(57)【要約】【課題】機器がどのような向きにあってもその機器に対して非接触にて効率的にエネルギーを供給できるようなエネルギー供給装置を提供することである。【解決手段】それぞれ異なる方向に磁界を発生するように設置される複数の一次コイル（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ）と、前記複数の一次コイルに対して所定の周期で変化する電圧を供給する電源装置（１５、１６）とを備え、前記複数の一次コイルから発生する磁界により機器（１００）に備えられた二次コイル（１０１）に電気的エネルギーを誘起させるようにした構成となる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる方向に磁界を発生するように設置される複数の一次コイルと、
前記複数の一次コイルに対して所定の周期で変化する電圧を供給する電源装置とを備え、
前記複数の一次コイルから発生する磁界により機器に備えられた二次コイルに電気的エネルギーを誘起させるようにしたエネルギー供給装置。
【請求項２】
前記複数の一次コイルは、所定の三次元直交座標系の各軸に平行となる磁界を発生するように設置される３つの一次コイルを含むことを特徴とする請求項１記載のエネルギー供給装置。
【請求項３】
前記複数の一次コイルは直列に接続され、
前記電源装置は、直列に接続された前記複数の一次コイルに対して電圧を供給するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のエネルギー供給装置。
【請求項４】
前記複数の一次コイルは前記電源装置に対して並列に接続され、前記電源装置から前記複数の一次コイルに対して並列的に電圧が供給されるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のエネルギー供給装置。
【請求項５】
前記電源装置は、前記複数の一次コイルに対して個別に電圧を供給する複数の電源ユニットを有することを特徴とする請求項４記載のエネルギー供給装置。
【請求項６】
前記複数の一次コイルのそれぞれから供給しているエネルギーの量を検出するエネルギー供給量検出手段と、
前記エネルギー供給量検出手段での検出結果に基づいて前記電源装置から前記複数の一次コイルに供給される電圧を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項４または５記載のエネルギー供給装置。
【請求項７】
前記エネルギー供給量検出手段は、前記複数の一次コイルのそれぞれに対して前記電源装置から所定の電圧が供給された状態で前記複数の一次コイルのそれぞれに流れる電流値を供給しているエネルギーの量として検出する電流検出手段を備えたことを特徴とする請求項６記載のエネルギー供給装置。
【請求項８】
前記エネルギー供量検出手段は、所定周期にて前記複数の一次コイルのそれぞれから供給しているエネルギー量を繰り返し検出するようにしたことを特徴とする請求項６または７記載のエネルギー供給装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記エネルギー供給量検出手段での検出結果に基づいて、前記複数の一次コイルのうちエネルギーの供給量が最大となる一次コイルを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された一次コイル以外の一次コイルへの電圧供給を遮断させる選択的電圧供給制御手段とを有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のエネルギー供給装置。
【請求項１０】
前記選択的電圧供給制御手段は、前記複数の一次コイルのそれぞれに対して電圧を供給するか否かを切換えるスイッチ手段と、
前記検出手段での検出結果に基づいて前記スイッチ手段を制御する切換え制御手段とを有することを特徴とする請求項９記載のエネルギー供給装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記エネルギー供給量検出手段により検出されたエネルギー量が最大となる一次コイルに対して前記電源装置から供給される電圧を第一の値に制御し、他の一次コイルに対して前記電源装置から供給される電圧を前記第一の値より小さい第二の値に制御するようにしたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のエネルギー供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の機器に対して非接触にて電気的エネルギーを供給するエネルギー供給装置及び方法に係り、詳しくは、一次コイルに電流を流すことによって前記機器に設けられた二次コイルに電気的エネルギーを誘起させるようにしたエネルギー供給装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、患者の体内に挿入されたカプセル状の医療用機器に電磁波を利用して体外からエネルギーを供給するエネルギー供給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来のエネルギー供給装置は、ループコイルで構成された放射アンテナから医療用機器が体内に挿入された患者の体全周に対して電磁波を照射するようにしている。体内に滞留する医療用機器は、患者に照射された前記電磁波をアンテナにて受信し、その受信した電磁波から得られる電気的なエネルギーを蓄電池に蓄えるようにしている。
【０００３】
また、従来、電磁波を利用して体内に挿入された医療用機器にエネルギーを供給する他のエネルギー供給装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この従来のエネルギー供給装置は、体内に滞留する医療用機器に設けられたワイヤコイル（テレメトリー）に電磁気的に結合するワイヤコイル（テレメトリー）を使って皮膚に穿孔することなく電力を供給するものである。
【０００４】
前述したような各エネルギー供給装置によれば、体内に滞留する医療用機器に対して非接触にてエネルギーを供給することができる。このため、体内に挿入すべき医療用機器に特別な電源を設ける必要がなくなり、その医療用機器の小型化を図ることができるようになる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１３５８３２号公報（５頁、左欄、段落００４６〜６頁、左欄、段落００５９、図７、図８）
