(57)【要約】  チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムは、第１のインダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有する容量性チューブであり、前記第１のインダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されている容量性チューブと；電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有するトランスミッターデバイスと；前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するように、前記容量性チューブを前記トランスミッターデバイスから電気的に絶縁するための絶縁層と、を含んでいる。ここで、前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記第１のインダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する。
2014524728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムであって：
第１のインダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有する容量性チューブであり、前記第１のインダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されている容量性チューブと；
電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有するトランスミッターデバイスと；
前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するように、前記容量性チューブを前記トランスミッターデバイスから電気的に絶縁するための絶縁層と、を含み、
前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記第１のインダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する、
ことを特徴とする容量性給電システム。
【請求項２】
前記一対のレシーバー電極は、導電性材料から成り、前記容量性チューブの内側に配置され、絶縁材料を用いてカバーされている、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項３】
それぞれの前記レシーバー電極は、前記容量性チューブの内壁に接着されるアルミニュウムの薄いシートとして形成されている、
請求項２に記載の容量性給電システム。
【請求項４】
前記レシーバー電極をカバーする前記絶縁材料は、前記絶縁層を部分的に形成している、
請求項２に記載の容量性給電システム。
【請求項５】
前記トランスミッター電極は、導電性材料から成り、前記絶縁層を部分的に形成している絶縁材料によってカバーされている、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項６】
前記負荷は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリング、ＬＥＤランプ、ヒーティング−ベンチレーティング-エアコンディショニング（ＨＶＡＣ）センサー、水ポンプ、バルブ、のうちの少なくとも一つである、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項７】
前記トランスミッターデバイスは、さらに、前記負荷の動作をコントロールするように構成されており、
前記動作の前記コントロールは、前記電源信号の周波数を前記直列共振周波数から離調させること、および、前記電源信号上のコントロール信号を変調すること、の少なくとも一つによって実行される、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項８】
前記トランスミッターデバイスは、さらに：
前記直列共振周波数を調整するために、前記一対の電極の一つに直列に接続された第２のインダクターと；
前記負荷の機能性を少なくともコントロールするためのコントロール信号を生成する前記電源ドライバーに接続されたコントローラーと、を含み、
前記電源ドライバーは、ガルバニック電気接続と容量性カップリングにうち少なくとも一つの手段を使用して、前記第２のインダクターを通じて前記一対のトランスミッター電極に接続されている、
請求項７に記載の容量性給電システム。
【請求項９】
チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムであって：
インダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有するレシーバーデバイスであり、前記インダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されているレシーバーデバイスと；
電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有する容量性チューブと；
前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するように、前記容量性チューブを前記レシーバーデバイスから電気的に絶縁するための絶縁層と、を含み、
