JP2023551753A

JP2023551753A - 電力伝送システムおよび方法

Info

Publication number: JP2023551753A
Application number: JP2023516719A
Authority: JP
Inventors: モハメダバディ，スルシュ，デフガーニ; シャリアザデン，モハメドジャバド; ハフセジャニ，エフサン，ハディザデフ; ダオン，エフド; アスーダー，アリレザ
Original assignee: ダアナアレゾリューションインク．
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-12-13
Also published as: EP4214818A1; TW202228360A; KR20230125168A; US20230278437A1; CA3192578A1; IL301353A; CN116529983A; WO2022058790A1

Abstract

本明細書では、電力を伝送するためのシステムおよび方法が提供される。【選択図】図３５Ａ

Description

相互参照
この出願は、２０２０年９月１５日に出願された、米国仮出願第６３／０７８，８２４号の利益を主張し、その出願は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、電力送信機、受信機、および電力伝送のシステムおよび方法に関する。

誘導性電力伝送（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｅｒ、ＩＰＴ）では、電力は典型的には、磁界によってワイヤのコイル間で伝送される。交流電流（ＡＣ）は、送信機コイルを介して駆動され、振動磁界を生成する。磁界は、受信コイルを通過し、そこで受信コイルに交流電流を誘導する。誘導された交流電流は、負荷を直接駆動するか、負荷を駆動するために印加される直流（ＤＣ）に整流される。高い効率を実現するには、送信機コイルと受信機コイルを非常に近づける必要がある。例えば、送信機コイルと受信機コイルがコイル直径のほんの一部（例えば、センチメートル以内）だけ離れていること、およびコイルの軸が密接に位置合わせされていることが一般的である。

一部のＩＰＴシステムでは、共振誘導結合が採用されている。共振誘導結合は、共振回路を使用することによって、ＩＰＴの効率を向上させ得る。共振誘導結合は、非共振誘導結合よりも長い距離でより高い効率を実現し得る。共振誘導結合では、電力は、２つの共振回路（送信機側に１つと、受信機側に１つ）の間の磁界によって伝送される。これら２つの回路は、同じ共振周波数で共振するように調整されている。

一部のＩＰＴシステムでは、磁界によって近くの金属に渦電流が発生する場合がある。これは、温度を大幅に上昇させ、火災の危険を生じさせ得る。フェライトプレートを使用して遮蔽を提供し、誘導結合を改善してもよいが、これは、そのようなシステムのコストを増加させ得る。

容量性電力伝送（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｅｒ、ＣＰＴ）は、金属プレートなどの２つの電極間の電力伝送に電界を利用する。通常、ＣＰＴシステムでは、４枚の金属プレートを使用して容量結合器を形成する。２つのプレートを電力送信機として使用し、他の２つのプレートは電力受信機として機能し、その結果、少なくとも２つの結合コンデンサが電力フローループを提供する。交流電圧を送信機によって送信プレートに印加する。振動電界が受信機プレートに交流電位を誘導し、これにより負荷回路に交流電流が流れる。共振は、容量結合と併用して、電力伝送の範囲を拡張することもできる。

ＣＰＴシステムでは、渦電流損失が減少し得るし、使用されるプレートは低コストであり、システムのコストを削減する。しかしながら、多くのシステムの問題は、高電圧がプレートにかかる可能性があることである。これらの高電圧は、強力な電界を生成することができ、その結果、周囲に大きな電界放出が発生する。

また、ＣＰＴシステムおよびＩＰＴシステムの容量性または誘導性の補償ネットワークに関連する問題もある。現在、ＣＰＴシステムとＩＰＴシステムとの両方で、受信機と送信機との間の分離を最小限に抑える必要がある。これには典型的には、１次側と２次側の補償ネットワークに大きなコンデンサとインダクタが必要である。これらの大きな素子は製造が難しく、寄生抵抗によってシステム効率が大幅に低下する可能性がある。さらに、これらの補償素子は、電力伝送プロセスには直接関与しない。

コンポーネントの少ないおよび／またはコストの低いワイヤレス電力送信機および受信機が依然として望まれている。補償ネットワークへの依存度を減らしたワイヤレス電力送信機および受信機が依然として望まれている。効率の高いワイヤレス電力送信機および受信機が依然として望まれている。位置合わせと間隔についてより柔軟な要件を備えたワイヤレス電力送信機が依然として望まれている。

消費者向け製品に関連する電力伝送の分野は、ますます重要になっている。自動車分野において、電気ワイヤハーネスは車両の重要かつ高価なサブシステムになっている。自動車用ワイヤハーネスの市場は、この１０年間で７７０億米ドルを超えると予想されている。内燃機関車両の燃費、内燃機関車両の二酸化炭素排出量、および電気車両の航続距離が重視される時代において、これらのハーネスのコスト、重量、および電力伝送効率は、車両の設計における主要な関心事となっている。材料とコンポーネントが自動車製造コストの約５７％を占めていることを考えると、その関心は理解できるかもしれない。

バッテリ技術は、より高いエネルギー密度のバッテリを提供するために着実に改善されているが、同時に、消費者の需要は、車両に統合された、付随ユーザ電子デバイスおよび電気駆動システムに対してますます増加している。これにより、バッテリ、車両の重量、コスト、および電力伝送の効率に対する要求がますます高まっている。１９９０年代、ワイヤハーネスの軽量化を目的として、自動車業界向けに高電圧バッテリシステムが提案された。

ワイヤハーネスに使用される高価な銅の量を削減するための多くの努力がなされており、より安価なアルミニウムの使用に向けた動きがある。この傾向は、典型的な自動車で約４０ポンドの重量を節約するという望みによっても促進される。アルミニウムへのこの傾向には、銅と比較してアルミニウムの抵抗率が１．５８倍高いこともあって、それ自体に問題がある。アルミニウムはまた、接続部が緩む原因となるクリープと呼ばれる現象に悩まされている。さらに、アルミニウムは酸化もするため、接続に関して注意が必要である。ワイヤハーネスのいくつかの側面では、依然として銅が必要であり、銅とアルミニウムとの間の接続は、ガルバニ電位の問題を引き起こす。

高価な銅含有量を削減し、電圧に関して柔軟性を提供し、アルミニウムに代表される問題を回避し、重量を削減する、車両用ワイヤハーネスに対する代替アプローチが必要とされているのは明らかである。

同時に、電気車両の分野での開発に拍車がかかったように、急速に進歩するバッテリ技術に対応するために、電力伝送技術の効率を改善する必要がある。

これらの要件は、自動車分野に限定されるものではなく、例えば、太陽エネルギー電力伝送の分野にも関係し、一部の修正を加えて、コンピュータやテレビのディスプレイなどの他の消費者向け家庭用機器にも適用される。様々な電圧の電源から電力を最適に抽出する電力調整ユニットが今日広く使用されているが、一般的に制御設備の程度が限られている。これにより、電力伝送効率が最適化されなくなる。

関連技術の前述の例およびそれに関連する制限は、例示を意図したものであり、排他的ではないことを意図している。関連技術の他の制限については、当業者であれば、明細書を読み、図面を精査することで明らかになるであろう。

第１の態様では、共振電力信号発振周波数での調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うように構成されたバイモーダル近距離共振ワイヤレス電力伝送システムであって、送信機アンテナサブシステムおよび電力信号チューナモジュールを備える送信機サブシステムであって、チューナモジュールが、チューナモジュールによって送信機アンテナサブシステムに提供される電力信号を調整することによって伝送モード比を調整するように構成されている、送信機サブシステムと、伝送モード比で送信機アンテナサブシステムから電力を受信するように構成された受信機アンテナサブシステムを備える受信機サブシステムとを備えている、システムが提示される。

チューナモジュールは、送信機アンテナサブシステムに提供される電力信号の電流と電圧との間の位相差を調整することによって電力信号を調整するように構成されてもよい。送信機サブシステムは、コントローラおよび少なくとも１つのセンサをさらに備えてもよく、コントローラは、少なくとも１つのセンサからセンサ情報を受信し、センサ情報に基づいてチューナモジュールにチューニング命令を自動的に提供するように構成され、チューナモジュールは、チューニング命令に従って、送信機アンテナサブシステムに提供される電力信号の電流と電圧との間の位相差を調整するように構成されている。

少なくとも１つのセンサは、送信機サブシステム上に配置されてもよい。他の実施形態では、少なくとも１つのセンサは、受信機サブシステム上に配置されてもよく、コントローラは、センサ情報をワイヤレスで受信するように構成されてもよい。少なくとも１つのセンサは、電力負荷センサと、送信電力センサと、周囲物体検出器と、送信機アンテナと受信機アンテナとの間の距離を検出するために配置された距離検出器と、のうちの１つであってもよい。

共振電力信号発振周波数は、所定の周波数帯域内で自由に変化してもよい。所定の周波数帯域は、工業、科学、医療（ＩＳＭ）の周波数帯域であってもよい。システムは、共振電力信号発振周波数が所定の周波数帯域の両端内で変化できる程度までデチューンされてもよい。

さらなる態様では、共振電力信号発振周波数で調整可能な伝送モード比に従ってバイモーダルに電力を伝送するワイヤレス方法であって、電力信号チューナモジュールと、共振電力信号発振周波数で共振するように構成された送信機アンテナサブシステムとを備えている送信機サブシステムを提供することと、共振電力信号発振周波数で共振するように構成された受信機アンテナサブシステムを備える受信機サブシステムを提供することと、電力信号発振共振周波数でチューナモジュールから送信機アンテナサブシステムに電力信号を提供することと、チューナモジュールから送信機アンテナサブシステムへの電力信号を調整することによって伝送モード比を調整することと、伝送モード比で受信機アンテナサブシステムを介して電力信号発振共振周波数で受信機サブシステムにおいて、伝送された電力を受信することと、を含む、方法が提供される。伝送モード比を調整することは、送信機アンテナサブシステムに提供される電力信号の電流と電圧との間の位相差を調整することを含んでもよい。

送信機サブシステムを提供することは、コントローラおよび少なくとも１つのセンサを提供することをさらに含んでもよく、電流と電圧との間の位相差を調整することは、少なくとも１つのセンサからコントローラによって受信されたセンサ情報に基づいて、コントローラのコマンドを介してチューナモジュールによって実行されてもよい。コントローラのコマンドは、コントローラがセンサ情報を受信すると、チューナモジュールに自動的に発行されてもよく、チューナモジュールは、コントローラからのコマンドを自動的に実行して、位相差を変化させてもよい。

この方法は、共振電力信号発振周波数を所定の周波数帯域内で変化できるようにすることをさらに含んでもよい。所定の周波数帯域は、工業、科学、医療（ＩＳＭ）の周波数帯域であってもよい。送信機サブシステムを提供することは、共振電力信号発振周波数が所定の周波数帯域の両端内で変化できる程度までデチューンされる送信機サブシステムを提供することを含んでもよい。

さらなる態様では、可変共振電力信号発振周波数での誘導性電力伝送に対する容量性電力伝送の調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うように構成されたバイモーダル近距離共振ワイヤレス電力伝送システムであって、送信機アンテナおよび電力信号チューナモジュールを備える送信機サブシステムであって、電力信号チューナモジュールが、電力信号チューナモジュールによって送信機アンテナサブシステムに提供される電力信号を調整することによって伝送モード比を調整する、送信機サブシステムと、伝送モード比で送信機アンテナから電力を受信する受信機アンテナサブシステムを備える受信機サブシステムとを備えている、バイモーダル近距離共振ワイヤレス電力伝送システムが提示される。

このシステムは、送信機アンテナと受信機アンテナサブシステムの受信機アンテナとを介して、送信機アンテナサブシステムと受信機アンテナサブシステムとの間で情報を通信する。このシステムは、情報を情報伝達信号に変調し、情報伝達信号を送信機アンテナサブシステムに提供するための変調器をさらに備えてもよい。このシステムは、情報を情報伝達信号に変調し、情報伝達信号を送信機アンテナサブシステムに提供してもよい。変調器は、情報に従って送信機アンテナサブシステムへの情報伝達信号を変調するように構成されてもよい。電力信号チューナモジュールは、変調器を備えてもよい。

情報伝達信号は、可変共振電力信号発振周波数とは異なる周波数を有してもよい。変調器は、周波数変調、振幅変調、および位相変調のうちのいずれか１つによって情報伝達信号を変調してもよい。情報伝達信号は、可変電力信号発振周波数が情報伝達信号の周波数の高調波であるように変調されてもよい。情報伝達信号は、電力信号の高調波に変調されてもよい。変調されて送信機アンテナサブシステムに提供される信号は、電力信号であってもよい。

変調器は、受信機アンテナの反射特性を変調し、情報に従って受信機アンテナの反射特性を変調することによって受信機アンテナサブシステムから送信機アンテナサブシステムに情報を伝送してもよい。受信機アンテナの変調された反射特性は、受信機アンテナのインピーダンスであってもよい。

このシステムは、送信機サブシステムからの信号の受信機アンテナによる反射を変調することによって受信機サブシステムから送信機サブシステムに情報を伝送してもよい。受信機サブシステムは、受信機アンテナの反射特性を変調してもよい。受信機サブシステムは、受信機アンテナのインピーダンスを変調してもよい。

受信機サブシステムの出力に電力負荷が存在してもよく、情報は、電力負荷の存在、電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、電力負荷の充電率、電力負荷の状態、電力負荷に印加された電圧の存在、電力負荷の充電容量、および電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含んでもよい。

このシステムは、送信機アンテナを介して送信機サブシステムと受信機サブシステムとの間でデジタル情報を通信してもよい。このシステムは、送信機アンテナを介して送信機サブシステムと受信機サブシステムとの間でアナログ情報を通信してもよい。受信機サブシステムは、後続の受信機サブシステムに電力を送信するように構成されてもよい。受信機は、移相器を備える整流器をさらに備えてもよい。

さらなる態様では、バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムであって、電力信号周波数での電力信号を介して調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うための複数の電力送受信モジュールを備え、複数の電力送受信モジュールのそれぞれが、複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つと電力を交換するように配置された送信機－受信機共振器と有線通信する、バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムが提供される。

複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものは、複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものと有線通信する送信機－受信機共振器に電力信号チューナモジュールによって供給される電力信号を調整することによって、伝送モード比を変化させるように調整可能な電力信号チューナモジュールを備えてもよい。複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つは、複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つと有線通信する関連する送信機－受信機共振器と、複数の電力送受信モジュールのうちの他のいずれかと有線通信する送信機－受信機共振器と、の間で交換される高周波信号に情報を変調するように構成された変調器を備えてもよい。

変調器は、振幅変調器、周波数変調器、位相変調器のうちのいずれであってもよい。情報は、デジタル情報およびアナログ情報の一方または両方を含んでもよい。変調器によって変調された高周波信号は、電力信号であってもよい。変調器によって変調された高周波信号は、電力信号周波数とは異なる周波数を有してもよい。変調器によって変調された高周波信号は、電力信号周波数の高調波である周波数を有してもよい。電力信号周波数は、変調された信号の周波数の高調波であってもよい。

変調器は、情報に従って、関連するワイヤ接続送信機－受信機共振器の反射特性を変調して、ワイヤ接続送信機－受信機共振器によって反射される信号に情報を課すように構成されてもよい。変調器は、情報に従って、関連する送信機－受信機共振器に提供される信号を変調するように構成されてもよい。複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものの電力信号チューナモジュールは、変調器を備えてもよい。電力送受信モジュールのそれぞれは、補償ネットワークを備えてもよく、補償ネットワークは、変調器を備えてもよい。電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの電力送受信モジュールに電力信号周波数で信号を提供する高周波発振器を備えてもよく、高周波発振器は、変調器を備えてもよい。

複数の電力送受信モジュールのそれぞれは、電力送信機モードと電力受信機モードとの間で再構成可能であってもよい。電力送受信モジュールのそれぞれは、電力送受信モジュールの電力送信機モードと電力受信機モードとにそれぞれ対応する増幅器状態と整流器状態との間で再構成することができる差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を備えてもよい。差動自己同期高周波電力増幅器／整流器は、差動スイッチモード自己同期高周波電力増幅器／整流器であってもよい。電力送受信モジュールのそれぞれは、コントローラを備えてもよく、再構成は、コントローラによって制御されてもよい。各差動自己同期高周波電力増幅器／整流器は、増幅器状態と整流器状態との間で差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を再構成するために、コントローラによって調整可能な移相器を備えてもよい。

受信機モードで複数の電力送受信モジュールのうちの１つの出力に電力負荷が存在する場合、情報は、電力負荷の存在、電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、電力負荷の充電率、電力負荷の状態、電力負荷に印加された電圧の存在、電力負荷の充電容量、および電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含んでもよい。

さらなる態様では、電力信号周波数で電力信号を介して電力を伝送するための近距離高周波方法であって、複数の電力送受信モジュールを備えるバイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムを提供することであって、複数の電力送受信モジュールのそれぞれが、複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つと電力を交換するように配置された送信機－受信機共振器と有線通信する、提供することと、調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うために電力伝送システムを動作させることと、を含む、方法が提供される。

提供される複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものは、電力信号チューナモジュールを備えてもよく、電力伝送システムを動作させることは、電力信号チューナモジュールを調整することによって伝送モード比を変化させることを含んでもよい。電力伝送システムを提供することは、複数の電力送受信モジュールのうちの、関連する送信機－受信機共振器と有線通信し、かつ変調器を有する少なくとも１つの電力送受信モジュールを提供することを含んでもよく、電力伝送システムを動作させることは、関連する送信機－受信機共振器と、複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つと有線通信する送信機－受信機共振器と、の間で高周波信号を交換することと、情報を交換される高周波信号に変調することと、を含んでもよい。複数の電力送受信モジュールのうちの１つの出力に電力負荷が存在する場合、情報は、例えば限定されないが、電力負荷の存在、電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、電力負荷の充電率、電力負荷の状態、電力負荷に印加された電圧の存在、電力負荷の充電容量、および電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含んでもよい。

情報は、振幅変調、周波数変調、または位相変調によって、交換される高周波信号に変調されてもよい。情報を交換される高周波信号に変調することは、デジタル情報またはアナログ情報を交換される高周波信号に変調することを含んでもよい。

情報を交換される高周波信号に変調することは、情報を電力信号に変調することを含んでもよい。情報を交換される高周波信号に変調することは、情報を電力信号周波数とは異なる周波数を有する信号に変調することを含んでもよい。情報を交換される高周波信号に変調することは、情報を電力信号周波数の高調波である周波数を有する信号に変調することを含んでもよい。情報を交換される高周波信号に変調することは、情報を高調波として電力信号周波数を有する信号に変調することを含んでもよい。

情報を交換される高周波信号に変調することは、情報に従って、関連するワイヤ接続送信機－受信機共振器の反射特性を変調して、情報をワイヤ接続された送信機－受信機共振器によって反射される信号に課すことを含んでもよい。情報を交換される高周波信号に変調することは、情報に従って、関連する送信機－受信機共振器に提供される信号を変調することを含んでもよい。

この方法は、情報を交換される高周波信号に変調するために、複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものの電力信号チューナモジュールを動作させることを含んでもよい。提供される電力送受信モジュールのそれぞれは、補償ネットワークを備えてもよく、補償ネットワークは、変調器を備えて、補償ネットワークを動作させて、情報を交換される高周波信号に変調できるようにしてもよい。電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの電力送受信モジュールに電力信号周波数で信号を提供する高周波発振器を備えてもよく、高周波発振器は、変調器を備えて、発振器において、情報を交換される高周波信号に変調できるようにしてもよい。

提供される複数の電力送受信モジュールのそれぞれは、電力送信機モードと電力受信機モードとの間で再構成可能であってもよく、この方法は、複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも２つを、電力送信機モードと電力受信機モードとの間で再構成して、少なくとも２つの送受信モジュール間の電力伝送の方向を逆にすることをさらに含んでもよい。提供される電力送受信モジュールのそれぞれは、電力送受信モジュールの電力送信機モードと電力受信機モードとにそれぞれ対応する増幅器状態と整流器状態との間で再構成することができる差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を備えてもよく、この方法は、増幅器状態と整流器状態との間で少なくとも２つの送受信モジュールの差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を再構成することを含んでもよい。各差動自己同期高周波電力増幅器／整流器は、増幅器状態と整流器状態との間で差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を再構成するために調整可能な移相器を備えてもよく、この方法は、少なくとも２つの送受信モジュールの差動自己同期高周波電力増幅器／整流器のそれぞれの移相器を調整することを含んでもよい。

さらなる態様では、複数の実質的に相互に分離された送信機共振器と、各送信機共振器と電力信号通信する対応する送信機モジュールとを備える送信サブシステムであって、各送信機モジュールが、送信コントローラと、電力信号発振周波数および電力信号位相を有する電力信号源と、を含み、各電力信号源が、対応する送信コントローラによって制御される、送信サブシステムと、それぞれが対応する受信機共振器を備える１つ以上の受信機サブシステムと、電力信号源の離散許容電力信号発振周波数のソフトウェアルックアップテーブルと、メモリにロードされ、送信機モジュールのうちのいずれかのコントローラによって実行されると、アクションを行うソフトウェアであって、アクションが、対応する送信機共振器の入力インピーダンスと、対応する送信機共振器によって消費される試験信号電力と、のうちの１つを測定することと、対応する送信機共振器の入力インピーダンスと、対応する送信機共振器によって消費される試験信号電力と、のうちの１つに基づいて、対応する電力信号源のために、ルックアップテーブルから周波数を選択することと、のアクションである、ソフトウェアとを備えている、近距離共振ワイヤレス電力伝送システムが提供される。ソフトウェアは、実行されると、対応する電力信号源からの電力信号の位相を調整しながら、対応する送信機共振器によって伝送される電力のレベルを測定するアクションを行ってもよい。送信機共振器は、接地シールドグリッドによって実質的に相互に分離されてもよい。

さらなる態様では、マルチ送信機サブシステムから単一の共振受信機サブシステムに可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法であって、予め設定された周波数帯域内の複数の予め設定された電力信号発振周波数のうちの１つに独立して設定することができる対応する送信機モジュールによってそれぞれが駆動される相互に独立した複数の送信機共振器であって、すべての送信機共振器が共通送信面を有する、複数の送信機共振器を備える、マルチ送信機サブシステムを提供することと、送信機共振器のうちの２つ以上と重なる単一の受信機共振器を備える共振受信機サブシステムを、共通送信面に近接して配置することと、送信機共振器のそれぞれの入力インピーダンスと、送信機共振器のそれぞれによって試験信号から消費される電力と、のうちの１つを測定することと、対応する測定された共振器入力インピーダンスと、対応する送信機共振器によって試験信号から消費される電力と、の１つに基づいて、相互に独立した複数の送信機共振器のそれぞれへの電力信号を、オフ状態とアクティブ状態とのうちの１つに設定することと、アクティブな送信機共振器の測定された入力インピーダンスに基づいて、予め設定された複数の電力発振周波数のうちから各アクティブな送信機共振器の電力信号発振周波数を選択することと、各アクティブな送信機共振器の電力信号を、対応する選択された周波数に設定することと、を含む、方法が提供される。この方法は、対応する各送信機共振器に印加される電力信号の位相を、送信機共振器を通る電力伝送が実質的に最大になる位相に調整することをさらに含んでもよい。

さらなる態様では、マルチ送信機サブシステムから２つ以上の共振受信機サブシステムに可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法であって、予め設定された周波数帯域内の複数の予め設定された電力信号発振周波数のうちの１つに独立して設定することができる対応する送信機モジュールによってそれぞれが駆動される相互に独立した複数の送信機共振器であって、すべての送信機共振器が共通送信面を有する、複数の送信機共振器を備える、マルチ送信機サブシステムを提供することと、送信機共振器のうちの２つ以上と重なる単一の受信機共振器をそれぞれ備える２つ以上の共振受信機サブシステムを、共通送信面に近接して配置することと、送信機共振器のそれぞれの入力インピーダンスと、送信機共振器のそれぞれによって試験信号から消費される電力と、のうちの１つを測定することと、対応する測定された共振器入力インピーダンスと、対応する送信機共振器によって試験信号から消費される電力と、の１つに基づいて、相互に独立した複数の送信機共振器のそれぞれへの電力信号を、オフ状態とアクティブ状態とのうちの１つに設定することと、アクティブな送信機共振器の測定された入力インピーダンスに基づいて、予め設定された複数の電力発振周波数のうちから各アクティブな送信機共振器の電力信号発振周波数を選択することと、各アクティブな送信機共振器の電力信号を、対応する選択された周波数に設定することと、を含む、方法が提供される。この方法は、対応する各送信機共振器に印加される電力信号の位相を、送信機共振器を通る電力伝送が実質的に最大になる位相に調整することをさらに含んでもよい。

さらなる態様では、光電池から電力負荷に電力を伝送するための近距離ワイヤレスシステムであって、光電池と有線電気通信する送信モジュールであって、光電池からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換するように構成されている、送信モジュールと、送信モジュールと有線電気通信し、かつ発振周波数で共振するように構成された送信機共振器と、発振周波数で共振するように構成され、かつ容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器から電力を受信するように配置された受信機共振器と、受信機共振器と有線電気通信する受信機モジュールであって、受信機共振器から電力を受信し、かつ電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供するように構成されている、受信機モジュールとを備えている、システムが提示される。

送信モジュールは、光電池から受信した電力を発振周波数で変調するように構成された電力増幅器を備えてもよい。送信モジュールは、電力増幅器に発振周波数を提供するように構成された発振器を備えてもよい。送信モジュールは、コントローラおよび１つ以上のセンサを備えてもよく、コントローラは、１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つからの第１の情報に基づいて発振周波数を変化させるように構成されている。送信モジュールは、コントローラの制御下で、１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つからの第２の情報に基づいて、送信モジュールによって送信機共振器に提供される電力の少なくとも位相を変化させるように構成された送信チューニングネットワークを備えてもよい。

システムは、光電池と送信モジュールとの間に電気的に接続され、かつ光電池からの電力を送信モジュールと互換性のあるフォーマットに適合させるように構成された電力調整ユニットを備えてもよい。送信モジュールは、小信号電子回路を備えてもよく、電力調整ユニットは、小信号電子回路に電力を提供するようにさらに構成されてもよい。送信機共振器は、電池のアクティブな太陽放射受光面に対向する光電池の表面に配置されてもよい。送信機共振器は、電池のアクティブな太陽放射受光面の範囲の少なくとも大部分である範囲を有する表面領域を有する。

送信機共振器は、受信機共振器の平面領域よりも小さい平面領域を有してもよい。受信機共振器は、共振周波数での容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介してさらなる送信機共振器から電力を受信するように配置および構成されてもよい。

光電池のアレイから電力負荷に電力を伝送するための近距離ワイヤレスシステムのさらなる実施形態では、このシステムは、第１の複数の送信モジュールであって、各送信モジュールが、アレイ内の対応する光電池と有線電気通信し、各送信モジュールが、対応する電池からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換するように構成されている、第１の複数の送信モジュールと、第２の複数の送信機共振器であって、各送信共振器が、第１の複数の送信モジュールからの対応する送信モジュールと有線電気通信し、かつ発振周波数で共振するように構成されている、第２の複数の送信機共振器と、発振周波数で共振するように構成され、かつ容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して複数の送信機共振器から電力を受信するように配置された単一の受信機共振器と、受信機共振器と有線電気通信する受信機モジュールであって、受信機共振器から電力を受信し、かつ電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供するように構成されている、受信機モジュールとを備えている。

第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、対応する光電池から受信した電力を発振周波数で変調するように構成された電力増幅器を備えてもよい。第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、発振周波数を対応する電力増幅器に提供するように構成された発振器を備えてもよい。第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、コントローラおよび１つ以上のセンサをさらに備えてもよく、コントローラは、１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つからの第１の情報に基づいて発振周波数を変化させるように構成されている。第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、対応するコントローラの制御下で、１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つからの第２の情報に基づいて、送信モジュールによって対応する送信機共振器に提供される電力の少なくとも位相を変化させるように構成された送信チューニングネットワークを備えてもよい。

このシステムは、第３の複数の電力調整ユニットを備えてもよく、第３の複数の電力調整ユニットのうちの各電力調整ユニットは、対応する光電池と対応する送信モジュールとの間に電気的に接続され、かつ対応する光電池からの電力を対応する送信モジュールと互換性のあるフォーマットに適合させるように構成されている。第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、小信号電子回路を備えてもよく、対応する電力調整ユニットは、小信号電子回路に電力を提供するようにさらに構成されてもよい。第２の複数の送信機共振器のうちの各送信機共振器は、電池のアクティブな太陽放射受光面に対向する対応する光電池の表面に配置されてもよい。

光電池のアレイから電力負荷に電力を伝送するための近距離ワイヤレスシステムのさらなる実施形態では、このシステムは、第１の複数の送信モジュールであって、各送信モジュールが、アレイ内の対応する光電池と有線電気通信し、各送信モジュールが、対応する電池からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換するように構成されている、第１の複数の送信モジュールと、第２の複数の送信機共振器であって、各送信共振器が、第１の複数の送信モジュールからの対応する送信モジュールと有線電気通信し、かつ発振周波数で共振するように構成されている、第２の複数の送信機共振器と、発振周波数で共振するように構成された第３の複数の受信機共振器であって、第３の複数の受信機共振器のうちの各受信機共振器が、容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して第２の複数の送信機共振器のうちの対応する送信機共振器から電力を受信するように配置された、第３の複数の受信機共振器と、第４の複数の受信機モジュールであって、各受信機モジュールが、第３の複数の受信機共振器のうちの対応する受信機共振器と有線電気通信し、受信機モジュールが、対応する受信機共振器から電力を受信し、かつ電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供するように構成されている、第４の複数の受信機モジュールとを備えている。

このシステムは、第５の複数の電力調整ユニットをさらに備えてもよく、第５の複数の電力調整ユニットのうちの各電力調整ユニットは、太陽電池のアレイのうちの対応する光電池と第１の複数の送信モジュールのうちの対応する送信モジュールとの間に電気的に接続され、かつ対応する光電池からの電力を対応する送信モジュールと互換性のあるフォーマットに適合させるように構成されている。第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、小信号電子回路を備えてもよく、第５の複数の電力調整ユニットのうちの対応する電力調整ユニットは、小信号電子回路に電力を提供するようにさらに構成されてもよい。第２の複数の送信機共振器のうちの各送信機共振器は、電池のアクティブな太陽放射受光面に対向する、太陽電池のアレイのうちの対応する光電池の表面に配置されてもよい。

さらなる実施形態では、光電池のアレイから電力負荷に電力を伝送するための近距離ワイヤレスシステムであって、第１の複数の送信モジュールであって、各送信モジュールが、アレイ内の対応する光電池と有線電気通信し、各送信モジュールが、対応する電池からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換するように構成されている、第１の複数の送信モジュールと、第２の複数の送信機共振器であって、各送信共振器が、第１の複数の送信モジュールからの対応する送信モジュールと有線電気通信し、かつ発振周波数で共振するように構成されている、第２の複数の送信機共振器と、複数の送信機共振器よりも個数が少なく、かつ発振周波数で共振するように構成された第３の複数の受信機共振器であって、第３の複数の受信機共振器のうちの各受信機共振器が、容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して複数の送信機共振器の一部分から電力を受信するように配置された、第３の複数の受信機共振器と、第４の複数の受信機モジュールであって、各受信機モジュールが、対応する受信機共振器と有線電気通信し、受信機モジュールが、対応する受信機共振器から電力を受信し、かつ電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供するように構成されている、第４の複数の受信機モジュールとを備えている、システムが提示される。

このシステムは、第５の複数の電力調整ユニットを備えてもよく、第５の複数の電力調整ユニットのうちの各電力調整ユニットは、太陽電池のアレイのうちの対応する光電池と第１の複数の送信モジュールのうちの対応する送信モジュールとの間に電気的に接続され、かつ対応する光電池からの電力を対応する送信モジュールと互換性のあるフォーマットに適合させるように構成されている。

第１の複数の送信モジュールのうちの各送信モジュールは、小信号電子回路を備えてもよく、第５の複数の電力調整ユニットのうちの対応する電力調整ユニットは、小信号電子回路に電力を提供するようにさらに構成されてもよい。第２の複数の送信機共振器のうちの各送信機共振器は、電池のアクティブな太陽放射受光面に対向する、太陽電池のアレイのうちの対応する光電池の表面に配置されてもよい。

さらなる態様では、光電池から電力負荷に電力を伝送するための方法であって、送信モジュールにおいて、光電池からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換することと、送信モジュールと有線電気通信し、かつ発振周波数で共振するように構成された送信機共振器に電力を伝送することと、発振周波数で共振するように構成され、かつ容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器から電力を受信するように配置された受信機共振器において、電力を受信することと、受信機共振器と有線電気通信する受信機モジュールにおいて、電力を受信することと、電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供することと、を含む、方法が提供される。

光電池のアレイから電力負荷に電力を伝送するための方法のさらなる実施形態では、この方法は、第１の複数の対応する送信モジュールのそれぞれにおいて、アレイ内の光電池のそれぞれからの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換することと、送信モジュールのそれぞれにおいて、発振周波数で共振するようにそれぞれ構成された第２の複数の送信機共振器のうちの対応する送信機共振器に電力を伝送することと、発振周波数で共振するように構成され、かつ容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して複数の送信機共振器から電力を受信するように配置された受信機共振器において、電力を受信することと、受信機共振器と有線電気通信する受信機モジュールにおいて、電力を受信することと、電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供することと、を含む。

光電池のアレイから電力負荷に電力を伝送するための方法のさらなる実施形態では、この方法は、第１の複数の対応する送信モジュールのそれぞれにおいて、アレイ内の光電池のそれぞれからの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換することと、送信モジュールのそれぞれから第２の複数の送信機共振器のうちの対応する送信機共振器に電力を伝送することであって、各送信機共振器が発振周波数で共振するようにそれぞれ構成されている、伝送することと、発振周波数で共振するように構成された対応する受信機共振器において、各送信機共振器から電力を受信することであって、各受信機共振器が、容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器から電力を受信するようにさらに構成され、かつ配置されている、受信することと、受信機共振器と有線電気通信する対応する受信機モジュールにおいて、各受信機共振器から電力を受信することと、電力負荷への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供することと、を含む。

