(57)【要約】【課題】磁界を介して給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う際に、電力伝送に必要な空間以外の空間への電磁波の漏洩を抑制しつつ、高い効率で電力伝送を行う。【解決手段】アンテナコイルユニット１０は、磁界を介して電力を伝送する主アンテナコイル４と、主アンテナコイル４とは離間して配置され、磁界に対応する電磁波であるノイズ性電磁波の周波数に対応し、位相がノイズ性電磁波の位相に対して逆相状態となる電磁波であるキャンセル波を送信するキャンセルアンテナ８と、磁界との電磁的結合により生成される電流を用いて、或いは主アンテナコイル４に流れる電流を用いて、キャンセルアンテナ８に電力を供給する給電部６とを備える。主アンテナコイル４と給電部６との距離Ｄ１は、主アンテナコイル４とキャンセルアンテナ８との距離Ｄ２よりも短い。【選択図】図６
2015089259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う給電装置用のアンテナコイルユニットであって、
導体線を周回させて構成されるコイルであり、前記給電回路と前記受電回路との間で磁界を介して電力を伝送する主アンテナコイルと、
前記主アンテナコイルとは離間して配置され、前記磁界に対応する電磁波であるノイズ性電磁波の周波数に対応し、位相が前記ノイズ性電磁波の位相に対して逆相状態となる電磁波であるキャンセル波を送信するキャンセルアンテナと、
前記磁界との電磁的結合により生成される電流を用いて、或いは前記主アンテナコイルに流れる電流を用いて、前記キャンセルアンテナに電力を供給する給電部と、を備え、
前記主アンテナコイルと前記給電部との距離が、前記主アンテナコイルと前記キャンセルアンテナとの距離よりも短いアンテナコイルユニット。
【請求項２】
前記キャンセルアンテナと前記給電部との間に、前記ノイズ性電磁波の位相に対して前記キャンセル波の位相を異ならせるための位相調整回路が接続されている請求項１に記載のアンテナコイルユニット。
【請求項３】
前記給電部は、導体線を周回させて構成される給電用コイルを備え、
前記給電用コイルが、前記磁界と電磁的に結合し、或いは前記主アンテナコイルに流れる電流により生じる磁界と電磁的に結合するように設けられている請求項１又は２に記載のアンテナコイルユニット。
【請求項４】
前記キャンセルアンテナは、開放型アンテナである請求項１から３の何れか一項に記載のアンテナコイルユニット。
【請求項５】
複数個の前記キャンセルアンテナが、前記主アンテナコイルの周囲に分散して配置されている請求項１から４の何れか一項に記載のアンテナコイルユニット。
【請求項６】
前記主アンテナコイルは、第１旋回軸を中心として導体線が周回し、当該第１旋回軸に沿った方向に扁平に構成されたコイルであり、
前記キャンセルアンテナは、第２旋回軸を中心として導体線が周回し、当該第２旋回軸に沿った方向に扁平に構成されたコイルであり、
前記第１旋回軸に直交し、扁平に周回する導体線に平行する前記主アンテナコイルの第１旋回面と、前記第２旋回軸に直交し、扁平に周回する導体線に平行する前記キャンセルアンテナの第２旋回面とが、１つの平面に沿って存在する請求項１から５の何れか一項に記載のアンテナコイルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力等を伝送するアンテナコイルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機、個人情報端末（ＰＤＡ）、電動アシスト自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車など、一箇所に据え置かれることなく移動可能な電気機器や電動装置は、内部に二次電池などの蓄電装置を有している。このような蓄電装置の充電は、多くの場合、例えば、機器や装置に設けられた充電口と、電力供給装置とをケーブル等で接続することによって行われる。しかし、近年、このようなケーブルを用いることなくワイヤレスで、つまり非接触で電力を供給する技術が注目されている。非接触で電力を供給する技術の１つに、磁界共鳴を利用したものがある。磁界共鳴は、共通の固有振動数（共振周波数）を有した一対の共振回路、例えば電力供給設備側の共振回路と、機器や装置側の共振回路とを磁界を介して共鳴させ、この磁界を介して電力を伝送する技術である。特開２００９−１０６１３６号公報（特許文献１）には、この磁界共鳴を利用して車両外部の電源から車両に非接触で給電する技術が開示されている。
【０００３】
