JP2005537773A - リチャージング方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2002年9月18日に出願された米国仮特許出願第60/411825号、発明の名称「リチャージング方法」の利益を主張する。
<発明の分野>
この出願は、電力貯蔵装置に遠隔からエネルギーを与える方法及び装置に関し、具体的には、RFを利用して、電力貯蔵装置に遠隔からエネルギーを与える小型装置を用いる方法に関する。この発明の方法は、好適には、エネルギーを得るために、その物理的面積よりも大きな有効面積を有する少なくとも1つのアンテナを使用するものである。
非接触の電気接続は、ポータブル型電気装置の分野で広く知られている。例えば、ポータブル型電動歯ブラシには、通常、誘導によって充電される再充電可能な電池が入っている。誘導充電装置は、電磁非接触式電池充電装置とも称される。誘導充電装置には、電気接続を必要とする充電装置とは異なり、電気的な接触不良によって充電に支障をきたさないという利点がある。誘導充電装置は、一般的に誘導カプラーを含んでおり、充電装置の誘導カプラーの一次側から、電子機器の誘導カプラーの二次側へ、エネルギーが移動される。誘導充電を利用した例として、米国特許第6284651号、米国特許第6310465号及び米国特許第5952814号がある。誘導充電の主な問題は、電子機器の電力貯蔵装置にエネルギーを供給する(energize)には、電子機器に極めて接近した位置に、充電装置を配備せねばならないことである。
この問題を解消するための手法として、電子チップに形成されたアンテナを用いることが提案されている。オンチップアンテナを開示した先行技術としては、例えば、米国特許第4857893号(Carroll)及び米国特許第6373447号(Rostoker)がある。
本発明は、上記要請に応えるものである。
本発明は、ベースステーションと、電力受信用アンテナ及び電力貯蔵装置を含む遠隔ステーションを有しており、電力貯蔵装置にエネルギーを与える方法及び装置を提供するものである。エネルギーは、空中にて、ベースステーションから遠隔ステーションへ送信される。使用されるアンテナは、その物理的面積よりも大きな有効面積を有することが好ましい。送信されたエネルギーはアンテナで受信され、DC電力に変換される。そして、そのDC電力を用いて、電力貯蔵装置にエネルギーが与えられる。
他の実施例において、超広帯域周波数が用いられて送信される。
アンテナは、電子チップ又はプリント回路基板に形成できる。アンテナと回路の両方を有するモノリシックチップを用いることもできる。
本発明のさらなる目的は、ベースステーションが、空中にてエネルギーを遠隔ステーションに供給するようにして、このような方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、電子チップ又はプリント回路基板にアンテナを設けることである。
図1は、電力貯蔵装置に遠隔からエネルギーを供給する装置及びこれに関連する方法の一実施例を示しており、ベースステーション(2)と遠隔ステーション(4)を具えている。ベースステーション(2)は、空間にて、遠隔ステーション(4)へエネルギー(30)を送信する手段を有している。エネルギー(30)の送信は、RFを用いて行われる。遠隔ステーション(4)は、送信されたエネルギー(30)を受信し、送信されたエネルギーを、対象である電力貯蔵装置(150)へエネルギーを与えるためのDC電力に変換する手段(102)を有している。この発明の遠隔ステーション(4)では、送信されたエネルギー(30)の受信は、少なくとも1本のアンテナ(20)がその物理的面積(21)よりも大きな有効アンテナ面積(22)を有する1又は2本以上のアンテナ(100)を用いて行われる。アンテナの有効面積(22)は、アンテナの中にあるLCタンク回路を用いることで、その物理的面積よりも大きくされる。物理的面積(21)よりも有効面積(22)が大きいアンテナ(100)を用いることにより、小型の電気エネルギー貯蔵装置(150)にエネルギーを与えるために利用可能な小型遠隔ステーションの作製が可能となっている。また、遠隔ステーション(4)は、情報(8)を格納し、操作し、アンテナ(110)を通じてベースステーション(2)へ送信するためのマイクロコントローラ(94)を含んでもよい。
図2に示される他の実施例において、本発明の装置及びこれに関連する方法は、非協動的な外部(208)から送られる周辺エネルギー(32)を受け取って、対象となる電力貯蔵装置(150)にエネルギーを与える手段を有する小型遠隔ステーションから構成される。遠隔ステーション(4)は、周辺エネルギー(32)を捕獲する1又は2以上のアンテナ(100)と、この周辺エネルギーをDC電力に変換して、電力貯蔵装置(150)にエネルギーを与える回路(102)とから構成される。有効面積(22)が物理的面積(21)よりも大きなアンテナ(100)を用いることにより、小型電気エネルギー貯蔵装置(150)へエネルギー付与のために使用できる小型遠隔ステーションの作製が可能となっている。また、遠隔ステーション(4)は、情報(8)を格納し、操作し、ベースステーション(2)(図示せず)へ送信するためのマイクロコントローラ(94)を含むことができる。
図3に示されるさらに他の実施例において、電力貯蔵装置に遠隔からエネルギーを与える装置及び方法は、ベースステーション(2)と遠隔ステーション(4)とを含んでいる。ベースステーション(2)は、超広帯域無線(ultra-wide-band; UWB)を利用して、エネルギー(31)を空間にて遠隔ステーション(4)へ送信する手段を有している。遠隔ステーション(4)は、個別に設けられた複数のアンテナ(20)のアレイ(300)を介して、送信されたエネルギー(31)を、超広帯域(33)の態様で受信する手段を有している。アンテナ(20)の各々は、UWBの別々の周波数に同調されている。送信されたエネルギー(31)は、対象である電力貯蔵装置(150)にエネルギーを与えるために、DC電力(102)に変換される。複数のアンテナ(20)は、送信されたエネルギーを得るために用いられるアレイを構成し、各々は、その物理的面積(21)よりも大きな有効アンテナ(22)面積を有している。アレイにおけるアンテナの有効面積は、アンテナにLCタンク回路を用いることで、それらの物理的面積よりも大きくされる。アンテナの有効面積がそれらの物理的面積よりも大きくて、UWBの態様で送信されたエネルギーを捕獲するアンテナアレイ(300)を用いることで、小型電気エネルギー貯蔵装置(150)にエネルギーを与えるために用いられる小型遠隔ステーションの作製が可能となる。UWBを利用することで、検出又はスクランブルされ難いエネルギーの送信が可能となる。これは、軍事用として、UWBが、軍隊又はその分野の装置の電力貯蔵ユニットへエネルギーを別々に送るために用いられる場合に大きな利点がある。遠隔ステーション(4)はまた、情報(8)を格納し、操作し、ベースステーション(2)へ送信するためのマイクロコントローラ(94)を含んでよい。
この発明の異なる実施例では、遠隔ステーションにおける送信エネルギーの受信は、1又は2以上のアンテナを用いて行われて、少なくとも1つのアンテナは、その物理的面積よりも大きな有効アンテナ面積を有している。アンテナの有効面積は、アンテナのLCタンク回路を用いて、その物理的面積よりも大きくされる。物理的面積よりも有効面積が大きいアンテナを用いることにより、小型電気エネルギー貯蔵装置にエネルギーを与えるために使用可能な小型遠隔ステーションの作製が可能となる。
本発明の遠隔ステーションを作製する1つの方法は、半導体製造技術を用いて行われて、機能的に完全な遠隔ステーションを作るのに必要な全ての回路が含まれる単一モノリシックチップアッセンブリが、効率的に作製される。チップは、CMOSデバイス及び/又はMEMSデバイスから選択されるデバイスの形態であってよい。
a.適当なキャパシタンスの基板で被覆されるか、又は前記基板の上に堆積されると、LCタンク回路が形成されるように、特定の電極及び電極間寸法をもつアンテナ(414)が設計される。
b.設計されたアンテナは、商業的に入手可能な導電性組成物(導電エポキシ、導電インク等)を用い、非導電性基板(プラスチックフィルム、ガラス等)(401)にプリントされる。設計されたアンテナ(414)は、例えばインクジェット、シルクスクリーン等の標準的なプリント技術を用いてプリントされる。
c.特定のキャパシタンス及び絶縁特性を有する材料のフィルム(412)が、アンテナの上面にプリントされる。このフィルム(412)がアンテナに設けられて、LCタンク回路が得られる。
本発明のプリント充電装置を形成するために、ダイオード(図示せず)等の他の電子部品を基板にプリントすることもできる。
Claims (34)
- 電力貯蔵装置にエネルギーを与える方法であって、
ベースステーションと、電力受信用のアンテナ及び電力貯蔵装置を有する遠隔ステーションとを配備し、
空間にて、ベースステーションから遠隔ステーションにエネルギーを送信し、
前記アンテナとして、物理的面積よりも大きな有効アンテナ面積を有するアンテナを使用し、
送信されたエネルギーをアンテナで受信し、前記エネルギーをDC電力に変換し、
前記電力貯蔵装置に、前記DC電力のエネルギーを与えることを含む方法。 - 電子チップに形成されたアンテナを用いることを含む請求項1の方法。
- 遠隔ステーションとして、導電部及び絶縁部を用いる基板にプリントされた遠隔ステーションを用いることを含む請求項1の方法。
- 前記アンテナのにてLCタンク回路を用いて、前記アンテナの有効面積を物理的面積よりも大きくすることを含む請求項1の方法。
- 小型遠隔ステーションの電力貯蔵装置にエネルギーを与える方法であって、
遠隔ステーションに、外部から周辺エネルギーを受信するエネルギー受信用アンテナを配備し、
電力貯蔵装置にエネルギーを与えるために、前記遠隔ステーションに、前記周辺エネルギーをDC電力に変換する回路を配備し、
前記アンテナとして、物理的面積よりも大きな有効アンテナ面積を有するアンテナを使用し、
前記アンテナと前記回路を使用して、前記DC電力を前記エネルギー貯蔵装置へ送ることを含む方法。 - 電子チップに形成された前記アンテナを使用することを含む請求項5の方法。
- 遠隔ステーションとして、導電部及び絶縁部を用いる基板上にプリントされた遠隔ステーションを使用することを含む請求項5の方法。
- 前記アンテナにてLCタンク回路を用いて、前記アンテナの有効面積を物理的面積よりも大きくすることを含む請求項5の方法。
- 周辺エネルギーとして、RF電力を使用することを含む請求項5の方法。
- 電力貯蔵装置にエネルギーを与える方法であって、
ベースステーションと、電力貯蔵装置を有する遠隔ステーションを配備し、超広帯域周波数を用いて、空中にて、ベースステーションから遠隔ステーションへエネルギーを送信し、
遠隔ステーションの電力貯蔵装置にエネルギーを与えるために、前記遠隔ステーションにおいて、超広帯域周波数で送信されたエネルギーを受信するためのアンテナを使用し、
前記アンテナとして、少なくとも1つがその物理的面積よりも大きな有効面積を有する複数の別個のアンテナを使用し、
前記遠隔ステーションに超広帯域周波数で送信されたエネルギーを、DC電力に変換し、
前記DC電力を電力貯蔵装置に送ることを含む方法。 - 電子チップに形成されたアンテナを使用することを含む方法。
- 遠隔ステーションとして、導電部及び絶縁部を有する基板上にプリントされた遠隔ステーションを使用することを含む請求項10の方法。
- 前記アンテナにてLCタンク回路を用いて、前記アンテナの有効面積を物理的面積よりも大きくすることを含む請求項10の方法。
- 遠隔ステーションとして、アンテナと、エネルギーの受信及び変換を行うために用いられる回路とを具えるモノリシックチップのアッセンブリを用いることを含む請求項1の方法。
- 遠隔ステーションとして、アンテナと、エネルギーの受信及び変換を行うために用いられる回路とを具えるモノリシックチップのアッセンブリを用いることを含む請求項5の方法。
- 遠隔ステーションとして、アンテナと、エネルギーの受信及び変換を行うために用いられる回路とを具えるモノリシックチップのアッセンブリを用いることを含む請求項10の方法。
- 遠隔ステーションとして、プリント回路と、プリントされたアンテナとを有するステーションを用いることを含む請求項1の方法。
- 遠隔ステーションとして、プリント回路と、プリントされたアンテナとを有するステーションを用いることを含む請求項5の方法。
- 遠隔ステーションとして、プリント回路と、プリントされたアンテナとを有するステーションを用いることを含む請求項10の方法。
- プリントされたアンテナとして、非導電性基板にプリントされた導電アンテナを用いることを含む請求項3の方法。
- プリントされたアンテナとして、非導電性基板にプリントされた導電アンテナを用いることを含む請求項7の方法。
- プリントされたアンテナとして、非導電性基板にプリントされた導電アンテナを用いることを含む請求項12の方法。
- アンテナの上に、特定のキャパシタンス及び電気絶縁特性を有する材料の層を設けることを含む請求項20の方法。
- アンテナの上に、特定のキャパシタンス及び電気絶縁特性を有する材料の層を設けることを含む請求項21の方法。
- アンテナの上に、特定のキャパシタンス及び電気絶縁特性を有する材料の層を設けることを含む請求項20の方法。
- 電力貯蔵装置に遠隔からエネルギーを与える装置であって、
空中にてエネルギーを遠隔ステーションへ送信するためのベースステーションと、
送信されたエネルギーを受け取って、電力貯蔵装置にエネルギーを与える手段を有する遠隔ステーションとを具えており、
前記遠隔ステーションは、少なくとも1つがその物理的面積よりも大きな有効面積を有する1又は複数の個別アンテナを有し、
前記遠隔ステーションは、前記電力貯蔵装置にエネルギーを与えるために、送信されたエネルギーをDC電力へ変換できるように構成されている装置。 - ベースステーションは、RFエネルギーの形態で、空中にて、遠隔ステーションにエネルギーを送信できるように構成されている請求項26の装置。
- 遠隔ステーションでは、電子チップの上にアンテナ手段が形成されている請求項26の装置。
- 遠隔ステーションは、導電性組成物及び絶縁性組成物を用いる基板上にプリントされている請求項26の装置。
- アンテナの有効面積は、アンテナにLCタンク回路を用いることにより、その物理的面積よりも大きくされる請求項26の装置。
- 遠隔ステーションは、少なくとも1つのアンテナと、エネルギーの受信及び変換を行うために用いられる回路とを含むモノリシックチップのアッセンブリを有している請求項26の装置。
- 遠隔ステーションは、プリント回路と、プリントされたアンテナとを有している請求項31の装置。
- 遠隔ステーションのアンテナは、外部から周辺エネルギーを受信できるように構成される請求項26の装置。
- 遠隔ステーションのアンテナは、超広帯域周波数エネルギーを受信できるように構成される請求項26の装置。
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