JP6757854B2 - 電力のワイヤレス伝送のためのシステム - Google Patents

Description

本発明は一般的に、１つまたは複数の電気負荷のワイヤレス給電および／または再充電システムに関する。このような電気負荷は、たとえば、それ自体の内部バッテリの動作および／または充電を可能にする電力供給を必要とする電気／電子デバイスであってもよい。この種の電気／電子デバイスの典型例としては、携帯電話、タブレット、コンピュータ、テレビセット、照明セット（たとえば、ＬＥＤ）、およびその他多くのものがある。

ワイヤレスモードで電力を負荷に伝送する現在既知のシステムは、一般的に、給電／再充電対象のデバイス上に位置決めされた受信装置と対応する給電デバイス上に位置決めされた送信装置との間の誘導または容量結合の獲得に基づく。

誘導結合に基づくシステム内では通常、たとえばコイルの形状を有する給電デバイス上に位置決めされた送信アンテナおよび給電対象のデバイス上に位置決めされた受信アンテナが利用される。このように、送信装置と受信装置とが電気的に接続されていなくても、さまざまな種類の電気デバイスおよび電子デバイスに給電可能である。

このような短距離ワイヤレス給電／再充電システムの問題として、給電／再充電対象のデバイスを関連する給電デバイスに対して正確に位置決めする必要がある。

誘導性システムの場合、この問題は、（たとえば、広い空間部分にエネルギーを放射できるより大きなコイルまたはアンテナによって）かなり広い空間領域に誘導磁場を生成可能な送信アンテナを構成することにより解決可能であるが、この手法では、システムのエネルギー効率が大幅に悪化し、送信電力が低下し、電磁気的汚染が増加する。

別の解決手段では、寸法が小さな複数のアンテナ（コイル）を給電デバイスに備え付けるが、各アンテナ（コイル）は、他のアンテナ（コイル）から独立し、場合によっては、それぞれにより生成された磁界が部分的に重なるように位置決めされた電力回路により給電される。

ただし、この解決手段では、システムのコストおよび規模が大幅に増大し、いずれの場合にも、誘導性システムを特徴付ける低いエネルギー効率の問題を克服できない。

本発明の目的は、上記明らかな制約を克服することであり、特に、より効率的かつ従来技術よりも小さなサイズで、給電デバイスに近接してランダムに位置決めされたデバイスに給電可能な電力のワイヤレス送信のためのシステムを提供することである。

これらの目的は、独立請求項に示される本発明の特性により達成される。従属請求項は、本発明の種々実施形態の好適および／または特に有利な態様を示している。

上記を考慮して、本発明は、
給電デバイスと、
給電デバイスから物理的に分離されて独立した給電対象デバイスと、を備え、
給電対象デバイスが、
給電対象の電気負荷と、
電気負荷に接続され、少なくとも１つの受信誘導要素を備えた受信装置と、を備え、
給電デバイスが、複数の電力送信セットを備え、複数の電力送信セットのそれぞれが、
受信誘導要素との誘導結合を実現可能な少なくとも１つの送信誘導要素を備えた送信装置と、
時間とともに周期的に変動可能な電圧波を送信装置に印加可能な電力回路と、を含み、
送信セットの送信誘導要素が、平面配置を個別に有し、グリッドを構成するように給電デバイスの動作面上に並んで全体的に位置決めされた、電力を電気負荷へワイヤレス伝送するためのシステムを提供する。

平面配置を有する誘導要素は一般的に、広範に誘導的な電気的挙動を示す導電性材料の細身体（たとえば、ワイヤ部またはストリップ）であるものと理解される。

これらの誘導要素は、給電デバイスの動作面自体と実質的に同一平面あるいは平行となるように動作面上に位置決めされる。

これは、動作面が完全に平坦である場合、誘導要素が（明らかに厚さを無視して）１つまたは２つの空間次元にのみ延びるが、動作面が湾曲している（たとえば、わずかにドーム状または凹状となっている）場合には、誘導要素が３次元に延びていてもよいことを意味する。

誘導要素は、代替として空間で螺旋状に延びるコイルとすることはできない。

この送信誘導要素のグリッドのおかげで、特に厚さに関して、給電デバイスのサイズを非常に小さく保つことができる。

同時に、送信誘導要素のグリッドによれば常に、給電対象デバイスの受信誘導要素の複数の形状および寸法に対して、効率的にその形状および寸法を全体的に近似する送信誘導要素群を識別することにより、受信誘導要素との結合を最大化させることができる。

多数の独立した電力回路が存在するおかげで、この一組の送信誘導要素に対しても選択的に給電可能であり、給電デバイスのその他すべての送信誘導要素には給電しないようにすることで、電力を給電対象デバイスに伝送するのに最適な誘導磁場が生成され、送信システムの全体的な効率が向上するとともに、分散および電磁気的汚染が抑えられる。

この効果は、従来技術の送信アンテナ（ヘリカルコイル）では得られない。従来技術の送信アンテナそれぞれが生成する誘導磁場では、特に、たとえば携帯用コンピュータおよびスマートフォンに給電する場合のように、異なる給電対象デバイスに搭載された受信アンテナが異なる寸法を有し得る場合に、給電対象デバイスの受信アンテナと常に完全に結びつくわけではないためである。

これら既知のデバイスと異なり、提案の解決手段では代替として、給電対象デバイスに動的に適応することにより、任意のサイズおよび形状の受信誘導要素を有するデバイス（たとえば、携帯電話、ラップトップコンピュータ、ランプ、テレビセット、およびその他多くのもの）に対して、効率的かつ場合により同時に電力を供給することができる。

この点、本発明の一態様によれば、上記システムは、
各送信セットと給電対象デバイスとの相対位置を検出可能なモニタリングシステムと、
モニタリングシステムによる検出に基づいて、給電デバイスの受信装置との結合を実現するのに適した位置に送信装置が存在する送信セットのアレイを選択可能な選択システムと、
選択されたアレイに属する送信セットの電力回路を作動させ得る制御システムと、を備え得る。

このように、給電装置は、給電対象デバイスの受信装置と効果的に送信装置を結合可能な送信セットのみを作動させることによって、損失および電磁気的汚染を抑えることができる。

本発明の別の態様によれば、送信誘導要素は、細長形状を個別に有し得る。すなわち、送信誘導要素は、たとえば直線もしくは曲線、折れ線、または混合線に従って、広範な方向に個別に延伸可能である。

この解決手段のおかげで、給電対象デバイスの受信誘導要素のさまざまな形状および寸法をより近似可能な送信誘導要素のグリッドを構成することができる。

この点、特に効率的な一実施形態において、送信誘導要素は、個別かつ広範に、直線的に延伸可能であり、長手方向の行および横断方向の行によって全体的に整列されておらず、横断方向の行が長手方向の行と交差して上記グリッドを画定する。

本発明の別の実施形態によれば、給電デバイスの各送信セットの送信装置は、
対応する電力回路に接続され、送信誘導要素のグリッドのメッシュ内で給電デバイスの動作面上に位置決めされた少なくとも１つの送信アーマチャも備えることができ、
給電対象デバイスの受信装置は、
電気負荷に接続され、第１の送信セットの送信アーマチャに対向して容量接続の第１の電気容量を得られる第１の受信アーマチャと、
電気負荷に接続され、第２の送信セットの送信アーマチャに対向して容量接続の第２の電気容量を得られる第２の受信アーマチャと、を備えることができる。

このように、電力の誘導・容量混成送信を得られるのが好都合であり、これら２つの技術を選択的または同時に使用して、給電対象デバイス上に位置決めされた負荷に給電することができる。

たとえば、給電デバイスと給電対象デバイスとの間の距離が非常に短い場合（たとえば、ラップトップまたは携帯電話が動作面上に直接位置する場合）、このシステムは、容量結合を利用できるのが好ましく、場合によっては、別の電力寄与として誘導結合のみを利用できるのが好ましい。

逆もまた同様に、誘導結合は、より長い距離で有利となり得る。

距離が長くなると、共鳴磁気結合により動作し、さらに長距離では、１つまたは複数の受信アンテナに結合された放射送信アンテナとして機能するように、システムを動的に再構成するのが有用と考えられる。

これにより、動作面上の給電対象デバイスの任意の位置のみならず、直交／垂直方向のさまざまな距離（数センチメートル〜数メートル）について、電力の伝送を実現することにより、優先的な結合の種類を容量結合、誘導結合、共鳴磁気結合、および／または放射アンテナに基づく結合の間で動的にも変更可能となる。

また、特に長距離の送信装置（誘導性および容量性の両者）は、高周波（たとえば、ＲＦ）で駆動される多数のアンテナとしての利用により、たとえば特に正確な指向性ビームで目標受信アンテナに達し、場合によっては目標受信アンテナを動的に追跡するのに有用な建設的および相殺的干渉を空間に生成可能であることを強調すべきである。

本発明の別の態様によれば、給電デバイスの各送信セットの送信装置は、対応する電力回路に接続され、送信誘導要素のグリッドの同じメッシュ内で位置決めされた複数の送信アーマチャを備え得る。

この解決手段のおかげで、電力回路を過剰に増やすことなく、送信アーマチャの数を増やせるのが非常に好都合であり、コストを抑え続けられる。一方、この送信アーマチャの数の増加によれば、それぞれの寸法を低減できる利点があるため、ごく密集するように細分された送信面を構成するように配置して受信アーマチャとの非常に正確な容量結合を得ることができ、容量性受信エリアにより覆われてない容量性送信エリアの縮小によって、実質的に給電対象デバイスの任意の位置に対して電力送信が可能になるとともに、電磁放射が抑えられる。

本発明の別の態様によれば、給電対象デバイスの受信装置は、給電デバイスの１つまたは複数の送信誘導要素との誘導結合を実現可能な２つの受信誘導要素を備えることができ、第１の受信誘導要素が第１の受信アーマチャと電気負荷との間で直列に接続され、第２の送信誘導要素が第２の受信アーマチャと電気負荷との間で直列に接続されている。

この解決手段のおかげで、受信誘導要素は、電力回路の共鳴装置を構成可能な直列インダクタおよび負荷に送信された電力を増幅させて、誘導的に受信された電力を容量的に受信された電力に追加するのに有用な受信誘導要素という複数の機能を提供することができる。

したがって、本実装は特に、必要な構成要素の数を最小限に抑える（たとえば、整流器および共鳴インダクタを削除する）ことにより、システムの多用途性および送信可能な電力を増大させつつ、給電対象デバイスのサイズおよびコストを低減できる程度に都合がよい。

本発明の別の態様によれば、各送信セットの電力回路は、駆動信号を受信し、駆動信号の周波数に等しい周波数で送信装置を電圧発生器に対して間欠的かつ周期的に接続可能な少なくとも１つのスイッチング回路を備える。

この解決手段のおかげで、かなり低いコストで比較的簡単かつ合理的に負荷に給電可能な電圧波を生成できて都合がよい。

送信装置が誘導型の送信要素（１つまたは複数の送信誘導要素）および容量型の送信要素（１つまたは複数の送信アーマチャ）の両者を備える場合、対応する電力回路は、少なくとも１つの各送信要素（容量性または誘導性）にそれぞれ接続されるものの、すべて同じ駆動信号により制御される複数の上記スイッチング回路を備えていてもよい。

電力の伝送において高性能および高効率を得るため、特にシステムが容量結合も利用する場合、スイッチング回路は、非常に高い周波数（たとえば、ＭＨｚ、数十ＭＨｚ、または数百ＭＨｚのオーダ）の電圧波を生成できるのが好ましい。

