JP2017227495A - 磁界強度推定装置及び磁界強度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ループアンテナ内に供試体を配置した時に、ループアンテナより遠方距離の所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する。【解決手段】はじめに、ステップＳ１０１では各軸に対してそれぞれ配置されたループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置し、ループアンテナの電圧値をそれぞれ測定する。ステップ１０２では、測定された電圧値及びループアンテナの磁界アンテナ係数及び前記供試体と前記ループアンテナのエレメントとの距離及びループアンテナの面積及び前記ループアンテナの形状より供試体の持つ磁気モーメントを求める。そして、ステップ１０３では供試体の磁気モーメントより所定の位置における磁界強度を推定する。【選択図】 図７

Description

本発明は、３０MHｚ以下の産業科学医療機器および照明機器などの放射妨害波測定で用いられる磁界強度推定装置及び磁界強度推定方法に関する。

近年、家電製品や自動車において、ワイヤレス電力伝送システムを導入するニーズが高まっている。これらシステムは、３０MHｚ以下で動作するシステムであるため、３０MHｚ以下において基本波および高調波による放射妨害波の発生が懸念されており、３０ＭＨｚ以下の妨害波測定評価法に関する検討や審議がＣＩＳＰＲ（Ｃｏｍｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌ ｄｅｓ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ Ｒａｄｉｏｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅｓ 国際無線障害特別委員会）で進められている。

放射妨害波測定に関する国際規格ＣＩＳＰＲ１６-２-３によれば、３０ＭＨｚ以下の妨害波測定評価方法は、一般的に、グランドプレーン（金属床面）の上または上方に、放射源である供試体を配置して行われる。また、一般的に、放射妨害波を測定する試験は、オープンサイト、あるいは国際的に定められたサイトの適合性を満足した電波暗室において行われる。電波暗室は、シールドルームの壁面に電波吸収体が貼り付けられて構成されている。この電波暗室では、使用目的や使用される電磁波の周波数等によって、シールドルームの大きさ、形や、電波吸収体の種類が選定されている。主な電波暗室としては、長さが２０ｍから３０ｍ程度、幅が１０ｍから２０ｍ程度、高さが７ｍから１２ｍ程度の１０ｍ法電波暗室と、長さが７ｍから１１ｍ程度、幅が４ｍから７ｍ程度、高さが５ｍから７ｍ程度の３ｍ法電波暗室とが存在する。電波暗室は、上述のような比較的大きな長さ、幅および高さを必要とし、建屋施設が大規模となり、且つ、建屋施設と各種必要設備への投資総額ならびに維持運用コストが大きくなるという問題点を有している。

前記問題を解決する方法としてＣＩＳＰＲ１６−１−４に記載されたラージループアンテナ法がある。ＣＩＳＰＲ１６−１−４及び非特許文献１記載のラージループアンテナシステムは直径２ｍ、もしくは３ｍ、もしくは４ｍのループアンテナ内（以下ラージループアンテナと呼称する。）に供試体を配置し、供試体から放射される電磁波（ここでは磁界）によってラージループアンテナに誘起される電流値を測定し、その電流値から遠方の磁界強度および等価電界強度（遠方の磁界強度に真空中の特性インピーダンスを掛け合わせた値）を推定するシステムである。ここで、供試体から放射される磁界の放射方向が未知のため、ラージループアンテナを独立した３軸の方向に配置し、それぞれの電流値を測定する。なお、鉛直方向のラージループアンテナの電流値が大きい場合は、供試体を水平方向に９０度傾けた状態として、水平方向のラージループアンテナの電流値を測定する。このようにして得られた電流値にＣＩＳＰＲ１６−１−４及び非特許文献１に記載された３ｍ、１０ｍ、３０ｍの水平方向成分への変換係数を掛け合わせることにより、供試体から放射される妨害波の遠方の磁界強度および等価電界強度が推定される。

Ｊ．Ｒ．Ｂｅｒｇｅｒｖｏｅｔ，Ｈ．ｖ．Ｖｅｅｎ 「Ａ ＬＡＲＧＥ−ＬＯＯＰ ＡＮＴＥＮＮＡ ＦＯＲ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＦＩＥＬＤ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ」 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚuｒｉｃｈ Ｓｙｍｐｏｓiｕｍ ｏｎ ＥＭＣ， ｐｐ ２９−３４， Ｍａｒｃｈ １９８９， ＥＴＨ Ｚｅｎｔｒｕｍ − ＩＫＴ， ８０９２ Ｚuｒｉｃｈ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ．

非特許文献１には、図２に示す測定に使用されるループアンテナの詳細な構造と、この構造のループアンテナに関する遠方電磁界の変換方法のみが記載されている。非特許文献１では、（１）式に示される近似式によってループアンテナの内部に配置された供試体の磁気モーメントを求めている。

（１）式においては供試体からループアンテナのエレメントまでの距離は一定になることから、円形のループアンテナ以外の形状が考慮されていないという問題点を有する。また、（１）式から供試体がループアンテナの中心以外に配置されると推定誤差が大きくなるという問題点を有する。

さらに、非特許文献１の測定装置は図２に示すような抵抗が付加されたギャップを持つ同軸線７によってループアンテナが構成されており、その同軸線の内導体の電流値を電流プローブ８によって測定している。非特許文献１では、磁気モーメントを測定電流から求めるため、ループアンテナに誘起する電流から測定される電流値への伝送特性を（２）式を用いて計算している。

非特許文献１では、（１）式と（２）式を用いることで磁気モーメントを求め、その磁気モーメントより遠方界を推定している。非特許文献１では、（２）式の伝送特性を利用することから非特許文献１記載の構造のループアンテナでしか遠方界を推定することができないという問題点を有する。

そのため、例えば、一般的に３０ＭＨｚ以下の放射妨害波測定に利用されている６０ｃｍループアンテナでは、ループアンテナの構造が非特許文献１のアンテナの構造と異なることが多く、非特許文献１の測定方法によって遠方電磁界を推定することができない。

また、非特許文献１では円状のループアンテナ以外では推定ができず、さらにアンテナの中心以外に供試体を配置した場合は推定誤差が大きくなるため、図３に示されたように、自動車後方に非接触充電システム１０が配置される場合に車体９の影響を含めて非接触充電システム１０を評価するためには、車体９の長さの半径を有する非常に大きなループアンテナを使用する必要があり、図４に示すような車体９に合せたループアンテナを使用して遠方界を推定することができない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされてもので、供試体から放射される放射妨害波の遠方磁界強度を任意のループアンテナを用いて推定可能な磁界強度推定装置及び磁界強度推定方法を提供する。

また、供試体をループアンテナの中心以外に配置した場合に高精度で遠方磁界強度が推定可能な磁界強度推定装置及び磁界強度推定方法を提供する。

本発明の第１の磁界強度推定装置は、直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、前記供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定装置であって、直交座標の各軸に対してそれぞれ配置されるループアンテナと、測定及び演算部とを備え、前記測定及び演算部は、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定し、（８）式を用いて前記供試体の磁気モーメントを求め、前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を、前記磁気モーメントより推定する。

また、本発明の第２の磁界強度推定装置は、直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、前記供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定装置であって、直交座標の各軸に対してそれぞれ配置されるループアンテナと、データ記憶部と、測定及び演算部とを備え、前記測定及び演算部は、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に磁気モーメントｐを有する微小磁気ダイポールを配置した時に当該微小磁気ダイポールにより前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を（１５）式を用いて計算し、前記微小磁気ダイポールを前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時に前記所定の位置における各軸に対する磁界を計算し、前記各軸に対する磁界を前記各軸の電圧値で除算して変換係数を計算して前記データ記憶部に記憶し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定し、測定された前記各軸の電圧値に対して前記データ記憶部から読み出された前記変換係数を掛け合わせることにより、前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する。

本発明の第１の磁界強度推定方法は、直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定方法であって、
前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を求める第１の手順と、
（８）式を用いて前記供試体の磁気モーメントを求める第２の手順と、
前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を、前記磁気モーメントより推定する第３の手順とを備える。

本発明の第２の磁界強度推定方法は、直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定方法であって、
前記前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に磁気モーメントｐを有する微小磁気ダイポールを配置した時に当該微小磁気ダイポールにより前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を（１５）式を用いて計算する第１の手順と、
前記微小磁気ダイポールを前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時に前記所定の位置における各軸に対する磁界を計算する第２の手順と、
前記各軸に対する磁界を前記各軸の電圧値で除算して変換係数を計算する第３の手順と、
前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定する第４の手順と、
測定された前記各軸の電圧値に対して前記変換係数を掛け合わせることにより、前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する第５の手順と
を備える。

