JP7451133B2

JP7451133B2 - 無線電力伝送システム及び機械装置

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Publication number: JP7451133B2
Application number: JP2019187799A
Authority: JP
Inventors: 淳守田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2024-03-18
Anticipated expiration: 2039-10-11
Also published as: JP2021065014A

Description

本開示は、無線電力伝送システムに関する。

従来、装置内の送電部から受電部へケーブル等を介して行われていた電力供給を、無線電力伝送に置き換えるための技術が考えられている。特許文献１には、モータを動かすための電力を無線で伝送する技術の一例が開示されている。
一方、装置内の送電部から受電部へ電力を伝送する装置の例として、半導体露光装置がある。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に対して、ウエハパターンの形成時にステージを微細移動させるためのモータが複数搭載されている場合がある。また、これらのモータを駆動させるために、電力供給等を行うためのケーブルがステージに対して接続されている場合がある。このような構成を有する半導体露光装置においては、ステージの移動に伴いケーブルも動くこととなり、ケーブルによる張力が発生し、ステージの位置決め精度が低下する場合がある。

特開２０１８－９３７０６号公報

例えば半導体露光装置における複数のモータのように、複数の駆動対象が存在する場合には、駆動対象ごとに駆動電圧や駆動タイミングが異なる場合がある。また、高い精度での動作が要求される装置においては、駆動電圧に要求される精度が高い。このような状況下で、複数の駆動対象に無線で電力を供給しつつ、複数の駆動対象を個別にかつ高精度に駆動させるための技術が求められている。

本発明は上記の問題を鑑み、複数の駆動対象に無線で電力を供給しつつ、複数の駆動対象を個別にかつ高精度に駆動させるための技術を提供することを目的とする。

本発明の無線電力伝送システムは、第１の方向に延伸する送電アンテナを備える送電部と、
前記第１の方向に延伸し、かつ前記第１の方向と略直行する第２の方向に前記送電アンテナと対向するように配設される受電アンテナを備える受電部と、の組を３つ以上含み、第１の送電アンテナと第２の送電アンテナとは、前記第１の方向及び前記第２の方向それぞれに略直行する第３の方向に離間して配設され、前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナとの間には、導電性を有し、かつ前記第１の送電アンテナと、前記第２の送電アンテナに対向する第２の受電アンテナと、の間を遮蔽するように前記第２の方向に延伸する第１のシールド部材が介在し、前記第１の送電アンテナと対向する第１の受電アンテナに対して、前記第２の方向に位置するように第３の送電アンテナが配設され、前記第１の受電アンテナと、前記第３の送電アンテナと、の間が、導電性を有する第２のシールド部材により遮蔽される。

本発明によれば、複数の駆動対象に無線で電力を供給しつつ、複数の駆動対象を個別にかつ高精度に駆動させる。

無線電力伝送システムの概略的な構成の一例を示した図である。比較例に係る無線電力伝送システムの概略的な斜視図である。無線電力伝送システムの構成の一例について説明するための説明図である。無線電力伝送システムの構成の一例について説明するための説明図である。無線電力伝送システムの構成の一例について説明するための説明図である。無線電力伝送システムの概略的な斜視図である。図６に示す無線電力伝送システムのＩ－Ｉ’断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る無線電力伝送システムは、磁界、または電力及び磁界の双方を利用して電力を伝送する電磁誘導及び磁界共鳴と称される技術の少なくともいずれかの技術を、モータ等の駆動対象に対する電力の供給に利用する。
また、本実施形態では、半導体露光装置に対して無線電力伝送システムを適用する場合に着目して、当該無線電力伝送システムの特徴について説明を行うが、必ずしも本実施形態に係る無線電力伝送システムの適用先を限定するものではない。具体的には、モータや制御回路等のような駆動対象を複数駆動させ、当該駆動対象への電力伝送を無線化した装置であれば、本実施形態に係る無線電力伝送システムを適用することが可能である。特に、上述した装置のうち、複数の駆動対象それぞれに対する電力供給を個別に制御するような装置については、本実施形態に係る無線電力伝送システムとの親和性が高い。より具体的な一例として、インクジェットプリンタ、ロボット装置、自動搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄｇｕｉｄｅｄｖｅｈｉｃｌｅ）等に対して、本実施形態に係る無線電力伝送システムを適用することも可能である。

