JPH0243892A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波振動子に電力を供給する電力供給装
置に係わり、特に電力を非接触的に超音波振動子へ供給
する電力供給装置に関する。

［従来技術］ 従来、超音波振動子への電力供給は、超音波振動子に押
当てた金属片、または超音波振動子に直付けしたリード
線を介して行なわれている。

また、超音波振動子を移動させたり、回転させたりする
場合には、例えば、モータのプランと整流子と同様な機
構からなる給電部によって１ａ力の供給が行なわれてい
る。

このように、従来は、電力供給装置から超音波振動子へ
の電力供給を接触的に行っている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、超音波振動子は外力を受けることによってそ
の特性が変化するので、従来の電力供給装置による給電
方法では装置の振動が直接超音波振動子に伝わり易いと
いう欠点がある。このため、できるだけ外力が加わらな
いようにして給電しなければならなず、移動させたり、
または回転させたりすることが困難であった。

また、超音波振動子への電力供給を接触的に行っている
ことから、給電部分の機構的な制限を受けるので、この
ことからも超音波振動子を自由に移動させたり、または
回転させたりすることが困難である。たとえ自由に回転
させることができたとしても、給電部の摺動部分におけ
る摩耗等が生じ易いことから信頼性に欠ける。この場合
、給電部に摩耗等が生じ難い材料を選定すれば良いが、
この条件を満たす材料を使用することによって価格が上
昇してしまう。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、超音
波振動子に外力を与えること無しに、この超音波振動子
を自由に移動させたり、または回転させたりすることが
可能な電力供給装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 」二連した目的を達成するためにこの発明によれば、超
音波振動子に電力を供給する駆動回路の出力端に接続さ
れる第１のコイルと、この第１のコイルに磁気的に結合
される第２のコイルと、この第２のコイルに前記超音波
振動子とともに直列に介挿され、前記超音波振動子の共
振周波数に前記第１のコイルと前記第２のコイルとの合
成分を共振させるコンデンサとを具備することを特徴と
する。

［作用］ 第１および第２のコイルを介して非接触的に超音波振動
子に電力が供給されるので、給電部の機構的な制約を受
けることがない。しかして、自由に超音波振動子を移動
させたり、または回転させたりすることができる。また
、摺動部分が無いことから摩耗等が発生しない。

また、超音波振動子の共振周波数に第１のコイルと第２
のコイルとの合成分を共振させろコンデンサを設けたの
で、駆動回路と超音波振動子との間の回路のインピーダ
ンスを略零にすることができる。

また、第１のコイルと第２のコイルの磁気的な結合係数
を変化させることによって、回路のインピーダンスを増
減させることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の第１実施例の概略構成を示す断面図
である。

この図において、ｌは厚みのある円板状に形成された超
音波振動子、２は円柱状に形成された緩衝印材であり、
その下面が前記超音波振動子ｌの上面中央部に固定され
、その上面が円板状に形成された薄板３に固定されてい
る。４は円筒状に巻回されたコイルであり、その下端が
前記薄板３に固定されている。このコイル４の一端がコ
ンデンサ５を介して前記超音波振動子１の一方の出力端
に接続され、他端が超音波振動子ｌの他方の出力端に接
続されている。なお、上述したように、超音波振動子１
は緩衝部材２を介してコイル４に取り付けられるので、
コイル４の機械的な振動が直接伝わり難くい。６は円筒
状に巻回されたコイルであり、前記コイル４と軸心を共
通にして該コイル４の周囲を覆うように配置されている
。これらコイル４とコイル６とは相対的に回転自在にな
っている。また、コイル６の一端が駆動回路７の一方の
出力端に接続され、他端が駆動回路７の他方の出力端に
接続されている。上述した緩衝部材２、薄板３、コイル
４．６、コンデンサ５および駆動回路７は電力供給装置
ＰＳｌを構成する。

第２図は上述した電力供給装置ＰＳｌと超音波振動子ｌ
の電気的接続を示す回路図である。この図において、コ
イル６とコイル４の自己インダクタンスをＬｌ、Ｌ２、
これらの間の相互インダクタンスをＭとし、また、コン
デンサ５のキャパノタンスをＣとすれば、この回路は、
第３図に示す等価回路に置き換えることができろ。ただ
し、この場合、回路のコイル分８．９および１０の各イ
ンダクタンスは（Ｌｌ−Ｍ）、（Ｌ２−Ｍ）、Ｍになる
。

