(57)【要約】  外部回路（９０）に接続される２つの接続部（Ｔ１，Ｔ２）を有し、巻回軸（ＣＡ）に直交する面に沿って巻回軸（ＣＡ）の周りに複数回巻回された形状のコイル導体（２１）を備え、コイル導体（２１）は、互いに隣接するコイル導体（２１）の間隔が狭い第１コイル導体部（ＣＣ１）と、互いに隣接するコイル導体の間隔が第１コイル導体部（ＣＣ１）よりも広い第２コイル導体部（ＣＣ２）とを有し、２つの接続部（Ｔ１，Ｔ２）は第２コイル導体部（ＣＣ２）に位置する。
2017169708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は前記第２コイル導体部に位置することを特徴とするコイルアンテナ。
【請求項２】
前記第２コイル導体部は前記第１コイル導体部よりも前記巻回軸を原点とする径方向で前記巻回軸に近い、請求項１に記載のコイルアンテナ。
【請求項３】
前記コイル導体は、前記巻回軸の方向に直交する面に沿って前記２つの接続部の間を通る軸に対して対称である、請求項１または２に記載のコイルアンテナ。
【請求項４】
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を給電するワイヤレス電力給電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コイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された給電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記給電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする、給電装置。
【請求項５】
前記給電回路は前記コイルアンテナにＨＦ帯の交番電圧を印加する、請求項４に記載の給電装置。
【請求項６】
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を給電するワイヤレス電力給電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コイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された受電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記受電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする、受電装置。
【請求項７】
前記受電回路はキャパシタを含み、前記コイルアンテナおよび前記キャパシタにより共振回路が構成され、
前記共振回路は、前記給電装置から供給される交番磁界の周波数で共振する、請求項６に記載の受電装置。
【請求項８】
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を給電するワイヤレス電力給電システムであって、
前記給電装置は、
前記受電装置との結合に用いられるコイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された給電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記給電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする、
ワイヤレス電力給電システム。
【請求項９】
前記給電回路は前記コイルアンテナにＨＦ帯の交番電圧を印加する、請求項８に記載のワイヤレス電力給電システム。
【請求項１０】
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を給電するワイヤレス電力給電システムであって、
前記受電装置は、
前記給電装置との結合に用いられるコイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された受電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記受電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする、
ワイヤレス電力給電システム。
【請求項１１】
前記受電回路はキャパシタを含み、前記コイルアンテナおよび前記キャパシタにより共振回路が構成され、
前記共振回路は、前記給電装置から供給される交番磁界の周波数で共振する、請求項１０に記載のワイヤレス電力給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル導体を備えるコイルアンテナ、そのコイルアンテナを用いるワイヤレス電力給電システム、このワイヤレス電力給電システムを構成する給電装置および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤレス電力給電システムにおいて、電力供給効率の向上化および装置の小型化を進める研究開発が活発化している。【０００３】
