"電磁エネルギーを無線で転送する方法であって、外部電源からエネルギーを受け取る第1の共振器構造を用意することであって、第1のQ因子Q1を有する前記第1の共振器構造を用意すること、前記第1の共振器構造から遠位に位置し、有用な動作電力を外部負荷に供給する第2の共振器構造を用意することであって、第2のQ因子Q2を有する前記第2の共振器構造を用意すること、前記第1の共振器構造と前記第2の共振器構造との間で、非放射型エネルギーを、それらの共振場エバネッセントテールの結合を通して転送すること、を備え、前記各共振器構造は、低い固有損失率Γ1、2に対して高Q=ω/2Γの共振モードを、前記非放射型エネルギーの転送に用いる、電磁エネルギーを転送する方法。Q1>100およびQ2>100である、請求項1に記載の方法。√Q1Q2>100である、請求項1に記載の方法。前記各共振モードは、前記各共振器構造間の長い距離Dに渡る高エネルギー転送効率を可能にする、請求項1に記載の方法。前記各共振モードは、前記2つの共振器構造のサイズL1およびL2よりも著しく長いエバネッセントテールを有し、κ/sqrtΓ1Γ2>0.2、0.5、1、2、5、およびD/L2=1、2、3、5である、請求項4に記載の方法。電磁エネルギー無線転送装置であって、外部電源からエネルギーを受け取る第1の共振器構造であって、第1のQ因子Q1を有する前記第1の共振器構造と、前記第1の共振器構造から遠位に位置し、有用な動作電力を外部負荷に供給する第2の共振器構造であって、第2のQ因子Q2を有する前記第2の共振器構造と、を備え、前記第1の共振器構造は、前記第2の共振器構造と共に用いるためのものであり、前記第1の共振器構造と前記第2の共振器構造との間の非放射型エネルギー転送は、それらの共振場エバネッセントテールの結合を通して成立し、前記各共振器構造は、低い固有損失率Γ1、2に対して高Q=ω/2Γの共振モードを用いる、電磁エネルギー無線転送装置。Q1>100およびQ2>100である、請求項6に記載の装置。√Q1Q2>100である、請求項6に記載の装置。前記各共振モードは、前記各共振器構造間の長い距離Dに渡る高エネルギー転送効率を可能にする、請求項6に記載の装置。前記各共振モードは、前記2つの共振器構造のサイズL1およびL2よりも著しく長いエバネッセントテールを有し、κ/sqrtΓ1Γ2>0.2、0.5、1、2、5、およびD/L2=1、2、3、5である、請求項9に記載の装置。前記第1の共振器構造は容量装荷型導電性ワイヤループを備え、前記特徴的なサイズL1は前記ループの半径である、請求項6に記載の装置。前記第2の共振器構造は、モバイル無線受信機の一部である、請求項1に記載の方法。前記モバイル無線受信機は、ロボット、車両、またはコンピュータのいずれかである、請求項12に記載の方法。前記第2の共振器構造は、モバイル無線受信機の一部である、請求項6に記載の装置。前記モバイル無線受信機は、ロボット、車両、またはコンピュータのいずれかである、請求項14に記載の装置。前記第1及び第2の共振器構造の共振をマッチさせるフィードバックメカニズムを加えること、をさらに備えた、請求項1に記載の方法。前記第1及び第2の共振器構造の共振をマッチさせるフィードバックメカニズムと、をさらに備えた、請求項6に記載の装置。前記外部電源と、をさらに備え、前記第1の共振器構造は前記外部電源からエネルギーを受け取る、請求項6に記載の装置。外部電源からエネルギーを受け取る第1の共振器構造であり第1のQ因子Q1を有する前記第1の共振器構造と共に用いるための電磁エネルギー無線転送装置であって、前記第1の共振器構造から遠位に位置し、有用な動作電力を外部負荷に供給する第2の共振器構造であって、第2のQ因子Q2を有する前記第2の共振器構造と、を備え、前記第1の共振器構造と前記第2の共振器構造との間の非放射型エネルギー転送は、それらの共振場エバネッセントテールの結合を通して成立し、前記各共振器構造は、低い固有損失率Γ1、2に対して高Q=ω/2Γの共振モードを用いる、電磁エネルギー無線転送装置。前記第2の共振器構造は容量装荷型導電性ワイヤループを備え、前記特徴的なサイズL2は前記ループの半径である、請求項19に記載の装置。Q1>100およびQ2>100である、請求項19に記載の装置。√Q1Q2>100である、請求項19に記載の装置。前記第2の共振器構造は、モバイル無線受信機の一部である、請求項19に記載の装置。