特許 6097215 無線電力送信装置及びそのマルチバンド共振電力送信方法

(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】6097215

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】無線電力送信装置及びそのマルチバンド共振電力送信方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20170306BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02J50/40

【請求項の数】15

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-525827(P2013-525827)

(86)(22)【出願日】2011年8月23日

(65)【公表番号】特表2013-536672(P2013-536672A)

(43)【公表日】2013年9月19日

(86)【国際出願番号】KR2011006230

(87)【国際公開番号】WO2012026747

(87)【国際公開日】20120301

【審査請求日】2014年8月21日

(31)【優先権主張番号】10-2010-0082845

(32)【優先日】2010年8月26日

(33)【優先権主張国】KR

(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】キム，ドン ゾ

(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】パク，ウン ソク

(72)【発明者】

【氏名】ホン，ヨン テク

(72)【発明者】

【氏名】リュ，ヨン ホ

(72)【発明者】

【氏名】キム，ナム ユン

(72)【発明者】

【氏名】チェ，ジン ソン

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０９３９７３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２０１０−０６３２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１１０５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共振電力を発生させるソース部と、
前記共振電力を増幅するパワー増幅部と、
前記増幅された共振電力を互いに異なる共振帯域を用いてターゲット共振器に送信する少なくとも２つの共振器を含むマルチバンド共振部と、
前記送信された共振電力のうち反射して戻ってくる反射波を検出し、前記反射波の波形を分析して前記波形で振幅が最小である周波数を基本共振周波数として決定し、前記互いに異なる共振帯域を変更する整合制御部と、
を備え、
前記共振器は、グラウンド導体部分と、インピーダンス整合のための導体との２つの導体と、からなる整合器を含み、
前記整合制御部は、前記決定された基本共振周波数に応じて前記整合器の２つの導体間の距離を調整することを特徴とする無線電力送信装置。

【請求項2】

前記パワー増幅部は、前記共振電力を基本帯域の基本共振電力に増幅し、前記基本共振電力と少なくとも１つのハーモニック帯域で前記増幅するとき発生するハーモニック共振電力を前記マルチバンド共振部に伝達し、
前記マルチバンド共振部は、前記基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信する基本共振器及び、前記ハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信する少なくとも１つのハーモニック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装置。

【請求項3】

前記ハーモニック共振電力は、前記共振電力が非線型素子である前記パワー増幅部を通過するとき発生することを特徴とする請求項２に記載の無線電力送信装置。

【請求項4】

前記マルチバンド共振部は、基本帯域の基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信するループ（Ｌｏｏｐ）形態の基本共振器と、ハーモニック帯域のハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信するループ形態の少なくとも１つのハーモニック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装置。

【請求項5】

前記ソース部は、前記共振電力を生成するためにエネルギを受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装置。

【請求項6】

共振電力を発生させるステップと、
前記共振電力を増幅するステップと、
互いに異なる共振帯域を用いて前記増幅された共振電力をターゲット共振器に送信するステップと、
前記送信された共振電力のうち反射して戻ってくる反射波を検出し、前記反射波の波形を分析して前記波形で振幅が最小である周波数を基本共振周波数として決定し、前記互いに異なる共振帯域を変更するステップと、
を含み、
前記互いに異なる共振帯域を変更するステップは、グラウンド導体部分とインピーダンス整合のための導体との２つの導体を含む共振器と、前記決定された基本共振周波数に応じて前記２つの導体間の距離を調整する整合制御部と、を用いることを特徴とする無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法。

【請求項7】

前記増幅するステップは、前記共振電力を増幅して基本帯域の基本共振電力を生成し、
少なくとも１つのハーモニック帯域で前記増幅するときハーモニック共振電力を生成し、
前記送信するステップは、基本共振器を用いて前記基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信し、ハーモニック共振器を用いて前記ハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信することを特徴とする請求項６に記載の無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法。

【請求項8】

前記ハーモニック共振電力は、前記共振電力が非線型素子であるパワー増幅部を通過するとき発生することを特徴とする請求項７に記載の無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法。

【請求項9】

前記ハーモニック共振電力は、前記基本共振電力より低いパワーを有することを特徴とする請求項７に記載の無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法。

【請求項10】

前記共振電力を生成するためにエネルギを受信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法。

【請求項11】

互いに異なる共振帯域を用いて共振電力を複数のターゲット共振器に送信する複数の共振器を備え、
前記複数の共振器は、前記送信された共振電力のうち反射して戻ってくる反射波を検出し、前記反射波の波形を分析して前記波形で振幅が最小である周波数を基本共振周波数として決定し、前記互いに異なる共振帯域を変更する整合制御部を備え、
前記共振器は、グラウンド導体部分と、インピーダンス整合のための導体との２つの導体と、を含み、
前記整合制御部は、前記決定された基本共振周波数に応じて前記２つの導体間の距離を調整することを特徴とする無線電力送信装置。

【請求項12】

前記共振電力を増幅する増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力送信装置。

【請求項13】

前記増幅器は、基本共振電力及びハーモニック共振電力を生成することを特徴とする請求項１２に記載の無線電力送信装置。

【請求項14】

前記ハーモニック共振電力は、前記基本共振電力よりも低いパワーを有することを特徴とする請求項２又は１３に記載の無線電力送信装置。

【請求項15】

前記複数の共振器は、基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信する基本共振器及びハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信するハーモニック共振器を備えることを特徴とする請求項１１に記載の無線電力送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は無線電力送信に係り、特にマルチバンドを用いて共振電力送信を行う装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

共振電力伝達システムは無線電力送信システムの一種として、共振電力を送信するソース装置と共振電力を受信するターゲット装置とを備える。
１つの無線電力送信システムは、１つのソース装置を用いて複数のターゲット装置に同時に共振電力を伝達できる。しかし、同一の周波数で共振する複数のターゲット装置へ同時に共振電力を伝達する場合、ターゲット装置の間隔が特定の距離以上に近くなれば、インピーダンス変化によるカップリング（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）の発生によって共振周波数がずれ、共振電力の伝達効率が２０〜３０％以下に落ちてしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、互いに異なる共振帯域を介して共振電力を受信する無線電力受信装置が隣接する場合の干渉を抑制することにある。また、無線電力送信装置の電力消費を低減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態において、無線電力送信装置は、共振電力を発生させるソース部と、前記共振電力を増幅するパワー増幅部と、前記増幅された共振電力を互いに異なる共振帯域を用いてターゲット共振器に送信する少なくとも２つの共振器を含むマルチバンド共振部とを備える。

