JP2012178531A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いられ、電力の受電又は送電を行うアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna that is used in a magnetic resonance wireless power transmission system and receives power or transmits power.
近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９−５０１５１０号公報）に開示されている。 In recent years, development of technology for transmitting electric power (electric energy) wirelessly without using a power cord or the like has become active. Among wireless transmission methods, there is a technique called magnetic resonance as a technology that has attracted particular attention. This magnetic resonance method was proposed by a research group of Massachusetts Institute of Technology in 2007, and a technology related to this is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-501510.
磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とし高いＱ値（１００以上）のアンテナを用いることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。 The magnetic resonance type wireless power transmission system uses an antenna having the same resonance frequency of the power transmission side antenna as that of the power reception side antenna and a high Q value (100 or more), so that the power transmission side antenna is changed to the power reception side antenna. On the other hand, energy transmission is performed efficiently, and one of the major features is that the power transmission distance can be several tens of centimeters to several meters.
上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムに用いるアンテナの具体的な構成についてもこれまでいくつか提案がされてきた。例えば、特許文献２（特開２０１０−７３９７６号公報）には、ワイヤレスで給電回路から受電回路へ電力を送信するワイヤレス電力伝送装置の、前記給電回路及び受電回路にそれぞれ設けられる通信コイルの構造において、比誘電率が１よりも大きい材質のプリント基板と、前記プリント基板の第１の層に設けられ、少なくとも１ループをなす導電パターンで形成された一次コイルと、前記プリント基板の第２の層に設けられ、渦巻き形状をなす導電パターンで形成された共鳴コイルと、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置の通信コイル構造が開示されている。
上記のような磁気共鳴方式の電力伝送システムを電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に対する電力供給に用いる場合においては、送電用のアンテナは地中部に埋設され、また、受電用のアンテナは車両の底面部にレイアウトされることが想定される。しかしながら、特許文献１記載のコイル構造においては、金属体からなる車両の底部に設置するための最適な設計がなされておらず、これを車両底部に配して利用した場合、電力伝送効率が抑制される、という問題であった。
When the magnetic resonance type power transmission system as described above is used for power supply to vehicles such as an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV), a power transmission antenna is embedded in the ground and receives power. It is assumed that the antenna for use is laid out on the bottom of the vehicle. However, in the coil structure described in
上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、底板部と前記底板部から延在する側板部とを有するケース体と、前記ケース体に載置される磁気共鳴アンテナ部と、前記磁気共鳴アンテナ部の上方に第１の距離をおいて配される磁性シールド体と、を有することを特徴とするアンテナである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアンテナにおいて、前記磁性シールド体の上方に第２の距離をおいて金属体が設けられることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載のアンテナにおいて、前記第１の距離が前記第２の距離より長いことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載のアンテナにおいて、前記金属体は複数の金属分割片からなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the antenna according to the second or third aspect, the metal body is composed of a plurality of metal division pieces.
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記側板部には互いに接触することがない複数の放熱部材が設けられることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、Ｑ値が１００以上であることを特徴とする。
The invention according to
本発明に係るアンテナは、コイル体の上方に第１の距離をおいて磁性シールド体が配されているので、車両底面にアンテナを装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制し、かつアンテナの高いＱ値も維持されるため、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。 In the antenna according to the present invention, since the magnetic shield body is arranged at the first distance above the coil body, even when the antenna is mounted on the bottom surface of the vehicle, the influence of the metal object constituting the vehicle main body portion, etc. And a high Q value of the antenna is also maintained, so that power can be transmitted efficiently.
なおアンテナのＱ値はインピーダンスアナライザ等の計測機器を使って計測する。 The Q value of the antenna is measured using a measuring device such as an impedance analyzer.
また、本発明に係るアンテナは、磁性シールド体の上方に第２の距離をおいて上方開口部を覆う金属体が設けられることで、アンテナを装着する車種などによらず、安定した電力伝送を行うことが可能となる。 Further, the antenna according to the present invention is provided with a metal body that covers the upper opening at a second distance above the magnetic shield body, so that stable power transmission can be achieved regardless of the type of vehicle on which the antenna is mounted. Can be done.
また、本発明に係るアンテナは、金属体を複数の金属分割片により構成することで、より高い効率で電力伝送を行うことが可能となる。 Moreover, the antenna which concerns on this invention can perform electric power transmission with higher efficiency by comprising a metal body with a some metal division piece.
