(57)【要約】  静電容量給電システム（１００）は、低電力ドライバ（１１１）と、高電力ドライバ（１１２）と、少なくとも、高電力ドライバに接続された高電力サブエリア群（２１０−１、２１０−Ｍ）及び低電力ドライバに接続された低電力サブエリア群（２１０−Ｍ＋１、２１０−Ｎ）を含む複数の電力サブエリア（２１０−１、２１０−Ｎ）に分けられた複数の送信器電極対と、互いに対向する第１の側及び第２の側を有する絶縁層（１３０）とを備え、複数の送信器電極対は絶縁層の第１の側に結合される。システムは、絶縁層の第２の側に近接して配置された複数の受信器電極対と、複数の送信器電極対との間に静電容量インピーダンスを形成して、受信器電極対それぞれに接続されたロードそれぞれを無線で給電するよう構成される。
2014524726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量給電システムであって、
低電力ドライバと、
高電力ドライバと、
複数の電力サブエリアに分けられた複数の送信器電極対であって、前記複数の電力サブエリアが、少なくとも、前記高電力ドライバに接続された高電力サブエリア群、及び前記低電力ドライバに接続された低電力サブエリア群を含む複数の送信器電極対と、
互いに対向する第１の側及び第２の側を有する絶縁層と
を備え、前記複数の送信器電極対は前記絶縁層の前記第１の側に結合され、前記システムは、前記絶縁層の前記第２の側に近接して配置された複数の受信器電極対と、前記複数の送信器電極対との間に静電容量インピーダンスを形成するよう構成され、受信器電極対それぞれは、インダクタを介してロードに接続されて別々の直列共振周波数で共振し、それにより、送信器電極対からそれぞれの受信器電極対に電力を無線で伝送して前記受信器電極対に接続された前記ロードを給電するシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、第１の複数のロード群が高電力ロードであり、第２の複数のロード群が低電力ロードであり、前記システムは、低電力サブエリアに重なる低電力ロードに受信器電極対を無線で結合するよう構成され、それにより、前記低電力ドライバによって生成される低電力信号は、それぞれの送信器電極対から前記受信器電極対に無線で伝送されて低電力ロードを給電し、
前記システムは、高電力サブエリアに重なる高電力ロードに受信器電極対を無線で結合するよう更に構成され、それにより、前記高電力ドライバによって生成される高電力信号は、それぞれの送信器電極対から前記受信器電極対に無線で伝送されて高電力ロードを給電するシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムであって、前記低電力信号の周波数が、前記静電容量インピーダンス、及び前記低電力ロードに接続されたインダクタンスの直列共振周波数に一致する場合に、低電力信号が前記低電力ロードに無線で伝送され、前記高電力信号の周波数が、前記静電容量インピーダンス、及び前記高電力ロードに接続されたインダクタの直列共振周波数に一致する場合に、高電力信号が高電力ロードに無線で伝送されるシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムであって、前記高電力サブエリアそれぞれ、及び前記低電力サブエリアそれぞれは送信器電極対を含むシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムであって、前記高電力サブエリアの送信器電極対及び前記低電力サブエリアの送信器電極対は、前記電力伝送を最適化するために異なる特性を有するよう構成されるシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、前記送信器電極対の前記特性は、寸法、構造、及び導電材料の少なくとも１つを含むシステム。
【請求項７】
請求項５記載のシステムであって、前記高電力サブエリアは併せてグループ化され、前記低電力サブエリアは併せてグループ化されるシステム。
【請求項８】
請求項５記載のシステムであって、前記電力サブエリアの配置が、２つの高電力サブエリア間に配置された低電力サブエリアを含むシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムであって、受信器電極対は、２つの高電力サブエリア間に配置された前記低電力サブエリアに隣接し、前記低電力ドライバ及び前記高電力ドライバによって無線で給電されるよう構成されたシステム。
【請求項１０】
請求項５記載のシステムであって、前記複数の送信器電極対のうちの送信器電極対は、前記ロードを水平方向及び垂直方向の何れか一方に移動させた場合に前記ロードに対する連続的な電力伝送を可能にするよう構成されたシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムであって、前記送信器電極対のうちの送信器電極それぞれは、第１の幅を有する櫛状パターンとして設計され、前記送信器電極は互いに固定距離内に交互に配置され、前記第１の幅は前記固定距離よりも小さいシステム。
【請求項１２】