【0005】

前記パワー増幅部は、前記共振電力を基本帯域の基本共振電力に増幅し、前記基本共振電力と少なくとも１つのハーモニック帯域で前記増幅するとき発生するハーモニック共振電力を前記マルチバンド共振部に伝達し、前記マルチバンド共振部は、前記基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信する基本共振器及び、前記ハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信する少なくとも１つのハーモニック共振器を含んでもよい。

【0006】

前記ハーモニック共振電力は、前記共振電力が非線型素子である前記パワー増幅部を通過するとき発生してもよい。
前記ハーモニック共振電力は、前記基本共振電力より低いパワーを有してもよい。
前記マルチバンド共振部は、基本帯域の基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信するループ（Ｌｏｏｐ）形態の基本共振器と、ハーモニック帯域のハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信するループ形態の少なくとも１つのハーモニック共振器を含んでもよい。
前記ソース部は、前記共振電力を生成するためにエネルギを受信してもよい。

【0007】

一実施形態において、無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法は、共振電力を発生させるステップと、前記共振電力を増幅するステップと、互いに異なる共振帯域を用いて前記増幅された共振電力をターゲット共振器に送信するステップとを含む。

【0008】

前記増幅するステップは、前記共振電力を増幅して基本帯域の基本共振電力を生成し、少なくとも１つのハーモニック帯域で前記増幅するときハーモニック共振電力を生成し、前記送信するステップは、基本共振器を用いて前記基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信し、ハーモニック共振器を用いて前記ハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信してもよい。

【0009】

前記ハーモニック共振電力は、前記共振電力が非線型素子であるパワー増幅部を通過するとき発生してもよい。
前記ハーモニック共振電力は、前記基本共振電力より低いパワーを有してもよい。
他の一実施形態において、無線電力送信装置でマルチバンドの共振電力を送信する方法は、前記共振電力を生成するためにエネルギを受信するステップをさらに含んでもよい。

【0010】

一実施形態において、無線電力送信装置は、互いに異なる共振帯域を用いて共振電力を複数のターゲット共振器に送信する複数の共振器を備えてもよい。
他の一実施形態において、無線電力送信装置は、前記共振電力を増幅する増幅器をさらに備えてもよい。
前記増幅器は、基本共振電力及びハーモニック共振電力を生成してもよい。
前記ハーモニック共振電力は、前記基本共振電力よりも低いパワーを有してもよい。
前記複数の共振器は、基本共振電力を第１ターゲット共振器に送信する基本共振器及びハーモニック共振電力を第２ターゲット共振器に送信するハーモニック共振器を備えてもよい。

【発明の効果】

【0011】

マルチバンドを介して共振電力を送信する無線電力送信装置及び方法が提供される。本発明の実施形態によれば、マルチバンドを介して共振電力を送信するので、互いに異なる共振帯域を介して共振電力を受信する無線電力受信装置が隣接する場合にも干渉されることなく共振電力を受信できる。また、無線電力送信装置は、パワー増幅部で自然的に発生するハーモニックの電力を低電力の無線電力受信装置のための共振帯域で用いることによって電力消費を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】例示的な実施形態に係る無線電力送信システムを示す。

【図2】一実施形態に係るマルチバンドに共振電力を送信する無線電力送信システムを示す。

【図3】一実施形態に係るパワー増幅部を介して生成されるハーモニック共振電力を示す。

【図4】一実施形態に係る２００Ｗ級のパワー増幅部のスペクトル測定結果を示す。

【図5】一実施形態に係るマルチバンド共振部の構造を示す。

【図6】一実施形態に係る無線電力送信システムの適用例を示す。

【図7】一実施形態に係る無線電力送信装置からマルチバンドに共振電力を送信する方法を示す。

【0013】

【図8】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図9】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図10】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図11】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図12】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図13】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図14】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図15】共振器構造に対する様々な例を示す。

【図16】図８に示された無線電力送信のための共振器の等価回路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、例示的な実施形態に係るマルチバンドを用いて共振電力を送信する無線電力送信システムを示す。
以下の説明において、無線電力送信システムによって送信される無線電力は共振電力（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｏｗｅｒ）と称する。
図１に示すように、無線電力送信システムは、ソース装置とターゲット装置で構成されるソース−ターゲット構造である。即ち、無線電力送信システムは、ソース装置に該当する共振電力送信装置１１０とターゲット装置に該当する共振電力受信装置１２０を備える。

【0015】

共振電力送信装置１１０は、外部の電圧供給機からエネルギを受信して共振電力を発生するソース部１１１及びソース共振器１１５を備える。また、共振電力送信装置１１０は、共振周波数又はインピーダンス整合を行う整合制御部（Ｍａｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ）１１３をさらに備え得る。

【0016】

ソース部１１１は、外部の電圧供給機からエネルギを受信して共振電力を発生させる。ソース部１１１は、外部装置から入力される交流信号の信号レベルを所望するレベルに調整するためのＡＣ−ＡＣコンバーター、前記ＡＣ−ＡＣコンバーターから出力される交流信号を整流することによって、一定レベルのＤＣ電圧を出力するＡＣ−ＤＣコンバーター、前記ＡＣ−ＤＣコンバーターから出力されるＤＣ電圧を高速スイッチングすることによって、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯域のＡＣ信号を生成するＤＣ−ＡＣインバーターを含む。ＡＣ電力の他の周波数も使用されてもよい。

