JP2021072671A - 制御システム - Google Patents
制御システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021072671A JP2021072671A JP2019196440A JP2019196440A JP2021072671A JP 2021072671 A JP2021072671 A JP 2021072671A JP 2019196440 A JP2019196440 A JP 2019196440A JP 2019196440 A JP2019196440 A JP 2019196440A JP 2021072671 A JP2021072671 A JP 2021072671A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- clock signal
- switching
- voltage
- switching clock
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/05—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using capacitive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
- B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
- B60L2220/40—Electrical machine applications
- B60L2220/44—Wheel Hub motors, i.e. integrated in the wheel hub
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
- H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
- H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
【課題】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。【解決手段】制御システムは、第1のスイッチングクロック信号と第2のスイッチングクロック信号に位相差を与える移相部(108)と、送電コイル(101)と、第1のスイッチングクロック信号を基に、入力電圧をスイッチングし、スイッチングした電圧を送電コイルに印加するスイッチング回路(106)と、送電コイルから出力される電力を電磁界結合により受電する受電コイル(201)と、第2のスイッチングクロック信号を無線伝送し、第3のスイッチングクロック信号を出力する無線伝送部と、第3のスイッチングクロック信号を基に、受電コイルから入力された電圧をスイッチングにより整流し、整流した電圧を負荷へ印加する整流回路(206)とを有し、整流回路に受電コイルから入力される電圧と第3のスイッチングクロック信号は、位相が異なる。【選択図】図1
Description
本発明は、制御システムに関する。
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。
モータ駆動を無線化する技術として、特許文献1には、車両が備える車輪を無線で駆動するモータシステムが記載されている。そのモータシステムでは、モータ駆動するための電力を無線で伝送するだけでなく、電波を用いた無線通信を用いて受電側(可動側)にある整流回路へ制御信号を送ることで整流動作を実現し、直流電圧を生成している。
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、ステージの位置決めの高精度化のためには、モータへ数mVの微小な電圧を印加することが求められる。特許文献1に記載の技術においては、送電側(固定側)にあるスイッチング回路のスイッチングノイズも整流されてしまうため、数十mVのノイズ電圧が生じることが考えられる。
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。
本発明の制御システムは、第1のスイッチングクロック信号と第2のスイッチングクロック信号に位相差を与える移相部と、送電コイルと、前記第1のスイッチングクロック信号を基に、入力電圧をスイッチングし、前記スイッチングした電圧を前記送電コイルに印加するスイッチング回路と、前記送電コイルから出力される電力を電磁界結合により受電する受電コイルと、前記第2のスイッチングクロック信号を無線伝送し、第3のスイッチングクロック信号を出力する無線伝送部と、前記第3のスイッチングクロック信号を基に、前記受電コイルから入力された電圧をスイッチングにより整流し、前記整流した電圧を負荷へ印加する整流回路とを有し、前記整流回路に前記受電コイルから入力される電圧と前記第3のスイッチングクロック信号は、位相が異なる。
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。
以下、図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態による制御システム300の構成例を示すブロック図である。制御システム300は、送電部100と、受電部200と、モータ400を有する。送電部100と受電部200の間は、物理的には接続されていない。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、送信結合器102から受信結合器202へスイッチングクロック信号が非接触で送られる。
