JPWO2014045375A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

本発明の非接触給電装置は、固定部に設けられた給電用素子と、給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、固定部に移動可能に装架された可動部に設けられ給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用素子と、受電用素子が受け取った高周波電力を変換して可動部上の電気負荷に給電する受電回路とを備え、電気負荷から受電用素子への熱の伝導を促進する伝熱部材と、固定部側に設けられて受電用素子を能動的に冷却する能動冷却手段（例えば冷媒供給装置など）と、をさらに備えた。これにより、可動部を冷却する冷却性能を向上して可動部上の電気負荷の温度上昇を抑制しつつ、可動部を小形軽量化できる。

Description

本発明は、可動部上の電気負荷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、可動部を冷却する冷却構造に関する。

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上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。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り、電気鉄道や電気自動車への利用も検討されている。

基板用作業機器に戻り、可動部に搭載される電気負荷には次のようなものがある。例えば、部品実装機の可動部となる実装ヘッドには、部品を吸着採取する吸着ノズルに負圧を発生させるエアポンプや、吸着ノズルを回動および昇降させる駆動モータ、およびこれらの制御部などが搭載されている。また、基板検査機の可動部となる検査ヘッドには、基板上の配線パターンや部品の実装状態を撮像するカメラやそのデータ伝送部、および制御部などが搭載されている。さらには、リニアモータ装置の電機子も電気負荷の一種である。可動部上の電気負荷で発生する熱を放散して温度上昇を抑制するために、放熱フィンや冷却ファンなどを設ける場合がある。この種の非接触給電装置の冷却構造の技術例が特許文献１に開示されている。

特許文献１の受電装置は、車両に搭載されて受電アンテナによりマイクロ波を受電するものである。この受電装置は、受電アンテナの他に、シャーシに取り付けられた放熱手段と、放熱手段を冷却する冷却手段としての冷却ファンおよび送風手段と、を有している。さらに、この受電装置と送電装置とを組み合わせたエネルギー供給システムは、マイクロ波を送信する送電装置側に冷却手段を有している。これにより、受電アンテナで発生した熱は放熱手段に吸収され、冷却ファンからの冷却風により冷却されるので、受電アンテナ付近の温度上昇を抑制できる、と記載されている。

特許第４８６５４５０号公報

ところで、特許文献１の受電装置は、シャーシ（可動部）に放熱手段および冷却手段を有している。そして、実施形態に放熱手段として示される放熱フィンや冷却手段として示される冷却ファンは、かなりの重量を有し、かつ大きな設置スペースを必要とする。したがって、冷却構造を構成する部材の分だけシャーシ（可動部）が重厚長大化し、車両性能が低下する。

また、特許文献１のエネルギー供給システムは、送電装置側（固定部側）に冷却手段を有しており、シャーシ（可動部）の重厚長大化を軽減できる点は好ましい。しかしながら、固定部側から可動部を遠隔的に冷却する構造では、例えば、可動部が移動すると固定部から送る冷却風が効率的に可動部の放熱フィンに到達しなくなったりして、冷却性能が低下しがちである。

類似の問題点は、基板用作業機器の非接触給電装置でも発生する。すなわち、部品実装機の実装ヘッドや基板検査機の検査ヘッドを始めとする可動部に冷却構造を設けると、その分だけ可動部が重厚長大化する。これにより、可動部を駆動するための駆動力を大きくする必要が生じる問題点や、可動部の移動速度が制約されるという問題点などが発生する。また、基板用作業機器の固定部側の冷却ファンから送風しても、可動部が移動したりして、冷却性能は低下しがちである。

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、可動部を冷却する冷却性能を向上して可動部上の電気負荷の温度上昇を抑制しつつ、可動部を小形軽量化でき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請求項１に係る非接触給電装置の発明は、固定部に設けられた給電用素子と、前記給電用素子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、前記給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用素子と、前記受電用素子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る非接触給電装置であって、前記電気負荷から前記受電用素子への熱の伝導を促進する伝熱部材と、前記固定部側に設けられて前記受電用素子を能動的に冷却する能動冷却手段と、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、前記能動冷却手段は、冷媒流体を前記給電用素子と前記受電用素子との間に流す冷媒供給装置である。

請求項３に係る発明は、請求項２において、前記給電用素子および前記受電用素子はそれぞれ電極であり、前記冷媒供給装置は、前記給電用素子に穿設された吐出孔から前記冷媒流体を前記給電用素子と前記受電用素子との間に吐出する。

請求項４に係る発明は、請求項３において、前記給電用素子は前記吐出孔の内面に放熱フィンを有する。

請求項５に係る発明は、請求項１において、前記能動冷却手段は、前記給電用素子を冷却することにより冷輻射を行って前記受電用素子を冷却する冷輻射装置である。

請求項６に係る発明は、請求項５において、前記給電用素子および前記受電用素子はそれぞれ電極であり、前記冷輻射装置は、前記給電用素子の前記受電用素子に対向しない面に配設されたペルチェ素子または放熱フィンの少なくとも一方を含む。

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、前記受電用素子は、前記給電用素子に離隔対向する表面に、前記電気負荷で発生して伝導した熱を高い放射率で放射する熱放射層または熱放射面を有し、前記給電用素子は、前記受電用素子に離隔対向する表面に、熱を高い吸収率で吸収する熱吸収層または熱吸収面を有する。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項において、前記給電用素子および前記受電用素子は、前記可動部の移動方向と直角な断面形状が基部および前記基部から延在する複数の歯部からなる櫛型であって、前記複数の歯部同士が相互に離隔しつつ互い違いに嵌合した櫛型電極である。

請求項１に係る非接触給電装置の発明では、可動部上で高周波電力を受け取る受電用素子が放熱フィンに兼用され、伝熱部材で電気負荷から受電用素子への熱の伝導が促進され、固定部側の能動冷却手段は受電用素子を冷却する。これにより、電気負荷で発生する熱を効率良く放散して温度上昇を抑制できる。また、非接触給電に必要な受電用素子を放熱フィンに兼用するので可動部には専用の放熱フィンが不要になり、能動冷却手段は固定部に設ければよいので、可動部を小形軽量化できる。

請求項２に係る発明では、能動冷却手段は、冷媒流体を給電用素子と受電用素子との間に流す冷媒供給装置とされている。冷媒流体には、例えば冷却エアや冷却オイルなどを用いることができ、強制対流により受電用素子を効率良く冷却して、電気負荷の温度上昇を抑制できる。

請求項３に係る発明では、給電用素子および受電用素子はそれぞれ電極であり、冷媒供給装置は、給電用素子に穿設された吐出孔から冷媒流体を給電用素子と受電用素子との間に吐出する。給電用電極および受電用電極を用いた静電結合方式の非接触給電では、給電電力を増やし給電効率を高めるために、大きな電極面積が確保され、かつ平行する電極間の距離が狭められている。したがって、第１に、受電用電極から給電用電極への熱輻射が効率良く行われて給電用電極からもかなりの熱が放散され、実効的な放熱面積が増加する。第２に、給電用電極の吐出孔から冷媒流体を電極間に吐出するので、冷媒流体の全量が冷却に有効利用される。第３に、冷媒流体が狭められた電極間を流れるので、効率良く受電用電極および給電用電極の両方を冷却できる。以上の３つの総合的な作用により、受電用電極を極めて効率良く冷却して、電気負荷の温度上昇を格段に抑制できる。

請求項４に係る発明では、給電用電極は吐出孔の内面に放熱フィンを有するので、給電用電極が一層効率良く冷却される。これにより、受電用電極と給電用電極との温度差が増加し、受電用電極から給電用電極への熱輻射量が増加するので、電気負荷の温度上昇の抑制に寄与できる。

請求項５に係る発明では、能動冷却手段は、給電用素子を冷却することにより冷輻射を行って受電用素子を冷却する冷輻射装置とされている。つまり、給電用素子を冷却して温度を下げてやれば受電用素子との温度差が大きくなるので、その分だけ受電用素子から給電用素子への熱輻射量が増加する。これにより、受電用素子を効率良く冷却して、電気負荷の温度上昇を抑制できる。

