(57)【要約】  本発明の非接触給電装置は、給電側装置に設けられた給電側コイルと、給電側コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ給電側コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電側コイルと、受電側コイルが受け取った高周波電力を変換して受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、給電側コイルおよび受電側コイルの少なくとも一方に接続されて共振回路を形成する少なくとも１個の共振用部材と、を備え、高周波電源回路は、共振回路の共振周波数から外れた周波数を使用する。これによれば、受電電圧の変動を抑制して装置構成および回路構成を簡易とし、装置コストの削減および取付スペースの削減に貢献できる。
2016016930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電側装置に設けられた給電側コイルと、
前記給電側コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、
前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電側コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電側コイルと、
前記受電側コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、
前記給電側コイルおよび前記受電側コイルの少なくとも一方に接続されて共振回路を形成する少なくとも１個の共振用部材と、を備え、
前記高周波電源回路は、前記共振回路の共振周波数から外れた周波数を使用する非接触給電装置。
【請求項２】
前記高周波電源回路は、前記給電側コイルと前記受電側コイルとの電磁結合の結合度が変化したときに前記共振周波数が変動する範囲から外れた周波数を使用する請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記共振用部材は、前記給電側コイルに直列接続された給電側コンデンサと、前記受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサとを含む請求項１または２に記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記共振周波数は、前記給電側コイルおよび前記給電側コンデンサに依存する直列共振周波数、ならびに、前記受電側コイルおよび前記受電側コンデンサに依存する並列共振周波数を含み、
前記高周波電源回路は、前記直列共振周波数と前記並列共振周波数との間の周波数を使用する請求項３に記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記給電側装置は、基板に所定の作業を行う対基板作業機の本体であり、前記受電側装置は、前記対基板作業機に搭載される搭載装置である請求項１〜４のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
【請求項６】
前記対基板作業機の本体は、前記基板に電子部品を装着する部品実装機の本体であり、前記搭載装置は、前記部品実装機に着脱可能に搭載されて前記電子部品を供給する部品供給装置であり、
前記部品実装機の本体に設けられた給電側コイルは、前記電磁結合を担う給電側鉄心を有し、
前記部品供給装置に設けられた受電側コイルは、前記給電側鉄心と共同して前記電磁結合を担う受電側鉄心を有し、
前記部品供給装置が前記部品実装機の本体に搭載されるときに、前記給電側鉄心の接合面と前記受電側鉄心の接合面とが正対してギャップ長を減少させながら接合または接近する請求項５に記載の非接触給電装置。
【請求項７】
前記受電回路は、前記受電側コイルが受け取った高周波電力を直流に変換する整流回路、および前記直流の電圧を調整する直流コンバータを含んで構成される請求項１〜６のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電側コイルと受電側コイルとの電磁結合により非接触で給電する非接触給電装置に関し、より詳細には、受電側に直流コンバータを設けて給電側での電圧調整を不要とした非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の部品が実装された基板を生産する対基板作業機として、はんだ印刷機、部品実装機、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基板生産ラインを構築する場合が多い。このうち部品実装機は、基板搬送装置、部品供給装置、部品移載装置、および制御装置を備えるのが一般的である。部品供給装置の代表例として、多数の電子部品が所定ピッチで収納されたテープを繰り出す方式のフィーダ装置がある。フィーダ装置は、幅方向に薄い扁平形状とされており、部品実装機の機台上に複数台列設されるのが一般的である。フィーダ装置は、部品を供給する機構部にモータを有し、さらに、モータの動作を制御する制御部を有する。【０００３】
