JP2013140859A - 磁束制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁束の収束において漏れを防止すること、また、磁束の収束、反射、透過の制御を可能とすること。
【解決手段】第１面Ｆ１の外形輪郭を規定し、第１始点Ｓ１から第１終点Ｅ１まで接続する第１線路１０と、第２面Ｆ２の外形輪郭を規定し、第２始点Ｓ２から第２終点Ｅ２まで接続する第２線路２０と、第１終点と第２始点とを接続する第１連結線路３０と、第２終点と第１始点とを接続する第２連結線路４０と、を有する。磁束が第１面及び第２面を貫通する時に、誘導電流が第１始点、第１線路、第１終点、第１連結線路、第２始点、第２線路、第２終点、第２連結線路、第１始点の経路から成る閉ループを流れるように配置された閉ループ線路Ａ１を、少なくとも一つ有する。第１連結線路と第２連結線路とを平行に接近させ、磁束が貫通する方向において、相互に変位させると共に、第１面及び第２面に対して垂直な方向から見た場合に、第１連結線路と第２連結線路とが同一位置に位置するように閉ループ線路を形成した。
【選択図】図１．Ａ

Description

本発明は、導体から成る閉ループと、そのループを貫通する磁束が相対的に時間変化する場合における磁束の収束、反射、透過などの磁束の空間分布の制御を行う装置に関する。

磁束を収束させる磁界レンズとして、特許文献１、２に開示の技術が知られている。この技術はコイルを円錐形状に捲回して、中心軸に磁束を収束させるものである。特許文献３は、複数のコイルをコイルの軸方向に相互に間隙を設けて多段に設けたものであり、コイルを流れる電流を制御することで、軸方向に走行する電子ビームの走行を制御するものである。

また、下記非特許文献１は、磁束収束型電磁ポンプを開示している。その技術は、コイルとコイルとの間に、半径方向にスリットを有したリング状の円板を設けて、コイルによって生じる交流磁束が、コイルの軸方向に貫通する時に、円板に生じるうず電流を用いて、コイルの中心軸に磁束を収束させる技術である。

特開２０００−２４３３３６ 特開平８−３２１２７３ 特開２０００−１７３８８９

「駆動電源周波数を考慮した磁束収束型電磁ポンプの特性改善」、間々田宏、他、日本ＡＥＭ学会誌、Vol.2,No.3, pp.44-47 9,1944

ところが、特許文献１、２においては、コイルの形状を軸方向に変化させるものであり、特許文献３においては、複数段のコイルを用いるものである。一つの面において、磁束の収束や排除を制御するものではない。また、非特許文献１では、中心に磁束を収束させる作用を有するものの、円板に形成されたスリットにおいて軸方向に磁束が漏れるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、簡便な構造で、磁束を収束させて磁束漏れを抑制した磁束制御装置を実現することである。
また、他の目的は、磁束の収束、反射、透過などを可変制御した磁束制御装置を実現することである。

第１の発明は、磁束が貫通する第１面と、第１面の内部に含まれる第２面とを有し、第１面の外形輪郭を規定し、第１始点から第１終点まで接続する第１線路と、第２面の外形輪郭を規定し、第２始点から第２終点まで接続する第２線路と、第１終点と第２始点とを接続する第１連結線路と、第２終点と第１始点とを接続する第２連結線路と、を有して、磁束が第１面及び第２面を貫通する時に、誘導電流が第１始点、第１線路、第１終点、第１連結線路、第２始点、第２線路、第２終点、第２連結線路、第１始点の経路から成る閉ループを流れるように配置された閉ループ線路を、少なくとも一つ有し、閉ループ線路が一つの場合には、第１連結線路と第２連結線路とを平行に接近させ、閉ループ線路が複数の場合には、各閉ループ線路の各第１線路を流れる電流の向きは同一の第１向きとなり、閉ループ線路の各第２線路を流れる電流の向きは、同一向きであって、第１向きとは逆方向の第２向きとなるように配置され、隣接する２つの閉ループ線路において、一つの閉ループ線路の第１連結線路と他の閉ループ線路の第２連結線路とを平行に接近させて、各閉ループ線路を配列し、平行に接近させて配列させた第１連結線路と第２連結線路とを、磁束が貫通する方向において、相互に変位させると共に、第１面及び第２面に対して垂直な方向から見た場合に、第１連結線路と第２連結線路とが同一位置に位置するように閉ループ線路を形成したことを特徴とする磁束制御装置である。

本発明において閉ループ線路は、空間中にワイヤで形成されていても良く、誘電体基板上に、導体パターンを積層させて形成しても良い。また、閉ループ線路の巻き数は１つでも、複数巻きであっても良い。複数巻きの場合には、第１始点と第１終点は、第１線路のコイルの先端と終端とを意味し、第２始点と第２終点は、第２線路のコイルの先端と終端とを意味する。
閉ループ線路が一つの場合には、外側の第１線路を、等価的に循環する電流路と、内側の第２線路を等価的に循環する電流路とが形成されて、両者における電流の流れる向きは反対方向である。等価的とは、第１始点と第１終点とは、実際には、直接には接続されていないが、この点を重ねた場合に、１循の電流路が形成されることを意味する。第２線路についても、同様であり、第２始点と第２終点とは、実際には、直接には接続されていないが、この点を重ねた場合に、１循の電流路が形成されることを意味する。この場合に、第１線路の等価的な循環線路の形状、第２線路の等価的な循環線路の形状は任意であり、第１線路の内側に第２線路が存在すれば良い。そして、第１連結線路と第２連結線路とは、平行であって、第１面に垂直な方向に対して変位しており、第１面に垂直な方向から見て重なった位置に配置されている。

