(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電回路と送電アンテナとの間に設置されるインピーダンス整合装置であって、
前記送電アンテナの入力インピーダンスを推定する入力インピーダンス推定手段と、
前記送電回路と前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と、
受電側装置内にて算出された負荷の値の推定負荷値を受信する制御通信部と、
前記推定負荷値と前記入力インピーダンスとに基づいて、前記整合回路を制御する制御値を出力する出力部と、を有し、
前記出力部は、前記制御値を定めた整合補正量テーブルを、前記推定負荷値ごとに複数記憶する記憶部と、前記受信した推定負荷値に基づき前記整合補正量テーブルを選択するテーブル選択部と、を備えることを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項２】
前記制御値は、
前記負荷の値を固定した上で、前記送電アンテナと前記受電側装置における受電アンテナとの間の結合状態を変更させた際の、前記送電回路から前記送電アンテナへの入力インピーダンスの変化の軌跡に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項３】
送電回路と送電アンテナとの間に設置され、前記送電回路と前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路を有するインピーダンス整合装置が実行する制御方法であって、
前記送電アンテナの入力インピーダンスを推定する入力インピーダンス推定工程と、
受電側装置内にて算出された負荷の値の推定負荷値を受信する制御通信工程と、
前記推定負荷値と前記入力インピーダンスとに基づいて、前記整合回路を制御する制御値を出力する出力工程と、を有し、
前記出力工程は、前記推定負荷値ごとに前記制御値を定めた複数の整合補正量テーブルのうちのいずれかを、前記受信した推定負荷値に基づいて選択するテーブル選択工程を含むことを特徴とする制御方法。
【請求項４】
送電側装置の送電アンテナの入力インピーダンスを推定する推定手段と、
前記送電アンテナに送電する送電回路と前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と、
受電側装置にて算出された負荷の値の推定値を受信する受信部と、
前記整合回路を制御する制御値を前記推定値ごとに定めた複数の補正量テーブルを記憶する記憶部と、
前記受信した推定値に応じて前記記憶部から選択した補正量テーブル、および前記入力インピーダンスに基づいて、前記制御値を出力する出力部と、
を有するインピーダンス整合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線による非接触電力伝送システム、特に電磁界共振結合（磁界共鳴、電界共鳴とも言われる。）の原理に基づく無線電力伝送システムに有用なインピーダンス整合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家電機器や産業用装置、電気自動車等に対して電力を供給する際に、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）ケーブル等の接続を必要としない無線による非接触電力伝送技術が利用され始めている。家庭においては、電動歯ブラシ、シェーバなど水周りの小型機器や、携帯電話などポータブル機器への非接触充電装置が普及している。また電気自動車に対しては駐車場やバス停などで停車した自動車に対して、車体の下に置かれた給電装置から非接触で充電もしくは給電するシステムが実用化されている。
【０００３】
無線（電磁波）を用いた電力伝送技術は大きく分けて３つの方式がある。それらは電磁誘導方式、電磁界共振結合方式、及びマイクロ波電力伝送方式である。このうち前記の家庭用、産業用、電気自動車用として普及しているのは電磁誘導方式であり、数Ｗという小さな電力から数１０ｋＷという大電力の領域まで幅広く製品化されている。しかし、電磁誘導方式は、電力送信側コイル（一次側コイル）と受信側コイル（二次側コイル）との間隔（エアギャップ、以降「ギャップ」と呼ぶ。）を極力小さくする必要があること、及び送受信コイル間の位置ずれに弱いことが大きな課題となっており、応用できる領域が限定されている。また、マイクロ波電力伝送方式を採用したシステムとして、人工衛星に取り付けた太陽電池パネルによって発電した電力を、ビーム幅を非常に細く絞った電波を用いて地上の受信アンテナに送信するＳＰＳ（Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）システムが研究されているが、かなり大規模な設備を必要とする。電気自動車用には、送信部に導波管スロットアンテナを用い、受信部にパッチアンテナと整流器を組み合わせた試作も報告されているが、現状では効率が低いことが課題となっている。
【０００４】
そのような中で近年注目されているのが電磁界共振結合方式による無線電力伝送である（例えば、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１を参照）。この方式は送信・受信アンテナ間のギャップを大きくとれ（数１０ｃｍ〜数ｍ）、位置ずれにも強いという特徴を持っており、家庭内機器、産業用機器、電気自動車など幅広い領域での応用が期待されている。また、電磁界共振結合方式には、電磁誘導では不可能な領域として移動体へ無線で電力を供給することに関しても大きな期待が寄せられている。
【０００５】
また、特許文献３には、アンテナ間の距離もしくは負荷に基づいて、インピーダンスを調整する技術が開示されている。また、非特許文献３には、磁界共鳴方式の有用性などについての記載があり、非特許文献４には、直並列型等価回路の電磁共鳴方式に基づく送電・受電アンテナのモデルとしての正当性などについての記載がある。その他、出願人は、本出願に関連する出願として、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／０６３５６９及び国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／０６３５７０の出願を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【特許文献２】特許第４２２５９５３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４１９７６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａ.Ｋｕｒｓ，Ａ.Ｋａｒａｌｉｓ，ｅｔ  ａｌ．“Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｖｉａ  Ｓｔｒｏｎｇｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ”，Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．３１７，６  Ｊｕｌｙ  ２００７
【非特許文献２】居村，堀，“電磁界共振結合による伝送技術”，ＩＥＥＪ  Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．１２９，Ｖｏ．７，２００９
【非特許文献３】居村，岡部，内田，堀，“共振時の電磁界結合を利用した位置ずれに強いワイヤレス電力伝送” ，社団法人電気学会産業応用部門，１３０巻１号，２０１０，ｐ．７８〜８３
【非特許文献４】倉田，河村，“磁気結合等価回路を利用した非接触給電の高効率化に関する研究”，電気学会研究会資料・産業計測制御研究会，ＩＩＣ−１０−１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電磁共鳴方式（電磁界共振結合）に基づくワイヤレス電力伝送システムは、（Ａ）送電・受電アンテナ間の結合状態が変化すると、送電アンテナ端における入力インピーダンスの値が変化する、（Ｂ）受電アンテナ側に接続された負荷の値が変動した場合も、送電アンテナ端における入力インピーダンスの値が変化する、という特性を持つ。そのため、上述の結合状態が変化した場合や負荷の値が変化した場合には、送電回路（電源）の出力インピーダンスと送電アンテナ入力端との間でインピーダンスの不整合が起こり、反射損が発生する。その結果、伝送効率の悪化を招く。インピーダンスの不整合による反射損を抑制するために、一般にインピーダンス整合回路が使用される。しかし、上記した電磁共鳴方式特有の入力インピーダンスの変化に対して効率的に、かつ高速に対応可能なインピーダンス整合装置は存在していない。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、効率的かつ高速にインピーダンスの整合が可能なインピーダンス整合装置及び受電側装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、送電回路と送電アンテナとの間に設置されるインピーダンス整合装置であって、前記送電アンテナの入力インピーダンスを推定する入力インピーダンス推定手段と、前記送電回路と前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と、受電側装置内にて算出された負荷の値の推定負荷値を受信する制御通信部と、前記推定負荷値と前記入力インピーダンスとに基づいて、前記整合回路を制御する制御値を出力する出力部と、を有し、前記出力部は、前記制御値を定めた整合補正量テーブルを、前記推定負荷値ごとに複数記憶する記憶部と、前記受信した推定負荷値に基づき前記整合補正量テーブルを選択するテーブル選択部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、送電回路と送電アンテナとの間に設置され、前記送電回路と前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路を有するインピーダンス整合装置が実行する制御方法であって、前記送電アンテナの入力インピーダンスを推定する入力インピーダンス推定工程と、受電側装置内にて算出された負荷の値の推定負荷値を受信する制御通信工程と、前記推定負荷値と前記入力インピーダンスとに基づいて、前記整合回路を制御する制御値を出力する出力工程と、を有し、前記出力工程は、前記推定負荷値ごとに前記制御値を定めた複数の整合補正量テーブルのうちのいずれかを、前記受信した推定負荷値に基づいて選択するテーブル選択工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、インピーダンス整合装置であって、送電側装置の送電アンテナの入力インピーダンスを推定する推定手段と、前記送電アンテナに送電する送電回路と前記送電アンテナのインピーダンスを整合させる整合回路と、受電側装置にて算出された負荷の値の推定値を受信する受信部と、前記整合回路を制御する制御値を前記推定値ごとに定めた複数の補正量テーブルを記憶する記憶部と、前記受信した推定値に応じて前記記憶部から選択した補正量テーブル、および前記入力インピーダンスに基づいて、前記制御値を出力する出力部と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電磁共鳴方式に基づく送電・受電アンテナの一例を示す。
【図２】直列共振回路部分に並列に接続するコンデンサを有する直並列型等価回路を示す。
【図３】送電アンテナと、受電アンテナとを対向配置させた電力伝送システムを示す。
【図４】電力伝送システムを、直並列型等価回路表現を用いて表した例を示す。
【図５】負荷の値を固定し、送電・受電アンテナ間の結合係数を「０．３１１〜０．０２１」の範囲で変化させた場合の入力インピーダンスの軌跡をスミスチャート上にプロットした図である。
【図６】送電・受電アンテナ間の結合係数ｋを固定し、負荷の値を「５Ω」〜「５００Ω」の範囲で変化させた場合の入力インピーダンスの軌跡をスミスチャート上にプロットした図である。
【図７】電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率のグラフを示す。
【図８】送電アンテナの端での入力インピーダンスを５０Ωに整合させるための整合回路を示す。
【図９】図８の整合回路を追加した状態での電源２０からの供給電力に対する送電アンテナ３に入った電力の比率を示す図である。
【図１０】（ａ）は、図９に示す整合状態から結合係数が「０．１」のままで負荷の値が「１０Ω」に低下した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示す。（ｂ）は、図９に示す整合状態から結合係数ｋが「０．１」のままで負荷の値が「２００Ω」に増加した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示す。
【図１１】（ａ）は、整合状態から負荷の値を「５０Ω」のままで結合係数が「０．０５」に低下した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示す。（ｂ）は、整合状態から負荷の値を「５０Ω」のままで結合係数が「０．１５」に増加した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示す。
【図１２】第１実施例に係る電力伝送システムの概略構成図である。
【図１３】第１実施例に係る整合補正値テーブルの一例を示す。
【図１４】実施例に好適な整合回路の一例である。
【図１５】スミスチャートを大きく領域Ａ及び領域Ｂ２つの領域に分けた図である。
【図１６】領域Ａまたは領域Ｂに存在するインピーダンス軌跡上の各ポイントから整合ポイントまで遷移させる例を示す。
【図１７】（ａ）第１形式の整合回路の例である。（ｂ）第２形式の整合回路の例である。
【図１８】理論計算によって整合補正量を求める方法を概略的に示した図である。
【図１９】第１実施例に係る整合補正テーブルの例である。
【図２０】整合補正量テーブルを使用して、インピーダンス整合処理を実施した場合の反射損低減の一例である。
【図２１】結合が強くなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係を示すグラフの一例である。
【図２２】結合が弱くなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示す。
【図２３】（ａ）は、結合係数が「０．０６４」の状態で整合を取った直後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【図２４】（ａ）は、整合後に結合係数が「０．０６４」から「０．１」に変化した場合の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【図２５】（ａ）は、整合追従動作の実行後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【図２６】第１実施例において、フロー１の処理手順を示すフローチャートである。
【図２７】第１実施例において、フロー２の処理手順を示すフローチャートである。
【図２８】第１実施例において、フロー３の処理手順を示すフローチャートである。
【図２９】第１実施例において、フロー４の処理手順を示すフローチャートである。
【図３０】第２実施例に係る電力伝送システムの概略構成図である。
【図３１】送電アンテナと受電アンテナとの距離と、結合係数との関係を示すグラフを示す。
【図３２】結合係数が「０．０７」の場合に対応する整合補正量テーブルの一例を示す。
【図３３】実施例に好適な整合回路の一例を示す。
【図３４】第２実施例において、理論計算で求めた整合補正量テーブルを示す。
【図３５】整合補正量テーブルを使用して、インピーダンス整合処理を実施した場合の反射損低減の一例である。
【図３６】負荷が大きくなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示したグラフである。
【図３７】負荷が小さくなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示したグラフである。
【図３８】（ａ）は、負荷の値が「３０Ω」の状態で整合を取った直後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、（ｂ）は、（ａ）での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【図３９】（ａ）は、整合後に負荷の値が「３０Ω」から「１０Ω」に変化した場合の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、（ｂ）は、（ａ）での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【図４０】（ａ）は、整合追従動作の実行後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図２４（ｂ）は、（ａ）での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【図４１】第２実施例において、フロー５の処理手順を示すフローチャートである。
【図４２】第２実施例において、フロー６の処理手順を示すフローチャートである。
【図４３】第２実施例において、フロー７の処理手順を示すフローチャートである。
