JP7841705B2 - ベクトルポテンシャル発生装置、ベクトルポテンシャルコイル配置方法、ベクトルポテンシャルトランス、および非接触給電システム - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 公益社団法人応用物理学会東北支部，２０２１年（令和３年）応用物理学会東北支部第７６回学術講演会予稿集，第９２頁～第９３頁，令和３年１１月２５日 ２０２１年（令和３年）応用物理学会東北支部第７６回学術講演会，令和３年１２月３日

本発明は、ベクトルポテンシャル発生装置、ベクトルポテンシャルコイル配置方法、ベクトルポテンシャルトランス、および非接触給電システムに関するものである。

近年、ソレノイドコイルを周回させたベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させてベクトルポテンシャルを発生するベクトルポテンシャル発生装置が開発されており、ベクトルポテンシャルを利用して電力を伝達するベクトルポテンシャルトランスや、ベクトルポテンシャルによる生体深部への刺激が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

また、ベクトルポテンシャルコイルに直列に接続される戻り電流用導体によって、ベクトルポテンシャルコイルの内部領域（ソレノイドコイルの巻回、つまり、コイル軸の巻回によって形成される中空領域）を実質的に無磁場状態にするベクトルポテンシャル発生装置も開発されている（例えば特許文献２参照）。

また、時間変化するベクトルポテンシャルによって電圧が誘起されることを利用してベクトルポテンシャルを検出するベクトルポテンシャル検出装置も開発されている（例えば特許文献３参照）。

国際公開ＷＯ２０１５／０９９１４７ 特許第６２０５５７２号明細書 特許第６９５０９２５号明細書

しかしながら、上述のベクトルポテンシャルコイルは１周以上周回しており、発生したベクトルポテンシャルを良好な強度で印加する対象（例えば２次側の導体）を、略円環状のベクトルポテンシャルコイルの内部領域に配置する必要があり、ベクトルポテンシャルの印加対象が、ベクトルポテンシャルコイルの内部領域に挿入できるものに制約されてしまっている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ベクトルポテンシャルの印加対象の制約が少ないベクトルポテンシャル発生装置およびベクトルポテンシャルコイル配置方法、並びに、そのベクトルポテンシャル発生装置を利用可能なベクトルポテンシャルトランス、および非接触給電システムを得ることを目的とする。

本発明に係るベクトルポテンシャル発生装置は、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであるベクトルポテンシャルコイルと、そのソレノイドコイル内でそのコイル軸に沿って延びる強磁性体部材と、ベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させる電源装置とを備える。そして、ベクトルポテンシャルコイルおよび強磁性体部材は、周方向において開口部を備える。

本発明に係るベクトルポテンシャルコイル配置方法は、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであるベクトルポテンシャルコイルおよびソレノイドコイル内でコイル軸に沿って延びる強磁性体部材を支持する支持体で、人体の頭部にその支持体を貼着することなく、人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置にベクトルポテンシャルコイルおよび強磁性体部材を配置する。

本発明に係るベクトルポテンシャル発生装置は、それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、その複数のソレノイドコイル内でコイル軸に沿ってそれぞれ延び導電性を有する複数の強磁性体部材と、電源装置とを備える。複数のベクトルポテンシャルコイルの一端と複数の強磁性体部材の一端とがそれぞれ互いに電気的に接続されており、電源装置は、複数のベクトルポテンシャルコイルの他端と複数の強磁性体部材の他端とに電圧を印加して複数のベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させる。そして、その複数のベクトルポテンシャルコイルおよび複数の強磁性体部材は、直線状または曲線状の配列方向に沿って配列される。

本発明に係るベクトルポテンシャルコイル配置方法は、それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルおよび複数のソレノイドコイル内でコイル軸に沿ってそれぞれ延び導電性を有する複数の強磁性体部材を支持する支持体で、人体の頭部にその支持体を貼着することなく、人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置に複数のベクトルポテンシャルコイルおよび複数の強磁性体部材を配置する。

本発明に係る非接触給電システムは、上記のいずれかのベクトルポテンシャル発生装置と、受電側装置とを備える。そして、受電側装置は、ベクトルポテンシャル発生装置により発生したベクトルポテンシャルを感受し、ベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起される２次導体部材と、その２次電圧で得られる電力を負荷に供給する電源回路とを備える。

本発明に係るベクトルポテンシャルトランスは、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであるベクトルポテンシャルコイルと、そのソレノイドコイル内でそのコイル軸に沿って延びる強磁性体部材と、そのベクトルポテンシャルを感受し、そのベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起される２次導体部材とを備える。そして、ベクトルポテンシャルコイルおよび強磁性体部材は、周方向において開口部を備える。

