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JP2009268181A - エネルギー供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のエネルギー供給装置を近接して配置した場合でも、それぞれの装置において安定的にエネルギーを供給することができる、エネルギー供給装置を提供する。
【解決手段】電源１０１ａより電力の供給を受けて交流電流を発生させる駆動装置１１１ａと、駆動装置から交流電流を印加されて電磁界を発生させる送電アンテナ１２１ａと、電磁界から電気的エネルギーを取り出す受電アンテナ２０１ａと、取り出された電気的エネルギーを用いて動作する３０ａ機器と、を備えたエネルギー供給装置であって、送電アンテナ１２１ａは、共振周波数を調整及び設定する共振周波数調整回路１２２ａを備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、体内にて動作する小型医療機器に対し、体外より無線にて電力を供給するエネルギー供給装置に関する。
従来、所定の機器に対して非接触にて電気的エネルギーを供給するエネルギー供給装置としては、エネルギー供給装置に設けられた一次コイルに電流を流すことによって、機器に設けられた二次コイルに電気的エネルギーを誘起させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された提案において、エネルギー供給装置に設けられた一次コイルの構成を、図１０及び図１１を用いて以下に簡単に説明する。
図１０は、従来のエネルギー供給装置における一次コイルの構成を示している。図１０では、被験者Ｂの体にＸＹＺ軸方向の一次コイルをそれぞれ装着し、体腔内の医療用小型機器であるカプセル内視鏡に対し、無線給電方式にて電力を供給する場合における、カプセル内視鏡の無線給電システムの構成を示している。
図１０では、被験者Ｂの体外に、互いに直交するＸＹＺ方向の各軸方向について、それぞれ一次コイルが配置されている状態が示されている。１２ａ，１２ｂはＸ軸方向に配置された一次コイルであり、１３ａ，１３ｂはＹ軸方向に配置された一次コイル、１１ａ，１１ｂはＺ軸方向に配置された一次コイルである。カプセル内視鏡１００は、被験者Ｂの体腔内にあり、カプセル内視鏡１００の内部には、二次コイル１０１が搭載されている。カプセル内視鏡１００を動作させるために必要な電力は、一次コイル１１〜１３により発生した磁界が、カプセル内視鏡１００に搭載された二次コイル１０１と鎖交することで、電磁誘導現象により二次コイル１０１に誘起・供給される。
図１１は、従来のエネルギー供給装置における一次コイルの回路構成を示している。カプセル内視鏡１００に対して電気的エネルギーを供給する場合、図１１に示すように、複数の一次コイル１１ａと１１ｂ、１２ａと１２ｂ、１３ａと１３ｂをそれぞれ直列に接続し、１１ａと１１ｂ，１２ａと１２ｂ，１３ａと１３ｂ、の直列接続された各一次コイル群は、一次コイル共振用コンデンサ２２，２４，２６を介し、一次コイル駆動用回路であるスイッチング回路２１，２３，２５にそれぞれ接続されている。
また、スイッチング回路２１，２３，２５には、駆動用の直流電源１５が接続されている。スイッチング回路２１，２３，２５から出力された高周波電圧が、複数の一次コイルと共振用コンデンサとが直列接続された回路に印加されると、一次コイル１１ａ，１１ｂはコンデンサ２２と、また、一次コイル１２ａ，１２ｂはコンデンサ２４と、更に、一次コイル１３ａ，１３ｂはコンデンサ２６と、それぞれ直列共振回路となり、各一次コイルの軸方向に磁界が発生する。
このように、各一次コイル１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを駆動することにより、カプセル内視鏡１００に対して電気的エネルギーを供給することができる。
特開２００４−１５９４５６号公報
特許文献１に記載された提案では、エネルギー供給装置を１台のみ使用する場合についてのみ記載されており、複数のエネルギー供給装置を近接して配置し、動作させる場合については記載されていない。医療環境においては、互いに近接して配置された複数の被験者に対し、それぞれ別個のエネルギー供給装置を用いて体腔内の医療用小型機器を動作させ、検査・診断を行うような状況も起こりうる。このような状況において、特許文献１に記載されたような従来のエネルギー供給装置を複数台近接して配置すると、それぞれのエネルギー供給装置内に設けられた送電アンテナ同士が磁気的に結合し、互いに干渉する可能性が生じる。
別々のエネルギー供給装置内に設けられた複数の送電アンテナが互いに磁気的に結合すると、相互誘導により誘導電流が送電アンテナに誘起される。特に、共振回路からなる送電アンテナを用いて体腔内の医療用小型機器にエネルギーを供給している場合、近接して配置された複数のエネルギー供給装置の共振周波数が一致していると、送電アンテナに誘起される誘導電流が大きくなる。
特許文献１に記載された提案では、複数のエネルギー供給装置を近接して配置した場合に、それぞれの装置に設けられた送電アンテナの共振周波数が一致している場合の動作についてはなんら記載がない。従って、従来のエネルギー供給装置においては、近接して配置された複数のエネルギー供給装置の共振周波数が一致する可能性がある。
近接して配置されたエネルギー供給装置の共振周波数が一致し、送電アンテナに誘起される誘導電流が大きくなると、送電アンテナに流れる電流の制御が困難になり、体内にて動作する小型医療機器に対するエネルギー供給が不安定になり、更には小型医療機器の動作が不安定になってしまうという問題があった。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、体外から無線で電力を供給するエネルギー供給装置において、複数のエネルギー供給装置を近接して配置した場合でも、それぞれの装置において安定的にエネルギーを供給することができる、エネルギー供給装置を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係るエネルギー供給装置は、電源より電力の供給を受けて交流電流を発生させる駆動装置と、前記駆動装置から前記交流電流を印加されて電磁界を発生させる送電アンテナと、前記送電アンテナから発生する前記電磁界から電気的エネルギーを取り出す受電アンテナと、前記受電アンテナにより取り出された前記電気的エネルギーを用いて動作する機器と、を備えたエネルギー供給装置であって、前記送電アンテナは、共振周波数を調整及び設定する共振周波数調整回路を備えていることを特徴とする。
