JP2004159456A - Energy supplier - Google Patents
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- H02J2310/23—The load being a medical device, a medical implant, or a life supporting device
Abstract
Description
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an energy supply device and a method for supplying electric energy to a predetermined device in a non-contact manner, and more particularly, to an electric power supply to a secondary coil provided in the device by supplying a current to a primary coil. The present invention relates to an energy supply device and a method for inducing static energy.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an energy supply device that supplies energy from outside a body using electromagnetic waves to a capsule-shaped medical device inserted into a patient's body has been proposed (for example, see Patent Document 1). This conventional energy supply device radiates an electromagnetic wave from a radiation antenna formed of a loop coil to the entire body of a patient in which a medical device is inserted into the body. The medical device staying in the body receives the electromagnetic wave irradiated to the patient by an antenna, and stores electric energy obtained from the received electromagnetic wave in a storage battery.
[0003]
Conventionally, another energy supply device that supplies energy to a medical device inserted into a body using electromagnetic waves has been proposed (for example, see Patent Document 2). This conventional energy supply device supplies power without perforating the skin using a wire coil (telemetry) that is electromagnetically coupled to a wire coil (telemetry) provided in a medical device that stays in the body. is there.
[0004]
According to each of the energy supply devices as described above, it is possible to supply energy to medical devices staying in the body in a non-contact manner. Therefore, it is not necessary to provide a special power supply to the medical device to be inserted into the body, and the size of the medical device can be reduced.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-135832 (page 5, left column, paragraph 0046 to page 6, left column, paragraph 0059, FIGS. 7 and 8)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 9-503933 (page 20, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the antenna provided in the medical device that receives the supply of energy from the former energy supply device has some directivity. For this reason, in the energy supply device configured to induce electric energy in an antenna provided in a medical device that stays in the body by using an electromagnetic wave generated from a single fixedly provided radiation antenna, In some cases, energy cannot be efficiently supplied to a device (antenna) whose direction can change three-dimensionally.
[0007]
Also, in the latter energy supply device described above, when the medical device changes its direction in the body three-dimensionally, the wire coil (telemeter) provided on the energy supply device side and the medical device side are provided. There is a case where the electromagnetic coupling relationship of the wire coil (telemeter) changes and energy cannot be supplied efficiently.
[0008]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an energy supply device that can efficiently supply energy to a device in a non-contact manner regardless of the orientation of the device. To provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An energy supply device according to the present invention includes a plurality of primary coils installed so as to generate magnetic fields in different directions, and a power supply device that supplies a voltage that changes at a predetermined cycle to the plurality of primary coils. And a magnetic field generated from the plurality of primary coils to induce electric energy in a secondary coil provided in the device.
[0010]
According to such a configuration, each of the plurality of primary coils is magnetically coupled to the secondary coil with a degree corresponding to the direction of the generated magnetic field and the direction of the secondary coil provided in the device. This will induce electrical energy in the secondary coil.
[0011]
Further, the energy supply device according to the present invention is configured such that the plurality of primary coils include three primary coils installed so as to generate a magnetic field parallel to each axis of a predetermined three-dimensional orthogonal coordinate system. be able to.
[0012]
With such a configuration, electric energy is induced in the secondary coil provided in the device by three magnetic fields parallel to each axis of the predetermined three-dimensional orthogonal coordinates set in the space where the device stays. become.
[0013]
The energy supply device according to the present invention may be configured such that the plurality of primary coils are connected in series, and the power supply device supplies a voltage to the plurality of primary coils connected in series. it can.
[0014]
With such a configuration, a single voltage from the power supply device is supplied to a plurality of primary coils.
[0015]
In the energy supply device according to the present invention, the plurality of primary coils are connected in parallel to the power supply device, and a voltage is supplied from the power supply device to the plurality of primary coils in parallel. It can be set as the structure made.
[0016]
With such a configuration, the power supply device can supply each of the plurality of primary coils with a voltage in consideration of the inductance of the primary coil.
[0017]
Furthermore, the energy supply device according to the present invention may be configured such that the power supply device includes a plurality of power supply units that individually supply voltages to the plurality of primary coils.
[0018]
With such a configuration, voltage is individually supplied from each power supply unit to the corresponding primary coil. Thereby, it is possible to individually control the voltage to be supplied to each of the plurality of primary coils.
[0019]
The energy supply device according to the present invention includes: an energy supply amount detection unit that detects an amount of energy supplied from each of the plurality of primary coils; and the power supply device based on a detection result of the energy supply amount detection unit. And control means for controlling the voltage supplied to the plurality of primary coils.
[0020]
With such a configuration, efficient voltage supply control can be performed for each of the plurality of primary coils according to the amount of energy supply. Thereby, energy can be more efficiently supplied to the device from the plurality of primary coils.
[0021]
Further, in the energy supply device according to the present invention, the energy supply amount detection unit may be configured to supply each of the plurality of primary coils with a predetermined voltage being supplied from the power supply device to each of the plurality of primary coils. A configuration may be provided that includes current detection means for detecting a flowing current value as an amount of supplied energy.
[0022]
With such a configuration, a predetermined voltage is applied to each of the plurality of primary coils by utilizing that the current flowing through the primary coil increases as the degree of magnetic coupling with the secondary coil provided in the device increases. Is supplied, the current value flowing through each of the plurality of primary coils is detected as the energy supply amount.
[0023]
Furthermore, the energy supply device according to the present invention may be configured such that the energy supply detection means repeatedly detects the amount of energy supplied from each of the plurality of primary coils at a predetermined cycle. .
[0024]
With this configuration, even if the amount of energy supplied from each of the plurality of primary coils changes according to the change in the direction of the device (secondary coil), the amount of energy supplied from each of the plurality of primary coils can be accurately determined. Can be detected.
[0025]
The predetermined cycle can be appropriately determined according to the assumed change in the orientation of the device.
[0026]
An energy supply device according to the present invention, wherein the control means detects a primary coil having a maximum energy supply amount among the plurality of primary coils based on a detection result by the energy supply amount detection means. And a selective voltage supply control means for cutting off voltage supply to a primary coil other than the primary coil detected by the detection means.
[0027]
According to such a configuration, the voltage is supplied from the power supply device to only the primary coil having the largest energy supply amount. Therefore, more efficient energy supply to the device can be performed.
[0028]
In the energy supply device according to the present invention, the selective voltage supply control means switches whether or not to supply a voltage to each of the plurality of primary coils, and a detection result of the detection means. And switching control means for controlling the switching means based on the above.
[0029]
With such a configuration, the switching control means controls the switch means so as to cut off the voltage supply to the primary coils other than the primary coil in which the supply amount of the energy detected by the detection means is maximum. As a result, the voltage is supplied from the power supply device only to the primary coil having the maximum energy supply amount.
[0030]
Further, in the energy supply device according to the present invention, the control means may control the voltage supplied from the power supply device to the primary coil having the maximum amount of energy detected by the energy supply amount detection means to a first value. , And the voltage supplied from the power supply device to the other primary coil is controlled to a second value smaller than the first value.
[0031]
With such a configuration, the value of the voltage supplied from the power supply to the primary coil having the largest amount of energy supply becomes larger than the value of the voltage supplied from the power supply to the other primary coils. Thereby, more efficient energy supply to the device can be performed from the plurality of primary coils.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0033]
The plurality of primary coils of the energy supply device according to one embodiment of the present invention are arranged as shown in FIGS. This energy supply device supplies energy to a small medical device (endoscope or the like) staying in the abdomen of the body.
[0034]
FIG. 1 shows the arrangement of the primary coils as viewed from the front of the body B. In FIG. 1, this energy supply device includes a set of z-direction
[0035]
Due to such arrangement of the
[0036]
Note that, instead of the z-direction
[0037]
The small
[0038]
FIG. 6 shows a first configuration example of a power supply device that supplies a voltage to each of the primary coils arranged as described above.