さて、第３図において、図示せぬ電源スィッチがオンに
投入されると、駆動回路７から電力が出力され、これが
コイル分８，９．１０およびコンデンサ５を介して超音
波振動子ｌに供給される。これにより、超音波振動子ｌ
から超音波が放射される。

ここで、超音波振動子ｌへ最大電力を供給するために、
回路のインピーダンスＺを零（理想的）にする。

回路のインピーダンスＺは、 Ｚ＝ｊω（ＬＩ＋Ｌ２−２Ｍ）＋（１／ｊωＣ）■ となり、 ■式より、２＝０とすれば、 Ｃ＝１／（ω２（Ｌ　ｌ　＋Ｌ　２−２Ｍ））・・・・
・・■となる。なお、ωは角周波数であり、周知のごと
く超音波振動子ｌの共振周波数をｆとしたときに２π「
で表される。

したがって、上記■式からコンデンサ５の値を決定する
ことで、回路が超音波振動子１の共振周波数ｆに対して
共振状態となり、回路のインピーダンスＺが零（理想的
）になる。この結果、超音波振動子ｌへ最大電力を供給
することができる。なお、コイル６．４の磁気的な結合
係数を変化させることによって、回路のインピーダンス
を増減させることができるので、超音波振動子ｌへ供給
する電力を制御することができる。

このように、駆動回路７から出力される電力は、コイル
６、コイル４およびコンデンサ５を介して超音波振動子
１に供給されろ。そして、コンデンサ５によって回路の
インピーダンスＺが略零になるので、駆動回路７から出
力される電力が効率良（超音波振動子ｌに供給される。

また、コイル６とコイル４とが磁気的結合しているので
、例えば、コイル６を固定してコイル４を回転させた場
合、機構的な制約が無く高速に回転させることができる
。また、磁気的に結合していることでコイル６の機械的
振動がコイル４には直接伝わらない。

次に、第４図はこの発明の第２実施例の該略構成を示す
断面図である。なお、この図において、前述した第１図
と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略
する。

この図において、１１は螺旋状に巻回されたコイルであ
り、緩衝部材２を介して超音波振動子１に取り付けられ
ている。１２は螺旋状に巻回され、その径を前記コイル
１１より大きくしたコイルであり、該コイル１１の上方
に配置されている。この場合、コイル１２とコイル１１
とは相対的に上下および左右移動可能となっており、こ
れらの相対関係を変えることによって磁気的な結合係数
を変化させることができる。これによって、超音波振動
子ｌへ供給する電力を制御することができる。

なお、コイル１２には図示せぬ駆動回路７が接続されて
いる。上述した緩衝部材２、コイル１１１２および駆動
回路７は電力供給装置ＰＳ２を構成する。

次に、第５図はこの発明の第３実施例の該略構成を示す
断面図である。なお、この実施例は、超音波振動子ｌを
回転する機構を有するものである。

また、この図において、前述した第１図と共通する部分
には同一の符号を付してその説明を省略する。

この図において、１４はモータであり、ケーシング１５
の上面中央部に開けられた貫通孔にはめ込まれている。

このモータ１４の回転軸＋４ａの略中央部分には円筒状
のコイル１６が、その先端部分には円板１７がそれぞれ
取り付けられている。

１８はコイルであり、前記コイル１６の周囲を囲むよう
に前記ケーシング１５内に取り付けられた固定板＋５ａ
に取り付けられている。１９は回転軸であり、前記円板
１７の軸心以外の部分に回動自在に取り付けられている
。この回転軸１９には、その略中央部分に円筒状のコイ
ル２０が取り付けられ、また、その先端部分に円板２１
か取り付けられている。次に、２２はコイルであり、前
記コイル２０の周囲を囲むように円筒状の固定部材２３
によって前記円板１７に取り付けられている。

前記円板２１には、その外周面に歯が形成されており、
前記ケーシング１５の内周面に取り付けられた固定リン
グ２４の外周面に形成された歯とかみ合うようになって
いる。また、円板２１の下面には超音波振動子１が取り
付けられている。前記コイル１８の一端が駆動回路７の
一方の出力端に接続され、他端が駆動回路７の他方の出
力端に接続されている。また、コイル１６の一端がコン
デンサ２５を介してコイル２２の一端に接続され、他端
がコイル２２の他端に接続されている。また、コイル２
０の一端がコンデンサ２６を介して超音波振動子ｌの一
方の出力端に接続され、他端が超音波振動子ｌの他方の
出力端に接続されている。

