(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振電場結合を介して電力を伝送するように構成された送信電極セットを含む送信器と、
共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された受信電極セットを含む受信器と、を含み、
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の電極が同心状であり、
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの少なくとも一方の複数の電極が、方位角方向に非対称である、無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの両方の電極が同心状である、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の電極が共通平面にある、請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の電極が、同心状電極の区画である、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記送信電極セットが、２つ以上の同心状電極を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記受信電極セットが、２つ以上の同心状電極を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記送信電極セットの電極が、前記送信電極セットの他の電極と重なり、または前記受信電極セットの電極が、前記受信電極セットの他の電極と重なる、請求項１から６のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、楕円形状、円形または長方形のうち１つである、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、円盤形状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの少なくとも１つの電極が、円筒形である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、リング状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１２】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、円錐台形状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１３】
前記送信電極セットが、前記受信電極セットから軸がオフセットされた、請求項１から１２のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記送信電極セットがチューブ及び棒状部を含み、前記受信電極セットが少なくとも２つのチューブを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１５】
前記送信器の電極及び前記受信器の電極が同心状である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１６】
共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された別の受信電極セットを含む別の受信器をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１７】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットによって取り囲まれた軸をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の無線電力伝送システムを含む、ヘリコプター。
【請求項１９】
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの電極が非同軸であり、前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの少なくとも一方がその中心軸の周りに回転し、前記受信電極セットが、前記送信電極セットの中心軸の周りに回転し、前記受信電極セットの少なくとも１つの電極が、前記送信電極セットの少なくとも１つの電極と重なる、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項２０】
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットが、共有される外側電極によって囲まれた少なくとも２つの共通平面にある非同軸の内側電極を含み、前記少なくとも２つの共通平面にある内側電極が重ならない、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項２１】
前記受信電極セットが内側受信電極及び外側受信電極を含み、前記送信電極セットが内側送信電極及び外側送信電極を含み、前記受信電極セット及び／または前記送信電極セットの少なくとも一方がその中心軸の周りに回転し、前記受信電極セットが、前記送信電極セットから動径方向にオフセットされて前記送信電極セットの中心軸の周りに回転し、前記内側受信電極が、前記外側送信電極に沿って回転し、前記外側受信電極が前記内側送信電極と重なる、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項２２】
共振電場結合を介して電力を伝送するように構成された送信電極セットを含む送信器と、
共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された受信電極セットを含む受信器と、を含み、
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの電極が同心状であり、
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの一方が、第１及び第２のソケット電極、または第１及び第２のボール電極を含み、
前記送信電極セット及び前記受信電極セットの他方が、前記第１及び第２のソケット電極の他方または前記第１及び第２のボール電極の他方を含み、
前記第１及び第２のボール電極の少なくとも１つが、前記第１及び第２のソケット電極の開口部内で旋回するように構成された、無線電力伝送システム。
【請求項２３】
共振電場結合を介して電力を伝送するように構成された送信電極セットを含む送信器と、
共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された受信電極セットを含む受信器と、を含み、
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの少なくとも一方の電極が同心状であり、
前記送信電極セットが、内側球状電極及び外側球状電極を含み、
前記受信電極セットが、前記内側球状電極及び前記外側球状電極の中間にある、無線電力伝送システム。
【請求項２４】
共振電場結合を介して電力を伝送するように構成された送信電極セットを含む送信器と、
共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された受信電極セットを含む受信器と、を含み、
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの少なくとも一方の電極が同心状であり、
前記送信電極セットまたは前記受信電極セットが、少なくとも３つの平行に離隔された電極を含み、
第１及び第３の電極が１つに短絡された、無線電力伝送システム。
【請求項２５】
前記送信電極セット及び／または前記受信電極セットの少なくとも一方が回転する、請求項２４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の無線電力伝送システムを含む車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の対象は、一般に、無線電力伝送に関し、特に、無線電場電力伝送システム、そのための送信器及び受信器、並びに無線で電力を伝送するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な無線電力伝送システムが知られている。典型的な無線電力伝送システムは、無線電力送信器に電気的に接続された電源及び、負荷に電気的に接続された無線電力受信器からなる。
【０００３】
磁気誘導システムにおいて、送信器は、電源から受信器の誘導コイルに電気的エネルギーを伝送する誘導コイルを有する。次いで、伝送された電気的エネルギーは負荷に印加される。電力伝送は、送信器と受信器の誘導コイル間の磁場の結合に起因して生じる。しかし、これらの磁気誘導システムの範囲は限定されており、送信器及び受信器の誘導コイルは電力伝送のために適切に整列されなければならない。送信器及び受信器の誘導コイル間の磁場の結合に起因して電力を伝送する共鳴磁気システムも存在する。これらの共鳴磁気システムでは、送信器及び受信器の誘導コイルが、高い品質係数（高いＱ値）のキャパシタを用いて共鳴される。共鳴磁気システムにおける電力伝送の範囲は、磁気誘導システムよりも増加し、整列の問題は修正される。
【０００４】
電場結合システムでは、送信器及び受信器が容量性電極を有し、電力伝送は、送信器及び受信器の容量性電極間の電場の結合に起因して生じる。送信器及び受信器の容量性電極が、高い品質係数（高いＱ値）のインダクタを用いて共鳴される共鳴電場システムも存在する。共鳴磁気システムと同様に、共鳴電場システムは、非共鳴電場システムの場合と比較して電力伝送範囲がより大きく、整列の問題は修正される。
【０００５】
無線電力伝送技術が知られているが、改善が望まれている。従って、目的は、新しい無線電場電力伝送システム、そのための送信器及び受信器、並びに無線で電力を伝送するための方法を提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、１つの態様において、共振電場結合を介して電力を伝送するように構成された送信電極セットを含む送信器と、共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された受信電極セットを含む受信器と、を含み、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の電極が同心状である、無線電力伝送システムが提供される。
【０００７】
１つの実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの両方の電極が同心状である。
【０００８】
他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の電極が共通平面にある。
【０００９】
他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の電極が、同心状電極の区画である。
【００１０】
他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の電極が、方位角方向に非対称である。
【００１１】
他の実施形態において、送信電極セットの電極によって画定された平面が、受信電極セットの電極によって画定された平面に対して０から９０°の範囲の角度を形成する。
【００１２】
他の実施形態において、送信電極セットが、２つ以上の同心状電極を含む。
【００１３】
他の実施形態において、受信電極セットが、２つ以上の同心状電極を含む。
【００１４】
他の実施形態において、送信電極セットの電極が、送信電極セットの他の電極と重なり、または受信電極セットの電極が、受信電極セットの他の電極と重なる。
【００１５】
他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、楕円形状である。他の実施形態において、送信電極セット及び無線電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、円形である。他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、長方形である。他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、円盤形状である。他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、リング状である。他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の少なくとも１つの電極が、円錐台形状である。他の実施形態において、送信電極セット及び受信電極セットの一方の少なくとも１つの電極が、平板状である。他の実施形態において、送信電極セットがチューブ及び棒状部を含み、受信電極セットが少なくとも２つのチューブを含む。他の実施形態において、送信電極セットが、受信電極セットから軸がオフセットされる。他の実施形態において、送信電極セットが第１及び第２のソケットを含み、受信電極セットが第１及び第２のボールを含む。他の実施形態において、送信電極セットが第１及び第２の外側球状電極を含み、受信電極セットが第１及び第２の内側球状電極を含む。
【００１６】
他の実施形態において、送信器の電極及び受信器の電極が同心状である。
【００１７】
他の実施形態において、送信電極セットが、受信電極セットから軸がオフセットされる。
【００１８】
他の実施形態において、システムは、共振電場結合を介して伝送された電力を取り出すように構成された別の受信電極セットを含む別の受信器をさらに含む。
【００１９】
他の実施形態において、システムは、送信電極セット及び受信電極セットによって取り囲まれた軸をさらに含む。
【００２０】
他の態様によれば、共振電場結合を介して電力を伝送するように構成された送信電極セットを含み、電極が同心状である、送信器が提供される。
【００２１】
さらに他の態様によれば、共振電場結合を介して電力を取り出すように構成された受信電極セットを含み、電極が同心状である、受信器が提供される。
【００２２】
またさらに他の態様によれば、電源と、電源に電気的に接続され、電源から共振電場結合を介して受け取った電力を伝送するように構成された送信電極セットを含む送信器と、回転可能な負荷と、回転可能な負荷に電気的に接続され、共振電場結合を介して伝送された電力を取り出し、取り出された電力を負荷に伝達するように構成された受信電極セットを含む受信器と、を含み、送信電極セット及び受信電極セットの少なくとも一方の電極が同心状である、ヘリコプターが提供される。
【００２３】
添付した図面を参照して、実施形態をより完全に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】無線電力伝送システムの一般的なブロック図である。
【図２】無線共振電場電力伝送システムの概略的なレイアウト図である。
【図３】座標軸の斜視図である。
【図４ａ】図２のシステムの送信器の送信電極セット形成部の斜視図である。
【図４ｂ】図４ａの送信電極セットの平面図である。
【図５】図２のシステムの周波数に対する散乱パラメータのグラフである。
【図６】様々な離隔距離における、図２のシステムの周波数に対する散乱パラメータの１つのグラフである。
【図７】図２のシステムの電極の実施形態の平面図である。
【図８ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図８ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図８ｃ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図８ｄ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図９】図２のシステムの電極の実施形態の斜視図である。
【図１０ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａの電極の平面図である。
【図１１ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図１１ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図１２ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１２ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１３ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１３ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１４】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１５】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１６ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１６ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１６ｃ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１７】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図１８ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図１８ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図１９】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図２０】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図２１】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２２ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２２ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２２ｃ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２２ｄ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２３ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２３ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２３ｃ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２４ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２４ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２４ｃ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２５ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図２５ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図２６ａ】無線共振電場電力伝送システムの他の実施形態の概略レイアウト図である。
【図２６ｂ】図２６ａのシステムの電極の実施形態の斜視図である。
【図２７ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図２７ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の平面図である。
【図２８ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２８ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図２９】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図３０ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図３０ｂ】図３０ａの電極の平面図である。
【図３０ｃ】切断線Ａ−Ａに沿って取られた図３０ｂの電極の断面側面立面図である。
【図３１ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図３１ｂ】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図３２】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図３３ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の前面立面図である。
【図３３ｂ】図３３ａの電極の側面立面図である。
【図３３ｃ】図３３ａの電極の底面平面図である。
【図３３ｄ】図３３ａの切断線Ｄ−Ｄに沿って取られた図３３ａの実施形態の断面側面立面図である。
【図３３ｅ】図３３ａの切断線Ｅ−Ｅに沿って取られた図３４ａの実施形態の断面底面平面図である。
【図３４ａ】図２のシステムの電極の他の実施形態の前面立面図である。
【図３４ｂ】図３４ａの電極の断面前面立面図である。
【図３５】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【図３６】図２のシステムの電極の他の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ここで図１を参照すると、無線電力伝送システムが示されており、これは全体として参照符号４０で特定される。無線電力伝送システム４０は、送信器４２および受信器５０を含む。送信器は、送信共振器４６に電気的に接続された電源４４を含む。受信器５０は、負荷５４に電気的に接続された受信共振器５２を含む。電力は、電源４４から送信共振器４６に伝達される。次いで、電力は、送信共振器４６から受信共振器５２に、共振電場結合を介して伝達され、次いで受信共振器５２から負荷５４に伝達される。
【００２６】
前述の米国特許出願第１４／７５１７８６号において説明された無線電力伝送システム４０の１つの実施形態において、送信共振器４６は横方向に間隔を開けられた、一対の細長い容量性送信電極を含む送信電極セットを含み、これらはそれぞれ、高いＱ値のインダクタを介して電源４４に電気的に接続されている。受信共振器５２は、横方向に間隔を開けられた、一対の細長い容量性受信電極を含む受信電極セットを含み、これらはそれぞれ、高いＱ値のインダクタを介して負荷５４に電気的に接続されている。動作時において、電力は、電源４４から送信共振器４６の容量性送信電極に伝達される。電源４４からの電力信号は、送信共振器４６を励起して、送信共振器４６に共振電場を生じさせる。受信器５０がこの共振電場内に配置されると、受信共振器５２は、送信器４６から共振電場結合を介して電力を取り出す。次いで、取り出された電力は、受信共振器５２から負荷５４に伝達される。
【００２７】
送信共振器４６及び受信共振器５２の共振が高いため、容量性送信電極及び受信電極は、部分的に整列しない状態であってもよく、それでも電力はシステム４０の送信器４２と受信器５０との間で伝達される。しかし、送信器４２に対する受信器５０の動きの自由度は、容量性送信電極及び受信電極の幾何形状に依存する。ｚ軸（すなわち、容量性送信電極及び受信電極の長軸）に関する回転は制限される。受信器５０が送信器４２に対してｚ軸に９０°だけ回転すると、送信器４２の容量性送信電極によって生じる電場は、受信器５０の容量性受信電極の両方における電場と類似になる。その結果、容量性受信電極の両方が、ほとんど電流を発生しない類似した電気ポテンシャルを有する。そのため、効率的な無線電力伝送を達成することが困難になる。さらに、容量性受信電極の配向は、送信器４２によって生じる電場によって形成された電気ポテンシャルを効率的に短絡し、送信容量を低減する。
【００２８】
従って、ｚ軸に回転する構造と固定構造との間の電力伝送を可能にするために、従来のシステムは、スリップリングまたはロールリングを使用する。スリップリングは、電気的接触に影響を及ぼす、ブラシと円形電極との間の機械的接触による。ブラシと円形電極との間の機械的接触は、モーターに負担をかけ、ブラシ及び円形電極の両方を損耗させ、金属粉塵を生じ、熱膨張とともに変化する摩擦を引き起こす。ブラシはカーボンでできていることが多く、これは動作時にカーボンの粉塵を生じ、頻繁に電極の導電リングに焦げ跡を生じさせる。従って、スリップリングは、頻繁にメンテナンス及び／または交換を必要とする。
【００２９】
さらに、振動がスリップリングにおける電気的接触の品質を変化させるため、スリップリングを利用するシステムの他の構成要素における振動が、スリップリングに振動の周波数において電気ノイズを発生させうる。さらに、多くのスリップリングは、摩擦を低減するために、室温において導電性液体である水銀を使用する。水銀は非常に有害であり、慎重に取り扱わなければならない。これは、収容容器が必要となるため、スリップリングの設計に余計な複雑さをもたらす。さらに、スリップリングは重たく、かさばることが多い。
【００３０】
ロールリングは、ブラシと円形電極との間の機械的接触による代わりに、円形電極との電気的接触を維持するために円筒形のローラーを使用する。円筒形のローラーと円形電極との間の機械的接触は、スリップリングのブラシ及び円形電極よりも摩擦が少なくなり、モーターの負担、円筒形のローラー及び円形電極の両方の損耗、及び金属粉塵の発生を低減する。しかし、ロールリングは、電気的接触に影響を及ぼす円筒形のローラーと円形電極との間がぴったりとフィットすることによる。熱膨張に起因する大きさの変動は、故障を引き起こす可能性がある。さらに、ロールリングを利用するシステムの他の構成要素における振動が故障を引き起こしうる。振動はまた、ロールリングに負担を生じ、ロールリングの構成要素の亀裂を引き起こしうる。従って、ロールリングは、頻繁にメンテナンスおよび交換を必要とする。ロールリングはまた、典型的には重く、かさばる。
【００３１】
ここで図２を参照すると、回転する構造または構成要素と静止した構造または構成要素との間を無線伝送する電力に適した無線電力伝送システムの実施形態が示されており、全体として参照符号７０で特定される。図示されるように、無線電力伝送システム７０は、送信器７２と、送信器７２から間隔をあけられた受信器９０と、を含む。送信器７２は、電力インバータ７６に電気的に接続された電源７４を含み、そして、誘導性送信バラン７８を通して電気的に接続する。誘導性送信バラン７８は、非平衡及び平衡システムを相互接続し、インピーダンス変換を行う。送信器７２はさらに、直列高品質係数（Ｑ）値の送信インダクタ８２を介して、誘導性送信バラン７８に電気的に接続された送信電極セット８０を含む。送信電極セット８０は、一対の同心状容量性送信電極を含む。送信電極セット８０における各容量性送信電極は、高Ｑ値の送信インダクタ８２の１つを介して、誘導性送信バラン７８に接続される。送信電極セット８０の容量性送信電極は、特定の動作周波数において直列高Ｑ値送信インダクタ８２と共振して、送信共振器８４を形成する。
【００３２】
受信器９０は、レギュレータ９４に電気的に接続された負荷９２を含み、これは高周波−直流（ＲＦ−ＤＣ）整流器９６に電気的に接続される。この実施形態において、ＲＦ−ＤＣ整流器９６は、低い接合容量、高い逆降伏電圧及び低い順電圧降下を有する超高速ダイオードを採用する。ＲＦ−ＤＣ整流器９６はまた、同期ＭＯＳＦＥＴ（金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ）を採用してもよい。ＲＦ−ＤＣ整流器９６は、同調／整合ネットワークを含む。ＲＦ−ＤＣ整流器９６は、誘導性受信バラン９８を通って電気的に接続される。誘導性送信バラン７８と同様に、誘導性受信バラン９８は、非平衡及び平衡システムを相互接続し、インピーダンス変換を行う。受信器９０はさらに、直列高Ｑ値受信インダクタ１０２を介して誘導性受信バラン９８に電気的に接続された受信電極セット１００を含む。受信電極セット１００は、一対の同心状容量性受信電極を含む。受信電極セット１００における各容量性受信電極は、高Ｑ値受信インダクタ１０２の１つを介して誘導性受信バラン９８に接続される。受信電極セット１００の容量性受信電極は、送信共振器８４と同じ動作周波数で直列高Ｑ値受信インダクタ１０２と共振し、受信共振器１０４を形成する。
【００３３】
高Ｑ値は、蓄積されたエネルギーの量が、発散するエネルギーよりも大きいことを意味する。この実施形態において、送信インダクタ８２及び受信インダクタ１０２の品質係数は約２００である。当業者であれば、その他の品質係数が可能なことは理解するであろう。
【００３４】
負荷９２は、米国特許出願第１３／６０７４７４号において特定された負荷を含みうる。さらなる例示的な負荷９２は、電気モーター、電池（ＡＡ、９Ｖ及び従来のものではない、またはカスタム型充電池フォーマット）、無線通信デバイス、コンピュータの電池（デスクトップ、ラップトップ及びタブレット）、電話（コードレス電話、携帯電話及びセルラー電話）、テレビセット（例えば、プラズマ、ＬＣＤ、ＬＥＤ及びＯＬＥＤ）並びに家電製品（例えば、ＤＶＤプレイヤー、ブルーレイプレイヤー、受信器、増幅器、一体型ホームシアター、スピーカー、サブウーファー、ビデオゲーム機、ビデオゲームコントローラ、リモートコントロールデバイス、テレビ、コンピュータまたはその他のモニタ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、ビデオまたは画像プロジェクタ及びメディアストリーミングデバイス）を含むがこれらに限定されない。
【００３５】
ここで図３を参照すると、座標軸の参照図が示されている。図３は、ｘ、ｙ及びｚ軸を含む従来のデカルト座標系を示している。ｘ及びｙ軸は互いに、そしてｚ軸に対して垂直である。図３はさらに、円筒座標系を示している。円筒座標系では、ｈ軸はｚ軸と同じであり、ｒ軸は動径軸であり、θは方位角または回転軸である。
【００３６】
ここで図４ａ及び４ｂを参照すると、送信電極セット８０をより詳細に示している。送信電極セット８０が示されているが、この実施形態において、受信電極セット１００も同じように構成されることは理解されるであろう。図示されるように、この実施形態において、送信電極セット８０は、内側領域の内部に配置され、外側容量性円形リング送信電極８０ｂによって取り囲まれた内側容量性円形リング送信電極８０ａを含む。内側及び外側の容量性送信電極８０ａ及び８０ｂは、図４ａに示されるように、ｘ−ｙ平面にある送信電極セット８０の平面とともに、ｚ軸に中心を有する。内側容量性送信電極８０ｂは、内径ｒｉｎ及び外径ｒｏｕｔを有する。外側容量性送信電極８０ｂは、Ｒｉｎの内径及びＲｏｕｔの外径を有する。この実施形態において、半径間の関係は、以下の関係式で与えられる。
０＜ｒｉｎ＜ｒｏｕｔ＜Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ
【００３７】
対象用途の目的のために、同心状とは、以下の１つを少なくとも含むものとして定義される。電極セットの電極が共通の中心軸を有すること、電極セットの電極が共通の回転中心を有すること、電極セットの電極が共通の質量中心を有すること、電極セットの電極が共通の体積中心を有すること、電極セットの電極が共通の曲率中心を有すること、電極セットの外側電極が電極セットの各内側電極を取り囲むこと、及びｚ軸における電極セットの外側電極の辺を延長することによって形成される形状が、電極セットの各内側電極を取り囲むことである。同心状とは、円形電極に必ずしも限定されない。
【００３８】
動作において、電力は、電源７４から電力インバータ７６に伝達される。電力インバータ７６は、誘導性送信バラン７８を介して送信共振器８４を励起する動作周波数でＲＦ信号を出力し、送信共振器８４に、交流共振電場を生じさせる。受信器９０が電場内部に配置されると、受信共振器１０４は、送信器８２から共振電場結合を介して電力を取り出す。次いで、受信共振器１０４に伝達された電力は、誘導性受信バラン９８を介してＲＦ−ＤＣ整流器９６に伝達され、そこで電力が整流される。次いで、整流された電力は、電力を調整するレギュレータ９４に伝達される。次いで、調整された電力は、負荷９２に印加される。ＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークは、確実に、送信共振器８４及び受信共振器１０４が臨界的に結合されるようにする。
【００３９】
送信共振器８４及び受信共振器１０４は、結合が強すぎても、臨界的でも、また弱くてもよい。送信共振器８４及び受信共振器１０４が、最も効率の高いレベルで最大電力伝送のために整列されると、異なる周波数の２つの共振モードが存在し、送信共振器８４及び受信共振器１０４は強く結合される。送信共振器８４及び受信共振器１０４は互いから遠ざかるように移動すると、２つの共振モードの周波数は、これらが１つの周波数、臨界結合周波数において合流し、送信共振器８４及び受信共振器１０４が臨界結合するまで近づく。臨界結合すると、送信共振器８４及び受信共振器１０４は、臨界結合周波数で共振する。送信共振器８４及び受信共振器１０４がさらに遠ざかると、電力伝達の効率レベルは閾値レベルよりも低下し、送信共振器及び受信共振器は、いわゆる弱く結合されることとなる。送信共振器８４及び受信共振器１０４が強くまたは臨界的に結合すると、高効率電力伝送を達成することができる。
【００４０】
了解されるように、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の幾何形状は、電力の無線伝達を可能にしたままで、共通のｚ軸（またはｈ軸）における容量性送信電極及び受信電極の回転並びに動径方向（ｒ軸）における並進運動を可能にする（図３を参照）。了解されるように、これは、システム７０を特に従来のスリップリング及びロールリングを置き換えるのに適したものにし、少なくとも部分的に、スリップリング及びロールリングに関する前述の問題の少なくとも１つを緩和する。
【００４１】
さらに、送信電極セット８０及び受信電極セット１００は、腐食または水、砂もしくは粉塵からのその他の損傷を制限するために収容されうる。送信電極セット８０と受信電極セット１００との間の物理的な接触の必要がなく、メンテナンスの時間及びコストが、スリップリング及びローラーリングと比較して低減される。
【００４２】
ＣＳＴ（コンピュータシミュレーション技術）Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｔｕｄｉｏソフトウェアを用いた電磁場シミュレーションを実行して、図５に示されるような周波数に対するシステム７０の散乱パラメータまたはＳパラメータをプロットした。システムの基準は、ｒｉｎ＝３０４ｍｍ、ｒｏｕｔ＝４８２ｍｍ、Ｒｉｎ＝５３２ｍｍ及びＲｏｕｔ＝７１１ｍｍとした。送信器７２及び受信器９０は平行とし、送信電極セット８０及び受信電極セット１００における送信器７２と受信器９０との間の間隔は５０．８ｍｍとした。システム７０のＳパラメータは、送信器７２において反射された電力波ｂ１と、受信器９２において反射された電力波ｂ２と、送信器７２において入射する電力波ａ１と、受信器９２において入射する電力波ａ２との間の関係によって定義される。従って、Ｓパラメータは以下の関係によって定義される。
【００４３】
【数１】
0006730257.tif 000002
【００４４】
対称性のために、Ｓ１１及びＳ２２は、Ｓ１２及びＳ２１と区別できない。従って、Ｓ１１及びＳ２１のみが図５にプロットされている。
【００４５】
図６は、様々な間隔（ミリメートル）における周波数に対するシステム７０のＳ１２パラメータのグラフである。
【００４６】
使用前に送信共振器８４及び受信共振器１０４を同調させることで、動作の中間範囲について、共振電場の臨界結合を維持する間、同調／整合ネットワークの必要がなくなる。例えば、５．５５ＭＨｚの周波数で動作する５０．８ｍｍの間隔で臨界結合されたシステムにおいて、同調／整合ネットワークがなくても１２４ｍｍの間隔まで、７５％以上の効率を維持することができる。
【００４７】
図２の実施形態において、送信電極セット８０及び受信電極セット１００はそれぞれ同心状に整列された一対の円形リング電極を含むが、代替的な電極の構成も可能である。例えば、ここで図７を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の態様が示されている。送信電極セット８０及び受信電極セット１００は、図７に示されるように同心状に整列されておらず、重複する面積も一定を維持する。図７に示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む、一対の同心状電極１３０を含む。受信電極セット１００は、外側円形リング受信電極と、外側円形リング受信電極によって取り囲まれた内側円形リング受信電極と、を含む、一対の同心状電極１３２を含む。
【００４８】
この実施形態において、受信同心状電極１３２の回転軸は平行であるが、送信同心状電極１３０の回転軸とは整列されていない。送信同心状電極１３０の回転軸は、送信同心状電極１３０の中心軸（ｚ軸）とほぼ整列されている。同様に、受信同心状電極１３２の回転軸は、受信同心状電極１３２の中心軸（ｚ軸）とほぼ整列されている。
【００４９】
同様に、送信電極セット８０及び受信電極１００が同じ回転軸を有するが、θ軸（図３参照）に回転されている場合、送信電極セット８０及び受信電極セット１００によって定義される重複面積は一定を維持する。
【００５０】
しかし、送信同心状電極１３０及び受信同心状電極１３２の一方が回転の非中心軸を有する場合、送信同心状電極１３０及び受信同心状電極１３２の幾何形状が、中心を外れた軸の周りの回転によって対称性を失うにつれて、共振電場結合は回転角とともに変化し、回転周波数における電力変調を生じることとなる。ここで、図８ａを参照すると、送信同心状電極１３４及び受信同心状電極１３６が示されている。受信同心状電極１３６は、回転の非中心軸を有する。図８ａは、θが０°に等しい軸を外れた回転を示している。図８ｂは、θが９０°に等しい軸を外れた回転を示している。図８ｃは、θが１８０°に等しい軸を外れた回転を示している。図８ｄは、θが２７０°に等しい軸を外れた回転を示している。
【００５１】
結合の変動は、システム７０の共振周波数もしくはシステム７０の電力伝達効率のいずれか、またはその両方を変化させる。この効果は、整列の目的のために、軸を外れた回転を検出し、回転周波数において特定の波形を生成するために使用可能である。電力伝達効率の変化は、出力電力に変動を引き起こし、そのため波形を生成する。電極セット８０及び１００は、特定の波のパターンを生成するように設計されうる。これらの波のパターンは、回転角とともに必要な電力が変化する負荷のために使用可能である。しかし、軸を外れた回転を検出するためにこの効果を用いる代わりに、電力変調は、少なくとも部分的に、角度位置に基づいて、結合強度の変化を補償するＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整列ネットワークで排除されうる。軸を外れた回転は、インピーダンスの変化を引き起こすシステム７０の相互容量の変動を引き起こし、これは、ＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークによって補償される。ＲＦ−ＤＣ整流器９６はさらに、低周波数変調をフィルタリングして除去し、回転周期で取り出された電力を平均化するバンドパスフィルターを含んでもよく、これは取り出される電力の低下を引き起こし、電力伝達効率の低下を引き起こしうる。
【００５２】
図２の実施形態において、送信電極セット８０及び受信電極セット１００はそれぞれ一対の円形リング電極を含むが、代替的な電極構成も可能である。例えば、ここで図９を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極１４０と、外側円形リング送信電極１４０によって取り囲まれた円盤の（すなわち、ｒｉｎがゼロである）形態である内側送信電極１４２と、を含む一対の同心状電極を含む。受信電極セット１００は、同様に、外側円形リング受信電極１４４と、外側円形リング受信電極１４４によって取り囲まれた円盤の（すなわちｒｉｎがゼロである）形態である内側受信電極１４６と、を含む一対の同心状電極を含む。この実施形態において、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の両方の電極は、ｚ軸に中心を有し、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の電極の平面は平行であり、ｘ−ｙ平面にある。
【００５３】
ここで図１０ａ及び１０ｂを参照すると、送信電極セット８０の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極１５０と、外側楕円リング送信電極１５０によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極１５２と、を含む一対の同心状電極を含む。送信電極セット８０の電極はｚ軸に中心を有し、送信電極セット８０の電極の平面は平行であり、ｘ−ｙ平面にある。送信電極セット８０が示されているが、受信電極セット１００も同じように構成されうることは了解されるであろう。
【００５４】
ここで図１１ａ及び図１２ｂを参照すると、送信電極セット８０の別の実施形態が示されている。図１１ａにおいて示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側四角形リング送信電極１５６ａと、外側四角形リング送信電極１５６ａによって取り囲まれた内側四角形送信電極１５８ａと、を含む一対の同心状送信電極を含む。図１１ｂにおいて示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側長方形リング送信電極１５６ｂと、外側長方形リング送信電極１５６ｂによって取り囲まれた内側長方形リング送信電極１５８ｂと、を含む一対の同心状送信電極を含む。図１１ａ及び１１ｂに示された実施形態において、送信電極セット８０の電極はｚ軸に中心を有し、送信電極セット８０の電極の平面は平行であり、ｘ−ｙ平面にある。送信電極セット８０のみが示されているが、受信電極セット１００も同様に構成されうることは了解されるであろう。
【００５５】
ここで図１２ａ及び１２ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図１２ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、共通中心軸を有する外側楕円リング送信電極と内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極１６０を含む。内側楕円リング送信電極は、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれている。受信電極セット１００は、共通中心軸を有しない外側楕円リング受信電極と内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極１６２を含む。内側楕円リング受信電極は、外側楕円リング受信電極によって取り囲まれている。送信電極セット８０の電極１６０は共通中心軸を有するものとして示され、受信電極セット１００の電極１６２は共通中心軸を有しないものとして示されているが、この構成は反対とすることができることは了解されるであろう。
【００５６】
図１２ｂにおいて示される実施形態において、送信電極セット８０は、共通中心軸を有しない外側楕円リング送信電極と内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極１６４を含む。内側楕円リング送信電極は、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれている。受信電極セット１００は、共通中心軸を有しない外側楕円リング受信電極と内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極１６６を含む。内側楕円リング受信電極は、外側楕円リング受信電極によって取り囲まれている。
【００５７】
図１２ａ及び１２ｂにおいて示されている実施形態において、電極セットが外側楕円リング送信電極及び外側楕円リング受信電極によって共有される中心軸について軸が整列されていない場合、共振電場結合は回転角θとともに変動し、回転周波数において受信器９０によって取り出される電力の変調につながる。これは、回転周波数における波形を生成する。ＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークは、角度位置に基づく結合強度の変化を補償する。前述のように、ＲＦ−ＤＣ整流器９６はさらに、低周波数変調をフィルタリングして除去し、回転周期で取り出される電力を平均化するバンドパスフィルターをさらに含んでもよく、これは取り出される電力の低下につながり、電力伝達効率の低下につながりうる。
【００５８】
ここで図１３ａ及び１３ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００のさらなる実施形態が示されている。図１３ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない送信電極１７１を含む。内側楕円リング送信電極は、外側楕円リング送信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれている。受信電極セット１００は、外側楕円リング受信電極と、ｚ軸に沿ってオフセットされた内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない受信電極１７０を含む。内側楕円リング受信電極は、外側楕円リング受信電極の、ｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。
【００５９】
図１３ｂに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側四角形リング送信電極と、ｚ軸に沿ってオフセットされた内側四角形リング送信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない送信電極１７３を含む。内側四角形リング送信電極は、外側四角形リング送信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。受信電極セット１００は、外側四角形リング受信電極と、ｚ軸に沿ってオフセットされた内側四角形リング受信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない受信電極１７２を含む。内側四角形リング受信電極は、外側四角形リング受信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。一対の同心状の、共通平面にない受信電極１７２は、一対の同心状の、共通平面にない送信電極１７３よりも実質的に小さな体積を画定する。
【００６０】
ここで図１４を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれた内側楕円リング電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にある送信電極１７４を含む。受信電極１００は、外側楕円リング受信電極と、ｚ軸に沿ってオフセットされた内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない受信電極１７６を含む。内側楕円リング受信電極は、外側楕円リング受信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。送信電極セット８０及び受信電極セット１００の両方の電極は、ｚ軸に中心を有する。送信電極セット８０は、一対の同心状の、共通平面にある送信電極１７４を含むものとして示され、受信電極セット１００は、一対の同心状の、共通平面にない受信電極１７６を含むものとして示されてるが、この構成は反対とすることができることは理解されるであろう。
【００６１】
ここで図１５を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、ｚ軸に沿ってオフセットされた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない送信電極１７８を含む。内側楕円リング送信電極は、外側楕円リング送信電極の射影によって取り囲まれる。内側楕円リング送信電極は、外側楕円送信電極と軸が整列されていない。受信電極セット１００は、外側楕円リング受信電極と、ｚ軸に沿ってオフセットされた内側楕円リング受信電極と、を含む、一対の同心状の、共通平面にない受信電極１７９を含む。内側楕円リング受信電極は、外側楕円リング受信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。内側楕円リング受信電極は、外側楕円受信電極と軸が整列されていない。
【００６２】
ここで図１６ａを参照すると、送信電極セット８０の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セットは、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ及びｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側楕円リング送信電極と内側楕円リング送信電極とを含む一対の同心状電極１８０を含む。送信電極セット８０が示されているが、この構成は受信電極セット１００にも適用可能であることは了解されるであろう。
【００６３】
ここで図１６ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ及びｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側楕円リング送信電極と内側楕円リング送信電極とを含む一対の同心状送信電極１８２を含む。受信電極セット１００は、同一の半径の電極（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ及びｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側楕円リング受信電極と内側楕円リング受信電極とを含む一対の同心状受信電極１８４を含む。一対の同心状受信電極１８４は、一対の同心状送信電極１８２よりも実質的に小さな体積を画定する。
【００６４】
ここで図１６ｃを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ及びｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側リング送信電極と内側リング送信電極とを含む一対の、共通平面にない同心状送信電極３０８を含む。受信電極セット１００も同様に、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ及びｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側リング受信電極と内側リング受信電極とを含む一対の同心状受信電極３１０を含む。受信電極３１０は、送信電極３０８によって画定される体積の内側に位置する。
【００６５】
ここで図１７を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極１９０を含む。受信電極セット１００は、外側四角形リング受信電極と、外側四角形リング受信電極によって取り囲まれた内側四角形リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極１９２を含む。送信電極セット８０は円形リング送信電極を含むものとして示され、受信電極セット１００は四角形リング受信電極を含むものとして示されているが、これは反対とし得ることは理解されるであろう。
【００６６】
ここで図１８ａ及び１８ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図１８ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極１９３を含む。受信電極セット１００は、外側四角形リング受信電極と、外側四角形リング受信電極によって取り囲まれた内側四角形リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極１９４を含む。同心状送信電極１９３及び同心状受信電極１９４は同軸上に整列される。そのため、同心状受信電極１９３がｚ軸について（図３を参照）回転されると、同心状送信電極１９３及び同心状受信電極１９４によって定義された重複面積は一定を維持する。これは、図１８ａ及び１８ｂに明確に示されている。図１８ａは、θが０°に等しい同心状送信電極１９３及び受信電極１９４を示している。図１８ｂは同心状受信電極１９３がθ軸について４５°回転した状態である同心状送信電極１９３及び受信電極１９４を示している。送信電極１９３及び受信電極１９４の一方が円形リング電極を含む限り、送信電極１９３及び受信電極１９４によって画定される重複面積は一定を維持するため、電場はｚ軸についての回転全体を通して送信電極１９３と受信電極１９４との間で均一に結合される。
【００６７】
しかし、同心状送信電極１９４及び受信電極１９４の一方が非中心回転軸を有する場合、共振電場結合は回転角に伴って変動し、回転周波数における電力変調を生じることとなる。ここで図１９を参照すると、図示された受信電極１９４は非中心回転軸を有する。図１９は、θが０°に等しい軸を外れた回転を示している。図２０は、θが４５°に等しい回転を有する同心状受信電極１９３との軸を外れた回転を示している。結合における変動がシステム７０の共振周波数もしくはシステム７０の電力伝送効率のいずれかまたは両方を変化させる。前述のように、この効果は、整列の目的のために軸を外れた回転を検出するため、または回転周波数における特定の波形を生成するために使用可能である。電力伝達効率の変化は、出力電力の変動を引き起こし、そのため波形を生成する。同心状送信電極１９３及び受信電極１９４は、特定の波のパターンを生成するように設計されうる。これらの波のパターンは、回転角とともに必要な電力が変動する負荷について使用可能である。
【００６８】
ここで図２１を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の、共通平面にある同心円状送信電極１９６を含む。受信電極セットは、外側弧状受信電極と内側弧状受信電極とを含む一対の弧状受信電極１９８を含む。外側弧状受信電極は、外側楕円リング送信電極の区画であるような形状にされる。内側弧状受信電極は、内側楕円リング送信電極の区画であるような形状にされる。ただ一対の弧状受信電極１９８のみが示されているが、この実施形態において、複数の受信弧状電極が、同一の対の同心状送信電極１９６に結合されてもよいことは了解されるであろう。さらに、送信電極セット８０は一対の、共通平面にある同心状の送信電極１９６を含むものとして示され、受信電極セット１００は一対の弧状受信電極１９８を含むものとして示されているが、この構成は反対となりうることは了解されるであろう。
【００６９】
ここで図２２ａから２２ｄを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図２２ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む一対の、共通平面にある同心状電極２００を含む。各円形リング送信電極は、長方形を回転することによって形成されるトロイド形状によって定義される。この実施形態において、受信電極セット１００は、送信電極セット８０と同一である。
【００７０】
図２２ｂに示された実施形態において、送信電極セット８０は、共通中心軸を有しない外側楕円リング送信電極と内側楕円リング送信電極とを含む一対の同心状送信電極２０２を含む。内側楕円リング送信電極は、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれている。各楕円リング送信電極は、長方形を回転させることによって形成されるトロイド形状によって定義される。受信電極セット１００は、共通中心軸を有しない外側楕円リング受信電極と内側楕円リング受信電極とを含む一対の同心状受信電極２０３を含む。内側楕円リング受信電極は、外側楕円リング受信電極によって取り囲まれる。各楕円リング受信電極は、長方形を回転することによって形成されるトロイド形状によって定義される。
【００７１】
図２２ｃにおいて示される実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にある電極２０４を含む。各円形リング送信電極は、円を回転することによって形成されるトロイド（すなわち、トーラス）によって定義される。この実施形態において、受信電極セット１００は、送信電極セット８０と同一である。
【００７２】
図２２ｄにおいて示された実施形態において、送信電極セット８０は、共通中心軸を有さない外側円形リング送信電極と内側円形リング送信電極とを含む一対の同心状送信電極２０６を含む。内側円形リング送信電極は、外側円形リング送信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。各円形リング送信電極は、円を回転することによって形成されるトロイド（すなわち、トーラス）によって定義される。受信電極セット１００は、共通中心軸を有しない外側円形リング受信電極と内側円形リング受信電極とを含む同心状受信電極２０７を含む。内側円形リング受信電極は、外側円形リング受信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれる。各円形リング受信電極は、円を回転させることによって形成されるトロイド（すなわち、トーラス）によって定義される。
【００７３】
ここで、図２３ａから２３ｃを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図２３ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極２０８を含む。受信電極セット１００は、外側楕円リング受信電極と、外側楕円リング受信電極によって取り囲まれた内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極２１０を含む。送信電極セット８０の平面と受信電極セット１００の平面との間の角度は、約４５°である。
【００７４】
ここで、図２３ｂを参照すると、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極２１２を含む。受信電極セット１００は、外側楕円リング受信電極と、外側楕円リング受信電極の射影によって取り囲まれた内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない受信電極２１４を含む。送信電極セット８０によって画定される平面と受信電極セット１００の平面との間の角度は、約４５°である。
【００７５】
ここで図２３ｃを参照すると、送信電極セット８０は、外側楕円リング送信電極と、外側楕円リング送信電極のｚ軸に沿った射影によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にない送信電極２１６を含む。受信電極セット１００は、外側楕円リング受信電極と、外側楕円リング受信電極によって取り囲まれた内側楕円リング受信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にある受信電極２１８を含む。送信電極セット８０の平面と受信電極セット１００の平面との間の角度は、約９０°である。送信電極セット８０及び受信電極１００が特定の角度として示されているが、その他の角度も可能であることは了解されるであろう。
【００７６】
図２４ａから２４ｃを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図２４ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、４つの、共通平面にある同心状円形リング送信電極２２０を含む。リング送信電極は交互に１つに短絡されている。この実施形態において、受信電極セット１００は、送信電極セット８０と同一である。
【００７７】
図２４ｂにおいて示された実施形態において、送信電極セット８０は、４つの、共通平面にある同心状円形リング送信電極２２２を含む。リング送信電極は交互に１つに短絡されている。各リング送信電極は、長方形を回転することによって形成されるトロイドである。この実施形態において、受信電極セット１００は、送信電極セット８０と同一である。
【００７８】
図２４ｃにおいて示された実施形態において、送信電極セット８０は、４つの、共通平面にある同心状円形送信電極２２４を含む。リング送信電極は交互に１つに短絡されている。各リング送信電極は、回転する円形によって形成されるトロイド（すなわち、トーラス）である。この実施形態において、受信電極セット１００は、送信電極セット８０と同一である。
【００７９】
２つの、共通平面にある同心状円形リング送信電極２２０及び、２つの、共通平面にある同心状円形リング送信電極２２２は、電極のバックアップセットとして機能しうる。
【００８０】
実施形態を、電極セット８０及び１００が４つの電極を含むものとして説明したが、電極セット８０及び１００は３つ以上の電極を含みうることは了解されるであろう。
【００８１】
ここで、図２５ａ及び２５ｂを参照すると、送信電極セット８０の他の実施形態が示されている。図２５ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は外側楕円リング送信電極と、外側リング送信楕円電極によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の、共通平面にある同心状電極２２６を含む。外側楕円リング送信電極及び内側楕円リング送信電極は、方位角方向に非対称である。この実施形態において、共振電場結合は、回転角とともに変動し、回転周波数において受信器９０によって取り出される電力の変調をもたらす。これは、回転周波数における波形を生成する。前述のように、電力変調は、少なくとも部分的に、角度位置に基づく結合強度の変化を補償するＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークで排除されうる。軸を外れた回転は、システム７０の相互容量の変動を生じ、これはインピーダンスの変化を発生させ、ＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークによって補償される。ＲＦ−ＤＣ整流器９６はさらに、低周波数変調をフィルタリングして除去し、回転周期で取り出された電力を平均化するためのバンドパスフィルターを含んでもよく、これは取り出される電力の低下につながり、電力伝送効率の低下につながりうる。送信電極セット８０が同心状電極２２６を含むものとして示されたが、受信電極セット１００が同様に構成されてもよいことは了解されるであろう。
【００８２】
図２５ｂに示された実施形態において、送信電極８０は、外側楕円リング送信電極と、外側楕円リング送信電極によって取り囲まれた内側楕円リング送信電極と、を含む一対の同心状の、共通平面にある電極２２７を含む。外側楕円リング送信電極及び内側楕円リング送信電極は、方位角方向に非対称である。この実施形態において、共振電場結合は回転角とともに変動し、回転周波数において受信器９０によって取り出される電力の変調をもたらす。これは、回転周波数における波形を生成する。前述のように、電力変調は、少なくとも部分的に、角度位置に基づく結合強度の変化を補償するＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークで排除されうる。軸を外れた回転は、システム７０の相互容量の変動を引き起こし、これはインピーダンスの変化を生じ、ＲＦ−ＤＣ整流器９６の同調／整合ネットワークによって補償される。ＲＦ−ＤＣ整流器９６はさらに、低周波数変調をフィルタリングして除去し、回転周期で取り出される電力を平均化するためのバンドパスフィルターを含んでもよく、これは取り出される電力の低下につながり、電力伝送効率の低下につながりうる。送信電極セット８０が同心状電極２２７を含むものとして示されているが、受信電極セット１００も同様に構成されうることは了解されるであろう。
【００８３】
ここで図２６ａを参照すると、無線電力伝送システム２２８の他の実施形態が示されている。この実施形態において、無線電力伝送システム２２８は、送信器２３０と、第１の受信器２５０と、第２の受信器２７０と、を含む。送信器２３０は、電力インバータ２３４に電気的に接続された電源２３２を含み、これは今度は誘導性送信バラン２３６を通って電気的に接続される。誘導性送信バラン２３６は、非平衡システムと平衡システムとを相互接続し、インピーダンス変換を行う。送信器２３０はさらに、直列高Ｑ値送信インダクタ２３８を介して誘導性送信バラン２３６に電気的に接続された送信電極セット２４０を含む。
【００８４】
送信電極セット２４０は、３つの、共通平面にある同心状容量性送信電極を含む。この実施形態において、容量性送信電極は、外側円形リング送信電極と、一対の横方向に離隔された内側円形リング送信電極と、を含む。内側円形リング送信電極は、外側円形リング送信電極によって取り囲まれている。送信電極セット２４０の各容量性送信電極は、高Ｑ値送信インダクタ２３８の１つを介して容量性送信バラン２３６に接続されている。送信電極セット２４０の容量性送信電極は、特定の動作周波数で直列高Ｑ値送信インダクタ２３８と共振し、送信共振器２４２を形成する。
【００８５】
第１の受信器２５０は、レギュレータ２５４に電気的に接続された負荷２５２を含み、レギュレータ２５４は高周波−直流（ＲＦ−ＤＣ）整流器２５６に電気的に接続される。この実施形態において、ＲＦ−ＤＣ整流器２５６は、低い接合容量、高い逆降伏電圧および低い順電圧降下を有する超高速ダイオードを採用する。ＲＦ−ＤＣ整流器２５６はまた、同期ＭＯＳＦＥＴ（金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ）も採用しうる。ＲＦ−ＤＣ整流器２５６は、同調／整合ネットワークを含む。ＲＦ−ＤＣ整流器は、誘導性受信バラン２５８を通して電気的に接続される。誘導性送信バラン２３８と同様に、誘導性受信バラン２５８は、非平衡システムと平衡システムとを相互接続し、インピーダンス変換を行う。第１の受信器２５０はさらに、直列高Ｑ値受信インダクタ２６２を介して誘導性受信バラン２５８に電気的に接続された電極セット２６０を含む。電極セット２６０は、内側円形リング受信電極と、内側円形リング受信電極を取り囲む外側円形リング受信電極と、を含む一対の同心状容量性受信電極を含む。電極セット２６０の各容量性受信電極は、高Ｑ値受信インダクタ２６２の１つを介して容量性受信バラン２５８に接続される。電極セット２６０の容量性受信電極は、送信共振器２４２と同一の動作周波数で直列高Ｑ値受信インダクタ２６２と共振し、第１の受信共振器２６４を形成する。
【００８６】
第２の受信器２７０は、レギュレータ２７４に電気的に接続された負荷２７２を含み、レギュレータ２７４は今度は高周波−直流（ＲＦ−ＤＣ）整流器２７６に電気的に接続される。この実施形態において、ＲＦ−ＤＣ整流器２７６は、低い接合容量、高い逆降伏電圧および低い順電圧降下を有する超高速ダイオードを採用する。ＲＦ−ＤＣ整流器２７６は、同期ＭＯＳＦＥＴ（金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ）を採用してもよい。ＲＦ−ＤＣ整流器２７６は、同調／整合ネットワークを含む。ＲＦ−ＤＣ整流器２７６は、誘導性受信バラン２７８を通って電気的に接続される。誘導性送信バラン２７８と同様に、誘導性受信バラン２７８は、非平衡システムと平衡システムとを相互接続し、インピーダンス変換を行う。第２の受信器２７０はさらに、直列高Ｑ値受信インダクタ２８２を介して誘導性受信バラン２７８と電気的に接続された電極セット２８０を含む。電極セット２８０は、内側円形リング受信電極と、内側円形リング受信電極を取り囲む外側円形リング受信電極と、を含む一対の同心状容量性受信電極を含む。電極セット２８０の各容量性受信電極は、高Ｑ値受信インダクタ２８２の１つを介して容量性受信バラン２７８と接続される。電極セット２８０の容量性受信電極は、送信共振器２４２と同一の動作周波数で直列高Ｑ値受信インダクタ２８２と共振し、第２の受信共振器２８４を形成する。
【００８７】
動作時、電力は電源２３２から電力インバータ２３４に伝達される。電力インバータ２３４は動作周波数でＲＦ信号を出力し、ＲＦ信号は、送信共振器２４２を誘導性送信バラン２３６を介して励起し、送信共振器２４２に交流共振電場を発生させる。第１の共振器２５０は共振電場内に配置され、第１の受信共振器２６４は、送信器２３０から共振電場結合を介して電力を取り出す。次いで、第１の受信共振器２６４に伝達された電力は、誘導性受信バラン２５８を介してＲＦ−ＤＣ整流器２５６に伝達され、電力が整流される。次いで、整流された電力は、電力を調整するレギュレータ２５４に伝達される。次いで、調整された電力は負荷２５２に印加される。ＲＦ−ＤＣ整流器２５６の同調／整合ネットワークは、送信共振器２４２及び第１の受信共振器２６４が確実に臨界結合されるようにする。
【００８８】
同様に、第２の受信器２７０が電場内に配置されると、第２の受信共振器２８４は、送信器２３０から共振電場結合を介して電力を取り出す。次いで、第２の受信共振器２８４に伝達された電力は、誘導性受信バラン２７８を介してＲＦ−ＤＣ整流器２７６に伝達され、電力が整流される。次いで、整流された電力は、電力を調整するレギュレータ２７４に伝達される。次いで、調整された電力は負荷２７２に印加される。ＲＦ−ＤＣ整流器２７６の同調／整合ネットワークは、送信共振器２４２及び第２の受信共振器２８４が確実に臨界結合されるようにする。
