JP2023508617A - 高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、Ｎ個の共振回路を含み、Ｎが奇数Ｎ次複合コイルを提供するステップと、Ｍ個の共振回路を含み、Ｍが偶数であるＭ次複合コイルを提供するステップと、隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量を接続するステップと、ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、２つの複合コイルのうちの１つ目の共振回路を結合接続するステップと、負荷と交流電源を接続するステップと、ワイヤレスエネルギー伝送中、最適な伝送効率を得るように、結合距離の変化による結合強度の変化に応じて、２つの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量を調節するステップと、を含む、高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法に関する。本発明は奇数次空間－時間対称性による独特な、結合距離と無関係の純実数固有周波数を利用することで、ワイヤレスエネルギー伝送に周波数追跡が必要なくなり、また結合距離の変化に応じて容量の大きさを調節することで、好ましい伝送効率を得る。【選択図】図１
Description
本発明は、ワイヤレスエネルギー伝送の技術分野に関し、特に高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法に関する。
近年、量子力学における空間－時間（Ｐａｒｉｔｙ－Ｔｉｍｅ：ＰＴ）対称の概念が幅広く研究されている。空間反転と時間反転との協同操作において、ＰＴ対称は変わらない。このようなＰＴ対称システムには純実数の特徴値があり、そのうち、除外点（Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌ ｐｏｉｎｔ：ＥＰ）は対称保護と対称破壊の相の間にある相転位に現れる。光学・光子システムでは、ＰＴ対称、利得と損失との間における相互作用、および異なるグループの間の結合強度によって、例えば、コヒーレント完全吸収、トポロジカル相制御、キラルモードや強化されたセンサなどの様々な面白い現象を引き起こす。
なお、ＰＴ対称概念は安定した伝送を実現するワイヤレスエネルギー伝送（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＷＰＴ）技術にも使用されている。無線周波（Ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）ＷＰＴ技術の植込み型医療機器、電気自動車などへの一連の実際的な応用は研究面で注目を集めている。一般的には、ＷＰＴシステムは主に、２つの磁界結合共振コイル（送信コイルと受信コイル）からなり、２つの磁界結合共振コイルはそれぞれソース端と負荷端に置かれている。ソースと送信コイル、送信コイルと受信コイル、受信コイルと負荷の間の結合レートをそれぞれ調節することで、有効的なエネルギー伝送が得られる。
しかし、二次ＰＴ対称電子システムでは、精確的なＰＴ対称相にはとても強い結合強度が必要であるため、分岐した純実数固有周波数が現れるため、結合強度と関連して変化する純実数固有周波数を追跡するように、作動周波数を調節することが必要となる。なお、システムが破れたＰＴ相（つまり、弱結合領域）である場合、固有周波数の実部は変化しないが、固有周波数虚部の増加のため、システムの伝送効率は結合距離の増大に伴って急激に低下する。
なお、ＰＴ対称概念は安定した伝送を実現するワイヤレスエネルギー伝送（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＷＰＴ）技術にも使用されている。無線周波（Ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）ＷＰＴ技術の植込み型医療機器、電気自動車などへの一連の実際的な応用は研究面で注目を集めている。一般的には、ＷＰＴシステムは主に、２つの磁界結合共振コイル（送信コイルと受信コイル）からなり、２つの磁界結合共振コイルはそれぞれソース端と負荷端に置かれている。ソースと送信コイル、送信コイルと受信コイル、受信コイルと負荷の間の結合レートをそれぞれ調節することで、有効的なエネルギー伝送が得られる。
しかし、二次ＰＴ対称電子システムでは、精確的なＰＴ対称相にはとても強い結合強度が必要であるため、分岐した純実数固有周波数が現れるため、結合強度と関連して変化する純実数固有周波数を追跡するように、作動周波数を調節することが必要となる。なお、システムが破れたＰＴ相（つまり、弱結合領域）である場合、固有周波数の実部は変化しないが、固有周波数虚部の増加のため、システムの伝送効率は結合距離の増大に伴って急激に低下する。
本発明は、従来技術の欠陥を克服し、固有周波数虚部の増加のためシステムの伝送効率が結合距離の増大に伴って急激に低下する、という従来の周波数追跡ＷＰＴ技術に存在している問題を解決する高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法を提供することを目的とする。周波数追跡、余分なコイルの追加、コイル構造の最適化を必要とせず、比較的大きい結合距離範囲でも好ましい伝送効率が得られることを実現する。
前記目的を実現する技術方案は下記のとおりである。
本発明は、Ｎ個の共振回路を含むＮ次複合コイルであって、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、Ｎが３以上である場合、前記Ｎ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されているＮ次複合コイルを提供するステップと、Ｍ個の共振回路を含むＭ次複合コイルであって、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、前記Ｍ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されているＭ次複合コイルを提供するステップと、ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とを結合接続するステップと、前記Ｎ次複合コイルを負荷に接続し、前記Ｍ次複合コイルを交流電源に接続し、または前記Ｎ次複合コイルを交流電源に接続し、前記Ｍ次複合コイルを負荷に接続するステップと、ワイヤレスエネルギー伝送中、最適なワイヤレスエネルギー伝送効率を得るように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の容量を調節するステップと、を含む、高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法を提供する。
本発明は、Ｎ個の共振回路を含むＮ次複合コイルであって、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、Ｎが３以上である場合、前記Ｎ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されているＮ次複合コイルを提供するステップと、Ｍ個の共振回路を含むＭ次複合コイルであって、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、前記Ｍ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されているＭ次複合コイルを提供するステップと、ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とを結合接続するステップと、前記Ｎ次複合コイルを負荷に接続し、前記Ｍ次複合コイルを交流電源に接続し、または前記Ｎ次複合コイルを交流電源に接続し、前記Ｍ次複合コイルを負荷に接続するステップと、ワイヤレスエネルギー伝送中、最適なワイヤレスエネルギー伝送効率を得るように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の容量を調節するステップと、を含む、高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法を提供する。
本発明は、三次及びそれ以上の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法を提供し、かつ高次が奇数次であり、奇数次空間－時間対称性による独特で、結合距離と無関係の純実数固有周波数を利用することで、ワイヤレスエネルギー伝送に周波数追跡が必要なくなり、また、ワイヤレスエネルギー伝送中の結合距離の変化に応じて容量の大きさを調節することで、コイル構造を変化させず、または余分なコイルを追加せずに、比較的大きい結合距離範囲内でも好ましい伝送効率が得られ、伝送効率が結合距離の増大に伴って急激に低下する、という従来の二次ＰＴ対称に存在している問題を解決する。高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送は、二次ＰＴ対称システムに比べて、除外点（ＥＰ）に対応する界限結合強度が小さく、それとともに結合距離が大きいため、ワイヤレスエネルギーの有効的な伝送距離も大きい。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法のさらなる改善として、隣接する２つの共振回路に散乱容量を接続する際に、前記散乱容量の一端を隣接する２つの共振回路におけるコイルの間に接続し、他端を隣接する２つの共振回路における容量の間に接続する。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法のさらなる改善として、容量を調節する際に、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の間に接続されている散乱容量を調節することによって、容量調節による結合強度を、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させる。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法のさらなる改善として、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路は前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路であり、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路は前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路である。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法のさらなる改善として、前記Ｎ次複合コイルのＮが３であり、前記Ｍ次複合コイルのＭが２である。
また、本発明は、Ｎ個の共振回路を含むＮ次複合コイルであって、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、Ｎが３以上である場合、前記Ｎ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続される、Ｎ次複合コイルと、Ｍ個の共振回路を含むＭ次複合コイルであって、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、前記Ｍ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続され、ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路が結合接続されている、Ｍ次複合コイルと、前記Ｎ次複合コイルに接続され、かつ負荷または交流電源に接続可能な、第１のポートと、前記Ｍ次複合コイルに接続され、かつ交流電源または負荷に接続可能な、第２のポートと、前記Ｎ次複合コイルまたは前記Ｍ次複合コイルに接続されている処理モジュールと、を備え、前記処理モジュールは、システムの最適なエネルギー伝送効率が得られるように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の容量を調節するために用いられる、高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムが提供される。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムのさらなる改善として、前記散乱容量の一端が隣接する２つの共振回路におけるコイルの間に接続され、他端が隣接する２つの共振回路における容量の間に接続されている。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムのさらなる改善として、前記処理モジュールで容量を調節する際に、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の間に接続されている散乱容量を調節することによって、容量調節による結合強度を、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させる。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムのさらなる改善として、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記処理モジュールは前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路をそれと対称な共振回路とし、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記処理モジュールは前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路をそれと対称な共振回路とする。
本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムのさらなる改善として、前記Ｎ次複合コイルのＮが３であり、前記Ｍ次複合コイルのＭが２である。
以下、図面と具体的な実施例を参照して本発明をさらに説明する。
図１を参照する。本発明は、ワイヤレスエネルギー伝送の伝送効率が結合距離の増大に伴って急激に低下するという、従来技術における問題を解決するための、高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法を提供する。当該ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法はワイヤレス電気エネルギの伝送に適用し、結合距離の変化によって急激に低下することのない安定した伝送効率を提供する。本発明に係るワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法は、奇数次空間－時間対称性による独特で結合距離と無関係の純実数固有周波数という特徴を利用することで、周波数追跡を必要としない高効率で安定したワイヤレスエネルギー伝送を実現し、また、ワイヤレスエネルギー伝送中、結合距離の変化に応じて対応する容量の大きさを調節することで、高次ＰＴ対称性を実現して、最適な伝送効率を実現する。
