JP5350758B2 - Power supply - Google Patents
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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。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device that can supply power to a power supply target device in a non-contact manner.
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。 As one type of in-subject introduction device used in the medical field, a subject is placed in a body cavity by swallowing, and an image of the subject is taken while sequentially moving in the body cavity with a peristaltic motion. There is a capsule endoscope that can wirelessly transmit an image of the captured subject as an imaging signal to the outside.
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。 Further, for example, an energy supply device of Patent Document 1 has been proposed as a device for supplying electric power necessary for driving each part of the capsule endoscope described above by using an electromagnetic induction phenomenon.
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。 According to the configuration of the energy supply device disclosed in Patent Document 1, the magnetic field generated from the primary coil is oriented parallel to each axis of the three-dimensional orthogonal coordinate system around the subject.
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。 Therefore, for example, when the axial direction of the capsule endoscope substantially coincides with any axial direction of the three-dimensional orthogonal coordinate system around the subject, the power supply efficiency is relatively high.
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。 On the other hand, for example, when the capsule endoscope is oriented in the direction corresponding to the middle of each axial direction of the three-dimensional orthogonal coordinate system around the subject, each part of the capsule endoscope It is necessary to increase the strength of the magnetic field emitted from the primary coil detected by the detection means so that the power necessary for the operation is supplied. As a result, the power supply efficiency is relatively lowered.
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。 That is, according to the energy supply device of Patent Document 1, there is a problem that the power supply efficiency may be reduced depending on the orientation of the capsule endoscope.
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。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of efficiently supplying power to a power supply target device no matter what direction the power supply target device faces. The object is to provide a device.
本発明の一態様の電力供給装置は、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３つの送電アンテナと、前記３つの送電アンテナを駆動する駆動部と、前記３つ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であるとともに、前記３つの送電アンテナの端部同士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向きに基づいて前記３つ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、当該選択した駆動対象の１または複数のアンテナ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の電気的な接続状態の切り替えを制御する制御部と、を有する。 The power supply apparatus according to one aspect of the present invention is a power supply apparatus that can supply power to a power supply target device in a non-contact manner, and is configured to generate three magnetic fields arranged to generate magnetic fields in different directions. antenna and, a driving unit for driving the three power transmission antenna, the three power transmission antenna and with a switchable electrical connection state between the drive unit, the ends of the three power transmission antenna A switching unit capable of switching an electrical connection state between each other, and one or a plurality of antennas to be driven from the three power transmission antennas based on the position and orientation of the power supply target device, and the selection that Yusuke and a control unit that the the said driving unit 1 or a plurality of antennas to be driven to control the switching of the electrical connection state of the switching unit so as to be connected in series
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。 According to the power supply device of the present invention, it is possible to efficiently supply power to the power supply target device no matter what direction the power supply target device faces.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 1 to 7 relate to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the major axis direction of the capsule endoscope. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the capsule endoscope in the short axis direction. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a table used when the power supply apparatus according to the embodiment of the present invention performs control. FIG. 5 is a diagram illustrating an example when the capsule endoscope faces a direction substantially along one of three axes in the three-dimensional orthogonal coordinate system. FIG. 6 is a diagram illustrating an example when the capsule endoscope faces a direction corresponding to the middle of any two of the three axes in the three-dimensional orthogonal coordinate system. FIG. 7 is a diagram illustrating an example when the capsule endoscope faces a direction corresponding to the middle of all three axes in the three-dimensional orthogonal coordinate system.
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。 The power supply device 1 has a configuration capable of supplying power to a power supply target device in a non-contact manner.
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。
Specifically, as shown in FIG. 1, the power supply device 1 includes a
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。
In addition, as shown in FIG. 1, the power supply device 1 includes a
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。
Further, as shown in FIG. 1, the power supply device 1 includes a switch 70g that switches an electrical connection state between the second end of the
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。
That is, the switching part of this embodiment is comprised by each switch of
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。
The
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。
Note that, in the
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。
The
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。
Note that, in the
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。
The
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。
Note that, in the
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。
Further, as described above, the
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。
On the other hand, inside the
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。
Although not shown in FIGS. 2 and 3, the
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。
In the present embodiment, as a technique for detecting the position and orientation of the capsule endoscope, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-304638 is applied. According to this technique, the position and orientation of the capsule endoscope are determined using an excitation coil array for generating a magnetic field from a resonance circuit provided in the capsule endoscope and a detection coil for detecting the magnetic field. Detection is in progress. Then, the
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。
Furthermore, in the present embodiment, the following description will be made assuming that the direction in which the
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。 Here, the effect | action of the electric power supply apparatus 1 of this embodiment is demonstrated.
