JP2012105451A - Antenna, electric power transmission device, and electric power reception device - Google Patents

Antenna, electric power transmission device, and electric power reception device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna capable of coping with electric power transmission and various communications in a high-frequency band from several megahertz to tens of megahertz, having a stable electric power transmission function, and simultaneously reducing a radiation noise radiated from the antenna to exterior of an electric power transmission device at charging, and to provide an electric power transmission device and an electric power reception device using the antenna.SOLUTION: An antenna is used in a non-contact electric power transmission and communication system that performs non-contact electric power transmission and communication between an electric power transmission device and an electric power reception device via the antenna. The antenna has a complexed planar coil 10 consisting of: a first terminal 13; a first planar coil 11 wound clockwise using the first terminal 13 as one end; a second terminal 14 provided at an end edge of the first planar coil 11; a second planar coil 12 wound anti-clockwise using the second terminal 14 as one end; and a third terminal 15 provided at an end edge of the second planar coil 12.

Description

本発明は、送電装置と受電装置間で非接触の電力伝送を行うシステムに係り、特に携帯電話、ヘッドセット、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の携帯機器に備える受電装置や、その受電装置への非接触の給電または充電を行う送電装置に好適なアンテナ並びにそのアンテナを用いた送電装置および受電装置に関する。   The present invention relates to a system that performs non-contact power transmission between a power transmission device and a power reception device, and in particular, a power reception device provided in a portable device such as a mobile phone, a headset, a digital camera, and a digital video, and a non-connection to the power reception device. The present invention relates to an antenna suitable for a power transmission device that supplies or charges a contact, and a power transmission device and a power reception device using the antenna.

電磁誘導を利用した非接触電力伝送システムにおいては、充電装置側の送電装置および携帯機器などの受電側の受電装置にそれぞれコイルを設置して、それらのコイル間の電磁誘導により電力伝送が行われている。非接触ICカードなどの薄型の非接触情報記録媒体とリーダライタとの間や、小型の携帯機器と送電装置との間では、単純な平面コイルが送受電用およびデータ通信用のアンテナとして用いられ、実用化されている。図5は従来の平面コイルによるアンテナの一例を示す図であり、図5(a)は平面図、図5(b)は正面図である。コイルヨークとなる磁性体基板24上に、導線パターンからなる平面コイル23が形成されている。   In a non-contact power transmission system using electromagnetic induction, coils are installed in a power receiving device such as a charging device and a power receiving device such as a portable device, and power is transmitted by electromagnetic induction between those coils. ing. A simple planar coil is used as an antenna for power transmission / reception and data communication between a thin non-contact information recording medium such as a non-contact IC card and a reader / writer, or between a small portable device and a power transmission device. Has been put to practical use. 5A and 5B are diagrams showing an example of a conventional antenna using a planar coil. FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a front view. A planar coil 23 made of a conductive wire pattern is formed on a magnetic substrate 24 serving as a coil yoke.

しかしながら、アンテナとして図5に示すような単純な平面コイルを用いた場合、アンテナが搭載された送電装置や受電装置の外部の環境の影響を受けやすいという問題がある。外部環境により送受電を行う場合に損失が生じたり、外部からのノイズを受けやすいため、電力供給が安定しないことや通信が安定しないという問題があった。このため、安定した電力供給を行うためには、周囲の環境によらず安定した電力伝送機能を有するアンテナを実現することが必要である。   However, when a simple planar coil as shown in FIG. 5 is used as an antenna, there is a problem that the antenna is easily influenced by the environment outside the power transmitting device and the power receiving device on which the antenna is mounted. When power is transmitted / received in an external environment, there is a problem that loss occurs or noise from outside tends to be received, so that power supply is not stable and communication is not stable. For this reason, in order to perform stable power supply, it is necessary to realize an antenna having a stable power transmission function regardless of the surrounding environment.

また、充電等の電力送電動作を行う場合には、アンテナから大きな電力で磁場を発生させるため、その磁場により周囲へノイズを放射する問題があり、これを防ぐためにはアンテナから放射される磁束の広がりを出来るだけ小さな範囲内に収める必要がある。アンテナからの磁束の広がりを小さくすることにより外部環境の影響を受けにくくし、安定した電力伝送機能を実現する効果も得られる。   In addition, when performing power transmission operations such as charging, a magnetic field is generated from the antenna with a large amount of power, and there is a problem of radiating noise to the surroundings due to the magnetic field. To prevent this, the magnetic flux emitted from the antenna It is necessary to keep the spread within the smallest possible range. By reducing the spread of the magnetic flux from the antenna, it is difficult to be affected by the external environment, and an effect of realizing a stable power transmission function can be obtained.