また、閉ループ線路が複数存在する場合には、各閉ループ線路の各第１線路は、直接は接続されていないが、等価的に、電流の循環路が形成される。また、各第２線路は、直接的には接続されていないが、同様に、等価的に、電流の循環路が形成される。そして、両電流路を流れる電流の向きは逆向きである。等価的の意味も上記の通りであり、全ての第１線路から成る等価的な電流の循環路の形状、全ての第２線路から成る等価的な電流の循環路の形状は任意であり、第１線路の内側に第２線路が存在すれば良い。
そして、隣接する閉ループ線路間では、一つの閉ループ線路の第１連結線路と他の閉ループ線路の第２連結線路とは、平行であって、第１面に垂直な方向に対して相互に変位しており、第１面に垂直な方向から見て重なった位置に配置されている。
この構成により、第２面を貫通する磁束の漏れが防止される。

本発明において、閉ループ線路が複数存在する場合には、それぞれの閉ループ線路の形状は、それぞれ、異なっていても良いが、第２面の中心を軸とする回転対称に形成されていることが望ましい。
また、閉ループ線路は空間に配置されていても良い。また、閉ループ線路は誘電体基板上に形成されており、第１連結線路と第２連結線路とは、それらの間に絶縁膜を介在させて配置されていても良い。
さらに、閉ループ線路は、誘電体基板の表面及び裏面に形成されており、第１連結線路と第２連結線路とは、誘電体基板を介在させて配置されていても良い。

他の発明は、磁束の収束、反射、透過のモードを制御できるようにした発明である。
すなわち、モードの可変制御可能な磁束制御装置は、上記発明において、閉ループ線路には、閉ループ線路を環流する電流を遮断又は通過させる第１スイッチが設けられていることを特徴とする。
第１スイッチとしては、機械的な接点機構の他、リレー、トランジスタ、バリスタなどの電子スイッチを用いることができる。制御電圧を電子スイッチに供給して、モードを変化させることができる。この場合には、第１スイッチをオン状態とすれば、第２面以外の第１面は磁束を反射させ、第２面に磁束を収束させる収束モードとし、オフ状態とすれば外部磁束を透過させる透過モードとなる。第１スイッチは各閉ループ線路の任意の位置に設ければ良い。

また、モードの可変制御可能な磁束制御装置は、上記発明において、閉ループ線路が一つの場合において、第１始点と第１終点とを短絡又は開放する第２スイッチと、第２始点と第２終点とを短絡又は開放する第３スイッチとのうち、少なくとも一方を有することを特徴とする磁束制御装置である。
第２スイッチのみが存在する時のモードは次の通りとなる。
第２スイッチがオン状態の時には、第１線路は、第２線路を介することなく、第１線路だけで現実に循環路が形成されて、誘導電流を循環させることができる。この時、第２線路は、第１線路の第１始点と第１終点との短絡により、第１連結線路と第２連結線路を介する電流の循環路となる。したがって、第１線路と第２線路とには、独立して誘導電流が流れることになる。この結果、第２面を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面以外の第１面を貫通する外部磁束は、第２面での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。
第２スイッチがオフ状態の時には、閉ループ線路による電流の循環路が形成されるので、第２面以外の第１面で磁束を反射させ、第２面で磁束を収束させる収束モードとなる。

第３スイッチのみが存在する時のモードは次の通りとなる。
第３スイッチがオン状態の時には、第２線路は、第１線路を介することなく、第２線路だけで現実に循環路が形成され、誘導電流を循環させることができる。この時、第１線路は、第２線路の第２始点と第２終点との短絡により、第１連結線路と第２連結線路を介する電流の循環路となる。したがって、第１線路と第２線路とには、独立して誘導電流が流れることになる。この結果、第２面を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面以外の第１面を貫通する外部磁束は、第２面での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。
第３スイッチがオフ状態の時には、閉ループ線路による電流の循環路が形成されるので、第２面以外の第１面で磁束を反射させ、第２面で磁束を収束させる収束モードとなる。
第２スイッチと第３スイッチとが両方存在する場合には、オフ状態のスイッチについては、そのスイッチが存在しない場合の上記の説明と同一である。一方、又は、両方のスイッチのオン状態における動作については、上記のスイッチがオン状態にあるときの説明の通りである。両スイッチがオフ状態の場合には、当然に、第２面以外の第１面で磁束を反射させ、第２面で磁束を収束させる収束モードとなる。