アレイ光電池から電力負荷に電力を伝送するための方法のさらなる実施形態では、この方法は、第１の複数の対応する送信モジュールのそれぞれにおいて、アレイ内の光電池のそれぞれからの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換することと、送信モジュールのそれぞれから第２の複数の送信機共振器のうちの送信機共振器に電力を伝送することであって、各送信機共振器が発振周波数で共振するようにそれぞれ構成されている、伝送することと、発振周波数で共振するように構成された第３の複数の受信機共振器のうちの任意の近接した受信機共振器において、各送信機共振器から電力を受信することであって、各受信機共振器が、容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器から電力を受信するようにさらに構成され、かつ配置されている、受信することと、第３の複数の受信機共振器の間で、受信した電力を共有することと、電力負荷への有線電気通信を介して、対応する１つ以上の受信機モジュールを介して第３の複数の受信機共振器のうちの１つ以上からの受信した電力を直流形式で提供することと、を含む。この方法は、電力を発振電力信号に変換する前に、各光電池からの電力の電圧および電流を、対応する送信モジュールに適合する電圧および電流に変換することをさらに含んでもよい。

直流電源から電力負荷に電力を供給するための電力伝送システムであって、電源と有線電気通信し、かつ電源からの直流電圧を発振周波数を有する交流電圧信号に変換するように構成された高周波電力増幅器と、電力負荷と有線電気接触しており、かつ電力増幅器と高周波通信する調整可能な位相高周波整流器であって、整流器が、増幅器から伝送された電力を受信するように構成されている、調整可能な位相高周波整流器と、整流器と通信する受信機コントローラであって、整流器の電流－電圧位相特性を調整することによって増幅器から整流器への電力伝送の効率を調整するように構成されている、受信機コントローラとを備えている、システムが提供される。整流器は、差動自己同期高周波整流器であってもよい。

受信機コントローラは、整流器の電流－電圧位相特性を自動的に調整するように構成されてもよい。電力伝送システムは、負荷と有線通信する、負荷と整流器との間に電力信号的に配置された負荷管理システムをさらに備えてもよく、負荷管理システムは、整流器の入力インピーダンスを調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。負荷管理システムは、整流器の電流－電圧位相特性を自動的に調整するように構成されてもよい。

電力伝送システムは、増幅器と通信する送信機コントローラをさらに備えてもよく、送信機コントローラは、増幅器の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。送信機コントローラは、増幅器の電流－電圧位相特性を自動的に調整して、電力伝送の効率を高めるように構成されてもよい。

電力伝送システムは、増幅器および送信機コントローラと通信する発振器をさらに備えてもよい。送信機コントローラは、発振器を介して発振周波数を調整するように構成されてもよい。

電力増幅器は、調整可能な位相高周波整流器と直接有線高周波通信してもよい。電力増幅器は、調整可能な位相高周波整流器とワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力伝送システムは、電力増幅器と有線高周波通信する送信機共振器と、整流器と有線高周波通信する受信機共振器と、を備えてもよい。送信機共振器および受信機共振器は、互いにワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力増幅器は、整流器との容量性近距離ワイヤレス高周波通信と誘導性近距離ワイヤレス高周波通信とのうちの少なくとも１つを行ってもよい。電力増幅器は、整流器とバイモーダル近距離ワイヤレス高周波通信してもよい。

直流電源は、再充電可能なバッテリを備えてもよく、負荷は、電気モータを備えてもよい。負荷は、コンピュータモニタを備えてもよい。システムの共振構造は、システムの少なくとも１つの導電性の機械的負荷耐性構造コンポーネントを含んでもよい。

システムは、電源と電力伝送システムとの間に電気的に配置された電力調整ユニットをさらに備えてもよく、電力調整ユニットは、電源からの電流と電圧とのうちの少なくとも一つを調整して、電力伝送の効率を改善するように構成されている。

直流電源から電力負荷への電力伝送のための方法であって、電源と有線電気通信する電力伝送システムを提供することであって、電力伝送システムが、電力負荷と有線電気接触している調整可能な位相高周波整流器と高周波通信する高周波電力増幅器を備える、提供することと、増幅器において、直流電源からの電力を高周波発振電力信号に変換することと、整流器において、高周波発振電力信号を直流電力信号に変換することと、整流器の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を調整することと、を含む、方法がさらに提供される。調整可能な位相高周波整流器を提供することは、差動自己同期高周波整流器を提供することを含んでもよい。

この方法は、増幅器の直流等価入力抵抗を調整することによって電力伝送の効率を調整することをさらに含んでもよい。電力伝送システムを提供することは、整流器と負荷との間で有線通信する負荷管理システムを提供することを含んでもよい。増幅器の直流等価入力抵抗を調整することは、負荷管理システムを調整することによって整流器の入力インピーダンスを調整することを含んでもよい。負荷管理システムを調整することは、負荷管理システムを自動的に調整することを含んでもよい。

この方法は、電力増幅器の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を調整することをさらに含んでもよい。電力伝送システムを提供することは、電力増幅器を制御するために電力増幅器と通信する送信機コントローラを提供することを含んでもよい。電力増幅器の電流－電圧位相特性を調整することは、送信機コントローラによって実行されてもよい。電力増幅器の電流－電圧位相特性を調整することは、送信機コントローラによって自動的に実行されてもよい。

この方法は、電力増幅器の発振周波数を変化させることによって電力伝送の効率を調整することをさらに含んでもよい。

電力伝送システムを提供することは、整流器を制御するために整流器と通信する受信機コントローラを提供することを含んでもよい。整流器の電流－電圧位相特性を調整することは、受信機コントローラによって実行されてもよい。整流器の電流－電圧位相特性を調整することは、受信機コントローラによって自動的に実行されてもよい。

電力伝送システムを提供することは、調整可能な位相高周波整流器と直接有線高周波通信する電力増幅器を提供することを含んでもよい。電力伝送システムを提供することは、調整可能な位相高周波整流器とワイヤレス近距離高周波通信する電力増幅器を提供することを含んでもよい。

電力伝送システムを提供することは、電力増幅器と有線高周波通信する送信機共振器と、高周波整流器と有線高周波通信する受信機共振器と、を提供することを含んでもよい。この方法は、送信機共振器および受信機共振器を互いにワイヤレス近距離高周波通信で動作させることをさらに含んでもよい。電力伝送システムを提供することは、容量性近距離ワイヤレス高周波通信と誘導性近距離ワイヤレス高周波通信とのうちの少なくとも１つで、整流器と通信する、電力増幅器を提供することを含んでもよい。電力伝送システムを提供することは、整流器とバイモーダルワイヤレス近距離通信する電力増幅器を提供することを含んでもよい。

この方法は、電源と電力伝送システムとの間に電気的に配置された電力調整ユニットを提供することと、電源からの電流と電圧とのうちの少なくとも１つを調整するために電力調整ユニットを調整して、電力伝送の効率を改善することと、をさらに含んでもよい。

直流電源から電力負荷に電力を伝送するための方法であって、電源と有線電気通信する電力伝送システムを提供することであって、電力伝送システムが、発振周波数で発振することができる発振器と、ともに送信機コントローラの制御下にある、電力増幅器および送信機チューニングネットワークと、ともに受信機コントローラの制御下にある、受信機チューニングネットワークおよび負荷管理システムであって、負荷管理システムが電力負荷と有線電気通信する、受信機チューニングネットワークおよび負荷管理システムとを備えている、提供することと、電力増幅器において、電源からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換することと、送信機コントローラの制御下で、送信機チューニングネットワークおよび受信機チューニングネットワークを介して電力増幅器から負荷管理システムに電力信号を伝送することと、発振周波数、電力増幅器の入力ＤＣ等価抵抗、送信機チューニングネットワーク、受信機チューニングネットワーク、および負荷管理システムのうちの少なくとも１つを調整して、電力伝送速度を変化させることと、負荷管理システムによって受信された電力を電力負荷への有線電気通信を介した直流の形で提供することと、を含む、方法がさらに提供される。

送信機チューニングネットワークおよび受信機チューニングネットワークを介して電力信号を伝送することは、有線通信によって電力を伝送することを含んでもよい。送信機チューニングネットワークおよび受信機チューニングネットワークを介して電力信号を伝送することは、ワイヤレス通信によって電力を伝送することを含んでもよい。ワイヤレス通信によって電力を伝送することは、近距離ワイヤレス通信によって電力を伝送することを含んでもよい。近距離ワイヤレス通信によって電力を伝送することは、容量結合と誘導結合とのうちの少なくとも１つによって電力を伝送することを含んでもよい。

直流電源から電力を伝送することは、少なくとも１つの太陽電池から電力を伝送することを含んでもよい。直流電源から電力を伝送することは、少なくとも１つの太陽電池バッテリから電力を伝送することを含んでもよい。直流電源から電力を伝送することは、様々な電圧の電源から電力を伝送することを含んでもよい。

別の実施形態では、電動システムは、導電性の第１の部分を有する機械的負荷耐性構造と、電力負荷と、近距離ワイヤレス電力伝送のために構成された少なくとも１つの高周波共振器を備える電力伝送システムであって、共振器が、少なくとも部分的に導電性の第１の部分を備える、電力伝送システムとを備える。電動システムは、再充電可能なバッテリをさらに備えてもよく、電力負荷は、電気モータを備えてもよい。電動システムは、電気車両であってもよく、機械的負荷耐性構造は、車両のシャーシを含んでもよい。電動システムは、ディスプレイモニタであってもよく、機械的負荷耐性構造は、モニタのフレームとベースとのうちの少なくとも１つであってもよい。

電動システムは、電源をさらに備えてもよい。電力伝送システムは、電源と有線電気通信し、かつ電源からの直流電圧を発振周波数を有する交流電圧信号に変換するように構成された高周波電力増幅器と、電力負荷と有線電気接触しており、かつ電力増幅器と高周波通信する調整可能な位相高周波整流器であって、整流器が、増幅器から伝送された電力を受信するように構成されている、調整可能な位相高周波整流器と、整流器と通信する受信機コントローラであって、整流器の電流－電圧位相特性を調整することによって増幅器から整流器への電力伝送の効率を調整するように構成されている、受信機コントローラと、を備えてもよい。

別の実施形態では、装置は、導電性の第１の部分を有する機械的負荷耐性構造と、電源と、電力負荷と、電力伝送システムであって、電源と有線電気通信し、かつ電源からの直流電圧を発振周波数を有する交流電圧信号に変換するように構成された高周波電力増幅器と、電力負荷と有線電気接触しており、かつ電力増幅器と高周波通信する調整可能な位相高周波整流器であって、整流器が、増幅器から伝送された電力を受信するように構成されている、調整可能な位相高周波整流器と、整流器と通信する受信機コントローラであって、整流器の電流－電圧位相特性を調整することによって増幅器から整流器への電力伝送の効率を調整するように構成されている、受信機コントローラとを備えている、電力伝送システムと、を備え、導電性の第１の部分は、増幅器からと整流器へとの少なくとも一方の高周波信号を搬送するように配置されている。

この装置は、負荷と電力信号的に有線通信する、負荷と整流器との間に配置された負荷管理システムをさらに備えてもよく、負荷管理システムは、整流器の入力インピーダンスを調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。この装置は、増幅器と通信する送信機コントローラをさらに備えてもよく、送信機コントローラは、増幅器の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。この装置は、増幅器および送信機コントローラと通信する発振器をさらに備えてもよく、送信機コントローラは、発振器を介して発振周波数を調整するように構成されている。

電力増幅器は、導電性の第１の部分を介して整流器と直接有線高周波通信してもよい。電力増幅器は、整流器とワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力伝送システムは、電力増幅器と有線高周波通信する送信機共振器と、整流器と有線高周波通信する受信機共振器とを備えてもよく、送信機共振器と受信機共振器とのうちの１つは、導電性の第１の部分を備えてもよい。送信機共振器および受信機共振器は、互いにワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力増幅器は、整流器との容量性近距離ワイヤレス高周波通信と誘導性近距離ワイヤレス高周波通信とのうちの少なくとも１つを行ってもよい。電力増幅器は、整流器とバイモーダル近距離ワイヤレス高周波通信してもよい。直流電源は、再充電可能なバッテリを備えてもよく、負荷は、電気モータを備えてもよい。

いくつかの実施形態では、封止型双方向電力伝送回路デバイスは、封止型デバイスの外部のデバイスと電気的に通信するために配置された複数の端子を備え、封止型デバイスは、封止内部内に、少なくとも１つのＤＣ端子、少なくとも１つのＡＣ端子、および少なくとも１つの制御端子を有する多端子電力スイッチングデバイスであって、増幅状態と整流状態との間で調整可能であり、少なくとも１つのＤＣ端子を介してＤＣ電圧およびＤＣ電流を双方向通信し、かつ少なくとも１つのＡＣ端子を介して、振幅、周波数、および位相を有する高周波電力信号を双方向通信するように構成されている、多端子電力スイッチングデバイスと、コントローラと有線データ通信して、少なくとも１つの制御端子を介して電力スイッチングデバイスと有線電気通信する位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路であって、電力スイッチングデバイスの少なくとも１つの制御端子において、高周波電力信号の周波数および位相を有する高周波発振信号を確立し、かつコントローラの命令下で高周波発振信号の位相を調整することによって、増幅状態と整流状態との間で電力スイッチングデバイスを調整するように構成されている、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路とを備える。いくつかの実施形態では、コントローラは、封止型双方向電力伝送回路デバイスの封止内部内に配置されてもよい。封止型電力伝送回路デバイスの複数の端子は、コントローラと封止内部の外部のデバイスとの間のデータ通信のための端子を含んでもよい。

高周波電力信号は、デューティサイクルを有してもよく、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、高周波発振信号のデューティサイクルを調整することによって高周波電力信号のデューティサイクルを調整するようにさらに構成されてもよい。位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、コントローラからの命令下で、高周波発振信号を生成するための高周波発振器を備えてもよい。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと有線データ通信して、少なくとも１つのＡＣ端子を介して電力スイッチングデバイスと有線電気通信するチューニングネットワークをさらに備えてもよく、チューニングネットワークは、コントローラからの命令下で、高周波電力信号をチューニングされた高周波電力信号に調整するように構成されている。双方向電力伝送回路デバイスは、情報を高周波電力信号に変調するように構成された変調器を備えてもよい。変調器は、チューニングネットワークを備えてもよい。変調器は、コントローラによって提供される情報で高周波電力信号を変調するように構成されてもよい。チューニングネットワークは、高周波電力信号における高周波発振信号の高調波を抑制するように構成された高調波終端ネットワーク回路を備えてもよい。高調波終端ネットワークは、１つ以上のインダクタと、第１の高調波終端、第２の高調波終端、および第３の高調波終端のうちの１つ以上と、を備えてもよい。封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと有線データ通信して、チューニングネットワークと有線電気通信するように配置され、かつチューニングネットワークと封止型デバイスの外部のＡＣ負荷／源との間で通信される任意の高周波電力信号の振幅、周波数、および位相を決定するように配置された、振幅／周波数／位相検出器をさらに備えてもよい。チューニングネットワークは、補償ネットワーク、整合ネットワーク（ｍａｔｃｈｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ）、およびフィルタのうちの１つ以上をさらに備えてもよい。

位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、振幅／周波数／位相検出器によってコントローラに通信された測定データに基づいて、コントローラから命令を受信するように構成されてもよい。位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、高周波発振信号を調整するように構成されてもよい。チューニングネットワークは、電力スイッチングデバイスが増幅状態にある場合、振幅／周波数／位相検出器からの測定データに基づいて、チューニングされた高周波電力信号の電圧と電流との間の位相差を調整するための電圧－電流チューナを備えてもよい。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、電力スイッチングデバイスと封止型デバイスの外部のＤＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、電力スイッチングデバイスと外部のＤＣ電源／負荷のインピーダンスを整合させるように、および振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、電力スイッチングデバイスとＤＣ電源／負荷との間で通信されるＤＣ電力を調整するように、構成された電力管理回路をさらに備えてもよい。他の実施形態では、封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと有線データ通信し、かつ電力スイッチングデバイスと封止型デバイスの外部のＤＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、電力スイッチングデバイスと外部のＤＣ電源／負荷のインピーダンスを整合させるように、および振幅／周波数／位相検出器によってコントローラに通信された測定データに基づいて、電力スイッチングデバイスとＤＣ電源／負荷との間で通信されるＤＣ電力を調整するように、構成された電力管理回路をさらに備えてもよい。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと有線データ通信して、電力スイッチングデバイスと電力管理回路との間を通過するＤＣ電圧およびＤＣ電流を決定するために配置された電圧／電流検出器をさらに備えてもよい。位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、電圧／電流検出器によってコントローラに通信された測定データに基づいて、コントローラから命令を受信するように構成されてもよい。他の実施形態では、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、電圧／電流検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、高周波発振信号を調整するように構成されてもよい。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラ、振幅／周波数／位相検出器、および電圧／電流検出器と有線データ通信するメモリをさらに備えてもよく、メモリは、２つの検出器から測定データを受信して格納し、かつ２つの検出器からの信号データをコントローラに提供するように構成されている。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、電力スイッチングデバイスと封止型デバイスの外部のＡＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、電力スイッチングデバイスの振幅、周波数、および位相と外部のＡＣ電源／負荷を整合させるように、ならびに振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、電力スイッチングデバイスとＡＣ電源／負荷との間で通信されるＡＣ電力を調整するように、構成された電力管理回路をさらに備えてもよい。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと有線データ通信し、かつ電力スイッチングデバイスと封止型デバイスの外部のＡＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、電力スイッチングデバイスの振幅、周波数、および位相と外部のＡＣ電源／負荷、電力スイッチングデバイスとを整合させるように、ならびに振幅／周波数／位相検出器によってコントローラに通信された測定データに基づいて、電力スイッチングデバイスとＡＣ電源／負荷との間で通信されるＡＣ電力を調整するように、構成された電力管理回路をさらに備えてもよい。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと有線データ通信して、電力スイッチングデバイスと電力管理回路との間を通過するＤＣ電圧およびＤＣ電流を決定するために配置された電圧／電流検出器をさらに備えてもよい。

いくつかの実施形態では、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、電圧／電流検出器によってコントローラに通信された測定データに基づいて、コントローラから命令を受信するように構成されている。いくつかの実施形態では、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、電圧／電流検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、高周波発振信号を調整するように構成されている。

封止型電力伝送回路デバイスは、封止内部内に、コントローラと封止型電力伝送回路デバイスの外部のデバイスとの間で情報を通信するための、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信回路、ＷｉＦｉ通信回路、Ｚｉｇｂｅｅ通信回路、およびセルラ通信技術回路のうちの少なくとも１つをさらに備えてもよい。その通信回路は、封止型電力伝送回路デバイスの外部のデバイスと通信するように構成された少なくとも１つの通信アンテナと双方向有線通信してもよい。通信回路用のアンテナは、封止型デバイスの封止内部内に配置されてもよい。

双方向電力伝送回路デバイスは、情報を高周波電力信号とＤＣ電圧とのうちの少なくとも１つに変調するように構成された変調器を備えてもよい。変調器は、電力スイッチングデバイスを備えてもよい。変調器は、コントローラによって提供される情報で高周波電力信号とＤＣ電圧とのうちの少なくとも１つを変調するように構成されてもよい。変調器は、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路をさらに備えてもよい。

いくつかの実施形態では、双方向電力伝送回路デバイスのすべての回路要素は、シリコン単結晶ウェハにモノリシックに集積されてもよい。いくつかの実施形態では、デバイスの回路要素の少なくとも一部分は、フリップチップ技術によって集積されてもよい。

１つの特定の実施形態では、封止型双方向電力伝送回路デバイスの電子回路は、単一のシリコン単結晶ウェハ内に、ＤＣ源／負荷として機能する少なくとも１つの光電池とともに実装されてもよい。さらなる実施形態では、封止型双方向電力伝送回路デバイスの電子回路は、単一のシリコン単結晶ウェハ内に、ＤＣ源／負荷７００として機能する少なくとも１つの光電池およびＡＣ負荷／源として機能する共振器構造とともに、シリコン単結晶ウェハの表面に実装されてもよい。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、およびセルラ技術で使用するアンテナも、同じ単一のシリコン単結晶ウェハ上に集積されてもよい。

例示的な実施形態は、図面の参照図に示されている。本明細書に開示された実施形態および図面は、限定的ではなく例示的であると考えられることを意図している。

一例示的実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの概略図である。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得るアンテナを示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得るアンテナを示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得るアンテナを示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得るアンテナの側面図を示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得るアンテナの側面図を示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的共振器の側面図を示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的共振器の側面図を示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的共振器の側面図を示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的共振器の側面図を示す。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的共振器の断面図を示す。一例示的実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの１次側の概略図である。一例示的実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの２次側の概略図である。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的電力増幅器の概略図である。様々な例示的実施形態で、またはそれ自体で、または他の開示された要素との組み合わせで、使用され得る例示的自己同期整流器の概略図である。一実施例による送信機共振器への電力信号を調整するために使用される、図６によるＶ／Ｉチューナのより詳細な概略図を示す。一例示的実施形態による、共振電力信号発振周波数で調整可能な伝送モード比に従って電力をバイモーダルに伝送するための近距離共振ワイヤレス方法のフローチャートを示す。電力を単一の受信機サブシステムに伝送するためのマルチ送信機近距離共振ワイヤレス電力伝送システムの概略図である。電力を単一の受信機サブシステムに伝送するためのマルチ送信機近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを示す。電力を単一の受信機サブシステムに伝送するためのマルチ送信機近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを示す。電力を１つ以上の受信機サブシステムに伝送するためのマルチ送信機近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを示す。マルチ送信機サブシステムから単一の共振受信機サブシステムへ可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法のフローチャートを示す。マルチ送信機サブシステムから単一の共振受信機サブシステムへ可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するための別のワイヤレス近距離方法のフローチャートを示す。マルチ送信機サブシステムから１つ以上の共振受信機サブシステムへ可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法のフローチャートを示す。マルチ送信機サブシステムから１つ以上の共振受信機サブシステムへ可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するための別のワイヤレス近距離方法のフローチャートを示す。光起電力太陽電池から電力負荷に電力をワイヤレスで伝送するための近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを示す。光起電力太陽電池から電力負荷に電力を伝送するための電力伝送システムを示す。図１９Ａの近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを多対１構成で使用するように構成された太陽電池アレイの正面図を示す。図１９Ａの近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを多対１構成で使用するように構成された太陽電池アレイの背面図を示す。図１９Ａの近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを１対１構成で使用するように構成された太陽電池アレイの正面図を示す。図１９Ａの近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを１対１構成で使用するように構成された太陽電池アレイの背面図を示す。図１９Ａの近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを列ベース構成で使用するように構成された太陽電池アレイの正面図を示す。図１９Ａの近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを列ベース構成で使用するように構成された太陽電池アレイの背面図を示す。光起電力太陽電池から電力負荷に電力をワイヤレスで伝送する方法のフローチャートの図を示す。光起電力太陽電池アレイから電力負荷に電力をワイヤレスで伝送する別の方法のフローチャートの図を示す。光起電力太陽電池アレイから電力負荷に電力をワイヤレスで伝送する別の方法のフローチャートの図を示す。光起電力太陽電池アレイから電力負荷に電力をワイヤレスで伝送する別の方法のフローチャートの図を示す。電力伝送システムの一実施形態を使用する電気車両の一部分の図面を示す。電力伝送システムの一実施形態を使用する電気車両の一部分の別の図面を示す。電力伝送システムの一実施形態を使用するコンピュータモニタの図を示す。電力伝送システムの別の実施形態を使用するコンピュータモニタを示す。直流電源から電力負荷に電力を伝送する方法のフローチャートを示す。直流電源から電力負荷に電力を伝送するさらなる方法のフローチャートを示す。バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムにおいて送受信モジュール間で電力を伝送する方法のフローチャートを示す。双方向電力伝送回路デバイスの概略図を示す。双方向電力伝送回路デバイスの実装を示す。光電池と同じシリコンウェハに実装された双方向電力伝送回路デバイスの実装を示す。シリコンウェハの表面に共振器を有する図３４Ａの組み合わせデバイスを示す。光起電力太陽電池からＡＣ電力負荷に電力をワイヤレスで伝送するための近距離共振ワイヤレス電力伝送システムを示す。光起電力太陽電池からＡＣ電力負荷に電力を伝送するための電力伝送システムを示す。双方向電力伝送回路デバイスの概略図を示す。

以下の説明を通して、当業者により完全な理解を提供するために特定の詳細が示される。しかしながら、開示を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の要素が詳細に図示または説明されない場合がある。したがって、説明および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味合いのものと見なされるべきである。

本発明の一態様は、送信機（１次側とも称する）と受信機（２次側とも称する）とを備えるワイヤレス電力伝送システムを提供する。本発明の別の態様は、他のワイヤレス電力伝送システムの一部として使用され得るワイヤレス電力送信機を提供する。本発明の別の態様は、他のワイヤレス電力伝送システムの一部として使用され得るワイヤレス電力受信機を提供する。本発明のいくつかの実施形態による送信機は、誘導性電力伝送および／または容量性電力伝送によって電力を送信するように構成された共振器を備えてもよい。同様に、本発明のいくつかの実施形態による受信機は、誘導性電力伝送および／または容量性電力伝送によって電力を受信するように構成された共振器を備えてもよい。

図１は、１次側１２および２次側１４を備えるワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム１０の簡略化された概略図である。１次側１２はまた、送信機と称することがあり、２次側１４はまた、受信機と称することがある。１次側１２は、送信機モジュール２０および送信機共振器３０を備え、２次側１４は、受信機モジュール４０および受信機共振器５０を備える。

送信機モジュール２０は、入力として、例えば直流（ＤＣ）電力を含む電力を受信する。図示されていないが、送信機モジュール２０は、例えば、インバータ、送信機補償ネットワーク、および／または本明細書でさらに説明される他のコンポーネントを備えてもよい。送信機モジュール２０は、出力として、例えば交流（ＡＣ）電力を含む電力を送信機共振器３０に供給する。

送信機共振器３０は、入力として、送信機モジュール２０から電力を受信し、磁界３１Ａ（例えば、時間変化する磁界）および／または電界３１Ｂ（例えば、時間変化する電界）を出力し得る。いくつかの実施形態では、送信機共振器３０は、ＩＰＴのために磁界３１Ａを出力する。いくつかの実施形態では、送信機共振器３０は、ＣＰＴのために電界３１Ｂを出力する。いくつかの実施形態では、共振器３０は、ＣＰＴおよびＩＰＴを通した電力の同時伝送を目的として、磁界３１Ａおよび電界３１Ｂを同時に出力する。いくつかの実施形態では、共振器３０は、ＣＰＴのために電界３１Ｂを出力することと、ＩＰＴのために磁界３１Ａを出力することと、ＣＰＴおよびＩＰＴを通して電力を同時に伝送するために磁界３１Ａおよび電界３１Ｂを同時に出力することとの間で切り替えることができる。

「バイモーダル」という形容詞用語は、本明細書では、容量性信号伝送および誘導性信号伝送を同時に行うように構成されたシステムを説明するために使用される。

磁界３１Ａの存在下では、ＩＰＴのために受信機共振器５０内に電流が誘導され得る。電界３１Ｂの存在下では、受信機共振器５０（またはその１つ以上のアンテナ）に交流電位が誘導され得る。

磁界３１Ａによって受信機共振器５０に電流が誘導されると、そのような電流は受信機モジュール４０に出力され得る。同様に、電界３１Ｂによって受信機共振器５０に交流電位が誘導されると、受信機共振器５０によって電流が受信機モジュール４０に流れ込み得る。

受信機モジュール４０は、入力として、受信機共振器５０から電力（例えば、ＡＣ電力）を受信し得、電力（例えば、ＤＣ電力）を負荷に出力し得る。負荷は、バッテリやスーパーキャパシタなどの蓄電デバイスの充電である場合がある。非限定的な例として、負荷は、自転車シェア車群の一部であるｅサイクルなどの電動自転車（ｅサイクルまたはｅバイクとも称される）、自動車、ボートなどの要素を含んでもよい。図示されていないが、受信機モジュール４０は、例えば、整流器、受信機補償ネットワーク、および／または本明細書でさらに論じられる他のコンポーネントを備えてもよい。

ＷＰＴシステム１０は、ＩＰＴを介して送信機モジュール２０によって受信機モジュール４０に伝送される電力に対する、ＣＰＴを介して送信機モジュール２０から受信機モジュール４０に伝送される電力の比（「伝送モード比」）を、様々な理由で調整するように構成されてもよい。例えば、伝送モード比は、送信機共振器３０と受信機共振器５０との間の距離が増加する場合、ＣＰＴによって供給される電力の割合を増加させるように調整され、生物（例えば、人間または動物）がＷＰＴシステム１０の近くにいる場合、ＩＰＴによって供給される電力の割合を増加させるように調整され、物体（例えば、金属体）がＷＰＴシステム１０の近くにある場合、ＣＰＴによって供給される電力の割合を増加させるように調整され、送信機共振器３０と受信機共振器５０との間の位置合わせが悪化する場合、ＣＰＴによって供給される電力の割合を増加させるように調整され、および／または前述の任意の組み合わせを実行するように調整されてもよい。

いくつかの実施形態では、伝送モード比は、風力タービンおよび太陽電池パネルに時々使用されるような「観測および摂動（ｏｂｓｅｒｖｅａｎｄｐｅｒｔｕｒｂ）」などであるがこれに限定されない、最大電力点追跡技術に従って調整されてもよい（例えば、Ｓ．Ｄｅｈｇｈａｎｉ、Ｓ．Ａｂｂａｓｉａｎ、およびＴ．Ｊｏｈｎｓｏｎの「ＡｄｊｕｓｔａｂｌｅＬｏａｄＷｉｔｈＴｒａｃｋｉｎｇＬｏｏｐｔｏＩｍｐｒｏｖｅＲＦＲｅｃｔｉｆｉｅｒＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＵｎｄｅｒＶａｒｉａｂｌｅＲＦＩｎｐｕｔＰｏｗｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｖｏｌ．６４，ｎｏ．２，ｐｐ．３４３－３５２，Ｆｅｂ．２０１６．を参照のこと）。いくつかの実施形態では、伝送モード比は、機械学習アルゴリズムに従って調整されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＷＰＴシステム１０が、ＷＰＴ効率が望ましくないほど低いと判断した場合、ＷＰＴシステム１０は、ＣＰＴ（またはＩＰＴ）によって供給される電力の割合を増加させてもよい。ＣＰＴ（またはＩＰＴ）への依存度を高めることによってＷＰＴ効率が悪影響を受ける場合、ＷＰＴシステム１０は、ＣＰＴ（またはＩＰＴ）への依存度を低下させてもよい。このプロセスは、望ましい／最大のＷＰＴ効率が達成されるまで反復して繰り返してもよい。

送信機共振器３０および受信機共振器５０の各々は、様々な構成で配置された複数のアンテナ８０を備えてもよい。

アンテナ８０は、ＣＰＴおよびＩＰＴのために、磁界３１Ａと電界３１Ｂとの両方を生成することができる（別々におよび／または同時に）、高い自己インダクタンスおよび高い自己キャパシタンスを有する任意の適切なアンテナを備えてもよい。図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、アンテナ８０、１８０、２８０の非限定的な例を示す。本明細書の目的のために、「高い自己インダクタンス」は、アンテナがＩＰＴの目的に適した磁界を生成することを可能にするのに十分大きい自己インダクタンスである。同様に、本明細書の目的のために、「高い自己キャパシタンス」は、アンテナがＣＰＴの目的に適した電界を生成することを可能にするのに十分大きい自己キャパシタンスである。

図２Ａは、本発明の一実施形態によるアンテナ８０を示す。アンテナ８０は、任意の適切な導電性材料を含んでもよい。例えば、アンテナ８０は、銅、金、銀、アルミニウム、他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。図２Ａから分かるように、アンテナ８０は、矩形（例えば、正方形）の断面を有する細長い要素８０Ａを備え、この細長い要素８０Ａは、細長い要素８０Ａの隣接するラッピングがギャップ８０Ｂによって離間されるように、ほぼ平面の矩形（ＸＹ平面内）のコイルの形状に曲げられるか、または形成されている。ギャップ８０Ｂは、細長い要素８０の長さに沿ってほぼ一定であるように示されているが、これは必須ではない。

アンテナ８０の自己インダクタンスを増加させるために、ギャップ８０Ｂのサイズを小さくしてもよい。アンテナ８０の自己キャパシタンスを増加させるために、細長い要素８０Ａの屈曲部（例えば、屈曲部８２Ａ）の数を増加させてもよく、細長い要素８０Ａの隅部および縁部（例えば、縁部８２Ｂ）の数を増加させてもよく、細長い要素８０Ａの長さを増加させてもよく、および／または細長い要素８０Ａの厚さ８０Ｃを増加させてもよい。

図２Ｂは、本発明の別の実施形態によるアンテナ１８０の別の非限定的な例を示す。アンテナ１８０は、図２Ｂに示されるように、ほぼ平面の矩形コイルの形状に曲げられるかまたは形成される代わりに、細長い要素１８０Ａが直角の隅部を有するほぼ平面のジグザグ形状に曲げられるかまたは形成されることを除いて、第１のアンテナ８０と実質的に同様である。アンテナ８０と同様に、細長い要素１８０Ａの隣接するジグまたはザグは、ギャップ１８０Ｂによって離間されている。ギャップ１８０Ｂは、細長い要素１８０の長さに沿ってほぼ一定であるように示されているが、これは必須ではない。

アンテナ１８０の自己インダクタンスを増加させるために、ギャップ１８０Ｂのサイズを小さくしてもよい。アンテナ１８０の自己キャパシタンスを増加させるために、細長い要素１８０Ａの屈曲部（例えば、屈曲部１８２Ａ）の数を増加させてもよく、細長い要素１８０Ａの隅部および縁部（例えば、縁部１８２Ｂ）の数を増加させてもよく、および／または細長い要素１８０Ａの厚さ１８０Ｃを増加させてもよい。

図２Ｃは、本発明の別の実施形態によるアンテナ２８０の別の非限定的な例を示す。アンテナ２８０は、ほぼ平面の矩形コイルの形状に曲げられるかまたは形成される代わりに、細長い要素２８０Ａが、ハブ要素２８０Ａとして（ＸＹ平面内で）ほぼ平面の円形に曲げられるかまたは形成され、ハブ要素２８０Ａからセクタ要素２８０Ｃが半径方向外向きに延在することを除いて、第１のアンテナ８０と実質的に同様である。隣接するセクタ要素２８０Ｃは、ギャップ２８０Ｂによって互いに離間されている。

