專利名稱：無(wú)線地交換能量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及無(wú)線地傳遞能量，具體地涉及使用諧振物體的陣列傳遞能量。
背景技術(shù)：
無(wú)線能量傳遞在很多無(wú)線能量傳遞系統(tǒng)中使用感應(yīng)耦合，諸如無(wú)繩電動(dòng)牙刷，或者車輛電池。在諸如變壓器的耦合電感器中，源(source)(例如一次線圈)產(chǎn)生電磁場(chǎng)形式的能量，以及匯 (sink)(例如二次線圈)對(duì)著該電磁場(chǎng)，使得通過(guò)該能量匯的能量得以優(yōu)化，例如，使能量匯產(chǎn)生的能量盡可能地類似于能量源的能量。為了優(yōu)化能量，能量源和能量匯之間的距離應(yīng)盡量小，因?yàn)檫^(guò)大的距離會(huì)顯著降低感應(yīng)耦合法的效率。諧振耦合系統(tǒng)圖1示出用于從諧振源110向諧振匯120傳遞能量的現(xiàn)有的諧振耦合系統(tǒng)100。 在諧振耦合中，兩個(gè)諧振電磁體(即能量源和能量匯)在諧振條件下彼此交互。驅(qū)動(dòng)器140對(duì)諧振源輸入能量以形成振蕩電磁場(chǎng)115。所激勵(lì)的電磁場(chǎng)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的激勵(lì)信號(hào)頻率或者諧振系統(tǒng)的源和匯的自諧振頻率以某一速率衰減。然而，如果在每個(gè)循環(huán)中諧振匯吸收的能量多于丟失的能量，則大多數(shù)能量被傳遞到能量匯。使諧振源和諧振匯在相同的諧振頻率下工作確保了諧振匯在該頻率下具有低阻抗，并且能量被最優(yōu)地吸收。能量在諧振物體之間的距離D上傳遞，例如，諧振源具有長(zhǎng)度L1，諧振匯具有長(zhǎng)度 L20驅(qū)動(dòng)器將電力提供器連接到能量源。諧振匯連接到電力消耗設(shè)備，例如阻性負(fù)載150。 能量被驅(qū)動(dòng)器提供到諧振源，無(wú)線地并且非輻射地從諧振源傳遞到諧振匯，并被負(fù)載消耗。 使用例如諧振系統(tǒng)的電磁場(chǎng)或者聲場(chǎng)的場(chǎng)115進(jìn)行無(wú)線非輻射能量傳遞。為了簡(jiǎn)化描述， 場(chǎng)115是電磁場(chǎng)。在諧振體的耦合期間，在諧振源和諧振匯之間傳遞倏逝波130。然而，諧振耦合在中距離(例如諧振頻率波長(zhǎng)的數(shù)倍)上從能量源向能量匯傳遞能量，當(dāng)距離更長(zhǎng)時(shí)效率降低。因此期望延長(zhǎng)無(wú)線能量傳遞的有效距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式是基于下面的認(rèn)識(shí)強(qiáng)耦合諧振物體的陣列延伸無(wú)線能量傳遞的有效范圍，并且有助于高效地向大距離移動(dòng)的移動(dòng)物體傳遞能量。本發(fā)明的實(shí)施方式是基于另一個(gè)認(rèn)識(shí)如果向強(qiáng)耦合諧振物體陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，則能量以合理的損耗在陣列中的全部物體間振蕩。如果向陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，則能量從該物體分布到陣列中的全部其它物體。由此，能量匯可從陣列中的任意物體無(wú)線地接收能量。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種儲(chǔ)存和分布能量以便隨后在任意希望的方向和距離上從能量驅(qū)動(dòng)器無(wú)線地獲取能量的新穎方式。在現(xiàn)有的能量分布系統(tǒng)中，在閉環(huán)中發(fā)射能量以將未使用的能量返回到能量源或者返回到其它專門設(shè)計(jì)的能量?jī)?chǔ)存器。這不被認(rèn)為是一個(gè)問(wèn)題，而是能量傳遞的事實(shí)。本發(fā)明的實(shí)施方式?jīng)]有這個(gè)要求，使得能夠任意設(shè)置物體，由此任意配置能量分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種在發(fā)射裝置和接收裝置之間無(wú)線地傳遞能量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括能量源，其由諧振物體的陣列形成以產(chǎn)生倏逝電磁(EM)波。