このようにして本発明においては、ループアンテナの磁界アンテナ係数を用いて遠方磁界強度を推定することにより、任意のループアンテナを使用することができる。これにより供試体から放射される放射妨害波の遠方磁界強度を任意のループアンテナを用いて推定可能な磁界強度推定装置及び磁界強度推定方法を実現できる。また供試体をループアンテナの中心以外に配置した場合でも、高精度に遠方磁界強度を推定することができる。

また、本発明においては、各軸に配置されるループアンテナは、構造、形状および大きさのうち少なくとも１つが異なっていても良い。

また、本発明においては、各軸に配置されるループアンテナは、１つのループアンテナを各軸に配置変えすることにより形成されても良い。

また、本発明においては、推定される磁界強度が自由空間の磁界強度でも良い。さらに、本発明においては、推定される磁界強度は、供試体をグランドプレーンを含む０ｍよりも高いところに配置した時の磁界強度でも良い。

本発明によれば、任意のループアンテナを用いて供試体から放射される放射妨害波の遠方磁界強度を正確に推定することができる効果を奏する。

図１は本発明の第１および第２の実施の形態に係る磁界強度推定装置を示した概略図である。 図２は非特許文献１に示されたアンテナの構造を示した概略図である。 図３は非特許文献１の問題点を説明するための説明図である。 図４は非特許文献１の問題点を説明するための説明図である。 図５は本発明の第１および第２の実施の形態に係る磁界強度推定装置の主要な構成要素を示したブロック図である。 図６は図５のコンピュータの構成を示すブロック図である。 図７は本発明の第１の実施の形態に係る磁界強度推定装置の推定方法の流れを示したフローチャートである。 図８は本発明の第１の実施の形態に係る磁界強度推定装置の妥当性を検証するための第１の実験の推定方法を示した概略図である。 図９は本発明の第１の実施の形態に係る磁界強度推定装置の妥当性を検証するための第１の実験および第２の実験の推定条件を説明するための概略図である。 図１０は図８及び図９の推定条件におけるｘ軸方向の磁界強度の推定値と解析値を示した特性図である。 図１１は本発明の第１の実施の形態に係る磁界強度推定装置の妥当性を検証するための第２の実験の推定方法を示した概略図である。 図１２は図９及び図１１の推定条件におけるｘ軸方向の磁界強度の推定値と解析値を示した特性図である。 図１３は本発明の第２の実施の形態に係る磁界強度推定装置の推定方法の流れを示したフローチャートである。

[推定原理]
ループアンテナを用いた磁界強度推定装置は供試体の磁気モーメントによって誘起される電圧値より遠方界の磁界強度を推定する装置である。供試体は測定周波数の９ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの波長に対して微小であるという仮定をすると、ある量の磁気モーメントの大きさと向きを持った微小磁気ダイポールと考えることができる。磁気モーメントによる放射電界と磁界アンテナ係数および測定器で測定される電圧値には相関性があることから、供試体の磁気モーメントを理論的に算出することができる。さらに、供試体の磁気モーメントによって放射される磁界強度の理論式を用いることで、供試体から所定の位置に放射される磁界強度を計算することができる。

以下、本発明の推定原理について説明する。

電界によって自由空間中の閉曲線上に生じる誘導起電力はファラデーの法則より（３）式で求めることができる。

（３）式で求められる誘導起電力は閉曲線の線積分によって表せるため、任意の形状の閉曲線であっても求めることができる。

微小磁気ダイポールを放射源とした場合に閉曲線の微小区間上に生じる電界は（４）式によって算出できる。

ここで、放射源を微小磁気ダイポールとすると、誘導起電力は（３）式に（４）式を代入することで（５）式となる。

ここで閉曲線を導体に置き換えることでループアンテナを形成することができる。また、ループアンテナの微小エレメント毎に供試体との距離Rを変えて計算していくため、ループアンテナの中心以外に供試体を配置しても誘導起電力を求めることができる。また、この時、閉曲線すなわちループアンテナのエレメントによって囲まれた面がループアンテナによって形成されるループ面となる。

