(57)【要約】  無線エネルギー伝送のためのシステムは、送信コイル及び送信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスを含む第１の、整調可能な共振器回路を含む、エネルギーの無線送信のための回路を含む。また、送信コイルに誘導的に結合された受信コイル及び受信コイルの両端に並列に接続された可変静電容量デバイスを含む整調可能な第２の共振器回路を含むエネルギーの無線受信のための回路も開示されている。また、装置の受信端におけるＤＣ整流のための別個の回路に対する必要性に先行する無線エネルギー送信及び受信のための装置も開示される。また、システムが、例えば、テーブルのような、ファニチャ、カウンタなどの表面に埋め込まれた整調可能な共振器回路を含む、無線エネルギー伝送のためのシステムも開示される。
2015505664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーの無線受信のための共振器回路であって、
多数の巻線Ｎ１を有する受信コイルと、
該受信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスと、を備え、該受信コイル及び該可変コンデンサ並びに該受信コイルの固有の静電容量が、該共振器回路を形成し、
該受信コイルの該巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有する出力コイルであって、約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する該共振器回路を備えた該回路から電力出力を提供するために該受信コイルに誘導的に結合された出力コイルと、を備える、回路。
【請求項２】
前記共振器回路が１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内の共振周波数に前記可変静電容量デバイスによって同調される、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記共振器回路が高電圧において発振し、かつ前記二次コイルに結合される強磁場を生成する、請求項１又は請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記２つのコイルの誘導結合が、前記出力コイルにおいて、ＶＬ（コイル）＝Ｖｉｎ＊Ｑ＊Ｎ２／Ｎ１に関連する出力電圧を生成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路。
【請求項５】
前記出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する回路機構、
を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項６】
前記出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する回路機構であって、
前記二次コイルの両端に並列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサに結合されたＤＣ／ＤＣコンバータ又はバッテリー充電器とを備える回路機構を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路。
【請求項７】
前記出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する前記出力コイルに接続される整流回路であって、前記回路機構が、
前記二次コイルの両端に並列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと結合されるＤＣ／ＤＣコンバータとを備える整流回路を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回路。
【請求項８】
エネルギーの無線送信のための共振器回路であって、該回路が、
多数の巻線Ｎ１を有する送信コイルと、
該受信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスと、を備え、該送信コイル及び該可変コンデンサ並びに該送信コイルの固有の静電容量が、該共振器回路を形成し、
入力ＲＦソースに結合されるように構成される入力コイルであって、該入力コイルが該送信コイルの該巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有し、かつ、約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する該共振器回路を備えた該回路から出力される電力を提供するために、該送信コイルに誘導的に結合された入力コイルと、を備える、回路。
