(57)【要約】      （修正有）【課題】一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムの提供。【解決手段】一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムは、送電側共振コイル３０１、少なくとも一つの受電側共振コイル３０２を包含し、送電側共振コイルは、その特性寸法のカバー面積が少なくとも一つの受電側共振コイルの面積の総合以上でなければならない。さらに少なくとも一つの、調整可能なオフチューン中継コイルを包含し得て、少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルは、送電側共振コイルのカバー範囲内に置かれ、且つ少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルの特性寸法、共振周波数及び設置位置が、送電側共振コイルの特性寸法及び共振周波数に合わせて調整されることで、一つの受電側共振コイルが、送電側共振コイルのカバー範囲内の任意の位置で、均一に送電側共振コイルが伝送する最低作業電力を受け取り、独立して正常作業するか或いは相互に干渉しない。【選択図】図３
2013055871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、送電側共振コイル、及び少なくとも一つの受電側共振コイルを包含し、該送電側共振コイルは共振周波数を有し、且つ特性寸法を以てそのカバー面積を表示し、該カバー面積は、該少なくとも一つの受電側共振コイルの面積の総合以上でなければならず、且つ該送電側共振コイルのカバー面積範囲内の磁場密度は良好な平均性を有して、該少なくとも一つの受電側共振コイルに、該送電側共振コイルのカバー範囲内のいずれの位置においても、該送電側共振コイルが送る必要最低動作電力を受け取らせ、独立して正常動作させ並びに相互に不干渉となすことを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項２】
請求項１記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、該少なくとも一つの受電側共振コイルの各受電側共振コイルはさらに共振周波数制御素子に並列に接続され、且つ電力検出回路が、該受電側共振コイルと後続回路の間に接続され、該電力検出回路は該後続より送られた最低動作電力要求値の信号を受け取って、フィードバック信号を生成して該共振周波数制御素子を制御し、オフチューン性を発生し、該受電側共振コイルのワイヤレス共振エネルギーを受け取る能力を低下させて、僅かに必要最低動作電力を受け取らせるようにし、これにより独立正常動作させ、並びにその他の受電側共振コイルと相互に不干渉とすることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項３】
請求項２記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、該必要最低動作電力は、該後続回路を駆動して正常動作を維持させるのに用いられる電力とされることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項４】
請求項１記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルをさらに包含し、該少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルは、該受電側共振コイルのカバー面積範囲内に置かれ、且つ該少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルの特性寸法、共振周波数及びその設置位置は、該送電側共振コイルの特性寸法、共振周波数に合わせて調整され、これにより、送電側共振コイルのカバー面積範囲内の磁場密度の平均性が、より改善されることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項５】
請求項４記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、該調整可能なオフチューン中継コイルの共振周波数は、該送電側共振コイルの共振周波数付近とされ、やや該送電側共振コイルの共振周波数より偏移し、該送電側共振コイルの共振周波数と同じでないことを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項６】
請求項４記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、該調整可能なオフチューン中継コイルの中心位置は、該送電側共振コイルの中心位置と重畳し、該調整可能なオフチューン中継コイルのカバー面積形状は、該送電側共振コイルのカバー面積形状と相似であり、且つ該送電側共振コイルの中心点から該オフチューン中継コイルの距離は、該送電側共振コイルまでの距離の略半分であることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項７】
請求項４記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、該調整可能なオフチューン中継コイルは高Ｑ値を有することを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項８】
請求項１記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム平面盤ゲーム装置に応用されることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項９】
