エネルギー転送システム及びエネルギー転送方法
【課題】 高転送効率で、小さな容積で、低コストであるというエネルギー転送システム利点提供する。
【解決手段】 本発明のエネルギー転送システムは、エネルギーを受けるための供給側共振器と、中間共振モジュールと、装置側共振器とを有し、供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が供給側共振器と中間共振モジュールの間で行われるように中間共振モジュールに結合され、中間共振モジュールに結合したエネルギーは更に非放射エネルギー転送が中間共振モジュールと装置側共振器の間で行われるように装置側共振器に結合され、これらの結合係数は、前記中間共振モジュールが存在していないときに供給側共振器と装置側共振器の間で結合する結合係数よりも大きくされることを特徴とする。
【解決手段】 本発明のエネルギー転送システムは、エネルギーを受けるための供給側共振器と、中間共振モジュールと、装置側共振器とを有し、供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が供給側共振器と中間共振モジュールの間で行われるように中間共振モジュールに結合され、中間共振モジュールに結合したエネルギーは更に非放射エネルギー転送が中間共振モジュールと装置側共振器の間で行われるように装置側共振器に結合され、これらの結合係数は、前記中間共振モジュールが存在していないときに供給側共振器と装置側共振器の間で結合する結合係数よりも大きくされることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にエネルギー転送装置とその方法に関し、特に共振器の間のエネルギー結合によりエネルギー転送を成し得るエネルギー転送装置と、その方法に関する。本願はその主題が参照により組み込まれるものとされる２００７年１２月１４日に提出された台湾出願９６１４８０３７号に基づく利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
通信分野においては、既に多くの無線伝送技術が用いられている。現在、無線伝送の従来技術は信号の送受信で多く用いられ、低電力信号の伝送に適用されているに過ぎない。
【０００３】
より多くの電気製品が無線伝送を用いるにつれ、高い電力信号に適用できる無線伝送の開発がより注目を集めるようになってきている。米国特許公開公報２００７−２２２５４２号は、共振により１つの共振器から他の共振器に電力を転送するために、無線電力伝送（WPT）によるエネルギーの転送が可能な無線の非放射エネルギー転送装置を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
所定の転送効率を得るために、前記転送装置は高Qファクターの共振器を必要としている。しかしながら、このようなQファクターの共振器は、大きな容積を占め、コストも多くかかり、通常の電気機器に使用することができない。さらに、転送距離が遠い場合には、転送装置はエネルギー転送において低い効率を得るに過ぎない。それ故、電力転送の分野においては、小さな容積で、低コストで高転送効率な特徴を有する無線電力転送システムをいかに設計することが人々の重要な指針となってきている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はエネルギー転送システムとその方法に向けたものである。従来の無線エネルギー転送システムと比較すると、本発明のエネルギー転送システムは高転送効率で、小さな容積で、低コストであるという利点を有している。
【０００６】
本発明の第１の態様としては、供給側共振器と、中間共振モジュールと、装置側共振器とを備えたエネルギー転送システムが提供される。エネルギーを受ける供給側共振器は第１の共振周波数を有する。前記中間共振モジュールは、その第１の共振周波数と実質的に同じ第２の共振周波数を有する。前記供給側共振器にあるエネルギーは、非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合される。前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数K1に対応するものとされる。前記装置側共振器は、第２の共振周波数と実質的に同じ第３の共振周波数を有する。前記中間共振モジュールに結合されたエネルギーは更に非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合される。前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数K２に対応する。前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数K３に対応するものとされる。前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされる。すなわち、K１＞K３であり、K２＞K３である。
【０００７】
本発明の第２の態様としては、エネルギー転送が次の工程に含むものとされる。初めに、エネルギーを受けるための供給側共振器を設ける。次に、中間共振モジュールが設けられ、前記供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合され、前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数K１に対応するものとされる。次いで、装置側共振器と前記中間共振モジュールを結合するエネルギーが提供され、そのエネルギーは、非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合され、前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数Ｋ２に対応するものとされる。前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数Ｋ３に対応する。前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされる。すなわち、K１＞K３であり、K２＞K３である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明はより好ましいが非制限的な実施形態についての詳細な説明により明らかとなる。添付の図面を参照しながら以下の説明を行う。
【０００９】
本発明のエネルギー転送システムは、中間共振モジュールが供給側共振器と装置側共振器の間に配設され、全体の供給側共振器から装置側共振器への転送効率が向上するように供給側共振器からのエネルギーが結合され且つ装置側共振器へのエネルギーが結合される。
【００１０】
図１に、本発明の実施形態にかかるエネルギー転送システムのブロック図が示されている。エネルギー転送システム１０は、供給側共振器１１０と、中間共振モジュール１２０と、装置側共振器１３０を有する。エネルギーＰｉを受ける供給側共振器１１０は、共振周波数f１を有する。
【００１１】
中間共振モジュール１２０は前記共振周波数f１と実質的に同一の共振周波数ｆ2を有する少なくとも１つの中間共振器を具備する。供給側共振器１１０のエネルギーＰｉは非放射エネルギー転送が供給側共振器１１０と中間共振モジュール１２０の間で行われるように中間共振モジュール１２０に結合される。供給側共振器１１０と中間共振モジュール１２０の間の結合は第１の結合係数に対応するものとされる。
【００１２】
装置側共振器１３０は共振周波数ｆ2と実質的に同一な第３の共振周波数ｆ３を有する。中間共振モジュール１２０に結合されたエネルギーは更に非放射エネルギー転送が中間共振モジュール１２０と装置側共振器１３０の間で行われるように装置側共振器１３０に結合される。このようにして装置側共振器１３０はエネルギーＰｏを有する。中間共振モジュール１２０と装置側共振器１３０の間の結合は第２の結合係数に対応する。
【００１３】
