(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁界カップリングによる電力ソースから電力目的地へのエネルギーを伝達するワイヤレス電力送信機システムの提供。【解決手段】１ＭＨｚより小さい低周波数での電力の送信。電力はリッツ線のような撚り線を含んだ、異なる構成を用いて、様々な方法で送信されうる。誘導子は、例えば、フェライトの鉄芯を用いることができる。受動中継器も用いられることができる。【選択図】図１
2014113040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線電力のソースへの結合部と、
１ＭＨｚより低い第１の周波数をつくるために前記線電力を変調する変調部と、
前記第１の周波数に共振させるコンデンサを伴う伝導ループで形作られ、前記線電力のソースに基づいて磁界を生じる送信アンテナを含み、前記周波数にＱ係数を有している送信機部と、
を具備し、
前記Ｑ係数が、
少なくとも３００である、ワイヤレス電力送信機システム。
【請求項２】
前記Ｑ係数が、
少なくとも１０００である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた前記伝導ループのために撚り線を用いる、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記アンテナは、
前記誘導ループの内側に鉄芯を用いる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記鉄芯は、
フェライト素材で形作られる、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記伝導ループは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた撚り線素材で形作られる、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記撚り線素材が、
ルッツ・ワイヤである、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記送信機によって生ぜられる磁界を繰り返すように同調された、少なくとも一つの受動ループを更に具備する、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の周波数が、
５００ｋＨｚより低い、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記送信機によってそこに誘導される磁気エネルギーを有する前記第１の周波数で共振回路を作り、且つ出力電力を生ずる、コンデンサおよびコイル・ループで形作ったアンテナを有する受信機を更に具備する、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記受信機における前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた前記コイル・ループ内の撚り線を用いる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記受信機における前記アンテナは、
前記コイル・ループの鉄芯としてフェライトを用いる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
第１の周波数で共振させるコンデンサを伴う伝導ループで形作られ、磁界を受信し且つ前記磁界に基づいている出力を生ずる受信アンテナを含んでいる受信機部と、
電力出力を生ずるために前記出力を整流する整流器と、
を具備し、
前記第１の周波数は、
１Ｍｈｚより低い、ワイヤレス電力送信機システム。
【請求項１４】
前記受信機部のＱ係数は、
少なくとも３００である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた前記伝導ループのために撚り線を用いる、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記アンテナは、
前記誘導ループの内側に鉄芯を用いる、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記鉄芯は、
フェライト素材で形作られる、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記伝導ループは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた撚り線素材で形作られる、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記撚り線素材が、
ルッツ・ワイヤである、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の周波数で磁界を繰り返すように同調される、少なくとも一つの受動ループを更に具備する、請求項１２記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の周波数が、