請求項８記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム平面盤ゲーム装置が国際チェスセットであることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１０】
請求項８記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム平面盤ゲーム装置がパズルゲーム装置であることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１１】
請求項８記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム平面盤ゲーム装置がカードゲーム装置であることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１２】
請求項８記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム平面盤ゲーム装置が大富豪ゲーム装置であることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１３】
請求項１記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム立体盤ゲーム装置に応用されることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１４】
請求項１３記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム立体盤ゲーム装置がブロック組立ゲームであることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１５】
請求項１３記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム立体盤ゲーム装置がプラスチック製の組み立てブロック玩具であることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【請求項１６】
請求項１３記載の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいて、ワイヤレス共振方式給電システム立体盤ゲーム装置が積み木セットであることを特徴とする、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムに係り、且つ、その全ての作業範囲内の無線共振エネルギー受電側器がいずれも独立して正常作業でき、相互に不干渉であるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニコラ・テスラが１８９１年に行った共振コイル実験以来、後続の多くの科学者の共同の努力の下、電磁共振コイルを使用したワイヤレス給電の可能性及びその動作原理はすでに実証されている。電磁共振コイルがワイヤレス給電を実行できる原理に基づき、科学技術界は、たとえば共振変圧器、ＲＦ電池充電器及びＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等のシステムを開発し、広く現代生活の各層面で応用されている。
【０００３】
図１は伝統的な単地点送電、単地点受電のワイヤレス共振方式給電システムのシステムブロック図である。図１に示されるように、送電側駆動回路１０２は電力源１０１からの電力を受け取り送電側共振回路１０３のコイルを駆動し、円形の送電側コイルを例とすると、該コイルの特性寸法（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は、半径ｒで表示され得て、それは空間中で周波数がｆ0の周期変化磁場を発生する。その他の形状の特性寸法はその他のパラメータで表示され得る。送電側駆動回路１０２から距離ｄ離れた受電側共振回路１０４は、その受電側共振コイルが、同じ共振周波数ｆ0を有するように調整され、それにより、最良の結合効率を以て、空間中より該周期変化磁場を受け取ることが保証され、余剰電力損耗回路１０５の損耗が控除された後、最終的に、受電側共振回路１０４の後続の電力消耗回路１０６の電力源に転化する。そのうち、システムの適用性及び良好な結合効率を保証するため、送電側と受電側のコイルはいずれも小寸法に設計され、その発生する磁場が、比較的強い集中方向性を有するものとされる。並びに、該送電側と受電側のコイルは互いに接近する特性寸法と、極めて高いＱ値を有する。
【０００４】
電磁共振コイルのエネルギー伝送概念の普及に伴い、多くの応用或いは設計技術の改善が試みられている。たとえば、如何に一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを構築して、該システムが、特定の動作距離範囲、たとえば１ｍ内で、全ての受電側共振装置に、その正常動作を維持するのに必要な電力を受け取れるようにするか、等がある。しかし、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを構築するには、該システムは以下の特徴を有していなければならない。
１．その発生する磁場の面積或いは体積が、十分な動作範囲（ｗｏｒｋ  ｒａｎｇｅ）を有し、少なくとシステム定義要求の下での最大数量の受電側装置を収容できるものでなくてはならない。
２．その発生する磁場が各方向（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）或いは各点において、十分に平均であり、動作範囲内に位置する受電側装置のいずれにも、その正常な動作を維持するのに必要な電力を受け取らせるものでなくてはならない。