この結果を得るのに特に便利な方法としては、完全共鳴方式により構成されたスイッチング回路の使用が挙げられるが、この回路トポロジおよび駆動システムによって、スイッチの動的損失をほぼ完全に取り除くことができ、高いスイッチング周波数および低損失が可能となる。これらの目的を達成するのに好都合なスイッチング回路のカテゴリは、クラスＤ、Ｅ、Ｆ、またはＥ／Ｆ増幅器の適当な改良に由来する。

この点、本発明の一態様によれば、スイッチング回路は、電圧発生器と基準電位との間で直列に接続された一対の電気スイッチを備えることができ、該スイッチ間には、送信装置に接続された中心ノードが備えられる。

このように、駆動信号の周波数で２つのスイッチを交互にオン・オフすることにより、電圧波を容易に生成することができて都合がよい。

あるいは、スイッチング回路は、電圧発生器と基準電位（たとえば、グランド）との間で直列に接続されたインダクタ（チョークとして知られる）およびスイッチを備え、該インダクタと該インダクタとの間には、送信装置に対して電気的に接続された中心ノードが備えられる。

この解決手段のおかげで、単一のスイッチを用いて電圧波を生成でき、システムのコストが抑えられるため都合がよい。

いずれの場合も、スイッチとしては、たとえば高性能ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＣＭＯＳ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣベースのＦＥＴトランジスタ、または他のスイッチ等、能動スイッチが可能である。

本発明の別の特性および利点については、添付の表に示す図面を用いて提供する以下の説明から容易に明らかとなるであろうが、これらは一例に過ぎず、何ら限定的なものではない。

本発明に係る、電力を伝送するシステムの概略図である。 本発明の一変形例に係る、電力を伝送するシステムの概略図である。 本発明の一実施形態に係る、給電デバイスの作動面の上面図である。 本発明の一実施形態に係る、給電対象デバイスの受信面の底面図である。 本発明の一実施形態に係る、電力送信セットの回路図である。 送信セットの考え得るスイッチング回路の回路図である。 送信セットの考え得るスイッチング回路の回路図である。 本発明の一実施形態に係る、電力送信セットの回路図である。 本発明の一実施形態に係る、給電デバイスの作動面の上面図である。 図２のシステムの一実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る、給電対象デバイスの受信面の底面図である。 本発明の一実施形態に係る、分圧器の回路図である。 図２のシステムの一実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る、分圧器の回路図である。 本発明の一実施形態に係る、電力送信セットの回路図である。 本発明の一実施形態に係る、制御モジュールの図である。 本発明の一実施形態に係る、分圧器の回路図である。 本発明の一実施形態に係る、制御モジュールの図である。 図２のシステムの一実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る、電力送信セットの回路図である。 本発明の一実施形態に係る、給電デバイスの作動面の上面図である。 図２のシステムの一実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る、給電対象デバイスの受信面の底面図である。 図２のシステムの一実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る、電力送信セットの回路図である。 本発明の一実施形態に係る、給電デバイスの作動面の上面図である。

図１の概略図を参照して、電力のワイヤレス伝送のためのシステム１００は、給電デバイス１０５および給電対象デバイス１１０を備え、給電対象デバイスが給電デバイス１０５から物理的に分離されて独立している。言い換えると、給電対象デバイス１１０は、給電デバイス１０５から独立して空間中で自由に変位可能な任意のデバイスであり、たとえば、２つのデバイス間に如何なる種類の物理的リンクもなく、給電デバイス１０５に対して近づいたり離れたりすることができる。

一例として、給電対象デバイス１１０としては、携帯電話、タブレット、コンピュータ、テレビセット、照明システム（たとえば、ＬＥＤ）、家電製品、ウェアラブルデバイス、ＩｏＴデバイス、車両、センサ、アクチュエータ、または動作時の電力供給および／もしくは内部バッテリの再充電が必要なその他任意の電気／電子デバイスが可能である。

給電対象デバイス１１０は模式的に、給電対象の少なくとも１つの電気負荷１１５（たとえば、バッテリ）と、電気負荷１１５に接続された電力受信装置１２０とを備える。

また、給電対象デバイス１１０は、受信装置１２０と電気負荷１１５との間で直列に接続されて、受信装置１２０に印加されたＡＣ電圧を電気負荷１１５への給電に有用なＤＣ電圧に変換する整流器４４０を備えていてもよい。

給電デバイス１０５は、電圧発生器１４０により給電可能な電力送信用の複数のセット１３５を備える。

本明細書において、電圧発生器１４０は、時間が経過しても実質的に一定を維持する電位差（電圧）を生成可能な任意の電気デバイスを意味することが直ちに示されるものとする。したがって、このようなデバイスとしては、その両端に一定電圧を直接生成可能なデバイス（たとえば、バッテリ）も考えられるが、たとえば通常の家庭用配電網からの交流電流をＤＣ電圧に変換可能な整流器も考えられるし、開始ＤＣ電圧を送信セット１３５に給電可能な適当な電圧に変換可能なＤＣ／ＤＣコンバータも考えられる。

各送信セット１３５は模式的に、電力を電力回路１５５に送信する装置１４５を備える。

一般的な意味において、送信装置１４５は、給電対象デバイス１１０の受信装置１２０とともに、非導電性電気結合（たとえば、誘導、容量、または誘導・容量混成）を実現可能な装置またはアンテナのようにエネルギーを放射可能な装置である。

電力回路１５５は、駆動信号を受信するとともに、十分な周波数および振幅で時間とともに周期的に変動する電圧波を送信装置１４５に印加して、電気負荷１１５への給電に必要な電力を供給可能な回路である。

この電圧波は一般的に、駆動信号の周波数に等しい周波数で対応する送信装置１４５を電圧発生器１４０に対して間欠的かつ周期的に接続する電力回路１５５によって得られる。

駆動信号としては、周波数およびデューティサイクルの予備設定値を有する方形波電圧信号が可能である。特に、駆動信号は、かなり高い周波数（たとえば、ＭＨｚ、数十ＭＨｚ、または数百ＭＨｚのオーダ）を有し得る。

駆動信号を生成するため、いくつかの実施形態において、給電デバイス１０５の各電力回路１５５には、信号発生器（たとえば、発振器または別のクロック発生システム）が設けられている。

あるいは、給電デバイス１０５は、すべての電力回路１５５に対して信号発生器を１つだけ備えることも可能であるし、電力回路１５５の数よりも少ない数の信号発生器を備えることも可能であり、適当なバスによって、駆動信号を各信号発生器から関連する電力回路１５５へと分配するように構成可能である。

図２に模式的に示す別の実施形態において、給電対象デバイス１１０は代替として、電気負荷１１５により給電可能であり、電気負荷１１５に印加された電圧および／もしくは電流または他の電気的尺度を読み込んで、クロック信号を生成可能な制御回路１２５を備え得る。

制御回路１２５により生成されるクロック信号は通常、周波数およびデューティサイクルの予備設定値を有する電圧信号（たとえば、方形波）である。特に、これらのクロック信号としては、高い周波数／非常に高い周波数（たとえば、数百ＭＨｚあるいはＧＨｚのオーダ）が可能である。

この場合、給電デバイス１０５の各送信セット１３５は、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５により生成されたクロック信号を受信し、当該クロック信号に基づいて電力回路１５５の駆動信号を生成可能な信号管理回路１５０を備え得る。

このように、各電力回路１５５の駆動が常に、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５により生成されたクロック信号を利用して得られることから、給電デバイス１０５には、その他如何なるクロック信号発生器（たとえば、発振器）も備え付ける必要がない。

この特徴は、動作用の高周波クロック信号を生成可能な制御回路１２５が一般的にはすでに給電対象デバイス１１０（たとえば、携帯電話、タブレット、またはコンピュータ）に備え付けられているという事実と併せて、ワイヤレス電力送信技術の実装に必要なコストの劇的な低減を明らかに伴う。この明確な利点の他、相互に自律的な送信セット１３５に基づくことにより、たとえば構成の大幅な単純化、クロック分散バスの削除、典型的な電磁放射源、およびフォールトトレラントなシステムの形成可能性等、その他の利点がある。

駆動信号の生成方法に関わらず、給電デバイス１０５の送信装置１４５と給電対象デバイス１１０の受信装置１２０との間で実現された電気および／または磁気結合のおかげで、電力セット１５５により生成された電圧波は、給電デバイス１０５と給電対象デバイス１１０との間の如何なる導電性電気接続の必要もなく、電気負荷１１５に達して給電可能である。

送信セット１３５が多数あるおかげで、この電力の送信は、給電デバイス１０５に対する給電対象デバイス１１０の異なる相対位置について得られる。特に、マトリクス分布に従って異なる送信セット１３５の送信装置１４５を配置することにより、給電デバイス１０５において動作面１６０を実現することができ、給電対象デバイス１１０は、複数の位置および異なる配向で配置可能であり、それぞれにおいて、給電対象デバイス１１０に近接する送信装置１４５が電気負荷１１５に対して効果的に給電可能となる一方、電力の送信に関与しない送信装置１４５は、給電されない状態を維持可能であるため、電気的損失および電磁気的汚染が抑えられる。

この点、装置１００は、場合により適当なアナログまたはデジタル信号調整回路が設けられた電子モニタリング・選択システム（たとえば、マイクロプロセッサベースのシステム、プログラム可能なロジック、配線ロジック、集積回路基板等）を備えることができ、これは、各送信セット１３５と給電対象デバイス１１０との相対位置を検出し、この検出に基づいて、給電デバイス１１０の受信装置１２０との結合を実現するのに適した位置に送信装置１４５が存在する送信セット１３５のアレイを識別するように構成されている。

また、装置１００は、給電デバイス１０５の送信セット１３５に接続され、選択されたアレイに属する送信セット１３５の電力回路１５５のみを作動させ、場合によってはその他すべての送信セット１３５の電力回路に給電しないように構成された電子制御システム（同じく、マイクロプロセッサベース、プログラム可能なロジック、配線ロジック、集積回路基板等）を備える。

この制御システムは、モニタリング・選択システムとは別個のシステムとして構成可能であるし、モニタリング・選択システムも統合した単一の電子制御システムに統合することも可能である。

この解決手段の別の利点として、給電デバイス１０５の上記動作面１６０上に種々配置可能な多数のデバイス１１０に同時に給電できることが挙げられる。

各送信装置１４５がそれ自体の電力回路１５５に接続されているという事実によっても、給電デバイス１０５は局所的な損傷に耐性があり、破壊される可能性があるのはたかだか１つの送信セット１３５であり、システムは全体として完全に機能し続ける。

この特徴のおかげで、給電デバイス１０５は、自由自在に切断して任意の有用な形状に加工できるパッドまたはシートの形態で得られるようになっていてもよい。たとえば、上記パッドまたはシートは、切断して机または壁に適用することも可能であり、この場合は、穴を開けることにより、たとえばテレビセット、棚、絵画、照明デバイスがその機能を損なうことなくネジまたは他の締結システム用の空間を構成することも可能である。

この概要を起点として、図１および図２に示すシステム１００の第１の実施形態においては、少なくとも誘導型の電力送信システムが得られるように、各送信セット１３５の送信装置１４５が、電力回路１５５に接続された送信誘導要素４２０を備え得る。

各送信誘導要素４２０は、平面配置を有し得る。すなわち、広範に誘導的な電気的挙動を示す導電性材料の細身体（たとえば、ワイヤ部またはストリップ（通常、誘導性ストリップ））の形態が可能である。

これらの送信誘導要素４２０は、細長形状を個別に有し得る。すなわち、送信誘導要素は、たとえば直線もしくは曲線、折れ線、または混合線に従って、広範な方向に個別に延伸可能である。

誘導要素４２０は、給電デバイス１０５の動作面１６０自体と実質的に同一平面あるいは平行となるように動作面１６０上に位置決め可能である。

これは、動作面が完全に平坦である場合は、誘導要素４２０が（明らかに厚さを無視して）たかだか２つの空間次元にしか延びないものの、動作面が湾曲している（たとえば、わずかにドーム状または凹状となっている）場合は、誘導要素が３次元に延びていてもよいことを意味する。

特に、誘導要素４２０は、グリッドを構成するように給電デバイス１０５の動作面１６０上に並んで位置決め可能である。

図３の例に示すように、送信誘導要素４２０は、横断方向の行が長手方向の行と交差して当該送信誘導要素４２０のグリッドを画定し、グリッドのメッシュ４２２を構成する空隙がその間に画定されたままとなるように、直線的な誘導性ストリップにより個別に具現化可能であるとともに、動作面１６０上に同一平面として位置決め可能であり、長手方向の行および横断方向の行によって全体的に整列される。

この背景において、システム１００の一実施形態においては、各送信セット１３５が特に、グリッドの同じメッシュ４２２の範囲を定める４つの送信誘導要素４２０のうちの１つを備え得る。

ただし、当然のことながら、送信誘導要素４２０は、送信コイル（たとえば、グリッドのメッシュ４２２の境界の範囲を定める平面構成の単一コイル）の形状を有する平面体により具現化されていてもよい。

図１および図２に模式的に示すように、給電対象デバイス１１０の受信装置１２０は上記に対応して、給電対象デバイス１１０の１つまたは複数の送信誘導要素４２０との誘導結合を実現可能な１つまたは２つの受信誘導要素４３５を備え得る。

各受信誘導要素４３５は、給電デバイス１０５の動作面１６０に対して相補形状を有し得る給電対象デバイス１１０の受信面１９５上で実質的に平坦かつ同一平面上に位置決め可能である。

一般的に、受信誘導要素４３５の数、形状、寸法、および配置は、給電対象デバイス１１０の受信面１９５を給電デバイス１０５の動作面１６０に対して設定または接近させることにより、少なくとも１つの受信誘導要素４３５と給電デバイス１０５の少なくとも１つの送信誘導要素４２０との間、好ましくは各受信誘導要素４３５とその形状および寸法をよい近似で再生するように配置された複数の送信誘導要素４２０との間で、給電デバイス１０５に対する給電対象デバイス１１０の複数の位置および／または相対配向、好ましくは給電対象デバイス１１０の任意の位置および／または配向に対して、誘導結合が形成可能となるように選択される必要がある。

一実施形態によれば、受信誘導要素４３５は、整流器４４０を通じて電気負荷１１５に接続可能なコイルまたは受信アンテナの形状を有する誘導伝導体により具現化することができる。

たとえば、図４に示すように、受信装置１２０は、受信面１９５上で同一平面として延びるコイルのように成形された受信誘導要素４３５を備えることも可能である。

受信誘導要素４３５と送信誘導要素４２０との間の誘導結合によって電力を伝送するため、各送信セット１３５の電力回路１５５は、各送信誘導要素４２０（または、送信装置１４５を画定する各一連の送信誘導要素４２０）の両端に接続された２つのスイッチング回路４２５を備え得る（図５参照）。

これら２つのスイッチング回路４２５は、同じ周波数で駆動可能ではあるものの、位相は互いに反対である。

あるいは、スイッチング回路４２５の一方を任意の位相で駆動し、送信誘導要素４２０（または、送信誘導要素４２０のアレイ）の第２の端部が基準電位（たとえば、グランド）に一定して接続され続けるように他方を制御すれば十分である。

したがって、この意味においては、送信誘導要素４２０（または、送信誘導要素４２０のアレイ）の一端に接続された単一のスイッチング回路４２５を電力回路１５５が備えるとともに、他端を基準電位（たとえば、グランド）に一定して接続することも可能である。

提案のすべての解決手段のおかげで、各送信誘導要素４２０には、磁気誘導的に受信誘導要素４３５に伝送される電圧波が掛かるため、整流器４４０を通じて電気負荷１１５に給電するのに使用可能である。

電力の伝送において高性能および高効率を得るため、各スイッチング回路４２５は、電気負荷１１５に給電するために非常に高い周波数（たとえば、ＭＨｚ、数十ＭＨｚ、または数百ＭＨｚのオーダ）および十分な振幅を有する電圧波を生成できるのが好ましい。

この結果を得るのに特に便利な方法としては、ソフトスイッチング、近共鳴、または完全共鳴方式により構成されたスイッチング回路４２５の使用が挙げられるが、この回路トポロジおよび駆動システムによって、スイッチの動的損失をほぼ完全に取り除くことができ、高いスイッチング周波数４２５および低損失が可能となる。これらの目的を達成するのに好都合なスイッチング回路４２５のカテゴリは、クラスＤ、Ｅ、Ｆ、またはＥ／Ｆ増幅器の適当な改良に由来する。

一例として、図６の回路図に示すように、各スイッチング回路４２５は、電圧発生器１４０と基準電位（たとえば、質量）との間で直列に接続された一対のスイッチ２５５および２６０を備え得る。

特に、第１のスイッチ２５５が電圧発生器１４０に接続される一方、第２のスイッチ２６０が（電圧発生器１４０とは明らかに異なる）基準電位（たとえば、グランド電位）に接続されている。

第１および第２のスイッチ２５５および２６０間には、中心ノード２６５が存在して、送信誘導要素４２０または送信装置１４５を画定する送信誘導要素４２０のアレイに接続されている。

この一対のスイッチ２５５および２６０は基本的に、送信アーマチャ１６５に給電する高周波電圧波を生成するのに有用なハーフブリッジＨを構成する。

一対のスイッチ２５５および２６０としては、たとえば一対の高性能ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＣＭＯＳ対、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣベースのＦＥＴトランジスタ、または別のスイッチが可能である。

このように、駆動信号の周波数で２つのスイッチ２５５および２６０を交互にオン・オフすることにより、電圧波を容易に生成することができて都合がよい。

２つのスイッチ（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ）を駆動するため、駆動信号を受信して、通常は高い周波数で２つのスイッチを交互にオン・オフするのに適当な波（通常は電圧および／または電流増幅）へと信号を変換する適当なドライバ２７０が必要となる場合がある。

ただし、この種のスイッチング回路４２５は、通常は高い周波数で動作する２つのスイッチ２５５および２６０の存在が不利となる。これらのスイッチのうち、第１のスイッチ２５５がより重要となるのは、これが通常はフローティングノードと称されるため、機能が乏しく、高い周波数でコスト高になるブートストラップ回路が必要となるためである。あるいは、第１のスイッチ２５５は、たとえばＰ−ＭＯＳから成り得るが、この場合、通常は性能が低く、Ｐ−ＭＯＳが占有する面積は、同じような性能のＮ−ＭＯＳよりも大きくなる。

これらの欠点を克服し、さらにシステム１００を簡素化するため（図７参照）、各スイッチング回路４２５は、電圧発生器１４０と基準電位（たとえば、グランド）との間で直列に接続されたインダクタ２７５（チョークとして知られる）およびスイッチ２８０を備えることができ、インダクタが電圧発生器１４０に直接接続される一方、スイッチ２８０が基準電位に接続されている。

特に、インダクタ２７５は、電流発生器として機能し、上記実施形態の第１のスイッチ２５５の代わりとなる。

この場合も同様に、スイッチ２８０としては、たとえば高性能ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＣＭＯＳ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣベースのＦＥＴトランジスタ、または別のスイッチが可能である。

前記インダクタ２７５とインダクタ２８０との間には、中心ノード２８５が備えられ、送信誘導要素４２０または送信装置１４５を画定する送信誘導要素４２０のアレイの各端部に接続されている。

スイッチ２８０と並列に適当な値の容量２９０をさらに導入可能であり、その全部または一部をスイッチ２８０の寄生容量で構成することも可能であって、回路の損失を抑えることにより、スイッチをオン・オフする位相における電圧−電流交差を回避するのに有用である。

このように、駆動信号の周波数で単一のスイッチ２８０を交互にオン・オフすることにより、電圧波を容易に生成することができて都合がよい。

この場合も同様に、スイッチを駆動するため、駆動信号を受信して、高い周波数でスイッチ２８０をオン・オフ可能な適当な波へと信号を変換する適当なドライバ２９５が必要となる場合がある。

図５に戻って、スイッチング回路４２５と送信インダクタ４２０または一連の送信インダクタ４２０との間には、通常は反応性の適当なマッチング回路網４３０を配置可能である。このマッチング回路網４３０は、適当に調節されている場合、回路全体をゼロ電圧スイッチ（ＺＶＳ）またはゼロ電流スイッチ（ＺＣＳ）型の共鳴回路に類似するものとみなすことができ、損失の大幅な制限および動作周波数の大幅な上昇が可能であるため、回路のコストおよびサイズが低下するとともに、送信電力密度が高くなる。

実質的に同じ理由で、給電対象デバイス１１０の受信インダクタ４３５と整流器４４０との間で直列に（図１参照）、誘導受信部のＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）またはＺＣＳ（ゼロ電流スイッチング）モードでの機能も可能にする共鳴装置の形成に有用なキャパシタ４４５を挿入することができる。

あるいは、直列のキャパシタ４４５の代わりに、直列共鳴回路に対して送信誘導要素４２０と受信誘導要素４３５との間の距離を大きくした状態で主共鳴誘導回路との結合を容易化可能な共鳴タンクを構成するのに有用なキャパシタ４５０を受信誘導要素４３５と並列に挿入することができる（図２参照）。

上述のすべての実施形態に共通する一態様によれば、各送信セット１３５の送信装置１４５は、図８に示すように、適当な電気ブランチ１７０から対応する電力回路１５５に接続可能な少なくとも１つの送信装置１６５をさらに備え得る。

このように、容量・誘導混成電力送信システムを得ることができる。

送信アーマチャ１６５は、たとえばプレート、ストリップ、シート、またはその他任意の形態の導電材料により具現化可能である。送信アーマチャ１６５は、たとえば長方形または正方形が可能であるが、他の形状（たとえば、三角形、円形、六角形、または他の形状）を除外するものではない。

さまざまな送信グループ１３５の送信アーマチャ１６５は、前述の動作面１６０上に並んで（たとえば、同一平面上に）位置決め可能である。

特に、送信アーマチャ１６５は、動作面１６０と実質的に平坦で、好ましくは誘電体材料の薄層で覆われていてもよい。

また、送信アーマチャ１６５は、相互に近接または離間して、事実上規則的に空間中で相互に位置決め可能である。たとえば、送信アーマチャ１６５は、１次元分布すなわち１行となるように相互に整列した状態で配置可能である。あるいは、たとえば実質的にマトリクスのノードのように、送信アーマチャ１６５が行および列方向に整列したマトリクス構造によって、複数の次元に分布可能である。

上述の通り、送信アーマチャ１６５は、複数の次元および／または幾何学的形状を有し得る。特に、送信アーマチャ１６５の形状および／またはサイズは、給電デバイス１０５の異なるモデル間および給電デバイス１０５の同じモデル内の両者で変動可能である。送信アーマチャ１６５は、剛性または可撓性、軟質または硬質、平面状または非平面状、任意の形状、厚さ、またはサイズが可能な支持部上に位置決め可能である。たとえば、送信アーマチャ１６５は、厚い誘電体基板または薄い誘電体基板への導電性ストリップの適用、２つの誘電体材料層間への前記導電性ストリップの組み込み、あるいは非導電材料の電気的特性の改良による局所的な導電化によって具現化可能である。

特に、各送信アーマチャ１６５は、たとえば図９に示すように、送信誘導要素４２０のグリッドの各メッシュ４２２内、好ましくは当該送信アーマチャ１６５の同じ送信セット１３５に属する送信誘導要素４２０により境界が部分的に画定されたメッシュ４２２内に位置決め可能である。

このように、各対の連続する送信アーマチャ１６５間には常に、少なくとも１つの送信誘導要素４２０が介在しており、各送信アーマチャ１６５は、一組の送信誘導要素４２０により全面が囲まれている。図示の特定の実装は、考え得る実装の１つに過ぎないが、送信アーマチャ１６５のマトリクス状の一様な分布を動作面１６０上に設ける利点を実現できることを強調する。

図８に戻り、各送信アーマチャ１６５に関して、電力回路１５５は、送信誘導要素４２０に関連付けられたスイッチング回路４２５と実質的に同じ種類で、電圧発生器１４０を送信アーマチャに接続可能な別のスイッチング回路２５０を備えていてもよい。

このスイッチング回路２５０は、通常は高い周波数（数百ｋＨｚ、ＭＨｚ、数十ＭＨｚ、あるいは数百ＭＨｚ）で、電圧発生器１４０により生成された給電電圧をＡＣ電圧波に変換するように駆動され、これが送信アーマチャ１６５に印加される。

図１０に示すように、この第２の実施形態の送信グループ１３５との電気的結合のため、給電対象デバイス１１０の受信装置１２０は、少なくとも一対の受信アーマチャ（それぞれ１８５および１９０で示す各電気ブランチを通じて電気負荷１１５に接続可能な第１の受信アーマチャ１７５および第２の受信アーマチャ１８０）をさらに備え得る。

一実施形態によれば、受信アーマチャ１７５および１８０は、たとえば第２の整流器１３０の介在により、受信誘導要素４３５とは独立して負荷１１５に接続可能である。

また、受信アーマチャ１７５および１８０は、プレート、ストリップ、シート、または他の形態の導電材料として具現化可能であり、一般的には、送信アーマチャ１６５よりもはるかに大きな寸法を有する。各受信アーマチャ１７５および１８０は、互いに適当に接続された複数の微小プレートによる具現化によって、たとえば電磁気的汚染の問題を最小限に抑えるようになっていてもよい。受信アーマチャ１７５および１８０は、受信面１９５上で相互に並んで（たとえば、同一平面上に）配置可能である。受信アーマチャ１７５および１８０は、受信面１９５と実質的に平坦に位置決めされ、場合により、好ましくは薄い誘電体層で被覆されている。たとえば、図１１に示すように、受信アーマチャ１７５および１８０はともに、受信誘導要素４３５を画定するコイルの内側に位置付け可能である。

受信アーマチャ１７５および１８０のサイズおよび／または形状は、たとえばデバイスの寸法、デバイス自体の幾何学的制約、およびデバイス自体の正しい動作に必要な電力に応じて、異なる給電対象デバイス１１０間および個々の給電対象デバイス１１０内の両者で異なり得る。

重要なことは、給電対象デバイス１１０の受信面１９５を給電デバイス１０５の動作面１６０上で設定してまたは接近させることにより、給電デバイス１０５に対する給電対象デバイス１１０の複数の位置および／または相対配向、好ましくは給電対象デバイス１１０の任意の位置および／または配向に対して、第１の受信アーマチャ１７５が少なくとも１つの第１の送信セット１３５の送信アーマチャ１６５に対向し、第２の受信アーマチャ１８０が第２の送信セット１３５の送信アーマチャ１６５に対向するように、給電対象デバイス１１０の受信アーマチャ１７５および１８０の形状、サイズ、および配置、ならびに給電デバイス１０５の送信アーマチャ１６５の数、形状、サイズ、および配置を構成することである。

このように、給電対象デバイス１１０の上記すべての位置および／または配向において、第１および第２の受信アーマチャ１７５および１８０は、それらに対向する送信アーマチャ１６５と併せて、給電デバイス１０５と給電対象デバイス１１０との容量性ワイヤレス接続を実現可能なインピーダンスを構成する少なくとも一対の電気キャパシタを具現化することになる。

この容量結合を通じた電力の伝送を可能にするため、第１の受信アーマチャ１７５に対向する送信アーマチャ１６５に接続されたスイッチング回路２５０は、駆動信号の周波数を有する電圧波をこれらのアーマチャに印加するように駆動可能である一方、第２の受信アーマチャ１８０に対向する送信アーマチャ１６５は、基準電位（たとえば、グランド）として参照可能である。

このように、第１および第２の結合キャパシタ間には、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた電気負荷１１５に給電可能な経時的に可変の電圧差が存在する。

上述の通り、駆動信号は、給電デバイス１０５中に直接位置決めされた信号発生器（たとえば、発振器）により生成可能であり、これを用いて、場合により修正（たとえば、周波数変換および／または低減）後、対応する送信誘導要素４２０に接続されたスイッチング回路を駆動することも可能である。

あるいは、スイッチング回路２５０および２４５の駆動信号は、給電対象デバイス１１０中に位置決めされた制御回路１２５により生成・送信されたクロック信号を受信する信号管理回路１５０によって生成可能である。

このクロック信号は、２つの回路間の任意の非導電性／導電性通信システムにより（たとえば、誘導的に）、場合によっては小さな独立アンテナを用いて、第１の受信アーマチャ１７５に対向する送信アーマチャ１６５に接続された信号管理回路１５０によって受信可能である。

ただし、このシステムの好適な一態様によれば、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５は、クロック信号を第１の受信アーマチャ１７５に対して直接適用可能であり、各信号管理回路１５０は、対応する送信アーマチャ１６５からクロック信号を直接受信することができる。

特に、制御回路１２５は、たとえば第１の受信アーマチャ１７５と整流器１３０（存在する場合）との間に位置付けられた接続ノードに収束する電気ブランチ２００を通じて、第１の受信アーマチャ１７５を電気負荷１１５に接続する電気ブランチ１８５にクロック信号を適用可能である。

制御回路１２５の上記接続ノードと電気負荷１１５との間（たとえば、接続ノードと整流器１３０との間）で電気ブランチ１８５に沿って直列に、通常は値が大きい（たとえば、数十または数百ｎＨのオーダの）インダクタ２０５を接続可能であり、これによれば、給電デバイス１０５からの電圧波は、電気負荷１１５に達することができる一方、制御回路１２５により生成された後、給電対象デバイス１１０から給電デバイス１０５に向かって通過するように強制されるクロック信号の通過を防止する。

また、接続ノードと制御回路１２５との間でも電気ブランチ２００に沿って直列に、通常は値が小さい（たとえば、数十または数百ｐＦのオーダの）電気容量２１０を接続可能であり、これによれば、クロック信号は、第１の受信アーマチャ１７５に達することが可能な一方、電圧波の通過を防止して制御回路１２５に到達できなくする。

最後に、給電対象デバイス１１０には、基準電位（たとえば、グランド）に接続され、少なくともクロック信号の送信周波数にて、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた回路のグランドと給電デバイス１０５上に位置決めされた回路の質量との間の低インピーダンス経路を形成するのに有用な第３のアーマチャ２１１が存在可能である。

図８にさらに詳しく示すように、各送信セット１３５の信号管理回路１５０は、たとえば電気ブランチ１７０に直接由来する電気ブランチ２１５を通じて、スイッチング回路２５０を送信アーマチャ１６５に接続する前記電気ブランチ１７０のクロック信号を捕捉可能である。

スイッチング回路２５０と電気ブランチ２１５が由来するノードとの間で電気ブランチ１７０に沿って、インダクタ２２０を位置決め可能であり、これは、十分に大きな値（たとえば、数十ｎＨまたは数百ｎＨのオーダ）を有することにより、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５からのクロック信号を防止するとともに、電力回路１５５と相互作用することによって、電圧波を送信アーマチャ１６５に向かわせることができる。

このように、給電対象デバイス１１０により生成されたクロック信号は、電力の伝送も可能にする同じ容量結合を通じて、第１の受信アーマチャ１７５に対向する送信アーマチャ１６５から信号管理回路１５０により捕捉可能であり、給電デバイス１０５が簡素化および効率化されて都合がよい。

このため、前記各送信アーマチャ１６５および同じ送信セット１３５の一部である送信誘導要素４２０に対して、電気負荷１１５に電力を伝送可能な電圧波を印加することが可能となる一方、給電デバイス１０５のその他すべての送信アーマチャ１６５およびその他送信誘導要素４２０は、非給電または基準電位（たとえば、グランド）として参照されたままとなる。

この点、各送信グループ１３５は、信号管理回路１５０と送信アーマチャ１６５との間で電気ブランチ１７０に沿って位置付けられた作動スイッチ２２５を備えることができ、対応する電力回路１５５および対応する信号管理回路１５０または基準電位（たとえば、グランド）に対して送信アーマチャ１６５を選択的に接続可能である。

言い換えると、この作動スイッチ２２５は、グランドまたは別の基準電位として参照される電気ブランチ２３０に送信アーマチャ１６５を接続する閉塞位置と、関連する電力回路１５５および関連する信号管理回路１５０に接続された電気ブランチ１７０に送信アーマチャ１６５を接続する開放位置との間で選択的に切り替え可能である。

電気ブランチ２３０上には、電気キャパシタ２３５を位置決めすることにより、たとえば少なくともクロック信号の通常の周波数で、給電デバイス１０５上および給電対象デバイス１１０上に位置決めされたデータ回路間のグランド接続を構成することができる。

この解決手段のおかげで、作動スイッチ２２５は、給電デバイス１０５の制御回路による使用によって、対応する送信アーマチャ１６５が給電対象デバイス１１０の第１の受信アーマチャ１７５と結合した瞬間に各送信セット１３５を自動的に作動できて都合がよい。

たとえば、各送信セット１３５の作動スイッチ２２５は通常、送信アーマチャ１６５が電力回路１５５および信号管理回路１５０の両者から完全に絶縁されるように、閉塞位置に保つことができる。この構成において、信号管理回路１５０は、電力回路１５５の意図しない作動を生じ得る如何なるクロック信号も如何なる外乱も受信不可能であるため、完全に非給電のままとなり、給電デバイスのエネルギー消費および電磁気的汚染が抑えられる一方、送信回路１０５のグランドと給電対象デバイス１１０との間の信号接続は確保される。

この構成を起点として、作動スイッチ２２５は、たとえばタイマーまたは適当なカウンタを用いて周期的に短時間にわたって開放位置へと移行させることにより、送信アーマチャ１６５を電力回路１５５および信号管理回路１５０に接続することができる。これらの短時間の間、送信アーマチャ１６５が給電対象デバイス１１０の第１の受信アーマチャ１７５に対向しない場合、信号管理回路１５０は、如何なるクロック信号も受信しないため、電力回路１５５は給電されないままとなり、作動スイッチ２２５は閉塞位置に戻すことができるようになる。逆もまた同様に、第１の作動スイッチ２２５の開放で送信アーマチャ１６５が給電対象デバイス１１０の第１の受信アーマチャ１７５に対向する場合、信号管理回路１５０は、クロック信号を自動的に受信するとともに、電力回路１５５に対して、送信アーマチャ１６５ひいては電気負荷１１５に給電するように命令することになる。この場合は、信号管理回路１５０がクロック信号を受信し続ける限り、作動スイッチ２２５を開放位置に維持可能となる。