部品実装機の本体からフィーダ装置へ給電するために、従来から接触給電方式の多端子コネクタが用いられてきた。しかしながら、多端子コネクタでは抜き差し操作の繰り返しによる端子の変形や折損などのおそれがある。この対策として、近年では、電磁結合方式や静電結合方式などの非接触給電装置の利用が進められている。電磁結合方式の非接触給電装置に用いられる給電側コイルおよび受電側コイルは、それぞれコアを備え、両者のコアが対向配置されて磁気回路が形成される。さらに、非接触給電の回路に共振用コンデンサが追加され、共振周波数を考慮した非接触給電が行われる場合が多い。【０００４】
例えば、特許文献１に開示された非接触給電システムは、１次コイルが給電面に沿って複数配置される給電装置と、給電面に設置されて２次コイルを有する受電装置と、を備え、２次コイルが２つの１次コイルの間の狭間位置に存在するときの共振周波数またはその近傍の周波数を使用する。つまり、特許文献１の構成では、複数の１次コイルと２次コイルとの位置関係が不定であり、位置関係に応じて共振周波数が変化する。それでも、狭間位置に存在するときの共振周波数を使用すれば、２次コイルが１次コイルの正面に存在するときおよび狭間位置に存在するときの両方で安定した出力電力を確保できる、とされている。なお、一般的な非接触給電装置では、１次コイルと２次コイルとの位置関係を固定して、一定の共振周波数を使用する場合が多い。【０００５】
また、電磁結合方式の非接触給電装置では、コア同士の接合状態が低下してギャップが生じると、給電性能が低下する。このため、コア同士の接合状態を良好に維持する技術が開発されている。例えば、特許文献２に開示された誘導性エネルギー伝達を行う装置は、１次コイルが巻回された第１磁気コアと、２次コイルが巻回された第２磁気コアとを有し、一方の磁気コアが他方の磁気コアに対して押圧されるように弾性支承されている。これによれば、接触給電用のプラグを省略でき、プラグが剥ぎ取られるようなことは生じ得ない、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２７１３２号公報
【特許文献２】特開２００６−１９１０９８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、電磁結合方式の非接触給電装置では、受電側の電気負荷に加える出力電圧を安定化するために、大別して２つの方法が用いられている。第１の方法は、受電側で受け取る受電電圧を検出し、受電側から給電側に受電電圧情報を伝達して、給電側で給電電圧を調整して受電電圧を一定に制御する方法である。第１の方法では、受電側に電圧検出部が必要となり、給電側に電圧調整部が必要となり、さらには、受電電圧情報の伝達手段も必要となる。このため、第１の方法では、非接触給電装置のコストが増大し、取付スペースも増大する。【０００８】
第２の方法は、受電側に直流コンバータを設けて電圧調整を行うことにより、受電電圧が変動しても出力電圧を安定化させる方法である。第２の方法は、第１の方法と比較して簡易であり、コストも安価である。しかしながら、第２の方法では、非接触給電を行っているときに受電側の電気負荷が変動したり、コア同士の接合状態が変化したりすると、受電電圧が跳ね上がり得るという問題点がある。また、受電側装置を急に着脱操作したときにも、磁気回路が大きく変化して過渡的に受電電圧が増加するおそれがある。これらの問題点に対して、特許文献１および２の技術は効果的でなく、受電側に保護回路を設けたり、直流コンバータを高耐電圧化したりする対策が必要になる。このため、第２の方法でも、やはり非接触給電装置のコストが増大し、取付スペースが増大する。【０００９】
なお、非接触給電装置の用途は、部品実装機のフィーダ装置に限定されず、他種の対基板作業機や、他の製品を生産する組立機や加工機など幅広い分野にわたっている。【００１０】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、受電電圧の変動を抑制して装置構成および回路構成を簡易とし、装置コストの削減および取付スペースの削減に貢献できる非接触給電装置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】
