(57)【要約】容量性電力伝達システムにおいて接続される負荷へ電力を供給するＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置（２００）に関する。装置は、ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ライン（２１１，２１２）へのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタ（２０１，２０２）と、少なくとも２つのコネクタ（２０１，２０２）へ結合され、それらによって供給される入力ＤＣ信号からＡＣ電力信号を生成するドライバ（２０３）と、ドライバの出力へ接続される少なくとも一対の送信電極（２０４，２０５）とを有し、ＡＣ電力信号の周波数は、容量性電力伝達システムの直列共振周波数に略一致する。
2014527795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性電力伝達システムにおいて接続される負荷へ電力を供給するＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置であって、
ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ラインへのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタと、
前記少なくとも２つのコネクタへ結合され、該少なくとも２つのコネクタによって供給される入力ＤＣ信号からＡＣ電力信号を生成するドライバと、
前記ドライバの出力へ接続される少なくとも一対の送信電極と
を有し、
前記ＡＣ電力信号の周波数は、前記容量性電力伝達システムの直列共振周波数に略一致する、ＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項２】
前記ドライバと前記少なくとも一対の送信電極の１つとの間に直列に接続されるインダクタ
を更に有する請求項１に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項３】
前記ＤＣグリッドの前記少なくとも２つの供給ラインは、絶縁層を形成するよう非導電性材料によって覆われる、
請求項２に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項４】
前記ドライバによって生成される前記ＡＣ電力信号は、前記少なくとも一対の送信電極が前記負荷へ接続される一対の受信電極と重なり合う場合に、前記少なくとも一対の送信電極から前記一対の受信電極へ無線により伝達され、
前記一対の受信電極、前記ＤＣグリッドの前記少なくとも２つの供給ライン、及び前記負荷は同じインフラストラクチャの部分である、
請求項３に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項５】
前記容量性電力伝達システムを前記ＤＣグリッドへ局所的に接続するよう前記インフラストラクチャに実装される請求項４に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項６】
前記容量性電力伝達システムの前記直列共振周波数は、前記インダクタと、一対の送信電極と一対の受信電極との間に形成される容量インピーダンスとの共振周波数である、
請求項５に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項７】
前記一対の受信電極は、水平な導電ストライプであり、前記供給ラインは、前記インフラストラクチャの同じ基板層に含まれる垂直な導電ストライプである、
請求項５に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項８】
前記一対の受信電極は、水平な導電ストライプであり、前記供給ラインは、前記インフラストラクチャの異なる基板層に含まれる垂直な導電ストライプである、
請求項５に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項９】
前記ドライバは、
前記入力ＤＣ信号の極性を入れ替え、周波数制御信号を生成するよう構成されるロジックユニットと、
前記生成された周波数制御信号に基づき前記直列共振周波数でＡＣ信号を生成するよう構成される発振器と、
前記発振器によって生成される前記ＡＣ信号を前記負荷に給電するのに必要な振幅へと増幅するよう構成される増幅器と
を有する、請求項１に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項１０】
前記ロジックユニットは更に、前記負荷の動作を制御するよう構成される、
請求項９に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項１１】