【0017】

整合制御部１１３は、ソース共振器１１５の共振帯域幅又はソース共振器１１５のインピーダンス整合周波数を設定する。整合制御部１１３は、ソース共振帯域幅設定部（図示せず）又はソース整合周波数設定部（図示せず）のうち少なくとも１つを備える。ソース共振帯域幅設定部は、ソース共振器１１５の共振帯域幅を設定する。ソース整合周波数設定部は、ソース共振器１１５のインピーダンス整合周波数を設定する。ここで、ソース共振器の共振帯域幅又はソース共振器のインピーダンス整合周波数設定に応じて、ソース共振器１１５のＱ−ファクタが決定される。

【0018】

ソース共振器１１５は電磁気エネルギをターゲット共振器に伝達する。即ち、ソース共振器１１５は、ターゲット共振器１２１とのマグネチックカップリング１０１によって共振電力をターゲット装置１２０に伝達する。ここで、ソース共振器１１５は設定された共振帯域幅内で共振する。

【0019】

共振電力受信装置１２０は、ターゲット共振器１２１、共振周波数又はインピーダンス整合を行う整合制御部１２３及び受信された共振電力を負荷に伝達するためのターゲット部１２５を備える。

【0020】

ターゲット共振器１２１は、ソース共振器１１５から電磁気エネルギを受信する。ここで、ターゲット共振器１２１は設定された共振帯域幅内で共振する。

【0021】

整合制御部１２３は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅又はターゲット共振器１２１のインピーダンス整合周波数のうち少なくとも１つを設定する。整合制御部１２３は、ターゲット共振帯域幅設定部（図示せず）又はターゲット整合周波数設定部（図示せず）のうち少なくとも１つを備える。ターゲット共振帯域幅設定部は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅を設定する。ターゲット整合周波数設定部は、ターゲット共振器１２１のインピーダンス整合周波数を設定する。ここで、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅又はターゲット共振器１２１のインピーダンス整合周波数設定に応じて、ターゲット共振器１２１のＱ−ファクタが決定される。

【0022】

ターゲット部１２５は、受信された共振電力を負荷に伝達する。ここで、ターゲット部１２５は、ソース共振器１１５からターゲット共振器１２１で受信されるＡＣ信号を整流してＤＣ信号を生成するＡＣ−ＤＣコンバーターと、ＤＣ信号の信号レベルを調整することによって定格電圧をデバイス又は負荷に供給するＤＣ−ＤＣコンバーターを含む。

【0023】

ソース共振器１１５及びターゲット共振器１２１は、ヘリックス（ｈｅｌｉｘ）コイル構造の共振器又はスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）コイル構造の共振器、又はメタ構造の（ｍｅｔａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）共振器から構成される。

【0024】

図１に示すように、Ｑファクタの制御過程は、ソース共振器１１５の共振帯域幅及びターゲット共振器１２１の共振帯域幅を設定し、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間のマグネチックカップリング１０１によって電磁気エネルギをソース共振器１１５からターゲット共振器１２１に伝達することを含む。
ここで、ソース共振器１１５の共振帯域幅は、ターゲット共振器１２１の共振帯域幅よりも広くか、又は狭く設定される。即ち、ソース共振器１１５の共振帯域幅がターゲット共振器１２１の共振帯域幅より広く、又は狭く設定されることによって、ソース共振器のＢＷ−ファクタとターゲット共振器のＢＷ−ファクタは互いに不平衡の（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ）関係を保持する。

【0025】

共振方式の無線電力送信において、共振帯域幅は重要なファクタである。ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離変化、共振インピーダンスの変化、インピーダンスミスマッチ（不整合）、反射信号などを全て考慮したＱ−ファクタをＱｔとする場合、Ｑｔは式（１）のように共振帯域幅ＢＷの逆数の関数となる。

【0026】

［数１］

（Δｆ／ｆ_０） ＝（１／Ｑｔ）
＝（Γ_Ｓ，Ｄ） ＋（１／ＢＷ_Ｓ） ＋（１／ＢＷ_Ｄ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

【0027】

式（１）において、ｆ_０は中心周波数、Δｆは帯域幅、（Γ_Ｓ，Ｄ）は共振器の間の反射損失、ＢＷ_Ｓはソース共振器１１５の共振帯域幅、ＢＷ_Ｄはターゲット共振器１２１の共振帯域幅を示す。本明細書において、ＢＷ−ファクタは（１／ＢＷ_Ｓ）又は（１／ＢＷ_Ｄ）を意味する。

【0028】

一方、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間の距離が変わるか、２つのうち１つの位置が変化するなどの外部からの影響によって、ソース共振器１１５とターゲット共振器１２１との間のインピーダンス不整合が発生することがある。インピーダンス不整合は、電力伝達の効率を低下する直接的な原因になり得る。
整合制御部１１３は、送信信号の一部が反射して戻ってくる反射波を検出することによって、インピーダンス不整合が発生したと判断し、インピーダンス整合を行うことができる。また、整合制御部１１３は、反射波の波形分析によって共振ポイントを検出することで共振周波数を変更できる。ここで、整合制御部１１３は例えば、反射波の波形で振幅が最小である周波数を共振周波数として決定する。

【0029】

以上、図１の例における、ソース共振器１１５及び／又はターゲット共振器１２１は、後述するように、図８乃至図１５の何れかに示す構造を有し得る。
明細書で使用される基本（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）共振電力は基本周波数帯域での共振電力を意味し、ハーモニック共振電力はハーモニック（高調波周波数）帯域での共振電力を意味する。また、マルチバンド（ｍｕｌｔｉ−ｂａｎｄ）は多重周波数帯域（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｂａｎｄｓ）を意味する。

【0030】

図２は、一実施形態に係るマルチバンドで共振電力を送信する無線電力送信システムを示す。
無線電力送信システムによって送信される無線電力は共振電力（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｏｗｅｒ）であるとする。
図２を参照すれば、無線電力送信システムは、ソースとターゲットで構成されるソース−ターゲット構造である。即ち、無線電力送信システムは、ソースに該当する無線電力送信装置２００とターゲットに該当する無線電力受信装置２１０、２２０を備える。

【0031】

ここで、無線電力送信装置２００は、ソース部２０２、パワー増幅部２０４及びマルチバンド共振部２０６を備える。
ソース部２０２は、エネルギを受信して共振電力を発生させパワー増幅部２０４に伝達する。
パワー増幅部２０４は、ソース部２０２から伝達された共振電力を増幅してマルチバンド共振部２０６に伝達する。