以下、図面を参照して、本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法について説明する。
以下、図面を参照して、本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム及び方法について説明する。
図１には、本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムにおける三次等価回路図を示す。以下、図１を参照して、本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムについて説明する。
図１に示すように、本発明に係る高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムは、Ｎ次複合コイル２０と、Ｍ次複合コイル３０と、第１のポート４０と、第２のポート５０と、処理モジュールとを含む。そのうち、Ｎ次複合コイル２０はＮ個の共振回路を含み、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、つまり、Ｎ次複合コイル２０は奇数次複合コイルであり、奇数個の共振回路を含む。また、Ｎが３以上である場合、図２に示すように、当該Ｎ次複合コイル２０において、隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続される。
Ｍ次複合コイル３０はＭ個の共振回路を含み、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、つまり、当該Ｍ次複合コイル３０は偶数次複合コイルであり、偶数個の共振回路を含み、当該Ｍ次複合コイル３０において、隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されている。ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路とＮ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とは結合接続されており、具体的には、図１に示すように、Ｍ次複合コイル３０の１つ目の共振回路における共振コイルＬ２１とＮ次複合コイル２０の１つ目の共振回路における共振コイルＬ１１とが結合接続されている。
Ｍ次複合コイル３０はＭ個の共振回路を含み、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、つまり、当該Ｍ次複合コイル３０は偶数次複合コイルであり、偶数個の共振回路を含み、当該Ｍ次複合コイル３０において、隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されている。ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路とＮ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とは結合接続されており、具体的には、図１に示すように、Ｍ次複合コイル３０の１つ目の共振回路における共振コイルＬ２１とＮ次複合コイル２０の１つ目の共振回路における共振コイルＬ１１とが結合接続されている。
第１のポート４０はＮ次複合コイル２０に接続され、当該第１のポート４０は負荷または交流電源と接続可能であり、第１のポート４０に負荷が接続される場合、当該Ｎ次複合コイル２０はエネルギー受信端として、第１のポート４０を介して負荷に給電する。第１のポート４０に交流電源が接続される場合、当該Ｎ次複合コイル２０はエネルギー送信端として、対応するエネルギー受信端に電源を提供する。
第２のポート５０はＭ次複合コイル３０に接続され、当該第２のポート５０には交流電源や負荷が接続でき、具体的には、第１のポート４０に負荷が接続されている場合、当該第２のポート５０に交流電源が接続され、交流電源はＭ次複合コイル３０に交流電気を提供し、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路の共振コイルを介してＮ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路の共振コイルに伝送してから、第１のポート４０を介して負荷に提供することによって、負荷に給電または充電することが実現される。
第１のポート４０に交流電源が接続されている場合、当該第２のポート５０に負荷が接続され、交流電源から提供された交流電気がＮ次複合コイル２０、Ｍ次複合コイル３０及び第２のポート５０を介して負荷に伝送されることによって、負荷に給電または充電することが実現される。
第１のポート４０に交流電源が接続されている場合、当該第２のポート５０に負荷が接続され、交流電源から提供された交流電気がＮ次複合コイル２０、Ｍ次複合コイル３０及び第２のポート５０を介して負荷に伝送されることによって、負荷に給電または充電することが実現される。
処理モジュールはＮ次複合コイル２０またはＭ次複合コイル３０に接続され、当該処理モジュールは、システムの最適なエネルギー伝送効率を得るように、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の容量を調節するために使用されている。Ｎは奇数であり、Ｍは偶数であるため、Ｎ＋Ｍ個の共振回路は奇数となる。当該奇数個の共振回路が中央に位置する共振回路を軸として対称に設けられ、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路とを接続すれば、Ｎ＋Ｍ個の共振回路おうち中央に位置する共振回路が判明し、さらに、当該中央の共振回路を軸として、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路、および、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路とが判明し、この２つの共振回路に接続されている容量を可変容量とすることで、容量の調節によってシステムの最適なエネルギー伝送効率を得る。
本発明のワイヤレスエネルギー伝送システムはＮ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０とを含み、Ｎが奇数であり、Ｍが偶数であり、当該Ｎ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０とを結合して奇数次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムを形成する。奇数次空間－時間対称性による独特で結合距離と無関係の純実数固有周波数という特徴を利用して、本発明のワイヤレスエネルギー伝送システムは、Ｎ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０をそれぞれエネルギー送信端およびエネルギー受信端とし、Ｎ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０における送信コイルと受信コイルを前記の純実数固有周波数の範囲内で作動させることで、設計が複雑な周波数追跡回路を省くことができる。
