JP2020515066A - 大面積スケーラブル高共振ワイヤレス電力コイル - Google Patents
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Abstract
Description
coil)並びに給電されるべきデバイス(即ち、負荷(load))に接続される受信コイル(receiving
coil)を含む。ワイヤレス送電システムのアーキテクチャは、エネルギをソースから負荷に伝達するために使用される高周波交流磁場を生成するコイルの使用に集中している。電源は、電圧及び電流の形態のエネルギを送信コイルに送達し、送信コイルは、印加電圧及び電流が変化するに応じて変化する磁場を送信コイルの周りに作る。電磁波が、送信コイルから、自由空間を通じて、負荷に結合された受信コイルに移動する。電磁波が受信コイルを通過すると、受信コイルが捕捉するエネルギに比例する電流が、受信コイル内に誘導される。
− ループを小さく作ることができる。ループの直径は、ワイヤレス電力距離(コイルから充電面までの距離)に変換される。小さなループ直径により、短い伝送距離(transmission distance)が可能である。
− 本発明のある実施形態のコイルループ構造は、大きな表面積に亘ってスケーラブル(拡大縮小可能)(scalable)である。
− 本発明のある実施形態の電力コイルは、ポリイミドベースのフレキシブル回路(flexible circuit)のような(ループ直径の関数としての曲げ半径に制限がある)曲げ回路(flex circuits)にすることができる。
− 直列コンデンサを追加することによって各々の個別のループを独立して同調することができる。これはループのインピーダンスを低下させ、隣接しないループを減結合するのに役立つ。更に、それは異種固体金属物体のような環境因子に起因する離調(仮想インピーダンスシフト)に対する免性を増加させる。
− 多重同調又は非同調コイルクラスタを並列に接続することができる。
− 本発明のある実施形態の電力コイルは、従来的なワイヤレス電力コイルが典型的に受ける仮想コイルインピーダンスにおける大きな変動を招き得る環境動作条件に対して極めて免性がある。コイルサイズが大きければ大きいほど、コイルは、固体金属物体のような環境要因の影響をより受けやすく、インダクタンスの大きな変化を示す可能性がより高い。比較的小さなループ直径及びより短い伝送距離の故に、本発明のある実施形態が固体金属の影響を受ける可能性はより低い。
− 本発明のある実施形態の電力コイルは、ワイヤレス電力伝送のための磁場の大きさの距離(magnetic field magnitude distance)を有意に減少させる。これは比吸収率(SAR)が懸念事項となる高出力大面積設計に有用である。
− 本発明のある実施形態のコイルループ構造を送信器(ソース)及び受信器(デバイス)の両方に使用することができる。
− MRIループは特異(singular)である。即ち、1つの受信器について1つのループである。
− 複数の特異ループを含むMRIループは、送信器として使用されてもよい。これは伝送電力送電要件を有意に減少させる。反対に、本発明のある実施形態は、単一のコイルからの複数のループを有し、伝送電力を増加させることがある。
− MRIループは、非限定的に、円形、楕円形、正方形、四角形を含む、様々なパターンを有してよい。MRIループは、複数のターン(巻き)(turn)を有さない。
− MRIループは、通常、決して直列又は並列に接続されない。これは磁場を分散させることを目標とするワイヤレス電力システムにとって鍵となる構成である。本発明では、複数のループを互いに接続して、より大きな、より均一な分布磁場(distributed field)を生成する。
− MRIシステムは、受信器又は送信器のいずれかを用いた非常に低いインピーダンス負荷を利用して、ループ、特に互いに隣接していないループ(例えば、図6の緑色又は青色ループ)を更に減結合する。ワイヤレス電力システムは、負荷及び環境条件が変化するときの大きなインピーダンス変動に適合するように特別に設計される。本発明のある実施形態に従ったループを備えるワイヤレス電力システムは、負荷及び環境条件の変動に対するより高い許容度を有し、画像を再構成するために最高品質の情報を求めるMRIシステムの厳密な減結合要件を有さない。
Claims (15)
- ワイヤレス電力システムのためのアンテナであって、
第1の基板と、
少なくとも3つの円形ループのパターンを形成するよう前記第1の基板で巻回される第1のコイルとを含み、
前記3つの円形ループの各ループの中心は、前記3つの円形ループの他のループの中心に対して等距離にある、
アンテナ。 - 前記3つの円形ループの直径は、実質的に同じである、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記3つの円形ループの間の距離は、前記3つの円形ループの距離の約0.766倍である、請求項2に記載のアンテナ。
- 前記3つの円形ループの間の距離は、前記3つの円形ループのループを互いに減結合するのに必要とされる距離と実質的に同じである、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記第1のコイルは、前記パターンを形成するために、前記第1の基板の両側で巻回される、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記第1の基板は、ビアを含み、前記第1の基板の一方の側で巻回される前記第1のコイルは、前記ビアを通じて、前記第1の基板の反対の側で巻回される前記第1のコイルに接続される、請求項5に記載のアンテナ。
- 前記第1の基板の両側の前記パターンは、少なくとも部分的に、互いにオーバーラップし合う、請求項5に記載のアンテナ。
- 前記第1のコイルは、前記パターンの第1の部分を形成するよう水平に巻回され、前記第1の部分の下方に前記パターンの第2の部分を形成するよう水平に巻回され、
前記パターンの前記第1の部分は、1つの方向に流れる電流の経路を形成し、前記パターンの前記第2の部分は、反対の方向に流れる電流の経路を形成する、
請求項1に記載のアンテナ。 - 前記第1のコイルに結合され、前記第1のコイルから電磁的に等距離のポイントに配置される、コンデンサを更に含む、請求項1に記載のアンテナ。
- 第2の基板と、
前記第1のコイルの前記3つの円形ループのパターンと実質的に同じパターンを形成するよう前記第2の基板で巻回される第2のコイルとを更に含み、
前記第1の基板の前記第1のコイル及び前記第2の基板の前記第2のコイルは、直列又は並列に接続される、
請求項1に記載のアンテナ。 - 前記第1のコイル及び前記第2のコイルの少なくとも1つに連結され、前記第1のコイル及び前記第2のコイルに対して電磁的に等距離のポイントに配置される、コンデンサを更に含む、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記第1の基板及び前記第2の基板は、前記第1のコイル及び前記第2のコイルによって形成される前記ループを減結合するよう、少なくとも部分的にオーバーラップする、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記第1の基板及び前記第2の基板は、それぞれ、接続ポイントを含み、
前記第1の基板で巻回される前記第1のコイル及び前記第2の基板で巻回される前記第2のコイルは、前記接続ポイントを通じて接続され、
前記第1の基板の前記接続ポイントに入る前記第1のコイルの端及び前記第2の基板の前記接続ポイントに入る前記第2のコイルの端は、同じ電流を反対方向に運んで磁束を相殺するよう、実質的にオーバーラップする、
請求項10に記載のアンテナ。 - 前記第1のコイルは、前記3つの円形ループの前記パターンを形成するよう、前記第1の基板の両側で巻回され、
前記第2のコイルは、前記3つの円形ループの前記パターンを形成するよう、前記第2の基板の両側で巻回され、
前記第1のコイル及び前記第2のコイルは、前記接続ポイントを通じて物理的に接続される、
請求項10に記載のアンテナ。 - 前記第1のコイルは、平行なコイルの少なくとも2つのストランドを含む、請求項1に記載のアンテナ。
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