５００ｋＨｚより低い、請求項１２記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の周波数で共振回路を作るコンデンサおよびコイル・ループで形作られるアンテナを有し、且つ線電力のソースによってそこに生ぜられる磁気エネルギーを有する送信機を更に具備する、請求項１２記載のシステム。
【請求項２３】
前記受信機における前記アンテナは、
前記コイル・ループ内の撚り線を用いる、請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記受信機における前記アンテナは、
前記コイル・ループの鉄芯としてフェライトを用いる、請求項２２記載のシステム。
【請求項２５】
１ＭＨｚより低い第１の周波数を有する信号をつくるために電力を用いることと、
前記信号を送信するために前記第１の周波数で自己共振するアンテナを用いることと、
前記第１の周波数で前記信号を繰り返すために送信機によって活動的にさせる受動中継器を用いることと、
を具備する、電力を送信する方法。
【請求項２６】
前記アンテナは、
前記第１の周波数で前記アンテナを共振させるコンデンサおよび誘導ループを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた撚り線で形作られる、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記誘導ループは、
フェライトで形作られた鉄芯部を含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記中継器が、
撚り線で形作られる、請求項２５記載の方法。
【請求項３０】
前記中継器は、
フェライトで形作られる鉄芯を含む、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、２００７年８月１３日出願の米国特許仮出願第６０／９５５，５９８号に対する優先権を主張し、開示の全趣旨が参照によってここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
電磁界を導くためにワイヤの使用なしに、ソースから目的地に電気的なエネルギーを伝達することは望ましいことである。前述の試みの問題点は、導かれる電力の不十分な量に加えて低効率なことであった。
【０００３】
２００８年１月２２日出願の「ワイヤレス装置および方法」と題された、米国特許出願第１２／０１８，０６９を含んでいるが、これに限定されない我々の以前の出願および仮出願は参照によってここに組み込まれ、その開示の全内容は電力のワイヤレス伝導を記述する。
【０００４】
システムは、例えば、共振の１０％，共振の１５％，又は共振の２０％の範囲内で概ね共振する、好ましくは共振アンテナとなるような送信および受信アンテナを用いることができる。アンテナは、アンテナのための利用可能な空間が制限されるかもしれないモバイルおよびハンドヘルドデバイスの中に取り付けることを可能にするために小さなサイズが好ましい。効率のよい電力伝達は、伝導電磁波の形をとって自由空間に電力を送るよりもむしろ送信アンテナのニアフィールドに電力を蓄積することによって、２つのアンテナ間で実行されてもよい。高品質係数を伴うアンテナが用いられてもよい。２つの高いＱ値のアンテナは、一方のアンテナがもう一方のアンテナに電力を誘導し、ゆるく結合された変圧器と同様に反応するような場所に配置される。アンテナは、好ましくは１０００以上であるＱ値を有する。
【発明の概要】
【０００５】
本願は、電磁界カップリングによる電力ソースから電力目的地へのエネルギーの伝達を記述する。実施形態は、例えば、送信および受信アンテナのような、新しいカップリング構成のための技術を記述する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
これらおよびその他の態様は、添付図面を参照して詳細に記述されるであろう。
【図１】図１は、電磁波に基づくワイヤレス電力送信システムのブロック図を示す。
【図２】図２は、図１における回路の回路図を例示する。
【図３】図３は、典型的なニアフィールド状態図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
基本的な実施形態が図１に示される。電力送信機アセンブリ１００は、例えば、ＡＣプラグ１０２のようなソースから電力を受け取る。周波数ジェネレータ１０４は、ここでは共振アンテナであるアンテナ１１０にエネルギーを結合するように用いられる。アンテナ１１０は、高いＱ値の共振アンテナ部１１２に誘導的に結合される誘導ループ１１１を含む。共振アンテナは、半径ＲＡを有しているＮ巻きのコイル・ループ１１３を含む。ここに可変コンデンサとして示されるコンデンサ１１４は、共振ループを形作るコイル１１３と直列である。本実施形態において、コンデンサは、コイルとは完全に別々の構成であるが、ある実施形態では、コイルを形作るワイヤのキャパシタンス自身が、コンデンサ１１４を形作ってもよい。
【０００８】
周波数ジェネレータ１０４は、好ましくはアンテナ１１０に同調されてもよいし、ＦＣＣ規格のために選択されてもよい。
【０００９】
