JP7617897B2 - 多相無線電界電力伝達システム、送信機、および受信機 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、参照によってその内容全体が本明細書に組み込まれる、２０１９年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／８７５０４３号の利益を主張する。

本開示は概して、無線電力伝達、特に、無線電界電力伝達システム、ならびにそのための送信機および受信機に関する。

様々な無線電力伝達システムが知られている。典型的な無線電力伝達システムは、無線電力送信機に電気的に接続された電源、および負荷に電気的に接続された無線電力受信機を含む。磁気誘導システムでは、送信機は、電源から受信機のインダクタに電気エネルギーを伝達するインダクタを有する。電力伝達は、送信機および受信機のインダクタの間での磁界の結合に起因して行われる。それらの磁気誘導システムの範囲は制限されており、送信機および受信機のインダクタは、効果的な電力伝達のために最適なアライメント状態にある必要がある。また、送信機および受信機のインダクタの間での磁界の結合に起因して電力が伝達される、共振磁気システムが存在する。しかしながら、共振磁気システムでは、インダクタは、少なくとも１つのキャパシタを使用して共振される。共振磁気システム内での電力伝達の範囲は、磁気誘導システムの範囲を通じて増大し、アライメント問題が修正される。電磁気エネルギーが磁気誘導および共振磁気システム内で生成されるが、電力伝達の大部分は、磁界を介して行われる。たとえあるとしても、電気誘導または共振電気誘導を介して電力はほとんど伝達されない。

電気誘導システムでは、送信機および受信機は、容量性電極を有する。電力伝達は、送信機および受信機の容量性電極の間での電界の結合に起因して行われる。共振磁気システムと同様に、少なくとも１つのインダクタを使用して送信機および受信機の容量性電極が共振される、共振電気システムが存在する。共振電気システムは、電気誘導システムと比較して電力伝達の範囲が増大し、アライメント問題が修正される。電磁気エネルギーが電気誘導および共振電気システム内で生成されるが、電力伝達の大部分は、電界を介して行われる。たとえあるとしても、磁気誘導または共振磁気誘導を介して電力はほとんど伝達されない。

米国特許第９６５３９４８号明細書 米国特許第９９７９２０６号明細書

無線電力伝達技術が知られているが、改善が望まれる。したがって、目的は、新規な無線電界電力伝達システム、そのための送信機および受信機、ならびに電力を無線で送信する方法を提供することである。

実施形態の詳細な説明において以下で更に説明される、簡易化された形式で概念の選択を導入するために、この発明の概要が提供されることを認識するべきである。この発明の概要は、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることを意図していない。

したがって、１つの態様では、複数の無線周波数（ＲＦ）電力信号を出力するように構成された多相ＲＦ変換器と、複数の正弦波ＲＦ電力信号を受信し、複数の位相における共振周波数において複数のインダクタおよび容量性電極を共振させて、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成された多相共振器と、を含む送信機が提供される。

１つ以上の実施形態では、容量性電極は、複数回回転対称である。１つ以上の実施形態では、複数回回転対称の軸は、容量性電極の曲率中心の周りで容量性電極の主面に垂直である。

１つ以上の実施形態では、多相ＲＦ変換器は、複数のトランジスタを含む多相ＲＦインバータを含み、各々のトランジスタは、多相送信共振器のインダクタに電気的に接続される。

１つ以上の実施形態では、送信機は、多相ＲＦ変換器に電気的に接続された電源を更に含み、電源は、直流（ＤＣ）電力信号を出力するように構成される。

１つ以上の実施形態では、多相送信共振器は平衡である。

１つ以上の実施形態では、多相送信共振器は、３つのインダクタおよび３つの容量性電極を含む。

別の態様では、共振周波数において共振して、共振電界結合を介して電力を抽出し、複数の正弦波無線周波数（ＲＦ）電力信号を出力するように構成された、複数のインダクタおよび容量性電極を含む多相共振器であって、複数のインダクタおよび容量性電極は、複数の位相において共振する、多相共振器と、複数の正弦波ＲＦ電力信号を受信し、直流（ＤＣ）電力信号を出力するように構成された多相整流器と、を含む受信機が提供される。

１つ以上の実施形態では、容量性電極は、複数回回転対称である。１つ以上の実施形態では、複数回回転対称の軸は、容量性電極の曲率中心の周りで容量性電極の主面に垂直である。

１つ以上の実施形態では、多相整流器は、ダイオードの複数のペアを含み、ダイオードの各々のペアは、多相受信共振器のインダクタに電気的に接続される。

１つ以上の実施形態では、受信機は、多相整流器によって出力されたＤＣ電力信号を受信するように構成された負荷を更に含む。

１つ以上の実施形態では、多相受信共振器は平衡である。

１つ以上の実施形態では、多相受信共振器は、３つのインダクタおよび３つの容量性電極を含む。

別の態様では、送信機であって、複数の正弦波ＲＦ電力信号を出力するように構成された多相ＲＦ変換器と、複数の正弦波ＲＦ電力信号を受信し、複数の位相における共振周波数において複数の送信インダクタおよび送信容量性電極を共振させて、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成された多相送信共振器と、を含む、送信機と、受信機であって、共振周波数において共振して、共振電界結合を介して電力を抽出し、複数の正弦波ＲＦ電力信号を出力するように構成された、複数の受信インダクタおよび受信容量性電極を含む多相受信共振器であって、複数の受信インダクタおよび受信容量性電極は、複数の位相において共振する、多相受信共振器と、複数の正弦波ＲＦ電力信号を受信し、直流（ＤＣ）電力信号を出力するように構成された多相整流器と、を含む、受信機と、を含むシステムが提供される。

１つ以上の実施形態では、送信容量性電極は、複数回回転対称である。１つ以上の実施形態では、複数回回転対称の軸は、容量性電極の曲率中心の周りで容量性電極の主面に垂直である。

１つ以上の実施形態では、受信容量性電極は、複数回回転対称である。１つ以上の実施形態では、複数回回転対称の軸は、容量性電極の曲率中心の周りで容量性電極の主面に垂直である。

１つ以上の実施形態では、多相ＲＦ変換器は、複数のトランジスタを含む多相ＲＦインバータを含み、各々のトランジスタは、多相送信共振器のインダクタに電気的に接続される。

１つ以上の実施形態では、送信機は、多相ＲＦ変換器に電気的に接続された電源を更に含み、電源は、直流（ＤＣ）電力信号を出力するように構成される。

１つ以上の実施形態では、多相送信共振器は平衡である。

１つ以上の実施形態では、多相送信共振器は、３つの送信インダクタおよび３つの送信容量性電極を含む。

１つ以上の実施形態では、多相整流器は、ダイオードの複数のペアを含み、ダイオードの各々のペアは、多相受信共振器のインダクタに電気的に接続される。

１つ以上の実施形態では、受信機は、多相整流器によって出力されたＤＣ電力信号を受信するように構成された負荷を更に含む。

１つ以上の実施形態では、多相受信共振器は平衡である。

１つ以上の実施形態では、多相送信共振器は、３つの送信インダクタおよび３つの送信容量性電極を含む。

別の態様では、電界結合を介して電力を無線で送信する方法であって、説明された送信機のいずれか１つの多相ＲＦ変換器において、複数の正弦波ＲＦ電力信号に入力電力信号を変換するステップと、送信機の多相共振器において複数の正弦波ＲＦ電力信号を受信するステップと、送信機の多相共振器の送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させて、電界を生成するステップと、説明された受信機のいずれか１つの多相ＲＦ共振器によって、電力を抽出するステップであって、受信機の多相ＲＦ共振器は、生成された電界内に配置される、抽出するステップと、を含む方法が提供される。

１つ以上の実施形態では、方法は、受信機の多相整流器に、受信された正弦波ＲＦ電力信号を出力するステップと、整流済み信号に受信された正弦波ＲＦ電力信号を整流するステップと、を更に含む。

１つ以上の実施形態では、整流済み信号は、直流（ＤＣ）電力信号である。

１つ以上の実施形態では、入力電力信号は、ＤＣ電力信号である。

１つ以上の実施形態では、送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させることは、送信機の多相共振器の共振周波数においてペアを共振させることを含む。

１つ以上の実施形態では、送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させることは、（ｉ－１）×３６０／ｎにおいてｉ番目の送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させることを含み、ここで、ｎは、正弦波ＲＦ電力信号の数である。

説明される実施形態では、例示的な共振周波数は、１３．５６メガヘルツおよび２７．１２メガヘルツを含む。

説明される実施形態では、電界結合は、強く（もしくは、密に）または疎に結合されてもよい。疎結合は、送信機および受信機の電極が空気によって分離され、すなわち、送信機と受信機との間に空心が存在する。

説明される実施形態の様々な要素は、当業者によって認識されるようないずれかの数の方式において組み合わされてもよい。

ここで、添付図面を参照して実施形態がより完全に説明される。

無線電力伝達システムのブロック図である。 無線共振電界電力伝達システムの概略レイアウトである。 開示の態様に従った、無線電力伝達システムのブロック図である。 図３の無線電力伝達システムの概略レイアウトである。 開示の態様に従った、無線電力伝達システムの概略レイアウトである。 図５Ａの無線電力伝達システムの多相整流器によって出力された負荷電圧のグラフである。 図５Ａの無線電力伝達システムの送信容量性電極の平面図である。 図５Ａの無線電力伝達システムの送信容量性電極の別の実施形態の平面図である。 図７の送信容量性電極の別の平面図である。 図５Ａの無線電力伝達システムの送信容量性電極および受信容量性電極の別の実施形態の平面図である。 図９の送信容量性電極および受信容量性電極を有する、図５Ａの無線電力伝達システムの無線周波数（ＲＦ）効率性のグラフである。 図５Ａの無線電力伝達システムの送信容量性電極の別の実施形態の平面図である。 開示の態様に従った、無線電力伝達システムの斜視図である。 図１２の無線電力伝達システムの送信および受信容量性電極についての０～１２０度の回転についての割合として、電流の大きさに対する電流の合計の比率のグラフである。 図１２の無線電力伝達システムの角度位置に応じた各々の受信セグメント上の電流信号の位相のグラフである。 角度回転に応じた図１２の無線電力伝達システムの無線周波数（ＲＦ）効率性のグラフである。 角度回転に応じた図１２の無線電力伝達システムの各々の送信容量性電極に存在するインピーダンスの実部のグラフである。 角度回転に応じた図１２の無線電力伝達システムの各々の送信容量性電極に存在するインピーダンスの虚部のグラフである。 送信共振器と受信共振器との間の縦方向分離に応じた図１２の無線電力伝達システムおよび別の無線電力伝達システムのＲＦ効率性のグラフである。 図５Ａの無線電力伝達システムの送信容量性電極の別の実施形態の平面図である。 図１９の送信容量性電極の他の実施形態の平面図である。 開示の態様に従った、無線電力伝達システムの斜視図である。 図２２Ａ～Ｅは、図４の無線電力伝達システムの容量性電極の他の実施形態の平面図である。 図２３Ａ～Ｉは、図５の無線電力伝達システムの容量性電極の他の実施形態の平面図である。 図５の無線電力伝達システムの容量性電極の別の実施形態の側立面図である。 図２４Ａの容量性電極の斜視図である。 送信および受信容量性電極を形成する図２４Ａの容量性電極の側立面図である。 送信および受信容量性電極の別の実施形態を形成する図２４Ａの容量性電極の側立面図である。 図５の無線電力伝達システムの容量性電極の別の実施形態の斜視図である。 図５の無線電力伝達システムの容量性電極の別の実施形態の斜視図である。 開示の態様に従った、無線電力伝達システムの側立面図である。 図２８Ａの無線電力伝達システムの平面図である。 図２８Ａの無線電力伝達システムの別の平面図である。 角度回転に応じた図２９Ａの無線電力伝達システムの無線周波数（ＲＦ）効率性のグラフである。 角度回転に応じた図２９Ａの無線電力伝達システムの受信された整流済み電圧のグラフである。

