(57)【要約】【課題】  無線通信システムにおける電力伝送アンテナと通信アンテナとの距離を長くしなくとも、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制できるようにする。【解決手段】  無線通信システムは、電力伝送アンテナ２８３、電力伝送アンテナ３８３、電極２８２１、電極２８２２、電極３８２１、及び電極３８２２を有する。電力伝送アンテナ２８３と電極２８２２との距離は電力伝送アンテナ２８３と電極２８２１との距離よりも長く、且つ、電極２８２２の表面積は電極２８２１の表面積よりも大きい。そして、電極２８２２と電極３８２２との間での電磁界結合により生じる電位と、電極２８２１と電極３８２１との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信が行われる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力伝送を行うための電力伝送アンテナと、
第１電極と第２電極とを有する通信アンテナと、
前記第１電極と他の通信装置が有する第３電極との間での電磁界結合により生じる電位と、前記第２電極と前記他の通信装置が有する第４電極との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信を制御する通信制御手段とを有し、
前記電力伝送アンテナと前記第１電極との距離は前記電力伝送アンテナと前記第２電極との距離よりも長く、且つ、前記第１電極の表面積は前記第２電極の表面積よりも大きいことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記第１電極は、第１の輪の形状の少なくとも一部を成し、
前記第２電極は、第２の輪の形状の少なくとも一部を成し、
前記第１の輪の半径方向における前記第１電極の幅は、前記第２の輪の半径方向における前記第２電極の幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記第１の輪の中心と前記第２の輪の中心とは一致し、
前記第１の輪の半径と前記第２の輪の半径とは異なることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記電力伝送アンテナは、第３の輪の形状を成し、
前記第１の輪の半径方向と垂直な方向から見て、前記第１の輪と前記第２の輪とが前記第３の輪の外側に位置することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記電力伝送アンテナは第３の輪の形状を成し、
前記第１の輪の半径方向と垂直な方向から見て、前記第１の輪と前記第２の輪とが前記第３の輪の内側に位置することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項６】
前記電力伝送アンテナと、前記第１電極と、前記第２電極とは、同一の基板に位置することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項７】
前記第１の輪の半径と垂直な方向と、前記第２の輪の半径と垂直な方向とは、同一の方向であり、
前記同一の方向における前記電力伝送アンテナと前記第１電極との距離は、前記同一の方向における前記電力伝送アンテナと前記第２電極との距離よりも長いことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項８】
前記第１の輪の中心と前記第２の輪の中心とを通る軸周りに、前記第１電極と前記第２電極との少なくとも一方を回転させる回転制御手段を有することを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項９】
前記通信制御手段は、前記第１電極と前記第２電極とを介して差動信号の通信を行うことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記通信制御手段は、前記第１電極と前記第２電極とのうち一方をグランドとして利用し、他方を介してシングルエンド信号の通信を行うことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の通信装置と前記他の通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記他の通信装置は、前記電力伝送アンテナとの間で前記無線電力伝送を行うための他の電力伝送アンテナを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