容量性電力伝達システムへ接続される無動力ＤＣグリッドへＤＣ信号を局所的に供給するＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置であって、
ＡＣ電力グリッドの少なくとも２つの電極へ容量結合され、それにより前記ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力信号が無線により伝達される少なくとも一対の電極と、
前記少なくとも一対の電極へ接続され、前記ＡＣ電力信号からＤＣ信号を生成するよう構成されるＡＣ−ＤＣコンバータと、
前記無動力ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ラインへのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタと
を有するＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１２】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータと前記少なくとも一対の電極の１つとの間に直列に接続されるインダクタ
を更に有する請求項１１に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一対の電極と前記ＡＣ電力グリッドの前記少なくとも２つの電極との間に絶縁層が配置され、該絶縁層は、非導電性材料から作られる、
請求項１２に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１４】
前記ＡＣ電力信号の周波数は、前記インダクタと、前記少なくとも一対の電極と前記ＡＣ電力グリッドの前記少なくとも２つの電極との間に形成される容量インピーダンスとの直列共振周波数に略一致する、
請求項１３に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１５】
前記ＤＣグリッドに局所的に給電するよう前記ＡＣ電力グリッドのインフラストラクチャに実装される請求項１１に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、容量性電力伝達システムに関し、特に、そのようシステムをＤＣグリッドへ接続することに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝達は、如何なる配線又は接触にもよらない電力の供給をいい、それにより電子機器の給電は無線媒体を通じて行われる。非接触式給電のための１つのよく知られた用途は、携帯型電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップコンピュータ、等）の充電のためである。
【０００３】
無線電力伝達のための一実施態様は、誘導性給電システムによる。そのようなシステムでは、電源（送信機）と装置（受信機）との間の電磁誘導が、非接触の電力伝達を可能にする。送信機及び受信機は両方とも電気コイルを取り付けられており、物理的近接に至らせられる場合に、電気信号が送信機から受信機へ流れる。
【０００４】
誘導性給電システムでは、発生磁界はコイル内に集中する。結果として、受信機側ピックアップ場への電力伝達は空間において極めて集中している。この現象は、システムの効率を制限するシステム内のホットスポットを生じさせる。電力伝達の効率を改善するよう、コイルごとの高いクオリティファクタが必要とされる。これを達成するよう、コイルは、抵抗に対するインダクタンスの最適比により特性化され、低抵抗の材料から構成され、且つ、表皮効果を低減するようリッツ線（Litze-wire）を用いて製造されるべきである。更に、コイルは、渦電流を回避するために複雑な形状を満足するよう設計されるべきである。従って、高価なコイルが、効率的な誘導性給電システムのために必要とされる。大面積のための非接触式電力伝達システムのための設計は、多くの高価なコイルを必要とする。よって、そのような用途のために、誘導性給電システムは実現可能でないことがある。
【０００５】
容量結合は、無線により電力を伝達するための他の技術である。この技術は、主に、データの転送及び検知の用途において利用される。自動車内のピックアップ要素とともに窓に接着されたカーラジオアンテナは、容量結合の一例である。容量結合技術はまた、電子機器の非接触式充電のためにも利用される。そのような用途に関し、（容量結合を実施する）充電ユニットは、機器の固有共振周波数の外の周波数で動作する。関連技術において、ＬＥＤ発光を可能にする容量性電力伝達回路も議論される。この回路は、電源（ドライバ）におけるインダクタに基づく。そのようなものとして、単一の受信機のみが使用され得、送信機の周波数は最大電力を伝達するようチューニングされるべきである。加えて、そのような回路は、受信機及び送信機が完全に整列されていない場合にそれらの間の電力伝達を確かにする画素化電極を必要とする。しかし、画素化電極の数の増加は、電極への接続の数を増加させ、それにより電力損失を増大させる。よって、単一の受信機しか有さず且つ電極サイズが制限される場合に、関連技術において論じられる容量性電力伝達回路は、広い面積（例えば、窓、壁、等）にわたって電力を供給することができない。
