TWI552894B - 用於提供電力給一移動元件之系統與方法 - Google Patents

Description

用於提供電力給一移動元件之系統與方法

本發明係關於一種運輸系統和方法，尤指一種用以於運輸系統中提供電力給移動元件之系統和方法。

運輸系統中的問題之一(包含在皮帶驅動或滾動驅動的輸送機以及線性驅動的輸送機)，無論是在移動或固定的狀態，係提供電力給移動元件/托盤來作為使用於移動元件/托盤上的電力來源。於處理、測試或類似期間，可於移動元件/托盤上具有可使用於各種不同期間之電力來源。

利用電池來提供電力來源給移動元件/托盤，然而，電池笨重且需要定期充電。還可利用纜線來提供電源，但在移動過程需要用於纜線之導引系統，並且會限制移動的範圍。

過去一些人曾經嘗試使用感應式電源來提供用於運輸系統之移動元件/托盤的電源。大多數傳統的感應式電力運輸系統使用高頻交流電流主要導體，以沿著主要導體和具有用於感應能量傳輸之第二導體的接收單位而提供電磁場。主要導體通常被放置成平行移動路徑，使得於主要導體和次要導體間的空間維持實質固定。因此，典型現有的感應電力運輸系統如下：●沿著整個運動路徑放射電磁場，與任何接收單位的位置無關；●使用單一固定頻率電力供應來能量化該主要導體； ●需要智慧接收單位來提供開/關控制及/或可變功率輸出；和●於非預期的接收器上之意外耦合可能會導致漏電或損壞，例如，非屏蔽電子設備，或人為傷害，例如能量轉移造成的珠寶加熱。

當移動元件未充分地耦合到電力來源時，其他系統可能還需要內建能量儲存(如，電池)以用來補償周期。

因此，存在有用於提供電力給運輸/輸送系統之移動元件的改良系統和方法之需求。

根據本發明的一態樣，提供一種在一運輸系統上用於提供電力給一移動元件之系統，該系統包括：複數個移動元件，各移動元件包含至少一個電力接收面板；和至少一個軌跡區塊，與該複數個移動元件結合，該軌跡區塊包含：一控制系統；一軌跡，該複數個移動元件於該軌跡上移動；及一軌跡電力系統，係藉由該控制系統控制，其中該控制系統和該軌跡電力系統係構成使得該控制系統控制該軌跡電力系統，以獨立地傳送電力給該複數個移動元件之各移動元件的該等電力接收面板。

在一特定的範例中，該軌跡電力系統包含沿著該軌跡配置的複數個電磁線圈，該電力接收面板可包含一感應面板，及該控制系統可經構成以選擇性獨立地充能該等電磁線圈，以感應地傳送電力給該複數個移動元件之各移動元件的該等感應面板。

在另一範例中，該控制系統係構成以獨立地切換該複數個移動元件之各移動元件的電力開關。

根據本發明的另一態樣，提供一種在一運輸系統中用於提供電力給複數個移動元件之方法，該方法包含：追蹤該複數個移動元件之各移動元件在該運輸系統中之一位置；及根據提供至該移動元件之一電力接收面板的該位置，選擇性操作提供給該運輸系統之一電力系統，使得電力可以獨立地被傳送給該複數個移動元件之各移動元件。

根據本發明的又一態樣，提供一種在一運輸系統上用於提供電力給一移動元件之系統，該系統包含：至少一移動元件，其包含：一移動元件驅動構件；及至少一電力接收面板；及至少一軌跡區塊，與該移動元件結合，該軌跡區塊包含：一控制系統；一軌跡，該移動元件於該軌跡上移動；及一軌跡驅動構件，係由該控制系統所控制，其中該移動元件驅動構件和該軌跡驅動構件包含一驅動系統，及其中該控制系統和該驅動系統係構成使該控制系統控制該軌跡驅動構件，以同時移動該移動元件並傳送電力給該電力接收面板。

在一特定例中，該驅動系統可為一電磁驅動系統，該軌跡驅動構件可為一磁力驅動馬達，及該電力接收面板可為一感應面板。在此例中，該控制系統藉由改變該電磁驅動系統的一電磁場之該調變頻率，來回應與該軌跡相關之各移動元件的該位置。更進一步地，該調變頻率可設成較高以關閉電力，及設成較低以提 供電力。特別地，較低的該調變頻率範圍介於約0.5~10kHz。

在此例的另一變化中，該磁力驅動馬達可包含複數個獨立被控制的電磁線圈，及根據與該複數個線圈相關的該複數個移動元件之各移動元件的位置，獨立地控制用於該複數個線圈之一電磁場的該調變頻率。

根據本發明的再一態樣，提供一種在一運輸系統中用於提供電力給複數個移動元件的方法，該方法包含：採用該複數個移動元件，以從一驅動構件接收電力，該驅動構件係用以沿該運輸系統驅動該複數個移動元件；及控制該驅動元件來提供電力給該等移動元件。

在一特定例中，該方法進一步包含：追蹤該運輸系統中該複數個移動元件之各移動元件的一位置；及根據該移動元件的該位置選擇地操作該驅動元件，使得電力被獨立地傳送到該複數個移動元件之各移動元件。

根據本發明的另一態樣，提供一種用於一運輸系統中的移動元件，該移動元件包含：複數個適於從該運輸系統接收電力的電力接收面板，其中該複數個電力接收面板係設置為與該移動元件的一中間點成一間隔關係。

在一特定例中，該複數個電力接收面板包含一個或複數個感應線圈，及該運輸系統包含用於驅動該等感應線圈以產生電力的一電磁電力系統，其中該一個或複數個感應線圈的特性和該複數個電力接收面板的數量，係基於該移動元件上所需電力的量所決 定。

一般來說，於此所述的具體範例係意欲克服一些傳統方法的問題，係為藉由沿著一運輸系統獨立地控制複數個來源(主導體)元件及於該等移動元件上的複數接收(次導體)元件而使用感應方式以獨立地提供電力至移動元件。此外，具體範例，中，該來源元件係構成以提供能量來使移動元件移動，及提供電力給移動元件。特別地，該來源元件提供了一個電磁場來提供能量使移動元件移動，及提供一交流電磁場來傳送電力給該接收元件。舉例來說，當調整該電磁場的其他特性來使移動元件移動或靜止時，該來源係調變為用於能量傳送之一頻率，及關閉能量傳送之另一頻率。

為了對本中所述示例性實施例有深入瞭解，本文中陳述了許多細節。然而，一般技術者應瞭解，本發明所描述之實施例可在無該等細節的情況下得以實施。在其他情況下，對眾所皆知的方法、步驟及元件並未加以詳細描述，以便不遮蔽本文所描述之實施例。再者，無論如何該敍述並不被認為是限制本發明所描述實施例之範圍，但僅敍述本文所述各種實施例之實施。本發明所敍述之實施例並不期望限制於任一示例性實施例之細節、或者限制於為多個或所有示例性實施例所共有之細節。申請人、發明者或所有者保留所有他們在本文所描述的任何實施例中所具有之所有 權利，例如在連續申請案中所申請實施例之權利，且並不旨在廢棄、放棄任何該實施例，或者藉由揭示本文將任何該實施例奉獻給公眾。

圖1顯示一模組輸送系統20的示意圖，其係用以提供系統之一般敍述。應可理解者，其他運輸系統(如，使用半自動或是類似的車輛的系統)可以與於此揭露的實施例一同使用，且用以提供電力給移動元件之系統和方法可與其他合適的運輸系統相當良好地一同運作。

系統20包括進料輸送機25，其係將托盤30輸送至軌跡區塊35。進料輸送機25舉例來說可為皮帶輸送機、文獻中已知之輸送機或類似物。當托盤30抵達進料站台40時，其等被偵測且被夾持機構45諸如閘門、鎖或類似的裝置夾持於進料站40。事實上，可將數個托盤30取決系統20的操作狀態而夾持於進料站40。安裝在軌跡區塊35上的移動元件50在進料站40與拖盤30嚙合，從夾持機構45分離後，移動元件50移動拖盤30至拖盤軌道55上，該拖盤軌道係置於鄰近軌跡區塊35處，且以一種獨立控制的方式輸送拖盤30至工作站60。正如將可理解者，拖盤30可包含一些構件(圖未顯示)來減少在托盤軌道55上的摩擦以允許移動元件50使托盤30移動。在工作站60，托盤30被移動元件50準確地定位，且接著由於工作站60所提供的鎖定機構(未顯示於圖1)而夾持於一位置。工作站60通常包含一設備(圖未顯示)，使得托盤30可在一工件(圖未顯示)諸如一零件、裝置或類似物 上完成一作業，例如一抓放或者其他作業。當托盤30保持於工作站60時，移動元件50可由托盤30脫開並自由地移動並收集後續之托盤30，而另一個移動元件50可能於工作站60與托盤30連接。以此方式，各托盤30自一工作站60移動到另一工作站60，係藉由使複數個移動元件50沿著軌跡區塊35移動而完成，各移動元件50係被獨立控制。

一般來說，各托盤30可藉由任意數量之工作站60(顯示有4個)及經由任意數量之軌跡區塊35(顯示有2個)而接著被獨立地、準確地移動/指示。

由於可將各工作站60沿著軌跡區塊35設置於任何位置，且可基於獨立控制而相當容易地調整時，由軌跡區塊35所提供之模組化和獨立控制使得更容易地為模組輸送系統20更換機械設備。更進一步地來說，模組化允許結合複數個軌跡區塊35以提供一特定過程所需大小的處理區域及調整佈局所需的靈活性。

圖2說明模組輸送系統20的軌跡區塊35。軌跡區塊35之特徵為一或一個以上移動元件50(只顯示說明一個)，該移動元件50係構成以沿著軌道75航行或行進且停在沿著軌道75設置的工作站。軌道75包含框架80，該框架80係經構成以支撐移動元件50在一上滑槽85和一下滑槽90上。授予Peltier之美國專利案RE39,747更詳細地說明軌跡區塊35的操作原則，於此以作為參考納入本文。

模組輸送系統20可由複數個軌跡區塊35所構成，該等軌跡 區塊35係機械性獨立及可迅速並簡單地彼此分離，以便本質上模組化。在此實施例中，軌跡區塊35係安裝於一支撐件(未顯示)上，以彼此排成一列和鄰接使其形成一個較長的軌道。為了達到模組化，各軌跡區塊35較佳地容納所有充電及控制軌跡區塊35所需的電子電路。

圖3說明軌跡區塊35的放大圖。框架80包含線性驅動機構95，該線性驅動機構95係形成作為具有複數個置入線圈105的定子電樞100所組成，該等置入線圈105係經獨立地激發，使得定子電樞100產生的電感應磁通量係以垂直移動元件50之移動方向而位於鄰近一欲控制之特定的移動元件50處，並且不影響其他鄰近的移動元件50。線圈105係經安排作為獨立之多相狀繞組或線圈組的序列，其中在各線圈組中的線圈係重疊，使線圈的中心分開。框架80還包括匯流條110以提供電力給定子電樞10。調動各移動元件50的推動力係由各移動元件50和定子電樞100產生之磁動力(Magnetomotive fore，MMF)所產生，亦即，藉由排成一線之定子電樞100和移動元件50所提供的對應磁通量之趨勢。伺服控制系統(於下所述)使用於各移動元件50之待生成的磁動力能夠沿著軌跡區塊35的長度分離及獨立移動，使得各移動元件50可以通常獨立於任何其他移動元件50而受控。結構上來看，軌跡區塊35可因此被廣義地分類為具有多個移動元件50的磁力移動型線性無刷馬達。

圖4A和圖4B說明移動元件50的透視圖，及圖5係顯示軌跡 區塊35、移動元件50和拖盤30的剖視圖。如圖4A所示，各移動元件50包含一主體115，該主體115包含一或多個永久磁鐵120，永久持鐵120係設置以提供與軌跡區塊35垂直方向的磁通量。在圖4A的示範結構中，各移動元件50的磁力結構包含兩個產生推力的永久磁鐵120，該等永久磁鐵120係以南北交替的序列設置。永久磁鐵材料(可包含釹-鐵-硼，鋁鎳鈷和陶瓷(鐵氧體)基磁鐵)通常係根據所需的氣隙磁通密度及移動元件50磁力結構的物理尺寸加以選擇。

如圖4A、圖4B和圖5所示，各移動元件50之特徵為上輪125和下輪130，上輪125和下輪130滑動於軌道75的上滑槽和下滑槽85、90。在這特定的實施例中，上輪125係經調整角度以匹配具角度的上滑槽85，以在移動元件50上提供向下的力量，及預防移動元件50脫離軌道75。應瞭解，替代之配置可提供同樣的功能。移動元件50亦可提供有可和框架80相互作用的防傾倒區塊135，以於若有碰撞或相似的狀況時，幫助避免移動元件50傾倒。移動元件50亦可包含協助使任何產生之靜電消除的靜電刷145。

