インピーダンス整合装置、制御方法
【課題】送信側から入力した電力を損失することなく受信側に伝送することが可能なインピーダンス整合装置を提供する。
【解決手段】インピーダンス整合装置は、送信アンテナと受信アンテナ間の結合が、整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、整合状態における制御値から結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する。
【解決手段】インピーダンス整合装置は、送信アンテナと受信アンテナ間の結合が、整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、整合状態における制御値から結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【特許文献２】特許第４２２５９５３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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 ここで、電磁界共振結合方式について説明する。図３２は、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムの一例のブロック図である。送信部は、無線周波数の高周波信号を発生する送信信号源と、その信号を伝送電力の信号レベルに増幅する増幅部とからなる送信側回路部と、送信側回路部と送信アンテナとを接続するケーブル部と、無線電力信号を放射する送信アンテナとを備える。受信部は、送信アンテナから放射された無線電力信号を受信する受信アンテナと、受信された高周波信号を整流する整流回路と、受信された電力を消費する負荷装置とを備える。送信アンテナと受信アンテナは、同じ共振周波数を有しており、一般に対向して設置される。図３２に示す無線電力伝送システムは、共振周波数に等しい高周波信号で送信アンテナを駆動させることにより、送信アンテナの近接場に磁場もしくは電場を発生させ、その近接場内に置かれた受信アンテナを共鳴させることにより電力を伝送する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の文献などで、電磁界共振結合方式は、電磁誘導方式に比べてギャップを大きく取れること、位置ずれに強いことが技術的な強みとして挙げられている。一方、電磁界共振結合方式は、送信・受信アンテナ間のギャップが変わると、それに伴い伝送効率が大きく変化するという特性を持っている。しかし、電力伝送を目的としたあらゆる局面で伝送効率は極力１００％に近いことが望まれるので、このような特性は好ましくない。
【０００８】
また、移動する自動車、軽鉄道車両、自転車などへの給電手段として電磁界共振結合方式を適用する場合を考えると、そのような移動体では、送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップの連続的な変動や、絶え間ない位置ずれ状態が発生する。このような状況においても出来るだけ安定した状態で電力を供給することが望まれる。
【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、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることが可能なインピーダンス整合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、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、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、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定工程と、前記制御値決定工程が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインピーダンス整合装置の一態様では、インピーダンス整合装置は、電磁界共振結合方式特有の入力インピーダンス変化の軌跡に基づいて整合回路用の制御値を求め、それを記憶部に格納する。そして、インピーダンス整合装置は、一度整合を取った後に再度整合がずれた場合であっても、予め用意された記憶部のテーブルの中を、適切な方向に、適切な量だけ移動させることで迅速に整合状態を回復させることができる。これは、整合がずれた後の整合すべき入力インピーダンスはやはり入力インピーダンス変化の軌跡上に存在するからである。これにより、インピーダンス整合装置は、移動時など送受信間の結合状態の連続的な変化に伴うインピーダンス変化に対して高速に追従できるようになる。
【００１５】
また、インピーダンス整合装置は、整合がずれ、反射電力が大きくなって整合を調整する必要があると判断された場合、即ち反射係数の絶対値が増大して所定の閾値を超えた場合では、進行波電圧と反射波電圧との位相比較という単純な演算結果によって、整合回路の制御値を記憶部のテーブルの中でインピーダンス値が増加する方向に更新すればよいのか、又は減少する方向に更新すれば良いのか判断する。従って、インピーダンス整合装置は、この部分の回路が簡易に製作される。また、インピーダンス整合装置の一態様では、インピーダンス整合装置は、整合の再調整を行う場合に、インピーダンス値のずれ量に対応する反射係数絶対値相当値に応じてテーブル内で整合回路の制御値を読出す際の調整ステップ幅を変えることができるので、ずれ量が多い場合には調整ステップ幅を大きくするなどして、整合状態追従の速度を上げることが可能となる。
【００１６】
また、インピーダンス整合装置は、電磁界共振結合方式特有の入力インピーダンス変化の軌跡に基づいて整合回路用の制御値を求め、それを記憶部に格納することにより、従来の一般的なインピーダンス整合回路に比べて記憶部として必要なメモリサイズを大幅に低減することができる。また、それらの制御値は、反射による電力の損失が常に所定の閾値以下となるように量子化されているので、反射による損失の増大を抑えつつ、更に必要なメモリサイズを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る送信システムの概略構成図を示す。
【図２】送信アンテナ及び受信アンテナとして使用されるアンテナの一例を示す。
【図３】送受信アンテナの入力インピーダンスを３次元電磁界解析シミュレータで解析した結果を示す。
【図４】送受信アンテナの直並列型等価回路の一例である。
【図５】図４の等価回路解析の結果と、図３の電磁界解析の結果との両者をプロットしたグラフを示す。
【図６】電力伝送時の送信アンテナ及び受信アンテナの位置関係を示す。
【図７】図６に示すシステムを直並列型等価回路により表現した図である。
【図８】結合係数を変えたときの入力インピーダンスの軌跡を求め、それをスミスチャート上にプロットした図である。
【図９】結合係数を変えたときの入力インピーダンスの軌跡を求め、それをスミスチャート上にプロットした図である。
【図１０】直並列等価回路によって送受信アンテナをモデル化し、送信回路１と送信アンテナ４の間に方向性結合器を入れて進行波電圧波形Ｖｆと反射波電圧波形Ｖｒとを計測した結果を示す。
【図１１】第１形式及び第２形式の整合回路の構成例である。
【図１２】入力インピーダンス軌跡上の任意のポイントを、第１形式又は第２形式の整合回路を用いてスミスチャート上の等抵抗円、等コンダクタンス円に沿って移動させて５０Ωの整合ポイントまで到達させる概要図である。
【図１３】第１の記憶部として記憶するテーブルの作成方法を模式的に示した図である。
【図１４】第１記憶部に相当するマップの一例である。
【図１５】第２の記憶部として記憶するテーブルの作成方法を模式的に示した図である。
【図１６】第２記憶部に相当するマップの一例である。
【図１７】第１記憶部に記憶される量子化前後の制御値を示すグラフの一例である。
【図１８】第１記憶部に相当するテーブルの一例である。
【図１９】第２記憶部に記憶される量子化前後の制御値を示すグラフの一例である。
【図２０】第２記憶部に相当するテーブルの一例である。
【図２１】進行波電圧と各結合係数に対応する反射波電圧とを示すグラフの一例である。
【図２２】進行波電圧と各結合係数に対応する反射波電圧とを示すグラフの一例である。
【図２３】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２４】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２５】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２６】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２７】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２８】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２９】第１インピーダンス整合の処理手順を示すフローチャートの一例である。
【図３０】第２インピーダンス整合の処理手順を示すフローチャートの一例である。
【図３１】第２実施形態に係る送信システムの概略構成図を示す。
【図３２】電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムのブロック図の一例を示す。
【図３３】整合回路の変形例を示す。
【図３４】ギャップが近くなる方向の不整合を整合させる送信システムを示す。
【図３５】ギャップが遠くなる方向の不整合を整合させる送信システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の１つの観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出部と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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部と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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前記制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第２の記憶部と、前記第１形式の整合回路、前記第２形式の整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、前記位相判定に基づき、前記第１又は第２の記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定部と、前記読出し位置の方向と、前記読出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路の選択、第１形式又は第２形式の整合回路が選択された場合に使用する前記第１又は第２の記憶部の選択、及び前記読出し位置の決定を行う読出し位置決定部と、前記読出し位置決定部が選択した第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかが前記送信回路と前記送信アンテナとの間で電気的に接続されるように前記スイッチ部を動作させる整合回路選択部と、前記読み出し位置決定部が選択した前記第１又は第２の記憶部を、前記制御値を読み出す記憶部として選択する記憶部選択部と、前記記憶部選択部が選択した前記第１又は第２の記憶部から、前記読み出し位置決定部が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路選択部が選択した前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力部と、を備える。
【００１９】
上記のインピーダンス整合装置は、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、進行波・反射波抽出部と、反射係数算出部と、位相判定部と、第１形式の整合回路と、第１の記憶部と、第２形式の整合回路と、第２の記憶部と、スイッチ部と、調整方向決定部と、読み出し位置決定部と、整合回路選択部と、記憶部選択部と、制御値出力部と、を備える。第１記憶部は、第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、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ー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。また、「対応する送信アンテナと受信アンテナとの結合係数」とは、各制御値が第１形式の整合回路に反映された場合に好適な結合係数を指し、「結合係数の大小の順」に記憶されるとは、各制御値が対応する結合係数の大きい順又は小さい順に当該制御値が記憶されていることを指す。同様に、第２の記憶部は、第２形式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制御値を、対応する送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶している。反射係数算出部は、進行波・反射波抽出部によって抽出された進行波電圧と反射波電圧とに基づき、反射係数絶対値相当値を算出する。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。位相判定部は、進行波電圧の位相と反射波電圧の位相とを比較し、当該位相間の遅れ又は進みを判定する。調整方向決定部は、位相判定に基づき、第１又は第２の記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する。「制御値の読み出し位置の方向」とは、各制御値が結合係数の大きい順又は小さい順に記憶されている場合に、現在の制御値が記憶されている位置を基準とした場合の新たに適用する制御値が記憶されている位置への方向を指す。読み出し位置決定部は、読出し位置の方向と、読出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路の選択、第１形式又は第２形式の整合回路が選択された場合に使用する第１又は第２の記憶部の選択、及び読出し位置の決定を行う。「ステップ幅」とは、各制御値が結合係数の大きい順又は小さい順に記憶されている場合に、現在の制御値を基準とした制御値の数に基づく幅を指す。このステップ幅は、不変値であってもよく、可変値であってもよい。整合回路選択部は、読出し位置決定部が選択した第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかが送信回路と送信アンテナとの間で電気的に接続されるようにスイッチ部を動作させる。記憶部選択部は、読み出し位置決定部が選択した第１又は第２の記憶部を、制御値を読み出す記憶部として選択する。制御値出力部は、記憶部選択部が選択した第１又は第２の記憶部から、読み出し位置決定部が決定した読み出し位置に相当する制御値を読み出し、整合回路選択部が選択した前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２０】
上記のインピーダンス整合装置の一態様では、前記反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記ステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備える。これにより、インピーダンス整合装置は、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の変化が激しい場合であっても、ステップ幅を柔軟に変更し、整合状態追従の速度を上げることが可能となる。
【００２１】
上記の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、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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。
【００２２】
上記の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、反射による損失が常に所定の閾値以下となるように量子化して生成されている。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できる。
【００２３】
上記の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、前記反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当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、所定の閾値以下にすることができる。
【００２４】
本発明の他の観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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前記制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第２の記憶部と、前記第１形式の整合回路、前記第２形式の整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出工程と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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工程と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定工程と、前記位相判定に基づき、前記第１又は第２の記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定工程と、前記読出し位置の方向と、前記読出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路の選択、第１形式又は第２形式の整合回路が選択された場合に使用する前記第１又は第２の記憶部の選択、及び前記読出し位置の決定を行う読出し位置決定工程と、前記読出し位置決定工程が選択した第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかが前記送信回路と前記送信アンテナとの間で電気的に接続されるように前記スイッチ部を動作させる整合回路選択工程と、前記読み出し位置決定工程が選択した前記第１又は第２の記憶部を、前記制御値を読み出す記憶部として選択する記憶部選択工程と、前記記憶部選択工程が選択した前記第１又は第２の記憶部から、前記読み出し位置決定工程が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路選択工程が選択した前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力工程と、を備える。インピーダンス整合装置は、この制御方法を実行することで、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２５】
本発明の他の観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出部と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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部と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定部と、前記送信回路と前記送信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信アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた記憶部と、前記整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、前記反射係数絶対値相当値に基づき、前記スイッチ部を動作させる整合回路選択部と、前記位相判定に基づき、前記記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定部と、前記読み出し位置の方向と、前記読み出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記読み出し位置の決定を行う読み出し位置決定部と、前記記憶部から、前記読み出し位置決定部が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を備える。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、ギャップが近くなる方向に対応する不整合を整合する場合に、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２６】
本発明の他の観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出部と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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部と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定部と、前記送信回路と前記送信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信回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた記憶部と、前記整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、前記反射係数絶対値相当値に基づき、前記スイッチ部を動作させる整合回路選択部と、前記位相判定に基づき、前記記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定部と、前記読み出し位置の方向と、前記読み出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記読み出し位置の決定を行う読み出し位置決定部と、前記記憶部から、前記読み出し位置決定部が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を備える。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、ギャップが遠くなる方向に対応する不整合を整合する場合に、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２７】
上記のインピーダンス整合装置の一態様では、前記反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記ステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備える。
【００２８】
上記の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、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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。
【００２９】
なお、スイッチ部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と記載したが、この記載の本質としての、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に切換えていることと同じことであるとみなされる。
【実施例】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な各実施形態について説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
［概要説明］
図１は、第１実施形態に係る送信システム１００の概略構成図である。図１に示すように、送信システム１００は、送信回路１と、インピーダンス整合装置２と、送信アンテナ４と、を備える。以下では、「初期状態」とは、送信システム１００がインピーダンス整合のなされていない状態を指す。また、「ギャップＧｐ」とは、送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを指す。
【００３２】
送信回路１は送信信号源１１と増幅部１２とを備える。送信信号源１１は無線電力伝送で使用する高周波信号を発生させる。増幅部１２は、伝送する電力の大きさを調整すると共に、電力を伝送する際の開始動作及び停止動作など制御回路として機能する。
【００３３】
インピーダンス整合装置２は、後述するように、送信システム１００が初期状態の場合に、送信システム１００を所定のインピーダンス値に整合された状態（「整合状態」とも呼ぶ。）にするようにインピーダンス整合を行う。以後、この場合のインピーダンス整合を、「第１インピーダンス整合」とも呼ぶ。また、インピーダンス整合装置２は、第１インピーダンス整合の実行後、ギャップＧｐの変化等に起因して再びインピーダンス値が整合状態からずれた場合にも、インピーダンス整合を行う。以後、この場合のインピーダンス整合を、「第２インピーダンス整合」とも呼ぶ。
【００３４】
インピーダンス整合装置２は、送信回路１と送信アンテナ４との間に配置される。インピーダンス整合装置２は、主に、進行波・反射波抽出部２１と、反射係数算出部２２と、位相判定部２３と、第１形式の整合回路２４と、第１の記憶部２５と、第２形式の整合回路２６と、第２の記憶部２７と、調整方向決定部２８と、調整ステップ幅決定部２９と、読み出し位置決定部３０と、スルー回路３１と、スイッチ部３２と、整合回路選択部３３と、記憶部選択部３４と、制御値出力部３５と、を備える。
【００３５】
進行波・反射波抽出部２１は、送信回路１から入力された送信信号に対応する信号成分の電圧（以後、「進行波電圧Ｖｆ」と呼ぶ。）と、送信アンテナ４からの反射信号に対応する信号成分の電圧（以後、「反射波電圧Ｖｒ」とも呼ぶ。）を分離して取り出す。進行波・反射波抽出部２１は、好適には、方向性結合器である。また、進行波・反射波抽出部２１は、サーキュレータであってもよいが、この場合、所定のレベルの進行波を取出すためにアッテネータをさらに備える必要がある。
【００３６】
反射係数算出部２２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとから、反射係数「Γ」の絶対値（「反射係数絶対値｜Γ｜」とも呼ぶ。）を算出する。具体的には、反射係数算出部２２は、反射係数絶対値｜Γ｜を以下の式（１）に従って算出する。
【００３７】
【数１】
【００３８】
位相判定部２３は、第１インピーダンス整合の実行時に、進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相が同相に近いか逆相に近いかの判定（「第１位相判定」とも呼ぶ。）を行う。後述するように、初期状態では、進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相とは、ほぼ同相又はほぼ逆相となる。
【００３９】
また、位相判定部２３は、第２インピーダンス整合の実行時に、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも進んでいるか又は遅れているか否かの判定（「第２位相判定」とも呼ぶ。）を行う。
【００４０】
第１形式の整合回路２４は、送信回路１と送信アンテナ４との間に直列に挿入される可変インダクタ要素２４０と、送信アンテナ４側の端に並列に接続される可変キャパシタ要素２４１と、を備える。第１の記憶部２５は、第１形式の整合回路２４を用いて送信システム１００を所定のインピーダンス値に整合させるために必要な制御値を、反射係数絶対値｜Γ｜の各値域に対応させてテーブル上に記憶する。後述するように、第１記憶部２５は、小さい反射係数絶対値｜Γ｜の値域から順に付された通し番号であるインデックス（以後、「インデックスＩｄｘ」と呼ぶ。）を記憶する。
【００４１】
以後では、「制御値Ｔｃ」とは、第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６に入力される制御値を指す。ここでは、制御値Ｔｃは、第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６に設定するインダクタンス値（「インダクタンス補正量Ｌｍ」とも呼ぶ。）及びキャパシタンス値（「キャパシタンス補正量Ｃｍ」とも呼ぶ。）を指すものとする。制御値Ｔｃは、後述するように、電磁界共振結合方式の送信アンテナ４及び図示しない受信アンテナ（「送受信アンテナ」とも呼ぶ。）を対向させてこれらのギャップＧｐを変更した際の、送信回路１から送信アンテナ４側を見た時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。
【００４２】
第２形式の整合回路２６は、送信回路１と送信アンテナ４との間に直列に挿入される可変インダクタ要素２６０と、送信回路１側の端に並列に接続される可変キャパシタ要素２６１と、を備える。第２の記憶部２７は、第２形式の整合回路２６を用いて送信システム１００を所定のインピーダンス値に整合させるために必要な制御値Ｔｃを、各反射係数絶対値｜Γ｜の各値域に対応させてテーブル上に記憶する。後述するように、各記憶部は、小さい反射係数絶対値｜Γ｜の値域から順に付されたインデックスＩｄｘを記憶する。
【００４３】
以後では、第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６を、単に「整合回路」とも総称する。また、第１の記憶部２５及び第２の記憶部２７を、単に「記憶部」とも総称する。
【００４４】
調整方向決定部２８は、送信システム１００が整合後状態の場合に、第２位相判定の判定結果（「第２位相判定結果Ｊｒ２」とも呼ぶ。）に基づき、記憶部から制御値Ｔｃを読み出す際の読み出し位置の方向（以後、「読み出し方向Ｄｉｄｘ」とも呼ぶ。）を決定する。ここで、「読み出し方向Ｄｉｄｘ」とは、現在使用されている制御値Ｔｃに対応したインデックスＩｄｘを基準とした場合の、次に使用する制御値Ｔｃに対応するインデックスＩｄｘの方向を指す。
【００４５】
調整ステップ幅決定部２９は、送信システム１００が整合後状態の場合に、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を読み出す場合のインデックスＩｄｘのステップ（移動）幅（「ステップ幅Ｗｉｄｘ」と呼ぶ。）を決定する。
【００４６】
読み出し位置決定部３０は、送信システム１００が整合後状態の場合に、読み出し方向Ｄｉｄｘ及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき、制御値Ｔｃを読み出す記憶部及びそのインデックスＩｄｘを決定する。
【００４７】
スイッチ部３２は、第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６若しくは電線のみからなるスルー回路３１のいずれかが送信回路１及び送信アンテナ４と、これらの間に電気的に接続されるように動作する。
【００４８】
整合回路選択部３３は、第１インピーダンス整合の実行時に、反射係数絶対値｜Γ｜と、第１位相判定の結果（「第１位相判定結果Ｊｒ１」と呼ぶ。）とに基づいて、第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６若しくは電線のみからなるスルー回路３１のいずれかが送信回路１及び送信アンテナ４と電気的に接続されるようにスイッチ部３２を制御する。具体的には、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が所定の閾値（「閾値｜Γ｜ｔｈｒ」と呼ぶ。）以下の場合、インピーダンス値を整合する必要がないと判断し、スルー回路３１を選択する。一方、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合、インピーダンス値を整合する必要があると判断し、第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６のいずれかを選択する。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。
【００４９】
