無給電アンテナを使用する無線電力範囲増大
【課題】無給電アンテナを使用する無線電力範囲増大を提供する。
【解決手段】無線電力転送は、磁気共振器の一部である第一のアンテナを使用して作り出され、第一のアンテナのエリアに磁場を作り出す。１つ以上の無給電アンテナがその電力を再送して、電力がより効率的に受信されるローカルエリアを作り出す。
【解決手段】無線電力転送は、磁気共振器の一部である第一のアンテナを使用して作り出され、第一のアンテナのエリアに磁場を作り出す。１つ以上の無給電アンテナがその電力を再送して、電力がより効率的に受信されるローカルエリアを作り出す。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
この出願は、２００７年１１月２８日に提出された仮出願６０／９９０，９０８号から優先権を請求し、その開示の全内容は参照によってこれに組み込まれる。
【０００２】
我々の先の出願は磁気機械システムを説明した。ナイジェルパワーＬＬＣ（Nigel Power LLC）による先の出願は、実質的無変調搬送波で磁気信号を送る送信機を使用する無線電力供給および／または充電システムを説明した。受信機は、送信機の放射場からエネルギーを抽出する。抽出されるエネルギーは、ロードに電力を供給したりバッテリーを充電したりするために整流され使用され得る。
【０００３】
我々の先の出願は、結合磁気共振を使用する電気エネルギーの非放射転送を説明する。非放射は、受信および送信アンテナの両方が波長と比較して小さいことを意味し得、したがって、ヘルツ波に関して低い放射効率を有する。高い効率は、送信共振器と受信共振器の間で得ることができる。
【発明の概要】
【０００４】
本出願は、この電力伝送が無給電アンテナを使用して起こり得る範囲を拡張することを説明する。
【０００５】
別の相は、無給電アンテナを同調することを説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、メインおよび無給電伝送アンテナの両方を使用する無線電力伝送のブロック図を示す。
【図２】図２は、部屋のエッジのまわりのアンテナを示す。
【図３】図３は、ドアと窓を迂回するために部屋の異なるレベルにあるアンテナを示す。
【図４】図４は、無給電アンテナのためのマッチング回路構成を示す。
【図５】図５は、電場強度分布を示す。
【図６】図６は、無給電アンテナを示す。
【図７】図７は、切替コンデンサの回路図を示す。
【図８】図８は、磁場の強さを示す。
【図９】図９は、可変面積アンテナを示す。
【図１０】図１０は、結合ループとアンテナを示す。
【図１１】図１１は、離調対結合係数を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、転送効率を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、転送効率を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
非放射エネルギー転送の古典的原理はファラデーの誘導法則に基づいている。送信機は一次側を形成し、受信機は、伝送距離で分離された二次側を形成する。一次側は、交流磁場を発生する送信アンテナを表わす。二次側は、ファラデーの誘導法則を使用して、交流磁場から電力を抽出する受信アンテナを表わす。
【数１】
【０００８】
ここで、∇×E（ｔ）は、交流磁場によって発生される電場の回転を表す。
【０００９】
しかしながら、発明者らは、一次側と二次側の間に存在する弱い結合が漂遊インダクタンスと見なされ得ることを認める。この漂遊インダクタンスは次に、リアクタンスを増大させ、それ自体が一次側と二次側の間のエネルギー転送を妨げ得る。
【００１０】
この種の弱い結合システムの転送効率は、動作周波数のリアクタンスの正反対に同調されたコンデンサを使用することによって改善することができる。システムは、このように同調されると、その動作周波数で共振する補償トランスになる。そして、電力転送効率は、一次側と二次側の損失によって単に制限される。これらの損失はそれ自体、それらの品質またはＱ値によって規定される。
【００１１】
漂遊インダクタンスの補正も、電力転送を最大にするためにソースとロードのインピーダンス整合の一部と見なされ得る。したがって、この方法におけるインピーダンス整合は電力転送の量を増大させることができる。
【００１２】
今の実施形態によれば、部屋内のいかなる場所に配置され得る無線給電装置に電力を供給するための技術が説明される。実施形態は部屋全体に電力を供給し、受信機の正確な位置と無関係に、受信機のための電力を部屋のいかなる場所にも提供する。
【００１３】
ここに開示される技術は、１３５ｋＨｚ、いわゆるＩＳＭ帯の周波数で作動する。しかしながら、他の技術は他の周波数で作動し得る。たとえば、他の実施形態は１３．５６ＭＨｚの周波数で作動し得る。
【００１４】
ある実施形態は、ここに無給電アンテナと呼ばれる受動リピータを使用して、無線電力の範囲を拡張する。電力は、無線送信機から範囲内のすべての無給電アンテナに転送される。これらの無給電アンテナは、最大電力伝送のエリアを作り出す同調共振器を形成する。無線電力受信機は無給電アンテナの範囲内にある。
【００１５】
図１はブロック図を示している。「ロングレンジ」部屋アンテナ１００は、磁気周波数発生器１０５と増幅器１１０によって磁気電力が与えられ得る。磁気発生器１０５は、アンテナ１００と共振関係にある周波数を有する出力を生成し得る。アンテナ１００は、示される誘導ループ１０１と分離コンデンサ１０２で作られる。別の実施形態では、ループ１０１の自己容量がコンデンサとして役立ち得る。ループとコンデンサにＬＣ定数は、発生器と増幅器によって作り出される周波数と実質的に共振関係にある。
【００１６】
これは、アンテナ１００の近くに磁場エリアを作り出す。ある実施形態では、アンテナ１００は、部屋の周囲を横切り得る。しかしながら、アンテナ１００は、ループアンテナの内部に、ループの外部に生成するのと同量の信号を生成するので、部屋の中心のより近くにアンテナを置くほうが効率的であり得る。したがって、一実施形態は、アンテナを、たとえばフロア内に、またはテーブルの縁に沿って置き得る。１２５などの任意の受信機は、部屋アンテナ１００から電力を直接受信することができ、またアンテナ１２０から再放射電力を受信することができる。
【００１７】
無給電アンテナ１２０はアンテナ１００から磁場電力を受信し、１２０に近いエリアに再放射する。受信機１２５は磁気電力の受信機であり得る。
【００１８】
１２６，１２７として示される他の受信機もまた同じ手法で電力を受信することができ、メインアンテナ１００からそれらの電力の一部またはすべてを、また他の無給電アンテナ１３０によって再放射される電力の一部を受信する。あるいは、この実施形態では、受信機１２６と１２７は無給電アンテナ１３０だけから電力を受信することが示される。また別の受信機１２８は、無給電アンテナの近くになく、したがって、メインアンテナ１００だけから磁気送信電力を受信する。
【００１９】
ループアンテナは磁場に対してすべて同じ指向を有してもよく、あるいは磁場に対してそれぞれ異なる指向を有してもよい。
【００２０】
電力を中継する受信機アンテナの能力は、受信機アンテナと部屋アンテナの間の結合に主に依存し得る。この結合は、今度は、受信機アンテナと部屋アンテナの間の面積比を含む多くの要因に依存し得る。しかしながら、受信機アンテナは、それを包含する携帯機器のサイズによってサイズが限定され得る。無給電アンテナは、それらが、必要とする電力を受信し再送信することを可能にする十分に大きい面積を有することができる。
【００２１】
別の重要な特徴はアンテナの品質値である。無給電アンテナは、隠すことができ、また任意のサイズにできるので、より高いＱ値を有することができる。
【００２２】