上記課題を解決する請求項１に係る非接触給電装置の発明は、給電側装置に設けられた給電側コイルと、前記給電側コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電側コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電側コイルと、前記受電側コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、前記給電側コイルおよび前記受電側コイルの少なくとも一方に接続されて共振回路を形成する少なくとも１個の共振用部材と、を備え、前記高周波電源回路は、前記共振回路の共振周波数から外れた周波数を使用する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る非接触給電装置の発明によれば、高周波電源回路は、共振回路の共振周波数から外れた周波数を使用して非接触給電を行う。これにより、受電電圧の負荷依存特性が小さくかつ周波数特性の平坦な周波数で非接触給電を行え、給電側で電圧調整をしなくてよくなる。つまり、受電側の電圧検出部、給電側の電圧調整部、および受電電圧情報の伝達手段などを不要にできる。また、受電側の電気負荷の変動によって引き起こされる受電電圧の跳ね上がりが抑制されるので、受電側に保護回路を設ける耐電圧対策は不要となる。したがって、受電電圧の変動を抑制して装置構成および回路構成を簡易とし、装置コストの削減および取付スペースの削減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の非接触給電装置が組み込まれる部品実装機の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態の非接触給電装置の構成を示す回路図である。
【図３】フィーダ装置がパレット部材に搭載される状況を示す側面図である。
【図４】給電側コイルおよび受電側コイルのインダクタンス値がコアの接合面のギャップ長に依存して変化する特性を定性的に示した図である。
【図５】給電側コアと受電側コアとのギャップ長が殆ど無い良好な接合状態における受電電圧の周波数特性を示した図である。
【図６】給電側コアと受電側コアとのギャップ長が拡がった良好でない接合状態における受電電圧の周波数特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態の非接触給電装置１について、図１〜図６を参考にして説明する。図１は、本発明の実施形態の非接触給電装置１が組み込まれる部品実装機９の全体構成を示す斜視図である。図１の左奥から右手前に向かう方向が基板Ｋを搬入出するＸ軸方向、右奥から左手前に向かう方向がＹ軸方向、上下に向かう方向がＺ軸方向である。部品実装機９は、基板搬送装置９２、複数台のフィーダ装置２、パレット部材３、部品移載装置９４、部品カメラ９５、および図略の制御装置が機台９１に組み付けられて構成されている。基板搬送装置９２、フィーダ装置２、部品移載装置９４、および部品カメラ９５は、制御装置から制御され、それぞれが所定の作業を行うようになっている。
【００１５】
基板搬送装置９２は、基板Ｋを装着実施位置に搬入し位置決めし搬出する。基板搬送装置９２は、第１および第２ガイドレール９２１、９２２、一対のコンベアベルト、およびクランプ装置などで構成されている。第１および第２ガイドレール９２１、９２２は、機台９１の上部中央を横断して搬送方向（Ｘ軸方向）に延在し、かつ互いに平行するように機台９１に組み付けられている。第１および第２ガイドレール９２１、９２２の向かい合う内側に、無端環状の一対のコンベアベルト（図略）が並設されている。一対のコンベアベルトは、コンベア搬送面に基板Ｋの両縁をそれぞれ戴置した状態で輪転して、基板Ｋを機台９１の中央部に設定された装着実施位置に搬入および搬出する。装着実施位置のコンベアベルトの下方には、クランプ装置（図略）が設けられている。クランプ装置は、基板Ｋを押し上げて水平姿勢でクランプし、装着実施位置に位置決めする。これにより、部品移載装置９４が装着実施位置で装着動作を行えるようになる。
【００１６】
複数台のフィーダ装置２は、それぞれ電子部品を順次供給する。フィーダ装置２は、上下方向（Ｚ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に広がり、幅方向（Ｘ軸方向）が薄い扁平形状である。複数台のフィーダ装置２は、パレット部材３の上面の幅方向（Ｘ軸方向）に並べて搭載される。各フィーダ装置２は、本体部２２と、本体部２２の後部に設けられた供給リール２３と、本体部２２の前端に設けられた部品取出部２４とを有している。供給リール２３には多数の電子部品が所定ピッチで収納された細長いテープ（図略）が巻回保持されている。このテープが機構部５６（図２示）により所定ピッチずつ繰り出され、電子部品が収納状態を解除されて部品取出部２４に順次供給されるようになっている。さらに、フィーダ装置２の底面には、パレット部材３への搭載を容易にして位置決めを行うために細長い凸部２５（図３示）が形成されている。
