WO2013088990A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

非接触給電装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2013088990A1
WO2013088990A1 PCT/JP2012/081320 JP2012081320W WO2013088990A1 WO 2013088990 A1 WO2013088990 A1 WO 2013088990A1 JP 2012081320 W JP2012081320 W JP 2012081320W WO 2013088990 A1 WO2013088990 A1 WO 2013088990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
power supply
electric power
electrode plate
contact
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/081320
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
神藤　高広
壮志 野村
直道 石浦
Original Assignee
富士機械製造株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士機械製造株式会社 filed Critical 富士機械製造株式会社
Priority to CN201280058494.8A priority Critical patent/CN103959600B/zh
Priority to EP12857291.4A priority patent/EP2793356B1/en
Publication of WO2013088990A1 publication Critical patent/WO2013088990A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M7/00—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway
    • B60M7/003—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway for vehicles using stored power (e.g. charging stations)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/005—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles without mechanical contact between the collector and the power supply line
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power supply device, and more particularly to a device that supplies power to a coil provided on a moving body of a linear motor device in a non-contact manner.
  • solder printing machines There are solder printing machines, component mounters, solder reflow machines, board inspection machines, etc. as board work equipment that produces boards with a large number of parts mounted on them.
  • Many of these substrate working devices are provided with a moving body that moves on the substrate and performs a predetermined operation, and the moving body is generally driven by a linear motor device, a ball screw mechanism, or the like.
  • a deformable feeding cable is used, or a sliding feeding part capable of feeding while moving is provided.
  • the power feeding cable may cause metal fatigue due to repeated deformation, and the sliding power feeding portion may also be worn.
  • the non-contact power supply technology can be broadly divided into an electric field coupling method and an electromagnetic induction method, and is not limited to substrate work equipment, and can be applied to industrial work equipment in a wide range of fields.
  • Patent Document 1 In the energy transfer device disclosed in Patent Document 1, capacitive coupling exists mainly between two separate active electrodes, these electrodes are set to a strong potential, and a strong field zone is located in a space located between these electrodes. It is characterized by being limited. Furthermore, claim 2 shows a mode in which the active electrode is coupled to the high-voltage high-frequency generator, and the potential energy is supplied to the space between the electrodes. Thereby, remote energy transmission can be performed.
  • Patent Document 1 shows an example of a contactless power feeding technique of an electric field coupling method.
  • the contactless power supply facility for a moving body disclosed in Patent Document 2 has a line that allows a high-frequency sine wave current to flow along a rail track, and a coil that generates an electromotive force by resonating with the line is used as the moving body.
  • the rail track joints are cut and combined along the moving direction of the moving body, and the track is folded at the joints to form the track in a loop shape.
  • Patent Document 2 shows a configuration example in which power is supplied to a moving body by an electromagnetic induction type non-contact power feeding mechanism.
  • patent document 1 is disclosing the structure of the electrode in non-contact electric power feeding, etc., it does not disclose the concrete structure for electrically feeding to a linear motor apparatus.
  • Patent Document 2 generally, when an electromagnetic induction type non-contact power feeding mechanism is applied to a linear motor device, there is a concern that the generation of propulsive force may be interfered and affected.
  • a coil is disposed on one of the track member and the moving body, and a magnet is disposed on the other, and the magnetic force generated between the magnetic field for propulsion generated when the coil is energized and the magnet is propelling force. It is used for.
  • the power supply cable that is a conventional contact power supply mechanism has a risk of metal fatigue due to repeated deformation, and the sliding power supply portion may also be worn.
  • the contact power feeding mechanism has been expensive.
  • the present invention has been made in view of the above problems of the background art, and can perform non-contact power feeding to a coil provided on a moving body of a linear motor device with a large power feeding capacity and high power feeding efficiency. It is an object to be solved to provide a low-cost non-contact power feeding device that does not affect the generation of propulsive force.
  • the invention of the non-contact power feeding device that solves the above problem includes a track member extending in a moving direction, a moving body movably mounted on the track member, and the moving direction of the track member.
  • a non-contact power feeding device that feeds power in a non-contact manner, and a power feeding electrode plate extending in the moving direction of the track member, and a power receiving electrode provided on the moving body and spaced apart from the power feeding electrode plate
  • Two sets of non-contact power feeding units each having a plate and enabling high-frequency power non-contact power feeding via an electric field formed between the power feeding electrode plate and the power receiving electrode plate, and two power feedings High-frequency power that feeds high-frequency power between electrode plates And parts provided on the moving body, comprising a power transformer unit to denature the high-frequency power that is non-contact power supply to the two power receiving electrode plates for supplying power to the coil.
  • the power supply electrode plate and the power reception electrode plate are made of a paramagnetic material having conductivity.
  • the power supply electrode plate is arranged closer to the moving body than the plurality of magnets of the track member, and the power reception electrode plate is moved. It is arranged on the surface side closer to the track member than the coil of the body.
  • the invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein both side surfaces and a bottom surface of the movable body are spaced apart from both inner side surfaces and an inner bottom surface of the track member,
  • the power receiving electrode plate is disposed on both side surfaces and the bottom surface of the movable body, and the power feeding electrode plate is disposed on both inner surface and inner bottom surface of the track member.
  • the invention according to claim 5 is provided in a closed circuit formed by the high-frequency power supply unit, the two sets of non-contact power feeding units, and the power transformation unit according to any one of claims 1 to 4, An impedance adjustment element for adjusting the impedance of the closed circuit to a minimum is further provided.
  • a sixth aspect of the present invention is the high frequency direct current conversion according to any one of the first to fifth aspects, wherein the power transformer converts high frequency power fed in a non-contact manner to the two power receiving electrode plates into direct current power. And a DC / AC conversion unit that converts the DC power into frequency-variable AC power according to the moving speed required for the moving body and feeds the coil with power.
  • the mobile control unit according to the sixth aspect of the present invention, wherein the mobile control unit is driven by a part of the DC power provided in the moving body and output from the high frequency DC conversion unit, and controls the DC AC conversion unit. Further prepare.
  • an electric field coupling type non-contact power feeding mechanism is configured by a power transformer that transforms high-frequency power fed in a non-contact manner to the two power receiving electrode plates to feed power to the coil.
  • the non-contact power feeding portion serves as a capacitor to form an electric field, but no magnetic field is generated, so that the propulsive force generated between the coil and the magnet is not affected.
  • the non-contact power supply mechanism does not interfere with the magnetic field generated by the coil and magnet, the size, shape, and arrangement of the power supply electrode plate and the power reception electrode plate can be freely designed, with a large power supply capacity and high power supply. Efficiency can be secured.
  • the power supply electrode plate and the power reception electrode plate are formed of a paramagnetic material having conductivity. Therefore, even if the magnetic field of the coil and the permanent magnet is linked to the power supply electrode plate and the power reception electrode plate, the circulating current and eddy current do not flow, and the action of canceling the magnetic field does not occur. That is, mutual interference between the linear drive mechanism and the non-contact power feeding mechanism can be reliably avoided.
  • the power supply electrode plate is disposed on the surface side closer to the moving body than the plurality of magnets of the track member, and the power receiving electrode plate is disposed on the surface side closer to the track member than the coil of the moving body.
  • the power receiving electrode plates are disposed on both the side surfaces and the bottom surface of the moving body, and the power feeding electrode plates are disposed on both the inner surface and the inner bottom surface of the track member.
  • the impedance adjusting element adjusts the impedance of the closed circuit formed by the high frequency power supply unit, the two non-contact power feeding units, and the power transformation unit to the minimum. Therefore, series resonance occurs in the closed circuit and a large current flows, and a large power supply capacity and high power supply efficiency can be ensured.
  • the power transformation unit includes a high-frequency DC conversion unit that converts the high-frequency power that is contactlessly fed to the two power receiving electrode plates into DC power, and a DC that corresponds to the moving speed required for the moving body. And a DC / AC converter that converts the electric power into variable frequency AC power and supplies power to the coil.
  • the DC / AC conversion unit is provided on the fixed side. It was done.
  • power supply by high frequency is indispensable. Therefore, in this aspect, a high-frequency direct current conversion unit and a direct current alternating current conversion unit are provided on the moving body side, and the movement speed can be adjusted similarly to the conventional technology.
  • the power transformer also serves as a frequency conversion function on the power receiving side required for non-contact power supply and a frequency conversion function required for adjustment of moving speed, thereby reducing the cost of the non-contact power supply device. Can be.
  • the moving control part which controls a direct-current alternating current conversion part is provided in the mobile body side.
  • the DC / AC conversion unit and the movement control unit are provided on the fixed side, and AC power whose frequency is adjusted is supplied to the moving body via the power supply cable or the sliding power supply unit.
  • the non-contact power supply mechanism power supply by high frequency is indispensable, and the DC / AC converter is provided on the moving body side.
  • the movement control unit is left on the fixed side, it is necessary to transmit a frequency adjustment command to the DC / AC conversion unit on the moving body in a non-contact manner using wireless communication or the like, which complicates the apparatus configuration. Therefore, by providing a moving control unit driven by a part of the DC power output from the high-frequency DC conversion unit on the moving body side, the device configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of a conventional linear motor device 9.
  • the linear motor device 9 includes a rail 91, a moving body 92, a plurality of magnets 93, a plurality of coils 94, a power supply cable 95, and the like.
  • the rail 91 is a track member extending in the moving direction of the moving body 92.
  • the rail 91 extends from the left front side to the right back side along the moving direction M indicated by the white arrow in FIG.
  • the rail 91 is formed by integrating a bottom plate 911 and both side plates 912 and 913.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the moving direction of the rail 91 is a groove shape opening upward.
  • the moving body 92 has a generally box shape and is movably mounted on the rail 91.
  • the moving body 92 is fitted into the groove-shaped portion of the rail 91 so as to be spaced apart.
  • the mounting structure of the moving body 92 can be configured to suspend the moving body 92 by providing a suspension rail (not shown) above the rail 91, for example.
  • a traveling wheel may be provided on the bottom surface of the moving body 92 so as to travel on the top surface of the bottom plate 911 of the rail 91.
  • Both side surfaces and bottom surface of the moving body 92 are opposed to the inner side surfaces 912 i and 913 i of both side plates 912 and 913 of the rail 91 and spaced apart from the inner bottom surface 911 i of the bottom plate 911.
  • the plurality of magnets 93 are arranged on the inner side surfaces 912i and 913i of both side plates 912 and 913 of the rail 91.
  • the plurality of magnets 93 are alternately arranged with north and south poles along the moving direction.
  • a permanent magnet can be used as the magnet 93, or an electromagnet excited by direct current may be used.
  • a plurality of coils 94 are provided on both sides of the inside of the moving body 92.
  • Each coil 94 includes an iron core that is omitted in the drawing.
  • Each coil 94 is arranged such that a magnetic pole induced in the iron core when energized faces the magnet 93 on the rail 91 side.
  • the coils 94 are provided in multiples of 3 near each side surface and are three-phase connected, and are energized by a three-phase power source.
  • the power supply cable 95 is arranged from the rail 91 side to the moving body 92 side.
  • the power supply cable 95 is connected so that current is supplied (supplied) to each coil 94 of the moving body 92 from the power transformer 96 (see FIG. 4).
  • the current supplied to the coil 94 is controlled by the movement control unit 97 (see FIG. 4).
  • a magnetic force is generated between the magnetic field formed by the coil 94 and the magnet 93. This magnetic force becomes a propulsive force and propels the moving body 92 in the moving direction of the rail 91.
  • the power supply cable 95 is deformed and continues to supply power.
  • the power supply cable 95 is required to be flexibly deformed so as not to prevent the movement of the moving body 92 and not to interfere with other members not shown.
  • the power supply cable 95 is complicated and expensive. The expensive power supply cable 95 is a factor that increases the cost of the linear motor device 9.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the moving direction schematically showing the structure of the rail 2 (track member) and the moving body 3 of the linear motor device 1A incorporating the non-contact power feeding device 1 of the embodiment.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating a method for feeding power to the coil 5 of the contactless power feeding device 1 of the embodiment.
  • the linear motor device 1A includes a rail 2, which corresponds to a track member, a moving body 3, a plurality of magnets 4, a plurality of coils 5, and the like.
  • the non-contact power feeding device 1 includes two sets of non-contact power feeding units 61 and 62, a high frequency power source unit 7, a power transformation unit 8, and the like.
  • the first non-contact power feeding unit 61 includes a first power feeding electrode plate 61A and a first power receiving electrode plate 61B.
  • the two electrode plates 61A and 61B are made of a paramagnetic material having conductivity.
  • the paramagnetic material any of a large number of metal materials other than ferromagnetic metals such as iron and nickel, for example, copper or aluminum is used.
  • the first power feeding electrode plate 61A has an L-shaped cross section so as to cover almost the entire inner surface 22i of one side plate 22 of the rail 2 and a little less than half of the inner bottom surface 21i of the bottom plate 21.
  • the first power supply electrode plate 61 ⁇ / b> A extends over the entire length of the rail 2 in the moving direction. Further, the first power feeding electrode plate 61 ⁇ / b> A is disposed on the surface side closer to the moving body 3 than the magnets 4 arranged on the inner side surface 22 i of the one side plate 22.
  • the first power receiving electrode plate 61 ⁇ / b> B has an L-shaped cross section so as to cover almost the entire side surface 32 of the movable body 3 and a little less than half of the bottom surface 31.
  • the first power receiving electrode plate 61 ⁇ / b> B extends over the entire length of the moving body 3 in the moving direction. Further, the first power receiving electrode plate 61 ⁇ / b> B is disposed on the surface side closer to the rail 2 than the coil 5 provided inside the one side surface 32 of the moving body 3.
  • the first power supply electrode plate 61A and the first power reception electrode plate 61B are opposed to each other with a slight distance d, and are electrically parallel plate capacitors C1.
  • the second non-contact power feeding section 62 arranged on the right side of FIG. 1 is composed of a second power feeding electrode plate 62A and a second power receiving electrode plate 62B, and is electrically a parallel plate capacitor C2. ing.
  • the first power supply electrode plate 61A and the second power supply electrode plate 62A, and the first power reception electrode plate 61B and the second power reception electrode plate 62B are slightly separated in the vicinity of the center line CL.
  • the two parallel plate capacitors C1 and C2, which are electrically insulated, have approximately the same shape, and the capacitance Caps are also approximately equal.
  • the high frequency power supply unit 7 is provided on the fixed side. As shown in FIG. 2, the high frequency power supply unit 7 is configured by connecting an AC power supply 71 and an AC high frequency conversion unit 72.
  • the AC power source 71 for example, a power source having a general commercial frequency fac (50 Hz or 60 Hz) is used.
  • the AC high frequency converter 72 uses, for example, an inverter to convert the AC power Pac having the commercial frequency fac to the high frequency power Phf having the high frequency fhf and outputting it.
  • One of the output terminals of the AC high frequency converter 72 is connected to the first power supply electrode plate 61A, and the other output terminal is connected to the second power supply electrode plate 62A.
  • the high-frequency power Phf is fed between the electrode plates 61A and 62A.
  • the high frequency fhf of the high frequency power Phf can exemplify the 100 kHz to MHz band, and the voltage waveform can be exemplified by a sine wave or a rectangular wave.
  • the power transformation unit 8 is provided in the moving body 3.
  • the power transformer 8 transforms the high-frequency power Phf that is contactlessly fed to the first and second power receiving electrode plates 61B and 62B and feeds the coil 5 with power.
  • the power transformer 8 is composed of a high-frequency DC converter 81 and a DC-AC converter 82.
  • an inverter can be used for the high-frequency DC conversion unit 81 and the DC-AC conversion unit 82.
