(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーをワイヤレスに伝達するシステムであって、
−  複数のハウジング壁によって内部空間を定めるハウジング（ＣＳ）であって、少なくとも１つの前記ハウジングの壁（ＥＥ）は、電磁エネルギー受けデバイス（ＲＣＥ）に隣接して設置されるように構成された、ハウジング（ＣＳ）と、
−  電気信号を生成する発振器と、
−  前記発振器によって供給され、前記空間内に電磁波を入れるように構成されたインジェクタ（ＬＲ）と
を備え、
カットオフ周波数（ｆＣ）及びカットオフ波長（λＣ）は前記ハウジング（ＣＳ）に関連し、
波の周波数（ｆ）及び波の波長（λ）は前記電磁波に関連し、前記システムは、
前記壁は導電性壁であり、
前記波の周波数（ｆ）は、前記カットオフ周波数（ｆＣ）より低く、
前記壁（ＥＥ）は少なくとも１つのアパーチャ（Ｍ）を備え、
前記少なくとも１つのアパーチャ（Ｍ）は、エバネッセント電磁場が前記少なくとも１つのアパーチャ（Ｍ）から放出されるように、前記波の波長（λ）より小さなサイズ（ｒ）を有することを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記壁（ＥＥ）は、互いに隣接する複数のアパーチャ（Ｍ）を備え、前記アパーチャ（Ｍ）の各々は、エバネッセント電磁場が前記アパーチャ（Ｍ）から放出されるように、前記波の波長（λ）より小さなサイズ（ｒ）を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ又は複数のアパーチャ（Ｍ）の形状は六角形である、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記波の周波数（ｆ）は、前記カットオフ周波数（ｆＣ）より少なくとも１０倍低い、請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記１つ又は複数のアパーチャ（Ｍ）のサイズ（ｒ）は、前記波の波長（λ）より少なくとも１０倍小さい、請求項１から４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記波の周波数（ｆ）は、１００ＫＨｚより低い、請求項１から５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記アパーチャは、１ミリメートルと３センチメートルとの間のサイズ及び０．５ミリメートルと５ミリメートルとの間の隣接するアパーチャ間の距離を有する、請求項２から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記アパーチャは、前記壁（ＥＥ）にわたって等間隔に配置された、請求項２から７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記インジェクタは、前記内部空間の内に位置する少なくとも１つのコイル（ＬＲ）を備え、前記システムは、前記少なくとも１つのコイル（ＬＲ）に電気エネルギーを提供するように前記少なくとも１つのコイル（ＬＲ）に接続（Ｆ）された発振器（ＯＲ）を更に備えた、請求項１から８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コイル（ＬＲ）は、前記ハウジング壁から離れて配置された（ＤＳ）、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
物体が前記壁（ＥＥ）によりかかっているかどうかを検出する少なくとも１つのセンサ（ＳＰ）を更に備え、
前記発振器（ＯＲ）及び前記少なくとも１つの検出用センサ（ＳＰ）に接続され、前記少なくとも１つの検出用センサ（ＳＰ）から受けた信号に関連して前記少なくとも１つのコイル（ＬＲ）に提供される電気エネルギーを制御するよう構成された制御ユニット（ＣＣ）を更に備えた、請求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１２】
放出された前記エバネッセント電磁場を測定するためのセンサ（ＶＴＤ）を更に備え、
前記測定用センサ（ＶＴＤ）は、前記発振器（ＯＲ）の電気エネルギー消費を測定するように前記発振器（ＯＲ）に接続された電流センサである、請求項９から１１の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記発振器（ＯＲ）及び前記測定用センサ（ＶＴＤ）に接続され、前記測定用センサ（ＶＴＤ）から受けた信号に関連して、放出された前記エバネッセント電磁場を制御するように構成された制御ユニット（ＣＣ）を更に備えた、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
放出された前記エバネッセント電磁場が、所定の低い方の閾値より小さいとき及び所定の高い方の閾値より大きいときのうちの一方又は双方のときに信号を生成するように構成したアラームデバイス（ＬＲＭ）を更に備えた、請求項１から１３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
物体が前記壁（ＥＥ）によりかかっているかどうかを検出する少なくとも１つのセンサ（ＳＰ）を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの検出用センサ（ＳＰ）は重量センサである請求項１１又は１５に記載のシステム。
【請求項１７】
放出された前記エバネッセント電磁場を測定するためのセンサ（ＶＴＤ）を更に備えた、請求項１又は１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、エネルギーをワイヤレスに伝達するシステムに関する。
【０００２】