また、（３）式を磁界による表現で表すと（６）式が得られる。

次にループ面に鎖交する磁界は（７）式で表すことができる。

（５）式から（７）式より（８）式を得ることができる。

所定の位置における微小磁気ダイポールの磁界は磁気モーメントを用いて表すと（９）式のように表すことができる。

ループアンテナが各軸方向に設置されると、供試体の磁気モーメントは（８）式を用いて、ループ面に垂直な３つの独立した成分（ｘ成分、ｙ成分、ｚ成分）ごとに求められる。さらに（９）式より磁気モーメントの各成分によって生じる磁界を求めることができる。

（９）式より得られた極座標系の磁界強度を直交座標系に変換すると（１０）式で表すことができる。

供試体がグランドプレーンを含む０ｍよりも高いところに配置された状態においてｚ方向を鉛直方向にとると、鏡像理論を用いて所定の位置における磁界を下記の（１１）式によって算出することができる。なお、床面にグランドプレーンがない場合（自由空間条件）においては、所定の位置における磁界は（１０）式で得られる。

（８）式より各軸方向のループアンテナの電圧値および磁界アンテナ係数を代入することで、供試体の持つ３つの独立した成分毎の磁気モーメントが求められ、（９）式、（１０）式、または（９）式、（１０）式、（１１）式よりそれぞれの磁気モーメントによって生じる所定の位置における磁界を各々求めることができる。所定の位置において推定される磁界は、３つの独立した磁気モーメントによって生じる磁界の合計として計算できるため、最終的には（１２）式で求めることができる。

磁界が推定されると磁界の絶対値である磁界強度が容易に推定できる。また、磁界強度に自由空間のインピーダンス（１２０π）を掛けた値である等価電界強度も容易に推定することができる。

各軸のループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体が配置された場合、（８）式を用いると供試体の持つ磁気モーメントが３つの独立した成分毎に求められ、（１０）式または（１１）式より、それらの磁気モーメント毎に磁界の各成分が求められる。さらにそれら磁界と（１２）式を用いることで所定の位置における磁界強度の各成分を推定することができる。
[第１の実施の形態]

以下、本発明に基づく第１の実施の形態について詳細に説明する。

はじめに、図１ないし図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁界強度推定装置の概要について説明する。本発明に係る磁界強度推定装置は、ループアンテナ１とループアンテナ１の電圧値を測定する受信器２と、測定された電圧値に基づいて磁界強度を算出するコンピュータ３を備えている。また、受信器２は例えば通信ケーブルによってコンピュータ３に接続されている。ループアンテナ１は、直交座標の各軸（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸）に対してループ面が直交するように、かつループ面がすべて交差するように配置された３つのループアンテナによって構成される。全てのループ面が交わる点に供試体５を配置した時に、供試体５から放射される放射妨害波の放射磁界によってそれぞれのループアンテナに誘導起電力が発生し、電圧値が生じる。受信器３では、それぞれのループアンテナに生じた電圧値すなわち各軸の電圧値を測定する。
なお、ループアンテナ１は、図１に示すように、３つのループアンテナを用いてそれぞれの軸に配置されても良く、あるいは１つのループアンテナを各軸に配置変えすることにより形成されても良い。また３つのループアンテナは、構造、形状および大きさが全て同じである必要はなく、構造、形状および大きさのうち少なくとも１つが異なっていても良い。

図５は第１の実施の形態に係る磁界強度推定装置の主要な構成要素を示したブロック図である。本発明の実施の形態に係る磁界強度推定装置は図５に示したように、ループアンテナ１の電圧値を測定する受信器２と、受信器２による測定の制御を行う制御部１１と測定された電圧値から磁界強度の推定を行う演算部１２を備えている。本発明の実施の形態では、制御部１１と演算部１２はコンピュータ３によって実現されている。受信器２とコンピュータ３が本発明における測定及び演算部に対応し、後述するように、ループアンテナの磁界アンテナ係数と測定された電圧値を基に、供試体５から放射される放射妨害波の遠方磁界強度を推定する。ここで、遠方磁界強度とは、供試体５から放射された放射磁界の磁界強度であって、供試体５から所定距離離れた所定の位置における磁界強度のことである。なお、本磁界強度推定装置においては、遠方磁界強度は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各軸に対する磁界強度として求められる。