前記通信装置は、ロボットアームの第１部分に含まれ、
前記他の通信装置は、前記ロボットアームの第２部分に含まれ、
前記通信制御手段は、前記ロボットアームの動作を制御するための制御信号を伝送する前記無線通信を制御することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記通信装置は、撮像装置の第１部分に含まれ、
前記通信装置は、前記撮像装置の第２部分に含まれ、
前記通信制御手段は、前記撮像装置により取得された画像データを伝送する前記無線通信を制御することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
第１電力伝送アンテナと、第２電力伝送アンテナと、第１電極と、第２電極と、第３電極と、第４電極とを有する無線通信システムによる通信方法であって、
前記第１電力伝送アンテナと前記第１電極との距離は前記第１電力伝送アンテナと前記第２電極との距離よりも長く、且つ、前記第１電極の表面積は前記第２電極の表面積よりも大きく、
前記第１電極と前記第３電極との間での電磁界結合により生じる電位と、前記第２電極と前記第４電極との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信を制御する通信制御工程を有することを特徴とする通信方法
【請求項１５】
前記第１電極は、第１の輪の形状の少なくとも一部を成し、
前記第２電極は、第２の輪の形状の少なくとも一部を成し、
前記第１の輪の半径方向における前記第１電極の幅は、前記第２の輪の半径方向における前記第２電極の幅より大きいことを特徴とする請求項１４に記載の通信方法。
【請求項１６】
前記第１の輪の中心と前記第２の輪の中心とを通る軸周りに、前記第１電極と前記第２電極とを回転させる回転制御工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線による電力伝送と通信を行う無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、近接したアンテナ間で電磁界結合による無線通信を行う近接無線通信システムが提案されている。また、無線通信を行うための通信アンテナと無線電力伝送を行うための電力伝送アンテナとを通信装置に備えることで、通信装置間における通信と電力伝送の両方を無線化することが考えられている。
【０００３】
特許文献１には、カメラ装置における旋回部と据え付け部との間で無線電力伝送及び無線通信を行うことにより、旋回部の自由旋回を実現し、旋回部と据え付け部とを接続するケーブルを不要とする無線通信システムが開示されている。また、電力伝送アンテナから発生する電磁界が無線通信アンテナによる通信に与える影響を低減するために、電力伝送アンテナと無線通信アンテナとを立体的に異なる位置に配置してアンテナ間の距離を遠くする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６３４８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術のように、電力伝送アンテナと通信アンテナとを遠ざける構成を適用した場合には、無線通信システムの小型化が困難である。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、無線通信システムにおける電力伝送アンテナと通信アンテナとの距離を長くしなくとも、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る通信装置は、例えば以下の構成を有する。すなわち、無線電力伝送を行うための電力伝送アンテナと、第１電極と第２電極とを有する通信アンテナと、前記第１電極と他の通信装置が有する第３電極との間での電磁界結合により生じる電位と、前記第２電極と前記他の通信装置が有する第４電極との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信を制御する通信制御手段とを有し、前記電力伝送アンテナと前記第１電極との距離は前記電力伝送アンテナと前記第２電極との距離よりも長く、且つ、前記第１電極の表面積は前記第２電極の表面積よりも大きい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、無線電力伝送により生じる電磁界が第１電極に与える影響と第２電極に与える影響とが少なくとも一部相殺されることで、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制しつつ、無線通信システムの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線通信システムのシステム構成を示す図である。
