DE69321325T2

DE69321325T2 - Kontaktlose leistungsübertragungsvorrichtung, kontaktlose signalübertragung, maschine mit getrennten teilen zu deren verwendung und deren regelungsverfahren

Info

Publication number: DE69321325T2
Application number: DE69321325T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Tokyo Plants K.K. Iruma-Shi Saitama 358 Hamamoto; Yoshiji Tokyo Plants K.K. Yaskawadenki Iruma-Shi Saitama 358 Hiraga; Junji Tokyo Plants K.K. Yaskawa Denki Iruma-Shi Saitama 358 Hirai; Kenji 0Okyo Plants K.K. Yaskawa Denki Iruma-Shi Saitama 358 Hirose; Yuji Tokyo Plants K.K. Yaskawadenk Saitama 358 Nitta; Kenji Tokyo Plants K.K. Yaskawa Denki Iruma-Shi Saitama 358 Nomura
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2013-06-19
Also published as: EP0844627A2; EP0845794A1; US5770936A; EP0598924A4; US5798622A; JP3142570B2; DE69321325D1; WO1993026020A1; US5637973A; EP0844627A3; EP0598924A1; EP0845793A1; EP0598924B1; KR100309240B1; US5818188A; EP0851441A1; KR940702307A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übertragungsmechanismus, der elektrische Leistung oder Signale in eine elektrische Ladung überträgt, die in einer beweglichen oder drehbaren Einheit vorgesehen ist, und eine mechanische Einrichtung des geteilten oder gespaltenen Typs, die einen derartigen Übertragungsmechanismus verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Steuerverfahren für die mechanische Einrichtung des gespalteten Typs.

Hintergrund der Erfindung

In letzter Zeit gibt es einen wachsenden Bedarf an einer automatischen Dezentralisierung Bearbeitungssystems in einem ganzen Maschinensystem, das Roboter und Maschinenwerkzeuge umfaßt, wobei das Maschinensystem in unabhängige funktionelle Einheiten aufgeteilt wird, die eigene Steuerfunktionen und Bearbeitungsfunktionen ausführen, d. h. autonome Einheiten, wobei diese Einheiten, die ihre Unabhängigkeit beibehalten, koordinierte maschinelle Arbeiten ausführen, indem zwischen einer statischen Funktionseinheit (hier später als statische Einheit bezeichnet) und einer beweglichen funktionellen Einheit als auch zwischen den beweglichen Funktionseinheiten untereinander Verbindungen hergestellt werden, um Befehle und Informationen auszutauschen.
Teilt man das Bearbeitungssystem auf diese Weise in mehrere funktionelle Einheiten auf, werden optimale Kombinationen einer Vielzahl von Funktionseinheiten ermöglicht, die je nach Anforderung der Lage an jeden besonderen Arbeitszweck angepaßt werden können und folglich den Vorteil bieten, daß eine einzelne Maschinenanlage dazu dienen kann, eine breite Variation Funktionen auszuführen.
Es ist jedoch keineswegs offensichtlich, das Prozeßsystem in funktionelle Einheiten aufzuteilen. Zu bestimmen, in welchem Ausmaß die Vorrichtungen in einem Maschinensystem zu einer Einheit zusammengeschlossen werden sollen, stellt ein technisches Problem dar. Außerdem ist zu wünschen, daß das Anbringen und Entfernen jeder funktionellen Einheit einfach ist und außerdem, daß ein elektrisches Leistungsübertragungssystem und ein Kommu nikationssystem zwischen einer beweglichen funktionellen Einheit und der statischen Einheit einfach aufgebaut werden kann, indem die bewegliche funktionelle Einheit an der statischen Einheit angebracht wird. Dies ist besonders für das Gebiet der Maschinenwerkzeuge wesentlich, um die gesamte Automatisierung des Betriebs von Einspanneinrichtungen zu verwirklichen und zur elektronischen Steuerung von Vorgängen, wie Positionieren, Zentrieren und Einspannen eines Werkstücks auf eine Palette, wenn es sich von einem Aufbauprozeß in einen Arbeitsprozeß bewegt.
Außerdem entsteht zusätzlich der Wunsch, daß es sogar in dem Fall, daß eine funktionelle Einheit, zum Beispiel ein Servomotor, von der statischen Einheit nicht körperlich abgetrennt werden kann, einen Weg gibt, den Servomotor zu steuern, der auf einem rotierenden Körper, der mehrere Umdrehungen durchläuft, angetrieben wird. Dies findet zum Beispiel in solchen Fällen Anwendung, wie zum Beispiel dem geradlinigen Antrieb eines Maschinenständers, der auf das Ende einer Hauptwelle eines Maschinenwerkzeugs montiert ist, durch einen elektrischen Motor, oder den elektrischen Antrieb eines Drehbankkopf-Einspannbereichs, oder in einem Fall, in dem die Hauptwelle eines elektrischen Motors auf einen rotierenden Teiltisch montiert ist. In einem solchen Fall ist es notwendig, daß das elektrische Leistungsübertragungssystem und das Kommunikationssystem bei jeder Rotation des rotierenden Körpers immer stabil arbeiten, damit die Steuersignale und die elektrische Energie zum Antrieb des elektrischen Motors von einer statischen Einheit zugeführt werden.
Als nächstes wird ein allgemeiner Überblick über den für die vorliegende Erfindung relevanten Stand der Technik aus dem Blickwinkel des oben beschriebenen gegenwärtigen Status des Maschinenbaus gegeben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Grundstruktur einer elektrischen Motorsteuerung nach dem Stand der Technik zeigt.
Eine Stromquelle 11 führt elektrische Energie mit der handelsüblichen Frequenz zu und überführt die Hauptzuführung S12 und die Energiezuführung S13 für die Steuerung auf das Steuergerät 12. Das Steuergerät 12, das durch eine Energiezuführung S13 für die Steuerung angetrieben wird, besteht aus einem Positionsverstärker 12&sub1;, einem Geschwindigkeitsver stärker 12&sub2;, einer Differenzschaltung 12&sub3;, einem Stromverstärker 12&sub4; und einem Energieschalter 12&sub5;, wobei es die Hauptzuführung S12 für Energie moduliert und dem Servomotor 13 als Antwort auf einen Positionsbefehl S11, der von einem weiter oben liegenden System zugeführt wird, zuführt. Der Detektor 14 ermittelt die Position des Servomotors 13 und gibt ein Positionssignal S15 an den Positionsverstärker 12&sub1; (Positionsschleife) zurück. Der Positionsverstärker 12&sub1; erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl aus dem Positionsbefehl S11 und dem Positionssignal S15. Die Differenzschaltung 12&sub3; differenziert das Positionssignal S15 und erzeugt ein Geschwindigkeitssignal. Der Geschwindigkeitsverstärker 12&sub2; gibt das Geschwindigkeitssignal und den Geschwindigkeitsbefehl ein und ein Drehmomentsignal (Geschwindigkeitsschleife) aus. Der Stromverstärker 12&sub4; vergleicht den Drehmomentbefehl und das Stromsignal (den vom Detektor ermittelten Stromwert) S14 und moduliert den Strom, der dem Servomotor 13 zugeführt wird, indem der Stromschalter 12&sub5; gesteuert wird. Auf diese Weise wird die Steuerung eines dem Stand der Technik entsprechenden Servomotors durchgeführt, wobei ein Servosteuersystem eine Energiequelle, einen Positionsdetektor und eine Servosteuerung umfaßt, die alle unter der Voraussetzung, daß keines der Bauteile entfernt wird, befestigt sind.
Auf dem Gebiet der Bearbeitung mit Maschinenwerkzeug, wird die Arbeit zum Beispiel durchgeführt, indem die Positionierung eines Werkzeughalters 24 am Ende der Hauptwelle 21 (Vorderseite des Maschinenzentrums) gesteuert wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, oder ein Werkzeug 34 über Einspanneinrichtungen 33 eingespannt wird, die durch einen Motor 32 für den Einspannvorgang am Ende der Welle des Hauptmotors 31 angetrieben wird, oder einer Spindeleinheit, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, über einen Signalaustausch mit der Rotationswelle und eine zusätzliche Energiezuführung, bei der es sich um eine andere als die Rotationsenergie auf den Rotationswelle handelt, gesteuert wird. In derartigen Fällen sind jedoch, da die Zuführung von elektrischer Energie und Signalen nach dem Stand der Technik nicht einfach erreicht werden kann, Verfahren verwendet worden, wie das Anordnen einer koaxialen Welle 43 in eine hohle Welle des Hauptmotors 41 oder einer Spindeleinheit, um Energie in Form mechanischer Energie zu übertragen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Aber aufgrund von Problemen, die mit der Verarbeitungsgenauigkeit und langfristige Betriebssicherheit in Beziehung stehen, ist es extrem schwierig, diesen Lösungsweg mit niedrigen Kosten zu verwirklichen. Fig. 4 zeigt einen Fall, in dem mechanische Energie verwendet wird, um die Kegelradgetriebe 441, 442 anzutreiben, so daß sie eine fahrbare Lagerstütze bewegen.
Bei der Arbeit mit Maschinenwerkzeugen besteht ebenfalls ein großer Bedarf, ein Betätigungsglied zu steuern, das an einem Ende einer Hauptwelle vorgesehen ist, und andererseits, um Informationen an ein Werkstück zu senden, eine Einspanneinrichtung oder ein Werkzeug am Ende der Hauptwelle zu steuern, oder die Bedingungen für diese Komponenten mit Hilfe eines Detektors aufzuzeichnen. In einer Einspanneinrichtung, die an dem Ende eines Spindelkopfes angebracht ist, der mit einem hydraulischen Zylinder angetrieben wird, ist es erwünscht, eine On-Line-Steuerung über eine Rückmeldung des Einspanndrucks zu bewirken, da der effektive Einspanndruck aufgrund der Zentrifugalkraft, die auf das Werkstück ausgeübt wird, abnimmt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel zunimmt. Sogar, wenn eine aktuelle Steuerung des Einspanndrucks nicht realisiert werden kann, bleibt ein Bedarf für die On-Line-Aufzeichnung des Einspanndrucks.
Die Beobachtung des Zustands eines Werkzeugs während des Arbeitsvorgangs, das während der Bearbeitung am Ende eines Spindel befestigt wird, die Voraussage des Bruchs eines Werkzeugs oder Bestätigung des Bruchs eines Werkzeugs sind wesentliche Punkte, um eine kontinuierlich 24-Stunden-Bearbeitung in einer FMC zu bewirken. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, eine Sensorinformation (zum Beispiel eine Information über die Temperatur der Werkzeugspitze, der Schwingung, akustischen Emission etc.) zu haben, die am Ende der Hauptwelle abgetastet wird und während der Bearbeitung zu einer NC-Steuervorrichtung in Echtzeit zurückgeführt wird. Es ist ferner notwendig, eine gemessene Information über die Position an einem Ort vor dem Spindelkopf zu haben (zum Beispiel dem Zwischenraum zwischen Werkzeug und Werkstück), und mehr grundsätzlich, eine Rückkopplung der Sequenzsignale, wie Begrenzungsschaltersignale in einer ATC eines Sammelspannfutters.
Wie oben erklärt worden ist, kann trotz der starken Nachfrage nach dem Erhalt von On-line- Informationen jenseits der Hauptwelle, keine Übertragung von Information über eine Verdrahtung angewendet werden, da dies die Schwierigkeit einer Verdrahtung von einem mit hoher Geschwindigkeit rotierendem Teil zu einem statischen Teil beinhaltet. Ferner müssen, um diese Informationen zuverlässig zu erhalten, die Detektoren in fast allen Fällen an das Ende der Hauptwelle montiert sein, und folglich müssen die Detektoren von außen mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist denkbar, Batterien an ein Ende der Hauptwelle zu montieren, um Energie zuzuführen, aber gewöhnlich ist es aufgrund eines großen Anstiegs an Gewicht des Teils, das sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, als auch aufgrund der Schwierigkeit, die Batterien auszutauschen, nicht praktikabel. Die direkte Kopplung eines drehbaren elektrischen Generators an die Hauptwelle, um Energie über die Rotation der - Hauptwelle zu erhalten, ist ebenfalls denkbar, aber dieser Weg würde keine ausreichende Energie bereitstellen, wenn die Welle steht oder mit niedriger Geschwindigkeit rotiert. Folglich besteht bei einigen Verfahren weiterhin die Notwendigkeit, elektrische Energie für die Detektoren vom statischen Teil zum Ende der Hauptwelle zu übertragen und umgekehrt mit Hilfe des mit Hochgeschwindigkeit rotierenden Teils und unabhängig vom rotierenden Zustand der Hauptwelle Detektorinformation vom Ende der Hauptwelle auf den statischen Teil zu übertragen.
Als ein dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren gibt es Beispiele, in denen die Energiezuführung und die Signalübertragung durchgeführt werden, indem Schleifringe koaxial zu der Hauptwelle angeordnet werden. Dieses Verfahren hat sich jedoch als nicht praktikabel dahingehend erwiesen, daß die Hauptwelle mit hohen Geschwindigkeiten von über mehreren Tausend Upm rotiert, da es eine Neigung zu Problemen gibt, wie Geräuscherzeugung, verursacht durch Kontaktabrieb und schlechten Kontakt.
Bei Mehrgelenk-Robotern und SCARA-Robotern ist die Energieeinspeisung und die Signalübertragung für jede Ausgabewelle eines Servomotors durch eine große Anzahl an Drähten erreicht worden; es traten jedoch dahingehend Probleme auf, daß der Bewegungsbereich des Roboterarms durch die Seitendrehung der Verdrahtung beschränkt ist und sich innerhalb von langen Zeiträumen wiederholende Operationen zu einer Ermüdung und einem Bruch der Verdrahtung führen.
In bezug auf Mehrgelenk-Roboter ist eine Lösung des oben beschriebenen Problems in bezug auf die seitliche Verdrehung in der Japanischen Patentoffenlegung 93-13796 vorgeschlagen worden. In diesem Mehrgelenk-Roboter wird ein erster Arm durch einen Motor mit Gleichstromantrieb angetrieben, der in die statische Welle montiert ist. Ein zweiter Arm und eine Werkzeugwelle werden mit Hilfe von Riemenscheiben angetrieben, die von einer statischen Welle gehalten werden. Die Rotationswelle des zweiten Arms, die Werkzeugwelle und die Rotationsübertragungseinrichungen (Ablenkriemen) verknüpfen die Riemenscheiben. Bei der Verdrahtung ist ein erster Schleifring um die Außenseite des Motors mit Gleichstromantrieb vorgesehen, um den ersten Arm anzutreiben, ein dritter Schleifring um die Außenseite der Werkzeugwelle am Ende des zweiten Arms vorgesehen, und eine Verdrahtung in der Basis mit Hilfe des ersten Schleifrings mit dem dritten Schleifring über die hohle Rotationswelle am Ende des ersten Arms verbunden und ferner über die hohle Werkzeugwelle mit der Hand verbunden. Auf diese Weise stören ein erster Arm, ein zweiter Arm und das Handgelenk einander nicht, und es ist eine Rotation von mehr als 360º möglich, ohne daß sich der Draht verwickelt oder bricht. In diesem Mehrgelenk-Roboter wird der Schleifring jedoch zur Übertragung von elektrischer Energie und Signalen auf die Hauptwelle verwendet.
Zusätzlich zur Verwendung bei Mehrgelenk-Robotern, wie sie oben beschrieben werden, sind Kontakt-Schleifringe zur Übertragung von Energie und Kommunikationssignalen auf mehrfach rotierende Körper verwendet worden. Hier ist jedoch die Verbesserung der Zuverlässigkeit durch Probleme der Stabilität und Elektrodenabnutzung während der Hochgeschwindigkeitsrotation begrenzt. Ferner ist die Anwendung dieses Verfahrens mit Elektrodenkontakt aufgrund von Problemen, einen zuverlässigen elektrischen Kontakt aufrechtzuerhalten, wenn sie Metallspänen und Schneidöldampf ausgesetzt sind, der in der Arbeitsumgebung von Arbeitsmaschinen vorkommt, im wesentlichen unmöglich.
Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung, die in der EP-A-0374749 offenbart ist, weist einen einzelnen magnetischen Kern mit einem zentralen zylindrischen Bereich und einem ringförmigen Umfangsbereich auf. Die Primärspulen, die mit dem statischen Teil verbunden sind, sind in radialem Abstand zueinander um den zentralen zylindrischen Bereich gewickelt. Die Sekundärspule, die mit der Rotationseinheit verbunden ist, ist axial in den Raum, der zwischen den Primärspulen gebildet wird, eingefügt. Die elektrische Energie wird elektromagnetisch zwischen Primär- und Sekundärspule übertragen, wobei die magnetische Schaltung, die aus einem einzelnen magnetischen Kern besteht, dazwischen liegt.
Um eine Sekundärspule axial in den Raum, der von dem magnetischen Kern umgeben ist, einzuführen, muß eine Öffnung in dem magnetischen Raum vorgesehen sein, durch den die Sekundärspule in den Raum eingeführt werden muß. Diese Öffnung verursacht eine Undichtigkeit für den magnetischen Fluß, was schlechtere Übertragungseigenschaften als auch einen niedrigeren Übertragungswirkungsgrad mit sich bringt, verursacht durch einen Verlust an zu übertragender Energie. Tatsächlich ist bekannt, daß dieser Typ Leistungsübertragungsvorrichtung geeignet ist, nur eine geringe elektromagnetische Energie zu übertragen. Da die Richtung der Verschiebung der Sekundärspule in den Raum in dem magnetischen Kern nur in axialer Richtung beschränkt ist, ist außerdem die Freiheit der Wahl der Richtung, mit der die Sekundärspule in die Nähe der Primärspule gebracht wird, gering. Dies bewirkt, daß die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung schwierig für statische und rotierende Einheiten beliebiger Form und Funktion verwendet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Leistungsübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die ohne direkten elektrischen Kontakt, elektrische Energie auf einen beweglichen oder mehrfach beweglichen Körper übertragen kann, und die oben erwähnten Probleme berücksichtigt.
Diese Probleme werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen den Anspruchs 1 gelöst.
Da sich die magnetische Weglänge der magnetischen Schaltung ungeachtet beliebiger Rotationen der Rotationseinheit nicht verändert, ist sie rotationsunabhängig. Folglich hängt der magnetische Fluß, der mit der zweiten Spule gekoppelt ist, nur von der magnetomotorischen Kraft ab und hängt weder von der Geschwindigkeit noch dem Rotationswinkel der rotierenden Einheit ab. Folglich wird ungeachtet beliebiger Rotationen (Mehrfachrotationen, Hochgeschwindigkeitsrotationen) der drehbaren Einheit eine rotationsunabhängige elektromagnetische Bewegungskraft in der zweiten Spule erzeugt.
Da die erste und die zweite Spule, die an der statischen bzw. der drehbaren Einheit befestigt sind, über die Kernzwischenräume aufgespalten sind, wird außerdem elektrische Energie ohne einen direkten elektrischen Kontakt übertragen, kann die drehbare Einheit leicht abgebaut und von der statischen Einheit entfernt werden. Folglich ist diese Konstruktion für die Leistungsübertragung in einer Maschinenvorrichtung des geteilten oder gespaltenen Typs geeignet.
In dem erfindungsgemäßen Motorsteuersystem wird im Hinblick auf die Servosteuerung zur Steuerung des Motors der Bereich der Servosteuerung, der vom Motortyp abhängt, mit dem Motor kombiniert, so daß eine autonome Motoreinheit gebildet wird, und der Bereich der Servosteuerung, die nicht vom Motortyp abhängt, d. h. der Bereich der Servosteuerung, die universell für jeden Motor verwendet werden kann, in der statischen Einheit angeordnet. Ferner ist der Bereich der Servosteuerung, der vom Motortyp abhängt, zum Beispiel Gleichstrommotoren, Synchronmotoren oder Induktionsmotoren, die Stromsteuerung.
Auf diese Weise wird die autonome Motoreinheit leicht und kompakt gemacht. Es können viele Typen autonomer Motoreinheiten hergestellt werden, wobei sie die Verwendung der geeignetsten Einheit zum Erreichen einer beabsichtigten Aufgabe erlauben. Folglich können autonome Motoreinheiten austauschbar verwendet werden, während der Servosteuerbereich, der in der statischen Einheit vorgesehen ist, allgemein verwendet wird, ungeachtet eines Austauschs der autonomen Motoreinheiten.
Wie oben beschrieben ist, kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung sogar bei Hochgeschwindigkeitsrotationen der drehbaren Einheit stabil arbeiten. Folglich kann, indem diese Vorrichtung zwischen die Hauptwelle und die statische Einheit gebaut wird, stabilisierte Leistung auf die Sensoreinrichtung, die am Ende der Hauptwelle angeordnet ist, ausgeübt werden, und die Informationen am Ende der Hauptwelle kann einfach auf die statische Einheit übertragen werden.
Nach einem Verfahren zur Steuerung einer kontaktlosen Leistungsversorgung der vorliege den Erfindung, erzeugt die Servosteuerung in der statischen Einheit einen Drehmomentbefehl, der sowohl auf der durch die Detektionseinrichtungen ermittelten Information als auch dem Befehlssignal basiert, das von der oben beschriebenen stromaufwärts angeordneten Vorrichtung zugeführt wird, und stellt ihn für eine autonome Motoreinheit bereit, und die autonome Motoreinheit betätigt den Motor entsprechend des Drehmomentbefehls, der vor dem Servosteuerbereich, der in der statischen Einheit vorgesehen ist, gesendet wird.
Wie oben beschrieben, wird der Stromsteuerbereich der Servosteuerung in der autonomen Motoreinheit aufgebaut, und die Servosteuerung in der statischen Einheit überträgt über eine kontaktlose Signalübertragungsvorrichtung Drehmomentbefehle auf die autonome Motoreinheit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Basisaufbau einer Servosteuerung nach dem Stand der Technik zeigt,
Fig. 2 ist eine Ansicht, die den Werkzeughalter zeigt, der am Ende der Hauptwelle eines Motors positioniert ist,
Fig. 3 ist eine Ansicht, die das Einspannen eines Werkstücks am Ende der Hauptwelle eines Motors zeigt,
Fig. 4 ist eine Ansicht; die einen mechanischen Leistungsübertragungsmechanismus zeigt, bei dem eine koaxiale Welle verwendet wird,
Fig. 5 ist eine Ansicht, die den Basisaufbau einer kontaktlosen elektrischen Leistungsübertragungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 6 ist eine Abwandlung der Vorrichtung aus Fig. 5, bei der die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule verstärkt ist,
Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Konstruktion zeigt, die das Trennen und Verbinden eines U- förmigen Kerns und eines zylindrischen Kerns ermöglicht,
Fig. 8 ist eine Ansicht, die eine Anwendung des kontaktlosen Leistungsübertragungsmechanismusses auf das Einfügen einer Werkachse in ein Maschinenwerkzeug zeigt,
Fig. 9 ist eine Ansicht, die eine Anwendung einer ersten Ausführungsform auf das Einfügen einer Werkachse auf eine Palette zeigt,
Fig. 10 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 11 ist eine Ansicht, die den Aufbau eine magnetischen Schaltung der Vorrichtung aus Fig. 10 zeigt,
Fig. 12 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Sekundärspule eines Plattentyps zeigt,
Fig. 13 ist eine detaillierte Ansicht, die die Anordnung der rotierenden Scheibe und des U- förmigen Kerns der Vorrichtung aus Fig. 10 in einem Fall zeigt, in dem eine Sekundärspule eines Plattentyps verwendet wird,
Fig. 14 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Hochfrenquenztransformators des Topfkerntyps zeigt,
Fig. 15 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Hochfrequenztransformators eines Kerntyps für eine Rotationsmaschine zeigt,
Fig. 16 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Rotationsvorrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 17 ist eine Teilansicht, die die Verdrahtung in einer Vertiefung und einem Hohlbereich der rotierenden Welle zeigt,
Fig. 18 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Rotationsvorrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 19 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Rotationsvorrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 20 ist ein Diagramm einer elektrischen Schaltung, die eine Art darstellt, elektrische Leistung für eine normale Motorlast gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung bereitzustellen,
Fig. 21 ist ein Diagramm einer elektrischen Schaltung, die eine Art darstellt, elektrische Leistung für eine Steuerung und einen Detektor bereitzustellen, die gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor dem Ende der Welle angeordnet ist,
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Informationsübertragungssystems auf das ende der Hauptwelle nach einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 23 ist eine Ansicht, die den Aufbau des Hochfrequenztransformators zeigt, der in der Hauptwelleneinheit angeordnet ist,
Fig. 24 ist eine Ansicht, die den Hochfrequenztransformator zeigt, der vor dem Ende der Hauptwelle angebracht ist,
Fig. 25 ist eine Ansicht, die ein PWM-Rückkopplungssystem für Information zeigt, die am Ende der Hauptwelle erzeugt wird,
Fig. 26 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Stromquelle für PWM indem System der Fig. 25 zeigt,
Fig. 27 ist eine Ansicht, die einen Mehrkanal-Informationsübertragungsweg durch koaxiale Anordnung zeigt,
Fig. 28 ist eine Ansicht, die eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf die Messung der Größe einer Werkzeugspitze eines eingeführten Werkzeugs zeigt,
Fig. 29 ist eine Ansicht, die eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf die Aufzeichnung der Erfassungskraft für das Einspannen am Ende einer Hauptwelle zeigt,
Fig. 30 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der Steuerschaltung des gespaltenen Typs eines Servomotors der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 31 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Kopplung einer autonomen Motoreinheit an eine Servosteuerung in einer statischen Einheit zeigt,
Fig. 32 ist eine perspektivische Ansicht, die einen konkreten Aufbau eines in Fig. 30 gezeigten Hochfrequenztransformators zeigt,
Fig. 33 ist eine Ansicht, die eine Schaltung für eine kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie von einer statischen Einheit auf eine autonome Motoreinheit zeigt,
Fig. 34 ist eine Ansicht, die eine kontaktlose Signalübertragung zwischen einer autonomen Motoreinheit und einer statischen Einheit durch eine optische Kopplungsspule zeigt,
Fig. 35 ist ein Diagramm, das einen mehrkanaligem Übertragungsweg für ein Lichtsignal einer koaxialen Anordnung zeigt, und
Fig. 36 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform der mehrstufigen Verbindungen der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung und der kontaktlosen Signalübertragungsvorrichtung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Wie oben erklärt, betrifft die vorliegende Erfindung eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung und verschiedene Typen von Maschinenvorrichtungen, die diese Vorrichtungen verwenden. Die verschiedenen Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, scheinen auf den ersten Blick ein breites Spektrum abzudecken, sie umfassen jedoch alle ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem (kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung). Diese Vorrichtungen versprechen die weitere Entwicklung des Maschinenbaus, von Robotern und anderen Maschinen nach dem Stand der Technik, wie aus den unten beschrieben Ausführungsformen deutlich wird. Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die Funktionen aufweist, die durch Anwendung einer kontaktlosen Übertragungsvorrichtung für elektrische Energie der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Maschinen weiterentwickelt worden sind. Jede Ausführungsform, die hier später beschrieben werden wird, verwirklicht diese Aufgabe oder gleichzeitig eine Vielzahl von Aufgaben der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsformen werden nun in der folgenden Reihenfolge beschrieben:
1. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung und ihre Anwendungen, um eine zusätzliche Arbeitsachse an einem Maschinenwerkzeug zu installieren.
2. Der Aufbau der Vorrichtung zur Zuführung elektrischer Energie zu einer Rotationsachse und zur Aufnahme und Lieferung von Signalen zwischen der Seite der Rotationswelle und der Energiezuführungsseite (Fig. 16-21)
3. Eine Informationsübertragungseinrichtung für ein Spindelende als eine Anwendung von Punkt 3 (Fig. 22-27)
4. Messung der Größen der Werkzeugenden der eingeführten Werkzeuge und Überwachen der Erfassungsenergie für das Einspannen am Ende der Hauptwelle als eine Anwendung von Punkt 3 (Fig. 28, 29)
5. Ein Servomotor und seine Steuerschaltung eines gespaltenen Typs (Fig. 30-35)
6. Mehrstufenverbindungen einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung und einer kontaktlosen Signalübertragungsvorrichtung
Fig. 5 zeigt den Basisaufbau einer ersten Ausführungsform einer kontaktlosen Leistungsübertragungsschaltung der vorliegenden Erfindung, wobei (A) eine Konstruktionsansicht und (B) ein Grundriß sind.
Eine magnetische Stromschaltung (hier später als magnetischer Weg bezeichnet) besteht aus einem feststehenden (statischen) U-förmigen Kern 51 und einem rotierenden Kern 53 mit zylindrischer Form, der in sich verjüngende Löcher 52 des feststehenden Kerns 51 eingeführt ist. Eine Primärspule 54 ist auf den feststehenden Kern 51 gewickelt, und eine Sekundärspule 55 ist auf den rotierenden (drehbaren) Kern gewickelt. Für beide Spulen werden Litzendrähte für verbesserte Hochfrequenzeigenschaften verwendet. Da die Anschlüsse der Sekundärspule 55 nach außen auf den rotierenden Körper gelegt werden müssen, wird der Führungsdraht durch Einführöffnungen 56, durch das Innere des rotierenden Kerns und nach außen durch obere Auslässe 57 geführt. Dank dieser Konstruktion werden, wenn der rotie rende Kern mehreren Umdrehungen in Bezug auf den statischen Teil vollzieht, keine Störungen im magnetischen Feld und keine Veränderungen der effektiven magnetischen Weglänge verursacht, da derartige mehrfachen Umdrehungen einer verglichen mit der hohen Anregungsenergie ausreichend niedrigen Frequenz entsprechen. Folglich ist eine stabile Zuführung elektrischer Energie in dem Fall möglich, daß es keine Veränderung in der Länge des Zwischenraums des Gleitbereichs aufgrund der Rotation gibt.
Fig. 6 zeigt die Konstruktion einer Modifikation des Gerätes aus Fig. 5, in dem ein Verlust des magnetischen Flusses reduziert ist und die Kopplung von Primär- und Sekundärspule verstärkt ist. Speziell in der Struktur nach Fig. 6 ist der U-förmige Kern 61 an der drehbaren Einheit angebracht und der zylindrische Kern 63 an der statischen Einheit befestigt. Ferner ist, um die Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zu verstärken, der zylindrische Kern, auf den die Primärspule gewickelt ist, mit einer formgegossenen Sekundärspule 65 abgedeckt, die so angeordnet ist, daß die Sekundärspule mit der Primärspule nicht in Kontakt kommt. Die geformte Sekundärspule 65 ist dicht an der drehbaren Einheit befestigt und die elektromagnetisch zugeführte Spannung in dieser Spule wird der drehbaren Einheit zugeführt. Da der U-förmige Kern 61 keine Halterung für die Sekundärspule ist, sondern dazu dient, den magnetischen Weg zu schließen, ist in diesem Aufbau eine Konstruktion bevorzugt, in der sich der Kern 61 so bewegt, daß er sich der Gleitfläche anpaßt, um den Zwischenraum soviel wie möglich zu verkleinern. Diese Aufgabe kann nicht erreicht werden, wenn der Kern dicht an der drehbaren Einheit befestigt ist. Da es jedoch nicht nötig ist, den Kern 61 in diesem Aufbau starr zu befestigen, ist der U-förmige Kern 61 lose durch lockere Verbindungselemente 66 an der drehbaren Einheit befestigt, so daß die Verbindung die Rotation nicht behindert. Auf diese Weise wird der Kern automatisch zu dem zylindrischen Kern 63 durch eine magnetische Anziehungskraft hingezogen und bewegt sich selbst so, daß er den Zwischenraum verkleinert, wobei er unter Einwirkung der überlappenden Wicklung der darüberliegenden Sekundärspule derart wirkt, daß eine elektromagnetische Kopplung mit einer geringen Undichtigkeit für magnetischen Fluß bereitgestellt wird.
Fig. 7 zeigt den Aufbau, um den U-förmigen Kern und den zylindrischen Kern 73 zu trennen und zu verbinden, wobei (A) den Aufbau und (B) den Verbindungs- und den Trennvorgang zeigen.
Wie in der Figur gezeigt ist, ist auf jedem der zwei sich parallel erstreckenden Armteile 71 des U-förmigen Kerns, der den festen (statischen) Bereich des Aufbaus aus Fig. 5 bildet, ein Schlitz 74 ausgebildet, der sich vom Ende des Armteils zu einem sich verjüngenden Aufnahmeloch 72 erstreckt, was zu einem Aufbau führt, der es erlaubt; den rotierenden Körper und den festen Teil in eine Richtung, senkrecht zu Rotationsachse zu verbinden und zu trennen. Dieser Aufbau bietet nützliche Potentiale für den Aufbau des Maschinensystems, an dem hier Interesse besteht. Wie in dieser Figur gezeigt ist, ist das Leistungsübertragungssystem speziell so aufgebaut und gespalten, daß eine Kopplung, Energiezuführung zu dem Rotationskörper und Entkopplung, wobei sowohl eine Abtrennung möglich ist als auch mehrere Rotationen des Rotationskörpers.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für den Einbau einer zusätzlichen Arbeitsachse in ein Maschinenwerkzeug (Maschinenzentrum), in dem die Leistungsübertragungsvorrichtung des in Fig. 5 oder 6 gezeigten Typs vorteilhaft genutzt wird. (A) zeigt den Zustand bevor die zusätzliche Achse an der Palette angebracht wird, und (B) zeigt den Zustand, der der Anbringung folgt. Hier bedeutet die Bezugszahl 81 ein Maschinenzentrum, das einen rotierenden Tisch 82 und eine Palette 83 aufweist, an der ein Werkstück befestigt ist, das an vier Flächen bearbeitet werden kann, nicht jedoch an der oberen und der unteren Fläche. Die Palette 83, in die das Werkstück eingespannt werden kann, kann über einen Palettenaustauschvorgang an dem rotierenden Tisch 83 angebracht werden. Wenn die Funktionen eines vertikal rotierenden Tisches in diese Palette eingebaut werden, wie es in der Figur gezeigt ist, können die Freiheitgrade der Bearbeitung signifikant erhöht werden, indem eine Bearbeitung von fünf Flächen ermöglicht wird. Zu diesem Zweck ist eine Servoachse auf die Palette montiert (die Servospindel ist in den rotierenden Tisch 85 eingebaut). Nach einem Austausch der Palette, der einem Fortsetzen des Schneidens vorausgeht, muß elektrische Leistung zugeführt werden. Es kann jedoch keine Leistung über eine Kontaktverbindung zugeführt werden, wie bei in einer normalen Umgebung, da eine Leistungszuführung über einen Kontakt simultan mehrpolige (zwei oder mehrere Punkte) Kontakte erfordert. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Positionierung ist eine derartige Automatisierung schwierig. Ferner ist eine Energiezuführung über Elektroden im Arbeitsbereich von Maschinenzentren faktisch unmöglich, da es schwierig ist, in einer Umgebung von Metallspänen und Schneidöl einen guten elektrischen Kontakt aufrechtzuerhalten.
Erfindungsgemäß wird daher die Anwendung von hochfrequenter elektromagnetischer Induktion auf die Energiezuführung vorgeschlagen. Dies bietet dahingehend Vorteile, daß die Energieübertragung kontinuierlich auf analoge Weise erfolgen kann und ein genaues Positionieren oder Einpassen unnötig ist. Ferner haben schwere Bedingungen nur einen relativ geringen Einfluß. Sogar, wenn zum Beispiel das Schneidöl, das in einem Maschinenzentrum verwendet wird, wasserlöslich und hochgradig leitfähig ist, treten Wirbelströme nicht zu einem Grad auf, der die Eigenschaften der Leistungsübertragung beeinflußt, was bedeutet, daß das Ausgesetztsein gegenüber Schneidöl die Übertragung kaum behindert. Im Gegensatz zu der Tatsache, daß Metallspäne, die durch das Schneiden eines Werkstücks entstehen, an dem magnetischen Weg anhaften und aufgrund der Erzeugung von Wirbelströmen Übertragungsverluste verursachen, tritt, sogar wenn dem abgespänten Metallpulver aufgrund der Anziehungskraft ein Haftvermögen verliehen wird, tatsächlich keine Haftung auf, solange der restliche magnetische Fluß des magnetischen Kerns nicht groß ist, da die Anregungsfrequenz hoch ist und sich außerdem die Polarität der Magnetisierung ändert. Sogar, wenn die Haftfähigkeit aufgrund andere Faktoren auftritt, kann wirkungsvoll das Schneidöl verwendet werden, um das störende Material abzuwaschen.
In Fig. 9 ist ein Aufbau gezeigt, der ein drehbares Leistungsübertragungsverfahren verwendet, das das Trennen und Koppeln erlaubt, so daß das Einfügen einer Werkachse realisiert werden kann, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. (A) zeigt den festen Kern 91 und den drehbaren Kern 93, bevor sie durch Drehung an die Palette 90 montiert werden, und (B) zeigt den Zustand, in dem der feste Kern 91 und der drehbare Kern 93 sich in einem zusammengefügten Zustand befinden und Energie der eingefügten Achse (dem Servomotor für die zugefügte Achse) zugeführt wird. Wie in der Figur gezeigt ist, wird der feste Kern 91 über einen Arm 92, der sich vom statischen Teil des Maschinenzentrums erstreckt, in der Nähe des Rotationszentrums des rotierenden Tisches genau positioniert. Der drehbare Kern 93 wird auf der Rotationsachse der Palette angeordnet, und der Führungsdraht von der Sekundärspule, der auf den drehbaren Kern 93 gewickelt ist, wird zu der Palette geführt. Wie oben erklärt ist, kann beim automatischen Austausch (in der Figur von (A) nach (B)), da Palette und rotie render Tisch derart miteinander verbunden sind, daß die Rotationsachsen übereinstimmen, eine Leistungsübertragungsvorrichtung in der in Fig. 7 gezeigten Form aufgebaut werden. Sogar, wenn der Tisch sich über eine Induzierung bewegt wird, kann die Energiezuführung vom statischen Maschinenzentrum zur Palette kontinuierlich und unabhängig vom Rotationswinkel erfolgen. Die Servospindel und die Servosteuerung sind in der Palette vorgesehen, und die hochfrequente Spannung, die der Sekundärspule zugeführt wird, wird über eine gleichrichtende glättende Schaltung, die in die Palette eingebettet ist, in Wechselspannung umgewandelt und als Hauptenergie und Steuerenergie der Servosteuerung verwendet. Außerdem erfolgen die Steuerung der zugefügten Werkachse und die Rückkoppung der Signale über ein Verfahren, das in der Figur nicht gezeigt ist (zum Beispiel durch hochfrequente elektromagnetische Induktion, entsprechend dem gleichen Prinzip wie die Energieübertragung, oder durch optische Übertragung, wie durch Infrarotlicht).
Auf diese Weise löst die Anwendung hochfrequenter elektromagnetischer Induktion Probleme der Instabilität und des Abriebs, die während der Hochgeschwindigkeitsrotation bei der Energiezuführung über Kontakt (Schleifring) nach dem Stand der Technik auftritt. Außerdem kann Energie auf einen mehrfach rotierenden Körper übertragen werden, die frei vom Einfluß sich in die Zwischenräume setzenden Schneidöls oder Schneidspäne ist, die in der Arbeitsumgebung der Maschinenwerkzeuge auftreten.
Folglich wird eine Vorrichtung erzielt, die eine erhöhten Wirkungsgrad für die Übertragung hat, die Verwendung auch unter so schweren Bedingungen, wie die der Umgebung eines Maschinenbauteils, erlaubt und die Energiezuführung ohne direkten Kontakt sogar zwischen Körpern erlaubt, die nicht nur drehbar, sondern ebenfalls voneinander trennbar und miteinander verbindbar sind. Folglich kann der automatische Austausch zum Beispiel einfach zwischen der Arbeitspalette zum Schneiden, den Arbeitswerkzeugen und den Köpfen bei der Arbeit mit einem Maschinenwerkzeug durchgeführt werden, womit ein Beitrag zur Entwicklung der Automatisierung von Anwendungen bei der Herstellung zur Produktion mit begrenzter Stückzahl bei großen Variationen geleistet wird.
Fig. 10 zeigt einen Aufbau einer zweiten Ausführungsform der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Fig. 11 zeigt den Aufbau der magnetischen Schaltung der Vorrichtung aus Fig. 10. (A) ist ein Fall, in dem die Peripherie des Rotationskörpers aus einer nichtmagnetischen Substanz besteht, und (B) zeigt den Fall, in dem die Peripherie aus einer Hochfrequenz-Magnetsubstanz besteht.
Eine elektrisch isolierende Substanz (nichtmagnetische Substanz) 102 wird an der Peripherie des Rotationskörpers 103 angebracht, der der Gegenstand der Stromzuführung ist, und um - diese Substanz ist die Sekundärspule 105 sie umfassend angeordnet. Dieser Anordnung gegenüberliegend ist ein U-förmiger Hochfrequenz-Magnetkern (U-förmiger Kern) 101, um den die Primärspule 104 gewickelt ist, in einem statischen Teil außerhalb des Umfangs des Rotationskörpers 103 angeordnet, um so die isolierende Substanz 102 und die Sekundärspule 105 zu trennen. Das Ende des Führungsdrahtes führt durch ein Auslaßloch 109 und wird nach außen in Richtung der Rotationsachse geführt, so daß der U-förmige Kern 101 nicht in Kontakt mit der Sekundärspule tritt, sogar wenn sich der Rotationskörper in bezug auf den statischen Teil dreht. Die Primärspule 104, die mit Hilfe eines Hochfrequenz-Wechselrichters 106 in dem statischen Teil unter Anregung steht, bewirkt, daß ein magnetischer Hauptfluß durch den U-förmigen Kern 101 und die isolierende Substanz 102 tritt. Die Breite W der isolierenden Substanz 102 liegt hier in einem Bereich, der ausreicht, die elektrische Ladungskapazität, die für den Rotationskörper notwendig ist, bereitzustellen, wird jedoch so dünn wie möglich gemacht, um einen Verlust an magnetischen Fluß auf einen niedrigen Wert zu drücken. Wie später unten erklärt werden wird, ist diese Begrenzung jedoch für einen Fall nicht notwendig, in dem der Magnetweg geschlossen ist, indem der Teil der isolierenden Substanz 102 aus demselben magnetischen Material wie der U-förmige Kern gemacht wird. Wenn es notwendig ist, daß der Rotationskörper entfernt werden kann, werden die Breite sowohl der isolierenden Substanz 102 als auch der Sekundärspule verkleinert, um das Entfernen von dem U-förmigen Kern zu erlauben.
In der Sekundärspule 105 tritt eine Spannung mit hoher Frequenz aufgrund von elektromagnetischer Induktion auf, und wenn die Schaltung der Sekundärspule 105 durch eine elektrische Ladung auf dem Rotationskörper geschlossen wird, fließt Strom, um eine Änderung des magnetischen Flusses, der von der Primärspule erzeugt wird (in der Figur gezeigt), zu kompensieren. Folglich wird die sekundäre Induktionsspannung, die über das Führungsauslaßloch 109 des Führungsdrahtes nach außen auf den Rotationskörper übertragen wird, über einen Spannungsumformer 107 auf eine elektrische Last, wie einen Motor oder einen Solenoid, übertragen. Die Stabilisierungsschaltung 108 auf dem Rotationskörper wird als Energiequelle für eine Informationsübertragungseinrichtung oder einen Detektor verwendet, die in der Figur nicht dargestellt sind.
In den Fällen in denen das Material, das hier für eine elektrisch isolierende Substanz 102 verwendet wird, keine magnetische Substanz ist (insbesondere ein Hochfrequenz- Megnetmaterial), tritt ein Verlust an magnetischen Fluß auf dem magnetischen Weg auf, der von der Primärspule wie in Fig. 11(A) dargestellt, erzeugt wird. Ein derartige Material kann jedoch noch für Anwendungen dienen, die einen Übermittlungsverlust (Übertragungsverlust) erlauben, indem, wie oben erklärt, die Breite der isolierenden Substanz 102 auf dem äußersten Minimum gehalten wird. Folglich ist es innerhalb des Bereichs der Niederenergieübertragung vorteilhaft, die isolierende Substanz 102 und die Sekundärspule 105 als Drucksubstrat und Plattenspule zu konstruieren, wie es in der Ansicht von Fig. 12 gezeigt ist. Fig. 13 ist eine Detailansicht im Grundriß, die einen U-förmigen Kern und den Rotationskörper von der Seite zeigt, wobei die Sekundärspule als flächige Spule ausgebildet ist.
Für Anwendungen, die keinen Übertragungsverlust aufgrund einer Undichtigkeit für magnetischen Fluß erlauben, kann der Teil, der den Umfang des rotierenden Körpers 103 bildet, aus demselben Hochfreuenz-Magnetmaterial sein, wie es für den U-förmigen Kern 101 verwendet wurde. Dies wird verwirklicht, indem ein ringförmiger Kern 111 um den Umfang des Rotationskörpers 103 angeordnet wird, um so einen Teil des magnetischen Wegs zu bilden, wie es in Fig. 11(B) gezeigt ist.
Da jedoch beide Fälle, die in den Fig. 11(A) und (B) dargestellt sind, eine kontaktlose Energieübertragung voraussetzen, bewirkt die Existenz eines Luftzwischenraums, ob klein oder groß, eine Undichtigkeit für magnetischen Fluß, und es ist daher in gewisser Weise notwendig, die Struktur so anzuordnen, daß dieser Zwischenraum auf ein Minimum beschränkt wird.
In welchem Fall auch immer, die Energieübertragung mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Übertragung von Energie ist im Gegensatz zur Übertragung über einen Kontakt überlegen, da sie kontinuierlich auf analoge Weise erfolgt, und da weder eine präzise Positionierung noch eine Anpassung notwendig sind. Und außerdem ist dieses Verfahren dahingehend vorteilhaft, daß die Energieübertragungsvorrichtung schweren Bedingungen widersteht. Setzt man die Vorrichtung zum Beispiel dem Schneidöl in der Arbeitsumgebung des Maschinenwerkzeugs aus, wird diese kaum den Energietransfer beeinträchtigen. Im Gegensatz zu der Tatsache, daß das Anhaften von abgespänten Metallspänen an den magnetischen Kernen oder dem Luftzwischenraum aufgrund von Wirbelströmen Übertragungsverluste verursacht, tritt aufgrund der hohen Anregungsfrequenz und der alternierenden Polarität tatsächlich keine Haftung von Magnetspänen auf, solange der restliche magnetische Fluß des magnetischen Kerns nicht groß ist. Sollte aus anderen Gründen eine Haftung auftreten, kann Schneidöl wirkungsvoll verwendet werden, um das störende Material abzuwaschen.
Erfindungsgemäß kann eine kontaktlose Energiezuführung bewirkt werden, indem die Sekundärspule in dem Umfangsbereich angeordnet wird, ohne daß der Aufbau des rotierenden Körpers selbst verändert wird. Ferner wird eine Vorrichtung realisiert, die nicht nur eine Rotation, sondern ein Trennen und ein Verbinden erlaubt und die unter schweren Bedingungen arbeiten kann, wobei die Vorrichtung durch das Schneidöl und Metallspäne verschmutzt wird, die in der Arbeitsumgebung des Maschinenwerkzeugs vorliegen.
Folglich können verbesserte Maschinenfunktionen für einen bereits vorhandenen mehrfach rotierenden Körper (wie einen runden Tisch) einfach erzielt werden. Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel bei der Verwirklichung des automatischen Einbaus einer zusätzlichen Servoachse in eine Schneid-Arbeitspalette und bei dem automatischen Austausch von Werkzeugen und Köpfen bei der Bearbeitung mit einem Maschinenwerkzeug von Nutzen, wobei ein Beitrag zur Entwicklung von Herstellungsanwendungen für die Produktion mit begrenzter Stückzahl bei großen Variationen geleistet wird.
In bezug auf die häufig angeführte kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung der folgenden Ausführungsformen, werden einfache Erklärungen zur Technologie nach dem stand der Technik gegeben. Es gibt Fälle, in denen ein Topfkern, wie in Fig. 14, oder ein Kerntyp für eine Rotationsmaschine, wie in Fig. 15, verwendet werden. Im Falle eines Topfkerns, wird ein Topfkern 140, auf den eine Primärspule 141 gewickelt ist, einem Topfkern 140 ge genübergesetzt, auf den eine Sekundärspule 142 gewickelt ist, wobei sich ein Zwischenraum zwischen ihnen befindet. Energie wird mittels elektromagnetischer Induktion übertragen. Beide Topfkerne bestehen aus einer Hochfrequenz-Magnetsubstanz. Da dieser Typ eine flache Struktur hat, wenn er in einem Motor oder einer Reduktionsanordnung vorgesehen ist, wird die Ausgestaltung der Vorrichtung in geringem Maß durch Vergrößerung der Form in Richtung der Rotationsachse beeinflußt. Wie jedoch in Fig. 14 (B) gezeigt ist, verläuft der magnetische Weg in Richtung der Rotationsachse, was bedeutet, daß der Magnetfluß, der durch den Kern fließt, dazu neigt, durch die obere Grenze der magnetischen Flußdichte in dem Kernmaterial begrenzt zu werden (die Sättigungskennlinie). Bei einem anderen Kerntyp für eine Rotationsmaschine, der eine koaxiale Form hat, in die ein anderer Kern in den zylindrischen Kern 150 (siehe Fig. 15A) in gleicher Weise wie ein Rotor und ein Stator einer Rotationsmaschine eingefügt ist, verläuft der magnetische Weg senkrecht zur Richtung der Rotationsachse, wie es in (B) derselben Figur gezeigt ist, mit dem Ergebnis, daß die Abmessung der axialen Richtung einer Motor- oder Reduktionsanordnung, die diesen Kerntyp beinhaltet, ansteigen kann, aber mit dem Vorteil, daß vergleichbar mit normalen Motoren der magnetische Fluß pro Einheitsvolumen erhöht werden kann, und eine höhere Gesamtenergierate (Übertragung von Energie pro Einheitsvolumen) erhalten werden kann. Dieser Typ erfordert jedoch ebenfalls, daß der elektrische Winkel eines Kerns, wie in Fig. 15 gezeigt, abgeschrägt ist, damit die magnetische Weglänge sich nicht in Abhängigkeit vom Rotationswinkel verändert. In der gleichen Figur wird der eingefügte Kern abgeschrägt.
Alle diese Vorrichtungen sind Hochfrequenz-Transformatoren des gespaltenen Typs, in denen die Primärspulen 141, 151 (statische Seite) des Hochfrequenztransformators Tr mit Hilfe von Hochfrequenzwechselrichtern (Sinuswelle oder Rechteckwelle) angeregt, und es wird eine Hochfrequenzspannung durch elektromagnetische Induktion in den Sekundärspulen 142, 152 (drehbare Einheit) erzeugt, die in einem kleinen Abstand direkt gegenüberliegt. Hier wird der Abstand zwischen Primär- und Sekundärspule des Hochfrequenztransformators Tr so klein wie möglich gehalten, um den Energieverlust aufgrund des dazwischenliegenden Luftraums zu reduzieren.
Obwohl die Primär- und Sekundärspule in Bezug zueinander um die gleiche Achse rotieren können, da es keine aktuelle Störgröße bei der Verteilung des Magnetfelds gibt, wenn die äquivalente elektrische Frequenz unterhalb der oben beschriebenen hochfrequenten Anregungsfrequenz liegt, tritt während der Rotation oder beim Anhalten keine Zeitveränderung in der Energieübertragungscharakteristik auf.
Fig. 16 zeigt den Aufbau einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel ist, das im Fall eines Servomotors mit einer Hauptantriebwelle (oder breiter allgemein eines Elektromotors) eine Energie-Kopplungsspule und eine Signal-Kopplungsspule aufweist. Fig. 17 ist eine Figur, die die nach außen führenden Wege des Signalauslasses und des Energieauslasses am Ende der Welle zeigt. Fig. 17A und Fig. 17B zeigen den Auslaß durch ein hohles Loch bzw. den Auslaß durch eine Rinne.
In derselben Figur ist im Fall, daß der Motor aus einem Stator 223 und einem Rotor 224 besteht, eine Primärspule 221, die eine elektromagnetische Hochfrequenz-Induktionsspule ist, nahe am Lager auf der statischen Seite angeordnet, und eine Sekundärspule 222 ist auf der Rotationswelle 220 der Primärspule gegenüberliegend und mit einem Zwischenraum vorgesehen. Und die Primär- und Sekundärspule bilden den zuvor beschriebenen Hochfrequenztransformator des gespaltenen Typs. Die Spüle des Primärkerns 221, die mit dem Stator 223 des Drehmoment-(Antriebskraft)-Erzeugerteil (TGP) vergleichbar ist, wird über die Energieleitung angeregt, und die Ausgangsgröße der Spule des Sekundärkerns wird über den Auslaß 229, der durch eine Rinne 231 in der Rotationswelle 220 oder einen hohlen Lochbereich 230 führt, an das Ende der Rotationswelle abgegeben (siehe Fig. 17). Auf der entgegengesetzten Seite der Last in bezug auf den Leistungsübertragungsteil (PTP) und des Drehmomenterzeugerteil (zusammengenommen als Leistungsübertragungsbereich) ist ein Informationsübertragungsbereich (ITS) über Lager angeordnet. Von den Teilen 225, 226, die entweder aus optischen oder elektromagnetischen Hochfrequenzkopplungsspulen zur induzierten Kommunikation für die Signalübertragung bestehen, ist eine Seite auf der statischen Seite und die andere auf der Seite der Rotationswelle vorgesehen, wobei jede Seite die Übertragungsseite oder die Empfangsseite sein kann, je nach Anforderung des Falles. Die Signalübertragung der elektrischen Last, die am Ende der Welle vorgesehen ist, wird durch den Signalauslaß 228 erreicht, der durch eine Rinne 231 in der Rotationswelle oder einem Hohlbereich 230 (Siehe Fig. 17) verläuft. In Fig. 16 sind die Signalkopplungsspulen 225, 226 im mehreren Paaren vorgesehen, in diesem Fall muß jedoch jedes Paar abgeschirmt werden, damit sie nicht durch eine Streuung magnetischer Signale oder elektromagnetischer Induktionssignale von anderen Paaren beeinflußt werden. Eine derartige Abschirmung ist jedoch in dem Fall nicht wichtig, in dem die Wellenlängen der Peaks in dem Ansprechspektrum einer Vielzahl von verwendeten optischen Kopplungsspulen sich für jede Kopplungsspule stark unterscheiden. Die Energiequelle eines Sensors (zum Beispiel ein Kodiergerät zur Positionsbestimmung) 227 für einen Motor nach dem Stand der Technik, der in den Motor eingebaut ist, kann ebenfalls als Energieversorgung der oben beschriebenen Signalkopplungsspule verwendet werden, und außerdem kann die Signalverarbeitung, wie die Wellenformung des Ausgabesignals der Kopplungsspule, ebenfalls in dem Signalverarbeitungsgerät für den Sensor nach dem Stand der Technik durchgeführt werden.
Die Fig. 18 und 19 zeigen weitere Ausführungsformen nach einem vergleichbaren Konzept, in dem ein Energieübertragungsteil und ein Signalübertragungsteil im Fall einer Untersetzungsanordnung miteinbezogen werden. Fig. 18 zeigt einen Fall, in dem die Eingabewelle und die Ausgabewelle nicht koaxial sind, und Fig. 19 zeigt einen Fall, in dem diese Wellen koaxial angeordnet sind: Nach Fig. 18 wird die Rotation des Motors 247 herabgesetzt und mit Hilfe einer Getriebereihe 241, die in dem Gehäuse vorgesehen ist, auf die Austragswelle 242 übertragen. Die Austragswelle 242 wird an beiden Enden des Gehäuses der Untersetzungsanordnung durch Lager gehaltert. Zwischen den Lagern sind die Sekundärspule 244 des Hochfrequenztransformators nach dem gespaltenen Typ und der Empfangsbereich 246 der Signalkopplungsspule angebracht, wobei die Auslässe 248, 249 über eine Rinne oder einen Hohlbereich in der Austragswelle zur elektrischen Last führen, die am Ende der Austragswelle angeordnet ist. Auf der inneren Fläche des Gehäuses sind die Primärspule 243 des Hochfrequenztransformators des gespaltenen Typs und der Übertragungsbereich der Signalkopplungsspule in Positionen angeordnet, die durch einen Zwischenraum getrennt dem Sekundärkern 244 bzw. dem Empfangsbereich 246 auf der Ausgabeseite der Welle gegenüberliegen.
In Fig. 19 bestehen die einzigen Unterschiede zu Fig. 18 darin, daß die Eingabe- und die Austragswelle koaxial angeordnet sind und daß für die Untersetzungsstufe ein harmonisches Getriebe (Präzessionsgetriebe) 252 verwendet wird. In jedem Fall ist der Betrieb mit dem Fall vergleichbar, in dem die Komponenten in einen Motor eingebaut sind. Der Energie übertragungsteil und der Signalübertragungsteil werden an der Austragswelle angebracht und die Verdrahtungen 258, 259 für diese Teile werden nach außen durch eine Rinne oder einen Hohlbereich in der Austragswelle zur elektrischen Last geführt, die am Ende der Welle vorgesehen ist (siehe Fig. 17). Außerdem kann die Anordnung der Positionen auf der Welle des Leistungsübertragungsteils und des Signalübertragungsteils ausgetauscht werden.
Als nächstes wird in bezug auf Fig. 20 das Verfahren zur Übertragung von Energie und Signalen auf eine elektrische Last erklärt, die am Ende der rotierenden Austragswelle installiert ist, um die Last anzutreiben, wobei ein Motor oder eine Einheit einer Untersetzungsanordnung verwendet wird, die auf eine Weise aufgebaut sind, die die Übertragung von Energie und Signalen auf das Ende der Austragswelle erlaubt, wie es oben beschrieben wurde.
In einem Fall, in dem die elektrische Last eine Licht erzeugende oder Wärme erzeugende Last ist, da sie in beiden Fällen eine Effektivwertlast ist, wird die Hochfrequenzspannung, die am Auslaßende der Welle empfangen wird, wie sie ist, auf die Last übertragen. Die Austragsspannung für das Wellenende kann ebenfalls angelegt werden, wenn ein Hochfrequenzmotor angetrieben wird.
Im Fall von allgemeinen Motorlasten muß, um im Gleichstrom oder niederfrequenten Bereich anzutreiben, eine Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung 263 (bestehend aus einer Diode und einem LC-Filter) vor das Ende der Welle montiert werden, um in Gleichstrom oder niederfrequente Spannung (Ausführungsform 11) umzuwandeln. Diese Gleichstromspannung wird dann verwendet, um (1) den Gleichstrommotor 264 über die Spannung zu steuern und (29 die Last 266 über eine Brücke 265 aus Energieschaltbauteilen, wie Transistoren zu steuern.
Auf diese Weise kann jeder Gleichstrommotor, ein Synchronmotor oder ein Induktionsmotor an einer Position hinter dem Ende der rotierenden Welle gesteuert werden. Es ist jedoch nicht notwendig, alle Bauteile einer Servosteuerung nach dem Stand der Technik auf das Wellenende zu montieren. Dies liegt daran, daß, wie oben beschrieben, die Übertragung eines Signals (für Eingabe und Ausgabe) zwischen der statischen Seite eines Motors oder einer Untersetzungsanordnung und der Austragswelle mit Hilfe einer kontaktlosen Übertragung erfolgen kann, und wenn zum Beispiel die Informationen über die Position und Geschwindigkeit, die an einem Sensor auf einem Motor erhalten werden, der hinter dem Wellenende angebracht ist, und mit Hilfe dieses Übertragungskanals auf die statische Seite zurückgeführt wird, und die Information zur Steuerung des Drehmoments über einen anderen Signalübertragungskanal von der statischen Seite an das Wellenende gesendet wird, können Positions- und Geschwindigkeitssteuerung zur Steuerung des Motors am statischen Teil ausgeführt werden, und die Steuerung des Drehmomentes kann an der Position hinter dem Wellenende durchgeführt werden. Auf diese Weise kann ein Verfahren verwendet werden, das eine Verringerung des Gewichts und physischen Größe der Steuerteile, die an Positionen hinter dem Ende des Wellenendes angebracht sind, ermöglicht.
Die Energiequelle für ein Steuerteil oder einen Detektor, der jenseits des Wellenendes angeordnet ist, wird mit der übertragenen Energie nach der oben beschriebenen Gleichrichtung, die einer Stabilisierung folgt, zugeführt, indem sie durch einen automatischen Spannungsregler (AVR) 273 geführt wird, wie es in Fig. 21 gezeigt ist.
Die obige Beschreibung ist auf den Fall gerichtet, in der die Arbeit durchgeführt wird, indem eine elektrische Last jenseits des Wellenende montiert wird und Übertragungsenergie verwendet wird. Die vorliegenden Erfindung ist jedoch ebenfalls für eine Anwendung wirksam, die darauf beschränkt ist, niedrige elektrische Energie der Vorrichtung zuzuführen (oder in einigen Fällen keine elektrische Energie zuzuführen), die unter dem Wellenende angeordnet ist, um einen Sensor zu betreiben und sein Signal auf den statischen Teil zu übertragen. In diesem Fall kann der zuvor beschriebene Teil für die Energieübertragung extrem klein sein (oder nicht vorhanden sein).
Obwohl die Energieübertragung über hochfrequente Induktion nach Fig. 16, Fig. 18 und Fig. 19 in einer einzelnen Phase durchgeführt wird, kann die Energieübertragung aus einem oder einer Kombination aus mehreren der folgenden Gründe ebenfalls wirkungsvoll in einem Vielphasensystem durchgeführt werden: 1) um übermittelte Energie zu erhöhen, 2) für die direkte Steuerung eines Hochfrequenzmotors oder Schrittmotors, 3) um die Belastung einer Gleichrichterschaltung zu reduzieren.
Die oben beschriebenen Bauelemente zur Übertragung von Energie und Signalen können durch Einbau in einen Motor oder eine Untersetzungsanordnung integriert werden:
1) Unterdücken der Bildung einer Rotationsschwingung der Austragswelle, indem der rotierende Teil des Bauelementes zwischen die Lager eingebaut wird (insbesondere der schwere Energieübertragungsteil),
2) Erleichtern der Einstellung des Zwischenraums in dem kontaktlosen Energieübertragungsteil und Kontrolle der Umgebung des Zwischenraums (Verhinderung von Verunreinigung durch Staub und ähnliches),
3) insbesondere für den Signalübertragungsteil, der die optische Kopplung ausnutzt, die Kontrolle der Umgebung auf die gleiche Weise wie für ein optisches Kodiergerät nach dem Stand der Technik,
4) Rationalisierung der Struktur durch Kombination des Teils zur Erzeugung eines Motordrehmoments nach dem Stand der Technik mit dem oben beschriebenen Leistungsübertragungsteil en Block als Leistungsübertragungsbereich, wenn es in einen Motor eingebaut wird, und Kontrolle der Umgebung, indem die Sensoren, wie optische Kodiergeräte in einem dem Stand der Technik entsprechenden Motor und dem oben beschriebenen Signalübertragungsteil en Block, kombiniert werden.
Die Ausführungsformen umfassen alle Anwendungen, nicht nur auf dem Gebiet der Motorfeinsteuerung, wie bei einem Gelenk in jeder Achse des vor kurzem beschriebenen Robotorarmen oder Maschinenwerkzeugen (insbesondere für den Antrieb am Ende der Hauptwelle), aber ebenfalls im weiten Bereich der Gebiete, die eine Energiezuführung und Informationsübertragung über ein rotierendes Teil erfordern und die bisher eine Verdrahtung und Schleif ringe, die zu Problemen bei der Ermüdung und Abnutzung führen, erforderten.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Energieübertragung und Signalübermittlung über ein rotierendes Teil, was nach dem Stand der Technik nicht durchführbar ist, und außerdem durch Einbezug des kontaktlosen Übertragungsteils auf einen Motor oder eine Untersetzungsanordnung (insbesondere wenn sie mit einem Motor zusammengebaut wird), eine gemeinsame Behandlung des Drehmomenterzeugungsteils und des Energieübertragungsteils als Energieübertragungsbereich und gemeinsame Behandlung der Sensoren und des Signalübertragungsteils als Informationsübertragungsbereich, wobei die Erfindung sowohl die Stabilisierung der Struktur des rotierenden Teils als auch die Kontrolle des Zwischenraums und der Umgebung durch Isolierung dieser Übertragungsbereiche von der äußeren Umgebung ermöglicht.
Indem die Verdrahtung für die Energieübertragung und die Signalübertragung durch eine Rinne oder einen hohlen Bereich der Austragswelle geführt wird, wird ferner eine Anordnung der Verdrahtung ermöglicht, die die Übertragung der Antriebsenergie nicht beeinflußt, Und außerdem erlaubt der Unterbau der Austragswelle durch die Lager einen potentielle Abschirmwirkung für die Verdrahtung, und der Geräuscheinfluß, der nach außen dringt oder von außen empfangen wird, kann erheblich reduziert werden.
Da die Sensorinformation ferner mit Hilfe eines Signalübertragungswegs vom Wellenende aufgenommen wird, wobei die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der mechanischen Energieübertragung nach dem Stand der Technik (zum Beispiel in Fig. 4) verwendet wird, kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die mechanische Energieübertragung zu steuern.
Indem eine Kombination aus mehreren Motoren oder Untersetzungsanordnungen verwendet wird, in die Energie- und Signalübertragungsstrukturen auf diese Weise eingebaut sind, kann ein Mechanismus (Maschinenwerkzeug, Roboter) einfach konstruiert werden, der ein leichtes Anbringen, Abnehmen und einen leichten Austausch ermöglicht.
Als nächstes wird ein Informationsüberträger für das Ende der Hauptwelle gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In dieser Ausführungsform wird das Abtasten und die Übertragung der Information der Hauptwelle durch Kombination der kontaktlosen Energieübertragung unter Verwendung einer hochfrequenten elektromagnetischen Induktion erreicht, wobei eine EIC-Kopplungsspule oder eine optische Kopplungsspule verwendet wird.
Fig. 22 zeigt die Grundstruktur einer kontaktlosen Energie- und Informationsübertragung nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in der Figur gezeigt ist, wird eine Energie- Kopplungsspule 283 der Hochfrequenz-Transformatorstruktur Tr des gespaltenen Typs entweder in die Hauptwelleneinheit eingebaut oder ans Ende der Hauptwelle angebracht. Auf der linken Seite der Figur ist ein Hochfrequenz-Wechselrichter 281 und eine Schaltung 282 für den Empfang von Information angeordnet. Die Energie, die von dem Hochfrequenz- Wechselrichter 281 abgegeben wird, wird mit Hilfe der Energie-Kopplungsspule 283 auf die Rotationseinheit übertragen. Und nachdem sie durch die gleichrichtende und glättende Schaltung 286 und die stabilisierende Schaltung 288 gleichgerichtet und stabilisiert worden ist, wird sie als Energiequelle dem Sensor 289 zugeführt. Die Antriebsschaltung 287 für die Kopplungsspule wird mit Energie, die von der Stabilsierungsschaltung 288 abgegeben wird, gespeist und treibt die optische Kopplungsspule 284 und die elektromagnetische InduktionsKommunikations-Kopplungsspule (EIC-Kopplungsspule) als Antwort auf die Sensorinformation ST an, die vom detektierenden Ende (Sensor) 289 zugeführt wird. Die Information empfangende Schaltung 282 empfängt und verarbeitet die Ausgabesignale der optischen Kopplungsspule 284 und der EIC-Kopplungsspule (auf der statischen Seite). Fig. 23 zeigt einen Hochfrequenz-Transformator-Tr-Aufbau, der in eine Hauptwelleneinheit eingebaut ist, in der eine Energieübertragung mit Hilfe von elektromagnetischer Induktion bewirkt wird, die zwischen den hochfrequenten magnetischen Substanzen des Topfkerntyps erzeugt wird, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. In diesem Fall ist der Topfkern 292 der Sekundärseite koaxial an der Hauptwelle 290 befestigt, und die Hauptwelle wird durch den Motor 297 der Hauptwelle mit Hilfe eines Synchronriemens 296 angetrieben. Der Topfkern der Primärseite 291 ist an dem Hauptwellenmotor 297 befestigt. Wenn die Primärspule angeregt 293 wird, wird eine induzierte Energie, die mit Hilfe des primären und sekundären Topfkerns in der Sekundärspule 293 erzeugt wird, über die Leitung 295 der Sekundärspule an das Ende des Werkzeugs 298 weitergegeben.
Fig. 24 zeigt einen Fall, in dem ein Hochfrequenztransformator-Tr-Aufbau einer Energie- Kopplungsspule an einem Ende einer Hauptwelle angebracht ist, wobei Fig. 24 A eine schematische Ansicht ist, die den angebrachten Zustand zeigt, und Fig. 24B ein Grundriß ist, der die Anordnung der Energie-Kopplungsspule (die kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung) zeigt, wie sie von der Werkzeugseite her aussieht. Die Energie-Kopplungsspule hat die gleiche Form wie die erste Ausführungsform, einen U-förmigen Kern 301, der an dem statischen Teil befestigt ist, und einen Kernring 303 aus einer hochfrequenten magnetischen Substanz, der um die entlang des Außenumfangs verlaufende Kante des Endes der Hauptwelle 209 herum koaxial mit der Hauptwelle 290 befestigt ist, die eine magnetische Schaltung zusammen mit dem U-förmigen Kern 301 bildet.
In jeder Konstruktion ist die Primärspule 293 aus Tr an der statischen Seite befestigt, wird bei einer hohen Frequenz angeregt und erzeugt eine Hochfrequenzspannung, die einem Wicklungsverhältnis auf der Sekundärseite entspricht. Die Sekundärseite, an der die Sekundärspule angeordnet ist, ist an der Seite der Hauptwelle angebracht und dreht sich folglich mit einer Geschwindigkeit, die der Rotationsgeschwindigkeit der Hauptwelle in bezug auf die Primärseite entspricht. In jedem Fall, der in den Fig. 28 und 29 gezeigt wird, wird ein Aufbau verwendet, der so ist, daß die Breite des Zwischenraums zwischen Primär- und Sekundärspule sich während einer Drehung der Hauptwelle nicht verändert. Wenn hier eine Hochfrequenzanregung bei einer hohen Frequenz, die gleich oder größer als 10 kHz ist, durchgeführt wird, ist die Frequenz der Anregung ausreichend hoch, verglichen mit der maximalen Rotationsfrequenz der Hauptwelle, die auf einen elektrischen Winkel reduziert ist, wobei sogar, wenn sich die Hauptwelle mit hoher Geschwindigkeit bewegen sollte, keine wesentliche Störung in der magnetischen Feldverteilung auftritt und eine stabile Energieübertragung durchgeführt werden kann, sofern sich der Zwischenraum zwischen den hochfrequenten magnetischen Kernen der Primär- und der Sekundärspule nicht verändert.
Da es notwendig ist, daß die Energiequelle für den Sensor eine ausreichend stabile Spannung bereitstellt, wird die Gleichstrom-Spannung, die durch Gleichrichten und Glätten der Hochfrequenzspannung, die durch Induktion der Sekundärspule erzeugt wird, dem Sensor zugeführt, nachdem sie über eine Stabilisierungsschaltung stabilisiert worden ist, wie es in Fig. 22 gezeigt ist. Mit dieser Energiequelle ermittelt der Sensor die physikalischen Werte am Ende der rotierenden Hauptwelle und erzeugt eine Sensorinformation. Wenn die Sensorinformation (Signal) ein digitales Signal einer Impulsreihe ist, wird es verstärkt und der Signalübertragungsschaltung, die unten beschrieben ist, direkt zugeführt. Wenn die Sensorinformation, wie es in Fig. 25 gezeigt ist, ein analoges Signal ist, wird das analoge Signal ebenfalls durch Pulsbreitenmodulation (PWM) in eine Impulsreihe umgewandelt, die ein Trägersignal der Sägezahnschwingung moduliert, das durch die Spannung erzeugt wird, die mit Hilfe der mit Hochgeschwindigkeit rotierenden Teils (in der Energiekopplungsspule) ans Ende der Hauptwelle gesendet wird, d. h. die Ausgabespannung der Stabilisierungsschaltung 288. Wenn ein detektiertes Analogsignal sich verändert, so daß es positive und negative Polaritäten hat, muß insbesondere die Sägezahnwelle ebenfalls in eine bipolare umgewandelt werden. Um in einem solchen Fall die Energieschaltung an dem Ende der Hauptwelle zu vereinfachen, wird eine Kombination aus Sekundärspule und Gleichrichterschaltung verwendet, wie sie in Fig. 26 gezeigt ist. Die Vorrichtung, die in Fig. 25 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung, in der eine PWM-Modulationsschaltung 311 der Vorrichtung aus Fig. 22 zugefügt wird, und V&spplus; und V&supmin; sind Spannungen zur Erzeugung von Sägezahnwellen, die zwischen positiven und negativen Werten wechseln (siehe Fig. 26). Die PMW- Modulationsschaltung 311 moduliert das Sägezahnträgersignal über die analoge Sensorinformation ST und erzeugt eine PWM modulierte Welle SPWM. Fig. 26 ist ein Blockdiagramm der Gleichrichter-Stabilisierungsschaltung (entsprechend der Gleichrichter- Glättungsschaltung 286 und der Stabilisierungsschaltung 288 aus Fig. 25) zur Erzeugung von positiver und negativer Spannung, die zur Erzeugung einer Sägezahnwelle, die sich zwischen positiven und negativen Polaritäten verändert, notwendig ist.
In dieser Schaltung hat die Sekundärspule des Hochfrequenztransformators 321 des gespaltenen Typs, die die Energiekopplungsspule bildet, einen Zwischenabgriff, und dieser Zwischenabgriff ist mit dem Erdpotential der drehbaren Einheit verbunden. Das Ausgabesignal des Hochfrequenztransformators 321 des gespaltenen Typs wird durch Spannung stabilisierende Regler AVR1, AVR2, AVR3 und stabilisiert, nachdem es durch die Dioden D&sub1;, D&sub2; und die Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; gleichgerichtet und geglättet worden ist, und mit Hilfe der Ausgabekondensatoren C&sub3;, C&sub4;, C&sub5; ausgegeben. Die Spannung V&sub1; wird als Energiequelle für den Sensor 289 verwendet, und V+, V- werden der PWM-Modulationsschaltung 311, wie oben beschrieben, zugeführt.
Ein Sensorsignal, das auf diese Weise in ein Pulssignal umgewandelt worden ist, wird ohne direkten Kontakt mittels Hochfrequenz-Induktionsübertragung oder Lichtpulsübertragung jenseits des mit Hochgeschwindigkeit rotierenden Teils mit Hilfe des zentralen oder externen Leitungswegs des oben beschriebenen Transformators Tr für die Energieübertragung auf die statische Seite übertragen. Auf der statischen Seite werden Licht- oder Hochfrequenzpulse empfangen und, wenn notwendig, einer Digital-Analog-Umwandlung unterzogen. Es kann insbesondere ein PWM moduliertes Signal in ein analoges Signal demoduliert werden, indem es lediglich durch einen Anschaltfilter auf der statischen Seite geleitet wird.
Wenn die Sensorsignale in mehreren Kanälen erzeugt werden, können die Informationsübertragungskanäle für jeden Kanal in koaxialer Anordnung aufgebaut sein, wie es in Fig. 27 gezeigt ist (diese ist ein Beispiel für die Verwendung optischer Kopplungsspulen) oder indem ein Mikrocomputer an der Sekundärseite angebracht wird, d. h. am Ende der Hauptwelle und Daten für die Vielzahl an Sensoren über einen einzigen Informationsübertragungsweg in Form einer Serie aus Daten, die mit Kanalnummern bezeichnet werden, gesendet werden. Fig. 27 zeigt eine dreikanälige optisches Kopplungsspule, Fig. 27A ist ein Licht emittierender Teil und Fig. 27 B ist ein Licht empfangender Teil. Die Lichtemittoren 331, 332, 333 sind koaxial um die Rotationsachse herum angeordnet, wobei eine optische Abschirmung 335 zwischen jedem Emittor angeordnet ist. Als Lichtemittoren 331-333 kann jeder Wandler, der Elektrizität in Licht wandelt und in der dritten, fünften und siebten Ausführungsform offenbart ist, verwendet werden. Die Licht empfangenden Elemente 336, 337, 338 sind so angeordnet, daß sie jeweils einem Lichtemittor 331, 332, 333 gegenüberliegen, wenn die Rotationswelle 330 in die Lager 339 eingepaßt ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erfassung von Information von einer rotierenden Hauptwelle oder einem Hauptwellenende, wie es nach dem Stand der Technik nicht möglich war, wobei sowohl die On-Line-Aufzeichnung des Zustands der rotierenden Hauptwelle als auch die Steuerung über eine geschlossene Schleife über Rückführung der Information der Hauptwellenendes anstelle der Steuerung über eine offene Schleife, wie es dem Stand der Technik entspricht, ermöglicht werden.
Fig. 28 zeigt ein Beispiel für eine Fernmessung der Abmessung des Werkzeugendes eines eingesetzten Werkzeugs 340 zum Bohren unterschiedlicher Radien, das an der Hauptwelle angebracht ist. Wie es in der Figur gezeigt ist, ist eine koaxiale Welle 341 für eine bewegliche Energieübertragung, die koaxial zu der Hauptwelle angeordnet ist, durch die hohle Hauptwelle geführt, die innerhalb der Hauptwelleneinheit 343 befestigt ist, und überträgt aus einer Entfernung die Bewegungskraft eines Servomotors mit Hilfe eines Mechanismus, wie eines Kegelausgleichgetriebes 342a, 342b, wobei eine Werkzeugspitze in einer Werkzeug halterung 344 direkt bewegt wird und der Bohrradius verändert wird. In diesem Beispiel wird die Eistellung der Abmessungen der Werkzeugspitze durch eine Steuerung mit offener Schleife durchgeführt, da in diesem Aufbau die Werkzeugspitze durch den Servomotor der beweglichen Energiequelle mit Hilfe einer derartig komplizierten Struktur mechanisch bewegt wird. Folglich ist es erforderlich, daß der Arbeiter bei der Einstellung der Größe der Werkzeugspitze für jeden Vorgang die Rotation der Hauptwelle anhält und die Größe überprüft, indem er sie mit einer Skala mißt. Im Gegensatz dazu kann, indem die Größe der Werkzeugspitze mit einer linearen Skala 345 an einem Teil, das sich vor der Hauptwelle befindet, gemessen wird und die gemessenen Werte an den statischen Teil zurückgeführt werden, wobei die Erfindung verwendet wird, die Messung einer entfernten Größe der Werkzeugspitze erfolgen, während sich die Welle dreht. Folglich kann ein Wechsel des Bohrradius in einem Verfahren über eine Steuerung mit geschlossener Schleife erfolgen. Wie es in Fig. 28 gezeigt ist, werden die Energiequellen für die Signalverarbeitung und die Übertragungsschaltung 348 und für die lineare Skala 345 durch gleichrichtende und glättende Schaltung 347 mit Hilfe einer Topfkern-Energie-Kopplungsspule zugeführt. Die Übertragungsschaltung 348 wandelt das Ausgabesignal der linearen Skala 345 in eine Pulsfolge und überträgt sie mit Hilfe der optischen Kopplungsspule 349, die aus einem Licht emittierenden Element 349a und einem Licht empfangenden Element 349b besteht, auf den statischen Teil.
Auf die gleiche Weise ermöglicht die Anwendung der vorliegenden Erfindung die On-line- Aufzeichnung während der Arbeit mit Werkzeugen, die bei einer kontinuierlichen 24- Stunden-Bearbeitung in einer FMC (zum Beispiel die Voraussage des Brechens eines Werkzeugs und Bestätigung eines Bruchs, basierend auf einer Information über die akustischen Emission, Information über die Spitzentemperatur, und Information über die Schwingung).
Ferner erlaubt die Erfindung eine einfache Rückführung der gemessenen Information über eine Position jenseits des Spindelkopfes (zum Beispiel der Zwischenraum zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück), als auch grundsätzlicherer Sequenzsignale, wie die Begrenzungsschaltsignale in einer ATC eines Sammelspannfutters. In einer Einspanneinrichtung, die an ein Ende des Spindelkopfes montiert ist, der mit einem hydraulischen Zylinder angetrieben wird, da sich der aktuelle Spanndruck mit einem Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit der Spindel verändert, ist es zum Beispiel wünschenswert, eine On-line- Steuerung über Rückmeldung des Einspanndrucks zu bewirken. Eine On-line-Steuerung des Einspanndrucks ist erwünscht, sogar wenn eine aktuelle Steuerung nicht beabsichtigt wird. In einem solchen Fall kann eine Überwachung erreicht werden, wie es in Fig. 29 gezeigt ist, in der ein Drucksensor (wie eine Vorrichtung, die ein piezoelektrisches Element verwendet) 353, der an einem Teil angebracht ist, wo das Werkstück 351 mit der Einspanneinrichtung 342 in Kontakt steht, verwendet wird, um die Veränderung der den Zwischenraum bildenden Kraft, die auf das Werkstück ausgeübt wird, zu ermitteln. Diese Information wird mit Hilfe des vorliegenden Datenübertragungsverfahrens an die statische Seite gesendet. Das hydraulische Betätigungsglied 345, das in der Figur gezeigt ist, wird durch einen hydraulischen Druck angetrieben, der von einem rotierenden Zylinder 355 mit Hilfe einer rotierenden Kopplungsspule 356 ausgeübt wird. Die Energieversorgung für die Signal verarbeitende Schaltung 358 erfolgt, indem eine gleichrichtende und glättende Schaltung 357 verwendet wird, um eine hochfrequente Spannung gleichzurichten, die vom statischen Teil mit Hilfe einer Topfkern-Energoekopplungsspule 357a übertragen wird. Die Signal verarbeitende Schaltung wandelt das Ausgabesignal des Drucksensors 353 in eine Pulsfolge um und überträgt es mit Hilfe einer optischen Kopplungsspule 359, die aus einem Licht emittierenden Element 359a und einem Licht empfangenden Element 359b aufgebaut ist, auf den statischen Teil.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die oben beschriebene Peripherie einer Hauptwelle für ein Maschinenwerkzeug beschränkt, sie kann jedoch ebenfalls wirkungsvoll allgemein auf die Messung von physikalischen Werten an der Rotationswelle eines elektrischen Motors angewendet werden, was jenseits der Möglichkeiten des Standes der Technik stand. Folglich ist sie für die Verbesserung der Möglichkeit der Steuerung von Motoren, insbesondere Servomotoren verwendbar. Zum Beispiel ist die direkte Ermittlung der Vibration der Motorwelle zur Verbesserung der Steuereigenschaften eines Servomotors wesentlich. Für eine derartige Detektion wird an geeigneten Punkten auf der Rotationsquelle des Motors ein Dehnungsmeßstreifen angelegt, die als Analogsignal ausgegebene Spannung der Brückenschaltung verstärkt, eine PWM-Umwandlung bewirkt, und das Auftreten der Wellenschwingung kann in Form einer elastischen Spannung der Welle unter Verwendung des Aufbaus der vorliegenden Erfindung on-line ermittelt werden. Messungen der Rotortempe ratur, die für die Vektorsteuerung eines Induktionsmotors notwendig sind, können durch die vorliegende Erfindung ebenfalls on-line erzielt werden.
Fig. 30 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem eines getrennten Typs für einen Servomotor einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Servosteuerung 361 auf der Seite der statischen Einheit, die eine statische Seite bildet, einer autonomen Motoreinheit 364, die eine abtrennbare bewegliche Seite und ein Maschinenbauteil für eine autonome Dezentralisierung ist, und einem Hochfrequenztransformator 362 des gespaltenen Typs und Kopplungsspulen 363&sub1;, 363&sub2;, die eine kontaktlose Energiezuführung und eine Signalübertragung zwischen diesen beiden Seiten durchführen.
Die Servosteuerung 361 auf der Seite der statischen Einheit besteht aus einer Energiequelle, einem Generator 361&sub2; für Hochfrequenzenergie, einem Positionsverstärker 361&sub3;, einer Differenzschaltung 361&sub4; und einem Geschwindigkeitsverstärker 361&sub5;. Die autonome Motoreinheit 364 besteht aus einer Gleichrichterschaltung 364&sub1;, einem Spannung stabilisierenden Wandler 364&sub2;, einem Energieschalter 364&sub3;, einem Motor 364&sub4;, einem Sensor 364&sub5;, einem Stromverstärker 364&sub6; und einem Strombefehlgenerator 364&sub7;.
In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Motor 364&sub4;, der an der abtrennbaren beweglichen Seite vorgesehen ist, entweder um einen Gleichstrommotor oder um einen Wechselstrommotor. Er sollte als Drehmomentgenerator verstanden werden.
Das Positionssignal S17 des Motors 364&sub4; wird in einen optischen Puls oder einen elektromagnetischen Puls umgewandelt und über eine kontaktlose Übertragung mit Hilfe der Kopplungsspule 363&sub2; auf die statische Seite zurückgeführt werden. Der Positionsverstärker 361&sub3; der Servosteuerung 361 auf der Seite der statischen Einheit erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl Sv aus einem Positionssignal S17 und einen Positionsbefehl S11, der von einer oberhalb liegenden Vorrichtung empfangen wird. Der Geschwindigkeitsverstärker 3615 erzeugt einen Drehmomentbefehl S13 aus einem Geschwindigkeitssignal S12 und dem Geschwindigkeitsbefehl. Das Geschwindigkeitssignal S12 steuert ebenfalls das Ausgabesignal des Generators 361&sub2; von Hochfrequenzstrom. Der Drehmomentbefehl S13 wird über eine kontaktlose Übertragung durch die Kopplungsspule 363&sub1; auf die autonome Motoreinheit übertragen.
Die Übertragung von Energie für den Antrieb eines Motors 364&sub4; erfolgt durch eine hochfrequente elektromagnetische Induktion, wobei der Hochfrequenztransformator 362 des gespaltenen Typs verwendet wird. Das Ausgabesignal der Gleichstromenergiequelle 361&sub1; wird von einem Hochfrequenzenergiegenerator 361&sub2; in eine hochfrequente Rechteckwelle umgewandelt, der primären Spule der Hochfrequenztransfomators 362 des gespaltenen Typs zugeführt, und das sekundäre Ausgabesignal des Hochfrequenztransformators 362 des gespaltenen Typs wird der autonomen Motoreinheit 364 zugeführt. Diese Hochfrequenzenergie wird durch die Gleichrichterschaltung 364&sub1; gleichgerichtet, die in der autonomen Motoreinheit 364 vorgesehen ist und aus einem Filter und einer Brückendiode besteht, woraufhin es dem spannung stabilisierenden Wandler 364&sub2; und dem Energieschalter 364&sub3; zugeführt wird und eine Motorantriebskraft bewirkt, nachdem es durch den Energieschalter 364&sub3; geführt worden ist. Der Spannung stabilisierende Wandler 364&sub2; stabilisiert den von der Gleichrichterschaltung 364&sub1; zugeführten Strom, woraufhin die Energie dem Stromverstärker 364&sub6; als Energiequelle S16 zugeführt wird.
Die Information wird als Pulse, wie oben beschrieben, übertragen, damit die Daten sich nicht aufgrund von Veränderungen des Zwischenraums der hochfrequenten elektromagnetischen Induktionskopplungsspule verändern, da die optische Kopplungsspule oder die hochfrequente elektromagnetische Induktions-Kommunikationskopplungsspule zur Energieübertragung in den Transformator 362 als Kopplungsspulen 363&sub1;, 363&sub2; integriert ist, und der Drehmomentbefehl S13 wird durch die Kopplungsspule 363&sub2; übertragen, nachdem er von einem Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt) über eine V-F-Umwandlung oder eine PWM-Modulation in Pulse umgewandelt worden ist.
In der autonomen Motoreinheit 364 wird dieser Befehlsimpuls über einen Digital-Analog- Wandler (nicht dargestellt) in einen analogen Drehmomentbefehl S13 umgewandelt. Der Erzeuger für den Strombefehl 364&sub7; erzeugt einen Strombefehl S14 aus dem Drehmomentbefehl S13 und ein Phasensignal S15 des Motors 364&sub4;, das von dem Sensor 364&sub5; übermittelt wird, und gibt den Strombefehl S14 an den Stromverstärker 364&sub6; aus. Wenn der Motor ein Gleichstrommotor ist, wird der Drehmomentbefehl S13 so, wie er ist, als Strombefehl S14 verwendet, und demzufolge ist ein Strombefehlerzeuger 364&sub7; nicht notwendig.
Der Proportional- oder Proportional-plus-Integral-Steuerstromverstärker 364&sub6;, der die Energiezuführung für den Motor 364&sub4; steuert, verstärkt in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen dem Strombefehl S14 und dem ermittelten Stromwert, führt eine PWM- Modulation durch und gibt ein Ausgabesignal an dem Energieschalter 364&sub3; aus. Dieses Ausgabesignal dient als Eingabesignal für den Verstärker der vorhergehenden Stufe für den Basis- (oder Tor-)-Antrieb des Energieschalters 364&sub3;, der aus einem Energietransformator, MOSFET oder IGBT, aufgebaut ist. Der Energieschalter 364&sub3; wandelt die Hauptenergiezuführung von Gleichstrom, die von der oben beschriebenen Gleichrichterschaltung 3641 als Antwort auf das Basisantriebssignal zugeführt wird, das von dem Stromverstärker 364&sub6; zugeführt wird, um und überträgt die PWM-Spannung auf den Motor 364&sub4;, derart, daß der Drehmomentbefehl S13 und die Rückkopplung des Drehmoments (Stromrückkopplung) übereinstimmen.
Die wie oben beschriebene Ausführungsform entspricht dem Trend der letzten Jahre in Richtung einer Miniaturisierung der Energieschalter und der Integration von Peripherieschaltungen, und stellt ein Verfahren bereit, bei dem nur der Teil (Stromsteuerschaltung) der Steuereinheit, die für einen Motortyp eigentümlich ist, und ein Energieschalter auf einen Bereich (zum Beispiel eine Palette oder einen Rotationskörper) montiert sind, der getrennt zusammen mit dem Motor entfernt werden kann, und die zusammen als eine Einheit behandelt werden, die ein Drehmoment erzeugt, und die Servosteuerung auf der statischen Seite eine Steuerung bewirkt, die unabhängig vom Motortyp ist. Von den Steuerungen, die zur Steuerung eines Motors notwendig sind, wie Positionssteuerung, Geschwindigkeitsteuerung, und Stromsteuerung, sind folglich die Komponenten, die die Steuerung universell und unbeeinflußt von dem Motortyp durchführt, d. h. die Positionsscheife für die Positionssteuerung und die Geschwindigkeitsschleife für die Steuerung der Geschwindigkeit, von jenen Komponenten getrennt, die für einen Motortyp eigentümlich sind, d. h. die Stromschleife zur Stromsteuerung. Folglich sind die Positions- und die Geschwindigkeitssteuerung und die Steuerschaltung für die Energiequelle in dem Servosteuerung auf der statischen Seite (Ser vosteuerung auf der Seite der statischen Einheit) vorgesehen, und in der autonomen Motoreinheit sind nur die Stromschleife, die für den eingebauten Motor eigentümlich ist und der Energieschalter vorgesehen. Auf diese Weise wird die Steuerung eines Motors, der an ein abnehmbares Bauteil, wie die oben erwähnte Palette montiert ist, und der Rotationskörper ermöglicht und außerdem kann die physische Größe der abnehmbaren Teile reduziert werden. Außerdem können, wie in Fig. 31 gezeigt ist, die autonomen Motoreinheiten 370&sub1;-370&sub3;, auf die ein Gleichstrommotor 371, ein Induktionsmotor 372 bzw. ein Synchronmotor 373 montiert sind, über eine einzige Servosteuerung 361 auf der statischen Seite angetrieben werden.
Die Fig. 32A und 32B sind jeweils perspektivische Ansichten, die konkrete Konstruktionen des Hochfrequenztransformators 362 des gespaltenen Typs nach Fig. 31 zeigt, und Fig. 33 ist eine Ansicht, die die Hochfrequenzanregung, die nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, darstellt.
Die Energie, die den Motor 364&sub4; antreibt, wird über Transistorschalter 391, die den Generator 361&sub2; für Hochfrequenzenergie in der Servosteuerung 361 der statischen Einheit bilden, in eine Hochfrequenzform umge wandelt, tritt durch den Transformator 362 des gespaltenen Typs und wird über eine hochfrequente elektromagnetische Induktion zur autonomen Motoreinheit 364 übertragen. In der in Fig. 32A gezeigten Vorrichtung, erfolgt die Spannungsumwandlung nach dem Windungsverhältnis der Spulen 381&sub1;, 381&sub2;, die auf die E-förmigen Kerne 382&sub1;, 382&sub2; gewickelt sind. In der in Fig. 37B gezeigten Vorrichtung erfolgt die Transformation gemäß dem Windungsverhältnis der Spulen 383&sub1;, 383&sub2;, die auf die E-förmigen Kerne 3841, 3842 gewickelt sind.
Hochfrequente Energie wird durch eine Gleichrichterschaltung 364&sub1; in der autonomen Motoreinheit 364 gleichgerichtet und wird in eine den Motor antreibende Kraft umgewandelt, nachdem sie durch den Energieschalter 364&sub3; geführt worden ist. Die Primärseite des Hochfrequenztransformators 362 des gespaltenen Typs vollzieht eine Hochfrequenzanregung durch einen Rechteckwellen- (oder Sinuswellen)-Wechselrichter in der Servosteuerung 361 der statischen Seite. Demzufolge tritt auf der Sekundärseite entsprechend dem Windungsverhältnis der Primär- und der Sekundärspule die Rechteckwellen- (oder Sinuswellen-)- Spannung auf, und es erfolgt eine Endwellengleichrichtung durch die gleichrichtende Schaltung 364&sub1;, die aus eine Hochfrequenzdiodenbrücke 392 und einem LC-Filter aufgebaut ist, der wiederum aus einem Reaktor L und einem Abflachkondensator C aufgebaut ist, wobei die Spannung als Hauptenergiequelle von Gleichstrom für den Motorantrieb dient. Ferner wird die Zuführung S16 von Steuerspannung für die Kommunikations- und Steuerschaltung der autonomen Motoreinheit 364 über eine Spannungsstabilisierung durch einen Spannung stabilisierenden Wandler 364&sub2;, der ein Spannungsregler in der autonomen Motoreinheit ist, erhalten.
Insbesondere, wenn die Energiequelle auf der Energie empfangenden Seite stabilisiert werden muß, wird eine ermittelte Spannung ohne direkten Kontakt auf die gleiche Weise wie die oben angegebenen Positionsdaten zurückgeführt. Auf dieser rückgekoppelten Spannungs- und Geschwindigkeitsinformation erfolgt eine Stabilisierung, indem eine Steuerung über eine Amplitudenmodulaton oder eine Pulsbreitenmodulation in der Servosteuerung 361 auf der statischen Seite erfolgt.
Auf diese Weise kann ein Motorsteuersystem, das sowohl einem geteilten Typ entspricht als auch durch eine verbesserte Drehmomentsteuerbarkeit gekennzeichnet ist, verwirklicht werden. Da in den früheren Fällen sowohl die Energiezuführung als auch die Signalübertragung beide koaxial zur Rotationsachse durchgeführt werden mußten, sind einige Modifikationen notwendig. Die Energiezuführung kann durchgeführt werden, indem ein Transformator des Topfkerntyps mit gespaltenem Kern, wie er in der Fig. 37B gezeigt ist, verwendet wird. Die Signalübertragung muß über ein Kommunikationssystem mit optischem Puls oder einer hochfrequenten elektromagnetischen Kommunikationssystem erfolgen, die koaxial zum Topfkern der Transformators mit gespaltenem Kern angeordnet werden.
Wie in Fig. 34 gezeigt ist, kann eine Signalübertragung durch einen optischen Puls über eine hohle Rotationswelle erfolgen, wobei mehrere optische Kopplungsspulen mit verschiedenen Licht emittierenden und Licht abtastenden Wellenlängeneigenschaften verwendet werden.
Im Inneren der Rotationswelle 402, die drehbar über Kugellager 403&sub1;, 403&sub2; in einem statischen Grundkörper befestigt ist, sind optische Bauelemente 404&sub1;-404&sub4; und 405&sub1;-405&sub4;, bei denen es sich um Licht emittierende oder Licht aufnehmende Elemente handelt, in einer gegenüberliegenden Beziehung vorgesehen, so daß sie optische Kopplungsspulen bilden. Die optischen Bauelemente 404&sub1;-404&sub4; und 405&sub1;-405&sub4;, die die optischen Kopplungsspulen bilden, sind so ausgewählt, daß die Peaks der Licht emittierenden Wellenlängen und Licht aufnehmenden Wellenlängen der optischen Kopplungsspulen sich von jenen jeder optischen Kopplungsspule unterscheiden, um so Störungen der Übertragungssignale zu vermeiden.
Wie in Fig. 35A gezeigt ist, werden in einem anderen Beispiel, das optische Pulse verwendet, die Licht emittierenden und Licht empfangenden Elemente koaxial mit einer Abschirmung angeordnet, um eine Beeinflussung zu verhindern. In diesem Fall können die Licht emittierenden Wellenlängen und die Licht empfangenden Wellenlängen für die Mehrzahl der optischen Kopplungsspulen die gleichen sein.
Fig. 35A zeigt die Zusammensetzung der Seite der drehbaren Einheit, in der die Licht leitenden Bauteile 412&sub1;-412&sub3; in zylindrischer Form koaxial zur Rotationsachse 411 ausgebildet sind, wobei sie Radien aufweisen, die sich von jedem anderen Bauteil unterscheiden, und der Außenumfang jedes Licht führenden Elementes 412&sub1;-412&sub3; mit einem Licht abschirmenden Bauteil abgedeckt ist. Auf der in Fig. 35B gezeigten statischen Seite sind Licht führende Bauteile 414&sub1;-414&sub3;, die optische Kopplungsspulen bilden, in Licht abschirmende Materialien 416&sub1;-416&sub3; eingebettet, die in der gleichen Form wie die Licht führenden Bauteile 412&sub1;-412&sub3; um den Außenumfang des Lagers 415 herum angeordnet. Lichtstrahlen, die durch das Licht führende Element geführt werden, das die Komponente der optischen Kopplungsspule bildet, breitet sich zum entgegengesetzten Licht führenden Element aus, das in der anderen Komponente vorgesehen ist, ohne daß sich die Strahlen gegenseitig beeinflussen, und zwar aufgrund von Licht abschirmenden Bauteilen 413&sub1;-413&sub3; und Licht abschirmenden Materialien 416&sub1;-416&sub3;.
Eine Signalübertragung durch optische Pulse wird mit Hilfe von Einrichtungen dieser Licht führenden Bauelemente bewirkt, und die Licht führenden Bauelemente können mit einem Licht emittierenden Bauteil und Licht empfangenden Bauteilen aufgebaut sein.
Eine Signalübertragung durch eine hochfrequente elektromagnetische Induktion wird in solch einem Fall bevorzugt verwendet, in dem eine verschlechternde Umgebung die Zuverlässigkeit der Verbindung über optische Impulse verschlechtert, und auf dieselbe Weise wie bei dem optischen Pulsübertragungsverfahren, das in den Fig. 34 und Fig. 35 gezeigt ist, ist entweder ein Verfahren, in dem die gespaltenen Kerne koaxial in radialer Richtung angeordnet sind oder ein Verfahren, in dem sie in axialer Richtung angeordnet sind, möglich.
Es ist möglich, daß jeder der oben beschriebenen Hochfrequenztransformatoren mit gespaltenem Kern und jede Kopplungsspule als integrierte Einheit ausgebildet sind. Die Steuerung einer autonomen Motoreinheit kann mit Hilfe eines Rotationskörpers einfach realisiert werden, indem auf dieselbe Welle die in Fig. 35A und 35B gezeigte Kopplungsspule und die Hochtransformatoren des gespaltenen Typs mit dem Topfkernaufbau 384&sub1; 384&sub2;, die in Fig. 32B gezeigt sind, angeordnet werden.
Fig. 36 ist ein Blockdiagramm, das ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt sowohl die Energiezuführung als auch die Drehmomentsteuerung für eine erste automatische Motoreinheit 422 und eine zweite autonome Motoreinheit 423 über eine einzige Servosteuerung 421 auf der statischen Seite. Da die Steuerschaltung der Servosteuerung an der statischen Seite und der Aufbau der ersten autonomen Motoreinheit 422 und der zweiten autonomen Motoreinheit 423 dieselben sind, wie es in Fig. 30 gezeigt ist, werden hier nur die grundsätzlichen Teile und Betriebsweisen erklärt.
Die hochfrequente Energie, die von der Servosteuerung 421 auf der statischen Seite zugeführt wird, wird mit Hilfe eines ersten Transformators 424 mit gespaltenem Kern zu einer ersten autonomen Motoreinheit 422 und mit Hilfe eines zweiten Transformators 425 mit gespaltenem Kern zu einer zweiten autonomen Motoreinheit 423 gesendet. Um eine Steuerung durchzuführen, sind die Kopplungsspulen 426&sub1;-426&sub4; zwischen der Servosteuerung 421 auf der statischen Seite und der ersten autonomen Motoreinheit 422 vorgesehen und die Kopplungsspulen 427&sub1;-427&sub4; zwischen der ersten autonomen Motoreinheit 422 und der ersten autonomen Motoreinheit 423 vorgesehen. Die Übertragung und Aufnahme von Drehmomentbefehlen und die Rückkopplung der Information für die erste autonome Motoreinheit 422 wird durch die Kopplungsspulen 426&sub1;, 426&sub2; durchgeführt und für die zweite autonome Motoreinheit 423 durch die Kopplungsspulen 427&sub1;, 427&sub2; durchgeführt. Übertragung und Aufnahme der Drehmomentbefehle und die Rückkopplung von Information wird über die Kopplungsspulen 426&sub1;, 426&sub2;, 427&sub1;, 427&sub2; durchgeführt.
Wie oben beschrieben, ermöglicht das Übertragungssystem einen wirkungsvollen Antrieb und ein Abnehmen einer Vorrichtung, wie eines Mehrgelenk-Roboters, in der die autonomen Motoreinheiten in mehreren Stufen in Reihen kombiniert sind, da die Energiezuführung und die Drehmomentsteuerung einer autonomen Motoreinheit in dieser Ausführungsform mit Hilfe einer anderen autonomen Motoreinheit erfolgt. Gleichermaßen ist es ebenfalls möglich, daß eine autonome Motoreinheit ein bewegliche Bauteil antreibt, das an die autonome Motoreinheit gekoppelt ist.
Ferner ist es in autonomen Motoreinheiten, die nicht in mehreren Stufen kombiniert sind und parallel vorgesehen sind, natürlich möglich, die Steuerung nicht mit Hilfe einer autonomen Motoreinheit, sondern direkt über die Servosteuerung auf der statischen Seite durchzuführen.
Das neue erfindungsgemäße Motorsteuerungsverfahren des getrennten Typs, wie es in jeder der oben erklärten Ausführungsformen gezeigt ist, ermöglicht die Verwirklichung der Dezentralisierung von autonomen Motoreinheiten dadurch, daß die funktionellen Bauteile, die durch ATC-Werkzeuge einer Verarbeitungsmaschine wiedergegeben werden, mit einem Motor angetrieben werden können, und die Positionierung und die Automatisierung der Einspanneinrichtungen auf den Paletten realisiert werden können, die mit einem mechanischen Rahmengerüst oder einem elektrischen Rahmengerüst für die Verbindung und Trennung der Verbindungselemente mit den Elektroden nicht mit einem hohen Zuverlässigkeitsgrad erzielt werden kann, wobei eine umfassende Automatisierung eines Steuersystems ermöglicht wird.
Das Steuern in Form der Steuerung eines Motors an einem Rotationskörper, der Mehrfachrotationen durchführt (zum Beispiel die Motorisierung eines Einspannelementes für einen Drehbankkopf oder den Linearantrieb durch einen Motor an einem Werkzeughalter, der am Wellenende eines Maschinenwerkzeugs angebracht ist) ist ebenfalls möglich.
Indem die Steuerung, wie oben beschrieben, auf geeignete Weise in eine statische Seite und eine Motorseite (an die Maschine montierte Seite) aufgeteilt wird, kann die physikalische Größe eines getrennt beweglichen Teils reduziert werden, und jede autonome funktionelle Einheit mit einem Gleichstrommotor, einem Induktionsmotor oder einem Synchronmotor zuverlässig durch eine einzige Servosteuerung auf der statischen Seite angetrieben werden.
Die den obigen Ausführungsformen (Fig. 30,36) entsprechende Vorrichtung überträgt Energie mit Hilfe von hochfrequenter elektromagnetischer Induktion, die einen Transformator mit gespaltenem Kern verwendet und die Übertragung von Drehmomentbefehlen in Form optischer Übertragung oder hochfrequenter elektromagnetischer Induktionsübertragung durchführt, und folglich scharfen Bedingungen, wie Ausgesetztsein gegenüber Wasser oder Öl, gegenüber beständig ist, kein Auftreten von Funken oder einer Beschädigung von Elektroden bewirkt, und die Fähigkeit aufweist, physikalisch von den heißen Leitung abgespalten oder abgetrennt zu sein. Dies ist eine Vorrichtung, die den seit kurzem wachsenden Bedarf an autonomen Maschinenbauteilen für montierte Motoren oder die Steuerung eines Motors für einen Rotationskörper erfüllt.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Steuerung für eine Energiequelle bereit, die breite Austauschmöglichkeiten bietet, da Gleichstrommotoren, Induktionsmotoren und Synchronmotoren gemeinsam als Drehmomentgeneratoren behandelt werden können, unabhängig vom Motortyp.
Indem diese Ausführungsformen verwendet werden, können die oben beschriebenen Wirkungen in den folgenden speziellen Fällen erreicht werden, um beispiellose Verbesserungen und einen technologischen Durchbruch auf diesem Gebiet zu erzielen.
1) Motorsteuerung der Positionsanzeige für ein Werkstück auf einer Palette.
2) Drahtloser Antrieb für Energie und Signale für jede Achse des Betätigungsglieds für den Motor eines Mehrgelenk-Roboters.
3) Drahtloser Werkzeugantrieb bei einem automatischen Werkzeugaustausch eines Maschinenwerkzeugs (Maschinenzentrum).
4) Steuerung von Betätigungsgliedern für einen Motor, die an dem Ende einer Hauptwelle eines Maschinenwerkzeugs angebracht ist, die eine Mehrfachrotation beinhaltet (zum Beispiel die Motorisierung eines Einspannteils an einem Drehbankkopf oder einem Stahlhalter auf einer Hauptwelle).
5) Steuerung insbesondere, wenn die Steuerbarkeit des Drehmoments für einen Motor erforderlich ist, und außerdem, wenn die Palette, auf die der Motor montiert ist, sich selbst autonom bewegen können muß, wenn der Motor zum Zentrieren und Einspannen eines Werkstücks auf einer Arbeitspalette verwendet wird.
6) Steuersignalübertragung und Energiezuführung zu unterschiedlichen elektrischen Lasten, einschließlich Motoren in Kammern, die durch durchsichtige Materialien, wie Glas oder durch nichtmagnetische Metalle, wie in einem Reinraum isoliert sind.
7) Steuersignalübertragung und Energiezuführung zu verschiedenen elektrischen Lasten, einschließlich Motoren unter Bedingungen, wie im Vakuum oder unter Wasser, in denen die Energiezuführung über einen Elektrodenkontakt unmöglich ist.
Von den obigen Anwendungen kann die vorliegende Erfindung insbesondere ohne Veränderung wirkungsvoll bei Verwendungen eingesetzt werden, bei denen ein Motor als Drehmomentgenerator verwendet wird, wie beim Einspannen, Zentrieren oder Einklemmen, da alle Motoren nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen als Drehmomentgeneratoren verstanden werden und die Steuerung nach dem getrennten Typ durchgeführt wird.
Da die obigen Ausführungsformen (Fig. 35, 36) wie oben erklärt aufgebaut sind, zeigen sie folgende Wirkungen:
Die Ausführungsformen haben die Wirkung, die Miniaturisierung einer autonomen Motoreinheit, die abnehmbar ist, zu ermöglichen, die Kapazität zu erhöhen, um ferngesteuerte Motoren zu verwirklichen als auch den Anwendungsbereich zu vergrößern. Die vorliegenden Erfindung hat den weiteren Effekt, daß, da der Aufbau der Servosteuerung auf der statischen Seite, die eine autonome Motoreinheit steuert, von dem Motortyp unbeeinflußt bleibt, die gleiche Servosteuerung auf der statischen Seite für jeden Motortyp verwendet werden kann, und die Typen der Servosteuerungen auf der statischen Seite können minimiert werden, womit ein effizienterer Aufbau möglich wird. Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls die Wirkung, daß die getrennt gesteuerten Motoren gegenüber scharfen Bedingungen beständig sind, wie das Ausgesetztsein gegenüber Wasser oder Öl, kein Austreten von Funken und Elektrodenbeschädigungen verursachen und die Fähigkeit aufweisen, physikalisch abgetrennt und nicht über heiße Leitungen angeschlossen zu sein.
Ferner zeigt die vorliegenden Erfindung die Wirkung, indem der Vorteil aus der Tatsache gezogen wird, daß der Zustand der elektromagnetischen Induktionskopplung zwischen den Spulen praktisch unbeeinflußt von dem Grad der Veränderung der relativen Positionen von statischer Einheit und beweglicher Einheit während der Energiezuführung ist, eine stabile Energieversorgung bei den Anwendungen bereitzustellen, in denen die Energiezuführung zur herkömmliche Verdrahtung aufgrund von Ermüdung, die durch die schnelle Bewegung mit kurzem Takt des beweglichen Körpers in eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Richtung verursacht wird.

Claims

1. Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung für eine Maschineneinrichtung, wobei Leistung ohne direkten elektrischen Kontakt von einer statischen Einheit auf eine drehbare Einheit der Maschineneinrichtung übertragen wird, gekennzeichnet durch einen gespaltenen Kern, der aus einem ersten Kern (51) und einem zweiten Kern (53) besteht, die an der statischen Einheit bzw. der drehbaren Einheit befestigt sind und eine magnetische Schaltung bilden, deren magnetische Weglänge sich durch eine beliebige Rotation des zweiten Kerns (53) in bezug auf den ersten Kern (51) nicht verändert, eine erste Spule (54), die mit einer Hochfrequenz-Wechselstromquelle verbunden ist, und in der statischen Einheit vorgesehen ist, um die magnetische Schaltung mit einer magnetomotorischen Kraft zu versehen, und eine zweite Spule (55), die mit einer Leistung empfangenden Vorrichtung verbunden ist und die an der drehbaren Einheit befestigt ist, wobei die zweite Spule (55) derart angeordnet ist, daß sie mit einem magnetischen Fluß, der durch die magnetische Schaltung tritt, in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Kern (51) von dem ersten Kern und dem zweiten Kern ein Hochfrequenzmagnetelement ist, das einen U-förmigen Querschnitt hat, in dem die beiden sich parallel erstreckenden Armteile (71) senkrecht zur Rotationsachse der drehbaren Einheit ausgerichtet sind, und der andere Kern (53) ein Hochfrequenzmagnetelement mit zylindrischer Form ist, das derart angeordnet ist, daß seine zentrale Achse koaxial zur Rotationsachse steht, wobei jeder Endbereich des zylindrischen Kerns von einem Aufnahmeloch (52) aufgenommen wird, das in jedem Armteil des U-förmigen Kerns vorgesehen ist, wobei die beiden Kerne um besagte Achse in bezug aufeinander gleitend drehbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die aufeinander passenden Flächen des U- förmigen Kerns und des zylindrischen Kerns sich verjüngend ausgebildet sind und wobei jedes Armteil (71) des U-förmigen Kerns einen Schlitz (74) aufweist, der sich vom Ende des Armteils zu dem Aufnahmeloch (72) erstreckt, um den zylindrischen Kern (73) in dem Aufnahmeloch (72) anzubringen und aus diesem zu entfernen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Kern ein zylindrischer Kern (63) ist, der zweite Kern ein U-förmiger Kern (61), der zweite Kern (61) lose an der drehbaren Einheit befestigt ist, derart, daß der zweite Kern (61), wenn er magnetisch angeregt wird, sich eng an den ersten Kern (63) anlegen kann, die erste Spule auf den ersten Kern gewickelt ist und die zweite Spule (65) in radialem Abstand zu der ersten Spule gewickelt ist und diese abdeckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Kern (51) ein U-förmiger Kern ist, der zweite Kern (53) ein zylindrischer Kern ist, und die erste und die zweite Spule (54, 55) auf den ersten bzw. den zweiten Kern gewickelt sind.

6. Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5 zur Übertragung von Leistung auf eine Palette, auf die eine Achse des Servomotors eines Maschinenwerkzeugs, das hinzugefügt werden kann, montiert ist, wobei der erste Kern (91) an einer statischen Einheit befestigt ist, die neben der Rotationsachse eines rotierenden Tisches (82) angeordnet ist, auf den die Palette (83) montiert ist, und der zweite Kern (93) koaxial zur Rotationsachse der Palette (83) an der Palette (83) befestigt ist.

7. Kontaktloser Dynamotor zur Übertragung von Leistung oder Übermittlung von Signalen zwischen einem ersten und einem zweiten Element, die so angeordnet sind, daß sie eine relative Rotationsbewegung ausführen können, aufweisend eine erste Spule (54; 65; 104), die von einem ersten (51; 63; 101) besagter Elemente getragen wird, und eine zweite Spule (55; --; 105), die von einem zweiten (53; 63; 103) besagter Elemente gehalten wird, und Kerneinrichtungen (51, 53; 61, 63; 101; 101, 111) aufweisend, die einen Teil des magnetischen Wegs bilden, der sich durch die erste und die zweite Spule erstreckt und nicht durch die relative, einen Winkel bildende Position der beiden Elemente zueinander beeinflußt wird, wobei das erste beider Elemente aus einem hochfrequenten magnetischen Material gefertigt ist, und einen Teil der Kerneinrichtung bildet und Arme aufweist, die senkrecht zur Rotationsachse des zweiten Elements stehen und wobei das zweite der beiden Elemente eine zylindrische Form hat, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (51; 61; 101) eine U-förmige Geometrie aufweist und die beiden sich parallel erstreckenden Arme dieses Elements frei über einen Bereich (93; 102) des zweiten Elements greifen, derart, daß eine Verbindung der beiden Elemente erhalten werden kann, indem sie relativ zu einander linear in eine Richtung bewegt werden, die senkrecht zur Achse der relativen Rotationsbewegung steht.

8. Dynamotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen Arme (71) des ersten Elements (51; 61) jeweils mit einem zu einer Seite hin offenen Schlitz (74) versehen sind, der einen Endbereich des zweiten Elements (53; 63) aufnimmt, und das zweite Element (53; 63) ebenfalls aus hochfrequentem magnetischen Material besteht.

9. Dynamotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Flächen der Schlitze (74) der Arme (71) des U-förmigen ersten Elements (51; 61) und des zylindrischen zweiten Elements (53; 63) sich verjüngen bzw. konisch sind.

10. Dynamotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige erste Element (61) und das zylindrische zweite Element (61) lose miteinander verbunden sind derart, daß sich beide Elemente durch eine magnetische Anregung eng aneinanderlegen können, wobei die erste Spule (54; --) und die zweite Spule (55; 65) derart gewickelt sind, daß sie radial voneinander beabstandet sind, jedoch denselben axialen Bereich abdecken.

11. Dynamotor nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (--) auf dem zylindrischen zweiten Element (63) angeordnet ist, wohingegen die erste Spule (65) in Form hergestellt ist, so daß sie gleitend auf die Oberfläche des zweiten Elements (63) paßt.

12. Dynamotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arme des Kern bildenden U-förmigen ersten Elements (101) über einen Umfangsbereich (303) oder einen radial vorstehenden Flanschbereich (102) des zweiten Elements (103; 290) greifen und daß die zweite Spule (105; 294) in dem Umfangsbereich oder radialen Flanschbereich angeordnet ist.

13. Dynamotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (105) von einem nicht magnetischen Bereich (102) des zweiten Elements (103) getragen wird.

14. Dynamotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (105) von einem Bereich (111) des zylindrischen Elements getragen wird, das aus hochfrequentem magnetischen Material gefertigt ist.

15. Verwendung des kontaktlosen Dynamotor nach Anspruch 7 in einer Maschineneinrichtung.

16. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 15, wobei die Maschineneinrichtung aus einer statischen Einheit und einer drehbaren Einheit besteht, die geeignet ist, sich zu drehen und entfernt zu werden, wobei die drehbare Einheit eine autonome Motoreinheit aufweist, wobei die autonome Motoreinheit mit zumindest:

einem Motor, den Komponenten, die an die drehbare Einheit der Leistungsübertragungsvorrichtung befestigt sind, die Leistung für den Motorantrieb ohne direkten elektrischen Kontakt empfängt, Antriebseinrichtungen, die die Leistung, die über die Leistungsübertragungsvorrichtung zugeführt wird, liefert und den Motor antreibt, eine Stromsteuereinheit, um die Antriebseinrichtung anzutreiben, die von der Servosteuerung zur Steuerung der Rotation des Motors getrennt ist, die Komponenten einer ersten Signalübertragungsvorrichtung, die an der drehbaren Einheit befestigt sind, um ohne direkten elektrischen Kontakt Drehmomentbefehle zu empfangen, die der Stromsteuereinheit zugeführt werden, Detektionseinrichtungen, um Informationen über den Betrieb des Motors zu erfassen, die Komponenten der zweiten Si gnalübertragungseinrichtung, die an der drehbaren Einheit zur Übertragung von Ausgabesignalen der Detektionseinrichtungen ohne direkten elektrischen Kontakt befestigt sind, versehen ist, und wobei die statische Einheit zumindest:

eine hochfrequente Stromquelle, Komponenten der Leistungsübertragungsvorrichtung, die an der statischen Einheit zur Übertragung von Leistung von der hochfrequenten Stromquelle auf die autonome Motoreinheit ohne direkten elektrischen Kontakt befestigt sind, Komponenten der zweiten Signalübertragungseinrichtung, die an der drehbaren Einheit befestigt sind, um das Ausgabesignal der Detektionseinrichtung der autonomen Motoreinheit ohne direkten elektrischen Kontakt zu empfangen, eine Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit, die aus einem Teil der Servosteuerung besteht, von der die Stromsteuereinheit abgetrennt ist, um Drehmomentbefehle sowohl aus einem Befehlssignal, das von einer stromaufwärts angeordneten Einrichtung, als auch aus einem empfangenen Ausgabesignal der Detektionseinrichtung erzeugt, und die Komponenten des ersten Signalübertragungseinrichtung, die an der statischen Einheit zur Übertragung von Drehmomentbefehlen befestigt sind, die von der Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit an die autonome Motoreinheit ohne direkten elektrischen Kontakt ausgegeben werden, aufweist.

17. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Geschwindigkeitsverstärker und ein Positionsverstärker in der Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit vorgesehen sind, um einen Drehmomentbefehl zur Steuerung des Motors aus der Position und Geschwindigkeit des Motors zu erzeugen, die durch den Inhalt der Erfassung angegeben werden, die durch die Detektionseinrichtung erfolgt, und einen Stromverstärker in der autonomen Motoreinheit vorgesehen ist, um den Motor als Antwort auf das Drehmomentsignal zu steuern.

18. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Geschwindigkeitsverstärker und ein Positionsverstärker in der Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit vorgesehen sind, um einen Drehmomentbefehl zur Steuerung des Motors aus der Position und Geschwindigkeit des Motors zu erzeugen, die durch den Inhalt der Erfassung angegeben werden, die durch die Detektionseinrichtung erfolgt, und in der Stromsteuereinheit ein Stromverstärker zur Steuerung des Motors in Antwort auf den Strombefehl und ein Erzeuger für Strombefehle vorgesehen sind, um einen Strombefehl sowohl aus dem Drehmomentbefehl als auch aus der Phase des Motors zu erzeugen, die durch den Inhalt der Erfassung, die durch die Detektionseinrichtungen erfolgt, angegeben werden.

19. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 15, wobei mehrere autonome Motoreinheiten vorgesehen sind, die in mehreren Stufen kombiniert sind, die Drehmomentbefehle von einer Servosteuerung auf der Seite der statischen Einheit empfangen, die Leistungszuführung von der statischen Einheit in jede Stufe der autonomen Motoreinheiten und Übertragung von Datensignalen und Steuersignalen zwischen der seitlichen Servosteuerung auf der Seite der statischen Einheit und der Stromsteuereinheit in jeder Stufe über eine Leistungsübertragungsvorrichtung erfolgen, die zwischen der statischen Einheit und der ersten Stufe der autonomen Motoreinheiten in den einzelnen Stufen vorgesehen sind.

20. Verwendung einer Maschineneinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Leistungsübertragungsvorrichtung und die Signalübertragungseinrichtung in einer integrierten Einheit aufgebaut sind.

21. Verwendung einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 16, wobei die autonome Motoreinheit steuerbar ein bewegliches Element antreibt, das in die besagte Motoreinheit eingebaut ist oder steuerbar den Mechanismus der autonomen Motoreinheit selbst steuert.

22. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 16, wobei die Maschineneinrichtung ein Maschinenwerkzeug, eine Robotoreinrichtung oder Zusatzgeräte für diese ist.

23. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 21, wobei die autonome Motoreinheit als Einheit aufgebaut ist, die geeignet ist, aus der Maschineneinrichtung entfernt zu werden.

24. Verwendung in einer Maschineneinrichtung nach Anspruch 15, wobei die Maschineneinrichtung eine Dreheinrichtung beinhaltet und die Leistungsübertragungsvorrichtung und die Signalübertragungseinrichtung koaxial in bezug auf die Rotationsachse der Dreheinrichtung befestigt sind.

25. Verwendung in einer Einrichtung nach Anspruch 24, wobei die drehbare Einrichtung eine elektrische Ladung aufweist, die am Ende ihrer Rotationswelle installiert ist, und eine Verdrahtung von der zweiten Spule der Leistungsübertragungsvorrichtung zum Ende der Rotationswelle und die Verdrahtung, die ain Ende der drehbaren Einheit des Signalübertragungseinrichtung am Ende der Rotationswelle in einer Vertiefung, die auf dem Außenumfang der Rotationswelle in Richtung der Wellenachse oder in einem Hohlbereich einer hohlen Rotationswelle vorgesehen ist, angeordnet sind.

26. Verwendung in einer Einrichtung nach Anspruch 25, wobei die drehbare Einrichtung ein Motor ist, der zweite Kern der Leistungsübertragungsvorrichtung auf der Rotationswelle vorgesehen ist und an beiden Ende durch Lager gehalten werden, wobei vorgesehen ist, daß der erste Kern an der statischen Einheit befestigt ist und dem zweiten Kern über einen Zwischenraum gegenübersteht, und eine Signalübertragungseinrichtung am äußeren Umfangsrand der Rotationswelle und der statischen Einheit gegenüberstehend angeordnet, vorgesehen ist.

27. Verwendung in einer Einrichtung nach Anspruch 25, wobei die Rotationseinrichtung eine Reduktionsanordnung ist, der zweite Kern der Leistungsübertragungsvorrichtung auf der Ausgabewelle mit variabler Geschwindigkeit, die an beiden Enden durch Lager gehalten wird, vorgesehen ist, es vorgesehen ist, daß der erste Kern an der statischen Einheit befestigt ist und dem zweiten Kern über einen Zwischenraum gegenübersteht, und die Signalübertragungseinrichtung nach Anspruch 12 auf dem äußeren Umfang der Ausgabewelle von variabler Geschwindigkeit in einer der statischen Einheit gegenüberliegenden Position angeordnet ist.

28. Verfahren zur Steuerung einer kontaktlosen Leistungszuführung für einen Motor, der für die Maschineneinrichtung, wie sie in Anspruch 16 beschrieben ist, verwendbar ist, wobei die Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit einen Drehmomentbefehl sowohl aus einem Befehlssignal, das von einer vorher beschriebenen stromaufwärts angeordneten Einrichtung zugeführt wird, als auch aus dem Inhalt der Detektion, die durch die Detektionseinrichtungen erfolgt, erzeugt und den Drehmomentbefehl einer autonomen Motoreinheit zuführt, und die autonome Motoreinheit einen Motor als Antwort auf das Drehmomentsignal, das von der Servosteuerung auf der Seite der statischen Einheit bereitgestellt wird, antreibt.

29. Verfahren zur Steuerung kontaktloser Stromzuführung nach Anspruch 28, wobei die Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit einen Drehmomentbefehl sowohl aus einem Befehlssignal, das von einer vorher beschriebenen stromaufwärts angeordneten Einrichtung zugeführt wird, als auch aus einer Geschwindigkeit und einer Position des Motors, die durch den Inhalt der Detektion angegeben werden, die durch die Detektionseinrichtungen erfolgt, erzeugt und den Drehmomentbefehl einer autonomen Motoreinheit zuführt, und der autonome Motoreinheit einen Motor antreibt, wobei der Drehmomentbefehl, der von der Servosteuerung auf der Seite der statischen Einheit bereitgestellt wird, als Strombefehl verwendet wird.

30. Verfahren zur Steuerung kontaktloser Leistungszuführung für einen Motor nach Anspruch 28, wobei

die Servosteuerung an der Seite der statischen Einheit einen Drehmomentbefehl sowohl aus einem Befehlssignal, das von einer vorher beschriebenen stromaufwärts angeordneten Einrichtung geliefert wird, als auch aus einer Geschwindigkeit und einer Position des Motors, die durch den Inhalt der Detektion angegeben wird, die durch die Detektionseinrichtungen erfolgt, erzeugt und den Drehmomentbefehl einer autonomen Motoreinheit zuführt, und

die autonome Motoreinheit ein Stromsignal sowohl aus einer Phase des Motors, die durch den Inhalt der Detektion angegeben wird, die durch die Detektionseinrichtungen erfolgt, und aus dem Drehmomentbefehl, der von der Servosteuerung auf der Seite der statischen Einheit bereitgestellt wird, erzeugt und den Motor antreibt.