【００１７】
パレット部材３は、複数台のフィーダ装置２を搭載するための部材であり、機台９１の上面に着脱可能に保持される。パレット部材３は、部品実装機９の本体に属する部材であり、底板部３１および前板部３２からなる。底板部３１は、矩形板状であり、その幅寸法（Ｘ軸方向寸法）は、機台９１の幅寸法よりも小さめである。前板部３２は、底板部３１の前縁から立設されている。底板部３１の上面には、前後方向（Ｙ軸方向）に延在する溝状のスロット３３（図３示）が刻設されている。フィーダ装置２は、底面の凸部２５が底板部３１のスロット３３に挿入された状態で、後方から前板部３２に向かってスライド移動されることにより、パレット部材３に搭載される。最終的に、フィーダ装置２は、パレット部材３の底板部３１および前板部３２に接して搭載される。
【００１８】
部品移載装置９４は、複数のフィーダ装置２の各部品取出部２４から部品を吸着採取し、位置決めされた基板Ｋまで搬送して装着する。部品移載装置９４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に水平移動可能なＸＹロボットタイプの装置である。部品移載装置９４は、一対のＹ軸レール９４１、９４２、Ｙ軸スライダ９４３、ヘッド保持部９４４、および吸着ノズル９４５などで構成されている。一対のＹ軸レール９４１、９４２は、機台９１の前後方向（Ｙ軸方向）に延在して、基板搬送装置９２およびフィーダ装置２の上方に配設されている。Ｙ軸レール９４１、９４２上に、Ｙ軸スライダ９４３がＹ軸方向に移動可能に装架されている。Ｙ軸スライダ９４３には、ヘッド保持部９４４がＸ軸方向に移動可能に装架されている。ヘッド保持部９４４は、２つのサーボモータによって水平２方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に駆動される。ヘッド保持部９４４は、その下側に吸着ノズル９４５を交換可能に保持する。吸着ノズル９４５は、下端に吸着開口部をもち、負圧を利用して吸着開口部に電子部品を吸着する。
【００１９】
部品カメラ９５は、基板搬送装置９２とフィーダ装置２との間の機台９１の上面に、上向きに設けられている。部品カメラ９５は、吸着ノズル９４５がフィーダ装置２から基板Ｋ上に移動する途中で、吸着されている電子部品の状態を撮像して検出するものである。部品カメラ９５が電子部品の吸着姿勢の誤差や回転角のずれなどを検出すると、制御装置９６は、必要に応じて部品装着動作を微調整し、装着が困難な場合には当該の部品を廃棄する。
【００２０】
制御装置は、基板Ｋに電子部品を装着する順序および電子部品を供給するフィーダ装置２を指定した装着シーケンスを保持している。制御装置は、部品カメラ９５の撮像データおよび図略のセンサの検出データなどに基づき、装着シーケンスにしたがって部品装着動作を制御する。また、制御装置は、生産完了した基板Ｋの生産数や、電子部品の装着に要した装着時間、部品の吸着エラーの発生回数などの稼動データを逐次収集して更新する。
【００２１】
次に、実施形態の非接触給電装置１の説明に移る。実施形態の非接触給電装置１は、パレット部材３からフィーダ装置２に向けて、電磁結合方式で非接触給電する装置である。パレット部材３は、本発明の給電側装置、対基板作業機の本体、および部品実装機９の本体に相当する。一方、フィーダ装置２は、本発明の受電側装置、搭載装置、および部品供給装置に相当する。図２は、実施形態の非接触給電装置１の構成を示す回路図である。
【００２２】
パレット部材３は、非接触給電装置１の構成要素として、図２の左側に示される高周波電源回路４１、給電側コンデンサ４２、および給電側コイル４３を有する。一方、フィーダ装置２は、非接触給電装置１の構成要素として、図２の右側に示される受電側コイル５１、受電側コンデンサ５３、整流回路５４、および直流コンバータ５５を有する。また、フィーダ装置２は、給電される電気負荷として、機構部５６内にモータおよび制御ＣＰＵを有する。
【００２３】
パレット部材３側の高周波電源回路４１は、給電周波数ｆｓの高周波電圧Ｖｓを出力する。高周波電源回路４１は、例えば、直流電圧を発生する直流電源と、直流電圧をスイッチングして高周波電圧Ｖｓを生成するスイッチング回路とを組み合わせて構成できる。高周波電源回路４１の一方の出力端子４１１は、給電側コンデンサ４２の一端４２１に接続されている。高周波電源回路４１の他方の出力端子４１２は、給電側コイル４３の他端４３２に直結されている。給電側コンデンサ４２は、共振用部材の一実施例である。給電側コンデンサ４２の他端４２２は、給電側コイル４３の一端４３１に接続されている。
【００２４】
