(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーを無線で交換するシステムであって、
共振周波数を有する線形に配置された少なくとも３つの物体のアレイであって、各該物体は電磁的（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成し、前記アレイ内の各該物体は全ての他の該物体から或る距離に配置され、前記配置によって、該物体は前記エネルギーを受信するとエバネッセント波の共振結合により前記アレイ内の少なくとも１つの該物体に強結合される、前記アレイと、
前記共振周波数における前記エネルギーを前記アレイ内の少なくとも１つの該物体に提供し、前記提供によって、該システムの動作中、前記エネルギーが提供された該物体から前記アレイ内の全ての他の該物体に分配されるようにする、エネルギードライバーと、
前記少なくとも３つの物体に沿って線形に移動可能であり、エバネッセント波の結合により前記アレイの少なくとも１つの物体から前記エネルギーを無線で受信するエネルギーシンクと、
を備えたことを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記共振結合は、誘導結合、容量性結合、又はその組み合わせである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記エネルギードライバーは前記エネルギーを２つ以上の物体に提供する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記エネルギーシンクは、前記アレイの複数の前記物体から前記エネルギーが同時に受信されるように配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記エネルギーシンクは前記共振周波数を有する共振物体である請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
エネルギーを無線で交換する方法であって、
線形に配置された少なくとも３つの物体のアレイ内の全ての該物体間で前記エネルギーを分配することであって、各該物体は、共振周波数を有し、電磁（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成するように構成され、前記アレイ内の各該物体は全ての他の該物体から或る距離に配置され、前記配置によって、該物体は前記エネルギーを受信するとエバネッセント波の共振結合により前記アレイ内の少なくとも１つの他の該物体に強結合され、前記強結合によって、システムの動作中、前記エネルギーが受信された該物体から前記アレイ内の全ての他の該物体に前記エネルギーが分配されること、及び
前記少なくとも３つの物体に沿って線形に移動可能で前記アレイから或る距離に配置されたエネルギーシンクに、無線で前記エネルギーを送信すること、
を含む、方法。
【請求項７】
前記エネルギーシンクは前記共振周波数を有する複数の物体のアレイによって形成され、
前記エネルギーを前記少なくとも３つの物体のアレイ内の複数の物体と前記エネルギーシンクの複数の物体との間で無線で送信すること
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的にはエネルギーを無線で伝達することに関し、より詳細には、共振物体のアレイを用いてエネルギーを伝達することに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線エネルギー伝達
誘導結合は、コードレス電子歯ブラシ又は車両バッテリ等の複数の無線エネルギー伝達システムにおいて用いられる。変換器のような結合インダクターにおいて、ソース、たとえば一次コイルは、電磁場としてエネルギーを生成し、シンク、たとえば二次コイルは、エネルギーシンク内を流れるエネルギーが最適化される、たとえばエネルギーシンクによって生成されるエネルギーがエネルギー源のエネルギーと可能な限り類似するようにその電磁場の範囲を定める。エネルギーを最適化するためには、エネルギー源とエネルギーシンクとの間の距離は可能な限り小さくすべきである。なぜなら、大きな距離を介することにより、誘導結合法が非常に非効率になるためである。
【０００３】
共振結合システム
図１は、共振源１１０から共振シンク１２０にエネルギーを伝達するための従来の共振結合システム１００を示している。共振結合において、２つの共振電磁物体、すなわちエネルギー源及びエネルギーシンクは、共振条件下で互いに相互作用する。
