JP6599052B1

JP6599052B1 - 可変サイズエリアに亘る複数の受信デバイスへの無線電力移送

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Publication number: JP6599052B1
Application number: JP2019520013A
Authority: JP
Inventors: ロバートモファット，; ジェフリーイェン，
Original assignee: Etherdyne Technologies Inc
Current assignee: Etherdyne Technologies Inc
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: US10250078B2; CN110326188B; EP3545606A4; JP6812522B2; US10523059B2; US20200212718A1; US20180109151A1; WO2018075491A2; US11133715B2; JP2019537410A; EP3545606A2; CN112332556A; AU2017346759A1; WO2018075491A3; AU2017346759B2; EP3545606B1; US20180366991A1; CN110326188A; JP2020025456A

Abstract

無線電力移送の方法である。方法は、所定の無線電力移送エリアに基づいて可変フォームファクタ送信器を適合フォームファクタへと適合させることであって、前記適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が特性周波数を有する、適合させることと、前記特性周波数を、前記適合フォームファクタとは実質的に独立した状態に維持することと、無線周波数（ＲＦ）電源から、および、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して前記所定の無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信することと、を含む。【選択図】図４

Description

無線電力移送は、電源を電気負荷に接続するために人工的な導体を使用することなく、電源から電気負荷に電気エネルギを伝送することである。無線電力移送システムは、送信器および１つまたは複数の受信デバイスからなる。送信器は、電源に接続され、電力を時間変化する電磁場に変換する。１つ以上の受信デバイスは電磁場を介して電力を受信し、受信した電力を電気負荷によって利用される電流に変換して戻す。

総じて、ある態様では、本発明は無線電力移送のための方法に関する。方法は、所定の無線電力移送エリアに基づいて可変フォームファクタ送信器を適合フォームファクタへと適合させることであって、前記適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が特性周波数を有する、適合させることと、前記特性周波数を、前記適合フォームファクタとは実質的に独立した状態に維持することと、無線周波数（ＲＦ）電源から、および、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して前記所定の無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信することと、を含む。

総じて、ある態様では、本発明は無線電力移送のための可変フォームファクタ送信器に関する。可変フォームファクタ送信器は、それぞれが所定の容量を伴う複数のキャパシタと、それぞれが所定のセグメント長および単位長さ当たりの所定のインダクタンスを伴う複数のワイヤセグメントと、を備え、前記複数のキャパシタが少なくとも前記複数のワイヤセグメントを介して直列に接続されることで分散キャパシタのストリングをなし、分散キャパシタの前記ストリングが、所定の無線電力移送エリアに基づいて、適合フォームファクタへと適合可能であり、前記適合フォームファクタの分散キャパシタの前記ストリングが、前記適合フォームファクタとは実質的に独立した特性周波数を有し、前記可変フォームファクタ送信器は、無線周波数（ＲＦ）電源から、および、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、分散キャパシタの前記ストリングの近接電磁場を介して前記所定の無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信するよう構成される。

総じて、ある態様では、本発明は無線電力移送のためのシステムに関する。システムは、無線周波数（ＲＦ）電源と、所定の無線電力移送エリアに基づいて適合フォームファクタへと適合可能な可変フォームファクタ送信器であって、前記適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が特性周波数を有する、可変フォームファクタ送信器と、を備え、前記可変フォームファクタ送信器は、前記特性周波数を、前記適合フォームファクタとは実質的に独立した状態に維持することと、前記ＲＦ電源から、および、前記特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して前記所定の無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信することと、を行うよう構成される。

本発明の他の態様は、以下のトランザクション説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるのであろう。

図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による可変フォームファクタ送信器を有する例示的なシステムの概略図を示す。図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による可変フォームファクタ送信器を有する例示的なシステムの概略図を示す。図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による可変フォームファクタ送信器を有する例示的なシステムの概略図を示す。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器を示す概略図である。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器の例示的な特性を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器の例示的な特性を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器の例示的な特性を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器の例示的な特性を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な可変フォームファクタ送信器の例示的な特性を示す。

本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な無線周波数（ＲＦ）電源の概略図を示す。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な受信デバイスの概略図を示す。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な受信デバイスの概略図を示す。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な受信デバイスの概略図を示す。

本発明の１つまたは複数の実施の形態によるフローチャートを示す。

添付の図面を参照し、本発明の具体的な実施の形態をより詳細に説明する。様々な図における同様の要素は、一貫性のために同様の参照番号によって示される。さらに、図において、３つ以上の同一直線上の網点は、３つ以上の同一直線上の網点の前と同じタイプのより多くの要素が本発明の１つ以上の実施の形態に従って任意に存在し得ることを意味する。

本発明の実施の形態の以下の詳細なトランザクション説明では、本発明の十分な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細なしで実施されうることは当業者には明らかであろう。他の例では、トランザクション記述を不必要に複雑にすることを避けるために、周知の特徴は詳細には説明されていない。

一般に、本発明の実施の形態は、無線電力移送のための方法、送信器デバイス、およびシステムを提供する。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、方法、送信器デバイス、およびシステムは、所定の無線電力移送エリアに基づいて、可変フォームファクタ送信器を特定のフォームファクタ（適合フォームファクタと呼ばれる）に適合させるための機能を提供する。特に、適合フォームファクタの可変フォームファクタ送信器は適合フォームファクタとは実質的に独立して維持される特性周波数を有する。したがって、無線周波数（ＲＦ）電源から、および、特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して所定の無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力が送信される。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、特性周波数は、国際電気通信連合（ＩＴＵ）無線規則によって定義される産業、科学、および医療（ＩＳＭ）無線帯域内にある。例えば、特性周波数は、適合フォームファクタがＩＴＵ無線規則第５条、脚注５．１３８に規定されるタイプＡ周波数範囲（すなわち、６．７６５ＭＨｚ〜６．７９５ＭＨｚ）内で変化する場合でも維持されてもよい。

図１Ａは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的なシステム（１００）の概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、図１Ａに示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図１Ａに示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

