CN104488165A - 静电耦合方式非接触供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的静电耦合方式非接触供电装置(1)具备：多个供电用电极板(41～44)，设于固定部(轨道构件2)；高频电源电路(5)，向多个供电用电极板(41～44)之间供给高频电力；多个受电用电极板(61～64)，设于能够移动地架装于固定部(2)的移动部(直线移动部3)上，与多个供电用电极板(41～44)分别隔有距离地相向而以非接触方式接收高频电力；及受电电路(7)，对多个受电用电极板(61～64)所接收到的高频电力进行转换而向移动部(3)上的电气负载(8)供电，上述静电耦合方式非接触供电装置(1)中，在移动部(3)相对于固定部(2)的相对位置发生了变化时，由隔有距离地相向的供电用电极板(41～44)和受电用电极板(61～64)构成的多个电容器(Cds1～Cds4)的静电电容(C1～C4)以彼此互补的方式进行变化。由此，即使移动部(3)相对于固定部(2)的相对位置发生变化，也能够抑制静电电容的变动而维持较高的供电效率。
Description
技术领域
本发明涉及从固定部以非接触方式向移动部上的电气负载供电的非接触供电装置，更详细而言，涉及将电极板隔有距离地相向而配置的静电耦合方式非接触供电装置。
背景技术
作为生产安装有多个元件的基板的基板用作业设备，存在焊料印刷机、元件安装机、回流焊机、基板检查机等，通过基板搬运装置将它们连接而构筑基板生产线的情况较多。这些基板用作业设备的大多数具备在基板的上方移动而进行预定作业的移动部，作为驱动移动部的一单元，能够使用直线电动机装置。直线电动机装置通常具备：沿着移动方向交替地排列设置有多个磁铁的N极及S极的轨道构件；及包含具有芯部及线圈的电枢而构成的移动部。为了向以直线电动机装置为首的移动部上的电气负载供电，以往使用了能够变形的供电用线缆。另外，近年来，为了消除由供电用线缆引起的货物重量的增加、由金属疲劳引起的断线的风险等弊病，提出了适用非接触供电装置的方案。
作为非接触供电装置的方式，以往大多使用利用了线圈的电磁感应方式，但最近也使用由相向的电极板构成电容器的静电耦合方式，此外还研究了磁共振方式等。非接触供电装置的用途没有限定于基板用作业设备，正向其他行业的工业用设备、家电产品等大范围的领域扩展。在专利文献1中公开了这种非接触供电装置的一技术例。
专利文献1公开的供电装置具备电力生成部、送电元件、阻抗检测部及可变匹配部，具有供电点处的阻抗匹配功能。同样地，专利文 献1公开的受电装置具备受电元件、阻抗检测部及可变匹配部，具有与负载的连接部处的阻抗匹配功能。并且，通过该供电装置与受电装置的组合来构成无线供电系统，能够减少电力损失。即，即使由于送电元件与受电元件的相对位置关系的变化、负载的变动而供电装置及受电装置的等效电路发生变化，也能够通过追随变化而使阻抗匹配来维持较高的供电效率。
在此，在将非接触供电装置配备于基板用作业设备的情况下，在电磁感应方式中，线圈重量化而移动部的总重量变大，另外，产生避免与直线电动机装置的磁场干扰的结构上的限制，因此认为静电耦合方式为优选。在静电耦合方式的非接触供电中，为了确保较大的供电容量，通常利用共振电路。即，取代专利文献1的阻抗匹配功能，而具备可变地调整从固定部的高频电源电路输出的高频电力的频率且以流通较大的共振电流的方式进行控制的功能。由此，即使移动部相对于固定部的相对位置发生变化而共振频率变动，也能够维持较高的供电效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-223739号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在配备于基板用作业设备的静电耦合方式非接触供电装置中，在直线电动机装置的轨道构件上配置供电用电极板，在移动部上配置受电用电极板。供电用电极板与受电用电极板隔有距离地相向而构成电容器，由此进行非接触供电。在这样的结构的情况下，由于在移动部进行加减速动作时产生的应力而轨道构件机械性地变形，担心供电用电极板与受电用电极板的分离距离发生变化。除此之外，即使在由于机械性的加工精度的限制而无法确保较长的供电用电极板的平 坦度的情况下，也假设为供电用电极板与受电用电极板的分离距离发生变化。
当分离距离发生变化时，电极板间的电容器的静电电容发生变动，当该变动幅度较大且频率高时，即使控制高频电源电路的输出频率也从共振频率偏离，供电效率容易下降。而且，在分离距离增加而静电电容减少的情况下，共振频率变高，主要由于如下的两个理由而供电效率下降。首先，当根据共振频率而使高频电源电路的输出频率升高时，内部的开关元件的开关动作频率增加，每当进行开关动作时产生的电力损失的累计量(开关损失)增加。第二，高频电流向包含从高频电源电路到电气负载的供电电路流动而产生表皮效果，由表皮效果引起的电力损失(表皮损失)在频率越高时越增加。
本发明鉴于上述背景技术的问题点而作出，应解决的课题在于提供即使移动部相对于固定部的相对位置发生变化也能够抑制静电耦合部(电容器)的静电电容的变动而维持较高的供电效率的静电耦合方式非接触供电装置。
用于解决课题的方案
解决上述课题的第一方案的静电耦合方式非接触供电装置的技术方案具备：多个供电用电极板，设于固定部；高频电源电路，向上述多个供电用电极板之间供给高频电力；多个受电用电极板，设于能够移动地架装于上述固定部的移动部上，与上述多个供电用电极板分别隔有距离地相向而以非接触方式接收高频电力；及受电电路，对上述多个受电用电极板所接收到的高频电力进行转换而向上述移动部上的电气负载供电，上述静电耦合方式非接触供电装置中，在上述移动部相对于上述固定部的相对位置发生了变化时，由隔有距离地相向的供电用电极板和受电用电极板构成的多个电容器的静电电容以彼此互补的方式进行变化。