【０００４】
ドライバー１４０はエネルギーを共振源に入力して振動電磁場１１５を形成する。励起した電磁場は、ドライバーにおける励起信号周波数、すなわち共振システムのソース及びシンクの自己共振周波数に対し或る率で減衰する。しかしながら、共振シンクが各サイクルの間に損失するエネルギーよりも多くのエネルギーを吸収する場合、エネルギーのほとんどがエネルギーシンクに伝達される。共振源及び共振シンクを同じ共振周波数で動作させることによって、共振シンクがその周波数において低いインピーダンスを有すること、及びエネルギーが最適に吸収されることが保証される。
【０００５】
エネルギーは、共振物体間で距離Ｄを介して伝達され、たとえば共振ソースは長さＬ１を有し、共振シンクは長さＬ２を有する。ドライバーは電力提供部をエネルギー源に接続する。共振シンクは電力消費デバイス、たとえば抵抗負荷１５０に接続される。エネルギーは、ドライバーによって共振源に供給され、共振源から共振シンクに無線でかつ非放射的に伝達され、負荷によって消費される。無線非放射エネルギー伝達は、場１１５、たとえば共振システムの電磁場又は音場を用いて実行される。この説明を簡単にするために、場１１５は電磁場とする。共振物体の結合の間、共振源と共振シンクとの間でエバネッセント波１３０が伝播される。
【０００６】
一方、共振結合はエネルギー源から中距離を介してエネルギーシンクにエネルギーを伝達する。中距離は、たとえば共振周波数波長の数倍であり、距離が長くなると非効率である。このため、効率的な無線エネルギー伝達の範囲を拡張することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施の形態は、強結合された共振物体のアレイによって、効率的な無線エネルギー伝達の範囲が拡張され、長距離にわたって移動する受信物体に対する効率的なエネルギー伝達が容易になるという認識に基づいている。
【０００８】
本発明の実施の形態は、エネルギーが、強結合された共振物体のアレイの少なくとも１つの物体に提供されたとき、エネルギーがアレイ内の全ての物体間で妥当な損失を伴って振動するという別の認識に基づいている。エネルギーがアレイ内の少なくとも１つの物体に提供される場合、エネルギーがその物体からアレイ内の全ての他の物体に分配される。このため、エネルギーシンクはアレイの任意の物体からエネルギーを無線で受信することができる。したがって、本発明の実施の形態は、エネルギードライバーから任意の所望の方向及び距離において、エネルギーを後に無線で取り出すためにエネルギーを蓄積及び分配する新規な方法を提供する。
【０００９】
従来のエネルギー分配システムでは、エネルギーは、利用されなかったエネルギーをエネルギー源又は他の特に指定されたエネルギー蓄積装置に戻す閉ループを介して送信される。これは問題ではなくエネルギー伝達の実際と考えられていた。本発明の実施の形態はこの要件を排除し、物体の任意の配置を可能にし、これによって、エネルギー分配トポグラフィーの任意の構成を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るエネルギーを無線で交換するシステムは、エネルギーを無線で交換するシステムであって、共振周波数を有する線形に配置された少なくとも３つの物体のアレイであって、各該物体は電磁的（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成し、前記アレイ内の各該物体は全ての他の該物体から或る距離に配置され、前記配置によって、該物体は前記エネルギーを受信するとエバネッセント波の共振結合により前記アレイ内の少なくとも１つの該物体に強結合される、前記アレイと、前記共振周波数における前記エネルギーを前記アレイ内の少なくとも１つの該物体に提供し、前記提供によって、該システムの動作中、前記エネルギーが提供された該物体から前記アレイ内の全ての他の該物体に分配されるようにする、エネルギードライバーと、前記少なくとも３つの物体に沿って線形に移動可能であり、エバネッセント波の結合により前記アレイの少なくとも１つの物体から前記エネルギーを無線で受信するエネルギーシンクと、を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【００１１】