【図２】アンテナ部の構成を示す図である。
【図３】シミュレーションにおけるアンテナ部の構成を示す図である。
【図４】シミュレーションの結果を示す図である。
【図５】アンテナ部の変形例を示す図である。
【図６】無線通信システムの変形例を示す図である。
【図７】アンテナ部の変形例を示す図である。
【図８】コイルとカプラの配置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［システム構成］
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１に、本実施形態における無線通信システム１００（以降、システム１００）のシステム構成を示す。システム１００は、通信装置１０１と、通信装置１０１との間で無線通信を行う通信装置１０２とを有する。通信装置１０１は、アンテナ部２０１と回路部２０２を有する。通信装置１０２は、アンテナ部３０１、回路部３０２、及び制御部３０３を有する。
【００１１】
本実施形態では、システム１００がロボットアームに実装されている場合の例について説明する。この例において、通信装置１０１はロボットアームのアーム部分に含まれており、通信装置１０２はロボットアームのハンド部分に含まれている。そして、通信装置１０１と通信装置１０２との間では、ロボットアームの動作を制御するための制御信号を伝送する無線通信と、ハンド部分を動作させるための電力の送電が行われる。
【００１２】
通信装置１０１のアンテナ部２０１は、基板２８１と、基板２８１上に設置された通信アンテナ２８２及び電力伝送アンテナ２８３を有する。通信装置１０２のアンテナ部３０１は、基板３８１と、基板３８１上に設置された通信アンテナ３８２及び電力伝送アンテナ３８３を有する。電力伝送アンテナ２８３及び電力伝送アンテナ３８３は、磁界共鳴方式、電磁誘導方式、又はその両方によって無線電力伝送を行うためのアンテナとして機能するコイル状の導体である。通信アンテナ２８２及び通信アンテナ３８２は、電磁界結合に基づいて無線でデータを伝送する無線通信を行うための通信アンテナとして機能する。
【００１３】
本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、アンテナ間における無線通信は電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。また以下では、電力伝送アンテナ２８３及び電力伝送アンテナ３８３をそれぞれコイル２８３及びコイル３８３とも表記し、通信アンテナ２８２及び通信アンテナ３８２をそれぞれカプラ２８２及びカプラ３８２とも表記する。
【００１４】
通信装置１０１の回路部２０２は、信号線に接続するコネクタ２５１と、電力線に接続するコネクタ２５２と、コイル２８３を介した送電を制御する送電回路２５３を有する。さらに回路部２０２は、カプラ２８２を介した無線通信を制御する通信回路２５４と、中央演算装置２５５とを有する。通信装置１０２の回路部３０２は、カプラ３８２を介した無線通信を制御する通信回路３５１と、コイル３８３を介した受電を制御する受電回路３５２を有する。すなわち、送電回路２５３と受電回路３５２により装置間の電力伝送制御が行われ、通信回路２５４と通信回路３５１により装置間の通信制御が行われる。通信装置１０２の制御部３０３は、受電回路３５２により受信した電力を動力源としてハンド部を駆動するモータ３５４と、ハンド部に掛かる圧力などを検出するセンサ３５３とを有する。センサ３５３により得られたセンサデータは、通信回路３５１により通信装置１０１へ送信される。
【００１５】
システム１００は、通信装置１０１と通信装置１０２とを所定の関係（例えばアンテナ部２０１とアンテナ部３０１との距離が略一定となる位置関係）を保つように支持するための構造を有する。またシステム１００は、ロボットアームのアーム部分とハンド部分との少なくとも何れかをモータ等によって回転させる不図示の駆動部を有する。駆動部による回転制御によって、アンテナ部２０１とアンテナ部３０１とが相対的に回転する。駆動部は通信装置１０１と通信装置１０２との少なくとも何れかの内部に設けられていてもよいし、通信装置１０１及び通信装置１０２とは別に設けられていてもよい。