上記の第２スイッチ及び第３スイッチの少なくとも一方のスイッチと、上記の第１スイッチとを設ければ、磁束の透過、収束、反射の各モードを制御することができる。

また、モードの可変制御可能な他の磁束制御装置は、上記発明において、閉ループ線路が複数ｎ個の場合において、任意の２つの閉ループ線路間において、一方の閉ループ線路の第１始点と他方の閉ループ線路の第１終点とを短絡又は開放する第２スイッチであって、全ての第２スイッチのオン状態の時に各第１線路を接続して、第１線路だけで循環路を形成するｎ個の第２スイッチと、一方の閉ループ線路の第２終点と他方の閉ループ線路の第２始点とを短絡又は開放する第３スイッチであって、全ての第３スイッチのオン状態の時に各第２線路を接続して、第２線路だけで循環路を形成するｎ個の第３スイッチとのうち、少なくとも一方を有することを特徴とする磁束制御装置である。

この場合には、ｎ個の第２スイッチを全てオン状態とすると、各閉ループ線路の各第１線路が、直列に接続される結果、各第１線路だけで電流の循環路が形成される。この時、各閉ループ線路の各第２線路も、各第１線路の各第１始点と各第１終点との短絡により、各第１連結線路と各第２連結線路を介する電流の循環路となる。したがって、各第１線路から成る循環路と、各第２線路から成る循環路とには、独立して誘導電流が流れることになる。この結果、第２面を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面以外の第１面を貫通する外部磁束は、第２面での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。
全第２スイッチがオフ状態の時には、全閉ループ線路による電流の循環路が形成されるので、第２面以外の第１面で磁束を反射させ、第２面で磁束を収束させる収束モードとなる。

ｎ個の第３スイッチを全てオン状態とすると、各閉ループ線路の各第２線路が直列に接続される結果、各第２線路だけで電流の循環路が形成される。この時、各閉ループ線路の各第１線路は、各第２線路の各第２始点と各第２終点との短絡により、各第１連結線路と各第２連結線路を介する電流の循環路となる。したがって、各第１線路から成る循環路と、各第２線路から成る循環路とには、独立して誘導電流が流れることになる。この結果、第２面を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面以外の第１面を貫通する外部磁束は、第２面での反射よも小さく反射させるモードとなる。
全第３スイッチがオフ状態の時には、全閉ループ線路による電流の循環路が形成されるので、第２面以外の第１面で磁束を反射させ、第２面で磁束を収束させる収束モードとなる。

ｎ個の第２スイッチ又はｎ個の第３スイッチの一部のスイッチがオン状態で、他のスイッチがオフ状態の場合には、オン状態となっている閉ループ線路には、誘導電流が流れるので、誘導電流が流れる閉ループ線路による合成磁界が生成される。したがって、磁束制御の能力が小さくなるだけで、上記のモード変化は実現できる。ｎ個の第２スイッチとｎ個の第３スイッチとが両方存在する場合にも、閉ループ線路が一つの場合に説明したことが該当する。

上記のｎ個の第２スイッチ及びｎ個の第３スイッチの少なくとも一方のスイッチ群と、上記の第１スイッチを各閉ループ線路に設ければ、磁束の透過、収束、反射の各モードを制御することができる。ｎ個の第１スイッチのうちオフ状態にないスイッチが存在しても、磁束の透過の能力が低下するだけで、上記の３モードの制御は可能である。

本発明によると、第１連結線路と第２連結線路とが、磁束が貫通する方向から見て重なって配置されているので、第１連結線路と第２連結線路との間を磁束が通過することがないために、磁束の漏れが防止される。
また、スイッチを設けた磁束制御装置によると、各スイッチのオン状態とオフ状態とを制御することで、磁束の収束、反射、透過のモードを可変制御することができる。

本発明の実施例１に係る磁束制御装置の構成を示した平面図。 本発明の実施例１に係る磁束制御装置の第１線路に沿った断面図。 本発明の実施例１に係る磁束制御装置の第２線路に沿った断面図。 本発明の実施例１に係る磁束制御装置の第１連結線路及び第２連結線路に沿った断面図。 本発明の実施例１に係る磁束制御装置の第１連結線路及び第２連結線路の付近の構造を示す斜視図。 本発明の実施例２に係る磁束制御装置の第１連結線路及び第２連結線路を中心とする第１線路に沿った断面図。 本発明の実施例２に係る磁束制御装置の中心角１８０°の位置を中心とする第１線路に沿った断面図。 本発明の実施例３に係る磁束制御装置の構成を示した平面図。 本発明の実施例３に係る２つの閉ループ線路の第１線路に沿った断面図。 本発明の実施例４に係る磁束制御装置の構成を示した平面図。 本発明の実施例４に係る磁束制御装置の構成を示した平面図。 本発明の実施例５に係る磁束制御装置を磁気共鳴電力伝送装置に応用を示した場合の構成図。 本発明の実施例５の磁気共鳴電力伝送装置における受信コイルでの磁束分布を示す特性図。 本発明の実施例６の磁束制御装置の平面図。 本発明の実施例６の磁束制御装置の第１線路に沿った断面図。 本発明の実施例６の磁束制御装置の第２線路に沿った断面図。 本発明の実施例７の磁束制御装置の平面図。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１．Ａは、本発明の具体的な一実施例に係る磁束制御装置１の構成を示した平面図である。図示する外側と内側の線路は、合せて、一つの閉ループ線路Ａ１を構成しており、電流が環流するように構成されている。閉ループ線路Ａ１は銅、アルミニウムなどの導体で構成されている。半径の大きい円形の面が第１面Ｆ１であり、この第１面Ｆ１の内部領域に存在する半径の小さい円形の面が第２面Ｆ２である。第１面Ｆ１、第２面Ｆ２を、外部から交流磁束が貫通する。第１面Ｆ１の外形の輪郭を規定する円形の線路が第１線路１０であり、第２面Ｆ２の外形の輪郭を規定する円形の線路が第２線路２０である。

