特表 2024-542616 カウンタコイルを有する無線電力共振器のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-15

(54)【発明の名称】カウンタコイルを有する無線電力共振器のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20241108BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20241108BHJP

   H01F 27/38 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H01F38/14

H01F27/38

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024531624

(86)(22)【出願日】2022-11-29

(85)【翻訳文提出日】2024-05-28

(86)【国際出願番号】 US2022080545

(87)【国際公開番号】W WO2023102370

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】63/285,637

(32)【優先日】2021-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517073591

【氏名又は名称】ティーシー１ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハンセン、ジョン・フレディ

(72)【発明者】

【氏名】アンダーソン、ラッセル・ユージーン

(72)【発明者】

【氏名】キーン、レイチェル

(72)【発明者】

【氏名】ハージェス、ダニエル・アイ

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン、ジャレッド・リチャード

【テーマコード（参考）】

5E058

【Ｆターム（参考）】

5E058BB19

(57)【要約】

本開示によれば、無線電力伝送のためのシステム及び方法が提供される。無線電力伝送システムで使用するための本開示の共振器装置は、ハウジングと、ハウジング内に配置され、環状溝を画定する磁気コアと、環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子と、コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子であって、遠方場電磁放射の低減を促進するために、第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成された、該カウンタコイル素子と、を含む。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線電力伝送システムで使用するための共振器装置であって、
ハウジングと、
ハウジング内に配置され、環状溝を画定する磁気コアと、
前記環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子と、
前記コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子であって、遠方場電磁放射の低減を促進するために、前記第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成された、該カウンタコイル素子と、を含む、共振器装置。

【請求項2】

請求項１に記載の共振器装置であって、
前記カウンタコイル素子は、前記ハウジングの外側に配置される、共振器装置。

【請求項3】

請求項２に記載の共振器装置であって、
前記磁気コアは、第１の環状溝を画定する第１の磁気コアであり、
当該共振器装置は、第２の磁気コアをさらに含み、
前記カウンタコイル素子は、前記第２の磁気コアによって画定される第２の環状溝内に配置される、共振器装置。

【請求項4】

請求項１に記載の共振器装置であって、
前記カウンタコイル素子は、前記ハウジング内に配置される、共振器装置。

【請求項5】

請求項４に記載の共振器装置であって、
前記磁気コアは、追加の環状溝をさらに画定し、
前記カウンタコイル素子は、前記追加の環状溝内に配置される、共振器装置。

【請求項6】

請求項１に記載の共振器装置であって、
前記コイル素子は、送信コイル素子であり、
前記第１の磁場は、受信コイル素子に電流を誘導することができる、共振器装置。

【請求項7】

請求項６に記載の共振器装置であって、
前記カウンタコイル素子は、前記送信コイル素子における、前記受信コイル素子と反対になる側に配置される、共振器装置。

【請求項8】

経皮エネルギー伝送システムであって、
送信共振器であって、
第１のハウジングと、
第１の環状溝を画定する第１の磁気コアと、
前記第１の環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成された送信コイル素子と、を含む、該送信共振器と、
植込み型受信共振器であって、
第２ハウジングと、
第２の環状溝を画定する第２の磁気コアと、
前記第２の環状溝内に配置された受信コイル素子であって、前記第１の磁場により前記受信コイル素子に電流が誘導されるように構成された、該受信コイル素子と、を含む、該受信共振器と、
前記送信コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子であって、遠方場電磁放射の低減を促進するために、前記第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成された、該カウンタコイル素子と、を備える、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項9】

請求項８に記載の経皮エネルギー伝送システムであって、
前記カウンタコイル素子は、前記第１のハウジングの外側に配置される、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項10】

請求項９に記載の経皮エネルギー伝送システムであって、
第３の環状溝を画定する第３の磁気コアをさらに備え、
前記カウンタコイル素子は、前記第３の環状溝内に配置される、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の経皮エネルギー伝送システムであって、
前記第３の磁気コアは、前記第１のハウジングに結合される、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項12】

請求項８に記載の経皮エネルギー伝送システムであって、
前記カウンタコイル素子は、前記第１のハウジング内に配置される、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項13】

