JP2010533472A - 結合されたアンテナを使用するワイヤレスエネルギー転送 - Google Patents

結合されたアンテナを使用するワイヤレスエネルギー転送 Download PDF

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Abstract

電力送信システムは、受信機にワイヤレスに結合されるソースで磁場を作る。ソースと受信機の両方は、共振においてあるいは共振の近くで駆動される、容量的に結合されたＬＣ回路(capacitively coupled LC circuits)である。

Description

背景
電磁場(electromagnetic fields)を導くワイヤ(wires)を使用せずに、ソース(source)から目的地(destination)へと電気エネルギーを転送することが望ましい。このエネルギーのワイヤレス転送は、多くの電磁場の専門家たちによって、昔から試みられてきた、―最も著名なのは、２０世紀初めのニコラ・テスラーである。これらの以前の試みの難点は、不十分な配信電力(inadequate amount of power delivered)と共に、低効率性(low efficiency)であった。
本願は、ワイヤレス電気エネルギー転送(wireless electrical energy transfer)を教示し、そして、そのエネルギー転送のための具体的な技術を教示する。
複数の態様は、特定のアンテナと、送信機と受信機との間の特定タイプの結合(coupling)を説明する。
図１は、磁気波ベースのワイヤレス電力送信システム(a magnetic wave based wireless power transmission system)のブロック図を図示する。 図２は、図１における回路の回路図を示す。 図３は、例示的な近距離場条件プロット(an exemplary near field condition plot)を図示する。 図４は、例示的な送信アンテナを図示する。 図５は、例示的な送信アンテナを図示する。 図６は、例示的な送信アンテナを図示する。 図７は、例示的な送信アンテナを図示する。 図８は、例示的な送信アンテナを図示する。 図９は、例示的な受信アンテナのレイアウトを示す。 図１０Ａは、その受信アンテナのデータプロットを図示する。 図１０Ｂは、その受信アンテナのデータプロットを図示する。 図１０Ｃは、その受信アンテナのデータプロットを図示する。
詳細な説明
これら及び他の態様は、添付図面を参照して詳細に説明される。
本願は、電磁場結合(electromagnetic field coupling)を介した、電力ソースから電力目的地までのエネルギーの転送を説明する。実施形態は、新しい結合構造、例えば送信及び受信アンテナ(transmitting and receiving antennas)、のための技術を説明する。
主に磁場コンポーネント(magnetic field component)を使用する、誘導結合(inductive coupling)を介した主な結合が生じる好ましい実施形態が示されている。図１で示された実施形態においては、例えば、エネルギーは、送信アンテナの領域で、静止磁波(a stationary magnetic wave)として形成される。生成されるエネルギーは、少なくとも部分的に、非放射で、静止磁場(a non-radiative, stationary magnetic field)である。生成される場は、必ずしも完全に磁性ではなく、また、必ずしも完全に静止のものではないが、しかしながら、少なくも一部分は磁性であり、静止のものである。(The produced field is not entirely magnetic, nor entirely stationary, however at least a portion is)。空間に伝播しつづけ、そのエネルギーを無駄にする、伝達している電磁波(a traveling electromagnetic wave)と異なり、静止磁気波の少なくとも一部分は、送信アンテナの領域に残り、開示された技術によって使用可能と表現される(rendered)。
他の実施形態は、実施形態の同様な法則を使用することができ、また同様に、主に静電気及び／又は電気力学の場の結合(electrostatic and/or electrodynamic field coupling)に等しいように適用可能である。一般に、電場(electric field)は、主な結合メカニズムとして磁場(magnetic field)の代わりに使用されることができる。
実施形態の一態様は、電磁場の、電圧の、あるいは、使用される電流の、シヌソイド波形に使用されるセルフ共振周波数で、結合構造（主にアンテナ）のいわゆるＱファクタを増大することを介して高い効率の使用である。我々は、電力の効率及び量は、単独で、実質的には調整されていない正弦波を使用するシステムについては優れていることを発見した。特に、パフォーマンスは、ワイドバンド波形において、あるいは、複数の異なる周波数の別個のシヌソイド波形において、含まれる電力をキャプチャすることを試みる広帯域システムより優れている。他の実施形態は、現実世界の使用される物質の特徴を認識して、あまり純粋でない波形(less pure waveforms)を使用することができる。比較的高いＱファクタで小さい共振アンテナをイネーブルにする技術はここにおいて説明されている。共振デバイスのＱは、共振周波数と共振デバイスのいわゆる「３ｄＢ」あるいは「ハーフパワー(half power)」帯域幅との比である。いくつか「定義(definition)」があるけれども、共振回路素子の値あるいは測定値の点からＱを説明するために、すべては互いに実質的に同等(equivalent)である。
