[go: up one dir, main page]

JP2019531682A - Compact high-efficiency design of near-field power transmission system - Google Patents

Compact high-efficiency design of near-field power transmission system Download PDF

Info

Publication number
JP2019531682A
JP2019531682A JP2019507785A JP2019507785A JP2019531682A JP 2019531682 A JP2019531682 A JP 2019531682A JP 2019507785 A JP2019507785 A JP 2019507785A JP 2019507785 A JP2019507785 A JP 2019507785A JP 2019531682 A JP2019531682 A JP 2019531682A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
field
ground plane
antenna element
power transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019507785A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6770172B2 (en
Inventor
ホッセイニ,アリスター
リーブマン,マイケル,エー.
Original Assignee
エナージャス コーポレイション
エナージャス コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/269,729 external-priority patent/US10320446B2/en
Application filed by エナージャス コーポレイション, エナージャス コーポレイション filed Critical エナージャス コーポレイション
Publication of JP2019531682A publication Critical patent/JP2019531682A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6770172B2 publication Critical patent/JP6770172B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H02J50/23Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of transmitting antennas, e.g. directional array antennas or Yagi antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/16Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H01Q9/27Spiral antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/16Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285Planar dipole
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/30Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40Element having extended radiating surface
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本明細書において、蛇行した配置で互いに近接して構築または印刷されたアンテナ要素を含む、近傍界電力伝送システムの実施形態が開示される。蛇行した配置において、隣り合ったアンテナ要素は、互いに逆方向に流れる電流を伝導する。この電流の流れは、アンテナによって生成されるか、または電流の流れの電磁効果によって他の方法で生成されるいかなる遠方界RF放射も、完全に、またはほぼ完全に相殺する。言い換えると、第1の経路を流れる第1の電流に対して、第1の経路を流れる第1の電流によって生成された遠方界放射を相殺する、第2の相殺経路を流れる第2の電流が存在してよい。したがって、遠方界への電力の放射は存在しないことがある。しかし、送信機と受信機の間で電力の伝送が生じ得る近傍界有効域においては、そのような相殺は生じないことがある。さらに、接地面によって、送信機および/または受信機の裏側からの電力の漏出を阻止することができる。【選択図】図1ADisclosed herein is an embodiment of a near-field power transfer system that includes antenna elements constructed or printed in close proximity to each other in a serpentine arrangement. In a serpentine arrangement, adjacent antenna elements conduct currents that flow in opposite directions. This current flow completely or almost completely cancels any far-field RF radiation generated by the antenna or otherwise produced by the electromagnetic effects of the current flow. In other words, there is a second current flowing through the second cancellation path that cancels far field radiation generated by the first current flowing through the first path with respect to the first current flowing through the first path. May exist. Thus, there may be no radiation of power to the far field. However, such cancellation may not occur in the near-field effective range where power transmission can occur between the transmitter and the receiver. In addition, the ground plane can prevent power leakage from the back of the transmitter and / or receiver. [Selection] Figure 1A

Description

[0001] 本出願は、一般に無線電力充電システムに関し、より詳細には、電力を送信または受信するための近傍界無線周波数(RF)アンテナに関する。   [0001] The present application relates generally to wireless power charging systems, and more particularly to near-field radio frequency (RF) antennas for transmitting or receiving power.

[0002] ラップトップコンピュータ、スマートフォン、携帯用ゲーム装置、タブレット、またはその他などの電子装置は、動作するために電力を必要とする。一般的に理解されるように、電子装置は少なくとも1日1回、または使用頻度の高いもしくは電力を大量に消費する電子装置では1日2回以上と、頻繁に充電される。そのような作業は退屈であり、ユーザにとって負担になることがある。例えば、ユーザは、電子装置の充電が切れた場合に備えて充電器を持ち運ぶ必要があることがある。さらに、ユーザによっては電子機器に接続するための利用可能な電源を探し出さなければならず、これは不便であり時間がかかる。最後に、ユーザによっては、電子装置を充電できるように、壁または何らかの他の電源にプラグ接続しなければならない。このような作業により、充電中に電子装置が使えなかったり、または携帯できなかったりすることがある。   [0002] Electronic devices such as laptop computers, smart phones, portable game devices, tablets, or others require power to operate. As is generally understood, electronic devices are frequently charged at least once a day, or more than once a day for electronic devices that are frequently used or consume large amounts of power. Such work is tedious and can be burdensome for the user. For example, a user may need to carry a charger in case the electronic device is decharged. In addition, some users must find an available power source to connect to the electronic device, which is inconvenient and time consuming. Finally, some users must plug into a wall or some other power source so that the electronic device can be charged. Due to such operations, the electronic device may not be used or may not be carried during charging.

[0003] いくつかの従来の解決策には誘導性の充電パッドが含まれ、これには磁気誘導コイルまたは共振コイルが用いられることがある。当技術分野で理解されるように、そのような解決策は、電子装置が(i)誘導性充電パッド上の特定の位置に載置されること、および(ii)磁場は特定の配向を有するため、給電のために特定の向きに置かれること、を依然として必要とする。さらに、誘導性充電ユニットは、両方の装置(即ち、充電器、および充電器によって充電される装置)内に大きなコイルを必要とするが、これは、例えば、寸法および費用という理由から望ましくないことがある。したがって、電子装置が誘導性充電パッド上に正しい配向で置かれないと、十分に充電できなかったり、または充電を受けられなかったりすることがある。また、充電マットの使用後に電子装置が期待された通りに充電されていないと、ユーザは苛立つことがあり、それによって充電マットの信頼性が損なわれたり、ユーザに受け入れられなくなったりすることがある。   [0003] Some conventional solutions include inductive charging pads, which may use magnetic induction coils or resonant coils. As understood in the art, such a solution is that the electronic device is (i) placed at a specific location on the inductive charging pad, and (ii) the magnetic field has a specific orientation. Therefore, it still needs to be placed in a specific orientation for power supply. Furthermore, inductive charging units require large coils in both devices (ie, the charger and the device charged by the charger), which is undesirable for reasons of size and cost, for example. There is. Thus, if the electronic device is not placed on the inductive charging pad in the correct orientation, it may not be fully charged or charged. Also, if the electronic device is not charged as expected after using the charging mat, the user may be frustrated, which may impair the reliability of the charging mat or make it unacceptable to the user. .

[0004] 他の解決策では、遠方界RF波伝達を用いて、装置を充電するための離れた場所に、RF波の強め合う干渉によっていくらかのエネルギーを作り出す。しかし、そのような解決策は、特定の用途および構成により適している。というのも、通常、遠方界RF波伝達による解決策は、RF波の位相制御および振幅制御を実現するために、多数のアンテナアレイおよび回路を使用するからである。さらに、遠方界アンテナは、近傍界充電システムの場合には効率的でないことがある。パッチアンテナなどの一部のアンテナは、近傍界電力伝送に使用されてきた。しかし、特に、生成された電力は送信機の近傍界の距離内の特定のエリアに集中するのではなく、むしろ全方向に漏出し得るため、パッチアンテナも、近傍界においては電力伝送効率が低い。   [0004] Another solution uses far-field RF wave transmission to create some energy by constructive interference of RF waves at a remote location for charging the device. However, such a solution is more suitable for specific applications and configurations. This is because typically far-field RF wave transmission solutions use multiple antenna arrays and circuits to achieve RF wave phase and amplitude control. Furthermore, far-field antennas may not be efficient for near-field charging systems. Some antennas, such as patch antennas, have been used for near-field power transmission. However, the generated power is not concentrated in a specific area within the near field distance of the transmitter, but rather can leak in all directions, so the patch antenna also has low power transfer efficiency in the near field .

[0005] したがって、当技術分野において、遠方界アンテナおよび近傍界アンテナの上述の欠点に対処し、近距離RF場アンテナを高結合効率で構築する必要がある。   [0005] Accordingly, there is a need in the art to address the above-mentioned drawbacks of far-field and near-field antennas and to construct near-field RF field antennas with high coupling efficiency.

[0006] 本明細書に開示されるシステムは、前述の問題に対処し、かつその他の多数の利益も提供することができる。   [0006] The system disclosed herein addresses the aforementioned problems and can also provide numerous other benefits.

[0007] (A1)いくつかの実施形態において、近傍界無線周波数(RF)電力伝送システムが提供され、この近傍界RF電力伝送システムは、基板の第1の面の上または下方に配置され、第1の期間中に第1の方向に第1の電流を流して第1のRF放射を生成するように構成された、第1のアンテナ要素と、上記基板の上記第1の面の上または下方に配置され、上記第1の期間中に、上記第1の方向と逆の第2の方向に第2の電流を流して第2のRF放射を生成するように構成され、その結果、上記第2のRF放射の遠方界部分が上記第1のRF放射の遠方界部分を相殺する、第2のアンテナ要素と、上記基板の第2の面の上または下方に配置された接地面であって、上記第2の面は上記第1の面の反対側である、接地面とを備える。   [0007] (A1) In some embodiments, a near-field radio frequency (RF) power transmission system is provided, the near-field RF power transmission system being disposed above or below the first surface of the substrate, A first antenna element configured to flow a first current in a first direction during a first period to generate a first RF radiation; and on the first surface of the substrate or Disposed below and configured to generate a second RF radiation by passing a second current in a second direction opposite to the first direction during the first period, and as a result A far field portion of the second RF radiation is a second antenna element that offsets the far field portion of the first RF radiation and a ground plane disposed above or below the second surface of the substrate. The second surface includes a grounding surface that is opposite to the first surface.

[0008] (A2)A1の近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記システムは、上記接地面を貫通するビアであって、上記第1の電流および上記第2の電流を供給するように構成された給電線を収容するビアを含む。   [0008] (A2) In some embodiments of the near-field RF power transfer system of A1, the system is a via that penetrates the ground plane and supplies the first current and the second current. A via that accommodates a feed line configured to do.

[0009] (A3)A1の近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記システムは、上記接地面を貫通する第1のビアであって、上記第1の電流を供給するように構成された第1の給電線を収容する、第1のビアと、上記接地を貫通する第2のビアであって、上記第2の電流を供給するように構成された第2の給電線を収容する、第2のビアとを含む。   [0009] (A3) In some embodiments of the near-field RF power transfer system of A1, the system is a first via that penetrates the ground plane so as to supply the first current. A first via that accommodates the first feed line configured and a second via that penetrates the ground, the second feed line configured to supply the second current Containing a second via.

[0010] (A4)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、スパイラルアンテナのセグメントである。   [0010] (A4) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A3, the first antenna element and the second antenna element are segments of a spiral antenna.

[0011] (A5)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素は、ダイポールアンテナの第1のポールのセグメントであり、上記第2のアンテナ要素は、上記ダイポールアンテナの第2のポールのセグメントである。   (A5) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A3, the first antenna element is a segment of a first pole of a dipole antenna, The second antenna element is a segment of the second pole of the dipole antenna.

[0012] (A6)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、ループアンテナのセグメントである。   (A6) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A3, the first antenna element and the second antenna element are segments of a loop antenna.

[0013] (A7)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、同心ループを含むループアンテナのセグメントである。   [0013] (A7) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A3, the first antenna element and the second antenna element are loop antennas including concentric loops. Is a segment.

[0014] (A8)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、モノポールアンテナのセグメントである。   [0014] (A8) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A3, the first antenna element and the second antenna element are segments of a monopole antenna. .

[0015] (A9)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、2つのスパイラルポールを含む複合ダイポールアンテナのセグメントである。   [0015] (A9) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A3, the first antenna element and the second antenna element include two spiral poles. This is a segment of a dipole antenna.

[0016] (A10)A1〜A3のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、階層型スパイラルアンテナのセグメントである。   [0016] (A10) In some embodiments of the near-field RF power transfer system of any one of A1 to A3, the first antenna element and the second antenna element are segments of a hierarchical spiral antenna. is there.

[0017] (A11)A1〜A10のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記接地面は、銅または銅合金の均質な金属シートで構築される。   [0017] (A11) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A10, the ground plane is constructed of a homogeneous metal sheet of copper or a copper alloy.

[0018] (A12)A1〜A10のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記接地面は、ループ、スパイラル、およびメッシュからなる群から選択される形状に配置された金属片で構築される。   [0018] (A12) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A10, the ground plane is arranged in a shape selected from the group consisting of a loop, a spiral, and a mesh. Constructed with metal pieces.

[0019] (A13)A1〜A12のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、銅または銅合金で構築される。   [0019] (A13) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A12, the first antenna element and the second antenna element are constructed of copper or a copper alloy. The

[0020] (A14)A1〜A13のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記基板は、所定の透磁率または誘電率のメタマテリアルを含む。   [0020] (A14) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A13, the substrate includes a metamaterial having a predetermined permeability or permittivity.

[0021] (A15)A1〜A14のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記接地面は、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素によって生成されたRF放射の少なくとも一部分を反射するように構成される。   [0021] (A15) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A14, the ground plane is generated by the first antenna element and the second antenna element. It is configured to reflect at least a portion of the RF radiation.

[0022] (A16)A1〜A15のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記接地面は、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素によって生成されたRF放射の少なくとも一部分を相殺するように構成される。   [0022] (A16) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A15, the ground plane is generated by the first antenna element and the second antenna element. Configured to cancel at least a portion of the RF radiation.

[0023] (A17)A1〜A16のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記電力伝送システムは、電力受信機として構成される。   (A17) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A16, the power transmission system is configured as a power receiver.

[0024] (A18)A1〜A16のいずれか1つの近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記電力伝送システムは、電力送信機として構成される。   (A18) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of any one of A1 to A16, the power transmission system is configured as a power transmitter.

[0025] (A19)いくつかの実施形態において、近傍界RF電力伝送の方法も提供され、この方法は、接地面を通る1つまたは複数のビアを通じて、第1のアンテナ要素に、この第1のアンテナが第1のRF放射を生成するように、第1の電流を供給することと、第2のアンテナ要素に、この第2のアンテナが第2のRF放射を生成するように、第2の電流を供給することとを含み、上記第1の電流は第1の方向を向き、上記第2の電流は、上記第1の方向と逆の第2の方向を向き、その結果、上記第2のRF放射の遠方界部分が上記第1のRF放射の遠方界部分を相殺し、上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素は、基板の第1の面の上または下方に配置され、上記接地面は、上記基板の上記第1の面の反対側の第2の面の上または下方に、かつ上記第1のアンテナ要素および上記第2のアンテナ要素の下方に、配置される。   [0025] (A19) In some embodiments, a method of near-field RF power transfer is also provided, the method including connecting the first antenna element to the first antenna element through one or more vias through a ground plane. Supplying a first current such that the second antenna generates a first RF radiation, and a second antenna element such that the second antenna generates a second RF radiation. The first current is directed in a first direction, and the second current is directed in a second direction opposite to the first direction, so that the first current is The far field portion of the second RF radiation cancels the far field portion of the first RF radiation, and the first antenna element and the second antenna element are disposed above or below the first surface of the substrate. And the grounding surface is a second surface opposite to the first surface of the substrate. Or downward, and below the first antenna element and the second antenna element are arranged.

[0026] (A20)A19の近傍界RF電力伝送システムのいくつかの実施形態において、上記接地面、上記第1のアンテナ要素、上記基板、および上記第2のアンテナ要素は、それぞれ近傍界電力伝送システムの一部であり、この近傍界電力伝送システムはA1〜A18のいずれか1つにしたがって構成される。   [0026] (A20) In some embodiments of the near-field RF power transmission system of A19, the ground plane, the first antenna element, the substrate, and the second antenna element are each a near-field power transmission. Part of the system, this near-field power transmission system is configured according to any one of A1-A18.

[0027] 添付の図面は本明細書の一部を構成し、本明細書に開示される主題の実施形態を例示する。
[0028] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0028] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0029] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0029] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0029] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0029] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0030] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0031] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0032] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0033] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0034] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0035] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0036] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。 [0036] 一実施形態による例示的なシステムの概略図である。
[0027] The accompanying drawings constitute a part of this specification and illustrate embodiments of the subject matter disclosed herein.
[0028] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0028] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0029] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0029] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0029] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0029] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0030] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0031] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0032] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0033] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0034] FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0035] FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0036] FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment. [0036] FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary system according to one embodiment.

[0037] 次に、図面に示される例示的な実施形態を参照し、本明細書で具体的な用語を使用してそれらを説明する。しかし、それによって特許請求の範囲または本開示の範囲を限定することは意図されないことが理解されよう。本開示を入手した当業者が思いつくであろう、本明細書において例示される発明の特徴の変更およびさらなる修正、ならびに本明細書において例示される主題の原理の追加的な適用は、本明細書に開示される主題の範囲内であるとみなすべきである。本開示は、本明細書の一部を形成する図面に例示される実施形態を参照して、本明細書で詳細に説明される。本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、かつ/または他の変更を加えることができる。詳細な説明において説明される例示的な実施形態は、本明細書で提示される主題を限定することを意図するものではない。   [0037] Reference will now be made to the exemplary embodiments illustrated in the drawings and specific language will be used herein to describe them. However, it will be understood that it is not intended to limit the scope of the claims or the present disclosure thereby. Changes in the features and further modifications of the invention exemplified herein, as well as additional applications of the principles of the subject matter exemplified herein, will occur to those skilled in the art who have obtained this disclosure. Should be considered within the scope of the disclosed subject matter. The present disclosure is described in detail herein with reference to embodiments illustrated in the drawings that form a part of this specification. Other embodiments may be used and / or other changes may be made without departing from the spirit or scope of the present disclosure. The exemplary embodiments described in the detailed description are not intended to limit the subject matter presented herein.

[0038] 本明細書において、近傍界RFベースの電力伝送結合において高い電力伝送効率を有する電力伝達システムの、様々な実施形態が開示される。電力伝送システムにおける送信機および受信機の電力伝送効率は、送信機によって送信または生成される電力の量と、受信機によって収集される電力の量とを関連付ける、パーセンテージまたは比率として定義することができる。電力伝送効率は、送信機と受信機の結合に依存し得る。送信機と受信機が十分に結合されている場合、送信機の1つまたは複数の送信アンテナによって送信される電力の大部分が、受信機の1つまたは複数の受信アンテナに集中する。一方、送信機と受信機が十分に結合されていない場合、比較的少ない電力が受信機アンテナに集中し、望ましくない方向への漏出によって電力が失われる。したがって、電磁力の大部分が送信機と受信機の間に捕捉されるか、または他の形で集中する、より十分に結合した電力送信機および受信機を有することが望ましい。   [0038] Various embodiments of a power transfer system having high power transfer efficiency in near-field RF-based power transfer coupling are disclosed herein. The power transfer efficiency of transmitters and receivers in a power transfer system can be defined as a percentage or ratio that associates the amount of power transmitted or generated by the transmitter with the amount of power collected by the receiver. . The power transfer efficiency may depend on the combination of transmitter and receiver. If the transmitter and receiver are well coupled, most of the power transmitted by the transmitter's one or more transmit antennas is concentrated on the receiver's one or more receive antennas. On the other hand, if the transmitter and receiver are not well coupled, relatively little power is concentrated on the receiver antenna and power is lost due to leakage in an undesirable direction. Therefore, it is desirable to have a more fully coupled power transmitter and receiver in which the majority of electromagnetic force is captured or otherwise concentrated between the transmitter and receiver.

[0039] 本明細書で説明される近傍界電力伝送システムの実施形態では、蛇行した配置で互いに近接して構築または印刷されたアンテナ要素を含むことができる。蛇行した配置において、隣り合ったアンテナ要素は、互いに逆方向に流れる電流を伝導する。この電流の流れは、アンテナによって生成されるか、または電流の流れの電磁効果によって他の方法で生成されるいかなる遠方界RF放射も、完全に、またはほぼ完全に相殺する。言い換えると、第1の経路を流れる第1の電流に対して、第1の経路を流れる第1の電流によって生成された遠方界放射を相殺する、第2の相殺経路を流れる第2の電流が存在してよい。したがって、遠方界への電力の放射は存在しないことがある。しかし、送信機と受信機の間で電力の伝送が生じ得る近傍界有効域においては、そのような相殺は生じないことがある。当業者は、互いに逆方向に流れる電流によって生成された時間的に変動する電場および磁場に関するマクスウェルの方程式の1つまたは複数の解が、電流が互いに逆方向に流れると、遠方界の電磁放射は相殺され、近傍界の電磁放射は相殺されないことを規定することを理解するであろう。当業者はまた、近傍界有効域が、電力伝送システムのごく近傍の、または電力伝送システムに近接または隣接する電磁力の存在によって画定されることも理解するはずである。当業者はさらに、近傍界/遠方界の区別を理解するであろう。例えば、近傍界はアンテナ要素のごく近傍を指すことがあり、かつ放射近傍界(フレネル)領域も含むことがあり、遠方界はアンテナ要素のごく近傍を越えたエリアを指すことがある。   [0039] Embodiments of the near-field power transfer system described herein can include antenna elements constructed or printed in close proximity to each other in a serpentine arrangement. In a serpentine arrangement, adjacent antenna elements conduct currents flowing in opposite directions. This current flow completely or almost completely cancels any far-field RF radiation generated by the antenna or otherwise generated by the electromagnetic effects of the current flow. In other words, there is a second current flowing through the second cancellation path that cancels the far-field radiation generated by the first current flowing through the first path with respect to the first current flowing through the first path. May exist. Thus, there may be no radiation of power to the far field. However, such cancellation may not occur in the near-field effective range where power transmission can occur between the transmitter and the receiver. One skilled in the art will recognize that when one or more solutions of Maxwell's equations for time-varying electric and magnetic fields generated by currents flowing in opposite directions are opposite to each other, far-field electromagnetic radiation is It will be appreciated that it is canceled out and that near-field electromagnetic radiation is not canceled out. Those skilled in the art should also understand that the near field coverage is defined by the presence of electromagnetic forces in the immediate vicinity of or adjacent to the power transmission system. Those skilled in the art will further understand the near-field / far-field distinction. For example, the near field may refer to the immediate vicinity of the antenna element and may also include a radiating near field (Fresnel) region, and the far field may refer to an area beyond the immediate vicinity of the antenna element.

[0040] 本明細書で説明される近傍界電力伝送システムの実施形態では、アンテナの裏に接地面を含むことができる。送信機として機能する近傍界電力伝送システムの場合、接地面は、例えば、送信機アンテナによって生成される電磁波に対するリフレクタとして機能することによって、電力伝送システムの送信アンテナの裏に電力が伝送されないようにすることがある。同様に、受信機として機能する近傍界電力伝送システムの場合、接地面は、受信した電磁波が受信機の裏側から放射しないようにすることがある。したがって、1つまたは複数の接地面を有することで、送信機および/または受信機の裏側からの電力の漏出を阻止することによって、送信機と受信機の間に電磁力を集中させるか、または捕捉することができる。   [0040] The near-field power transmission system embodiments described herein may include a ground plane behind the antenna. In the case of a near-field power transmission system that functions as a transmitter, the ground plane functions as a reflector for electromagnetic waves generated by the transmitter antenna, for example, so that power is not transmitted behind the transmission antenna of the power transmission system. There are things to do. Similarly, in the case of a near-field power transmission system that functions as a receiver, the ground plane may prevent received electromagnetic waves from radiating from the back side of the receiver. Thus, having one or more ground planes concentrates electromagnetic forces between the transmitter and receiver by preventing leakage of power from the backside of the transmitter and / or receiver, or Can be captured.

