JP2012143061A - ２重ループ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】増加する誘起電圧を抑制することにより待機ループに接続されたコンデンサ素子や電子機器等の破壊を防止すること。
【解決手段】高周波電源２に接続され通電された常用給電ループ３と、高周波電源５に接続され常用給電ループ３から誘起電圧が誘起される待機給電ループ６とを備える。常用給電ループ３は高周波電源２から所定の距離を置いて捻架点４を有して構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の高周波電源に接続された第１の給電ループと該第１の給電ループに並設され第２の高周波電源に接続された第２の給電ループで構成された２重ループ構造に関するものである。

従来、１重ループ構造と呼ばれる給電ループ（以下の特許文献１参照）が知られている。１重ループ構造とは、高周波電源に接続され、所定の容量性リアクタンス（１／ωＣ）をもつコンデンサを備えて構成されたものである。この給電ループは常時通電されている通電ループとしての機能を有している。

尚、給電ループそのものをコイルとみなした場合に該コイルの誘導性リアクタンス（ωＬ）と等しい容量性リアクタンスを有するコンデンサが選択されている。容量性リアクタンスと誘導性リアクタンスを等しくさせることによって給電ループ全体におけるインピーダンスを零にしてループに効率よく電流を流すことができるからである。

近年、通電ループの信頼性を高めるために２重ループ構造なるものが提案されている。この２重ループ構造は、上記した１重ループと呼ばれる給電ループを２つ設けて構成されたものである。２重ループ構造の一例としては、常時通電されている通電ループとして機能する給電ループと、通電ループの予備としての機能を有する待機ループとを備えて構成された２重ループ構造が挙げられる。上記例では通電ループ及び待機ループは共に高周波電源に接続されており通電ループのみが通電されており待機ループは通電されていない。

他の例としては、常時通電されている通電ループとして機能する給電ループを２つ備えた２重ループ構造が挙げられる。
尚、以下の説明では、高周波電源位置を始端とし待機ループの長軸方向端部（ループの折り返し端）を終端として、高周波電源位置からループの折り返し端までの距離をループ長と呼ぶこととする。

特開２００６−５０８５２号公報

ところで、高周波電源がオンして通電ループとしての給電ループに交流電流が流れると、他方の待機ループとしての給電ループには誘起電圧が発生する。
ここで、待機ループに誘起される誘起電圧と高周波電源からの距離との関係について図８を参照して説明する。図８は待機ループに発生する誘起電圧（縦軸）と高周波電源からの距離（横軸）との関係を示したグラフである。

待機ループに誘起される誘起電圧は、図８に示すように通電ループに接続された高周波電源からの距離が長くなるにしたがって増加する。このため２重ループ構造を構成する給電ループのループ長が長くなればなるほど待機ループに誘起される誘起電圧が過大になってしまう。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、増加する誘起電圧を抑制することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の２重ループ構造は、第１の高周波電源に接続され通電された第１の給電ループ（通電ループ）と、第２の高周波電源に接続され前記第１の給電ループから誘起電圧が誘起される第２の給電ループ（待機ループ）とを備え、前記第１の高周波電源から所定の距離を置いて少なくとも１つの捻架点があり、該捻架点を境に前記第２の給電ループに対して与える磁界の向きを逆にするように前記第１の給電ループが捻架されていることを特徴とする。

第２の高周波電源から第２の給電ループの長軸方向端（ループの折り返し端）までの、第１の給電ループから第２の給電ループに誘起される誘起電圧は、具体的には以下のように変化する。

第１の高周波電源がオンして第１の給電ループに電流が流れると第２の給電ループに誘起電圧が誘起され、その後、該誘起電圧は高周波電源から離れるにしたがって増加し続ける。そして、捻架点を境に第１の給電ループから第２の給電ループに対して与えられる磁界の向きが逆方向になり、捻架点を境に第２の給電ループに誘起される誘起電圧の向きが逆方向になる。このため、第２の給電ループの誘起電圧は捻架点を境に高周波電源から離れるにしたがって減少する。

ここで、第１の給電ループが捻架されていない場合には、第２の給電ループに誘起される誘起電圧は高周波電源から離れるにしたがって増加し続ける。
従って、第１の給電ループが捻架されていない場合に比べて誘起電圧の増加を抑制することができる。

また、請求項２に記載の２重ループ構造は、第１の高周波電源に接続され通電された第１の給電ループ（通電ループ）と、第２の高周波電源に接続され前記第１の給電ループから誘起電圧が誘起される第２の給電ループ（待機ループ）とを備え、前記第２の高周波電源から所定の距離を置いて少なくとも１つの捻架点があり、該捻架点を境に前記第２の給電ループに与える磁界の向きを逆にするように前記第２の給電ループが捻架されていることを特徴とする。

第２の高周波電源から捻架点を介して第２の給電ループの長軸方向端までの誘起電圧は具体的には以下のように変化する。
第１の給電ループの高周波電源をオンしてから第２の給電ループに誘起電圧が誘起され、その後該誘起電圧は高周波電源から離れるにしたがって増加し続ける。そして、捻架点を境に第１の給電ループから第２の給電ループに対して与えられる磁界の向きが逆方向になり、第２の給電ループに誘起される誘起電圧の向きが逆方向になる。従って、第２の給電ループの誘起電圧は捻架点を境に高周波電源から離れるにしたがって減少する。