上述したような課題に対し、受電装置との電磁結合効率を高めるため、充電器のアンテナからの磁束の広がりを小さく抑えたアンテナ構成が特許文献1に記載されている。図6は特許文献1に記載されたコイルアンテナの斜視図を示し、図7は特許文献1に記載された充電器と電子時計内部の受電装置側との電磁結合を示す構成図である。   In order to increase the electromagnetic coupling efficiency with the power receiving device, the antenna configuration in which the spread of the magnetic flux from the antenna of the charger is suppressed to a small value is described in Patent Document 1. FIG. 6 is a perspective view of the coil antenna described in Patent Document 1, and FIG. 7 is a configuration diagram illustrating electromagnetic coupling between the charger described in Patent Document 1 and the power receiving device side inside the electronic timepiece.

図6に示すように、特許文献1では電子時計の充電器において、コイルヨーク42上に一対の充電コイル40、41を配置し、その2つの充電コイルに互いに逆向きの電流を流すことにより、形成される磁場の向きが反転するように構成する。これにより、図7に示すように、電子時計45の受電コイル46との間の電磁結合により充電する際の磁束の漏れを小さくし、充電効率を高くしている。   As shown in FIG. 6, in Patent Document 1, in a charger for an electronic timepiece, a pair of charging coils 40 and 41 are arranged on a coil yoke 42, and currents flowing in opposite directions are caused to flow through the two charging coils. The direction of the formed magnetic field is configured to be reversed. As a result, as shown in FIG. 7, leakage of magnetic flux during charging is reduced by electromagnetic coupling with the power receiving coil 46 of the electronic timepiece 45, and charging efficiency is increased.

特開平1−23730号公報JP-A-1-23730

小型の携帯機器の電力伝送とデータ通信の共用に用いられるアンテナにおいては、送受電装置のアンテナ間の電磁結合を介して非接触電力伝送が可能であると同時に、RFID等で通常用いられる13.56MHz帯域の通信にも適用できることが必要である。すなわち、この目的のアンテナは、小型化、薄型化でき、高周波帯域において低損失でなければならない。   An antenna used for sharing power transmission and data communication of a small portable device can perform non-contact power transmission through electromagnetic coupling between antennas of a power transmission / reception device, and at the same time is usually used for RFID or the like. It must be applicable to communication in the 56 MHz band. That is, the antenna for this purpose can be reduced in size and thickness, and must have a low loss in a high frequency band.

また、先に述べたように、数W以上の電力を送る場合には、アンテナから携帯機器の内部へ放射される放射ノイズが大きいと携帯機器が誤作動する懸念があるため、放射ノイズを抑えるため、アンテナからの磁束の漏れは小さいことが望ましい。   In addition, as described above, when power of several watts or more is transmitted, since there is a concern that the mobile device may malfunction if the radiation noise radiated from the antenna to the inside of the mobile device is large, suppress the radiation noise Therefore, it is desirable that the leakage of magnetic flux from the antenna is small.

しかしながら、図6に記載の従来の充電装置のコイルアンテナは、上述したような高周波帯域における電力伝送には使用できない。1kHz程度の周波数での充電のみを目的としているので、数MHzから数十MHzの高周波帯域で使用する場合、特許文献1に記載されているような充電効率の改善効果が得られない。また、図6のコイルアンテナは高周波帯域の通信にも適用することはできない。小型の携帯機器の送電用または受電用のアンテナ、さらには通信用のアンテナとして用いるためには両装置ともに平面コイルアンテナであることが望ましく、コイルヨークも高周波帯域で損失が少ない適切な材料を選択する必要がある。   However, the coil antenna of the conventional charging device shown in FIG. 6 cannot be used for power transmission in the high frequency band as described above. Since it is intended only for charging at a frequency of about 1 kHz, when used in a high frequency band of several MHz to several tens of MHz, the effect of improving charging efficiency as described in Patent Document 1 cannot be obtained. Further, the coil antenna of FIG. 6 cannot be applied to high frequency band communication. For use as an antenna for power transmission or reception of small portable devices, and as an antenna for communication, both devices should preferably be planar coil antennas, and coil yokes should also be selected from suitable materials with low loss in the high frequency band. There is a need to.