別の実施の形態は、エネルギーを無線で交換するシステムであって、共振周波数を有する少なくとも３つの物体のアレイであって、各該物体は電磁的（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成し、前記アレイ内の各該物体は全ての他の該物体から或る距離に配置され、前記配置によって、該物体は前記エネルギーを受信するとエバネッセント波の共振結合により前記アレイ内の少なくとも１つの該物体に強結合される、前記アレイと、前記共振周波数における前記エネルギーを前記アレイ内の少なくとも１つの該物体に提供し、前記提供によって、該システムの動作中、前記エネルギーが提供された該物体から前記アレイ内の全ての他の該物体に分配されるようにする、エネルギードライバーと、エバネッセント波の結合により前記アレイの少なくとも１つの物体から前記エネルギーを無線で受信し、それぞれ異なる負荷に前記エネルギーを提供する複数のエネルギーシンクと、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
別の実施の形態は、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、前記無線の波長より大幅に小さい物体の第１のアレイを備え、前記第１のアレイ内の各物体は共振周波数を有し、電磁（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成する、エネルギー源と、前記無線の波長より大幅に小さい物体の第２のアレイを備え、前記第２のアレイ内の各物体は前記共振周波数を有し、電磁（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成する、エネルギーシンクと、前記共振周波数における前記エネルギーを前記エネルギー源内の少なくとも１つの該物体に提供し、前記提供によって、該システムの動作中、前記エネルギーが提供された該物体から該エネルギー源内の全ての他の該物体に分配されるようにする、エネルギードライバーと、前記エネルギーシンクから前記エネルギーを受信する負荷とを備え、前記第１のアレイ及び前記第２のアレイ内の各該物体は、それぞれ該第１のアレイ及び該第２のアレイ内の全ての他の該物体から或る距離に配置され、前記配置によって、該第１のアレイ及び該第２のアレイ内の該物体は前記エネルギーを受信するとエバネッセント波の共振結合によりそれぞれ該第１のアレイ及び該第２のアレイ内の少なくとも１つの他の該物体に強結合され、前記エネルギーシンクは、前記第１のアレイ内の１つ又は複数の該物体と前記第２のアレイ内の１つ又は複数の該物体との前記共振結合により前記エネルギー源から前記エネルギーを無線で受信するように構成される、システムを開示する。
【００１３】
別の実施の形態は、エネルギーを無線で交換する方法であって、線形に配置された少なくとも３つの物体のアレイ内の全ての該物体間で前記エネルギーを分配することであって、各該物体は、共振周波数を有し、電磁（ＥＭ）かつ非放射性であり、前記エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成するように構成され、前記アレイ内の各該物体は全ての他の該物体から或る距離に配置され、前記配置によって、該物体は前記エネルギーを受信するとエバネッセント波の共振結合により前記アレイ内の少なくとも１つの他の該物体に強結合され、前記強結合によって、前記システムの動作中、前記エネルギーが受信された該物体から前記アレイ内の全ての他の物体に前記エネルギーが分配される、分配すること、及び前記少なくとも３つの物体に沿って線形に移動可能で前記アレイから或る距離に配置されたエネルギーシンクに、無線で前記エネルギーを送信すること、を含む、方法を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の共振結合システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による効率的な無線エネルギー伝達の範囲を超えたエネルギーシンクを有するシステムのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による、エネルギー源として共振器アレイを有するシステムのブロック図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による強結合された共振物体のアレイの概略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による強結合された共振物体のアレイの概略図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による強結合された共振物体のアレイの概略図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による強結合された共振物体のアレイの概略図である。