より詳細には、本願発明は、携帯電話若しくはノートブック等の携帯電子デバイス内に、又は、携帯電話及びノートブックで使用される充電式電池パック等の電池パック内に埋め込まれた電磁エネルギー受けデバイスにエネルギーを伝達するように構成されたシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
エネルギーをワイヤレスに伝達するという考えは、１世紀以上経っている。１９世紀の終わりに、有名な科学者ニコラ・テスラ（Ｎｉｋｏｌａ  Ｔｅｓｌａ）は、長い距離にわたって大量のエネルギーを伝達する方法を研究した。
【０００４】
より最近では、大衆消費電子製品用途についての、短い距離にわたるエネルギーの伝達に関する多数の解決策が開示された。
【０００５】
米国特許第７，２７１，５６９号は、全体的に平面の表面を有する非接触誘導充電器を開示する。画像、テキスト及び他の視覚インジケータは、その視覚インジケータが、最適誘導充電のための電子デバイス用の好ましい設置向きを示すように、実質的に平面の表面上に配設される。充電時に最大効率を得るように充電表面上にデバイスを設置するための視覚ガイドをユーザが有するように、充電器は画像の境界内に配置された１次コイルを含む。映像、輪郭、テキスト、又は他の指向性インジケータであってよい視覚インジケータは、電子デバイスの形状に幾何学的に類似してもよく、又は、汎用デバイスの形状であってよい。
【０００６】
米国特許出願第２００７／０２７９００２号は、電力源、充電システム及び携帯デバイス用の誘導レシーバを開示する。パッド又は同様なベースユニットは、巻線、コイル又は任意のタイプの電流担持ワイヤに交流電流を印加することによって磁場を生成するトランスミッタを備える。レシーバは、交流磁場からエネルギーを受け、それを携帯デバイス又は他のデバイスに伝達する手段を備える。トランスミッタ及びレシーバのうちの一方又は双方は、互いに隣接して配設された複数の電流担持ワイヤを備えてもよく、異なる形状及び配置構成のワイヤが考慮される。
【０００７】
米国特許出願第２００８／００６７８７４号は、電子デバイスに電力をワイヤレスに伝達する方法及びシステムを開示する。システムは、電子デバイスを充電するのに十分な電力を伝達するために、非常に接近した２つのコイル間の磁気結合を利用しうる。実施形態は、レシーバ・コイルに伝達するように電力を送るために使用されうる螺旋コイルのアレイに関する。種々の実施形態が、電力パッドシステム（ＰｏｗｅｒＰａｄ  ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれうる。実施形態は、平面インダクタ、ＰＣＢ変圧器、及び高周波電源の１つ又は複数を組み込みうる。実施形態はまた、均一な磁場の生成を可能にする特性を有する平面インダクタ並びにこうした平面インダクタを組み込むシステムに関する。
【０００８】
米国特許第５，５９６，５６７号は、電池充電器及び電池パックを開示し、電池充電器及び電池パックはそれぞれ、ワイヤレス・チャネルを通じて通信するワイヤレス通信デバイスを備える。電池充電器は、電池パック内に収容されたメモリから充電情報を受け、充電パックが充電器に電気結合されているときに、受けた情報に従って再充電プロセスを開始する。
【０００９】
米国特許第６，９６０，９６８号は、結合したインダクタ又は変圧器構成で、電気絶縁され軸整列した螺旋形状の少なくとも２つの導体を使用した、非接触電力伝達用の平面共振器を開示する。信号又は電力伝達は、その後、磁束の結合によって達成される。電束の結合もまた達成される。第１及び第２の導体は、所定の自己共振周波数を有する。共振器は、界面においてまた所定の周波数で電気エネルギーを貯蔵し、第１及び第２の導体の配置構成及び界面は、界面の前後で、第１の導体と第２の導体との間で磁束及び電気エネルギーの伝達を可能にする。共振器が布に織り込まれるか、又は、人の衣服に取付けられうるとき、携帯電話及び装着可能電子機器等のデバイスにおける非接触電池充電を容易にする。
【００１０】
「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ  ｍｉｄ−ｒａｎｇｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ（効率的なワイヤレス非放射中距離エネルギー伝達）」という名称のＡ．Ｋａｒａｌｉｓ、Ｊ．Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ、Ｍ．Ｓｏｌｊａｃｉｃによる論文は、局在化された、ゆっくりとしたエバネッセント場のパターンを伴う長寿命共振電磁状態の物理現象が、無視できない距離にわたって、無関係な環境物体の存在下ですら、エネルギーを効率的に伝達するために使用されうるかどうか、また、どの程度使用されうるかを調査している。
【００１１】
本願の出願人は、従来技術の解決策を検討し、電磁波によるエネルギーの伝達が依然として問題があることを認識した。その理由は、電磁波が任意の方向に放射されること（そのため、制限された量のエネルギーだけを受けることができる）、及び、放射パターンが均一であることから程遠いこと（そのため、受けることができるエネルギーが地点ごとに変わる）により、電磁波によるエネルギーの伝達が著しく非効率的であるからである。
【００１２】
これらの問題を克服する簡単な方法は、放射電力を上げることによるが、この解決策は、（Ａ）環境内へのエネルギーの浪費、（Ｂ）電磁干渉及び（Ｃ）曝露される生物についての健康リスクをもたらす。
【００１３】
米国特許第７，２７１，５６９号による解決策は、拡散放射場に基づき、特に、誘導現象が使用され、エネルギー伝達において適切な程度の効率を達成するために、トランスミッタとレシーバとの間に非常に良好なアライメントを必要とし、更に、強磁性コイルの特定の配置構成が、不均一場及びレシーバの設置方向に対する過敏性をもたらす。