前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記インダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する、
ことを特徴とする容量性給電システム。
【請求項１０】
前記一対のトランスミッター電極は、導電性材料から成り、前記容量性チューブの内側に配置され、絶縁材料を用いてカバーされており、
前記トランスミッター電極をカバーする前記絶縁材料は、前記絶縁層を部分的に形成している、
請求項９に記載の容量性給電システム。
【請求項１１】
それぞれの前記トランスミッター電極は、前記容量性チューブの内壁に接着されるアルミニュウムの薄いシートとして形成されている、
請求項１０に記載の容量性給電システム。
【請求項１２】
前記レシーバー電極は、前記絶縁層を部分的に形成している絶縁材料によってカバーされている、
請求項９に記載の容量性給電システム。
【請求項１３】
前記電源ドライバーは、さらに、前記負荷の動作をコントロールするように構成されており、
前記動作の前記コントロールは、前記直列共振周波数からの離調、および、前記電源信号上のコントロール信号の変調、の少なくとも一つによって実行される、
請求項９に記載の容量性給電システム。
【請求項１４】
容量性チューブの第１の部分から前記容量性チューブの第２の部分へ電気エネルギーを無線でカップルするためのカップリングチューブであって：
前記カップリングチューブの内側に配置され、前縁材料によってカバーされた一対の導電性電極を含み、
前記カップリングチューブは、前記容量性チューブの直径よりも広い開口を伴うチューブ形状構造体を有し、
前記一対の導電性電極が前記容量性チューブの電極にわたる近傍に配置された場合に、容量性インピーダンスが形成されて、直列共振周波数で、前記容量性チューブの前記第１の部分と前記第２の部分との間で無線の電気エネルギーカップリングを生じさせ、
前記第１の部分と前記第２の部分は、前記容量性チューブの分離された部分である、
ことを特徴とするカップリングチューブ。
【請求項１５】
前記第１の部分と前記第２の部分の一つは、前記容量性チューブのインレットである、
請求項１４に記載のカップリングチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、無線電力伝送のための容量性給電システムに関する。より特定的には、チューブ形状構造体の内側で効率的な電力伝送を可能にする構造に関する。
【０００２】
本特許出願は、２０１１年８月１６日出願の米国仮特許出願第６１／５２３９１９号、および、２０１２年４月１０日出願の米国仮特許出願第６１／６２２１０３号に係る優先権の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
無線電力伝送は、あらゆる電線または接点を使用することなく電力を供給することを意味しており、従って、電子機器への給電が無線媒体を通じて行われる。無接点給電の一つの一般的なアプリケーションは、例えば、携帯電話、ラップトップコンピューター、等といった、ポータブル電子機器を充電するためのものである。
【０００４】
無線電力伝送の一つの実施例は、電磁誘導給電（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｅｒｉｎｇ）システムによるものである。そうしたシステムにおいては、電源（トランスミッター）とデバイス（レシーバー）との間の電磁気的インダクタンスによって、無接点の電力伝送ができる。トランスミッターとレシーバーの両方に電気コイルが備えられており、物理的な近傍に入ると、トランスミッターからレシーバーへ電気信号が流れる。
【０００５】
電磁誘導給電システムにおいて、生成された磁場は、コイルの中に集中化される。結果として、レシーバーのピックアップフィールド（ｐｉｃｋ−ｕｐ  ｆｉｅｌｄ）に対する電力伝送は、空間的に非常に集中化されている。この現象はシステム内にホットスポット（ｈｏｔ−ｓｐｏｔ）を作り出し、システムの効率を制限してしまう。電力伝送の効率を改善するためには、それぞれのコイルに対して高い品質が必要とされる。この結果、コイルは、抵抗に対するインダクタンスの最適な比率を用いて特徴付けられ、小さい抵抗の材料で構成され、スキン効果（ｓｋｉｎ−ｅｆｆｅｃｔ）を減じるためにリッツワイヤ工程（Ｌｉｔｚｅ−ｗｉｒｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用して作成されることを要する。さらに、コイルは、渦電流（Ｅｄｄｙ−ｃｕｒｒｅｎｔ）の発生を避けるために複雑な形状を満足するように設計されることを要する。従って、効率的な電磁誘導給電システムのためには高価なコイルが要求されることになる。大きなエリアに対する無接点電力伝送システムを設計するには、数多くの高価なコイルが必要とされるであろう。従って、こうしたアプリケーションに対して、電磁誘導給電システムは現実的ではない。
【０００６】
容量性カップリング（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、無線で電力を伝送するための別の技術である。この技術は、主として、データ伝送およびデータ検出のアプリケーションにおいて利用されている。自動車の内側にピックアップエレメントを伴ってウインドウ上に糊付けされたカーオディオ用アンテナは、容量性カップリングの実施例である。容量性カップリングは、また、電子機器の無接点充電のためにも利用されている。そうしたアプリケーションのために、（容量性カップリングを実施している）充電ユニットは、デバイスに固有の振動周波数の外側の周波数で動作する。
【０００７】
容量性電力伝送システムは、また、大きなエリアにわたり電力を伝送するためにも利用され得る。例えば、平坦な構造を有する、窓、壁、等といったエリアである。こうした容量性電力伝送システム１００の実施例が図１に示されている。図１において図示されるように、こうしたシステムの典型的な構成は、負荷１２０とインダクター１３０に接続された一対のレシーバー電極１１１、１１２を含んでいる。システム１００は、また、電源ドライバー１５０と絶縁層１６０に接続された一対のトランスミッター電極１４１、１４２を含んでいる。
【０００８】
トランスミッター電極１４１、１４２は、絶縁層１６０の一方の側に接続されており、レシーバー電極１１１、１１２は、絶縁層１６０の他方の側から接続されている。こうした構成は、一対のトランスミッター電極１４１、１４２とレシーバー電極１１１、１１２との間に容量性インピーダンスを形成する。従って、電源ドライバーによって生成された電源信号は、電源信号の周波数がシステムの直列共振周波数と一致する場合に、トランスミッター電極１４１、１４２からレシーバー電極１１１、１１２へ無線で伝送され、負荷１２０に給電することができる。負荷は、例えば、ＬＥＤ、ＬＥＤストリング、ランプ、等であってよい。例として、システム１００は、壁に取り付けられた照明器具に給電するために使用されてよい。
【０００９】
容量性電力伝送は、大きなエリアにわたり電力を伝送するように設計され得る。そうしたシステムは、例えば、窓、壁、等の平坦な表面及び構造をサポートするように主として設計される。例えば、システム１００は、非常に長い（例えば、数百キロメートル）パイプ、または、ガーデンホースに沿って、無線の電力伝送を最適に行うことができない。つまり、容量性給電システム１００は、チューブ形状の構造体にわたり無線の電力伝送ができるように最適には設計されていない。
【００１０】
従来技術において、チューブ（ｔｕｂｅ）をまたいだ電力伝送は、典型的には、チューブ形状の構造体（例えば、パイプ）の内側に統合された導電性ワイヤを使用して達成される。導電性ワイヤを用いて導電接続がなされ、電源から負荷への電力伝送ができる。しかしながら、チューブの割れ（ｃｒａｃｋ）が、導電容量の破綻または変化を生じることがあり、従って、電力を伝導することができない。加えて、長いパイプに沿った電力伝送を要するアプリケーションにとって、このソリューションは、ワイヤがチューブの全体の長さにわたり延びているので、コストが高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、チューブ形状の構造体の中で、大きなエリアにおいて効率的に無線で電力伝送するためのソリューションを提供することは有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここにおいて開示される所定の実施例は、チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムを含んでいる。システムは、第１のインダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有する容量性チューブであり、前記第１のインダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されている容量性チューブと；電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有するトランスミッターデバイスと；前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するように、前記容量性チューブを前記トランスミッターデバイスから電気的に絶縁するための絶縁層と、を含んでいる。ここで、前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記第１のインダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する。
【００１３】
ここにおいて開示される所定の実施例は、また、チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムを含んでいる。システムは、インダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有するレシーバーデバイスであり、前記インダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されているレシーバーデバイスと；電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有する容量性チューブであって、前記レシーバーデバイスが前記容量性チューブに上にクリップされている電源ドライバーと；前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するように、前記容量性チューブを前記レシーバーデバイスから電気的に絶縁するための絶縁層と、を含んでいる。ここで、前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記インダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する。
