JP5638382B2 - エネルギー中継器を用いた無線エネルギー伝達方法およびシステム - Google Patents
エネルギー中継器を用いた無線エネルギー伝達方法およびシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP5638382B2 JP5638382B2 JP2010285958A JP2010285958A JP5638382B2 JP 5638382 B2 JP5638382 B2 JP 5638382B2 JP 2010285958 A JP2010285958 A JP 2010285958A JP 2010285958 A JP2010285958 A JP 2010285958A JP 5638382 B2 JP5638382 B2 JP 5638382B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- energy
- pattern
- near field
- sink
- coupling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本出願は、Koon Hoo Teoによって出願された、「Wireless Energy Transfer with Negative Index Material」と題する、2009年12月3日付けで出願された米国特許出願第(MERL−2218)12/630,498号、および、Koon Hoo Teoによって本出願と同時出願され、参照により本明細書に援用される、「Wireless Energy Transfer with Negative Index Material」と題する、2009年12月xx日付けで出願された米国特許出願第(MERL−2259)12/xxx,xxx号に関する。
誘導結合は、コードレス電子歯ブラシまたはハイブリッド車両バッテリの充電のような多くの無線エネルギー伝達用途において使用されている。変圧器、ソースのような結合インダクタにおいて、たとえば一次コイルが、電磁場としてエネルギーを生成し、シンク、たとえば2次コイルが、該シンクを通過するエネルギーが最適化される、たとえばソースのエネルギーと可能な限り類似するように電磁場の範囲を定める(subtend)。エネルギーを最適化するために、ソースとシンクとの間の距離は可能な限り小さくなるべきである。これは、距離が長くなると誘導法が非常に効果のないものとなるためである。
共振結合において、2つの共振電磁物体、すなわちソースおよびシンクが、共振状態の下で互いに相互作用する。共振結合は中距離、たとえば共振周波数波長の数分の1にわたってソースからシンクにエネルギーを伝達する。
結合モード理論によれば、結合強度は結合係数kによって表される。結合強化は、結合係数kの絶対値の増加によって表される。結合モード理論に基づいて、共振結合系の共振周波数は、複数の周波数に分割される。たとえば、2つの物体の共振結合系において、結合効果に起因して、偶モード周波数および奇モード周波数と呼ばれる2つの共振周波数が観測され得る。2つの全く同じ共振構造によって形成される2つの物体の共振系の結合係数は、以下にしたがって偶モードおよび奇モードを分割することによって計算される。
したがって、ソースとシンクとの間の無線エネルギー伝達を最適化することが望まれている。
この発明の実施の形態1は、エネルギーソースとエネルギーシンクとの間のエバネッセント波の結合を、ソースおよびシンクの近隣における少なくとも1つのエネルギー中継器を、該エネルギー中継器によって、ソースによって生成されるいくつかのエバネッセント波がシンクにリダイレクトされるように戦略的に配置することによって、エネルギーソースとエネルギーシンクとの間のエバネッセント波の結合を最適化することができるという認識に基づく。
エバネッセント波は、該波が形成された境界からの距離と共に強度が指数関数的に減衰する近接場定常波である。エバネッセント波235は、構造210と、波の動きに関して異なる特性を有する他の「媒体」、たとえば空気との間の境界において形成される。エバネッセント波は、外部エネルギーがEM構造によって受信されるときに形成され、EM構造210の表面からの近接場の波長の3分の1内において最も強力である。
ウィスパリングギャラリーモードは、エバネッセント波が内部的に反射されるか、またはEM構造の表面によって収束される、エネルギー分散パターンである。最小の反射損失および放射損失に起因して、WGMパターンは通常高い品質係数に達するため、WGMは無線エネルギー伝達に有用である。
図4は、バラフライエネルギー分散パターンを示している。2つのEM構造411および412が互いに結合され結合系を形成する場合、結合系の主周波数は、偶周波数および奇周波数によって表される。偶周波数および奇周波数における近接場分散が、偶モード結合系410および奇モード結合系420として定義される。2つのEM構造の結合系の偶モードおよび奇モードの一般的な特性は、EM場が偶モードで同相である場合、奇モードで位相が異なるということである。
偶モード結合系および奇モード結合系は、バタフライ対として定義される、近接場強度の奇モード分散パターンおよび偶モード分散パターンを生成する。バタフライ対の近接場強度分散は、各EM構造の中心に対し0度および90度に配向される2つの線431および432、すなわちバタフライ対のブラインドゾーンにおいて最小に達する。しかしながら、強度分散を変更し、ブラインドゾーンの位置および/または配向を排除および/または変更することが多くの場合に望まれている。
図5は、この発明の実施の形態1による、交差対500として定義される近接場強度の分散パターンを示している。交差対分散パターンは、各EM構造の中心に対し0度および90度に配向される最適ゾーン1231および1232を有する。すなわち、交差対パターンの最適ゾーンは、バタフライ対パターンのブラインドゾーンに対応する。したがって、バタフライ対パターンおよび交差対パターンの1つの重要な特性は、それらのパターンのそれぞれのブラインドゾーンが重複せず、このため双方の種類のパターンが利用される場合にブラインドゾーンを排除することが可能であるということである。バタフライパターンおよび交差パターンは、同じ桁のシステム品質係数および結合係数を有する。
この発明のいくつかの実施の形態1は、バタフライ対エネルギー分散パターンおよび交差対エネルギー分散パターンの知識を使用して、ソースおよびシンクの近隣にエネルギー中継器を配置する。いくつかの実施の形態1では、シンクのロケーションは所定であり、エネルギー中継器は、シンクが所定のロケーションに配置されるときに、ソースとシンクとの間の結合を最適化するように配置される。いくつかの実施の形態1では、この目標は実験的に達成される。