添付図面と共に読み込まれるとき、上述した概要と共に、特定の実施形態の以下の詳細な説明がより良好に理解される。認識されるように、説明および図面の全体を通じて同一の要素を指すために、同一の参照符号が使用される。本明細書で使用されるように、単数形において記述される要素または特徴は、複数の要素または特徴を必ずしも排除しないとして理解されるべきである。更に、「１つの例」または「１つの実施形態」への言及は、その１つの例または１つの実施形態の記述された要素または特徴をも組み込んだ追加の例または実施形態の存在を排除するとして解釈されることを意図していない。その上、明示的に反対に述べられない限り、特定の性質を有する要素もしくは特徴または複数の要素もしくは特徴を「備える」、「有する」、または「含む」例または実施形態は、その特定の性質を有しない追加の要素または特徴を更に含んでもよい。また、用語「備える」、「有する」、および「含む」は、「含むがそれらに限定されない」を意味し、用語「備える」、「有する」、または「含む」は、同等の意味を有することを認識されたい。

本明細書で使用されるように、用語「および／または」は、関連する表記された要素または特徴の１つ以上のいずれかおよび全ての組み合わせを含むことができる。

要素または特徴が別の要素または特徴「の上にある」、「に取り付けられる」、「に接続され」、「と結合される」、「と接触する」などとして言及されるとき、その要素もしくは特徴は直接、他の要素もしくは特徴の上にあってもよく、に取り付けられてもよく、に接続されてもよく、と結合されてもよく、もしくは接触してもよく、または中間要素も存在してもよい。対照的に、要素または特徴が別の要素または特徴「の上に直接ある」、「に直接取り付けられ」、「に直接接続され」、「と直接結合され」、「と直接接触する」として言及されるとき、中間要素または特徴が存在しない。

「下」、「下方」、「下位」、「上」、「上方」、「上位」、「前方」、および「後方」などの空間的に関連する用語は、図において描写されるような別の要素または特徴に対する要素または特徴の関係を記述することを容易にするために本明細書で使用されてもよいことが理解されよう。しかしながら、空間的に関連する用語は、図において描写される方位に加えて、使用または動作において異なる方位を強調することができる。

例への本明細書における言及は、例と関連して説明される１つ以上の特徴、構造、要素、構成要素、特性、および／または動作ステップが、本開示に従った主題の少なくとも１つの実施形態および／または実装態様に例が含まれることを意味する。よって、本開示の全体を通じたフレーズ「一つの例」、「別の例」、および同様の言語は、必ずしもそうではないが、同一の例を指してもよい。更に、いずれかの１つの例を特徴付ける主題は、必ずしもそうではないが、いずれかの他の例を特徴付ける主題を含んでもよい。

「構成される」への本明細書における言及は、「するように構成された」との用語に先行する要素または特徴の物理特性に要素または特徴を根本的に結びつける構成の実際の状態を表す。

他に示されない限り、用語「第１の」、「第２の」などは、ラベルとして本明細書で使用されるにすぎず、それらの用語が言及する項目に対する順序的、位置的、または階層的要件を課すことを意図してない。その上、「第２の」項目への言及は、小さく番号付けられた項目（例えば、「第１の項目）および／または大きく番号付けられた項目（例えば、「第３の」項目）の存在を必要とせず、または排除しない。

本明細書で使用されるように、用語「おおよそ」、「実質的に」、および「約」などは、なおも所望の機能を実行し、または所望の結果を達成する述べられた量に近い量を表す。例えば、用語「おおよそ」および「約」は、例えば、述べられる量の１０％未満、５％未満、１％未満、０．１％未満、または０．０１％未満の、当業者によって容易に認識される工学公差内にある量を指してもよい。

図１は、参照符号１００によって全体的に識別される無線電力伝達システムを示す。無線電力伝達システム１００は、送信要素１１４に電気的に接続された電源１１２を含む送信機１１０と、負荷１２２に電気的に接続された受信要素１２４を含む受信機１２０とを含む。電源１１２から送信要素１１４に電力が伝達される。共振または非共振電界または磁界結合を介して、送信要素１１４から受信要素１２４に電力が伝達される。受信要素１２４から負荷１２２に電力が伝達される。

１つの例の実施形態では、無線電力伝達システムは、共振電界無線電力伝達システムの形式を取ってもよい。図２は、参照によってその関連する部分が本明細書に組み込まれる、２０１２年９月７日に出願されたＰｏｌｕらによる米国特許第９６５３９４８号明細書（特許文献１）において説明されるものなど、参照符号２００によって全体的に識別される共振電界無線電力伝達システムを示す。

共振電界無線電力伝達システム２００は、送信共振器２１４に電気的に接続された電源２１２を含む送信機２１０を含む。送信共振器２１４は、横方向に間隔を空けられた、細長送信容量性電極２１６のペアを含み、その各々は、高品質係数（Ｑ）送信インダクタ２１８を介して電源２１２に電気的に接続される。システム２００は、負荷２２２に電気的に接続された受信共振器２２４を含む受信機２２０を含む。受信共振器２２４は、送信共振器２１４の共振周波数に同調される。受信共振器２２４は、横方向に間隔を空けられた、細長受信容量性電極２２６のペアを含み、その各々は、高Ｑ受信インダクタ２２８を介して負荷２２２に電気的に接続される。

この実施形態では、インダクタ２１８および２２８は、フェライトコアインダクタである。しかしながら、当業者は、他のコアが可能であることを認識するものである。

この実施形態では、各々の送信容量性電極２１６および受信容量性電極２２６は、導電性材料から形成された細長要素を含む。送信容量性電極２１６は、同一平面にある。受信容量性電極２２６は、同一平面にある。この実施形態では、送信容量性電極２１６および受信容量性電極２２６は、平行平面内にある。この実施形態では、送信容量性電極２１６および受信容量性電極２２６は、全体的に矩形の、平面プレートの形式にある。

送信容量性電極２１６および受信容量性電極２２６が横方向に間隔を空けられた、細長電極として説明されてきたが、当業者は、それらに限定されないが、同心、同一平面、円形、楕円形、円板などの電極を含む他の構成が可能であることを認識するであろう。参照によってその関連する部分が本明細書に組み込まれる、２０１５年９月４日に出願されたＮｙｂｅｒｇらによる米国特許第９９７９２０６号明細書（特許文献２）において他の適切な電極構成が説明されている。

図２では、インダクタ２１８および２２８が電源２１２および負荷２２２のそれぞれに直列に接続されるとして示されるが、当業者は、インダクタ２１８および２２８が電源２１２および負荷２２２のそれぞれに平行に接続されてもよいことを認識するであろう。

動作の間、高Ｑ送信インダクタ２１８を介して電源２１２から送信容量性電極２１６に電力が伝達される。特に、高Ｑ送信インダクタ２１８を介して送信容量性電極２１６に送信される電源２１２からの電力信号は、送信共振器２１４を励起し、送信共振器２１４に電界を生成させる。送信機２１０と同一の共振周波数に同調される受信機２２０が共振電界内に配置されるとき、受信共振器２２４は、共振電界結合を介して送信共振器２１４から電力を抽出する。抽出された電力は次いで、受信共振器２２４から負荷２２２に伝達される。電力伝達が高度に共振するにつれて、送信容量性電極２１６および受信容量性電極２２６はそれぞれ、非共振電界電力伝達システムのケースのように共に近くまたはアライメントされる必要がない。送信共振器が磁界を生成することがあるが、たとえあるとしても、磁界結合を介して電力はほとんど伝達されない。

ここで図３に目を向けて、参照符号３００によって全体的に識別される、開示の態様に従った、無線電力伝達システムが示される。無線電力伝達システム３００は、送信機３０２および受信機３０４を含む。送信機３０２は、説明されるように、共振電界結合を介して受信機３０４に電力を伝達するように構成される。受信機３０４は、説明されるように、共振電界結合を介して送信機３０２から電力を抽出するように構成される。

送信機３０２は、電源３０６、多相ＲＦ変換器３０８、および多相送信共振器３１０を含む。電源３０６は、多相ＲＦ変換器３０８に電気的に接続される。電源３０６は、直流（ＤＣ）電力信号を生成するように構成される。電源３０６は、多相ＲＦ変換器３０８にＤＣ電力信号を出力するように構成される。多相ＲＦ変換器３０８は、電源３０６に電気的に接続される。多相ＲＦ変換器３０８は、多相送信共振器３１０に電気的に接続される。多相ＲＦ変換器３０８は、ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号にＤＣ電力信号を変換するように構成され、ｎは、２よりも大きい正の整数である。この実施形態では、多相ＲＦ変換器３０８は、多相ＲＦインバータである。正弦波ＲＦ電力信号は、相互に位相を異にしてシフトされる。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、連続した正弦波ＲＦ電力信号とは位相を異にして３６０／ｎ度シフトされる。第１の信号が０度にあるとき、第２の信号が３６０／ｎ度にあり、第３の信号が２×３６０／ｎ度にあり、ｉ番目の信号が（ｉ－１）×３６０／ｎ度にあるように、位相が分散される。ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号は、多相ＲＦ変換器３０８から多相送信共振器３１０に出力される。多相送信共振器３１０は、説明されるように、電界を生成し、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成される。磁界も生成されることがあるが、たとえあるとしても、共振または非共振磁界結合を介して電力はほとんど伝達されない。多相送信共振器３１０は、説明されるように、ｎ個の電極／インダクタのペアを含む。

受信機３０４は、多相受信共振器３１２、多相整流器３１４、および負荷３１６を含む。多相受信共振器３１２は、説明されるように、共振電界結合を介して多相送信共振器３１０から電力を抽出するように構成される。磁界も存在することがあるが、たとえあるとしても、共振または非共振磁界結合を介して電力はほとんど抽出されない。多相受信共振器３１２は、整流器３１４に電気的に接続される。多相受信共振器３１２は、説明されるように、複数の容量性電極／インダクタのペアを含む。多相受信共振器３１２は、ｎ個の電極／インダクタのペアを含む。多相受信共振器３１２は、多相整流器３１４に複数の正弦波ＲＦ電力信号を出力するように構成される。多相受信共振器３１２は、多相整流器３１４にｎ個の正弦波ＲＦ電力信号を出力するように構成される。正弦波ＲＦ電力信号は、相互に位相を異にしてシフトされる。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、他の正弦波ＲＦ電力信号とは位相を異にして３６０／ｎ度シフトされる。第１の信号が０度にあるとき、第２の信号が３６０／ｎ度にあり、第３の信号が２×３６０／ｎ度にあり、ｉ番目の信号が（ｉ－１）×３６０／ｎ度にあるように、位相が分散される。多相整流器３１４は、ＤＣ電力信号に、受信されたｎ個の正弦波ＲＦ電力信号を変換するように構成される。多相整流器３１４は、負荷３１６に電気的に接続される。多相整流器３１４は、負荷３１６にＤＣ電力信号を出力する。負荷３１６は、多相整流器３１４に電気的に接続される。負荷３１６は、多相整流器３１４からＤＣ電力信号を受信する。

ここで図４に目を向けて、無線電力伝達システム３００の回路図が示される。前に述べられたように、無線電力伝達システム３００は、送信機３０２および受信機３０４を含む。送信機３０２は、電源３０６、多相ＲＦ変換器３０８、および多相送信共振器３１０を含む。