同時に、給電対象デバイス１１０の第２の受信アーマチャ１８０に対向する送信アーマチャに接続された作動スイッチ２２５は常に、関連する信号管理回路１５０が如何なるクロック信号も受信しないことから、閉塞位置に維持されることになり、第２の送信アーマチャ１６５が基準電位（たとえば、グランド）に接続されたままとなる。

また、この解決手段には、給電対象デバイス１１０に結合可能な送信セット１３５のみを識別して作動させる別のモニタリング・選択・制御システムが不要となる利点がある。

システム１００の一実施形態によれば、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５によるクロック信号の生成ひいては信号管理回路１５０によるその捕捉は、電圧波の生成が一時的に中断されて電力が送信されない短い段階に起こり得る。この場合は、クロック信号の使用により、後続の電力送信段階において電力回路１５５の駆動に必要な駆動信号を生成可能な適当なバッファ（図示せず）を充電することができる。

言い換えると、電力回路１５５が非給電状態に保たれることでクロック信号がバッファに蓄積され、後続の電力送信段階において駆動信号の生成に利用され、その最後に電力回路１５５が再び非給電とされて制御信号が再生される傾向的に短いアイドル時間を利用可能である。第１の受信アーマチャ１７５に対向するすべての送信アーマチャ１６５が互いに同相で電力波を送信することにより、電力および／または効率の異常または損失を防止する必要があることから、制御信号を再生する必要性は、信号の位相の不変性が保証される精度に由来する。

この方式により、クロック信号と電圧波とが干渉しないため、信号管理回路１５０および任意のフィルタリング段階の設計が簡素化される。逆に、この手法では、データ（制御データの他、たとえば送信面近くに配置された複数のデバイス間の楽曲、ビデオ、ファイル等のデータの共有等の他の目的にユーザが使用可能なデータ）および電力を同時に送信できず、バッファが必要になって、遅延が増大するとともに、システムの最大理論通過帯域が小さくなる。

上記の理由により、システム１００の好適な一実施形態においては、電圧波の生成および印加と同時にクロック信号が生成されて捕捉される。

この場合、各送信セット１３５の信号管理回路１５０は、送信アーマチャ１６５と直接接続された電気ブランチ２１５上に位置決めされ、クロック信号をフィルタリング可能なフィルタ２４０を備えるのが好ましい。

特に、フィルタ２４０は、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５からのクロック信号を通過させる代わりに、電力波の遮断または大幅な減衰を可能とする高域通過特性（たとえば、数十または数百ＭＨｚ）を有し得る。

また、フィルタ２４０は、電力回路により生成された電力波をさらに減衰させる適当な低域遮断または帯域停止特性を有し得る。

フィルタ２４０は、容量結合を通じてデータおよび電力を同時に送信する必要がある場合に、システム１００の基本的な部分を構成することを強調する。この場合は、フィルタ２４０を簡素化するため、クロック信号の周波数と電圧波の基本周波数とを可能な限り引き離すのが便利と考えられる。

いくつかの実施形態において、フィルタ２４０としては、たとえばベッセル、チェビシェフ、バターワース、楕円、逆チェビシェフフィルタ、または電圧波の寄与を可能な限り減衰させて可能な限り純粋なクロック信号を給電対象デバイス１１０から得られることを目的とする他の適当なフィルタ等、１次より高い次数のフィルタが可能である。

そして、信号管理回路１５０は、クロック信号の周波数を低減可能な適当な周波数ドライバ２４５をフィルタ２４０の下流に備え得る。

この周波数低減器２４５の使用は、周波数が電力回路１５５の効果的な駆動に必要な周波数よりも一般的に高い（たとえば、数百ＭＨｚまたはＧＨｚ）コンピュータまたは最新世代の携帯電話のように、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５が非常に高い周波数のクロック信号を生成するように構成されている場合に特に有用である。また、これにより、電力段階およびクロック信号の周波数が大きく異なり、簡単な高域通過フィルタ（たとえば、数ｐＦのキャパシタ）によって非常に高い周波数のクロック信号のみを周波数分割器２４５に到達させるのが容易であるため、フィルタ２４０を大幅に簡素化可能である。

図１２に示すように、周波数分割器２４５は、それぞれデータ入力（Ｄ）、２つの相補出力（Ｑ、Ｑ’）、および同期入力（ＣＬＫ）を有し得る一連の論理ゲート（たとえば、ＤＱフリップフロップ）を備え得る。

たとえばＤＱフリップフロップの使用を参照して、これらのフリップフロップは、「元」のクロック信号すなわちフィルタ２４０により出力されたクロック信号が最初のＤＱフリップフロップの同期入力に入るように相互接続可能である。最初のＤＱフリップフロップの信号Ｑ’（出力信号Ｑの反転信号）が同じＤＱフリップフロップの入力Ｄに接続される一方、出力信号Ｑは、後続のＤＱフリップフロップの同期ポートＣＬＫに接続されており、以下同様である。

一連のフリップフロップの最初のＤＱフリップフロップは、「元」のクロック信号のデューティサイクルを修正して、「元のクロック信号」のデューティサイクルとは関係なくデューティサイクルが５０％に等しい新たな方形波クロック信号を出力することに留意するものとする。

このように、一連のフリップフロップの各ＤＱフリップフロップの出力Ｑは、デューティサイクルが５０％に等しく、受信入力クロック信号に対して周波数が半分の方形波クロック信号である。

一連のフリップフロップのＤＱフリップフロップの数を適当に選択することによって、「元」のクロック信号の周波数を分割することにより、周波数分割器２４５の出力において、電力回路１５５の駆動信号として実際に使用可能なクロック信号を得ることができる。

ただし、他の実施形態において、周波数分割器２４５は、ＪＫフリップフロップ、Ｔフリップフロップ、または周波数分割器として構成可能な他の回路に基づいていてもよい。

システム１００が容量結合を使用する場合、電気負荷１１５への電力の伝送は、上述の代替として、たとえば第１の受信アーマチャ１７５に対向する送信アーマチャ１６５に対して予め設定された電圧波を印加すると同時に、第２の受信アーマチャ１８０に対向する送信アーマチャに対して、周波数は同じであるものの他方に対して位相がオフセットした（好ましくは逆位相の）電圧波を印加することにより得られる。

この作用を得るため、上述のシステム１００は、その他すべての特性は実質的に不変としつつ、以下に示すように改良することができる。

特に、図１３の回路図に示すように、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５は、第２のクロック信号を生成して第２の受信アーマチャ１８０に印加することができる。

たとえば、制御回路１２５は、第１の受信アーマチャ１７５に関して示したのと実質的に同様に、たとえば第２の受信アーマチャ１８０と整流器１３０との間に位置付けられた接続ノードに収束する電気ブランチ３００を通じて、第２の受信アーマチャ１８０を電気負荷１１５に接続する電気ブランチ１９０に第２のクロック信号を適用可能である。

制御回路１２５の上記接続ノードと電気負荷１１５との間（たとえば、接続ノードと整流器１３０との間）で電気ブランチ１９０に沿って直列に、通常は値が大きい（たとえば、数十または数百ｎＨのオーダの）別のインダクタ３０５を接続可能であり、これによれば、給電デバイス１０５からの電圧波は、電気負荷１１５に達することができる一方、制御回路１２５により生成された後、給電対象デバイス１１０から給電デバイス１０５に向かって通過するように強制される第２のクロック信号の通過を防止する。

また、インダクタ２０５および３０５は、受信キャパシタで共鳴装置を構成することにより、電気負荷１１５に対してより多くの電力を伝送可能にする他、たとえば（損失を最小限に抑えるとともに極めて高い周波数で機能することができる）ＺＶＳまたはＺＣＳ変換器の実現に有用なインピーダンスの整合という目的に適う。

また、インダクタ２０５および３０５は、制御回路１２５から見た（概して制限されている）電気負荷１１５のインピーダンスを大幅に増大させる別の目的に適い、このように負荷と実質的に相互作用しないことから、高い周波数で機能することができる。

一方、接続ノードと制御回路１２５との間でも電気ブランチ３００に沿って直列に、通常は値が小さい（たとえば、数十または数百ｐＦのオーダの）電気容量３１０を接続可能であり、これによれば、クロック信号は、第２の受信アーマチャ１８０に達することができる一方、電圧波の通過を防止して制御回路１２５に到達できなくする。

このシステムは、電気負荷１１５に給電する電圧波と制御回路１２５が注入する信号の搬送波との周波数差が大きいほど、ますます好都合に機能する。

第２の受信アーマチャ１８０が１つまたは複数の送信アーマチャ１６５に対向する場合は、対応する信号管理回路１５０による第２のクロック信号の補足および使用によって、第１の受信アーマチャ１７５に対向する送信アーマチャ１６５に印加されたものと周波数は等しいものの位相がオフセットした（好ましくは逆位相の）電圧波が前記送信アーマチャ１６５に印加されるように、対応する電力回路１５５が適当に駆動される。

この効果は理論上、第１の受信アーマチャ１７５に印加されたクロック信号と周波数は等しいものの位相がオフセットした（好ましくは逆位相の）第２のクロック信号を生成して第２の受信アーマチャ１８０に適用するように給電対象デバイス１１０の制御回路１２５を構成することによって得られる。

ただし、この解決手段は、常に利用できるわけではない。いくつかの周波数分割器２４５（たとえば、一連のＤＱフリップフロップに基づくもの）は、位相が同一の出力信号を返すが、いずれも予め設定されたクロック信号およびその反転信号（すなわち、周波数が等しいものの位相が逆のクロック信号）を起点とすることから、いずれの場合も結果としての電圧波が、非常に高い周波数の波の１サイクル分だけ単に遅延した同じ位相を有することになるためである。

この欠点を克服するため、各送信セット１３５の信号管理回路１５０は、図１４に示すように、周波数分割器２４５の出力信号が２つの独立したチャネルに適用されるように改良可能であり、そのうちの一方は、周波数分割器２４５により出力されたクロック信号を反転可能なモジュール３１５に接続され、等しいものの位相が逆のクロック信号が得られる。モジュール３１５は、たとえば受信した入力信号を否定可能な単純なＮＯＴ論理ゲートを備え得る。

このように、周波数分割器２４５は常に、２つの電位駆動信号すなわち元のクロック信号の周波数を低減するだけで得られる「直接」駆動信号および元のクロック信号の周波数を低減してその位相を反転させることにより得られる「逆位相」駆動信号を利用することになる。

図１５に示すように、この場合、各送信セット１３５の信号管理回路１５０は、周波数分割器２４５と接続され、対応する送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかに応じて「直接」駆動信号または「逆位相」駆動信号を選択的にスイッチング回路２５０に送信可能なセレクタ３２０をさらに備えていてもよい。

代替として、スイッチング回路４２５に送信された駆動信号は常に、各送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかに関わらず、同一すなわち「直接」または「逆位相」駆動信号とすることができるため、給電対象デバイス１１０と結合された送信誘導要素４２０はすべて同じ電圧波が印加されることが示されるものとする。

送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかを理解するため、セレクタ３２０は、異なる方法を実装可能な専用の制御モジュール３２５により命令可能である。

第１の方法によれば、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５は、デューティサイクルが大幅に異なる（たとえば、それぞれ２０％および８０％に等しい）２つの方形波クロック信号を第１の受信アーマチャ１７５および第２の受信アーマチャ１８０に適用する。たとえば、デューティサイクルの第１の値（たとえば、２０％）には情報「第１の受信アーマチャ１７５」が関連付けられ、デューティサイクルの第２の値（たとえば、８０％）には情報「第２の受信アーマチャ１８０」が関連付けられていてもよい。