また、市販されている多くの種類のリーダーライタにも適用できることが望ましい。すなわち、多種多様な非接触通信記録媒体として使用されているRFID用のタグやICカードに使用されているアンテナとの間の通信が可能なアンテナ構成とできることが望ましい。   It is also desirable to be applicable to many types of reader / writers that are commercially available. That is, it is desirable to have an antenna configuration that enables communication with an RFID tag used as a wide variety of contactless communication recording media and an antenna used in an IC card.

本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、数MHzから数十MHzの高周波帯域において、非接触の電力伝送と多様な通信に対応でき、安定した電力伝送機能を有し、同時に、充電時にアンテナから送電装置の外部に放射される放射ノイズを低減できるアンテナ並びにそのアンテナを用いた送電装置および受電装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to support non-contact power transmission and various communications in a high frequency band of several MHz to several tens of MHz. An object of the present invention is to provide an antenna that has a stable power transmission function and can simultaneously reduce radiation noise radiated from the antenna to the outside of the power transmission device during charging, and a power transmission device and a power reception device using the antenna.

上記課題を解決するため、本発明によるアンテナは、アンテナを介して送電装置と受電装置との間で非接触の電力伝送及び通信を行う非接触電力伝送及び通信システムに使用されるアンテナであって、第1の端子と、前記第1の端子を一端として右回りに巻かれた第1の平面コイルと、前記第1の平面コイルの終端に設けた第2の端子と、前記第2の端子を一端として左回りに巻かれた第2の平面コイルと、前記第2の平面コイルの終端に設けた第3の端子とからなる複合平面コイル、または、第1の端子と、前記第1の端子を一端として左回りに巻かれた第1の平面コイルと、前記第1の平面コイルの終端に設けた第2の端子と、前記第2の端子を一端として右回りに巻かれた第2の平面コイルと、前記第2の平面コイルの終端に設けた第3の端子とからなる複合平面コイルを有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an antenna according to the present invention is an antenna used in a non-contact power transmission and communication system that performs non-contact power transmission and communication between a power transmission device and a power reception device via the antenna. The first terminal, the first planar coil wound clockwise with the first terminal as one end, the second terminal provided at the end of the first planar coil, and the second terminal A second planar coil wound counterclockwise at one end and a third planar terminal provided at the end of the second planar coil, or a first planar terminal, and the first terminal A first planar coil wound counterclockwise with a terminal as one end, a second terminal provided at the end of the first planar coil, and a second coil wound clockwise with the second terminal as one end And a second coil provided at the end of the second planar coil. And having a composite planar coil consisting of a terminal.

ここで、前記複合平面コイルの片面に、磁性材料からなるヨークが配置されていてもよく、または、前記複合平面コイルの片面に、電磁波の遮蔽板が配置されていてもよい。   Here, a yoke made of a magnetic material may be disposed on one side of the composite planar coil, or an electromagnetic wave shielding plate may be disposed on one side of the composite planar coil.

また、前記複合平面コイルが複数個配置されていてもよい。   A plurality of the composite planar coils may be arranged.

本発明による送電装置は、前記の本発明によるアンテナを用いたことを特徴とする。   The power transmission device according to the present invention uses the antenna according to the present invention.

ここで、前記受電装置との間で非接触の通信を行う場合、前記第1の平面コイル及び前記の第2の平面コイルに流れる電流の向きが、共に右回り、または共に左回りとなるように設定されてもよい。   Here, when performing non-contact communication with the power receiving apparatus, the directions of the currents flowing through the first planar coil and the second planar coil are both clockwise or counterclockwise. May be set.

本発明による受電装置は、前記の本発明によるアンテナを用いたことを特徴とする。   A power receiving device according to the present invention uses the antenna according to the present invention.

送電装置および受電装置において本発明によるアンテナを使用し、両装置間のアンテナを対向して送電装置からの電力伝送を行う場合、電流が複合平面コイルの第1の端子から第2の端子を通って第3の端子へ流れるように設定して使用することで、アンテナから発生する磁束は、複合平面コイルを構成する2つのコイル内を互いに逆向きに通り抜け、受電装置側の複合平面コイルを構成する2つのコイル内を通って回転する方向に磁束が生じる。このため、磁束はアンテナ近傍にのみ集中して発生するので、外部への放射ノイズが抑制され、周辺の電子機器の誤作動を防止することができる。送電装置または受電装置からのデータ伝送を行う場合にも大きさは小さいが同様な向きの磁場が形成され、通信が行われる。   When an antenna according to the present invention is used in a power transmission device and a power reception device and power is transmitted from the power transmission device with the antennas between the two devices facing each other, current flows from the first terminal of the composite planar coil to the second terminal. The magnetic flux generated from the antenna passes through the two coils constituting the composite planar coil in opposite directions to form the composite planar coil on the power receiving device side. Magnetic flux is generated in the direction of rotation through the two coils. For this reason, since magnetic flux is concentrated only in the vicinity of the antenna, radiation noise to the outside is suppressed, and malfunction of peripheral electronic devices can be prevented. When data transmission is performed from a power transmission device or a power reception device, a magnetic field having a similar direction is formed but communication is performed.