【図４４】変形例に係る整合回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電回路と前記送電アンテナとの間に設置されるインピーダンス整合装置であって、前記送電アンテナの入力インピーダンスもしくは当該入力インピーダンスに相当する入力インピーダンス相当値を推定する入力インピーダンス推定手段と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第１の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第２の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入されるスルー回路と、前記受電アンテナに接続され前記伝送された電力が消費される回路の負荷の値を推定する負荷値推定手段と、前記第１または前記第２の整合回路を用いて所定のインピーダンス値に整合させるために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値に対応した制御値を、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶する記憶部と、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路と前記スルー回路とのいずれか１つを電気的に接続する回路選択手段と、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記記憶部に記憶された前記制御値を読出し、当該制御値を前記回路選択手段によって選択された回路に出力する制御値出力手段と、を有する。
【００１６】
上記のインピーダンス整合装置は、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電回路と送電アンテナとの間に設置される。インピーダンス整合装置は、入力インピーダンス推定手段と、第１及び第２の整合回路と、スルー回路と、負荷値推定手段と、記憶部と、回路選択手段と、制御値出力手段と、を備える。記憶部は、第１または第２の整合回路を用いて所定のインピーダンス値に整合させるために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値に対応した制御値を、負荷の値と入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶する。ここで、「制御値」とは、インダクタンス値及びキャパシタンス値の他、インダクタンス値及びキャパシタンス値を電気的もしくはモータ等の機械的機構を用いて変化させるための制御電圧値、複数の微小インダクタ要素、微小キャパシタ要素から成るＬＣネットワーク回路に含まれるリレーやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）等スイッチ部のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのビットパターンなどが該当する。インピーダンス推定手段は、入力インピーダンス相当値を推定する。また、「入力インピーダンス相当値」とは、送電アンテナの入力インピーダンスの他、当該入力インピーダンスと一意な関係にある値等の入力インピーダンスに相当する値を指す。負荷値推定手段は、受電アンテナに接続され伝送された電力が消費される回路の負荷の値を推定する。回路選択手段は、負荷の値と入力インピーダンス相当値とに基づいて、第１の整合回路と第２の整合回路とスルー回路とのいずれか１つを電気的に接続する。制御値出力手段は、負荷の値と入力インピーダンス相当値とに基づいて、記憶部に記憶された制御値を読出し、当該制御値を回路選択手段によって選択された回路に出力する。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力伝送を行う場合に、受電側の負荷の値及び送電アンテナと受電アンテナとの間の結合状態に応じて送電回路と送電アンテナとの間のインピーダンス整合を行い、送電側から入力した電力を損失することなく受電側に伝送することができる。
【００１７】
上記インピーダンス整合装置の一態様では、前記記憶部は、前記制御値と、当該制御値を反映させる前記第１または前記第２の整合回路を示すフラグ情報とを、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶し、前記回路選択手段は、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とから決定される前記フラグ情報に基づいて、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路とのいずれか１つを電気的に接続する。この態様では、インピーダンス整合装置は、使用すべき整合回路を示すフラグ情報を負荷の値と入力インピーダンス相当値とに関連付けて記憶部に予め記憶しておくことで、推定した負荷の値と入力インピーダンス相当値とに基づき、的確かつ容易に使用すべき整合回路を選択することが可能となる。
【００１８】
上記インピーダンス整合装置の他の一態様では、前記制御値は、前記回路の負荷の値を固定した上で、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合状態を変更させた際の、前記送電回路から前記送電アンテナへの入力インピーダンスの変化の軌跡に基づいて設定される。インピーダンス整合装置は、このように設定された制御値を予め記憶部に記憶しておき、インピーダンス整合を行うことで、処理工程を削減することができ、回路規模及び必要なメモリ容量を削減することができる。
【００１９】
本発明の他の好適な実施形態によれば、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電回路と前記送電アンテナとの間に設置されるインピーダンス整合装置であって、前記送電アンテナの入力インピーダンスもしくは当該入力インピーダンスに相当する入力インピーダンス相当値を推定する入力インピーダンス推定手段と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第１の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第２の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入されるスルー回路と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を推定する結合係数推定手段と、前記第１または前記第２の整合回路を用いて所定のインピーダンス値に整合させるために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値に対応した制御値を、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶する記憶部と、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路と前記スルー回路とのいずれか１つを電気的に接続する回路選択手段と、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記記憶部に記憶された前記制御値を読出し、当該制御値を前記回路選択手段によって選択された回路に出力する制御値出力手段と、を有する。
【００２０】
上記のインピーダンス整合装置は、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電回路と送電アンテナとの間に設置される。インピーダンス整合装置は、入力インピーダンス推定手段と、第１及び第２の整合回路と、スルー回路と、結合係数推定手段と、記憶部と、回路選択手段と、制御値出力手段と、を備える。記憶部は、第１または第２の整合回路を用いて所定のインピーダンス値に整合させるために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値に対応した制御値を、結合係数と入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶する。インピーダンス推定手段は、送電アンテナのインピーダンスもしくはインピーダンスに相当する入力インピーダンス相当値を推定する。結合係数推定手段は、送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数を推定する。回路選択手段は、結合係数と入力インピーダンス相当値とに基づいて、第１の整合回路と第２の整合回路とスルー回路とのいずれか１つを電気的に接続する。制御値出力手段は、結合係数と入力インピーダンス相当値とに基づいて、記憶部に記憶された制御値を読出し、当該制御値を回路選択手段によって選択された回路に出力する。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力伝送を行う場合に、送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数及び受電側の負荷の値に応じて送電回路と送電アンテナとの間のインピーダンス整合を行い、送電側から入力した電力を損失することなく受電側に伝送することができる。
【００２１】
上記インピーダンス整合装置の一態様では、前記記憶部は、前記制御値と、当該制御値を反映させる前記第１または前記第２の整合回路を示すフラグ情報とを、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶し、前記回路選択手段は、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とから決定される前記フラグ情報に基づいて、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路とのいずれか１つを電気的に接続する。この態様では、インピーダンス整合装置は、使用すべき整合回路を示すフラグ情報を結合係数と入力インピーダンス相当値とに関連付けて記憶部に予め記憶しておくことで、推定した結合係数と入力インピーダンス相当値とに基づき、的確かつ容易に使用すべき整合回路を選択することが可能となる。
【００２２】
上記インピーダンス整合装置の他の一態様では、前記制御値は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合状態を固定した上で、前記回路の負荷の値を変更させた際の、前記送電回路から前記送電アンテナへの入力インピーダンスの変化の軌跡に基づいて設定される。このように設定された制御値を予め記憶部に記憶しておき、インピーダンス整合を行うことで、処理工程を削減することができ、回路規模及び必要なメモリ容量を削減することができる。
【００２３】
上記インピーダンス整合装置の他の一態様では、前記送電回路からの出力信号に対応する進行波電圧と、前記送電アンテナからの反射信号に対応する反射波電圧と、を取り出す進行波・反射波抽出手段と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値または当該絶対値に対応する値である反射係数絶対値相当値を算出する反射係数算出手段と、前記進行波電圧の位相と前記反射波電圧の位相とを比較し、当該位相間の位相差を算出する位相差算出手段とを更に有し、前記入力インピーダンス推定手段は、前記入力インピーダンス相当値として前記反射係数絶対値相当値と前記位相差とを推定する。ここで、「反射係数絶対値相当値」とは、反射係数の絶対値、又はこれと一意な関係にある値等、反射係数の絶対値に相当する値であり、例えば反射係数の絶対値やインピーダンスの絶対値などが該当する。インピーダンス整合装置は、このように反射係数絶対値相当値と上述の位相差を推定することで、入力インピーダンスを特定することが可能となり、使用すべき整合回路及び適用する制御値を好適に決定することができる。
【００２４】
上記インピーダンス整合装置の他の一態様では、前記送電回路からの出力信号に対応する進行波電圧と、前記送電アンテナからの反射信号に対応する反射波電圧と、を取り出す進行波・反射波抽出手段と、前記進行波電圧の位相と前記反射波電圧の位相とを比較し、当該位相間の位相差を算出する位相差算出手段とを有し、前記回路選択手段は、前記反射係数の絶対値が所定値以下である場合は、前記スルー回路を選択する。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、反射による電力の損失が所定の許容値を超えた場合にのみ、好適にインピーダンス整合を実行することができる。
【００２５】
上記インピーダンス整合装置の他の一態様では、前記制御値は、反射係数の絶対値が大きくなるほど、量子化間隔が小さくなるように量子化される。インピーダンス整合装置は、当該制御値に基づきインピーダンス整合を行うことで、整合後の反射による損失を、常に所定の閾値以下にすることが可能となる。
【００２６】
本発明のさらに別の好適な実施形態によれば、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電回路と前記送電アンテナとの間に設置され、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第１の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第２の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入されるスルー回路と、前記第１または前記第２の整合回路を用いて所定のインピーダンス値に整合させるために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値に対応した制御値を、前記受電アンテナに接続され前記伝送された電力が消費される回路の負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶する記憶部と、を備えるインピーダンス整合装置が実行する制御方法であって、前記送電アンテナの入力インピーダンスもしくは当該入力インピーダンスに相当する入力インピーダンス相当値を推定する入力インピーダンス推定工程と、前記負荷の値を推定する負荷値推定工程と、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路と前記スルー回路とのいずれか１つを電気的に接続する回路選択工程と、前記負荷の値と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記記憶部に記憶された前記制御値を読出し、当該制御値を前記回路選択工程によって選択された回路に出力する制御値出力工程と、を有する。
【００２７】
本発明のさらに別の好適な実施形態によれば、送電アンテナと受電アンテナとを電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電回路と前記送電アンテナとの間に設置され、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第１の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、当該可変インダクタ要素よりも前記送電回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える第２の整合回路と、前記送電回路と前記送電アンテナとの間に直列に挿入されるスルー回路と、前記第１または前記第２の整合回路を用いて所定のインピーダンス値に整合させるために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに対応させて予め記憶する記憶部と、を備えるインピーダンス整合装置が実行する制御方法であって、前記送電アンテナの入力インピーダンスもしくは当該入力インピーダンスに相当する入力インピーダンス相当値を推定する入力インピーダンス推定工程と、前記結合係数を推定する結合状態推定工程と、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路と前記スルー回路とのいずれか１つを電気的に接続する回路選択工程と、前記結合係数と前記入力インピーダンス相当値とに基づいて、前記記憶部に記憶された前記制御値を読出し、当該制御値を前記回路選択工程によって選択された回路に出力する制御値出力工程と、を有する。
【実施例】
【００２８】
以下では、まず、本願発明の基礎となる技術及びその課題などの基本説明を行った後、図面を参照して本発明の好適な各実施例について説明する。
【００２９】
＜基本説明＞
図１は、電磁共鳴方式に基づく送電アンテナ及び受電アンテナとして用いられるアンテナ（送電・受電アンテナ）の一例を示す。図１に示す送電・受電アンテナは、上下２つの平面に巻線を螺旋形状に形成されたアンテナであり、上面の巻線１０１、図示しない下面の巻線、給電点１０２、支持材（誘電体）１０３などを有する。この送電・受電アンテナの直径は３０ｃｍ、上下面合わせての巻数は５．２巻、巻線間のピッチは７ｍｍ、上下面の間隔は１５ｍｍであり、送電・受電アンテナの各面の先端は開放されており、送電・受電アンテナは、上下面巻線の中央に位置する給電点１０２から給電する。
【００３０】
ここで、電磁界解析により、図１のアンテナの電気回路的なパラメータを求めると、インダクタンス「Ｌ」は「８．６４μＨ」、コンデンサ「Ｃ」は、「１７．４９ｐＦ」、損失抵抗「Ｒ」は、「１．０Ω」であった。送電・受電アンテナはこれらの定数を持つ直列共振回路として動作する。この場合、共振周波数「ｆｏ」は、「１／（２π√（ＬＣ））＝１２．９４７ＭＨｚ」である。
【００３１】
図２は、図１の送電・受電アンテナの正確な等価回路モデルである、直列共振回路部分に並列に接続するコンデンサを有する直並列型等価回路を示す。図１の送電・受電アンテナの場合、並列コンデンサ「Ｃｔ」は「１０．０８ｐＦ」であった。
【００３２】
電磁共鳴方式に基づくワイヤレス電力伝送では、一般に図１に示すアンテナを、それぞれ送電側と受電側とに対向配置させる。送電アンテナには送電回路（電源）、受電アンテナには負荷が同軸ケーブル等で接続されている。その様子を図３に示す。図３は、図１に示すアンテナを送電アンテナ及び受電アンテナとして対向配置させた電力伝送システムを示す。図３に示すように、送電アンテナには電源が接続され、受電アンテナには負荷が接続されている。
【００３３】
図４は、図３に示す電力伝送システムを、直並列型等価回路表現を用いて表した例を示す。図４の「Ｌｍ」は、送電アンテナと受電アンテナとが磁気的に結合された状態の相互インダクタンスを表している。送電アンテナと受電アンテナに同じアンテナを使用した場合には（各アンテナの共振周波数が同じであれば、必ずしもそのようにする必要はない）、その結合係数を「ｋ」とすれば、「Ｌｍ＝ｋＬ」と表される。結合係数ｋの値は送電アンテナと受電アンテナとの間のギャップ（隔たり幅）や、位置ずれの量など、送電アンテナと受電アンテナとの位置関係によって決まる。ギャップや位置ずれの量を変更することは結合係数ｋの値を変更することと置き換えて考えて良い。
