(57)【要約】【課題】    アンテナの平面サイズを変えることなく、海水等の伝送媒体中でも電力損失が少ない非接触電力電送用アンテナを提供する。【解決手段】    電力の給電・受電を行うための電波を送信又は受信する非接触電力電送用アンテナであって、少なくとも２以上積層され、かつ、並列接続されたアンテナコイルと、２つの前記アンテナコイルの間に配置されて、接地された接地コイルと、前記アンテナコイルと前記接地コイルとを所定距離離しながら覆う誘電体部と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の給電・受電を行うための電波を送信又は受信する非接触電力電送用アンテナであって、
少なくとも２以上積層され、かつ、並列接続されたアンテナコイルと、
２つの前記アンテナコイルの間に配置されて、接地された接地コイルと、
前記アンテナコイルと前記接地コイルとを所定距離離しながら覆う誘電体部と、を備える、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触電力電送用アンテナであって、
前記アンテナコイル及び前記接地コイルの巻き方向が逆向きである、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非接触電力電送用アンテナであって、
前記誘電体部は、シート状の複数の誘電体を積層して形成され、前記アンテナコイル及び前記接地コイルは、前記誘電体に埋設されている、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載の非接触電力電送用アンテナであって、
前記アンテナコイル及び前記接地コイルが埋設された前記誘電体は、ボンディングシートを介して接着されている
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触電力電送用アンテナであって、
前記誘電体は、被取付部位の形状に応じて変形する、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触電力電送用アンテナであって、
前記アンテナコイル及び前記接地コイルは、平面状に巻かれたスパイラルコイルである、
ことを特徴とする非接触電力電送用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で電力を伝送・受電する際に用いる非接触電力電送用アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
海底探査等においては、電力を動力源とする無人潜水艇が利用されている。ところが、海中には給電手段が設けられていないので、電力供給を行う場合は、潜水艇を給電設備のあるところ（例えば、母船）まで浮上させる必要がある。潜水艇を浮上・潜行させるには、長大な時間的ロスが生じる。そこで、潜水中の潜水艇同士で電力供給しあう方法が考えられる。
【０００３】
しかし、潜水艇同士を電力ケーブルで接続するには、例えばコネクタ等を防水仕様とし、かつ、漏電しないようにしなければならず、非現実的である。
【０００４】
そこで、非接触伝送方法により電力を伝送することが考えられ、特開２００２−３０５１２１号公報においては、送電側と受電側とにそれぞれコイルを設けて、電磁誘導により電力を伝送する非接触電力電送装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３０５１２１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、特開２００２−３０５１２１号公報にかかる非接触電力電送装置を、海水や淡水等の空気より電気導電率の大きい伝送媒体を介して電力伝送する場合に用いると、伝送効率が著しく小さくなってしまう問題がある。
【０００７】
一般的に、伝送媒体が空気の場合、アンテナ間の距離が１０ｃｍでも９０％以上の伝送効率を得ることができる。しかし、海水の場合は、その電気導電率は約４［Ｓ／ｍ］と空気に比べて非常に大きい。図７は、淡水及び海水の周波数に対する減衰距離を示した図である。なお、減衰距離は、エネルギーが１／（ｅ２）に減衰する距離である。従って、伝送媒体が海水の場合には、電力損失が大きく、２ｃｍ以上のアンテナ間距離でも実質的に電力伝送手段として用いることができない。
【０００８】