【０００６】
近年、ますます多くの住居用及び商業用建物が直流（ＤＣ）電力グリッドを有するようになっている。そのようなＤＣ電力グリッドは、街へ電力を伝達するためにも利用されることがある。一例として、中国におけるＤＣ電力グリッドは、水力発電により生成された電気の輸送のために１４００キロメートルをカバーする。建物においては、１又はそれ以上の整流器が、一般的に建物の引き込み口に設置されており、別個の交流（ＡＣ）電力ラインを通じて、又は幾つかの場合には、既存のＡＣ電力ラインにわたって、ＤＣ電力を供給する。ＤＣ電力は、市販の蛍光灯のような照明器具に給電するために利用され得る。ＤＣグリッドを用いる利点は、電力輸送のコストが安く、銅伝送線がより良く利用され、ＡＣ放射が低いことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、大面積にわたって電力を供給するための効率的な容量性電力伝達システムを提供するという課題がある。加えて、いずれかの任意の位置からのＤＣグリッドから容量性電力伝達システムへ電力を供給するという課題がある。従って、それらの課題に対処する低費用且つ実現可能な解決法を提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで開示される特定の実施形態は、容量性電力伝達システムにおいて接続される負荷へ電力を供給するＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置を含む。装置は、ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ラインへのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタと、該少なくとも２つのコネクタへ結合され、該少なくとも２つのコネクタによって供給される入力ＤＣ信号からＡＣ電力信号を生成するドライバと、該ドライバの出力へ接続される少なくとも一対の送信電極とを有し、前記ＡＣ電力信号の周波数は、前記容量性電力伝達システムの直列共振周波数に略一致する。
【０００９】
ここで特定される特定の実施形態はまた、容量性電力伝達システムへ接続される無動力ＤＣグリッドへＤＣ信号を局所的に供給するＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置を含む。装置は、ＡＣ電力グリッドの少なくとも２つの電極へ容量結合され、それにより前記ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力信号が無線により伝達される少なくとも一対の電極と、該少なくとも一対の電極へ接続され、前記ＡＣ電力信号からＤＣ信号を生成するよう構成されるＡＣ−ＤＣコンバータと、前記無動力ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ラインへのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタとを有する。
【００１０】
本発明と見なされる対象は、本願の一部である特許請求の範囲において特に指し示され且つ明確に請求される。本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付の図面に関連して考えられる以下の詳細な説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】開示される装置によって利用され得る容量性電力伝達システムの図である。
【図２】一実施形態に従って設計されるＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置のブロック図である。
【図３】インフラストラクチャへのＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置の接続例を示す図である。
【図４】低電力ＡＣ信号及び高電力ＡＣ信号の両方を生成するよう構成されるドライバのブロック図である。
【図５】一実施形態に従うＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施形態は、ここでは革新的な教示の多くの有利な使用の中の単なる例である点に留意されたい。概して、本願の明細書における記述は、必ずしも、様々な請求される発明のいずれも制限しない。更に、幾つかの記述は、幾つかの発明特徴に当てはまるが他には当てはまらないことがある。概して、別段示されない限り、単数の要素は、一般性を失うことなく複数であってよく、またその逆も同様である。図面において、符号は、複数の図を通して同じ部分を参照する。