本実施形態は多指向性アンテナを用いる。１１５は、全指向性における出力としてのエネルギーを示す。アンテナの出力の多くが電磁的に放射するエネルギーではなくむしろ変化のない磁界であるという意味では、アンテナ１００は非放射である。勿論、アンテナからの出力の一部は、実際には放射するであろう。
【００１０】
別の実施形態は、放射性アンテナを用いてもよい。
【００１１】
受信機１５０は、送信アンテナ１１０から距離Ｄ離れて配置される受信アンテナ１５５を含む。受信アンテナは、誘導カップリング・ループ１５２に結合される、コイル部およびコンデンサを有している高いＱ値の共振コイルアンテナ１５１である。カップリング・ループ１５２の出力は、整流器１６０で整流され、負荷に適用される。負荷は、例えば、白熱電球のような抵抗負荷、又は電気機具，コンピュータ，再充電可能なバッテリ，音楽再生器，あるいは自動車のような電子デバイス負荷等、任意のタイプの負荷であってもよい。
【００１２】
磁界カップリングが実施形態として主にここに記述されるが、エネルギーは電界カップリング又は磁界カップリングのどちらか一方によって伝達されてもよい。
【００１３】
電界カップリングは、開コンデンサ又は誘導性ディスクであるような、誘導的に負荷をかけられた電気双極子を提供する。外来の物体は、電界カップリング上で比較的強い影響を提供するかもしれない。磁界における外来の物体が「空の」空間と同じ磁性を有するので、磁界カップリングが好まれるかもしれない。
【００１４】
本実施形態は、容量性の負荷をかけられた磁気双極子を用いる磁界カップリングを記述する。このような双極子は、共振状態のアンテナに電気的に負荷をかけるコンデンサと直列に接続する、少なくとも一つのループ又はコイル巻線を形作るワイヤ・ループで形作られる。
【００１５】
図２は、エネルギー伝達のための等価回路を示す。送信回路１００は、高周波数ジェネレータ２０５の周波数に共振する、ＲＬＣ部を伴う直列共振回路である。送信機は、直列抵抗２１０，および誘導コイル２１５，および可変コンデンサ２２０を含む。これは、磁力線２２５として示される磁界Ｍを生ずる。
【００１６】
信号ジェネレータ２０５は、誘導ループによる共振時の送信共振器の抵抗に好適に整合されるような内部抵抗を有する。これは送信機から受信機アンテナに最大電力を伝達することを可能にする。
【００１７】
受信部１５０は、同様に、調節した出力電圧を提供するために、コンデンサ２５０，変圧器コイル２５５，整流器２６０，および調節器２６１を含む。出力は、負荷抵抗２６５に接続される。図２は、半波整流器を示すが、より複雑な整流器回路が用いられてもよいことは理解されるであろう。整流器２６０および調節器２６１のインピーダンスは、共振時の受信共振器の抵抗に整合される。これは負荷に電力の最大量を伝達することを可能にする。抵抗は、表皮効果／近接効果，放射抵抗を考慮にいれるほか、内部および外部の誘電損の両者も考慮にいれる。
【００１８】
完全な共振送信機は、異なる共振周波数を有しているその他の近接共振対象全てを無視するであろう、又は最小限に反応するであろう。しかしながら、適切な共振周波数を有する受信機が送信アンテナ２２５の界に出くわす場合、両者は強いエネルギーリンクを設置するために結合する。実質的には、送信機および受信機は、ゆるく結合した変圧器となるように動作する。
【００１９】
発明者は、送信機から受信機への電力の伝達を向上させる多数の要因を発見した。
【００２０】
上述した回路のＱ係数は、ある効率を助けることができる。高いＱ係数は、共振周波数で、増加した電流値を可能にする。これは比較的低いワット数を通じて送信を維持することを可能にする。実施形態において、受信機のＱ値が約３００である一方で、送信機のＱ値は１４００であってもよい。ここに示す目的のために、ある実施形態において、受信機のＱ値が、例えば、送信機のＱ値の１／４〜１／５のように、送信機のＱ値よりもはるかに低いかもしれない。しかしながら、その他のＱ係数が用いられてもよい。共振デバイスのＱ値は、共振周波数、対、いわゆる共振デバイスの「３ｄＢ」又は「半値」帯域幅となる。いくつかの「定義」があるけれども、共振回路素子の値又は測定値に関してＱ値を記述するために、全ての定義は互いに概ね同義である。
【００２１】
高いＱ値は、狭帯域幅効果の損失を有する。このような狭帯域幅は、典型的にはデータ通信に対して望ましくないとみなされてきた。しかしながら、狭帯域幅が電力伝達に用いられてもよい。高いＱ値が用いられる場合、送信機信号は、この狭帯域幅を通じてその電力の大部分の送信を可能にするために、十分純粋であり、望ましくない周波数変調又は位相変調を免れる。
【００２２】
例えば、実施形態は概ね変調されない基本周波数を伴う共振周波数を用いてもよい。しかしながら、もしその他の係数が効率を増加させるように用いられるのであれば、基本周波数上でのいくつかの変調が許容される又は許容可能とされるかもしれない。その他の実施形態はより低いＱ値のコンポーネントを用い、相応じて、基本周波数上での更なる変調を可能にするかもしれない。
【００２３】
重要な特徴は、例えば、ＦＣＣ規格のような規格によって許可される周波数の使用を含んでもよいことである。この典型的な実施形態において好ましい周波数は、１３．５６ＭＨｚであるが、その他の周波数が用いられてもよい。
【００２４】
