JP6049742B2 - 静電結合方式非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動部上の電気負荷に固定部から非接触で給電する非接触給電装置に関し、より詳細には、電極を離隔対向して配置した静電結合方式非接触給電装置に関する。

多数の部品が実装された基板を生産する基板用作業機器として、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り、これらを基板搬送装置で連結して基板生産ラインを構築する場合が多い。これらの基板用作業機器の多くは基板の上方を移動して所定の作業を行う可動部を備えており、可動部を駆動する一手段としてリニアモータ装置を用いることができる。リニアモータ装置は、移動方向に沿い複数の磁石のＮ極およびＳ極が交互に列設された軌道部材と、コアおよびコイルを有する電機子を含んで構成された可動部とを備えるのが一般的である。リニアモータ装置を始めとする可動部上の電気負荷に給電するために、従来から変形可能な給電用ケーブルが用いられてきた。また、近年では、給電用ケーブルによる荷搬重量の増加や金属疲労による断線のリスクなどの弊害を解消するために、非接触給電装置の適用が提案されている。

非接触給電装置の方式として、従来からコイルを用いた電磁誘導方式が多用されてきたが、最近では離隔対向する電極によりコンデンサを構成した静電結合方式も用いられるようになってきており、他に磁界共鳴方式なども検討されている。非接触給電装置の用途は、基板用作業機器に限定されるものではなく、他の業種の産業用機器や家電製品などの幅広い分野に広まりつつある。特許文献１および特許文献２には、電磁誘導方式の非接触給電装置の技術例が開示されている。

特許文献１の移動体用絶縁式給電装置は、地上に列設された複数個の一次側コイルと、移動体に搭載された二次側コイルと、各一次側コイルと三相交流電源との間に配置された複数個のスイッチと、一次側コイルの磁極と二次側コイルの磁極との重なり状態を検出する重なりセンサとを備えている。そして、重なりセンサが両磁極の重なりを検出するとスイッチを投入して一次側コイルに通電し、両磁極が離れていることを検出するとスイッチを開放するようになっている。これにより、一次側コイルは二次側コイルが対向するときのみ通電され、空間に放散する漏れ磁束の発生を抑制して効率よい運転が可能である、と記載されている。

特許文献２の移動体用絶縁式給電装置は、出力電圧調整可能な交流電源装置に直列に接続された多連の一次側コイルと、移動体に搭載された二次側コイルと、各一次側コイルの端子間の電圧を測定する電圧計と、各一次側コイルの端子間を短絡する複数の接触器と、各接触器の開閉を制御する制御器と、を備えている。そして、制御器は、端子間の電圧の信号から二次側コイルが接近した特定の一次側コイルを判定し、その他の一次側コイルの接触器を短絡させて、特定の一次側コイルのみ通電するようにしている。これにより、特別な検出装置を使わずに二次側コイルが対向している一次側コイルを検出でき、二次側コイルが対向していない一次側コイルには電力を供給せずに無駄な電力消費を節減できる、と記載されている。

また、特許文献２では、二次側コイルの接近を監視する間は交流電源装置の出力電圧を低く抑え、二次側コイルに電磁誘導を起こさせるときに出力電圧を高くすることが好ましい。これにより、出力電圧が低い間に接触器を開閉し、スパークを抑制して劣化を防ぐことができる、と記載されている。

特開２００９−２８４６９５号公報 特開２００９−２８４６９６号公報

ところで、特許文献１および特許文献２の装置は、特定の一次側コイルのみ通電することで給電効率を向上できる点は好ましいが、対象が電磁誘導方式に限られており、静電結合方式の非接触給電装置に用いることはできない。

さらに、特許文献１では、二次側コイルすなわち移動体の位置を検出する重なりセンサ（位置検出センサ）が必要であるため、その分だけコストが増加する。その点、特許文献２では、重なりセンサに代えて電圧計を用いることでコストの増加を抑制できる。しかしながら、特許文献２では通電される一次側コイルの直列個数が変化するので交流電源装置の出力電圧の調整が必要であり、加えてスパークを抑制するためにも出力電圧の調整が必要となる。このため、交流電源装置の出力電圧制御が難しくかつ煩雑となって給電効率が低下しがちであり、交流電源装置のコストも増加する。

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、電極を用いた非接触給電において従来よりも給電効率を向上できる静電結合方式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。