図１Ａに示すように、システム（１００）は、内部に置かれた１つまたは複数の受信デバイス（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦとラベル付けされた円形アイコンとして示される）を有する無線電力移送エリア（１０１）にわたる無線電力移送のために、ＲＦ電源（１０８）から電力を受信する可変フォームファクタ送信器（１０２）を含む。これらのコンポーネントのそれぞれが以下に詳述される。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、無線電力移送エリア（１０１）は、１つまたは複数の受信デバイスが可変フォームファクタ送信器（１０２）から電力を受信している任意の３次元（３Ｄ）物理空間である。例えば、無線電力移送エリア（１０１）は、部屋、廊下、自動車の客室、バス、列車、飛行機、または宇宙船、あるいは建物または車両の任意の部分など、建物または車両内の３Ｄ空間を含むことができる。別の例では、無線電力移送エリア（１０１）は、遊び場、道路、遊園地、または地上、空中、または地球から離れた宇宙の中の任意のタイプのフィールド（例えば、大気圏または星間宇宙）など、囲まれていない３Ｄ空間を含むことができる。さらに別の例では、無線電力移送エリア（１０１）は、洞穴、海洋プラットフォームまたは海底の近くの水中領域などの地下または水中空間を含むことができる。さらに別の例では、無線電力移送エリア（１０１）は上記の例の組合せを含むことができる。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）は、無線電力移送エリア（１０１）内に完全に配置され、無線電力移送エリア（１０１）と重なり合い、または無線電力移送エリア（１０１）の近傍に配置される。１つ以上の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）の少なくとも一部は、保護スリーブに挿入されるか、材料シートに埋め込まれるか、無線電力移送エリア（１０１）で自立するか、または無線電力移送エリア（１０１）に取り付けられてもよい。１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）の少なくとも一部は、無線電力移送エリア（１０１）および／またはその中に配置された１つまたは複数の受信デバイス（たとえば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦとラベル付けされた円形アイコンとして示される）に対して静止していてもよく、または移動していてもよい。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）のフォームファクタは、無線電力移送エリア（１０１）によって課される幾何学的制約に従って適合される。例えば、可変フォームファクタ送信器（１０２）は、可変フォームファクタ送信器（１０２）のフォームファクタが無線電力移送エリア（１０１）の部屋、廊下、客室、遊び場、道路、遊園地、フィールド、洞穴、水中領域などの物理的形状にフィットするように、ユーザによって変更されるように、柔軟な材料で作られてもよい。例えば、可変フォームファクタ送信器（１０２）のフォームファクタは、曲面、螺旋曲面などの３Ｄ部分を含むことができる。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス（Ａ）から（Ｆ）は、個々の人物など、１人または複数のユーザによって使用される同じタイプまたは異なるタイプのものとすることができる。１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス（Ａ）から（Ｆ）のうちの１つまたは複数は、無線電力移送エリア（１０１）全体にわたってユーザ指定位置に配置され、無線電力移送中は静止している。１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス（Ａ）から（Ｆ）のうちの１つまたは複数は、無線電力移送エリア（１０１）の寸法よりも小さい寸法を有する。１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス（Ａ）から（Ｆ）のうちの１つまたは複数は、無線電力移送エリア（１０１）の寸法と同じかより大きい寸法を有する。例えば、受信デバイス（Ａ）は、ユーザによって部屋または廊下の天井に配置された照明装置であってもよい。１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス（Ａ）から（Ｆ）のうちの１つまたは複数は、無線電力移送中に時々無線電力移送エリア（１０１）全体にわたって移動するそれぞれのユーザによって持ち運ばれる。可変フォームファクタ送信器（１０２）の近接電磁場の性質に基づいて、受信デバイスのいずれによっても受信されない近接電磁場の電力は、可変フォームファクタ送信器（１０２）およびＲＦ電源（１０８）に戻される。これは、電力が放射される遠電磁場とは対照的であり、その場合、無線電力移送のために生産的ではないエネルギ損失が生じる。受信デバイス（Ａ）、受信デバイス（Ｂ）、受信デバイス（Ｃ）、受信デバイス（Ｄ）、受信デバイス（Ｅ）、および受信デバイス（Ｆ）の例は、以下の図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃを参照して説明される。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）は一連の分散キャパシタを含む。特に、一連の分散キャパシタは、電源（１０８）によって生成された高周波（ＲＦ）電流（１０５）を伝導するために直列に接続された複数のキャパシタ−ワイヤセグメントを含む。ＲＦ電流（１０５）は無線電力移送エリア（１０１）全体に亘って存在する磁場（例えば、磁場（１０６））を誘起する。１つまたは複数の実施の形態では、ＲＦ電流（１０５）は、端子Ａ（１０７ａ）および端子Ｂ（１０７ｂ）においてワイヤに出入りする。１つまたは複数の実施の形態では、追加の介在コンポーネント（図示せず）を、可変フォームファクタ送信器（１０２）の動作を妨げることなく、一連のキャパシタ−ワイヤセグメントに挿入するか、または一連のキャパシタ−ワイヤセグメントと１つまたは複数の端子（たとえば、端子Ａ（１０７ａ）、端子Ｂ（１０７ｂ））との間に挿入することもできる。

１つ以上の実施の形態では、各キャパシタ−ワイヤセグメントは、ワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））に接続されたキャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））を含む。１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）内の各キャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））は、可変フォームファクタ送信器（１０２）を無線電力移送エリア（１０１）に配置する前に決定される、その中の他の任意のキャパシタと同じ公称容量値を有する。例えば、可変フォームファクタ送信器（１０２）内のキャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））は、ユーザが可変フォームファクタ送信器（１０２）を使用して無線電力移送エリア（１０１）内に電力を無線で提供する前に、工場で実装されてもよい。キャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））は、セラミックキャパシタ、フィルム及び紙キャパシタ、電解キャパシタ、ポリマキャパシタ、銀マイカキャパシタ等の適切なタイプのものであってもよい。１つまたは複数の実施の形態では、キャパシタの１つまたは複数は、アルミニウムまたは他の金属酸化物層によって分離された２つのアルミニウムまたは他の金属のシート、箔、またはフィルムを含むことができる。工場製造プロセスにおいて典型的であるように、可変フォームファクタ送信器（１０２）における全てのキャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））の容量値は、例えば製造公差のために、ある範囲（容量範囲と呼ばれる）内で変化し得る。

１つまたは複数の実施の形態では、各キャパシタ−ワイヤセグメントは、所定のセグメント長および単位長さ当たりの所定のインダクタンスを有するワイヤセグメントを含む。例えば、可変フォームファクタ送信器（１０２）内のワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））は、ユーザが可変フォームファクタ送信器（１０２）を使用して無線電力移送エリア（１０１）内に電力を無線で提供する前に、工場で実装されてもよい。ワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））は、銅、アルミニウム、または他の適切な金属および／または合金材料から作られた絶縁または非絶縁ワイヤ、シート、箔、またはフィルムなどの適切なタイプのものであってもよい。１つ以上の実施の形態では、ワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））の１つまたは複数は、ユーザが１つ以上のワイヤセグメントの形状を曲げ、伸ばし、またはそうでなければ変化させることができるように、可撓または柔軟である。工場製造プロセスにおいて典型的であるように、可変フォームファクタ送信器（１０２）における各ワイヤセグメントおよびすべてのワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））の長さおよびインダクタンス値は、例えば製造公差のために、ある範囲（長さ範囲およびインダクタンス範囲と呼ばれる）内で変化し得る。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、電場を閉じ込めることによって、可変フォームファクタ送信器（１０２）内のキャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））は漂遊電場およびその結果生じるワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））の誘導電圧を低減する。したがって、可変フォームファクタ送信器（１０２）内のキャパシタ（例えば、キャパシタ（１０３））は、システム（１００）内の全エネルギにわたって、ワイヤセグメント（例えば、ワイヤセグメント（１０４））の浮遊容量に蓄積されるエネルギの割合を低減する。浮遊容量に関連付けられた誘起電圧および蓄積エネルギの両方の低減は環境相互作用による損失を低減し、ユーザの安全性を向上させる。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器（１０２）は、少なくとも所定の容量、所定のセグメント長、および単位長さ当たりの所定のインダクタンスに基づく特性周波数に関連付けられる。可変フォームファクタ送信器（１０２）の特性周波数は、以下の図２Ａ、２Ｂ、２Ｄ、２Ｅ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、および３Ｅを参照して説明される。本明細書全体を通じて、用語「特性周波数」および「共振周波数」は、文脈に応じて互換的に使用され得る。

１つまたは複数の実施の形態では、電源（１０８）への直接接続の代わりに、可変フォームファクタ送信器（１０２）は駆動ループ（１０９ａ）を介した誘導結合を使用して電源（１０８）から電力を受け取る。図１Ｂは、誘導結合電力構成における例示的なシステム（１００）の概略図を示す。駆動ループ（１０９ａ）を介して電力を受け取ることの詳細は、以下の図１Ｃを参照して説明される。

図１Ｃは、上記図１Ｂに示された駆動ループ（１０９ａ）を介して電力を供給する概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、図１Ｃに示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図１Ｃに示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