本発明に係るベクトルポテンシャルトランスは、それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、複数のソレノイドコイル内でコイル軸に沿ってそれぞれ延び導電性を有する複数の強磁性体部材と、その複数のベクトルポテンシャルコイルの発生するベクトルポテンシャルを感受し、そのベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起される２次導体部材とを備える。複数のベクトルポテンシャルコイルの一端と複数の強磁性体部材の一端とがそれぞれ互いに電気的に接続されており、複数のベクトルポテンシャルコイルの他端と複数の強磁性体部材の他端とに電圧が印加されて複数のベクトルポテンシャルコイルに電流が導通する。そして、その複数のベクトルポテンシャルコイルおよび複数の強磁性体部材は、直線状または曲線状の配列方向に沿って配列される。

本発明によれば、ベクトルポテンシャルの印加対象の制約が少ないベクトルポテンシャル発生装置およびベクトルポテンシャルコイル配置方法、並びに、そのベクトルポテンシャル発生装置を利用可能なベクトルポテンシャルトランス、および非接触給電システムが得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係るベクトルポテンシャル発生装置１０の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示すベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す図である。 図３は、実施の形態１におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係るベクトルポテンシャル発生装置１０によるベクトルポテンシャルの印加の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。 図６は、図５に示す非接触給電システムにおけるベクトルポテンシャルコイル装置１および２次導体部材２１の一例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態４に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態５に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態６に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態７に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。 図１１は、実施の形態７に係るベクトルポテンシャル発生装置１０を内蔵したベッドの一例を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態８に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態９に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。 図１４は、本発明の実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す正面図である。 図１５は、本発明の実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す上面図である。 図１６は、本発明の実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す側面図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態に係るベクトルポテンシャル発生装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すベクトルポテンシャル発生装置１０は、ベクトルポテンシャルコイル装置１および電源装置２を備える。

図２は、図１に示すベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す図である。ベクトルポテンシャルコイル装置１は、例えば図２に示すようなベクトルポテンシャルコイル（以下、ＶＰコイルともいう）１１を備える。ＶＰコイル１１は、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルである。

図３は、実施の形態１におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。例えば図３に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、上述のＶＰコイル１１とともに、強磁性体部材１１Ａを備える。強磁性体部材１１Ａは、上述のソレノイドコイル内で上述のコイル軸に沿って延びる形状を有し、強磁性体材料で形成されている。

ＶＰコイル１１を導通する電流によるベクトルポテンシャルは、電流から離れるにつれて弱くなるが、上述のようにＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａ、湾曲しているため、湾曲の内側方向（円弧状の場合はその曲率中心）では、ＶＰコイル１１の各位置の電流で発生したベクトルポテンシャルが重なり合うので強度が大きくなる。また、強磁性体部材１１の実効透磁率に応じてベクトルポテンシャルが増強されるため、湾曲の内側方向（円弧状の場合はその曲率中心）では、ベクトルポテンシャルの強度が大きくなる。

図１に示す電源装置２は、商用電源や電池（１次電池または２次電池）などの電力に基づいて電流を生成し、その電流（ここでは、所定の周波数の交流電流）をＶＰコイル１１に導通させる。なお、電源装置２が電池の電力で電流をＶＰコイル１１に導通させる場合、当該ベクトルポテンシャル発生装置１０を、その電池を内蔵したポータブルな装置としてもよい。

そして、例えば図３に示すように、ＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａは、周方向において開口部１４を備える。つまり、ＶＰコイル１１のコイル軸は１周以上周回されていない。

例えば、上述のコイル軸は円弧状であり、そのコイル軸（つまり、円弧）を含む円の中心から見たＶＰコイル１１（のコイル軸）の一端から他端までの角度（中心角）は、３６０度未満とされ、同様に、そのコイル軸を含む円の中心から見た強磁性体部材１１Ａの一端から他端までの角度（中心角）は、３６０度未満とされる。これにより、開口部１４が形成される。例えば、その中心角は、１８０度でもよく、また、１８０度未満でもよい。ただし、中心角が大きいほど、湾曲内側方向のベクトルポテンシャルの強度が大きくなるため、中心角が大きいほうが好ましい。この中心角は、０度より大きく３６０度未満のいずれかの角度とされ、さらに、（ａ）０度より大きく１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｂ）０度より大きく９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｃ）０度より大きく４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｄ）０．５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｅ）０．５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｅ）０．５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｇ）２度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｈ）２度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｉ）２度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｊ）２度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｋ）２度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｌ）５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｍ）５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｎ）５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｏ）５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｐ）５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよい。また、湾曲内側方向からの、ＶＰコイル１１へのベクトルポテンシャルの印加対象の着脱を考慮した場合、開口部１４が大きいほうが好ましい（つまり、印加対象の形状やサイズに応じて、上述のコイル軸の曲率半径および／または上述の中心角が決定される）。

図４は、実施の形態１に係るベクトルポテンシャル発生装置１０によるベクトルポテンシャルの印加の一例を示す図である。例えば図４に示すように、この開口部１４に、ベクトルポテンシャルの印加対象（図４では、人体の足１０１）が配置される。

