特許 6078005 無線電力送信機及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6078005

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】無線電力送信機及びその方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20170130BHJP

   H02J 50/70 20160101ALI20170130BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20170130BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02J50/70

   H01F38/14

【請求項の数】27

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-551901(P2013-551901)

(86)(22)【出願日】2012年1月27日

(65)【公表番号】特表2014-507925(P2014-507925A)

(43)【公表日】2014年3月27日

(86)【国際出願番号】KR2012000626

(87)【国際公開番号】WO2012102567

(87)【国際公開日】20120802

【審査請求日】2015年1月15日

(31)【優先権主張番号】10-2011-0008842

(32)【優先日】2011年1月28日

(33)【優先権主張国】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】503447036

【氏名又は名称】サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リュ， ヨン ホ

(72)【発明者】

【氏名】パク， ウン ソク

(72)【発明者】

【氏名】リ， ジョン ヘ

(72)【発明者】

【氏名】クォン， サン ウク

(72)【発明者】

【氏名】パク， ユン クォン

(72)【発明者】

【氏名】ホン， ヨン タク

(72)【発明者】

【氏名】キム， キ ヨン

(72)【発明者】

【氏名】キム， ナム ユン

(72)【発明者】

【氏名】キム， ドン ゾ

(72)【発明者】

【氏名】チョイ， ジン ソン

(72)【発明者】

【氏名】パク， ジェ ヒュン

(72)【発明者】

【氏名】パク， ビュン チョル

【審査官】 緑川 隆

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１４３５４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５３４０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２５７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／００５０１２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２８１５３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５３２５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１０４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０２９１７９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲット装置に電力を無線で送信するソース共振器と、
前記ソース共振器によって発生される磁場を調整する少なくとも１つのサブ共振器と、を含み、
前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の内部に位置し、
前記ソース共振器の表面上又は前記サブ共振器の表面上の少なくともいずれか一つに積層される少なくとも１つの遮蔽層を含み、
前記磁場は、前記遮蔽層及び前記少なくとも１つのサブ共振器により前記ソース共振器の中央部分に集中されることを特徴とする無線電力送信機。

【請求項2】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の所定の近辺領域での磁場の分布が均一になるように前記磁場を調整することを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項3】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の中心付近の磁場の強度と前記ソース共振器の周縁付近の磁場の強度とが同じになるように前記磁場の強度を調整することを特徴とする請求項２に記載の無線電力送信機。

【請求項4】

第１信号導体部分及び第２信号導体部分と、前記第１信号導体部分及び前記第２信号導体部分に対応する第１グラウンド導体部分とを含む第１送信線路と、
前記第１信号導体部分と前記第１グラウンド導体部分とを電気的に接続する第１導体と、
前記第２信号導体部分と前記第１グラウンド導体部分とを電気的に接続する第２導体と、
前記第１信号導体部分及び前記第２信号導体部分を流れる電流に対して直列に前記第１信号導体部分と前記第２信号導体部分との間に挿入される少なくとも１つの第１キャパシタとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項5】

前記第１送信線路、前記第１導体、及び前記第２導体は、ループ構造を形成することを特徴とする請求項４に記載の無線電力送信機。

【請求項6】

前記第１送信線路、前記第１導体、及び前記第２導体によって形成されるループの内部に位置し、前記ソース共振器のインピーダンスを調整する整合器をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の無線電力送信機。

【請求項7】

前記ソース共振器は、無線で複数のターゲット装置に同一の電力量を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項8】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、第３信号導体部分及び第４信号導体部分と、前記第３信号導体部分及び前記第４信号導体部分に対応する第２グラウンド導体部分とを含む第２送信線路と、
前記第３信号導体部分と前記第２グラウンド導体部分とを電気的に接続する第３導体と、
前記第４信号導体部分と前記第２グラウンド導体部分とを電気的に接続する第４導体と、
前記第３信号導体部分及び前記第４信号導体部分を流れる電流に対して直列に前記第３信号導体部分と前記第４信号導体部分との間に挿入される少なくとも１つの第２キャパシタとを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項9】

前記少なくとも１つのサブ共振器の共振周波数は、前記ソース共振器の共振周波数と相違するように調整されることを特徴とする請求項８に記載の無線電力送信機。

【請求項10】

前記第２キャパシタのキャパシタンス、前記第２送信線路の長さ、前記第２送信線路の幅、又はこれらの組み合わせに基づいて前記少なくとも１つのサブ共振器の共振周波数が調整されることを特徴とする請求項９に記載の無線電力送信機。

【請求項11】

前記第２送信線路、前記第３導体、及び前記第４導体は、ループ構造を形成することを特徴とする請求項８に記載の無線電力送信機。

【請求項12】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の角部領域又は周縁領域に対応する位置に配置される複数のサブ共振器を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項13】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の平面を基準として前記ソース共振器よりも所定の距離だけ垂直に離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項14】

前記無線電力送信機は、前記少なくとも１つのサブ共振器の内部に位置する少なくとも１つの補助サブ共振器、少なくとも１つのコイル、少なくとも１つの遮蔽層、少なくとも１つのメタ物質、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項15】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、少なくとも１つのコイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項16】

前記少なくとも１つのコイルは、ループ構造又はスパイラル形状の構造であることを特徴とする請求項１５に記載の無線電力送信機。

【請求項17】

前記少なくとも１つのコイルは、同心円の構造で整列された複数のコイルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の無線電力送信機 。

【請求項18】

前記少なくとも１つのコイルは、前記ソース共振器の中央に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の無線電力送信機。

【請求項19】

前記少なくとも１つの遮蔽層は、サイズ又は高さの少なくとも１つが互いに異なる複数の遮蔽層を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機 。

【請求項20】

前記少なくとも１つの遮蔽層の長さ、幅、厚さ、又はこれらの組み合わせが調整されることによって、前記ソース共振器の内部に均一な分布の磁場を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項21】

前記ソース共振器とターゲット共振器との間で発生する寄生キャパシタンスを補償するために前記少なくとも１つの遮蔽層が調整されることを特徴とする請求項２０に記載の無線電力送信機。

【請求項22】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、ＭＮＧ（Ｍｕ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＤＮＧ（Ｄｏｕｂｌｅ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、又は磁性誘電体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｄｉｅｌｅｔｒｉｃ）物質の内の少なくとも１つで構成された層を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【請求項23】

無線で電力を送信するためにソース共振器とターゲット共振器との間に無線カップリングを形成するステップと、
前記ソース共振器によって発生された磁場を前記ソース共振器の内部に位置した少なくとも１つのサブ共振器を用いて前記磁場を調整するステップと、を含み、
前記磁場は、前記ソース共振器の表面上又は前記サブ共振器の表面上の少なくとも１つに積層される少なくとも１つの遮蔽層及び前記少なくとも１つのサブ共振器により前記ソース共振器の中央部分に集中されることを特徴とする無線電力送信方法。

