JP6443608B1 - アンテナ装置、非接触伝送装置および非接触伝送システム - Google Patents

Abstract

アンテナ装置（１０１）は、第１コイルアンテナ（１）と、両端がＮＦＣシステム用回路（２１）に接続される第２非接触伝送システム用の第２コイルアンテナ（２２）と、第１コイルアンテナ（１）の両端に電力伝送システム用回路（１１）を接続する第１状態と、第１コイルアンテナ（１）の両端同士を接続する第２状態とを切り替える切替回路（ＳＷ１，ＳＷ２）と、を有する。第１状態で第１非接触伝送システムでの伝送が行われ、第２状態で第２コイルアンテナ（２２）と第１コイルアンテナ（１）とが磁界結合して第２非接触伝送システムでの伝送が行われる。

Description

本発明は、非接触伝送システムに適用されるアンテナ装置、それを備える非接触伝送装置、および非接触伝送システムに関する。

第１コイル導体を非接触通信用のコイルとして利用し、第１コイル導体および第２コイル導体を直列に接続して非接触電力伝送用のコイルとして利用する構造のアンテナ装置が特許文献１に開示されている。

特開２０１３−９３４２９号公報

特許文献１に示されているアンテナ装置においては、非接触電力伝送に用いるために第１コイル導体および第２コイル導体という２つのコイル導体を備えるので、アンテナ装置の占有面積が大きい。また、非接触通信時に第１コイル導体のみを用いるが、この第１コイル導体と第２コイル導体とは相互干渉しやすく、そのことによって、アンテナの特性が劣化するおそれがある。

上述の課題は非接触通信システムと非接触電力伝送システムとに共用するアンテナ装置に限らず、システムの異なる複数の非接触伝送システムに用いられるアンテナ装置において同様に生じる。

本発明の目的は、非接触伝送システムに用いられ、小型化しやすくアンテナ特性の劣化を回避したアンテナ装置、それを備える非接触伝送装置および非接触伝送システムを提供することにある。

（１）本発明のアンテナ装置は、
第１コイルアンテナと、
両端が第２非接触伝送システム用回路に接続される第２コイルアンテナと、
前記第１コイルアンテナの両端に第１非接触伝送システム用回路を電気的に接続する第１状態と、前記第１コイルアンテナの両端同士を電気的に接続する第２状態とを切り替える切替回路と、を有し、
前記第１状態で前記第１非接触伝送システムでの伝送が行われ、第２状態で前記第２コイルアンテナと前記第１コイルアンテナとが磁界結合して前記第２非接触伝送システムでの伝送が行われることを特徴とする。

上記構成により、第１非接触伝送システムにおいて第１コイルアンテナは第１非接触伝送システム用回路に直接的に接続された、第１非接触伝送システム用コイルアンテナとして作用し、第２非接触伝送システムにおいては、第１コイルアンテナは第２コイルアンテナと磁界結合して、第２コイルアンテナと共に第２非接触伝送システム用のアンテナとして作用する。

（２）前記第１コイルアンテナは、平面状のコイルアンテナであり、前記第２コイルアンテナの巻回軸は前記第１コイルアンテナの巻回軸と直交し、前記第１コイルアンテナの平面視で、前記第１コイルアンテナの一部は前記第２コイルアンテナと重なることが好ましい。この構造により、第１コイルアンテナと第２コイルアンテナとの結合係数が高まり、第１コイルアンテナのブースターアンテナとしての作用が高まる。

（３）前記第２状態で、前記第１コイルアンテナの両端同士はキャパシタを介して接続され、前記第１コイルアンテナと前記キャパシタとで、前記第２非接触伝送システムで使用される第２周波数帯に共振する共振ループが構成されることが好ましい。このことにより、共振ループに流れる電流を高めることができ、第２非接触伝送システムにおいて、高効率、低損失のアンテナとして作用する。

（４）前記アンテナ装置に前記切替回路を制御する制御部を更に備えれば、制御信号によって、第１非接触伝送システムと第２非接触伝送システムとを容易に切り替えることができる。

（５）前記第１非接触伝送システムで使用される第１周波数帯が前記第２非接触伝送システムで使用される第２周波数帯よりも低い場合に、前記切替回路を、前記第１非接触伝送システム用回路と前記第１コイルアンテナとの間にシリーズに接続されたインダクタ、および前記第１コイルアンテナの両端間に接続されたキャパシタで構成してもよい。このことにより、スイッチおよびその制御回路が不要となる。