ところで、磁界共鳴を利用した給電では、共振回路に備えられてアンテナとなる共振コイル（アンテナコイル）を含むコイルユニットの周囲に生じる磁界が電磁ノイズを生じさせる場合がある。例えば、車両に搭載されている電子機器等が電磁ノイズによる影響を受ける場合がある。また、磁界内に金属などの導電体が存在すると、導電体が加熱される可能性もある。例えば車両の底部にコイルユニットが設置された場合には、車両の底部の金属部品が加熱される場合がある。このため、給電側の共振回路と受電側の共振回路とを結合させるための磁界を形成する磁束を充分に確保すると共に、必要外の磁束はできるだけ漏洩しないように抑制されることが好ましい。
【０００４】
特許文献１に開示されたコイルユニットは、共振コイルを複数備え、１つの共振コイルに生じる磁界とその他の少なくとも１つの共振コイルに生じる磁界とが互いに逆位相となるように配置されている。これによって、共振回路以外の場所での磁界が相殺され、漏洩磁界が低減される（特許文献１：第５〜１２段落、図１、図２等）。但し、磁界が相殺されるため、同じ電力を給電側の共振コイルに与えた場合の磁界の強さは低下し、給電の効率も低下する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、磁界を介して給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う際に、電力伝送に必要な空間以外の空間への電磁波の漏洩を抑制しつつ、高い効率で電力伝送を行うことが可能な非接触電力伝送技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑みた本発明に係るアンテナコイルユニットの特徴構成は、
給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う給電装置用のアンテナコイルユニットであって、
導体線を周回させて構成されるコイルであり、前記給電回路と前記受電回路との間で磁界を介して電力を伝送する主アンテナコイルと、
前記主アンテナコイルとは離間して配置され、前記磁界に対応する電磁波であるノイズ性電磁波の周波数に対応し、位相が前記ノイズ性電磁波の位相に対して逆相状態となる電磁波であるキャンセル波を送信するキャンセルアンテナと、
前記磁界との電磁的結合により生成される電流を用いて、或いは前記主アンテナコイルに流れる電流を用いて、前記キャンセルアンテナに電力を供給する給電部と、を備え、
前記主アンテナコイルと前記給電部との距離が、前記主アンテナコイルと前記キャンセルアンテナとの距離よりも短い点にある。尚、逆相状態とは、ノイズ性電磁波の位相と、キャンセル波の位相との位相差が、１８０°±９０°未満（９０°＜位相差＜２７０°）となっている状態をいう。
【０００８】
この構成によれば、給電部は、キャンセルアンテナよりも主アンテナコイルに近い位置で電力を調達し、キャンセルアンテナは給電部よりも主アンテナコイルから離れた位置でキャンセル波を送信する。つまり、主アンテナコイルに近く強い磁界が存在する場所、或いは主アンテナコイルに近く配線距離が短くできる場所で、キャンセル波を放射するための電力が調達される。また、電力伝送には大きく寄与しないことから磁界を弱くしたい場所、つまり主アンテナコイルから遠い場所でキャンセル波が放射される。本構成のように、主アンテナコイル、給電部、キャンセルアンテナを配置することによって、電力伝送に必要な空間以外の空間に漏洩した電磁波を減衰させることができる。
【０００９】
上述したように、電力伝送のための磁界は、主アンテナコイルに近いほど大きく、主アンテナコイルから離間するに従って小さくなる。そして、主アンテナコイルから離間した場所に達している磁界（電磁波）は、当該場所においてはノイズ（ノイズ性電磁波）として作用することになる。このノイズは、磁界と同様に、主アンテナコイルに近いほど大きく、主アンテナコイルから離間するに従って小さくなる。従って、主アンテナコイルから離間した場所におけるノイズを抑制する上では、当該場所におけるノイズ（ノイズ性電磁波）の強さに応じた強さのキャンセル波を送信すれば足りる。このキャンセル波を送信するための電力は、キャンセルアンテナに比べて主アンテナコイルに近い位置で取得される。従って、例えば当該電力が磁界との電磁的結合によって取得される場合でも、キャンセルアンテナの位置よりも強い磁界を利用して、充分な電力を得ることができる。この電力は、給電部が位置する場所において取得可能な最大電力に比べて小さい値で足りるので、本来の電力伝送を妨げる度合いは小さくなり、電力伝送の効率低下を抑制することができる。即ち、本構成によれば、磁界を介して給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う際に、電力伝送に必要な空間以外の空間への電磁波の漏洩を抑制しつつ、高い効率で電力伝送を行うことが可能となる。
【００１０】