[0039]
6, this power supply device includes a
[0040]
On the other hand, in the small
[0041]
From the energy supply device including the
[0042]
When a high-frequency voltage from the switching
[0043]
According to such an energy supply device, a magnetic field formed in three directions always acts on the
[0044]
FIG. 7 shows a second configuration example of a power supply device that supplies a voltage to each primary coil (see FIGS. 1 to 5) arranged as described above. The second configuration example is different from the first embodiment in that voltage is supplied in parallel to the z-direction
[0045]
7, this power supply device has a
[0046]
In the energy supply device having such a configuration, when the high-frequency voltage from the
[0047]
Also in this case, similarly to the first configuration example described above, regardless of the orientation of the small medical device 100 (secondary coil 101), the magnetic fields formed in three directions are always superimposed on the secondary device. Acting on the
[0048]
In the energy supply device according to the second configuration example of the above-described structure, the self-inductance of the primary coil connected to each of the switching
[0049]
FIG. 8 shows a third configuration example of a power supply device that supplies a voltage to each primary coil (see FIGS. 1 to 5) arranged as described above. The third configuration example is different from the first and second configuration examples in that the voltage applied to each primary coil is controlled according to the amount of energy supplied from each primary coil.
[0050]
8, the z-direction
[0051]
The power supply further includes
[0052]
Assuming that the load has a constant resistance, the amount of energy that can be supplied to the load depends on the degree of matching between the primary coil and the secondary circuit. Then, when the matching is achieved (when the degree of matching is the maximum), the primary coil current also becomes maximum, and the amount of supplied energy also becomes maximum. For this reason, the value of the current flowing through the primary coil represents the amount of energy supplied from the primary coil. That is, the detection signals from the
[0053]
The
[0054]
The
[0055]
The operation of the energy supply device having the power supply device configured as described above will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
[0056]
Each of the switches SW1, SW2, and SW3 is turned on for a predetermined time period t 'every predetermined period t by an on control signal (timer output) from the
[0057]
In this state, the detection signal corresponding to the current value flowing from the
[0058]
As a result, after the elapse of the predetermined time t ', the switch SW2 is kept on, and the switches SW1 and SW3 are turned off (see SW1, SW2, SW3 in FIG. 9). This state is maintained until the next predetermined period t starts. As a result, only the magnetic field parallel to the x-axis generated from the x-direction coils 12a and 12b at which the flowing current value becomes maximum, that is, the energy supply amount becomes maximum, stays at the abdomen of the body B. Act on the
[0059]
The above-described operation is repeatedly performed at every predetermined period t. In the process, for example, the
[0060]
As a result, only the magnetic field parallel to the y-axis generated from the y-
[0061]
According to the energy supply device having the power supply device of the third configuration example as described above, the amount of energy supply from each of the
[0062]
The predetermined period t, which is a period for measuring the amount of energy supply from each primary coil, is determined based on the expected behavior of the small
[0063]
A fourth configuration example of the power supply device is as shown in FIG. This fourth configuration example is common to the third configuration example in that the voltage applied to each primary coil is controlled in accordance with the amount of energy supplied from each primary coil, but continuously from each primary coil. The difference is that a magnetic field is generated.
[0064]
In FIG. 10, this power supply device includes a
[0065]
The
[0066]
A
[0067]
The
[0068]
The operation of the energy supply device having the power supply device configured as described above will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
[0069]
Each of the switches SW1, SW2, and SW3 is turned on for a predetermined time period t 'every predetermined period t by an on control signal (timer output) from the
[0070]
For example, when the effect signal {circle around (2)} from the
[0071]
Thus, when the switches SW1, SW2, and SW3 are turned off after the elapse of the predetermined time t ', the DC voltage applied to the
[0072]
In such a situation, the magnetic field parallel to the x-axis generated from the x-direction
[0073]
The above-described operation is repeatedly performed at every predetermined period t. In the process, for example, when the detection signal (3) from the
[0074]
As a result, a magnetic field parallel to the y-axis generated from the y-direction
[0075]
According to the energy supply device having the power supply device according to the fourth configuration example described above, the amount of energy supply from each of the
[0076]
In the power supply device of the fourth configuration example described above, the voltage applied to each primary coil is controlled in two stages according to the amount of energy supplied from each primary coil. Can be controlled in three or more stages or in an analog manner according to the amount of energy supplied from each primary coil.
[0077]
In each of the power supply devices of the third configuration example and the fourth configuration example, a current detection resistor is inserted between each of the switches SW1, SW2, and SW3 and the corresponding switching circuit, and the DC power supply 15 (15a , 15b, 15c) to the switching
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each of the plurality of primary coils is magnetically coupled to the secondary coil with a degree corresponding to the direction of the generated magnetic field and the direction of the secondary coil provided in the device. As a result, electric energy is induced in the secondary coil, so that energy can be efficiently supplied to the device in a non-contact manner regardless of the orientation of the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement of each primary coil in an energy supply device according to an embodiment of the present invention as viewed from the front of a body.
FIG. 2 is a diagram showing directions of magnetic fields that can be generated by each primary coil arranged as in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of each primary coil when a solenoid-type coil is used as the z-direction primary coil, as viewed from the front of the body.
FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of each primary coil in the energy supply device as viewed from directly above a body, and a direction of a magnetic field that can be generated by each of the primary coils so arranged.
FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of each primary coil in the energy supply device as viewed from the left side of the body, and the direction of a magnetic field that can be generated by each primary coil so arranged.
FIG. 6 is a diagram illustrating a first configuration example of a power supply device in the energy supply device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a second configuration example of the power supply device in the energy supply device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a third configuration example of the power supply device in the energy supply device according to the embodiment of the present invention.
9 is a timing chart illustrating the operation of the power supply device illustrated in FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the power supply device in the energy supply device according to the embodiment of the present invention.
11 is a timing chart illustrating an operation of the power supply device illustrated in FIG.
[Explanation of symbols]
11, 11a, 11b Primary coil in z direction
12a, 12b x-direction primary coil
13a, 13by y-direction primary coil
15, 15a, 15b, 15c DC power supply
16 Switching circuit
17 Capacitor for resonance
21, 23, 25 switching circuit
22, 24, 26 Resonant capacitor
27, 29, 31 Current detection resistors
28, 30, 32 Current value detector
35 timer
36 Comparator
41 Control unit
42 First control element
43 Second control element
44 Third control element
SW1, SW2, SW3 switch
Claims (11)
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。A plurality of primary coils installed to generate magnetic fields in different directions,
A power supply device that supplies a voltage that changes at a predetermined cycle to the plurality of primary coils,
An energy supply device configured to induce electric energy in a secondary coil provided in a device by a magnetic field generated from the plurality of primary coils.
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。The plurality of primary coils are connected in series,
The energy supply device according to claim 1, wherein the power supply device supplies a voltage to the plurality of primary coils connected in series.
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。Energy supply amount detection means for detecting the amount of energy supplied from each of the plurality of primary coils,
The energy supply device according to claim 4, further comprising: a control unit configured to control a voltage supplied to the plurality of primary coils from the power supply device based on a detection result of the energy supply amount detection unit. .
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。The control means, based on the detection result of the energy supply amount detection means, detection means for detecting a primary coil of the plurality of primary coils, the supply amount of energy is maximum,
9. The energy supply device according to claim 6, further comprising: a selective voltage supply control unit that cuts off voltage supply to a primary coil other than the primary coil detected by the detection unit. 10.
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。Switch means for switching whether to supply a voltage to each of the plurality of primary coils, the selective voltage supply control means,
10. The energy supply device according to claim 9, further comprising: switching control means for controlling said switch means based on a detection result of said detection means.
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