  • One input terminal of the high frequency direct current converter 81 is connected to the first power receiving electrode plate 61B, and the other input terminal is connected to the second power receiving electrode plate 62B.
  • the output terminal of the high frequency direct current converter 81 is connected in parallel to the direct current alternating current converter 82 and the movement controller 85.
  • the high-frequency direct-current converter 81 temporarily converts the high-frequency power Phf fed in a non-contact manner to the first and second power receiving electrode plates 61B and 62B into a direct-current power Pdc and outputs it.
  • the DC / AC converter 82 receives the DC power Pdc output from the high-frequency DC converter 81 and converts the DC power Pdc into variable frequency AC power Pcoil.
  • the output terminals of the DC / AC converter 82 are three-phase connected to all the coils 5.
  • the AC frequency fcoil of the AC power Pcoil can exemplify about 100 Hz or less.
  • the high frequency fhf of the non-contact electric power feeding parts 61 and 62 and the alternating current frequency fcoil of the coil 5 differ greatly, it is essential to perform frequency conversion via direct current.
  • a movement control unit 85 driven by a part of the DC power Pdc output from the high-frequency DC conversion unit 71 is provided on the moving body 3 side.
  • the movement control unit 85 transmits a frequency control signal Sc corresponding to the moving speed required of the moving body 3 to the DC / AC conversion unit 82. Thereby, the movement control unit 85 controls the AC frequency fcoil of the AC power Pcoil fed to the coil 5.
  • the above-described high frequency power supply unit 7, the two sets of non-contact power supply units 61 and 62, and the power transformation unit 8 form an electrical closed circuit Loop.
  • impedance adjusting elements 75 and 76 for example, inductive elements whose inductance L is fixed or adjustable can be used.
  • the specific value of the inductance L is determined so that the impedance in the closed circuit loop is minimized. That is, when a high-frequency voltage having a high frequency fhf is applied to the closed circuit Loop, the capacitance Cap of the two sets of non-contact power feeding units 61 and 62 (parallel plate capacitors C1 and C2) and the inductance of the impedance adjusting elements 75 and 76 are obtained. L is determined so as to resonate in series. Thereby, the high frequency current which flows in the closed circuit Loop can be maximized.
  • the generation condition of the series resonance is affected by the stray capacitance Cf and the stray inductance Lf in the closed circuit Loop. Therefore, the value of the inductance L of the impedance adjustment elements 75 and 76 may be determined in advance through experiments and simulations, or may be individually adjusted and optimized for each linear motor device 1.
  • the capacitance Cap of the parallel plate capacitors C1 and C2 is expressed by the following equation.
  • Cap ⁇ ⁇ S / d
  • ⁇ is the dielectric constant of the space between the power feeding electrode plate 61A (62A) and the power receiving electrode plate 61B (62B)
  • S is the power feeding electrode plate 61A (62A) and the power receiving electrode plate 61B (62B).
  • d is a distance d (see FIG. 1) between the power supply electrode plate 61A (62A) and the power reception electrode plate 61B (62B).
  • the high-frequency current flowing through the closed circuit Loop is approximately proportional to the capacitance Cap.
  • the DC / AC converter 82 to which the DC power Pdc is input can supply the AC power Pcoil to the coil 5 according to the control signal Sc from the movement control unit 85, and can supply a large AC power Pcoil as needed. In this way, electric field coupling type non-contact power feeding is performed.
  • FIG. 3 is a functional block diagram illustrating the flow of power and the functional configuration of each unit in the contactless power supply device 1 of the embodiment.
  • FIG. 4 is a functional block diagram illustrating the flow of power and the functional configuration of each part in the conventional linear motor device 9. 3 and 4, the flow of electric power is indicated by white arrows, and the frequency control signal Sc of AC power Pcoil fed to the coil 5 is indicated by broken arrows.
  • an AC power supply 71 and an AC high frequency conversion unit 72 of the high frequency power supply unit 7 are provided on the fixed side.
  • the AC high frequency converter 72 temporarily converts the commercial frequency fac of the AC power supply 71 into direct current (DC), and further converts the direct current (DC) into a high frequency fhf.
  • the high frequency direct current converter 81 and the direct current alternating current converter 82 of the power transformer 8 are provided on the moving body 3 side.
  • the high frequency direct current converter 81 converts the high frequency fhf into direct current (DC)
  • the direct current alternating current converter 82 converts direct current (DC) into an alternating frequency fcoil. For simplicity, in the embodiment, four frequency conversions are performed.
  • FIG. 4 having a conventional configuration, an AC power source 71 and a power transformer 96 are provided on the fixed side.
  • the power transformer 96 once converts the commercial frequency fac of the AC power supply 71 into direct current (DC), and further converts the direct current (DC) into the AC frequency fcoil. If it says simply, in the conventional structure, frequency conversion will be implemented twice.
  • the movement control unit 85 is provided on the moving body 3 side and is driven by a part of the DC power Pdc output from the high-frequency DC conversion unit 81.
  • the movement control unit 97 is provided on the fixed side, and is driven by a direct current (DC) output from the middle of the power transformation unit 96.
  • the functions of both movement control units 85 and 97 are not significantly different in that the frequency control signal Sc is transmitted according to the moving speed required for the moving bodies 3 and 92.
  • the movement control unit 85 is also preferably provided on the moving body 3 side.
  • the non-contact power feeding mechanism is configured by the two sets of non-contact power feeding units 61 and 62, the high-frequency power source unit 7, and the power transformation unit 8.
  • the non-contact power supply units 61 and 62 serve as capacitors to form an electric field, but no magnetic field is generated, which affects the propulsive force generated between the coil 5 and the magnet 4. There is no.
  • the non-contact power feeding mechanism does not interfere with the magnetic field generated by the coil 5 and the magnet 4, the size, shape and arrangement of the power feeding electrode plates 61A and 62A and the power receiving electrode plates 61B and 62B can be freely designed. Large power supply capacity and high power supply efficiency can be secured.
  • the power supply electrode plates 61A and 62A are disposed on the surface side closer to the moving body 3 than the magnet 4, the power reception electrode plates 61B and 62B are disposed on the surface side closer to the rail 2 than the coil 5, and the rails Power feeding electrode plates 61A and 62A and power receiving electrode plates 61B and 62B are arranged in almost the entire region where 2 and the moving body 3 face each other.
  • the impedance adjustment elements 75 and 76 adjust the impedance of the closed circuit Loop formed by the high-frequency power supply unit 7, the two sets of non-contact power supply units 61 and 62, and the power transformation unit 8 to the minimum.
  • the capacitance Cap of the parallel plate capacitors C1 and C2 constituted by the power supply electrode plates 61A and 62A and the power reception electrode plates 61B and 62B is extremely large.
  • a series resonance occurs in the closed circuit Loop, a very large current flows.
  • the power transformer 8 also has a frequency conversion function required for non-contact power feeding and a frequency conversion function required for adjustment of moving speed.
  • the movement control unit 85 driven by a part of the DC power Pdc output from the high-frequency DC conversion unit 82 is provided on the moving body side to simplify the device configuration. With these comprehensive effects, the cost of the non-contact power feeding device 1 can be reduced.
  • a load other than the DC / AC converter 82 and the movement controller 85 can be connected in parallel to the output terminal of the high-frequency DC converter 81 on the moving body 3 side.
  • a load such as a motor for component mounting work is mounted on a component mounting head that is a moving body. If these loads are connected in parallel to the output terminal of the high-frequency direct-current converter 81, non-contact power feeding can be performed.
  • the fixed-side AC power supply 71 can be replaced with a DC power supply.
  • a magnet 4 is arranged on the surface side of the power supply electrode plates 61A and 62A on the rail 2 side, and a coil 5 is arranged on the surface side of the power receiving electrode plates 61B and 62B on the moving body 3 side.
  • the distance d between the power supply electrode plates 61A and 62A and the power reception electrode plates 61B and 62B increases, and the capacitance Cap and the supply capacity decrease approximately in inverse proportion to the distance d, which is not effective.