上述したように、キャンセル波は、ノイズ性電磁波の基本波成分の周波数に対応し、位相が当該ノイズ性電磁波の位相に対して逆相状態となる電磁波である。上述したように、ノイズ性電磁波は、電力伝送のために形成される磁界に対応する電磁波であり、給電部は、ノイズ性電磁波を取得することができる。従って、キャンセルアンテナから送信する前に、ノイズ性電磁波の基本波成分の位相を調整して、逆相状態となる電磁波が生成されると好適である。本発明に係るアンテナコイルユニットは、例えば、１つの態様として、前記キャンセルアンテナと前記給電部との間に、前記ノイズ性電磁波の位相に対して前記キャンセル波の位相を異ならせるための位相調整回路が接続されていると好適である。
【００１１】
ここで、本発明に係るアンテナコイルユニットは、１つの態様として、前記給電部が、導体線を周回させて構成される給電用コイルを備え、前記給電用コイルが、前記磁界と電磁的に結合し、或いは前記主アンテナコイルに流れる電流により生じる磁界と電磁的に結合するように設けられていると好適である。このような給電用コイルを備えることにより、主アンテナコイルの導体線や、主アンテナコイルに接続される導体線を切断するような加工を加えること無く、アンテナコイルユニットを構成することができる。
【００１２】
キャンセルアンテナは、比較的構造が簡素で、広い範囲にキャンセル波を放射し易い構造であることが好ましい。例えば、1つの態様として、本発明に係るアンテナコイルユニットは、前記キャンセルアンテナが、開放型アンテナであると好適である。
【００１３】
上述したように、キャンセルアンテナは、主アンテナコイルから離れた位置において、電力伝送に必要な空間以外の空間へ漏洩してノイズとなる電磁波（ノイズ性電磁波）を抑制するためのキャンセル波を送信する。このようなノイズ性電磁波は、電力伝送に必要な空間の周囲に広がっているから、主アンテナコイルの周囲に存在する。従って、キャンセルアンテナは、主アンテナコイルの周囲に複数個、備えられていると好適である。1つの態様として、本発明に係るアンテナコイルユニットは、複数個の前記キャンセルアンテナが、前記主アンテナコイルの周囲に分散して配置されていると好適である。
【００１４】
ここで、１つの態様として、本発明に係るアンテナコイルユニットは、前記主アンテナコイルが、第１旋回軸を中心として導体線が周回し、当該第１旋回軸に沿った方向に扁平に構成されたコイルであり、前記キャンセルアンテナが、第２旋回軸を中心として導体線が周回し、当該第２旋回軸に沿った方向に扁平に構成されたコイルであって、前記第１旋回軸に直交し、扁平に周回する導体線に平行する前記主アンテナコイルの第１旋回面と、前記第２旋回軸に直交し、扁平に周回する導体線に平行する前記キャンセルアンテナの第２旋回面とが、１つの平面に沿って存在すると好適である。この構成によれば、主アンテナコイルとキャンセルアンテナとを含むアンテナコイルユニットの厚みを薄くすることができ、アンテナコイルユニットの小型化が実現できる。また、キャンセル波の放射方向も容易且つ適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ワイヤレス給電システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】共振回路の等価回路図
【図３】アンテナコイルユニットの構成例を模式的に示す図
【図４】アンテナコイルユニットの別の構成例を模式的に示す図
【図５】アンテナコイルの構成を模式的に示す平面図
【図６】アンテナコイルユニットの構成と伝送効率との関係を示す説明図
【図７】給電部の構成例を模式的に示す図
【図８】給電部の構成例を模式的に示す図
【図９】給電部の構成例を模式的に示す図
【図１０】給電部の構成例を模式的に示す図
【図１１】給電部の構成例を模式的に示す図
【図１２】給電部の構成例を模式的に示す図
【図１３】移相器の構成例を模式的に示す図
【図１４】移相器を含むキャンセル波生成回路の構成例を模式的に示す図
【図１５】キャンセルアンテナの一例を模式的に示す図
【図１６】キャンセルアンテナの一例を模式的に示す図
【図１７】キャンセルアンテナの一例を模式的に示す図
【図１８】キャンセルアンテナの一例を模式的に示す図
【図１９】キャンセルアンテナの一例を模式的に示す図
【図２０】キャンセルアンテナの一例を模式的に示す図
【図２１】アンテナコイルユニットを車両や給電施設に配置する例を模式的に示す図
【図２２】車両のバンパー部にキャンセルアンテナを配置する例を模式的に示す図
【図２３】アンテナコイルユニットを給電施設に配置する例を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、電磁界共振結合（以下適宜“磁界共鳴”と略称する）を利用して、車両に対してワイヤレス給電（ワイヤレス電力伝送）を行うワイヤレス給電システム（電力伝送システム）を例として、図面に基づいて説明する。図１に示すように、ワイヤレス給電システム１は、給電施設に設置された給電システム２と、車両９の側に搭載された受電システム３とにより構成される。本実施形態では、給電システム２は、例えば、屋外施設であれば地面Ｇの近傍に、屋内施設であれば床面の近傍に設置されている。
