專利名稱：車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力供應(yīng)系統(tǒng)，所述電力供應(yīng)系統(tǒng)用于通過非接觸方法從車輛外部向車輛提供能量。
背景技術(shù)：
隨著近來越來越多的人關(guān)注環(huán)境問題，越來越期望用電池和電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛。當(dāng)然可以經(jīng)由有線連接來為這種電動(dòng)車輛充電和供電。然而人們已經(jīng)在研究和開發(fā)采用非接觸方法的無線充電和供電技術(shù)。同時(shí)，考慮到電池的總體重量和成本，對(duì)可以加載到單個(gè)車輛的電池的總體容量有明確的限制。對(duì)電池總體容量的限制直接導(dǎo)致車輛每次充電 可以行駛的最大英里數(shù)。這就是越來越需要開發(fā)一種高效的技術(shù)來為行駛中的車輛充電和供電的原因。 作為一種無線功率傳輸技術(shù)，在專利文獻(xiàn)I中提出了一種諧振磁耦合方法。根據(jù)這種方法，使用諧振天線之間的諧振模式耦合，因此與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)方法相比可以在更長(zhǎng)的距離上更高效地傳輸功率。其中，由于根據(jù)這種方法使用諧振磁場(chǎng)，所以與使用諧振電場(chǎng)的情況相比對(duì)周圍生物的影響小得多。與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)方法相比，利用諧振磁耦合的無線功率傳輸技術(shù)可以顯著增大傳輸距離。具體地，如果對(duì)諧振天線之間的耦合度加以指示的耦合系數(shù)k大于各個(gè)天線的衰減常數(shù)ri和r2的乘積的平方根，則可以高效地傳遞能量。使用諧振磁耦合的無線功率傳輸系統(tǒng)使用諧振電路，該諧振電路具有小于I的耦合系數(shù)k，但是具有指示諧振會(huì)產(chǎn)生低損耗的高Q因子，因此可以將該無線功率傳輸系統(tǒng)看作是具有提高的傳輸效率的電磁感應(yīng)系統(tǒng)。然而，與kN I的電磁感應(yīng)方法不同，諧振磁耦合方法要求k# 1，所以除非在振蕩部和功率發(fā)射天線之間以及在整流部與功率接收天線之間保持模塊間阻抗匹配，否則無法高效地傳輸功率。專利文獻(xiàn)2公開了使用專利文獻(xiàn)I的技術(shù)來對(duì)車輛充電和供電的示例。根據(jù)該專利文獻(xiàn)，當(dāng)對(duì)停放的車輛進(jìn)行充電和供電時(shí)，可以通過布置多組功率發(fā)射天線和功率接收天線，來填充安裝在地面上的功率發(fā)射天線與布置在車輛上或車輛中的功率接收天線之間的相對(duì)間隙。另一方面，專利文獻(xiàn)3公開了一種通過電磁感應(yīng)向車輛傳遞功率的系統(tǒng)。該專利文獻(xiàn)提出了如何處理停放和充電的車輛的水平停放位置偏移。該系統(tǒng)提供了兩個(gè)功率接收天線和兩個(gè)功率發(fā)射天線，并彼此獨(dú)立地控制這些天線的幅度和相位，從而處理這種位置偏移。
_7] 引用文獻(xiàn)列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :美國專利申請(qǐng)公開No. 2008/0278264-A1 (圖6和圖11)專利文獻(xiàn)2 :日本待審專利公開No. 2009-106136專利文獻(xiàn)3 :美國專利申請(qǐng)公開No. 2008/0265684-A1 (圖3)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在用于對(duì)行駛中的車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)以及用于對(duì)停放的車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)中，由于功率發(fā)射天線和功率接收天線之間的相對(duì)位置偏移而失去傳輸?shù)姆€(wěn)定性。本發(fā)明的發(fā)明人指出了該問題并提供了解決該問題的措施。具體地，在用于通過諧振磁耦合對(duì)車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)中，如果行駛中或停放的車輛中的功率接收天線相對(duì)于功率發(fā)射天線的相對(duì)位置相對(duì)于車輛的行駛方向而水平偏移，則通過諧振磁耦合來進(jìn)行的功率傳輸會(huì)失去其穩(wěn)定性。具體地，在考慮行駛中的車輛的情況下，大多數(shù)車輛會(huì)沿著車道中心附近行駛，但是有少數(shù)車輛也會(huì)沿著車道兩側(cè)行駛。因此行駛中的車輛的相對(duì)水平位置偏移會(huì)比停放的車輛大。專利文獻(xiàn)3提供了一種處理由于停放的車輛的功率發(fā)射天線和功率接收天線之間相對(duì)于車輛的行駛方向的相對(duì)水平位置偏移而引起的傳輸性能穩(wěn)定性喪失的措施。然而根據(jù)專利文獻(xiàn)3公開的技術(shù)，應(yīng)當(dāng)增大要提供的天線的數(shù)目，因此顯著提高了成本。除此之夕卜，由于按照這種方式無法高效地實(shí)現(xiàn)充電和供電，所以很難將這種技術(shù)應(yīng)用于對(duì)行駛中的車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)。同樣地，即使在用于對(duì)停放的車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)中，也會(huì)存在相對(duì)于車輛行駛方向的相對(duì)水平位置偏移。如果駕駛員具有高超的駕駛技術(shù)以至于能夠?qū)④囕v精確地停放在期望的位置，那么就根本不會(huì)存在水平偏移。然而如果強(qiáng)加這種不切實(shí)際的約束，那么采用這種非接觸式充電和供電系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)就喪失了。因此，即使對(duì)于對(duì)停放的車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)，也應(yīng)當(dāng)提供一種在發(fā)生水平偏移的情況下確保穩(wěn)定性能的方案。盡管如此，專利文獻(xiàn)2并沒有提到在建立對(duì)行駛中的車輛進(jìn)行充電和供電的系統(tǒng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么問題，也沒有提供解決這些問題的措施。因此本發(fā)明的目的是提供一種用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，該電力供應(yīng)系統(tǒng)即使在車輛相對(duì)于該車輛的行駛方向發(fā)生水平偏移時(shí)，也能夠?qū)π旭傊械幕蛲７诺能囕v進(jìn)行充電和供電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能。解決問題的方案根據(jù)本發(fā)明的一種用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)包括至少一個(gè)功率發(fā)射天線，被布置在地面上或地面下；以及功率接收天線，被布置在至少一個(gè)車輛中或所述至少一個(gè)車輛上。通過在功率發(fā)射天線和功率接收天線間產(chǎn)生諧振磁耦合，功率發(fā)射天線和功率接收天線形成相互耦合的諧振器對(duì)。在假定車輛沿Y方向行駛并且與Y方向垂直的方向是X方向的情況下，沿Y方向和X方向測(cè)量的功率發(fā)射天線的長(zhǎng)度分別比沿Y方向和X方向測(cè)量的功率接收天線的長(zhǎng)度大。如果沿X方向測(cè)量的功率發(fā)射天線的長(zhǎng)度是W1，并且相互面對(duì)的功率發(fā)射天線和功率接收天線之間的距離是H，則系統(tǒng)滿足0. IlXffl彡H彡0. 26XW1。當(dāng)功率發(fā)射天線面對(duì)功率接收天線時(shí)，通過非接觸方法從功率發(fā)射天線向功率接收天線提供功率。根據(jù)本發(fā)明的一種車輛被設(shè)計(jì)為用在本發(fā)明的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，所述車輛包括功率接收天線；以及負(fù)載，其中利用功率接收天線從功率發(fā)射天線接收的能量來對(duì)所述負(fù)載供能。、
根據(jù)本發(fā)明的一種功率發(fā)射天線被設(shè)計(jì)為用在根據(jù)本發(fā)明上述任一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的一種功率接收系統(tǒng)包括功率接收天線,用于根據(jù)本發(fā)明上述任一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)；以及功率轉(zhuǎn)換部，用于將功率接收天線從功率發(fā)射天線接收到的RF能量轉(zhuǎn)換成頻率比所述RF能量的頻率低的DC能量或AC能量，并輸出所述DC能量或AC能量。本發(fā)明的有益效果 根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)即使在車輛的位置顯著地偏移的情況下，即便是系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單的配置，也能夠以良好的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)充電和供電。因此，可以以更低的成本提供更輕的系統(tǒng)。除此之外，通過省略了諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器之類的一些電路模塊，根據(jù)本發(fā)明的具有這種穩(wěn)定充電和供電能力的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)還可以簡(jiǎn)化電路配置。因此，總體供電效率將會(huì)提高，并且可以在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電和供電。


圖IA和IB分別是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的透視頂視圖和側(cè)視圖。圖2A和2B分別是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的配置的等效電路圖和框圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的透視頂視圖的示意圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的透視頂視圖的示意圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的備選布置的頂視圖的示意圖，其中多個(gè)功率發(fā)射天線排列成行。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的布置的框圖。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的另一電力供應(yīng)系統(tǒng)的配置的等效電路圖。圖8是示出了在本發(fā)明的特定示例Ia中阻抗如何變化的曲線圖。圖9是示出了在本發(fā)明的特定示例Ib中阻抗如何變化的曲線圖。圖10是示出了在示例Ia中，當(dāng)Y方向上有位置偏移并且滿足X = O時(shí)，功率發(fā)射天線的最佳阻抗如何變化的曲線圖。圖11是示出了在示例Ia中，當(dāng)Y方向上有位置偏移并且滿足X = XO時(shí)，功率接收天線的最佳阻抗如何變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)通過最多地使用靠近磁場(chǎng)的組件在諧振天線之間產(chǎn)生諧振磁耦合，來無線地對(duì)車輛進(jìn)行充電和供電。下文中，將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在以下描述中，多幅圖中示出的具有實(shí)質(zhì)上相同的功能的任何組件對(duì)都由相同的參考數(shù)字來表示。(實(shí)施例I)作為本發(fā)明第一特定優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)被用作行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)以對(duì)行駛中的車輛進(jìn)行充電和/或供電，或者被用作停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)以對(duì)停放的車輛進(jìn)行充電和/或放電。本文中所謂的“提供電力”是指“充電”或“供電”?！俺潆姟笔侵笇?duì)置于車輛中的二次電池進(jìn)行充電并存儲(chǔ)電力以驅(qū)動(dòng)車輛，而“供電”是指向同樣內(nèi)置于車輛中的負(fù)載(如，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī))饋送電力。根據(jù)本發(fā)明的該第一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)包括設(shè)置在地面上或地面下的功率發(fā)射天線，以及為車輛提供的功率接收天線。這些功率發(fā)射天線和功率接收天線產(chǎn)生諧振磁耦合，從而無線地傳輸功率。圖IA是示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)從系統(tǒng)上方看時(shí)的示意圖，圖IB是圖IA所示系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖。在以下描述中，圖IA所示的XYZ坐標(biāo)系出于說明性目的而被使用。具體而言，分別地，車輛101行駛的方向103及其反方向在本文中稱作“土Y方向”，與車輛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(fā)射天線105具有布置在XY平面上的矩形電感器。假定功率發(fā)射天線105的質(zhì)心在坐標(biāo)系的原點(diǎn)(即，X =
Y= Z = 0)，假定功率發(fā)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Wl和LI來標(biāo)識(shí)在X方向和Y方向上測(cè)量的功率發(fā)射天線105的尺寸。同樣，分別以W2和L2來標(biāo)識(shí)在X方向和Y方向上測(cè)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(cè)量的天線的尺寸是指在該方向上測(cè)量的天線的長(zhǎng)度。此外，如圖IB所示，相對(duì)于上面布置有功率發(fā)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(biāo)H與功率接收天線的布置平面的高度相對(duì)應(yīng)。如稍后將描述的，在X方向和Y方向上測(cè)量的功率發(fā)射天線105的尺寸Wl和LI被限定為比在X方向和Y方向上測(cè)量的功率接收天線107的尺寸W2和L2大。因此功率發(fā)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(wěn)定，將彼此面對(duì)的功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間的距離H限定為滿足不等式0. 11 XWl < H < 0. 26 XWl，稍后將對(duì)此進(jìn)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(jù)本發(fā)明并不一定總是采用這種形狀。
不論這種用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)用于行駛中的車輛還是用于停放的車輛，功率發(fā)射天線105優(yōu)選地都具有在Y方向上拉長(zhǎng)(elongate)的形狀。具體地，在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，優(yōu)選地將功率發(fā)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(yōu)選地，功率接收天線107的質(zhì)心和車輛101自身的質(zhì)心具有相同的XY坐標(biāo)。然而，即使功率接收天線107的質(zhì)心和車輛101自身的質(zhì)心的XY坐標(biāo)彼此不同，也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果。下文中，將描述該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的元件。圖2A示出了在該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中使用的電路配置的一部分。應(yīng)注意，圖2A所示的電路配置僅僅是該優(yōu)選實(shí)施例的示例，根據(jù)本發(fā)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(duì)電路模塊之間添加反饋控制功能模塊。該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)包括布置在地面上的功率發(fā)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(fā)射部122包括振蕩部114,從電源(power supply) 112接收能量(即，電力)，將能量轉(zhuǎn)換成RF能量,然后輸出該RF能量；以及功率發(fā)射天線105，根據(jù)振蕩部114已提供的RF能量產(chǎn)生諧振磁場(chǎng)。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(fā)射天線105產(chǎn)生的諧振磁場(chǎng)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(zhuǎn)換成DC能量，然后輸出該DC能量。車輛101還包括電源控制部117、二次電池120和負(fù)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(fù)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(fù)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(chǔ)在二次電池120中的電力向負(fù)載118的提供。 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(fù)載118包括電動(dòng)機(jī)以及與電動(dòng)機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)器，負(fù)載118還可以包括要以電力來驅(qū)動(dòng)的任何其他設(shè)備。由電動(dòng)機(jī)來對(duì)該優(yōu)選實(shí)施例的車輛101供能。然而本發(fā)明的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)還可以應(yīng)用于由內(nèi)燃機(jī)供能的車輛。如果本發(fā)明的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)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?？梢詫?00V或200V的公共電源或被設(shè)計(jì)為提供大電力的電源用作電源112。優(yōu)選地，將下一級(jí)要提供給振蕩部114的能量轉(zhuǎn)換成DC分量。振蕩部114可以是能實(shí)現(xiàn)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?？蛇x地，可以通過在產(chǎn)生具有失真分量的輸出信號(hào)的開關(guān)元件后面布置低通濾波器或帶通濾波器，來產(chǎn)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。功率發(fā)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(gè)天線的電感器電路具有環(huán)形形狀或螺旋形狀。功率發(fā)射天線105和功率接收天線107被設(shè)計(jì)為用作在預(yù)定頻率fp下產(chǎn)生諧振的諧振電路。每個(gè)天線的電容器電路的至少一部分可以被實(shí)現(xiàn)為諸如芯片電容器之類的集總常數(shù)電路組件或者要沿著電感線分布的分布式常數(shù)電路組件。在圖2A所示的示例中，在功率發(fā)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(lián)在一起。然而并不總是要采用這種配置。也就是說，在每個(gè)天線中，電感器電路和電容器電路可以串聯(lián)在一起或彼此并聯(lián)。此外，即使在兩個(gè)天線當(dāng)中的一個(gè)天線中電感器和電容器串聯(lián)在一起而在另一個(gè)天線中電感器和電容器彼此并聯(lián)，也仍然可以實(shí)現(xiàn)該優(yōu)選實(shí)施例的效果。此外，功率發(fā)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)配線組成以降低損耗的絞合線。優(yōu)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(nèi)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(fā)射天線105布置在地面102上，使得功率發(fā)射天線105的表面與地面102平齊；或者將功率發(fā)射天線105嵌入地面102中，使得功率發(fā)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(fā)射天線105嵌入地面102下恒定深度處，或者使功率發(fā)射天線105的不同部分在地面102下的深度不同。