前記中間共振モジュール１２０が存在していないとき、前記供給側共振器１１０と前記装置側共振器１３０の間の結合は第３の結合係数に対応するものとされる。本発明の実施形態においては、第１、第２、及び第３の結合係数は次の関係を満たすものとされる。第１の結合係数は第３の結合係数よりも大きく、第２の結合係数は第３の結合係数よりも大きくされる。ここでの結合係数は２つの共振器の間で転送された対応エネルギーの比に関する。本発明の実施形態のエネルギー転送システムを詳述するために幾つかの例を以下に開示する。
【００１４】
図２にソレノイド導体コイルによって図１のエネルギー転送システムを実行する例を示す。本例においては、中間共振モジュール１２０は中間共振器１２２を具備する。供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０はソレノイド導体コイル構造を有する。
【００１５】
供給側共振器１１０の共振周波数は、供給側共振器１１０の等価容量と等価インダクタンスの積の平方根に関係付けられる。中間共振器１２２と装置側共振器１３０の共振周波数も、それぞれ対応する等価容量と等価インダクタンスから取得される。供給側共振器１１０と中間共振器１２２の共振周波数が実質的に同一とされ、供給側共振器１１０のソレノイド導電コイルは中間共振器１２２ソレノイド導電コイルと共振する。このため供給側共振器１１０の電磁エネルギーは中間共振器１２２に結合され、供給側共振器１１０のエネルギーは中間共振器１２２に転送される。
【００１６】
同様に、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の共振周波数が実質的に同一とされることから、中間共振器１２２のソレノイド導電コイルは装置側共振器１３０ソレノイド導電コイルと共振する。このため中間共振器１２２の電磁エネルギーは装置側共振器１３０に結合され、中間共振器１２２のエネルギーは装置側共振器１３０に転送される。
【００１７】
供給側共振器１１０の自己インダクタンスをＬ１とし、中間共振器１２２の自己インダクタンスをＬ２とし、供給側共振器１１０と中間共振器１２２の間の相互インダクタンスＭ１２を表すと、
【数１】
となる
【００１８】
Ｋ１はソレノイド導電コイルが使用される場合の供給側共振器１１０と中間共振器１２２の間の第１結合係数である。同様に、もし装置側共振器１３０の自己インダクタンスをＬ３とし、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間の相互インダクタンスＭ２３を表すと、
【数２】
となる
【００１９】
Ｋ２はソレノイド導電コイルが使用される場合の中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間の第２結合係数である。供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の相互インダクタンスＭ１３を表すと、
【数３】
となる
【００２０】
Ｋ３はソレノイド導電コイルが使用される場合の供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の第３結合係数である。Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ１３の各値が与えられたとき、結合係数Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３は数式（１）〜（３）から求められる。
【００２１】
好ましくは、Ｋ１はＫ３よりも大きく、Ｋ２はＫ３よりも大きい。結合係数が大きくなれば、エネルギー転送効率も高くなる。中間共振器１２２を不要とした場合、供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率はＫ３だけに関連付けられる。中間共振器１２２が配設された後、Ｋ２がＫ３よりも大きいので、供給側共振器１１０と中間共振器１２２の間のエネルギー転送効率は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率よりも高くなる。同様に、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率よりも高くなる。従って、中間共振器１２２を介して供給側共振器１１０のエネルギーを装置側共振器１３０へ転送させた後、３つの共振器の全体のエネルギー転送の効率は中間共振器１２２を有しない供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率よりも大きくなる。
【００２２】
図２に示すように、本発明の当該実施形態のエネルギー転送システム１０はさらに電力回路１０８と、結合回路ＣＣ１を有している。電力回路１０８は、電力信号Ｐｓを生成する。結合回路ＣＣ１は電力信号Ｐｓを受信し、エネルギーを供給側共振器１１０に提供するように電力信号Ｐｓを供給側共振器１１０に結合させる。本発明の当該実施形態のエネルギー転送システム１０はさらに装荷回路１０６と結合回路ＣＣ２を有する。装置側共振器１３０にあるエネルギーＰoは結合回路ＣＣ２に結合され、結合回路ＣＣ２はエネルギーＰｘを装荷回路１０６に出力する。結合回路ＣＣ１、ＣＣ２は導電コイル構造により実施される。
【００２３】
本発明の実施形態においては、中間共振器１２２が供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間に配設され、エネルギー転送システム１０の隣接する共振器の間の転送距離は短くなり、共振器の間の結合容量は増加し、エネルギー転送の効率は改善される。
【００２４】
本発明の実施形態においては、中間共振モジュール１２０だけが中間共振器１２２を有する。しかし、中間共振モジュール１２０は１つだけの中間共振器を有するものに限定されず、図３に示すように、２つ若しくはそれ以上の中間共振器を有していても良い。供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離が大きくなる場合では、供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の長距離エネルギー転送を行うようにさらに多くの中間共振器を使用することもできる。
【００２５】
本発明の実施形態では、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０のすべてが導電コイル構造による共振器として例示している。しかし、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０は他のタイプの共振器により実施されても良い。例えば、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０は誘電体円板構造、金属球体構造、メタロ誘電体（metallodielectric）球体構造、プラズモニック(plasmonic)球体構造、ポラリトニック（polaritonic）球体構造の共振器とすることができる。
【００２６】
本発明の実施形態の共振器は、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０が実質的に同様な共振周波数を有する限りにおいてどのようなタイプの共振器も用いることができる。
【００２７】
上述の開示において、中間共振器１２２は実質的に供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の接続ラインの中間に位置している。しかしながら、中間共振器１２２の位置はこれに限定されない。中間共振器１２２は、接続線の外側に位置していても良い。好ましくは、中間共振器１２２と供給側共振器１１０の間の転送距離は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離よりも小さくされ、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間の転送距離は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離よりも小さくされ、共振器はどの方向に配設しても良い。Ｋ１とＫ２が実質的にＫ３よりも大きい限り、供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー結合が中間共振器１２２の配設によって増加されることは、本発明の保護の範囲内である。
