JP2010124545A

JP2010124545A - 電力供給装置

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Publication number: JP2010124545A
Application number: JP2008293666A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwasako; 洋志祝迫; Ken Sato; 憲佐藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: JP5350758B2

Abstract

【課題】給電対象の装置がどのような方向を向いていたとしても、該装置に対して効率的に電力を供給することが可能な電力供給装置を提供する。
【解決手段】本発明の電力供給装置は、給電対象の装置に対して非接触により電力を供給可能な電力供給装置であって、互いに異なる方向に磁界を発生するように配置された複数の送電アンテナと、複数の送電アンテナを駆動する駆動部と、複数の送電アンテナと駆動部との間の電気的な接続状態を切り替え可能なスイッチング部と、給電対象の装置の位置及び方向に基づいて複数の送電アンテナの中から駆動対象のアンテナを１または複数選択するとともに、駆動対象のアンテナ各々と駆動部とが直列に接続されるようにスイッチング部に対して制御を行う制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給装置に関し、特に、給電対象の装置に対して非接触により電力を供給可能な電力供給装置に関するものである。

医療分野において用いられる被検体内導入装置の種類の１つとして、被検者が嚥下することにより体腔内に配置され、蠕動運動に伴って該体腔内を順次移動しつつ被写体の像を撮像し、撮像した該被写体の像を撮像信号として外部に無線伝送可能なカプセル型内視鏡がある。

また、電磁誘導現象を利用することにより、前述したカプセル型内視鏡の各部の駆動に必要な電力を供給するためのものとして、例えば特許文献１のエネルギー供給装置が提案されている。

特許文献１によれば、被検者の周囲の３次元直交座標系の各軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）に平行となる磁界を発生するように配置された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、を備えるとともに、該複数の一次コイルの夫々が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、該エネルギー供給量検出手段における検出結果に基づき、該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、該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、を有するエネルギー供給装置が開示されている。
特開２００４−１５９４５６号公報

特許文献１に開示されているエネルギー供給装置の構成によれば、一次コイルから発せられる磁界は、被検者の周囲の３次元直交座標系の各軸に対して平行な向きとなる。

そのため、例えば、カプセル型内視鏡の軸方向が、被検者の周囲の３次元直交座標系のいずれかの軸方向と略一致した場合には、電力の供給効率が相対的に高くなる。

これに対し、例えば、カプセル型内視鏡が、被検者の周囲の３次元直交座標系の各軸方向の中間に相当する方向を向いている場合には、カプセル型内視鏡の各部の動作に必要な電力が供給されるように、検出手段により検出された一次コイルから発せられる磁界の強さを増加させる必要が生じ、その結果、電力の供給効率が相対的に低くなってしまう。

すなわち、特許文献１のエネルギー供給装置によれば、カプセル型内視鏡の向き次第においては電力の供給効率が低下してしまう場合がある、という課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、給電対象の装置がどのような方向を向いていたとしても、該装置に対して効率的に電力を供給することが可能な電力供給装置を提供することを目的としている。

本発明における電力供給装置は、給電対象の装置に対して非接触により電力を供給可能な電力供給装置であって、互いに異なる方向に磁界を発生するように配置された複数の送電アンテナと、前記複数の送電アンテナを駆動する駆動部と、前記複数の送電アンテナと前記駆動部との間の電気的な接続状態を切り替え可能なスイッチング部と、前記給電対象の装置の位置及び方向に基づいて前記複数の送電アンテナの中から駆動対象のアンテナを１または複数選択するとともに、該駆動対象のアンテナ各々と前記駆動部とが直列に接続されるように前記スイッチング部に対して制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。

本発明における電力供給装置によると、給電対象の装置がどのような方向を向いていたとしても、該装置に対して効率的に電力を供給することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１から図７は、本発明の実施形態に係るものである。図１は、本発明の実施形態に係る電力供給装置の要部の構成を示す図である。図２は、カプセル内視鏡の長軸方向における概略断面図である。図３は、カプセル内視鏡の短軸方向における概略断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る電力供給装置が制御を行う際に用いるテーブルの一例を示す図である。図５は、カプセル内視鏡が３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか１つの軸に略沿った方向を向いている場合の一例を示す図である。図６は、カプセル内視鏡が３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか２つの軸の中間に相当する方向を向いている場合の一例を示す図である。図７は、カプセル内視鏡が３次元直交座標系における３つの軸全ての中間に相当する方向を向いている場合の一例を示す図である。

電力供給装置１は、給電対象の装置に対して非接触により電力を供給可能な構成を有している。

具体的には、電力供給装置１は、図１に示すように、給電対象の装置の位置を原点とした３次元直交座標系におけるＸ軸に沿って配置された送電アンテナ４４と、該３次元直交座標系におけるＹ軸に沿って配置された送電アンテナ５４と、該３次元直交座標系におけるＺ軸に沿って配置された送電アンテナ６４と、所定の高周波電圧を印加することにより送電アンテナ４４、５４及び６４を駆動する駆動部４１と、後述する各スイッチにおけるオンオフの切り替えを行う制御部５１と、駆動部４１及び制御部５１に対して電力を供給する電源部４０と、を有している。

また、電力供給装置１は、図１に示すように、送電アンテナ４４の第１の端部と駆動部４１の端子Ａとの電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ａと、送電アンテナ４４の第２の端部と駆動部４１の端子Ｂとの電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｂと、送電アンテナ５４の第１の端部と駆動部４１の端子Ｃとの電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｃと、送電アンテナ５４の第２の端部と駆動部４１の端子Ｄとの電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｄと、送電アンテナ６４の第１の端部と駆動部４１の端子Ｅとの電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｅと、送電アンテナ６４の第２の端部と駆動部４１の端子Ｆとの電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｆと、を有している。

さらに、電力供給装置１は、図１に示すように、送電アンテナ４４の第２の端部と送電アンテナ５４の第１の端部との電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｇと、送電アンテナ４４の第２の端部と送電アンテナ５４の第２の端部との電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｈと、送電アンテナ５４の第２の端部と送電アンテナ６４の第１の端部との電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｉと、送電アンテナ５４の第２の端部と送電アンテナ６４の第２の端部との電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｊと、送電アンテナ４４の第２の端部と送電アンテナ６４の第１の端部との電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｋと、送電アンテナ４４の第２の端部と送電アンテナ６４の第２の端部との電気的な接続状態をオンまたはオフに切り替えるスイッチ７０ｍと、を有している。

すなわち、本実施形態のスイッチング部は、スイッチ７０ａ〜７０ｍの各スイッチにより構成されている。また、制御部５１は、スイッチ７０ａ〜７０ｍの各スイッチにおけるオンオフを切り替えるための制御を行う。

送電アンテナ４４は、自身の第１の端部側に接続される共振用のコンデンサ４２と、自身の第２の端部側に接続される送電コイル４３とが直列に接続された構成を有している。また、送電コイル４３は、３次元直交座標系におけるＸ軸の正領域（以降、Ｘ＋領域と称する）側に配置されるコイル４３ａと、３次元直交座標系におけるＸ軸の負領域（以降、Ｘ−領域と称する）側に配置されるコイル４３ｂと、を有して構成されている。

なお、送電アンテナ４４における、コンデンサ４２の静電容量値及び送電コイル４３のインダクタンス値は、所定の共振周波数に適合するようにそれぞれ設定されている。

送電アンテナ５４は、自身の第１の端部側に接続される共振用のコンデンサ５２と、自身の第２の端部側に接続される送電コイル５３とが直列に接続された構成を有している。また、送電コイル５３は、３次元直交座標系におけるＹ軸の正領域（以降、Ｙ＋領域と称する）側に配置されるコイル５３ａと、３次元直交座標系におけるＹ軸の負領域（以降、Ｙ−領域と称する）側に配置されるコイル５３ｂと、を有して構成されている。

なお、送電アンテナ５４における、コンデンサ５２の静電容量値及び送電コイル５３のインダクタンス値は、所定の共振周波数に適合するようにそれぞれ設定されている。

送電アンテナ６４は、自身の第１の端部側に接続される共振用のコンデンサ６２と、自身の第２の端部側に接続される送電コイル６３とが直列に接続された構成を有している。また、送電コイル６３は、３次元直交座標系におけるＺ軸の正領域（以降、Ｚ＋領域と称する）側に配置されるコイル６３ａと、３次元直交座標系におけるＺ軸の負領域（以降、Ｚ−領域と称する）側に配置されるコイル６３ｂと、を有して構成されている。

なお、送電アンテナ６４における、コンデンサ６２の静電容量値及び送電コイル６３のインダクタンス値は、所定の共振周波数に適合するようにそれぞれ設定されている。

また、以上に述べたように、送電アンテナ４４、５４及び６４は、３組のヘルムホルツコイルとして構成されているとともに、互いに異なる（互いに直交する）方向に磁界を発生するように配置されている。

一方、電力供給装置１による給電対象の装置の一例としての、カプセル内視鏡２の内部には、例えば図２及び図３に示すように、電力供給装置１により発せられた磁界に応じた電圧を両端に生じるソレノイド状の受電コイル４がカプセル型の筐体３の短軸方向の内周面に沿って配置されている。そして、このような場合においては、図２に示すように、カプセル内視鏡２の長軸方向と磁束の向きとが一致した場合に、電力供給装置１による電力の供給効率が最大となる。

なお、図２及び図３には図示していないが、カプセル内視鏡２には、受電コイル４の他に、生体内の被写体像等の各種の生体情報を取得する生体情報取得部、該生体情報を無線により外部へ出力する無線通信部、及び、外部からの励磁に応じた磁界を発生する共振回路が少なくとも内蔵されているものとする。

また、本実施形態においては、カプセル内視鏡の位置及び向きを検出する技術として、例えば、日本国特開２００５−３０４６３８号公報に開示されている技術を適用するものとする。この技術によれば、カプセル内視鏡に設けられた共振回路から磁界を発生させるための励磁コイルアレイと、該磁界を検出する検出コイルと、を用いて該カプセル内視鏡の位置及び向きの検出を行っている。そして、本実施形態の電力供給装置１の制御部５１は、このようにして得られたカプセル内視鏡２の位置及び向きを一定時間毎にモニタリングしつつ、モニタリング結果に応じて電力の供給に係る制御（詳しくは後述）を行うものとする。

さらに、本実施形態においては、カプセル内視鏡２の向いている方向が、筐体３の長軸方向に相当するものであるとして以降の説明を行う。

ここで、本実施形態の電力供給装置１の作用について説明を行う。

まず、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか１つの軸に略沿った方向を向いている場合について述べる。

制御部５１は、前述の技術により得られたカプセル内視鏡２の位置及び向きの検出結果に基づき、例えば図５に示すように、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系におけるＸ軸に略沿った方向を向いていることを演算により求める。

制御部５１は、図４に示す各パターンの情報を予めテーブルとして保持している。そして、制御部５１は、カプセル内視鏡２の位置及び向きに対して最適な一のパターンを前記各パターンの中から選択することにより、スイッチ７０ａ〜７０ｍの各スイッチにおけるオンオフの切り替えを行う。

従って、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図５に示すような方向を向いていることを検出した場合、図４に示す各パターンのうち、「パターン１」の情報を選択する。そして、制御部５１は、選択した「パターン１」の情報に基づき、スイッチ７０ａ及び７０ｂをオンするとともに、スイッチ７０ｃ〜７０ｆ、７０ｋ及び７０ｍをオフするための制御を行う。なお、この場合、制御部５１は、スイッチ７０ｉ及び７０ｊをオンするものであっても良く、または、オフするものであっても良い（図４の「ＮＣ（ＮｏＣａｒｅ）」に相当）。

換言すると、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図５に示すような方向を向いていることを検出した場合、送電アンテナ４４を駆動対象のアンテナとして選択した後、送電アンテナ４４と駆動部４１とが直列に接続されるように、スイッチ７０ａ〜７０ｍの各スイッチに対して制御を行う。

そして、制御部５１の制御に応じ、駆動部４１における端子Ａと端子Ｂとの間に高周波電圧が印加される。駆動部４１における端子Ａと端子Ｂとの間に高周波電圧が印加されると、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｂと、端子Ｂとを直列に接続した経路上に、該高周波電圧に応じた電流が流れる。これにより、Ｘ＋領域とＸ−領域との間に磁界が発生する。

具体的には、端子Ａ→スイッチ７０ａ→コンデンサ４２→コイル４３ａ→コイル４３ｂ→スイッチ７０ｂ→端子Ｂの順序に電流が流れた場合、図５に示すように、Ｘ軸の正方向に沿った磁束φＸ＋が発生する。なお、この順序の逆順に電流が流れた場合、Ｘ軸の負方向に沿った磁束が発生する。

また、制御部５１は、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系におけるＹ軸に略沿った方向を向いている（図示せず）ことを検出した場合、図４に示す各パターンのうち、「パターン２」の情報を選択する。そして、制御部５１は、選択した「パターン２」の情報に基づき、スイッチ７０ｃ及び７０ｄをオンするとともに、スイッチ７０ａ、７０ｂ及び７０ｅ〜７０ｊをオフするための制御を行う。なお、この場合、制御部５１は、スイッチ７０ｋ及び７０ｍをオンするものであっても良く、または、オフするものであっても良い（図４の「ＮＣ（ＮｏＣａｒｅ）」に相当）。

そして、制御部５１の制御に応じ、駆動部４１における端子Ｃと端子Ｄとの間に高周波電圧が印加される。駆動部４１における端子Ｃと端子Ｄとの間に高周波電圧が印加されると、端子Ｃと、スイッチ７０ｃと、コンデンサ５２と、コイル５３ａと、コイル５３ｂと、スイッチ７０ｄと、端子Ｄとを直列に接続した経路上に、該高周波電圧に応じた電流が流れる。これにより、Ｙ＋領域とＹ−領域との間に磁界が発生する。

具体的には、端子Ｃ→スイッチ７０ｃ→コンデンサ５２→コイル５３ａ→コイル５３ｂ→スイッチ７０ｄ→端子Ｄの順序に電流が流れた場合、Ｙ軸の正方向に沿った磁束φＹ＋が発生する。なお、この順序の逆順に電流が流れた場合、Ｙ軸の負方向に沿った磁束が発生する。

一方、制御部５１は、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系におけるＺ軸に略沿った方向を向いている（図示せず）ことを検出した場合、図４に示す各パターンのうち、「パターン３」の情報を選択する。そして、制御部５１は、選択した「パターン３」の情報に基づき、スイッチ７０ｅ及び７０ｆをオンするとともに、スイッチ７０ａ〜７０ｄ及び７０ｉ〜７０ｍをオフするための制御を行う。なお、この場合、制御部５１は、スイッチ７０ｇ及び７０ｈをオンするものであっても良く、または、オフするものであっても良い（図４の「ＮＣ（ＮｏＣａｒｅ）」に相当）。

そして、制御部５１の制御に応じ、駆動部４１における端子Ｅと端子Ｆとの間に高周波電圧が印加される。駆動部４１における端子Ｅと端子Ｆとの間に高周波電圧が印加されると、端子Ｅと、スイッチ７０ｅと、コンデンサ６２と、コイル６３ａと、コイル６３ｂと、スイッチ７０ｆと、端子Ｆとを直列に接続した経路上に、該高周波電圧に応じた電流が流れる。これにより、Ｚ＋領域とＺ−領域との間に磁界が発生する。

具体的には、端子Ｅ→スイッチ７０ｅ→コンデンサ６２→コイル６３ａ→コイル６３ｂと、スイッチ７０ｆ→端子Ｆの順序に電流が流れた場合、Ｚ軸の正方向に沿った磁束φＺ＋が発生する。なお、この順序の逆順に電流が流れた場合、Ｚ軸の負方向に沿った磁束が発生する。

なお、図４に示す各パターンのうち、「パターン１」が選択された場合に、カプセル内視鏡２の動作に必要な強さの磁束φ_ｃを発生させるために電力供給装置１において消費される電力Ｐ_Ｘ１は、下記数式（１）により示されるものとなる。

なお、上記数式（１）において、Ｉ_Ｘ１は磁束φ_ｃを発生させるために必要な電流を表し、Ｖ_Ｘ１は電流Ｉ_Ｘ１を流すために印加される電圧を表し、Ｚ_Ｘ１は送電アンテナ４４のインピーダンスを表すものとする。また、上記数式（１）は、図４の「パターン２」が選択された場合、及び、図４の「パターン３」が選択された場合のいずれにも略同様に適用可能である。

次に、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか２つの軸の中間に相当する方向を向いている場合について述べる。

制御部５１は、前述の技術により得られたカプセル内視鏡２の位置及び向きの検出結果に基づき、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系におけるＸ軸とＹ軸の中間に相当する方向を向いていることを演算により求める。具体的には、制御部５１は、カプセル内視鏡２の位置及び向きの検出結果に基づき、例えば図６に示すように、３次元直交座標系におけるＸＹ平面に水平な平面上の第１象限及び第３象限にカプセル内視鏡２の（筐体３の長軸方向の）端部が夫々存在し、カプセル内視鏡２とＸ軸とが角度θ_１をなし、カプセル内視鏡２とＹ軸とが角度θ_２をなしていることを演算により求める。なお、以降においては、θ_１＝θ_２＝４５°の場合を例に挙げつつ説明を進める。

制御部５１は、カプセル内視鏡２が図６に示すような方向を向いていることを検出した場合、図４に示す各パターンのうち、「パターン４」の情報を選択する。

そして、制御部５１は、選択した「パターン４」の情報に基づき、スイッチ７０ａ、７０ｄ及び７０ｇをオンするとともに、スイッチ７０ｂ、７０ｃ、７０ｅ、７０ｆ及び７０ｈ〜７０ｍをオフするための制御を行う。

換言すると、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図６に示すような方向を向いていることを検出した場合、送電アンテナ４４及び５４を駆動対象のアンテナとして選択した後、送電アンテナ４４及び５４と駆動部４１とが直列に接続されるように、スイッチ７０ａ〜７０ｍの各スイッチに対して制御を行う。

そして、制御部５１の制御に応じ、駆動部４１における端子Ａと端子Ｄとの間に高周波電圧が印加される。駆動部４１における端子Ａと端子Ｄとの間に高周波電圧が印加されると、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｇと、コンデンサ５２と、コイル５３ａと、コイル５３ｂと、スイッチ７０ｄと、端子Ｄとを直列に接続した経路上に、該高周波電圧に応じた電流が流れる。これにより、Ｘ＋領域及びＹ＋領域の中間に相当する領域と、Ｘ−領域及びＹ−領域の中間に相当する領域と、の間に磁界が発生する。

具体的には、端子Ａ→スイッチ７０ａ→コンデンサ４２→コイル４３ａ→コイル４３ｂ→スイッチ７０ｇ→コンデンサ５２→コイル５３ａ→コイル５３ｂ→スイッチ７０ｄ→端子Ｄの順序に電流が流れた場合、図６に示すように、Ｘ軸の正方向に沿った磁束φ_３Ｘ＋とＹ軸の正方向に沿った磁束φ_３Ｙ＋とによる合成磁束φ_ｃ１が発生する。なお、この順序の逆順に電流が流れた場合、前記合成磁束φ_ｃ１に対して逆方向の合成磁束が発生する。

すなわち、制御部５１が「パターン４」を選択した場合には、コイル４３ａ、コイル４３ｂ、コイル５３ａ及びコイル５３ｂの各コイルが直列に接続されるため、該各コイルには同じ大きさの電流が流れる。そして、このような場合において、電力供給装置１において消費される電力Ｐ_ＸＹは、下記数式（２）により示されるものとなる。

なお、上記数式（２）において、Ｉ_ＸＹは合成磁束φ_ｃ１を発生させるために必要な電流を表し、Ｚ_ＸＹは送電アンテナ４４及び５４の合成インピーダンスを表すものとする。

ここで、合成磁束φ_ｃ１の大きさが前述の磁束φ_ｃの大きさと等しく、かつ、θ_１＝θ_２＝４５°であるとすると、制御部５１により「パターン４」が選択された場合、磁束φ_３Ｘ＋の強さと磁束φ_３Ｙ＋の強さとが、下記数式（３）に示すように等しくなる。

そのため、直列に接続されたコイル４３ａ、コイル４３ｂ、コイル５３ａ及びコイル５３ｂの各コイルに流れる電流Ｉ_ＸＹの大きさは、下記数式（４）に示すものとなる。

これに加え、送電アンテナ５４のインピーダンスが送電アンテナ４４のインピーダンスＺ_Ｘ１と等しいと仮定した場合、上記数式（２）は、結果的に下記数式（５）のように変形される。

一方、本実施形態における電力供給装置１の制御部５１は、３次元直交座標系におけるＸＹ平面に水平な平面上の第２象限及び第４象限にカプセル内視鏡２の（筐体３の長軸方向の）端部が存在するような場合においては、図４に示す各パターンのうち、「パターン５」の情報を選択する。この場合、駆動部４１の端子Ａと端子Ｃとの間に高周波電圧が印加され、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｈと、コイル５３ｂと、コイル５３ａと、コンデンサ５２と、スイッチ７０ｃと、端子Ｃとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

また、本実施形態における電力供給装置１の制御部５１は、３次元直交座標系におけるＸＺ平面に水平な平面上の第１象限及び第３象限にカプセル内視鏡２の（筐体３の長軸方向の）端部が存在するような場合においては、図４に示す各パターンのうち、「パターン６」の情報を選択する。この場合、駆動部４１の端子Ａと端子Ｆとの間に高周波電圧が印加され、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｋと、コンデンサ６２と、コイル６３ａと、コイル６３ｂと、スイッチ７０ｆと、端子Ｆとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

また、本実施形態における電力供給装置１の制御部５１は、３次元直交座標系におけるＸＺ平面に水平な平面上の第２象限及び第４象限にカプセル内視鏡２の（筐体３の長軸方向の）端部が存在するような場合においては、図４に示す各パターンのうち、「パターン７」の情報を選択する。この場合、駆動部４１の端子Ａと端子Ｅとの間に高周波電圧が印加され、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｍと、コイル６３ｂと、コイル６３ａと、コンデンサ６２と、スイッチ７０ｅと、端子Ｅとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

また、本実施形態における電力供給装置１の制御部５１は、３次元直交座標系におけるＹＺ平面に水平な平面上の第１象限及び第３象限にカプセル内視鏡２の（筐体３の長軸方向の）端部が存在するような場合においては、図４に示す各パターンのうち、「パターン８」の情報を選択する。この場合、駆動部４１の端子Ｃと端子Ｆとの間に高周波電圧が印加され、端子Ｃと、スイッチ７０ｃと、コンデンサ５２と、コイル５３ａと、コイル５３ｂと、スイッチ７０ｉと、コンデンサ６２と、コイル６３ａと、コイル６３ｂと、スイッチ７０ｆと、端子Ｆとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

また、本実施形態における電力供給装置１の制御部５１は、３次元直交座標系におけるＹＺ平面に水平な平面上の第２象限及び第４象限にカプセル内視鏡２の（筐体３の長軸方向の）端部が存在するような場合においては、図４に示す各パターンのうち、「パターン９」の情報を選択する。この場合、駆動部４１の端子Ｃと端子Ｅとの間に高周波電圧が印加され、端子Ｃと、スイッチ７０ｃと、コンデンサ５２と、コイル５３ａと、コイル５３ｂと、スイッチ７０ｊと、コイル６３ｂと、コイル６３ａと、コンデンサ６２と、スイッチ７０ｅと、端子Ｅとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

すなわち、本実施形態における電力供給装置１は、「パターン５」、「パターン６」、「パターン７」、「パターン８」及び「パターン９」のうちのいずれか１つが選択された場合においても、前述の「パターン４」が選択された場合の動作と略同様の動作を行う。そのため、本実施形態における電力供給装置１によれば、前述の「パターン４」の場合と同じ条件を設定した場合、「パターン５」、「パターン６」、「パターン７」、「パターン８」及び「パターン９」のいずれにおいても、上記数式（２）〜（５）を略同様に適用することができる。

以上に述べたように、本実施形態の電力供給装置１によれば、カプセル内視鏡２が、３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか２つの軸の中間に相当する方向を向いている場合に、該２つの軸に沿って夫々配置された送電アンテナを直列に接続して電流を流す。そのため、本実施形態の電力供給装置１によれば、消費電力を抑制しつつ、カプセル内視鏡２の軸方向と磁束の発生方向とを極力一致させることができ、結果的に、カプセル内視鏡２に対して効率的に電力を供給することができる。

続いて、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系における３つの軸全ての中間に相当する方向を向いている場合について述べる。

制御部５１は、前述の技術により得られたカプセル内視鏡２の位置及び向きの検出結果に基づき、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の中間に相当する方向を向いていることを演算により求める。具体的には、制御部５１は、カプセル内視鏡２の位置及び向きの検出結果に基づき、例えば図７に示すように、３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれに対しても角度θ_４をなしていることを検出する。なお、以降においては、θ_４＝５４．７°の場合を例に挙げつつ説明を進める。

制御部５１は、カプセル内視鏡２が図７に示すような方向を向いていることを検出した場合、図４に示す各パターンのうち、「パターン１０」の情報を選択する。

そして、制御部５１は、選択した「パターン１０」の情報に基づき、スイッチ７０ａ、７０ｆ、７０ｇ及び７０ｉをオンするとともに、スイッチ７０ｂ〜７０ｅ、７０ｈ及び７０ｊ〜７０ｍをオフするための制御を行う。

換言すると、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図７に示すような方向を向いていることを検出した場合、送電アンテナ４４、５４及び６４を駆動対象のアンテナとして選択した後、送電アンテナ４４、５４及び６４と駆動部４１とが直列に接続されるように、スイッチ７０ａ〜７０ｍの各スイッチに対して制御を行う。

そして、制御部５１の制御に応じ、駆動部４１における端子Ａと端子Ｆとの間に高周波電圧が印加される。駆動部４１における端子Ａと端子Ｆとの間に高周波電圧が印加されると、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｇと、コンデンサ５２と、コイル５３ａと、コイル５３ｂと、スイッチ７０ｉと、コンデンサ６２と、コイル６３ａと、コイル６３ｂと、スイッチ７０ｆと、端子Ｆとを直列に接続した経路上に、該高周波電圧に応じた電流が流れる。これにより、Ｘ＋領域、Ｙ＋領域及びＺ＋領域の中間に相当する領域と、Ｘ−領域、Ｙ−領域及びＺ−領域の中間に相当する領域と、の間に磁界が発生する。

具体的には、端子Ａ→スイッチ７０ａ→コンデンサ４２→コイル４３ａ→コイル４３ｂ→スイッチ７０ｇ→コンデンサ５２→コイル５３ａ→コイル５３ｂ→スイッチ７０ｉ→コンデンサ６２→コイル６３ａ→コイル６３ｂ→スイッチ７０ｆ→端子Ｆの順序に電流が流れた場合、図７に示すように、Ｘ軸の正方向に沿った磁束φ_４Ｘ＋と、Ｙ軸の正方向に沿った磁束φ_４Ｙ＋と、Ｚ軸の正方向に沿った磁束φ_４Ｚ＋と、による合成磁束φ_ｃ２が発生する。なお、この順序の逆順に電流が流れた場合、前記合成磁束φ_ｃ２に対して逆方向の合成磁束が発生する。すなわち、制御部５１が「パターン１０」を選択した場合には、コイル４３ａ、コイル４３ｂ、コイル５３ａ、コイル５３ｂ、コイル６３ａ及びコイル６３ｂの各コイルが直列に接続されるため、該各コイルには同じ大きさの電流が流れる。そして、このような場合において、電力供給装置１において消費される電力Ｐ_ＸＹＺは、下記数式（６）により示されるものとなる。

なお、上記数式（６）において、Ｉ_ＸＹＺは合成磁束φ_ｃ２を発生させるために必要な電流を表し、Ｚ_ＸＹＺは送電アンテナ４４、５４及び６４の合成インピーダンスを表すものとする。

ここで、合成磁束φ_ｃ２の大きさが前述の磁束φ_ｃの大きさと等しく、かつ、θ_４＝５４．７°であるとすると、制御部５１により「パターン１０」が選択された場合、磁束φ_４Ｘ＋の強さと、磁束φ_４Ｙ＋の強さと、磁束φ_４Ｚ＋の強さとが、下記数式（７）に示すように等しくなる。

そのため、直列に接続されたコイル４３ａ、コイル４３ｂ、コイル５３ａ、コイル５３ｂ、コイル６３ａ及びコイル６３ｂの各コイルに流れる電流Ｉ_ＸＹＺの大きさは、下記数式（８）に示すものとなる。

これに加え、送電アンテナ５４及び送電アンテナ６４のインピーダンスが送電アンテナ４４のインピーダンスＺ_Ｘ１と等しいと仮定した場合、上記数式（６）は、結果的に下記数式（９）のように変形される。

一方、本実施形態における電力供給装置１の制御部５１は、カプセル内視鏡２が３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の中間に相当する方向を向いている場合、前述の「パターン１０」の他に、図４に示す「パターン１１」、「パターン１２」及び「パターン１３」の中から、カプセル内視鏡２の向きに応じた最適な一のパターンを選択する。

そして、制御部５１により「パターン１１」が選択された場合、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｇと、コンデンサ５２と、コイル５３ａと、コイル５３ｂと、スイッチ７０ｊと、コイル６３ｂと、コイル６３ａと、コンデンサ６２と、スイッチ７０ｅと、端子Ｅとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

また、制御部５１により「パターン１２」が選択された場合、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｋと、コンデンサ６２と、コイル６３ａと、コイル６３ｂと、スイッチ７０ｊと、コイル５３ｂと、コイル５３ａと、コンデンサ５２と、スイッチ７０ｃと、端子Ｃとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

また、制御部５１により「パターン１３」が選択された場合、端子Ａと、スイッチ７０ａと、コンデンサ４２と、コイル４３ａと、コイル４３ｂと、スイッチ７０ｍと、コイル６３ｂと、コイル６３ａと、コンデンサ６２と、スイッチ７０ｉと、コイル５３ｂと、コイル５３ａと、コンデンサ５２と、スイッチ７０ｃと、端子Ｃとを直列に接続した経路上に該高周波電圧に応じた電流が流れた後、該電流に応じた磁界が発生する。

すなわち、本実施形態における電力供給装置１は、「パターン１１」、「パターン１２」及び「パターン１３」のうちのいずれか１つが選択された場合においても、前述の「パターン１０」が選択された場合の動作と略同様の動作を行う。そのため、本実施形態における電力供給装置１によれば、前述の「パターン１０」の場合と同じ条件を設定した場合、「「パターン１１」、「パターン１２」及び「パターン１３」のいずれにおいても、上記数式（６）〜（９）を略同様に適用することができる。

以上に述べたように、本実施形態の電力供給装置１によれば、カプセル内視鏡２が、３次元直交座標系における３つの軸全ての中間に相当する方向を向いている場合に、該３つの軸に沿って夫々配置された送電アンテナを直列に接続して電流を流す。そのため、本実施形態の電力供給装置１によれば、消費電力を抑制しつつ、カプセル内視鏡２の軸方向と磁束の発生方向とを極力一致させることができ、結果的に、カプセル内視鏡２に対して効率的に電力を供給することができる。

すなわち、本実施形態の電力供給装置１によれば、給電対象の装置がどのような方向を向いていたとしても、該装置に対して効率的に電力を供給することができる。

なお、本実施形態は、３次元直交座標系の原点に相当する位置にカプセル内視鏡２が配置された場合に限らず、該３次元直交座標系内の他の位置にカプセル内視鏡２が配置された場合に対して略同様に適用することができる。

また、本実施形態の電力供給装置１は、前述した構成のカプセル内視鏡２に対して用いられるものに限らず、磁界に応じた電力を発生可能な種々の装置に対して略同様に適用することができる。

また、本実施形態の電力供給装置１は、３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３つの軸に沿って送電アンテナを夫々配置したものに限らず、該３つの軸以外の他の軸に沿って送電アンテナを夫々配置したものであっても良く、該３次元直交座標系以外の他の座標系における各軸に沿って送電アンテナを夫々配置したものであっても良い。

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態に係る電力供給装置の要部の構成を示す図。カプセル内視鏡の長軸方向における概略断面図。カプセル内視鏡の短軸方向における概略断面図。本発明の実施形態に係る電力供給装置が制御を行う際に用いるテーブルの一例を示す図。カプセル内視鏡が３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか１つの軸に略沿った方向を向いている場合の一例を示す図。カプセル内視鏡が３次元直交座標系における３つの軸のうちのいずれか２つの軸の中間に相当する方向を向いている場合の一例を示す図。カプセル内視鏡が３次元直交座標系における３つの軸全ての中間に相当する方向を向いている場合の一例を示す図。

符号の説明

１・・・電力供給装置
２・・・カプセル内視鏡
４・・・受電コイル
４０・・・電源部
４１・・・駆動部
４４，５４，６４・・・送電アンテナ
５１・・・制御部

Claims

給電対象の装置に対して非接触により電力を供給可能な電力供給装置であって、
互いに異なる方向に磁界を発生するように配置された複数の送電アンテナと、
前記複数の送電アンテナを駆動する駆動部と、
前記複数の送電アンテナと前記駆動部との間の電気的な接続状態を切り替え可能なスイッチング部と、
前記給電対象の装置の位置及び方向に基づいて前記複数の送電アンテナの中から駆動対象のアンテナを１または複数選択するとともに、該駆動対象のアンテナ各々と前記駆動部とが直列に接続されるように前記スイッチング部に対して制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする電力供給装置。
前記複数の送電アンテナは、前記給電対象の装置の位置を原点とした３次元直交座標系における各軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
前記複数の送電アンテナは、前記３次元直交座標系におけるＸ軸に沿って配置された第１の送電アンテナと、前記３次元直交座標系におけるＹ軸に沿って配置された第２の送電アンテナと、該３次元直交座標系におけるＺ軸に沿って配置された第３の送電アンテナと、からなることを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。