ここで、第２の給電ループが捻架されていない場合には、第２の給電ループに誘起される誘起電圧は高周波電源から離れるにしたがって増加し続ける。
従って、第２の給電ループが捻架されていない場合に比べて誘起電圧の増加を抑制することができる。

請求項３に記載されるように、前記第１の給電ループに複数の捻架点が設けられ場合、隣接する前記各捻架点間の距離が等間隔であることが望ましい。
複数の捻架点を有する場合には第１の高周波電源から数えて最初の捻架点で第２の給電ループに与える磁界の向きが逆方向（第１の方向）に変わり、次の捻架点で第２の給電ループに与える磁界の向きが前記第１の方向とは逆の方向（第２の方向）に変わり、以降は捻架点ごとに磁界の向きが第１の方向、第２の方向、・・・に変わる。

第１の高周波電源をオンして第１の給電ループに電流が流れると第２の給電ループに誘起電圧が誘起される。第１の高周波電源から最初の捻架点まで誘起電圧が増加（所定量だけ増加）し、最初の捻架点から次の捻架点までは誘起電圧が減少（前記所定量と同量だけ減少）し、さらに次の捻架点までは誘起電圧が増加（前記所定量と同量だけ増加）するという動作が繰り返される。このため、第２の給電ループに誘起される誘起電圧が増加し続けることはない。

従って、誘起電圧が第２の給電ループ上で増加し続けることを抑制することができる。 請求項４に記載されるように、前記第２の給電ループに複数の捻架点が設けられ場合、隣接する前記各捻架点間の距離が等間隔であることが望ましい。

複数の捻架点を有する場合には第２の高周波電源から数えて最初の捻架点の位置で第２の給電ループに与える磁界の向きが逆方向（第１の方向）に変わり、次の捻架点で第２の給電ループに与える磁界の向きが前記第１の方向とは逆の方向（第２の方向）に変わり、以降は捻架点ごとに第２の給電ループに与える磁界の向きが第１の方向、第２の方向、・・・に変わる。

第１の高周波電源をオンして第１の給電ループに電流が流れると第２の給電ループに誘起電圧が誘起される。第２の高周波電源から最初の捻架点まで誘起電圧が増加（所定量だけ増加）し、最初の捻架点から次の捻架点までは減少（前記所定量と同量だけ減少）し、さらに次の捻架点までは増加（前記所定量と同量だけ増加）するという動作が繰り返される。このため、第２の給電ループに誘起される誘起電圧が増加し続けることはない。

従って、誘起電圧が第２の給電ループ上で増加し続けることを抑制することができる。 請求項５に記載の２重ループ構造は、第１の高周波電源に接続され通電された第１の給電ループ（第１の通電ループ）と、第２の高周波電源に接続され通電された第２の給電ループ（第２の通電ループ）とを備え、前記第１の給電ループに複数の捻架点が設けられ、前記第２の給電ループに複数の捻架点が設けられ、前記第１の給電ループの隣り合う捻架点間に対応させて前記第２の給電ループの捻架点が一つ配置され、前記第１の給電ループの各捻架点を境に前記第１の給電ループから前記第２の給電ループに与える磁界の向きを逆にするように前記第１の給電ループが捻架され、前記第２の給電ループの各捻架点を境に前記第２の給電ループから前記第１の給電ループに与える磁界の向きを逆にするように前記第２の給電ループが捻架されていることを特徴とする。

すなわち、第１の給電ループの隣り合う捻架点間（捻架区間Ａ１）に対応させて第２の給電ループの捻架点が一つ配置され、第１の給電ループの捻架区間Ａ１に隣接する捻架区間Ｂ１に対応させて第２の給電ループの捻架点が一つ配置され、このような捻架点の配置が第１の給電ループ及び第２の給電ループの長軸方向端まで行われる。

ところで、給電ループを２つ備えた２重ループ構造とした場合には相互インダクタンスＭの要素が追加され共振周波数がずれてしまうので効率的に電流を流すことができなくなり集電できなくなる。

上記した構成によれば、第１の高周波電源（３７）から数えて最初の捻架点（３９）を境に第１の給電ループ（３８）が第２の給電ループ（４３）に与える磁界の向きが逆方向に変わり、第２の高周波電源（４２）から数えて最初の捻架点（４５）を境に第２の給電ループ（４３）が第１の給電ループ（３８）に与える磁界の向きが逆方向に変わる。

その後、第１の給電ループ（３８）の次の捻架点（４０）を境に第１の給電ループ（３８）が第２の給電ループ（４３）に与える磁界の向きが逆方向に変わり、第２の給電ループ（４３）の次の捻架点（４６）を境に第２の給電ループ（４３）が第１の給電ループ（３８）に与える磁界の向きが逆方向に変わり、以降は、上記動作が第１の給電ループ（３８）及び第２の給電ループ（４３）の長軸方向端まで繰り返される。