【００１４】
ここにおいて開示される所定の実施例は、また、容量性チューブの第１の部分から前記容量性チューブの第２の部分へ電気エネルギーを無線でカップルするためのカップリングチューブを含んでいる。カップリングチューブは、前記カップリングチューブの内側に配置され、前縁材料によってカバーされた一対の導電性電極を含み、前記カップリングチューブは、前記容量性チューブの直径よりも広い開口を伴うチューブ形状構造体を有している。前記一対の導電性電極が前記容量性チューブの電極にわたる近傍に配置された場合に、容量性インピーダンスが形成されて、直列共振周波数で、前記容量性チューブの前記第１の部分と前記第２の部分との間で無線の電気エネルギーカップリングを生じさせ、前記第１の部分と前記第２の部分は、前記容量性チューブの分離された部分である。
【００１５】
発明であると認められる技術的事項は、本明細書の結論として、特許請求の範囲において、詳しく指摘され、かつ、明確に請求される。本発明に係る前出及び他の特徴と利点は、添付の図面と併せて、以降の詳細な説明から明確に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、平坦な構造体上での無線電力伝送のための容量性給電システムに係る典型的な構成を示している。
【図２】図２は、本発明の実施例に従って、チューブ形状構造体の内側において無線電力伝送ができるように構成された容量性給電システムの模式的なダイヤグラムを示している。
【図３】図３は、本発明の実施例に従った容量性チューブの分解斜視図を示している。
【図４】図４は、容量性チューブの中にクリップされ得るトランスミッターデバイスのダイヤグラムを示している。
【図５】図５は、本発明の一つの実施例に従って、チューブ形状構造体の内側において無線電力伝送ができるように構成された容量性給電システムの別の構成を示している。
【図６】図６は、容量性チューブの中にクリップされ得るレシーバーデバイスのダイヤグラムを示している。
【図７】図７は、本発明の一つの実施例に従って構成された、カップリングチューブのダイヤグラムを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
開示される実施例は、ここにおける進歩的な教示の多くの有利な使用に係る例示に過ぎないことに留意することが重要である。一般的に、本特許出願の明細書に係る記載は、いかなる請求される種々の発明を限定するものではない。さらに、いくつかの記載はいくつかの発明的な機能に適用されるが、他のものには適用されない。一般的に、そうでないものと示されていなければ、単一のエレメントは複数でもよく、その逆もあり得るもので、一般性を失うものではない。図面において、類似の番号は、いくつかの視点を通じて類似の部品を参照するものである。
【００１８】
図２は、本発明の一つの実施例に従って、チューブ形状構造体の内側において無線電力伝送ができるように構成された容量性給電システム２００の模式的なダイヤグラムを示している。システム２００は、トランスミッターデバイス２１０から容量性チューブ２２０に対して無線で電力を伝送するように設計されている。デバイス２１０は、容量性チューブ２２０に沿ったあらゆるポイントにおいてクリップ（ｃｌｉｐ）されてよい。チューブ２２０は、ホース（例えば、ガーデンホース、掃除機用ホース、等）、水、オイル、ガス、等を運ぶために使用されるパイプ、のようなものであってよい。
【００１９】
一つの実施例において、容量性チューブ２２０は、負荷２２１を含んでおり、外側から容量性チューブ２２０においてクリップされており、一方、デバイス２１０は電源ドライバー２１１に接続されている。こうしたトランスミッターデバイスの構成は、図４に示されている。別の実施例において、容量性チューブ２２０は、電源ドライバーに接続され、一方、デバイス２１０は、電力供給されるべきデバイス２１０を含んでいる。こうした構成の典型的なダイヤグラムが、図５において提供されている。これらのあらゆる構成においては、負荷と電源デバイスとの間に物理的電気的な接続は存在せず、むしろ、電力は、デバイス１２０と容量性チューブ２２０との間で無線で伝送されることに留意すべきである。
【００２０】
図２で説明される実施例において、デバイス２１０は、また、ドライバー２１１に接続されている一対のトランスミッター電極（ＴＸ１、ＴＸ２）２１３と２１４を含んでいる。トランジスター電極２１３、２１４とドライバー２１１との間の接続は、ガルバニック（ｇａｌｖａｎｉｃ）電気接続、または、容量性カップリングであってよい。デバイス２１０は、容量性チューブ２２０の上にクリップされ、ねじによって取り付けられるか（図４）、容量性チューブ２２０と一緒に統合的に構成されるか、または、トランスミッター電極を無線でレシーバー電極と接触させる他の手段によって構成され得る。
【００２１】
トランスミッター電極２１３、２１４は、絶縁層２３０上に取り付けられている。絶縁層２３０は、あらゆる絶縁材の薄い層のサブストレート材料であってよい。例えば、空気、紙、タイル、ガラス、脱イオン水、等を含んでいる。一つの実施例において、絶縁層の厚さは、典型的には、１０ミクロン（例えば、塗膜）と数ミリメートル（ガラス層）との間である。
【００２２】