第二方案的技术方案以第一方案为基础，其中，上述高频电源电路可变地调整上述高频电力的输出频率而进行使用共振电路的非接触供电，通过使上述多个电容器的静电电容彼此互补而将上述共振电路的共振频率的变动抑制得较小。
第三方案的技术方案以第一或第二方案为基础，其中，上述固定部具有与上述移动部的移动方向平行地延伸的两个侧壁构件，上述移动部在上述固定部的两个侧壁构件之间与上述侧壁构件的内侧面隔有距离地移动，由两张一侧供电用电极板和两张一侧受电用电极板构成两个一侧电容器，上述一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于上述固定部的两个侧壁构件的内侧面上、且与上述高频电源电路的一侧端子电连接，上述一侧受电用电极板设于上述移动部的两方的侧面上、且与上述受电电路的一侧端子电连接，由两张另一侧供电用电极板和两张另一侧受电用电极板构成两个另一侧电容器，上述另一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于上述固定部的两个侧壁构件的内侧面上、且与上述高频电源电路的另一侧端子电连接，上述另一侧受电用电极板设于上述移动部的两方的侧面上、且与上述受电电路的另一侧端子电连接，在上述移动部相对于上述固定部的两个侧壁构件的相对隔离位置发生了变化时，两个一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补，并且两个另一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。
第四方案的技术方案以第一或第二方案为基础，其中，上述固定部具有沿着上述移动部的移动方向延伸的底壁构件，上述移动部在上述固定部的底壁构件的上方与上述底壁构件的上表面隔有距离地移动，由一侧供电用电极板和两张一侧受电用电极板构成两个一侧电容器，上述一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于上述固定部的底壁构件的上表面与上述移动部的底面之间、且与上述高频电源电路的一侧端子电连接，上述一侧受电用电极板隔着上述一侧供电用电极板而上下配置、且与上述受电电路的一侧端子电连接，由另一侧 供电用电极板和两张另一侧受电用电极板构成两个另一侧电容器，上述另一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于上述固定部的底壁构件的上表面与上述移动部的底面之间、且与上述高频电源电路的另一侧端子电连接，上述另一侧受电用电极板隔着上述另一侧供电用电极板而上下配置、且与上述受电电路的另一侧端子电连接，在上述移动部相对于上述固定部的上述底壁构件的相对上下位置发生了变化时，两个一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补，并且，两个另一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。
第五方案的技术方案以第一或第二方案为基础，其中，上述固定部具有与上述移动部的移动方向平行地延伸的两个侧壁构件，上述移动部在上述固定部的两个侧壁构件之间与上述侧壁构件的内侧面隔有距离地移动，由以沿着移动方向延伸的方式设于上述固定部的两个侧壁构件的内侧面上的两张供电用电极板和设于上述移动部的两方的侧面上的两张受电用电极板构成两个电容器，在上述移动部相对于上述固定部的两个侧壁构件的相对隔离位置发生了变化时，两个电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。
第六方案的技术方案以第一至第五方案中任一方案为基础，其中，上述移动部配备于对基板进行预定作业的基板用作业设备。
发明效果
在第一方案的非接触供电装置的技术方案中，在移动部相对于固定部的相对位置发生了变化时，由隔有距离地相向的供电用电极板和受电用电极板构成的多个电容器的静电电容以彼此互补的方式进行变化，因此供电电路整体的静电电容的变动受到抑制。因此，能够抑制包含从高频电源电路到电气负载的供电电路整体的共振频率的变动，能够维持较高的供电效率。
在第二方案的技术方案中，高频电源电路可变地调整高频电力的输出频率而进行使用共振电路的非接触供电，通过使多个电容器的静电电容彼此互补而将共振电路的共振频率的变化抑制得较小。因此，使输出频率与共振频率匹配的控制变得容易，而在两者之间产生较大的频率差的情况消失，能够维持较高的供电效率。
在第三方案的技术方案中，在固定部的两个侧壁构件与移动部的两方的侧面之间构成两个一侧电容器及两个另一侧电容器，在移动部相对于侧壁构件的相对隔离位置发生了变化时，包含从高频电源电路到电气负载的供电电路整体的静电电容的变动受到抑制。因此，在由于在移动部进行加减速动作时产生的应力而侧壁构件发生变形的情况下或者由于加工精度的限制而无法确保较长的侧壁构件的平坦度的情况下等，能够抑制供电电路的共振频率的变动，能够维持较高的供电效率。
而且，根据定量研究，在移动部相对于两个侧壁构件的相对隔离位置从中央位置向左右任一侧发生了偏移时，供电电路整体的静电电容向增加的方向变动。因此，共振频率向较低的方向变动，能够使高频电源电路的输出频率较低，能够减少开关损失，而且能够减少在供电电路的中途由于高频电流而产生的表皮损失。由此，能够切实地维持一定以上的高供电效率。