【００１４】
米国特許出願第２００７／０２７９００２号及び米国特許出願第２００８／００６７８７４号による解決策は、拡散放射場に基づき、特に、誘導現象が使用され、ある程度均一な場を生成するために、複数の「電流担持ワイヤ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｗｉｒｅｓ）」の使用を提案しており、何れにしても、特に「ワイヤ（ｗｉｒｅｓ）」がエネルギー・レシーバに結合していないか又は弱く結合しているために、エネルギーが浪費される。
【００１５】
米国特許第５，５９６，５６７号による解決策では、エネルギー伝達のためではなく、データ転送のためにだけ、ワイヤレス技術が使用される。
【００１６】
米国特許第６，９６０，９６８号による解決策は、拡散放射場に基づき（磁束と電束の両方の結合が達成されるように見える）、エネルギー伝達において適切な程度の効率を達成するために、共振器を使用することを提案している。
【００１７】
Ｋａｒａｌｉｓによる論文による解決策は、「中距離（ｍｉｄ−ｒａｎｇｅ）」にエネルギーを伝達するために、拡散エバネッセント電磁波を使用し、エネルギー伝達において適切な程度の効率を達成するために、高いレベルの共振がトランスミッタとレシーバとの間で使用され、この論文によって考えられる配置構成は、互いから所定距離だけ離れた２つのワイヤループからなるだけである。トランスミッタ（即ち、ループの一方）は、他のタイプの電磁波（及び関連するエネルギー）、即ち近方場放射電磁場に関連する電磁波及び遠方場放射電磁場に関連する電磁波を必然的に拡散させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
「短距離（ｓｈｏｒｔ−ｒａｎｇｅ）」用途に特に構成された従来技術の解決策に比べて、エネルギー伝達の点でより効率的である、電磁エネルギー受けデバイスにエネルギーをワイヤレスに伝達するシステムを提供することが本願発明の主要な目的である。
【００１９】
電磁干渉の点で問題を生じないシステムを提供することが本願発明の第１の更なる目的である。
【００２０】
電磁放射による健康リスクの点で問題を生じないシステムを提供することが本願発明の第２の更なる目的である。
【００２１】
一定の自由度を持って、電磁エネルギー受けデバイスの設置を可能にするシステムを提供することが本願発明の第３の更なる目的である。
【００２２】
安全であるシステムを提供することが本願発明の第４の更なる目的である。
【００２３】
単純で且つ経済的な構成を有するシステムを提供することが本願発明の第５の更なる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願の出願人は、エネルギーを伝達するためにエバネッセント電磁場を使用することを決定した。この手法において、エネルギーは、エバネッセント電磁場源から制限された距離のみに実際に達することができる。
【００２５】
本願の出願人は、電磁場源、例えばコイルを使用するが、エバネッセント電磁場以外のどの電磁場も、ハウジング、例えば導電性壁を備えるハウジング内に閉じ込めることを思い付いた。この手法において、エネルギーは実質的に浪費されない。
【００２６】
本願の出願人はまた、放出された電磁場の空間分布を制御することを思い付いた。これは、電磁エネルギー受けデバイスがよりかかる表面上に位置する１つ又は複数の適切なアパーチャによって達成される。
【００２７】
一般に、放出デバイスはハウジング及びインジェクタを備え、（例えばボックス形状の）このハウジングは、導電性壁によって内部空間を定め、電気信号を生成する発振器によって供給されるインジェクタ（例えばコイル）は、この空間内に電磁波を入れるように構成され（、また、インジェクタは、通常、その空間の内に位置し）、ハウジングの１つの壁は、（例えば、携帯電話の電池パック内に埋め込まれた）電磁エネルギー受けデバイスに隣接して設置されるように構成され、少なくとも１つのアパーチャを備えている。電磁波の周波数がハウジングのカットオフ周波数より低く、アパーチャが電磁波の波長より小さいサイズを有する場合、エバネッセント電磁場は、前記アパーチャから放出され、受けデバイスに達し、それほど遠くに伝搬しない。
【００２８】
電磁エネルギー受けデバイスの一定の設置自由度を提供するために、ハウジングの壁は、複数のアパーチャを備えてもよく、好ましくは、これらのアパーチャは、互いに隣接して位置し、六角形の形状を有している。
【００２９】
１つ又は複数のアパーチャのサイズ並びに（２つ以上のアパーチャの場合）アパーチャの数及び位置を適切に選択することによって、放出されたエバネッセント電磁場の空間分布を非常に精密に制御することが可能である。
【００３０】
高い性能を有するように、波の周波数は、有利には、カットオフ周波数より少なくとも１０倍低く、１つ又は複数のアパーチャのサイズは、有利には、波の波長より少なくとも１０倍小さい。
【００３１】
可能性ある健康リスクを回避するために、波の周波数は、有利には、１００ＫＨｚより小さく、実際には、こうした低い周波数では、ＳＡＲ〔比吸収率（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ）〕測定さえも必要とされない。更に、こうした低い周波数では、周波数及び波長に関連する上述した条件は、手持ち式ハウジング及び手持ち式ハウジング上の任意のアパーチャによって常に満たされる。
【００３２】
安全に関する限り、エネルギー伝達システムは、ハウジングの放出壁に物体がよりかかっているかどうかを検出するセンサ及び放出されたエバネッセント電磁場を測定するセンサのうちの一方又は双方を備えてもよく、この手法において、システムは、適切なデバイスがシステムに結びつく場合にだけ、エネルギー放出が起こるように配列することができる。
【００３３】
更に、異常放出状況を信号で伝えるためにアラームデバイスを設けてもよい。
【００３４】
本願発明は、添付図面に関連して考えられる以下の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】導波路、その寸法及び導波路内の場を示す図である。
【図１Ｂ】導波路、その寸法及び導波路内の場を示す図である。
【図２Ａ】電磁波によって照射されたときの、内にアパーチャを有する壁の振る舞いを示す図である。
【図２Ｂ】電磁波によって照射されたときの、内にアパーチャを有する壁の振る舞いを示す図である。
【図３】本願発明によるシステムのブロック図である。
【図４】図３の放出デバイスの詳細図である。
【図５】図３の発振器の詳細図である。
【図６】図３のエネルギー受けデバイスの非常に簡単な実施態様の略図である。
【図７】図３の制御ユニットのブロック図である。
【図８】図３の制御ユニットによって提供される機能を示すフローチャートである。
【図９Ａ】本願発明によるシステムで使用されうるアパーチャの異なる可能性を示す図である。
【図９Ｂ】本願発明によるシステムで使用されうるアパーチャの異なる可能性を示す図である。
【図９Ｃ】本願発明によるシステムで使用されうるアパーチャの異なる可能性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の説明及び添付図面は、本願発明の制限としてではなく、単に例示として解釈されることが理解される。
【００３７】
電磁場に関する理論的考察
マクスウェルの方程式は、電磁現象の研究のための基礎である４つの微分方程式のセットである。実際には、マクスウェルの方程式は、電場及び磁場の空間的及び時間的変化を支配する。換言すれば、マクスウェルの方程式は、電場座標と、磁場座標と、電荷座標と、電流座標と、時間座標と、空間座標との間の関係を表す。これらの方程式は、よく知られており、次の通りである。
【００３８】
【数１】
0005355783.tif 000002
【００３９】
電磁波源が自由空間内にあると考えられる場合、これらの方程式は、３つの球及び同心空間領域を特定する、Ｅ（電場）及びＢ（磁場）についての解を提供する。
【００４０】
【表１】
0005355783.tif 000003
【００４１】
表中、Ｄは電磁波を放出する信号源のサイズであり、λは電磁波の波長であり（信号源は同じ波長を有する電磁波を放出すると仮定される）、Ｒは信号源の中心からの距離である。
【００４２】
エバネッセント波に関する限り、そのエネルギーはパルス状に放出される。この名前「エバネッセント」は、このタイプの電磁場が、信号源からの距離に伴って非常に急速に減衰することによる（それは指数関数的減衰である）。
【００４３】
３つのタイプの場は、３つの領域全てに存在することを強調すべきであろう。しかし、そのうちの１つだけが、特定の領域において支配的である。
【００４４】
一般に、信号源によって生成される電磁場は、信号源の特性及び信号源が位置する空間の特性に依存し、上述した３つのタイプの場の重ね合わせであると考えられてもよい。
【００４５】
本願発明の背後にある１つの概念は、エネルギーを伝達するために「エバネッセント場（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ  ｆｉｅｌｄ）」を使用するという考えである。
【００４６】
本願発明に関連する第２の概念は、「エバネッセント場」による電磁場と異なる全ての電磁場に対するどんな寄与をもシールドするために伝導性(conductive)ハウジングを使用するという考えであり、電磁波は、いわゆる「インジェクタ（ｉｎｊｅｃｔｏｒ）」、即ち、小型アンテナによって伝導性ハウジング内に入る。
【００４７】
本願発明に関連する第３の概念は、この伝導性ハウジングを「エバネッセント場」源として使用するという考えであり、この結果を達成するために、伝導性ハウジングは少なくとも１つのアパーチャを備える。
【００４８】
伝導性ハウジングは、実際には、波伝搬が全く起こらないように動作する導波路である。
【００４９】
図１に、長方形断面（ｘ−ｙ平面−ａ＝幅、ｂ＝高さ）及び不定の長さ（ｚ軸）を有する導波路が概略的に示される。こうした導波路では、いわゆる「カットオフ周波数」（及び対応する「カットオフ波長」が存在し、このカットオフ波長より下であると、波は伝搬しない（よく知られているように、波長λと周波数ｆとの間で関係λ＝ｃ／ｆが成り立つ）。各モードＴＥｍｎについての「カットオフ波長」は、以下の式で与えられる。
【００５０】
【数２】
0005355783.tif 000004
【００５１】
式中、「ｍ」及び「ｎ」は、伝搬モードの指数である。
従って、「カットオフ波長」は、導波路の長さ（ｚ軸）に依存しない。
【００５２】
「ＴＥ１０」モードの場合、λＣ＝２ａであり、従って、「カットオフ波長」は、導波路の幅「ａ」（ｘ軸）だけに依存する。
【００５３】
ヘルムホルツの方程式によれば、λｉに等しい波長を有する電磁波をカットオフ波長λＣ＜＜λｉを有する導波路（例えば、上述したハウジング）内に入れることによって、入った電磁波は伝搬せず（「定在場（ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ）」又はより一般的には「疑似定在場（ｑｕａｓｉ−ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ）」が確立する）、インジェクタの近くで、以下の強度を有するエバネッセント非放射場Ｅ（ｘ）が生成する：
Ｅ（ｘ）＝ｅｉ（ωｔ−ｋｘ）  ⇒  Ｅ（ｘ）＝ｅｉωｔ−κｘ
式中、「ｘ」はインジェクタからの距離であり、「ｋ」は波数であり、「κ＝ｉｋ」はエバネッセントモードの虚部波数である。
【００５４】
上述した状況において、アパーチャが、ハウジングの（幅に沿って延在する）壁、例えば図１の上側壁上に設けられ、アパーチャが、例えば円形であり、「ｒ」に等しい半径を有する場合、エバネッセント場がアパーチャからの距離と共にどのように減衰するかを予測することが可能である。この可能性は、本願発明において非常に有利である。その理由は、この可能性が、本願発明によるシステムの動作範囲を調整することを可能にし、従って、電磁干渉のリスク、健康リスク及びシステムに隣接する電子デバイスの金属部品の加熱を低減するからである。
【００５５】
図２に関し、λＣ＜＜λであるような波長λを有する電磁波が、導波路内に入り、ｒ＜＜λであるような半径ｒを有するアパーチャに向かって誘導される場合、アパーチャから放出されるエバネッセント場Ｔ（λ）は、（ｒ／λ）４に従ってアパーチャからの距離と共に急速に減衰する。
【００５６】
実施形態の一般的な記述
図３は、本願発明によるシステムのブロック図を示す。
【００５７】
電気信号、好ましくは正弦波電気信号を生成するために、例えば電池又は安定化電源（共に示さず）によって電力供給される発振器ＯＲが存在する。
【００５８】
エバネッセント場を放出するようになっている放出デバイスＴＣＥが存在する。デバイスＴＣＥは、導電性材料で作られた壁によって閉じた内部空間を定めるハウジングＣＳ、及び、電磁波をこの内部空間内に入れるようになっているインジェクタＬＲを備える。
【００５９】
発振器ＯＲの出力は、有線電気接続ＦによってインジェクタＬＲの入力に接続される。
【００６０】
図３のハウジングＣＳは、ボックス状である。しかし、ハウジングＣＳは、全く異なって形作られることができ、例えばマウスパッド等のマットの形状を有してもよい。その導電性壁は、例えば金属層によってカバーされる金属固体壁又はプラスチック固体壁であってよい。
【００６１】
インジェクタＬＲは、通常、ハウジングＣＳの内部空間の内に位置するコイルであり、電磁波をハウジングＣＳの内部空間内に入れることに加えて、正弦波電気信号を生成するときに発振器ＯＲと協働する。
【００６２】
ハウジングＣＳの上側壁ＥＥは、エバネッセント電磁場を放出するための複数の隣接するアパーチャを備える。アパーチャの数は実施形態ごとに変わる可能性があり、最小数は１であり、一方、最大数は数千に達する可能性がある。図３では、各アパーチャの場に対応するローブが示され、全体のエバネッセント電磁場は、単一場の重ね合わせによって与えられ、従って、上側壁ＥＥ上で極めて均一であり、制限された空間範囲を有する。
【００６３】
アパーチャの数及び寸法並びにアパーチャ間の距離は、放出されるエバネッセント電磁場の均一性に影響を及ぼす。好ましくは、アパーチャ間の距離は、１又は数ミリメートルまで低減され、アパーチャは、約１ｃｍ（又は数センチメートル）の等価半径を有する。アパーチャは、好ましくは、表面にわたって等間隔に配置される。
【００６４】
ハウジングＣＳは、一般にそのサイズ及び形状に依存する「カットオフ波長」λＣに関連する。
【００６５】
正弦波電気信号は、波長λに対応する周波数ｆであり、この信号は、完全に正弦波ではなくてもよく、この場合、信号は狭い帯域幅に関連し、上述した周波数ｆは帯域幅の中心周波数であり、単一周波数又は非常に狭い帯域幅の使用は、干渉のリスクを低減するため有利である。発振器が異なる周波数の複数の正弦波電気信号を生成することを本願発明が排除しないことが留意され、この場合、上述した周波数ｆに関する全ての考察が、発振器の各周波数について繰り返される。
【００６６】
１つ又は複数のアパーチャはサイズｒを有し、以下でよりよく述べられるように、１つ又は複数のアパーチャは異なるサイズを有してもよく、アパーチャが円である場合、ｒがその半径であり、アパーチャが正方形又は長方形である場合、ｒはその対角線であり、アパーチャが六角形である場合、ｒは六角形を含む円の半径である、等である。通常、（図３及び図４の場合と同様に）複数のアパーチャが使用されるとき、アパーチャはそれぞれ、同じ形状及びサイズを有し、これは、厳密に必要であるわけではない。
【００６７】
これらの量の間の最低限の関係は、
λ＞λＣ  及び  ｒ＜λ
であるが、関係
λ＞＞λＣ  及び  ｒ＜＜λ
が有効であることが好ましい。ここで、「＜＜」は、１０より大きな係数に相当し、これらの関係により、エバネッセント場が、壁ＥＥのアパーチャから放出される。
【００６８】
図３の実施形態によるシステムは、更なる制御ユニットＣＣを備え、更なる制御ユニットＣＣは、有線接続Ｐを通してデバイスＴＣＥに、また、２つの有線接続Ｉ及びＣを通して発振器ＯＲに電気接続される。これらの接続の意味は後で説明される。
【００６９】
放出されるエバネッセント電磁場は、本願発明によるシステムに属さない電磁エネルギー受けデバイスＲＣＥが受ける。
【００７０】
図３の実施形態では、デバイスＲＣＥは、携帯電子デバイスＤＲ、特に携帯電話の電池パックＢＴ内に埋め込まれる。デバイスＲＣＥ（同様に、電池パックＢＴ及びデバイスＤＲ）は、エバネッセント場が放出される壁ＥＥに隣接して位置し、特に、デバイスＤＲのハウジングは、壁ＥＥにもたれかかり、デバイスＲＣＥは、デバイスＴＣＥに非常に近い。
【００７１】
なお、図３において、グラフィック表現を明確にするために、デバイスＴＣＥとＲＣＥとの間の距離は誇張されている。
【００７２】
接続Ｃは、発振器ＯＲの出力の正弦波信号の振幅を制御するために、ユニットＣＣから発振器ＯＲに電気信号を送出するために使用され、特に、また、最も簡単な場合、この接続は、発振器ＯＲをスイッチ「オン」及び「オフ」するために使用され、これは、「最大振幅」及び「ゼロ振幅」（即ち、正弦波信号なし）にそれぞれ対応する。
【００７３】
接続Ｐは、壁ＥＥによりかかった物体の存在に関する情報を提供するため、デバイスＴＣＥからユニットＣＣに電気信号を送出するために使用される。この情報は、例えば、物体の重量であるか、又は、単に一定の値を超える重量を有する物体の存在であることができ、こうした検出は、例えば１つ又は複数の重量センサによって実施されてもよく、重量センサの代替で又は重量センサに加えて光センサを使用してもよい。
【００７４】
接続Ｉは、デバイスＴＣＥによって放出され、デバイスＲＣＥが受けるエバネッセント場の強度に関する情報を提供するため、発振器ＯＲからユニットＣＣに電気信号を送出するために使用される。
【００７５】
なお、この場の強度は、発振器ＯＲ、インジェクタＬＲ、及び壁ＥＥだけではなく、壁ＥＥに隣接して設置される物体にも（著しく）依存する。実際には、放出される電磁波の周波数で共振しない場合、物体は、高及び中間インピーダンス負荷のように振る舞うことになり、強度は比較的低いことになる。実際に共振する場合、物体は、低インピーダンス負荷のように振る舞うことになり、強度は高いことになる。例えば金属片である場合、物体は短絡回路のように振る舞うことになり、強度は著しく高いことになる。
【００７６】
場の強度は、発振器ＯＲによってインジェクタＬＲに提供される正弦波電気信号の振幅に比例し、次に、振幅は、例えば、発振器ＯＲの電力消費に比例する可能性がある。
【００７７】
場の強度に関する情報は、例えば、どんな種類の物体が壁ＥＥによりかかっているかを判定するのに有用である可能性がある。実際には、デバイスＲＣＥは、放出されるエバネッセント場と同じ周波数で共振し、従って、デバイスＴＣＥに強い場を放出させるように設計されるべきである。壁ＥＥに何もよりかかっていない場合、場の強度は低くなり、壁ＥＥに動物又は人の手がよりかかっている場合、場の強度は中程度になり、壁ＥＥに金属片がよりかかっている場合、場の強度は著しく高くなることになる。
【００７８】
（接続Ｐによって運ばれる）物体の存在に関する情報及び（接続Ｉによって運ばれる）その性質に関する情報は、安全機能を提供するためにユニットＣＣによって使用されてもよい。実際には、本願発明によるシステムは、生物に放射しない（即ち、電磁放出を停止させる）こと、及び、電磁レベルの「短絡（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ）」が起きたときに電磁放出を停止させることの一方又は双方を行うと有利である。
【００７９】
実施形態の詳細な説明
図４は、図３のデバイスＴＣＥのより詳細な図を示す。
【００８０】
ハウジングＣＳは、金属性で且つボックス状であり、その下に、幾つかの重量センサＳＰが位置し（そのうちの２つだけが図４に示されている）、これらのセンサは、接続Ｐに電気接続されている。
【００８１】
上側壁ＥＥは、複数の密に隣り合う六角形アパーチャを有する金属材料のマトリクスＭ、及び、マトリクスＭの真上の電気絶縁材料の隔離固体壁を備え、隔離固体壁は、小さな物体及び粒子のうちの一方又は双方がアパーチャから内部空間に入ることを回避するために有用である。
【００８２】
例えば、９５ＫＨｚの周波数で動作する特定の実施形態によれば、ハウジングは、寸法２０×２５ｃｍの上側壁を有し、１ｃｍの等価半径を有するアパーチャ及び約１ｍｍの隣接アパーチャ間距離（金属又は金属化材料の幅）を有してもよい。
【００８３】
或いは、ハウジングＣＳは、例えばテーブル又はデスク等の埋め込み式作業表面のために、数十センチメートル又は更に数メートルの寸法を有してもよく、アパーチャの寸法は、発振器ＯＲの動作周波数及び特定の用途（供給／充電される物体の寸法）に従って、１ｍｍから数センチメートル、例えば３ｃｍの範囲にあってよく、一方、アパーチャ間の距離は、０．５ｍｍから数ミリメートル、例えば５ｍｍの範囲にあってよい。
【００８４】
インジェクタＬＲは、第１の端子ＦＡ、第２の端子ＦＣ、及び中間タップＦＢを有する平坦コイルからなり、これらは、接続Ｆに電気接続される。
【００８５】
インジェクタＬＲは、電気絶縁スペーサＤＳによってハウジングＣＳの下側壁から離間する。こうして、非常に制限されたエネルギーが、誘導によって金属性下側壁に伝達される。
【００８６】
図５は、図３の発振器ＯＲの略図を示す。この図はまた、発振器ＯＲに接続されたユニットＣＣ（接続Ｃ及びＩ）及び発振器ＯＲに接続されたインジェクタＬＲ（図３の接続Ｆに対応する接続ＦＡ、ＦＢ、ＦＣ）を示す。
【００８７】
図５の発振器はロイヤー（Ｒｏｙｅｒ）発振器であり、共振器又は共振回路が形成されるように、コンデンサＣＲがインダクタＬＲに並列に接続され（即ち、インジェクタはハウジングＣＳの空間の内に位置する）、共振器に流れる電流が繰り返し反転するように、２つのトランジスタＭ１及びＭ２（特にＭＯＳＦＥＴトランジスタ）が、交互にまた繰り返し、クローズ及びオープンし、共振器の発振周波数は、コンデンサＣＲ及びインダクタＬＲの値によって決定される（即ち
【００８８】
【数３】
0005355783.tif 000005
【００８９】
）。発振器は、入力ＡＬを通して、電池又は安定化電源（共に図に示さず）からＤＣ電力を受ける。フィルタ電解コンデンサＣ１が、有利には入力ＡＬに並列に接続される。インダクタＬＲの中間タップＦＢは（発振器に属する）インダクタＬＦＣを通してユニットＣＣの出力Ｃに接続され、ユニットＣＣの出力Ｃが接地されるとき、発振器は発振できず、ユニットＣＣの出力Ｃが電源電圧レベルにあるとき、発振器は発振できる。ユニットＣＣの入力Ｉは、発振器に電力供給する電源手段の正端子に接続される。
【００９０】
図５の特定の実施形態によれば、動作周波数は９５ＫＨｚであり、コンデンサＣＲは３３０ｎＦであり、インダクタＬＲは８．６μＨであり、共振回路のＱは、好ましくは非常に高い。こうした発振器は、低い発振周波数であることにも起因してかなり安定性があり、クオーツを使用する必要性は存在しない。
【００９１】
図６は、図３のデバイスＲＣＥの非常に簡単な実施態様を示す。これは、２つの部分に分割される。
【００９２】
左側には、電磁波を受け、それを非交流電流（それは、実際にはパルス状電流である）に変換する必須のコンポーネントが存在する。これは、並列に接続されたインダクタＬＲＲ及びコンデンサＣＲＲ並びに電流を整流するダイオードＤＳＣＨ（特にショットキーダイオード）からなり、発振周波数は、インダクタＬＲＲ及びコンデンサＣＲＲの値によって与えられ（即ち
【００９３】
【数４】
0005355783.tif 000006
【００９４】
）、理想的には、デバイスＴＣＥの周波数及びデバイスＲＣＥの周波数は、エネルギー伝達を最大にするために同一であるべきである。簡単なダイオードの代わりに、ダイオードブリッジが、有利には、この第１の部分の出力で提供される電力を増やすために使用されてもよい。
【００９５】
図６の特定の実施形態によれば、動作周波数は９５ＫＨｚであり、コンデンサＣＲＲは１８０ｎＦであり、インダクタＬＲＲは１５．７６μＨであり、共振回路のＱは、好ましくは非常に高い。なお、コンデンサＣＲＲはコンデンサＣＲより小さく、インダクタＬＲＲはインダクタＬＲより大きく、一方、２つの共振回路の動作周波数は同じである。こうして、受けデバイスのコンデンサを小さな可搬型電子デバイス内に統合することがより容易である。
【００９６】
右側には、パルス状電流を定電圧ＤＣ電流に変換する必須のコンポーネントが存在し、電磁波を受けることによる電気信号が変動する可能性があるため、電圧の安定化が重要である。これは、並列に接続されたコンデンサＣＲＦ及びダイオードＤＺ（特にツェナーダイオード）からなる。この簡単な回路の代わりに、より複雑で且つ効率的な回路、例えば降圧変換器（ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が使用されてもよい。
【００９７】
図７は、図３のユニットＣＣのブロック図を示す。この実施形態によれば、重量センサが実質的な重量を全く測定しない（即ち、壁ＥＥに何もよりかかっていない）場合、又は、（電源から）発振器ＯＲに流れる電流が所定の低い方の閾値より小さい（即ち、壁ＥＥによりかかっているものが共振せず、そのため、低インピーダンス負荷のように働かず、そのため、大量の電磁エネルギーを受けず、そのため、発振器は、大量の電磁エネルギーを生成しない）場合、ユニットＣＣは、発振器ＯＲをスイッチオフする。
【００９８】
まず第１に、図７のユニットＣＣによって提供される機能が、図８のフローチャートを参照して述べられる。
【００９９】
ある時点で、ユニットＣＣの監視プロセスが開始する（ステップＳ８０）。接続Ｐを通して重量センサからやって来る信号がチェックされ（ステップＳ８１）、重量が検出されない場合（答え「いいえ」）、重量が引き続き監視され、そうでなければ（答え「はい」）、発振器ＯＲがスイッチオンされ（ステップＳ８２）、その後、接続Ｉを通して発振器ＯＲからやって来る信号がチェックされ（ステップＳ８３）、発振器ＯＲを流れる電流が十分に高い場合（答え「はい」）、発振器がオンに維持され、例えば電池パックを充電するためのエネルギーの伝達が正式に開始し（ステップＳ８４）、そうでなければ（答え「いいえ」）、発振器ＯＲがスイッチオフされ（ステップＳ８５）、その後、無関係な物体が放出表面ＥＥ上に設置されているため、アラームがＮ秒間起動され（ステップＳ８６）、その後、リセットボタンが手動で押され（ステップＳ８７）、プロセスが始めから再び開始してもよい（ステップＳ８１）。
【０１００】
図７の回路は、接続Ｐによって運ばれる電圧情報及び接続Ｉによって運ばれる電流情報に関連して、接続Ｃ（基本的に、発振器ＯＲ、より具体的には、インダクタＬＦＣを通してコイルＬＲの中間タップ）へ／から、（発振器ＯＲの内で電源の正端子に接続される）接続Ｉから受け取られる電源電圧を接続する／切断するようになっている。
【０１０１】
この回路は、２つのフォトトライアックＰＴ１及びＰＴ２（フォトトライアックは４端子制御式スイッチである）を備え、フォトトライアックＰＴ１は接続Ｐから受ける電圧信号によって制御され、フォトトライアックＰＴ２はＯＲゲートＯＧからの電圧信号出力（ＯＴ２）によって制御され、フォトトライアックＰＴ１及びＰＴ２の主伝導経路は接続Ｉに直列に接続される。接続Ｐの電圧が低い（放出壁ＥＥ上に重量がない）場合、フォトトライアックＰＴ１がオープンし、従って、電源電圧がコイルＬＲの中間タップに達することができないため、発振器ＯＲは発振できない。
【０１０２】
フォトトライアックＰＴ１とＰＴ２との間の中間タップがプログラマブルタイマＴＭＰの入力端子ＩＴに接続され、タイマＴＭＰは、ＯＲゲートＯＧの入力の一方に接続された出力端子ＯＴを有する。正電圧がタイマＴＭＰの入力に提供されると、所定の継続時間（例えば、数秒）の正電圧パルスがその出力に生成される。これは、電源電圧が図７の回路の入力に提供されるとすぐに、ゲートＯＧの入力の一方がハイになるため、フォトトライアックＰＴ２がクローズし、従って、その出力がハイになり、その結果、フォトトライアックＰＴ２の制御入力を駆動するということを意味する。
【０１０３】
従って、初めに、電源電圧が接続Ｉに接続されるときで、また、重量のある物体が壁ＥＥによりかかっている場合、フォトトライアックＰＴ１とＰＴ２は共にクローズし、電源電圧は（デバイスＶＴＤ及びインダクタＬＦＣを通して）コイルＬＲの中間タップに達することができる。
【０１０４】
フォトトライアックＰＴ１及びＰＴ２の直列接続の出力は、デバイスＶＴＤの主入力ＩＭに接続され、デバイスＶＴＤは、接続Ｃに接続される主出力ＯＭ及びステータス出力ＯＯを有し、その主入力ＩＭは、内部電流検出器（例えば、本質的に非常に低い値のセンス抵抗器）を通してその主出力ＯＭに接続され、内部電流検出器及び内部電流検出器に接続された内部電圧閾値検出器は、ステータス出力ＯＯに電圧信号を提供し、その電圧信号は、検出される電流が所定の値、即ち低い方の閾値を超える場合にハイであり、また、検出される電流がこの所定の値を超えない場合にローである。
【０１０５】
既に説明したように、電源手段によって発振器ＯＲに供給される電流の値は、デバイスＴＣＥが送り、デバイスＲＣＥが受ける電磁場に比例する。従って、上述した比較は、壁ＥＥに共振物体がよりかかっているかどうかを判定することを可能にする。
【０１０６】
ステータス出力ＯＯは、ＯＲゲートＯＧの他の入力に接続される。従って、壁ＥＥに共振物体がよりかかっているときに、フォトトライアックＰＴ２は、タイマＴＭＰによって生成されるパルスが終了した後でも、クローズしたままであり、エネルギーが、デバイスＴＣＥからデバイスＲＣＥに伝達される。
【０１０７】
デバイスＶＴＤの２つの出力ＯＭ及びＯＯは、ＮＡＮＤゲートＮＧの２つの入力に接続され、ゲートＮＧの出力は、接続Ａを通してアラーム信号生成デバイスＬＲＭに接続され、信号生成は、光及び音のうちの一方又は双方の指示を通して起こってもよい。アラームは、以下の両方の条件、即ち、（１）重量のある物体が壁ＥＥによりかかっている（即ち、主出力ＯＭがハイである）こと、及び、（２）放出された電磁場が存在するが、それが低い（即ち、ステータス出力ＯＯがハイである）ことを満たすときに起動される。
【０１０８】
なお、図７の回路はまた、本願発明によるシステムが電池充電器として使用されるときに自動「スイッチオフ（ｓｗｉｔｃｈ−ｏｆ）」機能を提供する。実際には、デバイスＲＣＥによって電池が完全に充電されると、デバイスＴＣＥによって電力が全く又はほとんど使用されず、従って、発振器ＯＲによって電流が全く又はほとんど使用されず、この状態が起こると、デバイスＶＴＤのステータス出力ＯＯはローになり、発振器ＯＲはスイッチオフされる。
【０１０９】
更なる特徴が図７の回路に付加されうる。実際には、デバイスＶＴＤが、入力される流れる電流を、低い方の閾値だけでなく高い方の閾値とも比較できる場合、アラーム及び発振器は両方とも、電磁場が短絡する（例えば、金属物体が壁ＥＥによりかかる）ときの状況にも関連して、起動／停止することができ、この状況は、例えば発振器に損傷を与える可能性がある。というのは、著しく高い電流が発振器のコンポーネントを流れるためである。
【０１１０】
既に述べたように、アパーチャは異なる形状を有してもよく、図９は、３つの異なる可能性、即ち、複数の密に隣り合う正方形アパーチャＭＱ（図９Ａ）、複数の密に隣り合う円形アパーチャＭＣ（図９Ｂ）、複数の密に隣り合う六角形アパーチャＭＥ（図９Ｃ）を示す。
【０１１１】
最も有利な解決策は、これら３つの可能性（及び他の多くの可能性）が使用されうる場合でも、六角形アパーチャを使用する解決策である。
【０１１２】
実際には、円形アパーチャは、ある程度のエリアを閉鎖し、従って、放射しないままにする。
【０１１３】
正方形アパーチャと六角形アパーチャとの差は、２つの伝導性多角形の隣接面間の角度にあり、この角度は、正方形アパーチャの場合、９０°であるが、六角形アパーチャの場合、１２０°である。角度が電磁場についての損失源であることにより、角度が小さければ小さいほど、損失が大きい。
【０１１４】
実施形態に対する代替法
本願発明の上述した実施形態は、多くの異なる方法で変更されてもよい。
【０１１５】
ハウジングの形状及びサイズは、図３及び図４の形状及びサイズと全く異なってもよい。
【０１１６】
インジェクタは、２つ以上のコイルを備えてもよく、コイルのセットの場合、システムは、単一発振器又は対応する発振器のセットを備えてもよい。
【０１１７】
インジェクタのコイルは、円形、長方形又は他の形状を有し、２次元又は３次元で配列されてもよい。
【０１１８】
エネルギー放出デバイスからエネルギー受けデバイスまでの距離は、実施形態に応じて、約１ｍｍから数ｃｍまで変わる可能性がある。
【０１１９】
放出表面のサイズに応じて、１つ又は複数のエネルギー受けデバイスが、エネルギー放出デバイスに連結されてもよい。
【０１２０】
発振器は、異なる振幅（例えば、２つか、３つか、４つか又はそれより大きな異なる値）の正弦波電気信号を生成するようにすることができ、この場合、制御ユニットは、生成される正弦波信号の振幅を決定するようにすることができる。
【０１２１】
システムは、更に、オン／オフスイッチ及びウェーク／スリープボタンのうちの一方又は双方を備えてもよい（これは、システムをリセットするためにも使用されうる）。
【０１２２】
最後に、本願発明によるシステムによって生成される非常に低い干渉のために、こうしたシステムからエネルギーを受けている間に、電子デバイスを使用することが完全に可能であることに注意されたい。例えば、携帯電話を充電している間、携帯電話を放出デバイスによりかかったままにしながら携帯電話を使用することが可能である。
【図１Ａ】
0005355783.tif 000007
【図１Ｂ】
0005355783.tif 000008
【図２Ａ】
0005355783.tif 000009
【図２Ｂ】
0005355783.tif 000010
【図３】
0005355783.tif 000011
【図４】
0005355783.tif 000012
【図５】
0005355783.tif 000013
【図６】
0005355783.tif 000014
【図７】
0005355783.tif 000015
【図８】
0005355783.tif 000016
【図９Ａ】
0005355783.tif 000017
【図９Ｂ】
0005355783.tif 000018
【図９Ｃ】
0005355783.tif 000019