【0032】

図３は、一実施形態に係るパワー増幅部を介して生成されるハーモニック共振電力を示す。図３を参照すれば、パワー増幅部２０４は例えば非線型素子を含み、伝達された共振電力３１０を増幅し、増幅された共振電力３２０を出力する。ここで、増幅された共振電力３２０は基本（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）帯域（中心周波数ｆ）の共振電力、即ち基本共振電力と、増幅するとき発生する少なくとも１つのハーモニック（Ｈａｒｍｏｎｉｃ）帯域（中心周波数２ｆ、３ｆ、・・・）の共振電力、即ちハーモニック共振電力と、を含む。ここで、ハーモニック帯域の共振電力は、基本帯域の共振電力より相対的に低いパワーを有する。

【0033】

図４は、一実施形態に係る２００Ｗ級のパワー増幅部のスペクトル測定結果を示す。図４を参照すれば、２００Ｗ級のパワー増幅部は１３．６ＭＨｚの入力信号を受信した場合、基本帯域である１３．６ＭＨｚの共振電力と２次ハーモニック帯域である２７．２ＭＨｚの信号及び追加的なハーモニック帯域で電力を出力している。ここで、基本帯域と２次ハーモニック帯域のパワーの差は約１５．１５ｄＢであることが見られる。
マルチバンド共振部２０６は、例えば、互いに異なる共振帯域を用いてターゲット共振器に増幅された共振電力を送信する少なくとも２つの共振器を備える。一例として、各ターゲット共振器に１つの帯域が使用される。

【0034】

図５は、一実施形態に係るマルチバンド共振部の構造を示す。
図５と上記図２とを参照すれば、マルチバンド共振部２０６は、基本帯域の共振電力を第１ターゲット共振器２１２に送信するループ（Ｌｏｏｐ）形態の基本共振器５１０とハーモニック帯域の共振電力を第２ターゲット共振器２１４に送信するループ形態のハーモニック共振器５２０を少なくとも１つ含むマルチループ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌｏｏｐ）形態に構成されている。図５の例として、基本共振器５１０、ハーモニック共振器５２０、第１ターゲット共振器２１２及び／又は第２ターゲット共振器２１４は、図８乃至図１４の何れかの構造を有し得る。

【0035】

図６は、一実施形態に係る無線電力送信システムの適用例を示す。
図６を参照すれば、無線電力送信装置２００は、マルチバンド共振部２０６によって基本帯域の共振電力とハーモニック帯域の共振電力を送信する。これによって、ＴＶなどの大電力の無線電力受信装置２１０は基本帯域の共振電力の供給を受け、モバイルなどの低電力の無線電力受信装置２４０は２次又は３次ハーモニック帯域の共振電力の供給を受ける。図６に示すような無線電力送信システムで、無線電力受信装置２１０と無線電力受信装置２４０は互いに近接距離に位置しても互いに異なる共振帯域によって共振電力の供給を受けることによって、干渉なしに無線電力が供給される。

【0036】

図７は、一実施形態に係る無線電力送信装置からマルチバンドを用いて共振電力を送信する方法を示す。
ステップ７１０において、無線電力送信装置２００は、エネルギを受信して共振電力を発生させる。
ステップ７２０において、無線電力送信装置２００は、共振電力を増幅する。例えば、無線電力送信装置２００は、基本帯域の基本共振電力に共振電力を増幅し、少なくとも１つのハーモニック帯域でのハーモニック共振電力は、前記基本共振電力に共振電力を増幅する際に生成される。

【0037】

ステップ７３０において、無線電力送信装置２００は、増幅された共振電力を互いに異なる共振帯域を用いてターゲット共振器に送信する。より詳細には、無線電力送信装置２００は、基本共振器５１０によって基本帯域の共振電力を第１ターゲット共振器２１２に送信し、且つ、ハーモニック共振器５２０を介してハーモニック帯域の共振電力を第２ターゲット共振器２１４に送信する。

【0038】

図１を再度参照すれば、ソース共振器１１５及び／又はターゲット共振器１２１はヘリックスコイル構造の共振器又はスパイラルコイル構造の共振器、又はメタ構造の共振器などの何れかで構成される。

【0039】

自然界に存在する多くの物質の電磁気的特性は、固有の誘電率（ε、イプシロン）及び透磁率（μ、ミュー）で表わされる。大部分の物質は正の誘電率及び正の透磁率を有する。大部分の物質で電界、磁界及びポインティング・ベクトルには右手の法則が適用されるので、このような物質をＲＨＭ（Ｒｉｇｈｔ Ｈａｎｄｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ、右手系物質）という。
一方、自然界に一般的に存在しないか、人工的に設計された、又は人によって製造された誘電率又は透磁率を有する物質は、ここでメタ物質と呼ぶことにする。メタ物質は、誘電率又は透磁率の符号によってＥＮＧ（ｅｐｓｉｌｏｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ、負のε）物質、ＭＮＧ（ｍｕ ｎｅｇａｔｉｖｅ、負のμ）物質、ＤＮＧ（ｄｏｕｂｌｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ、ε、μが共に負）物質、ＮＲＩ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ、負の屈折率）物質、ＬＨ（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ、左手系）物質などに分類される。

【0040】

透磁率は、該当物質で与えられた磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）に対して発生する磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）と、真空内で同じ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、該当物質で与えられた電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）に対して発生する電束密度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）と真空の内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における当該物質中の電波伝搬定数（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）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、メタ物質からなる物体のサイズが大きく変化しない場合にも容易に共振状態に置かれ得る。このような特徴は、相対的に極めて大きい波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）領域又は相対的に極めて低い周波数領域で有用である。

【0041】

図８乃至図１５は共振器構造に関する様々な例を示す。
図８は、一実施形態に係る２次元構造の共振器８００を示す図である。
図８を参照すれば、一実施形態に係る２次元構造の共振器は、第１信号導体部分８１１、第２信号導体部分８１２、及びグラウンド導体部分８１３を含む送信線路、キャパシタ８２０、整合器８３０、並びに導体８４１及び８４２を備える。

