(57)【要約】【課題】子機が配置され得る領域での磁界を弱めつつ、親機から子機へ給電できる。【解決手段】給電システムでは、第１の電流により発生する磁界と第２の電流により発生する磁界同士が強め合う強磁領域と、当該磁界同士が弱め合う弱磁領域と、を発生させる親機と、前記弱磁領域に配置され、前記強磁領域に到達する磁界を発生させる子機と、を有し、前記強磁領域に親機が発生させる磁界と、前記子機が発生させる磁界とが、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つことで、前記親機から前記子機へ給電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の内部に磁界同士が強め合う強磁領域を発生させ、物体の外部に磁界同士が弱め合う弱磁領域を発生させる親機と、
前記弱磁領域に配置され、前記強磁領域に到達する磁界を発生させる子機と、
を有し、
前記強磁領域に親機が発生させる磁界と、前記子機が発生させる磁界とが、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つことで、前記親機から前記子機へ給電する給電システム。
【請求項２】
前記親機は、
前記物体の面の一方側に配置されるコイルからなる親機アンテナ部と、
前記親機アンテナ部の前記コイルの内側に前記強磁領域を発生させる親機磁界制御部と、を備え、
前記子機は、
前記物体の面の他方側に配置されるコイルからなる子機アンテナ部と、
前記子機アンテナ部の前記コイルによって、前記面を超えて前記強磁領域に到達する磁界を発生させる子機磁界制御部と、を備える請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記親機アンテナ部は、前記コイルの幅より小さい間隔で対向する前記コイルを含み、
前記親機磁界制御部は、第１の層のコイルが発生させる磁界と第２の層のコイルが発生させる磁界について、前記対向する方向の成分が逆向きになるように、磁界を発生させることで、前記第１の層と前記第２の層の間である内側に前記強磁領域を発生させ、前記第１の層と前記第２の層の外側に前記弱磁領域を発生させる請求項２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記親機アンテナ部は、前記物体の面に対して垂直な方向に離隔して配置される第１の層と第２の層を備え、
前記親機磁界制御部は、前記第１の層のコイルが発生させる磁界と前記第２の層のコイルが発生させる磁界は、前記垂直な方向の成分が逆向きになるように磁界を発生させることで、前記第１の層と前記第２の層の間である内側に前記強磁領域を発生させ、前記第１の層と前記第２の層の外側に前記弱磁領域を発生させ、
前記親機アンテナ部により発生させる前記強磁領域の磁界と前記子機アンテナ部により発生させる磁界とは、同一の周波数の成分を持ち、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つ請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の給電システム。
【請求項５】
前記親機の前記親機アンテナ部は、前記物体の面に対して平行に複数のコイルを配置して形成され、前記複数のコイル上における磁界のホッピング現象により、前記複数のコイルと比べて少数の電源から前記子機の前記子機アンテナ部の近傍にあるコイルへ電力エネルギーを伝送する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の給電システム。
【請求項６】
前記物体の面の前記他方側に、前記子機の前記子機アンテナ部との間に、侵入物を阻止する領域であるガード領域が設けられた請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の給電システム。
【請求項７】
親機が、物体の内部に磁界同士が強め合う強磁領域を発生させ、物体の外部に磁界同士が弱め合う弱磁領域を発生させ、
子機が、前記弱磁領域に配置され、前記強磁領域に到達する磁界を発生させ、
前記強磁領域に親機が発生させる磁界と、前記子機が発生させる磁界とが、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つことで、前記親機から前記子機へ給電する給電方法。
【請求項８】
床または壁に対して垂直な方向に離隔して配置される第１の層と第２の層を備え、
前記第１の層のコイルが発生させる磁界と前記第２の層のコイルが発生させる磁界は、前記垂直な方向の成分が逆向きになるように構成されている建築部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電システム、給電方法および建築部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界共鳴を使用する非接触の給電システムが知られている。例えば、フロアーにコイル共鳴素子を敷き詰め、このコイル共鳴素子の電力伝送経路を子機の位置まで設けることで、子機に電力を伝送する技術が開示されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
ところで、ワイヤレス給電技術を人体などが活動する場所で使用する場合、人体などの防護の観点より人体がふれているところのより磁界は制限される。例えば、１００ｋＨｚで約２１Ａ／ｍ（アンペア回数）以内が、この制限の制限値である。この制限値以下で送電することができるエネルギーは小さいので、５０Ｗを超えるエネルギーの伝送は制限により難しい。つまり、床一面に多数のコイルを仕込み、そこから住空間へ大電力エネルギー伝送を行うことは非常に困難である。
【０００４】
しかしながら、床や卓の上などで家電製品を動作させる時は、多くの場合、家電製品は床や卓の上と接触しており、その間に人体などが入ることはごく少数である。なお、家電製品と床上等との間に人体などが入る例としては、ヘアドライヤーや携帯電話などがある。