また、本発明によれば、リーダライタなどの送電側装置に本発明のアンテナを用い、通信時において、電流が第1の端子および第3の端子から第2の端子へ流れるように、または、第2の端子から第1の端子および第3の端子へ流れるように使用することで、2つのコイルから発生する磁束の向きが同じ方向となり、一般に用いられているRFID用の情報記録媒体との間での通信が可能となる。   According to the present invention, the antenna of the present invention is used for a power transmission side device such as a reader / writer so that current flows from the first terminal and the third terminal to the second terminal during communication, or By using it so that it flows from the second terminal to the first terminal and the third terminal, the directions of the magnetic fluxes generated from the two coils become the same direction, and with the generally used RFID information recording medium Communication between them is possible.

また、本発明のアンテナにおいて、複合平面コイルの背面に磁性材料からなるヨークを配置することによって、アンテナから発生する磁束をさらに狭い領域に閉じ込め、電力伝送効率のさらなる向上と放射ノイズのさらなる低減を図ることができる。また、複合平面コイルの背面に、電磁波の遮蔽板を配置することによっても放射ノイズのさらなる低減を図ることができる。   Moreover, in the antenna of the present invention, by arranging a yoke made of a magnetic material on the back of the composite planar coil, the magnetic flux generated from the antenna is confined in a narrower region, further improving the power transmission efficiency and further reducing the radiation noise. Can be planned. Further, it is possible to further reduce the radiation noise by arranging an electromagnetic wave shielding plate on the back surface of the composite planar coil.

以上のように、本発明により、数MHzから数十MHzの高周波帯域において、非接触の電力伝送と多様な通信に対応でき、安定した電力伝送機能を有し、同時に、充電時にアンテナから送電装置の外部に放射される放射ノイズを軽減できるアンテナ、およびそのアンテナを用いた送電装置および受電装置が得られる。   As described above, according to the present invention, in a high frequency band of several MHz to several tens of MHz, it is possible to cope with non-contact power transmission and various communications, and has a stable power transmission function. An antenna capable of reducing radiation noise radiated to the outside, and a power transmitting device and a power receiving device using the antenna are obtained.

本発明によるアンテナの第1の実施の形態の構成を示す図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は正面図。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the antenna by this invention, Fig.1 (a) is a top view, FIG.1 (b) is a front view. 本発明によるアンテナの動作を説明する模式図であり、図2(a)は、本実施の形態のアンテナを送電装置側と受電装置側にそれぞれ配置して互いに対向させ、送電装置の複合平面コイルの第1の端子と第3の端子間に電流を流した場合の磁束の流れを示す正面から見た模式図、図2(b)は、本実施の形態のアンテナを送電装置側に配置し、第1の平面コイル及び第2の平面コイルに流れる電流の向きが共に左回りとなるように設定し、受電装置側にFRID用のアンテナを対向して配置したときの磁束の流れを示す正面から見た模式図。FIG. 2A is a schematic diagram for explaining the operation of the antenna according to the present invention, and FIG. 2A is a diagram illustrating a composite planar coil of the power transmission device in which the antenna of the present embodiment is disposed on the power transmission device side and the power reception device side to face each other. FIG. 2B is a schematic diagram seen from the front showing the flow of magnetic flux when a current is passed between the first terminal and the third terminal. FIG. 2B shows the antenna of this embodiment arranged on the power transmission device side. The front surface shows the flow of magnetic flux when the direction of the current flowing through the first planar coil and the second planar coil is set to be both counterclockwise and the FRID antenna is disposed facing the power receiving device side. FIG. 電力伝送時にアンテナから発生する磁束の分布のシミュレーション結果を示す図であり、図3(a)は本発明のアンテナによる結果を示す図、図3(b)は従来のアンテナによる結果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of a distribution of magnetic flux generated from an antenna during power transmission, FIG. 3A is a diagram showing a result of the antenna of the present invention, and FIG. 本発明によるアンテナの第2の実施の形態の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of 2nd Embodiment of the antenna by this invention. 従来の平面コイルによるアンテナの一例を示す図であり、図5(a)は平面図、図5(b)は正面図。It is a figure which shows an example of the antenna by the conventional planar coil, Fig.5 (a) is a top view, FIG.5 (b) is a front view. 特許文献1に記載されたコイルアンテナの斜視図。The perspective view of the coil antenna described in patent document 1. FIG. 特許文献1に記載された充電器と電子時計内部の受電装置側との電磁結合を示す構成図。The block diagram which shows the electromagnetic coupling of the charger described in patent document 1, and the power receiving device side inside an electronic timepiece.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明によるアンテナの第1の実施の形態の構成を示す図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は正面図である。図1に示すように、本実施の形態のアンテナは、アンテナを介して送電装置と受電装置との間で非接触の電力伝送及び通信を行う非接触電力伝送及び通信システムに使用されるアンテナであって、第1の端子13と、第1の端子13を一端として右回りに巻かれた第1の平面コイル11と、第1の平面コイル11の終端に設けた第2の端子14と、第2の端子14を一端として左回りに巻かれた第2の平面コイル12と、第2の平面コイル12の終端に設けた第3の端子15とからなる複合平面コイル10を有している。   1A and 1B are diagrams showing a configuration of a first embodiment of an antenna according to the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a front view. As shown in FIG. 1, the antenna according to the present embodiment is an antenna used in a non-contact power transmission and communication system that performs non-contact power transmission and communication between a power transmission device and a power reception device via the antenna. A first terminal 13; a first planar coil 11 wound clockwise with the first terminal 13 as one end; a second terminal 14 provided at the end of the first planar coil 11; The composite planar coil 10 includes a second planar coil 12 wound counterclockwise with the second terminal 14 as one end and a third terminal 15 provided at the end of the second planar coil 12. .