【0042】

図８に示すように、キャパシタ８２０は、送信線路の第１信号導体部分８１１と第２信号導体部分８１２との間に直列に挿入され、それによって電界はキャパシタ８２０に閉じ込められる。一般的に、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。

【0043】

図８に示すように、本発明の一実施形態に係る共振器８００は、２次元構造の形態を有する。送信線路は、上部に第１信号導体部分８１１及び第２信号導体部分８１２を含み、下部にグラウンド導体部分８１３を含む。第１信号導体部分８１１及び第２信号導体部分８１２とグラウンド導体部分８１３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８１１及び第２信号導体部分８１２を通じて流れる。

【0044】

また、図８に示すように、第１信号導体部分８１１の一端は導体８４２と短絡され、他端はキャパシタ８２０と接続される。そして、第２信号導体部分８１２の一端は導体８４１と短絡され、他端はキャパシタ８２０と接続される。即ち、第１信号導体部分８１１、第２信号導体部分８１２、及びグラウンド導体部分８１３、導体８４１、８４２は互いに接続されることによって、共振器８００は電気的に閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ）構造を有する。ここで、「閉ループ構造」は円形構造、四角形のような多角形の構造などを全て含み、「閉ループ構造を有する」ことは電気的に閉じた回路であることを意味する。

【0045】

キャパシタ８２０は送信線路の中間部に挿入される。より具体的には、キャパシタ８２０は第１信号導体部分８１１と第２信号導体部分８１２との間に挿入される。ここで、キャパシタ８２０は、集中型素子（ｌｕｍｐｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び分布型素子（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）の何れかの形態を有する。特に、分布型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む。

【0046】

キャパシタ８２０が送信線路に挿入されることによって共振器８００はメタ物質の特性を有し得る。例えば、キャパシタ８２０のキャパシタンスを適切に調整することによって共振器８００が負の透磁率を有する場合、一実施形態に係る共振器８００はＭＮＧ共振器と呼ばれる。

【0047】

キャパシタ８２０のキャパシタンスを定める基準（ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）は様々であり得る。共振器８００がメタ物質の特性を有する基準、共振器８００が対象周波数で負の透磁率を有する基準、又は共振器８００が対象周波数で第ゼロ次共振（Ｚｅｒｏｔｈ−Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の特性を有する基準などがある。

【0048】

ＭＮＧ共振器８００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第ゼロ次共振特性を有し得る。ＭＮＧ共振器８００が第ゼロ次共振特性を有する場合、共振周波数はＭＮＧ共振器８００の物理的なサイズに対して独立的であり得る。即ち、下記で再び説明するが、ＭＮＧ共振器８００で共振周波数を変更するためにはキャパシタ８２０を適切に設計することで充分であるので、ＭＮＧ共振器８００の物理的なサイズの変更を要しない。

【0049】

また、近接フィールドにおいて、電界は送信線路に挿入されたキャパシタ８２０に集中するので、キャパシタ８２０によって近接フィールドでは磁界がドミナント（ｄｏｍｉｎａｎｔ、支配的）になる。そして、ＭＮＧ共振器８００は集中型素子のキャパシタ８２０を用いて高いＱ−ファクタ（Ｑ−Ｆａｃｔｏｒ）を有するので、電力送信効率を向上できる。参考に付言すると、Ｑ−ファクタは、無線電力送信において、抵抗損失の程度、又は抵抗に対するリアクタンスの比を表すので、Ｑ−ファクタが大きいほど無線電力送信の効率は大きい。

【0050】

また、ＭＮＧ共振器８００は、インピーダンス整合のための整合器８３０を備える。ここで、整合器８３０は、ＭＮＧ共振器８００の電磁界の強度を適切に調整でき、整合器８３０によってＭＮＧ共振器８００のインピーダンスが決定される。そして、電流はコネクタ（９４０、例えば、下記の図９を参照）を介してＭＮＧ共振器８００に流入するか、又はＭＮＧ共振器８００から流出する。
ここで、前記コネクタはグラウンド導体部分８１３又は整合器８３０と接続される。ただし、前記コネクタとグラウンド導体部分８１３又は整合器８３０の間には物理的な連結が形成されるか、若しくは、前記コネクタとグラウンド導体部分８１３又は整合器８３０の間に物理的な連結なしでカップリングを介して電力が送信される。

【0051】

より具体的に、図８に示すように、整合器８３０は、共振器８００のループ構造によって形成されるループ内に配置される。整合器８３０は、物理的な形態を変更することによって共振器８００のインピーダンスを調整する。特に、整合器８３０は、グラウンド導体部分８１３から距離ｈだけ離れた位置にインピーダンス整合のための導体８３１を含んでもよく、その場合、共振器８００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できる。

【0052】

他の例の場合、整合器８３０を制御できるコントローラが提供されている場合、コントローラは制御信号を生成して送信する。整合器８３０はコントローラから送信された制御信号に従い、その物理的な形態を変更する。例えば、制御信号に応じて整合器８３０の導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離ｈが増加又は減少し、それによって整合器８３０の物理的な形態が変更されることで、共振器８００のインピーダンスが調整される。コントローラは様々なファクタを考慮して制御信号を生成できる。

【0053】

整合器８３０は図８に示すように、導体の部分８３１のような受動素子で具現されるか、又は、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具現される。能動素子が整合器８３０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され、その制御信号に応じて共振器８００のインピーダンスは調整される。例えば、整合器８３０に能動素子の一種であるダイオードが含まれている場合、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」の状態にあるかに応じて共振器８００のインピーダンスが調整される。

【0054】

また、図８に明示していないが、ＭＮＧ共振器８００を貫通するマグネチックコアをさらに含み得る。このようなマグネチックコアは電力送信距離を増加させる機能を行う。

【0055】

図９は、一実施形態に係る３次元構造の共振器９００を示す図である。
図９を参照すれば、一実施形態に係る３次元構造の共振器９００は、第１信号導体部分９１１、第２信号導体部分９１２、及びグラウンド導体部分９１３を含む送信線路、並びにキャパシタ９２０を含む。ここで、キャパシタ９２０は、送信線路で第１信号導体部分９１１と第２信号導体部分９１２との間に位置に直列に挿入され、電界はキャパシタ９２０に閉じ込められる。

【0056】

また、図９に示すように、共振器９００は３次元構造の形態を有する。送信線路路は、上部に第１信号導体部分９１１及び第２信号導体部分９１２を含み、下部にグラウンド導体部分９１３を含む。第１信号導体部分９１１及び第２信号導体部分９１２とグラウンド導体部分９１３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９１１及び第２信号導体部分９１２を通じてｘ方向に流れ、このような電流によって−ｙ方向に磁界Ｈ（ｗ）が発生する。また、＋ｙ方向に磁界Ｈ（ｗ）が発生する場合もある。

【0057】

また、図９に示すように、第１信号導体部分９１１の一端は導体９４２と短絡され、他端はキャパシタ９２０と接続される。そして、第２信号導体部分９１２の一端は導体９４１と接地され、他端はキャパシタ９２０と接続される。即ち、第１信号導体部分９１１、第２信号導体部分９１２、及びグラウンド導体部分９１３、導体９４１、９４２は互いに接続されることによって、共振器９００は電気的に閉ループ構造を有する。
また、図９に示すように、キャパシタ９２０は、第１信号導体部分９１１と第２信号導体部分９１２との間に挿入される。ここで、キャパシタ９２０は、集中型素子及び分布型素子の何れかの形態を有する。特に、分布型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む。

【0058】

図９に示すように、キャパシタ９２０が送信線路に挿入されることによって共振器９００はメタ物質の特性を有し得る。
集中型素子として挿入されたキャパシタ９２０のキャパシタンスが適切に決定される場合、共振器９００はメタ物質の特性を有する。特に、キャパシタ９２０のキャパシタンスを適切に調整することによって、共振器９００は特定の周波数帯域において負の透磁率を有する場合、本発明の一実施形態に係る共振器９００はＭＮＧ共振器と呼ばれる。

【0059】

下記で説明するが、キャパシタ９２０のキャパシタンスを定める基準は様々であり得る。共振器９００がメタ物質の特性を有する基準、共振器９００が対象周波数で負の透磁率を有する基準、又は共振器９００が対象周波数で第ゼロ次共振の特性を有する基準などがあり、上述した基準のうち少なくとも１つの基準の下でキャパシタ９２０のキャパシタンスを決定する。

【0060】

図９に示すように、ＭＮＧ共振器９００は、電波伝搬定数が０であるときの周波数を共振周波数として有する第ゼロ次共振の特性を有し得る。このようにＭＮＧ共振器９００が第ゼロ次共振の特性を有する場合、共振周波数はＭＮＧ共振器９００の物理的なサイズに対して独立的であり得る。ＭＮＧ共振器９００で共振周波数を変更するためにはキャパシタ９２０を適切に設計することで充分であるので、ＭＮＧ共振器９００の物理的なサイズの変更を要しない。

【0061】

図９に示すように、ＭＮＧ共振器９００を参照すれば、近接フィールドにおいて、電界は送信線路９１０に挿入されたキャパシタ８２０に集中するので、キャパシタ９２０によって近接フィールドでは磁界がドミナントになる。特に、第ゼロ次共振の特性を有するＭＮＧ共振器９００は磁気双極子（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｉｐｏｌｅ）に類似の特性を有するので、近接フィールドでは磁界がドミナントになり、キャパシタ９２０の挿入により発生する比較的少量の電界はそのキャパシタ９２０に集中されるので、近接フィールドでは磁界が更にドミナントになる。ＭＮＧ共振器９００は集中型素子のキャパシタ９２０を用いて高いＱ−ファクタを有するので、電力送信の効率を向上できる。

【0062】

また、図９に示すように、ＭＮＧ共振器９００はインピーダンス整合のための整合器９３０を備える。ここで、整合器９３０は、ＭＮＧ共振器９００の電磁界の強度を適切に調整でき、整合器９３０によってＭＮＧ共振器９００のインピーダンスが決定される。そして、電流はコネクタ９４０を介してＭＮＧ共振器９００に流入するか、又はＭＮＧ共振器８００から流出する。ここで、コネクタ９４０はグラウンド導体部分９１３又は整合器９３０の何れかと接続される。

【0063】

より具体的に、図９に示すように、整合器９３０は共振器９００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９３０は物理的な形態を変更することによって共振器９００のインピーダンスを調整する。特に、整合器９３０はグラウンド導体部分９１３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部分９３１を含み、共振器９００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。

【0064】

図９には示していないが、整合器９３０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９３０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９３０の物理的な形態を変更できる。例えば、制御信号に応じて整合器９３０の導体９３１とグラウンド導体部分９１３との間の距離ｈが増加又は減少し、これにより整合器９３０の物理的な形態が変更されることで共振器９００のインピーダンスが調整される。整合器９３０の導体９３１とグラウンド導体部分９１３との間の距離ｈは様々な方式で調整できる。即ち、第１に、整合器９３０には様々な導体が含まれてもよく、その導体のうち何れか１つを適応的に活性化することによって距離ｈが調整される。第２に、導体９３１の物理的な位置を上下に調整することによって距離ｈが調整される。このような距離ｈはコントローラの制御信号に応じて制御でき、コントローラは様々なファクタを考慮して制御信号を生成できる。

【0065】

整合器９３０は、図９に示すように、導体の部分９３１のような受動素子で具現されるか、又は、実施形態によってはダイオード、トランジスタなどの能動素子で具現される。能動素子が整合器９３０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でき、その制御信号に応じて共振器９００のインピーダンスを調整する。例えば、整合器９３０に能動素子の一種であるダイオードが含まれる場合、ダイオードが「ｏｎ」又は「ｏｆｆ」の状態であるかに応じて共振器９００のインピーダンスが調整される。