前に述べられたように、電源３０６は、ＤＣ電力信号を生成するように構成される。電源３０６は、多相ＲＦ変換器３０８にＤＣ電力信号を出力するように構成される。

多相ＲＦ変換器３０８は、ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号にＤＣ電力信号を変換するように構成される。多相ＲＦ変換器３０８は、スイッチ４０２のｎ個のペアおよびコントローラ（図示せず）を含む。スイッチ４０２のペアは、平行に配列される。スイッチ４０２の各々のペアは、正弦波ＲＦ電力信号を出力する。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、他の正弦波ＲＦ電力信号とは位相を異にして３６０／ｎ度シフトされる。第１の信号が０度にあるとき、第２の信号が３６０／ｎ度にあり、第３の信号が２×３６０／ｎ度にあり、ｉ番目の信号が（ｉ－１）×３６０／ｎ度にあるように、位相が分散される。ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号は、多相ＲＦ変換器３０８から多相送信共振器３１０に出力される。

この実施形態では、スイッチ４０２は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。別の実施形態では、スイッチ４０２は、ワイドバンドギャップデバイス（ＷＢＤ）である。１つの実施形態では、ＷＢＤは、ｅＧａＮ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。コントローラは、スイッチ４０２の切り替えを制御するように構成される。この実施形態では、コントローラは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）である。ＤＳＰは、スイッチ４０２にゲート信号を送信するように構成される。多相ＲＦ変換器３０８が対応する出力電圧により多相電圧ソースとして実行するように、ゲート信号が位相シフトされる。特に、ｉ番目のゲート信号は、（ｉ－１）×３６０／ｎ位相にある。

前に述べられたように、多相送信共振器３１０は、説明されるように、電界を生成し、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成される。磁界も生成されることがあるが、たとえあるとしても、共振または非共振磁界結合を介して電力はほとんど伝達されない。多相送信共振器３１０は、ｎ個の送信インダクタ４０４およびｎ個の送信容量性電極４０６を含む。各々の送信インダクタ４０４は、送信容量性電極４０６に電気的に接続される。各々の送信インダクタ４０４は、多相ＲＦ変換器３０８のスイッチ４０２のペアの間で電気的に接続される。特に、第１の送信インダクタ４０４は、第１の送信容量性電極４０６に電気的に接続される。第１の送信インダクタ４０４は、多相ＲＦ変換器３０８のスイッチ４０２の第１のペアの間で電気的に接続される。同様に、ｉ番目の送信インダクタ４０４は、ｉ番目の送信容量性電極４０６に電気的に接続される。ｉ番目の送信インダクタ４０４は、多相ＲＦ変換器３０８のスイッチ４０２のｉ番目のペアの間で電気的に接続される。ｉ番目の送信容量性電極４０６およびインダクタ４０４のペアは、電界を生成するよう、（ｉ－１）×３６０／ｎ度の位相において多相送信共振器３１０の共振周波数において共振するように構成される。

受信機３０４は、多相受信共振器３１２、多相整流器３１４、および負荷３１６を含む。多相受信共振器３１２は、共振電界結合を介して生成された電界から電力を抽出するように構成される。磁界も存在することがあるが、たとえあるとしても、共振または非共振磁界結合を介して電力はほとんど抽出されない。多相受信共振器３１２は、ｎ個の受信容量性電極４１０およびｎ個の受信インダクタ４１２を含む。各々の受信インダクタ４１２は、受信容量性電極４１０に電気的に接続される。各々の受信インダクタ４１２は、多相整流器３１４のダイオード４１４のペアの間で電気的に接続される。特に、第１の受信容量性電極４１０は、第１の受信インダクタ４１２に電気的に接続される。第１の受信インダクタ４１２は、多相整流器３１４のダイオード４１４の第１のペアの間で電気的に接続される。同様に、ｉ番目の受信容量性電極４１０は、ｉ番目の受信インダクタ４１２に電気的に接続される。ｉ番目の受信インダクタ４１２は、多相整流器３１４のダイオード４１４のｉ番目のペアの間で電気的に接続される。ｉ番目の受信容量性電極４１０およびインダクタ４１２のペアは、共振電界結合を介して電界から電力を抽出するよう、（ｉ－１）×３５０／ｎ度の位相において多相送信共振器３１０の共振周波数において共振するように構成される。前に述べられたように、多相整流器３１４は、受信多相共振器３１２からＤＣ電力信号にｎ個の正弦波ＲＦ電力信号を変換するように構成される。多相整流器３１４は、ダイオード４１４のｎ個のペアを含む。ダイオード４１４のペアは、平行に配列される。ダイオード４１４の各々のペアは、正弦波ＲＦ電力信号を受信する。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、他の正弦波ＲＦ電力信号とは位相を異にして３６０／ｎ度シフトされる。第１の信号が０度にあるとき、第２の信号が３６０／ｎ度にあり、第３の信号が２×３６０／ｎ度にあり、ｉ番目の信号が（ｉ－１）×３６０／ｎ度にあるように、位相が分散される。ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号は、負荷３１６に出力されるＤＣ電力信号に整流される。

図４に示されるように、グランドへのｉ番目の送信容量性電極４０６の容量は、容量Ｃ_ＧＴｉによって表される。グランドへのｉ番目の受信容量性電極４１０の容量は、Ｃ_ＧＲｉによって表される。ｉ番目の送信容量性電極４０６および隣接する送信容量性電極４０６の容量は、Ｃ_{ＭＴｉ（ｉ＋１）}として表される。ｉ番目の送信容量性電極４０６およびｊ番目の送信容量性電極４０６の容量は、Ｃ_ＭＴｉｊ（図示せず）として表される。ｉ番目の受信容量性電極４１０および隣接する受信容量性電極４１０の容量は、Ｃ_{ＭＲｉ（ｉ＋１）}として表される。ｉ番目の受信容量性電極４１０およびｊ番目の受信容量性電極４１０の容量は、Ｃ_ＭＲｉｊ（図示せず）として表される。ｉ番目の送信容量電極４０６および隣接するｉ番目の受信容量性電極４１０の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｉｉ}として表される。同様に、ｉ番目の受信容量性電極４１０および隣接するｉ番目の送信容量電極４０６の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｉｉ}として表される。ｉ番目の送信容量電極４０６およびｊ番目の受信容量性電極４１０の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｉｊ}（図示せず）として表される。同様に、ｊ番目の受信容量性電極４１０およびｉ番目の送信容量電極４０６の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｊｉ}（図示せず）として表される。送信インダクタ４０４のインダクタンスは、Ｌ_Ｔｉとして表される。受信インダクタ４１２のインダクタンスは、Ｌ_Ｒｉとして表される。用語ｉは、１～ｎの間の、１～ｎを含む整数であり、ｉ＋１は、最大でｎに等しい。ｉがｎに等しいとき、ラベル付けが周期的であるように、ｉ＋１は、１であると理解される。用語ｊは、１～ｎの間の、１～ｎを含む整数である。

上記説明のように、多相受信共振器３１２は、受信容量性電極４１０およびインダクタ４１２のｎ個のペアを有する。受信容量性電極４１０およびインダクタ４１２の各々のペアは、多相整流器３１４に、次いで負荷３１６に、ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号の１つを搬送する。受信容量性電極４１０およびインダクタ４１２の全てのペア上の電流の合計がゼロになるように、同一の振幅および周波数の電流であるが、連続した分岐の間で位相が３６０／ｎ度だけ異なる電流を受信容量性電極４１０およびインダクタ４１２の全てのｎ個のペアが搬送するとき、無線電力伝達システム３００が平衡となる。受信容量性電極４１０およびインダクタ４１２の全てのペア上の電流の合計がゼロでない場合、グランドへの追加のリターンパスが存在する必要がある。容量Ｃ_{ＭＴＲｊｉ}を下回って、多相送信共振器３１０および多相受信共振器３１２のそれぞれの間に追加の物理接続が存在しないように、このゼロでない総電流は、環境を通じて戻る電流として明白である。システム４００の性能は、リターンパスのインピーダンスに依存する。この実施形態では、性能は、効率性、電力配送、電磁気干渉（ＥＭＩ）、および加熱のうちの１つ以上を含む。リターンパスのインピーダンスは、システムの周囲環境内のいずれかの物体の幾何学的および電気的特性に依存する。更に、非平衡システムは、共通モードまたはグランド戻り電流を示すことがある。したがって、非平衡システムが平衡システムよりもシステムの周囲環境内の物体のインピーダンスによって影響を受けるので、非平衡システムは、あまりロバストではない。

無線電力伝達システム３００は、その入力および出力に存在するインピーダンスを有する。電源３０６から負荷３１６に電力を伝達するとき、無線電力伝達システム３００の入力および出力に存在するインピーダンスは、多相送信共振器３１０に入る間、および多相受信共振器３１２を出る間、多相ＲＦ変換器３０８から出力される全ての正弦波ＲＦ電力信号が実質的に同一のインピーダンスに直面するように平衡となる必要がある。無線電力伝達システム３００が平衡でない場合、電源３０６から出力されるエネルギーが熱として放射され、またはグランドにシンクされるように、無線電力伝達の間、エネルギーが損失する。平衡無線電力伝達システム３００は、無線電力伝達システム３００内で共通モード雑音を取り除く。無線電力伝達システム４００の平衡多相ＲＦ変換器３０８および平衡負荷３１６を仮定して、特定の要件が満たされるとき、無線電力伝達システム４００が平衡される。特に、無線電力伝達システム４００が平衡となるために、以下の条件が満たされる必要がある：
Ｌ_Ｔ１＝Ｌ_Ｔ２＝…＝Ｌ_Ｔｎ
Ｃ_ＧＴ１＝Ｃ_ＧＴ２＝…＝Ｃ_ＧＴｎ
Ｃ_ＭＴ１２＝Ｃ_ＭＴ２３＝…＝Ｃ_{ＭＴ（ｎ－１）ｎ}＝Ｃ_ＭＴｎ１
Ｃ_{（ＭＴ１（１＋ｉ））}＝Ｃ_{（ＭＴ２（２＋ｉ））}＝…＝Ｃ_ＭＴｎｉ
Ｌ_Ｒ１＝Ｌ_Ｒ２＝…＝Ｌ_Ｒｎ
Ｃ_ＧＲ１＝Ｃ_ＧＲ２＝…＝Ｃ_ＧＲｎ
Ｃ_ＭＲ１２＝Ｃ_ＭＲ２３＝…＝Ｃ_{ＭＲ（ｎ－１）ｎ}＝Ｃ_ＭＲｎ１
Ｃ_{ＭＲ１（１＋ｉ）}＝Ｃ_{ＭＲ２（２＋ｉ）}＝…＝Ｃ_ＭＲｎｉ
Ｃ_{ＭＴＲ１１}＝Ｃ_{ＭＴＲ２２}＝…＝Ｃ_{ＭＴＲｎｎ}
Ｃ_{ＭＴＲ１（１＋ｉ）}＝Ｃ_{ＭＴＲ２（２＋ｉ）}＝…＝Ｃ_{ＭＴＲｎｉ}
Ｃ_{（ＭＴＲ（１＋ｉ）１）}＝Ｃ_{（ＭＴＲ（２＋ｉ）２）}＝…＝Ｃ_{ＭＴＲｉｎ}

容量性電極４０４および４１６が同一の寸法および構成を有し、インダクタ４０４および４１２が同一の寸法および構成を有する場合、それらの条件が満たされる。

動作の間、電源３０６は、多相ＲＦ変換器３０８にＤＣ電力信号を出力する。多相ＲＦ変換器３０８は、ｎ個の正弦波ＲＦ電力信号にＤＣ電力信号を変換する。コントローラは、スイッチ４０２にゲート信号を送信し、その結果、多相ＲＦ変換器３０８のスイッチ４０２の各々のペアは、多相送信共振器３１０の送信インダクタ４０４および容量性電極４０６のペアに正弦波ＲＦ電力信号の１つを出力する。各々の送信インダクタ４０４および容量性電極４０６のペアは、電界を生成するよう、多相送信共振器３０１の共振周波数において共振する。特に、送信インダクタ４０４および容量性電極４０６のｉ番目のペアは、電界を生成するよう、（ｉ－１）×３６０／ｎ度の位相における共振周波数において共振する。多相受信共振器３１２が多相送信共振器３１０によって生成された電界内にあるとき、電界は、共振電界結合を通じて多相受信共振器３１２を励起する。電力は次いで、多相送信共振器３１０から多相受信共振器３１４によって無線で抽出される。多相受信共振器３１２は、多相整流器３１４に、受信された正弦波ＲＦ電力信号を出力する。多相整流器３１４は、ＤＣ電力信号に正弦波ＲＦ電力信号を整流する。ＤＣ電力信号は次いで、負荷３１６に印加される。

制限された量の電流および電圧を扱うためにスイッチ４０２の専用のペアを各々の位相が必要とするので、無線電力伝達システム２００と比較して、無線電力伝達システム３００におけるより多くの数の位相は、多相ＲＦ変換器３０８の最大出力電力（所与のスイッチ４０２および多相ＲＦ変換器３０８への電圧入力についての）を増大させる。多相ＲＦ変換器３０８の最大出力電力は、位相の数により線形的に増減する。送信容量性電極４０６に対して固定されたエリアを有する送信多相共振器３１０について、送信容量性電極４０６の数を増大させることは、各々の送信容量性電極４０６のエリアを低減させる。各々の送信容量性電極４０６の入力容量がそれぞれの送信容量性電極４０６のエリアに依存するので、送信容量性電極４０６の数を増大させることは、各々の送信容量性電極４０６の入力容量を減少させる。入力容量は、共振周波数における共振を達成するために送信インダクタ４０４によって補償される必要があるそれぞれの送信容量性電極４０６または容量を調べて分かるような容量として定義され、したがって、追加の位相は、送信容量性電極４０６ごとに追加のインダクタンスを必要とする。追加の位相ごとに、多相ＲＦ変換器３０８は、少なくとも１つの追加の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）またはワイドバンドデバイス（ＷＢＤ）スイッチ４０２を必要とし、各々の多相送信共振器３１０は、少なくとも１つの追加の送信インダクタ４０４を必要とし、多相整流器３１４は、少なくとも１つの追加のダイオード４１４を必要とする。

無線電力伝達システム３００は、それらに限定されないが、横方向運動または回転運動によりシステム内で電力を伝達するために使用されてもよい。無線電力伝達システム３００はまた、回転接合を通じてなど、様々な回転システムについての電力を伝達するために使用されてもよい。回転接合は、少なくとも１つの部分が回転する、２つ以上の接合部を含むデバイスとして定義される。無線電力伝達システム３００は、３６０度の回転の全体を通じて効率的な電力伝達を維持する。

無線電力伝達システム３００が全体的に説明されてきたが、当業者は、特定の実施形態が可能であることを認識するであろう。図５Ａは、参照符号５００によって全体的に識別される無線電力伝達システムの回路図を示す。無線電力伝達システム５００は、整数ｎが３に等しい、無線電力システム３００の実施形態である。無線電力伝達システム３００は、送信機５０２および受信機５０４を含む。送信機５０２は、前に説明されたように、共振電界結合を介して受信機５０４に電力を伝達するように構成される。受信機５０４は、前に説明されたように、共振電界結合を介して送信機５０２から電力を抽出するように構成される。

送信機５０２は、電源５０６、多相ＲＦ変換器５０８、および多相送信共振器５１２を含む。電源５０６は、多相ＲＦ変換器５０８に電気的に接続される。電源５０６は、ＤＣ電力信号を生成するように構成される。電源５０６は、多相ＲＦ変換器５０８にＤＣ電力信号を出力するように構成される。多相ＲＦ変換器５０８は、電源５０６に電気的に接続される。多相ＲＦ変換器５０８は、多相送信共振器５１２に電気的に接続される。多相ＲＦ変換器５０８は、３つの（３）正弦波ＲＦ電力信号にＤＣ電力信号を変換するように構成される。正弦波ＲＦ電力信号は、相互に位相を異にしてシフトされる。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、連続した正弦波ＲＦ電力信号とは位相を異にして３６０／３度シフトされる。第１の信号が０度にあるとき、第２の信号が１２０度にあり、第３の信号が２４０度にあるように、位相が分散される。３つの正弦波ＲＦ電力信号は、多相ＲＦ変換器５０８から多相送信共振器５１２に出力される。

この実施形態では、多相ＲＦ変換器５０８は、３相ＲＦインバータである。多相ＲＦ変換器５０８は、スイッチ５１０の３つのペアおよびコントローラ（図示せず）を含む。スイッチ５１０のペアは、平行に配列される。スイッチ５１０の各々のペアは、正弦波ＲＦ電力信号を出力する。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、位相を異にして１２０度シフトされる。３つの正弦波ＲＦ電力信号は、多相ＲＦ変換器５０８から多相送信共振器５１２に出力される。

この実施形態では、スイッチ５１０は、ＭＯＳＦＥＴである。別の実施形態では、スイッチ５１０は、ＷＢＤである。１つの実施形態では、ＷＢＤは、ｅＧａＮ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。コントローラは、スイッチ５１０の切り替えを制御するゲート信号をスイッチ５１０に送信するように構成される。この実施形態では、コントローラは、ＤＳＰである。ＤＳＰは、スイッチ４０２にゲート信号を送信するように構成される。多相ＲＦ変換器３０８が対応する出力電圧により多相電圧ソースとして実行するように、ゲート信号が位相シフトされる。例えば、３相システムでは、３相変換器の出力電圧が３相電圧ソースとして実行するように、ゲート信号が１２０度の位相シフト（３６０度／３）にある。

この実施形態では、多相送信共振器５１２は、３相送信共振器である。多相送信共振器５１２は、電界を生成し、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成される。磁界も生成されることがあるが、たとえあるとしても、共振または非共振磁界結合を介して電力はほとんど伝達されない。多相送信共振器５１２は、３つの送信インダクタ５１４および３つの送信容量性電極５１６を含む。各々の送信インダクタ５１４は、送信容量性電極５１６に電気的に接続される。各々の送信インダクタ５１４は、多相ＲＦ変換器５０８のスイッチ５１０のペアの間で電気的に接続される。この実施形態では、各々の送信インダクタ５１４は、それぞれの送信容量性電極５１６に直接電気的に接続される。第１の送信インダクタ５１４は、多相ＲＦ変換器５０８のスイッチ５１０の第１のペアの間で電気的に接続される。送信インダクタ５１４および容量性電極５１６の第１の電気的に接続されたペアは、電界を生成するよう０度の位相において多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成される。送信インダクタ５１４および容量性電極５１６の第２の電気的に接続されたペアは、電界を生成するよう、１２０度の位相において多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成される。送信インダクタ５１４および容量性電極５１６の第３の電気的に接続されたペアは、電界を生成するよう、２４０度の位相において多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成される。

受信機５０４は、多相受信共振器５２０、多相整流器５２６、および負荷５３０を含む。多相受信共振器５２０は、共振電界結合を介して多相送信共振器５１２から電力を抽出するように構成される。磁界も存在することがあるが、たとえあるとしても、共振または非共振磁界結合を介して電力はほとんど抽出されない。多相受信共振器５２０は、多相整流器５２６に電気的に接続される。

この実施形態では、多相受信共振器５２０は、３相受信共振器である。多相受信共振器５２０は、多相整流器５２６に３つの正弦波ＲＦ電力信号を出力するように構成される。正弦波ＲＦ電力信号は、相互に位相を異にしてシフトされる。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、位相を異にして１２０度シフトされる。第１の信号が０度であるとき、第２の信号が１２０度にあり、第３の信号が２４０度にあるように、位相が分散される。多相受信共振器５２０は、３つの受信容量性電極５２２および３つの受信インダクタ５２４を含む。各々の受信インダクタ５２４は、受信容量性電極５２２に電気的に接続される。この実施形態では、各々の受信インダクタ５２４は、それぞれの受信容量性電極５２２に直接電気的に接続される。各々の受信インダクタ５２４は、多相整流器５２６のダイオード５２８のペアの間で電気的に接続される。第１の受信容量性電極５２２およびインダクタ５２４のペアは、共振電界結合を介して電界から電力を抽出するよう、０度の位相において多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成される。第２の受信容量性電極５２２およびインダクタ５２４のペアは、共振電界結合を介して電界から電力を抽出するよう、１２０度の位相において多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成される。第３の受信容量性電極５２２およびインダクタ５２４のペアは、共振電界結合を介して電界から電力を抽出するよう、２４０度の位相において多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成される。

この実施形態では、多相整流器５２６は、３相整流器である。多相整流器５２６は、ＤＣ電力信号に、受信された３つの正弦波ＲＦ電力信号を変換するように構成される。多相整流器５２６は、負荷５３０に電気的に接続される。多相整流器５２６は、負荷５３０にＤＣ電力信号を出力する。多相整流器５２６は、ダイオード５２８の３つのペアを含む。ダイオード５２８のペアは、平行に配列される。ダイオード５２８の各々のペアは、正弦波ＲＦ電力信号を受信する。各々の正弦波ＲＦ電力信号は、位相を異にして１２０度シフトされる。３つの正弦波ＲＦ電力信号は、負荷５３０に出力されるＤＣ電力信号に整流される。

負荷５３０は、多相整流器５２６に電気的に接続される。負荷５３０は、多相整流器５２６からＤＣ電力信号を受信する。

図５に示されるように、グランドへのｉ番目の送信容量性電極５１６の容量は、容量Ｃ_ＧＴｉによって表される。グランドへのｉ番目の受信容量性電極５２２の容量は、Ｃ_ＧＲｉとして表される。ｉ番目の送信容量性電極５１６および隣接する送信容量性電極５１６の容量は、Ｃ_{ＭＴｉ（ｉ＋１）}として表される。ｉ番目の送信容量性電極５１６およびｊ番目の送信容量性電極５１６の容量は、Ｃ_ＭＴｉｊ（図示せず）として表される。ｉ番目の受信容量性電極５２２および隣接する受信容量性電極５２２の容量は、Ｃ_{ＭＲｉ（ｉ＋１）}として表される。ｉ番目の受信容量性電極５２２およびｊ番目の受信容量性電極５２２の容量は、Ｃ_ＭＲｉｊ（図示せず）として表される。ｉ番目の送信容量電極５１６および隣接するｉ番目の受信容量性電極５２２の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｉｉ}として表される。同様に、ｉ番目の受信容量性電極５２２および隣接するｉ番目の送信容量電極５１６の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｉｉ}として表される。ｉ番目の送信容量電極５１６および隣接するｊ番目の受信容量性電極５２２の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｉｊ}（図示せず）として表される。同様に、ｊ番目の受信容量性電極５２２およびｉ番目の送信容量電極５１６の容量は、Ｃ_{ＭＴＲｊｉ}（図示せず）として表される。送信インダクタ５１０のインダクタンスは、Ｌ_Ｔｉとして表される。受信インダクタ５２４のインダクタンスは、Ｌ_Ｒｉとして表される。用語ｉは、１～３の間の、１～３を含む整数であり、ｉ＋１は、最大で３に等しい。用語ｊは、１～３の間の、１～３を含む整数である。

