(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置であって、
電磁気エネルギーをターゲット共振器に伝達するソース共振器と、
前記ソース共振器の共振帯域幅を設定するソース共振帯域幅設定部と、を備え、
前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器の中心周波数は、無線電力の伝送効率が最大になるように同一に設定され、
前記ソース共振器の共振帯域幅は、ソース共振器の中心周波数を基準として前記ターゲット共振器の共振帯域幅よりも広いか又は狭く設定され、
前記ターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報を受信して前記ソース共振帯域幅設定部に提供し、前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報をターゲット装置に送信する通信部を更に備え、
前記ソース共振帯域幅設定部は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報に基づいて前記ソース共振器の共振帯域幅を設定することを特徴とする無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項２】
前記ソース共振帯域幅設定部は、前記ソース共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、
前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１／１．１よりも小さい値であることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項３】
前記ソース共振帯域幅設定部は、前記ソース共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、
前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１．１倍よりも大きい値であることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項４】
ターゲット装置の需要電力を確認して、前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも小さければ、前記ソース共振器のＱファクターを第１範囲内にあるように前記ソース共振帯域幅設定部を制御し、
前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも大きいか同一であれば、前記ソース共振器のＱファクターを前記第１範囲より大きい第２範囲内にあるように前記ソース共振帯域幅設定部を制御するソース制御部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項５】
前記第１範囲は、１００以下の値であり、前記第２範囲は、１００〜３０００の間の値であることを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項６】
無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置であって、
ソース共振器から電磁気エネルギーを受信するターゲット共振器と、
前記ターゲット共振器の共振帯域幅を設定するターゲット共振帯域幅設定部と、を備え、
前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器の中心周波数は、無線電力の伝送効率が最大になるように同一に設定され、
前記ターゲット共振器の共振帯域幅は、ターゲット共振器の中心周波数を基準として前記ソース共振器の共振帯域幅よりも広いか又は狭く設定され、
前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報を受信して前記ターゲット共振帯域幅設定部に提供し、前記ターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報をソース装置に送信する通信部を更に備え、
前記ターゲット共振帯域幅設定部は、前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報に基づいて前記ターゲット共振器の共振帯域幅を設定することを特徴とする無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項７】
前記ターゲット共振帯域幅設定部は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、
前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ソース共振器の共振帯域幅の１／１．１よりも小さい値であることを特徴とする請求項６に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項８】
前記ターゲット共振帯域幅設定部は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、
前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ソース共振器の共振帯域幅の１．１倍よりも大きい値であることを特徴とする請求項６に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項９】
無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置であって、
電磁気エネルギーをターゲット共振器に伝達するソース共振器と、
前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定するソースマッチング周波数設定部と、
前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定するターゲットマッチング周波数設定部と、を備え、
前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング範囲の中心値は、無線電力の伝送効率が最大になるように同一に設定され、
前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅は、ソース共振器の中心周波数を基準として前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅よりも広いか又は狭く設定され、
前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数に関する情報を受信してソース装置の前記ソースマッチング周波数設定部に提供し、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数に関する情報を受信してターゲット装置のターゲットマッチング周波数設定部に提供する通信部をそれぞれ備え、
前記ソースマッチング周波数設定部は、前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数に関する情報に基づいて前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定し、前記ターゲットマッチング周波数設定部は、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数に関する情報に基づいて前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定することを特徴とする無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項１０】
前記ソースマッチング周波数設定部は、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、
前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅の２倍よりも大きい値であることを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項１１】
前記ソースマッチング周波数設定部は、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、
前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅の１／２よりも小さい値であることを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置。
【請求項１２】
無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法であって、
ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階と、
前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間のマグネチックカップリングによって電磁気エネルギーを前記ソース共振器から前記ターゲット共振器に伝達する段階と、を有し、
前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器の中心周波数は、無線電力の伝送効率が最大になるように同一に設定され、
前記ソース共振器の共振帯域幅は、ソース共振器の中心周波数を基準として前記ターゲット共振器の共振帯域幅よりも広いか又は狭く設定され、
前記ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階は、