【請求項24】

前記磁場を調整するステップは、前記少なくとも１つのサブ共振器の共振周波数を前記ソース共振器の共振周波数と相違するように調整することを特徴とする請求項２３に記載の無線電力送信方法。

【請求項25】

前記磁場を調整するステップは、前記ソース共振器の中心の磁場の強度と前記ソース共振器の周縁の磁場の強度とが同一になるように、前記少なくとも１つのサブ共振器のキャパシタのキャパシタンスを調整することを特徴とする請求項２４に記載の無線電力送信方法。

【請求項26】

前記磁場を調整するステップは、前記少なくとも１つのサブ共振器の補助サブ共振器内部で発生する磁場の分布を調整することを特徴とする請求項２４に記載の無線電力送信方法。

【請求項27】

前記ソース共振器は、パッドタイプ（ｐａｄ−ｔｙｐｅ）共振器で構成されることを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

下記の説明は、無線電力送信に関する。

【背景技術】

【0002】

無線電力は、例えば、電磁結合又は共振カップリングのように、無線電力送信装置から無線電力受信装置に伝達されるエネルギーを意味する。
無線電力送信システムは、電力を無線に送信するソース電子機器と電力を無線に受信するターゲット電子機器を備える。

【0003】

ソース電子機器はソース共振器（ｓｏｕｒｃｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備え、ターゲット電子機器はターゲット共振器（ｔａｒｇｅｔ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備える。
ソース共振器とターゲット共振器との間に電磁結合又は共振カップリングが形成される。

【0004】

無線環境の特性上、ソース共振器及びターゲット共振器間の距離が時間に応じて変わる可能性が高く、両共振器の整合（ｍａｔｃｈｉｎｇ）条件も変わることがある。したがって、電力送信効率が減少する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明による無線電力送信機は、ターゲット装置に電力を無線で送信するソース共振器と、前記ソース共振器によって発生される磁場を調整する少なくとも１つのサブ共振器と、を含み、前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の内部に位置し、前記ソース共振器の表面上又は前記サブ共振器の表面上の少なくともいずれか一つに積層される少なくとも１つの遮蔽層を含み、前記磁場は、前記遮蔽層及び前記少なくとも１つのサブ共振器により前記ソース共振器の中央部分に集中されることを特徴とする。

【0006】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の所定の近辺領域での磁場の分布が均一になるように前記磁場を調整することが好ましい。
前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の中心付近の磁場の強度と前記ソース共振器の周縁付近の磁場の強度とが同じになるように前記磁場の強度を調整することが好ましい。
第１信号導体部分及び第２信号導体部分と、前記第１信号導体部分及び前記第２信号導体部分に対応する第１グラウンド導体部分とを含む第１送信線路と、前記第１信号導体部分と前記第１グラウンド導体部分とを電気的に接続する第１導体と、前記第２信号導体部分と前記第１グラウンド導体部分とを電気的に接続する第２導体と、前記第１信号導体部分及び前記第２信号導体部分を流れる電流に対して直列に前記第１信号導体部分と前記第２信号導体部分との間に挿入される少なくとも１つの第１キャパシタとをさらに備えることが好ましい。
前記第１送信線路、前記第１導体、及び前記第２導体は、ループ構造を形成することが好ましい。
前記第１送信線路、前記第１導体、及び前記第２導体によって形成されるループの内部に位置し、前記ソース共振器のインピーダンスを調整する整合器をさらに含むことが好ましい。
前記ソース共振器は、無線で複数のターゲット装置に同一の電力量を送信することが好ましい。

【0007】

前記少なくとも１つのサブ共振器は、第３信号導体部分及び第４信号導体部分と、前記第３信号導体部分及び前記第４信号導体部分に対応する第２グラウンド導体部分とを含む第２送信線路と、前記第３信号導体部分と前記第２グラウンド導体部分とを電気的に接続する第３導体と、前記第４信号導体部分と前記第２グラウンド導体部分とを電気的に接続する第４導体と、前記第３信号導体部分及び前記第４信号導体部分を流れる電流に対して直列に前記第３信号導体部分と前記第４信号導体部分との間に挿入される少なくとも１つの第２キャパシタとを含むことが好ましい。
前記少なくとも１つのサブ共振器の共振周波数は、前記ソース共振器の共振周波数と相違するように調整されることが好ましい。
前記第２キャパシタのキャパシタンス、前記第２送信線路の長さ、前記第２送信線路の幅、又はこれらの組み合わせに基づいて前記少なくとも１つのサブ共振器の共振周波数が調整されることが好ましい。
前記第２送信線路、前記第３導体、及び前記第４導体は、ループ構造を形成することが好ましい。
前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の角部領域又は周縁領域に対応する位置に配置される複数のサブ共振器を含むことが好ましい。
前記少なくとも１つのサブ共振器は、前記ソース共振器の平面を基準として前記ソース共振器よりも所定の距離だけ垂直に離隔して配置されることが好ましい。

【0008】

前記無線電力送信機は、前記少なくとも１つのサブ共振器の内部に位置する少なくとも１つの補助サブ共振器、少なくとも１つのコイル、少なくとも１つの遮蔽層、少なくとも１つのメタ物質、又はこれらの組み合わせを含むことが好ましい。
前記少なくとも１つのサブ共振器は、少なくとも１つのコイルを含むことが好ましい。
前記少なくとも１つのコイルは、ループ構造又はスパイラル形状の構造であることが好ましい。
前記少なくとも１つのコイルは、同心円の構造で整列された複数のコイルを含むことが好ましい。
前記少なくとも１つのコイルは、前記ソース共振器の中央に配置されることが好ましい。
前記少なくとも１つの遮蔽層は、サイズ又は高さの少なくとも１つが互いに異なる複数の遮蔽層を含むことが好ましい。
前記少なくとも１つの遮蔽層の長さ、幅、厚さ、又はこれらの組み合わせが調整されることによって、前記ソース共振器の内部に均一な分布の磁場を生成することが好ましい。
前記ソース共振器とターゲット共振器との間で発生する寄生キャパシタンスを補償するために前記少なくとも１つの遮蔽層が調整されることが好ましい。
前記少なくとも１つのサブ共振器は、ＭＮＧ（Ｍｕ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＤＮＧ（Ｄｏｕｂｌｅ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、又は磁性誘電体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｄｉｅｌｅｔｒｉｃ）物質の内の少なくとも１つで構成された層を含むことが好ましい。

