(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動送信ラインと、
前記差動送信ラインに結合され、ＲＦエネルギーを放射して無線情報を送受信するように構成された複数の導電素子と、
隣接する導電素子の間に位置決めされ、アンテナが磁場に曝される際、前記複数の導電素子における電流の誘発を阻止するまたは抑制するように構成された複数のギャップとを備える、無線電力システムにおいて使用するためのアンテナ。
【請求項２】
前記複数の導電素子が、第１の電気経路と、第２の電気経路を提供するように配置される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の電気経路が前記アンテナの内側トレースを含み、前記第２の電気経路が前記アンテナの外側トレースを含む、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の電気経路が第１の共振周波数に調整され、前記第２の電気経路が第２の共振周波数に調整される、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
ＴＥＴシステムにおいて使用するための無線受信機であって、
機密式の内部筐体と、
前記内部筐体の中に配置されたエネルギー源と、
前記筐体内に配置され、前記ＴＥＴ受信機の作動を制御するように構成された制御装置と、
前記内部筐体の周りに配置され、前記内部筐体に到達する磁束の量を低下させるように構成された低周波数フェライト筐体と、
前記フェライト筐体の周りに巻き付けられ、外部の電力送信機から無線エネルギーを受信するように構成された少なくとも１つのワイヤコイルと、
アンテナ本体と、
前記アンテナ本体上に配置された複数の導電素子と、
前記複数の導電素子を前記制御装置に電気的に接続し、前記複数の導電素子にＲＦエネルギーを出力することで無線情報を送受信するように構成された差動送信ラインと、
隣接する導電素子の間に位置決めされ、前記アンテナが磁場に曝される際、前記複数の導電素子における電流の誘発を阻止するまたは抑制するように構成された複数のギャップとを備える無線受信機。
【請求項６】
前記複数の導電素子が第１の電気経路と、第２の電気経路を提供するように配置される、請求項５に記載の無線受信機。
【請求項７】
前記第１の電気経路が前記アンテナの内側トレースを含み、前記第２の電気経路が前記アンテナの外側トレースを含む、請求項６に記載の無線受信機。
【請求項８】
前記第１の電気経路が第１の共振周波数に調整され、前記第２の電気経路が第２の共振周波数に調整される、請求項７に記載の無線受信機。
【請求項９】
前記複数の導電素子と前記低周波数フェライト材料の間に位置決めされた高周波数フェライト材料をさらに備える、請求項５に記載の無線受信機。
【請求項１０】
電気要素を包囲するための金属で形成された筐体と、
前記筐体の外側面に配置された低周波数フェライト層と、
請求項１に記載のアンテナであるアンテナ本体であって、前記低周波数フェライト層の上に配置された、該アンテナ本体とを備え、
前記複数の導電素子は、前記アンテナ本体上に配置されたアンテナ金属を構成する、外部デバイスと通信するための植え込み式のアンテナ組立体。
【請求項１１】
前記アンテナ金属が、金属ストリップで形成された共振構造体である、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１２】
前記金属ストリップが対称な領域を有する特定のパターンで形成される、請求項１１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１３】
前記低周波数フェライト層と前記アンテナ本体の間に配置された高周波数フェライト層をさらに備える、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１４】
前記筐体内から前記アンテナ金属まで延びる導電ウェルをさらに備える、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１５】
前記筐体内から前記アンテナ金属まで延びるフィードスルーピンをさらに備える、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１６】
導電ウェルが、セラミックの中に形成されたフィードスルーピンを備える、請求項１５に記載のアンテナ組立体。
【請求項１７】
高周波数フェライト層を前記筐体から隔てる隙間層をさらに備える、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１８】
前記アンテナ組立体がグラウンド面を含まない、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１９】
通信アンテナであって、
差動送信ラインと、
前記差動送信ラインに結合され、ＲＦエネルギーを放射して無線情報を送受信するように構成された複数の導電素子と、
隣接する導電素子の間に位置決めされ、前記アンテナが磁場に曝される際、前記複数の導電素子における電流の誘発を阻止するまたは抑制するように構成された複数のギャップとを備える通信アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｓｉｇｎｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  ａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓｌｙ  Ｐｏｗｅｒｅｄ  Ｉｍｐｌａｎｔ  ｔｏ  ａｎ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｏｕｔｓｉｄｅ  ｔｈｅ  Ｂｏｄｙ」というタイトルで、２０１４年９月２２日に提出された米国仮特許出願第６２/０５３，６６３号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
（参照による組み込み）
【０００２】
本明細書において言及される全ての公報及び特許出願は、あたかも各々の個々の公報または特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることが指摘されるのと同程度に参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本分野は一般に共振無線電力伝送システムに関し、より詳細には植え込み式の共振無線電力伝送システムのための通信システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
多くの種類のデバイスは指定場所の間でエネルギーを送信する必要がある。近年の進歩は、コードを使用しない無線エネルギー送信（ＷＥＴ）に対して革新のペースを早めてきた。無線エネルギー技術を利用するシステムの一例は、電動の植え込み式医療デバイスである。
【０００５】
多くの植え込み式医療デバイスは、インプラントに電力を供給するために電気系統を必要とする。典型的にはこれは、電源とインプラントを接続する経皮的な配線を利用することで達成される。より最近では、例えば植え込み式医療デバイスに電力を供給するために、振動する磁場を介する経皮的エネルギー伝送（ＴＥＴ）システムの開発に興味が集まっている。
【０００６】