[0041] アンテナは、モノポール、蛇行したモノポール、ダイポール、蛇行したダイポール、スパイラル、ループ、および同心ループなどの様々な形状に構築することができる。アンテナはまた、スパイラルダイポールなどの複合構成で構築してもよい。さらに、階層型アンテナ、例えば、第1の階層レベルに第1のスパイラルダイポールを有し、第1の階層レベルの上方の第2の階層レベルに第2のスパイラルダイポールを有するアンテナがあってもよい。いくつかの実施形態では、最も低い階層レベルに単一の接地面を設けてもよい。他の実施形態では、各階層レベルに接地面を含んでもよい。複合構造または階層構造は、広帯域設計および/またはマルチバンド設計の場合に必要とされることがある。例えば、非階層構造または非複合構造は、第1の周波数、および送信機と受信機の間の第1の距離においては非常に効率的であり得るが、他の周波数および距離においては非効率的なことがある。複合構造や階層構造などの、より複雑な構造を組み込むことで、広い範囲の周波数および距離にわたって効率を高めることができる。   [0041] The antenna can be constructed in various shapes such as a monopole, a serpentine monopole, a dipole, a serpentine dipole, a spiral, a loop, and a concentric loop. The antenna may also be constructed with a composite configuration such as a spiral dipole. Further, there may be a hierarchical antenna, for example, an antenna having a first spiral dipole at a first hierarchical level and a second spiral dipole at a second hierarchical level above the first hierarchical level. . In some embodiments, a single ground plane may be provided at the lowest hierarchical level. In other embodiments, each hierarchical level may include a ground plane. A composite or hierarchical structure may be required for wideband and / or multiband designs. For example, a non-hierarchical or non-composite structure can be very efficient at a first frequency and a first distance between a transmitter and a receiver, but inefficient at other frequencies and distances. There is something wrong. By incorporating more complex structures, such as composite structures and hierarchical structures, efficiency can be increased over a wide range of frequencies and distances.

[0042] いくつかの実施形態において、送信アンテナおよび対応する受信アンテナは、互いに鏡像であるか、または対称でなければならないことがある。言い換えると、受信アンテナは、対応する送信アンテナと同一またはほぼ同一の形状および/または寸法構成を有することがある。そのような類似性によって、より十分な結合が保証され、したがってより高い電力伝送効率をもたらすことができる。しかし、他の実施形態では、送信アンテナと受信アンテナは互いに対称でなくてもよい。さらに、類似しない対の場合、本明細書に開示されるアンテナは、他のアンテナ(例えば、パッチ、ダイポール、スロット)と対にしてもよい。これらの場合、近傍界結合効率は、特定の用途に関しては依然として許容できるものであり得る。様々な種類の送信アンテナを、様々な種類の受信アンテナと組み合わせてよい。   [0042] In some embodiments, a transmit antenna and a corresponding receive antenna may have to be mirror images of each other or symmetrical. In other words, the receiving antenna may have the same or nearly the same shape and / or dimensions as the corresponding transmitting antenna. Such similarity can ensure better coupling and thus provide higher power transfer efficiency. However, in other embodiments, the transmit antenna and the receive antenna may not be symmetric with respect to each other. Furthermore, in the case of dissimilar pairs, the antennas disclosed herein may be paired with other antennas (eg, patches, dipoles, slots). In these cases, the near-field coupling efficiency may still be acceptable for certain applications. Various types of transmit antennas may be combined with various types of receive antennas.

[0043] 従来のシステムでは、周波数が低下して波長が増大するにつれて、対をなすアンテナを延長しなければならないことがある。本明細書に記載の近傍界電力伝送システムの実施形態では、小型のアンテナも実現することができる。例えば、従来の多くのシステムにおいて、900MHzの電磁波を送信および/または受信するために使用される半波長ダイポールアンテナは、アンテナの一方の端部から他方の端部までが、典型的には33.3センチメートル(cm)またはおおよそ1フィート(ft)である。しかし、本明細書に記載の実施形態では、より小さいフォームファクタを用いてそのような結果を達成することができる。本明細書に開示される蛇行した配置によって、アンテナを互いに折り返すか、またはスパイラル状にすることができる。したがって、長いアンテナを、比較的小さい筐体内に印刷または構築することができる。例えば、非常に低い周波数、例えば400MHzで動作する送信機/受信機は、約6ミリメートル(mm)×6mmから約14mm×14mmのアンテナ寸法へと小型化することができる。さらに、本明細書に開示される近傍界電力伝送システムは、当技術分野において既知の送信機および受信機と比較して、極めて高い電力伝送効率を有する。   [0043] In conventional systems, as the frequency decreases and the wavelength increases, the paired antennas may have to be extended. In the embodiments of the near-field power transmission system described herein, a small antenna can also be realized. For example, in many conventional systems, a half-wave dipole antenna used to transmit and / or receive 900 MHz electromagnetic waves typically extends from one end of the antenna to the other, typically 33. 3 centimeters (cm) or approximately 1 foot (ft). However, in the embodiments described herein, such a result can be achieved using a smaller form factor. With the serpentine arrangement disclosed herein, the antennas can be folded back or spiraled together. Thus, a long antenna can be printed or constructed in a relatively small housing. For example, a transmitter / receiver operating at a very low frequency, eg, 400 MHz, can be miniaturized from about 6 millimeters (mm) × 6 mm to about 14 mm × 14 mm antenna dimensions. Furthermore, the near-field power transfer system disclosed herein has a very high power transfer efficiency compared to transmitters and receivers known in the art.

[0044] 本明細書に開示される近傍界電力伝送システムは、携帯電話、衣類、および玩具などの電子装置において使用することができる。例えば、第1の電力伝送システムは、充電マット内に埋め込まれた送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよく、第2の電力伝送システムは、携帯電話内に埋め込まれた受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。携帯電話が充電マットに近接して配置されると、送信機は受信機に電力を伝送することができる。いくつかの実施形態において、近傍界電力伝送システムは、遠方界電力伝送システムと組み合わせて使用してもよい。例えば、携帯電話は、近傍界受信機と遠方界受信機の両方を有することができる。携帯電話が近傍界送信機を有する充電マット上に配置されると、携帯電話内の近傍界受信機は、近傍界送信機から電力を受信することができる。携帯電話が充電マットから離されて異なる位置に配置されると、携帯電話内の遠方界受信機は、遠方界送信機から電力を受信することができる。   [0044] The near-field power transmission system disclosed herein can be used in electronic devices such as mobile phones, clothing, and toys. For example, the first power transfer system may be part of or associated with a transmitter embedded in the charging mat, and the second power transfer system may be a receiver embedded in the mobile phone. Or may be associated with it. When the mobile phone is placed close to the charging mat, the transmitter can transmit power to the receiver. In some embodiments, the near field power transfer system may be used in combination with a far field power transfer system. For example, a mobile phone can have both a near-field receiver and a far-field receiver. When the mobile phone is placed on a charging mat with a near field transmitter, the near field receiver in the mobile phone can receive power from the near field transmitter. When the mobile phone is separated from the charging mat and placed at a different location, the far field receiver in the mobile phone can receive power from the far field transmitter.

[0045] 図1Aは、例示的な近傍界電力伝送システム100の概略図面の上面斜視図である。図1Bは、例示的な近傍界電力伝送システム100の概略図面の底面斜視図である。電力伝送システム100は、上面101、底面102および側壁103を備えてよい。いくつかの実施形態では、電力伝送システム100の構成要素を収容する筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面101は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁103は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   FIG. 1A is a top perspective view of a schematic drawing of an exemplary near field power transfer system 100. FIG. 1B is a bottom perspective view of a schematic drawing of an exemplary near-field power transfer system 100. The power transmission system 100 may include a top surface 101, a bottom surface 102, and a side wall 103. In some embodiments, the housing that houses the components of the power transfer system 100 may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 101 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 103 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0046] 電力伝送システム100は、電力伝送システム100が第2の電力伝送システム(図示せず)に隣接するとき、RFエネルギーを放射することができ、したがって電力を伝送することができる。このように、電力伝送システム100は、電力送信機として機能するように「送信側」とすることもでき、電力伝送システム100は、電力受信機として機能するように「受信側」とすることもできる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム100が送信機と関連付けられている場合、電力伝送システム100(または電力伝送システム100の下位構成要素)は、送信機装置に一体化されてもよく、または外部で送信機に配線されてもよい。同様に、いくつかの実施形態において、電力伝送システム100が受信機と関連付けられている場合、電力伝送システム100(または電力伝送システム100の下位構成要素)は、受信機装置に一体化されてもよく、または外部で受信機に配線されてもよい。   [0046] The power transfer system 100 can emit RF energy when the power transfer system 100 is adjacent to a second power transfer system (not shown), and thus can transmit power. Thus, the power transmission system 100 can be a “transmission side” to function as a power transmitter, and the power transmission system 100 can be a “reception side” to function as a power receiver. it can. In some embodiments, if the power transfer system 100 is associated with a transmitter, the power transfer system 100 (or a subcomponent of the power transfer system 100) may be integrated into the transmitter device, or It may be wired externally to the transmitter. Similarly, in some embodiments, if the power transfer system 100 is associated with a receiver, the power transfer system 100 (or subcomponents of the power transfer system 100) may be integrated into the receiver device. Well, or it may be wired externally to the receiver.

[0047] 上面101、側壁103および底面102の間に画定された空間内に、基板107を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム100は筐体を含まなくてもよく、基板107が上面101、側壁103および底面102を含んでもよい。基板107は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を生成することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   The substrate 107 can be disposed in a space defined between the top surface 101, the side wall 103, and the bottom surface 102. In some embodiments, the power transfer system 100 may not include a housing and the substrate 107 may include the top surface 101, the sidewall 103, and the bottom surface 102. The substrate 107 may include any material, such as a metamaterial, that can accommodate, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or generate radiation and can also function as a thin reflector.

[0048] 上面101の上または下方に、アンテナ104を構築することができる。電力伝送システム100が電力送信機と関連付けられているとき、アンテナ104は、電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム100が電力受信機と関連付けられているとき、アンテナ104は、電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム100は送受信機として動作することができ、アンテナ104は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ104は、金属、合金、メタマテリアルおよび複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ104は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ104は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図1Aおよび図1Bに示す例示的なシステム100において、アンテナ104は、互いに近接して配置されたアンテナセグメント110を含むスパイラルの形状に構築されている。アンテナセグメント110を通って流れる電流は、互いに逆方向とすることができる。例えば、アンテナセグメント110bにおいて電流が図1Aの左から右に流れている場合、アンテナセグメント110a、110cのそれぞれにおける電流は右から左に流れてよい。電流が逆方向に流れることにより、電力伝送システム100の遠方界において、電磁放射が互いに相殺される。言い換えると、想像線115の左側の1つまたは複数のアンテナセグメント110によって生成された遠方界電磁放射は、想像線115の右側の1つまたは複数のアンテナセグメント110によって生成された遠方界電磁放射によって相殺される。したがって、電力伝送システム100の遠方界において、電力は漏出しないことがある。しかし、そのような相殺は、電力の伝送が生じ得る電力伝送システム100の近傍界有効域においては生じないことがある。   [0048] The antenna 104 may be constructed above or below the top surface 101. When the power transfer system 100 is associated with a power transmitter, the antenna 104 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, when the power transfer system 100 is associated with a power receiver, the antenna 104 can be used to receive electromagnetic waves. In some embodiments, the power transfer system 100 can operate as a transceiver and the antenna 104 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 104 can be constructed of materials such as metals, alloys, metamaterials, and composite materials. For example, the antenna 104 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 104 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 100 shown in FIGS. 1A and 1B, the antenna 104 is constructed in the shape of a spiral that includes antenna segments 110 disposed in close proximity to each other. The currents flowing through the antenna segment 110 can be in opposite directions. For example, when current flows in the antenna segment 110b from left to right in FIG. 1A, the current in each of the antenna segments 110a and 110c may flow from right to left. As the current flows in the opposite direction, the electromagnetic radiation cancels each other in the far field of the power transfer system 100. In other words, the far field electromagnetic radiation generated by the one or more antenna segments 110 on the left side of the imaginary line 115 is caused by the far field electromagnetic radiation generated by the one or more antenna segments 110 on the right side of the imaginary line 115. Offset. Therefore, power may not leak in the far field of the power transmission system 100. However, such cancellation may not occur in the near-field effective region of the power transfer system 100 where power transmission may occur.