複数のエネルギー供給装置を近接して配置した場合でも、それぞれの装置において安定的にエネルギーを供給することができる、エネルギー供給装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して、エネルギー供給装置の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるエネルギー供給装置１ａ，１ｂの構成を説明する概略図である。図１では、２組のエネルギー供給装置１ａ，１ｂが近接して配置された状態を示している。
なお、エネルギー供給装置１ａとエネルギー供給装置１ｂとは同一の構成であるため、ここではエネルギー供給装置１ａの構成についてのみ詳細に説明し、エネルギー供給装置１ｂの構成についての説明は省略する。
図１において、エネルギー供給装置１ａは、電気的エネルギーを受電するための受電システム２０ａと機器３０ａとを具備する小型医療機器４０ａと、小型医療機器４０ａに電気的エネルギーを供給する送電システム１０ａとから構成される。
送電システム１０ａは、電磁界を発生させて受電システム２０ａに対し電力を供給するものであり、電源１０１ａと、駆動装置１１１ａと、送電アンテナ１２１ａとから構成されている。
駆動装置１１１ａは、電源１０１ａより電力の供給を受けて、交流電流を送電アンテナ１２１ａに印加する。なお、駆動装置１１１ａには、送電アンテナ１２１ａに流れる電流を測定する図示しない電流センサを備えている。
送電アンテナ１２１ａは、共振周波数調整回路１２２ａと、送電コイル１２３ａとから構成されている。共振周波数調整回路１２２ａは、リアクタンス調整回路であり、回路の機能上、任意の周波数ｆＡで送電コイル１２３ａと共振することが可能なようになされている。このように構成された送電アンテナ１２１ａに交流電流が印加されると、電磁界が発生する。
受電システム２０ａは、受電アンテナ２０１ａと、受電回路２１１ａとから構成されている。また、受電アンテナ２０１ａは、受電コイル２０２ａと、共振回路２０３ａとから構成されている。なお、共振回路２０３ａは、キャパシタで構成されている。
受電アンテナ２０１ａでは、送電アンテナ１２１ａで発生した電磁界から電気的エネルギーが取り出される。取り出された電気的エネルギーは、受電回路２１１ａに送電され、機器３０ａが動作するのに適切な電力形態に変換される。なお、機器３０ａは、小型医療機器４０ａの主機能部に相当する。例えば、小型医療機器４０ａがカプセル型内視鏡である場合、機器３０ａには撮像部、画像処理部、情報伝達部などが含まれる。すなわち、これらの部位は、受電システム２０ａから供給される電力により動作する。
このように構成されたエネルギー供給装置１ａ，１ｂにおける、共振周波数の調整動作について説明する。
送電アンテナ１２１ａの共振周波数は、共振周波数調整回路１２２ａによって、周波数ｆＡに設定される。同様に、送電アンテナ１２１ｂの共振周波数は、共振周波数調整回路１２２ｂによって、周波数ｆＢに設定される。
このとき、周波数ｆＡと周波数ｆＢとが、等しい、あるいはほぼ等しい値に設定された場合、エネルギー供給装置１ａとエネルギー供給装置１ｂとが近接して配置されると、それぞれの送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂに流れる誘導電流が大きくなり、小型医療機器４０ａ，４０ｂに対するエネルギー供給が不安定になってしまう。
そこで、送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂに流れる誘導電流が小さくなるように、送電アンテナ１２１ａの共振周波数ｆＡと送電アンテナ１２１ｂの共振周波数ｆＢとが異なる周波数になるよう、共振周波数調整回路１２２ａもしくは共振周波数調整回路１２２ｂにおいて、共振周波数ｆＡもしくは共振周波数ｆＢが調整・設定される。
ここで、共振周波数調整回路１２２ａ，１２２ｂの回路構成について、図２を用いて説明する。図２は、共振周波数調整回路１２２ａの回路構成の一例を説明する回路図である。上述したとおり、共振周波数調整回路１２２ａはリアクタンスの調整が可能な回路構成を有しており、例えば、図２に示すように、キャパシタ１２４ａと、インダクタ１２５ａとを直列に接続した回路構成を有する。
キャパシタ１２４ａの静電容量、及びインダクタ１２５ａのインダクタンスの少なくともどちらか一方は、その値が可変になされており、この値を調整することによって、回路全体のリアクタンスを調整することが可能になされている。
キャパシタ１２４ａ全体の静電容量を可変とするような、キャパシタ１２４ａの回路構成としては、単体の可変容量キャパシタだけでなく、例えば、複数の可変容量キャパシタを接続した可変容量キャパシタ群や、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタとを混在させて接続させたキャパシタ群、固定容量キャパシタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体の静電容量を変化させるスイッチ・キャパシタ群、など、さまざまな回路構成があげられる。
他方、インダクタ１２５ａ全体のインダクタンスを可変とするような、インダクタ１２５ａの回路構成としては、単体の可変インダクタだけでなく、例えば、複数の可変インダクタを接続した可変インダクタ群や、固定インダクタと可変インダクタとを混在させて接続させたインダクタ群、固定インダクタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体のインダクタンスを変化させるスイッチ・インダクタ群、複数のタップを有するインダクタと該タップをスイッチなどで切り替えることによりインダクタンスを変化させるスイッチ・タップ付きインダクタ、など、さまざまな回路構成があげられる。