通信によってソース装置とターゲット装置との間に前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報及びターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報を共有する段階と、
前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報及びターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報に基づいて、前記ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階と、を含むことを特徴とする無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法。
【請求項１３】
前記ソース共振器の共振帯域幅は、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、
前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の２倍よりも大きい値であることを特徴とする請求項１２に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法。
【請求項１４】
前記ソース共振器の共振帯域幅は、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、
前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１／２よりも小さい値であることを特徴とする請求項１２に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法。
【請求項１５】
前記ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階は、
前記ターゲット装置の需要電力を確認する段階と、
前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも小さければ、前記ソース共振器のＱファクターが第１範囲の中にあるように前記ソース共振器の共振帯域幅を設定する段階と、
前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも大きいか同一であれば、前記ソース共振器のＱファクターが前記第１範囲より大きい第２範囲の中にあるように前記ソース共振器の共振帯域幅を設定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法。
【請求項１６】
前記第１範囲は、１００以下の値であり、前記第２範囲は、１００〜３０００の間の値であることを特徴とする請求項１５に記載の無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送システムに関し、具体的には無線電力が伝達されるソースとターゲットとの間の共振帯域幅の制御方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴ技術発展と共に様々な携帯用電子製品が発売され、これらの普及も進んでいる。
携帯用電子製品の特性上、当該携帯用電子製品のバッテリ性能が重要な問題として浮かび上がっている。
携帯用電子製品だけではなく、生活家電製品においてもデータを無線に送信する機能が提供されるが、電力は電力線（ｐｏｗｅｒ  ｌｉｎｅ）によって提供される。
【０００３】
近年、無線で電力を供給することのできる無線電力伝送技術（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が研究されている。
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、両方の共振器のマッチング条件も変わり得る。
本明細書ではこのような可変状況において無線送信の効率を高めることのできる新しい方案が提示される。
【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、無線電力伝送技術において、無線環境の可変状況で無線送信の効率を高めることのできる、無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、電磁気エネルギーをターゲット共振器に伝達するソース共振器と、前記ソース共振器の共振帯域幅を設定するソース共振帯域幅設定部とを備え、前記ソース共振器の共振帯域幅は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅よりも広いか又は狭く設定されることを特徴とする。
【０００６】
前記ソース共振帯域幅設定部は、前記ソース共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１／１．１よりも小さい値であることが好ましい。
前記ソース共振帯域幅設定部は、前記ソース共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１．１倍よりも大きい値であることが好ましい。
ターゲット装置の需要電力を確認して、前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも小さければ、前記ソース共振器のＱファクターを第１範囲内にあるよう前記ソース共振帯域幅設定部を制御し、前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも大きいか同一であれば、前記ソース共振器のＱファクターを第２範囲内にあるよう前記ソース共振帯域幅設定部を制御するソース制御部をさらに備えることが好ましい。
前記第１範囲は、１００以下の値であり、前記第２範囲は、１００〜３０００の間の値であることが好ましい。
【０００７】
本発明の他の一態様によれば、無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置は、ソース共振器から電磁気エネルギーを受信するターゲット共振器と、前記ターゲット共振器の共振帯域幅を設定するターゲット共振帯域幅設定部とを備え、前記ターゲット共振器の共振帯域幅は、前記ソース共振器の共振帯域幅よりも広くか又は狭く設定されることを特徴とする。
【０００８】
前記ターゲット共振帯域幅設定部は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１／１．１よりも小さい値であることが好ましい。
前記ターゲット共振帯域幅設定部は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅を、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１．１倍よりも大きい値であることが好ましい。
前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報を受信して前記ターゲット共振帯域幅設定部に提供し、前記ターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報をソース装置に送信する通信部をさらに備え、前記ターゲット共振帯域幅設定部は、前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報に基づいて前記ターゲット共振器の共振帯域幅を設定することが好ましい。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御装置は、電磁気エネルギーをターゲット共振器に伝達するソース共振器と、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定するソースマッチング周波数設定部と、前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定するターゲットマッチング周波数設定部とを備え、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅は、前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅よりも広くか又は狭く設定されることを特徴とする。
【００１０】
前記ソースマッチング周波数設定部は、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅の２倍よりも大きい値であることが好ましい。
前記ソースマッチング周波数設定部は、前記ソース共振器のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１／２よりも小さい値であることが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様によれば、無線電力伝送システムにおける共振帯域幅の制御方法は、ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階と、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間のマグネチックカップリングによって電磁気エネルギーを前記ソース共振器から前記ターゲット共振器に伝達する段階とを有し、前記ソース共振器の共振帯域幅は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅よりも広くか又は狭く設定されることを特徴とする。
【００１２】
前記ソース共振器の共振帯域幅は、中心周波数を基準として第２周波数から第１周波数を差し引いた値に設定し、前記第２周波数から第１周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の２倍よりも大きい値であることが好ましい。