図１．Ｂは、図１．Ａに示すように、第１線路１０の半円に沿って切断した断面図であり、図１．Ｃは、図１．Ａに示すように、第２線路２０の半円に沿って切断した断面図である。第１線路１０、第２線路２０は、誘電体基板５０の上に形成されている。第１線路１０は、絶縁膜５１上に位置する第１始点Ｓ１から、基板５０上において反時計回転方向に円を描き、第１始点Ｓ１の下方に（−ｚ軸方向）位置し、且つ、基板５０上に位置する第１終点Ｅ１までの線路である。同様に、第２線路２０は、基板５０上に位置する第２始点Ｓ２から、基板５０上において時計回転方向に円を描き、第２始点Ｓ２の上方に（ｚ軸方向）位置し、且つ、絶縁膜５１上に位置する第２終点Ｅ２までの線路である。

図１．Ｄは、図１．Ａにおいて、第１線路１０と第２線路２０とを連結する部分の断面図であり、図２は、その部分の斜視図である。第１線路１０の第１終点Ｅ１と第２線路２０の第２始点Ｓ２とを接続する線路が第１連結線路３０である。第１連結線路３０は基板５０上に形成されている。また、第２線路２０の第２終点Ｅ２と第１線路１０の第１始点Ｓ１とを接続する線路が第２連結線路４０である。第２連結線路４０は絶縁膜５１上に形成されている。第２連結線路４０と第１連結線路３０とは、それらの間に絶縁膜５１が介在されて、ｚ軸方向の正射影が重なる位置に設けられている。

第１始点Ｓ１、第１線路１０、第１終点Ｅ１、第１連結線路３０、第２始点Ｓ２、第２線路２０、第２終点Ｅ２、第２連結線路４０、第１始点Ｓ１を接続する１循の線路が閉ループ線路Ａ１を構成している。外部から交流磁束が第１面Ｆ１及び第２面Ｆ２を貫通する時に、誘導電流が、閉ループ線路Ａ１に誘起される。

次、本実施例１の磁束制御装置１の作用について説明する。外部から交流磁束が第１面Ｆ１（第２面Ｆ２も含む全領域）を貫通すると、磁束の時間微分に比例した誘導電圧が閉ループ線路Ａ１に誘起される。この時、第１線路１０と第２線路２０とに起電力が分布するが、第１線路１０と第２線路２０の巻き方が逆であるので、それらの起電力により流れる誘導電流は、相互に逆向きとなる。ところが、第１面Ｆ１を貫通する磁束は、第２面Ｆ２を貫通する磁束の半径比の２乗倍である。また、第１線路１０の経路長は、第２線路２０の経路長の半径比倍である。したがって、第１線路１０と第２線路２０との比抵抗が同一とすれば、閉ループ線路Ａ１を流れる誘導電流は、第１線路１０に誘起される電圧により支配される。第１線路１０を誘導電流が流れると、その誘導電流により発生する磁束により第１面Ｆ１を貫通する磁束は減少される。

一方、第２線路２０を流れる誘導電流の向きは、第１線路１０を流れる誘導電流の向きとは逆向きとなる。この結果、第２面Ｆ２は、第２線路２０を流れる誘導電流により磁束を生じ、この磁束は、外部磁束を増加させる方向に作用する。したがって、第２面Ｆ２では、外部磁束より増加した磁束、第２面Ｆ２の外側の第１面Ｆ１（すなわち、第１線路１０と第２線路２０との間のリング状の面）では、外部磁束より減少した磁束となる。換言すれば、磁束制御装置１は、第１面Ｆ１を貫通する外部磁束を、第２面Ｆ２に収束させたことと等価となり、磁束レンズの作用をする。この効果は、線路の抵抗が小さい程、大きい。

本実施例１では、第２連結線路４０と第１連結線路３０とは、それらの間に絶縁膜５１が介在されて、ｚ軸方向の射影が重なる位置に設けられている。したがって、磁束が貫通する方向のｚ軸に垂直な面上においては、第２連結線路４０と第１連結線路３０との間には平面が形成されない。したがって、第２連結線路４０と第１連結線路３０の間を外部磁束が貫通することなく、第２連結線路４０と第１連結線路３０とを流れる誘導電流の向きは、相互に逆向きであるので、軸方向（ｚ軸）には、誘導電流によっては磁束は発生しない。したがって、第２面Ｆ２にのみ磁束を収束させることができる。