図1は、第1の実施形態による制御システム300の構成例を示すブロック図である。制御システム300は、送電部100と、受電部200と、モータ400を有する。送電部100と受電部200の間は、物理的には接続されていない。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、送信結合器102から受信結合器202へスイッチングクロック信号が非接触で送られる。
送電部100は、送電コイル101と、送信結合器102と、コントローラ103と、電源104と、送信回路105と、スイッチング回路106と、生成部107と、移相部108を有する。移相部108は、位相差設定部109と、伝搬遅延補正部110を有する。受電部200は、受電コイル201と、受信結合器202と、受信回路203と、受電回路204と、ゲート駆動回路205と、モータ駆動回路206を有する。
コントローラ103は、モータ位置情報を基に、モータ400に印加する電圧を決め、電源104へ入力電圧値の指示を出力する。電源104は、入力電圧値の指示に応じた電圧をスイッチング回路106に出力する。スイッチング回路106は、移相部108からのスイッチングクロック信号を基に、電源104から出力された入力電圧をスイッチングし、スイッチングした電圧を送電コイル101に印加する。送電コイル101は、電力を無線送電する。受電コイル201は、送電コイル101から出力される電力を電磁界結合により受電する。受電回路204は、受電コイル201とモータ駆動回路206との間に設けられる。受電回路204は、共振回路であり、受電コイル201が受電した電力をモータ駆動回路206に出力する。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、無線送電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。
生成部107は、スイッチング回路106とモータ駆動回路206の中にある同期整流回路のスイッチングタイミングを決めるためのスイッチングクロック信号を生成する。移相部108は、生成部107により生成されたスイッチングクロック信号の位相を変えて、スイッチング回路106と送信回路105に出力する。具体的には、移相部108は、スイッチング回路106に出力するスイッチングクロック信号と送信回路105に出力するスイッチングクロック信号とに位相差を与える。送信回路105は、スイッチングクロック信号を、送信結合器102と受信結合器202を介して、非接触で受信回路203に送信する。受信回路203は、受信したスイッチングクロック信号をゲート駆動回路205に出力する。その後、ゲート駆動回路205は、スイッチングクロック信号を基に、モータ駆動回路206の同期整流回路を駆動するスイッチングクロック信号に変換し、モータ駆動回路206へ出力する。送信回路105と送信結合器102と受信結合器202と受信回路203とゲート駆動回路205は、無線伝送部であり、移相部108から入力したスイッチングクロック信号を無線伝送し、モータ駆動回路206にスイッチングクロック信号を出力する。
モータ駆動回路206は、同期整流回路を有し、モータ駆動回路206へ入力されるスイッチングクロック信号を基に、受電回路204から入力された電圧をスイッチングにより整流し、整流した電圧をモータ400に供給する。モータ400は、負荷であり、電力に応じて動作する。
モータ駆動回路206へ入力されるモータ駆動電圧は、生成部107から出力されたスイッチングクロック信号を基にスイッチングするスイッチング回路106から送電コイル101と受電コイル201と受電回路204を通ってモータ駆動回路206へ送られたモータ駆動電圧である。モータ駆動回路206へ入力されるスイッチングクロック信号は、生成部107から出力されたスイッチングクロック信号が送信回路105と送信結合器102と受信結合器202と受信回路203とゲート駆動回路205を通ってモータ駆動回路206へ送られたスイッチングクロック信号である。移相部108は、モータ駆動回路206に入力されるモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号とに位相差を与えるために、生成部107からスイッチング回路106へ入力されるスイッチングクロック信号と生成部107から送信回路105へ入力されるスイッチングクロック信号との位相差を調整する。移相部108は位相差設定部109と伝搬遅延補正部110とを有し、それぞれで移相を行う。
モータ駆動回路206に入力されるモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号のスイッチングタイミングは、いずれも同じ生成部107から出力されたスイッチングクロック信号に基づいて決まるものである。しかし、仮に移相部108による位相調整が行われないとすると、モータ駆動電圧を伝送する信号とスイッチングクロック信号を伝送する信号とで生成部107からモータ駆動回路206に到達するまでに通った経路が異なるため、伝搬遅延が異なり、それによって位相も異なる。伝搬遅延補正部110は、この経路の違いにより生じる位相差の分だけ、送信回路105へ出力するスイッチングクロック信号の位相を補正する。すなわち、位相差設定部109による位相調整が行われない場合には、伝搬遅延補正部110による位相補正によって、モータ駆動回路206に入力されるモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号とが同位相となる。伝搬遅延補正部110による移相量はシステム構成で決まる固定値であり、事前に測定しておいて設定しておいてもよい。
