WO2014017271A1 - 密閉空間用の非接触電力伝送装置 - Google Patents

密閉空間用の非接触電力伝送装置 Download PDF

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power transmission
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素直 新妻
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株式会社Ihi
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power transmission device that supplies power to a sealed space in a non-contact manner.
  • This application uses the content of Japanese Patent Application No. 2012-163182 for which it applied to Japan on July 24, 2012.
  • Sealed spaces such as glove boxes and clean rooms prevent material leakage from the inside to the outside (handling of bacteria, poisons, and filth), and prevent entry of materials from the outside to the inside (water and dust entering the dry and clean environment) Prevention) requires high sealing performance.
  • Patent Documents 1 to 4 have already been disclosed as power supply means for such a sealed space.
  • Patent Document 1 an airtight centralized gas piping panel and an airtight power supply terminal are installed in a glove box.
  • an airtight power feeder is installed in a wall through hole of a glove box.
  • the electricity supply connector is attached to the obstruction
  • power is supplied to a photovoltaic cell of an internal module through light from an external illumination mechanism through a seal wall of a glove box.
  • the above-described conventional power supply means is (1) energized from the outside to the inside via a connection terminal (an airtight power supply terminal, an airtight power supply, an energization connector), or (2) powered to the photovoltaic cell by light from the outside To do.
  • a connection terminal an airtight power supply terminal, an airtight power supply, an energization connector
  • (3) means for installing a battery inside is also assumed.
  • connection terminal when the connection terminal is used, since the connection terminal penetrates the partition wall in the sealed space, a through hole is required in the partition wall in order to install the connection terminal. Therefore, the sealing structure for closing the through hole so as to maintain the sealing property is complicated. Also, the sealing performance may be adversely affected, such as deterioration of members constituting the sealing structure due to secular change, substance leakage from the inside to the outside, and substance intrusion from the outside to the inside.
  • the power that can be supplied when power is supplied from the outside by light, since the power generation output by the photovoltaic cell is small, the power that can be supplied is small.
  • the partition wall of the sealed space needs to transmit light, it cannot be applied to a sealed space where light shielding properties are required.
  • the capacity of the battery is limited. Therefore, it is necessary to replace the battery at regular intervals, and it is necessary to temporarily open the sealed space when replacing the battery. And material intrusion may occur.
  • sealed spaces such as glove boxes and clean rooms may be depressurized or pressurized.
  • the partition wall in the sealed space may be displaced due to internal pressure reduction or pressurization, which may affect the power supply.
  • the present invention was created to solve the above problems. That is, the object of the present invention can be applied to a sealed space where the inside is depressurized or pressurized, and power can be continuously supplied to the sealed space for a long time without opening the sealed space. It is an object of the present invention to provide a non-contact power transmission device for a sealed space that can be applied to a sealed space that does not have a negative influence on the sealing performance of the sealed space and that requires a light shielding property.
  • a non-contact power transmission device for a sealed space that supplies power into a sealed space, which is a power transmission wall made of a material that allows electromagnetic fields to pass through a part or all of the partition walls. And An inner holder fixed to the inner surface of the partition wall and holding the power receiving coil close to the power transmission wall; An outer holder that is fixed to the outer surface of the partition wall and holds the feeding coil close to the power transmission wall; and Provided is a non-contact power transmission device for a sealed space that transmits power in a non-contact manner between a feeding coil and a receiving coil.
  • the partition wall in the sealed space is displaced by the internal pressure reduction or pressurization. Even so, the inner holder and the outer holder are displaced following the displacement of the partition wall. Therefore, the power receiving coil and the power feeding coil held by the inner holder and the outer holder, respectively, can maintain a relative positional relationship with a power transmission wall made of a material that transmits an electromagnetic field interposed therebetween. The electric power can be transmitted in a non-contact manner between the feeding coil and the receiving coil.
  • the power transmission wall made of a material that allows the electromagnetic field to pass through can be configured as an integral part and does not require processing of a through-hole or the like.
  • the power can be supplied to the battery, and there is no possibility of adversely affecting the sealing performance of the sealed space over time.
  • the power transmission wall does not require translucency, it can be applied to a sealed space where light shielding is required by using a light shielding material.
  • FIG. 1A It is a figure showing a 1st embodiment of the non-contact electric power transmission devices of the present invention. It is the elements on larger scale of FIG. 1A. It is a figure which shows the specific example of the inner side holder and outer side holder of the non-contact electric power transmission apparatus of this invention. It is a figure which shows the specific example of the inner side holder and outer side holder of the non-contact electric power transmission apparatus of this invention. It is a figure which shows 2nd Embodiment of the non-contact electric power transmission apparatus of this invention.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a first embodiment of a contactless power transmission device 10 according to the present invention.
  • FIG. 1A is a schematic view showing a sealed space 1 provided with a non-contact power transmission device 10 according to the present invention
  • FIG. 1B is an enlarged view of a portion B of FIG. 1A.
  • the sealed space 1 is, for example, a glove box or a clean room, and the inside can be depressurized or pressurized.
  • the power supply chamber 2 is provided adjacent to the sealed space 1.
  • the power supply chamber 2 is not essential and may be omitted.
  • the sealed space 1 is composed of a partition wall 1a, that is, the sealed space 1 is surrounded by the partition wall 1a and isolated from the surrounding space.
  • a part or all of the partition wall 1a is a power transmission wall 3 made of a material that transmits an electromagnetic field.
  • the “material that transmits the electromagnetic field” is, for example, glass, plastic, FRP (Fiber-Reinforced Plastic), or the like, but other materials can be arbitrarily used as necessary.