【特許文献２】
特表平９−５０３９３３号公報（２０頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した前者のエネルギー供給装置からエネルギーの供給を受ける医療用機器に備えられたアンテナは何らかの指向性を有する。このため、固定的に設けられた単一の放射アンテナから発生する電磁波を利用して体内に滞留する医療用機器に備えられたアンテナに電気エネルギーを誘起させるようにした前記エネルギー供給装置では、体内において三次元的にその方向が変化し得る機器（アンテナ）に対して効率的にエネルギーを供給できない場合がある。
【０００７】
また、前述した後者のエネルギー供給装置でも、体内において医療用機器が三次元的にその方向を変化させると、エネルギー供給装置側に設けられたワイヤコイル（テレメータ）と医療用機器側に設けられたワイヤコイル（テレメータ）の電磁気的結合関係が変化して効率的にエネルギーを供給できない場合がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、機器がどのような向きにあってもその機器に対して非接触にて効率的にエネルギーを供給できるようなエネルギー供給装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエネルギー供給装置は、それぞれ異なる方向に磁界を発生するように設置される複数の一次コイルと、前記複数の一次コイルに対して所定の周期で変化する電圧を供給する電源装置とを備え、前記複数の一次コイルから発生する磁界により機器に備えられた二次コイルに電気的エネルギーを誘起させるようにした構成となる。
【００１０】
このような構成によれば、複数の一次コイルのそれぞれは、発生する磁界の方向と機器に備えられた二次コイルの向きに応じた度合をもって前記二次コイルと磁気的に結合し、前記に二次コイルに電気的エネルギーを誘起させることになる。
【００１１】
また、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記複数の一次コイルが、所定の三次元直交座標系の各軸に平行となる磁界を発生するように設置される３つの一次コイルを含む構成とすることができる。
【００１２】
このような構成により、機器が滞留する空間に設定される所定の三次元直交座標の各軸に平行となる３つの磁界により前記機器に備えられた二次コイルに電気的エネルギーが誘起されることになる。
【００１３】
本発明に係るエネルギー供給装置は、前記複数の一次コイルが直列に接続され、前記電源装置が、直列に接続された前記複数の一次コイルに対して電圧を供給するようにした構成とすることができる。
【００１４】
このような構成により、電源装置からの単一の電圧が複数の一次コイルに対して供給されることとなる。
【００１５】
また、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記複数の一次コイルが前記電源装置に対して並列に接続され、前記電源装置から前記複数の一次コイルに対して並列的に電圧が供給されるようにした構成とすることができる。
【００１６】
このような構成により、電源装置は複数の一次コイルのそれぞれにその一次コイルのインダクタンスを考慮した電圧を供給し得ることとなる。
【００１７】
更に、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記電源装置が、前記複数の一次コイルに対して個別に電圧を供給する複数の電源ユニットを有する構成とすることができる。
【００１８】
このような構成により、各電源ユニットからそれに対応する一次コイルに対して電圧の供給が個別的になされる。それにより、複数の一次コイルのそれぞれに対して供給すべき電圧の制御を個別的に行い得ることになる。
【００１９】
本発明に係るエネルギー供給装置は、前記複数の一次コイルのそれぞれから供給しているエネルギーの量を検出するエネルギー供給量検出手段と、前記エネルギー供給量検出手段での検出結果に基づいて前記電源装置から前記複数の一次コイルに供給される電圧を制御する制御手段とを有する構成とすることができる。
【００２０】
このような構成により、複数の一次コイルのそれぞれに対してエネルギーの供給量に応じて効率的な電圧の供給制御が行い得ることになる。これにより、複数の一次コイルから機器に対してより効率的にエネルギーの供給を行うことができるようになる。
【００２１】
また、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記エネルギー供給量検出手段が、前記複数の一次コイルのそれぞれに対して前記電源装置から所定の電圧が供給された状態で前記複数の一次コイルのそれぞれに流れる電流値を供給しているエネルギーの量として検出する電流検出手段を備えた構成とすることができる。
【００２２】
このような構成により、機器に備えられた二次コイルとの磁気的結合の度合が大きいほど一次コイルに流れる電流が大きくなることを利用して、複数の一次コイルのそれぞれに対して所定の電圧が供給された状態で前記複数の一次コイルのそれぞれに流れる電流値がエネルギーの供給量として検出されることとなる。
【００２３】
更に、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記エネルギー供量検出手段が、所定周期にて前記複数の一次コイルのそれぞれから供給しているエネルギー量を繰り返し検出するようにした構成とすることができる。
【００２４】
このような構成により、機器（二次コイル）の向きの変化に応じて複数の一次コイルそれぞれからのエネルギー供給量が変化しても、的確に前記複数の一次コイルのそれぞれから供給されるエネルギー量を検出できることとなる。
【００２５】
前記所定の周期は、想定される機器の向きの変化に応じて適宜定めることができる。
【００２６】
本発明に係るエネルギー供給装置は、前記制御手段が、前記エネルギー供給量検出手段での検出結果に基づいて、前記複数の一次コイルのうちエネルギーの供給量が最大となる一次コイルを検出する検出手段と、前記検出手段により検出された一次コイル以外の一次コイルへの電圧供給を遮断させる選択的電圧供給制御手段とを有する構成とすることができる。
【００２７】
このような構成により、エネルギーの供給量が最大となる一次コイルにだけに電源装置から電圧供給がなされることとなる。このため、機器に対するより効率的なエネルギー供給を行うことができるようになる。
