(57)【要約】  透過型容量性給電システム（２００）を開示する。このシステムは、インダクタ（２６０）を通して負荷（２５０）に接続された一組のレシーバ電極（２４１，２４２）であって、インダクタはシステムと共振するように負荷に結合された一組のレシーバ電極と、互いに結合した、少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤ（１３０）と導電性透過型材料の第２レイヤ（１２０）とを有する透過型インフラストラクチャ（２２０）であって、第２レイヤは一組のトランスミッタ電極（２２１，２２２）を形成するように構成され、一組のレシーバ電極は第２レイヤから分離され、それにより一組のトランスミッタ電極と一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスを形成し、パワー信号の周波数が第１のインダクタと容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバ（２１０）により生成されたパワー信号が一組のトランスミッタ電極から一組のレシーバ電極に無線伝達され、負荷に給電する、透過型インフラストラクチャとを有する。
2014529284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型容量性給電システムであって、
インダクタを通して負荷に接続された一組のレシーバ電極であって、前記インダクタは前記システムと共振するように前記負荷に結合された一組のレシーバ電極と、
互いに結合した、少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤと導電性透過型材料の第２レイヤとを有する透過型インフラストラクチャであって、前記第２レイヤは一組のトランスミッタ電極を形成するように構成され、前記一組のレシーバ電極は前記第２レイヤから分離され、それにより前記一組のトランスミッタ電極と前記一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスを形成し、パワー信号の周波数が前記第１のインダクタと前記容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバにより生成された前記パワー信号が前記一組のトランスミッタ電極から前記一組のレシーバ電極に無線伝達され、前記負荷に給電する、透過型インフラストラクチャと
を有する透過型容量性給電システム。
【請求項２】
前記透過型インフラストラクチャは、前記第２レイヤに結合した非導電性材料の第３レイヤをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２レイヤと第１レイヤのおのおのの透過型導電性材料は、少なくとも、ガラス、ファイバーガラス、及びポリカーボネートのうちのいずれかひとつである、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２レイヤの透過型導電性材料は、少なくとも、アルミニウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）及びＰＥＤＯＴのうちのいずれかひとつである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記透過型インフラストラクチャは複層ガラスである、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記ドライバは、容量性結合及びガルバニック接触のいずれか一方により前記トランスミッタ電極に接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ドライバは前記容量性結合により前記トランスミッタ電極に接続され、前記直列共振周波数は前記一組のトランスミッタ電極と前記ドライバとの間に形成された容量性インピーダンスも含む、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記負荷と前記レシーバ電極とは、導電性接着剤、導電性繊維材料及び機械的装置のうちいずれかひとつにより、前記透過型インフラストラクチャの第１レイヤに接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記機械的装置はバキュームカップであり、前記バキュームカップは前記レシーバ電極を含み、前記レシーバ電極は、前記バキュームカップ中の真空が保たれている時、前記透過型インフラストラクチャの第１レイヤと接触する、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記機械的装置は導電性フレキシブル材料に接着された非導電性構造を含み、前記非導電性構造は前記レシーバ電極を含み、前記導電性フレキシブル材料は前記透過型インフラストラクチャの第１レイヤと接触している、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記負荷は少なくともランプであり、前記ランプは少なくともＬＥＤストリングとＬＥＤランプのうち一方である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、前記透過型インフラストラクチャの上に置かれたランプに無線給電するように構成され、前記ランプは前記透過型インフラストラクチャを通して下向きに照明する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