【請求項９】
前記共振器回路が前記可変静電容量デバイスによって同調される、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記共振器回路が高電圧において発振し、かつ前記送信コイルにおいて強磁場を生成する、請求項８又は請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
前記入力コイルに接続されるＲＦソースを更に備える、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１２】
前記送信機及び入力コイルの誘導結合が、ＶＬ（コイル）＝Ｖｉｎ＊Ｑ＊Ｎ１／Ｎ２（式中、Ｖｉｎが前記入力コイルに接続される前記ＲＦソースの前記電圧に関連する）に関連する前記送信コイルにおける出力電圧を生成する、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１３】
無線エネルギー伝送のためのシステムであって、該システムが、
エネルギーの無線送信のための回路であって、該回路が、
第１共振器回路であって、
多数の巻線Ｎ１を有する送信コイルと、
該受信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスとを備え、該送信コイル及び該可変コンデンサ並びに該送信コイルの固有の静電容量が、該共振器回路を形成し、
入力ＲＦソースに接続されるように構成される入力コイルであって、該入力コイルが該送信コイルの該巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有し、かつ約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数において該共振器回路から電力出力を提供するために、該送信コイルに誘導的に結合される入力コイルとを備える該第１共振器回路を備える、回路と、
エネルギーの無線受信のための回路であって、該回路が、
第２共振器回路であって、
該送信コイルに誘導的に結合された受信コイルであって、多数の巻線Ｎ３を有する受信コイルと、
該受信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスと、を備え、該受信コイル及び該可変コンデンサ並びに該受信コイルの固有の静電容量が該第２共振器回路を形成し、
該受信コイルの該巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有する出力コイルであって、約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する該共振器回路を備えた該回路から電力出力を提供するために該受信コイルに誘導的に結合された出力コイルと、を備える該第２共振器回路を備える、回路とを備える、システム。
【請求項１４】
前記第２共振器回路が１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内の共振周波数に前記可変静電容量デバイスによって同調される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する回路機構
を更に備える、請求項１３又は請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電力伝送装置に関し、また具体的には、バッテリーなどの充電に適応させることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送装置は１００年にわたって既知である。過去１０年における携帯型電子デバイスのブームに伴い、バッテリー充電のための無線電力伝送装置への関心が急速に高まりつつある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
無線電力伝送システム動作範囲を増大させるために、自己共振コイルを使用する高Ｑ因子のシステムを使用することができる。自己共振コイルの問題は、２つのコイルをＲＦソース周波数に同調させること及び互いの間で同調させることの難しさである（これは巻線数及び巻線間の距離を変更することによって行われ、かつ自動フィードバック制御には適していない）。
【０００４】