【図５】本発明の実施形態による、動いている物体に対しエネルギーを無線で供給するシステムのブロック図である。
【図６】エネルギーシンクの異なる実施態様を比較する図である。
【図６Ｃ】エネルギーシンクの異なる実施態様を比較する概略図である。
【図７】本発明の実施形態による、エネルギー源及びエネルギーシンクとして共振器アレイを有するシステムのブロック図である。
【図８】本発明の実施形態による、移動している物体にエネルギーを無線で供給するためのシステムのブロック図である。
【図９】本発明の実施形態による動作中のスパイラル共振器のアレイの概略図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による、共振アレイシステム内の周波数の関数としての伝達効率のグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による対応する共振モードを示す図である。
【図１１】場の強度の分配パターンを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による、２次元平面システムに拡張された１次元システムの例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
エネルギーは、共振周波数において結合された共振物体間で無線で効率的に伝達することができる。共振物体のサイズが共振波長より大幅に小さい場合、エネルギーのほとんどが共振物体内に保存され、自由空間に放射されない。効率的な無線エネルギー伝達の範囲は、共振物体の物理的なサイズに依存する。エネルギー伝達は、受信物体が共振物体のサイズと比較して大きな距離にわたって移動するときに非効率である。
【００１６】
このため、図１に示す共振エネルギー伝達システムは、距離Ｄがおよそエネルギー源サイズＬ１及びエネルギーシンクサイズＬ２であるとき、効率的である。ＤがサイズＬ１又はＬ２よりはるかに大きいとき、エネルギー伝達システムは非効率になる。さらに、ソース（エネルギー源）１１０及びシンク１２０の構造設計に依拠して、システムは通例、１つの軸に沿った良好な位置合わせを必要とする。
【００１７】
図２は、共振エネルギー源２１０及び共振エネルギーシンク２２０を用いた無線エネルギー伝達が非効率であるときの例を示している。エネルギーシンク２２０は、エネルギー源２１０から、ｘ方向において距離Ｄであり、ｙ方向において距離Ｌであり、ここで距離ＬはＬ１及びＬ２よりはるかに大きい。さらに、エネルギーシンク２２０は方向線２５０に沿って動くことができる。このため、効率的な無線エネルギー伝達の範囲を拡張し、エレベーター又は電気車両等の移動デバイスにエネルギーを無線で提供するシステムを設計することが望ましい。
【００１８】
本発明の実施形態は、強結合された共振物体のアレイによって、効率的な無線エネルギー伝達の範囲が拡張され、大きな距離にわたって移動する受信物体への効率的なエネルギー伝達が容易になるという認識に基づいている。
【００１９】
結合共振器アレイ
図３は、本発明の実施形態によるシステム３００を示している。１つの共振物体をエネルギー源として用いる代わりに、同じ共振周波数を有する少なくとも３つの共振物体３１１のアレイがエネルギー源３１０として用いられる。各物体は電磁的（ＥＭ）かつ非放射性であり、エネルギーの受信に応じてＥＭ近接場を生成するように構成される。アレイ３１０は物体３１１の任意の構成とすることができる。アレイ内の物体３１１は互いから或る距離に配置され、すなわち物理的に接続されず、それによって、該物体は、エネルギーを受信すると電磁波３６０の共振結合によりアレイ内の少なくとも１つの他の物体に強結合される。
【００２０】
アレイ内の共振結合のタイプは誘導結合、容量性結合、又はその組み合わせとすることができる。エネルギードライバー３３０を用いて、エネルギーをアレイ３１０内の１つ又は複数の物体に提供する。共振結合によってエネルギーはアレイ３１０内の全ての物体に分配される。アレイ内のエネルギー分配は、共振結合に起因してアレイの物体に沿って伝播するエバネッセント波３６０の励起によって達成される。エバネッセント波は共振物体の近接場内で局所化され、自由空間には放射されない。１つの実施形態では、処理中の損失を低減するために、高い品質係数（Ｑ係数、Ｑ＞１００）を有する共振物体が選択される。