【００１３】
図１は、一実施形態に従って無線電力伝達のために利用され得る容量性給電システム１００の例となる限定されない概略図を示す。システム１００は、大面積電力送信を可能にする。システム１００は、例えば、規則的な変動が製品、備品、等を照らすために必要とされるバスルームや小売店のような、開放電気接触が望まれないか又は望ましくない場所において設置され得る。システム１００は、広い面積にわたって電力を伝達することができ、よって、壁、窓、鏡、床、座席、通路、等に取り付けられた装置に給電するために利用され得る。
【００１４】
システム１００は、絶縁層１３０へ取り付けられている送信電極１２１及び１２２の組へ接続されている電力ドライバ１１０を有する。システム１００は、負荷１５０及びインダクタ１６０へ接続されている受信電極１４１及び１４２の組を更に有する。任意に、システム１００は、ドライバ１１０へ結合されるインダクタ１１２を有してよい。
【００１５】
送信電極１２１、１２２とドライバ１１０との間の接続は、ガルバニック接触又は容量性インカップリングによる。電力信号は、受信電極と送信電極との間の直接接触を有することなく送信電極１２１、１２２に近接して受信電極１４１、１４２を配置することによって、負荷１５０へ供給される。よって、機械的な接触又は電気的な接触は、負荷１５０に給電するために必要とされない。負荷１５０は、発光素子（例えば、ＬＥＤ、ＬＥＤ列、ランプ、等）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）面、ディスプレイ、コンピュータ、充電器、ラウドスピーカ、等であってよいが、これらに限られない。
【００１６】
ドライバ１１０は、直列なキャパシタ及びインダクタ１１２、１６０を有する回路の直列共振周波数と略一致する周波数を有するＡＣ電圧信号を出力する。キャパシタ（図１におけるＣ１及びＣ２）は、送信電極１２１、１２２及び受信電極１４１、１４２の容量性インピーダンスである（図１において破線で示される。）。キャパシタ並びにインダクタ１１２及び／又は１６０のインピーダンスは、共振周波数で互いを相殺し、低抵抗回路をもたらす。よって、システム１００は、非常に低い電力損失で負荷１５０へ電力を供給することができる。
【００１７】
ドライバ１１０は、振幅、周波数、及び波形が制御可能であるＡＣ信号を生成する。出力信号は、通常は、数十ボルトの振幅と、数メガヘルツ（ＭＨｚ）以下の周波数とを有する。生成される信号と直列共振との間の周波数チューニングは、ドライバ１１０によって出力される信号の周波数、位相、又はデューティサイクルを変更することによって実行され得る。代替的に、周波数チューニングは、ドライバ１１０へ接続されている回路のキャパシタンス又はインダクタンスの値を変更することによって達成され得る。
【００１８】
絶縁層１３０は、薄層基板材料であり、例えば、空気、紙、木、布、ガラス、ＤＩウェハ、等を含む如何なる絶縁材料から成ってもよい。望ましくは、相対誘電率を有する材料が選択される。絶縁層１３０の厚さは、通常、１０ミクロン（例えば、塗料層）から数ミリメートル（例えば、ガラス層）の間である。
【００１９】
送信電極１２１、１２２は、受信電極１４１、１４２に隣接していない絶縁層１３０の一方の側に置かれた導電性材料の２つの個体から成る。例えば、図１に表されるように、送信電極１２１、１２２は、絶縁層１３０の底面にある。他の実施形態では、送信電極１２１は、絶縁層１３０の反対の側に配置されてよい。送信電極１２１、１２２は、例えば、長方形、円形、正方形、又はそれらの組み合わせを含む如何なる形状であってもよい。送信電極の夫々の導電性材料は、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（例えば、poly(3,4-ethylenedioxythiophene)（ＰＥＤＯＴ））、銅、銀、導電塗装、又はあらゆる導電性材料であってよい。受信電極１４１，１４２は、送信電極１２１、１２２と同じ導電性材料から成っても、又は異なる導電性材料から作られてもよい。
【００２０】
システム１００の総キャパシタンスは、夫々の送信及び受信電極１２１、１４１及び１２２、１４２の重なり面積と、絶縁層１３０の厚さ及び材料特性とによって形成される。システム１００のキャパシタンスは、図１においてＣ１及びＣ２として表されている。電気共振を可能にするために、システム１００は、誘導素子を更に有するべきである。この素子は、ドライバ１００にわたって分布する送信電極又は受信電極の部分及び負荷（例えば、図２に示されるインダクタ１６０及び１１２）、絶縁層１３０内に組み込まれているインダクタ、又はそれらのいずれかの組み合わせである一以上のインダクタの形をとってよい。