請求項１２に記載の経皮エネルギー伝送システムであって、
前記第１の磁気コアは、第３の環状溝をさらに画定し、
前記カウンタコイル素子は、前記第３の環状溝内に配置される、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項14】

請求項１３に記載の経皮エネルギー伝送システムであって、
前記第１の環状溝及び前記第３の環状溝は、互いに反対方向に開口している、経皮エネルギー伝送システム。

【請求項15】

無線電力伝送システムで使用するために共振器装置を組み立てる方法であって、
ハウジング内に、環状溝を画定する磁気コアを配置するステップと、
前記環状溝内に、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子を配置するステップと、
前記コイル素子に近接して、遠方場電磁放射の低減を促進するために、前記第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成されたカウンタコイル素子を配置するステップと、を含む、方法。

【請求項16】

請求項１５に記載の方法であって、
前記カウンタコイル素子を配置する前記ステップは、前記ハウジングの外側に前記カウンタコイル素子を配置するステップを含む、方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の方法であって、
前記磁気コアは、第１の環状溝を画定する第１の磁気コアであり、
当該方法は、第２の磁気コアによって画定される第２の環状溝内に前記カウンタコイル素子を配置するステップをさらに含む、方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の方法であって、
前記第２の磁気コアを前記ハウジングに結合させるステップをさらに含む、方法。

【請求項19】

請求項１５に記載の方法であって、
前記カウンタコイル素子を配置する前記ステップは、前記ハウジング内に前記カウンタコイル素子を配置するステップを含む、方法。

【請求項20】

請求項１９に記載の方法であって、
前記ハウジング内に前記カウンタコイル素子を配置する前記ステップは、前記磁気コアによって画定される追加の溝内に前記カウンタコイル素子を配置するステップを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年１２月３日出願の米国特許仮出願第６３／２８５、６３７号に基づく優先権を主張するものである。上記出願の開示内容の全体は、参照により本明細書中に援用される。

【0002】

（技術分野）
本開示は、一般に、無線電力伝送システムに関し、より詳細には、カウンタコイルを有する無線電力共振器に関する。

【背景技術】

【0003】

ＶＡＤ（Ventricular assist device）として知られている心室補助装置（補助人工心臓）は、植込み型の血液ポンプであり、一般に心不全またはうっ血性心不全と呼ばれる心臓が十分な循環を提供することができない症状を患っている患者において、短期使用（すなわち、数日または数か月）及び長期使用（すなわち、数年または生涯）の両方で使用される。心不全を患っている患者は、心臓移植を待つ間に、または、長期のＤＴ治療（destination therapy）として、ＶＡＤを使用することができる。別の例では、患者は、心臓手術後の回復期に、ＶＡＤを使用することができる。このように、ＶＡＤは、弱った心臓を補助したり（すなわち、部分的な補助）、本物の心臓の機能を効果的に代替したりすることができる。

【0004】

ＶＡＤへの電力供給には、無線電力伝送システムを使用することができる。無線電力伝送システムは、一般に、外部送信共振器（本明細書では、「送信（ＴＸ）モジュール」とも称する）と、患者の体内に植え込まれるように構成された植込み型受信共振器とを備える。このような無線電力伝送システムは、経皮エネルギー伝送システム（ＴＥＴＳ）とも呼ばれている。

【0005】

ＴＥＴＳからの遠方場電磁（ＥＭ）放射を低減することが望ましい。ＴＥＴＳは、少なくとも、ＣＩＳＰＲ１１グループ２クラスＢの限度値などの様々な標準規格に準拠する必要がある。ＴＥＴＳの送信（ＴＸ）モジュールは、一般に、遠方場電磁（ＥＭ）放射の最大の発生源である。したがって、遠方場電磁（ＥＭ）放射を大幅に（例えば、少なくとも２デシベル（ｄＢ）までに）低減する送信（ＴＸ）モジュールが望まれている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、無線電力伝送システムで使用するための共振器装置が提供される。本開示の共振器装置は、ハウジングと、ハウジング内に配置され、環状溝を画定する磁気コアと、環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子と、コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子であって、遠方場電磁放射の低減を促進するために、第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成された、該カウンタコイル素子と、を含む。

