DE102013110698A1

DE102013110698A1 - Drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung, Filtereinheit und Leistungszufuhrvorrichtung für einen Computer unter Verwendung der Filtereinheit

Info

Publication number: DE102013110698A1
Application number: DE102013110698.6A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Sugino; Katsumi Yuasa; Keisuke HAMASAKI; Hiroshi Kondoh; Shigeru Takeda; Yasuyuki HASEO
Original assignee: Denso Corp; Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Corp; Denso Wave Inc
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-04-03
Also published as: US20140091635A1; CN103715779B; CN103715779A; US9997291B2

Abstract

Eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung enthält eine Leistungsempfangsspule, eine tatsächliche Last und eine Hilfslast. Die Leistungsempfangsspule arbeitet als Repeater zum Empfangen einer elektrischen Leistung in einer kontaktfreien Weise durch magnetische Resonanz mit einer Leistungsübertragungsspule, zu der die elektrische Leistung von einer Leistungszufuhreinheit zugeführt wird, und zum Weiterleiten der Übertragung der elektrischen Leistung von der Leistungsübertragungsspule. Die tatsächliche Last ist mit der Leistungsempfangsspule verbunden und wird durch die durch die Leistungsempfangsspule empfangene elektrische Leistung versorgt. Die Hilfslast wird parallel zu der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last eingeführt und bildet einen geschlossenen Kreislauf mit der Leistungsempfangsspule, wenn eine Zufuhr der elektrischen Leistung zu der tatsächlichen Last unterbrochen wird, um in einem geöffneten Zustand zu sein.

Description

Hintergrund
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung, eine Filtereinheit und eine Leistungszufuhrvorrichtung für einen Roboter unter Verwendung der Filtereinheit.
[Stand der Technik]
In letzter Zeit wurde eine drahtlose Leistungszufuhr unter Verwendung einer Magnetresonanz vorgeschlagen. Die drahtlose Leistungszufuhr realisiert eine elektrische Leistungszufuhr durch Erzeugen einer magnetischen Resonanz zwischen einer Leistungsübertragungsspule und einer Leistungsempfangsspule (siehe U.S. Pat. Nr. 7,825,8543 ). Bekanntlich enthält eine solche drahtlose Leistungszufuhr unter Verwendung der magnetischen Resonanz eine Repeater-Spule, die als ein Relais einer Leistungsübertragung wirkt. Die Repeater-Spule weist eine Resonanzfrequenz äquivalent zu der der Leistungsempfangsspule auf und wird zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule eingeführt. Die Verwendung der Repeater-Spule kann einen Leistungszufuhrabstand von der Leistungsübertragungsspule zu der Leistungsempfangsspule erweitern.
Allerdings sind in dem U.S. Pat. Nr. 7,825,8543 Spulen der magnetischen Resonanz konfiguriert durch: eine Resonanzspule entsprechend einer Leistungsempfangsspule, die ein Resonanzphänomen erzeugt; und eine Erregungsspule, die elektrische Leistung überträgt. Dadurch führt die Resonanzspule eine elektrische Leistungsübertragung mit einer Leistungsübertragungsspule aus. Die Erregungsspule führt eine Leistungsübertragung durch elektromagnetisches Koppeln mit der Resonanzspule unter Verwendung eines Transformers oder dergleichen aus, so dass elektrische Leistung aufgrund der Energieübertragung durch eine Last verwendet wird.
Wenn die elektrische Leistung unter Verwendung einer solchen elektromagnetischen Kopplung abgeleitet wird, ist die Übertragungseffizienz zwischen der Resonanzspule und der Erregungsspule für die Leistungsumwandlung klein, wie ungefähr 50%. Es gibt ein Problem, dass, um ausreichend elektrische Leistung zu erhalten, die Last zu der Resonanzspule verbunden, die Größe der Leistungsübertragungsspule und die Resonanzspule erhöht werden müssen.
Zudem gibt es, wenn sowohl die Resonanzspule als auch die Erregungsspule für die Leistungsumwandlung wichtig sind, ein weiteres Problem der Zunahme der Größe der Konfiguration als Ganzes. Insbesondere werden seit kurzem drahtlose Leistungszufuhrvorrichtungen benötigt, um in Betriebsstätten eingerichtet zu werden und in Industrieroboter integriert zu werden. Die große Größe der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung ist ein ernsthaftes Hindernis beim Einführen der Vorrichtung in Betriebsstätten und Robotern.
Andererseits wurden Roboter enthaltende Maschinen in einem weiten Bereich von Betriebsstätten, wie z. B. Firmen verwendet. Solche Maschinen benötigen elektrische Leistung zum Aktivieren der Elemente der Maschinen und Signale zum Steuern der Elemente. Dadurch ist bei den Betriebsstätten, die solche Maschinen verwenden, notwendig, eine Verdrahtung für die elektrische Leistung und die Verdrahtung für die Signale vorzusehen. Andererseits ist, um Arbeit einzusparen, die bei der Einrichtung und Instandhaltung solcher Betriebsstätten einhergehen, es erforderlich, den Verdrahtungsumfang so weit wie möglich zu verringern. Als Maßnahme dagegen wurden Vorschläge gegeben, wie z. B. eine drahtlose Übertragung einer elektrischen Leistung und von Signalen (siehe JP-A-2011-244533 ) und Überlagerung der elektrischen Leistung und von Signale (siehe JP-A-2007-235798 ).
Allerdings kann die drahtlose Übertragung oder Überlagerung der elektrischen Leistung und von Signalen ein Problem verursachen, dass Kommunikationsfehler und den Ausstoß von Rauschen verursacht. Solche Kommunikationsfehler sowie Ausstoß von Rauschen können zu einer Unterbrechung der Maschine und Absenken der Arbeitsgeschwindigkeit aufgrund des Stoppens führen. Um dies zu bewältigen, ist es notwendig, eine Filtereinheit zu verwenden, die in der Lage ist, die überlagerten elektrischen Leistung und Signale einer Mehrzahl von Kanälen genau zu trennen. Andererseits wird mit Zunahme der Anzahl von Kanälen die Anzahl der Filter zum Trennen von Signalen erhöht. Zudem sind Charakteristika der individuellen Filter erforderlich, um in Übereinstimmung mit den entsprechenden Kanälen eingestellt zu werden.
Kurzfassung der Erfindung
Es wird somit notwendig, eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung mit Zunahme der Größe der Maschinen vorzuschlagen, während eine effiziente Übertragung der elektrischen Leistung sichergestellt ist. Es ist ferner notwendig, eine Filtereinheit vorzuschlagen, deren Filtercharakteristika auf einfache Weise verändert werden kann. Ferner ist es notwendig, eine Leistungszufuhrvorrichtung für einen Roboter vorzusehen, der geeignet ist, stetig Steuersignale ohne Ausgeben von elektromagnetischen Wellen zu übertragen unter den Bedingungen, das elektrische Leistung und Signale miteinander übertragen und drahtlos übertragen werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung vorgeschlagen, die enthält: eine Leistungsempfangsspule, die als ein Repeater zum Empfangen einer elektrischen Leistung in einer kontaktfreien Weise durch magnetische Resonanz mit einer Übertragungsspule arbeitet, zu der die elektrische Leistung von einer Leistungszufuhreinheit zugeführt wird, und zum Weiterleiten der Übertragung der elektrischen Leistung von der Leistungsübertragungsspule; eine tatsächliche Last, die mit der Leistungsempfangsspule verbunden ist und durch die über die Leistungsempfangsspule empfangene elektrische Leistung versorgt wird; und eine Hilfslast, die parallel zu der Empfangsspule und der tatsächlichen Last eingeführt wird und einen geschlossenen Kreislauf mit einer Empfangsspule ausbildet, wenn eine Zufuhr der elektrischen Leistung zu der tatsächlichen Last unterbrochen wird, um in einem geöffneten Zustand zu sein.
Gemäß dieser Konfiguration arbeitet die Leistungsempfangsspule, wenn bei einem Ende vorgesehen, beispielsweise als eine Leistungsempfangsspule des Endes, und wenn sie zwischen der Leistungsübertragungsspule und einer Endspule eingeführt wird, arbeitet sie als Repeater. Die Leistungsempfangsspule ist direkt mit der tatsächlichen Last verbunden. Mit anderen Worten, die tatsächliche Last wird direkt durch die durch die Leistungsempfangsspule empfangene elektrische Leistung versorgt. Dementsprechend ist es notwendig, eine Umwandlungseinrichtung, wie z. B. einen Transformer zum Umwandeln von elektrischer Leistung zwischen der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last vorzusehen. Somit wird die Größe der Leistungsempfangsspule nicht erhöht.
Ferner wird, wenn keine Leistungsumwandlungseinrichtung erforderlich ist, ein Energieabbau minimiert, der beim Umwandeln von der elektrischer Leistung verursacht werden würde, und es wird sicher gestellt, dass die elektrische Leistung effizient übertragen wird. Zudem trägt die effiziente Leistungsübertragung dazu bei, die elektrische Kapazität einer Leistungszufuhreinheit und einer Leistungsübertragungsspule an einer Leistungsübertragungsseite auch zu reduzieren. Eine Reduzierung der elektrischen Kapazität beschleunigt die Verringerung der Größe und ermöglicht die Einführung der Vorrichtung in Roboter und Betriebsstätten.
Wenn die Leistungsempfangsspule und die tatsächliche Last direkt verbunden sind, ist ein geschlossener Kreislauf, d. h. eine geschlossene Schleife, nicht notwendig konstant zwischen der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last ausgebildet. Beispielsweise ist, wenn die Leistungsquelle der tatsächlichen Last ausgeschalten ist, d. h. wenn die aktuelle Last nicht versorgt wird, der zwischen der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last verbindende Kreislauf bei einem Punkt des Kreislaufs offen und die Zufuhr der elektrischen Leistung wird unterbrochen.
Wenn es der Leistungsspule ermöglicht wird, als ein Repeater zu arbeiten, ist eine geschlossene Schleife erforderlich, um mittig die Leistungsempfangsspule auszubilden. Allerdings kann, wenn die Leistungsempfangsspule und die tatsächliche Last direkt, wie vorstehend erwähnt, verbunden sind, die Funktion der Leistungsempfangsspule als Repeater beeinträchtigt werden, abhängig von den Aktivierungsbedingungen der tatsächlichen Last.
Bei der vorstehenden Konfiguration wird die Hilfslast parallel zu der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last eingeführt. Falls der Kreislauf zwischen der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last offen ist, bildet die Leistungsempfangsspule eine geschlossene Schleife mit der Hilfslast. Dadurch wird die Funktion der Leistungsempfangsspule als Repeater stetig sichergestellt, ungeachtet der Aktivierungsbedingungen der tatsächlichen Last. Dementsprechend kann bei dem Fall der direkten Verbindung der Leistungsempfangspule und auch der tatsächlichen Last der Leistungsübertragungsabstand erweitert werden und eine stetige Leistungszufuhr wird sichergestellt.
Ferner bildet bei der vorstehenden Konfiguration die Leistungsempfangsspule, wenn die dazu verbundene tatsächliche Last versorgt wird, einen geschlossen elektrischen Kreislauf mit der tatsächlichen Last, und wenn die tatsächliche Last nicht versorgt wird, wird ein geschlossener elektrischer Kreislauf mit der Hilfslast gebildet. Dementsprechend empfängt die Leistungsempfangsspule, je nachdem welche von einer Endspule und einer Relaisspule immer dazu dienen kann, konstant die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule.
Die direkte Verbindung zwischen der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last verzichtet auf die Leistungsumwandlung und reduziert den Energieabbau, der bei der Leistungsumwandlung einhergehen würde. Dementsprechend wird die Leistungsübertragung effizient ausgeführt und die Größe der Maschinen, die die Leistungsübertragungsspule und die Leistungsempfangsspule enthalten, wird verringert, verglichen mit der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung basierend auf dem herkömmlichen Stand der Technik.
Die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung kann ferner enthalten: eine tatsächliche Last-Erfassungseinheit, die Last der tatsächlichen Last erhält; und eine Lastveränderungseinheit, die Last der Hilfslast entsprechend der Last der Hilfslast verändert, die durch die tatsächliche Last-Erfassungseinheit verändert wird.