また、本発明に係るアンテナは、互いに接触することがない複数の放熱部材が配されることで、コイル体の発熱を効率的に放熱しつつ、高い効率で電力伝送を行うことが可能となる。 Further, the antenna according to the present invention is provided with a plurality of heat dissipating members that do not come into contact with each other, so that it is possible to transmit power with high efficiency while efficiently dissipating heat generated by the coil body. .
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るアンテナが用いられる電力伝送システムのブロック図である。なお、本発明に係るアンテナは、電力伝送システムを構成する受電側のアンテナと送電側のアンテナのいずれにも適用可能であるが、以下の実施形態においては受電側のアンテナに本発明のアンテナを適用した例につき説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a power transmission system in which an antenna according to an embodiment of the present invention is used. The antenna according to the present invention can be applied to both a power receiving antenna and a power transmitting antenna constituting the power transmission system. However, in the following embodiments, the antenna of the present invention is used as the power receiving antenna. The applied example will be described.
本発明のアンテナが用いられる電力伝送システムとしては、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両への充電のためのシステムが想定されている。電力伝送システムは、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、送電アンテナ１０５などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーはこの電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナ２０１と、前記送電アンテナ１０５とを対向させることによって電力伝送システムからの電力を受電する。車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナ２０１が、送電アンテナ１０５に対して最も伝送効率が良い位置関係となるようにする。
As a power transmission system using the antenna of the present invention, for example, a system for charging a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) is assumed. Since the electric power transmission system transmits electric power to the vehicle as described above in a non-contact manner, the electric power transmission system is provided in a stop space where the vehicle can be stopped. The stop space, which is a vehicle charging space, is configured such that the
電力伝送システムでは、電力伝送システム１００側の送電アンテナ１０５から、受電側システム２００側の受電アンテナ２０１へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１０５の共振周波数と、受電アンテナ２０１の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにする。
In the power transmission system, when power is efficiently transmitted from the
電力伝送システム１００におけるＡＣ／ＤＣ変換部１０１は、入力される商用電源を一定の直流に変換するコンバータである。このＡＣ／ＤＣ変換部１０１からの出力は高電圧発生部１０２において、所定の電圧に昇圧されたりする。この電圧調整部１０２で生成される電圧の設定は主制御部１１０から制御可能となっている。
The AC /
インバーター部１０３は、高電圧発生部１０２から供給される高電圧から所定の交流電圧を生成して、整合器１０４に入力する。図２は電力伝送システムのインバーター部を示す図である。インバーター部１０３は、例えば図２に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱA乃至ＱDからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。
The
本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱBの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子ＱCとスイッチング素子ＱDとの間の接続部Ｔ２との間に整合器１０４が接続される構成となっており、スイッチング素子ＱA
とスイッチング素子ＱDがオンのとき、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオ
フとされ、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオンのとき、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオンとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。なお、本実施形態においては、各スイッチング素子のスイッチングによって生成される矩形波の周波数の範囲は数１００ｋＨｚ〜数１０００ｋＨｚ程度である。
In the present embodiment, between the connection portion T1 between the switching elements Q A and Q B connected in series and the connection portion T2 between the switching elements Q C and Q D connected in series. The
When the switching element Q D is on, the switching element Q B and the switching element Q C are off. When the switching element Q B and the switching element Q C are on, the switching element Q A and the switching element Q D are on. As a result, a rectangular wave AC voltage is generated between the connection portion T1 and the connection portion T2. In the present embodiment, the range of the frequency of the rectangular wave generated by switching of each switching element is about several hundred kHz to several thousand kHz.