【００２８】
本発明の実施形態では、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０はソレノイド導電コイルによって生成される磁気エネルギーを介して相互に結合して、エネルギー転送を行う。しかしながら、本発明の当該実施形態のエネルギー転送システムは、磁気エネルギー結合によってエネルギー転送されるものに限定されない。本発明の当該実施形態のエネルギー転送システムは共振器で生成される電気的エネルギーによって相互に結合して、エネルギー転送を行うことができることが本発明の技術についての当業者の誰もが理解できるところである。
【００２９】
シュミレーション結果：
【００３０】
図２の供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離Ｄは６６ｍｍとする。中間共振器１２２は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の接続線の中間に位置している。
【００３１】
中間共振器１２２のソレノイド導電コイル構造ＳＣ２は、その断面が半径０．７ｍｍの５ｍ銅線を用い、ブラケットＣ２を巻くことで形成される。供給側共振器１１０と装置側共振器１３０はその断面が半径０．７ｍｍの５ｍ銅線を用い、それぞれブラケットＣ１、Ｃ３を巻くことで形成される。
【００３２】
よって、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の特徴的なパラメーターは、共振周波数ｆｏ、非装荷のＱファクターＱＵ、装荷のＱファクターＱＬ、外部ＱファクターＱＥＸＴとされる。これらの特徴的なパラメーターの値は、図４のテーブルに示す。
【００３３】
図５を参照して、図２のエネルギー転送システムの挿入損失Ｓ２１対周波数の関係図を示す。図５に示すように、２４．４ＭＨｚの周波数では、エネルギー転送システム１０の挿入損失Ｓ２１は−１０デシベルにほぼ等しい。数式
【数４】
によれば、対応する転送効率ηはほぼ１０％に等しい。
【００３４】
図６を参照すると、中間制御器を設けないエネルギー転送システムの斜視図が示されている。図６のエネルギー転送システム２０は、当該エネルギー転送システム２０が中間制御器を有していない点で、図２のエネルギー転送システム１０と異なっており、供給側共振器１１０のエネルギーが直接装置側共振器１３０に結合される。
【００３５】
図７は図６のエネルギー転送システム２０の挿入損失対周波数の関係図を示す。図７に示すように、２４．４ＭＨｚの周波数では、エネルギー転送システム２０の挿入損失Ｓ２１は−１８デシベルにほぼ等しく、対応する転送効率ηはほぼ１．５％に等しい。図５と図７の比較から、中間共振器１２２を備えた本発明の当該実施形態のエネルギー転送システム１０の転送効率η（ほぼ１０％）は、中間共振器１２２を有しないエネルギー転送システムの転送効率η（ほぼ１．５％）よりもはるかに高くなる。
【００３６】
図８を参照すると、米国特許２００７−０２２２５４２号公報にしたがって設計され制御グループとして使用される無線のエネルギー転送システムが示される。共振器１と共振器２の間には転送距離Ｄ′がある。共振器１、２のエネルギーは、相互に（結合係数Ｋ４に対応して）結合して非放射エネルギー転送を行う。結合係数Ｋ４は２つの対応する共振器の間の転送距離に関連付けられる。
【００３７】
図９を参照すると、図８の無線の電力転送システムの転送効率対転送距離のシミュレーションした模式図を示す。図９のシミュレーション条件は、共振器１、２が両方ともＱファクターが１０００のヘリカルコイル構造である。結合係数Ｋ４と共振器間の転送距離の関係は下の表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
図９に示すように、転送距離が２００センチであるとき、転送効率は約４３パーセントである。図２のエネルギー転送システムの転送距離Ｄを２００ｃｍとし、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の位置Ａ、Ｂ、Ｃが図１１Ａ〜１１Ｅに示すように変化したものとする。シミュレーションした結果を図１０に示す。
【００４０】
図１０のシミュレーション条件は供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０のＱファクターが全て１０００に等しい点である。供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の結合係数対いずれか２つの共振器の間の転送距離の関係は表１に列挙されている。
【００４１】
図１０、図１１Ａの両方を参照する。中間共振器１２２の位置Ｂが供給側共振器１１０の位置Ａと装置側共振器１３０の位置Ｃの間の接続線の中間点に実質的に位置するとき、本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０の転送効率ηは実質的に図１０の点ｎ１である。すなわち、転送効率ηは９０％である。図１１Ｂを参照する。共振器１と共振器２の間の転送距離が実質的に２００ｃｍに等しいときその転送効率ηがほぼ４３％に等しい図９の無線エネルギー転送システムに比べて、本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０は実質的により良い転送効率ηを有する。
【００４２】
供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の位置Ａ、Ｂ、Ｃが図１１Ｂに示すようなものであるとき、本発明の実施形態のエネルギー転送システムの転送効率ηは実質的に図１０の点ｎ２である。すなわち、転送効率ηは８０％である。供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の位置Ａ、Ｂ、Ｃが図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅに示すようなものであるとき、本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０の転送効率ηは実質的に図１０の点ｎ３、ｎ４、ｎ５で示される。すなわち、転送効率ηはそれぞれ７０％、５５％、４５％である。図９の無線エネルギー転送システムに比べて、図１１Ａ〜１１Ｅに示した関係位置の種々の形式に従って本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０は実質的に、図８の無線エネルギー転送システム８０よりまだ良い転送効率を有する。
【００４３】
本発明のエネルギー転送システムによれば、中間共振モジュールが供給側共振器と装置側共振器の間に配設され、供給側共振器と装置側共振器の間のエネルギー結合をそれぞれ実施して、供給側共振器と装置側共振器の間の全体としての結合パラメーターと転送効率は両方とも向上する。従来の無線の非放射のエネルギー転送に比べて、本発明のエネルギー転送システムはより高いエネルギー転送効率を有し、低いＱファクターの共振器によって高い転送効率を得る。低Ｑファクターの共振器は小さい容積を有するので、本発明のエネルギー転送システムはさらに小さい容積と低コストという利点を享有する。
【００４４】
本発明は例示と好ましい実施形態によって説明されているが、本発明はこれらに限定されるものでないことは理解されるべきものである。一方、本発明は、種々の変形例や同様な配列や方法などを網羅するように意図したものであり、添付の請求項の範囲は、これら変形例や同様な配列や方法などを全て包含するように最も広い解釈に従うものとされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に従うエネルギー転写システムのブロック図である。
【図２】ソレノイド導電コイルによる図１のエネルギー転写システムを実施する例を示す模式図である。
【図３】２つ若しくはそれ以上の中間共振器を備えたエネルギー転写システムの例を示す模式図である。
【図４】供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の特徴的パラメーターの例を示す表である。
【図５】図２のエネルギー転写システムの挿入損失Ｓ２１対周波数の関係図である。
【図６】中間共振器を要しないエネルギー転写システムの模式的な斜視図である。
【図７】図６のエネルギー転写システムの挿入損失対周波数の関係図である。
【図８】米国特許ＵＳ２００７／０２２２５４２に従って設計され、制御グループとして使用される無線エネルギー転写システムの模式的な斜視図である。
【図９】図８の無線エネルギー転写システムの転送効率対転送距離のシミュレートした図である。
【図１０】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器が図１１Ａ〜１１Ｅに示すように位置Ａ、Ｂ、Ｃに配されるときのシミュレーション結果を示す図である。
【図１１Ａ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｂ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｃ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｄ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｅ】図２のエネルギー転送システムの供ｃの複数の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０６ 装荷回路
１０８ 電力回路
１１０ 供給側共振器
１２０ 中間共振モジュール
１２２ 中間共振器
１３０ 装置側共振器
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にエネルギー転送装置とその方法に関し、特に共振器の間のエネルギー結合によりエネルギー転送を成し得るエネルギー転送装置と、その方法に関する。本願はその主題が参照により組み込まれるものとされる２００７年１２月１４日に提出された台湾出願９６１４８０３７号に基づく利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
通信分野においては、既に多くの無線伝送技術が用いられている。現在、無線伝送の従来技術は信号の送受信で多く用いられ、低電力信号の伝送に適用されているに過ぎない。
【０００３】
より多くの電気製品が無線伝送を用いるにつれ、高い電力信号に適用できる無線伝送の開発がより注目を集めるようになってきている。米国特許公開公報２００７−２２２５４２号は、共振により１つの共振器から他の共振器に電力を転送するために、無線電力伝送（WPT）によるエネルギーの転送が可能な無線の非放射エネルギー転送装置を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
所定の転送効率を得るために、前記転送装置は高Qファクターの共振器を必要としている。しかしながら、このようなQファクターの共振器は、大きな容積を占め、コストも多くかかり、通常の電気機器に使用することができない。さらに、転送距離が遠い場合には、転送装置はエネルギー転送において低い効率を得るに過ぎない。それ故、電力転送の分野においては、小さな容積で、低コストで高転送効率な特徴を有する無線電力転送システムをいかに設計することが人々の重要な指針となってきている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はエネルギー転送システムとその方法に向けたものである。従来の無線エネルギー転送システムと比較すると、本発明のエネルギー転送システムは高転送効率で、小さな容積で、低コストであるという利点を有している。
【０００６】
本発明の第１の態様としては、供給側共振器と、中間共振モジュールと、装置側共振器とを備えたエネルギー転送システムが提供される。エネルギーを受ける供給側共振器は第１の共振周波数を有する。前記中間共振モジュールは、その第１の共振周波数と実質的に同じ第２の共振周波数を有する。前記供給側共振器にあるエネルギーは、非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合される。前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数K1に対応するものとされる。前記装置側共振器は、第２の共振周波数と実質的に同じ第３の共振周波数を有する。前記中間共振モジュールに結合されたエネルギーは更に非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合される。前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数K２に対応する。前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数K３に対応するものとされる。前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされる。すなわち、K１＞K３であり、K２＞K３である。
【０００７】
本発明の第２の態様としては、エネルギー転送が次の工程に含むものとされる。初めに、エネルギーを受けるための供給側共振器を設ける。次に、中間共振モジュールが設けられ、前記供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合され、前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数K１に対応するものとされる。次いで、装置側共振器と前記中間共振モジュールを結合するエネルギーが提供され、そのエネルギーは、非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合され、前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数Ｋ２に対応するものとされる。前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数Ｋ３に対応する。前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされる。すなわち、K１＞K３であり、K２＞K３である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明はより好ましいが非制限的な実施形態についての詳細な説明により明らかとなる。添付の図面を参照しながら以下の説明を行う。
【０００９】
本発明のエネルギー転送システムは、中間共振モジュールが供給側共振器と装置側共振器の間に配設され、全体の供給側共振器から装置側共振器への転送効率が向上するように供給側共振器からのエネルギーが結合され且つ装置側共振器へのエネルギーが結合される。
【００１０】
図１に、本発明の実施形態にかかるエネルギー転送システムのブロック図が示されている。エネルギー転送システム１０は、供給側共振器１１０と、中間共振モジュール１２０と、装置側共振器１３０を有する。エネルギーＰｉを受ける供給側共振器１１０は、共振周波数f１を有する。
【００１１】
中間共振モジュール１２０は前記共振周波数f１と実質的に同一の共振周波数ｆ2を有する少なくとも１つの中間共振器を具備する。供給側共振器１１０のエネルギーＰｉは非放射エネルギー転送が供給側共振器１１０と中間共振モジュール１２０の間で行われるように中間共振モジュール１２０に結合される。供給側共振器１１０と中間共振モジュール１２０の間の結合は第１の結合係数に対応するものとされる。
【００１２】
装置側共振器１３０は共振周波数ｆ2と実質的に同一な第３の共振周波数ｆ３を有する。中間共振モジュール１２０に結合されたエネルギーは更に非放射エネルギー転送が中間共振モジュール１２０と装置側共振器１３０の間で行われるように装置側共振器１３０に結合される。このようにして装置側共振器１３０はエネルギーＰｏを有する。中間共振モジュール１２０と装置側共振器１３０の間の結合は第２の結合係数に対応する。
【００１３】
前記中間共振モジュール１２０が存在していないとき、前記供給側共振器１１０と前記装置側共振器１３０の間の結合は第３の結合係数に対応するものとされる。本発明の実施形態においては、第１、第２、及び第３の結合係数は次の関係を満たすものとされる。第１の結合係数は第３の結合係数よりも大きく、第２の結合係数は第３の結合係数よりも大きくされる。ここでの結合係数は２つの共振器の間で転送された対応エネルギーの比に関する。本発明の実施形態のエネルギー転送システムを詳述するために幾つかの例を以下に開示する。
【００１４】
図２にソレノイド導体コイルによって図１のエネルギー転送システムを実行する例を示す。本例においては、中間共振モジュール１２０は中間共振器１２２を具備する。供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０はソレノイド導体コイル構造を有する。
【００１５】
供給側共振器１１０の共振周波数は、供給側共振器１１０の等価容量と等価インダクタンスの積の平方根に関係付けられる。中間共振器１２２と装置側共振器１３０の共振周波数も、それぞれ対応する等価容量と等価インダクタンスから取得される。供給側共振器１１０と中間共振器１２２の共振周波数が実質的に同一とされ、供給側共振器１１０のソレノイド導電コイルは中間共振器１２２ソレノイド導電コイルと共振する。このため供給側共振器１１０の電磁エネルギーは中間共振器１２２に結合され、供給側共振器１１０のエネルギーは中間共振器１２２に転送される。
【００１６】
同様に、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の共振周波数が実質的に同一とされることから、中間共振器１２２のソレノイド導電コイルは装置側共振器１３０ソレノイド導電コイルと共振する。このため中間共振器１２２の電磁エネルギーは装置側共振器１３０に結合され、中間共振器１２２のエネルギーは装置側共振器１３０に転送される。
【００１７】
供給側共振器１１０の自己インダクタンスをＬ１とし、中間共振器１２２の自己インダクタンスをＬ２とし、供給側共振器１１０と中間共振器１２２の間の相互インダクタンスＭ１２を表すと、
【数１】
となる
【００１８】
Ｋ１はソレノイド導電コイルが使用される場合の供給側共振器１１０と中間共振器１２２の間の第１結合係数である。同様に、もし装置側共振器１３０の自己インダクタンスをＬ３とし、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間の相互インダクタンスＭ２３を表すと、
【数２】
となる
【００１９】
Ｋ２はソレノイド導電コイルが使用される場合の中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間の第２結合係数である。供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の相互インダクタンスＭ１３を表すと、
【数３】
となる
【００２０】
Ｋ３はソレノイド導電コイルが使用される場合の供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の第３結合係数である。Ｍ１２、Ｍ２３、Ｍ１３の各値が与えられたとき、結合係数Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３は数式（１）〜（３）から求められる。
【００２１】
好ましくは、Ｋ１はＫ３よりも大きく、Ｋ２はＫ３よりも大きい。結合係数が大きくなれば、エネルギー転送効率も高くなる。中間共振器１２２を不要とした場合、供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率はＫ３だけに関連付けられる。中間共振器１２２が配設された後、Ｋ２がＫ３よりも大きいので、供給側共振器１１０と中間共振器１２２の間のエネルギー転送効率は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率よりも高くなる。同様に、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率よりも高くなる。従って、中間共振器１２２を介して供給側共振器１１０のエネルギーを装置側共振器１３０へ転送させた後、３つの共振器の全体のエネルギー転送の効率は中間共振器１２２を有しない供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー転送効率よりも大きくなる。
【００２２】
図２に示すように、本発明の当該実施形態のエネルギー転送システム１０はさらに電力回路１０８と、結合回路ＣＣ１を有している。電力回路１０８は、電力信号Ｐｓを生成する。結合回路ＣＣ１は電力信号Ｐｓを受信し、エネルギーを供給側共振器１１０に提供するように電力信号Ｐｓを供給側共振器１１０に結合させる。本発明の当該実施形態のエネルギー転送システム１０はさらに装荷回路１０６と結合回路ＣＣ２を有する。装置側共振器１３０にあるエネルギーＰoは結合回路ＣＣ２に結合され、結合回路ＣＣ２はエネルギーＰｘを装荷回路１０６に出力する。結合回路ＣＣ１、ＣＣ２は導電コイル構造により実施される。
【００２３】
本発明の実施形態においては、中間共振器１２２が供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間に配設され、エネルギー転送システム１０の隣接する共振器の間の転送距離は短くなり、共振器の間の結合容量は増加し、エネルギー転送の効率は改善される。
【００２４】
本発明の実施形態においては、中間共振モジュール１２０だけが中間共振器１２２を有する。しかし、中間共振モジュール１２０は１つだけの中間共振器を有するものに限定されず、図３に示すように、２つ若しくはそれ以上の中間共振器を有していても良い。供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離が大きくなる場合では、供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の長距離エネルギー転送を行うようにさらに多くの中間共振器を使用することもできる。
【００２５】
本発明の実施形態では、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０のすべてが導電コイル構造による共振器として例示している。しかし、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０は他のタイプの共振器により実施されても良い。例えば、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０は誘電体円板構造、金属球体構造、メタロ誘電体（metallodielectric）球体構造、プラズモニック(plasmonic)球体構造、ポラリトニック（polaritonic）球体構造の共振器とすることができる。
【００２６】
本発明の実施形態の共振器は、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０が実質的に同様な共振周波数を有する限りにおいてどのようなタイプの共振器も用いることができる。
【００２７】
