(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振電力送信装置の共振電力送信制御方法であって、
複数の共振電力受信装置を検出するステップと、
前記複数の共振電力受信装置の各々に順序を付与するステップと、
前記付与された順序に応じて第１共振電力受信装置に予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて共振電力を送信するステップと、
前記第１共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第１共振周波数Ｆｓ１を受信するステップと、
前記付与された順序に応じて第２共振電力受信装置に予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて共振電力を送信するステップと、
前記第２共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第２共振周波数Ｆｓ２を受信するステップと、を有することを特徴とする共振電力送信装置の共振電力送信制御方法。
【請求項２】
前記複数の共振電力受信装置を検出するステップは、
前記複数の共振電力受信装置の各々の識別子を受信するステップと、
前記受信された識別子に基づいて前記複数の共振電力受信装置を認識するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の共振電力送信装置の共振電力送信制御方法。
【請求項３】
前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて共振電力を生成し、前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を第１時間区間で前記第１共振電力受信装置に送信するステップと、
前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて共振電力を生成し、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を第２時間区間で前記第２共振電力受信装置に送信するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の共振電力送信装置の共振電力送信制御方法。
【請求項４】
前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて共振電力を生成し、前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を前記第１共振電力受信装置に送信するステップと、
前記第１共振電力受信装置の充電が完了したか否かを判断するステップと、
前記第１共振電力受信装置の充電が完了すると、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて共振電力を生成し、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を前記第２共振電力受信装置に送信するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の共振電力送信装置の共振電力送信制御方法。
【請求項５】
前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて共振電力を生成し、前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を前記第１共振電力受信装置に送信するステップと、
前記第１共振電力受信装置から予め設定された時間内に報告メッセージが受信されたか否かを判断するステップと、
前記第１共振電力受信装置から予め設定された時間内に報告メッセージが受信されない場合、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて共振電力を生成し、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を前記第２共振電力受信装置に送信するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の共振電力送信装置の共振電力送信制御方法。
【請求項６】
前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数の各々は、反射波の周波数特性のスキャニングによって決定されるか、所定幅のチャネルを基準として決定されるか、又は予め設定された帯域幅内でランダムに決定されることを特徴とする請求項１に記載の共振電力送信装置の共振電力送信制御方法。
【請求項７】
複数の共振電力受信装置の共振電力受信制御方法であって、
前記複数の共振電力受信装置の各々が共振電力送信装置に識別子を送信するステップと、
前記共振電力送信装置から前記複数の共振電力受信装置の各々に順序が付与されるステップと、
前記付与された順序に応じて第１共振電力受信装置が前記共振電力送信装置から予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて送信された共振電力を受信するステップと、
前記第１共振電力受信装置が前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第１共振周波数Ｆｓ１を検出して前記共振電力送信装置に通知するステップと、
前記付与された順序に応じて第２共振電力受信装置が前記共振電力送信装置から予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて送信された共振電力を受信するステップと、
前記第２共振電力受信装置が前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第２共振周波数Ｆｓ２を検出して前記共振電力送信装置に通知するステップと、を有することを特徴とする共振電力受信装置の共振電力受信制御方法。
【請求項８】
前記第１共振電力受信装置が前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を第１時間区間で前記共振電力送信装置から受信するステップと、
前記第２共振電力受信装置が前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を第２時間区間で前記共振電力送信装置から受信するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の共振電力受信装置の共振電力受信制御方法。
【請求項９】
前記第１共振電力受信装置が前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を前記共振電力送信装置から受信するステップと、
前記第１共振電力受信装置が充電を完了したか否かを確認するステップと、
前記第１共振電力受信装置が充電を完了すると、前記共振電力送信装置に充電が完了したことを通知するステップと、
前記第２共振電力受信装置が前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を前記共振電力送信装置から受信するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の共振電力受信装置の共振電力受信制御方法。
【請求項１０】
ターゲット共振器との電磁結合によって共振電力を複数の共振電力受信装置に送信するソース共振器と、
前記複数の共振電力受信装置を検出する検出部と、
ソース制御部の制御により前記共振電力を生成する共振電力生成部と、
前記共振電力の共振周波数が予め設定された時間区間の各々で可変されるように前記共振電力生成部を制御するソース制御部と、
前記複数の共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた共振周波数を受信する通信部と、を備え、
前記ソース制御部は、
前記複数の共振電力受信装置の各々に順序を付与し、
前記付与された順序に応じて第１共振電力受信装置に前記予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて共振電力を送信し、前記第１共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第１共振周波数Ｆｓ１を受信するように制御し、
前記付与された順序に応じて第２共振電力受信装置に前記予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて共振電力を送信し、前記第２共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第２共振周波数Ｆｓ２を受信するように制御することを特徴とする共振電力送信装置。
【請求項１１】
前記検出部は、前記複数の共振電力受信装置の各々から受信された識別子に基づいて前記複数の共振電力受信装置を検出することを特徴とする請求項１０に記載の共振電力送信装置。
【請求項１２】
前記ソース制御部は、
前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて共振電力を生成し、前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を第１時間区間で前記第１共振電力受信装置に送信するように制御し、
前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて共振電力を生成し、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を第２時間区間で前記第２共振電力受信装置に送信するように制御することを特徴とする請求項１０に記載の共振電力送信装置。
【請求項１３】