家庭用機器の充電用途に使用するような実際的な用途のために、典型的な短距離誘導性の充電器は数センチメートル又は数ミリメートルさえにも限定される。高Ｑ因子の共振システムは、受信装置を送信機により接近して移動させるときに受信コイル電圧が大きく揺れるように、共振コイルの両端の高動作電圧を犠牲にして、受信電力対送信機（送信機）と受信機（受信機）間の距離の急速な減衰を部分的に埋め合わせる。高いＱシステムは概略数百から数千ボルトさえの電圧を整流させ、かつ調整させなければならない。これによってこの種類の環境において作動する典型的な低電圧動作電子デバイスに対して問題が提起され得る。高入力電圧調整器は、余り効率的でなく、嵩高であり、費用がかかるが、存在する。
【０００５】
誘導性の、例えば、バッテリー充電器は典型的には短い空間的範囲にわたって作動し、典型的には数センチメートル又はミリメートルにさえも限定される。高いＱ共振システムは受信電力対送信機（送信機）と受信機（受信機）間の距離の急速な減衰を部分的に埋め合わせする。より良好なＱ因子はメガヘルツの範囲、例えば、５〜２７ＭＨｚにおいて発生することができる一方、このような範囲における典型的な整流回路の性能は半導体デバイスの最大動作周波数によって限定される。従来の整流器設計はこれらの高周波数の動作において満足のゆくようには実行しない場合がある。このような高周波数において、従来の整流器出力電圧波形は、寄生的なインダクタンス及び静電容量共振に起因する、リンギング過渡変化を含み得る。これらの過渡変化は整流効率損失及び出力信号ノイズを引き起こす。更に、整流器の入力インピーダンス特性が周波数及び負荷の関数として変化する。この影響を低減させるためには、スイッチング周波数を変化させることによってリアクタンス性のインピーダンス変動を調整しかつ打ち消すために直列共振コンバータが使用される。
【０００６】
一態様によると、回路はエネルギーの無線受信のための共振器回路を含み、該共振器回路は多数の巻線Ｎ１を有する受信コイルと、受信コイルの両端に並列に接続された可変静電容量デバイスと、受信コイル及び可変コンデンサ並びに受信コイルの固有の静電容量が共振器回路を形成する、受信コイルの巻線数Ｎ１と比較して低い巻線数Ｎ２を有する出力コイルであって、約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する共振器回路を備えた、回路からの電力出力を提供するために受信コイルに誘導的に結合される、出力コイルと、を含む。
【０００７】
以下が実施形態である。
【０００８】
共振器回路は１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内の共振周波数へ可変静電容量デバイスによって同調される。共振器回路は高電圧において発振し、かつ二次コイルに結合されている強磁場を生成する。２つのコイルの誘導結合は、ＶＬ（コイル）＝Ｖｉｎ＊Ｑ＊Ｎ２／Ｎ１に関連づけられる出力コイルにおいて出力電圧を生成する。回路は出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するために回路機構を更に含む。回路は出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧へ変換するために回路機構を更に含み、回路機構は二次コイルの両端に並列に接続されているコンデンサと、ＤＣ／ＤＣコンバータ又はコンデンサに結合されたバッテリー充電器と、を含む。回路は出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するために出力コイルに接続されている整流回路を更に含み、回路機構は二次コイルの両端に並列に接続されているコンデンサと、コンデンサと直列に結合されているＤＣ／ＤＣコンバータと、を更に含む。
【０００９】
追加の態様によると、回路がエネルギーの無線送信のための共振器回路を含み、該回路が多数の巻線Ｎ１を有する送信コイルと、送信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスと、送信コイル及び可変コンデンサ並びに送信コイルの固有の静電容量が共振器回路を形成する、入力ＲＦソースに結合されるように構成される入力コイルであって、すなわち該入力コイルが送信コイルの巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有し、かつ約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する共振器回路を備えた回路から電力出力を提供するために送信コイルに誘導的に結合されている、入力コイルと、を含む。
【００１０】
以下が実施形態である。
【００１１】
共振器回路は可変静電容量デバイスによって同調される。共振器回路は高電圧において発振し、かつ送信コイルにおいて強磁場を生成する。回路は入力コイルに接続されるＲＦソースを更に含む。送信機及び入力コイルの誘導結合は、ＶＬ（コイル）＝Ｖｉｎ＊Ｑ＊Ｎ１／Ｎ２（式中、Ｖｉｎは入力コイルに接続されているＲＦソースの電圧に関連する）に関連する送信コイルにおける出力電圧を生成する。