基本的な実施形態が図１で示されている。電力送信機アセンブリ(power transmitter assembly)１００は、ソース、例えばＡＣプラグ１０２、から電力を受信する。周波数生成器１０４は、アンテナ１１０にエネルギーを結合するために使用されており、ここでは共振アンテナである。アンテナ１１０は、誘導性ループ１１１を含んでおり、高いＱ共振アンテナ部分１１２に誘導的に結合される。共振アンテナは、Ｎ個のコイルループ１１３を含んでおり、各ループは、半径ＲＡを有している。キャパシタ１１４は、ここでは可変キャパシタとして示されているが、コイル１１３と直列にあり、共振ループを形成する。実施形態において、キャパシタは、コイルとは完全に別個の構造であるが、ある実施形態では、コイルを形成するワイヤのセルフキャパシタンス(self capacitance)は、キャパシタンス１１４を形成することができる。
周波数生成器１０４は、アンテナ１１０に好ましくはチューニングされる(tuned)ことができ、さらに、ＦＣＣコンプライアンスのために選択されることができる。
この実施形態は多角的なアンテナ(multidirectional antenna)を使用する。１１５は、すべての方向にある出力としてエネルギーを示す。アンテナ１００は、アンテナの出力の多くが電磁の放射エネルギーではないという点で、非放射であるが、むしろ、より静止である磁場である。もちろん、アンテナからの出力の一部分は、実際に、放射する(radiate)であろう。
別の実施形態は、放射アンテナを使用することができる。
受信機１５０は、送信アンテナ１１０から離れた距離Ｄに位置させられる、受信アンテナ１５５を含む。受信アンテナは、誘導結合ループ１５２に結合された、コイル部分とキャパシタを有している、同様に、高いＱの共振コイルアンテナ１５１である。結合ループ１５２の出力は、整流器(rectifier)１６０において整流され、そして、ロード(load)に適用される。そのロードは、いずれのタイプのロードであってもよく、例えば、電球のような抵抗ロード(resistive load)、あるいは、電気製品、コンピュータ、充電式電池、ミュージックプレイヤーあるいは自動車のような電子デバイスロード(electronic device load)、であってもよい。
エネルギーは電場結合あるいは磁場結合を通じて送信されることができるが、一実施形態として磁場結合がここにおいて主に説明されている。
電場の結合は、オープンキャパシタ(open capacitor)あるいは誘電体ディスク(dielectric disk)である、誘導的にロードされる電子ダイオード(inductively loaded electrical diode)を提供する。外来のオブジェクト(extraneous objects)は、電場結合に関して比較的強い影響を提供することができる。
いずれの外来のオブジェクトに関して弱い影響を有し、多くの外来オブジェクトは、「空の」空間として同じ磁気プロパティを有しているので、磁場の結合が好まれる可能性がある。
実施形態は容量的にロードされた磁気双極子を使用している磁場結合を説明する。そのような双極子は、アンテナを共振状態に電子的にロードするキャパシタと直列に、少なくとも１つのループあるいは回転のコイル(at least one loop or turn of a coil)において形成しているワイヤループから成る。
図２は、エネルギー伝達のための等価回路(equivalent circuit)を示す。送信回路１００は、高周波数生成器２０５の周波数で共振するＲＬＣ部分を備えた直列共振回路である。送信機は直列抵抗２１０と、誘導性変圧器コイル(inductive transformer coil)２１５と、可変キャパシタンス２２０と、を含む。これは、磁場結合Ｍ(magnetic field coupling M)をつくる。
信号生成器２０５は、誘導性ループによる共振における送信共振器の抵抗に好ましくは整合している内部抵抗２１０を有している。このことは、送信機から受信機アンテナへと最大電力を転送することを可能にする。
受信部分１５０は、調整された出力電圧を提供するために、キャパシタ２５０、誘導性変圧器コイル２５５、整流器２６０、及びレギュレータ(regulator)２６１を相応じて含んでいる。出力はロード抵抗２６５に接続される。図２は、整流器(a rectifier)を示しているが、より複雑な整流器回路が使用されることができることは理解すべきである。整流器２６０およびレギュレータ２６１のインピーダンスは、共振で受信共振器の抵抗と整合する。このことは、ロードに対して最大量の電力を転送することを可能にする。抵抗Ｒ ｔ 及びＲ ｒ は、スキン効果(skin effect)/近接効果(proximity effect)、放射抵抗(radiation resistance)、そして内部及び外部両方の誘電損(both internal and external dielectric loss)を考慮する。完全な共振送信機は、異なる共振周波数を有するすべての他の近くの共振オブジェクトを無視する、あるいは、最小限に反応するであろう。しかしながら、適切な共振周波数を有する受信機が送信アンテナ２２５のフィールドに出くわすとき、２つは、強いエネルギーリンクを確立するために結合する。結果、送信機と受信機は、ゆるく結合された変圧器(a loosely coupled transformer)になるように動作する。
発明者は、送信機から受信機への電力の転送を改善する多数の要因を発見した。