上記課題を解決する請求項１に係る静電結合方式非接触給電装置の発明は、固定部に設けられた給電用電極と、前記給電用電極に高周波電力を給電する高周波電源回路と、前記固定部に移動可能に装架された可動部に設けられ、前記給電用電極に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用電極と、前記受電用電極が受け取った高周波電力を変換して前記可動部上の電気負荷に給電する受電回路とを備えた静電結合方式非接触給電装置であって、前記給電用電極は、前記可動部の移動方向に列設されるとともに、前記高周波電源回路から個別に給電される複数の区分電極からなり、前記高周波電源回路と各前記区分電極との間にそれぞれ接続され、互いに独立して開閉操作可能な複数の開閉器と、各前記区分電極に流れる区分電流を個別に検出する電流検出回路と、前記可動部の移動に伴って変化する各前記区分電流の大きさおよび増減状況の少なくとも一方に基づいて、前記複数の開閉器の一部のみを閉じるように制御する開閉器制御部と、をさらに備えた。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記開閉器制御部は、前記区分電流が流れている複数の区分電極における前記区分電流の増減状況に基づいて前記可動部の進行方向を判定し、前記区分電流が流れている複数の区分電極およびその進行方向に配設された区分電極に対応する特定の開閉器を閉じ、前記特定の開閉器以外を開く。

請求項３に係る発明は、請求項２において、各前記区分電極は、前記可動部の移動方向の長さが前記受電用電極の長さよりも短く、かつ、相互間の離間距離が小さく、前記開閉器制御部は、前記区分電流が流れている２個以上の区分電極における前記区分電流の増減状況に基づいて前記可動部の進行方向を判定し、前記区分電流が流れている２個以上の区分電極およびその進行方向に配設された１個の区分電極に対応する合計３個以上の特定の開閉器を閉じる。

請求項４に係る発明は、請求項１において、前記開閉器制御部は、前記区分電流が大きくなっている区分電極およびその両側の区分電極に対応する特定の開閉器を閉じ、前記特定の開閉器以外を開く。

請求項５に係る発明は、請求項４において、各前記区分電極は、前記可動部の移動方向の長さが前記受電用電極の長さよりも短く、かつ、相互間の離間距離が小さく、前記開閉器制御部は、前記区分電流が大きくなっている１個以上の区分電極およびその両側の各１個の区分電極に対応する合計３個以上の特定の開閉器を閉じる。

請求項６に係る発明は、請求項３または５において、各前記区分電極は、前記可動部の移動方向の長さが前記受電用電極の長さの０．５倍を超え１倍未満の範囲にあり、前記開閉器制御部は、合計３個の特定の開閉器を閉じる。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、装置始動時および装置作動の途中で閉じる開閉器が不明になった時の少なくとも一方の時に、前記開閉器制御部は一旦全ての開閉器を暫定的に閉じ、前記電流検出回路は全ての区分電極に流れる区分電流を個別に検出し、その後に前記開閉器制御部は閉じる開閉器を決定する。

請求項１に係る非接触給電装置の発明では、給電用電極が複数の区分電極に分割されて可動部の移動方向に列設され個別に給電されるので、可動部の受電用電極が対向している区分電極のみに区分電流を通電すれば十分な給電性能が得られる。そして、受電用電極が対向している区分電極および次に対向する区分電極は、区分電流の大きさおよび増減状況の少なくとも一方から判別することができる。したがって、複数の開閉器の一部のみを閉じて高周波電源回路の出力電圧を印加するように制御すれば、受電用電極から離れた区分電極に出力電圧を印加することが無くなる。これにより、区分電極からの電界の漏洩による電力損失を抑制して、従来よりも給電効率を向上できる。

また、可動部および受電用電極の現在位置を検出する独立した位置検出センサが不要であるので、特許文献１で重なりセンサを備える構成と比較して、コストの増加を抑制できる。さらに、複数の区分電極は高周波電源回路に並列接続されて個別に出力電圧が印加され、かつ、離隔対向する電極で構成されるコンデンサはコイルと異なりスパークの心配がないので、高周波電源回路の出力電圧は概ね一定でよい。したがって、特許文献２の交流電源装置と比較して出力電圧制御が容易となり、高周波電源回路のコストが低減される。

請求項２に係る発明では、複数の区分電極における区分電流の増減状況に基づいて可動部の進行方向を判定し、出力電圧を印加する区分電極を決定する。したがって、受電用電極に対向している区分電極および次に対向する予定の区分電極は確実に電圧印加され、それ以外の受電用電極から離れた区分電極は電圧印加されず、従来よりも給電効率を向上できる。

請求項３に係る発明では、各区分電極を受電用電極よりも短くするので、受電用電極は常に２個以上の区分電極に対向しており、区分電流の増減状況に基づいて可動部の進行方向を判定することが容易になる。また、現在区分電流が流れている区分電極に加えて、可動部の進行方向にあたる１個の区分電極に電圧印加すればよいので、電圧印加する区分電極を少数化でき、格段に給電効率を向上できる。

請求項４に係る発明では、区分電流が大きくなっている区分電極およびその両側の区分電極に出力電圧を印加する。したがって、受電用電極に対向している区分電極および次に対向する予定の区分電極は確実に電圧印加され、それ以外の受電用電極から離れた区分電極は電圧印加されず、従来よりも給電効率を向上できる。