[0049] 電力伝送システム100は、底面102に、または底面102の上方に、接地面106を含むことができる。接地面106は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態において、接地面106は、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面106を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面106を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線(図示せず)をアンテナに運ぶビア105は、接地面106を貫通してよい。給電線は、アンテナ104に電流を供給することができる。いくつかの実施形態では、接地面106を、アンテナ104に電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面106を、アンテナ104に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア105を接地面106から絶縁する絶縁エリア108を、ビア105と接地面106の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面106は、アンテナ104によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム100の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ104が上面101から、または上面101に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面102から電磁力が漏出しないことがある。   [0049] The power transfer system 100 may include a ground plane 106 at or above the bottom surface 102. The ground plane 106 can be formed of a material such as a metal, an alloy, and a composite material. In one embodiment, the ground plane 106 can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane 106 may be constructed of a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane 106 may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 105 that carries a feed line (not shown) to the antenna may penetrate the ground plane 106. The feeder line can supply current to the antenna 104. In some embodiments, the ground plane 106 may be electrically connected to the antenna 104. In some embodiments, the ground plane 106 may not be electrically connected to the antenna 104. In such a mounting, an insulating area 108 that insulates the via 105 from the ground plane 106 may be constructed between the via 105 and the ground plane 106. In some embodiments, the ground plane 106 can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 104. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 100 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. The electromagnetic wave transmitted from the upper surface 101 or toward the upper surface 101 can be enhanced by reflecting the electromagnetic wave by the ground surface. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface 102.

[0050] したがって、アンテナ104および接地面106の存在により、電力伝送システム100によって送信または受信される電磁波は、システム100の近傍界に蓄積する。システム100の遠方界への漏出は最小限となる。   Accordingly, due to the presence of the antenna 104 and the ground plane 106, electromagnetic waves transmitted or received by the power transmission system 100 accumulate in the near field of the system 100. Leakage of the system 100 to the far field is minimal.

[0051] 図2Aは、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム200の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム200は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム200は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム200は、上面201、底面(図示せず)、および側壁203によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面201は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁203は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0051] FIG. 2A schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 200 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the power transfer system 200 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 200 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 200 may include a housing defined by a top surface 201, a bottom surface (not shown), and a sidewall 203. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 201 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 203 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0052] 上面201、側壁203および底面202の間に画定された空間内に、基板207を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム200は筐体を含まなくてもよく、基板207が上面201、側壁203、および底面202を含んでもよい。基板207は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を生成することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0052] The substrate 207 can be placed in a space defined between the top surface 201, the side wall 203 and the bottom surface 202. In some embodiments, the power transfer system 200 may not include a housing and the substrate 207 may include a top surface 201, a sidewall 203, and a bottom surface 202. The substrate 207 may comprise any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate an electrical current conducting wire. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or generate radiation and can also function as a thin reflector.

[0053] 上面201の上または下方に、アンテナ204を構築することができる。電力伝送システム200が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ204は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム200が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ204は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム200は送受信機として動作することができ、アンテナ204は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ204は、金属、合金、メタマテリアル、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ204は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ204は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図2Aに示す例示的なシステム200において、アンテナ204は、互いに近接して配置されたアンテナセグメントを含むスパイラルの形状に構築されている。ビア205を通して、信号供給線(図示せず)をアンテナ204に接続することができる。   [0053] An antenna 204 can be constructed above or below the top surface 201. When the power transfer system 200 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 204 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, the antenna 204 can be used to receive electromagnetic waves when the power transfer system 200 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 200 can operate as a transceiver and the antenna 204 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 204 can be constructed of materials such as metals, alloys, metamaterials, and composite materials. For example, the antenna 204 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 204 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 200 shown in FIG. 2A, the antennas 204 are constructed in the shape of a spiral that includes antenna segments positioned in close proximity to each other. A signal supply line (not shown) can be connected to the antenna 204 through the via 205.

[0054] 図2Bは、例示的な電力伝達システム200の側面図を概略的に示す。示されているように、上部金属層はアンテナ204を形成することができ、下部金属層は接地面206を形成することができる。基板207は、上部金属層と下部金属層の間に配置することができる。基板207は、FR4、メタマテリアル、または当技術分野において既知のその他の任意の材料などの材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づかなければならないことがある。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を生成することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0054] FIG. 2B schematically illustrates a side view of an exemplary power transfer system 200. FIG. As shown, the upper metal layer can form the antenna 204 and the lower metal layer can form the ground plane 206. The substrate 207 can be disposed between the upper metal layer and the lower metal layer. The substrate 207 may comprise a material such as FR4, metamaterial, or any other material known in the art. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may have to be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or generate radiation and can also function as a thin reflector.

[0055] 図2Cは、アンテナ204の上面斜視図を概略的に示す。アンテナ204は、ビア205を通り抜ける給電線(図示せず)のための接続点209を備える。図2Dは、接地面206の側面斜視図を概略的に示す。一実施形態において、接地面206は、均質な金属層を備える。他の実施形態において、接地面206は、細長片、メッシュ、および格子などの構造を含んでもよく、完全に均質でなくてもよい。接地面206は、ビア205が貫通するソケット209も備えることができる。接地面206は、ソケット209の周りに、接地面206の他の部分からソケット209を絶縁する絶縁領域210も含むことができる。いくつかの実施形態において、接地面は、ビアを通り抜ける線への電気的接続を有してもよく、絶縁領域210は必要とされないことがある。   FIG. 2C schematically shows a top perspective view of the antenna 204. The antenna 204 includes a connection point 209 for a feed line (not shown) that passes through the via 205. FIG. 2D schematically shows a side perspective view of the ground plane 206. In one embodiment, the ground plane 206 comprises a homogeneous metal layer. In other embodiments, the ground plane 206 may include structures such as strips, meshes, and grids, and may not be completely homogeneous. The ground plane 206 can also include a socket 209 through which the via 205 passes. The ground plane 206 can also include an insulating region 210 around the socket 209 that insulates the socket 209 from other portions of the ground plane 206. In some embodiments, the ground plane may have an electrical connection to a line that passes through the via, and the insulating region 210 may not be required.

[0056] 図3は、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム300の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム300は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム300は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム300は、上面301、底面(図示せず)、および側壁303によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面301は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁303は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0056] FIG. 3 schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 300 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the power transfer system 300 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 300 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 300 may include a housing defined by a top surface 301, a bottom surface (not shown), and a sidewall 303. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 301 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 303 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0057] 上面301、側壁303、および底面302の間に画定された空間内に、基板307を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム300は筐体を含まなくてもよく、基板307が上面301、側壁303、および底面302を含んでもよい。基板307は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を送信することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0057] The substrate 307 can be placed in a space defined between the top surface 301, the side wall 303, and the bottom surface 302. In some embodiments, the power transfer system 300 may not include a housing and the substrate 307 may include a top surface 301, a side wall 303, and a bottom surface 302. The substrate 307 may comprise any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or transmit radiation and can also function as a thin reflector.

[0058] 上面の上または下方に、アンテナ304を構築することができる。電力伝送システム300が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ304は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム300が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ304は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム300は送受信機として動作することができ、アンテナ304は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ304は、金属、合金、メタマテリアル、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ304は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ304は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図3に示す例示的なシステム300において、アンテナ304は、第1の蛇行ポール309aおよび第2の蛇行ポール309bを含むダイポールの形状に構築されている。第1の蛇行ポール309aへの第1の給電線(図示せず)は、第1のビア305aによって運ばれてよく、第2の蛇行ポール309bへの第2の給電線(図示せず)は、第2のビア305bによって運ばれてよい。第1の給電線は、第1の蛇行ポール309aに電流を供給することができ、第2の給電線は、第2の蛇行ポール309bに電流を供給することができる。第1の蛇行ポール309aは、互いに近接して配置されたアンテナセグメント310を含み、第2の蛇行ポール309bは、やはり互いに近接して配置されたアンテナセグメント311を含む。隣り合ったアンテナセグメント310、311を通って流れる電流は、互いに逆方向とすることができる。例えば、アンテナセグメント310bにおいて電流が図3の左から右に流れている場合、アンテナセグメント310a、310cのそれぞれにおける電流は右から左に流れてよい。電力伝送システム300の任意の数のアンテナセグメント310にわたって電流が逆方向に流れることにより、電力伝送システム300によって生成される遠方界電磁放射は互いに相殺される。追加的または代替的に、第1のポール309aのアンテナセグメント310によって生成された遠方界電磁放射は、第2のポール309bのアンテナセグメント311によって生成された電磁放射によって相殺され得る。遠方界の相殺は、任意の数のセグメント310、311にわたって、かつ/または任意の数のポール309にわたって生じ得ることを理解されたい。したがって、電力伝送システム300の遠方界において、電力は漏出しないことがある。しかし、そのような相殺は、電力の伝送が生じ得る電力伝送システム300の近傍界有効域においては生じないことがある。   [0058] An antenna 304 can be constructed above or below the top surface. When the power transfer system 300 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 304 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, the antenna 304 may be used to receive electromagnetic waves when the power transfer system 300 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 300 can operate as a transceiver and the antenna 304 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 304 can be constructed of materials such as metals, alloys, metamaterials, and composite materials. For example, the antenna 304 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 304 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 300 shown in FIG. 3, the antenna 304 is constructed in the form of a dipole that includes a first serpentine pole 309a and a second serpentine pole 309b. A first feed line (not shown) to the first serpentine pole 309a may be carried by the first via 305a, and a second feed line (not shown) to the second meander pole 309b is May be carried by the second via 305b. The first power supply line can supply current to the first serpentine pole 309a, and the second power supply line can supply current to the second serpentine pole 309b. The first serpentine pole 309a includes antenna segments 310 disposed in close proximity to each other, and the second serpentine pole 309b includes antenna segments 311 also disposed in close proximity to each other. The currents flowing through adjacent antenna segments 310, 311 can be in opposite directions. For example, when current flows from the left to the right in FIG. 3 in the antenna segment 310b, the current in each of the antenna segments 310a and 310c may flow from the right to the left. The far field electromagnetic radiation generated by the power transfer system 300 cancels each other due to the reverse flow of current across any number of antenna segments 310 of the power transfer system 300. Additionally or alternatively, the far field electromagnetic radiation generated by the antenna segment 310 of the first pole 309a can be offset by the electromagnetic radiation generated by the antenna segment 311 of the second pole 309b. It should be understood that far-field cancellation can occur over any number of segments 310, 311 and / or over any number of poles 309. Therefore, power may not leak in the far field of the power transmission system 300. However, such cancellation may not occur in the near field effective area of the power transfer system 300 where power transfer may occur.

[0059] 電力伝送システム300は、底面に、または底面の上方に、接地面(図示せず)を含むことができる。接地面は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態では、接地面を、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線をアンテナに運ぶビア305は、接地面を貫通してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナに電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナ304に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア305を接地面から絶縁する絶縁エリアを、ビア305と接地面の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面は、アンテナ304によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム300の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ304が上面301から、または上面301に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面から電磁力が漏出しないことがある。   [0059] The power transfer system 300 may include a ground plane (not shown) on the bottom surface or above the bottom surface. The ground plane can be formed of materials such as metals, alloys, and composite materials. In one embodiment, the ground plane can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane may be constructed with a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 305 that carries the feeder to the antenna may penetrate the ground plane. In some embodiments, the ground plane may be electrically connected to the antenna. In some embodiments, the ground plane may not be electrically connected to the antenna 304. In such mounting, an insulating area that insulates the via 305 from the ground plane may be constructed between the via 305 and the ground plane. In some embodiments, the ground plane can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 304. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 300 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. By reflecting the electromagnetic wave by the ground plane, the electromagnetic wave transmitted from the antenna 304 to the upper surface 301 or toward the upper surface 301 can be strengthened. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface.

[0060] 図4は、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム400の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム400は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム400は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム400は、上面401、底面(図示せず)、および側壁103によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面401は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁403は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0060] FIG. 4 schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 400 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, power transfer system 400 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 400 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 400 may include a housing defined by a top surface 401, a bottom surface (not shown), and a sidewall 103. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 401 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 403 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0061] 上面401、側壁403、および底面402の間に画定された空間内に、基板407を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム400は筐体を含まなくてもよく、基板407が上面401、側壁403、および底面402を含んでもよい。基板407は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を生成することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0061] The substrate 407 can be placed in a space defined between the top surface 401, the side wall 403, and the bottom surface 402. In some embodiments, the power transfer system 400 may not include a housing and the substrate 407 may include a top surface 401, a sidewall 403, and a bottom surface 402. The substrate 407 may include any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or generate radiation and can also function as a thin reflector.