この発明の別の実施の形態2は、近接場の結合を介してエネルギーを無線で交換するための方法であって、第1の構造を提供するステップであって、該第1の構造は、該第1の構造の近接場と第2の構造の近接場との結合を介して該第2の構造とエネルギーを無線で交換するように構成され、該第1の構造および該第2の構造は、電磁(EM)および非放射であり、該第1の構造および該第2の構造は、エネルギーの受信に応答してEM近接場を生成する、第1の構造を提供するステップと、第1の構造と第2の構造との間の配向を確定するステップと、第1の構造の近接場が、配向に最適な特定のエネルギー分散パターンにしたがって生成されるように第1の構造の主周波数を調整するステップと、エネルギーを無線で交換するステップとを含む、方法を提供する。
Claims (19)
- エネルギーを無線で交換するように構成されるシステムであって、
構造であって、前記エネルギーを、エバネッセント波の結合を介して無線で交換するように構成され、該構造は電磁場による共振を行い、該構造は前記エネルギーの受信に応答してEM近接場を生成する、構成と、
コントローラであって、前記近接場が特定のエネルギー分散パターンにしたがって生成されるように前記構造の主周波数を調整するように構成され、前記特定のエネルギー分散パターンが、前記エネルギーを無線で交換するソースとシンクの間の配向に基づいて決定される、コントローラと、
を備える、システム。 - 前記ソースはエネルギーをシンクに伝達するように構成され、前記エネルギーを前記構造に供給するように構成されるドライバをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記シンクはエネルギーを無線でソースから受けるように構成され、前記構造からエネルギーを受けるように構成される負荷をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記結合を強化するように前記EM近接場内に配置される負屈折率材料(NIM)をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記構造は共振構造である、請求項1に記載のシステム。
- 前記NIMは、前記エネルギーの伝達の所望の方向に基づいて最適に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記NIMは、前記構造を取り囲むように配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記特定のエネルギー分散パターンが、偶バタフライパターン、奇バタフライパターン、偶交差パターン、および奇交差パターンを含むパターン群から選択される、請求項1に記載のシステム。
- 前記NIMは負誘電率特性および負透磁率特性を有する、請求項1に記載のシステム。
- 近接場の結合を介してエネルギーを無線で交換するための方法であって、
第1の構造を提供するステップであって、該第1の構造は、該第1の構造の近接場と第2の構造の近接場との結合を介して該第2の構造と前記エネルギーを無線で交換するように構成され、該第1の構造および該第2の構造は、電磁場による共振を行い、該第1の構造および該第2の構造は、前記エネルギーの受信に応答してEM近接場を生成する、第1の構造を提供するステップと、
前記第1の構造と前記第2の構造との間の配向を確定するステップと、
前記第1の構造の前記近接場が、前記配向に最適な特定のエネルギー分散パターンにしたがって生成されるように前記第1の構造の主周波数を調整するステップと、
前記エネルギーを無線で交換するステップと、
を含む、方法。 - 少なくとも1つのEM近接場内に配置される負屈折率材料(NIM)との前記結合を増大させるステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の構造は共振構造である、請求項10に記載の方法。
- 前記NIMを前記第1の構造と前記第2の構造との間の配向に基づいて配置するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の構造を前記NIMで取り囲むステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記特定のエネルギー分散パターンが、偶バタフライパターン、奇バタフライパターン、偶交差パターン、および奇交差パターンを含むパターン群から選択される、請求項10に記載の方法。
- 近接場の結合を介してエネルギーを無線で交換するためのシステムであって、
第1の構造であって、該第1の構造の近接場と第2の構造の近接場との結合を介して該第2の構造と前記エネルギーを無線で交換するように構成され、該第1の構造および該第2の構造は、電磁場による共振を行い、該第1の構造および該第2の構造は、前記エネルギーの受信に応答してEM近接場を生成する、第1の構造と、
前記第1の構造と前記第2の構造との間の配向を確定する手段と、
前記第1の構造の前記近接場が、前記配向に最適な特定のエネルギー分散パターンにしたがって生成されるように前記第1の構造の主周波数を調整する手段と、
を備える、システム。 - 前記特定のエネルギー分散パターンが、偶バタフライパターン、奇バタフライパターン、偶交差パターン、および奇交差パターンを含むパターン群から選択される、請求項16に記載のシステム。
- 前記特定のエネルギー分散パターンが、前記エネルギーの交換を最適にするように選択される請求項16に記載のシステム。
- 前記結合を強化するように前記EM近接場内に配置される負屈折率材料(NIM)をさらに備える、請求項16に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/648,593 US8415833B2 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Wireless energy transfer with negative index material |
US12/648,593 | 2009-12-29 | ||
US12/650,221 | 2009-12-30 | ||
US12/650,221 US20110156487A1 (en) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | Wireless Energy Transfer with Energy Relays |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011142805A JP2011142805A (ja) | 2011-07-21 |
JP5638382B2 true JP5638382B2 (ja) | 2014-12-10 |
Family
ID=44458229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010285958A Expired - Fee Related JP5638382B2 (ja) | 2009-12-29 | 2010-12-22 | エネルギー中継器を用いた無線エネルギー伝達方法およびシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5638382B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040072581A (ko) * | 2004-07-29 | 2004-08-18 | (주)제이씨 프로텍 | 전자기파 증폭중계기 및 이를 이용한 무선전력변환장치 |
JP5219148B2 (ja) * | 2006-09-26 | 2013-06-26 | 国立大学法人山口大学 | 2次元左手系メタマテリアル |
KR101288433B1 (ko) * | 2007-03-27 | 2013-07-26 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | 무선 에너지 전달 |
JP5337432B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2013-11-06 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | 無線通信システム |
TWI361540B (en) * | 2007-12-14 | 2012-04-01 | Darfon Electronics Corp | Energy transferring system and method thereof |
-
2010
- 2010-12-22 JP JP2010285958A patent/JP5638382B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011142805A (ja) | 2011-07-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5484311B2 (ja) | 移動装置への無線エネルギー転送方法およびシステム | |
US8786135B2 (en) | Wireless energy transfer with anisotropic metamaterials | |
US11309126B2 (en) | Wireless power transmittal | |
US20110156487A1 (en) | Wireless Energy Transfer with Energy Relays | |
US9530555B2 (en) | Wireless power transmittal | |
KR101480658B1 (ko) | 로컬 컴퓨팅 환경 내의 무선 전력 이용 | |
US7843288B2 (en) | Apparatus and system for transmitting power wirelessly | |
US8674549B2 (en) | System and method for energy transfer | |
US20110133564A1 (en) | Wireless Energy Transfer with Negative Index Material | |
JP2012186992A (ja) | エネルギーを無線で交換するシステム | |
US20110133568A1 (en) | Wireless Energy Transfer with Metamaterials | |
US20110133565A1 (en) | Wireless Energy Transfer with Negative Index Material | |
KR20130087580A (ko) | 무선 전력 자기 공진기에서의 고효율 및 고전력 전송 | |
KR20110121453A (ko) | 제로 굴절률을 갖는 메타 구조체를 이용한 무선 에너지 송수신 장치 | |
US20110133567A1 (en) | Wireless Energy Transfer with Negative Index Material | |
JP2011205757A (ja) | 電磁界共鳴電力伝送装置 | |
US8415833B2 (en) | Wireless energy transfer with negative index material | |
JP5854721B2 (ja) | エネルギーを無線で交換するシステムおよび方法 | |
KR20140073416A (ko) | 무선 전력 송수신 장치 및 방법 | |
JP2012191699A (ja) | 磁界共鳴を利用した無線電力伝送方法 | |
JP6108310B2 (ja) | 無線電力伝送装置 | |
KR101371765B1 (ko) | 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 송수신 시스템 | |
JP5952662B2 (ja) | 無線電力伝送装置 | |
JP5638382B2 (ja) | エネルギー中継器を用いた無線エネルギー伝達方法およびシステム | |
JP2011205881A (ja) | エネルギーを無線で交換するように構成されるシステム、エバネッセント波の結合を介して電磁エネルギーを無線で伝達する方法および電磁エネルギーを無線で交換するように構成されるシステム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131007 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140529 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140610 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140822 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140924 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141022 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5638382 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |