CN114050667A - 非接触式供电系统 - Google Patents

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CN114050667A CN202111330511.6A CN202111330511A CN114050667A CN 114050667 A CN114050667 A CN 114050667A CN 202111330511 A CN202111330511 A CN 202111330511A CN 114050667 A CN114050667 A CN 114050667A
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川久保大辅
南展史
武者和博
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Abstract

本发明提供一种非接触式供电系统，不使用另外的通信设备，就能够在进行非接触供电时还进行通信。供电系统(PS)具有：在一对电极(5a、5b)间机械式分离的电容器(5)；与电容器的一个电极连接的供电电路单元(6)；与电容器的另一电极连接的受电电路单元(7)。供电电路单元具有：与电容器一起构成串联谐振电路的振荡器(61)；施加振幅调制的调制器(62)；以及第一控制机构(63)，上述供电电路单元将调制成相互不同的振幅的载波向电容器的一个电极供给。受电电路单元具有：整流电路(72)；将直流电压选择性地施加到供电对象电极(4a、4b)的切换电路(73)；以及第二控制机构(75)。第二控制机构基于在供给电力供给用载波的期间供给的控制信号用载波来控制切换电路工作。

Description

非接触式供电系统
本申请是申请号为201680039186.9的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及非接触式供电系统，更详细地说，涉及用于将供电对象电极设为设置于输送机器人的机器人手的静电吸盘的吸附用电极，以非接触方式对该吸附用电极供电的系统。
背景技术
这种非接触式供电系统例如通过专利文献1所公知。该专利文献1的系统以通过所谓蛙腿式输送机器人对其机器人手上所设置的吸附用电极以非接触方式供电的情况为例子进行说明的话，具有：在对置配置的一对电极间机械式分离的电容器；连接于其中一个电极的供电电路单元；在另一电极与吸附用电极之间连接的受电电路单元。在这种情况下，电容器的一个电极由与旋转轴同心设置的筒状构件构成，另一电极外套在旋转轴上以相对于一个电极将电极间距离维持为一定的同时进行相对移动。
作为供电电路单元，具有以包括电容器的谐振电路的谐振频率振荡的自激振荡器、调制器和控制这些部件工作的第一控制机构，并供给被调制成预定振幅的载波。作为受电电路单元，具有与吸附用电极并列设置的电阻、对电阻两端的载波进行整流的整流电路、对吸附用电极间施加逆电压的极性切换电路和控制这些部件工作的第二控制机构，对一对吸附用电极施加直流电压而进行向机器人手的硅晶片等基板的静电吸附或解除。在此，在上述现有例中，虽然例示出在第一以及第二两控制机构间例如进行无线通信从而进行向机器人手的工件的静电吸附或解除，但将通信设备另行设置的话，不仅装置构成变得复杂，而且存在受电电路单元的消耗电力也增多，导致成本高这样的不良情况。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】专利公开2013-235991号公报
发明内容
本发明鉴于以上情况，其课题在于提供一种构成为不需要使用另外的通信设备，也能在进行非接触供电时进行通信的低成本的非接触式供电系统。