【0007】

別の態様では、経皮エネルギー伝送システムが提供される。本開示の経皮エネルギー伝送システムは、送信共振器であって、第１のハウジングと、第１の環状溝を画定する第１の磁気コアと、第１の環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成された送信コイル素子と、を含む、該送信共振器と、植込み型受信共振器であって、第２ハウジングと、第２の環状溝を画定する第２の磁気コアと、第２の環状溝内に配置された受信コイル素子であって、第１の磁場により受信コイル素子に電流が誘導されるように構成された、該受信コイル素子と、を含む、該受信共振器と、を備える。本開示の経皮エネルギー伝送システムは、送信コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子であって、遠方場電磁放射の低減を促進するために、第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成された、該カウンタコイル素子をさらに備える。

【0008】

さらに別の態様では、無線電力伝送システムで使用するために共振器装置を組み立てる方法が提供される。本開示の方法は、ハウジング内に、環状溝を画定する磁気コアを配置するステップと、環状溝内に、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子を配置するステップと、コイル素子に近接して、遠方場電磁放射の低減を促進するために、第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成されたカウンタコイル素子を配置するステップと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、例示的な実施形態による無線電力伝送システムの簡略化された電気回路図である。

【図2】図２は、図１に示した無線電力伝送システムを使用して、心室補助装置（ＶＡＤ）に電力を供給する例を示す図である。

【図3】図３は、図１に示した無線電力伝送システムを実施するために使用することができる共振器の一実施形態の前面側から見た斜視図である。

【図4】図４は、例示的な実施形態による、図１に示したシステムを実施するために使用することができる共振器アセンブリの斜視断面図である。

【図5】図５は、図１に示した無線電力伝送システムを実施するために使用することができる別の実施形態の共振器の断面図である。

【図6】図６は、図５に示した共振器を含むシステムを通る磁力線を示す図である。

【図7】図７は、図１に示した無線電力伝送システムを実施するために使用することができるさらに別の実施形態の共振器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示は、無線電力伝送のためのシステム及び方法に関する。無線電力伝送システムで使用するための本開示の共振器装置は、ハウジングと、ハウジング内に配置され、環状溝を画定する磁気コアと、環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子と、コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子と、を含む。カウンタコイル素子は、遠方場電磁放射の低減を促進するために、第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成される。

【0011】

次に図面を参照すると、図１は、例示的な実施形態による無線電力伝送システム１００の簡略化された電気回路である。無線電力伝送システム１００は、外部送信共振器１０２と、植込み型受信共振器１０４とを備える。図１に示す無線電力伝送システム１００では、電源Ｖｓ１０８が送信共振器１０２に電気的に接続されており、電源Ｖｓ１０８は送信共振器１０２に電力を供給する。受信共振器１０４は、負荷１０６（例えば、植込み型医療機器）に接続されている。受信共振器１０４及び負荷１０６は、スイッチングまたは整流デバイス（図示せず）に電気的に接続されてもよい。

【0012】

一実施形態では、送信共振器１０２は、コンデンサＣｘ１１４によって電源Ｖｓ１０８に接続されたコイルＬｘ１１０を含む。また、受信共振器１０４は、コンデンサＣｙ１１６によって負荷１０６に接続されたコイルＬｙ１１２を含む。コイルＬｘ１１０（インダクタＬｘ）及びコイルＬｙ１１２（インダクタＬｙ）は、結合係数ｋで接続されている。Ｍｘｙは、コイルＬｘ１１０及びコイルＬｙ１１２間の相互インダクタンスである。相互インダクタンスＭｘｙは、結合係数ｋと下記の式（１）に示すような関係にある。

【0013】

【数1】

【0014】

動作中、送信共振器１０２は、電源Ｖｓ１０８から供給された電力を無線送信する。受信共振器１０４は、送信共振器１０２から無線送信された電力を受信し、受信した電力を負荷１０６に供給する。