３．動作範囲内の全ての受電側装置は独立して正常動作でき並びに相互に不干渉でなければならない。
【０００５】
以上の特徴に対して、もし、図１のような伝統的な単地点送電、単地点受電のワイヤレス共振方式給電システムを基礎として、直接的に一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを発展させるなら、一般の方法は、直接送電電力を増加し、更に大きな磁場を発生させることであるが、これには、少なくとも以下のような問題がある。
【０００６】
まず、周知の原理に基づき、図２に示されるように、送電側コイルを中心点とし、送電側コイルの垂直方向に発生する磁場密度（Ｂ）と結合距離（ｄ）の間には、逆三乗発見法則が存在する。送電側コイルの水平方向に発生する磁場密度（Ｂ）と結合距離（ｄ）の間には、逆二乗発見法則が存在する。逆三乗発見法則の関係或いは逆二乗発見法則の関係のいずれであっても、送電側装置の発生する磁場が結合距離（ｄ）の増加により急速に減衰することを示す。高いＱ値の送電側と受電側コイルは、より多くの磁力線を吸引し、受電側コイルを通し、受けとる電力を増加できるとはいえ、その受け取る電力は依然として結合距離（ｄ）と逆二乗発見法則の関係をなす。すなわち、結合効率は、結合距離により決定される部分が大きい。言い換えると、受電側の磁場分布が非常に不均等となる。このようなシステムの構造では、システムの定義する最も遠い動作距離にある受電側装置が、システムの定義する最低の電力を受け取れるようにするのにも、必要となる送電電力は非常に大きくなってしまう。しかし、受電側装置がシステムの定義する最も遠い動作距離より短い距離（ｄ）に位置する時、受電側装置が受電できる電力は、その正常動作に必要な最低受電電力より多い。一般に、周知の方法は、受電側装置及びその関係後続回路のいずれもが、システムの定義する最低受信電力を受け取るように設計されている時、受電側の関係後続電力損耗回路は、正常に動作できる。或いは、受電側装置の関係後続回路の動作性能表現は異なる動作距離下で変化すべきではないため、受電した過多の電力は、通常、電圧制限或いは電圧安定化回路により消耗されてしまう。電力に関して述べると、これは極めて大きな浪費であり、且つシステム全体の効率も非常に低い。また一方で、極めて大きな送電電力は、大幅に送電側装置の設計の難度を増し、設備と動作のコストを増す。
【０００７】
次に、周知の原理に基づき、送電側コイルの物理中心点距離ｄの地点で測量すると、送電側コイルの垂直方向に発生する磁場密度（Ｂ）と、送電側コイルの特性寸法（ｒ）の二乗は反比例する。しかし、送電側コイルの水平方向において発生する磁場密度（Ｂ）は、その特性寸法（ｒ）と正比例する。すなわち、特性寸法（ｒ）が細小である送電側コイルほど、垂直方向に発生する磁場密度（Ｂ）は大きくなり、反対に水平方向に発生する磁場密度（Ｂ）は少なくなり、すなわち、送電側コイルが、より方向性を有する。この点とシステムの必要な特徴は符合しない。なぜなら、もし全ての受電側装置がいずれも位置が同じ方向になければならず、必然的に前後の位置が発生し、比較的接近する受電側装置が大部分の電力を吸収してしまい、並びに比較的遠い受電側装置が十分な電力を吸収するのを阻止するためである。
【０００８】
第３の問題は、単地点送電、単地点受電のシステムのコア設計思想は、通常、高Ｑ値の送電側と受電側共振回路で、受電側装置が十分に、全ての送電された電力を吸収できるようにすることを主要な目標としている。しかし、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムにおいては、二つの高Ｑ値の受電側共振回路が同時にシステムの動作範囲内に置かれた場合、二つの受電側装置が相互に電力を争奪し、動作が非常に不安定な状況をもたらす。一般的な状況は、距離が比較的接近する受電側装置がほぼ全ての送電電力を受け取り、距離が比較的遠い受電側装置は、ほぼ受電できず、すなわち、受電側装置間で相互干渉する。もし、動作範囲内に更に多くの受電側装置があると、状況は非常に複雑となる。動作範囲内に置かれた受電側装置はまた、その他の受電側装置の状況により、正常動作できなくなり得る。ゆえに、このような、各受電側装置にいずれも最高受電性能を用いる設計は、単地点対単地点の伝送にのみ適合し、一対多地点の伝送システムには適合しない。
【０００９】
これから分かるように、一対多地点のワイヤレス給電システムは、伝統的な単地点対単地点のワイヤレス給電システムを直接的に延伸或いは拡大したものではない。これにより、安定した一対多地点の磁界共鳴方式ワイヤレス給電システムは設計者が直面する重要な議題であり、現在業界の目標であるのみならず、将来の更に多くの応用の開発の重要な技術基礎である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の周知技術の欠点に基づき、本発明の主要な目的は、一種の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを提供し、該システムの動作範囲（ｗｏｒｋ  ｒａｎｇｅ）内に位置する複数のワイヤレス受電側装置のいずれにも、該受電側装置とその後続関係回路の正常動作を維持するのに必要な電力を受電させて正常に動作する。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、一種の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを提供し、該システムの動作範囲内の、各方向及び各地点で平均した磁場を発生させ、該システムの動作範囲内に位置する複数のワイヤレス受電側装置が、その所在の位置或いは方向により受電電力の差異がないようにすることにある。
【００１２】