アンテナ２８０の自己インダクタンスを増加させるために、ギャップ２８０Ｂのサイズを小さくしてもよい。アンテナ２８０の自己キャパシタンスを増加させるために、セクタ２８０Ｃの数を増加させてもよく、ハブ２８０Ａおよび／またはセクタ２８０Ｃの隅部および縁部（例えば、縁部２８２Ａ）の数を増加させてもよく、および／または細長いハブ２８０Ａおよび／またはセクタ２８０Ｃの厚さ２８０Ｃを増加させてもよい。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、アンテナ８０、１８０、２８０の例示的な非限定的な実施形態を示しているが、適切なアンテナ８０の他の多くの形状および構成を、本明細書に記載の共振器で使用され得ることを理解されたい。図示されたアンテナに対して行うことができる変更の非限定的な例としては、細長い要素８０Ａ、１８０Ａの断面形状を矩形以外（例えば、三角形、円形、六角形など）に変更すること、９０°の屈曲部８２Ａ、１８２Ａを非９０度に変更するか、または丸くすること、第１の送信機アンテナ８０のＸＹ平面形状を矩形または円形以外に変更すること、屈曲部および隅部などの繰り返しのないパターンを使用すること、が挙げられる。

アンテナ８０、１８０、２８０は、本明細書では比較的平坦または平面である（例えば、Ｚ方向の厚さが実質的に変化しない）ものとして説明および図示されているが、これは必須ではない。いくつかの実施形態では、アンテナ８０、１８０、２８０は、図３Ａおよび３Ｂに示されるように、円錐凹形状または円錐凸形状を有してもよい。例えば、本明細書のアンテナは、円錐らせん形状（図示せず）を有することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ８０は、アンテナ８０の内側巻線がアンテナ８０の外側巻線からＺ方向に離間されるように、矩形の円錐らせん形状を有することができる。そのような円錐形状は、共振器がより広い範囲の共振周波数に使用されることを可能にし得る。他の実施形態では、第１の送信機アンテナのＺ方向の厚さは、他の方法で変化してもよい。

アンテナ８０、１８０、２８０は、例えば、ＣＰＴＷＰＴシステムにおけるプレートの構成と同様の構成で配置されてもよい。例えば、本発明の一実施形態による２アンテナＷＰＴシステムでは、送信機共振器３０は、図４Ａに示されるように、受信機共振器５０の第１の受信機アンテナ５２と平行に配置された第１の送信機アンテナ３２を備えてもよい。ＣＰＴのために、２つのアンテナ３２、５２間の相互キャパシタンスは、電流が受信機側に順方向に流れる経路を提供し、導電経路（例えば、接地）は、電流が送信機側に逆流するのを可能にする。ＩＰＴのために、第１の送信機アンテナ３２を通して電流を駆動することによって、第１の受信機アンテナ５２に電流を誘導し得る磁界３１Ａが生成される。ＣＰＴのために、第１の送信機アンテナ３２に電圧を印加して、第１の送信機アンテナ３２と第１の受信機アンテナ５２との間に電位差を生じさせ、それによって電界３１Ｂを生じさせてもよい。

第１の送信機アンテナ３２は、磁界３１Ａと電界３１Ｂとの両方を生成することができる（別々におよび／または同時に）、高い自己インダクタンスおよび高い自己キャパシタンスを有する任意の適切なアンテナを備えてもよい。例えば、第１の送信機アンテナは、アンテナ８０、１８０、２８０のうちの１つ、または本明細書で説明される任意の他のアンテナを備えてもよい。

第１の受信機アンテナ５２は、磁界３１Ａによってそこに誘導される電流を有することができ、かつ電界３１Ｂによってそこに電位差を有することができる（別々におよび／または同時に）、高い自己インダクタンスおよび高い自己キャパシタンスを有する任意の適切なアンテナを備えてもよい。いくつかの実施形態では、第１の受信機アンテナ５２は、第１の送信機アンテナ３２と実質的に同様であってもよい（例えば、第１の受信機アンテナ５２は、本明細書で説明または図示されるアンテナのいずれかと同じ特性を有してもよい）。いくつかの実施形態では、アンテナ３２、５２は互いに異なっていてもよい（例えば、第１の送信機アンテナ３２はアンテナ８０を備え、第１の受信機アンテナ５２はアンテナ１８０を備えてもよい）。

いくつかの実施形態では、第１の送信機アンテナ３２と第１の受信機アンテナ５２との間の結合を改善するために、第１の送信機アンテナ３２のＸＹ平面領域は、第１の受信機アンテナ５２のＸＹ平面領域よりも小さい。

図４Ｂは、アンテナ８０、１８０、２８０の構成の別の例を示す。特に、図４Ｂは、４アンテナスタック（または４アンテナ垂直）ＷＰＴシステムを示す。送信機共振器１３０および受信機共振器１５０のそれぞれは、２つのアンテナを備える。送信機共振器３０の一方のアンテナと受信機共振器１５０の一方のアンテナはともに電力の順方向経路を提供し、送信機共振器１３０の他方のアンテナと受信機共振器１５０の他方のアンテナはともに電力の戻り経路を提供する。

ＩＰＴのために、送信機のアンテナ１３２、１３４を通して電流を駆動することによって、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４に電流を誘導し得る磁界が生成される。ＣＰＴのために、第１のアンテナ１３２と第２のアンテナ１３４との間に電位差を印加して電界（図１に示される３１Ｂ）を生成し、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４にわたって電位を誘導してもよい。

図４Ｂに示されるように、送信機共振器１３０は、スペーサ１３８によってＺ方向に分離された第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４を備える。

第１の送信機アンテナ１３２は、磁界３１Ａと電界３１Ｂとの両方を生成することができる（別々におよび／または同時に）、高い自己インダクタンスおよび高い自己キャパシタンスを有する任意の適切なアンテナを備えてもよい。例えば、第１の送信機アンテナは、アンテナ８０、１８０、２８０のうちの１つ、または本明細書で説明される任意の他のアンテナを備えてもよい。

スペーサ１３８は、任意の適切な材料を含んでもよい。例えば、スペーサ１３８は、空気、誘電材料、フェライト、またはそれらの何らかの組み合わせを含んでもよい。スペーサ１３８は、電界３１Ａを変化させるように選択された誘電率定数を有してもよく、および／または磁界３１Ｂを変化させるために選択された透磁率定数を有してもよい。スペーサ１３８は、送信機共振器１３０のキャパシタンスを増加させるために高誘電率材料を含んでもよい。スペーサ１３８の厚さおよび平面面積は、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４の厚さおよび／または平面面積に依存してもよい。いくつかの実施形態では、電気的分離が望ましく、スペーサ１３８に（例えば、遮蔽のために）低誘電率材料を使用してもよい。

第２の送信機アンテナ１３４は、磁界３１Ａと電界３１Ｂとの両方を生成することができる（別々におよび／または同時に）、高い自己インダクタンスおよび高い自己キャパシタンスを有する任意の適切なアンテナを備えてもよい。いくつかの実施形態では、第２の送信機アンテナ１３４は、第１の送信機アンテナ１３２と実質的に同様であってもよい（例えば、第２の送信機アンテナ１３４は、本明細書で説明または図示されるアンテナのいずれかと同じ特性を有してもよい）。いくつかの実施形態では、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４と第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４とは互いに異なっていてもよい（例えば、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４はアンテナ８０と同様であり、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４はアンテナ１８０と同様であってもよい）。

いくつかの実施形態では、第２の送信機アンテナ１３４のＸＹ平面領域は、第１の送信機アンテナ１３２のＸＹ平面領域とは異なるサイズであってもよい。いくつかの実施形態では、第２の送信機アンテナ１３４のＸＹ平面領域は、第１の送信機アンテナ１３２のＸＹ平面領域よりも小さくして、アンテナの各対間の結合を確実にしてもよい。いくつかの実施形態では、第２の送信機アンテナ１３４のＸＹ平面領域は、第１の送信機アンテナ１３２のＸＹ平面領域より大きくてもよい。

いくつかの実施形態では、第２の送信機アンテナ１３４は、第１の送信機アンテナ１３２が第２の送信機アンテナ１３４とＺ方向に実質的に重ならないように、サイズおよび／または形状において第１のアンテナ１３２と実質的に相補的である。図５は、送信機共振器１３０の一部のＸＺ平面断面の概略図を示し、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４はそれぞれ、図２Ｂの第１の送信機アンテナ１８０と実質的に同じ形状である。図から分かるように、第１の送信機アンテナ１３２の細長い要素１３２Ａの部分１３２Ａ－１、１３２Ａ－２、１３２Ａ－３は、第２の送信機アンテナ１３４のギャップ１３４Ｂ－１、１３４Ｂ－２、１３４Ｂ－３とＺ方向に重なり（例えば、第１のアンテナ１３２の細長い要素１３２Ａの部分１３２Ａ－１を通過するＺ方向に向けられた線は、第２のアンテナ１３４のギャップ１３４Ｂ－１を通過する）、第２の送信機アンテナ１３４の細長い要素１３４Ａの部分１３４Ａ－１、１３４Ａ－２、１３４Ａ－３は、第１の送信機アンテナ１３２のギャップ１３２Ｂ－１、１３２Ｂ－２、１３２Ｂ－３とＺ方向に重なる（例えば、第２のアンテナ１３４の細長い要素１３４Ａの部分１３４Ａ－１を通過するＺ方向に向けられた線は、第２のアンテナ１３４のギャップ１３２Ｂ－１を通過する）。第１の送信機アンテナ１３２および第２のアンテナ１３４の相補的な形状は、送信機共振器１３０が受ける寄生エネルギー損失を低減し得る。いくつかの実施形態では、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４は、完全に相補的でなくてもよいが、１つ以上の相補的部分を有してもよい。

受信機共振器１５０は、スペーサ１５８によってＺ方向に分離された第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４を備える。第１の受信機アンテナ１５２は、アンテナ８０、１８０、２８０のいずれかと実質的に同様であるか、または本明細書に記載の他のものであってもよい。第２の受信機アンテナ１５４もまた、アンテナ８０、１８０、２８０のいずれかと実質的に同様であるか、または他の本明細書に記載の他のものであってもよい。第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４と同様に、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４は、サイズおよび／または形状において相補的（または部分的に相補的）であってもよい。

いくつかの実施形態では、受信機共振器１５０の自己インダクタンスまたは自己キャパシタンスを調整するために、図４Ｂに示されるように、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４のＸＹ平面領域は、第１の送信機アンテナおよび第２の送信機アンテナのＸＹ平面領域とは異なる。例えば、いくつかの実施形態では、図２Ａに示されるように、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４のＸＹ平面領域は、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４のＸＹ平面領域よりも大きい。このようなＸＹ平面領域の差は、受信機共振器１５０による、より多くの磁界３１Ａおよび／または電界３１Ｂを捕捉する能力を改善し得る。

スペーサ１５８は、任意の適切なスペーサを備えてもよい。スペーサ１５８は、スペーサ１３８と同じまたは類似の材料、またはスペーサ１３８とは異なる材料を含んでもよい。スペーサ１５８と比較して、スペーサ１３８は、所望の自己キャパシタンスおよび／または自己インダクタンスを実現するために、より小さなＺ方向の寸法を有してもよい。これは、１次側１２と２次側１４との間のリンクの結合係数と、１次側１２のインピーダンスとを効果的に変化させ得る。このような結合係数およびインピーダンスの変化に対応するために、１次側１２と２次側１４との両方で異なる補償ネットワークを使用してもよい。

図４Ｃに示される４アンテナ並列構造と比較して、図４Ｂのスタック構成は、ＸＹ平面においてはるかにコンパクトである。さらに、すべてのアンテナを中央に位置合わせすることができるため、この構成は、角度のずれに対して強固である。具体的には、アンテナが円形の場合、角回転はカップリングキャパシタンスに影響を与えない。ただし、図４Ｃに示される４アンテナ並列構造と比較して、図４Ｂのスタック構成の相互コンダクタンスは、クロスカップリング・キャパシタンスの増加により低くなる可能性がある。

図４Ｃは、アンテナ８０、１８０、２８０の構成の別の例を示す。特に、図４Ｃは、４アンテナ並列（または４アンテナ水平）ＷＰＴシステムを示す。送信機共振器２３０および受信機共振器２５０のそれぞれは、２つのアンテナを備える。送信機共振器２３０の一方のアンテナと受信機共振器２５０の一方のアンテナはともに電力の順方向経路を提供し、送信機共振器２３０の他方のアンテナと受信機共振器２５０の他方のアンテナはともに電力の戻り経路を提供する。

ＩＰＴのために、送信機のアンテナ２３２、２３４を通して電流を駆動することによって、第１の受信機アンテナ２５２および第２の受信機アンテナ２５４に電流を誘導し得る磁界が生成される。ＣＰＴのために、第１のアンテナ２３２と第２のアンテナ２３４との間に電位差を印加して電界３１Ｂを生成し、第１の受信機アンテナ２５２および第２の受信機アンテナ２５４にわたって電位を誘導してもよい。

図４Ｂに示される送信機共振器１３０および受信機共振器１５０と比較して、アンテナの水平配置を有する送信機共振器２３０および受信機共振器２５０は、共振器のＺ方向の寸法に制限があるアプリケーションにおいて望ましいことがある。

送信機共振器２３０は、スペーサ２３８によってＸ方向に分離された第１の送信機アンテナ２３２および第２の送信機アンテナ２３４を備える。第１の送信機アンテナ２３２および第２の送信機アンテナ２３４をＸ方向に分離することによって、寄生エネルギー損失を低減させ得る。第１の送信機アンテナ２３２および第２の送信機アンテナ２３４は、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４と実質的に同様であってもよく、スペーサ２３８は、スペーサ１３８と実質的に同様であってもよい。送信機共振器１３０と同様に、第１の送信機アンテナ２３２は、第２の送信機アンテナ２３４よりも大きなＸＹ平面領域を有して、電力伝送のための順方向経路を改善してもよい。

スペーサ２３８は、任意の適切な材料を含んでもよい。例えば、スペーサ２３８は、空気、誘電材料、フェライト、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。スペーサ２３８は、電界３１Ａを変化させるように選択された誘電率定数を有してもよく、および／または磁界３１Ｂを変化させるために選択された透磁率定数を有してもよい。スペーサ２３８は、送信機共振器２３０のキャパシタンスを増加させるために高誘電率材料を含んでもよい。スペーサ２３８の厚さおよび平面面積は、第１の送信機アンテナ２３２および第２の送信機アンテナ２３４の厚さおよび／または平面面積に依存してもよい。いくつかの実施形態では、電気的分離が望ましく、低誘電率材料がスペーサ２３８に（例えば、遮蔽のために）使用されてもよい。

受信機共振器２５０は、スペーサ２５８によってＸ方向に分離された第１の受信機アンテナ２５２および第２の受信機アンテナ２５４を備える。第１の受信機アンテナ２５２および第２の受信機アンテナ２５４をＸ方向に分離することによって、寄生エネルギー損失を低減させ得る。第１の受信機アンテナ２５２および第２の受信機アンテナ２５４は、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４と実質的に同様であってもよく、スペーサ２５８は、スペーサ１３８と実質的に同様であってもよい。受信機共振器１５０と同様に、第１の受信機アンテナ２５２は、第２の受信機アンテナ２５４よりも大きなＸＹ平面領域を有してもよい。

スペーサ２５８は、任意の適切なスペーサを備えてもよい。スペーサ２５８は、スペーサ２３８と同じまたは類似の材料、またはスペーサ２３８とは異なる材料を含んでもよい。スペーサ２５８と比較して、スペーサ２３８は、所望の自己キャパシタンスおよび／または自己インダクタンスを実現するために、より小さなＺ方向の寸法を有してもよい。これは、１次側１２と２次側１４との間のリンクの結合係数と、１次側１２のインピーダンスとを効果的に変化させ得る。このような結合係数およびインピーダンスの変化に対応するために、１次側１２と２次側１４との両方で異なる補償ネットワークを使用してもよい。

いくつかの実施形態では、スペーサ２５８のＸＹ平面領域は、送信機共振器２３０または受信機共振器２５０の自己インダクタンスまたは自己キャパシタンスを変化させるために、スペーサ２３８のＸＹ平面領域と異なっていてもよい。例えば、スペーサ２５８と比較して、スペーサ２３８は、図示のようにより小さなＸＹ平面領域を有してもよい。

図４Ｄは、アンテナ８０、１８０、２８０の構成の別の例を示す。特に、図４Ｄは、図４Ｂのスタック構成と図４Ｃの並列構成とを組み合わせた６アンテナＷＰＴシステムを示す。送信機共振器１３０および受信機共振器１５０のそれぞれは、３つのアンテナを備える。第１の送信機アンテナ３３２および第２の送信機アンテナ３３４の一方のアンテナと、第１の受信機アンテナ３５２および第２の受信機アンテナ３５４の一方とがともに、電力の順方向経路を提供し、第１の送信機アンテナ３３２および第２の送信機アンテナ３３４の他方と、第１のアンテナ３５２および第２のアンテナ３５４の他方とがともに、電力の戻り経路を提供する。第３の送信機アンテナ３３６および第３の受信機アンテナ３５６は、補助アンテナとして働き、等価自己キャパシタンスを増加させ、電界遮蔽として機能する。いくつかの実施形態では、第３の送信機アンテナ３３６および第３の受信機アンテナ３５６は受動的である（例えば、第３の送信機アンテナ３３６と第３の受信機アンテナ３５６との間に電位差が印加されない、および／または電流が第３の送信機アンテナ３３６および第３の受信機アンテナ３５６を通して駆動されない）。ＩＰＴのために、送信機のアンテナ３３２、３３４、３３６のうちの１つ以上を通して電流を駆動することによって、第１の受信機アンテナ３５２、３５４、３５６に電流を誘導し得る磁界が生成される。ＣＰＴのために、第１の送信機アンテナ３３２、第２の送信機アンテナ３３４、および／または第３の送信機アンテナ３３６に電圧を印加して、第１の送信機アンテナ３３２、第２の送信機アンテナ３３４、および第３の送信機アンテナ３３６のいずれかの間に電位差を生じさせ、それによって、電界３１Ｂを生成させてもよい。

送信機共振器３３０は、スペーサ３３８によってＸ方向に分離された第１の送信機アンテナ３３２および第２の送信機アンテナ３３４と、第２のスペーサ３３９によって第１の送信機アンテナおよび第２の送信機アンテナおよびスペーサ３３８から分離された第３の送信機アンテナ３３６とを備える。第３の送信機アンテナ３３６は、送信機共振器３３０からの電界の望ましくない漏れを低減するための電界遮蔽を提供してもよい。第３の送信機アンテナ３３６は、送信機共振器３３０からの磁界の望ましくない漏れを低減するための磁界遮蔽を提供するために、フェライトシートまたはフェライト表面を含んでもよい。スペーサ３３９を変更することによって、電界または磁界の遮蔽または成形も可能であり得る。

第１の送信機アンテナ３３２および第２の送信機アンテナ３３４および第３の送信機アンテナ３３６は、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４のいずれかと実質的に同様であってもよい。スペーサ３３８、３３９は、スペーサ１３８と実質的に同様であってもよい。送信機共振器１３０と同様に、第１の送信機アンテナ３３２は、第２の送信機アンテナ３３４のＸＹ平面領域よりも大きいＸＹ平面領域を有してもよい。第３の送信機アンテナ３３６は、第１の送信機アンテナおよび第２の送信機アンテナ３３４、３３２のいずれよりも大きなＸＹ平面領域を有してもよい。

スペーサ３３８、３３９は、任意の適切な材料を含んでもよい。例えば、スペーサ３３８、３３９は、空気、誘電材料、フェライト、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。スペーサ３３８、３３９は、電界３１Ａを変化させるように選択された誘電率定数を有してもよく、および／または磁界３１Ｂを変化させるために選択された透磁率定数を有してもよい。スペーサ３３８、３３９は、送信機共振器２３０のキャパシタンスを増加させるために高誘電率材料を含んでもよい。スペーサ３３８、３３９の厚さおよび平面面積は、第１の送信機アンテナ３３２および第２の送信機アンテナ３３４および第３の送信機アンテナ３３６の厚さおよび／または平面面積に依存してもよい。いくつかの実施形態では、電気的分離が望ましく、スペーサ３３８、３３９に（例えば、遮蔽のために）低誘電率材料を使用してもよい。

受信機共振器３５０は、スペーサ３５８によってＸ方向に分離された第１の受信機アンテナ３５２および第２の受信機アンテナ３５４と、第２のスペーサ３５９によって第１の受信機アンテナおよび第２の受信機アンテナおよびスペーサ３５８から分離された第３の受信機アンテナ３５６とを備える。第３の受信機アンテナ３５６は、受信機共振器３５０からの望ましくない電界の漏れを低減するための電界遮蔽を提供してもよい。第３の受信機アンテナ３５６は、送信機からの磁界の望ましくない漏れを低減するための磁界遮蔽を提供するために、フェライトシートまたはフェライト表面を含んでもよい。スペーサ３５９を変更することによって、電界または磁界の遮蔽または成形も可能であり得る。第１の受信機アンテナ３５２および第２の受信機アンテナ３５４および第３の受信機アンテナ３５６は、第１の受信機アンテナ１５２および第２の受信機アンテナ１５４のいずれかと実質的に同様であってもよい。スペーサ３５８、３５９は、スペーサ１５８と実質的に同様であってもよい。受信機共振器１５０と同様に、第１の受信機アンテナ３５２は、第２の受信機アンテナ３５４よりも大きなＸＹ平面領域を有してもよい。第３の受信機アンテナ３５６は、第１の受信機アンテナ３５４および第２の受信機アンテナ３５２のいずれよりも大きなＸＹ平面領域を有してもよい。

スペーサ３５８、３５９は、任意の適切なスペーサを備えてもよい。スペーサ３５８、３５９は、スペーサ３３８、３３９と同じまたは類似の材料、またはスペーサ３３８、３３９とは異なる材料を含んでもよい。スペーサ３５８、３５９と比較して、スペーサ３３８、３３９は、所望の自己キャパシタンスおよび／または自己インダクタンスを実現するために、より小さなＺ方向の寸法を有してもよい。これは、１次側１２と２次側１４との間のリンクの結合係数と、１次側１２のインピーダンスとを効果的に変化させ得る。このような結合係数およびインピーダンスの変化に対応するために、１次側１２と２次側１４との両方で異なる補償ネットワークを使用してもよい。

いくつかの実施形態では、スペーサ３５８のＸＹ平面領域は、送信機共振器３３０または受信機共振器３５０の自己インダクタンスまたは自己キャパシタンスを変化させるために、スペーサ３３８のＸＹ平面領域と異なっていてもよい。例えば、スペーサ３５８と比較して、スペーサ３３８は、より小さいＸ方向の寸法を有してもよい。いくつかの実施形態では、スペーサ３５９のＺ方向の寸法は、送信機共振器３３０または受信機共振器３５０の自己インダクタンスまたは自己キャパシタンスを変化させるために、スペーサ３３９のＺ方向の寸法と異なっていてもよい。例えば、スペーサ３５９と比較して、スペーサ３３９は、より小さいＺ方向の寸法を有してもよい。これは、１次側１２と２次側１４との間のリンクの結合係数と、１次側１２のインピーダンスとを効果的に変化させ得る。このような結合係数およびインピーダンスの変化に対応するために、１次側１２と２次側１４との両方で異なる補償ネットワークを使用してもよい。

いくつかの実施形態では、送信機共振器３０および受信機共振器５０のうちの１つ以上の周りに磁気遮蔽を提供してもよい。例えば、フェライトを磁気遮蔽として使用して、近くの金属体の望ましくない渦電流を低減させてもよい。フェライト（または別の適切な材料）を使用して、送信機共振器３０および／または受信機共振器５０を周囲の金属体から分離してもよく、したがって、アンテナの自己インダクタンスおよび／または共振器の相互インダクタンスを増加させるために機能させてもよい。

図６は、本発明の一実施形態による送信機モジュール２０および送信機共振器３０を備える１次側１２の概略図を示す。送信機共振器３０は、送信機共振器３０、１３０、２３０、３３０のいずれか、または本明細書に記載の他の物を備えてもよい。

送信機モジュール２０は、コントローラ２２を備える。コントローラ２２は、センサ２４（例えば、負荷検出器２４Ａ、送信機電力センサ２４Ｂ、周囲物体検出器２４Ｃおよび／または距離検出器２４Ｄ）から様々な入力を受信し、制御信号を様々なコンポーネント２６（例えば、発振器２６Ａ、電力増幅器２６Ｂ、フィルタネットワーク２６Ｃ、整合ネットワーク２６Ｄ、補償ネットワーク２６ＥおよびＶ／Ｉチューナ２６Ｆ）に出力する。

負荷検出器２４Ａは、２次側１４に接続された負荷７０（図７に示す）の存在を検出するように構成されている。負荷７０は、例えば、ｅサイクルまたは電気自動車などの電気車両のバッテリ、または電力入力を必要とする任意の他の適切なアイテムであってもよい。負荷検出器２４Ａは、物理センサ（例えば、限定されないが、光学センサ、圧力センサ、赤外線センサ、または近接センサ）および適切なソフトウェアまたはファームウェアで実装されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電力（例えば、電流および電圧）は、例えば点２４Ｅで測定され、送信機共振器３０によって消費される電力を決定する（例えば、送信機電力センサ２４Ｂによって測定される）。送信機共振器３０によって引き出されている電力量がベースラインを超えて増加する場合、負荷検出器２４Ａは、負荷７０が存在することをコントローラ２２に信号で伝え得る。

他の実施形態では、負荷検出器２４Ａは、送信機モジュール２０が点２４Ｅで受ける送信機共振器３０の入力インピーダンスを測定するように構成されてもよい。例えば、負荷７０を駆動するように構成された２次側１４を含む、送信機共振器３０に近接する共振負荷の存在は、送信機共振器３０の入力インピーダンスを変化させる。負荷検出器２４Ａによってコントローラ２２に提供されるものとしてのインピーダンスのこの変化は、送信機コントローラ２２によって使用されて、協働する受信機が送信機共振器３０に近接して存在するかどうかを決定し得る。異なる受信機によって送信機共振器３０に誘導されるインピーダンス変化は、非常に明確でかつ非常に特徴的であるため、コントローラ２２は、送信機共振器３０に近接する受信機の有無を検出するだけでなく、その種類、例えば、限定されないが、携帯電話やデジタルタブレットの様々なモデルを識別することも可能である。

送信機電力センサ２４Ｂは、送信機共振器３０によってどれだけの電力が引き出されているかを決定するために、点２４Ｅで電力を測定し得る（例えば、電流および電圧を測定し得る）。そのような情報は、例えば、負荷検出器２４Ａによって、または送信機共振器３０と受信機共振器５０との間に望ましく効率的な結合があるかどうかを決定するために使用されてもよい。

周囲物体検出器（ＳＯＤ）２４Ｃは、物体（例えば、人間または動物などの生物、または金属片などの無生物、またはその他）が送信機共振器３０に近接しているかどうかを決定するように構成されている。ＳＯＤ２４Ｃは、物理センサ（例えば、限定されないが、光学センサ、圧力センサ、赤外線センサ、近接センサ、ＲＡＤＡＲ、またはＬＩＤＡＲ）で実装されて、または適切なソフトウェアもしくはファームウェアによって実装されてもよい。例えば、送信機共振器３０によって消費される電力（送信機電力センサ２４Ｂによって測定される）がＩＰＴ中に低下する場合、ＳＯＤのソフトウェアは、金属片（または任意の導電体）が送信機共振器３０または受信機共振器５０に近接していると決定してもよく、ＳＯＤは、そのような存在を示す信号をコントローラ２２に提供してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ２２は、金属体が送信機共振器３０または受信機共振器５０に近接して検出された場合、送信機モジュール２０に、ＣＰＴによって供給される電力の割合を増加させてもよい。ＳＯＤ２４Ｃによって生物が存在しないと検出された場合に、コントローラ２２は、送信機共振器３０への電力供給を増加させる（例えば、生物が存在する場合の規制レベルよりも高くする）ように、またはＳＯＤ２４Ｃによって生物に近接すると検出された場合に、コントローラ２２は、送信機共振器３０への電力供給を規制レベル未満に減少させるように構成されてもよい。

距離検出器２４Ｄは、送信機共振器３０と受信機共振器５０との間の距離を決定するように構成されている。距離検出器２４Ｄは、物理センサ（例えば、限定されないが、光学センサ、超音波センサ、赤外線センサ、近接センサ、ＲＡＤＡＲ、またはＬＩＤＡＲ）で実装されて、または適切なソフトウェアもしくはファームウェアによって実装されてもよい。例えば、距離検出器２４Ｄは、送信機電力センサ２４Ｂによって測定された送信電力の変化に基づいて、送信機共振器３０と受信機共振器５０との間の距離を決定するように構成されてもよい。

一実施形態では、１つ以上の温度センサが、送信機共振器３０または受信機共振器５０の温度を監視してもよい。温度が所定の限界を超える場合、コントローラ２２は、送信機モジュール２０に、ＩＰＴによって供給される電力の割合を減少させ、送信機共振器３０への全体的な電力供給を減少させ、または送信機共振器３０への電力供給を遮断して、火災の危険または熱暴走を防止してもよい。

発振器２６Ａは、コントローラ２２の信号に応答して送信機共振器３０に供給される電流の周波数帯域、および／または帯域幅、および／またはデューティサイクル（位相）（例えば、５％～５０％）を制御するように構成されてもよい。

電力増幅器２６Ｂを使用して、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換し得る。電力増幅器２６Ｂを使用して、コントローラ２２の信号に応答して送信機共振器３０に提供される電力を調整し得る。特に、コントローラ２２は、電力増幅器２６Ｂの反射係数を調整するために電力増幅器２６Ｂに信号を送信し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２２は、負荷検出器２４Ａが負荷を検出しないときにオフにする（またはスリープする）か、負荷検出器２４Ａが負荷を検出するときにオンにする信号を電力増幅器２６Ｂに送信してもよい。

電力増幅器２６Ｂは、発振器２６Ａから方形（正弦）波を受信し、送信機共振器３０を駆動するのに望ましい特定の周波数の正弦波を生成するように構成することができるスイッチモード電力増幅器（シングルエンドモードまたは差動構成）を備えてもよい。図８は、送信機３０で使用することができる例示的な電力増幅器２６Ｂの概略図である。電力増幅器２６Ｂは、差動スイッチモード増幅器であってもよい。電力増幅器２６Ｂは３つの入力、すなわち、共振周波数に設定された周波数で能動デバイス（トランジスタ）１２７Ｃ、１２７Ｄを駆動する２つの入力信号と、能動デバイスの出力電力および動作領域を制御するために使用される電源１２７ＥのＤＣ電圧とを有する。

様々な負荷終端を使用して、性能（例えば、出力電力、電力変換効率）を改善し、不要な高調波レベルを低減する。特に、第３の高調波終端１２７Ｆは、ドレインノード１２７Ｇでの電圧波形を整形するために直列分岐に位置する。第２の高調波終端１２７Ｈは、ドレインノード１２７Ｇで電圧波形を整形するために並列分岐に位置する。第１の高調波終端１２７Ｉは、ドレインノード１２７Ｇで電圧波形を整形するために直列分岐に位置する。第３の高調波終端の効果は、第２の高調波終端および第１の高調波終端１２７Ｈ、１２７Ｉにおいて考慮されてもよい。第２の高調波終端の効果は、第１の高調波終端１２７Ｉにおいて考慮されてもよい。電力増幅器２６Ｂの差動構成では、ＡＣ負荷１２７Ｊ（出力電力を受信する）が直列に配置される。充電率ＡＣ負荷１２７Ｊは、送信機共振器３０、受信機共振器５０、および／またはそれらの位置合わせおよび位置の関数であってもよい。電力増幅器２６Ｂは、電界、または磁界、または電界と磁界との任意の組み合わせが送信機共振器３０によって生成され、受信機共振器５０によって捕捉できるように、送信機共振器３０に十分な電力を生成するように構成されてもよい。

増幅器２６Ｂは、差動構成では２つの移相器１２７Ｌを備えてもよい（ただし、シングルエンド構成では１つの移相器のみ）。移相器１２７Ｌは、ＡＣ信号過負荷１２７Ｊとトランジスタ１２７Ｃ、１２７Ｄのゲート信号との間の適切な位相差を調整する。ゲート信号とＡＣ信号過負荷１２７Ｊとの間の位相差は、電力増幅器の性能、例えば、電力変換効率およびトランジスタの動作領域を変化させることができる。それはまた、トランジスタ１２７Ｃおよび１２７Ｄの出力インピーダンスおよび／または電力増幅器２６Ｂの最適ＡＣ負荷１２７Ｊを変更することができる。

増幅器２６Ｂは、差動構成では２つのレベルシフタ１２７Ｋを備えてもよい（ただし、シングルエンド構成では１つのレベルシフタのみ）。レベルシフタ１２７Ｋは、トランジスタ１２７Ｃ、１２７Ｄのゲート信号に対する適切な振幅を調整し得る。ゲート信号での振幅レベルは、増幅器の性能（例えば、電力変換効率およびトランジスタの動作領域）を変更させることができる。

増幅器２６Ｂは、整流器、特に自己同期整流器として機能するように再構成可能であってもよい。このような再構成の一部として、集積された移相器１２７Ｌおよび集積されたレベルシフタ１２７Ｋは、トランジスタ１２７Ｃ、１２７Ｄの固有の増幅およびスイッチング機能に基づいて増幅器２６Ｂが整流器２６Ｂとして機能できるように調整されてもよい。増幅器としての動作と整流器としての動作との間での増幅器２６Ｂのこの再構成可能性により、送信機モジュール２０は、それぞれ送信機モードと受信機モードとの間で制御可能に再構成することが可能になる。再構成は、コントローラ２２からの命令下で行い得る。増幅器２６Ｂが増幅器から整流器に再構成すると、ＡＣ負荷１２７Ｊは、ＡＣ源１２７Ｊに変化する。それに対応して、増幅器２６Ｂが増幅器から整流器に再構成すると、ＤＣ源１２７Ｅは、ＤＣ負荷に再構成する。送信機モジュール２０のその受信機モードでの適用については、２次側１４とその受信機モジュール（双方とも図７で詳細に示される）について説明した後、以下にて扱う。

フィルタネットワーク２６Ｃは、コントローラ２２の信号に応答して送信機共振器３０に提供される帯域幅、カットオフ周波数、３ｄＢ周波数、ゲインなどの周波数応答を調整し得る。フィルタネットワークは、送信機モジュール２０の電力の波形の形状を調整して、送信機モジュール２０の効率を高めるように構成されてもよい。

整合ネットワーク２６Ｄは、電力増幅器２６Ｂの出力を送信機共振器３０に整合させるためにインピーダンスを調整するように構成されてもよい。

補償ネットワーク２６Ｅは、所望の共振周波数（例えば、受信機共振器の共振周波数）で送信機共振器３０を駆動するために提供され、それによって相互磁束を増加させ、発熱を低減し、電力伝送効率を改善し得る。補償ネットワーク２６Ｅは、キャパシタンスを増加させるための１つ以上のコンデンサと、インダクタンスを増加させるための１つ以上のインダクタとを備えてもよい。補償ネットワーク２６Ｅは、必要に応じて、キャパシタンスを増加させ（および／またはインダクタンスを減少させ）、インダクタンスを増加させ（および／またはキャパシタンスを減少させる）ように構成されてもよい。伝送モード比が１００％のＣＰＴである場合、補償ネットワーク２６Ｅは、任意の既知のＣＰＴ補償ネットワークと同様に機能してもよい（例えば、補償ネットワーク２６Ｅは、インダクタンスを増加させるように機能してもよい）。同様に、伝送モード比が１００％のＩＰＴである場合、補償ネットワーク２６Ｅは、任意の既知のＩＰＴ補償ネットワークと同様に機能してもよい（例えば、補償ネットワーク２６Ｅは、キャパシタンスを増加させるように機能してもよい）。しかしながら、伝送モードが一部のＣＰＴで一部のＩＰＴである場合、送信機共振器３０のキャパシタンスは送信機共振器３０のインダクタンスを自然に補償し、送信機共振器３０のインダクタンスは送信機共振器３０のキャパシタンスを自然に補償することになるため、必要とされる補償は少なくてよい。例えば、約５０％のＩＰＴおよび５０％のＣＰＴ（例えば、伝送モード比が１に等しい）では、補償ネットワークが全く必要ないか、または補償ネットワークの使用が実質的に制限され、それによってＷＰＴシステム１０の効率が向上し得る。

別の例として、約４０～６０％のＩＰＴと４０～６０％のＣＰＴとの間では、補償ネットワークがまったく必要ないか、または補償ネットワークの使用が実質的に制限され、それによってＷＰＴシステム１０の効率が向上し得る。このため、補償ネットワーク２６Ｅは、かなりの補償を必要とするＣＰＴＷＰＴシステムおよび／または純粋なＩＰＴＷＰＴシステムと比較して、少ないまたは小さいインダクタおよび／またはコンデンサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、送信機共振器３０のキャパシタンスが十分に低い場合、補償ネットワーク２６Ｅによって追加の補償が提供されてもよい。同様に、送信機共振器３０のインダクタンスが十分に低い場合、補償ネットワーク２６Ｅによって追加の補償が提供されてもよい。コントローラ２２は、例えば、伝送モード比、送信機共振器３０と受信機共振器５０との間の距離、送信機共振器３０によって消費される電力量および電力伝送効率などに基づいて、どの程度およびどのタイプの補償が必要とされるかを補償ネットワーク２６Ｅに信号で伝えてもよい。

いくつかの実施形態では、補償ネットワーク２６Ｅによる補償（例えば、キャパシタンスの増加またはインダクタンスの増加）の大きさは、伝送モード比と１との間の差の絶対値に比例する。例えば、伝送モード比が１よりも大きい場合、補償ネットワーク２６Ｅは、インダクタンスを増加させるように機能し、伝送モード比が１を超えて増加すると、インダクタンスの増加量が増加してもよい。同様に、伝送モード比が１未満である場合、補償ネットワーク２６Ｅは、キャパシタンスを増加させるように機能し、伝送モード比が１未満だけ減少すると、キャパシタンスの増加が増加してもよい。

いくつかの実施形態では、補償ネットワーク２６Ｅは、送信機共振器３０に提供される信号を情報で変調するように構成されてもよく、それによってソース送信変調器として機能してもよい。送信機共振器３０に提供される信号を変調するための情報は、コントローラ２２によって補償ネットワーク２６Ｅに提供されてもよい。情報は、受信機共振器５０を介して受信機モジュール４０のコントローラ４２宛ての制御データを含んでもよい。コントローラ４２は、図７を参照して以下でより詳細に説明される。他の実施形態では、電力増幅器２６Ｂは、ソース送信変調器として機能してもよい。さらに別の実施形態では、発振器２６Ａは、ソース送信変調器として機能してもよい。選択されたソース送信変調器によって使用される変調は、振幅変調、周波数変調、および位相変調のいずれかであってもよい。情報は、デジタル形式またはアナログ形式で送信機共振器３０に提供される信号上に変調されてもよい。情報は、ソース送信変調器によって送信機共振器３０に提供される電力信号の共振周波数に変調されてもよい。他の実施形態では、情報は、電力伝送の周波数とは異なる周波数に変調されてもよい。他の実施形態では、情報は、送信機共振器３０に提供される電力信号の共振周波数の高調波に変調されてもよい。さらに別の実施形態では、送信機共振器３０に供給される電力信号の共振周波数は、情報が変調される信号の周波数の高調波であってもよい。以下でより詳細に説明するＶ／Ｉチューナ２６Ｆは、情報信号を送信機共振器３０に送信し、それにより、送信される情報に関して透過的であるように構成されてもよい。ここで説明した方法で送信される情報には、限定されないが、モジュール２０の動作モード、受信機４０の数とタイプ、周囲物体センサ情報、および、例えばバッテリ充電状態、負荷電圧、および負荷電流を含む、負荷状態監視情報が含まれてもよい。

Ｖ／Ｉチューナ２６Ｆの実施形態が、図１０により詳細に示されている。入力信号に対して２つの相互に非対称な経路２６１Ａおよび２６１Ｂを有するために、整合ネットワーク２６Ｅ（図６）から受信したＶ／Ｉチューナ２６Ｆの入力信号は、スプリッタ２６２によって分割される。第１の移相器２６４Ａおよび第２の移相器２６４Ｂは、送信機共振器３０（図６）の入力電圧と入力電流との間の位相差を生成する。第１の移相器２６４Ａは、第１の移相スプリッタ制御ライン２６３Ａを介してコントローラ２２（図６）によって制御され、第２の移相器２６４Ｂは、第２の移相スプリッタ制御ライン２６３Ｂを介してコントローラ２２（図６を参照）によって制御される。第１の能動スイッチ２６６Ａおよび第２の能動スイッチ２６６Ｂは、それぞれ第１の移相器２６４Ａおよび第２の移相器２６４Ｂから信号を受信し、第１の能動スイッチ制御ライン２６５Ａおよび第２の能動スイッチ制御ライン２６５Ｂをそれぞれ介してコントローラ２２によって制御される。第１の能動スイッチ２６６Ａおよび第２の能動スイッチ２６６Ｂは、それぞれ第１の移相器２６４Ａおよび第２の移相器２６４Ｂから受信した信号の虚部を調整するように機能する。受動信号成形ネットワーク２６８Ａおよび２６８Ｂは、それぞれ第１の能動スイッチ２６６Ａおよび第２の能動スイッチ２６６Ｂから調整された信号を受信する。受動信号成形ネットワーク２６８Ａおよび２６８Ｂは、それぞれ第１の能動スイッチ２６６Ａおよび第２の能動スイッチ２６６Ｂから受信した信号を微調整するよう機能し、特に、それらの信号を結合器２６９に渡す前にこれらの信号の高調波を低減するよう機能する。２つの相互に非対称な経路２６１Ａおよび２６１Ｂに沿って提供される信号は、結合器２６９によって結合され、送信機共振器３０に提供される。他の実施形態では、第１の移相器２６４Ａおよび第２の移相器２６４Ｂは、Ｖ／Ｉチューナ２６Ｆへの入力信号を受信する１つの移相器として結合されてもよく、結合された移相器は、能動スイッチ２６６Ａおよび２６６Ｂとして２つの別個の出力を有してもよい。

Ｖ／Ｉチューナ２６Ｆは、コントローラ２２からの信号に応答して送信機共振器３０への入力電流と入力電圧との間の位相差を調整することによって、伝送モード比を調整する。送信機モジュール２０から見たインピーダンスの実部は、移相器２６４Ａおよび２６４Ｂによって調整され、その虚部は、スイッチ２６６Ａおよび２６６Ｂによって調整することができる。例えば、１０ミリ秒につき３ミリ秒ごとに９０度の位相シフトを行うと、磁力伝送の３０％と電力伝送の７０％となることができる。

Ｖ／Ｉチューナ２６Ｆは、各送信機アンテナ（例えば、第１の送信機アンテナ３２、１３２、２３２、３３２、第２の送信機アンテナ１３４、２３４、３３４、または第３の送信機アンテナ３３６）を通る電流および各送信機アンテナ（例えば、第１の送信機アンテナ３２、１３２、２３２、３３２、第２の送信機アンテナ１３４、２３４、３３４、または第３の送信機アンテナ３３６）に印加される電位を調整するように構成されてもよい。

電流が第１の送信機アンテナ１３２と第２の送信機アンテナ１３４との両方を通過するようにされる場合、それらはそれぞれ、ＩＰＴのために磁界３１Ａを生成する。第２の送信機アンテナ１３４に供給される電流が、第１の送信機アンテナ１３２に供給される電流と比較して減少する場合、第１の送信機アンテナ１３２と第２の送信機アンテナ１３４との間に電位差が生成され、ＣＰＴのために電界３１Ｂが生成される。ＣＰＴとＩＰＴとの間で変調するために、第２のアンテナ１３４に供給される電流が変調されてもよい（例えば、第２のアンテナ１３４を通過する電流が少ない場合、ＩＰＴは少なくなり、第２のアンテナ１３４を通過する電流が多くなる場合、ＣＰＴはより多くなる）。例えば、ＩＰＴを介して電力を伝送することが望まれる場合、Ｉ／Ｖチューナ２６Ｆは、第１の送信機アンテナおよび第２の送信機アンテナを一緒に接続する短絡回路として機能するように構成されて、それによって電流がそこを流れることを可能にする直列ＬＣ共振器を作成してもよい。逆に、ＣＰＴによって電力を伝送することが望まれる場合、Ｉ／Ｖチューナ２６Ｆは、電流を放出（ｄｕｍｐ）する開回路として機能するように構成されて、それによって第１の送信機アンテナと第２の送信機アンテナとの間に電位差を生成してもよい。したがって、Ｉ／Ｖチューナ２６Ｆは、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４が効果的に直列または並列に接続されるかどうかを制御するように構成されてもよい。

あるいは、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４が並列に接続されている場合、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４をフローティングさせて、磁界３１Ａを実質的に発生させずにＣＰＴのために電界３１Ｂを発生させてもよい。伝送モード比を変化させるために（例えば、ＣＰＴとＩＰＴとの間で変調するために）、Ｉ／Ｖチューナ２６Ｆは、（１）第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４をフローティングさせてＣＰＴを引き起こすことと、（２）第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４を通る電流を駆動してＩＰＴを引き起こすことと、の間を（Ｉ／Ｖチューナ２６Ｆのマルチプレクサなどによって）交互にするように構成されている。その交互は、ミリ秒単位で、または１０Ｈｚ～１０ｋＨｚの周波数で実施してもよい。第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４にフローティングさせることにより多くの時間が割り当てられると、伝送モード比はより多くのＣＰＴに偏り、第１の送信機アンテナ１３２および第２の送信機アンテナ１３４を介して電流を駆動させることにより多くの時間が割り当てられると、伝送モードはより多くのＩＰＴに偏る。

いくつかの実施形態では、要素２６は、送信機モジュール２０内の別個の要素であってもよく、他の実施形態では、要素２６の１つ以上は、集積回路設計の一部であってもよい。

図７は、本発明の一実施形態による、負荷７０と、受信機共振器５０および受信機モジュール４０を備える２次側１４（図１に示す）の概略図である。

受信機共振器５０は、受信機共振器５０、１５０、２５０、３５０のいずれか、または本明細書に記載の他のものを備えてもよい。受信機共振器５０は、送信機モジュール２０における発振信号によって設定された周波数、例えば限定されないが、１ＭＨｚと１ＧＨｚの間の周波数で電力を捕捉するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、送信機モジュール２０における発振信号によって設定される周波数は、約１ＭＨｚ～約１００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約２００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約３００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約４００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約５００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約６００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約１ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約１００ＭＨｚ～約２００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約３００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約４００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約５００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約６００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約２００ＭＨｚ～約３００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約４００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約５００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約６００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約３００ＭＨｚ～約４００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ～約５００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ～約６００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約４００ＭＨｚ～約５００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ～約６００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約５００ＭＨｚ～約６００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約６００ＭＨｚ～約７００ＭＨｚ、約６００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約６００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約６００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約７００ＭＨｚ～約８００ＭＨｚ、約７００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約７００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、約８００ＭＨｚ～約９００ＭＨｚ、約８００ＭＨｚ～約１ＧＨｚ、または約９００ＭＨｚ～約１ＧＨｚである。いくつかの実施形態では、送信機モジュール２０における発振信号によって設定される周波数は、約１ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ、約６００ＭＨｚ、約７００ＭＨｚ、約８００ＭＨｚ、約９００ＭＨｚ、または約１ＧＨｚである。いくつかの実施形態では、送信機モジュール２０における発振信号によって設定される周波数は、少なくとも約１ＭＨｚ、約１００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ、約６００ＭＨｚ、約７００ＭＨｚ、約８００ＭＨｚ、または約９００ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、送信機モジュール２０における発振信号によって設定される周波数は、最大で約１００ＭＨｚ、約２００ＭＨｚ、約３００ＭＨｚ、約４００ＭＨｚ、約５００ＭＨｚ、約６００ＭＨｚ、約７００ＭＨｚ、約８００ＭＨｚ、約９００ＭＨｚ、または約１ＧＨｚである。

一部のアプリケーションでは、産業、科学、医療（ＩＳＭ）周波数帯域の周波数が好ましい場合がある。本開示の目的のために、ＩＳＭ帯域は、６．７６５ＭＨｚ～６．７９５ＭＨｚ、１３．５５３ＭＨｚ～１３．５６７ＭＨｚ、２６．９５７ＭＨｚ～２７．２８３ＭＨｚ、４０．６６ＭＨｚ～４０．７０ＭＨｚ、８３．９９６ＭＨｚ～８４．００４ＭＨｚ、１６７．９９２ＭＨｚ～１６８．００８ＭＨｚ、４３３．０５ＭＨｚ～４３４．７９ＭＨｚ、および８８６ＭＨｚ～９０６ＭＨｚであると理解されるべきである。他のアプリケーションでは、公式に予約済みのアプリケーション帯域における周波数、例えば限定されないが、警察通信用または軍用の帯域が好ましい場合がある。受信機共振器５０は、磁界３１Ａまたは電界３１Ｂまたはその周波数でのこれら２つの界の任意の組み合わせから電力を捕捉するように構成されてもよい。

受信機モジュール４０は、コントローラ４２を備える。コントローラ４２は、センサ４４（例えば、受信機電力センサ４４Ａおよび負荷検出器４４Ｂ）から様々な入力を受信し、様々な要素４６（例えば、補償ネットワーク４６Ａ、整合ネットワーク４６Ｂ、整流器４６Ｄ、フィルタ４６Ｃ、および負荷管理部４６Ｅ）に制御信号を出力するように構成されている。

受信機電力センサ４４Ａは、受信機共振器５０によってどれだけの電力が受信されているかを決定するために、点４４Ｃで電力を測定し得る（例えば、電流および電圧を測定し得る）。

負荷検出器４４Ｂは、負荷７０の存在を検出するように構成されている。負荷検出器４４Ｂは、物理センサ（例えば、限定されないが、光学センサ、圧力センサ、赤外線センサ、または近接センサ）または適切なソフトウェアもしくはファームウェアによって実装されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電流および電圧は、負荷５０によって受信される電力を決定するために、例えば点４４Ｄで負荷検出器４４Ｂによって測定される。点４４Ｄで測定されている電力量がベースラインを超えて増加する場合、負荷検出器４４Ｂは、負荷７０が存在することをコントローラ４２に信号を伝え得る。

補償ネットワーク４６Ａは、コントローラ４２からの信号に応答して受信機共振器５０の所望の共振周波数を維持するように構成されて、それによって送信機共振器３０から受信機共振器５０への電力伝送の効率を改善してもよい。補償ネットワーク４６Ａは、送信機モジュール２０の補償ネットワーク２６Ｅであってもよく、実質的に同様に機能してもよい。

整合ネットワーク２６Ｄは、整流器４６Ｄの入力インピーダンスを調整して共振器３０の望ましいインピーダンスに整合させ、最大の電力伝送を実現するように構成されてもよい。

整流器４６Ｄは、受信機アンテナ５０によって受信されたＡＣ電力をＤＣ電力に変換して、負荷７０に提供するように構成されてもよい。

フィルタ４６Ｃは、受信機モジュール４０の全体的な電力効率を改善するために、コントローラ４２からの信号に従って整流器４６Ｄからの電力出力の波形を整形するように構成されてもよい。

負荷管理部４６Ｅは、負荷７０に適切な電圧および電流を提供し、および／またはその入力インピーダンス（例えば、整流器４６Ｄの出力インピーダンス）を調整することによって整流器４６Ｄから最大電力を抽出するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、負荷管理部４６Ｅまたは別のコンポーネントは、データ分析のための適切な情報を提供するために、外部デバイス（例えば、負荷７０）と（無線または有線で）通信するように構成されてもよい。そのような情報は、例えば限定されないが、負荷７０の存在、負荷７０の充電レベル、負荷７０の充電率、負荷７０の状態、現在の電圧、容量、および／または負荷７０を充電する残り時間を含んでもよい。負荷管理部４６Ｅは、そのような情報を使用して（またはそのような情報をコントローラ４２またはコントローラ２２に中継して）、例えば、伝送モード比を調整して、１次側１２と２次側１４との間の最適なエネルギー伝送を実現してもよい。負荷管理部４６Ｅは、ディスプレイを介してユーザにそのような情報を提供してもよい。そのようなディスプレイは、１次側１２と２次側１４とのうちの１つ以上に組み込まれてもよいし、例えば、負荷管理部４６Ｅまたはコントローラ２２またはコントローラ４２とワイヤレス（または有線）通信する携帯電話またはタブレット上のアプリなどのモバイルデバイス上のソフトウェアを介してアクセス可能であってもよい。

いくつかの実施形態では、コンポーネント４６は、受信機モジュール４０内の別個の要素であり、他の実施形態では、コンポーネント４６の１つ以上は、集積回路設計の一部である。

いくつかの実施形態では、１次側１２は、複数の送信機共振器３０を備えてもよく、および／または２次側１４は、複数の受信機共振器５０を備えてもよい。そのような実施形態では、送信機共振器３０および／または受信機共振器５０のそれぞれは、同様の方法で制御されてもよい。他の実施形態では、送信機共振器３０および／または受信機共振器５０のそれぞれは、個別に制御されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、１次側１２は、（例えば近くの金属体による）干渉が少なく、かつ生物の近くでないか、または電力をより効率的に伝送している、送信機共振器３０により大きく依存してもよく、および／または同様に、２次側１４は、（例えば近くの金属体による）干渉が少なく、かつ生物の近くでないか、または電力をより効率的に受信している受信機共振器５０により大きく依存してもよい。そのような制御は、例えば、送信機モジュール２０および受信機モジュール４０、および／またはそれらの間の通信によって提供または促進されてもよい。

図９は、集積された移相器を有する整流器４６Ｄの概略図である。いくつかの実施形態では、整流器４６Ｄは、個別の移相器を備える。

整流器４６Ｄは、特定の共振周波数で受信機共振器５０から正弦波（例えば、ＡＣ電力）を受信するように構成することができるスイッチモード自己同期整流器（シングルエンドモードまたは差動構成）であってもよい。整流器４６Ｄは、差動スイッチモード自己同期整流器であってもよい。整流器４６Ｄは、電界、または磁界、または電界と磁界との任意の組み合わせが受信機共振器５０によって捕捉できるように、受信機共振器５０から十分な電力を捕捉してもよい。

整流器４６Ｄは、共振周波数に設定された周波数で能動デバイス１４７Ｂ（例えば、トランジスタ）を駆動する入力１４７Ａ（例えば、ＡＣ電力）を有し、（その能動デバイスの出力電力、入力インピーダンス、および動作領域を制御するために使用される）ＤＣ負荷にわたる出力１４７Ｄ（例えば、ＤＣ電圧）を有する。この設計では、様々な負荷終端を使用してパフォーマンス（例えば、出力電力および電力変換効率）を向上させる。第３の高調波終端１４７Ｄは、ドレインノード１４７Ｅで電圧波形を整形するために直列分岐に位置する。第２の高調波終端１４７Ｆは、ドレインノード１４７Ｅで電圧波形を整形するために並列分岐に位置する。第１の高調波終端１４７Ｇは、ドレインノード１４７Ｅで電圧波形を整形するために直列分岐に位置する。第３の高調波終端の効果は、第２の高調波終端および第１の高調波終端において考慮されてもよい。第２の高調波終端の効果は、第１の高調波終端において考慮されてもよい。

差動構成の場合、ＡＣ源１４７Ａは、直列に配置される。ＡＣ源１４７Ａは、受信機共振器５０によって受信される電力と、送信機共振器３０に対する受信機共振器５０の位置合わせおよび位置との関数とすることができる。ＤＣ負荷１４７Ｃは、シングルエンド負荷であってもよい。

整流器４６Ｄは、差動構成では２つの移相器１４７Ｈを備えてもよい（ただし、シングルエンド構成では１つの移相器のみ）。移相器１４７Ｈは、ＡＣ源とトランジスタ１４７Ｂのゲート信号との間の適切な位相差を調整する。ゲート信号とＡＣ源１４７Ａとの間の位相差は、自己同期整流器の性能（例えば、電力変換効率およびトランジスタの動作領域）を変化させることができる。それはまた、自己同期整流器４６Ｄの入力インピーダンスおよび／または整流器４６Ｄの最適ＤＣ負荷１４７Ｃを変化させることができる。

整流器４６Ｄは、差動構成では２つのレベルシフタ１４７Ｉを備えてもよい（ただし、シングルエンド構成では１つのレベルシフタのみ）。レベルシフタ１４７Ｉは、トランジスタ１４７Ｂのゲート信号の適切な振幅を調整し得る。ゲート信号での振幅レベルは、自己同期整流器の性能（例えば、電力変換効率およびトランジスタの動作領域）を変更させることができる。

整流器４６Ｄは、増幅器として機能するように再構成可能であってもよい。このような再構成の一部として、集積された移相器１４７Ｈおよび集積されたレベルシフタ１４７Ｉは、トランジスタ１４７Ｂの固有の増幅およびスイッチング機能に基づいて整流器４６Ｄが増幅器として機能できるように調整されてもよい。整流器としての動作と増幅器としての動作との間での整流器４６Ｄのこの再構成可能性により、受信機モジュール４０は、それぞれ受信機モードと送信機モードとの間で制御可能に再構成することが可能になる。再構成は、コントローラ４２からの命令下で行い得る。整流器４６Ｄが整流器から増幅器に再構成すると、ＡＣ源１４７Ａは、ＡＣ負荷１４７Ａに変化する。それに対応して、整流器４６Ｄが整流器から増幅器に再構成するとき、ＤＣ負荷１４７Ｃは、ＤＣ源に再構成する。

いくつかの実施形態では、受信機モジュール４０が送信機モードにある場合、補償ネットワーク４６Ａは、共振器５０に提供される信号を情報で変調するように構成されてもよく、それによってソース送信変調器として機能してもよい。共振器５０に提供される信号を変調するための情報は、コントローラ４２によって補償ネットワーク４６Ａに提供されてもよい。情報は、共振器３０を介して送信機モジュール２０のコントローラ２２宛ての制御データを含んでもよい。いくつかの実施形態では、受信機モジュール４０が送信機モードにあり、整流器４６Ｄが増幅器として構成されている場合、増幅器４６Ｄは、モジュール４０の変調器として機能してもよい。使用される変調は、振幅変調、周波数変調、位相変調、およびそれらの組み合わせのうちの任意の１つであってもよい。情報は、デジタル形式またはアナログ形式で送信機共振器５０に提供される信号上に変調されてもよい。情報は、ソース送信変調器によって送信機共振器５０に提供される電力信号の共振周波数に変調されてもよい。他の実施形態では、情報は、電力伝送の周波数とは異なる周波数に変調されてもよい。他の実施形態では、情報は、送信機共振器５０に提供される電力信号の共振周波数の高調波に変調されてもよい。さらに別の実施形態では、送信機共振器５０に供給される電力信号の共振周波数は、情報が変調される信号の周波数の高調波であってもよい。ここで説明した方法で送信される情報は、例えば限定されないが、負荷７０の存在、負荷７０の充電レベル、電力伝送効率、負荷７０の充電率、負荷７０の状態、現在の電圧、充電容量、負荷７０を充電する残り時間を含んでもよい。

モジュール２０とモジュール４０との両方が送信機モードと受信機モードとの動作の間でどのように再構成できるかを上述し、モジュール２０とモジュール４０との両方からの信号をどのように変調できるかを説明したので、図１のシステム１０が、共振器３０および５０を介して両方向に情報を送信するための全二重送受信システムとして機能してもよいことは明らかである。図１のシステム１０は、図１および図７の２次側１４と同様のさらなる２次側を備えてもよい。追加の２次側が存在する場合、上述の構成により、様々な２次側の間での情報の通信が可能になる。

いくつかの実施形態では、１次側１２および２次側１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（例えば、２．４ＧＨｚ）またはＧＰＳと同様の信号周波数（例えば、１０ＧＨｚ）を介して通信してもよい。いくつかの実施形態では、データを別々に収集し、１次側１２および／または２次側１４の間でデータを順逆に伝送し得る追加のユニットがあってもよい。いくつかの実施形態では、ＷｉＦｉを使用して、１次側１２および／または２次側１４からオンラインポータル（例えば、１次側１２および／または２次側１４に関連付けられたウェブサイトまたはモバイルアプリケーション）にデータをアップロードしてもよい。

いくつかの実施形態では、２つの受信機モジュール４０の間で電力を伝送することが望ましい場合がある（例えば、ピアツーピア電力伝送）。例えば、第１の受信機を備えた第１のｅサイクルのバッテリが切れているか低下しており、第２の受信機と少なくとも部分的に充電されたバッテリとを備えた第２のｅサイクルが近くにある場合、第２のｅサイクルから第１のｅサイクルに電力を伝送することが望ましい場合がある。このような状況は、例えば、送信機が近くにない場合に関係し得る。送信機モジュールへの再構成に関与する２つの受信機モジュール４０のうちの少なくとも１つの機能は、そのようなピアツーピア電力伝送を可能にする。一般に、それは、複数の２次側１４の間での電力の転送を可能にする。

他の実施形態では、特定の時間に逆方向、すなわち、図１、図６、および図７の負荷側からソース側に電力を伝送する必要があってもよい。モジュール２０とモジュール４０との両方が送信機モードと受信機モードとの動作の間で再構成できることにより、モジュール４０からモジュール２０への「逆」方向の電力の伝送が可能になる。したがって、システムは双方向の電力伝送を可能にする。図８と図９のデバイス２６Ｂと４６Ｄをそれぞれ増幅器または整流器として機能するように再構成し得るという事実を考慮すると、これらのデバイスをまとめて「差動自己同期高周波電力増幅器／整流器」と称してもよい。電力伝送の双方向性を考慮すると、送信機共振器３０と受信機共振器５０とは両方とも「送信機－受信機共振器」と称してもよく、モジュール２０とモジュール４０とは両方とも「電力送受信モジュール」と称してもよい。このような構成は、制動中に運動エネルギーが変換され、バッテリに伝送される必要がある電気車両で有用である。このような電力伝送の方向変化が適用される他のシステム、条件、および構成には、例えば限定されないが、バッテリ残量のレベルが変化し、この構成を使用して互いに少なくとも部分的に再充電し得る多数の携帯電話が挙げられる。より一般的なケースでは、送信システムと受信システムとの両方が、例えばグリッドパワーなどの永続的なエネルギー源を持たない場合、双方向機能を使用していずれかの方向にエネルギーを伝送し得る。

図３１に関して説明されるさらなる態様では、電力信号周波数で電力信号を介して電力を伝送するための近距離高周波方法［２２００］であって、複数の電力送受信モジュールを備えるバイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムを提供することであって、複数の電力送受信モジュールのそれぞれが、複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つと電力を交換するように配置された送信機－受信機共振器と有線通信する、提供すること［２２１０］と、調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うために電力伝送システムを動作させること［２２２０］と、を含む、方法が提供される。

電力伝送システムを提供すること［２２１０］は、電力信号チューナモジュールを有する複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものを提供することを含んでもよく、電力伝送システムを動作させること［２４２０］は、電力信号チューナモジュールを調整することによって伝送モード比を変化させることを含んでもよい。

電力伝送システムを提供すること［２２１０］は、複数の電力送受信モジュールのうちの、関連する送信機－受信機共振器と有線通信し、かつ変調器を有する少なくとも１つの電力送受信モジュールを提供することを含んでもよく、電力伝送システムを動作させること［２２２０］は、関連する送信機－受信機共振器と、複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つと有線通信する送信機－受信機共振器と、の間で高周波信号を交換することと、情報を交換される高周波信号に変調することと、を含んでもよい。複数の電力送受信モジュールのうちの１つの出力に電力負荷が存在する場合、交換される信号に変調された情報は、例えば限定されないが、電力負荷の存在、電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、電力負荷の充電率、電力負荷の状態、電力負荷に印加された電圧の存在、電力負荷の充電容量、および電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含んでもよい。

この方法［２２００］は、情報を交換される高周波信号に変調するために、複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものの電力信号チューナモジュールを動作させることを含んでもよい。提供される電力送受信モジュールのそれぞれは、補償ネットワークを備えてもよく、補償ネットワークは、変調器を備えて、補償ネットワークを動作させて、情報を交換される高周波信号に変調できるようにしてもよい。電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの電力送受信モジュールに電力信号周波数で信号を提供する高周波発振器を備えてもよく、高周波発振器は、変調器を備えて、発振器において、情報を交換される高周波信号に変調できるようにしてもよい。

本明細書に記載の送信機および／または受信機を含むＷＰＴシステム１０は、限定されないが、電気車両、電気ボート、電気飛行機、電気トラック、ｅサイクル、電動スクータ、電動スケートボードなどの様々なアプリケーションに統合されてもよい。１つの例示的な非限定的なアプリケーションは、１つ以上の送信機（例えば、１次側１２）を統合した様々なドッキングステーションが提供され、受信機（例えば、２次側１４）およびバッテリ（負荷７０として）を備えるｅサイクルをドッキングステーションで充電することができる、自転車シェア車群である。

いくつかのアプリケーションでは、１次側１２または２次側１４は、本明細書に記載されていない他のシステムと電力を伝送するように構成されてもよく、本明細書に記載の電力伝送システムで動作するように特別に設計されていない場合であっても、ＣＰＴからＩＰＴへの伝送モード比を調整して、他のＣＰＴシステムおよび／またはＩＰＴシステムとの互換性を提供することができる。

多数の例示的な態様および実施形態が上で論じられてきたが、当業者であれば、特定の修正、置換、追加、およびそれらのサブコンビネーションを認識するであろう。したがって、続いて添付される請求項およびこれ以降に導入される請求項は、明細書全体の最も広い解釈と一致するように、そのようなすべての変更、置換、追加、およびサブコンビネーションを含むと解釈されることを意図している。

第１の態様では、上述しかつ図１～１０に示されるシステムのそれぞれは、可変共振電力信号発振周波数での調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うように構成されたバイモーダル近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０であって、送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６および電力信号チューナモジュール２６Ｆを備える送信機サブシステム１２であって、チューナモジュール２６Ｆが、チューナモジュール２６Ｆによって送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６に提供される電力信号を調整することによって伝送モード比を調整するように構成されている、送信機サブシステム１２と、伝送モード比で送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６から電力を受信するように構成された受信機アンテナサブシステム５２、１５２、２５２、３５２、１５４、２５４、３５４、３５６を備える受信機サブシステム１４とを備える、システム１０を形成する。

チューナモジュール２６Ｆは、送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６に提供される電力信号の電流と電圧との間の位相差を調整することによって電力信号を調整するように構成されてもよい。送信機サブシステム１２は、コントローラ２２および少なくとも１つのセンサ２４をさらに備えてもよく、コントローラ２２は、少なくとも１つのセンサ２４からセンサ情報を受信し、センサ情報に基づいてチューナモジュール２６Ｆにチューニング命令を自動的に提供するように構成され、チューナモジュール２６Ｆは、チューニング命令に従って、送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６に提供される電力信号の電流と電圧との間の位相差を調整するように構成されている。

システム１０は、送信機サブシステム１２と受信機サブシステム１４との間の結合度に基づいて、所定の帯域内で自由に変化する共振周波数で共振する。所定の帯域は、例えば限定されないが、公式に指定された予約済みの工業、科学、医療（ＩＳＭ）帯域、または特定のユーザ専用の帯域であってもよい。システム１０の品質係数（Ｑ）は、電力信号発振周波数が所定の周波数帯域の両端内で変化できる程度まで減少されてもよい。Ｑの値が減少すると、システム１０は、電力伝送のプロセス中に所定の周波数帯域内の多数の異なる共振周波数のいずれかを使用することが可能になる。送信機サブシステム１２と受信機サブシステム１４との間の結合、および共振受信機サブシステム１４による関連する電力の吸収により、システム１０が動作しているときに遠距離ドメインに放出される電磁放射がほとんどないことが保証される。図１～１０を参照して本明細書で説明する構成は、直前の周波数の態様とともに、システム１０をバイモーダル近距離共振ワイヤレス電力伝送システムにする。ワイヤレス電力伝送システム１０では、電力は、電磁放射を介して実質的にではなく、容量結合または誘導結合またはその両方を介して１次サブシステムから２次サブシステムに伝送されることに留意されたい。

前述の図面および図１１のフローチャートを参照して説明したさらなる態様では、共振電力信号発振周波数で調整可能な伝送モード比に従ってバイモーダルに電力を伝送する近距離ワイヤレス方法［１０００］であって、電力信号チューナモジュール２６Ｆと、可変共振電力信号発振周波数で共振するように構成された送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６とを備えている送信機サブシステム１２を提供すること［１０１０］と、共振電力信号発振周波数で共振するように構成された受信機アンテナサブシステム５２、１５２、２５２、３５２、１５４、２５４、３５４、３５６を備える受信機サブシステム１４を提供すること［１０２０］と、電力信号発振共振周波数でチューナモジュール２６Ｆから送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６に電力信号を提供すること［１０３０］と、チューナモジュール２６Ｆから送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６への電力信号を調整することによって伝送モード比を調整すること［１０４０］と、受信機サブシステム１４において、伝送モード比で受信機アンテナサブシステム５２、１５２、２５２、３５２、１５４、２５４、３５４、３５６を介して電力信号発振共振周波数で、伝送された電力を受信すること［１０５０］と、を含む、方法が提供される。伝送モード比を調整すること［１０４０］は、送信機アンテナサブシステム３２、１３２、２３２、３３２、１３４、２３４、３３４、３３６に提供される電力信号の電流と電圧との間の位相差を調整することを含んでもよい。

送信機サブシステム１２を提供すること［１０１０］は、コントローラ２２および少なくとも１つのセンサ２４を提供することをさらに含んでもよく、電流と電圧との間の位相差を調整することは、少なくとも１つのセンサ２４からコントローラ２２によって受信されたセンサ情報に基づいて、コントローラ２２のコマンドを介してチューナモジュール２６Ｆによって実行されてもよい。コントローラ２２のコマンドは、コントローラ２２がセンサ情報を受信すると、チューナモジュール２６Ｆに自動的に発行されてもよく、チューナモジュール２６Ｆは、コントローラ２２からのコマンドを自動的に実行して、位相差を変化させてもよい。

この方法［１０００］は、共振電力信号発振周波数を所定の周波数帯域内で変化できるようにすること［１０６０］をさらに含んでもよい。所定の周波数帯域は、工業、科学、医療（ＩＳＭ）の周波数帯域であってもよい。送信機サブシステムを提供すること［１０１０］は、共振電力信号発振周波数が所定の周波数帯域の両端内で変化できる程度までデチューンされる送信機サブシステムを提供することを含んでもよい。

図１２、１３Ａおよび１３Ｂを参照し、ならびに図１～１０を参照して説明するさらなる実施形態では、マルチ送信機バイモーダル近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０’は、可変共振電力信号発振周波数での調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うように構成されている。システム１０’は、対応する専用送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’によってそれぞれ駆動される複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’を備えるマルチ送信機サブシステム１２’を備え、各送信機共振器および対応する送信モジュール（例えば、それぞれ３０Ｅ’および２０Ｅ’）は、図１～１０を参照して上記に与えられた説明に一致し得る。図１２は、システム１０’の一実施形態の概略図であり、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’は、縦列に９個の共振器として示されているが、それらの正式な空間位置は示されていない。マルチ送信機サブシステム１２’の空間レイアウトの一実施形態を図１３Ａおよび１３Ｂに示し、以下に説明する。システム１０’では、共振受信機サブシステム１４は、上述し、かつ図１～１０によって参照された共振受信機システムと同一または実質的に同様であってもよい。図１２に示される実施形態では、共振受信機サブシステム１４は、例えば限定されないが、携帯電話またはデジタル「タブレット」に実装されてもよい。共振受信機サブシステム１４は、明確にするために、図１３Ａでは破線で示されている。一実施形態では、各動作する送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’および各対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’は、上述され、かつ図１～図１０に示される送信機共振器３０および送信機モジュール２０と同じまたは実質的に同様の方法で機能してもよい。マルチ送信機サブシステム１２’の空間レイアウトの一実施形態を図１３Ａおよび１３Ｂに示す。図１３Ｂは、図１３Ａにおける向きに対して逆向きのマルチ送信機サブシステム１２’の図である。

図１２、１３Ａ、および１３Ｂに示されるシステム１０’の例示的な実施形態では、マルチ送信機サブシステム１２’は、９対の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’および対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’を正方形アレイに配置して備える。送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’は、接地されたベースプレート３５’によって図１３Ａでは隠されているが、図１３Ｂでは見ることができる。より一般的な実施形態では、他の数の共振器および送信機モジュールの対を使用してもよく、共振器アレイは、正方形または矩形である必要はない。非限定的な例として、共振器アレイは、六角形の配置を有してもよい。いくつかの実施形態では、アレイは、好ましくは、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’を分離および境界付ける接地シールドグリッドを有するという制約内で最密充填される。接地シールドグリッド３３’は、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のアレイを横方向に閉じ込める。接地シールドグリッド３３’は、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれの周囲から一定の距離３７’で配置され、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’と接地シールドグリッド３３’との間の一貫した電界挙動および関連するキャパシタンスを保証する。「シールド距離」という用語は、本明細書では、共振器３０Ａ’～３０Ｉ’と接地シールドグリッド３３’との間のこの距離を説明するために使用される。

一実施形態では、接地シールドグリッド３３’は、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’の電界が完全に空間的に分離され、それによって空間的に独立であることを保証する。送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’は、空間的な方向付けによって相互に分離されるように選択された磁界を有してもよい。他の実施形態では、接地シールドグリッド３３’は、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’によって生成される磁界を分離するために、高導電性フェライト材料で形成または被覆されてもよい。

図１３Ａおよび１３Ｂに示されるように、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’およびそれらの対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’は、各送信機共振器（例えば、３０Ｅ’）がその対応する送信機モジュール（２０Ｅ’）に近接した状態で、接地ベースプレート３５’の両面に実質的に互いに列になって実装されてもよい。他の実施形態では、送信機共振器とそれらの対応する送信機モジュールとの間に固定された空間的関係がなくてもよい。送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のアレイは、図１３Ａの送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’の集合的な上面によって画定される共通送信面を共有する。美観および保護の理由から、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のアレイは、図１３Ａには示されていない誘電体プレートで覆われてもよい。誘電体プレートは、受信機サブシステム１４と送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’とを分離する。

図１２および１３Ａでは、共振受信機サブシステム１４の一実施形態が、複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のサブセットに重なったものとして概略的に示されている。図１２および１３Ａによると、重なった送信機共振器は、３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’および３０Ｈ’として示されている。図１３Ａでは、共振受信機サブシステム１４は、相互に隣接する送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’および３０Ｈ’上の破線の矩形として示されている。送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’のいずれかのコントローラは、それらの対応する送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’に近接するまたは重なる共振受信機サブシステム１４の有無を決定してもよく、これらの検出に基づいて、コントローラは、それらに対応する送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’への電力信号をオンまたはオンにしてもよい。

送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’が電力を送信するように、送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’の電力増幅器が送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’に電力信号を供給し、かつ送信機モジュール２０Ａ’、２０Ｂ’、２０Ｃ’、２０Ｆ’、および２０Ｉ’のコントローラが、送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’、３０Ｃ’、３０Ｆ’、および３０Ｉ’に近接するそれらの周波数範囲内に共振受信機が存在しないと決定する場合、これらのコントローラは、送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’、３０Ｃ’、３０Ｆ’、および３０Ｉへの電力信号をオフにすることができる。

送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’の電力増幅器が送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’に電力信号を供給していない場合、送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’のコントローラは、共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’と重なったかつそれらに近接する共振受信機サブシステム１４の存在を決定し、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’によって送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’に提供される送信可能な電力をオンにすることができる。この構成は、共振受信機サブシステム１４に近接する送信機共振器のみが電力を消費し、共振受信機サブシステム１４に電力を送信することを保証する。

特定の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’の入力インピーダンスを使用して、特定の送信機共振器に近接する共振受信機サブシステム１４の有無を検出してもよい。送信機共振器の入力インピーダンスは、特定の送信機共振器に近接する共振受信機サブシステム１４の有無によって変化する。図６を参照して上で説明したように、特定の共振受信機サブシステム１４の効果は、受信機の有無を検出できるようにするだけでなく、受信機のタイプを送信機共振器の入力インピーダンスへのその影響によって識別できるように特徴的でもあるという点で明確である。特に、受信機共振器のサイズは、特定の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’の入力インピーダンスに重大な影響を及ぼす。

システム１０’の一実施形態では、送信機モジュール２０Ｅ’は、図１２および１３Ｂに示されるように、共振受信機サブシステム１４と重なった４つの送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’のうちの１つに関連付けられた送信機モジュールである。送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’のそれぞれの詳細な構造は、図６および図８に提供される。そのプロセスは、対応する送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’に電力信号を提供しない送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’の電力増幅器２６Ｂで開始される。

ここで送信機モジュール２０Ｅ’に注目すると、この実施形態におけるその負荷検出器２４Ａは、送信機共振器３０Ｅ’の入力インピーダンスを測定するように構成されている。負荷検出器２４Ａは、入力インピーダンス測定結果をコントローラ２２に提供する。デフォルトの入力インピーダンス測定値は、送信機共振器３０Ｅ’に近接する共振受信機サブシステムが存在しない場合の送信機共振器３０Ｅ’の入力インピーダンスを表し、コントローラ２２内のレジスタに格納される。図１２に示されるように、送信機共振器３０Ｅ’に近接する共振受信機サブシステム１４の配置は、負荷検出器２４Ａによる新たな異なる入力インピーダンス測定値をもたらし、その結果は負荷検出器２４Ａによってコントローラ２２に供給される。コントローラ２２は、本明細書では「第１の入力送信機共振器インピーダンス変化」または「１次送信機共振器入力インピーダンス変化」と称する新しい入力インピーダンス測定値を、レジスタに格納されたデフォルトのインピーダンス測定値と比較する。この第１の入力インピーダンス変化に基づいて、コントローラ２２は、受信機共振器、例えば共振受信機サブシステム１４の共振器が送信機共振器３０Ｅ’に近接して存在するかどうかの決定を行う。送信機共振器３０Ｅ’に近接する受信機共振器の有無の決定を行うために、コントローラ２２は、受信機共振器が存在するとコントローラ２２が判断する前に超えなければならない最小入力インピーダンス変化で予めプログラムされてもよい。

受信機共振器、例えば共振受信機サブシステム１４の共振器が送信機共振器３０Ｅ’に近接して存在するとコントローラ２２が決定した場合、コントローラ２２は、電力増幅器に「オン」状態をとるように命令する。それによって電力が送信機共振器３０Ｅ’に供給され、電力は次いで共振受信機サブシステム１４に伝送される。受信機共振器、例えば共振受信機サブシステム１４の共振器が送信機共振器３０Ｅ’に近接して存在していないとコントローラ２２が決定した場合、コントローラ２２は、電力増幅器に「オフ」状態をとるように命令する。それによって電力は送信機共振器３０Ｅ’に供給されず、電力は共振受信機サブシステム１４に伝送されない。同じプロセスが、対応する送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’に関して、すべての送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’によって独立して実行される。その結果、共振受信機サブシステム１４と重なった送信機モジュール３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’の電力増幅器はオンになり、共振受信機サブシステム１４と重なっていない送信機モジュール３０Ａ’、３０Ｂ’、３０Ｃ’、３０Ｆ’、および３０Ｉ’の電力増幅器はオフになる。

異なるサイズの受信機共振器は、点２４Ａで送信機モジュール２０の負荷検出器２４Ａに対して大幅に異なるインピーダンスを示すことに留意されたい。所与の受信機共振器が特定の送信機共振器と部分的に重なる場合に測定されたインピーダンスの差は、送信機共振器と完全に重なる場合と比較して、受信機共振器のサイズによるインピーダンスの差ほど劇的には異なっていない。これにより、送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’のコントローラ２２は、対応する送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’に近接する小さい受信機共振器と大きい受信機共振器とを区別することが可能になる。

一実施形態によれば、共振受信機サブシステム、例えば共振受信機サブシステム１４と重なった送信機共振器（例えば、３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’）間の電力信号周波数および位相の設定が、本明細書で説明される。電力を受信している送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’の組み合わせからの電力の最大限に効率的な伝送のために、共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’における電力信号は、同一の周波数を有し、さらに相互に同相である必要がある。送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’における電力信号の周波数が、図１～１０を参照して先に上述したように、許容帯域内で異なる可能性があるとすると、図１２、１３Ａ、および１３Ｂのこの実施形態における要件は、送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’からの電力信号が完全に同期し、かつ同相になるように、送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’における電力信号の周波数が同一になるように調整され、かつそれらの位相が次いで一緒にロックされるためのものである。

一実施形態では、重なった送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’のコントローラ２２のすべてがそれらの対応する発振器２６Ａを同じ周波数に設定することを保証するために、送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’のコントローラ２２がすべて、任意の許容帯域、例えば、ＩＳＭ帯域内で選択された同一の周波数テーブルで提供される。その特定のＩＳＭ帯域内で、周波数テーブルに含めるために多数の離散的な周波数が選択される。したがって、そのＩＳＭ帯域内の集計された周波数の数は有限で制限されており、集計された周波数は、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’の様々なコントローラ２２が上述の最初のインピーダンスの差から電力信号周波数を決定できるほどに十分に広く間隔をあけられている。これらのインピーダンスの小さな変動にもかかわらず、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のすべてのコントローラ２２は、それらのそれぞれの発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂの電力信号に対して、帯域内の許容周波数の中から同じ離散的な周波数を選択する。

一実施形態では、共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’のすべてが同じ電力信号周波数だけでなく、同じ位相も有することを保証するために、以下の手順が採用され、送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’の各コントローラ２２のソフトウェアにプログラムされる。統計的に、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’の独立したコントローラ２２のうちの第１のものは、その対応する発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂを最初にオンにして、その送信機共振器を介して共振受信機サブシステム１４に電力を供給する。送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のコントローラの他の独立したコントローラ２２のうちの第２のものは、その対応する送信機共振器の入力インピーダンスを測定し、その対応する負荷検出器２４Ａによって、第１の送信機共振器の機能によるそのインピーダンスの小さな２次変化を検出する。実際には、第２のコントローラ２２は、後者のものと共振受信機サブシステム１４との相互作用を介して、第１の送信機共振器のインピーダンスの影響を見ている。第２のコントローラ２２は、２次インピーダンスの変化に基づいて、別のコントローラがその発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂを最初にオンにしたと判断するようにプログラムされる。この結論を行った後、第２のコントローラ２２は、その発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂをオンにし、その電力信号の位相を変化させながら、その送信機電力センサ２４Ｂを使用して、その対応する送信機共振器によって送信される電力を測定する。次いで、第２のコントローラ２２は、その発振器の位相を変化させ、最大電力伝送が生じる位相を探索し、発振器の位相をその値に設定する。このようにして決定された発振器位相は、第２の送信機共振器によって伝送される電力信号の位相が、第１の送信機共振器によって共振受信機サブシステム１４に伝送される電力信号の位相と等しくなることを保証する。一実施形態では、発振器位相の設定は、電力信号位相を完全に等化するのではなく、電力伝送を実質的に最大化することに基づく。

別の実施形態では、やはり送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’が共振受信機サブシステム１４と重なっていることに基づいて、共振受信機サブシステム１４の近接の検出は、送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’を通して消費される試験信号電力に基づく。この実施形態では、低振幅電力信号は最初に、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のすべてに対応する発振器および電力増幅器によって維持される。次いで、すべての送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’のコントローラ２２は、それらの対応する送信機電力センサ２４Ｂを使用して、それらの対応する送信機共振器３０によって消費される電力を検知する。それらの対応する送信機電力センサ２４Ｂを使用して、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のコントローラ２２は、それらの対応する送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’を介して電力が引き出されていることを検知する。消費された試験信号電力の検出に基づいて、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のコントローラ２２は、それらの対応する電力増幅器２６Ｂの全電力をオンにする。「最初の試験信号電力の消費」という用語は、本明細書では送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’を介して試験信号から消費されるこの電力を説明するために使用される。共振受信機サブシステム１４と重なっていない送信機モジュール３０Ａ’、３０Ｂ’、３０Ｃ’、３０Ｆ’、および３０Ｉ’の電力増幅器２６Ｂの試験電力信号は、適切な試験期間の後にオフにされてもよい。

上述のインピーダンスに基づく実施形態と同等に、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のコントローラ２２は、共振受信機サブシステム１４がそれらの対応するそれらの対応する送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’に近接して存在するとみなすために、閾値電力の消費を必要としてもよい。

一実施形態では、重なった送信機共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’のコントローラ２２のすべてがそれらの対応する発振器２６Ａを同じ周波数に設定することを保証するために、送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’のコントローラ２２がすべて、任意の許容帯域、例えば、ＩＳＭ帯域内で選択された同一の周波数テーブルで提供される。その特定のＩＳＭ帯域内で、周波数テーブルに含めるために多数の離散的な周波数が選択される。したがって、そのＩＳＭ帯域内の集計された周波数の数は有限で制限されており、集計された周波数は、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’の様々なコントローラ２２が上述の最初の試験信号電力の消費から電力信号周波数を決定できるほどに十分に広く間隔をあけられている。これらの電力の消費の値の小さな変動にもかかわらず、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のすべてのコントローラ２２は、それらのそれぞれの発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂの電力信号に対して、帯域内の許容周波数の中から同じ離散的な周波数を選択する。

一実施形態では、共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’のすべてが同じ電力信号周波数だけでなく、同じ位相も有することを保証するために、以下の手順が採用され、送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’の各コントローラ２２のソフトウェアにプログラムされる。統計的に、送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’の独立したコントローラ２２のうちの第１のものは、その対応する発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂを最初にオンにして、その送信機共振器を介して共振受信機サブシステム１４に電力を供給する。送信機モジュール２０Ｄ’、２０Ｅ’、２０Ｇ’、および２０Ｈ’のコントローラの他の独立したコントローラ２２のうちの第２のものは、その対応する送信機共振器の電力の消費を測定し、その対応する送信機電力センサ２４Ｂによって、第１の送信機共振器の機能によるその電力の消費の小さな２次変化を検出する。実際には、第２のコントローラ２２は、後者のものと共振受信機サブシステム１４との相互作用を介して、第１の送信機共振器のインピーダンスの影響を見ている。第２のコントローラ２２は、電力の消費の２次変化に基づいて、別のコントローラがその発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂを最初にオンにしたと判断するようにプログラムされる。この結論を行った後、第２のコントローラ２２は、その発振器２６Ａおよび電力増幅器２６Ｂをオンにし、その電力信号の位相を変化させながら、その送信機電力センサ２４Ｂを使用して、その対応する送信機共振器によって送信される電力を測定する。次いで、第２のコントローラ２２は、最大電力伝送が生じる位相を探索し、発振器をその位相に設定する。このように設定された発振器位相は、第２の送信機共振器によって共振受信機サブシステム１４に伝送される電力信号の位相が、第１の送信機共振器によって共振受信機サブシステム１４に送信される電力信号の位相と等しくなることを保証する。本実施形態では、発振器位相の設定は、電力信号位相を完全に等化するのではなく、電力伝送を実質的に最大化することに基づく。

一実施形態では、２つの異なる共振受信機サブシステムがマルチ送信機サブシステム１２’に近接し、かつ送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’の異なる１つまたは組み合わせと重なっている場合、２つの異なる送信機共振器が、または２つの共振受信機システムと重なった送信機共振器の２つの異なるグループが、同じ周波数もしくは同じ位相で動作する必要があるという先験的な理由はなく、そうする必要性もない。接地シールドグリッド３３’は、個々の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のすべてを互いに分離することによって、この多方向の独立性を保証する。ただし、１つの特定の共振受信機サブシステムと重なった送信機共振器は、上述のように、それらの対応する電力信号増幅器をそれらのコントローラによってアクティブに同期させる必要がある。これにより、２つの異なる送信機共振器または共振器の２つの異なるグループが、帯域内の２つの特定の異なるロックイン周波数で動作し、特定のグループ内のすべての信号が相互に同相になり得る。

前述では、同じ受信機共振器に電力を伝送する２つの送信機共振器が、２つの送信機共振器が同相の電力信号を担持し、それによって最大電力伝送を保証するように動作するように、どのようにプログラムされ得るかについて説明した。２つの隣接する送信機共振器、例えば図１４の３０Ａ’および３０Ｂ’が、２つの実質的に同様の対応する受信機サブシステム１４Ａおよび１４Ｂに送信している場合、異なる状況が生じる。送信機共振器３０Ａ’と３０Ｂ’との両方は、場（電界／磁界）ラインが、例えば、送信機共振器３０Ａ’から受信機サブシステム１４Ｂ’へ、および送信機共振器３０Ｂ’から受信機サブシステム１４Ａへ延在するフリンジ場を有する。一般に、システム１０’には、例えば送信機共振器３０Ａ’の場（電界／磁界）が受信機サブシステム１４Ｂの受信機共振器と相互作用しないようにする特定の物理的構造はない。

一実施形態では、送信機共振器３０Ａ’と３０Ｂ’との両方が、送信機共振器３０Ａ’と３０Ｂ’との両方と重なる同じ大きな受信機共振器として機能する場合（図１３Ａのように）、送信機共振器３０Ａ’と３０Ｂ’との両方は、同じ周波数の電力信号を同じ位相で動作するので、フリンジ場は本質的に問題ではない。図１４に示される状況の場合、要件は、受信機サブシステム（例えば、隣接する送信機共振器３０Ｂ’から電力を受け取るように意図された受信機サブシステム１４Ｂ）と相互作用する所与の送信機共振器、例えば３０Ａ’の任意のフリンジ場により、送信機共振器３０Ａ’からの電力が寄生しないことを保証することである。この目標を達成する１つの方法は、送信機共振器３０Ａ’および３０Ｂ’からの重なったフリンジ場の大部分が相互に打ち消し合うように、２つの隣接する送信機共振器３０Ａ’および３０Ｂ’を互いに１８０°位相をずらして駆動することである。

送信機共振器３０Ａ’および３０Ｂ’の一方が、送信機共振器３０Ａ’および３０Ｂ’の他方を、それらの電力信号が１８０°位相ずれしていない場合、寄生として受けるので、送信機共振器３０Ａ’および３０Ｂ’のそれぞれのコントローラ２２は、対応する送信機電力センサ２４Ｂを使用して、対応する送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’によって送信される電力を測定しながら、それぞれの対応する発振器からの信号の位相をインクリメントしてもよい。次いで、コントローラ２２は、対応する送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’を介して最大送信電力を提供する調整された発振器位相を探索し、発振器の位相をその対応する位相に設定してもよい。

上述のように、サイズが同じであろうと異なっていようと、共振受信機システムごとの周波数と位相の配置は、両方の共振受信機システムが最大伝送電力を受信することを保証する。一般的な実施形態では、多数の送信機共振器が存在し、いくつかの異なる共振受信機サブシステムが電力を受信してもよく、各共振受信機サブシステムは、グループ内の送信機共振器に対応するコントローラによって選択された周波数および位相で、送信機共振器のそれ自体の対応する個々のグループから電力を受信する。異なる受信機サブシステムに電力を伝送する隣接する送信機共振器は、隣接する送信機共振器のそれぞれの電力伝送を最大化した結果、１８０°位相がずれて動作し得る。電力伝送を最大化するプロセスにより、発振器の位相が調整される。様々な送信機モジュールのインピーダンスは複雑で、抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスがわずかに変化するため、送信機共振器における電力信号が実際には等しい（または正確に１８０°異なる）場合、最大電力伝送点での異なる発振器の位相角は完全に等しくなくてもよい（または正確に１８０°異なっていなくてもよい）。

システム１０’が１次側と２次側との間にエアギャップを有する１つの回路を備える限り、送信機電力センサ２４Ｂによる測定に基づいて、例えば図６の点２４Ｅで送信機共振器において測定または最大化される任意の電力伝送は、同様に、受信機電力センサ４４Ａによる測定値に基づいて、例えば図７の点４４Ｃで、２次回路で測定または最大化することもできる。測定値は、送信機電力センサ２４Ｂによって受信機モジュール４０のコントローラ４２に提供されてもよく、受信機モジュール４０は、前述の手段の１つによって測定値を送信機モジュール２０のコントローラ２２に伝送してもよい。

マルチ送信機近距離共振ワイヤレス電力伝送システムの概念について、可変共振電力信号発振周波数での調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うように構成されたシステム１０’を参照して上記で説明した。より一般的な実施形態では、マルチ送信機近距離共振ワイヤレス電力伝送システムは、特にバイモーダルシステムである必要はなく、純粋な容量性電力伝送システムまたは純粋な誘導性電力伝送システムであってもよい。

さらなる態様では、図１５のフローチャートに示されるように、マルチ送信機サブシステム１２’から単一の共振受信機サブシステム１４に可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法［１１００］は、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’であって、送信機共振器のそれぞれが対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’によってそれぞれが駆動され、各送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’が予め設定された周波数帯域内の複数の予め設定された電力信号発振周波数のうちの１つに独立して設定することができ、すべての送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’が共通送信面を有する、複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’を備える、マルチ送信機サブシステム１２’を提供すること［１１１０］と、送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）のうちの２つ以上と重なる単一の受信機共振器５０を備える共振受信機サブシステム１４を、共通送信面に近接して配置すること［１１２０］と、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれの入力インピーダンスを測定すること［１１３０］と、対応する測定された共振器入力インピーダンスに基づいて、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれへの電力信号を、オフ状態とアクティブ状態とのうちの１つに設定すること［１１４０］と、を含む。

この方法［１１００］は、アクティブな送信機共振器（図１３Ａの共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）のそれぞれの測定された入力インピーダンスに基づいて、予め設定された複数の電力発振周波数のうちから、対応する送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’）の電力信号発振周波数を選択すること［１１５０］をさらに含んでもよい。

この方法［１１００］は、各アクティブな送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’）の電力信号を、対応する選択された周波数に設定すること［１１６０］をさらに含んでもよい。

この方法［１１００］は、対応する各送信機共振器（図１３Ａの共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）に印加される電力信号の位相を、送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ’）を通る電力伝送が実質的に最大になる位相に調整すること［１１７０］をさらに含んでもよい。

さらなる態様では、図１６のフローチャートに示されるように、マルチ送信機サブシステム１２’から単一の共振受信機サブシステム１４に可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法［１２００］は、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’であって、送信機共振器のそれぞれが対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’によってそれぞれが駆動され、各送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’が予め設定された周波数帯域内の複数の予め設定された電力信号発振周波数のうちの１つに独立して設定することができ、すべての送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’が共通送信面を有する、複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’を備える、マルチ送信機サブシステム１２’を提供すること［１２１０］と、送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）のうちの２つ以上と重なる単一の受信機共振器５０を備える共振受信機サブシステム１４を、共通送信面に近接して配置すること［１２２０］と、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれによって試験信号から消費された電力を測定すること［１２３０］と、対応する測定された共振器の試験電力の消費に基づいて、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれへの電力信号を、オフ状態とアクティブ状態とのうちの１つに設定すること［１１４０］と、を含む。

この方法［１２００］は、アクティブな送信機共振器（図１３Ａの共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）のそれぞれの測定された試験信号の消費に基づいて、予め設定された複数の電力発振周波数のうちから、対応する送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）の電力信号発振周波数を選択すること［１２５０］をさらに含んでもよい。

この方法［１２００］は、各アクティブな送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）の電力信号を、対応する選択された周波数に設定すること［１２６０］をさらに含んでもよい。

この方法［１２００］は、対応する各送信機共振器（図１３Ａの共振器３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）に印加される電力信号の位相を、送信機共振器（図１３Ａの３０Ｄ’、３０Ｅ’、３０Ｇ’、および３０Ｈ）を通る電力伝送が実質的に最大になる位相に調整すること［１２７０］をさらに含んでもよい。

さらなる態様では、図１７のフローチャートに示されるように、マルチ送信機サブシステム１２’から２つ以上の共振受信機サブシステム１４Ａ、１４Ｂ（図１４）に可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法［１３００］は、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’（図１４）であって、送信機共振器のそれぞれが対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’（図１３Ｂ参照）によってそれぞれが駆動され、各送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’が予め設定された周波数帯域内の複数の予め設定された電力信号発振周波数のうちの１つに独立して設定することができ、すべての送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’が共通送信面を有する、複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’を備える、マルチ送信機サブシステム１２’を提供すること［１３１０］と、送信機共振器（図１４の送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’）のうちの１つ以上と重なる単一の受信機共振器をそれぞれが備える２つ以上の共振受信機サブシステム１４Ａ、１４Ｂ（図１４）を、共通送信面に近接して配置すること［１３２０］と、送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’のそれぞれの入力インピーダンスを測定すること［１３３０］と、対応する測定された共振器入力インピーダンスに基づいて、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれへの電力信号を、オフ状態とアクティブ状態とのうちの１つに設定すること［１３４０］と、を含む。

この方法［１３００］は、アクティブな送信機共振器（図１４の共振器３０Ａ’、３０Ｂ’）のそれぞれの測定された入力インピーダンスに基づいて、予め設定された複数の電力発振周波数のうちから、対応する送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’の電力信号発振周波数を選択すること［１３５０］をさらに含んでもよい。

この方法［１３００］は、各アクティブな送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’の電力信号を、対応する選択された周波数に設定すること［１３６０］をさらに含んでもよい。

この方法［１３００］は、対応する各送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’に印加される電力信号の位相を、送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’（図１４）を通る電力伝送が実質的に最大になる位相に調整すること［１３７０］をさらに含んでもよい。

さらなる態様では、図１８のフローチャートに示されるように、マルチ送信機サブシステム１２’から２つ以上の共振受信機サブシステム１４Ａ、１４Ｂ（図１４）に可変共振電力信号発振周波数で電力を伝送するためのワイヤレス近距離方法［１４００］は、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’（図１４）であって、送信機共振器のそれぞれが対応する送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’（図１３Ｂ参照）によってそれぞれが駆動され、各送信機モジュール２０Ａ’～２０Ｉ’が予め設定された周波数帯域内の複数の予め設定された電力信号発振周波数のうちの１つに独立して設定することができ、すべての送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’が共通送信面を有する、複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’を備える、マルチ送信機サブシステム１２’を提供すること［１４１０］と、送信機共振器（図１３の送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’）のうちの１つ以上と重なる単一の受信機共振器をそれぞれが備える２つ以上の共振受信機サブシステム１４Ａ、１４Ｂ（図１４）を、共通送信面に近接して配置すること［１４２０］と、送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれによって試験信号から消費された電力を測定すること［１４３０］と、対応する測定された共振器の試験信号の消費に基づいて、相互に独立した複数の送信機共振器３０Ａ’～３０Ｉ’のそれぞれへの電力信号を、オフ状態とアクティブ状態とのうちの１つに設定すること［１４４０］と、を含む。

この方法［１４００］は、アクティブな送信機共振器（図１４の共振器３０Ａ’、３０Ｂ’）のそれぞれの測定された入力インピーダンスに基づいて、予め設定された複数の電力発振周波数のうちから、対応する送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’の電力信号発振周波数を選択すること［１４５０］をさらに含んでもよい。

この方法［１４００］は、各アクティブな送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’の電力信号を、対応する選択された周波数に設定すること［１４６０］をさらに含んでもよい。

この方法［１４００］は、対応する各送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’に印加される電力信号の位相を、送信機共振器３０Ａ’、３０Ｂ’（図１４）を通る電力伝送が実質的に最大になる位相に調整すること［１４７０］をさらに含んでもよい。

図２０Ａおよび２０Ｂ、図２１Ａおよび２１Ｂ、ならびに図２２Ａおよび２２Ｂを参照して説明されるさらなる態様では、図１～図１０および図１２～図１４のシステムに基づいて、光起電力太陽電池４２０から電力負荷７０’’に電力をワイヤレスで伝送するための近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０’’が、図１９Ａの概略図に従って提示されている。図１９Ａのラベルにはアクセント付き番号付けの系が使用されているため、図１３Ａおよび図１３Ｂとの類似点が明確になり、それによって図６および図７との類似点も明確になる。この番号付けスキームによって、ＤＣ電力は、電力調整ユニット（ＰＣＵ）４３０を介して太陽電池４２０から送信機モジュール２０’’に供給される。ＰＣＵ４３０は、ＤＣ電圧およびＤＣ電流を、電力増幅器２６Ｂ’’によってさらに送信され得るレベルに変換するだけでなく、適切に調整されたレベルの電圧および電流を提供して、送信機モジュール２０’’内の、小信号電子コンポーネントを含む残りのシステムコンポーネントを駆動する。ＰＣＵ４３０は、太陽電池４２０によって提供される様々な電力、および太陽電池４２０によってＰＣＵ４３０に提示される様々な出力インピーダンスに適応するために、太陽電池４２０に対する適応的に変化する負荷を表す。これにより、ＰＣＵ４３０は、太陽電池４２０からの電力の変動にもかかわらず、いつでも、どの温度においても可能な最大速度で太陽電池４２０から電力を吸収することが可能になる。

発振器２６Ａ’’は、既に上述したように、ワイヤレス電力伝送に適した周波数で電力増幅器２６Ｂ’’を変調するために使用されてもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、図８に示される増幅器２６Ｂと同じ設計で、ＤＣ電力がＤＣ電圧１２７Ｅとしてではなく、ＰＣＵ４３０から供給されてもよい。代替実施形態では、電力増幅器２６Ｂ’’は、無線システムの分野でよく知られているように、それ自体で発振を維持する回路を適切に備え、それによって発振器２６Ａ’’を不要にしてもよい。

電力は、図１９Ａでは、図６の信号調整およびチューニングコンポーネント２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ、および２６Ｆの統合である、送信チューニングネットワーク２８’’を介して送信共振器３０’’に伝送されてもよい。送信機共振器３０’’は、太陽電池４２０のアクティブな太陽放射受光面の範囲の少なくとも大部分であり得る範囲を有する表面領域を有してもよい。図６の送信機モジュール２０の対応するコンポーネントがコントローラ２２の制御下にあるのと同様に、送信機モジュール２０’’のこれらすべてのコンポーネントは、コントローラ２２’’の制御下にある。明確にするために、送信機モジュール２０’’のすべてのコンポーネントが図１９Ａに示されているわけではない。図６のセンサおよび検出器２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、および２４Ｄはまた、同等の形態で、送信機モジュール２０’’に存在し、コントローラ２２’’に接続されてもよく、図６と同じ役割を果たし得る。

電力は、送信共振器３０’’および受信機共振器５０’’を介して、送信機モジュール２０’’から受信機モジュール４０’’にワイヤレスで伝送され得る。次いで、受信機モジュール４０’’から電力がＤＣ負荷７０’’に伝送され得る。送信共振器３０’’と受信機共振器５０’’との間の電力の伝送は、図６～１０を参照して上述したように、近距離ワイヤレス伝送によるものであってもよい。図２０による近距離ワイヤレス電力伝送は、バイモーダルに限定されず、純粋に容量性または純粋に誘導性であってもよい。

受信機モジュール４０’’は、図７の受信機４０と同じコンポーネントを有してもよい。明確にするために、これらのコンポーネントの縮小セットが図１９Ａに示されている。図７のセンサ４４Ａおよび検出器４４Ｂは、図１９Ａでは同等の形態で示されていないが、存在してもよい。図１９Ａの受信機チューニングネットワーク４８’’は、補償ネットワーク４６Ａ、整合ネットワーク４６Ｂ、整流器４６Ｄ、およびフィルタ４６Ｃの統合であってもよい。電力は、受信機チューニングネットワーク２８’’から負荷管理部４６Ｅ’’に伝送され、両方とも受信機コントローラ４２’’の制御下にあってもよい。