従って、前記第１の給電ループの各捻架点に対応する第２の給電ループの各対応位置を境に第２の給電ループに誘起される誘起電圧が所定量だけ打ち消し合うとともに、前記第２の給電ループの各捻架点に対応する第１の給電ループの各対応位置を境に第１の給電ループに誘起される誘起電圧が所定量だけ打ち消し合うため、上記した相互インダクタンスＭの値を軽減することができる。このため共振周波数のずれの量を軽減することができる。

請求項６に記載されるように、前記第１の給電ループの隣り合う捻架点間の距離が同一であり、前記第１の給電ループの隣り合う捻架点と捻架点の中間に対応させて前記第２の給電ループの捻架点が一つ配置されることが望ましい。

上記した構成によれば、上記打ち消し合う所定量が、前記第１の給電ループの各捻架点を境に第２の給電ループに誘起される誘起電圧と同値になるとともに前記第２の給電ループの各捻架点を境に第１の給電ループに誘起される誘起電圧と同値になる。このため、上記した相互インダクタンスＭがないのと同様の状態になり、共振条件はω（Ｌ＋Ｍ）＝１／ωＣではなくωＬ＝１／ωＣとなる。

従って、共振周波数のずれを確実になくすことができる。
ところで、第１の高周波電源から最初の捻架点までの区間Ａにおいて第１の電流及び第２の電流の位相はそれぞれ０度であるので合成電流振幅は２倍となり区間Ａ２において集電が可能となる。ところが第１の給電ループの最初の捻架点から第２の給電ループの最初の捻架点までの区間Ｂ２において第１の電流及び第２の電流の位相はそれぞれ１８０度と０度であるので、電流振幅は打ち消し合い区間Ｂ２において集電が不能となる。以降の区間では集電可能、集電不能が交互に繰り返される。

そこで、請求項７に記載されるように前記第１の給電ループに流れる第１の電流と前記第２の給電ループに流れる第２の電流との位相差を９０度にする電流位相制御部をさらに設けることによって安定した電力供給を行うことができる。

第１の高周波電源（３７）から第１の給電ループ（３８）の最初の捻架点（３９）までの区間Ａ２（捻架点（３９）を含めず）においては、電流位相制御部（５０）によって第１の電流及び第２の電流の位相差を常に９０度になるように制御しているので、第１の電流の位相と第２の電流の位相の差は常に９０度である。このため第１の給電ループ及び第２の給電ループは区間Ａ２において集電が可能となる。

次に、第１の給電ループの捻架点（３９）から第２の給電ループの最初の捻架点（４５）までの区間Ｂ２（捻架点（４５）を含めず）においては、第１の給電ループの捻架点（３９）を境に第１の電流の位相は１８０度ずれるが１の電流の位相と第２の電流の位相の差は９０度のままである。このため、区間Ａ２と同様に、第１の給電ループ及び第２の給電ループは区間Ｂ２において集電が可能となる。

次に、第２の給電ループの捻架点（４５）から第１の給電ループの次の捻架点（４０）までの区間Ｃ２（捻架点（４０）を含めず）においては、第２の給電ループの捻架点（４５）を境に第２の電流の位相は１８０度ずれるが第１の電流の位相と第２の電流の位相の差が９０度のままである。このため、区間Ａ２と同様に第１の給電ループ及び第２の給電ループは区間Ｃ２において集電が可能となる。以降、区間Ｃ２から第１の給電ループ及び第２の給電ループの長軸方向端まで上記同様の動作が繰り返される。

上記したように第１の電流と第２の電流の位相差は第１の給電ループ及び第２の給電ループのいずれの区間であっても常に９０度を保つことができ集電が可能となる。
従って、前記第１の給電ループ及び前記第２の給電ループのすべての箇所において集電不能期間を無くすことができ安定した電力供給を行うことができる。

（ａ）は第１の実施形態の２重ループ構造を表す図であり、（ｂ）は待機給電ループに誘起される誘起電圧と高周波電源からの距離との関係を示したグラフである。 ２重ループ構造の配置態様を表す図である。 共振周波数にずれが生じる場合の２重ループ構造の一例を表す図である。 （ａ）は第２の実施形態の２重ループ構造を表す図であり、（ｂ）は相互インダクタンスＭの値が零になる等の原理について説明するための図である。 図４の２重ループ構造の配置態様を表す図である。 （ａ）は第１の実施形態における常用給電ループにおける共振周波数特性を示したものであり、（ｂ）は図２に示す常用給電ループにおける共振周波数特性を示したものであり、（ｃ）は第２の実施形態における常用給電ループにおける共振周波数特性を示したものである。 第２の実施形態の２重ループ構造の変形例を表す図である。 従来例における待機給電ループに誘起される誘起電圧と高周波電源からの距離との関係を示したグラフである。

[第１の実施形態]
以下に本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態の２重ループ構造を表す図であり、図１（ｂ）は待機給電ループに誘起される誘起電圧と高周波電源からの距離との関係を示したグラフである。

実施形態の２重ループ構造は、常時通電されている第１の給電ループとしての常用給電ループ３と通常は通電されていない予備的給電ループとしての役割をもつ第２の給電ループとしての待機給電ループ６とを備えて構成されている。尚、以下の説明では、高周波電源位置を始端とし待機ループの長軸方向端（ループの折り返し端）を終端として、高周波電源位置からループの折り返し端までの直線距離をループ長と呼ぶこととする（図１（ａ）参照）。

また、２重ループ構造を構成する常用給電ループ３と待機給電ループ６の配置態様について図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は２重ループ構造を真上から見た図である。尚、図２（ａ）〜（ｃ）は２重ループ構造の配置態様を説明するための図であるため便宜上常用給電ループ３に設けられている捻架点を省略している。

第１の態様として、例えば、図２（ａ）に示すように常用給電ループ３と待機給電ループ６が水平方向に所定間隔ずれて配置され、さらに常用給電ループ３の上に所定間隔をおいて待機給電ループ６が一部重なるように配置されている態様（以下、「一部重なり配置」と呼ぶ。）が挙げられる。

第２の態様として、例えば、図２（ｂ）に示すように常用給電ループ３と待機給電ループ６が水平方向にずれることなく常用給電ループ３の上に所定間隔をおいて待機給電ループ６が完全に重なるように配置されている態様（以下、「全重なり配置」と呼ぶ。）が挙げられる。

尚、上記したループ同士が重なる配置態様以外にも、図２（ｃ）に示すように常用給電ループ３と待機給電ループ６が重なることなく水平方向に所定間隔をおいて横並びで配置される態様（以下、「横並び配置」と呼ぶ。）でもよい。

以下の説明では、常用給電ループ３と待機給電ループ６の配置態様が一部重なり配置であるとして説明する。尚、後述する第２の実施の形態及び第３の実施の形態に関わる２重ループ構造においても２重ループの配置態様が一部重なり配置であるとして説明する。

また、常用給電ループ３と待機給電ループ６としては、高周波電源に接続された閉ループ構造であり、例えば、楕円形状のループや略長方形状のループ等が挙げられる。また、常用給電ループ３と待機給電ループ６のループ長は等しい。

常用給電ループ３は高周波電源２に接続されており、コンデンサＣ１，Ｃ２と、捻架点４を介してコンデンサＣ１に接続されたコンデンサＣ４と、捻架点４を介してコンデンサＣ２に接続されたコンデンサＣ３とを備えて構成されている。

待機給電ループ６は高周波電源２と同一周波数の高周波電源５に接続され、コンデンサＣ５，Ｃ６を備えて構成されている。高周波電源５とコンデンサＣ５の間にはスイッチＳＷが設けられている。通常時にはスイッチＳＷはオフしており待機給電ループ６は通電されていない。

尚、図１（ａ）の例では、常用給電ループ３の捻架点４における捻りは１８０度捻り（１回捻り）である。１８０度捻りにする理由は、後述するように捻架点４から見て高周波電源２側（前側）における待機給電ループ６に与える磁界の向き（待機給電ループ６に誘起される誘起電圧の向き）と折り返し端側（後側）における待機給電ループ６に与える磁界の向き（待機給電ループ６に誘起される誘起電圧の向き）を互いに逆方向にできるからである。

また、捻りは上記した１回捻り以外に奇数回（３回、５回、・・・）捻りであってもよい。奇数回捻りであれば上記１回捻りの場合と同様に捻架点４を境に待機給電ループ６に与える磁界の向きを逆方向にできるからである。

また、図１（ａ）に示す例では、捻架点４は常用給電ループ３のループ長の中間に配置されている。
ここで、常用給電ループ３は所定のインダクタンスＬを有するコイルとしてみなすことができるので、高周波電源２からの交流電流が常用給電ループ３に流れると、常用給電ループ３から待機給電ループ６に誘起電圧が誘起される。待機給電ループ６に誘起される誘起電圧は、図１（ｂ）に示すように、常用給電ループ３に接続された高周波電源２（始端）から捻架点４までの間では高周波電源２からの距離が長くなるにしたがって増大し、捻架点４から折り返し端（終端）までの間では高周波電源２からの距離が長くなるにしたがって減少する。

待機給電ループ６に誘起される誘起電圧が捻架点４から折り返し端までの間で減少する理由は、常用給電ループ３において、捻架点４から見て高周波電源２側（前側）における待機給電ループ６に与える磁界の向き（待機給電ループ６に誘起される誘起電圧の向き）と折り返し端側（後側）における待機給電ループ６に与える磁界の向きがそれぞれ逆方向になるからである。

図１（ａ）の例では、捻架点４が常用給電ループ３のループ長の中間に配置されているので、始端から捻架点４までの待機給電ループ６に誘起される誘起電圧の増加分と捻架点４から終端までの該誘起電圧の減少分が同じになる。このためループの終端で待機給電ループ６に誘起される誘起電圧がちょうど零になる。

ここで、仮に常用給電ループ３が捻架されていない場合を考えると、待機給電ループ６に誘起される誘起電圧はループの始端から終端まで増加し続ける。
従って、常用給電ループ３が捻架されていない場合に比べて誘起電圧の増加を抑制することができる。

尚、図１（ａ）の例とは異なり、捻架点４が常用給電ループ３のループ長の中間に配置されていない場合、例えば、始端から捻架点４までの距離の方が捻架点４から終端までの距離よりも長い場合には、終端における待機給電ループ６に誘起される誘導電圧は完全に零にならない。この場合、誘起電圧の増加分と減少分が図１（ｂ）の例のように完全に打ち消し合うことはないが、常用給電ループ３が捻架されていない場合に比べると待機給電ループ６に誘起される誘起電圧の増加を抑制することができる。

（変形例１）
図１に示した例では、待機用給電ループ６に対して常用給電ループ３のループ長の中間に１つの捻架点４を有して構成したものを示したが、常用給電ループ３に複数の捻架点（図示せず）を有して構成したものでもよい。

具体的には、高周波電源２から最初の捻架点までの距離、及び、隣り合う捻架点間の距離が全て同じになるように常用給電ループ３の複数箇所に捻架点を設ける。
捻架点の設定方法は、具体的には、（１）まず、高周波電源２から所定の距離だけ離れた位置に最初の捻架点を設け、（２）最初の捻架点から次の捻架点までの距離、及び、以降の捻架点間の距離をループの終端に至るまで全て等間隔にするように捻架点を設ける。

上記構成によれば、常用給電ループ３において、各捻架点から見て高周波電源２側（前側）における待機給電ループ６に与える磁界の向き（誘起電圧の向き）と折り返し端側（後側）における磁界の向き（誘起電圧の向き）がそれぞれ逆方向になるため各捻架点を境に捻架点の前側誘起電圧と後側誘起電圧が打ち消し合うことになる。

このため、待機給電ループ６に誘起される誘起電圧が増加し続けることはない。従って、誘起電圧の増加を抑制することができる。
（変形例２）
上記第１の実施の形態に関わる２重ループ構造は、常用給電ループ３と常用給電ループ３から誘起電圧が誘起される待機給電ループ６とを備え、捻架点４を境に待機給電ループ６に与える磁界の向きを逆にするように常用給電ループ３が捻架された構成となっているが、常用給電ループと該常用給電ループから誘起電圧が誘起される待機給電ループとを備え、捻架点を境に常用給電ループから待機給電ループに与える磁界の向きを逆にするように待機給電ループが捻架された構成（図示せず）としてもよい。

このような構成でも、待機給電ループに誘起された誘起電圧は待機給電ループに接続された高周波電源から離れるにしたがって増加し続け捻架点を境に誘起電圧の向きが互いに逆方向となるので、待機給電ループの誘起電圧は捻架点を境に前記高周波電源から離れるにしたがって減少する。従って、誘起電圧の増加を抑制することができる。

[第２の実施形態]
以下に本発明の第２の実施形態について図３〜図６を参照して説明する。
本発明の第２の実施形態の２重ループ構造は、常時通電されている常用給電ループ３８，４３を２つ用いた形態である。

ところで、高周波電源とコンデンサを有するループ構造においては共振を使ってできるだけ効率的に電流を流すことが必要である。ループそのものをコイルとみなした場合の誘導性リアクタンス（ωＬ）と容量性リアクタンス（１／ωＣ）を等しくさせる、いわゆる、共振条件（ωＬ＝１／ωＣ）を満たせばループのインピーダンスを０にすることができるからである。共振条件を満たすときの周波数を共振周波数といい、この共振周波数は上記共振条件を満たすようにコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃの値に応じて一義的に求められる。

図６（ａ）は第１の実施形態における常用給電ループにおける共振周波数特性示したものである。最もインピーダンス（縦軸）が低いところ（円で囲んだ中の凸部分）の周波数ｆ₀が共振周波数となる。

ここで、図３に示すように常用給電ループ１８，２３を２つ備えた２重ループ構造であって、それぞれ常用給電ループ１８，２３に設けられた捻架点１９，２４が高周波電源１７，２２から同じ距離だけ離れた位置に設けられた２重ループ構造について検討する。
上記した２重ループ構造における共振周波数ｆ₀は、図６（ａ）に示すいわゆる１重ループ構造における共振周波数ｆ₀と比較するとずれてしまっていることがわかる。このため効率的に電流を流すことができなくなり集電できなくなる。

共振周波数がずれてしまう理由は、常用給電ループを２つ備えた２重ループ構造とした場合には相互インダクタンスＭの要素が追加されるからである。
以下に、相互インダクタンスＭと共振周波数との関係について説明する。

２重ループそれぞれに交流電源から交流電流を流すとそれぞれの給電ループに誘起電圧が発生する。２重ループ構造における常用給電ループ１８，２３の共振条件は、ωＬを誘導性リアクタンス、Ｍを相互インダクタンス、１／ωＣを容量性リアクタンスとすると、ω（Ｌ＋Ｍ）＝１／ωＣとなる。

共振周波数ｆ₀は誘導性リアクタンスωＬ、容量性リアクタンス１／ωＣ及び相互インダクタンスＭに基づいて決定されるため、２重ループ構造では常用給電ループ一つだけで構成される１重ループ構造の共振周波数（図６（ａ）参照）と比較すると相互インダクタンスＭに影響される分だけ共振周波数がずれてしまう（図６（ｂ）参照）。