【００２１】
エネルギーシンク３２０は、アレイから距離Ｄにある。エネルギーシンクは共振物体又は非共振物体として構築することができる。エネルギーはエネルギー源３１０からエバネッセント波３７０の結合によりエネルギーシンク３２０に伝達される。結合はエネルギー源及びエネルギーシンク内の１つ又は複数の物体間で生じる可能性がある。エネルギーシンクはエネルギー源からエネルギーを無線で受信し、エネルギーを負荷３４０に提供する。エネルギーシンクは線３５０に沿った様々なロケーションにあることができる。エネルギーシンクが様々なロケーションにあるとき、エネルギー源３１０内の様々な物体がエネルギーシンク３２０に結合される。
【００２２】
本発明の実施形態は、強結合された共振物体のアレイの少なくとも１つの物体にエネルギーが提供される場合、エネルギーはアレイ内の全ての物体の間で妥当な損失を伴って振動するという認識に基づいている。エネルギーがアレイ内の少なくとも１つの物体に提供される場合、エネルギーはその物体からアレイ内の全ての他の物体に分配される。このため、エネルギーシンクはアレイ内の任意の物体からエネルギーを無線で受信することができる。したがって、本発明の実施形態は、エネルギードライバーから任意の所望の方向及び距離において、エネルギーを後に無線で取り出すためにエネルギーを蓄積及び分配する方法を提供する。
【００２３】
従来のエネルギー分配システムでは、エネルギーは、利用されなかったエネルギーをエネルギー源又は他の特別に設計されたエネルギー蓄積装置に返す閉ループを介して送信される。これは問題ではなくむしろエネルギー伝達の実際と考えられていた。本発明の実施形態は、この要件を排除し、物体の任意の配置を可能にし、これによってエネルギー分配トポグラフィーの任意の構成を可能にする。
【００２４】
アレイ構成
共振アレイ３１０内の共振物体３１１は、用途に依拠して任意の物理形状を取ることができる。たとえば、共振物体は自己共振コイル、スパイラル、及び誘電共振器とすることができる。
【００２５】
図４Ａに示す１つの実施形態では、共振物体は平面スパイラル４１１の形態を有する。共振物体は異なる形状のアレイを形成する異なる配置を形成することができる。アレイ４１０は複数の共振物体を線形に配置することによって形成される。スパイラル物体４１１は導線から作製され、共振周波数において自己共振する。エネルギーシンクは、共振又は非共振構造で構築された１つ又は複数の物体を含むことができる。１つの実施形態では、エネルギーシンクはスパイラル４２０によって構築され、アレイ４１０の物体のうちの１つの上に配置される。別の実施形態では、エネルギーシンクは現在のロケーションと別のロケーション４３０との間で移動可能である。さらに別の実施形態では、複数のエネルギーシンク４２０及び４３０が異なるロケーションにおいて用いられる。
【００２６】
図４Ｂ〜図４Ｄは、アレイのより複雑な形状を示している。図４Ｂは、曲線に沿って配置された共振物体のアレイ４４０を示している。図４Ｃに示す別の実施形態では、共振物体は円４５０に沿って配置される。図４Ｄに示すさらに別の実施形態では、共振物体は平面４６０内に２次元で配置することができる。様々な実施形態において、エネルギーシンクはエネルギーを無線で受信するための共振周波数を有する共振物体である。
【００２７】
応用形態例
本発明の実施形態はエネルギーを無線で移動デバイスに提供するか、無線で異なるデバイス上の電池に充電するための様々な応用形態に適用することができる。デバイスには、限定ではないが、電気車両と、エレベーターと、ロボットと、携帯電話、ラップトップ等の電子デバイスとが含まれる。
【００２８】
図５はエネルギーをエレベーター５５０に無線で提供するためのシステム５００を示している。エネルギー源は共振物体５１１のアレイ５１０によって形成され、昇降路に設置される。ドライバー５３０を用いてアレイ５１０内の１つ又は複数の物体にエネルギーを提供する。ドライバー５３０は送電網に接続される。エネルギーシンク５２０は共振物体であり、エレベーターかごに電力供給するためにエレベーターの負荷５４０に接続される。エネルギーシンク５２０はエネルギー源からエネルギーを無線で受信し、エネルギーを負荷５４０に提供する。エネルギーシンク５２０及び負荷５４０の双方がエレベーターかご５５０の外側に位置決めされる。インピーダンス整合ネットワーク及び他の構成要素（図示せず）を用いてエレベーターシステムの性能を制御及び最適化することができる。システムを、電気車両の無線充電等の他の用途に適用することができる。