上記のようなインバーター部１０３を構成するスイッチング素子ＱA乃至ＱDに対する駆動信号は主制御部１１０から入力されるようになっている。また、インバーター部１０３を駆動させるための周波数は主制御部１１０から制御することができるようになっている。
Drive signals for the switching elements Q A to Q D constituting the
整合器１０４は、所定の回路定数を有する受動素子から構成され、インバーター部１０３からの出力が入力される。そして、整合器１０４からの出力は送電アンテナ１０５に供給される。整合器１０４を構成する受動素子の回路定数は、主制御部１１０からの指令に基づいて調整することができるようになっている。主制御部１１０は、送電アンテナ１０５と受電アンテナ２０１とが共振するように整合器１０４に対する指令を行う。
The
送電アンテナ１０５は、誘導性リアクタンス成分を有するコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２０１と共鳴することで、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２０１に送ることができるようになっている。
The
電力伝送システム１００の主制御部１１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部１１０は、図示されている主制御部１１０と接続される各構成と協働するように動作する。
The
また、通信部１２０は車両側の通信部２２０と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１２０によって受信したデータは主制御部１１０に転送され、また、主制御部１１０は所定情報を通信部１２０を介して車両側に送信することができるようになっている。
The
次に、車両側に設けられている構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０５と共鳴することによって、送電アンテナ１０５から出力される電気エネルギーを受電するものである。このような受電アンテナ２０１は、車両の底面部に取り付けられるようになっている。
Next, a configuration provided on the vehicle side will be described. In the system on the power receiving side of the vehicle, the
受電アンテナ２０１で受電された交流電力は、整流部２０２において整流され、整流された電力は充電制御部２０３を通してバッテリー２０４に蓄電されるようになっている。充電制御部２０３は主制御部２１０からの指令に基づいてバッテリー２０４の蓄電を制御する。また、充電制御部２０３はバッテリー２０４の残量管理なども行い得るように構成される。
The AC power received by the
主制御部２１０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部である。この主制御部２１０は、図示されている主制御部２１０と接続される各構成と協働するように動作する。
The
インターフェイス部２３０は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー（運転者）に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするも
のであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部２３０から操作データとして主制御部２１０に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、主制御部２１０からインターフェイス部２３０に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。
The
また、車両側の通信部２２０は送電側の通信部１２０と無線通信を行い、送電側のシステムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部２２０によって受信したデータは主制御部２１０に転送され、また、主制御部２１０は所定情報を通信部２２０を介して送電システム側に送信することができるようになっている。
Further, the vehicle-
電力伝送システムで、電力を受電しようとするユーザーは、上記のような送電側のシステムが設けられている停車スペースに車両を停車させ、インターフェイス部２３０から充電を実行する旨の入力を行う。これを受けた主制御部２１０は、充電制御部２０３からのバッテリー２０４の残量を取得し、バッテリー２０４の充電に必要な電力量を算出する。算出された電力量と送電を依頼する旨の情報は、車両側の通信部２２０から送電側のシステムの通信部１２０に送信される。これを受信した送電側システムの主制御部１１０は高電圧発生部１０２、インバーター部１０３、整合器１０４を制御することで、車両側に電力を伝送するようになっている。
In the power transmission system, a user who wants to receive power inputs the information indicating that charging is performed from the
次に、以上のように構成される電力伝送システム１００で用いるアンテナの具体的な構成について説明する。以下、受電アンテナ２０１に本発明の構成を採用した例について説明するが、本発明のアンテナは送電アンテナ１０５に対しても適用し得るものである。
Next, a specific configuration of the antenna used in the
図３は本発明の第１実施形態に係る受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図４は本発明の第１実施形態に係る受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図であり、図４における矢印は磁力線を模式的に示している。なお、以下の実施形態では、コイル体２７０として矩形平板状のものを例に説明するが、本発明のアンテナはこのようなこのような形状のコイルに限定されるものではない。例えば、コイル体２７０として円形平板状のものなども利用し得る。このようなコイル体２７０は、受電アンテナ２０１における磁気共鳴アンテナ部として機能する。この「磁気共鳴アンテナ部」は、コイル体２７０のインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。また、明細書中でコイル体２７０としている発明特定事項は、特許請求の範囲においては、上記のようなキャパシタンス成分をも含むものとして「磁気共鳴アンテナ部」として表現されることがある。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