【0066】

また、図９には明示していないが、ＭＮＧ共振器９００を貫通するマグネチックコアをさらに含み得る。このようなマグネチックコアは電力送信距離を増加する機能を行う。

【0067】

図１０は、一実施形態に係るバルキー型（ｂｕｌｋｙ ｔｙｐｅ）に設計された無線電力送信のための共振器１０００の例を示す図である。
以下の説明で使用される「バルキー型」という用語は、別途の継ぎ目なしで一体型として、２以上の部分（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）を互いに接続する類型を呼ぶ。

【0068】

図１０を参照すれば、第１信号導体部分１０１１と導体１０４２とは、個別的に製造された後、互いに接続されるのではなく、一体型に製造される。同様に、第２信号導体部分１０１２と導体１０４１も一体型に製造される。

【0069】

仮に、例えば、第２信号導体部分１０１２と導体１０４１とが個別的に製造された後互いに接続される場合、継ぎ目１０５０には導体損失が発生し得る。ここで、本発明の実施形態によれば、第２信号導体部分１０１２と導体１０４１は別途の継ぎ目なしで（ｓｅａｍｌｅｓｓ）互いに接続され、導体１０４１とグラウンド導体部分１０１３も別途の継ぎ目なしで互いに接続されるので、継ぎ目による導体損失を低減できる。即ち、第２信号導体部分１０１２とグラウンド導体部分１０１３は別途の継ぎ目なしで一体型に製造される。同様に、第１信号導体部分１０１１と、導体１０４２と、グラウンド導体部分１０１３とは別途の継ぎ目なしで１つの一体型に製造される。
整合器１０３０は、本明細書で説明される１つ以上の実施形態と類似の構造で提供される。

【0070】

図１１は、一実施形態に係る中空型（ｈｏｌｌｏｗ ｔｙｐｅ）に設計された無線電力送信のための共振器１１００の例を示す図である。
図１１を参照すれば、中空型に設計された無線電力送信のための共振器１１００の第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２それぞれは内部に空いている空間を含む。

【0071】

与えられた共振周波数において、有効電流は第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２それぞれの全ての部分を介して流れることなく、一部の部分（表皮厚部分）のみを介して流れるものとモデリングできる。即ち、与えられた共振周波数において、第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２の厚さがそれぞれの表皮厚（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）よりも過度に厚いことは効率的ではない。即ち、それは共振器１１００の重量又は共振器１１００の製造費用を増加させる原因になり得る。

【0072】

従って、本発明の実施形態によれば、与えられた共振周波数において、第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２それぞれの表皮厚に基づいて第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２それぞれの厚さを適切に決定する。第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２それぞれが該当の表皮厚よりも僅かに大きい適切な厚さを有する場合、共振器１１００は軽くなり、共振器１１００の製造費用も削減できる。

【0073】

例えば、図１１に示すように、中空の第２信号導体部分１１１２の外殻部の厚さは、円で囲んだ領域１１６０の拡大図でより詳細に示したように、ｄｍに決定してもよく、ｄは式（２）

によって決定される。ここで、ｆは周波数、μは透磁率、σは導体の導電率を表す。特に、第１信号導体部分１１１１、第２信号導体部分１１１２、グラウンド導体部分１１１３、導体１１４１、１１４２が銅（ｃｏｐｐｅｒ）からなり、５．８ｘ１０＾７の導電率σを有する場合、共振周波数が１０ｋＨｚについては厚さｄが約０．６ｍｍとなり、共振周波数が１００ＭＨｚについては厚さｄは０．００６ｍｍとなる。
キャパシタ１１２０及び整合器１１３０は、本明細書で説明される１つ以上の実施形態と類似の構造で提供される。

【0074】

図１２は、パラレルシート（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｓｈｅｅｔ）が適用された無線電力送信のための共振器１２００の例を示す図である。
図１２を参照すれば、パラレルシートが適用された無線電力送信のための共振器に含まれた第１信号導体部分１２１１、第２信号導体部分１２１２それぞれの表面にはパラレルシートを適用する。

【0075】

第１信号導体部分１２１１、第２信号導体部分１２１２は完ぺきな導体ではないので抵抗成分を有し、その抵抗成分によって抵抗損失が発生する場合がある。このような抵抗損失はＱファクタを低下させ、カップリング効率を低下させる。

【0076】

本発明の一実施形態によると、第１信号導体部分１２１１、第２信号導体部分１２１２それぞれの表面にパラレルシートを適用することによって抵抗損失を減らし、Ｑファクタ及びカップリングの効率を増加できる。図１２に示す共振器１２００の円で囲んだ部分１２７０の拡大図を参照すれば、パラレルシートが適用される場合、第１信号導体部分１２１１、第２信号導体部分１２１２それぞれは複数の導体ラインを含む。この導体ラインは並列的に配置され、第１信号導体部分１２１１、第２信号導体部分１２１２それぞれの先の部分で互いに接続（短絡）される。

【0077】

第１信号導体部分１２１１、第２信号導体部分１２１２それぞれの表面にパラレルシートを適用する場合、導体ラインが並列的に配置されるので、導体ラインが有する抵抗成分の合計は減少する。従って、抵抗損失を減らし、Ｑファクタ及びカップリング効率を増加できる。
キャパシタ１２２０及びグラウンド導体部分１２１３の上部に位置する整合器１２３０は、本明細書で説明される１つ以上の実施形態と類似の構造で提供され得る。

【0078】

図１３は、一実施形態に係る分布型キャパシタを含む無線電力送信のための共振器１３００の例を示す図である。
図１３を参照すれば、無線電力送信のための共振器に含まれるキャパシタ１３２０は分布型キャパシタである。集中型素子としてのキャパシタは相対的に高い等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＥＳＲ）を有し得る。集中型素子としてのキャパシタが有するＥＳＲを減らすための様々な提案があるものの、一実施形態は分布型素子としてのキャパシタ１３２０を用いることによってＥＳＲを低減できる。参考に、ＥＳＲによる損失はＱファクタ及びカップリング効率を低下する。