請求項５に係る発明では、各区分電極を受電用電極よりも短くするので、受電用電極は常に２個以上の区分電極に対向しており、対向する電極面積の大小に概ね比例して区分電流が変化する。このため、区分電流が大きくなっている区分電極に加えて、その両側の各１個の区分電極に電圧印加すればよい。したがって、電圧印加する区分電極を少数化でき、格段に給電効率を向上できる。

請求項６に係る発明では、区分電極の長さが受電用電極の長さの０．５倍を超え１倍未満の範囲にあるので、受電用電極は２個または３個の区分電極に対向し、３個の区分電極に電圧印加することで十分な給電性能が得られる。これにより、電圧印加する区分電極を最少の３個にでき、格段に給電効率を向上できる。

請求項７に係る発明では、装置始動時に可動部の位置が不明であっても、一旦全ての開閉器を暫定的に閉じて全ての区分電極に流れる区分電流を個別に検出することにより可動部の位置を判別できる。したがって、以降の給電制御を適正に実施できる。また、装置作動の途中で何らかの原因により閉じる開閉器が不明になった時にも、装置始動時と同様の操作および判別を行うことで、以降の給電制御を適正に実施できる。

本発明の第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置を適用できる部品実装機の全体構成を示した斜視図である。 一般的な静電結合方式非接触給電装置を概念的に説明する構成図である。 本発明の第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置の全体構成を模式的に示す単線接続図である。 第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置の作動および作用を説明する図である。 図４に引き続いて作動および作用を説明する図である。 図５に引き続いて作動および作用を説明する図である。 第３実施形態の静電結合方式非接触給電装置の構成の一部を模式的に示す図である。

まず、本発明を適用できる部品実装機１０について、図１を参考にして説明する。図１は、本発明の第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置１を適用できる部品実装機１０の全体構成を示した斜視図である。部品実装機１０は、基板に多数の部品を実装する装置であり、２セットの同一構造の部品実装ユニットが概ね左右対称に配置されて構成されている。ここでは、図１の右手前側のカバーを取り外した状態の部品実装ユニットを例にして説明する。なお、図中の左奥側から右手前側に向かう部品実装機１０の幅方向をＸ軸方向とし、部品実装機１０の長手方向をＹ軸方向とする。

部品実装機１０は、基板搬送装置１１０、部品供給装置１２０、２つの部品移載装置１３０、１４０などが機台１９０に組み付けられて構成されている。基板搬送装置１１０は、部品実装機１０の長手方向の中央付近をＸ軸方向に横断するように配設されている。基板搬送装置１１０は、図略の搬送コンベアを有しており、基板をＸ軸方向に搬送する。また、基板搬送装置１１０は、図略のクランプ装置を有しており、基板を所定の実装作業位置に固定および保持する。部品供給装置１２０は、部品実装機１０の長手方向の前部（図１の左前側）及び後部（図には見えない）に設けられている。部品供給装置１２０は、複数のカセット式フィーダ１２１を有し、各フィーダ１２１にセットされたキャリアテープから２つの部品移載装置１３０、１４０に連続的に部品を供給するようになっている。

２つの部品移載装置１３０、１４０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能ないわゆるＸＹロボットタイプの装置である。２つの部品移載装置１３０、１４０は、部品実装機１０の長手方向の前側および後側に、相互に対向するように配設されている。各部品移載装置１３０、１４０は、Ｙ軸方向の移動のためのリニアモータ装置１５０を有している。

リニアモータ装置１５０は、２つの部品移載装置１３０、１４０に共通な軌道部材１５１および補助レール１５５と、２つの部品移載装置１３０、１４０ごとのリニア可動部１５３で構成されている。軌道部材１５１は、本発明の固定部２の一部に相当し、リニア可動部１５３の移動方向となるＹ軸方向に延在している。軌道部材１５１は、リニア可動部１５３の下側に配置された底面１５Ａ、およびリニア可動部１５３の両側に配置された側面１５Ｂからなり、上方に開口する溝形状になっている。軌道部材１５１の向かい合う側面１５Ｂの内側には、Ｙ軸方向に沿って複数の磁石１５２が列設されている。

リニア可動部１５３は、軌道部材１５１に移動可能に装架されている。リニア可動部１５３は、本発明の可動部３に相当し、可動本体部１６０、Ｘ軸レール１６１、および実装ヘッド１７０などで構成されている。可動本体部１６０は、Ｙ軸方向に延在しており、その両側面には軌道部材１５１の磁石１５２に対向して推進力を発生する電機子が配設されている。Ｘ軸レール１６１は、可動本体部１６０からＸ軸方向に延在している。Ｘ軸レール１６１は、一端１６２が可動本体部１６０に結合され、他端１６３が補助レール１５５に移動可能に装架されており、可動本体部１６０と一体的にＹ軸方向に移動するようになっている。

