(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を送信および／または受信するためのエネルギーデバイスであって、
エネルギー構成要素と、
前記エネルギー構成要素の一体部であり、前記エネルギー構成要素のアノード電流コレクタによって提供される少なくとも１つの電気的伝導性表面であって、無線信号を受信および／または送信するように適合されている、前記少なくとも１つの電気的伝導性表面と、
前記エネルギー構成要素のカソード電流コレクタによって提供される、前記エネルギー構成要素の一体部である基板であって、前記基板の表面積は前記少なくとも１つの電気的伝導性表面の表面積より広い、前記基板と、を含むエネルギーデバイス。
【請求項２】
前記エネルギー構成要素は、電気化学エネルギー貯蔵デバイス、電気エネルギー貯蔵デバイス、磁気エネルギー貯蔵デバイス、機械的エネルギー貯蔵デバイス、電気機械的エネルギー貯蔵デバイス、電磁エネルギー貯蔵デバイス、熱エネルギー貯蔵デバイス、および化学エネルギー貯蔵デバイスから成る群からの任意のデバイスを含む、エネルギー貯蔵デバイスを含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３】
前記エネルギー貯蔵デバイスは、バッテリ、薄膜バッテリ、コンデンサ、薄膜コンデンサ、圧電素子、磁気電気素子、熱質量容器、フライホイール、マイクロフライホイール、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、機械バネ、水素容器を有する水素発生器、およびオゾン容器を有するオゾン発生器から成る群から選択される、構成要素を含む、請求項２に記載のエネルギーデバイス。
【請求項４】
前記エネルギー構成要素は、発電機、化学エネルギー発生デバイス、燃料電池、水力発電機、熱発電機、圧電発電機、ペルチェ接合熱発電機、原子粒子-電気発生機、光-電気発生機、光-熱発生機、磁歪発生機、および磁歪電気活性発生機から成る群からの任意のデバイスから成る、エネルギー発生デバイスを含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項５】
前記エネルギー構成要素は、正方形、長方形、三角形、多面多角形、円形、湾曲、波形、および非均一厚から成る群から選択される、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、送信および／または受信される無線信号の周波数に適合される、電磁インピーダンスを含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、正方形、長方形、三角形、多面多角形、円形、湾曲、波形、および非均一厚から成る群から選択される、幾何学形状を含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記エネルギー構成要素の分だけ、その主要な機能的必要性に加えて、構造的または化学的に修正され、前記修正は、無線信号を受信および／または送信する前記表面の能力の増大をもたらす、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記エネルギー構成要素の厚さを上回る、厚さを有する、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記エネルギー構成要素の長さを上回る、少なくとも１つの水平方向長を有する、表面積を含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記構成要素層に平行な方向にそこから延在する、少なくとも１つの電気的伝導性突起部を含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記構成要素層に直角の方向にそこから延在する、少なくとも１つの電気的伝導性突起部を含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記エネルギー構成要素の厚さを上回る、厚さを有する、請求項８に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記エネルギー構成要素の長さを上回る、少なくとも１つの水平方向長を有する、表面積を含む、請求項８に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記構成要素層に略平行な方向にそこから延在する、少なくとも１つの電気的伝導性突起部を含む、請求項８に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、前記構成要素層に略直角の方向にそこから延在する、少なくとも１つの電気的伝導性突起部を含む、請求項８に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、金属、合金、半導体、伝導性有機物およびポリマー、ならびに伝導性複合材料から成る群から選択される、材料を含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、追加構成要素として、前記デバイスの製造の際、前記デバイスに組み込まれる、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの電気的伝導性表面は、外部アンテナを含む、請求項１８に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２０】