図６は図５におけるコンピュータ３のハードウェア構成を示すブロック図である。コンピュータ３は、主制御部１３と、入力装置１４と、出力装置１５と、記憶装置１６と、これらを互いに接続するバス１８とを備えている。主制御部１３は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有している。入力装置１４は、磁界強度推定装置の動作に必要な情報の入力や各種の動作の指示を行うために用いられる。出力装置１５は、磁界強度推定装置の動作に関連する各種の情報を出力（表示を含む）するために用いられる。

記憶装置１６は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置１６は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体１７に対して情報を記録し、また記憶媒体１７より情報を再生するようになっている。記憶媒体１７は、例えばハードディスクまたは光ディスクである。記憶媒体１７は、図５に示した制御部１１と演算部１２を実現するためのプログラムを記録した記憶媒体であってもよい。

主制御部１３は、例えば記憶装置１６の記憶媒体１７に記録されたプログラムを実行することにより、図５に示した制御部１１と演算部１２の機能を発揮するようになっている。なお、図５に示した制御部１１と演算部１２は、物理的に別個の要素ではなく、ソフトウェアによって実現される。

以下、第１の実施の形態による磁界強度推定装置において行われる磁界強度推定方法を図７のフローチャートを参照して説明する。なお、図７に示す各ステップは、測定及び演算部である受信器２とコンピュータ３の協働作業で行われる。

ステップＳ１０１では、まず磁界強度を推定する供試体５を各軸のループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置する。この場合供試体が配置された位置が直交座標の原点となる。この時に供試体５から放射される放射妨害波の放射磁界によって各軸のループアンテナ１に誘導される電圧値を受信器２でそれぞれ測定し、コンピュータ３の記憶装置１６に記憶する。

ステップＳ１０２ではステップＳ１０１で測定した電圧値を記憶装置１６から読み出し、コンピュータ３が（８）式を用いて供試体５の各軸に対する磁気モーメントを求める。ここで、ループアンテナの磁界アンテナ係数は、較正機関へ磁界アンテナ係数の較正を依頼する、製造メーカのカタログ値を参照する等の手段により事前に取得し、コンピュータ３の記憶装置１６に事前に入力されている。また、磁気モーメントを求めるうえで必要な他のパラメータも同様にしてコンピュータ３の記憶装置１６に事前に入力されている。

ステップＳ１０３では、コンピュータ３はステップＳ１０２で求めた供試体５の磁気モーメントと（９）式、（１０）式、（１２）式または、（９）式、（１０）式、（１１）式、（１２）式を用いて、供試体５を直交座標の原点に配置した時の所定の位置における各軸に対する磁界を計算し、その絶対値を求めることで磁界強度を計算する。

[検証実験]
以下、図８から図１２を参照して磁界強度推定方法の妥当性を検証するために行った検証実験について説明する。図８は第１の実験の方法を説明するための概略図である。１９は非特許文献１記載の構造をした直径１００ｃｍループアンテナ、２０は放射源である直径１０ｃｍのループアンテナである。ｘ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナはｙ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナの中心よりｙ軸方向に−０．３ｍの位置に配置されており、ｚ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナはｙ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナの中心に配置されている。それぞれのループ面が交わる点に直径１０ｃｍループアンテナ２０をｚ軸方向に対して４５°傾けた状態で配置した。

図９は推定する磁界強度の条件を説明した説明図である。自由空間に直径１０ｃｍループアンテナ２０を配置し、直径１０ｃｍループアンテナ２０から３ｍの位置にある観測点２１の磁界強度を推定した。

図１０はｘ軸方向における第１の実施の形態の磁界強度推定装置および非特許文献１の手法によって推定した磁界強度と、モーメント法で解析した所定の位置における磁界強度との偏差を示している。２２は非特許文献１の手法を用いて推定した結果を示しており、２３は第１の実施の形態の磁界強度推定装置による結果を示している。非特許文献１の手法では、最大３．５ｄB程度の偏差が生じているのに対し、第１の実施の形態の磁界強度推定装置では±１ｄB以内で推定できていることが分かる。