そこで、本第２の実施の形態では、図４（ａ）に示すように２つの常用給電ループ３８，４３における捻架点をずらすことにより上記した共振周波数のずれを無くしている。以下に、図４（ａ），（ｂ）を参照してその原理を詳細に説明する。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の２重ループ構造は、高周波電源３７に接続され通電されている常用給電ループ（第１の通電ループ）３８と高周波電源４２に接続され通電されている常用給電ループ（第２の通電ループ）４３とで構成されている。尚、常用給電ループ３８，４３の配置態様は上記第１の実施の形態と同様に、一部重なり配置、全重なり配置、横並び配置が挙げられるが、以下では常用給電ループ３８，４３の配置態様が一部重なり配置（図５参照）であるとして説明する。

常用給電ループ３８には複数の捻架点３９，４０，４１が設けられ、捻架点３９と該捻架点３９に隣接する捻架点４０との間の第１の捻架区間Ａ１の距離と捻架点４０と該捻架点４０に隣接する捻架点４１との間の第２の捻架区間Ｂ１の距離とが同一の距離となるように捻架点３９〜４１が配置されている。

常用給電ループ４３には捻架点４５，４６が設けられ、捻架点４５と該捻架点４５に隣接する捻架点４６との間の第１の捻架区間Ｃ１の距離と捻架点４６と常用給電ループ４３の折り返し端との間の第２の捻架区間Ｄ１の距離とが同一の距離となるように捻架点４５，４６が配置されている。また、捻架区間Ａ１〜Ｄ１の区間長はすべて同じである。

常用給電ループ４３の捻架点４５は、第２の通電ループとしての常用給電ループ４３の捻架区間Ｃ１が常用給電ループ３８の捻架区間Ａに対して該常用給電ループ３８の捻架区間Ａ１の半分の距離（ずらし区間長）だけずれるように配置されている。常用給電ループ４３の捻架点４６は、常用給電ループ４３の捻架区間Ｄ１が常用給電ループ３８の捻架区間Ｂ１に対して該常用給電ループ３８の捻架区間Ｂ１の半分の距離（ずらし区間長）だけずれるように配置されている。

尚、コンデンサＣ３０，３１は高周波電源３７と捻架点３９との間に設けられ、コンデンサＣ３２，３３は捻架点３９と捻架点４０の間に設けられ、コンデンサＣ３４，３５は捻架点４０と捻架点４１の間に設けられている。コンデンサＣ３０〜Ｃ３５は、常用給電ループ３８の誘導性リアクタンス（ωＬ）を打ち消してループにおけるインピーダンスを零にするための容量性リアクタンス（ωＣ）を有する。

コンデンサＣ３６，３７は高周波電源４２と捻架点４５との間に設けられ、コンデンサＣ３８，３９は捻架点４５と捻架点４６の間に設けられ、コンデンサＣ４０，４１は捻架点４６と常用給電ループ４３の折り返し端との間に設けられ、常用給電ループ４３の誘導性リアクタンスを打ち消してループにおけるインピーダンスを零にするための容量性リアクタンスを有する。

上記したように捻架点を配置することにより、例えば、常用給電ループ３８から数えて最初の捻架点３９を境に常用給電ループ３８が常用給電ループ４３に与える磁界の向きが逆方向に変わり、常用給電ループ４２から数えて最初の捻架点４５を境に常用給電ループ４３が常用給電ループ３８に与える磁界の向きが逆方向に変わる。

その後、常用給電ループ３８の次の捻架点４０を境に常用給電ループ３８が常用給電ループ４３に与える磁界の向きが逆方向に変わり、常用給電ループ４３の次の捻架点４６を境に常用給電ループ４３が常用給電ループ３８に与える磁界の向きが逆方向に変わり、以降は、上記動作が常用給電ループ３８及び常用給電ループ４３の長軸方向端まで繰り返される。

このため、常用給電ループ３８の各捻架点３９，４０，４１を境に常用給電ループ４３に誘起される誘起電圧が完全に打ち消し合うとともに常用給電ループ４３の各捻架点４５，４６を境に常用給電ループ３８に誘起される誘起電圧が完全に打ち消し合い、相互インダクタンスＭが零であるのと同様の状態になる。

以下に相互インダクタンスＭの値が零になる原理について図４（ｂ）を参照して説明する。
例えば、給電ループ４３に流れる電流をＩ、給電ループ３８と給電ループ４３の相互インダクタンスをＭ、角周波数を２πｆ（ω）、捻架点３９から給電ループ３８における捻架点４５に対応する位置までの距離をＬ₁、該対応位置から捻架点４０までの距離をＬ₂とすると、距離Ｌ₁にて給電ループ４３から給電ループ３８に誘起される誘起電圧Ｅ₁は２πｆＭＩＬ₁であり、距離Ｌ₂にて給電ループ４３から給電ループ３８に誘起される誘起電圧Ｅ₂は２πｆＭＩＬ₂である。

捻架点４５を境に給電ループ３８に誘起される誘起電圧Ｅ₁と誘起電圧Ｅ₂の向きは逆向きになるので、距離Ｌ（＝Ｌ₁＋Ｌ₂）にて給電ループ４３から給電ループ３８に誘起される誘起電圧Ｅ（Ｅ₁＋Ｅ₂）は２πｆＭＩ（Ｌ₁−Ｌ₂）となる。

このため、Ｌ₁とＬ₂が同じ距離の場合には相互インダクタンスＭが零であるのと同様の状態になり、共振条件はω（Ｌ＋Ｍ）＝１／ωＣではなくωＬ＝１／ωＣとなる。
従って、本第２の実施の形態では図６（ｃ）に示すように共振周波数のずれを確実になくすことができる。

（変形例１）
尚、図４（ａ），（ｂ）の例では、捻架区間Ｃが捻架区間Ａに対して捻架区間Ａの距離の半分の距離だけずれるように捻架点４５が配置されているが、ずらす距離は捻架区間Ａの半分でなくてもよい。

この場合、常用給電ループ３８の各捻架点３９，４０，４１を境に常用給電ループ４３に誘起される誘起電圧が所定量だけ打ち消し合うとともに常用給電ループ３８の各捻架点４５，４６を境に常用給電ループ３８に誘起される誘起電圧が所定量だけ打ち消し合う。

本変形例では、上記した数式Ｅ＝２πｆＭＩ（Ｌ₁−Ｌ₂）の中の（Ｌ₁−Ｌ₂）が完全に零にならない場合である。このため相互インダクタンスＭの値を零にすることはできないが、（Ｌ₁−Ｌ₂）を１より小さい値にするようにずらす距離を設定すれば、全くずらさない場合と比較して相互インダクタンスＭの値を軽減することができ、共振周波数のずれの量を軽減できる。

[第３の実施形態]
以下に本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。
上記第３の実施形態における２重ループ構造については、上記した図４に示したものと同じであるのでその説明は省略する。

上記した第２の実施形態では、高周波電源３７から最初の捻架点３９までの区間Ａ２（捻架点３９を含めず）において常用給電ループ３８に流れる第１の電流の位相を０度とし、常用給電ループ４３に流れる第２の電流の位相を０度とする。第１の電流及び第２の電流の位相は同じ（０度）であるので第１の電流と第２の電流の合成電流振幅が２倍となり区間Ａでは集電が可能となる（図７（ａ）参照）。

ところが、最初の捻架点３９から常用給電ループ４３の最初の捻架点４５までの区間Ｂ２（捻架点４５を含めず）では第１の電流の位相が１８０度となり、第１の電流の位相と第２の電流の位相の差が１８０度となるため第１の電流と第２の合成電流振幅が零となり区間Ｂ２では集電できない（図７（ａ）参照）。

常用給電ループ４３の最初の捻架点４５から常用給電ループ３８の次の捻架点４０までの区間Ｃ２（捻架点４０を含めず）では、第１の電流の位相は１８０度のままであり、第２の電流の位相が１８０度となり、常用給電ループ３８と常用給電ループ４３における電流の位相が同じになるので第１の電流と第２の電流の合成電流振幅が２倍となり区間Ｃ２では集電が可能となる。常用給電ループ３８の捻架点４０から常用給電ループ４３の次の捻架点４６までの区間（区間Ｄ２）は集電不能、常用給電ループ４３の捻架点４６から常用給電ループ３８の捻架点４１までの区間（区間Ｅ２）は集電可能、常用給電ループ３８の捻架点４１から長軸方向端までの区間（区間Ｆ２）は集電不能となる。

本第３の実施の形態による２重ループ構造によれば、後述する方法で上記した集電不能期間をなくすことによって、より安定した集電（電力供給）を行うことができる。以下に、集電不能期間をなくす原理について図７を参照して詳細に説明する。

本第３の実施の形態では、高周波電源３７，４２に電流位相制御部５０が接続されている。電流位相制御部５０は常用給電ループ３８に流れる電流（第１の電流）と常用給電ループ４３に流れる電流（第２の電流）との位相差が常に９０度になるように高周波電源３７，４２を制御している。

（区間Ａ２における集電）
高周波電源３７から最初の捻架点３９までの区間Ａ２（捻架点３９を含めず）において常用給電ループ３８に流れる第１の電流の位相（α度）と第２の電流の位相（β度）との差（β−α）は９０度であるので第１の電流と第２の電流の合成電流振幅が２倍となり区間Ａ２では集電が可能となる（図７（ａ）参照）。

このため、区間Ａ２における集電量（集電電流）の大きさ（第１の電流と第２の電流の合成電流振幅）を算出すると、常用給電ループ３８単独若しくは常用給電ループ４３単独で集電可能な集電量（基準集電量）のおよそ１．４（√２）倍の集電量が得られる。

（区間Ｂ２における集電）
最初の捻架点３９から常用給電ループ４３の最初の捻架点４５までの区間Ｂ２（捻架点４５を含めず）では第１の電流の位相が（α＋１８０）度であり、第２の電流の位相はβ度のままであるので、第１の電流の位相（α＋１８０）と第２の電流の位相（β）との差は９０度のままである。

このため、区間Ｂ２における集電量（集電電流）の大きさ（第１の電流と第２の電流の合成電流振幅）を算出すると、常用給電ループ３８単独若しくは常用給電ループ４３単独で集電可能な集電量（基準集電量）のおよそ１．４（√２）倍の集電量が得られる。

（区間Ｃ２における集電）
常用給電ループ４３の捻架点４５から常用給電ループ３８の次の捻架点４０までの区間Ｃ（捻架点４０を含めず）では第１の電流の位相が（α＋１８０）度のままであり、第２の電流の位相は（β＋１８０）度となるので、第１の電流の位相（α＋１８０）と第２の電流の位相（β＋１８０）との差は９０度のままである。