【００１２】
追加の態様によると、無線エネルギー伝送のためのシステムはエネルギーの無線送信のための回路であって、該回路が、第１共振器回路であって、多数の巻線Ｎ１を有する送信コイルと、送信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスとを含み、送信コイル及び可変コンデンサ並びに送信コイルの固有の静電容量が共振器回路を形成する、第１共振器回路と、入力ＲＦソースに接続されるように構成される入力コイルであって、該入力コイルが送信コイルの巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有し、かつ約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数において共振器回路から電力出力を提供するために送信コイルに誘導的に結合されている、入力コイルと、を含む、回路と、エネルギーの無線受信のための回路であって、送信コイルに誘導的に結合された受信コイルであって、多数の巻線Ｎ３を有する受信コイルと、受信コイルの両端に並列に接続された可変静電容量デバイスと、を含む、第２共振器回路と、受信コイル及び可変コンデンサ並びに受信コイルの固有の静電容量が第２共振器回路を形成する、受信コイルの巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有する出力コイルであって、約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する共振器回路を備えた回路から電力出力を提供するために受信コイルに誘導的に結合された、出力コイルと、を含む、回路と、を含む。
【００１３】
以下が実施形態である。
【００１４】
第２共振器回路は１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内の共振周波数に可変静電容量デバイスによって同調される。回路は出力コイルの両端のＡＣ電圧をＤＣ電圧へ変換する回路機構を更に含む。
【００１５】
追加の態様によると、無線エネルギー伝送のためのシステムは、エネルギーの無線送信のための回路であって、無線送信のための該回路が、ＲＦソースによって給電されるように構成される第１共振器回路を含む、回路と、第１共振器回路から、エネルギーの無線受信のための回路であって、無線受信のための該回路は第２共振器路を含む、回路と、エネルギーの無線受信のための該回路においてＤＣ成分を有する整流電圧を効果的に生成するために第１及び第２共振器回路と誘導的に結合するようにエネルギーの無線送信のための該回路とエネルギーの無線受信のための該回路との間に配設される、回路と、を含む。
【００１６】
以下が実施形態である。
【００１７】
誘導的に結合する回路は第１と第２共振器回路との間に配設される整調可能な受動共振器を含み、整調可能な受動共振器は多数の巻線Ｎ１を有するコイルと、コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスとを含み、すなわちコイル及び可変コンデンサ並びにコイルの固有の静電容量が整調可能な共振器回路を形成し、受動整調可能な共振器回路と共同して第１及び第２共振器回路が第２共振器回路の出力においてＤＣ成分を有する電圧を提供する。誘導的に結合する回路は基底送信機周波数の第１調和又はより高い調和において作動する磁場送信機を含む。第１共振器は多数の巻線Ｎ１を有する送信コイルと、送信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスと、送信コイル及び可変コンデンサ並びに送信コイルの固有の静電容量が共振器回路を形成する、入力ＲＦソースに結合されるように構成される入力コイルであって、入力コイルが送信コイルの巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有し、かつ約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数において共振器回路から電力出力を提供するために送信コイルに誘導的に結合された、入力コイルと、を更に含む。第２共振器は、送信コイルに誘導的に結合され、多数の巻線Ｎ３を有する受信コイルと、受信コイルの両端に並列に接続される可変静電容量デバイスと、受信コイル及び可変コンデンサ並びに受信コイルの固有の静電容量が第２共振器回路を形成する、受信コイルの巻線数Ｎ１と比較して少数の巻線Ｎ２を有する出力コイルであって、約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数を有する共振器回路を備えた、回路から電力出力を提供するために受信コイルに誘導的に結合されている、出力コイルと、を更に含む。