【0015】

図２は、外部コイル２０２（例えば、図１に示す送信共振器１０２）を使用して、患者２００の体内に植え込まれた植込み型コイル２０４（例えば、図１に示す受信共振器１０４）に電力を無線送信する例を示す図である。植込み型コイル２０４は、受信した電力を植込み型装置２０６に供給する。例えば、植込み型装置２０６としては、ペースメーカや心臓ポンプ（例えば、左心室補助装置（ＬＶＡＤ））が挙げられる。いくつかの実施形態では、植込み型コイル２０４及び／または植込み型装置２０６は、電池を備えてもよいし、または電池２０７に接続されてもよい。

【0016】

一実施形態では、外部コイル２０２は、コンピュータ装置２１０との間で信号を送受信できるように、例えば有線接続または無線接続を介してコンピュータ装置２１０に通信可能に接続されている。いくつかの実施形態では、コンピュータ装置２１０は、外部コイル２０２の電源としての役割も果たす。他の実施形態では、外部コイル２０２は、別の電源（図示せず）に接続される。コンピュータ装置２１０は、メモリ装置２１４と、メモリ装置２１４に通信可能に接続されたプロセッサ２１２とを備える。いくつかの実施形態では、コンピュータ実行可能命令がメモリ装置２１４に格納されている。

【0017】

コンピュータ装置２１０は、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６をさらに備える。ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、ユーザ（例えば、患者２００）に情報を提示する。ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６としては、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、及び、「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイ装置に接続されるディスプレイアダプタ（図示せず）が挙げられる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、１以上の表示装置を含む。さらに、いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、プレゼンテーションインターフェースであるか、または、プレゼンテーションインターフェースを含む。プレゼンテーションインターフェースは、視覚的コンテンツを生成せずに、可聴及び／またはコンピュータで生成された音声コンテンツを生成する。例示的な実施形態では、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、外部コイル２０２と植込み型コイル２０４との間の接続が最適になるように、患者２００が外部コイル２０２を配置するのを支援するよう作成された１以上の表現または画像を表示する。いくつかの実施形態では、コンピュータ装置２１０は、例えば腕時計型などのウェアラブルデバイスであってもよい。

【0018】

図３は、図１に示した無線電力伝送システム１００を実施するために使用することができる共振器３００の一実施形態の前面側から見た斜視図である。共振器３００は、例えば、外部送信共振器１０２（図１）、植込み型受信共振器１０４（図１）、外部コイル２０２（図２）、及び／または植込み型コイル２０４（図２）を実施するために使用することができる。

【0019】

一実施形態では、共振器３００は、コア３０２と、コイル素子３０４とを含む。コア３０２は、前面３０５と、背面３０６と、前面３０５及び背面３０６間に延びる環状側壁３０８とを有する。前面３０５には環状溝３１０が形成されており、これにより、前面３０５の中央部分に中央ポスト部３１２が形成されている。

【0020】

共振器３００（コア３０２及びコイル素子３０４を含む）は、コンデンサ（例えば、コイル素子３０４に電気的に接続されたプリント基板上のコンデンサ）に接続されると、無線電力共振器として機能する。しかしながら、当業者であれば、共振器３００は、コンデンサに接続されることなく、コイルアセンブリを構成することを理解するであろう。したがって、本明細書で使用するとき、「共振器」という用語は、無線電力共振器を構成するために、コンデンサに接続されることを必要としない。それどころか、本明細書で使用するとき、「共振器」という用語は、図３に示すように、コンデンサに接続されていないコア及びコイル素子を含むコイルアセンブリを包含するのに十分な広範さを有する。

【0021】

一実施形態では、コア３０２は、磁性材料から作製される。磁性材料は、例えば、ニッケル系フェライトやマンガン系フェライトなどのフェライト材料であり得る。ニッケル系フェライトは、一般に、電気伝導率が低く、損失が少ない。一方、マンガン系フェライトは、透磁率が高く（損失は許容範囲内）、磁力線の封じ込めを容易にし、近傍の導体（例えば、近くのＰＣＢのチタン製の筐体や銅）に入る漏れ磁場を低減して損失を防止することができる。他の実施形態では、他の種類のフェライト材料を使用してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、マグネシウム系フェライト（例えば、約１メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数範囲においてニッケル系フェライトやマンガン系フェライトよりも性能が優れているＭｇＣｕＺｎ）を使用してもよい。

【0022】

コイル素子３０４は環状溝３１０内に配置され、中央ポスト部３１２を取り囲む。共振器３００は、例えば、リッツ線型の共振器または積層板型の共振器であり得る。リッツ線型の共振器では、コイル素子３０４は、複数のリッツ線のループを含む。積層板型の共振器では、コイル素子３０４は、複数の誘電体層及び導電層を交互に積層させて構成した積層板を含む。誘電体層は、例えば、セラミック、プラスチック、ガラス、及び／またはマイカ（雲母）から作製され得る。

【0023】

コイル素子３０４は、例えば、電源（送信共振器として機能する場合）または負荷１０６（受信共振器として機能する場合）に電気的に接続される。動作時には、送信共振器として動作する共振器３００に電力を供給すると、コイル素子３０４に電流が流れ、これにより、誘導電流ループが形成される。第１の共振器の共振周波数が第２の共振器の共振周波数と重なることを条件にして、この誘導電流ループにより、第１の共振器から第２の共振器に電力を無線伝送することができる。コイル素子３０４は、コイル素子３０４を電源または負荷に電気的に接続することを容易にする複数の端子（図示せず）を有し得る。

【0024】

図４は、共振器アセンブリ４００の斜視断面図である。共振器アセンブリ４００は、図３に示した共振器３００と同様の共振器を備える。共振器アセンブリ４００は、送信共振器４０２と、受信共振器４０４とを備える。一実施形態では、送信共振器４０２は、第１のハウジング４１２（例えば、セラミックハウジング）と、第１のハウジング４１２内に配置された第１のコイル素子４０６及び第１のコア４１０とを含む。同様に、受信共振器４０４は、第２のハウジング４２０（例えば、セラミックハウジング）と、第２のハウジング４２０内に配置された第２のコイル素子４１４及び第２のコア４１８とを含む。上述したように、受信共振器４０４は、一般に、患者の体内に植え込まれ、送信共振器４０２は、一般に、患者の体外に配置される。送信共振器４０２及び受信共振器４０４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、直列インダクタ、及び／または他の電子部品などの、１以上の電子部品（図示せず）をさらに含み得る。

【0025】

この実施形態では、受信共振器４０４は、送信共振器４０２と反対になる側に、金属ディスク４５０をさらに含む。金属ディスク４５０は、例えば、チタンから作製され得る。金属ディスク４５０は、外面４５２と、内面４５４（すなわち、第２のコイル素子４１４側を向いた面）とを含む。

【0026】

図４の実施形態では、受信共振器４０４は、金属ディスク４５０の周縁部に当接する金属リング４６０をさらに含む。金属リング４６０は、金属ディスク４５０と同じ金属（例えば、チタン）から作製され得る。金属リング４６０は、金属ディスク４５０に溶接または他の方法で結合され、金属ディスク４５０と第２のハウジング４２０との間の接合部分としての機能を果たす。さらに、金属リング４６０は、第２のハウジング４２０にろう付けまたは他の方法で結合される。

【0027】

送信共振器４０２の第１のコア４１０は、中実のコア（a closed, or solid core）である。すなわち、第１のコア４１０の中央部分４７０は、第１のコア４１０の残りの部分と連続しており、第１のコア４１０の残りの部分と同じ磁性材料（例えば、フェライト）を含む。したがって、第１のコア４１０は、一般に、（リング形状ではなく）ディスク形状を有する。

【0028】

図５は、（図１に示した）無線電力伝送システム１００を実施するために使用することができる別の実施形態の送信共振器５００の断面図である。送信共振器５００は、ハウジング５０２と、コア５０４と、コイル素子５０６とを含む。コア５０４は、断面Ｕ形状（断面コの字状）の環状溝５０８を有し、コイル素子５０６は、環状溝５０８内に配置される。

【0029】

図５に示すように、コア５０４は、中空のコア（an open core）である。すなわち、コア５０４は、金属材料または磁性材料を含まない中央開口部５１０を有する。その代わりに、非磁性材料または非金属材料から作製された１以上の層５１２が、中央開口部５１０内に配置される。図示の実施形態では、層５１２は、第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４を含む。あるいは、層５１２は、任意の適切な数の層を含むことができる。さらに、図示の実施形態では、第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４は、互いに異なる厚さを有する。あるいは、第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４のうちの少なくともいくつかは、互いに同じ厚さを有する。

【0030】

第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４は、互いに同じ材料から作製してもよいし、または、互いに異なる材料から作製してもよい。第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４を作製する材料としては、例えば、酸化アルミニウム、エポキシ（例えば、ＥｐｏＴｅｋＴ ７１１０）、プリント回路基板（ＰＣＢ）基材材料などが挙げられる。当業者であれば、任意の適切な材料を使用できることを理解するであろう。いくつかの実施態様では、第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４のうちの少なくとも１つは、空気の層を含み得る。

【0031】

注目すべきことには、図５に示したコア５０４の中空コア構成は、図４に示した中実コア構成と比較して、放射される電磁（ＥＭ）場が低減する。さらに、第１の層５２０、第２の層５２２、及び第３の層５２４を作製する材料の選択に応じて、送信共振器５００の全体温度も、図４に示した送信共振器と比較して低下する。

【0032】

図６は、図５に示した送信共振器５００を含むシステム６００を通る磁力線６０２を示す図である。明確にするために、受信共振器６０４も示している。注目すべきことには、システム６００は、送信共振器５００における、受信共振器６０４と反対になる側に（送信共振器５００の背面側とも称する）に、送信共振器５００に近接して配置された追加のコイルアセンブリ６１０をさらに備える。いくつかの実施形態では、追加のコイルアセンブリ６１０は、送信共振器５００に結合され得る。

【0033】

この実施形態では、追加のコイルアセンブリ６１０は、断面Ｕ形状（断面コの字状）の環状溝６１４を有するコア６１２と、環状溝６１４内に配置されたカウンタコイル素子６１６（counter-coil element）とを含む。環状溝６１４は、送信共振器５００における環状溝５０８とは反対方向に開口している。カウンタコイル素子６１６は、上述のコイル素子と同様に、複数のリッツ線のループ、または、複数の積層板を含み得る。

【0034】

カウンタコイル素子６１６に電流を流すと、コイル素子５０６によって生成される磁場に対して位相がずれた磁場が生成される。例えば、カウンタコイル素子６１６がリッツ線のループを含む場合、リッツ線のループは、コイル素子５０６の巻線とは逆方向に巻かれた巻線を有し、その結果、カウンタコイル素子６１６は、コイル素子５０６の位相とは１８０°反対の位相で動作する。さらに、カウンタコイル素子６１６におけるアンペアターン数（アンペア回数）は、コイル素子５０６のアンペアターン数の分数、すなわち、カウンタコイル素子６１６のターン数をコイル素子５０６のターン数で割った比であってもよい。

【0035】

別の実施形態では、別個の一連の電子機器（例えば、インバータなど）を使用して、位相及びアンペアターンがコイル素子５０６と異なるように、カウンタコイル素子６１６に電流を流してもよい。この実施形態は、カウンタコイル素子６１６の位相及びアンペアターンを互いに独立して制御することを可能にする。

【0036】

図６に示す実施形態では、カウンタコイル素子６１６用のコア６１２は、コイル素子５０６用のコア５０４とは別のコアである。いくつかの実施態様では、カウンタコイル素子６１６及びコイル素子５０６は、コアを共有する（例えば、図７参照）。さらに、いくつかの実施形態では、電磁（ＥＭ）放射のさらなる低減を促進するために、システム６００は、追加のカウンタコイル素子（図示せず）をさらに備えてもよい。

【0037】

図６に示すように、カウンタコイル素子６１６は、コイル素子５０６によって生成された遠方場電磁（ＥＭ）放射を少なくとも部分的に相殺する磁場６２０を生成する。本明細書で使用するとき、遠方場電磁（ＥＭ）放射とは、コア５０４の外径よりも大きいコイル素子５０６からの距離（コア５０４の外径の数倍の距離を含む）における電磁（ＥＭ）放射を指す。