前記ソース共振器の共振帯域幅は、中心周波数を基準として第４周波数から第３周波数を差し引いた値に設定し、前記第４周波数から第３周波数を差し引いた値は、前記ターゲット共振器の共振帯域幅の１／２よりも小さい値であることが好ましい。
前記ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階は、前記ターゲット装置の需要電力を確認する段階と、前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも小さければ、前記ソース共振器のＱファクターが第１範囲の中にあるように前記ソース共振器の共振帯域幅を設定する段階と、前記ターゲット装置の需要電力が設定値よりも大きいか同一であれば、前記ソース共振器のＱファクターが第２範囲の中にあるように前記ソース共振器の共振帯域幅を設定する段階とを含むが好ましい。
前記第１範囲は、１００以下の値であり、前記第２範囲は、１００〜３０００の間の値であることが好ましい。
前記ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階は、通信によってソース装置とターゲット装置との間に前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報及びターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報を共有する段階と、前記ソース共振器の共振帯域幅に関する情報及びターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報に基づいて、前記ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する段階とを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、無線電力伝送システム、例えば、共振電力伝送システムでソース装置とターゲット装置との間の距離変化に応じる電力伝送効率の変化を減少することができる。
すなわち、ソース共振器のＱファクターとターゲット共振器のＢＷ−ファクターが互いに不平衡の関係が保持されることによって、電力伝送の効率を一定に保持することができる。
本発明によると、共振インピーダンス変化に応じる電力伝送効率の変化を減少させ得る。
また、本発明によると、負荷のインピーダンス変化に応じる電力伝送効率の変化を減少させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例示的な実施形態に係る無線電力伝送システムを示す。
【図２】無線電力伝送システムにおいて無線電力の伝送効率を測定した例を示す。
【図３】不平衡ＢＷ−ファクターマッチングの例を説明するための図である。
【図４】無線電力の伝送効率を測定した異なる例を示す図である。
【図５】インピーダンスマッチング観点で不平衡ＢＷ−ファクターマッチングを説明するための図である。
【図６】インピーダンスマッチング観点で不平衡ＢＷ−ファクターマッチングを説明するための図である。
【図７】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図８】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図９】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図１０】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図１１】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図１２】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図１３】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図１４】共振器構造の様々な例を示す図である。
【図１５】図７に示す共振器の等価回路の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜ソース−ターゲット構造＞
図１は、例示的な実施形態に係る無線電力伝送システムを示す。
図１を参照すると、無線電力伝送システムはソース装置１１０とターゲット装置１２０を含むソース−ターゲット構造を有する。
【００１６】
無線電力伝送システムは、共振帯域幅を制御するための装置を含む。
ここで、無線電力伝送システムにおいて、共振帯域幅を制御するための装置は、ソース装置１１０及びターゲット装置１２０に備えられ得る。
【００１７】
ソース装置１１０は、共振電力を生成し、生成された共振電力をターゲット装置１２０に伝達する。
ソース装置１１０は、ソース部１１１、第１設定部１１３、及びソース共振器１１５を備える。
ターゲット装置１２０は、ターゲット共振器１２１、第２設定部１２３、及びターゲット部１２５を備える。
【００１８】
ソース部１１１は、外部の電圧供給器からエネルギーを受信して共振電力を発生させる。
ソース部１１１は、外部装置から入力される交流信号の信号レベルを所望するレベルに調整するためのＡＣ−ＡＣコンバーター、ＡＣ−ＡＣコンバーターから出力される交流信号を整流することによって、一定レベルのＤＣ電圧を出力するＡＣ−ＤＣコンバーター、ＡＣ−ＤＣコンバーター３２０から出力されるＤＣ電圧を高速スイッチングすることによって、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯域のＡＣ信号を生成するＤＣ−ＡＣインバーターを含む。
【００１９】
第１設定部１１３は、ソース共振器の共振帯域幅又はソース共振器のインピーダンスマッチング周波数を設定する。
第１設定部１１３は、ソース共振帯域幅設定部（図示せず）又はソースマッチング周波数設定部（図示せず）のうち少なくとも１つを備える。
【００２０】
ソース共振帯域幅設定部は、ソース共振器１１５の共振帯域幅を設定する。
ソースマッチング周波数設定部は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング周波数を設定する。
ここで、ソース共振器の共振帯域幅又はソース共振器のインピーダンスマッチング周波数設定に応じてソース共振器１１５のＱ−ファクターが決定される。
【００２１】
ソース共振器１１５は、電磁気エネルギーをターゲット共振器に伝達する。
すなわち、ソース共振器１１５は、ターゲット共振器１２１とのマグネチックカップリング１０１によって共振電力をターゲット装置１２０に伝達する。ここで、ソース共振器１１５は設定された共振帯域幅内で共振する。
【００２２】
ターゲット共振器１２１は、ソース共振器１１５から電磁気エネルギーを受信する。
ここで、ターゲット共振器１２１は設定された共振帯域幅内で共振する。
【００２３】
第２設定部１２３は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅又はターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング周波数のうち少なくとも１つを設定する。
第２設定部１２３は、ターゲット共振帯域幅設定部（図示せず）又はターゲットマッチング周波数設定部（図示せず）のうち少なくとも１つを備える。
【００２４】
ターゲット共振帯域幅設定部は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅を設定する。
ターゲットマッチング周波数設定部は、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング周波数を設定する。
ここで、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅又はターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング周波数設定に応じてターゲット共振器１２１のＱ−ファクターを決定する。
【００２５】
ターゲット部１２５は、受信された共振電力を負荷に伝達する。
ここで、ターゲット部１２５は、ソース共振器１１５からターゲット共振器１２１に受信されるＡＣ信号を整流してＤＣ信号を生成するＡＣ−ＤＣコンバーターと、ＤＣ信号の信号レベルを調整することによって定格電圧を負荷に供給するＤＣ−ＤＣコンバーターを含んでもよい。
【００２６】
ソース共振器１１５及びターゲット共振器１２１は、ヘリックス（ｈｅｌｉｘ）コイル構造の共振器又はスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）コイル構造の共振器、又はｍｅｔａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ共振器から構成されてもよい。
【００２７】
図１を参照すると、Ｑファクターの制御工程は、ソース共振器１１５の共振帯域幅及びターゲット共振器１２１の共振帯域幅を設定し、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間のマグネチックカップリングによって電磁気エネルギーをソース共振器１１５からターゲット共振器１２１に伝達することを含む。
ここで、ソース共振器１１５の共振帯域幅は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅よりも広くか又は狭く設定される。
【００２８】
＜通信を通した設定情報共有＞
第１設定部１１３及び第２設定部１２３で共振帯域幅の設定情報は、通信を介して共有されるか、或いは、予め設定された値が用いられてもよい。
したがって、第１設定部１１３及び第２設定部１２３それぞれは、ソース共振器の共振帯域幅に関する情報又はターゲット共振器の共振帯域幅に関する情報に基づいて、ソース共振器の共振帯域幅及びターゲット共振器の共振帯域幅を設定する。
【００２９】