磁界結合型のワイヤレス電力給電システムにおいては、給電装置のコイルアンテナと受電装置のコイルアンテナとが互いに近接配置された状態で磁界結合する。そのため、給電装置のコイルアンテナと受電装置のコイルアンテナの位置関係が変化すると、そのずれに応じて電力供給効率が変化する。【０００４】
特許文献１には、上記位置ずれによる電力給電効率の変動を抑制するため、コイルアンテナのコイル導体の間隔が調整されたコイルアンテナが示されている。図９は特許文献１に示されるコイルアンテナの平面図である。絶縁性基材２０にスパイラル状のコイル導体３０が形成されている。コイル導体３０は中心側が疎、外側が密となるようなパターンである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２２１１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コイルアンテナを構成するコイル導体に、上記のような疎密をもたせた構造では、コイルアンテナの接続部の位置によっては、コイル導体間の寄生容量による影響が顕著に現れることがある。特に、コイル導体の巻回パターンが線対称形であり、且つ上記の疎密構造にした場合、コイル導体が「密」である部分に外部回路を接続することになるので、コイルアンテナの接続部の近傍に大きな寄生容量が生じる。この接続部には最も高い電位差が生じるので、上記寄生容量の影響を強く受けて、コイルアンテナの自己共振周波数は低くなる。この自己共振周波数が、電力給電に使用される周波数に近づくとコイルアンテナはアンテナとして機能しない。【０００７】
コイル導体の巻回数を少なくすれば、自己共振周波数は高まるが、コイルアンテナの磁界分布に偏りが生じ、磁界の低い位置では相手側コイルアンテナとの結合係数が低下して、電力供給効率が低下することになる。【０００８】
上述のことは電力供給に限らず、近傍界を利用する近距離通信に使用されるコイルアンテナについても同様に生じる。【０００９】
本発明の目的は、コイル導体の配置に疎密を有するコイルアンテナを備えながらも、寄生容量の影響が少ないコイルアンテナ、そのコイルアンテナを用いるワイヤレス電力給電システム、このワイヤレス電力給電システムを構成する給電装置および受電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明のコイルアンテナは、
外部回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い（密である）第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い（疎である）第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする。【００１１】
上記構成により、２つの接続部の近傍に生じる寄生容量が小さくなるので、コイルアンテナの自己共振周波数は高くなる。したがって、使用周波数の高い周波数帯でも、通信または電力給電が可能となる。【００１２】
（２）上記（１）において、前記第２コイル導体部は前記第１コイル導体部よりも前記巻回軸を原点とする径方向で前記巻回軸に近いことが好ましい。これより、磁界分布の偏りを抑制し、結合相手のコイルアンテナとの相対的位置関係の広い範囲で、結合相手のコイルアンテナとの結合係数を安定化できる。【００１３】
（３）上記（１）または（２）において、前記コイル導体は、前記巻回軸の方向に直交する面に沿って前記２つの接続部の間を通る軸（対称軸）に対して対称であることが好ましい。これにより、互いに隣接するコイル導体間の線間容量の分布が対称となって、磁界放射の均等性が確保される。また、コイルアンテナに接続される外部回路が平衡回路である場合に、外部回路からみた平衡性を保つことができる。【００１４】
（４）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給電するワイヤレス電力給電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コイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された給電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記給電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする。【００１５】
上記構成により、コイルアンテナの自己共振周波数を容易に高めることができ、そのことで、使用周波数の高い周波数帯でも給電が可能となる。【００１６】
（５）上記（４）において、前記給電回路は前記コイルアンテナにＨＦ帯の交番電圧を印加する回路であることが好ましい。これにより、小型のコイルアンテナを用いながらも、高効率で給電が可能となる。【００１７】