【００２８】
また、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記選択的電圧供給制御手段が、前記複数の一次コイルのそれぞれに対して電圧を供給するか否かを切換えるスイッチ手段と、前記検出手段での検出結果に基づいて前記スイッチ手段を制御する切換え制御手段とを有する構成とすることができる。
【００２９】
このような構成により、切換え制御手段が前記検出手段にて検出されたエネルギーの供給量が最大となる一次コイル以外の一次コイルへの電圧供給を遮断するようにスイッチ手段を制御することとなる。これにより、エネルギーの供給量が最大となる一次コイルにだけ電源装置から電圧供給がなされるようになる。
【００３０】
更に、本発明に係るエネルギー供給装置は、前記制御手段が、前記エネルギー供給量検出手段により検出されたエネルギー量が最大となる一次コイルに対して前記電源装置から供給される電圧を第一の値に制御し、他の一次コイルに対して前記電源装置から供給される電圧を前記第一の値より小さい第二の値に制御するようにした構成とすることができる。
【００３１】
このような構成により、エネルギーの供給量が最大となる一次コイルに対して電源装置から供給される電圧の値が他の一次コイルに対して電源装置から供給される電圧の値より大きくなる。これにより、複数の一次コイルから機器に対してより効率的なエネルギー供給を行うことができるようになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３３】
本発明の実施の一形態に係るエネルギー供給装置の複数の一次コイルは、図１乃至図５に示すように配置される。このエネルギー供給装置は、身体の腹部内に滞留する医療用小型機器（内視鏡等）に対してエネルギーを供給するものである。
【００３４】
図１は身体Ｂの正面から見た各一次コイルの配置を示している。図１において、このエネルギー供給装置は、ヘルムホルツ構造となる１組のｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂと、ヘルムホルツ構造となる１組のｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂと、ヘルムホルツ構造となる１組のｙ方向一次コイルとを有している。ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂは、医療用小型機器１００が滞留することが見込まれる腹部を挟んだ身体部位に巻かれている。ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂは、医療用小型機器１００が滞留することが見込まれる腹部の右左に配置される。また、ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂは、医療用小型機器１００が滞留することが見込まれる腹部の前後に配置される。前記ヘルムホルツ構造となる各一次コイル対（１１ａ、１１ｂ）、（１２ａ、１２ｂ）、（１３ａ、１３ｂ）は、そのコイル（円環状コイル）の直径が対となる２つのコイルの間の距離と等しくなるように設計される。
【００３５】
このような各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂの配置により、それら一次コイルで囲まれる領域（腹部領域）において、身体Ｂの足先から頭に伸びるｚ軸、身体Ｂの右側から左側に伸びるｘ軸及び身体Ｂの前から後ろに伸びるｙ軸で構成される三次元直行座標系の各軸（ｘ、ｙ、ｚ）に平行な磁界を生成することができる。即ち、図２に示すように、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂによりｚ軸に平行な方向に磁界を形成することができ、ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂによりｘ軸に平行な方向に磁界を形成することができ、また、ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂよりｙ軸に平行な方向に磁界を形成することができる。
【００３６】
なお、ヘルムホルツ構造のｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂに代えて、図３に示すように、医療用小型機器１００が滞留することが見込まれる腹部に巻きつけたソレノイド型の一次コイル１１を用いることもできる。また、身体Ｂの真上から見た各一次コイルの配置は、図４（ａ）に示すようになり、各一次コイルから生成され得る磁界の方向は図４（ｂ）に示すようになる。更に、身体Ｂの左側から見た各一次コイルの配置は、図５（ａ）に示すようになり、各一次コイルから生成され得る磁界の方向は図５（ｂ）に示すようになる。
【００３７】
身体Ｂの腹部に滞留させる医療用小型機器１００は、所定の巻き数となる二次コイル１０１とその二次コイル１０１に挿入された芯１０２とを備えた構造となるエネルギー受信部を有する。芯１０２は透磁率の大きい（例えば、１０００以上が望ましい）フェライト等の磁性体で形成されることが望ましい。一体となる二次コイル１０１及び芯１０２は、医療用小型機器１００の筺体内に設けることもできるし、また、その外側に設けることもできる。更に、芯１０２を設けることなく、二次コイル１０１を医療用小型機器１００の筺体に巻きつけるようにしてもよい。
【００３８】
前述したように配置される各一次コイルに対して電圧供給を行う電源装置の第一の構成例は、図６に示すようになる。
【００３９】
図６において、この電源装置は、電池等の直流電源１５及びスイッチング回路１６を有する。スイッチング回路１６は、直流電源１５からの直流電圧に対して数ｋＨｚから数ＭＨｚの範囲の所定の周波数でオン、オフ動作を行って、その周波数をもって変化する電圧（以下、高周波電圧という）を発生する。前述したように配置される各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと共振用コンデンサ１７とが直列に接続され、その直列接続された各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ及び共振用コンデンサ１７にスイッチング回路１６から出力される高周波電圧が印加される。共振用コンデンサ１７の容量値は、前記高周波電圧が印加される際に、各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと共振用コンデンサ１７とで直列共振がなされるように設定される。これにより、大きなエネルギーを効率よく伝送させることが可能になる。