請求項１０記載のシステムであって、前記送信器電極対のうちの第１の送信器電極が前記送信器電極対のうちの第２の送信器電極内に配置され、前記第２の送信器電極は上部及び下部を含み、前記第１の送信器電極及び前記第２の送信器電極は第１の幅を有し、互いに固定距離内に交互に配置され、前記第１の幅は前記固定距離よりも小さいシステム。
【請求項１３】
請求項５記載のシステムであって、前記送信器電極対の送信器電極は円形であり、送信器電極対のうちの第１の送信器電極は第１の幅を有するオープンリング形状として構成され、送信器電極対のうちの第２の送信器電極は第１の直径を有する円板として構成され、前記第２の送信器電極は互いに第１の距離内に、前記第１の送信器電極の内部に配置されるシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載のシステムであって、受信器電極対のうちの受信器電極は円形であり、第１の受信器電極は第２の直径を有する円板として構成され、第２の受信器電極は第２の幅を有するリング形状として構成され、前記第１の受信器電極は、互いに第２の固定距離内に、前記第２の受信器電極の内部に配置されるシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムであって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも小さく、前記第２の幅は前記第１の幅よりも小さく、前記第２の距離は前記第１の距離よりも小さいシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、いずれも西暦２０１２年８月１６日付で出願された米国仮出願第６１／５２３９２８号及び米国仮出願第６１／５２３９２９号、並びに西暦２０１２年４月１０日付で出願された米国仮出願第６１／６２２１０２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に、ワイヤレス電力伝送のための静電容量給電システムに関し、より具体的には、ホット・スポットを含む大領域ワイヤレス給電システムにおいて効率的な電力伝送を可能にする構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
ワイヤレス電力伝送は、配線も接点もなしで電力を供給することを表し、よって、電子装置の給電は無線媒体を介して行われる。非接触給電の一般的な応用分野の１つに、ポータブル電子装置（例えば、携帯電話機、ラップトップ・コンピュータ等）の充電がある。
【０００４】
ワイヤレス電力伝送の一実現形態には、誘導給電システムによるものがある。前述のシステムでは、電源（送信器）と装置（受信器）との間の電磁インダクタンスが非接触電力伝送を可能にする。送信器にも受信器にも電気コイルが取り付けられており、物理的に近接させると、電気信号が送信器から受信器に流れる。
【０００５】
誘導給電システムでは、発生した磁界がコイル内に集中する。その結果、受信器のピックアップ・フィールド（ｐｉｃｋ−ｕｐ  ｆｉｅｌｄ）への電力伝送は、空間的に非常に集中する。前述の現象により、システム内にホット・スポットが生じ、それにより、システムの効率が制限される。電力伝送の効率を向上させるためには、コイル毎に高い品質係数が必要である。この目的で、コイルは、最適なインダクタンス抵抗比で特徴付け、低抵抗の材料で構成し、表皮効果を低減させるためにリッツ線のプロセスを使用して製造する。更に、コイルは、渦電流を避けるために複雑な形状を満たすよう設計される。したがって、効率的な誘導給電システムには、高価なコイルが必要である。大領域用の非接触電力伝送システムのための設計には、高価な多くのコイルが必要となり、よって、前述の応用分野の場合、誘導給電システムは実現可能でないことがあり得る。
【０００６】
静電容量結合は、無線で電力を伝送する別の手法である。前述の手法は主に、データ伝送及びセンシングの応用分野において利用される。乗用車の内部にピックアップ・エレメントを有する、乗用車のウィンドウの上に貼り付けたカーラジオのアンテナは静電容量結合システムの一例である。静電容量結合手法は、電子装置の非接触充電にも利用される。前述の応用分野の場合、（静電容量結合を実現する）充電装置は、装置の固有の共振周波数の外側の周波数で動作する。
【０００７】
静電容量電力伝送システムは、大領域（例えば、ウィンドウ、壁等）にわたり、電力を伝送するためにも利用することが可能である。例えば、前述のシステムは、壁上に取り付けられた照明器具を給電するために利用することが可能である。前述のシステムの構成は通常、ロード及びインダクタに接続された受信器電極対、ドライバに接続された送信器電極対、及び絶縁層を含む。送信器電極は絶縁層の一方側に結合され、受信器電極は絶縁層の他方側に結合される。前述の構成は、送信器電極対と受信器電極対との間の静電容量インピーダンスを形成する。したがって、電力ドライバによって生成される電力信号は、電力信号の周波数がシステムの直列共振周波数に一致する場合にロードを給電するために、送信器電極から受信器電極に無線で伝送することが可能である。ロードは例えば、ＬＥＤ，ＬＥＤストリング、ランプ等であり得る。