無線信号の受信および／または送信を改善する少なくとも１つの外部要素をさらに含み、前記外部要素は、外部ダイオード、前記外部ダイオードおよび前記電気的伝導性表面から構成されるレクテナ、外部フルブリッジ整流器、外部ハーフブリッジ整流器、ならびに外部反応構成要素から成る群から選択され、前記外部反応構成要素は、コンデンサ、コイル、ダイオード、トランジスタ、ＲＦチョーク、および統合デバイスの任意の組み合わせである、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２１】
前記デバイスの形状は、正方形、長方形、三角形、多面多角形、円形、湾曲、波形、および非均一厚から成る群から選択される、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２２】
前記無線信号は、電場結合エネルギー、磁場結合エネルギー、光波直接結合エネルギー、光波熱的結合エネルギー、レーザまたはコヒーレント光結合エネルギー、およびサブミリメートル波長放射結合エネルギーから成る群から選択される、電磁エネルギーを含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２３】
前記無線信号は、広帯域周波数、狭帯域周波数、直接エネルギー、間接エネルギー、極超長波、極極超長波、超長波、長波、中波、短波、超短波、極超短波、極極超短波、ミリ波、赤外線光周波数、可視光周波数、紫外線光周波数、およびＸ線周波数を含む群から選択される、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２４】
複数の電気的伝導性表面をさらに含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２５】
前記複数の電気的伝導性表面は、無線信号の送信および／または受信改善を提供する、アレイを形成するように適合される、請求項２４に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２６】
前記アレイは、全方向応答における前記無線信号の送信および／または受信改善を提供するように適合される、請求項２５に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２７】
前記アレイは、一方向応答における前記無線信号の送信および／または受信改善を提供するように適合される、請求項２５に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２８】
前記複数の電気的伝導性表面は、無線信号を送信および／または受信するように適合される、直列ならびに／あるいは並列接続を含む、請求項２４に記載のエネルギーデバイス。
【請求項２９】
全ての電気的伝導性表面は、実質的に等しいサイズおよび形状を含む、請求項２４に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３０】
前記電気的伝導性表面のうちの少なくとも１つは、他の電気的伝導性表面とは実質的に異なるサイズおよび形状を含む、請求項２４に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３１】
２つ以上のエネルギー構成要素をさらに含む、請求項１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３２】
前記２つ以上のエネルギー構成要素は、直列および／または並列で接続され、前記エネルギー構成要素のうちの少なくとも１つは、無線信号を送信ならびに／あるいは受信するように適合される、電気的伝導性表面を提供するように適合される、請求項３１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３３】
全てのエネルギー構成要素は、実質的に同一のサイズおよび形状を含む、請求項３１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３４】
前記エネルギー構成要素のうちの少なくとも１つは、他のエネルギー構成要素とは実質的に異なるサイズおよび形状を含む、請求項３１に記載のエネルギーデバイス。
【請求項３５】
請求項１に記載の複数のエネルギーデバイスを含む、アレイ。
【請求項３６】
前記エネルギーデバイスは、直列および／または並列に接続され、前記エネルギーデバイスのうちの少なくとも１つは、無線信号を送信ならびに／あるいは受信するように適合される、電気的伝導性表面を提供する、請求項３５に記載のアレイ。
【請求項３７】
全てのエネルギーデバイスは、実質的に等しいサイズおよび形状を含む、請求項３５に記載のアレイ。
【請求項３８】
前記エネルギーデバイスのうちの少なくとも１つは、他のエネルギーデバイスとは実質的に異なるサイズおよび形状を含む、請求項３５に記載のアレイ。
【請求項３９】
電磁エネルギーの無線信号を送信および／または受信する方法であって、
無線信号の範囲内に少なくとも１つのエネルギーデバイスを提供するステップであって、前記デバイスは、電気的伝導性表面と、基板と、エネルギー構成要素とを含み、前記電気的伝導性表面は前記エネルギー構成要素のアノード電流コレクタによって提供され、前記基板は前記エネルギー構成要素のカソード電流コレクタによって提供され、前記基板は、前記電気的伝導性表面の寸法を超えて延在する、ステップと、