前記モバイル無線受信機は、ロボット、車両、またはコンピュータのいずれかである、請求項23に記載の装置。前記第1及び第2の共振器構造の共振をマッチさせるフィードバックメカニズムを加えること、をさらに備えた、請求項19に記載の方法。前記各共振器構造は、少なくとも5MHzの共振周波数で駆動される、請求項1に記載の方法。前記各共振器構造は、少なくとも5MHzの共振周波数で駆動されるように設定される、請求項6に記載の装置。前記各共振器構造は、少なくとも5MHzの共振周波数で駆動されるように設定される、請求項19に記載の装置。近年、自律型エレクトロニクスたとえば、ラップトップ、携帯電話、家庭用ロボット、これらはすべて通常、化学エネルギー貯蔵に基づくが急速に発展してきており、そのため、この問題を再検討して調べるだけの価値が出てきている。現在、既存の電気ワイヤグリッドによって、エネルギーはほとんどどこの場所へも運ばれており、中距離用の無線非放射型エネルギー転送でさえ非常に有用となろう。現在、いくつかの重要な応用例において用いられている方式の1つは誘導に基づくものだが、非常に近距離LTRANS≪LDEVのエネルギー転送に限られている。本発明の一態様によれば、電磁エネルギー転送装置が提供される。電磁エネルギー転送装置には、外部電源からエネルギーを受け取る第1の共振器構造が含まれる。第1の共振器構造は第1のQ因子を有する。第2の共振器構造は、第1の共振器構造から遠位に位置し、有用な動作電力を外部負荷に供給する。第2の共振器構造は第2のQ因子を有する。2つの共振器間の距離は、各共振器の特徴的なサイズよりも大きくすることができる。第1の共振器構造と第2の共振器構造との間の非放射型エネルギー転送は、それらの共振場エバネッセントテールの結合を通して成立する。本発明の別の態様によれば、電磁エネルギーを転送する方法が提供される。本方法には、外部電源からエネルギーを受け取る第1の共振器構造を用意することが含まれる。第1の共振器構造は第1のQ因子を有する。また本方法には、第1の共振器構造から遠位に位置する第2の共振器構造が含まれ、有用な動作電力を外部負荷に供給することが含まれる。第2の共振器構造は第2のQ因子を有する。2つの共振器間の距離は、各共振器の特徴的なサイズよりも大きくすることができる。さらに本方法には、非放射型エネルギーを、第1の共振器構造と第2の共振器構造との間で、それらの共振場エバネッセントテールの結合を通して転送することが含まれる。現時点で存在する方式とは対照的に、本発明では、局在化したゆっくりとしたエバネッセント場パターンを伴う長く続く振動共振の電磁モードを用いて無線非放射型エネルギー転送を行なう実現性が示される。この技術の基礎は、2つの同じ周波数の共振物体は結合する傾向があるが、他の非共振環境の物体とは相互作用が弱いということである。本発明の目的は、具体例を用いてこのメカニズムを定量化することであり、すなわち以下の質問に定量的に対処することである。このような方式は、どのくらいの距離まで効率的であり得るのか、また外乱に対してどれほど敏感であるのか、である。詳細な理論解析および数値解析によって、中距離LTRANS≒数LDEVの無線エネルギー交換は、実際に実現可能であり、他の非共振物体へのエネルギーの比較的小さい転送および放散のみを被るということが示される。近接場の全方向性であるが静的である非損失性の性質によって、このメカニズムは、モバイル無線受信機に対して好適なものとなっている。その結果、種々の応用例が考えられる。たとえば、有線の電気ネットワークに接続された供給源を工場室の天井に配置して、一方で、ロボット、車両、コンピュータなどの装置が部屋の中を自由に移動することである。他の考えられる応用例には、電気エンジンバス、RFID、およびおそらくはナノロボットでさえ含まれる。本発明の無線エネルギー転送方式の範囲および割合は、利用システムから動作へのエネルギー排出をまだ考えずに、検討する第1の主題である。共振物体間でのエネルギーの交換をモデリングするための適切な解析フレームワークは、結合モード理論と呼ばれる弱結合アプローチである。図1は、本発明の一般的な説明を示す概略図である。本発明では、供給源および装置を用いてエネルギー転送を行なう。供給源1および装置2は両方とも、共振器構造であり、互いから距離Dだけ離れている。この配置では、供給源1および装置2のシステムの電磁場は、以下のように近似される。Fr,t≒a1tF1ra2tF2r。