該系統(tǒng)還包括能量驅(qū)動(dòng)器，用于向陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，從而在系統(tǒng)的工作期間能量從該物體分布(例如振蕩)到陣列中的全部其它物體。在實(shí)施方式的一個(gè)變型中，該系統(tǒng)還包括與能量源相距一定距離的能量匯，用于經(jīng)過(guò)倏逝EM波的耦合從能量源無(wú)線地接收能量。能量匯可以是諧振的或者非諧振的結(jié)構(gòu)。 可實(shí)現(xiàn)從能量源陣列中的任意諧振物體傳遞能量。另一個(gè)實(shí)施方式公開一種系統(tǒng)，其被配置以無(wú)線地交換能量，該系統(tǒng)包括能量源，其包括第一物體陣列；能量匯，其包括第二物體陣列，能量源和能量匯中的每個(gè)物體具有諧振頻率，是電磁(EM)并且非輻射的，并且被配置為響應(yīng)于接收到能量而產(chǎn)生EM近場(chǎng)； 能量驅(qū)動(dòng)器，用于在諧振頻率下向能量源中的至少一個(gè)物體提供能量，從而在系統(tǒng)的工作期間能量從能量源中的物體分布到能量源中的全部其它物體；以及負(fù)載，其從能量匯接收能量，其中第一和第二陣列中的每個(gè)物體與第一和第二陣列中的全部其它物體隔開一定距離，從而當(dāng)接收到能量時(shí)，第一和第二陣列中的物體通過(guò)倏逝波的諧振耦合而與第一和第二陣列中的至少一個(gè)其它物體強(qiáng)耦合，其中，能量匯通過(guò)第一陣列中的一個(gè)或者更多個(gè)物體與第二陣列中的一個(gè)或者更多個(gè)物體之間的諧振耦合從能量源無(wú)線地接收能量。在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開了一種在能量源和能量匯之間傳遞能量的方法。該方法包括在諧振物體陣列中產(chǎn)生倏逝EM波。該方法還包括在諧振物體陣列和能量匯之間無(wú)線地傳遞能量。能量匯可以是諧振的或者非諧振的結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括在諧振物體陣列與另一諧振物體陣列之間無(wú)線地傳遞能量。


圖1是示出現(xiàn)有的諧振耦合系統(tǒng)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有超出無(wú)線能量傳遞有效范圍之外的能量匯的系統(tǒng)的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有作為能量源的諧振物體陣列的系統(tǒng)的框圖；圖4A到圖4D是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的強(qiáng)耦合諧振物體陣列的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于向移動(dòng)物體無(wú)線地提供能量的系統(tǒng)的框圖；圖6A到圖6C是比較能量匯的不同實(shí)現(xiàn)方式的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式具有作為能量源和能量匯的諧振物體陣列的系統(tǒng)的框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于向移動(dòng)物體無(wú)線地提供能量的系統(tǒng)的框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的螺旋工作諧振物體陣列的示意圖；圖IOA到圖IOE是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的作為諧振陣列系統(tǒng)的頻率的函數(shù)的傳遞效率以及對(duì)應(yīng)的諧振模式；圖11是場(chǎng)強(qiáng)分布模式；以及圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的一維系統(tǒng)擴(kuò)展為二維平面系統(tǒng)的示例的示意圖。
具體實(shí)施例方式能量可在諧振頻率下在耦合的諧振物體之間無(wú)線且高效地傳遞。當(dāng)諧振物體的尺寸比諧振波長(zhǎng)小得多時(shí)，能量的大部分被儲(chǔ)存在諧振物體內(nèi)而不輻射到自由空間中。無(wú)線能量傳遞的有效范圍取決于諧振物體的物理尺寸。當(dāng)接收物體在相比于諧振物體的尺寸更大的距離上移動(dòng)時(shí)，能量傳遞的效率降低。由此，當(dāng)距離D與能量源尺寸L1和能量匯尺寸L2相近時(shí)，圖1所示的諧振能量傳遞系統(tǒng)是高效的。當(dāng)D遠(yuǎn)大于L1或者L2時(shí)，能量傳遞系統(tǒng)的效率降低。另外，取決于源110 和匯120的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)通常要求在一個(gè)軸上良好對(duì)準(zhǔn)。圖2示出了使用諧振能量源210和諧振能量匯220的無(wú)線能量傳遞低效時(shí)的示例。能量匯220與能量源210在χ方向上相距D，在y方向上相距L，其中距離L遠(yuǎn)大于L1 和L2。另外，能量匯220可沿著方向線250移動(dòng)。由此，希望擴(kuò)展無(wú)線能量傳遞的有效范圍， 將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為向電梯或者電動(dòng)車等移動(dòng)設(shè)備無(wú)線地提供能量。本發(fā)明的實(shí)施方式是基于下面的認(rèn)識(shí)強(qiáng)耦合諧振物體的陣列擴(kuò)展無(wú)線能量傳遞的有效范圍，并且有助于向大距離移動(dòng)的接收物體傳遞能量。耦合諧振體陣列圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)300。代替使用一個(gè)諧振物體作為能量源， 而把具有相同諧振頻率的至少三個(gè)諧振物體311的陣列用作能量源310。每個(gè)物體是電磁的(EM)并且非輻射，并且被配置為響應(yīng)于接收到能量而產(chǎn)生EM近場(chǎng)。陣列310可以是物體311的任何排列。陣列中的物體311按一定距離排列，即，物理上不連接，從而當(dāng)接收能量時(shí)，物體通過(guò)電磁波360的諧振耦合而與陣列中的至少一個(gè)其它物體強(qiáng)耦合。陣列中的諧振耦合的類型可以是電感耦合、電容耦合、或者其組合。使用能量驅(qū)動(dòng)器330來(lái)向陣列310中的一個(gè)或者更多個(gè)物體提供能量。通過(guò)諧振耦合，能量被分布到陣列310中的全部物體。陣列中的能量分布是通過(guò)激勵(lì)倏逝波360來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該倏逝波360由于諧振耦合而沿著陣列中的物體傳播。倏逝波局限在諧振物體的近場(chǎng)內(nèi)而不會(huì)輻射到自由空間中。在一個(gè)實(shí)施方式中，為了減少該過(guò)程中的損耗，選擇高質(zhì)量因數(shù)⑴因數(shù)，Q> 100) 的諧振物體。能量匯320與陣列相距距離D。能量匯可構(gòu)建為諧振物體或者非諧振物體。通過(guò)倏逝波370的耦合，從能量源310向能量匯320傳遞能量。該耦合可發(fā)生在能量源中的一個(gè)或者更多個(gè)物體與能量匯之間。能量匯從能量源無(wú)線地接收能量并且向負(fù)載340提供能量。能量匯可沿著線350處于不同的位置。當(dāng)能量匯處于不同的位置時(shí)，能量源310中的不同物體耦合到能量匯320。本發(fā)明的實(shí)施方式是基于以下認(rèn)識(shí)如果向強(qiáng)耦合諧振物體陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，則能量以合理的損耗在陣列中的全部物體間振蕩。如果向陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，則能量從該物體分布到陣列中的全部其它物體。由此，能量匯可從陣列的任意物體無(wú)線地接收能量。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種儲(chǔ)存和分布能量以便隨后在任意希望方向和距離上從能量驅(qū)動(dòng)器無(wú)線地獲取能量的方式。在現(xiàn)有的能量分布系統(tǒng)中，在閉環(huán)中發(fā)射能量以將未使用的能量返回到能量源或者返回到其它專門設(shè)計(jì)的能量?jī)?chǔ)存器。這不被認(rèn)為是一個(gè)問(wèn)題，而是能量傳遞的事實(shí)。本發(fā)明的實(shí)施方式?jīng)]有這個(gè)要求，使得能夠任意設(shè)置物體，由此任意配置能量分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。