前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数の各々は、反射波の周波数特性のスキャニングによって決定されるか、所定幅のチャネルを基準として決定されるか、又は予め設定された帯域幅内で任意に決定されることを特徴とする請求項１０に記載の共振電力送信装置。
【請求項１４】
複数の共振電力受信装置であって、
前記複数の共振電力受信装置の各々は、
ソース共振器との電磁結合によって共振電力送信装置から予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて送信された共振電力を受信するターゲット共振器と、
前記共振電力送信装置に識別子を送信し、前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた共振周波数を前記共振電力送信装置に送信する通信部と、
前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた共振周波数を検出するターゲット制御部と、を備え、
前記共振電力送信装置から付与された順序に応じて第１共振電力受信装置のターゲット制御部が前記共振電力送信装置から予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて送信された共振電力を受信し、前記第１共振電力受信装置が前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第１共振周波数Ｆｓ１を検出して前記共振電力送信装置に通知するように制御し、
前記共振電力送信装置から付与された順序に応じて第２共振電力受信装置のターゲット制御部が前記共振電力送信装置から予め設定された時間区間の各々で可変される共振周波数を用いて送信された共振電力を受信し、前記第２共振電力受信装置が前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうちの電力送信効率が最も優れた第２共振周波数Ｆｓ２を検出して前記共振電力送信装置に通知するように制御することを特徴とする共振電力受信装置。
【請求項１５】
前記第１共振電力受信装置のターゲット共振器は、前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を第１時間区間で前記共振電力送信装置から受信し、
前記第２共振電力受信装置のターゲット共振器は、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を第２時間区間で前記共振電力送信装置から受信することを特徴とする請求項１４に記載の共振電力受信装置。
【請求項１６】
前記第１共振電力受信装置のターゲット制御部は、前記第１共振周波数Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を前記共振電力送信装置から受信し、前記第１共振電力受信装置が充電を完了すると、前記共振電力送信装置に充電が完了したことを通知し、
前記第２共振電力受信装置のターゲット制御部は、前記第２共振周波数Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を前記共振電力送信装置から受信することを特徴とする請求項１４に記載の共振電力受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振電力無線送信システムにおける電子機器の電力供給方法とこれを用いるソース電子機器及びターゲット電子機器に係り、特に、共振電力送信装置及びその共振電力送信制御方法並びに共振電力受信装置及びその共振電力受信制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振電力は無線に送信される電磁気エネルギーを意味する。従って、共振電力送信システムは、共振電力を送信するソース電子機器と共振電力を受信するターゲット電子機器を備える。即ち、共振電力はソース電子機器からターゲット電子機器に伝達される。ここで、共振電力を送信するソース電子機器は共振電力送信装置と称する。また、共振電力を受信するターゲット電子機器は共振電力受信装置と称する。
【０００３】
無線環境の特性上、電源共振器（ｓｏｕｒｃｅ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）及び対象共振器（ｔａｒｇｅｔ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）間の距離が時間に応じて変わる可能性が高く、該電源共振器と対象共振器の整合（ｍａｔｃｈｉｎｇ）条件が変わる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、電源共振器と対象共振器の整合条件が時間に応じて変わる場合に、共振周波数帯域で効率的な共振周波数を管理し、共振電力により複数の電子機器を効率的に充電し、高効率の無線電力送信を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一側面に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法は、共振電力送信装置の共振電力送信制御方法において、共振電力受信装置を検出するステップと、前記検出された共振電力受信装置に共振電力を送信（前記共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される）するステップと、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量を前記検出された共振電力受信装置に通知するステップと、前記検出された共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を受信するステップと、を含む。
【０００６】
他の一側面に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法は、複数の共振電力受信装置を検出するステップと、前記複数の共振電力受信装置各々に順序を付与するステップと、前記付与された順序に応じて第１共振電力受信装置に共振電力を送信（前記共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される）するステップと、前記第１共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数Ｆｓ１を受信するステップと、前記付与された順序に応じて第２共振電力受信装置に共振電力を送信（前記共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される）するステップと、前記第２共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数Ｆｓ２を受信するステップと、を含む。
【０００７】
一側面に係る共振電力受信装置の共振電力受信制御方法は、共振電力送信装置に前記共振電力受信装置の識別子を送信するステップと、前記共振電力送信装置から共振電力を受信（前記共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される）するステップと、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数に関する情報及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量に関する情報を受信するステップと、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち電力送信効率が最も優れる共振周波数を検出するステップと、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち電力送信効率が最も優れる共振周波数を前記共振電力送信装置に通知するステップと、を含む。
【０００８】
一側面に係る共振電力送信装置は、ターゲット共振器との電磁結合によって共振電力を共振電力受信装置に送信するソース共振器と、前記共振電力受信装置を検出する検出部と、ソース制御部の制御により前記共振電力を生成する共振電力生成部と、前記共振電力の共振周波数が予め設定された時間区間各々で可変されるように前記共振電力生成部を制御するソース制御部と、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量を前記共振電力受信装置に送信し、前記共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を受信する通信部と、を備える。
【０００９】
一側面に係る共振電力受信装置は、ソース共振器との電磁結合によって共振電力送信装置から共振電力を受信（前記共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される）するターゲット共振器と、前記共振電力送信装置に識別子を送信し、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数に関する情報及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量に関する情報を受信する通信部と、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を検出するターゲット制御部と、を備え、
さらに前記通信部は、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を前記共振電力送信装置に送信する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、共振周波数帯域で効率的な共振周波数の管理が可能である。
【００１１】
本発明によると、複数の電子機器各々に対応する共振周波数を管理することによって、共振電力により複数の電子機器を効率的に充電できる。また、電力送信の効率が高い共振周波数を選択することによって、高効率の無線電力送信が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る共振電力送信装置の構成を示す。