  • the non-contact power supply itself can be performed without providing the impedance adjusting elements 75 and 76, but it is preferable to provide from the viewpoint of increasing the supply capacity and improving the supply efficiency.
  • Various other applications and modifications are possible for the present invention.
  • the electrostatic coupling type non-contact power feeding device of the present invention is not limited to substrate work equipment, and can be widely used for industrial work equipment in a wide range of fields.
  • Non-contact power feeding device 1A Linear motor device 2: Rail (track member) 21: bottom plate 21i: inner bottom surface 22: side plate 22i: inner side surface 3: moving body 31: bottom surface 32: side surface 4: magnet 5: coil 61: first non-contact power feeding portion 61A: first power feeding electrode plate 61B: first Power receiving electrode plate 62: Second non-contact power feeding unit 62A: Second power feeding electrode plate 62B: Second power receiving electrode plate 7: High frequency power source unit 75, 76: Impedance adjustment element 8: Power transformation unit 81: High frequency DC conversion Unit 82: DC / AC conversion unit 85: Movement control unit 9: Conventional linear motor device 91: Rail 92: Moving body 93: Magnet 94: Coil 95: Power supply cable 96: Power transformation unit 97: Movement control unit C1, C2 : Parallel plate capacitor d: Distance Loop: Closed circuit Pac: AC power Phf: High frequency power Pdc: DC power Pcoil: AC power

Abstract

　本発明は、軌道部材と、軌道部材に装架された移動体と、軌道部材に列設された複数の磁石と、移動体に設けられたコイルとを備えたリニアモータ装置のコイルに非接触で給電する非接触給電装置であって、軌道部材の移動方向に延在する給電用電極板および移動体に設けられて給電用電極板に対向する受電用電極板をそれぞれ有し、高周波電力の非接触給電を可能とする２組の非接触給電部と、給電用電極板の間に高周波電力を給電する高周波電源部と、受電用電極板に非接触給電された高周波電力を変成してコイルに給電する電力変成部と、を備える。これにより、大きな給電容量および高い給電効率でリニアモータ装置の移動体側のコイルへの非接触給電を行え、かつ非接触給電が推進力の発生に影響を及ぼすことのないコスト低廉な非接触給電装置を提供できる。

Description

非接触給電装置
　本発明は非接触給電装置に関し、より詳細には、リニアモータ装置の移動体に設けられたコイルに非接触で給電する装置に関する。
　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、はんだリフロー機、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移動体を備え、移動体をリニアモータ装置やボールねじ機構などで駆動するのが一般的になっている。そして、移動体上で必要とされる電力を給電するために、従来技術では変形可能な給電用ケーブルを用いたり、移動しながらの給電が可能な摺動給電部を設けたりしていた。しかしながら、これらの接触給電機構のうち給電用ケーブルでは繰り返し変形による金属疲労のおそれがあり、摺動給電部でも摩耗などのおそれがある。このため、近年では、移動体への給電技術として、特許文献１および２に例示される高周波を用いた非接触給電技術が検討されている。非接触給電技術には、大きく分けて電界結合方式と電磁誘導方式があり、基板用作業機器に限定されず幅広い分野の産業用作業機器への適用が考えられる。
　特許文献１に開示されたエネルギー搬送装置は、主として２つの離れた能動電極間に容量結合が存在し、これらの電極が強い電位にされ、強い場のゾーンがこれらの電極間に位置する空間に限定されることを特徴としている。さらに、請求項２には、能動電極が高圧高周波発生器に結合され、電位エネルギーが電極間の空間に供給される態様が示されている。これにより、遠隔エネルギー伝送を行うことができる。特許文献１は、電界結合方式の非接触給電技術の一例を示している。
　また、特許文献２に開示された移動体の無接触給電設備は、レール軌道に沿って高周波の正弦波電流を流す線路を敷設し、この線路に共振して起電力が生じるコイルを移動体に設けている。さらに、レール軌道の継ぎ目をそれぞれ移動体の移動方向に沿って切り欠いて組合せ、この継ぎ目で線路を折り返して線路をループ状に形成したことを特徴としている。これにより、移動体は走行中にも無接触で給電され、また、レール軌道の継ぎ目で磁路の空乏箇所が生じることが防止され、よって電力が確実に供給される、と示されている。特許文献２は、電磁誘導方式の非接触給電機構により移動体に給電する一構成例を示している。
特表２００９－５３１００９号公報 特開平５－３４４６０３号公報
　ところで、特許文献１の技術は、非接触給電における電極の構造などを開示しているが、リニアモータ装置に給電するための具体的な構成を開示するものではない。また、特許文献２に限らず一般的に、電磁誘導方式の非接触給電機構をリニアモータ装置に適用すると、推進力の発生に干渉して影響を及ぼす懸念が生じる。周知のように、リニアモータ装置では軌道部材および移動体の一方にコイル、他方に磁石を配置し、コイルに通電したときに発生する推進用磁界と磁石との間に発生する磁気力を推進力に利用している。このため、電磁誘導方式の非接触給電機構を併用すると、非接触給電でも給電用磁界が発生して推進用磁界に干渉し、良好な推進力を得られなくなる。さらに、給電用磁界が推進用磁界の干渉を受けて良好な給電を行えなくなる。このような磁界の相互干渉を回避するために、推進用コイルおよび給電用コイルの大きさを限定しかつ離隔して配置することはできるが、リニアモータの推進力や非接触給電の給電容量が制約されてしまう。
　また、前述したように、従来の接触給電機構である給電用ケーブルでは繰り返し変形による金属疲労のおそれがあり、摺動給電部でも摩耗などのおそれがあった。これらのおそれを解消して長期の使用に耐える高い信頼性を確保するために、接触給電機構は高価になっていた。
　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、大きな給電容量および高い給電効率でリニアモータ装置の移動体に設けられたコイルへの非接触給電を行え、かつ非接触給電が推進力の発生に影響を及ぼすことのないコスト低廉な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、移動方向に延在する軌道部材と、前記軌道部材に移動可能に装架された移動体と、前記軌道部材の前記移動方向に列設された複数の磁石と、前記移動体に設けられ電流が通電されると前記磁石との間に前記移動方向の推進力を発生するコイルと、を備えたリニアモータ装置の前記コイルに非接触で給電する非接触給電装置であって、前記軌道部材の前記移動方向に延在する給電用電極板、および前記移動体に設けられ前記給電用電極板に離隔して対向する受電用電極板をそれぞれ有し、前記給電用電極板と前記受電用電極板との間に形成される電界を介して高周波電力の非接触給電を可能とする２組の非接触給電部と、２つの給電用電極板の間に高周波電力を給電する高周波電源部と、前記移動体に設けられ、２つの受電用電極板に非接触給電された高周波電力を変成して前記コイルに給電する電力変成部と、を備える。
　請求項２に係る発明は、請求項１において、前記給電用電極板および前記受電用電極板は、導電性を有する常磁性材料で形成されている。
　請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記給電用電極板が前記軌道部材の前記複数の磁石よりも前記移動体に近い表面側に配置され、前記受電用電極板が前記移動体の前記コイルよりも前記軌道部材に近い表面側に配置されている。
　請求項４に係る発明は、請求項１～３のいずれか一項において、前記移動体の両方の側面および底面が前記軌道部材の両方の内側面および内底面に離隔して対向しており、前記受電用電極板が前記移動体の両方の側面および底面に配置され、前記給電用電極板が前記軌道部材の両方の内側面および内底面に配置されている。
　請求項５に係る発明は、請求項１～４のいずれか一項において、前記高周波電源部と前記２組の非接触給電部と前記電力変成部とにより形成される閉回路内に設けられ、前記閉回路のインピーダンスを最小に調整するインピーダンス調整素子をさらに備える。
　請求項６に係る発明は、請求項１～５のいずれか一項において、前記電力変成部は、前記２つの受電用電極板に非接触給電された高周波電力を直流電力に変換する高周波直流変換部と、前記移動体に要求される移動速度に応じ前記直流電力を周波数可変の交流電力に変換して前記コイルに給電する直流交流変換部とを有する。
　請求項７に係る発明は、請求項６において、前記移動体に設けられて前記高周波直流変換部から出力される直流電力の一部で駆動され、前記直流交流変換部を制御する移動制御部をさらに備える。
　請求項１に係る非接触給電装置の発明では、給電用電極板および受電用電極板をそれぞれ有する２組の非接触給電部と、２つの給電用電極板の間に高周波電力を給電する高周波電源部と、２つの受電用電極板に非接触給電された高周波電力を変成してコイルに給電する電力変成部と、により電界結合方式の非接触給電機構が構成される。非接触給電機構では、非接触給電部がコンデンサになって電界が形成されるが、磁界は発生しないので、コイルと磁石との間に発生する推進力に影響を及ぼすことがない。また、非接触給電機構はコイルおよび磁石が発生する磁界と相互に干渉しないので、給電用電極板および受電用電極板の大きさ、形状、および配置を自由に設計でき、大きな給電容量および高い給電効率を確保できる。
　さらに、従来技術において高い信頼性を確保するために高価になっていた給電用ケーブルや摺動給電部を無くすことができ、給電装置のコストを低廉にできる。
　請求項２に係る発明では、給電用電極板および受電用電極板は、導電性を有する常磁性材料で形成されている。したがって、給電用電極板および受電用電極板に対してコイルおよび永久磁石の磁界が鎖交しても循環電流や渦電流が流れることはなく、磁界を打ち消したりする作用が生じることもない。つまり、リニア駆動機構と非接触給電機構との相互干渉を確実に回避できる。
　請求項３に係る発明では、給電用電極板が軌道部材の複数の磁石よりも移動体に近い表面側に配置され、受電用電極板が移動体のコイルよりも軌道部材に近い表面側に配置されている。したがって、給電用電極板と受電用電極板とで構成されるコンデンサの電極間距離が小さくなって静電容量が増加し、大きな電流を流して大きな給電容量および高い給電効率を確保できる。
　請求項４に係る発明では、受電用電極板が移動体の両方の側面および底面に配置され、給電用電極板が軌道部材の両方の内側面および内底面に配置されている。これにより、給電用電極板と受電用電極板との対向面積が大きくなり、両者で構成されるコンデンサの静電容量が増加し、大きな電流を流して大きな給電容量および高い給電効率を確保できる。
　請求項５に係る発明では、インピーダンス調整素子は、高周波電源部と２組の非接触給電部と電力変成部とにより形成される閉回路のインピーダンスを最小に調整する。したがって、閉回路では直列共振が発生して大きな電流が流れ、大きな給電容量および高い給電効率を確保できる。
　請求項６に係る発明では、電力変成部は、２つの受電用電極板に非接触給電された高周波電力を直流電力に変換する高周波直流変換部と、移動体に要求される移動速度に応じ直流電力を周波数可変の交流電力に変換してコイルに給電する直流交流変換部とを有する。移動体の移動速度を調整するためにはコイルに給電する交流電力の周波数を調整する必要があり、給電用ケーブルあるいは摺動給電部を用いた従来技術では、直流交流変換部が固定側に設けられていた。非接触給電機構では高周波による給電が必須となるため、本態様では高周波直流変換部および直流交流変換部を移動体側に備え、従来技術と同様の移動速度の調整を実施できる。
　また、電力変成部は、非接触給電に必要とされる受電側の周波数変換機能、および移動速度の調整に必要とされる周波数変換機能を兼ねており、これによって非接触給電装置のコストを低廉にできる。
　請求項７に係る発明では、移動体側に直流交流変換部を制御する移動制御部を備えている。従来技術では、直流交流変換部および移動制御部は固定側に設けられており、周波数を調整した交流電力が給電用ケーブルまたは摺動給電部を介して移動体に給電されていた。しかしながら、非接触給電機構では高周波による給電が必須となり、直流交流変換部を移動体側に備えることになる。ここで、移動制御部を固定側に残しておくと、無線通信などを用いて非接触で周波数の調整指令を移動体側の直流交流変換部に発信する必要が生じ、装置構成が複雑化する。したがって、高周波直流変換部から出力される直流電力の一部で駆動される移動制御部を移動体側に備えることで、装置構成を簡素化してコストを低廉にできる。
実施形態の非接触給電装置を組み込んだリニアモータ装置のレール(軌道部材)および移動体の構造を模式的に示す移動方向に垂直な断面図である。 実施形態の非接触給電装置のコイルへの給電方法を説明する等価回路図である。 実施形態の非接触給電装置１における電力の流れおよび各部の機能構成を説明する機能ブロック図である。 従来のリニアモータ装置における電力の流れおよび各部の機能構成を説明する機能ブロック図である。 従来のリニアモータ装置の構成を模式的に説明する説明図である。
　実施形態の説明に先立ち、まず一般的な従来のリニアモータ装置９について説明する。図５は、従来のリニアモータ装置９の構成を模式的に説明する説明図である。リニアモータ装置９は、レール９１、移動体９２、複数の磁石９３、複数のコイル９４、および給電用ケーブル９５などにより構成されている。
　レール９１は、移動体９２の移動方向に延在する軌道部材である。レール９１は、図５では白抜き矢印で示される移動方向Ｍに沿い左前側から右奥側へと延在している。レール９１は、底板９１１と両方の側板９１２、９１３が一体となって形成されている。レール９１の移動方向に直交する断面形状は、上方に開口する溝形状となっている。移動体９２は、概ね箱形状であり、レール９１に移動可能に装架されている。移動体９２は、レール９１の溝形状部分に離隔して嵌まり込んでいる。移動体９２の装架構造は、例えば、レール９１の上方に図略の懸架レールを設けて移動体９２を懸架するように構成できる。また、例えば、移動体９２の底面に下向きに走行用車輪を設け、レール９１の底板９１１の上面を走行するように構成してもよい。移動体９２の両方の側面および底面は、レール９１の両方の側板９１２、９１３の内側面９１２ｉ、９１３ｉおよび底板９１１の内底面９１１ｉに離隔して対向している。
　複数の磁石９３は、レール９１の両方の側板９１２、９１３の内側面９１２ｉ、９１３ｉに列設されている。複数の磁石９３は、移動方向に沿いＮ極およびＳ極が交互に配置されている。磁石９３には永久磁石を用いることができ、あるいは直流で励磁される電磁石を用いてもよい。複数のコイル９４は、移動体９２の内部の両方の側面寄りにそれぞれ複数個ずつ設けられている。各コイル９４は、図には省略されている鉄心を備えている。各コイル９４は、通電されたときに鉄心に誘起される磁極がレール９１側の磁石９３に対向するように配置されている。本実施形態において、コイル９４は、各側面寄りにそれぞれ３の倍数個ずつ設けられて三相結線されており、三相電源により通電される。
　給電用ケーブル９５は、レール９１側から移動体９２側へと配設されている。給電用ケーブル９５は、電力変成部９６（図４参照）から移動体９２の各コイル９４に電流を通電する（給電する）ように接続されている。コイル９４に通電される電流は、移動制御部９７（図４参照）によって制御される。コイル９４が形成する磁界と磁石９３との間には磁気力が発生する。この磁気力が推進力となって、移動体９２をレール９１の移動方向に推進する。移動体９２が移動するのに追従して、給電用ケーブル９５は変形して給電を継続する。
　従来のリニアモータ装置９では、給電用ケーブル９５がフレキシブルに変形して移動体９２の移動を妨げず、かつ図略の他の部材に抵触しないようにする必要があった。さらに、繰り返し変形による金属疲労への対策も必要であるため、給電用ケーブル９５は構成が複雑化して高価となっていた。高価な給電用ケーブル９５は、リニアモータ装置９のコストを増加させる要因となっていた。
