WO2017170073A1 - コイルアンテナ、給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システム - Google Patents

コイルアンテナ、給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システム Download PDF

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WO2017170073A1
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coil antenna
coil
coil conductor
power
winding axis
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PCT/JP2017/011575
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Inventor
佐利 山口
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株式会社村田製作所
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Definitions

  • the present invention relates to a coil antenna including a coil conductor and a magnetic body, a power feeding device including the coil antenna, a power receiving device, and a wireless power supply system.
  • Patent Document 1 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 discloses a planar spiral power supply coil having a structure in which a coil conductor is sparsely wound on an inner peripheral portion having a high magnetic flux density, and a coil conductor is densely wound on an outer peripheral portion having a low magnetic flux density.
  • An antenna is disclosed.
  • the coil antenna of the present invention is used in a wireless power supply system, A coil conductor wound a plurality of times around a winding axis; A magnetic member that is at least partially overlapped with the formation region of the coil conductor, as viewed from the winding axis direction; With The magnetic member has a cut-out portion where the magnetic member does not overlap with a minimal portion of a radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor as viewed from the winding axis direction.
  • the magnetic flux tends to concentrate inside the minimal portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor, and the magnetic flux density tends to be relatively higher than other portions of the coil conductor.
  • the magnetic material member when viewed from the winding axis direction, does not overlap with the minimum portion of the coil conductor where the magnetic flux density tends to be relatively high, and the magnetic flux density tends to be relatively low. In addition to the minimum portion of the coil conductor, at least a part of the magnetic member overlaps.
  • the coil conductor includes a first coil conductor portion that is close in distance from the winding axis in the radial direction and a distance from the winding axis in the radial direction that is the first coil conductor.
  • a second coil conductor portion farther than the portion, and the magnetic member overlaps the second coil conductor portion when viewed from the winding axis direction, and is viewed from the winding axis direction, It is preferable that the first coil conductor portion does not overlap.
  • the magnetic body member when viewed from the winding axis direction, overlaps the outer periphery of the coil conductor having a low magnetic flux density, and the magnetic body member does not overlap the inner periphery of the coil conductor having a high magnetic flux density. Therefore, this configuration further suppresses variations in coupling strength due to the relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner.
  • the number of the magnetic members is plural, and the plurality of magnetic members are arranged along the circumferential direction when viewed from the winding axis direction. It is preferable.
  • the change in the magnetic flux density of the coil antenna due to the provision of the plurality of magnetic members is small as compared with the structure in which the plurality of magnetic members are arranged in the radial direction of the coil conductor.
  • the magnetic member is difficult to break compared to a structure having one large magnetic member, and the antenna is formed by breaking the magnetic member. Changes in characteristics are suppressed.
  • the number of the magnetic members is plural, and the plurality of magnetic members are the circumferential direction and diameter of the coil conductor as viewed from the winding axis direction.
  • the gap between the magnetic members in the radial direction is smaller than the gap between the magnetic members in the circumferential direction.
  • the plurality of magnetic members are arranged more densely in the circumferential direction than the radial direction of the coil conductor.
  • the change in the magnetic flux density of the coil antenna due to the provision of the plurality of magnetic members is small.
  • the coil conductor may have a rectangular spiral shape having four minimum portions of the radius of curvature in one turn.
  • the power feeding device of the present invention is A power feeding device in a wireless power supply system that wirelessly supplies power from a power feeding device to a power receiving device, A coil antenna for feeding used for coupling with the power receiving device; A feeding circuit connected to the feeding coil antenna; With The feeding coil antenna is A coil conductor wound a plurality of times around a winding axis; A magnetic member that at least partially overlaps the coil conductor as viewed from the winding axis direction; With The magnetic member has a cut-out portion where the magnetic member does not overlap with a minimal portion of a radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor as viewed from the winding axis direction.
  • the feeding circuit may apply an HF band alternating voltage to the feeding coil antenna.
  • 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 feeding device to a power receiving device, A power receiving coil antenna used for coupling with the power feeding device; A power receiving circuit connected to the power receiving coil antenna; With The power receiving coil antenna is: A coil conductor wound a plurality of times around a winding axis; A magnetic member that at least partially overlaps the coil conductor as viewed from the winding axis direction; With The magnetic member has a cut-out portion where the magnetic member does not overlap with a minimal portion of a radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor as viewed from the winding axis direction.
  • a resonance circuit may be configured by the capacitance component of the power reception circuit and the inductance component of the power reception coil antenna, and the resonance frequency of the resonance circuit may be a frequency in the HF band.
  • a wireless power supply system including the power supply device and the power reception device of the present invention, A power feeding coil antenna used for coupling with a power receiving coil antenna included in the power receiving device; A feeding circuit connected to the feeding coil antenna; Have The feeding coil antenna is A coil conductor wound a plurality of times around a winding axis; A magnetic member that at least partially overlaps the coil conductor as viewed from the winding axis direction; With The magnetic member has a cut-out portion where the magnetic member does not overlap with a minimal portion of a radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor, as viewed from the winding axis direction, An area of the feeding coil antenna forming region is larger than an area of the receiving coil antenna forming region.
  • the magnetic member is disposed on the opposite side to the coil antenna for power reception with respect to the coil conductor.
  • the feeding circuit may apply an HF band alternating voltage to the feeding coil antenna.
  • a wireless power supply system including the power supply device and the power reception device of the present invention is:
  • the power receiving device is: A power receiving coil antenna used for coupling with a power feeding coil antenna included in the power feeding device; A power receiving circuit connected to the power receiving coil antenna;
  • the power receiving coil antenna is: A coil conductor wound a plurality of times around a winding axis; A magnetic member that at least partially overlaps the coil conductor as viewed from the winding axis direction; With The magnetic member has a cut-out portion where the magnetic member does not overlap with a minimal portion of a radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor, as viewed from the winding axis direction, An area of the feeding coil antenna forming region is larger than an area of the receiving coil antenna forming region.
  • the magnetic member is disposed on the opposite side of the coil conductor with respect to the coil conductor. With this configuration, it is possible to enhance the magnetic flux collecting effect of the magnetic flux passing through the opening of the coil conductor included in the power receiving coil antenna. Further, due to the magnetic shielding effect of the magnetic member, it is possible to suppress the radiating of the magnetic field from the power feeding coil antenna on the opposite side of the power receiving coil antenna with the magnetic member interposed therebetween.
  • a resonance circuit is configured by the capacitance component of the power reception circuit and the inductance component of the power reception coil antenna, and the resonance frequency of the resonance circuit is a frequency in the HF band. There may be.
  • a coil antenna with a small change in coupling strength due to a relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner by a simple structure.
  • a power feeding device, a power receiving device, and a wireless power supply system including the same can be realized.
  • FIG. 1A is a plan view of the coil antenna 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a plan view of the coil antenna 101 showing a minimum portion PS of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 21. is there.
  • FIG. 2 is a plan view showing the formation region CE of the coil conductor 21.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a coupling relationship between the coil antenna 101 and the coil antenna 201 of the coupling partner.
  • 4A is a plan view of the coil antenna 101A of the present invention for obtaining the magnetic flux density
  • FIG. 4B is a plan view showing the magnetic flux density formed by the coil antenna 101A.