【００１７】
図１に示すように、給電システム２は、交流電源２１と、ドライバ回路２２と、給電側共振回路２５とを有して構成されている。給電側共振回路２５は、給電側共振コイル２４（給電用アンテナ）を有して構成されている。受電システム３は、受電側共振回路３５と、整流回路３２と、蓄電装置３１とを有して構成されている。受電側共振回路３５は、受電側共振コイル３４（受電用アンテナ）を有して構成されている。給電側共振回路２５と受電側共振回路３５とは、同じ固有振動数（共振周波数）を有する共振回路であり、両者を総称して共振回路５と称する。また、給電側共振コイル２４及び受電側共振コイル３４を総称して、共振コイル或いはアンテナコイル４（主アンテナコイル）と称する。
【００１８】
給電システム２の交流電源２１は、例えば、電力会社が保有する商用の配電線網から供給される電源（系統電源）であり、その周波数は例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚである。ドライバ回路２２は、５０Ｈｚや６０Ｈｚの系統電源の周波数を、給電側共振回路２５（共振回路５）の共振周波数に変換する回路であり、高周波電源回路により構成される。
【００１９】
受電システム３の蓄電装置３１は、充放電可能な直流電源であり、例えばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池やキャパシタが利用される。一方、受電側共振回路３５が受電した電力は、受電側共振回路３５の共振周波数を有する交流電力である。整流回路３２は、この共振周波数を有する交流電力を直流電力に整流する。尚、ドライバ回路２２と給電側共振回路２５とを併せて、或いは給電システム２全体は、広義の給電回路に相当する。また、給電側共振回路２５は、狭義の給電回路に相当する。同様に、受電側共振回路３５と整流回路とを併せて、或いは受電システム３の全体は、広義の受電回路に相当する。また、受電側共振回路３５は、狭義の受電回路に相当する。
【００２０】
車両９は、例えば、回転電機９１により駆動される電気自動車や、不図示の内燃機関及び回転電機９１により駆動されるハイブリッド自動車である。回転電機９１は、例えばインバータ９２などの回転電機駆動装置を介して蓄電装置３１に接続されている。本実施形態において、回転電機９１は、例えば３相交流回転電機であり、回転電機駆動装置は、直流と交流との間で電力を変換するインバータ９２を中核として構成されている。回転電機９１は、電動機及び発電機として機能することが可能である。
【００２１】
ワイヤレス給電システム１は、一対の共振回路５（２５，３５）を、磁界を介して共鳴させ、当該磁界を介して給電するシステムである。尚、「磁性」を利用した「共鳴」技術としては、しばしば医療分野において用いられる磁気共鳴画像法（MRI：magnetic resonance imaging）が知られている。但し、ＭＲＩが「磁気スピンの共振」という物理的事象を利用しているのに対して、本実施形態における「磁界共鳴式給電装置」ではそのような物理的事象は利用しておらず、上述したように、２つの共振回路５を「磁界」を介して共鳴させる。従って、ここでは、いわゆるＭＲＩと明確に区別することも含めて、磁界における共鳴を利用して電力を伝送するワイヤレス給電システム１の伝送方式を「電磁界共振結合方式」又は「磁界共鳴方式」と称する。また、この伝送方式は、いわゆる「電磁誘導方式」とも異なる方式である。
【００２２】
上述したように、給電側共振回路２５及び受電側共振回路３５は、同じ共振周波数を有する回路である。例えば、離間して配置された２つの音叉の内の一方を空気中で振動させると、他方の音叉も、空気を介して伝搬した振動に共鳴して振動するのと同様に、給電側共振回路２５と受電側共振回路３５とも共鳴する。より詳しくは、給電側共振回路２５の共振（電磁気的振動）により生じた磁界を介して受電側共振回路３５に伝搬した電磁気的振動に共鳴して、受電側共振回路３５も共振する（電磁気的に振動する）。
【００２３】
１つの好適な態様として、給電側共振回路２５及び受電側共振回路３５は、ＬＣ共振器として構成される。共振回路５は、例えば図２の等価回路に示すように、インダクタンス成分“Ｌ”を有するアンテナコイル４と、キャパシタンス成分“Ｃ”を有するコンデンサとを有して構成されている。
【００２４】
ところで、ワイヤレス給電システム１は、磁界を介して給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う際に、電力伝送に必要な空間以外の空間への電磁波の漏洩を抑制しつつ、高い効率で電力伝送を行うことが可能であることが好ましい。これを実現するため、本実施形態では、図３に示すようにアンテナコイル４と、キャンセルアンテナ８と、給電部６とを備えてアンテナコイルユニット１０が構成されている。