図１Ｃに示すように、駆動ループ（１０９ａ）はバラン（１０８ａ）を介して電源（１０８）に結合された（例えば、インダクタンスＬ_１を有する）導線の１つ以上のループを含む。バラン（１０８ａ）はチューニングキャパシタＡ（１０９ｄ）（例えば、可変容量Ｃ_１を有する）、チューニングキャパシタＢ（１０９ｅ）（例えば、可変容量Ｃ_２を有する）、および同軸ケーブル（１０９ｃ）（例えば、フェライトコア（１０９ｂ）の周りに巻かれ、インダクタンスＬ_２を有する）を含む。具体的には、駆動ループ（１０９ａ）は電源（１０８）が距離（１１０）にわたる電磁結合を介して可変フォームファクタ送信器（１０２）に電力を供給するように、可変フォームファクタ送信器（１０２）からその距離（１１０）のところに配置される。１つまたは複数の実施の形態では、チューニングキャパシタＢ（１０９ｅ）はフェライトコア（１０９ｂ）のインダクタンスＬ_２と共振するようにチューニングされ、その結果、同軸ケーブル（１０９ｃ）の２つの対向する端部間に高インピーダンスを課す並列共振ＬＣ回路を形成する。さらに、チューニングキャパシタＡ（１０９ｄ）は、駆動ループ（１０９ａ）の共振周波数を、ＲＦ電源（１０８）の周波数に整合するようにチューニングするために使用される。駆動ループ（１０９ａ）と可変フォームファクタ送信器（１０２）との間の距離（１１０）は、可変フォームファクタ送信器（１０２）の見かけの入力インピーダンスを同軸ケーブル（１０９ｃ）のインピーダンスおよびＲＦ電源（１０８）の出力インピーダンスに整合させるために調整され得る。

図２Ａは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による平行ワイヤ伝送線（２０１）の概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、図２Ａに示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図２Ａに示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

図２Ａに示すように、正弦波形状のアイコン（２０１ａ）および（２０１ｂ）は、平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿って伝播する電磁波を表す。平行ワイヤ伝送線（２０１）は、２本の平行ワイヤ（２０１ｄ）で構成されており、各平行ワイヤはキャパシタによって結合されたワイヤセグメントを有し、ｓは各ワイヤセグメントの長さを表し、Ｃは各キャパシタの容量を表し、ｑは平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿った電荷変位を表す。２つの平行ワイヤ（２０１ｄ）がＲＦ電流（例えば、図１Ａに示される電流（１０５））を流すという文脈において、２つの平行ワイヤ（２０１ｄ）の各ワイヤはまた、本明細書を通して導体ワイヤとも呼ばれる。正弦波形状のアイコン（２０１ａ）と（２０１ｂ）との間の距離は平行ワイヤ伝送線（２０１）の長さに対応し、キャパシタの２つの平行ストリング間の間隔は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の幅に対応する。平行ワイヤ伝送線（２０１）の長さは無線電力移送エリア（１０１）の他の寸法の長さと同等であってもよいが、平行ワイヤ伝送線（２０１）の幅は１センチメートル未満から無線電力移送エリア（１０１）の幅または他の寸法までの範囲であってもよい。１つまたは複数の実施の形態では、平行ワイヤ伝送線（２０１）が上記の図１Ａに示す可変フォームファクタ送信器（１０２）の一部分に対応する。言い換えれば、図１Ａに示される分散キャパシタのストリングの２つのセクションは、互いに平行に配置されてもよい。一般に、平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿って変位する電荷量ｑは、平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿った位置および時間の関数である。対応する電荷密度（すなわち、単位長さ当たりの電荷）、ρ_λ、および電流、Ｉ、は、平行ワイヤ伝送線（２０１）について、以下の式（１）によって与えられる。式（１）において、ｘおよびｔは、それぞれ、平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿った位置および時間を示す。
式（１）

表１は、この明細書全体を通して式で使用される変数の追加の定義を示している。
表１

平行ワイヤ伝送線（２０１）内の一対の隣接するキャパシタ（例えば、キャパシタ対（２０１ｃ））に蓄積される電気エネルギＵ_ｊは、以下の式（２）によって与えられる。
式（２）

ｓがｑの空間的変動よりも実質的に小さいシナリオでは、セグメント長ｓで割った蓄積エネルギＵ_ｊは平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿ってキャパシタＣに蓄積されたエネルギの密度とみなすことができる。ｃを、平行ワイヤ伝送線（２０１）の２本の平行ワイヤ間の単位長さ当たりの浮遊容量とする。平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿って単位長さ当たりに蓄積される総電気エネルギｕ_Ｅは、以下の式（３）によって与えられる。
式（３）

平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿って単位長さ当たりに蓄積される総磁気エネルギｕ_Ｂは、以下の式（４）によって与えられる。
式（４）

したがって、平行ワイヤ伝送線（２０１）のラグランジアンは、以下の式（５）で与えられる。
式（５）

一般化運動量π、オイラー・ラグランジュ運動方程式、及び平行ワイヤ伝送線（２０１）の波動方程式は、以下の式（６）、式（７）、及び式（８）で与えられる。
式（６）
式（７）
式（８）

波動方程式（８）に基づいて、平行ワイヤ伝送線（２０１）の分散関係は、以下の式（９ａ）、式（９ｂ）、式（９ｃ）で与えられる。
式（９ａ）
式（９ｂ）
式（９ｃ）

式（９ａ）、式（９ｂ）、および式（９ｃ）において、ωは角周波数を表し、ｋは波数を表し、ｖは式（９ａ）で定義される漸近波速を表し、ω_０は式（９ｂ）で定義されるカットオフ角周波数を表す。特に、カットオフ角周波数ω_０は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の長さに依存せず、その幅に応じて対数的に変化する。１つまたは複数の実施の形態では、平行ワイヤ伝送線（２０１）の関連するキャパシタを伴う１つまたは複数のワイヤセグメントは取り外し可能である。したがって、無線電力移送エリア（１０１）の寸法に応じて全長を変更するために、ユーザは、平行ワイヤ伝送線（２０１）を、ω_０を実質的に変更することなく、再構成することができる。

式（９ｃ）に基づいて、図３Ａは平行ワイヤ伝送線（２０１）の分散関係を示すために、角周波数ω対波数ｋのプロットを示す。加えて、位相速度ｖ_ｐ、群速度ｖ_ｇは、以下の式（１０ａ）、式（１０ｂ）で与えられる。
式（１０ａ）
式（１０ｂ）

なお、波数ｋが漸近的に０に近づくと、位相速度ｖ_ｐは漸近的に無限大に近づき、群速度ｖ_ｇは漸近的に０に近づき、角周波数ωは漸近的にω_０に近づく。

図２Ｂは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による、ＲＦ電源（１０８）によって駆動される平行ワイヤ伝送線（２０１）の概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、図２Ｂに示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図２Ｂに示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