ワイヤレス電気エネルギ伝送方法の実施例において、コイル間の結合距離が変化し、それとともに結合強度も変化するため、複合コイルにおける容量値を調節することで容量による結合強度を、距離による結合強度と同一させることで、システムの最適な伝送効率を得る。システムが理想の状態にある（つまり、システムに固有損失が完全にない）場合、１００％の伝送効率を実現でき、その効果を図７に示す。ただし、実際の（システムには実際の固有損失がある）場合、エネルギー伝送効率は結合強度の低減に伴って落ちるが、その程度は比較的緩やかであり、その効果を図６に示す。
ワイヤレス電気エネルギ伝送方法の実施例において、コイル間の結合距離が変化し、それとともに結合強度も変化するため、複合コイルにおける容量値を調節することで容量による結合強度を、距離による結合強度と同一させることで、システムの最適な伝送効率を得る。システムが理想の状態にある（つまり、システムに固有損失が完全にない）場合、１００％の伝送効率を実現でき、その効果を図７に示す。ただし、実際の（システムには実際の固有損失がある）場合、エネルギー伝送効率は結合強度の低減に伴って落ちるが、その程度は比較的緩やかであり、その効果を図６に示す。
好ましくは、Ｎ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０における共振回路はいずれも１つの容量と１つのコイルとを含み、且つＮ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０の１つ目の共振回路におけるコイルは共振コイルであり、送信コイルまたは受信コイルとして、当該共振コイルは分布式コイルが採用される。Ｎ次複合コイル２０とＭ次複合コイル３０において、１つ目の共振回路以外のすべての共振回路におけるコイルは集中式インダクタンスである。
さらに、共振コイルは絶縁非磁性フレームとワイヤーからなり、当該絶縁非磁性フレームは透明な円柱状有機ガラス管であり、当該ワイヤーはリッツ線であり、当該有機ガラス管の材質はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であり、当該有機ガラス管の外径の半径は３０ｃｍ、内径の半径は２９．３ｃｍ、厚みは０．７ｃｍ、長さは６．５ｃｍである。当該リッツ線はポリウレタン被覆線を芯線とするポリエステル被覆線であり、仕様は０．０７８＊４００本であり、当該リッツ線の断面直径は約３．９ｍｍ、銅コアの断面積は約１．９１ ｍｍ２である。当該リッツ線を当該有機ガラス管側面に緊密に複数周巻き付け、巻付周数は２５周が好ましく、且つ作動波長の１／１０００よりも小さいセルサイズを有することで、深サブ波長の特徴を有する特性を実現することができる。集中式インダクタンスは環状のＦｅＳｉＡｌインダクタンスであり、型番はＳ１０６１２５、２７ｍｍ、１２Ａである。容量はいずれも１０００Ｖ以上の高圧に耐える集中式の金属化ポリエステルフィルムからなるスロットイン容量である。
さらに、共振コイルは絶縁非磁性フレームとワイヤーからなり、当該絶縁非磁性フレームは透明な円柱状有機ガラス管であり、当該ワイヤーはリッツ線であり、当該有機ガラス管の材質はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であり、当該有機ガラス管の外径の半径は３０ｃｍ、内径の半径は２９．３ｃｍ、厚みは０．７ｃｍ、長さは６．５ｃｍである。当該リッツ線はポリウレタン被覆線を芯線とするポリエステル被覆線であり、仕様は０．０７８＊４００本であり、当該リッツ線の断面直径は約３．９ｍｍ、銅コアの断面積は約１．９１ ｍｍ２である。当該リッツ線を当該有機ガラス管側面に緊密に複数周巻き付け、巻付周数は２５周が好ましく、且つ作動波長の１／１０００よりも小さいセルサイズを有することで、深サブ波長の特徴を有する特性を実現することができる。集中式インダクタンスは環状のＦｅＳｉＡｌインダクタンスであり、型番はＳ１０６１２５、２７ｍｍ、１２Ａである。容量はいずれも１０００Ｖ以上の高圧に耐える集中式の金属化ポリエステルフィルムからなるスロットイン容量である。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、散乱容量の一端は隣接する２つの共振回路におけるコイルの間に接続され、他端は隣接する２つの共振回路における容量の間に接続されている。
図１に示す実例では、Ｍ次複合コイル３０は二次複合コイルであり、２つの共振回路を含み、１つ目の共振回路における共振コイルＬ２１と２つ目の共振回路におけるコイルＬ２２とが接続され、１つ目の共振回路における共振容量Ｃ２１と２つ目の共振回路における容量Ｃ２２とが接続され、散乱容量Ｃ００の一端は共振コイルＬ２１とコイルＬ２２との間に接続され、他端は共振容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に接続され、第２のポート５０はコイルＬ２２と容量Ｃ２２との間に接続されている。
図２に示す実例では、Ｎ次複合コイル２０は三次複合コイルであり、３つの共振回路を含む。１つ目の共振回路における共振コイルＬ３１が２つ目の共振回路におけるコイルＬ３２および３つ目の共振回路におけるコイルＬ３３に接続され、１つ目の共振回路における容量Ｃ３１が２つ目の共振回路における容量Ｃ３２および３つ目の共振回路における容量Ｃ３３に接続され、１つの散乱容量Ｃ０１の一端は共振コイルＬ３１とコイルＬ３２との間に接続され、他端は共振容量Ｃ３２と容量Ｃ３２との間に接続され、別の１つの散乱容量Ｃ０３の一端はコイルＬ３２とコイルＬ３３との間に接続され、他端は容量Ｃ３２と容量Ｃ３３との間に接続され、第１のポート４０はコイルＬ３３と容量Ｃ３３との間に接続されている。
図１に示す実例では、Ｍ次複合コイル３０は二次複合コイルであり、２つの共振回路を含み、１つ目の共振回路における共振コイルＬ２１と２つ目の共振回路におけるコイルＬ２２とが接続され、１つ目の共振回路における共振容量Ｃ２１と２つ目の共振回路における容量Ｃ２２とが接続され、散乱容量Ｃ００の一端は共振コイルＬ２１とコイルＬ２２との間に接続され、他端は共振容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に接続され、第２のポート５０はコイルＬ２２と容量Ｃ２２との間に接続されている。
図２に示す実例では、Ｎ次複合コイル２０は三次複合コイルであり、３つの共振回路を含む。１つ目の共振回路における共振コイルＬ３１が２つ目の共振回路におけるコイルＬ３２および３つ目の共振回路におけるコイルＬ３３に接続され、１つ目の共振回路における容量Ｃ３１が２つ目の共振回路における容量Ｃ３２および３つ目の共振回路における容量Ｃ３３に接続され、１つの散乱容量Ｃ０１の一端は共振コイルＬ３１とコイルＬ３２との間に接続され、他端は共振容量Ｃ３２と容量Ｃ３２との間に接続され、別の１つの散乱容量Ｃ０３の一端はコイルＬ３２とコイルＬ３３との間に接続され、他端は容量Ｃ３２と容量Ｃ３３との間に接続され、第１のポート４０はコイルＬ３３と容量Ｃ３３との間に接続されている。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、図１と図２に示すように、処理モジュールで容量を調節する際に、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の間に接続されている散乱容量を調節することによって、容量調節による結合強度を、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させる。