【００２１】
負荷１５０は、ＡＣ双方向電流フローを可能にする。負荷１５０は、局所的にＤＣ電圧を生成するようダイオード又はＡＣ／ＤＣコンバータを有してよい。負荷１５０は、ドライバ１１０によって生成される制御信号に基づき負荷１５０の様々な機能を制御又はプログラミングするエレクトロニクスを更に有してよい。
【００２２】
図１において例示される容量性給電システム１００は、ドライバ１１０によって給電される単一の負荷１５０を表す。しかし、ドライバ１１０は複数の負荷に給電可能であり、夫々の負荷は異なる動作周波数でチューニングされてよい点に留意されたい。代替的に、複数の負荷は、同じ動作周波数へチューニングされてよい。
【００２３】
ここで開示される様々な実施形態に従って、ＤＣグリッドへの容量性給電システムの局所接続を可能にする装置が提供される。図２は、一実施形態に従って設計された、システムをＤＣグリッドへ局所的に接続するのに利用される装置２００の例となる限定されない図を示す。
【００２４】
装置２００は、少なくとも一対のコネクタ２０１、２０２と、ドライバ２０３と、ドライバ２０３へ結合される一対の送信電極２０４、２０５とを有する容量性電力コンバータである。装置２００の部品は、導電性又は非導電性材料から成ってよい面にアセンブルされている。
【００２５】
コネクタ２０１、２０２は、インフラストラクチャ２１０に含まれるＤＣグリッドの一対の電源ライン２１１、２１２へのガルバニック接触を可能にする。実施形態において、コネクタ２０１、２０２は、供給ライン２１１、２１２との電気接触を生じさせるよう絶縁層２２０を突き通され得る２つの導電ピンである。コネクタ２０１、２０２はまた、装置２００をＤＣグリッドインフラストラクチャ２１０に固定する機械的手段を提供することができる。特定の実施形態において、装置２００は、例えば、ねじ（非導電性、又は電気的に絶縁された穴にある）、接着剤、磁石、又は繊維使用（例えば、ベルクロテープ）を含む（がこれらに限られない）機械的手段を用いてＤＣグリッドインフラストラクチャ２１０に実装され得る。
【００２６】
ドライバ２０３は、供給ライン２１１、２１２から流れる入力ＤＣ電流からＡＣ信号を生成する。生成されるＡＣ信号の振幅、周波数、及び波形は、受信電極２３１、２３２の組へ接続されている負荷（図２では図示せず。）に効率よく給電するように選択される。具体的に、ＡＣ信号の周波数は、容量性給電システムの直列共振周波数と略一致する。上述されたように、直列共振周波数は、インダクタの誘導値と、送信電極２０４、２０５の組と受信電極２１３、２３２との間に形成される容量インピーダンスと、絶縁層２２０の特性との関数である。図３に表される配置において、容量性給電システムの誘導素子は、負荷へ接続され得、且つ／あるいは、装置２００の部分であってよい（ドライバ２０３と送信電極２０４、２０５の１つとの間に接続される）。ドライバ２０３を実施する様々な実施形態が以下で詳細に論じられる。
【００２７】
図２に戻って、装置２００がＤＣグリッドインフラストラクチャ２１０へ接続される場合に、ドライバ２０３、送信電極２０４、２０５、絶縁層２２０、及び受信電極２３１、２３２を有する完全な容量性給電システムが形成される。図２に図示されていないが、負荷が受信電極２３１、２３２及び誘導素子へ接続される。よって、電気接触がコネクタ２０１、２０２と供給ライン２１１、２１２との間に生じる場合に、ドライバ２０３によって生成されるＡＣ電力信号は、受信電極２３１、２３２に給電するよう受信電極２３１、２３２へ無線により伝達される。
【００２８】
ＤＣグリッドの供給ライン２１１、２１２は、通常、建物の部屋及び床を通る。ＤＣグリッドインフラストラクチャ２１０は、壁、窓、天井、等のように、大面積であってよい。ここで開示される実施形態は、供給ライン２１１、２１２及び装置２００から遠く離れて受信機（負荷及び電極を含む。）を接続することを可能にする。すなわち、受信機は、ＤＣグリッドインフラストラクチャ２１０における如何なる任意の位置でも接続されてよい。図３は、そのような接続を表す限定されない例となる図である。
【００２９】
図３に表されているインフラストラクチャ３００は、例えば、壁、天井、窓、家具、展示領域、等であってよい。インフラストラクチャ３００は、垂直な導電ストライプ３１０により覆われており、導電ストライプの各対は、図２に関して論じられた受信電極２３１、２３２として働く。一実施形態において、導電ストライプ３１０は、絶縁層２２０を形成する非導電性材料の背面に配置されている。そのような非導電性材料は、例えば、壁紙材料、塗料層、等であってよい。導電ストライプ３１０は、例えば、導電インク、導電塗料、等から構成されてよい。
【００３０】