各レシーバ電極は、透過型導電性材料よりなるトップレイヤと、透過型非導電性材料よりなるボトムレイヤとを含み、前記ボトムレイヤは前記透過型インフラストラクチャと接触し、前記トップレイヤは透過型ランプと接触している、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
透過型容量性給電システムであって、
インダクタを通してランプに接続された一組のレシーバ電極であって、前記インダクタは前記負荷に結合され前記システムと共振し、各レシーバ電極は透過型導電性材料よりなるトップレイヤと、透過型非導電性材料よりなるボトムレイヤとを含む、一組のレシーバ電極と、
互いに結合した少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤと導電性透過型材料の第２レイヤとを有する透過型インフラストラクチャであって、前記第２レイヤは一組のトランスミッタ電極を形成するように構成され、前記ボトムレイヤの一組のレシーバ電極は前記透過型インフラストラクチャと接触し、前記トップレイヤはランプと接触し、前記一組のレシーバ電極は前記第２レイヤから分離され、それにより前記一組のトランスミッタ電極と前記一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスが形成され、パワー信号の周波数が前記インダクタと前記容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバにより生成された前記パワー信号が前記一組のトランスミッタ電極から前記一組のレシーバ電極に無線伝達され、前記ランプに給電する、透過型インフラストラクチャと
を有する透過型容量性給電システム。
【請求項１５】
前記システムは、前記透過型インフラストラクチャの上に置かれたランプに無線給電するように構成され、前記ランプは前記透過型インフラストラクチャを通して下向きに照明する、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、無線電力伝達用の容量性給電システムに関し、より具体的には、透過的な非導電性材料よりなる広いエリアのインフラストラクチャにおける無線電力伝達に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝達は、ワイヤやコンタクトを用いない電力供給を言い、電子装置の給電は無線媒体により行われる。コンタクトレス給電のアプリケーションとして多いのは、携帯電話、ラップトップコンピュータなどの携帯型電子装置の充電である。
【０００３】
無線電力伝達の一インプリメンテーションは、誘導型給電システムによるものである。かかるシステムでは、電力源（トランスミッタ）と装置（レシーバ）との間の電磁誘導によりコンタクトレス電力伝達を行う。トランスミッタとレシーバは電気コイルに取り付けられ、物理的に近接した時、電気信号がトランスミッタからレシーバに流れる。
【０００４】
誘導型給電システムでは、発生した磁場はコイル内に集中する。結果として、レシーバのピックアップフィールドへの電力伝達は空間的に非常に集中している。この現象によりシステム内にホットスポットができ、システムの効率を制限する。電力伝達の効率を向上するため、各コイルの品質係数が高くなければならない。このため、コイルは最適なインダクタンス対抵抗比でなければならず、低抵抗の材料で組成され、リッツ線（Litze-wire）プロセスを用いて製造し表皮効果を低減しなければならない。さらに、コイルは渦電流を回避するために複雑なジオメトリを満たすように設計しなければならない。それゆえ、効率的な誘導型給電システムにするためには高価なコイルが必要である。大面積用のコンタクトレス電力伝達システムの設計には、高価なコイルがたくさん必要なので、そのようなアプリケーションでは、誘導型給電システムは現実的ではなさそうである。
【０００５】
容量性結合は電力を無線伝達するもうひとつの手法である。この手法はデータ転送及びセンシングのアプリケーションで主に用いられている。防風ガラスにのり付けされた、車内にピックアップエレメントを有するカーラジオアンテナは、容量性結合の一例である。このタイプのアプリケーションは誘導結合を用いてもサポートできる。すなわち、現在のところ、容量結合または誘導結合のいずれかを用いて、ガラスを通して電力伝達を可能にする手法が知られている。これは主に自動車へのアプリケーションで利用され、防風ガラスまたは電子装置はかかる電力伝達を可能にするように意図的に設計されている。
【０００６】
例えば、特許文献１は、ガラスに付随する、電子装置の非ガルバニックコンタクトを有する自動車ガラスを開示している。そのガラスは、透過的ガラス材料の第１の層と第２の層を含み、そのガラス材料の層の間に中間層材料の層が延在している。自動車ガラスは、電子回路を含み、開呂中の電気信号が結合領域と、外面のガラス上に配置された電子装置との間で結合できるように、結合領域を構成するように設計された第１のコネクタを有する。
【０００７】