一実施形態において、ソース装置１１０は、ターゲット装置１２０との通信を行うための第１通信部（図示せず）及びソース装置１１０の全般的な動作を制御するためのソース制御部（図示せず）をさらに備えてもよい。
【００３０】
第１通信部は、ターゲット装置１２０からターゲット装置１２０に必要な需要電力量に関する情報を受信し、受信された需要電力量に関する情報をソース制御部に伝達する。
また、第１通信部は、ソース共振器１１５の共振帯域幅に関する情報、又はソース共振器１１５のインピーダンスマッチング周波数に関する情報をターゲット装置１２０に送信する。
【００３１】
また、第１通信部は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅に関する情報又はターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング周波数に関する情報を受信し、受信された情報を第１設定部１１３に提供する。
ここで、第１設定部は、第１通信部から提供された情報に基づいてソース共振器１１５の共振帯域幅又はソース共振器１１５のインピーダンスマッチング周波数を設定する。
【００３２】
ソース制御部は、ターゲット装置１２０で必要な需要電力量に関する情報に基づいてターゲット装置１２０の需要電力を確認し、ターゲット装置１２０の需要電力を設定値と比較する。
ここで、設定値は、例えば、１０Ｗａｔｔであってもよく、これに限定されることはない。
【００３３】
ここで、ソース制御部は、ターゲット装置１２０の需要電力が設定値よりも小さければ、ソース共振器１１５のＱファクターを第１範囲内にあるようソース共振帯域幅設定部を制御する。
また、ソース制御部は、ターゲット装置１２０の需要電力が設定値よりも大きいか同一であれば、ソース共振器のＱファクターを第２範囲内にあるようソース共振帯域幅設定部を制御する。
【００３４】
ここで、第１範囲は、例えば、１００以下の値であり、第２範囲は、例えば、１００〜３０００の間の値であってもよい。
すなわち、ターゲット装置１２０から高い電力が要求される場合、ソース共振器１１５のＱファクターＱＳは、１００よりも大きい値に設定される。また、ターゲット装置１２０から低い電力が要求される場合、ソース共振器１１５のＱファクターＱＳは１００よりも小さい値に設定される。
【００３５】
また、本発明の一実施形態に係るターゲット装置１２０は、ソース装置１１０との通信を行うための第２通信部（図示せず）及びターゲット装置１２０の全般的な動作を制御するためのターゲット制御部（図示せず）をさらに備えてもよい。
【００３６】
第２通信部は、ソース共振器１１５の共振帯域幅に関する情報を受信してターゲット共振帯域幅設定部に提供し、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅に関する情報をソース装置１１０に送信する。
ここで、ターゲット共振帯域幅設定部は、ソース共振器１１５の共振帯域幅に関する情報に基づいてターゲット共振器１２１の共振帯域幅を設定する。
ターゲット制御部は、負荷で必要な電力量又は予め設定された電力量などを算出し、算出された値を第２通信部によってソース装置１１０に送信する。
【００３７】
＜不平衡ＢＷ（ＢａｎｄＷｉｄｔｈ）−ファクターマッチング＞
無線電力伝送システムの性能を示す尺度は、共振帯域幅、無線電力伝送の効率、Ｑ−ファクターがある。
【００３８】
ここで、共振帯域幅、無線電力伝送の効率、Ｑ−ファクターそれぞれは、互いに相関関係を有する。
したがって、最適の無線電力を伝送するために、共振帯域幅、無線電力伝送の効率、Ｑ−ファクター間の妥協点（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）が考慮されなければならない。
【００３９】
図１に示すソース−ターゲット構造は、共振方式の無線電力伝送を行う。
ここで、共振方式の無線電力伝送は、一定の共振周波数帯域内で電力を伝送する。
したがって、安定した共振電力送信のための共振周波数帯域及び共振帯域幅が必要である。
【００４０】
共振方式の無線電力伝送において、共振帯域幅は重要なファクターである。
ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離変化、共振インピーダンスの変化、インピーダンスミスマッチング、反射信号などを全て考慮したＱ−ファクターをＱｔとする場合、Ｑｔは以下の数式（１）のように共振帯域幅と反比例関係を有する。
【００４１】
【数１】
0005980773.tif 000002
数式（１）において、ｆ０は中心周波数、Δｆは帯域幅を示す。
本明細書において、ＢＷ−ファクターは１／ＢＷＳ又は１／ＢＷＤを意味する。
【００４２】
一方、無線電力伝送において、無線電力伝送の効率Ｕは以下の数式（２）のように定義され得る。
【数２】
0005980773.tif 000003
（２）
ここで、ｋはソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間のエネルギーカップリングに対する結合係数、ΓＳはソース共振器１１５における反射係数、ΓＤはターゲット共振器１２１における反射係数、ω０は共振周波数、Ｍはソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の相互インダクタンス、ＲＳはソース共振器１１５のインピーダンス、ＲＤはターゲット共振器１２１のインピーダンス、ＱＳはソース共振器１１５のＱ−ファクター、ＱＤはターゲット共振器１２１のＱ−ファクター、ＱＫはソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間のエネルギーカップリングに対するＱ−ファクターである。
【００４３】
数式（１）を参照すると、Ｑ−ファクターは無線電力伝送の効率と関連が高い。
したがって、無線電力伝送の効率を高めるためにＱ−ファクターは高い値に設定される。ここで、ＱＳとＱＤがそれぞれ過度に高い値に設定された場合、エネルギーカップリングに対する結合係数ｋの変化、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離変化、共振インピーダンスの変化、インピーダンスミスマッチングなどによって無線電力伝送の効率が減少する現象が発生し得る。
【００４４】
また、無線電力伝送の効率を高めるために、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１それぞれの共振帯域幅を過度に狭く設定すれば、外部の小さい影響にもインピーダンスミスマッチングなどが容易に発生し得る。
【００４５】
インピーダンスミスマッチングを考慮すると、数式（１）は以下の数式（３）のように示すことができる。
【数３】
0005980773.tif 000004
（３）
数式（３）において、ＶＳＷＲは電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）を示す。
【００４６】
本発明の実施形態に係る共振帯域幅の制御方法及び装置は、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の共振帯域幅、又はインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を不平衡（ｕｎｂａｌａｎｃｅ）関係で保持することによって、結合係数ｋの変化、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離変化、共振インピーダンスの変化、インピーダンスミスマッチングなどによって無線電力伝送の効率が減少するという現象を防止する。
【００４７】
数式（１）及び数式（３）によれば、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の共振帯域幅又はインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を不平衡関係に保持すると、ソース共振器１１５のＱファクターとターゲット共振器１２１のＱファクターは互いに不平衡関係が保持される。
【００４８】
図２は、無線電力伝送システムにおける無線電力の伝送効率を測定した例を示す図である。
【００４９】
図２の例として、１／ＢＷＳと１／ＢＷＤは同一の値に設定され、ＱＳとＱＤはそれぞれ１００よりも大きいと仮定する。
図２の例における無線電力の伝送効率は一定ではなく、領域２０１と領域２０３では高く、１６ＭＨｚ付近では低い。
すなわち、１／ＢＷＳと１／ＢＷＤが同じ値に設定され、ＱＳとＱＤが高い値を有する場合、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離変化、共振インピーダンスの変化などによって無線電力の伝送効率が減少する。
【００５０】
第１設定部１１３及び第２設定部１２３は、無線電力の伝送効率を一定に保持するために、「不平衡ＢＷ−ファクターマッチング」を行う。
ここで、「不平衡ＢＷ−ファクターマッチング」とは、ソース共振器１１５のＢＷ−ファクターとターゲット共振器１２１のＢＷ−ファクターを互いに不平衡関係が保持されるようにする。
【００５１】
例えば、第１設定部１１３は、ソース共振器１１５の共振帯域幅をターゲット共振器１２１の共振帯域幅よりも広くか又は狭く設定することによって、「不平衡ＢＷ−ファクターマッチング」を行う。
また、第１設定部１１３は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅をターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング周波数の帯域幅よりも広くか又は狭く設定することによって、「不平衡ＢＷ−ファクターマッチング」を行う。
【００５２】
同様に、第２設定部１２３は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅をソース共振器１１５の共振帯域幅よりも広くか又は狭く設定することによって、「不平衡ＢＷ−ファクターマッチング」を行う。
