WO2020174819A1

WO2020174819A1 - 伝送モジュールおよび無線電力データ伝送装置

Info

Publication number: WO2020174819A1
Application number: PCT/JP2019/049147
Authority: WO
Inventors: 松本　正人; 坂田　勉; 宮本　英明
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-09-03
Also published as: CN113491073A; US20220149668A1; JPWO2020174819A1

Abstract

電力およびデータを無線で伝送するシステムにおける通信品質を向上させる。伝送モジュールは、送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送する無線電力データ伝送装置における送電モジュールまたは受電モジュールとして用いられる。前記伝送モジュールは、磁界結合または電界結合による送電または受電を行うアンテナと、電界結合による送信または受信を行う差動伝送線路対と、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる遮蔽部材とを備える。

Description

\¥02020/174819 1 卩（：17 2019/049147

明細書

発明の名称：伝送モジュールおよび無線電カデータ伝送装置技術分野

[0001 ] 本開示は、伝送モジュールおよび無線電カデータ伝送装置に関する。

背景技術

[0002] 無線すなわち非接触で電力の伝送を行い、かつデータを伝送するシステムが知られている。例えば特許文献 1は、回転軸を中心として互いに相対的に回転する 2つの物体の間で、エネルギーとデータを無線で伝送する装置を開示している。当該装置は、エネルギー伝送を行う円状または円弧状の 2つのコイルと、データ伝送を行う円状または円弧状の 2つの導電体とを備える。

2つのコイルは、回転軸の軸方向に離間して対向し、誘導結合によるエネルギー伝送を行う。 2つの導電体は、 2つのコイルとそれぞれが同軸の関係で配置される。導電体同士は軸方向に離間して対向し、電気的な結合によるデ —夕伝送を行う。 2つのコイルと 2つの導電体との間には、導電性材料からなる遮蔽用の配置物が配置される。

[0003] 特許文献 2は、相対的に動くことができる 2つのコアにそれぞれ設けられた 2対の平衡伝送線路の間で差動式の信号伝達を行う非接触型回転式インタフェースを開示している。

先行技術文献

特許文献

[0004] 特許文献 1 :特開 2 0 1 6 _ 1 7 4 1 4 9号公報

特許文献 2 :特表 2 0 1 0— 5 4 1 2 0 2号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005] 本開示は、 2つの物体の間で電力およびデータを無線で伝送するシステムにおける通信品質を向上させる技術を提供する。

課題を解決するための手段 \¥02020/174819 2 卩（：171?2019/049147

［0006］本開示の一態様に係る伝送モジュールは、送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送する無線電カデータ伝送装置における送電モジュ _ルまたは受電モジュ _ルとして用いられる伝送モジュールである。前記伝送モジュールは、磁界結合または電界結合による送電または受電を行うアンテナと、電界結合による送信または受信を行う差動伝送線路対と、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる遮蔽部材とを備える

［0007］本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンビュータプログラム、または、記録媒体によって実現され得る。あるいは、装置、システム、方法、集積回路、コンビュータプログラム、および記録媒体の任意の組み合わせによって実現されてもよい。

発明の効果

［0008］本開示の実施形態によれば、送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送するシステムにおける通信品質を向上させることができる。

図面の簡単な説明

［0009］［図 1］図 1は、複数の可動部を有するロボットアーム装置の一例を模式的に示す図である。

［図 2］図 2は、従来のロボットアーム装置の配線構成を模式的に示す図である

［図 3］図 3は、図 2に示す従来の構成の具体例を示す図である。

［図 4］図 4は、各関節部における電力伝送を無線で行うロボットの例を示す図である。

［図 5］図 5は、無線電力伝送を適用したロボットアーム装置の一例を示す図である。

［図 6］図 6は、無線電カデータ伝送装置における送電モジュールおよび受電モジュールの例を示す断面図である。 \¥02020/174819 3 卩（：17 2019/049147

［図 7］図 7は、図 6に示す送電モジュールを軸八に沿って見た上面図である。［図 8］図 8は、磁性コァの構成例を示す斜視図である。

［図 9］図 9は、例示的な実施形態における無線電カデータ伝送装置の構成を示す断面図である。

［図 10］図 1 0は、図 9に示す送電モジュールを軸八に沿って見た上面図である。

［図 1 1八］図 1 1 は、差動伝送線路対の両端部における接続の例を示す図である。

［図 1 18］図 1 1 巳は、差動伝送線路対の両端部における接続の他の例を示す図である。

［図 1 1 (：］図 1 1 ⁽3は、差動伝送線路対の両端部における接続のさらに他の例を示す図である。

［図 1 10］図 1 1 0は、復号用の回路素子を示す図である。

［図 1 1 £］図 1 1 巳は、送信および受信の両方を行う通信回路の例を示す図である。

［図 12］図 1 2は、図 9に示す無線電カデータ伝送装置の一部を拡大して示す図である。

［図 13］図 1 3は、電界強度分布の一例を示す図である。

［図 14］図 1 4は、実施形態の変形例を示す図である。

［図 15］図 1 5は、実施形態の他の変形例を示す図である。

［図 16八］図 1 6八は、無線電カデータ伝送装置の他の例を示す図である。

［図 168］図 1 6巳は、無線電カデータ伝送装置のさらに他の例を示す図である

［図 17八］図 1 7八は、さらに他の変形例を示す図である。

［図 178］図 1 7巳は、図 1 7八に示す送電モジュールを軸八に沿って見た上面図である。

［図 18八］図 1 8八は、全二重通信が可能な構成の一例を示す図である。

［図 188］図 1 8巳は、図 1 8八に示す送電モジュールを軸八に沿って見た上面 \¥02020/174819 4 卩（：17 2019/049147

図である。

［図 19八］図 1 9八は、全二重通信が可能な構成の他の例を示す図である。

［図 198］図 1 9巳は、図 1 9八に示す送電モジュールを軸八に沿って見た上面図である。

［図 20］図 2 0は、無線電カデータ伝送装置のさらに他の例を示す図である。［図 21］図 2 1は、無線電カデータ伝送装置を含むシステムの構成を示すブロック図である。

［図 22八］図 2 2八は、送電コイルおよび受電コイルの等価回路の一例を示す図である。

［図 228］図 2 2巳は、送電コイルおよび受電コイルの等価回路の他の例を示す図である。

［図 23八］図 2 3八は、フルプリツジ型のインバータ回路の構成例を示している

［図 238］図 2 3巳は、ハーフブリッジ型のインバータ回路の構成例を示している。

［図 24］図 2 4は、 2つの無線給電ュニットを備える無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

［図 25八］図 2 5八は、 1つの無線給電ュニットを備える無線電力伝送システムを示す図である。

［図 258］図 2 5巳は、 2つの無線給電ュニットを備える無線電力伝送システムを示す図である。

［図 25（：］図 2 5（3は、 3つ以上の無線給電ュニットを備える無線電力伝送システムを示している。

発明を実施するための形態

［0010］（本開示の基礎となつた知見）

本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する

［001 1］図 1は、複数の可動部（例えば関節部）を有するロボットアーム装置の一 \¥02020/174819 5 卩（：171?2019/049147

例を模式的に示す図である。各可動部は、電気モータ（以下、単に「モータ」と称する。）を含むアクチユエータによって回転または伸縮できるように構成されている。このような装置を制御するためには、複数のモータに個別に電力を供給して制御することが求められる。電源から複数のモータへの給電は、従来は多数のケーブルを介した接続によって実現されていた。

[0012] 図 2は、そのような従来のロボットァーム装置内での構成要素間の接続を模式的に示す図である。図 2に示す構成では、有線のバス接続によって電源から複数のモータに電力が供給される。各モータは、制御装置（コントローラ）によって制御される。

[0013] 図 3は、図 2に示す従来の構成の具体例を示す図である。この例におけるロボットは 2つの関節部を有している。各関節部は、サーボモ _夕1\/1によって駆動される。各サーボモータ IV!は、 3相交流電力によって駆動される。コントローラは、制御するモータ IV!の数に応じた数のモータ駆動回路 9 0 0を備える。各モータ駆動回路 9 0 0は、コンパータと、 3相インバータと、制御回路とを有する。コンバータは、電源からの交流（八〇）電力を直流（口〇）電力に変換する。 3相インバータは、コンバータから出力された直流電力を 3相交流電力に変換してモータ IV!に供給する。制御回路は、モータ IV!に必要な電力を供給するように 3相インバータを制御する。モータ駆動回路 9 0 0は、モータ IV!から回転位置および回転速度に関する情報を取得し、その情報に応じて各相の電圧を調整する。このような構成により、各関節部の動作が制御される。