为了解决上述课题，本发明的非接触式供电系统，其特征在于，具有：在对置配置的一对电极间机械式分离的电容器；与电容器的一个电极连接的供电电路单元；以及与电容器的另一电极连接的受电电路单元，对供电对象电极施加直流电压，供电电路单元具有：与电容器一起构成串联谐振电路的振荡器；施加振幅调制的调制器；以及控制供电电路单元工作的第一控制机构，供电电路单元能够将调制成相互不同振幅的载波向电容器的一个电极供给，受电电路单元具有：对通过电容器供给的载波进行整流的整流电路；将由整流电路整流的直流电压选择性地施加到供电对象电极的切换电路；以及控制受电电路单元工作的第二控制机构，将调制成第一振幅的载波设为电力供给用载波，将调制成第二振幅的载波设为控制信号用载波，第二控制机构构成为基于在从供电电路单元通过电容器向受电电路单元供给电力供给用载波期间供给的控制信号用载波来控制切换电路工作。
根据本发明，由于采用了以重叠于从供电电路单元经由电容器向受电电路单元供给的电力供给用载波的形式，供给被调制成不同的振幅的控制信号用载波从而在第一控制机构与第二控制机构之间进行通信的构成，因此不用另外的通信设备，就能够在进行非接触供电时进行控制信号的通信，并且，由于可省略通信设备，所以不会导致非接触式供电系统所装配的装置的复杂化，在此基础上，能够实现消耗电力节约化以及低成本化。此外，在本发明中，“将直流电压选择性地施加到供电对象电极”这种情况包括例如对供电对象电极施加直流电压的情况、施加逆电位的直流电压的情况或停止直流电压的施加的情况。
在本发明中，上述第二控制机构构成为通过供给控制信号用载波的次数来掌握控制内容即可。另一方面，如果构成为上述供电电路单元还具有监控在将调制成上述第一振幅的上述载波输出时的电流的电流计，上述受电电路单元还具有将调制成上述第一振幅的上述载波与负载连接的负载连接电路，第一控制机构构成为根据伴随着在由第二控制机构控制负载连接电路时的负载变动的电流值的变化，接收反馈控制信号的话，则能够实现在第一以及第二两控制机构之间的相互通信。此外，本发明中，上述供电对象电极能够适用于设置于输送机器人的机器人手的静电吸盘的吸附用电极。
附图说明
图1是示出装配了本发明的实施方式的非接触式供电系统的输送机器人的构成的立体图。
图2是说明非接触式供电系统构成的图。
图3是示出在第一以及第二两控制机构之间进行相互通信时的来自供电电路单元的第一载波或第二载波和输出波形、以及使用电流计测定的电流值变化的曲线图。
具体实施方式
以下参照附图，以将供电对象电极设为在输送机器人Tr的机器人手设置的静电吸盘的吸附用电极的情况为例说明本发明的非接触式供电系统PS的实施方式。
参照图1，Tr是装配有本发明非接触式供电系统PS的所谓蛙腿式的输送机器人。输送机器人Tr在具有例如多个处理室的真空处理装置的输送室内配置，将作为处理对象物的晶片W在处理室之间输送，并包括：同心配置且通过未图示的驱动源分别旋转驱动的两根旋转轴1a、1b；与该旋转轴1a、1b分别连结且在末端具有机器人手2的机器人臂3。并且，在机器人手2分别设置有静电吸盘的吸附用电极4a、4b。虽然未图示说明，但在旋转轴1a、1b附设有线性电机、气缸等升降机构，在各处理室接收或传递晶片W时，旋转轴1a、1b、乃至机器人手2能够沿着铅垂方向升降。
非接触式供电系统PS具有：在对置配置的一对电极5a、5b间机械式分离的电容器5；与电容器5的一个电极5a连接的供电电路单元6；与电容器5的另一电极5b连接的受电电路单元7。电容器5的另一电极5b与位于径向外侧的旋转轴1b的外表面一体地设置，电容器5的一个电极5a由外套在旋转轴1b上的金属制的筒状构件构成，以将电极间距离维持为一定的同时进行相对移动(所谓气隙式的电极)。
两电极5a、5b相互间的距离根据用途适当选择，以使对电容器5施加的电压为由帕邢定律制限的放电电压以下。另外，两电极5a、5b的表面积能够根据切换电路73等电路的负载适当选择，两电极5a、5b的对置的面积不需要相同。在这种情况下，作为电容器5，能够使用静电电容为50pF～300pF的范围的电容器。静电电容小于50pF时，存在对于电容器5、布线等的接地电位的杂散电容，因此不能实行，另外，静电电容大于300pF时，产生两电极5a、5b变得过大而使对输送机器人Tr的组装变得困难的问题。
还参照图2，供电电路单元6在配置有例如输送机器人Tr的输送室外设置且与电容器5的一个电极5a布线连接。供电电路单元6具有与电容器5一起构成串联谐振电路的振荡器61、施加振幅调制的调制器62、和控制供电电路单元6工作的第一控制机构63，能够将被调制成相互不同的振幅的载波向电容器5的一个电极5a供给。作为串联谐振电路，能够使用例如具有公知构造的振荡器构成。在这种情况下，如下所述，在输送机器人Tr要装配受电电路单元7的情况下，如果考虑能够组装的尺寸，则受电电路单元7中的电感极限为50mH左右，因此考虑电容器5的静电电容，驱动频率设定为100kHz～1MHz的范围。另外，作为第一控制机构63，统一控制振荡器61、调制器62工作，并使用具有微型计算机、存储器等的公知的机构。另外，在供电电路单元6设置有电流计64，该电流计64对将调制成第一振幅的载波输出时的电流进行监控，如下所述根据与负载变动相伴的电流值的变化，第一控制机构63接收反馈控制信号。
受电电路单元7容纳于机器人臂3的下表面上所安装的金属制的壳体7a内，具有：电阻71；对通过电容器5的另一电极5b向该电阻71的两端供给的载波进行整流的整流电路72；分别与吸附用电极4a、4b布线连接且将由整流电路72整流的直流电压选择性地施加到吸附用电极4a、4b的切换电路73；将载波与负载连接的负载连接电路74；控制上述这些工作的、具备微型计算机、存储器等的公知的第二控制机构75。作为整流电路72，能够利用使用了二极管等的公知电路。另外，作为切换电路73，能够利用使用例如四开关晶体管来构成桥接电路的公知电路，通过第二控制机构75适当控制桥接电路的各开关晶体管的导通截止，能够对一对吸附用电极4a、4b施加直流电压、对一对吸附用电极4a、4b施加逆电位的直流电压，或者在各开关晶体管的截止的状态下使一对吸附用电极4a、4b接地。另外，在第二控制机构75经由未图示的解调电路能够识别载波输入、第二载波输出的情况。作为负载连接电路74，具备继电器电路等开关元件，能够通过开关元件的切换经由图外的电阻而接地。以下，以将晶片W静电吸附于机器人手2表面的情况为例，还参照图3说明对吸附用电极4a、4b施加直流电压以及在供电电路单元6与受电电路单元7之间的相互通信。
首先，从供电电路单元6的振荡器61输出规定频率的载波，通过调制器62在第一振幅实施振幅调制，调制成第一振幅的载波作为电力供给用载波Pw经过电容器5进行供给。此时，切换电路73的所有开关晶体管设为截止状态。并且，对吸附用电极4a、4b之间施加吸附用(直流)电压时，通过调制器62，在与第一振幅不同的振幅的第二振幅实施振幅调制，调制成第二振幅的载波作为控制信号用载波Cw经过电容器5进行供给。
于是，第二控制机构75通过以规定周期输出的控制信号用载波Cw的供给次数来掌握控制内容，即，如图3中的上侧所示，例如通过第二控制机构75识别出供给了两次控制信号用载波Cw时，第二控制机构75控制负载连接电路74，以预先设定的对应关系间歇地连接到负载。由此，使通过供电电路单元6的电流计64测定的电流值变化多次例如如图3中的下侧所示两次，由此将其设为来自受电电路单元7的反馈控制信号Rw，供电电路单元6的第一控制机构63能够识别受电电路单元7的第二控制机构75接收到该第一控制机构63输出的控制内容。并且，通过第二控制机构75适当导通切换电路73的各开关晶体管，对一个吸附用电极4a施加正的电压(例如，+450V)，对另一吸附用电极4b施加负的电压(例如，-450V)，由此，晶片W静电吸附于机器人手2。
接着，晶片W解除在机器人手2的静电吸附时，与上述同样地，通过调制器62，在与第一振幅不同的振幅的第二振幅实施振幅调制，调制成第二振幅的载波作为控制信号用载波Cw经过电容器5进行供给。于是，第二控制机构75通过以规定周期输出的控制信号用载波的供给次数来掌握控制内容，即，例如通过第二控制机构75识别出供给了三次控制信号用载波Pw时，切换电路73的所有开关晶体管设为截止状态，一对吸附用电极4a、4b接地，晶片W的静电吸附解除。此时，也可以是为了可靠地解除晶片W的静电吸附，在将一对吸附用电极4a、4b接地之前，适当控制切换电路73的各开关晶体管，以规定时长对一个吸附用电极4a施加负的电压(例如，-450V)，对另一吸附用电极4b施加正的电压(例如，+450V)。在这种情况下，也可以是第二控制机构75控制负载连接电路74，以预先设定的对应关系间歇地连接到负载。由此，使通过供电电路单元6的电流计64测定的电流值变化多次例如如图3中的下侧所示三次，由此将其设为来自受电电路单元7的反馈控制信号Rw，供电电路单元6的第一控制机构63能够识别受电电路单元7的第二控制机构75接收到该第一控制机构63输出的控制内容。此外，在将晶片W依次静电吸附而输送的情况下，为了抑制残留电荷的积蓄，优选进行控制使得不对一个吸附用电极4a和另一吸附用电极4b连续施加相同的极性的电压。
根据以上的实施方式，由于采用了以重叠于从供电电路单元6经由电容器5向受电电路单元7供给的电力供给用载波Pw的形式，供给被调制成不同的振幅的控制信号用载波Cw，从而在第一控制机构63与第二控制机构75之间进行通信的构成，因此无需使用另外的通信设备，也能够在进行非接触供电时进行控制信号的通信，并且，由于能够省略通信设备，由此不会导致非接触式供电系统所装配的装置的复杂化，除此以外，能够实现消耗电力节约化以及低成本化。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述内容。在上述实施方式中，以使用单一的振荡器61的情况为例子进行说明，但也可以使用多个振荡器，将其适当切换而输出载波。另外，在上述实施方式中，在受电电路单元7设置负载连接电路74的情况为例子进行了说明，但也可以省略而由切换电路73兼任。另外，以第二控制机构75通过规定周期输出的控制信号用载波的供给次数来掌握控制内容的情况为例子进行了说明，但并不限定于此，也能够根据例如电压变动值或振幅调制时间来掌握控制内容。另一方面，通过负载连接电路74产生负载变动，使通过供电电路单元6的电流计64测定的电流值变化多次，由此将其设为来自受电电路单元7的反馈控制信号的情况为例子进行了说明，但并不限定于此，也能够例如根据电压变动值来掌握控制内容。
附图标记说明
PS、非接触式供电系统，5、电容器，5a、5b、一对电极，6、供电电路单元，61、振荡器，62、调制器，63、第一控制机构，64、电流计，7、受电电路单元，72、整流电路，73、切换电路，74、负载连接电路，75、第二控制机构。

Claims (3)

1.一种基板输送方法，其用于通过非接触式供电系统，对设置于输送机器人的机器人手的静电吸盘的吸附用电极进行非接触式供电，在吸附了基板的状态下运输基板，所述非接触式供电系统具有：在对置配置的一对电极间机械式分离、静电电容为50pF～300pF的范围的电容器；与电容器的一个电极连接的供电电路单元；以及与电容器的另一电极连接的受电电路单元，所述基板运输方法的特征在于，具有：
将基板设置在机器人手的规定位置的工序；
从供电电路单元的振荡器输出100kHz～1MHz的范围内的载波，通过供电电路单元的调制器在第一振幅实施振幅调制，将其作为电力供给用载波经过电容器进行供给，并且在与第一振幅不同的振幅的第二振幅实施振幅调制，将其作为控制信号用载波经过电容器进行供给的工序；
当规定次数的控制信号用载波被供给到受电电路单元时，向吸附用电极施加对通过电容器供给的电力供给用载波进行了整流的直流电压，并控制受电电路单元的负载连接电路，以预先设置的对应关系间歇地连接到负载的工序；
当供电电路单元识别与负载变动相伴的电流值或电压值的变化时，允许输送机器人移动的工序；以及
在输送机器人移动到规定位置后，通过供电电路单元的调制器在与第一振幅不同的振幅的第二振幅上实施振幅调制，将其作为控制信号用载波经过电容器进行供给，当将与上述不同的规定次数的控制信号用载波供给到受电电路单元时，将吸附用电极接地并解除被吸附基板的静电吸附的工序。
2.根据权利要求1所述的基板输送方法，其特征在于，
所述受电电路单元具有切换电路，所述切换电路由具有多个开关晶体管的桥接电路构成，当将规定次数的控制信号用载波供给到所述受电电路单元时，通过该切换电路向吸附用电极选择性地施加所述直流电压。
3.根据权利要求2所述的基板输送方法，其特征在于，
所述切换电路兼任所述负载连接电路，通过所述切换电路的各开关晶体管的切换，所述供电电路单元识别负载变动。
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