ここで、F1,2r=[E1,2rH1,2r]は、供給源1および装置2の単独の固有モードである。そして電磁場振幅a1t及びa2tは、結合モード理論を満たすように示される。ここで、ω1,2は個々の固有周波数であり、Γ1,2は、物体の固有の吸収、放射などの損失に起因する共振幅であり、κ12,21は結合係数であり、κ11,22は、各物体の複素周波数のシフト他方の存在に起因するをモデリングしている。方程式1のアプローチは、多くの場合に、同様の複素固有周波数すなわち|ω1-ω2|≪|κ12,21|およびΓ1≒Γ2共振がかなり明確であるすなわちΓ1,2Im{κ11,22}≪|κ12,21|の物体に対して、および弱結合の範囲すなわち|κ12,21|≪ω1,2において、共振現象の優れた記述を与えるものとして示されている。同時に、これらの要求によって、エネルギー転送に対する最適な動作も可能になる。また方程式1が示すのは、エネルギー交換が、正確な共振ω1=ω2およびΓ1=Γ2においてほぼ完璧となり得ること、および結合時間がすべての損失時間よりもはるかに短いときに損失は最小になることである。したがって、本発明で必要とする共振モードは、低い固有損失率Γ1,2に対して高Q=ω/2Γを有する共振モードであって、エバネッセントテールが2つの物体の特徴的なサイズL1およびL2よりも著しく長いことが、強結合率|κ12,21|に対して、長い距離Dに渡って成り立つような共振モードである。なおDは、2つの物体間の最も近い距離である。これは、広く調べられてはこなかった動作領域である。なぜならば通常は、近くの装置との干渉を最小にするために短いテールが好まれるからである。ほとんど無限の大きさの物体たとえば誘電体導波路は、エバネッセントテールが物体から離れる方向に指数関数的にカットオフ近くに調整された場合にはゆっくりと減衰するガイドされたモードをサポートし、またほとんど無限のQを有する。本発明のエネルギー転送方式を実施する上で、このような幾何学的配置は、特定の応用例に対しては好適であるが、通常は、有限の物体、すなわち位相幾何学的にどこの場所でも空気に囲まれている物体の方が、適切である。残念ながら、有限の大きさの物体は、空気のすべての方向で指数関数的に減衰する電磁状態をサポートすることはできない。なぜならば、自由空間ではだからである。このため、無限Qの状態はサポートできないということが示される。しかし、非常に長く続くいわゆる高Qの状態を見出すことができる。この状態では、テールが、共振物体から離れるにつれて進む必要な指数関数的な減衰を示しており、この減衰が、十分に長い距離に渡って、テールが振動性放射性となる前に生じている。制限面電磁場の挙動でこの変化が起こる場所は、放射火面と呼ばれる。無線エネルギー転送方式が、非近接/放射場ではなくて近接場に基づくためには、結合される物体間の距離は、一方が他方の放射火面内にあるようなものでなければならない。本発明は非常に一般的なものであり、前記の要求を満たすものであればどんなタイプの共振構造も、本発明を実施するために用いることができる。例としておよび明確にするために、良く知られているが全く異なる2つの電磁共振システムを扱うことを選んでも良い。すなわち、誘電体ディスクおよび容量装荷型導電性ワイヤループである。たとえ最適化されていなくても、またそれらの単純さにもかかわらず、両方とも、かなり良好な性能を示すものと示される。システムの差は主として、現実的な考察により適用可能な周波数範囲内にある。このような考察はたとえば、誘電体が主流の光学領域においてなされる。なぜならば、導電性材料は非常に損失が大きいからである。半径rおよび誘電率εの2Dの誘電体ディスクキャビティが空気に囲まれて、高Qのウィスパーリングギャラリーモードをサポートする場合を考える。これを図2Aに示す。このようなキャビティを、両方の解析モデリングを用いて調べる。たとえば円筒座標における変数の分離および境界条件の適用と、詳細な数値有限差分時間領域FDTDシミュレーション分解能が30pts/rとである。なお3Dの場合の物理は、著しく異なるわけではないだろうが、解析上の複雑さおよび数値的な要求が、非常に増えるであろう。2つの方法を、いわゆる漏洩固有モードの複素固有周波数および電磁場パターンに適用した結果は、対象とする種々の幾何学的配置およびパラメータに対して、互いに非常に良く一致している。放射方向のモードの減衰長によって、結合強度κ≡|κ21|=|κ12|が決定され、この減衰長は波長のオーダーである。