また、実施の形態１では、強磁性体部材１１Ａは、導電性を有するパーマロイなどの材料で形成されており、ＶＰコイル１１の一端と強磁性体部材１１Ａの一端（端部１１Ａ１）とが互いに電気的に接続されており、電流の経路となる。そして、電源装置２は、ＶＰコイル１１の他端および強磁性体部材１１Ａの他端に電圧を印加してＶＰコイル１１に電流を導通させる。ここでは、電源装置２は、ＶＰコイル１１の他端に電気的に接続された端子１２と強磁性体部材１１Ａの他端（端部１１Ａ２）に電気的に接続された端子１３とに電圧を印加してＶＰコイル１１に電流を導通させる。

また、ＶＰコイル１１のコイル軸は１周以上周回していないので、ＶＰコイル１１の両端の距離が大きくなるが、強磁性体部材１１Ａが電流の経路とされ、ＶＰコイル１１のいずれか一方の端部側に２つの端子１２，１３が配置されているため、電源装置２からＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａまでの配線を流れる経路が囲む面積が比較的狭くなり、この配線を流れる電流に起因して発生する不要な磁場が抑制される。

次に、実施の形態１に係るベクトルポテンシャル発生装置１０の動作について説明する。

電源装置２は、ベクトルポテンシャル発生装置１０における上述の端子１２，１３に所定の電圧を印加し、ＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａに電流を導通させる。

ＶＰコイル１１を導通する電流によって磁場がコイル軸に沿って発生し、その電流に平行にベクトルポテンシャルが発生し、ＶＰコイル１１の湾曲内側方向における（つまり、開口部１４周辺の）ベクトルポテンシャルの強度が、ＶＰコイル１１の湾曲外側方向におけるベクトルポテンシャルより大きくなる。

そのため、この開口部１４に配置されたベクトルポテンシャルの印加対象に効果的にベクトルポテンシャルが印加される。

以上のように、上記実施の形態１によれば、ＶＰコイル１１は、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであり、強磁性体部材１１Ａは、そのソレノイドコイル内でそのコイル軸に沿って延びている。電源装置２は、ＶＰコイル１１に電流を導通させる。そして、ＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａは、周方向（つまり、１周未満で周回しているＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａの周方向）において開口部１４を備える。

これにより、開口部１４において、あるいは、開口部１４を介してＶＰコイル１１の内部領域に、ベクトルポテンシャルの印加対象を配置させることができるため、ベクトルポテンシャルの印加対象の制約が少ない。

例えば、人体の肩などにベクトルポテンシャルを印加したい場合において、円環状のＶＰコイルを使用するには人体の胴が中空部に入る比較的大きいＶＰコイルが必要になるが、実施の形態１に示すようなＶＰコイル１１を使用することで、比較的小さいＶＰコイル１１でそのような箇所にも効果的にベクトルポテンシャルを印加できる。

実施の形態２．

図５は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。図５に示すように、実施の形態２に係る非接触給電システムは、上述のベクトルポテンシャル発生装置１０と、受電側装置３０とを備える。受電側装置３０は、ベクトルポテンシャルの印加対象としての２次導体部材２１と、電源回路２２と、負荷２３とを備える。

２次導体部材２１は、ベクトルポテンシャル発生装置１０により交流電流で発生したベクトルポテンシャルを感受し、上述の特許文献３に示されているようにベクトルポテンシャルの時間変化によって２次電圧（交流電圧）を誘起される。

図６は、図５に示す非接触給電システムにおけるベクトルポテンシャルコイル装置１および２次導体部材２１の一例を示す図である。

この実施の形態では、例えば図６に示すように、２次導体部材２１は、直線状の導電性のある部材であって、ベクトルポテンシャル発生装置１０により発生したベクトルポテンシャルに対して平行になるように（つまり、ＶＰコイル１１のコイル軸を含む平面に対して垂直な方向になるように）配置される。なお、２次導体部材２１は、ＶＰコイル１１のコイル軸の曲率中心に配置されるのが好ましい。

また、電源回路２２は、２次導体部材２１の端子２１Ａ，２１Ｂに接続され、端子２１Ａ，２１Ｂ間に発生する電圧（つまり、上述の２次電圧）で得られる電力を負荷２３に供給する。電源回路２２は、例えば整流平滑回路を備え、その２次電圧で得られる電力を直流電力に変換し、その直流電力を負荷２３に供給する。

次に、実施の形態２に係る非接触給電システムの動作について説明する。

実施の形態１で述べたように、ベクトルポテンシャル発生装置１０により、比較的強度の大きいベクトルポテンシャルが、開口部１４またはその周辺に配置された受電側装置３０の２次導体部材２１に発生する。これにより、２次導体部材２１において、２次電圧が発生する。電源回路２２は、この２次電圧に基づく電力を負荷２３に供給する。

以上のように、上記実施の形態２によれば、受電側装置３０では、２次導体部材２１は、ベクトルポテンシャル発生装置１０により発生したベクトルポテンシャルを感受し、ベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起され、電源回路２２は、その２次電圧で得られる電力を負荷２３に供給する。