【０００８】
静電容量電力伝送は大領域にわたって伝送することが企図されているので、ロードは、システムのインフラストラクチャにわたって移動させる場合、給電状態かつ稼働状態に留まっているものとする。しかし、インフラストラクチャは、「無線カバレッジ」が提供されない（すなわち、電力を送信器から受信器の電極に無線で伝送することが可能でない）領域及びホット・スポットも含み得る。ホット・スポットは、相対的に高い電力が存在している、インフラストラクチャ内の領域である。通常、高電力ドライバが静電容量システムを給電する場合に、前述の領域が生じる。
【０００９】
複数のロードが接続される静電容量ワイヤレス・システムにおけるホット・スポットは、システムの性能を低下させ得る。具体的には、複数のロードを含む静電容量電力伝送システムでは、別々のロードによって消費される電力は互いに異なり得る。ロードはそれぞれ、別々の受信器電極対に接続される。静電容量電力伝送システムでは、最高電力を消費するロードにより、通常、導電材料及びＡＣ信号電力の要件が定められる。「高電力ロード」（例えば、１０Ｗのランプ）及び「低電力ロード」（例えば、０．１ＷのＬＥＤインジケータ）がシステムにおいて接続されると、ＡＣ信号は低電力ロードを損なう。更に、ロードはそれぞれ、異なるドライバ電力特性を有しているので、システムは両方のロードをサポートするよう最適化することが可能でない。更に、送信器電極の寸法及び導電材料は、それぞれのロードをサポートするよう最適化することが可能でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、電力ホット・スポットを含む大領域ワイヤレス電力システムにおける効率的な電力伝送のための解決策を提供することが有利となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書及び特許請求の範囲記載の特定の実施例は静電容量給電システムを含む。上記システムは、低電力ドライバ（１１１）と、高電力ドライバ（１１２）と、複数の電力サブエリア（２１０−１、２０１−Ｎ）に分けられた複数の送信器電極対（２１０−１、２１０−Ｎ）とを備え、複数の電力サブエリアは、少なくとも、高電力ドライバに接続された高電力サブエリア群（２１０−１、２１０−Ｍ）及び低電力ドライバに接続された低電力サブエリア群（２１０−Ｍ＋１、２１０−Ｎ）と、互いに対向する第１の側及び第２の側を有する絶縁層（１３０）とを備え、複数の送信器電極対は、絶縁層の第１の側に結合され、システムは、絶縁層の第２の側に近接して配置された複数の受信器電極対（１４１、１４４）と、複数の送信器電極対との間の静電容量インピーダンスを形成するよう構成され、受信器電極対それぞれは、インダクタを介してロードに接続されて別々の直列共振周波数で共振し、それにより、送信器電極対からそれぞれの受信器電極対に電力を無線で伝送して受信器電極対に接続されたロードを給電する。
【００１２】
本発明としてみなされる主題は、本明細書に続く特許請求の範囲において具体的に明示し、別個に記載する。本発明の上述並びに他の構成及び利点は、添付図面とともに解される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】システムの種々の実施例を説明するために利用される静電容量電力システムである。
【図２】本発明の実施例による、静電容量システムにおける電力サブエリアの配置を示す図である。
【図３】本発明の別の実施例による、静電容量システムにおける電力サブエリアの配置を示す図である。
【図４】低電力ＡＣ信号及び高電力ＡＣ信号を生成するよう構成されたドライバを示すブロック図である。
【図５】一実施例による、水平方向における、配置の自由度を可能にするよう構成された送信器電極を示す図である。
【図６】一実施例による、水平方向及び垂直方向における、配置の自由度を可能にするよう構成された送信器電極を示す図である。
【図７】一実施例による、配置の自由度が３６０度であることを可能にするよう構成された円形送信器電極を示す図である。
【図８】一実施例による、配置の自由度が３６０度であることを可能にするよう構成された円形受信器電極を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
開示された実施例は、本明細書及び特許請求の範囲記載の革新的な教示の多くの効果的な使用例に過ぎない。一般に、本出願の明細書中の記載は、必ずしも、特許請求の範囲に記載の種々の発明の何れかを限定する訳でない。更に、一部の記載は、発明の一部の構成に適用されるが、発明の他の構成には適用されないことがあり得る。一般に、別途明記しない限り、単数の要素は複数であってよく、汎用性を失うことなく、逆でもよい。添付図面では、同様な数字は、いくつかの図を通して、同様な部分を表す。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の種々の実施例を説明するために利用される静電容量給電システム１００を示す概略図である。システム１００は、大領域電力伝送を可能にし、製品、家具等を照明するために通常の照明の移動及び変動が必要な小売店舗や、トイレなどの、オープン状態の電気接点が好ましくないか、又は望ましくない場所に設置することが可能である。システム１００は、壁、ウィンドウ、ミラー、床、座席、廊下等などの上に設置された装置を給電することが可能である。