Gemäß dieser Ausführungsform erhält die tatsächliche Last-Erfassungseinheit die Last der tatsächlichen Last. Mit anderen Worten, die tatsächliche Last-Erfassungseinheit überwacht konstant den geladenen Zustand der tatsächlichen Last. Anschließend verändert die Lastveränderungseinheit die Last der Hilfslast entsprechend der Last der tatsächlichen Last, die durch die tatsächliche Last-Erfassungseinheit erfasst wurde.
Beispielsweise ist die Hilfslast eine variable Last. Wenn die Leistung unter Verwendung der magnetischen Resonanz zugeführt wird, variiert eine Leistungszufuhreffizienz zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule, die einen Repeater enthält, entsprechend dem geladenen Zustand der tatsächlichen Last. Es wird gewünscht, dass die Summe der Lasten der tatsächlichen Last und der Hilfslast bei einem Wert beibehalten wird, der eine hohe Leistungszufuhreffizienz sicherstellt. Somit verändert die Lastveränderungseinheit die Last der Hilfslast, d. h. die variable Last entsprechend des geladenen Zustands der tatsächlichen Last, so dass die Summe der Lasten der Tatsächlichen Last und der Hilfslast bei einem fixen Wert beibehalten wird. Dementsprechend kann unter den Bedingungen, bei denen die Last der tatsächlichen Last, die mit der Leistungsempfangsspule verbunden ist, variieren, eine Leistungszufuhreffizienz und Stetigkeit der Leistungsübertragung erhöht werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Filtereinheit vorgeschlagen, die enthält: ein erstes Spulensegment, das an einer Leistungszufuhrseite vorgesehen ist; und ein zweites Spulensegment, das bei einer Position an einer Leistungsverbrauchsseite getrennt durch einen vorbestimmten Abstand in einer kontaktfreien Weise von dem ersten Spulensegment vorgesehen ist, und das dem ersten Spulensegment gegenüberliegt, so dass die magnetische Resonanz zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten auftritt. Die ersten und zweiten Spulensegmente ermöglichen einen Übergang der elektrischen Leistung mit einer spezifischen Frequenz aufgrund der zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten auftretenden magnetischen Resonanz.
Gemäß dieser Konfiguration liegen das erste Spulensegment an der Leistungszufuhrseite und das zweite Spulensegment an der Lastseite zueinander in einer kontaktfreien Weise gegenüber. Die magnetische Resonanz tritt zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten auf. Eine Anwendung einer vorbestimmten hohen Frequenzwelle an das erste Spulensegment verursacht eine magnetische Resonanz, die die Impedanz des zweiten Spulensegments reduziert. Dementsprechend wird die hochfrequente elektrische Leistung von dem ersten Spulensegment zu dem zweiten Spulensegment in einer kontaktfreien Weise übertragen.
Die magnetische Resonanz tritt zwischen dem Paar der ersten und zweiten Spulensegmente in einem gemeinsamen spezifischen Frequenzband, d. h. in einer Bandbreite von zwei Resonanzfrequenzen auf, die durch die magnetische Resonanz erzeugt werden. Dadurch kann der Gebrauch der zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten auftretenden magnetischen Resonanz einen Übergang der elektrischen Leistung von lediglich einem spezifischen Frequenzband ermöglichen. Mit anderen Worten das erste und zweite Spulensegment, das die magnetische Resonanz verwendet, arbeitet als Filter.
Ferner kann der Gebrauch der magnetischen Resonanz einen Ausstoß von elektromagnetischen Wellen verhindern, die ein Rauschen induzieren würden. Die Bandbreite der von dem ersten Spulensegment zu dem zweiten Spulensegment übertragenen hochfrequenten Welle variiert abhängig von dem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spulensegment, und die Resonanzfrequenz wird dazwischen erzeugt.
Demgemäß kann der Abstand zwischen dem ersten Spulensegment und dem zweiten Spulensegment lediglich durch Verändern eines Trennungsabstands zwischen dem ersten und dem zweiten Spulensegment verändert werden. Zudem kann die Resonanzfrequenzen der magnetischen Resonanz durch lediglich Verändern der Anzahl von Windungen der ersten und zweiten Spulensegmente oder der Kapazität eines Kondensators der ersten und zweiten Spulensegmente verändert werden. Mithin kann die Bandbreite der Frequenzen der Signale, die von dem ersten Spulensegment zu dem zweiten Spulensegment übertragen werden, auf einfache Weise verändert werden. Demgemäß können Charakteristika des Filters auf einfache Weise ohne Verursachen des Ausstoßes von elektromagnetischen Wellen eingestellt werden.
Insbesondere werden bei der vollständigen Konfiguration die ersten und zweiten Spulensegmente verwendet, um die dazwischen auftretende magnetische Resonanz zu verwenden. Die Nutzung von magnetischer Resonanz kann die Veränderung des Abstands zwischen den Spulensegmenten, die Anzahl der Windungen der Spulensegmente, die Kapazität des Kondensators der Spulensegmente, und dergleichen ermöglichen. Dementsprechend kann die Frequenz der elektrischen Leistung, derer es ermöglicht wird, durch den Filter durchzugehen, der die magnetische Resonanz verwendet, auf einfache Weise durch Verändern des Abstands zwischen den Spulensegmenten, der Anzahl der Windungen der Spulensegmente, der Kapazität des Kondensats und dergleichen verändert werden. Somit können die Charakteristika der Filter auf einfache Weise eingestellt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Leistungszufuhrvorrichtung für einen Roboter vorgeschlagen, der enthält: eine Leistungsübertragungsspuleneinheit, die mit einer Leistungsquelle verbunden ist, die elektrische Leistung mit einer spezifischen Frequenz zuführt; eine Leistungsempfangsspuleneinheit, die mit einer durch elektrische Leistung mit einer spezifischen Frequenz versorgten Last verbunden ist und zu der Leistungsübertragungsspuleneinheit gegenüberliegt, um elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule in einer kontaktfreien Weise durch Verwendung von zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit und der Leistungsempfangsspuleneinheit auftretender magnetischen Resonanz zu empfangen; und eine Filtereinheit, die in einem Leistungsübertragungspfad zwischen der Leistungsquelle und der Leistungsübertragungsspule und zwischen der Leistungsempfangsspule und der Last vorgesehen ist.
Die Filtereinheit ermöglicht den Übergang von elektrischer Leistung mit einer spezifischen Frequenz und enthält: ein erstes Spulensegment, das an einer Leistungszufuhrseite vorgesehen ist; ein zweites Spulensegment, das bei einer Position an einer Leistungsverbrauchsseite getrennt durch einen vorbestimmten Abstand in einer kontaktfreien Weise von dem ersten Spulensegment vorgesehen ist, und das dem ersten Spulensegment gegenüberliegt, so dass die magnetische Resonanz zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten auftritt. Die ersten und zweiten Spulensegmente ermöglichen einen Übergang von elektrischer Leistung mit einer spezifischen Frequenz aufgrund der zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten auftretenden magnetischen Resonanz, so dass ein Steuersignal zum Ansteuern der Last getrennt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die vorstehend beschriebene Filtereinheit vorgesehen. Bei der Leistungszufuhrvorrichtung für den Roboter wird die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspuleneinheit zu der Leistungsempfangsspuleneinheit mit magnetischer Resonanz übertragen. Dadurch wird der Ausstoß von elektromagnetischen Wellen, die ein Rauschen induzieren würde, zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit und der Leistungsempfangsspuleneinheit reduziert.
Die Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Leistungsempfangsspuleneinheit weist Leistungsübertragungspaare auf, die jeweils mit dem Filter, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen sind. Dadurch sind an der Leistungsempfangsspuleneinheitsseite, hochfrequente Wellen bestehend aus einer Mehrzahl von Frequenzen durch die Filtereinheit getrennt. Andererseits kann an der Leistungsübertragungsspuleneinheitsseite die Filtereinheit eine Störung zwischen den hochfrequenten Wellen bestehend aus einer Mehrzahl von Frequenzen reduzieren. Demgemäß kann, wenn die Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Leistungsempfangsspuleneinheit drahtlos verbunden sind, der Ausstoß von elektromagnetischen Wellen verringert werden und Steuersignale können stetig übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bei den begleitenden Figuren zeigt:
1 ein schematisches Blockdiagramm, das eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein schematisches Diagramm, das ein Leistungsübertragungsmodul in der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ein schematisches Diagramm, das ein dazwischenliegendes Modul in der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Strom, der zu einer tatsächlichen Last des dazwischenliegenden Moduls durchgeht, und einer durch ein Endmodul empfangenen elektrischen Leistung;
5 ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Einschaltdauer des dazwischenliegenden Moduls und einer durch das Endmodul empfangenen elektrischen Leistung darstellt;
6 ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Last des dazwischenliegenden Moduls und einer durch das Endmodul empfangenen elektrischen Leistung darstellt;
7 ein schematisches Diagramm, das einen Fluss eines Übergangs von einem aktiven Modus zu einem Ruhezustand in der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
8 ein schematisches Diagramm, das einen Fluss der Rückkehr von einem Ruhezustand zu einem aktiven Zustand in der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ein schematisches Blockdiagramm, das ein dazwischenliegendes Modul in einer drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ein schematisches Diagramm, das einen Roboter darstellt, zu dem eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung angewandt wird, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ein schematisches Diagramm, das einen elektrischen Kreislauf einer Leistungszufuhrvorrichtung darstellt, zu der eine Filtereinheit angewandt wird, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ein schematisches Diagramm, das eine Leistungsübertragungsspuleneinheit und eine Leistungsempfangsspuleneinheit einer Leistungszufuhrvorrichtung, zu der die Filtereinheit angewandt wird, gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
13 ein schematisches Diagramm, das die Filtereinheit gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
14 ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Frequenzen und von Übergangscharakteristika der Filtereinheit gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
15 ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung eines Abstands zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten zu einer Bandbreite in der Filtereinheit gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
16 ein schematisches Diagramm, das Charakteristika jeder Frequenz in der Filtereinheit gemäß der vierten Ausführungsform darstellt; und
17 ein schematisches Diagramm, das einen elektrischen Kreislauf einer Leistungszufuhrvorrichtung für einen Roboter, zu dem die Filtereinheit angewandt wird, gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Mit Bezug auf die begleitenden Figuren werden nachstehend einige Ausführungsformen einer drahtlosen Leistungszufuhr der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei den nachfolgenden Ausführungsformen werden Komponenten, die identisch oder ähnlich zueinander sind, zum Zwecke des Verzichtens unnötiger Erläuterungen die gleichen Bezugszeichen gegeben.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 gezeigt, enthält eine drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform ein Leistungsübertragungsmodul 11, ein dazwischenliegendes Modul 12 und ein Endmodul 13. Bei der ersten Ausführungsform wird die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung in einer Einrichtung, wie z. B. einer Fabrik aufgebaut, um drahtlos elektrische Leistung von dem Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem dazwischenliegenden Modul 12 und dem Endmodul 13 zuzuführen bzw. anzulegen. Beim Anwenden der drahtlosen elektrischen Zufuhrvorrichtung 10 in einer Einrichtung, wie z. B. einer Fabrik, wird die elektrische Leistung drahtlos von dem Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem dazwischenliegenden Modul 12 und dem Endmodul 13 zugeführt.
Das Leistungsübertragungsmodul 11 enthält eine Leistungsübertragungsspule 21 und eine Leistungszufuhreinheit 22. Wie in 2 dargestellt, ist die Leistungszufuhreinheit 22 durch eine elektrische Schaltung derart konfiguriert, dass sie eine Leistungsquelle 23 eines Wechselstroms, Schaltelemente 24 und 25 und einen Gatetreiber 26 enthält. Die Schaltelemente 24 und 25 sind konfiguriert, wie z. B. durch Feldeffekttransistoren (FETs). Mit dieser Konfiguration führt die Leistungszufuhreinheit 22 eine hochfrequente Welle, die von mehreren MHz bis mehreren 10 MHz reicht, zu der Leistungsübertragungsspule 21 zu. Beispielsweise enthält die Leistungsübertragungsspule 21 eine planare bzw. flache Spule, in der eine Spule an der Oberfläche einer planaren Basis (nicht gezeigt) ausgebildet ist.
Wie in 1 dargestellt, enthält das dazwischenliegende Modul 12 eine Leistungsübertragungsspule 31, einen Gleichrichter 32, einen Leistungscontroller 33, eine Glättungseinheit 34, eine tatsächliche Last 35, und eine Hilfslast 36. Ähnlich zu der Leistungsübertragungsspule 21 enthält die Leistungsempfangsspule 31 eine planare bzw. flache Spule, in der eine Spule an der Oberfläche einer planaren Basis, nicht gezeigt, ausgebildet ist. Die Leistungsempfangsspule 31 empfängt die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule 21 unter Verwendung von einer dazwischen auftretenden magnetischen Resonanz ohne damit in Kontakt zu stehen. Wenn die hochfrequente Welle zu der Leistungsübertragungsspule 21 zugeführt wird, tritt die magnetische Resonanz zwischen der Leistungsübertragungsspule 21 und der Leistungsempfangsspule 31 auf, um eine dazwischen Leistungsübertragung auszuführen. Die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 empfängt eine aus der Leistungsübertragungsspule 21 ausgegebene elektrische Leistung.
Der Gleichrichter 32 ist ein sogenannter AC/DC (Wechselstrom zu Gleichstrom) Wandler. Beispielsweise enthält, wie in 3 dargestellt, der Gleichrichter 32 eine Diodenbrücke 321 und einen Kondensator 322. Der Gleichrichter 32 richtet die durch die Leistungsempfangsspule 31 empfangene elektrische Leistung von einem Wechselstrom einer hohen Frequenz zu einem Gleichstrom.
Beispielsweise enthält der Leistungscontroller 33 eine zentrale Recheneinheit (CPU) 331 und Schaltelemente 332 und 333, wie z. B. FETs, um eine Ausgabe der elektrischen Leistung, die durch den Gleichrichter 32 gleichgerichtet wurde, in Richtung der tatsächlichen Last 35 auszugeben. Die CPU 331 weist ein Ausgabeterminal 334 zum Ausgeben von Puls-Weiten-Modulations (PBM) Signalen auf, die einer PBM unterzogen wurden. Die Schaltelemente 332 und 333 werden durch die von der CPU 331 ausgegebenen PBS Signale angesteuert. Somit steuert der Leistungscontroller 33 die zu der tatsächlichen Last 35 ausgegebene elektrische Leistung.
Der Betrag der zur tatsächlichen Last 35 zugeführten Leistung wird entsprechend der Einschaltdauer der von der CPU 331 ausgegebenen PBM-Signale verändert. Die CPU 331 umfasst einen ADC (Analog-zu-Digital-Wandler) und weist ein ADC-Eingabeterminal 335 auf, das mit der Außenseite der Schaltelemente 332 und 333 verbunden ist. Die CPU 331 erhält über das ADC-Eingabeterminal 335 eine Spannung ADin, die einer von dem Gleichrichter 32 eingegebene Spannung entspricht. Basierend auf der über das ADC-Eingabeterminal 335 erfassten Spannung ADin berechnet die CPU 331 eine PBM Einschaltdauer zum Ausführen der PBM und gibt Signale mit einer Pulsweite in Übereinstimmung mit der berechneten PBM-Einschaltdauer aus. Die Glättungseinheit 34 enthält einen Widerstand 341 und einen Kondensator 342, um Signale und eine von dem Leistungscontroller 33 ausgegebene elektrische Leistung zu glätten.
Das Endmodul 13 enthält eine Leistungsempfangsspule 41, einen Gleichrichter 42, einen Leistungscontroller 43, eine Glättungseinheit 44 und eine tatsächliche Last 45. Die Leistungsempfangsspule 41, ein Gleichrichter 42, ein Leistungscontroller 43 und eine Glättungseinheit 44, die das Endmodul 13 konfigurieren, weisen die gleichen Konfigurationen wie jene der entsprechenden Komponenten des dazwischenliegenden Moduls 12 auf. Dadurch wird auf deren Beschreibung verzichtet. Folgerichtig ist das Endmodul 13 von dem dazwischenliegenden Modul 12 darin unterschiedlich, dass das Endmodul 13 nicht die Hilfslast 36 enthält.
Die Leistungsempfangspule 41 des Endmoduls 13 empfängt eine elektrische Leistung in einer kontaktfreien Weise von der Leistungsübertragungsspule 21 über die Empfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12. Mit anderen Worten, die aus der Leistungsübertragungsspule 21 des Leistungsübertragungsmoduls 11 zugeführte elektrische Leistung wird zu dem Endmodul 13 zugeführt, die durch die Empfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 weitergeleitet wird. In diesem Fall ermöglicht das dazwischenliegende Modul 12 entweder der tatsächlichen Last 35 oder der Hilfslast 36, einen Teil der aus der Leistungsübertragungsspule 21 übertragenen elektrischen Leistung zu konsumieren.
Folgerichtig wird die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule 21 zu dem Endmodul 13 unter Verwendung des dazwischenliegenden Moduls 12 als ein Relais einer Leistungsübertragung übertragen. Ein Teil der aus der Übertragungsspule 21 ausgegebenen elektrischen Leistung wird in dem dazwischenliegenden Modul 12 konsumiert und der Rest der elektrischen Leistung wird in dem Endmodul 13 konsumiert. Die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 weist eine Funktion nicht nur zum Empfangen einer elektrischen Leistung von der Leistungsübertragungsspule 21 auf, sondern auch zum Weiterleiten der elektrischen Leistung zu der Leistungsempfangsspule 41 des Endmoduls 13. Das bedeutet, die Leistungsübertragungsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 arbeitet auch als eine Relaisspule, d. h. als ein Repeater.
Die tatsächlichen Lasten 35 und 45 des jeweils dazwischenliegenden und Endmoduls 12 und 13 sind funktionale Komponenten, die verschiedene Funktionen ausüben. Beispielsweise enthalten diese funktionalen Komponenten Komponentenelemente, wie z. B. einen Motor, einen Aktuator und einen Heizer, die elektrische Energie in mechanische Energie oder thermische Energie umwandeln. Beispielsweise können die funktionalen Komponenten eine Komponente, wie z. B. eine Kamera, die Bilder aufnimmt, oder eine Komponente sein, die einen Sound aufnimmt. Folgerichtig werden die tatsächlichen Lasten 35 und 45 der jeweiligen dazwischenliegenden und Endmodule 12 und 13 durch die durch die Leistungsempfangsspule 31 oder 41 empfangene elektrische Leistung versorgt.
Nachstehend wird insbesondere das dazwischenliegende Modul 12 erläutert. Das dazwischenliegende Modul 12 enthält die Hilfslast 36 sowie die tatsächliche Last 35. Die Hilfslast 36 wird zwischen der Leistungsempfangsspule und der tatsächlichen Last 35 eingeführt, um parallel zur tatsächlichen Last 35 zu sein. Eine Übertragung von elektrischer Leistung zu der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 wird durch Aktivieren oder Deaktivieren der tatsächlichen Last 35 verbunden oder getrennt.
Wenn eine Übertragung einer elektrischen Leistung zu der tatsächlichen Last 35 gestoppt wird, sind die Leistungsempfangsspule 31 und die tatsächliche Last 35 in einem geöffneten Zustand, bei dem die elektrische Schaltung dazwischen unterbrochen ist. Wie vorstehend erwähnt, wird die Hilfslast 36 parallel zur tatsächlichen Last 35 eingeführt. Demgemäß ist, wenn die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 deaktiviert ist und die elektrische Schaltung des dazwischenliegenden Moduls 12 in einem geöffneten Zustand ist, eine geschlossene Schaltung zwischen der Hilfslast 36 und der Leistungsempfangsspule 31 ausgebildet. Somit fließt die durch die Leistungsempfangsspule 31 empfangene elektrische Leistung durch die geschlossene Schaltung, die durch die Hilfslast 36 ausgebildet ist.
Wenn das dazwischenliegende Modul 12 zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13, wie in der vorliegenden ersten Ausführungsform, eingeführt wird, wird die aus dem Leistungsübertragungsmodul 11 ausgegebene elektrische Leistung zu dem Endmodul 13 mit dem dazwischenliegenden Modul 12, das als ein Relais der Leistungsübertragung verwendet wird, übertragen. Somit kann das Einführen des dazwischenliegenden Moduls 12 den Leistungsübertragungsabstand zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 vergrößern. Insbesondere kann die Einführung des dazwischenliegenden Moduls 12 als ein Relais der Leistungsübertragung zwischen dem Leistungsübertragungsmodule 11 und dem Endmodul 13 den Leistungsübertragungsabstand zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 vergrößern.
Andererseits geht bei dem dazwischenliegenden Modul 12, das als ein Relais der Leistungsübertragung dient, kein Strom durch die Leistungsempfangsspule 31 bei einem Zustand, bei dem eine geschlossene Schaltung, die die Leistungsempfangsspule 31 enthält, nicht in dem dazwischenliegenden Modul 12 ausgebildet ist. Dementsprechend ist in diesem Zustand das dazwischenliegende Modul 12 nicht in der Lage, eine elektrische Leistung als Repeater weiterzuleiten. Beispielsweise wird, wenn die tatsächliche Last 35 nicht direkt mit dem dazwischenliegenden Modul 12 verbunden ist, eine einfache geschlossene Schaltung ausgebildet, die die Leistungsempfangsspule 31 enthält.
Somit wird es der Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 ermöglicht, als Repeater zu arbeiten.
Allerdings ist bei der ersten Ausführungsform die tatsächliche Last 35 direkt mit dem dazwischenliegenden Modul 12 verbunden und ein Teil der durch die Leistungsempfangsspule 31 empfangenen elektrischen Leistung wird durch die tatsächliche Last 35 verwendet. In dieser Situation, wenn die tatsächliche Last 35 deaktiviert ist, d. h. wenn die tatsächliche Last 35 ausgeschalten ist, wird die die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 enthaltende elektrischen Schaltung eine geöffnete Schaltung. Folgerichtig geht, wenn die tatsächliche Last 35 ausgeschalten ist, kein Strom durch die Leistungsempfangsspule 31 der dazwischenliegenden Spule 12. Dadurch wird es der Leistungsempfangsspule 31 ermöglicht, als Repeater zu arbeiten.
Diesbezüglich enthält bei der ersten Ausführungsform das dazwischenliegende Modul 12 die Hilfslast 36, die parallel zwischen der Leistungsempfangsspule 31 und der Hilfslast 35 eingeführt wird. Aufgrund des parallelen Einführens der Hilfslast 36, können die Leistungsempfangsspule 31 und die Hilfslast 36 eine geschlossene Schaltung ausbilden, wenn die tatsächliche Last 35 deaktiviert wird. Demgemäß kann die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 als Repeater arbeiten, um eine Übertragung der elektrischen Leistung von dem Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem Endmodul 13 weiterzuleiten.
Dadurch kann, wenn die tatsächliche Last 35 direkt mit dem dazwischenliegenden Modul 12 verbunden ist, der Leistungsübertragungsabstand zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 vergrößert werden, ungeachtet der Aktivierungsbedingungen bzw. -zustände der tatsächlichen Last 35. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Hilfslast 35 konfiguriert, wie z. B. durch eine Induktionsspule.
Nachstehend wird der Betrieb der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, erläutert.
4 zeigt eine durch das dazwischenliegende Modul 12 konsumierte elektrische Leistung, d. h. Strom [A], der durch die tatsächliche Last 35 durchgeht, relativ zu der durch das Endmodul 13 empfangenen elektrischen Leistung [W].
Wie in 4 dargestellt, wenn die durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumierte elektrische Leistung klein ist, ist die durch das Endmodul 13 empfangene elektrische Leistung klein. Dies liegt daran, dass, wenn die durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumierte elektrische Leistung klein ist, der durch das dazwischenliegende Modul 12 durchgehende Strom verringert wird und der durch die elektrische Schaltung, die die Leistungsempfangsspule 31 enthält, durchgehende Strom wird auch verringert, um dadurch die Funktion als Repeater abzusenken.
Folgerichtig schwächt die Reduzierung des durch die Leistungsempfangsspule 31 durchgehenden Stroms das in der Leistungsempfangsspule 31 erzeugte magnetische Feld. Dadurch wird die Leistungsübertragung aufgrund magnetischer Resonanz nicht länger zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 über das dazwischenliegende Modul 12, das als ein Relais der Leistungsübertragung dient, eingerichtet.
Andererseits ist, wenn die durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumierte elektrische Leistung groß ist, die durch das Endmodul 13 empfangene elektrische Leistung groß. Dies liegt daran, dass im Gegensatz zu dem Fall, bei dem die durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumierte elektrische Leistung klein ist, die Zunahme der durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumierten elektrischen Leistung den durch das dazwischenliegende Modul 12 durchgehenden Strom erhöht, um dadurch auch den durch die elektrische Schaltung, die die Leistungsempfangsspule 13 enthält, durchgehenden Strom erhöht.
Folgerichtig wird, da der durch die Leistungsempfangsspule 31 durchgehende Strom erhöht wird, das in der Leistungsempfangsspule 31 erzeugte magnetische Feld intensiviert. Demgemäß wird zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 über das dazwischenliegende Modul 12, das als ein Relais der Leistungsübertragung dient, erreicht. Mit anderen Worten, die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 arbeitet als Repeater.
Ferner wird, wenn die durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumierte elektrische Leistung übermäßig groß ist, ein großer Teil der aus dem Leistungsübertragungsmodul 11 ausgegebene elektrische Leistung durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 konsumiert.
Folgerichtig reduziert ein Verbrauch eines größeren Teils der aus dem Leistungsübertragungsmodul 11 durch die tatsächliche Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 ausgegebenen elektrischen Leistung die elektrische Leistung, die von dem Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem Endmodul 13 über das dazwischenliegende Modul 12, das als Relais einer Leistungsübertragung dient, zugeführt werden kann. Dadurch wird die durch das Endmodul 13 empfangene elektrische Leistung reduziert.
Somit wird, um der Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 zu ermöglichen, als Repeater zu funktionieren, das dazwischenliegende Modul 12 erforderlich, einen gegebenen Betrag der elektrischen Leistung zu konsumieren. Andererseits stoppt die tatsächliche Last 35, wenn deren Funktion deaktiviert ist, den Verbrauch von elektrischer Leistung.
Diesbezüglich wird bei der ersten Ausführungsform die Hilfslast 36 parallel zur tatsächlichen Last 35 eingeführt. Somit wird, wenn die tatsächliche Last 35 deaktiviert wird und deren Verbrauch von elektrischer Leistung gestoppt wird, sichergestellt, dass die Hilfslast 36 die elektrische Leistung konsumiert. Mit anderen Worten, die Deaktivierung der tatsächlichen Last 35 ermöglicht dem Strom, durch die Hilfslast 35 zu fließen. In diesem Fall wird der durch die Hilfslast 36 durchgehende Strom auf ein Niveau eingestellt, das ausreichend zum Ermöglichen der Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 ausreicht, als Repeater zu arbeiten. Dadurch arbeitet die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 als Repeater, ungeachtet der Aktivierungsbedingungen der tatsächlichen Last 35.
5 zeigt eine PBM-Einschaltdauer [%], die durch den Leistungscontroller 43 des Endmoduls 13 relativ zur elektrischen Leistung [W], die durch das Endmodul 13 empfangen wird, gesteuert wird. Insbesondere zeigt 5, wie die Beziehung zwischen der PBM-Einschaltdauer in dem Endmodul 13 ist und die empfangene elektrische Leistung wird durch die Last in dem dazwischenliegenden Modul 12 verändert.
Wie in 5 dargestellt, hängt die PBM-Einschaltdauer, die die elektrische Leistung maximiert, die durch das Endmodul 13 erreicht werden kann, von der Magnitude der Last in dem dazwischenliegenden Modul 12 ab. Dadurch wird ein Fixieren der PBM-Einschaltdauer auf die Annahme, dass das dazwischenliegende Modul 12 eine kleine Last aufweist, eine Nutzung der PBM-Einschaltdauer deaktiviert, die die höchste Leistungsübertragungseffizienz ausübt, wenn die tatsächliche Last des dazwischenliegenden Moduls 12 erhöht wird.
Bei der ersten Ausführungsform wird die durch den Leistungscontroller 43 des Endmoduls 13 ausgegebene PBM-Einschaltdauer verändert, wodurch die elektrische Leistung verändert wird, die durch das Endmodul 13 empfangen werden kann, abhängig von dem geladenen Zustand des dazwischenliegenden Moduls 12. Dementsprechend wird die PBM-Einschaltdauer in dem Endmodul 13 konstant gesteuert, um ein optimaler Wert zu sein.
Beispielsweise verändert, wie in 5 dargestellt, wenn die Last des dazwischenliegenden Moduls 12 erhöht wird, der Leistungscontroller 43 des Endmoduls 13 die Einschaltdauer zu einer höheren Seite. Folgerichtig wird die elektrische Leistung, die durch das Endmodul 13 empfangen werden kann, erhöht, wodurch die Leistungsübertragungseffizient erhöht wird.
6 zeigt eine Last der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12, d. h. [W] der tatsächlichen Last 35 relativ zur elektrischen Leistung [W], die durch das eine Modul 13 empfangen werden kann.
Bei der ersten Ausführungsform wird, wie mit Bezug auf 5 erläutert, die PBM-Einschaltdauer durch den Leistungscontroller 43 des Endmoduls 13 gesteuert, so dass die elektrische Leistung, die durch das Endmodul 13 empfangen werden kann, lediglich eine kleine Veränderung zeigt, ungeachtet der Last dazwischenliegenden Moduls 12.
Andererseits variiert bei einem vergleichenden Beispiel, in dem die PBM-Einschaltdauer nicht durch den Leistungscontroller des Endmoduls 43 gesteuert wird, die elektrische Leistung, die durch das Endmodul 13 empfangen werden kann, mit der Veränderung der Last des dazwischenliegenden Moduls 12. Insbesondere verringert bei dem vergleichenden Beispiel die Zunahme der Last des dazwischenliegenden Moduls 12 die elektrische Leistung, die durch das Endmodul 13 empfangen werden kann.
Wie daraus verstanden werden kann, kann durch Verändern der PBM-Einschaltdauer in dem Endmodul 13 gemäß dem geschlossenen Zustand der tatsächlichen Last 35 das dazwischenliegende Modul 12, wie in der ersten Ausführungsform, das Endmodul 13 stetig eine elektrische Leistung empfangen. Demgemäß kann bei der ersten Ausführungsform unter der Bedingung, bei der die tatsächliche Last 35 mit dem dazwischenliegenden Modul 12 verbunden ist, die von dem Übertragungsmodul 11 ausgegebene elektrische Leitung effektiv durch das Endmodul 13 verwendet werden.
Nachstehend wird ein Ablauf des Betriebs des Leistungscontrollers 33 des dazwischenliegenden Moduls 12, der wie vorstehen erläutert konfiguriert ist, beschrieben. Das dazwischenliegende Modul 12 arbeitet entweder in einem aktiven Modus oder in einem Ruhemodus. Der aktive Modus entspricht einem Zustand, bei dem die Leistungsempfangsspule 31 als Repeater arbeitet. Der Ruhemodus entspricht einem Zustand, bei dem z. B. das dazwischenliegende Modul 12 von der Position des Weiterleitens zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 abweicht, und die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 arbeitet nicht als Repeater.
Der Leistungscontroller 33 schaltet die Funktion des dazwischenliegenden Moduls 12 zwischen einem aktiven Modus und einem Ruhezustand, abhängig von dem Zustand der Leistungsempfangsspule 31.
Wie in 7 dargestellt, erhält, wenn das dazwischenliegende Modul 12 in einem aktiven Modus ist, die CPU 331 die zu dem AD-Eingabeterminal 335 (Schritt S101) eingegebene Spannung ADin. Die Spannung ADin wird hier von dem AD-Eingabeterminal 335 eingegeben, AD-umgewandelt durch den aufgenommenen ADC und erfasst. Die Spannung ADin entspricht der von dem Gleichrichter 32 eingegebenen Spannung. Die CPU 331 unterzieht die bei dem Schritt S101 erhaltene Spannung ADin einem PID (Proportional-Integral-Differenzial) Prozess, um dadurch eine Einschaltdauer PBM_duty basierend auf der gemessenen Spannung ADin zur Nutzung in der PBM (Schritt S102) einzustellen.
Mit anderen Worten, die CPU 331 stellt die Einschaltdauer PBM_Duty ein, so dass die Spannung ADin ein Soll-Ausgabewert wird, der zu der tatsächlichen Last 35 ausgegeben wird. Bei dem Schritt 102 kann, obwohl die CPU 331 den PID-Prozess als Beispiel ausführt, die CPU 331 einen unterschiedlichen Prozess ausführen.
Nach Einstellen der Einschaltdauer PBM_Duty bei Schritt S102, bestimmt die CPU 331, ob die Einschaltdauer PBM_Duty nicht kleiner als ein vorliegender maximaler Wert PBM_max (Schritt S103) ist oder nicht. Der maximale Wert PBM_Max wird im Voraus bei ungefähr 80% der Einschaltdauer eingestellt. Der maximale Wert PBM_max kann optional entsprechend der Magnitude der tatsächlichen Last 35 eingestellt werden.
Wenn der zu der tatsächlichen Last 35 fließende Strom verringert wird und die Spannung ADin verringert wird, erhöht die CPU 331 die Einschaltdauer PBM_Duty, um den zu der tatsächlichen Last 35 gehenden Strom beizubehalten. Andererseits wird, wenn der zu der tatsächlichen Last 35 gehende Strom übermäßig reduziert wird, die Einschaltdauer PBM_Duty gleich oder größer als der maximale Wert PBM_max.
Falls die Einschaltdauer PBM_Duty, die bei Schritt S102 eingestellt wird, nicht kleiner als der maximale Wert PBM_max (JA bei Schritt S103) bestimmt wird, bestimmt die CPU 331 anschließend, ob die Spannung ADin kleiner als eine Schwellspannung V (Schritt S104) ist oder nicht. Die Schwellenspannung V ist die untere Grenze der zu der tatsächlichen Last 35 angelegten Spannung.
Falls die Anschaltdauer PBM_Duty bei Schritt S103 bestimmt wird, um größer als der maximale Wert PBM_max (NEIN bei Schritt S103) zu sein, bestimmt die CPU 331, dass der zu der tatsächlichen Last 35 gehende Strom geeignet ist. Demgemäß setzt die CPU 331 einen Zähler OverC eines Abschaltzählers, der in der CPU 331 (Schritt S105) zuvor eingestellt wird, zurück.
Ferner schreitet, falls die CPU 331 bei Schritt S104 bestimmt, dass die Spannung ADin nicht kleiner als die Schwellenspannung V ist (NEIN bei Schritt S104), die Steuerung zu Schritt S105 fort, bei dem der Zähler OverC des Abschaltzählers zurückgesetzt wird. Mit anderen Worten, falls die Spannung ADin bestimmt wird, um nicht kleiner als die Schwellenspannung V zu sein, bestimmt die CPU 331, dass die elektrische Leistung zu der tatsächlichen Last 35 zugeführt werden kann.
Nach Zurücksetzen des Zählers OverC des Abschaltschalters bei Schritt S105 lässt die CPU 331 die Steuerung zu Schritt S101 zurückkehren, um mit dem Prozess fortzufahren. Der Abschaltschalter misst die Periode zum Bestimmen, ob dem dazwischenliegenden Modul 12 ermöglicht wird, von einem aktiven Modus zu einem Ruhemodus überzugehen.
Falls die Spannung ADin bei Schritt S104 bestimmt wird, um kleiner als die Schwellenspannung V (JA bei Schritt S104) zu sein, inkrementiert die CPU 331 den Zähler OverC des Abschaltzählers (Schritt S106). Insbesondere bestimmt, falls die Spannung ADin kleiner als die Schwellenspannung V ist, die CPU 331, das die an die tatsächliche Last 35 angelegte Spannung übermäßig klein ist. Demgemäß inkrementiert die CPU 331 den Zähler OverC des Abschaltzählers zum Ermöglichen des dazwischenliegenden Moduls 12 von einem aktiven Modus zu einem Ruhemodus überzugehen.
Nach Inkrementierung des Zählers OverC des Abschaltzählers bei Schritt S106 bestimmt die CPU 331, ob der Zähler OverC eine obere Grenze Cmax1 (Schritt S107) überschritten hat oder nicht. Falls der Zähler OverC des Abschaltschalters bestimmt wird, um die obere Grenze Cmax1 (JA bei Schritt S107) zu überschreiten, minimiert die CPU 331 die Ausgabe der PBM (Schritt S108) und zugleich ermöglicht das dazwischenliegende Modul 12 den Übergang zu einem Ruhezustand (Schritt S109).
Auf diese Weise ermöglicht, wenn die Einschaltdauer PBM_Duty gleich oder größer als der maximale PBM_Max wird und die Spannung Adin die obere Grenze Cmax1 erreicht nachdem sie kontinuierlich kleiner als die Schwellenspannung V ist, die CPU 331 dem dazwischenliegenden Modul 12 zu einem Ruhemodus überzugehen.
Beispielsweise erreicht, falls aufgrund der Abweichung der Position des dazwischenliegenden Moduls 12 die elektrische Leistung, die durch die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 von dem Leistungsübertragungsmodul 11 empfangen wird, verringert wird, und dieser Zustand eine vorbestimmte Periode andauert, der Zähler OverC des Abschaltzählers die obere Grenze Cmax1. Folgerichtig wird, wenn die durch die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 von dem Leistungsübertragungsmodul 11 empfangene elektrische Leistung dramatisch reduziert wird, eine magnetische Resonanz nicht eingerichtet. Dadurch wird eine elektromotorische Gegenkraft in der elektrischen Schaltung des dazwischenliegenden Moduls 12 erzeugt.
Es gibt bedenken, dass die elektromotorische Gegenkraft, die auf diese Weise erzeugt wurde, die Elemente, die die elektrische Schaltung des dazwischenliegenden Moduls konfigurieren, brechen können. Diesbezüglich ermöglicht, wenn die magnetische Resonanz z. B. aufgrund einer Abweichung der Position des dazwischenliegenden Moduls 12 gestoppt wird, die CPU 331 das dazwischenliegende Modul 12, um in einen Ruhezustand überzugehen. Dies verhindert einen Bruch der Elemente durch die elektromotorische Gegenkraft.
Andererseits bestimmt, wenn das dazwischenliegende Modul 12 in einem Ruhezustand ist, die CPU 331, ob es dem dazwischenliegenden Modul 12 ermöglicht wird, von einem Ruhezustand entsprechend dem in 8 gezeigten Ablauf zurückzukehren. Insbesondere ermöglicht, wenn das dazwischenliegende Modul 12 in einem Ruhezustand ist, die CPU 331 dem dazwischenliegenden Modul 12, einen temporären Übergang von einem Ruhemodus zu einem aktiven Modus bei einem vorbestimmten Zeitintervall, das einen der CPU 331 (Schritt S201) voreingestellten Intervallzeitgeber verwendet.
Mit anderen Worten, nach Ablauf einer voreingestellten Periode, wenn das dazwischenliegende Modul 12 zu einem Ruhemodus übergegangen ist, ermöglicht die CPU 331 periodisch einen temporären Übergang des dazwischenliegenden Moduls 12 von einem Ruhemodus zu einem aktiven Modus. Somit gibt bei Schritt S108 die CPU 331 die Einstellung der Minimierung der Ausgabe für die PBM frei. Anschließend erhält die CPU 331 die Spannung ADin von dem AD-Eingabeterminal 335 (Schritt S202).
Die CPU 331 bestimmt, ob die bei Schritt S202 erhaltene ADin nicht kleiner als die Schwellenspannung V (Schritt S203) ist. Wenn die Spannung ADin bestimmt wird, um kleiner als die Schwellenspannung V (JA bei Schritt S203) zu sein, inkrementiert die CPU 331 einen Zähler WakeC eines in der CPU 331 (Schritt S204) vorgestellten Aufwach- bzw. Wake-up Zählers.
Insbesondere bestimmt, falls die Spannung ADin nicht kleiner als die Schwellenspannung V ist, die CPU 331, das eine ausreichende Spannung an die tatsächliche Last 35 angelegt wird. Demgemäß inkrementiert die CPU 331 den Zähler WakeC des Wake-up Zählers, so dass es möglich ist, dass das dazwischenliegende Modul 12 von einem Ruhemodus zu einem aktiven Modus übergeht.
Nach Inkrementieren des Zählers WakeC des Wake-Up Zählers bei Schritt S204 bestimmt die CPU 331, ob der Zähler WakeC eine obere Grenze Cmax2 (Schritt S205) überschritten hat.
Falls der Zähler WakeC des Wake-up Zählers bestimmt wird, die obere Grenze Cmax2 (JA bei Schritt S205) überschritten zu haben, ermöglicht die CPU 331 dem dazwischenliegenden Modul 12 zu einem aktiven Modus (Schritt S206) überzugehen. Mit anderen Worten, falls der Zähler WakeC des Wake-up Zählers die obere Grenze Cmax2 überzeigt, bestimmt die CPU 331, dass die zu der tatsächlichen Last 35 zugeführte elektrische Leistung wiederhergestellt wurde.
Andererseits ermöglicht, falls die Spannung ADin bestimmt wird, kleiner als die Schwellenspannung V (NEIN bei Schritt S203) zu sein, und der Zähler WakeC bestimmt wird, nicht größer als die obere Grenze Cmax2 bei Schritt S205 (NEIN beim Schritt S205) zu sein, die CPU 331 die im dazwischenliegenden Modul 12, in dem Ruhemodus zu verbleiben, und die Steuerung kehrt zu Schritt S201 zurück. Mit anderen Worten, unter diesen Bedingungen bestimmt die CPU 331, dass die zu der tatsächlichen Last 35 zugeführte elektrische Leistung nicht ausreicht und den Ruhemodus beibehält, um die elektrische Schaltung zu schützen.
Auf diese Weise schaltet die CPU 331 des dazwischenliegenden Moduls 12 den Modus des dazwischenliegenden Moduls 12 von einem aktiven Modus zu einem Ruhemodus oder umgekehrt. Somit werden basierend darauf, ob die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 die elektrische Leistung als Repeater weiterleitet, die das dazwischenliegende Modul 12 konfigurierende Elemente vor dem zu Bruch gehen gehindert.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform arbeitet die Leistungsempfangsspule 41 des Endmoduls 13 als Leistungsempfangsspule, die die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule 21 empfängt. Ferner empfängt die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls nicht nur elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule 21, sondern arbeitet auch als Repeater.
Die Leistungsempfangsspule 31 ist mit der tatsächlichen Last 35 verbunden, während die Leistungsempfangsspule 41 mit der tatsächlichen Last 45 direkt verbunden ist. Insbesondere wird die tatsächliche Last 35 durch die durch die Leistungsempfangsspule 31 empfangene elektrische Leistung versorgt, während die tatsächliche Last 45 durch die durch die Leistungsempfangsspule 41 empfangene elektrische Leistung versorgt wird.
Dadurch wird beispielsweise ein Transformer, der eine Einrichtung zum Umwandeln von elektrischer Leistung ist, weder zwischen der Leistung der Empfangsspule 31 und der tatsächlichen Last 35 noch zwischen der Leistungsempfangsspule 41 und der tatsächlichen Last 45 benötigt. Mit anderen Worten, die direkte elektrische Verbindungen wird zwischen der Leistungsempfangsspule 31 und der tatsächlichen Last 35 und zwischen der Leistungsempfangsspule 41 und der tatsächlichen Last 45 ohne Dazwischenschalten einer Leistungsumwandlungseinrichtung, wie z. B. ein Transformer, dazwischen eingerichtet.
Demgemäß gibt es keine Zunahme der Größe des dazwischenliegenden Moduls 12, das die Leistungsempfangsspule 31 enthält, und der Größe des Endmoduls 13, das die Leistungsempfangsspule 41 enthält. Ferner wird bei der ersten Ausführungsform, wenn die Leistungsumwandlungseinrichtung nicht notwendig ist, ein Energieabbau minimiert und die elektrische Leistung wird sichergestellt, um effektiv ohne Zunahme der Größe der Maschine übertragen zu werden.
Zu dem trägt bei der ersten Ausführungsform die effiziente Leistungsübertragung zum Reduzieren der elektrischen Kapazität der Leistungszufuhreinheit 22 und der Leistungsübertragungsspule 21 auf der Leistungsübertragungsseite bei. Die Reduzierung der elektrischen Kapazität kann eine Reduzierung der Größe verstärken und die Einführung der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung in Robotern oder Betriebsstätten erleichtern.
Bei der ersten Ausführungsform wird die Hilfslast 36 parallel zwischen der Leistungsempfangsspule 31 und der tatsächlichen Last 35 in dem dazwischenliegenden Modul 12 eingeführt. Folgerichtig wird bei dem Fall, bei dem die Leistungsempfangsspule 31 und die tatsächliche Last 35 elektrisch unterbrochen werden, um einen geöffneten Zustand zu erzeugen, die Leistungsempfangsspule 31 eine geschlossene Schaltung mit der Hilfslast 36 ausbilden.
Dadurch wird die Leistungsempfangsspule 31 sichergestellt, um stetig als Repeater zu arbeiten, ungeachtet der Aktivierungsbedingungen der tatsächlichen Last 35. Demgemäß kann unter den Bedingungen, bei denen die Leistungsempfangsspule 31 und die tatsächliche Last 35 direkt verbunden sind, der Leistungsübertragungsabstand vergrößert werden und die stetige Leistungszufuhr wird von dem Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem Endmodul 13 sichergestellt.
(Zweite Ausführungsform)
Bei einer zweiten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, enthält das dazwischenliegende Modul 12 der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung 10 eine tatsächliche Last-Erfassungseinheit (entspricht einer tatsächlichen Last-Erfassungeinrichtung) 336 und eine Last-Veränderungseinheit (entspricht einer Last-Veränderungseinrichtung) 337. Insbesondere führt die CPU 331 des dazwischenliegenden Moduls 12 ein Computerprogramm aus, um die tatsächliche Last-Erfassungseinheit 336 und die Last-Veränderungseinheit 337 in einer Software zu realisieren. Die tatsächliche Last-Erfassungseinheit 336 und die Last-Veränderungseinheit 337 können in einer Hardware als eine in der CPU 331 integrierte elektrische Schaltung realisiert werden oder können in Kombination von Hardware und Software realisiert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform enthält das dazwischenliegende Modul 12 eine Hilfslast 50, die eine variable Last ist, deren Magnitude veränderbar ist. Beispielsweise ist die Hilfslast 50 konfiguriert, wie z. B. durch eine variable Spule oder einem variablen Kondensator. Die tatsächliche Last-Erfassungseinheit 336 erhält von der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 wenigstens eine konsumierte Leistung der tatsächlichen Last 35, eine an die tatsächliche Last 35 angelegte Spannung und einen durch die tatsächliche Last 35 durchgehenden Strom.
Folgerichtig erhält die Magnitude der Last der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12. Die Last-Veränderungseinheit 337 verändert die Last der Hilfslast 50 basierend auf der Last der tatsächlichen Last 35, die durch die tatsächliche Last-Erfassungseinheit 336 erfassen wird. Mit anderen Worten, die Last-Veränderungseinheit 337 verändert die Magnitude der Last der Hilfslast 50 basierend auf der Magnitude der Last der tatsächlichen Last 35.
Wie bei der ersten Ausführungsform erläutert, wenn die elektrische Schaltung, die die Leistungsempfangsspule 31 enthält, aufgrund eines Stoppen oder dergleichen der tatsächlichen Last 35 geöffnet ist, kann die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 nicht gut als Repeater dienen. Dadurch wird die Hilfslast 50 in das dazwischenliegende Modul 12 eingeführt, so dass die durch die Leistungsempfangsspule 31 enthaltende elektrische Schaltung als Repeater arbeiten kann.
Andererseits variiert, wie vorstehend in Bezug auf 4 erläutert, die elektrische Leistung, die durch das Endmodul 13 empfangen werden kann, abhängig von dem durch die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 durchgehenden Stroms. Wenn die tatsächliche Last 35 direkt mit der Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 verbunden ist, variiert der durch die Leistungsempfangsspule 31 durchgehende Strom, abhängig von der Magnitude der Last der tatsächlichen Last 35.
Insbesondere variiert, wenn die Leistungszufuhr durch eine magnetische Resonanz ausgeführt wird, die durch das zu der die tatsächliche Last 35 verbundene Zwischenmodul 12 weitergeleitet wird, die Leistungszufuhreffizienz zwischen der Leistungsübertragungsspule 21 des Leistungsübertragungsmoduls 11 und der Leistungsempfangsspule 41 des Endmoduls 13, abhängig von dem geladenen Zustand der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12. Dadurch ist es wünschenswert, dass die Summe der Last und der tatsächlichen Last 35 und der Hilfslast 50 des dazwischenliegenden Moduls 12 bei einem Wert beibehalten wird, der eine hohe Effizienz beim Übermitteln von elektrischer Leistung von dem Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem Endmodul 13 beibehalten wird.
Diesbezüglich erhält bei der vorliegenden Ausführungsform die tatsächliche Last-Erfassungseinheit 336 die Last der tatsächlichen Last 35 und die Last-Veränderungseinheit 336 verändert die Magnitude der Last der Hilfslast 50 basierend auf der Magnitude der erhaltenen Last. Anschließend hält die Last-Veränderungseinheit 337 einen festen Wert der Summe der Lasten der tatsächlichen Last 35 und der Hilfslast 50 des dazwischenliegenden Moduls 12 bei.
Folgerichtig wird der durch die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 durchgehende Strom bei einem festen Niveau beibehalten, ungeachtet der Veränderung der Last der tatsächlichen Last 35. In diesem Fall steuert die Last-Veränderungseinheit 337 den durch die Leistungsempfangsspule 31 durchgehenden Strom durch Verändern der Last der Hilfslast 50. Folgerichtig wird der durch die Leistungsempfangsspule 31 durchgehende Strom derart gesteuert, dass die Effizienz der Übertragung von elektrischer Leistung zu dem Endmodul 13 bei einem festen Niveau oder mehr beibehalten wird.
Wie vorstehend erläutert, überwacht bei der zweiten Ausführungsform die Last-Veränderungseinheit 337 konstant den geladenen Zustand der tatsächlichen Last 35. Die Last-Veränderungseinheit 337 verändert die Last der Hilfslast 50 entsprechend der erhaltenen Last der tatsächlichen Last 35. Somit kann die Leistungszufuhreffizienz und die Stetigkeit der Leistungszufuhr unter den Bedingungen erhöht werden, bei denen die Last in der zu der Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 verbundenen tatsächlichen Last 35 variiert. Zudem kann die Leistungszufuhreffizienz der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung 10 als Ganzes erhöht werden.
Die zweite Ausführungsform wurde erläutert, bei der die Hilfslast 50 des dazwischenliegenden Moduls 12 als Beispiel genommen wurde. Allerdings kann sie so konfiguriert sein, dass eine Hilfslast zu dem Endmodul 13 vorgesehen ist und die Magnitude dieser Last verändert wird. Auf diese Weise kann die Effizienz vom Empfangen einer elektrischen Leistung des Endmoduls durch Verändern der Last der Hilfslast in dem Endmodul 13 verändert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Bei einer dritten Ausführungsform, wie in 10 dargestellt, wird die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf einem artikulierenden bzw. mit Gelenken versehener Industrieroboter (nachstehend nur als ein „Roboter” bezeichnet) 60 angewandt.
Der Roboter 60 weist eine Mehrzahl von Armen auf, die drehbar um entsprechende Achsen sind. In 10 enthält als ein vereinfachtes Beispiel der Roboter 60 einen ersten Arm 61, einen zweiten Arm 62 und eine Sitzbasis 63. Der erste Arm 61 ist zu der Sitzbasis 63 vorgesehen, die mit der Einrichtung fixiert ist, um relativ um die Mittelachse zu drehen, relativ zu der Sitzbasis 63. Die ersten und zweiten Arme 61 und 62 werden gegenseitig um ein Gelenk 64 als Drehpunkt gedreht. Der zweite Arm 62 weist ein funktionales Teil 65 bei einem dem ersten Arm 61 gegenüberliegenden Endabschnitt auf. Der funktionale Teil 65 realisiert verschiedene Funktionen, wie z. B. einen Manipulator oder eine Kamera.
Bei dem Roboter 60 wird das Leistungsübertragungsmodul 11 zu der Sitzbasis 63 vorgesehen. Die von der Leistungsübertragungsspule 21 des Leistungsübertragungsmoduls 11 ausgegebene elektrische Leistung wird schließlich als eine Antriebsleistungsquelle durch das funktionale Teil 65 verwendet, das bei dem Ende des zweiten Arms 62 vorgesehen ist. Dadurch wird das Endmodul 13 zu dem funktionalen Teil 65 bei dem Ende des zweiten Arms 62 vorgesehen.
Bei dem Roboter 60 wird das Gelenk 64 bei manchen Punkten eines von der Sitzbasis 63 zu dem funktionalen Teil 65 erstreckenden Pfads positioniert. Demgemäß ist es schwierig, elektrische Leistung von dem zu der Sitzbasis 63 vorgesehenen Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem funktionalen Teil 65 zu übertragen ohne Nutzung eines Repeaters.
Dadurch wird, wenn die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung 10 an den Roboter angewandt wird, die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12, die als Repeater arbeitet, mit dem Gelenk 64 vorgesehen. Andererseits wird das Gelenk 64 derart vorgesehen, dass der erste und zweite Arm 61 und 62 sich gegenseitig um das Gelenk 64 drehen. Ein Motor wird als eine Antriebsleistung von dieser Drehung genutzt.
Der Motor wird durch die durch das dazwischenliegende Modul 12 empfangene elektrische Leistung betätigt. Insbesondere entspricht der Motor der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 und wird durch die durch die Leistungsempfangsspule 31 des dazwischenliegenden Moduls 12 empfangene elektrische Leistung betätigt. Die von dem Leistungsübertragungsmodul 11 ausgegebene elektrische Leistung wird teilweise durch die tatsächliche Last 35, wie z. B. der Motor, des Gelenks 64 konsumiert und durch das funktionale Teil 65 verwendet, das der tatsächlichen Last 45 des Endmoduls 13 entspricht.
In diesem Fall ist es nicht so, dass der Motor des Gelenks 64 konstant betätigt wird, um die elektrische Leistung zu konsumieren, sondern, dass der Motor periodisch elektrische Leistung konsumiert, wenn die ersten und zweiten Arme 61 und 62 gedreht werden. Mit anderen Worten die Last des Motors, die der tatsächlichen Last 35 des dazwischenliegenden Moduls 12 entspricht, variiert während der Wiederholung der elektrischen Verbindung und Unterbrechung.
Mit dieser Anwendung der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung 10 der ersten oder zweiten Ausführungsform ist der mit dem Endmodul 13 verbundene funktionale Teil 65 in der Lage, stetig elektrische Leistung zu empfangen, ungeachtet der Bedingungen der Betätigung des mit dem dazwischenliegenden Modul 12 verbundenen Motors.
Die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung 10 wird mit den tatsächlichen Lasten 35 und 45 direkt verbunden. Dadurch weist die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung 10 eine reduzierte Größe auf und ist auf einfache Weise in den Roboter 60 aufgenommen.
Mit dieser Anwendung der drahtlosen Leistungszufuhrvorrichtung 10 verzichtet der Roboter 60 auf Kabel oder dergleichen zum Zuführen von elektrischer Leistung von der Sitzbasis 63 zu dem Gelenk 64 und von dem Gelenk 64 zu dem funktionalen Teil 65. Der Verzicht der Kabel führt zur Beseitigung der Notwendigkeit der Nutzung der Kabel und Elementen zum Schützen der Kabel, sowie die Beseitigung des Raums zum Aufnehmen dieser Kabel und Elemente. Zudem werden die Komponenten des Roboters vom in Kontakt kommen mit den Kabeln während des Drehens der Teile verhindert und ein Geräusch und eine Beschädigung, die durch den Kontakt verursacht werden, werden beseitigt. Dadurch wird die Konfiguration des Roboters 60 vereinfacht, das Geräusch wird minimiert und die Lebensdauer des Roboters 60 wird verlängert.
Die soweit beschriebene vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann bei verschiedenen Ausführungsformen innerhalb eines Schutzumfangs, der nicht vom Erfindungsgedanken abweicht, angewandt werden.
Bei den vorstehend beschriebenen ersten und dritten Ausführungsformen wird das einzelne dazwischenliegende Modul 12 zwischen dem Leistungsübertragungsmodul 11 und dem Endmodul 13 eingeführt. Allerdings ist die Anzahl der einzuführenden dazwischenliegenden Module 12 nicht auf eines begrenzt, sondern können zwei oder mehrere sein. Beispielsweise können, wenn die drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung 10 auf einem artikulierenden Sechsachsenroboter angewandt wird, drei oder mehrere dazwischenliegende Module 12 in die Vorrichtung eingeführt werden und es kann sichergestellt werden, dass die elektrische Leistung von dem zu der Sitzbasis 63 vorgesehenen Leistungsübertragungsmodul 11 zu dem bei einem Ende vorgesehenen funktionalen Teil 65 übertragen zu werden.
(Vierte Ausführungsform)
Bezug nehmend auf die Figuren wird nachstehend eine vierte Ausführungsform erläutert, die auf eine Filtereinheit angewandt wird und eine Leistungszufuhrvorrichtung für einen Roboter verwendet die Filtereinheit. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden im Wesentlichen für zueinander identische Komponenten die gleichen Bezugszeichen zum Zwecke des Verzichts von unnötiger Erläuterung gegeben.
(Filtereinheit)
Zunächst wird mit Bezugnahme auf 11 eine Ausführungsform einer Filtereinheit erläutert.
11 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Schaltung einer Leistungszufuhrvorrichtung 410, zu der die Filtereinheit gemäß der Ausführungsform angewandt wird.
Die Leistungszufuhrvorrichtung 410 enthält eine leistungsquellenseitige Leistungsübertragungseinheit 411 und eine lastseitige Leistungsempfangseinheit 412. Die Leistungsübertragungseinheit 411 ist mit einer Leistungsquelle 413 und einer Leistungsquelle 414 mit einer zueinander unterschiedlichen Frequenz verbunden.
Die Leistungsübertragungseinheit 411 empfängt eine Zufuhr von elektrischer Leistung von diesen Leistungsquellen 413 und 414. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Leistungsquelle 413 eine 2-MHz hochfrequente Leistungsquelle und die Leistungsquelle 414 ist eine 5-MHz hochfrequente Leistungsquelle. Die Leistungsübertragungseinheit 411 enthält eine Leistungsübertragungsspuleneinheit 415.
Wie in 12 dargestellt, enthält die Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 eine planare Basis 416, die mit einer planaren Spule 417 vorgesehen ist. Beispielsweise ist die Spule 417 planar ausgebildet, wie z. B. mit einem Kupferdraht, ein Kupferblatt oder eine gedruckte Verdrahtung von Kupfer.
Wie in 11 dargestellt, enthält die Leistungsübertragungseinheit 411 eine Filtereinheit 418 und eine Filtereinheit 419 entsprechend der jeweiligen Leistungsquelle 413 und Leistungsquelle 414. Insbesondere ist die Filtereinheit 418 zwischen der Leistungsquelle 413 und der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 verbunden. Die Filtereinheit 419 ist zwischen der Leistungsquelle 414 und der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 verbunden. Ein Kondensator 421 ist zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und den Filtereinheiten 418 und 419 eingeführt. Folgerichtig wird eine Resonanzschaltung durch die Spule 417 der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und den Kondensator 421 konfiguriert.
Die Leistungsempfangseinheit 412 ist mit einer Last 423 und einer Last 424 verbunden, die bei verschiedenen Frequenzen versorgt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Last 423 bei einer Frequenz von 2-MHz entsprechend der 2-MHz Leistungsquelle 413 versorgt. Die Last 424 wird bei einer Frequenz von 5-MHz entsprechend der 5-MHz Leistungsquelle 414 versorgt. Die Leistungsempfangseinheit 412 enthält eine Leistungsempfangsspuleneinheit 425.
Wie in 12 dargestellt, enthält die Leistungsempfangsspuleneinheit 425 eine planare Basis 426, die mit einer planaren Spule 427 vorgesehen ist, ähnlich zu der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415. Die Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 der Leistungsübertragungseinheit 411 ist der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 der Leistungsempfangseinheit 412 in einer kontaktfreien Weise zugewandt. Die zu der Basis 416 der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 vorgesehenen Spule 417 und die zu der Basis 426 der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 vorgesehenen Spule 427 liegen zueinander gegenüber.
Die von den Leistungsquellen 413 und 414 der Leistungsübertragungseinheit 411 zugeführten hochfrequenten elektrischen Leistung werden jeweils zu den Lasten 423 und 424 übertragen, die mit den Leistungsempfangseinheiten 412 in einer kontaktfreien Weise über die zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 auftretende magnetische Leistungsresonanz verbunden sind.
Wie in 11 dargestellt, enthält die Leistungsempfangseinheit 412 eine Filtereinheit 428 und eine Filtereinheit 429 entsprechend den jeweiligen Lasten 423 und 424. Insbesondere wird die Filtereinheit 428 zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 und der Last 423 verbunden. Die Filtereinheit 429 ist zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 und der Last 424 verbunden. Ein Kondensator 413 ist zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 und den Filtereinheiten 428 und 429 eingeführt. Folgerichtig wird eine Resonanzschaltung durch die Spule 427 der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 und des Kondensators 431 konfiguriert.
Wie vorstehend erläutert, wird die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 der Leistungsübertragungseinheit 411 zu der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 der Leistungsempfangseinheit 412 in einer kontaktfreien Weise über magnetische Resonanz übertragen. Wie in 12 dargestellt, liegen die Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und die Leistungsempfangsspuleneinheit 425 zueinander gegenüber, die dazwischen einen Spalt von einigen Zentimetern bis dutzenden Zentimetern (zwischen 10 und 20 cm) ausbilden. Demgemäß tritt mit einer Anwendung einer hochfrequenten Welle zu der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 eine magnetische Resonanz zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 auf, um eine elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 zu der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 zu übertragen.
Nachstehend werden die Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429 erläutert. Die Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429 weisen im Wesentlichen eine identische Konfiguration auf. Bezug nehmend auf 13 wird diese Konfiguration dieser Filtereinheiten beschrieben, wobei die Filtereinheit 418 als Beispiel genommen wird.
Die Filtereinheit 418 enthält ein erstes Spulensegment 441 und ein zweites Spulensegment 442. Das erste Spulensegment 441 ist mit einer Leistungszufuhrseite verbunden. Das zweite Spulensegment 442 ist mit einer Leistungsverbrauchsseite verbunden.
Das erste Spulensegment 441 enthält eine planare Basis 443 und eine planare Spule 444. Auf ähnliche Weise enthält das zweite Spulensegment 442 eine planare Basis 445 und eine planare Spule 446. Auf ähnliche Weise zu der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 sind die Spulen 44 und 446 der jeweiligen ersten und zweiten Spulensegmente 441 und 442 planar ausgebildet, wie z. B. mit einem Kupferdraht, einem Kupferblatt oder einer gedruckten Verdrahtung von Kupfer.
Wie in 11 dargestellt, ist die Spule 444 des ersten Spulensegments 441 geerdet, wobei ein Kondensator 447 dazwischengeschaltet ist. Somit konfiguriert die Spule 444 des ersten Spulensegments 441 und der Kondensator 447 einen Resonanzkreis. Die Spule 446 des zweiten Spulensegments 442 ist geerdet, wobei ein Kondensator 448 dazwischengeschaltet ist. Folgerichtig konfiguriert die Spule 446 des zweiten Spulensegments 442 und der Kondensator 448 einen Resonanzkreis.
Wie in 13 dargestellt, liegen die ersten und zweiten Spulensegmente 441 und 442 zueinander mit einem Spalt von mehreren Zentimetern bis mehreren dutzenden Zentimetern (zwischen 10 und 20 cm), die dazwischen ausgebildet sind, gegenüber. Die zu der Basis 443 des ersten Spulensegments 441 vorgesehenen Spule 444 und die zu der Basis 445 des zweiten Spulensegments 442 vorgesehenen Spule 446 liegen zueinander gegenüber. Ein Abstandshalter 449 ist zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 vorgesehen. Der Abstandshalter 449 definiert den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spulensegment 441 und 442.
Eine hochfrequente Welle von mehreren MHz bis mehreren 10 MHz wird an das erste Spulensegment 441 von der Leistungszufuhrseite angelegt, wie z. B. Leistungsquellen 413 und 414 und Leistungsempfangsspuleneinheit 425. Demgemäß tritt ähnlich zu der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 eine magnetische Resonanz zwischen dem ersten und zweiten Spulensegment 441 und 442 auf. Die magnetische Resonanz tritt lediglich in einem spezifischen Frequenzband durch Resonanzcharakteristika der ersten und zweiten Spulensegmente 441 und 442 auf.
Insbesondere wird, wenn die magnetische Resonanz der ersten und zweiten Spulensegmente 441 und 442 verwendet werden, nur einer spezifischen Frequenz ermöglicht, durch die Filtereinheit 418, 419, 428 und 429 durchzugehen. Ferner kann die Nutzung der magnetischen Resonanz den Ausstoß von elektromagnetischen Wellen, die ein Rauschen induzieren würden, verhindern. Die Bandbreite und die Frequenz der von dem ersten Spulensegment 441 zu dem zweiten Spulensegment 442 übertragenen hochfrequenten Welle variiert, abhängig, wie z. B. vom Abstand zwischen dem ersten und zweiten Spulensegment 441 und 442, die zueinander gegenüberliegen, und von Resonanzfrequenzen der magnetischen Resonanz, die zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 auftreten.
Dadurch kann die Frequenz und die Bandbreite des von dem ersten Spulensegment 441 zu dem zweiten Spulensegment 442 übertragenen Signals auf einfache Weise durch Verändern des Abschnitts zwischen dem ersten und zweiten Spulensegment 441 und 442 und der Resonanzfrequenzen der magnetischen Resonanz, die zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 auftreten, verändert werden. Beispielsweise können die Resonanzfrequenzen zwischen ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 auf einfache Weise durch Verändern der Anzahl der Windungen der Spule 444 oder 446 des ersten oder zweiten Spulensegments 441 oder 442, der Kapazität des Kondensators 447 oder 448 oder dergleichen verändert werden.
Bei der in 11 gezeigten Leistungszufuhrvorrichtung 410 wird das erste Spulensegment 441 der Filtereinheit 418 mit der Leistungsquelle 413 auf der Leistungszufuhrseite verbunden, während das erste Spulensegment 441 der Filtereinheit 419 mit der Leistungsquelle 414 verbunden ist. In den Filtereinheiten 418 und 419 ist die Leistungsverbrauchsseite die Spule 417 der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415. Demgemäß werden die zweiten Spulensegmente 442 der Filtereinheiten 418 und 419 beide mit der Spule 417 der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 verbunden.
Andererseits werden die Spulensegmente 441 der Filtereinheiten 428 und 429 beide mit der Spule 427 der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 verbunden, die auf der Leistungszufuhrseite ist. Das zweite Spulensegment 442 der Filtereinheit 428 ist mit der Last 423 verbunden, die an der Leistungsverbrauchsseite ist, während das zweite Spulensegment 442 der Filtereinheit 429 mit der Last 424 verbunden ist.
Nachstehend werden Charakteristika der Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429 erläutert.
Zunächst werden Charakteristika dieser Filter beschrieben, wobei die Filtereinheit 419 als Beispiel verwendet wird, die mit der 5-MHz Leistungsquelle 414 verbunden ist. Wie in 14 und 15 dargestellt, kann eine Veränderung des Abstands zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 die Übergangscharakteristika und die Bandbreite der durch magnetische Resonanz übertragenen hochfrequenten Welle verändert werden.
14 zeigt einen Abstand [mm] zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 relativ zu den Übergangscharakteristika [dB]. 15 zeigt einen Abstand [mm] zwischen ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 relativ zur Bandbreite [kMz]. Wie aus 14 und 15 ersichtlich, wird der Abstand zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442 kleiner, das Frequenzband der über die magnetische Resonanz gehenden hochfrequenten Welle neigt dazu steiler zu werden.
Die ähnlichen Charakteristika können in der Filtereinheit 429, die mit der 5-MHz Last 424 verbunden ist, betrachtet werden. Zudem können die anderen ähnlichen Charakteristika als jene der Frequenz der über magnetische Resonanz gehenden hochfrequenten Welle in den mit der 2-MHz Leistungsquelle 413 verbundenen Filtereinheit 4189 und 428 ersichtlich sein.
16 zeigt frequenzspezifische Charakteristika der Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429, d. h. Filtercharakteristika (Übergangscharakteristika [dB] relativ zu einer Frequenz [MHz]) und Leistungsübertragungscharakteristika eines Resonanzsystems (Leistungsübertragungsspulenausstoßcharakteristika [dB] relativ zur Frequenz [MHz]). In 16 zeigt die linke Seite die Charakteristika der 2-MHz Filter 418 und 428 (obere Stufe: 2-MHz Filtercharakteristika, untere Stufe: Leistungsübertragungsspulenausstoßcharakteristika von 2-MHz Resonanzsystem). In 16 zeigt die rechte Seite die Charakteristika der 5-MHz Filter 419 und 429 (obere Stufe: 5-MHz Filtercharakteristika, untere Stufe: Leistungsübertragungsspulenausstoßcharakteristika von 5-MHz Resonanzsystem).
Wie in 11 dargestellt, können die Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429 verwendet werden, um elektrische Leistungen mit Frequenzen von 5-MHz und 2-MHz von der Leistungsübertragungseinheit 411 zu der Leistungsempfangseinheit 412 zu übertragen. Insbesondere ermöglicht die Nutzung dieser Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429 eine Übertragung von 5-MHz und 2-MHz hochfrequenten Wellen, die miteinander überlagert werden, zwischen der Leistungsübertragungseinheit 411 und der Leistungsempfangseinheit 412.
Bei der Übertragungseinheit 411 wird die Filtereinheit 418 zwischen der Leistungsquelle 413 und der Leistungsübertragungsspuleneinheit 415 eingeführt und die Filtereinheit 419 wird zwischen der Leistungsquelle 414 und der Leistungsspuleneinheit 415 eingeführt.
Während ein Übergang der 2-MHz hochfrequenten Welle ermöglicht wird, blockiert die Filtereinheit 418 den Übergang der 5-MHz hochfrequenten Welle (Bezugnehmend auf die auf der linken Seite von 16 gezeigten Charakteristika). Dadurch wird die 5-MHz hochfrequente Quelle von der Leistungsquelle 414 vom Ausbreiten zu der 5-MHz Leistungsquelle 414-Seite durch die Filtereinheit 419 gehindert.
Demgemäß kann eine Störung auf der Seite der Leistungsübertragungseinheit 411 im Fall der Überlagerung der hochfrequenten Wellen von verschiedenen Frequenzen von den Leistungsversorgern 413 und 414 vermieden werden.
Andererseits wird bei der Leistungsempfangseinheit 412 die Filtereinheit 428 zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 und der Last 423 eingeführt und die Filtereinheit 429 wird zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit 425 und der Last 424 eingeführt.
Während ein Übergang der 2-MHz hochfrequenten Welle ermöglicht wird, blockiert die Filtereinheit 428 den Übergang der 5-MHz hochfrequenten Welle (Bezugnehmend auf die auf der linken Seite von 16 gezeigten Charakteristika). Dadurch wird die 5-MHz hochfrequente Welle, die in den durch die Leistungsempfangsspuleneinheit 425 empfangenen hochfrequenten Wellen enthalten und überlagert sind, vom Ausbreiten zu der Last 423-Seite durch die Filtereinheit 428 gehindert.
Ähnlich blockiert, während ein Übergang der 5-MHz hochfrequenten Welle ermöglicht wird, die Filtereinheit 429 einen Übergang der 2-MHz hochfrequenten Welle (Bezugnehmend auf die auf der rechten Seite von 16 gezeigten Charakteristika). Dadurch wird die 2-MHz hochfrequente Welle, die in den durch die Leistungsempfangsspuleneinheit 425 empfangenen hochfrequenten Wellen enthalten und überlagert sind, vom Ausbreiten zu der Last 424-Seite durch die Filtereinheit 429 verhindert.
Demgemäß kann auf der Leistungsempfangseinheit 412-Seite die überlagerten hochfrequenten Wellen der unterschiedlichen Frequenzen durch die Filtereinheiten 428 und 429 getrennt werden.
Bei der Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Leistungszufuhrvorrichtung 410 liegen das leistungszufuhrseitige erste Spulensegment 441 und das leistungsverbrauchsseitige zweite Spulensegment 442 zueinander in kontaktfreier Weise gegenüber. Somit tritt eine magnetische Resonanz zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten 414 und 442 auf.
Mit Anwendung einer vorbestimmten hochfrequenten Welle zu dem ersten Spulensegment 441 wird die Impedanz des zweiten Spulensegments 442 durch die magnetische Resonanz gesenkt, und eine hochfrequente elektrische Leistung wird von dem ersten Spulensegment 441 zu dem zweiten Spulensegment 442 in einer kontaktfreien Weise übertragen.