これにより、ベクトルポテンシャル発生装置１０から受電側装置３０へ非接触で給電される。

実施の形態３．

本発明の実施の形態３に係るベクトルポテンシャルトランスは、上述のＶＰコイル１１、上述の強磁性体部材１１Ａ、および上述の２次導体部材２１を備える。これにより、ＶＰコイル１１（つまり、１次側）から２次導体部材２１（つまり、２次側）へ電力を伝達する。このベクトルポテンシャルトランスは、ＶＰコイル１１、強磁性体部材１１Ａ、および２次導体部材２１を備える１つの装置となっており、ＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａと２次導体部材２１との相対的な位置関係は固定となっている。

なお、実施の形態３に係るベクトルポテンシャルトランスにおいて使用されるＶＰコイル１１は、１つでも複数でもよく、また、他の実施の形態のいずれかのＶＰコイル１１を適宜使用してもよい。

実施の形態４．

図７は、本発明の実施の形態４に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。

実施の形態４では、例えば図７に示すように、ＶＰコイル１１（つまり、ソレノイドコイル）の内部に、強磁性体部材１１Ｂが配置されている。この強磁性体部材１１Ｂは、強磁性体部材１１Ａと同様に、ＶＰコイル１１のコイル軸に沿った形状を有し、さらに、ＶＰコイル１１の外側（湾曲外側方向）に延びて閉磁路を形成している。

強磁性体部材１１Ｂは、導電性のある強磁性材料（例えばパーマロイなどといった金属磁性体）の部材であり、ＶＰコイル１１の一方のコイル端側の接続点１１Ｂ１と、ＶＰコイル１１の他方のコイル端側の接続点１１Ｂ２とを有し、接続点１１Ｂ１において、ＶＰコイル１１の一方のコイル端が、強磁性体部材１１Ｂに電気的に接続されている。

また、ＶＰコイル１１の他方のコイル端が端子１２に電気的に接続され、強磁性体部材１１Ｂの接続点１１Ｂ２が引き出し線を介して端子１３に電気的に接続されており、電源装置２は、端子１２，１３に電圧を印加して、ＶＰコイル１１に電流を導通させる。

なお、この強磁性体部材１１Ｂには、ＶＰコイル１１の湾曲外側方向においてギャップ１１Ｂ３が形成されており、ギャップ１１Ｂ３によって、強磁性体部材１１Ｂにおける、ＶＰコイル１１の湾曲の外側の部分を電流が導通しないようになっている。

また、強磁性体部材１１Ｂにおける内側部分と外側部分との移行部分は、磁束の漏洩や曲げ加工による透磁率減少の影響を小さくするために、急峻な屈曲箇所のないように、連続的に滑らかな曲線状とされることが好ましい。また、強磁性体部材１１Ｂは複数部材を連結して形成されるようにしてもよい。

なお、実施の形態４に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１は、実施の形態１～３のいずれにも適用可能である。

実施の形態５．

図８は、本発明の実施の形態５に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。

実施の形態５では、例えば図８に示すように、ＶＰコイル１１は、同一の湾曲したコイル軸に沿ってそれぞれ延びコイル径の互いに異なる内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を備え、内側ソレノイドコイル１１－１の一方のコイル端と外側ソレノイドコイル１１－２の一方のコイル端とが電気的に接続されている。内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２は、それぞれ１本のＶＰコイルとして機能するものであり、したがって、実施の形態５のＶＰコイル１１は、電気的には、２本のＶＰコイルを同相で直列接続した構成となっている。

さらに、実施の形態５では、例えば図８に示すように、ＶＰコイル１１（内側ソレノイドコイル１１－１）の内部に、強磁性体部材１１Ｃが配置されている。この強磁性体部材１１Ｃは、上述の強磁性体部材１１Ａと同様のものである。ただし、ＶＰコイル１１と強磁性体部材１１Ｃとは電気的に接続されておらず、強磁性体部材１１Ｃは、導電性を有していなくてもよい。

電源装置２は、内側ソレノイドコイル１１－１の他端および外側ソレノイドコイルの他端１１－２に電圧を印加してＶＰコイル１１に電流を導通させる。具体的には、電源装置２は、内側ソレノイドコイル１１－１の他端に電気的に接続された端子１２および外側ソレノイドコイルの他端１１－２に電気的に接続された端子１３に電圧を印加してＶＰコイル１１に電流を導通させる。

なお、実施の形態５に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１は、実施の形態１～３のいずれにも適用可能である。

実施の形態６．

図９は、本発明の実施の形態６に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。

実施の形態６では、例えば図９に示すように、ＶＰコイル１１は、実施の形態５と同様の内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を備える。さらに、実施の形態６では、例えば図９に示すように、ＶＰコイル１１（内側ソレノイドコイル１１－１）の内部に、強磁性体部材１１Ｄが配置されている。この強磁性体部材１１Ｄは、上述の強磁性体部材１１Ｂと同様のものである。ただし、ＶＰコイル１１と強磁性体部材１１Ｄとは電気的に接続されておらず、強磁性体部材１１Ｄは、導電性を有していなくてもよく、ギャップは設けられていない。つまり、実施の形態６では、交流電流が内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を導通し、強磁性体部材１１Ｄを導通しないため、強磁性体部材１１Ｄは導電性やギャップを必要としない。