　次に、給電用ケーブル９５に代えて、実施形態の非接触給電装置１を組み込んだリニアモータ装置１Ａについて説明する。図１は、実施形態の非接触給電装置１を組み込んだリニアモータ装置１Ａのレール２(軌道部材)および移動体３の構造を模式的に示す移動方向に垂直な断面図である。また、図２は、実施形態の非接触給電装置１のコイル５への給電方法を説明する等価回路図である。リニアモータ装置１Ａは、軌道部材に相当するレール２、移動体３、複数の磁石４、複数のコイル５などで構成されている。これらの構成部材２～５は、図５に示された従来装置のレール９１、移動体９２、磁石９３、およびコイル９４と類似しており、寸法諸元が変更される程度なので詳細な説明は省略する。また、非接触給電装置１は、２組の非接触給電部６１、６２、高周波電源部７、および電力変成部８などで構成されている。
　２組の非接触給電部６１、６２は、図１に示されるようにレール２の幅方向の中心線ＣＬを挟んで対称に配設されている。以降では、図１の左側に配設された第１非接触給電部６１を代表にして詳述する。第１非接触給電部６１は、第１給電用電極板６１Ａおよび第１受電用電極板６１Ｂで構成されている。２つの電極板６１Ａ、６１Ｂは、導電性を有する常磁性材料で形成されている。常磁性材料としては、鉄およびニッケルなどの強磁性金属以外の大多数の金属材料のいずれか、例えば、銅やアルミニウムを用いる。
　第１給電用電極板６１Ａは、レール２の一方の側板２２の内側面２２ｉのほぼ全面および底板２１の内底面２１ｉの半分弱を覆うように断面Ｌ字形状とされている。第１給電用電極板６１Ａは、レール２の移動方向の全長にわたり延在している。さらに、第１給電用電極板６１Ａは、一方の側板２２の内側面２２ｉに列設された磁石４よりも移動体３に近い表面側に配置されている。一方、第１受電用電極板６１Ｂは、移動体３の一方の側面３２のほぼ全面および底面３１の半分弱を覆うように断面Ｌ字形状とされている。第１受電用電極板６１Ｂは、移動体３の移動方向の全長にわたり延在している。さらに、第１受電用電極板６１Ｂは、移動体３の一方の側面３２の内側に設けられたコイル５よりもレール２に近い表面側に配置されている。第１給電用電極板６１Ａと第１受電用電極板６１Ｂは、わずかな距離ｄを有して対向し、電気的には平行板コンデンサＣ１になっている。
　同様に、図１の右側に配設された第２非接触給電部６２は、第２給電用電極板６２Ａおよび第２受電用電極板６２Ｂで構成され、電気的には平行板コンデンサＣ２になっている。第１給電用電極板６１Ａと第２給電用電極板６２Ａとの間、および第１受電用電極板６１Ｂと第２受電用電極板６２Ｂとの間は、中心線ＣＬの付近でわずかに離隔しており、電気的に絶縁されている、２つの平行板コンデンサＣ１、Ｃ２は概ね同形であり、静電容量Ｃａｐも概ね等しくなっている。
　高周波電源部７は、固定側に設けられている。図２に示されるように、高周波電源部７は、交流電源７１および交流高周波変換部７２が接続されて構成されている。交流電源７１には、例えば一般的な商用周波数ｆａｃ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の電源を用いる。交流高周波変換部７２には、例えばインバータを用い、商用周波数ｆａｃの交流電力Ｐａｃを高周波数ｆｈｆの高周波電力Ｐｈｆに変換して出力する。交流高周波変換部７２の出力端子の一方は第１給電用電極板６１Ａに接続され、出力端子の他方は第２給電用電極板６２Ａに接続されている。これにより、両電極板６１Ａ、６２Ａの間に高周波電力Ｐｈｆが給電される。高周波電力Ｐｈｆの高周波数ｆｈｆは１００ｋＨｚ～ＭＨｚ帯を例示でき、電圧波形として正弦波や矩形波などを例示できる。
　電力変成部８は、移動体３に設けられている。電力変成部８は、第１および第２受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂに非接触給電された高周波電力Ｐｈｆを変成してコイル５に給電する。電力変成部８は、高周波直流変換部８１および直流交流変換部８２で構成されている。高周波直流変換部８１および直流交流変換部８２には、例えばインバータを用いることができる。高周波直流変換部８１の一方の入力端子は第１受電用電極板６１Ｂに接続され、他方の入力端子は第２受電用電極板６２Ｂに接続されている。高周波直流変換部８１の出力端子は、直流交流変換部８２および移動制御部８５に並列接続されている。高周波直流変換部８１は、第１および第２受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂに非接触給電された高周波電力Ｐｈｆを一旦直流電力Ｐｄｃに変換して出力する。
　直流交流変換部８２は、高周波直流変換部８１から出力される直流電力Ｐｄｃを受け取り、周波数可変の交流電力Ｐｃｏｉｌに変換する。直流交流変換部８２の出力端子は、すべてのコイル５を対象にして三相接続されている。交流電力Ｐｃｏｉｌの交流周波数ｆｃｏｉｌは、１００Ｈｚ程度以下を例示できる。なお、非接触給電部６１、６２の高周波数ｆｈｆとコイル５の交流周波数ｆｃｏｉｌは桁が大きく異なるため、直流を経由して周波数変換を行うことは必須となる。
　さらに、移動体３側には、高周波直流変換部７１から出力される直流電力Ｐｄｃの一部で駆動される移動制御部８５が設けられている。移動制御部８５は、移動体３に要求される移動速度に応じた周波数制御信号Ｓｃを直流交流変換部８２に発信する。これにより、移動制御部８５は、コイル５に給電される交流電力Ｐｃｏｉｌの交流周波数ｆｃｏｉｌを制御する。
　上述した高周波電源部７と２組の非接触給電部６１、６２と電力変成部８とにより、電気的な閉回路Ｌｏｏｐが形成される。閉回路Ｌｏｏｐの途中の２箇所、すなわち、交流高周波変換部７２と第１給電用電極板６１Ａとの間、および交流高周波変換部７２と第２給電用電極板６２Ａとの間にインピーダンス調整素子７５、７６が直列接続されている。インピーダンス調整素子７５、７６には、例えば、インダクタンスＬが固定値または調整可能な誘導素子を用いることができる。
　インダクタンスＬの具体的な値は、閉回路Ｌｏｏｐ内のインピーダンスが最小になるように定める。つまり、高周波数ｆｈｆの高周波電圧を閉回路Ｌｏｏｐに印加したときに、２組の非接触給電部６１、６２（平行板コンデンサＣ１、Ｃ２）の静電容量Ｃａｐとインピーダンス調整素子７５、７６のインダクタンスＬとが直列共振するように定める。これにより、閉回路Ｌｏｏｐ内に流れる高周波電流を最大化できる。ここで、直列共振の発生条件は、閉回路Ｌｏｏｐ内の漂遊容量Ｃｆおよび漂遊インダクタンスＬｆなどの影響を受ける。したがって、インピーダンス調整素子７５、７６のインダクタンスＬの値は、予め実験やシミュレーションを行って決定するようにしてもよく、リニアモータ装置１ごとに個別に調整して最適化するようにしてもよい。
　次に、実施形態のリニアモータ装置１の給電作用について説明する。周知のように平行板コンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量Ｃａｐは次式で表される。
　　　Ｃａｐ＝ε・Ｓ／ｄ
ただし、εは給電用電極板６１Ａ（６２Ａ）と受電用電極板６１Ｂ（６２Ｂ）との間の空間の誘電率であり、Ｓは給電用電極板６１Ａ（６２Ａ）と受電用電極板６１Ｂ（６２Ｂ）との対向面積であり、ｄは給電用電極板６１Ａ（６２Ａ）と受電用電極板６１Ｂ（６２Ｂ）との距離ｄ（図１参照）である。そして、閉回路Ｌｏｏｐに流れる高周波電流は、概ね静電容量Ｃａｐに比例する。
　ここで、静電容量Ｃａｐを大きくするために対向面積Ｓを大きくすることが効果的であり、式からわかるように比例関係の効果が生じる。本実施形態では、図１に示されるように、レール２と移動体３とが対向するほぼ全領域に給電用電極板６１Ａ、６２Ａおよび受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂを配置している。したがって、対向面積Ｓが最大化され、静電容量Ｃａｐも最大化されている。なお、誘電率εを大きくし、あるいは距離ｄを小さくすることによっても静電容量Ｃａｐを大きくできるが、誘電率εや距離ｄの変更は製造技術上の制約や安定動作の制約があり難しい。
　以上説明した構成で、高周波電源部７から第１および第２給電用電極板６１Ａ、６２Ａの間に高周波数ｆｈｆの高周波電圧を印加すると、閉回路Ｌｏｏｐに高周波電流が流れる。このとき、静電容量Ｃａｐが最大化され、かつインピーダンス調整素子７５，７６の作用による直列共振が発生するため、高周波電流は大きなものとなる。したがって、高周波電流が入力された高周波直流変換部８１は、大きな直流電力Ｐｄｃを出力する。さらに、直流電力Ｐｄｃが入力された直流交流変換部８２は、移動制御部８５からの制御信号Ｓｃにしたがい、コイル５に交流電力Ｐｃｏｉｌを給電し、必要に応じて大きな交流電力Ｐｃｏｉｌを給電できる。このようにして、電界結合方式の非接触給電が行われる。
　次に、実施形態における電力の流れおよび機能構成について、従来構成の装置と比較して説明する。図３は、実施形態の非接触給電装置１における電力の流れおよび各部の機能構成を説明する機能ブロック図である。また、図４は、従来のリニアモータ装置９における電力の流れおよび各部の機能構成を説明する機能ブロック図である。図３および図４で、白抜き矢印により電力の流れが示され、破線の矢印によりコイル５に給電される交流電力Ｐｃｏｉｌの周波数制御信号Ｓｃが示されている。