一方、親機が床一面に仕込まれた場合、家電製品（子機）と床上等との間に人体などが入り得る場合でも、磁界の強い領域に物体を置くことで、ガード領域を設けることがある。特許文献１には信号発生部から出力された交流信号の供給を受けて電磁場を発生させる送信アンテナ１２と、送信アンテナ１２から離間した位置において電磁場によって誘導電圧を発生させる受信アンテナ２１とを備えて非接触で電力を伝送可能に構成され、送信アンテナ１２と受信アンテナ２１との間に配設されると共に送信アンテナ１２と受信アンテナ２１との間の長さに応じて伸縮可能に構成されて送信アンテナ１２から受信アンテナ２１に至る空間を他の空間と区画する区画部４を備えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２９４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は親機、子機のアンテナが正対していることを前提にしており、区画部と呼ばれる物体侵入領域の側面に漏れる磁界はあまり考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、子機が配置され得る領域での磁界を弱めつつ、親機から子機へ給電できる給電システム、給電方法および建築部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記問題を解決するために、本発明の一態様に係る給電システムは、物体の内部に磁界同士が強め合う強磁領域を発生させ、前記物体の外部に磁界同士が弱め合う弱磁領域を発生させる親機と、前記弱磁領域に配置され、前記強磁領域に到達する磁界を発生させる子機と、を有し、前記強磁領域に親機が発生させる磁界と、前記子機が発生させる磁界とが、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つことで、前記親機から前記子機へ給電する。
【０００９】
（２）本発明の一態様は、給電システムにおいて、前記親機は、前記物体の面の一方側に配置されるコイルからなる親機アンテナ部と、前記親機アンテナ部の前記コイルの内側に前記強磁領域を発生させる親機磁界制御部と、を備え、前記子機は、前記物体の面の他方側に配置されるコイルからなる子機アンテナ部と、前記子機アンテナ部の前記コイルによって、前記面を超えて前記強磁領域に到達する磁界を発生させる子機磁界制御部と、を備える。
【００１０】
（３）本発明の一態様は、給電システムにおいて、前記親機アンテナ部は、前記コイルの幅より小さい間隔で対向する前記コイルを含み、前記親機磁界制御部は、第１の層のコイルが発生させる磁界と第２の層のコイルが発生させる磁界について、前記対向する方向の成分が逆向きになるように、磁界を発生させることで、前記第１の層と前記第２の層の間である内側に前記強磁領域を発生させ、前記第１の層と前記第２の層の外側に前記弱磁領域を発生させる。
【００１１】
（４）本発明の一態様は、給電システムにおいて、前記親機アンテナ部は、前記物体の面に対して垂直な方向に離隔して配置される第１の層と第２の層を備え、前記親機磁界制御部は、前記第１の層のコイルが発生させる磁界と前記第２の層のコイルが発生させる磁界は、前記垂直な方向の成分が逆向きになるように磁界を発生させることで、前記第１の層と前記第２の層の間である内側に前記強磁領域を発生させ、前記第１の層と前記第２の層の外側に前記弱磁領域を発生させ、前記親機アンテナ部により発生させる前記強磁領域の磁界と前記子機アンテナ部により発生させる磁界とは、同一の周波数の成分を持ち、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つ。
【００１２】
（５）本発明の一態様は、給電システムにおいて、前記親機の前記親機アンテナ部は、前記物体の面に対して平行に複数のコイルを配置して形成され、前記複数のコイル上における磁界のホッピング現象により、前記複数のコイルと比べて少数の電源から前記子機の前記子機アンテナ部の近傍にあるコイルへ電力エネルギーを伝送する。
【００１３】
（６）本発明の一態様は、給電システムにおいて、前記物体の面の前記他方側に、前記子機の前記子機アンテナ部との間に、侵入物を阻止する領域であるガード領域が設けられた。
【００１４】
（７）上記問題を解決するために、本発明の一態様に係る給電方法は、親機が、物体の内部に磁界同士が強め合う強磁領域を発生させ、物体の外部に磁界同士が弱め合う弱磁領域を発生させ、子機が、前記弱磁領域に配置され、前記強磁領域に到達する磁界を発生させ、前記強磁領域に親機が発生させる磁界と、前記子機が発生させる磁界とが、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つことで、前記親機から前記子機へ給電する。
【００１５】
（８）上記問題を解決するために、本発明の一態様に係る建築部材は、床または壁に対して垂直な方向に離隔して配置される第１の層と第２の層を備え、前記第１の層のコイルが発生させる磁界と前記第２の層のコイルが発生させる磁界は、前記垂直な方向の成分が逆向きになるように構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、子機が配置され得る領域での磁界を弱めつつ、親機から子機へ給電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る給電システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る給電システムの具体例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る床の内部に設置された親機のアンテナ部の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るテーブルの脚に設けられた子機のアンテナ部の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る親機の磁界と子機の磁界との配置関係を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