【００３４】
ここで、図４の等価回路表現を用いて、
（１）負荷の値「ＲＬ」を決め、送電・受電アンテナ間の結合係数ｋを変化させた場合
（２）結合係数ｋの値を決め、受電側の負荷の値を変化させた場合
について、送電アンテナの電力が入る側の端（単に、「送電アンテナ端」とも呼ぶ。）における入力インピーダンス「Ｚｉｎ」を調べる。なお、送電回路の周波数（以降では「駆動周波数」と呼ぶ。）は、送電アンテナと受電アンテナとの共振周波数「１２．９４７ＭＨｚ」とする。
【００３５】
図５は、負荷の値ＲＬを（ａ）では１０Ω、（ｂ）では５０Ω、（ｃ）では２００Ωにそれぞれ固定し、送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数ｋを「０．３１１〜０．０２１」の範囲で変化させた場合の入力インピーダンスＺｉｎの軌跡をスミスチャート上にプロットした図である。なお、図１に示すアンテナを送電アンテナ及び受電アンテナとし、水平方向の位置ずれ量をゼロとすると、結合係数「ｋ＝０．３１１」は送電アンテナと受電アンテナとの間のギャップが「５ｃｍ」の状態に対応し、「ｋ＝０．０２１」はギャップが「３５ｃｍ」の状態に対応している。また、図６は、結合係数ｋを（ａ）では０．０３０、（ｂ）では０．０６４、（ｃ）では０．１２０にそれぞれ固定し、負荷の値ＲＬを「５Ω」〜「５００Ω」の範囲で変化させた場合の入力インピーダンスＺｉｎの軌跡をスミスチャート上にプロットした図である。なお、図１に示すアンテナを送電アンテナ及び受電アンテナとし、水平方向の位置すれ量をゼロとすると、結合係数「ｋ＝０．０３０」は、送電・受電アンテナ間のギャップが「２９ｃｍ」の状態に対応し、結合係数「ｋ＝０．１２」は、送電・受電アンテナ間のギャップが「１３ｃｍ」の状態に対応している。
【００３６】
送電アンテナ端における入力インピーダンスＺｉｎは、図５に示すように、負荷の値ＲＬの値を固定して結合係数ｋを変化させると、スミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」（「Ｘ」は、リアクタンス成分）の軸の付近で大きく水平方向に変化する軌跡を描く。また、その軌跡のスミスチャート上における相対的な位置は、負荷の値ＲＬが小さいほど右寄りになり、負荷の値ＲＬが大きいほど左寄りになる。従って、負荷の値ＲＬが「１０Ω」のように比較的小さい値の場合には、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は右寄りに位置し（図５（ａ）参照）、負荷の値ＲＬが「２００Ω」のように比較的大きい値の場合には、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は左寄りに位置し（図５（ｃ）参照）、負荷の値ＲＬが「５０Ω」などの中間値の場合には、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は左右ほとんど偏らずに分布する。
【００３７】
一方、図６に示すように、結合係数ｋを固定して負荷の値ＲＬを変化させた場合も、入力インピーダンスＺｉｎは、スミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」の軸の付近で大きく水平方向に変化する軌跡を描く。また、その軌跡のスミスチャート上における相対的な位置は、結合係数ｋが小さいほど左寄りになり、結合係数ｋが大きいほど右寄りになる。従って、結合係数ｋが「０．０３０」のように比較的小さい値の場合には、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は右寄りに位置し（図６（ａ）参照）、結合係数ｋが「０．１２」のように比較的大きい値の場合には、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は左寄りに位置し（図６（ｃ）参照）、結合係数ｋが「０．０６４」のように中間値の場合には、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は左右ほとんど偏らずに分布する。
【００３８】
このように、送電アンテナ端における入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は、
（１）送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数ｋ
（２）受電側の負荷の値ＲＬ
の何れが変化した場合も、スミスチャート上に異なる軌跡を描く。また、これらが変化した場合の入力インピーダンスＺｉｎの軌跡は、スミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」の軸の付近で大きく水平方向に変化する形状を持つ。
【００３９】
以上を勘案すると、これら複数の異なるインピーダンス軌跡を描く送電アンテナ端のインピーダンスポイントを、自動的に、かつ高速に送電回路の出力インピーダンス（即ち、整合ポイント）に整合させる処理（「自動整合動作」又は「自動整合処理」とも呼ぶ。）が必要とされる。自動整合動作については、後述する第１実施例及び第２実施例で詳しく説明する。
【００４０】
次に、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを送電回路の出力インピーダンスに整合させることの効果について説明する。図７は、「電源からの供給電力」に対する「送電アンテナに入った電力」の比率（１−｜Ｓ１１｜２：「Ｓ１１」は反射係数に等しく、従って｜Ｓ１１｜２は電源からの供給電力のうち、反射して戻ってくる反射比率に等しい）のグラフを示す。なお、図７では、図４に示すように送電アンテナと受電アンテナとを対向させ、送電アンテナ及び受電アンテナに図１に示したアンテナを使用し、負荷の値ＲＬを「５０Ω」とし、結合係数ｋを０．１、即ち、位置ずれ無しでギャップが「１５ｃｍ」に対応する値としている。
【００４１】
図７では、駆動周波数１２．９４７ＭＨｚにおける上述の比率は、８９．４％である。このとき、駆動周波数１２．９４７ＭＨｚにおける送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎは「９７．８６−３．９８ｊ（Ω）」となっている。従って、この場合、入力インピーダンスＺｉｎは送電回路の出力インピーダンスに相当する「５０Ω」となっていないため、１０％ほどの不整合損が発生している。
【００４２】
図８は、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎを「５０Ω」に整合させるための整合回路を示す。また、図９は、図８の整合回路を追加した状態での電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率のグラフを示す。図９に示すように、図８の整合回路を追加した状態では、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」における上述の比率は１００％となる。この場合、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎは、送電回路の出力インピーダンスに整合されており、不整合損が発生していない。
【００４３】
ここで、整合後に負荷の値ＲＬが変化した場合の影響について説明する。図１０（ａ）は、図９に示す整合状態から結合係数ｋが「０．１」のままで負荷の値ＲＬが「１０Ω」に低下した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示し、図１０（ｂ）は、図９に示す整合状態から結合係数ｋが「０．１」のままで負荷の値ＲＬが「２００Ω」に増加した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示す。このように整合状態から負荷の値ＲＬが変化した場合、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」における比率（１−｜Ｓ１１｜２）は、図１０（ａ）の場合では５８．７％に低下し、図１０（ｂ）の場合では６５．７％に低下している。
【００４４】
次に、整合後に結合係数ｋの値が変化した場合の影響について説明する。図１１（ａ）は、図９に示す整合状態から負荷の値ＲＬを「５０Ω」のままで結合係数ｋが「０．０５」に低下した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示し、図１１（ｂ）は、図９に示す整合状態から負荷の値ＲＬを「５０Ω」のままで結合係数ｋが「０．１５」に増加した場合での、電源からの供給電力に対する送電アンテナに入った電力の比率を示す。このように整合状態から結合係数ｋが変化した場合、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」における比率（１−｜Ｓ１１｜２）は、図１１（ａ）の場合では６５．１％に低下し、図１１（ｂ）の場合では８５．４％に低下している。
【００４５】
このように、送電アンテナ端における入力インピーダンスＺｉｎは、所定の
（１）送電・受電アンテナ間の結合係数ｋ
（２）受電側の負荷の値ＲＬ
に対して最適となる整合回路を送電回路と送電アンテナとの間に追加したとしても、その後、負荷の値ＲＬが何らかの理由によって変動したり、送電・受電アンテナ間のギャップが変化して結合係数ｋが変化したりする場合には、整合ポイントからずれる。その結果、送電回路から送電アンテナに電力を供給する際の反射損が大きくなり、伝送効率の悪化が生じてしまう。
【００４６】
以上を勘案すると、一度ある条件で整合を取った後に、負荷の値ＲＬが変動した場合や、送電・受電アンテナ間の結合係数ｋが変化した場合で整合がずれたとしても、そのずれを出来るだけ早く検出し、整合回路に設定した定数を適切に変更する等して、常に高速に整合状態を追従し続ける処理（「整合追従動作」又は「整合追従処理」とも呼ぶ。）が必要となる。整合追従動作の具体的内容については、後述する第１実施例及び第２実施例で詳しく説明する。
【００４７】
ここで、上述の条件を満たす電力伝送システムの応用例について説明する。電磁共鳴方式によるワイヤレス電力伝送方式の有力なアプリケーションの一つとして、電気自動車への非接触充電が考えられている。電気自動車のバッテリーへの充電においては、定電流モードによる充電と定電圧モードによる充電を時系列で変更したり、バッテリーの蓄電量によって負荷としての値が変わったり等、負荷変動を想定する必要がある。また、走行時の給電など、送電・受電アンテナ間のギャップ、位置ずれ量が時間と共に連続的に変化するような場合も想定される。これらの場合に対して、常に高速に整合追従する電力伝送システムを提供することにより、高効率な非接触充電システムを実現することが可能である。
【００４８】
＜第１実施例＞
次に、本発明に好適な第１実施例について説明する。第１実施例では、負荷の値ＲＬが変化せず、送電アンテナ及び受電アンテナ間の結合状態（結合係数ｋ）が変化する場合について説明する。概略的には、電力伝送システムは、負荷の値ＲＬ及び送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを推定し、これらの推定値に基づき、所定のテーブル（「整合補正量テーブル」とも呼ぶ。）を参照して、使用すべき整合回路及び当該整合回路へ適用する制御値を決定する。これにより、電力伝送システムは、送電アンテナの入力インピーダンスＺｉｎを、送電回路の出力インピーダンスと整合させる。また、電力伝送システムは、一度整合状態になった後に整合状態を維持し続ける整合追従動作を行うことで、整合状態を保つ。
【００４９】
［概略構成］
図１２は、第１実施例に係る電力伝送システムの概略構成図である。図１２に示すように、電力伝送システムは、送電回路２及び送電アンテナ３を有する送電側装置１と、受電アンテナ５及び負荷６を有する受電側装置４とを備える。
【００５０】
送電回路２は、電源２０と増幅部２１とを備える。増幅部２１は、電源２０から伝送する電力の大きさを調整すると共に、電源２０から電力を伝送する際の開始動作及び停止動作などを制御する制御回路として機能する。
【００５１】
第１形式の整合回路１１は、送電回路２と送電アンテナ３との間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、送電アンテナ３側の端に並列に接続される可変キャパシタ要素とを備える。第２形式の整合回路１２は、送電回路２と送電アンテナ３との間に直列に挿入される可変インダクタ要素と、送電回路２側の端に並列に接続される可変キャパシタ要素とを備える。以後では、第１形式の整合回路１１及び第２形式の整合回路１２を、単に「整合回路」とも総称する。
【００５２】
記憶部２５は、第１形式の整合回路１１又は第２形式の整合回路１２のいずれの整合回路を使用すべきかを示すフラグ情報「Ｉｆ」及び当該整合回路に適用すべき制御値「Ｔｃ」を定めた整合補正量テーブルを、負荷の値ごとに複数記憶する。ここで、整合補正量テーブルの各行には、通し番号であるインデックス（「インデックスＩｄｘ」とも呼ぶ。）が付され、対応する結合係数ｋの小さい順に制御値Ｔｃが規定されている。整合補正量テーブルの具体例については、図１３を用いて後述する。なお、制御値Ｔｃは、第１形式又は第２形式の整合回路１１、１２に設定するインダクタンス値（「インダクタンス値Ｌ」とも呼ぶ。）及びキャパシタンス値（「キャパシタンス値Ｃ」とも呼ぶ。）を指す。制御値Ｔｃは、後述するように、電磁界共振結合方式の送電アンテナ３及び受電アンテナ５を対向させてこれらのギャップを変更した際の、送電回路２から送電アンテナ３側を見た時の入力インピーダンスＺｉｎの変化の軌跡に基づいて設定される。
【００５３】
スイッチ部１３、１４は、第１形式の整合回路１１又は第２形式の整合回路１２若しくは電線のみからなるスルー回路３０のいずれかを、送電回路２及び送電アンテナ３と電気的に接続させる。
【００５４】
負荷推定部７は、電流値検出部７１と、電圧値検出部７２と、負荷値算出部７３と、制御通信部７４、７５とを有し、定格電力（即ち、本来伝送したい電力）の伝送に先立ち、受電側装置４の負荷６の値ＲＬの推定値（「推定負荷値ＲＬｅ」とも呼ぶ。）を算出する処理を行う。具体的には、定格電力の伝送の前に、送電アンテナ３が微小な電力を伝送すると、電流値検出部７１は、負荷６に流れる電流を検出し、検出した電流値（「検出電流値Ｉｅ」とも呼ぶ。）を負荷値算出部７３に供給する。また、電圧値検出部７２は、負荷６に掛かる電圧値を検出し、検出した電圧値（「検出電圧値Ｖｅ」とも呼ぶ。）を負荷値算出部７３に供給する。そして、負荷値算出部７３は、電流値検出部７１から供給された検出電流値Ｉｅと、電圧値検出部７２から供給された検出電圧値Ｖｅとに基づき、推定負荷値ＲＬｅを算出する。具体的には、負荷値算出部７３は、検出電圧値Ｖｅを検出電流値Ｉｅで除することで算出したインピーダンス値を推定負荷値ＲＬｅとする。そして、受電側装置４内の制御通信部７４は、負荷値算出部７３が算出した推定負荷値ＲＬｅを、電力伝送の無線部とは独立して用意される制御用無線通信を介して送電側装置１内の制御通信部７５に伝送する。その後、推定負荷値ＲＬｅは、テーブル選択部２７に供給される。
【００５５】
テーブル選択部２７は、記憶部２５により負荷の値ごとに記憶された複数の整合補正量テーブルの中から、供給された推定負荷値ＲＬｅと最も近い負荷の値に対応する整合補正量テーブルを選択する。整合補正量テーブルの内容については後述する。
【００５６】
進行波・反射波抽出部１５、位相差算出・判定部１６、及び反射係数算出部１７は、同じく定格電力の伝送に先立って送電アンテナ３から微小な電力が伝送された場合に、現在の負荷６の値ＲＬに対応する送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎを算出するための処理を行う。具体的には、進行波・反射波抽出部１５は、送電回路２から出力された信号に対応する進行波電圧「Ｖｆ」（Ｖｆ＝｜Ｖｆ｜ｅｘｐ（ｊθ１）：「θ１」はＶｆの位相）と、インピーダンスの不整合によって送電アンテナ３から反射されて戻ってくる信号に対応する反射波電圧「Ｖｒ」（Ｖｒ＝｜Ｖｒ｜ｅｘｐ（ｊθ２）：「θ２」はＶｒの位相）とを分離して取り出す。進行波・反射波抽出部１５は、好適には、方向性結合器である。反射係数算出部１７は、進行波電圧Ｖｆの振幅値｜Ｖｆ｜と反射波電圧Ｖｒの振幅値｜Ｖｒ｜を用いて反射係数「Γ」の絶対値（大きさ）｜Γ｜を、
【００５７】
【数１】
0005957556.tif 000002
により算出する。位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆの位相θ１と反射波電圧Ｖｒの位相θ２との位相差「θ」を、
【００５８】
【数２】
0005957556.tif 000003
のように算出する。そして、位相差算出・判定部１６又は反射係数算出部１７は、これらの結果から送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎに対応する複素反射係数Γ（Γ＝｜Γ｜ｅｘｐ（ｊθ））を求め、その値を下式（３）によって変換して入力インピーダンスＺｉｎを算出する。ここで、「Ｚ０」は、整合目標のインピーダンスを表す。
【００５９】
【数３】
0005957556.tif 000004
読出し位置決定部２４は、テーブル選択部２７によって選択された整合補正値テーブルを参照し、算出された入力インピーダンスＺｉｎに最も近いインピーダンス値を有する整合補正値テーブルの行から、使用すべき整合回路を示すフラグ情報Ｉｆ及び当該整合回路に適用すべき制御値Ｔｃを読出す。そして、整合回路選択部２３は、読出し位置決定部２４から供給されるフラグ情報Ｉｆに基づき、第１形式の整合回路１１又は第２形式の整合回路１２若しくは電線のみからなるスルー回路３０のいずれかが送電回路２及び送電アンテナ３と電気的に接続されるようにスイッチ部１３、１４を制御する。制御値出力部２６は、整合回路選択部２３によって選択された第１形式の整合回路１１又は第２形式の整合回路１２に、読出し位置決定部２４によって読出された制御値Ｔｃを反映させる。
【００６０】
ここで、読出し位置決定部２４、整合回路選択部２３、及び制御値出力部２６が実行する処理について具体例を用いて説明する。図１３は、負荷の値が「５０Ω」の場合に相当する整合補正値テーブルの一例を示す。この整合補正テーブルは、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０１〜０．３」の範囲における入力インピーダンスＺｉｎを「５０Ω」に整合させるために必要なキャパシタンス値「Ｃ」及びインダクタンス値「Ｌ」と、使用すべき整合回路を示すフラグ情報Ｉｆとを有する。ここでは、フラグ情報Ｉｆが「１」の場合には、フラグ情報Ｉｆは第１形式の整合回路１１を使用すべき旨を示し、フラグ情報Ｉｆが「２」の場合には、フラグ情報Ｉｆは第２形式の整合回路１２を使用すべき旨を示す。
【００６１】
例えば、読出し位置決定部２４に入力された入力インピーダンスＺｉｎが「２７＋ｊ０Ω」であったとする。この場合、読出し位置決定部２４は、整合補正値テーブルに記憶された「Ｒｉ」及び「Ｘｉ」（「ｉ」はインデックスＩｄｘとする）と、算出した入力インピーダンスＺｉｎの実部「Ｒ」と虚部「Ｘ」とを用いて、「（Ｒ−Ｒｉ）２＋（Ｘ−Ｘｉ）２」が最小となるインデックスＩｄｘを有する行を選択する。その結果、図１３に示すように、インデックスＩｄｘが「５」、実部Ｒｉが「２５．２４８Ω」、虚部Ｘｉが「０．４５１Ω」の行が選択される。そして、読出し位置決定部２４は、選択した行から、整合回路の形式に関する情報であるフラグ情報Ｉｆ（ここでは「２」）を読出して整合回路選択部２３に供給し、かつ、キャパシタンス値Ｃ「２４３．４３１ｐＦ」、インダクタンス値Ｌ「３０１．７５６ｎＨ」を読出して制御値出力部２６に供給する。この場合、整合回路選択部２３は、送電回路２と送電アンテナ３との間に第２形式の整合回路１２が接続されるようにスイッチ部１３、１４を動作させる。また、制御値出力部２６は、選択された第２形式の整合回路１２の可変コンデンサ部、可変インダクタ部に、読出し位置決定部２４から供給されたキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを設定する。以上のようにして決定された整合回路を図１４に示す。
【００６２】
このように、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを調べることで、送電側装置１は、選択された整合補正量テーブルを参照して、直ちに送電回路２及び送電アンテナ３間のインピーダンス整合を実行することが出来る。例えば、将来電気自動車が普及して、交差点で停止した時に路面に設置された充電器から電気自動車を充電するような場合を考えると、車が停車してから出来るだけ早く充電動作を開始することが必要となる。その際に、インピーダンスの整合を自動的かつ出来るだけ迅速に済ませることで、定格での電力伝送に迅速に移行することが出来るようになる。
【００６３】
次に、初期状態から整合状態となった後の整合追従動作時に処理を行う位相差算出・判定部１６、調整方向決定部１８、及び調整ステップ幅決定部１９について説明する。なお、これらの詳細な説明は［整合追従動作］のセクションで後述する。
【００６４】
位相差算出・判定部１６は、初期状態から整合状態となった後に、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係を特定する。そして、調整方向決定部１８は、位相差算出・判定部１６が特定した進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係に基づき、直前に使用した整合補正量テーブルの行（インデックスＩｄｘ）を基準として、次に制御値Ｔｃ等を読出す行の方向を決定する。
【００６５】
調整ステップ幅決定部１９は、初期状態から整合状態となった後に、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、使用する制御値Ｔｃを現在の制御値Ｔｃから変更する必要があるか否かの判断をすると共に、新たな制御値Ｔｃを読出す場合の整合補正テーブル中のインデックスＩｄｘのステップ（移動）幅（「ステップ幅Ｗｉｄｘ」と呼ぶ。）を決定する。
【００６６】
そして、読出し位置決定部２４は、調整方向決定部１８が決定した読出し方向及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき、制御値Ｔｃを読出す整合補正量テーブルの行を決定する。
【００６７】
［整合補正量テーブル］
次に、記憶部２５が記憶する整合補正量テーブルについて具体的に説明する。本実施例で使用する整合補正量テーブルは、図５、図６に示した送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎの変化の軌跡に基づいて設定することを特徴とする。なお図５は、負荷６の値をある値に固定した上で送電・受電アンテナ間の結合状態（即ち、結合係数ｋ）を変化させた時の入力インピーダンスＺｉｎの軌跡を示している。一方、図６は、送電・受電アンテナ間の結合状態をある値に固定した上で受電側装置４の負荷６の値ＲＬを変化させた時の入力インピーダンスＺｉｎの軌跡を示している。第１実施例では、負荷６の値ＲＬは固定で送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合状態を変化させた時の動作について説明しているので、以下では図５に示した軌跡を基にして整合補正量テーブルを構成する場合について説明する。
【００６８】
図５に示すように、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎは、負荷６の値ＲＬを固定して結合係数ｋを変化させると、スミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」の軸の付近で大きく水平方向に変化する軌跡を描く。また、上述したように、その軌跡のスミスチャート上における相対的な位置は、負荷６の値ＲＬが小さいと（例えばＲＬ＝１０Ωの場合）右寄りに、負荷６の値ＲＬが大きいと（例えばＲＬ＝２００Ωの場合）左寄りに、負荷６の値ＲＬがこれらの中間値であると（例えばＲＬ＝５０Ωの場合）左右殆ど偏らずに分布するという傾向がある。
【００６９】
なお、第２実施例の説明で用いる図６では、入力インピーダンスＺｉｎの軌跡上のポイントがスミスチャートの右側に寄るほど送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合が強まっている（例えば、送電・受電アンテナ間のギャップが小さくなる）ことに対応し、逆に左側に寄るほどこれらの結合が弱まっている（例えば、ギャップが大きくなる）ことに対応している。
【００７０】
図５に示すように、想定する負荷６の値ＲＬが違っても、送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合係数ｋが変わったときの送電アンテナ端における入力インピーダンスＺｉｎの変化の軌跡はスミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」の軸の付近で大きく水平方向に変化するという共通の形状を示す。以上を勘案し、そのインピーダンス軌跡上の任意のポイントを整合させるためには、図１５に示すようにスミスチャートを大きく「領域Ａ」及び「領域Ｂ」の２つの領域に分け、それぞれの領域に適した整合回路を用いるようにすれば良い。
【００７１】
図１６に、領域Ａまたは領域Ｂに存在するインピーダンス軌跡上の各ポイントから整合ポイント「Ｐ」まで遷移させる例を示す。図１６（ａ）に示すように、領域Ａに含まれるインピーダンス軌跡上のポイントの場合は、まず送電アンテナ３に並列に接続した可変コンデンサの値を補正量「Ａ１」だけ増やして点「Ｒ」まで移動させ、次に送電回路２と送電アンテナ３との間に直列に接続した可変インダクタの値を補正量「Ａ２」だけ増やして、整合ポイントＰまで移動させれば良い。また、図１６（ｂ）に示すように、領域Ｂに含まれるインピーダンス軌跡上のポイントの場合は、まず送電回路２と送電アンテナ３との間に直列に接続した可変インダクタの値を補正量「Ｂ１」だけ増やして点「Ｑ」まで移動させ、次に送電回路２側に並列に接続した可変コンデンサの値を補正量「Ｂ２」だけ増やして、整合ポイントＰまで移動させれば良い。
【００７２】
以上より、領域Ａにあるインピーダンス軌跡上のポイントを整合させるための整合回路は図１７（ａ）、領域Ｂにあるインピーダンス軌跡上のポイントを整合させるための整合回路は図１７（ｂ）のように表される。本実施例では、図１７（ａ）に示す回路が第１形式の整合回路１１に相当し、図１７（ｂ）に示す回路が第２形式の整合回路１２に相当する。整合回路としては、この２種類のパターンを用意しておけばよい。
【００７３】
従って、送電側装置１は、領域Ａにあるインピーダンス軌跡上のポイントを図１７（ａ）に相当する第１形式の整合回路１１を用いて整合させるために必要な補正量Ａ１、Ａ２、及び、領域Ｂにあるインピーダンス軌跡上のポイントを図１７（ｂ）に相当する第２形式の整合回路１２を用いて整合させるために必要な補正量Ｂ１、Ｂ２を、予め理論計算または測定等の手段によって求めておき、それらの値を例えばインピーダンス値と対応させたルックアップテーブルを、整合補正量テーブルとして記憶部２５に記憶させておく。このようにしておくことで、送電側装置１は、送電アンテナ端のインピーダンスＺｉｎを求めることにより整合のために必要な補正量を一回で求めることが出来る。
【００７４】
図１８（ａ）、（ｂ）に、理論計算によって上述の補正量を求める方法を概略的に示した図である。図１８（ａ）はインピーダンス軌跡上のポイントが領域Ａにある場合に対応し、図１８（ｂ）はインピーダンス軌跡上のポイントが領域Ｂにある場合に対応する。
【００７５】
図１８（ａ）では、所定のインピーダンス軌跡上のポイント「Ｚｉｎ」を時計回りに回転させて「ｒ＝１」の等レジスタンス円との交点「Ａ」を求め、そこまで移動させるために必要な補正量「Δｂ」を求める。次に、点Ａを「ｒ＝１」の等レジスタンス円に沿って回転させて整合ポイントまで移動させるために必要な補正量「Δｘ」を求める。この補正量Δｂ及び補正量Δｘが、図１６（ａ）における補正量Ａ１、Ａ２にそれぞれ対応する。この補正量Ａ１、Ａ２に基づき、制御値Ｔｃとして用いるキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌが一意に定まる。
【００７６】
図１８（ｂ）では、インピーダンスポイントＺｉｎを時計回りに回転させて「ｇ＝１」の等コンダクタンス円との交点「Ｄ」を求め、そこまで移動させるために必要な補正量「Δｘ」を求める。次に、点Ｄを「ｇ＝１」の等コンダクタンス円に沿って回転させて整合ポイントまで移動させるために必要な補正量「Δｂ」を求める。この補正量Δｘ及び補正量Δｂが、図１６（ｂ）における補正量Ｂ１、Ｂ２にそれぞれ対応する。そして、補正量Ｂ１、Ｂ２に基づき、制御値Ｔｃとして用いるキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌが一意に定まる。
【００７７】
また、入力インピーダンス軌跡上のインピーダンスポイントＺｉｎは、以下の式（４）に示すように、領域Ａのみを考えた場合と領域Ｂのみを考えた場合とでは、反射係数絶対値｜Γ｜と一対一に対応する。
【００７８】
【数４】
0005957556.tif 000005
従って、入力インピーダンス軌跡上の各インピーダンスポイントＺｉｎを式（４）に従って反射係数絶対値｜Γ｜に変換し、その各々の値に対して、予め理論計算により求めたキャパシタンス値Ｃ、インダクタンス値Ｌの値の組を対応させた整合補正量テーブルを予め作成しておく。
【００７９】
また、整合補正量テーブルの作成する際、反射係数絶対値｜Γ｜に対応するキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを、アプリケーションで必要な分解能で量子化する。ここで、「量子化」とは、ある範囲の反射係数絶対値｜Γ｜に対し、同じインダクタンス値Ｌ及びキャパシタンス値Ｃが使用される反射係数絶対値｜Γ｜の範囲（値域）を区切ること、及び、区切られた反射係数絶対値｜Γ｜の各値域で使用するインダクタンス値Ｌ及びキャパシタンス値Ｃの代表値（「量子化代表値」とも呼ぶ。）を決めることを指す。以後では、上述の反射係数絶対値｜Γ｜の各範囲（値域）の境界を「量子化境界」と呼ぶ。量子化は反復処理を用いて実行される。
【００８０】
具体的には、量子化は、量子化境界付近においても反射係数絶対値｜Γ｜が予め設定された閾値「｜Γ｜ｔｈｒ」以下となるように、量子化境界と量子化代表値を交互に求めることで実行される。ここで、閾値｜Γ｜ｔｈｒは、好適には、反射による損失を０．５％に抑えることができる値、即ち他に損失を生じる部分が無ければ効率９９．５％を達成できる値に相当する０．０７０７に設定されるとよい。このように量子化して、整合補正量テーブルに記憶させるキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを定めた場合、キャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌは、反射係数絶対値｜Γ｜が大きくなるほど、これらの量子化間隔が小さくように量子化されることになる。このようにキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを量子化した整合補正量テーブルを参照して整合回路を設定することで、送電側装置１は、入力インピーダンスＺｉｎの値によらず、整合後の反射による損失を、常に所定の閾値以下にすることができる。
【００８１】
図１９（ａ）〜（ｃ）に、負荷６の値ＲＬを「１０Ω」、「５０Ω」、「２００Ω」として、本実施例の送電アンテナ３及び受電アンテナ５（インダクタンスＬ＝８．６４μＨ、コンデンサＣ＝１７．４９ｐＦ、損失抵抗Ｒ＝１．０Ω、並列コンデンサＣｔ＝１０．０８ｐＦ）を対向させ、結合係数ｋを「０．０１」から「０．３」まで変化させた場合に求めた整合補正量テーブルを示す。なお、これらのテーブルでは、整合回路のキャパシタンス値Ｃ、インダクタンス値Ｌに加えて、整合回路の形式を指定するフラグ情報Ｉｆが合わせて記憶させている。また、インデックスＩｄｘは、通し番号であり、かつ、結合係数ｋが大きい行ほど、大きいインデックスＩｄｘが割り振られている。そして、記憶部２５は、このようにして作成された負荷６の値ＲＬごとの整合補正量テーブル群を記憶する。
【００８２】
このような構成の整合補正量テーブルを記憶部２５に記憶しておくことで、送電側装置１は、推定負荷値ＲＬｅに基づき、どの整合補正量テーブルを使用するかを決定でき、さらに送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎに基づき、選択した整合補正量テーブルを参照して使用すべき整合回路及び当該整合回路に設定する制御値Ｔｃを一回の動作で決定することが出来る。
【００８３】
［自動整合動作による効果］
以下では、自動整合動作の効果について例を挙げて説明する。
【００８４】
図２０（ａ）、（ｂ）は、負荷６の値ＲＬが「１０Ω」の場合に、図１９（ａ）に示す整合補正量テーブルを使用して、インピーダンス整合処理を実施した場合の反射損低減の一例である。図２０（ａ）は、送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合係数ｋが「０．０６４」の場合（ギャップ２０ｃｍ、水平方向の位置ずれ０ｃｍ）を示し、図２０（ｂ）は、結合係数ｋが「０．０２１」（ギャップ３５ｃｍ、位置ずれ０ｃｍ）の場合について示す。
【００８５】
ここで、図２０（ａ）の場合では、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎは、「１８１．１−ｊ ２６．１Ω」となる。従って、図１９（ａ）に示す整合補正量テーブルで最もこれに近いインピーダンス値を有する行を探索すると、インデックスＩｄｘが「６」の行が選ばれる。この行の整合回路の形式を示すフラグ情報Ｉｆは「１」、キャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌはそれぞれ「９３．２ｐＦ」、「１１３６．６ｎＨ」となっている。図２０（ａ）に示すように、整合回路を追加しない場合（グラフＧ２参照）と、第１形式の整合回路１１を選択してキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを上述のように設定した場合（グラフＧ１参照）とで、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」での「１−|Ｓ１１|２」の値を比較すると、それぞれ６７．０％、９９．２％である。従って、整合回路を追加することにより３２．２％改善、即ち反射損を低減出来た。
【００８６】
次に、図２０（ｂ）の場合では、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎは、「２０．８−ｊ ０．２Ω」となる。従って、図１９（ａ）に示す整合補正量テーブルで最もこれに近いインピーダンス値を示す行を探索すると、インデックスＩｄｘが「３」の行が選ばれる。この行の整合回路の形式を示すフラグ情報Ｉｆは「２」、キャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌはそれぞれ「３１４．６ｐＦ」、「３００．２ｎＨ」となる。図２０（ｂ）に示すように、整合回路を追加しない場合（グラフＧ４参照）と、第２形式の整合回路１２を選択してキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを上述のように設定した場合（グラフＧ３参照）とで、駆動周波数１２．９４７ＭＨｚでの「１−|Ｓ１１|２」の値を比較すると、それぞれ８３．０％、９９．８％である。従って、整合回路を追加することにより１６．８％改善、即ち反射損を低減出来た。
【００８７】