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。
First, the case where the
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。
Based on the detection result of the position and orientation of the
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。
The
従って、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図５に示すような向き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（Ｎｏ Ｃａｒｅ）」に相当）。
Therefore, when the
換言すると、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図５に示すような向き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。
In other words, when the
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。
A high frequency voltage is applied between the terminal A and the terminal B in the
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。
Specifically, when current flows in the order of terminal A →
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（Ｎｏ Ｃａｒｅ）」に相当）。
Further, when the
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。
A high frequency voltage is applied between the terminal C and the terminal D in the
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。
Specifically, when current flows in the order of terminal C →
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（Ｎｏ Ｃａｒｅ）」に相当）。
On the other hand, when the
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。
A high frequency voltage is applied between the terminal E and the terminal F in the driving
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。
Specifically, when current flows in the order of terminal E → switch 70e →
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φｃ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ＰＸ１は、下記数式（１）により示されるものとなる。
When “Pattern 1” is selected from the patterns shown in FIG. 4, it is consumed in the power supply device 1 to generate the magnetic flux φ c having the strength necessary for the operation of the
なお、上記数式（１）において、ＩＸ１は磁束φｃを発生させるために必要な電流を表し、ＶＸ１は電流ＩＸ１を流すために印加される電圧を表し、ＺＸ１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。
In the above formula (1), I X1 represents a current necessary for generating the magnetic flux φ c , V X1 represents a voltage applied to cause the current I X1 to flow, and Z X1 represents the
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。
Next, a case where the
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θ１をなし、カプセル内視鏡２とＹ軸とが角度θ２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、θ１＝θ２＝４５°の場合を例に挙げつつ説明を進める。
Based on the detection result of the position and orientation of the
制御部５１は、カプセル内視鏡２が図６に示すような向き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。
When the
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。
Based on the selected “
換言すると、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図６に示すような向き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。
In other words, when the
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。
A high frequency voltage is applied between the terminal A and the terminal D in the
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φ３Ｘ＋とＹ軸の正方向に沿った磁束φ３Ｙ＋とによる合成磁束φｃ１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φｃ１に対して逆方向の合成磁束が発生する。
Specifically, when current flows in the order of terminal A →
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ＰＸＹは、下記数式（２）により示されるものとなる。
That is, when the
なお、上記数式（２）において、ＩＸＹは合成磁束φｃ１を発生させるために必要な電流を表し、ＺＸＹ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。
In Equation (2), I XY represents a current necessary for generating the combined magnetic flux φ c1 , and Z XY represents a combined impedance of the
ここで、合成磁束φｃ１の大きさが前述の磁束φｃの大きさと等しく、かつ、θ１＝θ２＝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φ３Ｘ＋の強さと磁束φ３Ｙ＋の強さとが、下記数式（３）に示すように等しくなる。
Here, assuming that the magnitude of the composite magnetic flux φ c1 is equal to the magnitude of the magnetic flux φ c and θ 1 = θ 2 = 45 °, when “
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ＩＸＹの大きさは、下記数式（４）に示すものとなる。
Therefore, the magnitude of the current IXY flowing through each of the
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ＺＸ１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。
In addition to this, when it is assumed that the impedance of the
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。
On the other hand, the
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。
In addition, the
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。
In addition, the
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。
In addition, the
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。
In addition, the
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。
That is, the power supply device 1 according to the present embodiment, even when any one of “Pattern 5”, “Pattern 6”, “Pattern 7”, “Pattern 8”, and “Pattern 9” is selected, The operation is substantially the same as the operation when “
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。
As described above, according to the power supply device 1 of the present embodiment, the
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。
Next, the case where the
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θ４をなしていることを検出する。なお、以降においては、θ４＝５４．７°の場合を例に挙げつつ説明を進める。
Based on the detection result of the position and orientation of the
制御部５１は、カプセル内視鏡２が図７に示すような向き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。