給電側コイル４３は、図略の給電側コアに導体が所定回数だけ巻回されて形成されている。給電側コアは、中間部にコイルを形成して両端に接合面４４（図３示）を有するＣ型コアや、センターコアにコイルを形成して３箇所に接合面４４（図３示）を有するＥ型コアなどとする。給電側コアを構成する材質として、透磁率の高い電磁鋼板の積層体やフェライトなどを例示でき、透磁率の低いアルミなどであってもよい。給電側コイル４３および給電側コアは、パレット部材３の前板部３２の上部寄りに配設されている（図３示）。
【００２５】
給電側コンデンサ４２および給電側コイル４３は、直列接続されており、直列共振回路を形成する。給電側コンデンサ４２の静電容量値Ｃ１および給電側コイル４３のインダクタンス値Ｌ１から、次式１を用いて直列共振周波数ｆ１が求められる。
ｆ１＝（１／２π）・（Ｌ１・Ｃ１）−０．５  ……………（式１）
【００２６】
フィーダ装置２側の受電側コイル５１は、図略の受電側コアに導体が所定回数だけ巻回されて形成されている。受電側コイル５１の導体の断面積および巻回数は、給電側コイル４３と同じでもよいし、異なっていてもよい。受電側コイル５１の一端５１１および他端５１２は、整流回路５４に接続されている。受電側コアは、給電側コアと同じ材質で構成され、かつ同じ形状で概ね等しい磁路断面積を有することが好ましい。受電側コアの接合面５２（図３示）は、給電側コアの接合面４４と対向して接合するように形成されている。受電側コイル５１および受電側コアは、フィーダ装置２の前面の上部寄りに配設されている（図３示）。
【００２７】
給電側コアの接合面４４と受電側コアの接合面５２とが対向配置されると、閉じた磁気回路が形成される。給電側コアおよび受電側コアは、磁気回路を形成することによって、給電側コイル４３と受電側コイル５１とを電磁結合する。これにより、受電側コイル５１は、給電側コイル４３から非接触給電方式で高周波電力を受け取ることができるようになる。受電側コイル５１の一端５１１と他端５１２との間に発生する電圧が受電電圧Ｖｒである。
【００２８】
受電側コンデンサ５３は、共振用部材の一実施例である。受電側コンデンサ５３の一端および他端は、整流回路５４に接続されている。受電側コイル５１および受電側コンデンサ５３は、並列接続されて、並列共振回路を形成する。受電側コイル５１のインダクタンス値Ｌ２および受電側コンデンサ５３の静電容量値Ｃ２から、次式２を用いて並列共振周波数ｆ２が求められる。
ｆ２＝（１／２π）・（Ｌ２・Ｃ２）−０．５  ……………（式２）
ちなみに、直列接続と並列接続の違いがあっても、式１と式２は同形である。
【００２９】
整流回路５４は、受電側コイル５１から受け取った高周波の受電電圧Ｖｒを整流して直流電圧Ｖｄを生成し、直流コンバータ５５に供給する。整流回路５４として、４個のダイオードをブリッジ接続した全波整流回路を例示でき、適宜平滑回路を設けてもよい。整流回路５４の回路構成は、上記に限定されない。
【００３０】
直流コンバータ５５は、整流回路５４から受け取った直流電圧Ｖｄを所定の出力電圧ＶＬに調整して、機構部５６の電気負荷に供給する。直流コンバータ５５は、給電側コイル４３と受電側コイル５１との電磁結合の結合度の低下や電気負荷の負荷変動に起因して受電電圧Ｖｒおよび直流電圧Ｖｄが変動しても、出力電圧ＶＬを一定に保つ電圧調整作用を有する。直流コンバータ５５は、入力される直流電圧Ｖｄが上昇することを想定して、所定の耐電圧性能が具備されている。高い耐電圧性能を有する直流コンバータ５５は、コストがアップする。直流コンバータ５５として、例えば、スイッチングレギュレータを用いることができる。整流回路５４および直流コンバータ５５は、本発明の受電回路を構成する。
【００３１】
出力電圧ＶＬは、単一の直流電圧であってもよく、複数種類の電気負荷に対応して大きさの異なる２段階の直流電圧であってもよい。例えば、機構部５６内のモータの直流駆動電圧と制御ＣＰＵの直流制御電圧とが異なっていてもよい。この場合、直流駆動電圧および直流制御電圧に対応して、直流コンバータ５５を２台設けることができる。また、直流駆動電圧として整流回路５４から供給される直流電圧Ｖｄをそのまま使用するとともに、１台の直流コンバータ５５で直流電圧Ｖｄを直流制御電圧に変換して供給するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、図３に示されるように、フィーダ装置２がパレット部材３に搭載される状況を考える。図３は、フィーダ装置２がパレット部材３に搭載される状況を示す側面図である。フィーダ装置２がパレット部材３に搭載されるときに、受電側コイル５１および受電側コアは、給電側コイル４３および給電側コアに正対する。そして、白抜き矢印Ｊに示されるようにフィーダ装置２が前方に向かって（図では左方に）スライド移動されると、給電側コアの接合面４４と受電側コアの接合面５２とが正対してギャップ長ＧＬを減少させながら接合または接近する。
【００３３】
