JP2021072670A - Radio equipment - Google Patents

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Abstract

To achieve high accuracy of voltage application to a load on the basis of electric power radio-transmitted.SOLUTION: The radio equipment includes: a power transmission coil (101) for radio-transmitting electric power; a power reception coil (201) for radio-receiving the electric power of the power transmission coil; a switch circuit (106) for applying a voltage to the power transmission coil on the basis of a first switching signal; a rectifier circuit (206) for rectifying the voltage output from the power reception coil and applying the rectified voltage to a load on the basis of a second switching signal; and a first phase shift circuit (102) for giving a phase difference to the first switching signal and the second switching signal.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、無線装置に関する。 The present invention relates to a wireless device.

モータに電力を供給して駆動させるシステムがある。例えば半導体露光装置では、ウエハを露光位置に移動させるためのステージ上に、ウエハ上にパターンを形成するためにウエハを微細移動させるモータが搭載されており、そのモータを駆動するための電力を供給する給電ケーブルがステージ上に接続されている。このケーブルは、ステージの移動に併せて動くため、ケーブルの張力がステージの位置決め精度に影響を与える。そこで、モータ駆動のための電力伝送を無線化することが考えられている。 There is a system that supplies electric power to a motor to drive it. For example, in a semiconductor exposure apparatus, a motor for finely moving a wafer to form a pattern on the wafer is mounted on a stage for moving the wafer to an exposure position, and power is supplied to drive the motor. The power supply cable is connected on the stage. Since this cable moves as the stage moves, the tension of the cable affects the positioning accuracy of the stage. Therefore, it is considered to make the power transmission for driving the motor wireless.

特許文献1には、車輪を無線で駆動するモータの構成が記載されている。無線でモータ駆動するためには、電力伝送だけでなく、モータ駆動回路や整流回路の制御信号も無線で送る必要があるため、電波を用いた無線通信を行っている。この通信を用いて可動側にあるモータ駆動回路へ制御信号を送ることで、モータ駆動回路の制御を実現している。 Patent Document 1 describes a configuration of a motor that wirelessly drives wheels. In order to drive a motor wirelessly, it is necessary to send not only power transmission but also control signals of a motor drive circuit and a rectifier circuit wirelessly, so wireless communication using radio waves is performed. By sending a control signal to the motor drive circuit on the movable side using this communication, the control of the motor drive circuit is realized.

特許第6219495号公報Japanese Patent No. 6219495

近年、モータ等の負荷部に印加する電圧を高精度に制御することが求められている。例えば半導体露光装置において、ステージの移動を高速かつ高精度に行うために、モータ制御の高速化が求められる。特許文献1に記載の方法は、電波を用いた無線通信に数百μs〜数msの遅延が生じるため、モータ駆動回路への制御信号を数百μs以下の周期で送ってモータ制御を高速化することは難しい。 In recent years, it has been required to control the voltage applied to a load unit such as a motor with high accuracy. For example, in a semiconductor exposure apparatus, high-speed motor control is required in order to move the stage at high speed and with high accuracy. Since the method described in Patent Document 1 causes a delay of several hundred μs to several ms in wireless communication using radio waves, a control signal to the motor drive circuit is sent at a cycle of several hundred μs or less to speed up motor control. It's difficult to do.

本発明の目的は、無線送電される電力に基づく負荷への電圧印加の精度を向上させることである。 An object of the present invention is to improve the accuracy of voltage application to a load based on wirelessly transmitted power.

本発明の無線装置は、電力を無線送電する送電コイルと、前記送電コイルの電力を無線受電する受電コイルと、第1のスイッチング信号を基に、前記送電コイルに電圧を印加するスイッチ回路と、第2のスイッチング信号を基に、前記受電コイルから出力される電圧を整流し、前記整流された電圧を負荷に印加する整流回路と、前記第1のスイッチング信号と前記第2のスイッチング信号に位相差を与える第1の移相回路とを有する。 The wireless device of the present invention includes a power transmission coil that wirelessly transmits power, a power reception coil that wirelessly receives power from the power transmission coil, and a switch circuit that applies a voltage to the power transmission coil based on a first switching signal. Based on the second switching signal, a rectifying circuit that rectifies the voltage output from the power receiving coil and applies the rectified voltage to the load, and the first switching signal and the second switching signal. It has a first phase shift circuit that gives a phase difference.

本発明によれば、無線送電される電力に基づく負荷への電圧印加の精度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of applying a voltage to a load based on wirelessly transmitted electric power.

可動ステージに無線装置を適用した場合のシステム構成図である。It is a system configuration diagram when a wireless device is applied to a movable stage. 無線装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a wireless device. 整流回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a rectifier circuit. 入出力電圧の実測例を示す図である。It is a figure which shows the actual measurement example of the input / output voltage. 無線装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a wireless device. 無線装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a wireless device. 無線装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a wireless device.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態による半導体露光装置などの可動ステージに適用した無線装置の構成例を示す図である。無線装置は、送電部100と、受電部200と、送電コイル101と、受電コイル201を有する。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wireless device applied to a movable stage such as a semiconductor exposure apparatus according to the first embodiment. The wireless device includes a power transmission unit 100, a power reception unit 200, a power transmission coil 101, and a power reception coil 201.

受電部200は、可動ステージ401の上に配置され、送電部100に対して物理的に移動する。送電部100は、可動ステージ401の上ではなく、その可動ステージ401を動かす可動ステージ動力源402が配置される固定側に配置されており、自身は動かない。 The power receiving unit 200 is arranged on the movable stage 401 and physically moves with respect to the power transmitting unit 100. The power transmission unit 100 is arranged not on the movable stage 401 but on the fixed side where the movable stage power source 402 for moving the movable stage 401 is arranged, and does not move itself.

送電部100と受電部200との間には、無線で給電および通信するための送電コイル101と受電コイル201がある。送電コイル101と受電コイル201は、互いに非接触である。受電コイル201も可動ステージ401の上に配置されており、可動ステージ401と共に移動する。送電コイル101を可動ステージ401の移動範囲をカバーするように長尺にすることで、可動ステージ401が任意の位置に移動しても、受電部200内のモータに非接触で給電することができる。 Between the power transmission unit 100 and the power reception unit 200, there are a power transmission coil 101 and a power reception coil 201 for wirelessly feeding and communicating. The power transmission coil 101 and the power reception coil 201 are not in contact with each other. The power receiving coil 201 is also arranged on the movable stage 401 and moves together with the movable stage 401. By making the power transmission coil 101 long so as to cover the moving range of the movable stage 401, even if the movable stage 401 moves to an arbitrary position, power can be supplied to the motor in the power receiving unit 200 in a non-contact manner. ..

送電コイル101の形状は、例えば横長の楕円形のコイルであり、受電コイル201は送電コイル101に比べて短尺なコイルである。受電コイル201が長尺であり、送電コイル101が短尺でもよい。 The shape of the power transmission coil 101 is, for example, a horizontally long elliptical coil, and the power reception coil 201 is a shorter coil than the power transmission coil 101. The power receiving coil 201 may be long and the power transmitting coil 101 may be short.

