JP2020167910A - Power transmission and reception system - Google Patents

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力久 弘昭
Hiroaki Rikihisa
弘昭 力久
大輝 小原
Daiki Obara
大輝 小原
満 増田
Mitsuru Masuda
満 増田
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Abstract

To provide a power transmission and reception system capable of transmitting and receiving power even in the presence of water.SOLUTION: The power transmission and reception system is used for supplying power by a power transmission device 100 from outside a housing 200 to a power receiving device 300 disposed in the housing. The power transmission device includes output means (an oscillator 110) for outputting a signal having a predetermined frequency and a power transmission coupler (an alternating electric field excitation unit 140) for exciting an alternating electric field to the housing based on the signal having the predetermined frequency output from the output means. The power reception device includes a power reception coupler (a power reception coupler 310) for converting the alternating electric field excited to the housing into power and waterproof means (an adhesive 400) for waterproofing electrodes of the power reception coupler.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、送受電システムに関するものである。 The present invention relates to a power transmission / reception system.

特許文献1には、軸対称性を有する同心円状の送電カップラと受電カップラとを配置し、送電カップラおよび受電カップラの中心に金属支柱を貫通させることにより、ワイヤレス伝送可能な距離を延伸させる技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique in which a concentric power transmission coupler and a power reception coupler having axial symmetry are arranged, and a metal support is passed through the center of the power transmission coupler and the power reception coupler to extend a distance capable of wireless transmission. It is disclosed.

特開2015−186294号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-186294

ところで、特許文献1に開示された技術は、コンデンサとインダクタとの共振を利用することから、水が極板間に介在する場合には、電力の伝送が困難となる。すなわち、水と空気は誘電率が80倍程度異なることから、水が極板間に存在すると共振周波数が大幅に変化し、電界共鳴による送受電が困難になるという課題がある。 By the way, since the technique disclosed in Patent Document 1 utilizes the resonance between the capacitor and the inductor, it becomes difficult to transmit electric power when water is interposed between the plates. That is, since the dielectric constants of water and air differ by about 80 times, there is a problem that if water exists between the plates, the resonance frequency changes significantly and it becomes difficult to transmit and receive power by electric field resonance.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、水が存在する場合でも送受電が可能な送受電システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power transmission / reception system capable of transmitting / receiving power even in the presence of water.

上記課題を解決するために、本発明は、筐体内に配置された受電装置に対して筐体外から送電装置にて電力を給電する送受電システムにおいて、前記送電装置は、所定の周波数の信号を出力する出力手段と、前記出力手段から出力される所定の周波数の信号に基づいて、交番電界を前記筐体へ励起する送電カプラと、を有し、前記受電装置は、前記筐体へ励起された前記交番電界を電力に変換する受電カプラと、前記受電カプラの電極を防水する防水手段と、を有することを特徴とする。
水が存在する場合でも送受電が可能な送受電システムを提供することができる。
In order to solve the above problems, the present invention is in a power transmission / reception system in which power is supplied to a power receiving device arranged inside the housing from outside the housing by the power transmission device, wherein the power transmission device transmits a signal having a predetermined frequency. It has an output means for outputting and a power transmission coupler for exciting an alternating electric field to the housing based on a signal of a predetermined frequency output from the output means, and the power receiving device is excited to the housing. It is characterized by having a power receiving coupler that converts the alternating electric field into electric power, and a waterproofing means for waterproofing the electrodes of the power receiving coupler.
It is possible to provide a power transmission / reception system capable of transmitting / receiving power even in the presence of water.

また、本発明は、前記受電カプラは、前記電極が前記筐体の内壁面と対向するように配置されるとともに、前記受電カプラの前記電極の周囲に接着剤が塗布され、前記内壁面と前記電極とが所定の距離離間された状態で接着されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、水が介在する場合でも、送電可能となるとともに、筐体と電極の間を一定に保つことで安定した送電特性を得ることができる。
Further, in the present invention, in the power receiving coupler, the electrodes are arranged so as to face the inner wall surface of the housing, and an adhesive is applied around the electrodes of the power receiving coupler, so that the inner wall surface and the said It is characterized in that the electrodes are adhered to each other in a state of being separated by a predetermined distance.
According to such a configuration, power transmission is possible even when water is present, and stable power transmission characteristics can be obtained by keeping the space between the housing and the electrodes constant.

また、本発明は、前記受電カプラは、中間体によって少なくとも前記電極が配置された面が覆設されるように構成されていることを特徴とする。
このよう構成によれば、中間体によって水の進入を防ぐことで、水が介在する場合でも送受電が可能となる。
Further, the present invention is characterized in that the power receiving coupler is configured such that at least the surface on which the electrodes are arranged is covered with an intermediate.
According to such a configuration, by preventing the ingress of water by the intermediate, it is possible to transmit and receive power even when water intervenes.

また、本発明は、前記防水手段は、前記電極と前記中間体との間に構成されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、中間体と電極の間に水が進入して、特性が変化することを防止できる。
Further, the present invention is characterized in that the waterproof means is configured between the electrode and the intermediate.
According to such a configuration, it is possible to prevent water from entering between the intermediate and the electrode and changing the characteristics.

また、本発明は、前記防水手段は、前記電極と前記筐体との間に構成されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、筐体と電極の間に水が進入して、特性が変化することを防止できる。
Further, the present invention is characterized in that the waterproof means is configured between the electrode and the housing.
According to such a configuration, it is possible to prevent water from entering between the housing and the electrodes and changing the characteristics.

また、本発明は、前記防水手段は、浸入した水を排出するための穴、溝、栓あるいは弁を備えることを特徴とする
このような構成によれば、筐体内へ水が進入した場合でも排水することができる。
Further, the present invention is characterized in that the waterproof means is provided with a hole, a groove, a plug or a valve for draining the infiltrated water, even when water enters the housing according to such a configuration. Can be drained.

また、本発明は、前記防水手段は、Oリングであることを特徴とする。
このような構成によれば、筐体内に水が進入した場合でも確実に動作することができる。
Further, the present invention is characterized in that the waterproof means is an O-ring.
According to such a configuration, it is possible to operate reliably even when water enters the housing.

また、本発明は、前記中間体は、金属ラミネートフィルムによって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、中間体によって水の進入を防ぐとともに、金属層の存在によって、極板と金属層との距離を一定に保つことで、安定した送電特性を得ることができる。
Further, the present invention is characterized in that the intermediate is composed of a metal laminated film.
According to such a configuration, stable power transmission characteristics can be obtained by preventing the ingress of water by the intermediate and keeping the distance between the electrode plate and the metal layer constant due to the presence of the metal layer.

また、本発明は、前記受電装置は、前記筐体内の状態を検出するセンサと、前記センサによって検出された状態を示す情報を送信する送信手段と、を有し、前記センサおよび前記送信手段は、前記受電カプラによって受電された電力によって動作することを特徴とする。
このような構成によれば、筐体内の状態を受信した電力によって、筐体の外部に通知することができる。
Further, in the present invention, the power receiving device includes a sensor for detecting a state inside the housing and a transmitting means for transmitting information indicating the state detected by the sensor, and the sensor and the transmitting means , It is characterized in that it operates by the electric power received by the power receiving coupler.
According to such a configuration, it is possible to notify the outside of the housing by the received power of the state inside the housing.

また、本発明は、前記センサは、前記筐体内の水を検出する水センサであり、前記送信手段は、前記水センサによって検出された水に関する情報を送信する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、筐体内への水の進入を検出して、筐体の外部に通知することができる。
Further, the present invention is characterized in that the sensor is a water sensor that detects water in the housing, and the transmitting means transmits information about water detected by the water sensor.
According to such a configuration, it is possible to detect the ingress of water into the housing and notify the outside of the housing.

また、本発明は、前記防水手段を有しない他の前記受電装置を有し、前記受電装置と、他の前記受電装置から送信される情報に基づいて、前記筐体内の水の有無を判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、2つの受電装置の受電の可否に基づいて筐体内への水の進入を検出することができる。
Further, the present invention has another power receiving device having no waterproof means, and determines the presence or absence of water in the housing based on the power receiving device and the information transmitted from the other power receiving device. , Characterized by.
With such a configuration, it is possible to detect the ingress of water into the housing based on whether or not the two power receiving devices can receive power.

また、本発明は、前記筐体はケーブル芯線の相互接続を行うためのクロージャであることを特徴とする。
このような構成によれば、クロージャ内に水が進入した場合でも確実に動作することができる。
Further, the present invention is characterized in that the housing is a closure for interconnecting cable core wires.
According to such a configuration, even if water enters the closure, it can operate reliably.