この情報を利用することにより、制御モジュール３２５は、図１６の回路図に示すように、たとえばクロック信号の２乗平均平方根（ＲＭＳ）を測定または検出する当該信号の電圧の有効値の測定回路として効果的かつ簡単に得られる。

特に、制御モジュール３２５は、たとえば周波数分割器２４５の上流で、フィルタ２４０により出力されたクロック信号を受信するとともに、そのＲＭＳ値を測定可能な第１の段階３３０を備え得る。

たとえば、前記第１の段階３３０は、フィルタ２４０の出力を十分に速いダイオード３３５のアノードに接続することによって得られる。ダイオード３３５のカソードは代替として、キャパシタ３４０の一端に接続可能であり、その他端は基準電圧（たとえば、グランド）に接続されている。また、第１の段階３３０は、キャパシタ３４０と並列に、入力信号が止まったらキャパシタ３４０自体を放電するのに有用な抵抗３４５を備え得る。

したがって、この第１の段階３３０の出力は、入力信号のＲＭＳ値に比例する電圧信号であり、デューティサイクルひいては情報「第１の受信アーマチャ１７５」または「第２の受信アーマチャ１８０」に応じて変化することにより、送信アーマチャ１６５の適当な駆動位相を選択可能である。

そして、制御モジュール３２５は、第１の段階３３０から出力信号を受信して、そのＲＭＳ電圧値を基準電圧と比較する比較器３５０を備え得る。第１の段階３３０からのＲＭＳ電圧出力が基準値よりも低い場合、これは、クロック信号のデューティサイクルが低かった（たとえば、２０％であった）ことを意味し、逆の場合は、クロック信号のデューティサイクルが高かった（たとえば、８０％であった）ことを意味する。クロック信号のデューティサイクルが増えると、そのＲＭＳ値についても、第１の基準電圧により課された閾値を超えるまで増えることは明らかである。

また、第１の段階３３０からの出力信号は、ＲＭＳ電圧値を第２の基準電圧（通常、グランド電圧に近い）と比較する第２の比較器３５５に適用可能である。第１の段階３３０からのＲＭＳ電圧出力が第２の基準値よりも低い場合、これは、送信アーマチャ１６５がクロック信号を一切受信しておらず、給電対象デバイス１１０の如何なる受信アーマチャ１７５または１８０にも接近していないことを意味する。

そして、第１の比較器３５０および第２の比較器３５５の出力は、通常はセレクタ３２０の駆動信号を生成可能な結合論理により、極めて単純な論理モジュール３６０に送信可能であるが、必ずしもこれによらない。

このように、ＲＭＳ信号が第１の基準値よりも高い場合、セレクタ３２０は、「直接」駆動信号で電力回路１５５を駆動するように命令される。ＲＭＳ信号が第１および第２の基準値の間である場合、セレクタ３２０は、逆位相クロック信号で電力回路１５５を駆動するように命令される。最後に、ＲＭＳ信号が第２の基準値よりも低い場合は、セレクタ３２０が電力回路１５５を駆動せず、論理によって作動スイッチ２２５が開放位置へと移行されることにより、送信アーマチャ１６５が電気ブランチ２３０ひいては基準電位（たとえば、グランド）に接続される。

送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかを理解する第２の方法によれば、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５は、デューティサイクルが同じであるものの振幅が異なる２つのクロック信号を第１の受信アーマチャ１７５および第２の受信アーマチャ１８０に適用するように構成可能である。

この場合、各送信セット１３５の信号管理回路１５０のアーキテクチャは、上述するとともに図１５および図１６に示したものと厳密に一致することができる。信号の振幅についても、信号の電圧の有効値ひいてはそのＲＭＳに直接影響するためである。

送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかを理解する第３の方法によれば、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５は、周波数が異なる２つのクロック信号を第１の受信アーマチャ１７５および第２の受信アーマチャ１８０に適用するように構成可能である。

第２の受信アーマチャ１８０に適用されるクロック信号の周波数は、第１の受信アーマチャ１７５に適用されるクロック信号の周波数の２倍に等しくすべきなのが好ましく、逆もまた同様である（ただし、必須ではない）。

送信アーマチャ１６５に接近させる受信アーマチャ１７５または１８０の指定の送信に上記周波数を使用することにより、電圧制御信号（デューティサイクルまたは振幅変調）に基づくシステムと比較して、干渉に対する高い耐性が保証されるが、各送信セット１３５の信号管理回路１５０は異なる必要がある。

最初に、周波数分割器２４５は、図１７に示すように２つの異なる段階から引き出すことによって、セレクタ３２０に送信される「直接」駆動信号および「逆位相」駆動信号を供給するように構成されることが必要となる。たとえば、第２の受信アーマチャ１８０に適用されるクロック信号の周波数が第１の受信アーマチャ１７５に適用されるクロック信号の２倍の高さである場合を考えると、「直接」駆動信号が周波数分割器２４５の最終段階から引き出されることが必要となる一方、「逆位相」駆動信号については、たとえばＮＯＴ論理ゲート３１５によって、周波数分割器の最後から２番目の段階により出力された信号の「反転」によって得られることが必要となる。このように、「直接」および「逆位相」いずれの駆動信号も、同じ周波数を有することになり、電力回路１５５の駆動に使用可能である。当然のことながら、第２の受信アーマチャ１８０に適用されるクロック信号の周波数が第１の受信アーマチャ１７５に適用されるクロック信号の周波数の半分ならば、接続は逆となる。

同時に、セレクタ３２０の制御モジュール３２５は、図１８に示すように改良して、送信アーマチャ１６５からのクロック信号を入力で受信する積分回路３６５（たとえば、簡単なＲＣフィルタまたは任意の能動もしくは受動積分回路）を備え得る。

入力波が通常は方形波であることから、積分回路３６５により出力されるその積分信号は三角波であり、入力波の周波数が低いほどピーク値が高くなる。上記例によれば、捕捉されたクロック信号が第１の受信アーマチャ１７５に関連付けられた低周波信号である場合、積分信号は、捕捉されたクロック信号が第１の受信アーマチャ１７５に関連付けられた高周波信号である場合よりも高いピーク値を有することになる。当然のことながら、第２の受信アーマチャ１８０に適用されるクロック信号の周波数が第１の受信アーマチャ１７５に適用されるクロック信号の周波数の半分ならば、対応は逆となる。

そして、この特性を利用することにより、積分回路３６５からの出力信号は、ピーク電圧を基準電圧と比較する比較器３７０に入力可能である。その後、比較器３７０の出力は、論理モジュール３７５により処理されて、たとえば高周波の場合は比較器３７０からの出力入力が検出されず、低周波の場合は一連の等距離インパルスが検出される。論理モジュール３７５は、必須ではないものの通常は結合論理を備えるが、セレクタ３２０を駆動する信号を生成する。

たとえば、積分信号のピーク値が基準値よりも高い場合、セレクタ３２０は、「直接」駆動信号すなわち給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５により生成された信号と同じ位相を有する信号で電力回路１５５を駆動するように命令されることになる。代わりに、積分信号のピーク値が基準値よりも低い場合、セレクタ３２０は、「逆位相」駆動信号で電力回路１５５を駆動するように命令されることになる。当然のことながら、この動作は逆向きにも起こり得る。

最後に、積分信号のピーク値が実質的にゼロの場合（クロック信号がない場合）、セレクタ３２０は電力回路１５５を駆動せず、論理３７５は作動スイッチ２２５を開放位置に移行させて、上記回路の場合と同様に、送信アーマチャ１６５を電気ブランチ２３０ひいては基準電位（たとえば、グランド）に接続する。

本明細書においては、フィルタ２４０の出力、より有利には周波数分割器２４５の適当な段階の出力からクロック信号を直接受信することでシステムを概念的に改良することのないように、制御モジュール３２５の積分回路３６５を構成可能であることを指摘するものとする。

また、提案のシステムは、周波数分割段階で失われるデューティサイクルまたは振幅値ではなく、一方または別の受信アーマチャを示す信号間の周波数差によって情報が与えられることから、分割信号を用いて機能する。

周波数が分割された状態で積分回路３６５に入る信号の利用と関係する利点として、基本的には、元の信号の処理に必要なものよりも低速の比較器３７０を用いることができ、より経済的である。積分回路３６５に入る前の信号の周波数分割が大きいほど、三角波を基準電圧と比較するのに利用される比較器３７０に必要な速度が遅くなって、そのコストが大幅に低減される。また、制御回路のコストをさらに抑えるため、セレクタ３２０に向かう出力の後に別の分割段階を設けることができる。別の利点として、フィルタからの出力信号と比較した場合、１つの周波数分割段階からの出力信号の品質の方が優れている。

送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかを理解する第４の方法では、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた１つまたは複数の基準要素と相互作用することにより、受信アーマチャ１７５および１８０の一方または両方の相対位置を示す位置信号を生成可能な能動的または受動的な独立センサ（たとえば、磁力、ホール効果、電界、光、音、ＲＦＩＤ送信機、ＮＦＣ、アンテナ等に基づく）を各送信セット１３５に設ける。また、各送信セット１３５は、センサにより生成された位置信号を受信し、対応する送信アーマチャ１６５が第１の受信アーマチャ１７５に近づいているか、第２の受信アーマチャ１８０に近づいているか、またはいずれにも近づいていないかを理解して、その旨をセレクタ３２０に命令可能な論理モジュールを備え得る。

この場合、「直接」または「逆位相」駆動信号の選定の基礎となる原則は、制御回路１２５が送信するクロック信号から独立していることが明らかである。したがって、この場合、後者の信号は独立して、クロックの送信のみに役立ち、場合によりユーザデータの送信に役立つ。

上記提案の方式では、第１の受信アーマチャ１７５に対向するか第２の受信アーマチャ１８０に対向するかに応じて位相がオフセットした（通常は逆位相の）電圧波を送信アーマチャ１６５に印加することができるが、電力送信がより効果的となる利点があり、効率の観点から多くの利点が実現される。

たとえば、スイッチング回路２５０が図７のような方式を使用する場合は、たとえばクラスＥまたはＦの共鳴増幅器の寸法に関する記述に対して、各スイッチング回路２５０のチョークインダクタンス２７５の寸法を大幅に低減することができる。

チョークインダクタンスは通常、電流発生器を理想的に構成する場合、十分に高い値の必要がある一方、提案のスイッチング回路２５０においては、チョークインダクタンス２７５の寸法を大幅に低減可能であり、電流の符号をも反転可能である。

上記回路は全体として、全体的にプッシュプルシステムを構成するため、給電対象デバイス１１０の給電ブランチにおける各電流反転は、ミラーブランチにおける類似するものの逆の電流反転に対応する（たとえば、第２の受信アーマチャに対向するプレートを駆動する）。

このように、送信回路に給電する電圧発生器１４０は、実質的に抵抗性の挙動を有する回路を全体的に見ているため、力率修正段階を要さずに力率が最適化されている。これは、特に小型化が必要なために大容量かつ大型の入力フィルタキャパシタを使用できない場合に、スイッチング回路の存在下では不明な特に大きな利点である。

図１９に示すように、給電デバイス１０５は、複数の給電対象デバイス１１０間で非常に高速な通信チャネルも構成するように改良可能である。

特に、各給電対象デバイス１１０の制御回路１２５には、クロック信号のみならず給電対象デバイス１１０からのデータも含む信号を受信アーマチャ１７５および／または１８０に適用可能な符号器３９５を設けることができる（図１９において矢印により模式的に示す）。

符号器３９５は、たとえば差分マンチェスタ、２位相マークコード（ＢＭＣ）、８ｂ／１０ｂ符号化、６４ｂ／６６ｂ符号化、６４ｂ／６７ｂ符号化等の符号化方法によりデータを符号化することができる。特に都合がよいのは、境界上で電圧のゼロ平均値を厳密に保証する符号化方法である。

同時に、給電デバイス１０５の各送信セット１３５の制御モジュール３２５は、上述のようにクロック信号を処理して電力回路１５５を駆動する他、給電対象デバイス１１０の制御回路１２５により生成された信号によって搬送された後、共有バス４１０（たとえば、ＵＳＢ３．０バスまたはＨＤＭＩ（登録商標）バス）においてアドレス指定可能なその他のデータを復号化可能な復号器４００を設けることができる。

また、給電デバイス１０５に第２のデータ符号器を導入し、給電対象デバイス１１０に第２の復号器を導入することによって、通信を明らかに双方向化することができる。

システムの過大なコストを防止するため、給電デバイス１０５の一部の送信セット１３５のみ、データ信号を受信および／または送信できるようにして、送信セット１３５の大部分を低コストで電力送信の管理のみを行えるように維持することができる。データが非常に高い周波数（数十ＭＨｚ、数百ＭＨｚ、あるいはＧＨｚ）で進行するため、データ信号の送信には２〜３つ（理想的には１つだけ）の送信アーマチャ１６５の容量結合で十分であり、その後は、適当な通信バス４１０上で符号化・転送されて、動作面１６０上に位置決めされたすべての給電対象デバイス１１０でデータを利用可能となる。

電磁気的汚染を防止するため、通信バス４１０は、放射を制限するような形状および寸法を有する（したがって、非常に貧弱なアンテナとして機能するように寸法設定する必要がある）とともに、差動的にすることができ、たとえば差動信号が進行するとともにユーザデータインターフェースが設けられたすべての主要回路が接続された２つの重なり合う接近したデータプレーンから成るため、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御装置により受信アーマチャから送信されたデータを読むとともに、受信アーマチャによる捕捉および給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御装置による復号化に有用なデータを送信アーマチャに送ることができる。

上述のすべての実施形態に共通する一態様によれば、各送信セット１３５の送信アーマチャ１６５は、同じ電力回路１５５および同じ信号管理回路１５０に接続された複数の送信アーマチャ１６５Ａへの分割によって、たとえば動作面１６０の単位表面積当たりのコストを抑えることも可能である。

この場合、各送信セット１３５の回路図は実質的に不変のままであるが、各送信アーマチャ１６５Ａは、たとえば図２０の例に示すように、それぞれの作動スイッチ２２５Ａによって電気ブランチ１７０に接続可能である。

各作動スイッチ２２５Ａは、グランドまたは別の基準電位として参照される電気ブランチ２３０Ａに各送信アーマチャ１６５Ａを接続する閉塞位置と、関連する電力回路１５５および関連する信号管理回路１５０に接続された電気ブランチ１７０に送信アーマチャ１６５Ａを接続する開放位置との間で選択的に切り替え可能である。

各電気ブランチ２３０Ａ上には、電気キャパシタ２３５Ａを位置決めすることにより、たとえば給電デバイス１０５上および給電対象デバイス上に位置決めされたデータ回路間のグランド接続を構成することならびに／または回路のインピーダンスを制御して電気負荷１１５と電圧１４０との間の動的なインピーダンス整合を構成することを行うようにしてもよい。

すべての作動スイッチ２２５Ａは、上述のものと同様の論理を用いることにより、給電対象デバイス１１０のアーマチャから受信された信号に従って電気ブランチ１７０に接続する送信アーマチャ１６５Ａを選択する給電デバイス１０５の制御回路により制御可能である。

たとえば、スイッチは通常、閉塞位置に維持可能であり、たとえばタイマーまたはカウンタを用いて順次相次いで開放位置へと周期的に移行される。このように、サブセットのいずれの送信アーマチャ１６５Ａが給電対象デバイス１１０の第１の受信アーマチャ１７５に対向するかを識別した後、識別した送信アーマチャ１６５Ａにのみ電圧波を印加する一方、その他すべては非給電に維持することができる。すなわち、電気ブランチ２３５Ａに接続することができる。

当然のことながら、給電デバイス１０５中に直接位置決めされた単一の発生器によって電力回路１５５の駆動信号が生成されている場合は、信号管理回路１５０およびさまざまな作動スイッチ２２５Ａをなくすことも可能である。

この解決手段のおかげで、給電デバイス１０５の動作面１６０の全体的な寸法が等しい場合は、送信アーマチャ１６５Ａの数を大幅に増やすことができ、寸法が小さくなるため、給電対象デバイスの受信アーマチャ１７５および１８０との非常に正確な容量結合を得ることができて都合がよい。

一方、送信アーマチャの全体的な数が等しい場合は、信号管理回路１５０および電力回路１５５の数を大幅に減らすことができるため、システム１００の総コストを抑えられて都合がよい。

当然のことながら、送信アーマチャ１６５Ａは、不規則な形状を含む如何なる形状をも有し得る。ただし、三角形、円形、長方形、正方形、または六角形等の規則的な形状が特に簡単で効果的となり得る。

とりわけ、特に有利な実施形態では（排他的ではないものの）、三角形状を有するものの、たとえば一組８つの送信アーマチャ１６５Ａの対角線および２等分線に沿って各送信アーマチャ１６５が分割された図２１に示すように、送信アーマチャ１６５の正方形状／長方形状を再構成するように相互配置された送信アーマチャ１６５Ａの群によって、図９に示す送信アーマチャ１６５をそれぞれ実質的に置き換えることを必然的に伴う。

各組の送信アーマチャ１６５Ａおよび関連する送信誘導要素４２０に接続された信号管理回路１５０（存在する場合）および電力回路１５５は、長方形／正方形の中心に位置決めされることで当該組の各送信アーマチャ１６５Ａから実質的に等距離であり、分散した寄生リアクタンスと関係する問題を最小限に抑えるチップ４１５の形態で具現化可能である。

送信アーマチャ１６５Ａの三角形状によれば、動作面１６０上にランダムに位置決めされることで正方形の各辺に対して潜在的に位置ずれした給電対象デバイス１１０の形状（通常は長方形）をより近似することができる。４５°の対角線により、受信アーマチャ１７５および１８０を最も近似する送信アーマチャ１６５Ａの構成が見つかる可能性が高い。したがって、この構成によれば、図３の送信アーマチャ１６５の部品が受信アーマチャ１７５または１８０により完全に覆われていない場合であっても当該部品の作動が防止され、損失が抑えられる。

上述の実施形態においては、２つの整流器１３０および４４０の出力が独立して電気負荷１１５に給電するため、誘導受信部および容量受信部の実質的に自律した動作が保証されることに注意するものとする。

ただし、提案の回路の特に有利な変形例については、図２２に示す。この特定の実装において、給電対象デバイス１１０は、誘導部および容量部がいずれも相乗的に動作する整流器１３０のみを備える。

これは、受信誘導要素４３５を２つの異なる受信誘導要素４３５Ａで置き換えることによって得られるが、その一方が第１の受信アーマチャ１７５と整流器１３０との間で直列に電気ブランチ１８５上に挿入される一方、他方が整流器１３０と第２の受信アーマチャ１８０との間で直列に電気ブランチ１９０上に挿入される。

これらの受信誘導要素４３５Ａはそれぞれ、たとえば図２３に示すように、たとえば第１の受信アーマチャ１７５および第２の受信アーマチャ１８０それぞれの周りで同一平面上に延びたコイルとして成形可能である。

このように、受信誘導要素４３５Ａは、電力回路のＬＣ共鳴装置を構成するのに有用な直列インダクタ、電気負荷１１５に送信された電力を増幅させて、誘導的に受信された電力を容量的に受信された電力に追加するのに有用な受信誘導要素、および制御回路により注入された信号が負荷と相互作用することを防止するのに有用な低域通過フィルタという複数の機能を提供する。

本実装は特に、必要な構成要素の数を最小限に抑えることにより、システムの多用途性および送信可能な電力を増大させつつ、給電対象デバイス１１０のサイズおよび給電対象デバイス１１０と接続されるコストを低減できる程度に都合がよい。

受信誘導要素４３５Ａとそれに接続された各送信誘導要素４２０との間の誘導結合によって電力を伝送するため、送信誘導要素４２０の両端に位置決めされた２つのスイッチング回路４２５は、上述したのと同じように駆動可能である。

ただし、システムが正しく機能する条件として、受信アーマチャ１７５および１８０から受信された電圧波ならびに送信誘導要素４２０と受信誘導要素４３５Ａとの間の磁気結合により誘導された電圧波は、適切な位相およびインピーダンスを有する必要がある。

特に、受信誘導要素４３５Ａならびに受信アーマチャ１７５および１８０がすべて同じ整流器１３０に接続されていることから、送信誘導要素４２０の励起電圧は、受信誘導要素４３５Ａおよび受信アーマチャ１７５上に誘導された波の相乗動作を保証するように選択する必要がある。

この場合も、送信セット１３５の電力回路１５５の駆動信号は、給電デバイス１０５上に直接位置決めされた信号発生器または給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５により生成され、信号管理回路１５０を通じて捕捉されたクロック信号によって生成可能である。

この後者の場合、送信セット１３５の選択的作動は、上述の通り作動スイッチ２２５を適当に制御することによって制御可能である。

この方法の代替として、誘導性および容量性の両ブランチ上で相乗的なデータ交換を達成可能であり、誘導結合に基づくブランチが通常は帯域中心を相対的に低い（電力送信の）周波数とする低域通過または帯域通過特性を有することから、誘導性ブランチによれば、給電対象デバイス１１０上に位置決めされた制御回路１２５により、送信セット１３５上に位置決めされた制御回路１２５に対して最初の簡単な応答確認を送信することができる。誘導回路を通じて応答確認が受信されたら、制御モジュール３２２は、送信アーマチャ１６５を信号管理回路１５０に接続する作動スイッチ２２５を開くことにより、容量性チャネル上での非常に高い周波数ひいては高いビットレートでのデータ受信を可能にすることができる。場合によっては、データストリームに対して排他的に容量結合を使用することにより、電力の伝送を誘導結合に委ねるのが好都合と考えられる。

図２４は、誘導部および容量部がいずれも相乗的に動作する整流器１３０のみを給電対象デバイス１１０が備え得る別の変形例を示している。

この付加的な変形例においては、たとえば整流器１３０を第１の受信アーマチャ１７５に接続する電気ブランチ１８５に対して誘導要素４３５の第１の端部を接続し、整流器１３０を第２の受信アーマチャ１８０に接続する電気ブランチ１９０に対して誘導要素４３５の第２の端部を接続することにより、受信誘導要素４３５が受信アーマチャ１７５および１８０と並列に接続される。

この場合は、データ交換システム１２５が負荷１１５と相互作用するのを防止するのに有用な直列インダクタ２０５および３０５を挿入するのも好都合と考えられ、整流器１３０と受信誘導要素４３５との接続ノードとの間で電気ブランチ１８５上にインダクタ２０５を挿入可能である一方、整流器１３０と受信誘導要素４３５との接続ノードとの間で電気ブランチ１９０上にインダクタ３０５を挿入可能である。

また、いくつかの実施形態であれば、図２２および図２４に示す解決手段の間の混成解決手段を提供することも可能であり、給電対象デバイス１１０が図２２に示す直列誘導要素４３５Ａおよび図２４に示す並列誘導要素４３５の両者を備えることが示されるものとする。

上述のすべての実施形態または少なくとも誘導／容量混成結合を得られる可能性があるすべての実施形態に適用可能な一変形例によれば、図２５に示すように各送信セット１３５を具現化することができる。

図８等に示す実施形態に関して、本実施形態においては、関連するスイッチング回路２５０と関連する送信アーマチャ１６５との間で送信誘導要素４２０が電気ブランチ１７０上に直列に位置決めされている。

実際、本実施形態には、図８等の実施形態において提供済みのインダクタ２２０を誘導要素４２０で直接置き換えることを伴う。

当然のことながら、この送信セット１３５の後者の実施形態は、上記説明の通りスイッチング回路２５０を制御するクロック信号が給電デバイス１０５または給電対象デバイス１１０により直接生成されるという事実に関係なく利用可能である。

図２５の回路に関する解決手段を利用することにより、システム１００の好適な一実施形態においては、最終的に、一組の送信アーマチャ１６５Ｂ（たとえば、図２６に示すように実質的に三角形状の一組４つの送信アーマチャ１６５Ｂ）によって、図９に示す送信アーマチャ１６５それぞれを置き換え可能であり、各送信アーマチャ１６５Ｂは、各送信誘導要素４２０（たとえば、隣接する送信誘導要素４２０）に関連付けられて、これにより単一の送信セット１３５の送信装置１４５を画定する。

当然のことながら、この送信アーマチャ１６５の分割は、送信セットが図８等の実施形態に従う場合にも採用可能である。

容量／誘導混成型の送信装置１４５とともに送信セット１３５を使用する実施形態によれば、利用の大幅な多用途性が可能となることに留意するものとする。

特に、単一の給電デバイス１０５により、同じく２次回路および／または給電デバイス１０５の回路上に適当な受動または能動マッチング回路網を挿入できることから、異なる受信原理（たとえば、容量、誘導、共鳴磁気、ＲＦ等）、独立した異なる動作周波数に基づいて、異なる距離に位置決めされた多数の異なる給電対象デバイス１１０との複数の再充電結合を生成することができる。

たとえば、給電デバイス１０５と給電対象デバイス１１０との間の距離が非常に短い場合（たとえば、ラップトップまたは携帯電話が給電デバイス１０５の動作面１６０上に直接位置する場合）、このシステムは、容量結合を利用できるのが好都合で好ましく、場合によっては、別の電力寄与として誘導結合のみを利用できるのが好都合で好ましい。

逆もまた同様に、長距離でも誘導結合が有利と考えられ、距離が長くなると、共鳴磁気結合により動作し、さらに長距離では、１つまたは複数の受信アンテナに結合された放射送信アンテナとして機能するように、システムを動的に再構成するのが有用と考えられる。

これにより、動作面１６０上の給電対象デバイス１１０の任意の位置のみならず、直交／垂直方向のさまざまな距離（数センチメートル〜数メートル）について、電力の伝送を実現することにより、優先的な結合の種類を容量結合、誘導結合、共鳴磁気結合、および／またはアンテナに基づく結合の間で動的にも変更可能となる。

また、特に長距離の送信要素（誘導性および容量性の両者）は、高周波（たとえば、ＲＦ）で駆動される多数のアンテナとしての利用により、たとえば特に正確な指向性ビームで目標受信アンテナに達するのに有用な建設的および相殺的干渉を空間に生成することができることを強調すべきである。

また、送信セット１３５の制御システムは、受信アーマチャ１７５および１８０ならびに受信インダクタ４３５／４３５Ａに近接して位置付けられた送信アーマチャ１６５および送信誘導要素４２０のみを作動させることによって、非常に効果的に給電対象デバイス１１０の形状を近似することができることも強調すべきである。

また、容量／誘導混成送信装置１４５を有する送信セット１３５の存在によっても、誘導性または容量性の受信装置のみを有する給電対象デバイス１１０に適合可能であるとともに、送信機および受信機の寸法および数に応じて、システムの動作周波数を数百ｋＨｚからＧＨｚへと変動させ得ることも強調すべきである。

以上のように、提案のシステムは、容量、誘導、アンテナベース、または混成結合に基づいて、動作面１６０による高速で大電力および信号のワイヤレス送信に特に適している。動作面１６０には、適当な電力回路１５５および信号管理回路１５０により命令される送信アーマチャ１６５および送信誘導要素４２０から成る送信装置１４５のマトリクスを備え得る。給電対象デバイス１１０（たとえば、スマートフォン、ラップトップ、ディスプレイ、コンピュータ、およびテレビセット）が動作面１６０に近づいた場合は、給電対象デバイス１１０に挿入され、通常は送信アーマチャ１６５よりもサイズが大きな受信アーマチャ１７５および１８０が容量を決定するため、これにより電力およびデータを同時に送信することさえ可能である。同時に、対応する受信誘導要素４３５／４３５Ａと送信誘導要素４２０との間に誘導結合も生成可能であり、従来技術に関しては、誘導送信の場合にも、受信誘導回路の形状およびインピーダンスに従って動的に再構成可能な送信回路が形成されるため都合がよい。

産業化コストをさらに抑えるため、ＬＣＤディスプレイの世界での利用に成功しているような薄膜トランジスタ（ＴＦ）技術を用いることにより、上述の給電デバイス１０５の如何なる実施形態をも得ることができる。これらの技術を通じて、能動要素、特に各アーマチャを駆動するのに有用な電力スイッチ（たとえば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）を基板上に直接表すことができ、システムのコストが大幅に抑えられる。

同様に、膜を構成する導電層に受動要素（特に、インダクタおよびキャパシタ）を直接表すことができる。このように、給電デバイス１０５は、すべての電力回路（スイッチおよび受動要素）および信号回路の大部分（特に、受動要素およびフィルタであるが、排他的ではない）が実質的にゼロコストで導電層に表されることから、給電が非常に簡単で、切断可能かつ可撓性であり、極めて経済的な集積回路により命令される一種のパッドまたは薄膜となる。

したがって、このパッドまたは薄膜は、テーブル、壁、デスク、家具用品、または床等の家具および家具類に容易に挿入可能であり、ディスプレイ、テレビセット、コンピュータ、ラップトップ、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイス、家電製品、ならびにその他任意の電気および電子デバイス等のデバイスへのワイヤレス給電および相互接続を経済的かつ効率的に行うことができる。

当業者であれば、以下に請求する本発明の範囲から逸脱することなく、上述の本発明に対する多くの技術的／応用的改良を行い得ることが明らかである。

Claims (10)

1. 給電デバイス（１０５）と、
   該給電デバイスから物理的に分離されて独立した給電対象デバイス（１１０）と、を備え、
   前記給電対象デバイス（１１０）が、
   給電対象の前記電気負荷（１１５）と、
   該電気負荷（１１５）に接続され、少なくとも１つの受信誘導要素（４３５）を備えた受信装置（１２０）と、を備え、
   前記給電デバイス（１０５）が、複数の電力送信セット（１３５）を備え、該複数の電力送信セット（１３５）のそれぞれが、
   前記受信誘導要素（４３５）との誘導結合を実現可能な少なくとも１つの送信誘導要素（４２０）を備えた送信装置（１４５）と、
   時間とともに周期的に変動可能な電圧波を該送信装置（１４５）に印加するように構成された電力回路（１５５）と、を含み、
   前記送信セット（１３５）の前記送信誘導要素（４２０）が、平面配置を個別に有し、グリッドを構成するように前記給電デバイス（１０５）の動作面（１６０）上に並んで全体的に位置決めされ、
   前記送信誘導要素（４２０）が、細長形状を個別に有し、直線的に延び、長手方向の行および横断方向の行によって全体的に整列されており、前記横断方向の行が前記長手方向の行と交差して前記グリッドを画定する、電力を電気負荷（１１５）へワイヤレス伝送するためのシステム（１００）。
2. 各送信誘導要素（４２０）が、ワイヤ部または導電性材料のストリップから成る、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記給電デバイス（１０５）の前記動作面が、平坦面または湾曲面である、請求項１または２に記載のシステム（１００）。
4. 前記給電デバイス（１０５）の各送信セット（１３５）の前記送信装置（１４５）が、
   前記対応する電力回路（１５５）に接続され、前記送信誘導要素（４２０）のグリッドのメッシュ（２２２）内で前記給電デバイス（１０５）の前記動作面（１６０）上に位置決めされた少なくとも１つの送信アーマチャ（１６５）をさらに備え、
   前記給電対象デバイス（１１０）の前記受信装置（１２０）が、
   前記電気負荷（１０５）に接続され、第１の送信セット（１３５）の前記送信アーマチャ（１６５）に対向して容量接続の第１の電気容量を実現するように構成された第１の受信アーマチャ（１７５）と、
   前記電気負荷（１０５）に接続され、第２の送信セット（１３５）の前記送信アーマチャ（１６５）に対向して容量接続の第２の電気容量を実現するように構成された第２の受信アーマチャ（１８０）と、をさらに備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
5. 前記給電デバイス（１０５）の各送信セット（１３５）の前記送信装置（１４５）が、前記対応する電力回路（１５５）に接続され、前記送信誘導要素（４２０）のグリッドの同じメッシュ（２２２）内で位置決めされた複数の送信アーマチャ（１６５Ａ）を備えた、請求項４に記載のシステム（１００）。
6. 前記給電対象デバイス（１１０）の前記受信装置（１２０）が、前記給電デバイス（１０５）の１つまたは複数の送信誘導要素（４２０）との誘導結合を実現可能な２つの受信誘導要素（４３５Ａ）を備え、第１の受信誘導要素が前記第１の受信アーマチャ（１７５）と前記電気負荷（１１５）との間で直列に接続され、第２の送信誘導要素が前記第２の受信アーマチャ（１８０）と前記電気負荷（１１５）との間で直列に接続された、請求項４または５に記載のシステム（１００）。
7. 各送信セット（１３５）の前記電力回路（１５５）が、駆動信号を受信し、該駆動信号の周波数に等しい周波数で前記送信装置（１４５）を電圧発生器（１４０）に対して間欠的かつ周期的に接続するように構成された少なくとも１つのスイッチング回路（２５０、４２５）を備えた、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
8. 前記スイッチング回路（２５０、４２５）が、前記電圧発生器（１４０）と基準電位との間で直列に接続された一対の電気スイッチ（２５５、２６０）を備え、該スイッチ間には、前記送信装置（１４５）に接続された中心ノード（２６５）が備えられた、請求項７に記載のシステム（１００）。
9. 前記スイッチング回路（２５０、４２５）が、前記電圧発生器（１４０）と基準電位との間で直列に接続されたインダクタ（２７５）およびスイッチ（２８０）を備え、該インダクタと該スイッチとの間には、前記送信装置（１４５）に接続された中心ノード（２８５）が備えられた、請求項７に記載のシステム（１００）。
10. 各送信セット（１３５）が、
    各送信セット（１３５）と前記給電対象デバイス（１１０）との相対位置を検出するように構成されたモニタリングシステムと、
    該モニタリングシステムによる前記検出に基づいて、前記給電デバイス（１０５）の前記受信装置（１２０）との誘導結合を実現するのに適した位置に送信装置（１４５）が存在する送信セット（１３５）のアレイを選択するように構成された選択システムと、
    前記選択されたアレイに属する前記送信セット（１３５）の前記電力回路（１５５）を作動させるように構成された制御システムと、をさらに備えた、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

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