前記電気的伝導性表面にわたって、無線信号を送信および／または受信するステップと、
を含む、方法。
【請求項４０】
前記エネルギー構成要素の分だけ、その主要な機能的必要性に加えて、幾何学的および／または化学的構成を修正し、無線信号の送信ならびに／あるいは受信を改善するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
無線信号を送信および／または受信し、自律電気回路を制御する方法であって、
少なくとも１つのエネルギーデバイスを提供するステップであって、前記デバイスは、エネルギー構成要素と、基板と、電気的伝導性表面とを含み、前記電気的伝導性表面は前記エネルギー構成要素のアノード電流コレクタによって提供され、前記基板は前記エネルギー構成要素のカソード電流コレクタによって提供され、前記基板の表面積は前記電気的伝導性表面の表面積より広く、前記エネルギーデバイスは、自律電気回路に電気的に接続される、ステップと、
前記電気的伝導性表面にわたって、無線信号を送信するステップと、
を含む、方法。
【請求項４２】
前記電気的伝導性表面の幾何学的および／または化学的構成を修正し、無線信号の送信を改善するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
自律電気デバイスへの制御信号を受信するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
既知の信号のために、無線通信デバイスの無線信号の送信および／または受信を同調する方法であって、
無線信号の範囲内に請求項１に記載のデバイスを提供するステップを含み、前記電気的伝導性表面は、第１の既知の送信および／または受信信号のために、第１の表面積と、第１の厚さとを有する、方法。
【請求項４５】
前記電気的伝導性表面の表面積を、少なくとも１つの水平方向において、第２の表面積まで増加させるステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記電気的伝導性表面の厚さを、第２の厚さまで増加させるステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
複数の電気的伝導性表面を提供するステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記複数の伝導性表面のうちの少なくとも２つをアレイに構成し、無線信号の送信を改善するステップをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
無線信号を送信および／または受信し、自律電気回路を制御する方法であって、
少なくとも１つのエネルギーデバイスを提供するステップであって、前記デバイスは、エネルギー構成要素と、基板と、電気的伝導性表面を含み、前記電気的伝導性表面は前記エネルギー構成要素のアノード電流コレクタによって提供され、前記基板は、カソード電流コレクタによって提供され、前記基板は、前記電気的伝導性表面の寸法を超えて延在し、前記エネルギーデバイスは、自律電気回路に電気的に接続される、ステップと、
前記電気伝導性表面にわたって、無線信号を受信するステップと、
を含む、方法。
【請求項５０】
前記電気的伝導性表面の幾何学的および／または化学的構成を修正し、無線信号の受信を改善するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
自律電気デバイスへの制御信号を受信するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記電気的伝導性表面のうちの少なくとも２つをアレイに構成し、無線信号の受信を改善するステップをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／０９６，４１５号（「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｏｒ  Ｄａｔａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｖｉａ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｈｅｒｅｏｆ」）に関連し、その利益を３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９のもとで主張する。上記仮特許出願は本明細書において参照により援用される。
【０００２】
本発明は、ＲＦまたは他の電磁信号を通して、通信を送信および受信する装置、システム、ならびに／あるいは方法に関する。特に、本発明は、例えば、その構成要素のうちの少なくとも１つを利用し、または他の電磁信号を通して、通信を送信および／または受信可能にし得る、エネルギー発生または貯蔵デバイスの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
概して、システムは、別個の構成要素から構成される傾向にあって、それぞれ、その独自の構成要素によって、その独自の機能を行うように再設計されるが、システム内のある構成要素の二重機能性または相乗効果のために最適に設計されてはいない。いかなるサイズ縮小も、典型的には、構成要素のサイズ減少によって達成されている。
【０００４】