【００１６】
システム１００は、送信器電極対にそれぞれが接続された２つのドライバ１１１及び１１２を含む。ドライバ１１１が送信器電極１２１及び１２２に接続される一方、ドライバ１１２は送信器電極１２３及び１２４に接続される。ドライバ１１２との電極１２４の接続点は、例証の目的のために過ぎず、電極１２４は電極１２３と並列である。
【００１７】
送信器電極１２１、１２２、１２３、及び１２４は全て、絶縁層１３０に接続される。送信器電極とそのそれぞれのドライバとの間の接続は、ガルバニック接触又は静電容量インカップリングによるものであり得る。絶縁層１３０は、例えば空気、紙、木、繊維、ガラス、純水等を含む、何れかの絶縁材料であり得る薄膜基板材料である。一実施例では、誘電体の誘電率を有する材料が選択される。絶縁層１３０の厚みは通常、１０ミクロン（例えば、塗料層）以上数ミリメートル（例えば、ガラス層）以下である。
【００１８】
システム１００は、２つのロード１５１及び１５２も含み、ロード１５１はロード１５２よりも多くの電力を消費する。すなわち、ロード１５１は高電力ロードであり、ロード１５２は低電力ロードである。ロード１５１は、受信器電極対１４１及び１４２と、インダクタ１６１とに接続される。ロード１５２は、受信器電極対１４３及び１４４と、インダクタ１６２とに接続される。ロード１５１及び１５２はそれぞれ、限定列挙でないが、照明素子（例えば、ＬＥＤ、ＬＥＤストリング、ランプ等）、ディスプレイ、コンピュータ、充電器、スピーカ等であり得る。
【００１９】
ロード１５１及び１５２はそれぞれ、高電力ロード及び低電力ロードであるので、システム１００は、高電力伝送と低電力転送との間で分けるよう構成される。すなわち、システム１００は、異なる電力レベルをそれぞれがサポートする高電力サブエリア及び低電力サブエリアを含む。高電力サブエリアは送信器電極１２３及び１２４を含み、高電力サブエリアは送信器電極１２１及び１２２を含む。
【００２０】
２つの間の直接接触を有することなく、受信器電極１４１、１４２を送信器電極１２３及び１２４に近接させて配置することにより、電力がロード１５１に供給される。よって、ロード１５１を給電するために、機械的なコネクタ又は電気接点は必要でない。同様に、送信器電極１２１、１２２に受信器電極１４３、１４４を近接させて配置することにより、ロード１５２を、ドライバ１１１によって生成されるＡＣ信号によって給電し得る。
【００２１】
ドライバ１１１及び１１２はそれぞれ、コンデンサ及び受信インダクタ１６１又は１６２の直列を含む回路の直列共振周波数を周波数として有するＡＣ信号を出力する。
【００２２】
コンデンサ（Ｃ１及びＣ２）は、ロードそれぞれに接続された送信器電極及び受信器電極の静電容量インピーダンスである。コンデンサ及びインダクタのインピーダンスは共振周波数において相殺し、その結果、低抵抗回路が生じる。
【００２３】
高電力サブエリア及び低電力サブエリアに分けることにより、静電容量ワイヤレス・システムの性能を最適化すること、すなわち、非常に低い電力損失でロード１５１及び１５２を給電することが可能になる。ドライバ１１１及びドライバ１１２はそれぞれ、そのそれぞれのロードを最適に給電するＡＣ信号を生成するよう別個に調節することが可能である。例えば、ロード１５１が１０Ｗのランプであり、ロード１５２が０．１ＷのインジケータＬＥＤである場合、ドライバ１１１は１０ＷのＡＣ信号を生成し、ドライバ１１２は０．１ＷのＡＣ信号を出力する。ドライバ１１１、１１２を実現するための種々の実施例を以下に記載する。
【００２４】
更に、送信器電極１２１、１２２並びに１２３、１２４の寸法及び導電材料は、電力損失を低減させるよう別個に選択することが可能である。よって、本願に記載する構成では、高電力ロードにより、低電力ロードの電力及び電極特性が定められる訳ではない。
【００２５】
送信器電極対１２１、１２２、及び１２３、１２４はそれぞれ、受信器電極に隣接していない絶縁層１３０の一方側に配置された導体ストリップなどの別個の２つの導電材料体を含む。例えば、図１に示すように、送信器電極１２１乃至１２４は絶縁層１３０の下部にある。別の実施例では、送信器電極は、絶縁層１３０の両側に配置することが可能である。送信器電極は、絶縁層上に垂直方向又は水平方向に配置し得る。送信器電極それぞれの導電材料は、例えば、炭素、アルミニウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＰＥＤＯＴなどの有機材料、銅、銀、導電性塗料、又は何れかの導電材料であり得る。受信器電極対１４１乃至１４４はそれぞれ、送信器電極と同じ導電材料のものであっても、異なる導電材料のものであってもよい。
【００２６】