【００２９】
エネルギーシンクとしての共振器アレイ
本発明のいくつかの実施形態は、共振器のアレイによって形成されたエネルギーシンクを用いる。図６Ａ及び図６Ｂは異なるエネルギーシンク構成を有するシステム６１０及び６２０の例を示している。双方のシステムにおいて、エネルギー源は線形アレイに整列されたスパイラルによって構築される。ドライバーにおいてループアンテナを用いて、エネルギーをアレイの一端において共振スパイラルに提供する。システム６１０において、エネルギーシンクは同一スパイラル共振器であり、アレイの他端において共振スパイラルと同軸に位置合わせされる。エネルギーシンクはアレイの平面から０．５ｍ離れている。ループアンテナを用いてエネルギーシンクからエネルギーを抽出する。システム６２０では、エネルギーシンクは同一スパイラルのアレイによって構築される。ループアンテナがアレイの一端においてスパイラルと同軸に位置合わせされる。図６Ｃは、システム６２０の伝達効率６２５がシステム６１０の伝達効率６１５よりも良好であることを示している。
【００３０】
２つの結合された共振器アレイ
図７は、無線エネルギー伝達のための１組の共振器アレイ、すなわち第１のアレイ７１０及び第２のアレイ７２０を含むシステム７００を示している。共振周波数において振動するエネルギーがドライバー７３０からエネルギー源７１０に提供される。エネルギーは無線で提供することができる。エネルギー源７１０及びエネルギーシンク７２０は共振物体７１１及び７２１のアレイである。エネルギー源及びエネルギーシンク内の共振物体間の相互結合によって、共振アレイ構成に従うシステムにおいて、無線エネルギーが再分配される。通常、それぞれ第１のアレイ及び第２のアレイの物体間の距離は、エネルギー源とエネルギーシンクとの間の距離未満である。
【００３１】
アレイ７１０とアレイ７２０との間の相互結合によって、中距離、たとえばいくつかの共振物体寸法サイズにわたる近接場７１５を通じた無線エネルギー伝達がサポートされる。エネルギーは、エネルギー源内の１つ又は複数の共振物体と、エネルギーシンク内の１つ又は複数の物体との結合によりエネルギー源からエネルギーシンクに伝達される。相互結合に起因する全体場分配は単一のシステムの２つの共振器アレイの結合モードを形成する。
【００３２】
様々な実施形態において、共振物体７１１及び７２１は異なる形状及びジオメトリである。共振周波数はエネルギー源とエネルギーシンクとの間で変動する可能性がある。しかしながら、１つの実施形態は、最適なエネルギー伝達効率を達成するために、共振物体７１１及び７２１の双方について同じ共振周波数を維持する。
【００３３】
様々な実施形態において、第１のアレイのサイズは第２のアレイのサイズよりも小さいか、第２のアレイのサイズよりも大きいか、又は第２のアレイのサイズと等しい。第１のアレイ及び第２のアレイは同じ寸法又は異なる寸法とすることができる。第１のアレイ及び第２のアレイは同じ自由度又は異なる自由度を有することができる。１つの実施形態では、第２のアレイは少なくとも１自由度を有する。
【００３４】
或る実施形態では、ドライバーは１つの物体に又はいくつかの物体に同時にエネルギーを提供することができる。また、１つの実施形態では、ドライバー給電位置７３１は動くことができる。システム共振周波数及び共振周波数毎の共振モードは、システム構成、すなわちエネルギー源及びエネルギーシンクの物体が決まった後に固定される。ドライバー７３０はエネルギー源７１０内の任意の共振器物体７１１においてシステムにエネルギーを提供することができる。
【００３５】
同様に、１つの実施形態では、負荷エネルギー抽出位置は動くことができる。エネルギーはエネルギーシンクの任意の共振物体７２１から抽出することができる。この実施形態の変形形態では、負荷７４０はエネルギーシンクのアレイ内の２つ以上の物体から、たとえば様々な位置７４１、７４２、７４３、及び７４４においてエネルギーを抽出することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、システム７００において複数のドライバーを用いて様々な位置においてエネルギー源アレイ７１０にエネルギーを提供することができる。同様に、複数の負荷７４０及び７４５を用いて様々な位置においてエネルギーシンク７２０からエネルギーを抽出することができる。
【００３７】
移動デバイス
図８は、エレベーター等の移動デバイスにエネルギーを無線で供給するシステム８００を示している。エネルギー源は共振物体８８０のアレイ８６０である。エネルギー源は昇降路に設置され、エネルギードライバー８１０からエネルギー８１５を受信する。エネルギードライバーは送電網に接続することができ、エネルギーをエネルギー源に、たとえば誘導的に供給することができる。共振器アレイは指定された共振周波数において指定された共振モードで電磁エバネッセント波を生成するように構成される。
【００３８】
エレベーターかご８５０、すなわち負荷が共振器アレイ８２０によって形成されたエネルギーシンクに無線で接続される。エネルギーシンクはエネルギー源の共振器アレイより少ないか、多いか、又は同じ数の共振物体を有することができる。
【００３９】
実施例
図９は別の実施形態例を示している。２７ＭＨｚで共振しているスパイラル共振器９１０がエネルギー源９２０及びエネルギーシンク９３０の共振器アレイを形成する。たとえば、双方の共振器アレイが６個のスパイラル素子を有する。半径Ｒを有する２つのループアンテナがエネルギードライバー９４０及び負荷９５０として用いられる。ドライバー／負荷とソースアレイ／シンクアレイとの間の離隔距離はＤ２である。エネルギー源とシンクアレイとの間の距離はＤである。
【００４０】
たとえば、エネルギーが配線によりエネルギードライバー９４０に供給され、その後、たとえば共振周波数における誘導結合によりエネルギー源に提供される。指定された共振モードがシステムにおいて励起され、エネルギーが共振モードに従ってシステム全体にわたって再分配される。負荷９５０がエネルギーシンク９３０からシステムの外にエネルギーを無線で抽出する。エネルギーがシステムから抽出されると、システムのエネルギーバランスが乱され、バランスを維持するためにさらなるエネルギーがドライバー９４０から提供される。したがって、ドライバー９４０から負荷９５０に伝達されるエネルギーは、システムにおいて共振モードが維持される限り継続する。
【００４１】
図１０Ａに示すように、システムの共振モードが周波数に依存するので、伝達効率も周波数に依存する。複数共振器構成の結果であるエネルギー伝達効率１０３０は、システムにおいて複数のピークを有する。
【００４２】
図１０（Ｂ）〜図１０（Ｅ）に示すように、電力伝達効率曲線１０１１〜１０１４における異なるピークは、異なる対応する共振モード１０２１〜１０２４に対応する。システム全体に共通の共振モードが励起されるとき、エネルギーは放射をほとんど伴わずにシステム内に閉じ込められる。
【００４３】
特に、ドライバーから負荷への電力伝達効率はエネルギーがシステム全体にわたって均等に分配される共振モードにおいて最も高くなり、これはピーク１０１４である。
【００４４】
図１１は、対応するモード１１１０を示している。エネルギー源９２０及びエネルギーシンク９３０内の各共振器はこの共振モードにおいて励起され、エネルギーは２つのアレイに沿ってかつ該２つのアレイ間で振動して均等に分配される。
【００４５】
２次元共振アレイ
図１２は、共振物体のアレイがどのように様々な次元、たとえば共振物体の２次元（２Ｄ）アレイとなることができるかを示している。２Ｄアレイはｘ方向及びｙ方向双方に延在し、エネルギー源１２４０及びエネルギーシンク１２３０として用いられる。エネルギードライバー１２６０は、共振周波数においてエネルギー源にエネルギーを提供する（１２５０）。エネルギー源内の共振物体間の相互結合１２７０〜１２７３に起因して、システムにわたって双方向に無線エネルギーが再分配される。エネルギー源内の共振物体と、エネルギーシンク内の共振物体との相互結合１２７４によって、結果としてエネルギー源１２４０からエネルギーシンク１２３０までの無線エネルギー伝達が生じる。システム全体の対応する共振モードが、共振周波数においてエネルギーを提供することを通じて励起される。対応する共振モードにおいて、システム１２００内のエネルギーが３方向において再分配される。特に、エネルギーはｚ方向において無線で伝達される。
【００４６】
本発明を好ましい実施形態の例として説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲内で様々な他の適応及び変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の趣旨及び範囲内に入るすべての変形及び変更を包含することである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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