ＴＥＴシステムは通常、いくつかの構成要素またはシステムを含む。従来のＴＥＴシステムは、皮膚の層を横断してエネルギーを送るための送信コイルと、受信コイルとによって実現される。このシステムは典型的には、送信コイルを駆動する及び／または植え込まれた電子機器を制御するための制御装置を含む。
【０００７】
典型的には、植え込み式医療デバイス、例えば植え込まれたセンサは、作動するのに極めて小さな電力しか必要としない。そのような低電力レベル（ミリワットの大きさの）の場合、電力伝送レベル及び効率も低くなり得る。より高い電力デバイス（例えばワットの大きさで１５Ｗ以上の）の場合、無線電力の効率的な伝送が極めて重要である。加えて、より大きな植え込み式デバイスを収容することができる体内の位置が制限され、そのうちの一部は皮膚表面より下の深いところになる。このようなインプラントの位置は、送信及び受信コイル両方の位置及び配向に対するさらなる注意を要し、また伝送効率を改善し最大限にするための技術も必要とする。
【０００８】
植え込み式医療デバイスのための従来のＴＥＴシステムは、植え込まれた受信機コイルを皮膚のすぐ下に位置決めする必要があり、典型的には受信及び送信コイルを整列させ、それらを一緒に維持するための機械的な機構を含む。ＴＥＴシステムによってそれらに電力が供給されるとすると、このようなデバイスを皮膚のすぐ下に植え込むことによって、このような植え込みデバイスのサイズ及び電力要件が制限される。ＴＥＴシステムは、電力が受信機コイルによって受信されない間でも作動するように設計することができる。典型的な構成では、外部電力が遮断されるまたは利用できない場合、ソリッドステート電子機器及び電池が植え込まれた医療デバイスに電力を供給することができる。このような場合、患者及び／または植え込まれた構成要素に関する介護人に情報を伝達するユーザインターフェースまたは他の電子デバイスを設けることが有利な場合がある。例えばユーザインターフェースは、内部の電池レベルが低下した場合、患者に知らせるための警報装置を含んで良い。
【０００９】
ＴＥＴシステムの構成要素同士の状況及びその間の距離が変動することから、植え込み式医療デバイス、ユーザインターフェース及び外部の送信機における信頼できる通信は難題であり得る。
【００１０】
植え込み式デバイス間の通信に使用される場合、無線信号には制限がある。人体による無線信号の減衰は極めて大きく、通信信号を中断させる場合もある。例えば浅い植え込みの深さ、適切に設計されたアンテナ、植え込まれるモジュールの適切な配向、及び信頼できる無線リンクなどの、たとえ最適な状況下であっても減衰は１０ｄＢから２０ｄＢ程になり得る。より深い植え込み深さの場合、あるいはインプラントがその意図される位置から大きく回転した場合、減衰は１００ｄＢを超えるまで大きくなる場合もある。これにより、高い損失率を含む、信頼できないまたは完全に遮断された無線リンクとなる可能性がある。
【００１１】
帯域内通信が植え込みシステムにおいて使用されており、これは送信機によって感知することができる受信機の負荷の調節を含む。帯域内通信に関する問題は、共振回路内に追加の電子機器を必要とすることであり、これは電力伝送効率を低下させ、受信機の追加の加熱作業を生じさせる。加えて、共振回路を電力効率がよくなるように最適化することと、有効な量の情報を送信することには基本的な設計の矛盾がある。前者は、高い線質係数のコイルを好み、後者はより低い線質係数のコイルを好む。
【００１２】
それ故、インプラントが、送信機がない場合、ユーザインターフェースと効率的に通信することができるシステムを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の新規の特徴は、以下に続く請求項において独自性を持って記載されている。本発明の特徴及び利点のより適切な理解は、本発明の原理が利用される例示の実施形態を記載する以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することによって得られるであろう。
【００１４】
無線電力システムにおいて使用するためのアンテナが提供され、これは差動送信ラインと、差動送信ラインに結合され、ＲＦエネルギーを放射して無線情報を送受信するように構成された複数の導電素子と、隣接する導電素子の間に位置決めされ、アンテナが磁場に曝される際、複数の導電素子における電流の誘発を阻止するまたは抑制するように構成された複数のギャップとを備える。
【００１５】
いくつかの実施形態において、複数の導電素子は、第１の電気経路と、第２の電気経路を提供するように配置される。他の実施形態において、第１の電気経路はアンテナの内側トレースを含み、第２の電気経路はアンテナの外側トレースを含む。別の実施形態において、第１の電気経路は第１の共振周波数に調整され、第２の電気経路は第２の共振周波数に調整される。
【００１６】
ＴＥＴシステムにおいて使用するための無線受信機が提供され、これは機密式の内部筐体と、内部筐体の中に配置されたエネルギー源と、筐体内に配置されＴＥＴ受信機の作動を制御するように構成された制御装置と、内部筐体の周りに配置され内部筐体に到達する磁束の量を低下させるように構成された低周波数フェライト筐体と、フェライト筐体の周りに巻き付けられ、外部の電力送信機から無線エネルギーを受信するように構成された少なくとも１つのワイヤコイルと、アンテナ本体と、アンテナ本体上に配置された複数の導電素子と、複数の導電素子を制御装置に電気的に接続し、複数の導電素子にＲＦエネルギーを出力することで無線情報を送受信するように構成された差動送信ラインと、隣接する導電素子の間に位置決めされ、アンテナが磁場に曝される際、複数の導電素子における電流の誘発を阻止するまたは抑制するように構成された複数のギャップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】基本の無線電力伝送システムの図である。
【図２】一対のコイルによって生成される磁束の図である。
【図３Ａ】結合係数に対するコイルの整列の影響の図である。
【図３Ｂ】結合係数に対するコイルの整列の影響の図である。
【図４】植え込み式のＴＥＴＳ受信機上に通信アンテナを含む無線電力伝送システムの一実施形態の図である。
【図５】無線電力伝送システムと共に使用するための通信アンテナの一実施形態を示す図である。
【図６】無線電力伝送システムと共に使用するための通信アンテナの別の実施形態を示す図である。
【図７】無線電力伝送システムと共に使用するための通信アンテナのさらに別の実施形態を示す図である。
【図８】無線電力伝送システムと共に使用するための通信アンテナ断面図を示す図である。
【図９】通信アンテナの導電素子間の拡大するギャップに伴ってパラメータ表示されたアンテナ整合の図である。
【図１０】拡大するギャップに伴ってパラメータ表示されたアンテナ整合（反射係数）の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
いくつかの実施形態において、複数の導電素子は第１の電気経路と、第２の電気経路を提供するように配置される。他の実施形態において、第１の電気経路はアンテナの内側トレースを含み、第２の電気経路はアンテナの外側トレースを含む。別の実施形態において、第１の電気経路は第１の共振周波数に調整され、第２の電気経路は第２の共振周波数に調整される。
【００１９】