（概略構成）
図１を参照して、本実施形態に係る無線電力伝送システムの概略的な構成の一例について説明する。図１に示す例では、無線電力伝送システム３００は、複数のモータ４００を駆動対象として、個々のモータ４００に対して無線の伝送路を介して個別に電力を供給する。モータ４００は、例えば、半導体露光装置においてステージを移動させるための個々のモータに相当し、それぞれが独立して駆動可能である。なお、半導体露光装置では１０個程度のモータが使用されるが、図１に示す例では、３つのモータ４００を駆動させるための構成を抜き出して図示している。無線電力伝送システム３００は、送電部１００と、受電部２００とを含む。本実施形態では、無線電力伝送システム３００全体が１つの装置内に実装されており、装置内の固定部に送電部１００が含まれ、モータ４００の動力などにより固定部に対して移動可能な可動部に受電部２００が含まれるものとする。ただし、無線電力伝送システム３００の実装はこれに限定されない。

送電部１００は、３つの送電アンテナ１０１と、送信部１０２と、コントローラ１０３と、電源１０４と、送電回路として機能する３つのＳＷ（Ｓｗｉｔｃｈ）回路１０６とを含む。受電部２００は、３つの受電アンテナ２０１と、受信部２０２と、３つの受電回路２０４と、ゲート駆動回路２０５と、３つのモータ駆動回路２０６とを含む。送電部１００と受電部２００との間は物理的には接続されておらず、個々の送電アンテナ１０１と、個々の受電アンテナ２０１と、の間において非接触で、電力を供給するための給電信号が伝送される。そのため、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１のそれぞれは、例えば、コイル状のアンテナ素子を備えてもよい。

電源１０４は、モータ４００を駆動するための電力源である。電源１０４は、コントローラ１０３からの制御に基づき、モータ４００への給電信号の供給に係る電源電圧を後述する各ＳＷ回路１０６に印可する。
コントローラ１０３は、各種条件も基づき電源１０４の動作を制御する。例えば、コントローラ１０３は、光学センサ等の各種センサによる検知結果に基づき各モータ４００の状態（例えば、モータ４００の駆動に伴うステージの位置や姿勢等）を監視し、監視結果に応じて電源１０４による電源電圧の印可に係る動作を制御してもよい。

電源電圧の印可に係る動作の制御の一例としては、モータ４００の推力を決定する出力電圧振幅値の制御、モータ４００の動く向きを決定するモータ印可電圧符号等の制御が挙げられる。
出力電圧振幅値に関する情報は、コントローラ１０３が電源１０４に対して制御信号を出力することで電源１０４に通知される。すなわち、電源１０４は、コントローラ１０３から出力される上記制御信号に基づき、電源電圧の出力電圧振幅値が指定された値となるように制御する。
モータ印可電圧符号に関する情報は、コントローラ１０３が送信部１０２及び受信部２０２を介して制御信号をゲート駆動回路２０５に送信することで通知される。ゲート駆動回路２０５は、コントローラ１０３から送信される上記制御信号に基づき、モータ駆動回路２０６の整流動作を１８０°反転させることでモータ印可電圧符号を正から負、または負から正に反転させる。

ここで、具体的な一例として、正の電圧をモータ４００に印可する場合のシステムの基本動作について説明する。
電源１０４は、コントローラ１０３からの指示に基づき、各ＳＷ回路１０６に印可する電源電圧の出力電圧振幅値を制御したうえで、出力電圧振幅値が制御された電源電圧を対応するＳＷ回路１０６に印可する。ＳＷ回路１０６は、所定の周波数のクロック信号の生成器とスイッチング素子とを備えており、当該クロック信号に基づき当該スイッチング素子を駆動することで、印可された電源電圧をスイッチングして交流波形の電圧信号に変換する。この交流波形の電圧信号は、ＳＷ回路１０６から送電アンテナ１０１に伝送され、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１との間の磁界結合により、送電アンテナ１０１から受電アンテナ２０１に伝送される。そして、各受電アンテナ２０１に伝送された交流波形の電圧信号は、受電アンテナ２０１から受電回路２０４に伝送される。

受電回路２０４は、伝送された電圧信号に応じた電力をモータ駆動回路２０６に供給する。この際に、受電回路２０４は、交流波形の電圧信号を直流波形の電圧信号に変換したうえで、当該直流波形の電圧信号をモータ駆動回路２０６に供給してもよい。
モータ駆動回路２０６は、受電回路２０４から供給される電圧信号（電源電圧信号）に基づき、駆動対象となるモータ４００を駆動する。この際に、モータ駆動回路２０６は、ゲート駆動回路２０５からの制御に基づき、モータ印可電圧符号を反転させることで、モータ４００の駆動方向を制御してもよい。

ＳＷ回路１０６及び受電回路２０４は、例えば、インダクタンス及びコンデンサを含む共振電源回路を含むように構成されている。共振電源回路の各素子値は、各種条件に基づき決定される。上記条件には、例えば、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１それぞれのインダクタンス値及びレジスタンス値、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１との結合係数、及びスイッチング周波数が含まれてもよい。また、上記条件には、例えば、最大電源出力電圧値、最大モータ印可電圧値、及びモータ４００のレジスタンス値等が含まれてもよい。

電源出力電圧値及びモータ印可電圧値は、コントローラ１０３による制御に基づきその都度変化するため、用途に応じてあらかじめ決められた電圧範囲において、電源出力電圧値とモータ印可電圧値とが略等しくなるように共振電源回路の各素子値を調整しておく。また、電源出力電圧値とモータ印可電圧値との関係をあらかじめ測定してテーブル化しておき、所望のモータ印可電圧値を得るための電源出力電圧値が指定される構成とすることで、モータ４００の駆動を高精度に制御することも可能である。
モータ４００の動きを高精度で駆動するうえでは、３つの送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１のそれぞれは、隣接する送電アンテナ１０１からの干渉の影響を受けずに駆動することが望ましい。モータ駆動に求められる電圧精度としては、例えば、半導体露光装置等の場合には数ｍＶ程度の誤差となる。すなわち、このような場合には、隣接する電力システム（例えば、隣接する送電アンテナ１０１）からの干渉電圧を数ｍＶ以内に抑えることが望ましい。

（比較例）
ここで、本実施形態に係る無線電力伝送システムの特徴をよりわかりやすくするために、比較例として、図２を参照して、図１に示す送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１の配設方法の一例について説明する。図２は、比較例に係る無線電力伝送システムの概略的な斜視図である。比較例に係る無線電力伝送システムでは、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１のそれぞれが所定の方向（図２に示すＹ方向）に沿って平置きされるように配設されている。

具体的には、３つの送電アンテナ１０１は、それぞれが同様の方向に延伸するように長尺状に形成されている。なお、以降の説明では、各送電アンテナ１０１が延伸する方向を「Ｘ方向」とも称する。また、３つの送電アンテナ１０１が並べて配設される方向を「Ｙ方向」とも称する。Ｘ方向とＹ方向とは略直行する。また、Ｘ方向及びＹ方向それぞれに略直行する方向を便宜上「Ｚ方向」とも称する。また、以降では、３つの送電アンテナ１０１のそれぞれを、便宜上、送電アンテナ１０１１、１０１２、及び１０１３とも称する。

３つの受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０１が延伸する方向と略等しい方向に延伸するように長尺状に形成されている。受電アンテナ２０１が延伸する方向（Ｘ方向）の長さは、送電アンテナ１０１が延伸する方向（Ｘ方向）の長さ以下となる。例えば、図２に示す例では、受電アンテナ２０１は、Ｘ方向の長さが、送電アンテナ１０１のＸ方向の長さよりも短くなるように形成されている。
このような構成の基で、図２に示す例では、３つの受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０１が延伸する方向（Ｘ方向）に沿ってスライド移動が可能に支持されている。この際に、３つの受電アンテナ２０１それぞれが、３つの送電アンテナ１０１のうち対応する送電アンテナ１０１と対向する状態が維持された状態で、当該３つの受電アンテナ２０１がスライド移動する。なお、以降では、３つの受電アンテナ２０１のそれぞれを、便宜上、受電アンテナ２０１１、２０１２、及び２０１３とも称する。また、送電アンテナ１０１１と受電アンテナ２０１１とが結合し、送電アンテナ１０１１から受電アンテナ２０１１に交流波形の電圧信号が伝送されるものとする。同様に、送電アンテナ１０１２と受電アンテナ２０１２とが結合し、送電アンテナ１０１３と受電アンテナ２０１３とが結合するものとする。

なお、比較例に係る無線電力伝送システムについてアンテナ間の結合係数を電磁界シミュレーションすると、アンテナ１０１１及び２０１１、１０１２及び２０１２、並びに１０１３及び２０１３のそれぞれの間において、０．３程度であった。また、隣接するレーン間（すなわち、アンテナ１０１１及び２０１２間と、アンテナ１０１２及び２０１３間）の結合係数は０．００９程度であった。この場合には、例えば、アンテナ１０１１からアンテナ２０１２に伝わる干渉電圧を回路シミュレーションすると、１００ｍＶ以上となり、モータ４００が誤作動する可能性がある。

以上のような状況を鑑み、本実施形態に係る無線電力伝送システムでは、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１の配設方法を工夫することで、隣接する送電アンテナ１０１からの干渉の影響をより低減している。そこで、以降では、本実施形態に係る無線電力伝送システムの特徴について、特に、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１の配設方法に着目してより詳しく説明する。

（送電アンテナ及び受電アンテナの構成例）
図３は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの構成の一例について説明するための説明図であり、特に、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１が配設された部分の断面図を示している。なお、図３に示す例では、送電アンテナ１０１は、図２に示す例と同様に、Ｘ方向に延伸するように長尺状に形成されているものとする。同様に、受電アンテナ２０１は、図２に示す例と同様に、Ｘ方向に延伸するように長尺状に形成されており、Ｘ方向の長さが送電アンテナ１０１よりも短くなるように形成されている。また、図３に示すＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、図２におけるＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向と同様であるものとする。すなわち、図３は、本実施形態に係る無線電力伝送システムのうち、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１を含む部分をＹＺ平面で切断した場合の概略的な断面図を示している。
また、以降の説明では、便宜上、図３において、図面の上方向を「＋Ｚ方向」とも称し、下方向を「－Ｚ方向」とも称する。また、図面の左方向「＋Ｙ方向」とも称し、「右方向」を「－Ｙ方向」とも称する。また、図面の奧側に向けた方向を「＋Ｘ方向」とも称し、手前側に向けた方向を「－Ｘ方向」とも称する。

図３に示す例では、３つの送電アンテナ１０１のそれぞれが、送電アンテナ１０１１、１０１２、及び１０１３として示されている。同様に、３つの受電アンテナ２０１のそれぞれが、受電アンテナ２０１１、２０１２、及び２０１３として示されている。

シールド部材３０１１は、少なくともＸ方向及びＹ方向に延伸する面を有しており、当該面上に、磁性体１１１２及び１１１３が配設され、当該磁性体１１１２及び１１１３上に送電アンテナ１０１２及び１０１３が積層されている。このとき、送電アンテナ１０１２及び１０１３のそれぞれは、長尺方向がＸ方向と略一致するように、Ｙ方向に沿って並べて配設されている。

受電アンテナ２０１２は、送電アンテナ１０１２に対して＋Ｚ方向に位置し、かつ送電アンテナ１０１２とＺ方向に離間して対向するようにシールド部材３０１３に支持される。具体的には、シールド部材３０１３は、少なくとも送電アンテナ１０１２と対向する側（－Ｚ方向）にＸ方向及びＹ方向に延伸する面を有しており、当該面状に、磁性体２１１２が配設され、当該磁性体２１１２上に受電アンテナ２０１２が積層されている。このとき受電アンテナ２０１２は、長尺方向がＸ方向と略一致するように配設される。
同様に、受電アンテナ２０１３は、送電アンテナ１０１３に対して＋Ｚ方向に位置し、かつ送電アンテナ１０１３とＺ方向に離間して対向するようにシールド部材３０１３に支持される。具体的には、シールド部材３０１３の、送電アンテナ１０１３と対向する側（－Ｚ方向）の面上に磁性体２１１３が配設され、当該磁性体２１１３上に受電アンテナ２０１３が積層される。

送電アンテナ１０１２及び１０１３間には、シールド部材３０１１から＋Ｚ方向に延伸するようにシールド部材３０１２が形成される。このとき、シールド部材３０１２は、送電アンテナ１０１２及び受電アンテナ２０１３間と、送電アンテナ１０１３及び受電アンテナ２０１２間と、のそれぞれを遮蔽できる程度のＺ方向の長さを有していることが望ましい。より具体的な一例として、シールド部材３０１２は、＋Ｚ方向側の端部が、受電アンテナ２０１２及び２０１３それぞれの－Ｚ方向側の面よりも＋Ｚ方向側に位置するように形成されることが望ましい。すなわち、シールド部材３０１２の厚みが、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１それぞれの厚みと、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１との間の距離と、の和以上となることが望ましい。また、シールド部材３０１１と、送電アンテナ１０１２及び１０１３のそれぞれと、の間は電気的に接続されていない。同様に、シールド部材３０１３と、受電アンテナ２０１２及び２０１３のそれぞれと、の間は電気的に接続されていない。

また、受電アンテナ２０１２の＋Ｚ方向側には、間にシールド部材３０１４が介在するように、送電アンテナ１０１１が配設されている。具体的には、シールド部材３０１３の＋Ｚ方向側には、少なくとも＋Ｚ方向側にＸ方向及びＹ方向に延伸する面を有したシールド部材３０１４が配設されている。シールド部材３０１４の＋Ｚ方向側の面上には、磁性体１１１１が配設されており、磁性体１１１１上に送電アンテナ１０１１が積層されている。
受電アンテナ２０１１は、送電アンテナ１０１１に対して＋Ｚ方向に位置し、かつ送電アンテナ１０１１とＺ方向に離間して対向するようにシールド部材３０１５に支持される。具体的には、シールド部材３０１５の、送電アンテナ１０１１と対向する側（－Ｚ方向）の面上に磁性体２１１１が配設され、当該磁性体２１１１上に受電アンテナ２０１１が積層される。

なお、シールド部材３０１１～３０１５のようなシールド部材は、導電性を有していれば素材は特に限定されない。例えば、シールド部材は、金属により形成されていてもよい。シールド部材の形成に使用可能な金属としては、例えば、ステンレス鋼材が挙げられる。もちろん、シールド部材の形成に利用する素材は、導電性を有するものであれば、金属には限定されない。具体的な一例として、導電性の接着剤や樹脂等を利用してシールド部材が形成されてもよい。
また、磁性体１１１１～１１１３、２１１１～２１１３としては、強磁性体を利用することが可能であり、具体的な一例として、フェライト等を利用することが可能である。また、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１との間の結合係数の条件を満たすことが可能であれば、上記磁性体として利用される素材が適宜変更されてもよい。具体的な一例として、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１との間で伝送する電力信号の周波数がｋＨｚ代であれば、パーマロイやセンダスト等の素材を上記磁性体として利用することも可能である。

上述の通り、シールド部材及び磁性体を配設し、さらにアンテナを積層する構成とすることで、アンテナ間の干渉を抑制することが可能である。

具体的には、受電アンテナ２０１２と送電アンテナ１０１１との間には、Ｘ方向及びＹ方向に延伸するように形成されたシールド部材３０１３及び３０１４が配設されている。このような構成により、送電アンテナ１０１１から送信される無線信号による受電アンテナ２０１２への干渉の影響を抑制することが可能となる。
また、送電アンテナ１０１２と受電アンテナ２０１３との間と、送電アンテナ１０１３と受電アンテナ２０１２との間と、のそれぞれには、Ｚ方向に延伸するように形成されたシールド部材３０１２が配設されている。このような構成により、送電アンテナ１０１２から送信される無線信号による受電アンテナ２０１３への干渉の影響と、送電アンテナ１０１３から送信される無線信号による受電アンテナ２０１２への干渉の影響と、を抑制することが可能となる。

また、各アンテナとシールド部材との間には磁性体が配設されている。具体的な一例として、シールド部材３０１１と送電アンテナ１０１２との間には磁性体１１１２が配設されている。このような構成により、アンテナ特性の劣化を防止することが可能となる。

図３に示す構成において、送電アンテナ１０１１及び受電アンテナ２０１１、送電アンテナ１０１２及び受電アンテナ２０１２、並びに送電アンテナ１０１３及び受電アンテナ２０１３それぞれの間の結合係数を電磁界シミュレーションすると０．３程度であった。また、送電アンテナ１０１１と受電アンテナ２０１２との間の結合係数が３．８Ｅ－５であり、干渉電圧の回路シミュレーションに依れば、送電アンテナ１０１１から受電アンテナ２０１２に伝わる干渉電圧は２０ｍＶ程度となる。また、送電アンテナ１０１３と受電アンテナ２０１２との間の結合係数が１．８Ｅ－５であり、干渉電圧の回路シミュレーションに依れば、送電アンテナ１０１３から受電アンテナ２０１２に伝わる干渉電圧は５ｍＶ程度となる。

以上のように、本実施形態に係る無線電力伝送システムに依れば、所望の電力伝送の性能を劣化させることなく、他の送電アンテナ（例えば、隣接するレーンの送電アンテナ）から送信される信号による干渉の影響を抑制することが可能となる。

なお、送電アンテナ１０１２、１０１３、及び１０１１がそれぞれ、「第１の送電アンテナ」、「第２の送電アンテナ」、及び「第３の送電アンテナ」の一例に相当する。同様に、受電アンテナ２０１２、２０１３、及び２０１１がそれぞれ、「第１の受電アンテナ」、「第２の受電アンテナ」、及び「第３の受電アンテナ」の一例に相当する。また、図３に示す例では、Ｘ方向、すなわち、各送電アンテナ１０１及び各受電アンテナ２０１が延伸する方向が、「第１の方向」の一例に相当する。また、図３に示す例では、Ｚ方向が「第２の方向」の一例に相当し、Ｙ方向が「第３の方向」の一例に相当する。また、シールド部材３０１２が「第１のシールド部材」の一例に相当し、シールド部材３０１３及び３０１４の少なくともいずれかが「第２のシールド部材」の一例に相当する。また、図３に示す例では、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１の組が３つの場合について示しているが、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１の組を３つ以上含めばその数は特に限定されない。

＜第２の実施形態＞
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態に係る無線電力伝送システムでは、金属等のような導電性を有する素材で形成されたシールド部材を設けることで、アンテナ間の干渉を抑制していた。本実施形態では、第１の実施形態に比べてアンテナ間の干渉の抑制効果をさらに向上させることが可能な構成の一例について説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる部分に着目して説明し、第１の実施形態と実質的に同様の部分については詳細な説明は省略する。

例えば、図４は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの構成の一例について説明するための説明図であり、特に、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１が配設された部分の断面図を示している。なお、図４に示す例では、図３に示す例と同様に、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１はＸ方向に延伸するように形成され、受電アンテナ２０１のＸ方向の長さは送電アンテナ１０１よりも短いものとする。また、図４に示すＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、図３におけるＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向と同様であるものとする。すなわち、図４は、本実施形態に係る無線電力伝送システムのうち、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１を含む部分をＹＺ平面で切断した場合の概略的な断面図を示している。

図４を図３と比較するとわかるように、本実施形態では第１の実施形態に比べてシールド部材３０１２がさらに＋Ｚ方向に延伸し、シールド部材３０１２とシールド部材３０１４とが接合されている。すなわち、図４に示す例では、送電アンテナ１０１２及び受電アンテナ２０１２と、送電アンテナ１０１３及び受電アンテナ２０１３と、の間が、シールド部材３０１２のより隙間なく遮蔽されている。これにより、第１の実施形態に比べて、送電アンテナ１０１２と受電アンテナ２０１３との間の干渉の影響と、送電アンテナ１０１３と受電アンテナ２０１２との間の干渉の影響と、を更に抑制する効果を期待することが可能となる。

具体的には、図４に示す例における送電アンテナ１０１３と受電アンテナ２０１２との間の結合係数を、図３に示す例と同様に電磁界シミュレーションすると、６．４Ｅ－６となり、図３に示す例に比べてより低くなっている。また、干渉電圧の回路シミュレーションに依れば、送電アンテナ１０１３から受電アンテナ２０１２に伝わる干渉電圧は１ｍＶ程度となり、図３に示す例に比べてより低くなっている。

また、図５は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの構成の他の一例について説明するための説明図であり、特に、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１が配設された部分の断面図を示している。なお、図５に示す例では、図４に示す例と同様に、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１はＸ方向に延伸するように形成され、受電アンテナ２０１のＸ方向の長さは送電アンテナ１０１よりも短いものとする。また、図５に示すＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、図４におけるＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向と同様であるものとする。すなわち、図５は、本実施形態に係る無線電力伝送システムのうち、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１を含む部分をＹＺ平面で切断した場合の概略的な断面図を示している。

図５に示す例では、シールド部材３０１１及び３０１４は、Ｙ方向の幅が、各送電アンテナ１０１及び各受電アンテナ２０１が配設された領域のＹ方向の幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、Ｙ方向の範囲に着目した場合に、各送電アンテナ１０１及び各受電アンテナ２０１それぞれが配設された範囲が、シールド部材３０１１及び３０１４それぞれが形成された範囲に包含されることとなる。このような構成により、第１の実施形態に比べて、送電アンテナ１０１１と受電アンテナ２０１２との間の干渉の影響を更に抑制する効果を期待することが可能となる。

具体的には、図５に示す例における送電アンテナ１０１１と受電アンテナ２０１２との間の結合係数を、図３に示す例と同様に電磁界シミュレーションすると、８．７５Ｅ－６となり、図３に示す例に比べてより低くなっている。また、干渉電圧の回路シミュレーションに依れば、送電アンテナ１０１１から受電アンテナ２０１２に伝わる干渉電圧は１ｍＶ程度となり、図３に示す例に比べてより低くなっている。このように、アンテナの幅よりもシールド部材の幅がより広くなるように当該アンテナ及び当該シールド部材を形成することで、アンテナ間のさらなる干渉抑制の効果を期待することが可能となる。

なお、各送電アンテナ１０１及び各受電アンテナ２０１は、ＦＲ４（ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４）等のような誘電体基板に形成されてもよいし、リッツ線等のような銅線がコイル状に巻かれたアンテナとして形成されてもよい。また、各送電アンテナ１０１及び各受電アンテナ２０１は、フレキシブル基板等のように、折り曲げ可能に形成されていてもよい。これらについては、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムにおいても同様である。

＜第３の実施形態＞
以下に、本発明の第３の実施形態について説明する。本開示の各実施形態に係る無線電力伝送システムでは、アンテナのみに限らず、ＳＷ回路１０６と、受電回路２０４及びモータ駆動回路２０６（以下、「受電側回路」とも称する）と、についても駆動対象（例えば、モータ等）の数量に応じた数が設けられる。そのため、受電側回路の配設方法に応じて、例えば、ＳＷ回路間の干渉や、受電側回路間の干渉等が発生する可能性がある。また、受電側回路の配設に関して、省スペース化が求められる場合もある。そこで、本実施形態では、ＳＷ回路や受電側回路の実装方法の一例について説明する。

図６は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの概略的な斜視図（鳥瞰図）である。また、図７は、図６に示す無線電力伝送システムのＩ－Ｉ’断面図である。

図６及び図７では、３つの送電アンテナ１０１それぞれに対して個別にＳＷ回路１０６が接続されている。具体的には、送電アンテナ１０１１、１０１２、及び１０１３に対して、ＳＷ回路１０６１、１０６２、及び１０６３がそれぞれ接続されている。各ＳＷ回路１０６は、対応する送電アンテナ１０１の近傍に配設されるように、当該送電アンテナ１０１と同様に積層して形成される。
具体的な一例として、ＳＷ回路１０６１は、送電アンテナ１０１１に対して－Ｘ方向側に隣接するように、Ｚ方向に積層されて形成される。同様に、ＳＷ回路１０６２及び１０６３は、それぞれ送電アンテナ１０１２及び１０１３に対して－Ｘ方向側に隣接するように、Ｚ方向に積層されて形成されて形成される。
このような構成より、ＳＷ回路１０６間の干渉を抑制し、かつ省スペース化を実現することが可能となる。

また、３つの受電アンテナそれぞれに対して個別に受電側回路（受電回路２０４及びモータ駆動回路２０６）が接続されている。具体的には、受電アンテナ２０１１、２０１２、及び２０１３に対して、受電側回路２０４１、２０４２、及び２０４３がそれぞれ接続されている。各受電側回路は、対応する受電アンテナ２０１の近傍に配設されるように、当該受電アンテナ２０１と同様に積層して形成される。
具体的な一例として、受電側回路２０４１は、受電アンテナ２０１１に対して＋Ｙ方向側に近接するように、Ｚ方向に積層されて形成される。同様に、受電側回路２０４２は、受電アンテナ２０１２に対して＋Ｙ方向側に近接するように、Ｚ方向に積層されて形成される。また、受電側回路２０４３は、受電アンテナ２０１３に対して－Ｙ方向側に近接するように、Ｚ方向に積層されて形成される。
このような構成より、受電アンテナ２０１ごとに形成される受電回路２０４及びモータ駆動回路２０６を含む受電側回路間における干渉を抑制し、かつ省スペース化を実現することが可能となる。
上述した実施形態によれば、複数の駆動対象に応じた数の電力伝送用のモジュールを設けることで、複数の駆動対象に無線で電力を供給しつつ、複数の駆動対象を個別にかつ高精度に駆動させることができる。具体的な一例として、無線での電力伝送のためのアンテナや、当該アンテナの駆動回路（送電回路及び受電回路）が、電力伝送用のモジュールの数量分設けられる。また、半導体露光装置等のような高い精度での動作が要求される装置において、複数のアンテナ間や複数の回路間における干渉の発生を抑制する仕組みを導入することで、駆動電圧の制御の精度を高めることができる。
また、無線電力伝送システムの適用先となる各種装置には小型化が要求される場合もある。例えば、半導体露光装置においてはステージ周辺の実装スペースが制限されている。このような場合にも、上述した実施形態を適用することで、無線電力伝送システム自体を小型化することができ、その結果、適用先の装置の小型化も実現できる。
なお、無線電力伝送システムを小型化することで、アンテナ、送電回路、及び受電回路等が配設されるスペースが制限され、各アンテナや各回路が配設される間隔もより短くなるため、複数のアンテナ間における干渉の影響がより顕在化しやすくなる。しかしながら、上述した実施形態によれば、無線電力伝送システム内におけるアンテナ間及び回路基板間の干渉を抑制できるため、無線電力伝送システムを小型化しつつ、駆動対象を高精度に駆動させることができる。

＜その他の実施形態＞
上述した各実施形態では、長尺状の送電アンテナ１０１と、送電アンテナ１０１上を移動可能に支持された当該送電アンテナ１０１よりも長さの短い受電アンテナ２０１と、の間で電力伝送が行われる場合の構成の一例について説明した。一方で、同構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る無線電力伝送システムの技術思想を逸脱しない範囲であれば、一部の構成が適宜変更されてもよい。
例えば、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１との形状が略等しくてもよい。より具体的な一例として、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１とが、長尺方向の長さが略等しくなるように形成されてもよい。
また、上述した実施形態では、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１が直線状に延伸するように形成される場合の一例について説明した。一方で、無線電力伝送システムを送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１が延伸する方向に直行する平面で切断した場合の断面図が、図３、図４、図５、及び図７に示す断面図と略等しい構成を示していれば必ずしも無線電力伝送システムの構成は限定されない。具体的な一例として、送電アンテナ１０１及び受電アンテナ２０１のうち少なくともいずれかが、リングの円周に沿って延伸するように形成されていてもよいし、多角形の各辺に沿って延伸するように形成されてもよい。

また、上述した各実施形態では、無線電力伝送システム内におけるアンテナ間及び回路基板間の干渉の抑制に着目して、当該無線電力伝送システムの構成の一例について説明した。一方で、本実施形態に係る無線電力伝送システムに依れば、隣接する他の制御回路や通信基板から発生する電磁波等による干渉の影響をも抑制する効果を期待することが可能である。

また、前述したように、本実施形態に係る無線電力伝送システムの適用先は、半導体露光装置には限定されない。具体的な一例として、インクジェットプリンタ、ロボット装置、及び自動搬送車等のような所望の駆動対象を備える機械装置であれば本実施形態に係る無線電力伝送システムを適用することが可能である。具体的な一例として、送電アンテナ１０１が延伸する方向に移動可能に支持された駆動部材に対して受電部２００（特に、受電アンテナ２０１）が支持される構成とすることが可能であれば、本実施形態に係る無線電力伝送システムを適用することが可能である。また、駆動対象についてもモータには限定されず、駆動対象に応じて少なくとも一部の構成が適宜変更されてもよい。具体的な一例として、図１に示すモータ駆動回路２０６に相当する構成が、駆動対象に応じて適宜変更されてもよい。

１００送電部
２００受電部
３００無線電力伝送システム
４００モータ
１０１１、１０１２、１０１３送電アンテナ
２０１１、２０１２、２０１３受電アンテナ
３０１１、３０１２、３０１３、３０１４、３０１５シールド部材

Claims

第１の方向に延伸する送電アンテナを備える送電部と、
前記第１の方向に延伸し、かつ前記第１の方向と略直行する第２の方向に前記送電アンテナと対向するように配設される受電アンテナを備える受電部と、
の組を３つ以上含み、
第１の送電アンテナと第２の送電アンテナとは、前記第１の方向及び前記第２の方向それぞれに略直行する第３の方向に離間して配設され、
前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナとの間には、導電性を有し、かつ前記第１の送電アンテナと、前記第２の送電アンテナに対向する第２の受電アンテナと、の間を遮蔽するように前記第２の方向に延伸する第１のシールド部材が介在し、
前記第１の送電アンテナと対向する第１の受電アンテナに対して、前記第２の方向に位置するように第３の送電アンテナが配設され、
前記第１の受電アンテナと、前記第３の送電アンテナと、の間が、導電性を有する第２のシールド部材により遮蔽される、
無線電力伝送システム。
前記第２のシールド部材は、少なくとも第３の方向に延伸し、
当該第２のシールド部材と、前記第１のシールド部材と、が接合される、
請求項１に記載の無線電力伝送システム。
前記第１のシールド部材は、前記第２の方向の厚みが、
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナそれぞれの前記第２の方向の厚みと、
前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の前記第２の方向の距離と、
の和以上となるように形成される、
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
前記第２のシールド部材は、少なくとも前記送電アンテナよりも前記第１の方向の長さが長くなるように形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記第１のシールド部材と前記第２のシールド部材とのうち少なくともいずれかは、金属により形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記送電アンテナ及び前記受電アンテナのそれぞれは、導電性を有するシールド部材に対して磁性体を介して配設される、請求項１～５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記送電アンテナの駆動に係る送電回路を備え、
前記送電回路は、前記送電アンテナに対して前記第１の方向に隣接するように、前記第２の方向に積層されることで形成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記受電アンテナは、当該第１の方向の長さが前記送電アンテナよりも短くなるように形成される、請求項１～７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記受電アンテナは、前記送電アンテナと対向する状態を維持しながら前記第１の方向に沿って移動可能に支持される、請求項８に記載の無線電力伝送システム。
前記受電アンテナの駆動に係る受電回路を備え、前記受電回路は、前記受電アンテナに対して前記第３の方向に隣接するように、前記第２の方向に積層されることで形成される、請求項９に記載の無線電力伝送システム。
前記受電部は、前記第１の方向に沿って移動可能に支持された駆動部材の少なくとも一部に支持される、請求項９または１０に記載の無線電力伝送システム。
少なくとも第１の方向に沿って移動可能に支持された駆動部材と、
無線電力伝送システムと、
を備え、
前記無線電力伝送システムは、
前記第１の方向に延伸する送電アンテナを備える送電部と、
前記第１の方向に延伸し、かつ前記第１の方向と略直行する第２の方向に前記送電アンテナと対向するように配設される受電アンテナを備える受電部と、
の組を３つ以上含み、
第１の送電アンテナと第２の送電アンテナとは、前記第１の方向及び前記第２の方向それぞれに略直行する第３の方向に離間して配設され、
前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナとの間には、導電性を有し、かつ前記第１の送電アンテナと、前記第２の送電アンテナに対向する第２の受電アンテナと、の間を遮蔽するように前記第２の方向に延伸する第１のシールド部材が介在し、
前記第１の送電アンテナと対向する第１の受電アンテナに対して、前記第２の方向に位置するように第３の送電アンテナが配設され、
前記第１の受電アンテナと、前記第３の送電アンテナと、の間が、導電性を有する第２のシールド部材により遮蔽されることを特徴とする機械装置。
前記機械装置は、半導体露光装置であり、
前記駆動部材は、ウエハを露光位置に移動させるためのステージである、
請求項１２に記載の機械装置。