このように、第１実施例の送電側装置１は、記憶部２５に受信側装置４の負荷６の値ＲＬごとの整合補正量テーブルを記憶しておくことにより、推定負荷値ＲＬｅを求めて使用する整合補正量テーブルを選択し、続いて送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを求めれば、一回の動作で適切な整合回路を自動的かつ高速に構成することが可能である。
【００８８】
［整合追従動作］
次に、第１実施例に係る整合追従動作について説明する。この動作は、一度インピーダンス整合を取った後に、整合状態を維持し続けるための動作である。
【００８９】
まず、整合追従動作の必要性等について説明する。送電アンテナ３及び受電アンテナ５を対向させて定格の電力伝送を行うために、自動整合動作を行い（一般にこの動作は出力を絞った状態で行われる）、受電側装置４の負荷６の値ＲＬ及び送電アンテナ３と受電アンテナ５との間の結合状態によって決まる入力インピーダンスＺｉｎに対して最適な整合回路が構成されたとする。この場合、送電回路２は、定格での電力伝送に移行する。しかし、整合が取れた状態で電力伝送を行っている最中に送電側装置１と受電側装置４との相対的な位置関係が変化したとする。なお、電気自動車など移動中の物体に電力伝送を行おうとする場合にこのような状況が発生し得る。そして、送電側装置１と受電側装置４との相対的位置関係が変化すると、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎが先ほど自動整合動作で整合を取ったときの値と異なってしまい、整合が再びずれてしまう。この場合、整合状態からずれたことを出来るだけ早く検出し、変化した入力インピーダンスＺｉｎに対して再び整合させる処理が必要である。以上を勘案し、第１実施例の整合追従動作は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合状態の変化に追従し、整合回路の形式及び整合回路に適用する制御値Ｔｃを適切に設定することで、整合状態を維持し続けるものである。
【００９０】
次に、整合追従動作の処理について説明する。整合追従動作も、自動整合動作で使用した送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合状態（ギャップなど）を変化させたときの送電アンテナ端の入力インピーダンス軌跡（図５参照）を使用する。図５に示した入力インピーダンス軌跡は、受電側装置４の負荷６の値ＲＬを固定した上で結合状態を変化させて求めたものであり、第１実施例ではこのインピーダンス軌跡を用いる。
【００９１】
受電側装置４の負荷６の値ＲＬは変化しないとすると、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎは図５に示したインピーダンス軌跡上に存在する。このインピーダンス軌跡上にある任意のインピーダンスポイントを整合させるために必要な整合回路の形式及び当該整合回路に適用する制御値Ｔｃは、図１９に例示するような負荷の値ごとに生成された整合補正量テーブルに記憶されている。従って、一度整合状態となった後に行う整合追従動作では、送電側装置１は、自動整合動作で用いた整合補正量テーブルを引き続き参照して、適用すべき整合補正量テーブルの行（即ち、インデックスＩｄｘ）を変更すればよい。
【００９２】
以上を勘案し、整合追従動作では、送電側装置１は、あるインピーダンス値に対する整合状態からずれた状態が、図５に示すインピーダンス軌跡上の左右どちら側にずれたのか（左側は結合が弱まる方向、右側は強まる方向）、換言すると、現在使用している整合補正量テーブルの行から上下どちら側にずれたのか（上側は結合が弱まる方向、下側は強まる方向）を検出して、適切な方向へ整合回路の構成を変更する。なお、上述したように、記憶部２５が記憶する整合補正量テーブルでは、図１９に示すように、インデックスＩｄｘは、通し番号であり、かつ、結合係数ｋが大きい行ほど、大きいインデックスＩｄｘが割り振られている。
【００９３】
（読出し方向決定方法）
以下では、整合状態からのずれが、結合が強まる方向又は結合が弱まる方向のいずれの方向に生じているのかを判断する方法を説明する。この処理は、位相差算出・判定部１６及び調整方向決定部１８により実行される。
【００９４】
まず、図２１（ａ）〜（ｃ）に、結合が強くなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示す。
【００９５】
具体的には、図２１（ａ）は、負荷６の値ＲＬが「１０Ω」の場合において、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った後、結合係数ｋを「０．０８」、「０．１２」、「０．２」のように順次強めた場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【００９６】
図２１（ｂ）は、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の場合において、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った後、結合係数ｋを「０．０８」、「０．１２」、「０．２」のように順次強めた場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【００９７】
図２１（ｃ）は、負荷６の値ＲＬが「２００Ω」の場合において、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った後、結合係数ｋを「０．０８」、「０．１２」、「０．２」のように順次強めた場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【００９８】
次に、図２２（ａ）〜（ｃ）に、結合が弱くなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示す。
【００９９】
具体的には、図２２（ａ）は、負荷６の値ＲＬが「１０Ω」の場合において、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った後、結合係数ｋを「０．０５５」、「０．０４」、「０．０２」のように順次弱めた場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１００】
図２２（ｂ）は、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の場合において、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った後、結合係数ｋを「０．０５５」、「０．０４」、「０．０２」のように順次弱めた場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１０１】
図２２（ｃ）は、負荷６の値ＲＬが「２００Ω」の場合において、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った後、結合係数ｋを「０．０５５」、「０．０４」、「０．０２」のように順次弱めた場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１０２】
図２１（ａ）〜（ｃ）に示したように、一度整合を取った後に結合が強くなる方向に送電アンテナ３と受電アンテナ５との相対的位置関係がずれる場合には、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相の方が遅れていることが分かる。一方、図２２（ａ）〜（ｃ）に示したように、一度整合を取った後に結合が弱くなる方向にずれる場合には、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相の方が進んでいることが分かる。また、位相に関するこれらの関係は、何れの負荷６の値ＲＬでも成立している。
【０１０３】
以上を勘案し、送電側装置１は、一度整合を取った後は進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係を継続的に監視し続け、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相が遅れている場合は、送電アンテナ３と受電アンテナ５との間の結合が強まっていると判断する。そして、この場合、送電側装置１は、整合補正量テーブルにおいても結合係数ｋが大きくなる方向、即ち整合補正量テーブル内の現在の行よりも下の方向（インデックスＩｄｘが大きくなる方向）に存在する行を参照し、当該行のフラグ情報Ｉｆが示す整合回路に、当該行の制御値Ｔｃを設定する。
【０１０４】
一方、送電側装置１は、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相が進んでいる場合は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合が弱まっていると判断する。そして、この場合、送電側装置１は、整合補正値テーブルで結合係数ｋが小さくなる方向、即ち整合補正量テーブル内の現在の行よりも上の方向（インデックスＩｄｘが小さくなる方向）に存在する行を参照し、当該行のフラグ情報Ｉｆが示す整合回路に、当該行の制御値Ｔｃを設定する。
【０１０５】
このような処理を行うことで、送電側装置１は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合状態が変化して送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎが変化しても、整合状態を維持し続けることが出来る。好適には、送電側装置１は、一度整合を取った後に反射係数絶対値｜Γ｜を常時監視し、反射係数絶対値｜Γ｜がシステムの仕様として設定される所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下の場合は、上述の整合追従動作を行わず、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒよりも大きい場合には、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係を特定し、整合補正量テーブルで使用する行を変更して整合回路の構成を変更するようにする。これにより、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜を常に閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下に保ち、反射による損失を抑制することができる。この具体的な処理手順については、後述の［処理フロー］のセクションで詳しく説明する。
【０１０６】
次に、図２３〜図２５を参照して、負荷６の値ＲＬが「１０Ω」の場合における整合追従動作の例を説明する。図２３〜図２５は、始めに結合係数ｋが「０．０６４」の場合に、図１９（ａ）のインデックスＩｄｘが「６」の行を参照して整合を取った後、結合係数ｋが「０．１」と強まる方向に変化することに起因して整合がずれる場合の例を示す。具体的には、図２３（ａ）は、結合係数ｋが「０．０６４」の状態で整合を取った直後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図２３（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。また、図２４（ａ）は、整合後に結合係数ｋが「０．０６４」から「０．１」に変化した場合の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図２４（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。さらに、図２５（ａ）は、整合追従動作の実行後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図２５（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【０１０７】
図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、初期状態から自動整合動作を行った直後では、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」において、ほぼ１００％の電力が送電アンテナ３に入力され反射波のレベルも低いことが分かる。このとき選択されている整合補正テーブルのインデックスＩｄｘは「６」である。そして、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように整合回路の構成はそのままで結合係数ｋが「０．１」に変化した場合、整合が再びずれてしまったため反射波のレベルが上昇し、「１−|Ｓ１１|２も低下（８８％）している。
【０１０８】
この場合、送電側装置１は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係に基づき、結合の状態が変わったことを検出する。具体的には、送電側装置１は、進行波電圧Ｖｆより反射波電圧Ｖｒの位相が遅れているため結合が強まっていると判断する。従って、この場合、送電側装置１は、整合補正量テーブルで結合が強まる方向にある行、即ち現在のインデックスＩｄｘ「６」より大きいインデックスＩｄｘ「７」の行に基づき、整合回路の構成を更新する。その結果、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、送電側装置１は、再び整合が取れた状態に遷移する。
【０１０９】
（ステップ幅決定方法）
次に、反射係数絶対値｜Γ｜に基づきステップ幅Ｗｉｄｘを決定する方法について説明する。
【０１１０】
上述の図２３〜図２５の例では、ステップ幅Ｗｉｄｘは「１」に固定されていた。しかし、反射係数が急激に変化した場合、インデックスＩｄｘを一つずつずらして制御値Ｔｃを更新していたのでは、所望の制御値Ｔｃに係るインデックスＩｄｘに到達するまでにかなり時間が掛かる可能性がある。即ち、移動する物体に対して電磁界共振結合のシステムを用いて電力を供給しようとする場合には、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間のギャップの変化や位置ずれが高速かつ大きな変動幅で発生する可能性がある。このような場合には、反射係数絶対値｜Γ｜を観測する周期内での上述の変化量がかなり大きくなると予想される。そのような場合に備え、送電側装置１は、好適には、整合状態からの反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅に応じて、ステップ幅Ｗｉｄｘを柔軟に決定する。これにより、送電側装置１は、送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合状態の変化が高速に起こるような場合にも迅速に整合できる。
【０１１１】
具体的には、以下のような基準でステップ幅Ｗｉｄｘを変化させる方法が考えられる。
・「｜Γ｜の変化幅＜０．１５」の場合、「Ｗｉｄｘ＝１」
・「｜Γ｜の変化幅＜０．３０」の場合、「Ｗｉｄｘ＝２」
・「｜Γ｜の変化幅＜０．４５」の場合、「Ｗｉｄｘ＝３」
・「｜Γ｜の変化幅≧０．４５」の場合、「Ｗｉｄｘ＝４」
このように、送電側装置１は、例えば、各反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅に対応する適切なステップ幅Ｗｉｄｘのテーブルを予め記憶部２５に記憶しておく。上述のテーブルは、例えば実験等に基づき予め作成される。そして、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅から、このテーブルを参照してステップ幅Ｗｉｄｘを決定することで、送電アンテナ３と受電アンテナ５との間の結合状態の変化が高速に起こるような場合にも迅速に整合状態を回復することができる。
【０１１２】
［処理フロー］
次に、第１実施例における処理手順について説明する。以下では、まず、自動整合動作の処理手順について図２６〜図２８の「フロー１」〜「フロー３」で説明した後、追従整合動作の処理手順について図２９の「フロー４」で説明する。
【０１１３】
（フロー１）
図２６は、第１実施例において、送電側装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。送電側装置１は、図２６のフロー１の処理を、所定のタイミングで実行する。
【０１１４】
まず、送電側装置１の整合回路選択部２３は、スイッチ部１３、１４をスルー回路３０に設定する（ステップＳ１０１）。そして、送電側装置１の送電回路２は、定格電力の伝送に先立ち、送電アンテナ３から微小電力を出力する（ステップＳ１０２）。
【０１１５】
次に、送電側装置１は、制御通信部７５を介して受電側装置４に負荷６の値ＲＬの推定を依頼する旨の信号を送信する（ステップＳ１０３）。その後、当該信号を受信した受電側装置４は、後述するフロー２の処理を実行する。そして、送電側装置１は、負荷推定が完了したか否か判定する（ステップＳ１０４）。具体的には、送電側装置１は、制御通信部７５を介して受電側装置４から推定負荷値ＲＬｅを受信したか否か判定する。そして、負荷推定が完了していない場合には（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、送電側装置１は、負荷推定が完了したか否か引き続き監視する。一方、負荷推定が完了した場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、送電側装置１のテーブル選択部２７は、推定負荷値ＲＬｅと最も近い負荷の値に対応した整合補正量テーブルを選択する（ステップＳ１０５）。そして、送電側装置１は、後述するフロー３に相当する処理（自動整合処理）を開始する（ステップＳ１０６）。
【０１１６】
（フロー２）
図２７は、第１実施例において、受電側装置４の負荷推定部７が実行する処理手順を示すフローチャートである。負荷推定部７は、図２７のフロー２の処理を、図２６のステップＳ１０３で制御通信部７５から負荷の値の推定を依頼する旨の信号を受信した場合に実行する。