【００１６】
なお、システム１００に含まれる電力伝送アンテナ及び通信アンテナの数は図１の例に限定されない。通信装置１０１と通信装置１０２との間の無線通信及び無線電力伝送は、単方向であってもよいし双方向であってもよい。また、システム１００の適用先はロボットアームに限定されない。例えば、通信装置１０１がネットワークカメラ等の撮像装置の据え付け部に含まれ、通信装置１０２が撮像装置の旋回部に含まれ、通信装置１０１と通信装置１０２との間で撮像装置により取得された画像データが無線通信により伝送されてもよい。
【００１７】
［アンテナ構成］
図２（ａ）はアンテナ部２０１とアンテナ部３０１の構成を示す図である。アンテナ部２０１のカプラ２８２は電極２８２１と電極２８２２を有する。本実施形態では、通信装置１０１は電極２８２１と電極２８２２とを介して差動信号の通信を行う場合を中心に説明する。すなわち、電極２８２１と電極２８２２には、互いに位相が逆の信号が通信回路２５４から入力される。なお、通信装置１０１は電極２８２１と電極２８２２とのうち一方をグランドとして利用し、他方を介してシングルエンド信号の通信を行ってもよい。ただし、差動信号を用いることで、通信における外部からのノイズの影響を抑制しやすくなる。
【００１８】
カプラ２８２とコイル２８３とは、基板２８１上において略同一平面上で同心円状に配置されている。アンテナ部２０１は、ＦＲ４で構成された基板２８１にコイル２８３とカプラ２８２が銅パターンとして形成されている。ただしアンテナ部２０１の構成はこれに限らず、例えばＡＢＳ等のプラスチックで構成された基板２８１にコイル２８３とカプラ２８２としての導体の線材が固定されていてもよい。また、基板２８１の中心部に空洞があってもよい。また、カプラ２８２とコイルとがそれぞれ異なる基板に構成されていてもよい。
【００１９】
図２（ａ）に示す構成において、電極２８２１が成す輪の中心と電極２８２２が成す輪の中心とが一致し、これらの輪の半径が異なる。そして、システム１００が有する駆動部は、これらの輪の中心を通る軸周りに電極２８２１と電極２８２２とを回転させる。このような構成によれば、アンテナ部２０１又はアンテナ部３０１が回転している間も安定して通信を行うことができる。なお、本実施形態では駆動部がアンテナ部２０１全体を回転させることで、電極２８２１と電極２８２２とが回転する場合を中心に説明する。ただしこれに限らず、駆動部は電極２８２１と電極２８２２との何れか一方を回転させてもよい。また、駆動部はアンテナ部２０１を回転させる代わりにアンテナ部３０１を回転させてもよい。また、本実施形態における電極が成す「輪」とは、厳密な円形のものに限定されず、例えば楕円形などであってもよい。
【００２０】
アンテナ部３０１の構成もアンテナ部２０１と同様であり、アンテナ部２０１とアンテナ部３０１とは対向して配置される。すなわち、電極２８２１は電極３８２１と対向し、電極２８２２は電極３８２２と対向し、コイル２８３はコイル３８３と対向する。送電回路２５３によりコイル２８３に電圧が印加されると、磁界共鳴や電磁誘導によりコイル３８３に電位が生じ、受電回路３５２により電力が受信される。一方、通信回路３５１により電極３８２１と電極３８２２に電圧が印加されると、電極２８２１と電極３８２１との間での電磁界結合により電極２８２１に正の電位が生じ、電極２８２２と電極３８２２との間での電磁界結合により電極２８２２に負の電位が生じる。そして通信回路２５４は、電極２８２２に生じた電位と電極３８２２に生じた電位との差に基づく無線通信を制御して信号を受信する。なお、電極２８２１を負極とし、電極２８２２を正極として用いてもよい。また、通信の方向は上記に限定されず、通信回路２５４が電極２８２１及び電極２８２２に電圧を印加して信号を送信してもよいし、信号の送信と受信を切り替えてもよい。なお、本実施形態では、カプラ２８２とカプラ３８２との間でベースバンド方式に従って通信が行われるものとする。