なお、実施の形態６に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１のその他の構成および動作については実施の形態５と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態７．

図１０は、本発明の実施の形態７に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。

実施の形態７では、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、複数のＶＰコイル１１を備える。実施の形態７における各ＶＰコイル１１は、直線状のコイル軸を有し、コイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである。この複数のＶＰコイル１１は、直線状の配列方向に沿って配列されている。つまり、ベクトルポテンシャルコイル装置１の外形は、略平板状になっている。電源装置２は、複数のＶＰコイル１１に電流を導通させる。なお、複数のＶＰコイル１１は、電気的に、直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。また、複数の電源装置２が複数のＶＰコイル１１に電流をそれぞれ導通させるようにしてもよい。その場合、複数のＶＰコイル１１に導通する交流電流が同期するように、複数の電源装置２が複数のＶＰコイル１１に交流電流をそれぞれ導通させる。さらに、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、上述の強磁性体部材と同様に複数のＶＰコイル１１のコイル軸に沿って延びる複数の強磁性体部材（図示せず）を備える。

このように、ＶＰコイル１１を複数設けることで、印加対象に印加されるベクトルポテンシャルの強度が大きくなる。

図１１は、実施の形態７に係るベクトルポテンシャル発生装置１０を内蔵したベッドの一例を示す図である。例えば図１１に示すように、ベッド２０１のマットレス２１１に上述の複数のＶＰコイル１１が内蔵されており、電源装置２がベッド２０１の本体などに設置される。これにより、ベッド２０１に寝ている人に対してベクトルポテンシャルが印加される。なお、図１１では、ベッド２０１の長手方向（人体の長手方向）に対して垂直方向に沿ってＶＰコイル１１が配置されているが、ベッド２０１の長手方向（人体の長手方向）に沿ってＶＰコイル１１が配置されていてもよい。また、図１１では、マットレス２１１にＶＰコイル１１が内蔵されているが、ベッド本体やマットレス２１１上に置かれるパッドなどにＶＰコイル１１が内蔵されていてもよい。

なお、実施の形態７に係るベクトルポテンシャル発生装置１０のその他の構成および動作については他の実施の形態のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態８．

図１２は、本発明の実施の形態８に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。

実施の形態８では、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、複数のＶＰコイル１１を備える。実施の形態８における各ＶＰコイル１１は、直線状のコイル軸を有し、コイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである。この複数のＶＰコイル１１は、曲線状の（湾曲した）配列方向に沿って配列されている。電源装置２は、複数のＶＰコイル１１に電流を導通させる。なお、複数のＶＰコイル１１は、電気的に、直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。また、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、上述の強磁性体部材と同様に複数のＶＰコイル１１のコイル軸に沿って延びる複数の強磁性体部材（図示せず）を備える。ここでは、この配列方向は閉曲線であって、円弧状の配列方向に沿って複数のＶＰコイル１１が配列されている。特に、複数のＶＰコイル１１は、配列方向の円弧を含む円についての所定の中心角θの範囲において（ここでは均等な角度間隔で）配列されている。２つのＶＰコイル１１の間の中間位置では２つのＶＰコイル１１のベクトルポテンシャルが相殺されるため、例えば、この中心角θは１８０度未満のいずれかの角度とされる。

例えば、配列された複数のＶＰコイル１１の内側方向の空間内に、人体の腕や脚などの部位が配置され、その部位にベクトルポテンシャルが印加される。

なお、例えば図１２に示すように、直線状のコイル軸を有する複数のＶＰコイル１１が曲線状の配列方向に沿って、所定の対称面（Ｘ軸に垂直でＺ軸およびＹ軸に平行な平面）に対して面対称に配列される場合、配列方向の円弧を含む円についての中心を通り、かつコイル軸に平行な軸上では、複数のＶＰコイル１１により発生するベクトルポテンシャルのベクトル合成の結果、対称面に垂直な方向（図１２におけるＸ軸方向）にベクトルポテンシャルが発生する。したがって、例えば図４に示すような湾曲したコイル軸を有するＶＰコイル１１と、直線状のコイル軸を有し、曲線状の配列方向に沿って所定の対称面に対して面対称に配列される複数のＶＰコイル１１とを組み合わせることで、Ｘ軸およびＹ軸の２次元平面内の所望の方向にベクトルポテンシャルを発生させることができる。

なお、実施の形態８に係るベクトルポテンシャル発生装置１０のその他の構成および動作については他の実施の形態のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態９．

図１３は、本発明の実施の形態９に係るベクトルポテンシャル発生装置１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の構成を示す図である。

実施の形態９では、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、複数のＶＰコイル１１を備える。この複数のＶＰコイル１１は、それぞれ、直線状のコイル軸に沿って巻回されており、また、コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角が徐々に変化するように巻回されている。また、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、上述の強磁性体部材と同様に複数のＶＰコイル１１のコイル軸に沿って延びる複数の強磁性体部材（図示せず）を備える。