本発明のさらに一つの目的は、一種の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを提供することにあり、該システムの動作範囲内に位置する複数のワイヤレス受電側装置はただその必要とする電力を受けとり、並びに余剰の電力を受け取ることを拒絶し、これにより、動作範囲内にある全ての受電側装置が独立して正常動作し並びに相互に不干渉であるようにすることにある。
【００１３】
本発明のまた一つの目的は、一種の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを提供し、その動作範囲のカバーする磁場発生の面積或いは体積は、少なくとも、該システムが定義要求する最大数量の受電側装置を少なくとも収容できるものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明は、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムを提供し、それは、送電側共振コイル、少なくとも一つの受電側共振コイルを包含し、該送電側共振コイルは、その特性寸法のカバー面積が少なくとも一つの受電側共振コイルの面積の総合以上でなければならない。本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムはさらに少なくとも一つの、調整可能なオフチューン中継コイルを包含し得て、該少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルは、該送電側共振コイルのカバー範囲内に置かれ、且つ該少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルの特性寸法、共振周波数及び設置位置が、該送電側共振コイルの特性寸法及び共振周波数に合わせて調整されることで、該少なくとも一つの受電側共振コイルが、該送電側共振コイルのカバー範囲内の任意の位置で、均一に該送電側共振コイルが伝送する最低作業電力を受け取り、独立して正常作業するか或いは相互に干渉しない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施例と周知の技術を比較すると、本発明は以下のような優れた点を有している。
１．平均性磁場密度を有する動作範囲を提供し、有効に必要な総送電電力量を減らせ、並びにシステム性能をアップできる。
２．複数の受電側装置が独立動作可能であり、その他の受電側装置の状況に影響を与えない状況で、その後続回路が正常動作できる最低電力要求の電力を受け取ることができる。
３．構造が簡単で、平面及び立体の動作範囲における平均した磁場密度の発生に応用でき、製造が容易で、市場における競争力を有する。
【００１６】
これにより、本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムは、確実にここに記載された技術により、予期された目的と作用効果を達成し、特許の新規性、進歩性及び産業上の利用性の要件に符合する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】伝統的な単地点送電、単地点受電のワイヤレス共振方式給電システムのブロック図である。
【図２】周知の送電側コイルの発生する磁場の磁場方向表示図である。
【図３】本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムの構造表示図である。
【図４】２本の導線外磁場密度の重ね合わせ関係を説明する図である。
【図５】２本の導線の間の磁場密度の重ね合わせ関係を説明する図である。
【図６】磁場密度と送電側コイル距離の表示図である。
【図７】円形送電側コイルの表示図である。
【図８】図７の円形送電側コイルの磁場密度表示図である。
【図９】本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムの別の実施例表示図である。
【図１０】図７の円形送電側コイル中に中継コイルを加えた後の磁場密度分布表示図である。
【図１１】図９の中継コイルのオフチューンの後の磁場密度分布表示図である。
【図１２】電力検出回路を利用した受電側共振回路のオフチューン調整の表示図である。
【図１３】本発明の応用実施例表示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。
【００１９】
図３は本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムのシステム構造図である。該システムは、送電側共振コイル３０１、及び少なくとも一つの受電側共振コイル３０２を包含する。そのうち、点３０３は該送電側共振コイル３０１の中心点とされる。該送電側共振コイル３０１は、共振周波数を有し、且つ特性寸法でそのカバー面積が表示され、該カバー面積は、該少なくとも一つの受電側共振コイル３０２の面積の合計以上であり、且つ該送電側共振コイル３０１のカバー面積範囲内の磁場密度は良好な平均性を有し、これにより該少なくとも一つの受電側共振コイル３０２は、該送電側共振コイル３０１のカバー範囲内の任意の位置において、均一に、該送電側共振コイル３０１が伝送する最低動作電力を受け取り、独立して正常動作でき並びに相互に干渉しない。説明すべきことは、本実施例中の送電側共振コイルと受電側共振コイルはいずれも円形のコイルを例としており、その特性寸法は半径ｒで表示され得る。その他の形状のコイルの特性寸法はその他のパラメータで表示可能であり、以下の磁場密度の説明は、その他の形状のコイルにも適用される。
【００２０】
本発明の特徴と設計原理はそれぞれ以下のように説明される。まず、磁場発生の原理に基づき、本発明の送電側共振コイルの設計により、一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムが必要とする、高度の平均性を有する磁場密度を具えた動作範囲を発生することについて説明する。