一実施形態において受信機はさらに、複数の導電素子と低周波数フェライト材料の間に位置決めされた高周波数フェライト材料を備える。
【００２０】
外部デバイスと通信するための植え込み式のアンテナ組立体が提供され、これは電気要素を包囲するための金属で形成された筐体と、筐体の外側面に配置された低周波数フェライト層と、低周波数フェライト層の上に配置されたアンテナ本体と、アンテナ本体上に配置されたアンテナ金属とを備える。
【００２１】
いくつかの実施形態において、アンテナ金属は、金属ストリップで形成された共振構造体である。
【００２２】
一実施形態において、金属ストリップは、対称な領域を有する特定のパターンで形成される。
【００２３】
一実施形態において、アンテナはさらに、低周波数フェライト層とアンテナ本体の間に配置された高周波数フェライト層を備える。
【００２４】
別の実施形態において、アンテナはさらに、筐体内からアンテナ金属まで延びる導電ウェルを備える。一実施形態において導電ウェルは、セラミックの中に形成されたフィードスルーピンを備える。
【００２５】
いくつかの実施形態において、アンテナはさらに、筐体内からアンテナ金属まで延びるフィードスルーピンを備える。
【００２６】
一実施形態において、アンテナはさらに、高周波数フェライト層を筐体から隔てる隙間層を備える。
【００２７】
いくつかの実施形態において、アンテナ組立体はグラウンド面を含まない。
【００２８】
通信アンテナが提供され、これは差動送信ラインと、差動送信ラインに結合され、ＲＦエネルギーを放射して無線情報を送受信するように構成された複数の導電素子と、隣接する導電素子の間に位置決めされ、アンテナが磁場に曝される際、複数の導電素子における電流の誘発を阻止するまたは抑制するように構成された複数のギャップとを備える。
【００２９】
以下に続く記載において、同様の構成要素には、それらが異なる実施形態において示されるかどうかに関わらず同一の参照番号が与えられている。本開示の実施形態（複数可）を明白かつ簡潔なやり方で例示するために、図面は必ずしも縮尺通りではない場合もあり、特定の機構は幾分概略的な形式で示される場合もある。一実施形態に関して記載及び／または図示される機構は、同一の方法または似たようなやり方で１つまたは複数の他の実施形態において、ならびに／あるいは他の実施形態の機能と組み合わせて、またはその代わりに使用されて良い。
【００３０】
本発明の種々の態様は、国際特許公開第ＷＯ２０１２０４５０５０号、米国特許第８，１４０，１６８号、７，８６５，２４５号、７，７７４，０６９号、７，７１１，４３３号、７，６５０，１８７号、７，５７１，００７号、７，７４１，７３４号、７，８２５，５４３号、６，５９１，１３９号、６，５５３，２６３号及び５，３５０，４１３号、ならびに米国公開第２０１０/０３０８９３９号、２００８/０２７２９３号及び２０１０/０１０２６３９号に記載されるものと同様であり、これらの特許及び出願はその内容全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれている。
無線電力送信システム
【００３１】
電力は磁気誘導によって無線で送信することができる。種々の実施形態において、送信機と受信機は密結合されている。
【００３２】
一部の例では、「密結合される」または「密結合」は、作動させるためにコイルを互いに極めて近づける必要があるシステムを指す。一部の例では、「疎結合される」または「疎結合」は、コイルがかなりの空間的及び／または軸方向の分離距離を有する場合、また一部のケースでは大きな方のコイルの直径と等しいまたはこれより短い距離までの分離距離を有する場合に作動するように構成されたシステムを指す。一部のケースでは、「疎結合される」または「疎結合」は、受信機と送信機の物理的な分離距離及び／または配向の変化に比較的影響を受けないシステムを指す。
【００３３】
一部のケースでは「疎結合される」または「疎結合」は、コイルがかなりの空間的な及び／または軸方向の分離距離を有する場合、また一部のケースでは、大きな方のコイルの直径と等しいまたはこれより短い距離までの分離距離を有する場合に作動するように構成されたシステムを指す。一部のケースでは、「疎結合される」または「疎結合」は、受信機と送信機の物理的な分離距離及び／または配向の変化に比較的影響を受けないシステムを指す。一部のケースでは、「疎結合される」または「疎結合」は、高度の共振システム及び／または強力に結合された磁気共振器を用いるシステムを指す。
【００３４】
種々の実施形態において、送信機及び受信機は、非共振コイルである。例えば一方のコイルにおける電流の変化が変化する磁場を誘発する。この磁場の範囲内の第２のコイルが磁束を受け取り、これが今度は第２のコイルにおいて電流を誘発する。非共振コイルを有する密結合システムの一例は、国際公開第ＷＯ２０００/０７４７４７号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。従来の変換器が、密結合された非共振システムの別の例である。種々の実施形態において、送信機及び受信機は共振コイルである。例えばコイルの一方または両方が同調コンデンサに、またはそれぞれのコイルにおける周波数を制御するための他の手段に接続される。共振コイルを有する密結合システムの例は、国際特許第ＷＯ２００１/０３７９２６号、ＷＯ２０１２/０８７８０７号、ＷＯ２０１２/０８７８１１号、ＷＯ２０１２/０８７８１６号、ＷＯ２０１２/０８７８１９号、ＷＯ２０１０/０３０３７８号及びＷＯ２０１２/０５６３６５号、米国公開第２００３/０１７１７９２号及び米国特許第５，３５０，４１３号(現在は放棄されている)に記載されており、これらは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【００３５】
所与のコイルサイズ及び分離距離に関して、所与の大きさの電力を結合させるには、誘導または共振システムのいずれかに対して同一の磁場強度を生成する必要がある。これは、コイル内に同数のアンペアターンを必要とする。誘導システムにおいて全てのアンペアターンは、ＭＯＳＦＥＴを通過し、そのオン状態の抵抗において電力損失を生じさせる。共振システムにおいては、励磁機のアンペアターンのみがＭＯＳＦＥＴを通過し、共振器アンペアターンは通過しない。その結果、共振システムは常に、同一の寸法及び電力スループットの誘導システムよりも、より小さな損失とより高い係数を有することになる。
【００３６】
種々の実施形態において、送信機及び受信機は非共振コイルである。例えば一方のコイルにおける電流の変化が変化する磁場を誘発する。この磁場の範囲内の第２のコイルが磁束を受け取り、これが今度は第２のコイルにおいて電流を誘発する。非共振コイルを有する密結合システムの一例は、国際公開第ＷＯ２０００/０７４７４７号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。従来の変換器が、密結合された非共振システムの別の例である。種々の実施形態において、送信機及び受信機は共振コイルである。例えばコイルの一方または両方が同調コンデンサに、またはそれぞれのコイルにおける周波数を制御するための他の手段に接続される。共振コイルを有する密結合システムの例は、国際特許第ＷＯ２００１/０３７９２６号、ＷＯ２０１２/０８７８０７号、ＷＯ２０１２/０８７８１１号、ＷＯ２０１２/０８７８１６号、ＷＯ２０１２/０８７８１９号、ＷＯ２０１０/０３０３７８号及びＷＯ２０１２/０５６３６５号、米国公開第２００３/０１７１７９２号に記載されており、これらは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【００３７】