実施の形態９では、例えば図１３に示すように、ＶＰコイル１１は、直線状のコイル軸に沿って巻回されているが、コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角（コイル軸方向と巻回方向とのなす角度）Ａ０～Ａ５が徐々に変化するように巻回されている。具体的には、ＶＰコイル１１の中心の傾斜角が９０度となっており、中心から離れるほど、傾斜角が小さくなっている（Ａ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞Ａ４＞Ａ５）。これにより、湾曲したＶＰコイル１１と同様に良好な強度で上述のベクトルポテンシャルを印加できる。

なお、実施の形態９に係るベクトルポテンシャル発生装置１０のその他の構成および動作については他の実施の形態のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態１０．

図１４は、本発明の実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す正面図である。図１５は、本発明の実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す上面図である。図１６は、本発明の実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルの一例を示す側面図である。

実施の形態１０に係るベクトルポテンシャルコイル装置１は、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５を備える。例えば図１４～図１６に示すように、この複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５は、それぞれ、湾曲したコイル軸に沿って巻回されており、コイル軸の湾曲内側方向（つまり、コイル軸を含む平面）が互いに交差するように配列されている。例えば、図１６に示すように、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５のコイル軸を含む平面がＹ軸方向に対して平行になり、かつＸ軸方向に対する、それらの平面の傾斜角の角度間隔が略同一となるように、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５が配置される。また、ここでは、ベクトルポテンシャルコイル３１－１についての傾斜角が９０度となっている。

なお、ここでは、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、５本のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５を備えているが、２～４本および６本以上のいずれかの本数Ｍの、同様のベクトルポテンシャル３１－１～３１－Ｍを備えていてもよい。

例えば、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５のコイル軸が単一の部分球面（例えば半球面）に含まれるように、コイル軸の形状（曲率など）および配置が決定され、その部分球面を含む球面の中心（つまり、すべてのコイル軸の曲率中心）に、印加対象が配置される。なお、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５のコイル軸が単一の部分球面以外の曲面（部分的な非球面）に含まれるように、コイル軸の形状（曲率など）および配置を決定するようにしてもよい。

なお、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５は、上述の実施の形態と同様にして交流電流に応じたベクトルポテンシャルをそれぞれ発生させ、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５によるベクトルポテンシャルが合成され、ベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）が得られる。ここでは、合成されたベクトルポテンシャルＶＰ（ｔ）の振幅が最大となるように（例えば互いに同相で）、電源装置２が複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５に交流電流を導通させる。

なお、実施の形態１０に係るベクトルポテンシャル発生装置１０のその他の構成および動作については他の実施の形態のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。つまり、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５のコイル軸に沿って、上述の強磁性体部材のいずれかがそれぞれ配置されていてもよい。

以上のように、上記実施の形態１０に係るベクトルポテンシャル発生装置１０によれば、複数のベクトルポテンシャルコイル３１－１～３１－５の湾曲内側方向にベクトルポテンシャルを集中させて、高い強度のベクトルポテンシャルを印加対象に印加させることができる。

実施の形態１１．

実施の形態１１では、人体の脳腫瘍（膠芽腫など）の治療のために、ベクトルポテンシャルコイル装置１が、人体の頭部に対して配置される。

例えば、実施の形態１１では、ベクトルポテンシャル発生装置１０は、人体の頭部の形状に合わせた形状の支持体をさらに備え、その支持体に、上述のいずれかのベクトルポテンシャルコイル装置１（ＶＰコイルおよび強磁性体部材、複数のＶＰコイルなど）が固定される。その支持体としては、頭部に装着されるヘルメット、頭部近傍にＶＰコイルなどを配置するスタンドなどが使用される。

あるいは、上述の支持体は、枕、椅子のヘッドレストなどといった頭部の接触を受ける装置としてもよく、その場合、そのような支持体に上述のベクトルポテンシャルコイル装置１が内蔵される。

このような支持体で、人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置にベクトルポテンシャルコイル装置１が近接して配置される。つまり、ベクトルポテンシャルコイル装置１に交流電流が導通することで、頭部の内部にある脳に交番するベクトルポテンシャルが発生する。これにより、脳に、交流の電界や交流の電流が印加される。例えば国際公開ＷＯ２０１７／０７２７０６に開示されているように、交流の電界を印加することで脳腫瘍の治療が行われており、脳腫瘍の治療に要求される条件（周波数など）が電源装置２によって設定され、そのような条件の交流電界がベクトルポテンシャルコイル装置１によって非侵襲で脳に印加される。例えば国際公開ＷＯ２０１７／０７２７０６に開示されているように交流電界を印加するためには、通常、剃髪後に電極パッドが頭部の皮膚に貼られるが、当該実施の形態１１によれば、剃髪が不要であるとともに、粘着性のある電極パッドを頭部の皮膚に貼ることも不要となり、交流電界印加による治療時の患者の負担（身体的負担および精神的負担）が軽減される。