上述の開示において、中間共振器１２２は実質的に供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の接続ラインの中間に位置している。しかしながら、中間共振器１２２の位置はこれに限定されない。中間共振器１２２は、接続線の外側に位置していても良い。好ましくは、中間共振器１２２と供給側共振器１１０の間の転送距離は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離よりも小さくされ、中間共振器１２２と装置側共振器１３０の間の転送距離は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離よりも小さくされ、共振器はどの方向に配設しても良い。Ｋ１とＫ２が実質的にＫ３よりも大きい限り、供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間のエネルギー結合が中間共振器１２２の配設によって増加されることは、本発明の保護の範囲内である。
【００２８】
本発明の実施形態では、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０はソレノイド導電コイルによって生成される磁気エネルギーを介して相互に結合して、エネルギー転送を行う。しかしながら、本発明の当該実施形態のエネルギー転送システムは、磁気エネルギー結合によってエネルギー転送されるものに限定されない。本発明の当該実施形態のエネルギー転送システムは共振器で生成される電気的エネルギーによって相互に結合して、エネルギー転送を行うことができることが本発明の技術についての当業者の誰もが理解できるところである。
【００２９】
シュミレーション結果：
【００３０】
図２の供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の転送距離Ｄは６６ｍｍとする。中間共振器１２２は供給側共振器１１０と装置側共振器１３０の間の接続線の中間に位置している。
【００３１】
中間共振器１２２のソレノイド導電コイル構造ＳＣ２は、その断面が半径０．７ｍｍの５ｍ銅線を用い、ブラケットＣ２を巻くことで形成される。供給側共振器１１０と装置側共振器１３０はその断面が半径０．７ｍｍの５ｍ銅線を用い、それぞれブラケットＣ１、Ｃ３を巻くことで形成される。
【００３２】
よって、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の特徴的なパラメーターは、共振周波数ｆｏ、非装荷のＱファクターＱＵ、装荷のＱファクターＱＬ、外部ＱファクターＱＥＸＴとされる。これらの特徴的なパラメーターの値は、図４のテーブルに示す。
【００３３】
図５を参照して、図２のエネルギー転送システムの挿入損失Ｓ２１対周波数の関係図を示す。図５に示すように、２４．４ＭＨｚの周波数では、エネルギー転送システム１０の挿入損失Ｓ２１は−１０デシベルにほぼ等しい。数式
【数４】
によれば、対応する転送効率ηはほぼ１０％に等しい。
【００３４】
図６を参照すると、中間制御器を設けないエネルギー転送システムの斜視図が示されている。図６のエネルギー転送システム２０は、当該エネルギー転送システム２０が中間制御器を有していない点で、図２のエネルギー転送システム１０と異なっており、供給側共振器１１０のエネルギーが直接装置側共振器１３０に結合される。
【００３５】
図７は図６のエネルギー転送システム２０の挿入損失対周波数の関係図を示す。図７に示すように、２４．４ＭＨｚの周波数では、エネルギー転送システム２０の挿入損失Ｓ２１は−１８デシベルにほぼ等しく、対応する転送効率ηはほぼ１．５％に等しい。図５と図７の比較から、中間共振器１２２を備えた本発明の当該実施形態のエネルギー転送システム１０の転送効率η（ほぼ１０％）は、中間共振器１２２を有しないエネルギー転送システムの転送効率η（ほぼ１．５％）よりもはるかに高くなる。
【００３６】
図８を参照すると、米国特許２００７−０２２２５４２号公報にしたがって設計され制御グループとして使用される無線のエネルギー転送システムが示される。共振器１と共振器２の間には転送距離Ｄ′がある。共振器１、２のエネルギーは、相互に（結合係数Ｋ４に対応して）結合して非放射エネルギー転送を行う。結合係数Ｋ４は２つの対応する共振器の間の転送距離に関連付けられる。
【００３７】
図９を参照すると、図８の無線の電力転送システムの転送効率対転送距離のシミュレーションした模式図を示す。図９のシミュレーション条件は、共振器１、２が両方ともＱファクターが１０００のヘリカルコイル構造である。結合係数Ｋ４と共振器間の転送距離の関係は下の表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
図９に示すように、転送距離が２００センチであるとき、転送効率は約４３パーセントである。図２のエネルギー転送システムの転送距離Ｄを２００ｃｍとし、供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の位置Ａ、Ｂ、Ｃが図１１Ａ〜１１Ｅに示すように変化したものとする。シミュレーションした結果を図１０に示す。
【００４０】
図１０のシミュレーション条件は供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０のＱファクターが全て１０００に等しい点である。供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の結合係数対いずれか２つの共振器の間の転送距離の関係は表１に列挙されている。
【００４１】
図１０、図１１Ａの両方を参照する。中間共振器１２２の位置Ｂが供給側共振器１１０の位置Ａと装置側共振器１３０の位置Ｃの間の接続線の中間点に実質的に位置するとき、本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０の転送効率ηは実質的に図１０の点ｎ１である。すなわち、転送効率ηは９０％である。図１１Ｂを参照する。共振器１と共振器２の間の転送距離が実質的に２００ｃｍに等しいときその転送効率ηがほぼ４３％に等しい図９の無線エネルギー転送システムに比べて、本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０は実質的により良い転送効率ηを有する。
【００４２】
供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の位置Ａ、Ｂ、Ｃが図１１Ｂに示すようなものであるとき、本発明の実施形態のエネルギー転送システムの転送効率ηは実質的に図１０の点ｎ２である。すなわち、転送効率ηは８０％である。供給側共振器１１０、中間共振器１２２、及び装置側共振器１３０の位置Ａ、Ｂ、Ｃが図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅに示すようなものであるとき、本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０の転送効率ηは実質的に図１０の点ｎ３、ｎ４、ｎ５で示される。すなわち、転送効率ηはそれぞれ７０％、５５％、４５％である。図９の無線エネルギー転送システムに比べて、図１１Ａ〜１１Ｅに示した関係位置の種々の形式に従って本発明の実施形態のエネルギー転送システム１０は実質的に、図８の無線エネルギー転送システム８０よりまだ良い転送効率を有する。
【００４３】
本発明のエネルギー転送システムによれば、中間共振モジュールが供給側共振器と装置側共振器の間に配設され、供給側共振器と装置側共振器の間のエネルギー結合をそれぞれ実施して、供給側共振器と装置側共振器の間の全体としての結合パラメーターと転送効率は両方とも向上する。従来の無線の非放射のエネルギー転送に比べて、本発明のエネルギー転送システムはより高いエネルギー転送効率を有し、低いＱファクターの共振器によって高い転送効率を得る。低Ｑファクターの共振器は小さい容積を有するので、本発明のエネルギー転送システムはさらに小さい容積と低コストという利点を享有する。
【００４４】