種々の実施形態において、送信機及び受信機は疎結合されている。例えば、送信機が共振して磁束を伝播させることができ、この磁束は相対的に大きな距離のところで受信機によって受信される。一部の例では、エネルギーは数メートルにわたって伝送させることができる。疎結合システムにおいて、電力の伝送は必ずしも臨界距離に左右されない場合がある。むしろこのシステムは、送信機と受信機における結合係数の変化に適応することが可能であり得る。疎結合システムの一例は、国際公開第ＷＯ２０１２/０４５０５０号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【００３８】
エネルギーを放射することによって電力を無線で送信することができる。種々の実施形態において、システムはアンテナを備える。アンテナは、共振または非共振であって良い。例えば非共振アンテナは、電磁波を放射して磁場を生成することができる。磁場は、近距離磁場または遠距離磁場であり得る。この磁場は指向性であり得る。一般に、遠距離磁場は、より大きな範囲を有するが、電力伝送率は低い。共振器によってエネルギーを放射するためのそのようなシステムの一例は、国際公開第ＷＯ２０１０/０８９３５４号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。そのような非共振システムの一例は、国際公開第ＷＯ２００９/０１８２７１号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。アンテナの代わりに、システムは、例えばレーザなどの高エネルギー光源を備える場合もある。このシステムは、光子が空間的に制限された、直接のコヒーレント経路において、送信地点から受信地点まで電磁エネルギーを運ぶように構成することができる。そのようなシステムの一例は、国際公開第ＷＯ２０１０/０８９３５４号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【００３９】
電力はまた、エネルギーが通過する材料または媒体の利点を得ることによって送信されて良い。例えば体積伝導は、送信地点と受信地点の間で組織を通過するように電気エネルギーを送信することを含む。そのようなシステムの一例は、国際公開第ＷＯ２００８/０６６９４１号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【００４０】
電力はまた、コンデンサ充電技術を用いて伝送することもできる。このシステムは、共振または非共振であってよい。無線エネルギー伝送のためのコンデンサ充電の例は、国際公開第ＷＯ２０１２/０５６３６５号に記載されており、これは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
【００４１】
本発明の種々の態様によるシステムを、磁気誘導による無線エネルギー伝送のためのシステムと関連して次に記載する。例示のシステムは共振電力伝送を利用する。システムは、２つの誘導結合されたコイルの間に電力を送信することによって機能する。しかしながら変換器とは対照的に、例示のコイルは、密に一緒に結合されない。変換器は一般に、コイルが整列され、互いに直接隣接して位置決めされる必要がある。例示のシステムは、コイルの疎結合に適応する。
【００４２】
一つの受信機コイルと一つの送信機コイルの点において記載してきたが、システムが２つ以上の受信機コイルと、２つ以上の送信機コイルを利用する場合もあることが本明細書の記載から理解されるであろう。例えば送信機は、磁束を共振させるための第１のコイルと、第１のコイルを励起するための第２のコイルの２つのコイルによって構成されて良い。「共振器」と「コイル」は、ある程度相互に入れ替え可能に利用され得ることが本明細書の記載からさらに理解されるであろう。様々な点において、「共振器」は、併せて接続されたコイルまたはコンデンサを指す。
【００４３】
本開示の種々の実施形態によると、システムは、１つまたは複数の受信機に無線で電力を送信するように構成された１つまたは複数の送信機を備える。種々の実施形態において、システムは、多重伝送配置での１つの送信機と、２つ以上の受信機とを含む。周波数生成器が送信機に電気的に結合されて送信機を駆動させ、特定の周波数においてまたは特定の周波数範囲で電力を送信することができる。周波数生成器は、電圧制御発振器、１つまたは複数の切り替え式のコンデンサのアレイ、電圧制御発振器ならびに１つまたは複数のバラクタ、位相同期回路、直接デジタルシンセサイザ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。送信機は、複数の周波数において並行して電力を送信するように構成することができる。周波数生成器は、共通の基準発振器に電気的に結合された２つ以上の位相同期回路、２つ以上の独立した電圧制御発振器またはそれらの組み合わせを含むことができる。送信機は、共通の周波数で複数の受信機に同時に電力を送り届けるように構成することができる。
【００４４】
種々の実施形態において、送信機は、特定の周波数で低電力信号を送信するように構成される。送信機は、特定の時間に及び／または特定の間隔で低電力信号を送信することができる。種々の実施形態において、送信機は、特定の周波数で無線で高電力信号を送信するように構成される。送信機は、特定の時間及び／または特定の間隔で高電力信号を送信することができる。
【００４５】
種々の実施形態において、受信機は、受信機コイルに電気的に結合され、共振器が、受信機が受信することができる周波数または特定の範囲の周波数を変更することができるように構成された周波数選択機構を含む。周波数選択機構は、切り替え式の個別のコンデンサのアレイ、可変コンデンサ、受信アンテナに電気的に結合された１つまたは複数の誘導器、受信アンテナの追加のコイルターン、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００４６】
一般に、送信機コイルからの磁束のほとんどは、受信機コイルに到達しない。受信機コイルに到達する、送信機コイルによって生成される磁束の大きさは「ｋ」によって表され、「結合係数」と呼ばれる。
【００４７】
種々の実施形態において、システムは、ｋの値をおよそ０．２からおよそ０．０１の範囲に維持するように構成される。種々の実施形態において、システムはｋの値を、少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０３、少なくとも０．０４または少なくとも０．０５に維持するように構成される。
【００４８】
種々の実施形態において、コイルは物理的に離間されている。種々の実施形態において、分離距離は、受信機コイルの厚さより大きい。種々の実施形態において、分離距離は、受信機コイルと送信機コイルの大きい方の直径と等しい、またはこれより短い。
【００４９】
磁束のほとんどが受信機に到達しないことから、送信機コイルは、受信機に結合されるものよりもずっと大きな磁場を生成しなければならない。種々の実施形態において、これは、コイルに多数のアンペアターンを有するように送信機を構成することによって達成される。