（６）前記第１コイルアンテナに対する前記第２コイルアンテナと同じ側に配置された導電部材を更に備え、前記第１コイルアンテナは第１のコイル開口を有し、前記第２コイルアンテナは第２のコイル開口を有し、前記導電部材の少なくとも一部は前記第１コイルアンテナの平面視で前記第１のコイル開口に重なり、前記導電部材は、前記第２のコイル開口の平面視で、前記第２のコイル開口の少なくとも一部に重なる、ことが好ましい。この構造により、第２コイルアンテナと第１非接触伝送システムの相手側アンテナとの不要結合が効果的に低減される。

（７）前記導電部材は、前記第２コイルアンテナの巻回軸が交差する位置に配置されていることが好ましい。このことにより、第２コイルアンテナと第１非接触伝送システムの相手側アンテナとの不要結合が更に効果的に低減される。

（８）本発明の非接触伝送装置は、上記（１）〜（７）に記載のアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続される前記第１非接触伝送システム用回路および前記第２非接触伝送システム用回路と、を備える。

（９）前記第１非接触伝送システムが電力伝送システムであり、前記第２非接触伝送システムが近距離通信システムであれば、電力伝送システムと近距離通信システムの両方に適用される、例えば携帯電子機器が小型化できる。

（１０）前記第１非接触伝送システム用回路が電力伝送システムの受電用回路であり、前記第２非接触伝送システム用回路が近距離通信システムの送受信用回路であれば、電力伝送システムにより充電され、近距離通信システムで通信（送受信）が行われる、小型の電子機器が構成できる。

（１１）本発明の非接触伝送システムは、
上記（９）または（１０）に記載の非接触伝送装置と、
前記第１コイルアンテナと磁界結合する、前記電力伝送システムの相手側アンテナを備える前記電力伝送システムの相手側装置と、
前記第１コイルアンテナと磁界結合する、前記近距離通信システムの相手側アンテナを備える前記近距離通信システムの相手側装置と、
を備える。

本発明によれば、非接触伝送システムに用いられ、小型化しやすくアンテナ特性の劣化を回避したアンテナ装置、非接触伝送装置およびそれを備える非接触伝送システムが構成される。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１および非接触伝送装置２０１の回路図である。 図２は第１コイルアンテナ１および第２コイルアンテナ２２の形状および位置関係を示す平面図である。 図３は第２コイルアンテナ２２の分解斜視図である。 図４は第２コイルアンテナ２２の断面図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、本実施形態に係るアンテナ装置と相手側アンテナとの結合の様子を示す図である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２および非接触伝送装置２０２の回路図である。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３および非接触伝送装置２０３の回路図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４および非接触伝送装置２０４の回路図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第４の実施形態に係る別のアンテナ装置１０４Ａおよび非接触伝送装置２０４Ａの回路図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第５の実施形態に係るアンテナ装置と相手側アンテナとの結合の様子を示す図である。 図１１は第６の実施形態に係る非接触伝送システム３０１の構成を示す図である。

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、便宜上複数の実施形態に分けて示すが、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。各実施形態の説明において、共通の事柄についての重複する記述は省略し、特に異なる点について説明する。また、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。

《第１の実施形態》
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１および非接触伝送装置２０１の回路図である。

非接触伝送装置２０１は電力伝送システム用回路１１、ＮＦＣ（近距離通信）システム用回路２１およびアンテナ装置１０１を備える。アンテナ装置１０１は、第１コイルアンテナ１、第２非接触伝送システム用の第２コイルアンテナ２２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、キャパシタ２３、切替回路２および制御部３を備える。以降、本明細書の回路図において、第１コイルアンテナ１はインダクタ成分を有する素子であるが、インダクタ記号では表現せず、平面コイル形状で表現する。第２非接触伝送システム用の第２コイルアンテナ２２の両端にはＮＦＣシステム用回路２１が接続される。

電力伝送システム用回路１１は、例えば電磁誘導電力伝送システムや磁界共鳴電力伝送システム等の磁界型非接触電力伝送システムに使用される回路である。例えば、電磁誘導型伝送システムは、ＬＦ帯、特に１００ｋＨｚから２００ｋＨｚの付近の周波数で用いられる。また、磁界共鳴電力伝送システムは、ＨＦ帯、特に６．７８ＭＨｚ付近の周波数で用いられる。また、磁界型非接触電力伝送システムは、磁界結合により電力伝送相手と結合して電力伝送を行う。この電力伝送システムは、本発明の「第１非接触伝送システム用回路」に相当する。

ＮＦＣシステム用回路２１は、例えば近距離無線通信システムに使用される回路である。近距離無線通信システムは、例えば、ＮＦＣ（Near field Communication、近傍界通信）を用いたシステム等である。例えば、近距離無線通信システムは、ＨＦ帯、特に１３．５６ＭＨｚ付近の周波数で用いられる。また、近距離無線通信システムは磁界結合により通信相手と通信を行う。このＮＦＣシステムは、本発明の「第２非接触伝送システム用回路」に相当する。

本実施形態では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２はそれぞれＳＰＤＴ型のスイッチであり、本発明に係る「切替回路」の例である。図１（Ａ）は第１状態、図１（Ｂ）は第２状態である。制御部３はスイッチＳＷ１，ＳＷ２の状態を制御する。すなわち、制御部３は、図１（Ａ）に示す第１状態または図１（Ｂ）に示す第２状態のいずれかに定める。

第１状態で、第１コイルアンテナ１は電力伝送システム用回路１１に電気的に接続され、電力伝送システムでの伝送が行われる。第２状態で、第１コイルアンテナ１はＮＦＣシステム用回路２１に電気的に接続され、ＮＦＣシステムでの伝送が行われる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は例えばＭＯＳ−ＦＥＴで構成される。ここで、「電気的に接続される」とは、電流経路として接続されている状態を指し、キャパシタ等の電子部品等を介して接続される状態を含む。

例えば電力伝送システム用回路１１が受電側の回路である場合は、第１コイルアンテナ１を電力伝送システム用のコイルアンテナとして利用し、この電力伝送システム用のコイルアンテナを介して受電した電力で二次電池を充電する。また、電力伝送システム用回路１１が送電側の回路である場合は、電力伝送システム用のコイルアンテナを介して相手側装置へ電力を送電する。

図１（Ａ）に示す第１状態で、電力伝送システム用回路１１は第１コイルアンテナ１を電力伝送システム用のアンテナとして用いる。第１コイルアンテナ１は、電力伝送システムの相手側アンテナと電磁界結合（磁界結合および電界結合）し、電磁誘導方式や磁界共鳴方式等で電力を受電する。

図１（Ｂ）に示す第２状態で、第２コイルアンテナ２２は第１コイルアンテナ１と磁界結合する。ＮＦＣシステム用回路２１からみて、第２コイルアンテナ２２は結合用コイルとして作用し、第１コイルアンテナ１はブースターアンテナとして作用する。

第１コイルアンテナ１は、電力伝送状態（第１状態）、ＮＦＣ通信状態（第２状態）のいずれにおいてもアンテナして利用されるため、アンテナ装置のサイズ（占有面積）が有効に利用され、その分、小型化できる。また、第１状態と第２状態を切り替えて動作するため、各システムの相互干渉によるアンテナ特性の劣化を回避できる。

図１（Ｂ）に示す第２状態で、第１コイルアンテナ１とキャパシタ２３とで共振ループが構成されている。この共振ループの共振周波数を、ＮＦＣシステムの通信周波数帯に合わせることで、共振ループに流れる電流が高まり、ＮＦＣ通信（第２非接触伝送）システムにおけるアンテナ特性が向上する。

なお、ＮＦＣシステム用回路２１には、例えばＮＦＣシステムの周波数で、第２コイルアンテナ２２とインピーダンス整合するためのキャパシタが設けられている。

制御部３は、電力伝送システム用回路１１またはＮＦＣシステム用回路２１を制御する制御部であってもよい。また、その一部であってもよい。

制御部３は、別途設けられるインターフェース上でのユーザーの操作や外部からの信号入力により、切替回路２の状態が設定されるように構成されていてもよい。また、第１コイルアンテナ１に近接する相手側アンテナが電力伝送システムのアンテナであるか、ＮＦＣシステムのアンテナであるかを検知する手段を備え、その検知結果に応じて切替回路の状態を設定するように構成されていてもよい。また、切替回路の状態を時分割的に切り替え、伝送可能となった状態で、電力伝送システムでの電力受電やＮＦＣシステムでの通信を行うように構成されていてもよい。

図２は第１コイルアンテナ１および第２コイルアンテナ２２の形状および位置関係を示す平面図である。第１コイルアンテナ１は基材１０に形成された導体パターンであり、例えば液晶ポリマーシートやポリイミドシートにラミネートされた銅箔がフォトリソグラフィにより形成されたものである。第２コイルアンテナ２２は回路基板に実装されている。

第１コイルアンテナ１は矩形スパイラル状の導体パターンで構成された平面状のコイルである。第２コイルアンテナ２２はヘリカル状の導体パターンを有するチップ部品である。第２コイルアンテナ２２の巻回軸は第１コイルアンテナ１の巻回軸と直交し、第１コイルアンテナ１の平面視で第１コイルアンテナ１の一部は第２コイルアンテナ２２の一部に重なる。