【００２１】
磁場発生の原理に基づき、仮に１本の無限長の導線を設けるとして、その内部に電流Ｉを流せば、該導線からの距離がｄの部分に発生する磁場密度（Ｂ）は、
Ｂ＝ｕＩ／２πｄ＝Ｋ／ｄ
である。そのうち、磁場密度の単位はｗｅｂｅｒ／ｍ２とされ、且つＫ＝ｕＩ／２π、ｕ＝４π*（１０）＾（−７）で、それは空気導磁係数である。
【００２２】
図４と図５に、さらに磁場密度の重ね合わせの関係を説明する。図４に示されるように、送電側共振コイルが２本の無限長の導線Ｌ１及びＬ２であるとされ、それを流れる電流（Ｉ）の方向が反対であるとする。２本の導線は、中心点Ｏの両側に設置されて、中心点Ｏとの距離はｒとされ、すなわち、２本の導線の実際の距離は２ｒとされる。今仮に、測量点ＡがＯ点からの距離がｄの位置にあるとすると、磁場密度重ね合わせの原理により、すなわち、
Ｂa＝Ｂ1a＋Ｂ2a である。そのうち、Ｂ1aは導線Ｌ１がＡ点において発生する磁場密度とされ、Ｂ2aは導線Ｌ２がＡ点において発生する磁場密度とされる。
【００２３】
測量点Ａは、２本の導線の同一側に位置し、２本の導線の電流方向は反対であり、フレミングの右手の法則により、Ｂ1aとＢ2aの方向が反対であり、一部は相殺し、すなわち、        Ｂa＝Ｂ1a−Ｂ2a
＝Ｋ／（ｄ−ｒ）−Ｋ（ｄ＋ｒ）
＝Ｋ（ｄ＋ｒ−ｄ＋ｒ）／（ｄ−ｒ）（ｄ＋ｒ）
＝Ｋ×２ｒ／（ｄ2 −ｒ2）                              （１）
ｄ＝ｎ×ｒで、且つｎ≠１（ｎ＝１の時、Ａ点はそのうち１本の導線上に位置し、磁場密度は未定義（ｕｎｄｅｆｉｎｅｄ）と見なされる）であると仮定すると、
Ｂa＝Ｋ×２ｒ／（ｎ2 −１）ｒ2
＝Ｋ×２／（ｎ2 −１）ｒ                                （２）
ｎ＞＞１の時、（２）は、簡易化されて、
Ｂa＝Ｋ×２／ｎ2ｒ                                          （３）
【００２４】
上述の方程式（３）から分かるように、送電側共振コイル外の磁場密度（Ｂ）の減衰程度と距離は逆二乗法則を成す。
【００２５】
図５に示されるのは、測量点Ａが、該２本の導線Ｌ１とＬ２の間に位置する時の状況であり、同様に、磁場密度重ね合わせの原理により、
Ｂa＝Ｂ1a＋Ｂ2a
である。そのうち、Ｂ1aは導線Ｌ１がＡ点において発生する磁場密度とされ、Ｂ2aは導線Ｌ２がＡ点において発生する磁場密度とされる。
【００２６】
測量点Ａは、２本の導線の間に位置するため、２本の導線の電流方向は反対であり、フレミングの右手の法則により、Ｂ1aとＢ2aの方向が同じであり、これにより相互に重ね合わされる。言い換えると、
Ｂa＝Ｂ1a＋Ｂ2a
＝Ｋ／（ｒ−ｄ）＋Ｋ／（ｒ＋ｄ）
＝Ｋ（ｒ＋ｄ＋ｒ−ｄ）／（ｒ−ｄ）（ｒ＋ｄ）
＝Ｋ×２ｒ／（ｒ2 −ｄ2）
＝−Ｋ×２ｒ／（ｄ2−ｒ2 ）
もし大きさのみを考慮し、方向を考慮しないならば、負号除去し、
Ｂa＝Ｋ×２ｒ／（ｄ2−ｒ2 ）
となり、得られる結果は、前述の（１）と完全に同じである。
仮に、ｄ＝ｒ／ｎで、且つｎ≠１（ｎ＝１の時、Ａ点はそのうち１本の導線上に位置し、磁場密度は未定義（ｕｎｄｅｆｉｎｅｄ）と見なされる）であると仮定すると、
Ｂa＝（Ｋ×２ｒ）／［（１／ｎ2 −１）ｒ2］
＝（Ｋ×２）／［（１／ｎ2 −１）ｒ］            （４）
となる。ｎが無限大の時、１／ｎ2 ＝０が得られる。しかし、実際上、ｎが無限大とされる時、ＡはＯ点上に位置し、この位置で得られるＢa  は最も弱いべきである。このとき、
Ｂa＝−Ｋ×２／ｒ
である。同様に、ただ大きさのみ考慮し、方向を考慮しないなら、負号を除去でき、すなわち、
Ｂa＝Ｋ×２／ｒ                                        （５）
となり、上述の方程式（５）から分かるように、送電側共振コイル内の磁場密度（Ｂ）の減衰程度と距離は反比例の関係を呈する。
【００２７】
方程式（３）及び（５）を比較すると、送電側共振コイル内の磁場密度は、距離による減衰比率は送電側共振コイル外に較べて遥かに低い必要がある。図６は、磁場密度（Ｂ）と送電側共振コイルの距離の表示図であり、そのうち、二つのコイルは、送電側共振コイルの位置を代表し、横軸は送電側共振コイルとの距離を、縦軸は磁場密度を代表する。
【００２８】
たとえば、仮に測量点Ａが送電側共振コイルの外に位置し（たとえば図４）、且つｎ＝３であると仮定すると、
Ｂa＝Ｋ×２／８ｒ＝Ｋ／４ｒ                  （６）
となる。
【００２９】
また一方で、図５中の、２本の導線（Ｌ１，Ｌ２）中の導線Ｌ２を、図４中の測量点Ａの位置に置き、且つＲ＝３ｒであるとし、導線Ｌ１はＯ点の別側のＯ点から距離３ｒの位置に置いたと仮定すると、この時、Ｏ点上の磁場密度を測定すると、
Ｂa＝Ｋ×２／３ｒ＝２Ｋ／３ｒ                  （７）
となる。
【００３０】
（６）と（７）の比較から、送電側共振コイルの内の位置（図５）の磁場密度は、送電側共振コイルの外の位置（図４）の磁場密度より大きいことが分かる。
【００３１】
上述の分析から、ある結論が得られ、すなわち、伝統的な方法において比較的小さい送電側共振コイルで全体の動作範囲を支援するのに較べ、送電側共振コイルが十分に大きな特性寸法をもって、全体の動作範囲が特性寸法内に包含されるなら、該全体の動作範囲の磁場密度は更に平均性を有する。言い換えると、比較的小さい送電電力を使用して全体の動作範囲内の磁場密度を最低部分の磁場密度に保持し、システムの定義する最低受電電力以上を維持することで、受電側装置に正常な動作状態を維持させられる十分な電力を受け取らせる。当然、このような設計のもう一つの結論は以下のとおりであり、すなわち、送電側共振コイルはその特性寸法が包含する面積が、動作範囲内に設置される受電側装置の面積の総和より大きくなければならず、それによって、全ての受電側装置をその動作範囲内にカバーできる。