【００２５】
アンテナコイル４は、上述したように、導体線４０を周回させて構成されるコイルであり、給電回路（給電側共振回路２５）と受電回路（受電側共振回路３５）との間で磁界を介して電力を伝送する。キャンセルアンテナ８は、アンテナコイル４とは離間して配置され、ノイズ性電磁波の周波数に対応し、位相がノイズ性電磁波の位相に対して逆相状態となる電磁波であるキャンセル波を送信する。このノイズ性電磁波の周波数は、例えば、電力伝送のために形成される磁界に対応する電磁波である伝送波の基本波成分の周波数である場合もある。この場合には、キャンセル波の位相は、ノイズ性電磁波としての当該伝送波の位相に対して逆の位相（逆相状態）となる。尚、逆相状態とは、ノイズ性電磁波の位相と、キャンセル波の位相との位相差が、１８０°±９０°未満（９０°＜位相差＜２７０°）となっている状態をいう。給電部６は、電力伝送のために形成される磁界との電磁的結合により生成される電流を用いて、或いはアンテナコイル４に流れる電流を用いて、キャンセルアンテナ８に電力を供給する。アンテナコイル４と給電部６とキャンセルアンテナ８とは、アンテナコイル４と給電部６との距離が、アンテナコイル４とキャンセルアンテナ８との距離よりも短い状態で配置されている。
【００２６】
尚、図３に示すように、好ましくは、キャンセルアンテナ８と給電部６との間には、ノイズ性電磁波の位相に対してキャンセル波の位相を異ならせるための移相器７ｓ（位相調整回路）が備えられている。但し、給電部６において取得された電磁波の位相が、ノイズ性電磁波の位相に対して逆相状態であり、そのままの状態でキャンセルアンテナ８から送信可能であるような場合には、必ずしも、移相器７ｓのような位相調整回路を備えること無く構成されていてもよい。尚、本実施形態では、給電部６は、導体線を周回させて構成される給電用コイルである。図３に示す給電用コイルは、電力伝送のために形成される磁界と電磁的に結合するように設けられており、当該磁界との電磁的結合によって電流を生成する。
【００２７】
また、キャンセルアンテナ８と給電部６との間には、図４に示すように、移相器７ｓの他に種々の回路を加えたキャンセル波生成回路７が備えられていてもよい。ここでは、キャンセル波生成回路７として、バンドパスフィルタ７ｆ（ＢＰＦ）と、移相器７ｓと、ゲイン調整器７ｇと、整合器７ｍとを備えた形態を例示している。バンドパスフィルタ７ｆは、給電部６によって取得された信号から、キャンセル波に対応する帯域の信号を取り出すフィルタである。バンドパスフィルタ７ｆを通過した信号は、移相器７ｓによってキャンセル波の位相に調整され、ゲイン調整器７ｇによって必要な振幅に調整される。最後に、整合器７ｍにおいてキャンセルアンテナ８とのインピーダンス整合が行われ、キャンセル波はキャンセルアンテナ８を介して送信（放射）される。
【００２８】
ところで、本実施形態において、給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う電力伝送用のアンテナコイルユニット１０を構成するアンテナコイル４（主アンテナコイル）は、図５に模式的に示すように、放射状に配置された複数のアーム７２を有するアンテナフレーム７０に導体線４０が扁平渦巻き状に巻き回されたコイル４１を中核として構成されている。アンテナフレーム７０は、誘電正接（tanδ）が低く、低誘電率の素材、例えばポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリエチレンなどによって構成されている。アンテナフレーム７０は、アーム７２の放射方向に沿った放射面に対して一方側である伝送面Ｐ１と、伝送面Ｐ１とは反対側である反伝送面Ｐ２とを有している。本実施形態では、２つのアーム７２ごとに、伝送面Ｐ１の側と反伝送面Ｐ２の側とを交互に通るように、導体線４０が巻き回される。
【００２９】
また、アンテナコイル４は、反伝送面Ｐ２においてアンテナフレーム７０の放射面に沿って配置されたシールド部材７８を備えて構成されている。このシールド部材７８は、磁性体により構成されており、コイル４１の放射面に直交する方向に沿って、反伝送面Ｐ２の側に放射される電磁波を遮蔽又は減衰させる。組み立て時の公差や、電磁波の漏れも考慮すると、このシールド部材７８は、コイル４１の放射面に直交する方向から見たコイル４１の外形（巻き回された導体線４０の最も外側に位置する導体線４０により形成される形状）の径の少なくとも１倍、好ましくは１倍よりも大きな径を有しているとよい。
【００３０】
