无线能量传输制造技术

公开了一种用于无线能量传输的设备，其包括第一谐振器结构，用于在大于第二谐振器结构的特征尺寸的距离上与第二谐振器结构以非辐射方式传输能量。所述非辐射能量传输是通过耦合所述第一谐振器结构的谐振场渐逝尾部和所述第二谐振器结构的谐振场渐逝尾部来实现的。

【技术实现步骤摘要】
无线能量传输本申请是申请日为2007年6月11日、专利技术名称为“无线能量传输”的专利申请 200780053126. 3的分案申请。相关申请的交叉引用本临时申请涉及到2007年3月27日提交的美国专利申请60/908383、2006年7 月7日提交的美国专利申请11/481077以及2005年7月12日提交的美国临时专利申请 60/698442。在此通过引用将2006年7月7日提交的美国专利申请11/481077和2005年 7月12日提交的美国临时专利申请60/698442中的每一个的全文并入本文。
技术介绍
本申请涉及无线能量传输。可以在例如向独立电气或电子装置供电的应用中使用无线能量传输。全向天线的辐射模式(用于信息传输效果很好)不适于这种能量传输，这是因为绝大多数能量都浪费到自由空间中了。即使对于长距离(传输距离Lteans >> Ldev，其中Ldev 是装置和/或源的特征尺寸)来说，也可以将使用激光或高定向性天线的定向辐射模式有效地用于能量传输，但对于移动物体而言，该定向辐射模式要求视线无遮挡和复杂的跟踪系统。一些传输方案依赖于感应，但一般都限于非常近范围(Lteans << Ldev)或小功率( mV)的能量传输。近年来独立电子装置的迅速发展(例如膝上型电脑、手机、家用机器人，它们一般都依赖于化学能量存储)已经导致了越来越需要无线能量传输。
技术实现思路
本专利技术人已经认识到，可以将渐逝场模式限于局部区域的具有耦合谐振模式的谐振物体用于无线非辐射能量传输。尽管与其它非谐振的周围物体交互很微弱，但谐振物体往往会与周围物体耦合。通常，利用下述技术，随着耦合增强，传输效率也增大。在一些实施例中，利用以下技术，能量传输率(速率)可以大于能量损耗率(速率)。因此，可以在谐振物体之间实现高效的无线能量交换，同时仅有适度的能量会传输和耗散到其他非谐振物体中。近场的几乎全向但稳定(无损耗)的性质使这种机制适于移动无线接收机。因此， 各实施例具有很多可能的应用，例如包括将源(例如连接到有线电网的源)放置于工厂房间的顶棚上，而装置(机器人、车辆、计算机等)在房间内自由漫游。其它应用包括用于电动公共汽车和/或混合动力车和植入性医疗装置的电源。在一些实施例中，谐振模式是所谓的磁谐振，对于磁谐振而言，谐振物体周围的大部分能量存储于磁场中，即在谐振物体外部仅有非常小的电场。由于大部分日常材料(包括动物、植物和人)都是非磁性的，因此它们与磁场的交互最小。这对于安全性以及减少与无关的周围物体交互而言都是重要的。在一个方面中，公开了一种用于无线能量传输的设备，其包括第一谐振器结构， 用于在大于第二谐振器结构的特征尺寸L2的距离D上与第二谐振器结构以非辐射方式传输能量。所述非辐射能量传输是通过耦合所述第一谐振器结构的谐振场渐逝尾部 (evanescent tail)和所述第二谐振器结构的谐振场渐逝尾部来实现的(mediated)。在一些实施例中，D还大于如下各项中的一个或多个第一谐振器结构的特征尺寸L1、第一谐振器结构的特征宽度以及第一谐振器结构的特征厚度。该设备可以包括以下特征中的任何特征，该任何特征指的是以下特征中的单个特征或以下特征中的特征的组合。在一些实施例中，所述第一谐振器结构被配置成向所述第二谐振器结构传输能量。在一些实施例中，所述第一谐振器结构被配置成从所述第二谐振器结构接收能量。在一些实施例中，所述设备包括所述第二谐振器结构。在一些实施例中，所述第一谐振器结构具有谐振频率ωρ Q因数A和谐振宽度 Γ ”所述第二谐振器结构具有谐振频率《2、Q因数( 和谐振宽度Γ 2，并且非辐射传输具有速率K。在一些实施例中，所述频率CO1和ω 2大约位于所述谐振宽度^和「2中的较窄者之中。在一些实施例中，兑> 100 且 ％ > 100 ；仏 > 200 且 ％ > 200 > 500 且 ％ > 500 ；仏 > 1000 且 ％ > 1000。在一些实施例中，Q1 > 200 或 Gl2 > 200 > 500 或 ％ > 500 ； Q1 > 1000 或 Gl2 > 1000。在一些实施例中，耦合损耗比(couplingto loss ratio)>0"5‘κ >2、 κ >5 ο λ/γα 或 Λ/ ^。在一些实施例中，D/L2可以大到等于2，大到等于3，大到等于5，大到等于7，大到等于10。在一些实施例中，Q1 > 1000, Q2 > 1000且耦合损耗比^^>1()。在一些实施例中，Q1 > 1000, Q2 > 1000且耦合损耗比7『>25。在一些实施例中，Q1 > 1000, Q2 > 1000且耦合损耗比^^>4()。在一些实施例中，所述能量传输的效率nw比大约大，比大约10%大，比大约 20%大，比大约30%大，或比大约80%大。在一些实施例中，所述能量传输的辐射损耗Jlrad比大约10%小。在一些这样的实施例中，所述耦合损耗比^^ ^01 °在一些实施例中，所述能量传输的辐射损耗nMd比大约小。在一些这样的实κ >1施例中，所述耦合损耗比^^ ζ ι。在一些实施例中，在距任一谐振物体的表面超过3cm的距离处有人的情况下，所述能量传输由于人而造成的损耗nh比大约小。在一些这样的实施例中，所述耦合损耗κ >1 ^ λ/γα “ °在一些实施例中，在距任一谐振物体的表面超过IOcm的距离处有人的情况下，所述能量传输由于人而造成的损耗nh比大约0.2%小。在一些这样的实施例中，所述耦合损权利要求1.一种用于无线能量传输的设备，所述设备包括第一谐振器结构，所述第一谐振器结构被配置成在距离D上与第二谐振器结构以非辐射方式传输能量，所述距离D大于所述第一谐振器结构的特征尺寸L1并且大于所述第二谐振器结构的特征尺寸L2,其中非辐射能量传输是通过耦合所述第一谐振器结构的谐振场渐逝尾部和所述第二谐振器结构的谐振场渐逝尾部来实现的，所述设备还包括所述第二谐振器结构，并且所述设备还包括用于以非辐射方式与所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个传输能量的第三谐振器结构，其中所述第三谐振器结构与所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个之间的非辐射能量传输是通过耦合所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个的谐振场渐逝尾部和所述第三谐振器结构的谐振场渐逝尾部来实现的。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第三谐振器结构被配置成向所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个传输能量。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一谐振器结构被配置成从所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个接收能量。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第三谐振器结构被配置成从所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构之一接收能量并向所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的另一个传输能量。5.根据权利要求1到4中的任一项所述的设备，其中所述第一谐振器结构具有谐振频率ωρQ因数％和谐振宽度Γ”所述第二谐振器结构具本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于无线能量传输的设备，所述设备包括：第一谐振器结构，所述第一谐振器结构被配置成在距离Ｄ上与第二谐振器结构以非辐射方式传输能量，所述距离Ｄ大于所述第一谐振器结构的特征尺寸Ｌ１并且大于所述第二谐振器结构的特征尺寸Ｌ２，其中非辐射能量传输是通过耦合所述第一谐振器结构的谐振场渐逝尾部和所述第二谐振器结构的谐振场渐逝尾部来实现的，所述设备还包括所述第二谐振器结构，并且所述设备还包括用于以非辐射方式与所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个传输能量的第三谐振器结构，其中所述第三谐振器结构与所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个之间的非辐射能量传输是通过耦合所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构中的一个或多个的谐振场渐逝尾部和所述第三谐振器结构的谐振场渐逝尾部来实现的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·卡拉里斯，A·B·库尔斯，R·莫法特，J·D·琼诺普洛斯，P·H·费希尔，M·索亚契奇，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US