また、本発明は、筐体内に配置された受電装置に対して筐体外から送電装置にて電力を給電する送受電システムにおいて、前記送電装置は、所定の周波数の信号を出力する出力手段と、前記出力手段から出力される所定の周波数の信号に基づいて、交番磁界を励起させる送電カプラと、前記送電カプラから出力される交番磁界を交番電界に変換する第1変換手段と、を有し、前記受電装置は、交番電界を交番磁界に変換する第2変換手段と、交番磁界を電力に変換する受電カプラと、前記第2変換手段の交番電界を出力する電極を密閉する密閉手段と、を有することを特徴とする。
水が存在する場合でも送受電が可能な送受電システムを提供することができる。
Further, according to the present invention, in a power transmission / reception system in which power is supplied to a power receiving device arranged inside the housing by a power transmitting device from outside the housing, the power transmitting device comprises an output means for outputting a signal having a predetermined frequency. It has a power transmission coupler that excites an alternating magnetic field based on a signal of a predetermined frequency output from the output means, and a first conversion means that converts the alternating magnetic field output from the power transmission coupler into an alternating electric field. The power receiving device includes a second conversion means for converting an alternating electric field into an alternating magnetic field, a power receiving coupler for converting an alternating magnetic field into electric power, and a sealing means for sealing an electrode for outputting the alternating electric field of the second conversion means. It is characterized by having.
It is possible to provide a power transmission / reception system capable of transmitting / receiving power even in the presence of water.

本発明によれば、水が存在する場合でも送受電が可能な送受電システムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a power transmission / reception system capable of transmitting / receiving power even in the presence of water.

本発明の実施形態に係る送受電システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power transmission / reception system which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す送電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the power transmission apparatus shown in FIG. 図1に示す受電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the power receiving device shown in FIG. 本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation principle of embodiment of this invention. 図3の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of FIG. 送電装置と受電装置の間のSパラメータの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the S parameter between a power transmission device and a power receiving device. 導体板を介して電力を伝送する場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example at the time of transmitting electric power through a conductor plate. 図7の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of FIG. 筐体を介して電力を伝送する場合の配置例である。This is an example of arrangement when power is transmitted via a housing. 互いに接続されていない複数の導体板を介して電力を伝送する場合の構成例である。This is a configuration example in which electric power is transmitted through a plurality of conductor plates that are not connected to each other. 図1に示す受電カプラの筐体への配置態様を示す図である。It is a figure which shows the arrangement mode of the power receiving coupler shown in FIG. 1 in a housing. 本発明の変形実施形態を示す図である。It is a figure which shows the modification embodiment of this invention. 本発明の変形実施形態に係る送電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power transmission apparatus which concerns on the modified embodiment of this invention. 本発明の変形実施形態に係る受電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power receiving device which concerns on the modified embodiment of this invention. 本発明の変形実施形態に係る送電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power transmission apparatus which concerns on the modified embodiment of this invention. 本発明の変形実施形態に係る受電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power receiving device which concerns on the modified embodiment of this invention. 本発明の変形実施形態に係る送受電システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power transmission / reception system which concerns on the modified embodiment of this invention.

次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.

(A)本発明の実施形態の構成例の説明
図1は、本発明の実施形態に係る送受電システムの構成例を示す図である。図1に示すように、送受電システムは、交番電界励起部140および送電制御部170を有する送電装置100と、受電カプラ310および受電制御部380を有する受電装置300を有している。受電装置300は、蓋部210および本体部220を有する筐体200の内部に配置されている。なお、筐体200は、金属部材によって構成されている。また、受電カプラ310は、後述するように、接着剤400によって、本体部220の底面に貼付されている。
(A) Explanation of Configuration Example of Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power transmission / reception system according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power transmission / reception system includes a power transmission device 100 having an alternating electric field excitation unit 140 and a power transmission control unit 170, and a power reception device 300 having a power reception coupler 310 and a power reception control unit 380. The power receiving device 300 is arranged inside the housing 200 having the lid portion 210 and the main body portion 220. The housing 200 is made of a metal member. Further, the power receiving coupler 310 is attached to the bottom surface of the main body 220 by the adhesive 400, as will be described later.

図2は、図1に示す送電装置100の構成例を示す図である。図2の例では、送電装置100は、発振部110、電力増幅部120、電源130、交番電界励起部140、制御部150、および、受信部160を有している。なお、図1に示す送電制御部170は、発振部110、電力増幅部120、電源130、制御部150、および、受信部160によって構成される。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the power transmission device 100 shown in FIG. In the example of FIG. 2, the power transmission device 100 includes an oscillation unit 110, a power amplification unit 120, a power supply 130, an alternating electric field excitation unit 140, a control unit 150, and a reception unit 160. The power transmission control unit 170 shown in FIG. 1 is composed of an oscillation unit 110, a power amplification unit 120, a power supply 130, a control unit 150, and a reception unit 160.

発振部110は、例えば、13.56MHzの正弦波を生成して出力する。なお、周波数は一例であって、これ以外の周波数であってもよい。 The oscillator 110 generates, for example, a 13.56 MHz sine wave and outputs it. The frequency is an example, and may be a frequency other than this.

電力増幅部120は、発振部110から供給される正弦波の電力を、電源130からの電力を用いて増幅して出力する。 The power amplification unit 120 amplifies and outputs the sine wave power supplied from the oscillation unit 110 by using the power from the power supply 130.

電源130は、例えば、一次電池または二次電池(例えば、リチウムイオン電池)によって構成され、電力増幅部120に対して直流電力を供給する。 The power supply 130 is composed of, for example, a primary battery or a secondary battery (for example, a lithium ion battery), and supplies DC power to the power amplification unit 120.

交番電界励起部140は、電力増幅部120から供給される交流電力によって、交番電界を発生する。なお、交番電界励起部140の構成については後述する。 The alternating electric field excitation unit 140 generates an alternating electric field by the AC power supplied from the power amplification unit 120. The configuration of the alternating electric field excitation unit 140 will be described later.

制御部150は、装置の各部を制御するともとに、受信部160によって受信された信号に含まれる情報に応じた処理を実行する。 The control unit 150 controls each unit of the device and executes processing according to the information included in the signal received by the reception unit 160.

受信部160は、後述する送信部370から送信される信号を受信し、復調処理を施して信号に含まれる情報を抽出し、制御部150に供給する。 The receiving unit 160 receives the signal transmitted from the transmitting unit 370, which will be described later, performs demodulation processing to extract the information contained in the signal, and supplies the information to the control unit 150.

図3は、図1に示す受電装置300の構成例を示す図である。図3の例では、受電装置300は、受電カプラ310、整流部320、蓄電部330、安定化電源340、制御部350、センサ360、および、送信部370を有している。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the power receiving device 300 shown in FIG. In the example of FIG. 3, the power receiving device 300 includes a power receiving coupler 310, a rectifying unit 320, a power storage unit 330, a regulated power supply 340, a control unit 350, a sensor 360, and a transmitting unit 370.

ここで、受電カプラ310は、交番電界励起部140によって励起された交番電界を受電し、交流電力として整流部320に供給する。なお、受電カプラ310の詳細は後述する。 Here, the power receiving coupler 310 receives the alternating electric power excited by the alternating electric field excitation unit 140 and supplies it to the rectifying unit 320 as AC power. The details of the power receiving coupler 310 will be described later.

整流部320は、受電カプラ310から供給される交流電力を整流して直流電力に変換して出力する。 The rectifying unit 320 rectifies the AC power supplied from the power receiving coupler 310, converts it into DC power, and outputs it.

蓄電部330は、例えば、二次電池、スーパキャパシタ、電解コンデンサ等によって構成され、整流部320から出力される脈流電流を平滑化して出力する。 The power storage unit 330 is composed of, for example, a secondary battery, a super capacitor, an electrolytic capacitor, or the like, and smoothes and outputs the pulsating current output from the rectifying unit 320.

なお、補助的な一次電池を接続しても良い。例えば、水の浸入によって電池を駆動するスイッチや機構を組み込むことで、水が浸入した場合に補助的に電力を増加させて、水の排出や、遠距離への水の浸入の通知を行っても良い。 An auxiliary primary battery may be connected. For example, by incorporating a switch or mechanism that drives the battery by the ingress of water, the electric power is supplementarily increased when the ingress of water, and the discharge of water or the intrusion of water over a long distance is notified. Is also good.

安定化電源340は、例えば、DC−DCコンバータ等によって構成され、蓄電部330から出力される直流電力を所定の電圧に降圧または昇圧して出力する。 The regulated power supply 340 is composed of, for example, a DC-DC converter or the like, and outputs the DC power output from the power storage unit 330 by stepping down or boosting the DC power to a predetermined voltage.

制御部350は、装置の各部を制御するとともに、センサ360によって検知された情報を、送信部370を介して送信する。 The control unit 350 controls each unit of the device and transmits the information detected by the sensor 360 via the transmission unit 370.

センサ360は、例えば、水を検知する水センサによって構成され、筐体200内に水が浸入した場合には、進入した水を検知して制御部350に通知する。 The sensor 360 is composed of, for example, a water sensor that detects water, and when water has entered the housing 200, it detects the invading water and notifies the control unit 350 of it.

センサの駆動とともに、LED等を点灯しても良い。これにより、割れない程度に小さくした透明の窓から、LEDで明るくなった内部を目視で確認できる。あるいは、水が浸入した場合と進入しない場合とで色の違うLEDを点灯することで、目視により水の浸入を検知できる。 The LED or the like may be turned on while driving the sensor. As a result, the inside brightened by the LED can be visually confirmed from the transparent window that is small enough not to break. Alternatively, the intrusion of water can be visually detected by lighting the LEDs having different colors depending on whether the water has entered or not.

送信部370は、制御部350から供給される情報に基づいて搬送波を変調し、例えば、電磁波に変換して送信する。 The transmission unit 370 modulates the carrier wave based on the information supplied from the control unit 350, converts it into an electromagnetic wave, and transmits it, for example.

つぎに、図4〜図6を参照して、本実施形態に係るワイヤレス給電の動作原理について説明する。 Next, the operating principle of the wireless power supply according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6.

図4は、電界共鳴を利用した送受電システムの動作原理を説明するための図である。この図の例では、送受電システム1は、送電装置10、および、受電装置20を有している。 FIG. 4 is a diagram for explaining the operating principle of a power transmission / reception system using electric field resonance. In the example of this figure, the power transmission / reception system 1 has a power transmission device 10 and a power reception device 20.

ここで、送電装置10は、電極11,12、インダクタ13,14、接続線15,16、および、交流電力発生部17を有している。また、受電装置20は、電極21,22、インダクタ23,24、接続線25,26、および、負荷27を有している。電極11,12およびインダクタ13,14は送電カプラを構成する。電極21,22およびインダクタ23,24は受電カプラを構成する。 Here, the power transmission device 10 has electrodes 11, 12, inductors 13, 14, connecting lines 15, 16, and an AC power generating unit 17. Further, the power receiving device 20 has electrodes 21 and 22, inductors 23 and 24, connecting lines 25 and 26, and a load 27. The electrodes 11 and 12 and the inductors 13 and 14 form a power transmission coupler. The electrodes 21 and 22 and the inductors 23 and 24 form a power receiving coupler.

ここで、電極11,12は、導電性を有する部材によって構成され、所定の距離d1を隔てて配置されている。図4の例では、電極11,12,21,22として、略同一のサイズを有する矩形形状を有する平板状の電極が例示されている。また、電極11と電極21は距離d2を隔てて対向するように平行に配置され、電極12と電極22も同じ距離d2を隔てて対向するように平行に配置されている。なお、電極11,12,21,22としては、図4に示す以外の形状の電極であってもよい。例えば、円形または楕円形状の平板電極であったり、球形等の立体形状であったり、平板ではなく湾曲した形状または屈曲した形状の電極であったりしてもよい。 Here, the electrodes 11 and 12 are made of conductive members and are arranged at a predetermined distance d1. In the example of FIG. 4, as the electrodes 11, 12, 21 and 22, a flat plate-shaped electrode having a rectangular shape having substantially the same size is exemplified. Further, the electrode 11 and the electrode 21 are arranged in parallel so as to face each other with a distance d2, and the electrode 12 and the electrode 22 are also arranged in parallel so as to face each other with the same distance d2. The electrodes 11, 12, 21, 22 may be electrodes having a shape other than that shown in FIG. For example, it may be a circular or elliptical flat plate electrode, a three-dimensional shape such as a sphere, or an electrode having a curved or bent shape instead of a flat plate.

電極11および電極12の距離d1を含む合計幅Dは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ/2πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。同様に、電極21および電極22の距離d1を含む合計幅Dは、λ/2πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。また、電極11と電極21および電極12と電極22の間の距離d2についても、λ/2πで示される近傍界よりも短くなるように設定されている。 The total width D including the distance d1 between the electrodes 11 and 12 is set to be narrower than the near field represented by λ / 2π when the wavelength of the electric field radiated from these electrodes is λ. .. Similarly, the total width D including the distance d1 between the electrode 21 and the electrode 22 is set to be narrower than the near field represented by λ / 2π. Further, the distance d2 between the electrode 11 and the electrode 21 and the electrode 12 and the electrode 22 is also set to be shorter than the near field indicated by λ / 2π.

インダクタ13,14は、例えば、導電性の線材(例えば、銅線)を巻回して構成され、図4の例では、電極11,12の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線15はインダクタ13の他端と交流電力発生部17の出力端子の一端とを接続する導電性の線材(例えば、銅線)によって構成される。接続線16はインダクタ14の他端と交流電力発生部17の出力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線15,16は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。 The inductors 13 and 14 are configured by winding, for example, a conductive wire (for example, a copper wire), and in the example of FIG. 4, one end of each is electrically connected to the ends of the electrodes 11 and 12. .. The connection wire 15 is composed of a conductive wire (for example, a copper wire) that connects the other end of the inductor 13 and one end of the output terminal of the AC power generating unit 17. The connection wire 16 is composed of a conductive wire rod that connects the other end of the inductor 14 and the other end of the output terminal of the AC power generating unit 17. The connecting lines 15 and 16 are composed of a coaxial cable or a balanced cable.

交流電力発生部17は、所定の周波数の交流電力を発生し、接続線15,16を介してインダクタ13,14に供給する。 The AC power generation unit 17 generates AC power of a predetermined frequency and supplies it to the inductors 13 and 14 via the connection lines 15 and 16.

電極21,22は、電極11,12と同様に、導電性を有する部材によって構成され、所定の距離d1を隔てて配置されている。 Like the electrodes 11 and 12, the electrodes 21 and 22 are made of conductive members and are arranged at a predetermined distance d1.

インダクタ23,24は、例えば、導電性の線材を巻回して構成され、図4の例では、電極21,22の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線25はインダクタ23の他端と負荷27の入力端子の一端とを接続する導電性の線材(例えば、銅線)によって構成される。接続線26はインダクタ24の他端と負荷27の入力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線25,26は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。 The inductors 23 and 24 are configured by winding, for example, a conductive wire rod, and in the example of FIG. 4, one end of each is electrically connected to the ends of the electrodes 21 and 22. The connection wire 25 is composed of a conductive wire (for example, a copper wire) that connects the other end of the inductor 23 and one end of the input terminal of the load 27. The connection wire 26 is composed of a conductive wire rod that connects the other end of the inductor 24 and the other end of the input terminal of the load 27. The connection lines 25 and 26 are composed of a coaxial cable or a balanced cable.

負荷27は、交流電力発生部17から出力され、送電カプラおよび受電カプラを介して伝送された電力が供給される。なお、負荷27は、例えば、整流装置および二次電池等によって構成されている。もちろん、これ以外であってもよい。 The load 27 is output from the AC power generation unit 17, and the power transmitted via the power transmission coupler and the power reception coupler is supplied. The load 27 is composed of, for example, a rectifier, a secondary battery, and the like. Of course, it may be other than this.

図5は、図4に示す送受電システム1の等価回路を示す図である。この図5において、インピーダンス2は交流電力発生部17の出力インピーダンスを示し、インピーダンス27は負荷27の入力インピーダンスを示す。ここでは、ともにZ0の値を有するとして説明する。なお、等価回路に明示されない接続線15,16及び接続線25,26の特性インピーダンスもZ0とする。インダクタ3a,3cはインダクタ13,14に対応し、Lの素子値を有している。キャパシタ4aは、電極11,12の間に生じる素子値Cのキャパシタから、電極11,12と電極21,22の間に生じる素子値2Cmのキャパシタの1/2の値を減じた素子値(C−Cm)を有する。キャパシタ4b,4dは、電極11,12と電極21,22の間に生じるキャパシタを示し、2Cmの素子値を有している。キャパシタ4cは、電極21,22の間に生じる素子値Cのキャパシタから、電極11,12と電極21,22の間に生じる素子値2Cmのキャパシタの1/2の値を減じた素子値(C−Cm)を有する。インダクタ3b,3dはインダクタ23,24に対応し、Lの素子値を有している。 FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of the power transmission / reception system 1 shown in FIG. In FIG. 5, impedance 2 indicates the output impedance of the AC power generating unit 17, and impedance 27 indicates the input impedance of the load 27. Here, it will be described that both have a value of Z0. The characteristic impedances of the connection lines 15 and 16 and the connection lines 25 and 26, which are not specified in the equivalent circuit, are also set to Z0. The inductors 3a and 3c correspond to the inductors 13 and 14 and have an element value of L. The capacitor 4a is obtained by subtracting half the value of the capacitor having the element value C generated between the electrodes 11 and 12 from the value of 1/2 of the capacitor having the element value 2 Cm generated between the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22 (C). -Cm). Capacitors 4b and 4d represent capacitors generated between electrodes 11 and 12 and electrodes 21 and 22, and have an element value of 2 Cm. The capacitor 4c is the element value (C) obtained by subtracting the value of 1/2 of the capacitor having the element value of 2 Cm generated between the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22 from the capacitor having the element value C generated between the electrodes 21 and 22. -Cm). The inductors 3b and 3d correspond to the inductors 23 and 24 and have an element value of L.