【0009】

本発明による無線電力送信方法は、無線で電力を送信するためにソース共振器とターゲット共振器との間に無線カップリングを形成するステップと、前記ソース共振器によって発生された磁場を前記ソース共振器の内部に位置した少なくとも１つのサブ共振器を用いて前記磁場を調整するステップと、を含み、前記磁場は、前記ソース共振器の表面上又は前記サブ共振器の表面上の少なくとも１つに積層される少なくとも１つの遮蔽層及び前記少なくとも１つのサブ共振器により前記ソース共振器の中央部分に集中されることを特徴とする。

【0010】

前記磁場を調整するステップは、前記少なくとも１つのサブ共振器の共振周波数を前記ソース共振器の共振周波数と相違するように調整することが好ましい。
前記磁場を調整するステップは、前記ソース共振器の中心の磁場の強度と前記ソース共振器の周縁の磁場の強度とが同一になるように、前記少なくとも１つのサブ共振器のキャパシタのキャパシタンスを調整することが好ましい。
前記磁場を調整するステップは、前記少なくとも１つのサブ共振器の補助サブ共振器内部で発生する磁場の分布を調整することが好ましい。

【0011】

無線電力送信装置は、上述のソース共振器を含むことを特徴とする。
前記ソース共振器は、パッドタイプ（ｐａｄ−ｔｙｐｅ）共振器で構成されることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る無線電力送信機及びその方法によれば、無線電力送信システムで、磁場分布調整部を用いることによってソース共振器上に位置するターゲット装置の位置に関係なくインピーダンスの変化を小さくすることで最適の送信効率を維持することができる。
また、ソース共振器に遮蔽材を用いることによって、ソース共振器上に位置するターゲット装置の位置に関係なくインピーダンスの変化を小さくすることで、ターゲット装置が数個である場合に送信効率を維持しながらも無線電力を送信することができる。
また、ソース共振器に遮蔽材を用いることによって、ソース共振器とターゲット装置との間に発生する寄生キャパシタによるソース共振器の共振周波数の不要な変化を相殺することができる。
また、サブ共振器を用いることによって、ソース共振器上で位置に関係なくインピーダンスの変化が小さいことから、１つの整合器を用いて無線電力を送信することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】ソース共振器及びソース共振器の磁場特性を示す図、写真及びグラフである。

【図1B】ソース共振器及びソース共振器の磁場特性を示す図、写真及びグラフである。

【図1C】ソース共振器及びソース共振器の磁場特性を示す図、写真及びグラフである。

【図1D】ソース共振器及びソース共振器の磁場特性を示す図、写真及びグラフである。

【図1E】ソース共振器及びソース共振器の磁場特性を示す図、写真及びグラフである。

【図2】本発明の一実施形態に係るソース共振器を含む無線電力送信装置の構造を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置するサブ共振器を示す図である。

【図4A】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図4B】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図4C】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図4D】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図4E】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図4F】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図4G】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に位置する磁場分布調整部の様々な例を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に配置される複数のサブ共振器の周期構造を示す図である。

【図6A】本発明の一実施形態に係るサブ共振器とソース共振器の位置関係を示す図である。

【図6B】本発明の一実施形態に係るサブ共振器とソース共振器の位置関係を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るソース共振器及びサブ共振器に遮蔽層が積層された場合を示す図である。

【図8A】本発明のソース共振器で生成された均一な分布を有する磁場の分布を示す写真である。

【図8B】本発明のソース共振器で生成された均一な分布を有する磁場の分布を示すグラフである。

【図9】図２に示した無線電力送信のためのソース共振器の等価回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、本発明に係る無線電力送信機及びその方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

【0015】

近接磁場共振カップリングを用いてソース共振器の磁場の均一な分布を決定するための実験が行われた。
図１Ａ〜図１Ｅは、ソース共振器１００及びソース共振器１００の磁場特性を示す図、写真及びグラフを示す。

【0016】

図１Ａは、Ｘ軸とＹ軸で定義される平面上で示すソース共振器１００の平面図である。 ソース共振器１００は一般的に四角形のループ構造で構成される。
図１Ｂは、Ｘ軸とＹ軸で定義されたソース共振器の平面と垂直のＺ軸に応じてソース共振器１００で生成される磁場を示す。
磁場の強度は、ソース共振器の中央部分で最も弱い。したがって、ターゲット共振器５０がソース共振器１００の中央部分の近傍に位置すると、カップリング効率が最も低くなる。一方、ソース共振器の周縁（エッジ）部分で磁場の強度が最も強い。
また、ソース共振器１００の近辺では位置ごとにインピーダンス値は様々である。すなわち、均一でない。

【0017】

図１Ｃは、ソース共振器１００から上部に０．３ｃｍの距離で磁場の分布を示す写真である。
ソース共振器から上に概略０．３ｃｍの距離で、ソース共振器の周縁部分で磁場の強度が最も強く、ソース共振器１００の中央部分で磁場の強度が最も弱い。
濃く表示された領域の磁場の強度が明るく表示された領域の磁場の強度よりも強い。白く表示された領域はソース共振器１００を示す。

【0018】

図１Ｄは、ソース共振器１００から上部に５ｃｍの距離で磁場の分布を示す写真である。
ソース共振器から上部に概略５ｃｍの距離で磁場の分布は概略均等である。
濃く表示された領域の磁場の強度が明るく表示された領域の磁場の強度よりも強い。しかし、図１Ｄに示すソース共振器１００から上部に５ｃｍ距離における色調は全体的に近似する。すなわち、その意味は磁場の分布がおおよそ均一であることを示す。

【0019】

図１Ｅは、ソース共振器１００とターゲット共振器（図示せず）との間の距離に基づいて形成される磁場の分布を示す様々なグラフである。
グラフＡ及びＣは、ソース共振器に対してＸ軸の方向に磁場を測定したグラフである。
グラフＡはソース共振器と１ｃｍ離隔された位置で測定された磁場であり、グラフＣはソース共振器と５ｃｍ離隔された位置で測定された磁場である。

【0020】

グラフＡを参照すると、ポイント１１０及び１２０は、ソース共振器のすぐに内側のエ周縁部分を示す。すなわち、ポイント１１０及び１２０はソース共振器の周縁を示す。ソース共振器のポイント１１０及び１２０位置で磁場の強度が最も大きいことが分かる。
また、ソース共振器の中央で磁場の強度が最も小さいことが分かる。
ここで、ソース共振器の中央でターゲット共振器とのカップリング効率が最も低い。また、ソース共振器の各位置ごとに特性インピーダンスが異なるため、共振周波数の偏差も大きくなる。

【0021】

グラフＣを参照すると、ポイント１５０及び１６０はソース共振器の周縁を示す。
ソース共振器と５ｃｍ離隔された位置ではかえってポイント１５０及び１６０位置間の区間で磁場の分布が均一であることが分かる。

【0022】

グラフＢ及びＤは、ソース共振器に対してＹ軸の方向に磁場を測定したグラフである。
グラフＢは、ソース共振器と１ｃｍ離隔された位置で測定された磁場であり、グラフＤは、ソース共振器と５ｃｍ離隔された位置で測定された磁場である。