在第四方案的技术方案中，在固定部的底壁构件与移动部的底面之间构成两个一侧电容器及两个另一侧电容器，在移动部相对于底壁构件的相对隔离位置发生了变化时，包含从高频电源电路到电气负载的供电电路整体的静电电容的变动受到限制。因此，在由于移动部进行加减速动作时产生的应力而底壁构件发生变形的情况下或者由于加工精度的限制而无法确保较长的底壁构件的平坦度的情况下等，能够抑制供电电路的共振频率的变动，能够维持较高的供电效率。
而且，根据定量研究，在移动部相对于底壁构件的相对隔离位置从中间高度位置向上下任一侧发生了偏移时，供电电路整体的静电电容向增加的方向变动。因此，共振频率向较低的方向变动，能够使高频电源电路的输出频率较低，能够减少开关损失，而且能够减少在电线路的中途由于高频电流而产生的表皮损失。由此，能够切实地维持一定以上的高供电效率。
在第五方案的技术方案中，在固定部的两个侧壁构件与移动部的两方的侧面之间构成两个电容器，在移动部相对于侧壁构件的相对隔离位置发生了变化时，两个电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。因此，在由于移动部进行加减速动作时产生的应力而侧壁构件发生变形的情况下或者由于加工精度的限制而无法确保较长的侧壁构件的平坦度的情况下等，能够抑制包含从高频电源电路到电气负载的供电电路的共振频率的变动，能够维持较高的供电效率。
而且，根据定量研究，即使移动部相对于底壁构件的相对隔离位置从中央位置向左右任一侧偏移，供电电路整体的静电电容也保持为大致恒定。因此，共振频率几乎不变动，能够使高频电源电路的输出频率稳定，能够切实地维持较高供电效率。
在第六方案的技术方案中，移动部配备于对基板进行预定作业的基板用作业设备。本发明的静电耦合方式非接触供电装置能够配备于基板用作业设备并维持较高供电效率。由此，非接触供电装置为小型轻量且成本低廉，能够有助于基板用作业设备的装置成本的减少。
附图说明
图1是表示了能够适用本发明的第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的元件安装机的整体结构的立体图。
图2是示意性地说明第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的主要部分的剖视图。
图3是示意性地说明第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的整体结构的接线图。
图4是表示第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的等效电路的电路图。
图5是使图4的等效电路进一步简化后的电路图。
图6是示意性地例示说明移动部相对于固定部的相对位置发生了变化时的图。
图7是示意性地说明第二实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的整体结构的接线图。
图8是示意性地说明第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的整体结构的接线图。
图9是表示第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置的等效电路的电路图。
图10是示意性地表示以往结构的静电耦合方式非接触供电装置的立体图。
具体实施方式
首先，对于能够适用本发明的元件安装机10，以图1为参考进行说明。图1是表示了能够适用本发明的第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的元件安装机10的整体结构的立体图。元件安装机10是将多个元件安装于基板的装置，构成为将两组同一结构的元件安装单元大致左右对称地配置。在此，以将图1的右近前侧的罩拆下后的状态的元件安装单元为例进行说明。需要说明的是，将图中的从左里侧朝向右近前侧的元件安装机10的宽度方向设为X轴方向，将元件安装机10的长度方向设为Y轴方向。
元件安装机10构成为将基板搬运装置110、元件供给装置120、两个元件移载装置130、140等组装于底盘190。基板搬运装置110以将元件安装机10的长度方向上的中央附近沿X轴方向横切的方式配置。基板搬运装置110具有省略图示的搬运输送机，沿X轴方向搬运 基板。另外，基板搬运装置110具有省略图示的夹紧装置，将基板固定及保持于预定的安装作业位置。元件供给装置120设于元件安装机10的长度方向上的前部(图1的左前侧)及后部(在图中看不到)。元件供给装置120具有多个盒式供料器121，从设置于各供料器121的载带向两个元件移载装置130、140连续地供给元件。
两个元件移载装置130、140是能够沿X轴方向及Y轴方向移动的所谓XY机器人类型的装置。两个元件移载装置130、140以相互相向的方式配置于元件安装机10的长度方向上的前侧及后侧。各元件移载装置130、140具有用于Y轴方向上的移动的直线电动机装置150。
直线电动机装置150由两个元件移载装置130、140共用的轨道构件2及辅助轨道155、两个元件移载装置130、140各自的直线移动部3构成。轨道构件2沿Y轴方向延伸，由底壁构件21及两个侧壁构件22、23形成。在侧壁构件22、23的相向的内侧面分别沿Y轴方向排列设置有多个磁铁152。直线移动部3以能够移动的方式架装于侧壁构件22、23的上缘。
直线移动部3由移动主体部160、X轴轨道161及安装头170等构成。移动主体部160沿Y轴方向延伸，在其两侧面配置有与轨道构件151的磁铁152相向而产生推进力的电枢。X轴轨道161从移动主体部160沿X轴方向延伸。X轴轨道161的一端162与移动主体部160耦合，另一端163以能够移动的方式架装于辅助轨道155，该X轴轨道161与移动主体部160一体地沿Y轴方向移动。