しかし、かかるガラスは、ガラス中の小さい限定されたエリアである結合領域でのみ電力伝達するように用いることができる。結合領域のサイズを大きくしてより広いエリアに給電するには、強磁性コアなどを用いて結合係数を大きくしなければならない。しかし、そのようなコアは高価であり、容量型給電システムには適用できない。よって、関連技術欄で説明した無線電力伝達システムは大きな透過的エリアに電力を供給できない。
【０００８】
本出願は、２０１１年８月１６日に出願された米国仮出願第６１／５２３，９２５号及び米国仮出願第６１／５２３，９５１号と、２０１２年４月１０日に出願された米国仮出願第６１／６２２，１０６号との優先権を主張するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００６００７７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
それゆえ、大きなエリアに合わせた透過面に接続された負荷の無線給電のための、低コストで現実的なソリューションを提供すると有利である。ここに開示の実施形態は透過型容量性給電システムを含む。このシステムは、インダクタを通して負荷に接続された一組のレシーバ電極であって、前記インダクタは前記システムと共振するように前記負荷に結合された一組のレシーバ電極と、互いに結合した少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤと導電性透過型材料の第２レイヤとを有する透過型インフラストラクチャであって、前記第２レイヤは一組のトランスミッタ電極を形成するように構成され、前記一組のレシーバ電極は前記第２レイヤから分離され、それにより前記一組のトランスミッタ電極と前記一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスを形成し、パワー信号の周波数が前記第１のインダクタと前記容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバにより生成された前記パワー信号が前記一組のトランスミッタ電極から前記一組のレシーバ電極に無線伝達され、前記負荷に給電する、透過型インフラストラクチャとを有する。
【００１１】
ここに開示の実施形態は透過型容量性給電システムを含む。このシステムは、インダクタを通してランプに接続された一組のレシーバ電極であって、前記インダクタは前記負荷に結合され前記システムと共振し、各レシーバ電極は透過型導電性材料よりなるトップレイヤと、透過型非導電性材料よりなるボトムレイヤとを含む、一組のレシーバ電極と、互いに結合した少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤと導電性透過型材料の第２レイヤとを有する透過型インフラストラクチャであって、前記第２レイヤは一組のトランスミッタ電極を形成するように構成され、前記ボトムレイヤの一組のレシーバ電極は前記透過型インフラストラクチャと接触し、前記トップレイヤはランプと接触し、前記一組のレシーバ電極は前記第２レイヤから分離され、それにより前記一組のトランスミッタ電極と前記一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスが形成され、パワー信号の周波数が前記インダクタと前記容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバにより生成された前記パワー信号が前記一組のトランスミッタ電極から前記一組のレシーバ電極に無線伝達され、前記ランプに給電する、透過型インフラストラクチャとを有する。
【００１２】
本発明であると考えられる主題は、本明細書の終わりの特許請求の範囲に記載する。  本発明の上記の特徴及び有利性とその他の特徴及び有利性は、添付した図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】容量型結合を可能にするように構成されたインフラストラクチャを示す図である。
【図２】一実施形態により構成された透過型容量型無線給電システムを示す図である。
【図３】透過型容量型無線給電システムを示す図である。
【図４】他の一実施形態により構成された、パワードライバ非ガルバニック接続に接続された透過型容量型無線給電システムを示す図である。
【図５】負荷と、透過型容量型無線給電システムのインフラストラクチャとの間を機械的に結合させるように構成された装置を示す図である。
【図６】負荷と、透過型容量型無線給電システムのインフラストラクチャとの間を機械的に結合させるように構成された装置を示す図である。
【図７】負荷と、透過型容量型無線給電システムのインフラストラクチャとの間を機械的に結合させるように構成された装置を示す図である。
【図８】透過型容量型無線給電システムにより給電された透過型ランプの一実施形態を示す図である。
【図９】透過型容量型無線給電システムにより給電された透過型ランプを用いて照明されたショーケースの部分的アプリケーションの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