インフラストラクチャ３００は、図２に関して論じられたＤＣグリッド供給ライン２１１、２１２として働く少なくとも一対の水平な導電ストライプ３２０を更に有する。図２の装置２００は、装置２００の送信電極２０４、２０５と、負荷が接続されているストライプ３１０の対とが重なり合うように、ガルバニック接触により水平な導電ストライプ３２０へ接続される。装置２００のドライバ２０３によって生成されるＡＣ電力信号は、先に詳細に論じられた容量カップリングによりストライプ３１０の対へ伝達される。
【００３１】
負荷３３０は、２本のストライプに沿った如何なる場所でも垂直な導電ストライプ３１０のいずれかの対へ接続され得る。一実施形態において、負荷３３０は、例えば、ＬＥＤ、ＬＥＤ列、ランプ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）面、等を含む如何なる発光素子であってもよい。負荷３３０は、例えば、ねじ（非導電性、又は電気的に絶縁された穴にある）、接着剤、磁石、又は繊維使用（例えば、ベルクロテープ）を含む固定手段を用いてインフラストラクチャ３００に実装される。供給ライン２１１、２１２、装置２００の送信電極２０４、２０５、及び負荷３３０の間には直接的な電気接触はない点が留意されるべきである。負荷３３０は、一対の導電ストライプ３１０を通じて給電される。
【００３２】
負荷３３０の位置を充電する場合に、装置２００は、簡単に、送信電極２０４、２０５と、負荷３００が接続されている垂直なストライプ３１０の新たな対とが重なり合うように、配置され得る。
【００３３】
図３には表されていないが、負荷３３０は、容量性給電システムを共振させるよう誘導素子へ接続されてよい点が留意されるべきである。代替的に、又は集合的に、誘導素子は、装置２００のドライバ２０３へ接続されてよい。更に、複数の負荷がインフラストラクチャ３００に実装され得、夫々の負荷は上述されたように装置２００によって給電される点が留意されるべきである。一実施形態において、１つの装置２００が複数の負荷に給電するために利用され得る。従って、一実施形態において、装置２００の送信電極の数は、給電される負荷の数の少なくとも２倍である。
【００３４】
様々な実施形態において、水平及び垂直な導電ストライプは、インフラストラクチャ３００上の１つの層内で、又はインフラストラクチャ３００の異なる層内で構成されてよい。例えば、異なる層において構成される場合に、垂直な（ＡＣ）導電ストライプは壁紙内に設置され、垂直な（ＤＣ）導電ストライプは壁紙の上にある別のサンドイッチとして形成されるか又は幅木の中若しくは上に実装される。更に、ＤＣ導電ストライプは水平方向において配置されてよく、一方、ＡＣ導電ストライプは垂直方向において配置されてよい。ＡＣ及びＤＣ導電ストライプは異なる形状を用いて形成されてよい点が留意されるべきである。一実施形態において、ＤＣ導電ストライプは壁紙の上に接着剤でつけられてよい。
【００３５】
図４は、一実施形態に従うドライバ２０３の限定されない例となるブロック図を示す。ドライバ２０３は、負荷に給電することを可能にされる振幅及び周波数を有する電力ＡＣ信号を生成し出力するよう構成される。
【００３６】
ドライバ２０３は、ロジックユニット４１０と、発振器４２０と、増幅器４３０とを有する。ＤＣグリッドからのＤＣ信号はロジックユニット４１０へ入力される。ロジックユニット４１０は、部分的に、入力ＤＣ信号の極性を入れ替えるよう且つ発振器４２０へ供給される周波数制御を生成するよう構成される。ロジックユニット４１０はまた、発振器４２０及び増幅器４３０の動作に必要とされる電圧レベルへと入力ＤＣ信号を調整する。
【００３７】
発振器４２０は、ロジックユニット４１０によって生成される周波数制御信号に基づき、容量性給電システムの共振周波数でＡＣ信号を生成する。発振器４２０の出力は増幅器４３０へ供給され、増幅器４３０は、負荷に給電するのに必要とされる電力レベルへとＡＣ信号を増幅させる。増幅器４３０は、必要とされる電力レベルで信号を生成するようロジックユニット４１０によって制御されてよい。増幅器４３０は、線形増幅器、Ｈブリッジ増幅器、スイッチモード増幅器、等であってよいがこれらに限られない。
【００３８】
一実施形態において、ロジックユニット４１０は、信号のチューニングが必要とされるかどうかを決定するよう、出力部４０２、４０３で電圧及び電流の位相を検知する。代替的に、又は集合的に、電圧及び電流の位相は受信電極において測定される。他の実施形態において、ドライバ２０３は、負荷を制御するのに利用され得る制御信号のように、ＡＣ電力信号において変調される制御信号を生成する。例えば、負荷がＬＥＤランプである場合は、ドライバ２０３によって出力される制御信号は、ＬＥＤランプの調光又は色設定のために利用されてよい。
【００３９】
ＡＣ電力信号のチューニングは、負荷を通る電流フローを最大とするために実行される点が留意されるべきである。上述されたように、これは、システムの直列共振周波数及び出力されるＡＣ信号の周波数が互いに一致する場合に達成される。