元件安装头170架装于X轴轨道161，沿X轴方向移动。在元件安装头170的下端设有省略图示的吸嘴。吸嘴利用负压从元件供给装置120吸附拾取元件，并安装于安装作业位置的基板。设在X轴轨道161上的省略图示的滚珠丝杠进给机构具有对滚珠丝杠进行旋转驱动的X轴电动机，沿X轴方向驱动元件安装头170。为了使元件安装头 170动作而配备于移动部3的多个电气组件相当于本发明的电气负载8。需要说明的是，直线电动机装置150的电枢也包含于电气负载8。
元件安装机10除此之外还具备用于与操作员交换信息的显示设定装置180及对基板、元件进行摄像的省略图示的相机等。
接着，对于本发明的第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1，以图2～图6为参考进行说明。图2是示意性地说明第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的主要部分的剖视图。图2示出元件安装机10的轨道构件2及直线移动部3的X轴方向上的截面。
轨道构件2相当于本发明的固定部的一部分，沿着作为直线移动部3的移动方向的Y轴方向(图2的纸面表里方向)延伸。轨道构件2由沿Y轴方向细长的底壁构件21及侧壁构件22、23形成，该侧壁构件22、23从底壁构件21的两方的侧缘分别立起且隔着直线移动部3而平行配置于两侧。在侧壁构件22、23的相向的内侧面分别沿着Y轴方向排列设置有多个磁铁152。
在两侧的磁铁152的内侧面的上侧及下侧分别配置有供电用电极板41～44。总计4张供电用电极板41～44全部为相同形状、且是沿Y轴方向延伸的细长的带状，使用金属板等形成。在图2中，将在左侧的磁铁152的内侧面的上侧配置的电极板设为左一侧供电用电极板41，将在右侧的磁铁152的内侧面的上侧配置的电极板设为右一侧供电用电极板42，将在左侧的磁铁152的内侧面的下侧配置的电极板设为左另一侧供电用电极板43，将在右侧的磁铁152的内侧面的下侧配置的电极板设为右另一侧供电用电极板44。
直线移动部3相当于本发明的移动部，在图2中，电枢被省略。直线移动部3具有从其上部向X轴方向的两侧扩展的被架装部31、32。被架装部31、32经由省略图示的直线滚动轴承而以能够移动的方式架 装于两侧的侧壁构件32、33的上缘。
在直线移动部3的两侧的侧面的上侧及下侧分别配置有受电用电极板61～64。总计4张受电用电极板61～64全部为相同形状、且是沿Y轴方向延伸的细长的带状，但是比供电用电极板41～44短，使用金属板等形成。在图2中，将在直线移动部3的左侧的侧面的上侧配置的电极板设为左一侧受电用电极板61，将在右侧的侧面的上侧配置的电极板设为右一侧受电用电极板62，将在左侧的侧面的下侧配置的电极板设为左另一侧受电用电极板63，将在右侧的侧面的下侧配置的电极板设为右另一侧受电用电极板64。
在此，即使直线移动部3的Y轴方向上的位置发生变化，侧壁构件22侧的左一侧供电用电极板41与直线移动部3侧的左一侧受电用电极板61也始终隔有距离地相向而构成第一电容器Cds1。同样地，其他的三组供电用电极板42～44与受电用电极板62～64的组合也分别隔有距离地相向而构成第二～第四电容器Cds2～Cds4。在直线移动部3占据两个侧壁构件22、23的中间的中央位置的良好的状态下，各电容器Cds1～Cds4的电极间距离d1～d4与基准电极间距离D一致(d1＝d2＝d3＝d4＝D)。因此，在良好的状态下，各电容器Cds1～Cds4的相向面积S及电极间距离d1～d4一致，各静电电容C1～C4一致。
如此，即使构成为在直线电动机装置150的磁铁152与电枢相向的电磁耦合部的空间内使电容器Cds1～Cds4(静电耦合部)重叠，由于电磁耦合与静电耦合的方式不同，因此也不会相互干扰。假设在使用电磁耦合方式非接触供电装置的情况下，为了避免磁场的相互干扰，需要使供电用线圈及受电用线圈从磁铁152及电枢远离，成为较大的限制。
接着，图3是示意性地说明第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的整体结构的接线图。静电耦合方式非接触供电装置1由 上述的4张供电用电极板41～44、上述的4张受电用电极板61～64、高频电源电路5及受电电路7等构成，以非接触方式向直线移动部3上的电气负载8供电。需要说明的是，在图3中，将受电电路7和电气负载8汇总为一个矩形块而表示。
为了实现供电效率的提高，高频电源电路5进行使用共振电路的非接触供电。高频电源电路5例如输出100kHz～MHz频带的高频电力。高频电源电路5的输出电压能够调整，作为输出电压波形，能够例示正弦波、矩形波等。高频电源电路5以在输出频率下产生串联谐振的方式适当向内部插入连接线圈55、56，而且输出频率自身也可变地被调整。
高频电源电路5具有输出高频电力的一侧端子51及另一侧端子52，两个端子51、52没有功能上的差异。如图3所示，一侧端子51与左一侧供电用电极板41及右一侧供电用电极板42并联地电连接。另一侧端子52与左另一侧供电用电极板43及右另一侧供电用电极板44并联地电连接。
受电电路7对受电用电极板61～64所接收到的高频电力进行转换，并向电气负载8供电。受电电路7根据电气负载8的电源规格而构成电路，例如，使用全波整流电路、逆变器电路等。受电电路7具有接收高频电力的一侧端子71及另一侧端子72，两个端子71、72没有功能上的差异。如图3所示，一侧端子71与左一侧受电用电极板61及右一侧受电用电极板62并联地电连接。另一侧端子72与左另一侧受电用电极板63及右另一侧受电用电极板64并联地电连接。