したがって、近接場結合がキャビティ間で生じることが、キャビティ同士の距離がそれらのサイズよりもはるかに長い場合に起こるためには、サブ波長のサイズの共振物体r≪λが必要となる。高放射Qおよび長テールのサブ波長共振の実現が可能となるのは、誘電率εが実際に可能な程度に大きく、主数mの方位電磁場の変化が遅いすなわちmが小さいときである。このようなTE偏光された誘電体キャビティモードの例は、Qrad=1992およびλ/r=20ε=147.7およびm=2を用いるという好都合な特性を有するものであり、図2Aに示される。この例は、この種類の共振物体に対するその後のすべての計算におけるテストキャビティ18となる。好適なキャビティの別の例は、Qrad≒9100およびλ/r≒10ε≒65.61およびm=3を用いるを有する。これらのεの値は、最初は非現実的に大きいものに見えるかも知れない。しかし、マイクロ波領域メートル領域の結合応用例に対して適切であるにおいて、相当に十分高い誘電率と低損失の両方を有する多くの材料が存在するたとえば、チタニアε≒96、Im{ε}/ε≒10-3、バリウムテトラチタネートε≒37、Im{ε}/ε≒10-4、タンタル酸リチウムε≒40、Im{ε}/ε≒10-4などだけでなく、その代わりに、sが、他の知られているサブ波長λ/r≫1の表面-波システムの効果的な屈折率を表わすことができる。このようなシステムは、たとえば金属様負のε材料または金属誘電体複合体フォトニック結晶の表面上の表面プラズモンモードである。材料吸収に関しては、マイクロ波における典型的な損失正接たとえば、前述の材料に対して列挙されたものにより、Qabs~ε/Im{ε}~10000が示唆される。放射および吸収の効果を組み合わせると、前述の解析によって、適切にデザインされた共振装置の物体dに対して、Qd~2000の値が実現可能だろうということが示される。ただし共振源sは、実際には移動できないことが多く、その認められる幾何学的配置およびサイズの制約に対する厳しさは通常、装置のデザインの制約の場合よりもはるかに小さい。したがって、放射性損失を無視できるほどに小さくデザインして、Qs~10000を実現し、吸収のみによって限定されるようにすることはできると仮定することは妥当である。次に、実現可能なエネルギー転送速度を計算するために、2つのキャビティ20、22をそれらの中心間の距離がDとなるように配置する。これを図2Bに示す。したがって、組み合わせたシステムの通常のモードは、当初のモードの偶数の重ね合わせおよび奇数の重ね合わせであり、それらの周波数は、結合係数κこれを計算しようと思っているによって割られる。解析的には、結合モード理論によって、誘電性物体に対して、以下が与えられる。ここで、ε1,2rは、バックグラウンドの誘電体を除く自由空間の物体1単独または物体2単独のみの誘電関数を示し、εrは、両物体が存在する空間全体の誘電関数を示す。数値的には、FDTDシミュレーションを用いて、キャビティの一方を励起して他方へのエネルギー転送時間を計算することによってか、または割られた通常モードの周波数を決定することによって、κを求めることが可能である。テストディスクキャビティの場合、放射火面の半径rcはrc≒11rであり、非放射型結合D<rcの場合には、したがってここでは、D/r=10、7、5、3を選択することができる。そして、図3のモード2つのキャビティを接続するラインについては奇数であるの場合、解析的な予測は、ω/2κ=1602、771、298、48であり、一方で数値的な予測はそれぞれ、ω/2κ=1717、770、298、47であり、このように2つの方法は良く一致している。当初の2つのキャビティモードの放射場は干渉して、それらの相対的な位相および振幅に応じて、増大または減少する。その結果、正味の放射損失も増加または減少することになる。したがって、任意のキャビティ距離に対して、偶数および奇数の通常モードのQsは、当初の単一キャビティのQ=1992よりも、1つは大きく、1つは小さいが結合モード理論では表現されない現象、平均のΓが常にほぼΓ≒ω/2Qとなるようになっている。したがって、対応する結合対損失比は、κ/Γ=1.16、2.59、6.68、42.49である。これらの値は、理想的な動作領域κ/Γ≫1に入ることはないが、実現値はやはり十分に大きく、応用例にとって有用なものである。半径aの円形断面の導電性ワイヤからなる半径rのN個のコイルのループ10または12を空気が取り囲む場合を考える図3に示す。