[发明专利]无线非辐射能量传递

说明书

本申请是申请日为2006年07月05日，题为“无线非辐射能量传递”，申请号为200680032299.2的专利申请的分案申请。

优先权信息

本申请要求2005年7月12日提交的临时申请No.60/698442的优先权，将其全部并入本文中作为参考。

技术领域

本申请涉及振荡共振电磁模式的领域，尤其涉及用于无线非辐射能量传递的具有局部缓慢渐逝场图样的振荡共振电磁模式。

技术背景

在电磁学的早期，部署电线输电网络之前，人们投入大量的热情和努力研究开发不需要任何载体媒介来无线长距离传送能量的方案。这些努力看起来取得很少成就。全向天线的辐射模式对于信息传递来说十分有效，但是不适合这种能量传递，这是因为绝大多数能量浪费在自由空间中。使用激光器和强方向性天线的定向辐射模式可以被高效率地用于即使长距离（传递距离L_传递>>L_设备，其中L_设备是设备的特征尺寸）的能量传递，但是在移动对象的情况下需要存在不可中断的视线和复杂的跟踪系统。

近年来自主电子设备的快速发展（例如，手提电脑、蜂窝电话、家用自动机，它们通常都依靠化学能量存储）提供了重新研究这个课题的需要。今天，已有的电线网络几乎在任何地方运载能量，即使中距离的无线非辐射能量传递也是十分有用的。当前用于某些重要应用的一个方案依靠电磁感应，但是这种方案限制于很近距离（L_传递<<L_设备）的能量传递。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种电磁能量传递设备。该电磁能量传递设备包括用于从外部电源接收能量的第一共振器结构。第一共振器结构具有第一品质因数（Q-factor）。第二共振器结构位于远离第一共振器结构的位置，向外部负载供应可用的工作功率。该第二共振器结构具有第二品质因数。这两个共振器之间的距离可以大于每个共振器的特征尺寸。通过耦合第一共振器结构和第二共振器结构的共振场渐逝迹线（tail），实现第一共振器结构和第二共振器结构之间的非辐射能量传递。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电磁能量传递方法。该方法包括提供用于从外部电源接收能量的第一共振器结构。第一共振器结构具有第一品质因数。该方法还包括第二共振器结构，其位于远离第一共振器结构的位置，向外部负载供应可用的工作功率。该第二共振器结构具有第二品质因数。这两个共振器之间的距离可以大于每个共振器的特征尺寸。另外，该方法包括通过耦合第一共振器结构和第二共振器结构的共振场渐逝迹线在第一共振器结构和第二共振器结构之间传递非辐射能量。

附图说明

图1示出了说明本发明一个示例性实施例的示意图；

图2A是与电场一起的半径为r的高指标（index）圆盘腔的数值FDTD结果；图2B是针对两个共振圆盘腔之间的中距离耦合的数值FDTD结果：最初，所有能量在一个腔中（左面），一定时间之后，两个腔被相等地激励（右面）。

图3是示出了两个电容性负载的导线环的示意图；

图4A和4B是针对由于从外部对象的散射而导致共振盘腔的辐射Q降低的数值FDTD结果；

图5是针对在存在外部对象的情况下两个共振盘腔之间的中距离耦合的数值FDTD结果；

图6A和6B示出了作为耦合-到-k/Γ_d的函数，将所供功率转换成有用功的效率（η_w）、设备处的辐射和欧姆损耗的效率（η_d）、源处的辐射和欧姆损耗的效率（η_s）、以及人体内部的消散的效率（η_h）；在图（a）中，选择Γ_w以最小化设备中存储的能量，在图（b）中，选择Γ_w以最大化对于每个k/Γ_d的效率η_w。

具体实施方式