  • FIG. 1A is a plan view of the coil antenna 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a plan view of the coil antenna 101 showing a minimum portion PS of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 21. is there.
  • FIG. 2 is a plan view showing the formation region CE of
  • FIG. 5A is a plan view of a coil antenna 100A of a comparative example for obtaining the magnetic flux density
  • FIG. 5B is a plan view showing the magnetic flux density formed by the coil antenna 100A
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a power feeding device 301 including the coil antenna 101 according to the first embodiment
  • FIG. 7A is a plan view of the coil antenna 102 according to the second embodiment
  • FIG. 7B is a plan view of the coil conductor 21 showing the first coil conductor portion CP1 and the second coil conductor portion CP2. It is.
  • FIG. 8A is a plan view of the coil antenna 103 according to the third embodiment
  • FIG. 8B is a plan view of the coil antenna 103 showing a minimum portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 22.
  • FIG. 9A is a plan view of the coil antenna 104 according to the fourth embodiment
  • FIG. 9B is a plan view of the coil antenna 104 showing the structure of the coil conductor 21.
  • FIG. 10 is a plan view showing the formation region CE of the coil conductor 21.
  • FIG. 11A is a plan view of the coil antenna 105 according to the fifth embodiment
  • FIG. 11B is a plan view of the coil antenna 105 showing the structure of the coil conductor 21.
  • FIG. 12A is a plan view showing the formation region CE of the coil conductor 21, and FIG. 12B is a plan view of the coil antenna 105 showing the gap between the magnetic members.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of a wireless power supply system 501 according to the sixth embodiment.
  • the present invention is suitable for a system that requires a degree of positional freedom on a plane, such as a mouse and a mouse pad.
  • a plane such as a mouse and a mouse pad.
  • the “coil antenna” in the present invention is provided on a mouse pad, for example, and the power receiving side coil antenna is provided on the mouse.
  • FIG. 1A is a plan view of the coil antenna 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a plan view of the coil antenna 101 showing a minimum portion PS of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 21. is there.
  • FIG. 2 is a plan view showing the formation region CE of the coil conductor 21.
  • illustration of the base material 1 is omitted, and texture patterns are given to the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D.
  • FIG. 1B illustration of the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D is omitted for easy understanding of the structure.
  • a texture pattern is given to the formation region CE of the coil conductor 21 in order to make the structure easy to understand.
  • the coil antenna 101 includes a base material 1, a coil conductor 21, and a plurality of magnetic members 31A, 31B, 31C, 31D.
  • the base material 1 is a rectangular flat plate made of an insulating material.
  • the coil conductor 21 is a rectangular spiral conductor pattern that is formed on the surface of the substrate 1 and wound about four times around the winding axis AX, and has a first end E1 and a second end E2.
  • the coil conductor 31 has four minimum portions PS having a radius of curvature in one turn.
  • the substrate 1 is a resin sheet such as polyimide (PI) or liquid crystal polymer (LCP), and the coil conductor 21 is a Cu foil pattern, for example.
  • the plurality of magnetic members 31A, 31B, 31C, 31D are rectangular flat plates. A part of the plurality of magnetic members 31A, 31B, 31C, 31D overlaps with the formation region CE of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction (corresponding to the “winding axis direction” in the present invention).
  • the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D are, for example, sintered magnetic ferrite plates, and a resin sheet or the like in which magnetic powder such as ferrite powder is dispersed in a resin such as an epoxy resin is pasted on the substrate 1. It may be what you did.
  • the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D have extraction portions C1, C2, C3, and C4 that do not overlap with the minimum portion PS of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction.
  • the cut-out portions C1, C2, C3, and C4 according to the present embodiment are portions where the magnetic member does not overlap with the minimum portions PS of the four curvature radii adjacent along the radial direction of the coil conductor 21.
  • the “circumferential direction” of the coil conductor in the present invention refers to, for example, the direction extending around the winding axis of the coil conductor
  • the “radial direction” of the coil conductor in the present invention refers to, for example, the extension of the coil conductor.
  • the direction orthogonal to the direction to do 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.
  • the “minimum portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor” in the present invention is a portion provided in the middle of the coil conductor wound around the winding axis AX as viewed from the Z-axis direction. That is, as in the lead portion XP shown in FIG. 1B, the portion where the radius of curvature is minimized when the coil conductor is pulled out from the inner periphery to the outer periphery, the “radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor” Is excluded from the "minimum part of". The same applies to the following embodiments.
  • the “minimum portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor” in the present invention is a minimal portion in which the differential coefficient is simply zero when the radius of curvature of the coil conductor viewed from the Z-axis direction is differentiated in the circumferential direction. It includes not only a linearly extending portion and a bent portion as in the coil conductor 21 according to the present embodiment, but also a minimum portion of the coil conductor that continues to be bent.
  • the present invention is characterized in that the magnetic body is not disposed at a location where the radius of curvature of the coil conductor is relatively smaller than other locations, and a minimal portion is differentially (relatively between any two points).
  • the bent portion is also included in the “minimum portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor” in the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the coupling relationship between the coil antenna 101 and the coil antenna 201 of the coupling partner.
  • the coil antenna 101 is a power feeding coil antenna
  • the coupling partner coil antenna 201 is a power receiving coil antenna.
  • the area of the formation area of the coil antenna 101 that is the feeding coil antenna is the area of the formation area of the coil antenna 201 that is the coupling partner that is the receiving coil antenna ( Larger than the area of the coil conductor formation region).
  • the magnetic members 31B, 31D and the like are arranged on the opposite side of the coupling partner coil antenna 201 across the coil conductor 21 with respect to the Z-axis direction.
  • the magnetic members 31 ⁇ / b> B, 31 ⁇ / b> D and the like are disposed on the opposite side of the coil conductor 21 with respect to the coil antenna 201 that is the coupling partner.
  • the magnetic flux tends to be strong inside the portion with a small radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor.
  • 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 is likely to be relatively higher than other portions of the coil conductor.
  • the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D have a radius of curvature of the coil conductor 21 that tends to have a relatively high magnetic flux density when viewed from the Z-axis direction. Does not overlap the minimal part PS.
  • a part of the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D overlaps other than the minimum portion PS of the radius of curvature of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction. Therefore, variation in magnetic flux density formed by the coil conductor 21 is suppressed. Since the magnetic flux density formed by the coil conductor is uniform, variation in coupling strength due to the relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner is suppressed. Therefore, it is possible to realize a coil antenna having a stable coupling coefficient with the coil antenna of the coupling partner in a wide range of relative positional relationships by a simple structure.
  • FIG. 4A is a plan view of the coil antenna 101A of the present invention for obtaining the magnetic flux density
  • FIG. 4B is a plan view showing the magnetic flux density formed by the coil antenna 101A
  • FIG. 5A is a plan view of a coil antenna 100A of a comparative example for obtaining the magnetic flux density
  • FIG. 5B is a plan view showing the magnetic flux density formed by the coil antenna 100A.
  • FIGS. 4 (A) and 5 (B) are diagrams in which the magnetic flux density formed by the coil antenna is obtained by simulation.