【０１１７】
まず、負荷推定部７は、負荷６の電圧及び負荷６に流れる電流を計測する（ステップＳ２０１）。具体的には、電流検出部７１が検出電流値Ｉｅを検出すると共に、電圧値検出部７２が検出電圧値Ｖｅを検出する。そして、負荷推定部７は、負荷６の値ＲＬを推定する（ステップＳ２０２）。具体的には、負荷推定部７の負荷値算出部７３は、検出電圧値Ｖｅを検出電流値Ｉｅで除することで、推定負荷値ＲＬｅを算出する。そして、負荷推定部７は、制御通信部７４を介して推定負荷値ＲＬｅを送電側装置１へ送信する（ステップＳ２０３）。
【０１１８】
（フロー３）
図２８は、第１実施例において、送電側装置１が実行するフロー３の処理手順を示すフローチャートである。送電側装置１は、図２８のフロー３の処理を、図２６のフロー１でステップＳ１０６へ処理を進めた際に実行する。
【０１１９】
まず、送電側装置１の整合回路選択部２３は、スイッチ部１３、１４をスルー回路３０に接続させ、送電アンテナ３から微小電力を出力する（ステップＳ３０１）。次に、送電側装置１の反射係数算出部１７は、進行波・反射波抽出部１５で抽出された進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの各々の大きさを計測する（ステップＳ３０２）。そして、反射係数算出部１７は、式（１）に従い反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ３０３）。
【０１２０】
次に、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下か否か判定する（ステップＳ３０４）。そして、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下であると判断した場合（ステップＳ３０４；Ｙｅｓ）、既に整合状態にあり整合処理を行う必要がないと判断し、フローチャートの処理を終了する。
【０１２１】
一方、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ３０４；Ｎｏ）、ステップＳ３０５からステップＳ３１２までの処理に相当する整合処理を行う。具体的には、まず、位相差算出・判定部１６は、式（２）に示すように、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相差θを計測する（ステップＳ３０５）。そして、位相差算出・判定部１６又は反射係数算出部１７は、反射係数絶対値｜Γ｜及び位相差θから複素反射係数Γを求め（ステップＳ３０６）、複素反射係数Γを式（３）に基づき入力インピーダンスＺｉｎに変換する（ステップＳ３０７）。
【０１２２】
次に、読出し位置決定部２４は、フロー１で選択した整合補正量テーブルから、算出された入力インピーダンスＺｉｎに最も近いインピーダンス値を有する行を探索し、選択する（ステップＳ３０８）。そして、読出し位置決定部２４は、選択した行のフラグ情報Ｉｆを整合回路選択部２３に供給し、使用する整合回路を決定させる（ステップＳ３０９）。また、制御値出力部２６は、選択した行のキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを、使用する制御値Ｔｃに決定する（ステップＳ３１０）。そして、制御値出力部２６は、選択された整合回路にキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを設定する（ステップＳ３１１）。そして、整合回路選択部２３は、フラグ情報Ｉｆに基づき使用する整合回路にスイッチ部１３、１４を接続させる（ステップＳ３１２）。
【０１２３】
（フロー４）
図２９は、第１実施例において、送電側装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。送電側装置１は、図２９のフロー４の処理を、フロー３の実行後に実行する。
【０１２４】
まず、送電側装置１の反射係数算出部１７は、進行波・反射波抽出部１５で抽出された進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの各々の大きさを計測する（ステップＳ４０１）。そして、反射係数算出部１７は、式（１）に従い反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ４０２）。
【０１２５】
次に、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下か否か判定する（ステップＳ４０３）。そして、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下であると判断した場合（ステップＳ４０３；Ｙｅｓ）、既に整合状態にあり整合処理を行う必要がないと判断し、ステップＳ４０１へ処理を戻し、引き続き、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下であるか監視する。
【０１２６】
一方、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ４０３；Ｎｏ）、位相差算出・判定部１６は進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係を特定する（ステップＳ４０４）。具体的には、位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆよりも反射波電圧Ｖｒが遅れているか否かを判定する（ステップＳ４０５）。
【０１２７】
そして、位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆよりも反射波電圧Ｖｒが遅れていると判断した場合（ステップＳ４０５；Ｙｅｓ）、送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合が強まる方向に変化していると特定する。そして、この場合、調整方向決定部１８は、整合補正量テーブルの読出し方向を結合が強まる場合に対応する方向に決定する（ステップＳ４０６）。即ち、調整方向決定部１８は、図１９に示す整合補正量テーブルでは、インデックスＩｄｘが大きくなる方向に読出し方向を設定する。そして、調整ステップ幅決定部１９は、反射係数絶対値｜Γ｜に応じて、ステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ４０７）。例えば、調整ステップ幅決定部１９は、結合が強まる場合に対応した所定の比率（比例定数）に基づき、反射係数絶対値｜Γ｜からステップ幅Ｗｉｄｘを定める。
【０１２８】
一方、位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆよりも反射波電圧Ｖｒが進んでいると判断した場合（ステップＳ４０５；Ｎｏ）、送電アンテナ３と受電アンテナ５との結合が弱まる方向に変化していると特定する。そして、この場合、調整方向決定部１８は、整合補正量テーブルの読出し方向を、結合が弱まる場合に対応する方向に決定する（ステップＳ４０８）。即ち、調整方向決定部１８は、図１９に示す整合補正量テーブルでは、インデックスＩｄｘが小さくなる方向に読出し方向を設定する。そして、調整ステップ幅決定部１９は、反射係数絶対値｜Γ｜に応じて、ステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ４０９）。例えば、調整ステップ幅決定部１９は、結合が弱まる場合に対応した所定の比率（比例定数）に基づき、反射係数絶対値｜Γ｜からステップ幅Ｗｉｄｘを定める。
【０１２９】
そして、ステップＳ４０７又はステップＳ４０９の実行後、読出し位置決定部２４は、特定した読出し方向とステップ幅Ｗｉｄｘとに基づき、 既に選択した整合補正量テーブルから読出す行のインデックスＩｄｘを特定する（ステップＳ４１０）。そして、制御値出力部２６は、特定したインデックスＩｄｘの行からキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを読出し、特定したインデックスＩｄｘの行のフラグ情報Ｉｆから特定される整合回路に、これらの値を設定する。また、整合回路選択部２３は、上述フラグ情報Ｉｆに基づき、必要に応じて、スイッチ部１３、１４の切り替えを行う（ステップＳ４１１）。そして、送電側装置１は、ステップＳ４０１へ処理を戻す。
【０１３０】
なお、ステップＳ４０７及びステップＳ４０９の処理は必須の処理ではなく、ステップ幅Ｗｄｉｘとして予め定められた値を用いる場合には、送電側装置１は、ステップＳ４０７及びステップＳ４０９の処理を実行しなくてもよい。
【０１３１】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、結合係数ｋが変化せず、負荷６の値ＲＬが変化する場合について説明する。概略的には、電力伝送システムは、結合係数ｋ及び送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを推定し、これらの推定値に基づき、整合補正量テーブルを参照して、使用すべき整合回路及び当該整合回路へ適用する制御値Ｔｃを決定する。これにより、電力伝送システムは、送電アンテナの入力インピーダンスＺｉｎを、送電回路の出力インピーダンスと整合させる。また、電力伝送システムは、一度整合状態になった後に整合状態を維持し続ける整合追従動作を行うことで、整合状態を保つ。
【０１３２】
［概略構成］
図３０は、第２実施例に係る電力伝送システムの概略構成図である。第２実施例では、負荷６の値ＲＬが変化し、記憶部２５は、結合係数ｋごとに負荷６の値ＲＬが変化した場合の整合補正量テーブルを記憶する点で第１実施例と異なる。そして、送電側装置１は、初期状態から自動整合動作を行うと共に、自動整合動作後に整合追従動作を行う。以下では、第１実施例と同様の部分については適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３３】
結合係数推定部８は、定格電力の伝送に先立ち、送電アンテナ３と受電アンテナ５との間の結合係数ｋを推定する処理を行う。具体的には、距離センサ８１は、送電側装置１と受電側装置４との距離を計測する。そして、距離結合係数変換部８２は、予めメモリに記憶されている距離と結合係数ｋとの変換テーブルを参照し、距離センサ８１が計測した距離から結合係数ｋを算出する。図３１は、送電アンテナ３と受電アンテナ５との距離と、結合係数ｋとの関係を示すグラフを示す。距離結合係数変換部８２は、図３１に示すような距離と結合係数ｋとの対応を示す変換テーブルを予めメモリに記憶しておく。
【０１３４】
そして、テーブル選択部２７は、結合係数推定部８が算出した結合係数推定値ｋｅに基づき、記憶部２５に結合係数ｋの値ごとに記憶された複数の整合補正量テーブルから、使用する整合補正量テーブルを選択する。
【０１３５】
ここで、第２実施例で記憶部２５が記憶する整合補正量テーブルについて説明する。図３２は、結合係数ｋが「０．０７」の場合に対応する整合補正量テーブルの一例を示す。なお、図３２の整合補正量テーブルでは、受電側装置４の負荷６の値ＲＬが「１０Ω」から「５００Ω」の範囲における入力インピーダンスＺｉｎを「５０Ω」に整合させるために必要なキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌが記憶されている。また、整合補正量テーブルには、第１実施例と同様に、第１形式の整合回路１１と第２形式の整合回路１２のいずれを使用すべきかを示すフラグ情報Ｉｆも記憶されている。
【０１３６】
例として、読出し位置決定部２４に入力された入力インピーダンスＺｉｎが「２７＋ｊ０Ω」であったとすると、読出し位置決定部２４は、当該入力インピーダンスＺｉｎに最も近いインピーダンス値（Ｒ＝２５．０４０Ω、Ｘ＝１．４３５Ω）を有するインデックスＩｄｘが「７」の行を選択し、フラグ情報Ｉｆが「２」、キャパシタンス値Ｃが「２４５．４６２ｐＦ」、インダクタンス値Ｌが「２８９．６７８ｎＨ」であると特定する。そして、読出し位置決定部２４は、整合回路の形式に関する情報に相当するフラグ情報Ｉｆを整合回路選択部２３に供給する。
【０１３７】
整合回路選択部２３は、供給された「２」を示すフラグ情報Ｉｆに基づき、送電回路２と送電アンテナ３との間に第２形式の整合回路１２が接続されるようにスイッチ部１３、１４を動作させる。またキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌは制御値出力部２６に渡され、制御値出力部２６は、選択した整合回路の可変コンデンサ部、可変インダクタ部にこれらの値を設定する。以上のようにして決定された整合回路を図３３に示す。
【０１３８】
このように、第２実施例では、第１実施例と同様、送電側装置１は、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを調べ、選択した整合補正量テーブルを参照することで、直ちに送電回路２及び送電アンテナ３間のインピーダンス整合を取ることが出来る。例えば、将来電気自動車が普及して、交差点で停止した時に路面に設置された充電器から電気自動車を充電するような場合を考えると、車が停車してから出来るだけ早く充電動作を開始することが必要となる。その際に、インピーダンス整合を自動的かつ出来るだけ迅速に済ませることで、定格での電力伝送に迅速に移行することが出来るようになる。
【０１３９】
［整合補正量テーブル］
次に、第２実施例で記憶部２５が予め記憶する整合補正量テーブルについて説明する。第１及び第２実施例で使用する整合補正量テーブルは、いずれも図５、図６に示した送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎの変化の軌跡に基づいて生成される。ここで、図６は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋを固定した上で負荷６の値ＲＬを変化させた時の入力インピーダンス軌跡を示している。上述したように、第２実施例では、結合係数ｋを固定した上で受電側装置４の負荷６の値ＲＬが変化するため、以下では図６に示したインピーダンス軌跡を基にして整合補正量テーブルを構成する場合について説明する。
【０１４０】
図６に示すように、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎは、結合係数ｋの値を固定して負荷の値ＲＬを変化させた場合も、図５と同様に、スミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」の軸の付近で大きく水平方向に変化する軌跡を描く。また、その軌跡のスミスチャート上における相対的な位置は、結合係数ｋが小さい場合（例えば「ｋ＝０．０３０」の場合）には左寄りに、結合係数ｋが大きい場合（例えば「ｋ＝０．１２０」の場合）には右寄りに、結合係数ｋが中間値付近の場合（例えば「ｋ＝０．０６４」の場合）には左右殆ど偏らずに分布するという傾向がある。
【０１４１】
図６に示すように、想定する結合係数ｋが異なっていても、受電側装置４の負荷６の値ＲＬが変化した時の送電アンテナ端における入力インピーダンス軌跡は、スミスチャート上の「Ｘ＝０Ω」の軸の付近で大きく水平方向に変化するという共通の形状を有する。従って、そのインピーダンス軌跡上のポイントを整合させるためには、第１実施例で説明した図１５に示すように、スミスチャートを大きく領域Ａと領域Ｂとの２つの領域に分け、それぞれの領域に適した整合回路を用いるようにすれば良い。つまり第１実施例と同じ考え方を第２実施例に適用することが可能である。
【０１４２】
具体的には、図１６に示すように、領域Ａに含まれるインピーダンスポイントの場合は、まず送電アンテナ３に並列に接続した可変コンデンサの値を補正量Ａ１だけ増やして点Ｒまで移動させ、次に送電回路２及び送電アンテナ３間に直列に接続した可変インダクタの値を補正量Ａ２だけ増やして整合ポイントＰまで移動させれば良い。領域Ｂに含まれるインピーダンスポイントの場合は、まず送電回路２及び送電アンテナ３間に直列に接続した可変インダクタの値を補正量Ｂ１だけ増やして点Ｑまで移動させ、次に送電回路２側に並列に接続した可変コンデンサの値を補正量Ｂ２だけ増やして、整合ポイントＰまで移動させれば良い。この説明は第１実施例の場合と全く同様である。
【０１４３】
また、領域Ａ、Ｂのそれぞれに存在するインピーダンスポイントを整合させるための整合回路の形態も第１実施例と同じであり、それぞれ既に図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示されている。第１実施例と同様、図１７（ａ）が第１形式の整合回路１１、図１７（ｂ）が第２形式の整合回路１２に対応する。従って、第２実施例でも、送電側装置１は、整合回路としてこの２パターンの整合回路を用意しておけばよい。
【０１４４】
整合補正量テーブルの作成の方法も第１実施例と同様である。領域Ａにあるインピーダンスポイントを図１７（ａ）の整合回路を用いて整合させるために必要な補正量Ａ１、Ａ２、及び、領域Ｂにあるインピーダンスポイントを図１７（ｂ）の整合回路を用いて整合させるために必要な補正量Ｂ１、Ｂ２を、予め理論計算（図１８（ａ）、（ｂ）参照）または測定等の手段によって求め、求めたこれらの値を例えばインピーダンス値と対応させたルックアップテーブルを整合補正テーブルとして記憶部２５に予め記憶させておく。このようにしておくことで、送電側装置１は、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを求めることにより整合のために必要な補正量を一回で求めることが出来る。
【０１４５】
図３４（ａ）〜（ｃ）に、結合係数ｋをそれぞれ「０．０３」、「０．０７」、「０．１５」として、本実施例の送電アンテナ３及び受電アンテナ５（インダクタンスＬ＝８．６４μＨ、コンデンサＣ＝１７．４９ｐＦ、損失抵抗Ｒ＝１．０Ω、並列コンデンサＣｔ＝１０．０８ｐＦ）を対向させ、負荷６の値ＲＬを「１０Ω」から「５００Ω」まで変化させた場合に対して、理論計算で求めた整合補正量テーブルを示す。なお、これらのテーブルでは、整合回路のキャパシタンス値Ｃ、インダクタンス値Ｌに加えて、整合回路の形式を指定するフラグ情報Ｉｆが合わせて記憶されている。また、インデックスＩｄｘは、通し番号であり、かつ、インピーダンス値（負荷）が大きい行ほど、大きいインデックスＩｄｘが割り振られている。記憶部２５は、このようにして作成された結合係数ｋごとの整合補正量テーブル群を記憶する。