図2は、第1の実施形態による無線装置300の構成例を示すブロック図である。無線装置300は、送電部100と、受電部200と、送電コイル101と、受電コイル201を有する。送電コイル101と受電コイル201の間は、物理的には接続されておらず、送電コイル101から受電コイル201へ電力が非接触で送られる。送電部100と受電部200の間も、物理的に接続されていない。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the wireless device 300 according to the first embodiment. The wireless device 300 includes a power transmission unit 100, a power reception unit 200, a power transmission coil 101, and a power reception coil 201. The power transmission coil 101 and the power reception coil 201 are not physically connected, and power is transmitted from the power transmission coil 101 to the power reception coil 201 in a non-contact manner. The power transmission unit 100 and the power reception unit 200 are also not physically connected.

送電部100は、移相回路102と、コントローラ103と、電源104と、基準周波数源105と、スイッチ回路106を有する。受電部200は、基準周波数源202と、受電回路204と、ゲート駆動回路205と、整流回路206と、モータ400を有する。 The power transmission unit 100 includes a phase-locked loop 102, a controller 103, a power supply 104, a reference frequency source 105, and a switch circuit 106. The power receiving unit 200 includes a reference frequency source 202, a power receiving circuit 204, a gate drive circuit 205, a rectifier circuit 206, and a motor 400.

電源104は、モータ400を駆動する電力源である。スイッチ回路106は、基準周波数源105が生成する基準周波数信号を移相回路102により移相したスイッチング制御信号によってスイッチング素子を駆動し、電源104から供給される電力を高周波スイッチングし、無線電力伝送可能な高周波電力に変換する。このとき、スイッチング周波数は、コントローラ103の指令信号の周期、すなわちモータ制御周波数よりも高い。 The power source 104 is a power source that drives the motor 400. The switch circuit 106 drives a switching element by a switching control signal in which the reference frequency signal generated by the reference frequency source 105 is phase-shifted by the phase shift circuit 102, high-frequency switching the power supplied from the power supply 104, and wireless power transmission is possible. Converts to high frequency power. At this time, the switching frequency is higher than the cycle of the command signal of the controller 103, that is, the motor control frequency.

コントローラ103は、光学センサなどから得られる現在のモータ400の位置情報を基に次の位置の指令を出す。具体的には、コントローラ103は、モータ400の推力を決める電源104の出力電圧振幅値とモータの動く向きを決めるモータ印加電圧符号情報を出力する。出力電圧振幅値は、コントローラ103から電源104へ指令信号を送ることで、電源104が出力電圧振幅値を指令された値に変える。モータ印加電圧符号情報は、コントローラ103から移相回路102に出力される。基準周波数源105は、基準周波数信号を移相回路102に出力する。移相回路102は、コントローラ103が出力するモータ印加電圧符号情報を基に、基準周波数源105が出力する基準周波数信号を移相した信号を第1のスイッチング信号としてスイッチ回路106に出力する。 The controller 103 issues a command for the next position based on the current position information of the motor 400 obtained from an optical sensor or the like. Specifically, the controller 103 outputs the output voltage amplitude value of the power supply 104 that determines the thrust of the motor 400 and the motor applied voltage code information that determines the direction in which the motor moves. The output voltage amplitude value is changed from the output voltage amplitude value to the commanded value by the power supply 104 by sending a command signal from the controller 103 to the power supply 104. The motor applied voltage code information is output from the controller 103 to the phase shifting circuit 102. The reference frequency source 105 outputs a reference frequency signal to the phase-locked loop 102. The phase shift circuit 102 outputs a signal obtained by shifting the reference frequency signal output by the reference frequency source 105 to the switch circuit 106 as a first switching signal based on the motor applied voltage code information output by the controller 103.

スイッチ回路106は、第1のスイッチング信号(電圧F3)を基に、送電コイル101に対して、モータ制御に必要な情報を含んだ送電電圧(電流)を供給(印加)する。送電コイル101は、電力を無線送電する。送電コイル101と非接触で、かつ電磁気的に結合している受電コイル201は、送電コイル101の電磁界によって励振され、高周波電力を発生する。受電コイル201は、送電コイル101の電力を無線受電する。 The switch circuit 106 supplies (applies) a power transmission voltage (current) including information necessary for motor control to the power transmission coil 101 based on the first switching signal (voltage F3). The power transmission coil 101 wirelessly transmits electric power. The power receiving coil 201, which is not in contact with the power transmission coil 101 and is electromagnetically coupled, is excited by the electromagnetic field of the power transmission coil 101 to generate high-frequency power. The power receiving coil 201 wirelessly receives the electric power of the power transmitting coil 101.

受電回路204は、受電コイル201と整流回路206との間に設けられる。受電回路204は、インダクタとコンデンサを含んだ共振回路で形成されており、その共振周波数は、スイッチ回路106のスイッチング動作周波数と略等しい。受電回路204の出力は、整流回路206に接続される。 The power receiving circuit 204 is provided between the power receiving coil 201 and the rectifier circuit 206. The power receiving circuit 204 is formed of a resonance circuit including an inductor and a capacitor, and its resonance frequency is substantially equal to the switching operating frequency of the switch circuit 106. The output of the power receiving circuit 204 is connected to the rectifier circuit 206.

整流回路206は、ゲート駆動回路205の第2のスイッチング信号(電圧F6)を基に、受電回路204の出力電圧を整流し、整流された電圧をモータ400に印加する。ここで、第2のスイッチング信号は、基準周波数源202に周波数同期した信号である。基準周波数源202は、基準周波数源105と周波数同期し、ゲート駆動回路205に基準周波数信号を出力する。ゲート駆動回路205は、基準周波数源202の基準周波数信号を基に、第2のスイッチング信号により整流回路206を駆動する。なお、基準周波数源105と基準周波数源202が周波数同期しているならば、整流回路206の出力電圧(電力)は、移相回路102の移相量によって制御することが可能となる。モータ400は、負荷であり、整流回路206の出力電圧により、回転する。 The rectifier circuit 206 rectifies the output voltage of the power receiving circuit 204 based on the second switching signal (voltage F6) of the gate drive circuit 205, and applies the rectified voltage to the motor 400. Here, the second switching signal is a signal frequency-synchronized with the reference frequency source 202. The reference frequency source 202 synchronizes with the reference frequency source 105 and outputs a reference frequency signal to the gate drive circuit 205. The gate drive circuit 205 drives the rectifier circuit 206 with a second switching signal based on the reference frequency signal of the reference frequency source 202. If the reference frequency source 105 and the reference frequency source 202 are frequency-synchronized, the output voltage (electric power) of the rectifier circuit 206 can be controlled by the phase shift amount of the phase shift circuit 102. The motor 400 is a load and is rotated by the output voltage of the rectifier circuit 206.

基準周波数源202は、基準周波数源105の基準周波数信号を電磁界結合通信や光結合通信によって非接触伝送する手段によって置き換えることができる。例えば、レーザや指向性の鋭い発光ダイオードを固定側の基準周波数源105に配置し、ステージの移動方向に沿って発光させておき、その光路上に受光面が位置するようにフォトダイオードなどの受光素子を可動側の基準周波数源202に配置すればよい。本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、信号の非接触伝送は電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。 The reference frequency source 202 can be replaced by means for non-contact transmission of the reference frequency signal of the reference frequency source 105 by electromagnetic field coupling communication or optical coupling communication. For example, a laser or a light emitting diode with sharp directivity is placed on a reference frequency source 105 on the fixed side, light is emitted along the moving direction of the stage, and a light receiving surface such as a photodiode is positioned on the light path. The element may be arranged at the reference frequency source 202 on the movable side. The electromagnetic field coupling in the present embodiment includes both an electric field coupling and a magnetic field coupling. That is, the non-contact transmission of the signal may be performed by electric field coupling, magnetic field coupling, or both electric field coupling and magnetic field coupling.