低周波を使用するある実施形態は、一般に、誘導子のモア条件（more terms）を、そして高周波で使用されるそれらを使用し得る。一実施形態は、アンテナ１００そしてまた無給電アンテナの一部としてアンテナ材料の多重巻きを使用し得る。一実施形態は、巻き数の増大によって引き起こされる増大するオーム損失を補償するために「リッツワイヤ」などのストランドワイヤを使用し得る。オーム損失は、低抵抗性ワイヤを使用して低減することができる。
【００２３】
リッツワイヤは特別の種類のストランドワイヤであり、各単一ストランドが他のストランドから電気的に隔離されている。リッツワイヤは、ワイヤの有効断面積を増大させ、それによって表皮および近接効果を部分的に補償する。
【００２４】
より一般に、ある実施形態は、ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる任意の物質を使用し得る。
【００２５】
下記は、従来ワイヤとリッツワイヤの差を示している。
【数２】
【００２６】
計算とシミュレーションに基づいて、出願人は、リッツワイヤのＡＣ抵抗が、同じを有する比較可能な従来ワイヤのＡＣ抵抗よりも約５０〜８０％低いことを発見した。
【００２７】
最終的アンテナのインダクタンスは、アンテナの動作の効率にとって非常に重要な係数であり得る。インダクタンスは次のように表現することができる。
【数３】
【００２８】
係数ＫＡはアンテナの形に依存する。長方形のアンテナについては、ＫＡは次式によって与えられる。
【数４】
【００２９】
円形アンテナについては、ＫＡは次式によって与えられる。
【数５】
【００３０】
ループアンテナの放射抵抗は次式によって与えられる。
【数６】
【００３１】
動的アンテナの標数もこれらの公式を使用して計算することができる。このアンテナの全抵抗は、オーム損失ＲＡＣと放射抵抗Ｒｒａｄと媒体損失抵抗Ｒｍｅｄによって形成される。媒体損失抵抗は、アンテナが設置された部屋からの損害を形づくる。部屋の金属部品は媒体のように作用する。この媒体は、下記のその複素透磁率によって規定することができる。
【数７】
【００３２】
これに基づいて、媒体損失抵抗は次のように規定される。
【数８】
【００３３】
ここでｕ”ｒは、たとえば次のように、媒体の比透磁率として、測定することができる。
【数９】
【００３４】
この値は、異なる部屋について変化し得、各部屋はそれ自体の媒体を規定する。
【００３５】
図２は、ロングレンジアンテナとも呼ばれる部屋アンテナを示している。このアンテナは、そのサイズによってロングレンジであり得る。通常、このタイプのアンテナは大きいほど、磁気電力を受取体に結合する能力が高い。実施形態は、ほぼ１２ｍ×５．５ｍのサイズを有する特別試験部屋を使用する。アンテナは、アイテムが置かれるテーブルの高さに設置することができるが、フロアに置くこともでき、その場合、より容易に隠すことができる。
【００３６】
一実施形態は、ＲＧ２１３Ｕ同軸ケーブルから試験アンテナを構築した。この同軸ケーブルの外側誘導子だけが使用された。この実施形態では、アンテナが大きいので、自己容量システムを使用することができる。
【００３７】
図２の実施形態は、部屋の完全な周囲を囲む地面上の四巻きを使用する。測定値は以下の通りだった。
【表１】
【００３８】
他の実施形態は異なる値を有し得る。この実施形態では、Ｑは部屋の特性のために予想よりも低かった。
【００３９】
この媒体の事実上の単一巻きアンテナは多重巻きアンテナと同じ性能を提供することが実験によってわかった。たとえば、異なる高さについての異なるパラメータは同様の値を生成した。
【表２】
【００４０】
アンテナはまた、壁から約１ｍだけ離して地面から異なる高さに置くことができる。以下は、壁から１ｍだけ離間したアンテナについての結果を示している。
【表３】
【００４１】
別の実施形態は、図３に示され、いくらかの量だけ地面から持ち上げられ、さらにドアと窓を迂回するために区域３０５，３１０が持ち上げられたアンテナを有している。このアンテナについての測定値は以下の通りである。
【表４】
【００４２】
ロングレンジアンテナ１００は高電力を運び得る。ＬＣ値と５０オーム整合を提供するアンテナのための回路が図４に示される。ある実施形態によれば、特別のコンデンサバンクと結合トランスがアンテナに使用される。この装置の値は次の通りであってよい。
【表５】
【００４３】
ある実施形態では、アンテナは、ほぼ１５０Ｗの定格電力を運び得る。しかしながら、この定格電力に近い電力レベルにおいて、コンデンサバンクは、１２ａｍｐｓの電流、４００Ｖの総電圧を運ぶ。これは４．８ｋＶＡの無効電圧に相当する。
【００４４】
したがって、ある実施形態では、コンデンサバンクはトランスの二次側に設けられる。トランスの一次側にコンデンサバンクを配置することは、無効電力がトランスを通り抜け、それによりインダクタンスと容量の間で振動することを必要とする。これはトランスサイズを増大させる。
【００４５】
多くの部屋は多くの金属物を有しており、したがって生来的に損失が大きい。アンテナはまた、適度に大きいサイズを有するように意図される。したがって、このシステムの標数は、それを人々の接近と移動に対して生来的に影響されなくする。本質的には、これは、任意の人によってカバーされる面積が一般的に小さい、たとえばアンテナの面積の１０％未満であることによる。このアンテナの同調は一般的に、これらの生来的特徴のために必要にならない。
【００４６】
ある実施形態の動作では、ロングレンジアンテナの固定設置は、試験室全体の至る所に磁場を作り出し、約６０Ｗの送信電力を作り出す。測定された実際の結果が図５に示される。この三次元グラフは、ドアのまわりでピーク点にあるケーブルループによる壁に沿ったピークを示す。磁場の強さはまた裏壁に向かって増大しているが、これは、この壁が有する試験部屋の金属部品が他の壁と比較して少ないからである。磁場の強さは、二重窓の金属枠体のために窓側で減少している。
【００４７】
一実施形態は、アンテナのループをある壁に沿って、たとえばより多くの信号または一般に適量を必要とする部屋のエリア内に配置することによって、この効果を利用し得る。
【００４８】
アンテナループの適切な設計は、これらのホットスポットを最小にしたり、これらのホットスポットに補足アンテナを提供したりするかもしれない。部屋の中央部では、磁場の強さは多くの場合ほとんど一定である。
【００４９】
電力は、送信電力の平方根に比例する。したがって、送信電力を２倍にすることは、部屋の電力密度を√２倍に増大させ得る。
【００５０】
部屋内の磁場も測定されたが、６０ワットの送信電力においてすべての点において安全限度内にとどまる。
【００５１】
図６は、ある実施形態にしたがって使用される無給電アンテナを示している。第一の実施形態は、１２０×０．１ｍｍ直径高周波リッツワイヤで作られた１４巻きループ６００を使用する。ループのインダクタンスは、巻きごとの間隔を含む多くの要因によって影響を受け、巻き間の間隔が小さいほど、インダクタンスは高くなり、したがってより高い品質値になる。
【００５２】
実施形態では、巻きは、熱接着剤で充てんされて正確な位置に固定される。ガイドが使用されてもよい。間隔を置いて巻くについての巻きの下限はアンテナの必要耐電圧である。たとえば、２０Ｗにおいては、１Ｋ無効電圧があってよく、７５Ｖの巻線間電圧をもたらす。図６に示されたアンテナは、インダクタンスを形成する１４巻きループ６００と、メインループ６００に接続されていない単巻き「結合ループ」６０６を有している。図６は、額縁に組み込まれたアンテナを示している。
【００５３】
無給電アンテナの容量は、バルク容量６００と可変容量によって形成される。この実施形態の可変容量は、コンデンサバンク６０３の切り替えを制御するステップスイッチ６０４によって形成される。
【００５４】
