特許 7547430 制御装置および制御装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】制御装置および制御装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 7/02 20160101AFI20240902BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20240902BHJP

   G03F 9/00 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H02P7/02

H02J50/12

G03F9/00 H

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022155990

(22)【出願日】2022-09-29

(65)【公開番号】P2024049644

(43)【公開日】2024-04-10

【審査請求日】2023-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】庄司 勇輝

(72)【発明者】

【氏名】阿内 悠人

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２４３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０７２６７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ７／０２

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｇ０３Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の制御信号に基づいて振幅および極性のうちの少なくとも一方が調整された電力を出力するドライバと、
前記ドライバの後段に接続されて送電器と受電器と送電アンテナと受電アンテナとを有して構成され、モータに電力を出力する無線電力伝送システムと、
前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償する補償部と
を有することを特徴とする制御装置。

【請求項2】

前記補償部は、前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差と、前記第１の制御信号の振幅と前記無線電力伝送システムの出力電流の振幅との差を補償することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記無線電力伝送システムの出力電流の位相は、前記無線電力伝送システムの出力電圧の位相より遅れており、
前記補償部は、前記ドライバと前記無線電力伝送システムとの間に設けられ、前記ドライバの出力電力を入力し、前記無線電力伝送システムの入力電圧の位相が前記ドライバの出力電圧の位相より進んでいるような電力を前記無線電力伝送システムに出力することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記無線電力伝送システムの出力電流の位相は、前記無線電力伝送システムの出力電圧の位相より遅れており、
前記ドライバは、第２の制御信号を入力し、
前記補償部は、前記ドライバの前段に設けられ、前記第１の制御信号を入力し、前記第２の制御信号の電圧の位相が前記第１の制御信号の電圧の位相より進んでいるような前記第２の制御信号を前記ドライバに出力することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記補償部は、前記第１の制御信号の電圧の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

前記補償部は、アナログ回路によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項7】

前記補償部は、デジタル演算により前記差を補償することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項8】

前記補償部が有する伝達特性は、前記無線電力伝送システムの入力電流に対する出力電流の位相差を相殺する伝達特性であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項9】

前記補償部が有する伝達特性は、前記無線電力伝送システムの入力電圧に対する出力電流の位相差を相殺する伝達特性であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項10】

前記送電器は、
第１のスイッチング信号を基に前記送電器に入力された電力をスイッチングし、前記送電アンテナに電圧を印加するスイッチ回路を有し、
前記受電器は、
第２のスイッチング信号を基に、前記受電アンテナから出力される電圧を整流し、前記整流された電圧を前記モータに印加する整流回路を有し、
前記スイッチ回路と前記整流回路は、それぞれ、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に記載の制御装置。

【請求項11】

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、相互に周期が同じであることを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。

【請求項12】

前記スイッチ回路の前記双方向スイッチは、前記双方向スイッチのソース端子の電位を基準とする前記第１のスイッチング信号により駆動され、
前記整流回路の前記双方向スイッチは、前記双方向スイッチのソース端子の電位を基準とする前記第２のスイッチング信号により駆動されることを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。

【請求項13】

前記モータは、リニアモータであり、物体を保持して駆動するステージ装置に推力を与えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項14】

前記リニアモータは、前記ステージ装置に少なくとも１つ以上構成されており、それぞれの前記リニアモータに対して前記無線電力伝送システムが接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の制御装置。

【請求項15】

前記無線電力伝送システムは、少なくとも１つ以上の前記リニアモータに対して電力を伝送することを特徴とする請求項１３に記載の制御装置。

【請求項16】

ドライバが、第１の制御信号に基づいて振幅および極性のうちの少なくとも一方が調整された電力を出力するステップと、
前記ドライバの後段に接続されて送電器と受電器と送電アンテナと受電アンテナとを有して構成される無線電力伝送システムが、モータに電力を出力するステップと、
補償部が、前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償するステップと
を有することを特徴とする制御装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御装置および制御装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リニア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、レチクルを露光位置に移動させるためのレチクルステージ上に、レチクルを微細移動させるモータが搭載されている。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や位置決め完了までに要する時間に影響を与える。そこで、半導体露光装置の性能向上のために、モータを駆動するための電力を無線伝送することが考えられている。

【0003】

特許文献１には、モータドライバと無線電力伝送の受電器を粗動ステージ上に配置し、粗動ステージ上の受電部に直流電圧を無線伝送し、粗動ステージ上のモータドライバに直流電圧を与える方法が開示されている。特許文献１では、粗動ステージ上に搭載されたモータに印加する交流電流を生成し、モータを駆動する。この時、モータドライバが出力する交流電流の強度や正負を制御するための指令値信号は、Bluetooth（登録商標）等の一般的な無線通信で伝送される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－５４８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

Bluetooth等の一般的な無線通信で指令値を送るためには、数ｍｓｅｃのデータ伝送遅延が生じる。このデータ伝送遅延は、粗動ステージの制御速度や制御精度を低下させる。

【0006】

本開示の目的は、モータの制御速度や制御精度を向上させることができるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

制御装置は、第１の制御信号に基づいて振幅および極性のうちの少なくとも一方が調整された電力を出力するドライバと、前記ドライバの後段に接続されて送電器と受電器と送電アンテナと受電アンテナとを有して構成され、モータに電力を出力する無線電力伝送システムと、前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償する補償部とを有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、モータの制御速度や制御精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】有線接続状態でモータを駆動する電圧制御電流源の例を示す図である。

【図2】出力電流と流入電流の位相関係を示す図である。

【図3】無線電力伝送システムの構成例を示す図である。

【図4】無線電力伝送システムの具体的な構成例を示す図である。

【図5】無線電力伝送システムの入力電圧と出力電圧の関係を示す図である。

【図6】電圧制御電流源の出力電力を無線電力伝送する構成例を示す図である。

【図7】出力電流と流入電流の位相関係を示す図である。

【図8】位相補償器を示す図である。

【図9】位相補償器による位相補償の効果を説明するベクトル図である。

【図10】モータ制御装置に位相補償器３００を接続した構成例を示す図である。

【図11】電圧と電流の位相関係を示すベクトル図である。

【図12】位相補償器を挿入したモータ制御装置の構成例を示す図である。

【図13】位相補償器による位相補償の効果を説明するベクトル図である。

【図14】アナログ回路で構成した位相補償器の構成例を示す図である。

【図15】位相補償器の伝達特性を示す図である。

【図16】デジタルフィルタを用いた位相補償器の構成例を示す図である。

【図17】位置決めステージの構成例を示す上面図である。

【図18】制御装置の構成例を示す図である。

【図19】フィードバック制御系の開ループ位相特性を示す図である。

【図20】微動ステージをＸ軸方向に駆動させたステージ位置を示す図である。

【図21】微動ステージを駆動させたときのステージ偏差を示す図である。

【図22】位相補償器を挿入した場合の制御装置の構成例を示す図である。

【図23】位相特性の遅れを補償するための位相補償器の位相特性を示す図である。

【図24】フィードバック制御系の開ループ位相特性を示す図である。

【図25】微動ステージを駆動させたときのステージ偏差を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、有線接続状態でモータ１０４を駆動する電圧制御電流源１００の例を示す図である。電圧制御電流源１００は、制御電圧入力線１０５ａおよび１０５ｂ間に入力される制御電圧Ｖｃに一次比例した任意の電流Ｉｉｎを出力する。モータ１０４は、等価回路として、抵抗１０２とインダクタ１０３の直列回路として表現できる。ここでは、説明を簡単にするため、モータ１０４の実機で発生する寄生容量の影響は無視する。電圧制御電流源１００は、導線１０１ａおよび１０１ｂを介して、モータ１０４に接続される。

【0011】

電圧Ｖｃは、制御電圧入力線１０５ａおよび１０５ｂ間に入力される制御電圧である。電流Ｉｉｎは、電圧制御電流源１００の出力電流である。電圧Ｖｉｎは、電圧制御電流源１００の出力電圧である。電圧Ｖａは、抵抗１０２の両端電圧である。電圧Ｖｂは、インダクタ１０３の両端電圧である。電流Ｉｏｕｔは、モータ１０４に流入する電流である。電圧Ｖｏｕｔは、モータ１０４の両端電圧である。

【0012】

図２（ａ）は、図１の電圧Ｖｃ，Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，Ｖａ，Ｖｂと電流Ｉｉｎ，Ｉｏｕｔの位相関係を示すベクトル図である。図２（ａ）において、縦軸の上方向は、位相進みの向きを意味し、縦軸の下方向は、位相遅れの向きを意味する。

【0013】

図１の構成によれば、電圧制御電流源１００は、導線１０１ａおよび１０１ｂを介して、モータ１０４に接続されている。そのため、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔは、相互に同一である。よって、図２（ａ）に示す通り、電流Ｉｉｎのベクトルと電流Ｉｏｕｔのベクトルは、同じ方向となる。すなわち、電流Ｉｉｎと電流Ｉｏｕｔとの位相差は、ゼロである。

【0014】

ここで、各部の電圧の位相差について注目する。電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電圧Ｖａのベクトルは、抵抗１０２に生じる電圧降下を示すため、電流Ｉｏｕｔのベクトルの方向と同一の方向を向く。すなわち、電圧Ｖａは、電流Ｉｏｕｔに対して遅れも進みも生じない。一方、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電圧Ｖｂのベクトルは、インダクタ１０３のリアクタンスの作用によって９０°進む。電圧Ｖａと電圧Ｖｂのベクトルの合成として表現される電圧Ｖｏｕｔのベクトルは、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、進んでいることが分かる。電圧と電流の基準の考え方を逆にして表現をするならば、電圧Ｖｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電流Ｉｏｕｔのベクトルは遅れている。

【0015】

図２（ｂ）は、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔ間の位相差を周波数領域で示す図である。電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔは、相互に同一であるから、位相差が生じない。したがって、図２（ｂ）に示す通り、全ての周波数において、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔ間の位相差はゼロである。

【0016】

よって、図１の構成によれば、制御電圧Ｖｃの振幅や位相を変化させることで、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎを可変し、モータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔを制御可能である。この時、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔ間の位相差は常に（周波数領域で見ても）ゼロとなることが示された。ここから、無線電力伝送システムの出力電流によってモータを駆動する制御装置の説明に移る。

【0017】

図３は、第１の実施形態による無線電力伝送システム２００の構成例を示す図である。無線電力伝送システム２００は、送電器２０２と、送電アンテナ２０３と、受電アンテナ２０４と、受電器２０５を有する。導線２０１ａおよび２０１ｂは、無線電力伝送システム２００に電力を供給する経路である。導線２０６ａおよび２０６ｂは、無線電力伝送システム２００の出力電力をモータに供給するための経路である。送電器２０２は、導線２０１ａおよび２０１ｂから供給された電力をスイッチングし、送電アンテナ２０３に送り出す。送電アンテナ２０３と受電アンテナ２０４は、相互に、電磁界によって有意な結合が得られる距離で離隔して配置される。受電アンテナ２０４は、送電アンテナ２０３が発生させた電磁界エネルギーの一部を受電器２０５に供給する。受電器２０５は、受電アンテナ２０４から供給される電力を整流する。本実施形態の説明においては、無線電力伝送システム２００の電力伝送効率については議論しないこととする。本実施形態による効果は、電力伝送効率を問わずに発現する。なお、無線電力伝送システム２００は、線形動作する前提に立つ。すなわち、導線２０１ａおよび２０１ｂに供給された電力と、導線２０６ａおよび２０６ｂから出力される電力は、相互に、比例関係となる。

【0018】

図４は、無線電力伝送システム２００の具体的な構成例を示す図である。無線電力伝送システム２００は、正負電源２０７から正または負の電圧を入力し、モータ１０４に正または負の電圧を出力する。モータ１０４は、負荷の一例である。無線電力伝送システム２００は、送電器２０２と、送電アンテナ２０３と、受電アンテナ２０４と、受電器２０５と、ゲート駆動回路２０８と、整合回路２０９と、整合回路２１０と、ゲート駆動回路２１１を有する。

【0019】

送電器２０２は、４個の双方向スイッチ２１３を有する。双方向スイッチ２１３は、２個の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース同士とゲート同士を互いに接続し、ソース電位基準で動作する同一のゲート駆動信号で駆動する。ゲート駆動回路２０８は、４個の双方向スイッチ２１３の各々にゲート駆動信号を出力する。

【0020】

受電器２０５は、４個の双方向スイッチ２１４を有する。双方向スイッチ２１４は、２個の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース同士とゲート同士を互いに接続し、ソース電位基準で動作する同一のゲート駆動信号で駆動する。ゲート駆動回路２１１は、４個の双方向スイッチ２１４の各々にゲート駆動信号を出力する。

【0021】

正負電源２０７は、正または負の直流電圧を出力する。正負電源２０７が出力する電圧の振幅は、モータ１０４の推力を決める。正負電源２０７が出力する電圧の正負符号は、モータ１０４が動く向きを決める。

【0022】

ゲート駆動回路２０８は、所定の周波数のゲート駆動信号を４個の双方向スイッチ２１３に出力する。４個の双方向スイッチ２１３は、ゲート駆動信号に同期して、正負電源２０７が出力する直流電圧をスイッチングすることにより、正負電源２０７が出力する直流電圧を交流電圧に変換する。４個の双方向スイッチ２１３は、整合回路２０９を介して、送電アンテナ２０３に交流電圧を印加する。送電アンテナ２０３は、電磁界エネルギーを発生させ、受電アンテナ２０４に電力を無線送電する。例えば、整合回路２０９はキャパシタであり、送電アンテナ２０３はコイルである。整合回路２０９および送電アンテナ２０３は、双方向スイッチ２１３の周波数と同じ周波数で共振する共振回路になっている。

【0023】

受電アンテナ２０４は、送電アンテナ２０３が発生させた電磁界エネルギーの一部を、整合回路２１０を介して受電器２０５に供給する。例えば、受電アンテナ２０４はコイルであり、整合回路２１０はキャパシタである。受電アンテナ２０４および整合回路２１０は、双方向スイッチ２１３の周波数と同じ周波数で共振する共振回路になっている。

【0024】

受電器２０５は、双方向スイッチ２１３の周波数と同じ周波数でスイッチングする双方向スイッチ２１４によるフルブリッジ同期整流器であり、受電効率が最もよくなる位相でスイッチングするように調整されている。受電器２０５は、受電アンテナ２０４から供給された交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧をモータ１０４に出力する。

【0025】

図５は、図４の無線電力伝送システム２００の入力電圧と出力電圧の関係を示す図である。無線電力伝送システム２００の入力電圧は、正負電源２０７の出力電圧と同じである。無線電力伝送システム２００の入力電圧は、モータ１０４の入力電圧と同じである。無線電力伝送システム２００の入力電圧と出力電圧は、正の一次比例関係にあることが分かる。図５のような入出力関係となるのは、ゲート駆動回路２０８および２１１が出力するゲート駆動信号が相互に同期状態にあり、ゲート駆動回路２０８および２１１が出力するゲート駆動信号の位相差が適切に調整されている場合である。

【0026】

図４の無線電力伝送システム２００によれば、負の電圧を無線電力伝送することが可能であることが分かる。双方向スイッチ２１３および２１４を用いない、一般的な無線電力伝送システムでは、負の電圧を無線電力伝送することはできない。なぜなら、負電圧が入力されると、ＦＥＴのボディーダイオード（あるいはボディーダイオードに相当する寄生素子）が導通し、ゲート駆動信号の状態にかかわらず、ＦＥＴが導通状態となり、制御不能となるからである。

【0027】

図４の無線電力伝送システム２００によれば、負の電圧を無線電力伝送可能であるから、例えば、モータ１０４の駆動電力を直接的に無線電力伝送することが可能となる。すなわち、図１において、モータ１０４の正転・反転動作時に、モータ１０４に流れるべき電流値を電圧制御電流源１００から出力し、図４の無線電力伝送システム２００によって、電圧制御電流源１００の出力電力を無線電力伝送することができる。すなわち、図４の正負電源２０７が、図１の電圧制御電流源１００に相当する。この時、制御電圧Ｖｃとして、モータ１０４に流れるべき電流値に相当する制御電圧が電圧制御電流源１００に入力される。

【0028】

図６は、図４の無線電力伝送システム２００が図１の電圧制御電流源１００の出力電力を無線電力伝送する構成例を示す図である。図６は、図１に対して、図４の無線電力伝送システム２００が、電圧制御電流源１００とモータ１０４との間に挿入されている。無線電力伝送システム２００は、電圧制御電流源１００の出力電力を無線伝送し、モータ１０４に出力する。

【0029】

電圧制御電流源１００は、導線２０１ａおよび２０１ｂを介して、無線電力伝送システム２００に接続される。無線電力伝送システム２００は、導線２０６ａおよび２０６ｂを介して、モータ１０４に接続される。

【0030】

電流Ｉｉｎは、電圧制御電流源１００の出力電流である。電圧Ｖｉｎは、導線２０１ａおよび２０１ｂ間に入力される電圧である。電圧Ｖｏｕｔは、導線２０６ａおよび２０６ｂ間の電圧である。電流Ｉｏｕｔは、モータ１０４に流入する電流である。

【0031】

実際の無線電力伝送システムにおいては、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの間には、送電器２０２のスイッチング周波数の数十周期に相当する時間遅延が発生しうる。ただし、モータ１０４の制御周波数に対して送電器２０２のスイッチング周波数は一般的に数１０～１０００倍程度高速である。例えば、モータ１０４の制御周波数が１０ｋＨｚ程度であるのに対し、送電器２０２のスイッチング周波数は１００～１５０００ｋＨｚが選択される。以上の前提条件を鑑み、図６の無線電力伝送システム２００によって生じる、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの間の遅延は、本実施形態中では無視することができる。なお、本実施形態による効果は、この仮定によって特異的に発現する現象ではない。この仮定は、本実施形態を論理的に説明する上で、極めて妥当な範囲のものである。また、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの間に生じる時間遅延がモータ１０４の制御周波数に対して無視できないほど大きい場合がある。その場合には、後述する位相補償器３００および４００が有する位相補償量に、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの間に生じる時間遅延（位相差）を含めた形態も可能である。

【0032】

図６の構成を用いたとき、電圧制御電流源１００が出力する電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの関係性がどのようになるのかを検討する。図１の有線接続状態でモータ１０４を駆動する電圧制御電流源１００において、電圧制御電流源１００が出力する電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの関係性は、図２（ａ）で示した通り、位相差がゼロとなっていた。モータ１０４を制御しようとするとき、電圧制御電流源１００が出力する電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの位相差がゼロである状態は、最も適した状態であると考えられる。

【0033】

図７（ａ）および（ｂ）を用いて、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの位相関係について説明する。図７（ａ）は、図６の電圧Ｖｃ，Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，Ｖａ，Ｖｂと電流Ｉｉｎ，Ｉｏｕｔの位相関係を示すベクトル図である。図７（ａ）において、縦軸の上方向は、位相進みの向きを意味し、縦軸の下方向は、位相遅れの向きを意味する。

【0034】

電圧制御電流源１００に入力される制御電圧Ｖｃと電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎの位相は、一致することは先に述べたとおりである。したがって、制御電圧Ｖｃのベクトルと電流Ｉｉｎのベクトルの向きは一致する。電圧制御電流源１００の出力端子から見た、無線電力伝送システム２００の入力インピーダンスは実抵抗とみなせる。なぜなら、モータ１０４の制御周波数に対して送電器２０２のスイッチング周波数は一般的に数１０～１０００倍程度高速であり、かつ、送電器２０２の電源入力端子に接続されているデカップリングコンデンサの平滑作用があるからである。これにより、電圧制御電流源１００の出力端子に対して送電器２０２のスイッチングの影響はほとんど発生しない。なお、デカップリングコンデンサは、一般的な設計法ならば必ず接続されている。

【0035】

したがって、以降、無線電力伝送システム２００の入力インピーダンスは実抵抗とみなせることとして扱う。その場合、無線電力伝送システム２００の入力電圧（電圧制御電流源１００の出力電圧）Ｖｉｎは、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎに比例する。すなわち、電圧Ｖｉｎのベクトルと電流Ｉｉｎのベクトルの方向は一致する。先に仮定した通り、無線電力伝送システム２００は、導線２０１ａおよび２０１ｂ間に入力される電圧Ｖｉｎを、導線２０６ａおよび２０６ｂ間の電圧Ｖｏｕｔとして即座に出力するから、電圧Ｖｉｎのベクトルと電圧Ｖｏｕｔのベクトルの方向は一致する。電圧Ｖｏｕｔのベクトルと電流Ｉｏｕｔのベクトル間の位相の関係は、図２（ａ）で説明した関係と同一であるから、省略する。結論のみを述べると、電圧Ｖｏｕｔ（≒Ｖｉｎ）のベクトルを基準として考えたとき、電流Ｉｏｕｔは遅れている。電圧Ｖｉｎのベクトルと電流Ｉｉｎのベクトルの方向は一致することから、言い換えると、電流Ｉｉｎのベクトルを基準として考えたとき、電流Ｉｏｕｔのベクトルは遅れている。

【0036】

図７（ａ）において、位相差θは、電流Ｉｉｎに対する電流Ｉｏｕｔの位相差（遅れ量）である。位相差θは、式（１）で表される。ここで、ωは制御電圧Ｖｃの角振動数である。Ｌはインダクタ１０３のインダクタンスである。Ｒは抵抗１０２の抵抗値である。

【0037】

【数1】

【0038】

図７（ｂ）は、位相差θを周波数領域で表現した図である。図２（ｂ）においては、出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔ間の位相差はどの周波数についてもゼロであった。一方で、図７（ｂ）によると、周波数の増加に伴って、位相差（遅れ量）θの絶対値が単調に増加する。図６の構成の場合、図７（ｂ）のように、周波数の増加に伴って、位相差θの絶対値が単調に増加する性質は好ましくない。例えば、時刻０に角周波数ωでモータ１０４の駆動を開始したい場合、時刻０に角周波数ωの制御電圧Ｖｃを電圧制御電流源１００に入力したとする。そうした場合、式（１）で示した位相差θの分だけ遅れた時刻ｄにモータ１０４が動作を開始することになる。時刻ｄは、式（２）で表される。

【0039】

【数2】

【0040】

理想的には、図２（ｂ）のように、出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔ間の位相差は、どの周波数についてもゼロとなることである。しかし、図６の構成によって、無線電力伝送システム２００が出力する電力でモータ１０４を駆動すると、制御電圧Ｖｃに対してモータ１０４が動作するタイミング（位相）が遅れることになる。さらに、周波数の増加に伴って、この遅れ量が単調に増加する。

【0041】

これが、本実施形態が解決すべき課題である。すなわち、本実施形態の課題は、無線電力伝送システム２００の電気的性質に起因して、無線電力伝送システム２００の入力電流Ｉｉｎの位相と、無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相との間に差が生じることである。上記課題を解決するために、位相補償器を導入する。

【0042】

図８は、本実施形態による位相補償器３００を示す図である。位相補償器３００の入力部には、導線３０１ａおよび３０１ｂが接続される。位相補償器３００の出力部には、導線３０２ａおよび３０２ｂが接続される。電流Ｉｉｎは、位相補償器３００が導線３０１ａおよび３０１ｂから入力する電流である。電圧Ｖｉｎは、導線３０１ａおよび３０１ｂ間に入力される電圧である。電圧Ｖ２ｏｕｔは、位相補償器３００が導線３０２ａおよび３０２ｂ間に出力する電圧である。電流Ｉ２ｏｕｔは、位相補償器３００が導線３０２ａおよび３０２ｂに出力する電流である。ここでは、位相補償器３００は、電気回路的に動作することとして説明する。なお、位相補償器３００は、デジタル演算としてソフトウェア的に実装することができる。同様に、位相補償器３００は、ＦＰＧＡを用いて、論理回路として実装することができる。

【0043】

図９は、図８の位相補償器３００による位相補償の効果を説明するためのベクトル図である。図９において、縦軸の上方向は、位相進みの向きを意味する。逆に、縦軸の下方向は、位相遅れの向きを意味する。位相補償器３００は、入力電圧Ｖｉｎを基準にして、出力電圧Ｖ２ｏｕｔを、位相補償量φだけ“進める”ように機能する。電気回路的な言い方をするならば、位相補償器３００は、位相補償量φだけ力率を変更する。すなわち、図９において、出力電圧Ｖ２ｏｕｔのベクトルは、入力電圧Ｖｉｎのベクトルを基準にして、角度φだけ進んだ向きを向いている。一方で、出力電流Ｉ２ｏｕｔのベクトルは、入力電圧Ｖｉｎのベクトルと同じ向きを向く。以下、図８および図９で説明した位相補償器３００を活用することで、上記の課題を解決可能であることを説明する。

【0044】

図１０は、第１の実施形態による制御装置３１０の構成例を示す図である。制御装置３１０は、電圧制御電流源１００と、位相補償器３００と、無線電力伝送システム２００と、モータ１０４を有する。以下、制御装置３１０の制御方法を説明する。

【0045】

電圧制御電流源１００は、制御電圧入力線１０５ａおよび１０５ｂ間に入力される制御電圧Ｖｃに一次比例した任意の電流Ｉｉｎを出力する。電圧制御電流源１００は、導線３０１ａおよび３０１ｂを介して、位相補償器３００に接続される。電流Ｉｉｎは、電圧制御電流源１００の出力電流である。電圧Ｖｉｎは、導線３０１ａおよび３０１ｂ間に入力される電圧である。電流Ｉｉｎの位相は、図９のように、電圧Ｖｉｎの位相と同じである。

【0046】

位相補償器３００は、電圧Ｖｉｎの位相を補償した電圧Ｖ２ｏｕｔを出力する。図９のように、電圧Ｖ２ｏｕｔは、電圧Ｖｉｎに対して位相補償量φだけ位相を進めた電圧である。位相補償器３００は、導線３０２ａおよび３０２ｂを介して、無線電力伝送システム２００に接続される。電圧Ｖ２ｏｕｔは、位相補償器３００が導線３０２ａおよび３０２ｂ間に出力する電圧である。電流Ｉ２ｏｕｔは、位相補償器３００の出力電流である。電流Ｉ２ｏｕｔの位相は、図９のように、電流Ｉｉｎの位相と同じである。

【0047】

無線電力伝送システム２００は、電圧Ｖ２ｏｕｔの電力を入力し、電力を無線伝送し、電圧Ｖｏｕｔの電力を出力する。無線電力伝送システム２００は、導線２０６ａおよび２０６ｂを介して、モータ１０４に接続される。電圧Ｖｏｕｔは、無線電力伝送システム２００が導線２０６ａおよび２０６ｂ間に出力する電圧である。電流Ｉｏｕｔは、無線電力伝送システム２００がモータ１０４に出力する電流である。モータ１０４は、抵抗１０２とインダクタ１０３の直列回路で表現可能である。電圧Ｖａは、抵抗１０２の両端電圧である。電圧Ｖｂは、インダクタ１０３の両端電圧である。

【0048】

図１１を用いて、図１０の電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの位相関係について説明する。図１１は、図１０の電圧Ｖｃ，Ｖｉｎ，Ｖ２ｏｕｔ，Ｖｏｕｔ，Ｖａ，Ｖｂと電流Ｉｉｎ，Ｉ２ｏｕｔ，Ｉｏｕｔの位相関係を示すベクトル図である。図１１において、縦軸の上方向は、位相進みの向きを意味し、縦軸の下方向は、位相遅れの向きを意味する。

【0049】

電圧制御電流源１００に入力される制御電圧Ｖｃの位相と電圧制御電流源１００の出力電圧Ｖｉｎの位相と電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎの位相は、相互に一致することは先に述べたとおりである。したがって、電圧Ｖｃのベクトルと電圧Ｖｉｎのベクトルと電流Ｉｉｎのベクトルの向きは、相互に一致する。

【0050】

ここで、図９を参照する。位相補償器３００に入力される入力電圧Ｖｉｎと、位相補償器３００の出力電圧Ｖ２ｏｕｔの間には、進み方向の位相差φが生じる。したがって、図１１において、電圧Ｖ２ｏｕｔのベクトルは、電圧Ｖｉｎのベクトルを基準にして、角度φだけ進んだ向きを向く。

【0051】

位相補償器３００の入力電流Ｉｉｎおよび出力電流Ｉ２ｏｕｔは、相互に、位相が同じであり、比例関係にある。したがって、電流Ｉｉｎのベクトルと電流Ｉ２ｏｕｔのベクトルの方向は、相互に一致する。

【0052】

無線電力伝送システム２００の入力電圧Ｖ２ｏｕｔと出力電圧Ｖｏｕｔは、相互に比例関係にある。すなわち、電圧Ｖ２ｏｕｔのベクトルと電圧Ｖｏｕｔのベクトルの方向は、相互に一致する。上記の通り、無線電力伝送システム２００は、導線３０２ａおよび３０２ｂ間に入力される電圧Ｖ２ｏｕｔを、導線２０６ａおよび２０６ｂ間の電圧Ｖｏｕｔとして即座に出力するから、電圧Ｖ２ｏｕｔのベクトルと電圧Ｖｏｕｔのベクトルの方向は相互に一致する。

【0053】

電圧Ｖｏｕｔ，Ｖａ，Ｖｂと電流Ｉｏｕｔの位相の関係は、図７（ａ）で説明した関係と同一である。すなわち、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電圧Ｖａのベクトルは、抵抗１０２に生じる電圧降下を示すため、電流Ｉｏｕｔのベクトルの方向と同一の方向を向く。すなわち、電圧Ｖａは、電流Ｉｏｕｔに対して遅れも進みも生じない。一方、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電圧Ｖｂのベクトルは、インダクタ１０３のリアクタンスの作用によって９０°進む。電圧Ｖａと電圧Ｖｂのベクトルの合成として表現される電圧Ｖｏｕｔのベクトルは、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、位相差θだけ進んでいる。電圧と電流の基準の考え方を逆にして表現をするならば、電圧Ｖｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電流Ｉｏｕｔのベクトルは、位相差θだけ遅れている。位相差θは、上記の式（１）で表される。図１１においては、式（３）の関係が成り立っている場合のベクトル図を示す。

【0054】

【数3】

【0055】

この場合、式（４）で示される通り、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの間に位相差（遅れ量）δが生じる。

【0056】

【数4】

【0057】

ここで、この電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの間の位相差δを最小にすることを考える。式（４）から明確な通り、位相差θと位相補償量φを略等量となるように調整すればよい。すなわち、式（５）が成り立つように、位相補償器３００の位相補償量φを調整することで、電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの間の位相差δを最小にすることができる。

【0058】

【数5】

【0059】

このとき、式（６）が成り立ち、位相差δが略０になる。

【0060】

【数6】

【0061】

ここまでの説明をまとめると、図１０の構成によって、無線電力伝送システム２００が出力する電力でモータ１０４を駆動するとき、式（５）を満足するように、位相補償器３００の位相補償量φを調整する。これにより、制御電圧Ｖｃとモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの間の位相差δを最小にすることができ、制御電圧Ｖｃに対してモータ１０４が動作するタイミング（位相）の遅れを抑制することができる。

【0062】

上記のように、本実施形態の課題は、制御電圧Ｖｃの位相と、モータ１０４の駆動電流Ｉｏｕｔの位相との間に差が生じることである。本実施形態によれば、制御装置３１０は、式（５）を満たすように、適切な位相補償量φを有する位相補償器３００を導入することにより、上記の課題を解決することができる。

【0063】

以上のように、電圧制御電流源１００は、図２２（ａ）および（ｂ）のリニアモータドライバ５０６の一例であり、制御電圧Ｖｃを基に、電力を出力する。制御電圧Ｖｃは、制御信号の一例である。無線電力伝送システム２００は、電圧制御電流源１００の後段に接続され、第１の電力を入力し、無線電力伝送により、第２の電力をモータ１０４に出力する。位相補償器３００は、補償部であり、制御電圧Ｖｃの位相と無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相との差を補償する。

【0064】

図１１のように、無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相は、無線電力伝送システム２００の出力電圧Ｖｏｕｔの位相より遅れている。位相補償器３００は、電圧制御電流源１００と無線電力伝送システム２００との間に設けられる。位相補償器３００は、電圧制御電流源１００の出力電力を入力し、無線電力伝送システム２００の入力電圧Ｖ２ｏｕｔの位相が電圧制御電流源１００の出力電圧Ｖｉｎの位相より進んでいるような上記の第１の電力を無線電力伝送システム２００に出力する。

【0065】

図４のように、無線電力伝送システム２００は、送電アンテナ２０３と、受電アンテナ２０４と、送電器２０２と、受電器２０５を有する。送電アンテナ２０３は、無線送電するためのアンテナである。受電アンテナ２０４は、送電アンテナ２０３の電力を無線受電する。送電器２０２は、スイッチ回路であり、ゲート駆動回路２０８の第１のスイッチング信号を基に入力電力をスイッチングし、送電アンテナ２０３に電圧を印加する。受電器２０５は、整流回路であり、ゲート駆動回路２１１の第２のスイッチング信号を基に、受電アンテナ２０４から出力される電圧を整流し、その整流された電圧をモータ１０４に印加する。送電器２０２は、複数の双方向スイッチ２１３を有する。受電器２０５は、複数の双方向スイッチ２１４を有する。

【0066】

上記の第１のスイッチング信号と上記の第２のスイッチング信号は、相互に周期が同じである。送電器２０２の双方向スイッチ２１３は、双方向スイッチ２１３のソース端子の電位を基準とする上記の第１のスイッチング信号により駆動される。受電器２０５の双方向スイッチ２１４は、双方向スイッチ２１４のソース端子の電位を基準とする上記の第２のスイッチング信号により駆動される。

【0067】

以上、本実施形態によれば、制御装置３１０は、無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔによってモータ１０４を駆動する。位相補償器３００は、無線電力伝送システム２００の電気的性質に起因して、制御装置３１０に入力した制御電圧Ｖｃの位相と、無線電力伝送システム２００が出力するモータ駆動電流Ｉｏｕｔの位相との間に生じる差を補償する。位相補償器３００がその差を低減することで、モータ１０４の制御速度や制御精度を向上させることができる。

【0068】

（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態による制御装置４１０の構成例を示す図である。制御装置４１０は、位相補償器４００と、電圧制御電流源１００と、無線電力伝送システム２００と、モータ１０４を有する。位相補償器４００は、電圧制御電流源１００の前段に設けられ、第１の実施形態の位相補償器３００と同様の機能を有する。

【0069】

位相補償器４００の入力部には、導線４０１ａおよび４０１ｂが接続される。位相補償器４００は、導線４０２ａおよび４０２ｂを介して、電圧制御電流源１００に接続される。位相補償器４００は、導線４０１ａおよび４０１ｂ間の制御電圧Ｖｃ１を入力し、位相補償量φの位相補償を行い、導線４０２ａおよび４０２ｂ間の制御電圧Ｖｃ２を出力する。制御電圧Ｖｃ２は、制御電圧Ｖｃ１の位相を位相補償量φだけ進めた電圧である。

【0070】

電圧制御電流源１００は、導線４０２ａおよび４０２ｂ間に入力される制御電圧Ｖｃ２に一次比例した任意の電流Ｉｉｎを出力する。電圧制御電流源１００は、導線２０１ａおよび２０１ｂを介して、無線電力伝送システム２００に接続される。電流Ｉｉｎは、電圧制御電流源１００の出力電流である。電圧Ｖｉｎは、電圧制御電流源１００が導線２０１ａおよび２０１ｂ間に出力する電圧である。

【0071】

無線電力伝送システム２００は、電圧Ｖｉｎの電力を入力し、電力を無線伝送し、電圧Ｖｏｕｔの電力を出力する。無線電力伝送システム２００は、導線２０６ａおよび２０６ｂを介して、モータ１０４に接続される。電圧Ｖｏｕｔは、無線電力伝送システム２００が導線２０６ａおよび２０６ｂ間に出力する電圧である。電流Ｉｏｕｔは、無線電力伝送システム２００がモータ１０４に出力する電流である。モータ１０４は、抵抗１０２とインダクタ１０３の直列回路で表現可能である。電圧Ｖａは、抵抗１０２の両端電圧である。電圧Ｖｂは、インダクタ１０３の両端電圧である。

【0072】

図１３（ａ）は、位相補償器４００による位相補償の効果を説明するためのベクトル図である。位相補償器４００は、制御電圧Ｖｃ１を基準にして、制御電圧Ｖｃ２が位相補償量φだけ進むように機能する。したがって、制御電圧Ｖｃ１のベクトルに対して、制御電圧Ｖｃ２のベクトルは、位相補償量φだけ位相が進んだ方向を向く。なお、本実施形態においては、位相補償量φは、上記の式（５）を満たすものとする。

【0073】

図１３（ｂ）を用いて、制御電圧Ｖｃ１とモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの位相関係について説明する。図１３（ｂ）は、図１２の電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，Ｖａ，Ｖｂと電流Ｉｉｎ，Ｉｏｕｔの位相関係を示すベクトル図である。図１３（ａ）および（ｂ）において、縦軸の上方向は、位相進みの向きを意味し、縦軸の下方向は、位相遅れの向きを意味する。

【0074】

図１３（ａ）で説明した通り、制御電圧Ｖｃ１と制御電圧Ｖｃ２の間には、位相補償量φの位相差がある。よって、制御電圧Ｖｃ１のベクトルに対して、制御電圧Ｖｃ２のベクトルは、位相補償量φだけ位相が進んだ方向を向く。

【0075】

電圧制御電流源１００に入力される制御電圧Ｖｃ２の位相と電圧制御電流源１００の出力電圧Ｖｉｎの位相と電圧制御電流源１００の出力電流Ｉｉｎの位相は、相互に一致することは先に述べたとおりである。したがって、電圧Ｖｃ２のベクトルと電圧Ｖｉｎのベクトルと電流Ｉｉｎのベクトルの向きは、相互に一致する。

【0076】

無線電力伝送システム２００の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔは、相互に比例関係にある。すなわち、電圧Ｖｉｎのベクトルと電圧Ｖｏｕｔのベクトルの方向は、相互に一致する。先に仮定した通り、無線電力伝送システム２００は、導線２０１ａおよび２０１ｂ間に入力される電圧Ｖｉｎを、導線２０６ａおよび２０６ｂ間の電圧Ｖｏｕｔとして即座に出力するから、電圧Ｖｉｎのベクトルと電圧Ｖｏｕｔのベクトルの方向は相互に一致する。

【0077】

電圧Ｖｏｕｔ，Ｖａ，Ｖｂと電流Ｉｏｕｔの位相の関係は、図７（ａ）で説明した関係と同一である。すなわち、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電圧Ｖａのベクトルは、抵抗１０２に生じる電圧降下を示すため、電流Ｉｏｕｔのベクトルの方向と同一の方向を向く。すなわち、電圧Ｖａは、電流Ｉｏｕｔに対して遅れも進みも生じない。一方、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電圧Ｖｂのベクトルは、インダクタ１０３のリアクタンスの作用によって９０°進む。電圧Ｖａと電圧Ｖｂのベクトルの合成として表現される電圧Ｖｏｕｔのベクトルは、電流Ｉｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、位相差θだけ進んでいる。電圧と電流の基準の考え方を逆にして表現をするならば、電圧Ｖｏｕｔのベクトルを基準として考えたとき、電流Ｉｏｕｔのベクトルは、位相差θだけ遅れている。位相差θは、上記の式（１）で表される。ここで、位相補償量φは、上記の式（５）を満たすため、結果的に、制御電圧Ｖｃ１とモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの間に生じる位相差は略ゼロとなる。

【0078】

以上、本実施形態によれば、制御装置４１０は、第１の実施形態と同様に、制御電圧Ｖｃ１の位相と、モータ１０４の駆動電流Ｉｏｕｔの位相との間の位相差を低減できる効果を有する。以下、位相補償器４００の具体的な構成例として、２種類の構成例を説明する。

【0079】

図１４は、オペアンプＵ１を用いたアナログ回路で構成した位相補償器４００の構成例例を示す図である。位相補償器４００は、オペアンプＵ１と、抵抗Ｒ１～Ｒ４と、キャパシタＣ１，Ｃ２を有し、非反転増幅回路をベースとした構成である。例えば、抵抗Ｒ１は３００Ωであり、抵抗Ｒ２は１０ｋΩであり、抵抗Ｒ３は４００Ωであり、抵抗Ｒ４は１．２ｋΩである。キャパシタＣ１は０．２μＦであり、キャパシタＣ２は０．３μＦである。位相補償器４００は、グランド電位を基準として、制御電圧Ｖｃ１を入力し、グランド電位を基準として制御電圧Ｖｃ２を得る。

【0080】

図１５（ａ）および（ｂ）は、図１４の位相補償器４００の伝達特性を示す図である。図１５（ａ）では、横軸は周波数を示し、縦軸は制御電圧Ｖｃ１に対する制御電圧Ｖｃ２の振幅（電力）の比を［ｄＢ］で示している。図１５（ｂ）では、横軸は周波数を示し、縦軸は制御電圧Ｖｃ１に対する制御電圧Ｖｃ２の位相差を度（ｄｅｇ）で示している。

【0081】

これまでの説明では、主に、制御電圧Ｖｃ１とモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの位相関係について注目してきた。一方で、制御電圧Ｖｃ１とモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの振幅関係についてはあまり議論していない。一般に、制御電圧Ｖｃ１とモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの位相関係の方が性能に与える影響度が大きいため、本実施形態においては位相関係を改善することに重きを置いている。

【0082】

しかしながら、無線電力伝送システム２００を用いる場合、少なからず振幅関係に対しても無線電力伝送システム２００を適用したことによる影響が出る。よって、本実施形態において、図１５（ａ）で示した振幅特性のように、各周波数における、制御電圧Ｖｃ１とモータ１０４に流入する電流Ｉｏｕｔの振幅関係を、位相補償器３００や位相補償器４００によって変化させることは否定していない。むしろ、位相補償器３００や位相補償器４００による、無線電力伝送システム２００を適用した制御装置３１０または４１０の改善効果を強化することができる優れた手段となる。

【0083】

図１６は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）型デジタルフィルタを用いた位相補償器４００の構成例を示す図である。位相補償器４００は、制御電圧Ｖｃ１を入力し、制御電圧Ｖｃ２を出力する。このデジタルフィルタは、デジタル演算としてソフトウェア的実装することができる。同様に、このデジタルフィルタは、ＦＰＧＡを用いて論理回路として実装することができる。

【0084】

図１６の重み付け係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２は、ＩＩＲ型デジタルフィルタの重み付け係数である。例えば、ａ１＝－１．００１８１５、ａ２＝０．１９８５４８、ｂ０＝１．９０８７９６、ｂ１＝－２．０９０５３６、ｂ２＝０．４０１３９４である。この重み付け係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２の値は、図１４で示したオペアンプＵ１を用いたアナログ回路で構成した位相補償器４００について、双１次変換を用いてＺ変換し、導出した係数である。したがって、図１６に示したＩＩＲ型デジタルフィルタに上記の重み付け係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２の値を用いた場合、図１６に示したＩＩＲ型デジタルフィルタの伝達特性は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）と略等価となる。

【0085】

上記では、位相補償器４００の具体的な構成例を２種類示した。これらの例から分かるように、第１の実施形態および第２の実施形態で導入した位相補償器３００および位相補償器４００は、現実的に実現かつ実装可能な手段である。これから説明する第３の実施形態において、無線電力伝送システム２００を適用した制御装置の実機において、位相補償器３００および位相補償器４００による効果を測定した結果を示す。

【0086】

以上のように、電圧制御電流源１００は、制御電圧Ｖｃ１およびＶｃ２を基に、電力を出力する。制御電圧Ｖｃ１およびＶｃ２は、それぞれ、制御信号の一例である。無線電力伝送システム２００は、電圧制御電流源１００の後段に接続され、第１の電力を入力し、無線電力伝送により、第２の電力をモータ１０４に出力する。位相補償器４００は、補償部であり、制御電圧Ｖｃ１の位相と無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相との差を補償する。

【0087】

図１３（ｂ）のように、無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相は、無線電力伝送システム２００の出力電圧Ｖｏｕｔの位相より遅れている。電圧制御電流源１００は、制御電圧Ｖｃ２を入力する。位相補償器４００は、電圧制御電流源１００の前段に設けられ、制御電圧Ｖｃ１を入力し、制御電圧Ｖｃ２の位相が制御電圧Ｖｃ１の位相より進んでいるような制御電圧Ｖｃ２を電圧制御電流源１００に出力する。

【0088】

なお、位相補償器４００は、制御電圧Ｖｃ１の位相と無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相との差と、制御電圧Ｖｃ１の振幅と無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの振幅との差を補償してもよい。

【0089】

同様に、図１０の位相補償器３００は、制御電圧Ｖｃの位相と無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの位相との差と、制御電圧Ｖｃの振幅と無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔの振幅との差を補償してもよい。

【0090】

位相補償器３００および４００は、図１４のようなアナログ回路によって構成されることができる。また、位相補償器３００および４００は、図１６のようなデジタル演算により、上記の位相の差を補償してもよい。ここで、デジタル演算は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やパーソナルコンピュータによるプログラムの演算処理と、ＦＰＧＡによるデジタル回路による並列演算処理の両方を含む。

【0091】

位相補償器３００および４００が有する伝達特性は、無線電力伝送システム２００の入力電流に対する出力電流の位相差を相殺する伝達特性である。また、位相補償器３００および４００が有する伝達特性は、無線電力伝送システム２００の入力電圧に対する出力電流の位相差を相殺する伝達特性でもよい。

【0092】

以上、本実施形態によれば、制御装置４１０は、無線電力伝送システム２００の出力電流Ｉｏｕｔによってモータ１０４を駆動する。位相補償器４００は、無線電力伝送システム２００の電気的性質に起因して、制御装置３１０に入力した制御電圧Ｖｃ１の位相と、無線電力伝送システム２００が出力するモータ駆動電流Ｉｏｕｔの位相との間に生じる差を補償する。位相補償器４００がその差を低減することで、モータ１０４の制御速度や制御精度を向上させることができる。

【0093】

（第３の実施形態）
次に、無線電力伝送システム２００を搭載した位置決めステージに位相補償器３００または４００を適用したときの効果を説明する。

【0094】

図１７は、リニアモータへの電力供給に無線電力伝送システム５０７を使用した位置決めステージの構成例を示す上面図である。本実施形態では、例えば半導体露光装置のレチクルを搭載したステージを例として説明する。本実施形態における位置決めステージは、大ストロークの粗動ステージ５０１と、位置決め精度が高い微動ステージ５０３を有する。

【0095】

粗動ステージ５０１には、駆動方向（Ｙ軸方向）の左右両側に一対の可動子５０２ａが設けられている。これらの一対の可動子５０２ａは、対応する一対の固定子５０２ｂと協働してＹ軸方向に駆動する。粗動ステージ５０１には、不図示の反射鏡が設けられており、不図示のレーザ干渉計（計測部）からの計測光を反射することにより、ステージのＹ軸方向への変位量または位置が計測される。

【0096】

微動ステージ５０３は、微動リニアモータ５０４により、粗動ステージ５０１と非接触で連結され、粗動ステージ５０１とともにＹ軸方向に駆動される。また、微動ステージ５０３は、微動リニアモータ５０４により粗動ステージ５０１とＸ軸方向にも非接触で連結され、Ｘ軸方向に駆動される。微動ステージ５０３には、不図示の反射鏡が設けられており、不図示のレーザ干渉計（計測部）からの計測光を反射することにより、ステージのＸ軸方向とＹ軸方向への変位量または位置が計測される。微動リニアモータ５０４を駆動するために必要な電力は、リニアモータドライバ５０６から供給される。リニアモータドライバ５０６から供給された電力は、無線電力伝送システム５０７の送電部５０７ｂと受電部５０７ａと微動リニアモータケーブル５０５を介して、微動リニアモータ５０４に伝送される。

【0097】

無線電力伝送システム５０７の送電部５０７ｂは、リニアモータドライバ５０６の出力電流を検出し、送電アンテナにて受電部５０７ａへ電力を送電する。受電部５０７ａは、送電部５０７ｂから送電された電力を受電アンテナにて受電し、整流回路を経て微動リニアモータ５０４へ出力する。

【0098】

次に、図１８を参照し、微動リニアモータ５０４による微動ステージ５０３の位置フィードバック制御系の制御装置６００について説明する。図１８は、位相補償器を挿入していない場合の制御装置６００の構成例を示す図である。制御装置６００は、減算器６０５と、補償器６０４と、リニアモータドライバ５０６と、無線電力伝送システム５０７と、微動リニアモータ５０４と、微動ステージ５０３と、位置計測部６０３を有する。リニアモータドライバ５０６は、図１０または図１２の電圧制御電流源１００に対応する。無線電力伝送システム５０７は、図１０または図１２の無線電力伝送システム２００に対応する。微動リニアモータ５０４は、図１０または図１２のモータ１０４に対応する。

【0099】

微動ステージ５０３の位置は、レーザ干渉計等の位置計測部６０３によって計測され、計測された微動ステージ５０３の位置が減算器６０５に入力される。減算器６０５は、位置計測部６０３で計測された微動ステージ５０３の位置と位置指令値（目標位置）との差（偏差）を補償器６０４に供給する。補償器６０４は、例えばＰＩＤ制御器６０１を含み、減算器６０５から供給された偏差に基づいて、リニアモータドライバ５０６に対するドライバ指令値を生成する。リニアモータドライバ５０６は、補償器６０４からのドライバ指令値に基づいて、モータ駆動電流を出力する。リニアモータドライバ５０６から出力されたモータ駆動電流は、無線電力伝送システム５０７で受電して、無線アンテナと整流回路を介して微動リニアモータ５０４へ供給される。微動リニアモータ５０４は、供給されたモータ駆動電流に従い、微動ステージ５０３に推力を与える。

【0100】

図１９は、無線電力伝送システム５０７により電力伝送した場合と、有線（例えばケーブル）により電力伝送した場合の、微動ステージ５０３のＸ軸方向に対する位置フィードバック制御系の開ループ位相特性を示す図でる。実線は、有線による電力伝送の場合の開ループ位相特性を示し、破線は、無線電力伝送システム５０７による電力伝送の場合の開ループ位相特性を示す。実線の有線の場合と破線の無線の場合の位相特性を比較したとき、例えば、１００Ｈｚの正弦波を入力した場合、実線の有線の場合よりも破線の無線の場合の方が９°遅れて応答することを示している。このように、実線の有線の場合よりも破線の無線の場合の方が、位相が遅れている状態で、図２０のように、ステージ位置Ｐ０からステージ位置Ｐ１へ微動ステージ５０３をＸ軸方向に駆動させた。図２１は、そのときのステージ偏差を示す。実線は、有線の場合のステージ偏差を示し、破線は、無線の場合のステージ偏差を示す。破線の無線の場合は実線の有線の場合よりも応答が遅れているため、微動ステージ５０３の制御性能が悪化し、ステージ偏差が大きく発生する。

【0101】

図２２（ａ）は、位相補償器６０２を挿入した制御装置６１０の構成例を示す図である。図２２（ａ）の制御装置６１０は、図１８の制御装置６００に対して、位相補償器６０２を追加したものである。位相補償器６０２は、ＰＩＤ制御器６０１とリニアモータドライバ５０６との間に設けられ、ＰＩＤ制御器６０１の出力値を入力し、位相補償し、ドライバ指令値をリニアモータドライバ５０６に出力する。位相補償器６０２は、図１２の位相補償器４００に対応する。

【0102】

次に、図２２（ａ）の位相補償器６０２を挿入することによる効果を説明する。上述の通り、無線電力伝送システム５０７による電力伝送を行った場合は、有線の場合よりも位相特性に遅れが生じる。この位相特性の遅れを相殺するように、位相を進める特性を持つ位相補償器６０２伝達関数Ｈ（ｚ）を式（７）に示す。

【0103】

【数7】

【0104】

なお、式（７）の係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２は、図１６の重み付け係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２に対応する。また、式（７）は、位相補償器６０２をデジタル回路で実装したときの式であるが、位相補償器６０２をアナログ回路で実装してもよい。位相補償器６０２の重み付け係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２は、無線電力伝送システム５０７による電力伝送時と有線による電力伝送時の位相特性の差を補償するように調整する。例えば、図１９の位相特性の遅れを補償するための重み付け係数は、ａ１＝－１．００１８１５、ａ２＝０．１９８５４８、ｂ０＝１．９０８７９６、ｂ１＝－２．０９０５３６、ｂ２＝０．４０１３９４である。この重み付け係数を用いることで、図２３の特性を持つ位相補償器６０２を実装することができる。

【0105】

図２２（ｂ）は、位相補償器６０２を挿入した他の制御装置６２０の構成例を示す図である。図２２（ｂ）の制御装置６２０は、図１８の制御装置６００に対して、位相補償器６０２を追加したものである。位相補償器６０２は、リニアモータドライバ５０６と無線電力伝送システム５０７の間に設けられ、リニアモータドライバ５０６が出力するモータ駆動電流を入力し、位相補償し、モータ駆動電流を無線電力伝送システム５０７に出力する。位相補償器６０２は、図１０の位相補償器３００に対応する。

【0106】

図２４は、図２２（ｂ）の位相補償器６０２を挿入して無線電力伝送システム５０７により電力伝送した場合と、有線により電力伝送した場合の、微動ステージ５０３のＸ軸方向に対するフィードバック制御系の開ループ位相特性を示す図である。実線は、有線による電力伝送の場合の開ループ位相特性を示し、破線は、無線電力伝送システム５０７による電力伝送の場合の開ループ位相特性を示す。実線の有線の場合と破線の無線の場合の位相特性を比較したとき、例えば、１００Ｈｚの正弦波を入力した場合、実線の有線の場合と破線の無線の場合との応答の遅れは０．１°であり、ほとんど遅れが生じていないことが分かる。実線の有線の場合と破線の無線の場合の開ループ位相特性がほぼ一致している状態で、図２０と同様の動きで微動ステージ５０３を駆動させた。図２５は、そのときのステージ偏差を示す。実線は、有線の場合のステージ偏差を示し、破線は、無線の場合のステージ偏差を示す。破線の無線の場合と実線の有線の場合の微動ステージ５０３の位相特性が同等になったことで、両者の微動ステージ５０３の制御性能も同等になり、無線の場合のステージ偏差は有線の場合のステージ偏差と同等になった。

【0107】

以上のように、微動リニアモータ５０４は、第１および第２の実施形態のモータ１０４に対応し、物体を保持して駆動する微動ステージ５０３に推力を与える。微動ステージ５０３は、ステージ装置である。

【0108】

微動リニアモータ５０４は、微動ステージ５０３に少なくとも１つ以上構成されていてもよい。その場合、それぞれの微動リニアモータ５０４に対して無線電力伝送システム５０７が接続されている。無線電力伝送システム５０７は、少なくとも１つ以上の微動リニアモータ５０４に対して電力を伝送する。

【0109】

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。

【0110】

本実施形態の開示は、以下の構成および方法を含む。
（構成１）
第１の制御信号を基に、電力を出力するドライバと、
前記ドライバの後段に接続され、第１の電力を入力し、無線電力伝送により、第２の電力をモータに出力する無線電力伝送システムと、
前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償する補償部と
を有することを特徴とする制御装置。
（構成２）
前記補償部は、前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差と、前記第１の制御信号の振幅と前記無線電力伝送システムの出力電流の振幅との差を補償することを特徴とする構成１に記載の制御装置。
（構成３）
前記無線電力伝送システムの出力電流の位相は、前記無線電力伝送システムの出力電圧の位相より遅れており、
前記補償部は、前記ドライバと前記無線電力伝送システムとの間に設けられ、前記ドライバの出力電力を入力し、前記無線電力伝送システムの入力電圧の位相が前記ドライバの出力電圧の位相より進んでいるような前記第１の電力を前記無線電力伝送システムに出力することを特徴とする構成１または２に記載の制御装置。
（構成４）
前記無線電力伝送システムの出力電流の位相は、前記無線電力伝送システムの出力電圧の位相より遅れており、
前記ドライバは、第２の制御信号を入力し、
前記補償部は、前記ドライバの前段に設けられ、前記第１の制御信号を入力し、前記第２の制御信号の電圧の位相が前記第１の制御信号の電圧の位相より進んでいるような前記第２の制御信号を前記ドライバに出力することを特徴とする構成１または２に記載の制御装置。
（構成５）
前記補償部は、前記第１の制御信号の電圧の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償することを特徴とする構成１～４のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成６）
前記補償部は、アナログ回路によって構成されることを特徴とする構成１～５のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成７）
前記補償部は、デジタル演算により前記差を補償することを特徴とする構成１～５のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成８）
前記補償部が有する伝達特性は、前記無線電力伝送システムの入力電流に対する出力電流の位相差を相殺する伝達特性であることを特徴とする構成１～７のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成９）
前記補償部が有する伝達特性は、前記無線電力伝送システムの入力電圧に対する出力電流の位相差を相殺する伝達特性であることを特徴とする構成１～７のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成１０）
前記無線電力伝送システムは、
無線送電する送電アンテナと、
前記送電アンテナの電力を無線受電する受電アンテナと、
第１のスイッチング信号を基に前記第１の電力をスイッチングし、前記送電アンテナ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、前記受電アンテナから出力される電圧を整流し、前記整流された電圧を前記モータに印加する整流回路とを有し、
前記スイッチ回路と前記整流回路は、それぞれ、複数の双方向スイッチを有することを特徴とする構成１～９のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成１１）
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、相互に周期が同じであることを特徴とする構成１０に記載の制御装置。
（構成１２）
前記スイッチ回路の前記双方向スイッチは、前記双方向スイッチのソース端子の電位を基準とする前記第１のスイッチング信号により駆動され、
前記整流回路の前記双方向スイッチは、前記双方向スイッチのソース端子の電位を基準とする前記第２のスイッチング信号により駆動されることを特徴とする構成１０または１１に記載の制御装置。
（構成１３）
前記モータは、リニアモータであり、物体を保持して駆動するステージ装置に推力を与えることを特徴とする構成１～１２のいずれか１項に記載の制御装置。
（構成１４）
前記リニアモータは、前記ステージ装置に少なくとも１つ以上構成されており、それぞれの前記リニアモータに対して前記無線電力伝送システムが接続されていることを特徴とする構成１３に記載の制御装置。
（構成１５）
前記無線電力伝送システムは、少なくとも１つ以上の前記リニアモータに対して電力を伝送することを特徴とする構成１３または１４に記載の制御装置。
（方法１）
ドライバが、第１の制御信号を基に、電力を出力するステップと、
前記ドライバの後段に接続される無線電力伝送システムが、第１の電力を入力し、無線電力伝送により、第２の電力をモータに出力するステップと、
補償部が、前記第１の制御信号の位相と前記無線電力伝送システムの出力電流の位相との差を補償するステップと
を有することを特徴とする制御装置の制御方法。

【符号の説明】

【0111】

１００ 電圧制御電流源、１０２ 抵抗、１０３ インダクタ、１０４ モータ、２００ 無線電力伝送システム、２０２ 送電器、２０３ 送電アンテナ、２０４ 受電アンテナ、２０５ 受電器、３００ 位相補償器、４００ 位相補償器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】