WO2017094119A1 - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

　本発明の非接触給電装置（１）は、固定部（基板生産ライン９）に配置された複数の給電コイル（３１Ｌ、３１Ｒ）および交流電源（２Ｌ、２Ｒ）と、移動体（９９）に設けられた複数の受電コイル（４１Ｌ、４１Ｒ）および受電回路（５）と、給電コイルごとに設けられて給電コイルと受電コイルとの正対状態を検出したときにのみ交流電源から給電コイルに交流電力を供給させる正対時給電部（６）とを備え、複数の給電コイルならびに複数の受電コイルの移動方向の長さ（ＬＴ、ＬＲ）および相互離間距離（ＤＴ、ＤＲ）は、正対条件を満足するように設定され、受電回路は、正対状態にある少なくとも１個の受電コイルが受け取った交流電力を変換して駆動電圧以上の受電電圧を生成可能である。これによれば、電気負荷（５７）は常に安定して動作するので、従来移動体に必要とされていた充電回路およびバッテリを不要化でき、移動体の小形軽量化が実現される。

Description

非接触給電装置

　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。

　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１～３に開示されている。

　特許文献１の走行中非接触給電システムは、移動体の走行路に沿って設置された複数の一次側給電トランス（給電素子）と、移動体に設けられた二次側給電トランス（受電素子）とを備える。一次側給電トランスおよび二次側給電トランスは、コアの磁極間に巻線が巻回された両側巻コイルからなる。そして、磁極寸法をＤとするとき、２個の一次側給電トランスは、磁極の中心間距離が３Ｄを超えない範囲で離間して設置されている。さらに、実施形態には、二次側給電トランスの後段に整流回路、充電回路、および蓄電素子を備え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できるので設定工事が容易であり、少ない一次側給電トランスで長い給電区間を確保できる、とされている。

　特許文献２に開示された給電システムは、高周波電源と送電用コイルと送電用共鳴コイルとを備える送電装置、ならびに、受電用共鳴コイルと受電用コイルと整流回路とＤＣ－ＤＣコンバータとバッテリとを備える受電装置を有する。これによれば、受電装置における入力インピーダンスの変動を考慮せず給電を行え、給電条件を動的に変化させずとも給電効率を高くできる、とされている。

　特許文献３の直動機構用無接触給電装置は、１次側トランスユニット（給電素子）を移動体の全移動範囲にわたり複数個間欠的に配置し、これらの１次側トランスユニットを高周波インバータにそれぞれスイッチを介して並列接続し、２次側トランスユニット（受電素子）を移動体に取り付けている。実施形態には、移動体の接近を検出するとスイッチを閉じる位置検出手段が開示されている。これによれば、移動体がどの位置にあっても、２次側トランスユニットと対向している１次側トランスユニットが常に１個以上励磁されており、移動体への給電が可能である、とされている。

特開２０１４－１４７１６０号公報 特開２０１３－１５３６４０号公報 特開平７－３２２５３５号公報

　ところで、特許文献１および特許文献２の技術例では、移動体の位置に依存して非接触給電される電力が変動する。このため、給電電力の減少に備えて、移動体側に充電回路およびバッテリ（蓄電素子）を設ける必要があった。これにより、移動体は、重量が増加しかつ大型化するので、移動に必要な駆動力が増加してしまう。特に、駆動力を発生する電動式の駆動源を移動体に搭載している構成では、給電電力を増加させるために受電素子の大形化が必要となるため、移動体のさらなる重厚長大化を招いてしまう。

　移動体側に充電回路およびバッテリを必要としない点に関して、特許文献３の技術例は優れている。しかしながら、特許文献３では、１次側トランスユニット（給電素子）の３個分に相当する大きな２次側トランスユニット（受電素子）を移動体に備えるため、移動体が重厚長大になっている。上述してきた問題点を逆に捉えると、移動体を小形軽量化して駆動力を小さくするためには、充電回路およびバッテリの不要化、ならびに受電素子の小形化が必要である。

　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あり、給電素子よりも小形の受電素子を移動体に備えて、移動体の小形軽量化を実現した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、前記複数の給電素子に個別に交流電力を供給可能な交流電源と、前記移動方向に沿って移動する移動体に設けられ、かつ前記移動方向に沿い相互に離間して配置され、前記複数の給電素子のうち対向配置されたいずれかの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複数の受電素子と、前記複数の受電素子が受け取った交流電力を変換して受電電圧を生成し、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、前記複数の給電素子のそれぞれの給電素子ごとに設けられ、前記給電素子の前記移動方向の長さの範囲内に前記複数の受電素子のうち少なくとも１個の受電素子の前記移動方向の長さの全体が対向するという正対状態を検出し、前記正対状態を検出したときにのみ前記交流電源から前記給電素子に前記交流電力を供給させる正対時給電部とを備え、前記複数の給電素子の移動方向の長さおよび相互離間距離、ならびに前記複数の受電素子の移動方向の長さおよび相互離間距離は、常に前記給電素子と前記少なくとも１個の受電素子とが前記正対状態になるという正対条件を満足するように設定され、前記受電回路は、前記正対状態にある前記少なくとも１個の受電素子が受け取った交流電力を変換して、前記電気負荷を駆動する駆動電圧以上の受電電圧を生成可能である。

　本発明の非接触給電装置は、給電素子よりも小形の受電素子の複数個を移動体に備えており、移動体の位置に関係なく常に、給電素子と少なくとも１個の受電素子とが正対状態になる。そして、交流電源から正対状態にある給電素子に交流電力が供給され、正対状態にある受電素子が受け取った交流電力から駆動電圧以上の受電電圧が生成されて電気負荷に給電される。これにより、電気負荷は、常に安定して動作する。したがって、給電素子よりも小形の受電素子を移動体に備える一方で、従来移動体に必要とされていた充電回路およびバッテリを不要化でき、移動体の小形軽量化が実現される。

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。 正対時給電部の構成を模式的に説明する図である。 正対時給電部の構成を模式的に説明する図３のＺ方向から見た部分拡大側面図である。 図３から移動体が右方向へ移動した図であり、２個の受電コイルが第１基板生産機の給電コイルに正対した状態を示している。 図５から移動体が右方向へ移動した図であり、ドッグが第１基板生産機の左側のセンサを作動しなくなる瞬間の状態を示している。 図６から移動体が右方向へ移動した図であり、ドッグが第２基板生産機の左側のセンサを作動し始める瞬間の状態を示している。 図７から移動体が右方向へ移動した図であり、左側の受電コイルが第１基板生産機の給電コイルに正対し、右側の受電コイルが第２基板生産機の給電コイルに正対した状態を示している。 図８から移動体が右方向へ移動した図であり、ドッグが第１基板生産機の右側のセンサに作動しなくなって、交流電源が停止される瞬間の状態を示している。 図９から移動体が右方向へ移動した図であり、ドッグが第２基板生産機の両方のセンサを作動し、右側の受電コイルが第２基板生産機の給電コイルに正対し、左側の受電コイルが２個の給電コイルにずれて対向している状態を示している。 移動体の移動に伴って変化する第１および第２基板生産機のセンサおよび交流電源の状態を示すタイムチャートの図である。 第２実施形態の交流電源および正対時給電部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１１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、それぞれ交流電源２、給電コイル３１、および給電側コンデンサ３５を備える。また、非接触給電装置１は、移動体９９に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を備える。さらに、非接触給電装置１は、給電コイル３１ごとに設けられた正対時給電部６を備える。

　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、電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒ（図３に示す）が投入されると動作して交流電圧を給電コイル３１に供給し、電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒが開放されると停止する。電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒの投入および開放は、後述するセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒ（図３、図４に示す）から指令される。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設定されることが好ましい。

　交流電源２は、例えば、直流電圧を供給する直流電源部と、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。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。

　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は、受電素子の一形態である。給電コイル３１および受電コイル４１は、対向配置されると電磁結合し、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。給電コイル３１と受電コイル４１との実際の離間距離は、図示された離間距離よりも小さい。