図２Ｂに示すように、平行ワイヤ伝送線（２０１）は、端子Ａ（２０４ａ）及び端子Ｂ（２０４ｂ）を介して接続されたＲＦ電源（１０８）によって駆動される。さらに、平行ワイヤ伝送線（２０１）は、導電接続部（２０２）によって終端され、特性周波数ω_０で動作する。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、導電接続部（２０２）は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の特性周波数を微調整するために使用することができる可変キャパシタまたは他の電子部品で置き換えることができる。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、図２Ｂに示す平行ワイヤ伝送線（２０１）の構成は上記図１Ａに示す可変フォームファクタ送信器（１０２）を近似する。図１Ａと同様に、受信デバイス（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦとラベル付けされた円形アイコンとして示される）は、図２Ｂに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）の周りに配置される。この近似は無線電力移送エリア（１０１）が細長い形状を有し、可変フォームファクタ送信器（１０２）の分散キャパシタのストリングが、無線電力移送エリア（１０１）の細長い形状に従って一対の平行線に配置されるシナリオに特に適している。以下に説明するように、可変フォームファクタ送信器（１０２）の特性周波数は上記の図２Ａを参照して説明したω_０に対応し、平行ワイヤ伝送線（２０１）の長さとは実質的に無関係であり、その幅に応じて対数的に変化する。

図２Ｂに示す構成では、平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿った定在波は、ＲＦ電源（１０８）によって励起されると、無限の位相速度を有する。したがって、平行ワイヤ伝送線（２０１）に沿った電圧および電流は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の異なる位置で全て同相である。換言すれば、平行ワイヤ伝送線（２０１）の実効電気長は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の物理的長さにかかわらずゼロに等しい。平行ワイヤ伝送線（２０１）にエネルギ損失がないシナリオでは、平行ワイヤ伝送線（２０１）の物理的長さにかかわらず、ＲＦ電源（１０８）に与えられる平行ワイヤ伝送線（２０１）の入力インピーダンスはゼロに等しい。言い換えれば、平行ワイヤ伝送線（２０１）は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の物理的長さが、駆動周波数（すなわち、ω_０）の自由空間波長（例えば、無線電力移送エリア（１０１）の伝送媒体に基づく）よりもはるかにより短いか、またはるかに長いかにかかわらず、ω_０で共振するＲＬＣ回路（図示せず）と等価である。したがって、ＲＦ電源（１０８）によって駆動され、導電接続部（２０２）によって終端された平行ワイヤ伝送線（２０１）は、平行ワイヤ伝送線（２０１）の近傍に配置された受信デバイスの共振を誘起するために、無線電力移送のための共振電源として使用されてもよい。特に、共振受信デバイスは平行ワイヤ伝送線（２０１）の定在波によって生成される電場および／または磁場に結合し、電場および／または磁場から電力を受け取る。

１つまたは複数の実施の形態では、共振受信デバイスが平行ワイヤ伝送線（２０１）の近接電磁場から電力を受け取る。平行ワイヤ伝送線（２０１）の物理的長さが、駆動周波数の自由空間波長（例えば、無線電力移送エリア（１０１）の伝送媒体に基づく）よりもはるかに長い場合であっても、ＲＦ電源（１０８）から供給される電力は、遠距離場放射に失われることなく、近くの共振受信デバイスに移送されるために、平行ワイヤ伝送線（２０１）内に実質的に保持される。放射損失による平行ワイヤ伝送線の品質係数は、長さではなく、ワイヤ間隔およびワイヤ半径のみに依存する。

図２Ｃは分散容量を伴う平行ワイヤ伝送線（２０１）の変形例を示し、この場合、導体ワイヤの１つは、他の導体ワイヤを取り囲む導電シールド（２０３）を形成し、以下、シールド伝送線（２０１ａ）と呼ばれる。例えば、導電シールド（２０３）は、実質的に円筒形であってもよい。図２Ｃに示されるシールド伝送線（２０１ａ）は、分散容量が中心導体上にのみ配置されることを除いて、上記の図２Ｂに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）と同じ原理によって動作する。いくつかの構成では、中心導体は外側導体（すなわち、導電シールド２０３）と同心でなくてもよい。さらに、中心導体および外側導体（すなわち、導電シールド２０３）の断面は、円形でなくてもよい。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、図２Ｃに示すシールド伝送線（２０１ａ）の構成は上記図１Ａに示す可変フォームファクタ送信器（１０２）を近似する。図１Ａと同様に、受信デバイス（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦとラベル付けされた円形アイコンとして示される）は、図２Ｃに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）の周りに配置される。この近似は、無線電力伝送エリア（１０１）が金属パイプライン、航空機またはスペースシャトルの機体などの導電性筐体内の内部空間に対応するシナリオに特に適している。図２Ｃに示すように、可変フォームファクタ送信器（１０２）の特性周波数は上記図２Ａ及び２Ｂを参照して説明したω_０に対応し、導電シールド（２０３）の長さとは実質的に無関係であり、導電シールド（２０３）の直径に応じて対数的に変化する。図２Ｃに示すシールド伝送線（２０１ａ）の特性周波数は、式（１１）で与えられる。これは、導体ワイヤのうちの１つだけが分散キャパシタを含むという事実のために、式（９ｂ）とは係数√２だけ異なることに留意されたい。
式（１１）

図３Ｂは（２つのワイヤ間の）間隔ｄを自由空間波長λで割ったものの関数として、６．７８ＭＨｚで駆動される、１４ＡＷＧ銅ワイヤからなる任意の長さの平行ワイヤ伝送線（例えば、図２Ａまたは図２Ｂに示される）の品質係数（Ｑ値）Ｑのプロットを示す。自由空間波長に対して大きなワイヤ間隔では、Ｑは放射損失により抑制される。しかしながら、自由空間波長に比べて小さいワイヤ間隔では、放射は抑制され、損失は銅ワイヤの抵抗損失によって支配される。

シールド伝送線（２０１）は、導電シールド（２０３）が内部電磁場を完全に取り囲むという事実のために、放射損失を有さないことに留意されたい。

対照的に、ＲＦ電源（１０８）によって駆動される導線ループは以下の図２Ｄを参照して説明され、近傍の共振受信デバイスに電力を移送するが、導線ループの寸法が駆動周波数の自由空間波長に近づくか、またはそれを超えるように増大するにつれて、遠距離場放射のために、電力伝達の効率は低下する。図３Ｃは、ループ半径ａを自由空間波長λで割ったものの関数として、６．７８ＭＨｚで駆動される、１４ＡＷＧ銅ワイヤからなる円形ループの品質係数（Ｑ値）Ｑのプロットを示す。なお、Ｑは低くなり、したがって、ループ半径が自由空間波長に対して大きくなるほど、無線電力移送の効率は抑制されることに留意されたい。

図２Ｄは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による、ＲＦ電源（１０８）によって駆動され、かつ、分散キャパシタを有するワイヤループ（２０４）の概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、図２Ｄに示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図２Ｄに示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

１つまたは複数の実施の形態では、ワイヤループ（２０４）は円形ループ半径、ａ、およびワイヤ半径（ワイヤのゲージに対応する）ｂ（図示せず）を有し、いくつかのキャパシタＣによって結合された長さｓのワイヤセグメントから構成される。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、図２Ｄに示されるワイヤループ（２０４）の構成は上記の図１Ａに示される可変フォームファクタ送信器（１０２）を近似する。この近似は、無線電力移送エリア（１０１）の特定の形状が可変フォームファクタ送信器（１０２）の円形フォームファクタとマッチするシナリオに特に適している。以下に説明するように、可変フォームファクタ送信器（１０２）の特性周波数はワイヤループ（２０４）の共振周波数ω_０に対応し、ワイヤループ（２０４）の幅および／または長さ（すなわちフォームファクタ）とは実質的に無関係である。

ワイヤループ（２０４）のインダクタンスＬ、全容量Ｃ_ｔｏｔ、および共振角周波数ω_０は、以下の式（１２ａ）、式（１２ｂ）、および式（１２ｃ）によって与えられる。
式（１２ａ）
式（１２ｂ）
式（１２ｃ）

式（１２ａ）、式（１２ｂ）、および式（１２ｃ）において、Ｎはワイヤループ（２０４）内のワイヤセグメントまたはキャパシタ、Ｃ、の数を示し、μは無線電力移送エリア（１０１）内の伝送媒体の透電磁率を示す。１つまたは複数の実施の形態では、共振角周波数ω_０はワイヤループ（２０４）の半径ａまたはワイヤ半径ｂに弱く依存するだけである。１つまたは複数の実施の形態では、ワイヤループ（２０４）の関連するキャパシタを伴う１つまたは複数のワイヤセグメントは取り外し可能である。したがって、無線電力移送エリア（１０１）の寸法に応じてループ半径、ａ、を変更するために、ユーザは、ワイヤループ（２０４）を、実質的に共振角周波数ω_０を変更することなく、再構成することができる。

上記の図２Ａに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）とは異なり、ワイヤループ（２０４）は、半径ａが駆動周波数（すなわち、ω_０）の自由空間波長（例えば、無線電力移送エリア（１０１）の伝送媒体に基づく）と同程度となるか、またはそれを超えるようになるにつれて、効率的な遠距離場放射器になる。均一な電流を運ぶワイヤの閉ループの放射抵抗（すなわち、遠距離場放射による実効直列抵抗）Ｒ_ｒａｄは、以下の式（１３ａ）に示されるワイヤ経路にわたる二重積分によって与えられる。
式（１３ａ）
式（１３ｂ）
式（１３ｃ）

式（１３ａ）において、無線電力移送エリア（１０１）の伝送媒体に基づき、ζは自由空間のインピーダンス、κは自由空間波数である。ワイヤループ（２０４）に適用される式（１３ａ）に基づいて、図３Ｄは、半径を波長で割ったものの関数として、自由空間のインピーダンスで割った放射抵抗のプロットを示す。図３Ｄから分かるように、放射抵抗は、以下の式（１４）で与えられる、大きなループ半径および小さなループ半径についての漸近形を有する。
式（１４）

放射によるループの品質係数Ｑは、放射抵抗Ｒ_ｒａｄを含む全直列抵抗Ｒで割った誘導リアクタンスω_０Ｌの比に等しい。放射抵抗が増加するにつれて、品質係数は減少し、無線電力移送の効率を低下させる。

図２Ｄに示す円形ワイヤループ（２０４）については、式（１２ｃ）が適用され、ここで、
であり、ａはループ半径であり、ｂはワイヤ半径である。図２Ｂに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）について、式（９ｂ）が適用され、
であることを示すことが可能であり、ｄが平行ワイヤ伝送線の幅であり、ｂがワイヤ半径である。特性周波数ω_０は、
である場合、円形ループおよび平行ワイヤ構成の両方について、同様の値を有する。このようにして、単一の可変フォームファクタ送信器（１０２）は、ユーザ適合された細長いフォームファクタまたは円形フォームファクタに基づいて、細長い形状のサービスエリアおよび円形形状のサービスエリアの両方で使用するために製造されてもよい。言い換えれば、可変フォームファクタ送信器（１０２）を製造するために使用されるワイヤ直径ｂに基づいて、ユーザは
となるように、ループ半径ａ、および平行ワイヤ伝送線の幅ｄを選択することができる。このようにして、工場で製造された１つの可変フォームファクタ送信器は特定の共振周波数ω_０にチューニングされた受信デバイスの同じセットに電力を供給するために、図２Ｂに示される平行ワイヤフォームファクタまたは図２Ｄに示される円形フォームファクタのいずれかに構成され得る。

図２Ｅは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による、ＲＦ電源（１０８）によって駆動され、かつ、分散キャパシタを有する矩形ループ（２０６）の概略図を示す。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、矩形ループ（２０６）の構成は上記図１Ａに示す可変フォームファクタ送信器（１０２）を近似する。図１Ａと同様に、受信デバイス（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦとラベル付けされた円形アイコンとして示される）は、図２Ｅに示される矩形ループ（２０６）の周りに配置される。例えば、矩形ループ（２０６）は、矩形の無線電力移送エリアにフィットするようにユーザによって適合された、図２Ｂに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）に対応し得る。別の例では、矩形ループ（２０６）は、矩形の無線電力移送エリアにフィットするようにユーザによって適合された、図２Ｄに示されるワイヤループ（２０４）に対応し得る。図２Ｅに示すように、矩形ループ（２０６）は、変圧器結合方式を用いてＲＦ電源（１０８）によって駆動される。特に、変圧器（２０６ａ）は、一次コイルＬ_１と並列なキャパシタＣ_２と、二次コイルＬ_１と並列なキャパシタＣ_１とを含む。加えて、図２Ｂに示す導電接続部（２０２）は、キャパシタＣ_２に置き換えられる。キャパシタＣ_１、Ｃ_２およびＣ_３の容量値は電源（１０８）と矩形ループ（２０６）との間のインピーダンス整合のために、および矩形ループ（２０６）の共振周波数をチューニングするために、工場で、および／またはユーザによって調整され得る。

図２Ｆは、容量結合方式を使用して電源（１０８）を接続する概略図を示す。具体的には、電源（１０８）は同軸ケーブル（２０８）および撚り線対（２０９）を介して、チューニングキャパシタＣ_１の両端で、分散キャパシタストリング（２０７）に接続される。チューニングキャパシタＣ_１の値は、ＲＦ電源（１０８）および同軸ケーブル（２０８）の両方に適切なインピーダンス整合を提供するために、係数において、またはユーザによって調整され得る。同軸ケーブル（２０８）のシールドを分散キャパシタストリング（２０７）の電圧ノードに取り付けることによって、同軸ケーブル（２０８）の外側コネクタは接地電位に維持される。

１つまたは複数の実施の形態では、分散キャパシタストリング（２０７）は図２Ｂおよび図２Ｃに示す平行ワイヤ伝送線（２０１）の一部、図２Ｄに示すワイヤループ（２０４）の一部、または図２Ｅに示す矩形ループ（２０６）の一部に対応することができる。電源（１０８）によって誘起される、接地（２１０）に対する電圧の大きさは、分散キャパシタストリング（２０７）に沿った位置の関数として示されている。

図２Ｇは、代替の容量結合方式を使用して電源（１０８）を可変フォームファクタ送信器に接続するための概略図を示す。図２Ｇに示すように、共振バラン（２１１）を使用して、電源（１０８）をチューニングキャパシタＣ_１に接続する。

図３Ｅは、１４ＡＷＧワイヤ８３フィートから作製され、６．７８ＭＨｚで駆動される矩形ループ（例えば、上記図２Ｅに示される矩形ループ（２０６））のアスペクト比（幅／半周によって表される）の関数としてのインダクタンスのプロットである。図３Ｅに示されるアスペクト比の範囲を伴う矩形ループは、図２Ｄに示されるワイヤループ（２０４）が任意の無線電力移送エリアにフィットするようにユーザによって適合され得る様々な形状を表す。プロットは、全周（すなわち、ワイヤループ（２０４）の周囲に対応する）を固定したままでアスペクト比を変えた場合の、矩形ループのインダクタンスを示す。プロットから分かるように、インダクタンスは、アスペクト比が０．０５〜０．９５の広い範囲にわたって変化するにつれて、２０％未満で変化する。したがって、ワイヤループ（２０４）の特性周波数は広範囲のアスペクト比にわたって矩形ループに適合されたままでありながら、１０％未満で変化する。これは、適合フォームファクタの変化に対して、分散容量を伴うループの共振周波数は比較的感度が悪いことを実証する。