現在、電子デバイスがより小型化するのに伴って、設計者は、現在の設計において、典型的には、構成要素のサイズの制限による、ある物理的制限を被っている。これは、特に、多くの場合、アンテナのサイズを送信された信号の波長の少なくとも４分の１の長さにする必要がある、無線通信に当てはまる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある例示的実施形態の目的の１つは、例えば、エネルギー貯蔵または発生デバイスの既存または追加層のいずれかである、表面要素を通して、無線通信を周囲環境から受信する、あるいは無線通信を周囲環境に送信することによって、動作することである。以下により詳細に、かつ一例として記載されるような本発明の種々の側面および実施形態は、背景技術の短所および関連分野における新たな必要性に対応する。
【０００６】
本発明は、例えば、ＲＦまたは他の電磁信号を通して、通信を送信および受信する装置、システム、ならびに方法を含んでもよい。好ましい実施形態では、本発明は、無線通信を送信または受信するように適合される、少なくとも１つの電気的伝導性表面を含んでもよい。
【０００７】
本発明の一実施形態は、例えば、無心通信を受信および／または送信するためのアンテナとして、エネルギーデバイスのエネルギー貯蔵構成要素（貯蔵または発生）内の金属または伝導性表面を含んでもよい。伝導性表面は、好ましくは、別の必要な機能を有するバッテリまたはコンデンサを提供し得る、バッテリ（アノードまたはカソード）あるいはコンデンサ内の電荷収集表面等、エネルギーデバイスの一体部分であってもよい。また、伝導性表面は、エネルギーデバイスのケーシングまたは被包、あるいはエネルギーデバイスの追加層であってもよい。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、金属または伝導性表面が、無線通信信号を受信および／または送信することを少なくとも一部の目的として、製造の際、エネルギーデバイスに追加され、専用に内蔵されるが、そうでなければ、エネルギーデバイスには必要ではない。
【０００９】
追加特徴、パターン、または形状が、エネルギーデバイスの伝導性表面に適用され、特定の周波数帯域、広帯域、または他のエネルギー用途において、無線信号を送信および／または受信する効率ならびに／あるいは能力を増大させてもよい。例えば、ある可撓性デバイスを含む、一実施形態では、統合伝導性表面は、そのアンテナ特性を向上させ、例えば、その指向性受信特徴を向上させるように湾曲されてもよい（例えば、ｚ軸変位）。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、かつ本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する、添付の図面は、本説明と合わせて、本発明の原理を説明する役割（それに限定されない）を果たす、本発明の例示的実施形態を例証する。
【図１】図１は、エネルギーデバイスが、電気化学電池を含む、エネルギー貯蔵構成要素である、本発明の一実施形態の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、上部にアンテナを有する、本発明の実施形態の上下図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態の断面側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上部にアンテナを有し、かつその下にアンテナの寸法を超えて延在し得る基板の描写を追加しない、本発明の一実施形態の上下図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ダイオードを追加する、本発明の一実施形態の断面側面図である。
【図４】図４は、本発明の全方向アレイの一実施形態の断面側面図である。
【図５】図５は、本発明の二重周波数アレイの一実施形態の断面側面図である。
【図６】図６は、本発明の全方向式で使用される、湾曲表面エネルギーデバイスの一実施形態の断面側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の多平面実施形態の断面上面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の多平面実施形態の一デバイスの側面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の多平面実施形態の第２のデバイスの異なる角度からの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に記載する特定の方法、組成、材料、製造技術、使用、および用途は、変化し得るため、本発明は、これらに限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明する目的のみで使用され、本発明の範囲を制限することを目的としていないことも理解されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の言及を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「要素（ａ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」への言及は、１つ以上の要素への言及であり、当業者に周知のその同等物を含む。同様に、別の例として、「ステップ（ａ  ｓｔｅｐ）」または「手段（ａ  ｍｅａｎｓ）」への言及は、１つ以上のステップまたは手段への言及であり、サブステップまたは補助的手段を含んでもよい。使用する全ての接続詞は、可能な限り最も包括的な意味で理解されるものとする。したがって、「または（ｏｒ）」という用語は、文脈が明確に他のことを必要としない限り、論理上の「排他的なまたは」という定義よりもむしろ、論理上の「または」という定義を有するものとして理解されるべきである。本明細書に記載する構造はまた、そのような構造の機能的同等物を指すものとして理解されるものとする。近似を表すものと解釈され得る用語は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、そのように理解されるべきである。