図７は、無給電アンテナを同調するために使用することができるコンデンサバンクを示している。バルク容量６０２は、多重接点スイッチ７００を介して接続されたチューナブル容量６０３と並列であり得る。スイッチ位置１は、余分な容量がなく、バルク容量だけを提供する。ある実施形態によれば、これは、１３７ｋＨｚの共振周波数を提供する。より多くの容量が、異なるスイッチ位置に切り替えることによってコンデンサバンクに並列に追加することができる。位置２は、たとえば、９０ｐｆ容量を提供し、位置３は１６０ｐＦを提供する。１３５ｋＨｚ共振周波数は位置３において実現される。位置６（３３０ｐｆ）は周波数を１３２ｋｈｚに同調し得る。
【００５５】
アンテナは、近くの金属物体によって離調され得、より多くの容量を追加することによって周波数偏移が修正され得る。追加容量は品質値を低下させ得るが、それは共振回路のＬＣ比が低減されるからである。
【００５６】
アンテナの発生磁場内の各金属物体は、アンテナの総インダクタンスの一部を補償し、したがってアンテナの共振周波数を上昇させることになる。アンテナは実質的電場を有していない。したがって、誘電体物質の存在は、アンテナに影響をほとんど及ぼさない。したがって、ある実施形態のタイプの低周波アンテナは、離調効果によって上方へ遷移する共振周波数を有する。本システムによる同調補償システムは、したがって常に共振を下方に引き下げて非対称同調範囲を提供する。
【００５７】
ある実施形態の無給電アンテナは続く標数を有する。
【表６】
【００５８】
別の実施形態は、一緒に追加して全体の容量を増大させる複数の小さいコンデンサを使用し得る。
【００５９】
また別の実施形態は、半導体スイッチまたはリレーを使用して容量を変更し得る。
【００６０】
別の補償システムが図８に示される。これは、無給電アンテナ６００の磁場内に短絡ループ部８００を提供する。これは、Ｈ場の一部が補償されるようにし、それによって無給電アンテナのインダクタンスを低下させる。インダクタンスは低いほど、一定容量に対して高い共振周波数をもたらす。したがって、この技術も、アンテナの共振周波数を同調するために使用することができる。共振周波数の補正の量は、メイン送信アンテナ６００の面積と補正アンテナ８００の面積の比に依存する。短絡ループの面積は影響の量を規定し、小さいループほど、大きいものよりも、与える影響が少ない。
【００６１】
この技術の考えられ得る損失は、短絡ループが無給電アンテナの全体的なＱ値を下方に低下させることである。
【００６２】
別の実施形態は、面積が機械的に変化可能である短絡ループを実施し得る。図９は、その標数を移動させる能力によってループが可変面積を有する実施形態を示している。図９のループは、銅めっき棒を備えた三角形のループである。第一の棒９０２と第二の棒９０４は、９０３などの中心回転可能カップリングを介して互いに連結されている。棒９０２，９０４はまた、可動部品９０６，９０７を介して互いに連結されている。部分９０６，９０７は互いに関して変動し、部９１０，９１１，９１２を軸として旋回することができる。ばね９１５は、アンテナを折りたたむことと広げることを支援し得る。実施形態では、メイン棒９０２，９０４は長さがＸであり、折りたたみ棒９０６，９０７は長さがＸ／２である。三角形は、三角形の上部角を引くことによって変形される。しかしながら、引く力が小さくなると、ばね９１５が三角形を閉じ、面積を小さくする。
【００６３】
長方形と台形を含むさまざまな形もまたこの目的のために使用することができる。
【００６４】
受信機アンテナが図１０に示される。この実施形態によれば、受信機アンテナは、７０巻きループの高周波リッツワイヤで作ることができる。受信機アンテナ１０００は、各層が１４巻きで五層に巻かれた巻きを有することができる。これは、ワイヤのスタック１００２が本質的に、移動体装置のエッジのまわりに一体化することができる周囲を規定する矩形プロファイルを形成することができる。アンテナパラメータは次の通り示される。
【表７】
【００６５】
このシステムはまた、受信アンテナから完全に独立した結合ループを使用することができる。結合ループは、たとえば、三巻きループ１００５とすることができる。
【００６６】
アンテナ間の結合が増大して、アンテナが互いのインダクタンスに影響を及ぼして始めると、アンテナ離調が生じ、したがって共振周波数に影響を及ぼし得る。これは、アンテナの強い離調を引き起こす。したがって、無線受信機が無給電ループに近づきすぎると、脱結合が生じることがある。シミュレーションと測定は、二つのアンテナ間の電力転送に対する結合係数の影響を示す図１１のグラフを生成する。
【００６７】
アンテナ間の調整可能な結合が、この離調を避けるために使用され得る。複数の中間引き出し口が、アンテナの巻きに追加し、結合ループとして使用することができる。結合の強さは、中間引き出し口間で切り替えることによって変更することができる。
【００６８】
システム効率は、システムが電力を受信機にどのように転送するかを規定する。システム効率は、ロングレンジアンテナと無給電ループの間の転送効率、ロングレンジアンテナと受信機の間の転送効率と、ロングレンジアンテナと受信機に無給電ループの間の転送効率によって規定される。
【００６９】
ここに説明した特定の試験装置のための代表的な結果が図１２Ａと１２Ｂに示される。図１２Ａは単一ホップ転送効率を示し、図１２Ｂは二重ホップ転送効率を示している。
【００７０】
上に与えられた測定は、無給電アンテナの使用が、部屋の境界のために生じ得る損失を補償できることを確認する。無給電アンテナは、既存の物質のよりよい使用を可能にする。さらに、これらは、１３０ｋＨｚにおいてメーターあたり１２５．４ａｍｐｓのＩＥＥＥとＮＡＴＯ規定暴露限度内にとどまることができ、それは、無給電アンテナを使用する６０Ｗの送信電力において部屋内の任意の点において適合することができる。
【００７１】
少数の実施形態だけが上に詳細に開示されたが、他の実施形態が可能であり、発明者はこれらがこの明細書に包含されると意図している。明細書は、別の方法で実施され得るより一般的なゴールを実施する特定の例を説明している。この開示は、代表的であるように意図されており、請求項は、この分野の通常の技能を有する人に予測可能であろうあらゆる変更や代替案に及ぶように意図されている。たとえば、他のサイズや物質や接続が使用されてもよい。磁場を受信するために他の構造が使用されてもよい。一般に、一次側結合機構として、磁場の代わりに電場が使用することができる。他の種類の磁石と他の形のアレイが使用することができる。
【００７２】
また発明者は、単語「ための手段」を使用するそれらの請求項だけが３５ＵＳＣ１１２第六段落の下で解釈されることを意図している。さらに、明細書にない限定は、それらの限定が請求項に明らかに含まれていないならば、任意の請求項に読み込まれるようには意図されていない。
【００７３】
特定の数値がここに言及される場合、値は、２０％までは増大または減少されてよく、ある異なる範囲が特に言及されないかぎり、本出願の教示内にまだとどまっていると見なすべきである。特定の論理感覚が使用される場合、反対の論理感覚も包含されるように意図されている。
【背景技術】
【０００１】
この出願は、２００７年１１月２８日に提出された仮出願６０／９９０，９０８号から優先権を請求し、その開示の全内容は参照によってこれに組み込まれる。
【０００２】
我々の先の出願は磁気機械システムを説明した。ナイジェルパワーＬＬＣ（Nigel Power LLC）による先の出願は、実質的無変調搬送波で磁気信号を送る送信機を使用する無線電力供給および／または充電システムを説明した。受信機は、送信機の放射場からエネルギーを抽出する。抽出されるエネルギーは、ロードに電力を供給したりバッテリーを充電したりするために整流され使用され得る。
【０００３】
我々の先の出願は、結合磁気共振を使用する電気エネルギーの非放射転送を説明する。非放射は、受信および送信アンテナの両方が波長と比較して小さいことを意味し得、したがって、ヘルツ波に関して低い放射効率を有する。高い効率は、送信共振器と受信共振器の間で得ることができる。
【発明の概要】
【０００４】
本出願は、この電力伝送が無給電アンテナを使用して起こり得る範囲を拡張することを説明する。
【０００５】
別の相は、無給電アンテナを同調することを説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、メインおよび無給電伝送アンテナの両方を使用する無線電力伝送のブロック図を示す。
【図２】図２は、部屋のエッジのまわりのアンテナを示す。
【図３】図３は、ドアと窓を迂回するために部屋の異なるレベルにあるアンテナを示す。
【図４】図４は、無給電アンテナのためのマッチング回路構成を示す。
【図５】図５は、電場強度分布を示す。
【図６】図６は、無給電アンテナを示す。
【図７】図７は、切替コンデンサの回路図を示す。
【図８】図８は、磁場の強さを示す。
【図９】図９は、可変面積アンテナを示す。
【図１０】図１０は、結合ループとアンテナを示す。
【図１１】図１１は、離調対結合係数を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、転送効率を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、転送効率を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
非放射エネルギー転送の古典的原理はファラデーの誘導法則に基づいている。送信機は一次側を形成し、受信機は、伝送距離で分離された二次側を形成する。一次側は、交流磁場を発生する送信アンテナを表わす。二次側は、ファラデーの誘導法則を使用して、交流磁場から電力を抽出する受信アンテナを表わす。
【数１】
【０００８】
ここで、∇×E（ｔ）は、交流磁場によって発生される電場の回転を表す。
【０００９】
しかしながら、発明者らは、一次側と二次側の間に存在する弱い結合が漂遊インダクタンスと見なされ得ることを認める。この漂遊インダクタンスは次に、リアクタンスを増大させ、それ自体が一次側と二次側の間のエネルギー転送を妨げ得る。
【００１０】
この種の弱い結合システムの転送効率は、動作周波数のリアクタンスの正反対に同調されたコンデンサを使用することによって改善することができる。システムは、このように同調されると、その動作周波数で共振する補償トランスになる。そして、電力転送効率は、一次側と二次側の損失によって単に制限される。これらの損失はそれ自体、それらの品質またはＱ値によって規定される。
【００１１】
漂遊インダクタンスの補正も、電力転送を最大にするためにソースとロードのインピーダンス整合の一部と見なされ得る。したがって、この方法におけるインピーダンス整合は電力転送の量を増大させることができる。
【００１２】
今の実施形態によれば、部屋内のいかなる場所に配置され得る無線給電装置に電力を供給するための技術が説明される。実施形態は部屋全体に電力を供給し、受信機の正確な位置と無関係に、受信機のための電力を部屋のいかなる場所にも提供する。
【００１３】
ここに開示される技術は、１３５ｋＨｚ、いわゆるＩＳＭ帯の周波数で作動する。しかしながら、他の技術は他の周波数で作動し得る。たとえば、他の実施形態は１３．５６ＭＨｚの周波数で作動し得る。
【００１４】
ある実施形態は、ここに無給電アンテナと呼ばれる受動リピータを使用して、無線電力の範囲を拡張する。電力は、無線送信機から範囲内のすべての無給電アンテナに転送される。これらの無給電アンテナは、最大電力伝送のエリアを作り出す同調共振器を形成する。無線電力受信機は無給電アンテナの範囲内にある。
【００１５】
図１はブロック図を示している。「ロングレンジ」部屋アンテナ１００は、磁気周波数発生器１０５と増幅器１１０によって磁気電力が与えられ得る。磁気発生器１０５は、アンテナ１００と共振関係にある周波数を有する出力を生成し得る。アンテナ１００は、示される誘導ループ１０１と分離コンデンサ１０２で作られる。別の実施形態では、ループ１０１の自己容量がコンデンサとして役立ち得る。ループとコンデンサにＬＣ定数は、発生器と増幅器によって作り出される周波数と実質的に共振関係にある。
【００１６】
これは、アンテナ１００の近くに磁場エリアを作り出す。ある実施形態では、アンテナ１００は、部屋の周囲を横切り得る。しかしながら、アンテナ１００は、ループアンテナの内部に、ループの外部に生成するのと同量の信号を生成するので、部屋の中心のより近くにアンテナを置くほうが効率的であり得る。したがって、一実施形態は、アンテナを、たとえばフロア内に、またはテーブルの縁に沿って置き得る。１２５などの任意の受信機は、部屋アンテナ１００から電力を直接受信することができ、またアンテナ１２０から再放射電力を受信することができる。
【００１７】
無給電アンテナ１２０はアンテナ１００から磁場電力を受信し、１２０に近いエリアに再放射する。受信機１２５は磁気電力の受信機であり得る。
【００１８】
１２６，１２７として示される他の受信機もまた同じ手法で電力を受信することができ、メインアンテナ１００からそれらの電力の一部またはすべてを、また他の無給電アンテナ１３０によって再放射される電力の一部を受信する。あるいは、この実施形態では、受信機１２６と１２７は無給電アンテナ１３０だけから電力を受信することが示される。また別の受信機１２８は、無給電アンテナの近くになく、したがって、メインアンテナ１００だけから磁気送信電力を受信する。
【００１９】
ループアンテナは磁場に対してすべて同じ指向を有してもよく、あるいは磁場に対してそれぞれ異なる指向を有してもよい。
【００２０】
電力を中継する受信機アンテナの能力は、受信機アンテナと部屋アンテナの間の結合に主に依存し得る。この結合は、今度は、受信機アンテナと部屋アンテナの間の面積比を含む多くの要因に依存し得る。しかしながら、受信機アンテナは、それを包含する携帯機器のサイズによってサイズが限定され得る。無給電アンテナは、それらが、必要とする電力を受信し再送信することを可能にする十分に大きい面積を有することができる。
【００２１】
別の重要な特徴はアンテナの品質値である。無給電アンテナは、隠すことができ、また任意のサイズにできるので、より高いＱ値を有することができる。
【００２２】
低周波を使用するある実施形態は、一般に、誘導子のモア条件（more terms）を、そして高周波で使用されるそれらを使用し得る。一実施形態は、アンテナ１００そしてまた無給電アンテナの一部としてアンテナ材料の多重巻きを使用し得る。一実施形態は、巻き数の増大によって引き起こされる増大するオーム損失を補償するために「リッツワイヤ」などのストランドワイヤを使用し得る。オーム損失は、低抵抗性ワイヤを使用して低減することができる。
【００２３】
リッツワイヤは特別の種類のストランドワイヤであり、各単一ストランドが他のストランドから電気的に隔離されている。リッツワイヤは、ワイヤの有効断面積を増大させ、それによって表皮および近接効果を部分的に補償する。
【００２４】
より一般に、ある実施形態は、ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる任意の物質を使用し得る。
【００２５】
下記は、従来ワイヤとリッツワイヤの差を示している。
【数２】
【００２６】
計算とシミュレーションに基づいて、出願人は、リッツワイヤのＡＣ抵抗が、同じを有する比較可能な従来ワイヤのＡＣ抵抗よりも約５０〜８０％低いことを発見した。
【００２７】
最終的アンテナのインダクタンスは、アンテナの動作の効率にとって非常に重要な係数であり得る。インダクタンスは次のように表現することができる。
【数３】
【００２８】
係数ＫＡはアンテナの形に依存する。長方形のアンテナについては、ＫＡは次式によって与えられる。
【数４】
【００２９】
円形アンテナについては、ＫＡは次式によって与えられる。
【数５】
【００３０】
ループアンテナの放射抵抗は次式によって与えられる。
【数６】
【００３１】
動的アンテナの標数もこれらの公式を使用して計算することができる。このアンテナの全抵抗は、オーム損失ＲＡＣと放射抵抗Ｒｒａｄと媒体損失抵抗Ｒｍｅｄによって形成される。媒体損失抵抗は、アンテナが設置された部屋からの損害を形づくる。部屋の金属部品は媒体のように作用する。この媒体は、下記のその複素透磁率によって規定することができる。
【数７】
【００３２】
これに基づいて、媒体損失抵抗は次のように規定される。
【数８】
【００３３】
ここでｕ”ｒは、たとえば次のように、媒体の比透磁率として、測定することができる。
【数９】
【００３４】
この値は、異なる部屋について変化し得、各部屋はそれ自体の媒体を規定する。
【００３５】
図２は、ロングレンジアンテナとも呼ばれる部屋アンテナを示している。このアンテナは、そのサイズによってロングレンジであり得る。通常、このタイプのアンテナは大きいほど、磁気電力を受取体に結合する能力が高い。実施形態は、ほぼ１２ｍ×５．５ｍのサイズを有する特別試験部屋を使用する。アンテナは、アイテムが置かれるテーブルの高さに設置することができるが、フロアに置くこともでき、その場合、より容易に隠すことができる。
【００３６】
一実施形態は、ＲＧ２１３Ｕ同軸ケーブルから試験アンテナを構築した。この同軸ケーブルの外側誘導子だけが使用された。この実施形態では、アンテナが大きいので、自己容量システムを使用することができる。
【００３７】
図２の実施形態は、部屋の完全な周囲を囲む地面上の四巻きを使用する。測定値は以下の通りだった。
【表１】
【００３８】
他の実施形態は異なる値を有し得る。この実施形態では、Ｑは部屋の特性のために予想よりも低かった。
【００３９】
この媒体の事実上の単一巻きアンテナは多重巻きアンテナと同じ性能を提供することが実験によってわかった。たとえば、異なる高さについての異なるパラメータは同様の値を生成した。
【表２】
【００４０】
アンテナはまた、壁から約１ｍだけ離して地面から異なる高さに置くことができる。以下は、壁から１ｍだけ離間したアンテナについての結果を示している。
【表３】
【００４１】
別の実施形態は、図３に示され、いくらかの量だけ地面から持ち上げられ、さらにドアと窓を迂回するために区域３０５，３１０が持ち上げられたアンテナを有している。このアンテナについての測定値は以下の通りである。
【表４】
【００４２】
ロングレンジアンテナ１００は高電力を運び得る。ＬＣ値と５０オーム整合を提供するアンテナのための回路が図４に示される。ある実施形態によれば、特別のコンデンサバンクと結合トランスがアンテナに使用される。この装置の値は次の通りであってよい。
【表５】
【００４３】
ある実施形態では、アンテナは、ほぼ１５０Ｗの定格電力を運び得る。しかしながら、この定格電力に近い電力レベルにおいて、コンデンサバンクは、１２ａｍｐｓの電流、４００Ｖの総電圧を運ぶ。これは４．８ｋＶＡの無効電圧に相当する。
【００４４】
したがって、ある実施形態では、コンデンサバンクはトランスの二次側に設けられる。トランスの一次側にコンデンサバンクを配置することは、無効電力がトランスを通り抜け、それによりインダクタンスと容量の間で振動することを必要とする。これはトランスサイズを増大させる。
【００４５】
多くの部屋は多くの金属物を有しており、したがって生来的に損失が大きい。アンテナはまた、適度に大きいサイズを有するように意図される。したがって、このシステムの標数は、それを人々の接近と移動に対して生来的に影響されなくする。本質的には、これは、任意の人によってカバーされる面積が一般的に小さい、たとえばアンテナの面積の１０％未満であることによる。このアンテナの同調は一般的に、これらの生来的特徴のために必要にならない。
【００４６】
ある実施形態の動作では、ロングレンジアンテナの固定設置は、試験室全体の至る所に磁場を作り出し、約６０Ｗの送信電力を作り出す。測定された実際の結果が図５に示される。この三次元グラフは、ドアのまわりでピーク点にあるケーブルループによる壁に沿ったピークを示す。磁場の強さはまた裏壁に向かって増大しているが、これは、この壁が有する試験部屋の金属部品が他の壁と比較して少ないからである。磁場の強さは、二重窓の金属枠体のために窓側で減少している。
【００４７】
一実施形態は、アンテナのループをある壁に沿って、たとえばより多くの信号または一般に適量を必要とする部屋のエリア内に配置することによって、この効果を利用し得る。
【００４８】
アンテナループの適切な設計は、これらのホットスポットを最小にしたり、これらのホットスポットに補足アンテナを提供したりするかもしれない。部屋の中央部では、磁場の強さは多くの場合ほとんど一定である。
【００４９】
電力は、送信電力の平方根に比例する。したがって、送信電力を２倍にすることは、部屋の電力密度を√２倍に増大させ得る。
【００５０】
部屋内の磁場も測定されたが、６０ワットの送信電力においてすべての点において安全限度内にとどまる。
【００５１】
図６は、ある実施形態にしたがって使用される無給電アンテナを示している。第一の実施形態は、１２０×０．１ｍｍ直径高周波リッツワイヤで作られた１４巻きループ６００を使用する。ループのインダクタンスは、巻きごとの間隔を含む多くの要因によって影響を受け、巻き間の間隔が小さいほど、インダクタンスは高くなり、したがってより高い品質値になる。
【００５２】
実施形態では、巻きは、熱接着剤で充てんされて正確な位置に固定される。ガイドが使用されてもよい。間隔を置いて巻くについての巻きの下限はアンテナの必要耐電圧である。たとえば、２０Ｗにおいては、１Ｋ無効電圧があってよく、７５Ｖの巻線間電圧をもたらす。図６に示されたアンテナは、インダクタンスを形成する１４巻きループ６００と、メインループ６００に接続されていない単巻き「結合ループ」６０６を有している。図６は、額縁に組み込まれたアンテナを示している。
【００５３】
無給電アンテナの容量は、バルク容量６００と可変容量によって形成される。この実施形態の可変容量は、コンデンサバンク６０３の切り替えを制御するステップスイッチ６０４によって形成される。
【００５４】
図７は、無給電アンテナを同調するために使用することができるコンデンサバンクを示している。バルク容量６０２は、多重接点スイッチ７００を介して接続されたチューナブル容量６０３と並列であり得る。スイッチ位置１は、余分な容量がなく、バルク容量だけを提供する。ある実施形態によれば、これは、１３７ｋＨｚの共振周波数を提供する。より多くの容量が、異なるスイッチ位置に切り替えることによってコンデンサバンクに並列に追加することができる。位置２は、たとえば、９０ｐｆ容量を提供し、位置３は１６０ｐＦを提供する。１３５ｋＨｚ共振周波数は位置３において実現される。位置６（３３０ｐｆ）は周波数を１３２ｋｈｚに同調し得る。
【００５５】
アンテナは、近くの金属物体によって離調され得、より多くの容量を追加することによって周波数偏移が修正され得る。追加容量は品質値を低下させ得るが、それは共振回路のＬＣ比が低減されるからである。
【００５６】
アンテナの発生磁場内の各金属物体は、アンテナの総インダクタンスの一部を補償し、したがってアンテナの共振周波数を上昇させることになる。アンテナは実質的電場を有していない。したがって、誘電体物質の存在は、アンテナに影響をほとんど及ぼさない。したがって、ある実施形態のタイプの低周波アンテナは、離調効果によって上方へ遷移する共振周波数を有する。本システムによる同調補償システムは、したがって常に共振を下方に引き下げて非対称同調範囲を提供する。
【００５７】
ある実施形態の無給電アンテナは続く標数を有する。
【表６】
【００５８】
別の実施形態は、一緒に追加して全体の容量を増大させる複数の小さいコンデンサを使用し得る。
【００５９】
また別の実施形態は、半導体スイッチまたはリレーを使用して容量を変更し得る。
【００６０】
別の補償システムが図８に示される。これは、無給電アンテナ６００の磁場内に短絡ループ部８００を提供する。これは、Ｈ場の一部が補償されるようにし、それによって無給電アンテナのインダクタンスを低下させる。インダクタンスは低いほど、一定容量に対して高い共振周波数をもたらす。したがって、この技術も、アンテナの共振周波数を同調するために使用することができる。共振周波数の補正の量は、メイン送信アンテナ６００の面積と補正アンテナ８００の面積の比に依存する。短絡ループの面積は影響の量を規定し、小さいループほど、大きいものよりも、与える影響が少ない。
【００６１】
この技術の考えられ得る損失は、短絡ループが無給電アンテナの全体的なＱ値を下方に低下させることである。
【００６２】
別の実施形態は、面積が機械的に変化可能である短絡ループを実施し得る。図９は、その標数を移動させる能力によってループが可変面積を有する実施形態を示している。図９のループは、銅めっき棒を備えた三角形のループである。第一の棒９０２と第二の棒９０４は、９０３などの中心回転可能カップリングを介して互いに連結されている。棒９０２，９０４はまた、可動部品９０６，９０７を介して互いに連結されている。部分９０６，９０７は互いに関して変動し、部９１０，９１１，９１２を軸として旋回することができる。ばね９１５は、アンテナを折りたたむことと広げることを支援し得る。実施形態では、メイン棒９０２，９０４は長さがＸであり、折りたたみ棒９０６，９０７は長さがＸ／２である。三角形は、三角形の上部角を引くことによって変形される。しかしながら、引く力が小さくなると、ばね９１５が三角形を閉じ、面積を小さくする。
【００６３】
長方形と台形を含むさまざまな形もまたこの目的のために使用することができる。
【００６４】
受信機アンテナが図１０に示される。この実施形態によれば、受信機アンテナは、７０巻きループの高周波リッツワイヤで作ることができる。受信機アンテナ１０００は、各層が１４巻きで五層に巻かれた巻きを有することができる。これは、ワイヤのスタック１００２が本質的に、移動体装置のエッジのまわりに一体化することができる周囲を規定する矩形プロファイルを形成することができる。アンテナパラメータは次の通り示される。
【表７】
【００６５】
このシステムはまた、受信アンテナから完全に独立した結合ループを使用することができる。結合ループは、たとえば、三巻きループ１００５とすることができる。
【００６６】
アンテナ間の結合が増大して、アンテナが互いのインダクタンスに影響を及ぼして始めると、アンテナ離調が生じ、したがって共振周波数に影響を及ぼし得る。これは、アンテナの強い離調を引き起こす。したがって、無線受信機が無給電ループに近づきすぎると、脱結合が生じることがある。シミュレーションと測定は、二つのアンテナ間の電力転送に対する結合係数の影響を示す図１１のグラフを生成する。
【００６７】
アンテナ間の調整可能な結合が、この離調を避けるために使用され得る。複数の中間引き出し口が、アンテナの巻きに追加し、結合ループとして使用することができる。結合の強さは、中間引き出し口間で切り替えることによって変更することができる。
【００６８】
システム効率は、システムが電力を受信機にどのように転送するかを規定する。システム効率は、ロングレンジアンテナと無給電ループの間の転送効率、ロングレンジアンテナと受信機の間の転送効率と、ロングレンジアンテナと受信機に無給電ループの間の転送効率によって規定される。
【００６９】
ここに説明した特定の試験装置のための代表的な結果が図１２Ａと１２Ｂに示される。図１２Ａは単一ホップ転送効率を示し、図１２Ｂは二重ホップ転送効率を示している。
【００７０】
上に与えられた測定は、無給電アンテナの使用が、部屋の境界のために生じ得る損失を補償できることを確認する。無給電アンテナは、既存の物質のよりよい使用を可能にする。さらに、これらは、１３０ｋＨｚにおいてメーターあたり１２５．４ａｍｐｓのＩＥＥＥとＮＡＴＯ規定暴露限度内にとどまることができ、それは、無給電アンテナを使用する６０Ｗの送信電力において部屋内の任意の点において適合することができる。
【００７１】
少数の実施形態だけが上に詳細に開示されたが、他の実施形態が可能であり、発明者はこれらがこの明細書に包含されると意図している。明細書は、別の方法で実施され得るより一般的なゴールを実施する特定の例を説明している。この開示は、代表的であるように意図されており、請求項は、この分野の通常の技能を有する人に予測可能であろうあらゆる変更や代替案に及ぶように意図されている。たとえば、他のサイズや物質や接続が使用されてもよい。磁場を受信するために他の構造が使用されてもよい。一般に、一次側結合機構として、磁場の代わりに電場が使用することができる。他の種類の磁石と他の形のアレイが使用することができる。
【００７２】
また発明者は、単語「ための手段」を使用するそれらの請求項だけが３５ＵＳＣ１１２第六段落の下で解釈されることを意図している。さらに、明細書にない限定は、それらの限定が請求項に明らかに含まれていないならば、任意の請求項に読み込まれるようには意図されていない。
【００７３】
特定の数値がここに言及される場合、値は、２０％までは増大または減少されてよく、ある異なる範囲が特に言及されないかぎり、本出願の教示内にまだとどまっていると見なすべきである。特定の論理感覚が使用される場合、反対の論理感覚も包含されるように意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場に無線電力を送信する第一のサイズの送信アンテナを有する第一のシステムと、 あるエリアに前記無線電力を再送する前記第一のサイズよりも小さい第二のサイズの無給電アンテナを備えているシステム。
【請求項２】
前記無給電アンテナは誘導ループと容量で作られる請求項１のシステム。
【請求項３】
前記誘導ループは、互いに電気的に隔離されたストランドを備えたストランドワイヤで作られる請求項２のシステム。
【請求項４】
前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られる請求項２のシステム。
【請求項５】
前記送信アンテナは、部屋の周囲を囲んでいる請求項１のシステム。
【請求項６】
前記送信アンテナは、部屋の異なるレベルにある請求項５のシステム。
【請求項７】
前記第一のシステムは、周波数発生器とマッチングシステムを有し、前記マッチングシステムは、結合トランスと、前記トランスの一次側のコンデンサを有している請求項１のシステム。
【請求項８】
前記無給電アンテナは、前記無給電アンテナの共振周波数を変更するために調整可能である同調要素を有している請求項２のシステム。
【請求項９】
前記同調要素は可変容量を有している請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記要素は、前記共振周波数を下方向に単に調節する請求項８のシステム。
【請求項１１】
前記同調要素は、前記誘導ループの一部を短絡させる部分を有している請求項８のシステム。
【請求項１２】
前記要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項１１のシステム。
【請求項１３】
前記要素は三角形である請求項１２のシステム。
【請求項１４】
前記可変容量は切替容量である請求項９のシステム。
【請求項１５】
無給電アンテナを備え、前記無給電アンテナのエリア内の磁気的発生無線電力を受信し再送するように同調されたシステム。
【請求項１６】
前記無給電アンテナは誘導ループと容量で作られる請求項１５のシステム。
【請求項１７】
前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなく無給電アンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られる請求項１６のシステム。
【請求項１８】
前記誘導ループは、互いに電気的に隔離されたストランドを備えたストランドワイヤで作られる請求項１７のシステム。
【請求項１９】
磁気エネルギーを送信する送信アンテナをさらに備えている請求項１５のシステム。
【請求項２０】
前記無給電アンテナは、前記無給電アンテナの共振周波数を変更することに調整可能である同調要素を有している請求項１６のシステム。
【請求項２１】
前記同調要素は可変容量を有している請求項２０のシステム。
【請求項２２】
前記同調要素は、前記共振周波数を下方向に単に調節する請求項２０のシステム。
【請求項２３】
前記同調要素は、前記誘導ループの一部を短絡させる部分を有している請求項２０のシステム。
【請求項２４】
前記同調要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項２３のシステム。
【請求項２５】
前記要素は、その外形が三角形である請求項２４のシステム。
【請求項２６】
前記可変容量は切替容量である請求項２２のシステム。
【請求項２７】
無給電アンテナを備え、容量を直列に備えた誘導ループで作られており、前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなく無給電アンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られ、誘導ループと容量のＬＣ値は、特定周波数における共振周波数を規定し、前記無給電アンテナのエリア内の磁気的発生無線電力を受信し再送するシステム。
【請求項２８】
前記誘導ループは、互いに電気的に隔離されたワイヤの多重ストランドを備えたストランドワイヤで作られる請求項２７のシステム。
【請求項２９】
前記ストランドワイヤはリッツワイヤである請求項２８のシステム。
【請求項３０】
前記特定周波数において磁気エネルギーを送信する送信アンテナをさらに備えている請求項２７のシステム。
【請求項３１】
前記無給電アンテナは、前記無給電アンテナの共振周波数を変更することに調整可能である同調要素を有している請求項２７のシステム。
【請求項３２】
前記同調要素は可変キャパシタンスを有している請求項３１のシステム。
【請求項３３】
前記同調要素は前記共振周波数を下方向に単に調節する請求項３１のシステム。
【請求項３４】
前記同調要素は、前記誘導ループの一部を短絡させる部分を有している請求項３１のシステム。
【請求項３５】
前記同調要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項３４のシステム。
【請求項３６】
前記可変容量は切替容量である請求項３２のシステム。
【請求項３７】
無給電アンテナを備え、容量を直列に備えた誘導ループで作られており、誘導ループと容量のＬＣ値は特定周波数の共振周波数に同調され、前記無給電アンテナのエリア内の前記特定周波数の磁気的発生無線電力を受信し再送し、前記無給電アンテナは、前記誘導ループの一部の両端を短絡することによって前記無給電アンテナの共振周波数を変更することに調整可能である同調要素を有しているシステム。
【請求項３８】
前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られる請求項３７のシステム。
【請求項３９】
前記特定周波数において磁気電力を送信する送信アンテナをさらに備えている請求項３７のシステム。
【請求項４０】
前記要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項３７のシステム。
【請求項４１】
前記要素は三角形である請求項４０のシステム。
【請求項４２】
磁場発生器を含み、特定周波数において磁場を生成する無線電力送信機と、前記特定周波数を有する磁場を生成することによって無線電力を送信する送信アンテナを備え、前記送信アンテナはインダクタンスを有し、また容量を有し、前記特定周波数で実質的に共振するＬＣ値を形成し、前記インダクタンスは、ループのまわりに延びるアンテナループによって形成され、ループを形成するエリアは、少なくとも二つの異なる平面区間を有し、第一の平面区間は第二の平面区間の上方にあるシステム。
【請求項４３】
無給電アンテナをさらに備え、前記送信アンテナの前記ループよりも小さく、前記無線電力をあるエリア内に再送する請求項４２のシステム。
【請求項４４】
前記アンテナは、第一の平面内の第一の区域と、前記第一の平面の上方に水平にある第二の平面内の第二の区域を有している請求項４２のシステム。
【請求項４５】
前記第一と第二の平面の間に延びる第三の部分をさらに備えている請求項４４のシステム。
【請求項４６】
磁気共振器の第一の要素を形成し、無線電力を磁場として生成する第一のアンテナから無線電力を生成することと、
無給電アンテナを使用して、前記第一のアンテナの範囲内に、前記無線電力を再送することと、
前記無給電アンテナによって無線で再送された前記磁気電力を無線で携帯装置内に受信し、前記電力を使用して前記装置に電力を供給することを有している方法。
【請求項４７】
前記第一のアンテナは、前記第二のアンテナよりも大きな外側寸法を有している請求項４６の方法。
【請求項４８】
ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質を使用することをさらに有している請求項４６の方法。
【請求項４９】
前記生成することは、部屋の周囲を囲む送信アンテナを使用する請求項４６の方法。
【請求項５０】
前記送信アンテナは部屋の異なる高レベルにある請求項４９の方法。
【請求項５１】
前記無給電アンテナの共振周波数に同調することをさらに有している請求項４６の方法。
【請求項５２】
前記同調することは、可変容量の値を変更することを有している請求項５１の方法。
【請求項５３】
前記同調することは、前記誘導ループの一部を短絡させることを有している請求項５１の方法。
【請求項１】
磁場に無線電力を送信する第一のサイズの送信アンテナを有する第一のシステムと、 あるエリアに前記無線電力を再送する前記第一のサイズよりも小さい第二のサイズの無給電アンテナを備えているシステム。
【請求項２】
前記無給電アンテナは誘導ループと容量で作られる請求項１のシステム。
【請求項３】
前記誘導ループは、互いに電気的に隔離されたストランドを備えたストランドワイヤで作られる請求項２のシステム。
【請求項４】
前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られる請求項２のシステム。
【請求項５】
前記送信アンテナは、部屋の周囲を囲んでいる請求項１のシステム。
【請求項６】
前記送信アンテナは、部屋の異なるレベルにある請求項５のシステム。
【請求項７】
前記第一のシステムは、周波数発生器とマッチングシステムを有し、前記マッチングシステムは、結合トランスと、前記トランスの一次側のコンデンサを有している請求項１のシステム。
【請求項８】
前記無給電アンテナは、前記無給電アンテナの共振周波数を変更するために調整可能である同調要素を有している請求項２のシステム。
【請求項９】
前記同調要素は可変容量を有している請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記要素は、前記共振周波数を下方向に単に調節する請求項８のシステム。
【請求項１１】
前記同調要素は、前記誘導ループの一部を短絡させる部分を有している請求項８のシステム。
【請求項１２】
前記要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項１１のシステム。
【請求項１３】
前記要素は三角形である請求項１２のシステム。
【請求項１４】
前記可変容量は切替容量である請求項９のシステム。
【請求項１５】
無給電アンテナを備え、前記無給電アンテナのエリア内の磁気的発生無線電力を受信し再送するように同調されたシステム。
【請求項１６】
前記無給電アンテナは誘導ループと容量で作られる請求項１５のシステム。
【請求項１７】
前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなく無給電アンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られる請求項１６のシステム。
【請求項１８】
前記誘導ループは、互いに電気的に隔離されたストランドを備えたストランドワイヤで作られる請求項１７のシステム。
【請求項１９】
磁気エネルギーを送信する送信アンテナをさらに備えている請求項１５のシステム。
【請求項２０】
前記無給電アンテナは、前記無給電アンテナの共振周波数を変更することに調整可能である同調要素を有している請求項１６のシステム。
【請求項２１】
前記同調要素は可変容量を有している請求項２０のシステム。
【請求項２２】
前記同調要素は、前記共振周波数を下方向に単に調節する請求項２０のシステム。
【請求項２３】
前記同調要素は、前記誘導ループの一部を短絡させる部分を有している請求項２０のシステム。
【請求項２４】
前記同調要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項２３のシステム。
【請求項２５】
前記要素は、その外形が三角形である請求項２４のシステム。
【請求項２６】
前記可変容量は切替容量である請求項２２のシステム。
【請求項２７】
無給電アンテナを備え、容量を直列に備えた誘導ループで作られており、前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなく無給電アンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られ、誘導ループと容量のＬＣ値は、特定周波数における共振周波数を規定し、前記無給電アンテナのエリア内の磁気的発生無線電力を受信し再送するシステム。
【請求項２８】
前記誘導ループは、互いに電気的に隔離されたワイヤの多重ストランドを備えたストランドワイヤで作られる請求項２７のシステム。
【請求項２９】
前記ストランドワイヤはリッツワイヤである請求項２８のシステム。
【請求項３０】
前記特定周波数において磁気エネルギーを送信する送信アンテナをさらに備えている請求項２７のシステム。
【請求項３１】
前記無給電アンテナは、前記無給電アンテナの共振周波数を変更することに調整可能である同調要素を有している請求項２７のシステム。
【請求項３２】
前記同調要素は可変キャパシタンスを有している請求項３１のシステム。
【請求項３３】
前記同調要素は前記共振周波数を下方向に単に調節する請求項３１のシステム。
【請求項３４】
前記同調要素は、前記誘導ループの一部を短絡させる部分を有している請求項３１のシステム。
【請求項３５】
前記同調要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項３４のシステム。
【請求項３６】
前記可変容量は切替容量である請求項３２のシステム。
【請求項３７】
無給電アンテナを備え、容量を直列に備えた誘導ループで作られており、誘導ループと容量のＬＣ値は特定周波数の共振周波数に同調され、前記無給電アンテナのエリア内の前記特定周波数の磁気的発生無線電力を受信し再送し、前記無給電アンテナは、前記誘導ループの一部の両端を短絡することによって前記無給電アンテナの共振周波数を変更することに調整可能である同調要素を有しているシステム。
【請求項３８】
前記誘導ループは、ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質で作られる請求項３７のシステム。
【請求項３９】
前記特定周波数において磁気電力を送信する送信アンテナをさらに備えている請求項３７のシステム。
【請求項４０】
前記要素は、短絡する誘導ループの面積を変更するために可変サイズを有している請求項３７のシステム。
【請求項４１】
前記要素は三角形である請求項４０のシステム。
【請求項４２】
磁場発生器を含み、特定周波数において磁場を生成する無線電力送信機と、前記特定周波数を有する磁場を生成することによって無線電力を送信する送信アンテナを備え、前記送信アンテナはインダクタンスを有し、また容量を有し、前記特定周波数で実質的に共振するＬＣ値を形成し、前記インダクタンスは、ループのまわりに延びるアンテナループによって形成され、ループを形成するエリアは、少なくとも二つの異なる平面区間を有し、第一の平面区間は第二の平面区間の上方にあるシステム。
【請求項４３】
無給電アンテナをさらに備え、前記送信アンテナの前記ループよりも小さく、前記無線電力をあるエリア内に再送する請求項４２のシステム。
【請求項４４】
前記アンテナは、第一の平面内の第一の区域と、前記第一の平面の上方に水平にある第二の平面内の第二の区域を有している請求項４２のシステム。
【請求項４５】
前記第一と第二の平面の間に延びる第三の部分をさらに備えている請求項４４のシステム。
【請求項４６】
磁気共振器の第一の要素を形成し、無線電力を磁場として生成する第一のアンテナから無線電力を生成することと、
無給電アンテナを使用して、前記第一のアンテナの範囲内に、前記無線電力を再送することと、
前記無給電アンテナによって無線で再送された前記磁気電力を無線で携帯装置内に受信し、前記電力を使用して前記装置に電力を供給することを有している方法。
【請求項４７】
前記第一のアンテナは、前記第二のアンテナよりも大きな外側寸法を有している請求項４６の方法。
【請求項４８】
ワイヤの実際の断面積を増大させることなくアンテナに使用されるワイヤの有効断面積を増大させる物質を使用することをさらに有している請求項４６の方法。
【請求項４９】
前記生成することは、部屋の周囲を囲む送信アンテナを使用する請求項４６の方法。
【請求項５０】
前記送信アンテナは部屋の異なる高レベルにある請求項４９の方法。
【請求項５１】
前記無給電アンテナの共振周波数に同調することをさらに有している請求項４６の方法。
【請求項５２】
前記同調することは、可変容量の値を変更することを有している請求項５１の方法。
【請求項５３】
前記同調することは、前記誘導ループの一部を短絡させることを有している請求項５１の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−４２５４０（Ｐ２０１３−４２５４０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２３６７８８（Ｐ２０１２−２３６７８８）
【出願日】平成２４年１０月２６日（２０１２．１０．２６）
【分割の表示】特願２０１０−５３６１４６（Ｐ２０１０−５３６１４６）の分割
【原出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【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）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３６７８８（Ｐ２０１２−２３６７８８）
【出願日】平成２４年１０月２６日（２０１２．１０．２６）
【分割の表示】特願２０１０−５３６１４６（Ｐ２０１０−５３６１４６）の分割
【原出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【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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