ケース体２６０は、受電アンテナ２０１の誘導性リアクタンス成分を有するコイル体２７０を収容するために用いられるものである。このケース体２６０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしている。ケース体２６０の矩形状の底板部２６１の各辺からは側板部２６２が、前記底板部２６１に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、ケース体２６０の上方においては、側板部２６２に囲まれるような上方開口部２６３が構成されている。ケース体２６０にパッケージされた受電アンテナ２０１はこの上方開口部２６３側で車両本体部に取り付けられる。ケース体２６０を車両本体部に取り付けるためには、従来周知の任意の方法を用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。
The
コイル体２７０は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材２７１と、この基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２とから構成されている。渦巻き状をなす導電部２７
２の内周側の第１端部２７３、及び外周側の第２端部２７４には不図示の導電線路が電気接続される。これにより、受電アンテナ２０１によって受電した電力を整流部２０２へと導けるようになっている。このようなコイル体２７０はケース体２６０の矩形状の底板部２１６上に載置され、適当な固着手段によって底板部２１６上に固着される。
The
A conductive line (not shown) is electrically connected to the
磁性シールド体２８０は、中抜き部２８５を有する平板状の磁性部材である。この磁性シールド体２８０を構成するためには、比抵抗が大きく、透磁率が大きく、磁気ヒステリシスが小さいものが望ましく、例えばフェライトなどの磁性材料を用いることができる。磁性シールド体２８０は、ケース体２６０に対して適当な手段により固着されることで、コイル体２７０の上方にある程度の空間を空けて配されるようになっている。このようなレイアウトにより、送電アンテナ１０５側で発生する磁力線は、磁性シールド体２８０を透過する率が高くなり、送電アンテナ１０５から受電アンテナ２０１への電力伝送において、車両本体部を構成する金属物による磁力線への影響が軽微となる。
The
上記のように構成された受電アンテナ２０１のＱ値が１００以上であった。なおアンテナのＱ値はインピーダンスアナライザ等の計測機器を使って計測した。
The Q value of the
以上のように、本発明の受電アンテナ２０１によれば、コイル体２７０の上方に磁性シールド体２８０が設けられているので、車両底面に受電アンテナ２０１を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
As described above, according to the
また、上記のような受電アンテナ２０１の構造は、電力伝送システム１００を構成する送電側のアンテナにも適用可能である。この場合、図４に示すように、受電アンテナ２０１と水平面に対して面対称（鏡像対称）となるような構造とする。
Further, the structure of the
すなわち、上記のような構造を送電アンテナ１０５に適用する場合には、送電アンテナ１０５の構造は、底板部２６１と前記底板部２６１から延在する側板部と前記側板部２６２に囲まれる開口部２６３とを有するケース体２６０と、前記ケース体２６０内に載置されるコイル体２７０と、前記コイル体２７０の下方に配される磁性シールド体２８０と、を有し、前記開口部２６３が前記コイル体２７０より鉛直下方に配置される構造となる。
That is, when the structure as described above is applied to the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図５は本発明の第２実施形態に係る受電アンテナ２０１の斜視図である。第２実施形態は、第１実施形態に係る受電アンテナ２０１におけるコイル体２７０で発生する熱を放熱し、アンテナ自体を冷却するための放熱部材３００が付加されている点で、第１実施形態と相違している。なお、第２実施形態で説明する放熱部材３００については、以下に説明する第３実施形態以降の実施形態に係るアンテナについても、アンテナの放熱のために適用可能なものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of a
放熱部材３００は、熱伝導性が良好な銅などの金属により製造されており、放熱対象に取り付けられる装着部である装着板部３０１と、この装着板部３０１から立設すると共に、空気との接触面積を確保し、装着板部３０１における熱を空気中に放散する役目を担うフィン部３０２とから構成されている。なお、放熱部材３００としては、以上のようなものに限定されず、その他の形状のものも利用することが可能である。
The
このような放熱部材３００としては、放熱対象である受信アンテナ２０１のケース体２６０の側板部２６２に不図示のボルトナットなどの固着手段によって取り付けられる。ここで、本発明に係るアンテナにおいては、放熱部材３００はケース体２６０の側板部２６２に対して、互いに接触することがないように複数設けるようにしている。すなわち、例えば、１つの側板部２６２に配される複数の放熱部材３００同士は、例えば、図５のｇに
示すように所定距離ずつ離間されて側板部２６２に取り付けられるように構成されている。
Such a
受信アンテナ２０１の放熱効率のみを考慮すると、放熱部材３００の側板部２６２に対して、前記ｇのような隙間を設けることなく配置することが望ましいが、本発明に係る受信アンテナ２０１においては、敢えて複数の放熱部材３００同士は互いに接触することがないように配置して、アンテナの電力伝送効率を維持するようにしている。
Considering only the heat radiation efficiency of the receiving
図６はコイル体２７０に放熱部材３００を模した金属板を配置したときの電力伝送効率の測定結果を示す図であり、図６（Ａ）は測定結果を示すグラフであり、図６（Ｂ）は測定を行った際の前提条件を図示するものである。測定の前提条件として、（１）は矩形平板状のコイル体２７０の向かい合う２辺に金属板（Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ）を配置して電力伝送効率を測定した場合であり、（２）は矩形平板状のコイル体２７０の３辺に金属板（Ｐ，Ｑ，ＲＳ）を配置して電力伝送効率を測定した場合であり、（３）は矩形平板状のコイル体２７０の全ての辺に金属板（Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ）を配置して電力伝送効率を測定した場合である。