図6は、送電装置10と受電装置20の間のSパラメータの周波数特性を示している。具体的には、図6の横軸は周波数を示し、縦軸は送電装置10から受電装置20への挿入損失(S21)を示している。この図6に示すように、送電装置10から受電装置20への挿入損失は、周波数fでインピーダンス極大値を有し、周波数fおよびfでインピーダンス整合点、すなわち、共振点を有している。ここで、周波数fは、図5に示すインダクタ3a〜3dのインダクタンス値Lと、電極11,12または電極21,22によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Cによって定まる。また、周波数fおよびfは、図5に示すインダクタ3a〜3dのインダクタンス値Lと、電極11,12および電極21,22によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値2Cmと、ならびに、電極11,12の間および電極21,22の間にそれぞれ生じるキャパシタのキャパシタンス値Cによって近似値として定まる。 FIG. 6 shows the frequency characteristics of the S-parameters between the power transmitting device 10 and the power receiving device 20. Specifically, the horizontal axis of FIG. 6 indicates the frequency, and the vertical axis indicates the insertion loss (S21) from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20. As shown in FIG. 6, the insertion loss from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20 has an impedance maximum value at frequencies f C , and has an impedance matching point, that is, a resonance point at frequencies f L and f H. ing. Here, the frequency f C is determined by the inductance value L of the inductors 3a to 3d shown in FIG. 5 and the capacitance value C of the capacitor formed by the electrodes 11 and 12 or the electrodes 21 and 22. The frequencies f L and f H are the inductance values L of the inductors 3a to 3d shown in FIG. 5, the capacitance values 2 Cm of the capacitors formed by the electrodes 11 and 12 and the electrodes 21 and 22, and the electrodes 11 and 12. It is determined as an approximate value by the capacitance value C of the capacitor generated between the electrodes 21 and 22, respectively.

交流電力発生部17が発生する交流電力の周波数は、図6に示すfまたはfと等しくなるように設定される。このように、交流電力発生部17の周波数を設定することにより、送電装置10から受電装置20への挿入損失が略0dBとなることから、送電装置10から受電装置20に対して損失なく電力を送信することができる。 The frequency of the AC power generated by the AC power generating unit 17 is set to be equal to f L or f H shown in FIG. By setting the frequency of the AC power generating unit 17 in this way, the insertion loss from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20 becomes approximately 0 dB, so that the power can be supplied from the power transmitting device 10 to the power receiving device 20 without loss. Can be sent.

図4に示す構成では、送電装置10の電極11,12と受電装置20の電極21,22は、電界共振結合されており、送電装置10の電極11,12から受電装置20の電極21,22に対して電界によって交流電力が伝送される。 In the configuration shown in FIG. 4, the electrodes 11 and 12 of the power transmitting device 10 and the electrodes 21 and 22 of the power receiving device 20 are electroresonically coupled, and the electrodes 11 and 12 of the power transmitting device 10 to the electrodes 21 and 22 of the power receiving device 20. AC power is transmitted by the electric field.

つまり、図4に示す構成では、送電装置10の電極11,12と受電装置20の電極21,22は、近傍界であるλ/2πよりも短い距離d2だけ隔てて配置されているので、電極11,12から放射される電界成分が支配的である領域に電極21,22が配置される。また、電極11,12の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ13,14による共振周波数と、電極21,22の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ23,24による共振周波数とは略等しくなるように設定されている。このように、送電装置10の電極11,12と受電装置20の電極21,22は、電界共振結合されていることから、送電装置10の電極11,12から受電装置20の電極21,22に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。 That is, in the configuration shown in FIG. 4, the electrodes 11 and 12 of the power transmission device 10 and the electrodes 21 and 22 of the power receiving device 20 are arranged so as to be separated by a distance d2 shorter than the near field λ / 2π. Electrodes 21 and 22 are arranged in a region where the electric field components radiated from 11 and 12 are dominant. Further, the resonance frequency of the capacitors and inductors 13 and 14 formed between the electrodes 11 and 12 is set to be substantially equal to the resonance frequency of the capacitors and inductors 23 and 24 formed between the electrodes 21 and 22. Has been done. As described above, since the electrodes 11 and 12 of the power transmitting device 10 and the electrodes 21 and 22 of the power receiving device 20 are electrically resonated, the electrodes 11 and 12 of the power transmitting device 10 are connected to the electrodes 21 and 22 of the power receiving device 20. On the other hand, AC power is efficiently transmitted by the electric field.

以上の例は、送電カプラと、受電カプラが対向して配置される場合の例であるが、図7に示すように、送電カプラを構成する電極11,12と、受電カプラを構成する電極21,22が導電板500を挟んで配置されるとともに、これらが所定の距離だけ離間して配置される場合にも、送電カプラから受電カプラに電力を送電することができることが実験によって分かっている。この場合には、送電カプラが導電板500に対して交番電界を励起し、励起された交番電界が導電板を伝播して受電カプラに交流電力を発生させる。実験によると、受電カプラが導電板500から20cm以内の位置に配置される場合、送電装置100から受電装置300に給電される効率は20%程度を達成することができるので、例えば、送電装置100が50Wの出力である場合、受電装置300は10Wの電力を受電することができる。 The above example is an example in which the power transmission coupler and the power reception coupler are arranged so as to face each other. As shown in FIG. 7, the electrodes 11 and 12 constituting the power transmission coupler and the electrodes 21 constituting the power reception coupler 21 It has been experimentally found that power can be transmitted from the power transmission coupler to the power receiving coupler even when the power plates and 22 are arranged so as to sandwich the conductive plate 500 and are arranged apart from each other by a predetermined distance. In this case, the power transmission coupler excites an alternating electric field with respect to the conductive plate 500, and the excited alternating electric field propagates through the conductive plate to generate AC power in the power receiving coupler. According to the experiment, when the power receiving coupler is arranged at a position within 20 cm from the conductive plate 500, the efficiency of supplying power from the power transmitting device 100 to the power receiving device 300 can achieve about 20%. Therefore, for example, the power transmitting device 100 When is an output of 50 W, the power receiving device 300 can receive a power of 10 W.

図8は、図7の実施形態の等価回路を示す図である。なお、図8において、図5と対応する部分には同一の符号を付している。図8に示すように、本発明の実施形態では、送電カプラが有する電極4e,4fによって、破線で示す筐体に交番電界が励起される。このような交番電界は、筐体を伝送され、電極4g,4hによって受電される。電極4g,4hによって受電された電力は、負荷27に供給される。なお、破線で示す筐体は、インダクタを介して接地されている。なお、接地はインダクタではなく、キャパシタでもよい。 FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit according to the embodiment of FIG. In FIG. 8, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG. As shown in FIG. 8, in the embodiment of the present invention, the electrodes 4e and 4f of the power transmission coupler excite an alternating electric field in the housing shown by the broken line. Such an alternating electric field is transmitted through the housing and is received by the electrodes 4g and 4h. The electric power received by the electrodes 4g and 4h is supplied to the load 27. The housing shown by the broken line is grounded via an inductor. The ground may be a capacitor instead of an inductor.

図9は、図2に示す交番電界励起部140と、図3に示す受電カプラ310の構成例を示す図である。図9(A)の左側に示すように、交番電界励起部140は、誘電体によって構成される回路基板101の表面に2つの電極142,143が所定の距離を隔てて配置されて構成される。図9(A)の右側に示すように、受電カプラ310は、回路基板311の表面に2つの電極312,213が所定の距離を隔てて配置されて構成される。なお、図9の例では、交番電界励起部140と受電カプラ310が同様の構成を有する場合を例に挙げている。 FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the alternating electric field excitation unit 140 shown in FIG. 2 and the power receiving coupler 310 shown in FIG. As shown on the left side of FIG. 9A, the alternating electric field excitation portion 140 is configured such that two electrodes 142 and 143 are arranged on the surface of a circuit board 101 composed of a dielectric material at a predetermined distance. .. As shown on the right side of FIG. 9A, the power receiving coupler 310 is configured such that two electrodes 312 and 213 are arranged on the surface of the circuit board 311 at a predetermined distance. In the example of FIG. 9, the case where the alternating electric field excitation unit 140 and the power receiving coupler 310 have the same configuration is taken as an example.

図9(B)は、交番電界励起部140と受電カプラ310とが筐体200を構成する金属部材を介して結合される様子を模式的に示す図である。図9(B)に模式的に示すように、交番電界励起部140は、電極142,143が筐体200側を向くようにして使用者(管理者)によって保持される。また、受電装置300の受電カプラ310は、電極312,313が筐体200側を向くように配置される。この場合、図7と同様に、送電装置100から受電装置300に対して電力を伝送することができる。 FIG. 9B is a diagram schematically showing how the alternating electric field excitation unit 140 and the power receiving coupler 310 are coupled via a metal member constituting the housing 200. As schematically shown in FIG. 9B, the alternating electric field excitation unit 140 is held by the user (administrator) with the electrodes 142 and 143 facing the housing 200 side. Further, the power receiving coupler 310 of the power receiving device 300 is arranged so that the electrodes 312 and 313 face the housing 200 side. In this case, as in FIG. 7, electric power can be transmitted from the power transmitting device 100 to the power receiving device 300.

なお、図1に示す筐体200では、蓋部210と本体部220との間にギャップが存在し、蓋部210と本体部220とが相互に電気的に接続されていない場合も存在する。図10は、相互に接続されていない導体板501〜503が存在する場合に、導体板501の裏面に対向するように電極11,12を配置し、導体板502の表(おもて)面に対向するように電極21A,22Aを配置し、導体板503の表面に対向するように電極21B,22Bを配置した状態を示す。このような状態において、電極11,12によって導体板501に交番電界を励起するとき、導体板502上に設けられた電極21A,21Bには交流電力が生じ、導体板503上に設けられた電極21A,21Bにも交流電力が生じることが確認された。 In the housing 200 shown in FIG. 1, there may be a gap between the lid 210 and the main body 220, and the lid 210 and the main body 220 may not be electrically connected to each other. In FIG. 10, when the conductor plates 501 to 503 that are not connected to each other are present, the electrodes 11 and 12 are arranged so as to face the back surface of the conductor plate 501, and the front surface (front surface) of the conductor plate 502 is shown. The electrodes 21A and 22A are arranged so as to face each other, and the electrodes 21B and 22B are arranged so as to face the surface of the conductor plate 503. In such a state, when an alternating electric field is excited in the conductor plate 501 by the electrodes 11 and 12, alternating current is generated in the electrodes 21A and 21B provided on the conductor plate 502, and the electrodes provided on the conductor plate 503. It was confirmed that AC power was also generated in 21A and 21B.

このため、図1に示すように、筐体200の蓋部210と本体部220とが相互に電気的に接続されていない場合であっても、送電装置100から受電装置300に対して電力を供給することができる。 Therefore, as shown in FIG. 1, even when the lid 210 and the main body 220 of the housing 200 are not electrically connected to each other, electric power is supplied from the power transmitting device 100 to the power receiving device 300. Can be supplied.

図11は、図1に示す実施形態において、受電カプラ310の本体部220への配置状態を示す図である。図11に示すように、受電カプラ310は、電極312,313が本体部220の内面側に対向するように配置される。また、受電カプラ310と本体部220の内面の間には、接着剤400が塗布されている。接着剤400は所定の厚みを有しており、この結果、受電カプラ310は、本体部220の内面から所定の距離だけ離間されて配置される。なお、離間される距離は、例えば、3mm以内とすることが望ましい。 FIG. 11 is a diagram showing an arrangement state of the power receiving coupler 310 on the main body 220 in the embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 11, the power receiving coupler 310 is arranged so that the electrodes 312 and 313 face the inner surface side of the main body 220. Further, an adhesive 400 is applied between the power receiving coupler 310 and the inner surface of the main body 220. The adhesive 400 has a predetermined thickness, and as a result, the power receiving coupler 310 is arranged at a predetermined distance from the inner surface of the main body 220. The distance to be separated is preferably within 3 mm, for example.

図11に示すように、受電カプラ310の電極312,313の周囲を囲繞するように接着剤400を配置し、受電カプラ310の電極312,313側を本体部220の内面に対して接着するようにしたので、筐体200の内部に水が浸入した場合であっても、電極312,313と本体部220の内面との間に水が浸入し、誘電率の変化に起因して受電カプラ310の共振周波数が変化することを防止できる。また、図11に示す構成によれば、本体部220と受電カプラ310の距離を常に一定に保つことができるため、これらの間の容量成分を一定に保つことで、共振周波数を一定に保ち、安定した受電を行うことができる。 As shown in FIG. 11, the adhesive 400 is arranged so as to surround the electrodes 312 and 313 of the power receiving coupler 310, and the electrodes 312 and 313 of the power receiving coupler 310 are adhered to the inner surface of the main body 220. Therefore, even if water enters the inside of the housing 200, water enters between the electrodes 312 and 313 and the inner surface of the main body 220, and the power receiving coupler 310 is caused by the change in the dielectric constant. It is possible to prevent the resonance frequency of the above from changing. Further, according to the configuration shown in FIG. 11, since the distance between the main body 220 and the power receiving coupler 310 can always be kept constant, the resonance frequency can be kept constant by keeping the capacitance component between them constant. Stable power reception can be performed.

(B)本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。例えば、図1に示す筐体200内に、重要な設備(例えば、ネットワークの通信機器、電気設備等)が配置されるとともに、筐体200が屋外または地下の共同溝等に配置される場合、筐体200の内部に水が浸入していないか調査する必要がある。従来においては、筐体200の蓋部210を取り外して目視によって内部を点検したり、筐体200の一部に透明な窓部等を設け、窓部を介して目視によって内部を点検したりしていた。
(B) Description of Operation of Embodiment of the Present Invention Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. For example, when important equipment (for example, network communication equipment, electrical equipment, etc.) is arranged in the housing 200 shown in FIG. 1, and the housing 200 is arranged in an outdoor or underground utility tunnel or the like. It is necessary to investigate whether water has entered the inside of the housing 200. Conventionally, the lid 210 of the housing 200 is removed and the inside is visually inspected, or a transparent window or the like is provided in a part of the housing 200 and the inside is visually inspected through the window. Was there.

蓋部210を取り外す場合、取り外し作業が必要になるため、筐体200が多数存在する場合は、多大な労力を必要とするという問題点があった。 When removing the lid 210, a removal operation is required, so that there is a problem that a great deal of labor is required when there are a large number of housings 200.

また、透明な窓部を設ける場合、当該窓部から内部が目視できる位置まで管理者が移動しなければならず、例えば、高い場所に配置される場合には、はしご等が必要になるという問題点があった。また、窓部は、アクリル等の樹脂によって構成される場合が多いことから、筐体200が屋外に配置される場合には、アクリルが紫外線によって劣化し、窓部から水が内部に進入する場合があるという問題点があった。 In addition, when a transparent window is provided, the administrator must move from the window to a position where the inside can be seen. For example, when the window is placed in a high place, a ladder or the like is required. There was a point. Further, since the window portion is often composed of a resin such as acrylic, when the housing 200 is arranged outdoors, the acrylic is deteriorated by ultraviolet rays and water enters the inside through the window portion. There was a problem that there was.

一方、本実施形態では、送電装置100を管理者が手に持つか、あるいは、延長棒の先に送電装置100を取り付けて、筐体200に近づけるだけで、水の浸入の有無を知ることができるので、管理者の労力を大幅に低減することができる。 On the other hand, in the present embodiment, it is possible to know whether or not water has infiltrated by simply holding the power transmission device 100 in the hand or attaching the power transmission device 100 to the tip of the extension rod and bringing it closer to the housing 200. Since it can be done, the labor of the administrator can be greatly reduced.

すなわち、管理者が、送電装置100の電源をオンの状態にすると、制御部150が装置の各部の動作を開始させる。発振部110は、所定の周波数の正弦波を生成して電力増幅部120に出力する。電力増幅部120は、発振部110から供給される正弦波の電力を電源130からの電力に基づいて増幅して出力する。交番電界励起部140は、筐体200に対して交番電界を励起させる。 That is, when the manager turns on the power of the power transmission device 100, the control unit 150 starts the operation of each part of the device. The oscillating unit 110 generates a sine wave having a predetermined frequency and outputs it to the power amplification unit 120. The power amplification unit 120 amplifies and outputs the sine wave power supplied from the oscillation unit 110 based on the power from the power supply 130. The alternating electric field excitation unit 140 excites the alternating electric field with respect to the housing 200.

送電装置100によって筐体200に励起された交番電界は、図7または図10と同様の原理によって、本体部220に伝達され、本体部220の底面から受電カプラ310に伝送される。この結果、受電カプラ310の電極312,313には交流電力が励起される。 The alternating electric field excited by the power transmission device 100 to the housing 200 is transmitted to the main body 220 by the same principle as in FIG. 7 or 10, and is transmitted from the bottom surface of the main body 220 to the power receiving coupler 310. As a result, AC power is excited to the electrodes 312 and 313 of the power receiving coupler 310.

電極312,313に励起された交流電力は、整流部320によって整流された後、蓄電部330に蓄電される。安定化電源340は、蓄電部330に蓄電された直流電力を、昇圧または降圧して制御部350に供給する。これにより、制御部350が動作可能な状態になる。 The AC power excited by the electrodes 312 and 313 is rectified by the rectifying unit 320 and then stored in the power storage unit 330. The regulated power supply 340 boosts or lowers the DC power stored in the power storage unit 330 and supplies it to the control unit 350. As a result, the control unit 350 becomes operable.