このワイヤのインダクタンスは、L=μ0N2r[ln8r/a-2]である。ここで、μ0は、自由空間の透磁率である。したがって、ワイヤをキャパシタンスCに接続することによって、ループ共振が、周波数ω=1/LC1/2で起こる。共振の性質は、コンデンサにかかる電圧によるコンデンサ内部の電場から、ワイヤ内の電流による自由空間内の磁場へとエネルギーが周期的に交換されることにある。この共振システムにおける損失は、ワイヤ内部のオーミック損失と自由空間への放射性損失とからなる。非放射型結合の場合、近接場領域を用いなければならず、領域の大きさは、大まかに波長λによって設定される。したがって、好ましい動作領域はループが小さい場所r≪λである。このような範囲において、2つの損失経路に付随する抵抗はそれぞれ、Rohm={μ0ρω/2}1/2Nr/aおよびRrad=π/6ηoN2ωr/c4である。ここでρは、ワイヤ材料の抵抗率であり、η0≒120πΩは、自由空間のインピーダンスである。したがって、このような共振の品質係数は、Q=ωLRohmRradとなり、システムパラメータによって決定されるある周波数において最も高くなる。それより低い周波数では、オーム損失が支配的であり、それより高い周波数では放射が支配的である。マイクロ波における粗い推定を行なうために、銅ρ=1.69×10-8Ωmワイヤからなる1つのコイルN=1を用いることができる。そしてr=1cmおよびa=1mmたとえば携帯電話に対して適切であるの場合、品質係数は、f=380MHzにおいて最大値Q=1225となり、r=30cmおよびa=2mmラップトップまたは家庭用ロボットに対するの場合、f=17MHzにおいてQ=1103となり、一方でr=1mおよびa=4mm部屋天井上で供給源ループとなり得るの場合、f=5MHzにおいてQ=1315となる。このように一般に、予想される品質係数は、Q≒1000~1500λ/r≒50~80においてであり、すなわち近接場結合にとって好適である。2つのループ10および12がそれらの中心間の距離Dで配置されている図3に示すときのループ間のエネルギー転送の速度は、κ12=ωM/2L1L21/2で与えられる。ここでMは、2つのループ10および12の相互インダクタンスである。r≪D≪λという範囲において、準静的な結果M=π/4μ0N1N2r1r22/D3を用いることができる。この式は、ω/2κ~{D/r1r21/2}3を意味する。たとえば、D/=10、8、6を再び選択することによって、r=1cmの2つのループ前に用いたのと同じに対して、ω/2κ=3033、1553、655がそれぞれ得られ、r=30cmに対してω/2κ=7131、3651、1540が得られ、またr=1mに対して、ω/2κ=6481、3318、1400が得られる。対応する結合対損失比のピーク単一ループのQが最大になる周波数におけるは、3つのループの種類および距離に対して、κ/Γ=0.4、0.79、1.97、および0.15、0.3、0.72、および0.2、0.4、0.94である。異なるループの例は、r=1m天井上の供給源ループとr=30cmフロア上の家庭用ロボットループとが距離D=3m部屋の高さだけ離れている場合であり、このときκ/Γ1Γ21/2=0.88がf=6.4MHzで最大となる。この値は個々のQのピークの間である。この場合も、これらの値は最適な領域κ/Γ≫1にはないが、十分なものであると示される。エネルギー転送に対して、この誘導方式とすでに使用されている近距離誘導方式との差として、後者の方式は非共振であるということを理解することは重要である。結合モード理論を用いて、以下のことが容易に示される。幾何学的配置と固定供給源に貯蔵されるエネルギーとを保ったままで、現在提案している共振結合誘導メカニズムによって、Qとして、従来の非共振メカニズムと比べてほぼ1000倍の電力を、装置での動作に対して送出することができる。これが、中距離用のエネルギー転送が可能となる理由である。容量装荷型導電性ループは実際、共振アンテナとして広く使用されているたとえば携帯電話において。しかしこれらの動作は非近接場領域r/λ~1においてであり、放射Qは、アンテナを効率的にするために意図的に小さくデザインされている。そのため、それらはエネルギー転送にとっては適切ではない。明らかに、本発明の共振に基づく無線エネルギー転送方式の成功は、物体の共振が確固としていることに強く依存する。