JP2021534715A - ワイヤレス電力伝送のための大面積電力送電器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「ワイヤレス電力伝送のための大面積電力送電器」という名称の2018年8月24日に出願された米国特許出願第16/111,889号、及び「ワイヤレス電力伝送のための大面積電力送電器」という名称の2018年2月4日に出願された米国特許出願第16/266,886号の優先権及び出願日の利益を主張するPCT出願であり、これらは両方とも、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
前記所定のワイヤレス電力伝送エリアは、前記可変フォームファクタ送電器の特性周波数に対応する波長を超える寸法を有する。
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された少なくとも交差結合セグメントの第1集合及び第2集合に少なくとも第1可変フォームファクタ送電器及び第2可変フォームファクタ送電器をそれぞれ適合させることであって、交差結合セグメントの前記第1集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有し、交差結合セグメントの前記第2集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有する、ことと、
交差結合セグメントの前記第1集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第1RF電源から、及び交差結合セグメントの前記第2集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第2RF電源から、前記第1可変フォームファクタ送電器及び前記第2可変フォームファクタ送電器の近傍電磁界を介して前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送信することであって、前記第1RF電源及び前記第2RF電源は、第1駆動信号及び第2駆動信号によってそれぞれ駆動される、ことと、を有する。
前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内に複数の受電器デバイスを配置することをさらに有し、
前記第1RF電源及び前記第2RF電源から前記第1可変フォームファクタ送電器及び前記第2可変フォームファクタ送電器をそれぞれ介して送電された前記RF電力の一部は、前記複数の受電器デバイスによって受電され、
前記第1可変フォームファクタ送電器及び前記第2可変フォームファクタ送電器の特性周波数は、前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内の前記複数の受電器デバイスの個数又は配置から実質的に独立している、方法。
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された交差結合セグメントの第1集合であって、交差結合セグメントの前記第1集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有する、交差結合セグメントの前記第1集合と、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された交差結合セグメントの第2集合であって、交差結合セグメントの前記第2集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有する、交差結合セグメントの前記第2集合と、
交差結合セグメントの前記第1集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第1高周波(RF)電源であって、前記第1RF電源は、特性周波数で動作する第1可変フォームファクタ送電器を有する交差結合セグメントの前記第1集合に電気的に結合されている、第1RF電源と、
交差結合セグメントの前記第2集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第2RF電源であって、前記第2RF電源は、特性周波数で動作する第2可変フォームファクタ送電器を有する交差結合セグメントの前記第2集合に電気的に結合されている、第2RF電源と、を備える。交差結合セグメントの前記第1集合は、
前記第1電源から、交差結合セグメントの前記第1集合の近傍電磁界を介して前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電するように構成され、
交差結合セグメントの前記第2集合は、
前記第2電源から、交差結合セグメントの前記第2集合の近傍電磁界を介して前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電するように構成され、
前記第1RF電源及び前記第2RF電源は、第1駆動信号及び第2駆動信号によってそれぞれ駆動される。
であり、aはループ半径であり、bはワイヤ半径である。図2Bに示される並列ワイヤ送電線(201)について、式(9b)が適用され、
であり、dは並列ワイヤ送電線の幅であり、bはワイヤ半径であることが示されうる。特性周波数ω0は、ln(a/b)≒ln(d/b)であるならば、円形ループ構成及び並列ワイヤ構成の両方について同様の値を有する。このようにして、単一の可変フォームファクタ送電器(102)は、ユーザが適合した細長いフォームファクタ又は円形フォームファクタに基づいて、細長い形状のサービスエリア及び円形のサービスエリアの両方で使用するために製造されうる。言い換えると、ユーザは、可変フォームファクタ送電器(102)の製造に使用されるワイヤ直径bに基づいて、ln(a/b)≒ln(d/b)となるように、ループ半径a、及び並列ワイヤ送電線幅dを選択してもよい。このようにして、工場で製造された1つの単一の可変フォームファクタ送電器は、特定の共振周波数ω0に同調された同じ集合の受電デバイスに電力を供給するために、図2Bに説明された並列ワイヤ・フォームファクタ又は図2Dに説明された円形フォームファクタのいずれかに構成されうる。