また、整流回路206は、アクティブスイッチング素子を用いた同期整流とすることで、ダイオードでは整流できない数mVの小さな電圧でも整流でき、微小電圧をモータ400に印加することができるため、モータ400を高精度に制御可能となる。 Further, the rectifier circuit 206 can rectify even a small voltage of several mV, which cannot be rectified by a diode, by performing synchronous rectification using an active switching element, and a minute voltage can be applied to the motor 400, so that the motor 400 is made high. It becomes possible to control with precision.

なお、送電コイル101と受電コイル201は、プリント基板の配線で形成してもよい。プリント基板に磁性シートを貼付して、磁界結合時の損失を低減してもよい。また、送電コイル101と受電コイル201は、フェライト等の磁性体とリッツ線等の巻線を用いた巻線トランスでもよい。 The power transmission coil 101 and the power reception coil 201 may be formed by wiring on a printed circuit board. A magnetic sheet may be attached to the printed circuit board to reduce the loss during magnetic field coupling. Further, the power transmission coil 101 and the power reception coil 201 may be a winding transformer using a magnetic material such as ferrite and windings such as litz wire.

次に、無線装置300の動作原理を数学的観点で説明する。図2中の電圧F1〜F7は、各部の電圧波形の関数で表される。電圧F1は、電源104の出力電圧であり、モータ駆動に必要な電圧の絶対値であり、[数1]で表すことができる。 Next, the operating principle of the wireless device 300 will be described from a mathematical point of view. The voltages F1 to F7 in FIG. 2 are represented by a function of the voltage waveform of each part. The voltage F1 is the output voltage of the power supply 104, is an absolute value of the voltage required to drive the motor, and can be represented by [Equation 1].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

電圧F4は、基準周波数源105の出力電圧であり、[数2]で表される。なお、電圧F4は、矩形波を用いてもよい。 The voltage F4 is the output voltage of the reference frequency source 105 and is represented by [Equation 2]. A rectangular wave may be used as the voltage F4.

Figure 2021072670
Figure 2021072670

電圧F3は、コントローラ103の指令に従って、移相回路102によって位相差φだけ移相されたスイッチ回路106の制御信号であり、[数3]で表される。 The voltage F3 is a control signal of the switch circuit 106 whose phase difference φ is shifted by the phase shifting circuit 102 according to the command of the controller 103, and is represented by [Equation 3].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

スイッチ回路106は、電圧F1とF3とを時間軸上で掛け合わせる掛け算器として考えることができ、その出力電圧F2は、[数4]で与えられる。 The switch circuit 106 can be thought of as a multiplier that multiplies the voltages F1 and F3 on the time axis, and the output voltage F2 is given by [Equation 4].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

この電圧F2は、送電コイル101から受電コイル201へ電磁界結合を介して伝搬し、受電回路204によって力率調整がなされた後、整流回路206へ入力される。なお、便宜上、ここでは、送電コイル101と受電コイル201は、電圧比1:1で理想的に結合していると仮定する。整流回路206の入力電圧F5は、[数5]で与えられる。 This voltage F2 propagates from the power transmission coil 101 to the power reception coil 201 via electromagnetic field coupling, and is input to the rectifier circuit 206 after the power factor is adjusted by the power reception circuit 204. For convenience, it is assumed here that the power transmission coil 101 and the power reception coil 201 are ideally coupled at a voltage ratio of 1: 1. The input voltage F5 of the rectifier circuit 206 is given by [Equation 5].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

ここで、θは、送電コイル101から整流回路206の直前に至るまでの伝搬遅延や、受電回路204の共振のずれによる位相差の総和である。電圧F6は、整流回路206の駆動信号であり、[数6]で表すことができる。なお、電圧F6は、必ずしも、電圧F4の位相と同期している必要はないが、ここでは、簡単のため位相差0としている。移相回路102は、電圧F3と電圧F6に位相差φを与えている。電圧F3と電圧F6は、周期が同じである。 Here, θ is the sum of the phase differences due to the propagation delay from the power transmission coil 101 to just before the rectifier circuit 206 and the resonance shift of the power reception circuit 204. The voltage F6 is a drive signal of the rectifier circuit 206 and can be represented by [Equation 6]. The voltage F6 does not necessarily have to be synchronized with the phase of the voltage F4, but here, the phase difference is set to 0 for the sake of simplicity. The phase-locked loop 102 gives a phase difference φ to the voltage F3 and the voltage F6. The voltage F3 and the voltage F6 have the same period.

Figure 2021072670
Figure 2021072670

整流回路206は、スイッチ回路106と同様に、掛け算器として考えることができるので、その出力電圧F7は、[数7]で与えられる。 Since the rectifier circuit 206 can be considered as a multiplier like the switch circuit 106, its output voltage F7 is given by [Equation 7].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

ここで、[数7]について、第1項目は、掛け算により発生する高調波成分を意味している。整流回路206の出力には、電力伝送周波数に対して十分低いインピーダンスを示す平滑用コンデンサが実装されるため、高調波成分は無視できる程度に減衰する。結果として、モータ400の駆動電圧は、第2項目で表される。したがって、モータ400の駆動電圧F7は、[数8]で与えられる。 Here, regarding [Equation 7], the first item means a harmonic component generated by multiplication. Since a smoothing capacitor showing an impedance sufficiently low with respect to the power transmission frequency is mounted on the output of the rectifier circuit 206, the harmonic component is attenuated to a negligible degree. As a result, the drive voltage of the motor 400 is represented by the second item. Therefore, the drive voltage F7 of the motor 400 is given by [Equation 8].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

[数8]は、移相回路102の移相量φによって、モータ制御電圧F7を正弦的に制御可能であることを示している。なお、[数8]の最大値は、電源104の1/2と読み取れるが、これはスイッチ回路106を正弦波駆動した場合の結果であり、デューティ比が50%の理想矩形波で駆動したと仮定すれば、[数8]の最大値は電源104と同一になる。したがって、その場合のモータ駆動電圧F7’は、[数9]として書き換えられる。 [Equation 8] indicates that the motor control voltage F7 can be sinusically controlled by the phase shift amount φ of the phase shift circuit 102. The maximum value of [Equation 8] can be read as 1/2 of the power supply 104, but this is the result when the switch circuit 106 is driven by a sine wave, and it is said that the switch circuit 106 is driven by an ideal square wave with a duty ratio of 50%. Assuming, the maximum value of [Equation 8] is the same as that of the power supply 104. Therefore, the motor drive voltage F7'in that case is rewritten as [Equation 9].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

以上で、無線装置300の動作を簡易的ではあるが、数学的に表すことができた。以下に、モータ400の正転・逆転制御を行う具体例を示す。移相量φを0とπで交互に切り替えたとき、電圧F7’は、[数10]で与えられる。 With the above, the operation of the wireless device 300 can be expressed mathematically although it is simple. A specific example of performing forward / reverse control of the motor 400 is shown below. When the phase shift amount φ is alternately switched between 0 and π, the voltage F7'is given by [Equation 10].

Figure 2021072670
Figure 2021072670

[数10]より、正転・逆転制御を行うためには、電源104の入力電圧の値や伝搬遅延θにかかわらず、移相量φを0とπで切り替えれば良いことが分かる。例えば、移相量が0のとき、モータ駆動電圧F7’が1Vだったとすると、移相量がπに変化すると、モータ駆動電圧F7’は−1Vに変化する。 From [Equation 10], it can be seen that in order to perform forward rotation / reverse rotation control, the phase shift amount φ should be switched between 0 and π regardless of the value of the input voltage of the power supply 104 and the propagation delay θ. For example, when the phase shift amount is 0 and the motor drive voltage F7'is 1 V, when the phase shift amount changes to π, the motor drive voltage F7'changes to -1V.

以上の動作を言い換えると、基準周波数源105と基準周波数源202が周波数同期してさえいれば、制御信号を非接触伝送することなく、モータ400の推力・正転・逆転を制御することが可能となる。モータ400の駆動を高精度に実施するためには、電源104の出力電圧に対するモータ駆動電圧F7’の変化が、電圧値によらず一定の割合で比例関係になっていることが望ましい。何らかの要因で、この比例関係が崩れる条件が存在する場合には、移相回路102において、移相量を微調整することで、比例関係を改善することが可能である。 In other words, as long as the reference frequency source 105 and the reference frequency source 202 are frequency-synchronized, it is possible to control the thrust, forward rotation, and reverse rotation of the motor 400 without transmitting the control signal in a non-contact manner. It becomes. In order to drive the motor 400 with high accuracy, it is desirable that the change of the motor drive voltage F7'with respect to the output voltage of the power supply 104 has a proportional relationship at a constant ratio regardless of the voltage value. When there is a condition in which this proportional relationship is broken for some reason, the proportional relationship can be improved by finely adjusting the phase shift amount in the phase-locked loop 102.

また、[数10]において、θが0であれば、モータ駆動電圧F7’の絶対値は、電源104の出力電圧Aと等しくなり、最も理想的である。この条件を満たすために、整流回路206の出力電圧と電源104の出力電圧の対応を予め測定し、その対応が最も適した状態になるように、移相回路102の初期位相を調整すると良い。 Further, in [Equation 10], when θ is 0, the absolute value of the motor drive voltage F7'is equal to the output voltage A of the power supply 104, which is the most ideal. In order to satisfy this condition, it is preferable to measure the correspondence between the output voltage of the rectifier circuit 206 and the output voltage of the power supply 104 in advance and adjust the initial phase of the phase shifting circuit 102 so that the correspondence becomes the most suitable state.

図3は、整流回路206の構成例を示す図である。一般的な同期整流回路は、スイッチング素子を4個使用して実現するが、この構成の場合、正負両方に変化する整流出力を出力することができない。なぜなら、スイッチ素子にはボディーダイオードやそれと等価の寄生素子が存在し、トランジスタのドレイン−ソース間に逆バイアスがかかると、ゲートの駆動状態にかかわらず、ドレイン−ソース間が導通状態になってしまうためである。そのため、整流回路206は、1つのゲート駆動回路につき2つのスイッチング素子で構成される複数の双方向スイッチを有する。この構成とすることで、ゲート駆動回路がオン制御を実施しない限り、スイッチング素子が導通することはなく、正負に両方に変化する整流出力を出力することが可能となる。なお、ソース−ゲート間の駆動電源は、絶縁電源等によって構成し、各ソース電位を基準として、5〜10V程度の電圧を供給可能な浮動電源から供給することで実現できる。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the rectifier circuit 206. A general synchronous rectifier circuit is realized by using four switching elements, but in the case of this configuration, it is not possible to output a rectified output that changes in both positive and negative directions. This is because a body diode or an equivalent parasitic element exists in the switch element, and if a reverse bias is applied between the drain and source of the transistor, the drain and source become conductive regardless of the drive state of the gate. Because. Therefore, the rectifier circuit 206 has a plurality of bidirectional switches composed of two switching elements for one gate drive circuit. With this configuration, unless the gate drive circuit performs on-control, the switching element does not conduct, and it is possible to output a rectified output that changes both positively and negatively. The drive power supply between the source and the gate is configured by an insulated power supply or the like, and can be realized by supplying a voltage of about 5 to 10 V from a floating power supply capable of supplying a voltage based on each source potential.

次に、整流回路206の動作を説明する。基本的には、整流回路206の出力電圧の大小・正負にかかわらず、ゲート駆動回路205が基準周波数源105と同じ周波数で各双方向スイッチを制御すれば、機能要件を達成できる。具体的には、基準周波数源105と同じ周波数で、ある半周期の間は整流回路206の4つの双方向スイッチのうち左上と右下をオンとし、左下と右上をオフとし、次の半周期の間は前述の逆の動作に切り替えれば良い。この動作を繰り返しているうちに、移相回路102の移相量φが変化すれば、その移相量φに応じた整流出力電圧F7’が得られることは先に述べたとおりである。 Next, the operation of the rectifier circuit 206 will be described. Basically, regardless of whether the output voltage of the rectifier circuit 206 is large or small, if the gate drive circuit 205 controls each bidirectional switch at the same frequency as the reference frequency source 105, the functional requirement can be achieved. Specifically, at the same frequency as the reference frequency source 105, for a certain half cycle, the upper left and lower right of the four bidirectional switches of the rectifier circuit 206 are turned on, the lower left and upper right are turned off, and the next half cycle. During that time, the operation may be switched to the reverse operation described above. As described above, if the phase shift amount φ of the phase shift circuit 102 changes while this operation is repeated, the rectified output voltage F7'corresponding to the phase shift amount φ can be obtained.

なお、このゲート駆動シーケンスにおいて、例えば、右上と右下の双方向スイッチが同時にオン状態となると、貫通電流が流れ、大きな損失を生じる。場合によっては、この損失によって、双方向スイッチが損傷する恐れがあり、好ましくない。したがって、双方向スイッチの切り替えタイミングにおいて、ゲート駆動信号に、いわゆるデッドタイムを挿入し、貫通電流を避ける対策が必要である。複数の双方向スイッチの駆動信号は、貫通電流を防止するためのデッドタイムが設けられる。デッドタイムの挿入は、周波数同期に対して何ら影響を与えないため、整流動作に支障を与えるものではない。なお、整流回路206は、フルブリッジ型で説明したが、センタータップ型でもよい。その場合、受電コイル201をセンタータップ型にする必要があり、配線が複雑化するが、整流回路206のスイッチング素子の数を4つに減らすことができる。 In this gate drive sequence, for example, when the upper right and lower right bidirectional switches are turned on at the same time, a through current flows and a large loss occurs. In some cases, this loss can damage the bidirectional switch, which is not desirable. Therefore, it is necessary to insert a so-called dead time in the gate drive signal at the switching timing of the bidirectional switch to avoid a through current. The drive signals of the plurality of bidirectional switches are provided with a dead time to prevent a through current. Since the insertion of the dead time has no effect on the frequency synchronization, it does not interfere with the rectification operation. Although the rectifier circuit 206 has been described as a full bridge type, it may be a center tap type. In that case, it is necessary to make the power receiving coil 201 a center tap type, which complicates the wiring, but the number of switching elements of the rectifier circuit 206 can be reduced to four.

このようなシンプルな回路構成で正負の電圧を出力可能な整流回路206を実現できるのは、無線装置300の小型化の観点で非常にメリットが大きい。加えて、整流回路206の機能要件を満たすために必要な条件は、基準周波数源105と周波数同期した制御信号で駆動されることだけであり、比較的容易に実現することができる。一方で、一般的なモータ制御信号はPWM信号である。高精度で高速なPWM駆動を実現するために必要な情報を、低遅延で非接触伝送するためには、その伝送システムが複雑化し、また高速化の上限を律速する主要因になる。 Realizing a rectifier circuit 206 capable of outputting positive and negative voltages with such a simple circuit configuration is extremely advantageous from the viewpoint of miniaturization of the wireless device 300. In addition, the only condition required to satisfy the functional requirements of the rectifier circuit 206 is that it is driven by a control signal frequency-synchronized with the reference frequency source 105, which can be realized relatively easily. On the other hand, a general motor control signal is a PWM signal. In order to perform non-contact transmission of information necessary for realizing high-precision and high-speed PWM drive with low delay, the transmission system becomes complicated and becomes a main factor that determines the upper limit of high-speed speed.

図4は、電源104の出力電圧に対するモータ400への印加電圧を測定した入出力電圧の測定結果である。横軸が電源104の出力電圧、すなわち入力電圧であり、縦軸がモータ400への印加電圧、すなわち出力電圧である。移相回路102の移相機能によって出力電圧を正電圧と負電圧で切り替え、両方の電位について測定を実施した。図4には、併せて入出力電圧が一致した場合の理想曲線も描いている。スイッチング周波数は4MHzであり、3mHのインダクタを疑似負荷としてモータ400の代わりに接続している。0V〜30Vまでの任意の電圧を無線で給電できている。理想曲線より出力電圧が低くなっている部分がある。その部分は、図4の測定結果を基に、電圧の低下分だけ電源104の出力電圧を上げるようにコントローラ103から電源104への出力電圧振幅の指令値を補正するか、移相回路102によって移相量を調整することで理想曲線に近づけることができる。この結果により、無線装置300の実用性が示された。 FIG. 4 is a measurement result of the input / output voltage obtained by measuring the voltage applied to the motor 400 with respect to the output voltage of the power supply 104. The horizontal axis is the output voltage of the power supply 104, that is, the input voltage, and the vertical axis is the voltage applied to the motor 400, that is, the output voltage. The output voltage was switched between a positive voltage and a negative voltage by the phase shifting function of the phase shifting circuit 102, and measurements were performed for both potentials. FIG. 4 also draws an ideal curve when the input / output voltages match. The switching frequency is 4 MHz, and a 3 mH inductor is connected instead of the motor 400 as a pseudo load. Any voltage from 0V to 30V can be supplied wirelessly. There is a part where the output voltage is lower than the ideal curve. In that part, based on the measurement result of FIG. 4, the command value of the output voltage amplitude from the controller 103 to the power supply 104 is corrected so as to raise the output voltage of the power supply 104 by the amount of the voltage drop, or the phase shift circuit 102 is used. The ideal curve can be approached by adjusting the amount of phase shift. This result showed the practicality of the wireless device 300.

無線装置300は、無線で給電を行うモータ駆動回路において、モータ制御の高速化、および可動側回路の小型軽量化を実現することができる。 The wireless device 300 can realize high-speed motor control and small size and light weight of the movable side circuit in the motor drive circuit that supplies power wirelessly.

(第2の実施形態)
第2の実施形態は、無線電力伝送に用いるスイッチング周波数と基準周波数源の周波数を任意に設定しつつ、第1の実施形態の動作原理を満たすための無線装置300について述べる。
(Second Embodiment)
The second embodiment describes the wireless device 300 for satisfying the operating principle of the first embodiment while arbitrarily setting the switching frequency and the frequency of the reference frequency source used for wireless power transmission.

図5(a)は、第2の実施形態による無線装置300の構成例を示す図である。図5(a)は、図2に対して、基準周波数源202を削除し、PLL(Phase Locked Loop)回路107,207および移相回路208を追加したものである。図5(a)中のf1〜f3は、各部における信号の周波数を示している。 FIG. 5A is a diagram showing a configuration example of the wireless device 300 according to the second embodiment. In FIG. 5A, the reference frequency source 202 is deleted and the PLL (Phase Locked Loop) circuits 107 and 207 and the phase shifting circuit 208 are added to FIG. F1 to f3 in FIG. 5A show the frequency of the signal in each part.

無線電力伝送に用いるスイッチング周波数は、アンテナ形状や送電電力、入力電圧によってさまざまな値を取りうる。また、そのスイッチング周波数は、10〜100kHzの精度で調整する必要がある。基準周波数源105として水晶振動子やMEMS発振器等が用いられるが、これらのデバイスは離散的な周波数で製品化されており、細かな精度で出力周波数を可変するような用途には向いていない。このような課題解決のために、PLL(Phase Locked Loop)回路107および207が用いられる。 The switching frequency used for wireless power transmission can take various values depending on the shape of the antenna, the transmitted power, and the input voltage. Further, the switching frequency needs to be adjusted with an accuracy of 10 to 100 kHz. A crystal oscillator, a MEMS oscillator, or the like is used as the reference frequency source 105, but these devices are commercialized at discrete frequencies and are not suitable for applications in which the output frequency is varied with fine precision. In order to solve such a problem, PLL (Phase Locked Loop) circuits 107 and 207 are used.

第2の実施形態では、基準周波数源105として水晶振動子等を使用する。送電部100中のPLL回路107と受電部200中のPLL回路207は、基準周波数源105の出力信号を共有する。2つのPLL回路107および207の出力周波数f2の設定値を、無線電力伝送に適した値として共通に設定することで、環境に応じた柔軟な設計が可能となる。PLL回路107の出力信号は移相回路102に入力され、PLL回路207の出力信号は移相回路208に入力される。 In the second embodiment, a crystal oscillator or the like is used as the reference frequency source 105. The PLL circuit 107 in the power transmission unit 100 and the PLL circuit 207 in the power reception unit 200 share the output signal of the reference frequency source 105. By commonly setting the set values of the output frequencies f2 of the two PLL circuits 107 and 207 as values suitable for wireless power transmission, flexible design according to the environment becomes possible. The output signal of the PLL circuit 107 is input to the phase shifting circuit 102, and the output signal of the PLL circuit 207 is input to the phase shifting circuit 208.

図5(a)は、図2に対して、受電部200にも移相回路208を追加している。受電部200の移相回路208は、送電部100の移相回路102と同様の処理を実施する。移相回路208の出力信号は、ゲート駆動回路205に入力される。移相回路208は、受電部200が受電している電圧又は電流波形を取得し、[数5]中のθを検出し、これを所望の値に調整しようとする場合に有用である。 In FIG. 5A, a phase-locked loop 208 is also added to the power receiving unit 200 with respect to FIG. The phase-locked loop 208 of the power receiving unit 200 performs the same processing as the phase-locked circuit 102 of the power transmission unit 100. The output signal of the phase-locked loop 208 is input to the gate drive circuit 205. The phase-locked loop 208 is useful when acquiring the voltage or current waveform received by the power receiving unit 200, detecting θ in [Equation 5], and adjusting this to a desired value.

基準周波数源105は、基準周波数信号を出力する。PLL回路107は、基準周波数信号を入力し、移相回路102に信号を出力する。PLL回路207は、基準周波数信号を入力する。移相回路208は、PLL回路207の出力信号を移相する。ゲート駆動回路205は、移相回路208の出力信号を基に、整流回路206に第2のスイッチング信号を出力する。 The reference frequency source 105 outputs a reference frequency signal. The PLL circuit 107 inputs a reference frequency signal and outputs the signal to the phase shifting circuit 102. The PLL circuit 207 inputs a reference frequency signal. The phase shift circuit 208 shifts the output signal of the PLL circuit 207. The gate drive circuit 205 outputs a second switching signal to the rectifier circuit 206 based on the output signal of the phase shift circuit 208.

移相回路102と移相回路208は、CRローパスフィルタと波形整形回路を組み合わせたアナログ回路方式で実現することができ、または、高速なクロックで駆動しているシフトレジスタの出力タップ位置を変更することでも実現できる。移相回路102と移相回路208は、シフトレジスタを用いる場合、出力信号のジッタが懸念される。そのため、移相回路102と移相回路208は、シフトレジスタの駆動クロックが電力伝送周波数に比べて十分に速い(数10MHz〜数GHz)、もしくは、電力伝送周波数の整数倍でかつ、位相同期していることが望ましい。 The phase-locked circuit 102 and the phase-locked circuit 208 can be realized by an analog circuit system that combines a CR low-pass filter and a waveform shaping circuit, or change the output tap position of a shift register driven by a high-speed clock. It can also be realized. When the phase-locked circuit 102 and the phase-locked circuit 208 use a shift register, there is a concern about jitter in the output signal. Therefore, in the phase-locked circuit 102 and the phase-locked circuit 208, the drive clock of the shift register is sufficiently faster than the power transmission frequency (several tens of MHz to several GHz), or is an integral multiple of the power transmission frequency and is phase-locked. It is desirable to be.

スイッチ回路106の回路トポロジーとしては、フルブリッジ型、ハーフブリッジ型、またはプッシュプル型が採用される。移相回路102の出力信号は、上記の各回路トポロジーの駆動に適した形態に適宜変更する必要がある。例えば、ハーフブリッジ型を駆動する場合には、デッドタイムを挿入する必要がある。図5(b)は、移相回路102の出力信号と、ハーフブリッジ型のスイッチ回路106の駆動のためにデッドタイムが挿入された駆動信号の関係を示す。図5(b)からわかるように、デッドタイムが挿入されたとしても、スイッチ回路106の駆動信号の周期は移相回路102の周期と一致して保存されているため、スイッチ回路106の駆動信号と整流回路206の駆動信号は周波数同期可能である。なお、スイッチ回路106は、電力変換効率の向上を目的として、ZCS(Zero Current Switching)動作またはZVS(Zero Voltage Switching)動作するように、スイッチ回路106の定数を設計すると良い。 As the circuit topology of the switch circuit 106, a full bridge type, a half bridge type, or a push-pull type is adopted. The output signal of the phase-locked loop 102 needs to be appropriately changed to a form suitable for driving each of the above circuit topologies. For example, when driving a half-bridge type, it is necessary to insert a dead time. FIG. 5B shows the relationship between the output signal of the phase-locked loop 102 and the drive signal in which the dead time is inserted for driving the half-bridge type switch circuit 106. As can be seen from FIG. 5B, even if the dead time is inserted, the cycle of the drive signal of the switch circuit 106 is stored in accordance with the cycle of the phase-locked loop 102, so that the drive signal of the switch circuit 106 is stored. And the drive signal of the rectifying circuit 206 are frequency-locked. The switch circuit 106 may be designed so that the switch circuit 106 operates in ZCS (Zero Current Switching) operation or ZVS (Zero Voltage Switching) operation for the purpose of improving the power conversion efficiency.

(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態による無線装置300の構成例を示す図である。第3の実施形態においては、図5(a)の構成に対して、さらに機能を拡張し、より設計の柔軟性を向上させるとともに、一般的な集積回路(マイクロコントローラやFPGA)の内蔵機能を利用するのに適した手法を述べる。具体的には、図6は、図5(a)に対して、分周/移相回路108、109、203および209を追加し、コスト制約や回路規模を鑑みて、各部に適した分周比または移相量を設定する。
(Third Embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the wireless device 300 according to the third embodiment. In the third embodiment, the functions are further expanded with respect to the configuration shown in FIG. 5A to further improve the design flexibility, and the built-in functions of general integrated circuits (microcontroller and FPGA) are added. Describe the method suitable for use. Specifically, FIG. 6 adds frequency division / phase-locked loops 108, 109, 203 and 209 to FIG. 5A, and divides the frequency suitable for each part in consideration of cost constraints and circuit scale. Set the ratio or phase shift amount.

分周/移相回路108および209は、それぞれ、図5(a)の移相回路102および208の代わりに設けられる。基準周波数源105の出力信号は、分周/移相回路109を介してPLL回路107に出力される。また、基準周波数源105の出力信号は、分周/移相回路203を介してPLL回路207に出力される。 The frequency dividing / phase-locked loops 108 and 209 are provided in place of the phase-locked loops 102 and 208 of FIG. 5 (a), respectively. The output signal of the reference frequency source 105 is output to the PLL circuit 107 via the frequency dividing / phase shifting circuit 109. Further, the output signal of the reference frequency source 105 is output to the PLL circuit 207 via the frequency dividing / phase shifting circuit 203.

基準周波数源202は、基準周波数信号を出力する。分周/移相回路109は、基準周波数信号を分周および移相する。分周/移相回路203は、基準周波数信号を分周および移相する。PLL回路107は、分周/移相回路109の出力信号を入力する。PLL回路207は、分周/移相回路203の出力信号を入力する。分周/移相回路209は、PLL回路207の出力信号を分周および移相する。ゲート駆動回路205は、分周/移相回路209の出力信号を基に、整流回路206に第2のスイッチング信号を出力する。分周/移相回路108は、PLL回路107の出力信号を分周および移相した信号を第1のスイッチング信号としてスイッチ回路106に出力する。 The reference frequency source 202 outputs a reference frequency signal. The frequency dividing / phase shifting circuit 109 divides and shifts the reference frequency signal. The frequency dividing / phase shifting circuit 203 divides and shifts the reference frequency signal. The PLL circuit 107 inputs the output signal of the frequency dividing / phase shifting circuit 109. The PLL circuit 207 inputs the output signal of the frequency dividing / phase shifting circuit 203. The frequency dividing / phase shifting circuit 209 divides and shifts the output signal of the PLL circuit 207. The gate drive circuit 205 outputs a second switching signal to the rectifier circuit 206 based on the output signal of the frequency dividing / phase shifting circuit 209. The frequency dividing / phase shifting circuit 108 outputs the frequency dividing and phase shifting signal of the output signal of the PLL circuit 107 to the switch circuit 106 as a first switching signal.

第3の実施形態の動作条件も、第1の実施形態と同様に、スイッチ回路106のスイッチング信号と整流回路206のゲート駆動信号が周波数同期していることである。したがって、PLL回路による周波数逓倍比と分周回路による分周比の総和が、送電部100と受電部200で一致していれば良いことになる。なお、分周/移相回路203、209やPLL回路207は、必ずしも受電部200中に物理的に配置されている必要はなく、送電部100内に配置した方が容易に制御できる等のメリットがあるならば、送電部100内に配置されても良い。又は、この逆で、分周回路とPLL回路は、受電部200内に集約しても良い。 The operating condition of the third embodiment is that the switching signal of the switch circuit 106 and the gate drive signal of the rectifier circuit 206 are frequency-synchronized as in the first embodiment. Therefore, it is sufficient that the sum of the frequency multiplication ratio by the PLL circuit and the frequency division ratio by the frequency dividing circuit is the same in the power transmitting unit 100 and the power receiving unit 200. The frequency dividing / phase shifting circuits 203 and 209 and the PLL circuit 207 do not necessarily have to be physically arranged in the power receiving unit 200, and there are merits such as being easily controlled by arranging them in the power transmission unit 100. If there is, it may be arranged in the power transmission unit 100. Alternatively, vice versa, the frequency dividing circuit and the PLL circuit may be integrated in the power receiving unit 200.

図6の実用的な周波数関係を示す。基準周波数源105の出力周波数f3は、数10kHz〜数10MHzが適している。この周波数f3の信号は、分周/移相回路109および203により、PLL回路107および207の仕様に合わせて適宜分周され、PLL回路107および207に入力される。 The practical frequency relationship of FIG. 6 is shown. The output frequency f3 of the reference frequency source 105 is preferably several tens of kHz to several tens of MHz. The signal of the frequency f3 is appropriately divided by the frequency dividing / phase shifting circuits 109 and 203 according to the specifications of the PLL circuits 107 and 207, and is input to the PLL circuits 107 and 207.

PLL回路107および207は、先の分周された基準信号を基にして、数10〜数GHzの基準周波数信号(図6中のf2tとf2r)を生成する。この基準周波数信号は、分周/移相回路108および209によって分周・移相され、周波数同期したスイッチング信号f1が得られる。スイッチング信号f1は、スイッチ回路106および整流回路206に入力される。周波数f2tとf2rは、数10〜数GHzであり、それが分周されるというプロセスを通すことで、第2の実施形態で述べたジッタ生成の懸念を排除することができる。上記の機能は、一般的なマイクロコントローラやFPGAの内蔵機能として提供されている。これらを利用することで、使用部品数を削減し、小型化や低コスト化、そして、パラメータをプログラムで柔軟に変更できる拡張性を享受できる。 The PLL circuits 107 and 207 generate reference frequency signals (f2t and f2r in FIG. 6) of several tens to several GHzs based on the previously divided reference signals. This reference frequency signal is divided and phase-shifted by the frequency-dividing / phase-locked circuits 108 and 209, and a frequency-synchronized switching signal f1 is obtained. The switching signal f1 is input to the switch circuit 106 and the rectifier circuit 206. The frequencies f2t and f2r are several tens to several GHz, and by passing through the process of dividing them, the concern of jitter generation described in the second embodiment can be eliminated. The above functions are provided as built-in functions of a general microcontroller or FPGA. By using these, it is possible to reduce the number of parts used, reduce the size and cost, and enjoy the expandability that the parameters can be flexibly changed by the program.

PLL回路と移相回路は、マイクロコントローラのタイマ機能、またはFPGAにより構成することができる。また、PLL回路と移相回路は、カウンタロジック回路や分周回路により構成することができる。 The PLL circuit and the phase shift circuit can be configured by the timer function of the microcontroller or the FPGA. Further, the PLL circuit and the phase shift circuit can be configured by a counter logic circuit or a frequency dividing circuit.

(第4の実施形態)
第4の実施形態では、PLL回路を送電部100または受電部200のどちらか一方のみに配置する例を示す。図7は、送電部100にのみPLL回路107を配置した場合の構成図である。図7は、図6に対して、受電部200の分周/移相回路203,209およびPLL回路207を削除し、送電部100に分周/移相回路110を追加したものである。分周/移相回路110は、PLL回路107の出力信号を入力し、分周・移相した信号をゲート駆動回路205に出力する。
(Fourth Embodiment)
In the fourth embodiment, an example in which the PLL circuit is arranged only in either the power transmission unit 100 or the power reception unit 200 will be shown. FIG. 7 is a configuration diagram when the PLL circuit 107 is arranged only in the power transmission unit 100. FIG. 7 shows that the frequency dividing / phase shifting circuits 203 and 209 of the power receiving unit 200 and the PLL circuit 207 are deleted from FIG. 6, and the frequency dividing / phase shifting circuit 110 is added to the power transmission unit 100. The frequency dividing / phase shifting circuit 110 inputs the output signal of the PLL circuit 107, and outputs the frequency dividing / phase shifting signal to the gate drive circuit 205.

基準周波数源105は、基準周波数信号を出力する。分周/移相回路109は、基準周波数信号を分周および移相する。PLL回路107は、分周/移相回路109の出力信号を入力する。分周/移相回路110は、PLL回路107の出力信号を分周および移相する。ゲート駆動回路205は、分周/移相回路110の出力信号を基に、整流回路206に第2のスイッチング信号を出力する。分周/移相回路108は、PLL回路107の出力信号を分周および移相した信号を第1のスイッチング信号としてスイッチ回路106に出力する。 The reference frequency source 105 outputs a reference frequency signal. The frequency dividing / phase shifting circuit 109 divides and shifts the reference frequency signal. The PLL circuit 107 inputs the output signal of the frequency dividing / phase shifting circuit 109. The frequency dividing / phase shifting circuit 110 divides and shifts the output signal of the PLL circuit 107. The gate drive circuit 205 outputs a second switching signal to the rectifier circuit 206 based on the output signal of the frequency dividing / phase shifting circuit 110. The frequency dividing / phase shifting circuit 108 outputs the frequency dividing and phase shifting signal of the output signal of the PLL circuit 107 to the switch circuit 106 as a first switching signal.

第4の実施形態の動作条件も、第1の実施形態と同様に、スイッチ回路106のスイッチング信号と整流回路206のゲート駆動信号が周波数同期していることである。第4の実施形態は、制御信号の生成を一つの集積回路に統一できるため、設計(制御ソフトウェア設計)が容易になるメリットがある。一方で、受電部200の移相量を変更したい場合には、送電部100に対して受電部200の状態をフィードバックした上で、移相量の変更を要求する必要がある。このフィードバックの遅延が問題にならない場合やフィードバックするための手段を設けることが容易な場合には有用である。 The operating condition of the fourth embodiment is that the switching signal of the switch circuit 106 and the gate drive signal of the rectifier circuit 206 are frequency-synchronized as in the first embodiment. The fourth embodiment has the advantage of facilitating design (control software design) because the generation of control signals can be unified into one integrated circuit. On the other hand, when it is desired to change the phase shift amount of the power receiving unit 200, it is necessary to feed back the state of the power receiving unit 200 to the power transmission unit 100 and then request the change of the phase shift amount. It is useful when this feedback delay is not a problem or when it is easy to provide a means for feedback.

第1〜第4の実施形態によれば、無線装置300は、無線で給電を行い、モータ400を駆動することができる。無線装置300は、制御信号の伝送が不要であるので、モータ400の制御の高速化、可動側回路の小型軽量化を実現することができる。無線装置300は、高速化を妨げる要因であった、制御信号の伝送遅延の影響が消え、モータ400の制御の高速化を実現できる。 According to the first to fourth embodiments, the wireless device 300 can wirelessly supply power and drive the motor 400. Since the wireless device 300 does not require transmission of a control signal, it is possible to realize high speed control of the motor 400 and reduction in size and weight of the movable side circuit. The wireless device 300 can eliminate the influence of the transmission delay of the control signal, which has been a factor hindering the high speed, and can realize the high speed of the control of the motor 400.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that all of the above embodiments merely show examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.