【００３２】
上述の記述は、２本の無限に長い導線を例として送電側共振コイル内外の磁場密度の分布状況を説明するものであり、この技術を熟知する者であれば、円形送電側共振コイル或いは方形送電側共振コイルのいずれを使用しても、各種方向において類似の関係及び方程式を得られることは推察できる。
【００３３】
このほか、比較的、大寸法の送電側共振コイルの使用は、さらにもう一つの長所を有しており、すなわち、三次元立体磁場の応用に適合することである。事実上、小寸法の送電側共振コイルは水平方向における磁場密度が距離が大きくなるにつれ、急速に下降する趨勢を成し、並びに小寸法でない送電側共振コイルは電力を自己損耗し、コイルの垂直方向において更に大きな磁場を発生する。周知の送電側共振コイルの中心点の垂直方向上の磁場密度（Ｂ）と距離（ｄ）の関係は、
【数１】
2013055871.tif 000003
であり、そのうち、・0 は真空磁導率、或いは磁場場数と称され、Ｉは電流強度、Ｎはコイル巻数、ｒはその特性寸法である。ゆえに、もし、ｄ＝ｋ・ｒならば、すなわち、
【数２】
2013055871.tif 000004
であり、Ｂとｒは反比例をなし、ゆえにｒが小さくなるほど、Ｂは大きくなる。これにより、小寸法の送電側共振コイルは、垂直の方向において更に方向性を有し、垂直面上において更に不平均となる。反対に、大寸法の送電側共振コイルは垂直方向の磁場密度を下げることができ、これにより、三次元立体においては、その磁場密度は更に平均する。
【００３４】
本発明の一種の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムは、更に、少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイルを包含し、これにより動作範囲内の磁場の平均度を増加する。周知の中継コイルは、ただコイルとコンデンサを有する回路であり、並びに電力損耗負荷のない高Ｑ値の並列共振回路であり、且つその共振周波数は送電側共振コイルと完全に同じに調整され得る。周知の中継コイルの技術はすでに広くワイヤレス給電システム領域において応用され、その主要な作用は、送電側共振コイルが発生し、距離が離れると分散する磁場が、中継コイル付近で改めて吸引され集中する。その有する高Ｑ値の特性により、理論上、負荷を付帯し、Ｑ値が比較的低い一つの受電側装置に較べ、比較的遠い距離にあっても、比較的多くの磁力線を吸引できる。中継コイルは電力損耗負荷を付帯しないため、その吸引集中させる磁場エネルギーは、中継コイルにより損耗されない。もともと、距離が遠いと、Ｑ値が低いために、十分な電力を得られない受電側装置は、中継コイル付近に置かれることで、比較的多くの電力を受け取れる。
【００３５】
しかし、本発明中で応用される中継コイルは、技術上、上述の周知の中継コイルの技術とは同じでない。本発明中で応用される中継コイルは、その共振周波数が送電側共振コイルの周波数付近に調整され得るが、完全には同じでない。その主要な作用は、送電側共振コイルの発生する磁場の平均性を改善させることにある。
【００３６】
図７は円形送電側共振コイルの表示図であり、図８は対応する磁場密度表示図である。が円形送電側共振コイルの中心点Ｏの磁場密度は最低点とされ、
【数３】
2013055871.tif 000005
で表示される。切断面ＡＡを縦軸として測定した磁場密度は反比例分布し、並びに非常に送電側共振コイルの導線に非常に接近する点は、理論値が無限大に接近し（事実上、この状況は発生し得ない。なぜなら送電側共振コイルのＱ値は無限大とはなり得ないためである）、図８のとおりである。前述の送電側共振コイルの内と外の磁場密度変化の説明において、すでにコイル内の磁場密度分布がコイル外に較べて平均していることが実証されたが、ただし、中心点Ｏの付近は依然として低く、ゆえに、コイル内の局部から見ると、平均性はさらに改善可能であり、それによってシステムの性能を向上できる。
【００３７】
仮に、特性寸法がｒとされた送電側共振コイルの１／２の高Ｑ値の中継コイルを、図７中の送電側共振コイル内に置き、且つその中心をＯ点に揃えるとする。図９は、本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムの別の実施例を示す。図９に示されるように、送電側共振コイル３０１、及び少なくとも一つの受電側共振コイル３０２のほかに、本システムは、少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイル９０４を包含する。が少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイル９０４は、該送電側共振コイル３０１のカバーする範囲内に置かれ、且つ該少なくとも一つの調整可能なオフチューン中継コイル９０４の特性寸法、共振周波数、及び設置位置は、該送電側共振コイル３０１の特性寸法及び共振周波数に合わせて調整され、それにより、該少なくとも一つの受電側共振コイルが該送電側共振コイルのカバーする範囲内で、均一に、該送電側共振コイルが伝送する電力を受け取り、 独立して正常動作し、並びに相互に干渉しないものとされる。
【００３８】