無線電力伝達システム５００の平衡多相ＲＦ変換器５０８および平衡負荷５３０と共に無線電力伝達システム４００を参照して前に議論されたように、無線電力伝達システム５００は、特定の要件が満たされるときに平衡となる。特に、無線電力伝達システム５００が平衡となるために、以下の条件が満たされる必要がある：
Ｌ_Ｔ１＝Ｌ_Ｔ２＝Ｌ_Ｔ３
Ｃ_ＧＴ１＝Ｃ_ＧＴ２＝Ｃ_ＧＴ３
Ｃ_ＭＴ１２＝Ｃ_ＭＴ２３＝Ｃ_ＭＴ３１
Ｌ_Ｒ１＝Ｌ_Ｒ２＝Ｌ_Ｒ３
Ｃ_ＧＲ１＝Ｃ_ＧＲ２＝Ｃ_ＧＲ３
Ｃ_ＭＲ１２＝Ｃ_ＭＲ２３＝Ｃ_ＭＲ３１
Ｃ_{ＭＴＲ１１}＝Ｃ_{ＭＴＲ２２}＝Ｃ_{ＭＴＲ３３}
Ｃ_{ＭＴＲ１２}＝Ｃ_{ＭＴＲ２１}＝Ｃ_{ＭＴＲ２３}＝Ｃ_{ＭＴＲ３２}＝Ｃ_{ＭＴＲ３１}＝Ｃ_{ＭＴＲ１３}

容量性電極５１６および５２２が同一の寸法および構成を有し、インダクタ５１０および５２４が同一の寸法および構成を有する場合、それらの条件が満たされる。

従来の単相整流器と比較して、多相整流器５２６の性能を判定するためにシミュレーションが実行されてきた。図５Ｂは、単相整流器によって出力された負荷電圧と比較した、無線電力伝達システム５００の多相整流器５２６によって出力された負荷電圧のグラフである。図５Ｂに示されるように、多相整流器５２６によって出力された負荷電圧は、単相整流器によって出力された負荷電圧よりも少ないリップルを示す。

図６に示されるように、無線電力伝達システム５００のこの実施形態では、多相送信共振器５１２の送信容量性電極５１６は、３つの全体的に細長の平面プレートを含む。プレートは、同一平面にある。プレートは、全体的に矩形である。プレートは、横方向に間隔を空けられる、プレートは、第１のプレート６０２、第２のプレート６０４、および第３のプレート６０６を含む。第１のプレート６０２は、第２のプレート６０４から離れて間隔を空けられ、第２のプレート６０４と全体的に平行である。第２のプレート６０４は、第１のプレート６０２および第３のプレート６０６から離れて間隔を空けられ、第１のプレート６０２および第３のプレート６０６と全体的に平行である。第３のプレート６０６は、第２のプレート６０４から離れて間隔を空けられ、第２のプレート６０４と全体的に平行である。第１のプレート６０２および第３のプレート６０６はそれぞれ、形状およびサイズにおいて同一である。第１のプレート６０２、第２のプレート６０４、および第３のプレート６０６はそれぞれ、同一の長さを有する。

この実施形態では、第１のプレート６０２および第３のプレート６０６は、集中キャパシタ６０８を介して電気的に接続される。集中キャパシタ６０８は、第１のプレート６０２と第３のプレート６０６との間の弱い容量を補償する。

前に述べられたように、隣接するプレートの間の相互容量は、容量Ｃｍｔとして表され、各々のプレートのグランドへの容量は、容量Ｃｇとして表される。第２のプレート６０４は、第１のプレート６０２および第３のプレート６０６のそれぞれの幅よりも大きい幅を有する。第２のプレート６０４は、第２のプレート６０４が第１のプレート６０２および第３のプレート６０６のそれぞれと同一のグランドへの容量Ｃｇを維持するために、より大きな幅を有する。送信容量電極５１６が説明されてきたが、当業者は、受信容量性電極５２２が同様に構成されてもよいことを認識するであろう。

送信容量性電極５１６が特定の構成を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。図７および８は、参照符号７００として全体的に識別される送信容量性電極５１６の別の実施形態を示す。この実施形態では、送信容量性電極７００は、その１つが多相送信共振器５１２の位相ごとである、電極７０２、７０４、および７０６のｎ個の（３つの）行を含む。電極７０２、７０４、および７０６の各々の行は、３×ｍ＋１個の（４つの）プレートを含み、ｍは、正の整数である。この実施形態では、ｍは１である。プレートは、全体的に細長の平面プレートである。この実施形態では、プレートは、同一平面にある。プレートは、横方向に間隔を空けられる。電極７０２、７０４、および７０６の各々の行内のプレートは、第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６を含む。第１のプレート７１０および第４のプレート７１６は、同一である。第１のプレート７１０および第４のプレート７１６は、全体的に矩形である。第２のプレート７１２および第３のプレート７１４は、同一である。第２のプレート７１２および第３のプレート７１４は、全体的に矩形である。第２のプレート７１２および第３のプレート７１４は、第１のプレート７１０および第４のプレート７１６の２倍の長さを有する。

第１のプレート７１０は、第２のプレート７１２から離れて間隔を空けられ、第２のプレート７１２と全体的に平行である。第２のプレート７１２は、第１のプレート７１０および第３のプレート７１４から離れて間隔を空けられ、第１のプレート７１０および第３のプレート７１４と全体的に平行である。第３のプレート７１４は、第２のプレート７１２および第４のプレート７１６から離れて間隔を空けられ、第２のプレート７１２および第４のプレート７１６と全体的に平行である。第４のプレート７１６は、第３のプレート７１４から離れて間隔を空けられ、第３のプレート７１４と全体的に平行である。第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６はそれぞれ、同一の高さを有する。第２のプレート７１２および第３のプレート７１４は、第１のプレート７１０および第４のプレート７１６の倍の長さを有する。

図７および８に示されるように、電極７０２の第１の行内の第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、および第３のプレート７１４はそれぞれ、面外トレースを介して、電極７０２の第３の行の第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６のそれぞれに電気的に接続される。電極７０２の第１の行の第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６はそれぞれ、面内トレースを介して、電極７０４の第２の行の第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、および第３のプレート７１４のそれぞれに電気的に接続される。電極７０４の第２の行の第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６はそれぞれ、面内トレースを介して、電極７０６の第３の行の第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、および第３のプレート７１４のそれぞれに電気的に接続される。

図７および８に示される送信容量性電極７００の構成は、多相送信共振器５１２がおおよそ平衡となることを保証する。

送信容量電極７００が説明されてきたが、当業者は、受信容量性電極５２２が同様に構成されてもよいことを認識するであろう。

図６～８において説明され、および示された送信容量性電極５１６の実施形態が別個に説明されてきたが、当業者は、それらが組み合わされてもよいことを認識するであろう。ここで図９に目を向けて、参照符号１１００によって全体的に識別される受信容量性電極５２２の別の実施形態の平面図が示される。受信容量性電極１１００は、第１のプレート６０２、第２のプレート６０４、および第３のプレート６０６を含む。この実施形態では、送信容量性電極５１６は、参照符号１１１０によって全体的に識別される。送信容量性電極１１１０は、第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６を有する電極７０２、７０４、および７０６の行を含む。

第１のプレート６０２、第２のプレート６０４、および第３のプレート６０６を含む受信容量性電極１１００、ならびに第１のプレート７１０、第２のプレート７１２、第３のプレート７１４、および第４のプレート７１６を有する電極７０２、７０４、および７０６の行を含む送信容量性電極１１１０を有する無線電力伝達システム３００の性能を判定するために、シミュレーションが実行されてきた。シミュレーションでは、０ミリメートルの開始位置から３００ミリメートルの最終位置への送信容量性電極１１１０の水平スパンに沿って受信容量性電極１１００が移動してきた。図１０は、送信容量性電極１１１０の水平スパンに沿った受信容量性電極１１００の移動に応じた１３．５６メガヘルツの共振周波数におけるＲＦ効率性のグラフである。ＲＦ効率性は、多相送信共振器５１２および多相受信共振器５２０のそれぞれの間の無線電力伝達の効率性として定義される。図１０に示されるように、ＲＦ効率性は、９０％を上回るレベルで維持される。

例示的な送信および受信容量性電極が矩形または正方形であるとして説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。別の実施形態では、送信容量性電極４０６は、ｎ個の同一の平面送信セグメントを有する。送信セグメントは、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。送信セグメントは、中心点から延在する平面に垂直な軸の周りで３６０／ｎ度の回転に対して対称である。送信セグメントは、相互に分離される。この実施形態では、ｎ個の送信容量性電極は、送信キャパシタを形成する。使用の間、送信キャパシタは、ＲＦ変換器３０８の動作周波数においてｎ個の送信インダクタ４０４のリアクタンスを共振させる。各々の送信インダクタ４０４は、対応する送信セグメントの入力容量と共振する。

受信容量性電極４１０は、ｎ個の同一の平面受信セグメントを有する。受信セグメントは、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。受信セグメントは、中心点から延在する平面に垂直な軸の周りで３６０／ｎ度の回転に対して対称である。受信セグメントは、相互に分離される。この実施形態では、ｎ個の受信容量性電極は、受信キャパシタを形成する。

使用の間、多相送信共振器３１０は、多相受信共振器３１２とアライメントされ、その結果、送信セグメントおよび受信セグメントの主面が相互に対向し、各々の共振器３１０および３１２の中心点は、相互から直接横断して位置する。受信セグメントは、受信キャパシタの中心点を通過する受信セグメントの平面に垂直な軸の周りで角度θにおいて回転してもよい。送信セグメントが受信セグメントと回転してアライメントされるとき、各々の受信セグメントは、対応する送信セグメントと密結合される。したがって、各々の受信セグメントは、対応する送信セグメントの位相において駆動される。この位置において、θは０に設定される。送信および受信セグメントの回転対称に起因して、θ＝ｐ×３６０／ｎ（ｐがいずれかの整数である）である位置は、θ＝０である位置から区別可能でなく、したがって相互に区別可能でない。

送信容量性電極５１６が特定の構成を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。図１１は、参照符号１４００によって全体的に識別される送信容量性電極５１６の別の実施形態を示す。この実施形態では、送信容量性電極１４００は、３つのセグメント１４０２を含む。この実施形態では、セグメント１４０２は、プレートである。セグメント１４０２は、同一平面にある。セグメント１４０２は、同一の大きさとされる。セグメント１４０２は、それらがそれらの円周の周りで全体的に円を形成するように離れて間隔を空けられる。各々のセグメント１４０２は、円のおおよそ１２０度に及ぶ。セグメント１４０２は、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。セグメント１４０２は、セグメント１４０２の曲率中心の周りでセグメント１４０２の主面に垂直な３回転対称の軸を有する。送信容量電極１４００が説明されてきたが、当業者は、受信容量性電極５２２が同様に構成されてもよいことを認識するであろう。

無線電力伝達システム５００が説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。図１２は、参照符号１５００によって全体的に識別される部分的な無線電力伝達システムを示す。無線電力伝達システム１５００は、送信機および受信機を含む。送信機は、他に述べられない限り、前に説明された送信機５０２と同一である。受信機は、他に述べられない限り、前に説明された受信機５０４と同一である。

この実施形態では、多相送信共振器５１２は、送信容量性電極１５０２を含む。送信容量性電極１５０２は、３つの送信セグメント１５０４を含む。この実施形態では、送信セグメント１５０４は、プレートである。送信セグメント１５０４は、同一平面にある。送信セグメント１５０４は、同一の大きさとされる。送信セグメント１５０４は、それらがそれらの円周の周りで全体的に円を形成するように離れて間隔を空けられる。各々の送信セグメント１５０４は、円のおおよそ１２０度に及ぶ。送信セグメント１５０４は、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。送信セグメント１５０４は、送信セグメント１５０４の曲率中心の周りで送信セグメント１５０４の主面に垂直な３回転対称の軸を有する。各々の送信セグメント１５０４は、インダクタ５１４と対にされ、多相送信共振器５１２が、多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成されることを保証する。多相送信共振器５１２のインダクタ５１４は、同一である。送信セグメント１５０４の対称的な配置を仮定して、多相送信共振器５１２が平衡となる。

