JP7706962B2 - 制御システムおよび制御システムの制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、制御システムおよび制御システムの制御方法に関する。

モータに電力を供給して駆動させるシステムがある。例えば、半導体露光装置では、ウエハを露光位置に移動させるためのステージ上に、ウエハ上にパターンを形成するためにウエハを微細移動させるモータが搭載されており、そのモータを駆動するための電力を供給する給電ケーブルがステージ上に接続されている。このケーブルは、ステージの移動に併せて動くため、ケーブルの張力がステージの位置決め精度に影響を与える。そこで、モータ駆動のための電力伝送を無線化することが考えられている。

さらに、近年、モータ等の負荷部に印加する電圧を高精度に制御することが求められている。例えば、半導体露光装置において、ステージの位置決めの高精度化のためには、モータに印加する電圧の変動を数ｍＶ以下に抑えることが求められる。

一般に、出力電圧の変動を抑えるためには、出力電圧の変動をフィードバックして、入力電圧を制御することで、出力電圧の変動を抑制するフィードバック制御が用いられる。特許文献１には、無線電力伝送により供給される電力に基づく無線受電電圧をフィードバックして、無線送電電圧を制御するモータ無線駆動システムの構成が記載されている。

無線受電電圧をフィードバックして無線送電電圧を制御するためには、無線受電電圧値の情報を無線送電装置に無線で伝達する必要がある。特許文献１のシステムでは、無線受電電圧値の情報を、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の無線通信を用いて、無線送電装置に無線で伝達している。

特開２０１８－５４８４７号公報

しかし、無線送電装置へのフィードバックに無線通信を用いると、無線通信の通信遅延が発生するため、無線送電電圧を制御するタイミングが遅くなる。そのため、無線受電電圧の変動に素早く応答することができず、結果として、変動が抑制できない場合がある。

本開示の目的は、負荷部に対して無線送電を行い、負荷部に印加する交流電圧を高精度で制御できるようにすることである。

制御システムは、交流電圧を出力する交流電源と、前記交流電圧の周波数より高い周波数で前記交流電圧のスイッチングを行うスイッチ回路と、前記スイッチ回路から出力された電力を無線送電する送電アンテナと、前記送電アンテナにより無線送電された電力を無線受電する受電アンテナと、前記受電アンテナから出力される電圧を整流して負荷部に交流電圧を印加する整流回路と、前記スイッチ回路に流れる前記交流電源から出力された交流電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流値に基づき、前記スイッチ回路に印加される交流電圧値を制御する制御部とを有する。

負荷部に対して無線送電を行い、負荷部に印加する交流電圧を高精度で制御することができる。

制御システムの構成例を示すブロック図である。 制御システムの外観例を示す斜視図である。 出力電圧と受電アンテナの位置の関係の例を示す図である。 モータへの印加電圧の波形の例を示す図である。 制御システムの構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は、特許請求の範囲を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

（第１の実施形態）
［システム構成］
図１は、第１の実施形態による制御システム３００の構成例を示すブロック図である。制御システム３００は、送電部１００と、受電部２００と、交流電源４０１と、モータ４０２を有する。送電部１００と受電部２００の間は、物理的には接続されていない。送電アンテナ１０１から受電アンテナ２０１へ電力が非接触で送られる。送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１は、磁界結合しており、電界結合もしくは他の電磁界結合でもよい。

制御システム３００は、例えば、半導体露光装置であり、ウエハを露光位置に移動させるためのステージ上に、モータ４０２が搭載されている。モータ４０２は、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。

送電部１００は、送電アンテナ１０１と、スイッチ回路１０２と、電流検出部１０３と、制御部１０４を有する。制御部１０４は、交流電源４０１から供給される電流を検出し、その電流検出結果を交流電源４０１にフィードバックする。交流電源４０１は、その電流検出結果に基づいて、スイッチ回路１０２に交流電圧を供給する。スイッチ回路１０２は、交流電源４０１から供給された交流電圧を、交流電源４０１から供給された交流電圧の周波数よりも高い周波数でスイッチングし、スイッチングした電圧を送電アンテナ１０１に出力する。送電アンテナ１０１は、受電アンテナ２０１に対して、磁界結合により、電力を無線送電する。

