TWM616481U - 感應供電系統與加工裝置 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種感應供電系統，包含：一第一裝置與一第二裝置，該第一裝置定義一中軸，該第一裝置沿該中軸之一端定義為一端部；一供電機構，包含一無線電力傳輸器與一無線電力接收器，該無線電力傳輸器包含一發射器，該發射器至少部分凸出於該端部外，且該發射器與該中軸之徑向距離不為零，該發射器位於該中軸之一側，該無線電力接收器設於該第二裝置，該發射器供向該無線電力接收器傳輸電力；藉此，該發射器能在不阻礙第二裝置移動的前提下供給電力予無線電力接收器。

Description

感應供電系統與加工裝置

本創作係有關於一種感應供電系統及包含該感應供電系統之加工裝置。

在使用加工刀具進行作業之設備中，通常包含一主軸及一刀把或刀具，刀把或刀具插設於主軸而受主軸之驅動，而為了使刀具額外進行震動等行為，以配合加工需求，則須將電力導引至刀具中，方能驅動致震機構進行震動。

其中，導引電力的方式，通常係採用設置於主軸與刀具之間之電刷結構，藉由接觸來傳輸電力，然而，正因為需要接觸，相關結構須彼此鄰近，而造成刀把或刀具退出或插設時之阻礙。

另一常見方式則是採用線圈電磁感應來產生電力，對此，主軸與刀具分別需設置對應線圈，而兩線圈同樣須十分靠近，方能成功產生電磁感應，因此，線圈同樣會造成刀把或刀具退出或插設時之阻礙，不利於換刀。

因此，如何在不妨礙換刀作業的前提下，盡量提高電力傳輸之效率，成為十分重要的課題。

本創作的其中一項目的即在於提供一種不妨礙換刀動線之感應供電系統，提升供電效率與操作方便性。

基於上述目的，本創作提供一種感應供電系統，包含一第一裝置、一第二裝置與一供電機構。

該第一裝置定義一中軸，該第一裝置沿該中軸之一端定義為一端部；該供電機構包含一無線電力傳輸器與一無線電力接收器，該無線電力傳輸器包含一發射器，該發射器至少部分凸出於該端部外，且該發射器與該中軸之徑向距離不為零，該發射器位於該中軸之一側，該無線電力接收器設於該第二裝置，該發射器供向該無線電力接收器傳輸電力。

在某些情況下，該第一裝置為一主軸裝置，該第二裝置為一刀把，該主軸裝置包含一主軸，該主軸定義該中軸，該端部為一連接端而供該刀把之部分沿該中軸之方向插設連接，該刀把沿該中軸之相對兩端分別為一插設端與一工具端，該插設端供插設於該主軸之連接端，該工具端供一工具連接，該無線電力接收器供設於該刀把之外而位於該插設端與該工具端之間，該發射器供向該無線電力接收器傳輸電力，使該無線電力接收器得以進一步驅動該刀把之一帶動機構。

其中，該無線電力傳輸器可更包含一頻率轉換器與一控制器，該發射器具有一發射器共振頻率，該頻率轉換器連接於該發射器而能受電力驅動向該發射器輸出一工作電壓，該工作電壓具有一震盪頻率，該工作電壓施加於該發射器時產生一工作電流，該控制器連接於該頻率轉換器，該控制器依該工作電壓的相位及該工作電流的相位控制並調整該震盪頻率；較佳地，該無線電力接收器具有一接收器共振頻率，該發射器共振頻率與該接收器共振頻率相同；較佳地，該頻率轉換器為半橋逆變器；較佳地，該無線電力傳輸器更包含一直流對直流轉換器，該直流對直流轉換器連接於該頻率轉換器而能受電力驅動向該頻率轉換器輸出一驅動電壓，該控制器連接於該直流對直流轉換器以調整該驅動電壓。

其中，較佳地，該發射器與該無線電力接收器於徑向上至少部分彼此干涉。

為了達到上述目的，本創作同時提供一種加工裝置，包含一上述之感應供電系統、一該刀把與一該工具。

該刀把之插設端插設於該主軸之連接端，該無線電力接收器設於該刀把之外而位於該插設端與該工具端之間，該刀把並具有該帶動機構；該工具連接於該刀把之工具端並受該帶動機構之驅動，藉以進行加工作業。