【００１２】
別段の定めがない限り、本明細書で使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。好ましい方法、技術、デバイス、および材料を記載するが、記載するものと同様または同等の任意の方法、技術、デバイス、または材料が、本発明の実施または試験に使用されてもよい。本明細書に記載する構造はまた、そのような構造の機能的同等物を指すものとして理解されるものとする。
【００１３】
全ての特許および他の出版物は、例えば、本発明との関連で有用であり得るそのような出版物に記載される方法を記載および開示する目的で、参照することによって本明細書に組み込まれる。これらの出版物は、本願の出願日前のそれらの開示に関してのみ提供される。これに関するいかなるものも、本発明者らが、先行発明の理由で、または任意の他の理由で、そのような開示に先行する資格がないと認めるものとして解釈されるべきではない。
【００１４】
本願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づいて、２００５年１１月１７日出願の米国暫定特許出願第６０／７３７，６１３号、２００６年１月１７日出願の第６０／７５９，４７９号、および２００６年３月１６日出願の第６０／７８２，７９２号の優先権を主張する、２００６年１１月１７日出願の米国特許出願第１１／５６１，２７７号「Ｈｙｂｒｉｄ  Ｔｈｉｎ-Ｆｉｌｍ  Ｂａｔｔｅｒｙ」；３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づいて、２００６年３月１６日出願の米国暫定特許出願第６０／７８２，７９２号の優先権を主張する、２００７年３月１６日出願の米国特許出願第１１／６８７，０３２号「Ｍｅｔａｌ  Ｆｏｉｌ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ」；２００８年８月１１日出願の米国暫定特許出願第６１／０８７，９２７号「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」、および２００９年８月１１日出願の米国特許出願第１２／５３９３２７号「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」に関し、それぞれ、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００１５】
さらに、本願は、２００２年８月９日出願の米国特許出願第１０／２１５，１９０号「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」（現在は、米国特許第６，９１６，６７９号）の一部継続である、２００５年６月１５日出願の米国特許出願第１１／３７４，２８２号（米国暫定特許出願第６０／６９０，６９７号から切替）「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｗｉｔｈ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ  Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」の継続である、２００５年８月２３日出願の米国特許出願第１１／２０９，５３６号「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｗｉｔｈ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ  Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」、に関し、それぞれ、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態の断面側面図を示す。本実施形態では、電気的伝導性表面１８０は、エネルギーデバイスの構造の一部を形成する。図１に示される実施形態では、エネルギーデバイスは、電解質１４０によって分離される、カソード１３０と、アノード１５０と、を有する、電気化学電池である。本実施形態は、障壁層１２０と、陽極端子基板１１０と、を含有する。絶縁層１６０は、アノード１５０から電気伝導性表面１８０へと延在する導体１７０とともに、電気化学電池を被包する。
【００１７】