したがって、偶発的な非共振の外来物体が近接して存在する場合、そのことに対する共振の感度は、提案した方式の解析すべき別の態様である。外来物体の共振物体との相互作用は、方程式1における結合モード理論モデルを変更することで得られる。なぜならば、外来物体は明確な共振がないかまたは共振とはほど遠く、共振物体と外来物体との間のエネルギー交換は最小であるため、方程式1におけるκ12の項を落とすことができるからである。共振物体内の電磁場振幅a1tに対する適切な解析モデルは以下のようになる。すなわち、外来物体の影響は、単に共振物体の共振に対する摂動であり、2つの部分からなる。第1に、外来物体は、その共振周波数を、κ11の実部を通してシフトすることによって、他の共振物体からずらす。これは、フィードバックメカニズムをすべての装置に設けることでかなり容易に修正できる問題である。フィードバックメカニズムは、その周波数を、たとえば幾何学的配置をわずかに変えることによって補正して、供給源のそれとマッチさせる。第2に、外来物体は、強制的に、共振物体にモードのエネルギーを失わせる。これは、外来物体内の誘電分極または電流を通して外来物体からの放射へと消散させることにより、およびκ11の虚部を通して外来物体内で材料の吸収が生じることにより、起こる。このQの減少は、エネルギー転送方式の機能に対して有害な影響を及ぼす可能性がある。なぜならば、それは修復できないからである。したがってその大きさを定量化しておかなくてはならない。検討した共振物体の第1の例では、誘電体ディスクの種類、小型、低屈折率、低材料損失、またははるか遠くに散在する物体によって、小さい散乱および吸収が誘起される。したがって、Qを減少させる上でさらに危険な現実的なケースを検討するために、テスト誘電体ディスクキャビティ40を次の近くに配置することができる。a別の非共振物体42たとえば人間であって、大きなReε=49およびIm{ε}=16を有し、同じサイズだが異なる形状のもの図4Aに示す、b粗面化された表面46たとえば壁であって、大きい広さであるが小さいRe{ε}=2.5およびIm{ε}=0.05であるもの図4Bに示す。解析的には、小さい摂動と相互作用する物体の場合、散乱により減少した放射Qの値は、以下の分極を用いて推定することができる。これは、外来物体X=42内部の共振キャビティ1または粗面化された表面X=46によって誘起されるものである。検討したケースにおいて、外来物体の屈折率またはサイズは大きいため、これらの一次摂動理論の結果は、十分に正確ではないであろう。したがって、数値FDTDシミュレーションにのみ頼ることができる。これらの物体内部の吸収Qは、以下の式から推定することができる。これらの方法を用いて、キャビティと外来物体との中心間の距離D/r=10、7、5、3に対して、次のことを見出すことができる。Qrad=1992は減少して、Qrad=1988、1258、702、226にそれぞれなること、および物体内部の吸収率は、Qabs=312530、86980、21864、1662であることである。これはすなわち、キャビティの共振が、高屈折率および/または高損失の外来物体から有害に乱されることは、おそらく移動可能な物体がキャビティの非常に近くまで来ない限り起こらない、ということである。キャビティから、粗面化された表面までの距離D/r=10、7、5、3、0に対して、次のことが見出される。すなわち、それぞれQrad=2101、2257、1760、1110、572であり、およびQabs4000である。これはすなわち、当初の共振モードに対する影響は、キャビティが表面上に埋め込まれる極端な場合であっても満足できる程度に低い、ということである。なお金属物体が近接する場合も、共振場を著しく散乱することがあり得るが、簡単のために、このような物体は存在しないと仮定することができる。次に、組み合わせシステムとして、共振源の物体sを用いてエネルギーを共振装置の物体dまで無線で転送するが、非共振の外来物体eが存在するシステムを想定する。eに由来するすべての外来的な損失メカニズムの強度は、|Esre|2によって、共振源のテールの小さい振幅外来物体の位置reにおいて値が求められるの2乗を用いて決定されることが分かる。対照的に、供給源から装置へ送られるエネルギーの共振結合の係数は、同じオーダーのテール振幅|Esrd|装置の位置rdにおいて値が求められるによって決定されるが、今回は2乗しない。したがって、供給源から装置までおよび供給源から外来物体までの距離が等しい場合、装置とのエネルギー交換に要する結合時間は、外来物体内部の損失の蓄積に必要な時間よりもはるかに短い。これは特に、共振場の振幅が、供給源から離れるにつれて指数関数的に減衰する場合に、当てはまる。性能を実際に最適化することは、システムのデザインを、供給源ではテールを短く装置ではテールを長くして望ましい結合が実現されるように行なうことで可能である。その結果、残りの物体から供給源に対してなされる干渉は最小となる。前述の考え方は、誘電体ディスクキャビティの場合には、図2A、2Bと図4A、4Bとを組み合わせるシミュレーションによって検証することができる。すなわち2つの供給源-装置のテストキャビティ50が1Orだけ離れて配置され、それらの間に同じサイズの外来物体52ε=49が、大きな粗面化された表面56ε=2.5から距離5rのところに存在するシミュレーションである図5に示す。その結果、当初の値であるQ=1992、ω/2κ=1717したがってκ/Γ=1.16は減少して、Q=765、ω/2κ=965したがってκ/Γ=0.79になる。この変化は、考えられる外部摂動の大きさを考慮すると、満足できる程に小さく、またシステムデザインが最適化されてはいないので、結合対損失比の最終値は期待できる値であり、この方式はエネルギー転送に対して有用であり得る。説明している共振物体の第2の例である導電性ワイヤループでは、共振に対する外来物体の影響はほとんどない。この理由は、考察中の動作の準静的領域r≪λでは、ループを囲む空気領域での近接場が主に磁場だからである。なぜならば、電場はコンデンサの内部に局在化されるからである。したがって、外来物体として、この場と相互作用することができ共振に対する摂動として働くものは、著しい磁気特性透磁率Re{μ>1または磁気損失Im{μ>0を有するものである。良く知られている材料はほとんどすべて非磁性であるため、磁場に対するそれらの応答は自由空間の場合と同じように行なわれ、したがって導電性ワイヤループの共振を乱すことはない。これらの共振に影響すると予想される唯一の摂動は、大きな金属構造が近接することである。前記した事実の極めて重要な意味は、人間に対する安全性の配慮に関する。人間はまた非磁性であり、わずかな危険も被ることなく強力な磁場に耐えることができる。これは明らかに、この種類の共振システムが現実の多くの応用例に対して有する優位性である。他方で、高い効果的な屈折率の誘電体システムには、次のような優位性がある。すなわち、システムの効率は、大きな値κ/Tが実現されたことから判断すると、もっと高いように思われること、およびシステムは、はるかに短い長さスケールに対しても適用できることであり、前記した通りである。次に、共振源sおよび装置dの組み合わせシステムを、人間hおよび壁がある場合について再び考えてみる。まず、この共振に基づくエネルギー転送方式の効率を、エネルギーが使用装置から作業動作へと排出されている場合について、調べてみる。すでに求めたパラメータを用いることができる。誘電体ディスクの場合、供給源における吸収が主体の損失はQs~104、装置における放射が主体の損失はQd~103人間および壁からの散乱を含む、人間における供給源および装置エネルギーの吸収はQs-h、Qd-h~104~105物体からそれほど近くないその人間の距離に依存する、および壁内では無視できる吸収損失。導電性ワイヤループの場合、Qs~Qd~103であり、人間および壁からの摂動は無視できる。対応する損失率Γ=ω/2Q、距離依存性の結合κ、および動作電力が取り出される速度Γwを用いて、装置の電磁場振幅に対する結合モード理論方程式は以下のようになる。種々の一時的な方式を用いて、装置から電力を取り出すことができ、それらの効率は、組み合わせシステムのパラメータに対して種々の依存性を示す。ここで、定常状態を想定して、供給源内部の電磁場振幅が一定に維持されるようにすることができる。すなわちast=Ase-iωtであり、したがって装置内部の電磁場振幅は、adt=Ade-iωtここでAd=iκ/ΓdΓd-hΓwAsとなる。したがって、供給源で損失される電力はPs=2Γs|As|2であり、装置ではPd=2Γd|Ad|2であり、人間において吸収される電力はPh=2Γs-h|As|22Γd-h|Ad|2であり、有用な取り出される電力は、Pw=2Γw|Ad|2である。エネルギー保存から、システムに入る総電力は、Ptotal=PsPdPhPwとなる。