Eine magnetische Resonanz tritt bei spezifischen Frequenzen zwischen dem Paar der ersten und zweiten Spulensegmente 441 und 442 auf. Insbesondere tritt bei der vorliegenden Ausführungsform eine magnetische Resonanz bei 2-MHz in den Filtereinheiten 418 und 428 auf, und eine magnetische Resonanz bei 5-MHz in den Filtereinheiten 419 und 429 auf. Folgerichtig benutzen die ersten und zweiten Spulensegmente 441 und 442 die dazwischen auftretende magnetische Resonanz, um als Filter zu arbeiten, die einen Übergang von lediglich einer spezifischen Frequenz ermöglichen.
Eine Nutzung von magnetischer Resonanz kann einen Ausstoß von elektromagnetischen Wellen verhindern, die Rauschen induzieren würden. Ferner variieren die Frequenz und die Bandbreite der von dem ersten Spulensegment 441 zu dem zweiten Spulensegment 442 übertragenen hochfrequenten Welle, abhängig von dem Abstand und der Resonanzfrequenz zwischen den zueinander gegenüberliegenden ersten und zweiten Spulensegmenten 441 und 442.
Dadurch können die Frequenz und die Bandbreite des von dem ersten Spulensegment 441 zu dem zweiten Spulensegment 442 übertragenen Signals auf einfache Weise durch Verändern des Abstands zwischen dem ersten und zweiten Spulensegment 441 und 442 und Resonanzfrequenzen der dazwischen auftretenden magnetischen Resonanz verändert werden. Folgerichtig können Charakteristika der Filter auf einfache Weise ohne Verursachen eines Ausstoßes von elektromagnetischen Wellen eingestellt werden.
(Anwendung auf eine Leistungszufuhrvorrichtung für einen Roboter)
Bezugnehmend nun auf 17 wird nachstehend ein Beispiel einer Anwendung der Leistungszufuhrvorrichtung 410 auf einen Roboter 450 erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält der Roboter 450 einen Schrittmotor 451 als Last. Die Leistungszufuhrvorrichtung 410 wird zum Modulieren von Impulsen im Uhrzeigersinn und Impulsen gegen den Uhrzeigersinn verwendet, die als Steuersignale für den Schrittmotor 451 dienen. Impulse im Uhrzeigersinn für rechtsläufige Drehung werden moduliert und ausgegeben von der 2-MHz Leistungsquelle 413. Außerdem werden Impulse gegen den Uhrzeigersinn für linksläufige Drehung moduliert und ausgegeben von der 5-MHz Leistungsquelle 414. Der Schrittmotor 451 entspricht den Lasten 423 und 424.
Bei der Anwendung auch auf den Roboter 450 ist die elektrische Konfiguration der Leistungszuführvorrichtung 410 im Wesentlichen die gleiche wie die in 11 gezeigte elektrische Konfiguration. Bei der Leistungsempfangseinheit 412 können die Gleichrichterschaltungen 452 und 453 an der Stufenmotor 451-Seite der jeweiligen Filtereinheiten 428 und 429 vorgesehen werden. Bei dem Roboter 450, der die Leistungszufuhrvorrichtung 410 verwendet, werden Impulse im Uhrzeigersinn von der Filtereinheit 428-Seite der Leistungsempfangseinheit 412 entnommen. Zudem werden Impulse gegen den Uhrzeigersinn aus der Filtereinheit 429-Seite der Leistungsempfangseinheit 412 entnommen.
Bei der Anwendung der Leistungszufuhrvorrichtung 410 auf den Roboter 450 enthält der Roboter 450 die vorstehend beschriebenen Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429. Die Leistungszufuhrvorrichtung 410 des Roboters 450 verwendet eine magnetische Resonanz, um eine elektrische Leistung von der Leistungsübertragungseinheit 411 zu der Leistungsempfangseinheit 412 zu übertragen. Dadurch wird zwischen der Leistungsübertragungseinheit 411 und der Leistungsempfangseinheit 412 ein Ausstoß von elektromagnetischen Wellen reduziert, die Rauschen verursachen können.
Die Leistungsübertragungseinheit 411 und die Leistungsempfangseinheit 412 weisen Leistungsübertragungspfade auf, die jeweils mit den Filtereinheiten 418, 419, 428 und 429 vorgesehen sind.
Demgemäß werden auf der Leistungsempfangseinheit 412-Seite die Steuersignale, die aus einer Mehrzahl von Frequenzen bestehen, durch Filtereinheiten 428 und 429 getrennt.
Andererseits kann auf der Leistungsübertragungseinheit 411-Seite die Filtereinheiten 418 und 419 die Störung zwischen den Steuersignalen, die aus einer Mehrzahl von Frequenzen bestehen, reduziert werden. Auf diese Weise wird unter den Bedingungen, bei denen die Leistungsübertragungseinheit 411 und die Leistungsempfangseinheit 412 drahtlos verbunden sind und Signale mit unterschiedlichen Frequenzen zueinander überlagert werden, ein Ausstoß von elektromagnetischen Wellen reduziert und Steuersignale werden stetig übertragen.
Die soweit beschriebene Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann auf verschiedene Ausführungsformen innerhalb des Umfangs angewandt werden, der nicht vom Erfindungsgedanken abweicht.
Beispielsweise kann der Roboter als ein Linearbewegungsroboter konfiguriert werden, in dem ein bewegbares Element, das die Leistungsempfangseinheit 412 enthält, entlang der festen Leistungsübertragungseinheit 411 mit der Form einer Schiene oder dergleichen bewegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 78258543 [0002, 0003]
JP 2011-244533 A [0006]
JP 2007-235798 A [0006]

Claims

Drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung (10), aufweisend; eine Leistungsempfangsspule (31), die als ein Repeater zum Empfangen von elektrischer Leistung in einer kontaktfreien Weise durch magnetische Resonanz mit einer Leistungsübertragungsspule (21), zu der elektrische Leistung von einer Leistungszufuhreinheit (22) zugeführt wird, und zum Weiterleiten einer Übertragung der elektrischen Leistung von der Leistungsübertragungsspule (21) arbeitet; eine tatsächliche Last (35), die die Leistungsempfangsspule verbindet und die durch die über die Leistungsempfangsspule (31) empfangene elektrische Leistung versorgt wird; und eine Hilfslast (36, 50), die parallel zu der Leistungsempfangsspule (31) und der tatsächlichen Last (35) eingeführt wird und die einen geschlossenen Kreislauf mit der Leistungsempfangsspule (31) ausbildet, wenn eine Zufuhr der elektrischen Leistung zu der tatsächlichen Last (35) unterbrochen wird, um in einem geöffneten Zustand zu sein.
Drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine tatsächliche Last-Erfassungeinrichtung (336), die eine Last der tatsächlichen Last (35) erhält; und eine Last-Veränderungseinrichtung (337), die die Last der Hilfslast (50) entsprechend der Last der tatsächlichen Last (35) verändert, die durch die tatsächliche Last-Erfassungeinrichtung (336) erfasst wird.
Drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Leistungsübertragungsmodul (11), das die Leistungszufuhreinheit (22) und die Leistungsübertragungsspule (21) enthält, und drahtlos die elektrische Leistung von der Leistungszufuhreinheit (22) über die Leistungsübertragungsspule (21) zuführt; ein Endmodul (13), das drahtlos die von dem Leistungsübertragungsmodul (11) zugeführte elektrische Leistung empfängt; ein dazwischenliegendes Modul (12), das drahtlos die Übertragung der elektrischen Leistung zwischen dem Leistungsübertragungsmodul (11) und dem Endmodul (13) weiterleitet; und das dazwischenliegende Modul (12) enthält die Leistungsempfangsspule (31), die tatsächliche Last (35) und die Hilfslast (36).
Drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Leistungsübertragungsmodul (11), das dazwischenliegende Modul (12) und das Endmodul (13) in einem Roboter (60) vorgesehen sind.
Drahtlose Leistungszufuhrvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Roboter (60) ein artikulierender Roboter ist.
Filtereinheit (418, 419, 428, 429), aufweisend: ein erstes Spulensegment (441), das an einer Leistungszufuhrseite vorgesehen ist; und ein zweites Spulensegment (442), das bei einer Position an einer Leistungsverbrauchsseite getrennt durch einen vorbestimmten Abstand in einer kontaktfreien Weise von dem ersten Spulensegment (441) vorgesehen ist und dem ersten Spulensegment (441) gegenüberliegt, so dass die magnetische Resonanz zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten (441, 442) auftritt, wobei die ersten und zweiten Spulensegmente (441, 442) einen Übergang von elektrischer Leistung mit einer spezifischen Frequenz aufgrund der zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten (441, 442) auftretenden magnetischen Resonanz ermöglichen.
Leistungszufuhrvorrichtung (410) für einen Roboter, aufweisend: eine Leistungsübertragungsspuleneinheit (411), die mit einer Leistungsquelle (413, 414) verbunden ist, die eine elektrische Leistung mit einer spezifischen Frequenz zuführt; eine Leistungsempfangsspuleneinheit (412), die mit einer durch die elektrische Leistung mit einer spezifischen Frequenz versorgten Last (423, 424) verbunden ist und der Leistungsübertragungsspuleneinheit (411) gegenüberliegt, um elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsspule (411) in einer kontaktfreien Weise durch Verwendung von zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit (411) und der Leistungsempfangsspuleneinheit (412) auftretender magnetischen Resonanz zu empfangen; und eine Filtereinheit (418, 419, 428, 429), die in einem Leistungsübertragungspfad zwischen der Leistungsquelle (413, 414) und der Leistungsübertragungsspule (411) und zwischen der Leistungsempfangsspule (412) und der Last (423, 424) vorgesehen ist, wobei die Filtereinheit (418, 419, 428, 429) den Übergang der elektrischen Leistung mit einer spezifischen Frequenz ermöglicht und folgendes enthält: ein erstes Spulensegment (441), das an einer Leistungszufuhrseite vorgesehen ist; ein zweites Spulensegment (442), das bei einer Position an einer Leistungsverbrauchsseite getrennt durch einen vorbestimmten Abstand in einer kontaktfreien Weise von dem ersten Spulensegment (441) vorgesehen ist und dem ersten Spulensegment (441) gegenüberliegt, so dass die magnetische Resonanz zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten (441, 442) auftritt, wobei die ersten und zweiten Spulensegmenten (441, 442) einen Übergang der elektrischen Leistung mit einer spezifischen Frequenz aufgrund der zwischen den ersten und zweiten Spulensegmenten (441, 442) auftretenden magnetischen Resonanz ermöglichen, so dass ein Steuersignal zum Ansteuern der Last (423, 424) getrennt ist.
Leistungszufuhrvorrichtung (410) nach Anspruch 7, wobei: die Leistungsquelle (413, 414) eine erste Leistungsquelle (413), die die elektrische Leistung mit einer ersten Frequenz zuführt, und eine zweite Leistungsquelle (414) enthält, die die elektrische Leistung mit einer zu der ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz zuführt; die Last (423, 424) eine erste Last (423), die durch die elektrische Leistung mit der ersten Frequenz versorgt wird, und eine zweite Last (424) enthält, die durch die elektrische Leistung mit der zweiten Frequenz versorgt wird; und die Filtereinheit (418, 419, 428, 429) enthält: eine erste Filtereinheit (418), die in einem Leistungsübertragungspfad zwischen der ersten Leistungsquelle (413) und der Leistungsübertragungsspuleneinheit (411) vorgesehen ist und einen Übergang der elektrischen Leistung mit der ersten Frequenz ermöglicht, eine zweite Filtereinheit (419), die in einem Leistungsübertragungspfad zwischen der ersten Leistungsquelle (414) und der Leistungsübertragungsspuleneinheit (411) vorgesehen ist und einen Übergang der elektrischen Leistung mit der zweiten Frequenz ermöglicht, eine dritte Filtereinheit (428), die in einem Leistungsübertragungspfad zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit (412) und der ersten Last (423) vorgesehen ist und einen Übergang der elektrischen Leistung mit der ersten Frequenz ermöglicht, und eine vierte Filtereinheit (429), die in einem Leistungsübertragungspfad zwischen der Leistungsempfangsspuleneinheit (412) und der zweiten Last (424) vorgesehen ist und einen Übergang der elektrischen Leistung mit der zweiten Frequenz ermöglicht.