ある特定の実施形態では、電気化学電池は、米国特許出願第１１／５６１，２７７号に開示され、かつ参照することによって既に全体として組み込まれているような、薄膜バッテリである。本実施形態では、下から上へ、デバイスは、例えば、陽極接点としての役割を果たす金属箔基板１１０と、カソード電流コレクタとしての役割を果たし、かつ例えば、２つの導体副層から好ましくは成る、障壁層１２０と、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）から好ましくは成る、カソード１３０と、例えば、ＬｉＰＯＮから好ましくは成る、固体電解質１４０と、例えば、リチウムから好ましくは成る、アノード１５０と、を含有してもよい。例えば、電気化学デバイスを被覆し得るサーリン層から好ましくは成る、絶縁／接着層１６０と、金網導体１７０は、電気的伝導性表面１８０と電気化学デバイスとの間で、かつそれらと接触して、織設されてもよい。
【００１８】
例えば、図２Ａおよび２Ｂに図示するように、誘電体２６０の高さは、コンデンサまたはバッテリ内の誘電体の厚さ、あるいはバッテリまたはコンデンサもしくは両方の組み合わせ内の分離要素に適合してもよい。それは、例えば、バッテリカソードの厚さおよび分離材料を表し得る。図２Ｂ中の基板２３０は、例えば、薄膜バッテリのカソード電流コレクタによって提供されてもよい。アンテナ要素２８０は、例えば、バッテリまたは別個の要素のアノード電流コレクタによって提供されてもよい。種々の要素の寸法は、例えば、その全体が本明細書に組み込まれる、Ａｎｔｅｎｎａ  Ｔｈｅｏｒｙ，Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ，２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎｅ  Ａ．Ｂａｌａｎｉｓ，１９８２，１９９７，ＩＳＢＮ  ０−４７１−５９２６８−４に見られる説明から推定することによって導出されてもよい。誘電体の高さ（ｈ）、その誘電率（εｒ）、および着目周波数（ｆｒ）は、設計によって調整されてもよい。これらの値が設定されると、以下の方程式が、例えば、長さおよび適切な幅比を最適化するために使用されてもよい。アンテナの長さは、λ／２、λ／４、λ／８、λ／１６等のいずれかの偶数の波長分割（λ）であってもよい。以下のＶ０は、自由空間内の光速度である。
【００１９】
【数１】
0005650646.tif 000002
【００２０】
バッテリまたは薄膜バッテリ等の電気化学貯蔵デバイスに加えて、エネルギーデバイスは、コンデンサまたは薄膜コンデンサ等の電気的貯蔵デバイスであってもよいが、例えば、フライホイール、マイクロフライホイール、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、または機械バネ等の機械的エネルギー貯蔵デバイスであってもよい。また、エネルギー貯蔵構成要素は、例えば、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第７，０８８，０３１号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａｎ  Ａｍｂｉｅｎｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｂａｔｔｅｒｙ  ｏｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｒｅｃｈａｒｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」に開示される本発明の種々の実施形態等、圧電素子または磁気電気素子等の電気機械デバイスであってもよい。エネルギー貯蔵構成要素はまた、熱質量容器等の熱エネルギー貯蔵デバイスであってもよく、または例えば、水素容器を有する水素発生器もしくはオゾン容器を有するオゾン発生器等の、化学的エネルギー貯蔵デバイスであってもよい。これらのデバイスのそれぞれは、システムの特定の例示的な要素に基づいて、エネルギーを貯蔵するために使用されてもよい。
【００２１】
さらに、エネルギーデバイスは、エネルギー発生デバイスであってもよい。例えば、エネルギーデバイスは、風、水、または蒸気のような動流体等の外部力によって機械的に駆動される、発電機であってもよいが、また、圧電発電機内におけるようなある振動、またはＳｔｅｒｌｉｎｇエンジン内におけるような材料の熱膨張から得られてもよい。また、エネルギーデバイスは、デバイスの用途に応じて、燃料電池、熱発電機、原子粒子発電機、太陽電池、ならびに磁歪および磁歪電気活性発生機の方法を使用して、エネルギーを発生させてもよい。
【００２２】
同様に、電気的伝導性表面の材料および幾何学的形状は、システム用途に応じて異なり得る。好ましい実施形態では、電気的伝導性表面は、送信および／または受信された無線信号の周波数に適合される、好適な電磁インピーダンスを有する。いくつかの実施形態では、電気的伝導性表面は、金属、合金、半導体、伝導性有機物およびポリマー、ならびに伝導性複合体から成ってもよい。また、デバイスは、例えば、可撓性であってもよく、より良好にある種類の無線信号を送信および／または受信するために、その自体または他の物体に巻着されるように作製されてもよい。電気伝導性表面は、エネルギーデバイスの他の構成要素を越えて延在してもよく、また、１回以上かつ１つ以上の方向に、エネルギーデバイスの周囲に巻着してもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、アンテナはまた、エネルギーデバイスの一体部であってもよい。