JP6616422B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定部から移動体に非接触で給電する非接触給電装置に関し、より詳細には、非接触給電の性能安定化に関する。

多数の部品が実装された基板を生産する基板生産機として、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。これらの設備を連結して基板生産ラインを構成することが一般的になっている。さらに、モジュール化された同じ大きさの基板生産機を列設して基板生産ラインを構成する場合も多い。モジュール化された基板生産機を用いることにより、ラインの組み替え時やラインを長大化する増設時の段取り替え作業が容易になり、フレキシブルな基板生産ラインが実現される。

近年、基板生産ラインの各基板生産機で使用する機材や部材を、基板生産ラインに沿って移動する移動体に搬送させ、省力化および自動化を推進することが検討されている。さらに、移動体への給電手段として、非接触給電装置が考えられている。なお、非接触給電装置の用途は、基板生産ラインに限定されず、他の製品を生産する組立ラインや加工ライン、電動車両の走行中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装置に関する技術例が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１の移動給電式の非接触給電装置は、定置された送電コイルから移動する受電コイルに非接触で電力を供給する装置である。送電コイルは、移動方向に沿い長いループ状をなすとともに、途中で交叉されて磁界の向きが交互に反転する複数のユニットが形成されており、受電コイルは、複数個が間隔を存して配置されている。また、２個の受電コイルの移動方向に沿ったサイズＣおよび相互間の間隔ｄは、ｄ≧Ｃ／２ の不等式を満足することが好ましい。さらに、送電コイルのユニットの移動方向のサイズＬは、Ｌ≧Ｃ＋ｄ の不等式を満足することが好ましい。これにより、受電電力が瞬間的、周期的にゼロとなる脈動発生は確実に防止される、とされている。

また、特許文献２の走行中非接触給電システムは、地上側の複数の一次側給電トランスから、移動体の二次側給電トランスに非接触で交流電力を給電するシステムであり、一次側給電トランスおよび二次側給電トランスはそれぞれ両側巻コイルからなっている。そして、一次側給電トランスの磁極の寸法をＤとするとき、隣り合う一次側給電トランスの中心間距離が３Ｄを越えないことを特徴としている。さらに、複数の一次側給電トランスが高周波電源に直列に接続される態様が開示されている。これによれば、一次側給電トランスを飛び石状に配置しても、二次側給電トランスへの給電の途切れが発生しない、とされている。

特開２０１４−５３９８４号公報 特開２０１４−１４７１６０号公報

ところで、特許文献１の技術では、２個の受電コイルがともに送電コイルの２つのユニットの境界にまたがる、いわゆる「またぎ受電状態」の時間帯が発生し得る。この時間帯には、受電コイルに鎖交する２つのユニットの磁界が打ち消し合うので、受電電力はゼロにならずとも大幅に減少し、大きな脈動が生じ得る。受電電力が大きく脈動すると、移動体側の電気負荷を駆動できなくなるおそれが生じる。また、長いループ状の送電コイルの全体を常に充電することになるため、電源装置は大型化し、かつ漏れ磁束による損失の増加は避けられない。

上記した受電電力の低下、ならびに電源装置の大型化および損失増加の問題点は、特許文献２の技術においても同様に発生する。すなわち、隣り合う一次側給電トランスの間には２Ｄの離間距離が存在し、この離間距離の間に二次側給電トランスが移動したとき、受電電力は低下して脈動する。脈動の影響を低減するため、特許文献２の実施形態には蓄電素子（バッテリ）および充電回路を用いる旨が開示されている。これは、移動体の重量の増加を意味し、移動に要する動力が増加してしまう。また、複数の一次側給電トランスが高周波電源に直列に接続されると、高周波電源は大型化し、その損失は増加する。

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あり、受電する交流電力の脈動を抑制して、常に安定した非接触給電を行え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。

上記課題を解決する本発明の非接触給電装置は、固定部に設定された移動方向に沿い相互に離間して配置された複数の給電素子と、各前記給電素子に交流電力を供給する交流電源と、前記移動方向に沿って移動する移動体に設けられ、対向配置される前記給電素子と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る受電素子と、前記受電素子が受け取った交流電力を変換し、駆動電圧を生成して前記移動体に設けられた電気負荷に出力する受電回路と、を備えた非接触給電装置であって、前記受電素子は、前記移動体の前記移動方向に沿い相互に離間して２個配置されており、前記給電素子の前記移動方向の長さをＬＴとし、前記給電素子の相互間の離間距離をＤＴとし、前記受電素子の前記移動方向の長さをＬＲとし、前記受電素子の相互間の離間距離をＤＲとしたとき、ＤＴ≦ＤＲの関係、および（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係が成り立ち、前記移動体の移動に伴い、第一の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対し、かつ、第二の前記受電素子が第二の前記給電素子と正対する第１位置関係、第一の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対し、かつ、第二の前記受電素子が第二の前記給電素子の正面からずれて対向する第２位置関係、第一の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対し、かつ、第二の前記受電素子が第二の前記給電素子および第一の前記給電素子にまたがって対向する第３位置関係、ならびに、第一の前記受電素子および第二の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対する第４位置関係、が順番に発生する。