図１を例にすると、Ｎは１であり、Ｍは２であり、当該システムは合計３つの共振回路を含み、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル３０における２つ目の共振回路とは、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路を軸として対称に設けられ、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路はそれ自身と対称であると見なしてもよい。また、図１に示すシステムでは、処理モジュールはＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路の容量Ｃ２１、Ｍ次複合コイル３０のうちの２つ目の共振回路の容量Ｃ２２、及びＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路と２つ目の共振回路との間に接続されている散乱容量Ｃ００を調節する。
好ましくは、図１に示すシステムでは、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路の容量、２つ目の共振回路の容量及び１つ目の共振回路と２つ目の共振回路との間に接続されている散乱容量はすべて可変容量である。
ワイヤレスエネルギー伝送システムでは、エネルギー送信端とエネルギー受信端との間の距離が変化する場合、つまり、図１に示すように、共振コイルＬ１１と共振コイルＬ２１との間の距離が変化する場合、共振コイルＬ１１と共振コイルＬ２１との間の結合強度はそれに伴って変化し、処理モジュールは共振コイルＬ１１と共振コイルＬ２１との間の結合強度の変化を検知すると、当該結合強度の変化に応じて自己整合的に容量Ｃ２１、容量Ｃ２２及び散乱容量Ｃ００を調節することによって、容量Ｃ２１、容量Ｃ２２及び散乱容量Ｃ００の調節による結合強度を共振コイルＬ１１と共振コイルＬ２１との間の結合強度と同一にし、システムの最適なエネルギー伝送効率を得、システムの安定したエネルギー伝送という効果を実現する。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、処理モジュールはＮ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路をそれと対称な共振回路とする。Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、処理モジュールはＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路作をそれと対称な共振回路とする。
図２に示すように、図２に示すシステムにおいて、Ｎは３であり、Ｍは２であり、合計５つの共振回路を含み、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路とが接続され、５つの共振回路によってＮ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路を軸として対称に設けられている回路構造が形成され、そのうち、Ｍ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路はＮ次複合コイル２０のうちの２つ目の共振回路であり、Ｎ次複合コイル３０のうちの１つ目の共振回路はＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置し、それ自身と対称である。
処理モジュールは図２に示すシステムの容量を調節する際に、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路の容量Ｃ３１、２つ目の共振回路の容量Ｃ３２及び１つ目の共振回路と２つ目の共振回路との間に接続されている散乱容量Ｃ０１を調節することによって、容量調節による結合強度を、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させる。
処理モジュールは図２に示すシステムの容量を調節する際に、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路の容量Ｃ３１、２つ目の共振回路の容量Ｃ３２及び１つ目の共振回路と２つ目の共振回路との間に接続されている散乱容量Ｃ０１を調節することによって、容量調節による結合強度を、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させる。
好ましくは、Ｎ次複合コイル２０のうちの１つ目の共振回路の容量Ｃ３１、２つ目の共振回路の容量Ｃ３２及び１つ目の共振回路と２つ目の共振回路との間に接続されている散乱容量Ｃ０１はすべて可変容量である。
本発明に係る一つの具体的な実施形態において、図１は三次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムの等価回路図を示す。そのうち、Ｎ次複合コイル２０は一次複合コイルであり、１つの共振回路を含み、共振コイルＬ１１と容量Ｃ１１とは直列接続され、共振コイルＬ１１と容量Ｃ１１との間に第１のポート４０が接続されている。
Ｍ次複合コイル３０は二次複合コイルであり、２つの共振回路を含み、共振コイルＬ２１と容量Ｃ２１とは直列接続され、コイルＬ２２と共振コイルＬ２１とは直列接続され、コイルＬ２２と容量Ｃ２２との間に第２のポート５０が接続され、容量Ｃ２２と共振容量Ｃ２１とは接続され、散乱容量Ｃ００の一端は共振コイルＬ２１とコイルＬ２２との間に接続され、他端は共振容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に接続されている。また、Ｎ次複合コイル２０は送信端としても受信端としてもよく、それに応じて、Ｍ次複合コイル３０は受信端としても送信端としてもよい。共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１とが結合接続されていることで、ワイヤレス電気エネルギ伝送が実現される。
Ｍ次複合コイル３０は二次複合コイルであり、２つの共振回路を含み、共振コイルＬ２１と容量Ｃ２１とは直列接続され、コイルＬ２２と共振コイルＬ２１とは直列接続され、コイルＬ２２と容量Ｃ２２との間に第２のポート５０が接続され、容量Ｃ２２と共振容量Ｃ２１とは接続され、散乱容量Ｃ００の一端は共振コイルＬ２１とコイルＬ２２との間に接続され、他端は共振容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に接続されている。また、Ｎ次複合コイル２０は送信端としても受信端としてもよく、それに応じて、Ｍ次複合コイル３０は受信端としても送信端としてもよい。共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１とが結合接続されていることで、ワイヤレス電気エネルギ伝送が実現される。
当該三次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムにおいて、共振コイルＬ１１、共振コイルＬ２１及びコイルＬ２２のインダクタンス値は同一である。容量Ｃ１１は固定容量であり、容量Ｃ２１、容量Ｃ２２及び散乱容量Ｃ００は可変容量であり、且つ容量Ｃ２１と容量Ｃ２２の容量値は同じである。容量Ｃ１１、容量Ｃ２２及び散乱容量Ｃ００は