【００４０】
図５は、本発明の実施形態に従う無線ＡＣ−ＤＣ電力コンバータ装置５００の限定されない図である。装置５００は一対の電極５０１、５０２を有し、これらを介してＡＣ電力グリッドの導電ストライプ５２１、５２２からのＡＣ電力信号が無線により受け取られる。絶縁層（図５では図示せず。）が電極５０１、５０２の対とＡＣ電力グリッドの導電ストライプ５２１、５２２との間を絶縁する。ここで、絶縁層は非導電性材料から作られる。ＡＣ電力信号は、先に詳細に論じられた容量カップリングによって伝達される。装置５００は、ＡＣグリッドによって供給されるＡＣ信号の周波数と略一致する周波数で装置５００を共振させるよう誘導素子５０３を更に有する。
【００４１】
入力ＡＣ信号は、コンバータ５０４によってＤＣ信号へと変換される。コンバータ５０４は、一実施形態において、整流器として実施される。コンバータ５０４によって出力されたＤＣ信号は、一対のコネクタ５０５、５０６により無動力導電ストライプ５１１、５１２へ供給される。コネクタ５０５、５０６とＤＣグリッドの誘導ストライプ５１１、５１２との間の接続はガルバニック接触による。導電ストライプ５１１、５１２は、ＤＣ信号を供給される場合に、局所ＤＣグリッドを形成する。導電ストライプ５１１、５１２は、ＡＣ放射を生じさせることなく任意に長くされ得る。装置５００は、局所ＤＣグリッドを作動させるようＡＣグリッドにおいてどこにでも設置され得る。
【００４２】
他の実施形態において、無線ＤＣ−ＡＣ電力コンバータ装置２００と無線ＡＣ−ＤＣ電力コンバータ装置５００とを有するシステムが提供される。そのようなシステムは、入力電力源、すなわち、ＡＣ又はＤＣ電力信号のいずれか、に依存して、それらのコンバータの一方を作動させるコントローラを更に有してよい。
【００４３】
本発明は、幾つかの記載される実施形態に関してある程度の長さである程度の詳細さを有して記載されてきたが、如何なる詳細若しくは実施形態又は如何なる特定の実施形態にも制限されるべきではなく、先行技術を考慮して特許請求の範囲の最も広い可能な解釈を提供するよう、従って本発明の意図される適用範囲を有効に包含するよう特許請求の範囲を参照して解釈されるべきである。更に、上記は、実施可能要件が得られる本発明によって予見される実施形態に関連して本発明を記載する。なお、本発明の実体のない変形は、目下予見されていないとしても、記載される実施形態と同等である。
【００４４】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１１年８月１６日付けで出願された米国特許仮出願第６１／５２３９２４号及び２０１２年５月１６日付けで出願された米国特許仮出願第６１／６４７７４４号に基づく優先権を主張するものである。
【図１】
2014527795.tif 000003
【図２】
2014527795.tif 000004
【図３】
2014527795.tif 000005
【図４】
2014527795.tif 000006
【図５】
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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】
容量性電力伝達システムをＤＣグリッドへ局所的に接続し且つ前記容量性電力伝達システムにおいて接続される負荷へ電力を供給するＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置であって、
ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ラインへのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタと、
前記少なくとも２つのコネクタへ結合され、該少なくとも２つのコネクタによって供給される入力ＤＣ信号からＡＣ電力信号を生成するドライバと、
前記ドライバの出力へ接続される少なくとも一対の送信電極と
を有し、
前記ＡＣ電力信号の周波数は、前記容量性電力伝達システムの直列共振周波数に略一致し、当該装置の構成要素は、導電性又は非導電性材料の面でアセンブルされる、ＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項２】
前記ドライバと前記少なくとも一対の送信電極の１つとの間に直列に接続されるインダクタ
を更に有する請求項１に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項３】
前記ＤＣグリッドの前記少なくとも２つの供給ラインは、絶縁層を形成するよう非導電性材料によって覆われる、
請求項２に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項４】
