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公開番号2025060727
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2024221693,2021541475
出願日2024-12-18,2020-01-17
発明の名称無線送電システムのための安全エンクロージャ
出願人ワイ-チャージリミテッド
代理人個人,個人,個人
主分類H02J 50/30 20160101AFI20250403BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】レーザ系伝送システムとして、無線電力送信器のエンクロージャが破損する場合であっても非安全なビーム暴露を回避すること保証する無線伝送システムを提供する。
【解決手段】送信器のエンクロージャは、高パワーのビーム800aが送信器から出るのを許容する窓802を含む。窓は、ビームの少なくとも一部分を反射して当該反射されたビームをビーム到達検出器803へ向ける窓領域802aを備え、窓が非破損であるか否かを確定する。検出器は、ビームの十分な部分を受けている場合、非破損窓を示し、これにより、有利なことに、送信器の出口窓が損傷している場合に引き起こされる危険なビーム生成破損が防止される。レーザビームは好ましくは、直線偏光ビームにより生じ得るP偏光成分又はS偏光成分のうち最大のものの反射により引き起こされる危険なレーザ破損を防止するべく、送信器から出る前に1/4波長板806によって円偏光される。
【選択図】図8A-8B
特許請求の範囲【請求項１】
送信器及び受信器を含む無線送電システムであって、
前記送信器は、
（ｉ）ビームを放出するのに適合されるレーザと、
（ｉｉ）前記ビームの光パワーの表示を与えるべく構成されるパワーモニタと、
（ｉｉｉ）光窓を含む外部エンクロージャであって、前記光窓は前記ビームを前記外部エンクロージャから透過させるように構成される、外部エンクロージャと、
（ｉｖ）前記外部エンクロージャの中にある内部エンクロージャであって、
前記レーザと、
前記パワーモニタと、
内部壁と
を含む内部エンクロージャと、
（ｖ）ビーム偏向ユニットと、
（ｖｉ）前記レーザを制御するべく構成される制御ユニットと
を含み、
前記内部壁の少なくとも大部分は複数のビーム阻止特性を有し、
前記ビーム阻止特性は、（ａ）不透明性、（ｂ）少なくとも０．５の光学密度を有する部分透過性、又は（ｃ）拡散性の少なくとも一つであり、
前記壁の前記ビーム阻止部分は、前記ビームの少なくとも一部又は前記ビームの反射を本質的に吸収又は拡散するように構成され、
前記反射は、前記ビームの前記一部若しくは前記ビームの前記反射が前記壁の前記ビーム阻止部分に向けられる場合に前記ビームの中に挿入された物体により引き起こされ、
前記ビーム又は前記ビームの前記反射のいずれの部分も前記光窓を介する以外に前記外部エンクロージャの外に向けられることがなく、
前記システムはさらに、前記外部エンクロージャの前記光窓への損傷の表示を与えるように構成される検出ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記システムの構成の修正を引き起こすことによって前記表示に応答するように構成される、無線送電システム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記システムの前記構成の前記修正は、前記レーザビームにおける修正を含む、請求項１に記載の無線送電システム。
【請求項３】
前記ビームを前記送信器の動作レンジ内で５度以下まで発散させるように構成されるコリメータをさらに含み、
前記コリメータは前記内部エンクロージャの中に配置される、請求項１及び２のいずれか一項に記載の無線送電システム。
【請求項４】
前記外部エンクロージャの窓は、少なくとも９０％の透過率を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線送電システム。
【請求項５】
前記内部エンクロージャの窓は、少なくとも９０％の透過率を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線送電システム。
【請求項６】
前記ビーム偏向器は前記内部エンクロージャの内側に存在する、請求項１から５のいずれか一項に記載の無線送電システム。
【請求項７】
送信器及び受信器を含む無線送電システムであって、
前記送信器は、
パワーを有するビームを放出するのに適合されるレーザと、
コリメータと、
前記ビームの偏光状態を操作するべく構成される偏光要素と、
前記レーザビームのパワーを制御するべく適合されるコントローラと
を含み、
前記受信器は、前記ビームに対する最大許容角度θを有し、
前記偏光要素は、前記送信器から出る前記ビームの偏光状態が楕円となるように構成され、
前記楕円偏光ビームは、大きい方の成分と小さい方の成分とのパワー比μが１より大きい２つの位相シフト直線成分と、前記２つの直線偏光間の位相シフトとを含み、
前記レーザパワーは、前記レーザが放出するビームのパワーＰが、
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ワット未満となるように制御される、無線送電システム。
【請求項８】
無線電力送信器であって、
本質的にコリメートされたレーザビームを放出するべく適合されるレーザと、
前記レーザビームを透過させるべく適合される外部出力窓と、