【0038】

例えば、一実施形態では、遠方場電磁（ＥＭ）放射は、送信共振器５００のすぐ背後（裏側）の領域（すなわち、受信共振器６０４とは反対側の領域）において、３２．５％まで低減され得る。カウンタコイル素子６１６の位相及びアンペアターンが互いに独立して制御される場合には、遠方場電磁（ＥＭ）放射のさらなる低減が可能である（例えば、最大６０％または７．９ｄＢの低減が可能である）。

【0039】

いくつかの実施形態では、遠方場電磁（ＥＭ）放射は、送信共振器５００内の２つの物理的に異なるコイル、すなわち、励磁コイル及び共振器コイルで発生する。共振器コイルが主な発生源であるが、励磁コイル及び共振器コイルの両方が寄与している。また、励磁コイル及び共振コイルは、互いに同位相で動作しない。したがって、このような実施形態では、カウンタコイル素子６１６は、励磁コイル及び共振コイルの位相の加重平均とは１８０°反対の位相で動作させることができる。

【0040】

図７は、（図１に示した）無線電力伝送システム１００を実施するために使用することができるさらに別の実施形態の送信共振器７００の断面図である。送信共振器７００は、ハウジング７０２と、コア７０４とを含む。本実施形態では、コア７０４は、互いに対向する、第１の断面Ｕ形状（断面コの字状）の環状溝７０６と、第２の断面Ｕ形状（断面コの字状）の環状溝７０８とを有する。送信コイル素子７１０が、第１の断面Ｕ形状の環状溝７０６内に配置され、カウンタコイル素子７１２が、第２の断面Ｕ形状の環状溝７０８内に配置される。すなわち、この実施形態では、送信コイル素子７１０及びカウンタコイル素子７１２は、同じコア７０４において互いに対して反対側に配置される（そして、両方とも、送信共振器７００のハウジング７０２内に配置される）。送信コイル素子７１０及びカウンタコイル素子７１２が同じコア７０４を共有することにより、カウンタコイル素子７１２を配置するために必要な追加のスペース及び重量を減らすことができる。

【0041】

注目すべきことには、上述したカウンタコイル素子は、送信共振器７００の背後（裏側）の領域における遠方場電磁（ＥＭ）放射を著しく減少させるが、他の領域（例えば、受信共振器６０４の背後（裏側）の領域）における遠方場電磁（ＥＭ）放射への影響は最小限に抑えることができる。

【0042】

本明細書で説明した実施形態は、無線電力伝送のためのシステム及び方法に関する。無線電力伝送システムで使用するための本開示の共振器装置は、ハウジングと、ハウジング内に配置され、環状溝を画定する磁気コアと、環状溝内に配置され、第１の磁場を生成するように構成されたコイル素子と、コイル素子に近接して配置されたカウンタコイル素子と、を含む。カウンタコイル素子は、遠方場電磁放射の低減を促進するために、第１の磁場に対して位相がずれた第２の磁場を生成するように構成される。

【0043】

本開示の実施形態及び実施例を、特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本開示の原理及び適用の単なる例示であることを理解されたい。したがって、特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態及び実施例に対して様々な変更を加えたり、他の構成を考案したりすることができることを理解されたい。したがって、本出願は、それらの実施形態の改変例や変形例、及びそれらの均等物を包含することを意図している。

【0044】

本明細書は、実施例を用いて、最良の実施の形態（ベストモード）を含む本発明の内容を開示し、かつ、本開示を当業者が実施（任意の装置またはシステムの作製及び使用、並びに組み込まれた任意の方法の実施を含む）することを可能にする。本発明の特許される技術範囲は、特許請求の範囲の請求項の記載によって定義され、当業者が想到可能な別の実施例も包含する。そのような別の実施例は、請求項の文言と相違しない構成要素を含む場合、または、請求項の文言とは実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、その請求項の範囲内に含まれるものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】