JP6678730B2 - 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する。

２つの給電コイルと２つの受電コイルを用いてセンサで位置を検知しながら、確実にどちらかの受電コイルへ送電する技術例が特許文献１に開示されている。

電磁誘導を利用して地上の一次側コイルからこれに対向する二次側コイルを介して移動体のバッテリを充電する給電装置が特許文献２に開示されている。

以上のような、背景技術がある。

特開平７−３２２５３５号公報 特開２００９−２８４６９５号公報

しかし、上記文献には、受電コイルの移動距離が変わり、並べられた給電コイルが増減したときに、どのように対応するかは開示されていない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、受電コイルの移動距離が変わり、並べられた給電コイルが増減したときの、給電コイルの連結を可能とし、また、その制御をする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、非接触で受電コイルを備えた移動体に給電コイルから給電し、前記給電コイルを備えた送電モジュールを連結させることで、前記連結方向へ前記移動体に給電可能な範囲を広げる非接触給電装置において、少なくとも一つの前記給電コイルに少なくとも一つの前記受電コイルが給電可能な位置に位置したときに、前記送電モジュールから交流電力を供給する交流モジュールへ通信を行い、かつ、前記交流モジュールから前記送電モジュールへ通信を行い、前記送電モジュールが備える半導体スイッチを導通することを特徴とした非接触給電装置、により解決することができる。

本発明の非接触給電装置において、受電コイルの移動距離が変わり、並べられた給電コイルが増減したとしても、安定した非接触給電を行うことができる。

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。 実施形態の非接触給電装置が備える図１とは別の構成を模式的に説明する図である。 変形例を説明する図である。 基板生産ラインの一例を示す図である。

本発明の実施形態の非接触給電装置について、図１を参考にして説明する。図１は、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。実施形態の非接触給電装置は、基板生産ラインに組み付けられている。図１に示されるように、非接触給電装置は、２台の第１〜第２基板生産機７、１４が列設されて構成されている。図１の上下方向は、第１〜第２基板生産機７、１４の列設方向であり、後述する移動体１の移動方向でもある。

各基板生産機７、１４は、モジュール化されており、列設方向の幅寸法が互いに等しい。第１〜第２基板生産機７、１４、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。基板生産ラインを構成する基板生産機の列設台数は２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２基板生産機７、１４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２基板生産機７、１４の移動体１に対向する側には、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１は、ガイドレールに沿って移動方向（第１〜第２基板生産機７、１４の列設方向）に移動する。移動体１は、各基板生産機７、１４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。

実施形態の非接触給電装置は、第１〜第２基板生産機７、１４から移動体１に非接触給電を行う装置である。非接触給電装置は、第１〜第２基板生産機７、１４、交流モジュール２１にそれぞれ設けられた交流電源２２、給電コイル８、１５、ならびに、移動体１に設けられた２個の受電コイル５、６などで構成されている。

交流モジュール２１に備えられた交流電源２２は、交流電圧を発生して給電コイル８、１５に供給する。交流電圧の周波数は、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。２台の基板生産機７、１４に設けられた合計２個の給電コイル８、１５は、相互に独立して動作可能となっている。交流モジュール２１は、その他、共振コンデンサ２３、導線３５、３６、演算処理ユニット２５、コネクタ２４を備える。共振コンデンサ２３は、給電コイル８、１５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。演算処理ユニット２５は、第１〜第２基板生産機７、１４が備える演算処理ユニット１２、１９と通信可能である。

交流電源２２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２２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２２は導線３５、３６を介してコネクタ２４に繋がれる。また、交流モジュール２１のコネクタ２４は、第２基板生産機１４のコネクタ２０に接続される。そして、コネクタ２０は導線３３、３４を介してコネクタ１８に繋がれる。第１基板生産機７のコネクタ１１、１３、導線３１、３２についても同様である。コネクタ１１は、新たに基板生産機が増えた場合に、そのコネクタと接続されるものである。

第１〜第２基板生産機７、１４は、図１に示すようにコネクタ１１、１３、１８、２０、演算処理ユニット１２、１９、導線３１、３２、３３、３４、半導体スイッチ９、１６、電流検出部１０、１７、給電コイル８、１５を備える。給電コイル８、１５は、給電素子の一形態である。給電コイル８、１５は、各基板生産機７、１４の移動体１に対向する側に設けられている。