中継コイルの特性は、中継コイル付近の磁力線を中継コイルに引き寄せるため、中継コイル周辺の磁場密度は下げられ、中継コイルの磁場密度は高くなる。ただし、反比例分布により、図１０に示されるような磁場密度分布図が得られ、そのうち、矢印が表示する部分は、オリジナルのＢ0値である。注意すべきことは、図１０において、中継コイル外の磁場密度は、これにより大幅に下がることである。すなわち、完全な共振、高Ｑ値を有する中継コイルは、中継コイル周辺両側の磁場密度を下げすぎる可能性がある。もし、中継コイルに電力損耗負荷を増加するか、或いはインピーダンスが比較的大きな導線を使用して中継コイルを製作して、そのＱ値を下げると、中継コイルの磁力線吸引の能力を的確に下げることができ、これにより中継コイル周辺両側の磁場密度が下がりすぎないようにすることができる。しかし、電力損耗負荷或いはコイルインピーダンス（電力損耗負荷と等価）を増加することにより、該中継コイルの存在が、全体として、受電側装置の受け取る磁場エネルギーの総和に影響し、これにより、システムの全体の性能に影響が生じる。
【００３９】
本発明の採用する方法は、依然として高Ｑ値の中継コイルを使用するが、その共振周波数を送電側共振コイルの周波数付近に調整するが、完全には該共振周波数と同じ周波数とはせず、いわゆるオフチューン（ｏｆｆ−ｔｕｎｅ）とする。
【００４０】
中継コイルの共振周波数が送電側共振コイルの周波数と不一致の時、中継コイルの等価インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）は、該周波数が下降すると下がり（並列共振回路の等価インピーダンスが共振周波数の時に無限大とされる）、これにより純容量性（ｐｕｒｅ  ｃａｐｃｉｔｉｖｅ）或いは純誘導（ｐｕｒｅ  ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ）の抵抗部分が出現する。該抵抗部分は、共振の発生を阻止し得て、すなわち該中継コイルのＱ値を下げることになり、これにより、中継コイルが磁力線を吸引する能力が下がる。しかし、オフチューン方式で中継コイルのＱ値を下げる方法は、前述の電力損耗負荷を増すこと或いは、インピーダンスが比較的大きい導線を使用して中継コイルを製作する等の手段とは異なる。なぜなら、オフチューンの方式は発生する抵抗が純容量性或いは純誘導性の抵抗であり、実際上は、真正の抵抗損失（ｏｈｍｉｃ  ｌｏｓｓ）ではなく、ゆえに、全体として、受電側装置が受け取る有効な磁場エネルギーの総和に影響を与えないためである。
【００４１】
中継コイルの共振周波数調整の原則は、その中心Ｏ点（磁場密度が最低の部分）の磁場密度を、中継コイルの外部磁場密度の最低点の磁場密度と同じに調整することにある。実際上、中継コイルの共振周波数を調整する時、中心Ｏ点（磁場密度最低点）の磁場密度と中継コイルの周辺両側の磁場密度は、相反する方向に向けて変化し、これにより、中継コイルは、ただ二つの共振周波数（それに純容量性或いは純誘導性の抵抗を具備させる）の設定が、内外の磁場密度を同じとする要求を満足させられる。中継コイルの共振周波数を適合する点に調整する時、磁場密度は、図１１に示されるようである。注意すべきことは、オフチューンの中継コイルを加えた後、磁場密度最低点の最低磁場密度は、中継コイルがないとき（図１１中の矢印が表示する部分）よりも、さらに高い。
【００４２】
これから分かるように、オフチューン中継コイルを使用しても、全体の有効に受電側装置に受け取られる磁場エネルギーの総和を増すことはないが、磁場密度最低点の磁場密度は効果的に高めることができ、全体磁場の平均性を改善できる。前述の原則に基づき、全体磁場の平均性が益々良好となり、コイルの送る総エネルギー量はより低くなり、全体システムの性能はより良好となる。
【００４３】
本発明のもう一つの特徴は、少なくとも一つの受電側装置の各受電側装置はいずれも選択的にオフチューンとされることである。周知のとおり、既知の磁場密度中、もし受電側装置の受電側共振コイルの特性寸法が比較的大きいか、或いは受電側共振コイルのＱ値が比較的高いと、理論上、磁場内で更に多くの磁場エネルギーを吸収でき、並びに更に多くの電力に変換できる。当然、受電側共振コイルの特性寸法及び受電側共振コイルのＱ値は、往々にして受電側装置の設計の物理的制限、たとえば面積及び体積、を受け、増加させられない。受電側共振コイルの特性寸法及びＱ値が、すでに、許容可能な最良値に調整されて、動作範囲内で、その後続回路に正常動作を保持させられる電力を受け取れない時、発射エネルギーを増加することが改善のための周知技術の唯一の手段であった。
【００４４】
これに対して、一つの受電側装置の受電側共振コイルが全体の動作範囲内の磁場密度の最低点に置くように設計される時、その後続回路に正常動作を保持させるエネルギーを吸収できるが、該受電側装置が動作範囲内のその他の磁場密度が比較的高い位置に置かれると、受電側共振コイルはその後続回路に正常動作を保持させるのに必要なエネルギーより多くのエネルギーを受け取り得る。一般の無線給電システムの設計上、後続回路が直接過多の電力を受け取ることによりもたらされる問題及び危険性に対する、周知の普通の方法は、一つの電力安定回路を増加する、というものであり、一般には、定電圧、電圧制限、或いは定電流回路であり、該電力安定回路に吸収と抵抗損失（ｏｈｍｉｃ  ｌｏｓｓ）の方式で受電側共振コイルからの過多の電力を損耗させる。しかし、この方式は直接全体の発射磁場のエネルギーを損耗するのと同等の効果を有し、このため、有効に、その他の受電側装置が受け取る磁場エネルギー総和に影響を与える。このため、このような設計は、同時に動作範囲内において正常動作する受電側装置の許容可能な総量、及び、各受電側装置の動作安定性を大幅に制限する。言い換えると、送電電力の増加と安定度の低下は全体性能の低下をもたらす。
【００４５】
上述の周知の制限に対し、本発明は電力検出回路（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ｃｉｒｃｕｉｔ）を採用し、該電力検出回路を該受電側共振コイルを包含する受電側共振回路と後続回路の間に置き、該電力検出回路は並びにフィードバック信号を有して受電側共振コイルの共振周波数制御素子に接続される。図１２に示されるように、受電側共振回路１２０１とその受電側共振コイルの共振周波数制御素子１２０２は並列に接続され、電力検出回路１２０３は受電側共振回路１２０１と後続回路の間に位置する。電力検出回路１２０３はさらに、フィードバック信号を有して受電側共振コイルの共振周波数制御素子１２０２に接続される。電力検出回路１２０３は該後続回路より送られた最低正常動作電力要求値の信号を受け取り、該フィードバック信号を生成して該受電側共振コイルの共振周波数制御素子１２０２を制御する。電力検出回路１２０３は、受電側共振回路１２０１が、該後続回路に正常動作を保持させるのに必要な電力よりも多くの電力を受け取ったことを検出すると、適当なフィードバック信号を生成して共振周波数制御素子１２０２に送り、該共振周波数制御素子の作用は、受電側共振回路１２０１を、そのもともとの共振周波数より乖離させ、それを適宜オフチューンさせることにある。その原理と目的は、前述のオフチューン中継コイルと類似する。受電側共振回路１２０１の共振周波数が送電側共振コイルの周波数と不一致となるように調整される時、受電側共振回路１２０１の等価インピーダンスは、該周波数下で減少し（並列共振回路の等価インピーダンスは共振時に無限大とされる）、これにより、純容量性或いは純誘導性の抵抗部分が出現する。該抵抗部分は共振の発生を阻止し、すなわち、該受電側共振回路１２０１のＱ値を減らすのと同じ効果を有し、並びにこれにより、受電側共振回路１２０１の、磁場内でのエネルギー吸収の能力を下降させる。共振周波数制御素子は純容量性或いは純誘導性であり、ゆえに、真正の抵抗損耗をもたらさず、そのため、全体としてその他の受電側装置に有効に受けとられる磁場エネルギー総和に影響を与えない。受電側共振回路１２０１の磁場内でのエネルギー吸収の能力の下降は、直接的にそれを変換した電力の下降をもたらす。これにより、適当に電力検出回路の動作パラメータを制御することで、その他の受電側装置に対する影響をできるかぎり減らして、受電側装置がただその後続回路が正常動作を行える最低電力要求を受け取ることができるようにする。
【００４６】
図１３は本発明の応用実施例表示図である。図１３に示されるように、該応用実施例は、ワイヤレス給電の発光チェスセットであり、底部の盤と複数の駒を包含する。そのうち、該盤に送電側共振コイル１３０１と調整可能なオフチューン中継コイル１３０３が設けられ、該複数の駒中の各駒は、オフチューン調整可能な受電側装置１３０２とされ、該受電側装置１３０２中に、ＬＥＤを有する後続回路が包含される。
【００４７】
図示されるように、送電側共振コイル１３０１は全体の平面盤範囲（動作範囲）を包含し、盤範囲内の中継コイル１３０３は磁場平均性を改善し、これにより、必要な送電パワーを減らし、良好なシステム効率を維持する。該送電側共振コイル１３０１の動作範囲は、少なくとも３２個の駒を収容でき、それは標準国際チェスの駒数である。各駒は実際にはいずれも独立した受電側装置とされ、並びに前述の電力検出回路及び共振周波数制御素子を包含し、前述のオフチューン調整を達成し、それにより、各駒の動作の独立性を維持し並びにシステム効率をさらに改善する。各駒は、適宜数量の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有して色表示と外観アップに用いられる。送電側共振コイルを有する送電側装置は、送電電力コントローラを有し、主動或いは自動でフィードバックを検出し制御を行ない、最終送電電力を最低化して前部の駒がすべて盤上にある時に、全ての駒に、それが正常動作できる電力を受け取らせるようにする。
【００４８】
図１３に示されるのは、本発明の多くの応用可能な実施例中の一種類であり、チェス類のほか、本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムは、多種類のボードゲームにおいて応用可能である。たとえば、パズルゲーム装置、カードゲーム装置、大富豪ゲーム装置などである。このほか、前述したように、本発明の一対多地点のワイヤレス共振方式給電システムは、立体平均磁場を生成可能で、これにより、本発明はまた、立体型のゲーム、たとえば、ブロック組立ゲーム、プラスチック製の組み立てブロック玩具（たとえばＬｅｇｏ（登録商標））、積み木セット或いはその他の教育型教材に応用可能である。並びに、その構造回路は、発光のＬＥＤのほか、音声或いはその他の視覚等の効果を有するものとされ得る。
【００４９】
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００５０】
１０１  電力源
１０２  送電側駆動回路
１０３  送電側共振回路
１０４  受電側共振回路
１０５  余剰電力損耗回路
１０６  後続電力消耗回路
３０１  送電側共振コイル
３０２  受電側共振コイル
３０３  中心点
９０４  中継コイル
１２０１  受電側共振回路
１２０２  共振周波数制御素子
１２０３  電力検出回路
１３０１  送電側共振コイル
１３０２  受電側装置
１３０３  中継コイル
【図１】
2013055871.tif 000006
【図２】
2013055871.tif 000007
【図３】
2013055871.tif 000008
【図４】
2013055871.tif 000009
【図５】
2013055871.tif 000010
【図６】
2013055871.tif 000011
【図７】
2013055871.tif 000012
【図８】
2013055871.tif 000013
【図９】
2013055871.tif 000014
【図１０】
2013055871.tif 000015
【図１１】
2013055871.tif 000016
【図１２】
2013055871.tif 000017
【図１３】
2013055871.tif 000018