当如上所述地接线时，第一及第二电容器Cds1、Cds2相当于本发明的两个一侧电容器。另外，第三及第四电容器Cds3、Cds4相当于本发明的两个另一侧电容器。由此，包含从高频电源电路5到电气负载8的整体的供电电路能够替换成图4所示的等效电路来考虑。
接着，说明第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的作用及效果。图4是表示第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的等效电路的电路图，图5是使图4的等效电路进一步简化后的电路图。在图4及图5中，受电电路7及电气负载8替换成简略的纯电阻R。另外，在图5中，将第一及第二电容器Cds1、Cds2汇总而替换成等效的第12电容器Cds12，将第三及第四电容器Cds3、Cds4汇总而替换成等效的第34电容器Cds34。
在装置1为良好的状态的情况下，各电容器Cds1～Cds4的静电电容C1～C4通过下式(1)来求算。
C1＝C2＝C3＝C4＝εS/D……(1)
其中，电极间的相向面积为S，基准电极间距离为D，电极间的介电常数为ε(空气的介电常数)。而且，在图5中，等效的第12电容器Cds12的静电电容C12及第34电容器Cds34的静电电容C34分别是两个电容器的并联连接，因此通过下式(2)来求算。
C12＝C1+C2＝C34＝C3+C4＝2C1＝2εS/D……(2)
在此，若观察图5所示的电路图则可知的那样，在整体的供电电路中，第12电容器Cds12与第34电容器Cds34串联连接。因此，供电电路整体的静电电容Cgood及供电电路的共振频率fgood通过下式(3)及(4)来求算。
Cgood＝C12/2＝εS/D……(3)
fgood＝1/{2π(Lc·Cgood)0.5}……(4)
其中，高频电源电路5的内部的线圈55、56的电感为Lc。
接着，考虑无法说装置1为良好的状态而移动部3相对于固定部2发生了相对位移的情况。这样的情况例如可能在由于直线移动部3进行加减速动作时产生的应力而侧壁构件22、23变形的情况下或由于加工精度的限制而无法确保较长的侧壁构件22、23的平坦度的情况下等发生。图6是示意性地例示说明移动部3相对于固定部2的相对位置发生了变化时的图。在图6中，直线移动部3相对于两个侧壁构件22、23从中央位置向右方相对位移偏移量L。因此，在图中的左侧的第一及第三电容器Cds1、Cds3中，电极间距离d1、d3比基准电极间距离D增加偏移量L(d1＝d3＝D+L)。反之，在图中的右侧的第二及第四电容器Cds2、Cds4中，电极间距离d2、d4比基准电极间距离D减少偏移量L(d2＝d4＝D-L)。
此时，各电容器Cds1～Cds4的静电电容C1～C4通过下式(5)及(6)来求算。
C1＝C3＝εS/(D+L)……(5)
C2＝C4＝εS/(D-L)……(6)
在式(5)中，右边的分母增加而第一电容器Cds1的静电电容C1减少，在式(6)中，右边的分母减少而第二电容器Cds2的静电电容C2增加。即，第一及第二电容器Cds1、Cds2的静电电容C1、C2以彼此互补的方式进行变化，等效的第12电容器Cds12的静电电容C12的变化受到抑制。同样地，第三电容器Cds3的静电电容C3减少，第四电容器Cds4的静电电容C4增加，以彼此互补的方式进行变化，等效的第34电容器Cds34的静电电容C34的变动受到抑制。
因此，作为第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的定性效果，在直线移动部153从中央位置发生了偏移时，能够抑制等效的第12电容器Cds12的静电电容C12及等效的第34电容器Cds34的 静电电容C34的变动。由此，能够抑制共振频率fgood的变动，并维持较高的供电效率。
而且，继续定量研究。基于式(5)、(6)，等效的第12电容器Cds12的静电电容C12及第34电容器Cds34的静电电容C34通过下式(7)来求算。
C12＝C34＝C1+C2＝2εSD/(D2-L2)……(7)
另外，此时的供电电路整体的静电电容Cbad及供电电路的共振频率fbad通过下式(8)及(9)来求算。
Cbad＝C12/2＝εSD/(D2-L2)……(8)
fbad＝1/{2π(Lc·Cbad)0.5}……(9)
在式(8)中，在L＝0时，静电电容Cbad变得最小，与式(3)的静电电容Cgood一致。
即，作为第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1的定量效果，在直线移动部3从中央位置发生了偏移时，供电电路整体的静电电容Cbad向增加的方向变动。此时，通过式(9)求出的共振频率fbad向较低的方向变动，使高频电源电路5的输出频率降低。由此，能够减少高频电源电路5的开关损失，而且能够减少在供电电路的中途由于高频电流而产生的表皮损失，能够切实地维持一定以上的高供电效率。
而且，第一实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1能够配备于元件安装机10并维持较高的供电效率。由此，非接触供电装置1为小型轻量且成本低廉，能够有助于元件安装机10的装置成本的减少。
需要说明的是，在第一实施方式中，严格来说，也存在未将受电电路7及电气负载8替换成纯电阻R的情况。在这种情况下，式(1)～(7)也成立，抑制供电电路整体的静电电容Cbad的变动，抑制共振频率fbad的变动，能够维持较高的供电效率这样的定性效果未改变。另外，无法说没有直线移动部3相对于轨道构件2的底壁构件21沿上下方向相对位移的可能性。此时，第一～第四电容器Cds1～Cds4的静电电容C1～C4不会在电极间距离d1～d4越发生了变化的情况下越显著变化，几乎不产生对供电效率的影响。
接着，对于第二实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1A，以图7为参考，主要说明与第一实施方式不同的点。图7是示意性地说明第二实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1A的整体结构的接线图。第二实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1A与第一实施方式同样地配备于元件安装机10。如图所示，在第二实施方式中，在轨道构件2A的底壁构件21A与直线移动部3A的底面之间确保比第一实施方式大的空间，在该空间内配置有电极板45、46、65～68。
详细而言，在轨道构件2A的底壁构件21A的上表面与直线移动部3A的底面之间的大致中间的高度上，从底壁构件21A立起之后沿水平方向延伸的两张供电用电极板45、46沿图中的左右排列配置。两张供电用电极板45、46为相互对称形状，沿Y轴方向(纸面的表里方向)延伸，使用金属板等形成。在图2中，将左侧的电极板设为一侧供电用电极板45，将右侧的电极板设为另一侧供电用电极板46。需要说明的是，与第一实施方式不同，在侧壁构件22A、23A的内侧面未配置电极板。
另一方面，在直线移动部3A侧设有隔着一侧供电用电极板45而上下平行地配置的上一侧受电用电极板65及下一侧受电用电极板66。同样地，在直线移动部3A侧设有隔着另一侧供电用电极板46而上下平行地配置的上另一侧受电用电极板67及下另一侧受电用电极板68。 总计4张受电用电极板65～68全部为相同形状、且是沿Y轴方向延伸的细长的带状，但是比一侧供电用电极板45、另一侧供电用电极板46短，使用金属板等形成。
在此，底壁构件21A侧的一侧供电用电极板45与直线移动部3A侧的上一侧受电用电极板65始终隔有距离地相向而构成第一电容器Cds1A。另外，一侧供电用电极板45与下一侧受电用电极板66始终隔有距离地相向而构成第二电容器Cds2A。同样地，由另一侧供电用电极板46和上另一侧受电用电极板67构成第三电容器Cds3A，由另一侧供电用电极板46和下另一侧受电用电极板68构成第四电容器Cds4A。4个电容器Cds1A～Cds4A的相向面积及电极间距离大致相等，具有大致相等的静电电容。
另外，高频电源电路5的一侧端子51与一侧供电用电极板45电连接，另一侧端子52与另一侧供电用电极板46电连接。而且，受电电路7的一侧端子71与上一侧受电用电极板65及下一侧受电用电极板66并联地电连接，侧端子72与上另一侧受电用电极板67及下另一侧受电用电极板68并联地电连接。
在第二实施方式中，电气等效电路与图4及图5所示的第一实施方式相同。在第二实施方式中，当直线移动部3A相对于底壁构件21A的相对位置从中间高度位置上下变化时，产生与在第一实施方式中直线移动部3的相对位置从中央位置左右变化时同样的作用。因此，在第二实施方式中，也产生与第一实施方式同样的效果，能够切实地维持较高的供电效率，且能够有助于元件安装机10的装置成本的减少。
需要说明的是，在第二实施方式中，无法说没有直线移动部3A相对于轨道构件2A的侧壁构件22A、23A沿左右方向相对位移的可能性。此时，由于电极间距离未变化，因此第一～第四电容器Cds1A～Cds4A的静电电容未显著变化，几乎不会产生对供电效率的影响。
接着，对于第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1B，以图8及图9为参考，主要说明与第一实施方式不同的点。图8是示意性地说明第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1B的整体结构的接线图。另外，图9是表示第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1B的等效电路的电路图。第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1B与第一实施方式同样地配备于元件安装机10。如图所示，在第三实施方式中，电极板4P、4Q、6P、6Q被简化而构成的电容器CdsP、CdsQ为两个。
详细而言，在轨道构件2B的两个侧壁构件22B、23B的磁铁152的内侧面分别配置有供电用电极板4P、4Q。两张供电用电极板4P、4Q为相同形状、且是沿Y轴方向延伸的细长的带状，使用金属板等形成。在图8中，将在左侧的磁铁152的内侧面配置的电极板设为一侧供电用电极板4P，将在右侧的磁铁152的内侧面配置的电极板设为另一侧供电用电极板4Q。
另一方面，在直线移动部3B的两侧的侧面分别配置有受电用电极板6P、6Q。两张受电用电极板6P、6Q为相同形状，是沿Y轴方向延伸的细长的带状，但是比供电用电极板4P、4Q短，使用金属板等形成。在图8中，将在直线移动部3的左侧的侧面配置的电极板设为一侧受电用电极板6P，将在右侧的侧面配置的电极板设为另一侧受电用电极板6Q。
在此，即使直线移动部3B的Y轴方向上的位置变化，一侧供电用电极板4P与一侧受电用电极板6P也始终隔有距离地相向而构成第一电容器CdsP。同样地，另一侧供电用电极板4Q与另一侧受电用电极板6Q始终隔有距离地相向而构成第二电容器CdsQ。
另外，高频电源电路5的一侧端子51与一侧供电用电极板4P电 连接，另一侧端子52与另一侧供电用电极板4Q电连接。而且，受电电路7的一侧端子71与一侧受供电用电极板6P电连接，另一侧端子72与另一侧受电用电极板6Q8电连接。由此，包含从高频电源电路5到电气负载8的整体的供电电路能够替换成图9所示的等效电路来考虑。
在直线移动部3B占据两个侧壁构件22B、23B的中间的中央位置的良好的状态下，两个电容器CdsP、CdsQ的电极间距离dP～dQ与基准电极间距离D一致(dP＝dQ＝D)。因此，在良好的状态下，两个电容器CdsP、CdsQ的相向面积S及电极间距离dP、dQ一致，两个静电电容CP、CQ与通过下式(10)求出的值一致。
CP＝CQ＝εS/D……(10)
另外，此时的供电电路整体的静电电容Cg2通过下式(11)来求算。
Cg2＝CP/2＝εS/2D……(11)
接着，对于第三实施方式的静电耦合方式非接触供电装置1B的作用及效果，与以往结构进行比较而进行说明。图10是示意性地表示以往结构的静电耦合方式非接触供电装置9的立体图。在图10中，轨道构件2C的一侧的侧壁构件22C示出整体，另一侧的侧壁构件23C省略一部分。如图所示，在以往结构中，在轨道构件2C的底壁构件21C的上表面配置两张供电用电极板4R、4S、在直线移动部3C的底面配置两张受电用电极板6R、6S而构成两个电容器CdsR、CdsS(静电电容CR、CS)。另外，在以往结构中，高频电源电路5及受电电路7的结构及接线与第三实施方式相同。
因此，以往结构的电气等效电路与图9所示的第三实施方式的等 效电路一致。在此，在第三实施方式及以往结构中，考虑直线移动部3B、3C相对于轨道构件2B、2C沿左右方向及上下方向相对位移的情况。
首先，考虑直线移动部3B、3C从两个侧壁构件(22B和23B、22C和23C)的中间的中央位置向右方相对位移了偏移量L的情况。于是，在第三实施方式中，第一电容器CdsP的电极间距离dP比基准电极间距离D增加偏移量L(dP＝D+L)。反之，第二电容器CdsQ的电极间距离dQ比基准电极间距离D减少偏移量L(dQ＝D-L)。
此时，两个电容器CdsP、CdsQ的静电电容CP、CQ通过下式(12)及(13)来求算。
CP＝εS/(D+L)……(12)
CQ＝εS/(D-L)……(13)
而且，当通过下式(14)求算此时的供电电路整体的静电电容Cb2时，与式(11)的静电电容Cg2一致。
Cb2＝(CP·CQ)/(CP+CQ)＝εS/2D……(13)
即，在第三实施方式中，即使直线移动部3B从中央位置左右偏移，两个电容器CdsP、CdsQ也以互补的方式进行变化，供电电路整体的静电电容Cb2不会变化。
另一方面，在现有技术中，即使直线移动部3从中央位置左右偏移，由于各个电容器CdsR、CdsS的电极间距离不变化，因此静电电容CR、CS也不显著变化，几乎不会产生对供电效率的影响。即，在直线移动部3B、3C的左右方向上的相对位移中，能够在第三实施方式及现有技术这双方维持较高的供电效率。
接着，考虑直线移动部3B、3C从中间高度位置向底壁构件21B、21C的上方相对位移了偏移量H的情况。于是，在第三实施方式中，即使直线移动部3向上方偏移，由于各个电容器CdsP、CdsQ的电极间距离不变化，因此静电电容CP、CQ也不显著变化，几乎不会产生对供电效率的影响。
另一方面，在现有技术中，两个电容器CdsR、CdsS的电极间距离均增加偏移量H，两方的静电电容CR、CS均减少。由此，供电电路的共振频率增加，因此产生高频电源电路5的频率控制变得困难的弊病、开关损失及表皮损失增加这样的弊病。即，在直线移动部3B、3C的上下方向上的相对位移中，在现有技术中产生弊病，相对于此,在第三实施方式中不会产生弊病。
另外，在第三实施方式中，即使直线移动部3B相对于侧壁构件22B、23B的相对隔离位置从中央位置向左右任一方偏移，供电电路整体的静电电容Cb2也大致保持为恒定。因此，共振频率几乎不变动，能够使高频电源电路5的输出频率稳定，能够切实地维持较高的供电效率。另外，能够有助于元件安装机10的装置成本的减少。
需要说明的是，在第一实施方式中，在直线移动部3相对于轨道构件2相对位移时，如式(7)所示，等效的第12电容器Cds12的静电电容C12与等效的第34电容器Cds34的静电电容C34始终相等。这是指从高频电源电路5的一侧端子51到受电电路7的一侧端子71的去程与从受电电路7的另一侧端子72到高频电源电路5的另一侧端子52的回程在电气特性上平衡。即，始终能够以平衡电路进行供电，因此也产生相对于干扰的供电稳定性较高等效果。该平衡电路的效果在第二实施方式中也产生，在第三实施方式中未产生。
另外，第一～第三实施方式中的供电用电极板41～46、4P、4Q及 受电用电极板61～68、6P、6Q的形状及配置为例子，也能够采用其他方案。例如，也可以使多组截面L字形状的电极板彼此隔有距离地相向。而且，移动部3、3A、3B的驱动机构并非必须是直线电动机装置150，例如，也可以是公知的滚珠丝杠进给机构。本发明除此之外也能够进行各种应用、变形。
工业实用性
本发明的静电耦合方式非接触供电装置能够利用于以元件安装机为首的基板用作业设备，而且，也能够广泛利用于具有移动部而需要非接触供电的其他行业的工业用设备。
附图标记说明
1、1A、1B：静电耦合方式非接触供电装置
2、2A、2B、2C：轨道构件(固定部)
21、21A、21B、21C：底壁构件
22、22A、22B、22C：侧壁构件
23、23A、23B、23C：侧壁构件
3、3A、3B、3C：直线移动部(移动部)
41：左一侧供电用电极板 42：右一侧供电用电极板
43：左另一侧供电用电极板 44：右另一侧供电用电极板
45：一侧供电用电极板 46：另一侧供电用电极板
4P：一侧供电用电极板 4Q：另一侧供电用电极板
5：高频电源电路 55、56：线圈
61：左一侧受电用电极板 62：右一侧受电用电极板
63：左另一侧受电用电极板 64：右另一侧受电用电极板
65：上一侧受电用电极板 66：下一侧受电用电极板
67：上另一侧受电用电极板 68：下另一侧受电用电极板
6P：一侧受电用电极板 6Q：另一侧受电用电极板
7：受电电路
8：电气负载
9：以往结构的静电耦合方式非接触供电装置
10：元件安装机
110：基板搬运装置 120：元件供给装置
130、140：元件移载装置 150：直线电动机装置
160：移动主体部 161：X轴轨道
170：安装头 180：显示设定装置 190：底盘
d1～d4、dP、dQ：电极间距离 L：偏移量
Cds1～Cds4：第一～第四电容器
Cds12、Cds34：等效的第12及第34电容器
Cds1A～Cds14：第一～第四电容器
CdsP：第一电容器 CdsQ：第二电容器
Lc：电感
Claims (6)
1.一种静电耦合方式非接触供电装置，具备：
多个供电用电极板，设于固定部；
高频电源电路，向所述多个供电用电极板之间供给高频电力；
多个受电用电极板，设于能够移动地架装于所述固定部的移动部上，与所述多个供电用电极板分别隔有距离地相向而以非接触方式接收高频电力；及
受电电路，对所述多个受电用电极板所接收到的高频电力进行转换而向所述移动部上的电气负载供电，
所述静电耦合方式非接触供电装置中，
在所述移动部相对于所述固定部的相对位置发生了变化时，由隔有距离地相向的供电用电极板和受电用电极板构成的多个电容器的静电电容以彼此互补的方式进行变化。
2.根据权利要求1所述的静电耦合方式非接触供电装置，其中，
所述高频电源电路可变地调整所述高频电力的输出频率而进行使用共振电路的非接触供电，
通过使所述多个电容器的静电电容彼此互补而将所述共振电路的共振频率的变动抑制得较小。
3.根据权利要求1或2所述的静电耦合方式非接触供电装置，其中，
所述固定部具有与所述移动部的移动方向平行地延伸的两个侧壁构件，
所述移动部在所述固定部的两个侧壁构件之间与所述侧壁构件的内侧面隔有距离地移动，
由两张一侧供电用电极板和两张一侧受电用电极板构成两个一侧电容器，所述一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于所述固定部的两个侧壁构件的内侧面上、且与所述高频电源电路的一侧端子电连接，所述一侧受电用电极板设于所述移动部的两方的侧面上、且与所述受电电路的一侧端子电连接，
由两张另一侧供电用电极板和两张另一侧受电用电极板构成两个另一侧电容器，所述另一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于所述固定部的两个侧壁构件的内侧面上、且与所述高频电源电路的另一侧端子电连接，所述另一侧受电用电极板设于所述移动部的两方的侧面上、且与所述受电电路的另一侧端子电连接，
在所述移动部相对于所述固定部的两个侧壁构件的相对隔离位置发生了变化时，两个一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补，并且两个另一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。
4.根据权利要求1或2所述的静电耦合方式非接触供电装置，其中，
所述固定部具有沿着所述移动部的移动方向延伸的底壁构件，
所述移动部在所述固定部的底壁构件的上方与所述底壁构件的上表面隔有距离地移动，
由一侧供电用电极板和两张一侧受电用电极板构成两个一侧电容器，所述一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于所述固定部的底壁构件的上表面与所述移动部的底面之间、且与所述高频电源电路的一侧端子电连接，所述一侧受电用电极板隔着所述一侧供电用电极板而上下配置、且与所述受电电路的一侧端子电连接，
由另一侧供电用电极板和两张另一侧受电用电极板构成两个另一侧电容器，所述另一侧供电用电极板以沿着移动方向延伸的方式设于所述固定部的底壁构件的上表面与所述移动部的底面之间、且与所述高频电源电路的另一侧端子电连接，所述另一侧受电用电极板隔着所述另一侧供电用电极板而上下配置、且与所述受电电路的另一侧端子电连接，
在所述移动部相对于所述固定部的所述底壁构件的相对上下位置发生了变化时，两个一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补，并且，两个另一侧电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。
5.根据权利要求1或2所述的静电耦合方式非接触供电装置，其中，
所述固定部具有与所述移动部的移动方向平行地延伸的两个侧壁构件，
所述移动部在所述固定部的两个侧壁构件之间与所述侧壁构件的内侧面隔有距离地移动，
由以沿着移动方向延伸的方式设于所述固定部的两个侧壁构件的内侧面上的两张供电用电极板和设于所述移动部的两方的侧面上的两张受电用电极板构成两个电容器，
在所述移动部相对于所述固定部的两个侧壁构件的相对隔离位置发生了变化时，两个电容器的静电电容在一方增加且在另一方减少而互补。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的静电耦合方式非接触供电装置，其中，
所述移动部配备于对基板进行预定作业的基板用作业设备。
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