特許 6374311 アンテナ装置及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6374311

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】アンテナ装置及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 7/06 20060101AFI20180806BHJP

   H02J 50/00 20160101ALI20180806BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20180806BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   H01Q7/06

   H02J50/00

   H01Q1/24 Z

   H01F38/14

【請求項の数】18

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-249143(P2014-249143)

(22)【出願日】2014年12月9日

(65)【公開番号】特開2016-111610(P2016-111610A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100195534

【弁理士】

【氏名又は名称】内海 一成

(72)【発明者】

【氏名】久村 達雄

【審査官】 米倉 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２０４５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９４５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１５３６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ７／０６

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０１Ｑ １／２４

Ｈ０２Ｊ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに向き合った２つの磁性体板と、前記２つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記２つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記２つの磁性体板の少なくとも１つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナと、
受電コイルを備える受電アンテナと
を備え、
前記受電アンテナは、前記空間部に配置可能であることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

前記受電アンテナが前記空間部に配置されている場合に、前記送電コイルに流す電流によって発生する磁束線の少なくとも一部が、前記送電コイルと、前記受電コイルと、前記空間部と、前記２つの磁性体板と、前記連結部とを通過する閉ループをなすことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記受電アンテナは、非磁性体のみで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記磁性体コアの断面形状がコの字、Ｖ字、Ｙ字、Ｕ字、又は半楕円であることを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記磁性体板は略矩形であり、前記連結部は前記磁性体板の少なくとも１辺を連結することを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記連結部側の辺における前記２つの磁性体板の間の距離よりも、前記連結部側の辺の対辺における前記２つの磁性体板の間の距離の方が大きいことを特徴とする、請求項５に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記２つの磁性体板は、前記連結部側の辺から前記連結部側の辺の対辺までの長さが互いに異なることを特徴とする、請求項５又は６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記磁性体コアは、連結部で連結されていない開口部を有し、前記開口部の少なくとも一部に磁性体を含む可動式の蓋を設けることを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記磁性体コアは、金属磁性体、フェライトの少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項１〜８いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記２つの磁性体板のそれぞれに前記送電コイルが配置されることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

前記送電コイル及び前記受電コイルの少なくとも一方は、スパイラルコイルであることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項12】

前記送電アンテナ又は前記受電アンテナは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの位置決めをするための位置決め部を備えることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項13】

前記送電コイルに流す電流は、周波数１０ＭＨｚ以下の交流電流であることを特徴とする、請求項１〜１２いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項14】

前記受電アンテナは、磁性体シートが設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項15】

前記磁性体シートは、金属磁性体、フェライトの少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のアンテナ装置。

【請求項16】

互いに向き合った２つの磁性体板と、前記２つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記２つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記２つの磁性体板の少なくとも１つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナを具備する送電側電子機器と、
受電コイルを備える受電アンテナを具備する受電側電子機器と
を含み、
前記受電アンテナが前記空間部に配置されるように前記送電側電子機器と前記受電側電子機器とを組み合わせて配置可能であることを特徴とする電子機器。

【請求項17】

前記受電アンテナが前記空間部に配置されるように前記送電側電子機器と前記受電側電子機器とを組み合わせて配置されている場合に、前記送電コイルに流す電流によって発生する磁束線の少なくとも一部が、前記送電コイルと、前記受電コイルと、前記空間部と、前記２つの磁性体板と、前記連結部とを通過する閉ループをなすことを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。

【請求項18】

前記受電側電子機器は時計型、メガネ型、カード型の少なくともいずれかの形態であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁誘導を用いた非接触給電に用いる、送電アンテナと受電アンテナとを備えるアンテナ装置及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電磁誘導を用いた非接触給電に用いるアンテナ装置は、Ｑｉ規格のように送電用アンテナ装置が多種にわたる。これらアンテナ装置は、互換性を求める用途は別として、磁気的な結合、及び生産性の観点から、一般的にほぼ同形状のものを送電用アンテナ装置、受電用アンテナ装置としてペアで用いる。

【0003】

最近、ウェアラブル端末に非接触給電アンテナを搭載する動きが活発化している。この場合、もともとウェアラブル端末自体が小型であるため、搭載される非接触給電アンテナに割り当てられる体積が少ないという制約がある。この制約の中で非接触給電の電力の伝送効率を高める必要がある。

【0004】

給電効率を高めるための送電用アンテナ装置と受電用アンテナ装置との組み合わせの一例として、特許文献１、２のような構成が考えられている。これらの構成では、送電用アンテナ装置を給電線とし、受電用アンテナ装置を、給電線を包囲する形状のコアに巻回されたコイルとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２６９８５７号公報

【特許文献2】特開２００２−１８４６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１、２のような送電用アンテナ装置と受電用アンテナ装置を組み合わせた非接触給電アンテナ装置の構成では、非接触給電アンテナ装置全体としての小型化が困難である。特に、ウェアラブル端末などに非接触給電アンテナ装置を搭載する場合の非接触給電アンテナ装置に割り当てられる体積に係る制約をクリアできない。

