本申請是申請日為2006年07月05日，題為“無線非輻射能量傳遞”，申請號為200680032299.2的專利申請的分案申請。

優先權信息

本申請要求2005年7月12日提交的臨時申請No.60/698442的優先權，將其全部并入本文中作為參考。

技術領域

本申請涉及振蕩共振電磁模式的領域，尤其涉及用于無線非輻射能量傳遞的具有局部緩慢漸逝場圖樣的振蕩共振電磁模式。

技術背景

在電磁學的早期，部署電線輸電網絡之前，人們投入大量的熱情和努力研究開發不需要任何載體媒介來無線長距離傳送能量的方案。這些努力看起來取得很少成就。全向天線的輻射模式對于信息傳遞來說十分有效，但是不適合這種能量傳遞，這是因為絕大多數能量浪費在自由空間中。使用激光器和強方向性天線的定向輻射模式可以被高效率地用于即使長距離（傳遞距離L_傳遞>>L_設備，其中L_設備是設備的特征尺寸）的能量傳遞，但是在移動對象的情況下需要存在不可中斷的視線和復雜的跟蹤系統。

近年來自主電子設備的快速發展（例如，手提電腦、蜂窩電話、家用自動機，它們通常都依靠化學能量存儲）提供了重新研究這個課題的需要。今天，已有的電線網絡幾乎在任何地方運載能量，即使中距離的無線非輻射能量傳遞也是十分有用的。當前用于某些重要應用的一個方案依靠電磁感應，但是這種方案限制于很近距離（L_傳遞<<L_設備）的能量傳遞。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種電磁能量傳遞設備。該電磁能量傳遞設備包括用于從外部電源接收能量的第一共振器結構。第一共振器結構具有第一品質因數（Q-factor）。第二共振器結構位于遠離第一共振器結構的位置，向外部負載供應可用的工作功率。該第二共振器結構具有第二品質因數。這兩個共振器之間的距離可以大于每個共振器的特征尺寸。通過耦合第一共振器結構和第二共振器結構的共振場漸逝跡線（tail），實現第一共振器結構和第二共振器結構之間的非輻射能量傳遞。

根據本發明的另一個方面，提供了一種電磁能量傳遞方法。該方法包括提供用于從外部電源接收能量的第一共振器結構。第一共振器結構具有第一品質因數。該方法還包括第二共振器結構，其位于遠離第一共振器結構的位置，向外部負載供應可用的工作功率。該第二共振器結構具有第二品質因數。這兩個共振器之間的距離可以大于每個共振器的特征尺寸。另外，該方法包括通過耦合第一共振器結構和第二共振器結構的共振場漸逝跡線在第一共振器結構和第二共振器結構之間傳遞非輻射能量。

附圖說明

圖1示出了說明本發明一個示例性實施例的示意圖；

圖2A是與電場一起的半徑為r的高指標（index）圓盤腔的數值FDTD結果；圖2B是針對兩個共振圓盤腔之間的中距離耦合的數值FDTD結果：最初，所有能量在一個腔中（左面），一定時間之后，兩個腔被相等地激勵（右面）。

圖3是示出了兩個電容性負載的導線環的示意圖；

圖4A和4B是針對由于從外部對象的散射而導致共振盤腔的輻射Q降低的數值FDTD結果；

圖5是針對在存在外部對象的情況下兩個共振盤腔之間的中距離耦合的數值FDTD結果；

圖6A和6B示出了作為耦合-到-k/Γ_d的函數，將所供功率轉換成有用功的效率（η_w）、設備處的輻射和歐姆損耗的效率（η_d）、源處的輻射和歐姆損耗的效率（η_s）、以及人體內部的消散的效率（η_h）；在圖（a）中，選擇Γ_w以最小化設備中存儲的能量，在圖（b）中，選擇Γ_w以最大化對于每個k/Γ_d的效率η_w。

具體實施方式