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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem, ein Verfahren zum Steuern des Energieversorgungssystems und ein Programm.
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HINTERGRUND DER ERFINUNG
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In den letzten Jahren hat sich die Automatisierung von Fertigungsanlagen weiterentwickelt, und dementsprechend wurden Techniken vorgeschlagen, um Elektromotoren zu steuern, die die Antriebsquellen verschiedener Arten von Einrichtungen sind, und die Verdrahtung in Anlagen zu vereinfachen (eliminieren). Beispielsweise ist ein Motorantriebssystem, das in Patentdokument 1 beschrieben ist, ein Linearmotorsystem, in dem eine Energieübertragungsspule eines Stators als eine Energieübertragungsspule für eine kontaktlose Energieversorgung oder eine Spule zum Antrieb eines Rotors des Motors in einer schaltbaren Weise verwendet werden kann, und der Rotor des Motors ist mit einer Energieempfangsspule versehen, so dass eine kontaktlose Energieversorgung zwischen dem Stator und (einem Positionssensor, der in) dem Rotor vorgesehen ist, möglich ist.
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Auch in einem Motorantriebssystem, das in Patentdokument 2 beschrieben ist, werden Motoreinheiten, die jeweils einen integral ausgebildeten Energiewandler enthalten, durch eine Host-Steuereinrichtung drahtlos umfassend gesteuert. Dies verringert die Last der Verdrahtungsarbeit, verringert die Möglichkeit eines offenen Stromkreises und verringert die Anfälligkeit für die Auswirkungen von Rauschen.
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LITERATURVERZEICHNIS
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PATENTLITERATUR
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- Patentdokument 1: WO 2019/163000
- Patentdokument 2: WO 2013/136627
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ZUSAMMENFASUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Gemäß der Technik in Patentdokument 1, die oben beschrieben ist, sind der Motor und die Versorgungsquelle (und der Wechselrichter) von Energie an die kontaktlose Energieversorgungsstruktur als eine Einheit ausgebildet, und dies kann dazu beitragen, die Verdrahtung des Motoransteuersystems zu vereinfachen. Mit der Technik in Patentdokument 1 wird jedoch Energie von der Energieübertragungsspule, die im Stator des Linearmotors vorgesehen ist, nur an (den Positionssensor, der in dem) Rotor des Motors vorgesehen ist, geliefert. Somit ist die Wirkung dieser Technik auf einen Teil in einem Motoransteuersystem beschränkt.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Problems erdacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technik bereitzustellen, mit der ein Motor als eine Energieübertragungsbasis in einem kontaktlosen Energieversorgungssystem verwendet werden kann und Arbeitsvorgänge, die an der Verdrahtung eines Geräts, das einen Motor umfasst, beteiligt sind, und die Anzahl von Verdrahtungen verringert werden können.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, weist die vorliegende Erfindung die folgende Konfiguration auf.
Ein Energieversorgungssystem umfasst mindestens einen Elektromotor, der einen Energiesender (auch als Energieübertrager bezeichnet) umfasst, der konfiguriert ist, um Energie über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren an eine Lasteinrichtung zu übertragen, die mit Energie versorgt werden soll, und mindestens eine Lasteinrichtung, die einen Energieempfänger umfasst, der konfiguriert ist, um die von dem Energiesender übertragene Energie zu empfangen.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „kontaktlose Energieversorgung“ nicht auf ein bestimmtes Energieversorgungsverfahren beschränkt ist. Beispielsweise kann ein Energieversorgungsverfahren für eine relativ kurze Entfernung, wie etwa das elektromagnetische Induktionsverfahren, das Magnetresonanzverfahren oder das elektrische Feldkopplungsverfahren, verwendet werden, oder ein Energieversorgungsverfahren für eine relativ lange Entfernung, wie etwa das Mikrowellenverfahren oder das Laserverfahren, kann verwendet werden. Mit anderen Worten weisen der „Energiesender“ und der „Energieempfänger“ jeweils eine Konfiguration auf, die für das verwendete kontaktlose Energieversorgungsverfahren geeignet ist. Wenn beispielsweise das Magnetresonanzverfahren verwendet wird, umfasst die Konfiguration einen Resonanzkreis, und wenn das Mikrowellenverfahren verwendet wird, umfasst die Konfiguration eine Antenne. Zusätzlich kann die „Lasteinrichtung“ verschiedenen Arten von Einrichtungen entsprechen. Beispiele für die Lasteinrichtung können verschiedene Sensoren, Kameras, Beleuchtungen und Schalter sowie kleine Elektromotoren, kleine Magnetspulen und Relais umfassen.
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Gemäß dieser Konfiguration wird die Lasteinrichtung, die mit Energie versorgt werden soll, vom Elektromotor drahtlos mit Energie versorgt. Dies erzeugt einen Effekt, dass die Verdrahtung zur Energieversorgung des Elektromotors, die eine relativ große Energiemenge erfordert, mit der Lasteinrichtung geteilt wird, die mit Energie versorgt werden soll. Mit anderen Worten kann der Elektromotor als eine Energieübertragungsbasis zur kontaktlosen Energieversorgung verwendet werden, und die Energieverdrahtung in der Anlage, in der der Elektromotor angeordnet ist, kann verringert werden. Außerdem kann mit einer Verringerung der Verdrahtung auch der Arbeitsaufwand, der an der Verdrahtung beteiligt ist, verringert werden, und die Energieübertragungsanlage kann auch verringert werden.
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Außerdem kann das Energieversorgungssystem ferner eine Steuerung umfassen, die konfiguriert ist, um die Energieversorgung des Energiesenders und/oder eine Richtung der Energieübertragung von dem Energiesender zu steuern. Die mindestens eine Lasteinrichtung kann eine drahtlose Kommunikationseinheit umfassen, die konfiguriert ist, um an die Steuerung Energieempfangsinformationen zu übertragen, die sich auf einen Energieempfangszustand beziehen, ob Energie, die von dem Energiesender an den Energieempfänger übertragen wird, der in der mindestens einen Lasteinrichtung enthalten ist, Energie erfüllt, die erforderlich ist, um die mindestens eine Lasteinrichtung zu betreiben. Die Steuerung kann die Energieversorgung des Energiesenders und/oder eine Richtung der Energieübertragung von dem Energiesender auf der Grundlage der Energieempfangsinformationen steuern.
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Gemäß dieser Konfiguration kann erkannt werden, ob die Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung zu betreiben, über drahtlose Energieübertragung zugeführt wurde, und die Steuerung kann durchgeführt werden, um die Energie zuzuführen, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung zu betreiben. Wenn die Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung zu betreiben, nicht zugeführt wurde, kann auch eine entsprechende Warnung durch eine Ausgabeeinheit ausgegeben werden.
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Das Energieversorgungssystem kann auch eine Vielzahl der Elektromotoren und eine Vielzahl der Lasteinrichtungen umfassen. Die Steuerung kann die Energieversorgung einer Vielzahl der Energiesender und/oder eine Richtung der Energieübertragung von der Vielzahl der Energiesender derart steuern, dass Energie, die erforderlich ist, um jede der Vielzahl der Lasteinrichtungen zu betreiben, von jeder der Vielzahl der Lasteinrichtungen empfangen werden kann und ein Gesamtwert der Energie, die den Energiesendern aller Elektromotoren zugeführt wird, minimiert wird.
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Um die Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtungen zu betreiben, zu übertragen, kann eine Verarbeitung durchgeführt werden, um die größtmögliche Energiemenge zu übertragen (unter Berücksichtigung von Einschränkungen im Energieversorgungsverfahren). Aus der Perspektive der Effizienz ist es jedoch wünschenswert, nur genug Energie zu übertragen, um die Lasteinrichtungen zu betreiben, und keine Energie zu verschwenden. In einem Fall, in dem Energie von den Energiesendern der Elektromotoren den Lasteinrichtungen über ein drahtloses Verfahren zugeführt wird, wird die Steuerung durchgeführt, um nur die Energie zuzuführen, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtungen zu betreiben. Dabei kann eine Anzahl von Mustern in Betracht gezogen werden, um zu bestimmen, wie viel die Energieversorgung des Energiesenders (oder wie die Position oder Ausrichtung des Energiesenders zu ändern ist) von welchem Elektromotor erhöht werden soll. In dieser Hinsicht kann mit der oben beschriebenen Konfiguration die Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtungen zu betreiben, über das effizienteste Steuerverfahren und ohne Verschwendung zugeführt werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe ist ein Verfahren zum Steuern eines Energieversorgungssystems, das einen Elektromotor, der einen Energiesender beinhaltet, der konfiguriert ist, um Energie über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren an eine Lasteinrichtung zu übertragen, die mit Energie versorgt werden soll, eine Steuerung, die konfiguriert ist, um die Energieversorgung des Energiesenders und/oder eine Richtung der Energieübertragung von dem Energiesender zu steuern, und eine Vielzahl von Lasteinrichtungen, die jeweils einen Energieempfänger beinhalten, der konfiguriert ist, um Energie zu empfangen, die von dem Energiesender übertragen wird, und eine drahtlose Kommunikationseinheit, die konfiguriert ist, um an die Steuerung Energieempfangsinformationen zu übertragen, die sich auf einen Energieempfangszustand von Energie beziehen, die von dem Energiesender an den Energieempfänger übertragen wird, beinhaltet, wobei das Verfahren beinhaltet: einen Energieempfangszustandsprüfschritt zum Durchführen, einzeln und nacheinander für alle Elektromotoren, einer Sequenz zum Übertragen von Energie von dem Energiesender des Elektromotors und Übertragen von Energieempfangsinformationen, die sich auf die Energie beziehen, die an alle Lasteinrichtungen übertragen wird, an die Steuerung; und einen Steuerschritt zum Steuern, auf der Basis von Informationen, die im Energieempfangszustandsprüfschritt ermittelt werden, der Energieversorgung an alle Energiesender und/oder einer Richtung der Energieübertragung von dem Energiesender, so dass ein Gesamtwert von Energie, die von allen Elektromotoren durch alle Lasteinrichtungen empfangen wird, gleich oder größer als ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Lasteinrichtungen zu betreiben, und ein Gesamtwert von Energie, die an die Energiesender aller Elektromotoren zugeführt wird, minimiert wird.
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Gemäß diesem Verfahren können Informationen bezüglich des tatsächlichen Energieversorgungszustands zwischen den Elektromotoren und den Lasteinrichtungen, die auf der Grundlage der Entfernung oder Positionsbeziehung zwischen einem Sender und einem Empfänger und der Hindernisbeziehung zwischen dem Sender und dem Empfänger bestimmt werden, erhalten werden, und auf der Grundlage dieser Informationen kann die Sendeenergie für die Elektromotoren über das effizienteste Verfahren und ohne Verschwendung gesteuert werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Bewirken, dass ein Computer das vorstehend beschriebene Verfahren ausführt, und ein computerlesbares Speichermedium, das das Programm auf eine nichtflüchtige Weise speichert.
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Die vorstehend beschriebenen Konfigurationen und Verarbeitungen können kombiniert werden, um die vorliegende Erfindung zu konfigurieren, solange kein technischer Widerspruch entsteht.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Technik bereitgestellt, mit der ein Motor als eine Energieübertragungsbasis in einem kontaktlosen Energieversorgungssystem verwendet werden kann und Arbeitsvorgänge, die an der Verdrahtung eines Geräts, das einen Motor umfasst, beteiligt sind, und die Anzahl von Drähten verringert werden können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Energieversorgungssystems gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist eine schematische Ansicht, die einen Motor gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration einer Energieextraktionseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 4 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Energieversorgungssystems gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 5 ist eine schematische Ansicht, die das Erscheinungsbild eines Roboterarms gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 6 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung veranschaulicht, die beim Starten des Energieversorgungssystems gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
- 7A ist eine erste Tabelle, die Informationen der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 7B ist eine zweite Tabelle, die Informationen der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 7C ist eine dritte Tabelle, die Informationen der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 8 ist eine schematische Ansicht, die das Erscheinungsbild eines Roboterarms gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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< Anwendungsbeispiel>
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Ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Energieversorgungssystem 9 gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Motor 93, der ein Antriebsziel 94 antreibt, einen Motortreiber 92, der den Motor 93 mit Energie versorgt und den Motor 93 steuert, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 91, die Steuerbefehle für den Motor 93 an den Motortreiber 92 ausgibt, und eine Lasteinrichtung 95, die von einem kontaktlosen Energiesender (nachstehend beschrieben) des Motors 93 mit Energie versorgt wird.
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Die Bewegung des Antriebsziels 94 wird durch den Motortreiber 92 gesteuert, der den Motor 93 auf der Grundlage von Steuerbefehlen von der SPS 91 steuert. Obwohl nicht dargestellt, umfasst der Motor 93 einen Codierer, der den Zustand des Motors 93 erfasst und eine Rückmeldung an den Motortreiber 92 sendet. Mit anderen Worten ist der Motor 93 gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel ein sogenannter Servomotor, und das Energieversorgungssystem 9 gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel umfasst ein Servosystem.
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Außerdem umfasst der Motor 93 gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel eine Struktur zum Übertragen von Energie an die Lasteinrichtung 95 über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, das diese Struktur veranschaulicht. 2 veranschaulicht ein vereinfachtes Modell einer elektrischen Schaltung des Motors 93 und der Lasteinrichtung 95. Wie in 2 veranschaulicht, umfasst der Motor 93 gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel eine Antriebsspule 932 zum Antreiben des Antriebsziels 94 (mit anderen Worten zum Umwandeln von Energie in Bewegung des Rotors), eine Energieübertragungseinheit 931 zum Übertragen von Energie an die Lasteinrichtung 95 über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren und eine Energieextraktionseinheit 933 zum Extrahieren von Energie zur Energieübertragung von der Energieübertragungseinheit 931. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der Energieextraktionseinheit 933 nicht besonders beschränkt ist und die Energieextraktionseinheit 933 durch einen Pfad zum direkten Zuführen von Energie von dem Motortreiber 92 zu der Energieübertragungseinheit 931 konfiguriert sein kann und ein Teil des Pfads mit der Antriebsspule 932 geteilt werden kann.
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Ein spezifischer Modus der Energieextraktionseinheit 933, die Energie von der Antriebsspule 932 extrahiert, die eine Spuleneinheit des Motors 93 ist, wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Spuleneinheit 932 umfasst drei Phasen-Spulenabschnitte L5, L6 und L7 einer U-Phase, einer V-Phase bzw. einer W-Phase. Die Spulenabschnitte der Phasen sind in einer Y-Verbindung verbunden und der Abschnitt, in dem die Spulenabschnitte verbunden sind, entspricht einem Neutralpunkt. In 3 ist für den U-Phasen-Spulenabschnitt L5 die Induktivitätskomponente mit 51 bezeichnet und die Widerstandskomponente ist mit 52 bezeichnet. Auf ähnliche Weise ist für den V-Phasen-Spulenabschnitt L6 die Induktivitätskomponente mit 61 bezeichnet und die Widerstandskomponente ist mit 62 bezeichnet und für den W-Phasen-Spulenabschnitt L7 ist die Induktivitätskomponente mit 71 bezeichnet und die Widerstandskomponente ist mit 72 bezeichnet.
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Transformatorstrukturen 53, 63 und 73, die die Energieextraktionseinheit 933 bilden, sind für jede Phase angeordnet. Insbesondere ist für die U-Phase eine Primärspule 531 der U-Phasen-Transformatorstruktur 53 in Reihe mit dem Spulenabschnitt L5 verbunden, für die V-Phase ist eine Primärspule 631 der V-Phasen-Transformatorstruktur 63 in Reihe mit dem Spulenabschnitt L6 verbunden und für die W-Phase ist eine Primärspule 731 der W-Phasen-Transformatorstruktur 73 in Reihe mit dem Spulenabschnitt L7 verbunden. Ferner sind eine Sekundärspule 532 der U-Phasen-Transformatorstruktur 53, eine Sekundärspule 632 der V-Phasen-Transformatorstruktur 63 und eine Sekundärspule 732 der W-Phasen-Transformatorstruktur 73 mit der Energieübertragungseinheit 931 verbunden.
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Es sei angemerkt, dass das Windungsverhältnis (Verhältnis der Anzahl von Windungen in der Sekundärspule zu der Anzahl von Windungen in der Primärspule) für die Transformatorstrukturen aller Phasen im Wesentlichen gleich ist, aber unterschiedlich sein kann. Außerdem sind in dem in 3 veranschaulichten Modus die Transformatorstrukturen für alle drei Phasen angeordnet, wobei die Sekundärspulen mit der Energieübertragungseinheit 931 verbunden sind. Eine Transformatorstruktur kann jedoch nur für eine oder mehrere der drei Phasen angeordnet sein, wobei die Sekundärspule mit der Energieübertragungseinheit 931 verbunden ist.
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Durch Verwenden der Antriebsspule 932 und der Transformatorstrukturen 53, 63 und 73 mit einer solchen Konfiguration kann ein Teil der Energie, die von dem Motortreiber 92 an den Motor 93 geliefert wird, durch die Energieextraktionseinheit 933 extrahiert werden. Gemäß dieser Konfiguration wird, wenn der Motor 93 läuft, Energie ständig stabil an die Lasteinrichtung 95 geliefert, und somit sind Kabel, die mit der Lasteinrichtung 95 verdrahtet sind, nicht erforderlich. Dies ermöglicht, dass die Kabelverdrahtungsarbeit stark verringert wird und die Kosten verringert werden.
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Außerdem umfasst die Lasteinrichtung 95 eine Energieempfangseinheit 951, die Energie über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren empfängt. In diesem Beispiel entspricht die Lasteinrichtung 95 zum Beispiel einem Sensor, ist aber nicht auf einen Sensor beschränkt. Energie kann an eine im Ermessen stehende Einrichtung geliefert werden, die mit dem Energieversorgungsverfahren kompatibel ist.
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Wechselstromenergie wird von dem Motortreiber 92 an die Energieübertragungseinheit 931 und die Antriebsspule 932 geliefert. Wenn Energie an die Antriebsspule 932 geliefert wird, dreht sich der Rotor (nicht dargestellt) und das Antriebsziel 94 wird auf ähnliche Weise wie ein typischer Rotationsmotor angetrieben. Außerdem wird die Energie, die von der Energieextraktionseinheit 933 extrahiert und an die Energieübertragungseinheit 931 geliefert wird, über ein gewünschtes kontaktloses Energieversorgungsverfahren (z. B. das elektromagnetische Induktionsverfahren) an die Energieempfangseinheit 951 der Lasteinrichtung 95 übertragen, wodurch ein Strom in der Energieempfangseinheit 951 erzeugt wird. Der Strom, der in der Energieempfangseinheit 951 erzeugt wird, wird durch eine Gleichrichterschaltung (nicht dargestellt) innerhalb der Lasteinrichtung 95 in Gleichstrom umgewandelt, und durch den umgewandelten Gleichstrom wird Energie zum Betreiben der Lasteinrichtung 95 erzeugt.
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Außerdem umfasst die Lasteinrichtung 95 einen Sender (nicht dargestellt) zum Übertragen von Informationen an die SPS 91, die sich auf den Zustand der Energie beziehen, die von der Energieübertragungseinheit 931 empfangen wird (z. B. welcher Prozentsatz der Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung 95 zu betreiben, empfangen wurde). Auf der Grundlage der Informationen, die sich auf den Energieempfangszustand beziehen, überträgt die SPS 91 an den Motortreiber 92 einen Befehl, um die Versorgung der Energieübertragungseinheit 931 mit Energie (Strom) zu steuern, sodass nur die Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung 95 zu betreiben, durch die Lasteinrichtung 95 empfangen wird. Es ist zu beachten, dass ein Befehl direkt von der SPS 91 an die Energieübertragungseinheit 931 über drahtlose Kommunikation übertragen werden kann.
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Mit dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel kann der Motor 93 als eine Energieübertragungsbasis zur kontaktlosen Energieversorgung verwendet werden, und die Energieverdrahtung in einem Gerät, in dem der Motor 93 angeordnet ist, kann verringert werden.
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< Beispiel 1 >
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Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Energieversorgungssystems 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel veranschaulicht. 5 ist eine schematische Ansicht, die das Erscheinungsbild eines Roboterarms 100 veranschaulicht, der ein Beispiel einer Einrichtung ist, auf die das Energieversorgungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel angewendet werden kann.
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(Systemkonfiguration)
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Wie in 4 dargestellt, umfasst das Energieversorgungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Vielzahl von Motoren M1, M2 und M3, Motortreiber D1, D2 und D3, die die Motoren M1, M2 und M3 mit Energie versorgen und die Motoren M1, M2 und M3 steuern, eine SPS 11, die Befehle in Bezug auf die Steuerung der Motoren M1, M2 und M3 an die Motortreiber D1, D2 und D3 ausgibt, und eine Vielzahl von Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5, die von einem kontaktlosen Energiesender, der in den Motoren M1, M2 und M3 enthalten ist, mit Energie versorgt werden. Es ist zu beachten, dass durchgezogene Linienpfeile in 4 die Übertragung von Energie über drahtgebundene Kommunikation anzeigen, gestrichelte Linienpfeile die Übertragung von Energie über drahtlose Kommunikation anzeigen und strichpunktierte Linienpfeile die Übertragung und den Empfang von Informationen (Signalen) über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation anzeigen.
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Obwohl nicht dargestellt, ist eine Einrichtung (oder ein Element), die/das als ein Antriebsziel dient, mit jedem Motor M1, M2, M3 verbunden. Jeder Motor M1, M2, M3 umfasst eine Antriebsspule (nicht dargestellt) zum Antreiben des Antriebsziels und einen Energiesender (nicht dargestellt) zum Übertragen von Energie an mindestens eine der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren. Die Konfiguration jedes der Motoren M1, M2 und M3 kann ähnlich oder unterschiedlich zu der im Anwendungsbeispiel beschriebenen sein (z. B. kann eine Resonanzspule bereitgestellt sein und ein Magnetresonanzverfahren kann als das kontaktlose Energieversorgungsverfahren verwendet werden).
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Jede der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 umfasst einen Sender (nicht dargestellt) zum Übertragen von Informationen an die SPS 11, die sich auf den Empfangszustand der Energie beziehen, die von den Motoren M1, M2 und M3 übertragen wird. Die SPS 11 überträgt an die Motortreiber D1, D2 und D3 Befehle, um die Energieversorgung des Senders der Motoren M1, M2 und M3 auf der Grundlage der Energieempfangszustände der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 zu steuern. Der spezifische Ablauf der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung wird nachstehend noch beschrieben.
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(Systemausführungsform)
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Der in 5 dargestellte Roboterarm 100 ist ein Beispiel eines Geräts, auf das das Energieversorgungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel angewendet wird. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Roboterarm 100 einen Manipulatorabschnitt 30, einen Armabschnitt 20 und eine Steuereinheit 10 als Hauptkomponenten.
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Der Manipulatorabschnitt 30 ist so konfiguriert, dass er über eine Vielzahl von Aktuatoren (nicht dargestellt) geöffnet und geschlossen werden kann und greift ein Werkstück W, das ein Greifziel ist, durch Übergang von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand. Ferner ist der Manipulatorabschnitt 30 mit einer Kamera 32 versehen, und ein Bild des Werkstücks W wird von der Kamera 32 aufgenommen. Die Steuereinheit 10 führt eine Bildverarbeitung an dem aufgenommenen Bild durch, um die Position und Form des Werkstücks W zu identifizieren, und steuert den Armabschnitt 20 und den Manipulatorabschnitt 30.
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Außerdem sind Drucksensormodule 31 a, 31 b, ..., die eine Anordnung von Drucksensoren umfassen, auf der Seite des Manipulatorabschnitts 30 angeordnet, auf der das Werkstück W gegriffen wird. Die Greifkraft am Manipulatorabschnitt 30 wird gemessen, indem eine Gleichspannung an die Drucksensoren angelegt wird, die die Drucksensormodule 31a, 31 b, ... bilden, und der Druck auf der Grundlage von Widerstandswerten berechnet wird, die als Reaktion auf die Last bestimmt werden, die an die Drucksensoren angelegt wird.
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Der Armabschnitt 20 umfasst eine Vielzahl von bewegbaren Abschnitten 21 a, 21b und 21c, und die bewegbaren Abschnitte sind so konfiguriert, dass sie über Aktuatoren wie Servomotoren drehbar sind. Somit kann der Manipulatorabschnitt 30 innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs bewegt werden. Außerdem umfassen die Aktuatoren, die die bewegbaren Abschnitte 21a, 21b und 21c bilden, einen Energiesender zum Zuführen von Energie über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren, wie nachstehend beschrieben wird.
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Die Steuereinheit 10 umfasst einen Motortreiber und eine SPS. Die Steuereinheit 10 führt eine Eingabe und Ausgabe verschiedener Arten von Informationen durch und führt eine arithmetische Verarbeitung durch und steuert den gesamten Roboterarm 100 durch Steuern der Aktuatoren und dergleichen. Die Steuereinheit 10 kann ferner ein Universalcomputersystem umfassen, das eine CPU (Prozessor), eine Hauptspeichereinrichtung (Speicher), eine Hilfsspeichereinrichtung (eine Festplatte usw.), eine Eingabeeinrichtung (eine Tastatur, eine Maus, eine Steuerung, ein Berührungsfeld usw.) und eine Ausgabeeinrichtung (eine Flüssigkristallanzeige, einen Lautsprecher usw.) umfasst.
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Die Steuereinheit 10 steuert gemäß einem vorbestimmten Programm oder als Reaktion auf das Empfangen einer Eingabe von einem Benutzer den Manipulatorabschnitt 30 und den Armabschnitt 20, um das Werkstück W innerhalb des Betriebsbereichs zu greifen, zu bewegen und freizugeben.
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Auch im Roboterarm 100 gemäß dem vorliegenden Beispiel werden die Vielzahl von bewegbaren Abschnitten 21a, 21b und 21c des Armabschnitts 20 und die Aktuatoren des Manipulatorabschnitts 30 über drahtgebundene Kommunikation von der Steuereinheit 10 mit Energie versorgt. Die Drucksensormodule 31a, 31b, ... und die Kamera 32 werden jedoch über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren von den bewegbaren Abschnitten 21a, 21b und 21c mit Energie versorgt.
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Das heißt, im Roboterarm 100 entsprechen die Aktuatoren der bewegbaren Abschnitte 21a, 21b und 21c den Motoren M1, M2 und M3 des Energieversorgungssystems 1, die Steuereinheit 10 entspricht der SPS 11 und den Motortreibern D1, D2 und D3 und die Drucksensormodule 31a, 31b, ..., die Kamera 32 und dergleichen entsprechen den Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5.
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(Verarbeitung der Anpassung der Übertragungsenergie von Motoren)
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Als nächstes wird der Ablauf der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung beschrieben, die durch das Energieversorgungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel durchgeführt wird. 6 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung veranschaulicht, die durchgeführt wird, wenn die Einrichtungen, die dem Energieversorgungssystem 1 zugeordnet sind, gestartet werden.
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Wie in 6 veranschaulicht, wird, wenn die Einrichtungen, die dem Energieversorgungssystem 1 zugeordnet sind, gestartet werden, zuerst die Verarbeitung einer Schleife L1, die nachstehend beschrieben wird, wiederholt für jeden Motor M1, M2, M3 durchgeführt. In der Schleife L1 wird zuerst Energie von einem der Motortreiber D1, D2 und D3 an den Energiesender eines entsprechenden Motors auf der Grundlage eines Befehls von der SPS 11 geliefert. Als Reaktion darauf wird die Energieversorgung der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren gestartet (S101). Als nächstes werden Informationen, die sich darauf beziehen, welcher Prozentsatz der Energie (nachstehend auch als erforderliche Betriebsenergie bezeichnet), die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung zu betreiben, empfangen wurde, drahtlos von den Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 an die SPS 11 übertragen (S102). Dann speichert die SPS 11 die übertragenen Informationen (S103) und weist den entsprechenden Motortreiber an, die Energieversorgung des Energiesenders des Motors zu stoppen (S104). Wenn die Energieversorgung von einem Motor zu jeder Lasteinrichtung auf diese Weise gestoppt wird, endet die Verarbeitung der einen Schleife L1.
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Nachdem die Reihe der Verarbeitung der Schleife L1 für alle Motoren durchgeführt wurde, verweist die SPS 11 auf die Daten, die im Schritt S103 jeder Schleife erhalten wurden, und beurteilt, ob es eine Lasteinrichtung der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 in dem System gibt, für die die Gesamtmenge der empfangenen Energie von den Motoren M1, M2 und M3 die erforderliche Betriebsenergie nicht erfüllt (S105). Dabei wird in einem Fall, in dem beurteilt wird, dass es keine Lasteinrichtung gibt, für die die Gesamtmenge der empfangenen Energie von den Motoren M1, M2 und M3 die erforderliche Betriebsenergie nicht erfüllt, die Energieversorgung der Energiesender aller Motoren ähnlich der Energieversorgung im Schritt S101 der Schleife L1 gestartet (S106), und die Reihe der Verarbeitung endet.
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Andererseits wird im Schritt S105 in einem Fall, in dem beurteilt wird, dass es eine Lasteinrichtung gibt, für die die Gesamtmenge der empfangenen Energie von den Motoren M1, M2 und M3 die erforderliche Betriebsenergie nicht erfüllt, eine Verarbeitung durchgeführt, um die Energieausgabe der Energiesender der Motoren M1, M2 und M3 derart zu erhöhen, dass Energie, die zum Betreiben der Lasteinrichtung erforderlich ist, allen Lasteinrichtungen zugeführt wird.
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Insbesondere wird, um einen Zustand zu erreichen, in dem die empfangene Energie jeder Lasteinrichtung die erforderliche Betriebsenergie oder größer ist, eine Verarbeitung durchgeführt, um potentielle Kombinationen zu ermitteln, um welchen Prozentsatz die Energieübertragungsausgabe der Energiesender der Motoren M1, M2 und M3 zu erhöhen ist, wobei die Energieausgabe in einem Fall der Energieübertragung im Schritt S101 der Schleife L1 als 100 % definiert ist (S107). Dann wird aus den ermittelten potentiellen Kombinationen die Kombination mit der minimalen Gesamtmenge der Energie, die von den Energiesendern der Motoren M1, M2 und M3 übertragen wird, ausgewählt (S108). Nachstehend wird die Verarbeitung des Schritts S107 und des Schritts S108 unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Die Tabellen in 7A, 7B und 7C zeigen die Beziehung zwischen der Energie, die von den Energiesendern der Motoren M1, M2 und M3 übertragen wird, und der Energie, die von den Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 empfangen wird. Die Übertragungsenergie 1 in der Spalte „Übertragungsenergie“ stellt die Energie dar, die von dem Energiesender des Motors M1 übertragen wird. Die Übertragungsenergie ist als Prozentsatz aufgeführt, wobei die Energieausgabe nach der Energieübertragung im Schritt S101 der Schleife L1 als 100 % definiert ist. Auf ähnliche Weise stellt die Übertragungsenergie 2 die Energie dar, die von dem Energiesender des Motors M2 übertragen wird, und die Übertragungsenergie 3 stellt die Energie dar, die von dem Energiesender des Motors M3 übertragen wird.
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Außerdem stellt die Last 1 in der Spalte „empfangene Energie“ die Energie dar, die von dem Energieempfänger der Lasteinrichtung E1 empfangen wird. Die empfangene Energie ist als Prozentsatz aufgeführt, wobei die Energie, die erforderlich ist, um die Lasteinrichtung zu betreiben, als 100 % definiert ist. Auf ähnliche Weise stellt die Last 2 die Energie dar, die von der Lasteinrichtung E2 empfangen wird, die Last 3 stellt die Energie dar, die von der Lasteinrichtung E3 empfangen wird, die Last 4 stellt die Energie dar, die von der Lasteinrichtung E4 empfangen wird, und die Last 5 stellt die Energie dar, die von der Lasteinrichtung E5 empfangen wird.
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Die Tabelle in 7A zeigt die empfangene Energie an jeder der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5, wenn Energie von den Energiesendern der Motoren M1, M2 und M3 im Schritt S101 der Schleife L1 übertragen wird. Gemäß der Tabelle ist ersichtlich, dass die Energie, die von den Lasteinrichtungen E2, E3 und E4 empfangen wird, geringer als die erforderliche Betriebsenergie ist. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem die Beurteilung im Schritt S105 auf der Grundlage des in der Tabelle in 7A gezeigten Zustands erfolgt, geht die Verarbeitung zum Schritt S107 über.
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Andererseits zeigen die Tabellen in 7B und 7C einen Zustand, in dem die Übertragungsenergie der Motoren M1, M2 und M3 um einen Multiplikationsfaktor vom Zustand von 7A derart erhöht wurde, dass Energie, die ausreicht, um die erforderliche Betriebsenergie zu erfüllen, von jeder der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 empfangen werden kann. Mit anderen Worten zeigen 7B und 7C Beispiele für die potentiellen Kombinationen, die im Schritt S107 ermittelt wurden.
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In der Tabelle in 7B wird die Übertragungsenergie von allen Energiesendern um das 1,2-fache für die Übertragungsenergie 1, um das 2-fache für die Übertragungsenergie 2 und um das 1,2-fache für die Übertragungsenergie 3 erhöht. Andererseits wird in der Tabelle in 7C nur die Übertragungsenergie 2 auf das 2,5-fache erhöht und die Übertragungsenergie 1 und die Übertragungsenergie 3 werden nicht erhöht.
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Hier ermöglichen, durch Vergleichen der Tabellen in 7B und 7C, beide Kombinationen, dass Energie, die ausreicht, um die erforderliche Betriebsenergie zu erfüllen, von allen Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 empfangen wird. Das „Gesamt“-Feld für die Übertragungsenergie in 7B beträgt jedoch 440 %, verglichen mit 450 % für das „Gesamt“-Feld für die Übertragungsenergie in 7C. Das heißt, die Gesamtmenge der Energie, die von den Energiesendern der Motoren M1, M2 und M3 übertragen wird, ist in 7B geringer als in 7C. Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem die im Schritt S107 ermittelten potentiellen Kombinationen die beiden Muster der in 7B angegebenen Kombination und der in 7C angegebenen Kombination sind, im Schritt S108 die Kombination von 7B ausgewählt.
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Sobald die Kombination mit der minimalen Gesamtmenge der Energie, die von den Energiesendern der Motoren M1, M2 und M3 übertragen wird, auf diese Weise im Schritt S108 ausgewählt ist, gibt die SPS 11 einen Befehl an die Motortreiber D1, D2 und D3 aus, die Energieversorgung der Energiesender der Motoren M1, M2 und M3 mit dem Multiplikationsfaktor der Kombination zu starten (S109), und dann endet die Reihe der Verarbeitung.
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Es sei angemerkt, dass nach dem Systemstart (das heißt, nachdem die Energieversorgung gestartet wurde) die Energieempfangszustände der Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 weiter überwacht werden. In einem Fall, in dem die empfangene Energie die erforderliche Betriebsenergie nicht mehr erfüllt, wird eine entsprechende Warnung ausgegeben.
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Mit dem oben beschriebenen Energieversorgungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel kann die Vielzahl von Motoren als eine Energieübertragungsbasis zur kontaktlosen Energieversorgung verwendet werden, und die Vielzahl von Lasteinrichtungen in der Einrichtung, in der die Motoren angeordnet sind, kann drahtlos mit Energie versorgt werden. Außerdem kann die Übertragungsenergie derart angepasst werden, dass Energie, die zum Betreiben aller der Vielzahl der Lasteinrichtungen ausreichend ist, über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren übertragen werden kann und die vom Energiesender übertragene Energie minimiert wird. Dies ermöglicht einen effizienten Systembetrieb.
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(Modifiziertes Beispiel)
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Als Nächstes wird ein modifiziertes Beispiel des Energieversorgungssystems gemäß Beispiel 1 beschrieben. 8 ist ein Diagramm, das einen Roboterarm 200 gemäß dem modifizierten Beispiel von Beispiel 1 veranschaulicht. Der Roboterarm 200 gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel weist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie der Roboterarm 100 gemäß Beispiel 1 auf. Daher werden Konfigurationen, die denjenigen in dem Roboterarm 100 gemäß Beispiel 1 ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden hier nicht beschrieben.
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Wie in 8 dargestellt, unterscheidet sich das vorliegende modifizierte Beispiel von Beispiel 1 darin, dass eine Kamera 40 (die der Lasteinrichtung entspricht) als ein separates Element von dem Roboterarm 200 konfiguriert ist und ein Mikrowellenverfahren als das kontaktlose Energieversorgungsverfahren verwendet wird. Mit anderen Worten, ein Energiesender (nicht dargestellt) umfasst eine Antenne zum Senden von Mikrowellen, und ein Energieempfänger umfasst eine Antenne zum Empfangen von Mikrowellen. Außerdem werden die Mikrowellen, die bei der Energieübertragung verwendet werden, mit Richtungswirkung gesendet, und die Steuereinheit 10 steuert die Übertragungsrichtung.
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Außerdem kann gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel bei der Übertragungsenergieanpassungsverarbeitung, die beim Systemstart ausgeführt wird, wenn die Energie, die von den Lasteinrichtungen E1, E2, E3, E4 und E5 empfangen wird, angepasst wird, die Energie, die von jeder Lasteinrichtung E1, E2, E3, E4, E5 empfangen wird, durch die Steuereinheit 10, die die Übertragungsrichtung der Mikrowellen steuert, auf die erforderliche Betriebsenergie angepasst werden.
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<Sonstiges>
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Die vorstehend beschriebenen Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Modi beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen sind innerhalb des Umfangs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung möglich. Zum Beispiel ist in den vorstehend beschriebenen Beispielen ein Roboterarm eine Ausführungsform des Energieversorgungssystems. Die Offenbarung kann jedoch auf jede Einrichtung einschließlich eines Motors angewendet werden, wie etwa verschiedene Arten von Robotern und Fördereinrichtungen.
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In den vorstehend beschriebenen Beispielen umfasst die Systemkonfiguration zudem drei Motortreiber, drei Motoren und fünf Lasteinrichtungen, wobei jedoch keine Beschränkung beabsichtigt ist. Energie und Signale können von einem Motortreiber an alle Motoren übertragen werden. Ferner kann das Energieversorgungssystem einen Teil eines Energiesenders umfassen, der vom Motor getrennt ist.
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<Ergänzung 1>
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Ein Energieversorgungssystem (9) umfasst mindestens einen Elektromotor (93), der einen Energiesender (931) umfasst, der konfiguriert ist, um Energie über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren an eine Lasteinrichtung (95) zu übertragen, die mit Energie versorgt werden soll; und mindestens eine Lasteinrichtung (95), die einen Energieempfänger (951) umfasst, der konfiguriert ist, um die von dem Energiesender übertragene Energie zu empfangen.
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<Ergänzung 2>
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Ein Verfahren zum Steuern eines Energieversorgungssystems (1), das einen Elektromotor (M1, M2, M3), der einen Energiesender umfasst, der konfiguriert ist, um Energie über ein kontaktloses Energieversorgungsverfahren an eine Lasteinrichtung zu übertragen, die mit Energie versorgt werden soll, eine Steuerung (11), die konfiguriert ist, um die Energieversorgung des Energiesenders und/oder eine Richtung der Energieübertragung von dem Energiesender zu steuern, und eine Vielzahl von Lasteinrichtungen (E1, E2, E3, E4 und E5), die jeweils einen Energieempfänger umfassen, der konfiguriert ist, um Energie zu empfangen, die von dem Energiesender übertragen wird, und eine drahtlose Kommunikationseinheit, die konfiguriert ist, um an die Steuerung Energieempfangsinformationen zu übertragen, die sich auf einen Energieempfangszustand der Energie beziehen, die von dem Energiesender an den Energieempfänger übertragen wird, umfasst, umfasst: einen Energieempfangszustandsprüfschritt (L1) zum Durchführen, einzeln und nacheinander für alle Elektromotoren, einer Sequenz zum Übertragen von Energie von dem Energiesender des Elektromotors und Übertragen der Energieempfangsinformationen, die sich auf die Energie beziehen, die an alle Lasteinrichtungen übertragen wird, an die Steuerung; und einen Steuerschritt (S107, S108, S109) zum Steuern, auf der Grundlage von Informationen, die im Energieempfangszustandsprüfschritt ermittelt werden, der Energieversorgung aller Energiesender und/oder einer Richtung der Energieübertragung von dem Energiesender derart, dass ein Gesamtwert der Energie, die von allen Elektromotoren durch alle Lasteinrichtungen empfangen wird, gleich oder größer als ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Lasteinrichtungen zu betreiben, und ein Gesamtwert der Energie, die den Energiesendern aller Elektromotoren zugeführt wird, minimiert wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1,9
- Energieversorgungssystem
- 11,91
- PLC
- 92,D1,D2,D3
- Motortreiber
- 93,M1,M2,M3
- Motor
- 931
- Energieübertragungseinheit
- 932
- Antriebsspule
- 933
- Energieextraktionseinheit
- 94
- Antriebsziel
- 95,E1,E2,E3,E4,E5
- Lasteinrichtung
- 951
- Energieempfangseinheit
- 100.200
- Roboterarm
- 10
- Steuereinheit
- 20
- Armabschnitt
- 21a, 21b, 21c
- bewegbarer Abschnitt
- 30
- Manipulatorabschnitt
- 31a, 31b
- Drucksensormodul
- 32,40
- Kamera
- W
- Werkstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019/163000 [0003]
- WO 2013/136627 [0003]