る親機の磁界と子機の磁界との配置関係の具体例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るガード領域を設けた場合における親機の磁界と子機の磁界との配置関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るガード領域を設けた場合における親機の磁界と子機の磁界との配置関係の具体例を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る床の内部に設置された親機のアンテナ部の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るアンテナ部の正面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る単コイルの断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の変形例に係るアンテナ部の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る給電システムの構成を示す概略ブロック図である。
給電システムは、親機１と子機２を備える。親機１は、電力を供給する送電装置である。子機２は、電力を受給する受電装置である。
【００１９】
親機１は、コイルを用いて構成されるアンテナ部１１と、給電部１２を備える。給電部１２は、磁界制御部２１を備える。ここで、アンテナ部１１は、コイルで囲まれた領域などの一部の領域（強磁領域）で、強い磁界を発生させる。一方、アンテナ部１１は、他の領域（弱磁領域）では、弱い磁界を発生させる。具体的には、強磁領域では、コイルの各部を流れる電流により発生する各磁界が干渉し、各磁界を強め合う。一方、弱磁領域では、コイルの各部を流れる電流により発生する各磁界が干渉し、各磁界を弱め合う。アンテナ部１１は、例えば、床や壁、机等の物体の内部に設置される。アンテナ部１１は、物体の内部が強磁領域となり、物体の外部が弱磁領域となるように、磁界を発生させる。
子機２は、コイルを用いて構成されるアンテナ部５１と、受電部５２を備える。受電部５２は、磁界制御部６１と、電力出力部６２を備える。子機２は、例えば、床や壁、机等の物体の外部に配置される。つまり、人が存在し、また、子機２が配置され得る領域は、弱磁領域である。
【００２０】
給電システムでは、親機１から子機２へアンテナ部１１およびアンテナ部５１を介して電力を伝送し、これにより、親機１から子機２へ給電する。
具体的には、親機１では、給電部１２の磁界制御部２１がアンテナ部１１から磁界を発生させる。一方、子機２では、受電部５２の磁界制御部６１がアンテナ部５１から磁界を発生させる。このとき、子機２のアンテナ部５１を構成するコイルから発生させられる磁界が、親機のアンテナ部１１を構成するコイルから発生させられる強磁領域の磁界に対して、同一の周波数成分を持ち、平行な成分を持ち且つ位相が９０度異なる成分を持つようにすることで、親機１のアンテナ部１１から子機２のアンテナ部５１へ電力が伝送されるようにする。そして、子機２では、受電部５２の電力出力部６２が親機１から受電した電力を外部へ出力して供給する。
これにより、給電システムでは、子機２が配置され得る領域での磁界を抑制しつつ、親機１から子機２へ給電できる。次に、その動作原理について説明する。
【００２１】
（動作原理）
本発明者は、送電電力は、親機が形成する磁界（磁束密度）と、子機が作る磁界であって親機の磁界とは位相が９０度ずれた磁界成分との内積の体積積分に依存することを見出した。例えば、子機の磁界を、親機の磁界が形成する磁界の領域（強磁領域）へ到達させてこれらの磁界の相互作用によりエネルギーを伝送させる。
【００２２】
具体的には、式（１）に示されるように、親機のコイルが形成する磁界と子機のコイルが作る磁界との重なりによりエネルギー伝送が起きる。
ここで、式（１）において、Ｐｏｗｅｒは伝送パワーを表す。ベクトルＢｐ（式（１）では、ベクトルの記号を付してある。）は親機が形成する磁場（磁界）を表し、ベクトルの各成分は空間の各成分の磁場を表す。ベクトルＢｃ（式（１）では、ベクトルの記号を付してある。）は子機が作る磁場を表し、ベクトルの各成分は空間の各成分の磁場を表す。また、式（１）において、Ｒｅは実数部分を表し、ｊは虚数を表し、ωは共振の周波数を表し、μ０は真空の透磁率を表す。ここでｊωは時間微分を表すようにする。また、式（１）において、ベクトルＢｐ・ＢｃはベクトルＢｐとベクトルＢｃの内積を表し、＊は複素共役を表し、積分は空間積分を表す。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
このことは、子機のコイルに親機の磁界が接触しなくとも、エネルギー伝送が起きることを示している。なお、これは、親機から子機へのエネルギーの伝送経路には、磁界が存在しない、ということを意味するのではない。つまり、エネルギーが伝送されているときは、ガード領域などに形成される伝送経路上に親機が形成する磁界が存在しなくとも、子機が作る磁界が存在するため、その磁界によりエネルギーが伝送される、のである。
【００２５】
ここで、子機が作る磁界が伝送経路上に存在しても、子機が床などの面に接触している限り、この磁界が人体などに触れることはない。同様なことは、親機が形成する磁界自身が伝送経路上に存在するときについてもいえる。
しかしながら、親機のアンテナ構成として広範囲に広がった複数のアンテナを利用する場面（シーン）では、親機は、親機のアンテナによって子機のアンテナよりも広い範囲をカバーすることになる。このために、子機が存在する場所以外の床などの面では、磁界を０にしたエネルギー伝送を実現することができない。
このような場面では、床等の上においては親機の磁界が急速に減衰している弱磁領域とし、子機の磁界が深く強磁領域に到達することが望ましい。
【００２６】
（給電システムの例）
図２は、本発明の一実施形態に係る給電システムの具体例を示す概略図である。この図において、Ｘ軸、Ｙ軸は水平方向、Ｚ軸は垂直方向である。
