High Efficient Operation Method of Wirelessly Powered High-Precision Stage for Next-Generation Lithography Systems
| Project/Area Number |
21J13598
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21040:Control and system engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
林 拓巳 (2021) 東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Research Fellow |
林 拓巳 (2022) 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 無線電力伝送 / 精密ステージ / パワーエレクトロニクス / 制御工学 |
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| Outline of Research at the Start |
従来の精密ステージの電力線の課題の解決策として，無線電力伝送（WPT）で駆動する多軸ワイヤレス精密ステージ（多軸WHPS）がある。精密ステージは精度を保つために温度管理が厳密にされるため，多軸WHPSのWPT部の効率向上・熱損失抑圧が重要となる。本研究では多軸WHPSの特徴である，(1) 負荷であるモータの消費電力はステージの動作軌道から予測可能，(2) 多軸駆動のためWPTが2段ある，という点に着目し，電力制御とWPTのコイル形状・配置の観点から，WPT部の効率向上を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
液晶パネルや半導体の製造に用いられる精密ステージは，製品の高性能化と低価格化を達成するために，高速高精度な駆動が要求される。本研究グループは精密ステージの位置決め精度を低下させる最後の要因とされているケーブル張力による外乱に着目し，電力ケーブルを排除するために無線電力伝送で駆動する精密ステージ（Wireless High-Precision Stage; WHPS）を試作した。本研究では主にWHPSの高効率駆動を目指す。
2022年度は主にWHPSの高効率な駆動を実現する手法に取り組んだ。WHPSでは無線電力伝送の受電側電圧を安定化させるために，受電側整流器で2モード制御を行っている。また，WHPSはあらかじめステージの動作軌道から負荷のモータの消費電力が予測できるという特徴がある。以上を踏まえ，予測した消費電力をもとに2モード制御の状態（整流比）を最適化して送電側電圧を決定することで，WHPS駆動時の無線電力伝送の損失を低減する手法を提案した。数値計算と実験により，最適電圧比法などの従来手法よりも損失が低減されることを確認した。これにより，本研究で目標としていたWHPSの高効率駆動が可能になったと考えられる。
また，その他には精密ステージにおける位置決め制御や外乱推定にも取り組んだ。位置決め制御については2021年度に取り組んだテーマを引き続き行った。外乱推定については，推定に利用するセンサの分解能の解析や，その分解能が問題になるときの対策について提案し，実験にて検証した。これらはより効果が大きかった工作機械用精密ステージに適用したが，手法自体は一般的なものであり，WHPSにも適用可能であると考えられる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