在優(yōu)選實(shí)施例中，假定功率發(fā)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(fā)明絕不限于該特定的優(yōu)選實(shí)施例。備選地，這些天線可以具有橢圓形狀或者相對(duì)于土Y方向不對(duì)稱的形狀。盡管如此，本發(fā)明的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為進(jìn)行操作，以將X方向上磁場(chǎng)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(yōu)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(gè)天線都具有矩形形狀，該形狀也不必須是嚴(yán)格意義上的矩形，而是優(yōu)選地在角部具有至少一定程度的彎曲。這是因?yàn)?，配線角度的陡然變化會(huì)導(dǎo)致過多的電流集中，并且還會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)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。
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。圖2B是示出了該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中的功能模塊的布置框圖以及該電力供應(yīng)系統(tǒng)的相應(yīng)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(dāng)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(fā)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(fā)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(fā)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”。為了抑制各個(gè)電路模塊之間RF能量的多次反射和優(yōu)化總體功率產(chǎn)生效率，優(yōu)選地使振蕩部114的輸出阻抗ZTo與功率發(fā)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(yōu)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(yōu)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(fù)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(shí)得到滿足，則可以使傳輸效率最大化。接下來描述在對(duì)車輛充電和供電時(shí)如何無線傳輸功率。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的車輛的功率接收天線107進(jìn)入功率發(fā)射天線105所在的區(qū)域時(shí)，就準(zhǔn)備好從功率發(fā)射天線105向功率接收天線107傳輸電功率。當(dāng)在功率接收天線107處接收到電力時(shí)，車輛101可以對(duì)安裝在車輛10中的二次電池120充電，或者對(duì)車輛10的諸如驅(qū)動(dòng)器之類的負(fù)載118供電。通過對(duì)負(fù)載118供電，可以開啟車輛的電動(dòng)機(jī)、前燈或任何其他設(shè)備。在該優(yōu)選實(shí)施例中，功率發(fā)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(fā)射天線105和功率接收天線107的各個(gè)電感器之間的耦合系數(shù)k遠(yuǎn)小于I。在這種情況下，利用傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)方法高效地傳輸功率是不可能的。然而，根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例，功率發(fā)射天線105和功率接收天線107形成諧振器對(duì)，所述諧振器對(duì)在實(shí)質(zhì)上相同的諧振頻率下產(chǎn)生諧振，并且都被設(shè)計(jì)為具有高Q因子。因此，即使這些電感器之間的耦合系數(shù)k遠(yuǎn)小于1，根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例仍然可以高效地傳輸功率。接下來將描述功率發(fā)射天線105和功率接收天線107的優(yōu)選尺寸和布置。
一般來說，即使在不使用能夠幫助高精度定位的自動(dòng)化高速公路系統(tǒng)(或停車系統(tǒng))的情況下，用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定的傳輸特性。為此目的，應(yīng)預(yù)先了解在功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間有相對(duì)位置偏移時(shí)傳輸特性會(huì)有多大改變，并且應(yīng)當(dāng)提前設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)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(gè)方向上有這樣的位置偏移的情況下，也能夠保持穩(wěn)定的傳輸特性。首先將描述在任意Y方向(本文中簡(jiǎn)稱為“Y方向”)上有位置偏移的情況下如何處理。重要的是，即使在功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間存在Y方向上的相對(duì)位置偏移的情況下，也保持穩(wěn)定的傳輸特性。這是因?yàn)樾旭傊械能囕v101即使在被充電和 供電時(shí)也在不斷地相對(duì)于功率發(fā)射天線105而移動(dòng)，還因?yàn)橐７诺能囕v在進(jìn)入停車位時(shí)也來回移動(dòng)。為了使系統(tǒng)對(duì)Y方向上的位置偏移有一定的容忍度，將Y方向上測(cè)量的功率發(fā)射天線105的尺寸LI限定為比Y方向上測(cè)量的功率接收天線107的尺寸L2大。也就是說，需要滿足以下不等式(I)LI > L2(I)在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，優(yōu)選地將Y方向上測(cè)量的功率發(fā)射天線105的尺寸LI限定為比Y方向上測(cè)量的車輛101的尺寸大。例如，在這種情況下，LI優(yōu)選地在幾米到幾百米的范圍內(nèi)。通過以這種方式將LI設(shè)置為比L2大得多，可以通過功率發(fā)射天線105針對(duì)沿Y方向行駛的車輛101保持穩(wěn)定的充電和供電性能。另一方面，在用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，車輛101進(jìn)入其停車位的同時(shí)向前或向后移動(dòng)。為了避免駕駛員過度地關(guān)注于車輛101的使功率發(fā)射天線105和功率接收天線107互相面對(duì)的精確位置，優(yōu)選的是將功率接收天線107在車輛101中所在的位置(Y坐標(biāo))設(shè)置為沿Y方向在車輛中心附近。此外，為了更靈活地設(shè)計(jì)車輛，優(yōu)選的是將Y方向上測(cè)量的功率發(fā)射天線105的尺寸LI限定為并不明顯不同于Y方向上測(cè)量的車輛101的尺寸。本文中所謂的二者之一的尺寸“并不明顯不同于”另一個(gè)的尺寸是指Y方向上測(cè)量的功率發(fā)射天線105的尺寸LI與Y方向上測(cè)量的車輛101的尺寸的比值在20%到300%之內(nèi)。圖3示出了滿足這些條件的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的透視頂視圖。在這種布置下，不論功率接收天線107被布置在車輛前面部分的底部還是車輛后面部分的底部，都可以沒有任何問題地傳輸電功率。接下來將描述X方向上的位置偏移。本發(fā)明的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)即使在功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間有X方向上的相對(duì)位置偏移的情況下也保持穩(wěn)定的傳輸特性。原因在于，行駛中的車輛即使在被充電和供電時(shí)也會(huì)在X方向上偏移，并且要停放的車輛通常在進(jìn)入停車位時(shí)在X方向上也會(huì)偏移。為了使系統(tǒng)即使在行駛中的或?qū)⒁７诺能囕v101與功率發(fā)射天線105之間在X方向上有相對(duì)位置偏移的情況下也具有一定的容忍度，將功率發(fā)射天線105的寬度Wl限定為比功率接收天線107的寬度W2寬。也就是說，需要滿足以下不等式(2):Wl > W2(2)此外，優(yōu)選地將功率接收天線107在車輛101中所在的位置(X坐標(biāo))設(shè)置為沿X方向在車輛中心附近。作為示例，圖4示出了在滿足這些條件的用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，行駛中的車輛101如何在X方向上偏移以實(shí)現(xiàn)從狀態(tài)#0到狀態(tài)#1的轉(zhuǎn)變。在圖4中，在狀態(tài)#0下，車輛101沿著車道的中心線行駛(即，當(dāng)X = 0時(shí))。另一方面，在狀態(tài)#1下，車輛101沿著車道右側(cè)的一端行駛，整個(gè)功率接收天線107幾乎沒有面對(duì)功率發(fā)射天線105 (即，當(dāng)X = XO時(shí))。在這種情況下,通過以下等式(3)來計(jì)算XO XO = (ffl-W2)/2(3)因此，即使車輛在由不等式(4)表示的范圍內(nèi)移動(dòng)，整個(gè)功率接收天線107仍然會(huì)面對(duì)功率發(fā)射天線105，從而能量仍然會(huì)以高效率被傳輸。-XO ^ X ^ XO(4)然而，由于在功率發(fā)射天線105的外周邊所圍繞的區(qū)域中以及在功率發(fā)射天線105外部的區(qū)域中，磁場(chǎng)密度的空間分布都取決于X坐標(biāo)，所以很難即使在位置偏移在不等式(4)限定的范圍之內(nèi)時(shí)也保持穩(wěn)定的功率傳輸特性。也就是說，在狀態(tài)#0下功率發(fā)射天線的最佳輸入阻抗ZTxO與狀態(tài)#1下該功率發(fā)射天線105的最佳輸入阻抗ZTxl不同。同樣，在狀態(tài)#0下功率接收天線107的最佳輸出阻抗ZRxO與狀態(tài)#1下功率接收天線107的最佳輸出阻抗ZRxl不同。在這種情況下，分別由以下等式(5)和(6)來定義ZTxl至ZTxO的變化率FTx以及ZRxO至ZRxl的變化率FRx FTx = ZTxl/ZTxO(5)FRx = ZRx I/ZRxO(6)因此，等式(5)和(6)所表示的FTx和FRx與I的差異越大，在X方向上發(fā)生位置偏移的情況下傳輸特性越不穩(wěn)定。阻抗的變化會(huì)引起能量的反射、不期望的功率損耗、電路溫度的過度升高、以及在振蕩部114與功率發(fā)射天線105之間和在功率接收天線107與整流部116之間的噪聲泄漏。因此，接收到的能量的電壓可以不同于設(shè)計(jì)的電壓。在這種情況下，除了向電源控制部引入諸如穩(wěn)壓器或DC-DC轉(zhuǎn)換器之類的某種電壓控制功能塊以便使電壓穩(wěn)定之外別無選擇，并且能量使用效率會(huì)降低。本發(fā)明的發(fā)明人面對(duì)并尋求解決這樣的問題。因此，提出要滿足的條件，以降低會(huì)由于這種問題而引起的功率傳輸特性的不穩(wěn)定程度。該條件是將互相面對(duì)的功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間的距離H限定為滿足以下不等式(7)0. IlXffl ^ H ^ 0. 26XW1(7)通過滿足該不等式(J)的條件，可以降低在車輛101沿X方向有位置偏移的情況下功率傳輸特性的不穩(wěn)定程度。具體地，當(dāng)車輛在被充電和供電時(shí)進(jìn)行如圖4所示的從狀態(tài)#0向狀態(tài)#1的轉(zhuǎn)變時(shí)，可以將功率發(fā)射天線105的最佳輸入阻抗與功率接收天線107的最佳輸出阻抗之間的差值的幅度減小到大約21%或更小。因此，可以將負(fù)載118的電壓的變化削減到10%或更小(參見稍后將描述的示例I)。更優(yōu)選地，將各個(gè)天線設(shè)計(jì)為滿足以下不等式(8)
0. 12XW1 ^ H ^ 0. 22XW1(8)通過滿足不等式(8)的條件，可以將功率發(fā)射天線105的最佳輸入阻抗與功率接收天線107的最佳輸出阻抗之間的差值的幅度減小到大約10. 25%或更小。因此，可以將負(fù)載118的電壓的變化削減到5%或更小。進(jìn)一步優(yōu)選地，將各個(gè)天線設(shè)計(jì)為滿足以下不等式(9)
0. 15XW1 ^ H ^ 0. 19XW1(9)通過滿足不等式(9)的條件，可以將功率發(fā)射天線105的最佳輸入阻抗與功率接收天線107的最佳輸出阻抗之間的差值的幅度減小到大約6. 05%或更小。因此，可以將負(fù)載118的電壓的變化削減到3%或更小。通過滿足這些不等式(7)至(9)的條件，可以在車輛沿X方向位置偏移的情況下提高傳輸特性的穩(wěn)定程度。此外，在用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，優(yōu)選地將功率發(fā)射天線105設(shè)計(jì)為具有與X方向上測(cè)量的車輛寬度近似相等的尺寸。另一方面，在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，優(yōu)選地將功率發(fā)射天線105設(shè)計(jì)為具有與X方向上測(cè)量的車輛行駛區(qū)域的寬度粗略地相等的尺寸。如果功率發(fā)射天線105的寬度大于車輛行駛區(qū)域的寬度，則功率發(fā)射天線會(huì)獨(dú)自覆蓋多條車道。這不是有利的情況，因?yàn)樨?fù)載會(huì)隨著每單位時(shí)間經(jīng)過的車輛 的數(shù)目而發(fā)生變化。在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，在大多數(shù)情況下，車輛大致沿著車道中心軸行駛。因此，優(yōu)選地將功率發(fā)射天線105布置為使該功率發(fā)射天線105的中心與車道的中心軸對(duì)齊。通過確定天線的尺寸和布置使得滿足上述條件，該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)即使在車輛101沿X方向和/或Y方向偏移時(shí)也能夠使傳輸特性穩(wěn)定。上述優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)具有僅一個(gè)功率發(fā)射天線105。然而該系統(tǒng)也可以具有多個(gè)功率發(fā)射天線105。例如,可以沿車輛行駛的方向103在地面上布置一組功率發(fā)射天線105。圖5是示出了這種布置的透視頂視圖的示意圖。這種布置可以尤為高效地用在用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中。在這種情況下，車輛101在行駛時(shí)會(huì)一個(gè)接一個(gè)地面對(duì)這些功率發(fā)射天線105，這些功率發(fā)射天線105將連續(xù)地向車輛101中的功率接收天線107發(fā)射能量。因此，可以連續(xù)地對(duì)行駛中的車輛101進(jìn)行充電和供電。接下來將描述在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)和用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)之間的兼容性。該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)可以包括以下兩者在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中使用的功率發(fā)射天線105，以及在用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中使用的功率發(fā)射天線105。此外，包括功率接收天線107和整流部116并且構(gòu)成用于行駛中車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的一部分的功率接收部124可以被設(shè)計(jì)為起到用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的功率接收部124的作用。換言之，可以使車輛具有由單個(gè)單元來供電和充電的能力，而不管該車輛是行駛中的還是停放的。圖6示出了這兩種系統(tǒng)的各個(gè)電路模塊的阻抗以及這兩種系統(tǒng)的負(fù)載處的電流和電壓。圖6中省略了圖2A所示的元件中的電源控制部和二次電池的電路模塊。用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間的耦合系數(shù)k不同于用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的功率發(fā)射天線105和功率接收天線107之間的耦合系數(shù)k。因此，在用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)和用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)之間，并不是每一對(duì)圖6所示的參數(shù)值都是相同的。例如，用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的功率接收天線107的最佳輸出阻抗ZRxO_l可以不同于用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的功率接收天線107的最佳輸出阻抗ZRxO_2。標(biāo)識(shí)符“_1”和“_2”分別表示作為用于行駛中的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的 參數(shù)的標(biāo)識(shí)和作為用于停放的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)的標(biāo)識(shí)。同樣，相應(yīng)振蕩部114的最佳輸出阻抗ZTo_l和ZTo_2、相應(yīng)功率發(fā)射天線105的最佳輸入阻抗ZRi_l和ZRi_2、相應(yīng)負(fù)載118的最佳輸入阻抗RL_1和RL_2可以具有彼此不同的值。優(yōu)選地，不論輸入阻抗是ZRi_l還是ZRi_2，整流部116都以高效率工作。此外，優(yōu)選地將相應(yīng)負(fù)載118 (如，充電器)的輸入電壓V_1和V_2(即，相應(yīng)整流部116的輸出電壓)限定為在可允許的范圍之內(nèi)。更優(yōu)選地，將V_1和V_2限定為粗略地彼此相等。本文中所謂的這兩個(gè)值中的一個(gè)值與另一個(gè)值“粗略地相等”是指比值V_l/V_2在0. 8至I. 2的范圍之內(nèi)。如果滿足該條件，則可以使用諸如穩(wěn)壓器和DC-DC轉(zhuǎn)換器之類的電壓控制功能塊，以在期望的范圍內(nèi)操作，因此能量使用效率可以保持足夠高。進(jìn)一步更優(yōu)選的是，比值V1/V2在0. 9至I. I的范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，通過使用能夠足夠容易地經(jīng)受住電壓變化的電池，可以不再需要上述電壓控制功能。此外，如果比值V1/V2在0.95至
I.05的范圍內(nèi)，甚至使用普通電池，也可以不再需要上述電壓控制功能。如果比值V1/V2在
0.97至I. 03的范圍內(nèi)，則可以使用不具有電壓控制功能而是優(yōu)先考慮任何特定特性或規(guī)格(如，電容或成本)的任何電池，甚至無需提高電池經(jīng)受住電壓變化的能力。因此，可以實(shí)現(xiàn)更有益的效果。盡管關(guān)于電池描述了優(yōu)選的輸入電壓比值，然而也可以關(guān)于諸如引擎部分之類的負(fù)載來描述優(yōu)選的輸入電壓比值。在該優(yōu)選實(shí)施例中，包括在負(fù)載118中的電動(dòng)機(jī)是直流(DC)電動(dòng)機(jī)，利用從整流部116提供的直流(DC)能量來驅(qū)動(dòng)該直流電動(dòng)機(jī)。然而，可以使用交流(AC)電動(dòng)機(jī)來代替DC電動(dòng)機(jī)。關(guān)于AC電動(dòng)機(jī)，可以采用以下兩種配置之一。具體地，根據(jù)一種配置，圖2A所示的電源控制部117可以將DC能量轉(zhuǎn)換成AC能量并將該AC能量發(fā)送至AC電動(dòng)機(jī)。在這種配置下，電源控制部117被設(shè)計(jì)為向AC電動(dòng)機(jī)提供AC能量，而向二次電池120提供DC能量。根據(jù)另一種配置，使用頻率轉(zhuǎn)換部119來代替整流部116。頻率轉(zhuǎn)換部119是將功率接收天線107接收到的RF能量轉(zhuǎn)換成頻率比RF能量的頻率低的交流(AC)能量的電路。在這種配置下，從頻率轉(zhuǎn)換部119向AC電動(dòng)機(jī)提供AC能量。圖7示出了根據(jù)第二種配置的電路模塊的示例布置。在圖7中，從頻率轉(zhuǎn)換部119經(jīng)由電源控制部117向AC電動(dòng)機(jī)(負(fù)載118)提供AC能量。另一方面，在對(duì)二次電池120的充電過程中，電源控制部117將AC能量轉(zhuǎn)換成DC能量并將該DC能量發(fā)送至二次電池120。如果使用頻率轉(zhuǎn)換部119，則優(yōu)選地頻率轉(zhuǎn)換部119的輸入/輸出阻抗與負(fù)載和其他電路模塊的輸入/輸出阻抗相匹配。此外，即使在如圖7所示使用頻率轉(zhuǎn)換部119時(shí)，也可以如上述優(yōu)選實(shí)施例中一樣從多個(gè)不同的功率發(fā)射天線向功率接收天線107發(fā)射功率。一個(gè)功率發(fā)射天線和功率接收天線107之間的耦合系數(shù)可以不同于另一個(gè)功率發(fā)射天線和功率接收天線107之間的耦合系數(shù)。優(yōu)選地將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為使得即使耦合系數(shù)不同，負(fù)載118的輸入電壓或二次電池120的輸入電壓也實(shí)質(zhì)上相同。下文中將描述該優(yōu)選實(shí)施例相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，功率發(fā)射天線的面積比功率接收天線的面積大得多。在現(xiàn)有技術(shù)中沒有任何文獻(xiàn)公開過一種技術(shù)來處理使用這種布置的車輛的位置偏移。同時(shí)，該優(yōu)選實(shí)施例的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)可以即使在車輛沿X或Y方向偏移的情況下也使傳輸特性穩(wěn)定。
日本專利申請(qǐng)待審公開No. 2009-106136公開了一種技術(shù)，針對(duì)正在被充電和供電的停放車輛，通過在車輛中或地面上布置多個(gè)天線，來處理停放的車輛沿X方向的位置偏移。然而提供多個(gè)天線并不是有益的，因?yàn)檫@會(huì)妨礙成本的縮減或尺寸的減小。除此之夕卜，由于需要向傳輸模塊中新引入用于改變天線的開關(guān)，所以擔(dān)心可能會(huì)由于開關(guān)的插入損耗而導(dǎo)致傳輸效率的降低。然而日本專利申請(qǐng)待審公開No. 2009-106136并沒有公開一種布置來避免這種傳輸效率的降低。根據(jù)本發(fā)明，可以僅當(dāng)功率接收天線位于功率發(fā)射天線上方的空間中時(shí)才從功率發(fā)射天線向功率接收天線發(fā)射能量。這是因?yàn)?，如果這兩個(gè)天線的相應(yīng)電感器之間的耦合系數(shù)過度降低，則很難實(shí)現(xiàn)高效率傳輸。另一方面，根據(jù)公開號(hào)為2008/0265684-A1的使用電磁感應(yīng)方法的美國專利申 請(qǐng)，用于處理車輛水平偏移的布置會(huì)導(dǎo)致效率的更顯著降低。具體地，根據(jù)該美國專利申請(qǐng)中公開的布置，為地面上的發(fā)射機(jī)提供兩個(gè)天線元件，每個(gè)天線元件的大小是本發(fā)明的功率發(fā)射天線的寬度的一半。同時(shí)，這兩個(gè)天線元件還被并排布置在車輛的較窄寬度內(nèi)。關(guān)于針對(duì)發(fā)射端和接收端中的每一個(gè)而提供的兩個(gè)天線元件，存在四種可能組合。根據(jù)該美國專利申請(qǐng)公開的技術(shù)，除非在這四種可能組合中的任何一種組合中都能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)耦合，并且除非獨(dú)立地控制幅度和相位，否則不論采用這四種組合中的哪一種組合來發(fā)射能量，都無法實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的傳輸。然而，實(shí)際上，在這四種不同耦合中的至少兩種耦合中，各個(gè)電感器之間的相對(duì)距離必然會(huì)過長(zhǎng)。其中，車輛的水平偏移越大，就越難實(shí)現(xiàn)高到足以根據(jù)需要來耦合每一對(duì)天線元件的傳輸效率。除此之外，該美國專利申請(qǐng)沒有公開一種措施來克服由于用于控制每條傳輸線的控制元件或開關(guān)元件的插入損耗而導(dǎo)致的傳輸效率的降低。另一種傳統(tǒng)的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)使用電磁波將來自功率發(fā)射天線的能量發(fā)射至功率接收天線，該電磁波是前進(jìn)波(progressivewave)(參見公開號(hào)為2002-152996的日本專利申請(qǐng)待審公開)。然而與本發(fā)明的使用諧振磁耦合的車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)相比，該傳統(tǒng)系統(tǒng)以完全不同的原理來工作。因此，與使用本發(fā)明的功率接收天線的情形不同，即使該傳統(tǒng)系統(tǒng)使用被設(shè)計(jì)為滿足W2 > L2的功率接收天線，容忍度也無法有效地提高。而是，輻射前進(jìn)波的這種天線的水平孔徑寬度的增大不僅會(huì)降低一半的水平輻射寬度，還會(huì)降低對(duì)位置偏移的容忍度。因此，本發(fā)明的效果是在諧振磁耦合方法中僅當(dāng)功率發(fā)射天線的尺寸比功率接收天線的尺寸大時(shí)才實(shí)現(xiàn)的獨(dú)有效果。示例 I下文中，將描述本發(fā)明的特定示例。為了說明本發(fā)明的有益效果，使用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)的特定示例Ia和Ib具有圖IA和IB所示的布置并對(duì)此進(jìn)行分析。具體地，在示例Ia中，用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)滿足W1 = 250cm, LI = 1000cm,以及W2 = L2 = 65cm。另一方面，在示例Ib中，Wl和LI的值與示例Ia的相同，而W2和L2變成滿足W2 = 43. 3cm和L2 = 86. 7cm。功率發(fā)射天線和功率接收天線被設(shè)計(jì)為具有相同的諧振頻率500kHz。此外，功率發(fā)射天線和功率接收天線由絞合線制成，以降低傳輸損耗。在功率發(fā)射天線和功率接收天線的輸入端子和輸出端子與網(wǎng)絡(luò)分析器相連，并且信號(hào)輸入較弱的情況下，測(cè)量功率發(fā)射天線和功率接收天線的傳輸特性和反射特性，以找到能夠使天線之間的傳輸效率最大化的最佳阻抗值。在對(duì)如圖4所示處于狀態(tài)#1的車輛(其中X = XO)進(jìn)行測(cè)量之后，如圖4所示車輛移動(dòng)到具有狀態(tài)#0’并且再次對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)量?；谶@兩個(gè)測(cè)量結(jié)果，估計(jì)在相對(duì)于車輛行駛方向有水平位置偏移的情況下傳輸特性的穩(wěn)定程度。通過以H值變化而Y固定為零來進(jìn)行這些測(cè)量，估計(jì)阻抗變化對(duì)H的依賴性。以下表I示出了針對(duì)示例Ia和Ib的估計(jì)結(jié)果。另一方面，圖8和圖9分別示出了在示例Ia和Ib中阻抗變化對(duì)H的依賴性。在表I和圖8、9中，AFTx和AFRx分別表示功率發(fā)射天線和功率接收天線的阻抗變化。AFTx和AFRx值越接近零，系統(tǒng)越多地獲得穩(wěn)定，不論X方向的偏移如何。表I
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，包括 至少一個(gè)功率發(fā)射天線，被布置在地面上或地面下；以及 功率接收天線，被布置在至少一個(gè)車輛中或所述至少一個(gè)車輛上， 其中， 通過在功率發(fā)射天線和功率接收天線間產(chǎn)生諧振磁耦合，功率發(fā)射天線和功率接收天線形成相互耦合的諧振器對(duì)， 在假定車輛行駛方向是Y方向并且與Y方向垂直的方向是X方向的情況下,沿Y方向和X方向測(cè)量的功率發(fā)射天線的長(zhǎng)度分別比沿Y方向和X方向測(cè)量的功率接收天線的長(zhǎng)度大， 如果沿X方向測(cè)量的功率發(fā)射天線的長(zhǎng)度是Wl，并且相互面對(duì)的功率發(fā)射天線和功率接收天線之間的距離是H，則系統(tǒng)滿足0. IlXffl彡H彡0. 26XW1，并且 當(dāng)功率發(fā)射天線面對(duì)功率接收天線時(shí)，通過非接觸方法從功率發(fā)射天線向功率接收天線提供功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)滿足0. 12XW1 彡 H 彡 0. 22XW1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)滿足0. 15XW1 彡 H 彡 0. 19XW1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，還包括振蕩部，將從電源接收到的能量轉(zhuǎn)換為RF能量，然后將所述RF能量發(fā)送至功率發(fā)射天線， 其中，車輛包括功率轉(zhuǎn)換部，將功率接收天線已從功率發(fā)射天線接收到的RF能量轉(zhuǎn)換成頻率比所述RF能量的頻率低的DC能量或AC能量，然后輸出所述DC能量或AC能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，功率發(fā)射天線的使功率發(fā)射天線和功率接收天線之間的傳輸效率最大化的輸入阻抗與振蕩部的輸出阻抗相匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，功率接收天線的使功率發(fā)射天線和功率接收天線之間的傳輸效率最大化的輸出阻抗與功率轉(zhuǎn)換部的輸入阻抗相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，所述車輛具有負(fù)載，其中利用由功率轉(zhuǎn)換部提供的DC能量或AC能量對(duì)所述負(fù)載供能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，負(fù)載的輸入阻抗與功率轉(zhuǎn)換部的輸出阻抗相匹配。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述至少一個(gè)功率發(fā)射天線包括第一功率發(fā)射天線和第二功率發(fā)射天線， 第一功率發(fā)射天線與功率接收天線之間的耦合系數(shù)不同于第二功率發(fā)射天線與功率接收天線之間的耦合系數(shù)，并且 系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使得無論是在第一功率發(fā)射天線和功率接收天線之間執(zhí)行功率傳輸還是在第二功率發(fā)射天線和功率接收天線之間執(zhí)行功率傳輸，負(fù)載都具有實(shí)質(zhì)上相同的輸入電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述車輛具有二次電池，并且利用功率接收天線從功率發(fā)射天線接收的能量對(duì)所述二次電池充電。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，當(dāng)垂直于地面來看時(shí)，功率接收天線的中心位于中心線周圍，所述中心線被定義為沿X方向經(jīng)過車輛的中心。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，當(dāng)垂直于地面來看時(shí)，功率接收天線的中心位于中心線周圍，所述中心線被定義為沿Y方向經(jīng)過車輛的中心。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，沿Y方向測(cè)量的功率發(fā)射天線的長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上等于沿Y方向測(cè)量的車輛的長(zhǎng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，沿Y方向測(cè)量的功率發(fā)射天線的長(zhǎng)度大于沿Y方向測(cè)量的車輛的長(zhǎng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中，當(dāng)垂直于地面來看時(shí)，功率發(fā)射天線的中心位于中心線周圍，所述中心線被定義為沿X方向經(jīng)過車道的中心。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項(xiàng)所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述至少一個(gè)功率發(fā)射天線包括沿Y方向布置的多個(gè)功率發(fā)射天線，并且 當(dāng)隨著車輛行駛，功率接收天線一個(gè)接一個(gè)地面對(duì)所述多個(gè)功率發(fā)射天線時(shí)，依次從面對(duì)功率接收天線的功率發(fā)射天線向功率接收天線發(fā)射功率。
17.一種車輛，在根據(jù)權(quán)利要求I至16中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)中使用，所述車輛包括 功率接收天線；以及 負(fù)載，其中利用功率接收天線已從功率發(fā)射天線接收的能量來對(duì)所述負(fù)載供能。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的車輛，其中，負(fù)載是電動(dòng)機(jī)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的車輛，其中，所述車輛由內(nèi)燃機(jī)來供電。
20.一種功率發(fā)射天線，用于根據(jù)權(quán)利要求I至16中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)。
21.—種功率接收系統(tǒng)，包括 功率接收天線，用于根據(jù)權(quán)利要求I至16中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)；以及 功率轉(zhuǎn)換部，用于將功率接收天線已從功率發(fā)射天線接收到的RF能量轉(zhuǎn)換成頻率比所述RF能量的頻率低的DC能量或AC能量，并輸出所述DC能量或AC能量。
全文摘要
布置在地面上或地面下的功率發(fā)射天線105和布置在車輛101底部的功率接收天線在實(shí)質(zhì)上相同的諧振頻率下建立諧振，并在二者之間產(chǎn)生磁耦合。當(dāng)功率接收天線107進(jìn)入功率發(fā)射天線所在的區(qū)域時(shí)，向車輛發(fā)射功率。通過將互相面對(duì)的功率發(fā)射天線與功率接收天線之間的距離H設(shè)置為使得H滿足0.11×W1≤H≤0.26×W1，可以使傳輸特性穩(wěn)定，其中W1是功率發(fā)射天線的寬度。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102648560SQ201080041108
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者菅野浩 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社