【００８９】
ここで図２６ｂを参照すると、送信電極セット２４０並びに第１の受信電極セット２６０及び第２の受信電極セット２８０の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット２６０は、２つの円形開口部が内部に形成された外側平面電極２９０と、外側平面電極２９０の第１の開口部内に配置された第１の内側円形リング送信電極２９２と、外側平面電極２９０の第２の開口部内に配置された第２の送信内側リング送信電極２９４と、を含む３つの電極を含む。
【００９０】
第１の受信電極セット２６０は、外側円形リング受信電極と、外側円形リング受信電極によって取り囲まれた内側円形リング受信電極と、を含む一対の、共通平面にある同心状電極２９６を含む。第２の受信電極セット２８０は、外側円形リング受信電極と、外側円形リング受信電極によって取り囲まれた内側円形リング受信電極と、を含む一対の、共通平面にある同心状電極２９８を含む。
【００９１】
ここで、図２７ａ及び２７ｂを参照すると、システム７０の送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図２７ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側リング送信電極と、円盤形状の（すなわち、ｒｉｎが０である）内側リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極３００を含む。受信電極セット１００は同様に、外側リング受信電極と、円盤形状の（すなわち、ｒｉｎが０である）内側リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３０２を含む。図に示されるように、受信電極３０２は、送信電極３００とは軸がオフセットされている。この実施形態において、受信電極３０２は送信電極３００のｚ軸の周りに回転する。この軸から外れた整列の効果は、図８ａから８ｄを参照して議論される。
【００９２】
図２７ｂに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、円盤形状の（すなわち、ｒｉｎが０である）内側円形送信電極と、を含む一対の同心状送信電極３０４を含む。受信電極セット１００は、同様に、外側円形リング受信電極と、円盤形状の（すなわち、ｒｉｎが０である）内側円形受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３０６を含む。図に示されるように、受信電極３０６は、送信電極３０４とは軸がオフセットされている。さらに、この実施形態において、受信電極３０６は、送信電極３０４のｚ軸の周り及び受信電極３０６のｚ軸の周りに回転する。この軸を外れた整列の効果は、図８ａから８ｄを参照して議論される。
【００９３】
ここで、図２８ａ及び２８ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図２８ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ、ｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する第１の外側円筒形送信電極と、第２の外側円筒形送信電極と、を含む一対の同心状送信電極３１２を含む。受信電極セット１００は、同様に、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ、ｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する第１の内側円筒形受信電極と、第２の内側円筒形受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３１４を含む。各受信電極３１４は、対応する送信電極３１２内に配置される。図２の送信電極セット８０及び１００に対して、同心状送信電極３１２及び受信電極３１４の表面積が増加すると、表面積が静電容量に比例するため、静電容量の増加につながる。さらに、動作周波数は静電容量の２乗に反比例するため、静電容量が増加すると、動作周波数が低下する。これは、特に電子機器に利益がありうる。
【００９４】
図２８ｂに示された実施形態において、送信電極セット８０は、半径が同一でない第１の外側円筒形送信電極と、第２の外側円筒形送信電極と、を含む一対の同心状送信電極３１６を含む。受信電極セット１００は、半径が同一でない第１の内側円筒形受信電極と、第２の内側円筒形受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３１８を含む。各受信電極３１８は、対応する送信電極３１６内に配置される。送信電極セット８０は、同心状送信電極３１６を含むものとして説明され、受信電極セット１００は、半径が同一でない同心状受信電極３１８を含むものとして説明したが、この構成は逆であってもよいことは了解されるであろう。
【００９５】
ここで図２９を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側円錐台形送信電極と、外側円錐台形送信電極の、ｚ軸に沿った射影によって取り囲まれた内側円錐台形送信電極と、を含む、一対の、共通平面にない同心状送信電極３２０を含む。受信電極セットは、外側円錐台形受信電極と、外側円錐台形受信電極の、ｚ軸に沿った射影によって取り囲まれた内側円錐台形受信電極と、を含む一対の、共通平面にない同心状受信電極３２２を含む。受信電極３２２によって画定される円錐形状は、送信電極３２０によって定義された円錐形状よりも小さい。
【００９６】
ここで、図３０ａから３０ｃを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、中空チューブ３３０と棒状部３３２とを含む一対の同心状送信電極を含む。受信電極セット１００は、内側中空チューブ３３４と外側中空チューブ３３６とを含む一対の同心状受信電極を含む。中空チューブ３３０は、内側中空チューブ３３４及び外側中空チューブ３３６、並びに棒状部３３２を覆い、棒状部３３２と内側中空チューブ３３４との間、内側チューブ３３４と外側チューブ３３６との間、及び外側チューブ３３６と中空チューブ３３０との間に間隔が存在するようにしている。この実施形態において、棒状部３３２は中空でないが、当業者であれば、棒状部３３２は中空であってもよいことを理解するであろう。内側チューブ３３４及び外側チューブ３３６は中空チューブ３３０と棒状部３３２との間にあるため、中空チューブ３３０と棒状部３３２との間の静電容量は小さい。この問題を少なくとも部分的に軽減するために、中空チューブ３３０は、外側チューブ３３６、内側チューブ３３４及び棒状部を覆う一端において、外側チューブ３３６に近接し、そのため中空チューブ３３０が内側チューブ３３４及び外側チューブ３３６を超えて延設し、棒状部３３２に近づくようにテーパー形状を有するように変化する直径を有する。中空チューブ３３０の直径が減少し、内側チューブ３３４及び外側チューブ３３６が、もはや中空チューブ３００と棒状部３０２との間にないため、中空チューブ３３０と棒状部３０２との間の静電容量が増加する。
【００９７】
送信電極セット８０は、中空チューブ３３０及び棒状部３３２を含む同心状送信電極を含むものとして説明され、受信電極セット１００は、内側中空チューブ３３４及び外側中空チューブ３３６を含む同心状受信電極を含むものとして説明されているが、この構成は反対であってもよいことは理解されるであろう。
【００９８】
ここで、図３１ａ及び３１ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。図３１ａに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極３４０を含む。受信電極セット１００は、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ、ｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側円形リング受信電極と内側円形リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３４２を含む。受信電極３４２は、送信電極３４２に対して９０°（ｒ軸に対して回転された）である。受信電極３４２は、追加の回転自由度の軸を有し、これはｚ軸に対して垂直な任意の軸とすることができる。
多数の対の受信電極３４２が、同じ対の送信電極３４０に対してｚ軸について回転可能である。
【００９９】
送信電極セット８０は、同心状送信電極３４０を含むものとして説明され、受信電極セット１００は、送信電極３４０に対して９０°の同心状受信電極３４２を含むものとして説明したが、この構成は反対であってもよいことは理解されるであろう。
【０１００】
図３１ｂに示された実施形態において、送信電極セット８０は、外側円形リング送信電極と、外側円形リング送信電極によって取り囲まれた内側円形リング送信電極と、を含む一対の同心状送信電極３４４を含む。受信電極セット１００は、外側円錐台形受信電極と、外側円錐台形受信電極の、ｚ軸に関する射影によって取り囲まれた内側円錐台形受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３４６を含む。受信電極３４６は、ｒ軸について、送信電極に対して回転され、結合強度を変動させることなく曲率中心の周りに回転することができる。図３１ａに示された実施形態と同様に、追加的な受信電極３４６は、同じ対の送信電極３４４に対してｚ軸について回転することができる。
【０１０１】
ここで、図３２を参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、一対の平行に離隔された細長い平板状の送信電極３４８を含む。受信電極セット１００は、同一の半径（すなわち、ｒｉｎ＝Ｒｉｎ、ｒｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ）を有する外側円形リング受信電極と内側円形リング受信電極と、を含む一対の同心状受信電極３５０を含む。受信電極３５０は、送信平板電極３４８に対して９０°（ｚ軸に対して回転された）である。
【０１０２】
ここで、図３３ａから３３ｅを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、第１のソケット電極３５２と第２のソケット電極３５４と、を含む一対の同心状送信電極を含む。第１のソケット電極３５２及び第２のソケット電極３５４は、この実施形態では、絶縁性固体誘電体である絶縁体３５６によって分離されている。各ソケット電極３５２及び３５４は、給電線３５８によってシステム７０の高Ｑ値送信インダクタ８２に接続される。同軸給電線３５８は、絶縁性材料３６０によって分離される。図３３ｄ及び３３ｅに示されるように、第１のソケット電極３５２及び第２のソケット電極３５４は、外側ケーシング３６２内に収容されうる。
【０１０３】
受信電極セット１００は、ソケット電極３５２及び３５４内に配置された第１のボール電極３６４と第２のボール電極３６６と、を含む一対の同心状受信電極を含む。第１のボール電極３６４及び第２のボール電極３６６は、電気的に接続されていない。この実施形態において、第１のボール電極３６４及び第２のボール電極３６６は、絶縁性流体３６８によって分離されている。ボール電極３６４及び３６６は、絶縁性流体３６８内のボール電極３６４及び３６６の動きから短絡を防ぐために、絶縁性材料で被覆される。各ボール電極３３４及び３６６は、給電線３７０によってシステム７０の高Ｑ値受信インダクタ１０２に接続される。２つの同軸給電線３７０は、絶縁性材料３７２によって分離されている。第１のソケット電極３５２の開口部は、第１のボール電極３６４及び第２のボール電極３６６を、第１のソケット電極３５２内で旋回可能にする。第１のボール電極３６４及び第２のボール電極３６６は、ｚ軸に関して自由に回転できる。
