特表 2024-544205 無線電力伝送システムの熱性能を改善する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】2024-11-28

(54)【発明の名称】無線電力伝送システムの熱性能を改善するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/70 20160101AFI20241121BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20241121BHJP

   H01Q 7/06 20060101ALI20241121BHJP

   H01Q 19/10 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02J50/70

H02J50/12

H01Q7/06

H01Q19/10

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024533050

(86)(22)【出願日】2022-12-13

(85)【翻訳文提出日】2024-06-03

(86)【国際出願番号】 US2022081431

(87)【国際公開番号】W WO2023122449

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】63/291,695

(32)【優先日】2021-12-20

(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】キーン、レイチェル

(72)【発明者】

【氏名】バヴァル、アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】ハージェス、ダニエル・アイ

(72)【発明者】

【氏名】ユーディス、ジェフリー

(72)【発明者】

【氏名】アンダーソン、ラッセル・ユージーン

【テーマコード（参考）】

5J020

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020BA06

5J020BD04

(57)【要約】

本開示によれば、無線電力伝送システムで使用するための送信共振器が提供される。無線電力伝送システムで使用するための本開示の送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含む。ハウジングは、ケーシングと、金属板と、を有し、金属板は、無線電力伝送システムの動作中に、送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する。
【選択図】図４

【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送信共振器であって、
環状溝を画定するコアと、
前記環状溝内に配置されたコイル素子と、
前記コア及び前記コイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、
前記ハウジングは、
ケーシングと、
金属板と、を有し、
前記金属板は、前記無線電力伝送システムの動作中に、前記送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、前記無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、前記無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する、送信共振器。

【請求項2】

請求項１に記載の送信共振器であって、
前記金属板は、アルミニウム板である、送信共振器。

【請求項3】

請求項１に記載の送信共振器であって、
前記金属板は、アルミニウム合金板である、送信共振器。

【請求項4】

請求項１に記載の送信共振器であって、
前記ケーシングは、プラスチック製である、送信共振器。

【請求項5】

請求項１に記載の送信共振器であって、
前記ケーシングは、熱伝導性材料製である、送信共振器。

【請求項6】

無線電力伝送システムであって、
受信共振器と、
送信共振器と、を備え、
前記送信共振器は、
環状溝を画定するコアと、
前記環状溝内に配置されたコイル素子と、
前記コア及び前記コイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、
前記ハウジングは、
ケーシングと、
金属板と、を有し、
前記金属板は、前記無線電力伝送システムの動作中に、前記送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、前記無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、前記無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する、無線電力伝送システム。

【請求項7】

請求項６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記金属板は、アルミニウム板である、無線電力伝送システム。

【請求項8】

請求項６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記金属板は、アルミニウム合金板である、無線電力伝送システム。

【請求項9】

請求項６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記ケーシングは、プラスチック製である、無線電力伝送システム。

【請求項10】

請求項６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記ケーシングは、熱伝導性材料製である、無線電力伝送システム。

【請求項11】

無線電力伝送システムで使用するための送信共振器であって、
環状溝を画定するコアと、
前記環状溝内に配置されたコイル素子と、
前記コア及び前記コイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、
前記ハウジングは、前記無線電力伝送システムの熱性能の改善を促進するために、熱伝導性材料から作製される、送信共振器。

【請求項12】

請求項１１に記載の送信共振器であって、
前記熱伝導性材料は、高純度アルミニウムセラミックである、送信共振器。

【請求項13】

請求項１１に記載の送信共振器であって、
前記ハウジングと前記コアとの間にギャップが画定され、
前記ギャップに、熱伝導性ギャップ材料が充填された、送信共振器。

【請求項14】

請求項１３に記載の送信共振器であって、
前記熱伝導性ギャップ材料は、アルミナである、送信共振器。

【請求項15】

請求項１１に記載の送信共振器であって、
前記ハウジングは、金属板を含み、
前記金属板は、前記無線電力伝送システムの動作中に、前記送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置される、送信共振器。

【請求項16】

無線電力伝送システムであって、
受信共振器と、
送信共振器と、を備え、
前記送信共振器は、
環状溝を画定するコアと、
前記環状溝内に配置されたコイル素子と、
前記コア及び前記コイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、
前記ハウジングは、前記無線電力伝送システムの熱性能の改善を促進にするために、熱伝導性材料から作製される、無線電力伝送システム。

【請求項17】

請求項１６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記熱伝導性材料は、高純度アルミニウムセラミックである、無線電力伝送システム。

【請求項18】

請求項１６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記ハウジングと前記コアとの間にギャップが画定され、
前記ギャップに、熱伝導性ギャップ材料が充填された、無線電力伝送システム。

【請求項19】

請求項１８に記載の無線電力伝送システムであって、
前記熱伝導性ギャップ材料は、アルミナである、無線電力伝送システム。

【請求項20】

請求項１６に記載の無線電力伝送システムであって、
前記ハウジングは、金属板を含み、
前記金属板は、前記無線電力伝送システムの動作中に、前記送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置される、無線電力伝送システム。

【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２０日出願の米国特許仮出願第６３／２９１、６９５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、無線電力伝送システムの熱性能の改善に関する。

【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】

一般に、ＴＥＴＳからの遠方場電磁（ＥＭ）放射を低減することが望ましい（例えば、他の装置とのＥＭ干渉を低減するために）。例えば、ＴＥＴＳは、少なくとも、様々な標準規格（例えば、ＣＩＳＰＲ１１グループ２クラスＢの限度値）に準拠する必要がある。送信共振器は、一般に、遠方場電磁（ＥＭ）放射の最大の発生源である。さらに、送信共振器及び受信共振器の温度を低減することが望ましい。したがって、送信共振器による遠方場電磁（ＥＭ）放射を低減すること、及び、送信共振器の冷却を改善することは有益であろう。

【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送信共振器が提供される。無線電力伝送システムで使用するための本開示の送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、ハウジングは、ケーシングと、金属板と、を有し、金属板は、無線電力伝送システムの動作中に、送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する。

【0007】

別の態様では、無線電力伝送システムが提供される。本開示の無線電力伝送システムは、受信共振器と、送信共振器と、を備え、送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、ハウジングは、ケーシングと、金属板と、を有し、金属板は、無線電力伝送システムの動作中に、送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する。

【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の送信共振器が提供される。無線電力伝送システムで使用するための本開示の送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、ハウジングは、無線電力伝送システムの熱性能の改善を促進するために、熱伝導性材料から作製される。

【0009】

さらに別の態様では、無線電力伝送システムが提供される。本開示の無線電力伝送システムは、受信共振器と、送信共振器と、を備え、送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含み、ハウジングは、無線電力伝送システムの熱性能の改善を促進にするために、熱伝導性材料から作製される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【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、送信共振器と受信共振器とを備える無線電力伝送システムの一実施形態の斜視断面図である。

【図5A】図５Ａは、受信共振器に面する送信共振器の面の熱プロファイルを示す図である。

【図5B】図５Ｂは、送信共振器における、受信共振器とは反対側の面の熱プロファイルを示す図である。

【図6A】図６Ａは、送信共振器のギャップに熱伝導性アルミナが充填された無線電力伝送システムの熱図である。

【図6B】図６Ｂは、送信共振器のギャップに断熱フォームが充填された無線電力伝送システムの熱図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示は、一態様では、無線電力伝送システムで使用するための送信共振器に関する。無線電力伝送システムで使用するための本開示の送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含む。ハウジングは、ケーシングと、金属板と、を有し、金属板は、無線電力伝送システムの動作中に、送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する。

【0012】

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Ｖｓが送信共振器１０２に電気的に接続されており、電源Ｖｓ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。

【0013】

一実施形態では、送信共振器１０２は、コンデンサＣｘによって電源Ｖｓに接続されたコイルＬｘを含む。また、受信共振器１０４は、コンデンサＣｙによって負荷１０６に接続されたコイルＬｙを含む。コイルＬｘ（インダクタＬｘ）及びコイルＬｙ（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Ｌｘ及びコイルＬｙ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。

【0014】

【数1】

【0015】

動作中、送信共振器１０２は、電源Ｖｓ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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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、ウェアラブルデバイスであってもよい。例えば、一実施形態では、コンピュータ装置２１０は、腕時計型デバイスであり、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、腕時計型デバイスに情報を提示する。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

一実施形態では、コア３０２は、磁性材料から作製され、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から作製され得る。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。

【0023】

図示の実施形態では、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。

【0024】

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。図示の実施形態では、コイル素子３０４は、コア３０２を貫通して背面３０６まで延びる複数の端子３１４を有する。コイル素子３０４の端子３１４は、必要に応じて、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。