図１９Ａを参照して説明し、図１～図１０のシステムに基づいて、この例示的な実施形態では光起電力太陽電池４２０である電力源から電力負荷７０’’に電力をワイヤレスで伝送するための近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０’’が提示される。図６および図７との類似点が明確になるように、図１９Ａのラベルには二重アクセント付き番号付けの系が使用されている。この番号付けスキームによって、ＤＣ電力は、電力調整ユニット（ＰＣＵ）４３０を介して太陽電池４２０から送信機モジュール２０’’に供給される。ＰＣＵ４３０は、ＤＣ電圧およびＤＣ電流を、電力増幅器２６Ｂ’’によるさらなる送信のために高周波信号に変換するのに適したレベルに変換するだけでなく、適切に調整されたレベルの電圧および電流を提供して、例えば送信機モジュール２０’’内の、小信号電子コンポーネントを含む残りのシステムコンポーネントを駆動する。ＰＣＵ４３０は、太陽電池４２０によって提供される様々な電力、および太陽電池４２０によってＰＣＵ４３０に提示される様々な出力インピーダンスに適応するために、太陽電池４００に対する適応的に変化する負荷を表す。これにより、ＰＣＵ４３０は、太陽電池４２０からの電力の変動にもかかわらず、いつでも、どの温度においても可能な最大速度で太陽電池４２０から電力を吸収することが可能になる。

電力は、図１９Ａでは、図６の信号調整およびチューニングコンポーネント２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ、および２６Ｆの統合である、送信チューニングネットワーク２８’’を介して送信共振器３０’’に伝送されてもよい。送信機共振器３０’’は、太陽電池４２０のアクティブな太陽放射受光面の範囲の少なくとも大部分であり得る範囲を有する表面領域を有してもよい。図６の送信機モジュール２０の対応するコンポーネントがコントローラ２２の制御下にあるのと同様に、送信機モジュール２０’’のこれらすべてのコンポーネントは、コントローラ２２’’の制御下にある。明確にするために、送信機モジュール２０’’のすべてのコンポーネントが図１９Ａに示されているわけではない。図６のセンサおよび検出器２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、および２４Ｄはまた、同等の形態で、送信機モジュール２０’’に存在し、コントローラ２２’’に接続されてもよく、図６を参照して既に説明したのと同じ役割を果たし得る。

電力は、送信共振器３０’’および受信機共振器５０’’を介して、送信機モジュール２０’’から受信機モジュール４０’’にワイヤレスで伝送され得る。次いで、受信機モジュール４０’’から電力がＤＣ負荷７０’’に伝送され得る。送信共振器３０’’と受信機共振器５０’’との間の電力の伝送は、図６～１０を参照して上述したように、近距離ワイヤレス伝送によるものであってもよい。図１９Ａによる近距離ワイヤレス電力伝送は、バイモーダルに限定されず、純粋に容量性または純粋に誘導性であってもよい。

図７において詳細に示される整流器４６Ｄに関して、このデバイスの入力インピーダンスは、デバイスの出力が受ける負荷に直接依存する。

動作中、近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０’’は、図１および図６～図１０の近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０と同じように機能してもよいが、各電力増幅器２６Ｂ’’の印加電圧Ｖ_ＤＤが電力調整ユニット（ＰＣＵ）４３０からの電力信号に置き換えられ、ＰＣＵ４３０は結果として、この実施形態では太陽電池４２０である関連する電源からその電力を受信するという点で異なる。

別の実施形態では、電力調整ユニット４３０は、図１９Ａに示されるシステムから省略されてもよく、代わりに電力伝送システム１０’’は、電力調整システムとしても機能するように構成または動作してもよい。これは、図６の電力センサ２４Ｂによって測定された電力レベルに基づいて、電力増幅器２６Ｂ’’の入力ＤＣ等価抵抗を調整するように、例えば限定されないが、ソフトウェアでコントローラ２２’’を構成することによって実現されてもよい。「入力ＤＣ等価抵抗」という用語は、ここでは、電力増幅器２６ＢのＤＣ端子におけるＤＣ電圧とＤＣ電流との比を説明するために使用される。コントローラ２２’’は、電力測定に基づいて調整を行うが、電力増幅器２６Ｂ’’の入力インピーダンスが太陽電池４２０の出力インピーダンスと一致する場合、伝送される電力の最大電力点が達成されることが予想される。この実施形態では、システム１０’’は、産業界で「最大電力点追跡装置」として知られているものとして機能しており、電力が常に、電力の供給が規制されていない場合に得られるものよりも、電力消費負荷により適した速度で伝送されることを保証する。別の実施形態では、コントローラ２２’’は、この実施形態では太陽電池４２０である電源の出力インピーダンスを測定し、その後、太陽電池４２０の測定された出力インピーダンスに基づいて電力増幅器２６Ｂ’’の入力インピーダンスを調整するように構成されてもよい。

電力増幅器２６Ｂ’’の入力インピーダンスの調整に加えて、コントローラ２２’’は、送信機チューニングネットワーク２８’’の設定のうちの１つ以上と発振器２６Ａ’’の周波数とを調整してもよい。さらに、送信機コントローラ２２’’は、送信機モジュール２０および２０’’の回路をより詳細に示す、図６に示される負荷検出器２４Ａによる測定に基づいて、既に上述した調整を行ってもよい。負荷検出器２４Ａは、図６の点２４Ｅで負荷７０’’の影響を検知する。

受信機コントローラ４２’’はまた、受信機電力センサ４４Ａおよび負荷検出器４４Ｂ（双方とも図７に示される）による測定値に基づいて電力伝送の効率を改善するために、受信機チューニングネットワーク４８’’および負荷管理システム４６Ｅ’’の設定のうちの１つ以上を調整してもよい。

システム１０’’の電力調整機能を考慮すると、システムの電力伝送機能が、図１９Ａのようにエアギャップにわたる近距離ワイヤレス伝送に限定されるべきである先験的な理由はないことが理解されよう。したがって、別の実施形態では、電力調整ユニット４１０が、図１９Ａのシステム１０’’の要素に基づいて図１９Ｂに示されている。送信機チューニングネットワーク２８’’は、適切な非エアギャップ接続６０’’を介して受信機チューニングネットワーク４８’’と直接電気通信する。この通信は、高周波電力信号を介して行われ、電力がシステム内およびシステムによって伝送されることを構成する。適切なリアクタンスの電子コンポーネントを周知の構成において使用して、送信機モジュール２０’’のＤＣ電圧レベルおよびＤＣ電流レベルを受信機モジュール４０’’のそのようなレベルから分離してもよい。送信機共振器３０’’および受信機共振器５０’’は、この実施形態には存在せず、送信チューニングネットワーク２８’’と受信機チューニングネットワーク４８’’との間の直接通信接続によって不要となる。

電力調整システムとしての図１９Ａおよび図１９Ｂの電力伝送システムの機能は、特に、送信機共振器３０’’および受信機共振器５０’’が存在しないことにより、電力調整の概念が単純化されるが、これらは存在するこれらの共振器にも等しく適用される（図１９Ａのように）という図１９Ｂを考慮することにより、よりよく理解され得る。図１９Ａおよび１９Ｂのシステムは、受信機モジュール４０’’、ひいては負荷７０’’に伝送される電力を調整するために動作中に調整し得る４つの独立した制御パラメータを有する。典型的な商用電力調整ユニットは、出力電圧を電源電圧よりも高くすることから、一般に「ブーストコンバータ」として知られている。これらのデバイスには、２つの制御パラメータのみを有する。

受信機モジュール４０’’、ひいては負荷７０’’に伝送される電力を調整するために動作中に調整され得る第１の独立した制御パラメータは、電力増幅器２６Ｂ’’の発振周波数であり、これは、発振器２６Ａ’’においてコントローラ２２Ａ’’によって調整可能である。

受信機モジュール４０’’、ひいては負荷７０’’に伝送される電力を調整するために動作中に調整され得る第２の独立した制御パラメータは、受信機モジュール４０’’の整流器４６Ｄの出力負荷である。その出力負荷は、結果として、整流器４６Ｄ、ひいては受信機モジュール４０’’の入力インピーダンスを直接決定する。これは結果として、送信機モジュール２０’’が受ける負荷であり、電力増幅器２６Ｂ’’の入力ＤＣ等価抵抗を直接決定する。整流器４６Ｄの出力負荷の操作は、受信機コントローラ４２’’の制御下で、受信機モジュール４０’’（図１９Ａ参照）の負荷管理システム４６Ｅ’’を介して行われる。この第２の独立した制御パラメータは、受信機モジュールのプロパティであるが、電源が受ける負荷を本質的に制御する。このパラメータを操作するための制御点は、受信機モジュール４０’’の負荷管理システム４６Ｅ’’である。

受信機モジュール４０’’、ひいては負荷７０’’に伝送される電力を調整するために動作中に調整され得る第３の独立した制御パラメータと第４の独立した制御パラメータは、受信機モジュール４０’’の整流器４６Ｄ（図７参照）のプロパティと電力増幅器２６Ｂ’’（図１９Ａ）のプロパティであり、本質的に類似しているが、相互に完全に独立している。整流器４６Ｄと電力増幅器２６Ｂ’’との両方は、多端子増幅デバイスを備え、多端子デバイスを通る２つの端子間の電流の通過の、各デバイスの第３の端子に印加される電圧信号による変調に依存する。整流器４６Ｄと電力増幅器２６Ｂ’’のそれぞれで使用され得る最も単純な多端子増幅デバイスは、トランジスタである。これにより、デバイスによってまたはデバイス内で生成される電圧信号と電流信号との間に位相差が生じさせることが可能になる。この電圧－電流位相差は、印加電圧によって調整することができる。整流器４６Ｄは、電圧－電流位相差が受信機コントローラ４２’’を介して調整され得る調整可能な位相高周波整流器であってもよい。電力増幅器２６Ｂ’’の場合、電圧－電流位相差は、送信機コントローラ２２’’を介して調整されてもよい。整流器４６Ｄは、差動自己同期高周波整流器を有効に備えてもよい。整流器４６Ｄは、特に、差動スイッチモード自己同期高周波整流器を備えてもよい。

図１９Ａおよび１９Ｂの例は、太陽電池から、またはひいては太陽電池アレイから電力を伝送することに基づいており、太陽電池４２０によって供給される電力は、太陽光に応じてゼロまで大幅に変化する可能性がある。電力に関しても、生成される電圧に関しても、出力が変動する電源は他に多くある。これらの中には、発電タービン、風力タービン、および様々なバッテリと蓄電池がある。風力タービンは、その発電量が大幅に異なり得、様々なバッテリの電力消耗曲線が広範囲に及ぶ可能性がある。システムの電力伝送の効率が与えられると、これらのシステム１０’’および４１０のいずれかは、例えば限定されないが、遅い開回路電圧減衰曲線を有する市販のバッテリから電力を受け取るように構成されてもよい。負荷管理システム４６Ｅ’’は、既に上述したように、電力増幅器２６Ｂ’’の入力ＤＣ等価抵抗を変化させるように構成されてもよく、コントローラ２２’’および４２’’は、負荷７０’’に必要な電圧レベルを、そのような電圧が、送信された電力とシステム１０’’および４１０のパラメータの調整度とによって維持できなくなるまで、与えるように構成されてもよい。

図１９Ａおよびそれに関連する説明テキストは、単一の太陽電池４２０から、典型的にはバッテリである単一の負荷７０’’への電力の近距離ワイヤレス伝送について扱っている。より大きな太陽電池電力システムの実際の実装では、電池のアレイが典型的には使用され、その結果、図１２、図１３Ａ、および図１３Ｂを参照して説明したものと同様の電力伝送スキームを使用することができ、複数の送信機サブシステムおよび典型的には単一の受信機サブシステムが存在する。この状況は、図２０Ａおよび２０Ｂに示され、それぞれ、太陽電池パネル４００の分解正面図および背面図であり、太陽電池パネル４００は、太陽電池４２０ごとに１つの近距離ワイヤレス電力送信サブシステムを有する透明な太陽電池カバー４４０を有し、それによって、例として、６０個の近距離ワイヤレス電力送信サブシステム１６であって、各送信サブシステム１６が、図１９Ａを参照して説明したように、送信機共振器３０’’、送信機モジュール２０’’、および電力調整ユニット４３０を備える、近距離ワイヤレス電力送信サブシステム１６を備える。混乱を避けるために、送信サブシステム１６は、図１９Ａではラベル付けされていないが、以下でさらに説明するように、図２０Ｂ、２１Ｂ、および２２Ｂでは示され、ラベル付けされている。

一実施形態では、複数の太陽電池から構成されている太陽電池パネルの各個々の太陽電池を電力伝送および管理システムに結合することにより、セルレベルの電力管理が可能になる。個々のセルで電力管理を提供することにより、電力収集をセルごとに最適化できるため、太陽電池パネルシステム全体の効率が向上する。このような実施形態では、個々のセルの故障またはセル間の接続不良による影響が軽減される。個々のセルレベルでの電力収集により、雨、日陰、または破片が太陽電池パネルの一部を覆っている場合など、理想的ではない条件でも最大の電力収穫が可能になる。

煩雑さを避けるために、図２０Ｂでは、近距離ワイヤレス電力送信サブシステム１６のみがラベル付けされている。図２０Ａおよび２０Ｂでは、各送信サブシステム１６の送信機共振器３０’’は、その対応する太陽電池４２０の背面に位置してもよい。図２０Ａのパネルの前面から見た太陽電池の平坦な領域は、太陽放射を受け取り、かつエネルギーを変換するアクティブな半導体デバイス自体を表し、それに対応して４２０とラベル付けされている一方、図２０Ｂにおいて背面から見たそのデバイスの平坦な領域は、送信機共振器を表し、それに対応して３０’’とラベル付けされている。送信機共振器３０’’は、太陽電池４２０のアクティブな太陽放射受光面の範囲の少なくとも大部分であり得る範囲を有する表面領域を有してもよい。各近距離ワイヤレス電力送信サブシステム１６の送信機モジュール２０’’および電力調整ユニット４３０は、図２０Ｂにおいて一緒に統合され、４５０とラベル付けされている。煩雑さを避けるために、統合されたコンポーネント４５０は、図１９Ａではラベル付けされていないが、以下でさらに説明するように、図２０Ｂ、２１Ｂ、および２２Ｂではユニットとして示され、ラベル付けされている。単一の受信機共振器５０’’は、太陽電池パネル４００のフレーム４６０に取り付けられてもよい。単一の受信機モジュール４０’’は、受信機共振器５０’’の背面に直接取り付けられてもよい。

動作中、近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０’’は、図１２、図１３Ａおよび図１３Ｂの近距離共振ワイヤレス電力伝送システム１０’と同じように機能してもよいが、すべての電力増幅器２６Ｂ’’の印加電圧Ｖ_ＤＤが電力調整ユニット（ＰＣＵ）４３０からの電力信号に置き換えられ、ＰＣＵ４３０は結果として、関連する太陽電池４２０からその電力を受信するという点で異なる。

図２０Ａおよび２０Ｂのシステムの別の実施形態では、フレーム４６０は、すべての送信機共振器３０’’から電力を受信するのに適した受信機共振器になるように構成されてもよく、受信機モジュール４０’’は、フレーム４６０上に位置してもよい。この実施形態では、フレーム内のプレートは共振器ではなく、非導電性材料の単純な平らなシートであってもよい。

別の実装形態では、図２１Ａおよび２１Ｂにそれぞれ正面図および背面図で示される太陽電池パネル４００’は、各近距離ワイヤレス電力送信サブシステムが１つの近距離ワイヤレス電力受信機サブシステムに電力を伝送する。フレーム４６０は、不透明なプレート４７０で満たされているように示されているが、プレート４７０は、近距離電気回路または磁気回路の一部でなくてもよい。明確にするために、送信側では、図２０Ａおよび２０Ｂと同じ番号を付けたコンポーネントを使用する。受信側では、図１９Ａの番号付けを使用する。繰り返すが、混乱を避けるために、１つの受信側デバイスのみがラベル付けされている。

動作中、図２１Ａおよび図２１Ｂの太陽電池パネル構成４００’は、ハードワイヤ（図示せず）によってリンクされた個々の送信機モジュール２０’’を有してもよいので、それらは同相となり、それによって送信における電力損失を最小にすることが可能となる。他の実施形態では、送信機モジュール２０’’は独立してもよく、図１４、図１７および図１８で説明したように機能してもよい。

図２２Ａおよび２２Ｂにそれぞれ正面図および背面図で太陽電池パネル配置４００’’として示されるさらに別の実装形態では、例えば２５個の太陽電池のアレイが示され、各列５個の５列のセル４２０で配置されている。各太陽電池４２０は、その後部に送信機共振器３０’’と、その対応する送信機モジュール２０’’および電力調整ユニット４３０を備えるユニット４５０と、を有する。アレイの底部と頂部、および太陽電池の各２列の間に受信機共振器５０’’があり、太陽電池４２０の平面に実質的に垂直な平面に配置され、各受信機共振器５０’’は、その対応する受信機モジュール４０’’と有線電気通信する。前述の太陽電池パネルの実施形態と同様に、各コンポーネントの一例がラベル付けされている。図２０Ａおよび２０Ｂ、ならびに図２１Ａおよび２１Ｂに示される実装形態と同様に、太陽電池パネル構成４００’’は、いくつかの実施形態では、フレーム４６０を有してもよい。明確にするために、フレーム４６０は、図２２Ａおよび２２Ｂには示されていない。

動作中、システム４００’’の特定の列における太陽電池４２０の送信機共振器３０’’は、それらの上と下との両方の受信機共振器５０’’に電力を送信する。しかしながら、この実施形態では、様々な最隣接受信機共振器５０’’が共振的に結合され、収集された電力をそれらの間で共有するという追加の機構が存在する。したがって、アレイのすべての受信機共振器５０’’によって集められた収集電力は、様々な受信機モジュール４０’’のうちの任意の１つ以上を介して取り出されてもよい。特に、すべての受信機モジュール４０’’によって収集された電力は、例として、最底部の受信機モジュール４０’’のみを介して取り出されてもよい。任意の共振器５０’’上の受信機モジュール４０’’の任意の１つは、太陽電池４２０の列の電力を収集する受信機モジュールとして機能することができる一方で、その関連する共振器５０’を介して収集電力を、それに近接する別の共振器５０’’に送信する送信機モジュールとしても機能することができる。この動作を、アレイの下に向けて繰り返して、電力を最底部の受信機モジュール４０’’に伝送してもよい。

図２２Ａおよび２２Ｂのシステムの別の実施形態では、図２２Ａおよび２２Ｂの太陽電池アレイの平面周囲を囲む、図２０Ａおよび２０Ｂのフレーム４６０と同様のフレームは、受信機モジュール４０’’を支持する受信機共振器であってもよく、様々な共振器５０’’から電力を受信してもよい。このようにして、アレイ内のすべての太陽電池４２０によって生成された総電力は、共振器フレーム４６０によって受信され、受信機モジュール４０’’を介してさらなる電気伝送のために取り出されてもよい。

個々の太陽電池セルレベルでの電力収集は、有線接続で実現してもよい。ただし、太陽電池パネルにワイヤレス伝送システムを使用すると、配線を減らすことができるため、製造コストを下げることができる。

図２３のフローチャートを参照して説明されるさらなる態様では、光電池４２０から電力負荷７０’’に電力を伝送するための方法［１５００］であって、送信モジュール２０’’において、光電池４２０からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換すること［１５１０］と、送信モジュール２０’’と有線電気通信し、かつ発振周波数で共振するように構成された送信機共振器３０’’に電力を伝送すること［１５２０］と、発振周波数で共振するように構成され、かつ容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器３０’’から電力を受信するように配置された受信機共振器５０’’において、電力を受信すること［１５３０］と、受信機共振器５０’’と有線電気通信する受信機モジュール４０’’において、電力を受信すること［１５４０］と、電力負荷７０’’への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供すること［１５５０］と、を含む、方法が提供される。この方法は、電力を発振電力信号に変換する前に、光電池４２０からの電力の電圧および電流を、送信モジュール２０’’に適合する電圧および電流に変換することをさらに含んでもよい。

図１９Ａおよび図２４のフローチャートを参照して説明される方法のさらなる実施形態では、光電池４２０のアレイ４００から電力負荷７０’’に電力を伝送するための方法［１６００］であって、第１の複数の対応する送信モジュール２０’’のそれぞれにおいて、アレイ４００内の光電池４２０のそれぞれからの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換すること［１６１０］と、送信モジュール２０’’のそれぞれにおいて、発振周波数で共振するようにそれぞれ構成された第２の複数の送信機共振器３０’’のうちの対応する送信機共振器３０’’に電力を伝送すること［１６２０］と、発振周波数で共振するように構成され、かつ容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して複数の送信機共振器３０’’から電力を受信するように配置された受信機共振器５０’’において、電力を受信すること［１６３０］と、受信機共振器５０’’と有線電気通信する受信機モジュール４０’’において、電力を受信すること［１６４０］と、電力負荷７０’’への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供すること［１６５０］と、を含む、方法が提供される。この方法は、電力を発振電力信号に変換する前に、各光電池４２０からの電力の電圧および電流を、対応する送信モジュール２０’’に適合する電圧および電流に変換することをさらに含んでもよい。受信機共振器５０’’において電力を受信すること［１６３０］は、光電池のアレイ４００の平面周囲の周りに配置された受信機共振器において電力を受信することを含んでもよい。

図１９Ａおよび図２５のフローチャートを参照して説明される方法のさらなる実施形態では、光電池４２０のアレイ４００’から電力負荷７０’’に電力を伝送するための方法［１７００］であって、第１の複数の対応する送信モジュール２０’’のそれぞれにおいて、アレイ４００’内の光電池４２０のそれぞれからの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換すること［１７１０］と、送信モジュール２０’’のそれぞれから第２の複数の送信機共振器３０’’のうちの対応する送信機共振器３０’’に電力を伝送することであって、各送信機共振器３０’’が発振周波数で共振するようにそれぞれ構成されている、伝送すること［１７２０］と、発振周波数で共振するように構成された対応する受信機共振器５０’’において、各送信機共振器３０’’から電力を受信することであって、各受信機共振器５０’’が、容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器３０’’から電力を受信するようにさらに構成され、かつ配置されている、受信すること［１７３０］と、受信機共振器５０’’と有線電気通信する対応する受信機モジュール４０’’において、各受信機共振器５０’’から電力を受信すること［１７４０］と、電力負荷７０’’への有線電気通信を介して、受信した電力を直流形式で提供すること［１７５０］と、を含む、方法が提供される。この方法は、電力を発振電力信号に変換する前に、各光電池４２０からの電力の電圧および電流を、対応する送信モジュール２０’’に適合する電圧および電流に変換することをさらに含んでもよい。

図１９Ａおよび図２６のフローチャートを参照して説明されるさらなる実施形態では、光電池４２０のアレイ４００’’から電力負荷７０’’（図１９Ａ）に電力を伝送するための方法［１８００］であって、第１の複数の対応する送信モジュール２０’’のそれぞれにおいて、アレイ４００’’内の光電池４２０のそれぞれからの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換すること［１８１０］と、送信モジュール２０’’のそれぞれから第２の複数の送信機共振器３０’’のうちの送信機共振器３０’’に電力を伝送することであって、各送信機共振器３０’’が発振周波数で共振するようにそれぞれ構成されている、伝送すること［１８２０］と、発振周波数で共振するように構成された第３の複数の受信機共振器５０’’のうちの任意の近接した受信機共振器５０’’において、各送信機共振器３０’’から電力を受信することであって、各受信機共振器５０’’が、容量結合と磁気誘導とのうちの少なくとも１つを介して送信機共振器３０’’から電力を受信するようにさらに構成され、かつ配置されている、受信すること［１８３０］と、第３の複数の受信機共振器５０’’の間で、受信した電力を共有すること［１８４０］と、電力負荷７０’’への有線電気通信を介して、対応する１つ以上の受信機モジュール４０’’を介して第３の複数の受信機共振器５０’’のうちの１つ以上からの受信した電力を直流形式で提供すること［１８５０］と、を含む、方法が提供される。この方法は、電力を発振電力信号に変換する前に、各光電池４２０からの電力の電圧および電流を、対応する送信モジュール２０’’に適合する電圧および電流に変換することをさらに含んでもよい。

図２７Ａは、導電性シャーシ５１０を有する電動車両における拡張近距離ワイヤレス配電システムの代表的な部分５００を示す。図１９Ａの全体システム１０’’のこの実施形態では、電源は、太陽電池４２０ではなく再充電可能なバッテリ５２０であり、負荷７０’’は、図１９Ａのバッテリではなく電気モータ５３０である。図１４Ａに示されるシステムは、任意選択で、図１９Ａのように電力調整ユニット４３０を備えてもよい。他の実施形態では、送信機モジュールは、図１９Ｂを参照して上で説明したように、電力調整を提供するために共同で機能してもよい。

図２７Ａに示され、以下により詳細に説明されるシステムは、容量性電力伝送、誘導性電力伝送、またはバイモーダル電力伝送によって動作し得る。図４Ｂおよび図１９Ａを参照すると、送信機共振器３０’’は、導電性アンテナ１３２と１３４との間に挟まれた誘電体要素１３８を備える。図４Ｂおよび図１９Ａを参照すると、受信機共振器５０’’は、導電性アンテナ１５２と１５４との間に挟まれた誘電体要素１５８を備える。送信機モジュール２０’’は、アンテナ１３２に直接取り付けられて示されており、アンテナ１３２は、バッテリ５２０のフレームまたはホルダとしても機能する。送信機モジュール２０’’は、バッテリ５２０と送信機共振器３０’’との間に電気的に接続されてもよい。受信機モジュール４０’’は、電気モータ５３０に直接取り付けられて示されている。受信機モジュール４０’’は、受信機共振器５０’’とモータ５３０との間に電気的に接続されてもよい。

図２７Ｂは、導電性シャーシ５１０を有する電動車両における拡張近距離ワイヤレス配電システムの代表的な部分５００’を示す。図１９Ａの全体システム１０’’のこの実施形態では、電源は、繰り返すが、図２７Ａのようなものであり、太陽電池４２０ではなく再充電可能なバッテリ５２０であり、負荷７０’’は、図１９Ａのバッテリではなく電気モータ５３０である。図２７Ｂに示されるシステムは、任意選択で、図１９Ａのように電力調整ユニット４３０を備えてもよい。他の実施形態では、送信機モジュール２０’’および受信機モジュール４０’’は、図１９Ｂを参照して上で説明したように、電力調整を提供するために共同で機能してもよい。

図２７Ｂに示され、以下により詳細に説明されるシステムは、容量性電力伝送、誘導性電力伝送、またはバイモーダル電力伝送によって動作し得る。図４Ｂおよび図１９Ａを参照すると、送信機共振器３０’’は、導電性アンテナ１３２と１３４との間に挟まれた誘電体要素１３８を備える。図４Ｂおよび図１９Ａを参照すると、受信機共振器５０’’’は、誘電体要素１５８および導電性アンテナ１５２を含み、図２７Ａのアンテナ１５４は、この実施形態では共振器５０’’’に存在しない。送信機モジュール２０’’は、アンテナ１３２に直接取り付けられて示されており、アンテナ１３２は、バッテリ５２０のフレームまたはホルダとしても機能する。送信機モジュール２０’’は、バッテリ５２０と送信機共振器３０’’との間に電気的に接続されてもよい。受信機モジュール４０’’は、電気モータ５３０に直接取り付けられて示されている。この実施形態では、受信機モジュール４０’’は、モータ５３０とシャーシ５１０との間に電気的に接続されてもよい。この構成では、適切に高い効率での電力伝送のために、シャーシ５１０とアンテナ１５２との間に十分な結合がある。システムの導電性機械コンポーネント、すなわち、例えばシステム内の負荷耐性構造機能を有するコンポーネントは、電力伝送システムの共振構造の一部を形成してもよい。

図２７Ａおよび２７Ｂに示される実施形態では、車両の車輪の１つを駆動する電気モータ５３０に供給される電力に特に焦点が当てられているが、同等の構成が、すべてが送信機モジュール２０’’によって電力の供給を受ける複数の適切に適合された受信機モジュール４０’’を使用して、車両の任意の電気サブシステムのために実装されてもよい。

バッテリから車両の電気サブシステムへの電力伝送のための図２７Ａおよび図２７Ｂの構成は、車両の製造中に困難を引き起こし、かなりの製造コストの原因となる非常に複雑な自動車用ワイヤハーネスの大部分を不要にする。図２７Ａおよび図２７Ｂの実施形態は、車両の他の電気サブシステムへの拡張とともに、「拡張近距離ワイヤレス配電システム」として説明し得る。

電気車両の他の車輪の他に、この構成は、ヘッドライト、および限定されないが、インテリアライト、ダッシュボードディスプレイ、ゲージ、デジタル電子機器、ナビゲーションシステム、警告システムなどを含む、他の車両付属品にまで及んでもよい。また、アプリケーションは、電気車両に限定されない。ハイブリッド車や内燃機関車両に適用して、必要に応じて配電してもよい。電力を必要とするあらゆる電気システムを採用する他の車両にも同様に適用してもよい。例としては、限定されないが、電動および非電動の自転車、航空機、ボート、および搭載電源を使用する他の乗り物が挙げられる。バッテリまたは電源は、車両に搭載されていることに限定される必要はない。図１～１１、１９Ａ～１９Ｂ、および２７Ａ～２７Ｂに関して説明した原理は、静止電源、例えば限定されないが、移動車両に電力を提供するための固定レール、から電力が供給されることを要求する静止および車両システムにも適用される。

図２８Ａは、机のテーブルトップ６２０上に置かれたコンピュータモニタ６１０に、図１に示された、より詳しくは図６に示された１次側１２を介して適切な電源から電力を供給するための電源システム６００における、図１９Ａの全体システム１０’’の別の実施形態を示す。システム６００では、図１９Ａの送信機モジュール２０’’および送信共振器３０’’は両方とも、１次側１２に組み込まれている。システム６００の構成では、図１９Ａに示す受信機共振器５０’’がモニタ６１０のベースを形成する。図１９Ａの受信機モジュール４０’’は、モニタ６１０のベースに組み込まれてもよい。あるいは、図１９Ａの受信機モジュール４０’’は、モニタ６１０自体の内部に組み込まれてもよい。図４Ｂを参照すると、アンテナ１５２は、モニタ６１０のベースの底部を形成し、誘電体１５８によってアンテナ１５４から分離されている。

モニタ６１０のハウジングおよび構造フレーム６３０は、少なくとも部分的に導電性であり、アンテナ１５４から受信機モジュール４０’’（図１９Ａ参照）を介して、図１９Ａの負荷共振器７０’’を表すモニタ６１０の回路に電力信号を電気的に供給する１つの隣接する導電体として機能してもよい。アンテナ１５２からモニタ６１０の回路への他の電気コネクタは、アンテナ１５２からモニタ６１０のペデスタルまで伸びている。他の実施形態では、モニタ６１０のハウジングおよび構造フレーム６３０は、非導電性ポリマーであってもよく、別個の導電体が、アンテナ１５４から、図１９Ａの負荷共振器７０’’を表すモニタ６１０の回路まで伸びている。

図２８Ｂのコンピュータモニタ６１０に電力を供給するための電源システム６００’の別の実施形態に示されるように、モニタ６１０のベースは、アンテナ１５２および誘電体１５８のみを備えてもよい。この実施形態では、モニタハウジングまたはフレーム６３０の金属導電性部分が、アンテナ１５４の代わりにアンテナとして機能し、ハウジングまたはフレーム６３０は、誘電体１５８の下でアンテナ１５２と十分に結合して、適切に効率的な電力伝送を提供する。図１９Ａの受信機モジュール４０’’は、モニタ６１０のベースに組み込まれてもよい。あるいは、図１９Ａの受信機モジュール４０’’は、モニタ６１０自体の内部に組み込まれてもよい。モニタ６１０のハウジングおよび構造フレーム６３０は、受信機モジュール４０’’を介して、図１９Ａの負荷共振器７０’’を表すモニタ６１０の回路に電力信号を供給する１つの隣接する導電体として機能してもよい。

システム６００は、任意選択で、図１９Ａのように電力調整ユニット４３０を備えてもよい。いくつかの実施形態では、送信機モジュール２０’’および受信機モジュール４０’’は、図１９Ａを参照して説明したように、近距離ワイヤレス電力伝送を使用するが、電力調整を提供するために共同で機能してもよい。図２８Ａの近距離ワイヤレス電力伝送システムは、モニタ６１０に電力を供給するための煩雑な電力ケーブルの必要性を取り除き、システムの機械的構造要素を電力伝送構成における一体型電気／電子コンポーネントとして使用する。

図２９のフローチャートならびに図１９Ａおよび図１９Ｂのシステムを参照して説明したように、直流電源４２０から電力負荷７０’’に電力を伝送するための方法［２０００］であって、電源４２０と有線電気通信する電力伝送システム１０’’、４１０を提供することであって、電力伝送システム１０’’、４１０が、発振周波数で発振することができる発振器２６Ａ’’と、ともに送信機コントローラ２２’’の制御下にある、電力増幅器２６Ｂ’’および送信機チューニングネットワーク２８’’と、ともに受信機コントローラ４２’’の制御下にある、受信機チューニングネットワーク４８’’および負荷管理システム４６Ｅ’’であって、負荷管理システム４６Ｅ’’が電力負荷７０’’と有線電気通信する、受信機チューニングネットワーク４８’’および負荷管理システム４６Ｅ’’とを備えている、提供すること［２０１０］と、電力増幅器２６Ｂ’’において、電源４２０からの電力を発振周波数を有する発振電力信号に変換すること［２０２０］と、送信機コントローラ２２’’の制御下で、送信機チューニングネットワーク２８’’および受信機チューニングネットワーク４８’’を介して電力増幅器２６Ｂ’’から負荷管理システム４６Ｅ’’に電力信号を伝送すること［２０３０］と、発振周波数、電力増幅器２６Ｂ’’の入力ＤＣ等価抵抗、送信機チューニングネットワーク２８’’、受信機チューニングネットワーク４８’’、および負荷管理システム４６Ｅ’’のうちの少なくとも１つを調整して、電力伝送速度を変化させること［２０４０］と、負荷管理システム４６Ｅ’’によって受信された電力を電力負荷７０’’への有線電気通信を介した直流の形で提供すること［２０５０］と、を含む、方法がさらに提供される。

送信機チューニングネットワーク２８’’および受信機チューニングネットワーク４８’’を介して電力信号を伝送すること［２０３０］は、有線通信またはワイヤレス通信によって電力を伝送することを含んでもよい。ワイヤレス通信によって電力を伝送することは、近距離ワイヤレス通信によって電力を伝送することを含んでもよい。近距離ワイヤレス通信によって電力を伝送することは、容量結合と誘導結合とのうちの少なくとも１つによって電力を伝送することを含んでもよい。直流電源４２０から電力を伝送することは、少なくとも１つの太陽電池４２０から電力を伝送することを含んでもよい。直流電源から電力を伝送することは、少なくとも１つのバッテリから電力を伝送することを含んでもよい。直流電源から電力を伝送することは、様々な電圧の電源から電力を伝送することを含んでもよい。

図３０のフローチャートを参照して説明し、図１９Ａおよび図１９Ｂのシステムをより詳細に考察する別の実施形態では、直流電源４２０から電力負荷７０’’に電力を伝送するための方法［２１００］であって、電源４２０と有線電気通信する電力伝送システム１０’’、４１０を提供することであって、電力伝送システム１０’’、４１０が、電力負荷７０’’と有線電気接触している調整可能な位相高周波整流器４６Ｄ（図７を参照）と高周波通信する高周波電力増幅器２６Ｂ’’を備える、提供すること［２１１０］と、増幅器２６Ｂ’’において、直流電源４２０からの電力を高周波発振電力信号に変換すること［２１２０］と、整流器４６Ｄにおいて、高周波発振電力信号を直流電力信号に変換すること［２１３０］と、整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を調整すること［２１４０］と、を含む、方法が提供される。調整可能な位相高周波整流器を提供することは、差動自己同期高周波整流器４６Ｄを提供することを含んでもよい。

方法［２１００］は、増幅器２６Ｂ’’の直流等価入力抵抗を調整することによって、電力伝送の効率を調整することをさらに含んでもよい。電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、整流器４６Ｄと負荷７０’’との間で有線通信する負荷管理システム４６Ｅ’’を提供することを含んでもよい。増幅器２６Ｂ’’の直流等価入力抵抗を調整することは、負荷管理システム４６Ｅ’’を調整することによって整流器４６Ｄの入力インピーダンスを調整することを含んでもよい。負荷管理システム４６Ｅ’’を調整することは、負荷管理システム４６Ｅ’’を自動的に調整することを含んでもよい。

方法［２１００］は、電力増幅器２６Ｂ’’の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を調整することをさらに含んでもよい。電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、電力増幅器２６Ｂ’’を制御するために電力増幅器２６Ｂ’’と通信する送信機コントローラ２２’’を提供することを含んでもよい。電力増幅器２６Ｂ’’の電流－電圧位相特性を調整することは、送信機コントローラ２２’’によって実行されてもよい。電力増幅器２６Ｂ’’の電流－電圧位相特性を調整することは、送信機コントローラ２２’’によって自動的に実行されてもよい。

方法［２１００］は、電力増幅器２６Ｂ’’の発振周波数を変化させることによって電力伝送の効率を調整することをさらに含んでもよい。

電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、整流器４６Ｄを制御するために整流器４６Ｄと通信する受信機コントローラ４２’’を提供することを含んでもよい。整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を調整することは、受信機コントローラ４２’’によって実行されてもよい。整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を調整することは、受信機コントローラ４２’’によって自動的に実行されてもよい。

電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、（図１９Ｂの接続６０’’を介して）調整可能な位相高周波整流器４６Ｄと直接有線高周波通信する電力増幅器２６Ｂ’’を提供することを含んでもよい。電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、調整可能な位相高周波整流器４６Ｄとワイヤレス近距離高周波通信する電力増幅器２６Ｂ’’を提供することを含んでもよい。

電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、電力増幅器２６Ｂ’と有線高周波通信する送信機共振器３０’’と、高周波整流器４６Ｄと有線高周波通信する受信機共振器５０’’と、を提供することを含んでもよい。方法［２１００］は、送信機共振器３０’’および受信機共振器５０’’を互いにワイヤレス近距離高周波通信で動作させることをさらに含んでもよい。電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、容量性近距離ワイヤレス高周波通信と誘導性近距離ワイヤレス高周波通信とのうちの少なくとも１つで、整流器４６Ｄと通信する、電力増幅器２６Ｂ’’を提供することを含んでもよい。電力伝送システム１０’’、４１０を提供すること［２１１０］は、整流器４６Ｄとバイモーダルワイヤレス近距離通信する電力増幅器２６Ｂ’’を提供することを含んでもよい。

方法［２１００］は、電源４２０と電力伝送システム１０’’との間に電気的に配置された電力調整ユニット４３０を提供することと、電源４２０からの電流と電圧とのうちの少なくとも１つを調整するために電力調整ユニット４３０を調整して、電力伝送の効率を改善することと、をさらに含んでもよい。

図１９Ａおよび図１９Ｂのシステムのより詳細な検討に基づき、図７を参照すると、直流電源４２０から電力負荷７０’’に電力を供給するための電力伝送システム１０’’、４１０は、電源４２０と有線電気通信し、かつ電源４２０からの直流電圧を発振周波数を有する交流電圧信号に変換するように構成された高周波電力増幅器２６Ｂ’’と、電力負荷７０’’と有線電気接触しており、かつ電力増幅器と高周波通信する調整可能な位相高周波整流器であって、整流器が、電力増幅器２６Ｂ’’から伝送された電力を受信するように構成されている、調整可能な位相高周波整流器と、整流器４６Ｄと通信する受信機コントローラであって、整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を調整することによって電力増幅器２６Ｂ’’から整流器４６Ｄへの電力伝送の効率を調整するように構成されている、受信機コントローラ４２’’とを備えている。受信機コントローラ４２’’は、整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を自動的に調整するように構成されてもよい。整流器は、差動自己同期高周波整流器であってもよい。

電力伝送システム１０’’、４１０は、負荷７０’’と有線通信する、負荷７０’’と整流器４６Ｄとの間に電力信号的に配置された負荷管理システム４６Ｅ’’をさらに備えてもよく、負荷管理システム４６Ｅ’’は、整流器４６Ｄの入力インピーダンスを調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。負荷管理システム４６Ｅ’’は、整流器４６Ｄの入力インピーダンスを自動的に調整するように構成されてもよい。

電力伝送システム１０’’、４１０は、増幅器２６Ｂ’’と通信する送信機コントローラ２２’’をさらに備えてもよく、送信機コントローラ２２’’は、増幅器２６Ｂ’’の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。送信機コントローラ２２’’は、増幅器２６Ｂ’’の電流－電圧位相特性を自動的に調整して、電力伝送の効率を高めるように構成されてもよい。

電力伝送システム１０’’、４１０は、増幅器２６Ｂ’’および送信機コントローラ２２’’と通信する発振器２６Ａ’’をさらに備えてもよい。送信機コントローラ２２’’は、発振器２６Ａ’’を介して発振周波数を調整するように構成されてもよい。

電力増幅器２６Ｂ’’は、（図１９Ｂの接続６０’’を介して）調整可能な位相高周波整流器４６Ｄと直接有線高周波通信してもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、調整可能な位相高周波整流器４６Ｄとワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力伝送システム１０’’、４１０は、電力増幅器２６Ｂ’’と有線高周波通信する送信機共振器３０’’と、整流器４６Ｄと有線高周波通信する受信機共振器５０’’と、を備えてもよい。送信機共振器３０’’および受信機共振器５０’’は、互いにワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、整流器４６Ｄとの容量性近距離ワイヤレス高周波通信と誘導性近距離ワイヤレス高周波通信とのうちの少なくとも１つを行ってもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、整流器４６Ｄとバイモーダル近距離ワイヤレス高周波通信してもよい。

電力伝送システムは、電源４２０と電力増幅器２６Ｂ’’との間に電気的に配置された電力調整ユニット４３０をさらに備えてもよく、電力調整ユニット４３０は、電源４２０からの電流および電圧のうちの少なくとも１つを調整して、電力伝送の効率を改善するように構成されている。

図１９Ａ、図１９Ｂ、図２７Ａおよび２７Ｂ、ならびに図２８Ａおよび２８Ｂを参照して説明される別の実施形態では、電動システムは、導電性の第１の部分を有する機械的負荷耐性構造５１０、６３０と、電力負荷と、近距離ワイヤレス電力伝送のために構成された少なくとも１つの高周波共振器３０’’、５０’を備える電力伝送システムであって、共振器が、少なくとも部分的に導電性の第１の部分を備える、電力伝送システム１０’’、４１０とを備える。電動システムは、再充電可能なバッテリ５２０をさらに備えてもよく、電力負荷は、電気モータ５３０を備えてもよい。電動システムは、電気車両５００、５００’であってもよく、機械的負荷耐性構造は、車両のシャーシ５１０を含んでもよい。電動システムは、ディスプレイモニタ６１０であってもよく、機械的負荷耐性構造は、モニタのフレーム６３０とベースとのうちの少なくとも１つであってもよい。

電動システムは、電源をさらに備えてもよい。電力伝送システムは、電源と有線電気通信し、かつ電源からの直流電圧を発振周波数を有する交流電圧信号に変換するように構成された高周波電力増幅器２６Ｂ’’と、電力負荷７０’’と有線電気接触しており、かつ電力増幅器２６Ｂ’’と高周波通信する調整可能な位相高周波整流器であって、整流器４６Ｄが、増幅器２６Ｂ’’から伝送された電力を受信するように構成されている、調整可能な位相高周波整流器４６Ｄと、整流器４６Ｄと通信する受信機コントローラ４２’’であって、整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を調整することによって増幅器２６Ｂ’’から整流器４６Ｄへの電力伝送の効率を調整するように構成されている、受信機コントローラ４２’’と、を備えてもよい。

別の実施形態では、図１９Ａおよび１９Ｂ、図２７Ａおよび２７Ｂ、ならびに図２８Ａおよび２８Ｂに示されるように、装置は、導電性の第１の部分を有する機械的負荷耐性構造５１０、６３０と、電源と、電力負荷７０’’、５３０、６１０と、電力伝送システムであって、電源と有線電気通信し、かつ電源からの直流電圧を発振周波数を有する交流電圧信号に変換するように構成された高周波電力増幅器２６Ｂ’’と、電力負荷７０’と有線電気接触しており、かつ電力増幅器２６Ｂ’’と高周波通信する調整可能な位相高周波整流器であって、整流器４６Ｄが、増幅器２６Ｂ’’から伝送された電力を受信するように構成されている、調整可能な位相高周波整流器４６Ｄと、整流器４６Ｄと通信する受信機コントローラ４２’’であって、整流器４６Ｄの電流－電圧位相特性を調整することによって増幅器２６Ｂ’’から整流器４６Ｄへの電力伝送の効率を調整するように構成されている、受信機コントローラ４２’’とを備えている、電力伝送システム１０’’、４１０と、を備え、導電性の第１の部分は、増幅器２６Ｂ’’からと整流器４６Ｄへとの少なくとも一方の高周波信号を搬送するように配置されている。

この装置は、負荷７０’’と有線通信する、負荷７０’’と整流器４６Ｄとの間に電力信号的に配置された負荷管理システム４６Ｅ’’をさらに備えてもよく、負荷管理システム４６Ｅ’’は、整流器４６Ｄの入力インピーダンスを調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。この装置は、増幅器２６Ｂ’’と通信する送信機コントローラ２２’をさらに備えてもよく、送信機コントローラ２２’は、増幅器２６Ｂ’’の電流－電圧位相特性を調整することによって電力伝送の効率を高めるように構成されている。この装置は、増幅器２６Ｂ’’および送信機コントローラ２２’と通信する発振器２６Ａ’’をさらに備えてもよく、送信機コントローラ２２’は、発振器２６Ａ’’を介して発振周波数を調整するように構成されている。

電力増幅器２６Ｂ’’は、導電性の第１の部分を介して整流器４６Ｄと直接有線高周波通信してもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、整流器４６Ｄとワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力伝送システム１０’’、４１０は、電力増幅器２６Ｂ’’と有線高周波通信する送信機共振器３０’’と、整流器４６Ｄと有線高周波通信する受信機共振器５０’’とを備えてもよく、送信機共振器３０’’と受信機共振器５０’’とのうちの１つは、導電性の第１の部分を備えてもよい。送信機共振器３０’’および受信機共振器５０’’は、互いにワイヤレス近距離高周波通信してもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、整流器４６Ｄとの容量性近距離ワイヤレス高周波通信と誘導性近距離ワイヤレス高周波通信とのうちの少なくとも１つを行ってもよい。電力増幅器２６Ｂ’’は、整流器４６Ｄとバイモーダル近距離ワイヤレス高周波通信してもよい。直流電源は、再充電可能なバッテリ５２０を備えてもよく、負荷は、電気モータ５３０を備えてもよい。

図３２に概略的に示され、図６、図７、図８、および図９に基づくさらなる実施形態では、封止型双方向電力伝送回路デバイス８００であって、封止型デバイス８００の外部のデバイスと電気的に通信するために配置された複数の端子を備え、封止型デバイス８００は、その封止内部に、少なくとも１つのＤＣ端子、少なくとも１つのＡＣ端子、および少なくとも１つの制御端子を有する多端子電力スイッチング（ＭＰＳ）デバイス８１０であって、増幅状態と整流状態との間で調整可能であり、かつ少なくとも１つのＤＣ端子を介して、ＤＣ電圧およびＤＣ電流を双方向通信するように、ならびに少なくとも１つのＡＣ端子を介して、振幅、周波数、および位相を有する高周波電力信号を双方向通信するように、構成されている、ＭＰＳデバイス８１０と、コントローラ８８０と有線データ通信し、少なくとも１つの制御端子を介してＭＰＳデバイス８１０と有線電気通信する位相、周波数、およびデューティサイクル調整（ＰＦＤＣＡ）回路８２０であって、ＭＰＳデバイス８１０の少なくとも１つの制御端子において、高周波電力信号の周波数および位相を有する高周波発振信号を確立し、かつコントローラ８８０の命令下で高周波発振信号の位相を調整することによって、ＭＰＳデバイス８１０を増幅状態と整流状態との間で調整するように構成されている、ＰＦＤＣＡ回路８２０とを備えている、封止型双方向電力伝送回路デバイス８００が提供される。ＰＦＤＣＡ回路８２０は、高周波発振信号のデューティサイクルを確立するようにさらに構成されてもよい。ＰＤＤＣＡ回路８２０は、コントローラ８８０からの命令下で、高周波発振信号を生成するための高周波発振器を備えてもよい。「多端子電力スイッチングデバイス」という用語は、本明細書では、少なくとも３つの端子を有し、かつ少なくとも２つの端子間を流れる電流を、デバイスの少なくとも第３の端子に印加される信号に基づいて、切替えまたは変調することができるデバイスを説明するために使用される。適切なＭＰＳデバイス８１０としては、限定されないが、機械的リレースイッチ、ソリッドステートスイッチ、電気光学スイッチ（オプトスイッチ、サイリスタ、導波路スイッチとも呼ばれる）、トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＩＩＩ－Ｖ族半導体トランジスタデバイス、およびＢＪＴデバイスを含む）、および例えば三極管および五極管を含む電力増幅管デバイスが挙げられる。

いくつかの実施形態では、回路は、ポリマーコーティングまたはポリマーモールドで封止され、封止または封止型デバイスを作成する。いくつかの実施形態では、封止デバイスは、デバイスの内部に設けられたコンポーネントを保護する。いくつかの実施形態では、デバイスの封止は、静電気放電、短絡、またはデバイスのコンポーネントに損傷を与える可能性がある他の有害な放電を防止するための電気絶縁を提供する。いくつかの実施形態では、デバイスを封止することにより、内部コンポーネントの酸化が保護される。いくつかの実施形態では、封止は、防水バリアまたは水蒸気バリアを作成してもよい。いくつかの実施形態では、封止は、封止型デバイスの外部にある１つ以上の端子へのアクセスを提供することによって、デバイスへの電気的接続を容易にする。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、封止内部内に、コントローラ８８０と有線データ通信して、少なくとも１つのＡＣ端子を介してＭＰＳデバイス８１０と有線電気通信するチューニングネットワーク８３０をさらに備えてもよく、チューニングネットワーク８３０は、コントローラ８８０からの命令下で、ＭＰＳデバイス８１０が増幅状態にある場合に、高周波電力信号を、チューニングネットワーク８３０からのチューニングされた高周波電力信号に調整するように構成されている。チューニングネットワーク８３０は、高周波電力信号における高周波発振信号の高調波を抑制するように構成された、図８および図９に示されるタイプの高調波終端ネットワーク回路を備えてもよい。図８および図９に示されるように、高調波終端ネットワークは、１つ以上のインダクタと、第１の高調波終端１２７Ｉ、１４７Ｇ、第２の高調波終端１２７Ｈ、１４７Ｆ、および第３の高調波終端１２７Ｆ、１４７Ｄのうちの１つ以上と、を備えてもよい。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、封止内部内に、コントローラ８８０と有線データ通信して、チューニングネットワークと有線電気通信するように配置され、かつチューニングネットワークと封止型デバイスの外部のＡＣ負荷／源との間で通信される任意の高周波電力信号の振幅、周波数、および位相を決定するように配置された、振幅／周波数／位相検出器（ＡＦＰＤ）８４０を備えてもよい。この目的のために、ＡＦＰＤ８４０は、図３２に示されるように、デバイス８００から導出されるチューニングネットワーク８３０の出力における信号の振幅、周波数、および位相を測定する。ＰＦＤＣＡ回路８２０は、ＡＦＰＤ８４０によってコントローラ８８０に通信される測定データに基づいて、コントローラ８８０から命令を受信するように構成されている。他の実施形態では、図３２には示されていないが、ＰＦＤＣＡ回路８２０は、ＡＦＰＤ８４０から直接受信したフィードバック信号に基づいて、高周波発振信号および／またはＤＣ電流およびＤＣ電圧の少なくとも１つを調整するように構成されている。

チューニングネットワーク８３０は、電力スイッチングデバイスが増幅状態にある場合、ＡＦＰＤ８４０からの測定データに基づいて、チューニングされた高周波信号の電圧と電流との間の位相差を調整するための電圧－電流チューナを備えてもよい。適切な電圧－電流チューナについては、図６を参照して詳細に説明する。チューニングネットワーク８３０の電圧－電流チューナは、図３２に示されるように、デバイス８００から導出される信号接続に向けられた信号に適用される。これにより、電力が図３２の下向きに送信される際に、チューナとして機能する。電圧－電流チューナは、図３２のデバイス８００を介して反対の上向き方向に伝送される電力に対して透過的であってもよく、電力伝送回路デバイス８００は双方向である。いくつかの実装形態では、チューニングネットワーク８３０は、図６ならびに図１９Ａ、２７Ａおよび２７Ｂに関して説明したように、送信機共振器３０および３０’’であり得るＡＣ負荷／源９００と、チューニングされた高周波電力信号を通信してもよい。ＡＣ負荷／源９００がそのようなバイモーダル送信機共振器である場合、電圧－電流チューナは、図６に関して説明したように、電界と磁界の比を調整するように機能してもよい。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、封止内部内に、コントローラ８８０と有線データ通信し、かつＭＰＳ８１０と封止型デバイス８００の外部のＤＣ電源／負荷７００との間で有線電気通信して、ＭＰＳ８１０と外部のＤＣ電源／負荷７００のインピーダンスを整合させるように、およびＡＦＰＤ８４０によってコントローラに通信された測定データに基づいて、ＭＰＳ８１０とＤＣ電源／負荷７００との間で通信されるＤＣ電力を調整するように、構成された電力管理（ＰＭ）回路８６０をさらに備えてもよい。他の実施形態では、図３２に示されていないが、ＰＭ回路８６０は、ＡＦＰＤ８４０および／またはＶＩＤ８５０から直接受信されたフィードバック信号に基づいて、ＭＰＳ８１０とＤＣ電源／負荷７００との間で通信されるＤＣ電力を調整するように構成されてもよい。

ＤＣ電力は、ＭＰＳ８１０とＤＣ電源／負荷７００との間でＰＭ回路８６０を介して両方向に伝送可能であることに再度留意されたい。また、ここでは、ＤＣ電源／負荷７００を「源／負荷」と記述し、ＡＣ電力をチューニングネットワークとの間で通信する外部ＡＣ負荷／源９００を「負荷／源」と記述する慣例を維持しており、これにより、ＤＣ電源／負荷７００がＤＣ電力の源として機能している場合、ＡＣ負荷／源９００は、ＡＣ電力に変換された電力の負荷として機能し、逆もまた同様であるという点を強調することに留意されたい。図３２のコネクタに近接してかつ平行に示された矢印は、ＭＰＳ８１０がその増幅状態および整流状態のいずれかにある場合のデバイス８００を通る電力の流れの経路および方向を示す。ＭＰＳ８１０が増幅状態にある場合、電力の流れは図３２において下向きであり、ＭＰＳ８１０が整流状態にある場合、電力の流れは図３２において上向きである。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、封止内部内に、コントローラ８８０と有線データ通信して、ＭＰＳ８１０とＰＭ回路８６０との間を通過するＤＣ電圧およびＤＣ電流を決定するために配置された電圧／電流検出器（ＶＩＤ）８５０をさらに備えてもよい。ＭＰＳ８１０が増幅状態にある場合、電力伝送回路デバイス８００は、ＶＩＤ８５０の測定値に基づいて調整されて、デバイス８００が、ＤＣ源／負荷７００からの最大電力抽出を可能にする等価ＤＣ負荷をＤＣ源／負荷７００に提示するようにしてもよい。これにより、ＭＰＳデバイス８１０の少なくとも１つのＤＣ端子におけるＤＣ電圧が調整される。ＭＰＳ８１０が整流状態にある場合、電力伝送回路デバイス８００は、ＶＩＤ８５０の測定値に基づいて調整されて、デバイス８００が、デバイス８００からＤＣ源／負荷７００への最大電力伝送を可能にする等価ＤＣ源インピーダンスをＤＣ源／負荷７００に提示するようにしてもよい。これにより、デバイス８００とＤＣ源／負荷７００との間の有線接続におけるＤＣ電圧が調整される。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、封止内部内に、コントローラ８８０、ＡＦＰＤ８４０、およびＶＩＤ８５０と有線データ通信するメモリ８７０をさらに備えてもよく、メモリ８７０は、２つの検出器８４０および８５０から信号データを受信して格納し、かつ２つの検出器８４０および８５０からの信号データをコントローラ８８０に提供するように構成されている。メモリ８７０は、一連の連続する瞬時時間の間、デバイス８００の完全な状態を格納できるようにしてもよい。

チューニングネットワークは、補償ネットワーク、整合ネットワーク、およびフィルタのうちの１つ以上をさらに備えてもよい。図６の補償ネットワーク２６Ｅ、整合ネットワーク２６Ｄ、およびフィルタ２６Ｃは、この目的に適しており、選択肢は図６のデバイスに限定されない。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、封止内部内にコントローラ８８０を備えてもよい。他の実施形態では、封止型電力伝送回路デバイス８００は、デバイス８００の封止内部に組み込まれた様々な回路とデータを通信するための適切な入力／出力設備を備えた外部コントローラを使用してもよく、適切なソフトウェアまたはファームウェアをコントローラにプログラムされて、上述の制御手順のすべてを実行してもよい。

封止型電力伝送回路デバイス８００は、コントローラ８８０と封止型電力伝送回路デバイス８００の外部のデバイスとの間で双方向に情報を通信するために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、およびセルラ技術のうちの１つ以上で機能する少なくとも１つの通信回路８９０をさらに備えてもよい。少なくとも１つの通信回路８９０は、１つ以上の適切なアンテナ８９４と双方向有線通信してもよい。１つ以上のアンテナ８９４は、デバイス８００の封止内部内に配置されてもよいが、一般的には、デバイス８００の外側に配置される方がより有用である。外部デバイスのうちの１つ以上は、例えば他のデバイス８００を含む他の電力伝送回路デバイスであってもよく、１つ以上の他のデバイスが、他の実施形態、例えば図１で上で説明したように、収集電力伝送システムの一部を形成してもよい。

ＰＦＤＣＡ回路は、ＡＦＰＤ８４０およびＶＩＤ８５０による測定値に基づいて高周波発振信号のデューティサイクルを調整するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、測定値に関する情報は、コントローラ８８０に伝送され、そこからＰＦＤＣＡ回路８２０に伝送され、そこで、受信した情報に基づいて高周波発振信号のデューティサイクルを調整する。他の実施形態では、図３２には示されていないが、フィードバック信号は、ＡＦＰＤ８４０およびＶＩＤ８５０からＰＦＤＣＡ回路８２０に直接渡されてもよく、そこで、受信したフィードバック信号に基づいて高周波発振信号のデューティサイクルを調整する。高周波発振信号のデューティサイクルを変化させることにより、ＰＦＤＣＡ回路８２０は、デバイス８００を通る電力の流れの方向を調整することができる。電力がＤＣ源／負荷７００からデバイス８００を通ってＡＣ負荷／源９００に流れている場合、ＰＦＤＣＡ回路８２０は、この手段によって、源／負荷７００によってデバイス８００に供給されるＤＣ電力およびデバイス８００からＡＣ負荷／源９００に供給されるＡＣ電力を調整することができる。電力がＡＣ負荷／源９００からデバイス８００を通ってＤＣ源／負荷７００に流れている場合、ＰＦＤＣＡ回路８２０は、この手段によって、Ｃ負荷／源９００によってデバイス８００に供給されるＡＣ電力およびデバイス８００によってＤＣ源／負荷７００に供給される電力を調整することができる。

コントローラ８８０は、デバイス８００の封止内部の外部に配置された外部デバイスおよび回路８９８（図３２ではＥｘｔ．とラベル付けされている）と双方向有線通信してもよい。この有線通信は、例えば限定されないが、データを交換するため、またはデバイス８００が組み込まれ得るシステムのためのシステムクロック同期信号をコントローラ８８０に供給するために使用されてもよい。

図６および図７を参照すると、センサおよび検出器２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、および２４Ｄは、デバイス８００の封止内部の外側に有用に配置されてもよい。

双方向電力伝送回路デバイス８００はまた、図６および図７を参照して既に説明したメカニズムによって、デバイス８００を通して電力チャネルを介して情報を送信および／または受信するために有効に使用されてもよい。電力チャネルは、ＤＣ源／負荷７００とＰＭ回路８６０との間の有線接続から、ＰＭ回路８６０、ＶＩＤ８５０、ＭＰＳデバイス８１０、およびチューニングネットワーク８３０を通して、ＡＣ負荷／源９００まで物理的に延びる。その物理的電力チャネルに沿って、ＰＭ回路８６０、ＭＰＳデバイス８１０、およびチューニングネットワーク８３０はすべて、コントローラ８８０の制御下にあり、コントローラ８８０は、ＰＦＤＣＡ回路８２０を介してＭＰＳデバイス８１０を制御する。コントローラは、チューニングネットワーク８３０および／またはＭＰＳデバイス８１０自体で高周波電力信号を変調することができる。コントローラはまた、ＰＭ回路８６０とＤＣ源／負荷７００との間のＤＣ電圧の変調を誘発するように構成されてもよい。これにより、情報を、高周波電力信号、チューニングされた高周波電力信号、および／または前述のＤＣ電圧に変調すること、ならびにそれによってデバイス８００の外部の他のデバイスに通信することが可能になる。そのような他のデバイスは、さらなる双方向電力伝送回路デバイス８００を含んでもよい。情報は、高周波電力信号、チューニングされた高周波電力信号、および／または前述のＤＣ電圧にデジタル形式またはアナログ形式で変調されてもよい。他の実施形態では、情報は、電力伝送の周波数とは異なる周波数に変調されてもよい。他の実施形態では、情報は、電力信号の周波数の高調波に変調されてもよい。さらに別の実施形態では、高周波電力信号の周波数は、情報が変調される信号の周波数の高調波であってもよい。上記の説明では、チューニングネットワーク８３０のサブシステムを適切な変調器としてどのように使用できるかについてすでに説明した。

デバイス８００が送信機モードと整流モードとの動作の間でどのように再構成され得るかを上述し、電力チャネルがどのように変調され得るかを説明したので、デバイス８００が、情報を両方向に送信するための全二重送受信システムとして機能し得ることは明らかである。２つのデバイス８００が図１のモジュール２０および４０で使用される場合、図１のシステム１０は、図１の２次側１４と同様のさらなる２次側を備えてもよい。追加の２次側１４が存在する場合、上述の構成により、様々な２次側１４の間で、したがって１次側１２との情報の通信が可能になる。図３２のデバイス８００を使用して図１９Ａおよび図１９Ｂのシステムで使用される送信機モジュール２０’’と受信機モジュール４０’’との間で、同じ全二重送受信構成が可能である。同じことが、図２０Ａ～２２Ｂ、および図２７Ａ～２８Ｂに示されるシステムにも当てはまる。

ここで説明した方法で送信される情報には、限定されないが、ＭＰＳデバイス８１０の動作モード、さらなるデバイス８１０の数とタイプ、周囲物体センサ情報、および、例えばバッテリ充電状態、負荷電圧、および負荷電流を含む、負荷状態監視情報が含まれてもよい。

封止型双方向電力伝送回路デバイス８００の電子回路は、限定されないが、適切な回路基板上の多数の個別素子として、半導体材料の異なる個々のセグメントで製造されるデバイスが適切な基板材料上に接合または取り付けられ得るハイブリッド回路として、シリコンベースの回路上にアクティブ面を下にして接合された１つ以上の個々のデバイスのフリップチップ構成として、または単一のモノリシック集積回路デバイスとして、様々なデバイス製造技術において、実装されてもよい。図３３は、図３２の双方向電力伝送回路デバイス８００が、別個の半導体結晶に実装され、かつパッド８０８上のはんだバンプを介してフリップチップ実装された多端子電力スイッチング（ＭＰＳ）デバイス８１０を備える、フリップチップ構成を示す。ＭＰＳデバイス８１０は、例えば限定されないが、ワイドバンドギャップ半導体結晶内の個別の高出力デバイスとして製造されてもよい。パッド８０８は、シリコンウェハ８０１にすべてがモノリシックに集積された図３２のデバイス８００の残りのサブシステムも含むウェハ８０１上に形成される。２つのパッド８０６は、図３２に示されるデバイス７００および９００への接続のためのものである。パッド８０２は、コントローラ８８０および通信回路８９０を、デバイス８００の外部のデバイスおよびアンテナに接続するためのものである。

図３４Ａに示される１つの特定の実施形態では、封止型双方向電力伝送回路デバイス８００の電子回路は、単一のシリコン単結晶ウェハ８１２内に、図３２のＤＣ源／負荷７００として機能する少なくとも１つの光電池８１４とともに実装されてもよい。

図３４Ｂを参照してさらに説明するさらなる実施形態では、封止型双方向電力伝送回路デバイス８００の電子回路は、上記のように、単一のシリコン単結晶ウェハ８１２内に、図３２のＤＣ源／負荷７００として機能する少なくとも１つの光電池８１４と、図２Ｂを参照して説明され、かつ図２Ａ～図５に関してより詳細に説明されるタイプの、シリコン単結晶ウェハ８１２の表面上のＡＣ負荷／源９００として機能する、共振器構造１８０’とともに、実装されてもよい。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、およびセルラ技術で使用するアンテナ８９４も、同じ単一のシリコン単結晶ウェハ上に集積されてもよい。アンテナ８９４は、図３４Ｂには示されていない。図３４Ａおよび図３４Ｂでは、接続８１８は、デバイス８００の共振器１８０’とチューニングネットワーク８３０を接続する。共振器１８０’は、デバイス８００で生じた熱または光電池８１４によって吸収された熱のためのヒートシンクまたは熱ラジエータとして機能してもよい。この目的のために、共振器１８０’は、空気を誘電体として、同時に冷却流体として使用されてもよい。

他の実施形態では、図１９Ａおよび図１９ＢのＤＣ負荷７０’’は、両方の場合において、図３５Ａおよび図３５Ｂにそれぞれ示されているように、ＡＣ負荷７０’’’によって置き換えられてもよい。図３５Ａおよび図３５Ｂの残りのシステム１０’’および４１０は、図１９Ａおよび図１９Ｂのシステム１０’’および４１０と同じであってもよい。図１９Ａおよび図１９Ｂの発振器２６Ａ’’は、図１９Ａおよび図１９ＢのＡＣ負荷７０’’’によって必要とされる周波数および位相に設定されてもよい。他の実施形態では、送信機コントローラ２２’’は、発振器２６Ａ’’をＡＣ負荷７０’’’によって必要される周波数および位相に設定するようにプログラムされてもよい。

図３５Ａおよび図３５Ｂのシステムのさらに他の実施形態では、ＡＣ負荷７０’’’は、図３５Ａおよび図３５Ｂのシステムが電力を供給するように構成されている、パワーグリッドであってもよい。このようなグリッド供給構成では、図３５Ａおよび図３５Ｂのシステムによってそれに寄与するパワーグリッド７０’’’に供給される信号の周波数、位相、および電圧レベルを制御することが重要である。この目的のために、既に上述した情報フィードバック機構を使用して、パワーグリッドの必要な周波数、位相、および電圧レベルに関する情報を送信機コントローラ２２’’に送り返してもよい。この情報は、デジタル形式またはアナログ形式であってもよい。図３５Ｂの有線システムのいくつかの実施形態では、追加の信号線（乱雑さを避けるために図示せず）をＡＣパワーグリッド７０’’’から送信機コントローラ２２’’に取り込んでまたは発振器２６Ａ’’に直接取り込んで、送信機モジュール２０’’が周波数および位相に関してＡＣ負荷７０’’’を直接追跡し、それによってパワーグリッド７０’’’によって必要とされる制約を図３５Ｂのシステムの出力信号に課すことを可能にする。これらの制約は、パワーグリッド７０’’’の要件を満たすために負荷管理システム４６Ｅ’’の出力信号を変調することを含んでもよい。この変調は、パワーグリッドの周波数と等しい周波数、および電力をパワーグリッド７０’’’に伝送する位相および電圧レベルで行ってもよい。

図３６は、図３２のＡＣ負荷／源９００がＡＣパワーグリッド９００’である、図３２のシステムの一実施形態を示す。この実施形態では、図３５Ａおよび図３５Ｂのシステムと同様に、パワーグリッドの必要な周波数、位相、および電圧レベルに関する情報は、コントローラ８８０に送り返されてもよい。これにより、コントローラ８８０は、位相、周波数、およびデューティサイクル調整（ＰＦＤＣＡ）回路８２０を介してＭＰＳデバイス８１０の制御端子における信号を調整し、パワーグリッド９００’によって課される電力伝送要件を満たすことが可能になる。これらの要件は、パワーグリッド７０’’’の要件を満たすためにチューニングネットワーク８３０の出力信号を変調することを含んでもよい。この変調は、パワーグリッドの周波数と等しい周波数、および電力をパワーグリッド７０’’’に伝送する位相および電圧レベルで行ってもよい。図３６のシステムは、本質的に双方向であるが、この構成により、電力をＡＣパワーグリッドに伝送する手段として機能してもよい。