【００５０】
受信機に結合した磁束のみが実際の負荷に結合されるようになるため、この磁場におけるエネルギーのほとんどは無効である。コイル内の電流は、共振器を形成するためにコイルに接続されたコンデンサによって持続させることができる。よって電源は受信機によって吸収されたエネルギーのみを供給する必要がある。共振コンデンサは、受信機に結合されない余剰の磁束を維持する。
【００５１】
種々の実施形態において、受信機のインピーダンスは、送信機に一致される。これにより受信機から外への効率的なエネルギーの伝送が可能になる。この場合、受信機コイルは、共振コンデンサを有する必要がない。
【００５２】
次に図１に注目すると、無線エネルギー送信の簡素化された回路が示される。例示のシステムは、直列接続を示すが、システムは、送信機側または受信機側のいずれかに直列または並列のいずれかで接続されて良い。
【００５３】
例示の送信機は、コンデンサＣｘによって電源Ｖｓに接続されたコイルＬｘを含む。例示の受信機は、コンデンサＣｙによって負荷に接続されたコイルＬｙを含む。コンデンサＣｘは、所望の周波数においてＬｘを共振させるように構成されて良い。送信機コイルの静電容量Ｃｘは、その幾何学形状によって規定されて良い。誘導器Ｌｘ及びＬｙが結合係数ｋによって接続される。Ｍｘｙは、２つのコイル間の相互インダクタンスである。相互インダクタンス、Ｍｘｙは、結合係数ｋに関連する。
【００５４】
Ｍｘｙ=ｋ√(Ｌｘ・Ｌｙ)
【００５５】
例示のシステムにおいて、電源Ｖｓは、直列で送信機コイルＬｘと接続されるため、それは全ての無効電流を担う必要がある。これは電源の電流定格に大きな負担を与え、電源におけるいかなる抵抗も損失を増大させることになる。
【００５６】
例示のシステムは、送信機によって無線送信されたエネルギーを受信するように構成される受信機を含む。例示の受信機は負荷に接続される。受信機と負荷は、制御可能なスイッチによって電気的に接続されて良い。
【００５７】
種々の実施形態において、受信機は、電子制御式スイッチによって受信機コイルに接続されたり、そこから切り離されるように構成された回路素子を含む。この電気結合は、直列配置と並列配置の両方を含むことができる。回路素子は、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、アンテナ構造体の長さまたはそれらの組み合わせを含むことができる。システムは、送信機によって電力が送信され、所定の時間増分において受信機によって受信され得るように構成されて良い。
【００５８】
種々の実施形態において、送信機コイル及び／または受信機コイルは、実質的に二次元構造である。種々の実施形態において、送信機コイルは、送信機インピーダンス整合構造体に結合されて良い。同様に受信機コイルは、受信機インピーダンス整合構造体に結合されて良い。好適なインピーダンス整合構造体の例には、これに限定するものではないがコイル、ループ、変換器及び／または何らかのインピーダンス整合ネットワークが含まれる。インピーダンス整合ネットワークは、信号源を共振器構造体に接続するように構成されたインダクタまたはコンデンサを含んで良い。
【００５９】
種々の実施形態において、送信機は、制御装置（図示せず）と、駆動回路によって制御される。制御装置及び／または駆動回路は、方向性結合器、信号生成器及び／または増幅器を含んで良い。制御装置は、受信機と送信機の間の結合に対する変更を打ち消すために送信機の周波数または増幅器のゲインを調節するように構成するようにされることができる。
【００６０】
種々の実施形態において、送信機コイルは、インピーダンス整合コイルループに接続される。このループは電源に接続され、送信機コイルを励起するように構成される。第１のコイルループは、有限の出力インピーダンスを有して良い。信号生成器の出力は増幅され、送信機コイルに供給されて良い。使用中、第１のコイルループとメインの送信機コイルの間で電力が磁気的に伝送され、これによって受信機に磁束を送る。受信機コイルによって受信されたエネルギーは、オーム接続によって負荷に送られる。
【００６１】
実際の回路に対する難題の１つは、いかにしてエネルギーを共振器に取り込んだり、共振器から取り出したりするかである。単に共振器と直列または並列に電源及び負荷を配置するだけでは、電圧及び電流が必要とされるために難しい。種々の実施形態において、システムは、システムの特徴を分析し、関連する電圧及び電流を評価し、受信機によって必要とされる電力を送るように回路素子を制御することによって適切なエネルギーバランスを達成するように構成される。
【００６２】
一例の実施形態では、システム負荷電力ＰＬは、１５ワットと推定され、システムの作動周波数ｆは、２５０ｋＨｚである。このとき、各々のサイクルに関して、負荷は、共振器から特定の量のエネルギーを取り去る。
【００６３】
【数１】
0006655071.tif 000002
１つのサイクルにおいて負荷が取り去るエネルギー
【００６４】
受信機の共振におけるエネルギーは典型的には、作動可能な植え込み式医療デバイスに関する負荷が取り去るエネルギーの数倍大きくなる。種々の実施形態において、システムは、受信機におけるエネルギーと負荷が取り去るエネルギーに関して７：１の比率を推定する。この予測の下に、例示の受信機共振における瞬間エネルギーは、４２０μＪである。
【００６５】
例示の回路は分析され、受信機コイルのセルフインダクタンスは、６０ｕＨであることがわかった。エネルギー及びインダクタンスより、共振器における電圧及び電流を計算することができる。
【００６６】
【数２】
0006655071.tif 000003
【００６７】
【数３】
0006655071.tif 000004
【００６８】
【数４】
0006655071.tif 000005
【００６９】
この電圧と電流は、互いに対してトレードオフすることができる。インダクタは、ターンの数に関係なく同じ大きさの磁束を結合することができる。コイルのアンペアターンは、この例では同一のままである必要があり、そのためターンが多くなるほど電流が低下する。しかしながらコイルの電圧は増大する必要がある。その上電圧は、より高い電流を犠牲にして低下させることができる。送信機コイルは、さらに多くの磁束を有する必要がある。送信機の磁束は、結合係数によって受信機の磁束に関連付けられる。したがって送信機コイルからの磁場におけるエネルギーは、ｋによって増減される。
【００７０】
【数５】
0006655071.tif 000006
【００７１】
ｋが０．０５とすると、
【００７２】
【数６】
0006655071.tif 000007
【００７３】
同一の回路に関して、送信機コイルのセルフインダクタンスは、上記で述べたように１４６ｕＨであった。これは、以下のような結果になる。
【００７４】
【数７】
0006655071.tif 000008
【００７５】
【数８】
0006655071.tif 000009
【００７６】
この例から、競合する要因を理解し、いかにして電圧、電流及びインダクタンスを均衡させて、状況を適合させ、所望される結果を達成するかを理解することができる。受信機と同じように、電圧と電流は互いに対してトレードオフすることができる。この例では、システムにおける電圧及び電流は相対的に高い。負荷がより低い場合、受信機における電圧及び／または電流を下げるために同調を調節することができる。
結合係数及び相互インダクタンスの評価