複合平面コイル10は、導体線のパターンを用いてFPC基板やFR−4基板等の平面基板16上に作製される。もしくは、複合平面コイル10を巻き線で作製することもできる。また、第1の平面コイル11と第2の平面コイル12は同じ口径、同じ巻数のコイルであって、同程度の磁束が発生するように調整されていることが望ましい。   The composite planar coil 10 is fabricated on a planar substrate 16 such as an FPC substrate or an FR-4 substrate using a conductor wire pattern. Alternatively, the composite planar coil 10 can be manufactured by winding. Moreover, it is desirable that the first planar coil 11 and the second planar coil 12 have the same diameter and the same number of turns, and are adjusted so as to generate the same degree of magnetic flux.

また、本実施の形態のアンテナでは、複合平面コイル10の背面(本実施の形態では平面基板の背面)に、磁性材料からなるヨーク17が配置されている。   In the antenna of the present embodiment, a yoke 17 made of a magnetic material is disposed on the back surface of the composite planar coil 10 (in this embodiment, the back surface of the planar substrate).

この磁性材料としては、NiZnフェライト等の高周波帯域でも低損失である材料が望ましい。また、複数の異なる透磁率を持った磁性材料を組み合わせた複合材でもよい。   As this magnetic material, a material having a low loss even in a high frequency band such as NiZn ferrite is desirable. Moreover, the composite material which combined the magnetic material with a several different magnetic permeability may be sufficient.

また、ヨーク17の背面に、さらに、電磁波の遮蔽板となるシールド材を配置しても良い。   Further, a shield material serving as an electromagnetic wave shielding plate may be disposed on the back surface of the yoke 17.

次に、本実施の形態のアンテナの具体的な一実施例について説明する。   Next, a specific example of the antenna according to this embodiment will be described.

図1において、第1の平面コイル11、第2の平面コイル12はそれぞれ、外形が20mm×20mmの中に収まり、コイルの巻線のパターン幅を0.7mm、コイルの巻線の間隙を0.3mm、巻数を3ターンとして形成し、第1の平面コイル11と第2の平面コイル12を直列に接続した複合平面コイル10を、外形が40mm×20mmのFPC基板上に形成した。   In FIG. 1, the first planar coil 11 and the second planar coil 12 each have an outer shape of 20 mm × 20 mm, the coil winding pattern width is 0.7 mm, and the coil winding gap is 0. The composite planar coil 10 formed by forming 3 mm and 3 turns and connecting the first planar coil 11 and the second planar coil 12 in series was formed on an FPC board having an outer shape of 40 mm × 20 mm.

ヨーク17はNiZnフェライトを用い、外形が40mm×20mmで厚みを0.3mmとした。   The yoke 17 is made of NiZn ferrite and has an outer shape of 40 mm × 20 mm and a thickness of 0.3 mm.

次に本実施の形態のアンテナについて,その動作を説明する。図2は、本発明によるアンテナの動作を説明する模式図で、図2(a)は、第1の実施の形態のアンテナを送電装置側と受電装置側にそれぞれ配置して互いに対向させ、送電装置の複合平面コイルの第1の端子と第3の端子間に電流を流した場合の磁束の流れを示す正面から見た模式図である。図2(a)の矢印で示したとおり、送電装置側のアンテナ31において発生する磁束は、第1の平面コイル11からヨーク17へ、ヨーク17から第2の平面コイル12へと進み、さらに磁束は、第2の平面コイル12から対向する受電装置側のアンテナ32の第1の平面コイル36へ進み、ヨーク17を通って第2の平面コイル37を通過し、送電装置側の第1の平面コイル11へ、というように回転する方向に発生する。   Next, the operation of the antenna of this embodiment will be described. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the antenna according to the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating the antenna according to the first embodiment arranged on the power transmission device side and the power reception device side to face each other. It is the schematic diagram seen from the front which shows the flow of the magnetic flux at the time of flowing an electric current between the 1st terminal and 3rd terminal of the compound plane coil of an apparatus. 2A, the magnetic flux generated in the antenna 31 on the power transmission device side proceeds from the first planar coil 11 to the yoke 17, from the yoke 17 to the second planar coil 12, and further to the magnetic flux. Advances from the second planar coil 12 to the first planar coil 36 of the opposing antenna 32 on the power receiving device side, passes through the second planar coil 37 through the yoke 17, and the first planar surface on the power transmitting device side. It occurs in the direction of rotation to the coil 11 and so on.

また、図2(b)は、第1の実施の形態のアンテナを送電装置側に配置し、第1の平面コイル11及び第2の平面コイル12に流れる電流の向きが共に左回りとなるように設定し、受電装置にRFID用のアンテナを対向して配置したときの磁束の流れを示す正面から見た模式図である。すなわち、図1において、第2の端子14から第1の端子13および第3の端子15へと電流が流れるように使用している。この場合、図2(b)に示したとおり、第1の平面コイル11と第2の平面コイル12から出る磁束が同じ向きとなり、矢印のようにRFID用のアンテナ33の方向へ発生する。従って、RFID用の非接触通信媒体との通信を行う場合に使用されるアンテナと同様の磁束分布を得ることができる。   In FIG. 2B, the antenna of the first embodiment is arranged on the power transmission device side so that the directions of the currents flowing through the first planar coil 11 and the second planar coil 12 are both counterclockwise. FIG. 6 is a schematic view seen from the front showing the flow of magnetic flux when the RFID antenna is placed opposite to the power receiving device. That is, in FIG. 1, the second terminal 14 is used so that a current flows from the first terminal 13 to the third terminal 15. In this case, as shown in FIG. 2B, the magnetic fluxes emitted from the first planar coil 11 and the second planar coil 12 are in the same direction and are generated in the direction of the RFID antenna 33 as indicated by arrows. Therefore, it is possible to obtain a magnetic flux distribution similar to that of an antenna used for communication with a non-contact communication medium for RFID.

本実施の形態のアンテナを、送電装置と受電装置の両方に使用した場合の電力伝送効率は90%であった。従来の構成のアンテナでは電力伝送効率は91%であったので、本実施の形態のアンテナと従来のアンテナを比較すると、本実施の形態のアンテナは従来と同等の効率を得ることができることがわかる。ただし、本実施の形態のアンテナでは、以下の述べるように、アンテナから発生する磁束を狭い領域に閉じ込めることができ、充電時にアンテナから送電装置の外部に放射される放射ノイズを従来のアンテナに比べて低減できる。   When the antenna according to the present embodiment is used for both the power transmission device and the power reception device, the power transmission efficiency was 90%. Since the power transmission efficiency of the antenna having the conventional configuration was 91%, comparing the antenna of this embodiment with the conventional antenna, it can be seen that the antenna of this embodiment can obtain the same efficiency as the conventional antenna. . However, in the antenna of the present embodiment, as described below, the magnetic flux generated from the antenna can be confined in a narrow region, and the radiated noise radiated from the antenna to the outside of the power transmission device during charging is compared with the conventional antenna. Can be reduced.