また、整合回路選択部３３は、第２インピーダンス整合の実行時に、読み出し位置決定部３０の処理結果に基づき、第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６若しくはスルー回路３１のいずれかが送信回路１及び送信アンテナ４と連結されるようにスイッチ部３２を制御する。記憶部選択部３４は、第１位相判定結果Ｊｒ１に基づいて、第１の記憶部２５または第２の記憶部２７のいずれに記憶された制御値Ｔｃを使用するか選択する。また、記憶部選択部３４は、読み出し位置決定部３０の処理結果に基づき第１の記憶部２５または第２の記憶部２７のいずれに記憶された制御値Ｔｃを使用するか選択する。制御値出力部３５は、第１インピーダンス整合時及び第２インピーダンス整合時に、選択された第１又は第２の記憶部２５、２７から所望の制御値Ｔｃを読み出し、整合回路選択部３３によって選択された第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６に当該制御値Ｔｃを反映させる。
【００５０】
［送受信アンテナ］
次に、電磁界共振結合方式で使用される送受信アンテナ単体での特性と、その等価回路表現について述べる。図２は、本実施形態に係る送信アンテナ４及び受信アンテナとして用いられるアンテナの一例を示す。図２に示すアンテナは、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍの先端オープン型ヘリカルアンテナである。
【００５１】
図３は、図２に示すアンテナの入力インピーダンスを３次元電磁界解析シミュレータで解析した結果を示す。図３において、グラフ「Ｇｒ１」、「Ｇｒ２」は、入力インピーダンスの実部に相当し、グラフ「Ｇｉ１」、「Ｇｉ２」は、入力インピーダンスの虚部に相当する。図３に示すように、図２に示すアンテナは、直列共振点（即ち、虚部に相当するグラフＧｉ１がマイナス側からプラス側へと変化する際に０Ωを横切るポイント。）において実部に相当するグラフＧｒ１がほとんど０Ωであるという特徴を持つ。従って、このアンテナを単体で用いてもほとんど放射しないことが分かる。
【００５２】
図２に示すアンテナは、直並列型等価回路によって正確にモデル化できる。図４は、図２に示すアンテナの直並列型等価回路の一例である。ここで、図３に示す周波数特性から得られる連立方程式を解いて、図４の等価回路を構成する回路要素の値を求めると、図４に示すコイルのインダクタンスＬは、８．１４μＨ、コイルと直列に配置されたコンデンサの直列キャパシタンスＣは、１２．６ｐＦ、コイルと並列に配置されたコンデンサの並列キャパシタンスＣｔは、１１．４ｐＦ、抵抗Ｒは、０．８１Ωと計算される。電磁界共振結合の現象として電力伝送で使用されるのは、図３の直列共振点であり、その共振周波数は、１５．７ＭＨｚと計算される。
【００５３】
ここで、図４に示す直並列型等価回路の正当性について述べる。図４に示す回路を左側から見た場合の入力インピーダンス「Ｚｉｎ」は式（２）により表される。
【００５４】
【数２】
【００５５】
式(２)より、入力インピーダンスＺｉｎの実部（Ｒｅ）及び虚部（Ｉｍ）は、式（３）のように求められる。
【００５６】
【数３】
【００５７】
図５は、式（２）に、先に求めたアンテナの等価回路要素の値（Ｌ＝８．１４μＨ、Ｃ＝１２．６ｐＦ、Ｃｔ＝１１．４ｐＦ、Ｒ＝０．８１Ω）を代入して求めた周波数特性と、図３の電磁界解析の結果との両者をプロットしたグラフを示す。具体的には、図５（ａ）は、入力インピーダンスＺｉｎの実部と、周波数との関係を示す。図５（ｂ）は、入力インピーダンスＺｉｎの虚部と、周波数との関係を示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）では、図４の等価回路解析の結果は実線、図３の電磁界解析の結果は点線により表現されている。
【００５８】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、図４の等価回路解析の結果を示す実線と、図３の電磁界解析の結果を示す点線とは、ほとんど一致する。よって、図４に示す直並列型等価回路によって電磁界共振結合方式のアンテナをモデル化することは正当である。後に、図４に示す直並列型等価回路を用いて、送信アンテナ４と受信アンテナとを組み合わせた場合での入力インピーダンスの変化の軌跡（以後、「入力インピーダンス軌跡Ｔｒ」と呼ぶ。）を求める。
【００５９】
［入力インピーダンスの変化の軌跡］
次に、送信アンテナ４と受信アンテナ間の結合状態を変えたときの入力インピーダンス軌跡Ｔｒについて詳しく説明する。
【００６０】
図６は、電力伝送時の送信アンテナ４及び受信アンテナの位置関係を示す。図６は、図２に示すアンテナを送信アンテナ４及び受信アンテナとして対向させて電力伝送させるシステムを示す。ギャップＧｐは一般に数１０ｃｍ程度とされることが多い。送信アンテナ４への給電（図６では信号発生器から給電）と受信アンテナからの電力の取出しは、同軸ケーブル等を接続して行うものとする。なお、図６では、負荷を接続することで受信アンテナから電力が取り出される。
【００６１】
図７は、図６に示すシステムを直並列型等価回路により表現したものである。即ち、図７に示す直並列型等価回路は、２つの電磁界共振結合用の送受信アンテナを互いに対向させ、同軸ケーブル等で送信アンテナ４に給電し、受信アンテナと負荷を同軸ケーブル等で接続させたシステムを示す。この例では、送信アンテナ４と受信アンテナとは、同じアンテナである。ここで、図７中の「Ｌｍ」は送受信アンテナが磁気的に結合された状態での相互インダクタンスを表し、送信アンテナ４及び受信アンテナに同じアンテナを用いた場合、相互インダクタンスＬｍは、その結合係数を「ｋ」とすれば、式（４）により表される。
【００６２】
【数４】
【００６３】
結合係数ｋの値は送受信アンテナ間のギャップＧｐによって決まる。従って、ギャップＧｐを変更することは結合係数ｋを変更することと等価である。
【００６４】
ここで、負荷のインピーダンス「Ｒｘ」を送信側の信号源インピーダンスと等しいと仮定し、負荷のインピーダンスＲｘが整合目標のインピーダンス「Ｚ０」と等しいとして送信回路１側（信号源）から送信アンテナ４を見たときの入力インピーダンスＺｉｎは、式(５)により表される。
【００６５】
【数５】
【００６６】
ここで、駆動周波数（即ち、電力伝送で使用する無線周波数）として送受信アンテナ単体での共振周波数「ｆ０」を用いるものとする。ここで、共振周波数ｆ０は、以下に示す式（６）により表される。
【００６７】
【数６】
【００６８】
式（５）の入力インピーダンスＺｉｎは、共振周波数ｆ０（ω０＝２πｆ０とする。）を用いると、式（７）が成立することを利用すると、式（８）により表せられる。
【００６９】
【数７】
【００７０】
【数８】
【００７１】
ここで、式（８）では、式（４）の関係を用いて、結合係数ｋをパラメータとして表している。
【００７２】
なお、式（５）式（８）は送信アンテナ４及び受信アンテナとして同じ形状のものを用いた場合の例として示されているが、例えば受信アンテナのサイズ（直径）を小さくした場合など、送信アンテナ４と受信アンテナとの形状が異なる場合であっても（ただし、共振周波数は同一である必要はある。）、同様の手順によって送信回路１から送信アンテナ４を見たときの入力インピーダンスの値を定式化して（式（５）に相当する式を求める）、式（７）に記載した共振周波数の条件（この条件は、送信アンテナ４に対応するＬ１、Ｃ１の値を用いた式と、受信アンテナに対応するＬ２、Ｃ２の値を用いた式の２つを使用することになる。）を適用してやれば、式（８）に対応する式が求められる。
【００７３】
図８は、式(８)を用いて、結合係数ｋを変えたときの（つまり、送受信アンテナ間のギャップＧｐを変えたときの）入力インピーダンスＺｉｎ（ω＝ω０）の軌跡を求め、それをスミスチャート上にプロットした図である。図８では、結合係数ｋは、０．００１〜０．７の範囲で変化している。なお、図９は、図８のスミスチャートに後述する説明を補足的に記載した図である。
【００７４】
図８に示されるように、電磁界共振結合方式では送受信アンテナ間のギャップＧｐを変えると送信回路１側から送信アンテナ４を見たときの入力インピーダンスが大きく変化する。図８に示すスミスチャートの中心点（単に「中心点」とも呼ぶ。）は、図９に示すように、インピーダンス整合が出来ている状態（この場合では、Ｚ０＝５０Ω、以後、「整合状態」、又は「整合ポイント」とも呼ぶ。）に相当する。そして、中心点より右に移動した状態は、整合ポイントと比較して入力インピーダンスが高くなっている状態であることを表している。また逆に、中心点より左側に移動した状態は整合ポイントと比較して入力インピーダンスが低くなっている状態であることを表している。言い換えると、中心点より右に移動した状態（図９の破線枠ＷＲ内に相当する。）は、整合ポイントから送受信アンテナ間のギャップＧｐを小さくした場合、即ち整合ポイントよりも送受信アンテナ間の結合が強い場合に生じる状態である。逆に、中心点から左に移動した状態（図９の破線枠ＷＬ内に相当する。）は、整合ポイントから送受信アンテナ間のギャップＧｐを大きくした場合、即ち整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が小さい場合に生じる状態である。
【００７５】
［本発明におけるインピーダンス整合の考え方］
図８、９に示すように、送受信アンテナ間の結合状態（即ちギャップＧｐ）を変えることで入力インピーダンスは変化する。一方、その入力インピーダンスの変化は、スミスチャートの横軸（抵抗軸）に沿ってわずかにカーブした一次元に近い変化である。特徴的なのは、リアクタンス分が「０」である抵抗軸上に近い所で変化することである。このような場合、求めた入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上のポイントの複素反射係数の位相成分「ａｒｇ（Γ）」の値は、結合が強い場合（図９の破線枠ＷＲ内）ではわずかにカーブしている分マイナス側にずれた０度に近い値となり、結合が弱い場合（図９の破線枠ＷＬ内）ではほぼ１８０度となる。このことは、送信アンテナ４への入力信号に相当する進行波電圧Ｖｆの位相とインピーダンス値の不整合により送信アンテナ４から戻ってくる反射信号に相当する反射波電圧Ｖｒの位相との関係が、前者ではほぼ同相、後者では逆相となることを表している。
【００７６】
図１０は、前述の直並列等価回路によって送受信アンテナをモデル化し、送信回路１と送信アンテナ４の間に方向性結合器を入れて進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとを計測した結果を示す。具体的には、図１０（ａ）は、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合を強めた場合に相当し、図１０（ｂ）は、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合を弱めた場合に相当する。そして、図１０（ａ）、（ｂ）において、「Ｇｖｆ」は、進行波電圧Ｖｆの計測結果に相当し、「Ｇｖｒ１」は、結合係数ｋが０．０７の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ２」は、結合係数ｋが０．０８の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ３」は、結合係数ｋが０．１の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ４」は、結合係数ｋが０．１４の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ５」は、結合係数ｋが０．２の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当する。また、「Ｇｖｒ６」は、結合係数ｋが０．０５の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ７」は、結合係数ｋが０．０４の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ８」は、結合係数ｋが０．０３の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ９」は、結合係数ｋが０．０２の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当する。
【００７７】
このように、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係（ほぼ同相なのか、それとも逆相なのか）を調べることで、インピーダンス整合装置２は、入力インピーダンスのスミスチャート上の位置が、破線枠ＷＲ内にあるのか、又は、破線枠ＷＬ内にあるのかを把握することができる。
【００７８】
なお、ここで示した結合係数ｋの値の例は、送信アンテナ４及び受信アンテナに図３のアンテナで、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍとしたアンテナを用いた場合のものである。アンテナのサイズやその他の構造パラメータが変化した場合は、ここで示した結合係数ｋの値も変わることはあり得る。
【００７９】
この特徴を利用し、本実施形態に係るインピーダンス整合装置２は、インピーダンス整合動作のパターンとして、２通りに動作する。具体的には、本実施形態に係るインピーダンス整合装置２は、整合回路として、第１形式の整合回路２４と、第２形式の整合回路２６とを有し、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係に基づき使い分ける。図１１（ａ）は、第１形式の整合回路２４の構成例を示す。図１１（ｂ）は、第２形式の整合回路２６の構成例を示す。そして、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとが同相の場合には、整合ポイントからギャップＧｐが小さくなる等により整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が強まった状態にあると判断し、第１形式の整合回路２４を使用する。一方、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとが逆相の場合には、整合ポイントからギャップＧｐが大きくなる等により整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が弱まった状態にあると判断し、第２形式の整合回路２６を使用する。
【００８０】
ここで、整合回路に使用される可変インダクタ要素２４０、２６０及び可変キャパシタ要素２４１、２６１について補足説明する。可変インダクタ要素２４０、２６０及び可変キャパシタ要素２４１、２６１の実現手法は公知の手法が使用可能である。例えば、可変インダクタ要素２４０、２６０は、微小インダクタを直列に接続してスイッチ切換えにより所定の値のインダクタを実現し、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、微小コンデンサを並列に接続してスイッチ切換えにより所定の値のキャパシタを実現する。他の実現手段として、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、真空コンデンサやエアーバリコンなどを可変キャパシタであってもよい。その場合、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、ステッピングモーターなど機械的手段を使って回転軸部が回転する。さらに、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、大電力用途には向かないが可変容量ダイオード（バラクタダイオード）などの半導体素子であってもよい。
【００８１】
図１２は、図９に示した入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の任意のポイントを、図１１（ａ）、（ｂ）に示す第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６を用いてスミスチャート上の等抵抗円、等コンダクタンス円に沿って移動させて５０Ωの整合ポイントまで到達させる概要図を示す。
【００８２】
まず、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ同相になる場合、即ち、整合対象となるインピーダンス点が破線枠ＷＲ内に存在する場合について説明する。ここでは、代表例として、整合対象となるインピーダンス点が位置Ｐｒに存在するものとする。この場合、インピーダンス整合装置２は、図１１（ａ）に示す第１形式の整合回路２４を用いて等コンダクタンス円上で、所定のサセプタンス補正量「Ａ」だけ位置Ｐｒを時計回りに移動させ（矢印Ｙ１参照）、次に正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円Ｃ１上で所定のリアクタンス補正量「Ｂ」だけ時計回りに移動させる（矢印Ｙ２参照）。これにより、インピーダンス整合装置２は、整合対象となるインピーダンス点を整合ポイントに移動させることができる。なお、上述のサセプタンス補正量Ａ及びリアクタンス補正量Ｂの決定方法については後述する。
【００８３】
次に、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ逆相になる場合、即ち、整合対象となるインピーダンス点が破線枠ＷＬ内に存在する場合について説明する。ここでは、代表例として、整合対象となるインピーダンス点が位置Ｐｌに存在するものとする。この場合、インピーダンス整合装置２は、図１１（ｂ）に示す第２形式の整合回路２６を用いて等レジスタンス円上で所定のリアクタンス補正量「Ｃ」だけ位置Ｐｌを時計回りに移動させ（矢印Ｙ３参照）、次に正規化コンダクタンス「ｇ＝１」の等コンダクタンス円上で所定のサセプタンス補正量「Ｄ」だけ時計回りに移動させる（矢印Ｙ４参照）。これにより、インピーダンス整合装置２は、整合対象となるインピーダンス点を整合ポイントに移動させることができる。なお、上述のリアクタンス補正量Ｃ及びサセプタンス補正量Ｄの決定方法については後述する。
【００８４】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、整合対象となる入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の各位置に対して、上述の補正量Ａ〜Ｄを計算し、第１及び第２の記憶部２５、２７に記憶する。これにより、インピーダンス整合装置２は、インピーダンス整合を実行する際のインピーダンス点がどこかにあるか知ることにより、整合のために必要な上述の補正量Ａ〜Ｄを求めることができる。
【００８５】
ここで、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき第１及び第２の記憶部２５、２７を参照して補正量Ａ〜Ｄを特定する。これについて補足説明する。反射係数絶対値｜Γ｜はスミスチャートの中心点からインピーダンス点までの距離に等しいため、破線枠ＷＲ内にインピーダンス点がある場合と破線枠ＷＬ内にインピーダンス点がある場合とで同じ反射係数絶対値｜Γ｜を持つ一対のインピーダンス点が存在する。しかし、反射係数絶対値｜Γ｜の位相は、前者が０度に近い値、後者が１８０度に近い値となっている。従って、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相がほぼ同相か又はほぼ逆相かを特定することで、これらを明確に区別することができる。
【００８６】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、各反射係数絶対値｜Γ｜に対して整合に必要な制御値Ｔｃを記憶させる参照元として、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相な場合に参照する第１の記憶部２５と、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが逆相な場合に参照する第２の記憶部２７との２つの記憶部（テーブル）を用意する。この記憶部に必要な記憶容量は、スミスチャート上の実軸付近でわずかにカーブした一次元の入力インピーダンス軌跡Ｔｒのみを考慮して決定される。従って、整合のために実部と虚部の両方の値を必要とする場合に比べて必要なメモリサイズを大幅に縮小することができる。
【００８７】
なお、インピーダンス整合装置２は、正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円Ｃ１と、入力インピーダンス軌跡Ｔｒとの交点に相当する結合係数ｋよりも小さい結合係数ｋの場合に、上述の処理を行うことで、整合を実行する際のインピーダンス点を整合ポイントに好適に遷移させることができる。特に、本実施形態において採用されている電磁界共振結合方式では、正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円Ｃ１と、入力インピーダンス軌跡Ｔｒとの交点に相当する結合係数ｋよりも小さい結合係数ｋが使用される。従って、本実施形態のインピーダンス整合装置２は、任意のインピーダンス点を整合ポイントに移動させることができる。
【００８８】
［制御値の生成方法］
導出した入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の各インピーダンス点に対する上述の補正量Ａ〜Ｄはスミスチャートの理論式を用いて算出される。そして、制御値Ｔｃであるキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍは、この補正量Ａ〜Ｄに基づき算出される。この算出について以下説明する。この計算により求められたキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍは、連続値からなるグラフを描く。しかし、後述するように、インピーダンス整合装置２は、上述の連続値をアプリケーションで必要なサイズとなるように量子化したテーブル（「量子化テーブル」とも呼ぶ。）を記憶部に予め記憶する。この量子化テーブルの作成方法については、後述する。
【００８９】
（第１の記憶部）
まず、第１の記憶部２５に記憶させる反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとのテーブルの作成方法について説明する。第１の記憶部２５は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ同相の場合に使用される。
【００９０】
図１３は、第１の記憶部２５に記憶させる反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとのテーブルの作成方法を模式的に示した図である。整合対象のインピーダンス点が図中の「Ｚｉｎ」にあるとする。インピーダンス点Ｚｉｎは、正規化コンダクタンス「ｇ＝ｇｉｎ」の等コンダクタンス円、正規化サセプタンス「ｂ＝ｂｉｎ」の等サセプタンス円に乗っている。まず、インピーダンス点Ｚｉｎのポイントが存在する「ｇ＝ｇｉｎ」の等コンダクタンス円と、正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円との交点「Ａ」の座標（ｕ、ｖ）は、以下の式（９）により表される。
【００９１】
【数９】
【００９２】
ここで、インピーダンス点Ｚｉｎのポイントを、「ｇ＝ｇｉｎ」の等コンダクタンス円に沿って交点Ａまで移動させるために必要な正規化サセプタンス補正量「Δｂ」、及び、交点Ａのポイントを「ｒ＝１」の等レジスタンス円に沿ってスミスチャートの中心に移動させるために必要な正規化リアクタンス補正量「Δｘ」は、等サセプタンス円の理論式及び等リアクタンス円の理論式に基づき、式（１０）に示すように表せられる。
【００９３】
【数１０】
【００９４】
式（１０）に示すように、正規化サセプタンス補正量「Δｂ」は、インピーダンス点Ｚｉｎの正規化サセプタンス「ｂｉｎ」が減算されることでわずかなカーブの分が調整されている。なお、正規化リアクタンス補正量Δｘは、上述したリアクタンス補正量Ｂに相当し、正規化サセプタンス補正量Δｂは、上述したサセプタンス補正量Ａに相当する。
【００９５】
最後に、求められた正規化リアクタンス補正量Δｘ及び正規化サセプタンス補正量Δｂにより、実際のキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを表した式（１１）を以下に示す。この際に使用する変数「ｆ」は駆動周波数（単位はＨｚ）を示し、「Ｚ０」は整合目標のインピーダンス値を示す。
【００９６】
【数１１】
【００９７】
入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上のインピーダンス点Ｚｉｎは、以下の式（１２）に示すように、スミスチャートの右側のみを考えれば反射係数絶対値｜Γ｜と一対一に対応する。
【００９８】
【数１２】
【００９９】
従って、入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の各インピーダンス点Ｚｉｎを式（１２）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、予め式（１１）に従って求めていたキャパシタンス補正量Ｃｍ、インダクタンス補正量Ｌｍの値の組を対応させたテーブルを生成して第１の記憶部２５に記憶させておく。ここで、上述のテーブルは、アプリケーションで必要かつ許容されるメモリサイズのテーブルとして用意される。これにより、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、整合に必要なキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを特定することができる。
【０１００】
図１４（ａ）、（ｂ）は、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍの先端オープン型ヘリカルアンテナ（図２参照）用として作成した反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとの関係を示すマップ（グラフ）である。具体的には、図１４（ａ）は、キャパシタンス補正量Ｃｍと反射係数絶対値｜Γ｜との関係を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、インダクタンス補正量Ｌｍと反射係数絶対値｜Γ｜との関係を示すグラフである。この場合、共振周波数ｆは１５．７ＭＨｚであり、整合目標のインピーダンスＺ０は５０Ωである。
【０１０１】
なお、インピーダンス整合装置２は、後述するように、図１４（ａ）、（ｂ）に示す値を元に、アプリケーションで必要な分解能で作成した量子化テーブルを第１の記憶部２５に保持する。
【０１０２】
（第２の記憶部）
次に、第２の記憶部２７に記憶させる反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとのテーブルの作成方法について説明する。第２の記憶部２７は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ逆相の場合に使用される。
【０１０３】
図１５は、第２の記憶部２７として記憶するテーブルの作成方法を模式的に示した図である。整合対象のインピーダンス点が図中の「Ｚｉｎ」にあるとする。インピーダンス点Ｚｉｎは正規化レジスタンス「ｒ＝ｒｉｎ」の等レジスタンス円、正規化リアクタンス「ｘ＝ｘｉｎ」の等リアクタンス円に乗っている。まず、インピーダンス点Ｚｉｎのポイントが存在する「ｒ＝ｒｉｎ」の等レジスタンス円と、正規化コンダクタンス「ｇ＝１」の等コンダクタンス円との交点「Ｄ」の座標（ｕ、ｖ）は、以下の式（１３）に示すように表せられる。
【０１０４】
【数１３】
【０１０５】
ここで、インピーダンス点Ｚｉｎを、「ｒ＝ｒｉｎ」の等レジスタンス円に沿って交点「Ｄ」まで移動させるために必要な正規化リアクタンス補正量「Δｘ」、及び、交点Ｄのポイントを「ｇ＝１」の等コンダクタンス円に沿って中心点に移動させるために必要な正規化サセプタンス補正量「Δｂ」は、等サセプタンス円の理論式及び等リアクタンス円の理論式に基づき、式（１４）に示すように表せられる。
【０１０６】
【数１４】
【０１０７】
式（１４）に示すように、正規化リアクタンス補正量Δｘは、インピーダンス点Ｚｉｎの正規化リアクタンスｘｉｎが減算されることでわずかなカーブの分が調整されている。なお、正規化サセプタンス補正量Δｂは、上述したサセプタンス補正量Ｄに相当し、正規化リアクタンス補正量Δｘは、上述したリアクタンス補正量Ｃに相当する。
【０１０８】
最後に、求められた各補正量を実際のインダクタンス補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正量Ｃｍを表した式（１５）を以下に示す。この際に使用する変数「ｆ」は駆動周波数（単位はＨｚ）、「Ｚ０」は整合目標のインピーダンス値を示す。
【０１０９】
【数１５】
【０１１０】
従って、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ同相の場合と同様に、各インピーダンス点Ｚｉｎを式（１５）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、予め式（１５）に従って求めていたインダクタンス補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正量Ｃｍの組を対応させたテーブルを第２の記憶部２７に記憶しておく。このテーブルは、アプリケーションで必要かつ許容されるメモリサイズのテーブルとして用意される。これにより、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、インピーダンス整合に必要なキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを特定することができる。
【０１１１】
図１６（ａ）、（ｂ）は、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍの先端オープン型ヘリカルアンテナ（図２参照）用として作成した反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとの関係を示すマップ（グラフ）である。この場合、共振周波数ｆは１５．７ＭＨｚであり、整合目標のインピーダンスＺ０は５０Ωである。
【０１１２】
なお、インピーダンス整合装置２は、後述するように、図１６（ａ）、（ｂ）に示す値を元に、アプリケーションで必要な分解能で作成した量子化テーブルを第２の記憶部２７に記憶する。
【０１１３】
［量子化テーブルの作成方法］
次に、図１４、図１６に示すグラフから実際に記憶部としてインピーダンス整合装置２が記憶する量子化テーブルを作成する方法について具体的に説明する。
【０１１４】
図１４及び図１６に示した各制御値Ｔｃを示すグラフは、連続値となっている。しかし、現実的には、インピーダンス整合装置２は、これらのグラフを、アプリケーションで必要なサイズとなるように量子化をしたテーブルを保持する必要がある。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補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正値Ｃｍ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補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正値Ｃｍ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。概略的には、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。
【０１１５】
ここで、制御値Ｔｃの量子化処理の入力として、反射係数絶対値｜Γ｜に対応した連続量と見なせる程度に精度が高いキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍからなるテーブルを考える。このテーブルは元々、結合係数ｋを変化させることによって得られた入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上で求められたものであり、テーブルの各行には対応する結合係数ｋが存在する。この結合係数ｋを変えることで入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上を移動させるようにする。
【０１１６】
進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相の場合に参照されるテーブル（第１の記憶部２５）の生成時では結合係数ｋを微増させ、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが逆相の場合に参照されるテーブル（第２の記憶部２７）の生成時では結合係数ｋを微減して整合状態を故意に悪化させ、反射係数絶対値｜Γ｜の増加状況を観測する。そして、反射係数絶対値｜Γ｜が予め設定された所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒを超えたかどうかを判断基準として、量子化境界と量子化代表値の設定を交互に行う。
【０１１７】
以下に具体的な処理手順を示す手順１〜手順１１を述べる。なお、以下では、「結合係数ｋを更新する」とは、第１の記憶部２５を生成する場合には、結合係数ｋに所定値だけ加算することを指し、第２の記憶部２７を生成する場合には、結合係数ｋに所定値だけ減算することを指す。
（１）初期化
・手順１：スイッチ部３２がスルー回路３１を選択した状態で整合ポイントとなるように結合係数ｋを設定する。キャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍをそれぞれ０に設定する。以下を反復処理する。
（２）量子化境界を求める処理
・手順２：現在の結合係数ｋにおける入力インピーダンスを計算する。
【０１１８】
・手順３：手順２で求めた入力インピーダンスに整合回路（Ｃｍ、Ｌｍの初期値は０）を追加した場合のインピーダンス値を計算する。
【０１１９】
・手順４：手順３で求めたインピーダンス値から反射係数絶対値｜Γ｜を算出する。
【０１２０】
・手順５：反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒを超えたか調べる。超えていない場合は、結合係数ｋを更新して手順２に戻る。超えている場合は、現在の結合係数ｋ及びこれに対応する反射係数絶対値｜Γ｜を量子化境界として保存して手順６に進む。
（３）量子化代表値を求める処理
・手順６：結合係数ｋを直前に手順２〜５で求められた量子化境界の値に設定する。また、このときの入力インピーダンスを計算する。
【０１２１】
・手順７：結合係数ｋを更新し、その値に対応するキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍをセットする。
【０１２２】
・手順８：手順６で求めた入力インピーダンスに手順７でセットしたキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを追加したときのインピーダンス値を計算する。
【０１２３】
・手順９：手順８で求めたインピーダンス値から反射係数絶対値｜Γ｜を算出する。
【０１２４】
・手順１０：反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒを超えたか否か調べる。超えていない場合は、結合係数ｋを更新して手順７に戻る。超えている場合は、現在の結合係数ｋ及び現在のキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを量子化代表値として保存する。終了確認処理（手順１１）に進む。
（４）終了確認処理
・手順１１：結合係数ｋが予め定められた所定の終了値に達していたら全ての処理を終了する。まだ達していない場合は、再び手順２に戻って反復処理を行う。
【０１２５】
次に、上述の手順１〜手順１１によって生成された第１の記憶部２５に記憶するテーブルの具体例について説明する。なお、以後では、閾値｜Γ｜ｔｈｒは０．０７０７に設定される。この場合、量子化境界での反射による損失（|Γ|２に相当する。）は、０．５％である。
【０１２６】
図１７（ａ）は、量子化前のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｇｃｍ１」、及び、量子化後のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｑｃｍ１」を示す。また、図１７（ｂ）は、量子化前のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｇｌｍ１」、及び、量子化後のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｑｌｍ１」を示す。図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、キャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍ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（即ち、量子化境界の間隔）が小さくように量子化されている。
【０１２７】
図１８は、実際に第１の記憶部２５に保持されるテーブルの一例を示す。図１８に示すテーブルでは、行ごとに反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値と、結合係数ｋの量子化境界の下限値と、キャパシタンス補正量Ｃｍと、インダクタンス補正量Ｌｍとが対応づけられている。また、反射係数絶対値｜Γ｜の各値域には、インデックスＩｄｘが「０」から「１２」まで割当てられている。ここで、反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の上限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の上限値は、１だけ小さいインデックスＩｄｘに対応する反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の下限値に基づき定められる。図１８に示すように、インデックスＩｄｘは、結合係数ｋが大きいほど大きい値が割り当てられている。なお、第１の記憶部２５は、必ずしも結合係数ｋの値を記憶しなくともよい。
【０１２８】
次に、上述の手順１〜手順１１によって生成された第２の記憶部２７の具体例について説明する。
【０１２９】
図１９（ａ）は、量子化前のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｇｌｍ２」、及び、量子化後のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｑｌｍ２」を示す。また、図１９（ｂ）は、量子化前のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｇｃｍ２」、及び、量子化後のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｑｃｍ２」を示す。図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、キャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍ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ている。
【０１３０】
図２０は、実際に第２の記憶部２７としてインピーダンス整合装置２に保持されるテーブルの一例を示す。図２０に示すテーブルでは、行ごとに反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値と、結合係数ｋの量子化境界の下限値と、キャパシタンス補正量Ｃｍと、インダクタンス補正量Ｌｍとが対応づけられている。また、反射係数絶対値｜Γ｜の各値域には、インデックスＩｄｘが「−１」から「−１２」まで割当てられている。ここで、反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の上限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の上限値は、１だけ小さいインデックスＩｄｘに対応する反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の下限値に基づき定められる。図２０に示すように、インデックスＩｄｘは、図１８と同様、結合係数ｋが大きいほど大きい値が割り当てられている。さらに、インデックスＩｄｘは、図１８、図２０を通して、「−１２」から「１２」までの連番が付され、結合係数ｋが大きいほど大きい値が割り当てられている。なお、第２の記憶部２７は、必ずしも結合係数ｋの値を記憶しなくともよい。
【０１３１】
［第２インピーダンス整合］
次に、整合後状態にインピーダンス整合装置２が実行する第２インピーダンス整合について具体的に説明する。概略的には、インピーダンス整合装置２は、整合後状態では、反射係数絶対値｜Γ｜を所定の周期ごとに検出し、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きくなったか否か監視する。そして、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きくなった場合、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも遅れているか又は進んでいるかに基づき読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。ここで、インピーダンス整合装置２は、後述するように、進行波電圧Ｖｆの位相よりも反射波電圧Ｖｒの位相の方が遅れている場合には、整合状態から送受信アンテナの結合が強くなる方向に整合がずれていると判断し、インデックスＩｄｘが大きくなる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。一方、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆの位相よりも反射波電圧Ｖｒの位相の方が進んでいる場合には、整合状態から送受信アンテナの結合が弱くなる方向に整合がずれていると判断し、インデックスＩｄｘが小さくなる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。
【０１３２】
以下、送受信アンテナの結合が強くなる方向に整合がずれていく場合と、送受信アンテナの結合が弱くなる方向に整合がずれていく場合とに場合分けして説明する。
【０１３３】
（結合が強くなる方向に整合がずれていく場合）
まず、送受信アンテナの結合が強くなる方向に整合がずれて行く場合、即ち、結合係数ｋが増加する方向に送受信アンテナの状態が変化する場合について説明する。
【０１３４】
図２１（ａ）は、結合係数ｋが０．１のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．１２〜０．３と増加した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１０」は、結合係数ｋが０．１の場合、即ち整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１１」は、結合係数ｋが０．１２の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１２」は、結合係数ｋが０．１５の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１３」は、結合係数ｋが０．２の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１４」は、結合係数ｋが０．３の場合に相当する。また、図２１（ｂ）は、結合係数ｋが０．０５５のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．０６〜０．１０と増加した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１５」は、結合係数ｋが０．０５５の場合、即ち、整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１６」は、結合係数ｋが０．０６の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１７」は、結合係数ｋが０．０７の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１８」は、結合係数ｋが０．０８の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１９」は、結合係数ｋが０．１０の場合に相当する。
【０１３５】
ここで、図２１（ａ）に示すグラフＧｖｒ１０は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＲ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。一方、図２１（ｂ）に示すグラフＧｖｒ１５は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＬ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。そして、これらの場合のいずれも、結合が強くなる方向に整合がずれて行く場合には、進行波電圧Ｖｆの位相より反射波電圧Ｖｒの位相の方が遅れている（グラフＧｖｒ１１〜Ｇｖｒ１４及びグラフＧｖｒ１６〜Ｇｖｒ１９参照）。なお、反射波電圧Ｖｒの位相の遅れる度合いは、第１インピーダンス整合の実行直前のインピーダンス点により一意に定まる。具体的には、反射波電圧Ｖｒの位相の遅れる度合いは、スミスチャートの中心点である整合ポイントに近いインピーダンス点であるほど、小さくなる。
【０１３６】
また、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、整合状態の結合係数ｋから離れた結合係数ｋの場合ほど、即ち、結合係数ｋの増大に起因して整合状態からのずれが大きくなるほど、反射波電圧Ｖｒのレベルが大きくなる。また、式（１）から、反射波電圧Ｖｒのレベル（絶対値）が大きいほど、反射係数絶対値｜Γ｜は大きくなる。従って、反射係数絶対値｜Γ｜が大きいほど整合状態からのずれが大きいため、調整ステップ幅決定部２９は、この場合、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する必要がある。
【０１３７】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、送信システム１００が整合後状態になった後、反射係数絶対値｜Γ｜を監視することで整合状態の悪化の有無を判断する。そして、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜が増大し、かつ、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相より遅れた状態であると判断した場合、送受信アンテナ間の結合が強くなる方向に整合がずれていると特定する。即ち、この場合、調整方向決定部２８は、現在使用している制御値Ｔｃに相当するインデックスＩｄｘから、結合係数ｋが大きくなる方向、図１８、図２０ではインデックスＩｄｘが大きくなる方向を、読み出し方向Ｄｉｄｘとして定める。また、好適には、調整ステップ幅決定部２９は、整合状態からの反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅が大きいほど、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きくする。これにより、インピーダンス整合装置２は、迅速に送信システム１００を再び整合状態に移行させることができる。調整ステップ幅決定部２９によるステップ幅Ｗｉｄｘの決定方法の詳細は、［ステップ幅決定方法］のセクションで後述する。なお、調整ステップ幅決定部２９は、上述の説明に代えて、反射係数絶対値｜Γ｜によらず、ステップ幅Ｗｉｄｘを常に予め定めた所定値（例えば「１」）に定めてもよい。
【０１３８】
（結合が弱くなる方向に整合がずれていく場合）
次に、送受信アンテナの結合が弱くなる方向に整合がずれて行く場合、即ち、結合係数ｋが減少する方向に送受信アンテナの状態が変化する場合について説明する。
【０１３９】
図２２（ａ）は、結合係数ｋが０．１のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．０５〜０．０９と減少した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１０」は、図２１（ａ）と同様、結合係数ｋが０．１の場合、即ち整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２１」は、結合係数ｋが０．０９の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２２」は、結合係数ｋが０．０８の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２３」は、結合係数ｋが０．０７の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２４」は、結合係数ｋが０．０６の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２５」は、結合係数ｋが０．０５の場合に相当する。また、図２２（ｂ）は、結合係数ｋが０．０５５のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．０２〜０．０５と減少した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１５」は、図２１（ｂ）と同様、結合係数ｋが０．０５５の場合、即ち、整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２６」は、結合係数ｋが０．０５の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２７」は、結合係数ｋが０．０４の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２８」は、結合係数ｋが０．０３の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２９」は、結合係数ｋが０．０２の場合に相当する。
【０１４０】
ここで、図２２（ａ）に示すグラフＧｖｒ１０は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＲ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。図２２（ｂ）に示すグラフＧｖｒ１５は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＬ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。これらの場合のいずれも、結合が弱くなる方向に整合がずれて行く場合には、進行波電圧Ｖｆの位相より反射波電圧Ｖｒの位相の方が進んでいる（グラフＧｖｒ２１〜Ｇｖｒ２９参照）。なお、反射波電圧Ｖｒの位相が進む度合いは、第１インピーダンス整合の実行直前のインピーダンス点により一意に定まる。具体的には、反射波電圧Ｖｒの位相が進む度合いは、スミスチャートの中心点である整合ポイントに近いインピーダンス点であるほど、大きくなる。
【０１４１】
また、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、整合状態の結合係数ｋから離れた結合係数ｋの場合ほど、即ち、結合係数ｋの増大に起因して整合状態からのずれが大きくなるほど、反射波電圧Ｖｒのレベルが大きくなる。また、式（１）から、反射波電圧Ｖｒのレベルが大きいほど、反射係数絶対値｜Γ｜は大きくなる。従って、反射波係数絶対値｜Γ｜が大きいほど整合状態からのずれが大きいことから、調整ステップ幅決定部２９は、この場合ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する必要がある。
【０１４２】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、送信システム１００が整合後状態になった後、反射係数絶対値｜Γ｜を監視することで整合状態の悪化の有無を判断する。そして、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜が増大し、かつ、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相より進んだ状態であると判断した場合、送受信アンテナ間の結合が弱まる方向に整合がずれていると特定することができる。即ち、この場合、調整方向決定部２８は、第１インピーダンス整合の実行時に選択したインデックスＩｄｘから、結合係数ｋが小さくなる方向、図１８、図２０ではインデックスＩｄｘが大きくなる方向を、読み出し方向Ｄｉｄｘとして定めることができる。また、好適には、調整ステップ幅決定部２９は、整合状態からの反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅が大きいほど、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きくする。これにより、インピーダンス整合装置２は、迅速に送信システム１００を再び整合状態に移行させることができる。なお、調整ステップ幅決定部２９は、上述の説明に代えて、反射係数絶対値｜Γ｜によらず、ステップ幅Ｗｉｄｘを常に予め定めた所定値に定めてもよい。
【０１４３】
［動作例及び効果］
次に、インピーダンス整合装置２の動作の具体例及びそれに付随する効果について説明する。
【０１４４】
（第１インピーダンス整合）
まず、送信システム１００が初期状態の場合、即ち、送信回路１と送信アンテナ４との間でまだインピーダンス整合を行っていない場合に実行する第１インピーダンス整合の処理について説明する。
【０１４５】
初期状態では、インピーダンス整合装置２は、スイッチ部３２によりスルー回路３１が送信回路１と送信アンテナ４との間に連結するように挿入されている。ここで、送受信アンテナ間の結合係数ｋは、０．０９５であったとする。この状態は、図２に示す先端オープン型ヘリカルアンテナを使用した場合、比較的結合が強い状態に属する。また、方向性結合器が進行波・反射波抽出部２１として使用される。また、閾値｜Γ｜ｔｈｒは０．０７０７とする。
【０１４６】
まず、進行波・反射波抽出部２１が進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとを抽出する。そして、反射係数算出部２２は、前述した式（１）に基づき反射係数絶対値｜Γ｜を算出する。
【０１４７】
また、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係、即ち、それらが同相であるか逆相であるかを判定する。そして、これらがほぼ同相の場合、整合回路選択部３３は第１形式の整合回路２４を選択すると共に、記憶部選択部３４は第１の記憶部２５を選択する。一方、上述の位相関係がほぼ逆相であった場合、整合回路選択部３３が第２形式の整合回路２６を選択すると共に、記憶部選択部３４が第２の記憶部２７を選択する。
【０１４８】
図２３（ａ）は、第１インピーダンス整合の実行直前の進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの波形を示す。図２３（ａ）において、グラフ「Ｇｖｆ」は、進行波電圧Ｖｆの波形に相当し、グラフ「Ｇｖｒ」は、反射波電圧Ｖｒの波形に相当する。図２３（ａ）に示すように、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒはほぼ同相となる。従って、第１の記憶部２５及び第１形式の整合回路２４がそれぞれ選択される。また、図２３（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「６．３ｍＶ」と観測されている。従って、反射係数絶対値｜Γ｜は、０．４０と算出される。図２３（ｂ）は、伝送効率の周波数特性を示す。駆動周波数が「１５．７ＭＨｚ」の場合における伝送効率は８２％である。
【０１４９】
次に、第１の記憶部２５に記憶されたテーブルから制御値Ｔｃを選択する処理について説明する。図１８に示すテーブル上で、反射係数絶対値｜Γ｜が０．４０である場合に対応するインデックスＩｄｘは、「３」であり、その量子化代表値は、キャパシタンス補正量Ｃｍが「９４ｐＦ」、インダクタンス補正量Ｌｍが「５８７ｎＨ」である。そして、制御値出力部３５は、これらのキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを第１形式の整合回路２４の可変キャパシタ要素２４１、可変インダクタ要素２４０に設定する。
【０１５０】
図２４（ａ）は、上述の制御値Ｔｃに基づきインピーダンス整合を行った場合の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの波形を示す。また、図２４（ｂ）は、伝送効率の周波数特性を示す。図２４（ａ）のグラフでは、進行波電圧Ｖｆが「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「０．４３ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０２７と計算される。従って、反射による損失は、０．０７％と非常に小さい。また、伝送効率は、「１５．７ＭＨｚ」の駆動周波数で９７．６％に改善されている。
【０１５１】
（第２インピーダンス整合）
以下では、整合後状態において、送受信アンテナ間の結合の変化の影響により、整合状態から整合がずれた場合に実行する第２インピーダンス整合の処理について場合分けして説明する。
【０１５２】
１．結合が強くなる方向に整合がずれる場合
ここで、送受信アンテナ間のギャップＧｐが小さくなり、結合係数ｋが０．０９５から０．１０２に増加したものとする。なお、整合回路は、第１インピーダンス整合により設定された制御値Ｔｃ、即ち第１の記憶部２５のテーブル内のインデックスＩｄｘが３の制御値Ｔｃが反映されたままである。図２５（ａ）は、上述の状態に相当する進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの波形を示す。図２５（ｂ）は、伝送効率の周波数特性を示す。図２５（ａ）では、進行波電圧Ｖｆは「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒは「１．５４ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０９７と計算される。従って、図２５に示す状態では、整合の悪化に起因して、不整合による反射の損失は０．９５％まで上昇した。一方、伝送効率は９７．２％であり、僅かに低下したがほとんど変化がない。
【０１５３】
図２５に示す状態では、反射係数絶対値｜Γ｜（０．０９７）は、予め設定した閾値｜Γ｜ｔｈｒ（０．０７０７）を超えている。従って、インピーダンス整合装置２は、第２インピーダンス整合を行う。
【０１５４】
ここで、図２５（ａ）の進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相とを比較すると、反射波電圧Ｖｒの位相は、進行波電圧Ｖｆの位相より遅れている。従って、インピーダンス整合装置２は、この場合、送受信アンテナ間の結合が強くなる方向にずれたと判断することができる。そして、調整方向決定部２８は、第１の記憶部２５に記憶された図１８に示されるテーブルから、第１インピーダンス整合時に選択されたインデックスＩｄｘを３から増加させる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。また、ここでは、調整ステップ幅決定部２９は、ステップ幅Ｗｉｄｘを予め定められた所定値である「１」に設定する。従って、ここでは、記憶部選択部３４は、第１の記憶部２５からインデックスＩｄｘが「４」の場合に相当する制御値Ｔｃ、即ち、キャパシタンス補正量Ｃｍが「８７ｐＦ」及びインダクタンス補正量Ｌｍが「７３６ｎＨ」）を抽出する。そして、制御値出力部３５は、この制御値Ｔｃを、第１形式の整合回路２４に設定する。
【０１５５】
図２６（ａ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒを示す。図２６（ｂ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の伝送効率を示す。図２６（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．７３ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「０．７２ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０４６と計算される。このように、整合回路に設定する制御値Ｔｃが更新されたことにより、不整合による反射の損失は、０．２１％まで減少した。また、伝送効率は、９７．１％となり、引続きほとんど変化がない。
【０１５６】
ここで注目すべきは、図２４（ｂ）、図２５（ｂ）、図２６（ｂ）に示すように、一度インピーダンス整合がなされた後では、伝送効率は、ほとんど変化しないということである。即ち、インピーダンス整合装置２は、伝送効率に大きな悪影響が出る前に、反射係数絶対値｜Γ｜の変化を観測し、この値が常に所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下となるように制御することで、伝送効率を常に高い状態で維持させることができている。
【０１５７】
２．結合が弱くなる方向に整合がずれる場合
ここで、結合係数ｋが０．０９５の状態に対して一度インピーダンス整合がなされた後、送受信アンテナ間のギャップＧｐが大きくなり、結合係数ｋが０．０８５になった場合について述べる。なお、整合回路は、第１インピーダンス整合により設定された制御値Ｔｃ、即ち第１の記憶部２５のテーブル内のインデックスＩｄｘが３の制御値Ｔｃが反映されたままである。図２７（ａ）は、上述の状態に相当する進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの波形を示す。図２７（ｂ）は、上述の状態に相当する伝送効率を示す。図２７（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．７ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「１．２９ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０８２と計算される。このように、整合の悪化に伴い、不整合による反射の損失は０．６８％まで増加した。一方、図２７（ｂ）に示すように、駆動周波数における伝送効率は、９６．１％と若干低下したが、９６％以上という高い値は維持している。
【０１５８】
図２７に示す状態では、反射係数絶対値｜Γ｜（０．０８２）は、予め設定した閾値｜Γ｜ｔｈｒ（０．０７０７）を超えている。従って、インピーダンス整合装置２は、第２インピーダンス整合を行う。
【０１５９】
図２７（ａ）の進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相とを比較すると、反射波電圧Ｖｒの位相は、進行波電圧Ｖｆの位相より進んでいる。従って、インピーダンス整合装置２は、この場合、送受信アンテナ間の結合が弱まる方向にずれたと判断することができる。そして、調整方向決定部２８は、第１の記憶部２５に記憶された図１８に示されるテーブルから、第１インピーダンス整合時に選択されたインデックスＩｄｘを「３」から減少させる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。また、ここでは、調整ステップ幅決定部２９は、ステップ幅Ｗｉｄｘを予め定められた所定値である「１」に設定する。従って、ここでは、記憶部選択部３４は、第１の記憶部２５からインデックスＩｄｘが「２」の場合に相当する制御値Ｔｃ、即ち、キャパシタンス補正量Ｃｍが「９５ｐＦ」及びインダクタンス補正量Ｌｍが「４４３ｎＨ」）を抽出する。そして、制御値出力部３５は、この制御値Ｔｃを、第１形式の整合回路２４に設定する。
【０１６０】
図２８（ａ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒを示す。図２８（ｂ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の伝送効率を示す。図２８（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「０．９５ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は、０．０６０と計算される。そして、整合回路に設定する制御値Ｔｃが更新されたことにより、不整合による反射の損失は０．３６％まで減少した。また、伝送効率は、９７．４％と改善され、高い値を維持している。
【０１６１】