【００１８】
追加の態様によると、無線エネルギー伝送のためのシステムはテーブルと、エネルギーの無線送信のためにテーブル内に埋め込まれた回路とを含み、該回路が送信導電体及び送信導電体の両端に並列に接続される可変静電容量デバイスを含む第１共振器回路を含み、送信コイル及び可変コンデンサ並びに送信コイルの固有の静電容量が共振器回路を形成する。
【００１９】
以下が実施形態である。送信導電体は約１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の共振周波数において共振器回路から電力出力を提供するために入力ＲＦソースに結合される。
【００２０】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】別々に整調可能な送信／受信コイルを使用する誘導性電力リンクの結線図である。
【図２】自己遮蔽コイル対の実施形態の斜視図である。
【図３】別々に整調可能な送信／受信コイル及び中間受動共振器を使用する誘導性電力リンクの結線図である。
【図４Ａ】図３の装置によって生み出される効果のグラフである。
【図４Ｂ】図３の装置によって生み出される効果のグラフである。
【図５】充電装置の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここで、図１を参照すると、送信機１１及び受信機２１を含む無線エネルギー伝送装置１０が示される。送信機１１及び受信機２１は、それぞれ、無線電力の送信及び受信のための整調可能な共振器１２、２２の対応する共振器を含む。これらの整調可能な共振器１２、２２は送信機側１１のドライバ電子回路１６から及び受信機電子回路２６、例えば、受信機側２１の整流回路３２及びステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータ３４から電気的に絶縁されている。
【００２３】
整調可能な送信側共振器１２は多数の巻線Ｎ２を有するコイル１５（送信コイル）及び比較的に少数の巻線Ｎ１を備えたコイル１４（入力コイル）を含み、ここでＮ２はＮ１より約１０〜１０００倍多い。整調可能な送信側共振器１２はまた、コイル１５の両端に並列に結合された可変静電容量素子（可変コンデンサ）１８をも含む。可変静電容量素子１８は電気的に絶縁されたＬＣ回路（コイル１５及びコンデンサ１８）を介して、共振器１２が同調されることを可能にする。コイル１５は巻線Ｎ１を有するコイル１４と比較して比較的に多数の巻線Ｎ２を有する。整調可能な送信側共振器１２は入力コイル１４を介して給電される。入力コイル１４はＲＦソース１６からＲＦ信号を供給される。
【００２４】
典型的な帯域幅範囲、電圧範囲及び電力範囲は以下の通りである。
周波数範囲：１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ、
電圧範囲：５Ｖ〜４８Ｖ、
電力範囲：１ｍＷ〜１００Ｗ
【００２５】
５〜２７ＭＨｚなどの、上記の範囲内の他の範囲及び副範囲は可能である。
【００２６】
巻線Ｎ２／Ｎ１の比は、入力コイル１４における比較的に低い電圧が、電気エネルギーを、送信コイル１５へ誘導結合によって伝送することを可能にし、かつ送信コイル１５において極めて高い磁場を生成することを可能にする。この高い磁場は、間もなく論じられるように、受信側共振器２２に誘導的に結合する。整調可能な送信機１２は、こうして高電圧にて作動し、強磁場を生成する共振構造体を有する。
【００２７】
共振器はエアギャップ可変コンデンサ及び可変同調と共に空心コイルの使用によって提供される。他の構成は整調可能な送信側共振器１２に対する帯域幅、電圧及び電力要件を含む所望の特性に応じて可能である。整調可能な受信側共振器２２は高い巻線数Ｎ２を有するコイル２５（受信コイル）及び比較的に少数の巻線Ｎ１を有するコイル２４（出力コイル）を含み、ここにＮ２がＮ１より約１０〜１０００倍多い。整調可能な受信側共振器２２はまた、コイル２５の両端に並列に結合される可変静電容量素子（可変コンデンサ）２８を含む。可変静電容量素子２８は、電気的に絶縁されたＬＣ回路（コイル２５及びコンデンサ２８）を介して、共振器２２が同調されることを可能にする。巻線Ｎ１を有するコイル２４と比較して比較的に多数の巻線数Ｎ２を有するコイル２５は、受信側共振器（コイル２６及びコンデンサ２８）が送信側共振器１２によって生成される比較的に高い磁場の中へコイル２５のための誘導結合を介して効率的に結合することを可能にして、コイル２５において比較的に高い電圧を生成する。コイル２５はコイル２４に誘導的に結合される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、コイル２４は、送信機内のコイル１５と受信機内のコイル２４との間の有意な誘導結合を可能にしないように、コイル１５から磁気シールドされる。このような磁気シールドは、受信機２１上の一次コイル２５によって画定されかつ限定された領域内に二次コイルを定置することを含む様々な方法で達成可能であろう。受信機内のコイル２４を磁気シールドするための１つのこのような配置が図２に例示される。