  • the power transmission wall 3 is preferably made of hard plastic or engineering plastic that is hard and has a sufficient thickness so as to reduce deformation of the sealed space 1 due to decompression or pressurization.
  • the power transmission wall 3 may be a part or the whole of the partition wall 1a constituting the sealed space 1.
  • the holder fixing portion 4 is provided so as to surround the power transmission wall 3.
  • the holder fixing part 4 may be made of the same material as the power transmission wall 3 or the same material as the other partition walls 1a.
  • the power transmission wall 3 includes a region where an electromagnetic coupling circuit is formed between the feeding coil 12 and the receiving coil 16. That is, the power transmission wall 3 has a size and shape including a region where an electromagnetic field is formed during non-contact power feeding. Since the power transmission wall 3 is made of a material that transmits an electromagnetic field, the power transmission wall 3 having such a size and shape can contact the power feeding coil 12 and the power receiving coil 16 through the power transmission wall 3 without contact. Power can be supplied without reducing efficiency.
  • the non-contact power transmission device 10 of the present invention is for the sealed space 1 and has a function of supplying power into the sealed space 1.
  • the non-contact power transmission device 10 includes a power supply coil 12 positioned outside the sealed space 1, a power supply circuit 14 that supplies power to the power supply coil 12, a power receiving coil 16 positioned inside the sealed space 1, and power reception.
  • a power receiving circuit 18 that receives power from the coil 16 is provided, and power is transmitted in a non-contact manner between the power feeding coil 12 and the power receiving coil 16.
  • the power feeding coil 12 and the power feeding circuit 14, and the power receiving coil 16 and the power receiving circuit 18 are electrically connected by power cables 14a and 18a, respectively.
  • the feeding coil 12 and the receiving coil 16 are preferably coils having a rectangular shape as viewed from a direction orthogonal to the power transmission wall 3 (a shape viewed from the right in FIG. 1B).
  • the shapes of the feeding coil 12 and the receiving coil 16 can be arbitrarily selected as long as non-contact power transmission is possible, and may be, for example, circular or elliptical. Further, the shapes of the feeding coil 12 and the receiving coil 16 may be different.
  • An electromagnetic coupling circuit is formed by arranging the feeding coil 12 and the receiving coil 16 so as to face each other and close to each other.
  • This electromagnetic coupling circuit means a circuit in which the power feeding coil 12 and the power receiving coil 16 are electromagnetically coupled and non-contact power feeding from the power feeding coil 12 to the power receiving coil 16 is performed. Either a circuit that performs power supply or a circuit that performs power feeding by the “magnetic field resonance method” may be used.
  • the distance between the power feeding surface 12a of the power feeding coil 12 and the power receiving surface 16a of the power receiving coil 16 can be arbitrarily selected as long as an electromagnetic coupling circuit is formed therebetween and desired non-contact power transmission is possible.
  • the contactless power transmission device 10 of the present invention further includes an inner holder 20 and an outer holder 30.
  • the inner holder 20 is fixed to the inner surface of the partition wall 1 a and holds the power receiving coil 16 in proximity to the power transmission wall 3.
  • the inner holder 20 has an inner coil holding member 22 and an inner surface fixing member 24.
  • the inner coil holding member 22 is a member that holds the power receiving coil 16, and is a flat plate member in this example.
  • the inner surface fixing member 24 is fixed to the outer edge portion of the inner coil holding member 22, and fixes the inner coil holding member 22 to the inner surface of the partition wall 1a.
  • a gap is provided between the power receiving surface 16 a of the power receiving coil 16 and the inner surface of the power transmission wall 3, so that even if the power transmission wall 3 is deformed by decompression or pressurization of the sealed space 1, the power transmission wall 3 receives power. It does not contact the surface 16a. With this configuration, it is possible to avoid the influence of pressure reduction or pressurization of the sealed space 1 on non-contact power transmission.
  • the inner coil holding member 22 and the inner surface fixing member 24 are materials that can withstand the environment (for example, temperature and pressure) in the sealed space 1 and the substances (for example, pollutants, bacteria, drugs, and poisons) that are handled in the sealed space 1. It is preferable. Moreover, you may coat
  • resin for example, Teflon (trademark)
  • the outer holder 30 is fixed to the outer surface of the partition wall 1 a and holds the feeding coil 12 in proximity to the power transmission wall 3.
  • the outer holder 30 has an outer coil holding member 32 and an outer surface fixing member 34.
  • the outer coil holding member 32 is a member that holds the power feeding coil 12 and is a flat plate member in this example.
  • the outer surface fixing member 34 is fixed to the outer edge portion of the outer coil holding member 32, and fixes the outer coil holding member 32 to the outer surface of the partition wall 1a.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams showing specific examples of the inner holder 20 and the outer holder 30.
  • the inner surface fixing member 24 and the outer surface fixing member 34 are vacuum cups that can be adsorbed to the inner surface and the outer surface of the holder fixing portion 4, respectively, and can be fixed to any position of the holder fixing portion 4. It is preferable to provide a plurality of vacuum cups.
  • the vacuum cup of the inner holder 20 is not affected by the inner holder 20 even when a force due to the weight of the inner holder 20, the weight of the power receiving coil 16, the weight of the power cable 18a, vibration, or the like is applied when the sealed space 1 is decompressed or pressurized.
  • the vacuum cup of the outer holder 30 is held by the outer holder 30 even if the air pressure outside the partition wall 1a is applied with the weight of the outer holder 30, the weight of the power supply coil 12, the weight of the power cable 14a, the vibration, and the like. It is set so as to have an attractive force that does not come off from the fixture fixing part 4 and does not move along the outer surface.
  • connection part of the inner coil holding member 22, the outer coil holding member 32, and the vacuum cup has flexibility or elasticity so that the displacement of the partition 1a can be followed.
  • FIG. 2B is a diagram showing different specific examples of the inner holder 20 and the outer holder 30.
  • the inner surface fixing member 24 and the outer surface fixing member 34 are magnets that can be attracted to the inner surface and the outer surface of the holder fixing portion 4, respectively, and can be attracted and fixed to arbitrary positions of the holder fixing portion 4. It is preferable to provide a plurality of magnets.
  • the magnet of the inner holding tool can be removed from the holding fixture fixing part 4 even when the weight of the inner holding tool 20, the weight of the power receiving coil 16, the weight of the power cable 18a, or the force due to vibration is applied. It has a magnetic force that generates an attraction force that does not move along.
  • the vacuum cup of the outer holder can be removed from the holder fixing portion 4 even when the weight of the outer holder 30, the weight of the feeding coil 12, the weight of the power cable 14a, or the force due to vibration is applied. It has a magnetic force that generates an attractive force that does not move along the outer surface.
  • the magnet may be a permanent magnet or an electromagnet.
  • a permanent magnet it is preferable to have a switching means for switching between adsorption and separation.
  • an electromagnet it is preferable that the inner and outer electromagnets are supplied with electric power from the power receiving circuit 18 and the power feeding circuit 14, respectively, and have switches for turning on and off the respective electromagnets.
  • the holder fixing portion 4 needs to be made of a material (for example, a magnetic material such as iron) that is attracted by a magnet, and preferably has a smooth surface.
  • a material for example, a magnetic material such as iron
  • the inner surface fixing member 24 and the outer surface fixing member 34 are both magnets, and are arranged to be aligned (opposite) with each other and pulled together.
  • the partition wall 1a can be sandwiched and fixed.
  • the magnet of the inner holder and the magnet of the outer holder can be used by the inner holder 20 even if force is applied due to the weight of the inner holder 20, the weight of the power receiving coil 16, and the weight or vibration of the power cable 18a.
  • the outer holder 30 does not move or move along the inner surface of the outer holder 30, and the outer holder 30 retains even if the weight of the outer holder 30, the weight of the power supply coil 12, the weight of the power cable 14a, the vibration, or the like is applied. It has a magnetic force that generates a pulling force so as to sandwich the partition wall 1a with a sufficient force so that it does not come off from the fixture fixing part 4 or move along the outer surface.
  • the holder fixing portion 4 needs to be made of a material that transmits magnetic force (for example, glass, plastic, FRP, etc.), and it is desirable that the surface be smooth and have a large coefficient of friction.
  • the magnet has an advantage that it can be attracted even if the sealed space 1 is evacuated. Moreover, it is preferable that the connection part of the inner coil holding member 22 and the outer coil holding member 32, and a magnet has flexibility or elasticity so that the displacement of the partition 1a can be tracked.
  • the combination of the inner surface fixing member 24 and the outer surface fixing member 34 is as follows: (1) both are vacuum cups, (2) one is a vacuum cup and the other is magnetized to the partition wall 1a, and (3) both are magnets and partition wall 1a. (4) The partition wall 1a is sandwiched between both magnets, and can be arbitrarily selected. Further, a vacuum cup and a magnet may be used in combination for the inner surface fixing member 24 and the outer surface fixing member 34. By using vacuum cups or magnets as the inner surface fixing member 24 and the outer surface fixing member 34, it is unnecessary to drive or screw nails or screws into the partition wall 1a for fixing, and the strength of the partition wall 1a does not decrease.
  • the power receiving coil 16 including the inner holder 20 and the power feeding coil 12 including the outer holder 30 are separated by separating the vacuum cup or magnet from the partition wall 1a. It is also possible to move to another location.
  • the partition wall 1a of the sealed space 1 is reduced by internal pressure reduction or pressurization. Even if displaced, the inner holder 20 and the outer holder 30 are displaced following the displacement of the partition wall 1a. Therefore, the power receiving coil 16 and the power feeding coil 12 held by the inner holder 20 and the outer holder 30, respectively, have a relative positional relationship with the power transmission wall 3 made of a material that transmits an electromagnetic field interposed therebetween. The power can be held, and power can be transmitted between the feeding coil 12 and the receiving coil 16 in a non-contact manner.
  • the power transmission wall 3 made of a material that transmits an electromagnetic field can be formed as an integral part, and does not require processing such as a through hole. Therefore, electric power can be continuously supplied into the sealed space 1 for a long period of time without opening the sealed space 1, and there is no possibility of adversely affecting the sealing performance of the sealed space 1 due to secular change. Furthermore, since the power transmission wall 3 does not require translucency, it can be applied to the sealed space 1 where light shielding is required by using a light shielding material.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a second embodiment of the non-contact power transmission apparatus 10 according to the present invention.
  • the contactless power transmission device 10 of the present invention further includes a transmission efficiency detection device 40 that detects the transmission efficiency of the power transmitted from the power feeding circuit 14 to the power receiving circuit 18.
  • the transmission efficiency detection device 40 includes a power receiving calculator 41, a power receiving signal line 42, a power receiving transmitter 43, a power feeding receiver 44, a power feeding signal line 45, a power feeding computing unit 46, and an output device 47.
  • the power receiving calculator 41 calculates the amount of power received by the power receiving circuit 18. This received power amount can be obtained as the product of the voltage and current of the power receiving circuit 18. The obtained power reception amount data is input to the power reception transmitter 43 via the power reception signal line 42.