このため、区間Ｃ２における集電量（集電電流）の大きさ（第１の電流と第２の電流の合成電流振幅）を算出すると、常用給電ループ３８単独若しくは常用給電ループ４３単独で集電可能な集電量（基準集電量）のおよそ１．４（√２）倍の集電量が得られる。以降の区間Ｄ２〜Ｆ２は上記動作が繰り返され常時基準集電量の１．４倍の集電量が得られる。区間Ｄ２〜Ｆ２については上記区間Ｂ２、区間Ｃ２と同様の動作が行われるので説明は省略する。

このため、第１の電流と第２の電流の位相差は常用給電ループ３８及び常用給電ループ４３のいずれの区間であっても常に９０度を保つことができ集電が可能となる。
従って、本第３の実施の形態によれば、集電不能期間をなくすことができ常に１．４倍の集電動作が繰り返されることにより安定した電力供給を行うことができる。

（変形例１）
また、上記第３の実施の形態では、電流位相制御部５０は、第１の電流と第２の電流の位相差が常に９０度となるように常用給電ループ３８及び常用給電ループ４３を制御していたが、常用給電ループ３８に流れる第１の電流の位相だけを常用給電ループ４３に流れる第２の電流の位相に対して９０度ずらすように高周波電源３７のみを制御してもよい。この場合、電流位相制御部５０は高周波電源３７にのみ接続される。

また、常用給電ループ４３に流れる第２の電流の位相だけを常用給電ループ３８に流れる第１の電流の位相に対して９０度ずらすように高周波電源４２のみを制御してもよい。この場合、電流位相制御部５０は高周波電源４２にのみ接続される。

（変形例２）
尚、９０度電流位相をずらすように制御することによって常に基準集電量の１．４倍の集電を可能にしているが、９０度以外の電流位相でずらした場合でも区間ごとの集電量にバラツキが生じるものの集電不能期間をなくすという効果を得ることができる。

ここで、本実施形態においては、高周波電源２，３７が本発明の第１の高周波電源に相当し、高周波電源５，４２が本発明の第２の高周波電源に相当し、常用給電ループ３が本発明請求項１〜６の第１の給電ループに相当し、待機給電ループ６が本発明請求項１〜６の第２の給電ループに相当し、常用給電ループ３８が本発明請求項７〜９の第１の給電ループに相当し、常用給電ループ４３が本発明請求項７〜９の第２の給電ループに相当する。

以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。

２，５，３７，４２…高周波電源、３，３８，４３…常用給電ループ、４，３９，４０，４１，４５，４６…捻架点、６…待機給電ループ。

Claims (7)

1. 第１の高周波電源に接続され通電された第１の給電ループと、
   第２の高周波電源に接続され前記第１の給電ループから誘起電圧が誘起される第２の給電ループとを備え、
   前記第１の高周波電源から所定の距離を置いて少なくとも１つの捻架点があり、該捻架点を境に前記第２の給電ループに対して与える磁界の向きを逆にするように前記第１の給電ループが捻架されている
   ことを特徴とする２重ループ構造。
2. 第１の高周波電源に接続され通電された第１の給電ループと、
   第２の高周波電源に接続され前記第１の給電ループから誘起電圧が誘起される第２の給電ループとを備え、
   前記第２の高周波電源から所定の距離を置いて少なくとも１つの捻架点があり、該捻架点を境に前記第２の給電ループに与える磁界の向きを逆にするように前記第２の給電ループが捻架されている
   ことを特徴とする２重ループ構造。
3. 前記第１の給電ループに複数の捻架点が設けられ、隣接する前記各捻架点間の距離が等間隔である
   ことを特徴とする請求項１に記載の２重ループ構造。
4. 前記第２の給電ループに複数の捻架点が設けられ、隣接する前記各捻架点間の距離が等間隔である
   ことを特徴とする請求項２に記載の２重ループ構造。
5. 第１の高周波電源に接続され通電された第１の給電ループと、
   第２の高周波電源に接続され通電された第２の給電ループとを備え、
   前記第１の給電ループに複数の捻架点が設けられ、
   前記第２の給電ループに複数の捻架点が設けられ、前記第１の給電ループの隣り合う捻架点間に対応させて前記第２の給電ループの捻架点が一つ配置され、
   前記第１の給電ループの各捻架点を境に前記第１の給電ループから前記第２の給電ループに与える磁界の向きを逆にするように前記第１の給電ループが捻架され、
   前記第２の給電ループの各捻架点を境に前記第２の給電ループから前記第１の給電ループに与える磁界の向きを逆にするように前記第２の給電ループが捻架されている
   ことを特徴とする２重ループ構造。
6. 前記第１の給電ループの隣り合う捻架点間の距離が同一であり、
   前記第１の給電ループの隣り合う捻架点と捻架点の中間に対応させて前記第２の給電ループの捻架点が配置された
   ことを特徴とする請求項５に記載の２重ループ構造。
7. 前記第１の給電ループに流れる第１の電流と前記第２の給電ループに流れる第２の電流との位相差を９０度にする電流位相制御部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の２重ループ構造。

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