[0014] しかし、このような構成では、モータの数に応じた規模の多数のケーブルを敷設する必要がある。そのため、ケーブルの引っ掛かりによる事故が発生し易く、可動域が制限され、部品交換が容易にできない、という課題が生じる。また、ケーブルの屈曲が繰り返されることによってケーブルが劣化したり、断線が生じたりするという課題も生じる。安全性および制振性向上のためにアーム内へのケーブル内蔵化の要望もある。しかし、そのためには多数のケーブルを関節部に収納する必要があり、製造工程の自動化に制約が生じ \¥02020/174819 6 卩（：171?2019/049147

る。そこで、本発明者らは、無線電力伝送技術を適用して、ロボットアームの可動部におけるケーブル本数を削減することを検討した。

[0015] 図 4は、各関節部における電力伝送を無線で行うロボットの構成例を示す図である。この例では、図 3の例と異なり、モータ IV!を駆動する 3相インバ —夕および制御回路が、外部のコントローラではなくロボットの内部に設けられている。各関節部において、送電コイルと受電コイルとの間の磁界結合を介した無線電力伝送が行われる。このロボットは、関節部ごとに、無線給電ユニットおよび小型モータを備えている。各小型モータ 7 0 0八、 7 0 0 巳は、モータ IV!と、 3相インバータと、制御回路とを備えている。各無線給電ユニット 6 0 0八、 6 0 0巳は、送電回路と、送電コイルと、受電コイルと、受電回路とを備えている。送電回路は、インバータ回路を含む。受電回路は、整流回路を含む。図 4における左側の無線給電ユニット 6 0 0八における送電回路は、電源と送電コイルとの間に接続され、供給された直流電力を交流電力に変換して送電コイルに供給する。受電回路は、受電コイルが送電コイルから受け取つた交流電力を直流電力に変換して出力する。受電回路から出力された直流電力は、小型モータ 7 0 0八だけでなく、他の関節部に設けられた無線給電ユニット 6 0 0巳における送電回路にも供給される。これにより、他の関節部を駆動する小型モータ 7 0 0巳にも電力が供給される

[0016] 図 5は、上記のような無線電力伝送を適用したロボットアーム装置の一例を示す図である。このロボットアーム装置は、関節部」 1

6を有している。このうち、関節部」 2、」 4には、前述の無線電力伝送が適用されている。一方、関節部」 1、」 3、」 5、」 6には、従来の有線による電力伝送が適用されている。ロボットアーム装置は、関節部」 1

6をそれぞれ駆動する複数のモ _夕 IV! 1 ~ 1\/1 6と、モ _夕1\/1 1 ~ 1\/1 6のうち、モータ

IV! 6をそれぞれ制御するモータ制御回路（3 I

「 6と、関節部」 2 、」 4にそれぞれ設けられた 2つの無線給電ユニット（インテリジェントロボットハーネスユニット：丨 1^~1 IIと称することもある）丨 1^~1 11 2、丨 1^~1 11 4 \¥02020/174819 7 卩（：171?2019/049147

とを備えている。モータ IV! 1、 IV! 2をそれぞれ駆動するモータ制御回路〇 1 r } _s C t 「 2は、ロボットの外部の制御装置 5 0 0に設けられている。

[0017] 制御装置 5 0 0は、モータ IV! 1、 IV! 2、および無線給電ユニッ

に有線で電力を供給する。無線給電ユニット丨

は、一対のコイルを介して関節部」 2において電力を無線で伝送する。伝送された電力は、モータ IV! 3、 IV! 4、制御回路〇 I 「 3、〇「 4、および無線給電ユニット丨 1^~1 II 4に供給される。無線給電ユニット丨

も、一対のコイルを介して関節部」 4において電力を無線で伝送する。伝送された電力は、モータ 1\/1 5、 IV! 6、および制御回路〇 I 「 5、〇「 6に供給される。このような構成により、関節部」 2、」 4において、電力伝送用のケーブルを排除することができる。

[0018] このようなシステムにおいて、各無線給電ユニットでは、電力伝送だけでなくデータ伝送も行われ得る。例えば、各モータを制御するための信号、または各モータからフイードバックされる信号が、無線給電ユニット内の送電モジュールと受電モジュールとの間で伝送され得る。あるいは、ロボットア —ムの先端部にカメラが搭載されているような場合、カメラによって撮影された画像のデータが伝送され得る。ロボットアームの先端部などにセンサが搭載されているような場合も、センサが得た情報を示すデータ群が伝送され得る。

[0019] そのような、電力伝送とデータ伝送とを同時に行う無線給電ユニットを、本明細書では「無線電カデータ伝送装置」と称する。無線電カデータ伝送装置においては、電力伝送とデータ伝送とを高い品質で両立することが求められる。

[0020] 図 6は、無線電カデータ伝送装置における送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の無線電力伝送および無線通信を行う部分の構成例を示す断面図である。図 7は、図 6に示す送電モジュール 1 0 0を軸八に沿って見た上面図である。図 7は送電モジュール 1 0 0の構造を例示しているが、受電モジュール 2 0 0も同様の構造を備える。送電モジュール 1 0 0および \¥02020/174819 8 卩（：171?2019/049147

受電モジュール 2 0 0の少なくとも一方は、不図示のアクチュエータによって軸八を中心として相対的に回転することができる。アクチュエ—夕は、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0のいずれかに設けられていてもよいし、これらの外部に設けられていてもよい。

[0021 ] 送電モジュール 1 0 0は、送電コイル 1 1 0と、差動伝送線路として機能する 2つの電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕を含む通信電極と、磁性コア 1 3 0と、通信回路 1 4 0と、これらを収容する筐体 1 9 0とを備える。以下、 2つの電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕をまとめて「通信電極 1 2 0」と称することがある。また、差動伝送線路として機能する 2つの電極または線路をまとめて「差動伝送線路対」と称することがある。

[0022] 図 7に示すように、送電コイル 1 1 0は、軸八を中心とする円形状を有する。 2つの電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕は、軸八を中心とする円弧形状（またはスリットを有する円形状）を有する。 2つの電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕は、隙間を隔てて隣接している。通信電極 1 2 0および送電コイル 1 1 0は、同一の平面上に位置する。通信電極 1 2 0は、送電コイル 1 1 0の外側において、送電コイル 1 1 0を囲むように位置する。送電コイル 1 1 0は、磁性コア 1 3 0に収容されている。

[0023] 図 6、 7に示す構成では、軸八に対し、内径側に送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0が配置され、外径側に通信電極 1 2 0、 2 2 0が配置されている。このような構成に限定されず、送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0の対と通信電極 1 2 0、 2 2 0との配置を逆転させても構わない。すなわち、内径側に通信電極 1 2 0、 2 2 0が配置され、外径側に送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0が配置された構成でもよい。

[0024] 図 8は、磁性コア 1 3 0の構成例を示す斜視図である。図 8に示す磁性コア 1 3 0は、同心円状の内周壁および外周壁と、両者を接続する底面部とを有する。磁性コア 1 3 0は、必ずしも底面部が内周壁および外周壁に接続された構造を有していなくてもよい。磁性コア 1 3 0は磁性材料によって構成される。磁性コア 1 3 0の内周壁と外周壁との間に、巻回された送電コイル \¥02020/174819 9 卩（：171?2019/049147

1 1 0が配置される。図 7に示すように、磁性コア 1 3 0は、その中心が軸八に一致するように配置される。磁性コア 1 3 0の外周壁は、送電コイル 1 1 0と電極 1 2 0 8との間に位置する。図 6に示すように、磁性コア 1 3 0 は、底面の反対側の開放された部分が受電モジュール 2 0 0と対向する方向を向くように配置される。

[0025] 通信回路 1 4 0の入出力端子は、図 7に示す電極 1 2 0 3の一端 1 2 1 3 および電極 1 2 0匕の一端 1 2 1 匕に接続される。通信回路 1 4 0は、送信時には、互いに逆位相で等振幅の 2つの信号を、電極 1 2 0 3の一端 1 2 1 3および電極 1 2 0匕の一端 1 2 1 匕にそれぞれ供給する。通信回路 1 4 0 は、受信時には、電極 1 2 0 3の一端 1 2 1 3および電極 1 2 0匕の一端 1 2 1 匕から送られた 2つの信号を受け取る。通信回路 1 4 0は、当該 2つの信号の差分演算を行うことにより、伝送された信号を復調することができる。電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕の各々の他端は、例えばグラウンド（〇 0）に接続される。

[0026] このように、 2つの電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕は、差動伝送線路として機能する。差動伝送線路によるデータ伝送は、電磁ノイズの影響を受けにくい。差動伝送線路を使用することにより、より高速なデータ伝送が可能である。通信回路 1 4 0は、 2つの電極 1 2 0 3、 1 2 0匕に対向する位置に配置され得る。なお、通信回路 1 4 0は、通信電極 1 2 0に対向する位置とは異なる位置に配置されていてもよい。

[0027] 送電コイル 1 1 0は、不図示の送電回路に接続される。送電回路は、交流電力を送電コイル 1 1 〇に供給する。送電回路は、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備え得る。送電回路は、インピーダンス整合のための整合回路を備えていてもよい。送電回路はまた、電磁ノイズ抑圧のため、フィルタ回路を備えていてもよい。送電回路を搭載した回路基板が、例えば受電モジュール 2 0 0が位置する側の反対側において送電モジュール 1 0 0に隣接する位置に配置され得る。

[0028] 筐体 1 9 0は、受電モジュール 2 0 0の筐体 2 9 0に対向する部分を除き \¥02020/174819 10 卩（：171?2019/049147

、導電性の材料で形成され得る。筐体 1 9 0は、送電モジュール 1 0 0の外部への電磁界の漏;'曳を抑制する機能を果たす。

[0029] 受電モジュール 2 0 0は、送電モジュール 1 0 0と同様の構成を備える。

受電モジュール 2 0 0は、受電コイル 2 1 0と、差動伝送線路として機能する 2つの電極 2 2 0 3、 2 2 0匕を含む通信電極と、磁性コア 2 3 0と、通信回路 2 4 0と、これらを収容する筐体 2 9 0とを備える。これらの構成要素の構成は、送電モジュール 1 0 0における対応する構成要素の構成と同様である。本明細書において、 2つの電極 2 2 0 3、 2 2 0 をまとめて「通信電極 2 2 0」と称することがある。

[0030] 受電コイル 2 1 0、 2つの電極 2 2 0 3、 2 2 0 および磁性コア 2 3

0は、図 7および図 8を参照して説明した構造と同様の構造を備える。通信回路 2 4 0は、 2つの電極 2 2 0 3、 2 2 0匕の各々の一端に接続され、互いに逆位相で同振幅の 2つの信号を送信または受信する。通信回路 2 4 0は、図 6に示すように筐体 2 9 0内に配置され得る。

[0031 ] 受電コイル 2 1 0は送電コイル 1 1 0に対向するように配置される。受電側の通信電極 2 2〇 ₃、 2 2 0匕は、送電側の通信電極 1 2 0 3、 1 2 0匕にそれぞれ対向するように配置される。送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0は、磁界結合による電力伝送を行う。通信電極 1 2〇 ₃、 1 2 0匕および通信電極 2 2 0

2 2 0匕は、電極間の結合を介したデータ伝送を行う。データ伝送は、送電モジュ _ル 1 0 0および受電モジュ _ル 2 0 0のいずれの側から行うこともできる。なお、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の各々は、差動伝送線路として機能する電極対を 2対備えていてもよい。そのような構成では、送電側から受電側への送信と、受電側から送電側への送信とを同時に行う全二重通信が可能である。また、上記の例では、磁界結合によって電力を伝送する送電コイル 1 1 0と受電コイル 2 1 0とが用いられているが、電界結合によって電力を伝送する送電電極と受電電極とが用いられていてもよい。本明細書において、電力伝送に使用されるコイルおよび電極とを包含する概念として、「アンテナ」の用語を使用する \¥02020/174819 11 卩（：171?2019/049147

[0032] 上記の構成により、送電モジュール 1 0 0と受電モジュール 2 0 0との間で、電力およびデータを同時に無線で伝送することができる。上記の構成では差動伝送線路が用いられるため、シングルエンド伝送を行う形態と比較して、電力伝送部から生じる電磁ノイズの影響を抑えられる。このため、通信品質を改善することができる。

[0033] しかし、本発明者らの検討によれば、伝送される電力が大きい場合、電力伝送時にコイル周辺に発生する強い磁界の影響を受けてデータ伝送部の通信品質が低下する課題が生じることがわかった。送電コイル 1 1 0から生じる磁束の一部が通信電極 1 2 0、 2 2 0に侵入すると、通信電極 1 2 0、 2 2 0内で電磁誘導による起電力が発生する。この起電力は、伝送される信号とは無関係の電圧をノイズとして発生させる。このノイズにより、通信の

比が低下し、通信品質が損なわれ得る。

[0034] 以上の考察に基づき、本発明者らは、以下に説明する本開示の実施形態の構成に想到した。

[0035] 本開示の一態様に係る伝送モジュールは、送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送する無線電カデータ伝送装置における送電モジュ _ルまたは受電モジュ _ルとして用いられる伝送モジュールであって、磁界結合または電界結合による送電または受電を行うアンテナと、電界結合による送信または受信を行う差動伝送線路対と、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる遮蔽部材とを備える。

[0036] 上記態様によれば、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる遮蔽部材が配置される。これにより、電力伝送時にアンテナから生じる磁束による差動伝送線路対における信号電圧への影響を低減することができ、通信品質を向上することができる。

[0037] 本開示において、「電磁気的な干渉」は、磁界による干渉、電界による干 \¥02020/174819 12 卩（：171?2019/049147

渉、およびそれらの組み合わせによる干渉のいずれかを意味する。したがって、「電磁気的な干渉を低減させる」ことは、電界による干渉、磁界による干渉、およびそれらの組み合わせによる干渉の少なくとも一つを低減させることを意味する。

[0038] 前記アンテナは、磁界結合による送電または受電を行うコイルであってもよいし、電界結合による送電または受電を行う電極であってもよい。

[0039] 前記アンテナ、および前記差動伝送線路対の各々は、円環形状を有し得る。ある態様では、前記差動伝送線路対は、前記アンテナの外側に位置する。他の態様では、前記差動伝送線路対は、前記アンテナの内側に位置する。前記遮蔽部材は、例えば円環形状を有する金属部材であり得る。遮蔽部材として機能する金属部材を、以下の説明において「導電シールド」と称する。

[0040] 伝送モジュールは、前記差動伝送線路対（第 1の差動伝送線路対と称する。）に加えて第 2の差動伝送線路対を備えていてもよい。その場合、前記第 1の差動伝送線路対は、前記アンテナの外側に配置され、前記第 2の差動伝送線路対は、前記アンテナの内側に配置され得る。そのような構成によれば、全二重通信が可能である。全二重通信が行われているとき、前記第 1の差動伝送線路対および前記第 2の差動伝送線路対の一方はデータの送信に用いられ、前記第 1の差動伝送線路対および前記第 2の差動伝送線路対の他方はデータの受信に用いられる。

[0041 ] 伝送モジュールは、前記遮蔽部材（第 1の遮蔽部材と称する。）に加えて、第 2の遮蔽部材を備えていてもよい。その場合、第 1の遮蔽部材は、前記アンテナと前記第 1の差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記第 1の差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる。第 2の遮蔽部材は、前記アンテナと前記第 2の差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記第 2の差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる。そのような構成により、電力伝送時にアンテナから生じる磁束による第 1の差動伝送線路対および第 2の差動伝送線路対における信号電圧への影響を低減することができ、通信品質を向上することができる。 \¥02020/174819 13 卩（：17 2019/049147

[0042] 前記差動伝送線路対における各差動伝送線路は、ギヤップを介して位置する第 1の端部と第 2の端部とを有し得る。前記第 1の端部は差動信号の入出力端であり得る。前記第 2の端部はグラウンドまたは抵抗器に接続され得る

[0043] 前記差動伝送線路対および前記アンテナは、例えば同一の平面上に配置され得る。前記差動伝送線路対および前記アンテナは、異なる平面上に配置されていてもよい。前記アンテナと前記差動伝送線路対は、前記遮蔽部材を挟んで対向するように配置されていてもよい。