【0007】

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、電力の伝送効率を高めた非接触給電アンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明に係るアンテナ装置は、
互いに向き合った２つの磁性体板と、前記２つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記２つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記２つの磁性体板の少なくとも１つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナと、
受電コイルを備える受電アンテナと
を備え、
前記受電アンテナは、前記空間部に配置可能であることを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る電子機器は、
互いに向き合った２つの磁性体板と、前記２つの磁性体板の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部と、前記２つの磁性体板の間に空間部とを有する磁性体コアと、
前記２つの磁性体板の少なくとも１つの前記空間部に面する側に配置された送電コイルと、
を備える送電アンテナを具備する送電側電子機器と、
受電コイルを備える受電アンテナを具備する受電側電子機器と
を含み、
前記受電アンテナが前記空間部に配置されるように前記送電側電子機器と前記受電側電子機器とを組み合わせて配置可能であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係るアンテナ装置によれば、電力の伝送効率を高めた非接触給電アンテナ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係る送電アンテナと受電アンテナとをそれぞれ電子機器に組み込んで使用する形態を示す斜視図であり、（Ａ）は送電側電子機器と受電側電子機器とを組み合わせて配置されていない状態を示し、（Ｂ）は送電側電子機器と受電側電子機器とを組み合わせて配置されている状態を示す。

【図2】本実施形態に係る送電アンテナを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。

【図3】本実施形態に係る磁性体コアを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。

【図4】本実施形態に係る受電アンテナを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。

【図5】受電アンテナが送電アンテナの空間部に挿入されて送電アンテナと受電アンテナとが組み合わされている状態を示す断面図である。

【図6】本実施形態に係るアンテナ装置で送受電を行う際の磁束密度分布計算の結果を示す図であり、（Ａ）は磁束密度分布のベクトル表示であり、（Ｂ）は磁束線の一部を模式的に示す。

【図7】比較例に係るアンテナ装置で送受電を行う際の磁束密度分布計算の結果を示す図であり、（Ａ）は磁束密度分布のベクトル表示であり、（Ｂ）は磁束線の一部を模式的に示す。

【図8】変形例１に係る磁性体コアの概要図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。

【図9】変形例２に係る磁性体コアの概要図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。

【図10】その他の変形例に係る磁性体コアの概要図である。（Ａ）はＶ字、（Ｂ）はＹ字、（Ｃ）はＵ字、（Ｄ）は半楕円を示す。

【図11】本実施形態に係る磁性体コアの開口部に可動式蓋を設けた態様を示す図である。

【図12】２つの磁性体板の両方に送電コイルを配置した場合を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。

【図13】磁性体シートを設けない受電アンテナを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。

【図14】磁性体シートを設けない受電アンテナを備えたアンテナ装置で送受電を行う際の磁束密度分布計算の結果を示す磁束密度分布のベクトル表示である。

【図15】本実施形態における受電アンテナをメガネ型電子機器に組み込んだ態様を示す斜視図であり、（Ａ）はレンズ上部に受電アンテナを設けた態様、（Ｂ）はメガネの弦の部分に受電アンテナを設けた態様である。

【図16】（Ａ）は本実施形態における受電アンテナをカード型の受電側電子機器に組み込んだ態様を示す斜視図であり、（Ｂ）は当該カード型の受電側電子機器を送電側電子機器に挿入した態様を示す斜視図である。

【図17】送電アンテナ及び受電アンテナのそれぞれに位置決め部２７、３４を設けた例を示す図であり、（Ａ）は送電アンテナ、（Ｂ）受電アンテナを示す。

【図18】ＭｎＺｎ系フェライトの比透磁率の周波数特性の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。

【0013】

（アンテナ装置の実施形態）
本実施形態に係るアンテナ装置１は、送電アンテナ２と受電アンテナ３とを備える。図１は、本実施形態におけるアンテナ装置１の送電アンテナ２と受電アンテナ３とをそれぞれ送電側電子機器４と受電側電子機器５とに組み込んで使用する形態を示す斜視図である。図１（Ａ）は、送電側電子機器４と受電側電子機器５とが組み合わせて配置されていない状態を示す。図１（Ｂ）は、送電側電子機器４と受電側電子機器５とが組み合わせて配置されている状態を示す。すなわち、図１（Ｂ）は、受電アンテナ３が組み込まれた部分が、送電アンテナ２が組み込まれた部分に配置されている状態を示しており、この状態で送受電が行われる。

【0014】

図２は、本実施形態に係る送電アンテナ２を示し、図２（Ａ）は斜視図であり、図２（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。送電アンテナ２は、磁性体コア２０と送電コイル２５とを備える。磁性体コア２０は、空間部２３を介して互いに向き合った２つの磁性体板２１と、２つの磁性体板２１の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部２２とを有している。送電コイル２５は、２つの磁性体板２１のうち少なくとも一方の磁性体板２１の空間部２３に面する側に配置される。好ましくは、送電アンテナ２は樹脂の外装を備える。

【0015】

（磁性体コアの説明）
ここで本実施形態に係る磁性体コア２０についてさらに説明する。図３は本実施形態に係る磁性体コア２０を示し、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。磁性体コア２０は、空間部２３を介して互いに向き合った２つの磁性体板２１と、２つの磁性体板２１の端部の少なくとも一部を連結する磁性体を含む連結部２２とを有している。好ましくは、磁性体コア２０の２つの磁性体板２１と連結部２２とは、一体に形成される。なお、磁性体コア２０の２つの磁性体板２１と連結部２２とは、それぞれ別体の部品として形成され、該別体の部品が接合されてなるものでもよい。また好ましくは、磁性体板２１は略矩形であって平板状である。なお、磁性体板２１は略矩形でなくてもよい。また磁性体板２１は、平板状でなくてもよい。例えば磁性体板２１は、曲線で囲まれた図形であってもよく、また曲面で構成される形態であってもよい。

【0016】

また、２つの磁性体板２１は、空間部２３を介して略平行に向き合う。また該２つの磁性体板２１それぞれの端部、すなわちそれぞれの１辺は、連結部２２により連結される。なお、連結部２２は、１辺の一部のみ、例えば辺の端部や辺の中間部を部分的に連結してもよい。また、連結部２２は、１辺だけでなく２辺以上を連結してもよい。

【0017】

受電アンテナ３は、２つの磁性体板２１の間の連結部２２で連結されていない部分から空間部２３に挿入される。この連結部２２で連結されていない部分を開口部２４と呼ぶ。

【0018】

本実施形態に係る磁性体コア２０は、断面形状がコの字である。磁性体コア２０の断面形状がコの字である場合、部材の端部に取り付けられている受電アンテナ３を空間部２３に挿入しやすい。また、棒状、ベルト状、カード状など長辺を有する部材の中間に取り付けられている受電アンテナ３であっても空間部２３に挿入しやすい。好ましくは、２つの磁性体板２１のうち一方の磁性体板２１における連結部２２側の辺からその対辺までの長さが、他方の磁性体板２１における連結部２２側の辺からその対辺までの長さと異なる。すなわち、２つの磁性体板２１は、連結部２２側の辺からその対辺までの長さが互いに異なる。このような構成にすれば、受電アンテナ３が取り付けられている部材をより挿入しやすい。

【0019】

また好ましくは、本実施形態に係る磁性体コア２０の材料として、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、センダスト、パーマロイ、アモルファス等の金属磁性体や、ＭｎＺｎ系フェライト、ＮｉＺｎ系フェライト、あるいは、上記磁性材からなる磁性粒子に結合剤としての樹脂を加えて作製した磁性樹脂材や、磁性粒子に少量のバインダを加えて圧縮成型して作成する圧粉成型材料を用いる。これらの材料は、好ましくは、比透磁率、加工容易性、成型容易性、などの材料の特性に応じて選択される。また好ましくは、２つの磁性体板２１と連結部２２とは同じ材料からなる。このようにすれば磁性体コア２０の内部における比透磁率の不連続が減少し、磁気損失が減少する。

【0020】

図４は、本実施形態に係る受電アンテナ３を示す図である。図４（Ａ）は受電アンテナ３の斜視図であり、図４（Ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。受電アンテナ３は、受電コイル３１と、磁性体シート３３とが設けられる。受電コイル３１は磁性体シート３３の一面に配置される。好ましくは、受電アンテナ３は外装３２が設けられ、受電コイル３１と磁性体シート３３とは外装３２の中に収納される。また好ましくは、外装３２は樹脂である。

【0021】

図５は、本実施形態に係るアンテナ装置１において、受電アンテナ３が送電アンテナ２の空間部２３に挿入されている状態を示す断面図である。図５が示すように、受電アンテナ３は送電アンテナ２の空間部２３に配置可能であり、配置された状態で送受電が行われる。

【0022】

ここで、本実施形態に係るアンテナ装置１の用途である電磁誘導を用いた非接触給電について説明する。電磁誘導は、磁束が変動する環境において導体に誘導起電力が発生する現象である。電磁誘導の現象を発生させる構成としては、１組のコイルを用いる構成が一般的である。一方のコイル（１次コイル）に電流（好ましくは交流電流）を流すことによって時間変動する磁束を発生させ、他方のコイル（２次コイル）にこの磁束を鎖交させて誘導起電力を発生させる。１組のコイルの間には結合係数ｋが定義される。結合係数ｋは、１次コイルで発生した磁束と２次コイルに鎖交する磁束との比であり、０以上１以下の値をとる無次元数である。結合係数ｋは、１次コイルと２次コイルとを通過する磁束線の経路の比透磁率が高いほど、１に近づく。例えば、一般的なトランスにおいては、１次コイルと２次コイルとが比透磁率の高い連続した共通のコアを有し、そのコアが磁束線の閉ループを構成する。この構成によって結合係数ｋがおおよそ０．９８以上となっている。結合係数ｋが１に近づくほど、１次コイルと２次コイルとの間の送受電効率が高くなると言える。

【0023】

一方、非接触給電に用いる送電アンテナ２と受電アンテナ３とは、非接触であるゆえ、トランスのように連続した共通のコアを有することができない。すなわち、トランスの構成と対比して説明すると、まず、送電コイル２５及び受電コイル３１はそれぞれ１次コイル及び２次コイルに相当する。また、送電アンテナ２の磁性体コア２０がトランスの１次コイルのコアに相当し、受電アンテナ３の磁性体シート３３がトランスの２次コイルのコアに相当する。ここでトランスとは異なり、コアの間に比透磁率の低い空間部分が存在する。したがって結合係数ｋをできるだけ１に近づけるためには、送電アンテナ２のコアと受電アンテナ３のコアとを通過する磁束線の閉ループの経路において、空間部分の距離を最小化した構成とすることが有効である。このことを、本実施形態に係るアンテナ装置１に当てはめて具体的に説明する。

【0024】

上述の通り、本実施形態に係るアンテナ装置１は送電アンテナ２と受電アンテナ３とを備える。ここで、本実施形態に係るアンテナ装置１の構成において送電アンテナ２と受電アンテナ３との間の結合係数ｋを求めるために、電磁界シミュレータを用いて３次元電磁界解析を行い、磁束密度分布を計算した。計算の条件としては、送電コイル２５の外径を１７ｍｍ×２１ｍｍとし、磁性体コア２０の比透磁率を１０００とし、空間部２３の厚み、すなわち２つの磁性体板２１の間隔を４ｍｍとしている。また、受電アンテナ３の磁性体シート３３の比透磁率を１００とし、厚みを０．２ｍｍとしている。図６は磁束密度分布の計算結果を示す。図６（Ａ）は計算した磁束密度分布のベクトル表示であり、黒に近いほど磁束密度が高いことを示している。送電コイル２５で発生した磁束は、磁性体コア２０の外側の空間にほとんど漏れることなく、主に磁性体コア２０の内部に集中する。これは磁性体コア２０が比透磁率の高い磁性体を材料としており、磁性体コア２０の外部の空間に比べて比透磁率が高く磁気抵抗が低いことによるものである。図６（Ｂ）は、計算した磁束密度ベクトルの流線である磁束線の一部を図５に重ねて模式的に示している。送電コイル２５で発生した磁束線は、空間部２３と、受電アンテナ３に含まれる受電コイル３１と、一方の磁性体板２１と、連結部２２と、他方の磁性体板２１とを通過して送電コイル２５に戻る閉ループをなす磁束線６a、及び、空間部２３と、受電アンテナ３に含まれる受電コイル３１と、磁性体シート３３と、連結部２２と、磁性体板２１とを透過して送電コイル２５に戻る閉ループをなす磁束線６ｂを含む。本実施例では、磁性体コアの比透磁率が磁性シートの比透磁率よりも高く、また磁性体の体積も大きいので、磁束線６ｂが優位となり、磁束は主に磁性体コア２０を経路（磁路）とする閉ループとなる。

【0025】

一方、比較のために平板状の送電アンテナ９２と受電アンテナ９３とが組み合わされているアンテナ装置９１の例を示す。アンテナ装置９１の構成についても、本実施形態に係るアンテナ装置１と同様に、磁束密度分布を計算した。送電アンテナ９２の形状が平板状であることの他は、アンテナ装置１に係る計算の場合と計算の条件は同様である。図７（Ａ）は計算した磁束密度分布のベクトル表示であり、黒に近いほど磁束密度が高いことを示している。なお、磁束密度分布のレンジ、色諧調は図６（Ａ）と同一にしている。図７（Ｂ）は、計算した磁束密度ベクトルの流線である磁束線の一部を比較例のアンテナ装置９１を示す断面図に重ねて示している。送電コイル９２５で発生した磁束線９６は、受電アンテナ９３に含まれる受電コイル９３１と、磁性体シート９３３と、外部空間と、送電アンテナ９２の磁性体板９２１とを通過して送電コイル９２５を終点とする閉ループを構成する。このとき、磁束線９６が通過する比透磁率の低い外部空間の距離は、本実施形態に係るアンテナ装置１の構成における空間部２３よりも大きい。したがって、本実施形態に係るアンテナ装置１の構成において磁束線６が通過する経路の磁気抵抗の方が、比較例のアンテナ装置９１の構成において磁束線９６が通過する経路の磁気抵抗よりも低い。

【0026】

実際、図６（Ａ）と図７（Ａ）とを比較すると、受電コイル３１、９３１の近傍における磁束密度の表示色が、図６（Ａ）では黒に近く、図７（Ａ）では白に近い。このことから、本実施形態に係るアンテナ装置１の方が、比較例のアンテナ装置９１よりも磁束密度が高いことが分かる。本実施形態に係るアンテナ装置１と比較例のアンテナ装置９１とのそれぞれの磁束密度分布の計算結果からそれぞれの結合係数ｋを計算した。その結果は次の表（１）の通りである。

【表1】

このように本実施形態に係るアンテナ装置１の結合係数ｋは、比較例のアンテナ装置９１の結合係数ｋよりも大きくなっている。このことは、比較例のアンテナ装置９１よりも本実施形態に係るアンテナ装置１の方が、送受電効率が高くなることを示している。

【0027】

以上の通り、本実施形態に係る送電アンテナ２を用いて送電コイル２５で発生する磁束線が、送電コイル２５から空間部２３、送電アンテナ２、一方の磁性体板２１、連結部２２、他方の磁性体板２１を通過して閉ループをなすことにより、送電アンテナ２と受電アンテナ３との間の結合係数ｋが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。

【0028】

（磁性体コアの変形例１）
図８は、磁性体コア２０の変形例１を示す図である。図８（Ａ）は変形例１の磁性体コア２０の斜視図であり、図８（Ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図であり、図８（Ｃ）はそのＢ−Ｂ’断面図である。変形例１の磁性体コア２０と本実施形態に係る磁性体コア２０とは、連結部２２が磁性体板２１の３辺を連結している点で相違する。すなわち、磁性体コア２０の形状がポケット形状となっており、開口部２４が１か所のみある。ここで、磁性体板２１の３辺を連結する連結部２２のうち、開口部２４がある辺の対辺を連結している連結部２２を底面連結部２２ａと呼び、その他の２辺を連結する２つの連結部２２を側面連結部２２ｂと呼ぶ。以下、底面連結部２２ａと側面連結部２２ｂとを区別する必要が無い場合は、これらを総称して連結部２２と呼ぶ。変形例１の磁性体コア２０を備える送電アンテナ２に対して、受電アンテナ３は、連結部２２の無い１辺、すなわち１か所の開口部２４を通って空間部２３に挿入される。磁性体コア２０が変形例１のような形状である場合、部材の端部に取り付けられている受電アンテナ３を空間部２３に挿入しやすい。変形例１の磁性体コア２０の場合、本実施形態に係る磁性体コア２０と比べて連結部２２によって２つの磁性体板２１が連結されている部分が増えており、２つの磁性体板２１の間をつなぐ経路の磁気抵抗がより低くなる。このことによって、本実施形態に係る磁性体コア２０よりも変形例１の磁性体コア２０を備える送電アンテナ２の方が、空間部２３に挿入した受電アンテナ３との間の結合係数ｋが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。なお、図８は、連結部２２が磁性体板２１の３辺を連結している様子を示すが、連結部２２が磁性体板２１の隣接する２辺のみを連結していてもよい。

【0029】

（磁性体コアの変形例２）
図９は、磁性体コア２０の変形例２を示す図である。図９（Ａ）は斜視図であり、図９（Ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図であり、図９（Ｃ）はそのＢ−Ｂ’断面図である。変形例２の磁性体コア２０と本実施形態に係る磁性体コア２０とは、連結部２２が磁性体板２１の１辺だけでなくその対辺も連結している点で相違する。すなわち、略矩形であって平板状の２つの磁性体板２１が略平行に向き合い、連結部２２が該磁性体板２１それぞれの向かい合う２辺を連結している。言い換えれば、変形例２の磁性体コア２０は、底面連結部２２ａを有さず、側面連結部２２ｂのみを有する。変形例２において、磁性体コア２０の空間部２３は磁性体コア２０を貫通する穴となっており、開口部２４が向かい合う２辺にある。また、変形例２の磁性体コア２０は、断面形状がロの字であるといえる。変形例２の磁性体コア２０を備える送電アンテナ２に対して、受電アンテナ３は、２辺にある開口部２４のいずれかを通って空間部２３に挿入される。変形例２の磁性体コア２０の場合も、本実施形態に係る磁性体コア２０と比べて連結部２２によって２つの磁性体板２１が連結されている部分が増えており、２つの磁性体板２１の間をつなぐ経路の磁気抵抗がより低くなる。このことによって、本実施形態に係る磁性体コア２０よりも変形例２の磁性体コア２０を備える送電アンテナ２の方が、送電アンテナ２と空間部２３に挿入した受電アンテナ３との間の結合係数ｋが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。また、変形例２の磁性体コアを備える送電アンテナ２は、受電アンテナ３が棒状、ベルト状、カード状など長辺を有する部材の中間に取り付けられている場合にも、送電アンテナ２を貫通するように挿入することができる。

【0030】

（磁性体コアのその他の変形例）
図１０は磁性体コア２０のその他の変形例を示す。図１０（Ａ）は、断面形状がＶ字である磁性体コア２０を示す。すなわち、略矩形であって平板状の２つの磁性体板２１が互いに非平行に向き合い、連結部２２が磁性体板２１の間の距離が小さい側の１辺を連結している。言い換えれば、連結部２２側の辺における２つの磁性体板２１の間の距離よりも、連結部２２側の辺の対辺における２つの磁性体板２１の間の距離の方が大きい。したがって図１０（Ａ）の磁性体コア２０を備える送電アンテナ２によれば、開口部２４における２つの磁性体板２１の間の距離が大きいため、受電アンテナ３を空間部２３に挿入しやすい。

【0031】

図１０（Ｂ）は、断面形状がＹ字である磁性体コア２０を示す。すなわち本実施形態に係る磁性体コア２０の２つの磁性体板２１が、連結部２２側の辺の対辺から連結部２２とは反対方向に互いの距離が大きくなるように延長されている。好ましくは、少なくとも一方の磁性体板２１が角度を有して延長されている。また好ましくは、少なくとも一方の磁性体板２１が外側に広がるような曲率を有する曲面として延長されている。このことによって、開口部２４における２つの磁性体板２１の間の距離が大きく、受電アンテナ３を空間部２３に挿入しやすい。さらに、図１０（Ａ）の磁性体コア２０と比較して、受電アンテナ３が挿入されて配置される部分において２つの磁性体板２１の間の距離が小さい。このことによって、送電アンテナ２と受電アンテナ３との結合係数ｋが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。

【0032】

図１０（Ｃ）は、断面形状がＵ字形状をなす磁性体コア２０を示す。すなわち本実施形態に係る磁性体コア２０と比べると、連結部２２が曲率を有する部材となっている。また、図１０（Ｄ）は、断面形状が半楕円形状をなす磁性体コア２０を示す。図１０（Ｄ）の場合、２つの磁性体板２１と連結部２２とが共に曲率を有する部材となっている。図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）の磁性体コア２０は、好ましくは２つの磁性体板２１と連結部２２とが一体に形成されてなる。これにより、金属磁性体材料の板材を曲げ加工することによって、磁性体コア２０を容易に製造可能である。

【0033】

以上、磁性体コア２０の変形例を示した。好ましくは、その他の変形例で示した磁性体コア２０においても、変形例１の磁性体コア２０と同様に底面連結部２２ａに隣接する辺に側面連結部２２ｂを設ける。このようにすれば連結部２２によって２つの磁性体板２１が連結される部分が増え、磁性体コア２０の磁気抵抗をより低くすることができる。

【0034】

（磁性体コアに蓋を設けた変形例）
図１１は、本実施形態に係る磁性体コア２０の開口部２４に磁性体を含む可動式の蓋２６を設けた態様を示す。蓋２６が閉じている場合、変形例２の磁性体コア２０と同様の形状である。好ましくは、蓋２６は磁性体コア２０と同じ材料からなる。図１１に示す変形例においては、蓋２６を開いて受電アンテナ３を空間部２３に挿入する。また受電アンテナ３を挿入した後に、蓋２６を閉じる。本変形例によれば、特に、受電アンテナ３が棒状やベルト状など長手方向と短手方向の長さが大きく異なる部材の中間に取り付けられている場合に、空間部２３に挿入しやすく、且つ、蓋２６により磁性体コア２０の磁気抵抗をさらに低くすることができる。このことによって、受電アンテナ３を挿入しやすくすることと、送電アンテナ２と受電アンテナ３との結合係数ｋが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなることとを両立できる。なお、蓋２６を設ける位置は、連結部２２側の辺の対辺の開口部２４に限られない。その他の開口部２４に蓋２６を設けても、蓋２６を閉じることにより、送電アンテナ２と受電アンテナ３との結合係数ｋが大きくなる。

【0035】

（送電アンテナの変形例）
上述の通り、送電アンテナ２において、送電コイル２５は磁性体コア２０の２つの磁性体板２１の少なくとも一方の空間部２３に面する側に貼り付けられて配置される。好ましくは、送電コイル２５は面状であって薄い形状である。また、送電コイル２５は、好ましくは、送電コイル２５の厚みは１ｍｍ以下である。このようにすることで、送電アンテナ２の小型化につながる。また好ましくは、送電コイル２５は渦巻状のスパイラルコイルである。また好ましくは、送電コイル２５にはＡｌ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金からなる単線を巻回したものを用いる。また好ましくは、送電コイル２５には、単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて１層、又は２層のα巻としてもよい。特に送電コイル２５に薄さを求める場合にはパターニングにより形成したＦＰＣ(Flexible Print Circuit)コイルを用いることもできる。

【0036】

また好ましくは、磁性体コア２０の２つの磁性体板２１のそれぞれに送電コイル２５を配置する。図１２は磁性体コア２０の２つの磁性体板２１のそれぞれに送電コイル２５を配置した場合を示す。図１２（Ａ）は斜視図であり、図１２（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。このように送電コイル２５が２つに増えることによって、発生する磁束が大きくなり、磁性体コア２０内部の磁束密度を大きくできる。ただし、２つの送電コイル２５に流す交流電流の位相をそれぞれ合わせる必要がある。一方、図２のように送電コイル２５を１つ配置した場合は、２つの磁性体板２１の間の距離を送電コイル２５の厚みの分だけ小さくでき、送電アンテナ２全体の厚みを小さくすることができる。

【0037】

（受電アンテナの変形例）
上述の通り、受電アンテナ３は、受電コイル３１と、磁性体シート３３とが設けられる。受電コイル３１は磁性体シート３３の１面に貼り付けられる。受電コイル３１の形状は送電コイル２５の形状と同様であるため、説明を省略する。磁性体シート３３の材料としては、磁性体コア２０と同様に好ましくは、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、センダスト、パーマロイ、アモルファス等の金属磁性体や、ＭｎＺｎ系フェライト、ＮｉＺｎ系フェライト、あるいは、上記磁性材からなる磁性粒子に結合剤としての樹脂を加えて作製した磁性樹脂材や、磁性粒子に少量のバインダを加えて圧縮成型して作成する圧粉成型材料などを用いる。また、磁性体シート３３の厚みは、好ましくは０．２−０．３ｍｍである。好ましくは、受電アンテナ３は外装３２が設けられ、受電コイル３１と磁性体シート３３とは外装３２の中に収納される。好ましくは、外装３２は樹脂であり、ウェアラブル端末としての受電側電子機器５のバンド部に相当するものであってもよい。

【0038】

好ましくは、受電アンテナ３は磁性体シート３３が設けられず、非磁性体のみで構成される。すなわち、受電コイル３１の導電体として非磁性体、例えば銅線を用い、外装３２は樹脂などを用いることで、非磁性体のみで受電アンテナ３を構成できる。図１３は磁性体シート３３を設けない受電アンテナ３の断面を示す。図１３（Ａ）は斜視図であり、図１３（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。磁性体シート３３を設けない受電アンテナ３は、図４に示す磁性体シート３３を設けた受電アンテナ３よりも厚みを小さくすることができる。

【0039】

ここで、アンテナ装置１が磁性体シート３３を設けない受電アンテナ３を備えた場合について、電磁界シミュレータを用いて３次元電磁界解析を行い、本変形例に係るアンテナ装置１の結合係数ｋを計算した。計算の条件は、磁性体シート３３を設けないことの他は、磁性体シート３３を設けた受電アンテナ３を備えるアンテナ装置１に係る計算の条件と同様である。図１４は、計算した磁束密度分布のベクトル表示であり、黒に近いほど磁束密度が高いことを示している。なお、磁束密度分布のレンジ、色諧調は図６（Ａ）及び図７（Ａ）と同一にしている。結合係数ｋの計算結果を上述の表（１）に加えたのが次の表（２）である。

【表2】

このように、磁性体シート３３を設けない受電アンテナ３を備えても、比較例よりも結合係数ｋが大きくなっている。

【0040】

（アンテナ装置を組み込む電子機器の例）
図１にアンテナ装置１を電子機器に組み込んだ態様を示した。図１は電子機器として腕時計型の機器を想定している。電子機器としては他の態様も考えられる。図１５は電子機器としてメガネ型である受電側電子機器５ａを示している。図１５（Ａ）はメガネ型電子機器５ａのレンズ上部に受電アンテナ３を備えた場合を示す。図１５（Ｂ）はメガネ型電子機器５ａの眼鏡の弦の部分に受電アンテナ３を備えた場合を示す。図１６（Ａ）は電子機器としてカード型である受電側電子機器５ｂを示しており、カードの端部に受電アンテナ３が配置されている。図１６（Ｂ）はカード型の受電側電子機器５ｂを対応する送電側電子機器４ｂに挿入して使用している態様を示す。図１５、図１６のいずれの場合も本実施形態における受電アンテナ３が薄いことを利用してそれぞれの電子機器に受電アンテナ３を配置することができている。このように種々の電子機器に対して本実施形態に係るアンテナ装置１を組み込むことができ、当該電子機器は給電のための端子やケーブルが不要となり、防水性能を高めることができる。

【0041】

（送電アンテナと受電アンテナとの位置を合わせる構成に係る変形例）
アンテナ装置１の送受電機能は、受電アンテナ３が送電アンテナ２の空間部２３に挿入されている状態で発揮される。このとき、送電アンテナ２の送電コイル２５の中心と受電アンテナ３の受電コイル３１の中心とができるだけ近づく方が、結合係数ｋが大きくなる。別の言い方をすれば、送電アンテナ２の送電コイル２５の中心と受電アンテナ３の受電コイル３１の中心とが互いにずれた位置に配置されると、結合係数ｋが小さくなり、ひいては送受電効率が低くなる。したがって、送電アンテナ２の送電コイル２５の中心と受電アンテナ３の受電コイル３１の中心とをできるだけ合わせて配置することが好ましい。

【0042】

送電アンテナ２の送電コイル２５の中心と受電アンテナ３の受電コイル３１の中心とを合わせる位置決めをするために、好ましくは、送電アンテナ２、受電アンテナ３それぞれに位置決め部２７、３４を設ける。図１７は、送電アンテナ２、受電アンテナ３それぞれに位置決め部２７、３４を設けた例を示す。図１７（Ａ）は、送電アンテナ２に溝状の位置決め部２７を設けた場合を示す。図１７（Ｂ）は、受電アンテナ３に突起状の位置決め部３４を設けた場合を示す。この溝と突起とを組み合わせるように受電アンテナ３を送電アンテナ２に挿入することによって、送電コイル２５と受電コイル３１との位置決めができる。このようにすれば、送電アンテナ２と受電アンテナ３との結合係数ｋが大きくなり、ひいては送受電効率が高くなる。なお、位置決め部の構成はこのように送電アンテナ２及び受電アンテナ３のそれぞれに位置決め部２７、３４を設ける例に限られず、送電アンテナ２又は受電アンテナ３に位置決め部が設けられてもよい。好ましくは、送電アンテナ２、受電アンテナ３の少なくとも一方の外形が位置決め部として機能することによって、送電アンテナ２の送電コイル２５の中心と受電アンテナ３の受電コイル３１の中心との位置決めをすることができる。例えば、変形例１の磁性体コア２０を備える送電アンテナ２に対して、図１６に示したカード型機器を挿入する場合、側面連結部２２ｂが位置決め部としても機能することとなる。このようにすれば、単純な構造と位置決め精度とを両立できる。

【0043】

（ワイヤレス給電用途を考慮した磁性体材料選択の例）
最近、非接触給電を広く実用化するための動きが活発化している。例えば、ブロードバンドワイヤレスフォーラムのワイヤレス電力伝送フォーラムにおいては、ワイヤレス電力伝送に用いる周波数帯を具体的に検討している。この検討を受けたワイヤレス電力伝送技術の利用に関するガイドラインにおいて、利用周波数帯を１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、ＩＳＭ帯(Industry-Science-Medical band:13.56MHz,27.12MHz,40.68MHz)などと定めている（１０ｋＨｚ未満の周波数帯はもともと電波法の対象外である）。これによって通信用途とワイヤレス電力伝送（非接触給電）用途との間で電波干渉等の問題が起こらないようなすみわけを図っている。

【0044】

本実施形態に係るアンテナ装置１においては、ワイヤレス給電の用途に供する場合、ワイヤレス電力伝送のガイドラインに沿って、コイルに流す交流電流の周波数として上記利用周波数帯を想定している。磁性体の比透磁率には周波数特性があり、例えばパーマロイの場合、１００ｋＨｚ帯の比透磁率は約５０００であり、１ｋＨｚ帯の比透磁率が約５００００である。つまり、１００ｋＨｚ帯の比透磁率は１ｋＨｚ帯の比透磁率と比べて約１０分の１となっている。また、ＭｎＺｎ系フェライトの場合、パーマロイとは異なる周波数特性を有する。図１８は、ＭｎＺｎ系フェライトの比透磁率の周波数特性の例を示す。おおむね１０００ｋＨｚ（１ＭＨｚ）以下の領域においては、比透磁率が１０００以上であるが、１ＭＨｚのオーダーにおいては比透磁率の値が急激に低下する。比透磁率の値が低いと磁気抵抗が高くなり、磁気損失が大きいため、磁性体コア２０としての用途には向かなくなる。したがって好ましくは、使用する周波数帯に応じてアンテナ装置１を構成する磁性体の材料を選択する。

【0045】

また、本実施形態に係るアンテナ装置１においては、ワイヤレス給電の用途に供する場合、通信用途に供する場合と比較して、送電コイル２５及び受電コイル３１に大きな電流が流れ、ジュール熱が発生する。その電流の大きさは、例えば１アンペア級や０．１アンペア級である。また、ワイヤレス給電の用途に供する場合にアンテナ装置１において発生する磁束密度も、通信用途に供する場合と比較して高くなる。したがって、交流磁束が磁性体コア２０を流れる際に発生するヒステリシス損失や渦電流損失などの磁気損失（コア損失）による発熱も、ワイヤレス給電の用途に供する場合の方が通信用途に供する場合と比較して大きくなる。このようなワイヤレス給電の用途に供するアンテナ装置１の各所における発熱をいかに放熱するかが問題となる場合がある。放熱効率を高めるために、磁性体コア２０として熱伝導率が比較的高い材料を用いるとすれば、例えば金属磁性体であるパーマロイが考えられる。また、例えば１ＭＨｚ未満の低周波領域であれば、比透磁率の値が大きいフェライトを用いることも考えられる。

【0046】

（アンテナ装置全般に係る変形例）
本実施形態に係るアンテナ装置１が備える送電アンテナ２と受電アンテナ３とは、それぞれ電子機器に組み込まれて使用される。本実施形態に係るアンテナ装置１を電子機器に組み込む場合、好ましくは、電子機器の形状に合わせて、受電アンテナ３の形状を変化させる。したがって好ましくは、受電アンテナ３は平面に限らず曲面の形態をとりうる。また好ましくは、送電アンテナ２は受電アンテナ３の形状に合わせた形態をとりうる。

【0047】

電子機器が携帯端末やウェアラブル端末である場合、受電アンテナ３が受電側電子機器５としての携帯端末やウェアラブル端末に組み込まれ、送電アンテナ２が送電側電子機器４としての充電器に組み込まれる。受電アンテナ３が組み込まれた受電側電子機器５である携帯端末やウェアラブル端末は、必要に応じて、送電アンテナ２が組み込まれた送電側電子機器４である充電器を用いて充電する。一般に充電器の大きさに関する制約は少なく、携帯端末やウェアラブル端末の大きさに関する制約は大きい。したがって、送電アンテナ２の大きさよりも受電アンテナ３の大きさの方が制約される。

【0048】

上述の通り、受電アンテナ３の大きさには制約が有り、特に薄くできることにメリットがある。薄型化に際しては、一つには上述したような送受電動作時の発熱を考慮する必要がある。すなわち、受電アンテナ３を構成する部品、特に外部への放熱を担う外装３２の熱伝導率、並びに受電コイル３１のジュール熱及び磁性体シート３３における磁気損失による発熱を合わせて考える必要がある。特に受電コイル３１の厚みは、発生するジュール熱の大きさと相関が大きい。十分な放熱ができる構成とした場合、受電コイル３１をより薄くすることができ、受電アンテナ３そのものを薄くできる。

【0049】

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0050】

１、９１ アンテナ装置
２、９２ 送電アンテナ
２０ 磁性体コア
２１、９２１ 磁性体板
２２ 連結部
２２ａ 底面連結部
２２ｂ 側面連結部
２３ 空間部
２４ 開口部
２５、９２５ 送電コイル
２６ 蓋
２７ 位置決め
３、９３ 受電アンテナ
３１、９３１ 受電コイル
３２、９３２ 外装
３３、９３３ 磁性体シート
３４ 位置決め部
４、４ｂ 送電側電子機器
５、５ａ、５ｂ 受電側電子機器
６a、６b、９６ 磁束線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】