上記構造により、第１コイルアンテナ１とコイルアンテナ２２との結合係数は高くなる。そのため、コイルアンテナ２２に接続された回路から視て、第１コイルアンテナ１のブースターアンテナとしての磁界放射効率は高くなる。

図３は第２コイルアンテナ２２の分解斜視図、図４はその断面図である。第２コイルアンテナ２２は、複数のシート２０ａ〜２０ｉが積層された多層基板２０と、この多層基板２０に形成されたコイル導体とを備えている。図３では上下の非磁性体シート２０ａ，２０ｉは図示を省略している。磁性体シート２０ｂの下面にはコイル導体の複数の第１線条部２２Ｌが形成されている。磁性体シート２０ｈの上面にはコイル導体の複数の第２線条部２２Ｕが形成されている。磁性体シート２０ｂ〜２０ｈにはコイル導体の複数のビア導体（層間接続導体）２２Ｖが形成されている。これらの線条部２２Ｌ，２２Ｕおよびビア導体２２Ｖによって、横置きの扁平角筒に沿ったヘリカル状のコイル導体を備えた第２コイルアンテナ２２が構成されている。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、本実施形態に係るアンテナ装置と相手側アンテナとの結合の様子を示す図であり、筐体４０内にアンテナ装置１０１が設けられている。第２コイルアンテナ２２は回路基板３０に実装されている。第１コイルアンテナ１が形成された基材１０は筐体４０の内面に貼付されている。

図５（Ａ）は電力伝送状態（第１状態）でのアンテナ装置１０１と電力伝送システムの相手側アンテナとの結合の様子を示す図である。図５（Ｂ）はＮＦＣ通信状態（第２状態）でのアンテナ装置１０１とＮＦＣ通信相手側アンテナとの結合の様子を示す図である。第１コイルアンテナ１は、巻回軸が平面に対して垂直方向を向く平面状のコイルであり、第２コイルアンテナ２２の巻回軸は第１コイルアンテナ１の巻回軸と直交し、第１コイルアンテナ１の平面視で、第１コイルアンテナ１の一部は第２コイルアンテナ２２と重なる。

図５（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナ装置１０１を含む電子機器は例えば所謂スマートフォン、ノートＰＣ、タブレット端末等の携帯電子機器である。

図５（Ａ）に示す電力伝送システムの相手側アンテナ２１１にはループ状のコイルアンテナが設けられている。電力伝送状態（第１状態）において、電力伝送システムの相手側アンテナ２１１と第１コイルアンテナ１とは磁束φ１で示すように磁界結合する。この状態で、第２コイルアンテナ２２は、電力伝送システムの相手側アンテナ２１１と第１コイルアンテナ１との結合を阻害しない。

図５（Ｂ）に示すＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１には例えばループ状のコイルアンテナが設けられている。ＮＦＣ通信状態（第２状態）において、ＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１と第１コイルアンテナ１とは磁束φ２で示すように磁界結合する。また、第１コイルアンテナ１と第２コイルアンテナ２２とは、磁束φ３で示すように磁界結合する。つまり、第２コイルアンテナ２２に接続されたＮＦＣシステム用回路２１と、ＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１に接続されたＮＦＣ通信相手側回路とは、第２コイルアンテナ２２および第１コイルアンテナ１を介して通信される。その際、第１コイルアンテナ１はブースターアンテナとして作用する。

本実施形態のアンテナ装置１０１の特徴的な作用効果を列挙すると、次のとおりである。

（ａ）第１コイルアンテナ１は、電力伝送状態（第１状態）、ＮＦＣ通信状態（第２状態）のいずれにおいても利用されるため、アンテナ装置のサイズ（占有面積）が有効に利用され、その分、小型化できる。また、第１状態と第２状態とを切り替えて動作させるため、各システムの相互干渉によるアンテナ特性の劣化が回避できる。

（ｂ）第１コイルアンテナ１は、巻回軸が平面に対して垂直方向を向く平面状のコイルであり、第２コイルアンテナ２２の巻回軸は第１コイルアンテナ１の巻回軸と直交または実質的に直交し、第１コイルアンテナ１の平面視で、第１コイルアンテナ１の一部は第２コイルアンテナ２２と重なるので、第１コイルアンテナ１と第２コイルアンテナ２２との結合係数は高い。そのため、第２コイルアンテナ２２に接続された回路から視て、第１コイルアンテナ１のブースターアンテナとしての磁界放射効率が高い。

（ｃ）ＮＦＣ通信状態（第２状態）で、第１コイルアンテナ１の両端同士はキャパシタ２３を介して接続され、第１コイルアンテナ１とキャパシタ２３とでＮＦＣシステムの通信周波数の共振ループが構成されることにより、共振ループに流れる電流を高めることができ、ＮＦＣ通信（第２非接触伝送）システムにおいて、アンテナ特性が向上する。

《第２の実施形態》
図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２および非接触伝送装置２０２の回路図である。

アンテナ装置１０２は、第１コイルアンテナ１、第２コイルアンテナ２２、切替回路２、キャパシタ２３および制御部３を備える。本実施形態においては、切替回路２はスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１を備える。制御部３はスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１の状態を制御する。第１コイルアンテナ１、第２コイルアンテナ２２、キャパシタ２３およびその他の基本構成は図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したアンテナ装置１０１および非接触伝送装置２０１と同じである。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したスイッチＳＷ１，ＳＷ２はそれぞれＳＰＤＴ型のスイッチであったが、本実施形態のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１はそれぞれＳＰＳＴ型のスイッチである。このように、切替回路２のスイッチ回路構成は幾つかの構成を採り得る。スイッチは、スイッチの回路構成に合わせて適切な数だけ配置すればよい。

また、電力伝送システムが、ＬＦ帯、特に１００ｋＨｚから２００ｋＨｚの付近の周波数で用いられ、ＮＦＣシステムが、ＨＦ帯、特に１３．５６ＭＨｚ付近の周波数で用いられる場合には、キャパシタ２３と第１コイルアンテナ１とにより構成される共振ループによる電力伝送システムの影響が小さいため、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１は省略してもよい。

《第３の実施形態》
図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３および非接触伝送装置２０３の回路図である。

アンテナ装置１０３は、第１コイルアンテナ１、第２コイルアンテナ２２、および切替回路２を備える。切替回路２はインダクタ１３Ａ，１３Ｂおよびキャパシタ２３で構成されている。インダクタ１３Ａ，１３Ｂは、電力伝送システム用回路１１と第１コイルアンテナ１との間にシリーズに接続されていて、キャパシタ２３は第１コイルアンテナ１の両端間に接続されている。図１（Ａ）（Ｂ）、図６（Ａ）（Ｂ）に示した例とは異なり、本実施形態におけるキャパシタ２３は切替回路２の構成要素である。その他の基本構成は図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したアンテナ装置１０１および非接触伝送装置２０１と同じである。

本実施形態においては、電力伝送システム（第１非接触伝送システム）で使用される第１周波数帯の中心周波数は６．７８ＭＨｚであり、ＮＦＣシステム（第２非接触伝送システム）で使用される第２周波数帯の中心周波数は１３．５６ＭＨｚである。つまり、第１周波数帯は第２周波数帯よりも低い。したがって、インダクタ１３Ａ，１３Ｂのインピーダンスは第１周波数帯よりも第２周波数帯で大きくなる。また、キャパシタ２３のインピーダンスは第２周波数帯よりも第１周波数帯で大きくなる。

図７（Ａ）は、電力伝送システム（第１非接触伝送システム）における回路の動作を示している。電力伝送システム用回路には、インダクタ１３Ａ，１３Ｂおよび第１コイルアンテナ１に介して６．７８ＭＨｚ帯の電流が流れる。この状態で、インダクタ１３Ａ，１３Ｂは低インピーダンスであるので、電力伝送システム用回路１１から視て、アンテナ装置１０３が不必要に高インピーダンスにならず、第１コイルアンテナ１は電力伝送システム用アンテナコイルとして用いられる。また、この状態で、キャパシタ２３は高インピーダンスであるので、第１コイルアンテナ１に接続されたキャパシタ２３は電力伝送システムに悪影響を与えない。

図７（Ｂ）はＮＦＣシステム（第２非接触伝送システム）における回路の動作を示している。第１コイルアンテナ１およびキャパシタ２３による共振ループはＮＦＣシステムの１３．５６ＭＨｚで共振し、この共振ループと第２コイルアンテナ２２とが磁界結合する。この状態で、インダクタ１３Ａ，１３Ｂは高インピーダンスであるので、電力伝送システム用回路１１は実質的に切り離された状態なって、電力伝送システム用回路１１が悪影響を与えることはない。

本実施形態によれば、図１（Ａ）、図１（Ｂ）等に示したスイッチＳＷ１，ＳＷ２等のスイッチおよびそれを制御する制御部３が不要となり、回路構成が簡素化される。

《第４の実施形態》
図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４および非接触伝送装置２０４の回路図である。図１に示したアンテナ装置１０１とは、キャパシタ２３が無い点で異なる。

アンテナ装置１０４は、第１コイルアンテナ１、第２コイルアンテナ２２、切替回路２、および制御部３を備える。切替回路２はスイッチＳＷ１，ＳＷ２を備える。

図８（Ａ）に示す電力伝送状態（第１状態）のとき、電力伝送システム用回路１１は第１コイルアンテナ１を第１非接触伝送システム用コイルアンテナとして用いる。

図８（Ｂ）に示すＮＦＣ通信状態（第２状態）のとき、第１コイルアンテナ１は複数ターンの閉ループを構成し、第２非接触伝送システム用の第２コイルアンテナ２２は第１コイルアンテナ１と磁界結合する。

本実施形態のように、共振ループ形成用のキャパシタは必須ではなく、キャパシタがなくても、第１コイルアンテナ１はＮＦＣシステム用のブースターアンテナとして作用する。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第４の実施形態に係る別のアンテナ装置１０４Ａおよび非接触伝送装置２０４Ａの回路図である。図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示したアンテナ装置１０４とは、切替回路２の構成が異なる。この切替回路２には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が無く、キャパシタ２３で構成されている。

図９（Ａ）に示すように、電力伝送システム動作時には、キャパシタ２３は電力伝送システムの使用周波数で高インピーダンスとなり、電力伝送システム用回路１１から第１コイルアンテナ１に電流が流れる。

一方、図９（Ｂ）に示すように、ＮＦＣ動作時には、キャパシタ２３はＮＦＣシステムの使用周波数で低インピーダンスとなる。そのため、第１コイルアンテナ１はＮＦＣシステム用回路２１の第２コイルアンテナ２２と結合して、第１コイルアンテナ１およびキャパシタ２３に電流が流れる。そのため、ＮＦＣシステムで動作する場合に、電力伝送システム用回路から悪影響を受けない。

なお、ＮＦＣシステムの使用周波数において、キャパシタ２３と第１コイルアンテナ１とは共振ループを構成してもよいし、共振ループを構成しなくてもよい。

《第５の実施形態》
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第５の実施形態に係るアンテナ装置と相手側アンテナとの結合の様子を示す図であり、筐体４０内にアンテナ装置１０５が設けられている。第２コイルアンテナ２２は回路基板３０に実装されている。第１コイルアンテナ１が形成された基材１０は筐体４０の内面に貼付されている。また、筐体４０内には金属フレームやバッテリーパックなどの導電部４が設けられている。

図１０（Ａ）は、電力伝送状態（第１状態）でのアンテナ装置１０５と電力伝送システムの相手側アンテナとの結合の様子を示す図である。図１０（Ｂ）は、ＮＦＣ通信状態（第２状態）でのアンテナ装置１０５とＮＦＣシステムの相手側アンテナとの結合の様子を示す図である。

第５の実施形態のアンテナ装置１０５においては、導電部４は第１コイルアンテナ１に対する第２コイルアンテナ２２と同じ側に配置され、第１コイルアンテナ１の平面視で、第１コイルアンテナ１のコイル開口ＣＡに導電部４が重なる。

本実施形態によれば、導電部４は、図１０（Ａ）に示す磁束φ１に対する第２コイルアンテナ２２のコイル開口を遮蔽する。そのため、導電部４は、磁束φ１が第２コイルアンテナ２２と鎖交しないように作用する。このことにより、第２コイルアンテナ２２と電力伝送システムの相手側アンテナ２１１との不要結合が効果的に低減される。特に、本実施形態では、導電部４の平面の一部である端面ＥＦは第２コイルアンテナ２２の巻回軸と直交している。このことにより、磁束φ１に対する第２コイルアンテナ２２のコイル開口の遮蔽効果が高まり、第２コイルアンテナ２２と電力伝送システムの相手側アンテナ２１１との不要結合が更に効果的に低減される。

一方、ＮＦＣシステムでは、図１０（Ｂ）に示すように、導電部４は第２コイルアンテナ２２と第１コイルアンテナ１との磁界結合を妨害することなく、その結合係数が低下することはない。

《第６の実施形態》
図１１は第６の実施形態に係る非接触伝送システム３０１の構成を示す図である。この非接触伝送システム３０１は、電力伝送システムの充電台２１０と、ＮＦＣシステムの相手側装置２２０と、非接触伝送装置２０１とで構成される。電力伝送システムの充電台２１０は本発明に係る「電力伝送システムの相手側装置」に相当し、ＮＦＣシステムの相手側装置２２０は本発明に係る「近距離通信システムの相手側装置」に相当する。

非接触伝送装置２０１の構成は第１の実施形態で示した非接触伝送装置２０１と同じである。電力伝送システムの充電台２１０は、電力伝送システム用回路２１２とそれに接続された電力伝送システムの相手側アンテナ２１１とを備える。ＮＦＣシステムの相手側装置２２０は、ＮＦＣシステム用回路２２２と、それに接続されたＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１とを備える。

非接触伝送装置２０１の第１コイルアンテナ１が充電台２１０の相手側アンテナ２１１に近接する状態で、第１コイルアンテナ１と相手側アンテナ２１１とは磁界結合し、電磁誘導方式または磁界共鳴方式で電力伝送がなされる。この状態で、電力伝送システム用回路１１に接続されている二次電池が充電される。

非接触伝送装置２０１の第１コイルアンテナ１がＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１に近接する状態で、第１コイルアンテナ１とＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１とは磁界結合し、近距離通信（送受信）がなされる。

なお、相手側装置が電力伝送システムおよびＮＦＣシステムの両方に対応する装置であって、電力伝送システムの相手側アンテナ２１１とＮＦＣ通信システムの相手側アンテナ２２１とが実質的に同じ位置にあってもよい。その場合は、非接触伝送装置２０１の制御部３の制御による切替回路２の切り替えによって、電力伝送システムまたはＮＦＣシステムを選択的に利用できる。

《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、第１コイルアンテナ１を平面状の基材１０に形成する例を示した第１コイルアンテナ１の形状は平面状に限らず、曲面状であってもよいし、一部が曲面状であってもよい。

また、第１コイルアンテナ１は矩形スパイラル状のコイルに限らず、円形スパイラル状、楕円形スパイラル状であってもよい。さらに、コイル導体のパターンは単層に限らず、多層に亘って形成されていてもよい。

また、積層体に形成される第２コイルアンテナ２２はヘリカル状に限らず、平面状に形成されたコイルまたは磁性体コアに導線を巻いて構成する巻線型であってもよい。また、チップ部品として形成されていなくてもよい。

キャパシタ２３は個別部品として設けることに限らず、導体パターンに生じる容量であってもよい。

本発明の非接触伝送装置は、スマートフォン、ノートＰＣ、タブレット端末などの携帯電子機器以外に、フィーチャーフォン等の携帯電話端末、スマートウォッチやスマートグラス等のウェアラブル端末、カメラ、ゲーム機、玩具等の様々な電子機器に適用できる。

以上に示した各実施形態では、電力伝送システム用回路およびＮＦＣシステム用回路を備えた非接触伝送装置を例示したが、通信規格の異なる２つの近距離通信システムに適用される非接触伝送装置であってもよい。

また、２つの非接触伝送システムに限らず、３つ以上の非接触伝送システムに適用されるアンテナ装置、それを備える非接触伝送装置、および非接触伝送システムも同様に構成できる。

最後に、上述の実施形態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。

ＣＡ…コイル開口
ＥＦ…端面
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１…スイッチ
１…第１コイルアンテナ
２…切替回路
３…制御部
４…導電部
１０…基材
１１…電力伝送システム用回路（第１非接触伝送システム用回路）
１３Ａ，１３Ｂ…インダクタ
２０…多層基板
２０ａ，２０ｉ…非磁性体シート
２０ｂ〜２０ｈ…磁性体シート
２１…ＮＦＣシステム用回路（第２非接触伝送システム用回路）
２２…第２コイルアンテナ
２２Ｌ…第１線条部
２２Ｕ…第２線条部
２２Ｖ…ビア導体
２３…キャパシタ
３０…回路基板
４０…筐体
１０１〜１０５，１０４Ａ…アンテナ装置
２０１〜２０４，２０４Ａ…非接触伝送装置
２１０…充電台
２１１…電力伝送システムの相手側アンテナ
２１２…電力伝送システム用回路
２２０…ＮＦＣシステムの相手側装置
２２１…ＮＦＣシステムの相手側アンテナ
２２２…ＮＦＣシステム用回路
３０１…非接触伝送システム

Claims (12)