上記で説明されている回路のＱファクタは、ある効率をもってアシストする(assist)ことができる。高いＱファクタは、共振周波数における電流の増大された値を可能にする。このことは、比較的に低いワット上の送信を維持することを可能にする。一実施形態においては、送信機Ｑは１４００であってもよいが、受信機Ｑは、大体３００である。ここに記述された理由から、一実施形態において、受信機Ｑは、送信機Ｑよりもずっと低くてもよく、例えば、送信機Ｑの１／４から１／５であってもよい。しかしながら、他のＱファクタが使用されてもよい。
高いＱは、狭帯域幅効果の対応している不利益を有している。そのような狭帯域幅は、データ通信にとって望ましくないものとして、典型的に考えられる。しかしながら、狭い帯域幅は、電力転送において使用されることができる。高いＱが使用されるとき、送信機信号は、この狭い帯域幅上でほとんどのその電力の送信を可能にするように、十分に純粋で、望ましくない周波数あるいは位相変調がない。
例えば、実施形態は、１３．５６ＭＨｚの共振周波数と、約９ｋＨｚの帯域幅と、を使用することができる。このことは、実質的に調整されていない基本周波数に、大いに使用に適している。しかしながら、特に、他のファクタが効率を増大するために使用される場合には、基本周波数に関するいくつかの変調は許容されてもよくあるいは許容可能であってもよい。他の実施形態はより低いＱコンポーネントを使用し、そして、基本(fundamental)に関し、相応じて、より多くの変調を可能にすることができる。
重要な特徴は、ＦＣＣ規則のような規則(regulations)によって許可される周波数を使用することを含むことができる。この例示的な実施形態における好ましい周波数は１３．５６ＭＨｚであるが、他の周波数も同様に使用されることができる。
さらに、キャパシタは、抵抗がキャパシティブリアクタンス(capacitive reactance)に関連して小さいので、高電圧、例えば１０００ｖ程度、に耐えることができるべきである。最後の重要な特徴はパッケージングであり、そのシステムは、小さなフォームファクタ(small form factor)にあるべきである。Ｑファクタは以下のように表わされることができる：
Figure 2010533472
なお、値Ｌは、共振器のインダクタンスを表わす。このインダクタンスは、共振器とそのアンテナの幾何学によって与えられる。
値Ｃは、キャパシタンスを表しており、電場においてエネルギーを保存する、固有（セルフ）キャパシタンスを含んでいる。インダクタのセルフキャパシタンスと、外部キャパシタの両方は、合計キャパシタンスの一部を形成する。
値Ｒは、インダクタのコイル抵抗によって形成される共振器の抵抗と、放射抵抗とを表す。これらは、Ｒが増大すると、共振器のＱを集約的に低下させる。
これらの値はすべて、共振器のＱあるいは品質ファクタを一緒に形成する。Ｑは、どのくらいうまく共振器が磁気エネルギーを生成し受信するのかを一般的に表している。ＣとＲを低く維持することによって、コイルのＬは、最も有力なファクタであることができる。
実施形態の中で、可能な限りＱを増加させることは望ましい。したがって、ある値は考慮されるべきである。
上記で説明されるように、ＱがＲに反比例するので、高い抵抗は、Ｑを下げる。Ｒには、放射抵抗(radiation resistance)と、オーム損失プロセス(ohmic loss process)の２つの部分がある。Nターンループアンテナ(N-turn loop antenna)について、放射抵抗は、
Figure 2010533472
とおおよそ等しく、なお、ｒＡは、コイルの半径を表わし、ラムダは、波形を表す。したがって、放射は、周波数の４乗、半径の４乗、ターンの数の２乗に依存する。損失抵抗は、おおよそ
Figure 2010533472
として評価されることができる。このことは周波数、ワイヤ次元及びマテリアル（wire dimensions and material）、そしていわゆる近接効果、の平方根に依存する。無線におけるコイルのセルフキャパシタンスは、おおよそ、
Figure 2010533472
として評価されることができる。これもまた、ワイヤの物理的次元（半径ｂ）と、ターンの数Ｎと、ワインディングピッチｐ(winding pitch p)に依存していることに注意してください。
外部プレートキャパシタの場合には、外部キャパシタンスは、
Figure 2010533472
にほぼ等しく、それは、プレートＡの領域と、２つのプレート間の距離に依存する。最後に、無線におけるコイルのインダクタンスは、おおよそ、
Figure 2010533472
として、評価されることができ、ターンＮの数の二乗とコイル半径のｒ Ａ ２ による。上記で説明されるように、高いＱは、高電圧、例えば最大５ＫＶ、を作ることができる。これらのリアクティブ電圧は、
Figure 2010533472
にしたがって評価されることができ、Ｐ及びＲは、リアル入力電力(real input power)を示し、Ｒは、損失抵抗を示す。
実施形態の重要な特徴は、電力ソースと、例えば送信機、ロードと、例えば受信機、の間の関係に基づいている。ソースとロードとの間の結合の効率は、回路のＱファクタ、回路の機械的な特徴（ほとんど、ワイヤサイジング）、そして、それらの間の距離、に基づいている。
効率ηが０．３より下である場合には、効率は、理論上
Figure 2010533472
として表されることができる。
このことは、Ｑ２に比例しており、距離の６乗に反比例しており、そして、半径に対し正に比例している、ということに注意してください。近距離場のエネルギー伝達については、特別な種類の分析が考慮されなくてはならない。発明者は、使用可能電力が、ＲＦコイルの近距離場でセットアップされる静止波（stationary wave）から獲得される(harvested)ことができる、ということを知った。この実施形態の目的のために、近距離場は、対象の周波数についてλ／２であるように考慮される。図３は、どのように１３．５６ＭＨｚの近距離場が送信アンテナの中心から大体３．５ｍを拡張するか、を図示する。