「不平衡ＢＷ−ファクターマッチング」の具体的な例は、図３を参照して詳細に説明する。
【００５３】
図３は、不平衡ＢＷ−ファクターマッチングの例を説明するための図である。
図３における曲線３１０及び曲線３２０は、それぞれソース共振器１１５の周波数特性又はターゲット共振器１２１の周波数特性を示す。
すなわち、ソース共振器１１５の周波数特性が曲線３１０である場合、ターゲット共振器１２１の周波数特性は曲線３２０になる。
また、ソース共振器の周波数特性が曲線３２０である場合、ターゲット共振器１２１の周波数特性は曲線３１０である。
【００５４】
図３における曲線３１０及び曲線３２０は、帯域通過特性（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を有する。一方、１／ＢＷＳと１／ＢＷＤは、以下の数式（４）又は数式（５）のように定義され得る。
（数４）
１／ＢＷＳ＝１／（ｆ２−ｆ１）；ａｎｄ
１／ＢＷＤ＝１／（ｆ４−ｆ３）              （４）
【００５５】
数式（４）において、ソース共振器１１５の共振帯域幅の中心周波数ｆｃを基準として、ｆ１及びｆ２はそれぞれｆｃにおける大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）３１１の−３ｄＢ〜−１０ｄＢになる２つの周波数である。ｆ３及びｆ４はそれぞれｆｃにおける大きさ３２１の−３ｄＢ〜−１０ｄＢになる２つの周波数である。
数式（４）によれば、ソース共振器１１５の共振帯域幅は（ｆ２−ｆ１）である。
数式（４）によれば、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅は（ｆ４−ｆ３）である。
【００５６】
一方、ソース装置１１０とターゲット装置１２０は共振帯域幅内で通信を行う。
ここで、通信を行うための帯域幅は、ｆｃにおける大きさ３１１の−３ｄＢになる２つの周波数に決定される。ここで、通信を行うための帯域幅はｆｃにおける大きさ３１１の−３ｄＢになる２つの周波数に設定し、共振帯域幅はｆｃにおける大きさ３１１の−１０ｄＢになる２つの周波数に決定される。すなわち、ソース−ターゲット構造は通信を行うための帯域幅は狭く設定し、共振電力を送受信するための共振帯域幅は広く設定することによって、通信及び電力伝達を効率的に行うことができる。
【００５７】
（数５）
１／ＢＷＳ＝１／（ｆ４−ｆ３）ａｎｄ１／ＢＷＤ＝１／（ｆ２−ｆ１）      （５）
数式（５）によれば、ソース共振器１１５の共振帯域幅は（ｆ４−ｆ３）であり、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅は（ｆ２−ｆ１）である。
【００５８】
一方、図３における（ｆ４−ｆ３）は、（ｆ２−ｆ１）よりも１．１倍以上大きい値と仮定する。
したがって、第１設定部１１３は、ソース共振器１１５の共振帯域幅又はインピーダンスマッチング周波数の帯域幅を中心周波数ｆｃを基準として（ｆ２−ｆ１）又は（ｆ４−ｆ３）に設定する。
【００５９】
以上で説明したように、１／ＢＷＳと１／ＢＷＤを互いに不平衡関係が保持されるように制御することによって、結合係数ｋの変化、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離変化、共振インピーダンスの変化、インピーダンスミスマッチンとグなどによって無線電力伝送の効率が減少する現象を防止することができる。
すなわち、不平衡ＢＷ−ファクターマッチングによって、ＱＳ又はＱＤを高く設定する場合にも安定する共振電力伝送が行われることができる。
【００６０】
図４は、無線電力の伝送効率を測定した異なる例を示す図である。
図４は、１／ＢＷＳと１／ＢＷＤが互いに不平衡関係である場合の無線電力の伝送効率を示す。
【００６１】
図４を参照すると、１／ＢＷＳと１／ＢＷＤが互いに不平衡関係が保持される場合、ｆ１〜ｆ２間の効率は一定に保持されることが分かる。
【００６２】
図５及び図６は、インピーダンスマッチングの観点から不平衡ＢＷ−ファクターマッチングを説明するための図である。
図５におけるポイント５０３及びポイント５０５は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲を示し、ポイント５０１はインピーダンスマッチング範囲の中心値を示す。
【００６３】
ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がポイント５０３からポイント５０５に設定されれば、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲の１／２以下に設定される。
【００６４】
図５におけるターゲット帯域幅（ＢＷ）５１０は、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がポイント５０１を基準として低い範囲の場合を意味し、ターゲットＢＷ５２０は、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がポイント５０１を基準として高い範囲の場合を意味する。
【００６５】
ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がターゲットＢＷ５１０又はターゲットＢＷ５２０に設定される場合、ＳパラメータのＳ２１は最小となる。
図５におけるターゲットＢＷ５３０は、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がポイント５０１の中心の近くに設定された場合を示す。
ここで、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がターゲットＢＷ５３０に設定される場合、ＳパラメータのＳ２１は最大となる。
すなわち、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がターゲットＢＷ５３０に設定される場合、無線電力の伝送効率は最大となる。
【００６６】
図６におけるポイント６０３及びポイント６０５は、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲を示し、ポイント６０１はインピーダンスマッチング範囲の中心値を示す。
ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲がポイント６０３からポイント６０５に設定されれば、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲は、ターゲット共振器１２１のインピーダンスマッチング範囲の１／２以下に設定される。
【００６７】
図６におけるソースＢＷ６１０は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がポイント６０１を基準として低い範囲の場合を意味し、ソースＢＷ６２０は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がポイント６０１を基準として高い範囲の場合を意味する。
ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がソースＢＷ６１０又はソースＢＷ６２０に設定される場合、ＳパラメータのＳ２１は最小となる。
【００６８】
図６におけるソースＢＷ６３０は、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がポイント６０１の中心近くに設定された場合を示す。
ここで、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がソースＢＷ６３０に設定される場合、ＳパラメータのＳ２１は最大となる。
すなわち、ソース共振器１１５のインピーダンスマッチング範囲がソースＢＷ６３０と設定にされる場合、無線電力の伝送効率は最大となる。
一方、ソース共振器１１５及びターゲット共振器１２１それぞれはｍｅｔａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ共振器で構成されてもよい。
【００６９】
図７は、本発明の一実施形態に係る２次元構造の共振器を示す図である。
図７を参照すれば、一実施形態に係る２次元構造の共振器は、送信線路、キャパシタ７２０、第１信号導体部分７１１、第２信号導体部分７１２、及びグラウンド導体部分７１３、整合器７３０、及び導体７４１、７４２を備える。
【００７０】
図７に示すように、キャパシタ７２０は、送信線路で第１信号導体部分７１１と第２信号導体部分７１２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７２０に閉じ込められるようになる。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の上部にある導体を第１信号導体部分７１１と第２信号導体部分７１２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７１３のように呼ぶことにする。
【００７１】
図７に示すように、本発明の一実施形態に係る共振器７００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７１１及び第２信号導体部分７１２を含み、下部にグラウンド導体部分７１３を含む。
第１信号導体部分７１１及び第２信号導体部分７１２とグラウンド導体部分７１３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７１１及び第２信号導体部分７１２を通じて流れる。
【００７２】
また、図７に示すように、第１信号導体部分７１１の一端は導体７４２と接続され、他端はキャパシタ７２０と接続される。
そして、第２信号導体部分７１２の一端は導体７４１と接続され、他端はキャパシタ７２０と接続される。
すなわち、第１信号導体部分７１１、第２信号導体部分７１２、及びグラウンド導体部分７１３、導体７４１、７４２は互いに接続されることによって、共振器７００は電気的に閉じたループ構造を有する。ここで、「ループ構造」とは、円形構造、四角形のような多角形の構造などを全て含み、「ループ構造を有する」ことは電気的に閉じていることを意味する。
【００７３】
キャパシタ７２０は、送信線路の中部に挿入される。より具体的には、キャパシタ７２０は第１信号導体部分７１１と第２信号導体部分７１２との間に挿入される。
ここで、キャパシタ７２０は、集中素子（ｌｕｍｐｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び分散素子（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）などの形態を有してもよい。
特に、分散素子の形態を有する分散したキャパシタは、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。
【００７４】
キャパシタ７２０が送信線路に挿入されることによって共振器７００はメタ物質の特性を有し得る。
ここで、メタ物質とは、自然界では発見することのできない特別な電気的な性質を有する物質であり、人工的に設計された構造を有する。
自然界に存在する全ての物質の電磁気特性は、固有の誘電率又は透磁率を有し、大部分の物質は正の誘電率及び正の透磁率を有する。
【００７５】
大部分の物質において、電界、磁界、及びポインティング・ベクトルには右手の法則が適用されるため、このような物質をＲＨＭ（Ｒｉｇｈｔ  Ｈａｎｄｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）という。
しかし、メタ物質は、自然界では存在しない誘電率又は透磁率を有する物質であり、誘電率又は透磁率の符号によりＥＮＧ（ｅｐｓｉｌｏｎ  ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＭＮＧ（ｍｕ  ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＤＮＧ（ｄｏｕｂｌｅ  ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＮＲＩ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）物質、ＬＨ（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ）物質などに分類される。
【００７６】
ここで、集中素子として挿入されたキャパシタ７２０のキャパシタンスが適切に決定される場合、共振器７００はメタ物質の特性を有する。
特に、キャパシタ７２０のキャパシタンスを適切に調整することによって、共振器は負の透磁率を有し得るため、本発明の一実施形態に係る共振器７００は、ＭＮＧ共振器と呼ばれる。
【００７７】
以下で説明するが、キャパシタ７２０のキャパシタンスを定める前提（ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）は様々であり得る。共振器７００がメタ物質の特性を有する前提、共振器７００が対象周波数で負の透磁率を有する前提、又は共振器７００が対象周波数でゼロ番目共振（Ｚｅｒｏｔｈ−Ｏｒｄｅｒ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の特性を有する前提などがあり、上述した前提のうち少なくとも１つの前提の下でキャパシタ７２０のキャパシタンスを決定してもよい。
【００７８】
ＭＮＧ共振器７００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ゼロ番目共振の特性を有してもよい。
ＭＮＧ共振器７００は、ゼロ番目共振特性を有するため、共振周波数はＭＮＧ共振器７００の物理的なサイズに対して独立的であり得る。
すなわち、下記で再び説明するが、ＭＮＧ共振器７００で共振周波数を変更するためにはキャパシタ７２０を適切に設計することで充分であるため、ＭＮＧ共振器７００の物理的なサイズを変更しなくてもよい。
【００７９】
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７２０に集中するため、キャパシタ７２０によって近接フィールドでは磁界がドミナント（ｄｏｍｉｎａｎｔ）される。
そして、ＭＮＧ共振器７００は集中素子のキャパシタ７２０を用いて高いＱ−ファクター（Ｑ−Ｆａｃｔｏｒ）を有するため、電力送信の効率を向上させることができる。
参考に、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すが、Ｑ−ファクターが大きいほど無線電力送信の効率は大きいものと理解される。
【００８０】
また、ＭＮＧ共振器７００は、インピーダンスマッチングのための整合器７３０を備えてもよい。
ここで、整合器７３０は、ＭＮＧ共振器７００の磁界の強度を適切に調整することができ、整合器７３０によってＭＮＧ共振器７００のインピーダンスは決定される。
そして、電流はコネクタ介してＭＮＧ共振器７００に流入したりＭＮＧ共振器７００から流出する。
【００８１】
ここで、コネクタはグラウンド導体部分７１３又は整合器７３０と物理的に接続される。
ただし、コネクタとグラウンド導体部分７１３又は整合器７３０の間には物理的な連結が形成されてもよく、コネクタとグラウンド導体部分７１３又は整合器７３０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送信されてもよい。
【００８２】
より具体的には、図７に示すように、整合器７３０は、共振器７００のループ構造によって形成されるループ内に一体化された形態に位置してもよい。
整合器７３０は、物理的な形態を変更することによって共振器７００のインピーダンスを調整する。特に、整合器７３０は、グラウンド導体部分７１３から距離「ｈ」だけ離れた位置にインピーダンスマッチングのための導体７３１を含んでもよく、共振器７００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。
【００８３】
図７には図示していないが、整合器７３０を制御できるコントローラが存在する場合、整合器７３０はコントローラによって生成される制御信号によって整合器７３０の物理的な形態を変更してもよい。
例えば、制御信号によって整合器７３０の導体７３１とグラウンド導体部分７１３との間の距離「ｈ」を増加させたり減少させたりし、それによって整合器７３０の物理的な形態が変更されることで、共振器７００のインピーダンスが調整される。
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してもよく、これについては下記で説明する。
【００８４】
整合器７３０は、図７に示すように、導体７３１の部分のような受動素子のように実現されてもよく、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実現されてもよい。
能動素子が整合器７３０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７００のインピーダンスは調整される。
【００８５】
例えば、整合器７３０には能動素子の一種であるダイオードが含まれてもよく、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」の状態であるかに応じて共振器７００のインピーダンスが調整される。
また、図７に図示していないが、ＭＮＧ共振器７００を貫通するマグネチックコアをさらに含んでもよい。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。
【００８６】
図８は、本発明の一実施形態に係る３次元構造の共振器を示す図である。
図８を参照すれば、本発明の一実施形態に係る３次元構造の共振器８００は、第１信号導体部分８１１、第２信号導体部分８１２、及びグラウンド導体部分８１３を含む送信線路、及びキャパシタ８２０を含む。ここで、キャパシタ８２０は、送信線路で第１信号導体部分８１１と第２信号導体部分８１２との間に位置に直列に挿入され、電界はキャパシタ８２０に閉じ込められる。
【００８７】
また、図８に示すように、共振器８００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８１１及び第２信号導体部分８１２を含み、下部にグラウンド導体部分８１３を含む。第１信号導体部分８１１及び第２信号導体部分８１２とグラウンド導体部分８１３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８１１及び第２信号導体部分８１２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。もちろん、図８に示すものとは相異して＋ｙ方向に磁界Ｈ（ｗ）が発生させてもよい。
【００８８】
また、図８に示すように、第１信号導体部分８１１の一端は導体８４２と接続され、他端はキャパシタ８２０と接続される。そして、第２信号導体部分８１２の一端は導体８４１と接続され、他端はキャパシタ８２０と接続される。
すなわち、第１信号導体部分８１１、第２信号導体部分８１２、及びグラウンド導体部分８１３、導体８４１、８４２は互いに接続されることによって、共振器８００は電気的に閉じたループ構造を有する。ここで、「ループ構造」は円形構造、四角形のような多角形の構造などを全て含み、「ループ構造を有する」ことは電気的に閉じていることを意味する。
【００８９】
また、図８に示すように、キャパシタ８２０は、第１信号導体部分８１１と第２信号導体部分８１２との間に挿入される。
ここで、キャパシタ８２０は、集中素子及び分散素子などの形態を有してもよい。特に、分散素子の形態を有する分散したキャパシタは、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。
【００９０】
図８に示すように、キャパシタ８２０が送信線路に挿入されることによって共振器８００はメタ物質の特性を有し得る。
集中素子として挿入されたキャパシタ８２０のキャパシタンスが適切に決定される場合、共振器８００はメタ物質の特性を有する。特に、キャパシタ８２０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８００は特定の周波数帯域において負の透磁率を有し得るため、本発明の一実施形態に係る共振器８００はＭＮＧ共振器と呼ばれる。
【００９１】
下記で説明するが、キャパシタ８２０のキャパシタンスを定める前提は様々であり得る。共振器８００がメタ物質の特性を有する前提、共振器８００が対象周波数で負の透磁率を有する前提、又は共振器８００が対象周波数でゼロ番目共振の特性を有する前提などがあり、上述した前提のうち少なくとも１つの前提の下でキャパシタ８２０のキャパシタンスを決定してもよい。
【００９２】
図８に示すように、ＭＮＧ共振器８００は、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ゼロ番目共振の特性を有してもよい。
ＭＮＧ共振器８００はゼロ番目共振の特性を有するため、共振周波数はＭＮＧ共振器８００の物理的なサイズに対して独立的であり得る。
ＭＮＧ共振器８００で共振周波数を変更するためにはキャパシタ８２０を適切に設計することで充分であるため、ＭＮＧ共振器８００の物理的なサイズを変更しなくてもよい。
【００９３】
図８に示すように、ＭＮＧ共振器８００を参照すると、近接フィールドにおいて、電界は送信線路８１０に挿入されたキャパシタ８２０に集中するため、キャパシタ８２０によって近接フィールドでは磁界がドミナントされる。
特に、ゼロ番目共振の特性を有するＭＮＧ共振器８００は、磁気双極子（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｉｐｏｌｅ）と類似の特性を有するため、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８２０の挿入により発生する少ない量の電界又はそのキャパシタ８２０に集中するため、近接フィールドでは磁界が最もドミナントされる。ＭＮＧ共振器８００は集中素子のキャパシタ８２０を用いて高いＱ−ファクターを有するため、電力送信の効率を向上させることができる。
【００９４】
また、図８に示すように、ＭＮＧ共振器８００はインピーダンスマッチングのための整合器８３０を備える。
ここで、整合器８３０は、ＭＮＧ共振器８００の磁界の強度を適切に調整でき、整合器８３０によってＭＮＧ共振器８００のインピーダンスが決定される。
そして、電流はコネクタ８４０を介してＭＮＧ共振器８００に流入するか、ＭＮＧ共振器８００から流出する。ここで、コネクタ８４０はグラウンド導体部分８１３又は整合器８３０と接続されてもよい。
【００９５】
より具体的には、図８に示すように、整合器８３０は共振器８００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８３０は、物理的な形態を変更することによって共振器８００のインピーダンスを調整する。
特に、整合器８３０はグラウンド導体部分８１３から距離「ｈ」だけ離隔された位置にインピーダンスマッチングのための導体部分８３１を含んでもよく、共振器８００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。
【００９６】
図８には示していないが、整合器８３０を制御することのできるコントローラが存在する場合、整合器８３０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８３０の物理的な形態を変更してもよい。
例えば、制御信号に応じて整合器８３０の導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離「ｈ」を増加させたり減少させたりし、これにより整合器８３０の物理的な形態が変更されることで共振器８００のインピーダンスが調整される。
【００９７】
整合器８３０の導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離「ｈ」は様々な方式で調整されてもよい。
すなわち、第１に、整合器８３０には様々な導体が含まれてもよく、その導体のうちいずれか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８３１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されてもよく、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してもよい。コントローラが制御信号を生成することについては下記で説明する。
【００９８】
整合器８３０は、図８に示すように、導体８３１の部分のような受動素子で実現してもよく、実施形態によってダイオード、トランジスタなどのような能動素子で実現してもよい。
能動素子が整合器８３０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してもよく、その制御信号に応じて共振器８００のインピーダンスを調整することができる。
例えば、整合器８３０には能動素子の一種であるダイオードが含まれてもよく、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」の状態であるかに応じて共振器８００のインピーダンスが調整される。
また、図８には明示的には図示していないが、ＭＮＧ共振器８００を貫通するマグネチックコアをさらに含んでもよい。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。
【００９９】
図９は、本発明の一実施形態に係るｂｕｌｋｙ  ｔｙｐｅに設計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９を参照すると、第１信号導体部分９１１と導体９４２は個別的に製造された後、互いに接続されることなく一体型に製造されてもよい。同様に、第２信号導体部分９１２と導体９４１も一体型に製造されてもよい。
【０１００】
第２信号導体部分９１２と導体９４１が個別的に製造された後、互いに接続される場合、継ぎ目９５０による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９１２と導体９４１は別途の継ぎ目なしで（ｓｅａｍｌｅｓｓ）互いに接続され、導体９４１とグラウンド導体部分９１３も別途の継ぎ目なしで互いに接続されることで、継ぎ目による導体損失を減らすことができる。
すなわち、第２信号導体部分９１２とグラウンド導体部分９１３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９１１とグラウンド導体部分９１３は別途の継ぎ目なしで１つの一体型に製造される。
図９に示すように、別途の継ぎ目なしで一体型に２つ以上の部分（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）を互いに接続する類型を「ｂｕｌｋｙ  ｔｙｐｅ」と呼んだりする。
【０１０１】
図１０は、本発明の一実施形態に係るＨｏｌｌｏｗ  ｔｙｐｅに設計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１０を参照すると、Ｈｏｌｌｏｗ  ｔｙｐｅ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１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２それぞれは内部に空いている空間を含む。
【０１０２】
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１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２それぞれの全ての部分を介して流れることなく、一部の部分のみを介して流れるものとモデリングしてもよい。
すなわち、与えられた共振周波において、第１信号導体部分１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２の厚さがそれぞれの表皮厚（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）よりも過度に厚いことは効率的ではない。すなわち、それは共振器１０００の重さ又は共振器１０００の製造費用を増加させる原因になり得る。
【０１０３】
したがって、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１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２それぞれの表皮厚（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）に基づいて第１信号導体部分１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２それぞれの厚さを適切に決定することができる。
第１信号導体部分１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２それぞれが対応する表皮厚（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）よりも大きいながらも適切な厚さを有する場合、共振器１０００は軽くなり、共振器１０００の製造費用も減少され得る。
【０１０４】
例えば、図１０に示すように、第２信号導体部分１０１２の厚さは、「ｄ」ｍｍに決定してもよく、ｄは