電力損失は伝送周波数に依存するので、高伝送効率を達成（電力損失を抑制）するために伝送周波数を小さくすることが考えられる。しかし、伝送周波数を小さくするためには、アンテナのインダクタンス（Ｌ）やキャパシタンス（Ｃ）を大きくする必要があり、このためにコイルの巻き数を増やしたり、線幅を太くしたりしなければならない。コイルの巻き数を増やしたり、線幅を太くしたりすると、アンテナの平面サイズが、大きくなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、アンテナの平面サイズを変えることなく、海水等の伝送媒体中でも電力損失が少ない非接触電力電送用アンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、電力の給電・受電を行うための電波を送信又は受信する非接触電力電送用アンテナは、少なくとも２以上積層され、かつ、並列接続されたアンテナコイルと、２つのアンテナコイルの間に配置されて、接地された接地コイルと、アンテナコイルと接地コイルとを所定距離離しながら覆う誘電体部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、少なくとも２つのアンテナコイルの間に、接地コイルを設けたので、アンテナの平面サイズを変えることなく、海水等の伝送媒体中でも電力損失を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非接触電力電送用アンテナの断面図である。
【図２】最小積層数のアンテナを示した断面図である
【図３】第１アンテナコイル、第２アンテナコイル、接地コイルの上面図である。
【図４】試料の断面図で、（ａ）は試料１、（ｂ）は試料２の断面図である。
【図５】伝送媒体（海水）の中での伝送効率と距離依存性との関係を示した図である。
【図６】潜水艇にアンテナを実装する様子を示した図である。
【図７】淡水及び海水の周波数に対する減衰距離を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる非接触電力電送用アンテナ（以下、アンテナと略記する）２の断面図である。
【００１４】
アンテナ２は、誘電体２１に埋設されたアンテナコイル１１と、誘電体２２に埋設され接地コイル１２とが交互に積層され、その上に誘電体２３に埋設されると共に誘電体２４により覆われたアンテナコイル１１が積層された構成となっている。以下、誘電体２１〜誘電体２４を総称して誘電体部と適宜呼ぶ。
【００１５】
アンテナコイル１１と接地コイル１２との積層数は任意であり、図２は最小積層数のアンテナ２を示した断面図である。以下の説明では、図２を例に説明する。このとき、図２において下側のアンテナコイル１１を第１アンテナコイル１１ａ、上側のアンテナコイル１１を第２アンテナコイル１１ｂと記載する。
【００１６】
図３は、このような第１アンテナコイル１１ａ、第２アンテナコイル１１ｂ、接地コイル１２の上面図を示した図である。第１アンテナコイル１１ａ及び第２アンテナコイル１１ｂは同じ形状であり、また接地コイル１２も概ね同じ形状に形成されている。な第１アンテナコイル１１ａ、第２アンテナコイル１１ｂ、接地コイル１２は、銅やアルミニューム等の金属により形成されている。
【００１７】
第１アンテナコイル１１ａと第２アンテナコイル１１ｂとは同じ向き巻かれたスパイラルコイルであり、それぞれの両端には、電源等に接続されるための端子３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂが形成されている。第１アンテナコイル１１ａの端子３１ａと第２アンテナコイル１１ｂの端子３１ａとは接続され、第１アンテナコイル１１ａの端子３２ｂと第２アンテナコイル１１ｂの端子３１ｂとは接続されている。即ち、第１アンテナコイル１１ａと第２アンテナコイル１１ｂとは、電源のから見たとき並列に接続されている。
【００１８】
一方、接地コイル１２は、第１アンテナコイル１１ａと第２アンテナコイル１１ｂとの間に配置されて、これら第１アンテナコイル１１ａや第２アンテナコイル１１ｂの巻き方向に対して逆方向に巻かれたスパイラルコイルである。接地コイル１２は、接地又はグランド電位に設定されている。
【００１９】
誘電体２１〜２４は、フッ素樹脂、セラミック等の比誘電率が６〜１０程度の誘電体で形成されている。なお、誘電体２１〜２４は、ポリイミド樹脂やカーボンナノチューブを含有するシリコーンのようなフレキシブルな誘電体であっても良い。フレキシブルな誘電体とすることで、アンテナ２を取り付ける際の被取付部位の形状に応じて、アンテナ２を湾曲させる等の変形が可能になる。
【００２０】
このように、第１アンテナコイル１１ａと第２アンテナコイル１１ｂとを接地コイル１２を間に挟んで積層しているので、第１アンテナコイル１１ａと接地コイル１２との間でキャパシタが形成され、また第２アンテナコイル１１ｂと接地コイル１２との間でキャパシタが形成される。即ち、２つのキャパシタがアンテナ２の平面サイズを変えることなく形成されている。従って、電力を無線で伝送する際の周波数を下げて電力損失を抑制しても、受信側のコイルで誘導されて得られる電力が維持できるようになる。
【００２１】
なお、図２等に示すアンテナコイルの平面形状は正方形の場合を例示しているが、角を円弧状にしてもよく、また全体を円、楕円、長円形状にしてもよい。
【００２２】
また、上記説明では、誘電体２１〜２４は、それぞれ別体の物としたが、一体物であっても良い。
（特性改善の検証）
次に、上述したアンテナにおける周波数特性等の特性改善の検証結果について説明する。特性改善効果を検証するため、本実施形態にかかるアンテナ２を試料１、この試料１と比較するための試料２を作成した。なお、図４は、各試料の断面図で、（ａ）は試料１、（ｂ）は試料２の断面図である。
【００２３】
「試料１」
第１アンテナコイル１１ａ及び第２アンテナコイル１１ｂは、直径１［ｍｍ］の銅線を間隔１［ｍｍ］で５０回巻して、一辺が２０８［ｍｍ］の正方形とした。そして、第１アンテナコイル１１ａ又は第２アンテナコイル１１ｂと、接地コイル１２との間の寸法ｈをｈ＝０．６１５［ｍｍ］とした（図２参照）。
【００２４】
誘電体２１〜２４は、誘電率が６．１５のフッ素樹脂板で形成され、このフッ素樹脂板に第１アンテナコイル１１ａ、接地コイル１２、第２アンテナコイル１１ｂを埋設するための溝を設けた。そして、誘電体２１の溝に第１アンテナコイル１１ａ、誘電体２２の溝に接地コイル１２、誘電体２３の溝に第２アンテナコイル１１ｂを挿着した。
【００２５】
このようにして各コイルが挿着された誘電体２１〜２３、及び、誘電体２４を、接着性を持つボンディングシート２６を介して積層・プレスした。
【００２６】
「試料２」
試料２は、試料１に対して接地コイル１２及び誘電体２２を設けていない他は同じ構成である。
【００２７】
上記試料１、２を用いて、アンテナとしての動作周波数を求めた。なお、動作周波数とは、伝送効率が最大となる周波数と定義する。この結果、試料１及び試料２の動作周波数は、それぞれ１００ｋＨｚ、１４０ｋＨｚであった。従って、接地コイル１２を設けることによりアンテナの動作周波数を低周波数化できることが確認できた。
【００２８】
次に、伝送効率の距離依存性を調べた。図５は、伝送媒体（海水）の中での伝送効率と距離依存性との関係を示した図である。試料１は試料２に比べて伝送距離にかかわらず高い伝送効率を示している。例えば、アンテナ間の距離１０ｃｍにおいて５％程度の伝送効率が改善している。従って、アンテナの低周波数化により伝送効率を改善することが可能であることが実証できた。
【００２９】
なお、上記特性は、海水を伝送媒体とした場合の特性であるが、空気を伝送媒体としても試料２に対する試料１の優位性は失われないことを敢えて付言する。
（適用例）
次に、このようなアンテナ２を潜水艇に搭載した場合について説明する。図６は、潜水艇２８にアンテナ２を実装する様子を示した図である。潜水艇２８は、一般的に艦頭及び艦尾が円錐形で、胴体が円筒形の紡錘型である。
【００３０】
このような曲面を持つ潜水艇２８に体にアンテナ２を取り付ける際には、伝送効率や取り付けの容易性の観点から、アンテナ２を取り付け部位の形状に対応して湾曲等させて取り付けることが好ましい。そこで、誘電体２１〜２４をポリイミド樹脂やカーボンナノチューブを含有するシリコーンを材料として形成してフレキシブルなアンテナ２を形成した。
【００３１】
これにより、電力損失を抑制しながら長距離伝送が可能になるので、潜水艇を浮上させなくても電力供給等が行えるようになる。従って、例えば潜行中の潜水艇同士での電力給電及び受電が可能になる。
【符号の説明】
【００３２】
２    アンテナ
１１    アンテナコイル
１１ａ    第１アンテナコイル
１１ｂ    第２アンテナコイル
１２    接地コイル
２１〜２４    誘電体
２６    ボンディングシート
【図１】
2015220798.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015220798.tif 000006
【図５】
2015220798.tif 000007
【図６】
2015220798.tif 000008
【図７】
2015220798.tif 000009