【０１４６】
このような構成の整合補正量テーブルを用いることによって、送電側装置１は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋを求めることにより、どの整合補正量テーブルを使用するかを決定し、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎの値を求めることにより、選択された整合補正量テーブルから使用すべき整合回路及び当該整合回路に設定する制御値Ｔｃを一回の動作で決定することが出来る。
【０１４７】
［自動整合動作による効果］
以下では、自動整合動作の効果について例を挙げて説明する。
【０１４８】
図３５（ａ）、（ｂ）は、結合係数ｋが「０．０７」の場合に、図３４（ｂ）に示す整合補正量テーブルを使用して、インピーダンス整合処理を実施した場合の反射損低減の一例である。図３５（ａ）は、負荷６の値ＲＬが「１５Ω」の場合を示し、図３５（ｂ）は、負荷６の値ＲＬが「２００Ω」の場合について示す。
【０１４９】
ここで、図３５（ａ）の場合では、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎは「１５０．３−ｊ １７．０５Ω」となる。従って、図３４（ｂ）に示す整合補正量テーブルで最もこれに近いインピーダンス値を有する行を探索すると、インデックスＩｄｘが「２」の行が選ばれる。この行の整合回路の形式を示すフラグ情報Ｉｆは「１」、キャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌはそれぞれ「１０６．３ｐＦ」、「８７９．１ｎＨ」となっている。図３５（ａ）に示すように、整合回路を追加しない場合（グラフＧ４１参照）と、第１形式の整合回路１１を選択してキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを上述のように設定した場合（グラフＧ４０参照）とで、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」での「１−|Ｓ１１|２」の値を比較すると、それぞれ７４．４％、１００．０％であり、整合回路を追加することにより２５．６％改善、即ち反射損を低減出来た。
【０１５０】
次に、図３５（ｂ）の場合では、送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎは、「１３．１＋ｊ １．８Ω」となる。従って、図３４（ｂ）に示す整合補正量テーブルで最もこれに近いインピーダンス値を示す行を探索すると、インデックスＩｄｘが「９」の行が選ばれる。この行の整合回路の形式を示すフラグ情報Ｉｆは「２」、キャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌはそれぞれ「４１２．９ｐＦ」、「２４７．７ｎＨ」となる。図３５（ｂ）に示すように、整合回路を追加しない場合（グラフＧ４３参照）と、第２形式の整合回路１２を選択してキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを上述のように設定した場合（グラフＧ４２参照）とで、駆動周波数「１２．９４７ＭＨｚ」での「１−|Ｓ１１|２」の値を比較すると、それぞれ６５．７％、１００．０％であり、整合回路を追加することにより３４．３％改善、即ち反射損を低減出来た。
【０１５１】
このように、第２実施例の送電側装置１は、記憶部２５に送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋごとの整合補正量テーブルを記憶しておくことにより、結合係数推定値ｋｅを求めて使用する整合補正量テーブルを選択し、続いて送電アンテナ端の入力インピーダンスＺｉｎを求めれば、一回の動作で適切な整合回路を自動的に、かつ高速に構成することが可能である。
【０１５２】
［整合追従動作］
次に、第２実施例に係る整合追従動作について説明する。この動作は、一度インピーダンス整合を取った後に、整合状態を維持し続けるための動作である。
【０１５３】
まず、整合追従動作の必要性等について説明する。送電アンテナ３及び受電アンテナ５を対向させて定格の電力伝送を行うために、自動整合動作を行い（一般にこの動作は出力を絞った状態で行われる）、受電側装置４の負荷６の値ＲＬ及び送電アンテナ３と受電アンテナ５との間の結合状態によって決まる入力インピーダンスＺｉｎに対して最適な整合回路が構成されたとする。この場合、送電回路２は、定格での電力伝送に移行する。しかし、整合が取れた状態で電力伝送を行っている最中に受電側装置４の負荷６の値ＲＬが変化したとする。なお、電気自動車などに搭載されたリチウムイオン電池への充電時には、一般に定電流モード、定電圧モード、定電力モードなどの充電の動作モードを変更しながら充電動作を行う。この際に電池の蓄電量によって負荷としての値が変わることがあるため、このような応用例の場合では負荷変動を想定する必要がある。そして、受電側装置４の負荷６の値ＲＬが変化すると、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎが先ほど自動整合動作で整合を取ったときの値と異なってしまい、整合が再びずれてしまう。この場合、整合状態からずれたことを出来るだけ早く検出し、変化した入力インピーダンスＺｉｎに対して再び整合させる処理が必要である。以上を勘案し、第２実施例の整合追従動作は、受電側装置４の負荷６の値ＲＬの変動に追従し、整合回路の形式及び整合回路に適用する制御値Ｔｃを適切に設定することで、整合状態を維持し続けるものである。
【０１５４】
次に、整合追従動作の処理について説明する。整合追従動作も、自動整合動作で使用した、負荷６の値ＲＬを変化させたときの送電アンテナ端の入力インピーダンス軌跡（図６参照）を使用する。図６に示した入力インピーダンス軌跡は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋを固定した上で受電側装置４の負荷６の値ＲＬを変化させて求めたものであり、第２実施例ではこのインピーダンス軌跡を用いる。
【０１５５】
送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の結合係数ｋが変化しないとすると、送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎは図６に示したインピーダンス軌跡上に存在する。このインピーダンス軌跡上にある任意のインピーダンスポイントを整合させるために必要な整合回路の形式及び当該整合回路に適用する制御値Ｔｃは、図３４に例示するような結合係数ｋごとに生成された整合補正量テーブルに記憶されている。従って、一度整合状態となった後に行う整合追従動作では、送電側装置１は、自動整合動作で用いた整合補正量テーブルを引き続き参照して、適用すべき整合補正量テーブルの行（即ち、インデックスＩｄｘ）を変更すればよい。
【０１５６】
以上を勘案し、整合追従動作では、送電側装置１は、あるインピーダンス値に対する整合状態からずれた状態が、図６に示すインピーダンス軌跡上の左右どちら側にずれたのか（左側は負荷が大きくなる方向、右側は小さくなる方向）、換言すると、現在使用している整合補正量テーブルの行から上下どちら側にずれたのか（下側は負荷が大きくなる方向、上側は小さくなる方向）を検出して、適切な方向へ整合回路の構成を変更する。なお、記憶部２５が記憶する整合補正量テーブルでは、図３４に示すように、インデックスＩｄｘは、通し番号であり、かつ、インピーダンス値（負荷）が大きい行ほど、大きいインデックスＩｄｘが割り振られている。
【０１５７】
（読出し方向決定方法）
以下では、整合状態からのずれが、負荷が大きくなる方向又は負荷が小さくなる方向のいずれの方向に生じているのかを判断する方法を説明する。この処理は、位相差算出・判定部１６及び調整方向決定部１８により実行される。
【０１５８】
まず、図３６（ａ）〜（ｃ）に、負荷が大きくなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示す。
【０１５９】
具体的には、図３６（ａ）は、結合係数ｋが「０．０３０」の場合において、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の状態で整合を取った後、負荷６の値ＲＬを「１００」、「２００」、「４００」のように順次大きくした場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１６０】
図３６（ｂ）は、結合係数ｋが「０．０６４」の場合において、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の状態で整合を取った後、負荷６の値ＲＬを「１００」、「２００」、「４００」のように順次大きくした場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１６１】
図３６（ｃ）は、結合係数ｋが「０．１２０」の場合において、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の状態で整合を取った後、負荷６の値ＲＬを「１００」、「２００」、「４００」のように順次大きくした場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１６２】
次に、図３７（ａ）〜（ｃ）に、負荷が小さくなる方向にずれる場合の進行波電圧波形及び反射波電圧波形の関係について示す。
【０１６３】
具体的には、図３７（ａ）は、結合係数ｋが「０．０３０」の場合において、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の状態で整合を取った後、負荷６の値ＲＬを「４０Ω」、「２５Ω」、「１０Ω」のように順次小さくした場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１６４】
図３７（ｂ）は、結合係数ｋが「０．０６４」の場合において、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の状態で整合を取った後、負荷６の値ＲＬを「４０Ω」、「２５Ω」、「１０Ω」のように順次小さくした場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１６５】
図３７（ｃ）は、結合係数ｋが「０．１２０」の場合において、負荷６の値ＲＬが「５０Ω」の状態で整合を取った後、負荷６の値ＲＬを「４０Ω」、「２５Ω」、「１０Ω」のように順次小さくした場合における進行波電圧波形及び反射波電圧波形を示す。
【０１６６】
図３６（ａ）〜（ｃ）に示したように、一度整合を取った後に負荷６の値ＲＬが大きくなる方向にずれる場合には、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相の方が進んでいることが分かる。一方、図３７（ａ）〜（ｃ）に示したように、一度整合を取った後に負荷６の値ＲＬが小さくなる方向にずれる場合には、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相の方が遅れていることが分かる。また、位相に関するこれらの関係は何れの結合係数ｋの場合に対しても成立している。
【０１６７】
以上を勘案し、送電側装置１は、一度整合を取った後は進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係を継続的に監視し続け、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相が進んでいる場合は、負荷６の値ＲＬが大きくなっていると判断する。そして、この場合、送電側装置１は、整合補正値テーブルにおいても負荷６の値ＲＬが大きくなる方向、即ち整合補正量テーブル内の現在の行よりも下方向（インデックスＩｄｘが大きくなる方向）に存在する行を参照し、当該行のフラグ情報Ｉｆが示す整合回路に、当該行の制御値Ｔｃを設定する。
【０１６８】
一方、送電側装置１は、進行波電圧Ｖｆの位相に対して反射波電圧Ｖｒの位相が遅れている場合は、負荷６の値ＲＬが小さくなっていると判断する。そして、この場合、送電側装置１は、整合補正値テーブルで負荷の値が小さくなる方向、即ち整合補正量テーブル内の現在の行よりも上の方向（インデックスＩｄｘが小さくなる方向）に存在する行を参照し、当該行のフラグ情報Ｉｆが示す整合回路に、当該行の制御値Ｔｃを設定する。
【０１６９】
このような処理を行うことで、送電側装置１は、受電側装置４に接続された負荷６の値ＲＬが変化して送電アンテナ端での入力インピーダンスＺｉｎが変化しても、整合状態を維持し続けることが出来る。好適には、送信側装置１は、第１実施例と同様、一度整合を取った後に反射係数絶対値｜Γ｜を常時監視し、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈ
ｒ以下の場合は、上述の整合追従動作を行わず、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒよりも大きい場合には、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係を特定し、整合補正量テーブルで使用する行を変更して整合回路の構成を変更するようにする。これにより、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜を常に閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下に保ち、反射による損失を抑制することができる。
【０１７０】
次に、図３８〜図４０を参照して、結合係数ｋが「０．０７」の場合における整合追従動作の例を説明する。図３８〜図４０は、始めに負荷６の値ＲＬが「３０Ω」の場合に、図３４（ｂ）のインデックスＩｄｘが「４」の行を参照して整合を取った後、負荷６の値ＲＬが「１０Ω」と小さくなる方向に変化することに起因して整合がずれる場合の例を示す。具体的には、図３８（ａ）は、負荷６の値ＲＬが「３０Ω」の状態で整合を取った直後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図３８（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。また、図３９（ａ）は、整合後に負荷６の値ＲＬが「３０Ω」から「１０Ω」に変化した場合の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図３９（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。さらに、図４０（ａ）は、整合追従動作の実行後の「１−|Ｓ１１|２」のグラフを示し、図４０（ｂ）は、この場合での駆動周波数における進行波電圧波形及び反射波電圧波形のグラフを示す。
【０１７１】
図３８（ａ）、（ｂ）に示すように、初期状態から自動整合動作を行った直後では、駆動周波数１２．９４７ＭＨｚにおいて、ほぼ１００％の電力が送電アンテナ３に入力され反射波のレベルも低いことが分かる。このとき選択されている整合補正テーブルのインデックスＩｄｘは「４」である。そして、図３９（ａ）、（ｂ）に示すように整合回路の構成はそのままで負荷６の値ＲＬが「１０Ω」に変化した場合、整合が再びずれてしまったため反射波のレベルが上昇し、「１−|Ｓ１１|２」も７７％まで低下している。
【０１７２】
この場合、送電側装置１は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係に基づき、負荷６の値ＲＬが変わったことを検出する。具体的には、送電側装置１は、進行波電圧Ｖｆより反射波電圧Ｖｒの位相が遅れているため負荷６の値ＲＬが小さくなっていると判断する。従って、この場合、送電側装置１は、整合補正量テーブルで負荷の値が小さくなる方向にある行、即ち現在のインデックスＩｄｘ「４」より小さいインデックスＩｄｘ「１」の行に基づき、整合回路の構成を更新する。その結果、図４０（ａ）、（ｂ）に示すように、送電側装置１は、再び整合が取れた状態に遷移する。
【０１７３】
なお、ステップ幅Ｗｉｄｘの決定方法については、第１実施例と同様であるため、その説明を省略する。
【０１７４】
［処理フロー］
次に、第２実施例における処理手順について説明する。以下では、まず、自動整合動作の処理手順について図４１の「フロー５」及び図４２の「フロー６」で説明した後、追従整合動作の処理手順について図４３の「フロー７」で説明する。
【０１７５】
（フロー５）
図４１は、第２実施例で送電側装置１が実行するフロー５の処理手順を示すフローチャートである。送電側装置１は、図４１のフロー５の処理を、所定のタイミングで実行する。
【０１７６】
まず、送電側装置１の距離センサ８１は、送電アンテナ３及び受電アンテナ５間の距離を計測する（ステップＳ５０１）。そして、送電側装置１の距離結合係数変換部８２は、計測した距離から結合係数ｋを推定する（ステップＳ５０２）。即ち、距離結合係数変換部８２は、結合係数推定値ｋｅを算出する。次に、送電側装置１のテーブル選択部２７は、記憶部２５に記憶された複数の整合補正量テーブルのうち、結合係数推定値ｋｅに対応した整合補正量テーブルを選択する（ステップＳ５０３）。そして、送電側装置１は、図４２のフロー５に相当する自動整合処理を開始する（ステップＳ５０４）。
【０１７７】
（フロー６）
図４２は、第２実施例において、送電側装置１が実行するフロー６の処理手順を示すフローチャートである。送電側装置１は、図４２のフロー６の処理を、図４１のフロー５のステップＳ５０４へ処理を進めた際に実行する。
【０１７８】