  • the coil conductors used in the simulation model are one-turn coil conductors 20A, 20B, 20C, and 20D having different sizes as shown in FIGS. 4 (A) and 5 (A).
  • a coil antenna 101A shown in FIG. 4A is a model in which magnetic members 30A and 30B are arranged in addition to a minimum portion of the radius of curvature of the coil conductors 20A, 20B, 20C, and 20D.
  • a coil antenna 100A shown in FIG. 5A is a model that does not include a magnetic member.
  • the magnetic members 30A and 30B are disposed at positions that do not overlap with the minimum portions of the curvature radii in the longitudinal direction of the coil antennas 101A and 100A so that the effect becomes clear.
  • the magnetic flux density at the minimum portion of the radius of curvature of the coil conductor is relatively high, and the magnetic flux density at the portion other than the minimum portion of the radius of curvature is relatively high. (See the portion ZP2 shown in FIGS. 5A and 5B).
  • the magnetic body member is disposed in a portion other than the minimum portion of the radius of curvature, the magnetic flux density in the portion other than the minimum portion of the radius of curvature increases as shown in FIG. Variation in magnetic flux density is suppressed (see the portion ZP1 shown in FIGS. 4A and 4B).
  • the position of the coil antenna 201 that is the coupling partner on the plane is free. The degree can be increased.
  • the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D are disposed on the opposite side of the coil antenna 201 that is the coupling partner with respect to the coil conductor 21. This configuration makes it easier for the coil antenna 101 to be magnetically coupled to the coupling partner coil antenna 201 than when the coil antenna 21 is disposed between the coil conductor 21 and the coupling partner coil antenna 201.
  • the present invention is not limited to this. is not.
  • the entire magnetic member may overlap the formation region CE of the coil conductor 21 as viewed from the Z-axis direction.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the number and arrangement of the magnetic members can be changed as appropriate within the scope of the operations and effects of the present invention.
  • the shape of the magnetic member is not limited to a rectangular flat plate, and can be changed as appropriate within the scope of the effects and advantages of the present invention.
  • the planar shape of the magnetic member may be, for example, a circle, an ellipse, a polygon, an L shape, or the like.
  • the magnetic member is not limited to a flat plate, and may have a curved surface, and may have a three-dimensional structure.
  • the operation in the case where the coil antenna 101 is a feeding coil antenna has been described, but the same holds true even if transmission and reception are reversed. That is, the same effect is obtained when the coil antenna 101 is a power receiving coil antenna.
  • the magnetic member is disposed on the opposite side to the coil antenna 201 (feeding coil antenna) as a coupling partner with respect to the coil conductor 21.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a power feeding device 301 including the coil antenna 101 according to the first embodiment.
  • the power feeding device 301 includes a resin cover 2, a coil antenna 101, a circuit board 4, a power feeding circuit (not shown), and the like.
  • the power feeding device 301 is connected to another electronic device by a cable or the like.
  • the resin cover 2 has a rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 6, a coil antenna 101, a circuit board 4, a power feeding circuit, and the like are housed inside the resin cover 2.
  • the circuit board 4 is a board having a ground conductor 5 formed therein, and is, for example, a printed wiring board.
  • a power supply circuit or the like is mounted on the main surface of the circuit board 4, and the power supply circuit is connected to the first end and the second end of the coil conductor 21 through a conductor pattern (not shown).
  • the power feeding circuit is at least one of a power feeding circuit, a power receiving circuit, and a power transmitting / receiving circuit for a power supply system such as a magnetic field resonance power transmission system.
  • the magnetic members 31 ⁇ / b> B and 31 ⁇ / b> D are arranged between the coil conductor 21 and the circuit board 4.
  • the magnetic shield effect on the back side of the magnetic members 31B, 31D, etc. (the lower side of the magnetic members 31B, 31D, etc. in FIG. 6) is obtained, and the circuit board 4 is unnecessarily coupled with the wiring pattern and the coil antenna Is suppressed. Also, with this configuration, it is possible to suppress the magnetic field generated from the coil conductor from being radiated to the circuit board 4.
  • the coil antenna 101 is provided on a mouse pad or the like as a feeding coil antenna, and the coupling partner coil antenna is provided on the mouse as a power receiving coil antenna.
  • the coil antenna of the present invention is a coil antenna used for coupling a power feeding device and a power receiving device that constitute a wireless power supply system, and is provided in either or both of the power feeding device and the power receiving device. It is done.
  • Second Embodiment the example from which the arrangement
  • FIG. 7A is a plan view of the coil antenna 102 according to the second embodiment
  • FIG. 7B is a plan view of the coil conductor 21 showing the first coil conductor portion CP1 and the second coil conductor portion CP2. It is.
  • illustration of the base material 1 is omitted, and texture patterns are given to the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D.
  • the first coil conductor portion CP1 is indicated by a broken line in order to make the structure easy to understand.
  • the coil antenna 102 according to the present embodiment differs from the coil antenna 101 according to the first embodiment in the arrangement of the magnetic member, and the other configuration is substantially the same as the coil antenna 101.
  • the distance from the winding axis AX in the radial direction is short, and the distance from the winding axis AX in the radial direction is farther than the first coil conductor CP1.
  • a second coil conductor portion CP2 The distance R2 from the winding axis AX in the radial direction of the second coil conductor portion CP2 is longer than the distance R1 from the winding axis AX in the radial direction of the first coil conductor portion CP1 (R2> R1).
  • the first coil conductor portion CP1 is located at the innermost periphery of the coil conductor 21 and is a conductor of about one turn that is wound around the winding axis AX.
  • the second coil conductor portion CP2 is located on the outer periphery of the first coil conductor portion CP1, and is a conductor of about three turns wound around the winding axis AX.
  • the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D overlap the second coil conductor portion CP2 and do not overlap the first coil conductor portion CP1 when viewed from the Z-axis direction. .
  • the magnetic conductors 31A, 31B, 31C, and 31D overlap the outer periphery of the coil conductor 21 where the magnetic flux density tends to be low when viewed from the Z-axis direction, and the magnetic flux density tends to be high.
  • Magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D do not overlap the inner periphery of 21. Therefore, the variation in the coupling strength due to the relative positional relationship with the coil antenna of the coupling partner is further suppressed.
  • the first coil conductor portion CP1 is a conductor of about one turn located on the innermost circumference of the coil conductor 21, and the second coil conductor portion CP2 is located on the outer circumference than the first coil conductor portion CP1.
  • the first coil conductor portion CP1 may not be the conductor located on the innermost periphery of the coil conductor 21, and the second coil conductor portion CP2 may be a conductor located on the outer periphery relative to the first coil conductor portion CP1.
  • the action and effect of the present invention can be achieved by arranging the magnetic member at a position as far as possible from the coil opening CM as viewed from the Z-axis direction. Further, 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 changed as appropriate within the scope of the operation and effect of the present invention.
  • the third embodiment shows an example in which the structure of the coil conductor is different from that of the coil antenna according to the first or second embodiment.
  • FIG. 8A is a plan view of the coil antenna 103 according to the third embodiment
  • FIG. 8B is a plan view of the coil antenna 103 showing a minimum portion of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 22.
  • illustration of the base material 1 is omitted, and texture patterns are given to the magnetic members 33A and 33B.