  • the power receiving transmitter 43 and the power feeding receiver 44 are respectively fixed to the opposing positions of the inner coil holding member 22 and the outer coil holding member 32, and pass through the power transmission wall 3 from the power receiving transmitter 43 to the power receiving receiver 44.
  • the amount of power received by the power receiving circuit 18 is communicated.
  • the received data on the amount of received power is input to the power supply calculator 46 via the power supply signal line 45.
  • a communication method for example, wireless communication using a high frequency that does not interfere with non-contact power feeding can be used.
  • the power receiving coil 16 and the power feeding coil 12 respectively held by the inner holder 20 and the outer holder 30 are made of a material that transmits an electromagnetic field.
  • the relative positional relationship can be maintained with the power transmission wall 3 sandwiched therebetween, and power can be transmitted in a non-contact manner between the feeding coil 12 and the power receiving coil 16.
  • 2nd Embodiment can supply electric power in the sealed space 1 continuously for a long period of time, without opening the sealed space 1 similarly to 1st Embodiment, and the sealing performance of the sealed space 1 by a secular change. There is no possibility of adversely affecting Further, in the second embodiment, as in the first embodiment, the power transmission wall 3 does not require translucency. Therefore, by using a light-shielding material, the sealed space 1 where the light-shielding property is required can be used. Applicable.
  • the transmission efficiency of the power transmitted from the power feeding circuit 14 to the power receiving circuit 18 is detected by the transmission efficiency detection device 40, and the value of the transmission efficiency is displayed by the output device 47. Or the abnormality is output. Therefore, even when the position of the feeding coil 12 or the receiving coil 16 moves due to impact or interference and does not face each other, when the transmission efficiency is reduced by constantly monitoring the power transmission efficiency from the outside. It can be determined that the coils no longer face each other. Even if the power transmission wall 3 is made of an opaque material having a light shielding property, the feeding coil 12 and the outer holder are positioned at a position where the transmission efficiency is high by observing the transmission efficiency displayed on the output device 47 outside the partition wall 1a. 30 can be installed and their positioning can be facilitated.