When the
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。
Based on the selected “pattern 10” information, the
換言すると、制御部５１は、カプセル内視鏡２が図７に示すような向き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。
In other words, when the
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。
A high frequency voltage is applied between the terminal A and the terminal F in the
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φ４Ｘ＋と、Ｙ軸の正方向に沿った磁束φ４Ｙ＋と、Ｚ軸の正方向に沿った磁束φ４Ｚ＋と、による合成磁束φｃ２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φｃ２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ＰＸＹＺは、下記数式（６）により示されるものとなる。
Specifically, terminal A →
なお、上記数式（６）において、ＩＸＹＺは合成磁束φｃ２を発生させるために必要な電流を表し、ＺＸＹＺ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。
In the above formula (6), I XYZ represents a current necessary for generating the combined magnetic flux φ c2 , and Z XYZ represents a combined impedance of the
ここで、合成磁束φｃ２の大きさが前述の磁束φｃの大きさと等しく、かつ、θ４＝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φ４Ｘ＋の強さと、磁束φ４Ｙ＋の強さと、磁束φ４Ｚ＋の強さとが、下記数式（７）に示すように等しくなる。
Here, assuming that the magnitude of the combined magnetic flux φ c2 is equal to the magnitude of the magnetic flux φ c and θ 4 = 54.7 °, when the “pattern 10” is selected by the
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ＩＸＹＺの大きさは、下記数式（８）に示すものとなる。
Therefore, the magnitude of the current IXYZ flowing through each of the
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ＺＸ１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。
In addition to this, when it is assumed that the impedances of the
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。
On the other hand, the
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。
When “pattern 11” is selected by the
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。
When “pattern 12” is selected by the
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。
When “pattern 13” is selected by the
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。 That is, in the power supply device 1 according to the present embodiment, the above-described “pattern 10” is selected even when any one of “pattern 11”, “pattern 12”, and “pattern 13” is selected. The operation similar to that in the case is performed. Therefore, according to the power supply device 1 in the present embodiment, when the same condition as that of the above-described “pattern 10” is set, in any of “pattern 11”, “pattern 12”, and “pattern 13” The above formulas (6) to (9) can be applied in substantially the same manner.
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。
As described above, according to the power supply device 1 of the present embodiment, when the
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。 That is, according to the power supply device 1 of the present embodiment, power can be efficiently supplied to the power supply target device regardless of the direction it is directed.
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。
The present embodiment is not limited to the case where the
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。
Further, the power supply device 1 of the present embodiment is not limited to the one used for the
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。 Further, the power supply device 1 of the present embodiment is not limited to one in which the power transmission antennas are arranged along the three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis in the three-dimensional orthogonal coordinate system. The power transmission antennas may be arranged along other axes, or the power transmission antennas may be arranged along the respective axes in other coordinate systems other than the three-dimensional orthogonal coordinate system.
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and applications can be made without departing from the spirit of the invention.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric
Claims (2)
互いに異なる方向に磁界を発生するように配置された３つの送電アンテナと、
前記３つの送電アンテナを駆動する駆動部と、
前記３つ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であるとともに、前記３つの送電アンテナの端部同士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向きに基づいて前記３つ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、当該選択した駆動対象の１または複数のアンテナ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の電気的な接続状態の切り替えを制御する制御部と、
を有することを特徴とする電力供給装置。 A power supply device capable of supplying power to a power supply target device in a non-contact manner,
Three power transmission antennas arranged to generate magnetic fields in different directions;
A drive unit for driving the three power transmission antennas;
A switching unit capable of switching an electrical connection state between the three power transmission antennas and the drive unit, and capable of switching an electrical connection state between ends of the three power transmission antennas ,
With one or select multiple antennas to be driven from among the three transmission antennas based on the position and orientation of the power supply target device, and one of the driven object that the selected or a plurality of antenna the drive unit A control unit that controls switching of the electrical connection state of the switching unit so that are connected in series;
A power supply apparatus comprising:
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