表3
ここで、^は2つのベクトルのウェッジ積を示す。逆格子ベクトルは次の特性を有する。
ここで、δnmはクロネッカーデルタ関数である。
は、図7Bに示されるように、kz軸に対して無限に拡張された特異点の線上を除き、どこでもゼロとなり、kx‐ky面における逆格子の格子点のそれぞれを中心とする。
が2πの整数倍である任意の点において
がゼロでなければならないことを示す。逆格子の格子点では、波数ベクトルkは次のように表される。
ここで、n1及びn2は整数である。したがって、
は、次の条件が成り立つ逆格子のすべての格子点でゼロになる。
条件9は、整数n1及びn2が両方とも奇数又は両方とも偶数であるすべての格子点で満たされる。したがって、
が非ゼロ値をとることができる逆格子内の格子点は、2つの整数の一方が奇数であり他方が偶数である格子点だけである。
は角周波数ωの伝搬電磁波の自由空間波数を表すとする。電流密度J(x)によって放射される電力は、フーリエ空間において実行される以下の積分によって与えられる。
ここで、
であり、
は出射放射線の方向単位ベクトルであり、角度積分
は、
のすべての方向にわたって取られる。式10は発散のない、すなわち、
である電流の分布に対してのみ有効であることに留意されたい。
のフーリエ空間内の球の表面にわたって実行される。図7D及び図7Eは、それぞれケース(a)及びケース(b)のkx‐ky面におけるこの表面の円形の断面を示す。特に、図7Dは、遠方界放射が抑制される例示のケース(a)を示す。ケース(a)の場合、波数
の大きさは、|b1|及び|b2|の両方よりも小さい。対照的に、図7Eは、遠方界放射が抑制されない例示のケース(b)を示す。ケース(b)の場合、
の大きさは、|b1|及び|b2|の1つよりも大きい。
の大きさがゼロであるからである。逆格子の原点で
の大きさがゼロでないならば、
は、kz軸に沿って延びる特異線を有し、この特異線は球の半径にかかわらず、原点を中心とする球と交差することになる。したがって、式10の積分は、
のすべての値に対してゼロではない。
である。
ここで、w及びhは矩形セルの幅と高さであり、e1及びe2はそれぞれx方向及びy方向を指す単位ベクトルである。逆格子ベクトルは、
である。
Claims (35)
- ワイヤレス電力伝送のための方法であって、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された少なくとも複数の交差結合セグメントに可変フォームファクタ送電器を適合させることと、
高周波(RF)電源から、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送電器の近傍電磁界を介して、前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電することと、を有し、
前記複数の交差結合セグメントの隣接する交差結合セグメントによって誘導された互いに反対方向の磁界に基づいて、前記可変フォームファクタ送電器の遠方電磁界に起因する前記ワイヤレス電力伝送の放射損失が低減される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記複数の交差結合セグメントのそれぞれは、複数の側部を有し、
前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記複数の交差結合セグメントの少なくとも一部に前記RF電源として複数の位相同期増幅器を配置することをさらに有する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記複数の交差結合セグメントは、エンドレス・ノットのパターンに従って前記所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリアは、前記可変フォームファクタ送電器の特性周波数に対応する波長を超える寸法を有する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
分散キャパシタの列を使用して前記複数の交差結合セグメントのうちの1つ以上を形成することと、
少なくとも複数のワイヤ・セグメントを介して複数のキャパシタを分散キャパシタの前記列になるように直列に接続することと、をさらに有し、
前記複数のキャパシタのそれぞれは、所定の容量を有し、
前記複数のワイヤ・セグメントのそれぞれは、所定のセグメント長と、単位長さ当たりの所定のインダクタンスとを有し、
前記特性周波数は、少なくとも前記所定の容量及び単位長さ当たりの前記所定のインダクタンスに依存する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内に複数の受電器デバイスを配置することをさらに有し、
前記RF電源から前記可変フォームファクタ送電器を介して送電された前記RF電力の一部は、前記複数の受電器デバイスによって受電され、
前記特性周波数は、前記複数の受電器デバイスの個数又は配置から実質的に独立している、方法。 - ワイヤレス電力伝送のための送電器であって、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された複数の交差結合セグメントを備え、
前記複数の交差結合セグメントは、
高周波(RF)電源から、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記送電器の近傍電磁界を介して、前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電することと、
前記複数の交差結合セグメントの隣接する交差結合セグメントによって誘導された互いに反対方向の磁界に基づいて、前記送電器の遠方電磁界に起因する前記ワイヤレス電力伝送の放射損失を低減することと、を行うように構成される、送電器。 - 請求項8に記載の送電器であって、
前記複数の交差結合セグメントのそれぞれは、複数の側部を有し、
前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、送電器。 - 請求項8に記載の送電器であって、前記RF電源は、
前記複数の交差結合セグメントの少なくとも一部に配置された複数の位相同期増幅器を備える、送電器。 - 請求項8に記載の送電器であって、
前記複数の交差結合セグメントは、エンドレス・ノットのパターンに従って前記所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置される、送電器。 - 請求項8に記載の送電器であって、
前記送電器は、可変フォームファクタ送電器であり、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリアは、前記可変フォームファクタ送電器の特性周波数に対応する波長を超える寸法を有する、送電器。 - 請求項8に記載の送電器であって、前記複数の交差結合セグメントのうちの1つ以上は、
所定の容量をそれぞれが有する複数のキャパシタと、
所定のセグメント長と、単位長さ当たりの所定のインダクタンスとをそれぞれが有する複数のワイヤ・セグメントと、を備え、
前記複数のキャパシタは、少なくとも前記複数のワイヤ・セグメントを介して分散キャパシタの列になるように直列に接続されており、
前記特性周波数は、少なくとも前記所定の容量及び単位長さ当たりの前記所定のインダクタンスに依存する、送電器。 - ワイヤレス電力伝送のためのシステムであって、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された複数の交差結合セグメントと、
前記複数の交差結合セグメントに結合された高周波(RF)電源と、を備え、
前記複数の交差結合セグメントは、
前記RF電源から、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の交差結合セグメントの近傍電磁界を介して、前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電することと、
前記複数の交差結合セグメントの隣接する交差結合セグメントによって誘導された互いに反対方向の磁界に基づいて、前記複数の交差結合セグメントの遠方電磁界に起因する前記ワイヤレス電力伝送の放射損失を低減することと、を行うように構成される、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、
前記複数の交差結合セグメントのそれぞれは、複数の側部を有し、
前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、前記RF電源は、
前記複数の交差結合セグメントの少なくとも一部に配置された複数の位相同期増幅器を備える、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、
前記複数の交差結合セグメントは、エンドレス・ノットのパターンに従って前記所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置される、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリアは、前記複数の交差結合セグメントの特性周波数に対応する波長を超える寸法を有する、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、前記複数の交差結合セグメントのうちの1つ以上は、
所定の容量をそれぞれが有する複数のキャパシタと、
所定のセグメント長と、単位長さ当たりの所定のインダクタンスとをそれぞれが有する複数のワイヤ・セグメントと、を備え、
前記複数のキャパシタは、少なくとも前記複数のワイヤ・セグメントを介して分散キャパシタの列になるように直列に接続されており、
前記特性周波数は、少なくとも前記所定の容量及び単位長さ当たりの前記所定のインダクタンスに依存する、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内に配置された複数の受電器デバイスをさらに備え、
前記RF電源から前記複数の交差結合セグメントを介して送電された前記RF電力の一部は、前記複数の受電器デバイスによって受電され、
前記特性周波数は、前記複数の受電器デバイスの個数又は配置から実質的に独立している、システム。 - ワイヤレス電力伝送のための方法であって、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された少なくとも交差結合セグメントの第1集合及び第2集合に少なくとも第1可変フォームファクタ送電器及び第2可変フォームファクタ送電器をそれぞれ適合させることであって、交差結合セグメントの前記第1集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有し、交差結合セグメントの前記第2集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有する、ことと、
交差結合セグメントの前記第1集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第1高周波(RF)電源から、及び交差結合セグメントの前記第2集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第2RF電源から、前記第1可変フォームファクタ送電器及び前記第2可変フォームファクタ送電器の近傍電磁界を介して前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送信することであって、前記第1RF電源及び前記第2RF電源は、第1駆動信号及び第2駆動信号によってそれぞれ駆動される、ことと、を有する方法。 - 請求項21に記載の方法であって、
交差結合セグメントの前記第1集合及び前記第2集合は、交差結合セグメントの前記第1集合と前記第2集合との間の誘導結合を最小化するように、予め選択された空間オフセットだけ互いに対して空間的にオフセットされ、
前記第1駆動信号及び第2駆動信号は、少なくとも所定の最小レベルのワイヤレス電力が前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内の任意の位置で利用可能であることを保証する予め選択された位相シフトだけ互いに位相がずれている、方法。 - 請求項22に記載の方法であって、