図3は、電力伝送時にアンテナから発生する磁束の分布のシミュレーション結果を示す図である。図3(a)は本発明のアンテナによる結果を示す図、図3(b)は従来のアンテナによる結果を示す図である。それぞれ、送電装置と受電装置に同じアンテナを対向して配置した場合の磁束分布を示す。すなわち、図3(a)は、本発明の送電装置側のアンテナ31、受電装置側のアンテナ32を図2(a)と同様に配置し、図3(b)では図5に示すような従来のアンテナ34、35を対向して配置した場合である。図3より明らかなように、従来のアンテナ34、35ではヨークからの漏れ磁束が大きいのに対し、本発明の送電装置側のアンテナ31、受電装置側のアンテナ32は漏れ磁束が減少していることがわかる。これは、本発明のアンテナが、従来のアンテナに比べて、アンテナから発生するノイズを減少させるとともに、外部環境がアンテナへ与える影響を軽減する効果があることを示している。充電中のアンテナの背面へ回路基板等の金属板を近づけると、従来のアンテナでは8%効率が低下し、電力伝送効率は83%となったが、本実施の形態のアンテナでは効率の低下は4%であり、電力伝送効率は86%に留まった。   FIG. 3 is a diagram illustrating a simulation result of the distribution of magnetic flux generated from the antenna during power transmission. FIG. 3 (a) is a diagram showing a result of the antenna of the present invention, and FIG. 3 (b) is a diagram showing a result of the conventional antenna. The magnetic flux distributions when the same antenna is disposed opposite to the power transmitting device and the power receiving device are shown. That is, in FIG. 3A, the antenna 31 on the power transmission device side and the antenna 32 on the power reception device side of the present invention are arranged in the same manner as in FIG. 2A, and FIG. This is a case where the antennas 34 and 35 are arranged facing each other. As apparent from FIG. 3, the leakage flux from the yoke is large in the conventional antennas 34 and 35, whereas the leakage flux is reduced in the antenna 31 on the power transmission device side and the antenna 32 on the power reception device side of the present invention. I understand that. This indicates that the antenna of the present invention has an effect of reducing noise generated from the antenna and reducing the influence of the external environment on the antenna as compared with the conventional antenna. When a metal plate such as a circuit board is brought close to the back of the antenna being charged, the efficiency of the conventional antenna is reduced by 8% and the power transmission efficiency is 83%. However, the efficiency of the antenna of this embodiment is not reduced. The power transmission efficiency was 86%.

図4は、本発明によるアンテナの第2の実施の形態の構成を示す平面図である。本実施の形態のアンテナは、図1に示した第1の実施の形態のアンテナを単位アンテナとして、この単位アンテナを図4に示すように、縦、横3列ずつ、合計9個配置して構成されている。ここでは、単位アンテナの配置数は9個となっているが、配置数は2以上の任意の値とすることができ、また、単位アンテナの配列方法も任意に設計可能である。   FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the antenna according to the second embodiment of the present invention. The antenna according to the present embodiment has the antenna of the first embodiment shown in FIG. 1 as a unit antenna, and as shown in FIG. It is configured. Here, although the number of unit antennas is nine, the number of unit antennas can be an arbitrary value of 2 or more, and the unit antenna arrangement method can be arbitrarily designed.

本実施の形態のアンテナは送電装置、受電装置のいずれにも適用でき、受電装置の単位アンテナ数を送電装置よりも少なくすることも可能である。   The antenna of this embodiment can be applied to both the power transmission device and the power reception device, and the number of unit antennas of the power reception device can be smaller than that of the power transmission device.

本実施の形態のアンテナを送電装置に使用した場合、送電装置の最大送電電力はアンテナを構成している単位アンテナの数で調整可能である。例えば、単位アンテナ1個あたり1Wの電力を送電できるとすれば、単位アンテナ9個から構成される送電装置は、最大9Wまで送電可能となる。   When the antenna of the present embodiment is used for a power transmission device, the maximum transmitted power of the power transmission device can be adjusted by the number of unit antennas constituting the antenna. For example, if it is possible to transmit 1 W of power per unit antenna, a power transmission device including nine unit antennas can transmit power up to a maximum of 9 W.

また、本実施の形態のアンテナを用いた送電装置は、合計送電電力が最大送電電力以下であれば、同時に複数の受電装置への電力伝送も可能である。   In addition, the power transmission device using the antenna according to the present embodiment can simultaneously transmit power to a plurality of power receiving devices as long as the total transmitted power is equal to or less than the maximum transmitted power.