【００２１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ―Ｂ間の断面図を示している。図２（ｂ）において、基板２８１の中心から外側に向けて順に、コイル２８３、電極２８２１、及び電極２８２２が配置される。コイル２８３には、例えば５０Ｗ出力の無線電力伝送を行う場合に百数ボルトの電圧が印加される。一方、カプラ３８２への電圧の印加に応じてカプラ２８２に生じる電位は、例えば１ボルト程度など、コイル２８３に印加される電圧に比べて小さい。そのため、コイル２８３とカプラ２８２との間の距離が近い場合に、コイル２８３への電圧印加に応じた電磁界の影響によってカプラ２８２に生じる電位が通信の信号波形に干渉してノイズとなり、通信の誤りが発生することがある。図２（ｂ）では、コイル２８３により生じる電磁界がカプラ２８２に与える影響を概念的に矢印で表現している。
【００２２】
コイル２８３により生じる電磁界がカプラ２８２に与える影響について、図２（ｃ）を用いて説明する。コイル２８３により生じる電磁界は電極２８２１と電極２８２２の両方に影響を与える。しかし、コイル２８３からの距離が近い電極２８２１の方が、距離が遠い２８２２と比して大きく影響を受ける。図２（ｃ）は、電極２８２１が正極であり電極２８２２が負極であるものとして、コイル２８３に電圧が印加されたことに応じてノイズとして各電極に生じる電位の大きさを示している。通信回路２５４は差動通信を行うため、正極における電位から負極における電位を差し引いた波形が通信の信号として処理される。そのため、正極が受けるノイズの電位と負極が受けるノイズの電位が異なると、差し引き後の波形にコイル２８３からのノイズの影響が残ってしまう。このノイズが、カプラ２８２とカプラ３８２との間での電磁界結合により通信される信号と干渉することで、通信の誤りが生じることがある。
【００２３】
一方、図２（ｄ）は、図２（ｂ）に示したアンテナ部２０１の構成と比べて、電極２８２２を太くした構成を示している。すなわち、コイル２８３からの距離が長い電極２８２２の表面積が、コイル２８３からの距離が短い電極２８２１の表面積よりも大きい。これにより、図２（ｂ）の構成の場合と比較して、コイル２８３により生じる電磁界が電極２８２２に与える影響が大きくなる。その結果、図２（ｅ）に示すように、正極が受けるノイズの電位と負極が受けるノイズの電位とが略同じ大きさになり、正極の電位から負極の電位を差し引いた波形においてはノイズの影響が相殺され、ノイズと通信信号との干渉が抑制される。
【００２４】
このように、カプラ２８２が有する２つの電極それぞれの太さを、ノイズ源となるコイル２８３からの距離が離れるほど太くすることで、ノイズの影響を抑えられる。ここでは負極が正極よりも外側（ノイズ源から遠い位置）に位置するものとして説明したが、正極と負極の位置関係はこれに限定されるものではない。なお図２（ｄ）では、図２（ｂ）の構成に対して、コイル２８３から近い方の電極２８２１の幅を変えずに、コイル２８３から遠い方の電極２８２２を太くする例を示しているが、電極２８２１よりも電極２８２２の方が相対的に太くなっていればよい。例えば、電極２８２２の幅を変えずに電極２８２１を細くしてもよいし、電極２８２１を細くしつつ電極２８２２を太くしてもよい。このような構成によっても、図２（ｄ）の場合と同様の原理により、無線電力伝送によるノイズと通信信号との干渉を抑制できる。
【００２５】
［シミュレーション結果］
次に、上述した構成による干渉抑制の効果について、電磁界シミュレーションの結果を説明する。図３はシミュレーションにおけるアンテナ部３０１の構成を示している。図３（ａ）はアンテナ部３０１の全体の構成を示しており、図３（ｂ）と図３（ｃ）は、電極３８２２の太さが異なる２種類のアンテナ部３０１の構成それぞれにおける、図３（ａ）の破線部を拡大した図である。以下では、図３（ｂ）の構成を構成Ａと表記し、図３（ｃ）の構成を構成Ｂと表記する。電極３８２２は正極として用いられ、電極３８２１は負極として用いられる。構成Ａと構成Ｂの何れにおいても、電極３８２１のパターン幅は１．３ｍｍである。一方、構成Ａにおける電極３８２２のパターン幅は１．３ｍｍであり、構成Ｂにおける電極３８２２のパターン幅は１．４５ｍｍである。構成Ａと構成Ｂの何れにおいても、電極３８２２と電極３８２１との間隔は０．４ｍｍである。なお、構成Ａと構成Ｂのそれぞれにおいて、アンテナ部２０１はアンテナ部３０１と同様の構成であるものとする。
【００２６】
図４の（ａ）は、アンテナ部２０１とアンテナ部３０１とを対向させた様子を示している。ただし、シミュレーションにおけるカプラ２８２とカプラ３８２との間隔は１．３ｍｍであり、図４（ａ）では便宜上それよりも間隔が大きく表されている。カプラ３８２に電圧が印加されると、電磁界結合によってカプラ２８２へ信号が伝送される。この際の信号の伝達特性をＳ２１（ＣＣ）と表記する。一方、コイル３８３に電圧が印加されると、電極３８２２にノイズが生じる。このノイズの伝達特性をＳ２１（Ｐ−）と表記する。また、同時に電極３８２１にもノイズが生じ、このノイズの伝達特性をＳ２１（Ｐ＋）と表記する。コイル２８３からカプラ３８２への干渉度は以下のように求められる。Ｓ２１（Ｐ＋）からＳ２１（Ｐ−）を減算した結果をＳ２１（Ｐ±）とし、Ｓ２１（ＣＣ）とＳ２１（Ｐ±）との間のアイソレーションを測定し、アイソレーションが大きければ干渉度が低いと判断できる。
【００２７】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）で示した構成Ａの場合の干渉度のシミュレーション結果を示している。カプラ３８２からカプラ２８２へ送信する信号の中心的周波数を１００ＭＨｚとした場合に、Ｓ２１（ＣＣ）は−２１．１ｄｂである。一方、コイル３８３による無線電力伝送の搬送波周波数を３ＭＨｚとした場合に、Ｓ２１（Ｐ±）は−９５．９ｄｂである。したがって、Ｓ２１（ＣＣ）とＳ２１（Ｐ±）との間のアイソレーションは−７４．８ｄｂとなる。
【００２８】
図４（ｅ）は、図３（ｃ）で示した構成Ｂの場合の干渉度のシミュレーション結果を示している。カプラ３８２からカプラ２８２へ送信する信号の中心的周波数を１００ＭＨｚとした場合に、Ｓ２１（ＣＣ）は−２０．８ｄｂである。一方、コイル３８３による無線電力伝送の搬送波周波数を３ＭＨｚとした場合に、Ｓ２１（Ｐ±）は−１０６．２ｄｂである。したがって、Ｓ２１（ＣＣ）とＳ２１（Ｐ±）との間のアイソレーションは−８５．３ｄｂとなる。
【００２９】
図４（ｂ）と図４（ｃ）を比較すると、電極３８２２及び電極２８２２が太い構成Ｂの方が、アイソレーション特性が１０．５ｄｂ良いことがわかる。すなわち、カプラ３８２が有する２つ電極のうちコイル３８３から遠い方の電極の幅を近い方の電極の幅より太くすることにより、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できることがわかる。
【００３０】
［変形例］
以上で説明したシステム１００の構成は一例であり、電極の幅を異ならせることによる干渉の抑制方法は、その他の構成にも適用できる。以下ではシステム１００の構成の変形例を説明する。なお、以下で説明するアンテナ部２０１の変形例は、アンテナ部３０１にも同様に適用できる。
【００３１】
図２等を用いた説明では、電極２８２１及び電極２８２２がそれぞれ輪形状を成しており、電極２８２２が成す輪の半径方向における電極２８２２の幅が、電極２８２１が成す輪の半径方向における電極２８２１の幅より大きいものとした。ただし電極の形状はこれに限定されず、図５（ａ）に示すように、これらの電極が輪形状の一部を成す構成（輪がカットされたような構成、言い換えると、半径方向のスリットを有する構成）でもよい。このような構成によれば、コイル２８３により生じる電磁界がカプラ２８２による通信へ与える影響を更に抑制することができる。
【００３２】
また、図５（ｂ）に示すように、アンテナ部２０１にカプラを複数設けることで、双方向通信を同時に実行可能な構成としてもよい。図５（ｂ）において、一対の電極２８２１と電極２８２２は差動信号を受信するためのカプラ２８２を構成し一対の電極２８３１と電極２８３２は差動信号を送信するためのカプラ２８４を構成する。なお、送信用のカプラと受信用のカプラの配置を逆にしてもよい。この構成において、電極２８２２を電極２８２１よりも太くし、電極２８３２を電極２８３１よりも太くすることで、上述したようにコイル２８３による無線電力伝送がカプラを介した通信に与える影響を抑制できる。また、各方向の通信の信号を均質に近づけるために、電極２８３１を電極２８２２よりも細くしてもよい。例えば、電極２８２１と電極２８３１の幅を略同一にし、電極２８２２と電極２８３２の幅を略同一にし、電極２８２１よりも電極２８２２の幅を太くしてもよい。また、これら２組のカプラを用いて、単方向２系統通信を行えるようにしてもよい。図５（ｃ）に示すように、２組のカプラを用いる構成においても、図５（ａ）の場合と同様、電極が輪形状の一部を成すようにしてもよい。
【００３３】
また、差動信号の伝送を行う場合を中心に説明した上記の構成を、シングルエンド信号の伝送に適用してもよい。例えば、図５（ａ）から図５（ｃ）における電極２８２１と電極２８２２の一方がグランドとして利用され、他方にシングルエンド信号が入力されてもよい。