交差結合セグメントの前記第1集合の各交差結合セグメントは、複数の側部を有し、
交差結合セグメントの前記第1集合の前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、方法。 - 請求項23に記載の方法であって、
交差結合セグメントの前記第2集合の各交差結合セグメントは、複数の側部を有し、
交差結合セグメントの前記第2集合の前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、方法。 - 請求項22に記載の方法であって、
前記予め選択された空間オフセットは、交差結合セグメントの前記第1集合のセグメントの約半分の幅に等しい、方法。 - 請求項5に記載の方法であって、前記予め選択された位相シフトは、約90度である、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内に複数の受電器デバイスを配置することをさらに有し、
前記第1RF電源及び前記第2RF電源から前記第1可変フォームファクタ送電器及び前記第2可変フォームファクタ送電器をそれぞれ介して送電された前記RF電力の一部は、前記複数の受電器デバイスによって受電され、
前記第1可変フォームファクタ送電器及び前記第2可変フォームファクタ送電器の特性周波数は、前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内の前記複数の受電器デバイスの個数又は配置から実質的に独立している、方法。 - ワイヤレス電力伝送のためのシステムであって、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された交差結合セグメントの第1集合であって、交差結合セグメントの前記第1集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有する、交差結合セグメントの前記第1集合と、
所定のワイヤレス電力伝送エリアの周りに配置された交差結合セグメントの第2集合であって、交差結合セグメントの前記第2集合は、少なくとも第1端子及び第2端子を有する、交差結合セグメントの前記第2集合と、
交差結合セグメントの前記第1集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第1高周波(RF)電源であって、前記第1RF電源は、特性周波数で動作する第1可変フォームファクタ送電器を有する交差結合セグメントの前記第1集合に電気的に結合されている、第1RF電源と、
交差結合セグメントの前記第2集合の前記第1端子及び前記第2端子に電気的に結合された第2RF電源であって、前記第2RF電源は、特性周波数で動作する第2可変フォームファクタ送電器を有する交差結合セグメントの前記第2集合に電気的に結合されている、第2RF電源と、を備え、
交差結合セグメントの前記第1集合は、
前記第1電源から、交差結合セグメントの前記第1集合の近傍電磁界を介して前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電するように構成され、
交差結合セグメントの前記第2集合は、
前記第2電源から、交差結合セグメントの前記第2集合の近傍電磁界を介して前記所定のワイヤレス電力伝送エリアにわたってRF電力を送電するように構成され、
前記第1RF電源及び前記第2RF電源は、第1駆動信号及び第2駆動信号によってそれぞれ駆動される、システム。 - 請求項28に記載のシステムであって、
交差結合セグメントの前記第1集合及び前記第2集合は、交差結合セグメントの前記第1集合と前記第2集合との間の誘導結合を最小化するように、予め選択された空間オフセットだけ互いに対して空間的にオフセットされ、
前記第1駆動信号及び前記第2駆動信号は、少なくとも所定の最小レベルのワイヤレス電力が前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内の任意の位置で利用可能であることを保証する予め選択された位相シフトだけ互いに位相がずれている、システム。 - 請求項29に記載のシステムであって、
前記第1集合の前記複数の交差結合セグメントのそれぞれは、複数の側部を有し、
前記第1集合の前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、システム。 - 請求項30に記載のシステムであって、
前記第2集合の前記複数の交差結合セグメントのそれぞれは、複数の側部を有し、
前記第2集合の前記隣接する交差結合セグメントの隣接する側部は、互いに反対の回転方向に電流を伝導するように構成される、システム。 - 請求項28に記載のシステムであって、前記第1集合の前記交差結合セグメントのうちの1つ以上は、
所定の容量をそれぞれが有する複数のキャパシタと、
所定のセグメント長と、単位長さ当たりの所定のインダクタンスとをそれぞれが有する複数のワイヤ・セグメントと、を備え、
前記複数のキャパシタは、少なくとも前記複数のワイヤ・セグメントを介して分散キャパシタの列になるように直列に接続されており、
前記特性周波数は、少なくとも前記所定の容量及び単位長さ当たりの前記所定のインダクタンスに依存する、システム。 - 請求項32に記載のシステムであって、
前記所定のワイヤレス電力伝送エリア内に配置された複数の受電器デバイスをさらに備え、
前記第1RF電源及び前記第2RF電源から交差結合セグメントの前記第1集合及び前記第2集合をそれぞれ介して送電された前記RF電力の一部は、前記複数の受電器デバイスによって受電され、
前記特性周波数は、前記複数の受電器デバイスの個数又は配置から実質的に独立している、システム。 - 請求項29に記載のシステムであって、
前記予め選択された空間オフセットは、交差結合セグメントの前記第1集合のセグメントの半分の幅に等しい、システム。 - 請求項34に記載のシステムであって、前記予め選択された位相シフトは、90度である、システム。
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