このように、結合が徐々に大きくなる場合と同様、図２４（ｂ）、図２７（ｂ）、図２８（ｂ）に示すように、一度インピーダンス整合がなされた後の伝送効率は、９６％以上という高い値に維持されている。即ち、インピーダンス整合装置２は、伝送効率に大きな悪影響が出る前に、反射係数絶対値｜Γ｜の変化を観測し、この値が常に所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下となるように制御することで、伝送効率を常に高い状態で維持させることができている。
【０１６２】
以上の１．及び２．に記した例では、初期状態として比較的結合の強い状態（ｋ＝０．０９５）から整合がずれた場合について説明したが、比較的結合が弱い状態から整合がずれる場合についても同様に対処することができる。なお、その場合、インピーダンス整合装置２は、第２の記憶部２７に記憶した図２０に示すテーブルを参照して制御値Ｔｃを定める。
【０１６３】
［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補足説明する。
【０１６４】
上述の「２．結合が弱くなる方向に整合がずれる場合」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、送受信アンテナ間のギャップＧｐ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、インピーダンス整合装置２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、インピーダンス整合装置２は、ギャップＧｐの変化、位置ずれ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。
【０１６５】
具体的には、以下のような実装方法が考えられる。
【０１６６】
ここで、第１インピーダンス整合実行後の図２４に示す整合状態からギャップＧｐが小さくなり、結合係数ｋが０．０９５から０．１２に変化したとする。このとき、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとは、それぞれ「１５．８８ｍＶ」及び「４．０３ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．２５４となる。この場合、インピーダンス整合装置２は、インデックスＩｄｘを、現在の「３」から、結合が強くなる方向にステップ幅Ｗｉｄｘ「２」だけ移動させて、「５」にしたとする。このとき、整合回路に反映される制御値Ｔｃは、キャパシタンス補正量Ｃｍが「７８ｐＦ」、インダクタンス補正量Ｌｍが「８９６ｕＨ」である。その結果、当該制御値Ｔｃを反映後の進行波電圧Ｖｆは「１５．７４ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒは「０．４８４ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０３となる。このように、インピーダンス整合装置２は、ステップ幅Ｗｉｄｘを適切に設定することで、一挙に整合改善することが出来る。
【０１６７】
また、第１インピーダンス整合実行後の図２４に示す整合状態からギャップＧｐが大きくなり、結合係数ｋが０．０９５から０．１４５まで増加したとする。このとき進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒは、それぞれ「１５．９７ｍＶ」及び「６．７３ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．４２となる。この場合、インピーダンス整合装置２は、インデックスＩｄｘを、現在の「３」から、結合が強くなる方向にステップ幅Ｗｉｄｘ「３」だけ移動させて、「６」にしたとする。このとき、整合回路に反映される制御値Ｔｃは、キャパシタンス補正量Ｃｍが「６９ｐＦ」、インダクタンス補正量Ｌｍが「１０７０ｕＨ」である。その結果、進行波電圧Ｖｆは「１５．７６ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒは「０．３４４ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０２２となる。このように、インピーダンス整合装置２は、ステップ幅Ｗｉｄｘを適切に設定することで、一挙に整合改善することが出来る。
【０１６８】
以上より、一例として、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、インピーダンス整合装置２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のテーブルを予めメモリに記憶しておく。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、インピーダンス整合装置２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、送受信アンテナ間のギャップＧｐの変化、位置ずれ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。
【０１６９】
［処理フロー］
次に、第１実施形態における処理手順について説明する。以下では、まず、第１インピーダンス整合の処理手順について説明した後、第２インピーダンス整合の処理手順について説明する。
【０１７０】
（第１インピーダンス整合）
図２９は、第１実施形態においてインピーダンス整合装置２が実行する処理手順を示すフローチャートである。インピーダンス整合装置２は、図２９に示す処理を、所定のタイミングで実行する。
【０１７１】
まず、整合回路選択部３３は、スイッチ部３２をスルー回路３１に設定する（ステップＳ１０１）。そして、進行波・反射波抽出部２１は、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Ｓ１０２）。そして、反射係数算出部２２は、反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、反射係数算出部２２は、式（１）を参照し、進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒに基づき算出する。
【０１７２】
次に、整合回路選択部３３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Ｓ１０４）。これにより、整合回路選択部３３は、インピーダンスの整合を行う必要があるか否か判定する。そして、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下の場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、インピーダンスの整合を行う必要がないと判断し、スイッチ部３２の設定を変更しない。一方、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、インピーダンスの整合を行う必要があると判断し、ステップＳ１０５へ処理を進める。
【０１７３】
次に、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとに基づき第１位相判定を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、位相判定部２３は、これらの電圧が同相に近いか又は逆相に近いか判定する。そして、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相に近いと判断した場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、記憶部選択部３４は、第１の記憶部２５を選択する（ステップＳ１０７）。そして、記憶部選択部３４は、反射係数絶対値｜Γ｜に対応した制御値Ｔｃの読み出しを行う（ステップＳ１０８）。そして、制御値出力部３５は、第１形式の整合回路２４に制御値Ｔｃを設定する（ステップＳ１０９）。そして、整合回路選択部３３は、スイッチ部３２を第１形式の整合回路２４に設定する（ステップＳ１１０）。
【０１７４】
一方、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相に近くない、即ち逆相に近いと判断した場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、記憶部選択部３４は、第２の記憶部２７を選択する（ステップＳ１１１）。そして、記憶部選択部３４は、反射係数絶対値｜Γ｜に対応した制御値Ｔｃの読み出しを行う（ステップＳ１１２）。そして、制御値出力部３５は、第２形式の整合回路２６に制御値Ｔｃを設定する（ステップＳ１１３）。そして、整合回路選択部３３は、スイッチ部３２を第２形式の整合回路２６に設定する（ステップＳ１１４）。
【０１７５】
（第２インピーダンス整合）
図３０は、第２インピーダンスの処理手順を示すフローチャートの一例である。インピーダンス整合装置２は、図３０に示すフローチャートの処理を、図２９の処理を実行後、所定の周期に従い繰り返し実行する。
【０１７６】
まず、インピーダンス整合装置２は、整合状態を基準の状態に設定する（ステップＳ２０１）。具体的には、インピーダンス整合装置２は、第１又は第２インピーダンス整合が行われた直後の送信システムを基準の状態と定める。なお、当該基準の状態では、インピーダンス整合の結果、反射係数絶対値｜Γ｜は、ほぼ「０」とみなせるほど小さい。よって、以下では、当該基準の状態の反射係数絶対値｜Γ｜は「０」であるものとして取り扱う。
【０１７７】
次に、進行波・反射波抽出部２１は、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Ｓ２０２）。そして、反射係数算出部２２は、反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ２０３）。具体的には、反射係数算出部２２は、式（１）を参照し、進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒに基づき算出する。
【０１７８】
次に、整合回路選択部３３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Ｓ２０４）。これにより、整合回路選択部３３は、インピーダンスの整合を行う必要があるか否か判定する。そして、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下の場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、インピーダンスの整合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。一方、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、インピーダンスの整合を行う必要があると判断し、ステップＳ２０５へ処理を進める。
【０１７９】
次に、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの第２位相判定を行う（ステップＳ２０５）。具体的には、位相判定部２３は、反射波電圧Ｖｒの位相は進行波電圧Ｖｆの位相より遅れているか否か判定する（ステップＳ２０６）。そして位相判定部２３は、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも遅れていると判断した場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、調整方向決定部２８は、送受信アンテナ間の結合が強まる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する（ステップＳ２０７）。具体的には、調整方向決定部２８は、現在整合回路に反映されている制御値Ｔｃに係るインデックスＩｄｘよりも大きいインデックスＩｄｘが存在する方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。そして調整ステップ幅決定部２９は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づきステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ２０８）。具体的には、調整ステップ幅決定部２９は、例えば所定のマップ又はテーブルを参照し、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する。上述のマップ等は、例えば予め実験等に基づき作成され、インピーダンス整合装置２のメモリに記憶される。
【０１８０】
一方、位相判定部２３は、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも遅れていないと判断した場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、即ち、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも進んでいると判断した場合、調整方向決定部２８は、送受信アンテナ間の結合が弱まる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する（ステップＳ２０９）。具体的には、調整方向決定部２８は、現在整合回路に反映されている制御値Ｔｃに係るインデックスＩｄｘよりも小さいインデックスＩｄｘが存在する方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。そして、調整ステップ幅決定部２９は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づきステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ２１０）。具体的には、調整ステップ幅決定部２９は、ステップＳ２０８と同様、例えば所定のマップ又はテーブルを参照し、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する。
【０１８１】
次に、読み出し位置決定部３０は、使用する記憶部及びインデックスＩｄｘを決定する（ステップＳ２１１）。具体的には、読み出し位置決定部３０は、決定された読み出し方向Ｄｉｄｘ及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき該当するインデックスＩｄｘ及び当該インデックスＩｄｘに係る制御値Ｔｃを記憶した記憶部を特定する。
【０１８２】
次に、制御値出力部３５は、制御値Ｔｃを読み出すと共に、制御値Ｔｃを整合回路に反映し、整合回路選択部３３は、適宜スイッチ部３２の切り替えを行う（ステップＳ２１２）。具体的には、整合回路選択部３３は、第１の記憶部２５が記憶する制御値Ｔｃが使用される場合には、第１形式の整合回路２４が有効になるようにスイッチ部３２を動作させる。一方、整合回路選択部３３は、第２の記憶部２７が記憶する制御値Ｔｃが使用される場合には、第２形式の整合回路２６を選択するようにスイッチ部３２を動作させる。
【０１８３】
ここで、図３０のフローチャートについて補足説明する。ステップＳ２０８及びＳ２１０の処理は、実装する必要が無い場合は省略可能である。その場合は、例えばステップ幅Ｗｉｄｘは、例えば「１」に固定される。
【０１８４】
また、ステップＳ２１１において、インピーダンス整合装置２は、第１の記憶部２５から第２の記憶部２７に切り替えて使用する場合がある。例えば、インピーダンス整合装置２は、現在が第１の記憶部２５のテーブル内のインデックスＩｄｘ「１」に係る制御値Ｔｃを使用していたとする。このとき、ギャップＧｐの急激な変化等に起因して、インピーダンス整合装置２は、読み出し方向Ｄｉｄｘを送受信アンテナ間の結合が弱まる方向に設定すると共に、ステップ幅Ｗｉｄｘを「４」に設定した場合には、選択されるインデックスＩｄｘは「−３」となる。従って、この場合、インピーダンス整合装置２は、第１の記憶部２５から第２の記憶部２７に切り替えて制御値Ｔｃを使用する。また、この場合、インピーダンス整合装置２は、第１形式の整合回路２４から第２形式の整合回路２６に、使用する整合回路を切り替える。このように、インピーダンス整合装置２は、柔軟に第１の記憶部２５と第２の記憶部２７とを切り替えて使用することで、制御値Ｔｃを適切に選択することができる。
【０１８５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１形式の整合回路２４と、第２形式の整合回路２６とが１の統合された整合回路により実現されている点で、第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と同様の部分については、適宜その説明を省略する。
【０１８６】
図３１は、第２実施形態に係る送信システム１００Ａの概略構成図の一例である。送信システム１００Ａは、送信回路１と、インピーダンス整合装置２Ａと、送信アンテナ４と、を備える。
【０１８７】
インピーダンス整合装置２Ａは、第１実施形態における第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６が統合された整合回路２４Ａを備える。整合回路２４Ａは、スイッチ部３２Ｙの切り替えにより、第１形式の整合回路２４としての機能と、第２形式の整合回路２６としての機能とが切り替わる。整合回路２４Ａは、第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６で使用される可変インダクタ要素２４０、２６０の制御範囲、即ちこれらに設定され得るインダクタンス補正量Ｌｍが全て設定可能な１の可変インダクタ要素を備える。また、整合回路２４Ａは、第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６で使用される可変キャパシタ要素２４１、２６１の制御範囲、即ちこれらに設定され得るキャパシタンス補正量Ｃｍが全て設定可能な１の可変キャパシタ要素を備える。
【０１８８】
また、インピーダンス整合装置２Ａは、スルー回路３１と整合回路２４Ａとを選択可能なスイッチ部３２Ｘと、整合回路２４Ａがスイッチ部３２Ｘにより選択された場合に第１形式の整合回路２４の構成と第２形式の整合回路２６の構成とを切換えるスイッチ部３２Ｙと、を備える。
【０１８９】
以上のように、第２実施形態では、インピーダンス整合装置２Ａは、スイッチ部３２Ｘ、３２Ｙを切り替えることで、１の整合回路２４Ａにより、第１実施形態と同様にインピーダンス整合を実行することができる。
【０１９０】
＜変形例＞
次に、第１実施形態及び第２実施形態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実施形態及び第２実施形態に適用してもよい。
【０１９１】
（変形例１）
第１実施形態では、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、図１８、図２０などのテーブルを参照して、制御値Ｔｃを特定した。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。これに代えて、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に相当する値（以後、「反射係数絶対値相当値」とも呼ぶ。）に基づき、制御値Ｔｃを特定してもよい。ここで、反射係数絶対値相当値は、反射係数絶対値｜Γ｜の他、インピーダンス値の絶対値など反射係数絶対値｜Γ｜と一意の関係にある値、その他相関のある値が該当する。
【０１９２】
ここで、インピーダンス値の絶対値に基づき制御値Ｔｃを特定する場合について説明する。この場合、インピーダンス整合装置２は、正規化インピーダンス（第１実施形態では、５０Ω）より大きいインピーダンス値の絶対値の量子化境界と、量子化代表値となる制御値Ｔｃとのテーブルを第１の記憶部２５に記憶すると共に、正規化インピーダンスより小さいインピーダンス値の絶対値の量子化境界と、量子化代表値となる制御値Ｔｃとのテーブルを第２の記憶部２７に記憶する。また、このとき、各量子化境界、量子化代表値に対応して、例えば結合係数ｋが大きいほど大きい値となるインデックスＩｄｘが割当てられる。第１の記憶部２５、第２の記憶部２７に記憶する具体的な制御値Ｔｃは、例えば第１実施形態と同様、計算又は実験により予め設定される。
【０１９３】
そして、インピーダンス整合装置２は、第１インピーダンス整合を実行する際、現在のインピーダンス値の絶対値を算出すると共に、当該インピーダンス値の絶対値が正規化インピーダンスより所定値以上離れていた場合、第１位相判定結果Ｊｒ１に基づき使用する記憶部を特定する。次に、インピーダンス整合装置２は、インピーダンス値の絶対値に基づき、特定した記憶部から制御値Ｔｃを特定し、特定した記憶部に対応する整合回路に当該制御値Ｔｃを反映させる。また、インピーダンス整合装置２は、第２インピーダンス整合では、第１実施形態と同様、第２位相判定結果Ｊｒ２に基づき読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。また、インピーダンス整合装置２は、インピーダンス値の絶対値の整合状態からの変化幅に基づき所定のテーブル又はマップを参照して、又は予め定めた固定値を使用して、ステップ幅Ｗｉｄｘを決定する。そして、インピーダンス整合装置２は、当該読み出し方向Ｄｉｄｘ及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき参照する記憶部及びインデックスＩｄｘを特定し、該当する制御値Ｔｃを特定した記憶部に対応する整合回路に反映させる。
【０１９４】
（変形例２）
第１実施形態では、送信アンテナ４及び受信アンテナは、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、送信アンテナ４及び受信アンテナは、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。また、入力インピーダンス軌跡Ｔｒは、送受信アンテナを実際に対向させて実験により測定されて導出されてもよい。
【０１９５】
（変形例３）
本発明に適用可能な整合回路の構成は、図１又は図３１に示す構成に限定されない。これについて、図３３を参照して説明する。
【０１９６】
図３３（ａ）は、第１形式の整合回路２４と第２形式の整合回路２６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３３（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２４として機能することが可能であり、第２形式の整合回路２６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２４と第２形式の整合回路２６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。
【０１９７】
図３３（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３３（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２４として機能することが可能であり、第２形式の整合回路２６として機能することも可能である。そして、図３３（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３３（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。
【０１９８】
（変形例４）
第１実施形態では、制御値Ｔｃは、インダクタンス補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正量Ｃｍであった。しかし、本発明が適用可能な制御値Ｔｃはこれに限定されない。
【０１９９】
これに代えて、制御値Ｔｃとは、可変キャパシタ要素２４１、２６１に加えるキャパシタンス補正量Ｃｍを反映するための制御電圧値、可変インダクタ要素２４０、２６０を構成するスイッチ群のオン又はオフに対応したインダクタンス補正量Ｌｍを反映するためのビットパターンであってもよい。従って、この場合、インピーダンス整合装置２は、整合回路を構成する可変インダクタ要素２４０、２６０及び可変キャパシタ要素２４１、２６１を所定のキャパシタンス及びインダクタンスに設定するためのキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍに相当する制御値Ｔｃを、各反射係数絶対値｜Γ｜に対応させて、第１及び第２の記憶部２５、２７に保持しておく。
（変形例５）
第１実施形態では、インピーダンス整合装置２は、第１及び第２形式の整合回路２４、２６を備え、ギャップＧｐが近くなる場合（即ち、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が強い場合）及びギャップＧｐが遠くなる場合（即ち、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が弱い場合）の両方の場合に、インピーダンス整合を実行した。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。
【０２００】
これに代えて、インピーダンス整合装置２は、整合ポイントとそのポイントから結合が強くなる方向の範囲でのみギャップＧｐが変化するような場合、即ち整合ポイントからギャップＧｐが近くなる方向の範囲内で整合させれば良いような場合には、第１及び第２形式の整合回路２４、２６のうち、第１形式の整合回路２４に相当する整合回路のみ備えてもよい。図３４は、ギャップＧｐが近くなる方向の不整合を整合させる送信システム１００Ｂの概略構成を示す。図３４に示すインピーダンス整合装置２Ｂは、主に、進行波・反射波抽出部２１と、反射係数算出部２２と、位相判定部２３と、整合回路２４と、記憶部２５と、調整方向決定部２８と、調整ステップ幅決定部２９と、読出し位置決定部３０と、スルー回路３１と、スイッチ部３２と、整合回路選択部３３と、制御値出力部３５と、を備える。そして、記憶部２５は第１実施形態における第１の記憶部２５に相当し、整合回路２４は第１実施形態における第１形式の整合回路２４に相当する。また、可変キャパシタ要素は、可変インダクタ要素よりも送信アンテナ４側に並列に接続されている。
【０２０１】
一方、インピーダンス整合装置２は、整合ポイントとそのポイントから結合が弱くなる方向の範囲でのみギャップＧｐが変化するような場合、即ち整合ポイントからギャップＧｐが遠くなる方向の範囲内で整合させれば良いような場合には、第１及び第２形式の整合回路２４、２６のうち、第２形式の整合回路２６に相当する整合回路のみ備えてもよい。図３５は、ギャップＧｐが遠くなる方向の不整合を整合させる送信システム１００Ｃの概略構成を示す。図３５に示すインピーダンス整合装置２Ｂは、主に、進行波・反射波抽出部２１と、反射係数算出部２２と、位相判定部２３と、整合回路２４と、記憶部２５と、調整方向決定部２８と、調整ステップ幅決定部２９と、読出し位置決定部３０と、スルー回路３１と、スイッチ部３２と、整合回路選択部３３と、制御値出力部３５と、を備える。そして、記憶部２５は第１実施形態における第２の記憶部２７に相当し、整合回路２４は第１実施形態における第２形式の整合回路２６に相当する。また、可変キャパシタ要素は、可変インダクタ要素よりも送信回路１側に並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
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】
【０２０３】
１ 送信回路
２、２Ａ インピーダンス整合装置
４ 送信アンテナ
１１ 送信信号源
１２ 増幅部
２１ 進行波・反射波抽出部
２２ 反射係数算出部
２３ 位相判定部
２４ 第１形式の整合回路
２５ 第１の記憶部
２６ 第２形式の整合回路
２７ 第２の記憶部
２８ 調整方向決定部
２９ 調整ステップ幅決定部
３０ 読み出し位置決定部
３１ スルー回路
３２、３２Ｘ、３２Ｙ スイッチ部
３３ 整合回路選択部
３４ 記憶部選択部
３５ 制御値出力部
１００、１００Ａ 送信システム
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【特許文献２】特許第４２２５９５３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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 ここで、電磁界共振結合方式について説明する。図３２は、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムの一例のブロック図である。送信部は、無線周波数の高周波信号を発生する送信信号源と、その信号を伝送電力の信号レベルに増幅する増幅部とからなる送信側回路部と、送信側回路部と送信アンテナとを接続するケーブル部と、無線電力信号を放射する送信アンテナとを備える。受信部は、送信アンテナから放射された無線電力信号を受信する受信アンテナと、受信された高周波信号を整流する整流回路と、受信された電力を消費する負荷装置とを備える。送信アンテナと受信アンテナは、同じ共振周波数を有しており、一般に対向して設置される。図３２に示す無線電力伝送システムは、共振周波数に等しい高周波信号で送信アンテナを駆動させることにより、送信アンテナの近接場に磁場もしくは電場を発生させ、その近接場内に置かれた受信アンテナを共鳴させることにより電力を伝送する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の文献などで、電磁界共振結合方式は、電磁誘導方式に比べてギャップを大きく取れること、位置ずれに強いことが技術的な強みとして挙げられている。一方、電磁界共振結合方式は、送信・受信アンテナ間のギャップが変わると、それに伴い伝送効率が大きく変化するという特性を持っている。しかし、電力伝送を目的としたあらゆる局面で伝送効率は極力１００％に近いことが望まれるので、このような特性は好ましくない。
【０００８】
また、移動する自動車、軽鉄道車両、自転車などへの給電手段として電磁界共振結合方式を適用する場合を考えると、そのような移動体では、送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップの連続的な変動や、絶え間ない位置ずれ状態が発生する。このような状況においても出来るだけ安定した状態で電力を供給することが望まれる。
【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、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることが可能なインピーダンス整合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、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、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、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定工程と、前記制御値決定工程が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、前記送信回路と前記送信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信回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインピーダンス整合装置の一態様では、インピーダンス整合装置は、電磁界共振結合方式特有の入力インピーダンス変化の軌跡に基づいて整合回路用の制御値を求め、それを記憶部に格納する。そして、インピーダンス整合装置は、一度整合を取った後に再度整合がずれた場合であっても、予め用意された記憶部のテーブルの中を、適切な方向に、適切な量だけ移動させることで迅速に整合状態を回復させることができる。これは、整合がずれた後の整合すべき入力インピーダンスはやはり入力インピーダンス変化の軌跡上に存在するからである。これにより、インピーダンス整合装置は、移動時など送受信間の結合状態の連続的な変化に伴うインピーダンス変化に対して高速に追従できるようになる。
【００１５】
また、インピーダンス整合装置は、整合がずれ、反射電力が大きくなって整合を調整する必要があると判断された場合、即ち反射係数の絶対値が増大して所定の閾値を超えた場合では、進行波電圧と反射波電圧との位相比較という単純な演算結果によって、整合回路の制御値を記憶部のテーブルの中でインピーダンス値が増加する方向に更新すればよいのか、又は減少する方向に更新すれば良いのか判断する。従って、インピーダンス整合装置は、この部分の回路が簡易に製作される。また、インピーダンス整合装置の一態様では、インピーダンス整合装置は、整合の再調整を行う場合に、インピーダンス値のずれ量に対応する反射係数絶対値相当値に応じてテーブル内で整合回路の制御値を読出す際の調整ステップ幅を変えることができるので、ずれ量が多い場合には調整ステップ幅を大きくするなどして、整合状態追従の速度を上げることが可能となる。
【００１６】
また、インピーダンス整合装置は、電磁界共振結合方式特有の入力インピーダンス変化の軌跡に基づいて整合回路用の制御値を求め、それを記憶部に格納することにより、従来の一般的なインピーダンス整合回路に比べて記憶部として必要なメモリサイズを大幅に低減することができる。また、それらの制御値は、反射による電力の損失が常に所定の閾値以下となるように量子化されているので、反射による損失の増大を抑えつつ、更に必要なメモリサイズを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る送信システムの概略構成図を示す。
【図２】送信アンテナ及び受信アンテナとして使用されるアンテナの一例を示す。
【図３】送受信アンテナの入力インピーダンスを３次元電磁界解析シミュレータで解析した結果を示す。
【図４】送受信アンテナの直並列型等価回路の一例である。
【図５】図４の等価回路解析の結果と、図３の電磁界解析の結果との両者をプロットしたグラフを示す。
【図６】電力伝送時の送信アンテナ及び受信アンテナの位置関係を示す。
【図７】図６に示すシステムを直並列型等価回路により表現した図である。
【図８】結合係数を変えたときの入力インピーダンスの軌跡を求め、それをスミスチャート上にプロットした図である。
【図９】結合係数を変えたときの入力インピーダンスの軌跡を求め、それをスミスチャート上にプロットした図である。
【図１０】直並列等価回路によって送受信アンテナをモデル化し、送信回路１と送信アンテナ４の間に方向性結合器を入れて進行波電圧波形Ｖｆと反射波電圧波形Ｖｒとを計測した結果を示す。
【図１１】第１形式及び第２形式の整合回路の構成例である。
【図１２】入力インピーダンス軌跡上の任意のポイントを、第１形式又は第２形式の整合回路を用いてスミスチャート上の等抵抗円、等コンダクタンス円に沿って移動させて５０Ωの整合ポイントまで到達させる概要図である。
【図１３】第１の記憶部として記憶するテーブルの作成方法を模式的に示した図である。
【図１４】第１記憶部に相当するマップの一例である。
【図１５】第２の記憶部として記憶するテーブルの作成方法を模式的に示した図である。
【図１６】第２記憶部に相当するマップの一例である。
【図１７】第１記憶部に記憶される量子化前後の制御値を示すグラフの一例である。
【図１８】第１記憶部に相当するテーブルの一例である。
【図１９】第２記憶部に記憶される量子化前後の制御値を示すグラフの一例である。
【図２０】第２記憶部に相当するテーブルの一例である。
【図２１】進行波電圧と各結合係数に対応する反射波電圧とを示すグラフの一例である。
【図２２】進行波電圧と各結合係数に対応する反射波電圧とを示すグラフの一例である。
【図２３】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２４】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２５】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２６】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２７】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２８】進行波電圧と反射波電圧とを示すグラフ及び伝送効率を示すグラフである。
【図２９】第１インピーダンス整合の処理手順を示すフローチャートの一例である。
【図３０】第２インピーダンス整合の処理手順を示すフローチャートの一例である。
【図３１】第２実施形態に係る送信システムの概略構成図を示す。
【図３２】電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムのブロック図の一例を示す。
【図３３】整合回路の変形例を示す。
【図３４】ギャップが近くなる方向の不整合を整合させる送信システムを示す。
【図３５】ギャップが遠くなる方向の不整合を整合させる送信システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の１つの観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出部と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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部と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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前記制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第２の記憶部と、前記第１形式の整合回路、前記第２形式の整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、前記位相判定に基づき、前記第１又は第２の記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定部と、前記読出し位置の方向と、前記読出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路の選択、第１形式又は第２形式の整合回路が選択された場合に使用する前記第１又は第２の記憶部の選択、及び前記読出し位置の決定を行う読出し位置決定部と、前記読出し位置決定部が選択した第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかが前記送信回路と前記送信アンテナとの間で電気的に接続されるように前記スイッチ部を動作させる整合回路選択部と、前記読み出し位置決定部が選択した前記第１又は第２の記憶部を、前記制御値を読み出す記憶部として選択する記憶部選択部と、前記記憶部選択部が選択した前記第１又は第２の記憶部から、前記読み出し位置決定部が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路選択部が選択した前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力部と、を備える。
【００１９】
上記のインピーダンス整合装置は、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、進行波・反射波抽出部と、反射係数算出部と、位相判定部と、第１形式の整合回路と、第１の記憶部と、第２形式の整合回路と、第２の記憶部と、スイッチ部と、調整方向決定部と、読み出し位置決定部と、整合回路選択部と、記憶部選択部と、制御値出力部と、を備える。第１記憶部は、第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、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ー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。また、「対応する送信アンテナと受信アンテナとの結合係数」とは、各制御値が第１形式の整合回路に反映された場合に好適な結合係数を指し、「結合係数の大小の順」に記憶されるとは、各制御値が対応する結合係数の大きい順又は小さい順に当該制御値が記憶されていることを指す。同様に、第２の記憶部は、第２形式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制御値を、対応する送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶している。反射係数算出部は、進行波・反射波抽出部によって抽出された進行波電圧と反射波電圧とに基づき、反射係数絶対値相当値を算出する。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。位相判定部は、進行波電圧の位相と反射波電圧の位相とを比較し、当該位相間の遅れ又は進みを判定する。調整方向決定部は、位相判定に基づき、第１又は第２の記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する。「制御値の読み出し位置の方向」とは、各制御値が結合係数の大きい順又は小さい順に記憶されている場合に、現在の制御値が記憶されている位置を基準とした場合の新たに適用する制御値が記憶されている位置への方向を指す。読み出し位置決定部は、読出し位置の方向と、読出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路の選択、第１形式又は第２形式の整合回路が選択された場合に使用する第１又は第２の記憶部の選択、及び読出し位置の決定を行う。「ステップ幅」とは、各制御値が結合係数の大きい順又は小さい順に記憶されている場合に、現在の制御値を基準とした制御値の数に基づく幅を指す。このステップ幅は、不変値であってもよく、可変値であってもよい。整合回路選択部は、読出し位置決定部が選択した第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかが送信回路と送信アンテナとの間で電気的に接続されるようにスイッチ部を動作させる。記憶部選択部は、読み出し位置決定部が選択した第１又は第２の記憶部を、制御値を読み出す記憶部として選択する。制御値出力部は、記憶部選択部が選択した第１又は第２の記憶部から、読み出し位置決定部が決定した読み出し位置に相当する制御値を読み出し、整合回路選択部が選択した前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２０】
上記のインピーダンス整合装置の一態様では、前記反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記ステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備える。これにより、インピーダンス整合装置は、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の変化が激しい場合であっても、ステップ幅を柔軟に変更し、整合状態追従の速度を上げることが可能となる。
【００２１】
上記の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、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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。
【００２２】
上記の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、反射による損失が常に所定の閾値以下となるように量子化して生成されている。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できる。
【００２３】
上記の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、前記反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当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、所定の閾値以下にすることができる。
【００２４】
本発明の他の観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第１の記憶部と、前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、前記第２形式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前記制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた第２の記憶部と、前記第１形式の整合回路、前記第２形式の整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出工程と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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工程と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定工程と、前記位相判定に基づき、前記第１又は第２の記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定工程と、前記読出し位置の方向と、前記読出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路の選択、第１形式又は第２形式の整合回路が選択された場合に使用する前記第１又は第２の記憶部の選択、及び前記読出し位置の決定を行う読出し位置決定工程と、前記読出し位置決定工程が選択した第１形式又は第２形式の整合回路又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかが前記送信回路と前記送信アンテナとの間で電気的に接続されるように前記スイッチ部を動作させる整合回路選択工程と、前記読み出し位置決定工程が選択した前記第１又は第２の記憶部を、前記制御値を読み出す記憶部として選択する記憶部選択工程と、前記記憶部選択工程が選択した前記第１又は第２の記憶部から、前記読み出し位置決定工程が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路選択工程が選択した前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力工程と、を備える。インピーダンス整合装置は、この制御方法を実行することで、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２５】
本発明の他の観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出部と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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部と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定部と、前記送信回路と前記送信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信アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた記憶部と、前記整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、前記反射係数絶対値相当値に基づき、前記スイッチ部を動作させる整合回路選択部と、前記位相判定に基づき、前記記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定部と、前記読み出し位置の方向と、前記読み出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記読み出し位置の決定を行う読み出し位置決定部と、前記記憶部から、前記読み出し位置決定部が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を備える。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、ギャップが近くなる方向に対応する不整合を整合する場合に、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２６】
本発明の他の観点では、電磁界共振結合方式に準じた無線電力伝送システムにおいて、送信回路と送信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、前記送信回路からの送信信号に対応する進行波電圧と、前記送信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・反射波抽出部と、前記進行波電圧と前記反射波電圧とに基づき、反射係数の絶対値又は当該絶対値に相当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部と、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、当該位相間の遅れ又は進みを判定する位相判定を行う位相判定部と、前記送信回路と前記送信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信回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、対応する前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数の大小の順に従い、反射係数絶対値相当値に関連付けて、予め記憶させた記憶部と、前記整合回路、又は整合回路を挿入しないスルー回路、の何れかを、前記送信回路と前記送信アンテナとの間に電気的に接続させるスイッチ部と、前記反射係数絶対値相当値に基づき、前記スイッチ部を動作させる整合回路選択部と、前記位相判定に基づき、前記記憶部から前記制御値を読出す際の、現在使用している制御値から前記結合係数が大きくなる場合に対応する制御値を選択するか、又は前記結合係数が小さくなる場合に対応する制御値を選択するかの制御値の読み出し位置の方向を決定する調整方向決定部と、前記読み出し位置の方向と、前記読み出し位置を変更するステップ幅と、に基づき、前記読み出し位置の決定を行う読み出し位置決定部と、前記記憶部から、前記読み出し位置決定部が決定した前記読み出し位置に相当する制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、を備える。このようにすることで、インピーダンス整合装置は、ギャップが遠くなる方向に対応する不整合を整合する場合に、送信アンテナと受信アンテナとの結合状態の時間経過に伴う変動に対し、インピーダンスの整合状態を高速に追従させて伝送効率を高い状態に維持し続けることができる。
【００２７】
上記のインピーダンス整合装置の一態様では、前記反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記ステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備える。
【００２８】
上記の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、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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。
【００２９】
なお、スイッチ部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と記載したが、この記載の本質としての、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に切換えていることと同じことであるとみなされる。
【実施例】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な各実施形態について説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
［概要説明］
図１は、第１実施形態に係る送信システム１００の概略構成図である。図１に示すように、送信システム１００は、送信回路１と、インピーダンス整合装置２と、送信アンテナ４と、を備える。以下では、「初期状態」とは、送信システム１００がインピーダンス整合のなされていない状態を指す。また、「ギャップＧｐ」とは、送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを指す。
【００３２】
送信回路１は送信信号源１１と増幅部１２とを備える。送信信号源１１は無線電力伝送で使用する高周波信号を発生させる。増幅部１２は、伝送する電力の大きさを調整すると共に、電力を伝送する際の開始動作及び停止動作など制御回路として機能する。
【００３３】
インピーダンス整合装置２は、後述するように、送信システム１００が初期状態の場合に、送信システム１００を所定のインピーダンス値に整合された状態（「整合状態」とも呼ぶ。）にするようにインピーダンス整合を行う。以後、この場合のインピーダンス整合を、「第１インピーダンス整合」とも呼ぶ。また、インピーダンス整合装置２は、第１インピーダンス整合の実行後、ギャップＧｐの変化等に起因して再びインピーダンス値が整合状態からずれた場合にも、インピーダンス整合を行う。以後、この場合のインピーダンス整合を、「第２インピーダンス整合」とも呼ぶ。
【００３４】
インピーダンス整合装置２は、送信回路１と送信アンテナ４との間に配置される。インピーダンス整合装置２は、主に、進行波・反射波抽出部２１と、反射係数算出部２２と、位相判定部２３と、第１形式の整合回路２４と、第１の記憶部２５と、第２形式の整合回路２６と、第２の記憶部２７と、調整方向決定部２８と、調整ステップ幅決定部２９と、読み出し位置決定部３０と、スルー回路３１と、スイッチ部３２と、整合回路選択部３３と、記憶部選択部３４と、制御値出力部３５と、を備える。
【００３５】
進行波・反射波抽出部２１は、送信回路１から入力された送信信号に対応する信号成分の電圧（以後、「進行波電圧Ｖｆ」と呼ぶ。）と、送信アンテナ４からの反射信号に対応する信号成分の電圧（以後、「反射波電圧Ｖｒ」とも呼ぶ。）を分離して取り出す。進行波・反射波抽出部２１は、好適には、方向性結合器である。また、進行波・反射波抽出部２１は、サーキュレータであってもよいが、この場合、所定のレベルの進行波を取出すためにアッテネータをさらに備える必要がある。
【００３６】
反射係数算出部２２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとから、反射係数「Γ」の絶対値（「反射係数絶対値｜Γ｜」とも呼ぶ。）を算出する。具体的には、反射係数算出部２２は、反射係数絶対値｜Γ｜を以下の式（１）に従って算出する。
【００３７】
【数１】
【００３８】
位相判定部２３は、第１インピーダンス整合の実行時に、進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相が同相に近いか逆相に近いかの判定（「第１位相判定」とも呼ぶ。）を行う。後述するように、初期状態では、進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相とは、ほぼ同相又はほぼ逆相となる。
【００３９】
また、位相判定部２３は、第２インピーダンス整合の実行時に、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも進んでいるか又は遅れているか否かの判定（「第２位相判定」とも呼ぶ。）を行う。
【００４０】
第１形式の整合回路２４は、送信回路１と送信アンテナ４との間に直列に挿入される可変インダクタ要素２４０と、送信アンテナ４側の端に並列に接続される可変キャパシタ要素２４１と、を備える。第１の記憶部２５は、第１形式の整合回路２４を用いて送信システム１００を所定のインピーダンス値に整合させるために必要な制御値を、反射係数絶対値｜Γ｜の各値域に対応させてテーブル上に記憶する。後述するように、第１記憶部２５は、小さい反射係数絶対値｜Γ｜の値域から順に付された通し番号であるインデックス（以後、「インデックスＩｄｘ」と呼ぶ。）を記憶する。
【００４１】
以後では、「制御値Ｔｃ」とは、第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６に入力される制御値を指す。ここでは、制御値Ｔｃは、第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６に設定するインダクタンス値（「インダクタンス補正量Ｌｍ」とも呼ぶ。）及びキャパシタンス値（「キャパシタンス補正量Ｃｍ」とも呼ぶ。）を指すものとする。制御値Ｔｃは、後述するように、電磁界共振結合方式の送信アンテナ４及び図示しない受信アンテナ（「送受信アンテナ」とも呼ぶ。）を対向させてこれらのギャップＧｐを変更した際の、送信回路１から送信アンテナ４側を見た時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。
【００４２】
第２形式の整合回路２６は、送信回路１と送信アンテナ４との間に直列に挿入される可変インダクタ要素２６０と、送信回路１側の端に並列に接続される可変キャパシタ要素２６１と、を備える。第２の記憶部２７は、第２形式の整合回路２６を用いて送信システム１００を所定のインピーダンス値に整合させるために必要な制御値Ｔｃを、各反射係数絶対値｜Γ｜の各値域に対応させてテーブル上に記憶する。後述するように、各記憶部は、小さい反射係数絶対値｜Γ｜の値域から順に付されたインデックスＩｄｘを記憶する。
【００４３】
以後では、第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６を、単に「整合回路」とも総称する。また、第１の記憶部２５及び第２の記憶部２７を、単に「記憶部」とも総称する。
【００４４】
調整方向決定部２８は、送信システム１００が整合後状態の場合に、第２位相判定の判定結果（「第２位相判定結果Ｊｒ２」とも呼ぶ。）に基づき、記憶部から制御値Ｔｃを読み出す際の読み出し位置の方向（以後、「読み出し方向Ｄｉｄｘ」とも呼ぶ。）を決定する。ここで、「読み出し方向Ｄｉｄｘ」とは、現在使用されている制御値Ｔｃに対応したインデックスＩｄｘを基準とした場合の、次に使用する制御値Ｔｃに対応するインデックスＩｄｘの方向を指す。
【００４５】
調整ステップ幅決定部２９は、送信システム１００が整合後状態の場合に、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を読み出す場合のインデックスＩｄｘのステップ（移動）幅（「ステップ幅Ｗｉｄｘ」と呼ぶ。）を決定する。
【００４６】
読み出し位置決定部３０は、送信システム１００が整合後状態の場合に、読み出し方向Ｄｉｄｘ及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき、制御値Ｔｃを読み出す記憶部及びそのインデックスＩｄｘを決定する。
【００４７】
スイッチ部３２は、第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６若しくは電線のみからなるスルー回路３１のいずれかが送信回路１及び送信アンテナ４と、これらの間に電気的に接続されるように動作する。
【００４８】
整合回路選択部３３は、第１インピーダンス整合の実行時に、反射係数絶対値｜Γ｜と、第１位相判定の結果（「第１位相判定結果Ｊｒ１」と呼ぶ。）とに基づいて、第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６若しくは電線のみからなるスルー回路３１のいずれかが送信回路１及び送信アンテナ４と電気的に接続されるようにスイッチ部３２を制御する。具体的には、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が所定の閾値（「閾値｜Γ｜ｔｈｒ」と呼ぶ。）以下の場合、インピーダンス値を整合する必要がないと判断し、スルー回路３１を選択する。一方、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合、インピーダンス値を整合する必要があると判断し、第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６のいずれかを選択する。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。
【００４９】
また、整合回路選択部３３は、第２インピーダンス整合の実行時に、読み出し位置決定部３０の処理結果に基づき、第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６若しくはスルー回路３１のいずれかが送信回路１及び送信アンテナ４と連結されるようにスイッチ部３２を制御する。記憶部選択部３４は、第１位相判定結果Ｊｒ１に基づいて、第１の記憶部２５または第２の記憶部２７のいずれに記憶された制御値Ｔｃを使用するか選択する。また、記憶部選択部３４は、読み出し位置決定部３０の処理結果に基づき第１の記憶部２５または第２の記憶部２７のいずれに記憶された制御値Ｔｃを使用するか選択する。制御値出力部３５は、第１インピーダンス整合時及び第２インピーダンス整合時に、選択された第１又は第２の記憶部２５、２７から所望の制御値Ｔｃを読み出し、整合回路選択部３３によって選択された第１形式の整合回路２４又は第２形式の整合回路２６に当該制御値Ｔｃを反映させる。
【００５０】
［送受信アンテナ］
次に、電磁界共振結合方式で使用される送受信アンテナ単体での特性と、その等価回路表現について述べる。図２は、本実施形態に係る送信アンテナ４及び受信アンテナとして用いられるアンテナの一例を示す。図２に示すアンテナは、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍの先端オープン型ヘリカルアンテナである。
【００５１】
図３は、図２に示すアンテナの入力インピーダンスを３次元電磁界解析シミュレータで解析した結果を示す。図３において、グラフ「Ｇｒ１」、「Ｇｒ２」は、入力インピーダンスの実部に相当し、グラフ「Ｇｉ１」、「Ｇｉ２」は、入力インピーダンスの虚部に相当する。図３に示すように、図２に示すアンテナは、直列共振点（即ち、虚部に相当するグラフＧｉ１がマイナス側からプラス側へと変化する際に０Ωを横切るポイント。）において実部に相当するグラフＧｒ１がほとんど０Ωであるという特徴を持つ。従って、このアンテナを単体で用いてもほとんど放射しないことが分かる。
【００５２】
図２に示すアンテナは、直並列型等価回路によって正確にモデル化できる。図４は、図２に示すアンテナの直並列型等価回路の一例である。ここで、図３に示す周波数特性から得られる連立方程式を解いて、図４の等価回路を構成する回路要素の値を求めると、図４に示すコイルのインダクタンスＬは、８．１４μＨ、コイルと直列に配置されたコンデンサの直列キャパシタンスＣは、１２．６ｐＦ、コイルと並列に配置されたコンデンサの並列キャパシタンスＣｔは、１１．４ｐＦ、抵抗Ｒは、０．８１Ωと計算される。電磁界共振結合の現象として電力伝送で使用されるのは、図３の直列共振点であり、その共振周波数は、１５．７ＭＨｚと計算される。
【００５３】
ここで、図４に示す直並列型等価回路の正当性について述べる。図４に示す回路を左側から見た場合の入力インピーダンス「Ｚｉｎ」は式（２）により表される。
【００５４】
【数２】
【００５５】
式(２)より、入力インピーダンスＺｉｎの実部（Ｒｅ）及び虚部（Ｉｍ）は、式（３）のように求められる。
【００５６】
【数３】
【００５７】
図５は、式（２）に、先に求めたアンテナの等価回路要素の値（Ｌ＝８．１４μＨ、Ｃ＝１２．６ｐＦ、Ｃｔ＝１１．４ｐＦ、Ｒ＝０．８１Ω）を代入して求めた周波数特性と、図３の電磁界解析の結果との両者をプロットしたグラフを示す。具体的には、図５（ａ）は、入力インピーダンスＺｉｎの実部と、周波数との関係を示す。図５（ｂ）は、入力インピーダンスＺｉｎの虚部と、周波数との関係を示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）では、図４の等価回路解析の結果は実線、図３の電磁界解析の結果は点線により表現されている。
【００５８】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、図４の等価回路解析の結果を示す実線と、図３の電磁界解析の結果を示す点線とは、ほとんど一致する。よって、図４に示す直並列型等価回路によって電磁界共振結合方式のアンテナをモデル化することは正当である。後に、図４に示す直並列型等価回路を用いて、送信アンテナ４と受信アンテナとを組み合わせた場合での入力インピーダンスの変化の軌跡（以後、「入力インピーダンス軌跡Ｔｒ」と呼ぶ。）を求める。
【００５９】
［入力インピーダンスの変化の軌跡］
次に、送信アンテナ４と受信アンテナ間の結合状態を変えたときの入力インピーダンス軌跡Ｔｒについて詳しく説明する。
【００６０】
図６は、電力伝送時の送信アンテナ４及び受信アンテナの位置関係を示す。図６は、図２に示すアンテナを送信アンテナ４及び受信アンテナとして対向させて電力伝送させるシステムを示す。ギャップＧｐは一般に数１０ｃｍ程度とされることが多い。送信アンテナ４への給電（図６では信号発生器から給電）と受信アンテナからの電力の取出しは、同軸ケーブル等を接続して行うものとする。なお、図６では、負荷を接続することで受信アンテナから電力が取り出される。
【００６１】
図７は、図６に示すシステムを直並列型等価回路により表現したものである。即ち、図７に示す直並列型等価回路は、２つの電磁界共振結合用の送受信アンテナを互いに対向させ、同軸ケーブル等で送信アンテナ４に給電し、受信アンテナと負荷を同軸ケーブル等で接続させたシステムを示す。この例では、送信アンテナ４と受信アンテナとは、同じアンテナである。ここで、図７中の「Ｌｍ」は送受信アンテナが磁気的に結合された状態での相互インダクタンスを表し、送信アンテナ４及び受信アンテナに同じアンテナを用いた場合、相互インダクタンスＬｍは、その結合係数を「ｋ」とすれば、式（４）により表される。
【００６２】
【数４】
【００６３】
結合係数ｋの値は送受信アンテナ間のギャップＧｐによって決まる。従って、ギャップＧｐを変更することは結合係数ｋを変更することと等価である。
【００６４】
ここで、負荷のインピーダンス「Ｒｘ」を送信側の信号源インピーダンスと等しいと仮定し、負荷のインピーダンスＲｘが整合目標のインピーダンス「Ｚ０」と等しいとして送信回路１側（信号源）から送信アンテナ４を見たときの入力インピーダンスＺｉｎは、式(５)により表される。
【００６５】
【数５】
【００６６】
ここで、駆動周波数（即ち、電力伝送で使用する無線周波数）として送受信アンテナ単体での共振周波数「ｆ０」を用いるものとする。ここで、共振周波数ｆ０は、以下に示す式（６）により表される。
【００６７】
【数６】
【００６８】
式（５）の入力インピーダンスＺｉｎは、共振周波数ｆ０（ω０＝２πｆ０とする。）を用いると、式（７）が成立することを利用すると、式（８）により表せられる。
【００６９】
【数７】
【００７０】
【数８】
【００７１】
ここで、式（８）では、式（４）の関係を用いて、結合係数ｋをパラメータとして表している。
【００７２】
なお、式（５）式（８）は送信アンテナ４及び受信アンテナとして同じ形状のものを用いた場合の例として示されているが、例えば受信アンテナのサイズ（直径）を小さくした場合など、送信アンテナ４と受信アンテナとの形状が異なる場合であっても（ただし、共振周波数は同一である必要はある。）、同様の手順によって送信回路１から送信アンテナ４を見たときの入力インピーダンスの値を定式化して（式（５）に相当する式を求める）、式（７）に記載した共振周波数の条件（この条件は、送信アンテナ４に対応するＬ１、Ｃ１の値を用いた式と、受信アンテナに対応するＬ２、Ｃ２の値を用いた式の２つを使用することになる。）を適用してやれば、式（８）に対応する式が求められる。
【００７３】
図８は、式(８)を用いて、結合係数ｋを変えたときの（つまり、送受信アンテナ間のギャップＧｐを変えたときの）入力インピーダンスＺｉｎ（ω＝ω０）の軌跡を求め、それをスミスチャート上にプロットした図である。図８では、結合係数ｋは、０．００１〜０．７の範囲で変化している。なお、図９は、図８のスミスチャートに後述する説明を補足的に記載した図である。
【００７４】
図８に示されるように、電磁界共振結合方式では送受信アンテナ間のギャップＧｐを変えると送信回路１側から送信アンテナ４を見たときの入力インピーダンスが大きく変化する。図８に示すスミスチャートの中心点（単に「中心点」とも呼ぶ。）は、図９に示すように、インピーダンス整合が出来ている状態（この場合では、Ｚ０＝５０Ω、以後、「整合状態」、又は「整合ポイント」とも呼ぶ。）に相当する。そして、中心点より右に移動した状態は、整合ポイントと比較して入力インピーダンスが高くなっている状態であることを表している。また逆に、中心点より左側に移動した状態は整合ポイントと比較して入力インピーダンスが低くなっている状態であることを表している。言い換えると、中心点より右に移動した状態（図９の破線枠ＷＲ内に相当する。）は、整合ポイントから送受信アンテナ間のギャップＧｐを小さくした場合、即ち整合ポイントよりも送受信アンテナ間の結合が強い場合に生じる状態である。逆に、中心点から左に移動した状態（図９の破線枠ＷＬ内に相当する。）は、整合ポイントから送受信アンテナ間のギャップＧｐを大きくした場合、即ち整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が小さい場合に生じる状態である。
【００７５】
［本発明におけるインピーダンス整合の考え方］
図８、９に示すように、送受信アンテナ間の結合状態（即ちギャップＧｐ）を変えることで入力インピーダンスは変化する。一方、その入力インピーダンスの変化は、スミスチャートの横軸（抵抗軸）に沿ってわずかにカーブした一次元に近い変化である。特徴的なのは、リアクタンス分が「０」である抵抗軸上に近い所で変化することである。このような場合、求めた入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上のポイントの複素反射係数の位相成分「ａｒｇ（Γ）」の値は、結合が強い場合（図９の破線枠ＷＲ内）ではわずかにカーブしている分マイナス側にずれた０度に近い値となり、結合が弱い場合（図９の破線枠ＷＬ内）ではほぼ１８０度となる。このことは、送信アンテナ４への入力信号に相当する進行波電圧Ｖｆの位相とインピーダンス値の不整合により送信アンテナ４から戻ってくる反射信号に相当する反射波電圧Ｖｒの位相との関係が、前者ではほぼ同相、後者では逆相となることを表している。
【００７６】
図１０は、前述の直並列等価回路によって送受信アンテナをモデル化し、送信回路１と送信アンテナ４の間に方向性結合器を入れて進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとを計測した結果を示す。具体的には、図１０（ａ）は、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合を強めた場合に相当し、図１０（ｂ）は、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合を弱めた場合に相当する。そして、図１０（ａ）、（ｂ）において、「Ｇｖｆ」は、進行波電圧Ｖｆの計測結果に相当し、「Ｇｖｒ１」は、結合係数ｋが０．０７の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ２」は、結合係数ｋが０．０８の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ３」は、結合係数ｋが０．１の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ４」は、結合係数ｋが０．１４の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ５」は、結合係数ｋが０．２の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当する。また、「Ｇｖｒ６」は、結合係数ｋが０．０５の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ７」は、結合係数ｋが０．０４の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ８」は、結合係数ｋが０．０３の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当し、「Ｇｖｒ９」は、結合係数ｋが０．０２の場合の反射波電圧Ｖｒの測定結果に相当する。
【００７７】
このように、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係（ほぼ同相なのか、それとも逆相なのか）を調べることで、インピーダンス整合装置２は、入力インピーダンスのスミスチャート上の位置が、破線枠ＷＲ内にあるのか、又は、破線枠ＷＬ内にあるのかを把握することができる。
【００７８】
なお、ここで示した結合係数ｋの値の例は、送信アンテナ４及び受信アンテナに図３のアンテナで、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍとしたアンテナを用いた場合のものである。アンテナのサイズやその他の構造パラメータが変化した場合は、ここで示した結合係数ｋの値も変わることはあり得る。
【００７９】
この特徴を利用し、本実施形態に係るインピーダンス整合装置２は、インピーダンス整合動作のパターンとして、２通りに動作する。具体的には、本実施形態に係るインピーダンス整合装置２は、整合回路として、第１形式の整合回路２４と、第２形式の整合回路２６とを有し、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの位相関係に基づき使い分ける。図１１（ａ）は、第１形式の整合回路２４の構成例を示す。図１１（ｂ）は、第２形式の整合回路２６の構成例を示す。そして、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとが同相の場合には、整合ポイントからギャップＧｐが小さくなる等により整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が強まった状態にあると判断し、第１形式の整合回路２４を使用する。一方、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとが逆相の場合には、整合ポイントからギャップＧｐが大きくなる等により整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が弱まった状態にあると判断し、第２形式の整合回路２６を使用する。
【００８０】
ここで、整合回路に使用される可変インダクタ要素２４０、２６０及び可変キャパシタ要素２４１、２６１について補足説明する。可変インダクタ要素２４０、２６０及び可変キャパシタ要素２４１、２６１の実現手法は公知の手法が使用可能である。例えば、可変インダクタ要素２４０、２６０は、微小インダクタを直列に接続してスイッチ切換えにより所定の値のインダクタを実現し、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、微小コンデンサを並列に接続してスイッチ切換えにより所定の値のキャパシタを実現する。他の実現手段として、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、真空コンデンサやエアーバリコンなどを可変キャパシタであってもよい。その場合、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、ステッピングモーターなど機械的手段を使って回転軸部が回転する。さらに、可変キャパシタ要素２４１、２６１は、大電力用途には向かないが可変容量ダイオード（バラクタダイオード）などの半導体素子であってもよい。
【００８１】
図１２は、図９に示した入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の任意のポイントを、図１１（ａ）、（ｂ）に示す第１形式又は第２形式の整合回路２４、２６を用いてスミスチャート上の等抵抗円、等コンダクタンス円に沿って移動させて５０Ωの整合ポイントまで到達させる概要図を示す。
【００８２】
まず、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ同相になる場合、即ち、整合対象となるインピーダンス点が破線枠ＷＲ内に存在する場合について説明する。ここでは、代表例として、整合対象となるインピーダンス点が位置Ｐｒに存在するものとする。この場合、インピーダンス整合装置２は、図１１（ａ）に示す第１形式の整合回路２４を用いて等コンダクタンス円上で、所定のサセプタンス補正量「Ａ」だけ位置Ｐｒを時計回りに移動させ（矢印Ｙ１参照）、次に正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円Ｃ１上で所定のリアクタンス補正量「Ｂ」だけ時計回りに移動させる（矢印Ｙ２参照）。これにより、インピーダンス整合装置２は、整合対象となるインピーダンス点を整合ポイントに移動させることができる。なお、上述のサセプタンス補正量Ａ及びリアクタンス補正量Ｂの決定方法については後述する。
【００８３】
次に、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ逆相になる場合、即ち、整合対象となるインピーダンス点が破線枠ＷＬ内に存在する場合について説明する。ここでは、代表例として、整合対象となるインピーダンス点が位置Ｐｌに存在するものとする。この場合、インピーダンス整合装置２は、図１１（ｂ）に示す第２形式の整合回路２６を用いて等レジスタンス円上で所定のリアクタンス補正量「Ｃ」だけ位置Ｐｌを時計回りに移動させ（矢印Ｙ３参照）、次に正規化コンダクタンス「ｇ＝１」の等コンダクタンス円上で所定のサセプタンス補正量「Ｄ」だけ時計回りに移動させる（矢印Ｙ４参照）。これにより、インピーダンス整合装置２は、整合対象となるインピーダンス点を整合ポイントに移動させることができる。なお、上述のリアクタンス補正量Ｃ及びサセプタンス補正量Ｄの決定方法については後述する。
【００８４】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、整合対象となる入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の各位置に対して、上述の補正量Ａ〜Ｄを計算し、第１及び第２の記憶部２５、２７に記憶する。これにより、インピーダンス整合装置２は、インピーダンス整合を実行する際のインピーダンス点がどこかにあるか知ることにより、整合のために必要な上述の補正量Ａ〜Ｄを求めることができる。
【００８５】
ここで、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき第１及び第２の記憶部２５、２７を参照して補正量Ａ〜Ｄを特定する。これについて補足説明する。反射係数絶対値｜Γ｜はスミスチャートの中心点からインピーダンス点までの距離に等しいため、破線枠ＷＲ内にインピーダンス点がある場合と破線枠ＷＬ内にインピーダンス点がある場合とで同じ反射係数絶対値｜Γ｜を持つ一対のインピーダンス点が存在する。しかし、反射係数絶対値｜Γ｜の位相は、前者が０度に近い値、後者が１８０度に近い値となっている。従って、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相がほぼ同相か又はほぼ逆相かを特定することで、これらを明確に区別することができる。
【００８６】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、各反射係数絶対値｜Γ｜に対して整合に必要な制御値Ｔｃを記憶させる参照元として、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相な場合に参照する第１の記憶部２５と、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが逆相な場合に参照する第２の記憶部２７との２つの記憶部（テーブル）を用意する。この記憶部に必要な記憶容量は、スミスチャート上の実軸付近でわずかにカーブした一次元の入力インピーダンス軌跡Ｔｒのみを考慮して決定される。従って、整合のために実部と虚部の両方の値を必要とする場合に比べて必要なメモリサイズを大幅に縮小することができる。
【００８７】
なお、インピーダンス整合装置２は、正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円Ｃ１と、入力インピーダンス軌跡Ｔｒとの交点に相当する結合係数ｋよりも小さい結合係数ｋの場合に、上述の処理を行うことで、整合を実行する際のインピーダンス点を整合ポイントに好適に遷移させることができる。特に、本実施形態において採用されている電磁界共振結合方式では、正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円Ｃ１と、入力インピーダンス軌跡Ｔｒとの交点に相当する結合係数ｋよりも小さい結合係数ｋが使用される。従って、本実施形態のインピーダンス整合装置２は、任意のインピーダンス点を整合ポイントに移動させることができる。
【００８８】
［制御値の生成方法］
導出した入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の各インピーダンス点に対する上述の補正量Ａ〜Ｄはスミスチャートの理論式を用いて算出される。そして、制御値Ｔｃであるキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍは、この補正量Ａ〜Ｄに基づき算出される。この算出について以下説明する。この計算により求められたキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍは、連続値からなるグラフを描く。しかし、後述するように、インピーダンス整合装置２は、上述の連続値をアプリケーションで必要なサイズとなるように量子化したテーブル（「量子化テーブル」とも呼ぶ。）を記憶部に予め記憶する。この量子化テーブルの作成方法については、後述する。
【００８９】
（第１の記憶部）
まず、第１の記憶部２５に記憶させる反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとのテーブルの作成方法について説明する。第１の記憶部２５は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ同相の場合に使用される。
【００９０】
図１３は、第１の記憶部２５に記憶させる反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとのテーブルの作成方法を模式的に示した図である。整合対象のインピーダンス点が図中の「Ｚｉｎ」にあるとする。インピーダンス点Ｚｉｎは、正規化コンダクタンス「ｇ＝ｇｉｎ」の等コンダクタンス円、正規化サセプタンス「ｂ＝ｂｉｎ」の等サセプタンス円に乗っている。まず、インピーダンス点Ｚｉｎのポイントが存在する「ｇ＝ｇｉｎ」の等コンダクタンス円と、正規化レジスタンス「ｒ＝１」の等レジスタンス円との交点「Ａ」の座標（ｕ、ｖ）は、以下の式（９）により表される。
【００９１】
【数９】
【００９２】
ここで、インピーダンス点Ｚｉｎのポイントを、「ｇ＝ｇｉｎ」の等コンダクタンス円に沿って交点Ａまで移動させるために必要な正規化サセプタンス補正量「Δｂ」、及び、交点Ａのポイントを「ｒ＝１」の等レジスタンス円に沿ってスミスチャートの中心に移動させるために必要な正規化リアクタンス補正量「Δｘ」は、等サセプタンス円の理論式及び等リアクタンス円の理論式に基づき、式（１０）に示すように表せられる。
【００９３】
【数１０】
【００９４】
式（１０）に示すように、正規化サセプタンス補正量「Δｂ」は、インピーダンス点Ｚｉｎの正規化サセプタンス「ｂｉｎ」が減算されることでわずかなカーブの分が調整されている。なお、正規化リアクタンス補正量Δｘは、上述したリアクタンス補正量Ｂに相当し、正規化サセプタンス補正量Δｂは、上述したサセプタンス補正量Ａに相当する。
【００９５】
最後に、求められた正規化リアクタンス補正量Δｘ及び正規化サセプタンス補正量Δｂにより、実際のキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを表した式（１１）を以下に示す。この際に使用する変数「ｆ」は駆動周波数（単位はＨｚ）を示し、「Ｚ０」は整合目標のインピーダンス値を示す。
【００９６】
【数１１】
【００９７】
入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上のインピーダンス点Ｚｉｎは、以下の式（１２）に示すように、スミスチャートの右側のみを考えれば反射係数絶対値｜Γ｜と一対一に対応する。
【００９８】
【数１２】
【００９９】
従って、入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上の各インピーダンス点Ｚｉｎを式（１２）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、予め式（１１）に従って求めていたキャパシタンス補正量Ｃｍ、インダクタンス補正量Ｌｍの値の組を対応させたテーブルを生成して第１の記憶部２５に記憶させておく。ここで、上述のテーブルは、アプリケーションで必要かつ許容されるメモリサイズのテーブルとして用意される。これにより、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、整合に必要なキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを特定することができる。
【０１００】
図１４（ａ）、（ｂ）は、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍの先端オープン型ヘリカルアンテナ（図２参照）用として作成した反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとの関係を示すマップ（グラフ）である。具体的には、図１４（ａ）は、キャパシタンス補正量Ｃｍと反射係数絶対値｜Γ｜との関係を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、インダクタンス補正量Ｌｍと反射係数絶対値｜Γ｜との関係を示すグラフである。この場合、共振周波数ｆは１５．７ＭＨｚであり、整合目標のインピーダンスＺ０は５０Ωである。
【０１０１】
なお、インピーダンス整合装置２は、後述するように、図１４（ａ）、（ｂ）に示す値を元に、アプリケーションで必要な分解能で作成した量子化テーブルを第１の記憶部２５に保持する。
【０１０２】
（第２の記憶部）
次に、第２の記憶部２７に記憶させる反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとのテーブルの作成方法について説明する。第２の記憶部２７は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ逆相の場合に使用される。
【０１０３】
図１５は、第２の記憶部２７として記憶するテーブルの作成方法を模式的に示した図である。整合対象のインピーダンス点が図中の「Ｚｉｎ」にあるとする。インピーダンス点Ｚｉｎは正規化レジスタンス「ｒ＝ｒｉｎ」の等レジスタンス円、正規化リアクタンス「ｘ＝ｘｉｎ」の等リアクタンス円に乗っている。まず、インピーダンス点Ｚｉｎのポイントが存在する「ｒ＝ｒｉｎ」の等レジスタンス円と、正規化コンダクタンス「ｇ＝１」の等コンダクタンス円との交点「Ｄ」の座標（ｕ、ｖ）は、以下の式（１３）に示すように表せられる。
【０１０４】
【数１３】
【０１０５】
ここで、インピーダンス点Ｚｉｎを、「ｒ＝ｒｉｎ」の等レジスタンス円に沿って交点「Ｄ」まで移動させるために必要な正規化リアクタンス補正量「Δｘ」、及び、交点Ｄのポイントを「ｇ＝１」の等コンダクタンス円に沿って中心点に移動させるために必要な正規化サセプタンス補正量「Δｂ」は、等サセプタンス円の理論式及び等リアクタンス円の理論式に基づき、式（１４）に示すように表せられる。
【０１０６】
【数１４】
【０１０７】
式（１４）に示すように、正規化リアクタンス補正量Δｘは、インピーダンス点Ｚｉｎの正規化リアクタンスｘｉｎが減算されることでわずかなカーブの分が調整されている。なお、正規化サセプタンス補正量Δｂは、上述したサセプタンス補正量Ｄに相当し、正規化リアクタンス補正量Δｘは、上述したリアクタンス補正量Ｃに相当する。
【０１０８】
最後に、求められた各補正量を実際のインダクタンス補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正量Ｃｍを表した式（１５）を以下に示す。この際に使用する変数「ｆ」は駆動周波数（単位はＨｚ）、「Ｚ０」は整合目標のインピーダンス値を示す。
【０１０９】
【数１５】
【０１１０】
従って、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒがほぼ同相の場合と同様に、各インピーダンス点Ｚｉｎを式（１５）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、予め式（１５）に従って求めていたインダクタンス補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正量Ｃｍの組を対応させたテーブルを第２の記憶部２７に記憶しておく。このテーブルは、アプリケーションで必要かつ許容されるメモリサイズのテーブルとして用意される。これにより、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、インピーダンス整合に必要なキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを特定することができる。
【０１１１】
図１６（ａ）、（ｂ）は、直径３０ｃｍ、巻数５、巻線間ピッチ５ｍｍ、銅線太さ２ｍｍの先端オープン型ヘリカルアンテナ（図２参照）用として作成した反射係数絶対値｜Γ｜と制御値Ｔｃとの関係を示すマップ（グラフ）である。この場合、共振周波数ｆは１５．７ＭＨｚであり、整合目標のインピーダンスＺ０は５０Ωである。
【０１１２】
なお、インピーダンス整合装置２は、後述するように、図１６（ａ）、（ｂ）に示す値を元に、アプリケーションで必要な分解能で作成した量子化テーブルを第２の記憶部２７に記憶する。
【０１１３】
［量子化テーブルの作成方法］
次に、図１４、図１６に示すグラフから実際に記憶部としてインピーダンス整合装置２が記憶する量子化テーブルを作成する方法について具体的に説明する。
【０１１４】
図１４及び図１６に示した各制御値Ｔｃを示すグラフは、連続値となっている。しかし、現実的には、インピーダンス整合装置２は、これらのグラフを、アプリケーションで必要なサイズとなるように量子化をしたテーブルを保持する必要がある。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補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正値Ｃｍ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補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正値Ｃｍ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。概略的には、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。
【０１１５】
ここで、制御値Ｔｃの量子化処理の入力として、反射係数絶対値｜Γ｜に対応した連続量と見なせる程度に精度が高いキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍからなるテーブルを考える。このテーブルは元々、結合係数ｋを変化させることによって得られた入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上で求められたものであり、テーブルの各行には対応する結合係数ｋが存在する。この結合係数ｋを変えることで入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上を移動させるようにする。
【０１１６】
進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相の場合に参照されるテーブル（第１の記憶部２５）の生成時では結合係数ｋを微増させ、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが逆相の場合に参照されるテーブル（第２の記憶部２７）の生成時では結合係数ｋを微減して整合状態を故意に悪化させ、反射係数絶対値｜Γ｜の増加状況を観測する。そして、反射係数絶対値｜Γ｜が予め設定された所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒを超えたかどうかを判断基準として、量子化境界と量子化代表値の設定を交互に行う。
【０１１７】
以下に具体的な処理手順を示す手順１〜手順１１を述べる。なお、以下では、「結合係数ｋを更新する」とは、第１の記憶部２５を生成する場合には、結合係数ｋに所定値だけ加算することを指し、第２の記憶部２７を生成する場合には、結合係数ｋに所定値だけ減算することを指す。
（１）初期化
・手順１：スイッチ部３２がスルー回路３１を選択した状態で整合ポイントとなるように結合係数ｋを設定する。キャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍをそれぞれ０に設定する。以下を反復処理する。
（２）量子化境界を求める処理
・手順２：現在の結合係数ｋにおける入力インピーダンスを計算する。
【０１１８】
・手順３：手順２で求めた入力インピーダンスに整合回路（Ｃｍ、Ｌｍの初期値は０）を追加した場合のインピーダンス値を計算する。
【０１１９】
・手順４：手順３で求めたインピーダンス値から反射係数絶対値｜Γ｜を算出する。
【０１２０】
・手順５：反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒを超えたか調べる。超えていない場合は、結合係数ｋを更新して手順２に戻る。超えている場合は、現在の結合係数ｋ及びこれに対応する反射係数絶対値｜Γ｜を量子化境界として保存して手順６に進む。
（３）量子化代表値を求める処理
・手順６：結合係数ｋを直前に手順２〜５で求められた量子化境界の値に設定する。また、このときの入力インピーダンスを計算する。
【０１２１】
・手順７：結合係数ｋを更新し、その値に対応するキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍをセットする。
【０１２２】
・手順８：手順６で求めた入力インピーダンスに手順７でセットしたキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを追加したときのインピーダンス値を計算する。
【０１２３】
・手順９：手順８で求めたインピーダンス値から反射係数絶対値｜Γ｜を算出する。
【０１２４】
・手順１０：反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒを超えたか否か調べる。超えていない場合は、結合係数ｋを更新して手順７に戻る。超えている場合は、現在の結合係数ｋ及び現在のキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを量子化代表値として保存する。終了確認処理（手順１１）に進む。
（４）終了確認処理
・手順１１：結合係数ｋが予め定められた所定の終了値に達していたら全ての処理を終了する。まだ達していない場合は、再び手順２に戻って反復処理を行う。
【０１２５】
次に、上述の手順１〜手順１１によって生成された第１の記憶部２５に記憶するテーブルの具体例について説明する。なお、以後では、閾値｜Γ｜ｔｈｒは０．０７０７に設定される。この場合、量子化境界での反射による損失（|Γ|２に相当する。）は、０．５％である。
【０１２６】
図１７（ａ）は、量子化前のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｇｃｍ１」、及び、量子化後のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｑｃｍ１」を示す。また、図１７（ｂ）は、量子化前のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｇｌｍ１」、及び、量子化後のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｑｌｍ１」を示す。図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、キャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍ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（即ち、量子化境界の間隔）が小さくように量子化されている。
【０１２７】
図１８は、実際に第１の記憶部２５に保持されるテーブルの一例を示す。図１８に示すテーブルでは、行ごとに反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値と、結合係数ｋの量子化境界の下限値と、キャパシタンス補正量Ｃｍと、インダクタンス補正量Ｌｍとが対応づけられている。また、反射係数絶対値｜Γ｜の各値域には、インデックスＩｄｘが「０」から「１２」まで割当てられている。ここで、反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の上限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の上限値は、１だけ小さいインデックスＩｄｘに対応する反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の下限値に基づき定められる。図１８に示すように、インデックスＩｄｘは、結合係数ｋが大きいほど大きい値が割り当てられている。なお、第１の記憶部２５は、必ずしも結合係数ｋの値を記憶しなくともよい。
【０１２８】
次に、上述の手順１〜手順１１によって生成された第２の記憶部２７の具体例について説明する。
【０１２９】
図１９（ａ）は、量子化前のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｇｌｍ２」、及び、量子化後のインダクタンス補正量Ｌｍの推移を示すグラフ「Ｑｌｍ２」を示す。また、図１９（ｂ）は、量子化前のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｇｃｍ２」、及び、量子化後のキャパシタンス補正量Ｃｍの推移を示すグラフ「Ｑｃｍ２」を示す。図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、キャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍ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ている。
【０１３０】
図２０は、実際に第２の記憶部２７としてインピーダンス整合装置２に保持されるテーブルの一例を示す。図２０に示すテーブルでは、行ごとに反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値と、結合係数ｋの量子化境界の下限値と、キャパシタンス補正量Ｃｍと、インダクタンス補正量Ｌｍとが対応づけられている。また、反射係数絶対値｜Γ｜の各値域には、インデックスＩｄｘが「−１」から「−１２」まで割当てられている。ここで、反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の上限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の上限値は、１だけ小さいインデックスＩｄｘに対応する反射係数絶対値｜Γ｜の量子化境界の下限値、及び、結合係数ｋの量子化境界の下限値に基づき定められる。図２０に示すように、インデックスＩｄｘは、図１８と同様、結合係数ｋが大きいほど大きい値が割り当てられている。さらに、インデックスＩｄｘは、図１８、図２０を通して、「−１２」から「１２」までの連番が付され、結合係数ｋが大きいほど大きい値が割り当てられている。なお、第２の記憶部２７は、必ずしも結合係数ｋの値を記憶しなくともよい。
【０１３１】
［第２インピーダンス整合］
次に、整合後状態にインピーダンス整合装置２が実行する第２インピーダンス整合について具体的に説明する。概略的には、インピーダンス整合装置２は、整合後状態では、反射係数絶対値｜Γ｜を所定の周期ごとに検出し、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きくなったか否か監視する。そして、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きくなった場合、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも遅れているか又は進んでいるかに基づき読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。ここで、インピーダンス整合装置２は、後述するように、進行波電圧Ｖｆの位相よりも反射波電圧Ｖｒの位相の方が遅れている場合には、整合状態から送受信アンテナの結合が強くなる方向に整合がずれていると判断し、インデックスＩｄｘが大きくなる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。一方、インピーダンス整合装置２は、進行波電圧Ｖｆの位相よりも反射波電圧Ｖｒの位相の方が進んでいる場合には、整合状態から送受信アンテナの結合が弱くなる方向に整合がずれていると判断し、インデックスＩｄｘが小さくなる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。
【０１３２】
以下、送受信アンテナの結合が強くなる方向に整合がずれていく場合と、送受信アンテナの結合が弱くなる方向に整合がずれていく場合とに場合分けして説明する。
【０１３３】
（結合が強くなる方向に整合がずれていく場合）
まず、送受信アンテナの結合が強くなる方向に整合がずれて行く場合、即ち、結合係数ｋが増加する方向に送受信アンテナの状態が変化する場合について説明する。
【０１３４】
図２１（ａ）は、結合係数ｋが０．１のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．１２〜０．３と増加した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１０」は、結合係数ｋが０．１の場合、即ち整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１１」は、結合係数ｋが０．１２の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１２」は、結合係数ｋが０．１５の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１３」は、結合係数ｋが０．２の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１４」は、結合係数ｋが０．３の場合に相当する。また、図２１（ｂ）は、結合係数ｋが０．０５５のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．０６〜０．１０と増加した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１５」は、結合係数ｋが０．０５５の場合、即ち、整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１６」は、結合係数ｋが０．０６の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１７」は、結合係数ｋが０．０７の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１８」は、結合係数ｋが０．０８の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ１９」は、結合係数ｋが０．１０の場合に相当する。
【０１３５】
ここで、図２１（ａ）に示すグラフＧｖｒ１０は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＲ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。一方、図２１（ｂ）に示すグラフＧｖｒ１５は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＬ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。そして、これらの場合のいずれも、結合が強くなる方向に整合がずれて行く場合には、進行波電圧Ｖｆの位相より反射波電圧Ｖｒの位相の方が遅れている（グラフＧｖｒ１１〜Ｇｖｒ１４及びグラフＧｖｒ１６〜Ｇｖｒ１９参照）。なお、反射波電圧Ｖｒの位相の遅れる度合いは、第１インピーダンス整合の実行直前のインピーダンス点により一意に定まる。具体的には、反射波電圧Ｖｒの位相の遅れる度合いは、スミスチャートの中心点である整合ポイントに近いインピーダンス点であるほど、小さくなる。
【０１３６】
また、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、整合状態の結合係数ｋから離れた結合係数ｋの場合ほど、即ち、結合係数ｋの増大に起因して整合状態からのずれが大きくなるほど、反射波電圧Ｖｒのレベルが大きくなる。また、式（１）から、反射波電圧Ｖｒのレベル（絶対値）が大きいほど、反射係数絶対値｜Γ｜は大きくなる。従って、反射係数絶対値｜Γ｜が大きいほど整合状態からのずれが大きいため、調整ステップ幅決定部２９は、この場合、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する必要がある。
【０１３７】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、送信システム１００が整合後状態になった後、反射係数絶対値｜Γ｜を監視することで整合状態の悪化の有無を判断する。そして、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜が増大し、かつ、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相より遅れた状態であると判断した場合、送受信アンテナ間の結合が強くなる方向に整合がずれていると特定する。即ち、この場合、調整方向決定部２８は、現在使用している制御値Ｔｃに相当するインデックスＩｄｘから、結合係数ｋが大きくなる方向、図１８、図２０ではインデックスＩｄｘが大きくなる方向を、読み出し方向Ｄｉｄｘとして定める。また、好適には、調整ステップ幅決定部２９は、整合状態からの反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅が大きいほど、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きくする。これにより、インピーダンス整合装置２は、迅速に送信システム１００を再び整合状態に移行させることができる。調整ステップ幅決定部２９によるステップ幅Ｗｉｄｘの決定方法の詳細は、［ステップ幅決定方法］のセクションで後述する。なお、調整ステップ幅決定部２９は、上述の説明に代えて、反射係数絶対値｜Γ｜によらず、ステップ幅Ｗｉｄｘを常に予め定めた所定値（例えば「１」）に定めてもよい。
【０１３８】
（結合が弱くなる方向に整合がずれていく場合）
次に、送受信アンテナの結合が弱くなる方向に整合がずれて行く場合、即ち、結合係数ｋが減少する方向に送受信アンテナの状態が変化する場合について説明する。
【０１３９】
図２２（ａ）は、結合係数ｋが０．１のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．０５〜０．０９と減少した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１０」は、図２１（ａ）と同様、結合係数ｋが０．１の場合、即ち整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２１」は、結合係数ｋが０．０９の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２２」は、結合係数ｋが０．０８の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２３」は、結合係数ｋが０．０７の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２４」は、結合係数ｋが０．０６の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２５」は、結合係数ｋが０．０５の場合に相当する。また、図２２（ｂ）は、結合係数ｋが０．０５５のときに第１インピーダンス整合により送信システム１００が整合状態となり、その後、結合係数ｋが０．０２〜０．０５と減少した場合の進行波電圧Ｖｆと各反射波電圧Ｖｒの波形を示す。具体的には、グラフ「Ｇｖｒ１５」は、図２１（ｂ）と同様、結合係数ｋが０．０５５の場合、即ち、整合状態の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２６」は、結合係数ｋが０．０５の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２７」は、結合係数ｋが０．０４の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２８」は、結合係数ｋが０．０３の場合に相当し、グラフ「Ｇｖｒ２９」は、結合係数ｋが０．０２の場合に相当する。
【０１４０】
ここで、図２２（ａ）に示すグラフＧｖｒ１０は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＲ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。図２２（ｂ）に示すグラフＧｖｒ１５は、第１インピーダンス整合の実行時のインピーダンス点が破線枠ＷＬ内の入力インピーダンス軌跡Ｔｒ上にあった場合に相当する。これらの場合のいずれも、結合が弱くなる方向に整合がずれて行く場合には、進行波電圧Ｖｆの位相より反射波電圧Ｖｒの位相の方が進んでいる（グラフＧｖｒ２１〜Ｇｖｒ２９参照）。なお、反射波電圧Ｖｒの位相が進む度合いは、第１インピーダンス整合の実行直前のインピーダンス点により一意に定まる。具体的には、反射波電圧Ｖｒの位相が進む度合いは、スミスチャートの中心点である整合ポイントに近いインピーダンス点であるほど、大きくなる。
【０１４１】
また、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、整合状態の結合係数ｋから離れた結合係数ｋの場合ほど、即ち、結合係数ｋの増大に起因して整合状態からのずれが大きくなるほど、反射波電圧Ｖｒのレベルが大きくなる。また、式（１）から、反射波電圧Ｖｒのレベルが大きいほど、反射係数絶対値｜Γ｜は大きくなる。従って、反射波係数絶対値｜Γ｜が大きいほど整合状態からのずれが大きいことから、調整ステップ幅決定部２９は、この場合ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する必要がある。
【０１４２】
以上を勘案し、インピーダンス整合装置２は、送信システム１００が整合後状態になった後、反射係数絶対値｜Γ｜を監視することで整合状態の悪化の有無を判断する。そして、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜が増大し、かつ、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相より進んだ状態であると判断した場合、送受信アンテナ間の結合が弱まる方向に整合がずれていると特定することができる。即ち、この場合、調整方向決定部２８は、第１インピーダンス整合の実行時に選択したインデックスＩｄｘから、結合係数ｋが小さくなる方向、図１８、図２０ではインデックスＩｄｘが大きくなる方向を、読み出し方向Ｄｉｄｘとして定めることができる。また、好適には、調整ステップ幅決定部２９は、整合状態からの反射係数絶対値｜Γ｜の変化幅が大きいほど、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きくする。これにより、インピーダンス整合装置２は、迅速に送信システム１００を再び整合状態に移行させることができる。なお、調整ステップ幅決定部２９は、上述の説明に代えて、反射係数絶対値｜Γ｜によらず、ステップ幅Ｗｉｄｘを常に予め定めた所定値に定めてもよい。
【０１４３】
［動作例及び効果］
次に、インピーダンス整合装置２の動作の具体例及びそれに付随する効果について説明する。
【０１４４】
（第１インピーダンス整合）
まず、送信システム１００が初期状態の場合、即ち、送信回路１と送信アンテナ４との間でまだインピーダンス整合を行っていない場合に実行する第１インピーダンス整合の処理について説明する。
【０１４５】
初期状態では、インピーダンス整合装置２は、スイッチ部３２によりスルー回路３１が送信回路１と送信アンテナ４との間に連結するように挿入されている。ここで、送受信アンテナ間の結合係数ｋは、０．０９５であったとする。この状態は、図２に示す先端オープン型ヘリカルアンテナを使用した場合、比較的結合が強い状態に属する。また、方向性結合器が進行波・反射波抽出部２１として使用される。また、閾値｜Γ｜ｔｈｒは０．０７０７とする。
【０１４６】
まず、進行波・反射波抽出部２１が進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとを抽出する。そして、反射係数算出部２２は、前述した式（１）に基づき反射係数絶対値｜Γ｜を算出する。
【０１４７】
また、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒの位相関係、即ち、それらが同相であるか逆相であるかを判定する。そして、これらがほぼ同相の場合、整合回路選択部３３は第１形式の整合回路２４を選択すると共に、記憶部選択部３４は第１の記憶部２５を選択する。一方、上述の位相関係がほぼ逆相であった場合、整合回路選択部３３が第２形式の整合回路２６を選択すると共に、記憶部選択部３４が第２の記憶部２７を選択する。
【０１４８】
図２３（ａ）は、第１インピーダンス整合の実行直前の進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの波形を示す。図２３（ａ）において、グラフ「Ｇｖｆ」は、進行波電圧Ｖｆの波形に相当し、グラフ「Ｇｖｒ」は、反射波電圧Ｖｒの波形に相当する。図２３（ａ）に示すように、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒはほぼ同相となる。従って、第１の記憶部２５及び第１形式の整合回路２４がそれぞれ選択される。また、図２３（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「６．３ｍＶ」と観測されている。従って、反射係数絶対値｜Γ｜は、０．４０と算出される。図２３（ｂ）は、伝送効率の周波数特性を示す。駆動周波数が「１５．７ＭＨｚ」の場合における伝送効率は８２％である。
【０１４９】
次に、第１の記憶部２５に記憶されたテーブルから制御値Ｔｃを選択する処理について説明する。図１８に示すテーブル上で、反射係数絶対値｜Γ｜が０．４０である場合に対応するインデックスＩｄｘは、「３」であり、その量子化代表値は、キャパシタンス補正量Ｃｍが「９４ｐＦ」、インダクタンス補正量Ｌｍが「５８７ｎＨ」である。そして、制御値出力部３５は、これらのキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍを第１形式の整合回路２４の可変キャパシタ要素２４１、可変インダクタ要素２４０に設定する。
【０１５０】
図２４（ａ）は、上述の制御値Ｔｃに基づきインピーダンス整合を行った場合の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの波形を示す。また、図２４（ｂ）は、伝送効率の周波数特性を示す。図２４（ａ）のグラフでは、進行波電圧Ｖｆが「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「０．４３ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０２７と計算される。従って、反射による損失は、０．０７％と非常に小さい。また、伝送効率は、「１５．７ＭＨｚ」の駆動周波数で９７．６％に改善されている。
【０１５１】
（第２インピーダンス整合）
以下では、整合後状態において、送受信アンテナ間の結合の変化の影響により、整合状態から整合がずれた場合に実行する第２インピーダンス整合の処理について場合分けして説明する。
【０１５２】
１．結合が強くなる方向に整合がずれる場合
ここで、送受信アンテナ間のギャップＧｐが小さくなり、結合係数ｋが０．０９５から０．１０２に増加したものとする。なお、整合回路は、第１インピーダンス整合により設定された制御値Ｔｃ、即ち第１の記憶部２５のテーブル内のインデックスＩｄｘが３の制御値Ｔｃが反映されたままである。図２５（ａ）は、上述の状態に相当する進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの波形を示す。図２５（ｂ）は、伝送効率の周波数特性を示す。図２５（ａ）では、進行波電圧Ｖｆは「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒは「１．５４ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０９７と計算される。従って、図２５に示す状態では、整合の悪化に起因して、不整合による反射の損失は０．９５％まで上昇した。一方、伝送効率は９７．２％であり、僅かに低下したがほとんど変化がない。
【０１５３】
図２５に示す状態では、反射係数絶対値｜Γ｜（０．０９７）は、予め設定した閾値｜Γ｜ｔｈｒ（０．０７０７）を超えている。従って、インピーダンス整合装置２は、第２インピーダンス整合を行う。
【０１５４】
ここで、図２５（ａ）の進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相とを比較すると、反射波電圧Ｖｒの位相は、進行波電圧Ｖｆの位相より遅れている。従って、インピーダンス整合装置２は、この場合、送受信アンテナ間の結合が強くなる方向にずれたと判断することができる。そして、調整方向決定部２８は、第１の記憶部２５に記憶された図１８に示されるテーブルから、第１インピーダンス整合時に選択されたインデックスＩｄｘを３から増加させる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。また、ここでは、調整ステップ幅決定部２９は、ステップ幅Ｗｉｄｘを予め定められた所定値である「１」に設定する。従って、ここでは、記憶部選択部３４は、第１の記憶部２５からインデックスＩｄｘが「４」の場合に相当する制御値Ｔｃ、即ち、キャパシタンス補正量Ｃｍが「８７ｐＦ」及びインダクタンス補正量Ｌｍが「７３６ｎＨ」）を抽出する。そして、制御値出力部３５は、この制御値Ｔｃを、第１形式の整合回路２４に設定する。
【０１５５】
図２６（ａ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒを示す。図２６（ｂ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の伝送効率を示す。図２６（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．７３ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「０．７２ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０４６と計算される。このように、整合回路に設定する制御値Ｔｃが更新されたことにより、不整合による反射の損失は、０．２１％まで減少した。また、伝送効率は、９７．１％となり、引続きほとんど変化がない。
【０１５６】
ここで注目すべきは、図２４（ｂ）、図２５（ｂ）、図２６（ｂ）に示すように、一度インピーダンス整合がなされた後では、伝送効率は、ほとんど変化しないということである。即ち、インピーダンス整合装置２は、伝送効率に大きな悪影響が出る前に、反射係数絶対値｜Γ｜の変化を観測し、この値が常に所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下となるように制御することで、伝送効率を常に高い状態で維持させることができている。
【０１５７】
２．結合が弱くなる方向に整合がずれる場合
ここで、結合係数ｋが０．０９５の状態に対して一度インピーダンス整合がなされた後、送受信アンテナ間のギャップＧｐが大きくなり、結合係数ｋが０．０８５になった場合について述べる。なお、整合回路は、第１インピーダンス整合により設定された制御値Ｔｃ、即ち第１の記憶部２５のテーブル内のインデックスＩｄｘが３の制御値Ｔｃが反映されたままである。図２７（ａ）は、上述の状態に相当する進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒの波形を示す。図２７（ｂ）は、上述の状態に相当する伝送効率を示す。図２７（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．７ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「１．２９ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０８２と計算される。このように、整合の悪化に伴い、不整合による反射の損失は０．６８％まで増加した。一方、図２７（ｂ）に示すように、駆動周波数における伝送効率は、９６．１％と若干低下したが、９６％以上という高い値は維持している。
【０１５８】
図２７に示す状態では、反射係数絶対値｜Γ｜（０．０８２）は、予め設定した閾値｜Γ｜ｔｈｒ（０．０７０７）を超えている。従って、インピーダンス整合装置２は、第２インピーダンス整合を行う。
【０１５９】
図２７（ａ）の進行波電圧Ｖｆの位相と反射波電圧Ｖｒの位相とを比較すると、反射波電圧Ｖｒの位相は、進行波電圧Ｖｆの位相より進んでいる。従って、インピーダンス整合装置２は、この場合、送受信アンテナ間の結合が弱まる方向にずれたと判断することができる。そして、調整方向決定部２８は、第１の記憶部２５に記憶された図１８に示されるテーブルから、第１インピーダンス整合時に選択されたインデックスＩｄｘを「３」から減少させる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを定める。また、ここでは、調整ステップ幅決定部２９は、ステップ幅Ｗｉｄｘを予め定められた所定値である「１」に設定する。従って、ここでは、記憶部選択部３４は、第１の記憶部２５からインデックスＩｄｘが「２」の場合に相当する制御値Ｔｃ、即ち、キャパシタンス補正量Ｃｍが「９５ｐＦ」及びインダクタンス補正量Ｌｍが「４４３ｎＨ」）を抽出する。そして、制御値出力部３５は、この制御値Ｔｃを、第１形式の整合回路２４に設定する。
【０１６０】
図２８（ａ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒを示す。図２８（ｂ）は、上述の制御値Ｔｃが設定された後の伝送効率を示す。図２８（ａ）では、進行波電圧Ｖｆが「１５．８ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒが「０．９５ｍＶ」と観測され、反射係数絶対値｜Γ｜は、０．０６０と計算される。そして、整合回路に設定する制御値Ｔｃが更新されたことにより、不整合による反射の損失は０．３６％まで減少した。また、伝送効率は、９７．４％と改善され、高い値を維持している。
【０１６１】
このように、結合が徐々に大きくなる場合と同様、図２４（ｂ）、図２７（ｂ）、図２８（ｂ）に示すように、一度インピーダンス整合がなされた後の伝送効率は、９６％以上という高い値に維持されている。即ち、インピーダンス整合装置２は、伝送効率に大きな悪影響が出る前に、反射係数絶対値｜Γ｜の変化を観測し、この値が常に所定の閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下となるように制御することで、伝送効率を常に高い状態で維持させることができている。
【０１６２】
以上の１．及び２．に記した例では、初期状態として比較的結合の強い状態（ｋ＝０．０９５）から整合がずれた場合について説明したが、比較的結合が弱い状態から整合がずれる場合についても同様に対処することができる。なお、その場合、インピーダンス整合装置２は、第２の記憶部２７に記憶した図２０に示すテーブルを参照して制御値Ｔｃを定める。
【０１６３】
［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補足説明する。
【０１６４】
上述の「２．結合が弱くなる方向に整合がずれる場合」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、送受信アンテナ間のギャップＧｐ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、インピーダンス整合装置２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、インピーダンス整合装置２は、ギャップＧｐの変化、位置ずれ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。
【０１６５】
具体的には、以下のような実装方法が考えられる。
【０１６６】
ここで、第１インピーダンス整合実行後の図２４に示す整合状態からギャップＧｐが小さくなり、結合係数ｋが０．０９５から０．１２に変化したとする。このとき、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとは、それぞれ「１５．８８ｍＶ」及び「４．０３ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．２５４となる。この場合、インピーダンス整合装置２は、インデックスＩｄｘを、現在の「３」から、結合が強くなる方向にステップ幅Ｗｉｄｘ「２」だけ移動させて、「５」にしたとする。このとき、整合回路に反映される制御値Ｔｃは、キャパシタンス補正量Ｃｍが「７８ｐＦ」、インダクタンス補正量Ｌｍが「８９６ｕＨ」である。その結果、当該制御値Ｔｃを反映後の進行波電圧Ｖｆは「１５．７４ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒは「０．４８４ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０３となる。このように、インピーダンス整合装置２は、ステップ幅Ｗｉｄｘを適切に設定することで、一挙に整合改善することが出来る。
【０１６７】
また、第１インピーダンス整合実行後の図２４に示す整合状態からギャップＧｐが大きくなり、結合係数ｋが０．０９５から０．１４５まで増加したとする。このとき進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒは、それぞれ「１５．９７ｍＶ」及び「６．７３ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．４２となる。この場合、インピーダンス整合装置２は、インデックスＩｄｘを、現在の「３」から、結合が強くなる方向にステップ幅Ｗｉｄｘ「３」だけ移動させて、「６」にしたとする。このとき、整合回路に反映される制御値Ｔｃは、キャパシタンス補正量Ｃｍが「６９ｐＦ」、インダクタンス補正量Ｌｍが「１０７０ｕＨ」である。その結果、進行波電圧Ｖｆは「１５．７６ｍＶ」、反射波電圧Ｖｒは「０．３４４ｍＶ」となり、反射係数絶対値｜Γ｜は０．０２２となる。このように、インピーダンス整合装置２は、ステップ幅Ｗｉｄｘを適切に設定することで、一挙に整合改善することが出来る。
【０１６８】
以上より、一例として、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、インピーダンス整合装置２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のテーブルを予めメモリに記憶しておく。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、インピーダンス整合装置２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、送受信アンテナ間のギャップＧｐの変化、位置ずれ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。
【０１６９】
［処理フロー］
次に、第１実施形態における処理手順について説明する。以下では、まず、第１インピーダンス整合の処理手順について説明した後、第２インピーダンス整合の処理手順について説明する。
【０１７０】
（第１インピーダンス整合）
図２９は、第１実施形態においてインピーダンス整合装置２が実行する処理手順を示すフローチャートである。インピーダンス整合装置２は、図２９に示す処理を、所定のタイミングで実行する。
【０１７１】
まず、整合回路選択部３３は、スイッチ部３２をスルー回路３１に設定する（ステップＳ１０１）。そして、進行波・反射波抽出部２１は、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Ｓ１０２）。そして、反射係数算出部２２は、反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、反射係数算出部２２は、式（１）を参照し、進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒに基づき算出する。
【０１７２】
次に、整合回路選択部３３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Ｓ１０４）。これにより、整合回路選択部３３は、インピーダンスの整合を行う必要があるか否か判定する。そして、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下の場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、インピーダンスの整合を行う必要がないと判断し、スイッチ部３２の設定を変更しない。一方、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、インピーダンスの整合を行う必要があると判断し、ステップＳ１０５へ処理を進める。
【０１７３】
次に、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとに基づき第１位相判定を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、位相判定部２３は、これらの電圧が同相に近いか又は逆相に近いか判定する。そして、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相に近いと判断した場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、記憶部選択部３４は、第１の記憶部２５を選択する（ステップＳ１０７）。そして、記憶部選択部３４は、反射係数絶対値｜Γ｜に対応した制御値Ｔｃの読み出しを行う（ステップＳ１０８）。そして、制御値出力部３５は、第１形式の整合回路２４に制御値Ｔｃを設定する（ステップＳ１０９）。そして、整合回路選択部３３は、スイッチ部３２を第１形式の整合回路２４に設定する（ステップＳ１１０）。
【０１７４】
一方、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒが同相に近くない、即ち逆相に近いと判断した場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、記憶部選択部３４は、第２の記憶部２７を選択する（ステップＳ１１１）。そして、記憶部選択部３４は、反射係数絶対値｜Γ｜に対応した制御値Ｔｃの読み出しを行う（ステップＳ１１２）。そして、制御値出力部３５は、第２形式の整合回路２６に制御値Ｔｃを設定する（ステップＳ１１３）。そして、整合回路選択部３３は、スイッチ部３２を第２形式の整合回路２６に設定する（ステップＳ１１４）。
【０１７５】
（第２インピーダンス整合）
図３０は、第２インピーダンスの処理手順を示すフローチャートの一例である。インピーダンス整合装置２は、図３０に示すフローチャートの処理を、図２９の処理を実行後、所定の周期に従い繰り返し実行する。
【０１７６】
まず、インピーダンス整合装置２は、整合状態を基準の状態に設定する（ステップＳ２０１）。具体的には、インピーダンス整合装置２は、第１又は第２インピーダンス整合が行われた直後の送信システムを基準の状態と定める。なお、当該基準の状態では、インピーダンス整合の結果、反射係数絶対値｜Γ｜は、ほぼ「０」とみなせるほど小さい。よって、以下では、当該基準の状態の反射係数絶対値｜Γ｜は「０」であるものとして取り扱う。
【０１７７】
次に、進行波・反射波抽出部２１は、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Ｓ２０２）。そして、反射係数算出部２２は、反射係数絶対値｜Γ｜を算出する（ステップＳ２０３）。具体的には、反射係数算出部２２は、式（１）を参照し、進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒに基づき算出する。
【０１７８】
次に、整合回路選択部３３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Ｓ２０４）。これにより、整合回路選択部３３は、インピーダンスの整合を行う必要があるか否か判定する。そして、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒ以下の場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、インピーダンスの整合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。一方、整合回路選択部３３は、反射係数絶対値｜Γ｜が閾値｜Γ｜ｔｈｒより大きい場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、インピーダンスの整合を行う必要があると判断し、ステップＳ２０５へ処理を進める。
【０１７９】
次に、位相判定部２３は、進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒとの第２位相判定を行う（ステップＳ２０５）。具体的には、位相判定部２３は、反射波電圧Ｖｒの位相は進行波電圧Ｖｆの位相より遅れているか否か判定する（ステップＳ２０６）。そして位相判定部２３は、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも遅れていると判断した場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、調整方向決定部２８は、送受信アンテナ間の結合が強まる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する（ステップＳ２０７）。具体的には、調整方向決定部２８は、現在整合回路に反映されている制御値Ｔｃに係るインデックスＩｄｘよりも大きいインデックスＩｄｘが存在する方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。そして調整ステップ幅決定部２９は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づきステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ２０８）。具体的には、調整ステップ幅決定部２９は、例えば所定のマップ又はテーブルを参照し、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する。上述のマップ等は、例えば予め実験等に基づき作成され、インピーダンス整合装置２のメモリに記憶される。
【０１８０】
一方、位相判定部２３は、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも遅れていないと判断した場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、即ち、反射波電圧Ｖｒの位相が進行波電圧Ｖｆの位相よりも進んでいると判断した場合、調整方向決定部２８は、送受信アンテナ間の結合が弱まる方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する（ステップＳ２０９）。具体的には、調整方向決定部２８は、現在整合回路に反映されている制御値Ｔｃに係るインデックスＩｄｘよりも小さいインデックスＩｄｘが存在する方向に読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。そして、調整ステップ幅決定部２９は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づきステップ幅Ｗｉｄｘを決定する（ステップＳ２１０）。具体的には、調整ステップ幅決定部２９は、ステップＳ２０８と同様、例えば所定のマップ又はテーブルを参照し、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、ステップ幅Ｗｉｄｘを大きく設定する。
【０１８１】
次に、読み出し位置決定部３０は、使用する記憶部及びインデックスＩｄｘを決定する（ステップＳ２１１）。具体的には、読み出し位置決定部３０は、決定された読み出し方向Ｄｉｄｘ及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき該当するインデックスＩｄｘ及び当該インデックスＩｄｘに係る制御値Ｔｃを記憶した記憶部を特定する。
【０１８２】
次に、制御値出力部３５は、制御値Ｔｃを読み出すと共に、制御値Ｔｃを整合回路に反映し、整合回路選択部３３は、適宜スイッチ部３２の切り替えを行う（ステップＳ２１２）。具体的には、整合回路選択部３３は、第１の記憶部２５が記憶する制御値Ｔｃが使用される場合には、第１形式の整合回路２４が有効になるようにスイッチ部３２を動作させる。一方、整合回路選択部３３は、第２の記憶部２７が記憶する制御値Ｔｃが使用される場合には、第２形式の整合回路２６を選択するようにスイッチ部３２を動作させる。
【０１８３】
ここで、図３０のフローチャートについて補足説明する。ステップＳ２０８及びＳ２１０の処理は、実装する必要が無い場合は省略可能である。その場合は、例えばステップ幅Ｗｉｄｘは、例えば「１」に固定される。
【０１８４】
また、ステップＳ２１１において、インピーダンス整合装置２は、第１の記憶部２５から第２の記憶部２７に切り替えて使用する場合がある。例えば、インピーダンス整合装置２は、現在が第１の記憶部２５のテーブル内のインデックスＩｄｘ「１」に係る制御値Ｔｃを使用していたとする。このとき、ギャップＧｐの急激な変化等に起因して、インピーダンス整合装置２は、読み出し方向Ｄｉｄｘを送受信アンテナ間の結合が弱まる方向に設定すると共に、ステップ幅Ｗｉｄｘを「４」に設定した場合には、選択されるインデックスＩｄｘは「−３」となる。従って、この場合、インピーダンス整合装置２は、第１の記憶部２５から第２の記憶部２７に切り替えて制御値Ｔｃを使用する。また、この場合、インピーダンス整合装置２は、第１形式の整合回路２４から第２形式の整合回路２６に、使用する整合回路を切り替える。このように、インピーダンス整合装置２は、柔軟に第１の記憶部２５と第２の記憶部２７とを切り替えて使用することで、制御値Ｔｃを適切に選択することができる。
【０１８５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１形式の整合回路２４と、第２形式の整合回路２６とが１の統合された整合回路により実現されている点で、第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と同様の部分については、適宜その説明を省略する。
【０１８６】
図３１は、第２実施形態に係る送信システム１００Ａの概略構成図の一例である。送信システム１００Ａは、送信回路１と、インピーダンス整合装置２Ａと、送信アンテナ４と、を備える。
【０１８７】
インピーダンス整合装置２Ａは、第１実施形態における第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６が統合された整合回路２４Ａを備える。整合回路２４Ａは、スイッチ部３２Ｙの切り替えにより、第１形式の整合回路２４としての機能と、第２形式の整合回路２６としての機能とが切り替わる。整合回路２４Ａは、第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６で使用される可変インダクタ要素２４０、２６０の制御範囲、即ちこれらに設定され得るインダクタンス補正量Ｌｍが全て設定可能な１の可変インダクタ要素を備える。また、整合回路２４Ａは、第１形式の整合回路２４及び第２形式の整合回路２６で使用される可変キャパシタ要素２４１、２６１の制御範囲、即ちこれらに設定され得るキャパシタンス補正量Ｃｍが全て設定可能な１の可変キャパシタ要素を備える。
【０１８８】
また、インピーダンス整合装置２Ａは、スルー回路３１と整合回路２４Ａとを選択可能なスイッチ部３２Ｘと、整合回路２４Ａがスイッチ部３２Ｘにより選択された場合に第１形式の整合回路２４の構成と第２形式の整合回路２６の構成とを切換えるスイッチ部３２Ｙと、を備える。
【０１８９】
以上のように、第２実施形態では、インピーダンス整合装置２Ａは、スイッチ部３２Ｘ、３２Ｙを切り替えることで、１の整合回路２４Ａにより、第１実施形態と同様にインピーダンス整合を実行することができる。
【０１９０】
＜変形例＞
次に、第１実施形態及び第２実施形態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実施形態及び第２実施形態に適用してもよい。
【０１９１】
（変形例１）
第１実施形態では、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に基づき、図１８、図２０などのテーブルを参照して、制御値Ｔｃを特定した。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。これに代えて、インピーダンス整合装置２は、反射係数絶対値｜Γ｜に相当する値（以後、「反射係数絶対値相当値」とも呼ぶ。）に基づき、制御値Ｔｃを特定してもよい。ここで、反射係数絶対値相当値は、反射係数絶対値｜Γ｜の他、インピーダンス値の絶対値など反射係数絶対値｜Γ｜と一意の関係にある値、その他相関のある値が該当する。
【０１９２】
ここで、インピーダンス値の絶対値に基づき制御値Ｔｃを特定する場合について説明する。この場合、インピーダンス整合装置２は、正規化インピーダンス（第１実施形態では、５０Ω）より大きいインピーダンス値の絶対値の量子化境界と、量子化代表値となる制御値Ｔｃとのテーブルを第１の記憶部２５に記憶すると共に、正規化インピーダンスより小さいインピーダンス値の絶対値の量子化境界と、量子化代表値となる制御値Ｔｃとのテーブルを第２の記憶部２７に記憶する。また、このとき、各量子化境界、量子化代表値に対応して、例えば結合係数ｋが大きいほど大きい値となるインデックスＩｄｘが割当てられる。第１の記憶部２５、第２の記憶部２７に記憶する具体的な制御値Ｔｃは、例えば第１実施形態と同様、計算又は実験により予め設定される。
【０１９３】
そして、インピーダンス整合装置２は、第１インピーダンス整合を実行する際、現在のインピーダンス値の絶対値を算出すると共に、当該インピーダンス値の絶対値が正規化インピーダンスより所定値以上離れていた場合、第１位相判定結果Ｊｒ１に基づき使用する記憶部を特定する。次に、インピーダンス整合装置２は、インピーダンス値の絶対値に基づき、特定した記憶部から制御値Ｔｃを特定し、特定した記憶部に対応する整合回路に当該制御値Ｔｃを反映させる。また、インピーダンス整合装置２は、第２インピーダンス整合では、第１実施形態と同様、第２位相判定結果Ｊｒ２に基づき読み出し方向Ｄｉｄｘを決定する。また、インピーダンス整合装置２は、インピーダンス値の絶対値の整合状態からの変化幅に基づき所定のテーブル又はマップを参照して、又は予め定めた固定値を使用して、ステップ幅Ｗｉｄｘを決定する。そして、インピーダンス整合装置２は、当該読み出し方向Ｄｉｄｘ及びステップ幅Ｗｉｄｘに基づき参照する記憶部及びインデックスＩｄｘを特定し、該当する制御値Ｔｃを特定した記憶部に対応する整合回路に反映させる。
【０１９４】
（変形例２）
第１実施形態では、送信アンテナ４及び受信アンテナは、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、送信アンテナ４及び受信アンテナは、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。また、入力インピーダンス軌跡Ｔｒは、送受信アンテナを実際に対向させて実験により測定されて導出されてもよい。
【０１９５】
（変形例３）
本発明に適用可能な整合回路の構成は、図１又は図３１に示す構成に限定されない。これについて、図３３を参照して説明する。
【０１９６】
図３３（ａ）は、第１形式の整合回路２４と第２形式の整合回路２６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３３（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２４として機能することが可能であり、第２形式の整合回路２６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２４と第２形式の整合回路２６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。
【０１９７】
図３３（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３３（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２４として機能することが可能であり、第２形式の整合回路２６として機能することも可能である。そして、図３３（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３３（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。
【０１９８】
（変形例４）
第１実施形態では、制御値Ｔｃは、インダクタンス補正量Ｌｍ及びキャパシタンス補正量Ｃｍであった。しかし、本発明が適用可能な制御値Ｔｃはこれに限定されない。
【０１９９】
これに代えて、制御値Ｔｃとは、可変キャパシタ要素２４１、２６１に加えるキャパシタンス補正量Ｃｍを反映するための制御電圧値、可変インダクタ要素２４０、２６０を構成するスイッチ群のオン又はオフに対応したインダクタンス補正量Ｌｍを反映するためのビットパターンであってもよい。従って、この場合、インピーダンス整合装置２は、整合回路を構成する可変インダクタ要素２４０、２６０及び可変キャパシタ要素２４１、２６１を所定のキャパシタンス及びインダクタンスに設定するためのキャパシタンス補正量Ｃｍ及びインダクタンス補正量Ｌｍに相当する制御値Ｔｃを、各反射係数絶対値｜Γ｜に対応させて、第１及び第２の記憶部２５、２７に保持しておく。
（変形例５）
第１実施形態では、インピーダンス整合装置２は、第１及び第２形式の整合回路２４、２６を備え、ギャップＧｐが近くなる場合（即ち、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が強い場合）及びギャップＧｐが遠くなる場合（即ち、整合ポイントより送受信アンテナ間の結合が弱い場合）の両方の場合に、インピーダンス整合を実行した。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。
【０２００】
これに代えて、インピーダンス整合装置２は、整合ポイントとそのポイントから結合が強くなる方向の範囲でのみギャップＧｐが変化するような場合、即ち整合ポイントからギャップＧｐが近くなる方向の範囲内で整合させれば良いような場合には、第１及び第２形式の整合回路２４、２６のうち、第１形式の整合回路２４に相当する整合回路のみ備えてもよい。図３４は、ギャップＧｐが近くなる方向の不整合を整合させる送信システム１００Ｂの概略構成を示す。図３４に示すインピーダンス整合装置２Ｂは、主に、進行波・反射波抽出部２１と、反射係数算出部２２と、位相判定部２３と、整合回路２４と、記憶部２５と、調整方向決定部２８と、調整ステップ幅決定部２９と、読出し位置決定部３０と、スルー回路３１と、スイッチ部３２と、整合回路選択部３３と、制御値出力部３５と、を備える。そして、記憶部２５は第１実施形態における第１の記憶部２５に相当し、整合回路２４は第１実施形態における第１形式の整合回路２４に相当する。また、可変キャパシタ要素は、可変インダクタ要素よりも送信アンテナ４側に並列に接続されている。
【０２０１】
一方、インピーダンス整合装置２は、整合ポイントとそのポイントから結合が弱くなる方向の範囲でのみギャップＧｐが変化するような場合、即ち整合ポイントからギャップＧｐが遠くなる方向の範囲内で整合させれば良いような場合には、第１及び第２形式の整合回路２４、２６のうち、第２形式の整合回路２６に相当する整合回路のみ備えてもよい。図３５は、ギャップＧｐが遠くなる方向の不整合を整合させる送信システム１００Ｃの概略構成を示す。図３５に示すインピーダンス整合装置２Ｂは、主に、進行波・反射波抽出部２１と、反射係数算出部２２と、位相判定部２３と、整合回路２４と、記憶部２５と、調整方向決定部２８と、調整ステップ幅決定部２９と、読出し位置決定部３０と、スルー回路３１と、スイッチ部３２と、整合回路選択部３３と、制御値出力部３５と、を備える。そして、記憶部２５は第１実施形態における第２の記憶部２７に相当し、整合回路２４は第１実施形態における第２形式の整合回路２６に相当する。また、可変キャパシタ要素は、可変インダクタ要素よりも送信回路１側に並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
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】
【０２０３】
１ 送信回路
２、２Ａ インピーダンス整合装置
４ 送信アンテナ
１１ 送信信号源
１２ 増幅部
２１ 進行波・反射波抽出部
２２ 反射係数算出部
２３ 位相判定部
２４ 第１形式の整合回路
２５ 第１の記憶部
２６ 第２形式の整合回路
２７ 第２の記憶部
２８ 調整方向決定部
２９ 調整ステップ幅決定部
３０ 読み出し位置決定部
３１ スルー回路
３２、３２Ｘ、３２Ｙ スイッチ部
３３ 整合回路選択部
３４ 記憶部選択部
３５ 制御値出力部
１００、１００Ａ 送信システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、
前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力部と、
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】
反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記制御値の読み出し位置を変更するステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備え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】
前記制御値は、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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または２に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項４】
前記制御値は、反射による損失が常に所定の閾値以下となるように量子化して生成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項５】
前記制御値は、反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当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ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項６】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、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、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定工程と、
前記制御値決定工程が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力工程と、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項７】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、
前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、
前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、
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８】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、
を備える整合回路と、
前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、
前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、
を有することを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項９】
反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記制御値の読み出し位置を変更するステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項１０】
前記制御値は、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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７乃至９のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項１】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、
前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力部と、
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】
反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記制御値の読み出し位置を変更するステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備え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】
前記制御値は、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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または２に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項４】
前記制御値は、反射による損失が常に所定の閾値以下となるように量子化して生成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項５】
前記制御値は、反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当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ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項６】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第１形式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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第１の記憶部と、
前記送信回路と前記送信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信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形式の整合回路と、
前記第２形式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及びキャパスタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた第２の記憶部と、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、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定工程と、
前記制御値決定工程が決定した制御値を読み出し、前記第１形式又は第２の形式の整合回路に反映させる制御値出力工程と、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項７】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信アンテナ側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、を備える整合回路と、
前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、
前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、
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８】
送信アンテナから受信アンテナへ電力を伝送する無線電力伝送システムにおいて、送信回路と前記送信アンテナとの間に設置され、前記送信回路のインピーダンスと、前記送信アンテナのインピーダンスと、を整合状態とするインピーダンス整合装置であって、
前記送信回路と前記送信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信回路側に並列に接続される可変キャパシタ要素と、
を備える整合回路と、
前記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及びキャパシタンス値に対応した制御値を、前記送信アンテナと受信アンテナとの結合係数に対応させて予め記憶させた記憶部と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも強くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が大きくなる方向に対応する制御値を決定し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の結合が、前記整合状態となる結合よりも弱くなる方向にずれていると判定した場合には、前記整合状態における制御値から前記結合係数が小さくなる方向に対応する制御値を決定する制御値決定部と、
前記制御値決定部が決定した制御値を読み出し、前記整合回路に反映させる制御値出力部と、
を有することを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項９】
反射係数の絶対値または当該絶対値に相当する値である反射係数絶対値相当値に基づき、現在使用している制御値を調整する必要性の有無、及び、前記制御値の読み出し位置を変更するステップ幅を決定する調整ステップ幅決定部をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項１０】
前記制御値は、電磁界共振結合方式の前記送信アンテナ及び受信アンテナを対向させ、当該送信アンテナ及び受信アンテナ間のギャップを変更した際の、前記送信回路から前記送信アンテナ側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７乃至９のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１２−１３００６１（Ｐ２０１２−１３００６１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３７３３１（Ｐ２０１２−３７３３１）
【出願日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【分割の表示】特願２０１２−５０１０７２（Ｐ２０１２−５０１０７２）の分割
【原出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【分割の表示】特願２０１２−５０１０７２（Ｐ２０１２−５０１０７２）の分割
【原出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
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