(57)【要約】【課題】非接触での送電を継続しつつ送電素子を用いた信号伝送を可能とする安価な非接触送電装置を提供する。【解決手段】非接触送電装置２は、非接触での送電が可能な送電素子２５と、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を送電素子２５に出力する交流電源回路２２と、信号用時間帯Ｔｓに信号電圧を送電素子２５に出力する送信機能、および、信号用時間帯Ｔｓに送電素子２５から信号電圧を受け取る受信機能の少なくとも一機能を有する送電側信号回路３１と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触での送電が可能な送電素子と、
電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯を有する交流電圧を前記送電素子に出力する交流電源回路と、
前記信号用時間帯に信号電圧を前記送電素子に出力する送信機能、および、前記信号用時間帯に前記送電素子から信号電圧を受け取る受信機能の少なくとも一機能を有する送電側信号回路と、を備える非接触送電装置。
【請求項２】
前記信号電圧は、ビット情報を表すパルス電圧を含む請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記交流電圧は、継続時間が調整される正負の矩形波電圧からなり、
前記パルス電圧の波高値は、前記矩形波電圧の波高値よりも小さい請求項２に記載の非接触送電装置。
【請求項４】
前記送電素子は、コアを有する送電コイルであり、
前記パルス電圧は、正負一対で一つの前記ビット情報を表す請求項２または３に記載の非接触送電装置。
【請求項５】
前記信号電圧は、複数の前記ビット情報をまとめたビット群を区切る区切り情報を表す搬送波電圧であって、前記パルス電圧と異なる波形の搬送波電圧を含む請求項２〜４のいずれか一項に記載の非接触送電装置。
【請求項６】
前記送電側信号回路は、前記送電素子と前記交流電源回路とを接続する電源線に電磁結合する送電側結合トランスを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の非接触送電装置。
【請求項７】
電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯を有する交流電圧を非接触で受け取り可能な受電素子と、
前記受電素子が受け取った前記交流電圧を変成して負荷に供給する受電回路と、
前記信号用時間帯に信号電圧を前記受電素子に出力する送信機能、および、前記信号用時間帯に前記受電素子から信号電圧を受け取る受信機能の少なくとも一機能を有する受電側信号回路と、を備える非接触受電装置。
【請求項８】
前記信号電圧は、ビット情報を表すパルス電圧を含む請求項７に記載の非接触受電装置。
【請求項９】
前記交流電圧は、継続時間が調整される正負の矩形波電圧からなり、
前記パルス電圧の波高値は、前記矩形波電圧の波高値よりも小さい請求項８に記載の非接触受電装置。
【請求項１０】
前記受電素子は、コアを有する受電コイルであり、
前記パルス電圧は、正負一対で一つの前記ビット情報を表す請求項８または９に記載の非接触受電装置。
【請求項１１】
前記信号電圧は、複数の前記ビット情報をまとめたビット群を区切る区切り情報を表す搬送波電圧であって、前記パルス電圧と異なる波形の搬送波電圧を含む請求項８〜１０のいずれか一項に記載の非接触受電装置。
【請求項１２】
前記受電側信号回路は、前記受電素子と前記受電回路とを接続する受電線に電磁結合する受電側結合トランスを含む請求項７〜１１のいずれか一項に記載の非接触受電装置。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか一項に記載され、かつ所定の対基板作業を実施する対基板作業機の機台に配置された非接触送電装置と、
請求項７〜１２のいずれか一項に記載され、かつ前記対基板作業に使用する交換ユニットを自動で交換する移動式交換部に配置された非接触受電装置と、
を備える非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で電力を送る非接触送電装置、非接触で電力を受け取る非接触受電装置、ならびに、非接触送電装置および非接触受電装置を含んで構成される非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線が施された基板に電子部品（以下「部品」と称する）を実装するための諸作業（以下「対基板作業」と称する）を施して、回路基板を量産する技術が普及している。対基板作業を実施する対基板作業機として、はんだ印刷機、部品装着機、リフロー機、基板検査機などがある。これらの対基板作業機を連結して部品実装ラインを構成することが一般的になっている。近年、対基板作業機の可動部に給電する手段として、非接触給電システムを適用する技術が開発されている。
【０００３】