（６）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給電するワイヤレス電力給電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コイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された受電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記受電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする。【００１８】
上記構成により、コイルアンテナの自己共振周波数を容易に高めることができ、そのことで、使用周波数の高い周波数帯でも受電が可能となる。【００１９】
（７）上記（６）において、前記受電回路はキャパシタを含み、前記コイルアンテナおよび前記キャパシタにより共振回路が構成され、前記共振回路は、前記給電装置から供給される交番磁界の周波数（ＨＦ帯の周波数）で共振することが好ましい。これにより、小型のコイルアンテナを用いながらも、高効率で受電が可能となる。【００２０】
（８）本発明のワイヤレス電力給電システムは、
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を給電するワイヤレス電力給電システムであって、
前記給電装置は、
前記受電装置との結合に用いられるコイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された給電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記給電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする。【００２１】
上記構成により、コイルアンテナの自己共振周波数を容易に高めることができ、そのことで、使用周波数の高い周波数帯でも電力供給が可能となる。【００２２】
（９）上記（８）において、前記給電回路は前記コイルアンテナにＨＦ帯の交番電圧を印加する回路であることが好ましい。これにより、小型のコイルアンテナを用いながらも、高効率で電力供給が可能となる。【００２３】
（１０）本発明のワイヤレス電力給電システムは、
給電装置から受電装置へワイヤレスで電力を給電するワイヤレス電力給電システムであって、
前記受電装置は、
前記給電装置との結合に用いられるコイルアンテナおよび当該コイルアンテナに接続された受電回路を備え、
前記コイルアンテナは、前記受電回路に接続される２つの接続部を有し、巻回軸の方向に直交する面に沿って前記巻回軸の周りに複数回巻回された形状のコイル導体を備え、
前記コイル導体は、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が狭い第１コイル導体部と、互いに隣接する前記コイル導体の間隔が前記第１コイル導体部よりも広い第２コイル導体部とを有し、
前記２つの接続部は、前記第２コイル導体部に位置することを特徴とする。【００２４】
上記構成により、コイルアンテナの自己共振周波数を容易に高めることができ、そのことで、使用周波数の高い周波数帯でも電力供給が可能となる。【００２５】
（１１）上記（１０）において、前記受電回路はキャパシタを含み、前記コイルアンテナおよび前記キャパシタにより共振回路が構成され、前記共振回路は、前記給電装置から供給される交番磁界の周波数（ＨＦ帯の周波数）で共振することが好ましい。これにより、小型のコイルアンテナを用いながらも、高効率で電力供給が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、コイル導体の２つの接続部の近傍に生じる寄生容量が小さくなるので、コイルアンテナの自己共振周波数は高くなる。したがって、使用周波数の高い周波数帯でも、通信または電力給電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は第１の実施形態に係るコイルアンテナ１１の構成を示す図である。
【図２】図２は第２の実施形態に係るコイルアンテナ１２Ａの平面図である。
【図３】図３は第２の実施形態に係る別のコイルアンテナ１２Ｂの平面図である。
【図４】図４は第３の実施形態に係るコイルアンテナ１３の平面図である。
【図５】図５は第４の実施形態に係るコイルアンテナ１４および給電／通信装置１０４の構成を示す図である。
【図６】図６は第４の実施形態の給電／通信装置１０４の回路図である。
【図７】図７は、第５の実施形態に係るワイヤレス電力給電システム３０１の回路図である。
【図８】図８は、第５の実施形態における給電用コイルアンテナＬｔおよび受電用コイルアンテナＬｒの構成を示す斜視図である。
【図９】図９は特許文献１に示されるコイルアンテナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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は可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００２９】
各実施形態に示す「コイルアンテナ」は、信号（または電力）の送信（給電）側、受信（受電）側のいずれにも適用できる。この「コイルアンテナ」を、磁束を放射するアンテナとして説明する場合でも、そのコイルアンテナが磁束の発生源であることに限るものではない。給電相手側コイルアンテナが発生した磁束を受ける（鎖交する）場合にも、すなわち送受の関係が逆であっても、同様の作用効果を奏する。
【００３０】
以降に示す各実施形態に示す「コイルアンテナ」は、通信相手側コイルアンテナと磁界結合を用いた近傍界通信のために用いられるコイルアンテナ、または電力給電相手側コイルアンテナと磁界結合を用いた近傍界での電力供給のために用いられるコイルアンテナである。通信の場合には、例えばＮＦＣ（Near field communication）等の通信システムに適用される。電力給電の場合には、例えば電磁誘導方式や磁界共鳴方式等の電力給電システムに適用される。
【００３１】
各実施形態に示す「コイルアンテナ」は、例えばＨＦ帯、特に13.56MHz、6.78MHzまたはそれらの近傍の周波数帯が利用される。コイルアンテナの大きさは使用する周波数における波長λに比べて十分に小さく、使用周波数帯においては電磁波の放射効率は低い。コイルアンテナの大きさはλ／10以下である。なお、ここでいう波長とは、コイルアンテナ導体が形成される基材の誘電性や透磁性による波長短縮効果を考慮した実効的な波長である。
【００３２】
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るコイルアンテナ１１の構成を示す図である。
【００３３】
コイルアンテナ１１は、絶縁性基材２０に形成されたコイル導体２１を備える。コイル導体２１は、外部回路９０に接続される２つの接続部Ｔ１，Ｔ２を有し、巻回軸ＣＡに直交する面（絶縁性基材２０の面）に沿って巻回軸ＣＡの周りに複数回巻回された形状である。
【００３４】
本実施形態のコイル導体２１の巻回パターンは、巻回軸ＣＡに直交する面に沿って２つの接続部Ｔ１，Ｔ２の間を通る軸（対称軸）ＳＡに対して対称である。また、コイル導体２１は、隣接するコイル導体の経路を入れ替えるように互いに捻られた捻れ部ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３を有する。これら捻れ部ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３は、隣接するコイル導体同士が短絡しないように、絶縁層を介して交差している。なお、コイル導体２１を絶縁性基材２０の両面に形成して、絶縁性基材２０によって捻れ部ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３の絶縁性を確保してもよい。
【００３５】
コイル導体２１は、互いに隣接するコイル導体２１の間隔が狭い（密である）第１コイル導体部ＣＣ１と、互いに隣接するコイル導体２１の間隔が第１コイル導体部ＣＣ１よりも広い（疎である）第２コイル導体部ＣＣ２とを有する。図１においては、この第１コイル導体部ＣＣ１と第２コイル導体部ＣＣ２との便宜的な境界を境界線ＢＬで表している。
【００３６】
第２コイル導体部ＣＣ２は第１コイル導体部ＣＣ１よりも、巻回軸ＣＡを原点とする径方向で巻回軸ＣＡに近い。すなわち、互いに隣接するコイル導体２１の間隔は、巻回範囲の内周寄りで「疎」、外周寄りで「密」である。コイル導体２１の２つの接続部Ｔ１，Ｔ２は、コイル導体２１の間隔が「疎」である第２コイル導体部ＣＣ２に存在する。また、２つの接続部Ｔ１，Ｔ２はコイル導体の同じターン（この例では最内周ターン）内の隣接位置に存在する。仮にコイル導体２１の間隔を等間隔にした構成では、巻回軸ＣＡに近い位置のコイル導体２１の周辺の磁束密度が高く、巻回軸から遠い位置のコイル導体２１の周辺の磁束密度が低くなる。そこで、このように巻回軸ＣＡに近いほどコイル導体２１の間隔が広くなるようにすることで、コイル導体が形成する磁界分布のばらつきを抑制し、一様な磁界分布を形成することができる。
【００３７】
このコイルアンテナ１１を例えば電力給電システムにおける給電装置に適用する場合、上記接続部Ｔ１，Ｔ２に接続される外部回路９０は所定周波数の交番電圧をコイル導体２１に印加する（交流電流を通電する）給電回路である。また、コイルアンテナ１１を例えばＮＦＣ等の近傍界通信システムに適用する場合には、外部回路９０は通信回路である。
【００３８】
本実施形態によれば、２つの接続部Ｔ１，Ｔ２はコイル導体間隔が広い第２コイル導体部ＣＣ２に配置されている。コイルアンテナ１１に生じる寄生容量は、隣接するコイル導体の間隔とコイル導体間の電位差によって決まる。コイル導体２１において接続部Ｔ１，Ｔ２間の電位差が高く、寄生容量の影響を強く受けやすい。接続部Ｔ１，２をコイル導体間隔の広い第２コイル導体部ＣＣ２に配置することで、２つの接続部Ｔ１，Ｔ２近傍のコイル導体間に生じる寄生容量の影響を抑制することができる。そのため、２つの接続部がコイル導体間隔の狭い第１コイル導体部ＣＣ１に存在する場合に比べて、コイルアンテナ１１の自己共振周波数は高くなる。また、コイル導体間隔の狭い第１コイル導体部において、隣接するコイル導体の電位差が低いため、コイル導体間に生じる寄生容量の影響を受けにくい。コイルアンテナ１１の寄生容量の影響を抑制することで、コイルアンテナ１１の自己共振周波数を高めることができる。したがって、本実施形態のコイルアンテナ１１は、使用周波数の高い周波数帯でも、通信または電力給電が可能となる。
【００３９】
また、コイル導体２１は、巻回軸ＣＡに直交する面に沿って２つの接続部Ｔ１，Ｔ２の間を通る軸（対称軸）ＳＡに対して対称であるので、互いに隣接するコイル導体間の線間容量の分布が対称となって、磁界放射の均等性を確保できる。また、コイルアンテナ１１に接続される外部回路９０が平衡回路である場合に、外部回路からみた平衡性を保つことができる。
【００４０】
なお、コイルアンテナ１１の形状は方形でなくともよい。例えば、円形や楕円形、直線と曲線を組み合わせた形状であってもよい。また、ターン数は４ターン以上であってもよい。
【００４１】
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、コイル導体の巻回パターンが非対称であるコイル導体を備えるコイルアンテナの例を示す。
【００４２】
図２は第２の実施形態に係るコイルアンテナ１２Ａの平面図である。図３は第２の実施形態に係る別のコイルアンテナ１２Ｂの平面図である。
【００４３】
図２のコイルアンテナ１２Ａ、図３のコイルアンテナ１２Ｂのいずれも、絶縁性基材２０に形成されたコイル導体２１を備える。コイル導体２１は、外部回路９０に接続される２つの接続部Ｔ１，Ｔ２を有し、巻回軸ＣＡに直交する面（絶縁性基材２０の面）に沿って巻回軸ＣＡの周りに複数回巻回された巻回パターンを有する。巻回パターンは、巻回軸ＣＡを通る軸（対称軸）に対して非対称である。また、コイル導体２１は、隣接するコイル導体の経路を入れ替えるように互いに捻られた捻れ部（第１の実施形態における捻れ部ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３）は無い。
【００４４】
図２のコイルアンテナ１２Ａのコイル導体２１は矩形スパイラル状であり、図３のコイルアンテナ１２Ｂのコイル導体２１は円形スパイラル状である。
【００４５】
コイルアンテナ１２Ａ、コイルアンテナ１２Ｂのいずれにおいても、コイル導体２１は、互いに隣接するコイル導体２１の間隔が狭い第１コイル導体部ＣＣ１と、互いに隣接するコイル導体２１の間隔が第１コイル導体部ＣＣ１よりも広い第２コイル導体部ＣＣ２とを有する。図２、図３においては、この第１コイル導体部ＣＣ１と第２コイル導体部ＣＣ２との便宜的な境界を境界線ＢＬで表している。コイル導体２１の２つの接続部Ｔ１，Ｔ２は、第２コイル導体部ＣＣ２に存在する。
【００４６】
第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、２つの接続部Ｔ１，Ｔ２はコイル導体間隔が広い第２コイル導体部ＣＣ２に存在するので、２つの接続部Ｔ１，Ｔ２近傍のコイル導体間に生じる寄生容量は小さい。また、コイル導体２１を矩形スパイラル状に巻回することで、隣接するコイル導体２１同士の電位差が第１の実施形態に比べ低くなるよう構成されている。そのため、２つの接続部がコイル導体間隔の狭い第１コイル導体部ＣＣ１に存在する場合に比べて、コイルアンテナ１１の自己共振周波数は高くなる。したがって、本実施形態のコイルアンテナ１１は、使用周波数の高い周波数帯でも、通信または電力給電が可能となる。
【００４７】
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第１コイル導体部と第２コイル導体部との位置関係が第１、第２の実施形態と異なるコイルアンテナの例を示す。
【００４８】
図４は第３の実施形態に係るコイルアンテナ１３の平面図である。コイルアンテナ１３は絶縁性基材２０に形成されたコイル導体２１を備える。コイル導体２１は、外部回路９０に接続される２つの接続部Ｔ１，Ｔ２を有し、巻回軸ＣＡに直交する面（絶縁性基材２０の面）に沿って巻回軸ＣＡの周りに複数回巻回された巻回パターンを有する。
【００４９】
コイルアンテナ１３のコイル導体２１は、互いに隣接するコイル導体２１の間隔が狭い第１コイル導体部ＣＣ１と、互いに隣接するコイル導体２１の間隔が第１コイル導体部ＣＣ１よりも広い第２コイル導体部ＣＣ２とを有する。図４において、この第１コイル導体部ＣＣ１と第２コイル導体部ＣＣ２との便宜的な境界を境界線ＢＬで表している。コイル導体２１の２つの接続部Ｔ１，Ｔ２は、第２コイル導体部ＣＣ２に存在する。
【００５０】