図５に示すように、本実施形態では、長軸側におけるコイル４１の外径は“ｄ１×２”であり、シールド部材７８の径は“ｄ３×２”である。また、短軸側におけるコイル４１の外径は“ｄ２×２”であり、シールド部材７８の径は“ｄ４×２”である。発明者らによる実験等によると、コイル４１の外径に対するシールド部材７８の径の割合（ｄ３／ｄ１、ｄ４／ｄ２）が“１．２”程度で、コイル４１のインダクタンス及びＥＳＲ（等価直列抵抗）の電気的特性の変化が少なくなり、“１．５”程度でほぼ安定する。つまり、電気的特性の安定性の観点からは、コイル４１の外径に対するシールド部材７８の径の割合は、少なくとも“１．２”程度を満足することが好ましく、不必要な大規模化を抑制する観点からは、この割合は大きくても“１．５”程度であることが好ましい。
【００３１】
このように、アンテナコイル４の近傍においては、コイル４１の放射面に直交する方向に沿って、反伝送面Ｐ２の側に放射される電磁波が抑制される。しかし、アンテナコイル４から離間した場所における電磁波（ノイズ性電磁波）の抑制は充分とはいえない。そこで、本実施形態では、上述したように、さらにキャンセルアンテナ８と給電部６とを備えてアンテナコイルユニット１０が構成されている。
【００３２】
図６は、アンテナコイル４からの距離とノイズ性電磁波（ノイズＮ）の強さとの関係、並びにノイズ性の電磁波を相殺するようにキャンセル波を送信した際の伝送効率への影響を示している。横軸は、アンテナコイル４の中心（例えば導体線４０を巻き回す軸）からの距離であり、給電部６はアンテナコイル４からの距離が“Ｄ１”の位置に配置され、キャンセルアンテナ８はアンテナコイル４からの距離が“Ｄ２”の位置に配置されていることを示している。つまり、給電部６はアンテナコイル４の近傍（Ｄ１）で電力を調達し、キャンセルアンテナ８は遠方（Ｄ２）でキャンセル波を送信する。換言すれば、強い磁界が存在するアンテナコイル４に近い場所で、キャンセル波を放射するための電力が調達され、磁界を弱くしたい場所、つまりアンテナコイル４から遠い場所でキャンセル波が放射される。
【００３３】
図６に示すように、ノイズＮの電力はアンテナコイル４に近いほど大きく、アンテナコイル４から離間するに従って小さくなる。ノイズＮをキャンセルするためには、キャンセル波を送信する位置がアンテナコイル４に近いほど大きい電力（キャンセル電力Ｐ）が必要であり、アンテナコイル４から離間するに従って小さい電力で足りるようになる。例えば、アンテナコイル４の近傍、例えばアンテナコイル４からの距離が“Ｄ１”の位置と、“Ｄ２”の位置とを比較すれば、“Ｄ１”の方が“Ｄ２”に比べて磁界が強く、ノイズＮも大きいためにキャンセル波の電力（キャンセル電力Ｐ）もより大きくする必要がある。図６に示すように、キャンセル電力Ｐは、“Ｄ２”の位置における“Ｐ２”よりも、“Ｄ１”の位置における“Ｐ１”の方が大きい。
【００３４】
キャンセル電力Ｐが大きくなると、アンテナコイル４を介した電力伝送のための磁界も弱められてしまうため、伝送効率を低下させる。従って、キャンセル波の放射は、伝送効率の低下が大きい領域“Ｒ１”ではなく、伝送効率の低下が比較的少ない領域“Ｒ２”において実施されることが好ましい。本実施形態のように、給電部６はアンテナコイル４の近傍（領域“Ｒ１”の範囲の位置“Ｄ１”）で電力を調達し、キャンセルアンテナ８は遠方（領域“Ｒ２”の範囲の位置“Ｄ２”）でキャンセル波を送信することによって、伝送効率への影響を抑制しつつ、ノイズＮを抑制することができる。
【００３５】
例えば、“Ｄ１”の位置に給電部６（給電用コイル）とキャンセルアンテナ８とを兼ねたパッシブ型のキャンセルコイルを配置した場合、ノイズＮを抑制するために必要なキャンセル電力Ｐを確保すると共に、ノイズＮのキャンセル効果も充分に得られる。しかし、図６に示すように伝送効率への影響も大きく、伝送効率を大きく劣化させる。また、アンテナコイル４から離れた場所（例えば、領域“Ｒ２”の範囲など）にキャンセルコイルを配置した場合には、得られるキャンセル電力Ｐも小さくなるので、キャンセルコイルによるノイズ抑制効果が得られにくい。また、“Ｄ１”よりもアンテナコイル４に近い領域では、キャンセルコイルがリピータコイルとして作用した場合に、却ってノイズが増加する可能性もある。
【００３６】
本実施形態のように、キャンセルアンテナ８と給電部６とを別々に備えてアンテナコイルユニット１０が構成されていると、パッシブ型のキャンセルコイルを利用した場合に比べて、伝送効率への影響を抑制しつつ、ノイズＮを抑制することができる。また、本実施形態では、キャンセルアンテナ８の配置位置の自由度も増すため、経年変化が生じた際の調整や給電施設の特性に応じた調整などへの対応も容易である。
【００３７】
ところで、上記説明においては、給電部６が、導体線を周回させて構成される給電用コイルである場合を例示したが、給電部６は、種々の形態を採ることができる。以下、図７〜図１２に、給電部６の種々の形態を、給電用コイルも含めて例示する。
【００３８】
図７〜図９は、電力伝送のために形成される磁界との電磁的結合により生成される電流を用いて、具体的には、導体線を周回させて構成される給電用コイルにより電力を取得する種々の形態を例示している。図７は、フェライトコアに導体線が巻き回されて構成されたコア付きコイル６ａにより給電用コイルが構成される例を示している。図８は、フェライトコアのようなコアを備えず、導体線のみで構成された空芯コイル６ｂにより給電用コイルが構成される例を示している。図７及び図８は、導体線が１周を超えて螺旋状に巻き回されてコイルが構成されている例を示しているが、図９に示すように、導体線の巻き数が１周以下の形態、例えば誘導ケーブル６ｃによって給電用コイルが構成されてもよい。
【００３９】
図１０は、アンテナコイル４に流れる電流を用いて、具体的には、アンテナコイル４に流れる電流によって生じる磁界との電磁的結合により生成される電流を用いて、電力を取得する形態を例示している。ここでは、図１０に示すように、導体線をアンテナコイル４の導体線４０に巻き付け、アンテナコイル４の導体線４０を一次導体とした二次導体６ｄにより給電部６が構成される例を示している。このような給電部６は、例えば、ＣＴ（Current Transformer）によって構成されてもよい。
【００４０】
図１１及び図１２は、アンテナコイル４に流れる電流、或いはアンテナコイル４につながる導体線に流れる電流を用いて、電力を取得する形態を例示している。図１１は、トランス６ｅを用いて給電部６を構成する形態を例示している。このようなトランス６ｅを用いる給電部６は、例えばＰＴ（Potential Transformer）によって構成することができる。図１２は、インバータ９２や整流回路３２、ドライバ回路２２とアンテナコイル４とを接続する配線から直接、電力を取得する形態を例示している。例えば、アンテナコイル４に接続される配線上に、抵抗器やインダクタやコンデンサなどの受動素子を直列に接続した受動回路６ｆの両端から電流を取り出してもよい。
【００４１】
また、移相器７ｓ（位相調整回路）を含むキャンセル波生成回路７も種々の形態を採ることができる。ここでは、図１３及び図１４に、その構成例を示す。移相器７ｓは、複素インピーダンスを有するインダクタやコンデンサを含む受動素子を用いて構成することができる。図１３に例示するように、複数のインダクタと複数のコンデンサにより形成される回路により移相器７ｓを構成することができる。また、図１４に示すように、抵抗器を直列にコンデンサを並列に、交互に接続して形成されるはしご形回路により移相器７ｓが構成され、当該移相器の出力を、ゲイン調整器７ｇ及び整合器７ｍとして機能する演算増幅器に入力することによってキャンセル波生成回路７を構成することができる。尚、演算増幅器の他、ＦＥＴなどの能動素子を中核とした回路を利用して、キャンセル波生成回路７を構成することもできる。
【００４２】
また、図３、図４、図６等においては、キャンセルアンテナ８をコイル型のアンテナとして例示したが、キャンセルアンテナ８も、図１５〜図２０に例示するように、種々の形態を採ることができる。図１５〜図１７は、ループ型のアンテナによって、キャンセルアンテナ８が構成される例を示している。図１５及び図１６は、コイルとコンデンサとによるＬＣ共振回路によってキャンセルアンテナ８を構成する例を示している。図１５は、ＬＣ直列共振回路８ａによりキャンセルアンテナ８が構成される例を示しており、図１６は、ＬＣ並列共振回路８ｂによりキャンセルアンテナ８が構成される例を示している。図１７は、コイルのみによるループアンテナ８ｃによりキャンセルアンテナ８が構成される例を示している。
【００４３】
図１８〜図２０は、開放型のアンテナによってキャンセルアンテナ８が構成される形態を例示している。図１８は、ダイポールアンテナ８ｄによりキャンセルアンテナ８が構成される例を示している。ダイポールアンテナ８ｄは、送受信する電磁波の波長に応じてその長さが定まる。このため、キャンセル波が低周波数の場合にはアンテナ長が長くなり、設置が容易ではなくなる場合がある。この場合には、図１９に示すように、アンテナエレメントを螺旋状に巻いたコイル状アンテナ８ｅによりキャンセルアンテナ８を構成したり、図２０に示すように、アンテナエレメントを折り曲げてＬ型アンテナ８ｆを構成したりしてもよい。
【００４４】
図２１〜図２３には、アンテナコイルユニットを車両９や給電施設に配置する例を示している。上述したように、キャンセルアンテナ８は、アンテナコイル４から離れた位置において、電力伝送に必要な空間以外の空間へ漏洩してノイズとなる電磁波を抑制するためのキャンセル波を送信する。このようなノイズとなる電磁波は、電力伝送に必要な空間の周囲に広がっているから、アンテナコイル４の周囲に存在する。従って、キャンセルアンテナ８は、アンテナコイル４の周囲に複数個、備えられていると好適である。
【００４５】