FIG. 6 is a diagram showing measurement results of power transmission efficiency when a metal plate simulating the
以上のような条件に基づく、測定結果の図６（Ａ）によれば、コイル体２７０の２辺に金属板を配した場合、或いは、コイル体２７０の３辺に金属板を配した場合のいずれにおいても、電力伝送効率に顕著な相違はみられないのに対して、コイル体２７０の全ての辺に金属板を隙間なく配置すると、電力伝送効率が大幅に低減することがわかる。本発明に係るアンテナにおいては、このような知見に基づいて、放熱部材３００をケース体２６０の側板部２６２に対して、互いに接触することがないように複数設けるようにしている。
According to FIG. 6A of the measurement result based on the above conditions, when a metal plate is arranged on two sides of the
なお、矩形平板状のコイル体２７０の周囲をループするように金属板で覆う（３）の場合には、当該ループ内での渦電流が発生し、損失が大きくなり、伝送効率が低減するものと推定される。
In the case of (3), which is covered with a metal plate so as to loop around the rectangular
以上のように本発明に係るアンテナによれば、互いに接触することがない複数の放熱部材３００が配されることで、コイル体２７０の発熱を効率的に放熱しつつ、高い効率で電力伝送を行うことが可能となるのである。
As described above, according to the antenna of the present invention, by disposing the plurality of
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図７は本発明の第３実施形態に係る受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図８は本発明の第３実施形態に係る受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an exploded perspective view of a
第３実施形態においても、ケース体２６０は、受電アンテナ２０１の誘導性リアクタンス成分を有するコイル体２７０を収容するために用いられる。ケース体２６０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしており、ケース体２６０の矩形状の底板部２１６の各辺からは側板部２６２が、前記底板部２１６に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、ケース体２６０の上方においては、側板部２６２に囲まれるような上方開口部２６３が構成されている。
Also in the third embodiment, the
また、第３実施形態においても、コイル体２７０は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材２７１と、この基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２とから構成されている。渦巻き状をなす導電部２７２の内周側の第１端部２７３、及び外周側の第２端部２７４には不図示の導電線路が電気接続される。これにより、受電アンテナ２０１によって受電した電力を整流部２０２へと導けるようになっている。このようなコイル体２７０はケース体２６０の矩形状の底板部２１６上に載置され、適当な固着手段によって底板部２１６上に固着される。
Also in the third embodiment, the
また、磁性シールド体２８０は、中抜き部２８５を有する平板状の磁性部材である。この磁性シールド体２８０を構成するためには、フェライトなどの磁性材料を用いることができる。磁性シールド体２８０は、ケース体２６０に対して適当な手段により固着されることで、コイル体２７０の上方に第１の距離（ｄ1）をおいて配されるようになっている
。このようなレイアウトにより、送電アンテナ１０５側で発生する磁力線は、磁性シールド体２８０を透過する率が高くなり、送電アンテナ１０５から受電アンテナ２０１への電力伝送において、車両本体部を構成する金属物による磁力線への影響が軽微となる。
Further, the
また、ケース体２６０の上方開口部２６３においては、前記上方開口部２６３を覆うような矩形平板状の金属体２９０が、シールド体２８０の上方に第２の距離（ｄ2）をおい
て配されるようになっている。このような金属体２９０に用いる金属材料として任意のものを用いることとができるが、本実施形態においては、例えばアルミニウムを用いている。
Further, in the
本実施形態においては、金属体２９０が前記上方開口部２６３を覆うように配されることで、コイル体２７０に対する車両本体金属部の影響を抑制することが可能となり、受信アンテナ２０１のアンテナとしての特性を確定することが可能となる。本実施形態によれば、アンテナの特性が確定しているために、受信アンテナ２０１を取り付ける車種に関わりなく、同様の電力伝送特性を期待することが可能となり、アンテナとしての汎用性が広がることとなる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、受電アンテナ２０１はこの上方開口部２６３を覆う金属体２９０を利用して車両本体部に取り付けられるが、このように金属体２９０を利用しアンテナを車両に取り付けることで、車両への取り付け強度を確保することが可能となる。金属体２９０と車両本体部とを固着するための固着方法としては、従来周知の方法を適宜用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。
Further, in the present embodiment, the
ここで、コイル体２７０の上方に第１の距離（ｄ1）をおいて磁性シールド体２８０を
配する効果の検証について説明する。図９はシールド体２８０の配置と伝送効率との関係を測定した結果を示すグラフである。図８において、送電アンテナ１０５のコイル体を固定し、同じく受電アンテナ２０１側のコイル体２７０及び金属板２９０を固定し、磁性シールド体２８０を鉛直方向に上下させたときの伝送効率を測定した結果である。すなわち、送電アンテナ１０５側のコイル体と、受電アンテナ２０１側のコイル体２７０との間の距離Ｇ＝２０ｃｍ一定とし、コイル体２７０と金属板２９０との間の距離Ｄ＝６ｃｍ一定としている。
Here, verification of the effect of disposing the
また、磁性シールド体２８０の位置は、コイル体２７０の上面からの距離ｄ1によって
規定した。磁性シールド体２８０と金属板２９０との間の第２の距離ｄ2と、第１の距離
ｄ1との間には、ｄ2＝Ｄ−ｄ1の関係がある。また、磁性シールド体２８０としては、磁
性材料Ａからなるもの、及び、磁性材料Ｂからなるものの２種類を用いた。
Further, the position of the
図９によれば、磁性材料Ａの場合、距離ｄ1＝０．９程度で最も伝送効率が高くなり、
磁性材料Ｂの場合、距離ｄ1＝５程度で最も伝送効率が高くなる。このように、最高の伝
送効率を得ようとすれば、コイル体２７０の上方に第１の距離（ｄ1）をおいて磁性シー
ルド体２８０を配するようにし、磁性シールド体２８０の上方には第２の距離をおいて金属体２９０を設けるようにすることが好ましいことが分かる。
According to FIG. 9, in the case of the magnetic material A, the transmission efficiency becomes the highest at a distance d 1 = 0.9,
In the case of the magnetic material B, the transmission efficiency is highest at a distance d 1 = 5. As described above, in order to obtain the highest transmission efficiency, the
以上のように、本発明に係る受電アンテナ２０１は、コイル体２７０の上方に第１の距
離（ｄ1）をおいて磁性シールド体２８０が配されているので、車両底面に受電アンテナ
２０１を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
As described above, in the
また、本発明に係る受電アンテナ２０１は、磁性シールド体２８０の上方に第２の距離（ｄ2）をおいて上方開口部２６３を覆う金属体２９０が設けられることで、受電アンテ
ナ２０１を装着する車種などによらず、安定した効率の良い電力伝送を行うことが可能となる。
In addition, the
本発明に係るアンテナにおいては、コイル体２７０の上方に配される平板状の磁性シールド体２８０には、中抜き部２８５を設けることが好ましい。磁性シールド体２８０に中抜き部２８５を設けることにより、磁性シールド体２８０自体の損失が低減され、磁性シールド体２８０のシールド効果を最大限に引き出すことが可能となる。また、中抜き部２８５を有する磁性シールド体２８０においては、部材面積が少なくてすみ、アンテナのコスト低減が可能となる。なお、中抜き部２８５の広さは、磁性シールド体２８０自体とコイル体２７０の導電部２７２とが積層方向からみて重畳しなくならない程度の広さに留めることが好ましい。
In the antenna according to the present invention, it is preferable that the flat
以下、上記のことを検証した結果について説明する。図１０は中抜き部２８５を有する磁性シールド体２８０の効果の検証結果を説明する図である。図１０（Ａ）は伝送効率の測定結果を示す図であり、図１０（Ｂ）は測定のための前提条件を示す図である。測定の前提条件として、（１）は中抜き部２８５が設けられていない磁性シールド体を用いて電力伝送効率を測定した場合であり、（２）は中抜き部２８５を有する磁性シールド体２８０を用いて電力伝送効率を測定した場合である。いずれの場合も、図８に示すレイアウトのアンテナによって、伝送効率を測定した。
Hereinafter, the result of verifying the above will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining the verification result of the effect of the
図１０（Ａ）からも分かるように、中抜き部２８５を有する磁性シールド体２８０を用いたアンテナの方が、中抜き部２８５が設けられていない磁性シールド体を用いたアンテナに比べて、伝送効率が高くなる。
As can be seen from FIG. 10A, the antenna using the
以上のような本発明に係る受信アンテナ２０１は、コイル体２７０の上方に中抜き部２８５を有する平板状の磁性シールド体２８０と、上方開口部２６３を覆う金属体２９０と、が設けられているので、車両底面に受信アンテナ２０１を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
The receiving
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１１は本発明の第４実施形態に係る受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図１２は本発明の第４実施形態に係る受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is an exploded perspective view of a
第４実施形態に係るアンテナが第３実施形態にアンテナと異なる点は、金属体２９０が複数の金属分割片２９２により構成されていることである。第３実施形態に係る受信アンテナ２０１においては、金属体２９０は一枚の板状のものが用いられていたのに対して、第４実施形態に係る受信アンテナ２０１においては、金属分割片２９２が３×４のマトリクス状に配置されたものが金属体２９０として利用される。ここで、各金属分割片２９２は、例えばポリカーボネート製の金属体保持板２９１上に、所定間隔をおいて配列されて金属体保持板２９１に対して固着されるようになっている。本実施形態においては、このような金属体保持板２９１上に構成された複数の金属分割片２９２からなる金属体２９０がケース体２６０の上方開口部２６３を封口するようになっている。金属分割片２９２に用いる金属材料として任意のものを用いることとができるが、本実施形態においては、例えばアルミニウムを用いている。
The antenna according to the fourth embodiment differs from the antenna according to the third embodiment in that the
図１３は金属体２９０を分割することによる効果の検証結果を説明する図であり、図１３（Ａ）は測定結果を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は測定を行った際の前提条件を図示するものである。測定の前提条件として、（１）は金属体２９０を８枚の金属分割片２９２から構成して周波数を変化させつつ電力伝送効率を測定した場合であり、（２）は金属体２９０を４枚の金属分割片２９２から構成して周波数を変化させつつ電力伝送効率を測定した場合であり、（３）は金属体２９０を２枚の金属分割片２９２から構成して周波数を変化させつつ電力伝送効率を測定した場合であり（４）は１枚の金属体２９０で周波数を変化させつつ電力伝送効率を測定した場合である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the verification result of the effect obtained by dividing the
図１３（Ａ）の結果のグラフから分かるように、金属体２９０を構成する際の金属分割片２９２の枚数を多くすればするほど、伝送効率のピークが高くなる。
As can be seen from the graph of the result in FIG. 13A, the peak of the transmission efficiency increases as the number of the
以上のような本発明に係る受信アンテナ２０１においては、金属体２９０を複数の金属分割片２９２により構成することで、より高い効率で電力伝送を行うことが可能となる。
In the receiving
なお、金属体２９０を複数の金属分割片２９２により構成する実施形態については、他の金属体２９０を用いるいずれの実施形態にも適用可能である。
It should be noted that the embodiment in which the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１４は本発明の第５実施形態に係る受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図１５は本発明の第５実施形態に係る受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is an exploded perspective view of a
第５実施形態に係るアンテナが第３実施形態にアンテナと異なる点は、磁性シールド体２８０が複数の磁性シールド分割片２８２により構成されていることである。第３実施形態に係る受信アンテナ２０１においては、磁性シールド体２８０は一枚の板状のものが用いられていたのに対して、第５実施形態に係る受信アンテナ２０１においては、磁性シールド分割片２８２が中抜き部２８５を有するように周状に１０枚配置されたものが磁性シールド体２８０として利用される。ここで、各磁性シールド分割片２８２は、例えばポリカーボネート製のシールド体保持板２８１上に、所定間隔をおいて配列されてシールド体保持板２８１に対して固着されるようになっている。本実施形態においては、このようなシールド体保持板２８１上に構成された複数の磁性シールド分割片２８２からなる磁性シールド体２８０がコイル体２７０上方に所定距離離間されて配置されるようになっている。磁性シールド分割片２８２には、フェライトなどの磁性材料を用いることができる。また、本実施形態においても、磁性シールド体２８０には中抜き部２８５が設けられてなるものである。
The antenna according to the fifth embodiment differs from the antenna according to the third embodiment in that the
図１６は磁性シールド体２８０を分割することによる効果の検証結果を説明する図であり、図１６（Ａ）は測定結果を示すグラフであり、図１６（Ｂ）は測定を行った際の前提条件を図示するものである。測定の前提条件として、（１）は１枚の磁性シールド体２８０により電力伝送効率を測定した場合であり、（２）は磁性シールド体２８０を図示するように８枚の磁性シールド分割片２８２から構成して電力伝送効率を測定した場合であり、（３）は磁性シールド体２８０を図示するように２８枚の磁性シールド分割片２８２から構成して電力伝送効率を測定した場合であり、（４）は磁性シールド体２８０を図示するように４０枚の磁性シールド分割片２８２から構成して電力伝送効率を測定した場合である。
FIG. 16 is a diagram for explaining the verification result of the effect obtained by dividing the
図１６（Ａ）の結果のグラフから分かるように、磁性シールド体２８０を構成する際の磁性シールド分割片２８２の枚数を多くすればするほど、伝送効率が向上することが分かる。これは、磁性シールド体２８０内で発生する渦電流の損失が、磁性シールド分割片２
８２の枚数が多くなればなるほど低減することによるものと推測される。また、一方で、図１６（Ａ）からは、磁性シールド体２８０を構成する際の磁性シールド分割片２８２の枚数を上げていったとしても、伝送効率はある程度のレベルで飽和することもわかる。
As can be seen from the graph of the result of FIG. 16A, it can be seen that the transmission efficiency improves as the number of magnetic shield divided
It is presumed that this is due to a decrease in the number of 82. On the other hand, FIG. 16 (A) also shows that the transmission efficiency saturates at a certain level even if the number of the magnetic shield divided
磁性シールド体２８０を構成する際の磁性シールド分割片２８２の枚数を上げると製造の手間などが増大することに加え、前記枚数を上げても伝送効率は飽和することから、磁性シールド体２８０を構成する際に用いる磁性シールド分割片２８２の枚数は適当に制限することが好ましいことがわかる。例えば、図１４に示すように、１０枚程度の磁性シールド分割片２８２によって磁性シールド体２８０を構成することも好ましい実施形態の１つである。
Increasing the number of magnetic shield divided