本発明の非接触給電装置において、上記した２つの不等式の関係が成り立っているので、移動体の位置に関係なく常に、少なくともいずれか１個の受電素子が給電素子に正対する。「正対」とは、受電素子の移動方向の長さＬＲの全体が給電素子の移動方向の長さＬＴの範囲内に向かい合う位置関係を意味する。移動体の移動に伴って、給電素子に正対する受電素子は順次切り替わってゆく。このとき、他の受電素子の位置は、長さＬＴ、ＬＲおよび離間距離ＤＴ、ＤＲの組合せ、ならびに移動体の位置に関連して変化し得る。つまり、他の受電素子は、前記１個の受電素子と同じ給電素子に正対したり、他の給電素子に正対したり、２個の給電素子にまたがって対向したり、いずれかの給電素子に対向したり、いずれの給電素子にも対向しなくなったりし得る。「対向」とは、受電素子の移動方向の長さＬＲの一部が給電素子の移動方向の長さＬＴの範囲内に向かい合う位置関係を意味する。このため、他の受電素子の位置に関係なく常に、少なくとも１個の受電素子は、良好な受電状態を確保して大きな交流電力を受け取ることができる。これにより、受電する交流電力の脈動を抑制して、常に安定した非接触給電を行える。

第１実施形態の非接触給電装置の構成を模式的に説明する図である。 非接触給電装置の移動体の側の詳細な回路構成を示した回路図である。 ２個の受電コイルのうち一方が給電コイルに正対し、他方がまたぎ受電状態となっている位置関係を例示した図である。 第２実施形態の非接触給電装置の構成を模式的に説明する図である。 第３実施形態の非接触給電装置の構成を模式的に説明する図である。

（１．第１実施形態の非接触給電装置１の構成）
本発明の第１実施形態の非接触給電装置１について、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、第１実施形態の非接触給電装置１の構成を模式的に説明する図である。第１実施形態の非接触給電装置１は、固定部に相当する基板生産ライン９に組み付けられている。図１に示されるように、基板生産ライン９は、３台の第１〜第３基板生産機９１、９２、９３が列設されて構成されている。図１の左右方向は、第１〜第３基板生産機９１、９２、９３の列設方向であり、後述する移動体９９の移動方向でもある

各基板生産機９１、９２、９３は、モジュール化されており、列設方向の幅寸法ＭＬが互いに等しい。第１〜第３基板生産機９１、９２、９３、は列設位置の順序変更、およびモジュール化された他の基板生産機との入れ替えが可能とされている。基板生産ライン９を構成する基板生産機の列設台数は４台以上でもよく、後から列設台数を増やすモジュール増設対応も可能になっている。第１〜第３基板生産機９１、９２、９３として、部品実装機を例示でき、これに限定されない。

第１〜第３基板生産機９１、９２、９３の前方には、列設方向に延在する図略のガイドレールが配設されている。移動体９９は、ガイドレールに沿って移動方向（第１〜第３基板生産機９１、９２、９３の列設方向）に移動する。移動体９９は、各基板生産機９１、９２、９３で使用する機材や部材を図略の保管庫から搬入し、使用後の機材や部材を保管庫に戻す役割を担っている。

第１実施形態の非接触給電装置１は、第１〜第３基板生産機９１、９２、９３から移動体９９に非接触給電を行う装置である。非接触給電装置１は、第１〜第３基板生産機９１、９２、９３にそれぞれ設けられた交流電源２、給電コイル３１、および給電側コンデンサ３５、ならびに、移動体に９９に設けられた２個の受電コイル４１、２個の受電側コンデンサ４５、および受電回路５などで構成されている。

３台の基板生産機９１、９２、９３、およびモジュール化された他の基板生産機の非接触給電装置１に関する構成は同一であるので、以降では第１基板生産機９１に詳細な符号を付して説明する。交流電源２は、交流電圧を発生して給電コイル３１に供給する。交流電圧の周波数は、後述する給電側共振回路および受電側共振回路の共振周波数に基づいて適宜設定されることが好ましい。３台の基板生産機９１、９２、９３に設けられた合計３個の交流電源２は、相互に独立して動作可能となっている。

交流電源２は、例えば、直流電圧を出力する直流電源部と、直流電圧を交流変換する公知のブリッジ回路とを用いて構成できる。交流電源２は、電圧値や周波数、位相などを調整する機能を具備していてもよい。交流電源２の第１出力端子２１は、給電コイル３１の一端３１１に直結されており、第２出力端子２２は、給電側コンデンサ３５の一端３５１に接続されている。

給電側コンデンサ３５の他端３５２は、給電コイル３１の他端３５２に接続されている。これにより、閉じた給電回路が構成される。給電コイル３１は、給電素子の一形態である。給電コイル３１は、各基板生産機９１、９２、９３の前面に設けられており、搬送方向の前後で対称形状に形成されている。給電側コンデンサ３５は、給電コイル３１に直列接続されて給電側共振回路を形成する共振用素子である。

２個の受電コイル４１は、移動体９９の給電コイル３１に対向する側面９８に配設されており、移動方向に沿い相互に離間して配置される。受電コイル４１および給電コイル３１は相互に電磁結合し、相互インダクタンスが発生して非接触給電が可能になる。受電コイル４１は、受電素子の一形態である。受電コイル４１の一端４１１は、受電側コンデンサ４５の一端４５１、および受電回路５を構成する整流回路５１の入力側の一端子５１１に接続されている。受電コイル４１の他端４１２は、受電側コンデンサ４５の他端４５２、および整流回路５１の入力側の他端子５１２に接続されている。受電側コンデンサ４５は、受電コイル４１に並列接続されて受電側共振回路を形成する共振用素子である。

図２は、非接触給電装置１の移動体９９の側の詳細な回路構成を示した回路図である。図示されるように、受電回路５は、２個の受電コイル４１に個別に設けられた整流回路５１、および、２個の受電コイル４１に共通に設けられた直流電源回路５５を含んで構成されている。整流回路５１は、４個の整流ダイオードをブリッジ接続した全波整流回路５２、および全波整流回路５２の出力側に接続された平滑コンデンサ５３によって構成される。２個の整流回路５１の出力側の一端子５１３および他端子５１４は、直流電源回路５５に対して並列接続されている。２個の整流回路５１は、それぞれの入力側に接続された受電コイル４１が非接触給電により受け取った交流電力を直流電圧に変換して、直流電源回路５５に出力する。

直流電源回路５５は、整流回路５１から出力された電圧値不定の直流電圧を概ね一定電圧の直流の駆動電圧に調整して、移動体９９に搭載された電気負荷５７に出力する。電気負荷５７は、移動体９９の移動用駆動源、例えばリニアモータなどを含んでいてもよい。直流電源回路５５として、スイッチング方式またはドロッパ方式のＤＣＤＣコンバータを例示できる。

（２．第１実施形態の非接触給電装置１の作用）
次に、給電コイル３１および受電コイル４１の移動方向の長さ、および移動方向に隣り合うコイル間の離間距離に関する大小関係、およびその大小関係がもたらす作用について説明する。図１に示されるように、基板生産ライン９側の給電コイル３１の移動方向の長さをＬＴとし、給電コイル３１の相互間の離間距離をＤＴとする。また、移動体９９側の受電コイル４１の移動方向の長さをＬＲとし、受電コイル４１の相互間の離間距離をＤＲとする。給電コイル３１の移動方向の長さＬＴは、基板生産機９１、９２、９３の幅寸法ＭＬよりも少しだけ小さい。

ここで、ＤＴ≦ＤＲの関係が成り立っている。この関係によれば、基板生産ライン９側の小さな離間距離ＤＴの間に、移動体９９側の２個の受電コイル４１が向かい合うことが生じない。このため、２個の受電コイル４１の少なくとも一方は必ず、離間距離ＤＴの範囲から外れて給電コイル３１に正対する。「正対」とは、受電コイル４１の移動方向の長さＬＲの全体が給電コイル３１の移動方向の長さＬＴの範囲内に向かい合う位置関係を意味する。

また、（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係が成り立っている。この関係によれば、２個の受電コイル４１の移動方向の長さＬＲの全体が１個の給電コイル３１の移動方向の長さＬＴの範囲内に対向する時間帯が発生する。換言すると、移動体９９の移動に伴って、２個の受電コイル４１が１個の給電コイル３１に正対する位置関係が存在する。

具体的に、図１に示される位置関係において、図中の左側の受電コイル４１は、第１基板生産機９１の給電コイル３１に正対し、図中の右側の受電コイル４１は、第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対している。つまり、一の受電コイル４１が一の給電コイル３１と正対し、かつ、他の受電コイル４１が他の給電コイル３１と正対する位置関係が存在する。このとき、２個の受電コイル４１は、ともに良好な受電状態となり、矢印Ｐ１、Ｐ２に示されるように大きな交流電力を受け取ることができる。そして、２個の受電コイル４１が受け取った交流電力は、それぞれ整流された後に直流電源回路５５で合算される。これにより、２個の受電コイル４１が受け取った交流電力に相当する大きな直流電力が電気負荷５７に供給される。

図１の位置関係から移動体９９が右方向に移動すると、右側の受電コイル４１は、第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対し続ける。これに対し、左側の受電コイル４１は、第１基板生産機９１の給電コイル３１の正面からずれて対向する。「対向」とは、受電コイル４１の移動方向の長さＬＲの一部が給電コイル３１の移動方向の長さＬＴの範囲内に向かい合う位置関係を意味する。対向状態の受電コイル４１では、給電コイル３１と向かい合う対向面積が正対状態から減少するのにつれて、受け取る交流電力が減少する。

さらに、移動体９９が右方向に移動すると、図３に示される位置関係となる。図３は、２個の受電コイル４１のうち一方が給電コイル３１に正対し、他方がまたぎ受電状態となっている位置関係を例示した図である。図３において、右側の受電コイル４１は第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対している。左側の受電コイル４１は、第１および第２基板生産機９１、９２の間に位置し、２個の給電コイル３１にまたがって対向している。

またぎ受電状態の受電コイル４１が受け取る交流電力の大きさは、対向する２個の給電コイル３１との位置関係や、２個の交流電源２の周波数および位相などに依存する。したがって、またぎ受電状態の受電コイル４１は、良好な受電状態とは言えない。例えば、特許文献１の技術と同様に２個の交流電源２が逆位相であると、またぎ受電状態の受電コイル４１に対向する２個の給電コイル３１が形成する磁束の作用が打ち消し合い、受電状態は低下する。２個の交流電源２の周波数および位相が一致していると、またぎ受電状態の受電コイル４１の受電状態は改善される。

一方、図中の右側の受電コイル４１は、第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対し続けている。このため、右側の受電コイル４１は、良好な受電状態が維持され、矢印Ｐ３に示されるように大きな交流電力を受け取ることができる。したがって、右側の受電コイル４１が良好な受電状態で受け取る大きな交流電力が、最低でも確保される。

図３の位置関係から移動体９９がさらに右方向に移動すると、２個の受電コイル４１が第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対する位置関係となる。このとき、２個の受電コイル４１は、１個の給電コイル３１が誘起する磁束を分け合って良好な受電状態となる。したがって、図３に示される位置関係のときよりも大きな交流電力が確保される。移動体９９がさらに右方向に移動すると、今度は、左側の受電コイル４１の正対状態が維持され、右側の受電コイル４１が正対状態から対向状態、またぎ受電状態へと変化してゆく。その後、左側の受電コイル４１が第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対し、右側の受電コイル４１が第３基板生産機９３の給電コイル３１に正対した位置関係となる。

上述した位置関係の変化から分かるように、第１実施形態では、移動体９９の移動に伴って、給電コイル３１に正対する受電コイル４１は順次切り替わってゆく。それでも、常に、少なくともいずれか１個の受電コイル４１が給電コイル３１に正対して、良好な受電状態が確保される。

また、第１〜第３基板生産機９１、９２、９３の列設位置の順序変更、およびモジュール化された他の基板生産機との入れ替えが行われても、図１に示された基板生産ライン９側の配置が維持される。つまり、基板生産ライン９のライン構成が変更されても、非接触給電装置１は、構成が変更されずに良好な受電状態が確保される。さらに、基板生産ライン９の列設台数が４台以上にモジュール増設対応されたとき、増設部分においても給電コイル３１の長さＬＴおよび離間距離ＤＴは同一値になる。したがって、基板生産ライン９がモジュール増設対応されたときにも、非接触給電装置１は、良好な受電状態が確保される。

また、交流電源２は、３台の基板生産機９１、９２、９３にそれぞれ設けられ、相互に独立して動作可能となっている。したがって、個々の交流電源２は、小容量で小形化が可能になり、基板生産機９１、９２、９３へ搭載するスペースの制約が小さい。さらに、移動体９９から離れている基板生産機では、交流電源２を停止できる。例えば、図１および図３に示される位置関係のとき、第３基板生産機９３では交流電源２を停止できる。