非接触給電システムを適用することにより、給電線の配線ルートを確保する必要が無くなるとともに、給電線の繰り返し変形による疲労あるいは摺動式給電部の摩耗のおそれがなくなる。なお、非接触給電システムの用途は、部品実装ラインに限定されず、他の製品を組み立てる組立ラインや部材を加工する工作機械、電動車両への給電など幅広い分野にわたっている。この種の非接触給電システムに関する技術例が特許文献１、２に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、複数のテープフィーダが着脱自在に装着された部品装着機を開示している。この部品装着機は、テープフィーダの側に受電コイルと磁気信号の発生手段とを備え、本体のフィーダ取付部の側に送電コイルと磁気信号の検出手段とを備え、本体からテープフィーダへの非接触給電を行うとともに、磁気信号を用いてテープフィーダから本体に個体識別情報を伝送する。これによれば、本体側でテープフィーダの有無のみならず、正誤も判別できる、とされている。
【０００５】
また、特許文献２の非接触給電通信装置は、共鳴素子と、交流電力を共鳴素子に供給する交流電源部と、共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、交流電源部および通信部の一方を切り替え可能に共鳴素子に接続するスイッチ手段と、を備える。これによれば、給電時にはインピーダンスを適切に保って効率よく給電でき、通信時には共鳴素子をアンテナに用いて通信を行える、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６１２８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の技術は、フィーダ取付部に装着されて静止したテープフィーダを対象として、非接触給電および信号伝送を行うものである。このため、特許文献１の技術は、可動部を対象とする場合に磁気信号の強さが変動してしまい、実用に適さない。
【０００８】
また、特許文献２の技術は、交流電源部および通信部を切り替えて使用することにより、可動部を対象として非接触給電および通信を行える。しかしながら、通信時にも可動部が動作できるように、給電時に充電モードで蓄電池を充電する必要がある。仮に、交流電源部および通信部の両方を共鳴素子に接続した場合、インピーダンスが不適切になって給電効率が低下するとともに、交流電力に重畳する通信信号の検波も困難になる。この種の問題点は、幅広い分野の非接触給電システムの多くに共通する。
【０００９】
固定部と、非接触給電される可動部との間で信号伝送を行うために、一般的には、次のいずれかの手段が用いられる。
１）可撓性を有する信号ケーブルや摺動式接続部を用いる有線伝送手段
２）無線通信や光通信などの非接触伝送手段
３）送電素子および受電素子と別に設ける通信コイルなどの信号専用素子（例えば、特許文献１）
しかしながら、１）の手段では、信号ケーブルの繰り返し変形による疲労や摺動式接続部の摩耗のおそれが解消されない。また、２）および３）の手段では、装置構成やシステム構成の複雑化を招くとともに、コストの増加を招いてしまう。
【００１０】
本明細書では、非接触での送電を継続しつつ送電素子を用いた信号伝送を可能とする安価な非接触送電装置を提供すること、非接触での受電を継続しつつ受電素子を用いた信号伝送を可能とする安価な非接触受電装置を提供すること、ならびに、この非接触送電装置およびこの非接触受電装置を含んで構成された非接触給電システムを提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書は、非接触での送電が可能な送電素子と、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯を有する交流電圧を前記送電素子に出力する交流電源回路と、前記信号用時間帯に信号電圧を前記送電素子に出力する送信機能、および、前記信号用時間帯に前記送電素子から信号電圧を受け取る受信機能の少なくとも一機能を有する送電側信号回路と、を備える非接触送電装置を開示する。
【００１２】
また、本明細書は、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯を有する交流電圧を非接触で受け取り可能な受電素子と、前記受電素子が受け取った前記交流電圧を変成して負荷に供給する受電回路と、前記信号用時間帯に信号電圧を前記受電素子に出力する送信機能、および、前記信号用時間帯に前記受電素子から信号電圧を受け取る受信機能の少なくとも一機能を有する受電側信号回路と、を備える非接触受電装置を開示する。
【００１３】