0005980773.tif 000005
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。
【０１０５】
特に、第１信号導体部分１０１１、第２信号導体部分１０１２、グラウンド導体部分１０１３、導体１０４１、１０４２が銅（ｃｏｐｐｅｒ）として５．８ｘ１０７（Ｓ・ｍ−１）の導電率を有する場合、共振周波数が１０ｋＨｚについては表皮厚（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）が約０．６ｍｍであってもよく、共振周波数が１００ＭＨｚについては表皮厚（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）は０．００６ｍｍであってもよい。
【０１０６】
図１１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１１を参照すると、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１１１１、第２信号導体部分１１１２それぞれの表面にはパラレルシートを適用する。
【０１０７】
第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２は完ぺきな導体ではないことから、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。
【０１０８】
本発明の一実施形態によれば、第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２それぞれの表面にパラレルシートを適用することによって抵抗損失を減らし、Ｑファクター及びカップリングの効率を増加させることができる。
図１１に示す符号１１７０の部分を参照すると、パラレルシートが適用される場合、第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２それぞれ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１１１１、第２信号導体部分１１１２それぞれの先の部分で互いに短絡される。
【０１０９】
第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２それぞれの表面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ため、導体ラインが有する抵抗成分の合計は減少する。
したがって、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させることができる。
【０１１０】
図１２は、本発明の一実施形態に係る分散したキャパシタを含む無線電力送信のための共振器の例を示す図である。
図１２を参照すると、無線電力送信のための共振器に含まれるキャパシタ１２２０は分散したキャパシタであってもよい。
集中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。集中素子としてのキャパシタが有するＥＳＲを減らすための様々な提案があるものの、本発明の実施形態は分散素子としてのキャパシタ１２２０を用いることによってＥＳＲを減らすことができる。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減少させることができる。
【０１１１】
分散素子としてのキャパシタ１２２０は、図１２に示すように、ジグザグの構造を有してもよい。すなわち、分散素子としてのキャパシタ１２２０はジグザグその構造の導体ライン及び誘電体で実現される。
それだけではなく、図１２に示すように、本発明の実施形態は分散素子としてのキャパシタ１２２０を用いることによって、ＥＳＲによる損失を減らすことができ、複数の集中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。
【０１１２】
なぜなら、集中素子としてのキャパシタそれぞれが有する抵抗成分は、並列接続によって小さくなるため、並列的に接続された集中素子としてのキャパシタの有効抵抗も小さくなり、したがって、ＥＳＲによる損失を減らすことができる。
例えば、１０ｐＦのキャパシタ１つを用いることを１ｐＦのキャパシタ１０個を用いるものと代替することによってＥＳＲによる損失を減らすことができる。
【０１１３】
図１３及び図１４は、２次元構造の共振器および３次元構造で用いられる整合器の一例を示す図である。
図１３は、整合器を含む図７に示した２次元構造の共振器の一部を示し、図１４は整合器を含む図８に示した３次元共振器の一部を示す。
【０１１４】
図１３を参照すると、整合器は、導体７３１、導体７３２及び導体７３３を含み、導体７３２及び導体７３３は送信線路のグラウンド導体部分７１３及び導体７３１と接続される。導体７３１とグラウンド導体部分７１３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７３１とグラウンド導体部分７１３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７３１とグラウンド導体部分７１３との間の距離「ｈ」は様々な方式で調整されてもよく、導体７３１になり得る様々な導体のいずれか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７３１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り得る。
【０１１５】
図１４を参照すると、整合器は、導体８３１、導体８３２及び導体８３３を備え、導体８３２及び導体８３３は送信線路のグラウンド導体部分８１３及び導体８３１と接続される。導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離「ｈ」により３次元共振器のインピーダンスは決定され、導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離「ｈ」はコントローラによって制御される。
【０１１６】
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８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離「ｈ」は様々な方式で調整されてもよい。
例えば、導体８３１になり得る様々な導体のいずれか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８３１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り得る。
【０１１７】
図１３及び図１４には図示していないが、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。
すなわち、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することができる。
【０１１８】
図１５は、図７に示す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７に示す無線電力送信のための共振器は、図１５に示す等価回路にモデリングされる。図１５に示す等価回路において、ＣＬは図７に示す送信線路の中部に集中素子の形態に挿入されたキャパシタを表す。
ここで、図７に示す無線電力送信のための共振器はゼロ番目共振特性を有する。すなわち、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。
【０１１９】
ここで、共振周波数ωＭＺＲは下記に示す数式（６）のように表す。ここで、ＭＺＲはＭｕ  Ｚｅｒｏ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒを意味する。
【数６】
0005980773.tif 000006
（６）
【０１２０】
数式（６）を参照すると、共振器の共振周波数ωＭＺＲはＬＲ／ＣＬによって決定されてもよく、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ことが分かる。
したがって、共振周波数ωＭＺＲと共振器の物理的なサイズが互いに独立的であるため、共振器の物理的なサイズは十分に小さくなり得る。
【０１２１】
上述したように本発明は、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、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。
【符号の説明】
【０１２２】
１０１    マグネチックカップリング
１１０    ソース装置
１１１    ソース部
１１３    第１設定部
１１５    ソース共振器
１２０    ターゲット装置
１２１    ターゲット共振器
１２３    第２設定部
１２５    ターゲット部
【図１】
0005980773.tif 000007
【図２】
0005980773.tif 000008
【図３】
0005980773.tif 000009
【図４】
0005980773.tif 000010
【図５】
0005980773.tif 000011
【図６】
0005980773.tif 000012
【図７】
0005980773.tif 000013
【図８】
0005980773.tif 000014
【図９】
0005980773.tif 000015
【図１０】
0005980773.tif 000016
【図１１】
0005980773.tif 000017
【図１２】
0005980773.tif 000018
【図１３】
0005980773.tif 000019
【図１４】
0005980773.tif 000020
【図１５】
0005980773.tif 000021