本发明涉及以非接触的方式从供电单元向受电单元供电的非接触供电装置。
背景技术：
作为生产装配有多个元件的基板的基板生产机，存在焊料印刷机、电子元件装配机、回流焊机、基板检査机等。通常将这些设备连结来构成基板生产线。此外，将模块化的相同大小的基板生产机排列而构成基板生产线的情况也较多。通过使用模块化的基板生产机，生产线的重组时或将生产线扩大化的增设时的换产调整作业变得容易，能实现灵活的基板生产线。
近年来，研讨了使基板生产线的各基板生产机中使用的机材或构件由沿着基板生产线移动的移动体来搬运，而推进省力化及自动化的技术。而且，作为向移动体供电的供电手段，可考虑非接触供电装置。需要说明的是，非接触供电装置的用途并不限定于基板生产线，而是遍及生产其他制品的组装线或加工线、电动车辆的行驶中供电等广泛的领域。在这种非接触供电装置中，多采用供电元件及受电元件分别使用线圈的电磁耦合方式。作为与电磁耦合方式的非接触供电装置相关的技术例，专利文献1、2进行了公开。
专利文献1的非接触供电装置具备与高频电流流过的供电线进行感应耦合的拾取部，通过在拾取部感应出的感应电动势而向负载供电。拾取部具有芯、线圈、以及共振电路。共振电路具有：形成有与线圈连接的导体图案的母基板、分别安装有1至多个电容器的多个子基板；以能够拆装的方式向母基板上连接各子基板的多个连接器。由此，能够调整与线圈一起构成共振电路的电容器的电容值，能够简化共振电路的调整作业。换言之，将以往由单一基板构成的共振电路分割成母基板及子基板，由此通过子基板的拆装能够调整电容器的电容值。
另外，专利文献2公开了一种非接触供电装置的供电模块，使一次线圈励磁，利用电磁感应使相邻的设备的二次线圈产生二次电力，并向设备的负载供给该二次电力。该供电模块具备：分别具有一次线圈的多个线圈单元、配置多个线圈单元而可驱动地进行端子连接的印制配线基板。此外，也公开了在一次线圈上分别连接有共振电容器的方式。由此，供电模块的设计自由度高且能够进行各种方式的非接触供电，而且，能够简单地、且在短时间内制造。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-75021号公报
专利文献2：日本特开2012-161110号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
然而，在专利文献1的技术例中，即使线圈的电感产生变动，通过调整电容器的静电电容值，也能够将共振电路的共振频率保持为恒定。此外，在专利文献2的技术例中，对应一次线圈而分别连接共振电容器。上述的2个技术例以原本具有相同特性的线圈为对象。然而，为了应对特性不同的多个种类的线圈，需要大幅地变更共振电容器的静电电容值。此时的静电电容值的变更幅度不同于对于电感波动的调整，而必须考虑大幅的较宽的领域范围。
例如，在适用于基板生产线的非接触供电装置中，对应各基板生产机的尺寸或向移动体供电的供电容量的大小，来变更供电线圈(供电元件)及受电线圈(受电元件)的形状或尺寸等特性。因此，为了确保所需的静电电容值(元件常数)而使用各种大小的共振电容器(共振元件)。
在此，想到了在供电单元的交流电源电路中包含共振电容器而由单一基板构成的现有技术。在现有技术中，在希望大的静电电容值时需要大型的共振电容器，向单一基板安装的空间不足。同样，在受电单元的受电电路中包含共振电容器而由单一基板构成的现有技术中，将大型的共振电容器向单一基板上安装的空间也会不足。结果是，需要对应多个种类的线圈的特性而分别设计单一基板，缺乏通用性。
本发明鉴于上述背景技术的问题点而作出，应解决课题在于提供一种能够应对特性不同的多个种类的供电元件及受电元件的具有通用性的基板结构的非接触供电装置。
用于解决课题的方案
解决上述课题的本发明的非接触供电装置具备：供电元件，被设置于供电单元；交流电源电路，向所述供电元件供给交流电力；受电元件，被设置于受电单元，当与所述供电元件相对时进行电气耦合而非接触地接收交流电力；受电电路，对于所述受电元件接收的交流电力进行转换而生成受电电压，并向电气负载输出；及共振元件，被连接于所述供电元件及所述受电元件中的至少一方而形成共振电路，在非接触供电装置中，供电基板、受电基板、共振基板是分体的，所述供电基板包括所述交流电源电路的至少一部分而构成，所述受电基板包括所述受电电路的至少一部分而构成，所述共振基板包括所述共振元件，并且在具有所述交流电源电路的其余部分或所述受电电路的其余部分的情况下也包括该交流电源电路的其余部分或该受电电路的其余部分而构成。
发明效果
在本发明的非接触供电装置中，包括交流电源电路的至少一部分而构成的供电基板、包括受电电路的至少一部分而构成的受电基板、包括共振元件的共振基板是分体的。因此，对于特性不同的多个种类的供电元件及受电元件，通过同一供电基板及同一受电基板能够应对。而且，对于多个种类的供电元件及受电元件，仅通过变更共振基板上的共振元件的元件常数就能够应对，不需要共振基板的新设计等。由此，容易进行基板的生产管理、品质管理及库存管理，向已交付装置的对应也变得容易。因此，根据本发明，能够提供一种具有通用性的基板结构的非接触供电装置。
附图说明
图1是示意性地说明第一实施方式的非接触供电装置的电路结构及基板结构的图。
图2是示意性地说明第一实施方式的非接触供电装置的变形方式的受电单元侧的基板结构的图。
图3是示意性地说明第二实施方式的非接触供电装置的结构的图。
图4是示意性地说明第二实施方式的非接触供电装置的供电单元侧的基板结构的图。
图5是示意性地说明第二实施方式的非接触供电装置的受电单元侧的基板结构的图。
具体实施方式
(1.第一实施方式的非接触供电装置1的电路结构)
首先，关于本发明的第一实施方式的非接触供电装置1的电路结构，以图1为参考进行说明。图1是示意性地说明第一实施方式的非接触供电装置1的电路结构及基板结构的图。图1中的粗线表示非接触供电电路。第一实施方式的非接触供电装置1具备供电单元1s、受电单元1r。供电单元1s被配置在固定位置。受电单元1r相对于供电单元1s而能够进行位置的变更。如图所示，当受电单元1r相对于供电单元1s而配置于相对位置时，非接触供电装置1进行电磁耦合方式的非接触供电。
供电单元1s具备交流电源电路2、供电侧共振电容器35及供电线圈31。详细而言，交流电源电路2的高压输出端子21连接于供电侧共振电容器35的一端。供电侧共振电容器35的另一端连接于供电线圈31的一端。供电线圈31的另一端连接于交流电源电路2的低压输出端子22。通过上述的连接，构成环状的供电电路。
交流电源电路2向供电线圈31供给交流电力。交流电源电路2例如可以使用供给直流电压的直流电源部和对直流电压进行交流转换的公知的电桥电路构成。作为交流电源电路2的频率f0，可以例示几十khz～几百khz的等级，而并不限定于此。
供电侧共振电容器35及供电线圈31构成供电侧共振电路。供电侧共振电路从交流电源电路2来看成为串联共振电路。供电侧共振电路的供电侧共振频率fs通过下式1求出。其中，π为圆周率，ls为供电线圈31的电感值，cs为供电侧共振用电容器35的静电电容值。
fs＝1/2π(ls·cs)0.5……………………………式1
受电单元1r具备受电线圈41、受电侧共振电容器45及受电电路5。受电线圈41的一端连接于受电侧共振电容器45的一端、及受电电路5的输入第一端子。受电线圈41的另一端连接于受电侧共振电容器45的另一端、及受电电路5的输入第二端子。受电电路5的输出第一端子及输出第二端子连接于电气负载el。通过上述的连接，构成受电电路。
受电线圈41当与供电线圈31相对时进行电磁耦合而以非接触的方式接收交流电力。受电线圈41及受电侧共振电容器45构成受电侧共振电路。受电侧共振电路从电气负载el侧来看成为并联共振电路。受电侧共振电路的受电侧共振频率fr通过下式2求出。其中，π为圆周率，lr为受电线圈41的电感值，cr为受电侧共振用电容器45的静电电容值。
fr＝1/2π(lr·cr)0.5……………………………式2
受电电路5对受电线圈41接收到的交流电力进行转换而生成受电电压，并向电气负载el输出。作为受电电路5可以例示全波整流电路，而并不限定于此。全波整流电路例如可以通过由4个整流二极管组成的电桥电路、及平滑电容器构成。
电气负载el在受电单元1r上进行作功，其种类或消耗电力等不受限定。电气负载el可以包含使受电单元1r移动的电动驱动源。而且，也可考虑使调整受电电压的电平而向电气负载el进行输出的dcdc转换器等包含于电气负载el的一部分。
(2.第一实施方式的非接触供电装置1的基板结构)
转向第一实施方式的非接触供电装置1的基板结构的说明。如图1所示，供电单元1s具有分离为分体的供电基板61及供电侧共振基板65。供电基板61通过安装形成交流电源电路2的电路元件而构成。供电基板61具有担负交流电源电路2的高压输出端子21及低压输出端子22的连接的连接器62。
通过安装有供电侧共振电容器35及导体36而构成供电侧共振基板65。导体36是用于将供电线圈31的另一端与交流电源电路2的低压输出端子22连接的部位。供电侧共振基板65具有担负供电侧共振电容器35及导体36的连接的连接器66及端子对67。连接器66被嵌合而连接于供电基板61的连接器62。端子对67被连接于供电线圈31。需要说明的是，可以是形成交流电源电路2的电路元件的一部分被安装于供电基板61，其余部分被安装于供电侧共振基板65。
另一方面，受电单元1s具有分离为分体的受电侧共振基板75及受电基板71。通过安装有受电侧共振电容器45而构成受电侧共振基板75。受电侧共振基板75具有担负受电侧共振电容器45的连接的端子对76及连接器77。端子对76被连接于受电线圈41。
通过安装有形成受电电路5的电路元件而构成受电基板71。受电基板71具有担负受电电路5的连接的连接器72及端子对73。连接器72被嵌合而连接于受电侧共振基板75的连接器77。端子对73被连接于电气负载el。需要说明的是，可以是形成受电电路5的电路元件的一部分被安装于受电基板71，其余部分被安装于受电侧共振基板75。
在此，仅准备1个种类的供电基板61，交流电源电路2的频率f0设定为恒定值。相对于此，准备特性不同的多个种类的供电线圈31及受电线圈41。因此，无论供电线圈31及受电线圈41的特性如何，都需要进行使供电侧共振频率fs相对于交流电源电路2的频率f0而校正化的频率匹配的设定。
在频率匹配中，对应多个种类的供电线圈31的元件常数即电感值ls，来变更供电侧共振电容器35的元件常数即静电电容值cs。从式1可知，为了使供电侧共振频率fs恒定，只要在电感值ls大的情况下将静电电容值cs变更得小、在电感值ls小的情况下将静电电容值cs变更得大即可。
同样，需要进行使受电侧共振频率fr校正化的频率匹配的设定。在频率匹配中，对应多个种类的受电线圈41的电感值lr，来变更受电侧共振电容器45的静电电容值cr。从式2可知，为了使受电侧共振频率fr恒定，只要在电感值lr大的情况下将静电电容值cr变更得小、在电感值lr小的情况下将静电电容值cr变更得大即可。这种情况下，受电电压未显著变化，因此只要仅准备一种受电基板71即可。
需要说明的是，供电侧共振电容器35和受电侧共振电容器45不需要为单一的元件。即，能够通过将多个电容器元件适当组合使用，来实现所需的静电电容值cs、cr。
如上所述，在第一实施方式中，供电基板61及受电基板71可以设为一种。另一方面，关于供电侧共振基板65及受电侧共振基板75，准备多个种类。对于多个种类的供电侧共振基板65及受电侧共振基板75，仅通过根据多个种类的供电线圈31及受电线圈41来变更静电电容值cs、cr就能够应对。因此，不需要基板65、75的新设计等。
另一方面，在现有技术中，供电单元1s及受电单元1r分别由单一基板构成。因此，对应于特性不同的多个种类的供电线圈31及受电线圈41，需要分别不同的单一基板的设计。即，现有技术欠缺通用性。
(3.第一实施方式的非接触供电装置1的方式及效果)
第一实施方式的非接触供电装置1具备：设置于供电单元1s的供电元件(供电线圈31)；向供电元件供给交流电力的交流电源电路2；设置于受电单元1r、当与供电元件相对时进行电气耦合而非接触地接收交流电力的受电元件(受电线圈41)；对受电元件接收到的交流电力进行转换而生成受电电压并向电气负载el进行输出的受电电路5；连接于供电元件及受电元件中的至少一方而形成共振电路的共振元件(供电侧共振电容器35、受电侧共振电容器45)，其中，供电基板61、受电基板71、共振基板(供电侧共振基板65、受电侧共振基板75)是分体的，供电基板61包含交流电源电路2的至少一部分而构成，受电基板71包含受电电路5的至少一部分而构成，共振基板(供电侧共振基板65、受电侧共振基板75)包含共振元件，并且在具有交流电源电路2的其余部分或受电电路5的其余部分的情况下也包含该其余部分而构成。
在第一实施方式的非接触供电装置1中，包含交流电源电路2的至少一部分而构成的供电基板61、包含受电电路5的至少一部分而构成的受电基板71、包含共振元件的共振基板(供电侧共振基板65、受电侧共振基板75)是分体的。因此，对于特性不同的多个种类的供电元件(供电线圈31)及受电元件(受电线圈41)，通过同一供电基板61及同一受电基板71能够应对。而且，对于多个种类的供电元件及受电元件，仅通过变更共振基板上的共振元件(供电侧共振电容器35、受电侧共振电容器45)的元件常数(静电电容值cs、cr)就能够应对，不需要共振基板65、75的新设计等。由此，基板61、65、71、75的生产管理、品质管理及库存管理容易进行，向已交付装置的应对也变得容易。因此，能够提供具有通用性的基板结构的非接触供电装置1。
此外，共振元件是连接于供电元件(供电线圈31)而形成供电侧共振电路的供电侧共振元件(供电侧共振电容器35)，共振基板是包含供电侧共振元件且在具有交流电源电路2的其余部分的情况下也包含该其余部分而构成的供电侧共振基板65。
另外，共振元件是连接于受电元件(受电线圈41)而形成受电侧共振电路的受电侧共振元件(受电侧共振电容器45)，共振基板是包含受电侧共振元件且在具有受电电路5的其余部分的情况下也包含该其余部分而构成的受电侧共振基板75。
如上所述，也可以仅利用供电单元1s及受电单元1r中的一方来实施本发明。
此外，对应供电元件(供电线圈31)及受电元件(受电线圈41)中的至少一方的元件常数(电感值ls、lr)，来变更共振元件(供电侧共振电容器35、受电侧共振电容器45)的元件常数(静电电容值cs、cr)。由此，无论使用特性不同的多个种类的供电线圈31及受电线圈41中的哪一个，都能够利用共振特性而得到高供电效率。
此外，供电元件是供电线圈31，受电元件是受电线圈41，共振元件是连接于供电线圈31的供电侧共振电容器35、及连接于受电线圈41的受电侧共振电容器45中的至少一方。由此，在电磁耦合方式的非接触供电装置1中，能够成为具有通用性的基板结构。
(4.第一实施方式的非接触供电装置1的变形方式)
接下来，说明第一实施方式的变形方式。在变形方式中，供电单元1s侧的基板结构未变化，受电单元1a的侧的基板结构被变形。图2是示意性地说明第一实施方式的非接触供电装置1的变形方式的受电单元1a侧的基板结构的图。
变形方式的受电单元1a具有受电侧共振基板75a及受电基板71a。通过安装有受电侧共振电容器45而构成受电侧共振基板75a。受电侧共振基板75a具有担负受电侧共振电容器45的连接的连接器77。
通过安装有形成受电电路5的电路元件而构成受电基板71a。受电基板71a具有担负受电电路5的连接的连接器72及2组端子对73、74。连接器72被嵌合而连接于受电侧共振基板75a的连接器77。第一端子对73被连接于电气负载el。第二端子对74被连接于受电线圈41。需要说明的是，也可以是形成受电电路5的电路元件的一部分被安装于受电基板71a，其余部分被安装于受电侧共振基板75a。
第一实施方式的变形方式的效果与第一实施方式相同，因此省略说明。
(5.第二实施方式的非接触供电装置1b)
接下来，关于第二实施方式的非接触供电装置1b，主要说明与第一实施方式不同的点。图3是示意性地说明第二实施方式的非接触供电装置1b的结构的图。第二实施方式的非接触供电装置1b被应用于基板生产线9。如图所示，通过排列有多台基板生产机91～93而构成基板生产线9。图3的左右方向是基板生产机91～93的排列方向，也是后述的移动体99的移动方向。
各基板生产机91～93被模块化，排列方向的宽度尺寸彼此相等。基板生产机91～93能够进行排列位置的顺序变更、及与模块化的其他的基板生产机的替换。基板生产机91～93的排列台数不受限定，也可以进行从后方增加排列台数的模块增设应对。作为基板生产机91～93可以例示电子元件装配机，而并不限定于此。
在基板生产机91～93的前方配设有沿排列方向延伸的图示省略的导轨。移动体99沿着导轨在移动方向上移动。移动体99担负着从图示省略的保管库送入各基板生产机91～93中使用的机材或构件并使使用后的机材或构件返回保管库的作用。
在第二实施方式的非接触供电装置1b中，在各基板生产机91～93的前侧分别设有2个供电单元1s。如图3所示，2个供电单元1s共有交流电源电路25。即，2个供电单元1s的各供电线圈31分别经由电源开关26而并联连接于交流电源电路25。2个供电线圈31分别被进行接通/断开控制。另一方面，在移动体99的与基板生产机91～93面对的侧面98设有2个受电单元1r。2个受电单元1r将受电电路5的输出侧汇总为一个，向共通的电气负载el供电。
在此，多个供电线圈31及2个受电线圈41的移动方向的长度、及沿移动方向相邻的相互分离距离被设定为能稳定地进行非接触供电。即，与移动体99的位置无关而始终使供电线圈31与至少1个受电线圈41成为正对状态。正对状态是指受电线圈41的移动方向上的长度整体与供电线圈31的移动方向上的长度范围内相对的状态。处于正对状态的受电线圈41具有单独也能够驱动电气负载el的受电容量。
转向第二实施方式的非接触供电装置1b的基板结构的说明。图4是示意性地说明第二实施方式的非接触供电装置1b的供电单元1s侧的基板结构的图。如图所示，分离为分体的供电基板61b及供电侧共振基板65b在2个供电单元1s中共用。通过安装有形成交流电源电路25的电路元件及2个电源开关26而构成供电基板61b。供电基板61b具有担负交流电源电路25的连接的2组连接器62b。
通过安装有2组供电侧共振电容器35及导体36而构成供电侧共振基板65b。供电侧共振基板65b具有担负供电侧共振电容器35及导体36的连接的2组连接器66b及2组端子对67b。2组连接器66b与供电基板61b的2组连接器62b以1对1的方式嵌合而连接。2组端子对67b分别被连接于供电线圈31。
另一方面，图5是示意性地说明第二实施方式的非接触供电装置1b的受电单元1r侧的基板结构的图。如图所示，分离为分体的受电侧共振基板75b及受电基板71b在2个受电单元1r中共用。通过安装有2个受电侧共振电容器45而构成受电侧共振基板75b。受电侧共振基板75b具有担负受电侧共振电容器45的连接的2组端子对76b及2组连接器77b。2组端子对76b分别被连接于受电线圈41。
通过安装有形成2组受电电路5的电路元件而构成受电基板71b。受电基板71b具有担负受电电路5的连接的2组连接器72b及2组端子对73b。2组连接器72b与受电侧共振基板75b的2组连接器77b以1对1的方式嵌合而连接。2组端子对73b并联连接于电气负载el。
在第二实施方式中，也与第一实施方式同样，供电基板61b及受电基板71b可以设为一种。另一方面，关于供电侧共振基板65b及受电侧共振基板75b，准备多个种类。对于多个种类的供电侧共振基板65b及受电侧共振基板75b，仅通过根据多个种类的供电线圈31及受电线圈41来变更静电电容值cs、cr就能够应对。因此，不需要基板65b、75b的新设计等。
在第二实施方式的非接触供电装置1b中，供电单元1s及受电单元1r中的至少一方存在多个，共振基板(供电侧共振基板65b、受电侧共振基板75b)被多个供电单元1s或多个受电单元1r共用，包括多个共振元件(供电侧共振电容器35、受电侧共振电容器45)而构成。由此，能够实现使与多个供电线圈31或多个受电线圈41对应的基板结构共用化，有利于成本的削减。
此外，供电单元1s在构成基板生产线9的多个基板生产机91～93上分别各设置相同数量(2个)，受电单元1r被设置于沿着多个基板生产机91～93的排列方向而移动的移动体99。
由此，在基板生产机91～93的排列位置的顺序变更、及与模块化后的其他的基板生产机的替换、以及增设排列台数的模块增设应对这所有情况下，非接触供电装置1b能确保良好的受电状态。因此，在基板生产线9的线结构的变更时或模块增设应对时，与非接触供电装置1b相关的换产调整作业简单。
另外，对应各基板生产机91～93的尺寸或向移动体99供电的供电容量的大小，来变更供电线圈31及受电线圈41的形状或尺寸等特性。此时，可以将一种供电基板61b及受电基板71b与选择的供电侧共振基板65b及受电侧共振基板75b组合而构成非接触供电装置1b。因此，根据第二实施方式，能够提供一种具有通用性的基板结构的非接触供电装置1b。
(6.实施方式的应用及变形)
需要说明的是，供电基板61、61b、供电侧共振基板65、65b、受电基板71、71b及受电侧共振基板75、75b可以不必为基板的形状。例如，可以取代供电基板61、61b而使用箱形状的交流电源装置。这种情况下，供电侧共振基板65、65b相对于交流电源装置是分体的，产生与第一及第二实施方式同样的效果。本发明还能够进行除此以外的各种应用或变形。
产业上的可利用性
除了第二实施方式中说明的基板生产线9以外，本发明的非接触供电装置还能够利用于生产其他制品的组装线或加工线、电动车辆的行驶中供电等广泛的领域。
附图标记说明
1、1b：非接触供电装置；
1s：供电单元；1r、1a：受电单元；
2：交流电源电路；25：交流电源电路；26：电源开关；
31：供电线圈；35：供电侧共振电容器；
41：受电线圈；45：受电侧共振电容器；
5：受电电路；
61、61b：供电基板；65、65b：供电侧共振基板；
71、71a、71b：受电基板；
75、75a、75b：受电侧共振基板；
9：基板生产线；91～93：基板生产机；99：移动体；
el：电气负载。