　実施形態の図３において、固定側に高周波電源部７の交流電源７１および交流高周波変換部７２が設けられている。交流高周波変換部７２は交流電源７１の商用周波数ｆａｃを一旦直流（ＤＣ）に変換し、さらに直流（ＤＣ）を高周波数ｆｈｆに変換している。一方、移動体３側に電力変成部８の高周波直流変換部８１および直流交流変換部８２が設けられている。高周波直流変換部８１は高周波数ｆｈｆを直流（ＤＣ）に変換し、直流交流変換部８２は直流（ＤＣ）を交流周波数ｆｃｏｉｌに変換している。単純化して言えば、実施形態では４回の周波数変換を実施している。
　これに対し従来構成の図４において、固定側に交流電源７１および電力変成部９６が設けられている。電力変成部９６は、交流電源７１の商用周波数ｆａｃを一旦直流（ＤＣ）に変換し、さらに直流（ＤＣ）を交流周波数ｆｃｏｉｌに変換している。単純化して言えば、従来構成では２回の周波数変換を実施している。
　また、実施形態で移動制御部８５は移動体３側に設けられ、高周波直流変換部８１から出力される直流電力Ｐｄｃの一部で駆動される。これに対し、従来構成で移動制御部９７は固定側に設けられ、電力変成部９６の途中から出力される直流（ＤＣ）で駆動される。双方の移動制御部８５、９７の機能は、移動体３、９２に要求される移動速度に応じて周波数制御信号Ｓｃを発信する点で大きな差は無い。実施形態においては、コイル５に給電する交流周波数ｆｃｏｉｌを移動体３側の直流交流変換部８２で生成するので、移動制御部８５も移動体３側に設けることが好ましい。
　実施形態の非接触給電装置１によれば、２組の非接触給電部６１、６２、高周波電源部７、および電力変成部８により非接触給電機構が構成される。この非接触給電機構では、非接触給電部６１、６２がコンデンサになって電界が形成されるが、磁界は発生しないので、コイル５と磁石４との間に発生する推進力に影響を及ぼすことがない。また、非接触給電機構はコイル５および磁石４が発生する磁界と相互に干渉しないので、給電用電極板６１Ａ、６２Ａおよび受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂの大きさ、形状および配置を自由に設計でき、大きな給電容量および高い給電効率を確保できる。
　特に、給電用電極板６１Ａ、６２Ａが磁石４よりも移動体３に近い表面側に配置され、受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂがコイル５よりもレール２に近い表面側に配置され、かつ、レール２と移動体３とが対向するほぼ全領域に給電用電極板６１Ａ、６２Ａおよび受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂが配置されている。加えて、インピーダンス調整素子７５、７６は、高周波電源部７と２組の非接触給電部６１、６２と電力変成部８とにより形成される閉回路Ｌｏｏｐのインピーダンスを最小に調整する。したがって、給電用電極板６１Ａ、６２Ａと受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂとで構成される平行板コンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量Ｃａｐは極めて大きくなる。かつ、閉回路Ｌｏｏｐで直列共振が発生するため、極めて大きな電流が流れる。これにより、実施形態の非接触給電装置１では、大きな給電容量および高い給電効率を確保できる。
　さらに、本実施形態では、周波数変換を行う回数は増加するが、それ以上に高価な給電用ケーブル９５を無くすコスト低減効果が大きく、非接触給電装置１のコストを低廉にできる。
　また、電力変成部８は、非接触給電に必要とされる周波数変換機能、および移動速度の調整に必要とされる周波数変換機能を兼ねている。加えて、高周波直流変換部８２から出力される直流電力Ｐｄｃの一部で駆動される移動制御部８５を移動体側に備えて装置構成を簡素化している。これらの総合的な効果で、非接触給電装置１のコストを低廉にできる。
　なお、移動体３側の高周波直流変換部８１の出力端子に、直流交流変換部８２および移動制御部８５以外の負荷を並列接続することもできる。例えば、リニアモータ装置１Ａを部品実装機で用いる場合、移動体となる部品実装ヘッドには部品実装作業用のモータなどの負荷が搭載されている。これらの負荷を高周波直流変換部８１の出力端子に並列接続すれば、非接触給電を行うことができる。また、固定側の交流電源７１は直流電源に置き換えることも可能である。
　なお、レール２側で給電用電極板６１Ａ、６２Ａよりも表面側に磁石４を配置し、移動体３側で受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂよりも表面側にコイル５を配置して、大きな磁気力を優先することも原理的には可能である。しかしながら、給電用電極板６１Ａ、６２Ａと受電用電極板６１Ｂ、６２Ｂとの距離ｄが増加し、距離ｄに概ね反比例して静電容量Ｃａｐおよび供給容量が減少するため効果的とは言えない。また、インピーダンス調整素子７５、７６を設けずとも非接触給電自体は行えるが、供給容量の増加および供給効率の向上の観点から設けることが好ましい。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。
　本発明の静電結合方式非接触給電装置は、基板用作業機器に限定されず幅広い分野の産業用作業機器に広く利用できる。
　　１：非接触給電装置
　　１Ａ：リニアモータ装置
　　２：レール(軌道部材)
　　　　　２１：底板　　２１ｉ：内底面
　　　　　２２：側板　　２２ｉ：内側面
　　３：移動体　　３１：底面　　３２：側面
　　４：磁石
　　５：コイル
　　６１：第１非接触給電部
　　　　　６１Ａ：第１給電用電極板　　６１Ｂ：第１受電用電極板
　　６２：第２非接触給電部
　　　　　６２Ａ：第２給電用電極板　　６２Ｂ：第２受電用電極板
　　７：高周波電源部
　　　　　７５、７６：インピーダンス調整素子
　　８：電力変成部
　　　　　８１：高周波直流変換部　　８２：直流交流変換部
　　　　　８５：移動制御部
　　９：従来のリニアモータ装置
　　　　　９１：レール　　９２：移動体　　９３：磁石　　９４：コイル
　　　　　９５：給電用ケーブル　　９６：電力変成部　　９７：移動制御部
　　Ｃ１、Ｃ２：平行板コンデンサ　　ｄ：距離　　Ｌｏｏｐ：閉回路
　　Ｐａｃ：交流電力　　Ｐｈｆ：高周波電力　　Ｐｄｃ：直流電力
　　Ｐｃｏｉｌ：交流電力

Claims (7)

  1. 　移動方向に延在する軌道部材と、前記軌道部材に移動可能に装架された移動体と、前記軌道部材の前記移動方向に列設された複数の磁石と、前記移動体に設けられ電流が通電されると前記磁石との間に前記移動方向の推進力を発生するコイルと、を備えたリニアモータ装置の前記コイルに非接触で給電する非接触給電装置であって、
    　前記軌道部材の前記移動方向に延在する給電用電極板、および前記移動体に設けられ前記給電用電極板に離隔して対向する受電用電極板をそれぞれ有し、前記給電用電極板と前記受電用電極板との間に形成される電界を介して高周波電力の非接触給電を可能とする２組の非接触給電部と、
    　２つの給電用電極板の間に高周波電力を給電する高周波電源部と、
    　前記移動体に設けられ、２つの受電用電極板に非接触給電された高周波電力を変成して前記コイルに給電する電力変成部と、
    　を備える非接触給電装置。
  2. 　請求項１において、前記給電用電極板および前記受電用電極板は、導電性を有する常磁性材料で形成されている非接触給電装置。
  3. 　請求項１または２において、前記給電用電極板が前記軌道部材の前記複数の磁石よりも前記移動体に近い表面側に配置され、前記受電用電極板が前記移動体の前記コイルよりも前記軌道部材に近い表面側に配置されている非接触給電装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項において、前記移動体の両方の側面および底面が前記軌道部材の両方の内側面および内底面に離隔して対向しており、前記受電用電極板が前記移動体の両方の側面および底面に配置され、前記給電用電極板が前記軌道部材の両方の内側面および内底面に配置されている非接触給電装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項において、前記高周波電源部と前記２組の非接触給電部と前記電力変成部とにより形成される閉回路内に設けられ、前記閉回路のインピーダンスを最小に調整するインピーダンス調整素子をさらに備える非接触給電装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項において、前記電力変成部は、前記２つの受電用電極板に非接触給電された高周波電力を直流電力に変換する高周波直流変換部と、前記移動体に要求される移動速度に応じ前記直流電力を周波数可変の交流電力に変換して前記コイルに給電する直流交流変換部とを有する非接触給電装置。
  7. 　請求項６において、前記移動体に設けられて前記高周波直流変換部から出力される直流電力の一部で駆動され、前記直流交流変換部を制御する移動制御部をさらに備える非接触給電装置。