図３．Ａに示すように、第１線路１０と第２線路２０の右半分Ｒと第２連結線路４０は、誘電体基板５０の上面５０ａに形成し、第１線路１０と第２線路２０の左半分Ｌと第１連結線路３０は、誘電体基板５０の下面５０ｂに形成しても良い。図１において、第２面Ｆ２の中心Ｏ１を座標原点とし、第１連結線路３０と第２連結線路４０の形成されている位置をθ＝０°とする。θ＝１８０°の位置において、図３．Ｂに示すように、基板５０の上面５０ａから下面５０ｂに向けて貫通した孔に導体が充填されたビア５２を形成する。そして、このビア５２により、この位置において、上面５０ａ上の第１線路１０と第２線路２０の右半分Ｒの線路を、下面５０ｂ上の第１線路１０と第２線路２０の左半分Ｌの線路に転換することができる。

本実施例３は、実施例１、２の閉ループ線路Ａ１を、複数設けたものである。図４．Ａは、見易くするために、第１閉ループ線路Ａ１と第２閉ループ線路Ａ２とはｘ軸方向に分離して表現されているが、実際には、ｘ軸の原点において重なっている。図４．Ａに示すように、第１閉ループ線路Ａ１は、半円形をしている。半径の大きい半円の第１面Ｆ１の外形の輪郭を規定する半円の線路が第１線路１０であり、半径の小さい半円の第２面Ｆ２の外形の輪郭を規定する半円の線路が第２線路２０である。第１線路１０の第１終点Ｅ１と第２線路２０の第２始点Ｓ２とを結ぶ線路が第１連結線路３０であり、第２線路２０の第２終点Ｅ２と第１線路１０の第１始点Ｓ１とを結ぶ線路が第２連結線路４０である。

第２閉ループ線路Ａ２は、第１閉ループ線路Ａ１を第１線路１０の半円の中心Ｏ１を軸に、１８０°回転したものである。図４．Ｂは、第１閉ループ線路Ａ１と第２閉ループ線路Ａ２のそれぞれの第１線路１０で構成される円に沿って、基板に垂直に切断した断面図である。第１閉ループ線路Ａ１は、誘電体基板５０の上面５０ａ上に形成されており、第２閉ループ線路Ａ２は下面５０ｂ上に形成されている。そして、第１閉ループ線路Ａ１の第２連結線路４０は上面５０ａ上に形成されており、第２閉ループ線路Ａ２の第１連結線路３０は下面５０ｂ上に形成されている。したがって、第１閉ループ線路Ａ１の第２連結線路４０と、第２閉ループ線路Ａ２の第１連結線路３０とは、基板の面に垂直な上下方向（ｚ軸方向）に相互に変位し、対向して配置されている。同様に、第１閉ループ線路Ａ１の第１連結線路３０は上面３０ａ上に形成されており、第２閉ループ線路Ａ２の第２連結線路４０は下面５０ｂ上に形成されている。したがって、第１閉ループ線路Ａ１の第１連結線路３０と、第２閉ループ線路Ａ２の第２連結線路４０とは、基板の面に垂直な上下方向（ｚ軸方向）に相互に変位し、対向して配置されている。

このように構成しても、第１閉ループ線路Ａ１と第２閉ループ曲線Ａ２のそれぞれの第１線路１０で構成される外側の円形の線路には、等価的に、同一方向の誘導電流が循環し、第１閉ループ線路Ａ１と第２閉ループ曲線Ａ２のそれぞれの第２線路２０で構成される内側の円形の線路には、第１線路１０を流れる誘導電流の向きとは反対向きに電流が循環する。また、θ＝０°の位置で対向する第１閉ループ線路Ａ１の第２連結線路４０と第２閉ループ線路Ａ２の第１連結線路３０とは、また、θ＝１８０°の位置で対向する第１閉ループ線路Ａ１の第１連結線路３０と第２閉ループ線路Ａ２の第２連結線路４０とは、ｘ座標が同一であるので、第２連結線路４０と第１連結線路３０との間から磁束が漏れることはない。

なお、実施例３において、第１閉ループ線路Ａ１と第２閉ループ線路Ａ２とを、誘電体基板５０の上面５０ａに配置して、実施例１の構造を示す図１、図２と同様に、第１連結線路３０と第２連結線路４０を絶縁膜５１を介在させて対向させても良い。
また、第１閉ループ線路Ａ１について、実施例２と同様に、θ＝０°〜θ＝９０°の区間（下半分）を、基板５０の上面５０ａ上に形成し、θ＝９０°〜θ＝１８０°の区間（上半分）を下面５０ｂ上に形成し、θ＝９０°の位置で、図３．Ｂに示すように、両者をビア５２で接続するようにしても良い。第２閉ループ線路Ａ２についても、これと同一に構成する。このように構成すれば、θ＝０°の位置では、第１閉ループ線路Ａ１の第２連結線路４０が上側に、第２閉ループ線路Ａ２の第１連結線路３０が下側に配置して、対向する。また、θ＝１８０°の位置では、第２閉ループ線路Ａ２の第２連結線路４０が上側に、第１閉ループ線路Ａ１の第１連結線路３０が下側に配置して、対向する。

実施例３は、閉ループ線路を２つ設けたものであるが、本実施例では、中心角が９０°の閉ループ線路Ａ１〜Ａ４を４つ設けた磁束制御装置である。図５に、それらの平面配置を示す。図５において、見易くするために、４つの閉ループ線路Ａ１〜Ａ４は、隙間を設けて描いているが、実際には、各第１連結線路３０と各第２連結線路４０とは、平面図においては重なっている。閉ループ線路の数は任意であり、２以上とすることができる。また、各閉ループ線路は中心Ｏ１を軸として回転対称に形成しても良いし、非対称であっても良い。例えば、図６の（ａ）に示すように、外側の第１線路１０は矩形形状とし、内側の第２線路２０は円形としても良い。また、逆に、外側の第１線路１０は円形とし、内側の第２線路２０は矩形としても良い。図６の（ｃ）は、閉ループ線路Ａ１〜Ａ５を５つ設けたものであり、各閉ループ線路Ａ１〜Ａ５の形状は同一ではない。図では、線路の太さは省略されている。

上記の実施例は、磁気共鳴を用いた無線電力伝送に用いることができる。例えば、図７に示すように、電気自動車の蓄電器への充電に、給電側の送信コイル６１と車両側の受信コイル６２との間で磁気共鳴を発生させて効率良く電力を伝送させることが研究されている。この方式では、送信コイル６１からの磁束が外部に漏れるという問題がある。そこで、本実施例の磁束制御装置１を、送信コイル６１と受信コイル６２との間に介在させて、第１面Ｆ１の面積を送信コイル６１の面積以上とし、第２面Ｆ２の面積を受信コイル６２の面積よりも、かなり小さく（例えば、半径にして１／２）する。このようにすれは、送信コイル６１の発生する磁束を第２面Ｆ２に収束させることができ、第２面Ｆ２に収束された全磁束を受信コイル６２に貫通させることができる。このようにして、本磁束制御装置１を用いて、磁気共鳴による電力伝送における磁束漏れを抑制することができる。

図８は、受信コイル６２の位置における半径方向の磁束分布を示している。本実施例の磁束制御装置１が存在する場合（実線）と、存在しない場合（破線）とで、比較して示されている。明らかに、本実施例の磁束制御装置１が存在する場合には、受信コイル６２の軸付近に磁束が拘束されていることが分かる。

本実施例は、モードの制御を可能とした磁束制御装置である。
図９は、実施例１の閉ループ線路が一つの場合の磁束制御装置において、第１線路１０に、その線路を導通又は遮断する第１スイッチ７１を設け、第１線路１０の第１終点Ｅ１と第１始点Ｓ１とを短絡するための第２スイッチ７２を設け、第２線路２０の第２始点Ｓ２と第２終点Ｅ２とを短絡するための第３スイッチ７３を設けたものである。

各スイッチ７１、７２、７３は、制御電圧を印加することにより導通、遮断を可変できるバリスタやトランジスタで構成している。第１スイッチ７１はノーマリオン型のスイッチ、第２スイッチ７２と第３スイッチ７３とはノーマリオフ型のスイッチを用いた。まず、第１スイッチ７１をオン状態として、第２スイッチ７２、第３スイッチ７３をオフ状態とすると（第２スイッチ７２と第３スイッチ７３とが存在しない場合と等価）、上記したように、第１線路、第２線路を電流が直列に流れる閉ループ線路が形成されるので、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１で磁束を反射させ、第２面Ｆ２で磁束を収束させる収束モードとなる。また、第１スイッチ７１がオフ状態、第２スイッチ７２と第３スイッチ７３を共にオフ状態とすると、電流の循環路は形成されないので、第１面Ｆ１、第２面Ｆ２共に、外部磁束をそのまま通過させる磁束の透過モードとなる。

第１スイッチ７１がオン状態（第１スイッチ７１が存在しない場合と等価）、第２スイッチ７２と第３スイッチ７３の少なくとも一方をオン状態にした場合には、第１線路１０、第２線路２０は、上記したように、共に、独立した電流の循環路を形成する。したがって、この場合には、第２面Ｆ２を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１を貫通する外部磁束は、第２面Ｆ２での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。

また、第１スイッチ７１をオフ状態、第２スイッチ７２又は第３スイッチ７３の少なくとも一方をオン状態とすると、第１線路１０は循環路を形成せず、第２線路２０だけが円形の循環路を形成する。したがって、第２面Ｆ２では外部磁束を反射させ、第２面Ｆ２を除く第１面Ｆ１（リング状の部分）は外部磁束を透過させるモードとなる。