制御部35が動作可能な状態になると、制御部350は、センサ360からの検出信号を取得し、筐体200の内部に水が進入しているか否かを示す情報を生成して送信部370に供給する。 When the control unit 35 becomes operable, the control unit 350 acquires the detection signal from the sensor 360 and generates information indicating whether or not water has entered the inside of the housing 200 to generate the transmission unit 370. Supply to.

送信部370は、制御部350から供給された情報に基づいて所定の周波数の搬送波を変調し、送電装置100に対して送信する。なお、搬送波としては、電界を用いて伝送してもよいし、あるいは、電磁波、音波を用いるようにてしもよい。 The transmission unit 370 modulates a carrier wave having a predetermined frequency based on the information supplied from the control unit 350, and transmits the carrier wave to the power transmission device 100. As the carrier wave, an electric field may be used for transmission, or an electromagnetic wave or a sound wave may be used.

このような搬送波を受信した受信部160は、搬送波を復調して重畳されている情報を抽出し、制御部150に供給する。制御部150は、供給された情報を参照し、例えば、筐体200の内部に水が進入している場合には、例えば、図示しないスピーカから警告音を出力したり、図示しない表示部に警告メッセージを表示したりすることで、管理者に水の進入を伝えることができる。 The receiving unit 160 that has received such a carrier wave demodulates the carrier wave, extracts the superimposed information, and supplies it to the control unit 150. The control unit 150 refers to the supplied information, and for example, when water has entered the inside of the housing 200, for example, outputs a warning sound from a speaker (not shown) or warns a display unit (not shown). By displaying a message, it is possible to inform the administrator of the ingress of water.

以上に説明したように、本発明の実施形態では、図1に示すように、筐体200の内部に受電装置300を配置するとともに、受電カプラ310を図11に示すように、接着剤400を介して本体部220の内面に固定するようにしたので、筐体200の内部に水が進入した場合でも、交番電界を受信して電力を生成することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the power receiving device 300 is arranged inside the housing 200, and the power receiving coupler 310 is attached to the adhesive 400 as shown in FIG. Since it is fixed to the inner surface of the main body 220 via the via, even when water enters the inside of the housing 200, the alternating electric field can be received and electric power can be generated.

また、受電装置300部と本体部220の間に水が入りにくく、また抜けやすい構造にするようにしてもよい。より具体的には、たとえば、受電装置300部と本体部220との間に適宜、弁や、穴、溝あるいは栓を設けることで、水が入りにくく、また抜けやすい構造にすることができる。このような構成とすることで、筐体200の内部に水が進入した場合でも、交番電界を受信して電力を生成することができる。 Further, the structure may be such that water does not easily enter between the power receiving device 300 and the main body 220 and easily escapes. More specifically, for example, by appropriately providing a valve, a hole, a groove, or a plug between the power receiving device 300 portion and the main body 220 portion, it is possible to form a structure in which water is difficult to enter and easily escapes. With such a configuration, even when water enters the inside of the housing 200, it is possible to receive an alternating electric field and generate electric power.

また、本発明の実施形態では、筐体200が金属等の導電性部材で構成されている場合であっても、送電装置100から受電装置300に対して電力を供給し、筐体200の蓋部210開けることなく、内部の状態を知ることができる。このため、管理者の労力を削減することが可能になる。 Further, in the embodiment of the present invention, even when the housing 200 is made of a conductive member such as metal, power is supplied from the power transmission device 100 to the power receiving device 300, and the lid of the housing 200 is covered. The internal state can be known without opening the part 210. Therefore, it is possible to reduce the labor of the administrator.

(C)変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述した場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。
(C) Description of Modified Embodiment It goes without saying that each of the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to the above-mentioned case.

例えば、前述した実施形態では、図11に示すように、受電カプラ310を接着剤400によって本体部220に固定するようにしたが、図12に示すように、受電カプラ310を、中間体によって被覆し、被覆した受電カプラ310を筐体200の内部に配置するようにしてもよい。より詳細には、図12の例では、受電カプラ310を、金属と樹脂のラミネート構造を有する金属ラミネートフィルム420,430によって被覆している。金属ラミネートフィルム420,430の一例としては、40μmのアルミニウム箔に24μmのナイロン樹脂をラミネートしたアルミラミネートフィルムを使用することができる。もちろん、これ以外の厚さのアルミラミネートフィルムを使用してもよい。この場合、図10と同様の原理によって、筐体200からアルミ箔を介して受電カプラ310に電力が供給される。また、アルミラミネートフィルムは樹脂で被覆されているので、筐体200内に入れても、不用意なショートが発生することがない。また、フィルム状であることから、筐体200内で折り曲げることができるので、筐体200内へ簡易に敷設することができる。 For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 11, the power receiving coupler 310 is fixed to the main body 220 by the adhesive 400, but as shown in FIG. 12, the power receiving coupler 310 is covered with an intermediate. However, the covered power receiving coupler 310 may be arranged inside the housing 200. More specifically, in the example of FIG. 12, the power receiving coupler 310 is covered with metal laminating films 420 and 430 having a metal-resin laminated structure. As an example of the metal laminate films 420 and 430, an aluminum laminate film obtained by laminating a 24 μm nylon resin on a 40 μm aluminum foil can be used. Of course, an aluminum laminated film having a thickness other than this may be used. In this case, power is supplied from the housing 200 to the power receiving coupler 310 via the aluminum foil by the same principle as in FIG. Further, since the aluminum laminated film is coated with resin, even if it is put in the housing 200, an inadvertent short circuit does not occur. Further, since it is in the form of a film, it can be bent inside the housing 200, so that it can be easily laid inside the housing 200.

なお、図12の例では、受電カプラ310の両面が被覆されているが、電極が配置されている面だけが被覆されるようにしてもよい。 In the example of FIG. 12, both sides of the power receiving coupler 310 are covered, but only the surface on which the electrodes are arranged may be covered.

また、図1に示す実施形態では、センサ360によって検出された情報は、送信部370によって送電装置100に送信するようにしたが、例えば、図13および図14に示すように、電力を伝送するための交番電界の反射波によって情報を送信するようにしてもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the information detected by the sensor 360 is transmitted to the power transmission device 100 by the transmission unit 370, but for example, as shown in FIGS. 13 and 14, electric power is transmitted. Information may be transmitted by the reflected wave of the alternating electric field for the purpose.

より詳細には、図13は、変形実施形態に係る送電装置700の構成例を示す図である。なお、図13において、図2と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図13では、図2と比較すると、受信部160が反射波受信部710に置換されている
これ以外は、図2と同様である。
More specifically, FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the power transmission device 700 according to the modified embodiment. In FIG. 13, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted. 13 is the same as FIG. 2 except that the receiving unit 160 is replaced with the reflected wave receiving unit 710 as compared with FIG. 2.

また、図14は、変形実施形態に係る受電装置800の構成例を示す図である。なお、図14において、図3と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図14では、図3と比較すると、送信部370が変調部810に置換されている。これ以外は、図3と同様である。 Further, FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the power receiving device 800 according to the modified embodiment. In FIG. 14, the parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIG. 14, as compared with FIG. 3, the transmission unit 370 is replaced by the modulation unit 810. Other than this, it is the same as in FIG.

ここで、変調部810は、例えば、電極312,312を、短絡または開放することで、交番電界励起部140から送電される交番電界の反射波を生成し、反射波の振幅、または、位相等によって情報を送信する。なお、受信した交番電界を熱エネルギに変換するための所定の素子値を有する抵抗素子を電極312,313に接続するようにしてもよい。 Here, the modulation unit 810 generates, for example, a reflected wave of the alternating electric field transmitted from the alternating electric field excitation unit 140 by short-circuiting or opening the electrodes 312 and 312, and the amplitude or phase of the reflected wave, etc. Send information by. A resistance element having a predetermined element value for converting the received alternating electric field into thermal energy may be connected to the electrodes 312 and 313.

反射波受信部710は、受電装置300からの反射波を受信し、この反射波の振幅または位相を検出することで、反射波に含まれる情報を復調して制御部150に供給する。制御部150は、反射波受信部710から供給される情報に基づいて、水の進入の有無を判定し、管理者に通知することができる。 The reflected wave receiving unit 710 receives the reflected wave from the power receiving device 300, detects the amplitude or phase of the reflected wave, demodulates the information contained in the reflected wave, and supplies it to the control unit 150. The control unit 150 can determine the presence or absence of water intrusion based on the information supplied from the reflected wave receiving unit 710 and notify the administrator.

このように、図13および図14に示す変形実施形態によれば、交番電界の反射波によってセンサ360によって情報を送信できるので、交番電界以外の搬送波を用いる場合に比較して、構成を簡略化することができる。また、交番電界を用いることで、金属の筐体200の内部から情報を受信することができる。 As described above, according to the modified embodiment shown in FIGS. 13 and 14, information can be transmitted by the sensor 360 by the reflected wave of the alternating electric field, so that the configuration is simplified as compared with the case where a carrier wave other than the alternating electric field is used. can do. Further, by using an alternating electric field, information can be received from the inside of the metal housing 200.

図15および図16は、他の変形実施形態を示す図である。図15は、変形実施形態に係る送電装置900の構成例を示す図である。なお、図15において、図2と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図2と比較すると、図15では、受信部160および交番電界励起部140が除外され、受信部910、送信部920、および、変換器930が追加されている。 15 and 16 are diagrams showing other modified embodiments. FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of the power transmission device 900 according to the modified embodiment. In FIG. 15, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted. Compared with FIG. 2, in FIG. 15, the receiving unit 160 and the alternating electric field excitation unit 140 are excluded, and the receiving unit 910, the transmitting unit 920, and the converter 930 are added.

ここで、送信部920は、電力増幅部120から出力される信号を電磁波に変換して送信する。変換器930は、送信部920から送信される電磁波を交番電界に変換して出力する。また、変換器930は、受電装置1000から送信される交番電界を電磁波に変換して出力する。受信部910は、変換器930から出力される電磁波を受信して復調し、制御部150に供給する。 Here, the transmission unit 920 converts the signal output from the power amplification unit 120 into electromagnetic waves and transmits the signal. The converter 930 converts the electromagnetic wave transmitted from the transmission unit 920 into an alternating electric field and outputs it. Further, the converter 930 converts the alternating electric field transmitted from the power receiving device 1000 into an electromagnetic wave and outputs it. The receiving unit 910 receives the electromagnetic wave output from the converter 930, demodulates it, and supplies it to the control unit 150.

図16は、受電装置1000の構成例を示している。図16において、図3と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図3と比較すると、図16では、受電カプラ310および送信部370が除外され、受信部1010、送信部1020、および、変換器1030が付加されている。 FIG. 16 shows a configuration example of the power receiving device 1000. In FIG. 16, the parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Compared with FIG. 3, in FIG. 16, the power receiving coupler 310 and the transmitting unit 370 are excluded, and the receiving unit 1010, the transmitting unit 1020, and the converter 1030 are added.

ここで、送信部1020は、制御部350から出力される信号を電磁波に変換して送信する。変換器1030は、送信部1020から送信される電磁波を交番電界に変換して出力する。また、変換器1030は、送電装置900から送信される交番電界を電磁波に変換して出力する。なお、変換器1030を構成する電極は、水等が進入しないように密閉されている。受信部1010は、変換器930から出力される電磁波を受信して復調し、制御部350に供給する。 Here, the transmission unit 1020 converts the signal output from the control unit 350 into electromagnetic waves and transmits the signal. The converter 1030 converts the electromagnetic wave transmitted from the transmission unit 1020 into an alternating electric field and outputs it. Further, the converter 1030 converts the alternating electric field transmitted from the power transmission device 900 into electromagnetic waves and outputs the electromagnetic waves. The electrodes constituting the converter 1030 are sealed so that water or the like does not enter. The receiving unit 1010 receives the electromagnetic wave output from the converter 930, demodulates it, and supplies it to the control unit 350.

図15および図16に記載の変形実施形態では、変換器930および変換器1030を用いることから、電磁波を送受信する装置(例えば、RFID(Radio Frequency Identifier)およびRFIDリーダ)を用いることができる。また、変換器930および変換器1030によって、交番電界に変換することから、筐体200が金属等の導電性部材によって構成される場合でも、電力および信号を、筐体200を介して伝送することができる。 In the modified embodiment shown in FIGS. 15 and 16, since the converter 930 and the converter 1030 are used, devices for transmitting and receiving electromagnetic waves (for example, RFID (Radio Frequency Identifier) and RFID reader) can be used. Further, since the converter 930 and the converter 1030 convert the electric power and the signal into an alternating electric field, the electric power and the signal can be transmitted through the housing 200 even when the housing 200 is composed of a conductive member such as metal. Can be done.

図17は、さらに他の変形実施形態を示す図である。なお、図17において、図1と対応する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。図17では、図1と比較すると、筐体200の内部の受電装置300が除外され、受電カプラ310A,310Bおよび受電制御部380A,380Bが配置されている。これら以外は、図1と同様である。 FIG. 17 is a diagram showing still another modification embodiment. In FIG. 17, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. In FIG. 17, as compared with FIG. 1, the power receiving device 300 inside the housing 200 is excluded, and the power receiving couplers 310A and 310B and the power receiving control units 380A and 380B are arranged. Other than these, it is the same as in FIG.

ここで、受電カプラ310Aは、接着剤400によって図11と同様の防水加工が施されている。一方、受電カプラ310Bには防水加工が施されていない。このため、筐体200の内部に水が進入していない場合には、受電カプラ310A,310Bの双方への給電が可能であることから、これら双方からの応答が得られる。しかしながら、筐体200の内部に水が進入した場合には、受電カプラ310Bの極板と筐体200の壁面の間には水が入り込むことから誘電率が大幅に増加するため、受電カプラ310Bは受電ができなくなる。この結果、受電制御部380Aからの応答はあるが、受電制御部380Bからの応答は得られなくなる。そこで、応答の有無を調べることで、浸水の有無を判定することができる。 Here, the power receiving coupler 310A is waterproofed by the adhesive 400 in the same manner as in FIG. On the other hand, the power receiving coupler 310B is not waterproofed. Therefore, when water does not enter the inside of the housing 200, power can be supplied to both the power receiving couplers 310A and 310B, so that a response from both of them can be obtained. However, when water enters the inside of the housing 200, the dielectric constant increases significantly because water enters between the electrode plate of the power receiving coupler 310B and the wall surface of the housing 200, so that the power receiving coupler 310B has a power receiving coupler 310B. You will not be able to receive power. As a result, although there is a response from the power receiving control unit 380A, a response from the power receiving control unit 380B cannot be obtained. Therefore, the presence or absence of inundation can be determined by examining the presence or absence of a response.

また、以上の実施形態では、送電装置100が発生する交番電界の周波数は固定としたが、例えば、周波数を許容される範囲内で微調整するようにしてもよい。このような構成によれば、例えば、有効電力が増加するように調整することで、給電効率を高めることができる。 Further, in the above embodiment, the frequency of the alternating electric field generated by the power transmission device 100 is fixed, but for example, the frequency may be finely adjusted within an allowable range. According to such a configuration, for example, the power supply efficiency can be improved by adjusting so that the active power is increased.

また、以上の実施形態では、交番電界励起部140は、2つの電極によって電界を励起するようにしたが、2つの電極の一方を省略し、電力増幅部120の出力を筐体200に直接接続し、交番電界を励起するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the alternating electric field excitation unit 140 is made to excite the electric field by two electrodes, but one of the two electrodes is omitted and the output of the power amplification unit 120 is directly connected to the housing 200. However, the alternating electric field may be excited.

また、以上の実施形態では、送電装置100を1つ備えるようにしたが、送電装置100を複数備え、これらによって発生される交番電界の位相が同期するように調整することで、複数の送電装置100から給電することもできる。 Further, in the above embodiment, one power transmission device 100 is provided, but by providing a plurality of power transmission devices 100 and adjusting so that the phases of the alternating electric fields generated by these are synchronized, a plurality of power transmission devices are provided. It can also be powered from 100.

また、以上の実施形態では、筐体200の内部に配置されるセンサ360は、水を検出するセンサとしたが、筐体200の内部の状態を検出する他のセンサ(例えば、温度センサ、湿度センサ、化学物質検出センサ)を配置するようにしたり、あるいは、筐体200の内部に収容されている装置の状態を検出するセンサ(例えば、情報処理装置の動作状態を検出するセンサ)を配置したりするようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the sensor 360 arranged inside the housing 200 is a sensor that detects water, but other sensors that detect the state inside the housing 200 (for example, a temperature sensor, humidity). A sensor (sensor, chemical substance detection sensor) may be arranged, or a sensor for detecting the state of the device housed inside the housing 200 (for example, a sensor for detecting the operating state of the information processing device) may be arranged. You may try to do it.

また、以上の実施形態では、筐体200内に受電装置300を配置するようにしたが、例えば、この筐体200として化学薬品を収容する薬品庫を使用し、薬品庫の中に水が進入したことを検出するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the power receiving device 300 is arranged in the housing 200. For example, a chemical storage for storing chemicals is used as the housing 200, and water enters the chemical storage. You may try to detect what you have done.

また、以上の実施形態では、筐体200は、金属によって構成される場合を例に挙げて説明したが、樹脂によって構成されてもよい。また、金属と樹脂の双方を使用して構成されてもよい。 Further, in the above embodiment, although the case where the housing 200 is made of metal has been described as an example, the housing 200 may be made of resin. Further, it may be configured by using both a metal and a resin.

また、筐体200の実例として、例えば、光ケーブルや同軸ケーブル等のケーブル芯線の相互接続を行うためのクロージャを用いるようにしてもよい。クロージャは、屋外に設置される場合が多いことから、屋内に設置する場合に比較して、水が進入する可能性が高いが、水が進入した場合でもクロージャ内に配置された受電装置に対して電力を伝送することができる。この様なクロージャは、地面に直接設置される等により接地される。 Further, as an example of the housing 200, for example, a closure for interconnecting cable core wires such as an optical cable and a coaxial cable may be used. Since the closure is often installed outdoors, there is a higher possibility that water will enter compared to when it is installed indoors, but even if water enters, the power receiving device placed inside the closure Can transmit power. Such closures are grounded by being installed directly on the ground or the like.

また、図9に示す受電カプラ310および回路基板311を、例えば、樹脂等の絶縁部材によって構成されるカード形状の筐体によって覆うことで防水するようにしてもよい。 Further, the power receiving coupler 310 and the circuit board 311 shown in FIG. 9 may be waterproofed by covering them with, for example, a card-shaped housing made of an insulating member such as resin.

また、以上の実施形態では、送電装置100および受電装置300は、矩形の電極を用いるようにしたが、これ以外の形状の電極を用いるようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the power transmission device 100 and the power receiving device 300 use rectangular electrodes, but electrodes having other shapes may be used.

また、以上の実施形態では、接着剤400を用いるようにしたが、接着剤の代わりに環状の絶縁部材、例えば、Oリング等を用いるようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the adhesive 400 is used, but an annular insulating member such as an O-ring may be used instead of the adhesive.

100 送電装置
101 回路基板
110 発振部
120 電力増幅部
130 電源
140 交番電界励起部
142,143 電極
150 制御部
160 受信部
170 送電制御部
200 筐体
210 蓋部
213 電極
220 本体部
300 受電装置
310,310A,310B 受電カプラ
311 回路基板
312,313 電極
320 整流部
330 蓄電部
340 安定化電源
350 制御部
360 センサ
370 送信部
380,380A,380B 受電制御部
400 接着剤
420 金属ラミネートフィルム
430 金属ラミネートフィルム
500〜503 導電板
700 送電装置
710 反射波受信部
800 受電装置
810 変調部
900 送電装置
910 受信部
920 送信部
930 変換器
1000 受電装置
1010 受信部
1020 送信部
1030 変換器
100 Transmission device 101 Circuit board 110 Oscillator 120 Power amplification 130 Power supply 140 Alternate electric field excitation section 142, 143 Electrode 150 Control section 160 Receiver 170 Transmission control section 200 Housing 210 Lid 213 Electrode 220 Main body 300 Power receiving device 310 310A, 310B Power receiving coupler 311 Circuit board 312, 313 Electrode 320 Rectifying unit 330 Power storage unit 340 Stabilized power supply 350 Control unit 360 Sensor 370 Transmission unit 380, 380A, 380B Power receiving control unit 400 Adhesive 420 Metal laminate film 430 Metal laminate film 500 ~ 503 Conductive plate 700 Transmission device 710 Reflected wave receiver 800 Power receiver 810 Modulator 900 Transmission device 910 Receiver 920 Transmitter 930 Converter 1000 Power receiver 1010 Receiver 1020 Transmitter 1030 Converter

Claims (13)

筐体内に配置された受電装置に対して筐体外から送電装置にて電力を給電する送受電システムにおいて、
前記送電装置は、
所定の周波数の信号を出力する出力手段と、
前記出力手段から出力される所定の周波数の信号に基づいて、交番電界を前記筐体へ励起する送電カプラと、を有し、
前記受電装置は、
前記筐体へ励起された前記交番電界を電力に変換する受電カプラと、
前記受電カプラの電極を防水する防水手段と、
を有することを特徴とする送受電システム。
In a power transmission / reception system in which power is supplied to a power receiving device arranged inside the housing from outside the housing by a power transmission device.
The power transmission device
An output means that outputs a signal of a predetermined frequency and
It has a power transmission coupler that excites an alternating electric field into the housing based on a signal of a predetermined frequency output from the output means.
The power receiving device is
A power receiving coupler that converts the alternating electric field excited to the housing into electric power,
A waterproof means for waterproofing the electrodes of the power receiving coupler and
A power transmission / reception system characterized by having.
前記受電カプラは、前記電極が前記筐体の内壁面と対向するように配置されるとともに、
前記受電カプラの前記電極の周囲に接着剤が塗布され、前記内壁面と前記電極とが所定の距離離間された状態で接着されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の送受電システム。
The power receiving coupler is arranged so that the electrodes face the inner wall surface of the housing, and the power receiving coupler is arranged.
An adhesive is applied around the electrodes of the power receiving coupler, and the inner wall surface and the electrodes are adhered in a state of being separated by a predetermined distance.
The power transmission / reception system according to claim 1.
前記受電カプラは、中間体によって少なくとも前記電極が配置された面が覆設されるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の送受電システム。 The power transmission / reception system according to claim 1, wherein the power reception coupler is configured such that at least a surface on which the electrodes are arranged is covered with an intermediate. 前記防水手段は、前記電極と前記中間体との間に構成されている、ことを特徴とする請求項3に記載の送受電システム。 The power transmission / reception system according to claim 3, wherein the waterproof means is configured between the electrode and the intermediate. 前記防水手段は、前記電極と前記筐体との間に構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の送受電システム。 The power transmission / reception system according to any one of claims 1 to 3, wherein the waterproof means is configured between the electrode and the housing. 前記防水手段は、浸入した水を排出するための穴、溝、栓あるいは弁を備える、
ことを特徴とする請求項4または5に記載の送受電システム。
The waterproofing means includes holes, grooves, plugs or valves for draining infiltrated water.
The power transmission / reception system according to claim 4 or 5.
前記防水手段は、Oリングであることを特徴とする請求項4に記載の送受電システム。 The power transmission / reception system according to claim 4, wherein the waterproof means is an O-ring. 前記中間体は、金属ラミネートフィルムによって構成されることを特徴とする請求項3に記載の送受電システム。 The power transmission / reception system according to claim 3, wherein the intermediate is composed of a metal laminated film. 前記受電装置は、前記筐体内の状態を検出するセンサと、
前記センサによって検出された状態を示す情報を送信する送信手段と、を有し、
前記センサおよび前記送信手段は、前記受電カプラによって受電された電力によって動作することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の送受電システム。
The power receiving device includes a sensor that detects a state inside the housing and
It has a transmission means for transmitting information indicating a state detected by the sensor.
The power transmission / reception system according to any one of claims 1 to 8, wherein the sensor and the transmission means operate by the electric power received by the power reception coupler.
前記センサは、前記筐体内の水を検出する水センサであり、
前記送信手段は、前記水センサによって検出された水に関する情報を送信する、
ことを特徴とする請求項9に記載の送受電システム。
The sensor is a water sensor that detects water in the housing.
The transmitting means transmits information about water detected by the water sensor.
The power transmission / reception system according to claim 9.
前記防水手段を有しない他の前記受電装置を有し、
前記受電装置と、他の前記受電装置から送信される情報に基づいて、前記筐体内の水の有無を判定する、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の送受電システム。
Having another power receiving device that does not have the waterproof means,
The presence or absence of water in the housing is determined based on the information transmitted from the power receiving device and other power receiving devices.
The power transmission / reception system according to any one of claims 1 to 10.
前記筐体はケーブル芯線の相互接続を行うためのクロージャであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の送受電システム。 The power transmission / reception system according to any one of claims 1 to 11, wherein the housing is a closure for interconnecting cable core wires. 筐体内に配置された受電装置に対して筐体外から送電装置にて電力を給電する送受電システムにおいて、
前記送電装置は、
所定の周波数の信号を出力する出力手段と、
前記出力手段から出力される所定の周波数の信号に基づいて、交番磁界を励起させる送電カプラと、
前記送電カプラから出力される交番磁界を交番電界に変換する第1変換手段と、を有し、
前記受電装置は、
交番電界を交番磁界に変換する第2変換手段と、
交番磁界を電力に変換する受電カプラと、
前記第2変換手段の交番電界を出力する電極を密閉する密閉手段と、
を有することを特徴とする送受電システム。
In a power transmission / reception system in which power is supplied to a power receiving device arranged inside the housing from outside the housing by a power transmission device.
The power transmission device
An output means that outputs a signal of a predetermined frequency and
A power transmission coupler that excites an alternating magnetic field based on a signal of a predetermined frequency output from the output means.
It has a first conversion means for converting an alternating magnetic field output from the power transmission coupler into an alternating electric field.
The power receiving device is
A second conversion means that converts an alternating electric field into an alternating magnetic field,
A power receiving coupler that converts an alternating magnetic field into electric power,
A sealing means for sealing the electrode that outputs the alternating electric field of the second conversion means, and a sealing means.
A power transmission / reception system characterized by having.
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