例えば、アンテナは、電気化学貯蔵デバイスのアノード、電気化学貯蔵デバイスのアノード電流コレクタ、電気化学貯蔵デバイスのカソード、電気化学貯蔵デバイスのカソード電流コレクタ、電気化学貯蔵デバイスの被包、電気化学貯蔵デバイスの基板、電気化学貯蔵デバイスのケーシング、コンデンサの陰性電極、コンデンサの陽性電極、コンデンサのケーシング、機械エネルギー貯蔵デバイスのケーシング、機械バネ、フライホイールの金属フレーム、圧電要素の電極、電磁電気要素の配線、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の電極、または熱エネルギー貯蔵デバイスのケーシングによって具現化されてもよい。エネルギー発生デバイスの場合、アンテナはまた、燃料電池のケーシング、燃料電池の電極、燃料電池間の電気相互接続、水素容器を有する水素発生機のケーシング、オゾン容器を有するオゾン発生機のケーシング、ペルチェ発電機内の電極、ペルチェ発電機内の電気および熱的伝導性放熱板、ペルチェ発電機のケーシング、原子粒子発生機内の電極、原子粒子発生機のケーシング、磁歪発生機内のコレクタ、および／または磁歪発生機のケーシングであってもよい。
【００２４】
電気的伝導性エネルギー収集表面がエネルギーデバイスに統合されるいくつかの実施形態では、表面は、例えば、無線信号の受信および／または送信に対して、表面の適合を最適化するように、エネルギーデバイスの主要な機能的必要性に加えて、構造的または化学的に修正されてもよい。構造的修正は、表面を拡張、延伸、増大、あるいは別様に延長、減少、または最適化し、所望の周波数または波長に同調させることによって、１つ以上の表面の表面積を拡大、縮小、または修正するステップを含んでもよい。例えば、図１のエネルギーデバイスでは、表面１８０は、形状が拡張、延長、または別様に増大されてもよい。同様に、表面１１０、１７０、または任意の他の伝導性表面は、例えば、単独で、または組み合わせて、その要素の無線信号を受信および／または送信を改善するために、表面積を拡大あるいは縮小するように修正されてもよい。加えて、これらの伝導性表面は、これらのデバイス要素の表面積、すなわち、幾何学形状を増大するために、厚さを増加してもよく、または任意の好ましい方向に穿孔されてもよい。
【００２５】
種々の実施形態における電気的伝導性表面は、１つ以上の特定の形態で無線信号を受信および／または送信することが可能であるように設計されてもよい。そのような形態は、例えば、電場結合エネルギー、磁場結合エネルギー、光波直接結合エネルギー、光波熱的結合エネルギー、レーザまたはコヒーレント光結合エネルギー、サブミリ波長放射結合エネルギー、広帯域周波数、狭帯域周波数、直接エネルギー、間接エネルギー、極超長波、極極超長波、超長波、長波、中波、短波、超短波、極超短波、極極超短波、ミリ波、赤外線光周波数、可視光周波数、紫外線光周波数、およびＸ線周波数を含んでもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、電気伝導性表面または他の電気伝導性表面は、エネルギーを収集し、エネルギー貯蔵デバイスを充電する、および／またはエネルギー発生デバイスの電力要件を低減させ、所与の負荷に大してエネルギーを供給するという、付加的目的を果たしてもよい。電磁エネルギーの収穫は、単独で、または例えば、太陽電池もしくは太陽熱コレクタ等の別の電力源と併せて、行われてもよい。そのような組み合わせによって、例えば、自律電気回路は、長期間、電磁エネルギーを含む環境中の太陽光の存在下または非存在下で、動作することを可能にするであろう。
【００２７】
図３Ａおよび３Ｂは、アンテナ表面３８０と伝導性基板表面３３０との間にダイオードを提供する、本発明の一実施形態を示す。上記の実施例によって説明されるように、アンテナ要素３８０は、例えば、バッテリまたは別個の要素のアノード電流コレクタによって提供されてもよい。誘電体３６０は、コンデンサまたはバッテリ内の誘電体、あるいはバッテリまたはコンデンサ内の分離要素、もしくは両方の組み合わせを表してもよい。それは、例えば、バッテリカソードの厚さおよび分離材料を表し得る。図３Ｂ中の基板３３０は、例えば、薄膜バッテリのカソード電流コレクタによって提供されてもよい。エネルギー貯蔵デバイスの直接充電は、例えば、アンテナ表面と伝導基板表面との間でダイオードを接続することによって達成されてもよい。この接続は、アンテナ表面３８０に取り付けられるダイオードのカソードと、基板表面３３０に接続されるダイオードのアノードとの接続であってもよい。ダイオードは、製造されたエネルギー貯蔵デバイスの一体部分または外部個別構成要素であってもよい。
【００２８】
また、付加的構成要素が、本発明のある実施形態に含まれてもよい。例えば、本発明の一実施形態は、例えば、エネルギー貯蔵デバイスバッテリ内に容易に貯蔵され得るように、電気的伝導性エネルギー収集表面上に誘発される交流電流を直流電流に整流するための１つ以上の電気構成要素を含んでもよい。しかしながら、これらは、エネルギー貯蔵構成要素の外部にあってもよく、また、代替的または追加的に、エネルギー貯蔵構成要素内に埋入されてもよい。例えば、電気化学電池の構成要素として使用され得る、コバルト酸リチウムの半導体特徴は、ある領域において、ｎ型およびはｐ型ドープであってもよく、それによって、整流器として動作するように構成され得る、ダイオード特徴を有するデバイスを生成する。さらに、他の電子構成要素が、電子回路を形成し得る、コバルト酸リチウムまたは他の類似半導体基板上に形成されてもよい。
【００２９】