また、本明細書は、前記した非接触送電装置と、前記した非接触受電装置と、を備える非接触給電システムを開示する。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書で開示する非接触送電装置によれば、交流電源回路は、非接触での送電を行わない信号用時間帯を有する交流電圧を送電素子に出力して、非接触での送電を継続できる。かつ、送電側信号回路は、信号用時間帯に送信機能および受信機能の少なくとも一機能を発揮して、送電素子を介した信号伝送を行うことができる。したがって、信号伝送用の専用素子は不要であり、非接触送電装置は、装置構成が簡素となって安価である。
【００１５】
また、本明細書で開示する非接触受電装置、非接触給電システムについても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の非接触給電システムを適用する部品実装ラインの構成を示した斜視図である。
【図２】第１実施形態の非接触給電システムの機能構成を示すブロック図である。
【図３】送電素子の端子電圧の波形例を示した図である。
【図４】図３よりも長い時間スパンを用いて、送電側信号回路が出力する信号電圧の波形例を模式的に示した図である。
【図５】第２実施形態において、長い時間スパンを用いて、送電側信号回路および受電側信号回路の信号電圧の波形例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．第１実施形態の非接触給電システム１の適用箇所の例示
第１実施形態の非接触給電システム１について、図１〜図４を参考にして説明する。まず、非接触給電システム１の適用箇所の一例である部品実装ライン９の構成について説明する。図１は、第１実施形態の非接触給電システム１を適用する部品実装ライン９の構成を示した斜視図である。部品実装ライン９は、複数の対基板作業機が列設されて構成される。すなわち、半田印刷機９１、印刷検査機９２、第１部品装着機９３、第２部品装着機９４、第３部品装着機９５、図略の基板外観検査機、および図略のリフロー機が記載された順番に列設されている。
【００１８】
それぞれの対基板作業機は、基板に対する所定の作業、すなわち対基板作業を実施する。具体的に、半田印刷機９１は、ペースト状の半田を定められたパターン形状で基板に印刷する。印刷検査機９２は、基板の半田印刷状態を撮像して検査する。第１部品装着機９３、第２部品装着機９４、および第３部品装着機９５は、部品供給装置から部品を採取して、基板の半田の上に装着する。基板外観検査機は、基板に装着された部品を撮像して外観状態を検査する。リフロー機は、半田を加熱および冷却することによって部品の半田付けを確かなものとする。対基板作業は、上記した作業内容に限定されず、付随する諸作業等も含む。例えば、基板の搬入出作業や位置決め作業、基板や部品を撮像してそれらの位置や姿勢を把握する確認作業も、対基板作業に含まれる。
【００１９】
第１部品装着機９３、第２部品装着機９４、および第３部品装着機９５は、互いに同一構造である。部品装着機（９３、９４、９５）は、部品供給装置８７、予備フィーダ保管装置８８、図１には見えない基板搬送装置および部品移載装置を備える。
【００２０】
部品供給装置８７は、機台９９の前側の概ね中間高さに配置される。部品供給装置８７は、前後方向に延びかつ互いに平行な複数のスロットを有する。部品供給装置８７のそれぞれのスロットには、フィーダ８９が装着される。フィーダ８９は、複数の部品を収納したキャリアテープが巻回されたリールを保持する。フィーダ８９は、キャリアテープを一定ピッチで繰り出し、所定位置で部品を１個ずつ供給する。フィーダ８９は、第１部品装着機９３、第２部品装着機９４、および第３部品装着機９５で互換使用されるように、形状が共通化されている。フィーダ８９は、部品装着機（９３、９４、９５）で交換して使用される交換ユニットの一例である。
【００２１】
予備フィーダ保管装置８８は、機台９９の前側の部品供給装置８７の下側に配置される。予備フィーダ保管装置８８は、前後方向に延びかつ互いに平行な複数のスロットを有する。予備フィーダ保管装置８８のそれぞれのスロットには、使用準備が整った予備のフィーダ８９が一時的に保管される。基板搬送装置は、基板の搬入、位置決め、および搬出を行う。部品移載装置は、吸着ノズルなどの部品装着具を用いて部品供給装置８７から部品を採取し、基板に装着する。
【００２２】
また、部品実装ライン９には、フィーダ保管装置９６、ライン管理装置９７、および移動式交換装置８が設けられている。フィーダ保管装置９６は、半田印刷機９１に隣接して配置される。フィーダ保管装置９６は、前後方向に延びかつ互いに平行な複数のスロットを有する。フィーダ保管装置９６のそれぞれのスロットには、使用準備が整ったフィーダ８９が保管される。
【００２３】
ライン管理装置９７は、フィーダ保管装置９６に隣接して配置される。かつ、ライン管理装置９７は、複数の対基板作業機と通信接続される。ライン管理装置９７は、基板の種類ごとに異なる対基板作業の作業内容を記述したジョブデータを管理する。ライン管理装置９７は、生産計画に基づいて、複数の対基板作業機にそれぞれのジョブデータを送出する。ライン管理装置９７は、さらに、複数の対基板作業機の動作状況を監視する。
【００２４】
移動式交換装置８は、フィーダ８９を自動で交換する。詳細には、移動式交換装置８は、部品装着機（９３、９４、９５）の部品供給装置８７と、予備フィーダ保管装置８８との間でフィーダ８９を交換する。また、移動式交換装置８は、部品装着機（９３、９４、９５）とフィーダ保管装置９６との間で移動し、フィーダ８９を搬送して交換する。
【００２５】
移動式交換装置８は、移動式交換部８１、駆動部８２、中段レール８３、下段レール８４、および交換制御部８Ａ（図２参照）などで構成される。中段レール８３および下段レール８４は、複数の対基板作業機の機台９９の前面、およびフィーダ保管装置９６の前面にそれぞれ設けられる。中段レール８３および下段レール８４は、部品実装ライン９のライン長さ方向（図１の左右方向）に延在する。中段レール８３の高さ位置は、部品供給装置８７と予備フィーダ保管装置８８の中間に統一されている。下段レール８４の高さ位置は、予備フィーダ保管装置８８の下側に統一されている。これにより、複数の中段レール８３および複数の下段レール８４は、フィーダ保管装置９６から第３部品装着機９５まで続いて互いに平行する２条の長い軌道を形成する。
【００２６】
移動式交換部８１は、中段レール８３および下段レール８４に移動可能に装荷される。移動式交換部８１は、フィーダ８９を把持および解放するクランプ機構８５（図２参照）、および把持したフィーダ８９を操作する操作機構８６（図２参照）を備える。操作機構８６は、フィーダ８９をスロットに差し込んで装着する機能、フィーダ８９をスロットから抜き取る機能、および、移動式交換部８１の内部でフィーダ８９を昇降する機能を有する。
【００２７】
駆動部８２は、移動式交換部８１の概ね中間高さに設けられている。駆動部８２は、中段レール８３との間に推進力を発生させ、移動式交換部８１を軌道に沿ってライン長さ方向に駆動する。これにより、移動式交換部８１は、フィーダ保管装置９６から第３部品装着機９５まで移動する。駆動部８２として、リニアモータ機構やサーボモータを用いたボールねじ送り機構を例示できる。
【００２８】
交換制御部８Ａは、移動式交換部８１に搭載されている。交換制御部８Ａは、クランプ機構８５、操作機構８６、および駆動部８２を制御することにより、フィーダ８９の交換動作を制御する。本願出願人は、移動式交換装置８の詳細な構成例について、国際公開ＷＯ２０１４／０１００８３号に開示している。移動式交換部８１の負荷、すなわち、駆動部８２、クランプ機構８５、操作機構８６、および交換制御部８Ａへの給電の用途に、第１実施形態の非接触給電システム１が適用される。
【００２９】
図２は、第１実施形態の非接触給電システム１の機能構成を示すブロック図である。非接触給電システム１は、複数の非接触送電装置２と、非接触受電装置４とを備える。複数の非接触送電装置２は、複数の対基板作業機の機台９９の中段レール８３付近にそれぞれ配置される。一方、非接触受電装置４は、移動式交換部８１に配置される。移動式交換部８１がライン長さ方向に移動しても、非接触受電装置４は、いずれかの非接触送電装置２に対向する。
【００３０】
２．第１実施形態の非接触給電システム１を構成する非接触送電装置２
非接触送電装置２は、交流電源回路２２、送電素子２５、電源線２６、送電側信号回路３１、送電側結合トランス３２、および送電側制御回路３３などで構成されている。図３は、送電素子２５の端子電圧の波形例を示した図である。また、図４は、図３よりも長い時間スパンを用いて、送電側信号回路３１が出力する信号電圧の波形例を模式的に示した図である。図４において、パルス電圧Ｖｓｐの継続時間が誇張して示されている。図３および図４の横軸は時間軸であり、縦軸は電圧瞬時値を表す。
【００３１】
図３に示されるように、送電素子２５には、非接触給電用の交流電圧、および、信号伝送用の信号電圧が入力される。非接触給電用の交流電圧は、正の矩形波電圧Ｖｐｐおよび負の矩形波電圧Ｖｐｍを含む。信号電圧は、ビット情報を表すパルス電圧Ｖｓｐ、および、ビット群の区切りを表す搬送波電圧Ｖｓｃを含む。ただし、送電素子２５や送電側結合トランス３２などの周波数特性に依存して、矩形状やパルス状の波形は変歪し得る。
【００３２】
送電側制御回路３３は、タイマを内蔵しており、非接触給電用の交流電圧の周期Ｔを継続して作り出す。さらに、送電側制御回路３３は、それぞれの周期Ｔを２つの給電用時間帯Ｔｐ、および２つの信号用時間帯Ｔｓに分割する。給電用時間帯Ｔｐは、信号用時間帯Ｔｓよりも大幅に長い。送電側制御回路３３は、第１機能として、給電用時間帯Ｔｐの間、交流電源回路２２を動作させる。さらに、送電側制御回路３３は、非接触給電する電力の大きさに対応した継続時間ｔを交流電源回路２２に指令する。
【００３３】
交流電源回路２２は、入力側が商用周波数電源２１に接続され、出力側が電源線２６を用いて送電素子２５に接続される。交流電源回路２２は、例えば、整流回路２３およびインバータ回路２４からなる。整流回路２３は、例えば、４個のダイオードをブリッジ接続した全波整流回路で構成される。整流回路２３は、商用周波数電源２１からの入力を整流して、直流電圧をインバータ回路２４に出力する。
【００３４】
インバータ回路２４は、例えば、４個のスイッチング素子をブリッジ接続した回路で構成される。インバータ回路２４は、周期Ｔの半分が経過するごとに直流電圧の正負の向きを反転する。さらに、インバータ回路２４は、指令された継続時間ｔに相当する正の矩形波電圧Ｖｐｐおよび負の矩形波電圧Ｖｐｍを生成して、送電素子２５に出力する。正負の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）の波高値Ｈｐは、絶対値が相互に等しい。矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）の継続時間ｔは、給電用時間帯Ｔｐにほぼ等しい最大継続時間ｔｍａｘから、パルス電圧Ｖｓｐの時間幅に近い最小継続時間ｔｍｉｎの範囲内で調整される。また、継続時間ｔが変化しても、矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）は、給電用時間帯Ｔｐの中央に位置するように制御される。交流電源回路２２は、信号用時間帯Ｔｓには、非接触での送電を行わない。
【００３５】
送電素子２５は、コアを有する送電コイルとされており、これに限定されない。送電素子２５は、後述する受電素子４１に対向して電磁結合する。したがって、送電素子２５は、受電素子４１に非接触で交流電力を送給することができる。さらに、送電素子２５は、受電素子４１に非接触で信号電圧を伝送することができる。
【００３６】
送電側制御回路３３は、第２機能として、信号用時間帯Ｔｓの間、送電側信号回路３１を動作させる。さらに、送電側制御回路３３は、信号Ｓｉｇを構成する複数のビット情報を送電側信号回路３１に指令する。第１実施形態において、送電側信号回路３１は、信号Ｓｉｇを送信する送信機能を有する。信号Ｓｉｇは、例えば４個のビット群からなり、各ビット群は、例えば４つのビット情報からなる。
【００３７】
送電側信号回路３１は、信号用時間帯Ｔｓごとに１つの信号電圧を出力する。図２に示されるように、送電側信号回路３１の出力側は、送電側結合トランス３２に接続されている。さらに、送電側結合トランス３２は、電源線２６に電磁結合している。これにより、信号電圧は、送電素子２５まで送給される。なお、送電側結合トランス３２は、小容量とされており、非接触給電の給電効率に殆ど寄与しない。
【００３８】
信号電圧の種類について詳述すると、送電側信号回路３１は、９番目の信号用時間帯Ｔｓごとに搬送波電圧Ｖｓｃを出力する。図３に示されるように、搬送波電圧Ｖｓｃは、継続時間が短い正負の電圧が連続した波形となっている。搬送波電圧Ｖｓｃは、ビット群の区切りを表す。
【００３９】
また、送電側信号回路３１は、搬送波電圧Ｖｓｃが出力されない８個の信号用時間帯Ｔｓに、パルス電圧Ｖｓｐを出力する。図３に示されるように、パルス電圧Ｖｓｐは、搬送波電圧Ｖｓｃと異なる単極性であって、正極性と負極性とが有る。パルス電圧Ｖｓｐは、正負一対が時間軸上に並んで一つのビット情報の「１」を表す。ビット情報の「０」を表す場合、時間軸上に並ぶ２個の信号用時間帯Ｔｓは無電圧とされる。したがって、送電側信号回路３１は、８個の信号用時間帯Ｔｓを用いて４つのビット情報、すなわち１個のビット群を表すことができる。送電側信号回路３１は、８個の信号用時間帯Ｔｓへの出力を４回繰り返して、信号Ｓｉｇを出力する。
【００４０】
図４に示される例で、４個のビット群からなる信号Ｓｉｇとして、二進数表示の（１１１１  １００１  ０００１  １１００）が出力されている。信号Ｓｉｇは、例えば、移動式交換部８１にフィーダ８９を操作させる指令の伝送に用いられる。また、図４に示されるように、信号Ｓｉｇが出力されていない時間帯においても、搬送波電圧Ｖｓｃは定期的に出力される。
【００４１】
ここで、搬送波電圧Ｖｓｃおよびパルス電圧Ｖｓｐの波高値Ｈｓは、正負の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）の波高値Ｈｐよりも小さくなっている。これにより、受信側で、搬送波電圧Ｖｓｃおよびパルス電圧Ｖｓｐと、正負の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）とを区別することが容易になる。
【００４２】
また、搬送波電圧Ｖｓｃおよび正負一対のパルス電圧Ｖｓｐは、正負対称であるので、送電素子２５に直流偏磁を発生させない。これにより、非接触送電装置２の安定した送電性能、および安定した信号伝送性能が確実に維持される。
【００４３】
３．第１実施形態の非接触給電システム１を構成する非接触受電装置４
非接触受電装置４は、受電素子４１、受電回路４２、受電線４５、受電側信号回路５１、受電側結合トランス５２、および受電側制御回路５３などで構成されている。図３は、受電素子４１の端子電圧の波形例に相当し、図４は、受電側信号回路５１で検波された波形に相当する。ただし、受電素子４１や受電側結合トランス５２などの周波数特性などに依存して、矩形状やパルス状の波形は変歪し得る。
【００４４】
受電素子４１は、送電素子２５に対向して配置されると、非接触で交流電力を受け取る。受電素子４１は、コアを有する受電コイルとされており、これに限定されない。受電素子４１は、受電線４５を用いて受電回路４２に接続される。なお、送電素子２５や受電素子４１に図略の共振用素子を適宜接続し、共振現象を利用して給電効率を高めることが好ましい。
【００４５】
受電回路４２は、受電素子４１が受け取った交流電圧を変成して、移動式交換部８１の負荷（駆動部８２、クランプ機構８５、操作機構８６、および交換制御部８Ａ）に供給する。受電回路４２は、例えば、整流回路４３および直流変換回路４４からなる。整流回路４３は、交流電力を整流して直流電圧を生成し、直流変換回路４４に出力する。直流変換回路４４は、直流電圧の大きさを調整して、移動式交換部８１の負荷に出力する。なお、受電回路４２は、信号電圧も併せて変成する。しかしながら、信号電圧は、交流電圧と比較して波高値Ｈｓが小さくかつ継続時間も短いので、非接触給電の給電効率には殆ど寄与しない。
【００４６】
受電側結合トランス５２は、受電線４５に電磁結合している。さらに、受電側結合トランス５２は、受電側信号回路５１に接続されている。これにより、受電素子４１の端子電圧に比例した電圧波形が、受電側信号回路５１に入力される。受電側結合トランス５２は、小容量とされており、非接触給電の給電効率を殆ど低下させない。
【００４７】
第１実施形態において、受電側信号回路５１は、信号Ｓｉｇを受信する受信機能を有する。受電側信号回路５１は、波高値（Ｈｓ、Ｈｐ）の違いに基づいて、信号電圧と非接触給電用の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）とを区別して検波できる。さらに、受電側信号回路５１は、信号電圧の極性の違いに基づいて、搬送波電圧Ｖｓｃとパルス電圧Ｖｓｐとを区別できる。これにより、受電側信号回路５１は、伝送された信号Ｓｉｇを検波する。受電側信号回路５１は、求めた信号Ｓｉｇを受電側制御回路５３に送る。受電側制御回路５３は、信号Ｓｉｇの情報を交換制御部８Ａに受け渡す。
【００４８】
４．第１実施形態の非接触給電システム１の態様および効果
第１実施形態で説明した非接触送電装置２は、非接触での送電が可能な送電素子２５と、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を送電素子２５に出力する交流電源回路２２と、信号用時間帯Ｔｓに信号電圧（パルス電圧Ｖｓｐおよび搬送波電圧Ｖｓｃ）を送電素子２５に出力する送信機能を有する送電側信号回路３１と、を備える。
【００４９】
これによれば、交流電源回路２２は、非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を送電素子２５に出力して、非接触での送電を継続できる。かつ、送電側信号回路３１は、信号用時間帯Ｔｓに送信機能を発揮して、送電素子２５を介した送信を行うことができる。したがって、送信用の専用素子は不要であり、非接触送電装置２は、装置構成が簡素となって安価である。
【００５０】
さらに、信号電圧は、ビット情報を表すパルス電圧Ｖｓｐを含む。これによれば、パルス電圧Ｖｓｐを用いて、信号Ｓｉｇを送信することができる。
【００５１】
さらに、交流電圧は、継続時間ｔが調整される正負の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）からなり、パルス電圧Ｖｓｐの波高値Ｈｓは、矩形波電圧の波高値Ｈｐよりも小さい。これによれば、波高値Ｈｓの小さなパルス電圧Ｖｓｐを用いて、信号Ｓｉｇを送信することができる。
【００５２】
さらに、送電素子２５は、コアを有する送電コイルであり、パルス電圧Ｖｓｐは、正負一対で一つのビット情報を表す。これによれば、送電素子２５に直流偏磁が発生しない。したがって、非接触送電装置２の安定した送電性能、および安定した送信性能が確実に維持される。
【００５３】
さらに、信号電圧は、複数のビット情報をまとめたビット群を区切る区切り情報を表す搬送波電圧Ｖｓｃであって、パルス電圧Ｖｓｐと異なる波形の搬送波電圧Ｖｓｃを含む。これによれば、信号Ｓｉｇの先頭、ビット群の区切り、および末尾が明瞭となり、送信性能が安定する。
【００５４】
さらに、送電側信号回路３１は、送電素子２５と交流電源回路２２とを接続する電源線２６に電磁結合する送電側結合トランス３２を含む。これによれば、送電側信号回路３１と交流電源回路２２とを相互に絶縁して干渉を抑制できるので、動作信頼性が向上する。
【００５５】
また、第１実施形態で説明した非接触受電装置４は、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を非接触で受け取り可能な受電素子４１と、受電素子４１が受け取った交流電圧を変成して負荷（駆動部８２、クランプ機構８５、操作機構８６、および交換制御部８Ａ）に供給する受電回路４２と、信号用時間帯Ｔｓに受電素子４１から信号電圧（パルス電圧Ｖｓｐおよび搬送波電圧Ｖｓｃ）を受け取る受信機能を有する受電側信号回路５１と、を備える。
