JP6343003B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、給電用コイルと受電用コイルとの電磁結合により非接触で給電する非接触給電装置に関し、より詳細には、給電側に補助コイルを備えた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対基板作業機として、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。これらの対基板作業機を連結して基板生産ラインを構築する場合が多い。このうち部品実装機は、基板搬送装置、部品供給装置、部品移載装置、および制御装置を備えるのが一般的である。部品供給装置の代表例として、多数の電子部品が所定ピッチで収納されたテープを繰り出す方式のフィーダ装置がある。フィーダ装置は、幅方向に薄い扁平形状とされており、部品実装機の機台上に複数台列設されるのが一般的である。フィーダ装置は、部品を供給する機構部にモータを有し、さらに、モータの動作を制御する制御部を有する。

部品実装機の本体からフィーダ装置へ給電するために、従来から接触給電方式の多端子コネクタが用いられてきた。しかしながら、多端子コネクタでは抜き差し操作の繰り返しによる端子の変形や折損などのおそれがある。この対策として、近年では、電磁結合方式や静電結合方式などの非接触給電装置の利用が進められている。電磁結合方式の非接触給電装置に用いられる給電用コイルおよび受電用コイルは、それぞれコアを備え、両者のコアが対向配置されて磁気回路が形成される。

電磁結合方式の非接触給電装置では、コア間にギャップが生じて電磁結合の結合度が低下すると、給電性能が低下する。このため、コア間のギャップ長や給電性能を監視しながら給電条件を可変に制御する技術が開発されており、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の非接触給電装置は、給電側コアと受電側コアが分離可能でかつ給電側コアに補助巻線を有する絶縁トランスと、給電側コアに設けられ受電側の情報を機構的に認識する機構認識部と、を備えている。さらに、請求項２、３および実施形態を参照すると、機構認識部は、受電側プラグの奥行き長さを認識して受電する負荷の種類を見分け、負荷側の目標電圧を設定できるように構成されている。また、請求項４を参照すると、補助巻線の検出電圧は、負荷側に所定の電圧が給電されるように制御するための指標とされている。

上述した機構認識部や補助巻線は、コア間のギャップ長を測定する機能を有さないものと考えられ、仮に測定する機能を有していても測定精度は低い。ギャップ長などの距離や部材の変位を測定する技術として、赤外線やレーザーなどの光を利用した技術や、磁気や超音波を利用した技術が一般的になっている。コア間のギャップ長を始めとする近接距離の測定には磁気を利用した技術が適しており、その一例が特許文献２に開示されている。特許文献２の距離測定装置は、被測定対象物との距離に応じてインダクタンスが変化する変位センサと、変位センサに供給する駆動信号の周波数を可変とする発振回路と、駆動信号の周波数を可変とすることにより変位センサのインピーダンスを抽出する手段と、抽出されたインピーダンスに基づき被測定対象物との距離を測定する手段と、を備える。これによれば、変位センサの抵抗成分や容量成分の影響を除去し、インダクタンス成分のみを抽出して測定することが可能になり、高精度な距離測定を実現できる、とされている。

特開２０１１−７８２６６号公報 特開２００６−３１７３８７号公報

ところで、前述したように、特許文献１の技術は、コア間のギャップ長を測定する機能を有さないものと考えられる。一方、特許文献２の技術によれば、コア間のギャップ長を測定することができる。しかしながら、非接触給電の回路構成とは別に変位センサ、発振回路、およびインピーダンス抽出手段が必要になって構成が複雑化するため、コストの上昇や設置スペースの制約などが生じて好ましくない。逆に言えば、コア間のギャップ長または電磁結合の結合度を測定する測定機能を非接触給電の回路構成に組み入れることができれば、簡素な構成でありながら付加機能を有する高性能な非接触給電装置を実現できる。

また、非接触給電装置では、使用中にコア間のギャップ長が拡がったり、受電側の電気負荷が過大になったりしたときに、電流が流れ過ぎることを防止して回路を保護する構成が採用される。つまり、過電流から回路を保護するために、電流を測定する部位と、電流を制限する制御部とが設けられる。このような過電流保護機能を非接触給電の回路構成に組み入れることができれば、簡素な構成でありながら付加機能を有する高性能な非接触給電装置を実現できる。さらに、前述したギャップ長または結合度の測定機能と過電流保護機能とを揃えて組み入れることができれば、多様な付加機能を有してさらに一層高性能な非接触給電装置を実現できる。

なお、非接触給電装置の用途は、部品実装機のフィーダ装置に限定されず、他種の対基板作業機や、他の製品を生産する組立機や加工機など幅広い分野にわたっている。

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、電磁結合の結合度を測定する測定機能や過電流保護機能を非接触給電の回路構成に組み入れて、簡素な構成でありながら付加機能を有する高性能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非接触給電装置は、給電側装置に設けられた給電用コイルと、前記給電用コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電用コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイルと、前記受電用コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、前記給電側装置に設けられて、前記給電用コイルと前記受電用コイルとを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイルと、を備え、前記補助コイルは、前記給電用コイルと前記受電用コイルとの電磁結合の結合度を測定するものであり、前記補助コイルが前記電磁結合の結合度を測定する測定時に、前記高周波電圧の周波数、電圧値、および連続波形とバースト波形との切り替えの少なくともひとつを制御して、非接触給電する高周波電力を小さくする電圧制御回路をさらに備えた。
また、非接触給電装置は、給電側装置に設けられた給電用コイルと、前記給電用コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電用コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイルと、前記受電用コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、前記給電側装置に設けられて、前記給電用コイルと前記受電用コイルとを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイルと、を備え、前記補助コイルは、前記高周波電圧によって前記給電用コイルに流れる給電電流の大きさを測定するものであってもよい。
さらに、非接触給電装置は、給電側装置に設けられた給電用コイルと、前記給電用コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電用コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイルと、前記受電用コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、前記給電側装置に設けられて、前記給電用コイルと前記受電用コイルとを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイルと、を備え、前記補助コイルは、前記給電用コイルと前記受電用コイルとの電磁結合の結合度、ならびに、前記高周波電圧によって前記給電用コイルに流れる給電電流の大きさを切り替えて測定するものであり、前記補助コイルの測定対象を前記電磁結合の結合度および前記給電電流の大きさに切り替え設定するとともに、前記補助コイルの測定対象に適合するように前記高周波電圧を可変に制御する測定対象制御回路をさらに備えてもよい。

開示した非接触給電装置によれば、非接触給電の回路を構成する磁気回路に補助コイルを組み入れることができる。そして、補助コイルにより、給電用コイルと受電用コイルとの電磁結合の結合度、ならびに、給電用コイルに流れる給電電流の大きさの少なくとも一方を測定することができる。したがって、簡素な構成でありながら付加機能を有する高性能な非接触給電装置を実現できる。

本発明の実施形態の非接触給電装置が組み込まれる部品実装機の全体構成を示す斜視図である。 実施形態の非接触給電装置の構成を模式的に示す図である。 制御回路の動作モードの遷移を説明するモード遷移図である。 常時給電モードにおいて制御回路がスイッチング回路に出力する常時駆動信号の波形図である。 ギャップ長測定モードにおいて制御回路がスイッチング回路に出力する測定時駆動信号の波形図である。 電流制限時給電モードにおいて制御回路がスイッチング回路に出力する電流制限時駆動信号の波形図である。 フィーダ装置がパレット部材に搭載される状況を示す側面図である。 給電用コイルと受電用コイルとの電磁結合の結合度と、補助コイルで測定される三次電圧との関係を定性的に示す図である。 電磁結合の結合度と、補助コイルの三次電圧が線形化補正された出力信号との関係を示す図である。 給電電流の大きさと、補助コイルの三次電圧が線形化補正された出力信号との関係を示す図である。

本発明の実施形態の非接触給電装置１について、図１〜図１０を参考にして説明する。図１は、本発明の実施形態の非接触給電装置１が組み込まれる部品実装機９の全体構成を示す斜視図である。図１の左奥から右手前に向かう方向が基板Ｋを搬入出するＸ軸方向、右奥から左手前に向かう方向がＹ軸方向、上下に向かう方向がＺ軸方向である。部品実装機９は、基板搬送装置９２、複数台のフィーダ装置２、パレット部材３、部品移載装置９４、部品カメラ９５、および制御装置９６（図２示）が機台９１に組み付けられて構成されている。基板搬送装置９２、フィーダ装置２、部品移載装置９４、および部品カメラ９５は、制御装置９６から制御され、それぞれが所定の作業を行うようになっている。

基板搬送装置９２は、基板Ｋを装着実施位置に搬入し位置決めし搬出する。基板搬送装置９２は、第１および第２ガイドレール９２１、９２２、一対のコンベアベルト、およびクランプ装置などで構成されている。第１および第２ガイドレール９２１、９２２は、機台９１の上部中央を横断して搬送方向（Ｘ軸方向）に延在し、かつ互いに平行するように機台９１に組み付けられている。第１および第２ガイドレール９２１、９２２の向かい合う内側に、無端環状の一対のコンベアベルト（図略）が並設されている。一対のコンベアベルトは、コンベア搬送面に基板Ｋの両縁をそれぞれ戴置した状態で輪転して、基板Ｋを機台９１の中央部に設定された装着実施位置に搬入および搬出する。装着実施位置のコンベアベルトの下方には、クランプ装置（図略）が設けられている。クランプ装置は、基板Ｋを押し上げて水平姿勢でクランプし、装着実施位置に位置決めする。これにより、部品移載装置９４が装着実施位置で装着動作を行えるようになる。

複数台のフィーダ装置２は、それぞれ電子部品を順次供給する。フィーダ装置２は、上下方向（Ｚ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に広がり、幅方向（Ｘ軸方向）が薄い扁平形状である。複数台のフィーダ装置２は、パレット部材３の上面の幅方向（Ｘ軸方向）に並べて搭載される。各フィーダ装置２は、本体部２２と、本体部２２の後部に設けられた供給リール２３と、本体部２２の前端に設けられた部品取出部２４とを有している。供給リール２３には多数の電子部品が所定ピッチで収納された細長いテープ（図略）が巻回保持されている。このテープが機構部５４（図２示）により所定ピッチずつ繰り出され、電子部品が収納状態を解除されて部品取出部２４に順次供給されるようになっている。さらに、フィーダ装置２の底面には、パレット部材３への搭載を容易にして位置決めを行うために細長い凸部２５（図７示）が形成されている。

パレット部材３は、複数台のフィーダ装置２を搭載するための部材であり、機台９１の上面に着脱可能に保持される。パレット部材３は、部品実装機９の本体に属する部材であり、底板部３１および前板部３２からなる。底板部３１は、矩形板状であり、その幅寸法（Ｘ軸方向寸法）は、機台９１の幅寸法よりも小さめである。前板部３２は、底板部３１の前縁から立設されている。底板部３１の上面には、前後方向（Ｙ軸方向）に延在する溝状のスロット３３（図７示）が刻設されている。フィーダ装置２は、底面の凸部２５が底板部３１のスロット３３に挿入された状態で、後方から前板部３２に向かってスライド移動されることにより、パレット部材３に搭載される。最終的に、フィーダ装置２は、パレット部材３の底板部３１および前板部３２に接して搭載される。

部品移載装置９４は、複数のフィーダ装置２の各部品取出部２４から部品を吸着採取し、位置決めされた基板Ｋまで搬送して装着する。部品移載装置９４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に水平移動可能なＸＹロボットタイプの装置である。部品移載装置９４は、一対のＹ軸レール９４１、９４２、Ｙ軸スライダ９４３、ヘッド保持部９４４、および吸着ノズル９４５などで構成されている。一対のＹ軸レール９４１、９４２は、機台９１の前後方向（Ｙ軸方向）に延在して、基板搬送装置９２およびフィーダ装置２の上方に配設されている。Ｙ軸レール９４１、９４２上に、Ｙ軸スライダ９４３がＹ軸方向に移動可能に装架されている。Ｙ軸スライダ９４３には、ヘッド保持部９４４がＸ軸方向に移動可能に装架されている。ヘッド保持部９４４は、２つのサーボモータによって水平２方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に駆動される。ヘッド保持部９４４は、その下側に吸着ノズル９４５を交換可能に保持する。吸着ノズル９４５は、下端に吸着開口部をもち、負圧を利用して吸着開口部に電子部品を吸着する。

部品カメラ９５は、基板搬送装置９２とフィーダ装置２との間の機台９１の上面に、上向きに設けられている。部品カメラ９５は、吸着ノズル９４５がフィーダ装置２から基板Ｋ上に移動する途中で、吸着されている電子部品の状態を撮像して検出するものである。部品カメラ９５が電子部品の吸着姿勢の誤差や回転角のずれなどを検出すると、制御装置９６は、必要に応じて部品装着動作を微調整し、装着が困難な場合には当該の部品を廃棄する。

制御装置９６は、機台９１に設けられている。制御装置９６は、基板Ｋに電子部品を装着する順序および電子部品を供給するフィーダ装置２を指定した装着シーケンスを保持している。制御装置９６は、部品カメラ９５の撮像データおよび図略のセンサの検出データなどに基づき、装着シーケンスにしたがって部品装着動作を制御する。また、制御装置９６は、生産完了した基板Ｋの生産数や、電子部品の装着に要した装着時間、部品の吸着エラーの発生回数などの稼動データを逐次収集して更新する。

次に、実施形態の非接触給電装置１の説明に移る。実施形態の非接触給電装置１は、パレット部材３からフィーダ装置２に向けて、電磁結合方式で非接触給電する装置である。パレット部材３は、本発明の給電側装置、対基板作業機の本体、および部品実装機９の本体に相当する。一方、フィーダ装置２は、本発明の受電側装置、搭載装置、および部品供給装置に相当する。図２は、実施形態の非接触給電装置１の構成を模式的に示す図である。

パレット部材３は、非接触給電装置１の構成要素として、図２の左側に示される整流回路４１、スイッチング回路４２、給電用コイル４３、共振用コンデンサ４５、補助コイル４６、整流回路４７、線形化回路４８、および制御回路４９を有する。一方、フィーダ装置２は、非接触給電装置１の構成要素として、図２の右側に示される受電用コイル５１、および受電回路５３を有する。また、フィーダ装置２は、給電される電気負荷として、機構部５４内にモータおよび制御ＣＰＵを有する。

パレット部材３側の整流回路４１は、交流電源９７の商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の交流電圧Ｖａｃを整流して直流電圧Ｖｄｃを生成し、スイッチング回路４２に供給する。整流回路４１として、４個のダイオードをブリッジ接続した全波整流回路を例示でき、これに限定されない。

スイッチング回路４２は、制御回路４９からの駆動信号ＳＤに基づき、直流電圧Ｖｄｃをスイッチング制御して高周波電圧Ｖｈｆを生成し、出力する。スイッチング回路４２の一方の出力端子４２１は、共振用コンデンサ４５を介して給電用コイル４３の一端４３１に接続されている。スイッチング回路４２の他方の出力端子４２２は、給電用コイル４３の他端４３２に直結されている。したがって、高周波電圧Ｖｈｆは、共振用コンデンサ４５と給電用コイル４３との直列回路に印加されることになる。整流回路４１およびスイッチング回路４２は、本発明の高周波電源回路を構成する。

給電用コイル４３は、給電用コア４４に導体が所定回数だけ巻回されて形成されている。給電用コア４４は、両端に接合面４４１を有するＣ型コアである。これに限定されず、給電用コア４４は、センターコアにコイルを巻回するＥ型コアや、その他の構造のコアであってもよい。給電用コア４４を構成する材質として、透磁率の高い電磁鋼板の積層体やフェライトなどを例示でき、透磁率の低いアルミなどであってもよい。給電用コイル４３、給電用コア４４、および補助コイル４６は、パレット部材３の前板部３２の上部寄りに配設されている。

共振用コンデンサ４５は、給電用コイル４３に直列接続されて直列共振回路を形成する。給電用コイル４３のインダクタンス値および共振用コンデンサ４５の静電容量値は、適正に設計されており、所望する共振周波数ｆｓが定まる。共振周波数ｆｓは、スイッチング回路４２の出力周波数範囲に含まれている。

ここで、周知のように、給電用コイル４３および共振用コンデンサ４５は、相互に符号の異なる純虚数インピーダンスをもつ。したがって、給電用コイル４３の一端４３１と他端４３２との間に発生する高周波の一次電圧Ｖ１の大きさは、スイッチング回路４２の高周波電圧Ｖｈｆの大きさを超過することが生じ得る。この現象は、共振周波数ｆｓにおいて給電用コイル４３に大きな給電電流Ｉ１が流れるときに顕著であり、共振周波数ｆｓの場合だけに限定されない。また、給電用コア４４を通る磁束は、磁気飽和しない領域において一次電圧Ｖ１および励磁電流の増加にしたがって増加する。

補助コイル４６は、給電用コア４４に導体が巻回されて形成され、給電用コイル４３に隣接して配置されている。補助コイル４６は、導体の断面積が給電用コイル４３のそれより小さく、巻回数も給電用コイル４３のそれより少ない。換言すると、給電用コイル４３に対する補助コイル４６の巻数比Ｒ３は、１より小さい。補助コイル４６の両端で測定される高周波の三次電圧Ｖ３は、給電用コア４４を通る磁束に比例し、給電用コイル４３の一次電圧Ｖ１に巻数比Ｒ３を乗じた値になる。補助コイル４６の両端は、整流回路４７に接続されている。

整流回路４７は、補助コイル４６の高周波の三次電圧Ｖ３を整流して直流電圧Ｖ３ｄを生成し、線形化回路４８に出力する。整流回路４７として、整流回路４１と同様の全波整流回路を例示でき、これに限定されない。線形化回路４８は、或るパラメータに依存して非線形に変化する直流電圧Ｖ３ｄを線形化補正して出力信号Ｖｏｕｔを生成し、制御回路４９に出力する。或るパラメータとは、後述するように給電用コア４４と受電用コア５２との電磁結合の結合度、ならびに給電電流Ｉ１である。線形化回路４８は、例えば、積分回路などを応用して構成できる。

制御回路４９は、制御装置９６から指令（ギャップ長測定指令Ｃｇ、常時給電指令Ｃｎ）を受け取るとともに、制御装置９６に通知（良好通知Ｇｄ、不良通知Ｎｇ、電流制限通知Ｓｉ）を送出する。また、制御回路４９は、線形化回路４８から受け取った出力信号Ｖｏｕｔに対して所定の演算処理を行う。制御回路４９は、制御装置９６からの指令（ギャップ長測定指令Ｃｇ、常時給電指令Ｃｎ）および演算処理の結果に基づいて、図３に示される３種類の動作モード（常時給電モードＭｎ、ギャップ長測定モードＭｇ、電流制限時給電モードＭｉ）を遷移する。さらに、制御回路４９は、可変の駆動信号ＳＤをスイッチング回路４２に出力する。制御回路４９の機能については、後の動作の説明で詳述する。

フィーダ装置２側の受電用コイル５１は、受電用コア５２に導体が所定回数だけ巻回されて形成されている。受電用コイル５１の導体の断面積および巻回数は、給電用コイル４３と同じでもよいし、異なっていてもよい。換言すると、給電用コイル４３に対する受電用コイル５１の巻数比Ｒ２は、１であってもよく、あるいは１より大きくても小さくてもよい。受電用コイル５１の一端５１１および他端５１２は、受電回路５３に接続されている。

受電用コア５２は、両端に接合面５２１を有するＣ型コアである。受電用コア５２は、給電用コア４４と同じ材質で構成され、かつ同じ形状で概ね等しい磁路断面積を有することが好ましい。受電用コイル５１、および受電用コア５２は、フィーダ装置２の前面の上部寄りに配設されている。

給電用コア４４の２個の接合面４４１と受電用コア５２の２個の接合面５２１とが対向配置されると、閉じた磁気回路が形成される。給電用コア４４および受電用コア５２は、磁気回路を形成することによって、給電用コイル４３と受電用コイル５１とを電磁結合する。これにより、受電用コイル５１は、給電用コイル４３から非接触給電方式で高周波電力を受け取ることができるようになる。そしてこのとき、受電用コイル５１から受電回路５３に向けて受電電流Ｉ２が流れる。また、補助コイル４６は、磁気回路の磁路断面積の概ね全体に鎖交する。

給電用コア４４と受電用コア５２との電磁結合の結合度に依存して、受電用コイル５１の一端５１１と他端５１２との間に発生する高周波の二次電圧Ｖ２の大きさが変化する。つまり、接合面４４１、５２１同士が良好に接合していれば、結合度は概ね１になって、二次電圧Ｖ２の大きさは、一次電圧Ｖ１に巻数比Ｒ２を乗じた値となる。また、接合面４４１、５２１同士の接合状態が低下すると、結合度は１から低下して、二次電圧Ｖ２の大きさも減少する。

受電回路５３は、受電用コイル５１から受け取った高周波の二次電圧Ｖ２を変換して、所定の出力電圧ＶＬを生成し、機構部５４の電気負荷に供給する。所定の出力電圧ＶＬとして、一定の直流電圧を例示できる。また、所定の出力電圧ＶＬは、複数種類の電気負荷に対応して大きさの異なる２段階の直流電圧であってもよい。例えば、機構部５４内のモータの直流駆動電圧と制御ＣＰＵの直流制御電圧とが異なっていても、共に受電回路５３から給電される。さらに、受電回路５３は、電磁結合の結合度の低下や電気負荷の負荷変動に起因して二次電圧Ｖ２や受電電流Ｉ２が変動しても、出力電圧ＶＬを一定に保つように動作する。受電回路５３は、例えば全波整流回路とレギュレータ（直流定電圧化回路）との組み合わせにより構成できる。

次に、上述のように構成された実施形態の非接触給電装置１の動作について説明する。図３は、制御回路４９の動作モードの遷移を説明するモード遷移図である。制御回路４９は、常時給電モードＭｎ、ギャップ長測定モードＭｇ、および電流制限時給電モードＭｉを有する。制御回路４９は、各動作モードＭｎ、Ｍｇ、Ｍｉにおいて互いに異なる駆動信号ＳＤをスイッチング回路４２に出力する。図４は、常時給電モードＭｎにおいて制御回路４９がスイッチング回路４２に出力する常時駆動信号ＳＤｎの波形図である。図５は、ギャップ長測定モードＭｇにおいて制御回路４９がスイッチング回路４２に出力する測定時駆動信号ＳＤｇの波形図である。図６は、電流制限時給電モードＭｉにおいて制御回路４９がスイッチング回路４２に出力する電流制限時駆動信号ＳＤｉの波形図である。

常時給電モードＭｎにおいて制御回路４９が出力する図４の常時駆動信号ＳＤｎは、共振周波数ｆｓの連続波形である。これにより、スイッチング回路４２は、共振周波数ｆｓの高周波電圧Ｖｈｆの連続波形を出力する。したがって、常時には、直列共振回路を用いて給電効率の良い非接触給電が行われる。

ここで、図７に示されるように、フィーダ装置２がパレット部材３に搭載される状況を考える。図７は、フィーダ装置２がパレット部材３に搭載される状況を示す側面図である。フィーダ装置２がパレット部材３に搭載されるときに、受電用コイル５１および受電用コア５２は、給電用コイル４３および給電用コア４４に正対する。そして、白抜き矢印Ｊに示されるようにフィーダ装置２が前方に向かって（図では左方に）スライド移動されると、給電用コア４４の接合面４４１と受電用コア５２の接合面５２１とが正対してギャップ長ＧＬを減少させながら接合または接近する。

フィーダ装置２が良好に搭載されると、接合面４４１、５２１同士が接合して、ギャップ長ＧＬは殆ど無くなる。フィーダ装置２が良好に搭載されない場合には、接合面４４１、５２１同士の間に何らかの異常が発生する。例えば、接合面４４１、５２１の間にギャップ長ＧＬが残ったままとなり、あるいは、接合面４４１、５２１同士が平行せずに片当りし、あるいは、接合面４４１、５２１の間に異物を挟み込んでしまい、あるいは、接合面４４１、５２１の一部が割れて欠損する。このような異常では、磁気回路に欠陥が発生して、給電用コイル４３と受電用コイル５１との電磁結合の結合度が低下する。電磁結合の結合度は、ギャップ長ＧＬを最大の変動要因とするが、上述したように他の変動要因も存在する。

上記した異常を監視するために、制御装置９６は、フィーダ装置２がパレット部材３に搭載された直後に、ギャップ長測定指令Ｃｇを制御回路４９に送出する。ギャップ長測定指令Ｃｇを受け取った制御回路４９は、図３の矢印Ｍ１に示されるように、常時給電モードＭｎからギャップ長測定モードＭｇに遷移する。ギャップ長測定モードＭｇにおいて、制御回路４９は、補助コイル４６の測定対象を電磁結合の結合度に設定するとともに、駆動信号ＳＤを測定時駆動信号ＳＤｇとする。測定時駆動信号ＳＤｇは、図５に示されるように、バースト波形（間欠波形）である。測定時駆動信号ＳＤｇでは、共振周波数ｆｓから偏移した周波数で５〜６波形を出力する出力期間Ｔ１と、出力しない休止期間Ｔ２とが交互に到来する。

測定時駆動信号ＳＤｇを受け取ったスイッチング回路４２は、測定時駆動信号ＳＤｇに概ね相似した高周波電圧Ｖｈｆのバースト波形を出力する。バースト波形に休止期間Ｔ２を設けることで、非接触給電する高周波電力を小さくできる。加えて、共振周波数ｆｓから偏移した周波数を用いることで、共振状態が解消されて高周波電力をさらに一層小さくできる。したがって、測定時に装置１を損傷するリスクが格段に低減または解消される。また、制御装置９６は、フィーダ装置２が部品供給動作を行わないように禁止制御する。すると、フィーダ装置２の機構部５４の電気負荷のうちモータは動作せず、制御ＣＰＵのみが動作して概ね一定負荷となり、測定に好適な負荷条件が整う。

ここで、電磁結合の結合度が変化すると仮定して、補助コイル４６で測定される三次電圧Ｖ３に着目する。一例として、給電用コア４４の接合面４４１と受電用コア５２の接合面５２１とが良好な接合状態から徐々にギャップ長ＧＬが大きくなって結合度が低下する場合を考える。結合度が低下すると、二次電圧Ｖ２は減少するが、一定の電気負荷を駆動する必要上から受電電流Ｉ２が増加する。これに伴い、給電電流Ｉ１が増加し、一次電圧Ｖ１が増加して、三次電圧Ｖ３が増加する。つまり、図８に示されるように、ギャップ長ＧＬが大きくなって結合度が低下すると、三次電圧Ｖ３は定性的に増加する。図８は、給電用コイル４３と受電用コイル５１との電磁結合の結合度と、補助コイル４６で測定される三次電圧Ｖ３との関係を定性的に示す図である。

ただし、三次電圧Ｖ３の波形は、実際には高周波のバースト波形であり、かつ増加の様相は非線形な変化であるため、良否の判定には使用できない。このため、三次電圧Ｖ３は、整流回路４７により整流され、線形化回路４８で線形化補正されて、図９に示される出力信号Ｖｏｕｔに変換される。図９は、電磁結合の結合度と、補助コイル４６の三次電圧Ｖ３が線形化補正された出力信号Ｖｏｕｔとの関係を示す図である。図示されるように、出力信号Ｖｏｕｔは、電磁結合の結合度の低下（ギャップ長ＧＬの増加）に対して一定の傾きで直線状に増加する。

制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔを受け取り、結合度の良否を判定するための判定値Ｖｊと大小比較する。制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔが判定値Ｖｊ以下であれば、ギャップ長ＧＬが所定ギャップ長ＧＬｊ以下で十分な結合度が確保されていると判定する（図９示）。そして、制御回路４９は、制御装置９６に良好通知Ｇｄを送出する。制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔが判定値Ｖｊを超えていれば、十分な結合度が確保されていないと判定して、制御装置９６に不良通知Ｎｇを送出する。

制御装置９６は、良好通知Ｇｄを受け取ると、結合度が良好であると確認できたので、常時給電指令Ｃｎを制御回路４９に送出する。これとともに、制御装置９６は、フィーダ装置２の部品供給動作を許可制御する。常時給電指令Ｃｎを受け取った制御回路４９は、図３の矢印Ｍ２に示されるように、ギャップ長測定モードＭｇから常時給電モードＭｎに遷移する。また、制御装置９６は、不良通知Ｎｇを受け取ると、その旨をオペレータに報知してオペレータの対応を待つ。上述した説明で分かるように、制御回路４９は、本発明の測定対象制御回路ならびに本発明の電圧制御回路として動作する。

次に、常時給電モードＭｎにおいて、制御回路４９は、補助コイル４６の測定対象を給電電流Ｉ１の大きさに設定するするとともに、駆動信号ＳＤを図４の常時駆動信号ＳＤｎとする。常時給電モードＭｎにおいて、電磁結合の結合度は著変せず、部品供給動作により機構部５４のモータが負荷変動する。このとき、電気負荷が増加しても二次電圧Ｖ２は変化せず、電気負荷の増加分に対応して受電電流Ｉ２が増加する。これに伴い、給電電流Ｉ１が増加し、一次電圧Ｖ１が増加して、三次電圧Ｖ３が増加する。つまり、受電側の電気負荷の増加により給電側の給電電流Ｉ１が増加すると、三次電圧Ｖ３は定性的に増加する。

この三次電圧Ｖ３は、ギャップ長測定モードＭｇと同様に、整流回路４７により整流され、線形化回路４８で線形化補正されて、図１０に示される出力信号Ｖｏｕｔに変換される。図１０は、給電電流Ｉ１の大きさと、補助コイル４６の三次電圧Ｖ３が線形化補正された出力信号Ｖｏｕｔとの関係を示す図である。図示されるように、出力信号Ｖｏｕｔは、給電電流Ｉ１の増加に対して一定の傾きで直線状に増加する。

制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔを受け取り、ギャップ長測定モードＭｇのときと異なる所定の判定値Ｖｋと大小比較して、モード遷移の要否を判定する。制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔが判定値Ｖｋ以下であれば、常時給電モードＭｎを維持する。制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔが判定値Ｖｋを超えていると、給電電流Ｉ１の大きさが過大であり、過電流による装置１の損傷のリスクが生じ、あるいはリスクが高まったと判定する。そして、制御回路４９は、図３の矢印Ｍ３に示されるように、電流制限時給電モードＭｉに遷移する。

電流制限時給電モードＭｉにおいて、制御回路４９は、駆動信号ＳＤを電流制限時駆動信号ＳＤｉとし、補助コイル４６による給電電流Ｉ１の測定を継続する。また、制御回路４９は、電流制限時給電モードＭｉで動作している旨の電流制限通知Ｓｉを制御装置９６に送出する。電流制限時駆動信号ＳＤｉは、図６に示されるように、共振周波数ｆｓの連続波形が或る頻度で間引かれて生成されたバースト波形（間欠波形）である。図６に示される例では、連続する３波形Ｗ１〜Ｗ３が残されてその後の１波形Ｗ４が間引かれたバースト波形（間欠波形）が繰り返されている。電流制限時駆動信号ＳＤｉを受け取ったスイッチング回路４２は、電流制限時駆動信号ＳＤｉに概ね相似した高周波電圧Ｖｈｆのバースト波形を出力する。このバースト波形では、給電電流Ｉ１の実効値が制限されるので、過電流により装置１を損傷するリスクが低減または解消される。

制御回路４９は、給電電流Ｉ１の測定を継続し、出力信号Ｖｏｕｔをさらに別の判定値Ｖｍと大小比較する。制御回路４９は、出力信号Ｖｏｕｔが判定値Ｖｍを超えていると電流制限時給電モードＭｉを維持する。そして、出力信号Ｖｏｕｔが判定値Ｖｍ以下に減少すると、制御回路４９は、電流制限の必要が無くなったと判定し、図３の矢印Ｍ４に示されるように、常時給電モードＭｎに遷移する。上述した説明で分かるように、制御回路４９は、本発明の測定対象制御回路ならびに本発明の電流制御回路として動作する。

実施形態の非接触給電装置１は、パレット部材３に設けられた給電用コイル４３と、給電用コイル４３に高周波電圧Ｖｈｆを印加するスイッチング回路４２（高周波電源回路）と、パレット部材３に対向配置されるフィーダ装置２に設けられ給電用コイル４３と電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイル５１と、受電用コイル５１が受け取った高周波電力を変換してフィーダ装置２の電気負荷に給電する受電回路５３と、パレット部材３に設けられて、給電用コイル４３と受電用コイル５１とを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイル４６と、を備えた。

これによれば、非接触給電の回路を構成する磁気回路に補助コイル４６を鎖交させて組み入れることができる。そして、補助コイル４６により、給電用コイル４３と受電用コイル５１との電磁結合の結合度、ならびに、給電用コイル４３に流れる給電電流Ｉ１の大きさの少なくとも一方を測定することができる。したがって、簡素な構成でありながら付加機能を有する高性能な非接触給電装置１を実現できる。

さらに、実施形態の非接触給電装置１において、補助コイル４６は、給電用コイル４３と受電用コイル５１との電磁結合の結合度を測定するものである。加えて、補助コイル４６が電磁結合の結合度を測定する測定時に、高周波電圧Ｖｈｆの連続波形とバースト波形との切り替えを制御して、非接触給電する高周波電力を小さくする制御回路４９（電圧制御回路）をさらに備えた。

これによれば、バースト波形に休止期間Ｔ２を設けることで非接触給電する高周波電力を小さくできる。したがって、測定時に装置１を損傷するリスクが低減される。

さらに、実施形態の非接触給電装置１は、給電用コイル４３に直列接続されて直列共振回路を形成する共振用コンデンサ４５をさらに備え、制御回路４９は、補助コイル４６が電磁結合の結合度を測定しない常時には高周波電圧Ｖｈｆの周波数を共振周波数ｆｓに維持し、測定時には高周波電圧Ｖｈｆの周波数を共振周波数ｆｓから偏移させる。

これによれば、常時には、直列共振回路を用いて給電効率の良い非接触給電が行われる。また、測定時には、共振状態が解消されるので、非接触給電する高周波電力をさらに一層小さくできる。したがって、測定時に装置１を損傷するリスクが格段に低減または解消される。

また、実施形態の非接触給電装置１において、補助コイル４６は、高周波電圧Ｖｈｆによって給電用コイル４３に流れる給電電流Ｉ１の大きさを測定するものである。加えて、補助コイル４６によって測定された給電電流Ｉ１の大きさが過大であるときに、高周波電圧の連続波形とバースト波形との切り替えを制御して給電電流Ｉ１を制限する制御回路４９（電流制御回路）をさらに備えた。

これによれば、連続波形が或る頻度で間引かれて生成されたバースト波形によって給電電流Ｉ１の実効値が制限されるので、過電流により装置１を損傷するリスクが低減または解消される。

さらに、実施形態の非接触給電装置１において、補助コイル４６は、給電用コイル４３と受電用コイルと５１の電磁結合の結合度、ならびに、高周波電圧Ｖｈｆによって給電用コイル４３に流れる給電電流Ｉ１の大きさを切り替えて測定するものであり、補助コイル４６の測定対象を電磁結合の結合度および給電電流Ｉ１の大きさに切り替え設定するとともに、補助コイル４６の測定対象に適合するように高周波電圧Ｖｈｆを可変に制御する制御回路４９（測定対象制御回路）をさらに備えた。

これによれば、補助コイル４６を用いることにより、給電用コイル４３と受電用コイル５１との電磁結合の結合度、ならびに、給電用コイル４３に流れる給電電流Ｉ１の大きさの両方を切り替えて測定することができる。したがって、簡素な構成でありながら２種類の付加機能を有してさらに一層高性能な非接触給電装置１を実現できる。

さらに、実施形態の非接触給電装置１において、制御回路４９は、パレット部材３にフィーダ装置２が対向配置された直後に、補助コイル４６の測定対象を電磁結合の結合度に設定し、電磁結合の結合度が良好であると確認されると、補助コイル４６の測定対象を給電電流Ｉ１の大きさに切り替え設定する。

これによれば、フィーダ装置２をパレット部材３へ搭載した直後に搭載状況の良否を確認できるので、搭載状況が低下しているフィーダ装置２が無理に使用されない。また、搭載状況が良好であると確認されると、フィーダ装置２の部品供給動作が許可制御され、引き続いて給電電流Ｉ１の測定にスムーズに移行できる。

さらに、実施形態の非接触給電装置１において、部品実装機９のパレット部材３に設けられた給電用コイル４３は、電磁結合を担うとともに補助コイル４６が巻回された給電用コア４４を有し、フィーダ装置２に設けられた受電用コイル５１は、給電用コア４４と共同して電磁結合を担う受電用コア５２を有し、フィーダ装置２がパレット部材３に搭載されるときに、給電用コア４４の接合面４４１と受電用コア５２の接合面５２１とが正対してギャップ長ＧＬを減少させながら接合または接近する。

これによれば、フィーダ装置２をパレット部材３に搭載するときに、フィーダ装置２が十分にスライド移動されずに大きなギャップ長ＧＬが残された搭載状況を確実に異常と判定できる。

なお、実施形態において、ギャップ長測定モードＭｇで用いる測定時駆動信号ＳＤｇは、図５のバースト波形に限定されない。例えば、共振周波数ｆｓから偏移した周波数の連続波形であってもよい。また例えば、共振周波数ｆｓの連続波形を用いつつ、直流電圧Ｖｄｃを低減制御するようにしてもよい。上記した２例の別波形でも、測定時に装置１を損傷するリスクは低減される。また、電流制限時給電モードＭｉにおいて給電電流Ｉ１の実効値を制限する方法は、図６に示されるバースト波形（間欠波形）以外にもある。例えば、共振周波数ｆｓの連続波形を用いつつ、直流電圧Ｖｄｃを低減制御してもよい。

さらになお、共振用コンデンサ４５の個数や接続方法も変更でき、例えば、フィーダ装置２側の受電用コイル５１にコンデンサを並列接続して追加してもよい。また、実施形態で説明した以外の判定値を制御回路４９に設定して、補助コイル４６を用いた測定結果と比較することで、多様な判定や複雑な制御が可能となる。例えば、出力信号Ｖｏｕｔの時間変化率から非接触給電回路の故障を監視したり、出力信号Ｖｏｕｔの時間的な上昇パターンからフィーダ装置２の着脱操作が行われたことを判定したりできる。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、実施形態で説明した部品実装機９のフィーダ装置２以外にも、他種の対基板作業機や、他の製品を生産する組立機や加工機などに幅広く利用できる。

１：非接触給電装置
２：フィーダ装置（受電側装置、搭載装置）
３：パレット部材（給電側装置、対基板作業機の本体）
４１：整流回路 ４２：スイッチング回路 ４３：給電用コイル
４４：給電用コア ４４１：接合面 ４５：共振用コンデンサ
４６：補助コイル ４７：整流回路 ４８：線形化回路
４９：制御回路（電圧制御回路、電流制御回路、測定対象制御回路）
５１：受電用コイル ５２：受電用コア ５２１：接合面
５３：受電回路 ５４：機構部（電気負荷）
９：部品実装機 ９１：機台 ９２：基板搬送装置
９４：部品移載装置 ９５：部品カメラ ９６：制御装置
Ｖｈｆ：高周波電圧 ＳＤ：駆動信号 Ｖｏｕｔ：出力信号
Ｖ１：一次電圧 Ｖ２：二次電圧 Ｖ３：三次電圧
Ｉ１：給電電流 Ｉ２：受電電流 ＧＬ：ギャップ長

Claims (10)

1. 給電側装置に設けられた給電用コイルと、
   前記給電用コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、
   前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電用コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイルと、
   前記受電用コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、
   前記給電側装置に設けられて、前記給電用コイルと前記受電用コイルとを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイルと、を備え、
   前記補助コイルは、前記給電用コイルと前記受電用コイルとの電磁結合の結合度を測定するものであり、
   前記補助コイルが前記電磁結合の結合度を測定する測定時に、前記高周波電圧の周波数、電圧値、および連続波形とバースト波形との切り替えの少なくともひとつを制御して、非接触給電する高周波電力を小さくする電圧制御回路をさらに備えた、
   非接触給電装置。
2. 前記給電用コイルおよび前記受電用コイル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コンデンサをさらに備え、
   前記電圧制御回路は、前記補助コイルが前記電磁結合の結合度を測定しない常時には前記高周波電圧の周波数を共振周波数に維持し、前記測定時には前記高周波電圧の周波数を前記共振周波数から偏移させる請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 給電側装置に設けられた給電用コイルと、
   前記給電用コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、
   前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電用コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイルと、
   前記受電用コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、
   前記給電側装置に設けられて、前記給電用コイルと前記受電用コイルとを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイルと、を備え、
   前記補助コイルは、前記高周波電圧によって前記給電用コイルに流れる給電電流の大きさを測定するものである非接触給電装置。
4. 前記補助コイルは、前記給電用コイルと前記受電用コイルとの前記電磁結合の結合度、ならびに、前記高周波電圧によって前記給電用コイルに流れる給電電流の大きさを切り替えて測定するものである請求項１または２に記載の非接触給電装置。
5. 前記補助コイルによって測定された前記給電電流の大きさが過大であるときに、前記高周波電圧の電圧値、および連続波形とバースト波形との切り替えの少なくとも一方を制御して前記給電電流を制限する電流制御回路をさらに備えた請求項３または４に記載の非接触給電装置。
6. 給電側装置に設けられた給電用コイルと、
   前記給電用コイルに高周波電圧を印加する高周波電源回路と、
   前記給電側装置に対向配置される受電側装置に設けられ、前記給電用コイルと電磁結合して非接触給電により高周波電力を受け取る受電用コイルと、
   前記受電用コイルが受け取った高周波電力を変換して前記受電側装置の電気負荷に給電する受電回路と、
   前記給電側装置に設けられて、前記給電用コイルと前記受電用コイルとを電磁結合させる磁気回路の少なくとも一部に鎖交する補助コイルと、を備え、
   前記補助コイルは、前記給電用コイルと前記受電用コイルとの電磁結合の結合度、ならびに、前記高周波電圧によって前記給電用コイルに流れる給電電流の大きさを切り替えて測定するものであり、
   前記補助コイルの測定対象を前記電磁結合の結合度および前記給電電流の大きさに切り替え設定するとともに、前記補助コイルの測定対象に適合するように前記高周波電圧を可変に制御する測定対象制御回路をさらに備えた非接触給電装置。
7. 前記補助コイルは、前記給電用コイルと前記受電用コイルとの電磁結合の結合度、ならびに、前記高周波電圧によって前記給電用コイルに流れる給電電流の大きさを切り替えて測定するものであり、
   前記補助コイルの測定対象を前記電磁結合の結合度および前記給電電流の大きさに切り替え設定するとともに、前記補助コイルの測定対象に適合するように前記高周波電圧を可変に制御する測定対象制御回路をさらに備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
8. 前記測定対象制御回路は、
   前記給電側装置に前記給電側装置が対向配置された直後に、前記補助コイルの測定対象を前記電磁結合の結合度に設定し、
   前記電磁結合の結合度が良好であると確認されると、前記補助コイルの測定対象を前記給電電流の大きさに切り替え設定する請求項６または７に記載の非接触給電装置。
9. 前記給電側装置は、基板に所定の作業を行う対基板作業機の本体であり、前記受電側装置は、前記対基板作業機に搭載される搭載装置である請求項１〜８のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
10. 前記対基板作業機の本体は、前記基板に電子部品を装着する部品実装機の本体であり、前記搭載装置は、前記部品実装機に着脱可能に搭載されて前記電子部品を供給する部品供給装置であり、
    前記部品実装機の本体に設けられた前記給電用コイルは、前記電磁結合を担うとともに前記補助コイルが巻回された給電用コアを有し、
    前記部品供給装置に設けられた前記受電用コイルは、前記給電用コアと共同して前記電磁結合を担う受電用コアを有し、
    前記部品供給装置が前記部品実装機の本体に搭載されるときに、前記給電用コアの接合面と前記受電用コアの接合面とが正対してギャップ長を減少させながら接合または接近する請求項９に記載の非接触給電装置。

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