【００３４】
また、カプラ２８２とコイル２８３との位置関係は上述の例に限定されない。例えば、上述の例では、電極２８２１が成す輪の半径方向と垂直な方向から見て、電極２８２１が成す輪と電極２８２２が成す輪とが、コイル２８３が成す輪の外側に位置するものとした。しかし、図５（ｄ）に示すように、電極２８２１が成す輪と電極２８２２が成す輪とが、コイル２８３が成す輪の内側に位置していてもよい。この場合、コイル２８３から遠い方の電極、即ち内側の電極２８２２の幅を、コイル２８３から近い方の電極、即ち外側の電極２８２１の幅よりも太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。また、図５（ｅ）に示すように、２組のカプラを用いる構成においても、カプラの外側にコイル２８３を配置してもよい。さらに、図５（ｄ）における電極が成す輪をカットしたような構成（図５（ｆ）の構成）や、図５（ｅ）における電極が成す輪をカットしたような構成（図５（ｇ）の構成）も適用可能である。また、図５（ｈ）や図５（ｉ）に示すように、電極の形状を円弧状にしてもよい。
【００３５】
上述のシステム１００においては、カプラ２８２とコイル２８３が略同一平面上に位置し、カプラ３８２とコイル３８３とが略同一平面上に位置するものとした。一方、図６に示すシステム６００においては、無線電力伝送と無線通信とを行うアンテナ部６０１が立体的に構成される。アンテナ部６０１は固定されていてもよいし、回転可能に構成されていてもよい。システム６００におけるアンテナ部６０１以外の構成はシステム１００と同様であり、同一の符号を付している。
【００３６】
アンテナ部６０１の構成の例を図７に示す。図７（ａ）の構成において、コイル２８３とコイル３８３は上下に並べて配置され、それらのコイル間で無線電力伝送が行われる。そして、コイル２８３及びコイル３８３に近い方から順に、電極３８２１、電極３８２２、電極２８２１、及び電極２８２２が上下方向に並べて配置される。ここで、電極２８２１が成す輪と垂直な方向（上下方向）は、電極２８２２が成す輪と垂直な方向と同一の方向である。この場合において、カプラ３８２が有する２つの電極のうち上下方向においてコイル３８３から遠い方の電極３８２２の幅を、コイル３８３から近い方の電極２８２１の幅より太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。カプラ２８２が有する電極２８２１と電極２８２２についても同様である。
【００３７】
なお、図７（ｂ）に示すように、アンテナ部６０１における電極が輪形状の一部を成すようにしてもよい。また、カプラ３８２よりもカプラ２８２をコイルの近くに配置してもよい。また、コイル２８３よりもコイル３８３をカプラの近くに配置してもよい。さらに、コイルとカプラの上下関係を反転させてもよい。また、カプラ２８２の電極とカプラ３８２の電極とは形状が異なっていてもよく、例えば図７（ｃ）に示すように、電極３８２１と電極３８２２の形状を円弧状にしてもよい。
【００３８】
また、図７（ｄ）に示すように、コイル２８３及びコイル３８３の上下にそれぞれ一組のカプラを設けて、双方向通信又は単方向２系統通信が可能な構成としてもよい。この場合、カプラ２８２及びカプラ３８２においては上側の電極を下側の電極よりも太くし、カプラ３８４及びカプラ２８４においては下側の電極を上側の電極よりも太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。このようにコイルの上下にカプラを配置する構成においても、図７（ｅ）に示すように電極が輪形状の一部を成すようにしてもよく、図７（ｆ）に示すようにカプラ２８２の形状とカプラ２８４の形状とを異ならせてもよい。
【００３９】
上述の各構成においては、コイルとカプラが同心円状に構成されている場合を中心に説明したが、コイルとカプラの配置はこれに限定されない。例えば図８に示すように、アンテナ部２０１においてコイル２８３とカプラ２８２が平面上に並べて配置されてもよい。図８（ａ）は、コイル２８３とカプラ２８２が配置される平面と垂直な方向からアンテナ部２０１を見た様子を示しており、図８（ｂ）は平面と水平な方向から見た様子を示している。この場合において、カプラ２８２が有する２つの電極のうち、コイル２８３から遠い方の電極２８２２の幅を、コイル２８３から近い方の電極２８２１の幅より太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。