給電システムでは、会議室などにおいて、親機１のアンテナ部１１は、床１０１の内部（本実施形態では、床１０１の面からその下側の部分）に設置されている。子機２のアンテナ部５１は、テーブル１０２が有する複数（本実施形態では、２本）の脚１０２−１、１０２−２のそれぞれに設けられている。テーブル１０２が有するそれぞれの脚１０２−１、１０２−２は、テーブル１０２の面に対して垂直方向に延びる棒状の部材１０２−１−１、１０２−２−１と、当該部材１０２−１−１、１０２−２−１の底（テーブル１０２の面とは反対の側）に付されたテーブル１０２の面に対して水平方向に延びる棒状の部材１０２−１−２、１０２−２−２から構成されている。
また、図２の例では、テーブル１０２の上には３台のノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０４−１〜１０４−３が配置されており、それぞれのユーザ１０３−１〜１０３−３が操作している。本実施形態では、子機２の受電部５２の電力出力部６２から出力される電力が、例えば電源ケーブル等（図示せず）を介して、ＰＣ１０４−１〜１０４−３へ供給される。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態に係る床１０１の内部に設置された親機１のアンテナ部１１の構成を示す図である。この図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。
親機１のアンテナ部１１は、床１０１の面の下側に二重のコイルを敷き詰めた構成を有している。この二重のコイルは、床１０１の面に対して垂直上向き（Ｚ軸方向）を上側とすると、上側のコイル（第１の層）１５１と、下側のコイル（第２の層）１５２から構成されている。第１の層１５１と第２の層１５２は、コイルの巻く方向を含めて形状が同一であり、上下で形状が重なるように配置されている。
【００２８】
一例として、第１の層１５１は、複数の単コイル１５１−ｉｊを、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに等間隔に並べた構成を有している。ここで、ｉおよびｊは自然数である。また、単コイル１５１−ｉｊは、第１の層１５１のうち、Ｘ軸方向にｉ番目、Ｙ軸方向にｊ番目の単コイルを表す。
第２の層１５２は、複数の単コイル１５２−ｋｌを、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに等間隔に並べた構成を有している。ここで、ｋおよびｌは自然数である。また、単コイル１５１−ｋｌは、第２の層１５２のうち、Ｘ軸方向にｋ番目、Ｙ軸方向にｌ番目の単コイルを表す。つまり、図３に示されるように、第１の層１５１の単コイル１５１−ｉｊと第２の層１５２の単コイル１５２−ｉｊを向かい合わせた二重のコイルが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに、等間隔で並べられる。
【００２９】
単コイル１５１−ｉｊおよび単コイル１５２−ｋｌの各々は、例えば直径が３０ｃｍであり、電線が巻かれている方向が同じである。第１の層１５１と第２の層１５２との間の離隔距離（コイル間距離；ギャップ）は２ｃｍである。つまり、アンテナ部１１は、単コイル１５１−ｉｊの幅（３０ｃｍ）より小さい間隔（２ｃｍ）で対向する第１の層１５１の電線と第２の層１５２の電線を有する。Ｚ軸方向で対向する第１の層１５１の電線と第２の層１５２の電線には、両方とも振幅が同じであり且つ互いに向きが反対である電流が流される。一例として、この電流は交流であり、その周波数は１３．５６ＭＨｚである。
【００３０】
このようなアンテナ部１１の構成では、磁界は、上側の第１の層１５１と下側の第２の層１５２との間に形成され、第１の層１５１の上部と第２の層１５２の下部へは、それほど漏れない。なぜなら、磁界制御部６１が流す電流により、第１の層１５１のコイルが発生させる磁界と第２の層１５２のコイルが発生させる磁界について、対向する方向（第１の層１５１（第２の層１５２）の法線方向；図３のＺ軸方向）の成分が逆向きになるように、磁界が発生する。これにより、第１の層１５１と第２の層１５２との間の領域は、第１の層１５１から発生する磁界と第２の層１５２から発生する磁界が強め合い、この間は強磁領域となる。一方、第１の層１５１の上部の領域や第２の層１５２の下部の領域は、第１の層１５１から発生する磁界と第２の層１５２から発生する磁界が弱め合い、弱磁領域となる。なお、強磁領域に形成される磁界の向きは、床１０１の面に平行または略平行が好ましい。
【００３１】
なお、本構成例では、複数の二重のコイルは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに等間隔で並べられていたが、他の構成例として、Ｘ軸方向とＹ軸方向の少なくとも一方において、等間隔以外の間隔で並べた構成が用いられてもよい。また、互いに向かい合う単コイル１５１−ｉｊおよび単コイル１５２−ｉｊについて、本構成例では電線が巻かれている方向が同じであるが、他の構成例として、電線を巻く方向が逆方向であってもよい。ただし、Ｚ軸方向で対向する第１の層１５１の電線と第２の層１５２の電線には、両方とも振幅が同じであり且つ互いに向きが反対である電流が流れる構成とする。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態に係るテーブル１０２の脚１０２−１に設けられた子機２のアンテナ部５１の構成を示す図である。この図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。