配置諧振陣列310中的諧振物體311可根據(jù)用途而采取任何物理形狀。例如，諧振物體可以是自諧振線圈、螺旋線和電介質(zhì)諧振體。在圖4A示出的一個(gè)實(shí)施方式中，諧振物體具有平面螺旋線411的形式。諧振物體可形成不同結(jié)構(gòu)，以形成不同形狀的陣列。通過(guò)線性地排列多個(gè)諧振物體形成陣列410。螺旋線物體411由導(dǎo)線制成并且在諧振頻率下自諧振。能量匯可包括構(gòu)成為諧振或者非諧振結(jié)構(gòu)的一個(gè)或者更多個(gè)物體。在一個(gè)實(shí)施方式中，用螺旋線420構(gòu)建能量匯，并且設(shè)置在陣列410中的一個(gè)物體的上面。在另一個(gè)實(shí)施方式中，能量匯可在當(dāng)前和另一個(gè)位置430之間移動(dòng)。在又一個(gè)實(shí)施方式中，在不同位置使用多個(gè)能量匯420和430。圖4B到圖4D示出更復(fù)雜的陣列形狀。圖4B示出沿著曲線布置的諧振物體陣列 440。在圖4C示出的另一個(gè)實(shí)施方式中，諧振物體沿著圓450排列。在圖4D示出的又一個(gè)實(shí)施方式中，諧振物體可在平面460中二維排列。在各個(gè)實(shí)施方式中，能量匯是用于無(wú)線地接收能量的具有諧振頻率的諧振物體。示例應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式可應(yīng)用于向移動(dòng)設(shè)備無(wú)線地提供能量、或者對(duì)不同設(shè)備上的電池?zé)o線地充電的各種用途。這些設(shè)備包括，但不限于，電動(dòng)車、電梯、機(jī)器人、蜂窩電話等電子設(shè)備、膝上型計(jì)算機(jī)等。圖5示出用于向電梯550無(wú)線地提供能量的系統(tǒng)500。由諧振物體511的陣列510 形成能量源，并且安裝在電梯豎井中。使用驅(qū)動(dòng)器530來(lái)向陣列510中的一個(gè)或者更多個(gè)物體提供能量。驅(qū)動(dòng)器530連接到電力網(wǎng)。能量匯520是諧振物體，并且連接到電梯的負(fù)載MO以對(duì)電梯轎廂供電。能量匯520從能量源無(wú)線地接收能量，并且向負(fù)載540提供能量。能量匯520和負(fù)載540兩者都設(shè)置在電梯轎廂550的外部?？梢允褂米杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)和其它部件(未示出)來(lái)控制和優(yōu)化電梯系統(tǒng)的性能。該系統(tǒng)可適用于電動(dòng)車無(wú)線充電等的其它應(yīng)用。作為能量匯的諧振體陣列本發(fā)明的一些實(shí)施方式使用由諧振體陣列形成的能量匯。圖6A到圖6B示出具有不同能量匯結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)610和620的示例。在這兩個(gè)系統(tǒng)中，由排列為直線陣列的螺旋線構(gòu)成能量源。在驅(qū)動(dòng)器處使用環(huán)形天線以向位于陣列一端的諧振螺旋線提供能量。在系統(tǒng) 610中，能量匯是相同的螺旋線諧振體，并且與位于陣列另一端的諧振螺旋線同軸對(duì)準(zhǔn)。能量匯距陣列平面0.5m。使用環(huán)形天線以從能量匯提取能量。在系統(tǒng)620中，由相同的螺旋線的陣列構(gòu)成能量匯。環(huán)形天線與位于陣列一端的螺旋線同軸對(duì)準(zhǔn)。圖6C示出系統(tǒng)620 的傳遞效率625比系統(tǒng)610的傳遞效率615更好。兩個(gè)耦合的諧振體陣列圖7示出包括用于無(wú)線能量傳遞的一對(duì)諧振體陣列(即第一陣列710和第二陣列 720)的系統(tǒng)700。在諧振頻率下振蕩的能量被從驅(qū)動(dòng)器730提供到能量源710。該能量可被無(wú)線地提供。能量源710和能量匯720是諧振物體711和721的陣列。能量源和能量匯中的諧振物體之間的相互耦合根據(jù)諧振陣列結(jié)構(gòu)而使無(wú)線能量在系統(tǒng)中重新分布。通常， 第一和第二陣列各自的物體之間的距離小于能量源與能量匯之間的距離。陣列710和720之間的相互耦合使得能夠在中距離(例如諧振物體尺寸的數(shù)倍)上通過(guò)近場(chǎng)715進(jìn)行無(wú)線能量傳遞。通過(guò)能量源中的一個(gè)或者更多個(gè)諧振物體與能量匯中的一個(gè)或者更多個(gè)諧振物體之間的耦合，能量從能量源傳遞到能量匯。由于相互耦合而引起的總體場(chǎng)分布形成了單個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)諧振體陣列的耦合模式。在各個(gè)實(shí)施方式中，諧振物體711和721具有不同的形狀和幾何結(jié)構(gòu)。能量源和能量匯的諧振頻率可不同。然而，在一個(gè)實(shí)施方式中使諧振物體711和721保持相同的諧振頻率以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的能量傳遞效率。在各個(gè)實(shí)施方式中，第一陣列的尺寸小于、大于或者等于第二陣列的尺寸。第一和第二陣列可以具有相同或者不同的尺寸。第一和第二陣列可以具有相同或者不同的自由度。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二陣列具有至少一個(gè)自由度。在一個(gè)實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)向一個(gè)或者數(shù)個(gè)諧振物體提供能量。另外，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器饋送位置731。在系統(tǒng)配置(即，能量源和能量匯的物體) 確定之后，系統(tǒng)諧振頻率和每個(gè)諧振頻率的諧振模式就固定下來(lái)。驅(qū)動(dòng)器730可在能量源 710中的任意諧振物體711處向系統(tǒng)提供能量。類似地，在一個(gè)實(shí)施方式中，負(fù)載能量提取位置可移動(dòng)。可從能量匯的任意諧振物體721提取能量。在本實(shí)施方式的變型中，負(fù)載740可從能量匯的陣列中的例如不同位置 741、742、743和744處的一個(gè)以上物體提取能量。在一些實(shí)施方式中，可使用系統(tǒng)700中的多個(gè)驅(qū)動(dòng)器以在不同位置處向能量源陣列710提供能量。類似地，可使用多個(gè)負(fù)載740和745以在不同位置處從能量匯720提取
能量°移動(dòng)設(shè)備圖8示出用于向諸如電梯的移動(dòng)設(shè)備無(wú)線地供應(yīng)能量的系統(tǒng)800。能量源是諧振物體880的陣列860。能量源被安裝在電梯豎井中并且從能量驅(qū)動(dòng)器810接收能量815。能量驅(qū)動(dòng)器可連接到電力網(wǎng)并且例如以感應(yīng)方式向能量源供應(yīng)能量。諧振體陣列被配置為在特定諧振頻率下以特定諧振模式產(chǎn)生電磁倏逝波。電梯轎廂850(即負(fù)載)無(wú)線地連接到由諧振體陣列820形成的能量匯。能量匯的諧振物體的數(shù)量可以少于、多于或者等于能量源的諧振體陣列的數(shù)量。示例圖9示出另一示例實(shí)施方式。在27MHz下諧振的螺旋線諧振體910形成能量源 920和能量匯930的諧振體陣列。例如，兩個(gè)諧振體陣列都具有6個(gè)螺旋線元件。使用半徑 R的兩個(gè)環(huán)形天線作為能量驅(qū)動(dòng)器940和負(fù)載950。驅(qū)動(dòng)器/負(fù)載和源陣列/匯陣列的間距是D2。能量源和匯陣列之間的距離是D。例如，通過(guò)有線電纜向能量驅(qū)動(dòng)器940提供能量，接著通過(guò)例如諧振頻率下的感應(yīng)耦合提供到能量源。在系統(tǒng)中激勵(lì)特定的諧振模式，能量根據(jù)該諧振模式在整個(gè)系統(tǒng)上重新分布。負(fù)載950無(wú)線地從能量匯930將能量提取出系統(tǒng)。當(dāng)從系統(tǒng)提取出能量時(shí)，系統(tǒng)的能量平衡被擾動(dòng)，從驅(qū)動(dòng)器940提供更多的能量以維持平衡。因此，只要系統(tǒng)中維持諧振模式，從驅(qū)動(dòng)器940向負(fù)載950傳遞的能量就繼續(xù)。因?yàn)橄到y(tǒng)的諧振模式取決于頻率，所以傳遞效率也取決于頻率，如圖IOA所示。在系統(tǒng)中能量傳遞效率1030具有多個(gè)峰值，這是多個(gè)諧振體結(jié)構(gòu)的結(jié)果。功率傳遞效率曲線中的不同峰值1011到1014對(duì)應(yīng)于不同的相應(yīng)諧振模式1021到1024，如圖IOB到圖IOE所示。