1. 第１コイルアンテナと、
   両端が第２非接触伝送システム用回路に接続される第２コイルアンテナと、
   前記第１コイルアンテナの両端に第１非接触伝送システム用回路を電気的に接続する第１状態と、前記第１コイルアンテナの両端同士を電気的に接続する第２状態とを切り替える切替回路と、を有し、
   前記第１状態で前記第１非接触伝送システムでの伝送が行われ、第２状態で前記第２コイルアンテナと前記第１コイルアンテナとが磁界結合して前記第２非接触伝送システムでの伝送が行われ、
   前記第１コイルアンテナは、平面状のコイルアンテナであり、
   前記第２コイルアンテナの巻回軸は前記第１コイルアンテナの巻回軸と直交し、
   前記第１コイルアンテナの平面視で、前記第１コイルアンテナの一部は前記第２コイルアンテナと重なることを特徴とする、
   アンテナ装置。
2. 前記第２状態で、前記第１コイルアンテナの両端同士はキャパシタを介して接続され、前記第１コイルアンテナと前記キャパシタとで、前記第２非接触伝送システムで使用される第２周波数帯に共振する共振ループが構成される、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記切替回路を制御する制御部を備える、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１非接触伝送システムで使用される第１周波数帯は、前記第２非接触伝送システムで使用される第２周波数帯よりも低く、
   前記切替回路は、前記第１非接触伝送システム用回路と前記第１コイルアンテナとの間にシリーズに接続されたインダクタ、および前記第１コイルアンテナの両端間に接続されたキャパシタを有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１コイルアンテナに対する前記第２コイルアンテナと同じ側に配置された導電部材を更に備え、
   前記第１コイルアンテナは第１のコイル開口を有し、
   前記第２コイルアンテナは第２のコイル開口を有し、
   前記導電部材の少なくとも一部は前記第１コイルアンテナの平面視で前記第１のコイル開口に重なり、
   前記導電部材は、前記第２のコイル開口の平面視で、前記第２のコイル開口の少なくとも一部に重なる、
   請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記導電部材は、前記第２コイルアンテナの巻回軸が交差する位置に配置されている、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続される前記第１非接触伝送システム用回路および前記第２非接触伝送システム用回路と、を備えた非接触伝送装置。
8. 前記第１非接触伝送システムは電力伝送システムであり、前記第２非接触伝送システムは近距離通信システムである、請求項７に記載の非接触伝送装置。
9. 前記第１非接触伝送システム用回路は電力伝送システムの受電用回路であり、前記第２非接触伝送システム用回路は近距離通信システムの送受信用回路である、請求項８に記載の非接触伝送装置。
10. 請求項８または９に記載の非接触伝送装置と、
    前記第１コイルアンテナと磁界結合する、前記電力伝送システムの相手側アンテナを備える前記電力伝送システムの相手側装置と、
    前記第１コイルアンテナと磁界結合する、前記近距離通信システムの相手側アンテナを備える前記近距離通信システムの相手側装置と、
    を備える非接触伝送システム。
11. 第１コイルアンテナと、
    両端が第２非接触伝送システム用回路に接続される第２コイルアンテナと、
    前記第１コイルアンテナの両端に第１非接触伝送システム用回路を電気的に接続する第１状態と、前記第１コイルアンテナの両端同士を電気的に接続する第２状態とを切り替える切替回路と、を有し、
    前記第１状態で前記第１非接触伝送システムでの伝送が行われ、第２状態で前記第２コイルアンテナと前記第１コイルアンテナとが磁界結合して前記第２非接触伝送システムでの伝送が行われ、
    前記第１コイルアンテナに対する前記第２コイルアンテナと同じ側に配置された導電部材を更に備え、
    前記第１コイルアンテナは第１のコイル開口を有し、
    前記第２コイルアンテナは第２のコイル開口を有し、
    前記導電部材の少なくとも一部は前記第１コイルアンテナの平面視で前記第１のコイル開口に重なり、
    前記導電部材は、前記第２のコイル開口の平面視で、前記第２のコイル開口の少なくとも一部に重なることを特徴とする、
    アンテナ装置。
12. 第１コイルアンテナと、両端が、近距離通信システムである第２非接触伝送システム用回路に接続される第２コイルアンテナと、前記第１コイルアンテナの両端に電力伝送システムである第１非接触伝送システム用回路を電気的に接続する第１状態と、前記第１コイルアンテナの両端同士を電気的に接続する第２状態とを切り替える切替回路と、を有し、前記第１状態で前記第１非接触伝送システムでの伝送が行われ、第２状態で前記第２コイルアンテナと前記第１コイルアンテナとが磁界結合して前記第２非接触伝送システムでの伝送が行われるアンテナ装置と、
    前記アンテナ装置に接続される前記第１非接触伝送システム用回路および前記第２非接触伝送システム用回路と、を備える、
    非接触伝送装置。

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