床１０１の面の側に配置させられるテーブル１０２の脚１０２−１の部材１０２−１−２は、床１０１の面に沿った棒状をしており、その内部に、子機２のアンテナ部５１を備えている。この子機２のアンテナ部５１は、この棒状の部材１０２−１−２の内部に埋め込まれた棒状のフェライトコア２０１に電線２０２を巻きつけたコイルから構成されている。なお、フェライトコア２０１は、テーブル１０２の配置において、床１０１の面に沿った棒状のフェライトコアである。また、このコイルの長さは、部材１０２−１−２より短くなっており、部材１０２−１−２の中央付近に配置されている。これにより、アンテナ部５１から発生する磁界が、部材１０２−１−２の下面（床１０１側の面）以外から、外部に漏れることを抑制できる。なお、テーブル１０２の他の脚１０２−２についても、脚１０２−１と同様な構成を有する。
【００３３】
［第１実施形態］
図１〜図４に示される給電システムについて、第１実施形態を説明する。
図５は、本発明の第１実施形態に係る親機１の磁界３０１と子機２の磁界３０２との配置関係を示す図である。この図において、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。
【００３４】
図５において、親機１のアンテナ部１１は、第１の層１５１の単コイル１５１−Ｍｊ（Ｍは固定値；ｊ＝１、２、３）と第２の層１５２の単コイル１５２−Ｍｊを、向かい合わせた二重のコイルで構成されている。
図５には、親機１の一部、つまり、単コイル１５１−Ｍ１〜Ｍ３、単コイル１５２−Ｍ１〜Ｍ３が形成する磁界３０１を示してある。なお、第１の層１５１で形成される層と、第２の層１５２で形成される層との間（強磁領域）に形成される磁界３０１を、層内磁界３０１とも呼ぶ。
一例として、単コイル１５１−Ｍ１と１５１−Ｍ３が上から見て同じ方向に巻き線を形成し、（単コイル１５２−Ｍ１と１５２−Ｍ３）に互いに逆向きの電流を流す。この場合、単コイル１５１−Ｍ１および単コイル１５２−Ｍ１各々から強磁領域へ向かう磁界が形成されるときには、強磁領域から単コイル１５１−Ｍ３および単コイル１５２−Ｍ３各々へ向かう磁界が形成される。これにより、例えば単コイル１５１−Ｍ２および単コイル１５２−Ｍ２との間に、第１の層１５１および第２の層１５２に平行の層内磁界３０１が形成される。なお、単コイル１５１−Ｍ１、１５１−Ｍ２、１５１−Ｍ３に流れる電流の位相を90度ずつずらしておけば、隣り合うコイル（たとえば単コイル１５１−Ｍ１、１５１−Ｍ２）からの磁界の干渉を弱めることができる。隣り合う単コイルからの磁界干渉がなくなると、磁界は上下方向に漏れ出すが、それはアンテナ部１１のコイル間距離が小さいと上下空間では急速に減衰する。これは後述のガード領域を設けることにより、実用上磁界漏れを問題にしなくてもいいレベルまで下げることができることを示す。また、コイルの外周からの漏れは磁界強度もともと小さい。さらに、アンテナ部１１の透磁率が真空の透磁率より大きい場合はなおさら上下面への磁界漏えいは小さい。さらに、後述する図１２に示すようなコイル形成を行えば、磁界を完全に閉じ込められる。
なお、単コイル１５１−Ｍｊ、１５２−Ｍｊにおいて、コイルの中心部分（例えば、コイルの中心から半径５ｃｍ以内の部分）については、コイルを巻かない、換言すれば、コイルの周辺部分（例えば、コイルの中心から半径５ｃｍより離れた部分）にのみコイルを巻いてもよい。コイルの中心部分では、周辺部分と比較して磁界が上下方向に漏れる可能性がある。単コイル１５１−Ｍｊ、１５２−Ｍｊの中心部分にコイルを巻かないことによって、中心部分にコイルを巻く場合と比較して、磁界の漏れを防止できる場合がある。
【００３５】
図５には、子機２が作る磁界３０２を示してある。ここで、子機２は、強磁領域において、層内磁界３０１と同じ向きの成分を持つ磁界を発生させている。また、子機２は、層内磁界３０１と位相が９０度異なる成分を持つ磁界３０２を発生させている。例えば、子機２は、アンテナ部５１のコイルに流す交流電流の位相をずらすことで、磁界３０２の位相をずらす。子機２は、最も給電が多くなる位相を検出し、その後は、その位相を固定することで、層内磁界３０１と位相が９０度異なる成分を大きくすることができる。これにより、子機２は、親機１からの給電効率を上げることができる。
【００３６】
図６は、本発明の第１実施形態に係る親機１の層内磁界３０１と子機２の磁界３０２との配置関係の具体例を示す図である。この具体例は、図２に示される給電システムの具体例に合わせたものである。例えば、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。
床１０１の面から下側には第１の層１５１および第２の層１５２が設置されており、床１０１の面の上側に、床１０１の面に対して垂直方向の棒状の部材１０２−１−１と水平方向の棒状の部材１０２−１−２からなる脚（テーブル１０２の脚）１０２−１が置かれている。
【００３７】
ここで、床１０１に設置された二重のコイルからなる親機１のアンテナ部１１は、上述したように、主に床１０１および部材１０２−１−２の長手方向に平行な層内磁界３０１を形成する。また、床１０１の上側では、親機１の磁界は、打ち消し合って小さくなっている。また、テーブル１０２の脚１０２−１の棒状の部材１０２−１−２に備えられたコイルからなる子機２のアンテナ部５１は、床１０１の面に平行な成分を持つ磁界３０２を作る。
この磁界３０２は、図６に示されるように、リング状の領域に限られ、床１０１の面には到達する。子機２と床１０１との間には、人体などが入る隙間はない。このように、給電システムでは、床１０１の上側では親機１の磁界は小さくなり、子機２と床１０１との間には人体などが入る隙間はないので、人体などが存在する空間には、磁界がほとんど漏れ出ない。これにより、給電システムは、人体などが存在する空間での磁界を抑制しつつ、親機１から子機２へ給電できる
【００３８】
また、親機１は、層内磁界３０１をテーブル１０２の脚１０２−１のある位置（つまり、子機２のアンテナ部５１のある位置）に収束させてもよい。例えば、会議室の周辺には電源が多数設けられている場合には、親機１は、これらの電源の位相と振幅を調節することで、親機１の層内磁界３０１を収束させる。