【0079】

分布型素子としてのキャパシタ１３２０は、図１３に示すように、ジグザグその構造の導体ライン及び誘電体で実現される。

【0080】

それだけではなく、図１３に示すように、一実施形態は分布型素子としてのキャパシタ１３２０を用いることによって、ＥＳＲによる損失を低減でき、複数の集中型素子としてのキャパシタを並列的に用いることによってＥＳＲによる損失を低減できる。なぜなら、集中型素子としてのキャパシタそれぞれが有する抵抗成分は並列接続によって小さくなるので、並列的に接続された集中型素子としてのキャパシタの有効抵抗も小さくなり、従って、ＥＳＲによる損失を低減できる。例えば、１０ｐＦのキャパシタ１つを用いることを１ｐＦのキャパシタ１０個を用いるもので代替することによってＥＳＲによる損失を低減できる。

【0081】

図１４は、図８の２次元構造の共振器８００に用いられた整合器８３０を示し、図１５は、図９の３次元構造の共振器９００に用いられた整合器９３０を示した図である。
図１４は整合器８３０を含む図８に示された２次元共振器の一部を示し、図１５は整合器９３０を含む図９に示された３次元共振器の一部を示す。

【0082】

図１４を参照すれば、整合器８３０は、導体８３１、導体８３２及び導体８３３を含み、導体８３２及び導体８３３は送信線路のグラウンド導体部分８１３及び導体８３１と接続される。導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離ｈにより２次元共振器のインピーダンスが決定され、導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離ｈはコントローラによって制御される。導体８３１とグラウンド導体部分８１３との間の距離ｈは様々な方式で調整でき、導体８３１になり得る様々な導体の何れか１つを適応的に活性化することによって距離ｈを調整する方式、導体８３１の物理的な位置を上下に調整することで距離ｈを調整する方式などがある。

【0083】

図１５を参照すれば、整合器は、導体９３１、導体９３２及び導体９３３を備え、導体９３２及び導体９３３は送信線路のグラウンド導体部分９１３及び導体９３１と接続される。導体９３１とグラウンド導体部分９１３との間の距離ｈにより３次元共振器のインピーダンスが決定され、導体９３１とグラウンド導体部分９１３との間の距離ｈはコントローラによって制御される。２次元構造の共振器に含まれる整合器と同様に、３次元構造の共振器に含まれる整合器でも導体９３１とグラウンド導体部分９１３との間の距離ｈは様々な方式で調整できる。例えば、導体９３１になり得る様々な導体の何れか１つを適応的に活性化することによって距離ｈを調整する方式、導体９３１の物理的な位置を上下に調整することで距離ｈを調整する方式などがあり得る。

【0084】

他の実施形態において、整合器は能動素子を含んでもよく、能動素子を用いて共振器のインピーダンスを調整する方式は上述した内容に類似する。例えば、能動素子を用いて整合器を通じて流れる電流の経路を変更することによって、共振器のインピーダンスを調整できる。

【0085】

図１６は、図８に示す無線電力送信のための共振器８００の等価回路を示す図である。
図８に示す無線電力送信のための共振器８００は図１６に示す等価回路にモデリングされる。図１６に示す等価回路において、Ｌ_Ｒは送信線路のインダクタンスを示し、Ｃ_Ｌは図８に示す送信線路の中央部に集中型素子の形態に挿入されたキャパシタ８２０を示し、Ｃ_Ｒは送信線路及び又はグラウンドとの間のキャパシタンスを示す。

【0086】

ここで、図８に示す無線電力送信のための共振器８００は第ゼロ次共振特性を有する。即ち、電波伝搬定数が０である場合、無線電力送信のための共振器８００は ω_ＭＺＲ を共振周波数として有すると仮定する。ここで、共振周波数 ω_ＭＺＲ は下記の式（３）のように表わされる。ここで、ＭＺＲは「Ｍｕ Ｚｅｒｏ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」を意味する。

【0087】

［数３］

【0088】

式（３）を参照すれば、共振器８００の共振周波数 ω_ＭＺＲ は Ｌ_Ｒ／Ｃ_Ｌ によって決定され、共振周波数 ω_ＭＺＲ と共振器８００の物理的なサイズは互いに独立的であることが分かる。従って、共振周波数 ω_ＭＺＲ と共振器８００の物理的なサイズが互いに独立的であるので、共振器８００の物理的なサイズは十分に小さくなり得る。

【0089】

本発明の一実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行するプログラム命令の形態で実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録され得る。コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの単独又は組み合わせたものを含み得る。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものか、又は、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、且つ使用可能なものである。
コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。
プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コード（ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｄｅ）だけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コード（ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ）を含む。上述したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアのレイヤで動作するように構成され得る。

【0090】

上述したように本発明を限定された実施形態と図面と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、このような実施形態から多様な修正及び変形をすることが可能であろう。
従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものによって定められる。

【符号の説明】

【0091】

１０１ マグネチックカップリング
１１０ 共振電力送信装置
１１１ ソース部
１１３ 整合制御部
１１５ ソース共振器
１２０ 共振電力受信装置
１２１ ターゲット共振器
１２３ 整合制御部
１２５ ターゲット部
２００ 無線電力送信装置
２０２ ソース部
２０４ パワー増幅部
２０６ マルチバンド共振部
２１０ （ＴＶなどの大電力の）無線電力受信装置
２１２ 第１ターゲット共振器
２１４ 第２ターゲット共振器
２４０ （モバイルなどの低電力の）無線電力受信装置
３１０ 伝達された共振電力
３２０ 増幅された共振電力
５１０ 基本共振器
５２０ ハーモニック共振器
８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００ 共振器
８１１、９１１、１０１１、１１１１、１２１１ 第１信号導体部分
８１２、９１２、１０１２、１１１２、１２１２ 第２信号導体部分
８１３、９１３、１０１３、１１１３、１２１３ グラウンド導体部分
８２０、９２０、１０２０、１１２０、１２２０、１３２０ キャパシタ
８３０、９３０、１０３０、１１３０、１２３０、１３３０ 整合器
８３１、８３２、８３３、９３１、９３２、９３３ 導体
８４１、９４１、１０４１、１１４１ 導体
８４２、９４２、１０４２、１１４２ 導体
９４０ コネクタ
１０５０ 継ぎ目
１１６０、１２７０ 共振器の円で囲んだ部分

【図1】

【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】