[0062] 上面401の上または下方に、アンテナ404を構築することができる。電力伝送システム400が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ404は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム400が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ404は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム400は送受信機として動作することができ、アンテナ404は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ404は、金属、合金、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ404は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ404は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図4に示す例示的なシステム400において、アンテナ404は、互いに近接して配置されたループセグメント410を含むループの形状に構築されている。隣り合ったループセグメント410を通って流れる電流は、互いに逆方向とすることができる。例えば、第1のループセグメント410aにおいて電流が図4の左から右に流れている場合、第2のループセグメント410bにおける電流は右から左に流れてよい。電流が逆方向に流れることにより、電力伝送システム400の遠方界において、電磁放射は互いに相殺される。したがって、電力伝送システム400の遠方界において、電力は漏出しないことがある。しかし、そのような相殺は、電力の伝送が生じ得る電力伝送システム400の近傍界有効域においては生じないことがある。   [0062] An antenna 404 may be constructed above or below the top surface 401. When the power transfer system 400 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 404 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, the antenna 404 can be used to receive electromagnetic waves when the power transfer system 400 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 400 can operate as a transceiver, and the antenna 404 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 404 can be constructed of materials such as metals, alloys, and composite materials. For example, the antenna 404 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 404 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 400 shown in FIG. 4, the antennas 404 are constructed in the shape of a loop that includes loop segments 410 disposed in close proximity to each other. The currents flowing through adjacent loop segments 410 can be in opposite directions. For example, if current flows in the first loop segment 410a from left to right in FIG. 4, the current in the second loop segment 410b may flow from right to left. In the far field of the power transfer system 400, the electromagnetic radiation cancels each other by the current flowing in the opposite direction. Therefore, power may not leak out in the far field of the power transmission system 400. However, such cancellation may not occur in the near field effective area of the power transfer system 400 where power transfer may occur.

[0063] 電力伝送システム400は、底面に、または底面の上方に、接地面(図示せず)を含むことができる。接地面は、金属、合金、メタマテリアル、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態では、接地面を、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線(図示せず)をアンテナに運ぶビア405は、接地面を貫通してよい。給電線は、アンテナ404に電流を提供することができる。いくつかの実施形態では、接地面106をアンテナに電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナ404に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア405を接地面から絶縁する絶縁エリアを、ビア305と接地面の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面は、アンテナ404によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム400の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ404が上面401から、または上面401に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面から電磁力が漏出しないことがある。   [0063] The power transfer system 400 may include a ground plane (not shown) on the bottom surface or above the bottom surface. The ground plane can be formed from materials such as metals, alloys, metamaterials, and composite materials. In one embodiment, the ground plane can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane may be constructed with a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 405 that carries a feed line (not shown) to the antenna may penetrate the ground plane. The feeder line can provide current to the antenna 404. In some embodiments, the ground plane 106 may be electrically connected to the antenna. In some embodiments, the ground plane may not be electrically connected to the antenna 404. In such mounting, an insulating area that insulates the via 405 from the ground plane may be constructed between the via 305 and the ground plane. In some embodiments, the ground plane can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 404. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 400 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. The electromagnetic wave transmitted from the upper surface 401 or toward the upper surface 401 can be strengthened by reflecting the electromagnetic wave by the ground surface. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface.

[0064] 図5は、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム500の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム500は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム500は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム500は、送受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム500は、上面501、底面(図示せず)、および側壁503によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面501は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁503は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0064] FIG. 5 schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 500 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the power transfer system 500 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 500 may be part of or associated with a power receiver. In other embodiments, power transfer system 500 may be part of or associated with a transceiver. The power transfer system 500 may include a housing defined by a top surface 501, a bottom surface (not shown), and a sidewall 503. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 501 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 503 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0065] 上面501、側壁503、および底面502の間に画定された空間内に、基板507を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム500は筐体を含まなくてもよく、基板507が上面501、側壁503、および底面502を含んでもよい。基板507は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を送信することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0065] The substrate 507 can be placed in a space defined between the top surface 501, the side wall 503, and the bottom surface 502. In some embodiments, the power transfer system 500 may not include a housing and the substrate 507 may include a top surface 501, a sidewall 503, and a bottom surface 502. The substrate 507 may include any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or transmit radiation and can also function as a thin reflector.

[0066] 上面501の上または下方に、アンテナ504を構築することができる。電力伝送システム500が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ504は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム500が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ504は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム500は送受信機として動作することができ、アンテナ504は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ504への給電線(図示せず)は、ビア505によって運ばれてよい。給電線は、アンテナ504に電流を提供することができる。アンテナ504は、金属、合金、メタマテリアル、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ504は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ504は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図5に示す例示的なシステム500において、アンテナ504は、互いに近接して配置されたアンテナセグメント510を含む同心ループの形状に構築されている。図5に示すように、単一の同心ループは、アンテナセグメント510のうちの2つを含むことができる。例えば、最も内側のループは、ループを概ね二等分する想像線512の右側に、第1のアンテナセグメント510cを含んでよく、想像線512の左側に、対応する第2のアンテナセグメント510c’を含んでよい。隣り合ったアンテナセグメント510を通って流れる電流は、互いに逆方向とすることができる。例えば、アンテナセグメント510a’、510b’、510e’において、電流が図5の左から右に流れている場合、アンテナセグメント510a、510b、510cのそれぞれにおける電流は、右から左に流れてよい。電流が逆方向に流れることにより、電力伝送システム500の遠方界において、電磁放射は互いに相殺される。したがって、電力伝送システム500の遠方界に、電力が伝送されないことがある。しかし、そのような相殺は、電力の伝送が生じ得る電力伝送システム500の近傍界有効域においては生じないことがある。当業者は、遠方界において電磁放射が相殺されること、および近傍界においてそのような相殺が生じないことが、互いに逆方向に流れる電流によって生成された時間的に変動する電場および磁場に関するマクスウェルの方程式の1つまたは複数の解によって規定されることを理解するであろう。当業者はさらに、近傍界有効域は、電力伝送システム500のごく近傍における電磁力の存在によって画定されることも理解するはずである。   [0066] An antenna 504 may be constructed above or below the top surface 501. When the power transfer system 500 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 504 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, the antenna 504 can be used to receive electromagnetic waves when the power transfer system 500 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 500 can operate as a transceiver, and the antenna 504 can both transmit and receive electromagnetic waves. A feed line (not shown) to the antenna 504 may be carried by the via 505. The feeder line can provide current to the antenna 504. The antenna 504 can be constructed of materials such as metals, alloys, metamaterials, and composite materials. For example, the antenna 504 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 504 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 500 shown in FIG. 5, the antennas 504 are constructed in the form of concentric loops that include antenna segments 510 disposed in close proximity to each other. As shown in FIG. 5, a single concentric loop may include two of the antenna segments 510. For example, the innermost loop may include a first antenna segment 510c to the right of an imaginary line 512 that bisects the loop, and a corresponding second antenna segment 510c ′ to the left of the imaginary line 512. May include. The currents flowing through adjacent antenna segments 510 can be in opposite directions. For example, if current flows in the antenna segments 510a ', 510b', 510e 'from left to right in FIG. 5, the current in each of the antenna segments 510a, 510b, 510c may flow from right to left. Electromagnetic radiation cancels each other in the far field of the power transfer system 500 due to the current flowing in the opposite direction. Therefore, power may not be transmitted to the far field of the power transmission system 500. However, such cancellation may not occur in the near field effective area of the power transfer system 500 where power transfer may occur. Those skilled in the art know that electromagnetic radiation cancels in the far field, and that such cancellation does not occur in the near field, Maxwell's for time-varying electric and magnetic fields generated by currents flowing in opposite directions. It will be understood that it is defined by one or more solutions of the equation. Those skilled in the art should further understand that the near-field effective range is defined by the presence of electromagnetic forces in the immediate vicinity of the power transfer system 500.

[0067] 電力伝送システム500は、底面に、または底面の上方に、接地面(図示せず)を含むことができる。接地面は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態では、接地面を、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線をアンテナに運ぶビア505は、接地面を貫通してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナに電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナ504に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア505を接地面から絶縁する絶縁エリアを、ビア305と接地面の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面は、アンテナ504によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム500の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ504が上面501から、または上面501に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面から電磁力が漏出しないことがある。   [0067] The power transfer system 500 may include a ground plane (not shown) on or above the bottom surface. The ground plane can be formed of materials such as metals, alloys, and composite materials. In one embodiment, the ground plane can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane may be constructed with a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 505 that carries the feeder to the antenna may penetrate the ground plane. In some embodiments, the ground plane may be electrically connected to the antenna. In some embodiments, the ground plane may not be electrically connected to the antenna 504. In such mounting, an insulating area that insulates the via 505 from the ground plane may be constructed between the via 305 and the ground plane. In some embodiments, the ground plane can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 504. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 500 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. The electromagnetic wave transmitted from the upper surface 501 or toward the upper surface 501 can be enhanced by reflecting the electromagnetic wave by the ground plane. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface.

[0068] 図6は、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム600の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム600は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム600は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム600は、上面601、底面(図示せず)、および側壁603によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面601は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁603は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0068] FIG. 6 schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 600 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, power transfer system 600 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 600 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 600 may include a housing defined by a top surface 601, a bottom surface (not shown), and a sidewall 603. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 601 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 603 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0069] 上面601、側壁603、および底面602の間に画定された空間内に、基板607を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム600は筐体を含まなくてもよく、基板607が上面601、側壁603、および底面602を含んでもよい。基板607は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を送信することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0069] The substrate 607 may be disposed in a space defined between the top surface 601, the sidewall 603, and the bottom surface 602. In some embodiments, the power transfer system 600 may not include a housing and the substrate 607 may include a top surface 601, a sidewall 603, and a bottom surface 602. The substrate 607 may comprise any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or transmit radiation and can also function as a thin reflector.

[0070] 上面601の上または下方に、アンテナ604を構築することができる。電力伝送システム600が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ604は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム600が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ604は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム600は送受信機として動作することができ、アンテナ604は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ604は、金属、合金、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ604は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ604は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図6に示す例示的なシステム600において、アンテナ604は、モノポールの形状に構築されている。ビア605は、アンテナ604に給電線(図示せず)を運ぶことができる。給電線は、アンテナ604に電流を提供することができる。   [0070] An antenna 604 may be constructed above or below the top surface 601. When the power transfer system 600 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 604 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, antenna 604 can be used to receive electromagnetic waves when power transfer system 600 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 600 can operate as a transceiver, and the antenna 604 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 604 can be constructed of materials such as metals, alloys, and composite materials. For example, the antenna 604 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 604 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 600 shown in FIG. 6, the antenna 604 is constructed in the shape of a monopole. Via 605 can carry a feed line (not shown) to antenna 604. The feeder line can provide current to the antenna 604.

[0071] 電力伝送システム600は、底面に、または底面の上方に、接地面(図示せず)を含むことができる。接地面は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態では、接地面を、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線をアンテナ604に運ぶビア605は、接地面を貫通してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナに電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナ604に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア605を接地面から絶縁する絶縁エリアを、ビア605と接地面の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面は、アンテナ604によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム600の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ604が上面601から、または上面601に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面から電磁力が漏出しないことがある。   [0071] The power transfer system 600 may include a ground plane (not shown) on the bottom surface or above the bottom surface. The ground plane can be formed of materials such as metals, alloys, and composite materials. In one embodiment, the ground plane can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane may be constructed with a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 605 that carries the feed line to the antenna 604 may penetrate the ground plane. In some embodiments, the ground plane may be electrically connected to the antenna. In some embodiments, the ground plane may not be electrically connected to the antenna 604. In such mounting, an insulating area that insulates the via 605 from the ground plane may be constructed between the via 605 and the ground plane. In some embodiments, the ground plane can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 604. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 600 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. By reflecting the electromagnetic waves by the ground plane, the electromagnetic waves transmitted from the antenna 604 to the upper surface 601 or toward the upper surface 601 can be enhanced. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface.

[0072] 図7は、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム700の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム700は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム700は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム700は、上面701、底面(図示せず)、および側壁103によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面701は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁703は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0072] FIG. 7 schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 700 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the power transfer system 700 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 700 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 700 may include a housing defined by a top surface 701, a bottom surface (not shown), and the sidewall 103. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 701 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 703 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0073] 上面701、側壁703、および底面702の間に画定された空間内に、基板707を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム700は筐体を含まなくてもよく、基板707が上面701、側壁703、および底面702を含んでもよい。基板707は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を送信することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0073] The substrate 707 can be disposed in a space defined between the top surface 701, the side wall 703, and the bottom surface 702. In some embodiments, the power transfer system 700 may not include a housing and the substrate 707 may include a top surface 701, a side wall 703, and a bottom surface 702. The substrate 707 may comprise any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or transmit radiation and can also function as a thin reflector.

[0074] 上面701の上または下方に、アンテナ704を構築することができる。電力伝送システム700が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ704は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム700が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ704は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム700は送受信機として動作することができ、アンテナ704は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ704は、金属、合金、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ704は、銅または銅合金で作製することができる。ビア705は、アンテナに給電線(図示せず)を運ぶことができる。給電線は、アンテナ704に電流を提供することができる。アンテナ704は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図7に示す例示的なシステム700において、アンテナ704は、互いに近接して配置されたアンテナセグメント710を含むモノポールの形状に構築されている。隣り合ったアンテナセグメント710を通って流れる電流は、互いに逆方向とすることができる。例えば、アンテナセグメント710bにおいて電流が図7の左から右に流れている場合、アンテナセグメント710a、710cのそれぞれにおける電流は右から左に流れてよい。電流が逆方向に流れることにより、電力伝送システム700の遠方界において、電磁放射は互いに相殺される。したがって、電力伝送システム700の遠方界において電力の伝送は生じないことがある。しかし、そのような相殺は、電力の伝送が生じ得る電力伝送システム700の近傍界有効域においては生じないことがある。当業者に理解されるように、遠方界において電磁放射が相殺されること、および近傍界においてそのような相殺が生じないことは、互いに逆方向に流れる電流によって生成された時間的に変動する電場および磁場に関するマクスウェルの方程式の1つまたは複数の解によって規定される。当業者はさらに、近傍界有効域は、電力伝送システム700のごく近傍における電磁力の存在によって画定されることも理解するはずである。電力伝送システム700は、底面に、または底面の上方に、接地面(図示せず)を含むことができる。接地面は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態では、接地面を、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線をアンテナ704に運ぶビア705は、接地面を貫通してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナに電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナ704に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア705を接地面から絶縁する絶縁エリアを、ビア705と接地面の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面は、アンテナ704によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム700の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ704が上面701から、または上面701に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面から電磁力が漏出しないことがある。   [0074] An antenna 704 can be constructed above or below the top surface 701. When the power transfer system 700 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 704 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, antenna 704 can be used to receive electromagnetic waves when power transfer system 700 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 700 can operate as a transceiver, and the antenna 704 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 704 can be constructed of materials such as metals, alloys, and composite materials. For example, the antenna 704 can be made of copper or a copper alloy. Via 705 can carry a feed line (not shown) to the antenna. The feeder line can provide current to the antenna 704. The antenna 704 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 700 shown in FIG. 7, the antennas 704 are constructed in the shape of a monopole that includes antenna segments 710 disposed in close proximity to each other. The currents flowing through adjacent antenna segments 710 can be in opposite directions. For example, when current flows from the left to the right in FIG. 7 in the antenna segment 710b, the current in each of the antenna segments 710a and 710c may flow from the right to the left. Electromagnetic radiation cancels each other out in the far field of the power transfer system 700 due to the current flowing in the opposite direction. Accordingly, power transmission may not occur in the far field of the power transmission system 700. However, such cancellation may not occur in the near field effective area of the power transfer system 700 where power transfer may occur. As will be appreciated by those skilled in the art, the cancellation of electromagnetic radiation in the far field, and the absence of such cancellation in the near field, is a time-varying electric field generated by currents flowing in opposite directions. And is defined by one or more solutions of Maxwell's equations for magnetic fields. Those skilled in the art will further appreciate that the near field effective range is defined by the presence of electromagnetic forces in the immediate vicinity of the power transfer system 700. The power transfer system 700 can include a ground plane (not shown) on the bottom surface or above the bottom surface. The ground plane can be formed of materials such as metals, alloys, and composite materials. In one embodiment, the ground plane can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane may be constructed with a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 705 that carries the feed line to the antenna 704 may penetrate the ground plane. In some embodiments, the ground plane may be electrically connected to the antenna. In some embodiments, the ground plane may not be electrically connected to the antenna 704. In such mounting, an insulating area that insulates the via 705 from the ground plane may be constructed between the via 705 and the ground plane. In some embodiments, the ground plane can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 704. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 700 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. By reflecting the electromagnetic wave by the ground plane, the electromagnetic wave transmitted from the upper surface 701 or toward the upper surface 701 can be enhanced. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface.

[0075] 図8は、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム800の上面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム800は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム800は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム800は、上面801、底面(図示せず)、および側壁803によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面801は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁803は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0075] FIG. 8 schematically illustrates a top perspective view of an exemplary near-field power transfer system 800 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, power transfer system 800 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 800 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 800 may include a housing defined by a top surface 801, a bottom surface (not shown), and a sidewall 803. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 801 may allow the electromagnetic wave to pass with minimal obstruction, and the sidewall 803 may block the electromagnetic wave by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0076] 上面801、側壁803、および底面802の間に画定された空間内に、基板807を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム800は筐体を含まなくてもよく、基板807が上面801、側壁803、および底面802を含んでもよい。基板807は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を送信することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0076] The substrate 807 can be placed in a space defined between the top surface 801, the side wall 803, and the bottom surface 802. In some embodiments, the power transfer system 800 may not include a housing and the substrate 807 may include a top surface 801, a sidewall 803, and a bottom surface 802. The substrate 807 may include any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or transmit radiation and can also function as a thin reflector.

[0077] 上面801の上または下方に、アンテナ804を構築することができる。電力伝送システム800が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ804は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム800が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ804は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム800は送受信機として動作することができ、アンテナ804は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ804は、金属、合金、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ804は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ804は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図8に示す例示的なシステム800において、アンテナ804は、第1のスパイラルポール820aおよび第2のスパイラルポール820bを備える複合ダイポールとして構築されている。第1のスパイラルポール820aに電流を供給する第1の給電線を、第1のビア805aを通して設けることができ、第2のスパイラルポール820bに電流を供給する第2の給電線を、第2のビア805bを通して設けることができる。スパイラルポール820のそれぞれにおけるアンテナセグメントは、スパイラルダイポール820によって生成された遠方界における電磁放射を互いに相殺することができ、それによって遠方界への電力の伝送を減少させることができる。例えば、第1のスパイラルポール820aにおけるアンテナセグメントは、互いが生成した遠方界電磁放射を相殺することができる。追加的に、または代案において、第1のスパイラルポール820aの1つまたは複数のアンテナセグメントによって生成された遠方界放射は、第2のスパイラルポール820bの1つまたは複数のアンテナセグメントによって生成された遠方界放射によって相殺することができる。当業者は、遠方界において電磁放射が相殺されること、および近傍界においてそのような相殺が生じないことが、互いに逆方向に流れる電流によって生成された時間的に変動する電場および磁場に関するマクスウェルの方程式の1つまたは複数の解によって規定されることを理解するであろう。   [0077] An antenna 804 can be constructed above or below the top surface 801. When the power transfer system 800 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 804 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, antenna 804 can be used to receive electromagnetic waves when power transfer system 800 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 800 can operate as a transceiver, and the antenna 804 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 804 can be constructed of materials such as metals, alloys, and composite materials. For example, the antenna 804 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 804 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 800 shown in FIG. 8, the antenna 804 is constructed as a composite dipole comprising a first spiral pole 820a and a second spiral pole 820b. A first power supply line for supplying current to the first spiral pole 820a can be provided through the first via 805a, and a second power supply line for supplying current to the second spiral pole 820b can be provided by the second via Vias 805b can be provided. The antenna segments in each of the spiral poles 820 can cancel each other's electromagnetic radiation in the far field generated by the spiral dipole 820, thereby reducing the transmission of power to the far field. For example, the antenna segments in the first spiral pole 820a can cancel far field electromagnetic radiation generated by each other. Additionally or alternatively, the far field radiation generated by the one or more antenna segments of the first spiral pole 820a is the far field radiation generated by the one or more antenna segments of the second spiral pole 820b. Can be offset by field radiation. Those skilled in the art know that electromagnetic radiation cancels in the far field, and that such cancellation does not occur in the near field, Maxwell's for time-varying electric and magnetic fields generated by currents flowing in opposite directions. It will be understood that it is defined by one or more solutions of the equation.

[0078] 電力伝送システム800は、底面に、または底面の上方に、接地面(図示せず)を含むことができる。接地面は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態では、接地面を、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線をアンテナに運ぶビア805は、接地面を貫通してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナに電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面をアンテナ804に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア805を接地面から絶縁する絶縁エリアを、ビア805と接地面の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面は、アンテナ804によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム800の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ804が上面801から、または上面801に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面から電磁力が漏出しないことがある。   [0078] The power transfer system 800 may include a ground plane (not shown) on the bottom surface or above the bottom surface. The ground plane can be formed of materials such as metals, alloys, and composite materials. In one embodiment, the ground plane can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane may be constructed with a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 805 that carries the feeder to the antenna may penetrate the ground plane. In some embodiments, the ground plane may be electrically connected to the antenna. In some embodiments, the ground plane may not be electrically connected to the antenna 804. In such mounting, an insulating area that insulates the via 805 from the ground plane may be constructed between the via 805 and the ground plane. In some embodiments, the ground plane can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 804. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 800 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. The electromagnetic wave transmitted from the upper surface 801 or toward the upper surface 801 can be strengthened by reflecting the electromagnetic wave by the ground plane. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface.

[0079] 複合アンテナ804は、広帯域設計および/またはマルチバンド設計の場合に必要とされ得る。例えば、非複合構造は、第1の周波数、および送信機と受信機の間の第1の距離においては非常に効率的であり得るが、他の周波数および距離においては非効率的なことがある。複合アンテナ80などのより複雑な構造を組み込むことで、広い範囲の周波数および距離にわたって効率を高めることができる。   [0079] The composite antenna 804 may be required for wideband and / or multiband designs. For example, a non-composite structure can be very efficient at a first frequency and a first distance between a transmitter and a receiver, but can be inefficient at other frequencies and distances. . By incorporating more complex structures such as composite antenna 80, efficiency can be increased over a wide range of frequencies and distances.

[0080] 図9Aおよび図9Bは、それぞれ、本開示の一実施形態による例示的な近傍界電力伝送システム900の上面斜視図および側面斜視図を概略的に示す。いくつかの実施形態において、電力伝送システム900は、電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。他の実施形態において、電力伝送システム100は、電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられてよい。電力伝送システム900は、上面901、底面902、および側壁903によって画定される筐体を備えてよい。いくつかの実施形態では、筐体を、電磁波の通過に対する障害を最小限とする材料で構築してよい。他の実施形態では、筐体の異なる部分を、透磁率および誘電率などの電磁特性が異なる材料で構築してもよい。例えば、上面901は、最小限の障害で電磁波を通過させてもよく、側壁903は、減衰、吸収、反射、または当技術分野において既知の他の技術によって、電磁波を遮断してもよい。   [0080] FIGS. 9A and 9B schematically illustrate a top perspective view and a side perspective view, respectively, of an exemplary near-field power transfer system 900 according to one embodiment of the present disclosure. In some embodiments, power transfer system 900 may be part of or associated with a power transmitter. In other embodiments, power transfer system 100 may be part of or associated with a power receiver. The power transfer system 900 may include a housing defined by a top surface 901, a bottom surface 902, and a sidewall 903. In some embodiments, the housing may be constructed of a material that minimizes interference with the passage of electromagnetic waves. In other embodiments, different portions of the housing may be constructed of materials with different electromagnetic properties such as permeability and dielectric constant. For example, the top surface 901 may allow electromagnetic waves to pass with minimal obstruction, and the sidewall 903 may block the electromagnetic waves by attenuation, absorption, reflection, or other techniques known in the art.

[0081] 上面901、側壁903、および底面902の間に画定された空間内に、基板907を配置することができる。いくつかの実施形態において、電力伝送システム900は筐体を含まなくてもよく、基板907が上面901、側壁903、および底面902を含んでもよい。基板907は、電流を伝導する電線を、絶縁、反射、吸収、またはその他の方法で収容可能な、メタマテリアルなどの任意の材料を含んでよい。メタマテリアルは、所望の透磁率および誘電率を得るために設計された幅広い種類の合成材料であり得る。透磁率および誘電率のうちの少なくとも一方は、電力伝送要件、および/または政府規制に対するコンプライアンスの制約に基づいてよい。本明細書に開示されるメタマテリアルは、放射を受信することができるか、または放射を送信することができ、薄いリフレクタとして機能することもできる。   [0081] The substrate 907 may be disposed in a space defined between the top surface 901, the side wall 903, and the bottom surface 902. In some embodiments, the power transfer system 900 may not include a housing and the substrate 907 may include a top surface 901, a sidewall 903, and a bottom surface 902. The substrate 907 may include any material, such as a metamaterial, that can house, conduct, reflect, absorb, or otherwise accommodate electrical current conducting wires. Metamaterials can be a wide variety of synthetic materials designed to obtain the desired permeability and dielectric constant. At least one of permeability and dielectric constant may be based on power transfer requirements and / or constraints on compliance with government regulations. The metamaterial disclosed herein can receive radiation or transmit radiation and can also function as a thin reflector.

[0082] 電力伝送システムは、階層型アンテナ904を含んでよく、これは上面901の上または下方に構築することができる。電力伝送システム900が電力送信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ904は電磁波を送信するために用いられ得る。代替的に、電力伝送システム900が電力受信機の一部であるか、またはそれと関連付けられているとき、アンテナ904は電磁波を受信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、電力伝送システム900は送受信機として動作することができ、アンテナ904は電磁波の送信および受信の両方を行うことができる。アンテナ904は、金属、合金、および複合素材などの材料で構築することができる。例えば、アンテナ904は、銅または銅合金で作製することができる。アンテナ904は、電力伝送要件に基づいて、様々な形状を有するように構築することができる。図9Aおよび図9Bに示す例示的なシステム900において、アンテナ104は、レベル0階層型アンテナ904aおよびレベル1階層型アンテナ904bを有する、階層型スパイラル構造に構築されている。階層型アンテナ904のそれぞれは、アンテナセグメントを含んでよく、アンテナセグメントは、互いに逆方向に流れる電流を有して遠方界放射を相殺する。例えば、レベル0階層型アンテナ904aにおけるアンテナセグメントは、互いが生成した遠方界電磁放射を相殺することができる。追加的に、または代案において、レベル0階層型アンテナ904aの1つまたは複数のアンテナセグメントによって生成された遠方界放射は、レベル1階層型アンテナ904bの1つまたは複数のアンテナセグメントによって生成された遠方界放射によって相殺することができる。アンテナへの給電線(図示せず)は、ビア905を通して運ばれる。給電線は、アンテナ904に電流を供給することができる。   [0082] The power transfer system may include a hierarchical antenna 904, which may be constructed above or below the top surface 901. When the power transfer system 900 is part of or associated with a power transmitter, the antenna 904 can be used to transmit electromagnetic waves. Alternatively, antenna 904 may be used to receive electromagnetic waves when power transmission system 900 is part of or associated with a power receiver. In some embodiments, the power transfer system 900 can operate as a transceiver and the antenna 904 can both transmit and receive electromagnetic waves. The antenna 904 can be constructed of materials such as metals, alloys, and composite materials. For example, the antenna 904 can be made of copper or a copper alloy. The antenna 904 can be constructed to have various shapes based on power transmission requirements. In the exemplary system 900 shown in FIGS. 9A and 9B, the antenna 104 is constructed in a hierarchical spiral structure having a level 0 hierarchical antenna 904a and a level 1 hierarchical antenna 904b. Each of the hierarchical antennas 904 may include antenna segments that have currents flowing in opposite directions to cancel far-field radiation. For example, antenna segments in level 0 hierarchical antenna 904a can cancel far field electromagnetic radiation generated by each other. Additionally or alternatively, the far field radiation generated by the one or more antenna segments of the level 0 hierarchical antenna 904a is the far field radiation generated by the one or more antenna segments of the level 1 hierarchical antenna 904b. Can be offset by field radiation. A feed line (not shown) to the antenna is carried through the via 905. The feeder line can supply current to the antenna 904.

[0083] 電力伝送システム900は、底面902に、または底面902の上方に、接地面906を含むことができる。接地面906は、金属、合金、および複合素材などの材料によって形成することができる。一実施形態において、接地面906は、銅または銅合金によって形成することができる。いくつかの実施形態では、接地面906を、材料の均質なシートで構築してよい。他の実施形態では、接地面906を、ループ、スパイラル、およびメッシュなどの形状に配置された材料片を用いて構築してもよい。給電線をアンテナに運ぶビア905は、接地面906を貫通してよい。いくつかの実施形態では、接地面906を、アンテナ904のうちの1つまたは複数に電気的に接続してよい。いくつかの実施形態では、接地面906を、アンテナ904に電気的に接続しなくてもよい。そのような実装の場合、ビア905を接地面906から絶縁する絶縁エリア908を、ビア905と接地面906の間に構築してもよい。いくつかの実施形態において、接地面906は、アンテナ904によって生成された電磁波のリフレクタとして機能することができる。言い換えると、接地面は、底面を越えて形成された透過像を相殺および/または反射することによって、電力伝送システム900の底面を越えた電磁伝達を可能にしないことがある。接地面によって電磁波を反射することで、アンテナ904が上面901から、または上面901に向かって送信する電磁波を強化することができる。したがって、底面902から電磁力が漏出しないことがある。いくつかの実施形態では、複数の接地面があってもよく、階層型アンテナ904のそれぞれに対して接地面があってもよい。いくつかの実施形態において、階層型アンテナは、複数のビアを通して運ばれる異なる給電線を有する。   [0083] The power transfer system 900 may include a ground plane 906 on the bottom surface 902 or above the bottom surface 902. The ground plane 906 can be formed of a material such as a metal, an alloy, and a composite material. In one embodiment, the ground plane 906 can be formed of copper or a copper alloy. In some embodiments, the ground plane 906 may be constructed of a homogeneous sheet of material. In other embodiments, the ground plane 906 may be constructed using pieces of material arranged in shapes such as loops, spirals, and meshes. A via 905 that carries the feed line to the antenna may penetrate the ground plane 906. In some embodiments, the ground plane 906 may be electrically connected to one or more of the antennas 904. In some embodiments, the ground plane 906 may not be electrically connected to the antenna 904. In such a mounting, an insulating area 908 that insulates the via 905 from the ground plane 906 may be constructed between the via 905 and the ground plane 906. In some embodiments, the ground plane 906 can function as a reflector for electromagnetic waves generated by the antenna 904. In other words, the ground plane may not allow electromagnetic transmission beyond the bottom surface of the power transfer system 900 by canceling and / or reflecting a transmission image formed beyond the bottom surface. By reflecting the electromagnetic wave by the ground plane, the electromagnetic wave transmitted by the antenna 904 from the upper surface 901 or toward the upper surface 901 can be enhanced. Therefore, electromagnetic force may not leak from the bottom surface 902. In some embodiments, there may be multiple ground planes and there may be a ground plane for each of the hierarchical antennas 904. In some embodiments, the hierarchical antenna has different feed lines that are carried through multiple vias.

[0084] 階層型アンテナ904は、広帯域設計および/またはマルチバンド設計の場合に必要とされ得る。例えば、非階層構造は、第1の周波数、および送信機と受信機の間の第1の距離においては非常に効率的であり得るが、他の周波数および距離においては非効率的なことがある。階層型アンテナ904などのより複雑な構造を組み込むことで、広い範囲の周波数および距離にわたって効率を高めることができる。   [0084] Hierarchical antenna 904 may be required for wideband and / or multiband designs. For example, a non-hierarchical structure can be very efficient at a first frequency and a first distance between a transmitter and a receiver, but can be inefficient at other frequencies and distances. . Incorporating more complex structures such as hierarchical antennas 904 can increase efficiency over a wide range of frequencies and distances.

[0085] 前述の方法の説明および工程の流れ図は、単に例証的な例として提供されたものであり、様々な実施形態のステップが、提示された順序で実行されなければならないことを要求または意味するように意図したものではない。前述の実施形態におけるステップは、任意の順序で実行されてもよい。「次いで(then)」「次に(next)」等の語は、ステップの順序を限定するように意図したものではない。これらの語は、単に、方法の説明を通じて読者を導くために使用される。工程の流れ図は、動作を逐次的な工程として説明していることがあるが、動作の多くは、並列にまたは同時に行うことができる。さらに、動作の順序は並べ替えることができる。工程は、方法、関数、手続き、サブルーチン、サブプログラムなどに相当することがある。工程が関数に相当する場合、その工程の終了は、呼び出し元関数または主関数に関数を戻すことに相当することがある。   [0085] The foregoing method descriptions and process flow diagrams are provided merely as illustrative examples and require or imply that the steps of the various embodiments must be performed in the order presented. It is not intended to be. The steps in the foregoing embodiments may be performed in any order. Terms such as “then”, “next”, etc. are not intended to limit the order of the steps. These terms are only used to guide the reader through the description of the method. Although a process flow diagram may describe the operations as sequential steps, many of the operations can be performed in parallel or simultaneously. Furthermore, the order of operations can be rearranged. A process may correspond to a method, a function, a procedure, a subroutine, a subprogram, or the like. If the process corresponds to a function, the end of the process may correspond to returning the function to the calling function or main function.

[0086] 開示した実施形態の前述の説明は、当業者が本明細書に記載の実施形態およびその変形形態を実施または使用することができるように提供されたものである。これらの実施形態への様々な修正例は当業者には容易に明らかであり、本明細書で規定する一般的な原理は、本明細書に開示される主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本開示は、本明細書に示した実施形態に限定されるように意図されるものではなく、下記の特許請求の範囲ならびに本明細書に開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を授けられるべきである。   [0086] The previous description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the embodiments described herein and variations thereof. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein will not depart from the spirit or scope of the subject matter disclosed herein. The present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, this disclosure is not intended to be limited to the embodiments shown herein, but is most consistent with the following claims and the principles and novel features disclosed herein. Should be given a wide range.

[0087] 様々な態様および実施形態を開示したが、他の態様および実施形態も考えられる。開示した様々な態様および実施形態は、例示目的のものであり、限定することを意図したものではなく、真の範囲および趣旨は下記の特許請求の範囲によって示される。   [0087] While various aspects and embodiments have been disclosed, other aspects and embodiments are also contemplated. The various aspects and embodiments disclosed are for purposes of illustration and are not intended to be limiting, with the true scope and spirit being indicated by the following claims.