ここで図２０Ａおよび２０Ｂ、図２１Ａおよび２１Ｂ、ならびに図２２Ａおよび２２Ｂに戻ると、各太陽電池４２０には、太陽電池４２０の動作状態を決定するためのセンサが設けられてもよい。動作状態としては、限定されないが、電力レベル、電圧レベル、電流レベル、温度、およびその他の性能パラメータが挙げられる。動作状態に関するこの情報は、太陽電池（複数可）４２０に関連付けられた送信機モジュール（複数可）２０’’を介して受信機モジュール４０’’に送信されてもよい。送信機モジュール（複数可）２０’’の動作状態も同様に検知され、送信機モジュール２０’’を介して受信機モジュール４０’’に送信されてもよい。図３３ならびに図３４Ａおよび３４Ｂを参照すると、適切なセンサはまた、封止型双方向電力伝送回路デバイス８００および多端子電力スイッチング（ＭＰＳ）デバイス８１０の性能パラメータを検知してもよい。ＭＰＳデバイス８１０を介した負荷情報の送信については既に説明した。デバイス８００および８１０の情報の性能パラメータに関する情報は、本発明のシステムを通して同様に送信されてもよい。

用語の解釈
文脈上明確に別段の要求がない限り、説明および特許請求の範囲を通じて、

「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などは、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的な意味で、つまり、「含むが、これに限定されない」という意味で、解釈されるべきであり、

「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、またはその任意の変形は、２つ以上の要素間の直接的または間接的な接続または結合を意味し、要素間の結合または接続は、物理的、論理的、またはそれらの組み合わせにすることができ、一体的に形成された要素は、接続または連結されていると見なしてもよく、

「有線（ｗｉｒｅｄ）」、「有線接続を介して（ｖｉａａｗｉｒｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」、またはその変形は、導電性媒体、中間回路、またはシステムのコンポーネント間の、コンポーネントを通る、またはコンポーネントにわたる、電流の流れを可能にするその他の手段を介した任意の物理的接続を意味し、

「電気通信（ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」、「電気通信（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」、またはそれらの任意の変形は、システムのコンポーネント間で、コンポーネントを通して、またはコンポーネントにわたって電気信号を伝送するのに適した、任意の接続、結合、インターフェース、または通信、ハードワイヤード、ワイヤレス、またはそれらの組み合わせのための他の手段を意味し、

「本明細書で（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上記（ａｂｏｖｅ）」、「下記（ｂｅｌｏｗ）」、および同様の重要な言葉は、本明細書を説明するために使用される場合、本明細書の特定の部分ではなく、本明細書全体を指すものとする。

２つ以上の項目のリストに関して、「または」は、次の単語の解釈、リスト内の項目のいずれか、リスト内のすべての項目、およびリスト内の項目の任意の組み合わせ、のすべてをカバーし、

単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」はまた、任意の適切な複数形の意味を含む。

「縦（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「側方（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」、「横（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「上向き（ｕｐｗａｒｄ）」、「下向き（ｄｏｗｎｗａｒｄ）」、「前向き（ｆｏｒｗａｒｄ）」、「後向き（ｂａｃｋｗａｒｄ）」、「内向き（ｉｎｗａｒｄ）」、「外向き（ｏｕｔｗａｒｄ）」、「縦（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「側方（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」、「左（ｌｅｆｔ）」、「右（ｒｉｇｈｔ）」、「前（ｆｒｏｎｔ）」、「後（ｂａｃｋ）」、「頂（ｔｏｐ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」などの方向を示す、この明細書および添付の特許請求の範囲（存在する場合）で使用される言葉は、説明され、図示されている装置の特定の向きによって異なる。本明細書で説明する主題は、様々な代替の向きを想定し得る。したがって、これらの方向的な用語は、厳密に定義されておらず、狭義に解釈されるべきではない。

本発明の実施形態は、本明細書で説明される様々な動作を含む。これらの動作は、ハードウェアコンポーネント、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実行され得る。

特定の実施形態は、機械可読媒体に格納された命令を含み得るコンピュータプログラム製品として実装されてもよい。これらの命令を使用して、汎用プロセッサまたは専用プロセッサをプログラムし、説明した動作を実行し得る。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形式（例えば、ソフトウェアまたは処理アプリケーション）で情報を格納するための任意のメカニズムを含む。機械可読媒体には、限定されないが、磁気記憶媒体（例えば、フロッピーディスケット）、光学記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能なプログラム可能なメモリ（例えば、ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または電子的な命令を格納するのに適した別の種類の媒体が挙げられる。

さらに、いくつかの実施形態は、機械可読媒体が複数のコンピュータシステムに格納および／または実行される分散コンピューティング環境で実施されてもよい。さらに、コンピュータシステム間で伝送される情報は、コンピュータシステムを接続する通信媒体を介してプルまたはプッシュされてもよい。

本発明の様々な実施形態の実装において使用されるコンピュータ処理コンポーネントは、マイクロプロセッサまたは中央処理装置、コントローラ、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、セルコンピュータなどの１つ以上の汎用処理デバイスを含む。あるいは、そのようなデジタル処理コンポーネントは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上の専用処理デバイスを含んでもよい。特定の実施形態では、例えば、デジタル処理デバイスは、コアユニットおよび複数のマイクロエンジンを含む複数のプロセッサを有するネットワークプロセッサであってもよい。さらに、デジタル処理デバイスは、汎用処理デバイス（複数可）と専用処理デバイス（複数可）との任意の組み合わせを含んでもよい。

本明細書における方法（複数可）の動作は、特定の順序で示され、説明されているが、各方法の動作の順序は、特定の動作が逆の順序で実行されてもよいように、または特定の動作が少なくとも部分的に、他の動作と同時に実行されてもよいように変更されてもよい。別の実施形態では、別個の動作の命令またはサブ動作は、断続的および／または交互に行われてもよい。

上記でコンポーネント（例えば、ソフトウェアモジュール、プロセッサ、アセンブリ、デバイス、回路など）が言及されている場合、別段の指示がない限り、そのコンポーネントへの言及（「手段」への言及を含む）は、そのコンポーネントの等価物として、記載されたコンポーネントの機能を実行する（すなわち、機能的に等価である）任意のコンポーネントを含むものものとして、本発明の図示された例示的な実施形態において機能を実行する開示された構造と構造的に等価でないコンポーネントを含むものとして、解釈されるべきである。

システム、方法、および装置の特定の例は、説明の目的で本明細書に記載されている。これらはほんの一例である。本明細書で提供される技術は、上述の例示的なシステム以外のシステムに適用することができる。本発明の実施の範囲内で、多くの変更、修正、追加、省略、および置換が可能である。本発明は、当業者に明らかな記載された実施形態の変形を含み、その変形は、特徴、要素および／または行為を、等価な特徴、要素および／または行為と置換すること、異なる実施形態の特徴、要素および／または行為を、混合および適合すること、本明細書に記載の実施形態の特徴、要素および／または行為を、他の技術の特徴、要素および／または行為と組み合わせること、および／または記載された実施形態の特徴、要素および／または行為の組み合わせを省略すること、によって得られる変形を含む。

Claims

封止型双方向電力伝送回路デバイスであって、前記封止型デバイスの外部のデバイスと電気的に通信するために配置された複数の端子を備え、前記封止型デバイスは、封止内部内に、
少なくとも１つのＤＣ端子、少なくとも１つのＡＣ端子、および少なくとも１つの制御端子を備える多端子電力スイッチングデバイスであって、増幅状態と整流状態との間で調整可能であり、
前記少なくとも１つのＤＣ端子を介してＤＣ電圧およびＤＣ電流を双方向通信し、かつ
前記少なくとも１つのＡＣ端子を介して、振幅、周波数、および位相を有する高周波電力信号を双方向通信する
ように構成されている、多端子電力スイッチングデバイスと、
コントローラと有線データ通信し、前記少なくとも１つの制御端子を介して前記電力スイッチングデバイスと有線電気通信する位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路であって、前記コントローラが、
前記電力スイッチングデバイスの前記少なくとも１つの制御端子において、前記高周波電力信号の周波数および位相を有する高周波発振信号を確立し、かつ
前記コントローラの命令下で前記高周波発振信号の前記位相を調整することによって、前記増幅状態と前記整流状態との間で前記電力スイッチングデバイスを調整する
ように構成されている、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路と
を備えている、封止型双方向電力伝送回路デバイス。
前記高周波電力信号は、デューティサイクルを有し、前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記高周波発振信号のデューティサイクルを調整することによって前記高周波電力信号の前記デューティサイクルを調整するようにさらに構成されている、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記コントローラからの命令下で、前記高周波発振信号を生成するための高周波発振器を備える、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと有線データ通信して、前記少なくとも１つのＡＣ端子を介して前記電力スイッチングデバイスと有線電気通信するチューニングネットワークであって、前記コントローラからの命令下で、前記高周波電力信号をチューニングされた高周波電力信号に調整するように構成されたチューニングネットワークをさらに備える、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
情報を前記高周波電力信号に変調するように構成された変調器を備える、請求項４に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記変調器は、前記チューニングネットワークを備える、請求項５に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記変調器は、前記コントローラによって提供される情報で前記高周波電力信号を変調するように構成されている、請求項５に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記チューニングネットワークは、前記高周波電力信号における前記高周波発振信号の高調波を抑制するように構成された高調波終端ネットワーク回路を備える、請求項４に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記高調波終端ネットワークは、１つ以上のインダクタと、第１の高調波終端、第２の高調波終端、および第３の高調波終端のうちの１つ以上とを備える、請求項８に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと有線データ通信して、前記チューニングネットワークと有線電気通信するように配置され、かつ前記チューニングネットワークと前記封止型デバイスの外部のＡＣ負荷／源との間で通信される任意の高周波電力信号の振幅、周波数、および位相を決定するように構成された振幅／周波数／位相検出器をさらに備える、請求項４に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記振幅／周波数／位相検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記コントローラから命令を受信するように構成されている、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記高周波発振信号を調整するように構成されている、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記チューニングネットワークは、前記電力スイッチングデバイスが前記増幅状態にある場合、前記振幅／周波数／位相検出器からの測定データに基づいて、前記チューニングされた高周波電力信号の電圧と電流との間の位相差を調整するための電圧－電流チューナを備える、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記電力スイッチングデバイスと前記封止型デバイスの外部のＤＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記外部のＤＣ電源／負荷とのインピーダンスを整合させるように、および前記振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記電力スイッチングデバイスと前記ＤＣ電源／負荷との間で通信されるＤＣ電力を調整するように構成された電力管理回路をさらに備える、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと有線データ通信し、かつ前記電力スイッチングデバイスと前記封止型デバイスの外部のＤＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記外部のＤＣ電源／負荷とのインピーダンスを整合させるように、および前記振幅／周波数／位相検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記電力スイッチングデバイスと前記ＤＣ電源／負荷との間で通信されるＤＣ電力を調整するように構成された電力管理回路をさらに備える、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと有線データ通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記電力管理回路との間を通過するＤＣ電圧およびＤＣ電流を決定するために配置された電圧／電流検出器をさらに備える、請求項１５に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記電圧／電流検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記コントローラから命令を受信するように構成されている、請求項１６に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記電圧／電流検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記高周波発振信号を調整するように構成されている、請求項１６に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラ、前記振幅／周波数／位相検出器、および前記電圧／電流検出器と有線データ通信するメモリをさらに備え、前記メモリは、２つの検出器から測定データを受信して格納し、かつ前記２つの検出器からの信号データを前記コントローラに提供するように構成されている、請求項１６に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記電力スイッチングデバイスと前記封止型デバイスの外部の前記ＡＣ電源／負荷との間で有線電気通信して、前記電力スイッチングデバイスの振幅、周波数、および位相と前記外部のＡＣ電源／負荷とを整合させるように、ならびに前記振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記電力スイッチングデバイスと前記ＡＣ電源／負荷との間で通信されるＡＣ電力を調整するように構成された電力管理回路をさらに備える、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと有線データ通信し、かつ前記電力スイッチングデバイスと前記封止型デバイスの外部の前記ＡＣ電源／負荷との間で有線電気通信する、前記電力スイッチングデバイスの振幅、周波数、および位相と前記外部のＡＣ電源／負荷、電力スイッチングデバイスとを整合させるように、ならびに前記振幅／周波数／位相検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記電力スイッチングデバイスと前記ＡＣ電源／負荷との間で通信されるＡＣ電力を調整するように、構成された電力管理回路をさらに備える、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと有線データ通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記電力管理回路との間を通過するＤＣ電圧およびＤＣ電流を決定するために配置された電圧／電流検出器をさらに備える、請求項２１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記電圧／電流検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記コントローラから命令を受信するように構成されている、請求項２２に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記電圧／電流検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記高周波発振信号を調整するように構成されている、請求項２２に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラ、前記振幅／周波数／位相検出器、および前記電圧／電流検出器と有線データ通信するメモリをさらに備え、前記メモリは、２つの検出器から測定データを受信して格納し、かつ前記２つの検出器からの信号データを前記コントローラに提供するように構成されている、請求項２２に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記チューニングネットワークは、補償ネットワーク、整合ネットワーク、およびフィルタのうちの１つ以上をさらに備える、請求項１０に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部に、前記コントローラを備える、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記封止内部内に、前記コントローラと前記封止型電力伝送回路デバイスの外部のデバイスとの間で情報を通信するための、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信回路、ＷｉＦｉ通信回路、Ｚｉｇｂｅｅ通信回路、およびセルラ通信技術回路のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項２７に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記通信回路は、前記封止型電力伝送回路デバイスの外部のデバイスと通信するように構成された少なくとも１つの通信アンテナと双方向有線通信する、請求項２８に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記アンテナは、前記封止型デバイスの前記封止内部に配置されている、請求項２９に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記複数の端子は、前記コントローラと前記封止内部の外部のデバイスとの間のデータ通信のための端子を含む、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
情報を前記高周波電力信号と前記ＤＣ電圧とのうちの少なくとも１つに変調するように構成された変調器を備える、請求項１に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記変調器は、前記電力スイッチングデバイスを備える、請求項３２に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記変調器は、前記コントローラによって提供される情報で前記高周波電力信号と前記ＤＣ電圧とのうちの少なくとも１つを変調するように構成される、請求項３３に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記変調器は、前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路をさらに備える、請求項３３に記載の双方向電力伝送回路デバイス。
前記デバイスのすべての回路要素は、シリコン単結晶ウェハにモノリシックに集積されている、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記デバイスの回路要素の少なくとも一部分は、フリップチップ技術によって集積されている、請求項１に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
双方向電力伝送回路と電気通信する少なくとも１つの光電池をシリコン単結晶ウェハ上に備えるモノリシックに集積された電力デバイスであって、前記双方向電力伝送回路は、前記電力伝送回路の外部のデバイスと電気的に通信するために配置された複数の端子を備え、前記電力伝送回路は、
少なくとも１つのＤＣ端子、少なくとも１つのＡＣ端子、および少なくとも１つの制御端子を備える多端子電力スイッチングデバイスであって、増幅状態と整流状態との間で調整可能であり、
前記少なくとも１つのＤＣ端子を介してＤＣ電圧およびＤＣ電流を双方向通信し、かつ
前記少なくとも１つのＡＣ端子を介して、振幅、周波数、および位相を有する高周波電力信号を双方向通信する
ように構成されている、多端子電力スイッチングデバイスと、
コントローラと有線データ通信し、前記少なくとも１つの制御端子を介して前記電力スイッチングデバイスと有線電気通信する位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路であって、
前記電力スイッチングデバイスの前記少なくとも１つの制御端子において、前記高周波電力信号の周波数および位相を有する高周波発振信号を確立し、かつ
前記コントローラの命令下で前記高周波発振信号の前記位相を調整することによって、前記増幅状態と前記整流状態との間で前記電力スイッチングデバイスを調整する
ように構成されている、位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路と
を備えている、電力デバイス。
前記高周波電力信号は、デューティサイクルを有し、前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記高周波発振信号のデューティサイクルを調整することによって前記高周波電力信号の前記デューティサイクルを調整するようにさらに構成されている、請求項３８に記載の電力デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記コントローラからの命令下で、前記高周波発振信号を生成するための高周波発振器を備える、請求項３８に記載の電力デバイス。
前記コントローラと有線データ通信して、前記少なくとも１つのＡＣ端子を介して前記電力スイッチングデバイスと有線電気通信するチューニングネットワークであって、前記コントローラからの命令下で、前記高周波電力信号をチューニングされた高周波電力信号に調整するように構成された、チューニングネットワークをさらに備える、請求項３８に記載の電力デバイス。
前記シリコンウェハの表面に、前記チューニングネットワークと電気通信する共振器をさらに備える、請求項４１に記載の電力デバイス。
前記共振器は、前記デバイスのヒートシンクとして機能する、請求項４２に記載の電力デバイス。
情報を前記高周波電力信号に変調するように構成された変調器を備える、請求項４１に記載の双方向電力デバイス。
前記変調器は、前記チューニングネットワークを備える、請求項４３に記載の電力デバイス。
前記変調器は、前記コントローラによって提供される情報で前記高周波電力信号を変調するように構成されている、請求項４３に記載の電力デバイス。
前記チューニングネットワークは、前記高周波電力信号における前記高周波発振信号の高調波を抑制するように構成された高調波終端ネットワーク回路を備える、請求項４１に記載の電力デバイス。
前記高調波終端ネットワークは、１つ以上のインダクタと、第１の高調波終端、第２の高調波終端、および第３の高調波終端のうちの１つ以上とを備える、請求項４７に記載の封止型電力伝送回路デバイス。
前記コントローラと有線データ通信して、前記チューニングネットワークと有線電気通信するように配置され、かつ前記チューニングネットワークとＡＣ負荷／源外部デバイスとの間で通信される任意の高周波電力信号の振幅、周波数、および位相を決定するように配置された振幅／周波数／位相検出器をさらに備える、請求項４１に記載の電力デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記振幅／周波数／位相検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記コントローラから命令を受信するように構成されている、請求項４９に記載の電力デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記高周波発振信号を調整するように構成されている、請求項４９に記載の電力デバイス。
前記チューニングネットワークは、前記電力スイッチングデバイスが前記増幅状態にある場合、前記振幅／周波数／位相検出器からの測定データに基づいて、前記チューニングされた高周波電力信号の電圧と電流との間の位相差を調整するための電圧－電流チューナを備える、請求項４９に記載の電力デバイス。
前記コントローラと有線データ通信し、かつ前記電力スイッチングデバイスと前記少なくとも１つの光電池との間で有線電気通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記少なくとも１つの光電池とのインピーダンスを整合させるように、および前記振幅／周波数／位相検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記電力スイッチングデバイスと前記少なくとも１つの光電池との間で通信されるＤＣ電力を調整するように構成された電力管理回路をさらに備える、請求項４９に記載の電力デバイス。
前記電力スイッチングデバイスと前記少なくとも１つの光電池との間で有線電気通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記少なくとも１つの光電池とのインピーダンスを整合させるように、および前記振幅／周波数／位相検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記電力スイッチングデバイスと前記少なくとも１つの光電池との間で通信されるＤＣ電力を調整するように構成された電力管理回路をさらに備える、請求項４９に記載の電力デバイス。
前記コントローラと有線データ通信して、前記電力スイッチングデバイスと前記電力管理回路との間を通過するＤＣ電圧およびＤＣ電流を決定するために配置された電圧／電流検出器をさらに備える、請求項５３に記載の電力デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記電圧／電流検出器によって前記コントローラに通信された測定データに基づいて、前記コントローラから命令を受信するように構成されている、請求項５５に記載の電力デバイス。
前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路は、前記電圧／電流検出器から直接受信したフィードバック信号に基づいて、前記高周波発振信号を調整するように構成されている、請求項５５に記載の電力デバイス。
前記コントローラ、前記振幅／周波数／位相検出器、および前記電圧／電流検出器と有線データ通信するメモリをさらに備え、前記メモリは、２つの検出器から測定データを受信して格納し、かつ前記２つの検出器からの信号データを前記コントローラに提供するように構成されている、請求項５５に記載の電力デバイス。
前記チューニングネットワークは、補償ネットワーク、整合ネットワーク、およびフィルタのうちの１つ以上をさらに備える、請求項４９に記載の電力デバイス。
前記コントローラは、前記電力デバイスと一体化されている、請求項３８に記載の電力デバイス。
前記コントローラと前記電力デバイスの外部のデバイスとの間で情報を通信するための、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信回路、ＷｉＦｉ通信回路、Ｚｉｇｂｅｅ通信回路、およびセルラ通信技術回路のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項６０に記載の電力デバイス。
前記通信回路は、前記電力デバイスの外部のデバイスと通信するように構成された少なくとも１つの通信アンテナと双方向有線通信する、請求項６１に記載の電力デバイス。
前記アンテナは、前記電力デバイスと一体化されている、請求項６２に記載の電力デバイス。
前記複数の端子は、前記コントローラと前記電力デバイスの外部のデバイスとの間のデータ通信のための端子を含む、請求項３８に記載の電力デバイス。
情報を前記高周波電力信号と前記ＤＣ電圧とのうちの少なくとも１つに変調するように構成された変調器を備える、請求項３８に記載の電力デバイス。
前記変調器は、前記電力スイッチングデバイスを備える、請求項６５に記載の電力デバイス。
前記変調器は、前記コントローラによって提供される情報で前記高周波電力信号と前記ＤＣ電圧とのうちの少なくとも１つを変調するように構成される、請求項６６に記載の電力デバイス。
前記変調器は、前記位相、周波数、およびデューティサイクル調整回路をさらに備える、請求項６６に記載の電力デバイス。
可変共振電力信号発振周波数での、誘導性電力伝送に対する容量性電力伝送の調整可能な伝送モード比に従って前記容量性電力伝送および前記誘導性電力伝送を同時に行うように構成されたバイモーダル近距離共振ワイヤレス高周波電力伝送システムであって、前記システムが、
送信機アンテナおよび電力信号チューナモジュールを備える送信機サブシステムであって、前記電力信号チューナモジュールが、前記電力信号チューナモジュールによって前記送信機アンテナサブシステムに提供される電力信号を調整することによって前記伝送モード比を調整する、送信機サブシステムと、
前記伝送モード比で前記送信機アンテナから電力を受信する受信機アンテナサブシステムを備える受信機サブシステムと、を備える、バイモーダル近距離共振ワイヤレス高周波電力伝送システム。
前記システムは、前記送信機アンテナと前記受信機アンテナサブシステムの受信機アンテナとを介して、前記送信機アンテナサブシステムと前記受信機アンテナサブシステムとの間で情報を通信する、請求項６９に記載のシステム。
前記システムは、情報を情報伝達信号に変調し、前記情報伝達信号を前記送信機アンテナサブシステムに提供するための変調器をさらに備える、請求項７０に記載のシステム。
前記変調器は、前記情報に従って前記送信機アンテナサブシステムへの前記情報伝達信号を変調するように構成される、請求項７１に記載のシステム。
前記電力信号チューナモジュールは、前記変調器を備える、請求項７２に記載のシステム。
前記情報伝達信号は、前記可変共振電力信号発振周波数とは異なる周波数を有する、請求項７１に記載のシステム。
前記変調器は、周波数変調によって前記情報伝達信号を変調する、請求項７１に記載のシステム。
前記変調器は、振幅変調によって前記情報伝達信号を変調する、請求項７１に記載のシステム。
前記変調器は、位相変調によって前記送信機アンテナサブシステムへの前記情報伝達信号を変調する、請求項７１に記載のシステム。
前記情報伝達信号は、前記可変電力信号発振周波数が前記情報伝達信号の周波数の高調波であるように変調される、請求項７１に記載のシステム。
前記情報伝達信号は、前記電力信号の高調波に変調される、請求項７１に記載のシステム。
変調されて前記送信機アンテナサブシステムに提供される前記信号は、前記電力信号である、請求項７１に記載のシステム。
前記変調器は、前記受信機アンテナの反射特性を変調し、
前記変調器は、前記情報に従って前記受信機アンテナの前記反射特性を変調することによって前記受信機アンテナサブシステムから前記送信機アンテナサブシステムに前記情報を伝送する、請求項７１に記載のシステム。
前記受信機アンテナの変調された反射特性は、前記受信機アンテナのインピーダンスである、請求項８１に記載のシステム。
前記システムは、前記情報を情報伝達信号に変調し、前記情報伝達信号を前記送信機アンテナサブシステムに提供する、請求項７０に記載のシステム。
前記システムは、前記送信機サブシステムからの信号の前記受信機アンテナによる反射を変調することによって前記受信機サブシステムから前記送信機サブシステムに前記情報を伝送する、請求項７０に記載のシステム。
前記受信機サブシステムは、前記受信機アンテナの反射特性を変調する、請求項８４に記載のシステム。
前記受信機サブシステムは、前記受信機アンテナのインピーダンスを変調する、請求項８４に記載のシステム。
前記受信機サブシステムの出力に電力負荷が存在し、
前記情報は、前記電力負荷の存在、前記電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、前記電力負荷の充電率、前記電力負荷の状態、前記電力負荷に印加された電圧の存在、前記電力負荷の充電容量、および前記電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含む、請求項７０に記載のシステム。
前記システムは、前記送信機アンテナを介して前記送信機サブシステムと前記受信機サブシステムとの間でデジタル情報を通信する、請求項７０に記載のシステム。
前記システムは、前記送信機アンテナを介して前記送信機サブシステムと前記受信機サブシステムとの間でアナログ情報を通信する、請求項７０に記載のシステム。
前記受信機サブシステムは、後続の受信機サブシステムに電力を送信するように構成されている、請求項７０に記載のシステム。
前記受信機サブシステムが整流器をさらに備える、請求項９０に記載のシステム。
前記整流器が、移相器を備える、請求項９１に記載のシステム。
バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムであって、電力信号周波数での電力信号を介して調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うための複数の電力送受信モジュールを備え、前記複数の電力送受信モジュールのそれぞれが、前記複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つの電力送受信モジュールと電力を交換するために送信機－受信機共振器と有線通信する、バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システム。
前記複数の電力送受信モジュールの第１のモジュールは、前記電力信号を調整し、調整された電力信号を前記第１の電力送信モジュールと有線通信する第１の送信機－受信機共振器に提供することによって、前記調整可能な伝送モード比を変化させるための電力信号チューナモジュールを備える、請求項９３に記載のシステム。
前記複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つの送受信モジュールは、前記少なくとも１つの送受信モジュールと有線通信する関連する送信機－受信機共振器と、情報を、前記関連する送信機－受信機共振器と前記複数の電力送受信モジュールのうちの他のいずれかの送受信モジュールと有線通信する追加の送信機－受信機共振器との間で交換される高周波信号に変調する変調器と、を備える、請求項９４に記載のシステム。
各送信機－受信機共振器は、有線通信する各電力送受信モジュールのヒートシンクとして機能する、請求項９３～９５のいずれか一項に記載のシステム。
前記複数の電力送受信モジュールのうちの１つの出力に電力負荷が存在し、
前記情報は、前記電力負荷の存在、前記電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、前記電力負荷の充電率、前記電力負荷の状態、前記電力負荷に印加された電圧の存在、前記電力負荷の充電容量、および前記電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含む、請求項９５に記載のシステム。
前記変調器は、振幅変調器である、請求項９５に記載のシステム。
前記変調器は、周波数変調器である、請求項９５に記載のシステム。
前記変調器は、位相変調器である、請求項９５に記載のシステム。
前記情報は、デジタル情報を含む、請求項９５に記載のシステム。
前記情報は、アナログ情報を含む、請求項９５に記載のシステム。
前記高周波信号は、前記電力信号である、請求項９５に記載のシステム。
前記高周波信号は、前記電力信号周波数とは異なる周波数を有する、請求項９５に記載のシステム。
前記高周波信号は、前記電力信号周波数の高調波である周波数を有する、請求項９５に記載のシステム。
前記電力信号周波数は、前記高周波信号の周波数の高調波である、請求項９５に記載のシステム。
前記変調器は、前記情報に従って、前記関連する送信機－受信機共振器の反射特性を変調して、前記関連する送信機－受信機共振器によって反射される信号に前記情報を課す、請求項９５に記載のシステム。
前記変調器は、前記情報に従って、前記関連する送信機－受信機共振器に提供される信号を変調する、請求項９５に記載のシステム。
前記第１のモジュールの前記電力信号チューナモジュールは、前記変調器を備える、請求項９５に記載のシステム。
前記複数の電力送受信モジュールの各電力送受信モジュールは、補償ネットワークを備え、前記補償ネットワークは、前記変調器を備える、請求項９５に記載のシステム。
前記電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの電力送受信モジュールに前記電力信号周波数で信号を提供する高周波発振器を備え、前記高周波発振器は、前記変調器を備える、請求項９５に記載のシステム。
前記複数の電力送受信モジュールの各電力送受信モジュールは、電力送信機モードと電力受信機モードとの間で再構成可能である、請求項９４に記載のシステム。
各電力送受信モジュールは、前記電力送信機モードと前記電力受信機モードとにそれぞれ対応する増幅器状態と整流器状態との間で再構成することができる差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を備える、請求項１１２に記載のシステム。
各電力送受信モジュールは、コントローラを備え、前記増幅器状態と前記整流器状態との間の再構成が前記コントローラによって制御される、請求項１１３に記載のシステム。
前記差動自己同期高周波電力増幅器／整流器は、前記増幅器状態と前記整流器状態との間で前記差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を再構成するために、前記コントローラによって調整可能な移相器を備える、請求項１１４に記載のシステム。
各電力送受信モジュールは、前記電力送信機モードと前記電力受信機モードとにそれぞれ対応する増幅器状態と整流器状態との間で再構成することができる差動スイッチモード自己同期高周波電力増幅器／整流器を備える、請求項１１２に記載のシステム。
電力信号周波数で電力信号を介して電力を伝送するための近距離高周波方法であって、前記方法が、
複数の電力送受信モジュールを備えるバイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムを提供することであって、前記複数の電力送受信モジュールの各電力送受信モジュールが、前記複数の電力送受信モジュールのうちの他の少なくとも１つの電力送受信モジュールと電力を交換するために送信機－受信機共振器と有線通信する、提供することと、
調整可能な伝送モード比に従って容量性電力伝送および誘導性電力伝送を同時に行うために前記電力伝送システムを動作させることと、を含む、近距離高周波方法。
前記バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムを提供することは、電力信号チューナモジュールを備える前記複数の電力送受信モジュールのうちの第１のものを提供することを含み、
前記バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムを動作させることは、前記電力信号チューナモジュールを調整することによって前記調整可能な伝送モード比を変化させることを含む、請求項１１７に記載の方法。
前記バイモーダル共振近距離高周波電力伝送システムを提供することは、変調器を備える関連する送信機－受信機共振器と有線通信する前記複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つの電力送受信モジュールを提供することを含み、
前記電力伝送システムを動作させることは、前記関連する送信機－受信機共振器と、前記複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも１つの他の送受信モジュールと有線通信する送信機－受信機共振器と、の間で高周波信号を交換することと、情報を前記高周波信号に変調することと、を含む、請求項１１７に記載の方法。
前記複数の電力送受信モジュールのうちの１つの出力に電力負荷が存在する場合、前記情報は、前記電力負荷の存在、前記電力負荷の充電レベル、電力伝送効率、前記電力負荷の充電率、前記電力負荷の状態、前記電力負荷に印加された電圧の存在、前記電力負荷の充電容量、および前記電力負荷を充電する残り時間、のうちの１つ以上を含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を交換される高周波信号に変調することは、前記高周波信号を振幅変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を交換される高周波信号に変調することは、前記高周波信号を周波数変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を交換される高周波信号に変調することは、前記高周波信号を位相変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を交換される高周波信号に変調することは、デジタル情報を前記高周波信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を交換される高周波信号に変調することは、アナログ情報を前記高周波信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を前記高周波信号に変調することは、前記情報を前記電力信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を前記高周波信号に変調することは、前記情報を前記電力信号周波数とは異なる周波数を有する信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を前記高周波信号に変調することは、前記情報を前記電力信号周波数の高調波である周波数を有する信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を前記高周波信号に変調することは、前記情報を前記電力信号周波数を高調波として有する信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を前記高周波信号に変調することは、前記情報に従って、前記関連するワイヤ接続送信機－受信機共振器の反射特性を変調して、前記情報を前記ワイヤ接続された送信機－受信機共振器によって反射される信号に課すことを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記情報を前記高周波信号に変調することは、前記情報に従って、前記関連する送信機－受信機共振器に提供される信号を変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記第１の電力送受信モジュールの前記電力信号チューナモジュールを動作させて、前記情報を前記高周波信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
提供される前記電力送受信モジュールのそれぞれは、補償ネットワークを備え、
前記補償ネットワークは、前記変調器を含み、
前記方法は、前記補償ネットワークを動作させて、前記情報を前記高周波信号に変調することを含む、請求項１１９に記載の方法。
前記少なくとも１つの電力送受信モジュールは、前記電力信号周波数で信号を前記少なくとも１つの電力送受信モジュールに提供する高周波発振器を備え、
前記高周波発振器は、前記変調器を含み、
前記方法は、前記発振器において、前記情報を前記高周波信号に変調することをさらに含む、請求項１１９に記載の方法。
提供される前記複数の電力送受信モジュールの各電力送受信モジュールは、電力送信機モードと電力受信機モードとの間で再構成可能であり、
前記方法は、前記電力送信機モードと前記電力受信機モードとの間で前記複数の電力送受信モジュールのうちの少なくとも２つの電力送受信モジュールを再構成して、前記少なくとも２つの送受信モジュール間の電力伝送の方向を逆にすることをさらに含む、請求項１１８に記載の方法。
各電力送受信モジュールは、前記電力送信機モードと前記電力受信機モードとにそれぞれ対応する増幅器状態と整流器状態との間で再構成することができる差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を備え、
前記方法は、前記増幅器状態と前記整流器状態との間で前記少なくとも２つの送受信モジュールの前記差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を再構成することをさらに含む、請求項１３５に記載の方法。
各差動自己同期高周波電力増幅器／整流器は、前記増幅器状態と前記整流器状態との間で前記差動自己同期高周波電力増幅器／整流器を再構成するために調整可能な移相器を備え、
前記方法は、前記少なくとも２つの送受信モジュールの前記差動自己同期高周波電力増幅器／整流器のそれぞれの前記移相器を調整することを含む、請求項１３６に記載の方法。