【００２９】
ここで、図２を参照すると、整調可能な共振器１２、２２（図１）の一部として使用することができる２つのコイルを担持する構造体４０が示される。構造体４０はバンド４２の外側表面４２ａ上に配設される連続性、電気的に絶縁された導電体４４のＮ２巻線から成る第１コイル（例示的に図１の２５）を有するバンド４２又はディスクを含む。構造体４０はまた、バンド４２の内側表面４２ｂ上に配設される連続性、電気的に絶縁された導電体４６のＮ１巻線（ここに、Ｎ２＞＞Ｎ１）から成る第２コイル（例示的に図１の２４）を含む。この構造体４０は、例えば、バンド４２の外側表面４２上に配設される第１コイル２５を有する整調可能な共振器２２（図１）が、このような磁場が構造体４０のコイル２５に結合することを可能にしながら、整調可能な共振器１２（図１）からコイル１５などの、構造体４０に結合する可能性がある他のコイルによって生成される磁場から第２コイル２４を少なくとも部分的にシールドすることを可能にする。
【００３０】
整調可能な受信側共振器２２は整調可能な送信側共振器１２からの誘導結合を介してエネルギーを受信し、かつ整調可能な受信側共振器２２はそのエネルギーをコイル２４に誘導的に結合する。比Ｎ１／Ｎ２に比例するコイルにおける出力電圧が生成される。この電圧は整調可能な共振器１２からコイル２５の両端に誘起される電圧より遥かに低い。コイル２４におけるこのより低いＡＣ電圧は全波整流器３３によって整流されてＤＣ電圧を生成する。コンデンサ３０はこのＤＣ電圧を平滑にしてかつフィルタをかけ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、負荷３４などの後続のデバイスの入力電圧要件に従ってＤＣ電圧を所望の値に変換する。負荷３４がＤＣ／ＤＣコンバータ回路３２から電流を引き込むと、コイル２５の出力における電圧は低下しないが、ＤＣ／ＤＣコンバータにコイル２５を通して引き込まれた電流を増加させる。送信及び受信の両方のために別々に整調可能な共振器は、固有のコイル静電容量に依拠する自己共振器コイルと比較して、装置の動作範囲を増大させ、かつ装置の製造可能性を改善させる。可変コンデンサの包含は共振器の共振周波数の精密な同調及びしたがって選択を可能にする。送信及び受信のための二次コイル１４、２４の包含は、ＲＦソース１６における電圧要件とともに、処理回路、例えば、受信機におけるコンデンサ３０、整流器３３及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電圧要件を、それぞれ低減させる。
【００３１】
電力出力が少数の巻線Ｎ２を有するコイル２４に接続されるので、出力電圧と共振器電圧との間の比は以下：
ＶＬ（コイル）＝Ｖｉｎ＊Ｑ＊Ｎ２／Ｎ１
（式中、Ｑは共振器の品質因子であり、Ｎ２及びＮ１はそれぞれコイル２５及び２４の巻線数である）のように２つのコイルの巻線数の比によって制御される。例えば、Ｑ＝１０、Ｎ１＝１００及びＮ２＝１０であれば、整流及び調整するのに便利なように、コイル電圧は入力電圧と同じなる。この装置の別の利点は、ソースを共振器に同調するよりもむしろ、送信機及び受信側共振器１２、２２を発振器／ドライバＲＦ電力ソース周波数に別々に同調できることである。これは単一の送信機によって電力供給されながら複数受信機を別々に同調させることができる。同調は可変コンデンサとともに相互に、又は逆バイアスした半導体ジャンクションなどの、電圧制御コンデンサを使用して自動的に行われることができる。
【００３２】
一例において、５５０ｋＨｚ〜１６００ｋＨｚの範囲で使用可能な整調可能なＡＭラジオアンテナ共振器が図１のコイル配置に使用される。送信コイルは１０Ｗ電力増幅器ドライバを介して１ＭＨｚ正弦波信号に設定されたＲＦ発振器によって電力供給される。受信コイルは、例えば、２４”離して、ずらすことができる。２つの共振器は発振器周波数に同調され、かつそれぞれ１０のＱ因子を特徴としている。
【００３３】