  • the feeding coil 12 located on the clean and low humidity side should simplify the protection of the coil itself and easily allow heat dissipation. Further, it is desirable that the power receiving coil 16 located on the contaminated side where bacteria are present, poisonous, etc. are sealed with a resin to prevent deterioration of the electric circuit and to easily remove the dirt. In particularly dirty environments and environments where it is not desirable for the attached material to leak, the non-contact power supply receiving coil 16, the power receiving circuit 18, the inner coil holding member 22, the inner surface fixing member 24, and a device using electric power (for example, for lighting) A lamp or the like) may be integrated, and may be easily disposed of after use.
  • an electromagnetic shield is provided so as to surround the power receiving surface 16a other than the power receiving surface 16a of the power receiving coil 16 and the power receiving surface 12a other than the power receiving surface 12a using metal or the like.
  • the electromagnetic field generated by contact power supply may be prevented from affecting precision measuring instruments.
  • a non-contact power transmission device for an enclosed space that can be applied to an enclosed space where light shielding properties are required.

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Abstract

本発明の非接触電力伝送装置は、隔壁（１ａ）の内面に固定され受電コイル（１６）を電力伝送壁（３）に近接させて保持する内側保持具（２０）と、隔壁（１ａ）の外面に固定され給電コイル（１２）を電力伝送壁（３）に近接させて保持する外側保持具（３０）とを備え、給電コイル（１２）と受電コイル（１６）間で電力を非接触で伝送する。受電コイル（１６）の受電面（１６ａ）と電力伝送壁（３）の内面との間、及び給電コイル（１２）の給電面（１２ａ）と電力伝送壁（３）の外面との間にそれぞれ隙間が設けられ、密閉空間（１）の減圧又は加圧により変形する電力伝送壁（３）が受電面（１６ａ）及び給電面（１２ａ）に接触しないように構成されている。

Description

密閉空間用の非接触電力伝送装置
　本発明は、密閉空間に電力供給を非接触で行う非接触電力伝送装置に関する。
本願は、２０１２年７月２４日に日本に出願された特願２０１２－１６３１８２号の内容をここに援用する。
　グローブボックス、クリーンルームなどの密閉空間は、内部から外部への物質漏洩の防止（細菌や毒物や汚物の扱い）及び外部から内部への物質侵入の防止（乾燥・清浄環境への水分やほこりの侵入防止）のために高い密閉性が要求される。
　一方、かかる密閉空間において、照明、記録装置の駆動等のために密閉空間の内部への電源供給が必要となる。
　従来、このような密閉空間用の電力供給手段として、特許文献１～４が既に開示されている。
　特許文献１では、グローブボックスに気密型集中ガス配管パネル及び気密給電端子が設置されている。
　特許文献２では、グローブボックスの壁貫通孔に気密型給電器が設置されている。
　特許文献３では、グローブボックスのグローブポートに装着される閉塞栓に、通電コネクタが取り付けられている。
　特許文献４では、グローブボックスのシール壁を透して外部の照明機構からの光で内部モジュールの光電池に給電している。
日本国特開昭６１－７９１９５号公報 日本国特公平２－１６０８５号公報 日本国特開２００７－２２９８２０号公報 欧州特許出願公開第１３５４６７１号明細書
　上述した従来の電力供給手段は、（１）外部から内部へ接続端子（気密給電端子、気密型給電器、通電コネクタ）を介して通電する、又は、（２）外部からの光により光電池に給電するものである。
　また、その他に（３）内部に電池を設置する手段も想定される。
　しかしながら、（１）接続端子を用いる場合、接続端子が密閉空間の隔壁を貫通するため、接続端子を設置するために隔壁に貫通穴が必要となる。そのため、密閉性を保持するように貫通穴を塞ぐ密閉構造が複雑となる。また、経年変化で密閉構造を構成する部材が劣化し、内部から外部への物質漏洩や外部から内部への物質侵入が生じる等、密閉性能が悪影響を受ける可能性がある。
　（２）外部から光で給電する場合、光電池による発電出力が小さいため、供給できる電力が小さい。また、密閉空間の隔壁が光を透す必要があるため、遮光性が要求される密閉空間には適用できない。
　（３）電池を用いる場合、電池の容量には限りがあるため、一定時間ごとに電池を交換する必要があり、電池を交換するときに密閉空間を一時的に開放する必要があり、物質漏洩や物質侵入が生じる可能性がある。
　また、グローブボックス、クリーンルームなどの密閉空間は、内部を減圧又は加圧する場合がある。このような場合、密閉空間の隔壁は内部の減圧又は加圧により変位し、電力供給に影響が生じる可能性がある。
　本発明は、上記問題点を解消するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、内部を減圧又は加圧する密閉空間に適用することができ、密閉空間を開放することなく長期間継続して密閉空間内に電力を供給することができ、経年変化で密閉空間の密閉性能に悪影響を及ぼす可能性がなく、遮光性が要求される密閉空間にも適用できる密閉空間用の非接触電力伝送装置を提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、隔壁の一部ないし全部が電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁である密閉空間内に電力を供給する密閉空間用の非接触電力伝送装置であって、
　隔壁の内面に固定され、受電コイルを電力伝送壁に近接させて保持する内側保持具と、
　隔壁の外面に固定され、給電コイルを電力伝送壁に近接させて保持する外側保持具と、を備え、
　給電コイルと受電コイル間で電力を非接触で伝送する密閉空間用の非接触電力伝送装置が提供される。
　上記本発明の構成によれば、非接触電力伝送装置は内側保持具と外側保持具が隔壁の内面と外面にそれぞれ固定されているので、密閉空間の隔壁が内部の減圧又は加圧により変位しても、内側保持具と外側保持具は隔壁の変位に追従して変位する。
　従って、内側保持具と外側保持具にそれぞれ保持された受電コイルと給電コイルは、電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁を間に挟んだ状態で相対的な位置関係を保持することができ、給電コイルと受電コイル間で電力を非接触で伝送することができる。
　また、電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁は、一体部品で構成することができ、貫通孔等の加工を必要としないので、密閉空間を開放することなく長期間継続して密閉空間内に電力を供給することができ、経年変化で密閉空間の密閉性能に悪影響を及ぼす可能性がない。
　さらに、電力伝送壁は透光性を必要としないので、遮光性のある材料を用いることで、遮光性が要求される密閉空間にも適用できる。
本発明の非接触電力伝送装置の第１実施形態を示す図である。 図１Ａの部分拡大図である。 本発明の非接触電力伝送装置の内側保持具と外側保持具の具体例を示す図である。 本発明の非接触電力伝送装置の内側保持具と外側保持具の具体例を示す図である。 本発明の非接触電力伝送装置の第２実施形態を示す図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
　図１Ａ及び図１Ｂは、本発明による非接触電力伝送装置１０の第１実施形態を示す図である。
　この図において、図１Ａは、本発明による非接触電力伝送装置１０を備えた密閉空間１を示す模式図、図１Ｂは図１ＡのＢ部拡大図である。
　図１Ａにおいて、密閉空間１は、例えばグローブボックス、クリーンルームであり、内部を減圧又は加圧できる。また給電室２は、密閉空間１に隣接して設けられている。なお、給電室２は必須ではなく、これを省略してもよい。
　図１Ｂにおいて、密閉空間１は隔壁１ａで構成される、すなわち、密閉空間１は隔壁１ａで囲まれて周囲の空間から隔離されている。また、隔壁１ａの一部ないし全部が電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁３である。「電磁界を透過させる材料」は、例えばガラス、プラスチック、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ）などであるが、必要に応じてその他の材料も任意に使うことができる。
　電力伝送壁３は、密閉空間１の減圧又は加圧による変形を低減するように硬質かつ十分な厚さを有する硬質プラスチック又はエンジニアリングプラスチックを用いることが好ましい。
　電力伝送壁３は、密閉空間１を構成する隔壁１ａの一部であっても全部であってもよい。電力伝送壁３が隔壁１ａの一部である場合、電力伝送壁３を囲むように保持具固定部４が設けられる。
　保持具固定部４は、電力伝送壁３と同じ材質、もしくは、それ以外の隔壁１ａと同じ材質であってもよい。
　電力伝送壁３は、給電コイル１２と受電コイル１６の間に電磁気結合回路が形成される領域を含む。すなわち電力伝送壁３は、非接触給電時に電磁界が形成される領域を含む大きさと形状を有する。電力伝送壁３は電磁界を透過する材料からなるので、電力伝送壁３をこのような大きさと形状とすることにより、電力伝送壁３を介して、給電コイル１２から受電コイル１６への非接触給電を、効率を低下させることなく行うことができる。
　本発明の非接触電力伝送装置１０は、密閉空間１用であり、密閉空間１内に電力を供給する機能を有する。
　図１Ｂにおいて、非接触電力伝送装置１０は、密閉空間１の外側に位置する給電コイル１２、給電コイル１２に電力を供給する給電回路１４、密閉空間１の内側に位置する受電コイル１６、及び受電コイル１６から電力を受電する受電回路１８を備え、給電コイル１２と受電コイル１６間で電力を非接触で伝送する。
　給電コイル１２と給電回路１４、及び受電コイル１６と受電回路１８はそれぞれ電力ケーブル１４ａ、１８ａにより電気的に接続されている。
　給電コイル１２及び受電コイル１６は、好ましくは、電力伝送壁３に直交する方向から見た形状（図１Ｂで右方向から見た形状）が共に長方形のコイルである。
　なお、給電コイル１２及び受電コイル１６の形状は、非接触電力伝送が可能である限り、任意に選ぶことができ、例えば円形、楕円形であってもよい。また給電コイル１２と受電コイル１６の形状が相違してもよい。
　給電コイル１２と受電コイル１６が対向して近接した状態に配置されることによって電磁気結合回路が形成される。この電磁気結合回路は、給電コイル１２と受電コイル１６とが電磁気的に結合して給電コイル１２から受電コイル１６への非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「磁界共鳴方式」で給電を行う回路とのいずれの回路であっても良い。
　給電コイル１２の給電面１２ａと受電コイル１６の受電面１６ａとの間隔は、その間に電磁気結合回路が形成され、所望の非接触電力伝送が可能である限り、任意に選ぶことができる。
　本発明の非接触電力伝送装置１０は、さらに内側保持具２０と外側保持具３０を備える。
　内側保持具２０は、隔壁１ａの内面に固定され、受電コイル１６を電力伝送壁３に近接させて保持する。
　図１Ｂにおいて、内側保持具２０は、内側コイル保持部材２２と内面固定部材２４を有する。
　内側コイル保持部材２２は、受電コイル１６を保持する部材であり、この例では平板状部材である。
　内面固定部材２４は、内側コイル保持部材２２の外縁部に固定され、内側コイル保持部材２２を隔壁１ａの内面に固定する。
　なお受電コイル１６の受電面１６ａと電力伝送壁３の内面との間には隙間が設けられ、密閉空間１の減圧又は加圧により電力伝送壁３が変形しても、電力伝送壁３が受電面１６ａに接触しない。
　この構成により、非接触電力伝送に与える密閉空間１の減圧又は加圧の影響を回避することができる。
　内側コイル保持部材２２と内面固定部材２４は、密閉空間１内の環境（例えば、温度、圧力）と密閉空間１内で取り扱う物質（例えば、汚染物質、細菌、薬剤、毒物）に耐える材質であることが好ましい。また、必要に応じてそれらの環境及び物質に耐える樹脂（例えば、テフロン（登録商標））で被覆してもよい。
　外側保持具３０は、隔壁１ａの外面に固定され、給電コイル１２を電力伝送壁３に近接させて保持する。
　図１Ｂにおいて、外側保持具３０は、外側コイル保持部材３２と外面固定部材３４を有する。
　外側コイル保持部材３２は、給電コイル１２を保持する部材であり、この例では平板状部材である。
　外面固定部材３４は、外側コイル保持部材３２の外縁部に固定され、外側コイル保持部材３２を隔壁１ａの外面に固定する。
　なお給電コイル１２の給電面１２ａと電力伝送壁３の外面との間には隙間が設けられ、密閉空間１の減圧又は加圧により電力伝送壁３が変形しても、電力伝送壁３が給電面１２ａに接触しない。
　この構成により、非接触電力伝送に与える密閉空間１の減圧又は加圧の影響を回避することができる。
　図２Ａ及び図２Ｂは、内側保持具２０と外側保持具３０の具体例を示す図である。
　図２Ａにおいて、内面固定部材２４と外面固定部材３４は、保持具固定部４の内面と外面にそれぞれ吸着可能なバキュームカップであり、保持具固定部４の任意の位置に固定できる。
　バキュームカップは、複数設けることが好ましい。内側保持具２０のバキュームカップは、密閉空間１の減圧又は加圧において、内側保持具２０の自重、受電コイル１６の重量および電力ケーブル１８ａの重量や振動等による力が加わっても内側保持具２０が保持具固定部４から外れたり、その内面に沿って移動したりしない吸着力を持つように設定されている。外側保持具３０のバキュームカップは、隔壁１ａの外側の空気圧において、外側保持具３０の自重、給電コイル１２の重量および電力ケーブル１４ａの重量や振動等による力が加わっても外側保持具３０が保持具固定部４から外れたり、その外面に沿って移動したりしない吸着力を持つように設定されている。
　なお、バキュームカップを用いる場合、保持具固定部４の表面が滑らかであり、バキュームカップが吸着したときに隙間から空気がもれない必要がある。
　また、内側コイル保持部材２２及び外側コイル保持部材３２とバキュームカップとの連結部は、隔壁１ａの変位に追従できるように可撓性又は弾性を有することが好ましい。
　図２Ｂは内側保持具２０と外側保持具３０の異なる具体例を示す図である。図２Ｂにおいて、内面固定部材２４と外面固定部材３４は、保持具固定部４の内面と外面にそれぞれ吸着可能なマグネットであり、保持具固定部４の任意の位置に吸着して固定できる。
　マグネットは、複数設けることが好ましい。内側保持具のマグネットは、内側保持具２０の自重、受電コイル１６の重量および電力ケーブル１８ａの重量や振動等による力が加わっても内側保持具２０が保持具固定部４から外れたり、その内面に沿って移動したりしない吸着力を発生する磁力を有する。外側保持具のバキュームカップは、外側保持具３０の自重、給電コイル１２の重量および電力ケーブル１４ａの重量や振動等による力が加わっても外側保持具３０が保持具固定部４から外れたり、その外面に沿って移動したりしない吸着力を発生する磁力を有する。
　マグネットは、永久磁石でも電磁石でもよい。永久磁石の場合、その吸着と分離を切り替える切替手段を有することが好ましい。また、電磁石の場合、内側と外側の電磁石はそれぞれ受電回路１８、給電回路１４から電力が供給され、かつそれぞれの電磁石をオン及びオフするスイッチを有することが好ましい。
　保持具固定部４は磁石が吸い付く材料（例えば、鉄などの磁性体）である必要があり、かつ表面が滑らかなことが望ましい。この場合、内面固定部材２４又は外面固定部材３４の一方のみをマグネットにすることができる。
　さらに異なる内側保持具２０と外側保持具３０の具体例として、図２Ｂにおいて、内面固定部材２４と外面固定部材３４は両方がマグネットであり、互いに整合する（対向する）ように配置されて引っ張り合って隔壁１ａを挟みこみ固定できる。
　内側保持具のマグネットと外側保持具のマグネットは、内側保持具２０の自重、受電コイル１６の重量および電力ケーブル１８ａの重量や振動等による力が加わっても内側保持具２０が保持具固定部４から外れたり、その内面に沿って移動したりせず、かつ、外側保持具３０の自重、給電コイル１２の重量および電力ケーブル１４ａの重量や振動等による力が加わっても外側保持具３０が保持具固定部４から外れたり、その外面に沿って移動したりしないよう、引き合う力を発生して隔壁１ａを十分な力で挟み込むことができる磁力を有する。
　保持具固定部４は磁力を透過する材料（例えば、ガラス、プラスチック、ＦＲＰなど）である必要があり、表面は滑らかで摩擦係数が大きいことが望ましい。
　マグネットを使用するいずれの具体例においても、マグネットは、例えば密閉空間１が真空になっても吸着できる利点がある。
　また、内側コイル保持部材２２及び外側コイル保持部材３２とマグネットとの連結部は、隔壁１ａの変位に追従できるように可撓性又は弾性を有することが好ましい。
　なお、内面固定部材２４と外面固定部材３４の組み合わせは、（１）両方がバキュームカップ、（２）一方がバキュームカップで他方はマグネットで隔壁１ａに吸い付く、（３）両方がマグネットで隔壁１ａに吸い付く、（４）両方マグネットで隔壁１ａをはさみこむ、のいずれであってもよく、任意に選択できる。
　また、内面固定部材２４と外面固定部材３４にバキュームカップとマグネットを併用してもよい。
　内面固定部材２４および外面固定部材３４としてバキュームカップないしマグネットを使用することにより、固定のために釘やネジを隔壁１ａに打ち込んだりねじ込んだりすることが不要であり、隔壁１ａの強度が低下しない。また、接着剤で固定する場合と異なり、非接触給電が不要な場合はバキュームカップないしマグネットを隔壁１ａから離すことにより、内側保持具２０を含む受電コイル１６、外側保持具３０を含む給電コイル１２を他の場所へ移設することも可能である。
　上述した第１実施形態の構成によれば、内側保持具２０と外側保持具３０が隔壁１ａの内面と外面にそれぞれ固定されているので、密閉空間１の隔壁１ａが内部の減圧又は加圧により変位しても、内側保持具２０と外側保持具３０は隔壁１ａの変位に追従して変位する。
　従って、内側保持具２０と外側保持具３０にそれぞれ保持された受電コイル１６と給電コイル１２は、電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁３を間に挟んだ状態で相対的な位置関係を保持することができ、給電コイル１２と受電コイル１６間で電力を非接触で伝送することができる。
　また、電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁３は、一体部品で構成することができ、貫通孔等の加工を必要としない。そのため、密閉空間１を開放することなく長期間継続して密閉空間１内に電力を供給することができ、経年変化で密閉空間１の密閉性能に悪影響を及ぼす可能性がない。
　さらに、電力伝送壁３は透光性を必要としないので、遮光性のある材料を用いることで、遮光性が要求される密閉空間１にも適用できる。
　図３は、本発明による非接触電力伝送装置１０の第２実施形態を示す図である。
　この例において、本発明の非接触電力伝送装置１０は、さらに給電回路１４から受電回路１８へ伝送された電力の伝送効率を検出する伝送効率検出装置４０を備える。
　この例において、伝送効率検出装置４０は、受電演算器４１、受電信号線４２、受電送信器４３、給電受信器４４、給電信号線４５、給電演算器４６及び出力装置４７を有する。
　受電演算器４１は、受電回路１８の受電電力量を演算する。この受電電力量は、受電回路１８の電圧と電流の積として求めることができる。得られた受電電力量のデータは、受電信号線４２を介して受電送信器４３に入力される。
　受電送信器４３、給電受信器４４は、それぞれ内側コイル保持部材２２と外側コイル保持部材３２の互いに対向する位置に固定され、受電送信器４３から給電受信器４４に電力伝送壁３を通過して受電回路１８の受電電力量を通信する。受信した受電電力量のデータは、給電信号線４５を介して給電演算器４６に入力される。通信方式としては、たとえば非接触給電と干渉しないような高周波を使用した無線通信を使用することができる。
　給電演算器４６は、給電回路１４の給電電力量を演算する。この給電電力量は、給電回路１４の電圧と電流の積として求めることができる。
　給電演算器４６はさらに、受電電力量と給電電力量から伝送された電力の伝送効率を演算する。この伝送効率は、伝送効率＝（受電回路１８の受電電力量）／（給電回路１４の給電電力量）として求めることができる。
　出力装置４７は、伝送効率の値を数値やメータで表示し、或いは伝送効率が予め設定した閾値より低い場合にアラーム（例えば、ランプ又は音）を出力する。
　その他の構成は、第１実施形態と同様である。
　上述した第２実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様に、内側保持具２０と外側保持具３０にそれぞれ保持された受電コイル１６と給電コイル１２は、電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁３を間に挟んだ状態で相対的な位置関係を保持することができ、給電コイル１２と受電コイル１６間で電力を非接触で伝送することができる。
　また、第２実施形態は第１実施形態と同様に、密閉空間１を開放することなく長期間継続して密閉空間１内に電力を供給することができ、経年変化で密閉空間１の密閉性能に悪影響を及ぼす可能性がない。
　さらに、第２実施形態は第１実施形態と同様に、電力伝送壁３は透光性を必要としないので、遮光性のある材料を用いることで、遮光性が要求される密閉空間１にも適用できる。
　さらに上述した第２実施形態の構成によれば、伝送効率検出装置４０により給電回路１４から受電回路１８へ伝送された電力の伝送効率を検出し、出力装置４７で伝送効率の値を表示したり又はその異常を出力する。そのため、衝撃や干渉により給電コイル１２又は受電コイル１６の位置が移動して、互いに対向しなくなったような場合でも、外部から電力の伝送効率を常時監視することにより、伝送効率が低下した場合に、コイルが互いに対向しなくなったと判定することができる。
　また電力伝送壁３が遮光性のある不透明な材料であっても、隔壁１ａの外側において出力装置４７で表示される伝送効率を目視することにより伝送効率が高い位置に給電コイル１２及び外側保持具３０を設置することが可能であり、それらの位置決めを容易にすることができる。
　なお、清浄で湿度も低い側に位置する給電コイル１２は、コイル自身の保護を簡易にし、放熱を容易に可能とするのがよい。
　また、細菌が存在する、毒物がある、など汚染された側に位置する受電コイル１６は、樹脂で封入して電気回路の劣化を防ぎ、汚物を除去しやすくすることが望ましい。
　特に汚れる環境、付着したものが漏洩することが望ましくない環境では、非接触給電の受電コイル１６、受電回路１８、内側コイル保持部材２２、内面固定部材２４、電力を使用する装置（例えば、照明用ランプなど）を一体構造とし、使用後に容易に廃棄可能としてもよい。
　また、電磁界の影響を受けやすい精密測定機器などを使用する場合、金属等を用いて受電コイル１６の受電面１６ａ以外、給電コイル１２の給電面１２ａ以外を囲むように電磁気シールドを設け、非接触給電にともなって発生する電磁界が精密測定機器等に影響することを防止してもよい。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
内部を減圧又は加圧する密閉空間に適用することができ、密閉空間を開放することなく長期間継続して密閉空間内に電力を供給することができ、経年変化で密閉空間の密閉性能に悪影響を及ぼす可能性がなく、遮光性が要求される密閉空間にも適用できる密閉空間用の非接触電力伝送装置を提供する。
１　密閉空間
１ａ　隔壁
２　給電室
３　電力伝送壁
４　保持具固定部
１０　非接触電力伝送装置
１２　給電コイル
１２ａ　給電面
１４　給電回路
１４ａ　電力ケーブル
１６　受電コイル
１６ａ　受電面
１８　受電回路
１８ａ　電力ケーブル
２０　内側保持具
２２　内側コイル保持部材
２４　内面固定部材
３０　外側保持具
３２　外側コイル保持部材
３４　外面固定部材
４０　伝送効率検出装置
４１　受電演算器
４２　受電信号線
４３　受電送信器
４４　給電受信器
４５　給電信号線
４６　給電演算器
４７　出力装置
 

Claims (7)

  1. 　隔壁の一部ないし全部が電磁界を透過させる材料からなる電力伝送壁である密閉空間内に電力を供給する密閉空間用の非接触電力伝送装置であって、
    　隔壁の内面に固定され、受電コイルを電力伝送壁に近接させて保持する内側保持具と、
    　隔壁の外面に固定され、給電コイルを電力伝送壁に近接させて保持する外側保持具と、を備え、
    　給電コイルと受電コイル間で電力を非接触で伝送する密閉空間用の非接触電力伝送装置。
  2. 　受電コイルの受電面と電力伝送壁の内面との間、及び給電コイルの給電面と電力伝送壁の外面との間にそれぞれ隙間が設けられ、密閉空間の減圧又は加圧により変形する電力伝送壁が受電面及び給電面に接触しないように構成されている請求項１に記載の密閉空間用の非接触電力伝送装置。
  3. 　内側保持具と外側保持具は、一方又は両方にマグネットを有し、吸着することにより隔壁に固定される請求項１又は２に記載の密閉空間用の非接触電力伝送装置。
  4. 　内側保持具と外側保持具は、一方又は両方にバキュームカップを有し、吸着することにより隔壁に固定される請求項１又は２に記載の密閉空間用の非接触電力伝送装置。
  5. 　内側保持具と外側保持具は、両方にマグネットを有し、互いに吸引して隔壁を挟み込むことにより隔壁に固定される請求項１又は２に記載の密閉空間用の非接触電力伝送装置。
  6. 　密閉空間の外側に設けられ給電コイルに電力を供給する給電回路と、
    　密閉空間の内側に設けられ受電コイルから電力を受電する受電回路と、
    　給電回路から受電回路へ伝送された電力の伝送効率を検出する伝送効率検出装置と、を備える請求項１に記載の密閉空間用の非接触電力伝送装置。
  7. 　伝送効率検出装置は、受電回路の受電電力量を演算する受電演算器と、受電電力量を送信する受電送信器と、受電電力量を受信する給電受信器と、給電回路の給電電力量を演算しかつ伝送された電力の伝送効率を演算する給電演算器と、を有する請求項６に記載の密閉空間用の非接触電力伝送装置。
     
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