ｃ２ａで構成される整合回路であり、送信フィルタ１２ＴＦを介するＮＦＣ－ＩＣ１６のインピーダンスと通信アンテナ１１のインピーダンスと、を整合させる。

図４では図示していないが、ＮＦＣ－ＩＣ１６から通信アンテナ１１までの回路構成において、抵抗成分を設ければ、入力インピーダンスを大きくして、ＮＦＣ－ＩＣ１６により生じるノイズの放出及びＮＦＣ－ＩＣ１６へのノイズの侵入を抑制できる。一方、通信アンテナ１１を通して得た磁気エネルギーから変換された電気エネルギーは、前述の抵抗成分によりジュール熱として消費されてしまう。これに対し、受電コイルに接続される受電共振回路は、抵抗成分が十分に小さく、電気エネルギーや磁気エネルギーの消費は小さい。そのため、受電共振回路により、通信距離を大きくすることができる。

図５は、図３に示した送電回路５０の構成例を示す図である。送電回路５０は、直流電源５５、電圧変換回路５３、電力変換回路５２、電力制御回路５４を備える。電圧変換回路５３は、直流電源５５の電圧を、電力変換回路５２に適した電圧に変換する。電力変換回路５２は電力制御回路５４に制御されて、送電共振回路５１へ送電電力を供給する。

図５において、送電共振回路５１は送電コイル５１Ｌと共鳴調整回路５１Ａとで構成される。共鳴調整回路５１Ａは図３に示した共振キャパシタ５１Ｃ等である。この共鳴調整回路５１Ａと送電コイル５１Ｌとで共振回路が構成され、受電コイル２１Ｌと共鳴調整回路２１Ａとで受電共振回路２１が構成される。共鳴調整回路２１Ａは図３に示した共振キャパシタ２１Ｃ等である。

上記送電共振回路５１と受電共振回路２１とは共鳴して、電磁界共鳴する。このようにしていわゆる直流共鳴方式によってワイヤレス電力伝送がなされる。受電コイル２１Ｌに接続された共鳴調整回路２１Ａ及び受電共振回路２１は通信を目的としないので、ノイズの放出やノイズの侵入を抑制する抵抗成分は不要であり、回路構成における抵抗成分を十分に小さくして入力インピーダンスを小さくできる。このため、電気エネルギーや磁気エネルギーの消費は小さい。受電コイル２１Ｌを通して得た磁気エネルギーから変換された電気エネルギーは、受電共振回路において保存することができ、通信距離を大きくすることができる。

図６は、図５に示した電力変換回路５２及び整流平滑回路２２の回路構成例を示す図である。電力変換回路５２は、等価的にスイッチング素子Q1、ダイオードDds1及びキャパシタCds1の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路S1と、等価的にスイッチング素子Q2、ダイオードDds2及びキャパシタCds2の並列接続回路で構成される第２スイッチ回路S2とを備える。

スイッチング素子Q1，Q2は電力制御回路５４（図５）からの信号によってスイッチングされる。第１スイッチ回路S1のスイッチング素子Q1及び第２スイッチ回路S2のスイッチング素子Q2は交互にオン／オフされる。

スイッチング素子Q1，Q2はＭＯＳＦＥＴなどの、寄生出力容量や寄生ダイオードを有するスイッチング素子であり、この寄生出力容量や寄生ダイオードを利用してスイッチ回路S1、S2を構成している。

上記スイッチング制御回路は第１スイッチング素子Q1及び第２スイッチング素子Q2を所定の動作周波数でスイッチングすることで、直流電圧を送電共振機構に断続的に与えて送電共振機構に共振電流を発生させる。これにより、第１スイッチ回路S1及び第２スイッチ回路S2の両端電圧を半周期毎の半波の正弦波状の波形とする。具体的には、ＮＦＣ通信で用いられる13.56MHzでスイッチング動作させる。

受電回路は、受電コイル２１Ｌと共振キャパシタ２１Ｃによる受電共振回路と整流平滑回路２２を備える。整流平滑回路２２は、等価的にダイオードD3及びキャパシタCds3の並列接続回路で構成される第３スイッチ回路S3と、等価的にダイオードD4及びキャパシタCds4の並列接続回路で構成される第４スイッチ回路S4とを備える。