本発明は例示と好ましい実施形態によって説明されているが、本発明はこれらに限定されるものでないことは理解されるべきものである。一方、本発明は、種々の変形例や同様な配列や方法などを網羅するように意図したものであり、添付の請求項の範囲は、これら変形例や同様な配列や方法などを全て包含するように最も広い解釈に従うものとされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に従うエネルギー転写システムのブロック図である。
【図２】ソレノイド導電コイルによる図１のエネルギー転写システムを実施する例を示す模式図である。
【図３】２つ若しくはそれ以上の中間共振器を備えたエネルギー転写システムの例を示す模式図である。
【図４】供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の特徴的パラメーターの例を示す表である。
【図５】図２のエネルギー転写システムの挿入損失Ｓ２１対周波数の関係図である。
【図６】中間共振器を要しないエネルギー転写システムの模式的な斜視図である。
【図７】図６のエネルギー転写システムの挿入損失対周波数の関係図である。
【図８】米国特許ＵＳ２００７／０２２２５４２に従って設計され、制御グループとして使用される無線エネルギー転写システムの模式的な斜視図である。
【図９】図８の無線エネルギー転写システムの転送効率対転送距離のシミュレートした図である。
【図１０】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器が図１１Ａ〜１１Ｅに示すように位置Ａ、Ｂ、Ｃに配されるときのシミュレーション結果を示す図である。
【図１１Ａ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｂ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｃ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｄ】図２のエネルギー転送システムの供給側共振器、中間共振器、装置側共振器の複数の位置関係を示す図である。
【図１１Ｅ】図２のエネルギー転送システムの供ｃの複数の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０６ 装荷回路
１０８ 電力回路
１１０ 供給側共振器
１２０ 中間共振モジュール
１２２ 中間共振器
１３０ 装置側共振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の共振周波数を有し、エネルギーを受けるための供給側共振器と、
前記第１の共振周波数と実質的に同じ第２の周波数を有する中間共振モジュールと、
前記第２の共振周波数と実質的に同じ第３の周波数を有する装置側共振器とを有し、
前記供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合され、前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数に対応するものとされ、
前記中間共振モジュールに結合したエネルギーは更に非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合され、前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数に対応するものとされ、
前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数に対応するものとされ、
前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされることを特徴とするエネルギー転送システム。
【請求項２】
前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間は磁気エネルギー転送が行われることを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項３】
前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間は電力エネルギー転送が行われることを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項４】
エネルギーを提供するための電力信号を生成する電力回路と、
前記電力回路により供給される電力信号を受けると共にその電力信号を出力する第１のインピーダンス整合回路と、
前記第１のインピーダンス整合回路から出力された電力信号を受ける第１の結合回路とを有し、
エネルギー転送が前記第１の結合回路と前記供給側共振器との間で行われて前記供給側共振器にエネルギーが前記供給側共振器に転送されるように前記第１の結合回路と前記供給側共振器は互いに接続されることを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項５】
前記供給側共振器によって受け取られたエネルギーを出力するため前記供給側共振器に互いに結合する第２の結合回路と、
前記第２の結合回路から出力されたエネルギーを受けると共にそのエネルギーを出力する第２のインピーダンス整合回路と、
前記第２のインピーダンス整合回路から出力されたエネルギーを受けて整流信号を得る整流回路とを有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項６】
前記中間共振モジュールは少なくとも１つの中間共振器を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項７】
前記中間共振器は寄生容量を備えた導体コイル構造であることを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項８】
前記中間共振器は誘電体円板構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項９】
前記中間共振器は金属球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１０】
前記中間共振器はメタロイド誘電体球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１１】
前記中間共振器はプラズモニック球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１２】
前記中間共振器はポラリトニック球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１３】
前記供給側共振器はソレノイドインダクタンス構造を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項１４】
前記装置側共振器はソレノイドインダクタンス構造を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項１５】
エネルギーを受けるための供給側共振器を設け、
中間共振モジュールを設け、前記供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合され、前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数に対応するものとされ、
装置側共振器と前記中間共振モジュールを結合するエネルギーを提供し、そのエネルギーは、非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合され、前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数に対応するものとされ、
前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数に対応するものとされ、
前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされることを特徴とするエネルギー転送方法。
【請求項１６】