全体の損失率として、Γtots=ΓsΓs-hおよびΓtotd=ΓdΓd-hを示す。目標とする応用例に応じて、動作排出率として、Γw=Γtotdを選択して、共振物体内に貯蔵される必要なエネルギーが最小になるようにするか、またはΓw=Γtotd{1κ2/ΓtotsΓtotd}1/2>Γtotdを選択して、有用対損失電力の比率、すなわち効率ηw=Pw/Ptotalがκのある値に対して最大になるようにしなければならない。2つの異なる選択に対する効率ηを、κ/Γd性能指数の関数として、図6Aおよび6Bにそれぞれ示す。性能指数それ自体は、供給源-装置距離に依存する。図6Aおよび6Bには、誘電体ディスクのシステムにおいて最適の効率を選択する場合、効率は大きくなる可能性があるたとえば少なくとも40であることが示されている。人間内部のエネルギーの放散は十分に小さく、5未満が、値κ/Γd>1およびQh>105に対して、すなわち中距離の供給源-装置距離Dd/r<10、および最大の人間-供給源/装置距離Dh/r>8に対して、得られる。たとえば、Dd/r=10およびDh/r=8において、10Wを負荷に送らなければならない場合には、図6Bより、~0.4Wが人間内部で放散され、~4Wが供給源内部で吸収され、-2.6Wが自由空間に放射される。導電性ワイヤループのシステムの場合、実現される効率はもっと小さく、κ/Γd≒1の場合に-20である。しかし著しく優位なことは、人間内部のエネルギーの放散がないことであり、前述した通りである。共振物体のデザインを最適化すれば、なおいっそう良好な性能が実現可能であろう。また、放射Qがもっと大きい通常モードの周波数における連続波動作などの結合された物体の放射場間の前述した干渉効果を利用することによって、システム全体の機能をさらに改善することができる。このように、本発明の無線エネルギー転送方式は多くの最新の応用例に対して有望である。検討した事柄はすべて、静的な幾何学的配置に対するものであるが、結果はすべて、移動可能な物体の動的な幾何学的配置に対して直接適用することができる。なぜならば、エネルギー転送時間κ-1~1μsは、巨視的な物体の移動に付随するどんな時間スケールよりもはるかに短いからである。本発明は、中距離用の無線非放射型エネルギー転送に対する共振に基づく方式を提供する。非常に単純な実施上の幾何学的配置を分析すれば、提案したメカニズムの潜在的な適用性に対して有望な性能特性が得られる。たとえば、巨視的な世界では、この方式を用いて電力を、工場室内のロボットおよび/もしくはコンピュータに、またはハイウェイ上の電気バスこの場合、供給源キャビティは、ハイウェイ上方を伝わるパイプとなるであろうに送ることができる。微視的な世界では、はるかに短い波長が使用され、より小さい電力が必要とされるが、それを用いて、CMOSエレクトロニクスに対する光学的な相互接続を実施すること、あるいはエネルギーを自律的なナノ物体に転送することを、供給源と装置との間の相対的な位置合わせをそれほど気にすることなく、行なうことができる。またエネルギー転送距離は、物体のサイズと比較してさらに長くなることができる。なぜならば、誘電体材料のIm{εω}は、必要とされる光周波数では、マイクロ波周波数の場合よりも、はるかに小さいからである。将来の科学研究の立場として、異なる材料システムについて、性能強化または異なる範囲の適用性を調べなくてはならない。たとえば、プラズモニックシステムを検討することによって性能を著しく向上させることも可能であり得る。このようなシステムでは、多くの場合、それらの表面上での電磁場の空間的変化は、自由空間の波長よりもはるかに短くなることができる。まさにこの特徴が、必要なスケール分離を可能にする。共振物体は、その電磁場の指数関数的なテールよりも著しく小さくなることができる。さらにまた、良く知られた凝縮系物体を介して供給源および装置を接続している応用例に対して、音響共振を用いて詳しく調べなければならない。本発明を、複数の好ましい実施形態について図示し説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細に対する種々の変更、省略、および追加を行なっても良い。尚、国際出願の英文明細書中にJISコードで表記できない箇所があったため、この翻訳文では代替表記を使用した、具体的には、ある量Xの平方根は、のように、国際出願の明細書ではXに√記号をかぶせて表現されていたが、便宜上、翻訳文ではX1/2と表現した。"