この実施形態では、各々の送信セグメント１５０４は、１５０ミリメートルの外径、３０ミリメートルの内径、および０．１ミリメートルの厚みを有する。各々の送信セグメント１５０４は、１０ミリメートルの隙間によって、隣接する送信セグメント１５０４から分離される。

この実施形態では、多相受信共振器５２０は、受信容量性電極１５１０を含む。受信容量性電極１５１０は、３つの受信セグメント１５１２を含む。この実施形態では、受信セグメント１５１２は、プレートである。受信セグメント１５１２は、同一平面にある。受信セグメント１５１２は、同一の大きさとされる。受信セグメント１５１２は、それらがそれらの円周の周りで全体的に円を形成するように離れて間隔を空けられる。各々の受信セグメント１５１２は、円のおおよそ１２０度に及ぶ。受信セグメント１５１２は、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。受信セグメント１５１２は、受信セグメント１５１２の曲率中心の周りで受信セグメント１５１２の主面に垂直な３回転対称の軸を有する。各々の受信セグメント１５１２は、インダクタ５２４と対にされ、多相受信共振器５２０が、共振周波数において共振するように構成されることを保証する。受信セグメント５１２の対称的な配置を仮定して、多相受信共振器５２０が平衡となる。多相送信共振器５１２および多相受信共振器５２０の両方が平衡となると、無線電力伝達システム１５００が平衡となる。

この実施形態では、各々の受信セグメント１５１２は、１５０ミリメートルの外径、３０ミリメートルの内径、および０．１ミリメートルの厚みを有する。各々の受信セグメント１５１２は、１０ミリメートルの隙間によって、隣接する受信セグメント１５１２から分離される。

この実施形態では、送信インダクタ５１４および受信インダクタ５２４の両方はそれぞれ、９．９８μＨのインダクタンスおよび２２５の品質係数（Ｑ）を有する。送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５１０は、同一の幾何学形状を有し、相互に５０ミリメートル離れて位置する。送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５１０は、３回転対称の共通軸を有する。

無線電力伝達システム１５００は、回転構造内で実装されてもよい。回転構造は、スリップリング、ヘリコプタ、回転椅子などの形式を取ってもよい。無線電力伝達システム１５００が回転構造内で実装されるとき、送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５１０は、３６０度の回転を通じて回転する。電極１５０２および１５１０の３回転対称に起因して、無線電力伝達システム１５００の漏れ電流が０～１２０度の全ての角度位置θに対して無視できることを確立することは、無線電力伝達システム１５００が平衡となることを証明している。

無線電力伝達システム１５００の性能を判定し、無線電力伝達システム１５００の漏れ電流が０～１２０度の全ての角度位置θに対して無視できることを確立するために、シミュレーションが実行されてきた。図１３は、送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５１０の両方のそれぞれについての０～１２０度の回転についての割合として、各々のセグメント１５０４および１５１２上の電流の大きさの合計に対する各々のセグメント１５０４および１５１２上の電流の合計の比率のプロットである。各々のセグメント１５０４および１５１２上の電流の合計は、共通モード電流として定義される。図１３における比率は、以下によって与えられる。

ｉ_１、ｉ_２、およびｉ_３は、それぞれの送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５１０のそれぞれの第１のセグメント、第２のセグメント、および第３のセグメント１５０４および１５１２上の電流である。

１２０度の回転の全体を通じて、各々のセグメント１５０４および１５１２上の電流の合計は、電流の二乗平均平方根（ＲＭＳ）の０．０５％未満である。電流のＲＭＳの０．０５％未満の電流の合計は、６６ｄＢの共通モード除去比（ＣＭＲＲ）に対応する。したがって、漏れ電流は、無視できるものであり、無線電力伝達システム１５００は、回転の下で平衡なままである。

図１４は、角度位置θ（回転角度）に応じた、各々の受信セグメント１５１２上の電流信号の位相のグラフである。各々の受信セグメント１５１２上の電流の位相は、３６０度の回転にわたって１８０～－１８０度（または、同等に０～３６０度）でほぼ線形に減少する。受信容量性電極５１０の構造を反映して、位相は、１２０度の周期性を有する線形性から離れて正弦波状に曲線を描く。図１４のグラフ内の各々のラインの数値モデルは、以下の式１Ａ、１Ｂ、および１Ｃにおいて提供される。
Ｐｈａｓｅ１＝－θ＋ｏｆｆｓｅｔＡ×ｓｉｎ（３×θ＋ψ）＋０ （式１Ａ）
Ｐｈａｓｅ２＝－θ＋ｏｆｆｓｅｔＡ×ｓｉｎ（３×θ＋ψ）＋１２０ （式１Ｂ）
Ｐｈａｓｅ３＝－θ＋ｏｆｆｓｅｔＡ×ｓｉｎ（３×θ＋ψ）＋２４０ （式１Ｃ）
Ａは、正弦波振動の振幅であり、ψは、位相定数である。

式１Ａ、１Ｂ、および１Ｃについてのモデリングパラメータは、以下の表１において提供される。

式１Ａ、１Ｂ、および１Ｃによって説明されるように、２つの隣接する送信容量性電極１５０２または受信容量性電極１５１０の間の位相差は、多相受信共振器５１２が多相送信共振器５２０に対して回転する間に連続した無線電力伝達を可能にする、いずれかの回転角度について１２０度である。１２０度の定期的な位相分離は、無線電力伝達システム１５００が平衡となることを保証する。したがって、シミュレーションを通じて確立されるように、無線電力伝達システム１５００の漏れ電流は、０～１２０度の全ての角度位置θに対して無視できるものである。

回転構造内で実装されるとき、無線電力伝達システム１５００のＲＦ効率性および入力インピーダンスを確立するために、更なるシミュレーションが実行されてきた。それらのシミュレーションを通じて、無線電力伝達システム１５００の送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５０４の回転の間にＲＦ効率性がほぼ一定に留まっており、よって、予測可能な性能をもたらしたことが見出された。しかしながら、入力インピーダンスは、無線電力伝達システム１５００の送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５０４の回転の間に著しく変動する。概して、無線電力伝達システム１５００の送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５０４の回転の間、無線電力伝達システム１５００のＲＦ効率性および入力インピーダンスを含む特性は、特性の約平均値の回転の頻度のｎ倍で振動する。以下の式２において提供される形式によって特性を数値的に近似させることができる。

ｇ（θ）は、θ度の回転角度に応じた特定の特性であり、

は、特性の平均値であり、Ａｍｐは、極値および平均値

のいずれかの間の差として定義された振動の振幅であり、ｎは、位相の数であり、ξは、位相定数である。

無線電力伝達システム１５００のＲＦ効率性、インピーダンスの実部、およびインピーダンスの虚部は、式２において以下の表２におけるモデリングパラメータを使用することによって数値的に説明される。無線電力伝達システム１５００の実部および虚部は、無線電力伝達システム１５００の入力インピーダンスの成分である。

図１５は、１２０度にわたる角度回転に応じた、１３．５６メガヘルツの共振周波数における無線電力伝達システム１５００のＲＦ効率性のグラフである。ＲＦ効率性は、多相送信５１２および多相受信共振器５２０のそれぞれの間の無線電力伝達の効率性として定義される。図１５に示されるＲＦ効率性は、表２のモデリングパラメータにより式２によって特徴付けられる。オフセットパラメータは、振幅と比較して大きく、したがって、無線電力伝達システム１５００は、１２０度の回転にわたって９４．５％を上回ってＲＦ効率性を維持する。

図１６は、１２０度にわたる角度回転に応じた、無線電力伝達システム１５００の各々の送信容量性電極１５０２に存在するインピーダンスの実部のグラフである。入力インピーダンスは、各々の送信容量性電極１５０２に存在するインピーダンスの実部および虚部から構成される。インピーダンス変動の振幅は、オフセットの４４％である。図１６に示されるインピーダンスの実部は、上記の表２のモデリングパラメータにより式２によって特徴付けられる。

図１７は、１２０度にわたる角度回転に応じた、無線電力伝達システム１５００の各々の送信容量性電極１５０２に存在するインピーダンスの虚部のグラフである。図１７に示されるインピーダンスの虚部は、上記の表２のモデリングパラメータにより式２によって特徴付けられる。

変動した入力インピーダンスは、ＲＦ変換器５０８に負荷される。定期的な負荷のために、ＲＦ変換器５０８はしたがって、変動した量の電力を出力し、受信機５０４において受信される変動した量の電力を結果としてもたらす。

図１８は、送信共振器と受信共振器との間の縦方向分離に応じた、１３．５６メガヘルツ共振周波数における、無線電力伝達システム１５００および参照によってその関連する部分が本明細書に組み込まれる、２０１８年５月２２日に発行された米国特許第９９７９２０６号明細書（特許文献２）において説明された無線電力伝達システム７０のＲＦ効率性のグラフである。

無線電力伝達システム７０は、各々が２つの円板容量性電極、外部容量性電極、および内部容量性電極を含む、送信共振器および受信共振器を有する。外部容量性電極は、１５０ミリメートルに等しい外径Ｒ_ｏｕｔおよび１２０ミリメートルに等しい内径Ｒ_ｉｎを有する。内部容量性電極は、１１０ミリメートルに等しい外径Ｒ_ｏｕｔおよび８０ミリメートルに等しい内径Ｒ_ｉｎを有する。送信共振器および受信共振器のインダクタは各々、７．３７μＨのインダクタンスを有する。無線電力伝達システム７０および１５００は、送信共振器と受信共振器との間で３００ミリメートルの縦方向分離によりＲＦ効率性を最大にするよう同調される。

図１８では、無線電力伝達７０は、「同心（Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ）」として識別され、無線電力伝達システム１５００は、「３相（Ｔｈｒｅｅ‐Ｐｈａｓｅ）」として識別される。図１８に示されるように、無線電力伝達システム１５００は、おおよそ５０ミリメートルを上回って縦方向分離においてより高いＲＦ効率性を有する。無線電力伝達システム７０は、おおよそ５０ミリメートル未満で縦方向分離においてより高いＲＦ効率性を有する。しかしながら、おおよそ５０ミリメートル未満での縦方向分離におけるこのより高いＲＦ効率性は、おおよそ１０の増大にすぎない。

送信容量性電極５１６が特定の構成を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。図１９は、参照符号２２００によって全体的に識別される送信容量性電極５１６の別の実施形態を示す。この実施形態では、送信容量性電極２２００は、３つのセグメント２２０２を含む。この実施形態では、セグメント２２０２は、プレートである。セグメント２２０２は、同一平面にある。セグメント２２０２は、同一の大きさとされる。セグメント２２０２は、それらがそれらの円周の周りで全体的に円を形成するように離れて間隔を空けられる。各々のセグメント２２０２は、円のおおよそ１２０度に及ぶ。セグメント２２０２は、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。

この実施形態では、セグメント２２０２は、図１９において点線によって表され、以下の式３によって記述される対数的な螺旋状の隙間によって分離される。

ｒ（β）＝（ａ／ｂ）^β／φ （式３）

式３では、ｒ（β）は、回転角度βについての螺旋状の半径であり、ａは、内径であり、ｂは、ｈは、外径であり、φは、曲線によって掃引された角度である。

送信容量性電極２２００は、送信容量性電極１４００と比較して、より一定の入力インピーダンスを提供して、出力電力における変動を低減させ、ＲＦ変換器５０８により好ましい条件を提示する。

送信容量電極２２００が説明されてきたが、当業者は、受信容量性電極５２２が同様に構成されてもよいことを認識するであろう。

図２０は、曲線φによって掃引された角度の様々な値についての送信容量性電極２２００の他の実施形態を示す。特に、以下の値：Ａ：φ＝３０度、Ｂ：φ＝６０度、Ｃ：φ＝１２０度、Ｄ：φ＝１８０度、およびＥ：φ＝３６０度が使用されてきた。