[0044] 前記送電モジュールおよび前記受電モジュールは、相対的に運動するように構成され得る。前記送電モジュールおよび前記受電モジュールは、例えば、回転軸を中心として相対的に回転可能に構成され得る。この場合、前記アンテナおよび前記差動伝送線路対、および前記遮蔽部材の各々は、前記回転軸を中心とする円環形状を有し得る。このような構成によれば、送電モジュ —ルと受電モジュールとを相対的に回転させた場合でも、送電モジュールにおけるアンテナおよび差動伝送線路対と、受電モジュールにおけるアンテナおよび差動伝送線路対とが対向する状態を維持することができる。

[0045] 前記アンテナがコイルである場合、前記差動伝送線路対と前記コイルとの間には、上記の磁性コアのような磁性体が配置され得る。

[0046] 前記差動伝送線路対は、通信回路に接続され得る。通信回路は、差動伝送線路対に、例えば逆位相の信号を供給する。あるいは、通信回路は、差動伝送線路対から送られた逆位相の信号を受け、復号する。このような構成によれば、差動伝送線路対が単一の電極である場合と比較して、電磁ノイズの影響を抑制することができる。

[0047] 前記伝送モジュールは、前記コイルの周囲に位置する磁性コアをさらに備えていてもよい。前記磁性コアは、前記コイルと前記遮蔽部材との間に位置し、前記磁性コアと前記遮蔽部材との間には空隙が存在していてもよい。

[0048] 前記伝送モジュールは、前記送電モジュールと前記受電モジュールとを相対的に運動させるアクチュエータをさらに備えていてもよい。前記アクチュ \¥02020/174819 14 卩（：171?2019/049147

エータは、少なくとも 1つのモータを備え得る。アクチュエータは、伝送モジュールの外部に設けられていてもよい。

[0049] 前記伝送モジュールは、前記アンテナに交流電力を供給する送電回路をさらに備えていてもよい。この場合、前記伝送モジュールは、送電モジュールとして機能する。前記送電回路は、例えばインバータ回路を備え得る。前記インバータ回路は、電源と前記アンテナに接続され得る。前記インバータ回路は、前記電源から出力された直流電力を伝送用の交流電力に変換して前記アンテナに供給する。

[0050] 前記伝送モジュールは、前記アンテナが受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する受電回路をさらに備えていてもよい。この場合、前記受電モジュールは、受電モジュールとして機能する。前記受電回路は、例えば整流回路などの電力変換回路を備え得る。前記電力変換回路は、前記アンテナと負荷との間に接続される。前記電力変換回路は、前記アンテナが受け取った交流電力を、前記負荷が要求する直流電力または交流電力に変換して前記負荷に供給する。

[0051 ] 前記伝送モジュールは、前記差動伝送線路対に接続された通信回路をさらに備えていてもよい。前記通信回路の 2つの端子が差動伝送線路対に接続される。前記通信回路は、送信回路および受信回路の少なくとも一方として機能する。送信時には、前記通信回路は、前記差動伝送線路対に、逆位相の信号を供給する。

[0052] 本開示の他の態様に係る無線電カデータ伝送装置は、送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送する。前記無線電カデ —夕伝送装置は、前記送電モジュールと、前記受電モジュールとを備える。前記送電モジュールおよび前記受電モジュールの少なくとも一方は、前述のいずれかの態様における伝送モジュールであり得る。

[0053] 前記送電モジュールおよび前記受電モジュールの両方が、前述のいずれかの態様における伝送モジュールであってもよい。その場合、送電モジュールと受電モジュールの両方において、電力伝送が通信に及ぼす影響を低減する \¥02020/174819 15 卩（：171?2019/049147

ことができる。

[0054] 前記無線電カデータ伝送装置において、前記送電モジュールおよび前記受電モジュールとが同一の構造を有している必要はない。例えば、送電モジュ —ルのみが遮蔽部材を備え、受電モジュールは遮蔽部材を備えていなくてもよい。このような非対称な構成であっても、従来の構成と比較してデータ伝送の通信品質を改善することができる。

[0055] 前記無線電カデータ伝送装置は、例えば図 1 に示すようなロボットアーム装置における無線給電ユニットとして用いられ得る。ロボットアーム装置に限らず、回転機構または直動機構を備えるあらゆる装置に前記無線電カデー夕伝送装置を適用することができる。

[0056] 本明細書において「負荷」とは、電力によって動作するあらゆる機器を意味する。「負荷」には、例えばモータ、カメラ（撮像素子）、光源、二次電池、および電子回路（例えば電力変換回路またはマイクロコントローラ）などの機器が含まれ得る。負荷と、当該負荷を制御する回路とを含む装置を、「負荷装置」と称することがある。

[0057] 以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

[0058] （実施形態）

本開示の例示的な実施形態における無線電カデータ伝送装置を説明する。無線電カデータ伝送装置は、例えば図 1 に示すような、工場または作業現場などで用いられる産業用ロボットの構成要素として用いられ得る。無線電力データ伝送装置は、例えば電気自動車への給電などの他の用途にも用いられ \¥02020/174819 16 卩（：171?2019/049147

得るが、本明細書では、主に産業用ロボットへの適用例を説明する。

[0059] 図 9は、本実施形態における無線電カデータ伝送装置の構成を示す断面図である。図 1 〇は、図 9に示す送電モジュール 1 0 0を軸八に沿って見た上面図である。

[0060] 無線電カデータ伝送装置は、送電モジュール 1 0 0と、受電モジュール 2

0 0とを備える。送電モジュール 1 0 0は、差動伝送線路対である 2つの電極 1 2 0 3、 1 2 0 匕と磁性コア 1 3 0との間に、電磁気的遮蔽部材である金属製の導電シールド 1 6 0を備えている。受電モジュール 2 0 0も同様に、差動伝送線路対である

2 2 0 匕と磁性コア 2 3 0との間に、電磁気的遮蔽部材である金属製の導電シールド 2 6 0を備えている。これらの導電シールド 1 6 0、 2 6 0以外の構成は、図 6に示す構成と同様である。

[0061 ] 図 1 0に示すように、導電シールド 1 6 0は、コイル 1 1 0、電極 1 2 0

3、 1 2 0匕の各々と同様、軸八を中心とする円環形状を有する。受電モジュール 2 0 0における導電シールド 2 6 0も同様に、コイル 2 1 0、電極 2 2〇 ₃、 2 2 0匕の各々と同様、軸を中心とする円環形状を有する。導電シールド 1 6 0の円環形状の半径は、磁性コア 1 3 0の外周壁の半径よりも大きく、内側の電極 1 2 0 ₃の半径よりも小さい。同様に、導電シールド 2 6 0の円環形状の半径は、磁性コア 2 3 0の外周壁の半径よりも大きく、内側の電極 2 2 0 3の半径よりも小さい。導電シールド 1 6 0、 2 6 0の各々は、通信電極 1 2 0、 2 2 0の形状のように、スリットを有する形状、すなわち円弧形状を有していてもよい。本開示では、円弧形状も「円環形状」に含まれるものと解釈する。

[0062] 電極 1 2 0 3は、ギャップを介して位置する第 1の端部 1 2 1 3と第 2の端部 1 2 2 ₃とを有する。電極 1 2 0匕も、ギャップを介して位置する第 1 の端部 1 2 1 匕と第 2の端部 1 2 2匕とを有する。これらの第 1の端部 1 2 1 ₃、 1 2 1 匕は、差動信号の入出力端である。言い換えれば、第 1の端部 1 2 1 3、 1 2 1 匕には、通信回路 1 4 0の入出力端子が接続される。他方 \¥02020/174819 17 卩（：171?2019/049147

、第 2の端部 1 2 2 3 , 1 2 2匕は、終端部であり、グラウンドまたは抵抗器に接続される。受電モジユール 2 0 0における電極 2 2 0 3、 2 2 0 13についても同様の構造を有する。

［0063］図 1 1 は、差動伝送線路対の両端部における接続の例を示す図である。

この例では、電極 1 2 0 3の第 1の端部 1 2 1 3と、電極 1 2 0匕の第 1の端部 1 2 1 匕とが、通信回路 1 4 0における送信用の差動ドライバ 1 4 2に接続されている。一方、電極 1 2 0 3の第 2の端部 1 2 2 3および電極 1 2 0匕の第 2の端部 1 2 2匕は、終端抵抗 3および匕にそれぞれ接続されている。抵抗およびは、互いに接続され、その接続点がグラウンド（〇 0）に接続されている。終端抵抗 3および 13の抵抗値は、終端部での反射が極力小さくなる値に設定される。このように、差動線路間を 2個の抵抗で終端し、それらの中点を接地する構成が採用され得る。このような構成によれば、線路ごとに終端抵抗値を適切な値に設定でき、各差動線路の終端部の電位の基準を共通化することができる。

［0064］図 1 1 巳は、差動伝送線路対の両端部における接続の他の例を示す図である。この例では、終端抵抗

および匕は、個別に◦ 0に接続されている。それ以外の点は、図 1 1 八に示す例と同様である。この例でも、図 1 1 八の例と同様の作用効果を得ることができる。

［0065］図 1 1 （3は、差動伝送線路対の両端部における接続のさらに他の例を示す図である。この例では、電極 1 2 0 3の第 2の端部 1 2 2 3および電極 1 2 0 13の第 2の端部 1 2 2 は、 1つの終端抵抗［¾に接続されている。この例では、 1つの抵抗器で差動線路間を終端できるため、部品点数を削減することができる。

［0066］図 1 1 八から図 1 1 〇の例では、各差動伝送線路の一端は、送信のための信号を入力する差動ドライバ 1 4 2に接続されている。一方、受信を行う差動伝送線路には、図 1 1 から図 1 1 <3に示す差動ドライバ 1 4 2に代えて、図 1 1 口に示す復号用の回路素子 1 4 3が接続され得る。また、送信および受信の両方を行う差動伝送線路には、図 1 1 巳に示すように、送信用の差 \¥02020/174819 18 卩（：17 2019/049147

動ドライバ 1 4 2と、受信用の回路素子 1 4 3と、スイッチ

とを含む通信回路が接続され得る。このような構成により、送電モジュール 1 〇〇と受電モジュール 2 0 0との間で、一方向または双方向の通信が実現される

[0067] 図 1 2は、図 9に示す無線電カデータ伝送装置の一部を拡大して示す図である。送電モジュール 1 0 0における内側の電極 1 2 0 3、導電シールド 1 6 0、および磁性コア 1 3 0のそれぞれの間には間隙が存在する。同様に、受電モジュール 2 0 0における内側の電極 2 2 0 3、導電シールド 1 6 0、および磁性コア 1 3 0のそれぞれの間には間隙が存在する。

[0068] このように、磁性コア 1 3 0と通信電極 1 2 0との間、および磁性コア 2

3 0と通信電極 2 2 0との間のそれぞれに、導電部材が配置される。このような構成により、電力伝送中に送受信される信号に含まれるノイズを大きく低減できる。

[0069] 本発明者らは、電磁界解析を行い、本実施形態の効果を検証した。表 1は、解析結果を示している。

[0070] [表 1 ]

[0071 ] 本電磁界解析では、送電コイル 1 1 0に交流電力を供給したときの各通信電極 1 2 0 3、 1 2 0匕、 2 2 0 3、 2 2 0匕への通過特性と、送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0の〇値を電磁界解析によって算出した。各部材の寸法は実際の構成と同様の値を用い、電気伝導率や材料損失などの各種のパラメータは実測値を用いた。表 1 における 3 3 1、 3 4 1、 3 5 1 , 3 6 1は、それぞれ、送電コイル 1 1 0への入力電力に対する通信電極 1 2 0 \¥02020/174819 19 卩（：171?2019/049147

3、 1 2 0 13、 2 2 0 3、 2 2 0匕への通過電力の比率（3パラメータ）を表している。

[0072] 送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0において、導電シールドを配置しなかった場合、および導電シールドを配置した場合のそれぞれについて、 3 3 1、 3 4 1、 3 5 1、 3 6 1 を算出した。ここで、導電シールドを配置した場合については、通信電極からの距離が相対的に近い場合と、通信電極からの距離が相対的に遠い場合の 2通りについて検証した。これらの例では、導電シールドの材料として、アルミニウム（八丨）を選択した。 3 3 1、 3 4 1、 3 5 1、 3 6 1の値が小さいほど、送電コイル 1 1 0から生じる磁束がそれぞれの通信電極に及ぼす影響が小さいことを意味する。

[0073] 表 1 に示すように、各モジュールにおいて、導電シールドを配置することにより、通過電力の強度が抑圧され、通信品質が改善することが確認された。特に、本解析の条件では、導電シールドが通信電極から相対的に遠い場合の方が高い改善効果を示した。

[0074] このように、各モジュールにおいて、通信電極と磁性コアとの間に導電シ —ルドを配置する構成により、通信信号に重畳される電力伝送部起因のノイズを低減することができることがわかった。

[0075] 図 1 3は、送電コイル 1 1 0に交流電力を供給したときの電磁界強度の分布の一例を示す図である。図 1 3において、薄く表示されている場所ほど、電界強度が高い。図 1 3に示すように、導電シールド 1 6 0および 2 6 0を配置することにより、コイル 1 1 0、 2 1 0と、通信電極 1 2 0、 2 2 0との間の電磁気的な干渉を抑制できることがわかる。

[0076] 以上のように、本実施形態によれば、送電コイル 1 1 0と通信電極 1 2 0 との間に導電シールド 1 6 0が配置され、受電コイル 2 1 0と通信電極 2 2 〇との間に導電シールド 2 6 0が配置される。コイル 1 1 0、 2 1 0の周囲には、磁性コア 1 3 0、 2 3 0がそれぞれ配置される。磁性コア 1 3 0と導電シールド 1 6 0との間、および磁性コア 2 3 0と導電シールド 1 6 0との間には空隙が存在する。この空隙の少なくとも一部は、任意の誘電特性の誘 \¥02020/174819 20 卩（：171?2019/049147 電体で充填されてもよい。

[0077] このような構成により、差動伝送線路対を構成する電極 1 2〇 ₃、 1 2 0 匕、および電極 2 2 0 3、 2 2 0匕に、電力伝送部から重畳されるノイズ強度を抑圧することができる。したがって、近傍で電力伝送が行われている状況におけるデータ伝送の通信品質を改善することができる。

[0078] 上記の実施形態では、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0 の両方が導電シールドを備えている。そのような構造に限定されず、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の一方のみが導電シールドを備えている場合でも改善効果は得られる。

[0079] 導電シールドは必ずしも板状である必要はなく、任意の形状を有し得る。

各導電シールドは、例えば銅またはアルミニウムなどの金属で形成され得る。他にも、以下の構成を導電シールドまたはその代替として利用してもよい導電性塗料（例えば、銀塗料、銅塗料など）を電気絶縁体で形成された側壁に塗装した構成

導電テープ（例えば、銅テープ、アルミニウムテープなど）を電気絶縁体で形成された側壁に貼付けた構成

導電性プラスチック（例えば、金属フイラーをプラスチックに練込んだ素材など）

[0080] これらは、いずれも上記の導電シールドと同等の機能を実現し得る。これらの構成をまとめて「導電シールド」と称する。

[0081 ] 本実施形態における各導電シールドは、送電コイルまたは受電コイル、および通信電極に沿ったリング状の構造を有する。各導電シールドは、各通信電極のように、 0字状に隙間を有する構造（すなわち円弧形状）を有していてもよい。その場合も、渦電流の発生によるエネルギーの損失を低減できる。シールドは、軸八に沿った方向から見た場合に、例えば多角形または楕円形状を有していてもよい。複数枚の金属板を接合してシールドを構成してもよい。さらに、各導電シールドは、 1つ以上の孔またはスリットを有してい \¥02020/174819 21 卩（：171?2019/049147

てもよい。そのような構成によれば、渦電流の発生によるエネルギーの損失を低減できる。

[0082] 本実施形態では、送電コイルまたは受電コイルと、通信電極とが、円環状の構造を有し、かつ両者が同一の軸を回転軸として相互に回転可能である。回転軸を中心とする円の径方向において、送電コイルおよび受電コイルの各々の外側に通信電極が配置されている。このような構造に限定されず、例えば送電コイルおよび受電コイルの内側に、通信電極が配置されていてもよい。コイルと通信電極との間に遮蔽部材が配置されていれば、相互の干渉を抑制できる。

[0083] さらに、各コイルおよび各通信電極は、回転を前提としない形状を有していてもよい。例えば、図 1 4に示すように、各コイルおよび各通信電極は、第 1の方向（図 1 4における縦方向）に延びる矩形状または長円状（楕円状）の構造を有していてもよい。その場合、送電コイル 1 1 0および通信電極 1 2 0と、受電コイル 2 1 0および通信電極 2 2 0は、アクチュエータによって第 1の方向に相対的に移動可能に構成され得る。図 1 4に示す構成では、受電モジュール 2 0 0における受電コイル 2 1 0および通信電極 2 2 0は、送電モジュール 1 0 0における送電コイル 1 1 0および通信電極 1 2 0よりも小さい。受電モジュール 2 0 0が送電モジュール 1 0 0に対して移動しても、それらの対向状態が維持される。このため、移動しながら電力伝送およびデータ伝送を、行うことができる。

[0084] 図 1 5巳は、無線電カデータ伝送装置の他の例を示す図である。この例では、送電モジュール 1 0 0は、制御装置 1 5 0を備え、受電モジュール 2 0 〇は、制御装置 2 5 0を備える。制御装置 1 5 0は、送電コイル 1 1 〇に電力伝送用の交流電力を供給し、通信電極 1 2 0に信号伝送用の交流電力を供給する。受電モジュール 2 0 0における制御装置 2 5 0は、受電コイル 2 1 0が送電コイル 1 1 0から受け取った交流電力を他の形態の電力に変換してモータなどの負荷装置に供給し、かつ通信電極 2 2 0から送られてきた信号を復調する。通信電極 1 2 0は、送電コイル 1 1 0に隣接して配置され、通 \¥02020/174819 22 卩（：171?2019/049147

信電極 2 2 0は、受電コイル 2 1 0に隣接して配置されている。受電モジュ —ル 2 0 0は、リニアアクチュエータなどの直動機構によって送電モジュール 1 0 0に対して並進移動する。

[0085] 図 1 6 および図 1 6巳は、本実施形態の他の変形例を示す断面図である。図 1 6八に示すように、送電モジュール 1 0 0が導電シールド 1 6 0を備え、受電モジュール 2 0 0は導電シールド 2 6 0を備えていなくてもよい。逆に、図 1 6巳に示すように、受電モジュール 2 0 0が導電シールド 2 6 0 を備え、送電モジュール 1 0 0は導電シールド 1 6 0を備えていなくてもよい。送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の一方のみが電磁気的遮蔽部材を備えた構成であっても、従来と比較して、アンテナと差動伝送線路対との間の電磁気的な干渉を低減する効果が得られる。

[0086] 図 1 7 は、本実施形態のさらに他の変形例を示す断面図である。図 1 7 巳は、図 1 7八に示す送電モジュール 1 0 0を軸八に沿って見た上面図である。図 1 7巳は送電モジュール 1 0 0の構造を例示しているが、受電モジュ —ル 2 0 0も同様の構造を備える。図示されるように、本変形例では、送電側の通信電極 1 2 0 （すなわち差動伝送線路対）が送電コイル 1 1 0 （すなわち送電アンテナ）の内側に配置されている。同様に、受電側の通信電極 2 2 0が受電コイル 2 1 0 （すなわち受電アンテナ）の内側に配置されている。送電側の通信電極 1 2 0と送電コイル 1 1 0との間には、導電シールド 1 6 0が配置されている。同様に、受電側の通信電極 2 2 0と受電コイル 2 1 0との間には、導電シールド 2 6 0が配置されている。本変形例のように、通信用の差動伝送線路対が、送電アンテナまたは受電アンテナの内側に位置する構成であっても、前述の実施形態と同様に機能する。

[0087] 以上の実施形態では、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0 の各々は、通信電極として機能する差動伝送線路対を一対のみ備えている。送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の各々は、通信電極として機能する 2対以上の差動伝送線路対を備えていてもよい。そのような構成では、送電モジュール 1 0 0から受電モジュール 2 0 0への送信と、受電モ \¥02020/174819 23 卩（：171?2019/049147

ジュール 2 0 0から送電モジュール 1 0 0への送信とを同時に行う全二重通信が可能である。

[0088] 図 1 8八および図 1 8巳は、全二重通信が可能な構成の一例を示している。図 1 8八は、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の断面図である。図 1 8巳は、図 1 8八に示す送電モジュール 1 0 0を軸八に沿って見た上面図である。図 1 8巳は送電モジュール 1 0 0の構造を例示しているが、受電モジュール 2 0 0も同様の構造を備える。

[0089] この例における送電モジュール 1 0 0は、第 1の通信電極 1 2 0八（第 1 の差動伝送線路対）と、第 1の通信回路 1 4 0八と、第 1の導電シールド 1 6 0八（第 1の遮蔽部材）と、磁性コア 1 3 0と、送電コイル 1 1 0と、第 2の導電シールド 1 6 0 6 （第 2の遮蔽部材）と、第 2の通信電極 1 2 0巳（第 2の差動伝送線路対）とを備える。これらの構成要素の各々は、軸八に沿って見たときに円形状または円弧形状を有する。第 1の通信電極 1 2 0八は、送電コイル 1 1 0の外側に位置し、第 2の通信電極 1 2 0巳は、送電コイル 1 1 0の内側に位置する。第 1の導電シールド 1 6 0八は、第 1の通信電極 1 2 0八と送電コイル 1 1 0との間に位置する。第 2の導電シールド 1 6 0巳は、送電コイル 1 1 0と第 2の通信電極 1 2 0巳との間に位置する。第 1の通信回路 1 4 0八は、第 1の通信電極 1 2 0八に接続されている。第 2の通信回路 1 4 0巳は、第 2の通信電極 1 2 0巳に接続されている。第 1 の通信回路 1 4 0 と第 1の通信電極 1 2 0 との接続、および第 2の通信回路 1 4 0巳と第 2の通信電極 1 2 0巳との接続は、例えば図 1 1 八から図 1 1 日を参照して説明した接続態様と同様である。

[0090] 受電モジュール 2 0 0も送電モジュール 1 0 0と同様の構造を備える。すなわち、この例における受電モジュール 2 0 0は、第 3の通信電極 2 2 0八（第 3の差動伝送線路対）と、第 3の通信回路 2 4 0八と、第 3の導電シールド 2 6 0八と、磁性コア 2 3 0と、受電コイル 2 1 0と、第 3の導電シールド 2 6 0巳と、第 4の通信電極 2 2 0巳（第 4の差動伝送線路対）とを備える。これらの構成要素の各々は、軸八に沿って見たときに円形状または円 \¥02020/174819 24 卩（：171?2019/049147

弧形状を有する。第 3の通信電極 2 2〇八は、受電コイル 2 1 0の外側に位置し、第 4の通信電極 2 2 0巳は、受電コイル 2 1 0の内側に位置する。第 3の導電シールド 2 6 0八は、第 3の通信電極 2 2 0八と受電コイル 2 1 0 との間に位置する。第 4の導電シールド 2 6 0巳は、受電コイル 2 1 0と第 4の通信電極 2 2 0巳との間に位置する。第 3の通信回路 2 4 0八は、第 3 の通信電極 2 2 0八に接続されている。第 4の通信回路 2 4 0巳は、第 4の通信電極 2 2 0巳に接続されている。第 3の通信回路 2 4 0八と第 3の通信電極 2 2 0八との接続、および第 4の通信回路 2 4 0巳と第 4の通信電極 2 2 0巳との接続は、例えば図 1 1 八から図 1 1 巳を参照して説明した接続態様と同様である。

[0091 ] このように、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の各々が通信用の 2対の差動伝送線路対を備えることにより、全二重通信を実現することができる。全二重通信が行われるとき、送電モジュール 1 0 0における通信電極 1 2 0八および1 2 0巳の一方がデータの送信に用いられ、通信電極 1 2 0八および1 2 0巳の他方はデータの受信に用いられる。このとき、受電モジュール 2 0 0における通信電極 2 2 0八および 2 2 0巳の一方はデ —夕の受信に用いられ、通信電極 2 2 0八および 2 2 0巳の他方はデータの送信に用いられる。外側の差動伝送線路対と内側の差動伝送線路対の長さの差に起因する周波数特性の差を利用し、通信速度による使い分けを行ってもよい。例えば、送信と受信とで通信速度が異なるシステムにおいては、内側の差動伝送線路対を相対的に高速の通信に使用し、外側の差動伝送線路対を相対的に低速の通信に使用してもよい。

[0092] 図 1 8八および図 1 8巳に示す例のように、送電コイル 1 1 0または受電コイル 2 1 0の外側および内側のそれぞれに通信用の差動伝送線路対を配置することにより、装置の大型化を抑制することができる。コイルの外側または内側にのみ 2対の作動伝送線路対を配置する構成でもよいが、その場合、

2対の差動伝送線路対間のクロストークを抑制するために、両者の間隔が広くなる。これに対し、本実施形態においては、コイルの外側と内側にそれぞ \¥02020/174819 25 卩（：171?2019/049147

れ差動伝送線路対が配置され、さらにコイルと各差動伝送線路対との間に導電シールドが設けられている。このため、各差動伝送線路対とコイルとの間隔を過度に広げる必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。

[0093] なお、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の各々において、 2つの導電シールドの一方のみが設けられていてもよい。また、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0の一方にのみ、導電シールドが設けられていてもよい。

[0094] 図 1 9八および図 1 9巳は、図 1 8八および図 1 8巳に示す実施形態の変形例を示す図である。図 1 9八は、送電モジュール 1 0 0および受電モジュ —ル 2 0 0の断面図である。図 1 9巳は、図 1 9八に示す送電モジュール 1 0 0を軸八に沿って見た上面図である。図 1 9巳は送電モジュール 1 0 0の構造を例示しているが、受電モジュール 2 0 0も同様の構造を備える。

[0095] 本変形例においては、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0 の各々が、中央部に軸に沿って延びる空洞を有する。空洞には、送電モジュール 1 0 0および受電モジュール 2 0 0が組み込まれるロボットの配線または回転軸を通すことができる。このような構造により、シンプルな構造のロボットを実現することができる。

[0096] 以上の実施形態では、アンテナとして、コイルが使用されているが、コイルに代えて、電界結合（容量結合とも称する。）によって電力を伝送する電極を使用してもよい。例えば、図 2 0に示すように、送電モジュール 1 0 0 が送電電極 1 1 〇八を備え、受電モジュール 2 0 0が受電電極 2 1 〇八を備えていてもよい。この場合、送電電極 1 1 0八および受電電極 2 1 0八は、ともに 2つの部分に分割されており、 2つの部分には逆位相の交流電圧が印加されるように構成され得る。送電電極 1 1 0八と受電電極 2 1 〇八との容量結合により、送電電極 1 1 0八から受電電極 2 1 0八に無線で電力が伝送される。この例のように、前述の各実施形態において、送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0に代えて、送電電極 1 1 0八および受電電極 2 1 0八を用いてもよい。 \¥02020/174819 26 卩（：171?2019/049147

[0097] 次に、本実施形態における無線電カデータ伝送装置を含むシステムの構成例をより詳細に説明する。

[0098] 図 2 1は、無線電カデータ伝送装置を含むシステムの構成を示すブロック図である。本システムは、電源 2 0と、送電モジュール 1 0 0と、受電モジュール 2 0 0と、負荷 3 0 0とを備える。この例における負荷 3 0 0は、モ —夕 3 1 と、モータインバータ 3 3と、モータ制御回路 3 5とを備える。負荷 3 0 0は、モータ 3 1 を含む機器に限らず、例えばバッテリ、照明機器、イメージセンサといった電力によって動作する任意の機器であってよい。負荷 3 0 0は、二次電池または蓄電用キャパシタなどの、電力を蓄積する蓄電装置であってもよい。負荷 3 0 0は、送電モジュール 1 0 0と受電モジュール 2 0 0とを相対的に運動（例えば回転または直動）させるモータ 3 1 を含むアクチュエータを含み得る。

[0099] 送電モジュール 1 0 0は、送電コイル 1 1 0と、通信電極 1 2 0 （電極 1

2〇 ₃および1 2 0匕）と、送電回路 1 3と、送電制御回路 1 5とを備える。送電回路 1 3は、電源 2 0と送電コイル 1 1 0との間に接続され、電源 2 0から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する。送電コイル 1 1 〇は、送電回路 1 3から出力された交流電力を空間に送出する。送電制御回路 1 5は、例えばマイクロコントローラユニット

以下、「マイコン」とも称する。）と、ゲートドライバ回路とを含む集積回路であり得る。送電制御回路 1 5は、送電回路 1 3に含まれる複数のスイッチング素子の導通/非導通の状態を切り替えることにより、送電回路 1 3から出力される交流電力の周波数および電圧を制御する。送電制御回路 1 5は、電極 1 2 0 3 および 1 2 0 13に接続されており、電極 1 2〇 3および1 2 0 13を介した信号の送受信も行う。

[0100] 受電モジュール 2 0 0は、受電コイル 2 1 0と、通信電極 2 2 0 （電極 2

2 0 ₃および 2 2 0匕）と、受電回路 2 3と、受電制御回路 1 2 5を備えている。受電コイル 2 1 0は、送電コイル 1 1 0に電磁的に結合し、送電コイル 1 1 0から伝送された電力の少なくとも一部を受け取る。受電回路 2 3は \¥02020/174819 27 卩（：171?2019/049147

、受電コイル 2 1 0から出力された交流電力を、たとえば直流電力に変換して出力する整流回路を含む。受電制御回路 2 5は、電極 2 2 0 ₃および 2 2 0匕に接続されており、電極 2 2 0 3および 2 2 0匕を介した信号の送受信も行う。

[0101 ] 負荷 3 0 0は、モータ 3 1 と、モータインバータ 3 3と、モータ制御回路

3 5とを備える。この例におけるモータ 3 1は、三相交流によって駆動されるサーボモータであるが、他の種類のモータであってもよい。モータインバ —夕 3 3は、モータ 3 1 を駆動する回路であり、三相インバータ回路を含む。モータ制御回路 3 5は、モータインバータ 3 3を制御する1\/1〇 IIなどの回路である。モータ制御回路 3 5は、モータインバータ 3 3に含まれる複数のスイツチング素子の導通/非導通の状態を切り替えることにより、モータインバータ 3 3に所望の三相交流電力を出力させる。

[0102] 図 2 2八は、送電コイル 1 1 0、および受電コイル 2 1 0の等価回路の一例を示す図である。図示されるように、各コイルは、インダクタンス成分とキャパシタンス成分とを有する共振回路として機能する。互いに対向する 2 つのコイルの共振周波数を近い値に設定することにより、高い効率で電力を伝送することができる。送電コイル 1 1 0には、送電回路 1 3から交流電力が供給される。この交流電力によって送電コイル 1 1 0から発生する磁界により、受電コイル 2 1 0に電力が伝送される。この例では、送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0の両方が、直列共振回路として機能する。

[0103] 図 2 2巳は、送電コイル 1 1 0および受電コイル 2 1 0の等価回路の他の例を示す図である。この例では、送電コイル 1 1 0は、直列共振回路として機能し、受電コイル 2 1 0は、並列共振回路として機能する。他にも、送電コイル 1 1 0が並列共振回路を構成する形態も可能である。

[0104] 各コイルは、例えば、回路基板上に形成された平面コイルもしくは積層コイル、または、銅もしくはアルミニウムなどの材料によって形成されるリツツ線またはツイスト線などを用いた巻き線コイルであり得る。共振回路における各キャパシタンス成分は、各コイルの寄生容量によって実現されていて \¥02020/174819 28 卩（：171?2019/049147

もよいし、例えばチップ形状またはリード形状を有するキャパシタを別途設けてもよい。

[0105] 共振回路の共振周波数チ 0は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数干 1 に一致するように設定される。共振回路の各々の共振周波数チ 0は、伝送周波数干 1 に厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数干〇は、例えば、伝送周波数チ 1の 5 0〜 1 5 0 %程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数干 1は、例えば 5 0 1^~1 2 ~ 3 0 0◦ 1^~1 2、ある例では 2 0 1< 1^~1 2〜 1 0〇1^~1 2、他の例では

さらに他の例では

に設定され得る。

[0106] 図 2 3八および図 2 3巳は、送電回路 1 3の構成例を示す図である。図 2

3八は、フルブリッジ型のインバータ回路の構成例を示している。この例では、送電制御回路 1 5は、送電回路 1 3に含まれる 4つのスイッチング素子 3 1〜3 4のオン/オフを制御することにより、入力された直流電力を所望の周波数チ 1および電圧 V （実効値）をもつ交流電力に変換する。この制御を実現するために、送電制御回路 1 5は、各スイッチング素子に制御信号を供給するゲートドライバ回路を含み得る。図 2 3巳は、ハーフブリッジ型のインバータ回路の構成例を示している。この例では、送電制御回路 1 5は、送電回路 1 3に含まれる 2つのスイッチング素子 3 1、 3 2のオン/オフを制御することにより、入力された直流電力を所望の周波数干 1および電圧 V （実効値）をもつ交流電力に変換する。送電回路 1 3は、図 2 3八および図 2 3巳に示す構成とは異なる構造を有していてもよい。

[0107] 送電制御回路 1 5、受電制御回路 2 5、およびモータ制御回路 3 5は、例えばマイクロコントローラユニット

などの、プロセッサとメモリとを備える回路によって実現され得る。メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより、各種の制御を行うことができる。送電制御回路 1 5、受電制御回路 2 5、およびモータ制御回路 3 5は、本実施形態の動作を実行するように構成された専用のハードウエアによって構成されていてもよい。送電制御回路 1 5および受電制御回路 2 5は、通信回路としても \¥02020/174819 29 卩（：171?2019/049147

機能する。送電制御回路 1 5および受電制御回路 25は、通信電極 1 20、

220を介して、相互に信号またはデータの伝送を行うことができる。

[0108] モータ 3 1は、例えば永久磁石同期モータまたは誘導モータなどの、 3相交流によって駆動されるモータであり得るが、これに限定されない。モータ 3 1は、直流モータ等の他の種類のモータでもよい。その場合には、 3相インバータ回路であるモータインバータ 33に代えて、モータ 3 1の構造に応じたモータ駆動回路が使用される。

[0109] 電源 20は、直流電源を出力する任意の電源であり得る。電源 20は、例えば、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、 US B （U n i v e r s a l S e r i a l B u s）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器などの任意の電源であってよい。

[0110] （他の実施形態）

本開示の他の実施形態における無線電力伝送システムは、複数の無線給電ユニットおよび複数の負荷を備える。複数の無線給電ユニットは、直列に接続され、それぞれに接続された 1つ以上の負荷に電力を供給する。

[0111] 図 24は、 2つの無線給電ユニットを備える無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、 2つの無線給電ユニット 1 0A、 1 0 Bと、 2つの負荷 300 A、 300 Bとを備えている。無線給電ユニットおよび負荷のそれぞれの個数は、 2つに限定されず、 3つ以上であってもよい。

[0112] 送電モジュール 1 00A、 1 00 Bの各々は、前述の実施形態における送電モジュール 1 00と同様の構成を備える。受電モジュール 200 A、 20 0 Bの各々は、前述の実施形態における受電モジュール 200と同様の構成を備える。負荷 300 A、 300 Bは、受電モジュール 200 A、 200 B からそれぞれ給電される。

[0113] 図 25 Aから図 25 Cは、本開示における無線電力伝送システムの構成の類型を模式的に示す図である。図 25 Aは、 1つの無線給電ユニット 1 0を \¥02020/174819 30 卩（：171?2019/049147

備える無線電力伝送システムを示している。図 25巳は、電源 20と末端の負荷 300巳との間に、 2つの無線給電ユニット 1 0八、 1 0巳が設けられた無線電力伝送システムを示している。図 25〇は、電源 20と末端の負荷装置 300 Xとの間に、 3つ以上の無線給電ユニット 1 0八~ 1 〇乂が設けられた無線電力伝送システムを示している。本開示の技術は、図 25八から 25〇のいずれの形態にも適用できる。図 25〇に示すような構成によれば、例えば図 1 を参照しながら説明したように、多くの可動部を有するロボッ卜のような電動装置に適用することができる。

[0114] 図 25〇の構成においては、全ての無線給電ユニット 1 0八~ 1 〇乂に前述の実施形態の構成を適用してもよいし、一部の無線給電ユニットのみに前述の構成を適用してもよい。

産業上の利用可能性

[0115] 本開示の技術は、例えば工場もしくは作業現場などで用いられるロボット、監視カメラ、電動車両、またはマルチコプターなどの電動装置に利用できる。

符号の説明

[0116] 1 0 無線給電ュニット

1 3 送電回路

1 5 送電制御回路

23 受電回路

3 1 モータ

33 モータインバータ

35 モータ制御回路

50 電源

1 00 送電モジュール

1 1 0 送電コイル

1 203、 1 20匕通信電極

1 30 磁性コア \¥02020/174819 31 卩（：171?2019/049147

1 40 通信回路

1 60 第 1の導電シールド

1 70 第 2の導電シールド

1 80 第 3の導電シールド

1 90 筐体

200 受電モジュール

2 1 0 受電コイル

2203 _% 220匕通信電極

230 磁性コア

240 通信回路

260 第 3の導電シールド

270 第 4の導電シールド

280 第 5の導電シールド

290 筐体

300 負荷

500 制御装置

600 無線給電ュニット

700 小型モータ

900 モータ駆動回路

Claims

\¥02020/174819 32 卩（：17 2019/049147 請求の範囲

[請求項 1 ] 送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送する無線電カデータ伝送装置における送電モジュールまたは受電モジュールとして用いられる伝送モジュールであって、

磁界結合または電界結合による送電または受電を行うアンテナと、電界結合による送信または受信を行う差動伝送線路対と、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記差動伝送線路対との間の電磁気的干渉を低減させる遮蔽部材と \

を備える伝送モジュール。

[請求項 2] 前記アンテナ、および前記差動伝送線路対の各々は、円環形状を有し、

前記差動伝送線路対は、前記アンテナの外側または内側に位置する請求項 1 に記載の伝送モジュール。

[請求項 3] 前記差動伝送線路対は、前記アンテナの外側に位置する、請求項 2 に記載の伝送モジュール。

[請求項 4] 前記差動伝送線路対は、前記アンテナの内側に位置する、請求項 2 に記載の伝送モジュール。

[請求項 5] 前記差動伝送線路対は第 1の差動伝送線路対であり、

前記伝送モジュ^_ルは、第 2の差動伝送線路対をさらに備え、前記第 1の差動伝送線路対は、前記アンテナの外側に位置し、前記第 2の差動伝送線路対は、前記アンテナの内側に位置する、請求項 2に記載の伝送モジュール。

[請求項 6] 前記遮蔽部材は第 1の遮蔽部材であり、

前記伝送モジュールは、第 2の遮蔽部材をさらに備え、前記第 2の遮蔽部材は、前記アンテナと前記第 2の差動伝送線路対との間に位置し、前記アンテナと前記第 2の差動伝送線路対との間の電磁気的干渉 \¥02020/174819 33 卩（：171?2019/049147

を低減させる、

請求項 5に記載の伝送モジュール。

[請求項 7] 前記遮蔽部材は、円環形状を有する金属部材である、請求項 2から

6のいずれかに記載の伝送モジュール。

[請求項 8] 前記送電モジュールおよび前記受電モジュールは、回転軸を中心として相対的に回転可能であり、

前記アンテナ、前記差動伝送線路対、および前記遮蔽部材の各々は、前記回転軸を中心として配置されている、

請求項 2から 7のいずれかに記載の伝送モジュール。

[請求項 9] 前記差動伝送線路対における各差動伝送線路は、ギャップを介して位置する第 1の端部と第 2の端部とを有し、

前記第 1の端部は差動信号の入出力端であり、前記第 2の端部はグラウンドまたは抵抗器に接続される、請求項 2から 8のいずれかに記載の伝送モジュール。

[請求項 10] 前記アンテナはコイルである、請求項 1から 9のいずれかに記載の伝送モジュール。

[請求項 1 1 ] 前記送電モジュールと前記受電モジュールとを相対的に運動させるアクチュエータをさらに備える、請求項 1から 1 0のいずれかに記載の伝送モジュ ^_ル。

[請求項 12] 前記伝送モジュールは前記送電モジュールであり、

前記アンテナに交流電力を供給する送電回路をさらに備える、請求項 1から 1 1のいずれかに記載の伝送モジュール。

[請求項 13] 前記伝送モジュールは前記受電モジュールであり、

前記アンテナが受け取つた交流電力を他の形態の電力に変換して出力する受電回路をさらに備える、

請求項 1から 1 1のいずれかに記載の伝送モジュール。

[請求項 14] 前記差動伝送線路対に接続された通信回路をさらに備える、請求項

1から 1 3のいずれかに記載の伝送モジュール。 \¥02020/174819 34 卩（：171?2019/049147

[請求項 15] 送電モジュールと受電モジュールとの間で電力およびデータを無線で伝送する無線電カデータ伝送装置であって、

前記送電モジュールと、

前記受電モジュールと、

を備え、

前記送電モジュールおよび前記受電モジュールの少なくとも一方は、請求項 1から 1 1、 1 4のいずれかに記載の伝送モジュールである無線電カデータ伝送装置。