図１Ａの説明に戻ると、本発明の１つまたは複数の実施の形態では、システム（１００）はＩＳＭ帯域に基づいて、無線電力移送エリア（１０１）にわたって無線電力移送を提供する。可変フォームファクタ送信器（１０２）が図２Ａ、２Ｂ、または２Ｃに示される平行ワイヤ伝送線（２０１）によって近似されるシナリオでは、ワイヤセグメント長ｓ、単位長さ当たりのインダクタンスｌ、およびキャパシタＣの値は工場で、式（９ｂ）に基づいて選択され得、これにより、平行ワイヤ伝送線（２０１）の共振角周波数ω_０を、ＲＦ電源の角周波数に等しく維持することができ、その角周波数はＩＴＵ無線規則第５条、脚注５．１３８に規定されるタイプＡ周波数範囲（すなわち、６．７６５ＭＨｚ〜６．７９５ＭＨｚ）内であり得る。

可変フォームファクタ送信器（１０２）が図２Ｄに示されるワイヤループ（２０４）によって近似されるシナリオでは、ワイヤセグメント長ｓ、およびキャパシタＣの値は工場で、式（１２ｃ）に基づいて選択され得、これにより、ワイヤループ（２０４）の共振角周波数ω_０を、ＲＦ電源の角周波数に等しく維持することができ、その角周波数はＩＴＵ無線規則第５条、脚注５．１３８に規定されるタイプＡ周波数範囲（すなわち、６．７６５ＭＨｚ〜６．７９５ＭＨｚ）内であり得る。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、前述の製造公差は、結果として得られる容量範囲、長さ範囲、およびインダクタンス範囲が共振角周波数ω_０をタイプＡの周波数範囲（すなわち、６．７６５ＭＨｚ〜６．７９５ＭＨｚ）から逸脱させないように制御される。加えて、上述の両方のシナリオでは、可変フォームファクタ送信器（１０２）のユーザ適合フォームファクタと、平行ワイヤ伝送線（２０１）またはワイヤループ（２０４）の簡略化フォームファクタと、の間の物理的差異に起因する近似誤差が存在する。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、前述の製造公差および近似誤差を補償するために、可変フォームファクタ送信器（１０２）の入力インピーダンスおよび特性周波数は工場内で、ならびにユーザによって調整可能とすることができる。

図２Ｈは、可変フォームファクタ送信器（１０２）の等価回路Ａ（２０５ａ）および等価回路Ｂ（２０５ｂ）の概略図を示す。電源（１０８）からの最適な電力移送のために、可変フォームファクタ送信器（１０２）の入力インピーダンスは、電源（１０８）の出力インピーダンス（抵抗Ｒ_Ｌによって表される）に整合される。抵抗Ｒは可変フォームファクタ送信器（１０２）の全ての損失源（例えば、抵抗損失、放射損失、誘電損失等）を表す実効直列抵抗である。可変キャパシタＣ_１は可変フォームファクタ送信器（１０２）の見かけの入力インピーダンスをその共振周波数に決定し、可変キャパシタＣ_２は、その共振周波数を設定する。

等価回路Ｂ（２０５ｂ）は等価回路Ａ（２０５ａ）の簡略化された形態に対応し、そこではＣ_２、Ｃ_３およびＬが単一のリアクタンスχに統合される。可変フォームファクタ送信器（１０２）の入力インピーダンスは、Ｃ_１が式（１５）によって与えられる値を有する場合、Ｒ_Ｌに等しい。
式（１５）

Ｒ_Ｌ＜Ｒの場合、図２Ｅに示す変圧器結合方式を使用することができる。Ｒ_Ｌ≧Ｒの場合、図２Ｆに示す容量結合方式を使用することができる。

図４は、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的なＲＦ電源の概略図を示す。特に、図４に示される例示的なＲＦ電源は、上記の図１Ａ、図１Ｃ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄに示される電源（１０８）として、ＩＳＭ帯域に基づいて動作し得る。具体的には、図４に示される例示的なＲＦ電源は、上記の図１Ａ、１Ｃ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄに示される電源（１０８）の２つの端子に対応する端子Ａ（２０４ａ）および端子Ｂ（２０４ｂ）を含む。概略図は、各種ＲＬＣ回路のコンポーネントの容量値、インダクタンス値、および抵抗値、ならびに各種集積回路コンポーネントの市販部品番号を指定する。１つまたは複数の実施の形態では、図４に示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図４に示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

図５Ａは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な受信デバイスＡ（５００ａ）の概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、図５Ａに示されるモジュールおよび要素のうちの１つまたは複数が省略され、繰り返され、および／または置き換えられてもよい。したがって、本発明の実施の形態は、図５Ａに示すモジュールの特定の構成に限定されると考えるべきではない。

図５Ａに示すように、受信デバイスＡ（５００ａ）は並列に接続されてＬＥＤストリングを形成する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、ＬＥＤ（５０２））を含む。ＬＥＤストリングの２つの端部は、整流回路Ａ（５０１ａ）に接続されてループを形成する。例えば、ループは、上記の図１Ａに示される無線電力移送エリア（１０１）内で使用されるモバイルＬＥＤ照明装置として使用される円形ループであってもよい。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、整流回路Ａ（５０１ａ）は、キャパシタＣ_１、Ｃ_２およびＣ_３と、整流ダイオードＤ_１およびＤ_２と、を含む。受信デバイスＡ（５００ａ）が振動磁場の存在下にあるとき、ＬＥＤストリングのループを通る変化する磁束は、ＬＥＤストリングの２つの端部間に電圧差を誘起する。誘起された電圧差は時間と共に振動する。容量Ｃ_３は、誘導された振動電圧を高めるために、ＬＥＤストリングを振動磁場で共振させるように調整される。整流ダイオードＤ_１およびＤ_２は誘導された振動電圧を整流することによって、ＬＥＤストリングの外側ワイヤ（５０３ａ）と内側ワイヤ（５０３ｂ）との間にＤＣ電圧差を生成し、それによって、並列接続されたＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ（５０２））に電力を送達する。キャパシタＣ_１およびＣ_２は、ＬＥＤストリングの外側ワイヤ（５０３ａ）及び内側ワイヤ（５０３ｂ）をＲＦ電流に見かけ上短絡された状態に維持するためのＲＦバイパスキャパシタとして作用する。受信デバイスＡ（５００ａ）の構成は、整流ダイオードＤ_１またはＤ_２と直列のＬＥＤ間の組み合わされた順方向電圧降下によってループ電圧を制限し、これによりユーザに対する安全性を改善する。

図５Ａと同様に、図５Ｂは複数の整流回路（すなわち、整流回路Ｂ（５０１ｂ）、整流回路Ｃ（５０１ｃ）、整流回路Ｄ（５０１ｄ）、整流回路Ｅ（５０１ｅ））を有する受信デバイスＡ（５００ａ）のより大きなバージョンである例示的な受信デバイスＢ（５００ｂ）を示す。受信デバイスＢ（５００ｂ）の動作は、受信デバイスＡ（５００ａ）と実質的に同じである。受信デバイスＢ（５００ｂ）内のセグメントの数は、負荷、すなわち並列接続されたＬＥＤ、に最適なインピーダンス整合を提供するように選択することができる。