なお、複数の親機１または単コイルが設けられる場合には、親機１間のコイルまたは単コイルは使用周波数で共振が取れるように設計されていてもよい。これにより、親機１間および単コイル間では、電磁気のエネルギーが伝達する（エネルギーホッピングする）。なお、この共振をとるために、親機１のアンテナ部１１にコンデンサーが内蔵されていてもよい。このように電磁気のエネルギーが伝達することにより、親機１または単コイルの一部は、電源に接続されていなくても、他の親機１または単コイルからエネルギーを受け、そのエネルギーの一部を、さらに他の親機１、単コイルまたは子機２へ伝達できる。
【００３９】
以上のように、第１実施形態に係る給電システムでは、床１０１の下に親機１のアンテナ部１１を構成するコイル（本実施形態では、二重のコイル）が設置される。すなわち、親機１のアンテナ部１１の内側に磁界同士が強め合う強磁領域を発生させ、親機１のアンテナ部１１の外側に磁界同士が弱め合う弱磁領域を発生させる。つまり、このコイルから床１０１の面上に漏れ出る磁界は、人体などの防護上で十分に弱い磁界である。
また、床１０１の面に略接触して設けられた子機２のアンテナ部５１を構成するコイルから、親機１のアンテナ部１１を構成するコイルが床１０１の下に形成する層内磁界３０１の位置に、その層内磁界３０１と平行な成分を持ち且つ位相が９０度異なる成分を持つ磁界３０２を発生させる。これにより、親機１から子機２へ電力エネルギーを伝送する。すなわち、子機２は、弱磁領域に配置され、強磁領域に到達する磁界を発生させる。そして、強磁領域に親機１が発生させる磁界と、子機２が発生させる磁界とが、互いに平行な成分を持ち、互いに位相が９０度異なる成分を持つ。
なお、本実施形態では、テーブル１０２の脚１０２−１、１０２−２を構成する部材１０２−１−２、１０２−２−２が床１０１の面に接触し、子機２のアンテナ部５１は当該部材１０２−１−２、１０２−２−２の内部に設けられている。このため、子機２のアンテナ部５１は、床１０１の面に、直接接触はせず、略接触する。
【００４０】
また、第１実施形態に係る給電システムでは、親機１のアンテナ部１１は、床１０１の面に敷設された二層のコイル群から構成され、これら二層のコイル群は床１０１の面に対して垂直方向にコイル面が対向しており、各層のコイル群は複数のコイルを並べて構成され、これら二層のコイル群の間に親機１の磁界（層内磁界）が形成される。床１０１の面上に置かれた子機２のアンテナ部５１は親機１の層内磁界に対して平行成分を持つ磁界を層内に形成し、且つ子機２の磁界の周波数は親機１の層内磁界の周波数と同一であって位相が異なる。
【００４１】
また、第１実施形態に係る給電システムでは、親機１のアンテナ部１１は床１０１の面に敷設された複数のコイルから構成され、親機１の電源（本実施形態では、給電部１２）はそのコイルより少数であり、そのコイル間で電磁気のエネルギーが伝達することにより、そのコイルより少数の電源から子機２のアンテナ部５１の近傍のコイルまで電力エネルギーを伝送する。
【００４２】
このように、第１実施形態に係る給電システムでは、親機１のアンテナ部１１を構成するコイルを上下の二重にし、その上下のコイルで互いに反対向きの電流を流すことにより、層内に床１０１の面と平行な強い磁界を形成し、層外では急速に磁界の強度を減衰させている。また、親機１の磁界に平行な成分を持つように子機２の磁界を形成している。これにより、床１０１の面上では親機１の磁界が急速に減衰し、且つ親機１の層内磁界の領域に子機２の磁界が深く到達するという一構成例を実現することができる。
したがって、第１実施形態に係る給電システムでは、子機２が配置され得る領域での磁界を抑制しつつ、親機１から子機２へ給電できる。
【００４３】
［第２実施形態］
図１〜図４に示される給電システムについて、第２実施形態を説明する。
第２実施形態に係る給電システムは、第１実施形態に係る給電システムと同様な構成において更にガード領域を設けた構成を有する。このため、第２実施形態では、第１実施形態と同様な構成部については同一の符号を付して説明し、第１実施形態と同様な構成や効果については詳しい説明を省略する。
なお、ガード領域は、ゼットロン（http://www.sekisui.co.jp/search/detail-2724.html；登録商標）等の樹脂、木材やガラス等が置かれている領域である。ガード領域として置かれる物体としては、子機２の作る磁界や電界を遮蔽しない物体が好ましい。このような物体として、例えば、電気伝導率の高い金属と比較して、電気伝導率の低い物体が好ましい。
【００４４】
図７は、本発明の第２実施形態に係るガード領域４０１を設けた場合における親機１の層内磁界３０１と子機２の磁界３０２Ｇとの配置関係を示す図である。
図７には、親機１の一部、つまり、単コイル１５１−Ｍ１〜Ｍ３、単コイル１５２−Ｍ１〜Ｍ３が形成する層内磁界３０１を示してある。また、図７には、子機２が作る磁界３０２Ｇを示してある。子機２は、ガード領域４０１を超えて、磁界３０２Ｇを作ることができる。この場合、ガード領域４０１中の一部が、親機１から子機２へ電力エネルギーが伝送される経路（伝送経路）５０１−１、５０１−２となる。
【００４５】
図８は、本発明の第２実施形態に係るガード領域４０１を設けた場合における親機１の層内磁界３０１と子機２の磁界３０２Ｇとの配置関係の具体例を示す図である。この具体例は、図２に示される給電システムの具体例に合わせたものである。
ガード領域４０１を設けた場合における図８の例について、ガード領域を設けない場合における図６の例と異なる部分を説明する。
すなわち、図８の例では、第１の層１５１とテーブル１０２の脚１０２−１の棒状の部材１０２−１−２との間に、領域（ガード領域）４０１が設けられている。この領域４０１は、親機１から子機２へ電力エネルギーの伝送路（図７の経路５０１−１、５０１−２）に、人体などの侵入を阻止するものである。また、領域４０１の高さにより、層内磁界３０１と子機２のアンテナ部５１との距離を、予め定めた距離以上に保つことができる。
テーブル１０２の脚１０２−１の棒状の部材１０２−１−２に備えられたコイルからなる子機２のアンテナ部５１は、床１０１に平行な磁界３０２Ｇを作る。この磁界３０２Ｇは、図８に示されるように、リング状の領域に限られ、床１０１の面には到達するが、人体などが存在する空間には漏れ出ない。
【００４６】