第３スイッチ回路S3及び第４スイッチ回路S4は、受電コイル２１Ｌと共振キャパシタ２１Ｃによる受電共振回路に発生する電圧を整流し、キャパシタＣｏはその電圧を平滑する。この例では、受電コイル２１Ｌと共振キャパシタ２１Ｃとは直列共振回路を構成している。

図７は整流平滑回路２２の別の構成例を示す図である。このように、受電共振回路２１にダイオードブリッジ回路ＤＢの入力部を接続し、ダイオードブリッジ回路ＤＢの出力に平滑用のキャパシタＣｏを接続してもよい。

図８は、相手側通信アンテナ４１、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌの結合係数の関係を示す図である。ここで、相手側通信アンテナ４１と通信アンテナ１１との結合係数をｋ１、相手側通信アンテナ４１と受電コイル２１Ｌとの結合係数をｋ２、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数をｋ１２、でそれぞれ表すと、ｋ１２＞ｋ１の関係である。

上記関係により、通信アンテナ１１は相手側通信アンテナ４１と結合するだけでなく、受電コイル２１Ｌとも強く結合する。受電コイル２１Ｌは相手側通信アンテナ４１とも結合するので、通信アンテナ１１は、受電コイル２１Ｌを経由してＮＦＣ通信を行うことができる。したがって、受電共振回路２１により大きな通信信号が得られる。または、そのことにより通信距離を大きくできる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１との位置関係と、その両者の結合係数ｋ１２との関係をシミュレーションするための、受電コイル２１Ｌ及び通信アンテナ１１の構成を示す図である。ここで、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌの仕様は次のとおりである。

［通信アンテナ１１］
外形：８．４ｍｍ×８．４ｍｍ
配線幅：０．１５ｍｍ
配線ピッチ：０．２ｍｍ
ターン数：１３
［受電コイル２１Ｌ］
外形：４６ｍｍ×７７ｍｍ
配線幅：０．８ｍｍ
配線ピッチ：１．２ｍｍ
ターン数：２
図１０は、図９（Ａ）に示したように、通信アンテナ１１を受電コイル２１Ｌの中央から、図９（Ｂ）に示したように、受電コイル２１Ｌの角部まで対角線に沿って移動させたときの、結合係数ｋ１２の変化を示す図である。

通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２は、通信アンテナ１１が受電コイル２１Ｌの中央にあるよりも、辺に沿った位置にある方が、向上する。特に、通信アンテナ１１が受電コイル２１Ｌの角部に沿った位置にあると、通信アンテナ１１は受電コイル２１Ｌの２辺に沿って近接することになるので、図１０に現れているように、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２は、角部（辺）に近接するほど急激に向上する。上記ｋ１２＞ｋ１の関係を満足するためには、通信アンテナ１１は受電コイル２１Ｌの辺に沿って近接配置することが好ましい。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌに近接する磁性体を備える近距離無線通信装置について示す。

図１１は、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す平面図である。図１１において、通信アンテナ１１はＮＦＣの通信アンテナであり、受電コイル２１Ｌはワイヤレス受電用の受電コイルである。通信アンテナ１１は平面に沿って形成されていて、受電コイル２１Ｌは通信アンテナ１１を平面に沿って囲むように配置されている。図１に示した例とは異なり、この例では、受電コイル２１Ｌの周回方向に沿って受電コイル磁性シート６２が設けられている。図１１において、＋Ｚ方向の面が相手側通信アンテナ４１又は送電コイル５１Ｌ側である。受電コイル磁性シート６２は、例えば磁性フェライトをフレキシブルなシート状に形成したものである。

この構成によれば、受電コイル磁性シート６２が、受電コイル２１Ｌを鎖交する磁束の磁路の一部として作用するので、受電コイル２１Ｌと相手側通信アンテナ４１（図２）との結合係数ｋ２（図８）、または受電コイル２１Ｌと送電コイル５１Ｌ（図３）との結合係数が向上する。また、通信アンテナ１１が受電コイル２１Ｌに近接していることにより、受電コイル磁性シート６２は、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１とを鎖交する磁束の磁路の一部として作用するので、この通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２も向上する。

図１２は、第２の実施形態に係る別の近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す平面図である。図１２において、通信アンテナ１１はＮＦＣの通信アンテナであり、受電コイル２１Ｌはワイヤレス受電用の受電コイルである。通信アンテナ１１は平面に沿って形成されていて、受電コイル２１Ｌは通信アンテナ１１を平面に沿って囲むように配置されている。図１１に示した例とはさらに異なり、この例では、通信アンテナ１１に重なる位置に通信アンテナ磁性シート６１が設けられている。図１１において、＋Ｚ方向の面が相手側通信アンテナ４１又は送電コイル５１Ｌ側である。通信アンテナ磁性シート６１も、受電コイル磁性シート６２と同様に、例えば磁性フェライトをフレキシブルなシート状に形成したものである。

この構成によれば、図１１に示した構成による作用効果以外に、次のような効果を奏する。まず、通信アンテナ磁性シート６１が、通信アンテナ１１を鎖交する磁束の磁路の一部として作用するので、通信アンテナ１１と相手側通信アンテナ４１（図２）との結合係数ｋ１（図８）が向上する。また、通信アンテナ磁性シート６１と受電コイル磁性シート６２とが近接しているので、通信アンテナ磁性シート６１及び受電コイル磁性シート６２は、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１とを鎖交する磁束の磁路の一部として作用する。これにより、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２がさらに向上する。

なお、通信アンテナ磁性シート６１と受電コイル磁性シート６２とは一体物として成形してもよい。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第２の実施形態で示した例とは磁性体の構成が異なる近距離無線通信装置について示す。

図１３は、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す斜視図である。また、図１４は、この通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す断面図である。この例では、受電コイル２１Ｌが形成された受電コイル基板７２、磁性シート６２、通信アンテナ１１が形成された通信アンテナ基板７１及び磁性シート６１を備える。受電コイル磁性シート６２は受電コイル基板７２のほぼ全面に重なっている。また、通信アンテナ磁性シート６１は通信アンテナ基板７１のほぼ全面に重なっている。そして、通信アンテナ基板７１と磁性シート６１の組が、受電コイル基板７２と受電コイル磁性シート６２との組に重なっている。通信アンテナ１１は受電コイル２１Ｌを平面に沿って囲むように配置されている。

図１３、図１４に示す例では、受電コイル２１Ｌのコイル開口の全面に受電コイル磁性シート６２が存在するので、受電コイル２１Ｌと相手側通信アンテナ４１（図２）との結合係数ｋ２（図８）、または受電コイル２１Ｌと送電コイル５１Ｌ（図３）との結合係数がより向上する。また、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１との間に存在する磁性体が多くなるので、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２も、より向上する。つまり、通信アンテナ１１が受電コイル２１Ｌの辺や角に沿った位置から中央寄りにあっても、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２は効果的に向上する。

図１５は、第３の実施形態に係る別の近距離無線通信装置が備える、通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す斜視図である。また、図１６は、この通信アンテナ及び受電コイルの構造を示す断面図である。この例では、受電コイル２１Ｌ及び通信アンテナ１１が形成された基板７０と磁性シート６０とを備える。磁性シート６０は基板７０のほぼ全面に重なっている。通信アンテナ１１は受電コイル２１Ｌを平面に沿って囲むように形成されている。

図１５、図１６に示す例では、受電コイル２１Ｌのコイル開口の全面に磁性シート６０が存在するので、受電コイル２１Ｌと相手側通信アンテナ４１（図２）との結合係数ｋ２（図８）、または受電コイル２１Ｌと送電コイル５１Ｌ（図３）との結合係数がより向上する。また、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１との間に存在する磁性体が多くなるので、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２も、効果的に向上する。

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及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。

例えば、本発明はカード型電子機器に限らず、スマートフォンやフィーチャーフォン等の携帯電話端末、スマートウォッチやスマートグラス等のウェアラブル端末、ノートＰＣやタブレットＰＣ等の携帯ＰＣ、カメラ、ゲーム機、玩具等の情報機器、ＩＣタグ、ＩＣカード等の情報媒体等、様々な電子機器に適用可能である。

Cds1，Cds2，Cds3，Cds4，Ｃｏ…キャパシタ
D3，D4，Dds1，Dds2…ダイオード
ＤＢ…ダイオードブリッジ回路
Q1…第１スイッチング素子
Q2…第２スイッチング素子
Ｒｘ１，Ｒｘ２…受信信号端子
S1…第１スイッチ回路
S2…第２スイッチ回路
S3…第３スイッチ回路
S4…第４スイッチ回路
ＴＶＳＳ…グランド端子
Ｔｘ１，Ｔｘ２…送信信号端子
１１…通信アンテナ
１２…インターフェイス回路
１２Ｍ…整合回路
１２ＲＦ…受信フィルタ
１２ＴＦ…送信フィルタ
１４…放電制御回路
１５…電圧変換回路
１６…ＮＦＣ－ＩＣ（無線通信ＩＣ）
２１…受電共振回路
２１Ａ…共鳴調整回路
２１Ｃ…共振キャパシタ
２１Ｌ…受電コイル
２２…整流平滑回路
２３…電圧変換回路
２４…充電回路
２５…充電制御回路
３０…二次電池
４１…相手側通信アンテナ
４２…ＮＦＣ通信回路
５０…送電回路
５１…送電共振回路
５１Ａ…共鳴調整回路
５１Ｃ…共振キャパシタ
５１Ｌ…送電コイル
５２…電力変換回路
５３…電圧変換回路
５４…電力制御回路
５５…直流電源
６０…磁性シート
６１…通信アンテナ磁性シート
６２…受電コイル磁性シート
７０…基板
７１…通信アンテナ基板
７２…受電コイル基板
１０１…近距離無線通信装置

Claims

平面に配置された、近距離無線通信用の通信アンテナと、
前記通信アンテナに接続され、前記近距離無線通信の信号を通過させるインターフェイス回路と、
前記インターフェイス回路に接続され前記近距離無線通信の信号を処理する無線通信ＩＣと、
前記通信アンテナを前記平面に沿って囲むように配置された受電コイルと、
前記受電コイルと共に受電共振回路を構成する共振キャパシタと、
前記受電共振回路に接続された整流平滑回路と、
を備え、
前記受電共振回路は前記近距離無線通信の周波数で共振し、
前記受電共振回路に流れる共振電流により前記受電コイルの近傍に発生する磁束は前記通信アンテナと鎖交し、
前記通信アンテナは、該通信アンテナが通信する相手側通信アンテナに対して前記通信アンテナとともに前記受電コイルを経由して前記近距離無線通信を行う、
ことを特徴とする、近距離無線通信装置。
前記近距離無線通信の周波数での前記受電共振回路のインピーダンスは、前記近距離無線通信の周波数での前記インターフェイス回路のインピーダンスの１／２以下である、
請求項１に記載の近距離無線通信装置。
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは、それぞれ複数の辺を有し、前記通信アンテナは前記受電コイルに対して辺が並行する関係に配置された、
請求項１又は２に記載の近距離無線通信装置。
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは同一平面上に配置された、
請求項１から３のいずれかに記載の近距離無線通信装置。
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは異なる平面上に積層して配置された、
請求項１から３のいずれかに記載の近距離無線通信装置。
前記通信アンテナは通信アンテナ基板に形成され、前記受電コイルは受電コイル基板に形成され、
前記通信アンテナ基板と前記受電コイル基板とが積層された、
請求項５に記載の近距離無線通信装置。
前記通信アンテナ基板及び前記受電コイル基板に積層され、前記通信アンテナと前記受電コイルとに鎖交する磁路の一部を形成する磁性シートを備える、
請求項６に記載の近距離無線通信装置。
前記磁性シートは前記通信アンテナ基板と前記受電コイル基板との間に積層される、
請求項７に記載の近距離無線通信装置。
前記通信アンテナに近接して配置され、前記受電コイルに流れる電流により発生する磁束を前記通信アンテナに鎖交する磁路の一部を形成する通信アンテナ磁性シートを備える、
請求項１から６のいずれかに記載の近距離無線通信装置。
前記受電コイルに近接して配置され、外部の相手側通信アンテナから発生される磁束を前記受電コイルに鎖交する磁路の一部を形成する受電コイル磁性シートを備える、
請求項１から６のいずれかに記載の近距離無線通信装置。
前記無線通信ＩＣに対する電源として作用する二次電池と、
前記整流平滑回路の電圧により前記二次電池を充電する充電回路と、を備える、
請求項１から１０のいずれかに記載の近距離無線通信装置。
前記受電コイルと前記通信アンテナとの結合係数は、前記受電コイルと当該受電コイルに結合する送電コイルとの結合係数より大きい、
請求項１から１１のいずれかに記載の近距離無線通信装置。