【００７７】
上記に説明したように、結合係数ｋは、いくつかの理由のために有益であり得る。一例において、結合係数を利用して互いに対するコイルの配列を理解することができるため、そのように同調調節を行うことで適切な性能を保証することができる。受信機コイルが送信機コイルから離れるように移動する場合、相互インダクタンスは低下し、他の事情が同じならばより少ない電力が伝送されることになる。種々の実施形態において、システムは、同調調節を行うことで結合係数の低下を補うように構成される。
【００７８】
上記に記載される例示のシステムは、不完全な情報を有することが多い。当業者によって理解されるような様々な理由のために、システムは、全てのパラメータに関するデータは収集しない。さらにコイルの間に物理的なギャップがあり、かつ２つの共振器の間に外部の通信手段がないことから、受信機が持たない情報を送信機が有する場合があり、その逆もまた同様である。このような制限によって、結合係数ｋをリアルタイムで直接計測し、導き出すことが難しくなる。
【００７９】
以下に記載されるのは、所与の幾何学形状の２つのコイルに関して、結合係数ｋを評価するためのいくつかの原理である。これらの手法は、例えばビオーサバール計算または有限要素法などの技術を利用することができる。理解し易くするために、コイルが特有の配向においてどのように相互作用するかに基づいた特定の仮定及び一般法則が立てられる。電気回路の視点から、全ての物理的な幾何学的な並べ替えは一般に結合係数につながる可能性がある。
【００８０】
２つのコイルが、一方のコイルが他方を取り囲むように、それらが同一面内になるように配列された場合、このとき結合係数は、２つのコイルの面積比に概ね比例するように評価することができる。したがって、コイル１によって生成される磁束が、図２に示されるようにそれが包囲する面積にわたって概ね均一であると仮定する。
【００８１】
コイルが整列状態から外れて相対的な角度にある場合、結合係数は低下することになる。低下量は、図３Ａに示されるようにこの角度のコサインにほぼ等しくなるように評価される。コイルが互いに対して直交することで、シータ（θ）が９０度である場合、磁束は、受信機によって受信されなくなり、結合係数はゼロになる。
【００８２】
一方のコイルからの１／２の磁束が一方向であり、もう１／２の磁束が他方向であるようにコイルが配列された場合、図３Ｂに示されるように磁束は打ち消され、結合係数はゼロになる。
【００８３】
最終的な原理は、コイルの対称性に依拠する。一方のコイルと他方のコイルの結合係数及び相互インダクタンスは、このコイルが励起されているかに関わらず同一であると推定される。
【００８４】
Ｍｘｙ=Ｍｙｘ
【００８５】
図４は、人である患者の腹部に植え込まれた植え込み式のＴＥＴＳ受信機ユニット４００を備える無線電力伝送システムを示す。受信機ユニット４００は、例えば植え込み式医療デバイス、例えば植え込み式ＬＶＡＤまたは心臓ポンプであるデバイス負荷４０２に結合させることができる。例示の受信機ユニット４００は、外部送信機４０１から無線エネルギーを受信するように構成された受信機共振器コイルと、電子機器とを含むことができ、外部送信機４０１は、送信機共振器コイルに接続されたパルス生成器などの電源を含むことができる。一実施形態において、電子機器及びコイルは、別々に植え込まれ、植え込みケーブルによって接続される。いくつかの実施形態において、外部制御装置４０４をＴＥＴＳ受信機４００と通信するように構成することができ、患者の手首などで、患者がこれを着用することができる。他の実施形態において、外部制御装置は、パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォンまたはラップトップコンピュータなどの電子演算デバイスである場合もある。
【００８６】
一実施形態において、受信機ユニット４００はさらに、外側周辺部に沿って配置された通信アンテナ４０６を含んでおり、このアンテナは、人体の内外の他の電子デバイスに通信データを送信し、かつそれらのデバイスから受信するように構成されている。一実施形態において受信機ユニットはさらに、内部にある充電式電源を含む。種々の実施形態において、ＴＥＴシステムの受信機ユニット４００は、受信コイル、アンテナ、電源及び関連する回路を含む単一の植え込みデバイスとして構成される。受信機ユニットは、植え込み式医療デバイスをこのユニットに直接差し込むことができるように構成される。単一の筐体構成によって植え込みがし易くかつ迅速になる。加えて、インプラントの数が少ないため、結果として体内を貫通させる作業も少なくなり、経皮的に損なわれる箇所が少なくなるため、出血や感染といった不利になる事象のリスクも低下する。当業者は、システムの様々な内部構成要素が一緒にまとめられたり、あるいは別々に植え込まれる場合があることを本明細書の記載から理解するであろう。例えば内部にある充電式電源は、受信機ユニットと別々に植え込まれ、電源ケーブルによって接続される場合もある。アンテナ組立体、電源及び受信コイルは全て、別個の機密式に密閉された筐体内に構成することもできる。その全内容が全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる国際公開番号ＷＯ２００７/０５３８８１Ａ１号、米国公開番号２０１４/０００５４６６号及び米国特許番号８，５６２，５０８号は、いくつかの例示の構成を開示している。
【００８７】
図５は、植え込まれた無線で電力が供給されるデバイスから通信データを受信し、外部のデバイスに送信するように構成された通信アンテナ５０６の一実施形態のトップダウン図を示す。通信アンテナ５０６は、図４に示される受信機ユニット上にまたはその中に配置することができる。通信アンテナ５０６は、通信アンテナを無線送信機及び／または受信機に接続する少なくとも１つの供給ライン５０７と、供給ラインに結合された複数の導電素子５０８ａ−ｈとを備えることができる。導電素子５０８ａ及び５０８ｄは供給ラインに物理的に接続されており（例えばワイヤまたは導電接続によって）、通信アンテナにおける隣接する導電素子は物理的に接続されない代わりに、ギャップ５１０ａ−ｐによって隔てられている。このギャップは、例えば隣接する導電素子間のエアギャップであり得る。より具体的には、隣接する導電素子は、導電ワイヤまたはトレースを使用するなどして互いに対して電気的に接続されない代わりに、ギャップによって互いから隔てられる。図示の実施形態において、ギャップ５１０ａは導電素子５０８ａと５０８ｂを隔てており、ギャップ５１０ｂは導電素子５０８ｂと５０８ｃを隔てており、ギャップ５１０ｃは導電素子５０８ｃと５０８ｄを隔てており、ギャップ５１０ｄは導電素子５０８ｄと５０８ｅを隔てており、ギャップ５１０ｅは導電素子５０８ｅと５０８ｆを隔てており、ギャップ５１０ｆは導電素子５０８ｆと５０８ａを隔てている。同様にギャップ５１０ｇは導電素子５０８ａと５０８ｇを隔てており、ギャップ５１０ｈは導電素子５０８ｂと５０８ｇを隔てており、ギャップ５１０ｉは導電素子５０８ｃと５０８ｇを隔てており、ギャップ５１０ｊは導電素子５０８ｄと５０８ｇを隔てており、ギャップ５１０ｋは導電素子５０８ｄと５０８ｈを隔てており、ギャップ５１０ｌは導電素子５０８ｅと５０８ｈを隔てており、ギャップ５１０ｍは導電素子５０８ｆと５０８ｈを隔てており、ギャップ５１０ｎは導電素子５０８ａと５０８ｈを隔てている。最後にギャップ５１０ｏ及びギャップ５１０ｐは、通信アンテナの周辺部において導電素子５０８ｇと５０８ｈを隔てている。