【００５６】
これによれば、受電素子４１は、非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を非接触で受け取り、受電回路４２は、交流電圧を変成して負荷に供給するので、非接触での受電を継続できる。かつ、受電側信号回路５１は、信号用時間帯Ｔｓに受信機能を発揮して、受電素子４１を介した受信を行うことができる。加えて、非接触給電が途切れないので、蓄電池を必要としない。したがって、受信用の専用素子や蓄電池が不要となり、非接触受電装置４は、装置構成が簡素となって安価である。
【００５７】
さらに、信号電圧は、ビット情報を表すパルス電圧Ｖｓｐを含む。これによれば、パルス電圧Ｖｓｐで表された信号Ｓｉｇを受信することができる。
【００５８】
さらに、交流電圧は、継続時間ｔが調整される正負の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）からなり、パルス電圧Ｖｓｐの波高値Ｈｓは、矩形波電圧の波高値Ｈｐよりも小さい。これによれば、波高値（Ｈｓ、Ｈｐ）の違いに基づいて、パルス電圧Ｖｓｐと非接触給電用の正負の矩形波電圧（Ｖｐｐ、Ｖｐｍ）とを区別して検波でき、受信性能が安定する。
【００５９】
さらに、受電素子４１は、コアを有する受電コイルであり、パルス電圧Ｖｓｐは、正負一対で一つのビット情報を表す。これによれば、受電素子４１に直流偏磁が発生しない。したがって、非接触受電装置４の安定した受電性能、および安定した受信性能が確実に維持される。
【００６０】
さらに、信号電圧は、複数のビット情報をまとめたビット群を区切る区切り情報を表す搬送波電圧Ｖｓｃであって、パルス電圧Ｖｓｐと異なる波形の搬送波電圧Ｖｓｃを含む。これによれば、信号Ｓｉｇの先頭、ビット群の区切り、および末尾が明瞭となり、受信性能が安定する。
【００６１】
さらに、受電側信号回路５１は、受電素子４１と受電回路４２とを接続する受電線４５に電磁結合する受電側結合トランス５２を含む。これによれば、受電側信号回路５１と受電回路４２とを相互に絶縁して干渉を抑制できるので、動作信頼性が向上する。さらに、受電側結合トランス５２は、小容量でよいので、非接触給電の給電効率を殆ど低下させない。
【００６２】
また、第１実施形態の非接触給電システム１は、非接触送電装置２と、非接触受電装置４と、を備える。これによれば、非接触送電装置２から非接触受電装置４への非接触給電を継続できるとともに、信号用時間帯Ｔｓに送信機能および受信機能を発揮して、送電素子２５および受電素子４１を介した信号伝送を行うことができる。したがって、信号伝送用の専用素子は不要であり、非接触給電システム１は、システム構成が簡素となって安価である。
【００６３】
さらに、非接触送電装置２は、所定の対基板作業を実施する対基板作業機の機台９９に配置され、非接触受電装置４は、対基板作業に使用する交換ユニット（フィーダ８９）を自動で交換する移動式交換部８１に配置される。これによれば、第１実施形態の非接触給電システム１を部品実装ライン９に適用して、システム構成が簡素でかつ安価となる効果が得られる。
【００６４】
５．第２実施形態の非接触給電システム
次に、第２実施形態の非接触給電システムについて、第１実施形態と異なる点を主にして説明する。第２実施形態では、第２信号Ｓｉｇ２の伝送方向が第１実施形態の逆になる。換言すると、送電側信号回路３１は、第２信号Ｓｉｇ２を受信する受信機能を有し、受電側信号回路５１は、第２信号Ｓｉｇ２を送信する送信機能を有する。
【００６５】
図５は、第２実施形態において、長い時間スパンを用いて、送電側信号回路３１および受電側信号回路５１の信号電圧の波形例を模式的に示した図である。図５において、パルス電圧Ｖｓｐの継続時間が誇張して示されている。図５の横軸は時間軸であり、縦軸は電圧瞬時値を表す。図５の上側の波形は、送電側信号回路３１に係り、送電側結合トランス３２への出力が実線で示され、送電側結合トランス３２からの入力が破線で示されている。また、図５の下側の波形は、受電側信号回路５１に係り、受電側結合トランス５２への出力が実線で示され、受電側結合トランス５２からの入力が破線で示されている。図５に示される例で、４個のビット群からなる第２信号Ｓｉｇ２として、二進数表示の（１１１１  ００１１  ０１０１  ０００１）が出力されている。第２信号Ｓｉｇ２は、例えば、非接触給電の受電状況やフィーダ８９を交換する進捗状況などを表す情報の伝送に用いられる。
【００６６】
図５の上側の波形に示されるように、送電側信号回路３１は、９番目の信号用時間帯Ｔｓごとに搬送波電圧Ｖｓｃを出力する。搬送波電圧Ｖｓｃの波形は、第１実施形態と同じである。搬送波電圧Ｖｓｃは、送電側結合トランス３２、送電素子２５、受電素子４１、および受電側結合トランス５２を経由して伝送され、受電側信号回路５１に入力される（矢印Ａ参照）。受電側信号回路５１は、搬送波電圧Ｖｓｃを検波し、搬送波電圧Ｖｓｃの発生タイミングを受電側制御回路５３に送る。
【００６７】
受電側制御回路５３は、タイマを内蔵するとともに、予め、周期Ｔ、給電用時間帯Ｔｐ、および信号用時間帯Ｔｓの情報を記憶している。受電側制御回路５３は、搬送波電圧Ｖｓｃの発生タイミングを受け取ると、その直後に８組の給電用時間帯Ｔｐおよび信号用時間帯Ｔｓを作り出す。受電側制御回路５３は、８個の信号用時間帯Ｔｓの間、受電側信号回路５１を動作させる。さらに、受電側制御回路５３は、第２信号Ｓｉｇ２を構成する４個のビット群のビット情報を受電側信号回路５１に指令する。
【００６８】
受電側信号回路５１は、信号用時間帯Ｔｓごとに１つのパルス電圧Ｖｓｐを受電側結合トランス５２に出力する。パルス電圧Ｖｓｐの波形は、第１実施形態と同じである。パルス電圧Ｖｓｐは、受電側結合トランス５２から受電素子４１に送給される。受電素子４１は、送電素子２５に向けて、非接触でパルス電圧Ｖｓｐを伝送する。これにより、パルス電圧Ｖｓｐは、搬送波電圧Ｖｓｃの逆方向に伝送され、送電側結合トランス３２を経由して送電側信号回路３１に入力される（矢印Ｂ参照）。送電側信号回路３１は、第１実施形態の受電側信号回路５１と同様の検波を行って第２信号Ｓｉｇ２を求め、送電側制御回路３３に送る。
【００６９】
第２実施形態で説明した非接触送電装置２は、非接触での送電が可能な送電素子２５と、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を送電素子２５に出力する交流電源回路２２と、信号用時間帯Ｔｓに送電素子２５からパルス電圧Ｖｓｐを受け取る受信機能を有する送電側信号回路３１と、を備える。
【００７０】
また、第２実施形態で説明した非接触受電装置４は、電圧瞬時値の正負が切り替わる間に非接触での送電を行わない信号用時間帯Ｔｓを有する交流電圧を非接触で受け取り可能な受電素子４１と、受電素子４１が受け取った交流電圧を変成して負荷（駆動部８２、クランプ機構８５、操作機構８６、および交換制御部８Ａ）に供給する受電回路４２と、信号用時間帯Ｔｓにパルス電圧Ｖｓｐを受電素子４１に出力する送信機能を有する受電側信号回路５１と、を備える。上記した第２実施形態の態様でも、第１実施形態と同様の作用および効果が生じる。
【００７１】
６．実施形態の応用および変形
なお、双方向の信号伝送を行うことも可能である。例えば、信号Ｓｉｇの４個のビット群のうち前半は給電と同方向の伝送とし、後半は給電と逆方向の伝送にすることができる。また、信号Ｓｉｇおよび第２信号Ｓｉｇ２は、説明した以外の形式としてもよい。例えば、１個の搬送波電圧Ｖｓｃの後に、１６ビットのビット情報に対応するパルス電圧Ｖｓｐが続く形式を採用できる。また、パルス電圧Ｖｓｐは、必ずしも正負一対である必要はない。例えば、送電素子２５および受電素子４１に一対の電極を用いた静電結合方式の構成では、正のパルス電圧Ｖｓｐで「１」を表し、負のパルス電圧Ｖｓｐで「０」を表すことができる。第１および第２実施形態の構成および動作は、その他にも様々な応用や変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
第１および第２実施形態の非接触給電システム１は、部品実装ライン９に限定されず、他の製品の組立ラインや工作機械、電動車両への給電など幅広い分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１：非接触給電システム    ２：非接触送電装置    ２２：交流電源回路    ２５：送電素子    ２６：電源線    ３１：送電側信号回路    ３２：送電側結合トランス    ３３：送電側制御回路    ４：非接触受電装置    ４１：受電素子    ４２：受電回路    ４５：受電線    ５１：受電側信号回路    ５２：受電側結合トランス    ５３：受電側制御回路    ８：移動式交換装置    ８１：移動式交換部    ８２：駆動部    ８５：クランプ機構    ８６：操作機構    ８９：フィーダ    ８Ａ：交換制御部    ９：部品実装ライン    ９１：半田印刷機    ９２：印刷検査機    ９３：第１部品装着機    ９４：第２部品装着機    ９５：第３部品装着機    ９９：機台    Ｓｉｇ：信号    Ｓｉｇ２：第２信号    Ｔｐ：給電用時間帯    Ｔｓ：信号用時間帯    Ｖｐｐ：正の矩形波電圧    Ｖｐｍ：負の矩形波電圧    Ｖｓｐ：パルス電圧    Ｖｓｃ：搬送波電圧    Ｈｐ：矩形波電圧の波高値    Ｈｓ：パルス電圧および搬送波電圧の波高値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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