當(dāng)激勵(lì)了對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)共同的諧振模式時(shí)，能量被幾乎沒有輻射地限制在系統(tǒng)內(nèi)。具體地，從驅(qū)動(dòng)器到負(fù)載的最高功率傳遞效率位于能量在整個(gè)系統(tǒng)上均勻分布的諧振模式處，其為峰值1014。圖11示出相應(yīng)的模式1110。能量源920和能量匯930中的每個(gè)諧振體在該諧振模式中激勵(lì)，并且能量均勻地分布，沿著兩個(gè)陣列在兩個(gè)陣列之間振蕩。二維諧振陣列圖12示出諧振物體的陣列可如何具有不同維度，例如諧振物體的二維QD)陣列。 該2D陣列在χ和y方向兩者上延伸，并且用作能量源1240和能量匯1230。能量驅(qū)動(dòng)器 1260在諧振頻率下向能量源提供1250能量。由于能量源中的諧振物體之間的相互耦合， 1270-1273，無(wú)線能量在兩個(gè)方向上在系統(tǒng)上重新分布。能量源中的諧振物體和能量匯的諧振物體之間的相互耦合1274導(dǎo)致能量無(wú)線地從能量源1240向能量匯1230傳遞。通過(guò)在諧振頻率下提供能量，激勵(lì)出整體系統(tǒng)的相應(yīng)諧振模式。在相應(yīng)的諧振頻率下，系統(tǒng)1200 中的能量在3個(gè)方向上重新分布。特別地，能量在ζ方向上無(wú)線地傳遞。盡管通過(guò)優(yōu)選實(shí)施方式的示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，應(yīng)理解的是可以在本發(fā)明的要旨和范圍內(nèi)進(jìn)行各種其它改動(dòng)和修改。因此，所附的權(quán)利要求的目的是覆蓋落入本發(fā)明的要旨和范圍內(nèi)的全部這些改動(dòng)和修改。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線地交換能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有諧振頻率的至少三個(gè)物體的陣列，每個(gè)所述物體是電磁的并且是非輻射的，并且響應(yīng)于接收到能量而產(chǎn)生電磁近場(chǎng)，其中所述陣列中的每個(gè)物體與該陣列中的所有其它物體隔開距離，使得在接收到能量時(shí)，所述物體通過(guò)倏逝波的諧振耦合而與該陣列中的至少一個(gè)其它物體強(qiáng)耦合；以及能量驅(qū)動(dòng)器，其用于在所述諧振頻率下向所述陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，使得在該系統(tǒng)的工作期間，能量從所述物體分布到所述陣列中的所有其它物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述諧振耦合是電感耦合、電容耦合或者其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量驅(qū)動(dòng)器向多于一個(gè)的物體提供能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述物體被布置為在所述系統(tǒng)的工作期間，能量在所述陣列的所有物體之間振蕩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陣列具有復(fù)雜形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陣列是多維度的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括能量匯，其通過(guò)倏逝波的耦合從所述陣列的至少一個(gè)物體無(wú)線地接收能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述能量匯被設(shè)置為同時(shí)從所述陣列的多個(gè)物體接收能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述能量匯可相對(duì)于所述陣列移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述能量匯是具有所述諧振頻率的諧振物體。
11.一種無(wú)線地交換能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 能量源，其包括物體的第一陣列；能量匯，其包括物體的第二陣列，所述能量源和所述能量匯中的每個(gè)物體具有諧振頻率，是電磁的并且是非輻射的，并響應(yīng)于接收到能量而產(chǎn)生電磁近場(chǎng)；能量驅(qū)動(dòng)器，其在所述諧振頻率下向所述能量源中的至少一個(gè)物體提供能量，使得在所述系統(tǒng)的工作期間，能量從所述能量源中的所述物體分布到所述能量源中的所有其它物體；以及負(fù)載，其從所述能量匯接收能量，其中所述第一陣列和第二陣列中的每個(gè)物體分別與所述第一陣列和第二陣列中的所有其它物體隔開距離，使得當(dāng)接收到能量時(shí)，所述第一陣列和第二陣列中的物體通過(guò)倏逝波的諧振耦合而與所述第一陣列和第二陣列中的至少一個(gè)其它物體強(qiáng)耦合，并且，所述能量匯被設(shè)置為通過(guò)所述第一陣列中的一個(gè)或者更多個(gè)物體與所述第二陣列中的一個(gè)或者更多個(gè)物體之間的諧振耦合，從所述能量源無(wú)線地接收能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一陣列和第二陣列各自的物體之間的距離小于所述能量源與所述能量匯之間的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一陣列的尺寸大于所述第二陣列的尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一陣列的尺寸等于所述第二陣列的尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一陣列和所述第二陣列是二維陣列。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第二陣列具有至少一個(gè)自由度。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述能量驅(qū)動(dòng)器同時(shí)向所述能量源中的多個(gè)物體提供能量。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述負(fù)載同時(shí)從所述能量匯中的多個(gè)物體接收能量°
19.一種無(wú)線地交換能量的方法，該方法包括在至少三個(gè)物體的陣列中的所有物體之間分布能量，每個(gè)物體具有諧振頻率，是電磁的并且是非輻射的，并被設(shè)置為響應(yīng)于接收到能量而產(chǎn)生電磁近場(chǎng)，其中所述陣列中的每個(gè)物體與該陣列中的所有其它物體隔開距離，使得當(dāng)接收到能量時(shí)，所述物體通過(guò)倏逝波的諧振耦合而與該陣列中的至少一個(gè)其它物體強(qiáng)耦合，從而在所述系統(tǒng)的工作期間，能量從所述物體分布到所述陣列中的所有其它物體；以及向與所述陣列隔開距離的能量匯無(wú)線地發(fā)射能量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述能量匯由具有所述諧振頻率的物體的陣列形成，所述方法還包括在所述陣列的多個(gè)物體與所述能量匯的多個(gè)物體之間無(wú)線地發(fā)射能量。
全文摘要
無(wú)線地交換能量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的無(wú)線地交換能量的系統(tǒng)包括具有諧振頻率的至少三個(gè)物體的陣列，每個(gè)物體是電磁的(EM)并且非輻射的，并且響應(yīng)于接收到能量而產(chǎn)生EM近場(chǎng)，其中陣列中的每個(gè)物體與陣列中的所有其它物體隔開一定距離，從而當(dāng)接收到能量時(shí)，物體通過(guò)倏逝波的諧振耦合而與陣列中的至少一個(gè)其它物體強(qiáng)耦合；以及能量驅(qū)動(dòng)器，其用于在諧振頻率下向陣列中的至少一個(gè)物體提供能量，從而在系統(tǒng)的工作期間，能量從該物體分布到陣列中的所有其它物體。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102447311SQ20111029380
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者張坤好, 王炳南, 黃達(dá) 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社