  • the magnetic members 33A and 33B are not shown for easy understanding of the structure.
  • the coil antenna 103 according to the present embodiment is different from the coil antenna 101 according to the first embodiment in that it includes a coil conductor 22.
  • the coil antenna 103 according to the present embodiment is different from the coil antenna 101 in that the magnetic antenna members 33A and 33B are provided. Other configurations are substantially the same as those of the coil antenna 101.
  • the coil conductor 22 is formed on the surface of the base material 1 and the like, and has an elliptical spiral shape of about 4 turns wound around the winding axis AX.
  • the conductor pattern has a first end E1 and a second end E2.
  • the “minimum portion of the radius of curvature” of the elliptical coil conductor is a semicircular portion at both ends (both end portions in the Y-axis direction of the coil conductor 22 in FIG. 8B) as viewed from the Z-axis direction.
  • the coil conductor 22 has two minimum portions PS having a radius of curvature in one turn.
  • the two magnetic members 33A and 33B are rectangular flat plates.
  • the two magnetic members 33 ⁇ / b> A and 33 ⁇ / b> B have extraction portions C ⁇ b> 1 and C ⁇ b> 2 that do not overlap the minimum portion PS of the radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor 22 when viewed from the Z-axis direction.
  • the minimum portion PS of the radius of curvature according to the present embodiment coincides with the cutout portions C1 and C2.
  • the basic configuration of the coil antenna 103 is the same as that of the coil antenna 101 according to the first embodiment, and the same operations and effects as the coil antenna 101 are achieved.
  • the fourth embodiment shows a coil antenna in which a plurality of magnetic members are arranged along the circumferential direction of the coil conductor.
  • FIG. 9A is a plan view of the coil antenna 104 according to the fourth embodiment
  • FIG. 9B is a plan view of the coil antenna 104 showing the structure of the coil conductor 21
  • FIG. 10 is a plan view of the coil conductor 21 showing the first coil conductor portion CP1 and the second coil conductor portion CP2.
  • the base material 1 is not shown in order to make the structure easy to understand, and a texture pattern is given to the magnetic member 33.
  • the first coil conductor portion CP1 is indicated by a broken line for easy understanding of the structure.
  • a texture pattern is given to the formation region CE of the coil conductor 21 in order to make the structure easy to understand.
  • the coil antenna 104 includes a plurality of magnetic members 34 arranged along the circumferential direction CD of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction. Different from 102. Other configurations are substantially the same as those of the coil antenna 102.
  • the coil conductor 21 has a first coil conductor portion CP1 and a second coil conductor portion CP2.
  • the second coil conductor portion CP2 is located on the outermost periphery of the coil conductor 21 and is a conductor of about one turn that is wound around the winding axis AX.
  • the first coil conductor portion CP1 is located on the inner periphery of the second coil conductor portion CP2, and is a conductor of about 3 turns that is wound around the winding axis AX.
  • a part of the plurality of magnetic members 34 overlaps the formation region CE of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction. Further, as shown in FIG. 9A, the plurality of magnetic members 34 overlap with the second coil conductor portion CP2 located on the outermost periphery of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction, and the first coil. It does not overlap with the conductor part CP1.
  • the plurality of magnetic members 34 according to the present embodiment are rectangular flat plates that are smaller than the magnetic members 31A, 31B, 31C, 31D according to the first and second embodiments.
  • the plurality of magnetic members 34 arranged along the circumferential direction of the coil conductor 21 as viewed from the Z-axis direction may be formed into a sheet shape by laminating pieces of a plurality of magnetic members with a resin film, for example.
  • a small piece of the magnetic member may be molded with resin to form a sheet.
  • the coil antenna 104 when the coil antenna includes a single large magnetic member, if the magnetic member is broken by an external force or the like, the antenna characteristics may be greatly changed.
  • the coil antenna 104 according to this embodiment includes a plurality of magnetic members 34 that are at least smaller than the coil antenna (formation region of the coil conductor 21). Therefore, compared to a structure including one large magnetic member, the magnetic member is difficult to break, and a change in antenna characteristics due to the cracking of the magnetic member is suppressed.
  • FIG. 11A is a plan view of the coil antenna 105 according to the fifth embodiment
  • FIG. 11B is a plan view of the coil antenna 105 showing the structure of the coil conductor 21
  • FIG. 12A is a plan view showing the formation region CE of the coil conductor 21
  • FIG. 12B is a plan view of the coil antenna 105 showing the gap between the magnetic members.
  • illustration of the base material 1 is omitted, and texture patterns are given to the magnetic members 34A and 34B.
  • the first coil conductor portion CP1 is indicated by a broken line for easy understanding of the structure
  • the coil conductor 21 is indicated by a broken line.
  • a texture pattern is given to the formation region CE of the coil conductor 21 for easy understanding of the structure.
  • the coil antenna 105 includes a plurality of magnetic members 35A and 35B arranged along the circumferential direction CD and the radial direction RD of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction. Different from the coil antenna 104 according to the embodiment. Other configurations are substantially the same as those of the coil antenna 104.
  • the plurality of magnetic members 35A and 35B are rectangular flat plates that are smaller than the magnetic members 31A, 31B, 31C, and 31D according to the first and second embodiments. As shown in FIG. 11A, the plurality of magnetic members 35A are arranged outside the second coil conductor portion CP2 located on the outermost periphery of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction, and the coil conductor 21 are arranged along the circumferential direction CD. The plurality of magnetic members 35B are disposed inside the second coil conductor portion CP2 located on the outermost periphery of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction, and along the circumferential direction CD of the coil conductor 21. It is arranged. The plurality of magnetic members 35A and 35B are arranged along the radial direction RD of the coil conductor 21 as viewed from the Z-axis direction.
  • the gap G1 between the magnetic members in the radial direction RD of the coil conductor 21 is a magnetic member in the circumferential direction CD of the coil conductor 21. It is smaller than the gap G2 between them (the gap between the magnetic members 35A in FIG. 12B or the gap between the magnetic members 35B) (G1 ⁇ G2).
  • the plurality of magnetic members 35A do not overlap the formation region CE of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction, and the plurality of magnetic members 35B are formed of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction. It overlaps the region CE. Further, the plurality of magnetic members 35A and 35B according to the present embodiment do not overlap the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction.
  • the magnetic members 35A and 35B By arranging the magnetic members 35A and 35B so as not to overlap the coil conductor 21, the coil conductor 21 and the magnetic members 35A and 35B can be arranged at the same height on the XY plane. Further, with this configuration, the magnetic members 35 ⁇ / b> A and 35 ⁇ / b> B may be embedded in the base material 1. When the magnetic members 35A and 35B are embedded in the substrate 1, the coil antenna itself can be thinned.
  • the gap G1 between the magnetic members in the radial direction RD of the coil conductor 21 is smaller than the gap G2 between the magnetic members in the circumferential direction CD of the coil conductor 21 (G1 ⁇ G2). That is, the plurality of magnetic members 35 ⁇ / b> A and 35 ⁇ / b> B are arranged more densely in the radial direction RD (direction in which magnetic flux is radiated) than the circumferential direction CD of the coil conductor 21.
  • the plurality of magnetic members 35A do not overlap the formation region CE of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction, but is not limited to this configuration.
  • the whole of the plurality of magnetic members 35A and 35B may overlap with the formation region CE of the coil conductor 21 when viewed from the Z-axis direction.
  • the “power supply device” in the present invention is a device including the coil antenna and a power supply circuit (described in detail later), such as the mouse pad corresponding to a wireless power supply system such as a magnetic resonance power supply system.
  • a “power receiving device” in the present invention is a device including the coil antenna and a power receiving circuit (described in detail later), and for example, a power receiving side device (wireless mouse, Mobile phone terminals, so-called smartphones, tablet terminals, notebook PCs and PDAs, wearable terminals, cameras, videos, game machines, toys, and the like).
  • the magnetic resonance power supply system is used in the HF band, particularly at a frequency near 6.78 MHz. Further, the magnetic field type wireless power supply system couples with a power supply partner by magnetic field coupling and supplies power.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of a wireless power supply system 501 according to the sixth embodiment.
  • the wireless power supply system 501 includes a power feeding device 301 and a power receiving device 401, and supplies power from the power feeding device 301 to the power receiving device 401 wirelessly.
  • the power feeding device 301 includes a power feeding circuit 310, a power feeding coil antenna Lt connected to the power feeding circuit 310, and a resonance capacitor Ct connected in series to the power feeding coil antenna Lt.
  • the power feeding coil antenna Lt is used for coupling with a power receiving circuit 410 included in the power receiving device 401, and the power feeding coil antenna Lt and the resonance capacitor Ct constitute a resonance circuit 320.
  • the power supply circuit 310 includes an inverter circuit 311 that converts the DC input voltage Vi into an AC voltage and applies the AC voltage to the resonance circuit 320.
  • Inverter circuit 311 includes switching elements Q1 and Q2, a capacitor C11, a diode D1, and a drive circuit 312.
  • the drive circuit 312 drives the switching elements Q1 and Q2 alternately on / off at an HF band operating frequency (eg, 6.78 MHz).
  • the resonant frequency of the resonant circuit 320 is this operating frequency or a frequency in the vicinity thereof. In this way, the power feeding circuit 310 applies an alternating voltage in the HF band to the power feeding coil antenna Lt.
  • the power receiving device 401 includes a power receiving circuit 410 and a power receiving coil antenna Lr connected to the power receiving circuit 410.
  • the power receiving coil antenna Lr is used for coupling to a power feeding circuit 310 included in the power feeding device 301, and a resonance circuit 420 is configured by the inductance component of the power receiving coil antenna Lr and the capacitance component of the power receiving circuit 410.
  • the power receiving coil antenna Lr and the power feeding coil antenna Lt are mainly magnetically coupled.
  • the area of the formation region of the feeding coil antenna Lt is larger than the area of the formation region of the power receiving coil antenna Lr.
  • the power receiving circuit 410 includes a rectifying / smoothing circuit 411 that converts an AC voltage generated in the power receiving coil antenna Lr into a DC voltage, and a load Ro that is driven by the DC output voltage converted by the rectifying / smoothing circuit 411.
  • the rectifying / smoothing circuit 411 includes a rectifying circuit 412 using a diode bridge circuit, smoothing capacitors C21 and C22, and a voltage regulator circuit 413.
  • the resonance circuit 420 resonates at the above-mentioned operating frequency in the HF band or a frequency in the vicinity thereof.
  • the resonance voltage of the resonance circuit 420 is full-wave rectified by the rectification circuit 412, smoothed and stabilized by the smoothing capacitors C21 and C22, and the voltage regulator circuit 313, and a predetermined constant voltage Vo is supplied to the load Ro.
  • the feeding coil antenna Lt is the coil antenna 101 having the structure shown in the first embodiment
  • the power receiving coil antenna Lr is a normal coil antenna.
  • the “ordinary coil antenna” means that the coil conductor has a simple loop shape or spiral shape.
  • the power feeding coil antenna may be a normal coil antenna, and the power receiving coil antenna may be the coil antenna 101 shown in the first embodiment. Further, both the power feeding coil antenna and the power receiving coil antenna may be the coil antenna 101 having the structure shown in the first embodiment. In either case, the power feeding coil antenna and the power receiving coil antenna are mainly magnetically coupled, and power is transmitted mainly via the magnetic field.
  • the coil antenna of the present invention can be used for both a power feeding coil antenna and a power receiving coil antenna.
  • a resonance circuit is configured by the capacitance component of the power reception circuit 410 and the inductance component of the power reception coil antenna Lr.
  • a resonance capacitor is parallel to the power reception coil antenna Lr. You may connect to.
  • the base material 1 showed the example which is a rectangular flat plate, it is not limited to this structure.
  • the planar shape of the substrate 1 can be changed as appropriate, such as a circle, an ellipse, a square, and a polygon.
  • the base material 1 is not limited to a flat plate, may have a curved surface, and may have a three-dimensional structure or the like.
  • the coil conductor is a rectangular spiral or elliptical spiral conductor pattern formed on the surface of the substrate 1 and wound about four times. It is not limited to.
  • the outer shape of the coil conductor can be appropriately changed to a circular shape, a polygonal shape, an L shape, a T shape, or the like as viewed from the Z-axis direction.
  • the coil conductor 21 may be formed on the back surface or inside of the substrate 1.
  • the coil conductor may have a helical structure in which a base material on which a spiral conductor pattern is formed is laminated.
  • the coil conductor may be a wound coil. That is, the base material is not essential in the coil antenna of the present invention. Note that the number of turns of the coil conductor can also be changed as appropriate within the range where the effects and advantages of the present invention are achieved.
  • AX ... winding axis C1, C2, C3, C4 ... extraction part C11 ... capacitor C21, C22 ... smoothing capacitor Ct ... resonant capacitor D1 ... diode Q1, Q2 ... switching element Ro ... load Vi ... DC input voltage Vo ... constant voltage Lr ... Coil antenna for power reception Lt ... Coil antennas for power feeding 21 and 22 ... Coil conductor PS ... Minimal portion of radius of curvature in the circumferential direction of the coil conductor CD ... Circumferential direction RD of the coil conductor ... Radial direction CE of the coil conductor ... Formation of the coil conductor Region E1 ... First end E2 of coil conductor ... Second end CP1 of coil conductor ...
  • First coil conductor part CP2 ... Second coil conductor part CP ... Coil openings R1, R2 of coil conductor ... From the winding axis in the radial direction Distances G1, G2 ... Gap between magnetic members in radial direction 1 ... Base material 2 ... Resin cover 4 ... Circuit board 5 ... Ground conductor 31A, 1B, 31C, 31D, 33A, 33B, 34,35A, 35B ... magnetic member 101, 102, 103 ... coil antenna (power supply coil antenna, a power receiving coil antenna) 201 ... Coil antenna of a coupling partner (coil antenna for power supply, coil antenna for power reception) 301 ... Power supply device 310 ... Power supply circuit 311 ... Inverter circuit 312 ...

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Abstract

コイルアンテナ(101)は、巻回軸(AX)の周りに複数回巻回されるコイル導体(21)、磁性体部材(31A,31B,31C,31D)を備える。磁性体部材(31A,31B,31C,31D)は、巻回軸(AX)方向(Z軸方向)から視て、少なくとも一部がコイル導体(21)の形成領域に重なる。磁性体部材(31A,31B,31C,31D)は、Z軸方向から視て、コイル導体(21)の周方向における曲率半径の極小部分(PS)に磁性体部材(31A,31B,31C,31D)が重ならない抜き部(C1,C2,C3,C4)を有する。

Description

コイルアンテナ、給電装置、受電装置およびワイヤレス電力供給システム
 本発明は、コイル導体と磁性体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。
 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)。
 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。
特許第5221111号公報
 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ことは難しい。
 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。
(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形成領域に重なる磁性体部材と、
 を備え、
 前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が重ならない抜き部を有することを特徴とする。
 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、相対的に磁束密度が高くなりやすいコイル導体の極小部分には磁性体部材が重ならず、相対的に磁束密度の低くなりやすいコイル導体の極小部分以外に磁性体部材の少なくとも一部が重なる。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が抑制されるため、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。
(2)上記(1)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、前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、前記第2コイル導体部に重なり、且つ、前記巻回軸方向から視て、前記第1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、磁束密度が低いコイル導体の外周に磁性体部材が重なり、磁束密度が高いコイル導体の内周には磁性体部材が重ならない。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さらに抑制される。
(3)上記(1)または(2)において、前記磁性体部材の数は複数であり、複数の前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、前記周方向に沿って配列されることが好ましい。この構成では、コイル導体の径方向に複数の磁性体部材が配列される構造に比べて、複数の磁性体部材を備えることによるコイルアンテナの磁束密度の変化は小さい。また、この構成では、少なくともコイルアンテナよりも小さな複数の磁性体部材を備えるため、一つの大きな磁性体部材を備える構造に比べて、磁性体部材が割れ難くなり、磁性体部材が割れることによるアンテナ特性の変化が抑制される。
(4)上記(1)または(2)において、前記磁性体部材の数は複数であり、複数の前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、前記コイル導体の前記周方向および径方向に沿って配列され、前記径方向における前記磁性体部材同士の間隙は、前記周方向における前記磁性体部材同士の間隙よりも小さいことが好ましい。この構成では、複数の磁性体部材がコイル導体の径方向よりも周方向に密に配列されるため、複数の磁性体部材がコイル導体の周方向よりも径方向に密に配列される構造に比べて、複数の磁性体部材を備えることによるコイルアンテナの磁束密度の変化は小さい。
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記コイル導体は、1ターンのうちに前記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。
(6)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に重なる磁性体部材と、
  を備え、
  前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が重ならない抜き部を有することを特徴とする。
 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。
(7)上記(6)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。
(8)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に重なる磁性体部材と、
  を備え、
  前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が重ならない抜き部を有することを特徴とする。
 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ワイヤレス電力供給システムの受電装置を実現できる。
(9)上記(8)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。
(10)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に重なる磁性体部材と、
    を備え、
    前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が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。
 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有した、ワイヤレス電力供給システムを実現できる。
(11)上記(10)において、前記磁性体部材は、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の集磁効果を高めることができる。また、磁性体部材の磁気シールド効果により、磁性体部材を挟んで給電用コイルアンテナとは反対側に、給電用コイルアンテナからの磁界が放射されることを抑制できる。
(12)上記(10)または(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。
(13)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に重なる磁性体部材と、
    を備え、
    前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が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。
 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。
(14)上記(13)において、前記磁性体部材は、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の集磁効果を高めることができる。また、磁性体部材の磁気シールド効果により、磁性体部材を挟んで受電用コイルアンテナとは反対側に、給電用コイルアンテナからの磁界が放射されることを抑制できる。
(15)上記(13)または(14)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。
 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。
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21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21の形成領域CEを示す平面図である。 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4(A)は磁束密度を求めるための、本発明のコイルアンテナ101Aの平面図であり、図4(B)はコイルアンテナ101Aにより形成される磁束密度を示す平面図である。 図5(A)は磁束密度を求めるための、比較例のコイルアンテナ100Aの平面図であり、図5(B)はコイルアンテナ100Aにより形成される磁束密度を示す平面図である。 図6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。 図7(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21の平面図である。 図8(A)は第3の実施形態に係るコイルアンテナ103の平面図であり、図8(B)はコイル導体22の周方向における曲率半径の極小部分を示すコイルアンテナ103の平面図である。 図9(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9(B)は、コイル導体21の構造を示すコイルアンテナ104の平面図である。 図10は、コイル導体21の形成領域CEを示す平面図である。 図11(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11(B)は、コイル導体21の構造を示すコイルアンテナ105の平面図である。 図12(A)はコイル導体21の形成領域CEを示す平面図であり、図12(B)は磁性体部材同士の間隙を示す、コイルアンテナ105の平面図である。 図13は第6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。
 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。
 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。
 《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21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21の形成領域CEを示す平面図である。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、磁性体部材31A,31B,31C,31D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、磁性体部材31A,31B,31C,31Dの図示を省略している。また、図2では、構造を分かりやすくするために、コイル導体21の形成領域CEにはテクスチャーパターンを付与している。
 コイルアンテナ101は基材1、コイル導体21および複数の磁性体部材31A,31B,31C,31Dを備える。
 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21は、基材1の表面等に形成され、巻回軸AXの周りに約4回巻回される矩形スパイラル状の導体パターンであり、第1端E1および第2端E2を有する。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。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21は例えばCu箔パターンである。
 複数の磁性体部材31A,31B,31C,31Dは矩形状の平板である。複数の磁性体部材31A,31B,31C,31D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21の形成領域CEに重なる。磁性体部材31A,31B,31C,31D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。
 また、磁性体部材31A,31B,31C,31Dは、Z軸方向から視て、コイル導体21の周方向における曲率半径の極小部分PSに重ならない抜き部C1,C2,C3,C4を有する。本実施形態に係る抜き部C1,C2,C3,C4は、コイル導体21の径方向に沿って隣接する4つの曲率半径の極小部分PSに磁性体部材が重ならない箇所である。
 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の周りに延伸する方向をいい、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。
 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磁性体を配置しない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。
 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。
 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(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、磁性体部材31B,31D等は、Z軸方向に対しコイル導体21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、磁性体部材31B,31D等は、コイル導体21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。
 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、磁性体部材31A,31B,31C,31D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21の曲率半径の極小部分PSに重ならない。また、磁性体部材31A,31B,31C,31Dの一部は、Z軸方向から視て、コイル導体21の曲率半径の極小部分PS以外に重なる。そのため、コイル導体21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。
 次に、本発明の磁性体部材を備えることにより、コイルアンテナにより形成される磁束密度がどのように変化するかを示す。図4(A)は磁束密度を求めるための、本発明のコイルアンテナ101Aの平面図であり、図4(B)はコイルアンテナ101Aにより形成される磁束密度を示す平面図である。図5(A)は磁束密度を求めるための、比較例のコイルアンテナ100Aの平面図であり、図5(B)はコイルアンテナ100Aにより形成される磁束密度を示す平面図である。
 図4(B)および図5(B)は、ともにコイルアンテナにより形成される磁束密度をシミュレーションによって求めた図である。なお、シミュレーションを簡潔にするため、シミュレーションモデルに用いるコイル導体は、図4(A)および図5(A)に示すように、大きさの異なる1ターンのコイル導体20A,20B,20C,20Dを同心円状に4個配置したものである。図4(A)に示すコイルアンテナ101Aは、コイル導体20A,20B,20C,20Dの曲率半径の極小部分以外に、磁性体部材30A,30Bを配置したモデルである。図5(A)に示すコイルアンテナ100Aは、磁性体部材を備えていないモデルである。磁性体部材30A,30Bは、効果が明確となるよう、コイルアンテナ101A,100Aの長手方向の曲率半径の極小部に重ならない位置に配置した。
 磁性体部材を備えていない場合、図5(B)に示すように、コイル導体の曲率半径の極小部分での磁束密度は相対的に高く、曲率半径の極小部分以外での磁束密度は相対的に低いことがわかる(図5(A)および図5(B)に示す部分ZP2を参照)。一方、曲率半径の極小部分以外に磁性体部材を配置した場合には、図4(B)に示すように、曲率半径の極小部分以外の部分での磁束密度が高まり、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(図4(A)および図4(B)に示す部分ZP1を参照)。
 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。
 また、本実施形態では、磁性体部材31A,31B,31C,31Dが、コイル導体21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。この構成により、コイル導体21と結合相手のコイルアンテナ201との間に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。
 なお、本実施形態では、磁性体部材31A,31B,31C,31Dの一部が、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CE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。磁性体部材全体が、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CEに重なっていてもよい。
 また、本実施形態では、矩形状の平板である4つの磁性体部材31A,31B,31C,31D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。磁性体部材の個数、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、磁性体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。磁性体部材の平面形状は、例えば円形、楕円形、多角形、L字形等であってもよい。また、磁性体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。
 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は、磁性体部材は、コイル導体21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。
 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6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。
 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。
 樹脂製カバー2は直方体状である。図6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。
 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21の第1端および第2端に接続される。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、受電回路、または送受電回路のうちの少なくとも一つである。
 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。
 また、図6に示す給電装置では、磁性体部材31B,31D等が、コイル導体21と回路基板4との間に配置されている。この構成により、磁性体部材31B,31D等の裏面側(図6における磁性体部材31B,31D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。
 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。
 《第2の実施形態》
 第2の実施形態では、磁性体部材の配置が第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。
 図7(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21の平面図である。なお、図7(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、磁性体部材31A,31B,31C,31Dにはテクスチャーパターンを付与している。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を破線で示している。
 本実施形態に係るコイルアンテナ102は、磁性体部材の配置が第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。
 本実施形態に係るコイル導体21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、径方向において巻回軸AXからの距離が第1コイル導体部CP1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21の最も内周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約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の周りに巻回する約3ターンの導体である。
 図7(A)に示すように、磁性体部材31A,31B,31C,31Dは、Z軸方向から視て、第2コイル導体部CP2に重なり、且つ、第1コイル導体部CP1には重ならない。
 本実施形態に係るコイルアンテナ102は、Z軸方向から視て、磁束密度が低くなりやすいコイル導体21の外周に磁性体部材31A,31B,31C,31Dが重なり、磁束密度が高くなりやすいコイル導体21の内周には磁性体部材31A,31B,31C,31Dが重ならない。そのため、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さらに抑制される。
 なお、本実施形態では、第1コイル導体部CP1がコイル導体21の最も内周に位置する約1ターンの導体であり、第2コイル導体部CP2が第1コイル導体部CP1よりも外周に位置する第1コイル導体部CP1以外の約3ターンの導体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はコイル導体21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よりも外周に位置する導体であればよい。すなわち、Z軸方向から視て、コイル開口CMからできるだけ離れた位置に磁性体部材を配置することで、本発明の作用・効果を奏することができる。また、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。
 《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第1または第2の実施形態に係るコイルアンテナとは異なる例を示す。
 図8(A)は第3の実施形態に係るコイルアンテナ103の平面図であり、図8(B)はコイル導体22の周方向における曲率半径の極小部分を示すコイルアンテナ103の平面図である。なお、図8(A)では、構造を分かりやすくするため、基材1の図示を省略し、磁性体部材33A,33Bにはテクスチャーパターンを付与している。さらに、図8(B)では、構造を分かりやすくするため、磁性体部材33A,33Bの図示を省略している。
 本実施形態に係るコイルアンテナ103は、コイル導体22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103は、磁性体部材33A,33B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。
 図8(A)に示すように、本実施形態に係るコイル導体22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8(B)のコイル導体22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22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。
 2つの磁性体部材33A,33Bは矩形状の平板である。2つの磁性体部材33A,33Bは、Z軸方向から視て、コイル導体22の周方向における曲率半径の極小部分PSに重ならない抜き部C1,C2を有する。図8(A)および図8(B)に示すように、本実施形態に係る曲率半径の極小部分PSは、抜き部C1,C2と一致している。
 このような構成でも、コイルアンテナ103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。
 《第4の実施形態》
 第4の実施形態では、複数の磁性体部材がコイル導体の周方向に沿って配列されるコイルアンテナについて示す。
 図9(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9(B)は、コイル導体21の構造を示すコイルアンテナ104の平面図である。図10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21の平面図である。なお、図9(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、磁性体部材33にはテクスチャーパターンを付与している。また、図9(A)、図9(B)および図10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を破線で示している。また、図10では、構造を分かりやすくするために、コイル導体21の形成領域CEにはテクスチャーパターンを付与している。
 本実施形態に係るコイルアンテナ104は、Z軸方向から視て、コイル導体21の周方向CDに沿って配列される複数の磁性体部材34を備える点で、第2の実施形態に係るコイルアンテナ102と異なる。その他の構成についてはコイルアンテナ102と実質的に同じである。
 本実施形態に係るコイル導体21は、第1コイル導体部CP1および第2コイル導体部CP2を有する。本実施形態では、第2コイル導体部CP2がコイル導体21の最も外周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約1ターンの導体である。また、本実施形態では、第1コイル導体部CP1が第2コイル導体部CP2よりも内周に位置し、巻回軸AXの周りに巻回する約3ターンの導体である。
 複数の磁性体部材34の一部は、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CEに重なる。また、複数の磁性体部材34は、図9(A)に示すように、Z軸方向から視て、コイル導体21の最も外周に位置する第2コイル導体部CP2に重なり、且つ、第1コイル導体部CP1には重ならない。本実施形態に係る複数の磁性体部材34は、第1・2の実施形態に係る磁性体部材31A,31B,31C,31Dよりも小さな、矩形状の平板である。Z軸方向から視て、コイル導体21の周方向に沿って配列される複数の磁性体部材34は、例えば複数の磁性体部材の小片を樹脂フィルムでラミネートしてシート状に形成したり、複数の磁性体部材の小片を樹脂でモールドしてシート状に形成してもよい。
 このような構成であっても、第2の実施形態に係るコイルアンテナ102と同様の作用・効果を奏する。
 また、コイルアンテナが単一の大きな磁性体部材を備える場合、その磁性体部材が外力等によって割れると、アンテナ特性が大きく変化する虞がある。一方、本実施形態に係るコイルアンテナ104は、少なくともコイルアンテナ(コイル導体21の形成領域)よりも小さな複数の磁性体部材34を備える。そのため、一つの大きな磁性体部材を備える構造に比べて、磁性体部材が割れ難くなり、磁性体部材が割れることによるアンテナ特性の変化が抑制される。
 《第5の実施形態》
 第5の実施形態では、複数の磁性体部材がコイル導体の周方向および径方向に沿って配列されるコイルアンテナについて示す。
 図11(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11(B)は、コイル導体21の構造を示すコイルアンテナ105の平面図である。図12(A)はコイル導体21の形成領域CEを示す平面図であり、図12(B)は磁性体部材同士の間隙を示す、コイルアンテナ105の平面図である。なお、図11(A)および図12(B)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、磁性体部材34A,34Bにはテクスチャーパターンを付与している。また、図11(A)、図11(B)および図12(A)では、構造を分かりやすくするため、第1コイル導体部CP1を破線で示しており、図12(B)では、構造を分かりやすくするため、コイル導体21を破線で示している。また、図12(A)では、構造を分かりやすくするために、コイル導体21の形成領域CEにはテクスチャーパターンを付与している。
 本実施形態に係るコイルアンテナ105は、Z軸方向から視て、コイル導体21の周方向CDおよび径方向RDに沿って配列される複数の磁性体部材35A,35Bを備える点で、第4の実施形態に係るコイルアンテナ104と異なる。その他の構成についてはコイルアンテナ104と実質的に同じである。
 複数の磁性体部材35A,35Bは、第1・2の実施形態に係る磁性体部材31A,31B,31C,31Dよりも小さな、矩形状の平板である。図11(A)に示すように、複数の磁性体部材35Aは、Z軸方向から視て、コイル導体21の最も外周に位置する第2コイル導体部CP2の外側に配置され、且つ、コイル導体21の周方向CDに沿って配列されている。また、複数の磁性体部材35Bは、Z軸方向から視て、コイル導体21の最も外周に位置する第2コイル導体部CP2の内側に配置され、且つ、コイル導体21の周方向CDに沿って配列されている。また、複数の磁性体部材35A,35Bは、Z軸方向から視て、コイル導体21の径方向RDに沿って配列されている。
 また、コイル導体21の径方向RDにおける磁性体部材同士の間隙G1(図12(B)における磁性体部材35Aと磁性体部材35Bとの間隙)は、コイル導体21の周方向CDにおける磁性体部材同士の間隙G2(図12(B)における磁性体部材35A同士の間隙、または磁性体部材35B同士の間隙)よりも小さい(G1<G2)。
 なお、複数の磁性体部材35Aは、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CEに重なっておらず、複数の磁性体部材35Bは、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CEに重なる。また、本実施形態に係る複数の磁性体部材35A,35Bは、Z軸方向から視て、コイル導体21には重なっていない。磁性体部材35A,35Bをコイル導体21に重ならないように配置することにより、コイル導体21および磁性体部材35A,35BをXY平面上の同じ高さに配置することができる。また、この構成により、磁性体部材35A,35Bを基材1に埋め込んでもよい。磁性体部材35A,35Bを基材1に埋め込んだ場合には、コイルアンテナ自体を薄型化できる。
 このような構成であっても、第4の実施形態に係るコイルアンテナ104と同様の作用・効果を奏する。
 また、本実施形態では、コイル導体21の径方向RDにおける磁性体部材同士の間隙G1が、コイル導体21の周方向CDにおける磁性体部材同士の間隙G2よりも小さい(G1<G2)。すなわち、複数の磁性体部材35A,35Bが、コイル導体21の周方向CDよりも径方向RD(磁束が放射される方向)に密に配列される。
 なお、本実施形態では、複数の磁性体部材35Aが、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CEに重なっていない例を示したが、この構成に限定されるものではない。複数の磁性体部材35A,35B全体が、Z軸方向から視て、コイル導体21の形成領域CEに重なる構成であってもよい。
 《第6の実施形態》
 第6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。
 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。
 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。
 図13は第6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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 《その他の実施形態》
 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。
 以上に示した各実施形態では、コイル導体が、基材1の表面に形成され、約4回巻回される矩形スパイラル状または楕円形スパイラル状の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。コイル導体の外形は、Z軸方向から視て、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21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。
 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。
AX…巻回軸
C1,C2,C3,C4…抜き部
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
Lr…受電用コイルアンテナ
Lt…給電用コイルアンテナ
21,22…コイル導体
PS…コイル導体の周方向における曲率半径の極小部分
CD…コイル導体の周方向
RD…コイル導体の径方向
CE…コイル導体の形成領域
E1…コイル導体の第1端
E2…コイル導体の第2端
CP1…第1コイル導体部
CP2…第2コイル導体部
CP…コイル導体のコイル開口
R1,R2…径方向において巻回軸からの距離
G1,G2…径方向における磁性体部材同士の間隙
1…基材
2…樹脂製カバー
4…回路基板
5…グランド導体
31A,31B,31C,31D,33A,33B,34,35A,35B…磁性体部材
101,102,103,104,105…コイルアンテナ(給電用コイルアンテナ、受電用コイルアンテナ)
201…結合相手のコイルアンテナ(給電用コイルアンテナ、受電用コイルアンテナ)
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

Claims (15)

  1.  ワイヤレス電力供給システムに用いられるコイルアンテナであって、
     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形成領域に重なる磁性体部材と、
     を備え、
     前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が重ならない抜き部を有する、コイルアンテナ。
  2.  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、
     前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、前記第2コイル導体部に重なり、且つ、前記巻回軸方向から視て、前記第1コイル導体部に重ならない、請求項1に記載のコイルアンテナ。
  3.  前記磁性体部材の数は複数であり、
     複数の前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、前記周方向に沿って配列される、請求項1または2に記載のコイルアンテナ。
  4.  前記磁性体部材の数は複数であり、
     複数の前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、前記コイル導体の前記周方向および径方向に沿って配列され、
     前記径方向における前記磁性体部材同士の間隙は、前記周方向における前記磁性体部材同士の間隙よりも小さい、請求項1または2に記載のコイルアンテナ。
  5.  前記コイル導体は、1ターンのうちに前記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る、請求項1から4のいずれかに記載のコイルアンテナ。
  6.  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に重なる磁性体部材と、
      を備え、
      前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が重ならない抜き部を有する、給電装置。
  7.  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する、請求項6に記載の給電装置。
  8.  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に重なる磁性体部材と、
      を備え、
      前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が重ならない抜き部を有する、受電装置。
  9.  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帯の周波数である、請求項8に記載の受電装置。
  10.  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において、
     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に重なる磁性体部材と、
        を備え、
        前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が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。
  11.  前記磁性体部材は、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、請求項10に記載のワイヤレス電力供給システム。
  12.  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する、請求項10または11に記載のワイヤレス電力供給システム。
  13.  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において、
     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に重なる磁性体部材と、
        を備え、
        前記磁性体部材は、前記巻回軸方向から視て、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前記磁性体部材が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。
  14.  前記磁性体部材は、前記コイル導体に対し前記給電用コイルアンテナと反対側に配置される、請求項13に記載のワイヤレス電力供給システム。
  15.  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帯の周波数である、請求項13または14に記載のワイヤレス電力供給システム。
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