ここで、図３を参照すると、代替的な性能強化はコイル６４及び可変コンデンサ６８を備える整調可能な受動共振器６２を使用し、共振器６２は整流回路無しで図１の送信機１１と、図１の受信機２１と同様な受信機２１’との間に配設される。ここで、整調可能な受動共振器６２は、受動共振器６２を共振周波数の周りに同調することによって、及び受信機１１’側の波形を偏倚させて受信機１１’に結合されたＲＦ信号を効果的に整流するために位相制御を提供することによって受信電力及び範囲を上昇させる。整調可能な受動共振器６２は共振無線電力伝送システムが高無線周波数の範囲で作動するのを可能にさせ、かつ整流回路を有さずにＡＣからＤＣへの電力変換を提供する。この技術は交流から直流への変換とともに、無線電力の送信、状態調節及び受信のための共振器回路を用いるＲＦからＤＣへ（無線周波数から直流へ）の変換に適用可能である。
【００３４】
共振器６２は、方形パルス発振器及び電力スイッチ又は増幅器によって駆動される、共振周波数ｆを有するＬＣタンク回路である。受動ＬＣレピータは共振周波数ｆの第１調和２ｆに同調される。２つの周波数は受信機において混合されて、整流回路無しで出力における本質的に非対称のＤＣ成分を生成する。ＤＣ電力は２つの信号ｆ及び２ｆを混合することによってＡＣソースから生成されて、ＤＣ成分とともに合計出力電圧を有する信号を生成する。異なる周波数を有する２つの電圧を、基底周波数ｆ及び第１調和２ｆを用いて、同じＡＣ又はＲＦ電源から生成させることができる。
【００３５】
２つの電圧間の位相シフトを制御することによって、より高い振幅の正又は負のＤＣ成分を出力において生成させることができる。２つの周波数における信号は電源において混合されるか又は別々に送信されかつ受信機において混合される。送信機及び受信機用の共振器回路を使用することによって、出力電圧の増幅を達成させることができる。すなわち、２つの正弦波波形、ｆ及び２ｆ（図４Ａ、４Ｂに図示したように）を混合することによってＤＣ成分を有する非対称波形が生成される。例えば、等しい振幅を有する周波数ｆを第１調和２ｆと混合することは、２つの電圧間の位相シフトに応じて、正（図４Ａ）又は負（図４Ｂ）の高振幅、半波、合計を生成することができる。例えば、図４Ａでは、２つのソース電圧間の２７０°位相シフトは、結果的に正のピーク６９ａをもたらすのに対して、図４Ｂでは、２つのソース電圧間の９０°位相シフトは結果的に負のピーク６９ｂをもたらす。正又は負のピーク６９ａ、６９ｂのいずれかの優勢は、伝統的な整流器及びフィルタ回路機構を使用せずにバッテリーを直接充電するのに使用することができる。
【００３６】
ここで、図５を参照すると、実際的な用途において、シングルワイヤ送信導電体７０は、図示されるように、テーブル７２などの構造体の周辺部の周りに配設されるループを形成する。送信誘電子７０（図１のコイル１５に対応する）は導電体の２つの端部において同調コンデンサ７４（図１のコンデンサ１８に対応する）に平行して結合される。受信機を、導電体７２によって取り囲まれた区域内に及びテーブル７２の表面から約１ｍ上又は下に位置付けることができるこのようなシングルワイヤループは、上述のように、ＲＦソース（図示しない）を介して給電され、かつ比較的に大きな区域にわたって電力を送達できるであろう、例えば、携帯電話、電気シェーバー、電動歯ブラシなどのハウスホールドケア機器、若しくは平均充電率が低い他の機器などの、間欠使用率の低いデバイス７８の充電ための十分な電力を提供できる。
【００３７】
この配置は複数デバイスを充電することができるＲＦ送信を可能にする（及び放射は、例えば、国際非電離放射防護委員会（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection）によって確立される限界などの許容限界の下にすることができる）。この装置であれば、例えば、それぞれ１００ｍＷあたり（典型的には３０ｍＷが必要とされる）が数立方メートルの空間にわたって複数デバイスによって受信されることができるであろう、かつ共振レピータが小型デバイス用の電力を強化させる。この装置において、テーブル周りのループは整調可能な受信側共振器（２２又は２２’）を有するデバイスを自由に位置付けすることができる大きな表面積を提供する。
【００３８】
本発明の多数の実施形態が記載されてきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な修正を行えることが理解されるであろう。例えば、受動共振器の代わりに、基底送信機周波数の第１調和又はより高い調和において作動している磁場送信機が、上述のように、効果的な整流を提供するために使用されることができる。したがって、他の実施形態も以下の特許請求の範囲内である。
【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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【国際調査報告】
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