また、第１スイッチ７１を第２線路２０にのみ設けた場合には、第１スイッチ７１をオフ状態、第２スイッチ７２又は第３スイッチ７３の少なくとも一方をオン状態とすると、第２線路２０は循環路を形成せず、第１線路１０だけが円形の循環路を形成する。したがって、第１面Ｆ１（第２面Ｆ２を含む全領域）で、外部磁束を反射させる反射モードとなる。

また、第１スイッチ７１は、第１連結線路３０又は第２連結線路４０に設けても良く、閉ループ線路Ａ１の任意の位置に設けることができる。第１スイッチ７１を、第１連結線路３０又は第２連結線路４０に設けた場合には、次のように動作する。第１スイッチ７１がオン状態の場合には、第１スイッチ７１を設けない場合と同一の動作をする。第１スイッチ７１がオフ状態の場合には、第１線路１０だけによる円形の循環路の形成と、第２線路２０だけによる円形の循環路の形成とは、第２スイッチ７２のオンオフ状態と第３スイッチ７３のオンオフ状態とにより、それぞれ、独立に制御される。したがって、第２スイッチ７２をオン状態、第３スイッチ７３をオフ状態とすると、第２面Ｆ２を含む第１面Ｆ１の全体で、外部磁束を反射させる反射モードとなる。また、第２スイッチ７２をオフ状態、第３スイッチ７３をオン状態とすると、第２面Ｆ２は外部磁束を反射し、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１は、外部磁束を透過させるモードとなる。第２スイッチ７２と、第３スイッチ７３とを、共に、オン状態とすると、第２面Ｆ２を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１を貫通する外部磁束は、第２面Ｆ２での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。
以上により、磁束の収束、透過、反射の３モードで可変制御することができる。

本実施例は、図１０に示すように、実施例４の４つの閉ループ線路を有する磁束制御装置において、各閉ループ線路Ａ１〜Ａ４に第１スイッチ７１を設け、４箇所の第１線路１０の第１終点Ｅ１と第１始点Ｓ１とを短絡するための第２スイッチ７２を設け、４箇所の第２線路２０の第２始点Ｓ２と第２終点Ｅ２とを短絡するための第３スイッチ７３を設けたものである。

図９と同様に、第１スイッチ７１はノーマリオン型のスイッチ、第２スイッチ７２と第３スイッチ７３とはノーマリオフ型のスイッチを用いた。まず、全第１スイッチ７１がオン状態、全第２スイッチ７２、全第３スイッチ７３をオフ状態（全第２スイッチ７２と全第３スイッチ７３が存在しない場合と等価）とすると、上記したように、各第１線路１０、各第２線路２０を電流が直列に流れる各閉ループ線路Ａ１〜Ａ４が形成されるので、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１で磁束を反射させ、第２面Ｆ２で磁束を収束させる収束モードとなる。

また、全第１スイッチ７１がオフ状態、全第２スイッチ７２、全第３スイッチ７３をオフ状態とすると、電流の循環路は形成されないので、第１面Ｆ１、第２面Ｆ２共に、外部磁束をそのまま通過させる磁束の透過モードとなる。

全第１スイッチ７１がオン状態（全第１スイッチ７１が存在しない場合と等価）、全第２スイッチ７２と全第３スイッチ７３の少なくとも一方のスイッチ群をオン状態にした場合には、４つの第１線路１０を直列に接続する電流の循環路と、４つの第２線路２０を直列に接続する電流の循環路との独立した２つの循環路が、上記したように形成される。したがって、この場合には、第２面Ｆ２を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１を貫通する外部磁束は、第２面Ｆ２での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。

また、全第１スイッチ７１をオフ状態、全第２スイッチ７２又は全第３スイッチ７３の少なくとも一方のスイッチ群をオン状態とすると、各第１線路１０は循環路を形成せず、各第２線路２０だけが円形の循環路を形成する。したがって、第２面Ｆ２では外部磁束を反射させ、第２面Ｆ２を除く第１面Ｆ１（リング状の部分）は外部磁束を透過させるモードとなる。

また、全第１スイッチ７１を各第２線路２０にのみ設けた場合には、全第１スイッチ７１をオフ状態、全第２スイッチ７２又は全第３スイッチ７３の少なくとも一方のスイッチ群をオン状態とすると、各第２線路２０は循環路を形成せず、各第１線路１０だけが円形の循環路を形成する。したがって、第１面Ｆ１（第２面Ｆ２を含む全領域）で、外部磁束を反射させる反射モードとなる。

また、全第１スイッチ７１は、各第１連結線路３０又は各第２連結線路４０に設けても良く、各閉ループ線路Ａ１〜Ａ４の任意の位置に設けることができる。全第１スイッチ７１を、各第１連結線路３０又は各第２連結線路４０に設けた場合には、次のように動作する。全第１スイッチ７１がオン状態の場合には、全第１スイッチ７１を設けない場合と同一の動作をする。全第１スイッチ７１がオフ状態の場合には、各第１線路１０だけによる円形の循環路の形成と、各第２線路２０だけによる円形の循環路の形成とは、全第２スイッチ７２のオンオフ状態と全第３スイッチ７３のオンオフ状態とにより、それぞれ、独立に制御される。したがって、全第２スイッチ７２をオン状態、全第３スイッチ７３をオフ状態とすると、第２面Ｆ２を含む第１面Ｆ１の全体で、外部磁束を反射させる反射モードとなる。

また、全第２スイッチ７２をオフ状態、全第３スイッチ７３をオン状態とすると、第２面Ｆ２は外部磁束を反射し、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１は、外部磁束を透過させるモードとなる。全第２スイッチ７２と、全第３スイッチ７３とを、共に、オン状態とすると、第２面Ｆ２を貫通する外部磁束を大きく反射させ、第２面Ｆ２以外の第１面Ｆ１を貫通する外部磁束は、第２面Ｆ２での反射よも小さく反射させる反射モードとなる。
以上により、磁束の収束、透過、反射の３モードで可変制御することができる。

各閉ループ線路Ａ１〜Ａ４に配設された各スイッチのオンオフを、別々に制御した場合には、４つの閉ループ線路Ａ１〜Ａ４のそれぞれについて、循環路が形成されたり、隣接する複数の第１線路１０を直列に接続する循環路、第２線路２０を直列に接続する循環路が形成される。したがって、それぞれの循環路を流れる電流による磁束の合成が、第１面Ｆ１、第２面Ｆ２に表れることになる。したがって、この場合には、上記の各モードの能力を低下させたものが実現される。

本発明は、磁束の収束、反射、透過などのモード変化を行う装置に利用できる。

Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４…閉ループ線路
１０…第１線路
２０…第２線路
３０…第１連結線路
４０…第２連結線路
５０…誘電体基板
５１…絶縁膜
Ｓ１…第１始点
Ｓ２…第２始点
Ｅ１…第１終点
Ｅ２…第２終点

Claims (7)

1. 磁束が貫通する第１面と、前記第１面の内部に含まれる第２面とを有し、
   前記第１面の外形輪郭を規定し、第１始点から第１終点まで接続する第１線路と、
   前記第２面の外形輪郭を規定し、第２始点から第２終点まで接続する第２線路と、
   前記第１終点と前記第２始点とを接続する第１連結線路と、
   前記第２終点と前記第１始点とを接続する第２連結線路と、
   を有して、前記磁束が前記第１面及び第２面を貫通する時に、誘導電流が前記第１始点、前記第１線路、前記第１終点、前記第１連結線路、前記第２始点、前記第２線路、前記第２終点、前記第２連結線路、前記第１始点の経路から成る閉ループを流れるように配置された閉ループ線路を、少なくとも一つ有し、
   前記閉ループ線路が一つの場合には、前記第１連結線路と前記第２連結線路とを平行に接近させ、
   前記閉ループ線路が複数の場合には、各閉ループ線路の各第１線路を流れる電流の向きは同一の第１向きとなり、前記閉ループ線路の各第２線路を流れる電流の向きは、同一向きであって、前記第１向きとは逆方向の第２向きとなるように配置され、隣接する２つの閉ループ線路において、一つの閉ループ線路の第１連結線路と他の閉ループ線路の第２連結線路とを平行に接近させて、各閉ループ線路を配列し、
   前記平行に接近させて配列させた前記第１連結線路と前記第２連結線路とを、前記磁束が貫通する方向において、相互に変位させると共に、前記第１面及び第２面に対して垂直な方向から見た場合に、前記第１連結線路と前記第２連結線路とが同一位置に位置するように
   前記閉ループ線路を形成したことを特徴とする磁束制御装置。
2. 前記閉ループ線路が複数存在する場合には、それぞれの閉ループ線路は、前記第２面の中心を軸とする回転対称に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁束制御装置。
3. 前記閉ループ線路は誘電体基板上に形成されており、前記第１連結線路と第２連結線路とは、それらの間に絶縁膜を介在させて配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁束制御装置。
4. 前記閉ループ線路は、誘電体基板の表面及び裏面に形成されており、前記第１連結線路と第２連結線路とは、前記誘電体基板を介在させて配置されていることを特徴する請求項１又は請求項２に記載の磁束制御装置。
5. 前記閉ループ線路には、閉ループ線路を環流する電流を遮断又は通過させる第１スイッチが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の磁束制御装置。
6. 前記閉ループ線路が一つの場合において、前記第１始点と前記第１終点とを短絡又は開放する第２スイッチと、前記第２始点と前記第２終点とを短絡又は開放する第３スイッチとのうち、少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の磁束制御装置。
7. 前記閉ループ線路が複数ｎ個の場合において、任意の２つの閉ループ線路間において、一方の閉ループ線路の前記第１始点と他方の閉ループ線路の前記第１終点とを短絡又は開放する第２スイッチであって、全ての第２スイッチのオン状態の時に前記各第１線路を接続して、第１線路だけで循環路を形成するｎ個の第２スイッチと、前記一方の閉ループ線路の前記第２終点と前記他方の閉ループ線路の前記第２始点とを短絡又は開放する第３スイッチであって、全ての第３スイッチのオン状態の時に前記各第２線路を接続して、第２線路だけで循環路を形成するｎ個の第３スイッチとのうち、少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の磁束制御装置。

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