図２で説明される実施例において、レシーバーとして動作している、容量性チューブ２２０は、また、負荷２２１に直列に接続されているインダクター２２２と一対のレシーバー電極（ＲＸ１、ＲＸ２）２２３、２２４を含んでいる。負荷２２１は、照明エレメント、センサー、コントローラー、水ポンプ、バルブ、等であってよい。
【００２３】
レシーバー電極（ＲＸ１、ＲＸ２）２２３、２２４は、容量性チューブ２２０の内側に配置され、絶縁材料でカバーされている。この構造は、容量性チューブ２２０の分解斜視図を示している図３において、さらに説明される。外側材料３１０は、電気的な絶縁材料であり、一方、内側材料３２０は、レシーバー電極２２３、２２４を形成している結合材である。
【００２４】
レシーバー電極２２３、２２４それぞれの導電材料は、例えば、カーボン、アルミニュウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＰＥＤＯＴといった有機材料、銅、銀、導電塗料、または、あらゆる導電材料であってよい。一対のトランスミッターー電極２１３、２１４それぞれは、レシーバー電極と同一の導電性材料から成ってよく、または、異なる導電性材料から成ってもよい。一つの実施例において、レシーバーとトランスミッター電極のそれぞれは、チューブの内壁に接着されるアルミニュウムの薄いシートとして形成されてよい。
【００２５】
図２に戻って参照すると、トランスミッター電極２１３と２１４をレシーバー電極２２３、２２４の近傍に配置することによって、両者間に直接の接触を有することなく、電力が負荷２２１に対して供給される。結果として、トランスミッター電極２１３、２１４と負荷に接続されたレシーバー電極２２３、２２４との間に容量性インピーダンスが形成される。容量性インピーダンスは、レシーバー電極のそれぞれに対して接続されたキャパシターの特性を有している。
【００２６】
ドライバー２１１は、大きさ、周波数、および、波形をコントロールすることができるＡＣ信号を生成する。システムが適正に動作できるようにするために、ドライバー２１１は、キャパシター（容量性インピーダンスと均等なもの）とインダクター２２２の直列接続から成る回路の直列共振周波数としての周波数を有するＡＣ電源信号を出力する。こうしたキャパシターとインダクターのインピーダンスは、共振周波数においてお互いに打ち消しあい、結果として抵抗の低い回路を生じている。
【００２７】
ＡＣ電源信号の大きさは、負荷２１１に対して電力供給するのに必要とされる大きさである。負荷２１１に対して伝送されるＡＣ電源信号の電力レベルは、ドライバー２１１による信号出力の周波数、位相、または、デューティーサイクルをコントロールすることによって変更することができ、それにより、システムの直列共振周波数とは異なる信号を生じる。容量性給電システム２００における最大電力伝送は、ＡＣ信号の周波数が、インダクター２２２のインピーダンス値と電極間に形成された容量性インピーダンスから生じる直列共振周波数に近い場合に達成される。
【００２８】
一つの実施例において、チューブ２２０は、それぞれが異なる一対のレシーバー電極に接続されており、直列共振周波数と同一または異なる周波数で共振する複数の負荷を含んでよい。この構成において、複数の負荷のうちそれぞれの負荷は、ドライバー２１１により生成され、デバイス２１０における一対のトランスミッター電極を通じて無線で伝送された電源信号によって給電される。一つの実施例に従えば、デバイス２１０は、負荷２２１の機能性をコントロールすることができる。この目的のために、ドライバー２１１は、ＡＣ電源信号上で変調されたコントロール信号を生成し、または、ＡＣ電源信号の周波数をシステムの直列共振周波数から離調させる。例えば、負荷２２１がＬＥＤである場合、ドライバー２１１によって出力されるコントロール信号は、ＬＥＤの調光または色設定のために利用され得る。別の実施例として、負荷２２１が水バルブである場合、バルブに対するコントロールは、バルブの開口をコントロールするようにＡＣ電源信号上で変調され得る。コントロール信号は、コントローラー、マイクロプロセッサ、または、負荷２２１の種々の機能をコントロールまたはプログラムするように構成されたあらゆる電気回路、によって生成されてよい。
【００２９】
図４は、本発明の一つの実施例に従って構成されたトランスミッターデバイス２１０に係る典型的で非限定的なダイヤグラムを示している。トランスミッターデバイス２１０は、容量性給電システム２００においてトランスミッターとして動作する。この実施例に従って、デバイス２１０は、容量性チューブ２２０の上にクリップされ、ねじ２０１と２０２を使用して固定されてよい。トランスミッターデバイス２１０はトランスミッター電極２１３、２１４に接続されたドライバー２１１を含んでいる。電極は、上述のあらゆる導電材料を使用して形成されてよい。トランスミッター電極２１３、２１４の寸法及び導電性材料は、デバイス２１０のアプリケーションに基づいて決定される。トランスミッター電極２１３、２１４のそれぞれの外側表面は、絶縁層２０３に接続されている。絶縁層は、上述のあらゆる絶縁材料を使用して形成されてよい。一つの実施例において、デバイス２１０の絶縁層２３０は、システム２００の絶縁層２３０として動作し得る。
【００３０】