Claims (20)

近傍界無線周波数(RF)電力伝送システムであって、
基板の第1の面の上または下方に配置され、第1の期間中に第1の方向に第1の電流を流して第1のRF放射を生成するように構成された、第1のアンテナ要素と、
前記基板の前記第1の面の上または下方に配置され、前記第1の期間中に、前記第1の方向と逆の第2の方向に第2の電流を流して第2のRF放射を生成するように構成され、その結果、前記第2のRF放射の遠方界部分が前記第1のRF放射の遠方界部分を実質的に相殺する、第2のアンテナ要素と、
前記基板の第2の面の上または下方に配置された接地面であって、前記第2の面は前記第1の面の反対側である、接地面と
を備える、近傍界RF電力伝送システム。
A near-field radio frequency (RF) power transmission system,
A first antenna disposed above or below the first surface of the substrate and configured to flow a first current in a first direction to generate first RF radiation during a first period Elements and
Arranged above or below the first surface of the substrate, and during the first period, a second current is passed in a second direction opposite to the first direction to produce a second RF radiation. A second antenna element configured to generate, so that a far field portion of the second RF radiation substantially cancels a far field portion of the first RF radiation;
A near-field RF power transmission system comprising: a ground plane disposed above or below the second surface of the substrate, wherein the second surface is opposite the first surface. .
前記接地面を貫通するビアであって、前記第1の電流および前記第2の電流を供給するように構成された給電線を収容するビアをさらに備える、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power of claim 1, further comprising a via that penetrates the ground plane and that houses a feed line configured to supply the first current and the second current. Transmission system. 前記接地面を貫通する第1のビアであって、前記第1の電流を供給するように構成された第1の給電線を収容する、第1のビアと、
前記接地面を貫通する第2のビアであって、前記第2の電流を供給するように構成された第2の給電線を収容する、第2のビアと
をさらに備える、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。
A first via penetrating the ground plane, the first via accommodating a first feeder configured to supply the first current;
The second via penetrating the ground plane, further comprising a second via that accommodates a second feed line configured to supply the second current. Near-field RF power transmission system.
前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、スパイラルアンテナのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near field RF power transfer system of claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are segments of a spiral antenna. 前記第1のアンテナ要素がダイポールアンテナの第1のポールのセグメントであり、前記第2のアンテナ要素が前記ダイポールアンテナの第2のポールのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transfer of claim 1, wherein the first antenna element is a segment of a first pole of a dipole antenna and the second antenna element is a segment of a second pole of the dipole antenna. system. 前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、ループアンテナのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near field RF power transfer system of claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are segments of a loop antenna. 前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、同心ループを含むループアンテナのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transfer system of claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are segments of a loop antenna including concentric loops. 前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、モノポールアンテナのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near field RF power transfer system of claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are segments of a monopole antenna. 前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、2つのスパイラルポールを含む複合ダイポールアンテナのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near field RF power transfer system of claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are segments of a composite dipole antenna including two spiral poles. 前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、階層型スパイラルアンテナのセグメントである、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transmission system according to claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are segments of a hierarchical spiral antenna. 前記接地面が、銅または銅合金の均質な金属シートで構築される、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near field RF power transfer system of claim 1, wherein the ground plane is constructed of a homogeneous metal sheet of copper or copper alloy. 前記接地面が、ループ、スパイラル、およびメッシュからなる群から選択される形状に配置された金属片で構築される、請求項1に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transfer system of claim 1, wherein the ground plane is constructed of metal pieces arranged in a shape selected from the group consisting of a loop, a spiral, and a mesh. 前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素が、銅または銅合金で構築される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transmission system according to claim 1, wherein the first antenna element and the second antenna element are constructed of copper or a copper alloy. 前記基板が、所定の透磁率または誘電率のメタマテリアルを含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transmission system according to claim 1, wherein the substrate includes a metamaterial having a predetermined magnetic permeability or dielectric constant. 前記接地面が、前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素によって生成されたRF放射の少なくとも一部分を反射するように構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の近傍界RF電力伝送システム。   13. A neighborhood according to any one of claims 1 to 12, wherein the ground plane is configured to reflect at least a portion of the RF radiation generated by the first antenna element and the second antenna element. Field RF power transmission system. 前記接地面が、前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素によって生成されたRF放射の少なくとも一部分を相殺するように構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の近傍界RF電力伝送システム。   13. A neighborhood according to any one of claims 1 to 12, wherein the ground plane is configured to cancel at least a portion of the RF radiation generated by the first antenna element and the second antenna element. Field RF power transmission system. 前記電力伝送システムが、電力受信機として構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transmission system according to claim 1, wherein the power transmission system is configured as a power receiver. 前記電力伝送システムが、電力送信機として構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の近傍界RF電力伝送システム。   The near-field RF power transmission system according to claim 1, wherein the power transmission system is configured as a power transmitter. 近傍界無線周波数(RF)電力伝送の方法であって、
近傍界RF電力伝送システムの接地面を通る1つまたは複数のビアを通じて、
前記近傍界RF電力伝送システムの第1のアンテナ要素に、前記第1のアンテナが第1のRF放射を生成するように、第1の電流を供給することと、
前記近傍界RF電力伝送システムの第2のアンテナ要素に、前記第2のアンテナが第2のRF放射を生成するように、第2の電流を供給することと
を含み、
前記第1の電流は第1の方向を向き、前記第2の電流は、前記第1の方向と逆の第2の方向を向き、その結果、前記第2のRF放射の遠方界部分が前記第1のRF放射の遠方界部分を実質的に相殺し、
前記第1のアンテナ要素および前記第2のアンテナ要素は、基板の第1の面の上または下方に配置され、
前記接地面は、前記基板の前記第1の面の反対側の第2の面の上または下方に配置される、方法。
A near-field radio frequency (RF) power transmission method comprising:
Through one or more vias through the ground plane of the near field RF power transfer system,
Providing a first current to a first antenna element of the near field RF power transfer system such that the first antenna generates a first RF radiation;
Providing a second current to a second antenna element of the near field RF power transfer system such that the second antenna generates second RF radiation;
The first current is directed in a first direction and the second current is directed in a second direction opposite to the first direction, so that a far field portion of the second RF radiation is Substantially canceling the far-field portion of the first RF radiation;
The first antenna element and the second antenna element are disposed above or below the first surface of the substrate;
The method wherein the ground plane is disposed above or below a second surface opposite the first surface of the substrate.
前記近傍界RF電力伝送システムが、請求項1〜18のいずれか1項にしたがって構成される、請求項19に記載の方法。
20. A method according to claim 19, wherein the near-field RF power transmission system is configured according to any one of claims 1-18.
JP2019507785A 2016-08-12 2017-08-14 Compact and highly efficient design of near-field power transmission system Expired - Fee Related JP6770172B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662374578P 2016-08-12 2016-08-12
US62/374,578 2016-08-12
US15/269,729 2016-09-19
US15/269,729 US10320446B2 (en) 2015-12-24 2016-09-19 Miniaturized highly-efficient designs for near-field power transfer system
PCT/US2017/046800 WO2018032009A1 (en) 2016-08-12 2017-08-14 Miniaturized highly-efficient designs for near-field power transfer system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019531682A true JP2019531682A (en) 2019-10-31
JP6770172B2 JP6770172B2 (en) 2020-10-14

Family

ID=61163340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019507785A Expired - Fee Related JP6770172B2 (en) 2016-08-12 2017-08-14 Compact and highly efficient design of near-field power transmission system

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3497774A4 (en)
JP (1) JP6770172B2 (en)
KR (1) KR102089375B1 (en)
CN (1) CN109874351B (en)
WO (1) WO2018032009A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102283986B1 (en) * 2021-06-29 2021-07-29 양황순 Coil Assembly for wireless battery charge
JP2021166343A (en) * 2020-04-07 2021-10-14 矢崎総業株式会社 Color center excitation antenna and sensor
WO2022114034A1 (en) * 2020-11-24 2022-06-02 エイターリンク株式会社 Wireless power feed mask device

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11159057B2 (en) * 2018-03-14 2021-10-26 Energous Corporation Loop antennas with selectively-activated feeds to control propagation patterns of wireless power signals
WO2019190091A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 엘지이노텍 주식회사 Wireless charging device with wireless communication coil
CN111509403B (en) * 2019-01-31 2022-02-18 Oppo广东移动通信有限公司 Array antenna and electronic device
WO2021086786A1 (en) * 2019-10-28 2021-05-06 Bench Tree Group, Llc Electromagnetic tool using slotted point dipole antennas
WO2025150081A1 (en) * 2024-01-09 2025-07-17 三菱電機株式会社 Antenna device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142292A (en) * 1991-08-05 1992-08-25 Checkpoint Systems, Inc. Coplanar multiple loop antenna for electronic article surveillance systems
JPH1132452A (en) * 1997-05-15 1999-02-02 Hitachi Ltd Reader or / and writer device
JP2000268138A (en) * 1999-03-15 2000-09-29 Hitachi Information Technology Co Ltd Communication device for wireless card
JP2000323916A (en) * 1999-05-10 2000-11-24 Mitsubishi Electric Corp Loop antenna
JP3795071B2 (en) * 1993-09-17 2006-07-12 テラダイン・インコーポレーテッド Printed circuit board tester

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914692A (en) * 1997-01-14 1999-06-22 Checkpoint Systems, Inc. Multiple loop antenna with crossover element having a pair of spaced, parallel conductors for electrically connecting the multiple loops
JP3655483B2 (en) * 1999-02-26 2005-06-02 株式会社東芝 ANTENNA DEVICE AND RADIO DEVICE USING THE SAME
US7557757B2 (en) * 2005-12-14 2009-07-07 The University Of Kansas Inductively coupled feed structure and matching circuit for RFID device
TW200843201A (en) * 2007-03-16 2008-11-01 Rayspan Corp Metamaterial antenna arrays with radiation pattern shaping and beam switching
PL2263296T3 (en) * 2008-04-03 2016-06-30 Koninklijke Philips Nv Wireless power transmission system
WO2012005278A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 株式会社村田製作所 Antenna and rfid device
US9806420B2 (en) * 2012-06-12 2017-10-31 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Near field tunable parasitic antenna
EP2747195B1 (en) * 2012-12-21 2017-02-08 Stichting IMEC Nederland Antenna arrangement for wireless powering
KR101932383B1 (en) * 2017-12-21 2018-12-24 한국과학기술원 Wireless power transfer apparatus using metamaterial and loop coil array and method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142292A (en) * 1991-08-05 1992-08-25 Checkpoint Systems, Inc. Coplanar multiple loop antenna for electronic article surveillance systems
JP3795071B2 (en) * 1993-09-17 2006-07-12 テラダイン・インコーポレーテッド Printed circuit board tester
JPH1132452A (en) * 1997-05-15 1999-02-02 Hitachi Ltd Reader or / and writer device
JP2000268138A (en) * 1999-03-15 2000-09-29 Hitachi Information Technology Co Ltd Communication device for wireless card
JP2000323916A (en) * 1999-05-10 2000-11-24 Mitsubishi Electric Corp Loop antenna

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021166343A (en) * 2020-04-07 2021-10-14 矢崎総業株式会社 Color center excitation antenna and sensor
JP7514104B2 (en) 2020-04-07 2024-07-10 矢崎総業株式会社 Color center excitation antenna and sensor
WO2022114034A1 (en) * 2020-11-24 2022-06-02 エイターリンク株式会社 Wireless power feed mask device
KR102283986B1 (en) * 2021-06-29 2021-07-29 양황순 Coil Assembly for wireless battery charge

Also Published As

Publication number Publication date
EP3497774A1 (en) 2019-06-19
KR20190032600A (en) 2019-03-27
WO2018032009A1 (en) 2018-02-15
CN109874351A (en) 2019-06-11
KR102089375B1 (en) 2020-03-17
CN109874351B (en) 2021-07-16
JP6770172B2 (en) 2020-10-14
EP3497774A4 (en) 2019-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10320446B2 (en) Miniaturized highly-efficient designs for near-field power transfer system
JP6770172B2 (en) Compact and highly efficient design of near-field power transmission system
CN107453037B (en) Near Field Electromagnetic Induction (NFEMI) Antennas
JP3201863U (en) Thin film coil assembly, flexible wireless charging device and wireless charging system
US10615502B2 (en) Near-field electromagnetic induction (NFEMI) antenna
EP3125367B1 (en) Antenna device and electronic device
JP3203150U (en) Wireless charging device and system with reduced electromagnetic radiation and improved charging efficiency
JP2002151923A (en) Portable terminal
US10944297B2 (en) Low frequency rectenna system for wireless charging
CN103329351B (en) Communications device and tracking device with slotted antenna and related methods
CN106972237B (en) Ultra-wideband high-performance NFC antenna system based on metal backshell
Nguyen et al. A microwave power transmission system using sequential phase ring antenna and inverted class F rectenna
TW201725828A (en) Wireless power supply enclosure for mobile devices
WO2019178933A1 (en) Wearable electronic device
CN109473768B (en) Wireless device antenna
TWM397609U (en) Antenna structure integrated in the annular housing
CN105098371B (en) A kind of electronic equipment and its antenna assembly
US6114999A (en) Field controlled resonator
CN207910065U (en) Antenna assembly and electronic equipment
CN207638003U (en) Antenna assembly and electronic equipment
JP6465530B1 (en) Card type wireless device
Chi Integration of coil and UHF antenna for wirless wireless power transfer and data telemetry
WO1997044911A1 (en) Method and device for local elimination or restriction of a radio-frequency radiation field
WO2016152662A1 (en) Antenna apparatus and electronic device
CN118572354A (en) A wearable device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190401

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190401

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190401

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190614

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200204

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200501

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200630

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200828

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200924

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6770172

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees