辆101的行驶方向103成直角相交的水平方向称作"±X方 向"，车辆101的垂直方向称作"土Z方向"。除非另外说明，否则假定功率发射天线105具有 布置在XY平面上的矩形电感器。假定功率发射天线105的质心在坐标系的原点（即，X= Y=Z= 0)，假定功率发射天线105是固定的。同样，还假定功率接收天线107具有被布置 为与XY平面平行的矩形电感器。在本文中分别以W1和L1来标识在X方向和Y方向上测 量的功率发射天线105的尺寸。同样，分别以W2和L2来标识在X方向和Y方向上测量的 功率接收天线107的尺寸。在本说明书中，在X方向和Y方向上测量的天线的尺寸是指在 该方向上测量的天线的长度。此外，如图1B所示，相对于上面布置有功率发射天线105的 平面，上面布置有功率接收天线107的平面的Z坐标Η与功率接收天线的布置平面的高度 相对应。
[0042] 如稍后将描述的，在X方向和Υ方向上测量的功率发射天线105的尺寸W1和L1被 限定为比在X方向和Υ方向上测量的功率接收天线107的尺寸W2和L2大。因此功率发射 天线的面积被限定为比功率接收天线107的面积大。此外，为了即使在车辆101沿X方向 偏移的情况下也使传输特性稳定，将彼此面对的功率发射天线105和功率接收天线107之 间的距离Η限定为满足不等式0. 11XWl<Η< 0. 26XW1，稍后将对此进行描述。尽管以近 似方形的形状示出了功率接收天线107,然而根据本发明并不一定总是采用这种形状。
[0043] 不论这种用于车辆的电力供应系统用于行驶中的车辆还是用于停放的车辆，功率 发射天线105优选地都具有在Υ方向上拉长（elongate)的形状。具体地，在用于行驶中的 车辆的电力供应系统中，优选地将功率发射天线105的面积限定为比功率接收天线107的 面积大得多。优选地，功率接收天线107的质心和车辆101自身的质心具有相同的XY坐标。 然而，即使功率接收天线107的质心和车辆101自身的质心的XY坐标彼此不同，也可以实 现本发明的效果。
[0044] 下文中，将描述该优选实施例的用于车辆的电力供应系统的元件。图2A示出了在 该优选实施例的用于车辆的电力供应系统中使用的电路配置的一部分。应注意，图2A所示 的电路配置仅仅是该优选实施例的示例，根据本发明并不总是必须使用这种电路配置。例 如，如果有必要的话，可以在这些电路模块中的任何一对电路模块之间添加反馈控制功能 丰旲块。
[0045] 该优选实施例的用于车辆的电力供应系统包括：布置在地面上的功率发射部 122,以及布置在车辆101中或车辆101上的功率接收部124。功率发射部122包括：振荡部 114,从电源（powersupply) 112接收能量（S卩，电力），将能量转换成RF能量，然后输出该 RF能量；以及功率发射天线105,根据振荡部114已提供的RF能量产生谐振磁场。另一方 面，功率接收部124包括：功率接收天线107,耦合至由功率发射天线105产生的谐振磁场 以接收RF能量；以及整流部116,将功率接收天线107处已接收到的RF能量转换成DC能 量，然后输出该DC能量。
[0046] 车辆101还包括电源控制部117、二次电池120和负载118。利用由整流部116提 供的DC能量来为二次电池120充电，负载118以该DC能量来工作。电源控制部117控制 从整流部116向负载118或二次电池120的能量输出。此外，功率控制部117还控制已存 储在二次电池120中的电力向负载118的提供。
[0047] 可以将任何类型的可再充电电池用作二次电池120。例如，可以使用锂离子电池或 镍氢电池。负载118包括电动机以及与电动机相连的驱动器，负载118还可以包括要以电 力来驱动的任何其他设备。由电动机来对该优选实施例的车辆101供能。然而本发明的用 于车辆的电力供应系统还可以应用于由内燃机供能的车辆。如果本发明的用于车辆的电力 供应系统用在这种车辆中，则例如可以提供一种汽油引擎车辆，该汽油引擎车辆利用无线 接收到的电力开启其前灯。
[0048] 可以将100V或200V的公共电源或被设计为提供大电力的电源用作电源112。优 选地，将下一级要提供给振荡部114的能量转换成DC分量。振荡部114可以是能实现高效 且低失真特性的D类、E类或F类放大器，或者是Doherty放大器。可选地，可以通过在产 生具有失真分量的输出信号的开关元件后面布置低通滤波器或带通滤波器，来产生高效的 正弦波。整流部116可以是例如全波整流器电路、桥式整流器电路、或高电压整流器电路。 此外，整流部116可以是同步整流器或二极管整流器。
[0049] 功率发射天线105和功率接收天线107分别都至少包括电感器电路和电容器电 路。每个天线的电感器电路具有环形形状或螺旋形状。功率发射天线105和功率接收天线 107被设计为用作在预定频率fp下产生谐振的谐振电路。每个天线的电容器电路的至少一 部分可以被实现为诸如芯片电容器之类的集总常数电路组件或者要沿着电感线分布的分 布式常数电路组件。
[0050] 在图2A所示的示例中，在功率发射天线105和功率接收天线107两者中，电感器 电路和电容器电路串联在一起。然而并不总是要采用这种配置。也就是说，在每个天线中， 电感器电路和电容器电路可以串联在一起或彼此并联。此外，即使在两个天线当中的一个 天线中电感器和电容器串联在一起而在另一个天线中电感器和电容器彼此并联，也仍然可 以实现该优选实施例的效果。
[0051] 此外，功率发射天线105和功率接收天线107可以是通过金属加工而形成的单线， 或者是由多个标准配线组成以降低损耗的绞合线。
[0052] 优选地将功率接收天线107布置在车辆101的底部。在这种情况下，功率接收天线 107可以被容纳在车辆内部，使得功率接收天线107的下表面与车辆101的底部平齐；或者 功率接收天线107可以被布置在车辆的底部，以从底部向下突出。另一方面，可以将功率发 射天线105布置在地面102上，使得功率发射天线105的表面与地面102平齐；或者将功率 发射天线105嵌入地面102中，使得功率发射天线105的表面比地面102的表面更深。在 后一种情况下，可以将功率发射天线105嵌入地面102下恒定深度处，或者使功率发射天线 105的不同部分在地面102下的深度不同。
[0053] 在优选实施例中，假定功率发射天线105和功率接收天线107的电感器电路具有 矩形形状。然而本发明绝不限于该特定的优选实施例。备选地，这些天线可以具有椭圆形 状或者相对于土Y方向不对称的形状。尽管如此，本发明的用于车辆的电力供应系统被设 计为进行操作，以将X方向上磁场密度分布的变化平滑掉。因此，如果车辆仅剩下较窄的空 间用来放入功率接收天线107,则天线优选地具有矩形形状以充分利用该较窄的空间。然 而，即使每个天线都具有矩形形状，该形状也不必须是严格意义上的矩形，而是优选地在角 部具有至少一定程度的弯曲。这是因为，配线角度的陡然变化会导致过多的电流集中，并且 还会导致磁场密度过度地集中在周围空间中，而这两种情况都不是有益的。
[0054] 接下来将参考图2B来描述如何匹配这些电路模块之间的阻抗。
[0055] 图2B是示出了该优选实施例的用于车辆的电力供应系统中的功能模块的布置框 图以及该电力供应系统的相应电路模块的输入阻抗和输出阻抗。图2B中省略了图2A所示 的元件当中的电源控制部117和二次电池120的电路模块。在以下描述中，使功率发射天线 105和功率接收天线107之间的功率传输效率最大化的功率发射天线105的输入阻抗和功 率接收天线107的输出阻抗，在本文中分别称作功率发射天线105的"最佳输入阻抗ZTxO" 和功率接收天线107的"最佳输出阻抗ZTrO"。
[0056] 为了抑制各个电路模块之间RF能量的多次反射和优化总体功率产生效率，优选 地使振荡部114的输出阻抗ZTo与功率发射天线105的最佳输入阻抗ZTxO互相匹配（本 文中称作"匹配条件#1")。此外还优选的是，功率接收天线107的最佳输出阻抗ZRxO与整 流部116的输入阻抗ZRi互相匹配（本文中称作"匹配条件#2"）。除此之外还优选的是， 跟输入阻抗ZRi-起工作的整流部116的输出阻抗ZRo与负载阻抗RL匹配（本文中称作 "匹配条件#3")。如果这些匹配条件#1、匹配条件#2和匹配条件#3同时得到满足，则可以 使传输效率最大化。
[0057] 接下来描述在对车辆充电和供电时如何无线传输功率。
[0058] 当运动的车辆的功率接收天线107进入功率发射天线105所在的区域时，就准备 好从功率发射天线105向功率接收天线107传输电功率。当在功率接收天线107处接收到 电力时，车辆101可以对安装在车辆10中的二次电池120充电，或者对车辆10的诸如驱动 器之类的负载118供电。通过对负载118供电，可以开启车辆的电动机、前灯或任何其他设 备。
[0059] 在该优选实施例中，功率发射天线105的面积比功率接收天线107的面积大得多， 所以功率发射天线105和功率接收天线107的各个电感器之间的耦合系数k远小于1。在 这种情况下，利用传统的电磁感应方法高效地传输功率是不可能的。然而，根据该优选实施 例，功率发射天线105和功率接收天线107形成谐振器对，所述谐振器对在实质上相同的谐 振频率下产生谐振，并且都被设计为具有高Q因子。因此，即使这些电感器之间的耦合系数k远小于1，根据该优选实施例仍然可以高效地传输功率。
[0060] 接下来将描述功率发射天线105和功率接收天线107的优选尺寸和布置。
[0061] 一般来说，即使在不使用能够帮助高精度定位的自动化高速公路系统（或停车系 统）的情况下，用于车辆的电力供应系统也应当保持稳定的传输特性。为此目的，应预先了 解在功率发射天线105和功率接收天线107之间有相对位置偏移时传输特性会有多大改 变，并且应当提前设计应对这种改变的一些措施。下文中将描述天线需要具有怎样的尺寸 和布置，以便即使在Y方向（即，车辆的行驶方向及其反方向）和X方向（即，车辆的宽度 方向）中的任何一个方向上有这样的位置偏移的情况下，也能够保持稳定的传输特性。
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