【００８８】
当分野で知られるように、磁場に曝される際、導体または金属のループ内に電流を誘発させることができる。したがって磁気により結合された無線電力伝送システムのＴＥＴＳ磁場内にループ導体が配置されることで、場合によってＴＥＴＳ磁場によって大きな電流がループ導体内に誘発されることになり得る。この例において、アンテナが、無線電力伝送によって飽和される可能性がある。この問題を解決するために、本明細書に記載される通信アンテナは、隣接する導電素子の間にギャップを含むことで、アンテナにおける低周波数結合を最小限にすることができる。このようなアンテナは、ＴＥＴＳ磁場が存在下で電流を誘発させるためにたどることができるいかなる閉鎖経路もなしで設計することができる。いくつかの実施形態において、無線電力伝送システム（図４に記載されるシステムなど）は、２５０ｋＨｚの作動周波数などの低作動周波数を有する場合がある。比較すると、例示のシステムの通信アンテナの周波数は、ＴＥＴシステムがデータ通信システムを妨害しないように十分これより高くなっている（例えば１００ＭＨｚを超える）。特に上記に記載したループ導体に関連してアンテナ内に生じる電力損失が原因で、従来のパッチアンテナ及びグラウンド面を有するいずれのアンテナもＴＥＴＳ磁場の存在下でのこのような用途には適していない。通信アンテナにおけるギャップは故に、この作動周波数における無線電力伝送においてアンテナ内に誘発される電流を阻止するように構成することができる。換言すると、例示の構造体は、低周波数結合を抑制するまたは最小限にするように設計されたギャップを含んでいる。このようなギャップの場所及び間隔は、ＴＥＴシステムの周波数に対して通信アンテナの作動及び共振周波数を制御するために修正され最適化することができる。例えばトレースの幅及び位置は、第１の周波数範囲における性能及び結合を改善する一方で、第２の周波数範囲における結合を最小限にするように変更（例えばシグナルフローの途中で）することができる。
【００８９】
図５の実施形態において、導電素子は、内側トレースと外側トレースとを含む複数の電気経路を備えることができる。いくつかの実施形態において、このような電気経路は、同一の共振周波数に調整することができる。いくつかの実施形態において、このような電気経路は、異なる共振周波数に調整される場合もある。内側トレースは、供給ライン５０７から、導電素子５０８ａ、導電素子５０８ｂ、導電素子５０８ｃ、導電素子５０８ｄ、供給ライン５０７まで戻る電気経路を備えることができる。内側トレースはまた、供給ライン５０７から、導電素子５０８ｄ、導電素子５０８ｅ、導電素子５０８ｆ、導電素子５０８ａ、供給ライン５０７まで戻る電気経路を備えることもできる。さらに図５を参照すると、外側トレースは、供給ライン５０７から、導電素子５０８ａ、アンテナの外周部に沿って導電素子５０８ｇ、導電素子５０８ｄ、供給ライン５０７まで戻る電気経路を備えることができる。外側トレースはまた、供給ライン５０７から、導電素子５０８ｄ、アンテナの外周部に沿って導電素子５０８ｈ、導電素子５０８ａ、供給ライン５０７まで戻る電気経路を備えることもできる。内側経路と外側経路の選択、または複数の導電素子から成るどの経路を選択するかは、その経路が、問題となる周波数における共振に調整される度合いに左右される。
【００９０】
上記に記載したように、例示の通信アンテナ５０６は、外側トレースと内側トレースの２つの経路を備えることができる。これらの経路の各々は、２つの異なる共振周波数に調整することができる。アンテナが２つの共振周波数の低い方で駆動される場合、ＲＦエネルギーは、アンテナの外の方の経路、すなわち外側トレースを一周する傾向にある。アンテナが２つの共振周波数の高い方で駆動される場合、ＲＦエネルギーは、アンテナの内側トレースを一周する傾向にある。アンテナが２つの共振周波数の間の周波数で駆動されるとき、ＲＦエネルギーは、アンテナの内側トレースと外側トレース両方を通るように放射される。内側及び外側トレースの長さは、アンテナ内で使用される電波の波長によって決まる。内側トレースは、外側トレースと異なる共振周波数において放射するうに設計することができ、各々のトレースの全長は、アンテナの要求に基づいて設計することができる。いくつかの実施形態において、内側トレースと外側トレース両方を、１／４波アンテナ、１／２波アンテナ、５／８波アンテナ、全波アンテナまたは他の適切な波長として構成することができる。１つの特有の実施形態において、内側の経路は１／２波アンテナを備え、外側の経路は３／２波アンテナを備える場合がある。いくつかの実施形態において、内側トレースの電気的な長さは、外側トレースの電気的な長さと異なる場合がある。例えば、内側トレースは１／２波アンテナを備え、外側トレースは全波アンテナを備える場合があり、あるいは他の適切な組み合わせもあり得る。
【００９１】
図５に示されるように通信アンテナ５０６は、１つまたは複数の対称線に沿って忠実に反映させることができる。対称的な設計は、対称的な放射パターンを形成する傾向にある。この実施形態において、供給地点６０７の対称性によって頂部／底部対称が強く勧められる。図示の実施形態において、アンテナの頂部部分（導電素子５０８ｈ、５０８ｆ、５０８ａ、５０８ｂ及び５０８ｇ）は、アンテナの底部部分（導電素子５０８ｈ、５０８ｅ、５０８ｄ、５０８ｃ及び５０８ｇ）を忠実に反映することができる。同様に図５において、アンテナの左側部分（導電素子５０８ｈ、５０８ｆ、５０８ｅ、５０８ａ及び５０８ｄ）は、アンテナの右側部分（導電素子５０８ｇ、５０８ｂ、５０８ｃ、５０８ｄ及び５０８ａ）を忠実に反映することができる。
【００９２】
図６は、通信アンテナ６０６の別の実施形態を示す。アンテナ６０６は、図５のアンテナと同様であるが、導電素子の配列がわずかに異なっている。図６では、アンテナ６０６は、供給ライン６０７と、導電素子６０８ａ−ｆと、ギャップ５１０ａ−ｊとを含む。図５の実施形態と同様にアンテナ６０６もまた、内側トレースと、外側トレースとを含むことができる。内側トレースに沿った電気経路は、例えば供給ライン６０７から、導電素子６０８ａ、６０８ｂ、６０８ｃ、供給ライン６０７に戻る（または逆方向で）、あるいは代替として供給ライン６０７から導電素子６０８ｃ、６０８ｄ、６０８ａ、供給ライン６０７に戻る（または逆方向で）経路を備えることができる。同様に外側トレースに沿った電気経路は、例えば供給ライン６０７から、導電素子６０８ａ、６０８ｅ、６０８ｃ、供給ライン６０７に戻る（または逆方向で）、あるいは代替として供給ライン６０７から導電素子６０８ｃ、６０８ｆ、６０８ａ、供給ライン６０７に戻る（または逆方向で）経路を備えることができる。上記に記載したように、アンテナの内側及び外側トレースは異なる共振周波数に調整することができる。また図６に示されるように、導電素子は、ループを成す設計を有することができ、この場合個々の導電素子は、所望されるアンテナの長さに到達するために曲げられる、または向きを変えられる。導電素子が曲げられてループ状の形状になる場合でも、ループは閉鎖されず、素子内での低周波数の電流の誘発を阻止するために小さなギャップを含むことに留意されたい。しかしながら高周波数（アンテナの周波数）の電流は流れなければならない、さもなければアンテナは放射しない。
【００９３】