部品実装ヘッド１７０は、Ｘ軸レール１６１に装架され、Ｘ軸方向に移動するようになっている。部品実装ヘッド１７０の下端には図略の吸着ノズルが設けられている。吸着ノズルは、負圧を利用して部品供給装置１２０から部品を吸着採取し、実装作業位置の基板に実装する。Ｘ軸レール１６１上に設けられた図略のボールねじ送り機構は、ボールねじを回転駆動するＸ軸モータを有しており、部品実装ヘッド１７０をＸ軸方向に駆動する。部品実装ヘッド１７０を動作させるためにリニア可動部１５３（可動部３）に装備された複数の電装品は、本発明の電気負荷に相当する。なお、リニアモータ装置１５０の電機子も電気負荷に含まれている。

部品実装機１０は、他に、オペレータと情報を交換するための表示設定装置１８０および、基板や部品を撮像する図略のカメラなどを備えている。

次に、一般的な静電結合方式非接触給電装置１Ｚについて、図２を参考にして説明する。図２は、一般的な静電結合方式非接触給電装置１Ｚを概念的に説明する構成図である。図２の左右方向が可動部３の移動方向であり、かつ、固定部２側の軌道部材１５１の延在方向である。また、図２で、軌道部材１５１の手前側の側面は省略されている。図示されるように、軌道部材１５１には、２個の給電用電極４Ｘ、４Ｙが配設されている。２個の給電用電極４Ｘ、４Ｙは、互いに対称形であり、金属板などを用いて断面Ｌ字状に形成されている。２個の給電用電極４Ｘ、４ＹのＬ字状の一辺は、軌道部材１５１の底面１５Ａに接して配置されている。２個の給電用電極４Ｘ、４ＹのＬ字状の他辺は、軌道部材１５１の側面１５Ｂの磁石１５２に平行して配置されている。また、２個の給電用電極４Ｘ、４Ｙは、軌道部材１５１の概ね全長（図２の左右方向の全長）にわたって配設されている。

高周波電源回路５は、固定部２側に配設されている。高周波電源回路５は、例えば、１００ｋＨｚ〜ＭＨｚ帯の高周波電力を２個の給電用電極４Ｘ、４Ｙの間に給電する。高周波電源回路５の出力電圧および出力周波数は調整可能とされており、出力電圧波形として正弦波や矩形波などを例示できる。

また、図２に示されるように、可動部３には、２個の受電用電極６Ｘ、６Ｙが設けられている。２個の受電用電極６Ｘ、６Ｙは、互いに対称形であり、金属板などを用いて断面Ｌ字状に形成されている。２個の受電用電極６Ｘ、６Ｙは、可動部３の概ね全長ＬＺにわたって配設されているが、給電用電極４Ｘ、４Ｙよりも格段に短い。２個の受電用電極６Ｘ、６Ｙは、それぞれ、固定部２側の給電用電極４Ｘ、４Ｙに離隔対向して平行配置される。これにより、給電用電極４Ｘ、４Ｙと受電用電極６Ｘ、６Ｙとの間にそれぞれコンデンサが構成され、静電結合方式の非接触給電が行われる。

また、可動部３には、図略の受電回路および電気負荷が搭載されている。２個の受電用電極６Ｘ、６Ｙは、受電回路の入力側に電気接続され、受電回路の出力側は電気負荷に電気接続されている。受電回路は、受電用電極６Ｘ、６Ｙが受け取った高周波電力を変換して、電気負荷に給電する。受電回路は、電気負荷の動作電圧仕様に合わせて回路構成されており、例えば、全波整流回路やインバータ回路などが用いられる。

また通常、給電容量および給電効率の向上を図るために、直列共振回路が用いられる。つまり、高周波電源回路５の出力周波数で直列共振が発生するように、高周波電源回路５内または受電回路内に共振用インダクタが挿入接続される。共振用インダクタとして、一般的にはコイルを用いる。共振用インダクタは、給電用電極４Ｘ、４Ｙおよび受電用電極６Ｘ、６Ｙで構成されるコンデンサに対して直列接続される。共振用インダクタのインダクタンス値は、直列共振回路の出力周波数におけるインピーダンスの虚数部がゼロになるように定められている。さらに、高周波電源回路５の出力周波数も、共振周波数に一致するように可変に調整される。

前述したように、一般的な静電結合方式非接触給電装置１Ｚにおいて、２個の受電用電極６Ｘ、６Ｙは、給電用電極４Ｘ、４Ｙよりも格段に短い。したがって、給電用電極４Ｘ、４Ｙの電極表面積のうち受電用電極６Ｘ、６Ｙに対向する範囲は限定される。そして、図２に一点鎖線で示されるように、給電用電極４Ｘ、４Ｙの表面のうちで受電用電極６Ｘ、６Ｙに対向しない範囲ＡＺから電界が無駄に放射されて電力損失が発生する。そこで、本発明では、給電用電極４Ｘ、４Ｙを複数の区分電極に分割し、その一部のみに電圧印加する。