受電部２００は、受電アンテナ２０１と、整流回路２０２を有する。受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０１から無線送電された電力を無線受電する。整流回路２０２は、受電アンテナ２０１が無線無電した電力を整流し、交流電源４０１が供給した交流電圧の波形を復元する。スイッチ回路１０２、送電アンテナ１０１、受電アンテナ２０１および整流回路２０２は、電力を効率的に無線伝送するための共振回路を形成している。

モータ４０２は、整流回路２０２により復元された交流電圧に基づいて駆動し、ウエア等を移動させる。

図２は、第１の実施形態による制御システム３００の外観例を示す斜視図である。制御システム３００は、送電アンテナ１０１と、スイッチ回路１０２と、受電アンテナ２０１と、整流回路２０２と、モータ４０２と、ステージ５０２を有する。

受電アンテナ２０１と整流回路２０２は、ステージ５０２の上に搭載されている。モータ４０２は、リニアモータであり、ステージ５０２を移動させる。送電アンテナ１０１とスイッチ回路１０２とモータ４０２は、位置が固定である。受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０１に対して、相対的に移動可能である。送電アンテナ１０１は、受電アンテナ２０１に対して、長尺となっている。送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１は、ステージ５０２がどの位置に移動しても、非接触で対向するようになっている。それにより、ステージ５０２がどの位置であっても、受電アンテナ２０１が送電アンテナ１０１から電力を無線で受電することができる。

制御部１０４は、交流電源４０１に対して、交流電圧の出力値の指令値を出力する。例えば、制御部１０４は、電流検出部１０３が検出した電流を基に、交流電圧の出力値の指令値を計算し、その交流電圧の出力値の指令値を交流電源４０１に出力する。なお、制御部１０４は、電流検出部１０３が検出した電流の他、ステージ５０２の位置情報または予め決められた指令シーケンスを基に、交流電圧の出力値の指令値を計算することができる。ステージ５０２の位置情報に関しては、第２の実施形態で詳細に説明する。

電流検出部１０３は、交流電源４０１からスイッチ回路１０２へ流れる交流電流の瞬時値を検出し、その交流電流の瞬時値を制御部１０４に出力する。制御部１０４は、その交流電流の瞬時値に応じて、交流電源４０１の交流電圧の出力値を変化させる。制御部１０４は、検出した交流電流の瞬時値が所望の電流値よりも小さい場合には、交流電源４０１の交流電圧の出力値を大きくし、検出した交流電圧の瞬時値が所望の電流値よりも大きい場合には、交流電源４０１の交流電圧の出力値を小さくする。

［無線電力伝送するモータ駆動波形］
所望の電流値について詳しく説明する前に、モータ４０２を駆動するための交流電圧について説明する。モータ４０２は、その回転方向を正転または反転させるために、モータ４０２に印加する電圧の正負符号をプラスまたはマイナスに変化させる必要がある。すなわち、モータ４０２に交流電圧を与えることで、モータ４０２の回転方向を制御することができる。

特許文献１では、モータ４０２の回転方向を制御するための交流電圧は、受電部２００で生成されており、送電部１００には直流電源により直流電圧が印加されている。送電部１００は、直流電圧を無線電力伝送により受電部２００へ供給し、受電部２００にあるモータドライバへ直流電圧が供給される。そして、モータドライバがモータ４０２の回転方向を制御するための交流電圧を生成する。フィードバック制御は、モータドライバへ供給される直流電圧値が、負荷電流の変化または外来ノイズなどに起因した変動に対して、一定に保たれるように行われる。

本実施形態による制御システム３００は、特許文献１の構成とは異なり、受電部２００にはモータドライバがなく、受電部２００が小型である。交流電源４０１がモータドライバに対応する。交流電源４０１は、送電部１００に対して、モータ４０２の回転方向を制御するための交流電圧を印加する。送電部１００は、この交流電圧に基づく電力を無線電力伝送により受電部２００へ供給する。受電部２００は、受電した電力を基に、交流電源４０１の交流電圧を復元し、復元した交流電圧をモータ４０２に印加する。そのため、電流検出部１０３がフィードバック制御のために検出する電流も、交流電源４０１が制御する電圧も交流である。

［所望の電流値］
次に、前述した所望の電流値について説明する。ここで説明する所望の電流値または電圧値とは、機能を実現させるために必要な電流値または電圧値という意味である。例えば、半導体露光装置において、所望の電流値または電圧値は、ウエハ上にパターンを形成するために必要な位置にステージ５０２を移動させるために、モータ４０２に印加すべき電流値または電圧値のことである。

特許文献１のように、受電部２００へ供給される直流電圧値を一定に保つようにフィードバック制御する場合、所望の電圧値は、直流なので、当然、不変の一定値である。そして、その所望の直流電圧値に対して実際に供給されている直流電圧値がどのくらいずれているかを求め、それらの差分を埋めるように、送電部１００の直流電圧値を変化させればよい。このような制御により、受電部２００へ供給される直流電圧値が所望の直流電圧値に保たれる。

それに対して、本実施形態の送電部１００は、交流電圧を無線電力伝送により受電部２００へ供給しているため、所望の電圧値は一定値ではなく、時間とともに変化する。例えば、半導体露光装置のステージ５０２の位置決めモータ４０２は、ステージ５０２を時間とともに様々な位置に移動させる必要があるため、正電圧または負電圧を含めた様々な値の電圧を印加する必要がある。この制御周期が１０ｋＨｚの場合、所望の電圧値は、正電圧または負電圧を含めた様々な値であり、１００μｓごとに値が異なる。ステージ５０２の位置を高精度に制御するためには、１００μｓごとに、この電圧値を正確にモータ４０２に印加する必要がある。よって、制御部１０４は、１００μｓごとにフィードバック制御を行う必要がある。

［変動要因］
無線電力伝送により受電部２００へ供給される交流電圧は、外来要因によって変動してしまう。例えば、送電部１００または受電部２００が機器内の別のモータなどから発生する電磁ノイズを受けてしまうことで、受電部２００へ供給される交流電圧が変動する。

また、受電部２００は、ステージ５０２と一緒に移動するため、ステージ５０２の位置によって、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１の周囲の電磁環境が変化し、無線電力伝送により受電部２００へ供給される交流電圧が変動する。特に、受電アンテナ２０１が送電アンテナ１０１の端部に移動した場合と中央部に移動した場合とで、受電アンテナ２０１が受ける電磁界の強度が変化するため、受電部２００へ供給される交流電圧が変動する。

さらに、ステージ５０２が移動する際、加速度がかかるため、ステージ５０２自体に物理的な歪みが生じ、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１の間の距離が変化する。この距離は、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１の間の結合係数と関係しており、結合係数は無線電力伝送の伝送効率に大きく影響する。よって、ステージ５０２に加速度がかかると、結合係数が変化し、無線電力伝送により受電部２００へ供給される交流電圧が変動してしまう。

［フィードバック制御］
これらの変動を抑制し、１００μｓごとに正確な電圧をモータ４０２に印加するためには、１００μｓ以内にフィードバック制御を完了しなければならない。具体的には、制御システム３００は、受電部２００に供給されている交流電圧の瞬時値を検出し、送電部１００へ無線で伝達し、瞬時値と所望の電圧値とを比較し、外来要因による変動によって発生した差分の算出を行う。そして、制御システム３００は、この差分を基に、交流電源４０１の交流電圧の出力値を制御する。さらに、制御システム３００は、次の１００μｓ以降も遅れなく、この動作を継続し続けなければならない。

受電部２００に供給されている交流電圧の瞬時値を、特許文献１のように受電部２００から送電部１００へ無線通信によって伝達する場合、もし無線通信の遅延が１００μｓあると、１００μｓ以内にフィードバック制御をすることはできない。無線通信には、パケット処理または電波環境によってエラー訂正が必要になるなどの処理時間が必ず必要である。その処理時間による遅延は、一般的に１ｍｓ以上あり、１０ｋＨｚといった高速な制御に対して無線通信を用いてフィードバック制御をすることはできない。よって、フィードバック制御に遅れが生じ、受電部２００に供給されている交流電圧の変動に素早く応答することができず、結果として変動が抑制できない場合がある。

そこで、本実施形態の制御部１０４は、送電部１００に設けられた電流検出部１０３が検出する交流電流を基に、交流電源４０１にフィードバックして交流電源４０１の交流電圧の出力値を制御する。この構成では、フィードバック制御が送電部１００のみで閉じているため、受電部２００からの無線通信を用いる必要がなく、前述した遅延による制御の遅れは発生しない。よって、高速にフィードバック制御することができ、無線電力伝送により供給される電力に基づいてモータ（負荷部）４０２に印加する電圧を高精度に制御することができる。

制御部１０４が送電部１００の交流電流を基に交流電源４０１の交流電圧の出力値をフィードバック制御することで、モータ４０２の変動を抑制する原理を説明する。簡易的に説明すると、モータ４０２は、固定インダクタとみなせるため、モータ４０２の印加電圧と電流の関係は一意に決まり、電流値がわかれば電圧値が推算できる。よって、モータ４０２に流れる電流と相関がある送電部１００の交流電流がわかれば、モータ４０２に印加されている電圧がわかり、交流電源４０１の交流電圧の出力値をどのように変えればよいかがわかる。

より詳細に説明すると、制御部１０４が送電部１００の交流電流を基に交流電源４０１の交流電圧の出力値をフィードバック制御するためには、モータ４０２に印加される電圧と送電部１００の交流電流の関係式を導き出す必要がある。制御部１０４は、モータ４０２に印加する電圧値を所望の電圧値にしたいときは、この関係式に基づいて交流電流の目標値、すなわち所望の電流値を算出し、所望の電流値と現在の交流電流の瞬時値との差分を計算する。そして、制御部１０４は、その差分を０に近づけるように、交流電源４０１の交流電圧の出力値を変化させる。

しかし、半導体露光装置などの決まったステージ５０２の動作を繰り返す場合などは、モータ４０２に印加すべき所望の電圧波形がわかっているため、事前測定により、送電部１００の交流電流の所望の電流値を求めておいてもよい。具体的には、ステージ５０２を静止させた状態で、モータ４０２を実際に駆動するシーケンスで電圧を印加し、その時の送電部１００の交流電流を測定することで、所望の電流値を求める。そして、制御部１０４は、実際に動作させたときに、前述した変動要因により、現在の交流電流の瞬時値がこの所望の電流値とずれた分だけ交流電源４０１の交流電圧の出力値を変化させればよい。交流電源４０１の交流電圧の出力値の変化量を決めるために、交流電圧の出力値と交流電流の変化量の関係も事前測定により求めておいてもよい。

電流検出部１０３は、交流電流を検出する必要があるため、負電圧も検出できる差動入力の検出回路を有することが望ましい。電流検出部１０３は、シャント抵抗を用いて電流値を測定する場合、モータ駆動回路などではコモンモード電圧が高くなるため、入出力絶縁型の検出回路を用いてもよい。

以上のように、交流電源４０１は、制御部１０４の制御に基づき、スイッチ回路１０２に交流電圧を印加する。スイッチ回路１０２は、その交流電圧についてのスイッチングを行う。送電アンテナ１０１は、スイッチ回路１０２のスイッチングにより決定された交流電圧に基づき、電力を無線送電する。受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０１により無線送電された電力を無線受電する。整流回路２０２は、受電アンテナ２０１から出力される電圧を整流してモータ４０２に交流電圧を印加する。モータ４０２は、負荷部の一例である。

電流検出部１０３は、スイッチ回路１０２に流れる交流電流を検出する。制御部１０４は、電流検出部１０３により検出された電流値に基づき、交流電源４０１を介して、スイッチ回路１０２に印加される交流電圧値を制御する。具体的には、制御部１０４は、電流検出部１０３により検出された電流値と目標値との差分に基づき、交流電源４０１を介して、スイッチ回路１０２に印加される交流電圧値を制御する。送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１の少なくともいずれかが移動可能である。上記の目標値は、その移動のシーケンスに基づく目標値である。

本実施形態によれば、制御システム３００は、送電アンテナ１０１から受電アンテナ２０１に無線電力伝送により電力を供給する。制御部１０４は、モータ４０２に印加する電圧を高精度で制御することができる。制御システム３００は、モータ４０２に対して無線送電を行い、モータ４０２に印加する交流電圧を高精度で制御することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態による制御システム３００を説明する。以下、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点について説明する。第２の実施形態による制御システム３００は、図１に示す制御システム３００に対して、交流電源４０１にステージ５０２の位置情報を基にしたフィードフォワード制御が追加される。制御システム３００は、フィードフォワード制御で、変動の一部を抑制することにより、フィードバック制御で抑制するべき変動量が少なくなり、モータ４０２をより高精度に制御できる。

次に、位置情報を基にしたフィードフォワード制御を追加することにより抑制される変動要因について説明する。図２では、ステージ５０２は、モータ４０２によって１軸上を往復動作し、それに伴って受電アンテナ２０１は、送電アンテナ１０１上を往復動作する。

図３は、受電アンテナ２０１の位置に対する、無線電力伝送により受電部２００の整流回路２０２から出力された電圧値を測定した結果の例を示す図である。ステージ５０２の往復動作中の振動等の影響と切り分け、受電アンテナ２０１の位置に対する出力電圧の変動量を確認するために、受電アンテナ２０１を１ｍｍごとに移動させて静止した状態での出力電圧を測定している。交流電源４０１の出力電圧は直流１Ｖで一定とし、整流回路２０２の出力ノードは１０Ωの抵抗負荷に接続されている。送電アンテナ１０１の長さは６００ｍｍであり、受電アンテナ２０１の長さは１００ｍｍであり、受電アンテナ２０１の可動ストロークは５００ｍｍである。図３の測定結果は、５０ｍｍから４５０ｍｍの間の受電アンテナ２０１の位置に対する結果である。白丸と黒三角の２種類のプロットは、同じ条件で２度測定した結果を示す。

図３の結果より、整流回路２０２の出力電圧の平均値は、１．０７６Ｖである。整流回路２０２の出力電圧は、平均値（１．０７６Ｖ）に対して１４ｍＶ（１．３％）程度の変動が、受電アンテナ２０１の位置によって生じていることがわかる。この変動の要因は、送電アンテナ１０１の位置に対する材料や形状の製造ばらつき、モータ４０２のメカ公差による送電アンテナ１０１および受電アンテナ２０１間の距離の変動などが挙げられ、この変動を完全になくすことは難しい。

しかし、２種類のプロットをみると、２回の測定結果の差は最大４ｍＶ（０．４％）となっており、受電アンテナ２０１の位置に対する無線電力伝送の出力電圧の変動は再現性がある。よって、図３のように変動分を事前に測定しておき、その分予め補正値として含めておいて、モータ４０２を制御するというフィードフォワード制御が可能となる。

このフィードフォワード制御について詳細に説明する。制御部１０４は、ステージ５０２の現在の位置情報などを基に、次の位置に移動させるための指令値を計算する。そして、制御部１０４は、交流電源４０１へ指令値を伝達し、交流電源４０１は、指令値を基に、出力する交流電圧の出力値を変更する。例として、モータ４０２が図３で示す１００ｍｍの位置から４００ｍｍの位置にステージ５０２の受電アンテナ２０１を移動させる間、モータ４０２にある一定の電圧値を印加し続けたい場合を考える。受電アンテナ２０１の位置に対する出力電圧の変動がない場合は、制御部１０４は、そのある一定の電圧値を指令値として交流電源４０１に伝達する。そして、ステージ５０２が１００ｍｍの位置から４００ｍｍの位置まで移動する間、交流電源４０１は、その指令値に基づく電圧を出力すればよい。

しかし、図３に示すように、受電アンテナ２０１の位置に対する出力電圧の変動がある場合は、交流電源４０１が一定の電圧を出力し続けても、モータ４０２に印加される電圧は変動してしまう。そこで、受電アンテナ２０１が１００ｍｍの位置から４００ｍｍの位置まで移動する間に、出力電圧が変動する分を事前に測定し、予め制御部１０４にベースデータとして持たせておき、制御部１０４が交流電源４０１へ伝達する指令値に補正を加える。

具体的には、制御部１０４は、図３の変動分を補正して一定にするような補正値を、元の指令値に加える。制御部１０４がこのようなフィードフォワード制御をすることで、交流電源４０１は、図３と逆方向に変動した電圧を出力し、受電アンテナ２０１が１００ｍｍの位置から４００ｍｍの位置まで移動する間に変動する分と相殺する。その結果として、制御部１０４は、モータ４０２には一定の電圧値を印加し続けることができる。

さらに、第１の実施形態で述べたように、ステージ５０２の振動などによる変動も加わるため、制御部１０４は、電流検出部１０３で検出した交流電流の変動を基に、交流電源４０１の交流電圧の出力のフィードバック制御も行う。具体的には、制御部１０４は、電流検出部１０３が検出した交流電流の瞬時値を基に、補正値を指令値にさらに加える。

図４（ａ）～（ｄ）は、上記の補正を説明するための電圧波形を示す図であり、横軸が時間であり、縦軸がモータ４０２への印加電圧値である。図４（ａ）は、前述したフィードバック制御とフィードフォワード制御を行わなかった場合に、１００ｍｍの位置から４００ｍｍの位置までステージ５０２の受電アンテナ２０１が移動した場合の、モータ４０２への印加電圧の時間波形を示す。図４（ａ）では、図３に示した受電アンテナ２０１の位置による出力電圧の変動に対して、ステージ５０２の振動による出力電圧の変動を疑似的に１次曲線として加えている。

図４（ｂ）は、前述したフィードフォワード制御の補正値の電圧波形を示す図である。図４（ｂ）は、１００ｍｍの位置から４００ｍｍの位置までステージ５０２の受電アンテナ２０１が移動したときの出力電圧の変動を事前測定した結果を補正値として示す。

図４（ｃ）は、前述したフィードバック制御の補正値の電圧波形を示す図である。制御部１０４は、電流検出部１０３が検出した交流電流の瞬時値と事前に測定した所望の電流値の差分から、図４（ｃ）の補正値を算出する。

図４（ｄ）は、図４（ｂ）のフィードフォワード制御の補正値と図４（ｃ）のフィードバック制御の補正値による補正を行った場合のモータ４０２への印加電圧の時間波形を示す図である。図４（ｄ）の電圧は、図４（a）の電圧に対して、図４（ｂ）の電圧を減算し、図４（ｃ）の電圧を加算した電圧である。制御部１０４が指令値に対して図４（ｂ）のフィードフォワード制御の補正値と図４（ｃ）のフィードバック制御の補正値に基づく補正を行うことにより、図４（ｄ）のように所望の一定の電圧をモータ４０２に印加し続けることができる。

尚、説明を簡易にするために、モータ４０２にある一定の電圧値を印加し続けたい場合について説明したが、一定の電圧値ではなく、電圧値が負電圧を含めた様々な値となる交流電圧の場合でも、補正の方法は同様である。また、フィードフォワード制御のための事前測定による補正値は、受電アンテナ２０１の各位置における静止状態での出力電圧を測定して得ると説明したが、実際のステージ５０２の動作シーケンスで動作させた状態で事前測定をしてもよい。そうすることで、受電アンテナ２０１の位置による出力電圧の変動だけでなく、ステージ５０２の動作による振動等の影響も含めた補正値を作ることができ、フィードバック制御による補正量をより少なくでき、モータ４０２をより高精度に制御できる。

以上のように、制御部１０４は、第１の実施形態で述べた電流検出部１０３の交流電流によるフィードバック制御に対して、受電アンテナ２０１の位置による出力電圧の変動を補正したフィードフォワード制御を組み合わせる。これにより、制御部１０４は、無線電力伝送により供給される電力に基づいてモータ（負荷部）４０２に印加する電圧を高精度に制御することができる。

送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１の少なくともいずれかが移動可能である。制御部１０４は、図４（ｂ）の送電アンテナ１０１に対する受電アンテナ２０１の相対的位置に対応する補正値と、図４（ｃ）の電流検出部１０３により検出された電流値に対応する補正値に基づき、スイッチ回路１０２に印加される交流電圧値を制御する。

本実施形態によれば、制御部１０４は、フィードフォワード制御とフィードバック制御により、モータ４０２に印加する交流電圧を高精度で制御することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態による制御システム３００を説明する。以下、第３の実施形態が第１の実施形態および第２の実施形態と異なる点について説明する。

図５は、第３の実施形態による制御システム３００の構成例を示すブロック図である。図５の制御システム３００は、図１の制御システム３００に対して、ゲート駆動回路１０５と、クロック生成回路１０６と、送信回路１０７と、送信アンテナ１０８と、ゲート駆動回路２０３と、受信回路２０４と、受信アンテナ２０５を追加したものである。

送電部１００は、送電アンテナ１０１と、スイッチ回路１０２と、電流検出部１０３と、制御部１０４と、ゲート駆動回路１０５と、クロック生成回路１０６と、送信回路１０７と、送信アンテナ１０８を有する。受電部２００は、受電アンテナ２０１と、整流回路２０２と、ゲート駆動回路２０３と、受信回路２０４と、受信アンテナ２０５を有する。

クロック生成回路１０６は、クロック信号を生成し、クロック信号をゲート駆動回路１０５と送信回路１０７に出力する。ゲート駆動回路１０５は、クロック信号を基に、スイッチ回路１０２を駆動する。送信回路１０７は、クロック信号を基に、無線送信信号を生成し、無線送信信号を送信アンテナ１０８に供給する。送信アンテナ１０８は、無線送信信号を受信アンテナ２０５に無線送信する。無線送信信号は、送信アンテナ１０８から受信アンテナ２０５へ非接触で送信される。送信アンテナ１０８と受信アンテナ２０５は、電磁界結合、光結合、または電波等により無線通信を行う。

受信アンテナ２０５は、送信アンテナ１０８により無線送信された無線送信信号を無線受信する。受信回路２０４は、受信アンテナ２０５が受信した無線送信信号を基に、クロック生成回路１０６が生成したクロック信号を復元する。ゲート駆動回路２０３は、クロック信号を基に、整流回路２０２を駆動する。整流回路２０２は、受電アンテナ２０１が無線無電した電力を整流し、交流電源４０１が供給した交流電圧の波形を復元する。

スイッチ回路１０２と整流回路２０２は、負電圧を含んだ交流波形を入出力するため、双方向スイッチのフルブリッジ回路を有する。双方向スイッチは、双方向スイッチにかかる電圧が正電圧でも負電圧でも導通と非導通を、クロック信号に基づいたタイミングで切り替えるができるスイッチであり、例えば２つのＭＯＳＦＥＴのソースとゲートをそれぞれ接続した回路である。双方向スイッチは、２つのＭＯＳＦＥＴのドレイン間に正電圧または負電圧がかかると、ゲート－ソース間電圧によりオンとなったタイミングのみ導通し、それ以外は非導通となる。スイッチ回路１０２と整流回路２０２を同期させるために、送信回路１０７は、送信アンテナ１０８を介して、クロック信号を無線送信信号として送信する。

上記の構成により、スイッチ回路１０２と整流回路２０２が同期して交流電圧をスイッチングできるため、整流回路２０２は、交流電源４０１から出力された交流電圧を高精度で復元することができる。よって、整流回路２０２は、無線電力伝送により供給される電力に基づいて、モータ４０２に印加する電圧を高精度に制御することができる。

ゲート駆動回路２０３と受信回路２０４を動作させるための電源電圧は、モータ４０２への印加電圧から昇降圧回路等を用いて生成してもよい。また、ゲート駆動回路２０３と受信回路２０４の電源電圧用に、送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１を別途設けてもよい。

送電アンテナ１０１と受電アンテナ２０１は、プリント基板の配線で形成してもよく、さらに、プリント基板に磁性シートを貼付して電磁界結合時の損失や電磁ノイズの放射を低減してもよい。また、送電アンテナ１０１と受電アンテナ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。

以上のように、クロック生成回路１０６は、クロック信号を生成する。ゲート駆動回路１０５は、クロック生成回路１０６により生成されたクロック信号に基づき、スイッチ回路１０２を駆動する。送信回路１０７は、クロック生成回路１０６により生成されたクロック信号に基づき、無線送信信号を生成する。送信アンテナ１０８は、その無線送信信号を無線送信する。

受信アンテナ２０５は、送信アンテナ１０８により無線送信された無線送信信号を無線受信する。受信回路２０４は、受信アンテナ２０５が受信した信号に基づき、クロック信号を復元する。ゲート駆動回路２０３は、受信回路２０４により復元されたクロック信号に基づき、整流回路２０２を駆動する。

スイッチ回路１０２と整流回路２０２は、それぞれ、双方向スイッチを有する。スイッチ回路１０２と整流回路２０２は、相互に同期したクロック信号に基づき駆動される。整流回路２０２のクロック信号は、スイッチ回路１０２のクロック信号が無線送信されたクロック信号である。

本実施形態によれば、制御システム３００は、スイッチ回路１０２のクロック信号と整流回路２０２のクロック信号を同期させることにより、モータ４０２に印加する交流電圧を高精度で制御することができる。

なお、上述の実施形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本開示はその技術思想、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。

１００ 送電部、１０１ 送電アンテナ、１０２ スイッチ回路、１０３ 電流検出部、１０４ 制御部、１０５ ゲート駆動回路、１０６ クロック生成回路、１０７ 送信回路、１０８ 送信アンテナ、２００ 受電部、２０１ 受電アンテナ、２０２ 整流回路、２０３ ゲート駆動回路、２０４ 受信回路、２０５ 受信アンテナ、３００ 制御システム、４０１ 交流電源、４０２ モータ、５０２ ステージ

Claims (10)

1. 交流電圧を出力する交流電源と、
   前記交流電圧の周波数より高い周波数で前記交流電圧のスイッチングを行うスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路から出力された電力を無線送電する送電アンテナと、
   前記送電アンテナにより無線送電された電力を無線受電する受電アンテナと、
   前記受電アンテナから出力される電圧を整流して負荷部に交流電圧を印加する整流回路と、
   前記スイッチ回路に流れる前記交流電源から出力された交流電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部により検出された電流値に基づき、前記スイッチ回路に印加される交流電圧値を制御する制御部とを有することを特徴とする制御システム。
2. クロック信号を生成するクロック生成回路と、
   前記クロック生成回路により生成されたクロック信号に基づき、前記スイッチ回路を駆動する第１の駆動回路と、
   前記クロック生成回路により生成されたクロック信号に基づき、送信信号を生成する送信回路と、
   前記送信信号を無線送信する送信アンテナと、
   前記送信アンテナにより無線送信された送信信号を無線受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナが受信した信号に基づき、クロック信号を復元する受信回路と、
   前記受信回路により復元されたクロック信号に基づき、前記整流回路を駆動する第２の駆動回路とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記制御部は、前記電流検出部により検出された電流値と目標値との差分に基づき、前記スイッチ回路に印加される交流電圧値を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
4. 前記送電アンテナと前記受電アンテナの少なくともいずれかが移動可能であり、
   前記制御部は、前記送電アンテナに対する前記受電アンテナの相対的位置と、前記電流検出部により検出された電流値に基づき、前記スイッチ回路に印加される交流電圧値を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
5. 前記送電アンテナと前記受電アンテナの少なくともいずれかが移動可能であり、
   前記目標値は、前記移動のシーケンスに基づく目標値であることを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
6. 前記スイッチ回路と前記整流回路は、それぞれ、双方向スイッチを有することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の制御システム。
7. 前記スイッチ回路と前記整流回路は、相互に同期したクロック信号に基づき駆動されることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の制御システム。
8. 前記整流回路のクロック信号は、前記スイッチ回路のクロック信号が無線送信されたクロック信号であることを特徴とする請求項７に記載の制御システム。
9. 前記負荷部は、モータであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の制御システム。
10. 交流電源が交流電圧を出力するステップと、
    スイッチ回路が、前記交流電圧の周波数より高い周波数で前記交流電圧のスイッチングを行うステップと、
    送電アンテナが、前記スイッチ回路から出力された電力を無線送電するステップと、
    受電アンテナが、前記送電アンテナにより無線送電された電力を無線受電するステップと、
    整流回路が、前記受電アンテナから出力される電圧を整流して負荷部に交流電圧を印加するステップと、
    電流検出部が、前記スイッチ回路に流れる前記交流電源から出力された交流電流を検出するステップと、
    制御部が、前記電流検出部により検出された電流値に基づき、前記スイッチ回路に印加される交流電圧値を制御するステップとを有することを特徴とする制御システムの制御方法。

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