請求項６に係る発明では、給電用素子および前記受電用素子はそれぞれ電極であり、冷輻射装置は、給電用素子の受電用素子に対向しない面に配設されたペルチェ素子または放熱フィンの少なくとも一方を含んでいる。給電用電極および受電用電極を用いた静電結合方式の非接触給電では、給電電力を増やし給電効率を高めるために、大きな電極面積が確保され、かつ平行する電極間の距離が狭められている。したがって、ペルチェ素子や放熱フィンを用いて給電用電極を冷却することにより冷輻射が効率良く行われ、受電用電極を極めて効率良く冷却して、電気負荷の温度上昇を格段に抑制できる。

請求項７に係る発明では、受電用素子は熱放射層または熱放射面を有し、給電用素子は熱吸収層または熱吸収面を有している。これにより、受電用素子から離隔対向する給電用素子への熱輻射が効率化されて、実効的な放熱面積が増加する。さらに、能動冷却手段との協働により、電気負荷で発生する熱を効率良く放散して温度上昇を抑制できる。

請求項８に係る発明では、給電用素子および受電用素子は櫛型電極とされている。櫛型電極では、給電電力を増やし給電効率を向上するために、平面電極と比較して大きな電極表面積が確保されている。大きな電極表面積は、強制対流、冷輻射、および熱輻射のいずれにおいても有利であり、受電用素子を一層効率良く冷却して、電気負荷の温度上昇を一層抑制できる。

本発明の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。 第１実施形態の非接触給電装置を概念的に説明する構成図である。 第２実施形態の非接触給電装置を概念的に説明する構成図である。 第３実施形態の非接触給電装置を概念的に説明する構成図である。

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、本発明の非接触給電装置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、およびリニア可動部１５３の両側に配置された側面からなり、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、可動本体部１６０に配設されたＸ軸モータにより駆動されて、部品実装ヘッド１７０をＸ軸方向に駆動する。

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。

可動本体部１６０上のＸ軸モータならびに電機子は、動作時に発熱して冷却を必要とする本発明の電気負荷に相当する。また、可動本体部１６０上に配設されたその他の電装品や制御基板なども電気負荷の一部である。

これらの電気負荷を冷却する冷却構造を備えて、本発明の第１実施形態の非接触給電装置１が構成されている。図２は、第１実施形態の非接触給電装置１を概念的に説明する構成図である。非接触給電装置１は、前述した部品実装機１０の機台１９０側の固定部２から、リニアモータ機構１５０の可動部３に静電結合方式で非接触給電する装置である。非接触給電装置１は、給電用素子２１、高周波電源回路２５、受電用素子３１、受電回路３５、伝熱部材４、能動冷却手段としての冷媒供給装置５などで構成されている。なお、図２で、破線の矢印Ｅ１〜Ｅ４は電力の流れを示し、実線の矢印Ｈ１〜Ｈ３は冷媒流体の流れを示している。

２個の給電用素子２１は、固定部２に設けられた給電用電極であり、金属材料で形成されている。給電用素子２１は、固定部２の軌道部材１５１の概ね全長にわたって配設されている。高周波電源回路２５は、固定部２に配設されており、高周波電力を出力する。高周波電源回路２５の２つの出力端子は、電源線２５１により一方が第１の給電用素子２１に接続され、他方が第２の給電用素子２１に接続されている。高周波電源回路２５の出力周波数は１００ｋＨｚ〜ＭＨｚ帯を例示でき、出力電圧波形として正弦波や矩形波などを例示できる。

２個の受電用素子３１は、可動部３に設けられた受電用電極であり、金属材料で形成されている。受電用素子３１および給電用素子２１は、所定の給電電力を得るために大きな対向面積が確保されており、わずかな離隔距離を有して対向配置されている。したがって、２個の受電用素子３１および給電用素子２１は、電気的には２組の平行板コンデンサを構成している。可動部３がリニアモータ機構１５０により駆動されても、離隔距離は概ね一定に保たれ、平行板コンデンサの静電容量も概ね一定に保たれる。

受電回路３５は、可動部３に設けられており、非接触受電用素子３１から入力された高周波電力を変成して、電気負荷９１に出力する。非接触給電の給電対象となる電気負荷９１は、具体的には前述した可動本体部１６０上のＸ軸モータ、電機子、電装品、および制御基板などである。図２において、電気負荷９１は二分割されて示されているが、これに限定されず、実際には３個以上であってもよい。また、複数の電気負荷９１の動作電圧が異なっていてもよい。