一方、位相差設定部109は、モータ駆動回路206へ入力されるモータ駆動電圧と、モータ駆動回路206へ入力されるスイッチングクロック信号との間に、伝搬遅延に起因しない任意の位相差が生まれるように、位相調整を行う。上述のように、位相差設定部109で設定する移相量を0°とすると、伝搬遅延補正部110での補正分のみの移相となるため、モータ駆動回路206へ入力されるモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号の位相差は0°となる。そして、位相差設定部109がスイッチング回路106に入力されるスイッチングクロック信号と伝搬遅延補正部110に入力されるスイッチングクロック信号との間に所定量の位相差を与えると、モータ駆動回路206へ入力されるモータ駆動電圧と、モータ駆動回路206へ入力されるスイッチングクロック信号との間に、同じ量の位相差が発生する。これにより、モータ駆動回路206の同期整流回路は、受電回路204から入力されるモータ駆動電圧が0Vとなるタイミングと、ゲート駆動回路205からのスイッチングクロック信号により整流するスイッチング素子がオン/オフするタイミングがずれる。そのため、モータ駆動電圧とスイッチングクロック信号の位相差が0°のときと比較して、同期整流回路の出力の直流電圧値が低くなる。これにより、スイッチング回路106で発生したスイッチングノイズは、送電コイル101と受電コイル201と受電回路204を通ってモータ駆動回路206へ伝搬してきても、モータ400へ出力されない。そのため、電源104から送られてきた微小な電圧は、ノイズ電圧に埋もれさせることなく、モータ400へ印加することができる。
例えば、送電部100は制御システム300が実装される装置の固定部に設けられ、受電部200は可動部に設けられる。送電コイル101は、受電コイル201に対して長尺である。受電コイル201は、当該長尺の方向に1軸移動可能である。
図2は、スイッチング回路106で発生したスイッチングノイズがどのように伝搬してモータ400へ印加されるかを示す図である。3つの電圧波形は、回路シミュレーションの結果である。3つの電圧波形は、左から順に、送電コイル101を模擬したインダクタンスに発生する電圧、共振用コンデンサを含めた受電コイル201に発生する電圧、モータ駆動回路206で整流された後のモータ400に発生する電圧である。
電源104は、入力電圧が0Vである。スイッチング回路106は、スイッチング素子を4MHzでスイッチングさせている。電源104が0Vであるため、送電コイル101、受電コイル201、およびモータ400に発生する電圧も0Vであって欲しい。しかし、スイッチング素子のゲートに入力している4MHzの矩形波の高周波成分がドレインに漏れ出し、送電コイル101に伝搬している。そして、受電コイル201が受電し、モータ駆動回路206が整流した結果、9mV程度の直流電圧がノイズ電圧として、モータ400へ出力されている。このノイズ電圧により、例えばモータ400に5mVだけ印加しようとして電源104から5mVを入力しても、この9mVのノイズ電圧に埋もれてしまい、9mVが出力される。すなわち、電源104は、9mV以下の微小な電圧を印加することができず、モータ400を高精度に制御することができない。
図3は、電源104からの入力電圧とモータ400への出力電圧の関係を測定した結果を示す図である。横軸は、電源104からスイッチング回路106への入力電圧を示す。縦軸は、モータ駆動回路206からモータ400への出力電圧を示す。破線は、横軸の入力電圧と縦軸の出力電圧が一致した場合を表している。丸のプロットは、モータ駆動回路206のモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号との位相差が0°である場合を示す。三角のプロットは、例として、モータ駆動回路206のモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号との位相差が60°である場合を示す。位相差が0°の場合、前述のノイズ電圧が出力されてしまうために、入力電圧が10mV以下のときに出力電圧が10mV以下とならず、0V〜10mVの入力電圧に対して出力電圧が10mVとなってしまっている。このような状態では、モータ400に10mV以下の微小な電圧を印加することができない。それに対し、位相差を60°にすると、位相差0°の場合と比較して、出力電圧が全体的に下がり、0Vの入力電圧時に出力電圧が最小2mVとなっている。このような状態ならば、モータ400に10mV以下の微小な電圧を印加することができ、モータ400を高精度に制御することができる。尚、本実施形態では、位相差を60°として説明したが、制御システム300の各部の構成により位相差と出力電圧値の関係は変わるため、所望の微小電圧が得られるように、任意の位相差を選択して設定すればよい。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態による制御システム300を説明する。以下、第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点について説明する。第2の実施形態による制御システム300は、図1に示すシステム構成において、移相部108がコントローラ103からの信号を受け取れるように、移相部108とコントローラ103が接続されている。コントローラ103は、移相部108の位相差設定部109へ位相差切替指示を出力する。図3において、位相差を60°にずらすことで微小電圧が出力できるようになっている。10mV以上の電圧を出力する場合は、位相差が0°の場合と比較して出力電圧が低下している分、入力電圧を大きくしなければならない。これは、位相差をずらした分、モータ駆動回路206の同期整流回路で損失が増えているためであり、大電圧を出力する場合は損失も大きくなり、スイッチング素子の劣化、破壊につながる。そこで、出力電圧を微小電圧としたい場合と大電圧としたい場合とで、位相差を0°と60°で切り替える制御を追加する。コントローラ103は、モータ位置情報を基にモータ400に印加する電圧を決め、電源104へ入力電圧値の指示を出力する。コントローラ103は、その入力電圧値に予め閾値を設け、その閾値を下回る入力電圧値の指示を出力する場合は、位相差設定部109へ位相差を0°に設定するように指示信号を出力する。また、コントローラ103は、閾値を上回る入力電圧値の指示を出力する場合は、位相差設定部109へ位相差を60°に設定するように指示信号を出力する。例えば閾値を10mVとすると、コントローラ103は、モータ位置情報を基に決定した電源104へ指示する電圧値が0〜10mVの場合は、位相差設定部109へ位相差60°を指示する。また、コントローラ103が電源104へ指示する電圧値が10mV以上の場合は、コントローラ103は、位相差設定部109へ位相差0°を指示する。尚、位相差60°を指示した場合は、位相差0°の場合と比較して損失が発生するが、微小電圧出力のときのみのため、損失の絶対値は小さく問題にならない。また、上記の説明では、電源104の入力電圧値による位相差切替指示は、コントローラ103が行っているが、移相部108が自ら電源104の入力電圧値を検出して、位相差を切り替えてもよい。
次に、第2の実施形態による制御システム300を説明する。以下、第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点について説明する。第2の実施形態による制御システム300は、図1に示すシステム構成において、移相部108がコントローラ103からの信号を受け取れるように、移相部108とコントローラ103が接続されている。コントローラ103は、移相部108の位相差設定部109へ位相差切替指示を出力する。図3において、位相差を60°にずらすことで微小電圧が出力できるようになっている。10mV以上の電圧を出力する場合は、位相差が0°の場合と比較して出力電圧が低下している分、入力電圧を大きくしなければならない。これは、位相差をずらした分、モータ駆動回路206の同期整流回路で損失が増えているためであり、大電圧を出力する場合は損失も大きくなり、スイッチング素子の劣化、破壊につながる。そこで、出力電圧を微小電圧としたい場合と大電圧としたい場合とで、位相差を0°と60°で切り替える制御を追加する。コントローラ103は、モータ位置情報を基にモータ400に印加する電圧を決め、電源104へ入力電圧値の指示を出力する。コントローラ103は、その入力電圧値に予め閾値を設け、その閾値を下回る入力電圧値の指示を出力する場合は、位相差設定部109へ位相差を0°に設定するように指示信号を出力する。また、コントローラ103は、閾値を上回る入力電圧値の指示を出力する場合は、位相差設定部109へ位相差を60°に設定するように指示信号を出力する。例えば閾値を10mVとすると、コントローラ103は、モータ位置情報を基に決定した電源104へ指示する電圧値が0〜10mVの場合は、位相差設定部109へ位相差60°を指示する。また、コントローラ103が電源104へ指示する電圧値が10mV以上の場合は、コントローラ103は、位相差設定部109へ位相差0°を指示する。尚、位相差60°を指示した場合は、位相差0°の場合と比較して損失が発生するが、微小電圧出力のときのみのため、損失の絶対値は小さく問題にならない。また、上記の説明では、電源104の入力電圧値による位相差切替指示は、コントローラ103が行っているが、移相部108が自ら電源104の入力電圧値を検出して、位相差を切り替えてもよい。
以上のように、移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧に応じて、スイッチング回路106へのスイッチングクロック信号と送信回路105へのスイッチングクロック信号との位相差を変化させる。例えば、移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧と閾値との比較結果に応じて、スイッチング回路106へのスイッチングクロック信号と送信回路105へのスイッチングクロック信号との位相差を変化させる。
具体的には、移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧が閾値以上である場合には、モータ駆動回路206のモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号との位相が同じになるように、上記の位相差を与える。また、移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧が閾値未満である場合には、モータ駆動回路206のモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号との位相が異なるように、上記の位相差を与える。
また、本実施形態の前述した例において、4mV〜12mVの出力電圧を出力したい場合は、コントローラ103から電源104へ指示する電圧値も調整すればよい。その場合は、図3の位相差に対する入出力電圧の関係を予めコントローラ103に記憶させておき、コントローラ103は、入力電圧ではなく出力電圧の閾値を設定する。例えば、出力電圧の閾値を12mVとする。12mV未満の出力電圧を出力したい場合、コントローラ103は、位相差設定部109へ位相差60°を指示し、電源104へは図3の位相差60°の場合の入出力電圧の関係に基づき0〜20mVの電圧値を指示することで、0〜12mVの出力電圧が得られる。12mV以上の電圧を出力したい場合、コントローラ103は、位相差設定部109へ位相差0°を指示し、電源104へは図3の位相差0°の場合の入出力電圧の関係に基づき10mV以上の電圧値を指示する。すると、12mV以上の出力電圧を低損失に得ることができる。尚、本実施形態では、位相差を60°として説明したが、第1の実施形態と同様に、制御システム300の各部の構成により位相差と出力電圧値の関係は変わるため、所望の微小電圧が得られるように任意の位相差を選択して設定すればよい。
移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧に対応するモータ駆動回路206の出力電圧と閾値との比較結果に応じて、スイッチング回路106へのスイッチングクロック信号と送信回路105へのスイッチングクロック信号との位相差を変化させる。
具体的には、移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧に対応するモータ駆動回路206の出力電圧が閾値以上である場合には、モータ駆動回路206のモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号との位相が同じになるように、上記の位相差を与える。また、移相部108は、スイッチング回路106の入力電圧に対応するモータ駆動回路206の出力電圧が閾値未満である場合には、モータ駆動回路206のモータ駆動電圧とスイッチングクロック信号との位相が異なるように、上記の位相差を与える。
また、これまでの説明では、位相差を0°と60°の2通りで切り替えた場合を説明したが、位相差を多段階に切り替えることで、前述のようなコントローラ103から電源104へ指示する電圧値の調整をせずに、任意の出力電圧を得ることができる。図4は、移相部108からスイッチング回路106へ出力するスイッチングクロック信号と移相部108から送信回路105へ出力するスイッチングクロック信号との位相差に対する、モータ400に印加される出力電圧を測定してプロットしたグラフである。横軸は、位相差を示す。縦軸は、出力電圧を示す。電源104からの入力電圧は7Vの一定である。尚、この位相差には、各々のスイッチングタイミングの位相にモータ駆動回路206の同期整流回路に到達するまでの遅延時間が含まれていないため、図3の位相差とは直接対応していない。
図4のグラフを見ると、出力電圧は、位相差に対して正弦波状に変化する。よって、このグラフの例では、位相差135°〜225°というように、特定の90°の範囲で任意に位相差を設定すれば、任意の出力電圧を得ることができる。すなわち、例えば、図3で12mVの出力電圧を出力している状態から12mV以下の出力電圧を出力する場合には、コントローラ103は、図4に挙げた位相差と出力電圧の関係を予め記憶しておき、その関係を基に位相差を変化させていけばよい。コントローラ103は、位相差を徐々に変化させていくことで、入力電圧は一定のままで、出力電圧を徐々に下げていくことができる。すなわち、制御システム300は、微小な出力電圧を出力することができ、モータ400を高精度に制御することができる。
スイッチング回路106の入力電圧は、一定である。モータ駆動回路206は、移相部108が与える位相差に応じて、出力電圧が変化する。
スイッチング回路106の入力電圧は、一定である。モータ駆動回路206は、移相部108が与える位相差に応じて、出力電圧が変化する。
また、モータ400に正負符号が反転した電圧を印加したい場合は、例えば図4において、位相差が135°〜225°の場合の出力電圧を正とすると、45°〜135°の範囲では負の出力電圧が得られる。以上のように、コントローラ103は、位相差を切り替えることで、出力電圧の振幅や出力電圧の正負符号を自由に制御することができる。
尚、第1および第2の実施形態において、送信結合器102と受信結合器202は、電磁界結合または光結合により無線伝送してもよい。送信結合器102と受信結合器202は、電波を用いてもよいが、処理遅延や反射波による通信エラーなどにより制御周期が遅くなる。
また、受信回路203とゲート駆動回路205を動作させるための電源は、モータ400の印加電圧から昇降圧回路等を用いて生成してもよいし、別途送電コイルと受電コイルを設けてもよい。
また、送電コイル101や受電コイル201は、プリント基板の配線で形成してもよい。さらには、プリント基板に磁性シートを貼付して電磁界結合時の損失を低減してもよい。また、送電コイル101や受電コイル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。
本発明は、上記実施形態に制限されるものではなく、様々な変更および変形が可能である。
100 送電部、101 送電コイル、102 送信結合器、103 コントローラ、104 電源、105 送信回路、106 SW回路、107 生成部、108 移相部、109 位相差設定部、110 伝搬遅延補正部、200 受電部、201 受電コイル、202 受信結合器、203 受信回路、204 受電回路、205 ゲート駆動回路、206 モータ駆動回路、300 制御システム、400 モータ
Claims (12)
- 第1のスイッチングクロック信号と第2のスイッチングクロック信号に位相差を与える移相部と、
送電コイルと、
前記第1のスイッチングクロック信号を基に、入力電圧をスイッチングし、前記スイッチングした電圧を前記送電コイルに印加するスイッチング回路と、
前記送電コイルから出力される電力を電磁界結合により受電する受電コイルと、
前記第2のスイッチングクロック信号を無線伝送し、第3のスイッチングクロック信号を出力する無線伝送部と、
前記第3のスイッチングクロック信号を基に、前記受電コイルから入力された電圧をスイッチングにより整流し、前記整流した電圧を負荷へ印加する整流回路とを有し、
前記整流回路に前記受電コイルから入力される電圧と前記第3のスイッチングクロック信号は、位相が異なることを特徴とする制御システム。 - 前記移相部は、
前記受電コイルから前記整流回路に入力される電圧と前記第3のスイッチングクロック信号との間に、伝搬遅延に応じた位相差が生じないように、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号との位相差を補正する補正部と、
前記整流回路に前記受電コイルから入力される電圧と前記第3のスイッチングクロック信号との間に伝搬遅延に起因しない所定の位相差が生じるように、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号との位相差を設定する設定部とを有することを特徴とする請求項1に記載の制御システム。 - 前記移相部は、前記スイッチング回路の前記入力電圧に応じて、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号との位相差を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の制御システム。
- 前記移相部は、前記スイッチング回路の前記入力電圧と閾値との比較結果に応じて、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号との位相差を変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御システム。
- 前記移相部は、
前記スイッチング回路の前記入力電圧が閾値以上である場合には、前記整流回路が前記受電コイルから入力する電圧と前記第3のスイッチングクロック信号との位相が同じになるように、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号に位相差を与え、
前記スイッチング回路の前記入力電圧が閾値未満である場合には、前記整流回路が前記受電コイルから入力する電圧と前記第3のスイッチングクロック信号との位相が異なるように、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号に位相差を与えることを特徴とする請求項4に記載の制御システム。 - 前記移相部は、前記スイッチング回路の前記入力電圧に対応する前記整流回路の出力電圧と閾値との比較結果に応じて、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号との位相差を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の制御システム。
- 前記移相部は、
前記スイッチング回路の前記入力電圧に対応する前記整流回路の出力電圧が閾値以上である場合には、前記整流回路が前記受電コイルから入力する電圧と前記第3のスイッチングクロック信号との位相が同じになるように、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号に位相差を与え、
前記スイッチング回路の前記入力電圧に対応する前記整流回路の出力電圧が閾値未満である場合には、前記整流回路が前記受電コイルから入力する電圧と前記第3のスイッチングクロック信号との位相が異なるように、前記第1のスイッチングクロック信号と前記第2のスイッチングクロック信号に位相差を与えることを特徴とする請求項6に記載の制御システム。 - 前記スイッチング回路の前記入力電圧は、一定であり、
前記整流回路は、前記移相部が与える位相差に応じて、出力電圧が変化することを特徴とする請求項1または2に記載の制御システム。 - 前記無線伝送部は、電磁界結合により無線伝送することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の制御システム。
- 前記無線伝送部は、光結合により無線伝送することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の制御システム。
- 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1〜10のいずれか1項に記載の制御システム。
- 前記負荷は、モータであることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の制御システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019196440A JP2021072671A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 制御システム |
US17/074,409 US11715994B2 (en) | 2019-10-29 | 2020-10-19 | Control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019196440A JP2021072671A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 制御システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021072671A true JP2021072671A (ja) | 2021-05-06 |
Family
ID=75586279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019196440A Pending JP2021072671A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 制御システム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11715994B2 (ja) |
JP (1) | JP2021072671A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023042756A1 (ja) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | キヤノン株式会社 | 送電装置、送電装置の制御方法、受電装置、および受電装置の制御方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010043154A1 (de) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Portables elektronisches Gerät, externes Basisgerät, Verfahren zur Ankopplung des portablen elektronischen Geräts an ein externes Basisgerät und Verwendung des externen Basisgeräts zur Ankopplung des portablen elektronischen Geräts |
WO2012113442A1 (de) * | 2011-02-21 | 2012-08-30 | Sma Solar Technology Ag | Gleichspannungswandler und verfahren zum betreiben eines gleichspannungswandlers |
KR20140025936A (ko) * | 2012-08-23 | 2014-03-05 | 삼성전자주식회사 | 직류/직류 컨버터, 이를 포함하는 전자기기 및 직류/직류 컨버전 방법 |
KR101961218B1 (ko) | 2014-03-07 | 2019-03-22 | 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 | 인휠 모터 시스템 |
JP5995022B1 (ja) * | 2015-09-10 | 2016-09-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 無線電力伝送システムおよび送電装置 |
-
2019
- 2019-10-29 JP JP2019196440A patent/JP2021072671A/ja active Pending
-
2020
- 2020-10-19 US US17/074,409 patent/US11715994B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023042756A1 (ja) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | キヤノン株式会社 | 送電装置、送電装置の制御方法、受電装置、および受電装置の制御方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210126508A1 (en) | 2021-04-29 |
US11715994B2 (en) | 2023-08-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7414405B2 (ja) | 制御システムおよび制御方法 | |
JP6360649B2 (ja) | 無線誘導電力伝送におけるコイルアライメント誤差を検出する方法および装置 | |
US8791601B2 (en) | Wireless power receiving apparatus and wireless power supply system | |
US9143077B2 (en) | Conveying system | |
WO2015097809A1 (ja) | 共振型送信電源装置及び共振型送信電源システム | |
US9071063B2 (en) | Wireless power receiving apparatus | |
US20140152119A1 (en) | Relay device of wireless power transmission system | |
US20140183972A1 (en) | Wireless power transmitter and wireless power receiver | |
US10075086B2 (en) | Inductive power transfer converters and system | |
JP2017175903A (ja) | 無線電力伝送システム | |
US20150180287A1 (en) | Wireless power receiving apparatus | |
JP2017131105A (ja) | 無線電力伝送システム | |
JP2016005393A (ja) | 非接触給電システム | |
JP2021072671A (ja) | 制御システム | |
DE602004027406D1 (de) | Ladungsmodussteuerung für einen serienresonanten konverter | |
WO2015097813A1 (ja) | 共振型電力伝送装置 | |
JP7490369B2 (ja) | 制御システムおよび制御システムの制御方法 | |
US11799326B2 (en) | Control system and control method for the same | |
US20230008049A1 (en) | Control system and method of controlling control system | |
JP2021141757A (ja) | 無線装置 | |
JP6711679B2 (ja) | ワイヤレス受電装置の同期整流回路、その制御回路、制御方法、ワイヤレス受電装置および受電制御回路、電子機器 | |
WO2023042756A1 (ja) | 送電装置、送電装置の制御方法、受電装置、および受電装置の制御方法 | |
US20230127738A1 (en) | Control system and method for controlling the same | |
JP2016005394A (ja) | 非接触給電システム | |
JP2021114840A (ja) | 無線通信システムおよび無線通信システムの通信方法 |