　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、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、受電コイル４１ごとに設けられた整流回路５１、および、２個の整流回路５１に対して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の受電電圧に変換して、直流電源回路５５に出力する。

　直流電源回路５５は、駆動電圧の安定化作用を有する。つまり、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の受電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に給電する。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。直流電源回路５５は、降圧機能を具備しており、さらに昇圧機能を具備していてもよい。

　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相互離間距離、ならびに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、給電コイル３１の移動方向の長さをＬＴとし、給電コイル３１の相互離間距離をＤＴとする。また、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の側の小さな相互離間距離ＤＴの間に、移動体９９の側の２個の受電コイル４１が対向することは無い。このため、２個の受電コイル４１の少なくとも一方は必ず、相互離間距離ＤＴの範囲から外れて給電コイル３１に正対した正対状態となる。「正対状態」とは、給電コイル３１の移動方向の長さＬＴの範囲内に受電コイル４１の移動方向の長さＬＲの全体が対向する状態を意味する。

　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に正対する状態が発生する。ＤＴ≦ＤＲの関係、および（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係は、常に給電コイル３１と少なくとも１個の受電コイル４１とが正対状態になるという正対条件を満足する。

　具体的に、図１に示される位置関係において、第１基板生産機９１の給電コイル３１と図中の左側の受電コイル４１とが正対し、第２基板生産機９２の給電コイル３１と図中の右側の受電コイル４１とが正対している。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、それぞれ整流回路５１で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に供給可能となる。

　図１の状態から移動体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。一方、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。「ずれた対向」とは、受電コイル４１の移動方向の長さＬＲの一部だけが給電コイル３１の移動方向の長さＬＴの範囲内に対向する位置関係を意味する。

　ここで、正対状態にある右側の受電コイル４１が受け取った交流電力から生成される直流の受電電圧（整流回路５１の出力電圧）は、電気負荷５７を駆動する駆動電圧以上となる。つまり、給電コイル３１の正面からずれて対向する左側の受電コイル４１が仮に全く受電できず、さらには、直流電源回路５５が昇圧機能を具備していなくても、電気負荷５７は安定して動作する。

　（２．正対時給電部６の構成）
　次に、図１に省略されていた正対時給電部６の構成について説明する。図３は、正対時給電部６の構成を模式的に説明する図である。また、図４は、正対時給電部６の構成を模式的に説明する図３のＺ方向から見た部分拡大側面図である。正対時給電部６は、各基板生産機９１～９３のそれぞれの給電素子３１（３１Ｌ、３１Ｒ）ごとに設けられる。正対時給電部６は、正対状態検出部を構成するセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒおよびドッグ６８、ならびに交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）の電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒなどで構成されている。

　図３に示されるように、センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒは、１個の給電素子３１Ｌ、３１Ｒに２個ずつ設けられる。センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒは、給電コイル３１Ｌ、３１Ｒの移動方向の両端から受電素子４１Ｌ、４１Ｒの移動方向の長さＬＲ分だけ中央に寄った位置に配置されている。ドッグ６８は、細長い板状の部材であり、移動体９９の側面９８から突出して設けられている。ドッグ６８は、２個の受電素子４１Ｌ、４１Ｒの相互に離れた遠方端同士を結んで延在している。

　センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒは、検出光の遮断を検出するタイプのセンサである。センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒには、安価な汎用品を用いることができる。図４に示されるように、センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒは、本体部６４、投光部６５、および受光部６６からなる。投光部６５および受光部６６は、本体部６４から突設され、相互に離隔している。投光部６５と受光部６６との間には、ドッグ６８が進入および退出できるように配置されている。

　投光部６５は、受光部６６に向けて検出光を照射する。受光部６６は、検出光が遮断された遮断状態と、検出光が到達した受光状態とを区別して検出する。ドッグ６８が投光部６５と受光部６６との間に進入（以降は「ドッグ６８がセンサに進入」と略記）すると、遮断状態になる。ドッグ６８が投光部６５と受光部６６との間から退出すると、受光状態になる。第１基板生産機９１の内部で、２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒの本体部６４は、それぞれ交流電源２Ｌの電源スイッチ２３Ｌに接続されている。同様に、第２基板生産機９２の内部で、２個のセンサ６２Ｌ、６２Ｒの本体部６４は、それぞれ交流電源２Ｒの電源スイッチ２３Ｒに接続されている。

　ドッグ６８は、受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）が正対状態にあるとき、センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒに進入して、センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒを作動する。具体的に図３の例で、右側の受電コイル４１Ｒは、第１基板生産機９１の給電コイル３１Ｌと正対状態にある。ドッグ６８は、第１基板生産機９１の２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒに進入している。これにより、２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒの受光部６６は遮断状態を検出する。受光部６６が遮断状態を検出している時間帯にのみ、本体部６４は、投入指令Ｐｏｎを電源スイッチ２３Ｌに指令する。２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒの少なくとも一方の投入指令Ｐｏｎが発生している時間帯にのみ、電源スイッチ２３Ｌが投入されて交流電源２Ｌが動作する。

　また、ドッグ６８は、第２基板生産機９２の２個のセンサ６２Ｌ、６２Ｒに進入しておらず、センサ６２Ｌ、６２Ｒを作動しない。したがって、第２基板生産機９２では、電源スイッチ２３Ｒに投入指令Ｐｏｎが指令されず、交流電源２Ｒは停止している。

　（３．第１実施形態の非接触給電装置１の動作）
　次に、第１実施形態の非接触給電装置１の動作について説明する。簡易な動作の例として、移動体９９が図３に示される左端位置から右方向へと一定の移動速度で移動する場合を想定する。実際には、移動体９９は、移動速度が可変に制御されるとともに、移動方向の任意の位置で停止可能である。図５～図１０は、移動体９９が図中の右方向へ移動してゆく状態を時系列的に示す図である。また、図１１は、移動体９９の移動に伴って変化する第１および第２基板生産機９１、９２のセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒおよび交流電源２Ｌ、２Ｒの状態を示すタイムチャートの図である。

　時刻ｔ１に、移動体９９は、図３に示される左端位置にある。このとき、ドッグ６８は、第１基板生産機９１の２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒに進入している。図１１に示されるように、第１基板生産機９１の２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒは遮断状態で投入指令Ｐｏｎを指令しており、交流電源２Ｌは動作している。したがって、左側の受電コイル４１Ｌの受電状態が良好でなくとも、正対状態にある右側の受電コイル４１Ｒから十分な受電電圧が得られ、電気負荷５７は安定して動作する。一方、第２基板生産機９２の２個のセンサ６２Ｌ、６２Ｒはドッグ６８が進入しない受光状態にあり、交流電源２Ｒは停止している。

　移動体９９が左端位置から移動して、時刻ｔ２になると、図５に示された位置に到達する。図５は、２個の受電コイル４１Ｌ、４１Ｒが、ともに第１基板生産機９１の給電コイル３１Ｌに正対する正対状態を示している。この２個の正対状態は、時刻ｔ２を含むわずかな時間幅だけ継続する。この後、右側の受電コイル４１Ｒは、給電コイル３１Ｌよりも右方にずれて正対状態が解消される。一方、左側の受電コイル４１Ｌは、正対状態が維持されるので、十分な受電電圧が維持される。

　移動体９９がさらに移動して、時刻ｔ３になると、図６に示された位置に到達する。図６は、ドッグ６８が第１基板生産機９１の左側のセンサ６１Ｌを作動しなくなる瞬間の状態を示している。時刻ｔ３以降に、ドッグ６８の左端は左側のセンサ６１Ｌから退出するので、センサ６１Ｌは受光状態となり、投入指令Ｐｏｎは無くなる（図１１参照）。一方、右側のセンサ６１Ｒは、ドッグ６８の進入状態が維持される。したがって、右側のセンサ６１Ｒの投入指令Ｐｏｎにより、交流電源２Ｌは動作し続ける。これにより、左側の受電コイル４１Ｌから十分な受電電圧が得られる。また、ドッグ６８は、第２基板生産機９２の左側のセンサ６２Ｌを作動しておらず、第２基板生産機９２の交流電源２Ｒは動作しない。

　移動体９９がさらに移動して、時刻ｔ４になると、図７に示された位置に到達する。図７は、ドッグ６８が第２基板生産機９２の左側のセンサ６２Ｌを作動し始める瞬間の状態を示している。図示されるように、ドッグ６８の右端が第２基板生産機９２の左側のセンサ６２Ｌに進入する瞬間に、左側のセンサ６２Ｌは遮断状態となり、投入指令Ｐｏｎを指令する。これにより、交流電源２Ｒが動作を開始する（図１１参照）。同時に、右側の受電コイル４１Ｒは、第２基板生産機９２の給電コイル３１Ｒに正対する正対状態となるので、十分な受電電圧が得られる。加えて、左側の受電コイル４１Ｌも、給電コイル３１Ｌとの正対状態が継続されて、十分な受電電圧が得られる。

　移動体９９がさらに移動して、時刻ｔ５になると、図８に示された位置に到達する。図８は、左側の受電コイル４１Ｌが第１基板生産機９１の給電コイル３１Ｌに正対し、右側の受電コイル４１Ｒが第２基板生産機９２の給電コイル３１Ｒに正対した状態を示している。この状態では、２個の正対状態の受電コイル４１Ｌ、４１Ｒから、それぞれ十分な受電電圧が得られる。この２個の正対状態は、時刻ｔ５を含む比較的長い時間幅にわたって継続する。

　移動体９９がさらに移動して、時刻ｔ６になると、図９に示された位置に到達する。図９は、ドッグ６８が第１基板生産機９１の右側のセンサ６１Ｌに作動しなくなって、交流電源２Ｌが停止される瞬間の状態を示している。図示されるように、ドッグ６８の左端は、第１基板生産機９１の右側のセンサ６１Ｒから退出する。退出する瞬間に右側のセンサ６１Ｒは受光状態となり、投入指令Ｐｏｎが無くなるので、交流電源２Ｌは停止する。同時に、左側の受電コイル４１Ｒは、給電コイル３１Ｌよりも右方にずれて正対状態が解消される。一方、右側の受電コイル４１Ｌは、給電コイル３１Ｒとの正対状態が継続されて、十分な受電電圧が得られる。

　移動体９９がさらに移動して、時刻ｔ７になると、図１０に示された位置に到達する。図１０は、ドッグ６８が第２基板生産機９２の両方のセンサ６２Ｌ、６２Ｒを作動し、右側の受電コイル４１Ｒが第２基板生産機９２の給電コイル３１Ｒに正対し、左側の受電コイル４１Ｌが２個の給電コイル３１Ｌ、３１Ｒにずれて対向している状態を示している。図１１に示される時刻ｔ６と時刻ｔ７との間に、ドッグ６８の右端は右側のセンサ６２Ｒに進入し、センサ６２Ｒは遮断状態となり、投入指令Ｐｏｎを指令する。

　一方、ドッグ６８は、第１基板生産機９１の右側のセンサ６１Ｒから既に退出しており、交流電源２Ｌは停止している。したがって、左側の受電コイル４１Ｌは、第１基板生産機９１の給電コイル３１Ｌから給電されず、第２基板生産機９２の給電コイル３１Ｒからの給電も十分でない、しかしながら、右側の受電コイル４１Ｒは、給電コイル３１Ｒとの正対状態が継続されて、十分な受電電圧が得られる。したがって、左側の受電コイル４１Ｌが仮に全く受電できなくとも、電気負荷５７は安定して動作する。

　上述した動作において、給電コイル３１Ｒが受電コイル４１Ｒに正対した瞬間の時刻ｔ４に、タイムリーに交流電源２Ｒが動作を開始する。また、給電コイル３１Ｌが受電コイル４１Ｌに正対しなくなる瞬間の時刻ｔ６に、タイムリーに交流電源２Ｌが停止される。したがって、正対状態にある給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）は、必ず交流電力が供給されて、良好に非接触給電を行える。また、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）は、正対状態でなくなる瞬間から、交流電力が供給されなくなる。つまり、交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）は、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）が正対状態になるときにのみ動作するので、電源効率が高い。

　（４．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、固定部（基板生産ライン９）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（３１Ｌ、３１Ｒ）と、複数の給電素子に個別に交流電力を供給可能な交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）と、移動方向に沿って移動する移動体９９に設けられ、かつ移動方向に沿い相互に離間して配置され、複数の給電コイルのうち対向配置されたいずれかの給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）と電気的に結合して非接触で交流電力を受け取る複数の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）と、複数の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）が受け取った交流電力を変換して受電電圧を生成し、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、複数の給電コイルのそれぞれの給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）ごとに設けられ、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）の移動方向の長さＬＴの範囲内に複数の受電コイルのうち少なくとも１個の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）の移動方向の長さＬＲの全体が対向するという正対状態を検出し、正対状態を検出したときにのみ交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）から給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）に交流電力を供給させる正対時給電部６とを備え、複数の給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）の移動方向の長さＬＴおよび相互離間距離ＤＴ、ならびに複数の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）の移動方向の長さＬＲおよび相互離間距離ＤＲは、常に給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）と少なくとも１個の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）とが正対状態になるという正対条件を満足するように設定され、受電回路５は、正対状態にある少なくとも１個の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）が受け取った交流電力を変換して、電気負荷５７を駆動する駆動電圧以上の受電電圧を生成可能である。

　第１実施形態の非接触給電装置１は、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）よりも小形の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）の複数個を移動体９９に備えており、移動体９９の位置に関係なく常に、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）と少なくとも１個の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）とが正対状態になる。そして、交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）から正対状態にある給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）に交流電力が供給され、正対状態にある受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）が受け取った交流電力から駆動電圧以上の受電電圧が生成されて電気負荷５７に給電される。これにより、電気負荷５７は、常に安定して動作する。したがって、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）よりも小形の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）を移動体９９に備える一方で、従来移動体９９に必要とされていた充電回路およびバッテリを不要化でき、移動体９９の小形軽量化が実現される。

　さらに、第１実施形態の非接触給電装置１において、正対条件は、ＤＴ≦ＤＲの関係、および（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係によって表される。これによれば、２個の受電コイル４１Ｌ、４１Ｒは、同じ給電コイル３１Ｌに正対する状態、互いに異なる給電コイル３１Ｌ、３１Ｒに正対する状態、および一方が給電コイル３１Ｒに正対し他方が給電コイル３１Ｌ、３１Ｒにずれて対向する状態、の３状態を取り得るのみである。したがって、正対条件に基づき、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、および相互離間距離ＤＴ、ＤＲを実際に設定して、非接触給電装置１を設計および製造することができる。

　さらに、正対時給電部６は、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）ごとに設けられた交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）を活殺する電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒと、正対状態を検出したときにのみ電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒを投入する正対状態検出部と、を含む。これによれば、交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）は、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）が正対状態になるときにのみ動作するので、電源効率が高い。

　さらに、正対状態検出部は、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）に対応して固定部（基板生産ライン９）に設けられたセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒと、複数の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）に対応して移動体９９に設けられたドッグ６８と、を含み、正対状態にある少なくとも１個の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）に対応するドッグ６８がセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒを作動する。これによれば、安価な汎用品のセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒと、細長い板状のドッグ６８とを組み合わせて正対状態検出部を構成でき、コストを低廉にできる。

　さらに、センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒは、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）の移動方向の両端から受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）の移動方向の長さＬＲ分だけ中央に寄った位置に配置され、ドッグ６８は、複数の受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）の相互に離れた遠方端同士を結んで延在する。これによれば、正対状態の発生および解消を精度よく検出してタイムリーに交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）を活殺できるので、電源効率を高める効果が顕著になる。

　さらに、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）に接続されて共振回路を形成する給電側コンデンサ３５、および受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）に接続されて共振回路を形成する受電側コンデンサ４５をさらに備え、受電回路５は、受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）ごとに設けられて受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）が受け取った交流電力を直流の受電電圧に変換して出力する複数の整流回路５１と、各整流回路５１から出力された直流の受電電圧を直流の駆動電圧に変換する直流電源回路５５と、を含む。これによれば、共振特性を利用して高い給電効率を得ることができる。また、温度変化や経時特性変化などに起因する共振特性の変化によって受電電圧が変動しても、直流電源回路５５の電圧安定化作用により、電気負荷５７は常に安定して動作する。

　さらに、受電素子は受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）とされ、給電素子は給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）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（３１Ｌ、３１Ｒ）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。

　（５．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。第２実施形態において、交流電源２５および正対時給電部６Ａの構成が第１実施形態と異なり、その他の部位は第１実施形態と同じである。図１２は、第２実施形態の交流電源２５および正対時給電部６Ａの構成を模式的に説明する図である。

　図示されるように、交流電源２５は、複数の給電素子３１Ｌ、３１Ｒに共通に設けられている。交流電源２５の電源容量は、第１実施形態の交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）の電源容量よりも大きい。交流電源２５と各給電素子３１Ｌ、３１Ｒとを並列接続する電路には、それぞれ開閉スイッチ２６Ｌ、２６Ｒが介挿されている。非接触給電装置１Ａが動作している間、交流電源２５は動作し続ける。

　正対時給電部６Ａは、第１実施形態と同じ正対状態検出部を有し、すなわち、センサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒおよびドッグ６８を有する。また、正対時給電部６Ａは、電源スイッチ２３Ｌ、２３Ｒに代えて、開閉スイッチ２６Ｌ、２６Ｒを有する。第１基板生産機９１の内部で、２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒの本体部６４は、それぞれ開閉スイッチ２６Ｌに接続されている。第２基板生産機９２の内部で、２個のセンサ６２Ｌ、６２Ｒの本体部６４は、それぞれ開閉スイッチ２６Ｒに接続されている。そして、受光部６６が遮断状態を検出している時間帯にのみ、本体部６４は、投入指令Ｐｏｎを開閉スイッチ２６Ｌ、２６Ｒに指令する。各２個のセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒの少なくとも一方の投入指令Ｐｏｎが発生している時間帯にのみ、各開閉スイッチ２６Ｌ、２６Ｒが閉路される。

　第２実施形態の非接触給電装置１Ａにおいて、正対時給電部６Ａは、複数の給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）に共通に設けられた交流電源２５と給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）とを接続する電路に介挿された開閉スイッチ２６Ｌ、２６Ｒと、正対状態を検出したときにのみ開閉スイッチ２６Ｌ、２６Ｒを閉路する正対状態検出部と、を含む。第２実施形態においても、交流電源２５から給電コイル３１Ｌ、３１Ｒに供給される交流電力の給電タイミングは、図５～図１０で説明した第１実施形態の場合と同じになる。このため、電気負荷５７は、常に安定して動作する。したがって、第２実施形態においても、充電回路およびバッテリを不要化でき、移動体９９の小形軽量化が実現される。

　（６．実施形態の応用および変形）
　なお、共振用素子としての給電側コンデンサ３５および受電側コンデンサ４５を用いつつ、交流電源２（２Ｌ、２Ｒ）、２５の周波数を共振周波数からずらしてもよい。この場合、共振特性の変化の影響を受けにくくなるので、受電電圧の絶対値は多少低下しても、電圧変動は減少する。したがって、直流電源回路５５の省略が可能になる。また、正対状態検出部を構成するセンサ６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒの個数および配置位置、ならびにドッグ６８の個数、長さ、および配置位置は、適宜変更しても同等の機能および作用を具備させることができる。さらに、非接触給電の方式は、給電コイル３１（３１Ｌ、３１Ｒ）および受電コイル４１（４１Ｌ、４１Ｒ）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：非接触給電装置
　　２、２Ｌ、２Ｒ：交流電源　　２３Ｌ、２３Ｒ：電源スイッチ
　　２５：交流電源　　２６Ｌ、２６Ｒ：開閉スイッチ
　　３１、３１Ｌ、３１Ｒ：給電コイル（給電素子）
　　３５：給電側コンデンサ（共振用素子）
　　４１、４１Ｌ、４１Ｒ：受電コイル（受電素子）
　　４５：受電側コンデンサ（共振用素子）
　　５：受電回路　　５１：整流回路　　５５：直流電源回路
　　６、６Ａ：正対時給電部
　　６１Ｌ、６１Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒ：センサ（正対状態検出部）
　　６８：ドッグ（正対状態検出部）
　　９：基板生産ライン（固定部）
　　９１～９３：第１～第３基板生産機　　９９：移動体
　　ＬＴ：給電コイルの移動方向の長さ
　　ＤＴ：給電コイルの相互離間距離
　　ＬＲ：受電コイルの移動方向の長さ
　　ＤＲ：受電コイルの相互離間距離

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、
   　前記複数の給電素子に個別に交流電力を供給可能な交流電源と、
   　前記移動方向に沿って移動する移動体に設けられ、かつ前記移動方向に沿い相互に離間して配置され、前記複数の給電素子のうち対向配置されたいずれかの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複数の受電素子と、
   　前記複数の受電素子が受け取った交流電力を変換して受電電圧を生成し、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、
   　前記複数の給電素子のそれぞれの給電素子ごとに設けられ、前記給電素子の前記移動方向の長さの範囲内に前記複数の受電素子のうち少なくとも１個の受電素子の前記移動方向の長さの全体が対向するという正対状態を検出し、前記正対状態を検出したときにのみ前記交流電源から前記給電素子に前記交流電力を供給させる正対時給電部とを備え、
   　前記複数の給電素子の移動方向の長さおよび相互離間距離、ならびに前記複数の受電素子の移動方向の長さおよび相互離間距離は、常に前記給電素子と前記少なくとも１個の受電素子とが前記正対状態になるという正対条件を満足するように設定され、
   　前記受電回路は、前記正対状態にある前記少なくとも１個の受電素子が受け取った交流電力を変換して、前記電気負荷を駆動する駆動電圧以上の受電電圧を生成可能である非接触給電装置。
2. 　前記複数の給電素子の移動方向の長さをＬＴとし、前記複数の給電素子の相互離間距離をＤＴとし、前記複数の受電素子の移動方向の長さをＬＲとし、前記複数の受電素子の相互離間距離をＤＲとしたとき、
   　前記正対条件は、ＤＴ≦ＤＲの関係、および（２×ＬＲ＋ＤＲ）≦ＬＴの関係によって表される請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 　前記正対時給電部は、
   　前記給電素子ごとに設けられた交流電源を活殺する電源スイッチ、または、前記複数の給電素子に共通に設けられた交流電源と前記給電素子とを接続する電路に介挿された開閉スイッチと、
   　前記正対状態を検出したときにのみ前記電源スイッチを投入し、または前記開閉スイッチを閉路する正対状態検出部と、を含む請求項１または２に記載の非接触給電装置。
4. 　前記正対状態検出部は、前記給電素子に対応して前記固定部に設けられたセンサと、前記複数の受電素子に対応して前記移動体に設けられたドッグと、を含み、前記正対状態にある前記少なくとも１個の受電素子に対応する前記ドッグが前記センサを作動する請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 　前記センサは、前記給電素子の移動方向の両端から前記受電素子の移動方向の長さ分だけ中央に寄った位置に配置され、前記ドッグは、前記複数の受電素子の相互に離れた遠方端同士を結んで延在する請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 　前記給電素子および前記受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、
   　前記受電回路は、前記受電素子ごとに設けられて前記受電素子が受け取った交流電力を直流の前記受電電圧に変換して出力する複数の整流回路と、各前記整流回路から出力された直流の前記受電電圧を直流の前記駆動電圧に変換する直流電源回路と、を含む請求項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、前記複数の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、
   　前記複数の給電素子は、前記複数の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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