受電回路３５の入力端子は、電源線３５１により一方が第１の受電用素子３１に接続され、他方が第２の受電用素子３１に接続されている。受電回路３５の出力端子は、給電線３５２により電気負荷９１に接続されている。電気負荷９１は直流負荷および交流負荷のいずれでもよく動作電圧の大きさも限定されないが、受電回路３５は電気負荷９１に対応した電圧出力機能を具備する必要がある。受電回路３５には、例えば、入力された高周波電力を直流電力に変換する全波整流回路や、商用周波交流電力に変換するインバータ回路などを用いることができる。また、複数の電気負荷９１の動作電圧や周波数が異なる場合には、マルチ出力形の受電回路３５を用いることができる。

図２に示されるように、高周波電源回路２５、２個の給電用素子２１、２個の受電用素子３１、および受電回路３５により、電気負荷９１に静電結合方式で非接触給電を行う閉回路が構成されている。高周波電源回路２５から出力された高周波電力は、電源線２５１を介して２個の給電用素子２１に入力され（図２の破線矢印Ｅ１）、平行板コンデンサの静電結合の作用により２個の受電用素子３１に非接触給電される（破線矢印Ｅ２）。さらに、２個の受電用素子３１が受け取った高周波電力は、電源線３５１を介して受電回路３５に入力され（破線矢印Ｅ３）、受電回路３５の内部で変成されて電気負荷９１に給電される（破線矢印Ｅ４）。これにより、電気負荷９１が動作して、熱損失が発生する。

次に、実施形態の非接触給電装置１の冷却構造（熱的な構成）について説明する。電気負荷９１と受電用素子３１との間には、伝熱部材４が配設されている。伝熱部材４は、電気負荷９１から受電用素子３１への熱伝導を促進するとともに、両者の間の電気絶縁を保つ部材である。伝熱部材４には、例えば、樹脂のうち熱伝導率が比較的大きな材質で形成した伝熱シートを用いることができる。伝熱部材４は、電気負荷９１および受電用素子３１の双方に密着して良好に熱伝導を行えるとともに、電気絶縁や機械的強度などの制約が許す範囲で薄いことが好ましい。

受電用素子３１は、非接触給電用素子２１に離隔対向する表面に、熱放射層３２を有している。熱放射層３２は、電気負荷９１で発生して伝導した熱を高い放射率で放射するものである。熱放射層３２には、例えば、熱を遠赤外線に変換して放射する機能材料を含んで形成されたシート材または塗膜を用いることができる。熱を遠赤外線に変換して放射する機能材料は、既に複数種類が市販されているが、化学的組成などは殆ど公開されていない。これに限定されず、熱放射層３２に代えて、受電用素子３１の表面を熱放射率の高い黒色塗装面としてもよい。さらには、熱放射率の高いメッキ面としたり、微小凹凸を設けて熱放射率を高くした加工処理面としたりしてもよい。

また、熱放射層３２を絶縁材料で形成することにより、絶縁層を兼ねることができる。これにより、熱放射層３２で、受電用素子３１と給電用素子２１との間の電気絶縁を補強して、絶縁性能を向上できる。

一方、固定部２側の給電用素子２１は、受電用素子３１に離隔対向する表面に、熱を高い吸収率で吸収する熱吸収層２２を有している。熱吸収層２２は、受電用素子３１の熱放射層３２と同じ構成とすることができ、あるいは異なる構成でもよい。さらには、熱放射層３２と同様に、熱吸収層２２を黒色塗装面、メッキ面、加工処理面などに代えることもできる。また、熱吸収層２２を絶縁材料で形成して絶縁層を兼ねることができるのも同様である。

また、給電用素子２１には、多数の吐出孔２３が形成されており、図２には６個が例示されている。吐出孔２３は、給電用素子２１の裏面から表面側の熱吸収層２２を貫通して穿設されている。吐出孔２３の出口は、受電用素子３１に向かって開口している。吐出孔２３の内面には、小さな凹凸状の放熱フィン２４が形成されている。

さらに、能動冷却手段としての冷媒供給装置５が固定部２側に配設されている。冷媒供給装置５は、給電用素子２１に穿設された吐出孔２３から冷媒流体を給電用素子２１と受電用素子３１との間に吐出する。本第１実施形態では、冷媒流体に冷却エアを用い、冷媒供給装置５にエアポンプを用いる。冷媒供給装置５から吐出孔２３の入口までの間は、エアダクト５１が形成されて漏気しないようになっている。エアダクト５１は、例えば、固定部２の軌道部材１５１の底面を二重底にして形成することができる。

冷媒供給装置５が動作すると、外気から冷却エアを吸入して、エアダクト５１に送給する。冷却エアは、エアダクト５１を経由して吐出孔２３の入口に供給される（図２の実線矢印Ｈ１）。冷却エアは、吐出孔２３を通り抜け（実線矢印Ｈ２）、その際に放熱フィン２４に当たって給電用素子２１を冷却する。その後、冷却エアは、吐出孔２３の出口から給電用素子２１と受電用素子３１との間に吐出される。給電用素子２１における冷却エアの吐出状況は、エアホッケーと呼ばれる遊戯機の動作状況とイメージ的に類似している。吐出された冷却エアは、給電用素子２１と受電用素子３１との間を流れながら（実線矢印Ｈ３）、強制対流によって両素子２１、３１を冷却し、最終的には外部に排気される。

なお、冷媒流体に冷却オイルを用い、冷媒供給装置５にオイルポンプを用いて、冷却オイルを循環使用する構成を採用することもできる。この場合には、冷媒供給装置５から吐出孔２３の入口までのエアダクト５１に代えて供給オイルダクトを設け、加えて、給電用素子２１と受電用素子３１との間から排出された冷却オイルをオイルポンプに戻すための回収オイルダクトを設ける。また、冷却エアや冷却オイル以外の冷媒流体を用いることもできる。

次に、上述のように構成された第１実施形態の非接触給電装置１の冷却作用、および効果について説明する。電気負荷９１で発生した全熱量のうちの一部は可動部３の表面から直接的に外部に放散されるが、その他の熱量は伝熱部材４を経由して受電用素子３１に伝導する。受電用素子３１は放熱フィンに兼用されており、伝熱部材４で電気負荷９から受電用素子３１への熱の伝導が促進されている。

受電用素子３１の熱は、熱放射層３２の作用により空気中に放射され、放射された熱の多くは熱吸収層２２の作用により給電用素子２１に吸収される。ここで、給電用素子２１および受電用素子３１はそれぞれ電極であり、大きな電極面積が確保され、かつ平行する電極間の距離が狭められている。したがって、受電用電極３１から給電用電極２１への熱輻射が効率良く行われ、給電用電極２１からもかなりの熱が外部に放散される。これにより、両素子２１、３１が放熱フィンの役割を果たして、実効的な放熱面積が増加する。

さらに、能動的な冷却として、冷却エアによる強制対流冷却が行われる。すなわち、給電用素子２１と受電用素子３１との間を流れる冷却エアにより、両素子２１、２２が強制対流冷却される。ここで、給電用電極２１の吐出孔２３から冷媒流体を電極２１、３１間に吐出するので、冷却エアの全量が冷却に有効利用される。また、冷却エアが狭められた電極２１、３１間を通るので、効率良く受電用電極３１および給電用電極２１の両方を冷却できる。さらに、給電用素子２１は、突出孔２３の内面の放熱フィン２４によっても強制対流冷却されて一層効率良く冷却される。

以上の総合的な作用により、受電用電極３１を極めて効率良く冷却して、電気負荷９１の温度上昇を格段に抑制できる。また、非接触給電に必要な受電用素子３１を放熱フィンに兼用するので可動部３には専用の放熱フィンが不要になる。加えて、冷媒供給装置５は固定部２側に設けることができる。したがって、可動部３を小形軽量化できる。これにより、可動部３を駆動するための駆動力は小さくて済み、可動部３の移動速度の制約も少なくなる。

次に、能動冷却手段が異なる第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３は、第２実施形態の非接触給電装置１Ａを概念的に説明する構成図である。第２実施形態の非接触給電装置１Ａは、第１実施形態と同じ高周波電源回路２５、受電用素子３１、受電回路３５、および伝熱部材４を備え、能動冷却手段としての冷媒供給装置５に代え冷輻射装置を備えて構成されている。なお、図３で、破線の矢印Ｅ１〜Ｅ４は、第１実施形態と同様に電力の流れを示している。

第２実施形態の固定部２Ａ側の給電用素子２１Ａは、第１実施形態と同じ熱吸収層２２を有し、吐出孔２３は有さない。そして、給電用素子２１Ａの熱吸収層２２と反対側の裏面に、冷輻射装置としてのペルチェ素子６を有している。ペルチェ素子６は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、一方の金属から他方の金属へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）を利用したものである。ペルチェ素子６の低温になる側の吸熱面６１は給電用素子２１Ａに貼設され、高温になる側の放熱面６２は外気で自然冷却されるようになっている。

さらに、給電用素子２１Ａは、両方の狭い端面に、冷輻射装置としての放熱フィン７を備えている。なお、第２実施形態ではペルチェ素子６および放熱フィン７の両方を備えるがこれに限定されない。つまり、給電用素子２１Ａを十分に冷却できるのであればどちらか一方のみを備える構成としてもよく、冷輻射装置として他の手段を備える構成としてもよい。

次に、第２実施形態の非接触給電装置１Ａの冷却作用、および効果について説明する。電気負荷９１で発生した全熱量のうちの一部は可動部３の表面から直接的に外部に放散されるが、その他の熱量は伝熱部材４を経由して受電用素子３１に伝導する。受電用素子３１は放熱フィンに兼用されており、伝熱部材４で電気負荷９から受電用素子３１への熱の伝導が促進されている。

一方、給電素子２１Ａは、ペルチェ素子６および放熱フィン７により冷却されてその温度が下がり、受電用素子３１との温度差が大きくなる。これにより、給電素子２１Ａから受電用素子３１への冷輻射が行われる。ここで、給電用素子２１Ａおよび受電用素子３１はそれぞれ電極であり、大きな電極面積が確保され、かつ平行する電極間の距離が狭められている。したがって、冷輻射が効率良く行われ、冷輻射に相当する分だけ受電用素子３１から給電用素子２１Ａへの熱輻射量が増加する。したがって、受電用電極３１を極めて効率良く冷却して、電気負荷９１の温度上昇を格段に抑制できる。

また、第１実施形態と同様に可動部３を小形軽量化でき、可動部３を駆動するための駆動力は小さくて済み、可動部３の移動速度の制約も少なくなる。

次に、給電用素子２１Ｂおよび受電用素子３１Ｂの形状が異なる第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４は、第３実施形態の非接触給電装置１Ｂを概念的に説明する構成図である。第３実施形態の非接触給電装置１Ｂは、第１実施形態と同じ高周波電源回路２５、受電回路３５、伝熱部材４、冷媒供給装置５を備え、給電用素子２１Ｂおよび受電用素子３１Ｂは櫛型電極とされている。なお、図４で、破線の矢印Ｅ１〜Ｅ４は、第１実施形態と同様に電力の流れを示している。

第３実施形態において、固定部２Ｂ側の給電用素子２１Ｂは、図示されるように断面形状が櫛型形状の電極になっている。詳述すると、水平に延在した基部２６の上面から垂直上方に向けて、２つの矩形断面の歯部２７が互いに離隔して立設されている。基部２６および歯部２７の受電用素子３１Ｂに離隔対向する表面は、熱吸収層２２Ｂで覆われている。また、給電用素子２１Ｂには、多数の吐出孔２３Ｂが形成されており、図４には６個が例示されている。吐出孔２３Ｂは、基部２６および熱吸収層２２Ｂを貫通して穿設されている。吐出孔２３Ｂの出口は、受電用素子３１Ｂに向かって開口している。なお、第３実施形態では、吐出孔２３Ｂの内面に放熱フィンは不付きとされている。

一方、可動部３Ｂ側の受電用素子３１Ｂも、断面形状が櫛型形状の電極になっている。詳述すると、水平に延在した基部３６の下面から垂直下方に向けて、３つの矩形断面の歯部３７が互いに離隔して立設されている。基部３６および歯部３７の給電用素子２１Ｂに離隔対向する表面は、熱放射層３２Ｂで覆われている。

給電用素子２１Ｂと受電用素子３１Ｂとは、歯部２７、３７同士が相互に概ね一定の離間距離で離隔しつつ互い違いに嵌合した状態で使用される。この状態は、可動部３がＹ軸方向（紙面表裏方向）に移動しても維持される。なお、図４を見易くするために、歯部２７が２個で歯部３７が３個の場合を例示しているが、実際には、より多数の歯部を設けて互い違いに嵌合させることができる。

第３実施形態で給電用素子２１Ｂと受電用素子３１Ｂとにより構成されるコンデンサは、第１実施形態と比較して対向する表面積が格段に拡がり、静電容量が格段に大きくなる。また、受電用素子３１Ｂから給電用素子２１Ｂへの熱輻射に寄与する表面積も格段に拡がる。さらに、冷媒供給装置５から吐出孔２３Ｂを経由して受電用素子３１Ｂと給電用素子２１Ｂとの間に冷媒流体が吐出され、これによる強制対流冷却においても冷却表面積が格段に拡がる。

上記したように、第３実施形態では熱輻射および強制対流冷却に寄与する表面積が第１実施形態よりも格段に拡がる。したがって、受電用素子３１Ｂを極めて効率良く冷却して、電気負荷９１の温度上昇を格段に抑制できる。また、第１実施形態と同様に可動部３を小形軽量化でき、可動部３を駆動するための駆動力は小さくて済み、可動部３の移動速度の制約は小さい。

なお、第１〜第３実施形態は併用することができ、例えば、冷媒供給装置５とペルチェ素子６との両方を備えるようにしてもよい。また、本発明は、静電結合方式の非接触給電装置１、１Ａ、１Ｂへの適用が好ましいが、電磁誘導方式や磁界共鳴方式などの他方式の非接触給電装置へ適用することもできる。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、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：非接触給電装置
２、２Ａ、２Ｂ：固定部
２１、２１Ａ、２１Ｂ：給電用素子 ２２、２２Ｂ：熱吸収層
２３、２３Ｂ：吐出孔 ２４：放熱フィン
２５：高周波電源回路 ２６：基部 ２７：歯部
３、３Ｂ：可動部
３１、３１Ｂ：受電用素子 ３２、３２Ｂ：熱放射層
３５：受電回路 ３６：基部 ３７：歯部
４：伝熱部材
５：冷媒供給装置 ５１：エアダクト
６：ペルチェ素子（冷輻射装置）
６１：吸熱面 ６２：放熱面
７：放熱フィン（冷輻射装置）
９１：電気負荷
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：リニアモータ機構
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 (8)

1. 固定部に設けられた給電用素子と、
   前記給電用素子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、前記給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用素子と、
   前記受電用素子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る非接触給電装置であって、
   前記電気負荷から前記受電用素子への熱の伝導を促進する伝熱部材と、
   前記固定部側に設けられて前記受電用素子を能動的に冷却する能動冷却手段と、をさらに備えた非接触給電装置。
2. 請求項１において、前記能動冷却手段は、冷媒流体を前記給電用素子と前記受電用素子との間に流す冷媒供給装置である非接触給電装置。
3. 請求項２において、
   前記給電用素子および前記受電用素子はそれぞれ電極であり、
   前記冷媒供給装置は、前記給電用素子に穿設された吐出孔から前記冷媒流体を前記給電用素子と前記受電用素子との間に吐出する非接触給電装置。
4. 請求項３において、前記給電用素子は前記吐出孔の内面に放熱フィンを有する非接触給電装置。
5. 請求項１において、前記能動冷却手段は、前記給電用素子を冷却することにより冷輻射を行って前記受電用素子を冷却する冷輻射装置である非接触給電装置。
6. 請求項５において、
   前記給電用素子および前記受電用素子はそれぞれ電極であり、
   前記冷輻射装置は、前記給電用素子の前記受電用素子に対向しない面に配設されたペルチェ素子または放熱フィンの少なくとも一方を含む非接触給電装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、
   前記受電用素子は、前記給電用素子に離隔対向する表面に、前記電気負荷で発生して伝導した熱を高い放射率で放射する熱放射層または熱放射面を有し、
   前記給電用素子は、前記受電用素子に離隔対向する表面に、熱を高い吸収率で吸収する熱吸収層または熱吸収面を有する非接触給電装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記給電用素子および前記受電用素子は、前記可動部の移動方向と直角な断面形状が基部および前記基部から延在する複数の歯部からなる櫛型であって、前記複数の歯部同士が相互に離隔しつつ互い違いに嵌合した櫛型電極である非接触給電装置。

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