以上のような本発明に係る受信アンテナ２０１は、コイル体の上方に複数の磁性シールド分割片２８２からなる磁性シールド体２８０と、金属体２９０とが設けられているので、車両底面に受信アンテナ２０１を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
Since the receiving
なお、磁性シールド体２８０を複数の磁性シールド分割片２８２により構成する実施形態については、他の金属体２９０を用いるいずれの実施形態にも適用可能である。
It should be noted that the embodiment in which the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１７は本発明の第６実施形態に係る受電アンテナ２０１の分解斜視図であり、図１８は本発明の第６実施形態に係る受電アンテナ２０１による電力伝送の様子を示す断面の模式図である。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 is an exploded perspective view of a
第６実施形態に係る受電アンテナ２０１においては、金属体２９０を、第５実施形態に係る受電アンテナ２０１同様、複数の金属分割片２９２により構成し、磁性シールド体２８０を、第５実施形態に係る受電アンテナ２０１同様、複数の磁性シールド分割片２８２により構成したことを特徴としている。
In the
以上のような第６実施形態に係る受電アンテナ２０１によれば、これまで説明した実施形態の中でも、最も伝送効率の高い受信アンテナ２０１を提供することが可能となるものと期待できる。
According to the
以上、本発明に係るアンテナは、コイル体の上方に磁性シールド体が設けられているので、車両底面にアンテナを装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。 As described above, since the antenna according to the present invention is provided with the magnetic shield body above the coil body, even when the antenna is mounted on the bottom surface of the vehicle, the influence of metal objects constituting the vehicle main body portion is suppressed, It becomes possible to perform power transmission efficiently.
また、本発明に係るアンテナは、上方開口部を覆う金属体が設けられることで、アンテナを装着する車種などによらず、安定した電力伝送を行うことが可能となる。 In addition, the antenna according to the present invention is provided with a metal body that covers the upper opening, so that it is possible to perform stable power transmission regardless of the type of vehicle on which the antenna is mounted.
また、本発明に係るアンテナは、金属体を複数の金属分割片により構成することで、より高い効率で電力伝送を行うことが可能となる。 Moreover, the antenna which concerns on this invention can perform electric power transmission with higher efficiency by comprising a metal body with a some metal division piece.
また、本発明に係るアンテナは、互いに接触することがない複数の放熱部材が配されることで、コイル体の発熱を効率的に放熱しつつ、高い効率で電力伝送を行うことが可能となる。 Further, the antenna according to the present invention is provided with a plurality of heat dissipating members that do not come into contact with each other, so that it is possible to transmit power with high efficiency while efficiently dissipating heat generated by the coil body. .
１００・・・電力伝送システム
１０１・・・ＡＣ／ＤＣ変換部
１０２・・・電圧調整部
１０３・・・インバーター部
１０４・・・整合器
１０５・・・送電アンテナ
１１０・・・主制御部
１２０・・・通信部
２０１・・・受電アンテナ
２０２・・・整流部
２０３・・・充電制御部
２０４・・・バッテリー
２１０・・・主制御部
２２０・・・通信部
２３０・・・インターフェイス部
２６０・・・ケース体
２１６・・・底板部
２６２・・・側板部
２６３・・・（上方）開口部
２７０・・・コイル体
２７１・・・基材
２７２・・・導電部
２７３・・・第１端部
２７４・・・第２端部
２８０・・・磁性シールド体
２８１・・・シールド保持板
２８２・・・磁性シールド分割片
２８５・・・中抜き部
２９０・・・金属体
２９１・・・金属体保持板
２９２・・・金属分割片
３００・・・放熱部材
３０１・・・装着板部
３０２・・・フィン部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ケース体に載置される磁気共鳴アンテナ部と、
前記磁気共鳴アンテナ部の上方に第１の距離をおいて配される磁性シールド体と、を有することを特徴とするアンテナ。 A case body having a bottom plate portion and a side plate portion extending from the bottom plate portion;
A magnetic resonance antenna unit placed on the case body;
And a magnetic shield body disposed at a first distance above the magnetic resonance antenna section.
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