【図２】一実施形態に係る共振電力受信装置の構成を示す。
【図３】一実施形態に係る複数の共振電力受信装置が存在する環境を示す。
【図４】一実施形態に係る共振電力送信システムを説明するための図である。
【図５】他の一実施形態に係る共振電力送信システムを説明するための図である。
【図６】図１に示す共振電力送信装置で送信されるデータの例を示す。
【図７】図２に示す共振電力受信装置で送信されるデータの例を示す。
【図８】一実施形態に係る周波数ホッピングの例を示す。
【図９】送信電力及び反射電力に対する周波数スペクトルの例を示す。
【図１０】一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
【図１１】他の一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
【図１２】他の一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
【図１３】他の一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
【図１４】各一実施形態に係るタイムドメインにおける電力送信例を示す。
【図１５】各一実施形態に係るタイムドメインにおける電力送信例を示す。
【図１６】共振器の実施形態を示す。
【図１７】共振器の実施形態を示す。
【図１８】共振器の実施形態を示す。
【図１９】共振器の実施形態を示す。
【図２０】共振器の実施形態を示す。
【図２１】共振器の実施形態を示す。
【図２２】共振器の実施形態を示す。
【図２３】図１６に示す共振器の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、一実施形態に係る共振電力送信装置の構成を示す。
図１を参照すると、共振電力送信装置１００は、ソース共振器１１０、検出部１２０、共振電力生成部１３０、ソース制御部１４０及び通信部１５０を備える。また、共振電力送信装置１００は整流部１６０及び定電圧制御部１７０をさらに備え得る。
【００１４】
一方、図２は、一実施形態に係る共振電力受信装置の構成を示す。
図２を参照すると、共振電力受信装置２００は、ターゲット共振器２１０、通信部２２０及びターゲット制御部２３０を備える。また、共振電力受信装置２００は、整流部２４０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０及び負荷（ｌｏａｄ）２６０をさらに含む。
【００１５】
ソース共振器１１０は、電磁気（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）エネルギーをターゲット共振器２１０に伝達（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ）する。即ち、ソース共振器１１０は、ターゲット共振器２１０との電磁結合によって共振電力を共振電力受信装置２００に伝達する。ここで、ソース共振器１１０は設定された共振帯域幅内で共振する。
【００１６】
検出部１２０は共振電力受信装置２００を検出する。検出部１２０は、前記共振電力受信装置２００から受信された識別子に基づいて共振電力受信装置２００を検出する。即ち、共振電力受信装置２００は共振電力受信が必要な場合、識別子を共振電力送信装置１００に送信し、検出部１２０は識別子が受信されれば、共振電力受信装置２００が存在することを認知する。
【００１７】
共振電力生成部１３０は、ソース制御部１４０の制御により共振電力を生成する。共振電力生成部１３０は数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯域のスイッチングパルス信号によって一定レベルのＤＣ電流をＡＣ電流に変換することで共振電力を生成する。従って、例えば、共振電力生成部１３０はＡＣ／ＤＣインバータを含んで構成され、ここで、一定レベルのＤＣ電流は、定電圧制御部１７０から提供され、ＡＣ／ＤＣインバータは、高速スイッチングのためのスイッチング素子を含み、ここで、スイッチング素子は、スイッチングパルス信号が「ｈｉｇｈ」であるときオンし、スイッチングパルス信号が「Ｌｏｗ」であるときオフするように構成され得る。
【００１８】
共振電力生成部１３０は、ソース制御部１４０の制御に応じて共振周波数が予め設定された時間区間各々で可変される共振電力を生成する。また、共振電力生成部１３０は、ソース制御部１４０の制御に応じて電力送信効率が最も優れる共振周波数を使用して前記共振電力を生成する。従って、ソース共振器１１０は、前記電力送信効率が最も優れる共振周波数を使用して生成された共振電力を前記共振電力受信装置２００に送信できる。
【００１９】
ソース制御部１４０は、前記共振電力生成部１３０で生成される共振電力の共振周波数が予め設定された時間区間各々で可変されるよう、前記共振電力生成部１３０を制御する。また、ソース制御部１４０は、共振電力送信装置１００の全般的な動作を制御する。即ち、ソース制御部１４０は、検出部１２０、共振電力生成部１３０、通信部１５０、定電圧制御部１７０のうち少なくとも１つの動作を制御する。ここで、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数各々は、反射波の周波数特性をスキャニングして決定されるか、一定幅のチャネルを基準として決定されるか、又は、予め設定された帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）内で任意に決定される。
【００２０】
ソース制御部１４０は、周波数分析部１４１、周波数スキャニングテーブル１４３及びプロセッサ１４５を備えて構成される。
周波数分析部１４１は、例えば図９に示すような周波数スペクトル分析に基づいて予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数を決定する。例えば、任意の時間区間Ｔ１で測定された周波数スペクトルが図９に示すようであれば、周波数分析部１４１はＴ１で用いられる共振周波数をＦ１又はＦ２に決定する。ここで、図９は、送信電力及び反射電力に対する周波数スペクトルの例を示す。図９で「ｎ２１」は送信電力の周波数スペクトルを示し、「ｎ１１」は反射電力の周波数スペクトルを示す。反射電力は例えば反射信号カプラー（図示せず）によって測定される。
【００２１】
周波数スキャニングテーブル１４３は、一定幅のチャネルを基準として可変される共振周波数が記録されるか、又は、任意に可変される共振周波数が記録される。
プロセッサ１４５は、ソース制御部１４０の諸機能の管理及び／又は制御を行うように構成される。
【００２２】
通信部１５０は、ソース制御部１４０の制御下に、予め設定された時間区間各々で用いられる共振周波数及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量を前記共振電力受信装置２００に送信する。また、通信部１５０は、共振電力受信装置２００から前記予め設定された時間区間の各々で用いられる共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を受信する。
【００２３】
通信部１５０は、共振周波数によって共振電力受信装置２００とデータを送受信するインバンド通信、及びデータ通信のために割り当てられた周波数によって共振電力受信装置２００とデータを送受信するアウト−バンド通信を行い得る。
【００２４】
整流部１６０は、数十Ｈｚ帯域のＡＣ電流を整流してＤＣ電圧を生成する。
定電圧制御部１７０は、整流部１６０からＤＣ電圧が入力され、ソース制御部１４０の制御により一定レベルのＤＣ電圧を出力する。定電圧制御部１７０は、一定レベルのＤＣ電圧を出力するための安定化回路を含んで構成される。
【００２５】
ターゲット共振器２１０は、ソース共振器１１０から電磁気エネルギーを受信する。即ち、ターゲット共振器２１０は、ソース共振器１１０との電磁結合によって共振電力送信装置１００から共振電力を受信する。ここで、ターゲット共振器２１０は予め設定された共振帯域幅内で共振する。
【００２６】
通信部２２０は、ターゲット制御部２３０の制御により通信部１５０とデータを送受信する。即ち、通信部２２０は、共振電力送信装置１００に識別子を送信する。また、通信部２２０は、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数に関する情報、及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量に関する情報を受信する。また、通信部２２０は、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を前記共振電力送信装置１００に送信する。通信部２２０は、共振電力送信装置１００の通信部１５０と同様に、インバンド通信及びアウト−バンド通信を行い得る。
【００２７】
ターゲット制御部２３０は、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を検出する。例えば、任意の時間区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４で受信された共振電力の電力量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と、共振電力送信装置１００から受信されたデータが表１に示すような場合、ターゲット制御部２３０は、Ｆ３を電力送信効率の最も優れる共振周波数として検出する。
【表１】
0005855672.tif 000002
【００２８】
ターゲット制御部２３０は、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を前記共振電力送信装置１００に送信するように通信部２２０を制御する。即ち、通信部２２０は、ターゲット制御部２３０の制御により、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち電力送信効率が最も優れる共振周波数を前記共振電力送信装置１００に送信する。かくして、ターゲット共振器２１０は、前記電力送信効率が最も優れる共振周波数を使用して生成された共振電力を前記共振電力送信装置１００から受信する。