第１、第２の実施形態で示したコイルアンテナと異なり、第２コイル導体部ＣＣ２は第１コイル導体部ＣＣ１よりも巻回軸ＣＡを原点とする径方向で巻回軸ＣＡから遠い。すなわち、互いに隣接するコイル導体２１の間隔は、巻回範囲の内周寄りが「密」、外周寄りが「疎」である。
【００５１】
本実施形態においても、２つの接続部Ｔ１，Ｔ２近傍のコイル導体間に生じる寄生容量は小さい。そのため、２つの接続部がコイル導体間隔の狭い第１コイル導体部ＣＣ１に存在する場合に比べて、コイルアンテナ１１の自己共振周波数は高くなる。したがって、本実施形態のコイルアンテナ１１は、使用周波数の高い周波数帯でも、通信または電力給電が可能となる。
【００５２】
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、２つの接続部以外に２つの中間接続部を備えるコイルアンテナおよび給電／通信装置について示す。
【００５３】
図５は第４の実施形態に係るコイルアンテナ１４および給電／通信装置１０４の構成を示す図である。
【００５４】
コイルアンテナ１４は、絶縁性基材２０に形成されたコイル導体２１を備える。コイル導体２１は、巻回軸に直交する面（絶縁性基材２０の面）に沿って巻回軸の周りに複数回巻回された形状である。
【００５５】
コイル導体２１は２つの接続部Ｔ１１，Ｔ１２を有し、この接続部Ｔ１１，Ｔ１２に給電回路１１１が接続される。また、コイル導体２１は、途中に中間接続部Ｔ２１，Ｔ２２を有し、この中間接続部Ｔ２１，Ｔ２２に通信回路４１１が接続される。中間接続部Ｔ２１，Ｔ２２を有することを除いて、コイルアンテナ１４の構成は第１の実施形態で示したコイルアンテナ１１と同じである。
【００５６】
図６は本実施形態の給電／通信装置の回路図である。図６において、コイルＬ２１１は中間接続部Ｔ２１，Ｔ２２間に接続され、且つコイル巻回パターンの外周寄りのコイル導体に相当する。コイルＬ２１２は接続部Ｔ１２と中間接続部Ｔ２１との間に接続され、且つコイル巻回パターンの内周寄りのコイル導体に相当し、コイルＬ２１３は接続部Ｔ１１と中間接続部Ｔ２２との間に接続され、且つコイル巻回パターンの内周寄りのコイル導体に相当する。
【００５７】
このコイルアンテナ１４をワイヤレス電力供給用のコイルアンテナとして用いる場合には、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフ、にする。コイルアンテナ１４を通信用のコイルアンテナとして用いる場合には、スイッチＳＷ２をオン、スイッチＳＷ１をオフにする。
【００５８】
給電回路１１１はワイヤレス電力供給用の給電回路であり、通信回路４１１が接続されていない状態で、コイルアンテナ１４のコイル導体２１の全体に、ＨＦ帯の交番電圧をコイルアンテナに印加する（交流電圧を通電する）。また、通信回路４１１は、給電回路１１１が接続されていない状態で、コイル導体２１の一部をコイルアンテナとして利用して、通信信号の送信または受信を行う。コイルアンテナ１４は給電回路１１１が備える共振キャパシタとで共振回路を構成し、ワイヤレス電力供給用の周波数（例えば6.78MHz）で共振する。また、コイルアンテナ１４は通信回路４１１が備える共振キャパシタとで共振回路を構成し、通信用の周波数（例えば13.56MHz）で共振する。
【００５９】
本実施形態によれば、単一のコイルアンテナを電力供給と通信のように、異なるシステムで共用できる。また、異なる周波数帯のコイルアンテナとして使用できる。
【００６０】
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、ワイヤレス電力供給システムの例を示す。
【００６１】
図７は、第５の実施形態に係るワイヤレス電力給電システム３０１の回路図である。ワイヤレス電力給電システム３０１は給電装置１０１と受電装置２０１とで構成される。
【００６２】
給電装置１０１は、給電用コイルアンテナＬｔと、このコイルアンテナＬｔに直列接続された共振キャパシタＣｔとを含む。このコイルアンテナＬｔと共振キャパシタＣｔとで共振回路が構成される。また、給電装置１０１は、直流入力電圧Viを交流電圧に変換して上記共振回路に印加する給電回路１１１を備える。給電回路１１１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１１２を含む。駆動回路１１２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。上記共振回路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。
【００６３】
なお、共振回路は、共振キャパシタＣｔを給電用コイルアンテナＬｔの両端に直列接続された構成でもよいし、共振キャパシタＣｔと給電用コイルアンテナＬｔとが並列接続された並列共振回路の構成でもよい。
【００６４】