前記ドライバによって生成される前記ＡＣ電力信号は、前記少なくとも一対の送信電極が前記負荷へ接続される一対の受信電極と重なり合う場合に、前記少なくとも一対の送信電極から前記一対の受信電極へ無線により伝達され、
前記一対の受信電極、前記ＤＣグリッドの前記少なくとも２つの供給ライン、及び前記負荷は同じインフラストラクチャの部分である、
請求項３に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項５】
前記容量性電力伝達システムを前記ＤＣグリッドへ局所的に接続するよう前記インフラストラクチャに実装される請求項４に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項６】
前記容量性電力伝達システムの前記直列共振周波数は、前記インダクタと、一対の送信電極と一対の受信電極との間に形成される容量インピーダンスとの共振周波数である、
請求項５に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項７】
前記一対の受信電極は、水平な導電ストライプであり、前記供給ラインは、前記インフラストラクチャの同じ基板層に含まれる垂直な導電ストライプである、
請求項５に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項８】
前記一対の受信電極は、水平な導電ストライプであり、前記供給ラインは、前記インフラストラクチャの異なる基板層に含まれる垂直な導電ストライプである、
請求項５に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項９】
前記ドライバは、
前記入力ＤＣ信号の極性を入れ替え、周波数制御信号を生成するよう構成されるロジックユニットと、
前記生成された周波数制御信号に基づき前記直列共振周波数でＡＣ信号を生成するよう構成される発振器と、
前記発振器によって生成される前記ＡＣ信号を前記負荷に給電するのに必要な振幅へと増幅するよう構成される増幅器と
を有する、請求項１に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項１０】
前記ロジックユニットは更に、前記負荷の動作を制御するよう構成される、
請求項９に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置。
【請求項１１】
容量性電力伝達システムへ接続される無動力ＤＣグリッドへＤＣ信号を局所的に供給するＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置であって、
ＡＣ電力グリッドの少なくとも２つの電極へ容量結合され、それにより前記ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力信号が無線により伝達される少なくとも一対の電極と、
前記少なくとも一対の電極へ接続され、前記ＡＣ電力信号からＤＣ信号を生成するよう構成されるＡＣ−ＤＣコンバータと、
前記無動力ＤＣグリッドの少なくとも２つの供給ラインへのガルバニック接触を可能にする少なくとも２つのコネクタと
を有し、
当該装置は、前記ＤＣグリッドに局所的に給電するよう前記ＡＣ電力グリッドのインフラストラクチャに実装され、該インフラストラクチャは、受信電極及びＤＣグリッド供給ラインを有する広い面である、ＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１２】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータと前記少なくとも一対の電極の１つとの間に直列に接続されるインダクタ
を更に有する請求項１１に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一対の電極と前記ＡＣ電力グリッドの前記少なくとも２つの電極との間に絶縁層が配置され、該絶縁層は、非導電性材料から作られる、
請求項１２に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１４】
前記ＡＣ電力信号の周波数は、前記インダクタと、前記少なくとも一対の電極と前記ＡＣ電力グリッドの前記少なくとも２つの電極との間に形成される容量インピーダンスとの直列共振周波数に略一致する、
請求項１３に記載のＡＣ−ＤＣ無線コンバータ装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載のＤＣ−ＡＣ無線コンバータ装置と、請求項１１乃至１４のうちいずれか一項に記載のＡＣ−ＤＣコンバータ装置とを有するシステム。
【国際調査報告】
2014527795.tif 000008
2014527795.tif 000009
2014527795.tif 000010