無線電力伝達システム５００が説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。図２１は、参照符号２４００によって全体的に識別される部分的な無線電力伝達システムを示す。無線電力伝達システム２４００は、送信機および受信機を含む。送信機は、他に述べられない限り、前に説明された送信機５０２と同一である。受信機は、他に述べられない限り、前に説明された受信機５０４と同一である。

この実施形態では、多相送信共振器５１２は、送信容量性電極２４０２を含む。送信容量性電極２４０２は、３つの送信セグメント２４０４を含む。この実施形態では、送信セグメント２４０４は、プレートである。送信セグメント２４０４は、同一平面にある。送信セグメント２４０４は、同一の大きさとされる。送信セグメント２４０４は、それらがそれらの円周の周りで全体的に円を形成するように離れて間隔を空けられる。各々の送信セグメント２４０４は、円のおおよそ１２０度に及ぶ。送信セグメント２４０４は、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。送信セグメント２４０４は、送信セグメント２４０４の曲率中心の周りで送信セグメント２４０４の主面に垂直な３回転対称の軸を有する。各々の送信セグメント２４０４は、インダクタ５１４と対にされ、多相送信共振器５１２が、多相送信共振器５１２の共振周波数において共振するように構成されることを保証する。多相送信共振器５１２のインダクタ５１４は、同一である。送信セグメント２４０４の対称的な配置を仮定して、多相送信共振器５１２が平衡となる。

この実施形態では、各々の送信セグメント２４０４は、１５０ミリメートルの外径、３０ミリメートルの内径、０．１ミリメートルの厚みを有する。各々の送信セグメント２４０４は、１０ミリメートルの隙間によって、隣接する送信セグメント２４０４から分離される。

この実施形態では、多相送信共振器５１２は、送信受動電極２４０６を含む。送信受動電極２４０６は、参照によってその関連する部分が本明細書に組み込まれる、２０１８年９月２１日に出願された米国特許出願第１６／１３８３４４号において記載されている。この実施形態では、送信受動電極２４０６は、平面円板を含む。送信受動電極２４０６は、送信容量性電極２４０２と平行する。送信受動電極２４０６は、送信容量性電極２４０２の総エリアよりもエリアにおいて大きい。送信受動電極２４０６の中心は、送信容量性電極２４０２の中心点とアライメントされる。送信受動電極２４０６は、送信容量性電極２４０２から５０ミリメートルである。

この実施形態では、多相受信共振器５２０は、受信容量性電極２４１０を含む。受信容量性電極２４１０は、３つの受信セグメント２４１２を含む。この実施形態では、受信セグメント２４１２は、プレートである。受信セグメント２４１２は、同一平面にある。受信セグメント２４１２は、同一の大きさとされる。受信セグメント２４１２は、それらがそれらの円周の周りで全体的に円を形成するように離れて間隔を空けられる。各々の受信セグメント２４１２は、円のおおよそ１２０度に及ぶ。受信セグメント２４１２は、平面内の中心点の周りで等しく間隔を空けられる。受信セグメント２４１２は、受信セグメント２４１２の曲率中心の周りで受信セグメント２４１２の主面に垂直な３回転対称の軸を有する。各々の受信セグメント２４１２は、インダクタ５２４と対にされ、多相受信共振器５２０が、共振周波数において共振するように構成されることを保証する。多相受信共振器５２０のインダクタ５２４は、同一である。送信セグメント２４０４の対称的な配置を仮定して、多相受信共振器５２０が平衡となる。

この実施形態では、各々の受信セグメント２４１２は、１５０ミリメートルの外径ｂ、３０ミリメートルの内径ａ、０．１ミリメートルの厚み、および１２０度の曲線φによって掃引された角度を有する。各々の受信セグメント２４１２は、１０ミリメートルの隙間によって、隣接する受信セグメント２４１２から分離される。

この実施形態では、多相送信共振器５１２は、受信受動電極２４１４を更に含む。受信受動電極２４１４は、参照によってその関連する部分が本明細書に組み込まれる、２０１８年９月２１日に出願された米国特許出願第１６／１３８３４４号において説明されている。この実施形態では、受信受動電極２４１４は、平面円板を含む。受信受動電極２４１４は、受信容量性電極２４１２と同一平面にある。受信受動電極２４１４は、受信容量性電極２４１２の総エリアよりもエリアにおいて大きい。受信受動電極２４１４の中心は、受信容量性電極２４１２の中心点とアライメントされる。受信受動電極２４１４は、受信容量性電極２４１２から５０ミリメートルである。

送信容量性電極２４０２および受信容量性電極２４１０は、相互に５０ミリメートル離れる。送信容量性電極１５０２および受信容量性電極１５１０は、３回転対称の共通軸を有する。多相送信共振器５１２および多相受信共振器５２０の両方が平衡となるにつれて、無線電力伝達システム１５００も平衡となる。

受動電極２４０６および２４１４は、能動電極（すなわち、送信容量性電極２４０２および受信容量性電極２４１０）と受動電極２４０６および２４１４との間の相互容量によってもたらされる追加された電流リターンパスに起因して、結合を減少させることができるが、受動電極２４０６および２４１４は、利点をもたらすことができる。例えば、受動電極２４０６および２４１４は、インダクタンス要件および反映されたインピーダンスの両方を減少させ、よって、受動電極２４０６および２４１４における電圧を低減させる、容量を追加することができる。環境的感度および電界放出も減少させることができる。更に、能動電極に対して受動電極２４０６および２４１４とは反対の低電界エリアは、電子機器を搭載するために適切であることができる。

無線電力伝達システム２４００のＲＦ効率性、インピーダンスの実部、およびインピーダンスの虚部は、式２において以下の表３におけるモデリングパラメータを使用することによって数値的に説明される。無線電力伝達システム２４００のインピーダンスの実部および虚部は、無線電力伝達システム２４００の入力インピーダンスの成分である。

無線電力伝達１５００と比較して無線電力伝達システム２４００の性能を判定するために、シミュレーションが実行されてきた。ＲＦ効率性、それぞれの無線電力伝達システム２４００および１５００の各々の容量性電極に存在するインピーダンスの実部、ならびにそれぞれの無線電力伝達システム２４００および１５００の各々の容量性電極に存在するインピーダンスの虚部についてのモデリングパラメータは、上記表３において提供される。

無線電力伝達システム２４００のインピーダンスの実部の振幅は、平均値

の３６％である。これは、無線電力伝達システム１５００と比較したインピーダンス変動における著しい低減を示す。更に、表２および表３に示されるように、無線電力伝達システム２４００の各々の送信容量性電極２３０２のインピーダンスの虚部の平均および振幅は、無線電力伝達システム１５００の各々の送信容量性電極１５０２のインピーダンスの虚部の振幅よりもはるかに小さい。これは、ＲＦ変換器５０８によって見られるはるかに好ましいインピーダンスを示す。

曲線φによって掃引された角度を変動させるときの無線電力伝達システム１５００と比較した無線電力伝達システム２４００の性能を判定するために、更なるシミュレーションが実行されてきた。概して、曲線φによって掃引された角度を増大させることが、平均ＲＦ効率性（

フィッティングパラメータ）を減少させると共に、回転の下での効率性変動の振幅（ＡＭＰフィッティングパラメータ）を増大させ、インピーダンスの虚部の平均および振幅を減少させ、無線電力伝達システム２４００の必要とされるインダクタンスを減少させる。シミュレーションは、１２０度～１８０度の曲線φによって掃引された角度が、最良の全体的な無線電力伝達システム性能を得ていることを判定してきた。

３つの容量性電極を有する多相共振器が説明されてきたが、当業者は、より多くの容量性電極が可能であることを認識するであろう。図２２Ａ～２２Ｅは、多相送信共振器３１０および／または多相受信共振器３１２のそれぞれにおける使用のための容量性電極の他の実施形態を示す。特に、図２２Ａは、前に説明されたように円内に配列された３つの容量性電極を示し、図２２Ｂは、円内に配列された４つの容量性電極を示し、図２２Ｃは、円内に配列された５つの容量性電極を示し、図２２Ｄは、円内に配列された６つの容量性電極を示し、図２２Ｅは、円内に配列された１２個の容量性電極を示す。

更に、多相共振器が特定の形状および構成の容量性電極を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の形状および構成が可能であることを認識するであろう。図２３Ａ～２３Ｉは、多相送信共振器５１２および／または受信共振器５２０のそれぞれにおける使用のための容量性電極の他の実施形態を示す。特に、図２３Ａは、チャネルによって離れて間隔を空けられた平坦な円板の３つの等しい大きさとされたセグメントを含む容量性電極を示す。

図２３Ｂおよび２３Ｃは、内径ａ、外径ｂ、および３６０／ｎ度を離れて切断されたチャネルを有する平坦な円板から形成された容量性電極を示す。この実施形態では、ｎは３である。チャネルは、螺旋状パスに沿って内径ａから外径ｂに延在する。この実施形態では、螺旋状パスは、対数的である。図２３Ｂは、反時計回りに配列された螺旋状パスを有する容量性電極を示す。図２３Ｃは、時計回りに配列された螺旋状パスを有する容量性電極を示す。

図２３Ｄは、図１１に示された前に説明された容量性電極１４００と同一の容量性電極を示す。

図２３Ｅおよび２３Ｆは、内径ａ、外径ｂ、および３６０／ｎ度を離れて切断されたチャネルを有する平坦な円板から形成された容量性電極を示す。この実施形態では、ｎは３である。チャネルは、螺旋状パスに沿って内径ａから外径ｂに延在する。この実施形態では、螺旋状パスは、アルキメディアンである。別の実施形態では、螺旋は双曲線である。

図２３Ｇおよび２３Ｈは、内径ａ、外径ｂ、および３６０／ｎ度を離れて切断されたチャネルを有する平坦な円板から形成された容量性電極を示す。この実施形態では、ｎは３である。チャネルは、容量性電極によって形成された円の直線接線パスに沿って内径ａから外径ｂに延在する。

図２３Ｉは、プレートが円の中心とアライメントされ、それから外側に延在するように、相互から等距離で間隔を空けられ、円内で形成された平面矩形プレートから形成された容量性電極を示す。

３つの容量性電極を有する図２３Ａ～２３Ｉの容量性電極が説明されてきたが、当業者は、より多くの容量性電極が可能であってもよいことを認識するであろう。更に、当業者は、図２３Ａ～２３Ｉに示された容量性電極が、多相送信共振器および多相受信共振器の両方または１つのみにおいて使用されてもよいことを認識するであろう。

多相共振器が特定の形状および構成の容量性電極を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の形状および構成が可能であることを認識するであろう。図２４Ａは、参照符号２８００によって全体的に識別される無線電力伝達システム５００の容量性電極の別の実施形態の側立面図である。図２４Ｂは、容量性電極２８００の斜視図である。各々の容量性電極２８００は、矩形平面プレート２８０２である。プレート２８０２は、図２４Ａに示されるように、垂直平面内で相互に１２０度の角度において配列される。プレート２８０２は、図２４Ｂに示されるように、それらの外周において三角柱を形成する。

プレート２８０２は、多相送信共振器５１０および受信共振器５２０のうちの少なくとも１つの一部を形成してもよい。図２５Ａは、多相送信共振器５１０の送信容量性電極２９０２を形成するプレート２８０２および多相受信共振器５２０の受信容量性電極２９０４を形成するプレート２８０２の側立面図である。この実施形態では、送信容量性電極２９０２の外周に形成された三角柱は、受信容量性電極２９０４の外周に形成された三角柱を包含する。この実施形態では、容量性電極２９０２および２９０４の外周に形成された三角柱は、同一の方位を有する。図２５Ｂは、受信容量性電極２９０４によって形成された三角柱が、送信容量性電極２９０２によって形成された三角柱に対して反転されるような、容量性電極２９０２および２９０４の側立面図である。

多相共振器が特定の形状および構成の容量性電極を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の形状および構成が可能であることを認識するであろう。図２６は、参照符号３０００によって全体的に識別される無線電力伝達システム５００の容量性電極の別の実施形態の斜視図である。この実施形態では、容量性電極３０００は、中空管を形成する３つのセグメント３００２を含む。各々のセグメント３００２は、同一の寸法を有する。

多相共振器が特定の形状および構成の容量性電極を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の形状および構成が可能であることを認識するであろう。図２７は、参照符号３３００によって全体的に識別される無線電力伝達システム５００の容量性電極の別の実施形態の斜視図である。容量性電極３３００は、他に述べられない限り、前に説明されたセグメント１４０２と同一である。この実施形態では、容量性電極３３００は、多相送信共振器５１２の送信容量性電極５１６を形成する送信セグメント３３０２および多相受信共振器５２０の受信容量性電極５２２を形成する受信セグメント３３０４を含む。セグメント３３０２および３３０４は、セグメント３３０２および３３０４によって形成された円内の中心点を軸が通るように軸３３１０の周りに配列される。この実施形態では、軸３３１０は、３０ミリメートルの半径を有する。セグメント３３０２および３３０４は、２０ミリメートルの軸３３１０からの内軸方向変位量を有する。セグメント３３０２および３３０４は、１２０ミリメートルの軸３３１０からの外軸方向変位量を有する。０度の角度位置θを有するセグメント３３０２および３３０４による無線電力伝達システム５００のシミュレーションでは、無線電力伝達システム５００のＲＦ効率性が８７％であると見出された。

実験的な無線電力伝達システム４０００が構築されており、図２８Ａ～２８Ｃに示される。図２８Ａに示されるように、無線電力伝達システム４０００は、送信機４０１０および受信機４０２０を含む。送信機４０１０および受信機４０２０は、他に述べられない限り、説明された送信機５０２および受信機５０４のそれぞれと同一である。電源および負荷などの無線電力伝達システム４０００の構成要素は、図２８Ａ～２８Ｃには示されない。

送信機４０１０および受信機４０２０は、同一に構成される。したがって、説明を容易にするために、送信機４０１０のみが説明される。図２８Ａおよび２８Ｂに明確に描写されるように、送信機４０１０は、受信機４０２０に関して容量性電極４００２とは反対に配置された３つの（３）容量性電極４００２および受動電極４００４を含む。送信機４０１０についての必要とされる電子機器は、受動電極４００４に起因して放出が最小化されるように、容量性電極４００２とは反対の受動電極４００４の側に配置される。この実施形態では、電子機器は、プリント回路基板（ＰＣＢ）４００６上に存在する。

この実験的な無線電力伝達システム４０００では、電極４００２および４００４は、アルミニウムから切断されている。容量性電極４００２の外径および内径は、１００ミリメートルおよび２０ミリメートルのそれぞれであった。送信機４０１０と受信機４０２０との間の分離距離は、均一に２５ミリメートルであった。送信機４０１０と受動電極４００４との間の分離距離は、均一に１０ミリメートルであった。

システム性能を判定するために、システム４００に関する実験的データが収集されてきた。特に、様々な負荷、例えば、５０Ｗ、２５Ｗ、および１２．５Ｗについての回転角度に応じて、ＲＦ効率性および受信された整流済み電圧が判定されてきた。ここで図２９Ａおよび２９Ｂに目を向けて、それらの実験の結果が描写されている。

図２９Ａは、角度回転に応じた無線電力伝達システム４０００のＲＦ効率性のグラフである。様々な負荷（５０Ｗ、２５Ｗ、および１２．５Ｗ）におけるＲＦ効率性が描写されている。負荷が低減するにつれて、効率性において回転に対するより明白な感度が観察される。１２．５Ｗにおいて、ダイオード通信およびインバータハードスイッチングからの損失の増大に起因して、１２０の倍数において効率性の最小値が生じている。２５ミリメートルの送信ギャップにわたる５０Ｗ負荷への電力伝達が、全回転に対して７３％の平均両端効率性により可能であることが示される。

図２９Ｂは、角度回転に応じた無線電力伝達システム４０００の整流済み電圧（Ｖ_ｒｅｃｔ）のグラフである。特に、Ｖ_ｒｅｃｔは、受信機４０２０において受信された規制されていない整流済み電圧である。図２９Ａと同様に、様々な負荷（５０Ｗ、２５Ｗ、および１２．５Ｗ）として整流済み電圧が描写されている。平均では、最大および最小Ｖ_ｒｅｃｔ間の比率は、おおよそ１．６６であると見出されている。送信容量性電極４０６が特定の構成を有するとして説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。別の実施形態では、送信容量性電極４０６は、複数回回転対称である。複数回回転対称の軸は、容量性電極４０６の曲率中心の周りで容量性電極４０６の主面に垂直である。送信容量電極４０６が説明されてきたが、当業者は、受信容量性電極４１０が同様に構成されてもよいことを認識するであろう。

特定の無線電力伝達システムが説明されてきたが、当業者は、他の構成が可能であることを認識するであろう。無線電力伝達システムは、送信受動電極および受信受動電極のうちの少なくとも１つを更に含んでもよい。受動電極は、参照によってその関連する部分が本明細書に組み込まれる、２０１８年９月２１日に出願された米国特許出願第１６／１３８３４４号において説明されている。

実施形態が上記説明され、添付図面において示されているが、添付の請求項によって定義されるような範囲から逸脱することなく変形および修正が行われてもよく、請求項の範囲は、本明細書に全体として一貫して最も広い解釈を与えられるべきであることが認識されたい。

Claims (29)

1. 複数の正弦波無線周波数電力信号を出力するように構成されている多相無線周波数変換器と、
   前記複数の正弦波無線周波数電力信号を受信し、複数の位相における共振周波数において複数のインダクタおよび容量性電極を共振させて、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成されている多相送信共振器と、を備え、
   前記多相送信共振器（３１０、５１２）が、３つのインダクタ（４０４、５１４）および３つの容量性電極（４０６、５１６）を含み、第１の容量性電極（６０２）が、集中キャパシタ（６０８）を介して第３の容量性電極（６０６）に電気的に接続されている、送信機。
2. 前記容量性電極が複数回回転対称である、請求項１に記載の送信機。
3. 前記複数回回転対称の軸が、前記容量性電極の曲率中心の周りで前記容量性電極の主面に垂直である、請求項２に記載の送信機。
4. 前記多相無線周波数変換器が、複数のトランジスタを含む多相無線周波数インバータを含み、各トランジスタが前記多相送信共振器のインダクタに電気的に接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の送信機。
5. 前記多相無線周波数変換器に電気的に接続されている電源を更に備え、前記電源が直流電力信号を出力するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の送信機。
6. 前記多相送信共振器が平衡である、請求項１から５のいずれか一項に記載の送信機。
7. 複数の位相において共振する複数のインダクタおよび容量性電極を含み、共振周波数において共振して、共振電界結合を介して電力を抽出し、複数の正弦波無線周波数電力信号を出力するように構成されている多相受信共振器と、
   前記複数の正弦波無線周波数電力信号を受信し、直流電力信号を出力するように構成された多相整流器と、を備え、
   前記多相受信共振器が、３つのインダクタおよび３つの容量性電極を含み、第１の容量性電極が、集中キャパシタを介して第３の容量性電極に電気的に接続されている、受信機。
8. 前記容量性電極が複数回回転対称である、請求項７に記載の受信機。
9. 前記複数回回転対称の軸は、前記容量性電極の曲率中心の周りで前記容量性電極の主面に垂直である、請求項８に記載の受信機。
10. 前記多相整流器がダイオードの複数のペアを含み、ダイオードの各ペアが前記多相受信共振器のインダクタに電気的に接続されている、請求項７から９のいずれか一項に記載の受信機。
11. 前記多相整流器によって出力された前記直流電力信号を受信するように構成されている負荷を更に備える請求項７から１０のいずれか一項に記載の受信機。
12. 前記多相受信共振器が平衡である、請求項７から１１のいずれか一項に記載の受信機。
13. 送信機であって、
    複数の正弦波無線周波数電力信号を出力するように構成された多相無線周波数変換器と、
    前記複数の正弦波無線周波数電力信号を受信し、複数の位相における共振周波数において複数の送信インダクタおよび送信容量性電極を共振させて、共振電界結合を介して電力を伝達するように構成されている多相送信共振器と、を含む送信機と、
    受信機であって、
    前記複数の位相において共振する複数の受信インダクタおよび受信容量性電極を含み、共振周波数において共振して、共振電界結合を介して電力を抽出し、前記複数の正弦波無線周波数電力信号を出力するように構成されている多相受信共振器と、
    前記複数の正弦波無線周波数電力信号を受信し、直流電力信号を出力するように構成された多相整流器と、を含む受信機と、を備え、
    前記多相送信共振器が、３つの送信インダクタおよび３つの送信容量性電極を含み、第１の送信容量性電極が、集中キャパシタを介して第３の送信容量性電極に電気的に接続されている、および／または、
    前記多相受信共振器が、３つの受信インダクタおよび３つの受信容量性電極を含み、第１の受信容量性電極が、集中キャパシタを介して第３の受信容量性電極に電気的に接続されている、システム。
14. 前記送信容量性電極が複数回回転対称である、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記送信容量性電極の複数回回転対称の軸が、前記送信容量性電極の曲率中心の周りで前記送信容量性電極の主面に垂直である、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記受信容量性電極が複数回回転対称である、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記受信容量性電極の複数回回転対称の軸が、前記受信容量性電極の曲率中心の周りで前記受信容量性電極の主面に垂直である、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記多相無線周波数変換器が、複数のトランジスタを含む多相無線周波数インバータを含み、各トランジスタが前記多相送信共振器のインダクタに電気的に接続されている、請求項１３から１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記送信機が、前記多相無線周波数変換器に電気的に接続されている電源を更に含み、前記電源は、直流電力信号を出力するように構成されている、請求項１３から１８のいずれか一項に記載のシステム。
20. 前記多相送信共振器が平衡である、請求項１３から１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. 前記多相整流器がダイオードの複数のペアを含み、ダイオードの各ペアが前記多相受信共振器のインダクタに電気的に接続されている、請求項１３から２０のいずれか一項に記載のシステム。
22. 前記受信機が、前記多相整流器によって出力された前記直流電力信号を受信するように構成されている負荷を更に含む、請求項１３から２１のいずれか一項に記載のシステム。
23. 前記多相受信共振器が平衡である、請求項１３から２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 電界結合を介して電力を無線で送信する方法であって、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の送信機の多相無線周波数変換器において、複数の正弦波無線周波数電力信号に入力電力信号を変換するステップと、
    前記送信機の多相送信共振器において前記複数の正弦波無線周波数電力信号を受信するステップと、
    前記送信機の多相送信共振器の送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させて、電界を生成するステップと、
    請求項７から１２のいずれか一項に記載の受信機の多相受信共振器によって、電力を抽出するステップであって、前記受信機の多相受信共振器が、生成された電界内に配置される、抽出するステップと、を備える方法。
25. 前記受信機の多相整流器に、受信された正弦波無線周波数電力信号を出力するステップと、
    整流済み信号に前記受信された正弦波無線周波数電力信号を整流するステップと、を更に備える請求項２４に記載の方法。
26. 前記整流済み信号は、直流電力信号である、請求項２５に記載の方法。
27. 前記入力電力信号は、直流電力信号である、請求項２４から２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させることが、前記送信機の多相共振器の共振周波数において前記ペアを共振させることを含む、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させることは、（ｉ－１）×３６０／ｎ度の位相においてｉ番目の送信インダクタおよび容量性電極のペアを共振させることを含み、ｎが正弦波無線周波数電力信号の数である、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の方法。

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