図１は、説明を単純にする目的だけで、低電力及び高電力の２つの電力サブエリアを有する静電容量給電システム１００を示す。静電容量ワイヤレス給電システム１００は、２つ以上のドライバによって給電される複数の電力サブエリアを含み得る。電力サブエリアはそれぞれ、上述の通り、インダクタ及び受信器電極に接続された１つ又は複数のロードに電力を伝送するようドライバに接続された送信器電極対を含む。
【００２７】
図２に示すように、静電容量給電システム（例えば、システム１００）のインフラストラクチャは、複数の電力サブエリア２１０−１乃至２１０−Ｎ（Ｎは１よりも大きな整数である）に分けることが可能である。電力サブエリア２１０−１乃至２１０−Ｍ（Ｍは１よりも大きな整数である）は高電力ロード（図示せず）をサポートする一方、電力サブエリア２１０−Ｍ＋１乃至２１０−Ｎは低電力ロード（図示せず）用である。図２に示す構成では、高電力サブエリア２１０−１乃至２１０−Ｍは併せてグループ化され、低電力サブエリア２１０−Ｍ＋１乃至２１０−Ｎは高電力サブエリアとは別個に併せてグループ化される。
【００２８】
電力サブエリア２１０−１乃至２１０−Ｍは、高電力ＡＣ信号を生成するドライバ２２０に接続される。電力サブエリア２１０−Ｍ＋１乃至２１０−Ｎは、低電力ＡＣ信号を生成する低電力ドライバ２３０に接続される。ドライバ２１０及び２２０それぞれによって生成されるＡＣ信号の振幅、周波数、及び波形は、それぞれの電力サブエリアに接続された１つ又は複数のロードに基づいて定められる。３つ以上のドライバが電力サブエリア２１０−１乃至２１０−Ｎを駆動させることが可能である。
【００２９】
高電力サブエリア２１０−１乃至２１０−Ｍはそれぞれ、併せて２４０としてラベリングされた送信器電極対を含む。同様に、低電力サブエリア２１０−Ｍ＋１乃至２１０−Ｎそれぞれは、併せて２５０としてラベリングされた送信器電極対を含む。一実施例では、送信器電極２４０の寸法及び／又は導電材料は送信器電極２５０のものとは異なる。このことは、送信器電極に無線で接続されているロードへの電力伝送を最適化するために行われる。上述の通り、高電力サブエリア又は低電力サブエリアの送信器電極の特性は違ったふうに企図することが可能である。すなわち、電力サブエリア２１０−１の送信器電力の導電材料は、サブエリア２１０−Ｍ＋１における送信器電極と異なり得る。更に、高電力サブエリアと低電力サブエリアとにおける送信器電極並びに絶縁層の厚み及びサイズは異なり得る。
【００３０】
例えば、銅を送信器電極の導電材料として使用し、プラスチックを高電力サブエリアにおける絶縁層として使用することが可能である。その結果、高電流が流れ得る。他方で、導電材料としてのＩＴＯ及び絶縁層としてのガラスを低電力領域において使用することが可能である。前述のインフラストラクチャは、より高い抵抗損失を有するが、透明表面である。
【００３１】
図２に示す実施例では、送信器電極は導電ストリップとして示す。しかし、以下に説明するように、あるいは、送信器電極は、電力サブエリア間の連続電力伝送を可能にするために種々の形状及び構造において形成することが可能である。
【００３２】
図３は、本発明の実施例による、静電容量給電システム（例えば、システム１００）における電力サブエリアの別の構成を示す。システムのインフラストラクチャは、複数の電力サブエリア３１０−１乃至３１０−Ｎに分けられる（Ｎは１よりも大きな整数である）。本実施例によれば、高電力サブエリアは低電力サブエリアに隣接している。例えば、図３に示すように、低電力サブエリア３１０−２は、高電力サブエリア３１０−１及び３１０−３間にある。
【００３３】
高電力サブエリア３１０−１及び３１０−３は、高電力ＡＣ信号を生成するドライバ３２０に接続される。低電力サブエリア３１０−２及び３１０−Ｎは、低電力ＡＣ信号を生成する低電力ドライバ３３０に接続される。上述の通り、ドライバ３１０及び３２０それぞれによって生成されるＡＣ信号の振幅、周波数、及び波形は、それぞれの電力サブエリアに接続された１つ又は複数のロードに基づいて定められる。３つ以上のドライバが電力サブエリア３１０−１乃至３１０−Ｎを駆動させることが可能である。
【００３４】
高電力サブエリア及び低電力サブエリアはそれぞれ、併せて３４０及び３５０としてラベリングされた送信器電極対を含む。送信器電極３４０の導電材料及び／又は寸法は、送信器電極３５０のものと異なる。上述の通り、このことは、送信器電極に無線で接続されるロードに対する電力伝送を最適化するために行われる。高電力サブエリア又は低電力サブエリア（３５０）の送信器電極３４０の特性は違ったふうに企図することが可能である。送信器電極３４０及び３５０は、電力サブエリア間の連続電力伝送を可能にするために種々の形状及び構造において形成することが可能である。
【００３５】
図３に示す構成では、電力は、「中電力」を消費するロードに効率的に伝送することが可能である。この目的で、ロードに接続された一受信器電極は、高電力サブエリア（例えば、サブエリア３１０−１）における送信器電極の１つと重なる一方、第２の受信器電極は、低電力サブエリア（例えば、サブエリア３１０−２）における送信器電極と重なる。よって、中電力ロードは、部分的に高電力領域を使用し、部分的に低電力領域を使用し、平均した消費電力は「中」である。
【００３６】
図２及び３に示す実施例では、高電力ドライバ（２２０、３２０）及び低電力ドライバ（２３０、３３０）は、高電力信号及び低電力信号を生成し、高電力信号及び低電力信号を高電力サブエリア及び低電力サブエリアそれぞれに供給するために使用される。通常、高電力信号及び低電力信号は、直列共振を確実にするために、異なる振幅及び周波数によって特徴付けられる。
【００３７】
図４に示す実施例では、ドライバ４００は、低電力ＡＣ信号及び高電力ＡＣ信号を生成し、出力するよう構成される。発振器によって生成されるソース信号４０１はシステムの共振周波数においてＡＣ信号を生成し、ドライバ４００の２つの分岐（高電力及び低電力）に入力される。高電力分岐では、信号は、増幅器４１０によって増幅され、出力増幅器４２０に入力される。低電力分岐では、ソース信号４０１は出力増幅器４３０に直接入力される。出力増幅器４２０及び４３０は、コントローラ４４０の制御下で高電力信号４０２及び低電力信号４０３の周波数、位相、及び／又はデューティ・サイクルを調節するために利用される。増幅器４１０，４２０、及び４３０は何れも、線形増幅器、共振変換器等の何れか１つであり得る。
【００３８】
一実施例では、コントローラ４４０は、ドライバ４００の出力４０２、４０３における電圧及び電流の位相を検知して調節が必要かを判定する。あるいは、又は併せて、電圧及び電流の位相が受信器電極において測定される。高電力信号４０２の調節は、高電力サブエリアにおいて接続されたロードを介して電流フローを最大にするために行われ、低電力信号４０３は、低電力サブエリアにおいて接続されたロードを介して電流フローを最大にするために調節される。上述の通り、これは、信号の周波数と、システムの直列共振周波数が一致する場合に実現される。
【００３９】
図５は、一実施例によって構成された送信器電極５１０及び５２０の限定的でない例示的な図を示す。送信器電極５１０及び５２０は、ロ―ドを、例えば水平方向にシステム・インフラストラクチャ（例えば、絶縁層１３０）にわたって移動させる場合に特に、ロードに対する連続的な電力伝送を確実にするために、大領域の静電容量ワイヤレス・システム（例えば、システム１００）において利用することが可能である。送信器電極５１０は更に、送信器／受信器電極がホット・スポットに配置される場合に、すなわち、受信器電極に接続されたロードを電力変動なしで水平方向に移動させることが可能である場合に、伝送される電力レベルが劣化しないように構成し得る。
【００４０】
送信器電極５１０及び５２０は、実質的に同じ幅（Ｄ１）を有し、それぞれは櫛状パターンとして設計される。送信器電極５１０及び５２０の（５１１及び５２１としてラベリングされた）「フィンガー」は互いに距離（Ｄ２）内に交互に配置される。送信器電極５１０及び５２０の幅（Ｄ１）は距離（Ｄ２）よりも小さい。送信器電極５１０及び５２０は、上記導電材料の何れかを使用して形成し得る。
【００４１】
好ましい実施例では、受信器電極の導電領域はそれぞれ、距離（Ｄ２）よりも大きいが、（Ｄ１＋Ｄ２）よりも小さな幅（Ｄ３）を有する。受信器電極が送信器電極５１０及び５２０の導電領域に重なるので、ロードを水平方向に移動させる場合、このことにより、連続的な電力伝送が確実になる。受信器電極は、幅（例えば、Ｄ３）をそれぞれが有する２つの導電プレートであって、２つのプレート間の距離が幅（Ｄ３）よりもかなり小さい導電プレートとして構成し得る。よって、２つのプレートは互いに近接して配置される。
【００４２】
図６は、一実施例によって構成された送信器電極６１０及び６２０の限定的でない例示的な図を示す。送信器電極６１０及び６２０は、特に、ロードを水平方向及び垂直方向においてシステム・インフラストラクチャ（例えば、絶縁層１３０）にわたって移動させた場合に、ロードに対する連続的な電力伝送を確実にするために大領域の静電容量ワイヤレス・システム（例えばシステム、１００）において利用することが可能である。垂直方向では、送信器電極６１０及び６２０は、受信器電極に対して１８０度回転させる。
【００４３】
送信器電極６１０及び６２０は同じ幅（Ｄ１）を有し、それらの「フィンガー」（６１１及び６１２としてラベリングされる）は互いに一定距離（Ｄ２）内に交互に配置される。送信器電極６１０及び６２０の幅（Ｄ１）は距離（Ｄ２）よりも小さい。図６に示すように、この実施例では、送信器電極６２０は、送信器電極６１０の周りに巻かれた２つの櫛状構造（上部及び下部）を含む。送信器電極６１０及び６２０は、上記導電材料の何れかを使用して形成し得る。
【００４４】
受信器電極は、幅（例えば、Ｄ３）をそれぞれが有する２つの導電プレートであって、２つのプレート間の距離が幅（Ｄ３）よりもかなり小さい導電プレートとして構成し得る。送信器電極６１０及び６２０により、電力は、受信器電極に対して水平方向及び垂直方向に連続的に伝送される。この目的で、好ましい実施例では、受信器電極の導電領域はそれぞれ、距離（Ｄ２）よりも大きいが、（Ｄ１＋Ｄ２）よりも小さな幅（Ｄ３）を有する。受信器電極が、送信器電極６１０及び６２０の導電領域に重なるので、ロードを水平方向に移動させた場合に、このことは連続的な電力伝送を確実にする。
【００４５】
垂直方向では、受信器電極対の第１の受信器電極が最下位送信器電極６２０に重なる一方、受信器電極対の第２の受信器電極は電極６１０に重なる。ロードを垂直方向において上方に移動させるにつれ、第１の受信器電極は送信器電極６１０に重なる一方、第２の受信器電極は上部電極６２０に重なる。
【００４６】
図７は、別の実施例によって構成された送信器電極７１０及び７２０の限定的でない例示的な図を示す。本実施例では、送信器電極は円形であり、よって、受信器を左又は右に回す場合に電力を同じレベルで連続的に伝送することが可能であるが、送信器は同じスポットに留まる。
【００４７】
送信器電極７１０は、幅（ＤＴＸ１）を有するオープンリング形状として構成される。送信器電極７２０は、直径（ＤＴＸ２）を有する円板として構成される。送信器電極７２０は、互いに距離（ＤＴＸＳ）内に、電極７１０内部に配置される。図７に示すように、電極７１０及び７２０のレイアウトは、図７に示す構造の形状によって包まれる下部電界放射によって特徴付けられる。
【００４８】
連続的な電力伝送を可能にするために、受信器電極も、図８に示すように円形であるものとする。受信器電極８１０は、直径ＤＲＸ１を有する円板として構成され、受信器電極８２０は幅ＤＲＸ２を有するリングである。受信器電極８１０及び８２０間の距離はＤＲＸＳである。図８及び図７に示す構造の利点は、電力の変動なしでロードを回転させることが可能であるという点である。受信器電極８１０及び８２０の幅ＤＲＸ１及びＤＲＸ２は、送信器電極７１０及び７２０それぞれの幅ＤＴＸ２及びＤＴＸ１よりも小さくされるものとする。更に、距離ＤＲＸＳは距離ＤＴＸＳよりも小さい。
【００４９】
本発明の種々の実施例の原理は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は何れかの組み合わせとして実現することが可能である。更に、ソフトウェアは好ましくは、ディジタル回路、アナログ回路、磁気媒体、又はそれらの組み合わせの形態を有し得る非一時的なマシン読み取り可能な媒体、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体、若しくはプログラム記憶装置上に有形に実施されたアプリケーション・プログラムとして実現される。アプリケーション・プログラムは、何れかの適切なアーキテクチャを有するマシンにアップロードし、上記マシンによって実行し得る。好ましくは、マシンは、１つ又は複数の中央処理装置（「ＣＰＵ」）、メモリ、及び入出力インタフェースなどのハードウェアを有するコンピュータ・プラットフォーム上で実現される。コンピュータ・プラットフォームは更に、オペレーティング・システム及びマイクロ命令コードを含み得る。本明細書及び特許請求の範囲記載の種々の処理及び機能は、前述のコンピュータ又はプロセッサが明示されているか否かにかかわらず、ＣＰＵによって実行することができるマイクロ命令コードの一部、アプリケーション・プログラムの一部、又はそれらの何れかの組み合わせの一部であり得る。更に、種々の他の周辺装置は、更なるデータ記憶装置及び印刷装置などのコンピュータ・プラットフォームに接続し得る。
【００５０】
上述のいくつかの実施例についてある程度の具体性を伴って、かなり詳しく本発明を説明してきたが、前述の実施例の特定の詳細又は特定の実施例に限定されることを意図するものでない一方、従来技術に鑑みて当該請求項の考えられる最も広い解釈を提供し、よって、本発明の意図された範囲を効果的に包含するように、添付した請求項を参照して解されるものとする。更に、上記は、現在予測されていない、本発明のわずかな修正がしかしながらそれに対する均等物を表し得るという点にかかわらず、実施可能にする記載が利用可能であった、本発明者によって予測された実施例により、本発明を説明する。
【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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【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】
静電容量給電システムであって、
低電力ドライバと、
高電力ドライバと、
複数の電力サブエリアに分けられた複数の送信器電極対であって、前記複数の電力サブエリアが、少なくとも、前記高電力ドライバに接続された高電力サブエリア群、及び前記低電力ドライバに接続された低電力サブエリア群を含む複数の送信器電極対と、
互いに対向する第１の側及び第２の側を有する絶縁層と