前記供給側共振器、前記中間共振モジュール、前記装置側共振器は、それぞれ第１の共振周波数、第２の共振周波数、第３の共振周波数を有し、前記第１の共振周波数、前記第２の共振周波数、及び前記第３の共振周波数は実質的に同一とされることを特徴とする請求項１５記載のエネルギー転送方法。
【請求項１】
第１の共振周波数を有し、エネルギーを受けるための供給側共振器と、
前記第１の共振周波数と実質的に同じ第２の周波数を有する中間共振モジュールと、
前記第２の共振周波数と実質的に同じ第３の周波数を有する装置側共振器とを有し、
前記供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合され、前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数に対応するものとされ、
前記中間共振モジュールに結合したエネルギーは更に非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合され、前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数に対応するものとされ、
前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数に対応するものとされ、
前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされることを特徴とするエネルギー転送システム。
【請求項２】
前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間は磁気エネルギー転送が行われることを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項３】
前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間は電力エネルギー転送が行われることを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項４】
エネルギーを提供するための電力信号を生成する電力回路と、
前記電力回路により供給される電力信号を受けると共にその電力信号を出力する第１のインピーダンス整合回路と、
前記第１のインピーダンス整合回路から出力された電力信号を受ける第１の結合回路とを有し、
エネルギー転送が前記第１の結合回路と前記供給側共振器との間で行われて前記供給側共振器にエネルギーが前記供給側共振器に転送されるように前記第１の結合回路と前記供給側共振器は互いに接続されることを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項５】
前記供給側共振器によって受け取られたエネルギーを出力するため前記供給側共振器に互いに結合する第２の結合回路と、
前記第２の結合回路から出力されたエネルギーを受けると共にそのエネルギーを出力する第２のインピーダンス整合回路と、
前記第２のインピーダンス整合回路から出力されたエネルギーを受けて整流信号を得る整流回路とを有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項６】
前記中間共振モジュールは少なくとも１つの中間共振器を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項７】
前記中間共振器は寄生容量を備えた導体コイル構造であることを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項８】
前記中間共振器は誘電体円板構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項９】
前記中間共振器は金属球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１０】
前記中間共振器はメタロイド誘電体球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１１】
前記中間共振器はプラズモニック球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１２】
前記中間共振器はポラリトニック球体構造を有することを特徴とする請求項６記載のエネルギー転送システム。
【請求項１３】
前記供給側共振器はソレノイドインダクタンス構造を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項１４】
前記装置側共振器はソレノイドインダクタンス構造を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー転送システム。
【請求項１５】
エネルギーを受けるための供給側共振器を設け、
中間共振モジュールを設け、前記供給側共振器のエネルギーは非放射エネルギー転送が前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間で行われるように前記中間共振モジュールに結合され、前記供給側共振器と前記中間共振モジュールの間の結合は第１の結合係数に対応するものとされ、
装置側共振器と前記中間共振モジュールを結合するエネルギーを提供し、そのエネルギーは、非放射エネルギー転送が前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間で行われるように前記装置側共振器に結合され、前記中間共振モジュールと前記装置側共振器の間の結合は第２の結合係数に対応するものとされ、
前記中間共振モジュールが存在していないとき、前記供給側共振器と前記装置側共振器の間の結合は第３の結合係数に対応するものとされ、
前記第１の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きく、前記第２の結合係数は前記第３の結合係数よりも大きくされることを特徴とするエネルギー転送方法。
【請求項１６】
前記供給側共振器、前記中間共振モジュール、前記装置側共振器は、それぞれ第１の共振周波数、第２の共振周波数、第３の共振周波数を有し、前記第１の共振周波数、前記第２の共振周波数、及び前記第３の共振周波数は実質的に同一とされることを特徴とする請求項１５記載のエネルギー転送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【公開番号】特開２０１０−１４８２７３（Ｐ２０１０−１４８２７３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２３８１２（Ｐ２００８−３２３８１２）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（５０８３７４１９５）ダーフォン エレクトロニクス コープ． (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｄａｒｆｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．
【住所又は居所原語表記】３１， Ｌａｎｅ １７，Ｚｉｈｃｉａｎｇ Ｎ． Ｒｏａｄ， Ｇｕｅｉｓｈａｎ， Ｔａｏｙｕａｎ ３３３４７， Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（５０８３７４１９５）ダーフォン エレクトロニクス コープ． (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｄａｒｆｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．
【住所又は居所原語表記】３１， Ｌａｎｅ １７，Ｚｉｈｃｉａｎｇ Ｎ． Ｒｏａｄ， Ｇｕｅｉｓｈａｎ， Ｔａｏｙｕａｎ ３３３４７， Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ．
【Ｆターム（参考）】
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