また、無線信号を送信および／または受信するためのシステムが、例えば、本明細書の種々の開示によって提供される。本システムは、例えば、アレイを形成するように、電気的に、機械的に、または無線で、ともに接続される、複数のエネルギー送信／受信デバイスを含んでもよい。アレイ内のデバイスの配設は、例えば、全方向または一方向式で無線信号の送信および／または受信を最適化するように異なってもよい。無線通信デバイス自体が、例えば、異なる受信および／または送信を最適化するために、単一システム内で異なってもよく、これは、電気的伝導性表面の形状およびサイズだけでなく、材料の種類も含んでもよい。さらに、無線通信デバイスの相互接続は、例えば、ある信号出力を生成するように、直列または並列に配設されてもよい。
【００３０】
本発明のある実施形態は、ともにアレイを形成するように接続される、複数のデバイスを含んでもよい。アレイ内のデバイスの配設は、例えば、全方向または一方向式において、電磁信号を含む、電磁エネルギーの収集を最適化するように異なってもよい。エネルギー貯蔵デバイス自体は、例えば、異なる波長の電磁エネルギーおよび／または信号の収集を最適化するために、単一システム内で異なってもよく、これは、電気的伝導性表面の形状およびサイズだけでなく、材料の種類も含んでもよい。さらに、複数のエネルギー貯蔵デバイスの相互接続は、例えば、ある電圧出力を生成するように、直列または並列に配設されてもよい。図４に示すような全方向アレイの一実施例は、ともに配置される２つの基板４３０、ならびに外向きに方向付けられる収集表面４８１および４８２を提供する。誘電層４６１および４６２は、基板４３０と収集表面４８１および４８２との間に提供される。代替として、バッテリまたは他のエネルギー貯蔵デバイスを有する基板は、基板の両側に配置されてもよい。また、種々の構成の複数の表面が、提供されてもよい。多周波アレイは、例えば、図５に示されるように、例えば、１つ以上の基板５３０上で、場合によっては異なる長さ／幅の比を有する、２つのエネルギー貯蔵デバイス５８１、５８２を提供することによって、提供されてもよい。また、複数の表面および／またはデバイスが、種々の実施形態で提供されてもよい。代替として、単一セルの上部は、電気的に図５の配設「様」の絶縁体／導体パターンの上部が備わっていてもよく、バッテリ基板は、図の基板全体「様」となり得るため、外部の変更を伴わない多周波アンテナを提供する。図６は、全方向式で使用され得る、湾曲表面のエネルギーデバイスの一実施例を提供する。湾曲は、例えば、図の下または上から生じるものとして示される、エネルギーおよび／または信号６１０ならびに／あるいは６２０を収集することを可能にする、球形の一部分である、受容表面を生成するために使用されてもよい。上記で一例として述べられるように、ダイオードは、この例示的な設計に同様に統合されてもよい。さらに、アンテナ要素６８０、誘電要素６６０、および基板要素６３０が、例えば、示されるように提供されてもよい。
【００３１】
本発明の多平面実施形態の一実施例を、例えば、図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃで説明する。本実施例では、２つ以上のデバイス（７８１、７８２として図７Ａに示される）は、相互に対して角度ａで配設されてもよい。これらのデバイスは、別々の基板（７３１および７３２として図７Ａに示される）上に、または製造中あるいは工程後ステップとして、適切な角度で形成される１つの基板上に構築されてもよい。角度ａは、任意の角度であってもよく、例えば、０°〜１８０°の範囲であってもよい。任意の所与の周波数、周波数のグループ、または任意の対の周波数もしくは帯域に対する長さ、幅、および高さの値（Ｌ、Ｗ、およびｈ）、ならびにこれらの値に対する比は、同一であってもよく、または完全に異なってもよい。さらに、ダイオード整流が、単一面デバイスと同様に、この実施形態またはこれらの実施形態に実行されてもよく、ダイオードは、例えば、各アンテナ／基板を覆って提供されてもよい。
【００３２】
本システムは、例えば、複数の周波数に同調され、送信された情報を収集する、および／または、例えば、受信されるある情報に基づいて、信号を送信する等の機能を行う、無線信号聴取デバイスとして使用されてもよい。また、システムは、例えば、無線コマンド信号を受信すると、機能を行う、自律電気回路に対する、無線受信機構成要素として使用されてもよい。
【００３３】
本発明は、本明細書において、いくつかの実施形態において説明されてきた。本発明の意図される精神および範囲から逸脱することなく、その種々の実施形態において、本発明によって向上されるセラミックの性能を享受することができる、多くの代替物および変化物が存在することは、明らかである。上記の実施形態は、例示的なものに過ぎない。当業者は、本開示の範囲内に入るよう意図される、本明細書に具体的に記載される実施形態からの変形例を認識し得る。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ制限される。したがって、本発明は、本発明の修正物が、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内に入るという条件で、本発明の修正物を含むことを目的とする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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