【０１０４】
送信電極セット８０は、ソケット電極３５２及び３５４を含むものとして説明され、受信電極セット１００は、ボール電極３６４及び３６６を含むものとして説明されたが、この構成は反対であってもよいことは理解されるであろう。
【０１０５】
ここで、図３４ａ及び３４ｂを参照すると、送信電極セット８０及び受信電極セット１００の他の実施形態が示されている。この実施形態において、送信電極セット８０は、外側球形電極３８０と、外側球形電極３８０内に収容された内側球形電極３８２と、を含む一対の同心状送信電極を含む。外側球形電極３８０及び内側球形電極３８２は、絶縁性流体３８４によって分離される。外側球形電極３８０の内側表面及び内側球形電極３８２の外側表面は、絶縁性流体３８４内で電極３８０及び３８２の移動から短絡を防ぐために、絶縁材料で被覆される。各球形電極３８０及び３８２は、給電線３８６によってシステム７０の高Ｑ値送信インダクタ８２に接続されうる。同軸状給電線３８６は、この実施形態では絶縁性固体誘電体である絶縁性材料３８８によって分離される。
【０１０６】
受信電極セット１００は、外側球形電極３８０内に部分的に配置された第１の内側球形電極３９０と第２の内側球形電極３９２とを含む、一対の同心状受信電極を含む。第１の球形電極３９０及び第２の球形電極３９２は、絶縁性固体３９４によって分離される。各球形電極３９０及び９３２は、給電線３９６によってシステム７０の高Ｑ値受信インダクタ１０２に接続される。２つの給電線３９６は、絶縁性固体３９４によって分離される。この実施形態において、給電線３８６及び３９６は同軸状である。
【０１０７】
送信電極セット８０は、外側球形電極３８０及び内側球形電極３８２を含むものとして示され、受信電極セット１００は、第１の内側球形電極３９０及び第２の内側球形電極３９２を含むものとして示されているが、これは反対であってもよいことは理解されるであろう。さらに、給電線３８６及び３９６は同軸状であるが、その他の種類の給電線も使用されてもよいことは理解されるであろう。
【０１０８】
送信電極セット８０及び受信電極セット１００は、複数の電極積層体を含みうる。例えば、図３５に示されるように、送信電極セット８０は、外側円形リング電極と、外側円形リング電極によって取り囲まれた内側円形リング電極と、を含む第１の対の同心状送信電極４０２と、外側円形リング電極と、外側円形リング電極によって取り囲まれた内側円形リング電極と、を含む第２の対の同心状送信電極４０６と、を含む。同様に、受信電極セット１００は、外側円形リング電極と、外側円形リング電極によって取り囲まれた内側円形リング電極と、を含む第１の対の同心状受信電極４０４と、外側円形リング電極と、外側円形リング電極によって取り囲まれた内側円形リング電極と、を含む第２の対の同心状送信電極４０８と、を含む。電力は、第１の対の同心状送信電極４０２から第１の対の同心状受信電極４０４へ、また第２の対の同心状送信電極４０６から第２の対の同心状受信電極４０８へ伝達される。
【０１０９】
送信電極セット８０及び受信電極セット１００は、図３６に示されるように、システムにおいてさらに軸として機能しうる。この実施形態において、送信電極セット８０は、一対の同心状円形リング送信電極４２２を含む。受信電極セット１００は、一対の同心状円形リング受信電極４２４を含む。この実施形態において、送信電極４２２及び受信電極４２４はｚ軸に中心を有し、送信電極４２２及び受信電極４２４の平面は平行であり、ｘ−ｙ平面に位置する。さらに、この実施形態において、軸４２０が送信電極４２２及び受信電極４２４によって取り囲まれ、送信電極４２２及び受信電極４２４によって形成された開口を通る。軸４２０の長軸は、ｚ軸並びに、送信電極４２２及び受信電極４２４の回転軸と整列する。これにより、無線電力伝達は、軸４２０に沿った任意の位置で生じることができる。これは、特に、ヘリコプターのブレードの頂部の電子機器に、機体から電力を供給する場合など、軸４２０が電源の位置を超えて延設する場合に有用である。
【０１１０】
軸４２０は、導電材料からなりうる。送信電極４２２及び受信電極４２４を軸４２０から分離する非導電性ギャップが存在するように、軸４２０の半径は、送信電極４２２及び受信電極４２４のｒｉｎよりも小さくなければならない。非導電性ギャップの大きさは、送信電極４２２及び受信電極４２４の内側電極と、軸４２０との間の静電容量が無視できるようにされる。送信電極４２２及び受信電極４２４の内側電極と、軸４２０との間の静電容量が大きい場合、送信電極４２２及び受信電極４２４の内側電極間の電位差が減少することとなるため、効率的な電力伝送が達成されない。
【０１１１】
当業者であれば、様々な実施形態、例えば楕円同心状の、共通平面にない送信電極と長方形の、共通平面にある非同心状の区画分割された受信電極とを組み合わせうることは了解するであろう。
【０１１２】
１つの応用例において、電源７２はヘリコプターの機体内の電源である。負荷９２はヘリコプターの回転アセンブリの１つである。この応用例において、送信電極セット８０は、受信電極セット１００への電力の無線伝送を可能にする。送信電極セット８０及び受信電極セット１００は、ヘリコプターの回転しないアセンブリと回転するアセンブリとを電気的にブリッジする。回転しないアセンブリ及び回転するアセンブリは、機体、機体の頂部、固定スウォッシュプレート、スウォッシュプレートの頂部、回転スウォッシュプレート、テール、マスト、レーダードーム、テールローター及びブレードを含みうる。可能な接続は、ヘリコプターの機体からマスト、固定スウォッシュプレートから回転スウォッシュプレート、機体の頂部からブレード上の区画分割された電極、機体の頂部からレーダードーム、スウォッシュプレートの頂部からレーダードーム、及びテールからテールローターを含む。
【０１１３】
システムは、ロボットアーム、製造用回転アーム、自動車用ステアリングコラム、回転する風車のシャフト、地上から自動車のホイールへの電力伝送、自動車から自動車のホイール内の電気モーターへの電力伝送を含むがこれらに限定されない様々なその他の応用例に採用されうる。
【０１１４】
図を参照して実施形態が説明されたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲において規定された本発明の範囲を逸脱することなく、変更や改良がなされうることを了解するであろう。
【符号の説明】
【０１１５】
４０、７０、２２８  無線電力伝送システム
４２、７２、２３０  送信器
４４、７４、２３２  電源
４６、８４、２４２  送信共振器
５０、９０  受信器
５２、１０４  受信共振器
５４、９２、２５２、２７２  負荷
７６、２３４  電力インバータ
７８、２３６、２７８  誘導性送信バラン
８０、２４０  送信電極セット
８０ａ  内側容量性送信電極
８０ｂ  外側容量性送信電極
８２  送信インダクタ
９４、２５４、２７４  レギュレータ
９６、２５６、２７６  ＲＦ−ＤＣ整流器
９８、２５８、２７８  誘導性受信バラン
１００、２６０、２８０  受信電極セット
１０２、２６２、２８２  高Ｑ値受信インダクタ
１３０、１３４  送信同心状電極
１３２、１３６  受信同心状電極
１４０  外側円形リング送信電極
１４２  内側円形リング送信電極
１４４  外側円形リング受信電極
１４６  内側円形リング受信電極
１５０  外側楕円リング送信電極
１５２  内側楕円リング送信電極
１５６ａ  外側四角形リング送信電極
１５６ｂ  外側長方形リング送信電極
１５８ａ  内側四角形送信電極
１５８ｂ  内側長方形リング送信電極
１６０、１６２  電極
１６４  同心状送信電極
１６６  同心状受信電極
１７０、１７２、１７６、１７９、２１２、３２０  一対の同心状の、共通平面にない受信電極
１７１、１７３、１７４、１７８、２１４、３２２  一対の同心状の、共通平面にない送信電極
１８０、２００、２０４、２２６、２２７、２９６、２９８  一対の同心状電極
１８２、１９０、１９３、１９６、２０２、２０６、２１６、２２０、３００、３０４、３０８、３１２、３１６、３４０、３４４、４２２  一対の同心状送信電極
１８４、１９２、１９４、２０３、２０７、２１８、３０２、３０６、３１０、３１４、３１８、３４２、３４６、４２４  一対の同心状受信電極
１９８  一対の弧状受信電極
２２０、２２２、２２４  ４つの、共通平面にある同心状円形リング送信電極
２３８  直列高Ｑ値送信インダクタ
２５０  第１の受信器
２６４  第１の受信共振器
２７０  第２の受信器
２８４  第２の受信共振器
２９０  外側平面電極
２９２  第１の内側円形リング送信電極
２９４  第２の内側リング送信電極
３３０  中空チューブ
３３２  棒状部
３３４  内側中空チューブ
３３６  外側チューブ
３５２  第１のソケット電極
３５４  第２のソケット電極
３５６  絶縁体
３５８、３７０、３８６、３９６  給電線
３６０、３７２、３８８  絶縁性材料
３６２  ケーシング
３６４  第１のボール電極
３６６  第２のボール電極
３６８  絶縁性流体
３８０  外側球形電極
３８２  内側球形電極
３９０  第１の内側球形電極
３９２  第２の内側球形電極
３９４  絶縁性固体
４０２  第１の対の同心状送信電極
４０４  第１の対の同心状受信電極
４０６  第２の対の同心状送信電極
４０８  第２の対の同心状送信電極
４２０  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【図２２ｄ】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２３ｃ】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２４ｃ】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２９】
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【図３０ａ】
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【図３０ｂ】
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【図３０ｃ】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３２】
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【図３３ａ】
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【図３３ｂ】
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【図３３ｃ】
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【図３３ｄ】
0006730257.tif 000063
【図３３ｅ】
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【図３４ａ】
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【図３４ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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