任意的な実施例において、ドライバー２１１は、システム２００の直列共振周波数を調整するために利用することができるインダクター２１６に接続されている。この実施例において、直列共振周波数は、インダクター２１６、２２２と容量性インピーダンスによって決定される。別の任意的な実施例において、ドライバー２１０は、ドライバー２１１に接続されたコントローラー２１５に接続されてよい。コントローラー２１５は、上記に説明したように、負荷２２１の機能性をプログラムおよびコントロールするためのコントロール信号を生成するために利用されてよい。
【００３１】
図５は、本発明の一つの実施例に従って、チューブ形状構造体の内側において無線電力伝送ができるように構成された容量性給電システム５００の別の構成を示している。この構成において、デバイス５１０は、レシーバーとして動作し、容量性チューブ５２０は、トランスミッターとして動作する。
【００３２】
特に、容量性チューブ５２０は、電源ドライバー５１２を含んでおり、外側から容量性チューブ５２０の上にクリップされている。容量性チューブ５２０は、また、一対のトランスミッター（ＴＸ１、ＴＸ２）電極５２３、５２４を含んでいる。トランスミッター電極５２３、５２４とドライバー５２１との間の接続は、ガルバニック電気接続、または、容量性カップリングであってよい。一つの実施例において、トランスミッター電極５２３、５２４は、図３に示されるように、チューブの内側に形成されている。
【００３３】
レシーバーデバイス５１０は、一対のレシーバー電極（ＲＸ１、ＲＸ２）５１３と５１４に接続された負荷５１１及びインダクター５１２を含んでいる。レシーバー電極５１３、５１４は、絶縁層５３０上に取り付けられている。絶縁層５３０は、上述のあらゆる絶縁材を使用して形成された薄い層のサブストレート材料であってよい。負荷５１１は、照明エレメント、センサー、コントローラー、水ポンプ、バルブ、等であってよい。レシーバー電極５１３と５１４、および、トランスミッター電極５２３、５２４は、上述のあらゆる絶縁材を使用して形成されてよい。一つの実施例において、レシーバー及びトランスミッターのそれぞれの電極は、アルミニュウムの薄いシートとして形成される。
【００３４】
図５に示された構成において、トランスミッター電極５２３と５２４をレシーバー電極５１３、５１４の近傍に配置することによって、両者間に直接の接触を有することなく、つまり、電極が絶縁層５３０によって分離されて、ドライバー５２１から負荷２２１に対して給電される。結果として、トランスミッター電極とレシーバー電極との間に容量性インピーダンスが形成される。レシーバードライバー５２１は、大きさ、周波数、および、波形をコントロールすることができるＡＣ信号を生成する。システムが適正に動作できるようにするために、ドライバー５２１は、キャパシター（容量性インピーダンスと均等なもの）とインダクター２２２の直列接続から成る回路の直列共振周波数としての周波数を有するＡＣ電源信号を出力する。こうしたキャパシターとインダクターのインピーダンスは、共振周波数においてお互いに打ち消しあい、結果として抵抗の低い回路を生じている。また、この構成において、コントロール信号は、負荷５２１の機能性をコントロールまたはプログラムするためにＡＣ電源信号上で変調される得る。
【００３５】
図６は、本発明の一つの実施例に従って、容量性給電システム５００に係るレシーバーデバイス５１０の典型的で非限定的なダイヤグラムを示している。レシーバーデバイス５１０は、容量性チューブ５２０の上にクリップされ、ねじ５０１と５０２を使用して固定されてよい。デバイス５１０は、負荷５１１とインダクター５１２に接続された一対のレシーバー電極５１３と５１４を含んでいる。レシーバー電極の寸法及び導電性材料は、デバイス５１０のアプリケーションに基づいて決定される。レシーバー電極５１３、５１４のそれぞれの外側表面は、絶縁層５０３に接続されている。絶縁層は、上述のあらゆる絶縁材料を使用して形成されてよい。一つの実施例において、レシーバーデバイス５１０の絶縁層５３０は、システム５００の絶縁層５３０として動作し得る。
【００３６】
レシーバー及びトランスミッターデバイスは、それぞれが一対の電極を有するものとして上記に説明されてきた。しかしながら、レシーバー及びトランスミッターデバイスそれぞれは、２より大きいあらゆる数量の電極を含み得ることに留意すべきである。
【００３７】
図７は、本発明の一つの実施例に従って構成された、カップリングチューブ７００を示している。カップリングチューブ７００は、容量性チューブの一つの部分７０１から容量性チューブの分離した部分７０２へ電気エネルギーをカップル（ｃｏｕｐｌｅ）する。別の実施例に従えば、カップリングチューブ７００は、また、インレットから容量性チューブへ電気エネルギー節約デバイスをカップルする。容量性チューブは、上記に詳細に説明した容量性チューブ２２０及び５２０のいずれでもよい。つまり、容量性チューブは、一対の電極を含んでいる。
【００３８】
一つの実施例において、カップリングチューブ７００は、容量性チューブの内側に配置され絶縁材料でカバーされた一対の電極を含むように構成されている。例えば、導電性電極は、図３において示されるように形成される。カップリングチューブ７００の開口は、容量性チューブの開口よりも大きい。
【００３９】
カップリングチューブは、また、一対の電極を含んでおり、容量性チューブの中で電極にわたる近傍に配置されると容量性インピーダンスを形成し、共振周波数において結果として抵抗の低い回路を生じる。従って、電気エネルギーは、部分７０１における容量性チューブの電極から部分７０２における容量性チューブの電極へ、カップリングチューブ７００の電極を通じて、無線で伝送される。トランスミッター電極５１０と５２０は、上述のあらゆる導電性材料を使用して形成されてよい。本発明の一つの実施例において、カップリングチューブ７００と部分７０１及び７０２との間の接続は、ガルバニック電気接続であり得る。