まず、送電側装置１の整合回路選択部２３は、スイッチ部１３、１４をスルー回路３０に接続させ、送電アンテナ３から微小電力を出力する（ステップＳ６０１）。次に、送電側装置１の反射係数算出部１７は、進行波・反射波抽出部１５で抽出された進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの各々の大きさを計測する（ステップＳ６０２）。そして、反射係数算出部１７は、式（１）に従い反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ６０３）。
【０１７９】
次に、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下か否か判定する（ステップＳ６０４）。そして、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下であると判断した場合（ステップＳ６０４；Ｙｅｓ）、既に整合状態にあり整合処理を行う必要がないと判断し、フローチャートの処理を終了する。
【０１８０】
一方、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ６０４；Ｎｏ）、ステップＳ６０５からステップＳ６１２までの処理に相当する整合処理を行う。具体的には、まず、位相差算出・判定部１６は、式（２）に示すように、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相差θを計測する（ステップＳ６０５）。そして、位相差算出・判定部１６又は反射係数算出部１７は、反射係数絶対値｜Γ｜及び位相差θから複素反射係数Γを求め（ステップＳ６０６）、複素反射係数Γを式（３）に基づき入力インピーダンスＺｉｎに変換する（ステップＳ６０７）。
【０１８１】
次に、読出し位置決定部２４は、フロー５で選択した整合補正量テーブルから、算出された入力インピーダンスＺｉｎに最も近いインピーダンス値を有する行を探索し、選択する（ステップＳ６０８）。そして、読出し位置決定部２４は、選択した行のフラグ情報Ｉｆを整合回路選択部２３に供給し、使用する整合回路を決定させる（ステップＳ６０９）。また、制御値出力部２６は、選択した行のキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを、使用する制御値Ｔｃに決定する（ステップＳ６１０）。そして、制御値出力部２６は、選択された整合回路にキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを設定する（ステップＳ６１１）。そして、整合回路選択部２３は、フラグ情報Ｉｆに基づき使用する整合回路にスイッチ部１３、１４を接続させる（ステップＳ６１２）。
【０１８２】
（フロー７）
図４３は、第２実施例において、送電側装置１が実行するフロー７の処理手順を示すフローチャートである。送電側装置１は、図４３のフロー７の処理を、図４２のフロー６の実行後直ちに実行する。
【０１８３】
まず、送電側装置１の反射係数算出部１７は、進行波・反射波抽出部１５で抽出された進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの各々の大きさを計測する（ステップＳ７０１）。そして、反射係数算出部１７は、式（１）に従い反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ７０２）。
【０１８４】
次に、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下か否か判定する（ステップＳ７０３）。そして、送電側装置１は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下であると判断した場合（ステップＳ７０３；Ｙｅｓ）、既に整合状態にあり整合処理を行う必要がないと判断し、ステップＳ７０１へ処理を戻す。
【０１８５】
一方、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ７０３；Ｎｏ）、位相差算出・判定部１６は進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係を特定する（ステップＳ７０４）。具体的には、位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆよりも反射波電圧Ｖｒが遅れているか否かを判定する。
【０１８６】
そして、位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆよりも反射波電圧Ｖｒが遅れていると判断した場合（ステップＳ７０５；Ｙｅｓ）、負荷６の値ＲＬが小さくなる方向に変化していると特定する。そして、この場合、調整方向決定部１８は、整合補正量テーブルの読出し方向を負荷の値が小さくなる場合に対応する方向に決定する（ステップＳ７０６）。この場合、調整方向決定部１８は、図３４に示す整合補正量テーブルでは、インデックスＩｄｘが小さくなる方向に読出し方向を設定する。そして、調整ステップ幅決定部１９は、反射係数絶対値｜Γ｜に応じて、ステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ７０７）。例えば、調整ステップ幅決定部１９は、負荷６の値ＲＬが小さくなる場合に対応した所定の比率（比例定数）に基づき、反射係数絶対値｜Γ｜からステップ幅Ｗｉｄｘを定める。
【０１８７】
一方、位相差算出・判定部１６は、進行波電圧Ｖｆよりも反射波電圧Ｖｒが進んでいると判断した場合（ステップＳ７０５；Ｎｏ）、負荷６の値ＲＬが大きくなる方向に変化していると特定する。そして、この場合、調整方向決定部１８は、整合補正量テーブルの読出し方向を、負荷の値が大きくなる場合に対応する方向に決定する（ステップＳ７０８）。この場合、調整方向決定部１８は、図３４に示す整合補正量テーブルでは、インデックスＩｄｘが大きくなる方向に読出し方向を設定する。そして、調整ステップ幅決定部１９は、反射係数絶対値｜Γ｜に応じて、ステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ７０９）。例えば、調整ステップ幅決定部１９は、負荷の値が大きくなる場合に対応した所定の比率（比例定数）に基づき、反射係数絶対値｜Γ｜からステップ幅Ｗｉｄｘを定める。
【０１８８】
そして、ステップＳ７０７又はステップＳ７０９の実行後、読出し位置決定部２４は、特定した読出し方向とステップ幅Ｗｉｄｘとに基づき、 既に選択した整合補正量テーブルから読出す行のインデックスＩｄｘを特定する（ステップＳ７１０）。そして、制御値出力部２６は、特定したインデックスＩｄｘの行からキャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌを読出し、特定したインデックスＩｄｘの行のフラグ情報Ｉｆから特定される整合回路に、これらの値を設定する。また、整合回路選択部２３は、上述フラグ情報Ｉｆに基づき、必要に応じて、スイッチ部１３、１４の切り替えを行う（ステップＳ７１１）。そして、送電側装置１は、ステップＳ７０１へ処理を戻す。
【０１８９】
なお、ステップＳ７０７及びステップＳ７０９の処理は必須の処理ではなく、ステップ幅Ｗｄｉｘとして予め定められた値を用いる場合には、送電側装置１は、ステップＳ７０７及びステップＳ７０９の処理を実行しなくてもよい。
【０１９０】
＜変形例＞
次に、第１実施例及び第２実施例に好適な変形例について説明する。以下に説明する変形例は、任意に組み合わせて、上述の第１実施例及び第２実施例に適用してもよい。
【０１９１】
（変形例１）
本発明に適用可能な整合回路の構成は、図１２等に示す構成に限定されない。これについて、図４４を参照して説明する。
【０１９２】
図４４（ａ）は、第１形式の整合回路１１と第２形式の整合回路１２とで可変インダクタ要素のみを共用する形態の整合回路を示す。図４４（ａ）に示す整合回路は、スイッチ部の切り替えにより、第１形式の整合回路１１として機能することが可能であり、第２形式の整合回路１２として機能することも可能である。同様に、整合回路は、第１形式の整合回路１１と第２形式の整合回路１２とで可変キャパシタ要素のみを共用する形態であってもよい。
【０１９３】
図４４（ｂ）は、可変インダクタの代わりに固定インダクタと可変キャパシタを用いる整合回路の回路図を示す。図４４（ｂ）に示す整合回路は、スイッチ部の切り替えにより、第１形式の整合回路１１として機能することが可能であり、第２形式の整合回路１２として機能することも可能である。そして、図４４（ｂ）の固定インダクタと可変キャパシタは、本発明における「可変インダクタ要素」の一例である。このように、図４４（ａ）、（ｂ）に示す整合回路によっても、本発明を好適に実施することができる。
【０１９４】
その他、いわゆるπ型整合回路を構成可能な変形は、特に区別することなく本発明に含まれる。
【０１９５】
（変形例２）
図１９及び図３２等に示した整合補正量テーブルでは、制御値Ｔｃとして、キャパシタンス値Ｃ及びインダクタンス値Ｌが記憶されているが、これに代えて、可変コンデンサ、可変インダクタの値を所定の値にするための制御値Ｔｃが記憶されても良い．例えば、ステッピングモータとバリコンを組合せて可変コンデンサを構成したような場合ではモータの制御電圧値を整合補正量テーブルに記憶させてもよく、また、微小なコンデンサ、インダクタをリレー等のスイッチングデバイスでオン及びオフさせて所定のキャパシタンスＣ値及びリアクタンスＬ値を実現するような場合では、スイッチングデバイスを制御するためのビットパターン値を整合補正量テーブルに記憶させてもよい。
【０１９６】
（変形例３）
第１実施例の［整合補正量テーブル］のセクションの説明では、理論計算によって整合に必要な補正量Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を求めたが、これに代えて、実際の送電アンテナ３及び受電アンテナ５を対向させ、それらの結合状態を変化させながらこれらの補正量Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を求めても良い。
【０１９７】
同様に、第２実施例の［整合補正量テーブル］のセクションの説明でも同様に、理論計算によって整合に必要な補正量Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を求めたが、これに代えて、実際の送電アンテナ３及び受電アンテナ５を所定の相対位置関係で対向させ、受電側装置４の負荷６の値ＲＬを変化させながらこれらの補正量Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を求めても良い。
【０１９８】
（変形例４）
第１実施例では、定格電力の伝送に先立って、負荷推定部７は推定負荷値ＲＬｅを算出した。これに代えて、受電側装置４に存在する負荷６の値ＲＬがシステムの仕様として予め決まっているような場合には、送電側装置１は、負荷推定部７により推定負荷値ＲＬｅを算出することなく、予めシステムで決められている負荷６の値に対応した整合補正量テーブルを選択する。
【０１９９】
同様に、第２実施例でも、送電アンテナ３と受電アンテナ５との位置関係がシステムの仕様として予め決まっているような場合には、送電側装置１は、結合係数推定部８により結合係数ｋの推定処理を行うことなく、システムで予め定められている結合係数ｋの値に対応した整合補正量テーブルを選択する。
【０２００】
（変形例５）
結合係数推定部８は、距離センサ８１により送電アンテナ３と受電アンテナ５との距離を計測したがこれに限定されない。これに代えて、結合係数推定部８は、共振周波数を中心として所定の帯域幅の微小信号をスイープさせて送出し、送出した信号と送電アンテナ３から反射して戻ってきた信号とを用いて反射係数（ΓもしくはＳ１１）の周波数特性を算出する。そして、結合係数推定部８は、算出した周波数特性の形状、具体的には、極小となるピークの個数とその周波数、及びその反射係数の大きさから所定のマップを参照して、結合係数推定値ｋｅを算出する。ここで、上述のマップは、反射係数の周波数特性において、極小となるピークの個数とその周波数、及びその反射係数の大きさに対応した結合係数ｋを示すマップであり、実験等に基づき予め作成され、メモリに予め記憶される。これによっても、好適に、結合係数推定部８は、結合係数ｋを推定することが可能となる。
【０２０１】
（変形例６）
送電アンテナ３及び受電アンテナ５は、直並列型等価回路によってモデル化された。これに代えて、送電アンテナ３及び受電アンテナ５は、直並列型等価回路をより簡略化した等価回路である直列共振等価回路によってモデル化されてもよい。
【０２０２】
（変形例７）
送電側装置１の整合回路選択部２３は、記憶部２５に記憶された整合補正量テーブルのフラグ情報Ｉｆに基づき使用すべき整合回路を選択した。これに代えて、整合回路選択部２３は、算出された入力インピーダンスＺｉｎに基づき、使用すべき整合回路を選択してもよい。
【０２０３】
この場合、例えば、整合回路選択部２３は、算出された入力インピーダンスＺｉｎの実部（Ｒ）、又は当該入力インピーダンスＺｉｎに基づき選択した整合補正量テーブルの行に記憶されたインピーダンス値の実部（Ｒｉ）が、送電回路２の出力インピーダンス（即ち、整合ポイントとなるインピーダンス値）より大きい場合には、第２形式の整合回路１２を選択し、当該出力インピーダンス以下の場合には、第１形式の整合回路１１を選択する。
【０２０４】
（変形例８）
第１実施例及び第２実施例では、スイッチ部１３、１４で切換えられる回路の一つとして整合回路を挿入しないスルー回路３０と記載したが、スルー回路３０は、整合回路を挿入しないというスルーの状態と同様の効果を有する実装方法であれば、いかなる実装方法でも構わない。例えば、明示的に整合回路をスルーするような回路パスは持っていないが、可変インダクタンスの値をゼロとすることで整合回路が入っていない状態と等価にするような実装方法も、整合回路を挿入しないスルー回路３０に切換えていることと同じであるものとする。
【０２０５】
（変形例１０）
図１２及び図３０に示す送電側装置１の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。例えば、送電側装置１は、自動整合動作のみを行い、整合追従動作を行う必要がない場合には、調整方向決定部１８及び調整ステップ幅決定部１９を有しなくてもよい。
【０２０６】
（変形例１１）
図１２では、受電側装置４が負荷値算出部７３により推定負荷値ＲＬｅの算出を行っているが、これに代えて、送電側装置１が推定負荷値ＲＬｅの算出を行ってもよい。この場合、受電側装置４は、負荷６の電圧値及び電流値を検出後、これらの値を制御通信部７４を介して送電側装置１へ伝送し、送電側装置１は、伝送されたこれらの値に基づき推定負荷値ＲＬｅを算出する。
【産業上の利用可能性】
【０２０７】
本発明は、電磁界共振結合方式を用いた無線電力伝送システム全般に好適に適用される。また、本発明は、磁界結合、電界結合等の種々の方式に対して好適に適用可能である。
【符号の説明】
【０２０８】
１  送電側装置
２  送電回路
３  送電アンテナ
４  受電側装置
５  受電アンテナ
６  負荷
７  負荷推定部
８  結合係数推定部
１１  第１形式の整合回路
１２  第２形式の整合回路
１３、１４  スイッチ部
１５  進行波・反射波抽出部
１６  位相差算出・判定部
１７  反射係数算出部
１８  調整方向決定部
１９  調整ステップ幅決定部
２３  整合回路選択部
２４  読出し位置決定部
２５  記憶部
２６  制御値出力部
２７  テーブル選択部
【図１】
0005957556.tif 000006
【図２】
0005957556.tif 000007
【図３】
0005957556.tif 000008
【図４】
0005957556.tif 000009
【図５】
0005957556.tif 000010
【図６】
0005957556.tif 000011
【図７】
0005957556.tif 000012
【図８】
0005957556.tif 000013
【図９】
0005957556.tif 000014
【図１０】
0005957556.tif 000015
【図１１】
0005957556.tif 000016
【図１２】
0005957556.tif 000017
【図１３】
0005957556.tif 000018
【図１４】
0005957556.tif 000019
【図１５】
0005957556.tif 000020
【図１６】
0005957556.tif 000021
【図１７】
0005957556.tif 000022
【図１８】
0005957556.tif 000023
【図１９】
0005957556.tif 000024
【図２０】
0005957556.tif 000025
【図２１】
0005957556.tif 000026
【図２２】
0005957556.tif 000027
【図２３】
0005957556.tif 000028
【図２４】
0005957556.tif 000029
【図２５】
0005957556.tif 000030
【図２６】
0005957556.tif 000031
【図２７】
0005957556.tif 000032
【図２８】
0005957556.tif 000033
【図２９】
0005957556.tif 000034
【図３０】
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【図３１】
0005957556.tif 000036
【図３２】
0005957556.tif 000037
【図３３】
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【図３４】
0005957556.tif 000039
【図３５】
0005957556.tif 000040
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
0005957556.tif 000044
【図４０】
0005957556.tif 000045
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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