【0025】

図４は、送信共振器４０２と、受信共振器４０４とを備える無線電力伝送システム４００の斜視断面図である。送信共振器４０２及び受信共振器４０４はそれぞれ、例えば共振器３００（図３）を用いて実現することができる。図４に示すように、送信共振器４０２は、第１のハウジング４１２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、一的に、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。

【0026】

図示の実施形態では、第１のコイル素子４０６及び第２のコイル素子４１４は、充填材料（例えば、ポリエステルポリウレタン）内に埋め込まれている。さらに、図示の実施形態では、第１のコア４１０及び第２のコア４１８は、第１のキャビティ４３０及び第２のキャビティ４３２を画定する。第１のキャビティ４３０及び第２のキャビティ４３２は、１以上の電子部品（例えば、ＦＲ４）を格納するために用いることができ、それぞれ、ラミネート層４３４で覆われる。

【0027】

図４に示すように、第１のハウジング４１２は、第１のコイル素子４０６及び第１のコア４１０を実質的に取り囲んでいる。また、本実施形態では、詳細については後述するが、第１のハウジング４１２は、第１のケーシング４４０と、第１のプレート４４２とによって形成されている。本実施形態では、第１のケーシング４４０は、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などのポリマーから作製される。また、図４に示すように、第１のハウジング４１２の少なくとも一部と、第１のコア４１０との間に、ギャップ４４４が形成されている。

【0028】

同様に、第２のハウジング４２０は、第２のコイル素子４１４及び第２のコア４１８を実質的に取り囲んでいる。第２のハウジング４２０は、第２のケーシング４６０と、第２のプレート４６２とによって形成されている。さらに、本実施形態では、内側シェル４６４により、第２のケーシング４６０は、第２のコア４１８から分離されている。第２のケーシング４６０は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から作製され、第２のプレート４６２は、例えば、チタンから作製され、内側シェル４６４は、例えば、ジルコニアから作製される。あるいは、第２のケーシング４６０、第２のプレート４６２、及び内側シェル４６４は、任意の他の適切な材料から作製してもよい。図４に示すように、第２のハウジング４２０の少なくとも一部と、第２のコア４１８との間に、ギャップ４７０が形成されている。ギャップ４７０には、ガス（例えば、ヘリウム及び／またはアルゴン）が充填される。

【0029】

図示の実施形態では、第１のプレート４４２は、金属板（例えば、アルミニウム板、アルミニウム合金板、銅板、銀板など）である。さらに、図４に示すように、第１のプレート４４２は、送信共振器４０２における、受信共振器４０４とは反対側の面４８０（すなわち、受信共振器４０４とは反対側を向いた面４８０）に配置される。すなわち、第１のプレート４４２は、第１のハウジング４１２における、送信共振器４０２とは反対側を向いた部分を形成する。本実施形態では、第１のプレート４４２は、高導電性であり、面４８０の実質的に全体を形成する。

【0030】

注目すべきことには、第１のプレート４４２の構成及び配置は、無線電力伝送システム４００からの遠方場電磁（ＥＭ）放射の低減を促進するとともに、送信共振器４０２の外面全体の温度をより均一にし、冷却を改善する。本明細書で使用するとき、遠方場電磁（ＥＭ）放射とは、第１のコア４１０の外径よりも大きい（第１のコア４１０の外径の数倍の距離を含む）第１のコイル素子４０６からの距離における電磁（ＥＭ）放射を指す。

【0031】

より具体的には、無線電力伝送システム４００の動作中に、第１のプレート４４２に誘導されたイメージ電流は、遠方場磁場効果を部分的に相殺する。さらに、導電性材料は熱伝導性である傾向もあるため、第１のプレート４４２は、ヒートスプレッダとしても機能し、送信共振器４０２の外面全体の温度をより均一にする。これにより、送信共振器４０２の全体の冷却が改善され、送信共振器４０２の外面におけるホットスポットの低減が促進される。

【0032】

例えば、図５Ａは、受信共振器４０４に面する送信共振器４０２の面４９０（すなわち、面４９０は、面４８０とは反対側の面である）の熱プロファイルを示す図５００である。面４９０は、一般に、無線電力伝送システム４００の動作中に、送信共振器４０２における、患者の皮膚に接触する面である。図５Ｂは、送信共振器４０２における、第１のプレート４４２を有する面４８０の熱プロファイルを示す図５０２である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１のプレート４４２を有する面４８０は、その反対側の面４９０と比べて、はるかに均一な温度プロファイルを有し、ホットスポットは存在しない。したがって、面４８０全体にわたって冷却が行われ、これにより、より効果的な冷却が得られる。