図３は、本発明の第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置１の全体構成を模式的に示す単線接続図である。図３では、往復する電気導体が１本のラインで示され、２個で１組の電極なども１個だけが示されている。また、図３の左右方向が可動部３の移動方向である。静電結合方式非接触給電装置１は、可動部３上の電気負荷６９に静電結合方式で非接触給電する装置である。静電結合方式非接触給電装置１は、固定部２側に複数の区分電極４１〜４６からなる給電用電極４、高周波電源回路５、複数の開閉器７１〜７６、電流検出回路８、および開閉器制御部９を備え、可動部３側に受電用電極６および受電回路６５を備えて構成されている。

固定部２側の給電用電極４は、可動部３の移動方向に列設されるとともに、高周波電源回路５から個別に給電される複数の区分電極４１〜４６からなっている。各区分電極４１〜４６は、図２に示される給電用電極４Ｘ、４Ｙを概略６等分して６組が形成されている。なお、分割する組数は６組に限定されない。各区分電極４１〜４６は、相互の電気絶縁を確保できる範囲で相互間の離間距離ができるだけ小さくなるように配置されている。図３において、便宜的に、給電用電極４の左端側を第１区分電極４１と呼称し、以下順番に番号付けして、図中の右端側を第６区分電極４６と呼称する。

複数の開閉器７１〜７６は、高周波電源回路５と各区分電極４１〜４６との間にそれぞれ接続され、互いに独立して開閉操作可能とされている。したがって、開閉器７１〜７６の個数は区分電極４１〜４６の組数に一致し、便宜的に第１〜第６開閉器７１〜７６と呼称する。開閉器７１〜７６を閉じることで、高周波電源回路５の出力電圧が各区分電極４１〜４６に印加される。このとき、各区分電極４１〜４６に受電用電極６が対向していれば区分電流Ｉ１〜Ｉ６が流れて非接触給電が行われ、対向していなければ無駄に電界が放射されて漏洩し電力損失が発生する。開閉器７１〜７６には、電磁接触器などを用いることができる。

電流検出回路８は、第１〜第６区分電極４１〜４６にそれぞれ流れる第１〜第６区分電流Ｉ１〜Ｉ６を個別に検出する。電流検出回路８は、図略の電流検出部および電流読取部で構成することができる。電流検出部は、高周波電源回路５と各開閉器７１〜７６との間に個別に設けられ、区分電流Ｉ１〜Ｉ６の大きさに対応する検出信号を出力する。電流検出部として、変流器、シャント抵抗、ホール素子などを例示できる。電流読取部は、電流検出部が出力した検出信号を電流情報に変換して開閉器制御部９に転送する。

開閉器制御部９は、可動部３の移動に伴って変化する各区分電流Ｉ１〜Ｉ６の大きさおよび増減状況に基づいて、複数の開閉器７１〜７６の一部のみを閉じるように制御する。開閉器制御部９には、例えば、リレー回路を電子制御化したシーケンサ（プログラマブルコントローラ）を用いることができる。開閉器制御部９の詳細な機能は、後で作動および作用とともに詳述する。

可動部３側の受電用電極６は、図２に示される受電用電極６Ｘ、６Ｙと同じ形状にできる。ここで、各区分電極４１〜４６の移動方向の長さＬ１は、受電用電極６の長さＬＺの０．５倍を超え１倍未満の範囲にあるものとする。図３には、各区分電極４１〜４６の長さＬ１が受電用電極６の長さＬＺの約０．７倍である場合を例示している。ただし、本発明は、この範囲を限定するものではなく、各区分電極４１〜４６の長さＬ１が受電用電極６の長さＬＺの０．５倍未満や１倍超であってもよい。

受電回路６５の入力側は、受電用電極６に電気接続され、出力側は電気負荷６９に電気接続されている。受電回路６５は、受電用電極６が受け取った高周波電力を変換して、電気負荷６９に給電する。受電回路６５は、電気負荷６９の動作電圧仕様に合わせて回路構成されており、例えば、全波整流回路やインバータ回路などで構成できる。

次に、上述のように構成された第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置１の作動および作用について説明する。図４は、第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置１の作動および作用を説明する図である。また、図５は、図４に引き続いて作動および作用を説明する図であり、図６は、図５に引き続いて作動および作用を説明する図である。

装置１の始動に際して、開閉器制御部９は一旦全ての開閉器７１〜７６を暫定的に閉じる。ここで、図４に例示された可動部３の現在位置および進行方向を想定する。すなわち、可動部３の受電用電極６の表面のうち過半が第２区分電極４２に対向し、残された一部が第３区分電極４３に対向している現在位置を想定する。また、矢印Ｆ１で示されるように、可動部３の右方向への進行を想定する。