別の制約は、調整している放射エクスポージャ範囲(regulatory radiation exposure limits)により、課されることができる。１３．５６ＭＨｚの周波数において、エクスポージャは、６０ｄＢｕＡ／ｍ以下に保持されなくてはならない。したがって、別の目的は、この値または１０ｍより少ない値を保持することを必要とする。
別の重要な問題は、特定のアンテナタイプに起因する。
図４は、木枠上で循環ループを使用する、第１の実施形態を示す。そのループは、メインループ４１０と直列に、キャパシタ４００に接続されており、そしてそのキャパシタは、可変部４０５を備えている可変キャパシタであってもよい。このことは、１つまたはいくつかのループのワイヤ(one or several loops of wire)から成り、好ましくは、同軸に巻かれている(coaxially wound)。コイルは、マウントデバイス(mount device)４１８によって、木枠４１５にマウントされる(mounted)。
このアンテナは、３ＭＨｚで約９０のＱを有することを実証されている。それは、その小さな銅表面(copper surface)により高い損失を有する。
図５は、９〜１５ＭＨｚの間で動作することができるソレノイドアンテナを図示しており、１３００のＱを有するように実証されている。固体物から離れてストリングを絶縁することを介して空中でサスペンドされる場合、Ｑは、例えば最大２２００まで、大いに増加することができる。（The Q may be greatly increased, for example up to 2200, if suspended in air via insulating strings away from solid objects.）このアンテナ５００のループ部分は、ソレノイド部分５０５へ電力を誘導する。図５のソレノイドアンテナは、ある状況で最良のパフォーマンス(performance)を生成することができる。
図６では、レクタンギュラーループアンテナ(rectangular loop antenna)が示されている。このアンテナは、ループ部分７００、キャパシティブ部分７０５、７０６から成っており、そしてそれらは、可変キャパシタであってもよい。このアンテナは、調整可能な範囲(tunable range)１２〜１４ＭＨｚ上で、約７００のＱを有している。誘導性部分と通常ループの両方は、実質的には共面(coplanar)であるということに注目し、したがって、このフォームファクタ(form factor)は、例えばラップトップコンピュータにおいて使用可能である。
図７は、すべて一緒に含んでいる、多数の個別のループ７００、７０２、７０４によって形成される、保護された平面パネルアンテナ(shielded flat-panel antenna)を図示する。各ループ７００は、対応する可変キャパシタ７０６を有する。このアンテナは、８〜１０ＭＨｚの間の約１００のＱを生産した。同軸ケーブルのキャパシタンスにより低いＬ／Ｃ比を有するかもしれないが、それは、他のパッケージング利益を有する。
誘導性ループ８００と、キャパシタ８１０と直列に、単独ループ８０５から成るフラットパネルアンテナ８０５と、を備えている保護されない平台のアンテナ(unshielded flatbed antenna)が、図８で図示されている。これは、約４５０のＱを有しており、約９〜１５ＭＨｚの間で調整可能(tunable)である。
これらのテストと実験のすべてに基づいて、出願人は、このタイプのアンテナを使用しているワイヤレス電力結合は２ｍ未満の短距離の適用について１０％以上の転送効率を可能にする、ということを結論づけている。同時に、法的なエクスポージャ制約(legal exposure constraints)の下の転送可能電力は、５Ｗ未満である。与えられたＱファクタについては、転送効率は、周波数と独立している。しかしながら、各アンテナフォームファクタ(antenna form factor)のための最適周波数があってもよい。
受信アンテナを示している実施形態が図９で示されている。それは、４０×９０ｍｍの平面パネル上の非常に小さな手動で調整可能なアンテナである。アンテナは、２つの可変キャパシタ９００、９０２と直列に、マルチプルコイルのワイヤ(multiple coils of wires)を有している。他の類似したサイズも使用されることができ―例えば、別の実施形態は、６０×１００ｍｍで、平面パネルで、手動で調整可能な小さなアンテナを説明している。また、別のものに、１２０×２００ｍｍで、平面パネルで、手動で調整可能なミディアムのアンテナがある。大きなアンテナは、２４０ｘ３１０ｍｍで、さらには手動で調整可能である。
図１０Ａ−１０Ｃは、図９のアンテナを使用した実際の結果を図で示している。図１０Ａは、１３．９ＭＨＺの測定された共振周波数を図示する。図１０Ｂは、１フィートにおいて、どのようにこのアンテナが３ｄＢポイント（最大転送可能電力(maximum transferable power)のうちの５０％）を有するかを図示する。しかしながら、期待に反し、１０インチ以下(below 10 inches)で、受信電力の値は、上がらず、下がるということに注意してください。これは、送信アンテナの近距離場内にある受信機アンテナが、送信機をデチューニングすること(detuning)によって送信アンテナフィールドと実際に相互作用するからである。したがって、重要な特徴は、確定制限(determinate limit)内にこのデチューニングを維持し、間の距離を維持することを意図してシステムを設計するということであり、そして、送信機と受信機は、アンテナが望ましくないデチューニングを回避し、あるいは最小化することができるように、十分に離れている。しかしながら、アンテナシステムは、両方の最大及び最小の使用可能な距離を有することを意図的に可能にする。図１０Ｃは、値を備えたチャートを示しており、それによって、これらの例示的なアンテナが使用されることができる使用可能な領域を図示している。距離範囲は、大体０．１５〜０．２ｍ（６−８インチ）と０．５ｍ（２０インチ）と、の間にある。しかしながら、他のアンテナペアで、最小距離は、０．０５ｍ（２インチ）ぐらい低くてもよく、あるいは０．３ｍ（１２インチ）ぐらい高くてもよい。