（３．第１実施形態の非接触給電装置１の態様および効果）
第１実施形態の非接触給電装置１は、基板生産ライン９（固定部）に設定された移動方向に沿い相互に離間して配置された複数の給電コイル３１（給電素子）と、各給電コイル３１に交流電力を供給する交流電源２と、移動方向に沿って移動する移動体９９に設けられ、対向配置される給電コイル３１と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る受電コイル４１（受電素子）と、受電コイル４１が受け取った交流電力を変換し、駆動電圧を生成して移動体９９に設けられた電気負荷５７に出力する受電回路５と、を備えた非接触給電装置１であって、受電コイル４１は、移動体９９の移動方向に沿い相互に離間して複数配置されており、給電コイル３１の移動方向の長さをＬＴとし、給電コイル３１の相互間の離間距離をＤＴとし、受電コイル４１の移動方向の長さをＬＲとし、受電コイル４１の相互間の離間距離をＤＲとしたとき、ＤＴ≦ＤＲの関係、および（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係が成り立つ。

これによれば、移動体９９の位置に関係なく常に、少なくともいずれか１個の受電コイル４１が給電コイル３１に正対する。したがって、常に、少なくとも１個の受電コイル４１は、良好な受電状態を確保して大きな交流電力を受け取ることができる。これにより、受電する交流電力の脈動を抑制して、常に安定した非接触給電を行える。

さらに、第１実施形態の非接触給電装置１において、移動体９９の移動に伴って複数の内の一の受電コイル４１が複数の内の一の給電コイル３１と正対し、かつ、複数の内の他の受電コイル４１が複数の内の他の給電コイル３１と正対する位置関係が存在する。このとき、２個の受電コイル４１は、ともに良好な受電状態となり、大きな交流電力が確保される。

また、第１実施形態の非接触給電装置１において、移動体９９の移動に伴って隣り合う２個の受電コイル４１が１個の給電コイル３１と正対する位置関係が存在する。このとき、２個の受電コイル４１は、１個の給電コイル３１が誘起する磁束を分け合って良好な受電状態となり、大きな交流電力が確保される。

さらに、交流電源２は、複数の給電コイル３１に個別に設けられ、かつ相互に独立して動作する複数からなる。これによれば、個々の交流電源２は、小容量で小形化が可能になるので、配置スペースの制約が少ない。さらに、移動体９９から離れた給電コイル３１に交流電力を供給する交流電源２を停止できるので、発生する損失が低減される。

さらに、受電回路５は、複数の受電コイル４１に個別に設けられ、受電コイル４１が受け取った交流電力を直流の駆動電圧に変換して出力する複数の整流回路５１を含むとともに、各整流回路５１の出力側が電気負荷５７に対して並列接続されている。この回路構成によれば、受電状態の良好な少なくとも１個の受電コイル４１が受け取った交流電力で電気負荷５７を駆動できる。したがって、特許文献２の技術などで用いられる蓄電素子（バッテリ）および充電回路を不要にできる。

さらに、第１実施形態の非接触給電装置１は、受電コイル４１および給電コイル３１に接続されて共振回路を形成する受電側コンデンサ４５および給電側コンデンサ３５（共振用素子）をさらに備える。これによれば、共振特性を利用して高い給電効率が得られる。

さらに、受電素子は受電コイル４１とされ、給電素子は給電コイル３１とされている。これによれば、電磁結合方式の非接触給電装置１で、常に安定した非接触給電を行える。

さらに固定部は、複数の基板生産機９１〜９３が列設された基板生産ライン９であり、複数の基板生産機９１〜９３の列設方向に移動方向が設定されており、複数の給電コイル３１は、複数の基板生産機９１〜９３に同数個ずつ配置されている。これによれば、第１〜第３基板生産機９１、９２、９３の列設位置の順序変更、およびモジュール化された他の基板生産機との入れ替え、ならびに、列設台数が４台以上に増設されるモジュール増設対応の全ての場合に、非接触給電装置１は、良好な受電状態が確保される。したがって、基板生産ライン９のライン構成の変更時やモジュール増設対応時に、非接触給電装置１に関する段取り替え作業は簡素である。

（４．第２実施形態の非接触給電装置１Ａ）
次に、第２実施形態の非接触給電装置１Ａについて、第１実施形態と異なる点を主に説明する。図４は、第２実施形態の非接触給電装置１Ａの構成を模式的に説明する図である。第２実施形態の非接触給電装置１Ａは、第１実施形態と同様の装置構成であり、給電コイル３１および受電コイル４１の移動方向の長さＬｔ、Ｌｒ、および移動方向に隣り合うコイル間の離間距離Ｄｔ、Ｄｒが第１実施形態と異なる。

図４に示されるように、基板生産ライン９側の給電コイル３１の移動方向の長さをＬｔとし、給電コイル３１の相互間の離間距離をＤｔとする。また、移動体９９側の受電コイル４１の移動方向の長さをＬｒとし、受電コイル４１の相互間の離間距離をＤｒとする。ここで、第１実施形態と同様に、Ｄｔ≦Ｄｒの関係が成り立ち、さらに、（２×Ｌｒ＋Ｄｒ）≦Ｌｔの関係が成り立っている。したがって、第２実施形態においても、移動体９９の位置に関係なく常に、少なくともいずれか１個の受電コイル４１が給電コイル３１に正対する。

図４には、図中の左側の受電コイル４１が第１基板生産機９１の給電コイル３１に対向し、図中の右側の受電コイル４１が第２基板生産機９２の給電コイル３１に正対した位置関係が例示されている。図４の位置関係において、左側の受電コイル４１は、矢印Ｐ４に示されるように、第１基板生産機９１の給電コイル３１から、正対状態よりも小さめの交流電力を受け取る。また、右側の受電コイル４１は、第２基板生産機９２の給電コイル３１から、大きな交流電力を受け取る。

また、第２実施形態において、第１実施形態と異なるＬｒ≦Ｄｔの関係が成り立っている。つまり、受電コイル４１の移動方向の長さＬｒは、給電コイル３１の相互間の離間距離Ｄｔ以下とされている。この構成では、受電コイル４１のまたぎ受電状態が発生しないので、複数の交流電源２の相互間で、周波数ずれや位相ずれなどを考慮する必要が無くなる。

第２実施形態の非接触給電装置１Ａは、基板生産ライン９（固定部）に設定された移動方向に沿い相互に離間して配置された複数の給電コイル３１（給電素子）と、各給電コイル３１に交流電力を供給する交流電源２と、移動方向に沿って移動する移動体９９に設けられ、対向配置される給電コイル３１と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る受電コイル４１（受電素子）と、受電コイル４１が受け取った交流電力を変換し、駆動電圧を生成して移動体９９に設けられた電気負荷５７に出力する受電回路５と、を備えた非接触給電装置１Ａであって、受電コイル４１は、移動体９９の移動に伴って給電コイル３１と正対する位置関係が存在し、かつ、隣り合う２個の給電コイル３１には同時に対向できないように、移動体９９の移動方向に沿い相互に離間して複数配置されている。

これによれば、受電コイル４１のまたぎ受電状態が発生しないので、複数の交流電源２の相互間で、周波数ずれや位相ずれなどを考慮する必要が無くなる。

（５．第３実施形態の非接触給電装置１Ｂ）
次に、第３実施形態の非接触給電装置１Ｂについて、第１および第２実施形態と異なる点を主に説明する。図５は、第３実施形態の非接触給電装置１Ｂの構成を模式的に説明する図である。第３実施形態の非接触給電装置１Ｂも基板生産ライン９Ｂに組み付けられているが、移動体９９側の受電コイル４１は１個である。また、給電コイル３１および受電コイル４１の移動方向の長さＬＳ、ＬＣなどは、第１および第２実施形態から変更されている。第３実施形態では、第１および第２実施形態とは逆に、受電コイル４１が給電コイル３１よりも長くなっている。

図５に示されるように、１個の受電コイル４１は、移動体９９の給電コイル３１に対向する側面９８に配設されている。受電コイル４１の両端は、受電側コンデンサ４５に接続されるとともに、受電回路５Ｂを構成する整流回路５１の入力側にも接続されている。整流回路５１の出力側は、直流電源回路５５に接続されている。一方、３台の基板生産機９１、９２、９３に設けられた合計３個の交流電源２は、移動体９９の近傍の給電コイル３１で周波数および位相が揃うように制御される。

ここで、基板生産ライン９Ｂ側の給電コイル３１の移動方向の長さＬＳは、第１実施形態における長さＬＴよりも小さく変更されている。これに伴い、給電コイル３１の相互間の離間距離ＤＳは、第１実施形態における離間距離ＤＴよりも大きくなる。また、移動体９９側の受電コイル４１の移動方向の長さＬＣは、第１実施形態における長さＬＲよりも大きく変更されている。