以上のように、第２実施形態に係る給電システムでは、床１０１の下に親機１のアンテナ部１１を構成するコイル（本実施形態では、二重のコイル）が設置され、このコイルから床１０１の面上に漏れ出る磁界は人体などの防護上で十分に弱い磁界である。また、床１０１の面に対して人体などが入り込む余地を残さない距離の領域（ガード領域４０１）だけ隔絶した子機２のアンテナ部５１を構成するコイルから、親機１のアンテナ部１１を構成するコイルが床１０１の下に形成する層内磁界３０１の位置に、その層内磁界３０１と平行な成分を持ち且つ位相が９０度異なる成分を持つ磁界３０２Ｇを発生させる。これにより、親機１から子機２へ電力エネルギーを伝送する。
【００４７】
このように、第２実施形態に係る給電システムでは、親機１のアンテナ部１１を構成するコイルの上部にガード領域（人体などの侵入を阻止する領域）４０１を設け、ガード領域４０１の内側に物体が入ることを阻止することができる。
したがって、第２実施形態に係る給電システムでは、親機１から子機２への給電の効率を向上させることができる。
【００４８】
［第３実施形態］
給電システムについて、第３実施形態を説明する。
第３実施形態に係る給電システムは、親機１のアンテナ部１１を除いて、第１実施形態に係る給電システムと同様な構成を有する。このため、第２実施形態では、第１実施形態と同様な構成部については同一の符号を付して説明し、第１実施形態と同様な構成や効果については詳しい説明を省略する。
【００４９】
図９は、本発明の第３実施形態に係る床１０１の内部に設置された親機１のアンテナ部１１ａの構成を示す図である。この図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。
親機１のアンテナ部１１ａは、床１０１の面の下側に、単コイル１５−ｉを敷き詰めた構成を有している。ここで、ｉは、自然数であり、上述と同様に、Ｘ方向の順番を表す。単コイル１５−ｉは、Ｙ軸方向の軸を中心にして、電線が矩形に巻かれたものである。
【００５０】
図１０は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ部１１ａの正面図である。この図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。この図において、単コイル１５−ｉは矩形の形状である。なお、単コイル１５−ｉは、Ｙ軸方向に進みながら電線が巻かれたものなので、ＸＺ平面上では閉領域にはならない。
また、図１０において、アンテナ部１１ａは、床１０１の面に対して垂直上向き（Ｚ軸方向）を上側とすると、上側の電線群（第１の層）１５１ａと、下側の電線群（第２の層）１５２ａから構成されている。ここで、第１の層１５１ａと第２の層１５２ａは、形状が同一であり、上下で形状が重なるように配置されている。
【００５１】
Ｚ軸方向で対向する第１の層１５１ａの電線と第２の層１５２ａの電線には、両方とも振幅が同じであり且つ互いに向きが反対である電流が流される。例えば、単コイル１５−４には、矢印で示す電流が流されている。このようなアンテナ部１１ａの構成では、磁界制御部６１が流す電流により、第１の層１５１ａのコイルが発生させる磁界と第２の層１５２ａのコイルが発生させる磁界について、対向する方向（第１の層１５１ａ（第２の層１５２ａ）の法線方向；図９のＺ軸方向）の成分が逆向きになるように、磁界が発生する。これにより、磁界は、単コイル１５−ｉの内部、つまり、上側の第１の層１５１ａと下側の第２の層１５２ａとの間に形成され、この領域が強磁領域となる。一方、磁界は、単コイル１５−ｉの外部、第１の層１５１ａの上部と第２の層１５２ａの下部へは、それほど漏れず、この領域が弱磁領域となる。また、強磁領域には、主にＸＹ平面に平行、つまり、床１０１に平行な層内磁界３０１ａが発生している。
【００５２】
図１１は、本発明の第３実施形態に係る単コイル１５−４の断面図である。この図は、図１０のＡ−Ａ’断面の断面図である。この図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図２のものと同じである。
この図において、第１の層１５１ａの電線には、Ｘ軸の正方向の電流が流されている。一方、第２の層１５２ａの電線には、Ｘ軸の負方向の電流が流されている。この場合、強磁領域には、主にＸＹ平面に平行、つまり、床１０１に平行な層内磁界３０１ａが発生している。
【００５３】
図１２は、本発明の第３実施形態の変形例に係るアンテナ部１１ｂの上面図である。図１２に示すように、図９の単コイル１５−ｉの中を透磁率の大きな物質でみたしてもよい。また、その物質（コア）で、単コイル１５−ｉの端部を覆うことにより、磁界は外部には漏れずコイルの中に閉じ込めてもよい。なお、図１２において、透磁率の大きな物質は、ハッチングで表されている。
【００５４】
［変形例］
なお、以上の実施形態では、親機１のアンテナ部１１、１１ａを構成するコイルを床１０１の面に設けた構成を示したが、他の構成例として、卓上の机面など、床以外の様々な物体の面にコイルを設ける構成が用いられてもよい。
また、以上の実施形態では、子機１のアンテナ部５１を構成するコイルをテーブル１０２の脚１０２−１〜１０２−２の部材１０２−１−２〜１０２−２−２に設けた構成を示したが、他の構成例として、テーブルの脚以外の様々な物体にコイルを設ける構成が用いられてもよい。
【００５５】
また、以上の実施形態では、親機１のアンテナ部１１、１１ａを構成するコイルの配置として、アンテナ部１１、１１ａを設ける面（本実施形態では、床１０１の面）に垂直な方向に二層のコイル（各層のコイルは、複数のコイルからなるコイル群とした。）または２層の電線群を有するコイルを設け、この層間に親機１の磁界（層内磁界）を形成する構成を示した。しかし、他の構成例として、アンテナ部１１、１１ａを設ける面に垂直な方向に３層以上のコイル（各層のコイルは、１つのコイルでもよく、または、複数のコイルからなるコイル群でもよい）または３層以上（例えば、偶数の層）の電線群を設け、これらの層のうちで任意の１つの層（第１の層）と他の任意の１つの層（第２の層）との間に親機１の磁界（層内磁界）を形成する構成を用いることもできる。このように、親機１のアンテナ部１１、１１ａを構成するコイルの配置として、多層のコイルを設け、この多層のうちで第１の層と他の第２の層との間にのみ親機１の磁界（層内磁界）を形成する構成を用いることができる。
【００５６】
また、床１０１などの面にコイルを設ける構成としては、例えば、床１０１などの面と同一の面にコイルを設ける構成が用いられてもよく、または、床１０１などの面の下側（床１０１などの中）にコイルを設ける構成が用いられてもよい。例えば、床１０１などの面に対して垂直方向に多層のコイルを設ける場合には、床１０１などの面の上側に最も近い層以外の層のコイルは床１０１などの面の下側に設けられ、床１０１などの面の上側に最も近い層のコイルは、床１０１などの面と同一の面に設けられてもよく、または、床１０１などの面の下側に設けられてもよい。
【００５７】
また、以上の実施形態では、親機１のアンテナ部１１、１１ａを構成するコイルは、矩形の形状であったが、本発明はこれに限らず、例えば、円や楕円形状であってもよい。例えば、単コイル１５１−ｉｊ、１５２−ｋｌ、単コイル１５−ｉは、螺旋の形状であってもよい。
【００５８】
また、以上の実施形態において、親機１または子機２は、強磁領域における磁界の方向を、互いの平行成分が増えるように、調整してもよい。一例として、単コイル１５１−Ｍ１と１５１−Ｎ３（単コイル１５２−Ｍ１と１５２−Ｎ３）に互いに逆向きの電流を流す（Ｎ≠Ｍ）。この場合、単コイル１５１−Ｍ１および単コイル１５２−Ｍ１各々から強磁領域へ向かう磁界が形成されるときには、強磁領域から単コイル１５１−Ｍ３およびコイル１５２−Ｎ３各々へ向かう磁界が形成される。つまり、単コイルの直径×（Ｍ−Ｎ）だけ、Ｘ軸方向にも層内磁界の方向を傾けることができる。
親機１は、例えば、層内磁界の方向を、順々に変えていく。具体的には、親機１は、互いに逆向きの電流を流す、２個の単コイル１５１−ｉｊの組合せを、順々に変えていく。親機１は、子機２に対する給電が最も多くなる向き（組み合わせた単コイル１５１−ｉｊを結ぶ方向）を検出し、その後は、層内磁場の向きを固定（正負の向きは変わっても良い）してもよい。なお、親機１は、３個以上の単コイル１５１−ｉｊの組合せを用いて、層内磁場の向きを変えても良い。また、親機１は、向きを決定した後に、電流を流す単コイル１５１−ｉｊを変更することで、層内磁界の位置を変えても良い。
【００５９】
また、以上の実施形態において、子機２の磁界制御部６１は、親機１から受電した電力を用いて磁界を発生させてもよい。例えば、親機１は、定期的に床１０１の上側に磁界を形成する。この磁界が子機２に設けられたコイルに到達し、変化することで、子機２に電力を供給する。その後、子機２は、供給された電力により、強磁領域に到達する磁界を形成する。その後、親機１は、床１０１の上側に、磁界を形成することを止める。
また、例えば、親機１は、子機２を検出する機能（例えば、重さ検出や近距離通信の検出により実現される）を有しても良い。子機２を検出した場合に、親機１は、上述のように、床１０１の上側に磁界を形成してもよい。
【００６０】
また、以上の実施形態において、２つの構成部または２つの信号（例えば、磁界）などの任意の性質が同一であるまたは所定の関係であると説明したものについては、同様な効果が得られれば、略同一である構成または略所定の関係である構成が用いられてもよく、つまり、実施上における多少の相違は許容されてもよい。
【００６１】
また、親機１は、床または壁に埋め込まれる建築部材であってもよい。すなわち、建築部材は、床または壁に対して垂直な方向に離隔して配置される第１の層と第２の層を備え、第１の層のコイルが発生させる磁界と第２の層のコイルが発生させる磁界は、垂直な方向（第１の層と第２の層が対向する方向でもある）の成分が逆向きになる。例えば、第１の層の電線と第２の層の電線であって垂直な方向で対向する電線には、それぞれ逆向きの電流が流れるように構成されている。
なお、以上の実施形態において、対向する電線とは、一方の層の電線について、他方の層で最も距離が近い電線を意味するものであってもよい。また、電線とは、電線の一部、つまり、線分を意味するものであってもよい。また、逆向きの電流とは、対向する電線について、電線の伸びる方向に、それぞれ逆向きに流れる電流を意味するものであってもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００６３】
また、以上に示した実施形態に係る装置（例えば、親機１や子機２）の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、処理を行ってもよい。
【００６４】
なお、ここで言う「コンピュータシステム」とは、オペレーティング・システム（ＯＳ：Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言う。
【００６５】
更に、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことを言う。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１…親機、２…子機、１１、１１ａ、１１ｂ、５１…アンテナ部、１２…給電部、２１、６１…磁界制御部、６２…電力出力部、１０１…床、１０２…テーブル、１０２−１〜１０２−２…テーブルの脚、１０２−１−１、１０２−２−１、１０２−１−２、１０２−２−２…テーブルの脚の部材、１０３−１〜１０３−３…ユーザ、１０４−１〜１０４−３…パーソナルコンピュータ、１５１−１、１５１−２、１５２−１、１５２−２、１５−１〜１５−４…コイル、１５１、１５１ａ、１５２、１５２ａ…層、２０１…棒状フェライトコア、２０２…電線、３０１…親機の磁界、３０２、３０２Ｇ…子機の磁界、４０１…ガード領域、５０１−１〜５０１−２…伝送経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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