輛101的行駛方向103成直角相交的水平方向稱作"±X方 向"，車輛101的垂直方向稱作"土Z方向"。除非另外說明，否則假定功率發射天線105具有 布置在XY平面上的矩形電感器。假定功率發射天線105的質心在坐標系的原點（即，X= Y=Z= 0)，假定功率發射天線105是固定的。同樣，還假定功率接收天線107具有被布置 為與XY平面平行的矩形電感器。在本文中分別以W1和L1來標識在X方向和Y方向上測 量的功率發射天線105的尺寸。同樣，分別以W2和L2來標識在X方向和Y方向上測量的 功率接收天線107的尺寸。在本說明書中，在X方向和Y方向上測量的天線的尺寸是指在 該方向上測量的天線的長度。此外，如圖1B所示，相對于上面布置有功率發射天線105的 平面，上面布置有功率接收天線107的平面的Z坐標Η與功率接收天線的布置平面的高度 相對應。
[0042] 如稍后將描述的，在X方向和Υ方向上測量的功率發射天線105的尺寸W1和L1被 限定為比在X方向和Υ方向上測量的功率接收天線107的尺寸W2和L2大。因此功率發射 天線的面積被限定為比功率接收天線107的面積大。此外，為了即使在車輛101沿X方向 偏移的情況下也使傳輸特性穩定，將彼此面對的功率發射天線105和功率接收天線107之 間的距離Η限定為滿足不等式0. 11XWl<Η< 0. 26XW1，稍后將對此進行描述。盡管以近 似方形的形狀示出了功率接收天線107,然而根據本發明并不一定總是采用這種形狀。
[0043] 不論這種用于車輛的電力供應系統用于行駛中的車輛還是用于停放的車輛，功率 發射天線105優選地都具有在Υ方向上拉長（elongate)的形狀。具體地，在用于行駛中的 車輛的電力供應系統中，優選地將功率發射天線105的面積限定為比功率接收天線107的 面積大得多。優選地，功率接收天線107的質心和車輛101自身的質心具有相同的XY坐標。 然而，即使功率接收天線107的質心和車輛101自身的質心的XY坐標彼此不同，也可以實 現本發明的效果。
[0044] 下文中，將描述該優選實施例的用于車輛的電力供應系統的元件。圖2A示出了在 該優選實施例的用于車輛的電力供應系統中使用的電路配置的一部分。應注意，圖2A所示 的電路配置僅僅是該優選實施例的示例，根據本發明并不總是必須使用這種電路配置。例 如，如果有必要的話，可以在這些電路模塊中的任何一對電路模塊之間添加反饋控制功能 豐旲塊。
[0045] 該優選實施例的用于車輛的電力供應系統包括：布置在地面上的功率發射部 122,以及布置在車輛101中或車輛101上的功率接收部124。功率發射部122包括：振蕩部 114,從電源（powersupply) 112接收能量（S卩，電力），將能量轉換成RF能量，然后輸出該 RF能量；以及功率發射天線105,根據振蕩部114已提供的RF能量產生諧振磁場。另一方 面，功率接收部124包括：功率接收天線107,耦合至由功率發射天線105產生的諧振磁場 以接收RF能量；以及整流部116,將功率接收天線107處已接收到的RF能量轉換成DC能 量，然后輸出該DC能量。
[0046] 車輛101還包括電源控制部117、二次電池120和負載118。利用由整流部116提 供的DC能量來為二次電池120充電，負載118以該DC能量來工作。電源控制部117控制 從整流部116向負載118或二次電池120的能量輸出。此外，功率控制部117還控制已存 儲在二次電池120中的電力向負載118的提供。
[0047] 可以將任何類型的可再充電電池用作二次電池120。例如，可以使用鋰離子電池或 鎳氫電池。負載118包括電動機以及與電動機相連的驅動器，負載118還可以包括要以電 力來驅動的任何其他設備。由電動機來對該優選實施例的車輛101供能。然而本發明的用 于車輛的電力供應系統還可以應用于由內燃機供能的車輛。如果本發明的用于車輛的電力 供應系統用在這種車輛中，則例如可以提供一種汽油引擎車輛，該汽油引擎車輛利用無線 接收到的電力開啟其前燈。
[0048] 可以將100V或200V的公共電源或被設計為提供大電力的電源用作電源112。優 選地，將下一級要提供給振蕩部114的能量轉換成DC分量。振蕩部114可以是能實現高效 且低失真特性的D類、E類或F類放大器，或者是Doherty放大器。可選地，可以通過在產 生具有失真分量的輸出信號的開關元件后面布置低通濾波器或帶通濾波器，來產生高效的 正弦波。整流部116可以是例如全波整流器電路、橋式整流器電路、或高電壓整流器電路。 此外，整流部116可以是同步整流器或二極管整流器。
[0049] 功率發射天線105和功率接收天線107分別都至少包括電感器電路和電容器電 路。每個天線的電感器電路具有環形形狀或螺旋形狀。功率發射天線105和功率接收天線 107被設計為用作在預定頻率fp下產生諧振的諧振電路。每個天線的電容器電路的至少一 部分可以被實現為諸如芯片電容器之類的集總常數電路組件或者要沿著電感線分布的分 布式常數電路組件。
[0050] 在圖2A所示的示例中，在功率發射天線105和功率接收天線107兩者中，電感器 電路和電容器電路串聯在一起。然而并不總是要采用這種配置。也就是說，在每個天線中， 電感器電路和電容器電路可以串聯在一起或彼此并聯。此外，即使在兩個天線當中的一個 天線中電感器和電容器串聯在一起而在另一個天線中電感器和電容器彼此并聯，也仍然可 以實現該優選實施例的效果。
[0051] 此外，功率發射天線105和功率接收天線107可以是通過金屬加工而形成的單線， 或者是由多個標準配線組成以降低損耗的絞合線。
[0052] 優選地將功率接收天線107布置在車輛101的底部。在這種情況下，功率接收天線 107可以被容納在車輛內部，使得功率接收天線107的下表面與車輛101的底部平齊；或者 功率接收天線107可以被布置在車輛的底部，以從底部向下突出。另一方面，可以將功率發 射天線105布置在地面102上，使得功率發射天線105的表面與地面102平齊；或者將功率 發射天線105嵌入地面102中，使得功率發射天線105的表面比地面102的表面更深。在 后一種情況下，可以將功率發射天線105嵌入地面102下恒定深度處，或者使功率發射天線 105的不同部分在地面102下的深度不同。
[0053] 在優選實施例中，假定功率發射天線105和功率接收天線107的電感器電路具有 矩形形狀。然而本發明絕不限于該特定的優選實施例。備選地，這些天線可以具有橢圓形 狀或者相對于土Y方向不對稱的形狀。盡管如此，本發明的用于車輛的電力供應系統被設 計為進行操作，以將X方向上磁場密度分布的變化平滑掉。因此，如果車輛僅剩下較窄的空 間用來放入功率接收天線107,則天線優選地具有矩形形狀以充分利用該較窄的空間。然 而，即使每個天線都具有矩形形狀，該形狀也不必須是嚴格意義上的矩形，而是優選地在角 部具有至少一定程度的彎曲。這是因為，配線角度的陡然變化會導致過多的電流集中，并且 還會導致磁場密度過度地集中在周圍空間中，而這兩種情況都不是有益的。
[0054] 接下來將參考圖2B來描述如何匹配這些電路模塊之間的阻抗。
[0055] 圖2B是示出了該優選實施例的用于車輛的電力供應系統中的功能模塊的布置框 圖以及該電力供應系統的相應電路模塊的輸入阻抗和輸出阻抗。圖2B中省略了圖2A所示 的元件當中的電源控制部117和二次電池120的電路模塊。在以下描述中，使功率發射天線 105和功率接收天線107之間的功率傳輸效率最大化的功率發射天線105的輸入阻抗和功 率接收天線107的輸出阻抗，在本文中分別稱作功率發射天線105的"最佳輸入阻抗ZTxO" 和功率接收天線107的"最佳輸出阻抗ZTrO"。
[0056] 為了抑制各個電路模塊之間RF能量的多次反射和優化總體功率產生效率，優選 地使振蕩部114的輸出阻抗ZTo與功率發射天線105的最佳輸入阻抗ZTxO互相匹配（本 文中稱作"匹配條件#1")。此外還優選的是，功率接收天線107的最佳輸出阻抗ZRxO與整 流部116的輸入阻抗ZRi互相匹配（本文中稱作"匹配條件#2"）。除此之外還優選的是， 跟輸入阻抗ZRi-起工作的整流部116的輸出阻抗ZRo與負載阻抗RL匹配（本文中稱作 "匹配條件#3")。如果這些匹配條件#1、匹配條件#2和匹配條件#3同時得到滿足，則可以 使傳輸效率最大化。
[0057] 接下來描述在對車輛充電和供電時如何無線傳輸功率。
[0058] 當運動的車輛的功率接收天線107進入功率發射天線105所在的區域時，就準備 好從功率發射天線105向功率接收天線107傳輸電功率。當在功率接收天線107處接收到 電力時，車輛101可以對安裝在車輛10中的二次電池120充電，或者對車輛10的諸如驅動 器之類的負載118供電。通過對負載118供電，可以開啟車輛的電動機、前燈或任何其他設 備。
[0059] 在該優選實施例中，功率發射天線105的面積比功率接收天線107的面積大得多， 所以功率發射天線105和功率接收天線107的各個電感器之間的耦合系數k遠小于1。在 這種情況下，利用傳統的電磁感應方法高效地傳輸功率是不可能的。然而，根據該優選實施 例，功率發射天線105和功率接收天線107形成諧振器對，所述諧振器對在實質上相同的諧 振頻率下產生諧振，并且都被設計為具有高Q因子。因此，即使這些電感器之間的耦合系數k遠小于1，根據該優選實施例仍然可以高效地傳輸功率。
[0060] 接下來將描述功率發射天線105和功率接收天線107的優選尺寸和布置。
[0061] 一般來說，即使在不使用能夠幫助高精度定位的自動化高速公路系統（或停車系 統）的情況下，用于車輛的電力供應系統也應當保持穩定的傳輸特性。為此目的，應預先了 解在功率發射天線105和功率接收天線107之間有相對位置偏移時傳輸特性會有多大改 變，并且應當提前設計應對這種改變的一些措施。下文中將描述天線需要具有怎樣的尺寸 和布置，以便即使在Y方向（即，車輛的行駛方向及其反方向）和X方向（即，車輛的寬度 方向）中的任何一個方向上有這樣的位置偏移的情況下，也能夠保持穩定的傳輸特性。
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