移動体１が備える２個の受電コイル５、６は、第１〜第２基板生産機７、１４の給電コイル８、１５に対向する側面に配設されており、移動方向に沿い相互に離間して配置される。受電コイル５、６および給電コイル８、１５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５、６は、受電素子の一形態である。受電コイル５、６はそれぞれ整流平滑回路３、４を介して、負荷２に繋がれている。整流平滑回路３、４は、ダイオード、コイルを有する。また、受電コイル５、６には、コンデンサが並列接続されており、これは、受電側共振回路を形成する共振用素子である。

図２は実施形態の非接触給電装置が備える図１とは別の構成を模式的に説明する図である。図２に示すように、第１〜第２基板生産機７、１４は、給電コイル８、１５にそれぞれ対応する検出部５５、５７を備える。これは、移動体１が備える受電コイル５、６のどちらが給電可能な位置にあるかを検出するためのものである。詳細には、受電コイル５、６のそれぞれに対応する被検出部５１、５３を検出部が検出する。この構成は、例えば、基板生産機の高さが異なる（図でいう紙面垂直方向が異なる）位置に設けられる。

ここでは、実施形態の非接触給電装置の具体的な動作について説明する。まず、第１基板生産機７の給電コイル８が、受電コイル５に給電可能な位置にあることを、検出部５５が検出する。

次に、第１基板生産機７の演算処理ユニット１２は、検出部５５からその情報を受け取り、第１基板生産機７の通信線、コネクタ１３、第２基板生産機１４の通信線、コネクタ２０、コネクタ２４、交流モジュール２１の通信線、を介して、交流モジュール２１の演算処理ユニット２５へ検出部５５による情報を送信する。

ここで、演算処理ユニット２５は、第１基板生産機７の給電コイル８が、受電コイル５へ給電可能となるように、第１基板生産機７の演算処理ユニット１２へ通信線などを介して、情報を送信する。このとき、演算処理ユニット２５は、給電システムに異常がないかを確認する。

演算処理ユニット１２は、演算処理ユニット２５からの情報を受信し、半導体スイッチ９をＯＮする。こうすることで、給電コイル８から受電コイル５への給電が開始される。

なお、演算処理ユニット１２は、電流検出部１０にも繋がっており、例えば、給電コイル８に過電流が流れた場合、それを検知し、半導体スイッチ９をＯＦＦすることができる。

そして、移動体１は、受電コイル５が受電した交流電力を、整流平滑回路３を通して直流に変換し、負荷２に電力を供給する。

このような非接触給電装置において、交流電源２２は、移動体１から離れた給電コイルに交流電力を供給することを半導体スイッチにより停止できるので、発生する損失が低減される。

さらに、実施形態の非接触給電装置は、受電コイルおよび給電コイルに接続されて共振回路を形成する受電側コンデンサおよび給電側コンデンサ（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とされ、給電素子は給電コイルとされている。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、複数の基板生産機が列設された基板生産ラインであり、複数の基板生産機の列設方向に移動方向が設定されており、複数の給電コイルは、複数の基板生産機に同数個ずつ配置されている。これによれば、基板生産機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３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、非接触給電装置に関する段取り替え作業は簡素である。

ここで、変形例について図３により説明する。基板生産機側の給電コイル８、１５の移動方向の長さをＬＴとし、給電コイル８、１５の相互間の離間距離をＤＴとする。また、移動体１側の受電コイル５、６の移動方向の長さをＬＲとし、受電コイル５、６の相互間の離間距離をＤＲとする。給電コイル８、１５の移動方向の長さＬＴは、基板生産機７、１４の幅寸法よりも少しだけ小さい。

この場合において、ＬＲ≦ＤＴ≦ＤＲ、（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴが成り立つと、移動体１にはバッテリなどを備えることなく、移動体１の移動に合わせて、給電を行うことができる。図３では、ＬＲ＝ＤＴ＝ＤＲ、（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの例を示している。移動体１が移動したとしても、少なくとも１つの受電コイルが、給電コイルと対向するからである。

これによれば、移動体１の位置に関係なく常に、少なくともいずれか１個の受電コイルが給電コイルに正対する。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、変形例の非接触給電装置において、移動体１の移動に伴って複数の内の一の受電コイルが複数の内の一の給電コイルと正対し、かつ、複数の内の他の受電コイルが複数の内の他の給電コイル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、変形例の非接触給電装置において、移動体１の移動に伴って隣り合う２個の受電コイル５、６が１個の給電コイル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５、６は、１個の給電コイル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、受電コイル５，６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平滑回路３、４を含むとともに、各整流平滑回路３、４の出力側が負荷２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個の受電コイルが受け取った交流電力で負荷２を駆動できる。したがって、蓄電素子（バッテリ）および充電回路を不要にできる。

図４に、本発明の非接触給電装置を基板生産ラインに応用した例を示す。このラインでは、第１〜第３基板生産機６１、６３、６５が交流モジュール７３とともに列設されている。移動体７１は、第１〜第３基板生産機６１、６３、６５の列設方向に沿って移動する。移動体１は、各基板生産機６１、６３、６５で使用する部品供給装置８１を搬送し、例えば、基板生産機６５が保持する部品供給装置８３と交換する役割を担う。このとき、移動体７１の移動に非接触給電装置によって給電された電力を用い、また、部品供給装置の交換にも用いることができる。

本発明の非接触給電の方式は、給電コイルおよび受電コイルを用いた電磁結合方式である電磁誘導方式、電磁界共鳴方式に限定されず、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の送電モジュールに、一つの給電コイルのみを載せて規格化することができる。このような送電モジュールを一モジュール単位としてモジュール連結型製造装置を構成とすると、モジュールの増減・変更がさらに容易となり、フレキシブルな製造装置の構築を簡単に実現することができる。ここでいう規格化とは、モジュール幅を略同一とすることをいい、ＬＲ≦ＤＴ≦ＤＲ、（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴを成り立たせることが容易となる。また、ここでいう製造装置とは物を製造する装置全般をいい、例えば、工作機械や基板生産ラインなどが含まれる。

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以外にも、他の製品を生産する組立ラインや加工ライン、工作機械やそのローダー、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：移動体 ２：負荷 ３：整流平滑回路
４：整流平滑回路 ５：受電コイル ６：受電コイル
７：第１基板生産機 ８：給電コイル ９：半導体スイッチ １０：電流検出部
１１：コネクタ １２：演算処理ユニット １３：コネクタ
１４：第２基板生産機 １５：給電コイル １６：半導体スイッチ
１７：電流検出部 １８：コネクタ １９：演算処理ユニット
２０：コネクタ ２１：交流モジュール ２２：交流電源
２３：共振コンデンサ ２４：コネクタ ２５：演算処理ユニット
３１：導線 ３２：導線 ３３：導線 ３４：導線 ３５：導線 ３６：導線
５１：被検出部 ５３：被検出部 ５５：検出部 ５７：検出部
６１：第１基板生産機 ６３：第２基板生産機 ６５：第３基板生産機
７１：移動体 ７３：交流モジュール
８１：部品供給装置 ８３：部品供給装置

Claims (4)

1. 蓄電素子を備えない移動体に備えられたコイルの前記移動体の移動方向の長さをＬＲとし、前記移動体の移動方向コイルの相互間の離間距離をＤＲとする少なくとも二つの受電コイルにコイルの前記移動体の移動方向の長さをＬＴとし、前記移動体の移動方向のコイル相互間の離間距離をＤＴとし、ＬＲ≦ＤＴ≦ＤＲ、（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴが成立する少なくとも二つの給電コイルから非接触で給電可能であり、前記少なくとも二つの給電コイルの内一つの給電コイルを備えた一のモジュールとなる少なくとも二つの基板生産機を複数連結させることで、前記移動体の移動方向へ前記移動体に給電可能な範囲を広げるモジュール連結型製造装置において、少なくとも一つの前記基板生産機が備える給電コイルに少なくとも一つの前記受電コイルが給電可能な位置に位置したときに、前記少なくとも一つの基板生産機から交流電力を供給する交流モジュールへ通信を行い、かつ、前記交流モジュールから前記少なくとも一つの基板生産機へ通信を行い、前記少なくとも一つの基板生産機が備える半導体スイッチを導通させることを特徴としたモジュール連結型製造装置であって、
   前記交流モジュールから給電された電力を用い、前記移動体により搬送される部品供給装置と基板生産機が保持する部品供給装置の交換を行うモジュール連結型製造装置。
2. 交流電力を伝える導線を有し、前記導線の端に接続用端末を設けた基板生産機を備える、請求項１に記載のモジュール連結型製造装置。
3. 前記基板生産機が演算処理ユニット、および、電流検出部を備え、前記基板生産機が備える演算処理ユニットが、前記電流検出部の異常を検知した場合に、前記基板生産機が備える半導体スイッチを遮断することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモジュール連結型製造装置。
4. 前記基板生産機が規格化され、一つの給電コイルのみを有することを特徴とする、請求項１乃至３に記載のモジュール連結型製造装置。
   
   

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