を備え、前記複数の送信器電極対は前記絶縁層の前記第１の側に結合され、前記システムは、前記絶縁層の前記第２の側に近接して配置された複数の受信器電極対と、前記複数の送信器電極対との間に静電容量インピーダンスを形成するよう構成され、受信器電極対それぞれは、インダクタを介してロードに直列に接続されて前記静電容量インピーダンス及び前記インダクタの別々の直列共振周波数で共振し、それにより、送信器電極対からそれぞれの受信器電極対に電力を無線で伝送して前記受信器電極対に接続された前記ロードを給電するシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、第１の複数のロード群が高電力ロードであり、第２の複数のロード群が低電力ロードであり、前記システムは、低電力サブエリアに重なる低電力ロードに受信器電極対を無線で結合するよう構成され、それにより、前記低電力ドライバによって生成される低電力信号は、それぞれの送信器電極対から前記受信器電極対に無線で伝送されて低電力ロードを給電し、
前記システムは、高電力サブエリアに重なる高電力ロードに受信器電極対を無線で結合するよう更に構成され、それにより、前記高電力ドライバによって生成される高電力信号は、それぞれの送信器電極対から前記受信器電極対に無線で伝送されて高電力ロードを給電するシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムであって、前記低電力信号の周波数が、前記静電容量インピーダンス、及び前記低電力ロードに接続されたインダクタンスの直列共振周波数に一致する場合に、低電力信号が前記低電力ロードに無線で伝送され、前記高電力信号の周波数が、前記静電容量インピーダンス、及び前記高電力ロードに接続されたインダクタの直列共振周波数に一致する場合に、高電力信号が高電力ロードに無線で伝送されるシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムであって、前記高電力サブエリアそれぞれ、及び前記低電力サブエリアそれぞれは送信器電極対を含むシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムであって、前記高電力サブエリアの送信器電極対及び前記低電力サブエリアの送信器電極対は、前記電力伝送を最適化するために異なる特性を有するよう構成されるシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、前記送信器電極対の前記特性は、寸法、構造、及び導電材料の少なくとも１つを含むシステム。
【請求項７】
請求項５記載のシステムであって、前記高電力サブエリアは併せてグループ化され、前記低電力サブエリアは併せてグループ化されるシステム。
【請求項８】
請求項５記載のシステムであって、前記電力サブエリアの配置が、２つの高電力サブエリア間に配置された低電力サブエリアを含むシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムであって、受信器電極対は、２つの高電力サブエリア間に配置された前記低電力サブエリアに隣接し、前記低電力ドライバ及び前記高電力ドライバによって無線で給電されるよう構成されたシステム。
【請求項１０】
請求項５記載のシステムであって、前記複数の送信器電極対のうちの送信器電極対は、前記ロードを水平方向及び垂直方向の何れか一方に移動させた場合に前記ロードに対する連続的な電力伝送を可能にするよう構成されたシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムであって、前記送信器電極対のうちの送信器電極それぞれは、第１の幅を有する櫛状パターンとして設計され、前記送信器電極は互いに固定距離内に交互に配置され、前記第１の幅は前記固定距離よりも小さいシステム。
【請求項１２】
請求項１０記載のシステムであって、前記送信器電極対のうちの第１の送信器電極が前記送信器電極対のうちの第２の送信器電極内に配置され、前記第２の送信器電極は上部及び下部を含み、前記第１の送信器電極及び前記第２の送信器電極は第１の幅を有し、互いに固定距離内に交互に配置され、前記第１の幅は前記固定距離よりも小さいシステム。
【請求項１３】
請求項５記載のシステムであって、前記送信器電極対の送信器電極は円形であり、送信器電極対のうちの第１の送信器電極は第１の幅を有するオープンリング形状として構成され、送信器電極対のうちの第２の送信器電極は第１の直径を有する円板として構成され、前記第２の送信器電極は互いに第１の距離内に、前記第１の送信器電極の内部に配置されるシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載のシステムであって、受信器電極対のうちの受信器電極は円形であり、第１の受信器電極は第２の直径を有する円板として構成され、第２の受信器電極は第２の幅を有するリング形状として構成され、前記第１の受信器電極は、互いに第２の固定距離内に、前記第２の受信器電極の内部に配置されるシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムであって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも小さく、前記第２の幅は前記第１の幅よりも小さく、前記第２の距離は前記第１の距離よりも小さいシステム。
【国際調査報告】
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