特許 7564148 非接触給電モジュール及び非接触給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】非接触給電モジュール及び非接触給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

H02J50/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022059743

(22)【出願日】2022-03-31

(65)【公開番号】P2023150571

(43)【公開日】2023-10-16

【審査請求日】2022-10-04

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （１）ウェブサイトの掲載アドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｔａｇｅ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅ／ｊｓｃａｓ／２３／４／２３＿１５２／＿ｐｄｆ／－ｃｈａｒ／ｊａ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｔａｇｅ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅ／ｊｓｃａｓ／２３／４／２３＿２０９／＿ｐｄｆ／－ｃｈａｒ／ｊａ 掲載日 令和３年１１月１１日 （２）日本コンピュータ外科学会誌 第２３巻第４号にて公開 発行日 令和３年１１月１２日 （３）第３０回日本コンピュータ外科学会にて公開 開催日 令和３年１１月２１日～２３日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002255

【氏名又は名称】ＳＷＣＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 顯

(72)【発明者】

【氏名】三浦 聖

(72)【発明者】

【氏名】野内 健太郎

【審査官】井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１９２７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３９４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５３０４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８９１３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非接触給電システムの給電側に設けられる非接触給電モジュールであって、
電力の伝送に用いられる複数のコイルと、
複数の前記コイルを収容する筐体と、
接地線に接続され、表面が露出する状態で配置される複数の接地部と、を備え、
複数の前記コイルは、互いに同心円状に配置され、個別に通電制御可能に構成され、
複数の前記接地部は、複数の前記コイルのうち径方向に隣り合う２つの前記コイルの間、及び、最外周に配置された前記コイルの外側に、複数の前記コイルと同心円状に配置されている、
非接触給電モジュール。

【請求項2】

前記筐体は、導電性を有し、
前記接地部は、少なくとも前記筐体の開口端に配置され、前記筐体と物理的かつ電気的に接続されている、
請求項１に記載の非接触給電モジュール。

【請求項3】

複数の前記コイルへの通電を制御する給電ユニットを備え、
複数の前記コイルは、前記給電ユニットに対してそれぞれ独立して接続されている、
請求項１に記載の非接触給電モジュール。

【請求項4】

請求項１に記載の非接触給電モジュールからなる給電モジュールと、
受電モジュールと、
を備える非接触給電システムであって、
前記受電モジュールは、
電力の伝送に用いられるコイルと、
表面が露出する状態で配置される接地部と、を有し、
前記給電モジュールの前記接地部と前記受電モジュールの前記接地部とが接触した状態で、電力の伝送が行われる、
非接触給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触で給電を行うための非接触給電モジュール及び非接触給電システムに関し、特に、保護接地が必要な電気機器（例えば、医用電気機器）への給電に好適な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、病院等の医療施設においては、安全な手術環境の実現のため、手術室等に設置される医用電気機器のケーブルレス化が進められており、非接触給電システムの利用が検討されている。非接触給電システムは、例えば、交流電源から電圧が供給される給電コイルを有する給電モジュールと、給電コイルに対向して配置され給電コイルと磁気的に結合する受電コイルを有する受電モジュールとを備え、電磁誘導又は磁界共振を利用して非接触で給電を行う（例えば、特許文献１、２参照）。本明細書では、給電モジュールと受電モジュールを合わせて「非接触給電モジュール」と総称する。

【0003】

手術室等においては、手術台や医用電気機器などの重量物の移動のしやすさ、医療従事者のつまずき防止、床面の清掃のしやすさの観点から、床面は平坦であることが好ましい。また、手術室等の床面には、消毒液や血液等の液体が飛散することもある。そのため、電気接点となる端子が外部に露出している従来の電源コンセントを床面に設置することは、作業性及び安全性の面で適さない。これに対して、非接触給電システムの場合、給電コイル及び受電コイルが外部に露出している必要はないので、床面の平坦性を維持しつつ給電モジュールを設置することができ、医用電気機器のケーブル配線を簡素化することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－６１７０６号公報

【文献】国際公開第２０１９／１８９１３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、医用電気機器に非接触給電システムを適用するに際し、医用電気機器の安全規格（ＪＩＳ Ｔ ０６０１－１）「医療機器－第１部：安全に関する一般要求事項」に適合する必要がある。具体的には、クラスＩに属する医用電気機器には、施設の医用接地端子に接続する手段を備えることが求められている。

【0006】

特許文献１に開示の非接触給電システムでは、給電コイル（２０）と受電コイル（５０）を対向させて給電を行う際に、給電側の接地された透過板（１６）に受電側の透過板（４６）が接触して、電気機器（１００）が保護接地されるようになっている。しかしながら、給電コイル（２０）と透過板（１６）とが並置され、また、受電コイル（５０）と透過板（４６）とが並置されており、医用電気機器の配置が固定されてしまう為、様々なシーンへの対応に課題がある。具体的には、患者の手術部位や術者の対応しやすい位置や角度に応じて、医用電気機器の配置を柔軟に変更することができず、利便性の面で改善の余地がある。

【0007】

本発明の目的は、電気機器の保護接地を容易に実現できるとともに、電気機器の消費電力に応じて給電を行うことができる非接触給電モジュール及び非接触給電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る非接触給電モジュールは、
非接触給電システムの給電側に設けられる非接触給電モジュールであって、
電力の伝送に用いられる複数のコイルと、
複数の前記コイルを収容する筐体と、
接地線に接続され、表面が露出する状態で配置される複数の接地部と、を備え、
複数の前記コイルは、互いに同心円状に配置され、個別に通電制御可能に構成され、
複数の前記接地部は、複数の前記コイルのうち径方向に隣り合う２つの前記コイルの間、及び、最外周に配置された前記コイルの外側に、複数の前記コイルと同心円状に配置されている。

【0009】

本発明に係る非接触給電システムは、
上記の非接触給電モジュールからなる給電モジュールと、
受電モジュールと、
を備える非接触給電システムであって、
前記受電モジュールは、
電力の伝送に用いられるコイルと、
表面が露出する状態で配置される接地部と、を有し、
前記給電モジュールの前記接地部と前記受電モジュールの前記接地部とが接触した状態で、電力の伝送が行われる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電気機器の保護接地を容易に実現できるとともに、電気機器の消費電力に応じて給電を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施の形態に係る非接触給電システムの概略構成を示す図である。

【図2A】図２Ａは、給電モジュールの構成を模式的に示す断面図である。

【図2B】図２Ｂは、給電モジュールの構成を模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、給電回路の一例を示す回路図である。

【図4A】図４Ａは、受電モジュールの一例を示す断面図である。

【図4B】図４Ｂは、受電モジュールの一例を示す断面図である。

【図5A】図５Ａは、受電回路の一例を示す回路図である。

【図5B】図５Ｂは、受電回路の一例を示す回路図である。

【図6A】図６Ａは、非接触給電システムの使用状態を示す図である。

【図6B】図６Ｂは、非接触給電システムの使用状態を示す図である。

【図7】図７は、受電回路の他の一例を示す回路図である。

【図8】図８は、受電回路の他の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る非接触給電システム１の概略構成を示す図である。非接触給電システム１は、例えば、医用電気機器４５の装置電源４４への給電に用いられる。医用電気機器４５は、ＪＩＳ Ｔ ０６０１－１で規定されている保護接地が必要なクラスＩに属する電気機器である。

【0013】

図１に示すように、非接触給電システム１は、給電コイル１１を備える給電モジュール１０と、受電コイル２１を備える受電モジュール２０と、で構成される。給電モジュール１０は、例えば、消費電力が１００Ｗ、６００Ｗ及び１５００Ｗである医用電気機器４５に対応可能である。

【0014】

給電モジュール１０は、手術室等の床Ｆに、例えば、手術台を取り囲むように埋設される。受電モジュール２０は、受電ケーブル４１及び受電回路４２を介して、医用電気機器４５の３ピンプラグ付き電源ケーブル４３に接続される。給電時には、給電モジュール１０の上に受電モジュール２０が載置され、給電コイル１１と受電コイル２１とが離間した状態で対向して配置されることとなる。

【0015】

本実施の形態では、給電コイル１１は、給電ケーブル３１を介して、給電回路３２に接続されている。同様に、受電コイル２１は、受電ケーブル４１を介して、受電回路４２に接続されている。また、受電回路４２は、３ピンプラグ付き電源ケーブル４３を介して、医用電気機器４５の装置電源４４に接続されている。なお、受電回路４２は、３ピンプラグ付き電源ケーブル４３に着脱可能なソケット構造を有している。

【0016】

例えば、交流電源３３から供給された商用電源は、給電回路３２（給電ユニット３２１）で高周波数の交流電圧に変換され、給電コイル１１に印加される。給電コイル１１に交流電流が流れると、給電コイル１１の周囲に磁界が発生し、給電コイル１１及び受電コイル２１の双方と鎖交する磁束により、受電コイル２１に電位差（電圧）が生じる。そして、受電コイル２１に誘導電流が流れ、受電ケーブル４１、受電回路４２及び３ピンプラグ付き電源ケーブル４３を介して医用電気機器４５の装置電源４４に電力が供給される。

【0017】

図２Ａは、給電モジュール１０の断面図であり、図２Ｂは、給電モジュール１０を給電側筐体１３の開口端側から見た平面図である。

【0018】

図２Ａ、図２Ｂに示すように、給電モジュール１０は、給電コイル１１、給電側接地リング１２、給電側筐体１３、給電側磁気シールド１４、及び給電側保護体１５等を備える。

【0019】

給電コイル１１は、第１給電コイル１１Ａ、第２給電コイル１１Ｂ及び第３給電コイル１１Ｃを含む。第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃは、それぞれ、電線を同一平面上に所定の巻数で巻線した環状の渦巻き型コイル（パンケーキ型コイルとも呼ばれる）である。第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃは、内側から順に、同心円状に配置される。

【0020】

給電コイル１１及び受電コイル２１を円環形状とした場合、受電モジュール２０が回転してもコイル同士の対向姿勢は変わらないので、容易に位置合わせを行うことができる。なお、給電コイル１１の形状は円環形状に限定されず、例えば、長円形状（小判形状やレーストラック形状）であってもよい。給電コイル１１及び受電コイル２１を長円形状とした場合、コイルの直線部分同士が対向していれば、直線部分に沿う長手方向に位置ずれが生じても、電力伝送効率の低下を抑制することができる。

【0021】

給電コイル１１を形成する電線には、例えば、導体に絶縁被膜を焼き付けたエナメル線（素線）を複数本撚り合わせたリッツ線が適用される。給電コイル１１の両端部には、例えば、半田付けなどにより給電ケーブル３１の電力線の端子金具（図示略）が接続される。

【0022】

給電側筐体１３は、凹部１３ａを有する有底筒体であり、例えば、円筒形状を有する。給電側筐体１３は、凹部１３ａに、給電コイル１１及び給電側磁気シールド１４を収容する。

【0023】

給電側筐体１３は、例えば、アルミニウム等の金属材料で形成される。給電側筐体１３は、例えば、給電ケーブル３１の接地線の端子金具（図示略）に接続され、接地される。この場合、給電側筐体１３は、外部への電磁波の放射及び外部からの電磁波の入射を防止する電磁シールドとしても機能する。

【0024】

なお、給電側筐体１３は、給電ケーブル３１とは別に設けられた給電側接地線を介して接地されてもよい。また、給電モジュール１０の磁気シールドを給電側筐体１３とは別に設ける場合、給電側筐体１３は、例えば、エポキシ樹脂にフィラー（ガラス繊維など）を混入させた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastic）などの樹脂材料で形成されてもよい。この場合、誘導加熱による給電側筐体１３の発熱を防止することができ、さらには、ＦＲＰのフィラーとして熱伝導性のよいものを採用して、給電側筐体１３の放熱性を向上させることもできる。

【0025】

給電側接地リング１２は、第１給電側接地リング１２Ａ、第２給電側接地リング１２Ｂ及び第３給電側接地リング１２Ｃを含む。第１～第３給電側接地リング１２Ａ～１２Ｃは、導電性の材料で形成される。第１～第３給電側接地リング１２Ａ～１２Ｃは、それぞれ、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃの外形に対応する環形状（例えば、円環形状）を有し、表面が露出する状態で配置される。

【0026】

第１給電側接地リング１２Ａは、平面視において、第１給電コイル１１Ａと第２給電コイル１１Ｂとの間に配置される。第２給電側接地リング１２Ｂは、平面視において、第２給電コイル１１Ｂと第３給電コイル１１Ｃとの間に配置される。第３給電側接地リング１２Ｃは、平面視において、第３給電コイル１１Ｃの外側に配置される。第３給電側接地リング１２Ｃは、例えば、給電側筐体１３の凹部１３ａの開口端に配置される。

【0027】

給電側接地リング１２は、給電側接地線を介して接地される。第１給電側接地リング１２Ａ及び第２給電側接地リング１２Ｂは、例えば、金属製の給電側筐体１３から引き出された接地引出し線（符号略）と接続され、接地引出し線及び給電側筐体１３を介して接地される。また、第３給電側接地リング１２Ｃは、給電側筐体１３と接合され、給電側筐体１３を介して接地される。なお、第３給電側接地リング１２Ｃは、全体として環形状を呈していればよく、部分的に分断されていてもよい。

【0028】

第１給電側接地リング１２Ａ及び第２給電側接地リング１２Ｂは、例えば、ハステロイ（登録商標）などのニッケル合金で形成される。これにより、床面として露出する第１給電側接地リング１２Ａ及び第２給電側接地リング１２Ｂの耐食性を向上することができる。

【0029】

第３給電側接地リング１２Ｃは、給電側筐体１３と同種材料で形成されてもよいし、異種材料で形成されてもよい。第３給電側接地リング１２Ｃと給電側筐体１３とを同種材料で形成する場合、すなわち、給電側筐体１３の一部が第３給電側接地リング１２Ｃとなる場合、部品点数が少なくなるので、給電モジュール１０の製造工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。

【0030】

第３給電側接地リング１２Ｃと給電側筐体１３とを異種材料で形成する場合、それぞれの機能を実現するために適した材料を選定することができる。例えば、給電側筐体１３にアルミニウム、第３給電側接地リング１２Ｃにハステロイ（登録商標）などのニッケル合金を適用することで、給電側筐体１３の軽量化を図りつつ、床面として露出する第３給電側接地リング１２Ｃの耐食性を向上することができる。

【0031】

第１～第３給電側接地リング１２Ａ～１２Ｃの表面は、後述する受電側接地リング２２のように凹凸構造を有していてもよいが、床面の掃除のしやすさや、つまずき防止の観点から、平坦であることが好ましい。

【0032】

給電側磁気シールド１４は、給電コイル１１の外面（受電コイル２１に対向する面を除く）を覆うように配置される。給電側磁気シールド１４は、例えば、隔壁１４ａによって同心円状に区画された４つの凹室（符号略）を有する。内側の凹室から順に、例えば、通信コイル（図示略）、第１給電コイル１１Ａ、第２給電コイル１１Ｂ及び第３給電コイル１１Ｃが配置される。

【0033】

給電側磁気シールド１４は、例えば、フェライト等の磁性材料で形成される。給電側磁気シールド１４を設けることにより、磁気抵抗の低い通路が形成されるので、結果として給電コイル１１の性能（Ｑ値）が高まり、漏れ磁束が少なくなる。したがって、効率よく磁力線を集束して電力伝送効率を向上できるとともに、ノイズの発生を抑制することができる。また、給電側磁気シールド１４を設けることにより、金属製の給電側筐体１３の発熱を抑制することができる。

【0034】

給電側保護体１５は、給電側筐体１３の凹部１３ａに給電コイル１１及び給電側磁気シールド１４を固定する。給電側保護体１５は、絶縁性媒体１５１（例えば、エポキシ樹脂）及び表面保護層１５２を含む。

【0035】

給電側筐体１３の凹部１３ａに給電コイル１１及び給電側磁気シールド１４を配置した状態で、絶縁性媒体１５１（例えば、エポキシ樹脂）を充填し、硬化させることで、給電コイル１１及び給電側磁気シールド１４は、凹部１３ａに固定される。絶縁性媒体１５１は、表面保護層１５２の厚み分（例えば、２ｍｍ）だけ、第３給電側接地リング１２Ｃの端面よりも凹んで形成される。表面保護層１５２には、第１給電側接地リング１２Ａ及び第２給電側接地リング１２Ｂが埋設される。

【0036】

表面保護層１５２は、絶縁性媒体１５１の開放面に、給電側接地リング１２と面一となるように形成される。表面保護層１５２は、絶縁性媒体１５１の表面を保護するとともに、給電モジュール１０が設置される床Ｆの床面を形成する。表面保護層１５２は、例えば、手術室等に使用されるクッション性を有する樹脂性床材（例えば、塩化ビニル樹脂製床材）で形成される。表面保護層１５２は、給電モジュール１０が設置される床に使用されている床材と同一材料で形成されることが好ましい。

【0037】

給電モジュール１０は、手術室等の床Ｆに、給電モジュール１０の給電側接地リング１２及び表面保護層１５２と床Ｆとが面一となるように設置される。給電側接地リング１２は、表面に露出しているが、床面の平坦性は確保されているので、医用電気機器４５等の重量物の移動を妨げない。

【0038】

図３は、給電回路３２の一例を示す回路図である。図３に示すように、給電回路３２は、給電ユニット３２１及び共振用コンデンサー３２２等を含む。

【0039】

給電ユニット３２１は、通信部３２３を有する。給電ユニット３２１は、通信部３２３によって受電モジュール２０からの制御信号が検出された場合に、対応する給電コイル１１に対して通電する。

【0040】

給電回路３２において、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃの電流経路は、給電ユニット３２１に対して、それぞれ独立して設けられる。共振用コンデンサー３２２は、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃに対して並列に接続される。給電ユニット３２１は、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃへの通電を、個別に制御可能である。

【0041】

図４Ａ、図４Ｂは、受電モジュール２０の一例を示す断面図である。図４Ａに示す第１受電モジュール２０－１は、例えば、消費電力が１００Ｗである医用電気機器４５の受電ヘッドに用いられる。図４Ｂに示す第２受電モジュール２０－２は、例えば、消費電力が１５００Ｗである医用電気機器４５の受電ヘッドに用いられる。

【0042】

図４Ａ、図４Ｂに示すように、第１受電モジュール２０－１及び第２受電モジュール２０－２は、構成自体は給電モジュール１０とほぼ同様である。第１受電モジュール２０－１及び第２受電モジュール２０－２の説明のうち、給電モジュール１０と同一又は対応する構成要素については、簡単に説明する。

【0043】

第１受電モジュール２０－１及び第２受電モジュール２０－２は、それぞれ、受電コイル２１、受電側接地リング２２、受電側筐体２３及び受電側磁気シールド２４等を備える。

【0044】

受電コイル２１は、電線を同一平面上に所定の巻数で巻線した円環状の渦巻き型コイルである。受電コイル２１の形状は、基本的には、給電コイル１１の形状と同じである。受電コイル２１の両端部には、例えば、半田付けにより受電ケーブル４１の電力線の端子金具（図示略）が接続される。

【0045】

第１受電モジュール２０－１の受電コイル２１は、給電モジュール１０の第１給電コイル１１Ａに対応する第１受電コイル２１Ａで構成される。第２受電モジュール２０－２の受電コイル２１は、給電モジュール１０の第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃに対応する第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃで構成される。

【0046】

受電側筐体２３は、凹部２３ａを有する有底筒体であり、例えば、円筒形状を有する。受電側筐体２３は、凹部２３ａに、受電コイル２１及び受電側磁気シールド２４を収容する。

【0047】

受電側筐体２３は、例えば、アルミニウム等の金属材料で形成される。受電側筐体２３は、例えば、受電ケーブル４１の接地線の端子金具（図示略）に接続される。この場合、受電側筐体２３は、外部への電磁波の放射及び外部からの電磁波の入射を防止する電磁シールドとして機能する。

【0048】

なお、受電モジュール２０の電磁シールドを別途設ける場合、受電側筐体２３は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの樹脂材料で形成されてもよい。この場合、誘導加熱による受電側筐体２３の発熱を防止することができ、さらには、ＦＲＰのフィラーとして熱伝導性のよいものを採用して、受電側筐体２３の放熱性を向上させることもできる。

【0049】

受電側接地リング２２は、導電性の材料で形成され、受電側筐体２３の凹部２３ａの開口に対応する環形状（例えば、円環形状）を有する。受電側接地リング２２は、表面が露出する状態で、凹部２３ａの開口に沿って配置される。受電側接地リング２２は、給電モジュール１０の上に受電モジュール２０を載置したとき、給電側接地リング１２と接触し、接地される。本実施の形態では、金属製の受電側筐体２３と接合されており、受電側筐体２３を介して受電ケーブル４１の接地線が接地される。この場合、受電側接地リング２２は、全体として環形状を呈していればよく、部分的に分断されていてもよい。

【0050】

具体的には、第１受電モジュール２０－１の受電側接地リング２２は、給電モジュール１０の第１給電側接地リング１２Ａと接触する（図６Ａ参照）。第２受電モジュール２０－２の受電側接地リング２２は、給電モジュール１０の第３給電側接地リング１２Ｃと接触する（図６Ｂ参照）。

【0051】

受電側接地リング２２と受電側筐体２３は、同種材料で形成されてもよいし、異種材料で形成されてもよい。受電側接地リング２２と受電側筐体２３とを同種材料で形成する場合、すなわち、受電側筐体２３の一部が受電側接地リング２２となる場合、部品点数が少なくなるので、受電モジュール２０の製造工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。

【0052】

受電側接地リング２２と受電側筐体２３とを異種材料で形成する場合、それぞれの機能を実現するために適した材料を選定することができる。例えば、受電側筐体２３にアルミニウム、受電側接地リング２２に導電性とばね性の高い銅合金（例えば、ベリリウム銅）を適用することで、受電側筐体２３の軽量化を図りつつ、接地抵抗を効率よく低減することができる。また、受電側接地リング２２の表面には、耐食性を高めるためにＮｉ等からなるめっき層を形成してもよい。

【0053】

受電側接地リング２２は、表面に凹凸構造を有していることが好ましい。給電モジュール１０は床面に設置され、給電側接地リング１２は外気に曝されるので、給電側接地リング１２の表面に経時的に酸化皮膜が形成される虞がある。受電側接地リング２２の表面に凹凸構造が形成されている場合、給電側接地リング１２と受電側接地リング２２が接触するときに、給電側接地リング１２に形成された酸化皮膜が受電側接地リング２２の凹凸構造によって破壊されるので、良好な電気的導通を確保する上で有用である。なお、受電側接地リング２２における接触面積は、受電側接地リング２２を含む接地経路における接地抵抗が１０Ω以下となるように確保される。

【0054】

また、受電側接地リング２２は、表面に、バネ構造を有することが好ましい。この場合、給電モジュール１０の上に受電モジュール２０を載置するときに、受電モジュール２０の自重によってバネ構造が加圧変形する。これにより、給電側接地リング１２と受電側接地リング２２とが確実に接触し、接地不良が防止されるので、電気的導通を確保する上で有用である。バネ構造には、例えば、受電側接地リング２２の周方向において等間隔で配置される板バネ（いわゆるシールドフィンガー（商品名））を適用することができる。

【0055】

受電側磁気シールド２４は、受電コイル２１の外面（給電コイル１１に対向する面を除く）を覆うように配置される。第１受電モジュール２０－１の受電側磁気シールド２４は、例えば、隔壁２４ａによって同心円状に区画された２つの凹室（符号略）を有する。内側の凹室から順に、例えば、通信コイル（図示略）及び第１受電コイル２１Ａが配置される。第２受電モジュール２０－２の受電側磁気シールド２４は、例えば、隔壁２４ａによって同心円状に区画された４つの凹室（符号略）を有する。内側の凹室から順に、例えば、通信コイル（図示略）、第１受電コイル２１Ａ、第２受電コイル２１Ｂ及び第３受電コイル２１Ｃが配置される。

【0056】

受電側磁気シールド２４は、例えば、フェライト等の磁性材料で形成される。受電側磁気シールド２４を設けることにより、磁気抵抗の低い通路が形成されるので、結果として受電コイル２１の性能（Ｑ値）が高まり、漏れ磁束が少なくなる。したがって、効率よく磁力線を集束して電力伝送効率を向上できるとともに、ノイズの発生を抑制することができる。また、金属製の受電側筐体２３の発熱を抑制することができる。

【0057】

受電側保護体２５は、受電側筐体２３の凹部２３ａに受電コイル２１及び受電側磁気シールド２４を固定する。受電側保護体２５は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性材料で形成される。

【0058】

受電側筐体２３の凹部２３ａに受電コイル２１及び受電側磁気シールド２４を配置した状態で、絶縁性材料を充填し、硬化させて受電側保護体２５を形成することで、受電コイル２１及び受電側磁気シールド２４は、凹部２３ａに固定される。受電側保護体２５は、受電側接地リング２２の端面よりも凹んで形成される。

【0059】

なお、図示を省略するが、例えば、消費電力が６００Ｗである医用電気機４５の受電ヘッドに用いられる受電モジュール２０は、第１受電コイル２１Ａ及び第２受電コイル２１Ｂを有する構成となる。

【0060】

図５Ａ、図５Ｂは、受電回路４２の一例を示す回路図である。図５Ａは、第１受電モジュール２０－１の受電回路４２を示し、図５Ｂは、第２受電モジュール２０－２の受電回路４２を示す。

【0061】

図５Ａ、図５Ｂに示すように、受電回路４２は、受電ユニット４２１及び共振用コンデンサー４２２等を含む。

【0062】

受電ユニット４２１は、通信部４２３を有する。受電ユニット４２１は、例えば、通信部４２３を介して、給電モジュール１０に制御信号を送信する。また、受電ユニット４２１は、受電コイル２１からの電流を装置電源４４に出力する。

【0063】

第１受電モジュール２０－１の受電回路４２において、共振用コンデンサー４２２は、第１受電コイル２１Ａに対して並列に接続される。

【0064】

第２受電モジュール２０－２の受電回路４２において、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃの電流経路は、受電ユニット４２１に対して、直列に接続される。共振用コンデンサー４２２は、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃのそれぞれに対して並列に接続される。なお、共振用コンデンサー４２２は、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃの電流経路に、直列に接続されてもよい。第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃを直列に接続することで、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃと受電ユニット４２１とを接続する電源線を２本で構成することができる。

【0065】

図６Ａ、図６Ｂは、非接触給電システム１の使用状態を示す図である。図６Ａは、第１受電モジュール２０－１に給電する場合について示し、図６Ｂは、第２受電モジュール２０－２に給電する場合について示している。

【0066】

図６Ａに示すように、給電モジュール１０から第１受電モジュール２０－１に給電を行う場合、第１給電コイル１１Ａと第１受電コイル２１Ａが対向するように、給電モジュール１０の上に第１受電モジュール２０－１が載置される。

【0067】

給電モジュール１０の上に第１受電モジュール２０－１が載置されると、第１給電側接地リング１２Ａと受電側接地リング２２が接触し、第１給電側接地リング１２Ａ及び給電側筐体１３を介して、受電側接地リング２２は接地される。受電側接地リング２２は、受電側筐体２３を介して受電ケーブル４１の接地線に接続されており、受電ケーブル４１の接地線は、受電回路４２を介して３ピンプラグ付き電源ケーブル４３の接地線に接続されているので、医用電気機器４５は保護接地される。

【0068】

第１受電モジュール２０－１の通信部４２３と給電モジュール１０の通信部３２３との間で制御信号の送受信が行われ、給電モジュール１０上に第１受電モジュール２０－１が載置されたことが検出されると、給電ユニット３２１は第１給電コイル１１Ａへの通電を開始する。第１受電コイル２１Ａに誘導電流が流れ、受電ケーブル４１、受電回路４２及び３ピンプラグ付き電源ケーブル４３を介して医用電気機器４５の装置電源４４に１００Ｗの電力が供給される。

【0069】

図６Ｂに示すように、給電モジュール１０から第２受電モジュール２０－２に給電を行う場合、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃと第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃが対向するように、給電モジュール１０の上に第２受電モジュール２０－２が載置される。

【0070】

給電モジュール１０の上に第２受電モジュール２０－２が載置されると、第３給電側接地リング１２Ｃと受電側接地リング２２が接触し、第３給電側接地リング１２Ｃ及び給電側筐体１３を介して、受電側接地リング２２は接地される。受電側接地リング２２は、受電側筐体２３を介して受電ケーブル４１の接地線に接続されており、受電ケーブル４１の接地線は、受電回路４２を介して３ピンプラグ付き電源ケーブル４３の接地線に接続されているので、医用電気機器４５は保護接地される。

【0071】

第２受電モジュール２０－２の通信部４２３と給電モジュール１０の通信部３２３との間で制御信号の送受信が行われ、給電モジュール１０上に第２受電モジュール２０－２が載置されたことが検出されると、給電ユニット３１は第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃへの通電を開始する。第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃに誘導電流が流れ、受電ケーブル４１、受電回路４２及び３ピンプラグ付き電源ケーブル４３を介して医用電気機器４５の装置電源４４に１５００Ｗの電力が供給される。

【0072】

このように、実施の形態に係る給電モジュール１０（非接触給電モジュール）は、非接触給電システムの給電側に設けられる非接触給電モジュールであって、電力の伝送に用いられる第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃ（複数のコイル）と、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃを収容する給電側筐体１３と、接地線に接続され表面が露出する状態で配置される給電側接地リング１２（接地部）と、を備え、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃは、個別に通電制御可能に構成され、給電側接地リング１２は、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃを取り囲むように配置されている。

【0073】

また、非接触給電システム１は、給電モジュール１０と、受電モジュール２０と、を備える。受電モジュール２０は、電力の伝送に用いられる受電コイル２１と、表面が露出する状態で配置される受電側接地リング２２（接地部）と、を有する。非接触給電システム１では、給電モジュール１０の給電側接地リング１２と受電モジュール２０の受電側接地リング２２とが接触した状態で、電力の伝送が行われる。

【0074】

給電モジュール１０及び非接触給電システム１によれば、給電モジュール１０の上に受電モジュール２０を載置したときに、給電側接地リング１２と受電側接地リング２２が接触することにより、受電ケーブル４１等を介して受電モジュール２０に接続されている３ピンプラグ付き電源ケーブル４３の接地線が接地される。また、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃは、個別に通電制御可能に構成されているので、受電モジュール２０が接続されている医用電気機器４５の消費電力に応じて電力を供給することができる。したがって、医用電気機器４５等のクラスＩ機器の保護接地を容易に実現することができるとともに、非接触給電システム１の利便性が格段に向上する。また、給電側接地リング１２及び受電側接地リング２２を配置するために筐体を大きくする必要はないので、給電モジュール１０及び受電モジュール２０の小型化を図ることができる。

【0075】

また、給電モジュール１０は、給電側接地リング１２（接地部）として、第１～第３給電側接地リング１２Ａ～１２Ｃを備え、第１～第３給電側接地リング１２Ａ～１２Ｃは、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃ（複数のコイル）のそれぞれを取り囲むように配置されている。これにより、医用電気機器４５の保護接地を実現するための受電側接地リング２２を、受電コイル２１に近接して設けることでできるので、受電モジュール２０の小型化を図ることができる。

【0076】

また、給電モジュール１０において、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃ及び第１～第３給電側接地リング１２Ａ～１２Ｃは、同心円状に配置されている。これにより、給電モジュール１０に対して受電モジュール２０を載置する際に、給電側接地リング１２の中心を目安とすることができ、対向させるべき給電コイル１１と受電コイル２１の位置合わせを容易に行うことができる。

【0077】

また、給電モジュール１０において、筐体１３は、導電性を有し、給電側接地リング１２（接地部）は、少なくとも筐体１３の開口端に配置され筐体１３と物理的かつ電気的に接続されている。これにより、給電側筐体１３を利用して容易に保護接地を実現することができるとともに、給電モジュール１０における電磁シールドを形成することができる。

【0078】

また、給電モジュール１０は、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃへの通電を制御する給電ユニット３２１を備え、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃは、給電ユニット３２１に対してそれぞれ独立して接続されている。これにより、第１～第３給電コイル１１Ａ～１１Ｃに対して個別に通電制御を行うことができ、給電対象である受電モジュール２０の受電コイル２１の数、すなわち、医用電気機器４５の商品電力に応じて、効率よく給電を行うことができる。

【0079】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【0080】

例えば、給電モジュール１０に設けられる給電コイル１１は、複数であればよく、２つの給電コイル１１（例えば、第１給電コイル１１Ａ及び第２給電コイル１１Ｂ）で構成されてもよいし、４つ以上の給電コイル１１で構成されてもよい。給電コイル１１の数を増やした場合、消費電力が異なる多様な医用電気機器４５に対して給電することができる。また、対応可能な消費電力の区分を細分化（例えば、１００Ｗ刻み）して給電効率を高めることもできる。

【0081】

また、実施の形態では、複数の給電コイル１１を同心円状に配置した場合について説明したが、複数の給電コイル１１を、例えば、直線状に配列したり、縦横に２次元的に配列したりしてもよい。

【0082】

また、図７に示すように、第２受電モジュール２０－２の受電回路４２は、整流平滑回路４２４を含んでいてもよい。整流平滑回路４２４は、ダイオードブリッジと平滑用のコンデンサーＣ１’～Ｃ３’を備える。これにより、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃからの直流出力を合成して取り出すことができる。この場合、実施の形態と同様に、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃと受電ユニット４２１とを接続する電源線を２本で構成することができる。

【0083】

また、図８に示すように、第２受電モジュール２０－２の受電回路４２において、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃは、受電ユニット４２１に対して個別に接続されてもよい。この場合、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃの電流経路における共振が互いに干渉することはないので、第１～第３受電コイル２１Ａ～２１Ｃからの出力を効率よく取り出すことができる。

【0084】

また例えば、受電モジュール２０の受電側接地リング２２の表面には、ワイヤーブラシ等のブラシ部を設けてもよい。これにより、給電モジュール１０の上に受電モジュール２０を載置する際に、給電側接地リング１２の表面の汚れや酸化被膜が除去されるので、接地不良を効率よく防止することができる。

【0085】

また、給電側保護体１５の絶縁性媒体１５１及び受電側保護体２５の絶縁性材料は、給電コイル１１及び受電コイル２１を固定できればよく、その構成材料は特に限定されない。例えば、給電側保護体１５の絶縁性媒体１５１及び受電側保護体２５の絶縁性材料を、エポキシ樹脂にフィラーを添加した樹脂材料で形成してもよい。この場合、エポキシ樹脂による防水効果が得られる上、給電モジュール１０及び受電モジュール２０の強度を高めることができる。さらに、放熱性の高いフィラーを採用した場合、給電コイル１１及び受電コイル２１の放熱性を高めることができる。

【0086】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0087】

１ 非接触給電システム
１０ 給電モジュール
１１、１１Ａ～１１Ｃ 給電コイル
１２、１２Ａ～１２Ｃ 給電側接地リング（接地部）
１３ 給電側筐体
１４ 給電側磁気シールド
１５ 給電側保護体
２０、２０－１、２０－２ 受電モジュール
２１、２１Ａ～２１Ｃ 受電コイル
２２、２２Ａ～２２Ｃ 受電側接地リング（接地部）
２３ 受電側筐体
２４ 受電側磁気シールド
２５ 受電側保護体
３１ 給電ケーブル
４３ ３ピンプラグ付き電源ケーブル

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】