一般的な構造及び技術、そして、より一般的な目的を実行する異なる方法を果たすために使用されることができるより具体的な実施形態がここにおいて説明されている。
いくつかの実施形態のみが上記で詳細に開示されたが、他の実施形態は、可能であり、発明者は、本明細書に含まれるようにこれらを意図している。本明細書は、別の方法で達成されることができる、より一般的な目的を達成するために、具体的な例を記載している。本開示は、例示的であるように意図されており、請求項は、当業者にとって予測可能であり得るいずれの修正あるいは代替も含有するように意図されている。例えば、可変キャパシタが述べられる場合には、固定されたキャパシタが代用され得る。
ここで説明される好ましいインプリメンテーションは、簡略化のために、単独の双極子直列共振アンテナ(dipole series resonant antenna)を利用しているが、一般には、マルチプルアンテナのアレイが、「空の」空間の方ではなく受信アンテナの方へ、波(wave)において電磁力のほとんどを形づくるために、あるいは、方向づけるために、使用されることができる。
各アンテナにおけるシヌソイダル波の位相及び振幅の調整を介した方向性(directionality)の制御のための方法は、他の実施形態において熟練している者によく知られており、受信機に対し高出力(full power)を送信する前にどこに受信機が位置づけられるかを決定するために、「スニッフィング(sniffing)」と呼ぶ完全に異なるプロセスをオプションとして活用することができる。高出力フロー(full power flow)が確立される前に、もしあれば、受信機の存在及びロケーションを決定する目的で、ディレクティブビーム(directive beam)の手段によって、送信機の回りの空間をスキャンするために、限定された時間インターバルの間、送信機の電源をつける。
さらに、意図的で部分的な一過性の波を生成する技術(the techniques of generating an intentionally partially evanescent wave) 対 部分的な非一過性の波を生成する技術(the technique of generating a partially non-evanescent wave)と、を比較するとき、多くの構成において、その２つの結果の間にはほとんど実際的な差異がないかもしれない。設計の意図が非一過性の波を生成することであるときでさえ、近場の部分(portions of near field)が一過性であることも原因のひとつである。したがって、送信アンテナの近くの空間の一部分における一過性の波の単なる存在(mere presence)は、過去によく知られた現象であり、どんな特定の方法においても我々が一過性の波のプロパティ(properties of evanescent waves)を利用しているということを意味していない。
さらに、発明者は、「〜するための手段(means for)」という言葉を使用する請求項(claims)に限っては、米国特許法１１２条第６段落の下で解釈されるように意図されているということを企図している。さらに、明細書の限定は、それらの限定が特許請求の範囲内で明示的に含まれていない限り、いずれの請求項で読み込まれるようには意図されていない。ここにおいて記載されるコンピュータは、いずれに於いてもコンピュータでも、汎用コンピュータあるいは、ワークステーションのような何らかの特定の目的のコンピュータ、であってもよい。コンピュータは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰあるいはＬｉｎｕｘ（登録商標）を実行している、インテル（例、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）あるいはＣｏｒｅ ２ ｄｕｏ）あるいはＡＭＤベースのコンピュータであってもよく、あるいは、マッキントッシュ（登録商標）コンピュータであってもよい。コンピュータはまた、ＰＤＡ、携帯電話(cellphone)、あるいはラップトップのようなハンドヘルドコンピュータであってもよい。
プログラムは、ＣあるいはＰｙｔｈｏｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｂｒｅｗ、あるいはいずれの他のプログラミング言語で書かれることができる。プログラムは、記憶媒体、例えば磁気あるいは光学、コンピュータハードドライブ、メモリスティックあるいはＳＤメディアのようなリムーバブルディスクあるいはメディア、ワイヤードあるいはワイヤレスのネットワークベースの、あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ベースの、ネットワークアタッチドストレージ(Network Attached Storage)（ＮＡＳ）、あるいは他のリムーバブルメディア、上で存在してもよい。プログラムはまた、ネットワーク上で実行されてもよく、例えば、サーバあるいは他のマシンがローカルマシンに信号を送信し、そしてそれは、ローカルマシンがここにおいて説明されるオペレーションを実行することを可能にする。