【0023】

グラフＢを参照すると、ポイント１３０及び１４０は、ソース共振器のすぐに内側の周縁部分を示す。すなわち、ポイント１３０及び１４０はソース共振器の周縁を示す。ソース共振器のポイント１３０及び１４０の位置で磁場の強度が最も大きいことが分かる。また、ソース共振器の中央で磁場の強度が最も小さいことが分かる。

【0024】

グラフＤを参照すると、ポイント１７０及び１８０はソース共振器の周縁を示す。
ソース共振器と５ｃｍ離隔された位置ではかえってポイント１７０及び１８０位置間の区間で磁場の分布が均一であることが分かる。

【0025】

結果的に、ソース共振器と１ｃｍ離隔された位置で、Ｘ軸及びＹ軸のいずれの方向でもソース共振器の周縁では磁場の強度が大きく、ソース共振器の中心では磁場の強度が最も小さいことが分かる。

【0026】

一実施形態によれば、ソース共振器によって生成される磁場は磁場分布調整部によって調整される。
ソース共振器の所定の近辺領域で磁場は均一に調整される。
例えば、磁場分布調整部は、ソース共振器の周縁部分の磁場の強度に近似するようソース共振器の中央部分の磁場の強度を調整する。

【0027】

一時的に、ソース共振器の中央の磁場の強度を増加させることによって上記のように調整されてもよい。
したがって、無線電力送信の効率が改善されてソース共振器上の位置に関係なくインピーダンスが一定になる。一実施形態によれば、磁場分布調整部は能動素子又は受動素子であってもよい。

【0028】

例えば、実質的に均一な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍ）磁場の意味は、ソース共振器の近傍周辺（ｖｉｃｉｎｉｔｙ）で各地点の磁場の偏差が±０．５Ａ／ｍ（アンペア／メートル）程度である場合を意味する。
ここで、近傍周辺とはターゲット共振器のサイズに基づいて決定されてもよい。ターゲット共振器がソース共振器と磁場分布調整部との間に位置すれば、ソース共振器と磁場分布調整部との間の距離が近傍周辺として決定されてもよい。

【0029】

実質的に均一な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍ）磁場は、相互フラックス変化に基づいて決定されてもよい。
相互フラックス（ｍｕｔｕａｌ ｆｌｕｘ）変化が最小値であれば、磁場は実質的に均一になる。

【0030】

相互フラックスの変化は以下の数式（１）によって算出される。

【数1】

【0031】

しかし、磁場の均一さ及び／又は磁場の近傍周辺（ｖｉｃｉｎｉｔｙ）に対する定義は、特定の無線電力送信アプリケーション又は他の目的によって様々であってもよい。

【0032】

図２は、本発明の一実施形態に係る無線電力送信装置２００の構造を示す図である。
本発明の一実施形態に係る無線電力送信装置２００は、ソース共振器２０１及び磁場分布調整部２５０を備える。

【0033】

ソース共振器２０１は、ターゲット共振器と電磁結合又は共振カップリングのような無線カップリングを形成する。
ソース共振器２０１は、電磁結合によってターゲット装置に電力を無線送信する。
ここで、ソース共振器２０１は、第１送信線路、第１導体２４２、第２導体２４１、少なくとも１つの第１キャパシタ２２０、及び整合器２３０を備える。

【0034】

図２に示すように、第１キャパシタ２２０は、第１送信線路で第１信号導体部分２１１と第２信号導体部分２１２との間に位置に直列に挿入又は配置し、それにより電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）は第１キャパシタ２２０に閉じ込められるようになる。
一般的に、第１送信線路は上部に少なくとも１つの導体、下部に少なくとも１つの導体を含み、上部にある導体を介しては電流が流れ、下部にある導体は電気的にグラウンドされる。
本明細書では第１送信線路の上部にある導体を第１信号導体部分２１１と第２信号導体部分２１２に分類して呼び、第１送信線路の下部にある導体を第１グラウンド導体部分２１３と呼ぶ。

【0035】

図２に示すように、ソース共振器２０１は２次元構造の形態を有する。
他の一例として、ソース共振器は３次元構造の形態を有してもよい。
第１送信線路は上部に第１信号導体部分２１１及び第２信号導体部分２１２を含み、下部に第１グラウンド導体部分２１３を含む。第１信号導体部分２１１及び第２信号導体部分２１２と第１グラウンド導体部分２１３は互いに向かい合うように配置される。電流は第１信号導体部分２１１及び第２信号導体部分２１２を介して流れる。

【0036】

また、図２に示すように、第１信号導体部分２１１の片端は第１導体２４２と電気的に接続（すなわち、接地）され、他端は第１キャパシタ２２０と接続される。
そして、第２信号導体部分２１２の片端は第２導体２４１と接地され、他端は第１キャパシタ２２０と接続される。
従って、第１信号導体部分２１１、第２信号導体部分２１２、第１グラウンド導体部分２１３、第１、第２導体２４１、２４２は互いに接続されることによって、ソース共振器２００は電気的に閉じたループ構造を有する。
ここで、閉じた「ループ構造」とは、例えば、円形構造、四角形のような多角形の構造などを全て含み、電気的に閉じられていることを意味する。

【0037】

第１キャパシタ２２０は、第１送信線路の中端部に挿入される。
例えば、第１キャパシタ２２０は、第１信号導体部分２１１及び第２信号導体部分２１２の間に挿入又は配置してもよい。ここで、第１キャパシタ２２０は集中素子（ｌｕｍｐｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び分布素子（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）などの形態を有してもよい。特に、分布素子の形態を有する分布型キャパシタは、ジグザグ形態の導体ラインとその導体ラインとの間に存在する高い誘電率を有する誘電体を含んでもよい。

【0038】

第１キャパシタ２２０が第１送信線路に挿入されることによってソース共振器２０１はメタ物質（ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ）の特性を有し得る。
自然では固有の透磁率（Ｍｕ）及び誘電率（ｅｐｓｉｌｏｎ）を有する電磁気的な特性の多くの物質が発見される。大部分の物質は、一般的に物質は正の透磁率又は正の誘電率を有する。したがって、このような物質に対しては電気場、磁場及びポインティングベクトルに対して右手法則が適用され、このような物質をＲＨＭ（Ｒｉｇｈｔ Ｈａｎｄｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ）という。

【0039】

一方、自然では存在しない誘電率又は透磁率を有する物質、又は人工的に設計された（または人によって作られた）物質はメタ物質と命名する。
メタ物質は、誘電率又は透磁率の符号によってＥＮＧ（ｅｐｓｉｌｏｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＭＮＧ（ｍｕ ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＤＮＧ（ｄｏｕｂｌｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ）物質、ＮＲＩ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）物質、ＬＨ（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ）物質などに分類される。