【００２９】
ターゲット制御部２３０は、受信電力スキャン部２３１及びプロセッサ２３３を含んで構成される。受信電力スキャン部２３１は、予め設定された時間区間各々で受信される共振電力の電力量を測定する。プロセッサ２３３は、ターゲット制御部２３０の諸機能の管理及び／又は制御を行うように構成される。
【００３０】
整流部２４０は、交流電圧を整流することによってＤＣ電圧を生成する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、整流部２４０から出力されるＤＣ電圧のレベルを調整して負荷２６０で必要なＤＣ電圧を提供する。
【００３１】
負荷２６０は、共振電力受信装置２００で必要な電源を供給して電源を充電するための充電バッテリを含む。ターゲット制御部２３０は負荷２６０をチェックし、共振電力受信装置２００の充電が完了すると、共振電力送信装置１００に充電が完了したことを通知する。
【００３２】
図３は、一実施形態に係る複数の共振電力受信装置が存在する環境を示す。
図３に示すように、共振電力送信装置１００は複数の共振電力受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃに共振電力を送信する。図３に示す例のように、複数の共振電力受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃが存在する環境を「１：Ｎ充電環境」と称する。「１：Ｎ充電環境」は、複数の共振電力受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ間の干渉、複数の共振電力受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃの何れか１つが除去されるか、又は、新規な装置が追加される場合に電力送信の効率が落ちる場合がある。従って、共振電力受信装置各々を考慮した共振電力送信制御方法が必要である。図３において、３０１、３０３、３０５及び３０７は共振器間の電磁結合を示す。
【００３３】
図４は、一実施形態に係る共振電力送信システムを説明するための図である。
図４を参考にすると、共振電力送信装置１００は、共振周波数がＦ１、Ｆ２、．．．、ＦＮの順に可変共振電力を複数の共振電力受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃに送信する。共振電力送信装置１００は、複数の共振電力受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ各々に順序を付与した後、ステップ４１０において、第１共振電力受信装置２００ａに共振周波数がＦ１、Ｆ２、．．．、ＦＮの順に可変共振電力を送信する。共振電力送信装置１００は、第１共振電力受信装置２００ａから第１応答を受信した後、ステップ４２０において、第２共振電力受信装置２００ｂに共振周波数がＦ１、Ｆ２、．．．、ＦＮの順に可変共振電力を送信する。ここで、「第１応答」はＦ１、Ｆ２、．．．、ＦＮのうち電力送信効率が最も優れる共振周波数に関する情報を含む。また、「第１応答」は第１共振電力受信装置２００ａの識別子をさらに含み得る。
【００３４】
共振電力送信装置１００は、第２共振電力受信装置２００ｂから第２応答を受信した後、ステップ４３０において、第３共振電力受信装置２００ｃに共振周波数がＦ１、Ｆ２、．．．、ＦＮの順に可変共振電力を送信する。ここで、「第２応答」は、Ｆ１、Ｆ２、．．．、ＦＮのうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数に関する情報を含む。また、「第２応答」は第２共振電力受信装置２００ｂの識別子をさらに含み得る。
【００３５】
一方、第１共振電力受信装置２００ａで電力送信効率が最も優れる共振周波数をＦｓ１とし、第２共振電力受信装置２００ｂで電力送信効率が最も優れる共振周波数をＦｓ２とすると、Ｆｓ１とＦｓ２は互いに異なる共振周波数であるか、又は、同一の共振周波数である。そして、図４において、ステップ４１０〜ステップ４３０は順次行われるか、又は、同時に行われる。ステップ４１０〜ステップ４３０が同時に行われる場合、共振電力送信装置１００は共振電力受信装置各々の識別子を介して当該装置を識別する。
【００３６】
図５は、他の一実施形態に係る共振電力送信システムを説明するための図である。
図５を参照すると、共振電力送信装置１００は、ステップ５１０において、共振周波数がＦ１である共振電力を第１共振電力受信装置２００ａに送信する。図４に示す例と類似に、共振電力送信装置１００は、第１共振電力受信装置２００ａから応答信号を受信した後、ステップ５２０において、共振周波数がＦ１である共振電力を第２共振電力受信装置２００ｂに送信する。同様に、ステップ５３０は、第２共振電力受信装置２００ｂから応答信号を受信した後行われ得る。ここで、応答信号は、「共振周波数がＦ１である共振電力の受信効率」又は「共振周波数がＦ１であるときの受信電力量」を含み得る。また、応答信号は、当該装置の識別子をさらに含み得る。Ｆ１に対する応答が完了した後、共振電力送信装置１００はＦ２に対してステップ５１０〜ステップ５３０を行う。
【００３７】
図６は、図１の共振電力送信装置１００で送信されるデータの例を示す。
図６を参照すると、共振電力送信装置１００は、時間区間ｔ１で共振周波数がＦ１である共振電力を共振電力受信装置２００に送信する。同時に、共振電力送信装置１００は、時間区間ｔ１でデータ６１０を共振電力受信装置２００に送信する。図６に示すように、データ６１０は、共振電力を生成するために用いられた「共振周波数Ｆ１」及び「当該共振電力の電力量」に関する情報を含む。図６において６２０は、時間区間ｔ２で共振電力受信装置２００に送信されるデータを示す。
【００３８】
図７は、図２に示す共振電力受信装置２００で送信されるデータの例を示す。
図７を参照すると、共振電力受信装置２００は、共振周波数Ｆ１、Ｆ２、．．．、ＦＮ各々に対応する受信電力量７２０を検出し、Ｆ１、Ｆ２、．．．、ＦＮ各々に対応する効率を算出する。図７に示す例において、電力送信効率が最も優れる共振周波数は例えば、Ｆ３である。共振電力受信装置２００は、Ｆ１、Ｆ２、．．．、ＦＮ各々に対応する効率を共振電力送信装置１００に送信する。一側面において、共振電力受信装置２００は、Ｆ１、Ｆ２．．．ＦＮ各々に対応する効率を算出せず、受信電力量７２０のみを共振電力送信装置１００に送信し得る。
【００３９】
図８は、一実施形態に係る周波数ホッピング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｐｐｉｎｇ）の例を示す。
図８を参照すると、共振電力送信に用いられる共振周波数は任意にホッピングされる。即ち、例えば、共振周波数はＦ１、Ｆ２、．．．、ＦＮの順に可変されることなく、Ｆ１、Ｆ３、Ｆ６の順に可変される。ステップ８１０において、共振電力送信装置は、共振周波数Ｆ１を用いて共振電力を共振電力受信装置に送信する。また、ステップ８１０において、共振電力送信装置はＦ１に関する情報及び電力量に関する情報を共振電力受信装置に送信する。ステップ８２０は、共振周波数Ｆ３に対してステップ８１０と同じ動作を行うことを示す。また、ステップ８４０は、共振周波数Ｆ６に対してステップ８１０と同じ動作を行うことを示す。ステップ８３０は、共振電力受信装置から電力送信効率又は受信電力量に関する情報を共振電力送信装置に送信することを示す。
【００４０】
図１０は、一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
図１０に示された方法は、図１に示す共振電力送信装置１００によって行われるとする。
【００４１】
ステップ１０１０において、共振電力送信装置１００は共振電力受信装置を検出する。即ち、共振電力送信装置１００は、共振電力送信が可能なカバレッジ内に共振電力受信装置が存在するかを検出する。ここで、共振電力送信装置１００は前記共振電力受信装置の識別子を受信し、前記識別子に基づいて前記共振電力受信装置を認知する。
【００４２】
ステップ１０２０において、共振電力送信装置１００は、検出された共振電力受信装置に共振電力を送信する。ステップ１０２０において、送信される共振電力の共振周波数は、予め設定された時間区間各々に可変される。ここで、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数の各々は、反射波の周波数特性スキャニングによって決定されるか、一定幅（予め設定された幅）のチャネルを基準として決定されるか、又は、予め設定された帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）内で任意に（ランダムに、ｒａｎｄｏｍｌｙ）決定される。
【００４３】
ステップ１０３０において、共振電力送信装置１００は、予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数及び前記予め設定された時間区間各々で送信される共振電力の電力量を前記検出された共振電力受信装置に通知する。前記検出された共振電力受信装置は、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち電力送信効率が最も優れる共振周波数を検出し、前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を前記共振電力送信装置に通知する。
【００４４】
従って、ステップ１０４０において、共振電力送信装置１００は、前記検出された共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数を受信する。
【００４５】
ステップ１０５０において、共振電力送信装置１００は、前記電力送信効率が最も優れる共振周波数を使用して前記共振電力を生成する。