図１１は第２の実験の方法を説明するための概略図である。２４は１００ｃｍ角の角型形状のループアンテナであり、ｘ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナはｙ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナの中心よりｘ軸、ｙ軸方向に０．３ｍの位置に配置されており、ｚ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナはｙ軸方向にループ面の法線を持つループアンテナの中心よりｚ軸方向に−０．３ｍの位置に配置されている。それぞれのループ面が交わる点に直径１０ｃｍループアンテナ２０をｚ軸方向に対して４５°傾けた状態で配置した。

図１２の２５は図９および図１１の条件においてｘ軸方向における第１の実施の形態の磁界強度推定装置によって推定した磁界強度と、モーメント法で解析した所定の位置における磁界強度との偏差を示している。第１の実施の形態の磁界強度推定装置によって３ｍ距離の磁界強度を±１ｄB以内で推定できることが分かる。
[第２の実施の形態]

以下、本発明に基づく第２の実施の形態の推定原理について説明する。

第１の実施の形態における磁界強度推定方法では測定した電圧値から（９）式から（１２）式を用いて所定の位置における磁界強度を得ることができる。ここで、（８）式、（９）式より微小磁気ダイポールの磁気モーメントによって生じるループアンテナの電圧値と所定の位置における磁界には相関性があることから、これらの関係を（１３）式のように変換係数として予め求めておくことで、供試体を配置した時のループアンテナの電圧値から簡潔に磁界強度を推定できる。

変換係数はループアンテナの電圧値および（９）式、（１０）式、（１２）式、または（９）式、（１０）式、（１１）式、（１２）式より得られる磁界から計算で求めることができる。さらに、（１２）式より微小磁気ダイポールの極方向がｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の独立した３方向に対して、推定する磁界はｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の独立した３方向にそれぞれ計算されるため、併せて９つの変換係数を得ることができる。ループアンテナの電圧値と磁界の関係は前述の９つの変換係数による変換行列を用いて（１４）式で表すことができる。

供試体の所定の位置における磁界強度はループアンテナの電圧値と（１４）式より求めた変換係数の行列式により推定することができる。すなわち本実施の形態においては、各軸のループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に磁気モーメントｐを有する微小磁気ダイポールを配置した時に当該微小磁気ダイポールによりループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値をループアンテナの磁界アンテナ係数及びループアンテナの面積及びループアンテナの形状より（８）式を変形した（１５）式を用いて計算し、

その後、磁気モーメントｐを有する微小磁気ダイポールを各ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時に所定の位置における各軸に対する磁界を（９）式、（１０）式、（１２）式、または（９）式、（１０）式、（１１）式、（１２）式より計算し、その各軸に対する磁界を各軸の電圧値で除算して変換係数を計算しておく。そして、各ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界によりループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定し、測定された各軸の電圧値に対して変換係数を掛け合わせることにより、各ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時の所定の位置における各軸に対する磁界を推定する。最後に磁界の絶対値を取ることで磁界強度が求まる。供試体の所定の位置における磁界強度はループアンテナの電圧値と（１４）式より求めた行列式により推定することができる。

以下、第２の実施の形態による磁界強度推定装置において行われる磁界強度推定方法を図８のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ２０１では微小磁気ダイポールをループアンテナ１によって形成されるループ面が全て交わる点に配置し、当該微小磁気ダイポールによって各軸のループアンテナ１に誘導される電圧値を（１５）式を用いてそれぞれ計算し、コンピュータ３の記憶装置１６に記憶する。この場合、微小磁気ダイポールが配置される位置が直交座標の原点となる。また、各軸のループアンテナ１に誘導される電圧値を求めるうえで必要なパラメータはコンピュータ３の記憶装置１６に事前に入力されている。

ステップＳ２０２では微小磁気ダイポールの方向成分毎に直交座標の原点に配置した時の所定の位置における各軸の磁界をそれぞれ計算し、コンピュータ３の記憶装置１６に記憶する。

ステップＳ２０３ではＳ２０２で求めた微小磁気ダイポールの所定の位置における磁界をＳ２０１で求めた電圧値で除算することで変換行列を求める。

ステップＳ２０４では磁界強度を推定する供試体５を直交座標の原点に配置し、各軸のループアンテナ１の電圧値をそれぞれ測定し、コンピュータ３の記憶装置１６に記憶する。

ステップＳ２０５ではＳ２０４で求めた電圧値とＳ２０３で求めた変換行列を掛け合せることより所定の位置における各軸に対する供試体の磁界を計算し、その絶対値を求めることで磁界強度を計算する。