という関係式を満たす。容量Ｃ２２、散乱容量Ｃ００と共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１との間の結合強度の関係は
であり、そのうち、ｋは共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１との間の結合強度を示し、Ｌは共振コイルＬ２１のインダクタンス値を示す。
図１に示す実施例では、関連するパラメータ値は次のように設定されている。Ｌ２１＝Ｌ２１＝Ｌ１１＝Ｌ＝０．７３７ｍＨ、Ｃ１１＝４．７６ｎＦである。結合距離ｄによる結合強度ｋの変化の関係式はｋ＝１６ｅｘｐ（－０．４３＊ｄ）に近似することができる。結合距離ｄの変化によって結合強度ｋが変化する場合、それに応じて、ｋ１＝ｋを満たすように容量Ｃ００、Ｃ２１及びＣ２２の調節による結合強度ｋ１を変化させることで、最適なエネルギー伝送効率が得られる。好ましくは、ｄが０から６０ｃｍに増大する場合、Ｃ００を７．９５ｎＦから１４９．６ｎＦに増加させ、Ｃ２２を１１．８６ｎＦから４．９１ｎＦに低下させることで、システムは最適なエネルギー伝送効率が得られる。
また、容量Ｃ２１、容量Ｃ２２及び散乱容量Ｃ００の大きさを調節する際に、処理モジュールは前記二つの関係式によって、変化した後の結合強度に適する容量の大きさを素早く算出してから、容量Ｃ２１、容量Ｃ２２及び散乱容量Ｃ００を正確に調節してもよい。また、処理モジュールは散乱容量Ｃ００に素早く数値を与えてから、容量Ｃ２１と容量Ｃ２２を階段的に調節することで、３つの容量の結合強度を結合強度ｋと素早く同一してもよい。
さらに、処理モジュールはシステムの結合強度ｋをリアルタイムに検出してもよい。具体的には、処理モジュールは共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１との間の相互インダクタンス係数をリアルタイムに取得し、相互インダクタンス係数をシステムの共鳴周波数と乗算することによって、結合強度を得ることができる。好ましくは、ネットワークアナライザを受信端または送信端に接続することによって、共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１との間の結合強度を直接に得ることができる。また、処理モジュールはシステムにおける共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１との間の結合距離をリアルタイムに検出し、結合距離の計算によって結合強度を得ることができる。
さらに、ネットワークアナライザでシステムの透過係数をリアルタイムに計測し、透過係数によってシステムのエネルギー伝送効率を算出してもよい。当該エネルギー伝送効率は
であり、Ｓは透過係数を示す。
本実施例では、共振コイルＬ２１と共振コイルＬ１１の共鳴周波数ｆ０とコイルのインダクタンス値Ｌと共振容量Ｃとの関係は
である。
さらに、本実施例におけるＭ次複合コイル３０において、共振コイルＬ２１以外のコイルと容量をすべて１つのＰＣＢ板に集積させることができ、システム空間を節約できる。また、共振コイルＬ２１は当該ＰＣＢ板に電気的に接続され、当該共振コイルＬ２１はＰＣＢ板の近傍に設けられている。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、図２は五次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムの等価回路図を示す。Ｎ次複合コイル２０のＮは３であり、Ｍ次複合コイル２０のＭは２であり、回路の具体的な接続は図２に示すように、前記と同様にＮ次複合コイル２０は送信端としても受信端としてもよく、それに応じて、Ｍ次複合コイル３０は受信端としても送信端としてもよい。共振コイルＬ２１と共振コイルＬ３１とは結合接続されていることで、ワイヤレス電気エネルギ伝送が実現される。
この五次空間・時間対称性システムでは、共振コイルＬ２１、共振コイルＬ３１、コイルＬ２２、コイルＬ３２及びコイルＬ３３のインダクタンス値は同じである。容量Ｃ２２、容量Ｃ２１、散乱容量Ｃ００及び容量Ｃ３３は固定容量であり、且つ容量Ｃ２１と容量Ｃ２２の容量値は同じであり、散乱容量Ｃ０３と散乱容量Ｃ００の容量値は同じであり、Ｍ次複合コイル３０の等価容量Ｃと、散乱容量Ｃ００と、容量Ｃ２２との関係は
である。そのうち、容量Ｃ３１、散乱容量Ｃ０１及び容量Ｃ３２は可変容量であり、散乱容量Ｃ０１と、容量Ｃ３１と、容量Ｃ３２との関係式は
であり、散乱容量Ｃ０１、容量Ｃ３２及び容量Ｃ３１と、共振コイルＬ２１と共振コイルＬ３１との間の結合強度ｋとの関係は
であり、そのうち、ｋは共振コイルＬ２１と共振コイルＬ３１との間の結合強度を示し、Ｌは共振コイルＬ２１のインダクタンス値を示し、ＣはＭ次複合コイル３０の等価容量を示し、ｆ０は共振コイルＬ２１と共振コイルＬ３１の共鳴周波数を示す。
図２に示す実施例では、対応するパラメータ値の次のように設定されている。Ｌ２１＝Ｌ２２＝Ｌ３１＝Ｌ３２＝Ｌ３３＝Ｌ＝０．７３７ｍＨ、Ｃ＝４．７６ｎＦ、ｆ０＝８５ｋＨｚである。結合距離ｄによる結合強度ｋの変化に関する関係式はｋ＝１６ｅｘＰ（－０．４３＊ｄ）に近似する。結合距離ｄの変化によって結合強度ｋが変化する場合、それに応じて、ｋ１＝ｋを満たすように容量Ｃ０１、Ｃ３１及びＣ３２の調節による結合強度ｋ１を変化させる。好ましくは、ｄが０から６０ｃｍに増大する場合、Ｃ０１を１０．９７ｎＦから１４９．６ｎＦに増加させ、Ｃ３１を３６．０１ｎＦから５．０８ｎＦに低下させ、Ｃ３２を１４．９５ｎＦから５．３８ｎＦに低下させることで、システムは最適な伝送効率が得られる。
なお、システムの可変パラメータを少なくするために、関連パラメータをＣ００＝Ｃ０３＝５７．４３ｎＦ、Ｃ２１＝Ｃ２２＝Ｃ３３＝５．１９ｎＦのように一定させることで、分岐容量Ｃ００とＣ０３による結合強度ｋ２は関係式
を満たす。
さらに、容量の大きさを調節する際に、処理モジュールは前記関係式によって、変化した後の結合強度に適する容量の大きさを素早く算出してから、容量Ｃ３１、容量Ｃ３２及び散乱容量Ｃ０１を正確に調節してもよい。また、処理モジュールは散乱容量Ｃ０１に素早く数値を与えてから、容量Ｃ３１と容量Ｃ３２を次段的に調節することで、３つの容量の結合強度を結合強度ｋと素早く同一させてもよい。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、図３は別の五次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムの等価回路図を示す。Ｎ次複合コイル２０のＮは１であり、Ｍ次複合コイル２０のＭは４であり、回路の具体的な接続は図３に示すように、前記と同様にＮ次複合コイル２０は送信端としても受信端としてもよく、それに応じて、Ｍ次複合コイル３０は受信端としても送信端としてもよい。共振コイルＬ１１と共振コイルＬ４１とは結合接続されていることで、ワイヤレス電気エネルギ伝送が実現される。このとき、容量Ｃ４３、散乱容量Ｃ００及び容量Ｃ４４は可変容量であり、その他の容量はすべて固定容量である。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、図４は七次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムの等価回路図を示す。Ｎ次複合コイル２０のＮは５であり、Ｍ次複合コイル２０のＭは２であり、回路の具体的な接続は図４に示すように、前記と同様にＮ次複合コイル２０は送信端としても受信端としてもよく、それに応じて、Ｍ次複合コイル３０は受信端としても送信端としてもよい。