【0033】

第１のプレート４４２の利点を検証するために、金属板（例えば、第１のプレート４４２など）を有していない送信共振器を、金属板を有する送信共振器と実験的に比較した。注目すべきことには、金属板を有する場合、遠方場電磁（ＥＭ）放射は約３５％減少した。さらに、金属板の直径を大きくすると、遠方場電磁（ＥＭ）放射はさらに減少した（最大で約４３％）。

【0034】

図４を再び参照して、無線電力伝送システム４００において、送信共振器４０２の設計及び構成は、受信共振器４０４の熱性能に影響を与える。一般に、受信共振器４０４の設計ストラテジは、送信共振器４０２の設計ストラテジとは異なるべきである。

【0035】

例えば、一実施形態では、受信共振器４０４は、無線電力伝送システム４００の動作中に、一般に最も高温になる生体組織（例えば、送信共振器４０２と受信共振器４０４との間の生体組織）から熱を逃がすために、高熱伝導性材料と低熱伝導性材料との組み合わせを含む。

【0036】

その一方で、熱性能を改善する（向上させる）ために、送信共振器４０２を可能な限り熱伝導性にしてもよい。これにより、最も高温になる生体組織から熱を逃がすことを促進する。このことを達成するために、（患者に接触する）第１のハウジング４１２は、高純度アルミニウムセラミック、ジルコニア、及び／または、窒化ホウ素ナノシートを有するポリマー複合体などの熱伝導性材料から作製され得る。

【0037】

したがって、いくつかの実施形態では、第１のハウジング４１２は、比較的高い熱伝導率を有する熱伝導性ハウジングである（ただし、無線電力伝送システム４００の動作と干渉することを避けるために、金属などの導電体ではない）。これにより、いくつかの熱的利点が得られる。

【0038】

例えば、送信共振器４０２における、患者と接触する部分の全体を熱伝導性にすることにより、患者の皮膚下の生体組織から熱を逃がすことができる。さらに、送信共振器４０２の残りの部分を熱伝導性にすると、患者の生体組織から逃がした熱が面４８０の全体に広がり、これにより、冷却が改善される。

【0039】

さらに、送信共振器４０２のギャップ４４４に様々な材料を配置することにより、熱性能がさらに改善される。例えば、図６Ａは、送信共振器４０２のギャップ４４４に熱伝導性アルミナが充填された無線電力伝送システム４００の熱図６００である。対照的に、図６Ｂは、送信共振器４０２のギャップ４４４に断熱フォーム（例えば、ポリウレタンまたはポリスチレンベースの発泡体）が充填された無線電力伝送システム４００の熱図６０２である。図６００及び図６０２における図中の矢印は、熱流の方向及び大きさを示す。図６００及び図６０２に示すように、アルミナを使用した場合に、送信共振器の高温中心からより多くの熱を逃がすことできる。

【0040】

例えば、実験中に、送信共振器４０２の第１のハウジング４１２がプラスチック製（例えば、ＰＥＥＫ）である場合、受信共振器４０４の表面の最大温度上昇は、送信共振器４０２のギャップ４４４に発泡体が充填された場合には摂氏２．８１度であったが、送信共振器４０２のギャップ４４４にアルミナが充填された場合には、摂氏２．３９度だけであることが分かった。

【0041】

別の実施例では、プラスチック製のハウジングを、熱伝導性アルミナ製のハウジングに置き換えた。この場合、受信共振器４０４の表面の最大温度上昇は、２．４２℃から２．２２℃に低減した。注目すべきことには、受信共振器４０４の温度上昇の低減は有益である。

【0042】

本明細書で説明した実施形態は、無線電力伝送システムで使用するための送信共振器に関する。無線電力伝送システムで使用するための本開示の送信共振器は、環状溝を画定するコアと、環状溝内に配置されたコイル素子と、コア及びコイル素子を取り囲むハウジングと、を含む。ハウジングは、ケーシングと、金属板と、を有し、金属板は、無線電力伝送システムの動作中に、送信共振器における、受信共振器と反対になる側に配置され、無線電力伝送システムの遠方場電磁放射の低減、及び、無線電力伝送システムの冷却の改善を促進する。

【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5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【国際調査報告】