開示の実施形態はここに開示する革新的教示の多くの有利な利用の単なる例であることに留意することは重要である。一般的に、本願の明細書のステートメントは、特許請求の範囲の発明を必ずしも限定するものではない。さらに、いくつかのステートメントはいくつかの革新的特徴に当てはまるが、他の特徴には当てはまらない。一般的に、とくに断らない限り、一般性を失わずに、１つの要素は複数であってもよく、その逆であってもよい。図中、複数のビューにわたり、同じ数字は同じものを指す。
【００１５】
いろいろな実施形態により構成した容量型無線給電システムにより、広いエリアにおける電力伝送ができる。開示のシステムは、浴室や、製品や家具を照明するため定期的な改装が必要な小売店など、オープンな電気的接触が好ましくないまたは望ましくない場所にインストールできる。容量型無線給電システムは、窓、鏡、ガラスフロア、その他のガラスよりなるインフラストラクチャなどであるがこれらに限定されない壊れやすい透過型の固いインフラストラクチャの広いエリアにおいて電力を伝達できる。
【００１６】
図１は、容量型結合をできるように構成された透過型インフラストラクチャ１００を示す図である。インフラストラクチャ１００は、「サンドイッチ状」のパターンであり、ボトム透過型非導電性基板１１０と、ミドル透過型導電性レイヤ１２０と、トップ透過型非導電性レイヤ１３０とを含む。一実施形態では、レイヤ１２０と１３０は、薄い材料レイヤであり、例えば、レイヤ１２０と１３０の厚さは一般的には１０ミクロン（例えば、ペイントレイヤ）から数ミリメートル（例えば、ガラスレイヤ）の間である。
【００１７】
透過型導電性レイヤ１２０は、例えば、アルミニウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、有機材料（ＰＥＤＯＴなど）、またはその他の透過型導電性材料を含む導電性材料からでき得る。例えば、導電性レイヤ１２０は、トップ非導電性レイヤ１３０上に接着された薄膜であり得る。
【００１８】
透過型ボトム及びトップ非導電性レイヤ１１０及び１３０は、例えば、ガラス、ファイバーガラス、ポリカーボネートなどを含む透過型絶縁材料であり得る基板である。一実施形態では、誘電体誘電率を有する材料を選択する。一実施形態では、ボトム非導電性レイヤは任意的であり、インフラストラクチャ１００を強化するために用いられる。
【００１９】
図１に示したように、少なくとも２つの電気的に絶縁されたエリアがミドル導電性レイヤ１２０内に形成され、少なくとも一組のトランスミッタ電極を形成する。以下に詳しく説明するように、パワードライバ（図１には図示せず）は、透過型導電性レイヤ１２０に接続されている。かかる接続はガルバニックまたは非ガルバニック接続であり得る。
【００２０】
図２は、一実施形態により構成された透過型容量型無線給電システムを示す図である。システム２００は、ドライバ２１０と、インフラストラクチャ２２０と、負荷２５０及びインダクタ２６０に接続された一組のレシーバ電極２４１及び２４２とを含む。任意的に、システム２００は、ドライバ２１０に結合したインダクタ２１２を含み得る。インフラストラクチャ２２０は、上で詳細に説明したように構成され、ボトム及びトップの透過型非導電性レイヤを含み、その間に、透過型導電性レイヤを含む。導電性レイヤは、トップ非導電性レイヤ２２３に取り付けられた一組のトランスミッタ電極２２１と２２２を形成するように構成されている。トランスミッタ電極２２１と２２２は、例えば、長方形、円形、正方形、及びこれらの組み合わせを含む任意の形状でよい。図２に示した実施形態では、ドライバ２１０へのトランスミッタ電極２２１と２２２の間の接続は、ガルバニック接続による。
【００２１】
レシーバ電極２４１、２４２は、ミドル導電性レイヤ２２１または２２２と同じ導電性材料でもよい。各レシーバ電極の導電性材料は、例えば、カーボン、アルミニウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、有機材料（ＰＥＤＯＴ（poly(３,４-ethylenedioxythiophene)）など）、銅、銀、導電性ペイント、または任意の導電性材料であり得る。トランスミッタ電極の導電性材料は、透過型または準透過型であり、例えば、アルミニウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、有機材料（ＰＥＤＯＴなど）である。これらの材料はすべて、非常に薄いレイヤになると、透過型または準透過型である。例えば、ＩＴＯは、もともと透過的であり、電極の厚さにかかわらず、例えば、９５％より高い透過性を有する。例えば、アルミニウムは、通常は透過的ではないが、５０ミクロンより薄くなると、準透過性であり、例えば、約５０％の透過性を有する。
【００２２】
システム２００の総キャパシタンスは、トランスミッタ電極２２１、２４１とレシーバ電極２２２、２４２の重なるエリアにより、及びトップ非導電性レイヤ２２３の厚さと材料特性により形成される。システム２００のキャパシタンスは、図２のＣ１及びＣ２として示されている。システム２００は、電気的共振をさせるため、誘導成分も含まねばならず、これはインダクタ２６０であり、いくつかの構成ではインダクタ２１２である。
【００２３】
トランスミッタ電極２２１、２２２に近接してレシーバ電極２４１、２４２を配置することにより、両者の間に直接的な接触が無くても、負荷２５０に電力が供給される。それゆえ、負荷２５０に給電するために、機械的なコネクタや電気的な接触がなくてもよい。負荷２５０は、照明要素（例えば、ＬＥＤ、ＬＥＤストリング、ランプなど）、ディスプレイ、コンピュータ、パワーチャージ（power  charges）、ラウドスピーカ、デジタルフォトフレーム、などであり得るが、これらに限定されない。
【００２４】
ドライバ２１０は、キャパシタ（Ｃ１及びＣ２）とインダクタ２１２、２６０よりなる回路の直列共振周波数としての周波数を有するＡＣ電圧信号を出力する。キャパシタ（Ｃ１及びＣ２）は、トランスミッタ電極２２１，２２２とレシーバ電極２４１，２４２の容量性インピーダンスである（図２に点線で示した）。一実施形態では、キャパシタとインダクタ２６０のインピーダンスは、共振周波数において互いにキャンセルし合い、低オーミック（low-ohmic）回路となる。このように、システム２００は、非常に小さい電力損失で、負荷２５０に電力を分配できる。
【００２５】
一実施形態では、負荷２５０は、ドライバ２１０により生成された制御信号に基づき負荷２５０の様々な機能を制御またはプログラミングするエレクトロニクスをさらに含み得る。このため、一実施形態では、ドライバ２１０は、ＡＣ電力信号上に変調される制御信号を生成する。例えば、負荷２５０がＬＥＤランプである場合、ドライバ２１０による制御信号出力は、ＬＥＤランプの減光や色設定に利用し得る。
【００２６】
負荷２５０として機能するランプの減光及び／または色設定の他の一実施形態には、トランスミッタ電極とレシーバ電極の置き間違いが含まれる。すなわち、電極２２１／２４１と２２２／２４４とが互いに完全には重ならない場合である。かかる場合、電子回路は共振せずに、ドライバ２１０からランプ（負荷２５０）に伝達される電力は小さくなる。
【００２７】
システム２００の電気回路図３００を図３に示す。電力信号Ｕｇｅｎの周波数が、負荷ＲＬと、（インダクタ抵抗を表す）抵抗ＲＳと、キャパシタＣ１、Ｃ２と、インダクタＬＳとにより構成される回路の直列共振に近い時に、最大電力が得られる。直列共振は、キャパシタＣ１，Ｃ２とインダクタＬＳの値により決まる。キャパシタＣ１，Ｃ２とインダクタＬＳの値は、信号Ｕｇｅｎの動作周波数において互いにキャンセルするように選択される。それゆえ、インダクタＲＳの直列抵抗と電極の接続性のみにより、電力伝達が制限される。言うまでもなく、これにより、ＡＣ信号の伝達は、低周波数信号で大電力との特徴を備える。
【００２８】
図４は、他の一実施形態により構成された透過型容量性無線給電システム４００の他の一構成を示す図である。システム４００は、図２に示した給電システム２００と同様の要素を含む。この実施形態では、ドライバ４１０とトランスミッタ４２１，４２２との間に容量性結合が用いられ、ワイヤ接続が必要ない。この実施形態は、インフラストラクチャの拡張を容易にするためのモジュラーインフラストラクチャに利点がある。
【００２９】
ワイヤ４０１、４０２は、ドライバ４１０を、結合プレート４０３、４０４にそれぞれ接続する。結合プレート４０３，４０４は、インフラストラクチャ４００のトップ非導電性レイヤ４１３上に配置され、キャパシタ（Ｃ３及びＣ４）として示したように、トランスミッタ電極４２１、４２２と容量性インピーダンスを形成する。インフラストラクチャ４００は、上で詳細に説明したインフラストラクチャ１００として構成される。プレート４０３，４０４は、インフラストラクチャ４００上のどこに配置してもよい。
【００３０】
ドライバ４１０により発生される電力信号は、これらの電極のプレート４０３、４０４の間に形成された容量性結合により、トランスミッタ電極４２１、４２２に無線伝達される。電力信号は、導電性レイヤに沿って進み、インダクタ４６０を通して、レシーバ電極４４１、４４２に接続された負荷４５０に給電する。
【００３１】
一実施形態では、ドライバ４１０は、一連のキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２及びＣ３，Ｃ４）とインダクタ４６０、４１２のうち少なくとも一方よりなる回路の直列共振周波数としての周波数を有するＡＣ電圧信号を出力する。上記の通り、キャパシタ（Ｃ１及びＣ２）は、トランスミッタ電極４２１，４２２とレシーバ電極４４１，４４２の容量性インピーダンスである。キャパシタとインダクタ４６０のインピーダンスは、共振周波数において互いにキャンセルし合い、低オーミック（low-ohmic）回路となる。このように、システム４００は、非常に小さい電力損失で、負荷４５０に電力を分配できる。
【００３２】
留意点として、図２と図４に示した実施形態では、容量誠意給電システム２００及び４００は、ドライバ（例えば、ドライバ２１０または４１０）により給電された単一の負荷（例えば、負荷２５０または４５０）を示す。しかし、ここに開示の実施形態では、電力ドライバは複数の負荷に給電でき、各負荷は異なる共振周波数に調節されてもよい。かかる構成では、ドライバ（例えば、ドライバ２１０または４１０）により出力された信号の周波数により、どの装置が給電されるか決定される。
【００３３】
ドライバはＡＣスイープ信号（可変周波数の信号）を発生してもよい。十分速ければ、周波数スイープにより、ＡＣ信号の周波数がそれぞれの負荷の共振同調（resonance  tuning）と一致する期間中に、装置が給電される。このように、異なる周波数に同調した複数の負荷を、多重的に給電することができる。スイープ間のパワーレスギャップ（power-less  gaps）を埋めるため、バッテリー及び／またはキャパシタを加えてもよい。他の一実施形態では、負荷の拡散スペクトル給電を提供する。したがって、ドライバにより広い周波数帯域により特徴付けられるＡＣパワー信号が発生され、複数の負荷よりなるグループ中の個別の各負荷を、異なる周波数のレンジ内で同調させ、それにより個別の各負荷に独立に給電できる。
【００３４】
図２と図４を参照して説明した容量性無線給電システムでは、負荷とインフラストラクチャとの間に直接的な電気的接触は無い。負荷は機械的手段によりインフラストラクチャに取り付けられる。一実施形態では、負荷はインフラストラクチャのトップ非導電性レイヤに接着される。
【００３５】
他の一実施形態では、導電性繊維材料（例えば、ベルクロ）がインフラストラクチャに接着され、その導電性繊維材料の他のピースが負荷に接着され、導電性繊維材料がレシーバ電極として機能する。
【００３６】
図５、図６、図７は、本発明の様々な実施形態による、負荷とインフラストラクチャとの間の機械的結合をさせるように構成された異なるタイプの装置を示す。
【００３７】
図５は、一組のレシーバ電極５０１、５０２と負荷５１０との間に電気的接触をさせることを目的として設計されたバキュームカップ（vacuum  cup）５００である。バキュームカップ（吸引カップとしても知られている）は、真空が保たれている間は表面上を動かない、窓取り付け（window  installation）用に利用するツールである。レシーバ電極５０１、５０２がバキュームカップ５００に追加され、トランスミッタ電極から負荷への電力伝達を可能にする。受信電極５０１、５０２は、例えば、上記の任意の導電性材料からできている。一実施形態では、カップ５００中の真空が保たれている時、レシーバ電極５０１、５０２はインフラストラクチャと接触している。よって、バキュームカップ５００をインフラストラクチャ中のトランスミッタ電極に近接して配置し、カップ５００の真空が保たれている時、負荷５１０は上で詳細に説明したように無線給電される。
【００３８】
図６は、２つのバキュームカップ６０１、６０２に基づき、その間に負荷が接続された、他の装置６００を示す。バキュームカップ６０１は第１のレシーバ電極６０３を含み、一方バキュームカップ６０２は第２のレシーバ電極６０４を含む。カップ６０１，６０２により真空が保たれていると、レシーバ電極６０３、６０４はインフラストラクチャと接触する。そのため、装置６００がインフラストラクチャ内のトランスミッタ電極に近接して配置され、カップ６０１，６０２により真空が保たれると、上で詳細に説明したように、容量性結合が生じ、負荷６１０が無線給電される。
【００３９】
図７は、負荷７１０とインフラストラクチャ（図７には図示せず、例えばインフラストラクチャ２２０または４２０）との間を機械的に結合し、一組のレシーバ電極７０１，７０２と負荷７１０との間を電気的に接続するように構成された他の装置を示す。装置７００は、インフラストラクチャに接着された導電性フォーム（conductive  foam）７２０（または、その他の導電性の柔軟な材料）も含む。レシーバ電極７０１、７０２は非導電性リング７３０に印刷または形成される。リング７３０は、一以上のピン７４０により、導電性フォーム７２０に取り付けられる。装置７００は、リング以外の任意の形状で構成してもよい。
【００４０】
そのため、装置７００がインフラストラクチャ内のトランスミッタ電極に近接して配置され、リング７３０がフォーム７２０に取り付けられると、上で詳細に説明したように、容量性結合が生じ、負荷７１０が無線給電される。図５、図６及び図７には具体的に示していないが、負荷は、回路と共振させるために、インダクタに接続してもよい。
【００４１】
他の一実施形態では、容量性無線システムで利用されるインフラストラクチャは、二重ガラスとしても知られる複層ガラス（insulated  glazing）であってもよい。かかるガラスは、例えば、スペーサにより分離された二重または三重のガラスウィンドウパネ（glass  window  panes）を含む。スペーサは、複層ガラス中の２枚のガラスを分離する金属ピースであり、ガラス間のガス空間をシールするものである。一般的に、かかるガラスでは、内側ガラス（例えば、家屋やビルディングの内側のガラス）が導電性材料でコーティングされる。このコーティングレイヤは、家屋の外側から来る太陽からの放射をブロックする。一実施形態では、コーティングレイヤは、トランスミッタ電極として利用される２つの分離された電極を形成するようにパターン化されている。ドライバからの電力は、（例えば、図２に示したように）ガルバニック接続により、または（図４に示したように）容量性結合として、コーティングレイヤに結合され得る。
【００４２】
透過型インフラストラクチャの大きなエリアにわたり無線電力伝達する様々な実施形態は、多くの部分的アプリケーションで利用される。例えば、ランプアーマチャ（lamp  armatures）を窓または鏡の上に配置する。鏡の場合、導電性レイヤは銀の非透過型レイヤである。他の一例として、ここに開示した教示を利用して、水槽内にインストールされたランプ及び／またはポンプに給電する。他の一例として、換気扇や携帯型ＧＰＳカーナビゲーションシステムを自動車の防風ガラスに配置して、自動車のバッテリーにより無線給電する。ある実施形態では、これらの装置は図５と図６に示されたバキュームカップを用いて取り付けられる。
【００４３】
一実施形態では、ここに開示した透過型容量性給電システムを利用して、インフラストラクチャの上においたランプに給電する。そのランプは、下向きに、システムのインフラストラクチャを通して照明する。この実施形態は図８に示されている。ランプは、例えばＬＥＤランプやＬＥＤストリングなどであり得る。
【００４４】
インフラストラクチャ８００は、上で詳細に説明したインフラストラクチャ１００として構成され、ボトム及びトップ透過型非導電性レイヤと、その間に配置された導電性レイヤを含む。ミドル導電性レイヤは、一組のトランスミッタ電極８１１、８１２を形成するように構成されている。
【００４５】
ランプ（すなわち、負荷）８３０は、一組のレシーバ電極８２１、８２２に接続されている。各レシーバ電極８２１、８２２は、透過型導電性レイヤ（８２１−Ｃ，８２２−Ｃ）と、レシーバ電極非導電性レイヤ（８２１−ＮＣ、８２２−ＮＣ）とを含む。
【００４６】
ランプ８３０は、トランスミッタ電極８１１，８１２に近接して配置される。正しく配置されると、各レシーバ電極は、トランスミッタ電極の一方に隣接して配置され、隣接する電極が（Ｃ１及びＣ２で示した）キャパシタを形成するようになる。
【００４７】
レシーバ電極とトランスミッタ電極との間に形成されたキャパシタを通してランプ８３０に電流が流れるように、トランスミッタ電極に交流電圧が印加される。キャパシタ（Ｃ１及びＣ２）とインダクタ８４０のインピーダンスは、共振周波数において互いにキャンセルし合い、低オーミック（low-ohmic）回路となる。このように、システム８００は、非常に小さい電力損失で、負荷８３０に電力を分配できる。
【００４８】
レシーバ電極８２１、８２２とインフラストラクチャ８００とは透過型なので、ランプ８３０は、インフラストラクチャの下に置かれたアイテムを照明する。ランプ８３０は、例えば、ＬＥＤ、ＬＥＤストリング、ＬＥＤランプなどであり得る。
【００４９】
部分的アプリケーションとして、図８に示したシステムは、ガラスショーケースを用いてアイテムをディスプレイする店舗で利用できる。一実施形態では、インフラストラクチャ８００を棚として用いて、ランプ８３０とそのレシーバ８１１，８１２電極が上に配置され、その棚の下に置かれたアイテムを照明する。かかる実施形態を示す図を、図９に示す。
【００５０】
各ガラス棚９１０−１，９１０−２及び９１０−３は、ガラス棚における容量性電力伝達を可能とするインフラストラクチャ８００として構成される。透過型レシーバ電極とＬＥＤランプは、透過型パックＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４に組み込まれている。各ＬＥＤランプは、ガラス棚を通して発光し、上記の通り、そのガラス棚の下に置かれた物品を照明する。一実施形態では、透過型パックＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４は、ガラス棚に接着または固定されず、単に棚の上に置かれているだけであり、配置を変更できる。留意点として、透過型パックＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４は、ガラス棚のボトム透過型レイヤに固定され、上向きに発光してもよい。他の一実施形態では、透過型パックＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４は、棚の上に逆さまに置かれ、上向きに発光する。レシーバ電極とトランスミッタ電極との間の距離の差を補正するため、その距離差に応じて、電力信号の周波数を増減する。すなわち、距離が大きい場合、低い周波数の電力信号を利用する。
【００５１】
以上、実施形態を参照して本発明を詳細にかつ具体的に説明したが、本発明はこれらの具体例や実施形態に限定されず、添付した特許請求の範囲を参照して、先行技術を考慮して特許請求の範囲を最大限広い解釈を提供し、それゆえ本発明の範囲を有効に含むように、解釈すべきである。さらに、上記の説明は、発明者が予見し、実施できるように説明できた実施形態により、本発明を説明したものであり、現時点では予見できない本発明の小さい修正も本発明の等価物である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月18日(2014.2.18)
【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】
透過型容量性給電システムであって、
インダクタを通して負荷に接続された一組のレシーバ電極であって、前記インダクタは前記システムと共振するように前記負荷に直列に結合された一組のレシーバ電極と、
互いに結合した、少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤと導電性透過型材料の第２レイヤとを有する透過型インフラストラクチャであって、前記第２レイヤは一組のトランスミッタ電極を形成するように構成され、前記一組のレシーバ電極は前記第２レイヤから分離され、それにより前記一組のトランスミッタ電極と前記一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスを形成し、パワー信号の周波数が前記第１のインダクタと前記容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバにより生成された前記パワー信号が前記一組のトランスミッタ電極から前記一組のレシーバ電極に無線伝達され、前記負荷に給電する、透過型インフラストラクチャと
を有する透過型容量性給電システム。
【請求項２】
前記透過型インフラストラクチャは、前記第２レイヤに結合した非導電性材料の第３レイヤをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２レイヤと第１レイヤのおのおのの透過型導電性材料は、少なくとも、ガラス、ファイバーガラス、及びポリカーボネートのうちのいずれかひとつである、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２レイヤの透過型導電性材料は、少なくとも、アルミニウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）及びＰＥＤＯＴのうちのいずれかひとつである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記透過型インフラストラクチャは複層ガラスである、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記ドライバは、容量性結合及びガルバニック接触のいずれか一方により前記トランスミッタ電極に接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ドライバは前記容量性結合により前記トランスミッタ電極に接続され、前記直列共振周波数は前記一組のトランスミッタ電極と前記ドライバとの間に形成された容量性インピーダンスも含む、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記負荷と前記レシーバ電極とは、導電性接着剤、導電性繊維材料及び機械的装置のうちいずれかひとつにより、前記透過型インフラストラクチャの第１レイヤに接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記機械的装置はバキュームカップであり、前記バキュームカップは前記レシーバ電極を含み、前記レシーバ電極は、前記バキュームカップ中の真空が保たれている時、前記透過型インフラストラクチャの第１レイヤと接触する、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記機械的装置は導電性フレキシブル材料に接着された非導電性構造を含み、前記非導電性構造は前記レシーバ電極を含み、前記導電性フレキシブル材料は前記透過型インフラストラクチャの第１レイヤと接触している、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記負荷は少なくともランプであり、前記ランプは少なくともＬＥＤストリングとＬＥＤランプのうち一方である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、前記透過型インフラストラクチャの上に置かれたランプに無線給電するように構成され、前記ランプは前記透過型インフラストラクチャを通して下向きに照明する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
各レシーバ電極は、透過型導電性材料よりなるトップレイヤと、透過型非導電性材料よりなるボトムレイヤとを含み、前記ボトムレイヤは前記透過型インフラストラクチャと接触し、前記トップレイヤは透過型ランプと接触している、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
透過型容量性給電システムであって、
インダクタを通してランプに接続された一組のレシーバ電極であって、前記インダクタは前記ランプに直列に結合され前記システムと共振し、各レシーバ電極は透過型導電性材料よりなるトップレイヤと、透過型非導電性材料よりなるボトムレイヤとを含む、一組のレシーバ電極と、
互いに結合した少なくとも非導電性透過型材料の第１レイヤと導電性透過型材料の第２レイヤとを有する透過型インフラストラクチャであって、前記第２レイヤは一組のトランスミッタ電極を形成するように構成され、前記ボトムレイヤの一組のレシーバ電極は前記透過型インフラストラクチャと接触し、前記トップレイヤはランプと接触し、前記一組のレシーバ電極は前記第２レイヤから分離され、それにより前記一組のトランスミッタ電極と前記一組のレシーバ電極との間に容量性インピーダンスが形成され、パワー信号の周波数が前記インダクタと前記容量インピーダンスの直列共振周波数と実質的に一致する時、ドライバにより生成された前記パワー信号が前記一組のトランスミッタ電極から前記一組のレシーバ電極に無線伝達され、前記ランプに給電する、透過型インフラストラクチャと
を有する透過型容量性給電システム。
【請求項１５】
前記システムは、前記透過型インフラストラクチャの上に置かれたランプに無線給電するように構成され、前記ランプは前記透過型インフラストラクチャを通して下向きに照明する、請求項１４に記載のシステム。
【国際調査報告】
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