具体的な数値がここにおいて述べられている場合、値は２０パーセント分増加するあるいは減少し得るということは考慮されるべきであるが、何らかの異なる範囲が具体的に述べられていない限り、依然と、本願の教示の範囲内にとどまる。何らかの特定の論理的な意味(logical sense)が用いられている場合は、対照的な論理的な意味(opposite logical sense)もまた包含されるように意図されている。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]
ワイヤレスで電力を送信する方法であって、
磁場出力を生成するために、直列共振アンテナをその共振周波数に近い値において駆動することと、なお、前記の非放射なアンテナは、ワイヤループによって形成される誘導性部分と、前記誘導性部分を形成しているマテリアルとは区別されたキャパシタ部分と、を少なくとも含んでいる共振部分の組み合わせから成る；
前記アンテナの少なくとも１つの特性を、その使用可能領域が、電力が受信されることが出来る最小使用可能距離を有するように、保持することと、なお、最小距離は、受信機が前記アンテナに近くなりすぎるとき効果をデチューニングすることによって設定される；
を備えている、
方法。
[２]
受信アンテナにおいて前記磁場を受信し、前記受信アンテナから使用可能な電力を作り、ロードに前記使用可能な電力を結合すること、をさらに備えており、前記受信アンテナはさらに、直列共振部分を有している、[１]に記載の方法。
[３]
前記最小使用可能距離は、６インチと８インチの間である、[１]に記載の方法。
[４]
前記最小使用可能距離は、２インチと４インチの間である、[１]に記載の方法。
[５]
前記共振周波数を約１３．５６ＭＨｚの値に設定すること、をさらに備えている[１]に記載の方法。
[６]
前記の非放射なアンテナは、約１４００のＱ値を有する、[１]に記載の方法。
[７]
少なくとも１０００Ｖに耐えることができるキャパシタ部分を使用すること、をさらに備えている[１]に記載の方法。
[８]
前記の駆動を生成するために信号生成器を使用することと、共振において前記アンテナの抵抗に前記信号生成器のインピーダンスを整合させることと、をさらに備えている[１]に記載の方法。
[９]
前記アンテナは、実質的にはラウンドアウターフォームファクタを有している、[１]に記載の方法。
[１０]
前記アンテナは、実質的にはレクタンギュラーアウターフォームファクタを有している、[１]に記載の方法。
[１１]
前記アンテナは、前記の駆動を受信するように結合された第１の誘導性部分と、前記誘導性部分とは物理的に区別されている第２の部分と、を含む双極子であり、前記第２の部分は、前記キャパシタと直列で少なくとも１つのループのワイヤから形成される、[１]に記載の方法。
[１２]
前記誘導性部分と前記第２の部分は、異なるアウターフォームファクタを有する、[１１]に記載の方法。
[１３]
前記誘導性部分と前記アウター部分は、実質的には同じアウターフォームファクタを有している、[１１]に記載の方法。
[１４]
前記第２の部分は、前記キャパシタ部分に電子的に接続されている、[１１]に記載の方法。
[１５]
前記キャパシタ部分は、可変キャパシタである、[１３]に記載の方法。
[１６]
第１の共振送信部分を使用して磁場を送信することと、
第２の共振送信部分において前記磁場を受信することと、
前記第２の共振送信部分において、前記磁場から電力を使用することと、
を備えている方法。
[１７]
ロードを駆動するために、前記第２の共振送信部分において前記電力を使用すること、をさらに備えている[１６]に記載の方法。
[１８]
前記第２の共振送信部分が、前記第１の共振送信部分に対するあらかじめ決定された量よりも近くなるとき、前記送信すること、あるいは、前記受信すること、のうちの少なくとも１つをデチューニングすること、をさらに備えている[１６]に記載の方法。
[１９]
前記送信することは、前記磁場を送信するために容量的にロードされる磁気的な双極子を使用することを備えている、[１６]に記載の方法。
[２０]
第１の部分を使用して磁場を形成することと；
前記第１の部分でゆるく結合された変圧器を形成する第２の部分に前記磁場を結合することと、なお、前記第２の部分は、前記第１の部分から６インチよりも離れている；
前記第２の部分において、前記の結合された磁場から電力を回復することと；
を備えている方法。
[２１]
ロードを駆動するために前記第２の部分において前記電力を使用すること、をさらに備えている[２０]に記載の方法。
[２２]
前記第２の部分が、前記第１の部分に対するあらかじめ決定された量よりも近くなるとき、前記送信すること、あるいは、前記受信すること、のうちの少なくとも１つをデチューニングすること、をさらに備えている[２０]に記載の方法。
[２３]
前記送信することは、前記磁場を送信するために容量的にロードされる磁気的な双極子を使用することを備えている、[２０]に記載の方法。
[２４]
直列共振アンテナと；
前記直列共振アンテナのための駆動部分と、なお、磁場出力を生成するために、前記アンテナをその共振周波数に近い値において駆動し、前記アンテナは、ワイヤループによって形成される誘導性部分と、前記誘導性部分を形成しているマテリアルとは区別されるキャパシタ部分と、を少なくとも含んでいる直列共振部分の組み合わせから成る；
を備え、
前記直列共振アンテナは、その使用可能領域が、電力が受信されることが出来る最小使用可能距離を有するような少なくとも１つの特徴を有し、最小距離は、受信機が前記アンテナに近くなりすぎるときデチューニング効果によって設定される、
システム。
[２５]