また、受電装置の最大受電電力はアンテナを構成している単位アンテナの数で調整可能である。例えば、単位アンテナ1個あたり1Wの電力を受電できるとすれば、単位アンテナ4個から構成される受電装置は、最大4Wまで受電可能となる。   Further, the maximum received power of the power receiving apparatus can be adjusted by the number of unit antennas constituting the antenna. For example, if it is possible to receive 1 W of power per unit antenna, a power receiving apparatus including four unit antennas can receive power up to a maximum of 4 W.

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明はこれらの実施の形態や実施例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で、部材や構成、各部の形状などの変更が可能である。例えば、アンテナの構成は図1に示したものに限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and members, configurations, and respective parts are within the scope of the present invention. It is possible to change the shape or the like. For example, the configuration of the antenna is not limited to that shown in FIG. 1, and various modifications such as omitting some of the components, adding other components, and changing the connection relationship are possible. It is.

10 複合平面コイル
11、36 第1の平面コイル
12、37 第2の平面コイル
13 第1の端子
14 第2の端子
15 第3の端子
16 平面基板
17 ヨーク
23 平面コイル
24 磁性体基板
31 送電装置側のアンテナ
32 受電装置側のアンテナ
33 RFID用のアンテナ
34、35 従来のアンテナ
40、41 充電コイル
42 コイルヨーク
45 電子時計
46 受電コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Composite plane coil 11, 36 1st plane coil 12, 37 2nd plane coil 13 1st terminal 14 2nd terminal 15 3rd terminal 16 Planar substrate 17 Yoke 23 Planar coil 24 Magnetic substrate 31 Power transmission apparatus Side antenna 32 Power receiving device side antenna 33 RFID antennas 34 and 35 Conventional antennas 40 and 41 Charging coil 42 Coil yoke 45 Electronic timepiece 46 Power receiving coil

Claims (7)

アンテナを介して送電装置と受電装置との間で非接触の電力伝送及び通信を行う非接触電力伝送及び通信システムに使用されるアンテナであって、第1の端子と、前記第1の端子を一端として右回りに巻かれた第1の平面コイルと、前記第1の平面コイルの終端に設けた第2の端子と、前記第2の端子を一端として左回りに巻かれた第2の平面コイルと、前記第2の平面コイルの終端に設けた第3の端子とからなる複合平面コイル、または、第1の端子と、前記第1の端子を一端として左回りに巻かれた第1の平面コイルと、前記第1の平面コイルの終端に設けた第2の端子と、前記第2の端子を一端として右回りに巻かれた第2の平面コイルと、前記第2の平面コイルの終端に設けた第3の端子とからなる複合平面コイルを有することを特徴とするアンテナ。   An antenna used in a non-contact power transmission and communication system that performs non-contact power transmission and communication between a power transmitting device and a power receiving device via an antenna, wherein the first terminal and the first terminal are A first planar coil wound clockwise as one end, a second terminal provided at the end of the first planar coil, and a second plane wound counterclockwise with the second terminal as one end A composite planar coil comprising a coil and a third terminal provided at the end of the second planar coil, or a first terminal and a first terminal wound counterclockwise with the first terminal as one end A planar coil, a second terminal provided at the end of the first planar coil, a second planar coil wound clockwise with the second terminal as one end, and an end of the second planar coil And a composite planar coil comprising a third terminal provided on the Antenna to be. 前記複合平面コイルの片面に、磁性材料からなるヨークが配置されていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。   The antenna according to claim 1, wherein a yoke made of a magnetic material is disposed on one side of the composite planar coil. 前記複合平面コイルの片面に、電磁波を遮断する遮蔽板が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ。   The antenna according to claim 1 or 2, wherein a shielding plate for blocking electromagnetic waves is disposed on one surface of the composite planar coil. 前記複合平面コイルが複数個配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナ。   The antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the composite planar coils are arranged. 請求項1から4のいずれか1項に記載のアンテナを用いたことを特徴とする送電装置。   A power transmission device using the antenna according to any one of claims 1 to 4. 前記受電装置との間で非接触の通信を行う場合、前記第1の平面コイル及び前記の第2の平面コイルに流れる電流の向きが、共に右回り、または共に左回りとなるように設定されることを特徴とする請求項5に記載の送電装置。   When non-contact communication is performed with the power receiving device, the direction of the current flowing through the first planar coil and the second planar coil is set to be clockwise or both counterclockwise. The power transmission device according to claim 5. 請求項1から4のいずれか1項に記載のアンテナを用いたことを特徴とする受電装置。   A power receiving device using the antenna according to any one of claims 1 to 4.
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