図４で、区分電極４１〜４６と受電用電極６とにより構成される各コンデンサの静電容量は、対向する電極面積の広さに概ね比例する。このため、第２区分電極４２と受電用電極６とにより構成されるコンデンサの静電容量Ｃ２は大きく、第３区分電極４３と受電用電極６とにより構成されるコンデンサの静電容量Ｃ３は静電容量Ｃ２よりも小さくなる。また、他の第１、第４〜第６区分電極４１、４４〜４６では、殆ど静電容量は生じない。さらに、各区分電流Ｉ１〜Ｉ６の大きさは、概ね静電容量の大きさに比例する。したがって、電流検出回路８で検出される第２区分電流Ｉ２が大、第３区分電流Ｉ３が小となり、他の第１、第４〜第６区分電流Ｉ１、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６は概ねゼロになる。これにより、開閉器制御部９は、可動部３および受電用電極６の位置を判別できる。

可動部３が右方向Ｆ１へわずかに進行すると、受電用電極６の対向する第２区分電極４２の表面積が減少し、受電用電極６の対向する第３区分電極４３の表面積が増加する。これにより、第２区分電流Ｉ２が減少して、第３区分電流Ｉ２が増加する。これにより、開閉器制御部９は、可動部３の右方向Ｆ１への進行を判定できる。判定の直後に、開閉器制御部９は、区分電流が流れている第２、第３区分電極４２、４３およびその進行方向に配設された第４区分電極に対応する合計３個の第２〜第４開閉器７２〜７４の閉じた状態を維持し、他の第１、第５、第６開閉器７１、７５、７６を開く。

可動部３がさらに右方向Ｆ１へ進行して、図５に示されるように可動部３の右端が第４区分電極４４に達した以降は、受電用電極６は第２〜第４区分電極４２、４３、４４の三者に対向するようになる。このとき、第２区分電流Ｉ２が減少し、第３区分電流Ｉ３が最大値を維持し、第４区分電流Ｉ４がゼロから増加し始める。

図５から可動部３がさらに右方向Ｆ１へ進行して、図６に示されるように可動部３の左端が第２区分電極４２から外れた以降は、受電用電極６は第３、第４区分電極４３、４４の二者に対向するようになる。このとき、第２区分電流Ｉ２がゼロになり、第３区分電流Ｉ２が最大値から減少し始め、第４区分電流Ｉ４が増加する。したがって、開閉器制御部９は、可動部３の右方向Ｆ１への進行を判定でき、第２区分電極４２に対応する開閉器７２を開くとともに、第５区分電極４５に対応する開閉器７５を閉じる。

図６から可動部３がさらに右方向Ｆ１へ進行して、可動部３の左端が第３区分電極４３から外れると、第３区分電流Ｉ３がゼロに減少する。したがって、開閉器制御部９は、第３区分電極４３に対応する開閉器７３を開くとともに、第６区分電極４６対応する開閉器７６を閉じる。

また、進行方向が変更されたときには、区分電流Ｉ１〜Ｉ６の増減状況が変化する。例えば、図５に示された可動部３の現在位置で進行方向が右方向Ｆ１から左方向Ｆ２に反転すると、第２区分電流Ｉ２は減少から増加に転じ、第４区分電流Ｉ４は増加から減少に転じる。したがって、開閉器制御部９は、可動部３の左方向Ｆ２への進行を誤りなく判定できる。開閉器制御部９は、可動部３の進行方向を判定し、常時３個の隣り合う開閉器を閉じ、残り３個の開閉器を開くことで、給電制御を適正に実施できる。

なお、装置１の作動の途中で、例えば区分電流Ｉ１〜Ｉ６の欠測などの原因により、閉じる開閉器７１〜７６が不明になった時にも、開閉器制御部９は、一旦全ての開閉器を暫定的に閉じて、装置２始動時と同様の操作および判別を行う。

第１実施形態の静電結合方式非接触給電装置１によれば、給電用電極４が６個の区分電極４１〜４６に分割されて可動部３の移動方向に列設され個別に給電される。また、区分電極４１〜４６の長さが受電用電極６の長さの０．５倍を超え１倍未満の範囲にあるので、受電用電極６は２個または３個の区分電極に対向し、３個の区分電極に電圧印加することで十分な給電性能が得られる。