共振コイルＬ２１と共振コイルＬ５１とは結合接続されていることで、ワイヤレス電気エネルギ伝送が実現される。本実施例では、容量Ｃ５３、散乱容量Ｃ０１及び容量Ｃ５４は可変容量であり、その他の容量はすべて固定容量であってもよい。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、図５は別の七次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムの等価回路図を示す。Ｎ次複合コイル２０のＮは３であり、Ｍ次複合コイル２０のＭは４であり、回路の具体的な接続は図５に示すように、前記と同様にＮ次複合コイル２０は送信端としても受信端としてもよく、それに応じて、Ｍ次複合コイル３０は受信端としても送信端としてもよい。共振コイルＬ３１と共振コイルＬ４１とは結合接続されていることで、ワイヤレス電気エネルギ伝送が実現される。本実施例では、容量Ｃ４１、散乱容量Ｃ００及び容量Ｃ４２は可変容量であり、その他の容量はすべて固定容量であってもよい。
図１に示す三次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムと、図２に示す五次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムと、従来の二次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システムとによって、ワイヤレスエネルギー伝送実験を行う。
図６では同じ条件下での３つのシステムにおける伝送効率のピッチ直径比に伴う変化を示し、図６において、中実丸と破線が重なる曲線は二次システムにおける伝送効率の変化曲線であり、中実星と実線が重なる曲線は三次システムにおける伝送効率の変化曲線であり、中空星と破線が重なる曲線は五次システムにおける伝送効率の変化曲線である。図６から分かるように、伝送効率が５０％までに低下した場合、二次、三次、五次ワイヤレス伝送システムにおける対応するピッチ直径比はそれぞれ１、１．４、１．６となり、つまり、同じ条件下で、次数が高いほど、有効伝送距離が大きくなる。そのうち、ピッチ直径比とは、結合距離と共振コイルの巻き付けの半径の比である。
システムの固有損失を無視する場合に、前記の３つのシステムにおける伝送効率の結合強度に伴う変化は図７に示すように、結合強度は結合距離と関係し、結合強度が弱いほど、結合距離が大きくなる。図７から分かるように、二次システムでは弱結合領域における伝送効率は結合強度の低下に伴って迅速に低下するが、それに対して、三次と五次システムでは伝送効率は結合強度の変化に伴って変化せずに、１００％の伝送効率を保証できる。理論上では、ワイヤレスエネルギー伝送システムのエネルギー伝送効率は結合距離の影響を受けないが、結合距離が一定の範囲内であれば、システムの伝送効率の安定性は最も好ましく、この結合距離の範囲は共振コイルの半径の１．５倍程度であることが好ましい。
図６では同じ条件下での３つのシステムにおける伝送効率のピッチ直径比に伴う変化を示し、図６において、中実丸と破線が重なる曲線は二次システムにおける伝送効率の変化曲線であり、中実星と実線が重なる曲線は三次システムにおける伝送効率の変化曲線であり、中空星と破線が重なる曲線は五次システムにおける伝送効率の変化曲線である。図６から分かるように、伝送効率が５０％までに低下した場合、二次、三次、五次ワイヤレス伝送システムにおける対応するピッチ直径比はそれぞれ１、１．４、１．６となり、つまり、同じ条件下で、次数が高いほど、有効伝送距離が大きくなる。そのうち、ピッチ直径比とは、結合距離と共振コイルの巻き付けの半径の比である。
システムの固有損失を無視する場合に、前記の３つのシステムにおける伝送効率の結合強度に伴う変化は図７に示すように、結合強度は結合距離と関係し、結合強度が弱いほど、結合距離が大きくなる。図７から分かるように、二次システムでは弱結合領域における伝送効率は結合強度の低下に伴って迅速に低下するが、それに対して、三次と五次システムでは伝送効率は結合強度の変化に伴って変化せずに、１００％の伝送効率を保証できる。理論上では、ワイヤレスエネルギー伝送システムのエネルギー伝送効率は結合距離の影響を受けないが、結合距離が一定の範囲内であれば、システムの伝送効率の安定性は最も好ましく、この結合距離の範囲は共振コイルの半径の１．５倍程度であることが好ましい。
また、本発明は、次のステップを含む空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法をさらに提供する。
図８に示すように、ステップＳ１０１を実行する。Ｎ個の共振回路を含むＮ次複合コイルを提供し、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、Ｎが３以上である場合、Ｎ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続される。続いてステップＳ１０２を実行する。
ステップＳ１０２を実行する。Ｍ個の共振回路を含むＭ次複合コイルを提供し、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、Ｍ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続される。続いてステップＳ１０３を実行する。
ステップＳ１０３を実行する。ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とを結合接続する。続いてステップＳ１０４を実行する。
ステップＳ１０４を実行する。Ｎ次複合コイルを負荷に接続し、Ｍ次複合コイルを交流電源に接続し、またはＮ次複合コイルを交流電源に接続し、Ｍ次複合コイルを負荷に接続する。続いてステップＳ１０５を実行する。
ステップＳ１０５を実行する。ワイヤレスエネルギー伝送中、合成したＮ＋Ｍ次ＰＴ対称を実現し、最適なワイヤレスエネルギー伝送効率を得るように、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の容量を調節する。
本発明に係る一つの具体的な実施形態においては、散乱容量を接続する際に、散乱容量の一端を隣接する２つの共振回路におけるコイルの間に接続し、他端を隣接する２つの共振回路における容量の間に接続する。
本発明に係る一つの具体的な実施形態において、容量を調節する際に、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の間に接続されている散乱容量を調節することによって、容量調節による結合強度を、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させる。
本発明に係る一つの具体的な実施形態において、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路はＮ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路であり、Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路はＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路である。
本発明に係る一つの具体的な実施形態において、Ｎ次複合コイルのＮが３であり、Ｍ次複合コイルのＭが２である。