前記外部出力窓を介して複数の方向のいずれか一つに前記レーザビームを偏向させるべく適合されるビーム偏向ユニットと、
瞳を有する検出器と
を含み、
前記外部出力窓は、前記レーザビームの一部分を前記検出器の前記瞳へと向けて反射するように適合される少なくとも一つの領域を有し、
前記検出器は、前記レーザが前記少なくとも一つの領域に向けられていないときに前記レーザから保護される、無線電力送信器。
【請求項９】
前記システムはさらに、前記ビームの少なくとも一部分を検出し、ひいては前記ビームのパワーを表示するように構成されるパワーモニタを含む、請求項８に記載の無線電力送信器。
【請求項１０】
少なくとも２つのパワーモニタをさらに含む、請求項８及び９のいずれか一項に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に印加レーザ系伝送システムとして、送信器エンクロージャが、当該エンクロージャが破損し得る場合であっても非安全なビーム暴露を回避することを保証する特徴を使用して、家庭環境において光パワーのビームを移動式電子デバイスに送る無線電力ビーム伝送の技術分野に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
物理的な有線接続を必要とすることなく電力を遠隔箇所に安全に伝送することの、長年にわたる切実な必要性が存在する。この必要性は、電池により動作する携帯型電子デバイスが一般的になるにつれ、さらに最近はインターネットオブシングズデバイスが普及するにつれ、この数十年にわたり重要となっている。これらのデバイスは、周期的な再充電を、又は電源への不変な接続を、必要とする。かかる移動式アプリケーションには、移動式電話機、ノートパソコン、車、おもちゃ、装着可能デバイス及び補聴器が含まれる。現在のところ、最新式の電池の容量、及びスマートフォンの典型的な電池の使用は、一日に一回は電池の充電を必要とするというものであり、遠隔無線電池再充電の必要性が重要となる。
【０００３】
電池が発明されてからほぼ一世紀後の１８７０年から１９１０年の間に、テスラは電磁波を使用して長距離送電を試みた。それ以来、遠隔地に安全に電力を伝送するべく多くの試みがなされてきたが、この試みは、送信装置又は受信装置よりも有意に大きな距離にわたって電力を伝送することを特徴とする。これは、１９８０年にＳＨＡＲＰ（静止高高度中継プラットフォーム（ＳｔａｔｉｏｎａｒｙＨｉｇｈＡｌｔｉｔｕｄｅＲｅｌａｙＰｌａｔｆｏｒｍ））プロジェクトを実施したＮＡＳＡから、２００７年にテスラと同様のシステムを実験したＭａｒｉｎＳｏｌｊａｃｉｃまでにわたる。
【０００４】
携帯型電子デバイスの典型的な電池は、１～１００ワット時の容量を有し、典型的には、毎日の充電を必要とするので、かなりの長い範囲でかなりの高い電力の伝送が必要とされる。
【０００５】
したがって、数メートルよりも大きな範囲にわたって電力を安全に携帯型電子デバイスに伝送するべく満たされていない必要性が存在する。
【０００６】
居住環境における無線電力インフラストラクチャの展開のための主な障壁の中には、安全性が存在する。これは、予期せぬ状況における及び／又は訓練されていない人々によって機器が使用されるときの機器の安全性を含む。
【０００７】
現在許可されている伝送レーザパワーレベルまでの公衆の暴露は、複雑な安全システムなしに有用な量の電力を与えるには不十分である。例えば、米国では、連邦規則集、タイトル２１、ボリューム８（２１ＣＦＲ§８）、２０１４年４月改訂、チャプターＩ、サブチャプターＪパート１０４０が、レーザ製品を含む発光製品の性能基準を扱っている。可視範囲外の波長に対しては、クラスＩ、クラスＩＩＩ－ｂ及びクラスＩＶのレーザが存在する（クラスＩＩ、ＩＩａ及びＩＩＩａは、例えば可視レーザのような４００ｎｍから７１０ｎｍのレーザ用である）。可視範囲外のレーザのうち、クラスＩは、一般公衆使用に対して安全とみなされ、クラスＩＩＩｂ及びＩＶは非安全とみなされる。
【０００８】
ここで、０．１～６０秒の暴露に対し、上記２１ＣＦＲ§８によるクラスＩレーザの瞳孔径７ｍｍの場合のＭＰＥ（最大許容露光値）を示す図１を参照する。上記グラフからわかるのは以下の点である。
（ｉ）最大許容露光レベルは、（常にというわけではないが）一般に、波長とともに増加する。
（ｉｉ）人がビームに侵入した後に、２１ＣＦＲ§８に特定される要件を満たすべく例えば０．１秒後にレーザがオフにされたとしても、１．２５Ｗ以下の光が２．５ミクロン超過の波長で伝送され得る。制限は、これより短い波長において桁違いに小さくなり得る。
【０００９】
すなわち、何らかの種類の安全システムがなければ、ほんの数ミリワットのレーザパワーの伝送が許容されるだけであり、これは、電気に変換し直すと、ほとんどの携帯型電子デバイスを充電するのに必要とされる電力よりも有意に少ない電力を供給することとなる。例えば携帯電話機は、モデルによるが、充電に１～１２Ｗを必要とする。
【００１０】
クラス１レーザＭＰＥよりも高いパワーを伝送するには、安全システムが必要となる。かかる安全システムは、例えば、「無線給電のシステム」との名称のＡｌｐｅｒｔらの国際公開第２００７－０３６９３７号において示唆されるものであり、これは、ユーザがビームに侵入するときに当該ユーザを暴露から保護するシステムを開示する。
（【００１１】以降は省略されています）

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