図５Ａおよび５Ｂに加えて、図５Ｃは、他の例示的な受信デバイスの概略図を示す。

図５Ｃは、本発明の１つまたは複数の実施の形態による例示的な受信デバイス回路（５００ｃ）の概略図を示す。１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス回路（５００ｃ）は、上記の図１Ａに示された無線電力移送エリア（１０１）内の様々な異なるタイプのモバイルまたは静止アプリケーションのための、異なる形状、サイズ、フォームファクタなどを有する様々なタイプの受信デバイスで使用される。１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイス回路（５００ｃ）の少なくともインダクタＬは、無線電力移送を受信するために無線電力移送エリア（１０１）内に配置される。図５Ｃに示される残りのコンポーネントは抵抗Ｒ_Ｌによって表される負荷によって消費されるのに適したフォーマットに、受信された無線電力を変換するように構成される。

図５Ｃに示すように、インダクタＬは、キャパシタＣ_１、Ｃ_２およびＣ００共に、上記図１Ａ〜図２Ｇを参照して説明した可変フォームファクタ送信器（１０２）およびＲＦ電源（１０８）の特性周波数で共振するようにチューニングされる。キャパシタＣ_１の値は、共振レシーバとＤＣ−ＤＣコンバータ（５０４）の入力との間のインピーダンス整合を提供するように選択される。ＤＣ−ＤＣコンバータ（５０４）は、整流された電圧を定電圧に変換して負荷Ｒ_Ｌを駆動する。ＤＣ−ＤＣコンバータ（５０４）は、受信デバイス回路（５００ｃ）が無線電力移送エリア（１０１）内の変化する磁場強度の領域を通って動かされる状況においても、受信デバイス回路（５００ｃ）が負荷Ｒ_Ｌに一定の電圧を与えることを可能にする。負荷Ｒ_Ｌは線形デバイス、すなわち、線形の電圧対電流関係を伴うデバイスである必要はないことに留意されたい。負荷Ｒ_Ｌの例にはＬＥＤ、マイクロコントローラ、モータ、センサ、アクチュエータなどが含まれるが、これらに限定されない。

本発明の１つまたは複数の実施の形態では、受信デバイスＡ（５００ａ）、受信デバイスＢ（５００ｂ）、または受信デバイス回路（５００ｃ）は、ダイポール送信器（たとえば、磁気ダイポール送信器）、分散容量を伴うループアンテナ、分散容量を伴う平行ワイヤ伝送線、分散容量を伴うシールド伝送線など、任意の電磁送信器から無線で電力を受信することができる。本発明の１つ以上の実施の形態では、受信デバイスＡ（５００ａ）、受信デバイスＢ（５００ｂ）、および／または受信デバイス回路（５００ｃ）は、受信デバイス（Ａ）、受信デバイス（Ｂ）、受信デバイス（Ｃ）、受信デバイス（Ｄ）、受信デバイス（Ｅ）、または受信デバイス（Ｆ）として無線電力移送エリア（１０１）内に配置され、可変フォームファクタ送信器（１０２）から無線で電力を受け取る。

図６は、本発明の１つまたは複数の実施の形態によるフローチャートを示す。本発明の１つまたは複数の実施の形態では、図６の方法は、上記の図１Ａ、１Ｃ、２Ａ、２Ｂ、および／または２Ｄを参照して説明した例示的なシステムおよび例示的な可変フォームファクタ送信器を使用して実施することができる。本発明の１つ以上の実施の形態において、図６に示される要素の１つ以上は省略され、繰り返され、および／または図６に示されるものとは異なる順序で実行されてもよい。したがって、図６に示されるステップの特定の配置は本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

最初に、要素６０１では、所定の無線電力移送エリアに基づいて、可変フォームファクタ送信器が適合フォームファクタへと適合される。１つまたは複数の実施の形態では、適合フォームファクタの可変フォームファクタ送信器は特性周波数を有する。

要素６０２では、可変フォームファクタ送信器の特性周波数は、可変フォームファクタ送信器を適合させつつ、適合フォームファクタとは実質的に独立するように維持される。

１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器は、ワイヤセグメントを介して直列に接続されることで一連の分散キャパシタをなす多数のキャパシタを含む。

１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器を適合させることは、ワイヤセグメントを切断するかまたは接合することによって、所定の無線電力移送エリアの寸法に基づいて、分散キャパシタのストリングの長さを調整することを含む。特に、特性周波数は、分散キャパシタのストリングの調整された長さとは実質的に独立する。

ひとつ以上の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器を適合させることは、所定の無線電力移送エリアの形状に基づいて、分散キャパシタのストリングを、多次元表面を占有するように構成することを含む。特に、特性周波数が、多次元面のフォームファクタとは実質的に独立する。

ひとつ以上の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器を適合させることは、所定の無線電力移送エリアの長尺形状に基づいて、分散キャパシタのストリングを折り畳んで平行なラインのペアにすることを含む。特に、特性周波数が、平行なラインの前記ペアのフォームファクタとは実質的に独立する。

１つまたは複数の実施の形態では、可変フォームファクタ送信器を適合させることは、円筒形の導電シールド内に（例えば、その中心線に沿って）分散キャパシタのストリングを配置することを含む。分散キャパシタのストリングの一端は、電源への戻り経路として円筒形導電シールドに接続される。特に、特性周波数が、直列に接続されたキャパシタの長さとは実質的に独立する。

ひとつ以上の実施の形態では、無線電力移送の範囲が所定の無線電力移送エリアをカバーすることを保証するように、適合フォームファクタの寸法公差が決定される。特に、可変フォームファクタ送信器を寸法公差内で適合させつつ、特性周波数が所定の範囲内に維持される。

要素６０３で、無線周波数（ＲＦ）電源から、および、特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して所定の無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力が送信される。１つまたは複数の実施の形態では、駆動ワイヤループは可変フォームファクタ送信器に近接して配置される。特に、駆動ワイヤループは、ＲＦ電源によってエネルギ供給され、その結果、可変フォームファクタ送信器にエネルギを供給する。

１つまたは複数の実施の形態では、ＲＦ電源は整合キャパシタに接続され、その値はＲＦ電源と可変フォームファクタ送信器との間のインピーダンス整合を提供するように選択される。１つまたは複数の実施の形態では、ＲＦ電源は共振バランを介して整合キャパシタに接続される。１つまたは複数の実施の形態では、ＲＦ電源は不平衡同軸伝送線を介して整合キャパシタに接続され、該伝送線のシールドは可変フォームファクタ送信器の電圧ノードに取り付けられる。

要素６０４で、所定の無線電力移送エリア内に複数の受信デバイスが設けられる。ひとつ以上の実施の形態では、ＲＦ電源から可変フォームファクタ送信器を介して送信されるＲＦ電力の一部が受信デバイスによって受信される。特に、特性周波数がさらに、受信デバイスの数とは実質的に独立し、または、受信デバイスの配置とは実質的に独立する。