受電装置２０１は、受電用コイルアンテナＬｒと、このコイルアンテナＬｒに並列接続された共振キャパシタＣｒとを含む。このコイルアンテナＬｒと共振キャパシタＣｒとで共振回路が構成される。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。また、受電装置２０１は、受電装置２０１の上記共振回路に生じる交流電圧を直流電圧に変換する受電回路２１１と、受電回路２１１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。受電回路２１１はダイオードブリッジ回路による整流回路２１２、平滑キャパシタＣ２１，Ｃ２２、および電圧レギュレータ回路２１３を含む。なお、共振回路は、コイルアンテナＬｒに共振キャパシタＣｒを直列接続し、直列共振回路を構成してもよい。
【００６５】
受電装置２０１の上記共振回路は上記ＨＦ帯の交番磁界の周波数またはその近傍の周波数で共振する。この共振回路の共振電圧は整流回路２１２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２１３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。
【００６６】
図８は、給電用コイルアンテナＬｔおよび受電用コイルアンテナＬｒの構成を示す斜視図である。図８に示す例では、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（コイルアンテナ１１）であり、受電用コイルアンテナＬｒは通常の矩形スパイラル状のコイル導体を備えるコイルアンテナである。給電用コイルアンテナＬｔと給電回路１１１とで給電装置１０５が構成され、受電用コイルアンテナＬｒと受電回路２１１とで受電装置２０５が構成される。
【００６７】
本実施形態の給電用コイルアンテナＬｔは、巻回軸からの径方向で、コイル導体間の間隔が密の部分は外周寄りに位置していて、疎の部分は内周寄りに位置している。一般的に、コイル導体同士の間隔が等しくなるように巻回されたコイルアンテナは、そのコイルアンテナの巻回軸方向におけるコイルアンテナの上面（または下面）において、そのコイルアンテナに電流が流れることに起因する磁束密度の巻回軸方向成分は、径方向において巻回軸（コイルの中心）に近いほど強く、巻回軸（コイルの中心）から遠いほど弱くなる。本実施形態のコイルアンテナＬｔでは、径方向において巻回軸から外周寄りになるほどコイル導体同士の間隔が密となるように巻回されているため、コイルアンテナの上面（または下面）において、磁束密度の巻回軸方向成分が一様となる。そのことで、相対位置関係のずれによる結合度の低下傾向は抑制され、結合相手のコイルアンテナとの相対的位置関係の広い範囲で、結合相手のコイルアンテナとの結合係数が安定化される。
【００６８】
なお、以上に示した各実施形態では、コイル導体２１を第１コイル導体部ＣＣ１と第２コイル導体部ＣＣ２の二つに便宜上分けて説明したが、互いに隣接するコイル導体２１の間隔は、巻回軸からの距離に応じて次第に変化してもよいし、段階的に変化してもよい。
【００６９】
また、以上に示した各実施形態では、平面状の絶縁性基材にコイル導体が形成された例を示したが、コイル導体が形成される絶縁性基材は曲面状であってもよいし、一部が平面状または一部が曲面状であってもよい。
【００７０】
また、コイル導体は、多層構造を有する絶縁性基材に形成してもよい。さらに、コイル導体は絶縁性基材に形成する必要はなく、銅線などでコイルアンテナを構成してもよい。
【００７１】
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。
【符号の説明】
【００７２】
ＢＬ…境界線
Ｃ１１…キャパシタ
Ｃ２１，Ｃ２２…平滑キャパシタ
ＣＡ…巻回軸
ＣＣ１…第１コイル導体部
ＣＣ２…第２コイル導体部
Ｃｒ，Ｃｔ…共振キャパシタ
Ｄ１…ダイオード
Ｌ２１１，Ｌ２１２，Ｌ２１３…コイル
Ｌｒ…受電用コイルアンテナ
Ｌｔ…給電用コイルアンテナ
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子
Ｒｏ…負荷
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
Ｔ１，Ｔ２…接続部
Ｔ１１，Ｔ１２…接続部
Ｔ２１，Ｔ２２…中間接続部
ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３…捻れ部
１１，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１４…コイルアンテナ
２０…絶縁性基材
２１…コイル導体
３０…コイル導体
９０…外部回路
１０１，１０５…給電装置
１０４…給電／通信装置
１１１…給電回路
１１２…駆動回路
２０１，２０５…受電装置
２１１…受電回路
２１２…整流回路
２１３…電圧レギュレータ回路
３０１…ワイヤレス電力給電システム
４１１…通信回路
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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