受信アンテナ、をさらに備え、前記アンテナの前記共振周波数に対し対応する共振を有し、ロードに対し使用可能な電力を出力している接続を有する、直列共振部分もまた有している、[２４]に記載のシステム。
[２６]
前記最小境界使用可能距離は、６インチと８インチの間である、[２５]に記載のシステム。
[２７]
前記最小使用可能距離は、２インチと４インチの間である、[２４]に記載のシステム。
[２８]
前記共振周波数は約１３．５６ＭＨｚの値に設定される、[２４]に記載のシステム。
[２９]
前記アンテナは、約１４００のＱ値を有する、[２４]に記載のシステム。
[３０]
前記キャパシタ部分は、少なくとも１０００Ｖに耐えることができる、[２４]に記載のシステム。
[３１]
前記アンテナを駆動する信号生成器と、をさらに備えており、前記信号生成器は、共振において前記の非放射なアンテナの抵抗に整合される前記信号生成器のインピーダンスを有する、[２４]に記載のシステム。
[３２]
前記アンテナは、実質的にはラウンドアウターフォームファクタを有している、[２４]に記載のシステム。
[３３]
前記アンテナは、実質的にはレクタンギュラーアウターフォームファクタを有している、[２４]に記載のシステム。
[３４]
前記アンテナは、前記駆動を受信するように結合された第１の誘導性部分と、前記誘導性部分から物理的に区別されている第２の部分と、を含む双極子であり、前記第２の部分のループは、前記キャパシタと直列で、少なくとも１つのループの複数コイルのワイヤから形成される、[２４]に記載のシステム。
[３５]
前記誘導性部分と前記第２の部分は、異なるアウターフォームファクタを有する、３４に記載のシステム。
[３６]
前記誘導性部分と前記アウター部分は、実質的には同じアウターフォームファクタを有している、[３４]に記載のシステム。
[３７]
前記第２の部分は、前記キャパシタ部分に電子的に接続されている、請求[３４]に記載のシステム。
[３８]
前記キャパシタ部分は、可変キャパシタである、[１３]に記載のシステム。
[３９]
容量的にロードされる磁気的な双極子アンテナから成る第１の共振送信部分と、
磁場を受信し、前記磁場から電力出力を生成する、前記第１の共振送信部分と同様な共振特徴を有するようにチューニングされた、第２の共振受信部分と、
を備えているシステム。
[４０]
磁場を形成する信号を受信するように接続された、第１のＬＣ回路と；
前記第１のＬＣ回路でゆるく結合された変圧器を形成し、また、前記の結合された磁場から電力を回復するための接続を有する、第２のＬＣ回路と、なお、前記第２の部分は、前記第１の部分から６インチよりも離れている；
を備えているシステム。
[４１]
前記第１のＬＣ回路は、前記磁場を送信するために容量的にロードされる磁気的な双極子を含む、[４０]に記載の方法。

Claims (41)

  1. ワイヤレスで電力を送信する方法であって、
    磁場出力を生成するために、直列共振アンテナをその共振周波数に近い値において駆動することと、なお、前記の非放射なアンテナは、ワイヤループによって形成される誘導性部分と、前記誘導性部分を形成しているマテリアルとは区別されたキャパシタ部分と、を少なくとも含んでいる共振部分の組み合わせから成る；
    前記アンテナの少なくとも１つの特性を、その使用可能領域が、電力が受信されることが出来る最小使用可能距離を有するように、保持することと、なお、最小距離は、受信機が前記アンテナに近くなりすぎるとき効果をデチューニングすることによって設定される；
    を備えている、
    方法。
  2. 受信アンテナにおいて前記磁場を受信し、前記受信アンテナから使用可能な電力を作り、ロードに前記使用可能な電力を結合すること、をさらに備えており、前記受信アンテナはさらに、直列共振部分を有している、請求項１に記載の方法。
  3. 前記最小使用可能距離は、６インチと８インチの間である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記最小使用可能距離は、２インチと４インチの間である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記共振周波数を約１３．５６ＭＨｚの値に設定すること、をさらに備えている請求項１に記載の方法。
  6. 前記の非放射なアンテナは、約１４００のＱ値を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 少なくとも１０００Ｖに耐えることができるキャパシタ部分を使用すること、をさらに備えている請求項１に記載の方法。
  8. 前記の駆動を生成するために信号生成器を使用することと、共振において前記アンテナの抵抗に前記信号生成器のインピーダンスを整合させることと、をさらに備えている請求項１に記載の方法。
  9. 前記アンテナは、実質的にはラウンドアウターフォームファクタを有している、請求項１に記載の方法。
  10. 前記アンテナは、実質的にはレクタンギュラーアウターフォームファクタを有している、請求項１に記載の方法。
  11. 前記アンテナは、前記の駆動を受信するように結合された第１の誘導性部分と、前記誘導性部分とは物理的に区別されている第２の部分と、を含む双極子であり、前記第２の部分は、前記キャパシタと直列で少なくとも１つのループのワイヤから形成される、請求項１に記載の方法。
  12. 前記誘導性部分と前記第２の部分は、異なるアウターフォームファクタを有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記誘導性部分と前記アウター部分は、実質的には同じアウターフォームファクタを有している、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記第２の部分は、前記キャパシタ部分に電子的に接続されている、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記キャパシタ部分は、可変キャパシタである、請求項１３に記載の方法。