そして、開閉器制御部９は、複数の区分電極４１〜４６における区分電流Ｉ１〜Ｉ６の増減状況に基づいて可動部３の進行方向を判定し、電圧印加する区分電極４１〜４６を決定する。したがって、受電用電極６に対向している区分電極および次に対向する予定の区分電極は確実に電圧印加され、それ以外の受電用電極６から離れた区分電極は電圧印加されない。これにより、区分電極４１〜４６からの電界の漏洩による電力損失を抑制して、従来よりも格段に給電効率を向上できる。具体的に、電圧印加される区分電極４１〜４６の個数は全６個のうちの半数の３個となるので、電界の漏洩による電力損失は従来の半分程度以下になる。

また、可動部３および受電用電極６の現在位置を検出する独立した位置検出センサが不要であるので、コストの増加を抑制できる。さらに、６個の区分電極４１〜４６は高周波電源回路５に並列接続されて個別に出力電圧が印加され、かつ、電極４１〜４６、６により構成されるコンデンサではコイルと異なりスパークの心配がないので、高周波電源回路５の出力電圧は概ね一定でよい。したがって、出力電圧制御は容易となり、高周波電源回路５のコストが低減される。

さらに、装置１の始動に際して可動部３の位置が不明な時に、一旦全ての開閉器７１〜７６を暫定的に閉じて全ての区分電極４１〜４６に流れる区分電流Ｉ１〜Ｉ６を個別に検出することにより可動部３の位置を判別する。したがって、以降の給電制御を適正に実施できる。また、装置１の作動の途中で、例えば区分電流Ｉ１〜Ｉ６の欠測などの原因により、閉じる開閉器７１〜７６が不明になった時にも、装置１始動時と同様の操作および判別を行うことで、以降の給電制御を適正に実施できる。

次に、第２実施形態の静電結合方式非接触給電装置について説明する。第２実施形態において、装置の全体構成は第１実施形態と同じであり、開閉器制御部９の給電制御方法のみが異なる。すなわち、第２実施形態の開閉器制御部９は、区分電流が大きくなっている区分電極およびその両側の区分電極に対応する特定の開閉器を閉じ、特定の開閉器以外を開く。

図４〜図６に示されるように、区分電極４１〜４６の長さが受電用電極６の長さの０．５倍を超え１倍未満の範囲にある条件が満たされていると、受電用電極６は常に２個または３個の区分電極に対向する。したがって、図５に例示されるように受電用電極６が３個の第２〜第４区分電極４２〜４４に対向する場合には、区分電流Ｉ３が最大値となる第３区分電極４３を中央として、その両側の第２、第４区分電極４２、４４を含めた合計３個に電圧印加すれば十分である。

また、図４及び図６に例示されるように受電用電極６が２個の区分電極に対向する場合には、大きな区分電流が流れている側の区分電極を中央とし、その両側の２個の区分電極を含めて合計３個に電圧印加する。そして、可動部３が進行して２個の区分電極の区分電流の大小関係が逆転したときに、開閉器７１〜７６を開閉操作して、電圧印加されている３個の区分電極のうち常に中央の区分電流が最大となるように制御すれば十分である。

第２実施形態では、可動部３の進行方向を判定せずとも、区分電流の大きさを比較するだけで給電制御を適正に実施できる。第２実施形態における効果は、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。

次に、第３実施形態の静電結合方式非接触給電装置１Ａについて説明する。図７は、第３実施形態の静電結合方式非接触給電装置１Ａの構成の一部を模式的に示す図である。第３実施形態において、固定部２Ａ側の給電用電極４Ａは、第１実施形態の半分の長さＬ２（＝Ｌ１／２）の区分電極４Ｈからなり、第１実施形態２倍の組数の１２組が列設されている。また、区分電極４Ｈの個数に合わせて、１２個の開閉器７Ｈが設けられている。固定部２Ａ側のその他の部分の構成は第１実施形態と同じであり、高周波電源回路、電流検出回路、および開閉器制御部は図示省略されている。一方、可動部３の受電用電極６、受電回路６５、および電気負荷６９は第１実施形態と同じである。

第３実施形態において、区分電極４Ｈの長さＬ２が受電用電極６ＬＺの長さの約０．３５倍となる。つまり、受電用電極６の長さＬＺが区分電極４Ｈの長さＬ２の３個分よりもわずかに小さくなり、受電用電極６は常に３個または４個の区分電極４Ｈに離隔対向する。このため、第１実施形態と同様に可動部３の進行方向を判定して給電制御すると、合計４個の開閉器７Ｈを閉じて、４個の区分電極４Ｈに電圧印加してやれば十分な給電性能を維持できる。

したがって、電圧印加される区分電極Ｈの個数は全１２個の（１／３）の４個となり、電界の漏洩による電力損失は従来の（１／３）程度以下になる。この給電効率向上の効果は、第１実施形態よりも顕著である。このように、区分電極４Ｈを細分すれば、その分だけ給電効率は一層向上し、それだけ多数の開閉器７Ｈが必要になり、電流検出回路が複雑化する。

なお、電流検出回路８および開閉器制御部９の内部構成は、第１実施形態で説明した以外の様々な態様を採用することができる。また、開閉器制御部９による開閉器７１〜７６、７Ｈの開閉制御方法についても、適宜変形することができる。例えば、区分電流の時間変化率から可動部３の進行速度を演算し、次の区分電極に可動部３が到達するタイミングを推定して、そのタイミングに開閉器を開状態から閉じるように制御してもよい。本発明は、その他にも様々な変形や応用が可能である。

本発明の静電結合方式非接触給電装置は、部品実装機を始めとする基板用作業機器に限定されるものでなく、可動部を有して非接触給電を必要とする他の業種の産業用機器にも広く利用できる。さらには、走行中の電車に対してパンタグラフなどを用いずに非接触給電する用途や、走行中の電気自動車に対して路面から非接触給電する用途などにも利用可能である。

１、１Ａ、１Ｚ：静電結合方式非接触給電装置
２：固定部 ３：可動部
４、４Ｘ、４Ｙ：給電用電極、
４１〜４６：第１〜第６区分電極 ４Ｈ：区分電極
５：高周波電源回路
６、６Ｘ、６Ｙ：受電用電極
６５：受電回路 ６９：電気負荷
７１〜７６：第１〜第６開閉器 ７Ｈ：開閉器
８：電流検出回路
９：開閉器制御部
１０：部品実装機
１１０：基板搬送装置 １２０：部品供給装置
１３０、１４０：部品移載装置 １５０：リニアモータ装置
１５１：軌道部材 １６０：可動本体部 １６１：Ｘ軸レール
１７０：実装ヘッド １８０：表示設定装置 １９０：機台

Claims (7)

1. 固定部に設けられた給電用電極と、
   前記給電用電極に高周波電力を給電する高周波電源回路と、
   前記固定部に移動可能に装架された可動部に設けられ、前記給電用電極に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用電極と、
   前記受電用電極が受け取った高周波電力を変換して前記可動部上の電気負荷に給電する受電回路とを備えた静電結合方式非接触給電装置であって、
   前記給電用電極は、前記可動部の移動方向に列設されるとともに、前記高周波電源回路から個別に給電される複数の区分電極からなり、
   前記高周波電源回路と各前記区分電極との間にそれぞれ接続され、互いに独立して開閉操作可能な複数の開閉器と、
   各前記区分電極に流れる区分電流を個別に検出する電流検出回路と、
   前記可動部の移動に伴って変化する各前記区分電流の大きさおよび増減状況の少なくとも一方に基づいて、前記複数の開閉器の一部のみを閉じるように制御する開閉器制御部と、をさらに備えた静電結合方式非接触給電装置。
2. 請求項１において、
   前記開閉器制御部は、前記区分電流が流れている複数の区分電極における前記区分電流の増減状況に基づいて前記可動部の進行方向を判定し、前記区分電流が流れている複数の区分電極およびその進行方向に配設された区分電極に対応する特定の開閉器を閉じ、前記特定の開閉器以外を開く静電結合方式非接触給電装置。
3. 請求項２において、
   各前記区分電極は、前記可動部の移動方向の長さが前記受電用電極の長さよりも短く、かつ、相互間の離間距離が小さく、
   前記開閉器制御部は、前記区分電流が流れている２個以上の区分電極における前記区分電流の増減状況に基づいて前記可動部の進行方向を判定し、前記区分電流が流れている２個以上の区分電極およびその進行方向に配設された１個の区分電極に対応する合計３個以上の特定の開閉器を閉じる静電結合方式非接触給電装置。
4. 請求項１において、
   前記開閉器制御部は、前記区分電流が大きくなっている区分電極およびその両側の区分電極に対応する特定の開閉器を閉じ、前記特定の開閉器以外を開く静電結合方式非接触給電装置。
5. 請求項４において、
   各前記区分電極は、前記可動部の移動方向の長さが前記受電用電極の長さよりも短く、かつ、相互間の離間距離が小さく、
   前記開閉器制御部は、前記区分電流が大きくなっている１個以上の区分電極およびその両側の各１個の区分電極に対応する合計３個以上の特定の開閉器を閉じる静電結合方式非接触給電装置。
6. 請求項３または５において、
   各前記区分電極は、前記可動部の移動方向の長さが前記受電用電極の長さの０．５倍を超え１倍未満の範囲にあり、
   前記開閉器制御部は、合計３個の特定の開閉器を閉じる静電結合方式非接触給電装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、
   装置始動時および装置作動の途中で閉じる開閉器が不明になった時の少なくとも一方の時に、前記開閉器制御部は一旦全ての開閉器を暫定的に閉じ、前記電流検出回路は全ての区分電極に流れる区分電流を個別に検出し、その後に前記開閉器制御部は閉じる開閉器を決定する静電結合方式非接触給電装置。

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