フィーダ装置２が良好に搭載されると、接合面４４、５２同士が接合して、ギャップ長ＧＬは殆ど無くなる。フィーダ装置２が良好に搭載されない場合には、接合面４４、５２同士の間に何らかの異常が発生する。例えば、接合面４４、５２の間にギャップ長ＧＬが残ったままとなり、あるいは、接合面４４、５２同士が平行せずに片当りし、あるいは、接合面４４、５２の間に異物を挟み込んでしまい、あるいは、接合面４４、５２の一部が割れて欠損する。このような異常では、磁気回路に欠陥が発生して、給電側コイル４３と受電側コイル５１との電磁結合の結合度が低下する。
【００３４】
さらに、磁気回路の状態に応じて、給電側コイル４３のインダクタンス値Ｌ１および受電側コイル５１のインダクタンス値Ｌ２が変化する。図４は、給電側コイル４３および受電側コイル５１のインダクタンス値Ｌ１、Ｌ２がコアの接合面４４、５２のギャップ長ＧＬに依存して変化する特性を定性的に示した図である。図示されるように、接合面４４、５２のギャップ長ＧＬが増加すると、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２は減少する。ただし、ギャップ長ＧＬが極端に拡がっても、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２は一定値に落ち着く。そして、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２の変化に伴い、式１および式２で求められる共振周波数ｆ１、ｆ２が偏移する。
【００３５】
上記した共振周波数ｆ１、ｆ２の偏移および受電電圧Ｖｒの変化は、シミュレーションによって求めることができる。図５は、給電側コアと受電側コアとのギャップ長ＧＬが殆ど無い良好な接合状態における受電電圧Ｖｒの周波数特性を示した図である。また、図６は、給電側コアと受電側コアとのギャップ長ＧＬが拡がった良好でない接合状態における受電電圧Ｖｒの周波数特性を示した図である。図５および図６で、横軸は、高周波電源回路４１の給電周波数ｆｓ（対数表示）を示し、縦軸は、受電側コイル５１の一端５１１と他端５１２との間の受電電圧Ｖｒを示している。シミュレーションにおいて、高周波電源回路４１の高周波電圧Ｖｓの大きさは一定条件として給電周波数ｆｓを変化させ、さらに、機構部５６の電気負荷は低負荷時と高負荷時の２条件を設定した。図５および図６において、低負荷時の受電電圧Ｖｒの周波数特性は実線で示され、高負荷時の受電電圧Ｖｒの周波数特性は破線で示されている。
【００３６】
図５に示されるように、良好な接合状態における受電電圧Ｖｒの周波数特性は、２箇所にピークを有する二山特性となっている。下側のピーク周波数ｆＡは、給電側の直列共振周波数ｆ１に由来し、上側のピーク周波数ｆＣは、受電側の並列共振周波数ｆ２に由来している。また、図６に示されるように、良好でない接合状態における受電電圧Ｖｒの周波数特性も、２箇所にピークを有する二山特性となっている。ただし、下側および上側のピーク周波数ｆＢ、ｆＤは、図５よりも高周波側に偏移している。
【００３７】
逆に言えば、ギャップ長ＧＬの増加に応じて電磁結合の結合度が低下してゆくと、給電側の直列共振周波数ｆ１は、ピーク周波数ｆＡからピーク周波数ｆＢまで増加する。同様に、電磁結合の結合度が低下してゆくと、受電側の並列共振周波数ｆ２は、ピーク周波数ｆＣからピーク周波数ｆＤまで増加する。なお、前述したようにギャップ長ＧＬが極端に拡がってもインダクタンス値Ｌ１、Ｌ２は一定値に落ち着くので、直列共振周波数ｆ１および並列共振周波数ｆ２の増加には上限がある。
【００３８】
本実施形態において、高周波電源回路４１は、直列共振周波数ｆ１と並列共振周波数ｆ２との間の周波数ｆ０を使用する。厳密には、高周波電源回路４１は、電磁結合の結合度が変化したときに給電側の直列共振周波数ｆ１が変動する上限のピーク周波数ｆＢよりも高く、かつ受電側の並列共振周波数ｆ２が変動する下限のピーク周波数ｆＣよりも低い周波数ｆ０を給電周波数ｆｓに使用する。各周波数の大小関係は、次の不等式で表される。
ｆ１（＝ｆＡ〜ｆＢまで偏移）＜ｆ０（＝ｆｓ）＜ｆ２（＝ｆＣ〜ｆＤまで偏移）
【００３９】
また、低負荷時と高負荷時とを比較すると、全周波数帯において低負荷時のほうが受電電圧Ｖｒは高くなる。特に、低負荷時の受電電圧Ｖｒは、各ピーク周波数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤの近傍において大きく跳ね上がる。一方、高負荷時の受電電圧Ｖｒは、下側のピーク周波数ｆＡ、ｆＢの近傍において増加するが、低負荷時ほど顕著に跳ね上がらない。また、高負荷時の受電電圧Ｖｒは、上側のピーク周波数ｆＣ、ｆＤの近傍において増加が目立たない。
【００４０】