【００４０】
一方、身体Ｂの腹部に滞留する医療用小型機器１００では、二次コイル１０１と共振用コンデンサ１０３とが直列接続され、更に、その直列接続された二次コイル１０１及び共振用コンデンサ１０３が４つのダイオードＤ１〜Ｄ４、インダクタンスＬ及びコンデンサＣで構成される整流回路１０４に接続されている。このような構成により、二次コイル１０１に誘起された交流電流が整流回路１０４により直流に変換され、その直流電流が医療用小型機器１００における電気的エネルギーとして利用される。共振用コンデンサ１０３の容量値は、一次コイルの場合と同様に、二次コイル１０１と共振用コンデンサ１０３とで直列共振がなされるように設定される。これにより、大きなエネルギーを効率よく取り出すことが可能となる。
【００４１】
前述したように配置される各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ（図１乃至図５参照）と電源装置（図６参照）とを備えたエネルギー供給装置から身体Ｂの腹部に滞留する医療用小型機器１００に対して次のようにしてエネルギーが供給される。
【００４２】
スイッチング回路１６からの高周波電圧が一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ及び共振用コンデンサ１７の直列回路に印加されると、それらが直列共振状態となって、各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂによって三次元直行座標系（ｘ、ｙ、ｚ）の各軸に平行となる方向に磁界が形成される（図２、図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）。この状態で、身体Ｂの腹部に任意の向きで滞留する医療用小型機器１００の二次コイル１０１には、二次コイル１０１とｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂとの磁気的な結合度合いに応じた量の電流と、二次コイル１０１とｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂとの磁気的な結合度合いに応じた量の電流と、二次コイル１０１とｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂとの磁気的な結合度合に応じた量の電流とを重畳させた電流が誘起される。このように二次コイル１０１に誘起された電流は、整流回路１０４によって直流に変換され、医療用小型機器１００のエネルギーとして利用される。
【００４３】
このようなエネルギー供給装置によれば、医療用小型機器１００（二次コイル１０１）がどのような向きにあっても、必ず３方向に形成された磁界が重畳的に二次コイル１０１に作用し、その３方向の磁界によって二次コイル１０１に電流が誘起される。このため、医療用小型機器１００の向きにかかわらず医療用小型機器１００に対して間断なく効率的にエネルギーの供給ができるようになる。
【００４４】
前述したように配置される各一次コイル（図１乃至図５参照）に対して電圧供給を行う電源装置の第二の構成例は、図７に示すようになる。この第二の構成例は、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂ、ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂ、及びｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂに対して並列的に電圧供給がなされる点で、前述した第一の構成例と相違する。
【００４５】
図７において、この電源装置は、第一のスイッチング回路２１、第二のスイッチング回路２３及び第三のスイッチング回路２５を有し、各スイッチング回路２１、２３、２５に対して直流電源１５からの直流電圧が並列的に供給されている。各スイッチング回路２１、２３、２５は、前述した第一の構成例におけるスイッチング回路１６と同様に、直流電源１５からの直流電圧に基づいた高周波電圧を出力する。直列接続されたｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂと共振用コンデンサ２２とが第一のスイッチング回路２１に接続され、直列接続されたｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂと共振用コンデンサ２４とが第二のスイッチング回路２３に接続され、更に、ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂと共振用コンデンサ２６とが第三のスイッチング回路２５に接続されている。
【００４６】
このような構成のエネルギー供給装置では、第一のスイッチング回路２１からの高周波電圧がｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂ及び共振用コンデンサ２２の直列回路に印加されると、それらが直列共振状態となって、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂからｚ軸に平行となる方向の磁界が発生する（図２、図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）。また、第二のスイッチング回路２３からの高周波電圧がｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂ及び共振用コンデンサ２４の直列回路に印加されると、それらが直列共振状態となって、ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂからｘ軸に平行となる方向の磁界が発生する（図２、図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）。更に、第三のスイッチング回路２５からの高周波電圧がｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂ及び共振用コンデンサ２６の直列回路に印加されると、それらが直列共振状態となって、ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂからｙ軸に平行となる方向の磁界が発生する（図２、図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）。
【００４７】
この場合も、前述した第一の構成例と同様に、医療用小型機器１００（二次コイル１０１）がどのような向きにあっても、必ず３方向に形成された磁界が重畳的に二次コイル１０１に作用し、その３方向の磁界によって二次コイル１０１に電流が誘起されるようになる。このため、第一の構成例と同様に、医療用小型機器１００の向きにかかわらず医療用小型機器１００に対して間断なく効率的にエネルギーの供給ができるようになる。
【００４８】
また、前述した構造の第二の構成例となるエネルギー供給装置では、各スイッチング回路２１、２３、２５に接続される一次コイルの自己インダクタンスは、前述した第一の構成例におけるスイッチング回路１６に接続される一次コイルの自己インダクタンスより小さくなるので、直流電源１５の出力電圧を比較的小さくすることが可能となる。このため、直流電源１５の小型化を図ることができる。
【００４９】
前述したように配置される各一次コイル（図１乃至図５参照）に対して電圧供給を行う電源装置の第三の構成例は、図８に示すようになる。この第三の構成例は、各一次コイルから供給するエネルギー量に応じて各一次コイルに印加する電圧を制御する点で前述した第一及び第二の構成例と相違する。
【００５０】
図８において、直列接続されたｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂ、共振用コンデンサ２２及び電流検出用抵抗器２７が第一のスイッチング回路２１に接続されている。また、直列接続されたｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂ、共振用コンデンサ２４及び電流検出用抵抗器２９が第二のスイッチング回路２３に接続されている。更に、直列接続されたｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂ、共振用コンデンサ２６及び電流検出用抵抗器３１が第三のスイッチング回路２５に接続されている。第一のスイッチング回路２１にはスイッチＳＷ１を介して直流電源１５からの直流電圧が供給され、第二のスイッチング回路２３にはスイッチＳＷ２を介して直流電源１５から直流電圧が供給され、更に、第三のスイッチング回路２５にはスイッチＳＷ３を介して直流電源１５から直流電圧が供給されている。
【００５１】
この電源装置は、更に、電流検出器２８、３０、３２、タイマ３５及びコンパレータ３６を有している。電流検出器２８は、電流検出用抵抗器２７の両端電圧をｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂに流れる電流値として検出する。電流検出器は、電流検出用抵抗器２９の両端電圧をｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂに流れる電流値として検出する。更に、電流検出器３２は、電流検出用抵抗器３１の両端電圧をｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂに流れる電流値として検出する。各電流検出器２８、３０、３２からの検出信号（検出電流値に対応）がコンパレータ３６に供給されている。
【００５２】
負荷を一定抵抗と仮定した場合、負荷へ供給できるエネルギー量は、一次コイルと二次側の回路の整合度合いによって決まる。そして、その整合がとれたとき（最大の整合度合いのとき）に一次コイル電流も最大となり、エネルギーの供給量も最大となる。ここのことから、一次コイルに流れる電流値はその一次コイルから供給されるエネルギーの量を表す。即ち、各電流検出器２８、３０、３２からの検出信号は、各一次コイル（１１ａ、１１ｂ）、（１２ａ，１２ｂ）、（１３ａ、１３ｂ）からのエネルギーの供給量を表す。
【００５３】
コンパレータ３６は、各電流検出器２８、３０、３２からの検出信号を入力し、その入力された検出信号の状態に応じた３つの制御信号▲１▼、▲２▼、▲３▼を出力する。制御信号▲１▼はスイッチＳＷ１のオン、オフ制御を行い、制御信号▲２▼はスイッチＳＷ２のオン、オフ制御を行い、更に、制御信号▲３▼はスイッチＳＷ３のオン、オフ制御を行う。コンパレータ３６は、各電流検出器２８、３０、３２からの検出信号を比較し、電流検出器２８からの検出信号が最も大きな検出電流値を表す場合に、スイッチＳＷ１をオンさせるための制御信号▲１▼を出力すると共に、他のスイッチＳＷ２、ＳＷ３をオフさせるための制御信号▲２▼及び▲３▼を出力する。また、電流検出器３０からの検出信号が最も大きな検出電流値を表す場合、コンパレータ３６からは、スイッチＳＷ２をオンさせるための制御信号▲２▼が出力されると共に、他のスイッチＳＷ１、ＳＷ３をオフさせるための制御信号▲１▼及び▲３▼が出力される。更に、電流検出器３２からの検出信号が最も大きな検出電流値を表す場合、コンパレータ３からは、スイッチＳＷ３をオンさせるための制御信号▲３▼が出力されると共に、他のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフさせるための制御信号▲１▼及び▲２▼が出力される。
【００５４】
タイマ３５は、所定周期ｔ毎に一定時間ｔ’のオン制御信号を出力する。このタイマ３５からのオン制御信号は各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、及びＳＷ３に供給される。各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、タイマ３５からの上記オン制御信号により、前述したコンパレータ３６からの制御信号▲１▼、▲２▼、▲３▼にかかわらず、強制的に所定周期ｔ毎に一定時間ｔ’だけオン状態となる。
【００５５】
前述したような構成の電源装置を有するエネルギー供給装置の動作を図９に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００５６】
タイマ３５からのオン制御信号（タイマ出力）により各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、所定周期ｔ毎に一定時間ｔ’だけオン状態となる。このとき、直流電源１５から各スイッチング回路２１、２３、２５に直流電圧が印加される。この直流電圧の印加により、各スイッチング回路２１、２３、２５から各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに対して高周波電圧の印加がなされる。これにより、前記一定時間ｔ’、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂによりｚ軸に平行な磁界が生成され、ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂによりｘ軸に平行な磁界が生成され、更に、ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂによりｙ軸に平行な磁界が生成される。
【００５７】
この状態において、電流検出器２８からのｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂに流れる電流値に対応した検出信号が、電流検出器３０からのｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂに流れる電流値に対応した検出信号が、電流検出器３２からのｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂに流れる電流値に対応した検出信号が、それぞれコンパレータ３６に供給される。コンパレータ３６は、これら検出信号を比較し、例えば、電流検出器３０からの検出信号（ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂに流れる電流値に対応）が最大の電流値を表す場合、スイッチＳＷ２をオンさせるための制御信号▲２▼を出力すると共に、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をオフさせるための制御信号▲１▼及び▲３▼を出力する（図９におけるコンパレータ出力参照）。
【００５８】
これにより、前記一定時間ｔ’経過後、スイッチＳＷ２はオン状態を維持すると共に、スイッチＳＷ１及びＳＷ３はオフに切換わる（図９におけるＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３参照）。この状態は次の所定周期ｔが開始されるタイミングまで維持される。その結果、流れる電流値が最大となる、即ち、エネルギーの供給量が最大となるｘ方向コイル１２ａ、１２ｂから発生するｘ軸に平行な磁界だけが身体Ｂの腹部に滞留する医療用小型機器１００の二次コイル１０１に作用する。そして、その磁界により二次コイル１０１に誘起された電流が医療用小型機器１００の電気的なエネルギーとして利用される。
【００５９】
前述したような動作は前記所定周期ｔ毎に繰り返し行われる。その過程で、例えば、時刻Ｔ１からの前記一定時間ｔ’において電流検出器３２からの検出信号（ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂに流れる電流値に対応）が最大の電流値を表すことをコンパレータ３６が判定すると、コンパレータ３６は、スイッチＳＷ３をオンさせるための制御信号▲３▼を出力すると共に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオフさせるための制御信号▲１▼及び▲２▼を出力する（図９におけるコンパレータ出力参照）。これにより、時刻Ｔ１でタイマ３５からのオン制御信号にてオン状態に切換わったスイッチＳＷ３は前記一定時間ｔ’後もオン状態を維持すると共に、今までオン状態を維持してきたスイッチＳＷ２はオフ状態に切換わり、また、スイッチＳＷ１は前述した動作と同様にオフ状態に切換わる。
【００６０】
その結果、流れる電流値が最大となる、即ち、エネルギーの供給量が最大となるｙ方向コイル１３ａ、１３ｂから発生するｙ軸に平行な磁界だけが身体Ｂの腹部に滞留する医療用小型機器１００の二次コイル１０１に作用する。そして、その磁界により二次コイル１０１に誘起された電流が医療用小型機器１００の電気的なエネルギーとして利用される。
【００６１】
前述したような第三の構成例となる電源装置を有するエネルギー供給装置によれば、各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂからのエネルギーの供給量が所定周期ｔ毎に検出され、その検出結果に基づいて、常に最大のエネルギーを供給している一次コイルから磁界の発生がなされる。その結果、エネルギー供給におけるロスの大きい一次コイルからの磁界発生が停止されることとなるので、医療小型機器１００に対するより効率的なエネルギー供給が可能となる。
【００６２】
なお、各一次コイルからのエネルギー供給量の測定周期となる前記所定の周期ｔは、身体Ｂ内での医療用小型機器１００の予想される挙動に基づいて決められる。また、前記エネルギー供給量（電流値）の測定時間となる前記一定時間ｔ’は、電源装置の処理能力、前記所定周期ｔとの関係などから決めることができる。例えば、前記所定の周期ｔが数秒程度、前記一定時間が数ミリ秒程度に決めることができる。
【００６３】
電源装置の第四の構成例は、図１０に示すようになる。この第四の構成例は、各一次コイルからのエネルギー供給量に応じて各一次コイルに印加する電圧を制御する点で前述した第三の構成例と共通するが、各一次コイルから継続的に磁界を発生させる点で相違する。
【００６４】
図１０において、この電源装置は、前述した第三の構成例と同様に、第一のスイッチング回路２１、第二のスイッチング回路２３及び第三のスイッチング回路２５を有している。第一のスイッチング回路２１には第一の直流電源１５ａからの直流電圧がスイッチＳＷ１を介して印加され、第二のスイッチング回路２３には第二の直流電源１５ｂからの直流電圧がスイッチＳＷ２を介して印加され、更に、第三のスイッチング回路２５には第三の直流電源１５ｃからの直流電圧がスイッチＳＷ３を介して印加されている。
【００６５】
第一のスイッチング回路２１、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂ、共振用コンデンサ２２、電流検出用抵抗器２７及び電流検出器２８の接続関係、第二のスイッチング回路２３、ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂ、共振用コンデンサ２４、電流検出用抵抗器２９及び電流検出器２８の接続関係、及び、第三のスイッチング回路２５、ｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂ、共振用コンデンサ２６、電流検出用抵抗器３１及び電流検出器３２の接続関係は、それぞれ、前述した第三の構成例の場合と同様となっている。また、タイマ３５も前述した第三の構成例の場合と同様に、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に対して、所定周期ｔ毎に一定時間ｔ’のオン制御信号を供給している。
【００６６】
スイッチＳＷ１に並列的に第一の制御素子４２が接続され、スイッチＳＷ２に並列的に第二の制御素子４３が接続され、更に、スイッチＳＷ３に並列的に第三の制御素子４４が接続されている。この電源装置は、更に、制御部４１を有している。制御部４１は、各電流検出器２８、３０、３２からの検出信号▲１▼、▲２▼、▲３▼を入力し、それらの検出信号▲１▼、▲２▼、▲３▼に応じて制御信号▲１▼’、▲２▼’、▲３▼’を出力する。前記制御信号▲１▼’は第一の制御素子４２に供給され、前記制御信号▲１▼’は第二の制御素子４３に供給され、更に、前記制御信号▲３▼’は第三の制御素子４４に供給される。各制御素子４２、４３、４４は、供給される制御信号▲１▼’、▲２▼’、▲３▼’に応じて各直流電源１５ａ、１５ｂ、１５ｃから各スイッチング回路２１、２３、２５に印加される直流電圧を制御する。
【００６７】
制御部４１は、各電流検出器２８、３０、３２から入力される検出信号▲１▼、▲２▼、▲３▼のうち最大の電流値を表す検出信号に対応した制御信号をレベル１とし、他の制御信号を前記レベル１より低いレベル２（例えば、１／２・Ｌ１）とする。そして、各制御素子４２、４３、４４は、前記レベル１の制御信号が供給されると、対応する直流電源からの直流電圧がそのままスイッチング回路に印加するようにし、前記レベル２の制御信号が供給されると、対応する直流電源からの直流電圧より小さい直流電圧（例えば、１／２の直流電圧）をスイッチング回路に印加するように動作する。
【００６８】
前述したような構成の電源装置を有するエネルギー供給装置の動作を図１１に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００６９】
タイマ３５からのオン制御信号（タイマ出力）により各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、所定周期ｔ毎に一定時間ｔ’だけオン状態となる。このとき、各直流電源１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの直流電圧がそのまま各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を介して各スイッチング回路２１、２３、２５に印加される。この状態で、前述した第三の構成例と同様に、各一次コイルから供給されるエネルギー量が検出される。即ち、各電流検出器２８、３０、３２からそれぞれに対応する一次コイルに流れる電流値に対応した検出信号▲１▼、▲２▼、▲３▼が制御部４１に入力する（図１１における制御入力参照）。そして、制御部４１はその入力された検出信号▲１▼、▲２▼、▲３▼に応じた制御信号▲１▼’、▲２▼’、▲３▼’を出力する（図１１における制御出力参照）。
【００７０】
例えば、電流検出器３０からの演出信号▲２▼が最大の電流値を表す場合、制御部４１は、レベルＬ１の制御信号▲２▼’とレベルＬ２となる制御信号▲１▼’及び▲３▼’を出力する。このようなレベルとなる各制御信号▲１▼’、▲２▼’、▲３▼’が第一の制御素子４１、第二の制御素子４２、第三の制御素子４３に供給されると、第二の制御素子４２は、第二の直流電源１５ｂからの直流電圧をそのまま第二のスイッチング回路２３に印加するよう動作し、第一及び第三の制御素子４１、４３は、第一及び第三の直流電源１５ａ、１５ｃからの直流電圧より小さい直流電圧を第一及び第三のスイッチング回路２１、２５に印加するように動作する。
【００７１】
これにより、前記一定時間ｔ’経過後に各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３がオフ状態に切換えられると、第一のスイッチング回路２１及び第三のスイッチング回路２５に印加される直流電圧は低下する一方、第二のスイッチング回路２３に印加される直流電圧は維持される（図１１のスイッチング回路入力参照）。この状態は次の所定周期ｔが開始されるタイミングまで維持される。その結果、流れる電流値が最大となる、即ち、エネルギーの供給量が最大となるｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂには第二の直流電源１５ｂからの直流電圧に対応した高周波電圧が印加され、他の一次コイル（１１ａ、１１ｂ）、（１３ａ、１３ｂ）には第一及び第三の直流電源１５ａ、１５ｂからの直流電圧より小さい直流電圧に対応した高周波電圧が印加される。
【００７２】
このような状況では、ｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂから発生されるｘ軸に平行な磁界が、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂから発生されるｚ軸に平行な磁界およびｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂから発生されるｙ軸に平行な磁界より大きくなる。このような大きさの関係となるｚ軸、ｘ軸、ｙ軸のそれぞれに平行な磁界が身体Ｂの腹部に滞留する医療用小型機器１００の二次コイル１０１に重畳的に作用し、その各磁界により二次コイル１０１に誘起された電流が医療用小型機器１００において電気的エネルギーとして利用される。
【００７３】
前述したような動作は前記所定周期ｔ毎に繰り返し行われる。その過程で、例えば、時刻Ｔ１からの前記一定時間ｔ’において電流検出器３２からの検出信号▲３▼が最大の電流値を表すものとなると、制御部４１は、制御信号▲３▼’をレベル２からレベル１に切換えると共に、制御信号▲２▼’をレベル１からレベル２に切換え、制御信号▲１▼’をレベル１に維持する。これら各制御信号▲１▼’、▲２▼’、▲３▼’に基づいた各制御素子４１、４２、４３の動作により、第三のスイッチング回路２５に印加する直流電圧が第三の直流電源１５ｃから供給される直流電圧に上昇される一方、第二のスイッチング回路２３に印加する直流電圧が第二の直流電源１５ｂから供給される直流電圧から低下される。また、第一のスイッチング回路２１は、第一の直流電源１５ａから供給される直流電圧より低い直流電圧が印加された状態が維持される。
【００７４】
その結果、流れる電流値が最大となる、即ち、エネルギーの供給量が最大となるｙ方向一次コイル１３ａ、１３ｂから発生されるｙ軸に平行な磁界が、ｚ方向一次コイル１１ａ、１１ｂｋら発生されるｚ軸に平行な磁界およびｘ方向一次コイル１２ａ、１２ｂから発生されるｘ軸に平行な磁界より大きくなる。従って、時刻Ｔ１において大きさの関係が前記のように変化したｚ軸、ｘ軸、ｙ軸のそれぞれに平行な磁界が身体Ｂの腹部に滞留する医療用小型機器１００の二次コイル１０１に重畳的に作用し、その各磁界により二次コイル１０１に誘起された電流が医療用小型機器１００において電気的エネルギーとして利用される。
【００７５】
前述したような第四の構成例となる電源装置を有するエネルギー供給装置によれば、各一次コイル１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂからのエネルギーの供給量が所定周期ｔ毎に検出され、その検出結果に基づいて、常に最大のエネルギーを供給している一次コイルからは最大の磁界が発生されると共に他の一次コイルからはそれより小さな磁界が発生されるようになる。その結果、医療用小型機器１００の二次コイル１０１に対して常に３軸（ｚ軸、ｘ軸、ｙ軸）に平行な３つの磁界が重畳的に作用しる状態を保持しつつ、エネルギー供給におけるロスの大きい一次コイルに対する供給電圧が抑制されるので、医療用小型機器１００に対するより効率的なエネルギー供給が可能となる。
【００７６】
前述した第四の構成例の電源装置では、各一次コイルからのエネルギーの供給量に応じて各一次コイルに印加される電圧を２段階に制御しているが、各一次コイルに印加される電圧を各一次コイルからのエネルギーの供給量に応じて３段階以上、あるいは、アナログ的に制御することも可能である。
【００７７】
なお、第三の構成例及び第四の構成例の各電源装置において、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とそれに対応するスイッチング回路との間に電流検出用抵抗器を挿入し、直流電源１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）から各スイッチング回路２１、２３、２５に供給される電流を各一次コイル（１１ａ、１１ｂ）、（１２ａ、１２ｂ）、（１３ａ、１３ｂ）からのエネルギーの供給量として検出するようしてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、複数の一次コイルのそれぞれは、発生する磁界の方向と機器に備えられた二次コイルの向きに応じた度合をもって前記二次コイルと磁気的に結合し、前記に二次コイルに電気的エネルギーを誘起させることになるので、機器がどのような向きにあってもその機器に対して非接触にて効率的にエネルギーを供給できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】身体の正面から見た本発明の実施の形態に係るエネルギー供給装置における各一次コイルの配置を示す図である。
【図２】図１のように配置された各一次コイルにより発生し得る磁界の方向を示す図である。
【図３】ｚ方向一次コイルとしてソレノイド型のコイルを用いた場合の各一次コイルの配置を身体の正面から見た図である。
【図４】身体の真上から見たエネルギー供給装置における各一次コイルの配置と、そのように配置された各一次コイルにより発生し得る磁界の方向を示す図である。
【図５】身体の左側方から見たエネルギー供給装置における各一次コイルの配置と、そのように配置された各一次コイルにより発生し得る磁界の方向を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るエネルギー供給装置における電源装置の第一の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るエネルギー供給装置における電源装置の第二の構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るエネルギー供給装置における電源装置の第三の構成例を示す図である。
【図９】図８に示す電源装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態に係るエネルギー供給装置における電源装置の第四の構成例を示す図である。
【図１１】図１０に示す電源装置の動作を表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１、１１ａ、１１ｂ  ｚ方向一次コイル
１２ａ、１２ｂ  ｘ方向一次コイル
１３ａ、１３ｂ  ｙ方向一次コイル
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  直流電源
１６  スイッチング回路
１７  共振用コンデンサ
２１、２３、２５  スイッチング回路
２２、２４、２６  共振用コンデンサ
２７、２９、３１  電流検出用抵抗器
２８、３０、３２  電流値検出器
３５  タイマ
３６  コンパレータ
４１  制御部
４２  第一の制御素子
４３  第二の制御素子
４４  第三の制御素子
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３  スイッチ
【図１】
2004159456.tif 000003
【図２】
2004159456.tif 000004
【図３】
2004159456.tif 000005
【図４】
2004159456.tif 000006
【図５】
2004159456.tif 000007
【図６】
2004159456.tif 000008
【図７】
2004159456.tif 000009
【図８】
2004159456.tif 000010
【図９】
2004159456.tif 000011
【図１０】
2004159456.tif 000012
【図１１】
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