其中，在某些情況下，該帶動機構為一致震器，供帶動該工具之至少一部分震動。

藉此，本創作提供之本創作提供之感應供電系統與加工裝置之無線電力傳輸器因設置於主軸連接端之外，又位於中軸之一側，因此，中軸之另側仍保持空曠以利刀把之拆換，同時，無線電力傳輸器能盡量靠近無線電力接收器，以提升電力傳輸效率，

本創作提供一種感應供電系統，包含一第一裝置、一第二裝置與一供電機構。

該第一裝置定義一中軸，該第一裝置沿該中軸之一端定義為一端部；該供電機構包含一無線電力傳輸器與一無線電力接收器，該無線電力傳輸器包含一發射器，該發射器至少部分凸出於該連接端外，且該發射器與該中軸之徑向距離不為零，該發射器位於該中軸之一側（即偏心設置），該無線電力接收器設於該第二裝置，該發射器供向該無線電力接收器傳輸電力

實際上的應用，請參考圖1，可以是但不限於一種主軸刀把供電系統，該第一裝置為一主軸裝置10，而該第二裝置為一刀把30。

該主軸裝置10包含一主軸11，該主軸11定義該中軸，該端部為一連接端111而供該刀把30之部分沿該中軸之方向插設連接，該刀把30沿該中軸之相對兩端分別為一插設端31與一工具端32，該插設端31供插設於該主軸11之連接端111，該工具端32供一工具（圖未示）連接，該無線電力接收器22供設於該刀把30之外而位於該插設端31與該工具端32之間，該發射器211例如是設置固定在其他裝置表面，或者例如本實施例設置在主軸11的表面，該發射器211鄰近於無線電力接收器22，該發射器211供向該無線電力接收器22傳輸電力，使該無線電力接收器22得以進一步驅動該刀把30之一帶動機構33。

該無線電力傳輸器另包含一頻率轉換器212、一控制器213、一直流對直流轉換器214與一整流器215。該整流器215例如為一橋式整流器，可接受外部交流電源輸入，並輸入直流電V ₁；該發射器211具有一發射器共振頻率，該頻率轉換器212較佳地為一半橋逆變器，以開關電路方式輸出震盪波形為方波之工作電壓V ₃，連接於該發射器211而能受直流對直流轉換器214輸出之電力驅動向該發射器211輸出該工作電壓V ₃，該工作電壓具有一震盪頻率，該工作電壓V ₃施加於該發射器211時產生一工作電流I ₂，以與該無線電力接收器22電磁耦合，該控制器213連接於該頻率轉換器212，該控制器213依該工作電壓V ₃的相位及該工作電流I ₂的相位控制並調整該震盪頻率；其中，該無線電力接收器22具有一接收器共振頻率f _c2，該發射器共振頻率f _c1與該接收器共振頻率f _c2相同。該直流對直流轉換器214例如可為一降壓-升壓轉換器（buck-boost converter），受整流器215之電力驅動，連接於該頻率轉換器212而向該頻率轉換器212輸出一驅動電壓V ₂與一驅動電流I1，於其他可能實施例中，該直流對直流轉換器亦可使用半橋式、全橋式、返馳式或其他類型的直流對直流電壓轉換器；該控制器213連接於該直流對直流轉換器214以調整該驅動電壓V ₂。

具體來說，該發射器211包括一發射線圈與一第一電容器，兩者彼此串聯連接，使發射器211具有一電容值C ₁與一電感值L ₁，其中電感值L ₁可由發射線圈的電感值近似而得，電容值C ₁可由第一電容器的電容值近似而得，發射器211之發射器共振頻率f _c1可由以下公式求得。

而該控制器213例如為系統單晶片，連接於直流對直流轉換器214、頻率轉換器212與發射器211，經過編程而能檢測並監看輸出至發射器211的工作電壓V ₃與工作電流I ₂的有效值及相位，並且依工作電壓V ₃與工作電流I ₂控制並調整直流對直流轉換器214與頻率轉換器212，藉以調整工作電壓V ₃與工作電流I ₂的相位，並且能將工作電壓V ₃與工作電流I ₂控制在目標範圍中，目標範圍例如是預先設定或寫入控制器213的目標範圍，或是/或同時是另外經由目標命令輸入控制器213的目標範圍，具體而言，對於工作電壓V ₃與工作電流I ₂的有效值，當工作電壓V ₃過高或過低時，控制器213控制直流對直流轉換器214降壓或升壓以調整驅動電壓V ₂，從而維持工作電壓V ₃的穩定，或將工作電壓V ₃控制於目標範圍中，另一方面，當工作電流I ₂過高或過低時，控制器213亦可控制直流對直流轉換器214降壓或升壓以調整驅動電壓V ₂，間接利用工作電壓V ₃控制工作電流I ₂，將工作電流I ₂控制於目標範圍中。

該無線電力接收器22構造與發射器211之構造相似，供設於該刀把30之外而位於該插設端31與該工具端32之間，發射器211恰位於無線電力接收器22的鄰近一側，較佳地，該發射器211與該無線電力接收器22於徑向上至少部分彼此干涉，以確保發射器211與無線電力接收器22之距離足夠靠近；該無線電力接收器22供與該發射器211電磁耦合，以自該無線電力傳輸器獲得電力，使該無線電力接收器22得以進一步驅動該刀把30之一帶動機構33。

具體來說，該無線電力接收器22包含一接收線圈與一第二電容器，該接收線圈與該發射線圈電磁耦合，該接收線圈與該第二電容器串聯連接，使該無線電力接收器22具有一電容器C ₂與一電感值L ₂，其中電感值L ₂可由接收線圈的電感值近似而得，電容值C ₂可由第二電容器的電容值近似而得，該無線電力接收器22之接收器共振頻率f _c2則可由以下公式求得。

其中，無線電力接收器22與發射器211能經組態而使接收器共振頻率fc2與發射器共振頻率fc1相同，以提高無線電力接收器22與發射器211之間電磁耦合、傳輸電力的效率。

特別要說明的是，於本實施例中，係僅包含單一主軸，然而，於其他可能實施例中，亦可包含多個主軸，該些主軸繞一軸線設置而彼此平行，該發射器與該軸線重疊，也就是說，該些主軸繞該發射器之延伸線排列，如此一來，單一發射器便能同時對應多個無線電力接收器而向其輸送電力。另外，當設置較多主軸時，亦可斟酌設置不只一個發射器，例如以兩個發射器對應八個主軸，每個發射器對應四個主軸，便能在較少發射器的前提下設置盡量多的主軸。

無線電力接受器22的接收線圈可以繞刀把30設置，而分佈位於刀把的周圍，發射器211的發射線圈位於主軸與刀把的一側，發射線圈的中的繞組的纏繞方向可以是平行或垂直於接收線圈中的繞組的纏繞方向，其中，可以將發射線圈的纏繞方向與接收線圈的纏繞方向設置為垂直，如此可以將發射線圈指向接收線圈，以獲得較佳的電力輸送效率；其中，也可以將發射線圈的纏繞方向與接收線圈的纏繞方向設置為平行，如此一來，如果有多個主軸與刀把圍繞發射器設置，也能均勻地驅動設置在各個刀把的無線電力接收器。

同時，本創作並提供一種加工裝置，包含一上述之感應供電系統、一該刀把30與一該工具（圖未示）。

該刀把30之插設端31插設於該主軸11之連接端111，該無線電力接收器22設於該刀把30之外而位於該插設端31與該工具端32之間，該刀把30並具有該帶動機構33；該工具連接於該刀把30之工具端32並受該帶動機構33之驅動，藉以進行加工作業。具體來說，於本實施例中，該帶動機構33可為一致震器，供帶動該工具之至少一部分震動，然而，該帶動機構亦可為其他之機構，例如轉動機構等。

實際使用時，因發射器位於主軸連接端之外，而能夠盡量靠近刀把上之無線電力接收器，確保良好的電力傳輸效率，此外，發射器係偏心設置於刀把之一側，也就是說，刀把的另側並不會被發射器所阻擋，而有利於刀把之拆換，亦無須在拆換刀把前先將發射器移開，對於機械裝置整體之設計與配置皆十分有利。

上述較佳實施例中，發射器有至少部分凸出於端部外，惟改將發射器全部設置於上方而不凸出於端部，又或者改以其他升降裝置沿中軸移動發射器，控制發射器的位置，依使用階段及使用需求調整發射器的位置，均屬可行。

綜上所述，本創作提供之感應供電系統與加工裝置能確保供電效率，又能避免妨礙刀把之拆換動線，可有效提升作業效率，實為相關業者所企盼，惟以上實施例僅在於說明並闡述本創作的技術內容，本專利的專利範圍應以後述的申請專利範圍為準。

10:主軸裝置 11:主軸 111:連接端 211:發射器 212:頻率轉換器 213:控制器 214:直流對直流變壓器 215:整流器 22:無線電力接收器 30:刀把 31:插設端 32:工具端 33:帶動機構

圖1為本創作之示意圖。

10:主軸裝置

11:主軸

111:連接端

211:發射器

212:頻率轉換器

213:控制器

214:直流對直流變壓器

215:整流器

22:無線電力接收器

30:刀把

31:插設端

32:工具端

33:帶動機構

Claims (9)

1. 一種感應供電系統，包含： 一第一裝置與一第二裝置，該第一裝置定義一中軸，該第一裝置沿該中軸之一端定義為一端部； 一供電機構，包含一無線電力傳輸器與一無線電力接收器，該無線電力傳輸器包含一發射器，該發射器至少部分凸出於該端部外，且該發射器與該中軸之徑向距離不為零，該發射器位於該中軸之一側，該無線電力接收器設於該第二裝置，該發射器供向該無線電力接收器傳輸電力。
2. 如請求項1所述之感應供電系統，其中該第一裝置為一主軸裝置，該第二裝置為一刀把，該主軸裝置包含一主軸，該主軸定義該中軸，該端部為一連接端而供該刀把之部分沿該中軸之方向插設連接，該刀把沿該中軸之相對兩端分別為一插設端與一工具端，該插設端供插設於該主軸之連接端，該工具端供一工具連接，該無線電力接收器供設於該刀把之外而位於該插設端與該工具端之間，該發射器供向該無線電力接收器傳輸電力，使該無線電力接收器得以進一步驅動該刀把之一帶動機構。
3. 如請求項2所述之感應供電系統，其中該無線電力傳輸器更包含一頻率轉換器與一控制器，該發射器具有一發射器共振頻率，該頻率轉換器連接於該發射器而能受電力驅動向該發射器輸出一工作電壓，該工作電壓具有一震盪頻率，該工作電壓施加於該發射器時產生一工作電流，該控制器連接於該頻率轉換器，該控制器依該工作電壓的相位及該工作電流的相位控制並調整該震盪頻率。
4. 如請求項3所述之感應供電系統，其中該無線電力接收器具有一接收器共振頻率，該發射器共振頻率與該接收器共振頻率相同。
5. 如請求項3所述之感應供電系統，其中該頻率轉換器為半橋逆變器。
6. 如請求項3所述之感應供電系統，其中該無線電力傳輸器更包含一直流對直流轉換器，該直流對直流轉換器連接於該頻率轉換器而能受電力驅動向該頻率轉換器輸出一驅動電壓，該控制器連接於該直流對直流轉換器以調整該驅動電壓。
7. 如請求項2所述之感應供電系統，其中該發射器與該無線電力接收器於徑向上至少部分彼此干涉。
8. 一種加工裝置，包含： 一如請求項2至7中任一項所述之感應供電系統； 一該刀把，該刀把之插設端插設於該主軸之連接端，該無線電力接收器設於該刀把之外而位於該插設端與該工具端之間，該刀把並具有該帶動機構； 一該工具，該工具連接於該刀把之工具端並受該帶動機構之驅動，藉以進行加工作業。
9. 如請求項8所述之加工裝置，其中該帶動機構為一致震器，供帶動該工具之至少一部分震動。

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