Claims

無線電力移送の方法であって、
第１無線電力移送エリアに基づいて可変フォームファクタ送信器を第１適合フォームファクタへと適合させることであって、前記第１適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が第１特性周波数を有する、適合させることと、
無線周波数（ＲＦ）電源から、および、前記第１特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して前記第１無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信することと、
前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることに続いて、ユーザによって、第２無線電力移送エリアに基づいて前記可変フォームファクタ送信器を第２適合フォームファクタへとさらに適合させることであって、前記第２適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が第２特性周波数を有し、該第２特性周波数が前記第１特性周波数と実質的に同一である、適合させることと、
前記ＲＦ電源から、および、前記第２特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の前記近接電磁場を介して前記第２無線電力移送エリアに亘って前記ＲＦ電力をさらに送信することと、を含む方法。
前記無線電力移送の範囲が前記第１無線電力移送エリアをカバーすることを保証するように、前記第１適合フォームファクタの寸法公差を決定することと、
前記可変フォームファクタ送信器を前記寸法公差内で前記第１適合フォームファクタへと適合させつつ、前記第１特性周波数を所定の範囲内に維持することと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
前記第１無線電力移送エリア内に複数の受信デバイスを設けることをさらに含み、
前記ＲＦ電源から前記可変フォームファクタ送信器を介して送信される前記ＲＦ電力の一部が前記複数の受信デバイスによって受信され、
前記第１特性周波数がさらに、前記複数の受信デバイスの数とは実質的に独立し、または、前記複数の受信デバイスの配置とは実質的に独立する請求項１に記載の方法。
前記可変フォームファクタ送信器は、
それぞれが所定の容量を伴う複数のキャパシタと、
それぞれが所定のセグメント長および単位長さ当たり所定のインダクタンスを伴う複数のワイヤセグメントと、を備え、
前記複数のキャパシタが少なくとも前記複数のワイヤセグメントを介して直列に接続されることで分散キャパシタのストリングをなし、
前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
前記複数のワイヤセグメントを切断することおよび接合することからなるグループから選択される少なくともひとつによって、前記第１無線電力移送エリアの寸法に基づいて分散キャパシタの前記ストリングの長さを調整することを含み、
前記第１特性周波数がさらに、分散キャパシタの前記ストリングの調整された長さとは実質的に独立する請求項１に記載の方法。
前記可変フォームファクタ送信器は分散キャパシタのストリングを備え、
前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
前記第１無線電力移送エリアの形状に基づいて、多次元面を占めるように分散キャパシタの前記ストリングを構成することを含み、
前記第１特性周波数がさらに、前記多次元面のフォームファクタとは実質的に独立する請求項１に記載の方法。
前記可変フォームファクタ送信器は分散キャパシタのストリングを備え、
前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
前記第１無線電力移送エリアの長尺形状に基づいて、分散キャパシタの前記ストリングを折り畳んで平行なラインのペアにすることを含み、
前記第１特性周波数がさらに、平行なラインの前記ペアのフォームファクタとは実質的に独立する請求項１に記載の方法。
前記可変フォームファクタ送信器は分散キャパシタのストリングを備え、
前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
円筒形状の導体シールド内に分散キャパシタのストリングを設けることを含み、
前記円筒形状の導体シールドが分散キャパシタの前記ストリングの一端に接続され、
前記第１特性周波数がさらに、分散キャパシタの前記ストリングの前記長さとは実質的に独立する請求項１に記載の方法。
無線電力移送のための可変フォームファクタ送信器であって、
それぞれが所定の容量を伴う複数のキャパシタと、
それぞれが所定のセグメント長および単位長さ当たりの所定のインダクタンスを伴う複数のワイヤセグメントと、を備え、
前記複数のキャパシタが少なくとも前記複数のワイヤセグメントを介して直列に接続されることで分散キャパシタのストリングをなし、
分散キャパシタの前記ストリングが、第１無線電力移送エリアに基づいて、第１適合フォームファクタへと適合可能であり、
前記第１適合フォームファクタの分散キャパシタの前記ストリングが、前記第１適合フォームファクタとは実質的に独立した第１特性周波数を有し、
前記第１適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器は、
無線周波数（ＲＦ）電源から、および、前記第１特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、分散キャパシタの前記ストリングの近接電磁場を介して前記第１無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信することを行うよう構成され、
分散キャパシタの前記ストリングはさらに、前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることに続いて、ユーザによって、第２無線電力移送エリアに基づいて第２適合フォームファクタへと適合可能であり、
前記第２適合フォームファクタの分散キャパシタの前記ストリングが、前記第２適合フォームファクタとは実質的に独立した第２特性周波数であって前記第１特性周波数と実質的に同一である第２特性周波数を有し、
前記第２適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器は、
前記ＲＦ電源から、および、前記第２特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、分散キャパシタの前記ストリングの前記近接電磁場を介して前記第２無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力をさらに送信することを行うよう構成される可変フォームファクタ送信器。
前記第１適合フォームファクタのうちの少なくともひとつの寸法は、前記第１特性周波数の自由空間波長よりも小さく、これにより、前記可変フォームファクタ送信器の遠方の電磁場における放射が抑制され、
前記第１特性周波数が前記所定の容量、前記所定のセグメント長および単位長さ当たりの前記所定のインダクタンスに少なくとも基づく請求項８に記載の可変フォームファクタ送信器。
前記ＲＦ電源から前記可変フォームファクタ送信器を介して送信される前記ＲＦ電力の一部が、前記第１無線電力移送エリア内の複数の受信デバイスによって受信され、
前記第１特性周波数がさらに、前記複数の受信デバイスの数とは実質的に独立し、または、前記複数の受信デバイスの配置とは実質的に独立する請求項８に記載の可変フォームファクタ送信器。
分散キャパシタの前記ストリングを前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
前記複数のワイヤセグメントを切断することおよび接合することからなるグループから選択される少なくともひとつによって、前記第１無線電力移送エリアの寸法に基づいて分散キャパシタの前記ストリングの長さを調整することを含み、
前記第１特性周波数がさらに、分散キャパシタの前記ストリングの調整された長さとは実質的に独立する請求項８に記載の可変フォームファクタ送信器。
分散キャパシタの前記ストリングを前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
前記第１無線電力移送エリアの形状に基づいて、多次元面を占めるように分散キャパシタの前記ストリングを構成することを含み、
前記第１特性周波数がさらに、前記多次元面のフォームファクタとは実質的に独立する請求項８に記載の可変フォームファクタ送信器。
分散キャパシタの前記ストリングを前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
前記第１無線電力移送エリアの長尺形状に基づいて、分散キャパシタの前記ストリングを折り畳んで平行なラインのペアにすることを含み、
前記第１特性周波数がさらに、平行なラインの前記ペアのフォームファクタとは実質的に独立する請求項８に記載の可変フォームファクタ送信器。
前記可変フォームファクタ送信器は分散キャパシタのストリングを備え、
前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることは、
円筒形状の導体シールド内に分散キャパシタのストリングを設けることを含み、
前記円筒形状の導体シールドが分散キャパシタの前記ストリングの一端に接続され、
前記第１特性周波数がさらに、分散キャパシタの前記ストリングの前記長さとは実質的に独立する請求項８に記載の可変フォームファクタ送信器。
無線電力移送のシステムであって、
無線周波数（ＲＦ）電源と、
第１無線電力移送エリアに基づいて第１適合フォームファクタへと適合可能な可変フォームファクタ送信器と、を備え、
前記可変フォームファクタ送信器はさらに、前記可変フォームファクタ送信器を前記第１適合フォームファクタへと適合させることに続いて、ユーザによって、第２無線電力移送エリアに基づいて第２適合フォームファクタへと適合可能であり、
前記第１適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が第１特性周波数を有し、
前記第２適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器が第２特性周波数を有し、該第２特性周波数が前記第１特性周波数と実質的に同一であり、
前記第１適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器は、
前記第１特性周波数を、前記第１適合フォームファクタとは実質的に独立した状態に維持することと、
前記ＲＦ電源から、および、前記第１特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の近接電磁場を介して前記第１無線電力移送エリアに亘ってＲＦ電力を送信することと、を行うよう構成され、
前記第２適合フォームファクタの前記可変フォームファクタ送信器は、
前記第２特性周波数を、前記第２適合フォームファクタとは実質的に独立した状態に維持することと、
前記ＲＦ電源から、および、前記第２特性周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記可変フォームファクタ送信器の前記近接電磁場を介して前記第２無線電力移送エリアに亘って前記ＲＦ電力をさらに送信することと、を行うよう構成されるシステム。