ステップ１０６０において、共振電力送信装置１００は、前記電力送信効率が最も優れる共振周波数を使用して生成された共振電力を前記共振電力受信装置に送信する。
【００４６】
図１１は、他の一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
図１１に示す方法は、図１に示す共振電力送信装置１００によって行われるとする。
【００４７】
ステップ１１１０において、共振電力送信装置１００は、複数の共振電力受信装置を検出する。ここで、共振電力送信装置１００は複数の共振電力受信装置各々の識別子を受信し、前記受信された識別子に基づいて前記複数の共振電力受信装置を認識することができる。従って、共振電力送信装置１００は、受信された識別子の個数に応じて共振電力受信装置の個数を把握することができる。
【００４８】
ステップ１１２０において、共振電力送信装置１００は複数の共振電力受信装置各々に順序を付与する。
【００４９】
ステップ１１３０において、共振電力送信装置１００は、付与された順序に応じて第１共振電力受信装置に共振電力を送信する。ここで、ステップ１１３０において、送信される共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される。
【００５０】
ステップ１１４０において、共振電力送信装置１００は、第１共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数Ｆｓ１を受信する。
【００５１】
ステップ１１５０において、共振電力送信装置１００は、付与された順序に応じて第２共振電力受信装置に共振電力を送信する。ここで、ステップ１１５０において、送信される共振電力の共振周波数は予め設定された時間区間各々で可変される。
【００５２】
ステップ１１６０において、共振電力送信装置１００は、第２共振電力受信装置から前記予め設定された時間区間各々で用いられた共振周波数のうち、電力送信効率が最も優れる共振周波数Ｆｓ２を受信する。
【００５３】
ステップ１１７０において、共振電力送信装置１００は、前記Ｆｓ１を用いて前記共振電力を生成し、前記Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を第１時間区間で前記第１共振電力受信装置に送信する。
【００５４】
ステップ１１８０において、共振電力送信装置１００は、前記Ｆｓ２を用いて前記共振電力を生成し、前記Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を第２時間区間で前記第２共振電力受信装置に送信する。
【００５５】
図１２は、他の一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
図１２におけるステップ１２１０〜ステップ１２６０は図１１に示されたステップ１１１０〜ステップ１１６０と同じプロセスを有する。従って、ステップ１２１０〜ステップ１２６０の詳細な説明は省略する。
【００５６】
ステップ１２７０において、共振電力送信装置１００は前記Ｆｓ１を用いて前記共振電力を生成し、前記Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を前記第１共振電力受信装置に送信する。
【００５７】
ステップ１２８０において、共振電力送信装置１００は、第１共振電力受信装置の充電完了の可否を判断する。第１共振電力受信装置の充電完了の如何は、第１共振電力受信装置から充電が完了したことを示すメッセージが受信されたかの有無に応じて判断される。
前記第１共振電力受信装置の充電が完了すると、ステップ１２９０において、共振電力送信装置１００は前記Ｆｓ２を用いて前記共振電力を生成し、前記Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を前記第２共振電力受信装置に送信する。
【００５８】
図１３は、他の一実施形態に係る共振電力送信装置の共振電力送信制御方法を示す。
図１３におけるステップ１３１０〜ステップ１３６０は図１１に示されたステップ１１１０〜ステップ１１６０と同じプロセスである。従って、ステップ１３１０〜ステップ１３６０の詳細な説明は省略する。
【００５９】
ステップ１３７０において、共振電力送信装置１００は前記Ｆｓ１を用いて前記共振電力を生成し、前記Ｆｓ１を用いて生成された共振電力を第１共振電力受信装置に送信する。
【００６０】
ステップ１３８０において、共振電力送信装置１００は、前記第１共振電力受信装置から予め設定された時間内に報告メッセージが受信されるかを判断する。共振電力受信装置は、共振電力送信装置１００に周期的に報告メッセージを送信することで、続けて充電中であることを共振電力送信装置１００に通知する。従って、共振電力送信装置１００は、前記第１共振電力受信装置から予め設定された時間内に報告メッセージが受信されなければ、これ以上当該の共振電力受信装置が存在しないと判断する。ここで、報告メッセージは当該共振電力受信装置の識別子を含み得る。
【００６１】
前記第１共振電力受信装置から予め設定された時間内に報告メッセージが受信されなければ、ステップ１３９０において、共振電力送信装置１００は、第１共振電力受信装置に対する共振電力送信を終了する。そして、共振電力送信装置１００は前記Ｆｓ２を用いて前記共振電力を生成し、前記Ｆｓ２を用いて生成された共振電力を前記第２共振電力受信装置に送信する。
【００６２】
図１４及び図１５は、各一実施形態に係るタイムドメインにおける電力送信例を示す。
図１４及び図１５は、共振電力受信装置２００ａ、２００ｂからＦｓ１及びＦｓ２を受信した後の、共振電力の送信例を示す。
【００６３】
共振電力送信装置１００は、第１時間区間１４１０でＦｓ１を用いて共振電力を第１共振電力受信装置２００ａに送信し、第２時間区間１４２０でＦｓ２を用いて共振電力を第２共振電力受信装置２００ｂに送信する。即ち、本例では、共振電力送信装置１００は、Ｆｓ１及びＦｓ２を交番に用いて共振電力を生成する。
【００６４】
共振電力送信装置１００は、第３時間区間１５１０及び第４時間区間１５２０でＦｓ１を用いて共振電力を第１共振電力受信装置２００ａに送信する。即ち、図１５に示す例は、２つ以上の連続する時間区間で第１共振電力受信装置２００ａに対して最も電力送信効率が優れる共振周波数Ｆｓ１を用いた例を示す。
【００６５】
一方、図１、２を再度参照すると、ソース共振器１１０及び／又はターゲット共振器２１０は、ヘリックス（ｈｅｌｉｘ）コイル構造の共振器、スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）コイル構造の共振器、又はメタ構造の（ｍｅｔａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）共振器などの何れかから構成される。
【００６６】
すでに公知の内容であるが、理解の便利のために関連用語について記述する。
自然界に存在する多くの物質の電磁気的な特性は、固有の透磁率（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ、μ（ｍｕ））及び誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ、ε（ｅｐｓｉｌｏｎ））で表わされる。
透磁率は当該物質で与えられた磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ）に対して発生する磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ  ｄｅｎｓｉｔｙ）と真空中で同じ磁界に対して発生する磁束密度の比を意味する。そして、誘電率は、当該物質で与えられた電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）に対して発生する電束密度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｌｕｘ  ｄｅｎｓｉｔｙ）と真空中でその電界に対して発生する電束密度の比を意味する。
透磁率及び誘電率は与えられた周波数又は波長における当該物質中の電波伝搬定数（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）を決定し、透磁率及び誘電率によってその物質の電磁気特性が決定される。
特に、自然界に存在しない誘電率又は透磁率を有し、人工的に設計された物質をメタ物質といい、メタ物質は極めて大きい波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）、即ち、極めて低い周波数領域でも容易に（即ち、メタ物質からなる物体のサイズを大きく変更することなく）共振状態に置かれ得る。
一実施形態に係る共振器を構成する１つ以上の物質は、後述するようにこのメタ物質である。
【００６７】
図１６は、一実施形態に係る２次元構造の共振器１６００を示す図である。
図１６を参照すれば、一実施形態に係る２次元構造の共振器１６００は、第１信号導体部分１６１１、第２信号導体部分１６１２、及びグラウンド導体部分１６１３を含む送信線路、キャパシタ１６２０、整合器１６３０、及び導体１６４１、１６４２を備える。
【００６８】
図１６に示すように、キャパシタ１６２０は、送信線路で第１信号導体部分１６１１と第２信号導体部分１６１２との間に位置に直列に挿入され、それによって電界はキャパシタ１６２０に閉じ込められる。一般的に、送信線路は上部に少なくとも１つの導体、下部に少なくとも１つの導体を含み、上部にある導体を介して電流が流れ、下部にある導体は電気的にグラウンドされる。本明細書では送信線路の上部にある導体を第１信号導体の部分１６１１と第２信号導体の部分１６１２に分類して呼び、送信線路の下部にある導体をグラウンド導体部分１６１３と呼ぶ。
【００６９】
図１６に示すように、本発明の一実施形態に係る共振器１６００は、２次元構造の形態を有する。送信線路路は、上部に第１信号導体部分１６１１及び第２信号導体部分１６１２を含み、下部にグラウンド導体部分１６１３を含む。第１信号導体部分１６１１及び第２信号導体部分１６１２とグラウンド導体部分１６１３は互いに向かい合うように配置される。電流は第１信号導体部分１６１１及び第２信号導体部分１６１２を通じて流れる。
