JP7419021B2 - wireless device - Google Patents

wireless device Download PDF

Info

Publication number
JP7419021B2
JP7419021B2 JP2019196439A JP2019196439A JP7419021B2 JP 7419021 B2 JP7419021 B2 JP 7419021B2 JP 2019196439 A JP2019196439 A JP 2019196439A JP 2019196439 A JP2019196439 A JP 2019196439A JP 7419021 B2 JP7419021 B2 JP 7419021B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
signal
frequency
phase shift
phase
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.)
Active
Application number
JP2019196439A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021072670A (en
Inventor
勇輝 庄司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2019196439A priority Critical patent/JP7419021B2/en
Publication of JP2021072670A publication Critical patent/JP2021072670A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7419021B2 publication Critical patent/JP7419021B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は、無線装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to wireless devices.

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 semiconductor exposure equipment, a motor that moves the wafer minutely to form a pattern on the wafer is mounted on the stage that moves the wafer to the exposure position, and power is supplied to drive the motor. A power supply cable is connected to the stage. Since this cable moves with the movement of the stage, the tension of the cable affects the positioning accuracy of the stage. Therefore, it is being considered to wirelessly transmit power for driving the motor.

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 the configuration of a motor that wirelessly drives wheels. In order to drive a motor wirelessly, it is necessary to transmit not only electric power but also control signals for the motor drive circuit and rectifier circuit wirelessly, so wireless communication using radio waves is performed. By using this communication to send control signals to the motor drive circuit on the movable side, control of the motor drive circuit is realized.

特許第6219495号公報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, there has been a demand for highly accurate control of voltage applied to loads such as motors. 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 precision. The method described in Patent Document 1 speeds up motor control by sending control signals to the motor drive circuit at a cycle of several hundred μs or less, since a delay of several hundred μs to several ms occurs in wireless communication using radio waves. 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の移相回路とを有し、前記第1の移相回路は基準周波数信号を移相し、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とのうちの少なくとも1つを出力するThe wireless device of the present invention includes: a power transmitting coil that wirelessly transmits power; a power receiving coil that wirelessly receives power from the power transmitting coil; and a switch circuit that applies voltage to the power transmitting coil based on a first switching signal. a rectifier circuit that rectifies the voltage output from the power receiving coil based on a second switching signal and applies the rectified voltage to a load; a first phase shift circuit that provides a phase difference , the first phase shift circuit phase shifting a reference frequency signal, and at least one of the first switching signal and the second switching signal. Output .

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 voltage application to a load based on wirelessly transmitted 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。FIG. 2 is a diagram illustrating a 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 showing an example of composition 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 example of actual measurement of input-output voltage. 無線装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless device. 無線装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless device. 無線装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a 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 transmitting section 100, a power receiving section 200, a power transmitting coil 101, and a power receiving 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。 Power receiving unit 200 is placed on movable stage 401 and physically moves relative to power transmitting unit 100 . The power transmission unit 100 is not disposed on the movable stage 401 but on the fixed side where the movable stage power source 402 that moves the movable stage 401 is disposed, 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 transmitting unit 100 and the power receiving unit 200, there are a power transmitting coil 101 and a power receiving coil 201 for wireless power supply and communication. Power transmitting coil 101 and power receiving coil 201 are not in contact with each other. Power receiving coil 201 is also placed on movable stage 401 and moves together with movable stage 401. By making the power transmission coil 101 long so as to cover the movement range of the movable stage 401, power can be supplied to the motor in the power receiving unit 200 without contact even if the movable stage 401 moves to an arbitrary position. .

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 transmitting coil 101 is, for example, a horizontally long elliptical coil, and the power receiving coil 201 is a shorter coil than the power transmitting 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. Wireless device 300 includes power transmitting section 100 , power receiving section 200 , power transmitting coil 101 , and power receiving coil 201 . Power transmitting coil 101 and power receiving coil 201 are not physically connected, and power is sent from power transmitting coil 101 to power receiving coil 201 without contact. Power transmitting unit 100 and power receiving 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。 Power transmission unit 100 includes a phase shift circuit 102, a controller 103, a power supply 104, a reference frequency source 105, and a switch circuit 106. 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。 Power source 104 is a power source that drives motor 400. The switch circuit 106 drives a switching element using a switching control signal obtained by phase-shifting the reference frequency signal generated by the reference frequency source 105 by the phase shift circuit 102, performs high-frequency switching of the power supplied from the power supply 104, and is capable of wireless power transmission. converts it into high-frequency power. At this time, the switching frequency is higher than the period 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 current position information of the motor 400 obtained from an optical sensor or the like. Specifically, the controller 103 outputs an output voltage amplitude value of the power source 104 that determines the thrust of the motor 400 and motor applied voltage sign information that determines the direction in which the motor moves. The output voltage amplitude value is determined by sending a command signal from the controller 103 to the power supply 104, and the power supply 104 changes the output voltage amplitude value to the commanded value. Motor applied voltage sign information is output from controller 103 to phase shift circuit 102 . Reference frequency source 105 outputs a reference frequency signal to phase shift circuit 102 . The phase shift circuit 102 outputs a signal obtained by shifting the phase of the reference frequency signal output from the reference frequency source 105 to the switch circuit 106 as a first switching signal based on the motor applied voltage sign information output from 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) containing 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 power. The power receiving coil 201, which is electromagnetically coupled to the power transmitting coil 101 in a non-contact manner, is excited by the electromagnetic field of the power transmitting coil 101 and generates high-frequency power. The power receiving coil 201 receives power from the power transmitting coil 101 wirelessly.

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。 Power receiving circuit 204 is provided between power receiving coil 201 and rectifier circuit 206. The power receiving circuit 204 is formed of a resonant circuit including an inductor and a capacitor, and its resonant frequency is approximately equal to the switching operating frequency of the switch circuit 106. The output of power receiving circuit 204 is connected to 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 whose frequency is synchronized with the reference frequency source 202. The reference frequency source 202 is synchronized in frequency 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 from the reference frequency source 202. Note that if the reference frequency source 105 and the reference frequency source 202 are synchronized in frequency, the output voltage (power) of the rectifier circuit 206 can be controlled by the amount of phase shift of the phase shift circuit 102. Motor 400 is a load and is rotated by the output voltage of 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 a means for non-contactly transmitting the reference frequency signal of the reference frequency source 105 by electromagnetic coupling communication or optical coupling communication. For example, a laser or a light-emitting diode with sharp directivity is placed on the fixed reference frequency source 105 and emitted along the moving direction of the stage, and a light-receiving device such as a photodiode is placed so that the light-receiving surface is located on the optical path. The element may be placed in the reference frequency source 202 on the movable side. The electromagnetic field coupling in this embodiment includes both electric field coupling and magnetic field coupling. That is, contactless transmission of signals 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。 Furthermore, by using synchronous rectification using active switching elements, the rectifier circuit 206 can rectify even a small voltage of several millivolts, which cannot be rectified by a diode, and can apply a minute voltage to the motor 400, thereby increasing the motor 400. Accurate control is possible.

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。 Note that the power transmitting coil 101 and the power receiving 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 loss during magnetic field coupling. Further, the power transmitting coil 101 and the power receiving coil 201 may be a wire-wound transformer using a magnetic material such as ferrite and a winding wire such as a 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 wireless device 300 will be explained from a mathematical perspective. Voltages F1 to F7 in FIG. 2 are expressed as functions of voltage waveforms at each part. The voltage F1 is the output voltage of the power supply 104, and is the absolute value of the voltage required to drive the motor, and can be expressed by [Equation 1].

Figure 0007419021000001
Figure 0007419021000001

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。 Voltage F4 is the output voltage of reference frequency source 105, and is expressed by [Equation 2]. Note that a rectangular wave may be used for the voltage F4.

Figure 0007419021000002
Figure 0007419021000002

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。 Voltage F3 is a control signal of switch circuit 106 whose phase is shifted by phase difference φ by phase shift circuit 102 according to a command from controller 103, and is expressed by [Equation 3].

Figure 0007419021000003
Figure 0007419021000003

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 considered as a multiplier that multiplies voltages F1 and F3 on the time axis, and its output voltage F2 is given by [Equation 4].

Figure 0007419021000004
Figure 0007419021000004

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 transmitting coil 101 to the power receiving coil 201 via electromagnetic coupling, is subjected to power factor adjustment by the power receiving circuit 204, and then input to the rectifier circuit 206. For convenience, it is assumed here that the power transmitting coil 101 and the power receiving 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 0007419021000005
Figure 0007419021000005

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 phase differences due to propagation delay from the power transmitting coil 101 to just before the rectifier circuit 206 and resonance shift of the power receiving circuit 204. Voltage F6 is a drive signal for the rectifier circuit 206, and can be expressed by [Equation 6]. Although voltage F6 does not necessarily need to be synchronized with the phase of voltage F4, here, for simplicity, the phase difference is set to 0. The phase shift circuit 102 provides a phase difference φ between the voltage F3 and the voltage F6. Voltage F3 and voltage F6 have the same period.

Figure 0007419021000006
Figure 0007419021000006

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 0007419021000007
Figure 0007419021000007

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 exhibiting a sufficiently low impedance with respect to the power transmission frequency is mounted on the output of the rectifier circuit 206, harmonic components are attenuated to a negligible extent. As a result, the drive voltage of motor 400 is represented by the second item. Therefore, the drive voltage F7 of the motor 400 is given by [Equation 8].

Figure 0007419021000008
Figure 0007419021000008

[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] shows that the motor control voltage F7 can be controlled sinusoidally by the phase shift amount φ of the phase shift circuit 102. Note that the maximum value in [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 with a sine wave, and when it is driven with an ideal square wave with a duty ratio of 50%. Assuming that, the maximum value of [Equation 8] will be the same as that of the power supply 104. Therefore, the motor drive voltage F7' in that case can be rewritten as [Equation 9].

Figure 0007419021000009
Figure 0007419021000009

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。 As described above, the operation of the wireless device 300 could be expressed mathematically, albeit simply. A specific example of controlling forward/reverse rotation of the motor 400 will be shown below. When the phase shift amount φ is alternately switched between 0 and π, the voltage F7' is given by [Equation 10].

Figure 0007419021000010
Figure 0007419021000010

[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/reverse rotation control, it is sufficient to switch the phase shift amount φ between 0 and π, regardless of the value of the input voltage of the power supply 104 or the propagation delay θ. For example, if the motor drive voltage F7' is 1V when the amount of phase shift is 0, when the amount of phase shift 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 synchronized in frequency, the thrust, forward rotation, and reverse rotation of the motor 400 can be controlled without contactless transmission of control signals. becomes. In order to drive the motor 400 with high precision, it is desirable that the change in the motor drive voltage F7' with respect to the output voltage of the power supply 104 be proportional to the voltage value at a constant rate. If there is a condition where this proportional relationship collapses due to some factor, it is possible to improve the proportional relationship by finely adjusting the amount of phase shift in the phase shift circuit 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], if θ is 0, the absolute value of the motor drive voltage F7' becomes 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 shift 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 typical synchronous rectifier circuit is realized using four switching elements, but with this configuration, it is not possible to output a rectified output that changes both positive and negative. This is because a switch element has a body diode or an equivalent parasitic element, and if a reverse bias is applied between the drain and source of a transistor, the drain and source become conductive regardless of the gate drive state. It's for a reason. Therefore, the rectifier circuit 206 includes a plurality of bidirectional switches each including two switching elements per gate drive circuit. With this configuration, the switching element does not become conductive unless the gate drive circuit performs on control, and it becomes possible to output a rectified output that changes both positive and negative. Note that the driving power source between the source and the gate can be realized by constructing an insulated power source or the like and supplying it from a floating power source capable of supplying a voltage of about 5 to 10 V with each source potential as a reference.

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 explained. Basically, the functional requirements can be achieved if the gate drive circuit 205 controls each bidirectional switch at the same frequency as the reference frequency source 105, regardless of whether the output voltage of the rectifier circuit 206 is large or small, positive or negative. Specifically, at the same frequency as the reference frequency source 105, the upper left and lower right of the four bidirectional switches of the rectifier circuit 206 are turned on during a certain half cycle, the lower left and upper right are turned off, and the next half cycle is switched on. During this time, you can switch to the opposite 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 is 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。 Note that in this gate drive sequence, for example, if the upper right and lower right bidirectional switches are turned on at the same time, a through current flows, causing a large loss. In some cases, this loss may damage the bidirectional switch, which is undesirable. Therefore, it is necessary to take measures to avoid the through current by inserting a so-called dead time into the gate drive signal at the switching timing of the bidirectional switch. The drive signals for the plurality of bidirectional switches are provided with a dead time to prevent through current. Insertion of dead time has no effect on frequency synchronization, so it does not interfere with rectification operation. Note that although the rectifier circuit 206 has been described as a full bridge type, it may be of a center tap type. In that case, the power receiving coil 201 needs to be of a center tap type, which complicates the wiring, but the number of switching elements in 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。 Being able to realize the rectifier circuit 206 that can output positive and negative voltages with such a simple circuit configuration is very advantageous in terms 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 be driven by a control signal frequency-synchronized with the reference frequency source 105, which can be achieved relatively easily. On the other hand, a common motor control signal is a PWM signal. In order to non-contactly transmit the information necessary to realize high-accuracy and high-speed PWM driving with low delay, the transmission system becomes complicated, and this becomes the main factor that limits the upper limit of speeding up.

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 shows the measurement results of input and output voltages 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, ie, the input voltage, and the vertical axis is the voltage applied to the motor 400, ie, the output voltage. The output voltage was switched between a positive voltage and a negative voltage using the phase shift function of the phase shift circuit 102, and measurements were performed on both potentials. FIG. 4 also depicts an ideal curve when the input and output voltages match. The switching frequency is 4 MHz, and a 3 mH inductor is connected as a pseudo load in place of the motor 400. Any voltage from 0V to 30V can be wirelessly supplied. There are parts where the output voltage is lower than the ideal curve. This part can be corrected by correcting the command value of the output voltage amplitude from the controller 103 to the power supply 104 so as to increase the output voltage of the power supply 104 by the voltage drop based on the measurement results in FIG. 4, or by using the phase shift circuit 102. By adjusting the amount of phase shift, it is possible to approximate the ideal curve. This result demonstrated 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 faster motor control and a smaller and lighter movable circuit in a motor drive circuit that wirelessly supplies power.

(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 a wireless device 300 that satisfies 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 illustrating a configuration example of a wireless device 300 according to the second embodiment. FIG. 5A shows a configuration in which the reference frequency source 202 is removed from FIG. 2, and PLL (Phase Locked Loop) circuits 107, 207 and a phase shift circuit 208 are added. f1 to f3 in FIG. 5(a) indicate the frequencies of signals 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 antenna shape, transmitted power, and input voltage. Further, the switching frequency needs to be adjusted with an accuracy of 10 to 100 kHz. A crystal resonator, a MEMS oscillator, or the like is used as the reference frequency source 105, but these devices are manufactured with discrete frequencies and are not suitable for applications where the output frequency is varied with fine precision. To solve such problems, 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 resonator or the like is used as the reference frequency source 105. PLL circuit 107 in power transmitting section 100 and PLL circuit 207 in power receiving section 200 share the output signal of reference frequency source 105. By commonly setting the output frequency f2 of the two PLL circuits 107 and 207 as a value suitable for wireless power transmission, flexible design according to the environment is possible. The output signal of the PLL circuit 107 is input to the phase shift circuit 102, and the output signal of the PLL circuit 207 is input to the phase shift 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 shift circuit 208 is also added to the power receiving unit 200, compared to FIG. The phase shift circuit 208 of the power reception unit 200 performs the same processing as the phase shift circuit 102 of the power transmission unit 100. The output signal of the phase shift circuit 208 is input to the gate drive circuit 205. The phase shift circuit 208 is useful when attempting to acquire the voltage or current waveform that the power receiving unit 200 is receiving, detect θ in [Equation 5], and adjust it 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。 Reference frequency source 105 outputs a reference frequency signal. PLL circuit 107 inputs a reference frequency signal and outputs a signal to phase shift circuit 102 . The PLL circuit 207 inputs the reference frequency signal. A phase shift circuit 208 shifts the phase of the output signal of the PLL circuit 207. Gate drive circuit 205 outputs a second switching signal to rectifier circuit 206 based on the output signal of 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 shift circuit 102 and the phase shift circuit 208 can be realized by an analog circuit system combining a CR low-pass filter and a waveform shaping circuit, or by changing the output tap position of a shift register driven by a high-speed clock. It can also be achieved by When a shift register is used for the phase shift circuit 102 and the phase shift circuit 208, there is a concern about jitter in the output signal. Therefore, the phase shift circuit 102 and the phase shift circuit 208 are configured so that the driving 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-synchronized. It is desirable that

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 shift circuit 102 needs to be appropriately changed to a form suitable for driving each of the above-mentioned circuit topologies. For example, when driving a half-bridge type, it is necessary to insert dead time. FIG. 5B shows the relationship between the output signal of the phase shift circuit 102 and the drive signal into which a dead time is inserted for driving the half-bridge switch circuit 106. As can be seen from FIG. 5(b), even if a dead time is inserted, the period of the drive signal of the switch circuit 106 is kept consistent with the period of the phase shift circuit 102, so the drive signal of the switch circuit 106 The drive signals of the rectifier circuit 206 and the rectifier circuit 206 can be synchronized in frequency. Note that the constants of the switch circuit 106 may be designed so that the switch circuit 106 performs ZCS (Zero Current Switching) operation or ZVS (Zero Voltage Switching) operation for the purpose of improving 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 illustrating a configuration example of a wireless device 300 according to the third embodiment. In the third embodiment, the functions of the configuration shown in FIG. 5(a) are further expanded to further improve design flexibility and incorporate built-in functions of general integrated circuits (microcontrollers and FPGAs). Describe suitable techniques to use. Specifically, in FIG. 6, frequency division/phase shift circuits 108, 109, 203, and 209 are added to FIG. 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。 Frequency divider/phase shift circuits 108 and 209 are provided in place of phase shift circuits 102 and 208 in FIG. 5(a), respectively. The output signal of reference frequency source 105 is output to PLL circuit 107 via frequency divider/phase shift circuit 109 . Further, the output signal of the reference frequency source 105 is output to the PLL circuit 207 via the frequency division/phase shift 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。 Reference frequency source 202 outputs a reference frequency signal. Frequency division/phase shift circuit 109 frequency divides and phase shifts the reference frequency signal. Frequency division/phase shift circuit 203 frequency divides and phase shifts the reference frequency signal. PLL circuit 107 receives the output signal of frequency divider/phase shift circuit 109 as input. The PLL circuit 207 receives the output signal of the frequency division/phase shift circuit 203 as input. Frequency division/phase shift circuit 209 frequency divides and phase shifts the output signal of PLL circuit 207. Gate drive circuit 205 outputs a second switching signal to rectifier circuit 206 based on the output signal of frequency divider/phase shift circuit 209 . The frequency division/phase shift circuit 108 outputs a signal obtained by frequency dividing and phase shifting 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。 Similarly to the first embodiment, 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 synchronized in frequency. Therefore, it is sufficient that the sum of the frequency multiplication ratio by the PLL circuit and the frequency division ratio by the frequency divider circuit is the same in the power transmitting section 100 and the power receiving section 200. Note that the frequency dividing/phase shifting circuits 203 and 209 and the PLL circuit 207 do not necessarily have to be physically placed in the power receiving unit 200, but it is advantageous that they are placed in the power transmitting unit 100, such as easier control. If there is, it may be placed within the power transmission unit 100. Or, on the contrary, the frequency dividing circuit and the PLL circuit may be integrated within 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 suitably from several tens of kHz to several tens of MHz. This signal of frequency f3 is appropriately frequency-divided by frequency dividing/phase shifting circuits 109 and 203 according to the specifications of PLL circuits 107 and 207, and is input to 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 GHz based on the frequency-divided reference signal. This reference frequency signal is frequency-divided and phase-shifted by frequency divider/phase shift circuits 108 and 209 to obtain a frequency-synchronized switching signal f1. Switching signal f1 is input to switch circuit 106 and rectifier circuit 206. The frequencies f2t and f2r are several tens to several GHz, and by passing through a process of frequency division, it is possible to eliminate the concern about jitter generation described in the second embodiment. The above functions are provided as built-in functions of general microcontrollers and FPGAs. By using these, it is possible to reduce the number of parts used, reduce size and cost, and enjoy expandability that allows parameters to be flexibly changed by programming.

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 using a timer function of a microcontroller or an 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 is shown in which the PLL circuit is arranged only in either the power transmitting section 100 or the power receiving section 200. FIG. 7 is a configuration diagram when the PLL circuit 107 is arranged only in the power transmission section 100. 7 , the frequency dividing/phase shifting circuits 203 and 209 and the PLL circuit 207 of the power receiving unit 200 are deleted from the power receiving unit 200 and the frequency dividing/phase shifting circuit 110 is added to the power transmitting unit 100 in contrast to FIG. 6 . The frequency division/phase shift circuit 110 inputs the output signal of the PLL circuit 107 and outputs the frequency-divided and phase-shifted 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。 Reference frequency source 105 outputs a reference frequency signal. Frequency division/phase shift circuit 109 frequency divides and phase shifts the reference frequency signal. PLL circuit 107 receives the output signal of frequency divider/phase shift circuit 109 as input. Frequency division/phase shift circuit 110 frequency divides and phase shifts the output signal of PLL circuit 107. Gate drive circuit 205 outputs a second switching signal to rectifier circuit 206 based on the output signal of frequency divider/phase shift circuit 110 . The frequency division/phase shift circuit 108 outputs a signal obtained by frequency dividing and phase shifting 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。 Similarly to the first embodiment, 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 synchronized in frequency. The fourth embodiment has the advantage of facilitating design (control software design) because control signal generation can be unified into one integrated circuit. On the other hand, if it is desired to change the amount of phase shift of power receiving section 200, it is necessary to feed back the state of power receiving section 200 to power transmitting section 100 and then request a change in the amount of phase shift. This is useful when this feedback delay is not a problem or when it is easy to provide a means for providing 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 control signals, it is possible to increase the speed of controlling the motor 400 and to reduce the size and weight of the movable side circuit. The wireless device 300 eliminates the influence of transmission delay of control signals, which was a factor that hinders speeding up, and can achieve high-speed 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。 Note that the above embodiments are merely examples of implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted to be limited by these embodiments. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical idea or 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 reception coil, 202 reference frequency source, 204 power reception circuit, 205 gate drive circuit, 206 rectifier circuit, 400 motor

Claims (12)

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の移相回路とを有し、
前記第1の移相回路は基準周波数信号を移相し、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とのうちの少なくとも1つを出力することを特徴とする無線装置。
A power transmission coil that wirelessly transmits power;
a power receiving coil that wirelessly receives power from the power transmitting coil;
a switch circuit that applies voltage to the power transmission coil based on a first switching signal;
a rectifier circuit that rectifies the voltage output from the power receiving coil based on a second switching signal and applies the rectified voltage to a load;
a first phase shift circuit that provides a phase difference between the first switching signal and the second switching signal ;
The wireless device , wherein the first phase shift circuit phase-shifts the reference frequency signal and outputs at least one of the first switching signal and 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 includes 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。 4. The wireless device according to claim 3, wherein the drive signals for the plurality of bidirectional switches are provided with a dead time for preventing 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 claim 1, wherein the switch circuit is of 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 claim 1, wherein the switch circuit operates in a ZCS (Zero Current Switching) operation or a 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 resonant circuit provided between the power receiving coil and the rectifier circuit.
.
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1~7のいずれか1項に記載の無線装置。
a first reference frequency source that outputs a reference frequency signal to the first phase shift circuit;
a drive circuit that drives the rectifier circuit using the second switching signal;
8. The driving circuit according to claim 1, further comprising a second reference frequency source that is synchronized in frequency with the first reference frequency source and outputs a reference frequency signal to the drive circuit. Radio equipment.
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;
a first PLL circuit that inputs the reference frequency signal and outputs a signal to the first phase shift circuit;
a second PLL circuit inputting the reference frequency signal;
a second phase shift circuit that shifts the phase of the output signal of the second PLL circuit;
According to any one of claims 1 to 7, further comprising a drive circuit that outputs the second switching signal to the rectifier circuit based on the output signal of the second phase shift circuit. radio equipment.
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、
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無線装置。
A power transmission coil that wirelessly transmits power;
a power receiving coil that wirelessly receives power from the power transmitting coil;
a switch circuit that applies voltage to the power transmission coil based on a first switching signal;
a rectifier circuit that rectifies the voltage output from the power receiving coil based on a second switching signal and applies the rectified voltage to a load;
a first phase shift circuit that provides a phase difference between the first switching signal and the second switching signal;
a reference frequency source that outputs a reference frequency signal;
a first frequency divider/phase shift circuit that frequency divides and phase shifts the reference frequency signal;
a second frequency divider/phase shift circuit that frequency divides and phase shifts the reference frequency signal;
a first PLL circuit inputting the output signal of the first frequency dividing/phase shifting circuit;
a second PLL circuit inputting the output signal of the second frequency dividing/phase shifting circuit;
a third frequency divider/phase shift circuit that frequency divides and phase shifts the output signal of the second PLL circuit;
further comprising a drive circuit that outputs the second switching signal to the rectifier circuit based on the output signal of the third frequency dividing/phase shifting circuit,
The wireless device is characterized in that the first phase shift circuit outputs a signal obtained by frequency-dividing and phase-shifting the output signal of the first PLL circuit as the first switching signal.
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、
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無線装置。
A power transmission coil that wirelessly transmits power;
a power receiving coil that wirelessly receives power from the power transmitting coil;
a switch circuit that applies voltage to the power transmission coil based on a first switching signal;
a rectifier circuit that rectifies the voltage output from the power receiving coil based on a second switching signal and applies the rectified voltage to a load;
a first phase shift circuit that provides a phase difference between the first switching signal and the second switching signal;
a reference frequency source that outputs a reference frequency signal;
a first frequency divider/phase shift circuit that frequency divides and phase shifts the reference frequency signal;
a first PLL circuit inputting the output signal of the first frequency dividing/phase shifting circuit;
a second frequency divider/phase shift circuit that frequency divides and phase shifts the output signal of the first PLL circuit;
further comprising a drive circuit that outputs the second switching signal to the rectifier circuit based on the output signal of the second frequency divider/phase shift circuit,
The wireless device is characterized in that the first phase shift circuit outputs a signal obtained by frequency-dividing and phase-shifting the output signal of the first PLL circuit as the first switching signal.
前記負荷は、モータであることを特徴とする請求項1~1のいずれか1項に記載の無線装置。 The wireless device according to claim 1 , wherein the load is a motor.
JP2019196439A 2019-10-29 2019-10-29 wireless device Active JP7419021B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019196439A JP7419021B2 (en) 2019-10-29 2019-10-29 wireless device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019196439A JP7419021B2 (en) 2019-10-29 2019-10-29 wireless device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021072670A JP2021072670A (en) 2021-05-06
JP7419021B2 true JP7419021B2 (en) 2024-01-22

Family

ID=75713848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019196439A Active JP7419021B2 (en) 2019-10-29 2019-10-29 wireless device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7419021B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150349573A1 (en) 2014-05-30 2015-12-03 Infineon Technologies Austria Ag Single Stage Rectification and Regulation for Wireless Charging Systems
JP2016063698A (en) 2014-09-19 2016-04-25 株式会社日本自動車部品総合研究所 Wireless power supply device
JP2016135062A (en) 2015-01-22 2016-07-25 株式会社豊田中央研究所 Electric power conversion system
JP6219495B2 (en) 2014-03-07 2017-10-25 国立大学法人 東京大学 In-wheel motor system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6219495B2 (en) 2014-03-07 2017-10-25 国立大学法人 東京大学 In-wheel motor system
US20150349573A1 (en) 2014-05-30 2015-12-03 Infineon Technologies Austria Ag Single Stage Rectification and Regulation for Wireless Charging Systems
JP2016063698A (en) 2014-09-19 2016-04-25 株式会社日本自動車部品総合研究所 Wireless power supply device
JP2016135062A (en) 2015-01-22 2016-07-25 株式会社豊田中央研究所 Electric power conversion system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021072670A (en) 2021-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6607289B2 (en) Wireless power transmission system and power transmission device
US10031316B2 (en) Vibration type driving apparatus, interchangeable lens and imaging apparatus including vibration type driving apparatus, and method for adjusting vibration type driving apparatus
JP5698599B2 (en) Wireless power receiving device, wireless power feeding device, and wireless power feeding system
JP6185291B2 (en) Wireless power transmission apparatus, control circuit and control method thereof
JP7414405B2 (en) Control system and control method
US20150318900A1 (en) Wireless power transfer system, power receiver, and wireless power transfer method
CN109792164B (en) Resonant rectifier circuit with capacitor sensing
JP7189646B2 (en) WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE USING FINE TIMING RESOLUTION
US9871416B2 (en) Resonant type high frequency power supply device
WO2013057896A1 (en) Wireless power receiving apparatus, wireless power supplying apparatus, and wireless power supplying system
US11715994B2 (en) Control system
JP7419021B2 (en) wireless device
JP5718997B2 (en) Data and / or command signal transmission device with antenna equipment
US11996703B2 (en) Wireless device
Zhao et al. Phase shift control based Maximum Efficiency Point Tracking in resonant wireless power system and its realization
US20210036624A1 (en) Power converter
WO2015097813A1 (en) Resonant power-transfer device
JP6857735B2 (en) A system for transmitting electric power wirelessly
JP7490370B2 (en) Wireless communication system and communication method for wireless communication system
JP6784473B2 (en) Wireless power supply
JP7490369B2 (en) CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR CONTROL SYSTEM
Kennedy et al. 28.4 a high-Q resonant inductive link transmit modulator/driver for enhanced power and FSK/PSK data transfer using adaptive-predictive phase-continuous switching fractional-capacitance tuning
JP5601460B2 (en) Power saving drive apparatus and method for apparatus having the same load pattern
JP2023048380A (en) Control system, and control method of control system
WO2023042756A1 (en) Power transmission device, power transmission device control method, power reception device, and power reception device control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221024

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230614

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230914

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231212

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240110

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7419021

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151