PCT/JP2012/081320 2011-12-12 2012-12-04 非接触給電装置 WO2013088990A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280058494.8A CN103959600B (zh) 2011-12-12 2012-12-04 非接触供电装置
EP12857291.4A EP2793356B1 (en) 2011-12-12 2012-12-04 Combination with a linear motor device and a contactless electric power supply device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-270897 2011-12-12
JP2011270897A JP5812839B2 (ja) 2011-12-12 2011-12-12 非接触給電装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013088990A1 true WO2013088990A1 (ja) 2013-06-20

Family

ID=48612444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/081320 WO2013088990A1 (ja) 2011-12-12 2012-12-04 非接触給電装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2793356B1 (ja)
JP (1) JP5812839B2 (ja)
CN (1) CN103959600B (ja)
WO (1) WO2013088990A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6120963B2 (ja) 2013-06-28 2017-04-26 オリンパス株式会社 内視鏡システム
JP6025071B2 (ja) * 2014-04-23 2016-11-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ワイヤレス給電装置
US10000134B2 (en) * 2016-03-28 2018-06-19 Denso International America, Inc. Wireless charging system for charging vehicular battery
WO2019021577A1 (ja) * 2017-07-26 2019-01-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 平面モータ
US11027680B2 (en) * 2018-12-13 2021-06-08 Ford Global Technologies, Llc Vehicle tracks
CN117461239A (zh) 2021-06-08 2024-01-26 B和R工业自动化有限公司 用于感应式能量传输的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05344603A (ja) 1992-06-11 1993-12-24 Daifuku Co Ltd 移動体の無接触給電設備
JPH09312942A (ja) * 1996-05-21 1997-12-02 Hitachi Ltd 非接触式集電方法およびその装置
JPH10315960A (ja) * 1997-05-15 1998-12-02 Daifuku Co Ltd 搬送設備
JP2002084687A (ja) * 2000-09-05 2002-03-22 Fuji Electric Co Ltd 電源設備
JP2002218729A (ja) * 2000-12-29 2002-08-02 Korea Electrotechnology Research Inst 永久磁石励磁同期型電動機と非接触電源供給装置を結合したシステム
JP2009089520A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Takenaka Komuten Co Ltd 電力供給システム
JP2009531009A (ja) 2006-03-21 2009-08-27 Ｔｍｍｓ株式会社 誘電性媒質を介した部分的インフルエンスによるエネルギー搬送装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9419734D0 (en) * 1994-09-30 1994-11-16 Linear Drives Ltd Linear motor for extended travel
JP2003092808A (ja) * 2001-09-20 2003-03-28 Hitachi Kiden Kogyo Ltd リニアモータ
JP4928793B2 (ja) * 2006-01-27 2012-05-09 東芝機械株式会社 リニアモータを使用した直交ロボットの軸用移動装置
JP2009044918A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Toshiba Elevator Co Ltd 非接触給電装置
WO2010122598A1 (ja) * 2009-04-21 2010-10-28 株式会社竹中工務店 電力供給システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05344603A (ja) 1992-06-11 1993-12-24 Daifuku Co Ltd 移動体の無接触給電設備
JPH09312942A (ja) * 1996-05-21 1997-12-02 Hitachi Ltd 非接触式集電方法およびその装置
JPH10315960A (ja) * 1997-05-15 1998-12-02 Daifuku Co Ltd 搬送設備
JP2002084687A (ja) * 2000-09-05 2002-03-22 Fuji Electric Co Ltd 電源設備
JP2002218729A (ja) * 2000-12-29 2002-08-02 Korea Electrotechnology Research Inst 永久磁石励磁同期型電動機と非接触電源供給装置を結合したシステム
JP2009531009A (ja) 2006-03-21 2009-08-27 Ｔｍｍｓ株式会社 誘電性媒質を介した部分的インフルエンスによるエネルギー搬送装置
JP2009089520A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Takenaka Komuten Co Ltd 電力供給システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP2793356A4 (en) 2016-02-17
EP2793356A1 (en) 2014-10-22
EP2793356B1 (en) 2020-01-22
CN103959600A (zh) 2014-07-30
JP2013123319A (ja) 2013-06-20
JP5812839B2 (ja) 2015-11-17
CN103959600B (zh) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5812839B2 (ja) 非接触給電装置
US9831720B2 (en) Electrostatic-coupling contactless power supply device
WO2013111243A1 (ja) 無線電力伝送システムおよび送電装置
US11370305B2 (en) Movable power coupling and a robot with movable power coupling
KR101939034B1 (ko) 전자기 에너지 전달에 의한 구동 시스템
JP6616422B2 (ja) 非接触給電装置
CN104472030B (zh) 非接触供电装置
CN109155188A (zh) 线圈单元
EP2958213B1 (en) Electrostatic-coupling contactless power supply device
KR101688474B1 (ko) 비접촉 급전 시스템
CN108292861B (zh) 非接触供电装置
JP6058003B2 (ja) 静電結合方式非接触給電装置
WO2017163388A1 (ja) 非接触給電装置
JP2014175586A (ja) 磁界共鳴コイル装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12857291

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012857291

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE