用於無線能量傳輸的方法
2023-05-26 17:28:56 1
用於無線能量傳輸的方法
【專利摘要】本發明涉及用於無線能量傳輸的方法和用於無線能量傳輸的設備。該無線能量傳輸的設備包括第一諧振器結構，用於在大於第二諧振器結構的特徵尺寸的距離上與第二諧振器結構以非輻射方式傳輸能量。所述非輻射能量傳輸是通過耦合所述第一諧振器結構的諧振場漸逝尾部和所述第二諧振器結構的諧振場漸逝尾部來實現的。
【專利說明】用於無線能量傳輸的方法
[0001]本申請是申請日為2007年6月11日、發明名稱為「無線能量傳輸」的專利申請200780053126.3的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本臨時申請涉及到2007年3月27日提交的美國專利申請60/908383、2006年7月7日提交的美國專利申請11/481077以及2005年7月12日提交的美國臨時專利申請60/698442。在此通過引用將2006年7月7日提交的美國專利申請11/481077和2005年7月12日提交的美國臨時專利申請60/698442中的每一個的全文併入本文。
【背景技術】
[0004]本申請涉及無線能量傳輸。可以在例如向獨立電氣或電子裝置供電的應用中使用無線能量傳輸。
[0005]全向天線的輻射模式(用於信息傳輸效果很好)不適於這種能量傳輸，這是因為絕大多數能量都浪費到自由空間中了。即使對於長距離(傳輸距離LTEANS?LDEV，其中ldev是裝置和/或源的特徵尺寸)來說，也可以將使用雷射或高定向性天線的定向輻射模式有效地用於能量傳輸，但對於移動物體而言，該定向輻射模式要求視線無遮擋和複雜的跟蹤系統。一些傳輸方案依賴於感應，但一般都限於非常近範圍(Lteans〈〈Ldev)或小功率(~mV)的能量傳輸。
[0006]近年來獨立電子 裝置的迅速發展(例如膝上型電腦、手機、家用機器人，它們一般都依賴於化學能量存儲)已經導致了越來越需要無線能量傳輸。
【發明內容】
[0007]本發明人已經認識到，可以將漸逝場模式限於局部區域的具有耦合諧振模式的諧振物體用於無線非輻射能量傳輸。儘管與其它非諧振的周圍物體交互很微弱，但諧振物體往往會與周圍物體耦合。通常，利用下述技術，隨著耦合增強，傳輸效率也增大。在一些實施例中，利用以下技術，能量傳輸率(速率)可以大於能量損耗率(速率)。因此，可以在諧振物體之間實現高效的無線能量交換，同時僅有適度的能量會傳輸和耗散到其他非諧振物體中。近場的幾乎全向但穩定(無損耗)的性質使這種機制適於移動無線接收機。因此，各實施例具有很多可能的應用，例如包括將源(例如連接到有線電網的源)放置於工廠房間的頂棚上，而裝置(機器人、車輛、計算機等)在房間內自由漫遊。其它應用包括用於電動公共汽車和/或混合動力車和植入性醫療裝置的電源。
[0008]在一些實施例中，諧振模式是所謂的磁諧振，對於磁諧振而言，諧振物體周圍的大部分能量存儲於磁場中，即在諧振物體外部僅有非常小的電場。由於大部分日常材料(包括動物、植物和人)都是非磁性的，因此它們與磁場的交互最小。這對於安全性以及減少與無關的周圍物體交互而言都是重要的。
[0009]在一個方面中，公開了一種用於無線能量傳輸的設備，其包括第一諧振器結構，用於在大於第二諧振器結構的特徵尺寸L2的距離D上與第二諧振器結構以非輻射方式傳輸能量。所述非輻射能量傳輸是通過耦合所述第一諧振器結構的諧振場漸逝尾部(evanescent tail)和所述第二諧振器結構的諧振場漸逝尾部來實現的(mediated)。在一些實施例中，D還大於如下各項中的一個或多個:第一諧振器結構的特徵尺寸U、第一諧振器結構的特徵寬度以及第一諧振器結構的特徵厚度。該設備可以包括以下特徵中的任何特徵，該任何特徵指的是以下特徵中的單個特徵或以下特徵中的特徵的組合。
[0010]在一些實施例中，所述第一諧振器結構被配置成向所述第二諧振器結構傳輸能量。在一些實施例中，所述第一諧振器結構被配置成從所述第二諧振器結構接收能量。在一些實施例中，所述設備包括所述第二諧振器結構。
[0011]在一些實施例中，所述第一諧振器結構具有諧振頻率因數Qi和諧振寬度gamma\，所述第二諧振器結構具有諧振頻率《2、q因數％和諧振寬度r2，並且非輻射傳輸具有速率Κ。在一些實施例中，所述頻率0^和(02大約位於所述諧振寬度1\和gamma2中的較窄者之中。
[0012]在一些實施例中，;01>200且％>200;01>500且％>500 4)1000 且Q2>1000。在一些實施例中，Q!>200 或 Q2>200 #>500 或 Q2>500 #>1000 或 Q2>1000。
[0013]在一些實施例中，f禹合損耗比(couplingto loss ratio)
【權利要求】
1.一種用於無線能量傳輸的方法，所述方法包括:在距離D上在第一諧振器結構與第二諧振器結構之間以非輻射方式傳輸能量，所述第一諧振器結構具有諧振頻率為和諧振寬度為的第一模式，所述第二諧振器結構具有諧振頻率為ω2和諧振寬度為gamma2的第二模式，並且所述距離D至少大於所述第二諧振器結構的特徵尺寸L2，所述第二諧振器結構的所述特徵尺寸L2等於能夠包圍整個所述第二諧振器結構的最小球體的半徑，其中非輻射能量傳輸是通過耦合所述第一諧振器結構的諧振場漸逝尾部和所述第二諧振器結構的諧振場漸逝尾部來實現的，並且將參數rwOTk/r調節為匹配其最佳值，其中rwOTk是工作提取率，而gamma是淨損耗速率，其中所述諧振寬度是由相應諧振器結構的固有損耗造成的。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一諧振器結構具有Q因數Qi= ω1/(2gamma1),所述第二諧振器結構具有Q因數Q2= ω 2/ (2 gamma 2)，非輻射能量傳輸具有速率κ，並且QAlOCmQAlOO。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述能量傳輸的輻射損耗iiMd比大約10%小，且耦合損耗比
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述能量傳輸的輻射損耗η-比大約1%小，且耦合損耗比
5.根據權利要求1到4中的任一項所述的方法，還包括反饋機構，其中所述反饋機構包括具有固定頻率的振蕩器，並且所述反饋機構用於將一個或多個所述諧振器結構的諧振頻率調節到大約等於所述固定頻率。
6.根據權利要求1到4中的任一項所述的方法，還包括:監測所述能量傳輸的效率，以及調節一個或多個所述諧振器結構的諧振頻率以使所述效率最大化。
7.根據權利要求1到4中的任一項所述的方法，還包括:監測一個或多個所述諧振器結構的頻率。
8.根據權利要求1到4中的任一項所述的方法，還包括:提供所述諧振器結構之間的信息交換，以及基於所述信息交換來維持所述諧振頻率。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括:監測所述諧振器結構中的作為源物體的諧振器結構的頻率，以及向所述諧振器結構中的作為裝置物體的另一個諧振器結構發送所監測到的頻率。
10.根據權利要求2所述的方法，其中所述諧振器結構被設計為具有QA200且Q2>200。
【文檔編號】H02J17/00GK103633745SQ201310098809
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2007年6月11日 優先權日:2007年3月27日
【發明者】A·卡拉裡斯, A·B·庫爾斯, R·莫法特, J·D·瓊諾普洛斯, P·H·費希爾, M·索亞契奇 申請人:麻省理工學院