JP2021175256A - Wireless power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、無線給電装置に関する。 The present embodiment relates to a wireless power supply device.
例えばAGV(Automated Guided Vehicle)、ロボットあるいはドローンなどの可動機器を有する設備は、これらの可動機器への電力の供給が必要である。この電力の供給の手法として、電磁誘導、磁界結合あるいは電界結合など、多様な無線給電の手法が提案されている。このような無線給電を利用する場合、電力を供給する固定側の設備と、電力を受け取る可動機器側との間では送電効率を向上するために整合回路によって例えばインピーダンス整合が図られる。無線給電装置は、設備から可動機器へ電力を供給するときオンになり、電力の供給が不要なときオフされる(無線給電に関して特許文献1〜3参照)。 For example, equipment having mobile devices such as AGVs (Automated Guided Vehicles), robots, and drones needs to supply electric power to these mobile devices. As a method of supplying this electric power, various wireless power feeding methods such as electromagnetic induction, magnetic field coupling, and electric field coupling have been proposed. When such wireless power supply is used, impedance matching is achieved, for example, by a matching circuit in order to improve transmission efficiency between the equipment on the fixed side that supplies electric power and the mobile device side that receives electric power. The wireless power supply device is turned on when power is supplied from the equipment to the mobile device, and is turned off when the power supply is not required (see Patent Documents 1 to 3 regarding wireless power supply).
しかしながら、設備側の送電電極部と可動機器側の受電電極部との物理的な重なりが不完全な状態で電力の供給をオンすると、送電効率の低下や電力の反射にともなう機器の損傷の原因となる。また、無線給電装置は、電力を供給する対象となる可動機器の数にあわせて、整合回路を切り替え、送電効率の向上を図っている。このような場合にも、可動機器が受電可能な状態となる前に電力の供給をオンすると、送電効率の低下や機器の損傷を招くおそれがある。 However, if the power supply is turned on when the physical overlap between the power transmission electrode on the equipment side and the power receiving electrode on the mobile device side is incomplete, the power transmission efficiency may drop and the equipment may be damaged due to power reflection. It becomes. In addition, the wireless power supply device switches matching circuits according to the number of mobile devices to which power is supplied to improve power transmission efficiency. Even in such a case, if the power supply is turned on before the movable device is ready to receive power, the power transmission efficiency may be lowered or the device may be damaged.
そこで、設備側の送電電極部と可動機器の受電電極部との重なりに基づいて電力の供給をオンおよびオフすることにより、送電効率を向上し、機器の損傷が低減される無線給電装置を提供することを目的とする。 Therefore, we provide a wireless power supply device that improves power transmission efficiency and reduces damage to equipment by turning on and off the power supply based on the overlap between the power transmission electrode on the equipment side and the power receiving electrode on the mobile device. The purpose is to do.
上記の課題を解決するために一実施形態の無線給電装置は、固定側の送電電極部と可動機器側の受電電極部との重なりをオーバラップ量として検出部で検出する。制御部は、検出部で検出したオーバラップ量に基づいて、送電電極部から受電電極部への電力の供給開始および供給終了を制御する。これにより、制御部は、設備の送電電極部と可動機器の受電電極部とが十分に重なり合ってオーバラップ量が大きくなると電力の供給を開始する。これとともに、制御部は、オーバラップ量が小さくなると電力の供給を終了する。その結果、送電電極部から受電電極部への電力の供給は、設備側の送電電極部と可動機器の受電電極部との重なりであるオーバラップ量に基づいてオンおよびオフされる。したがって、送電効率を向上することができるとともに、電力の反射などにともなう機器の損傷を低減することができる。 In order to solve the above problems, in the wireless power feeding device of one embodiment, the detection unit detects the overlap between the power transmission electrode portion on the fixed side and the power receiving electrode portion on the movable device side as an overlap amount. The control unit controls the start and end of supply of electric power from the power transmission electrode unit to the power reception electrode unit based on the amount of overlap detected by the detection unit. As a result, the control unit starts supplying electric power when the power transmission electrode portion of the equipment and the power receiving electrode portion of the movable device sufficiently overlap each other and the overlap amount becomes large. At the same time, the control unit ends the power supply when the overlap amount becomes small. As a result, the supply of electric power from the power transmission electrode unit to the power reception electrode unit is turned on and off based on the amount of overlap, which is the overlap between the power transmission electrode unit on the equipment side and the power reception electrode unit of the movable device. Therefore, it is possible to improve the power transmission efficiency and reduce the damage to the equipment due to the reflection of electric power.
以下、無線給電装置の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に共通する構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
図1および図2に示すように第1実施形態による無線給電装置10は、例えば工場などの設備11に用いられる。設備11は、固定側であり、複数の可動機器12および給電ステーション13を備えている。第1実施形態の場合、可動機器12は、例えば工場などの設備11において部品や製品を運搬するAGVである。給電ステーション13は、設備11において予め設定された位置に設けられており、可動機器12に電力を供給する。給電ステーション13は、1台または複数台の可動機器12に電力を供給する。可動機器12は、設備11に設定されている移動路14に沿って移動する。なお、設備11としての工場および可動機器12としてのAGVなどは、無線給電装置10を適用する一例である。可動機器12は、例えば固定された設備11に相当するレールに沿って移動するロボットの可動部など、固定の設備11に対して移動可能であれば任意の機器とすることができる。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the wireless power feeding device will be described with reference to the drawings. In addition, in a plurality of embodiments, substantially common constituent parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
(First Embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the wireless
無線給電装置10は、図1に示すように上述の可動機器12に加え、送電電極部21、受電電極部22、検出部23および制御部24を備えている。第1実施形態の場合、送電電極部21は、設備11の給電ステーション13に設けられている。第1実施形態の場合、送電電極部21は、例えば金属板などで形成され、設備11の床面25に設置されている。送電電極部21は、設備11の床面25に限らず、壁面などに設置してもよい。このように、送電電極部21は、設備11に固定されている。送電電極部21は、一対の送電電極部材26を有している。送電電極部21を構成する一対の送電電極部材26は、設備11の給電ステーション13においてほぼ平行に設けられている。
As shown in FIG. 1, the wireless
受電電極部22は、可動機器12に設けられている。具体的には、受電電極部22は、例えば金属板などで形成され、図3および図4に示すように可動機器12の本体27において、底面側すなわち設備11の床面25側に設けられている。受電電極部22は、一対の受電電極部材28を有している。可動機器12が設備11の給電ステーション13に移動すると、可動機器12の受電電極部22は設備11の送電電極部21と対向する。このとき、受電電極部22は、送電電極部21との間に空間を形成しつつ対向する。これにより、受電電極部22は、送電電極部21との間に誘電体である空気を挟み込む。
The power receiving
図1に示すように検出部23および制御部24は、固定側の設備11に設けられている。無線給電装置10は、これらに加え、固定側の設備11に、電源31、高周波生成部32および整合器33を備えている。高周波生成部32は、例えばインバータなどを有しており、電源31からの電力を用いて高周波を生成する。高周波生成部32で生成した高周波は、送電電極部21へ供給される。送電電極部21と受電電極部22とが対向しているとき、送電電極部21へ高周波を供給することにより、例えば電界結合や磁界結合によって送電電極部21から受電電極部22へ非接触で電力が供給される。すなわち、電力は、固定側の設備11から移動側の可動機器12へ無線による非接触で供給される。
As shown in FIG. 1, the
整合器33は、図示しない電気的な複数の整合回路を有している。無線給電装置10は、送電電極部21から受電電極部22へ電力を供給するとき、例えばインピーダンスなどの整合を図る必要がある。この送電電極部21と受電電極部22との間の整合は、給電ステーション13において電力の供給を受ける可動機器12の種類や台数によって変化する。整合器33は、例えばインピーダンスやインダクタンスなどの特性の異なる複数の整合回路を有している。整合器33は、これら複数の整合回路を条件にあわせて切り替えることにより、送電電極部21と受電電極部22との間の整合を最適化する。
The
検出部23は、送電電極部21と受電電極部22との重なりをオーバラップ量Mとして検出する。すなわち、検出部23は、固定側の設備11に設けられている送電電極部21と移動側の可動機器12に設けられている受電電極部22とが給電ステーション13において対向しているとき、これらの重なりをオーバラップ量Mとして検出する。オーバラップ量Mは、可動機器12の移動とともに変化する。つまり、図5に示すように可動機器12が給電ステーション13に進入するとき、オーバラップ量Mは可動機器12の移動とともに「0」から最大値Maへ増加する。図6に示すように可動機器12が給電ステーション13に位置しているとき、オーバラップ量Mは最大値Maで一定となる。一方、図7に示すように可動機器12が給電ステーション13から離脱するとき、オーバラップ量Mは可動機器12の移動とともに最大値Maから「0」へ減少する。検出部23は、このように給電ステーション13において可動機器12の移動とともに変化するオーバラップ量Mを検出する。
The
制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、送電電極部21からの電力の供給開始および供給終了を制御する。制御部24は、例えば図示しないCPU、ROMおよびRAMを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部24は、ROMに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、高周波生成部32および整合器33を含む設備11をソフトウェア的に制御する。なお、制御部24は、ハードウェア的、またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって高周波生成部32および整合器33を含む設備11を制御する構成としてもよい。
The
制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mが予め設定した開始設定値Ms以上になると、送電電極部21からの電力の供給を開始する。すなわち、制御部24は、オーバラップ量Mが開始設定値Ms以上、つまりM≧Msのとき、高周波生成部32をオンにし、高周波生成部32から送電電極部21へ電力を供給する。一方、制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mが予め設定した終了設定値Me以下になると、送電電極部21からの電力の供給を終了する。すなわち、制御部24は、オーバラップ量Mが終了設定値Me以下、つまりM≦Meのとき、高周波生成部32をオフにし、高周波生成部32から送電電極部21への電力の供給を停止する。開始設定値Msおよび終了設定値Meは、同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば開始設定値Msおよび終了設定値Meをオーバラップ量Mの最大値Maの90%、つまりMs=Me=Ma×0.9と設定する。そして、制御部24は、オーバラップ量Mが最大値Maの90%以上つまりM≧Ma×0.9になると高周波生成部32をオンにし、90%未満つまりM<Ma×0.9になると高周波生成部32をオフにする構成としてもよい。開始設定値Msおよび終了設定値Meは、適用する無線給電装置10、ならびに設備11および可動機器12の性能や特性などにあわせて、オーバラップ量Mの最大値Maの90%に限らず、任意の値に設定することができる。
When the overlap amount M detected by the
可動機器12は、図1に示すように上述の受電電極部22に加え、整流回路部41、コンバータ42、蓄電部43、駆動制御部44および駆動部45を有している。整流回路部41は、図示しないコイルやダイオードなどを有しており、受電電極部22において受け取った高周波の電力を整流する。コンバータ42は、例えばDC−DCコンバータなどを有しており、整流回路部41で整流された電力の電圧を調整する。蓄電部43は、例えば図示しないバッテリやキャパシタなどを有しており、整流および電圧が調整された後の電力を蓄える。駆動制御部44は、例えば図示しないCPU、ROMおよびRAMを有するマイクロコンピュータで構成されている。駆動制御部44は、ROMに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、駆動部45を含む可動機器12の全体をソフトウェア的に制御する。なお、駆動制御部44は、ハードウェア的、またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって駆動部45を含む可動機器12を制御する構成としてもよい。駆動部45は、図3に示すようにモータ46および駆動輪47などを有しており、蓄電部43に蓄えられた電力を用いて可動機器12を駆動するための力を発生する。
As shown in FIG. 1, the
第1実施形態の場合、無線給電装置10は、図1に示すように位置センサ51を備えている。位置センサ51は、設備11の給電ステーション13に設けられている。位置センサ51は、給電ステーション13における可動機器12の位置を検出する。位置センサ51は、例えば光、画像、質量または電磁波などにより、非接触で可動機器12の位置を検出する。また、位置センサ51は、例えばスイッチなどのように物理的な接触によって可動機器12の位置を検出する構成としてもよい。位置センサ51は、検出した可動機器12の位置を電気信号として検出部23へ出力する。検出部23は、位置センサ51で検出した可動機器12の位置に基づいて、送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。送電電極部21は、設備11の給電ステーション13において、床面25に所定の長さで設けられている。給電ステーション13での給電時にこの送電電極部21と対向する受電電極部22は、可動機器12に設けられているものの、全長が可動機器12の本体27と同一であるとは限らない。一方、可動機器12の本体27と受電電極部22との位置関係は、設計的な値であり既知である。そこで、検出部23は、位置センサ51によって可動機器12の位置を検出するとともに、この可動機器12の位置と既知である受電電極部22の位置との関係から、給電ステーション13における送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。
In the case of the first embodiment, the wireless
制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、高周波生成部32のオンおよびオフを制御する。また、検出部23は、検出したオーバラップ量Mから、給電ステーション13の送電電極部21から電力の供給を受ける可動機器12の台数を検出する。制御部24は、オーバラップ量Mに基づいて高周波生成部32のオンおよびオフを制御するとともに、電力の供給を受ける可動機器12の台数に応じて整合器33の整合回路部を切り替える。これにより、給電ステーション13における可動機器12の状態に応じて、送電電極部21と受電電極部22との間の適切な整合が実行され、送電電極部21から受電電極部22への送電効率の向上が図られる。
The
以上説明した第1実施形態では、検出部23は、設備11側の送電電極部21と可動機器12側の受電電極部22との重なりを、オーバラップ量Mとして検出する。制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、整合器33の整合回路を切り替えるとともに、送電電極部21から受電電極部22への電力の供給開始および供給終了を制御する。これにより、設備11の送電電極部21と可動機器12の受電電極部22とが十分に重なり合っていることが検出されると、制御部24は電力の供給を開始するとともに、オーバラップ量Mが小さくなると、制御部24は電力の供給を終了する。したがって、設備11側の送電電極部21と可動機器12の受電電極部22との重なりに基づいて電力の供給をオンおよびオフすることができ、送電効率を向上することができるとともに、電力の反射などにともなう機器の損傷を低減することができる。
In the first embodiment described above, the
また、第1実施形態では、可動機器12の位置からオーバラップ量Mを検出する位置センサ51を備えている。これにより、検出部23は、給電ステーション13に設けられている位置センサ51で検出した可動機器12の位置に基づいて、送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。したがって、位置センサ51の設置という簡単な構造でオーバラップ量Mを検出することができる。
Further, in the first embodiment, the
(第2実施形態)
第2実施形態による無線給電装置を図8に示す。
図8に示すように第2実施形態による無線給電装置10は、容量検出部52を備えている。容量検出部52は、送電電極部21と受電電極部22との間に形成される電気的な容量を検出する。第1実施形態で説明したように、対向する送電電極部21と受電電極部22との間は空気が満たされている。そのため、送電電極部21と受電電極部22とは、電気的な容量であるコンデンサを形成する。この送電電極部21と受電電極部22との間の電気的な容量は、送電電極部21と受電電極部22との重なり量すなわちオーバラップ量Mに相関する。そこで、容量検出部52は、これら送電電極部21と受電電極部22との間の電気的な容量を検出する。容量検出部52は、検出した容量を電気信号として検出部23へ出力する。検出部23は、容量検出部52で検出した電気的な容量に基づいて、送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。
(Second Embodiment)
The wireless power feeding device according to the second embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the wireless
制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、高周波生成部32のオンおよびオフを実行する。これとともに、制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、給電ステーション13において送電電極部21から電力の供給を受ける可動機器12の台数を検出し、この可動機器12の台数に応じて整合器33の整合回路部を切り替える。
The
第2実施形態では、送電電極部21と受電電極部22との間の電気的な容量を検出する容量検出部52を有している。これにより、検出部23は、容量検出部52で検出した送電電極部21と受電電極部22との間の電気的な容量に基づいて、送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。したがって、電気的な容量の検出という簡単な構造かつ電気的な手法でオーバラップ量Mを検出することができる。
In the second embodiment, the
(第3実施形態)
第3実施形態による無線給電装置を図9に示す。
図9に示すように第3実施形態による無線給電装置10は、反射検出部53を備えている。反射検出部53は、送電電極部21と受電電極部22との間の電気的な反射を反射電力として検出する。送電電極部21から出力された電力は、その一部が受電電極部22で受電されずに高周波生成部32側へ反射する。すなわち、送電電極部21から出力された電力の一部は、電気的な反射によって高周波生成部32側へ戻される。この電気的な反射電力は、送電電極部21と受電電極部22との重なり量すなわちオーバラップ量Mに相関する。そこで、反射検出部53は、電力の供給時に反射される電力を反射電力として検出する。反射検出部53は、検出した反射電力を電気信号として検出部23へ出力する。検出部23は、反射検出部53で検出した反射電力に基づいて、送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。
(Third Embodiment)
The wireless power feeding device according to the third embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 9, the wireless
制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、高周波生成部32のオンおよびオフを実行する。これとともに、制御部24は、検出部23で検出したオーバラップ量Mに基づいて、給電ステーション13において送電電極部21から電力の供給を受ける可動機器12の台数を検出し、この可動機器12の台数に応じて整合器33の整合回路部を切り替える。
The
第3実施形態では、送電電極部21と受電電極部22との間で生じる電気的な反射を反射電力として検出する反射検出部53を有している。これにより、検出部23は、反射検出部53で検出した電気的な反射に基づいて、送電電極部21と受電電極部22とのオーバラップ量Mを検出する。したがって、電気的な反射の検出という簡単な構造かつ電気的な手法でオーバラップ量Mを検出することができる。
In the third embodiment, the
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
Although the present disclosure has been described in accordance with the examples, it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms that include only one element, more, or less, are also within the scope of the present disclosure.
The controls and methods thereof described in the present disclosure are realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. May be done. Alternatively, the controls and methods thereof described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the controls and methods described herein are by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
図面中、10は無線給電装置、11は設備、12は可動機器、21は送電電極部、22は受電電極部、23は検出部、24は制御部、51は位置センサ、52は容量検出部、53は反射検出部を示す。 In the drawing, 10 is a wireless power feeding device, 11 is equipment, 12 is a movable device, 21 is a power transmission electrode unit, 22 is a power receiving electrode unit, 23 is a detection unit, 24 is a control unit, 51 is a position sensor, and 52 is a capacity detection unit. , 53 indicate a reflection detection unit.
Claims (6)
前記設備(11)に対して移動可能な可動機器(12)と、
前記可動機器(12)に設けられ、前記送電電極部(21)と対向することにより、前記送電電極部(21)から非接触で電力を受け取る受電電極部(22)と、
前記送電電極部(21)と前記受電電極部(22)との重なりをオーバラップ量として検出する検出部(23)と、
前記検出部(23)で検出した前記オーバラップ量に基づいて、前記送電電極部(21)からの電力の供給開始および供給終了を制御する制御部(24)と、
を備える無線給電装置。 A power transmission electrode unit (21) provided in the equipment (11) on the fixed side and supplying electric power,
A movable device (12) that can be moved with respect to the equipment (11), and
A power receiving electrode unit (22) provided on the movable device (12) and receiving power from the power transmission electrode unit (21) in a non-contact manner by facing the power transmission electrode unit (21).
A detection unit (23) that detects the overlap between the power transmission electrode unit (21) and the power reception electrode unit (22) as an overlap amount, and
A control unit (24) that controls the start and end of power supply from the power transmission electrode unit (21) based on the overlap amount detected by the detection unit (23).
A wireless power supply device equipped with.
前記検出部(23)は、前記位置センサ(51)で検出した前記可動機器(12)の位置から前記オーバラップ量を検出する請求項1から3のいずれか一項記載の無線給電装置。 A position sensor (51) for detecting the position of the movable device (12) is further provided.
The wireless power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection unit (23) detects the overlap amount from the position of the movable device (12) detected by the position sensor (51).
前記検出部(23)は、前記容量検出部(52)で検出した前記容量から前記オーバラップ量を検出する請求項1から3のいずれか一項記載の無線給電装置。 A capacity detection unit (52) for detecting an electrical capacity formed between the power transmission electrode unit (21) and the power reception electrode unit (22) is further provided.
The wireless power feeding device according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection unit (23) detects the overlap amount from the capacity detected by the capacity detection unit (52).
前記検出部(23)は、前記反射検出部(53)で検出した前記反射電力から前記オーバラップ量を検出する請求項1から3のいずれか一項記載の無線給電装置。 When power is supplied from the power transmission electrode unit (21) to the power reception electrode unit (22), the reflection detection unit detects the power reflected from the power reception electrode unit (22) to the power transmission electrode unit (21) as reflected power. Further equipped with (53)
The wireless power feeding device according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection unit (23) detects the overlap amount from the reflected power detected by the reflection detection unit (53).
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JP2016119756A (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-30 | Tdk株式会社 | Wireless power transmission system |
WO2019117140A1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-06-20 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Wireless power transmission system, power transmitting device, and power receiving device |
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- 2020-04-23 JP JP2020076708A patent/JP2021175256A/en active Pending
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