上述のように構成された共振周波数調整回路１２２ａのリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＡの値を調整・設定することが可能となる。なお、共振周波数調整回路１２２ｂは、図２を用いて説明した共振周波数調整回路１２２ａの回路構成と同様の回路構成となっているので、詳細な説明を省略する。従って、共振周波数調整回路１２２ｂもリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＢの値を調整・設定することが可能となる。
なお、共振周波数調整回路１２２ａ，１２２ｂの回路構成は、上述の回路構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲内において、種々の回路構成を用いることができる。他の回路構成例について、以降に述べる他の実施の形態において詳述する。
一方の送電システムの共振周波数は、該送電システム内に設けられた送電アンテナに電流が印加されたときに、他方の送電システム内に設けられた送電アンテナに誘起される誘導電流の大きさが小さくなるように設定される。従って、一方の送電システムの共振周波数は、他方の送電システムの共振周波数と異なる値に設定される。
例えば、上述のエネルギー供給装置１ａ，１ｂの場合、送電アンテナ１２１ａの共振周波数ｆＡは、送電アンテナ１２１ａに電流が印加された場合に、送電アンテナ１２１ｂに誘起される誘導電流が小さくなるような周波数に設定される。すなわち、共振周波数ｆＡは、共振周波数ｆＢと異なる値に設定される。なお、共振周波数ｆＡ，ｆＢの調整・設定は、エネルギー供給装置１ａ，１ｂを設置したとき、あるいは動作させるときに、手動、もしくは自動で行われる。
駆動装置１１１ａは、電源１０１ａより電力の供給を受けて、共振周波数調整回路１２２ａにより設定された送電アンテナ１２１ａの共振周波数ｆＡと略一致した交流電流を、送電アンテナ１２１ａに印加する。同様に、駆動装置１１１ｂは、電源１０１ｂより電力の供給を受けて、共振周波数調整回路１２２ｂにより設定された送電アンテナ１２１ｂの共振周波数ｆＢと略一致した交流電流を、送電アンテナ１２１ｂに印加する。
一方、送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂで発生した電磁界から電気的エネルギーを取り出す受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂでは、それぞれ共振回路２０３ａ，２０３ｂにより共振周波数が設定される。受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法は、主に３種類の方法が挙げられる。本実施の形態においてはこのうちの１つの方法について説明し、他の方法については、以降に述べる他の実施の形態において詳述する。
本実施の形態における受電アンテナ２０１ａ，２０２ｂの共振周波数は、小型医療機器４０ａ，４０ｂの製造時において固有の値に設定されている。すなわち、エネルギー供給装置を使用する際に、送電システムと、該送電システムの送電アンテナの共振周波数と略一致した共振周波数に設定された受電アンテナが搭載された小型医療機器とを選択し、両者を組み合わせて使用する。
図１に示す構成においては、エネルギー供給装置１ａを使用する際には、送電アンテナ１２１ａの共振周波数ｆＡと略一致した共振周波数に設定された受電アンテナ２０１ａが搭載された小型医療機器４０ａを選択し、送電システム１０ａと組み合わせて使用する。また、エネルギー供給装置１ｂを使用する際には、送電アンテナ１２１ｂの共振周波数ｆＢと略一致した共振周波数に設定された受電アンテナ２０１ｂが搭載された小型医療機器４０ｂを選択し、送電システム１０ｂと組み合わせて使用する。
上述のように構成されたエネルギー供給装置１ａ，１ｂの周波数特性の一例を図３に示す。図３において、横軸は周波数、縦軸は送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂに流れる電流及び受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの受電電力を示している。また、図３において、送電アンテナ１２１ａの周波数特性を３２１ａ、送電アンテナ１２１ｂの周波数特性を３２１ｂ、受電アンテナ２０１ａの周波数特性を４０１ａ、受電アンテナ２０１ｂの周波数特性を４０１ｂとして図示している。
図３に示すように、送電アンテナ１２１ａの共振周波数はｆＡであり、送電アンテナ１２１ｂの共振周波数はｆＢ（≠ｆＡ）である。一方、受電アンテナ２０１ａの共振周波数は、送電アンテナ１２１ａの共振周波数と同様にｆＡであり、受電アンテナ２０１ｂの共振周波数は、送電アンテナ１２１ｂの共振周波数と同様にｆＢである。
すなわち、本実施の形態においては、近接して使用する２台のエネルギー供給装置１ａ，１ｂにおいて、一方のエネルギー供給装置１ａに含まれる送電アンテナ１２１ａの共振周波数ｆＡと、他方のエネルギー供給装置１ｂに含まれる送電アンテナ１２１ｂの共振周波数ｆＢとが異なる値に設定されている。また、受電アンテナ２０１ａの共振周波数が送電アンテナ１２１ａの共振周波数ｆＡと略一致する小型医療機器４０ａが送電システム１０ａと対にして用いられ、受電アンテナ２０１ｂの共振周波数が送電アンテナ１２１ｂの共振周波数ｆＢと略一致する小型医療機器４０ｂが送電システム１０ｂと対にして用いられている。
このようにエネルギー供給装置１ａ，１ｂを構成することで、送電アンテナ１２１ａで発生した電磁界による電力は受電アンテナ２０１ａで確実に受電し、送電アンテナ１２１ｂで発生した電磁界による電力は受電アンテナ２０１ｂで確実に受電することができ、また、送電アンテナ１２１ａと送電アンテナ１２１ｂとが相互干渉することに起因した誘導電流を小さくすることができるため、それぞれの装置において安定的かつ確実にエネルギーを供給することができる。