更に、抵抗が容量性リアクタンスに関係して小さくてもよいので、コンデンサは例えば、１０００Ｖのように高い、高電圧に耐えうるであろう。決定的に重要な特徴は、システムが小さい形態ファクターになるであろうパッケージングである。
【００２５】
送信および受信アンテナ間でのカップリングを向上させることの一つの態様は、アンテナのＱ値を増加させることである。電力伝達の効率ηは以下のように示されてもよい。
【数１】
2014113040.tif 000003
【００２６】
これは送信アンテナの半径の３乗に比例し、受信アンテナの半径の３乗に比例し、距離の６乗に反比例することに注意されたい。送信および受信アンテナの半径は、用いられるアプリケーションによって規制されてもよい。従って、いくつかのアプリケーションにおけるＱ値の増加は、効率を増加させることの唯一の効果的な方法であるかもしれない。
【００２７】
実施形態において、電力を送信するために用いられる波長の周波数は、例えば、１３５ｋＨｚの「ＩＳＭ帯域」にある。その他の「低」周波数が用いられてもよく、例えば、１６０ＫＨｚ，４５７Ｋｈｚ，又は１Ｍｈｚより小さいいずれかの周波数がここでは「低」周波数であるとみなされる。この周波数帯域は、ここでは低周波数又は「ＬＦ」と称される。例えば、個人識別ユニットは、アバランシュ被害の検出、Barryvox（登録商標）システムのためにこの低周波数（ＬＦ）帯域を用いる。
【００２８】
このＬＦシステムは、より長い波長を伴う周波数を用いる。本質的には、このシステムは、界強度の傾きに関してより短い範囲に効果的に電力を送る。ＬＦシステムの特性のために、回路およびアンテナのクオリティファクタは、いくらか低くされるかもしれない。発明者は、１０００又はそれ以上のＱ値を好む。
【００２９】
このタイプのより高い周波数システムは、Ｑ値を増加させるためにより少ないコイルの巻き数を用いてきた。ＬＦシステムは、その他の（ＨＦ）システムより低い表皮効果を有する。ＬＦシステムはより多い巻き数を有する。ＬＦシステムの第１の実施形態は、例えば、コイルの中の鉄芯に、非伝導強磁性セラミック混合物等のフェライトを用いてもよい。例えば、素材ＸＹ２Ｏ４は実施形態においてフェライトとして用いられうる。なお、ＸおよびＹは、それぞれ異なる金属陽イオンである。好まれる素材の一つがＺｎＦｅ２Ｏ４であってもよい。
【００３０】
フェライトは、例えば、１１１，１１２，１５１，１５２のいずれか又は全てのアンテナに対して「鉄芯」として用いられうる。例えば、アンテナ１５２は、そこにフェライト鉄芯１５３を伴って示される。
【００３１】
別の実施形態は、コイルとしてリッツ・ワイヤを用いてもよい。例えば、１１１，１１２，１５１，１５２のいずれか又は全てがリッツ・ワイヤで形作られてもよい。これは織りあわされる細いワイヤの束であるが、ワイヤの全部の断面を通じて電流を分配させるために互いに絶縁される。
【００３２】
受信機は良い性能を得るために最も重要なものである。受信機は、高い相対電力値を有するであろうし、数百ナノファラッドのキャパシタンス、且つ、例えば、１００以上，好ましくは３００以上，又は１０００以上の「高い」Ｑ値が必要であるだろう。実施形態において、受信機は例えば（６０ｍｍ×１００ｍｍ）のＰＤＡサイズである。
【００３３】
送信機は、高いＱ値を保つために好ましくは真空コンデンサを用いる。
【００３４】
受信機の別の実施形態は、ここに記述されるようにコンデンサで最適化された空気コイルを用いる。
【００３５】
実施形態は、送信機によって活動させられる中継器として機能するために、ピクチャフレームの後ろ又はテーブルの下に配置される、多数の送信機および／又は受動無給電ループ（純粋共振器）を用いてもよい。このような中継器の一つが図１に１５５として示される。送信機は長距離ホップに対するマザーアンテナとして動作する。無給電ループは、短距離ホップとして動作する。この形態は、実質的には多数の送信機であるが、別々の給電および相互周波数同調無給電アンテナ（エネルギー中継器）のどちらも要求しない。
【００３６】
実施形態の一態様は、用いられる電磁界，電圧，又は電流の正弦波形に対して用いられる自己共振周波数でカップリング構成（第一に、アンテナ）のＱ係数を増加させることから来る、高い効率の使用である。効率および電力の量は、概ね変調されないサイン波を単独で用いるシステムに対して優れている。特に、性能は、広帯域幅波形又は異なる周波数の複数の異なったシヌソイド波形に含まれる電力をキャプチャすることを試みる広帯域システムより優れている。その他の実施形態は、用いられる素材の実在の特性を評価して、より純粋度が少ない波形を用いてもよい。
【００３７】
数個の実施形態が上に詳細に記述されたとはいえ、その他の実施形態も可能であり、発明者はこれらが本明細書中に包含されるべきであると意図する。本明細書は、別の方法で達成されるかもしれない、より一般的な目的を達成するために特定の例を記述する。本開示が典型的であると意図されるし、特許請求の範囲は当業者に予想されるかもしれない任意の変化又は代案を包含すると意図される。例えば、その他の大きさ，素材，および接続が用いられてもよい。アンテナのカップリング部は単一のワイヤ・ループとして示されるとはいえ、このカップリング部が多数のワイヤ・ループを有してもよいことは理解されるべきである。その他の実施形態は、本実施形態と類似した原理を用い、主として静電気および／又は動電気界カップリングに同様に適用可能である。一般的に、第１のカップリング機構として、電界が磁界の代わりに用いられてもよい。
【００３８】
また、発明者は、「手段」という語句を用いるこれら特許請求の範囲のみが３５ＵＳＣ第１１２条第６段落の下で解釈されると意図する。更に、制限が特許請求の範囲に明確に含まれない限り、本明細書からの制限がほとんどないことは、いずれかの特許請求の範囲の中に示されると意図される。
【００３９】
特定の数値がここに挙げられる限りは、いくつかの異なる範囲が特に挙げられない限り、本願の教えの中にとどまる間、その値は２０％近く増加又は減少されてもよいとみなされるであろう。明細に記された論理的な意味が用いられる限りでは、逆の論理的な意味も包含されると意図される。
【図１】
2014113040.tif 000004
【図２】
2014113040.tif 000005
【図３】
2014113040.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月20日(2014.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力のソースと、
第１の周波数電力信号を生成するために前記電力を変換するように構成され、前記電力ソースに接続された変調部と、
伝導ループを有し、自己共振送信アンテナを含む送信機部と、なお、前記送信アンテナは、前記第１の周波数で共振し、前記送信アンテナは、前記電力のソースに基づいて受信機に送信される磁界を生じるように構成される、
前記電力ソースから電流を受信する電気的な接続を有していない中継器と、
を具備し、前記中継器は、前記送信機部によって生じさせられた前記磁界を繰り返すように同調され、前記中継器は、前記受信機に接続されておらず、前記送信機部よりも前記受信機に近い、
ワイヤレス電力送信機システム。
【請求項２】
前記送信機部が、少なくとも１０００のＱ係数を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記伝導ループは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線素材を具備する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記伝導ループは、
誘導ループの内側に鉄芯を具備する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記鉄芯は、
フェライト素材で形作られる、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記伝導ループは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線素材を具備する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記撚り線素材が、
リッツ・ワイヤである、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記中継器は受動ループである、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の周波数が、
５００ｋＨｚより低い、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記受信機は、コイル・ループとコンデンサを含む共振回路を具備する受信機アンテナを具備し、前記共振回路は、前記第１の周波数で前記送信機部によってそこに誘導される磁気エネルギーから出力電力を生ずるように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記コイル・ループは、各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線材料を具備する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記受信機アンテナは、
前記コイル・ループの鉄芯としてフェライトを具備する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
伝導ループを有する自己共振受信アンテナを具備する受信機部と、前記受信アンテナは第１の周波数で共振し、また、前記受信アンテナは、中継器を介して送信機から送信される磁界に結合され、前記磁界に基づいている出力を生ずるように構成される、ここにおいて、前記中継器は、前記受信機部に接続されておらず、前記送信機よりも前記受信機部に近い、
電力出力を生ずるために前記出力を整流するように構成された整流器と、
を具備する、ワイヤレス電力受信機システム。
【請求項１４】
前記受信機部のＱ係数は、
少なくとも３００である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記伝導ループは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線材料を具備する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記伝導ループは、
誘導ループの内側に鉄芯を具備する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記鉄芯は、
フェライト素材で形作られる、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記伝導ループは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線素材を具備する、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記撚り線素材が、
リッツ・ワイヤである、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の周波数が、
５００ｋＨｚより低い、請求項１３記載のシステム。
【請求項２１】
前記送信機は、コイル・ループとコンデンサを有する共振回路を具備する送信機アンテナを具備し、前記共振回路は、前記第１の周波数で線電力のソースによってそこに磁気エネルギーを生ずるように構成される、請求項１３記載のシステム。
【請求項２２】
前記送信機アンテナは、
前記コイル・ループ内の撚り線を具備する、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記送信機アンテナは、
前記コイル・ループの鉄芯としてフェライトを具備する、請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
電気的な電力ソースで１ＭＨｚより低い第１の周波数を有する信号を生成することと；
前記第１の周波数で自己共振するアンテナを介して受信機に前記信号を送信機で送信することと；
中継器を介して前記第１の周波数で前記信号を繰り返すことと、なお、前記中継器は、前記送信機によって活動的にされる；
を具備し、ここにおいて、前記中継器は、前記受信機に接続されておらず、前記送信機よりも前記受信機に近い、
電力を送信する方法。
【請求項２５】
前記アンテナは、
誘導ループを具備する、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記アンテナは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線を具備する、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記誘導ループは、
フェライトで形作られた鉄芯部を具備する、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記中継器が、
撚り線を具備する、請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
前記中継器は、
フェライトで形作られる鉄芯を具備する、請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
送信機から電流を受信する電気的な接続を有さない少なくとも１つの中継器と、なお、前記中継器は、前記送信機によって受信された磁界を繰り返すように同調する、
伝導ループを有する自己共振受信アンテナを具備する受信機部と、なお、前記受信アンテナは第１の周波数で共振し、また、前記受信アンテナは、前記磁界に結合されるように構成され、前記中継器は、前記受信機部に接続されておらず、前記送信機よりも前記受信機部に近い、
前記受信機部によって受信される出力電力を提供するように構成された出力部と、
を具備する、
ワイヤレス電力受信機システム。
【請求項３１】
前記アンテナは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線を具備する、請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】
前記伝導ループは、
誘導ループの内側に鉄芯を具備する、請求項３０記載のシステム。
【請求項３３】
前記第１の周波数が、
１Ｍｈｚより小さい、請求項３０記載のシステム。
【請求項３４】
フェライト鉄心の周りに巻きついた伝導ループを有する自己共振受信アンテナを具備する受信機部と、なお、前記受信アンテナは第１の周波数で共振し、前記受信機部は、中継器を介して送信機から送信される磁界に結合されるように構成され、前記中継器は、前記受信機部に接続されておらず、前記送信機よりも前記受信機部に近い、
前記磁界を電力に変換し、前記受信機部によって受信された電気的な電力を整流し、且つ前記整流された電気的な電力を出力するように構成された電力回路と、
を具備する、ワイヤレス電力受信機システム。
【請求項３５】
前記アンテナは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線を具備する、請求項３４記載のシステム。
【請求項３６】
前記自己共振が、前記伝導ループの自己キャパシタンスに基づいている、請求項３４記載のシステム。
【請求項３７】
前記自己共振が、前記伝導ループの自己キャパシタンスに基づいている、請求項３４記載のシステム。
【請求項３８】
電気的な電力のソースから、第１の周波数を有する信号を生成することと、
前記第１の周波数で自己共振するアンテナを介して受信機に前記信号を送信機で送信することと、
中継器を介して前記第１の周波数で前記信号を繰り返すことと、
を具備し、前記中継器は、前記送信機によって活動的にさせられ、前記中継器は、前記受信機に接続されておらず、前記送信機よりも前記受信機に近い、
電力を送信する方法。
【請求項３９】
前記アンテナは、
誘導ループを具備する、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記アンテナは、
各々が電流を伝え、互いに絶縁される複数の撚りを有する撚り線を具備する、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記誘導ループは、
フェライトで形作られた鉄芯部を具備する、請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
前記中継器が、
撚り線を具備する、請求項３８記載の方法。
【請求項４３】
前記中継器は、
フェライトで形作られる鉄芯を具備する、請求項３８記載の方法。
【請求項４４】
電気的な電力のソースから、第１の周波数を有する信号を生成するための手段と、なお、前記信号は、１ＭＨｚより低い第１の周波数を有する、
前記第１の周波数で受信機に前記信号を送信するための手段と、なお、前記送信手段は、自己共振手段を含む、
前記第１の周波数で前記信号を繰り返すための手段と、
を具備し、繰り返すための手段は、前記送信するための手段によって活動的にされるように構成され、前記中継器は、前記受信機に接続されておらず、前記送信手段よりも前記受信機に近い、
ワイヤレス電力送信システム。
【請求項４５】
電気的な電力のソースから、第1の周波数を有する信号を生成するための手段と、
前記第１の周波数で受信機に前記信号を送信するための手段と、前記送信手段は、自己共振手段を含む、
前記第１の周波数で前記信号を繰り返すための手段と、
を具備し、前記繰り返すための手段は、前記送信するための手段によって活動的にされるように構成され、前記中継器は、前記受信機に接続されておらず、前記送信手段よりも前記受信機に近い、
ワイヤレス電力送信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
電界カップリングは、開コンデンサ又は誘導性ディスクであるような、誘導的に負荷をかけられた電気双極子を提供する。外来の物体は、電界カップリング上で比較的強い影響を提供するかもしれない。磁界における外来の物体が「空の」空間と同じ磁性を有してもよいので、磁界カップリングが好まれるかもしれない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図２は、エネルギー伝達のための等価回路を示す。送信回路１００は、高周波数ジェネレータ２０５の周波数に共振する、ＲＬＣ部を伴う直列共振回路である。送信機は、直列抵抗２１０，および誘導コイル２１５，および可変コンデンサ２２０を含む。これは、相互インダクタンス２２５として示される磁界カップリングを生ずる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
受信部１５０は、同様に、調節した出力電圧を提供するために、コンデンサ２５０，変圧器コイル２５５，整流器２６０，および調節器２６１を含む。出力は、負荷抵抗２６５に接続される。図２は、整流器を例証するが、より複雑な整流器回路が用いられてもよいことは理解されるであろう。整流器２６０および調節器２６１のインピーダンスは、共振時の受信共振器の抵抗に整合される。これは負荷に電力の最大量を伝達することを可能にする。抵抗は、表皮効果／近接効果，放射抵抗を考慮にいれるほか、内部および外部の誘電損の両者も考慮にいれる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
上述した回路のＱ係数は、ある効率を助けることができる。高いＱ係数は、共振周波数で、増加した電流値を導く。これは比較的低いワット数を通じて送信を維持することを可能にする。実施形態において、受信機のＱ値が約３００である一方で、送信機のＱ値は１４００であってもよい。ここに示す目的のために、ある実施形態において、受信機のＱ値が、例えば、送信機のＱ値の１／４〜１／５のように、送信機のＱ値よりもはるかに低いかもしれない。しかしながら、その他のＱ係数が用いられてもよい。共振デバイスのＱ値は、共振周波数、対、いわゆる共振デバイスの「３ｄＢ」又は「半値」帯域幅となる。いくつかの「定義」があるけれども、共振回路素子の値又は測定値に関してＱ値を記述するために、全ての定義は互いに概ね同義である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
実施形態において、電力を送信するために用いられる波長の周波数は、例えば、１３５ｋＨｚの「ＩＳＭ帯域」にある。その他の「低」周波数が用いられてもよく、例えば、１６０ＫＨｚ，又は１ＭＨｚより小さいいずれかの周波数がここでは「低」周波数であるとみなされる。この周波数帯域は、ここでは低周波数又は「ＬＦ」と称される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
特定の数値がここに挙げられる限りは、いくつかの異なる範囲が特に挙げられない限り、本願の教えの中にとどまる間、その値は２０％近く増加又は減少されてもよいとみなされるであろう。明細に記された論理的な意味が用いられる限りでは、逆の論理的な意味も包含されると意図される。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
線電力のソースへの結合部と、
１ＭＨｚより低い第１の周波数をつくるために前記線電力を変調する変調部と、
前記第１の周波数に共振させるコンデンサを伴う伝導ループで形作られ、前記線電力のソースに基づいて磁界を生じる送信アンテナを含み、前記周波数にＱ係数を有している送信機部と、
を具備し、
前記Ｑ係数が、
少なくとも３００である、ワイヤレス電力送信機システム。
［Ｃ２］
前記Ｑ係数が、
少なくとも１０００である、［Ｃ１記載のシステム。
［Ｃ３］
前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた前記伝導ループのために撚り線を用いる、［Ｃ１記載のシステム。
［Ｃ４］
前記アンテナは、
前記誘導ループの内側に鉄芯を用いる、［Ｃ１記載のシステム。
［Ｃ５］
前記鉄芯は、
フェライト素材で形作られる、［Ｃ４記載のシステム。
［Ｃ６］
前記伝導ループは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた撚り線素材で形作られる、［Ｃ５記載のシステム。
［Ｃ７］
前記撚り線素材が、
ルッツ・ワイヤである、［Ｃ６記載のシステム。
［Ｃ８］
前記送信機によって生ぜられる磁界を繰り返すように同調された、少なくとも一つの受動ループを更に具備する、［Ｃ１記載のシステム。
［Ｃ９］
前記第１の周波数が、
５００ｋＨｚより低い、［Ｃ１記載のシステム。
［Ｃ１０］
前記送信機によってそこに誘導される磁気エネルギーを有する前記第１の周波数で共振回路を作り、且つ出力電力を生ずる、コンデンサおよびコイル・ループで形作ったアンテナを有する受信機を更に具備する、［Ｃ１記載のシステム。
［Ｃ１１］
前記受信機における前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた前記コイル・ループ内の撚り線を用いる、［Ｃ１０記載のシステム。
［Ｃ１２］
前記受信機における前記アンテナは、
前記コイル・ループの鉄芯としてフェライトを用いる、［Ｃ１０記載のシステム。
［Ｃ１３］
第１の周波数で共振させるコンデンサを伴う伝導ループで形作られ、磁界を受信し且つ前記磁界に基づいている出力を生ずる受信アンテナを含んでいる受信機部と、
電力出力を生ずるために前記出力を整流する整流器と、
を具備し、
前記第１の周波数は、
１Ｍｈｚより低い、ワイヤレス電力送信機システム。
［Ｃ１４］
前記受信機部のＱ係数は、
少なくとも３００である、［Ｃ１３］に記載のシステム。
［Ｃ１５］
前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた前記伝導ループのために撚り線を用いる、［Ｃ１３記載のシステム。
［Ｃ１６］
前記アンテナは、
前記誘導ループの内側に鉄芯を用いる、［Ｃ１３記載のシステム。
［Ｃ１７］
前記鉄芯は、
フェライト素材で形作られる、［Ｃ１６記載のシステム。
［Ｃ１８］
前記伝導ループは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた撚り線素材で形作られる、［Ｃ１７記載のシステム。
［Ｃ１９］
前記撚り線素材が、
ルッツ・ワイヤである、［Ｃ１８記載のシステム。
［Ｃ２０］
前記第１の周波数で磁界を繰り返すように同調される、少なくとも一つの受動ループを更に具備する、［Ｃ１２記載のシステム。
［Ｃ２１］
前記第１の周波数が、
５００ｋＨｚより低い、［Ｃ１２記載のシステム。
［Ｃ２２］
前記第１の周波数で共振回路を作るコンデンサおよびコイル・ループで形作られるアンテナを有し、且つ線電力のソースによってそこに生ぜられる磁気エネルギーを有する送信機を更に具備する、［Ｃ１２記載のシステム。
［Ｃ２３］
前記受信機における前記アンテナは、
前記コイル・ループ内の撚り線を用いる、［Ｃ２２記載のシステム。
［Ｃ２４］
前記受信機における前記アンテナは、
前記コイル・ループの鉄芯としてフェライトを用いる、［Ｃ２２記載のシステム。
［Ｃ２５］
１ＭＨｚより低い第１の周波数を有する信号をつくるために電力を用いることと、
前記信号を送信するために前記第１の周波数で自己共振するアンテナを用いることと、
前記第１の周波数で前記信号を繰り返すために送信機によって活動的にさせる受動中継器を用いることと、
を具備する、電力を送信する方法。
［Ｃ２６］
前記アンテナは、
前記第１の周波数で前記アンテナを共振させるコンデンサおよび誘導ループを含む、［Ｃ２５記載の方法。
［Ｃ２７］
前記アンテナは、
各々が電流を伝えるが互いに絶縁される複数の撚りで形作られた撚り線で形作られる、［Ｃ２６記載の方法。
［Ｃ２８］
前記誘導ループは、
フェライトで形作られた鉄芯部を含む、［Ｃ２６記載の方法。
［Ｃ２９］
前記中継器が、
撚り線で形作られる、［Ｃ２５記載の方法。
［Ｃ３０］
前記中継器は、
フェライトで形作られる鉄芯を含む、［Ｃ２５記載の方法。
【外国語明細書】
2014113040000001.pdf