なお、上述したモータ１４の回転軸１４ａにコイル１６
および円板１７が固定され、また、円板１７にコイル２
２が固定部材２３によって固定されているので、円板１
７を回転させてもコイル１６とコイル２２とが共に回転
するので、これらコイル１６．２２各々を接続する配線
がモータ１４の回転軸１４ｇに絡まることが無い。また
同様に、前記回転軸１９が円板２１に固定され、また回
転軸１つが円板１７に対して回動自在になっているので
、円板２１を固定リング２４に沿って回転させても円板
２１と回転軸１９とが共に回転する。

したがって、コイル２０と超音波振動子１とを接続する
配線が回転軸１９に絡まることが無い。上述した、モー
タ１４、ケーシング１５、取付板１５ａ、コイル１６，
１８，２０，２２、円板１７，２１、回転軸１９および
駆動回路７は電力供給装置ＰＳ３を構成する。

このように構成された電力供給装置ＰＳ３において、図
示せぬ電源スィッチがオンに投入されろと、モータ１４
に電力が供給され、回転軸１４ａが回転する。これによ
って、コイル１６および円板１７が回転するとともに、
円板２１が固定リング２４に沿って回転する。この場合
、コイル１６とコイル１８およびコイル２０とコイル２
２とが磁気的に結合されているので、モータ１４を高速
で回転させることができる。

次に、第６図は上述した電力供給装置ＰＳ３と超音波振
動子１の電気的接続を示す回路図である。

この図において、駆動回路７から出力された電力がコイ
ル１８．１６、コンデンサ２５、コイル２２．２０、コ
ンデンサ２６を介して超音波振動子ｌに供給される。こ
の場合、コンデンサ２５．２６各々のキャバノタンスが
超音波振動子ｌの共振周波数に共振する値に設定されて
いる。なお、コンデンサ２５．２６はいずれか一つだけ
でも適宜その値を設定することでも、超音波振動子１の
共振周波数に共振させることができる。

［発明の効果］ この発明は、上述のとおり構成されているので、次に記
載する効果を奏でる。

超音波振動子に非接触的に電力を供給することができる
。この結果、超音波振動子に外力を加えること無しに、
この超音波振動子を自由に移動させたり、または高速に
回転させたりすることができる。

また、超音波振動子の共振周波数に第１のコイルと第２
のコイルとの合成分を共振させるコンデンサを設けたの
で、駆動回路と超音波振動子との間に回路のインピーダ
ンスを略零にすることができる。これによって、駆動回
路から出力される電力が略全て超音波振動子へ供給され
る。しかして、高効率で電力を超音波振動子に供給する
ことができる。

また、第１のコイルと第２のコイルとの磁気的な結合係
数を変化させて回路のインピーダンスを増減さけること
ができるので、超音波振動子へ供給する電力を制御する
ことができる。

しかして、本発明は、医療分野に用いられる超音波ハイ
パーサーミア装置や、超音波振動子をスキャンさせる機
構を有する超音波治療器等の電力供給装置に用いて好適
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の該略構成を示す断面図
（電気的接続も示す）、 第２図は第１図の電気的構成を示す回路図、第３図は第
２図に示す回路図の等価回路図、第４図はこの発明の第
２実施例の該略構成を示す断面図、 第５図はこの発明の第３実施例の該略構成を示す断面図
（電気的接続も示す）、 第６図は第３実施例の電気的構成を示す回路図である。 ・・・・・・超音波振動子、 ７　・・・ ・・駆動回路、 ８．２ 第１のコイル、 ４．１ ６．２ ・・・・・第２のコイル、 ２５．２ ６　・・・・ コンデンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子に電力を供給する駆動回路の出力端
   に接続される第１のコイルと、この第１のコイルに磁気
   的に結合される第２のコイルと、この第２のコイルに前
   記超音波振動子とともに直列に介挿され、前記超音波振
   動子の共振周波数に前記第１のコイルと前記第２のコイ
   ルとの合成分を共振させるコンデンサとを具備すること
   を特徴とする電力供給装置。
2. （２）前記第１のコイルと前記第２のコイルの磁気的な
   結合係数を変化させることによって、前記超音波振動子
   へ供給する電力を制御することを特徴とする請求項１記
   載の電力供給装置。