なお、本実施の形態においては、エネルギー供給装置１ａ，１ｂを２台近接して配置した場合について説明したが、３台以上を近接して配置した場合についても、同様の構成及び共振周波数の設定を行えば、同様の効果が得られることは言うまでもない。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を除き、共振周波数調整回路１２２ａ，１２２ｂの回路構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
第１の実施の形態においては、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの共振周波数は、小型医療機器４０ａ，４０ｂの製造時において固有の値に設定されている。一方、本実施の形態の受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの共振周波数は可変である点が異なる。
具体的には、本実施の形態におけるエネルギー供給装置の共振回路２０３ａ，２０３ｂには、静電容量が調節可能になされた図示しないキャパシタが含まれており、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂと並列あるいは直列に接続されている。
すなわち、エネルギー供給装置を使用する際に、受電アンテナ２０１ａの共振周波数が送電アンテナ１２１ａの共振周波数と略一致するように、共振回路２０３ａのキャパシタの静電容量を調整し、また、受電アンテナ２０１ｂの共振周波数が送電アンテナ１２１ｂの共振周波数と略一致するように、共振回路２０３ｂのキャパシタの静電容量を調整し、これらの共振周波数が図３に示すような周波数特性になるように設定する。
このように、本実施の形態においては、使用時において受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの共振周波数を調整することができるので、小型医療機器４０ａ，４０ｂの内部構成を送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂの共振周波数によらず、同一にすることができる。従って、エネルギー供給装置１ａとエネルギー供給装置１ｂとで同一の構成・仕様の小型医療機器を使用することができるため、小型医療機器の製造コストを低減することができる。また、共振周波数の異なる受電システム２０ａ，２０ｂを用意する必要がなく、使用時に送電システム１０ａ，１０ｂの共振周波数に対応した受電システム２０ａ，２０ｂを選択する必要もないため、利便性が向上する。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を除き、共振周波数調整回路１２２ａ，１２２ｂの回路構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
第１の実施の形態においては、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの共振周波数は、小型医療機器４０ａ，４０ｂの製造時において固有の値に設定されており、送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂの共振周波数と略一致した共振周波数を持つ受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂを選択して使用する。一方、本実施の形態の受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの共振周波数も製造時において固有の値に設定されているが、送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂの共振周波数にかかわらず、両方の小型医療機器４０ａ，４０ｂに同じ共振周波数特性を有する受電アンテナ２０１ａ，２０２ｂが搭載されている点が異なる。
本実施の形態における受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの周波数特性の一例を図４に示す。図４において、横軸は周波数、縦軸は送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂに流れる電流及び受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの受電電力を示している。また、図４において、送電アンテナの共振周波数の調整・設定が可能な最小周波数をｆmin、送電アンテナの共振周波数の調整・設定が可能な最大周波数をｆmax、小型医療機器の受電システムに必要とされる受電電力の最小値をＰminとして図示している。また、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの周波数特性を４０１として図示している。
図４に示すように、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂは、送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂの共振周波数がｆminからｆmaxの間の区間であれば、受電システムに必要とされる電力Ｐmin以上の電力を受電できるようにその周波数特性が設定されている。
このように、本実施の形態においては、小型医療機器４０ａ，４０ｂの内部構成を送電アンテナ１２１ａ，１２１ｂの共振周波数によらず、同一にすることができる。また、共振回路２０３ｂのキャパシタの静電容量を固定にすることができるので、調節可能にする場合に比べて簡単な構成にすることができる。従って、小型医療機器の製造コストを更に低減することができる。