従来の電極パッドを頭皮に接触させて電流を流す方法では、パットと頭皮の接触抵抗および頭蓋骨の電気抵抗が高く、一方、脳組織はそれらと比べると相対的に低抵抗であるため、電極パットの位置を変えても所望の部位に電流を制御して流すことが本質的に困難であった。一方、別の従来方法として、パルス磁場を外部から非接触・非侵襲で印加する方法もあるが、脳内に誘導されるのは渦電流である。この渦電流はファラデーの電磁誘導とレンツの法則により説明される磁場の変化を打つ消す方向に流れる電流であるため、大脳の表皮に近い部分を流れる渦電流により当初のパルス磁場が打ち消されてしまい、脳の深部に電流を誘起することができなかった。また、大脳は表面が折りたたまれた皺構造となっており、隣接していても皺と皺の間の谷間は深く、電気的には皺間の電気抵抗が高いためパルス磁場では電流を所望の箇所に流すことが困難である。さらに、パルス磁場の磁束は、頭皮に垂直な方向から印加されるので、渦電流は頭皮に平行な面内しか流すことができない。従来の２つの方法は、上記のような問題を抱えているが、当該実施の形態の装置は、ベクトルポテンシャルを発生するので、小脳、脳梁、視床下部などの脳の深部においても、頭蓋骨に邪魔されること無く電界を印加することができる。

なお、実施の形態１１に係るベクトルポテンシャル発生装置１０のその他の構成および動作については他の実施の形態のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態において、ＶＰコイル１１とベクトルポテンシャルの印加対象（足１０１、２次導体部材２１など）との間には磁気遮蔽性のある物体があってもよい。その場合でも、ベクトルポテンシャルは、磁気遮蔽性のある物体を透過するため、磁気遮蔽性のある物体があってもベクトルポテンシャルの印加対象に印加され、２次導体部材２１には、ベクトルポテンシャルに基づく電圧が誘起する。

また、上記実施の形態において、ＶＰコイル１１のコイル軸に沿って配置される強磁性体部材は必要に応じて省略されてもよい。

また、上記実施の形態２では、ベクトルポテンシャル発生装置１０から２次導体部材２１へ電力が伝達されているが、それに加えて、ベクトルポテンシャル発生装置１０から２次導体部材２１へ電力が伝達されていない期間において、２次導体部材２１に交流電流（例えば回生電流など）を導通させて、２次導体部材２１からベクトルポテンシャル発生装置１０へ電力を伝達させるようにしてもよい。

また、上記実施の形態５，６では、ＶＰコイル１１が、径方向において、内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２の２層構造となっているが、層数が偶数であれば、４層以上の層数でもよい。その場合、すべての層のソレノイドコイル１１－ｉが電気的に直列接続されるように、ソレノイドコイル１１－ｉのいずれかの端部で次層のソレノイドコイル１１－（ｉ＋１）に接続される。

本発明は、例えば、ＶＰコイルを使用したベクトルポテンシャルの発生に適用可能である。

２ 電源装置
１０ ベクトルポテンシャル発生装置
１１，３１－１～３１－５ ベクトルポテンシャルコイル
１１－１ 内側ソレノイドコイル
１１－２ 外側ソレノイドコイル
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 強磁性体部材
１４ 開口部
２１ ２次導体部材
２２ 電源回路
２３ 負荷
３０ 受電側装置

Claims (17)