【００７０】
また、図１６に示すように、第１信号導体部分１６１１の一端は導体１６４２と接続、即ち短絡され、他端はキャパシタ１６２０と接続される。そして、第２信号導体部分１６１２の一端は導体１６４１と接続、即ち短絡され、他端はキャパシタ１６２０と接続される。即ち、第１信号導体部分１６１１、第２信号導体部分１６１２、グラウンド導体部分１６１３、導体１６４１、及び導体１６４２が互いに接続されることによって、共振器１６００は電気的に閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ＿ｌｏｏｐ）構造を有する。ここで、「閉ループ構造」は、円形構造、四角形構造などの多角形構造を含み、電気的に閉じた回路を意味する。
【００７１】
キャパシタ１６２０は送信線路の中間部に挿入される。例えば、キャパシタ１６２０は第１信号導体部分１６１１と第２信号導体部分１６１２との間に挿入される。ここで、キャパシタ１６２０は、集中型素子（ｌｕｍｐｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び分布型素子（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の何れかの形態を有する。特に、分布型素子の形態を有する分布型したキャパシタは、ジグザグ形態の導体ラインとその導体ラインとの間に存在する高い誘電率を有する誘電体を含む。
【００７２】
キャパシタ１６２０が送信線路に挿入されることによって共振器１６００はメタ物質の特性を有し得る。ここでメタ物質とは上述のように、自然で発見されない特別な電気的な性質を有する物質であって、人工的に設計された構造を有する。
【００７３】
自然界に存在する全ての物質は正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の透磁率及び正の誘電率を有する。従って、これらの物質で電場、磁場、及びポインティングベクトルに対して右手法則が適用されるので、このような物質をＲＨＭ（Ｒｉｇｈｔ  Ｈａｎｄｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ、右手系物質）という。
一方、メタ物質は、自然界で存在しない誘電率及び／又は透磁率を有する物質であって、誘電率又は透磁率の符号によってＥＮＧ（ｅｐｓｉｌｏｎ  ｎｅｇａｔｉｖｅ、負のε）物質、ＭＮＧ（ｍｕ  ｎｅｇａｔｉｖｅ、負のμ）物質、ＤＮＧ（ｄｏｕｂｌｅ  ｎｅｇａｔｉｖｅ、εとμが共に負）物質、ＮＲＩ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ、負の屈折率）物質、ＬＨ（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ、左手系）物質などに分類される。
【００７４】
ここで例えば、集中型素子として挿入されたキャパシタ１６２０のキャパシタンスを適切に調整することによって、共振器１６００はメタ物質の特性を有し得る。特に、キャパシタ１６２０のキャパシタンスを適切に調整することによって、共振器１６００が負の透磁率を有する場合、本発明の一実施形態に係る共振器１６００はＭＮＧ（負のμ）共振器と呼ばれる。下記で説明するが、キャパシタ１６２０のキャパシタンスを定める基準（ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）は様々であり得る。共振器１６００がメタ物質の特性を有する基準、共振器１６００が対象周波数で負の透磁率を有する基準、前記共振器１６００が対象周波数で第ゼロ次共振（Ｚｅｒｏｔｈ−Ｏｒｄｅｒ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の特性を有する基準などがあり、前述した基準のうち少なくとも１つの基準下でキャパシタ１６２０のキャパシタンスが決定される。
【００７５】
ＭＮＧ共振器１６００は、伝搬定数が０であるときの周波数を共振周波数として有する第ゼロ次共振の特性を有し得る。ＭＮＧ共振器１６００は第ゼロ次共振特性を有する場合、共振周波数はＭＮＧ共振器１６００の物理的なサイズに対して独立的であり得る。即ち、下記で再び説明するが、ＭＮＧ共振器１６００で共振周波数を変更するためにはキャパシタ１６２０を適切に設計することで充分であるので、ＭＮＧ共振器１６００は物理的なサイズの変更を要しない。
【００７６】
また、近接フィールドにおいて、電界は送信線路に挿入されたキャパシタ１６２０に集中するので、キャパシタ１６２０によって近接フィールドでは磁界がドミナント（ｄｏｍｉｎａｎｔ、支配的）になる。そして、ＭＮＧ共振器１６００は集中型素子のキャパシタ１６２０を用いて高いＱ−ファクター（Ｑ−Ｆａｃｔｏｒ）を有するので、電力送信効率を向上できる。参考に付言すると、Ｑ−ファクターは、無線電力送信において、抵抗損失の程度、又は抵抗に対するリアクタンスの比を表わすので、Ｑ−ファクターが大きいほど無線電力送信効率は大きい。
【００７７】
また、ＭＮＧ共振器１６００はインピーダンス整合のための整合器１６３０を備える。ここで、整合器１６３０は、ＭＮＧ共振器１６００の電磁界の強度を適切に調整でき、整合器１６３０によりＭＮＧ共振器１６００のインピーダンスが決定される。そして、電流はコネクタ（１７４０、例えば、下記の図１７を参照）を介してＭＮＧ共振器１６００に流入するか、又はＭＮＧ共振器１６００から流出する。ここで、前記コネクタはグラウンド導体部分１６１３又は整合器１６３０と接続される。ただし、前記コネクタとグラウンド導体部分１６１３又は整合器１６３０の間には物理的な連結が形成されるか、又は、前記コネクタとグラウンド導体部分１６１３又は整合器１６３０の間に物理的な連結なしでカップリングを介して電力が伝達されてもよい。ただし、前記コネクタとグラウンド導体部分１６１３又は整合器１６３０間には物理的な接続が形成されてもよく、前記コネクタとグラウンド導体部分１６１３又は整合器１６３０間の物理的な接続なしでカップリングを介して電力が伝達される。
【００７８】
詳細には、図１６に示すように、整合器１６３０は、共振器１６００のループ構造によって形成されるループ内に位置する。整合器１６３０は、物理的な形態を変更することによって共振器１６００のインピーダンスを調整する。特に、整合器１６３０は、グラウンド導体部分１６１３から距離ｈだけ離れた位置にインピーダンス整合のための導体１６３１を含み、共振器１６００のインピーダンスは距離ｈを調整することによって変更される。
【００７９】
図１６には示されていないが、整合器１６３０を制御できるコントローラが存在する場合、整合器１６３０はコントローラによって生成される制御信号に従い自らの物理的な形態を変更する。例えば、制御信号によって整合器１６３０の導体１６３１とグラウンド導体部分１６１３との間の距離ｈが増加又は減少する。これによって整合器１６３０の物理的な形態が変更され、共振器１６００のインピーダンスが調整される。
【００８０】
整合器１６３０は、図１６に示すように、導体１６３１のような受動素子で具現されるか、又は、実施形態によってはダイオード、トランジスタなどのような能動素子で具実現される。能動素子が整合器１６３０に含まれる場合、能動素子はコントローラによって生成される制御信号に応じて駆動され、その制御信号に応じて共振器１６００のインピーダンスが調整される。例えば、整合器１６３０に能動素子の一種であるダイオードが含まれている場合、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」の状態であるかに応じて共振器１６００のインピーダンスが調整される。
【００８１】
また、図１６に示していないが、ＭＮＧ共振器１６００を貫通するマグネチックコアをさらに含み得る。このようなマグネチックコアは電力送信距離を増加させる機能を行う。
【００８２】
図１７は一実施形態に係る３次元構造の共振器１７００を示す図である。
図１７を参照すれば、一実施形態に係る３次元構造の共振器１７００は、第１信号導体部分１７１１、第２信号導体部分１７１２、及びグラウンド導体部分１７１３を含む送信線路、並びにキャパシタ１７２０を含む。ここで、キャパシタ１７２０は、送信線路で第１信号導体部分１７１１と第２信号導体部分１７１２との間の位置に直列に挿入され、電界はキャパシタ１７２０に閉じ込められる。
【００８３】
また、図１７に示すように、共振器１７００は３次元構造の形態を有する。送信線路路は、上部に第１信号導体部分１７１１及び第２信号導体部分１７１２を含み、下部にグラウンド導体部分１７１３を含む。第１信号導体部分１７１１及び第２信号導体部分１７１２と、グラウンド導体部分１７１３とは互いに向かい合うように配置される。電流は、第１信号導体部分１７１１及び第２信号導体部分１７１２を通じてｘ方向に流れ、このような電流によって−ｙ方向に磁界Ｈ（ｗ）が発生する。勿論、図１７に図示されたものと相違して、＋ｙ方向に磁界Ｈ（ｗ）が発生する場合もある。
【００８４】
また、図１７に示すように、第１信号導体部分１７１１の一端は導体１７４２と電気的に接続、即ち短絡され、他端はキャパシタ１７２０と接続される。そして、第２信号導体部分１７１２の一端は導体１７４１と接続され、他端はキャパシタ１７２０と接続される。即ち、第１信号導体部分１７１１、第２信号導体部分１７１２、グラウンド導体部分１７１３、導体１７４１、及び導体１７４２は互いに接続されることによって、共振器１７００は電気的に閉ループ構造を有する。ここで、「閉ループ構造」は、円形構造、四角形構造などの多角形の構造を含み、電気的に閉じた回路を意味する。
【００８５】
また、図１７に示すように、キャパシタ１７２０は、第１信号導体部分１７１１と第２信号導体部分１７１２との間に挿入され、即ち位置する。ここで、キャパシタ１７２０は、集中型素子及び分布型素子の何れかの形態を有する。特に、分布型素子の形態を有する分布型キャパシタは、ジグザグ形態の導体ラインとその導体ラインとの間に存在する高い誘電率を有する誘電体を含む。
【００８６】
図１７に示すように、キャパシタ１７２０が送信線路に挿入されることによって共振器１７００は前述したようにメタ物質の特性を有し得る。
例えば、集中型素子として挿入されたキャパシタ１７２０のキャパシタンスが適切に決定されれば、前記共振器１７００はメタ物質の特性を有する。特に、キャパシタ１７２０のキャパシタンスを適切に調整することによって、共振器１７００が特定の周波数帯域において負の透磁率を有する場合、本発明の一実施形態に係る共振器１７００はＭＮＧ共振器と呼ばれる。
下記で説明するが、キャパシタ１７２０のキャパシタンスを定める基準は様々であり得る。共振器１７００がメタ物質の特性を有する基準、共振器１７００が対象周波数で負の透磁率を有する基準、又は共振器１７００が対象周波数で第ゼロ次共振の特性を有する基準などがあり、上述した基準のうち少なくとも１つの基準下でキャパシタ１７２０のキャパシタンスが決定される。
【００８７】
図１７に示すように、ＭＮＧ共振器１７００は、電波伝搬定数（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）が０であるときの周波数を共振周波数として有する第ゼロ次共振の特性を有し得る。このようにＭＮＧ共振器１７００が第ゼロ次共振の特性を有する場合、共振周波数はＭＮＧ共振器１７００の物理的なサイズに対して独立的であり、ＭＮＧ共振器１７００で共振周波数を変更するためにはキャパシタ１７２０を適切に設計することで充分であるので、ＭＮＧ共振器１７００の物理的なサイズの変更を要しない。
【００８８】
図１７に示すように、ＭＮＧ共振器１７００を参照すれば、近接フィールドにおいて、電界は送信線路１７１０に挿入されたキャパシタ１７２０に集中するので、キャパシタ１７２０によって近接フィールドでは磁界がドミナントになる。特に、第ゼロ次共振の特性を有するＭＮＧ共振器１７００は磁気双極子（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｉｐｏｌｅ）に類似の特性を有するので、近接フィールドでは磁界がドミナントになり、キャパシタ１７２０の挿入により発生する比較的少量の電界又はそのキャパシタ１７２０に集中されるので、近接フィールドでは磁界が更にドミナントになる。ＭＮＧ共振器１７００は集中型素子のキャパシタ１７２０を用いて高いＱ−ファクターを有するので、電力送信効率を向上できる。
【００８９】
また、図１７に示すように、ＭＮＧ共振器１７００はインピーダンス整合のための整合器１７３０を備える。ここで、整合器１７３０は、ＭＮＧ共振器１７００の磁界の強度を適切に調整でき、整合器１７３０によってＭＮＧ共振器１７００のインピーダンスが決定される。そして、電流はコネクタ１７４０を介してＭＮＧ共振器１７００に流入するか、又は、ＭＮＧ共振器１７００から流出する。ここで、コネクタ１７４０はグラウンド導体部分１７１３又は整合器１７３０の何れかと接続される。
【００９０】
より詳細に、図１７に示すように、整合器１７３０は共振器１７００のループ構造によって形成されるループの内部に位置する。整合器１７３０は物理的な形態を変更することによって共振器１７００のインピーダンスを調整する。特に、整合器１７３０はグラウンド導体部分１７１３から距離ｈだけ離隔された位置にインピーダンス整合のための導体部分１７３１を含み、共振器１７００のインピーダンスは距離ｈを調整することによって変更され得る。
【００９１】
図１７には示されていないが、整合器１７３０を制御できるコントローラが存在する場合、整合器１７３０はコントローラによって生成される制御信号に応じて整合器１７３０の物理的な形態を変更できる。例えば、制御信号に応じて整合器１７３０の導体１７３１とグラウンド導体部分１７１３との間の距離ｈが増加したり減少し、これにより整合器１７３０の物理的な形態が変更されることで共振器１７００のインピーダンスが調整される。整合器１７３０の導体１７３１とグラウンド導体部分１７１３との間の距離ｈは様々な方式で調整できる。即ち、第１に、整合器１７３０には様々な導体が含まれてもよく、その導体の何れか１つを適応的に活性化することによって距離ｈが調整され得る。第２に、導体１７３１の物理的な位置を上下に調整することによって距離ｈが調整される。このような距離ｈはコントローラの制御信号に応じて制御でき、コントローラは様々なファクターを考慮して制御信号を生成する。コントローラによる制御信号の生成については下記で説明する。
【００９２】
整合器１７３０は図１７に示すように、導体部分１７３１のような受動素子で具現されるか、又は、実施形態によってはダイオード、トランジスタなどの能動素子で具現される。能動素子が整合器１７３０に含まれる場合、能動素子はコントローラによって生成される制御信号に応じて駆動でき、その制御信号に応じて共振器１７００のインピーダンスを調整する。例えば、能動素子が整合器１７３０に含まれたダイオードである場合、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」状態であるかに応じて共振器１７００のインピーダンスが調整される。
【００９３】
図１７には明示されていないが、ＭＮＧ共振器１７００を貫通するマグネチックコアをさらに含み得る。このようなマグネチックコアは電力送信距離を増加する機能を行う。
【００９４】
図１８は、一実施形態に係るバルキー型（ｂｕｌｋｙ  ｔｙｐｅ）に設計された無線電力送信のための共振器１８００の例を示す図である。
以下、別途の継ぎ目なしで一体型に２以上の部分（ｐａｒｔｓ）を互いに接続する類型を「バルキー型」と呼ぶ。
図１８を参照すれば、第１信号導体部分１８１１と導体１８４２は個別的に製造された後で互いに接続されるのではなく、一体型に製造される。同様に、第２信号導体部分１８１２と導体１８４１も一体型に製造される。
【００９５】
仮に例えば、第２信号導体部分１８１２と導体１８４１が個別的に製造された後で互いに接続される場合、継ぎ目１８５０には導体損失が発生し得る。ここで、本発明の実施形態によれば、第２信号導体部分１８１２と導体１８４１は別途の継ぎ目なしで（ｓｅａｍｌｅｓｓ）互いに接続され、導体１８４１とグラウンド導体部分１８１３も別途の継ぎ目なしで互いに接続されているので、継ぎ目による導体損失を低減できる。即ち、第２信号導体部分１８１２とグラウンド導体部分１８１３は別途の継ぎ目なしで一体型に製造される。同様に、第１信号導体部分１８１１とグラウンド導体部分１８１３は別途の継ぎ目なしで１つの一体型に製造される。
【００９６】
図１８に示すように、別途の継ぎ目なしで１つの一体型として２以上の部分（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）を互いに接続する類型を「ｂｕｌｋｙ  ｔｙｐｅ」と呼ぶ。
【００９７】
図１９は、一実施形態に係る中空型（ｈｏｌｌｏｗ  ｔｙｐｅ）に設計された無線電力送信のための共振器１９００の例を示す図である。
図１９を参照すれば、中空型に設計された無線電力送信のための共振器の第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、１９４２各々は内部に空いている空間を含む。
【００９８】
与えられた共振周波数において、有効電流は第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、及び導体１９４２各々の全ての部分を介して流れることなく、一部の部分（表皮厚部分）のみを介して流れるものとモデリングできる。即ち、与えられた共振周波において、第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、及び導体１９４２の厚さが各々のの表皮厚（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）よりも過度に厚いことは効率的ではない。即ち、それは共振器１９００の重量又は共振器１９００の製造費用を増加させる原因になり得る。
【００９９】
従って、本発明の実施形態によれば、与えられた共振周波数において、第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、及び導体１９４２各々の表皮厚に基づいて第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、及び導体１９４２各々の厚さを適切に決定する。第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、及び導体１９４２各々が該当の表皮厚よりも僅かに大きい適切な厚さを有する場合、共振器１９００は軽くなり、共振器１９００の製造費用も削減できる。
【０１００】
例えば、図１９に示すように、第２信号導体部分１９１２の厚さはｄｍに決定してもよく、ｄは
0005855672.tif 000003
によって決定される。ここで、ｆは周波数、μは透磁率、σは導体定数を表す。特に、第１信号導体部分１９１１、第２信号導体部分１９１２、グラウンド導体部分１９１３、導体１９４１、及び１９４２が全て銅（ｃｏｐｐｅｒ）製として５．８ｘ１０＾７の導電率σを有する場合、共振周波数が１０ｋＨｚについては表皮厚ｄが約０．６ｍｍとなり、共振周波数が１００ＭＨｚについては表皮厚ｄは０．００６ｍｍである。
【０１０１】
図２０は、パラレルシート（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｓｈｅｅｔ）が適用された無線電力送信のための共振器の例を示す図である。
図２０を参照すれば、パラレルシートが適用された無線電力送信のための共振器に含まれた第１信号導体部分２０１１、第２信号導体部分２０１２各々の表面にはパラレルシートが適用される。
【０１０２】
第１信号導体部分２０１１、第２信号導体部分２０１２は完ぺきな導体ではないので、抵抗成分を有することがあり、その抵抗成分によって抵抗損失が発生することがある。このような抵抗損失はＱファクターを減少させ、カップリング効率を減少させ得る。
【０１０３】
本発明の一実施形態によると、第１信号導体部分２０１１、第２信号導体部分２０１２各々にパラレルシートを適用することによって抵抗損失を削減し、Ｑファクター及びカップリング効率を増加できる。図２０の円によって囲んだ部分２０７０の拡大図を参照すれば、パラレルシートが適用される場合、第１信号導体部分２０１１、第２信号導体部分２０１２各々は複数の導体ラインを含む。この導体ラインは並列的に配置され、第１信号導体部分２０１１、第２信号導体部分２０１２各々の先端部分で互いに接続（短絡）される。
【０１０４】
第１信号導体部分２０１１、第２信号導体部分２０１２各々にパラレルシートを適用する場合、導体ラインが並列的に配置されるので、導体ラインが有する抵抗成分の合計は減少する。従って、抵抗損失を減らし、Ｑファクター及びカップリング効率を増加できる。
【０１０５】
図２１は、分布型キャパシタを含む無線電力送信のための共振器２１００の例を示す図である。
図２１を参照すれば、無線電力送信のための共振器に含まれるキャパシタ２１２０は分布型キャパシタである。集中型素子としてのキャパシタは相対的に高い等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＥＳＲ）を有し得る。集中型素子としてのキャパシタが有するＥＳＲを減らすためには様々な提案があるが、本発明の実施形態は分布型素子としてのキャパシタ２１２０を用いることによってＥＳＲを低減する。参考に、ＥＳＲによる損失はＱファクター及びカップリング効率を低下する。
【０１０６】
分布型素子としてのキャパシタ２１２０は、図２１に示すように、ジグザグ構造の導体ライン及び誘電体で実現される。即ち、分布型素子としてのキャパシタ２１２０はジグザグ構造の導体ライン及び誘電体で具現される。
【０１０７】
それだけではなく、図２１に示すように、本発明の実施形態は分布型素子としてのキャパシタ２１２０を用いることによって、ＥＳＲによる損失を低減でき、複数の集中型素子としてのキャパシタを並列的に用いることによってＥＳＲによる損失を減らすことができる。なぜなら、集中型素子としてのキャパシタ各々が有する抵抗成分は並列接続によって小さくなるので、並列的に接続された集中型素子としてのキャパシタの有効抵抗も小さくなり、従って、ＥＳＲによる損失を低減できる。例えば、１０ｐＦのキャパシタ１つを用いる代わりに１ｐＦのキャパシタ１０個を用いることによってＥＳＲによる損失を低減できる。
【０１０８】
図２２（Ａ）（Ｂ）は、２次元構造の共振器及び３次元構造の共振器で用いられる整合器の例を示す。
図２２（Ａ）は整合器１６３０を含む図１６に示された２次元共振器の一部を示し、図２２（Ｂ）は整合器１７３０を含む図１７に示された３次元共振器の一部を示す。
【０１０９】
図２２（Ａ）を参照すると、整合器１６３０は、導体１６３１、導体１６３２及び導体１６３３を含み、導体１６３２及び導体１６３３は送信線路のグラウンド導体部分１６１３及び導体１６３１と接続される。導体１６３１とグラウンド導体部分１６１３との間の距離ｈにより２次元共振器のインピーダンスは決定され、導体１６３１とグラウンド導体部分１６１３との間の距離ｈはコントローラによって制御される。導体１６３１とグラウンド導体部分１６１３との間の距離ｈは様々な方式で調整でき、導体１６３１になり得る様々な導体の何れか１つを適応的に活性化することによって距離ｈを調整する方式、導体１６３１の物理的な位置を上下に調整することで距離ｈを調整する方式などがある。
【０１１０】
図２２（Ｂ）を参照すれば、整合器１７３０は、導体１７３１、導体１７３２及び導体１７３３を備える。導体１７３２及び導体１７３３は送信線路のグラウンド導体部分１７１３及び導体１７３１と接続される。導体１７３１とグラウンド導体部分１７１３との間の距離ｈにより３次元共振器のインピーダンスが決定され、導体１７３１とグラウンド導体部分１７１３との間の距離ｈはコントローラによって制御される。２次元構造の共振器に含まれる整合器と同様に、３次元構造の共振器に含まれる整合器でも導体１７３１とグラウンド導体部分１７１３との間の距離ｈは様々な方式で調整でき、例えば、導体１７３１になり得る様々な導体の何れか１つを適応的に活性化することによって距離ｈを調整する方式、導体１７３１の物理的な位置を上下に調整することで距離ｈを調整する方式などがある。
【０１１１】
図２２には示されていないが、整合器は能動素子を含んでもよく、能動素子を用いて共振器のインピーダンスを調整する方式は上述した内容に類似する。即ち、能動素子を用いて整合器を通じて流れる電流の経路を変更することによって、共振器のインピーダンスを調整できる。
【０１１２】
図２３は、図１６に示した無線電力送信のための共振器の等価回路を示す図である。
図１６に示した無線電力送信のための共振器は、図２３に示した等価回路でモデリングされる。図２３に示す等価回路でＣＬは図１６に示す電力送信線路の中間部に集中型素子の形態に挿入されたキャパシタを示し、ＬＲは電力送信ラインのインダクタンスを示し、ＣＲは電力送信ライン及び／又はグラウンド間のキャパシタンスを示す。
【０１１３】
ここで、図１６に示す無線電力送信のための共振器１６００は第ゼロ次共振特性を有する。即ち、電波伝搬定数が０である場合、無線電力送信のための共振器は  ωＭＺＲ  を共振周波数として有すると仮定する。ここで、共振周波数  ωＭＺＲ  は下記の数式（１）のように表わされる。ここで、ＭＺＲは、μゼロ共振器（Ｍｕ  Ｚｅｒｏ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を意味する。
【数１】
0005855672.tif 000004
【０１１４】
数式（１）を参照すれば、共振器の共振周波数  ωＭＺＲ  は  ＬＲ／ＣＬ  によって決定され、共振周波数  ωＭＺＲ  と共振器の物理的なサイズは互いに独立的であるので、共振器１６００の物理的なサイズは十分に小さくなり得る。
【０１１５】
本発明の一実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段によって実行できるプログラム命令の形態で実現され、かかるプログラム命令は、コンピュータ読み出し可能媒体に記録され得る。前記コンピュータ読み出し可能媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせたものを含み得る。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計して構成されたものか、又は、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知、且つ使用可能なものである。
【０１１６】
以上のように本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能であろう。
【０１１７】
従って、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものによって定められる。
【符号の説明】
【０１１８】
１００    共振電力送信装置
１１０    ソース共振器
１２０    検出部
１３０    共振電力生成部
１４０    ソース制御部
１４１    周波数分析部
１４３    周波数スキャニングテーブル
１４５    プロセッサ
１５０    通信部
１６０    整流部
１７０    定電圧制御部
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ    共振電力受信装置
２１０    ターゲット共振器
２２０    通信部
２３０    ターゲット制御部
２３１    受信電力スキャン部
２３３    プロセッサ
２４０    整流部
２５０    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２６０    負荷（ｌｏａｄ）
３０１、３０３、３０５、３０７    共振器間の電磁結合
１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２１００    共振器
１６１１、１７１１、１８１１、１９１１、２０１１    第１信号導体部分
１６１２、１７１２、１８１２、１９１２、２０１２    第２信号導体部分
１６１３、１７１３、１８１３、１９１３、２０１３    グラウンド導体部分
１６２０、１７２０、１８２０、１９２０、２０２０、２１２０    キャパシタ
１６３０、１７３０、１８３０、１９３０    整合器
１６３１、１６３２、１６３３、１７３１、１７３２、１７３３、１８３１    導体
１６４１、１７４１、１８４１、１９４１    導体
１６４２、１７４２、１８４２、１９４２    導体
１７４０    コネクタ
１０５０    継ぎ目
１９６０、２０７０    共振器の円で囲んだ部分
【図１】
0005855672.tif 000005
【図２】
0005855672.tif 000006
【図３】
0005855672.tif 000007
【図４】
0005855672.tif 000008
【図５】
0005855672.tif 000009
【図６】
0005855672.tif 000010
【図７】
0005855672.tif 000011
【図８】
0005855672.tif 000012
【図９】
0005855672.tif 000013
【図１０】
0005855672.tif 000014
【図１１】
0005855672.tif 000015
【図１２】
0005855672.tif 000016
【図１３】
0005855672.tif 000017
【図１４】
0005855672.tif 000018
【図１５】
0005855672.tif 000019
【図１６】
0005855672.tif 000020
【図１７】
0005855672.tif 000021
【図１８】
0005855672.tif 000022
【図１９】
0005855672.tif 000023
【図２０】
0005855672.tif 000024
【図２１】
0005855672.tif 000025
【図２２】
0005855672.tif 000026
【図２３】
0005855672.tif 000027