図２１では、複数個のキャンセルアンテナ８が、アンテナコイル４の周囲に分散して配置されている例を示している。例えば、車両９の水平方向の重心位置に、受電システム３のアンテナコイル４が設置され、車両９の前後それぞれのバンパーの角部に、キャンセルアンテナ８が配置されると好適である。或いは、給電施設における車両の駐車枠Ｗの中央部に給電システム２のアンテナコイル４が設置され、その周囲の均等位置にキャンセルアンテナ８が配置されると好適である。キャンセルアンテナ８は、受電システム３と給電システム２の何れか一方に設置されても良いし、双方に設置されてもよい。
【００４６】
図２２は、車両９にダイポールアンテナによるキャンセルアンテナ８（８ｄ）を搭載する例を示している。ダイポールアンテナは、構造的にある程度の長さが必要であるため、車両９に搭載される場合には、バンパー部の車幅方向の長さを利用して、図２２に示すように、車幅方向に延伸するように設置されると好適である。また、給電施設（ここでは駐車枠Ｗの中）に設置される場合には、図２３に示すように、駐車枠Ｗに駐車される車両９の幅方向の長さを利用して設置されると好適である。当然ながら、この例に限定されることなく、駐車枠Ｗに駐車される車両９の前後方向の長さを利用して設置されてもよい。
【００４７】
〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００４８】
（１）上記においては、電磁界共振結合（磁界共鳴）を利用して、車両に対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電システム１（電力伝送システム）を例として説明した。しかし、伝送方式はこの方式に限らず、例えば電磁誘導方式であってもよい。
【００４９】
（２）上記においては、アンテナコイル４がスパイダーコイルなどの扁平な形状である場合を例示した。キャンセルアンテナ８も、そのような扁平な形状のコイルを利用することができる。即ち、アンテナコイル４及びキャンセルアンテナ８が、旋回軸を中心として導体線が周回し、旋回軸に沿った方向に扁平に構成されたコイルであってもよい（第１旋回軸：アンテナコイル４の旋回軸、第２旋回軸：キャンセルアンテナ８の旋回軸）。ここで、旋回軸に直交し、扁平に周回する導体線に平行する面であって、電磁波を放射する（伝送する）側の面を旋回面とする（第１旋回面：アンテナコイル４の旋回面、第２旋回面：キャンセルアンテナ８の旋回面）。この際、アンテナコイル４の旋回面（伝送面Ｐ１に相当する）と、キャンセルアンテナ８の旋回面とが１つの平面に沿って存在すると、さらには、同一の平面上に存在すると好適である。アンテナコイル４とキャンセルアンテナ８とを含むアンテナコイルユニット１０の厚みを薄くすることができ、アンテナコイルユニット１０の小型化が実現できる。また、キャンセル波の放射方向も容易且つ適切に設定することができる。
【００５０】
（３）上記においては、アンテナコイル４がスパイダーコイルなどの扁平な形状である場合を例示したが、円筒バネ型（ボビン型）のコイルであってもよい。
【００５１】
（４）上記においては、ノイズ性電磁波の周波数が、電力伝送のために形成される磁界に対応する電磁波である伝送波の基本波成分の周波数である場合を例示した。しかし、ノイズ性電磁波の周波数は伝送波の基本波成分に限らず、高調波成分である場合もある。従って、キャンセル波の周波数は、基本波成分に限らず、基本波の高調波成分の周波数であってもよい。
【００５２】
（５）上記においては、車両に対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電システム１（電力伝送システム）を例として説明した。しかし、ワイヤレス給電システム１は、携帯電話機や個人情報端末（ＰＤＡ）などに給電する用途に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、給電回路から受電回路へワイヤレス給電を行う給電装置用のアンテナコイルユニットに利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１        ：ワイヤレス給電システム（給電装置）
２        ：給電システム（給電回路）
３        ：受電システム（受電回路）
４        ：アンテナコイル（主アンテナコイル）
５        ：共振回路
６        ：給電部
７ｓ      ：移相器（位相調整回路）
８        ：キャンセルアンテナ
８ｄ      ：ダイポールアンテナ（開放型アンテナ）
８ｅ      ：コイル状アンテナ（開放型アンテナ）
８ｆ      ：Ｌ型アンテナ（開放型アンテナ）
１０      ：アンテナコイルユニット
４０      ：導体線
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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