1. 湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであるベクトルポテンシャルコイルと、
   前記ソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿って延びる強磁性体部材と、
   前記ベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させる電源装置とを備え、
   前記ベクトルポテンシャルコイルおよび前記強磁性体部材は、周方向において開口部を備えること、
   を特徴とするベクトルポテンシャル発生装置。
2. 前記ベクトルポテンシャルコイルを含む、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、
   前記複数のベクトルポテンシャルコイルのソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿ってそれぞれ延びる複数の強磁性体部材とを備え、
   前記電源装置は、前記複数のベクトルポテンシャルコイルに対して電流を導通させること、
   を特徴とする請求項１記載のベクトルポテンシャル発生装置。
3. 前記コイル軸は円弧状であり、
   前記コイル軸を含む円の中心から見た前記ベクトルポテンシャルコイルの一端から他端までの角度は、３６０度未満であること、
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のベクトルポテンシャル発生装置。
4. 前記強磁性体部材は、導電性を有し、
   前記ベクトルポテンシャルコイルの一端と前記強磁性体部材の一端とが互いに電気的に接続されており、
   前記電源装置は、前記ベクトルポテンシャルコイルの他端および前記強磁性体部材の他端に電圧を印加して前記ベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させること、
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のベクトルポテンシャル発生装置。
5. 前記強磁性体部材は、前記ベクトルポテンシャルコイルの外側に延びて閉磁路を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載のベクトルポテンシャル発生装置。
6. 前記ベクトルポテンシャルコイルは、同一の湾曲した前記コイル軸に沿ってそれぞれ延びる内側ソレノイドコイルおよび外側ソレノイドコイルを備え、
   前記内側ソレノイドコイルの一端と前記外側ソレノイドコイルの一端が互いに電気的に接続されており、
   前記電源装置は、前記内側ソレノイドコイルの他端および前記外側ソレノイドコイルの他端に電圧を印加して前記ベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させること、
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のベクトルポテンシャル発生装置。
7. 前記ベクトルポテンシャルコイルおよび前記強磁性体部材を支持する支持体をさらに備え、
   前記支持体は、人体の頭部に貼着されることなく、前記人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置に前記ベクトルポテンシャルコイルおよび前記強磁性体部材を配置すること、
   を特徴とする請求項１記載のベクトルポテンシャル発生装置。
8. 湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであるベクトルポテンシャルコイルおよび前記ソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿って延びる強磁性体部材を支持する支持体で、人体の頭部に前記支持体を貼着することなく、前記人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置に前記ベクトルポテンシャルコイルおよび前記強磁性体部材を配置すること、
   を特徴とするベクトルポテンシャルコイル配置方法。
9. それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、
   前記複数のソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿ってそれぞれ延び導電性を有する複数の強磁性体部材と、
   電源装置とを備え、
   前記複数のベクトルポテンシャルコイルの一端と前記複数の強磁性体部材の一端とがそれぞれ互いに電気的に接続されており、
   前記電源装置は、前記複数のベクトルポテンシャルコイルの他端と前記複数の強磁性体部材の他端とに電圧を印加して前記複数のベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させ、
   前記複数のベクトルポテンシャルコイルおよび前記複数の強磁性体部材は、直線状または曲線状の配列方向に沿って配列されること、
   を特徴とするベクトルポテンシャル発生装置。
10. それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させる電源装置とを備え、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルは、直線状または曲線状の配列方向に沿って配列され、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルは、それぞれ、直線状のコイル軸に沿って巻回されており、また、前記コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角が徐々に変化するように巻回されていることを特徴とするベクトルポテンシャル発生装置。
11. 前記複数のベクトルポテンシャルコイルは、円弧状の配列方向に沿って、前記配列方向の円弧を含む円についての所定の中心角の範囲において配列されており、
    前記所定の中心角は、１８０度未満のいずれかの角度であること、
    を特徴とする請求項９記載のベクトルポテンシャル発生装置。
12. それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させる電源装置とを備え、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルは、直線状または曲線状の配列方向に沿って配列され、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルは、それぞれ、湾曲したコイル軸に沿って巻回されており、前記コイル軸の湾曲内側方向が互いに交差するように配列されていることを特徴とするベクトルポテンシャル発生装置。
13. 前記複数のベクトルポテンシャルコイルを支持する支持体をさらに備え、
    前記支持体は、人体の頭部に貼着されることなく、前記人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置に前記複数のベクトルポテンシャルコイルを配置すること、
    を特徴とする請求項９記載のベクトルポテンシャル発生装置。
14. それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルおよび前記複数のソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿ってそれぞれ延び導電性を有する複数の強磁性体部材を支持する支持体で、人体の頭部に前記支持体を貼着することなく、前記人体の脳にベクトルポテンシャルを発生させる位置に前記ベクトルポテンシャルコイルおよび前記複数の強磁性体部材を配置すること、
    を特徴とするベクトルポテンシャルコイル配置方法。
15. 請求項１または請求項９記載のベクトルポテンシャル発生装置と、
    受電側装置とを備え、
    前記受電側装置は、前記ベクトルポテンシャル発生装置により発生したベクトルポテンシャルを感受し、前記ベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起される２次導体部材と、前記２次電圧で得られる電力を負荷に供給する電源回路とを備えること、
    を特徴とする非接触給電システム。
16. 湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであるベクトルポテンシャルコイルと、
    前記ソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿って延びる強磁性体部材と、
    前記ベクトルポテンシャルコイルの発生するベクトルポテンシャルを感受し、前記ベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起される２次導体部材とを備え、
    前記ベクトルポテンシャルコイルおよび前記強磁性体部材は、周方向において開口部を備えること、
    を特徴とするベクトルポテンシャルトランス。
17. それぞれのコイル軸に沿って延びる複数のソレノイドコイルである複数のベクトルポテンシャルコイルと、
    前記複数のソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿ってそれぞれ延び導電性を有する複数の強磁性体部材と、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルの発生するベクトルポテンシャルを感受し、前記ベクトルポテンシャルによって２次電圧を誘起される２次導体部材とを備え、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルの一端と前記複数の強磁性体部材の一端とがそれぞれ互いに電気的に接続されており、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルの他端と前記複数の強磁性体部材の他端とに電圧が印加されて前記複数のベクトルポテンシャルコイルに電流が導通し、
    前記複数のベクトルポテンシャルコイルおよび前記複数の強磁性体部材は、直線状または曲線状の配列方向に沿って配列されること、
    を特徴とするベクトルポテンシャルトランス。