101 送電コイル、102 移相回路、103 コントローラ、104 電源、105 基準周波数源、106 スイッチ回路、201 受電コイル、202 基準周波数源、204 受電回路、205 ゲート駆動回路、206 整流回路、400 モータ 101 power transmission coil, 102 phase shift circuit, 103 controller, 104 power supply, 105 reference frequency source, 106 switch circuit, 201 power receiving coil, 202 reference frequency source, 204 power receiving circuit, 205 gate drive circuit, 206 rectifier circuit, 400 motor

Claims (13)

電力を無線送電する送電コイルと、
前記送電コイルの電力を無線受電する受電コイルと、
第1のスイッチング信号を基に、前記送電コイルに電圧を印加するスイッチ回路と、
第2のスイッチング信号を基に、前記受電コイルから出力される電圧を整流し、前記整流された電圧を負荷に印加する整流回路と、
前記第1のスイッチング信号と前記第2のスイッチング信号に位相差を与える第1の移相回路と
を有することを特徴とする無線装置。
A power transmission coil that wirelessly transmits electric power,
A power receiving coil that wirelessly receives the power of the power transmission coil and
A switch circuit that applies a voltage to the power transmission coil based on the first switching signal,
A rectifier circuit that rectifies the voltage output from the power receiving coil based on the second switching signal and applies the rectified voltage to the load.
A wireless device comprising the first switching signal and a first phase-locked loop that gives a phase difference to the second switching signal.
前記第1のスイッチング信号と前記第2のスイッチング信号は、周期が同じであることを特徴とする請求項1に記載の無線装置。 The wireless device according to claim 1, wherein the first switching signal and the second switching signal have the same period. 前記整流回路は、複数の双方向スイッチを有することを特徴とする請求項1または2に記載の無線装置。 The wireless device according to claim 1 or 2, wherein the rectifier circuit has a plurality of bidirectional switches. 前記複数の双方向スイッチの駆動信号は、貫通電流を防止するためのデッドタイムが設けられていることを特徴とする請求項3に記載の無線装置。 The wireless device according to claim 3, wherein the drive signals of the plurality of bidirectional switches are provided with a dead time for preventing a through current. 前記スイッチ回路は、フルブリッジ型、ハーフブリッジ型、またはプッシュプル型であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の無線装置。 The wireless device according to any one of claims 1 to 4, wherein the switch circuit is a full bridge type, a half bridge type, or a push-pull type. 前記スイッチ回路は、ZCS(Zero Current Switching)動作またはZVS(Zero Voltage Switching)動作することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の無線装置。 The wireless device according to any one of claims 1 to 5, wherein the switch circuit operates in ZCS (Zero Current Switching) operation or ZVS (Zero Voltage Switching) operation. 前記受電コイルと前記整流回路との間に設けられる共振回路をさらに有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の無線装置。 The wireless device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a resonance circuit provided between the power receiving coil and the rectifier circuit. 前記第1の移相回路は、基準周波数信号を移相した信号を前記第1のスイッチング信号として出力することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の無線装置。 The wireless device according to any one of claims 1 to 7, wherein the first phase-locked loop outputs a signal obtained by shifting a reference frequency signal as the first switching signal. 前記第1の移相回路に基準周波数信号を出力する第1の基準周波数源と、
前記第2のスイッチング信号により前記整流回路を駆動する駆動回路と、
前記第1の基準周波数源と周波数同期し、前記駆動回路に基準周波数信号を出力する第2の基準周波数源とをさらに有することを特徴とする請求項8に記載の無線装置。
A first reference frequency source that outputs a reference frequency signal to the first phase-locked loop, and
A drive circuit that drives the rectifier circuit by the second switching signal, and
The wireless device according to claim 8, further comprising a second reference frequency source that is frequency-synchronized with the first reference frequency source and outputs a reference frequency signal to the drive circuit.
基準周波数信号を出力する基準周波数源と、
前記基準周波数信号を入力し、前記第1の移相回路に信号を出力する第1のPLL回路と、
前記基準周波数信号を入力する第2のPLL回路と、
前記第2のPLL回路の出力信号を移相する第2の移相回路と、
前記第2の移相回路の出力信号を基に、前記整流回路に前記第2のスイッチング信号を出力する駆動回路とをさらに有することを特徴とする請求項8に記載の無線装置。
A reference frequency source that outputs a reference frequency signal and
A first PLL circuit that inputs the reference frequency signal and outputs a signal to the first phase shifting circuit, and a first PLL circuit.
A second PLL circuit for inputting the reference frequency signal and
A second phase-locked loop that shifts the output signal of the second PLL circuit, and
The wireless device according to claim 8, further comprising a drive circuit for outputting the second switching signal to the rectifier circuit based on the output signal of the second phase-locked loop.
基準周波数信号を出力する基準周波数源と、
前記基準周波数信号を分周および移相する第1の分周/移相回路と、
前記基準周波数信号を分周および移相する第2の分周/移相回路と、
前記第1の分周/移相回路の出力信号を入力する第1のPLL回路と、
前記第2の分周/移相回路の出力信号を入力する第2のPLL回路と、
前記第2のPLL回路の出力信号を分周および移相する第3の分周/移相回路と、
前記第3の分周/移相回路の出力信号を基に、前記整流回路に前記第2のスイッチング信号を出力する駆動回路とをさらに有し、
前記第1の移相回路は、前記第1のPLL回路の出力信号を分周および移相した信号を前記第1のスイッチング信号として出力することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の無線装置。
A reference frequency source that outputs a reference frequency signal and
A first frequency dividing / phase shifting circuit that divides and shifts the reference frequency signal, and
A second frequency dividing / phase shifting circuit that divides and shifts the reference frequency signal, and
The first PLL circuit that inputs the output signal of the first frequency division / phase shift circuit and
The second PLL circuit that inputs the output signal of the second frequency division / phase shift circuit and
A third frequency dividing / phase shifting circuit that divides and shifts the output signal of the second PLL circuit, and
Based on the output signal of the third frequency dividing / phase shifting circuit, the rectifier circuit further includes a drive circuit that outputs the second switching signal.
Any one of claims 1 to 7, wherein the first phase-locked loop outputs a signal obtained by dividing and phase-shifting the output signal of the first PLL circuit as the first switching signal. The wireless device described in the section.
基準周波数信号を出力する基準周波数源と、
前記基準周波数信号を分周および移相する第1の分周/移相回路と、
前記第1の分周/移相回路の出力信号を入力する第1のPLL回路と、
前記第1のPLL回路の出力信号を分周および移相する第2の分周/移相回路と、
前記第2の分周/移相回路の出力信号を基に、前記整流回路に前記第2のスイッチング信号を出力する駆動回路とをさらに有し、
前記第1の移相回路は、前記第1のPLL回路の出力信号を分周および移相した信号を前記第1のスイッチング信号として出力することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の無線装置。
A reference frequency source that outputs a reference frequency signal and
A first frequency dividing / phase shifting circuit that divides and shifts the reference frequency signal, and
The first PLL circuit that inputs the output signal of the first frequency division / phase shift circuit and
A second frequency dividing / phase shifting circuit that divides and shifts the output signal of the first PLL circuit, and
Based on the output signal of the second frequency dividing / phase shifting circuit, the rectifier circuit further includes a drive circuit that outputs the second switching signal.
Any one of claims 1 to 7, wherein the first phase-locked loop outputs a signal obtained by dividing and phase-shifting the output signal of the first PLL circuit as the first switching signal. The wireless device described in the section.
前記負荷は、モータであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の無線装置。 The wireless device according to any one of claims 1 to 12, wherein the load is a motor.
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