【００４０】
なお、カプラ２８２及びカプラ３８２が有する電極の形状は、輪形状や輪形状の一部を成すものに限定されない。例えば、電極２８２２及び電極３８２２の形状が円形や多角形や平板状であってもよい。また、コイル２８３の形状も上述の例に限定されず、例えば多角形であってもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム（システム１００及びシステム６００）は、コイル２８３、コイル３８３、電極２８２１、電極２８２２、電極３８２１、及び電極３８２２を有する。コイル２８３と電極２８２２との距離はコイル２８３と電極２８２１との距離よりも長く、且つ、電極２８２２の表面積は電極２８２１の表面積よりも大きい。そして、電極２８２２と電極３８２２との間での電磁界結合により生じる電位と、電極２８２１と電極３８２１との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信が行われる。
【００４２】
また、上述した各構成のアンテナ部２０１は、例えば以下のような方法で製造することができる。図２（ａ）に示すアンテナ部２０１を製造するためには、まず基板２８１上にコイル２８３を配置する。そして、コイル２８３に対して同心円状に電極２８２１のパターンを配置する。また、電極２８２１よりも表面積が大きい電極２８２２を、コイル２８３と電極２８２１に対して同心円状になるように配置する。ここで、電極２８２２の半径を電極２８２１の半径よりも大きくすることで、コイル２８３と電極２８２２との距離がコイル２８３と電極２８２１との距離よりも長くなるようにする。そして、コイル２８３に送電回路２５３を接続し、電極２８２１と電極２８２２に通信回路２５４を接続する。このようにして構成されたアンテナ部２０１を用いることで、上述したように、無線電力伝送と無線通信との干渉を抑制できる。なお、基板に各部材を配置する順番や部材を接続する順番は上記の例に限定されず、変更可能である。また、アンテナ部３０１も上記と同様の方法で製造できる。図５（ａ）から図５（ｉ）、及び図７（ａ）から図７（ｆ）に示したアンテナ部も、同様の方法で製造できる。
【００４３】
上記のような構成によれば、無線電力伝送により生じる電磁界が電極２８２１に与える影響と電極２８２２に与える影響とが少なくとも一部相殺されることで、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制することができる。これにより、コイル２８３とカプラ２８２とを近接して配置する事が可能となる。その結果、無線電力伝送と無線通信とを行う無線通信システム小型化が可能となり、当該システムを搭載する機器の薄型化、小型化、及び軽量化を実現する事ができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、送信用のカプラと受信用のカプラとの間でベースバンド方式に従って電気信号が送受信される場合について説明した。ベースバンド方式によれば、電気信号の変調や復調を必要としないため、回路規模を小さくし且つ低遅延で通信することができる。しかしながら、ベースバンド方式では、電気信号に変復調を行って通信する方式と比べてノイズの影響を受けやすいため、無線電力伝送と無線通信との干渉を抑制する必要性が高い。そこで、本実施形態で説明したような干渉を抑制する構成を適用することで、無線電力伝送とベースバンド方式の通信とを同時に安定して行うことができる。ただし、通信方式はこれに限らず、例えば送信用のカプラから受信用のカプラへ送信される搬送波を、送信回路により生成される電気信号により変調することで、搬送通信を行ってもよい。搬送通信を行う場合、無線通信で伝送される搬送波の周波数と、無線電力伝送における搬送波の周波数とを異ならせることで、通信の干渉を抑制できる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  無線通信システム
２８２、３８２  通信アンテナ
２８３、３８３  電力伝送アンテナ
２８２１、２８２２、３８２１、３８２２  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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