そして、ＬＳ＜ＬＣの関係が成り立っている。この関係によれば、受電コイル４１が給電コイル３１に正対して、良好な受電状態を確保できる位置関係が存在する。ここで、「正対」とは、受電コイル４１の移動方向の長さＬＲの範囲内に、給電コイル３１の移動方向の長さＬＳの全体が向かい合う位置関係を意味する。「正対」の拡張された意味は、受電コイル４１および給電コイル３１の内の長い一方の範囲内に、短い他方の全体が向かい合うことである。

さらに、ＤＳ＜ＬＣの関係が成り立っている。この関係によれば、受電コイル４１は、１個の給電コイル３１に正対または対向する状態、あるいは、２個の給電コイル３１の少なくとも一部に対向するまたぎ受電状態になる。またぎ受電状態であっても、２個の給電コイル３１に交流電圧を供給する２個の交流電源２は、周波数および位相が揃っているので、受電コイル４１の受電状態は良好になる。仮に、ＤＳ＜ＬＣの関係が成り立たないと、受電コイル４１の移動方向の長さＬＣの全体が２個の給電コイル３１の離間距離ＤＳの間に入り込む位置関係が存在する。このとき、受電コイル４１は、給電コイル３１が形成する磁束に殆ど鎖交できなくなる。したがって、受電コイル４１は、受電状態が低下して、受け取る交流電力が極端に減少してしまう。

具体的に、図５に示される位置関係において、受電コイル４１は、第１基板生産機９１の給電コイル３１の一部、および第２基板生産機９２の給電コイル３１の一部に向かいあっており、またぎ受電状態になっている。したがって、矢印Ｐ６、Ｐ７に示されるように、受電コイル４１は、２個の給電コイル３１、３２からそれぞれ交流電力を受け取ることができる。

第３実施形態の非接触給電装置１Ｂは、基板生産ライン９Ｂ（固定部）に定められた移動方向に沿い相互に離間して配置された複数の給電コイル３１（給電素子）と、給電コイル３１に交流電力を供給する交流電源２と、移動方向に移動する移動体９９に設けられ、対向配置される給電コイル３１と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る受電コイル４１（受電素子）と、受電コイル４１が受け取った交流電力を変換し、駆動電圧を生成して移動体９９に設けられた電気負荷５７に出力する受電回路５Ｂと、を備えた非接触給電装置１Ｂであって、給電コイル３１の移動方向の長さをＬＳとし、給電コイル３１の相互間の離間距離をＤＳとし、受電コイル４１の移動方向の長さをＬＣとしたとき、ＬＳ＜ＬＣの関係、およびＤＳ＜ＬＣの関係が成り立つ。

これによれば、受電コイル４１は、常時、少なくとも１個の給電コイル３１の少なくとも一部に対向するので、受け取る交流電力が極端に減少する脈動は発生しない。したがって、特許文献２の技術で離間距離Ｄの間に二次側給電トランスが移動する場合と比較して良好な受電状態が維持され、常に安定した非接触給電を行える。

さらに、交流電源２は、複数の給電コイル３１に個別に設けられ、かつ移動体９９の近傍の給電コイル３１で相互に周波数および位相が揃うように制御される複数からなる。これによれば、またぎ受電状態の受電コイル４１の受電状態を良好にできる。また、個々の交流電源２は、小容量で小形化が可能になるので、配置スペースの制約が少ない。さらに、移動体９９から離れた給電コイル３１に交流電力を供給する交流電源２を停止できるので、発生する損失が低減される。

（６．実施形態の応用および変形）
なお、第１および第２実施形態において、各基板生産機９１、９２、９３の前面の移動方向に、給電コイル３１を２個ずつ並べて配置することもできる。この場合、交流電源２は、２個の給電コイル３１が電気的に直列接続または並列接続された両端に交流電圧を供給する。一方、移動体９９側の受電コイル４１を２個よりも多くすることができる。受電コイル４１を３個とした場合、前述した２個の不等式の関係が成り立つ条件下で、常に、少なくともいずれか１個の受電コイル４１が給電コイル３１に正対する。さらに、受電コイル４１を４個とした場合、前述した２個の不等式の関係が成り立つ条件下で、常に、少なくともいずれか２個の受電コイル４１が給電コイル３１に正対する。

また、非接触給電の方式は、給電コイル３１および受電コイル４１を用いた電磁結合方式に限定されず、例えば、給電電極および受電電極を用いた静電結合方式であってもよい。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

本発明の非接触給電装置は、実施形態で説明した基板生産ライン９、９Ｂ以外にも、他の製品を生産する組立ラインや加工ライン、電動車両の走行中給電など幅広い分野に利用可能である。

１、１Ａ、１Ｂ：非接触給電装置
２：交流電源 ３１：給電コイル（給電素子）
３５：給電側コンデンサ ４１：受電コイル（受電素子）
４５：受電側コンデンサ ５、５Ｂ：受電回路
５１：整流回路 ５５：直流電源回路 ５７：電気負荷
９、９Ｂ：基板生産ライン（固定部）
９１、９２、９３：第１〜第３基板生産機 ９９：移動体
ＬＴ、Ｌｔ、ＬＳ：給電コイルの移動方向の長さ
ＤＴ、Ｄｔ、ＤＳ：給電コイルの相互間の離間距離
ＬＲ、Ｌｒ、ＬＣ：受電コイルの移動方向の長さ
ＤＲ、Ｄｒ：受電コイルの相互間の離間距離

Claims (8)

1. 固定部に設定された移動方向に沿い相互に離間して配置された複数の給電素子と、
   各前記給電素子に交流電力を供給する交流電源と、
   前記移動方向に沿って移動する移動体に設けられ、対向配置される前記給電素子と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る受電素子と、
   前記受電素子が受け取った交流電力を変換し、駆動電圧を生成して前記移動体に設けられた電気負荷に出力する受電回路と、を備えた非接触給電装置であって、
   前記受電素子は、前記移動体の前記移動方向に沿い相互に離間して２個配置されており、
   前記給電素子の前記移動方向の長さをＬＴとし、前記給電素子の相互間の離間距離をＤＴとし、前記受電素子の前記移動方向の長さをＬＲとし、前記受電素子の相互間の離間距離をＤＲとしたとき、ＤＴ≦ＤＲの関係、および（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係が成り立ち、
   前記移動体の移動に伴い、
   第一の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対し、かつ、第二の前記受電素子が第二の前記給電素子と正対する第１位置関係、
   第一の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対し、かつ、第二の前記受電素子が第二の前記給電素子の正面からずれて対向する第２位置関係、
   第一の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対し、かつ、第二の前記受電素子が第二の前記給電素子および第一の前記給電素子にまたがって対向する第３位置関係、ならびに、
   第一の前記受電素子および第二の前記受電素子が第一の前記給電素子と正対する第４位置関係、が順番に発生する、
   非接触給電装置。
2. 固定部に設定された移動方向に沿い相互に離間して配置された複数の給電素子と、
   各前記給電素子に交流電力を供給する交流電源と、
   前記移動方向に沿って移動する移動体に設けられ、対向配置される前記給電素子と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る受電素子と、
   前記受電素子が受け取った交流電力を変換し、駆動電圧を生成して前記移動体に設けられた電気負荷に出力する受電回路と、を備えた非接触給電装置であって、
   前記受電素子は、前記移動体の前記移動方向に沿い相互に離間して２個配置されており、
   前記給電素子の前記移動方向の長さをＬｔとし、前記給電素子の相互間の離間距離をＤｔとし、前記受電素子の前記移動方向の長さをＬｒとし、前記受電素子の相互間の離間距離をＤｒとしたとき、Ｄｔ≦Ｄｒの関係、（２×Ｌｒ＋Ｄｒ）≦Ｌｔの関係、およびＬｒ≦Ｄｔの関係が成り立ち、
   前記受電素子は、前記移動体が移動しても、隣り合う２個の前記給電素子には同時に対向しない、
   非接触給電装置。
3. 前記交流電源は、複数の前記給電素子に個別に設けられ、かつ相互に独立して動作する複数からなる請求項１または２に記載の非接触給電装置。
4. 前記受電回路は、複数の前記受電素子に個別に設けられ、前記受電素子が受け取った交流電力を直流の前記駆動電圧に変換して出力する複数の整流回路を含むとともに、各前記整流回路の出力側が前記電気負荷に対して並列接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
5. 前記受電回路は、蓄電素子、および前記蓄電素子を充電する充電回路が不要である請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 前記受電素子および前記給電素子の少なくとも一方に接続されて共振回路を形成する共振用素子をさらに備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
7. 前記受電素子は受電コイルであり、前記給電素子は給電コイルである請求項１〜６のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
8. 前記固定部は、複数の基板生産機が列設された基板生産ラインであり、複数の前記基板生産機の列設方向に前記移動方向が設定されており、
   複数の前記給電素子は、複数の前記基板生産機に同数個ずつ配置されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の非接触給電装置。

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