  16. 第１の共振送信部分を使用して磁場を送信することと、
    第２の共振送信部分において前記磁場を受信することと、
    前記第２の共振送信部分において、前記磁場から電力を使用することと、
    を備えている方法。
  17. ロードを駆動するために、前記第２の共振送信部分において前記電力を使用すること、をさらに備えている請求項１６に記載の方法。
  18. 前記第２の共振送信部分が、前記第１の共振送信部分に対するあらかじめ決定された量よりも近くなるとき、前記送信すること、あるいは、前記受信すること、のうちの少なくとも１つをデチューニングすること、をさらに備えている請求項１６に記載の方法。
  19. 前記送信することは、前記磁場を送信するために容量的にロードされる磁気的な双極子を使用することを備えている、請求項１６に記載の方法。
  20. 第１の部分を使用して磁場を形成することと；
    前記第１の部分でゆるく結合された変圧器を形成する第２の部分に前記磁場を結合することと、なお、前記第２の部分は、前記第１の部分から６インチよりも離れている；
    前記第２の部分において、前記の結合された磁場から電力を回復することと；
    を備えている方法。
  21. ロードを駆動するために前記第２の部分において前記電力を使用すること、をさらに備えている請求項２０に記載の方法。
  22. 前記第２の部分が、前記第１の部分に対するあらかじめ決定された量よりも近くなるとき、前記送信すること、あるいは、前記受信すること、のうちの少なくとも１つをデチューニングすること、をさらに備えている請求項２０に記載の方法。
  23. 前記送信することは、前記磁場を送信するために容量的にロードされる磁気的な双極子を使用することを備えている、請求項２０に記載の方法。
  24. 直列共振アンテナと；
    前記直列共振アンテナのための駆動部分と、なお、磁場出力を生成するために、前記アンテナをその共振周波数に近い値において駆動し、前記アンテナは、ワイヤループによって形成される誘導性部分と、前記誘導性部分を形成しているマテリアルとは区別されるキャパシタ部分と、を少なくとも含んでいる直列共振部分の組み合わせから成る；
    を備え、
    前記直列共振アンテナは、その使用可能領域が、電力が受信されることが出来る最小使用可能距離を有するような少なくとも１つの特徴を有し、最小距離は、受信機が前記アンテナに近くなりすぎるときデチューニング効果によって設定される、
    システム。
  25. 受信アンテナ、をさらに備え、前記アンテナの前記共振周波数に対し対応する共振を有し、ロードに対し使用可能な電力を出力している接続を有する、直列共振部分もまた有している、請求項２４に記載のシステム。
  26. 前記最小境界使用可能距離は、６インチと８インチの間である、請求項２５に記載のシステム。
  27. 前記最小使用可能距離は、２インチと４インチの間である、請求項２４に記載のシステム。
  28. 前記共振周波数は約１３．５６ＭＨｚの値に設定される、請求項２４に記載のシステム。
  29. 前記アンテナは、約１４００のＱ値を有する、請求項２４に記載のシステム。
  30. 前記キャパシタ部分は、少なくとも１０００Ｖに耐えることができる、請求項２４に記載のシステム。
  31. 前記アンテナを駆動する信号生成器と、をさらに備えており、前記信号生成器は、共振において前記の非放射なアンテナの抵抗に整合される前記信号生成器のインピーダンスを有する、請求項２４に記載のシステム。
  32. 前記アンテナは、実質的にはラウンドアウターフォームファクタを有している、請求項２４に記載のシステム。
  33. 前記アンテナは、実質的にはレクタンギュラーアウターフォームファクタを有している、請求項２４に記載のシステム。
  34. 前記アンテナは、前記駆動を受信するように結合された第１の誘導性部分と、前記誘導性部分から物理的に区別されている第２の部分と、を含む双極子であり、前記第２の部分のループは、前記キャパシタと直列で、少なくとも１つのループの複数コイルのワイヤから形成される、請求項２４に記載のシステム。
  35. 前記誘導性部分と前記第２の部分は、異なるアウターフォームファクタを有する、請求項３４に記載のシステム。
  36. 前記誘導性部分と前記アウター部分は、実質的には同じアウターフォームファクタを有している、請求項３４に記載のシステム。
  37. 前記第２の部分は、前記キャパシタ部分に電子的に接続されている、請求３４に記載のシステム。
  38. 前記キャパシタ部分は、可変キャパシタである、請求項１３に記載のシステム。
  39. 容量的にロードされる磁気的な双極子アンテナから成る第１の共振送信部分と、
    磁場を受信し、前記磁場から電力出力を生成する、前記第１の共振送信部分と同様な共振特徴を有するようにチューニングされた、第２の共振受信部分と、
    を備えているシステム。
  40. 磁場を形成する信号を受信するように接続された、第１のＬＣ回路と；
    前記第１のＬＣ回路でゆるく結合された変圧器を形成し、また、前記の結合された磁場から電力を回復するための接続を有する、第２のＬＣ回路と、なお、前記第２の部分は、前記第１の部分から６インチよりも離れている；
    を備えているシステム。
  41. 前記第１のＬＣ回路は、前記磁場を送信するために容量的にロードされる磁気的な双極子を含む、請求項４０に記載の方法。
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