また、使用時に送電システム１０ａ，１０ｂの共振周波数に対応した受電システム２０ａ，２０ｂを選択したり、対にして使用される送電システム１０ａ，１０ｂに応じて受電システム２０ａ，２０ｂの共振周波数を調整したりする必要もないため、利便性が更に向上する。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、共振周波数調整回路１２２ａ１，１２２ｂ１の回路構成を除き、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振周波数調整回路１２２ａ１，１２２ｂ１の回路構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態における共振周波数調整回路１２２ａ１，１２２ｂ１の構成について、図５を用いて説明する。図５は、共振周波数調整回路１２２ａ１の回路構成の変形例を説明する回路図である。共振周波数調整回路１２２ａ１はリアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａで構成される。なお、キャパシタ１２４ａは、送電コイル１２３ａに対して直列に接続されている。
キャパシタ１２４ａの静電容量は、その値が可変になされており、この値を調整することによって、回路全体のリアクタンスを調整することが可能になされている。共振周波数調整回路１２２ａ１のリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＡの値を調整・設定することが可能となる。なお、共振周波数調整回路１２２ｂ１は、図５を用いて説明した共振周波数調整回路１２２ａ１の回路構成と同様の回路構成となっているので、詳細な説明を省略する。従って、共振周波数調整回路１２２ｂ１もリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＢの値を調整・設定することが可能となる。
キャパシタ１２４ａ全体の静電容量を可変とするような、キャパシタ１２４ａの回路構成としては、単体の可変容量キャパシタだけでなく、例えば、複数の可変容量キャパシタを接続した可変容量キャパシタ群や、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタとを混在させて接続させたキャパシタ群、固定容量キャパシタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体の静電容量を変化させるスイッチ・キャパシタ群、など、さまざまな回路構成があげられる。
このように、本実施の形態においては、リアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａのみで共振周波数調整回路１２２ａ１，１２２ｂ１を構成しており、インダクタが不要となるため、共振周波数調整回路１２２ａ１，１２２ｂ１を構成する部品の数を低減することができ、また、回路構成を簡単にすることができる。従って、共振周波数調整回路１２２ａ１，１２２ｂ１の製造コストを低減することができるため、エネルギー供給装置全体の製造コストを低減することができる。
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、共振周波数調整回路１２２ａ２，１２２ｂ２の回路構成を除き、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振周波数調整回路１２２ａ２，１２２ｂ２の回路構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態における共振周波数調整回路１２２ａ２，１２２ｂ２の構成について、図６を用いて説明する。図６は、共振周波数調整回路１２２ａ２の回路構成の変形例を説明する回路図である。共振周波数調整回路１２２ａ２はリアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａで構成される。第１及び第４の実施の形態においては、キャパシタ１２４ａは送電コイル１２３ａに対して直列に接続されていたが、本実施の形態ではキャパシタ１２４ａが送電コイル１２３ａに対して並列に接続されている。
キャパシタ１２４ａの静電容量は、その値が可変になされており、この値を調整することによって、回路全体のリアクタンスを調整することが可能になされている。共振周波数調整回路１２２ａ１のリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＡの値を調整・設定することが可能となる。なお、共振周波数調整回路１２２ｂ２は、図６を用いて説明した共振周波数調整回路１２２ａ２の回路構成と同様の回路構成となっているので、詳細な説明を省略する。従って、共振周波数調整回路１２２ｂ２もリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＢの値を調整・設定することが可能となる。
キャパシタ１２４ａ全体の静電容量を可変とするような、キャパシタ１２４ａの回路構成としては、単体の可変容量キャパシタだけでなく、例えば、複数の可変容量キャパシタを接続した可変容量キャパシタ群や、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタとを混在させて接続させたキャパシタ群、固定容量キャパシタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体の静電容量を変化させるスイッチ・キャパシタ群、など、さまざまな回路構成があげられる。
このように、本実施の形態においては、リアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａのみで共振周波数調整回路１２２ａ２，１２２ｂ２を構成しており、インダクタが不要となるため、共振周波数調整回路１２２ａ２，１２２ｂ２を構成する部品の数を低減することができ、また、回路構成を簡単にすることができる。従って、共振周波数調整回路１２２ａ２，１２２ｂ２の製造コストを低減することができるため、エネルギー供給装置全体の製造コストを低減することができる。
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、共振周波数調整回路１２２ａ３，１２２ｂ３の回路構成を除き、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振周波数調整回路１２２ａ３，１２２ｂ３の回路構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態における共振周波数調整回路１２２ａ３，１２２ｂ３の構成について、図７を用いて説明する。図７は、共振周波数調整回路１２２ａ３の回路構成の変形例を説明する回路図である。共振周波数調整回路１２２ａ３はリアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａ及びインダクタ１２５ａで構成される。第１の実施の形態においては、キャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとは共に送電コイル１２３ａに対して直列に接続されていたが、本実施の形態ではインダクタ１２５ａが送電コイル１２３ａに対して並列に接続されている点が異なる。
キャパシタ１２４ａの静電容量とインダクタ１２５ａのインダクタンスとは、その値が可変になされており、これらの値を調整することによって、回路全体のリアクタンスを調整することが可能になされている。共振周波数調整回路１２２ａ３のリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＡの値を調整・設定することが可能となる。なお、共振周波数調整回路１２２ｂ３は、図７を用いて説明した共振周波数調整回路１２２ａ３の回路構成と同様の回路構成となっているので、詳細な説明を省略する。従って、共振周波数調整回路１２２ｂ３もリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＢの値を調整・設定することが可能となる。
キャパシタ１２４ａ全体の静電容量を可変とするような、キャパシタ１２４ａの回路構成としては、単体の可変容量キャパシタだけでなく、例えば、複数の可変容量キャパシタを接続した可変容量キャパシタ群や、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタとを混在させて接続させたキャパシタ群、固定容量キャパシタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体の静電容量を変化させるスイッチ・キャパシタ群、など、さまざまな回路構成があげられる。
他方、インダクタ１２５ａ全体のインダクタンスを可変とするような、インダクタ１２５ａの回路構成としては、単体の可変インダクタだけでなく、例えば、複数の可変インダクタを接続した可変インダクタ群や、固定インダクタと可変インダクタとを混在させて接続させたインダクタ群、固定インダクタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体のインダクタンスを変化させるスイッチ・インダクタ群、複数のタップを有するインダクタと該タップをスイッチなどで切り替えることによりインダクタンスを変化させるスイッチ・タップ付きインダクタ、など、さまざまな回路構成があげられる。
このように、本実施の形態においては、キャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとで共振周波数調整回路１２２ａ３，１２２ｂ３を構成しているので、第１の実施の形態と同様に、共振周波数ｆＡ，ｆＢの値の調整・設定を精度よく行うことができる。
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、共振周波数調整回路１２２ａ４，１２２ｂ４の回路構成を除き、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振周波数調整回路１２２ａ４，１２２ｂ４の回路構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態における共振周波数調整回路１２２ａ４，１２２ｂ４の構成について、図８を用いて説明する。図８は、共振周波数調整回路１２２ａ４の回路構成の変形例を説明する回路図である。共振周波数調整回路１２２ａ４はリアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａ及びインダクタ１２５ａで構成される。第１の実施の形態においては、キャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとは共に送電コイル１２３ａに対して直列に接続されていたが、本実施の形態ではキャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとが共に送電コイル１２３ａに対して並列に接続されている点が異なる。
キャパシタ１２４ａの静電容量とインダクタ１２５ａのインダクタンスとは、その値が可変になされており、これらの値を調整することによって、回路全体のリアクタンスを調整することが可能になされている。共振周波数調整回路１２２ａ４のリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＡの値を調整・設定することが可能となる。なお、共振周波数調整回路１２２ｂ４は、図８を用いて説明した共振周波数調整回路１２２ａ４の回路構成と同様の回路構成となっているので、詳細な説明を省略する。従って、共振周波数調整回路１２２ｂ４もリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＢの値を調整・設定することが可能となる。
キャパシタ１２４ａ全体の静電容量を可変とするような、キャパシタ１２４ａの回路構成としては、単体の可変容量キャパシタだけでなく、例えば、複数の可変容量キャパシタを接続した可変容量キャパシタ群や、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタとを混在させて接続させたキャパシタ群、固定容量キャパシタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体の静電容量を変化させるスイッチ・キャパシタ群、など、さまざまな回路構成があげられる。
他方、インダクタ１２５ａ全体のインダクタンスを可変とするような、インダクタ１２５ａの回路構成としては、単体の可変インダクタだけでなく、例えば、複数の可変インダクタを接続した可変インダクタ群や、固定インダクタと可変インダクタとを混在させて接続させたインダクタ群、固定インダクタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体のインダクタンスを変化させるスイッチ・インダクタ群、複数のタップを有するインダクタと該タップをスイッチなどで切り替えることによりインダクタンスを変化させるスイッチ・タップ付きインダクタ、など、さまざまな回路構成があげられる。
このように、本実施の形態においては、キャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとで共振周波数調整回路１２２ａ４，１２２ｂ４を構成しているので、第１及び第６の実施の形態と同様に、共振周波数ｆＡ，ｆＢの値の調整・設定を精度よく行うことができる。
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態に係わるエネルギー供給装置について、具体的に説明する。
本実施の形態におけるエネルギー供給装置の構成は、共振周波数調整回路１２２ａ５，１２２ｂ５の回路構成を除き、受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂにおける共振周波数の設定方法、具体的には、受電システム２０ａ，２０ｂに組み込まれた共振回路２０３ａ，２０３ｂの構成を含め、図１を用いて説明した第１の実施の形態のエネルギー供給装置と同様であるため、ここでは共振周波数調整回路１２２ａ５，１２２ｂ５の回路構成についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態における共振周波数調整回路１２２ａ５，１２２ｂ５の構成について、図９を用いて説明する。図９は、共振周波数調整回路１２２ａ５の回路構成の変形例を説明する回路図である。共振周波数調整回路１２２ａ５はリアクタンスを調整・設定するためのキャパシタ１２４ａ及びインダクタ１２５ａで構成される。第１の実施の形態においては、キャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとは共に送電コイル１２３ａに対して直列に接続されていたが、本実施の形態ではキャパシタ１２４ａが送電コイル１２３ａに対して並列に接続されている点が異なる。
キャパシタ１２４ａの静電容量とインダクタ１２５ａのインダクタンスとは、その値が可変になされており、これらの値を調整することによって、回路全体のリアクタンスを調整することが可能になされている。共振周波数調整回路１２２ａ５のリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＡの値を調整・設定することが可能となる。なお、共振周波数調整回路１２２ｂ５は、図８を用いて説明した共振周波数調整回路１２２ａ５の回路構成と同様の回路構成となっているので、詳細な説明を省略する。従って、共振周波数調整回路１２２ｂ５もリアクタンスを変化させることにより、共振周波数ｆＢの値を調整・設定することが可能となる。
キャパシタ１２４ａ全体の静電容量を可変とするような、キャパシタ１２４ａの回路構成としては、単体の可変容量キャパシタだけでなく、例えば、複数の可変容量キャパシタを接続した可変容量キャパシタ群や、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタとを混在させて接続させたキャパシタ群、固定容量キャパシタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体の静電容量を変化させるスイッチ・キャパシタ群、など、さまざまな回路構成があげられる。
他方、インダクタ１２５ａ全体のインダクタンスを可変とするような、インダクタ１２５ａの回路構成としては、単体の可変インダクタだけでなく、例えば、複数の可変インダクタを接続した可変インダクタ群や、固定インダクタと可変インダクタとを混在させて接続させたインダクタ群、固定インダクタとスイッチとを接続させてスイッチのオン・オフを切り替えることにより全体のインダクタンスを変化させるスイッチ・インダクタ群、複数のタップを有するインダクタと該タップをスイッチなどで切り替えることによりインダクタンスを変化させるスイッチ・タップ付きインダクタ、など、さまざまな回路構成があげられる。
このように、本実施の形態においては、キャパシタ１２４ａとインダクタ１２５ａとで共振周波数調整回路１２２ａ５，１２２ｂ５を構成しているので、第１、第６及び第７の実施の形態と同様に、共振周波数ｆＡ，ｆＢの値の調整・設定を精度よく行うことができる。
以上のように、上記８つの実施の形態では、本発明のエネルギー供給装置に含まれる小型医療機器について、撮像部を有する小型医療機器、所謂カプセル内視鏡装置を例にとって説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
例えば、小型医療機器として、被験者が嚥下し生体内のｐＨを測定する嚥下型ｐＨ測定器、被験者が嚥下し生体内の体温を測定する嚥下型温度測定器にも適用することが可能である。
また、本発明のエネルギー供給装置は、これら小型医療機器は勿論、無線で電力を供給する装置に対して広く適応し得ることが言うまでもない。
以上の実施の形態から、次の付記項に記載の点に特徴がある。
（付記項１）電磁界を発生させるための送電アンテナと、前記送電アンテナに交流電流を印加する駆動装置と、前記駆動装置に電力を供給する電源と、前記電磁界から電気的エネルギーを取り出す受電システムと、前記受電システムにより取り出された前記電気的エネルギーにより動作する機器とからなるエネルギー供給装置において、前記送電アンテナの共振周波数を調整・設定する為の共振周波数調整回路を備えたことを特徴とするエネルギー供給装置。
（付記項２）前記エネルギー供給装置が複数台近接して配置された場合において、一の前記送電アンテナの前記共振周波数を、近接して配置された他の前記エネルギー供給装置内の前記送電アンテナの前記共振周波数と異なる周波数に調整・設定することを特徴とする、付記項１に記載のエネルギー供給装置。
（付記項３）前記駆動装置が、接続された前記送電アンテナの共振周波数と略一致した周波数の交流電流を、前記送電アンテナに印加することを特徴とする、付記項１又は付記項２に記載のエネルギー供給装置。
（付記項４）前記共振周波数調整回路が、少なくとも１つ以上のキャパシタまたは１つ以上のインダクタを含む回路で構成され、少なくとも１つの前記キャパシタまたは１つの前記インダクタが可変であることを特徴とする、付記項１から付記項３のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
（付記項５）前記受電システムが、異なる前記共振周波数を有するシステムを複数種類有することを特徴とする、付記項１から付記項４のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
（付記項６）前記受電システムが、可変容量を有することを特徴とする、付記項１から付記項５のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
（付記項７）前記受電システムが、一種類の前記共振周波数を有するシステムを共有することを特徴とする、付記項１から付記項４のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
本発明の第１の実施の形態に係わるエネルギー供給装置１ａ，１ｂの構成を説明する概略図。 共振周波数調整回路１２２ａの回路構成の一例を説明する回路図。 エネルギー供給装置１ａ，１ｂの周波数特性の一例を示した図。 受電アンテナ２０１ａ，２０１ｂの周波数特性の一例を示した図。 共振周波数調整回路１２２ａ１の回路構成の変形例を説明する回路図。 共振周波数調整回路１２２ａ２の回路構成の変形例を説明する回路図。 共振周波数調整回路１２２ａ３の回路構成の変形例を説明する回路図。 共振周波数調整回路１２２ａ４の回路構成の変形例を説明する回路図。 共振周波数調整回路１２２ａ５の回路構成の変形例を説明する回路図。 従来のエネルギー供給装置における一次コイルの構成を示した図。 従来のエネルギー供給装置における一次コイルの回路構成図。
符号の説明
１ａ，１ｂ…エネルギー供給装置、１０ａ，１０ｂ…送電システム、２０ａ，２０ｂ…受電システム、１０１ａ，１０１ｂ…電源、１１１ａ，１１１ｂ…駆動装置、１２１ａ，１２１ｂ…送電アンテナ、１２２ａ，１２２ｂ…共振周波数調整回路、１２３ａ，１２３ｂ…送電コイル、２０１ａ，２０１ｂ…受電アンテナ、２０２ａ，２０２ｂ…受電コイル、２０３ａ，２０３ｂ…共振回路、２１１ａ，２１１ｂ…受電回路、３０ａ，３０ｂ…機器、４０ａ，４０ｂ…小型医療機器

Claims (9)

  1. 電源より電力の供給を受けて交流電流を発生させる駆動装置と、
    前記駆動装置から前記交流電流を印加されて電磁界を発生させる送電アンテナと、
    前記送電アンテナから発生する前記電磁界から電気的エネルギーを取り出す受電アンテナと、
    前記受電アンテナにより取り出された前記電気的エネルギーを用いて動作する機器と、
    を備えたエネルギー供給装置であって、
    前記送電アンテナは、共振周波数を調整及び設定する共振周波数調整回路を備えていることを特徴とする、エネルギー供給装置。
  2. 前記共振周波数調整回路は、前記送電アンテナの前記共振周波数を、近接して配置された他の前記エネルギー供給装置に備えられた送電アンテナの共振周波数と異なる周波数に調整及び設定することを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー供給装置。
  3. 前記共振周波数調整回路は、前記送電アンテナの前記共振周波数を、近接して配置された他の前記エネルギー供給装置に備えられた送電アンテナに誘起される誘導電流が小さくなる周波数に調整及び設定することを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー供給装置。
  4. 前記共振周波数調整回路は、リアクタンスの調整が可能であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
  5. 前記共振周波数調整回路は、１つ以上のキャパシタ及び／又は１つ以上のインダクタを含む回路で構成されており、少なくとも１つのキャパシタの容量又は１つのインダクタのインダクタンスが可変になされていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
  6. 前記受電アンテナの前記共振周波数が、前記送電アンテナの共振周波数と一致していることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
  7. 前記受電アンテナは、共振周波数を調整及び設定する共振回路を備えており、前記共振回路はリアクタンスの調整が可能であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
  8. 前記受電アンテナの前記共振周波数特性が、前記送電アンテナにおいて設定可能な前記共振周波数の最小周波数から最大周波数の間の周波数帯において、前記機器を動作させるために必要な最小電力を取り出せる周波数特性を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエネルギー供給装置。
  9. 前記受電アンテナの前記共振周波数が固定値であることを特徴とする、請求項６または請求項８に記載のエネルギー供給装置。
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