図７は、１つまたは複数の導電素子７０８ａ−ｄが、蛇行形状または蛇行設計を含むことができ、この導電素子が所望される電気的な長さを達成するために異なる方向にジグザグに伸びる一実施形態を示している。
【００９４】
図８は、受信機ユニット８００（図４の受信機ユニットなど）に設置された通信アンテナ８０６の断面図である。アンテナ８０６は、アンテナの共振器を構成する複数の導電素子８０８を備えることができる。例示のアンテナは、グラウンド面を持たない。導電素子は、例えばアルミニウム、銅、銀、金などいかなる導電材料を含むこともできる。導電素子は、アンテナ本体８１２上に載置することができる。アンテナ本体は、セラミック、ガラス、特定のポリマー、セラミック粒子、ポリマーに接着されたガラスファイバ、鉱物、または鉱物酸化物結晶（サファイア、ダイアモンド）などの絶縁体を備えることができる。いくつかの実施形態において、アンテナ本体は、アンテナを電気的により大きく見えるようにするように構成された高い誘電定数を有することができる。
【００９５】
例示の実施形態において、受信機ユニット８００は、完全に一体化されたアンテナである。グラウンド面を利用せずに、共振構造体がアンテナ構造体に統合される。例示の受信機ユニット８００は、チタンなどの生体適合性材料を有する筐体または缶８１４を含む。筐体８１４は、受信機ユニットの受信用及び電力管理電子機器を中に収容するために気密式に密閉することができる。いくつかの実施形態において、筐体８１４は、低周波数フェライト材料８１６によって囲繞される場合があり、これは接着層８１８によって筐体８１４を覆うように所定の場所に保持することができる。低周波数フェライト材料は、無線電力システムの磁場が筐体内を循環する電流を励起するのを阻止するように構成することができる。例えば低周波数フェライト材料は、無線電力システムの作動周波数（例えば２５０ｋＨｚの範囲内の周波数）において磁場をブロックするまたは縮小するように構成することができる。
【００９６】
高周波数フェライト材料８２０をアンテナ本体８１２と低周波数フェライト材料８１６の間に配置することができる。いくつかの実施形態において、低周波数フェライト材料８１６は、通信アンテナによって使用される周波数において極めて損失が多い場合がある。高周波数フェライト材料がスペーサとして機能することでアンテナを受信機ユニットの低周波数フェライト材料から隔てることができ、また通信アンテナからの下向きのエネルギを目的とする通信対象に向かって上向きに戻るように反射するように機能することもできる。高周波数フェライト材料は、下向きのエネルギーが低周波数フェライト材料によって消散されるのを阻止することができる。いくつかの実施形態において、高周波数フェライト材料は、低い透過性と誘電率を有することができる。アンテナ８０６と、受信機ユニット８００とを含む組立体全体は、プラスチック、セラミックまたは接着剤を有することができるカプセル化層７３０によってカプセル封入することができる。
【００９７】
導電ウェル８２２と、フィードスルーセラミック８２４と、フィードスルーピン８２６とを備えるフィードスルーサブ組立体は、受信機ユニットの電子機器と通信アンテナの間の制御されたインピーダンス送信ラインとして機能するように設計される。機械的な公差のために製造中に隙間層８２８が含まれる場合があり、これは全ての構成要素が適切に合わさってフィットすることを保証するために、接着剤によって埋め戻される空間を提供することができる。
【００９８】
図８において、アンテナ及び筐体の設計は、缶の内部の電子機器から離れるアンテナによって受信されるいかなるＴＥＴＳエネルギーも短絡するように構成されたインダクタを含むことができる。いくつかの実施形態において、導電素子を隔てるギャップを有するとしても、アンテナによるＴＥＴＳ信号の受信には若干の有限性があり得る。インダクタ値は、受信したいかなるエネルギーも短絡するために、できるだけ大きくするべきである。いくつかの実施形態において、インダクタの自己共振周波数は、アンテナのＲＦ周波数より２５％高い。いくつかの実施形態において、インダクタの自己共振周波数は、アンテナのＲＦ周波数より少なくとも５％高い、少なくとも１０％高い、少なくとも１５％高い、または少なくとも２０％高い。いくつかの実施形態において、インダクタの自己共振周波数は、アンテナのＲＦ周波数より少なくとも５０％高い。いくつかの実施形態において、インダクタの自己共振周波数は、アンテナのＲＦ周波数より一桁も高い。
【００９９】
図９は、アンテナの導電素子の間のギャップの増大に伴ってパラメータで表されたアンテナ整合（リターンロス）を示す。共振周波数は、アンテナの蛇行部分を変更することによって調節することができるが、典型的には性能を調整するために複数のパラメータを一斉に調節する必要がある。一実施形態において、より低い値のリターンロスがアンテナ設計において望ましい。
【０１００】
図１０は、ギャップの増大に伴ってパラメータで表されたアンテナ整合（反射係数）を示す。中心に近い値（０）がアンテナ設計において望ましい。これは図９に示されるデータと同じであるが、複素反射としてグラフ化されている。
【０１０１】
種々の例示の実施形態を上記に記載してきたが、請求項によって記載される本発明の範囲から逸脱することなく、多数の変更のいずれも種々の実施形態に対して行うことができる。例えば種々の記載される方法ステップが実施される順番は、代替の実施形態において変更されることも多く、他の代替の実施形態では、１つまたは複数の方法ステップが全て抜かされる場合もある。種々のデバイス及びシステムの実施形態の任意選択の機構は、一部の実施形態に含まれて良いが、他の実施形態には含まれない場合もある。したがって前述の記載は、主に例示の目的のために提供されており、本発明の範囲をそれが請求項に記載されるように限定するように解釈すべきではない。一部の箇所において医療システムとして記載されるが、この原理は、他のタイプのシステムにも等しく適用することができ、これに限定するものではないがこれには家庭用電子機器、自動車、電話及びパーソナル通信機器、ゲーム機ならびにコンピュータ及び周辺機器が含まれることを本明細書の記載から理解するであろう。
【０１０２】
本明細書に含まれる例及び実証は、例示としてであり、限定するものではなく、主題を実施することができる特有の実施形態を示している。上記に挙げたように、他の実施形態が利用され、そこから推論されることで、本開示の範囲から逸脱することなく、構造上及び論理的な代替及び変更が行われる場合もある。本発明の主題のそのような実施形態は、実際に２つ以上のことが開示される場合、単に便宜上のために、及びいずれの単一の発明または発明の概念にも本出願の範囲を自発的に限定することは意図せず、用語「発明」によって個別にまたは一括して本明細書に参照され得る。よって特有の実施形態を本明細書に示し記載してきたが、同一の目的を達成するために計算されるいかなる構成も、示される特有の実施形態に置き換わることができる。本開示は、種々の実施形態の任意の及び全ての適合形態または変形形態も包含することが意図されている。上記の実施形態の組み合わせ、及び本明細書に具体的に記載されない他の実施形態は、上記の記載を見直すことによって当業者に明らかになろうであろう。
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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