なお、ステップＳ２０１、Ｓ２０２およびＳ２０３は、ステップＳ２０４と順序を入れ替えても良い。

１ ループアンテナ
２ 受信器
３ コンピュータ
４ グランドプレーン
５ 供試体
６ 座標軸
７ 非特許文献１記載のループアンテナ
８ 電流プローブ
９ 車体
１０ 非接触給電システム
１１ 制御部
１２ 演算部
１３ 主制御部
１４ 入力装置
１５ 出力装置
１６ 記憶装置
１７ 記憶媒体
１８ 接続バス
１９ 非特許文献１記載の構造を持つ直径１００ｃｍのループアンテナ
２０ 直径１０ｃｍループアンテナ
２１ 観測点
２２ 非特許文献１の手法による推定結果とモーメント法解析結果との偏差
２３ 第１の実施形態の磁界強度推定装置による推定結果とモーメント法解析結果との偏差
２４ １００ｃｍ角の角型形状のループアンテナ
２５ １００ｃｍ角の角型形状のループアンテナを用いた第１の実施形態の磁界強度推定装置による推定結果とモーメント法解析結果との偏差

Claims (8)

1. 直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定装置であって、
   直交座標の各軸に対してそれぞれ配置されるループアンテナと、
   測定及び演算部とを備え、
   前記測定及び演算部は、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定し、（８）式を用いて前記供試体の磁気モーメントを求め、
   前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を、前記磁気モーメントより推定する
   ことを特徴とする磁界強度推定装置。
   

   
2. 直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定装置であって、
   直交座標の各軸に対してそれぞれ配置されるループアンテナと、
   データ記憶部と、
   測定及び演算部とを備え、
   前記測定及び演算部は、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に磁気モーメントｐを有する微小磁気ダイポールを配置した時に当該微小磁気ダイポールにより前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を（１５）式を用いて計算し、
   前記微小磁気ダイポールを前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時に前記所定の位置における各軸に対する磁界を計算し、
   前記各軸に対する磁界を前記各軸の電圧値で除算して変換係数を計算して前記データ記憶部に記憶し、
   前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定し、
   測定された前記各軸の電圧値に対して前記データ記憶部から読み出された前記変換係数を掛け合わせることにより、前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する
   ことを特徴とする磁界強度推定装置。
   

   
3. 直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定方法であって、
   前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を求める第１の手順と、
   （８）式を用いて前記供試体の磁気モーメントを求める第２の手順と、
   前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を、前記磁気モーメントより推定する第３の手順と
   を備えたことを特徴とする磁界強度推定方法。
   

   
4. 直交座標の各軸に対してそれぞれループアンテナを配置し、前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に前記ループアンテナによって測定される放射磁界の電圧値から、供試体から所定距離離れた所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する磁界強度推定方法であって、
   前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に磁気モーメントｐを有する微小磁気ダイポールを配置した時に当該微小磁気ダイポールにより前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を（１５）を用いて計算する第１の手順と、
   前記微小磁気ダイポールを前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時に前記所定の位置における各軸に対する磁界を計算する第２の手順と、
   前記各軸に対する磁界を前記各軸の電圧値で除算して変換係数を計算する第３の手順と、
   前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に供試体を配置した時に当該供試体の放射磁界により前記ループアンテナにそれぞれ誘導される各軸の電圧値を測定する第４の手順と、
   測定された前記各軸の電圧値に対して前記変換係数を掛け合わせることにより、前記供試体を前記ループアンテナによって形成されるループ面が全て交わる点に配置した時の前記所定の位置における各軸に対する磁界強度を推定する第５の手順と
   を備えたことを特徴とする磁界強度推定方法。
   

   
5. 各軸に配置される前記ループアンテナは、構造、形状および大きさのうち少なくとも１つが異なる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁界強度推定装置。
6. 各軸に配置される前記ループアンテナは、１つのループアンテナを各軸に配置変えすることにより形成される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁界強度推定装置。
7. 推定される前記磁界強度が自由空間の磁界強度である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁界強度推定装置。
8. 推定される前記磁界強度は、前記供試体をグランドプレーンを含む０ｍよりも高いところに配置した時の磁界強度である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁界強度推定装置。

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