ワイヤレス電力アプリケーションのためのアンテナ
ワイヤレス電力のための受信、送信アンテナ。アンテナは、磁気電力を受信し、磁気送信に基づいて利用可能な電力の出力を生ずるために形作られる。モバイルデバイスのためのアンテナデザインが開示される。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【0001】
本願は、2007年9月13日出願の米国特許仮出願第60/972,194号に対する優先権を主張し、開示の全趣旨が参照によってここに組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
電磁界を導くために線の使用なしに、ソースから目的地に電気的なエネルギーを伝達することは望ましいことである。前述の試みの問題点は、導かれる電力の不十分な量に加えて低効率なことであった。
【0003】
2008年1月22日出願の「ワイヤレス装置および方法」と題された、米国特許出願第12/018,069を含んでいるが、これに限定されない我々の以前の出願および仮出願は参照によってここに組み込まれ、その開示の全内容は電力のワイヤレス伝導を記述する。
【0004】
システムは、例えば、共振の5%、共振の10%、共振の15%、又は共振の20%の範囲内でそれらの信号の周波数と概ね共振する、好ましくは共振アンテナとなるような送信および受信アンテナを用いることができる。アンテナは、アンテナのための利用可能な空間が制限されるかもしれないモバイルおよびハンドヘルドデバイスの中に取り付けることを可能にするために小さなサイズが好ましい。効率のよい電力伝達は、伝導電磁波の形をとって自由空間に電力を送るよりもむしろ送信アンテナのニアフィールドに電力を蓄積することによって、2つのアンテナ間で実行されてもよい。高品質係数を伴うアンテナが用いられてもよい。2つの高いQ値のアンテナは、一方のアンテナがもう一方のアンテナに電力を誘導し、ゆるく結合された変圧器と同様に反応するような場所に配置される。アンテナは、好ましくは1000以上であるQ値を有する。
【0005】
望ましい対象に適切にパッケージされうる/収められうるアンテナを用いることは重要である。例えば、24インチの直径が必要であるアンテナは携帯電話における用途にはインコンペイタブルであろう。
【発明の概要】
【0006】
本願は、ワイヤレス電力伝達のためのアンテナを記述する。例えば、より高いワイヤレス電力伝達効率等、より高い「Q」値を有するアンテナに持たせるための様態が開示される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
これらおよびその他の態様は、添付図面を参照して詳細に記述されるであろう。
【図1】図1は、磁気波に基づくワイヤレス電力送信システムのブロック図を示す。
【図1A】図1Aは、長方形回路基板上に収めるように意図した受信機アンテナの基本的なブロック図を示す。
【図2】図2は、特定のマルチターンアンテナの特定の設計図を示す。
【図3】図3は、特定のマルチターンアンテナの特定の設計図を示す。
【図4】図4は、プリント回路基板上に形作ったストリップアンテナを示す。
【図5】図5は、プリント回路基板上に形作ったストリップアンテナを示す。
【図6】図6は、送信アンテナを例証する。
【図7】図7は、送信アンテナを例証する。
【図8】図8は、送信アンテナを例証する。
【図9】図9は、調整可能な同調部を示す。
【図10】図10は、可動環によって形作られた同調部を示す。
【図11】図11は、アンテナループに沿った電圧および電流配給を示す。
【図12】図12は、アンテナを形作るために用いられるフランジでの電流の配給を示す。
【図13】図13は、アンテナに従って用いられる特定のフランジを示す。
【図14】図14は、アンテナに従って用いられる特定のフランジを示す。
【図15】図15は、アンテナのための伝達効率を示す。
【図16】図16は、異なる送信機受信機組み合わせのための電力伝達を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
基本的な実施形態が図1に示される。電力送信機アセンブリ100は、例えば、ACプラグ102のようなソースから電力を受け取る。周波数ジェネレータ104は、ここでは共振アンテナであるアンテナ110にエネルギーを結合するように用いられる。アンテナ110は、高いQ値の共振アンテナ部112に誘導的に結合される誘導ループ111を含む。共振アンテナは、半径RAを有しているN巻きのコイルループ113を含む。ここに可変コンデンサとして示されるコンデンサ114は、共振ループを形作るコイル113と直列である。本実施形態において、コンデンサは、コイルとは完全に別々の構成であるが、ある実施形態では、コイルを形作る線のキャパシタンス自身が、コンデンサ114を形作ってもよい。
【0009】
周波数ジェネレータ104は、好ましくはアンテナ110に同調されてもよいし、FCC規格のために選択されてもよい。
【0010】
本実施形態は多指向性アンテナを用いる。115は、全指向性における出力としてのエネルギーを示す。アンテナの出力の多くが電磁的に放射するエネルギーではなくむしろ変化のない磁界であるという意味では、アンテナ100は非放射である。勿論、アンテナからの出力の一部は、実際には放射するであろう。
【0011】
別の実施形態は、放射性アンテナを用いてもよい。
【0012】
受信機150は、送信アンテナ110から距離D離れて配置される受信アンテナ155を含む。受信アンテナは、誘導カップリングループ152に結合される、コイル部およびコンデンサを有している高いQ値の共振コイルアンテナ151である。カップリングループ152の出力は、整流器160で整流され、負荷に適用される。負荷は、例えば、白熱電球のような抵抗負荷、又は電気機具,コンピュータ,再充電可能なバッテリ,音楽再生器,あるいは自動車のような電子デバイス負荷等、任意のタイプの負荷であってもよい。
【0013】
磁界カップリングが実施形態として主にここに記述されるが、エネルギーは電界カップリング又は磁界カップリングのどちらか一方によって伝達されてもよい。
【0014】
電界カップリングは、開コンデンサ又は誘導性ディスクであるような、誘導的に負荷をかけられた電気双極子を提供する。外来の物体は、電界カップリング上で比較的強い影響を提供するかもしれない。磁界における外来の物体が「空の」空間と同じ磁性を有するので、磁界カップリングが好まれるかもしれない。
【0015】
本実施形態は、容量性の負荷をかけられた磁気双極子を用いる磁界カップリングを記述する。このような双極子は、共振状態のアンテナに電気的に負荷をかけるコンデンサと直列に接続する、少なくとも一つのループ又はコイル巻線を形作る線ループで形作られる。
【0016】
実施形態は13.56MHzで動作する2つのLC共振アンテナを用いるワイヤレスエネルギー伝達を記述する。異なるアンテナがここに記述される。実施形態は、出願人が最善だと考えた異なる構成を記述した。一つの実施形態によれば、ポータブルデバイスに収めるように意図される受信アンテナよりも送信アンテナは大きくてもよい。
【0017】
図1Aは、受信機アンテナの第1のデザインを例証する。この第1のデザインは、回路基板上に形作られるように意図される長方形のアンテナである。図1Aは、アンテナおよびその特徴を示す。受信機は、以下の式に従って、選択されうる。
【数1】
【0018】
ここで、Lはインダクタンス[H]であり、Nはターンの数[1]であり、wは長方形アンテナの平均幅[m]であり、hは長方形アンテナの平均高さ[m]であり、bは線半径[m]であり、Cは外部キャパシタンス[F](共振のための)であり、fはアンテナの共振周波数[Hz]であり、λは共振周波数の波長(c/f)[m]であり、σは用いられた素材の伝導率(銅=6・107)[S]であり、αは近接効果の影響(示されたアンテナに対して0.25)[1]であり、Qはクオリティファクタ[1]である。
【0019】
TがWよりも遥かに小さい、又は、Tがほぼ零に等しいと仮定する。特定の特徴に応じて、これらの公式がある一定の近似値を生じてもよい。
【0020】
図2は、「非常に小さい」とここに称される、受信機アンテナの第1の実施形態を示す。非常に小さな受信機アンテナは、例えば小さなモバイル電話、PDA、又はiPodのようなある種のメディアプレーヤデバイスに収めてもよい。一連の同心ループ200は、回路基板202上に形作られる。ループは、約40mm×90mmのワイヤスパイラルを形作る。第1および第2の可変コンデンサ205、210もアンテナの中に配置される。例えば、BMCコネクタのようなコネクタ220は、ループ202の終端を介して接続する。
【0021】
非常に小さなアンテナは、7ターンを備える40mm×90mmアンテナである。測定されたQ値は、13.56MHzの共振周波数で約300である。このアンテナは、約32pFの測定されたキャパシタンスも有する。用いられる回路基板201の回路基板素材は、全般的なQ値をもたらす、FR4(「フレームリターダント4」)素材である。PCBに用いられるFR−4は、四官能性エポキシ樹脂システムを備えて典型的にUV安定化される。それは典型的な二官能性エポキシ樹脂である。
【0022】
図3は、35pFのわずかに高いキャパシタンス、400のQ値、および6ターンを備える40×90mmアンテナの別の実施形態を示す。これは、PTFEの回路基板310上に形作られる。この実施形態によれば、シングル可変コンデンサ300および固定コンデンサ305がある。可変コンデンサは、33pFの固定キャパシタンスと共に、5および16pFの間で変動する。このアンテナは13.56MHzでの共振のために35pFのキャパシタンスを有する。
【0023】
このアンテナの増加したQ値の1つの理由は、これが7ターンアンテナではなく6ターンアンテナであるので、螺旋の最も内側のターンが取り去られることである。アンテナの最も内側の螺旋を取り去ることは、アンテナの大きさを効果的に増やす。アンテナの増加した大きさは、アンテナの実効的な大きさを増やす。それ故に、効率を増やすかもしれない。それゆえに、前述から発明者が気づいた1つのことは、より多いターン数に関連した実効的な大きさの減少がより大きいターン数を相殺するかもしれないことである。より少ないターン数アンテナが、指定された大きさに対してより大きい実効的な大きさを有しうるので、より少ないターン数アンテナは、より大きいターン数アンテナよりも時々効率がよくなりうる。
【0024】
別の実施形態は、7ターンを備えて60×100mmの面積を有する。キャパシタンスは、13.56MHz共振周波数で320pFである。PTFEの回路基板素材は、Q値を向上させるために用いられてもよい。
【0025】
中規模のアンテナは、より大きいPDA又はゲームパッドに用いるために意図される。これは、120×200mmの螺旋アンテナを用いる。
【0026】
実施形態においてアンテナは、13.56の共振周波数で320のQ値を形作る、7ターンを備える60×100mmの面積を有してもよい。22pFのキャパシタンス値が用いられうる。
【0027】
別の実施形態はシングルターン構成がアンテナのために最適であるかもしれないことを認める。図4はPC基板上でモバイル電話に用いられうるシングルターンアンテナを示す。図4は、シングルループデザインアンテナを例証する。これは、コンデンサ402を備えるシングルループ400である。アンテナおよびコンデンサの両者は、PC基板406上に形作られる。アンテナは、曲線的なエッジを備える89mm×44mmの長方形に、3.0mmの幅を備える伝導性素材のストリップである。1mmギャップ404は、エントリポイントでの部品間に残される。コンデンサ402は、1mmギャップ404の上に直に結合される。アンテナへの電気的な接続は、402の両方の側面に直に配置されるワイヤ410、412による。
【0028】
モバイル電話のための同等の大きさのマルチループアンテナが図5に示される。この図によれば、信号は500および502の間で受信される。これは、ワイヤで形作られてもよい、又は、PC基板上にまっすぐに形作られてもよい。これは71mmのエッジ長を備えるターン、2mmである各ベンドの半径を有する。
【0029】
860pFコンデンサが、13.56MHzで共振をこのアンテナにもたらすために用いられてもよい。コンデンサは、第1および第2の平坦な接続部を有する外面を備えるパッケージを有してもよい。
【0030】
発明者によって行われた実際の測定によれば、アンテナのQ値は160であった。なお、モバイル電話エレクトロニクスが屋内にある場合には70まで落ちた。おおよその測定は、アンテナが、送信アンテナとして作動する30mm銅管の大ループアンテナまで30cmの距離で約1Wの利用可能電力を受信したことであった。
【0031】
受信アンテナは、好ましくは回路基板のエッジの5%の範囲内にある。特に、例えば、もし回路基板が20mmの幅であるのならば、20mmの5%は1mmであり、アンテナは好ましくはエッジの1mmの範囲内にある。また、アンテナは、上述の例においてエッジの2mmの範囲内にあるであろう、エッジの10%の範囲内にあってもよい。これは、受信するために用いられる回路基板の量を最大にする。それ故に、Q値を最大にする。
【0032】
上述は多数の異なる受信アンテナを記述した。多数の異なる送信アンテナも組み立てられ、試された。各々の目的は、送信アンテナのクオリティファクタ「Q値」を増やすこと、および外部の構成によって又は自身の構成によってアンテナの可能な離調を減らすことであった。
【0033】
送信アンテナの多数の異なる実施形態がここに記述される。これらの実施形態の各々について、目的は、クオリティファクタを増やすこと、およびアンテナの離調を減らすことである。これを行う一つの方法は、少ない数のターンのアンテナのデザインにしておくことである。最も極端なデザインで、多分好ましいバージョンはシングルターンアンテナデザインである。これは、高電流レーティングを備える非常に低いインピーダンスアンテナを導きうる。これは抵抗を最大にし、実効的なアンテナの大きさを最大にする。
【0034】
これら低インピーダンスアンテナは、高電流レーティングを有する。しかしながら、シングルターンからの低インダクタンスは、共振のために必要とされたコンデンサの値を上げる。これは、低インダクタンス・キャパシタンス比を導く。これは、Q値を減らすかもしれないが、周囲を取り巻くものへの感度を増やすかもしれない。このタイプのアンテナにおいて、E界の多くはコンデンサに獲得される。低インダクタンス・キャパシタンス比は低い銅損失を提供する大きい表面積によって相殺される。
【0035】
送信アンテナの第1の実施形態が図6に示される。このアンテナは、ダブルループアンテナと称される。それは、15cmと同じくらい大きい直径を備えるコイル構成で形作られたアウターループ600を有する。それは、例えば、形が立方体である基部605上に取り付けられる。コンデンサ610は、基部の中に取り付けられる。これは、この送信機をデスク搭載送信機デバイスとしてパッケージされることを可能にするかもしれない。これは非常に効率のよい短い領域の送信機になる。
【0036】
図6のダブルループアンテナの実施形態は、より大きいループのために85mmの半径、より小さいカップリングループのためにおよそ20から30mmの半径、メインループにおいて2ターン、および13.56MHzの共振周波数のために1100のQ値を有する。アンテナは、120pFのキャパシタンス値によって共振値をもたらされる。
【0037】
85mm半径は、これをデスクデバイスとなるようによく適応させる。しかしながら、より大きいループは、より能率のよい電力伝達を創り出すかもしれない。
【0038】
図7は、送信機の領域を増やすかもしれない「より大きいループ」を例証する。これは、カップリング構成およびループの終端に結合されたコンデンサを備えるシングルループ700に配置した6mm銅管で形作ったシングルターンループである。このループは、比較的小さい表面を有し、それによって抵抗を制限し、よい性能を提供している。
【0039】
ループは、メインループ700、コンデンサ702、およびカップリングループ712の三者を固定する架台710上に取り付けられる。これは、全ての構成を一直線に並べておくことを可能にする。
【0040】
225mmメインループ、20−30mm直径のカップリングループを備えて、このアンテナは、150pFコンデンサを備え13.56MHzの共振周波数で980のQ値を有しうる。
【0041】
より最適化されたループアンテナは、高いQ値を獲得するために大きい管表面を備えて大きい面積と結合する、シングルターンアンテナを形作ってもよい。図8はこの実施形態を例証する。
【0042】
その大きい表面積のためにこのアンテナは、22ミリオームの高い抵抗を有する。なお、このほどほどに高い抵抗を考慮して、このアンテナは非常に高いQ値を有する。また、このアンテナは多様な電流分布を有するので、インダクタンスはシミュレーションによって測定されうる。
【0043】
このアンテナは、13.56Mhzの共振周波数でおよそ2600のQ値を示した、200mm半径の30mm銅管800、直径約20−30mmのカップリングループ810で形作られる。200pFコンデンサ820が用いられる(架台は図14に示されるようであってもよい)。
【0044】
しかしながら、上述されたように、このシステムのインダクタンスは変動しうる。従って、別の実施形態が図9に示される。この実施形態は、前述されたアンテナのいずれかを用いてもよい。アンテナ主要部(例えば、800のような)の近くに配置されうる変動構成900は、システムのキャパシタンスを共振に同調させるための可変キャパシタンスを提供してもよい。プレート回路基板、例えば、PTFE(テフロン)(登録商標)回路基板を備える910のようなコンデンサが用いられてもよい。
【0045】
より一般的に、ここに記述したPTFE/テフロンの全ての例証は、低タンジェントデルタの意味において低誘電体損失を備える任意の素材を代わりに用いてもよい。素材例は、低誘電体損失(タンジェントデルタ<200e−6@13.56MHz)を備えるその他のセラミック又は磁器、テフロンおよびテフロン派生物を含む。
【0046】
このシステムは、調整ねじ912を用いて回路基板910を滑動してもよい。これらは、およそ200kHzだけ共振の変化を可能にするプレートコンデンサの内又は外を滑動してもよい。
【0047】
このような形のコンデンサは、13.56Mhzで2000よりも大きいQ値を有すると判断されるテフロンの望ましい性能のために非常に小さい損失のみをアンテナに伝える。電流の少ない量がプレートコンデンサを通り、電流の多くはむしろアンテナのバルクキャパシタンス(例えば、ここでは200pF)を通るので、2つのコンデンサはQ値を増やしうる。
【0048】
別の実施形態は、図10に示されるようなその他の同調する方法を用いてもよい。このような実施形態の一つは、共振器800/820から離れる又は近づく同調部として非共振金属環1000を用いる。環は架台1002上に取り付けられ、ねじ制御部1004によって内および外に調整することができる。環は共振器の共振周波数から離調する。これは、顕著なQファクタの低下なしに約60kHzの領域を通じて変化しうる。この実施形態が用いられる環を記述する一方で、任意の非共振構成が用いられてもよい。
【0049】
共振ループ800/820および可動同調ループは、低いしかし調節可能なカップリングファクタを有するユニティ結合された変圧器のように共に作動する。この類似に続くように、同調ループは二次側のようであるが、短絡される。これは、短絡回路を共振器の一次側に変換する。その結果、カップリングファクタに依存する小さなフラクションによって共振器の全体のインダクタンスを減らす。これは、クオリティファクタを実質的に減らさずに共振周波数を増やすことができる。
【0050】
図11は、大きい送信機アンテナ上での全体の電流分布のシミュレーションを示す。ループ1100は、ループの外側の電流濃度よりも高い、ループの内側の表面上の濃度で示される。アンテナの内側では、電流密度は、コンデンサの反対側のトップで最も高く、コンデンサに向かって減少する。
【0051】
図12は、結合スポットにおける第1のホットスポットおよびフランジのエッジにおける第2のホットスポットのように接続フランジに2つのホットスポットもあることを例証する。これはループおよびコンデンサの間の接続が重要であることを示す。
【0052】
別の実施形態は、ホットスポットを取り去るためにアンテナを適合させる。これは、コンデンサを上の方へ移動すること、および、フランジの端又は長方形を切り払うことによって行われた。これは、電流フローにとってよりよい、滑らかにする機械構成になる。図13および図14は、これを例証する。図13は、銅のようなループ素材1299を取り付けたフランジ1300を例証する。図13において、コンデンサ1310は素材1200よりも大きい。フランジは、例えば、ループ素材1299およびコンデンサ1310の間を移行するはんだのような伝導素材である。遷移体は、示されるような曲線又は直線(例えば、台形を形作るような)であってもよい。
【0053】
アンテナホットスポットが最小化されるかもしれない別の方法は、例えば、電流を等しくするよう試みるために電流ホットスポットの近くに図9および図10のような、ある種の同調する形を用いることによる。
【0054】
図14は、素材1299と同じ大きさであるコンデンサ1400、および直線フランジである遷移体1401、1402を示す。
【0055】
多数の異なる素材が、別の実施形態に従って試験された。これらの試験の結果が表1に示される。
【表1】
【0056】
図15は、試験方法を用いて見つけ出した異なる受信機アンテナについての伝達効率を例証する。この試験は、アンテナが0.2Wを受信する場所である、各受信アンテナについて一つのポイントのみを測定することであった。曲線の残部は丸いアンテナを設計する計算によって加えられる。
【0057】
図16は、例えば、非常に小さなダブルループ、小さなダブルループ、大6mmから非常に小までのループ、および大6mmから小までのループ等、多数の異なるアンテナの組み合わせのためのシステム性能を例証する。このシステムは、異なる受信機アンテナであったポイントの半分選択し、同じ送信アンテナを用いてそれらを比較する。非常に小さなアンテナから小さなアンテナに変更する場合に、15%の距離増加が見つけ出される。ダブルループアンテナから大6mmアンテナに変更する場合に、異なる送信アンテナについてのポイントの半分が33%の距離増加を示す。これは約159%の半径内で増加する。
【0058】
上の発見を要約すると、低インピーダンス送信アンテナが形作られうる。Q値は、銅管の周囲に沿った非一定な電流分布によりもたらされてもよい。
【0059】
別の実施形態は、銅管の代わりに銅バンドを用いる。銅バンドは、例えば、銅管のように形作られた銅の薄い層で形作られうる。
【0060】
受信アンテナのための小さなアンテナ領域にもかかわらず、最も小さなアンテナは1/2の距離で1ワットをなお受信できる。
【0061】
アンテナを取り巻きアンテナに接触する素材は極端に重要である。これらの素材は、良いQファクタを有していなければならない。PTFEは、アンテナ回路基板のための良い素材である。
【0062】
高電力送信アンテナのために、損失を減らすために理想的な電流フローについて形状が最適化される。電磁気シミュレーションは、高電流密度の領域を見つけ出すことを助けうる。
【0063】
一般的な構成および技術と、特に、より一般的な目的を実行する異なる方法をもたらすために用いられうる実施形態と、がここに記述される。
【0064】
数個の実施形態が上に詳細に記述されたとはいえ、その他の実施形態も可能であり、発明者はこれらが本明細書中に包含されるべきであると意図する。本明細書は、別の方法で達成されるかもしれない、より一般的な目的を達成するために特定の例を記述する。本開示が典型的であると意図されるし、特許請求の範囲は当業者に予想されるかもしれない任意の変化又は代案を包含すると意図される。例えば、上述が13.56Mhzで利用可能なアンテナを記述したとはいえ、その他の周波数値が用いられてもよい。
【0065】
また、発明者は、「手段」という語句を用いるこれら特許請求の範囲のみが35USC第112条第6段落の下で解釈されると意図する。更に、制限が特許請求の範囲に明確に含まれない限り、本明細書からの制限がほとんどないことは、いずれかの特許請求の範囲の中に示されると意図される。
【0066】
ここに記述された任意の動作および/又はフローチャートは、コンピュータ上で、又は手動で実行されてもよい。もしコンピュータ上で実行されるのであれば、汎用又はワークステーションのようなある特定の目的コンピュータのどちらか一方のように、コンピュータはどんな種類のコンピュータであってもよい。
【0067】
特定の数値がここに挙げられる限りは、いくつかの異なる範囲が特に挙げられない限り、本願の教えの中にとどまる間、その値は20%近く増加又は減少されてもよいとみなされるであろう。明細に記された論理的な意味が用いられる限りでは、逆の論理的な意味も包含されると意図される。
【優先権の主張】
【0001】
本願は、2007年9月13日出願の米国特許仮出願第60/972,194号に対する優先権を主張し、開示の全趣旨が参照によってここに組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
電磁界を導くために線の使用なしに、ソースから目的地に電気的なエネルギーを伝達することは望ましいことである。前述の試みの問題点は、導かれる電力の不十分な量に加えて低効率なことであった。
【0003】
2008年1月22日出願の「ワイヤレス装置および方法」と題された、米国特許出願第12/018,069を含んでいるが、これに限定されない我々の以前の出願および仮出願は参照によってここに組み込まれ、その開示の全内容は電力のワイヤレス伝導を記述する。
【0004】
システムは、例えば、共振の5%、共振の10%、共振の15%、又は共振の20%の範囲内でそれらの信号の周波数と概ね共振する、好ましくは共振アンテナとなるような送信および受信アンテナを用いることができる。アンテナは、アンテナのための利用可能な空間が制限されるかもしれないモバイルおよびハンドヘルドデバイスの中に取り付けることを可能にするために小さなサイズが好ましい。効率のよい電力伝達は、伝導電磁波の形をとって自由空間に電力を送るよりもむしろ送信アンテナのニアフィールドに電力を蓄積することによって、2つのアンテナ間で実行されてもよい。高品質係数を伴うアンテナが用いられてもよい。2つの高いQ値のアンテナは、一方のアンテナがもう一方のアンテナに電力を誘導し、ゆるく結合された変圧器と同様に反応するような場所に配置される。アンテナは、好ましくは1000以上であるQ値を有する。
【0005】
望ましい対象に適切にパッケージされうる/収められうるアンテナを用いることは重要である。例えば、24インチの直径が必要であるアンテナは携帯電話における用途にはインコンペイタブルであろう。
【発明の概要】
【0006】
本願は、ワイヤレス電力伝達のためのアンテナを記述する。例えば、より高いワイヤレス電力伝達効率等、より高い「Q」値を有するアンテナに持たせるための様態が開示される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
これらおよびその他の態様は、添付図面を参照して詳細に記述されるであろう。
【図1】図1は、磁気波に基づくワイヤレス電力送信システムのブロック図を示す。
【図1A】図1Aは、長方形回路基板上に収めるように意図した受信機アンテナの基本的なブロック図を示す。
【図2】図2は、特定のマルチターンアンテナの特定の設計図を示す。
【図3】図3は、特定のマルチターンアンテナの特定の設計図を示す。
【図4】図4は、プリント回路基板上に形作ったストリップアンテナを示す。
【図5】図5は、プリント回路基板上に形作ったストリップアンテナを示す。
【図6】図6は、送信アンテナを例証する。
【図7】図7は、送信アンテナを例証する。
【図8】図8は、送信アンテナを例証する。
【図9】図9は、調整可能な同調部を示す。
【図10】図10は、可動環によって形作られた同調部を示す。
【図11】図11は、アンテナループに沿った電圧および電流配給を示す。
【図12】図12は、アンテナを形作るために用いられるフランジでの電流の配給を示す。
【図13】図13は、アンテナに従って用いられる特定のフランジを示す。
【図14】図14は、アンテナに従って用いられる特定のフランジを示す。
【図15】図15は、アンテナのための伝達効率を示す。
【図16】図16は、異なる送信機受信機組み合わせのための電力伝達を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
基本的な実施形態が図1に示される。電力送信機アセンブリ100は、例えば、ACプラグ102のようなソースから電力を受け取る。周波数ジェネレータ104は、ここでは共振アンテナであるアンテナ110にエネルギーを結合するように用いられる。アンテナ110は、高いQ値の共振アンテナ部112に誘導的に結合される誘導ループ111を含む。共振アンテナは、半径RAを有しているN巻きのコイルループ113を含む。ここに可変コンデンサとして示されるコンデンサ114は、共振ループを形作るコイル113と直列である。本実施形態において、コンデンサは、コイルとは完全に別々の構成であるが、ある実施形態では、コイルを形作る線のキャパシタンス自身が、コンデンサ114を形作ってもよい。
【0009】
周波数ジェネレータ104は、好ましくはアンテナ110に同調されてもよいし、FCC規格のために選択されてもよい。
【0010】
本実施形態は多指向性アンテナを用いる。115は、全指向性における出力としてのエネルギーを示す。アンテナの出力の多くが電磁的に放射するエネルギーではなくむしろ変化のない磁界であるという意味では、アンテナ100は非放射である。勿論、アンテナからの出力の一部は、実際には放射するであろう。
【0011】
別の実施形態は、放射性アンテナを用いてもよい。
【0012】
受信機150は、送信アンテナ110から距離D離れて配置される受信アンテナ155を含む。受信アンテナは、誘導カップリングループ152に結合される、コイル部およびコンデンサを有している高いQ値の共振コイルアンテナ151である。カップリングループ152の出力は、整流器160で整流され、負荷に適用される。負荷は、例えば、白熱電球のような抵抗負荷、又は電気機具,コンピュータ,再充電可能なバッテリ,音楽再生器,あるいは自動車のような電子デバイス負荷等、任意のタイプの負荷であってもよい。
【0013】
磁界カップリングが実施形態として主にここに記述されるが、エネルギーは電界カップリング又は磁界カップリングのどちらか一方によって伝達されてもよい。
【0014】
電界カップリングは、開コンデンサ又は誘導性ディスクであるような、誘導的に負荷をかけられた電気双極子を提供する。外来の物体は、電界カップリング上で比較的強い影響を提供するかもしれない。磁界における外来の物体が「空の」空間と同じ磁性を有するので、磁界カップリングが好まれるかもしれない。
【0015】
本実施形態は、容量性の負荷をかけられた磁気双極子を用いる磁界カップリングを記述する。このような双極子は、共振状態のアンテナに電気的に負荷をかけるコンデンサと直列に接続する、少なくとも一つのループ又はコイル巻線を形作る線ループで形作られる。
【0016】
実施形態は13.56MHzで動作する2つのLC共振アンテナを用いるワイヤレスエネルギー伝達を記述する。異なるアンテナがここに記述される。実施形態は、出願人が最善だと考えた異なる構成を記述した。一つの実施形態によれば、ポータブルデバイスに収めるように意図される受信アンテナよりも送信アンテナは大きくてもよい。
【0017】
図1Aは、受信機アンテナの第1のデザインを例証する。この第1のデザインは、回路基板上に形作られるように意図される長方形のアンテナである。図1Aは、アンテナおよびその特徴を示す。受信機は、以下の式に従って、選択されうる。
【数1】
【0018】
ここで、Lはインダクタンス[H]であり、Nはターンの数[1]であり、wは長方形アンテナの平均幅[m]であり、hは長方形アンテナの平均高さ[m]であり、bは線半径[m]であり、Cは外部キャパシタンス[F](共振のための)であり、fはアンテナの共振周波数[Hz]であり、λは共振周波数の波長(c/f)[m]であり、σは用いられた素材の伝導率(銅=6・107)[S]であり、αは近接効果の影響(示されたアンテナに対して0.25)[1]であり、Qはクオリティファクタ[1]である。
【0019】
TがWよりも遥かに小さい、又は、Tがほぼ零に等しいと仮定する。特定の特徴に応じて、これらの公式がある一定の近似値を生じてもよい。
【0020】
図2は、「非常に小さい」とここに称される、受信機アンテナの第1の実施形態を示す。非常に小さな受信機アンテナは、例えば小さなモバイル電話、PDA、又はiPodのようなある種のメディアプレーヤデバイスに収めてもよい。一連の同心ループ200は、回路基板202上に形作られる。ループは、約40mm×90mmのワイヤスパイラルを形作る。第1および第2の可変コンデンサ205、210もアンテナの中に配置される。例えば、BMCコネクタのようなコネクタ220は、ループ202の終端を介して接続する。
【0021】
非常に小さなアンテナは、7ターンを備える40mm×90mmアンテナである。測定されたQ値は、13.56MHzの共振周波数で約300である。このアンテナは、約32pFの測定されたキャパシタンスも有する。用いられる回路基板201の回路基板素材は、全般的なQ値をもたらす、FR4(「フレームリターダント4」)素材である。PCBに用いられるFR−4は、四官能性エポキシ樹脂システムを備えて典型的にUV安定化される。それは典型的な二官能性エポキシ樹脂である。
【0022】
図3は、35pFのわずかに高いキャパシタンス、400のQ値、および6ターンを備える40×90mmアンテナの別の実施形態を示す。これは、PTFEの回路基板310上に形作られる。この実施形態によれば、シングル可変コンデンサ300および固定コンデンサ305がある。可変コンデンサは、33pFの固定キャパシタンスと共に、5および16pFの間で変動する。このアンテナは13.56MHzでの共振のために35pFのキャパシタンスを有する。
【0023】
このアンテナの増加したQ値の1つの理由は、これが7ターンアンテナではなく6ターンアンテナであるので、螺旋の最も内側のターンが取り去られることである。アンテナの最も内側の螺旋を取り去ることは、アンテナの大きさを効果的に増やす。アンテナの増加した大きさは、アンテナの実効的な大きさを増やす。それ故に、効率を増やすかもしれない。それゆえに、前述から発明者が気づいた1つのことは、より多いターン数に関連した実効的な大きさの減少がより大きいターン数を相殺するかもしれないことである。より少ないターン数アンテナが、指定された大きさに対してより大きい実効的な大きさを有しうるので、より少ないターン数アンテナは、より大きいターン数アンテナよりも時々効率がよくなりうる。
【0024】
別の実施形態は、7ターンを備えて60×100mmの面積を有する。キャパシタンスは、13.56MHz共振周波数で320pFである。PTFEの回路基板素材は、Q値を向上させるために用いられてもよい。
【0025】
中規模のアンテナは、より大きいPDA又はゲームパッドに用いるために意図される。これは、120×200mmの螺旋アンテナを用いる。
【0026】
実施形態においてアンテナは、13.56の共振周波数で320のQ値を形作る、7ターンを備える60×100mmの面積を有してもよい。22pFのキャパシタンス値が用いられうる。
【0027】
別の実施形態はシングルターン構成がアンテナのために最適であるかもしれないことを認める。図4はPC基板上でモバイル電話に用いられうるシングルターンアンテナを示す。図4は、シングルループデザインアンテナを例証する。これは、コンデンサ402を備えるシングルループ400である。アンテナおよびコンデンサの両者は、PC基板406上に形作られる。アンテナは、曲線的なエッジを備える89mm×44mmの長方形に、3.0mmの幅を備える伝導性素材のストリップである。1mmギャップ404は、エントリポイントでの部品間に残される。コンデンサ402は、1mmギャップ404の上に直に結合される。アンテナへの電気的な接続は、402の両方の側面に直に配置されるワイヤ410、412による。
【0028】
モバイル電話のための同等の大きさのマルチループアンテナが図5に示される。この図によれば、信号は500および502の間で受信される。これは、ワイヤで形作られてもよい、又は、PC基板上にまっすぐに形作られてもよい。これは71mmのエッジ長を備えるターン、2mmである各ベンドの半径を有する。
【0029】
860pFコンデンサが、13.56MHzで共振をこのアンテナにもたらすために用いられてもよい。コンデンサは、第1および第2の平坦な接続部を有する外面を備えるパッケージを有してもよい。
【0030】
発明者によって行われた実際の測定によれば、アンテナのQ値は160であった。なお、モバイル電話エレクトロニクスが屋内にある場合には70まで落ちた。おおよその測定は、アンテナが、送信アンテナとして作動する30mm銅管の大ループアンテナまで30cmの距離で約1Wの利用可能電力を受信したことであった。
【0031】
受信アンテナは、好ましくは回路基板のエッジの5%の範囲内にある。特に、例えば、もし回路基板が20mmの幅であるのならば、20mmの5%は1mmであり、アンテナは好ましくはエッジの1mmの範囲内にある。また、アンテナは、上述の例においてエッジの2mmの範囲内にあるであろう、エッジの10%の範囲内にあってもよい。これは、受信するために用いられる回路基板の量を最大にする。それ故に、Q値を最大にする。
【0032】
上述は多数の異なる受信アンテナを記述した。多数の異なる送信アンテナも組み立てられ、試された。各々の目的は、送信アンテナのクオリティファクタ「Q値」を増やすこと、および外部の構成によって又は自身の構成によってアンテナの可能な離調を減らすことであった。
【0033】
送信アンテナの多数の異なる実施形態がここに記述される。これらの実施形態の各々について、目的は、クオリティファクタを増やすこと、およびアンテナの離調を減らすことである。これを行う一つの方法は、少ない数のターンのアンテナのデザインにしておくことである。最も極端なデザインで、多分好ましいバージョンはシングルターンアンテナデザインである。これは、高電流レーティングを備える非常に低いインピーダンスアンテナを導きうる。これは抵抗を最大にし、実効的なアンテナの大きさを最大にする。
【0034】
これら低インピーダンスアンテナは、高電流レーティングを有する。しかしながら、シングルターンからの低インダクタンスは、共振のために必要とされたコンデンサの値を上げる。これは、低インダクタンス・キャパシタンス比を導く。これは、Q値を減らすかもしれないが、周囲を取り巻くものへの感度を増やすかもしれない。このタイプのアンテナにおいて、E界の多くはコンデンサに獲得される。低インダクタンス・キャパシタンス比は低い銅損失を提供する大きい表面積によって相殺される。
【0035】
送信アンテナの第1の実施形態が図6に示される。このアンテナは、ダブルループアンテナと称される。それは、15cmと同じくらい大きい直径を備えるコイル構成で形作られたアウターループ600を有する。それは、例えば、形が立方体である基部605上に取り付けられる。コンデンサ610は、基部の中に取り付けられる。これは、この送信機をデスク搭載送信機デバイスとしてパッケージされることを可能にするかもしれない。これは非常に効率のよい短い領域の送信機になる。
【0036】
図6のダブルループアンテナの実施形態は、より大きいループのために85mmの半径、より小さいカップリングループのためにおよそ20から30mmの半径、メインループにおいて2ターン、および13.56MHzの共振周波数のために1100のQ値を有する。アンテナは、120pFのキャパシタンス値によって共振値をもたらされる。
【0037】
85mm半径は、これをデスクデバイスとなるようによく適応させる。しかしながら、より大きいループは、より能率のよい電力伝達を創り出すかもしれない。
【0038】
図7は、送信機の領域を増やすかもしれない「より大きいループ」を例証する。これは、カップリング構成およびループの終端に結合されたコンデンサを備えるシングルループ700に配置した6mm銅管で形作ったシングルターンループである。このループは、比較的小さい表面を有し、それによって抵抗を制限し、よい性能を提供している。
【0039】
ループは、メインループ700、コンデンサ702、およびカップリングループ712の三者を固定する架台710上に取り付けられる。これは、全ての構成を一直線に並べておくことを可能にする。
【0040】
225mmメインループ、20−30mm直径のカップリングループを備えて、このアンテナは、150pFコンデンサを備え13.56MHzの共振周波数で980のQ値を有しうる。
【0041】
より最適化されたループアンテナは、高いQ値を獲得するために大きい管表面を備えて大きい面積と結合する、シングルターンアンテナを形作ってもよい。図8はこの実施形態を例証する。
【0042】
その大きい表面積のためにこのアンテナは、22ミリオームの高い抵抗を有する。なお、このほどほどに高い抵抗を考慮して、このアンテナは非常に高いQ値を有する。また、このアンテナは多様な電流分布を有するので、インダクタンスはシミュレーションによって測定されうる。
【0043】
このアンテナは、13.56Mhzの共振周波数でおよそ2600のQ値を示した、200mm半径の30mm銅管800、直径約20−30mmのカップリングループ810で形作られる。200pFコンデンサ820が用いられる(架台は図14に示されるようであってもよい)。
【0044】
しかしながら、上述されたように、このシステムのインダクタンスは変動しうる。従って、別の実施形態が図9に示される。この実施形態は、前述されたアンテナのいずれかを用いてもよい。アンテナ主要部(例えば、800のような)の近くに配置されうる変動構成900は、システムのキャパシタンスを共振に同調させるための可変キャパシタンスを提供してもよい。プレート回路基板、例えば、PTFE(テフロン)(登録商標)回路基板を備える910のようなコンデンサが用いられてもよい。
【0045】
より一般的に、ここに記述したPTFE/テフロンの全ての例証は、低タンジェントデルタの意味において低誘電体損失を備える任意の素材を代わりに用いてもよい。素材例は、低誘電体損失(タンジェントデルタ<200e−6@13.56MHz)を備えるその他のセラミック又は磁器、テフロンおよびテフロン派生物を含む。
【0046】
このシステムは、調整ねじ912を用いて回路基板910を滑動してもよい。これらは、およそ200kHzだけ共振の変化を可能にするプレートコンデンサの内又は外を滑動してもよい。
【0047】
このような形のコンデンサは、13.56Mhzで2000よりも大きいQ値を有すると判断されるテフロンの望ましい性能のために非常に小さい損失のみをアンテナに伝える。電流の少ない量がプレートコンデンサを通り、電流の多くはむしろアンテナのバルクキャパシタンス(例えば、ここでは200pF)を通るので、2つのコンデンサはQ値を増やしうる。
【0048】
別の実施形態は、図10に示されるようなその他の同調する方法を用いてもよい。このような実施形態の一つは、共振器800/820から離れる又は近づく同調部として非共振金属環1000を用いる。環は架台1002上に取り付けられ、ねじ制御部1004によって内および外に調整することができる。環は共振器の共振周波数から離調する。これは、顕著なQファクタの低下なしに約60kHzの領域を通じて変化しうる。この実施形態が用いられる環を記述する一方で、任意の非共振構成が用いられてもよい。
【0049】
共振ループ800/820および可動同調ループは、低いしかし調節可能なカップリングファクタを有するユニティ結合された変圧器のように共に作動する。この類似に続くように、同調ループは二次側のようであるが、短絡される。これは、短絡回路を共振器の一次側に変換する。その結果、カップリングファクタに依存する小さなフラクションによって共振器の全体のインダクタンスを減らす。これは、クオリティファクタを実質的に減らさずに共振周波数を増やすことができる。
【0050】
図11は、大きい送信機アンテナ上での全体の電流分布のシミュレーションを示す。ループ1100は、ループの外側の電流濃度よりも高い、ループの内側の表面上の濃度で示される。アンテナの内側では、電流密度は、コンデンサの反対側のトップで最も高く、コンデンサに向かって減少する。
【0051】
図12は、結合スポットにおける第1のホットスポットおよびフランジのエッジにおける第2のホットスポットのように接続フランジに2つのホットスポットもあることを例証する。これはループおよびコンデンサの間の接続が重要であることを示す。
【0052】
別の実施形態は、ホットスポットを取り去るためにアンテナを適合させる。これは、コンデンサを上の方へ移動すること、および、フランジの端又は長方形を切り払うことによって行われた。これは、電流フローにとってよりよい、滑らかにする機械構成になる。図13および図14は、これを例証する。図13は、銅のようなループ素材1299を取り付けたフランジ1300を例証する。図13において、コンデンサ1310は素材1200よりも大きい。フランジは、例えば、ループ素材1299およびコンデンサ1310の間を移行するはんだのような伝導素材である。遷移体は、示されるような曲線又は直線(例えば、台形を形作るような)であってもよい。
【0053】
アンテナホットスポットが最小化されるかもしれない別の方法は、例えば、電流を等しくするよう試みるために電流ホットスポットの近くに図9および図10のような、ある種の同調する形を用いることによる。
【0054】
図14は、素材1299と同じ大きさであるコンデンサ1400、および直線フランジである遷移体1401、1402を示す。
【0055】
多数の異なる素材が、別の実施形態に従って試験された。これらの試験の結果が表1に示される。
【表1】
【0056】
図15は、試験方法を用いて見つけ出した異なる受信機アンテナについての伝達効率を例証する。この試験は、アンテナが0.2Wを受信する場所である、各受信アンテナについて一つのポイントのみを測定することであった。曲線の残部は丸いアンテナを設計する計算によって加えられる。
【0057】
図16は、例えば、非常に小さなダブルループ、小さなダブルループ、大6mmから非常に小までのループ、および大6mmから小までのループ等、多数の異なるアンテナの組み合わせのためのシステム性能を例証する。このシステムは、異なる受信機アンテナであったポイントの半分選択し、同じ送信アンテナを用いてそれらを比較する。非常に小さなアンテナから小さなアンテナに変更する場合に、15%の距離増加が見つけ出される。ダブルループアンテナから大6mmアンテナに変更する場合に、異なる送信アンテナについてのポイントの半分が33%の距離増加を示す。これは約159%の半径内で増加する。
【0058】
上の発見を要約すると、低インピーダンス送信アンテナが形作られうる。Q値は、銅管の周囲に沿った非一定な電流分布によりもたらされてもよい。
【0059】
別の実施形態は、銅管の代わりに銅バンドを用いる。銅バンドは、例えば、銅管のように形作られた銅の薄い層で形作られうる。
【0060】
受信アンテナのための小さなアンテナ領域にもかかわらず、最も小さなアンテナは1/2の距離で1ワットをなお受信できる。
【0061】
アンテナを取り巻きアンテナに接触する素材は極端に重要である。これらの素材は、良いQファクタを有していなければならない。PTFEは、アンテナ回路基板のための良い素材である。
【0062】
高電力送信アンテナのために、損失を減らすために理想的な電流フローについて形状が最適化される。電磁気シミュレーションは、高電流密度の領域を見つけ出すことを助けうる。
【0063】
一般的な構成および技術と、特に、より一般的な目的を実行する異なる方法をもたらすために用いられうる実施形態と、がここに記述される。
【0064】
数個の実施形態が上に詳細に記述されたとはいえ、その他の実施形態も可能であり、発明者はこれらが本明細書中に包含されるべきであると意図する。本明細書は、別の方法で達成されるかもしれない、より一般的な目的を達成するために特定の例を記述する。本開示が典型的であると意図されるし、特許請求の範囲は当業者に予想されるかもしれない任意の変化又は代案を包含すると意図される。例えば、上述が13.56Mhzで利用可能なアンテナを記述したとはいえ、その他の周波数値が用いられてもよい。
【0065】
また、発明者は、「手段」という語句を用いるこれら特許請求の範囲のみが35USC第112条第6段落の下で解釈されると意図する。更に、制限が特許請求の範囲に明確に含まれない限り、本明細書からの制限がほとんどないことは、いずれかの特許請求の範囲の中に示されると意図される。
【0066】
ここに記述された任意の動作および/又はフローチャートは、コンピュータ上で、又は手動で実行されてもよい。もしコンピュータ上で実行されるのであれば、汎用又はワークステーションのようなある特定の目的コンピュータのどちらか一方のように、コンピュータはどんな種類のコンピュータであってもよい。
【0067】
特定の数値がここに挙げられる限りは、いくつかの異なる範囲が特に挙げられない限り、本願の教えの中にとどまる間、その値は20%近く増加又は減少されてもよいとみなされるであろう。明細に記された論理的な意味が用いられる限りでは、逆の論理的な意味も包含されると意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特定された周波数で磁気共振に同調される受信アンテナ部と、
少なくとも一つのモバイル電子部材と、
を具備し、
前記受信アンテナ部は、
回路基板と、
前記回路基板のエッジの近くおよび周りに伸び且つ前記回路基板の全体の距離のエッジの10%の範囲内にアウター直径を有する、伝導ループと、
前記回路基板に結合される容量性構成と、
前記回路基板に結合される接続構成と、を含み、
前記少なくとも一つのモバイル電子部材は、
前記受信アンテナ部によってワイヤレスで受信され且つ前記接続に接続される、電源によって電力供給される、モバイルデバイスのための受信アンテナアセンブリ。
【請求項2】
前記伝導ループは、
伝導素材のシングルループのみを含む、請求項1記載のアンテナ。
【請求項3】
前記伝導ループは、
互いに同心である伝導素材の複数のループを含み、
前記接続は、
前記回路基板のエッジに最も接近した前記ループの第1の部分と、前記回路基板の中心に最も接近した前記ループの第2の部分との間である、請求項1記載のアンテナ。
【請求項4】
前記容量性構成は、
前記回路基板に取り付けられた固定コンデンサを含む、請求項1記載のアンテナ。
【請求項5】
前記容量性構成は、
前記固定コンデンサと並列であり且つ前記回路基板に取り付けられた、可変コンデンサも含む、請求項1記載のアンテナ。
【請求項6】
前記受信部は、
13.56MHzの共振周波数に同調される、請求項1記載のアンテナ。
【請求項7】
前記受信することによって受信された信号を整流し、且つ前記電子部材にそこから電力を結合する、整流器を更に具備する、請求項1記載のアンテナ。
【請求項8】
回路基板と同じハウジング内にあり且つ前記アンテナによって電力供給されるように結合した、モバイルエレクトロニクスを更に具備する、請求項7記載のアンテナ。
【請求項9】
前記コンデンサが、
前記回路基板に取り付けられた可変コンデンサである、請求項1記載のアンテナアセンブリ。
【請求項10】
指定された周波数の信号を受信する接続部と、
前記信号を受信するために結合された第1のカップリングループと、
誘導ループ部および容量部を有する第2の送信アンテナと、
を具備し、
前記誘導部および容量部は、
前記指定された周波数で実質的に共振するLC定数を共に形作り、
前記容量部は、
前記ループ部の遠位終端の間で接続される、ワイヤレス電力送信アセンブリ。
【請求項11】
前記容量部は、
第1および第2の平坦な接続部を有する外面を有するパッケージの中にある、請求項10記載のアセンブリ。
【請求項12】
前記アンテナの少なくとも一部で電流ホットスポットを最小化する前記カップリングループにおける構成を更に具備する、請求項11記載のアセンブリ。
【請求項13】
前記カップリングループおよび前記平坦な接続部の間を結合するフランジを更に具備する、請求項12記載のアセンブリ。
【請求項14】
前記フランジは、
前記カップリングループおよび前記平坦な接続部の間に平坦な表面を形作る、請求項13記載のアセンブリ。
【請求項15】
前記フランジは、
前記カップリングループおよび前記平坦な接続部の間に曲折した表面を形作る、請求項13記載のアセンブリ。
【請求項16】
前記電流を等しくするために前記電流ホットスポットの近くに少なくとも一つの同調構成を用いることを更に具備する、請求項12記載のアセンブリ。
【請求項17】
アンテナインダクタンスを形作るメインループを固定し、且つコンデンサをパッケージングする第1のスタンド部を具備し、
前記スタンド部は、
前記メインループから電気的に切断され、且つメインループよりも小さいカップリングループを固定する第2の部分を有し、
前記カップリングループへの電気的な接続を有する、アンテナ。
【請求項18】
インダクタンスを定める丸いループの中に配置された伝導素材で形作られるメインループ部と、
全体のLC値を形作るために前記丸いループに結合される容量部と、
そのインダクタンスを変更することによって、前記メインループの誘導的な同調を変更するために調整可能である同調部と、
を具備する、アンテナ。
【請求項19】
前記同調部は、
前記メインループからより離れうる、および前記メインループにより接近しうる、コンデンサを含む、請求項18記載のアンテナ。
【請求項20】
前記同調部は、
前記メインループの少なくとも一部により接近して移動することができ、且つ前記メインループの少なくとも一部からより離れて移動することができる、非共振部を含む、請求項18記載のアンテナ。
【請求項20】
前記同調部は、
前記メインループの一部のみのインダクタンスを変更する、および、前記メインループにより接近して移動することができ、且つ前記メインループからより離れて移動することができる、部分を含む、請求項18記載のアンテナ。
【請求項21】
前記部分は、
前記ループ上で電流ホットスポットの近くに配置される、請求項20記載のアンテナ。
【請求項22】
前記アンテナは、
磁気周波数へ共振する、請求項18記載のアンテナ。
【請求項23】
前記アンテナは、
電力接続を含む、請求項22記載のアンテナ。
【請求項24】
低誘電体損失を備え、および200×10−6よりも小さい低タンジェントデルタを備える素材の前記回路基板を形作ることを更に具備する、請求項1記載のアンテナ。
【請求項25】
前記回路基板は、
PTFEで形作られる、請求項24記載のアンテナ。
【請求項26】
前記回路基板は、
高いQ値の素材で形作られる、請求項1記載のアンテナ。
【請求項1】
特定された周波数で磁気共振に同調される受信アンテナ部と、
少なくとも一つのモバイル電子部材と、
を具備し、
前記受信アンテナ部は、
回路基板と、
前記回路基板のエッジの近くおよび周りに伸び且つ前記回路基板の全体の距離のエッジの10%の範囲内にアウター直径を有する、伝導ループと、
前記回路基板に結合される容量性構成と、
前記回路基板に結合される接続構成と、を含み、
前記少なくとも一つのモバイル電子部材は、
前記受信アンテナ部によってワイヤレスで受信され且つ前記接続に接続される、電源によって電力供給される、モバイルデバイスのための受信アンテナアセンブリ。
【請求項2】
前記伝導ループは、
伝導素材のシングルループのみを含む、請求項1記載のアンテナ。
【請求項3】
前記伝導ループは、
互いに同心である伝導素材の複数のループを含み、
前記接続は、
前記回路基板のエッジに最も接近した前記ループの第1の部分と、前記回路基板の中心に最も接近した前記ループの第2の部分との間である、請求項1記載のアンテナ。
【請求項4】
前記容量性構成は、
前記回路基板に取り付けられた固定コンデンサを含む、請求項1記載のアンテナ。
【請求項5】
前記容量性構成は、
前記固定コンデンサと並列であり且つ前記回路基板に取り付けられた、可変コンデンサも含む、請求項1記載のアンテナ。
【請求項6】
前記受信部は、
13.56MHzの共振周波数に同調される、請求項1記載のアンテナ。
【請求項7】
前記受信することによって受信された信号を整流し、且つ前記電子部材にそこから電力を結合する、整流器を更に具備する、請求項1記載のアンテナ。
【請求項8】
回路基板と同じハウジング内にあり且つ前記アンテナによって電力供給されるように結合した、モバイルエレクトロニクスを更に具備する、請求項7記載のアンテナ。
【請求項9】
前記コンデンサが、
前記回路基板に取り付けられた可変コンデンサである、請求項1記載のアンテナアセンブリ。
【請求項10】
指定された周波数の信号を受信する接続部と、
前記信号を受信するために結合された第1のカップリングループと、
誘導ループ部および容量部を有する第2の送信アンテナと、
を具備し、
前記誘導部および容量部は、
前記指定された周波数で実質的に共振するLC定数を共に形作り、
前記容量部は、
前記ループ部の遠位終端の間で接続される、ワイヤレス電力送信アセンブリ。
【請求項11】
前記容量部は、
第1および第2の平坦な接続部を有する外面を有するパッケージの中にある、請求項10記載のアセンブリ。
【請求項12】
前記アンテナの少なくとも一部で電流ホットスポットを最小化する前記カップリングループにおける構成を更に具備する、請求項11記載のアセンブリ。
【請求項13】
前記カップリングループおよび前記平坦な接続部の間を結合するフランジを更に具備する、請求項12記載のアセンブリ。
【請求項14】
前記フランジは、
前記カップリングループおよび前記平坦な接続部の間に平坦な表面を形作る、請求項13記載のアセンブリ。
【請求項15】
前記フランジは、
前記カップリングループおよび前記平坦な接続部の間に曲折した表面を形作る、請求項13記載のアセンブリ。
【請求項16】
前記電流を等しくするために前記電流ホットスポットの近くに少なくとも一つの同調構成を用いることを更に具備する、請求項12記載のアセンブリ。
【請求項17】
アンテナインダクタンスを形作るメインループを固定し、且つコンデンサをパッケージングする第1のスタンド部を具備し、
前記スタンド部は、
前記メインループから電気的に切断され、且つメインループよりも小さいカップリングループを固定する第2の部分を有し、
前記カップリングループへの電気的な接続を有する、アンテナ。
【請求項18】
インダクタンスを定める丸いループの中に配置された伝導素材で形作られるメインループ部と、
全体のLC値を形作るために前記丸いループに結合される容量部と、
そのインダクタンスを変更することによって、前記メインループの誘導的な同調を変更するために調整可能である同調部と、
を具備する、アンテナ。
【請求項19】
前記同調部は、
前記メインループからより離れうる、および前記メインループにより接近しうる、コンデンサを含む、請求項18記載のアンテナ。
【請求項20】
前記同調部は、
前記メインループの少なくとも一部により接近して移動することができ、且つ前記メインループの少なくとも一部からより離れて移動することができる、非共振部を含む、請求項18記載のアンテナ。
【請求項20】
前記同調部は、
前記メインループの一部のみのインダクタンスを変更する、および、前記メインループにより接近して移動することができ、且つ前記メインループからより離れて移動することができる、部分を含む、請求項18記載のアンテナ。
【請求項21】
前記部分は、
前記ループ上で電流ホットスポットの近くに配置される、請求項20記載のアンテナ。
【請求項22】
前記アンテナは、
磁気周波数へ共振する、請求項18記載のアンテナ。
【請求項23】
前記アンテナは、
電力接続を含む、請求項22記載のアンテナ。
【請求項24】
低誘電体損失を備え、および200×10−6よりも小さい低タンジェントデルタを備える素材の前記回路基板を形作ることを更に具備する、請求項1記載のアンテナ。
【請求項25】
前記回路基板は、
PTFEで形作られる、請求項24記載のアンテナ。
【請求項26】
前記回路基板は、
高いQ値の素材で形作られる、請求項1記載のアンテナ。
【図1】
【図1A】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図1A】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【公表番号】特表2010−539876(P2010−539876A)
【公表日】平成22年12月16日(2010.12.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−525059(P2010−525059)
【出願日】平成20年9月14日(2008.9.14)
【国際出願番号】PCT/US2008/076335
【国際公開番号】WO2009/036406
【国際公開日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【出願人】(595020643)クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】QUALCOMM INCORPORATED
【Fターム(参考)】
【公表日】平成22年12月16日(2010.12.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年9月14日(2008.9.14)
【国際出願番号】PCT/US2008/076335
【国際公開番号】WO2009/036406
【国際公開日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【出願人】(595020643)クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】QUALCOMM INCORPORATED
【Fターム(参考)】
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