ここで、高周波電源回路４１が給電周波数ｆｓとして周波数ｆ０以外の周波数を使用した場合を考える。例えば、高周波電源回路４１がピーク周波数ｆＡを使用した場合、良好な接合状態において高負荷時から低負荷時に変化すると、受電電圧Ｖｒは、図５のＶｒ１からＶｒ２に跳ね上がる。また、高周波電源回路４１がピーク周波数ｆＡを使用した場合、接合状態が図５から図６に低下すると、受電電圧Ｖｒは、図６のＶｒ３と極端に低下する。また例えば、高周波電源回路４１がピーク周波数ｆＢを使用した場合、良好でない接合状態において高負荷時から低負荷時に変化すると、受電電圧Ｖｒは、図６のＶｒ４からＶｒ５に跳ね上がる。
【００４１】
さらに、高周波電源回路４１がピーク周波数ｆＡとピーク周波数ｆＢとの間の周波数を使用した場合、図５と図６の中間的な接合状態において負荷変化時に受電電圧Ｖｒが跳ね上がるおそれを解消できない。一方、高周波電源回路４１がピーク周波数ｆＣとピーク周波数ｆＤとの間の周波数を使用した場合も同様であり、やはり、負荷変化時に受電電圧Ｖｒが跳ね上がるおそれを解消できない。
【００４２】
これに対し、実施形態においては、コア間の接合状態の変化に伴い受電電圧Ｖｒの周波数特性が偏移しても、高周波電源回路４１が使用する周波数ｆ０は、周波数特性のピークに重ならない。周波数ｆ０における受電電圧Ｖｒは、図５のＶｒ６、Ｖｒ７および図６のＶｒ８、Ｖｒ９に示されるように、比較的大きく、かつ負荷依存特性が小さい。したがって、実施形態によれば、フィーダ装置２の電気負荷が負荷変動し、さらにコア間の接合状態が変化しても、受電電圧Ｖｒが跳ね上がるおそれを解消できる。加えて、高周波電源回路４１が高周波電圧Ｖｓを出力しているときに、フィーダ装置２を急に着脱操作しても、過渡的な受電電圧Ｖｒの増加を抑制できる。
【００４３】
また、受電電圧Ｖｒが比較的大きいことは、高周波電源回路４１の高周波電圧Ｖｓが小さくて済むことを意味する。さらに、周波数ｆ０が少し偏移しても（図５および図６で左右に移動しても）、受電電圧Ｖｒは殆ど変化せず、周波数特性が平坦になっている。つまり、給電周波数ｆｓが多少変動しても、あるいはインダクタンス値Ｌ１、Ｌ２および静電容量値Ｃ１、Ｃ２が多少変動しても、一定の受電電圧Ｖｒが得られる。したがって、実施形態の非接触給電装置１は、動作安定性に優れる。
【００４４】
なお、ピーク周波数ｆＡよりも低い周波数やピーク周波数ｆＤよりも高い周波数を給電周波数ｆｓに使用しても、受電電圧Ｖｒが跳ね上がるおそれは解消できる。しかしながら、この場合には、受電電圧Ｖｒの大きさが極端に低下してしまう。したがって、所定の受電電圧Ｖｒを得るために高周波電源回路４１の高周波電圧Ｖｓを大きくする必要が生じるため、得策にならない。
【００４５】
実施形態の非接触給電装置１は、パレット部材３に設けられた給電側コイル４３と、給電側コイル４３に高周波電圧を印加する高周波電源回路４１と、パレット部材３に対向配置されるフィーダ装置２に設けられ、給電側コイル４３と電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電側コイル５１と、受電側コイル５１が受け取った高周波電力を変換してフィーダ装置２の電気負荷に給電する受電回路（整流回路５４および直流コンバータ５５）と、給電側コイル４３および受電側コイル５１の少なくとも一方に接続されて共振回路を形成する少なくとも１個の共振用部材（給電側コンデンサ４２および受電側コンデンサ５３）と、を備え、高周波電源回路４１は、共振回路の共振周波数ｆ１、ｆ２から外れた周波数ｆ０を使用する。
【００４６】
これによれば、高周波電源回路４１は、共振回路の共振周波数ｆ１、ｆ２から外れた周波数ｆ０を使用して非接触給電を行う。これにより、受電電圧Ｖｒの負荷依存特性が小さくかつ周波数特性の平坦な周波数ｆ０で非接触給電を行え、高周波電源回路４１の高周波電圧Ｖｓを電圧調整しなくてよくなる。つまり、受電側の電圧検出部、給電側の電圧調整部、および受電電圧情報の伝達手段などを不要にできる。また、受電側の電気負荷の変動によって引き起こされる受電電圧Ｖｒの跳ね上がりが抑制されるので、受電側に保護回路を設ける耐電圧対策は不要となる。したがって、受電電圧Ｖｒの変動を抑制して装置構成および回路構成を簡易とし、装置コストの削減および取付スペースの削減に貢献できる。
【００４７】
また、受電電圧Ｖｒの負荷依存特性および周波数特性による変動が抑制されるので、実施形態の非接触給電装置１は、動作安定性に優れる。このことは、高周波電源回路の給電周波数ｆｓの変動や、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２および静電容量値Ｃ１、Ｃ２の変動を許容できることを意味する。したがって、装置１の設計上および製造上の自由度が大いに拡がる。
【００４８】
さらに、実施形態の非接触給電装置１において、高周波電源回路４１は、給電側コイル４３と受電側コイル５１との電磁結合の結合度が変化したときに共振周波数ｆ１、ｆ２が変動する範囲（ピーク周波数ｆＡ〜ｆＢ、ピーク周波数ｆＣ〜ｆＤ）から外れた周波数ｆ０を使用する。
【００４９】
これによれば、コア間の接合状態の変化に伴い受電電圧Ｖｒの周波数特性が偏移しても、高周波電源回路４１が使用する周波数ｆ０は、周波数特性のピークに重ならない。したがって、受電電圧Ｖｒが跳ね上がるおそれを解消できる。また、受電電圧Ｖｒの周波数特性が周波数ｆ０の付近で平坦であるので、コア同士の接合面４４、５２のギャップ長ＧＬの管理に厳密性を必要としない。したがって、装置１の設計上および製造上の自由度が大いに拡がる。
【００５０】
さらに、実施形態の非接触給電装置１において、共振用部材は、給電側コイル４３に直列接続された給電側コンデンサ４２と、受電側コイル５１に並列接続された受電側コンデンサ５３とを含む。加えて、共振周波数は、給電側コイル４３および給電側コンデンサ４２に依存する直列共振周波数ｆ１、ならびに、受電側コイル５１および受電側コンデンサ５３に依存する並列共振周波数ｆ２を含み、高周波電源回路４１は、直列共振周波数ｆ１と並列共振周波数ｆ２との間の周波数ｆ０を使用する。
【００５１】
これによれば、比較的大きく安定した受電電圧Ｖｒが得られることから、高周波電源回路４１の高周波電圧Ｖｓが小さくて済む。仮に、直列共振周波数ｆ１と並列共振周波数ｆ２との間から外れた周波数を使用した場合に、高周波電源回路４１の高周波電圧Ｖｓを大きくする必要が生じるため、得策にならない。
【００５２】
さらに、実施形態の非接触給電装置１において、パレット部材３は、基板Ｋに電子部品を装着する部品実装機９の本体に属し、フィーダ装置２は、部品実装機９に着脱可能に搭載されて電子部品を供給する部品供給装置であり、パレット部材３に設けられた給電側コイル４３は、電磁結合を担う給電側鉄心を有し、フィーダ装置２に設けられた受電側コイル５１は、給電側鉄心と共同して電磁結合を担う受電側鉄心を有し、フィーダ装置２がパレット部材３搭載されるときに、給電側鉄心の接合面４４と受電側鉄心の接合面５２とが正対してギャップ長ＧＬを減少させながら接合または接近する。
【００５３】
これによれば、パレット部材３の側に電圧調整機能は不要であり、パレット部材３のコストの削減および取付スペースの削減に貢献できる。また、フィーダ装置２の側に保護回路を設ける耐電圧対策は不要であり、フィーダ装置２のコストの削減および取付スペースの削減に貢献できる。さらに、パレット部材３からフィーダ装置２に向けての非接触給電は、動作安定性に優れる。
【００５４】
さらに、実施形態の非接触給電装置１において、受電回路は、受電側コイル５１が受け取った高周波電力を直流に変換する整流回路５４、および整流回路５４から受け取った直流電圧Ｖｄを出力電圧ＶＬに調整する直流コンバータ５５を含んで構成される。
【００５５】
これによれば、仮に受電電圧Ｖｒが変動しても、直流コンバータ５５の電圧調整作用により電気負荷に加える出力電圧ＶＬを安定化できるので、給電側での電圧調整を確実に不要化できる。また、受電電圧Ｖｒの負荷依存特性が小さくかつ周波数特性の平坦な周波数ｆ０で非接触給電を行うので、直流コンバータ５５を高耐電圧化する対策は不要となる。したがって、装置コストの削減および取付スペースの削減に大きく貢献できる。
【００５６】
なお、給電側の直列共振周波数ｆ１と受電側の並列共振周波数ｆ２との大小関係は、実施形態に限定されず、直列共振周波数ｆ１が並列共振周波数ｆ２より高くてもよい。本発明は、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】
【００５７】
本発明の非接触給電装置は、実施形態で説明した部品実装機９のフィーダ装置２以外にも、他種の対基板作業機や、他の製品を生産する組立機や加工機などに幅広く利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１：非接触給電装置
２：フィーダ装置（受電側装置、搭載装置）
３：パレット部材（給電側装置、対基板作業機の本体）
４１：高周波電源回路    ４２：給電側コンデンサ（共振用部材）
４３：給電側コイル    ４４：給電側コアの接合面
５１：受電側コイル    ５２：受電側コアの接合面
５３：受電側コンデンサ（共振用部材）    ５４：整流回路
５５：直流コンバータ    ５６：機構部（電気負荷）
ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ：ピーク周波数
ｆ０：給電周波数に使用する周波数
Ｖｒ、Ｖｒ１〜Ｖｒ９：受電電圧    ＧＬ：ギャップ長
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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