以上、図面と実施例を参照して、本発明を詳細に説明したが、本分野の通常の技術者は、前記の説明に基づいて本発明の様々な変形例を完成することができる。したがって、本発明は実施例における一部の詳細によって限定されることはなく、添付の請求の範囲に限定されている範囲を本発明の保護範囲とする。
Claims (10)
- Ｎ個の共振回路を含むＮ次複合コイルであって、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、Ｎが３以上である場合、前記Ｎ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されるＮ次複合コイルを提供するステップと、
Ｍ個の共振回路を含むＭ次複合コイルであって、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、前記Ｍ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されるＭ次複合コイルを提供するステップと、
ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とを結合接続するステップと、
前記Ｎ次複合コイルを負荷に接続し、前記Ｍ次複合コイルを交流電源に接続し、または前記Ｎ次複合コイルを交流電源に接続し、前記Ｍ次複合コイルを負荷に接続するステップと、
ワイヤレスエネルギー伝送中、最適なワイヤレスエネルギー伝送効率を得るように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の容量を調節するステップと、を含むことを特徴とする、
高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法。 - 隣接する２つの共振回路に散乱容量を接続する際に、前記散乱容量の一端を隣接する２つの共振回路におけるコイルの間に接続し、他端を隣接する２つの共振回路における容量の間に接続することを特徴とする、請求項１に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法。
- 容量を調節する際に、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の間に接続されている散乱容量を調節することによって、容量調節による結合強度を、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させることを特徴とする、請求項１に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法。
- 前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路は前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路であり、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路は前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路であることを特徴とする、請求項３に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法。
- 前記Ｎ次複合コイルのＮが３であり、前記Ｍ次複合コイルのＭが２であることを特徴とする、請求項１に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送方法。
- Ｎ個の共振回路を含むＮ次複合コイルであって、Ｎが１以上であり、且つ奇数であり、Ｎが３以上である場合、前記Ｎ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続されるＮ次複合コイルと、
Ｍ個の共振回路を含むＭ次複合コイルであって、Ｍが２以上であり、且つ偶数であり、前記Ｍ次複合コイルにおいて隣接する２つの共振回路の接続端部に散乱容量が接続され、ワイヤレスエネルギー伝送を実現するように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路が結合接続されている、Ｍ次複合コイルと、
前記Ｎ次複合コイルに接続され、負荷または交流電源に接続可能な、第１のポートと、
前記Ｍ次複合コイルに接続され、交流電源または負荷に接続可能な、第２のポートと、
前記Ｎ次複合コイルまたは前記Ｍ次複合コイルに接続されている処理モジュールと、を備え、前記処理モジュールは、システムの最適なエネルギー伝送効率が得られるように、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度の変化に応じて、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路とＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量を調節するために用いられる、ことを特徴とする、
高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム。 - 前記散乱容量の一端が隣接する２つの共振回路におけるコイルの間に接続されており、他端が隣接する２つの共振回路における容量の間に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム。
- 前記処理モジュールで容量を調節する際に、Ｎ＋Ｍ個の共振回路における、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な共振回路の容量、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路およびＭ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と対称な２つの共振回路の間に接続されている散乱容量を調節することによって、容量調節による結合強度を、前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路と前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路との間の結合強度と同一させることを特徴とする、請求項６に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム。
- 前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記処理モジュールは前記Ｎ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路をそれと対称な共振回路とし、前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路がＮ＋Ｍ個の共振回路の中央に位置する場合、前記処理モジュールは前記Ｍ次複合コイルのうちの１つ目の共振回路をそれと対称な共振回路とすることを特徴とする、請求項６に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム。
- 前記Ｎ次複合コイルのＮが３であり、前記Ｍ次複合コイルのＭが２であることを特徴とする、請求項６に記載の高次空間・時間対称性ワイヤレスエネルギー伝送システム。
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