【0040】

透磁率は、当該物質に与えられた磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）に対して発生する磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）と真空中でその磁界に対して発生する磁束密度の比を意味する。
そして、誘電率は、当該物質に与えられた電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）に対して発生する電束密度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）と真空中でその電界に対して発生する電束密度の比を意味する。
透磁率及び誘電率は与えられた周波数又は波長で該当物質の伝搬定数を決定し、透磁率及び誘電率によってその物質の電磁気特性が決定される。
一実施形態において、メタ物質は極めて大きい波長又は極めて低い周波数領域でも簡単に（すなわち、物質のサイズが多く変わらなくても）共振状態に置かれることがある。

【0041】

ここで、集中素子として挿入された第１キャパシタ２２０のキャパシタンスが適切に決定される場合、ソース共振器２０１はメタ物質の特性を有し得る。
特に、第１キャパシタ２２０のキャパシタンスを適切に調整することによって、ソース共振器２０１は負の透磁率を有し得るため、ソース共振器２０１はＭＮＧ共振器と呼ばれる。
下記で説明するが、第１キャパシタ２２０のキャパシタンスを決定する前提（ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）は様々であり得る。ソース共振器２０１がメタ物質（ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ）の特性を有する前提、ソース共振器２０１が対象周波数で負の透磁率を有する前提、又はソース共振器２０１が対象周波数で零次共振（Ｚｅｒｏｔｈ−Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）特性を有する前提などがあり、上述した前提の内の少なくとも１つの前提下で第１キャパシタ２２０のキャパシタンスを決定してもよい。

【0042】

ＭＮＧ共振器２０１は、伝搬定数が「０」であるときの周波数を共振周波数として有する零次共振特性を有してもよい。
ＭＮＧ共振器２０１は零次共振特性を有するため、共振周波数はＭＮＧ共振器２０１の物理的なサイズに対して独立的であり得る。すなわち、下記で再び説明するが、ＭＮＧ共振器２０１で共振周波数を変更するためには第１キャパシタ２２０を適切に設計することで充分であるため、ＭＮＧ共振器２０１の物理的なサイズを変更しなくてもよい。

【0043】

また、近接フィールド（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ）で、電界は第１送信線路に挿入された第１キャパシタ２２０に集中するため、第１キャパシタ２２０によって近接フィールドでは磁場がドミナント（ｄｏｍｉｎａｎｔ）される。
そして、ＭＮＧ共振器２０１は、集中素子の第１キャパシタ２２０を用いて高いＱ−ファクター（Ｑ−Ｆａｃｔｏｒ）を有するため、電力送信の効率を向上させることができる。参考に、Ｑ−ファクターは無線電力送信において抵抗損失（ｏｈｍｉｃ ｌｏｓｓ）の程度又は抵抗に対するリアクタンスの比を表すが、Ｑ−ファクターが大きいほど無線電力送信の効率が大きいものと理解される。

【0044】

また、ＭＮＧ共振器２０１は、ソース共振器とターゲット共振器との間のインピーダンス整合のための整合器２３０を備える。
したがって、電力送信効率が改善される。ここで、整合器２３０はＭＮＧ共振器２０１の磁界の強度を適切に調整可能であり、整合器２３０によってＭＮＧ共振器２０１のインピーダンスは決定される。
そして、電流はコネクタを介してＭＮＧ共振器２０１に流入されるか、ＭＮＧ共振器２０１から流出される。ここで、コネクタは第１グラウンド導体部分２１３又は整合器２３０と接続されてもよい。ただし、コネクタと第１グラウンド導体部分２１３又は整合器２３０間には物理的な接続が形成されてもよく、コネクタと第１グラウンド導体部分２１３又は整合器２３０間の物理的な接続なしでカップリングにより電力が伝達されてもよい。

【0045】

詳細には、図２に示すように、整合器２３０はソース共振器２０１のループ構造によって形成されるループの内部に位置する。
整合器２３０は、物理的な形態を変更することによってソース共振器２０１のインピーダンスを調整する。特に、整合器２３０は、第１グラウンド導体部分２１３から距離「ｈ」だけ離隔された位置にインピーダンス整合のための導体２３１を含んでもよく、ソース共振器２０１のインピーダンスは距離「ｈ」を調整することによって変更され得る。

【0046】

図２には示していないが、整合器２３０を制御することのできるコントローラが存在する場合、整合器２３０はコントローラによって生成される制御信号に応じて整合器２３０の物理的な形態を変更してもよい。
例えば、制御信号に応じて整合器２３０の導体２３１と第１グラウンド導体部分２１３との間の距離「ｈ」を増加させたり減少させたりし、それにより整合器２３０の物理的な形態が変更されることでソース共振器２０１のインピーダンスは調整される。

【0047】

整合器２３０は、図２に示すように、導体部分２３１のような受動素子で実現されてもよく、実施形態によってはダイオード、トランジスタなどのような能動素子で実現されてもよい。
能動素子が整合器２３０に含まれる場合、能動素子はコントローラによって生成される制御信号に応じて駆動してもよく、その制御信号に応じてソース共振器２０１のインピーダンスを調整することができる。
例えば、整合器２３０には能動素子の一種のダイオードが含まれ、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」状態にあるかに応じてソース共振器２０１のインピーダンスが調整される。

【0048】

また、図２に示していないが、ＭＮＧ共振器２０１を貫通する磁気コアをさらに含んでもよい。
このような磁気コアは電力送信距離を増加させる機能を行うことができる。
また、ソース共振器２０１は、ソース共振器上に対称的（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）又は非対称的（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）に位置する複数のターゲット装置、それぞれに同一の電力量を無線で送信してもよい。

【0049】

パッド（ｐａｄ）タイプで構成された無線電力送信装置には複数のターゲット装置が位置してもよい。
ここで、複数のターゲット装置は、それぞれのターゲット装置間にソース共振器の中央を基準として対称的又は非対称的にパッド上に位置してもよい。
すなわち、複数のターゲット装置はパッド上の任意の位置に置かれる。

【0050】

ソース共振器２０１で無線送信される電力は磁場の強度に影響を受ける。
ところが、ソース共振器２０１の周縁及び中央で磁場の分布は磁場分布調整部２５０によって均一になる。
したがって、複数のターゲット装置が対称的又は非対称的にパッド上に位置するかしないかに関わらず、ソース共振器２０１は各ターゲット装置ごとに同一量の電力を無線で送信できる。すなわち、ソース共振器２０１で所定の時間の間に無線で送信される電力量が一定であると仮定する場合、ソース共振器２０１で送信された電力は各ターゲット装置ごとに同一に分配され得る。

【0051】

また、ソース共振器２０１はターゲット装置の位置に基づく別途の整合処理を行うことなく、ソース共振器２０１上に位置するターゲット装置に高い効率で無線電力を送信することができる。
ソース共振器２０１の周縁及び中央で磁場の分布は磁場分布調整部２５０によって均一になるため、ターゲット装置の位置による別途の整合作業を必要としない。

【0052】

磁場分布調整部２５０は、ソース共振器２０１の内部の内の所定領域に配置され、ソース共振器２０１とターゲット共振器との間に無線カップリングが形成されるとき、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を調整する。
また、磁場分布調整部２５０は、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布が均一に形成されるよう磁場の分布を調整する。
一実施形態において、磁場分布調整部２５０は少なくとも１つのサブ共振器を含んでもよい。すなわち、磁場分布調整部２５０は少なくとも１つのサブ共振器を用いて、ソース共振器２０１内部で発生する磁場の分布が均一になるように磁場の分布を調整してもよい。少なくとも１つのサブ共振器の構成は図３を参照して詳細に説明する。

【0053】

少なくとも１つのサブ共振器は、ソース共振器２０１又はターゲット共振器と電磁結合を形成して少なくとも１つのサブ共振器内部で磁場を形成する。
サブ共振器内部で形成された磁場とソース共振器２０１内部で発生する磁場とが合成され、ソース共振器２０１内部で発生する磁場の分布が均一に調整される。

【0054】

また、磁場分布調整部２５０は、補助−サブ共振器を含んでもよい。
補助−サブ共振器は、少なくとも１つのサブ共振器内に配置される。
ソース共振器２０１が無線電力送信するとき、ソース共振器内部に位置する少なくとも１つのサブ共振器を補助し、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を均一に補償する。補助−サブ共振器は、サブ共振器によって調整される磁場の分布を補償し、ソース共振器２０１内で磁場の分布を均一にすることができる。

【0055】

磁場分布調整部２５０は、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場をソース共振器２０１の中央近辺に誘導する少なくとも１つのコイルを含んでもよい。
磁場分布調整部２５０は、少なくとも１つのコイルを用いてソース共振器２０１内部で発生する磁場の分布を均一に調整することができる。
磁場分布調整部２５０は、少なくとも１つのコイルにソース共振器２０１に流れる電流と同じ方向の電流を流し、ソース共振器２０１内部で発生する磁場と少なくとも１つのコイルから発生する磁場を合成する。磁場分布調整部２５０は、上記合成に基づいてソース共振器２０１内部の磁場分布を均一に調整する。

【0056】

ここで、磁場分布調整部２５０は、少なくとも１つのコイルの長さ、幅、及び少なくとも１つのコイル間の間隔に基づいてソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を均一に誘導することができる。
少なくとも１つのコイルは、ソース共振器２０１の中央に配置され、互いに異なるサイズのループ構造を形成してもよい。
様々なサイズのコイルによりソース共振器２０１の内部で発生する磁場がより細かく調整可能になる。

【0057】

また、同じ形を有する少なくとも１つのコイルは、ソース共振器２０１の内部に任意の位置に配置される。
少なくとも１つのコイルは、ソース共振器２０１の内部でそれぞれ様々な位置に配置されることによって、コイルが位置した領域でソース共振器２０１から発生する磁場を調整することができる。

【0058】

また、少なくとも１つのコイルは、ソース共振器２０１の中央に位置し、スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）形態を形成してもよい。
少なくとも１つのコイルは、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場を調整するために様々な形態で生成されてもよい。

【0059】

磁場分布調整部２５０は、ソース共振器２０１の中央を中心としてサイズ及び高さが異なるループ構造で形成された複数の遮蔽層を含んでもよい。
磁場分布調整部２５０は、複数の遮蔽層に基づいてソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を均一に誘導する。ソース共振器２０１で発生する磁場の磁束は、複数の遮蔽層で屈折されてソース共振器２０１の中央により集中され得る。

【0060】

磁場分布調整部２５０は、ＭＮＧ（Ｍｕ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）、ＤＮＧ（Ｄｏｕｂｌｅ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）又は磁性誘電体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｄｉｅｌｅｔｒｉｃ）で構成された層を含んでもよい。
磁場分布制御部２５０は、上記構成された層に基づいてソース共振器で発生する磁場の磁束を屈折させることによって、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を均一に誘導することができる。

【0061】

磁場分布調整部２５０は、ソース共振器２０１及び／又は少なくとも１つのサブ共振器の所定位置に積層される遮蔽層の幅を調整し、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を均一に誘導する。
遮蔽層の幅に応じてソース共振２０１で発生する磁場の磁束の屈折程度が変わり得る。
したがって、磁場分布調整部２５０は遮蔽層の幅を調整し、ソース共振器２０１の内部で発生する磁場の分布を均一にすることができる。

【0062】

一実施形態において、ソース共振器２０１は、パッドタイプの共振器として構成されてもよく、ターゲット装置はパッドタイプのソース共振器２０１上に位置してもよい。
例えば、ソース共振器２０１とターゲット装置との間の間隔は数ｃｍ以下である。例えば、２ｃｍ以下である。このような環境ではソース共振器２０１とターゲット装置との間に寄生キャパシタが発生する可能性がある。
寄生キャパシタによってソース共振器２０１の共振周波数は影響を受ける。
磁場分布調整部２５０は、ソース共振器２０１及び少なくとも１つのサブ共振器の所定位置に積層される遮蔽層の幅及び厚さを調整し、ソース共振器２０１とターゲット共振器との間に発生する寄生キャパシタによる共振周波数の変化を相殺することができる。

【0063】

図３は、本発明の一実施形態に係るソース共振器内部に位置するサブ共振器３１０を示す図である。
図３を参照すると、サブ共振器３１０は、第２送信線路、第３導体、第４導体及び少なくとも１つの第２キャパシタを含む。
少なくとも１つの第２キャパシタ３２１は、第２送信線路の第３信号導体部分３１１と第４信号導体部分３１３との間に直列に挿入され、それによって電界は少なくとも１つの第２キャパシタ３２１に閉じ込められるようになる。

【0064】

図３に示すように、サブ共振器３１０は２次元構造の形態を有する。
他の例として、サブ共振器３１０は３次元構造の形態を有してもよい。
第２送信線路は、上部に第３信号導体部分３１１及び第４信号導体部分３１３を含み、下部に第２グラウンド導体部分３１５を含む。第３信号導体部分３１１及び第４信号導体部分３１３と第２グラウンド導体部分３１５は互いに向かい合うように配置される。
電流は第３信号導体部分３１１及び第４信号導体部分３１３を介して流れる。

【0065】

また、図３に示すように、第３信号導体部分３１１の片端は第３導体３１７と接続され、他端は少なくとも１つの第２キャパシタ３２１と接続される。そして、第４信号導体部分３１３の片端は第４導体３１９と接続され、他端は第３キャパシタ３２１と接続される。
従って、第３信号導体部分３１１、第４信号導体部分３１３及び第２グラウンド導体部分３１５、導体（３１７、３１９）は互いに接続されることによって、サブ共振器３１０は電気的に閉じたループ構造を有する。ここで、「ループ構造」は円形構造、四角形のような多角形の構造などを全て含む。

【0066】

第２送信線路、第３導体３１７及び第４導体３１９は、四角（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ）形態のループ構造を形成してもよい。また、第２送信線路、第３導体３１７及び第４導体３１９は、円（ｃｉｒｃｕｌａｒ）形態のループ構造を形成してもよい。
また、第２送信線路、第３導体３１７及び第４導体３１９は、十字（ｃｒｏｓｓ）形態のループ構造を形成してもよい。

【0067】

図３には示していないが、サブ共振器３１０の少なくとも１つの第２キャパシタ３２１のキャパシタンスを調整するコントローラが存在する場合、コントローラはソース共振器で発生する磁場の分布が均一になるように可変的に少なくとも１つの第２キャパシタ３２１のキャパシタンスを調整する。
磁場分布調整部２５０は少なくとも１つの第２キャパシタ３２１のキャパシタンス、第２送信線路の長さ及び幅に基づいて、少なくとも１つのサブ共振器３１０の共振周波数をソース共振器の共振周波数と一定値だけ相違するように調整する。

【0068】

磁場分布調整部２５０は、ソース共振器で生成される磁場の分布が実質的に均一になるように、少なくとも１つの第２キャパシタ３２１のキャパシタンスを適応的に決定し調整する。
第２キャパシタ３２１のキャパシタンスが変化すれば、少なくとも１つのサブ共振器３１０の共振周波数も変化する。したがって、磁場分布調整部２５０は第２キャパシタ３２１のキャパシタンスを調整し、少なくとも１つのサブ共振器３１０の共振周波数をソース共振器の共振周波数よりも大きいか、小さく調整する。
磁場分布調整部２５０は、少なくとも１つのサブ共振器３１０の共振周波数をソース共振器の共振周波数よりも大きいか小さく調整して、ソース共振器の中心の磁場の強度とソース共振器の周縁の磁場の強度とが同一になるようにする。

【0069】

少なくとも１つのサブ共振器３１０の共振周波数とソース共振器の共振周波数とが一致する場合、ソース共振器の中央で磁場が集中する。
したがって、磁場分布調整部２５０は、少なくとも１つのサブ共振器３１０の共振周波数とソース共振器の共振周波数とを一定の値だけ相違するように調整し、ソース共振器の周縁と中心の磁場分布を均一にする。

【0070】

図４Ａ〜図４Ｇは、ターゲット共振器の位置に関係なく、ソース共振器の周辺磁場の強度が実質的に均一な分布を有するようにする様々な本発明の一実施形態に係るソース共振器２０１に含まれた磁場分布調整部３５０を示す図である。
磁場分布調整部２５０は、様々な形態を有する共振器を用いてソース共振器の周辺で均一な磁場分布を有するよう磁場を調整する。

【0071】

図４Ａを参照すると、磁場分布調整部は、ソース共振器の中央に位置する円形のサブ共振器４１０である。
類似の効果は図４Ｂに示すように、十字状のサブ共振器４１０によって提供されてもよい。他の形態のサブ共振器も用いられてもよい。
また、ソース共振器で生成される磁場は、１つ以上の追加又は補助サブ共振器を有する磁場分布調整部によって誘導されてもよい。
図４Ｃに示す補助サブ共振器４３０はサブ共振器の中央に位置してもよい。

【0072】

補助サブ共振器の共振周波数がソース共振器の共振周波数と近似すれば、磁場は中央部分に集中する。
したがって、ソース共振器の中央の磁場及び周縁の磁場が実質的に均一になるために補助サブ共振器の共振周波数がソース共振器の共振周波数よりも大きいか小さく調整される。

【0073】

図４Ｄ〜図４Ｆは、周期的（又は、反復的）な構造を有する磁場分布調整部を示す。
周期構造は、周縁の磁場が集中することを防止するために及び／又は中央の磁場がより強くなるよう中央部分に磁場を誘導する。結果的に、ソース共振器の中央及び周縁部分の磁場の分布が実質的に均一になる。

【0074】

図４Ｄに示すように、磁場分布調整部は、同一な形状で、同心円状の構造に整列された様々なサイズを有する複数のコイル４４０を含む。
複数のコイル４４０は四角形であってもよい。また、複数のコイル４４０は、例えば、円形のような他の形態を有してもよい。

【0075】

図４Ｅに示すように、磁場分布調整部は、スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）形態のコイル４５０を含む。
スパイラル形態のコイル４５０は四角形であってもよい。また、スパイラル形態のコイル４５０は、例えば、円形のような他の形態を有してもよい。
均一な磁場を生成するためにコイルの長さ、コイルの幅、及び／又はコイル間の間隔は適切に調整する必要がある。

【0076】

他の一例として、１つ以上の層を有する遮蔽材を用いてソース共振器の中央に磁場を誘導することで磁場の分布を実質的に均一に調整してもよい。
図４Ｆにおいて、磁場分布調整部は、複数の層（４６０、４６１、４６３）をなす遮蔽材を含む。
ソース共振器内部の磁場を均一に調整するために、遮蔽材は透磁率（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）、遮蔽材固有の損失（ｌｏｓｓ）、遮蔽材の厚さ、遮蔽材の配列順序、及び配列位置などを考慮して形成される。

【0077】

他の一例として、磁場分布調整部は、ＭＮＧ（Ｍｕ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）、ＤＮＧ（Ｄｏｕｂｌｅ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）、又は磁性誘電体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｄｉｅｌｅｔｒｉｃ）などのメタ物質（ｍｅｔａ ｍａｔｅｒｉａｌ）で構成された構造４７０を用いてソース共振器内部の磁場を均一に調整してもよい。

【0078】

図５は、本発明の一実施形態に係るソース共振器の内部に配置される複数のサブ共振器の周期構造を示す図である。
図５を参照すると、ソース共振器内部のそれぞれの角部にサブ共振器（５０１、５０３、５０５、５０７）が配置される。
ソース共振器内部のそれぞれの角部で磁場の強度が最も大きい。

【0079】

サブ共振器（５０１、５０３、５０５、５０７）は、各角部領域に配置され、角部に集中した磁場の分布をソース共振器の中央に誘導する。
周期構造は同じ形態のサブ共振器が繰り返し配置される構造を意味する。
サブ共振器だけではなく様々な形態のコイル及び遮蔽材、メタ物質を用いた構造などもソース共振器内部の様々な場所に位置して磁場を中央に誘導する。

【0080】

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係るサブ共振器とソース共振器との位置関係を示す図である。
図６Ａを参照すると、サブ共振器６２０はソース共振器の平面を基準としてソース共振器６１０よりも所定の高さ６３０だけ高い位置に配置される。

【0081】

サブ共振器６２０は、ソース共振器６１０の中央及びソース共振器６１０で発生した磁場の分布が減少する領域に配置される。サブ共振器６２０は、ソース共振器６１０よりも所定の高さ６３０だけ高い位置に配置され、ソース共振器６１０で発生する磁場を中央に誘導する。
すなわち、サブ共振器６２０で発生した磁場がソース共振器６１０で発生した磁場と合成し、結果的にソース共振器６１０の中心で磁場の分布を比較的に均等にすることができる。

【0082】

図６Ｂを参照すると、サブ共振器（６５０、６６０）はソース共振器の平面を基準としてソース共振器６４０よりも所定の高さ６７０だけ高い位置に配置される。
２つのサブ共振器（６５０、６６０）がソース共振器６４０よりも高い位置に配置される。
周期構造を用いてソース共振器６４０で発生する磁場の分布を均等にするように、少なくとも２つのサブ共振器（６５０、６６０）を用いてもよい。

【0083】

ただし、サブ共振器６５０とサブ共振器６６０との間には最小の間隔６８０が必要である。
最小の間隔６８０は、サブ共振器６５０に流れる電流によって発生する磁場とサブ共振器６６０に流れる電流によって発生する磁場とを相殺する程度が弱くなる距離を意味する。
図６Ｂでは２つのサブ共振器を示したが、他の実施形態では１つ以上の追加的なサブ共振器が提供されてもよい。

【0084】

図７は、本発明の一実施形態に係るソース共振器及びサブ共振器に遮蔽材が積層された場合を示す図である。
図７に示すように、ソース共振器の一定領域７１０及びサブ共振器の一定領域７２０に遮蔽材が積層されている。
本発明の一実施形態に係る無線電力送信装置は、遮蔽材を用いてソース共振器の内部で発生する磁場の分布を均等にする。

【0085】

無線電力送信装置は、ソース共振器７４０の一定領域７１０及びサブ共振器の一定領域７２０に積層された遮蔽層の幅を調整し、ソース共振器７４０の内部で発生する磁場の分布を均一に誘導する。
無線電力送信装置は、ソース共振器７４０の一定領域７１０及びサブ共振器の一定領域７２０に積層された遮蔽層の幅及び厚さを調整し、ソース共振器７４０とターゲット共振器との間に発生する寄生キャパシタによる共振周波数の変化を相殺することができる。

【0086】

遮蔽材７５０が積層される幅は、ソース共振器７４０で発生する磁場の磁束の屈折程度に基づいて決定される。
ソース共振器７４０の遮蔽材７５０は、ソース共振器の幅の３／５だけの幅７３０に積層されてもよい。例えば、ソース共振器７４０の幅が２．５ｃｍであれば、遮蔽材７５０が積層される幅７３０は１．５ｃｍ程度である。
図７の部分斜視図でより立体的に説明すると、遮蔽材７５０が積層される幅７７０はソース共振器７４０の幅７６０との対比は３／５程度である。また、遮蔽材７５０が積層される厚さ７８０はパッドタイプのソース共振器構造を考慮して、０．１ミリメートル以上１ミリメートル以下の値を有する。

【0087】

図８Ａは、本発明のソース共振器で生成された均一な分布を有する磁場の分布を示す写真である。
図１ｃで示した一般ソース共振器の磁場の分布と比較してサブ共振器のためにソース共振器の中央部分で磁場の強度が強くなったことが分かる。
濃く表示された領域の磁場の強度が明るく表示された領域の磁場の強度よりも強い。白く表示された領域はソース共振器を示す。

【0088】

また、図８Ｂに示すグラフＡ及びＢに示すように、中央で磁場の強度がさらに強くなる。
したがって、磁場の分布は実質的に均一になる。
したがって、ソース共振器上の位置に関係なく、インピーダンスの変化が最小になることで効率が最適化される。

【0089】

図９は、図２に示した無線電力送信のためのソース共振器の等価回路図である。
図２に示した無線電力送信のためのソース共振器２０１は、図９に示す等価回路にモデリングされる。
図９に示す等価回路でＣ_Ｌは、図２に示す送信線の中端部に集中素子の形態に挿入されたキャパシタ２２０を示し、Ｌ_Ｒは電力送信ラインのインダクタンスを示し、Ｃ_Ｒは電力送信ライン及び／又はグラウンド間のキャパシタンスを示す。

【0090】

ここで、図２に示した無線電力送信のための共振器は、零次共振特性を有する。
すなわち、伝搬定数が「０」である場合、無線電力送信のための共振器はω_ＭＺＲを共振周波数として有すると仮定する。

【0091】

ここで、共振周波数ω_ＭＺＲは下記の数式（２）のように表される。
ここで、ＭＺＲは「Ｍｕ Ｚｅｒｏ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」を意味する。

【数2】

【0092】

数式（２）を参照すると、共振器の共振周波数ω_ＭＺＲはＬ_Ｒ及びＣ_Ｌによって決定され、共振周波数ω_ＭＺＲと共振器の物理的なサイズは互いに独立的であることが分かる。
したがって、共振周波数ω_ＭＺＲと共振器の物理的なサイズが互いに独立的であるため、共振器の物理的なサイズは十分小さくなる。

【0093】

したがって、ターゲット共振器の位置に関わらずインピーダンスが保持され、効率の変化は発生せず、効率が最適に維持されることができる。
特に、共振器がパッドタイプであるときに該当する。さらに、無線電力送信システムは単一の整合回路として搭載されてもよい。したがって、インピーダンスの変化に基づいた電力の不均等な分布及び／又は近接無線電力送信で複数のターゲットの位置による電力の不均等な分布問題を容易に解決することができる。

【0094】

上述したように本発明は、多様なコンピュータ手段によって行うことができるプログラム命令の形態で実現されても良く、かかるプログラム命令は、コンピュータ読み出し可能媒体に記録されてもよい。
コンピュータ読み出し可能媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせたものを含んでもよい。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。

【0095】

以上のように本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

【符号の説明】

【0096】

２００ 無線電力送信装置
２０１ ソース共振器
２１１ 第１信号導体部分
２１２ 第２信号導体部分
２１３ 第１グラウンド導体部分
２２０ 第１キャパシタ
２３０ 整合器
２３１ 導体
２４１ 第２導体
２４２ 第１導体
２５０ 磁場分布調整部
３１０ サブ共振器
３１１ 第３信号導体部分
３１３ 第４信号導体部分
３１５ 第２グラウンド導体部分
３１７ 第３導体
３１９ 第４導体
３２１ 第２キャパシタ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】