【００４０】
ここにおいて説明された種々の実施例は、多くのアプリケーションにおいて部分的に利用することができる。例えば、ガーデンホースは、ＬＥＤを含んでいるクリップオン照明デバイスを備えることができる。この実施例において、ガーデンホースは電源ドライバーを有する容量性チューブであり、ＬＥＤはホース上にクリップされた負荷である。別の実施例において、クリップオンデバイスは、掃除機ホース上に配置されたＬＥＤを有してよい。ホースは、掃除機の足元を照明するための電源ドライバーを含んでいる。
【００４１】
さらに別の実施例では、ここで説明された容量性給電システムが、いくつかの水バルブを含む温室の水パイプにおいて実施され得る。バルブを操作するために必要な電力とコントロールは、容量性チューブを使用して無線でバルブに対して提供することができる。ドライバー（コントローラーに接続され得る）は、水インレットの中のドライバーに接続され、パイプの末端で、チューブの動作をコントロールするクリップオンデバイスに接続される。別の実施例として、セントラルヒーティング、ベンチレーション、および、エアーコンディショニング（ＨＶＡＣ）のセンサー（つまり、負荷）としてＨＶＡＣシステムで利用されるセンサーを含む容量性チューブが使用され得る。例えば、それぞれの部屋がこうしたチューブを備えることができ、居住者は、センサーの読みに基づいて部屋の温度をコントロールすることができる。
【００４２】
本発明の所定の実施例は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、または、これらのあらゆる組み合わせとして実施され得る。さらに、ソフトウェアは、好ましくは、アプリケーションプログラムとして実施され、デジタル回路、アナログ回路、磁気媒体、または、これらの組み合わせの形式であり得る、プログラムストレージユニット、固定のコンピューターで読取り可能な媒体、または、固定のコンピューターで読取り可能なストレージ媒体上に実体的に具現化されているものである。アプリケーションプログラムは、あらゆる適したアーキテクチャーを含むマシンに対してアップロードされ、実行されてよい。好ましくは、マシンは、一つまたはそれ以上の中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）、メモリー、および、入力／出力インターフェイスといったハードウェアを有するコンピュータープラットフォーム上で実施される。コンピュータープラットフォームは、また、オペレーティングシステムとマイクロインストラクションコードを含んでいる。ここにおいて説明された種々のプロセス及び機能は、マイクロインストラクションコードの一部かアプリケーションプロセスの一部のいずれか、または、それらのあらゆる組み合わせであってよく、ＣＰＵによって実行される。そうしたコンピューター又はプロセッサが明示的に示されているかどうかにかかわらずである。加えて、追加のデータストレージユニット及び印刷ユニットといった、種々の他の周辺ユニットがコンピュータープラットフォームに接続されてもよい。
【００４３】
本発明は、いくつかの説明された実施例に関して、ある程度の長さで詳細について説明されてきたが、本発明が、そうした事項又は実施、または、あらゆる所定の実施例に限定されるべきことを意図するものではない。本発明は、添付の特許請求の範囲に準拠して理解されるべきものである。従来技術の観点から可能な最も広い解釈を提供し、従って、本発明の意図された範囲を有効に包含するためである。さらに、上記の説明は、発明者によって予見された実施例の見地から本発明を説明しており、それを可能にさせる説明が利用可能である。本発明の実体のない変形であって、現在は予見できていないにもかかわらず、それでもなお本発明の均等物を表すことができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月15日(2014.4.15)
【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】
チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムであって：
第１のインダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有する容量性チューブであり、前記第１のインダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されている容量性チューブと；
電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有するトランスミッターデバイスと；
前記レシーバー電極をカバーし、前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するために、前記容量性チューブを前記トランスミッターデバイスから電気的に絶縁するように構成された絶縁層と、を含み、
前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記第１のインダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する、
ことを特徴とする容量性給電システム。
【請求項２】
前記一対のレシーバー電極は、導電性材料から成り、前記容量性チューブの内側に配置され、絶縁材料を用いてカバーされている、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項３】
それぞれの前記レシーバー電極は、前記容量性チューブの内壁に接着されるアルミニュウムの薄いシートとして形成されている、
請求項２に記載の容量性給電システム。
【請求項４】
前記レシーバー電極をカバーする前記絶縁材料は、前記絶縁層を部分的に形成している、
請求項２に記載の容量性給電システム。
【請求項５】
前記トランスミッター電極は、導電性材料から成り、前記絶縁層を部分的に形成している絶縁材料によってカバーされている、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項６】
前記負荷は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリング、ＬＥＤランプ、ヒーティング−ベンチレーティング-エアコンディショニング（ＨＶＡＣ）センサー、水ポンプ、バルブ、のうちの少なくとも一つである、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項７】
前記トランスミッターデバイスは、さらに、前記負荷の動作をコントロールするように構成されており、
前記動作の前記コントロールは、前記電源信号の周波数を前記直列共振周波数から離調させること、および、前記電源信号上のコントロール信号を変調すること、の少なくとも一つによって実行される、
請求項１に記載の容量性給電システム。
【請求項８】
前記トランスミッターデバイスは、さらに：
前記直列共振周波数を調整するために、前記一対の電極の一つに直列に接続された第２のインダクターと；
前記負荷の機能性を少なくともコントロールするためのコントロール信号を生成する前記電源ドライバーに接続されたコントローラーと、を含み、
前記電源ドライバーは、ガルバニック電気接続と容量性カップリングにうち少なくとも一つの手段を使用して、前記第２のインダクターを通じて前記一対のトランスミッター電極に接続されている、
請求項７に記載の容量性給電システム。
【請求項９】
チューブ形状構造体の内側で無線の電力伝送ができるように構成された容量性給電システムであって：
インダクターを通じて負荷に接続された一対のレシーバー電極を有するレシーバーデバイスであり、前記インダクターは、前記システムを共振させるために前記負荷に結合されているレシーバーデバイスと；
電源ドライバーに接続された一対のトランスミッター電極を有する容量性チューブと；
前記レシーバー電極をカバーし、前記一対のトランスミッター電極と前記一対のレシーバー電極との間に容量性インピーダンスを形成するために、前記容量性チューブを前記レシーバーデバイスから電気的に絶縁するように構成された絶縁層と、を含み、
前記電源ドライバーによって生成された電源信号の周波数が、前記インダクターと前記容量性インピーダンスに係る直列共振周波数と実質的に一致する場合に、前記電源ドライバーによって生成された前記電源信号は、前記一対のトランスミッター電極から前記一対のレシーバー電極に対して無線で伝送され、前記負荷に電力供給する、
ことを特徴とする容量性給電システム。
【請求項１０】
前記一対のトランスミッター電極は、導電性材料から成り、前記容量性チューブの内側に配置され、絶縁材料を用いてカバーされており、
前記トランスミッター電極をカバーする前記絶縁材料は、前記絶縁層を部分的に形成している、
請求項９に記載の容量性給電システム。
【請求項１１】
それぞれの前記トランスミッター電極は、前記容量性チューブの内壁に接着されるアルミニュウムの薄いシートとして形成されている、
請求項１０に記載の容量性給電システム。
【請求項１２】
前記レシーバー電極は、前記絶縁層を部分的に形成している絶縁材料によってカバーされている、
請求項９に記載の容量性給電システム。
【請求項１３】
前記電源ドライバーは、さらに、前記負荷の動作をコントロールするように構成されており、
前記動作の前記コントロールは、前記直列共振周波数からの離調、および、前記電源信号上のコントロール信号の変調、の少なくとも一つによって実行される、
請求項９に記載の容量性給電システム。
【請求項１４】
容量性チューブの第１の部分から前記容量性チューブの第２の部分へ電気エネルギーを無線でカップルするためのカップリングチューブであって：
前記カップリングチューブの内側に配置され、前縁材料によってカバーされた一対の導電性電極を含み、
前記カップリングチューブは、前記容量性チューブの直径よりも広い開口を伴うチューブ形状構造体を有し、
前記一対の導電性電極が前記容量性チューブの電極にわたる近傍に配置された場合に、容量性インピーダンスが形成されて、直列共振周波数で、前記容量性チューブの前記第１の部分と前記第２の部分との間で無線の電気エネルギーカップリングを生じさせ、
前記第１の部分と前記第２の部分は、前記容量性チューブの分離された部分である、
ことを特徴とするカップリングチューブ。
【請求項１５】
前記第１の部分と前記第２の部分の一つは、前記容量性チューブのインレットである、
請求項１４に記載のカップリングチューブ。
【国際調査報告】
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