進一步由圖4A及圖5所示，各移動元件50包括延伸部150，編碼帶155安裝於延伸部150上，舉例來說，編碼帶155可為光傳輸或反射帶、磁帶、其他類型的反饋系統或類似物。延伸部150係經配置使編碼帶155可與編碼帶讀取頭160交互作用，編碼帶讀取頭160係安裝至由軌道75延伸的對應延伸部165(見圖5)。 編碼帶讀取頭160係經配置以讀取編碼帶155，不論用光學，磁力或以其他方式來讀取。編碼帶155和編碼帶讀取頭160形成編碼器系統157。互相嚙合結構係意欲保護編碼器系統157遠離軌道上的交通和灰塵和其他雜物。編碼器系統157係用於移動元件位置偵測子系統，將於下作更詳細的解釋。在此點，較佳的是藉由將編碼帶讀取頭160置放在軌道75上而不是移動元件50上，移動元素50沒有任何束縛，而因此對其機動性沒有限制。

圖6A係用於輸送系統20中的一示例控制架構的方塊圖。如圖6A所示，輸送系統20包括控制整個輸送系統20的中央控制器200及用於輸送系統中之各軌跡區塊35的區塊控制器205(顯示有四個區塊控制器205)。如上所述，輸送系統20可由複數個模組軌跡區塊35形成，模組軌跡區塊35表示經區塊控制器205控制的控制區。中央控制器200可監控用於移動元件50的目標數據(較佳地為唯一目標)，及當移動元件50已抵達目標時，接收確認消息以回報。因此，中央控制器200可用於過程(意即，生產線)控制。中央控制器200也可藉由監測區塊控制器205(例如，藉由從事連續輪詢過程)而提供管理診斷角色，以決定是否有任何區塊控制器205故障。亦可理解中央控制器200還可以提供給用於進料輸送機25和出料輸送機70之控制，例如透過進料控制器207和出料控制器209。

圖6B係為用於軌跡區塊35的示例控制系統210之方塊圖。控制系統210包括經由如輸入/輸出(I/O)或網路模組215而連 接至中央控制器200的區塊控制器205。在這個實施例中，區塊控制器205係以點對點的通信網路而彼此連接，使得各區塊控制器205透過通信連結220而連接到前面和後面的區塊控制器205。應瞭解，其他替代實施例可能包括使用中央控制器200以於複數個區塊控制器205或相似物之間輸送資訊/數據。

區塊控制器205也可以經如輸入/輸出(I/O)或網路模組215來連接到其他設備(如，可程式邏輯控制器(PLCs)(圖未顯示))。PLC可提供生產線站處理指令給軌跡區塊35(如，指示移動元件50沿軌道75之下一個目的地，或提供與停在鄰近工作站60之給定移動元件50有關之站特定的移動指令)。舉例來說，典型的兩軸站控制器或PLC可經提供脈衝信號而操作，以同步沿著軌道75的移動元件50的移動和站末效應器(未顯示)的移動，或沿著橫軸的類似移動，藉此各脈衝表示用於移動元件50的增量移動指令。較佳的是，直接連接到PLC的規範減少了帶寬量，否則將需要通過中央控制器200以傳輸此資訊，藉此大大消除了軌跡區塊35的長度及處理能力的潛在限制。

如所述，各區塊控制器205係連接至於對應的軌跡區塊35中之定子電樞100和線圈105，及獨立地控制線圈105，以如獨立的軌跡或“移動”指令而控制鄰近的移動元件50。

各軌跡區塊35也包含電力平衡電路225，電力平衡電路225可包含如電流放大器，電流偵測電路，溫度感測器，電壓感測器和類似物。區塊控制器205可週期性地輪詢電力平衡電路225來 得到這些感測器的診斷數據。

各區塊控制器205也連接到在軌跡區塊35中的編碼器讀取頭160。軌跡控制器205被用來實現閉迴路數位伺服控制系統，該閉迴路數位伺服控制系統藉由解析各移動元件50在其軌跡區塊35中的絕對位置而控制移動元件50的移動。區塊控制器205係利用移動元件位置回授系統，該系統提供所測量的移動元件位置數據給區塊控制器205。參考圖4A、圖4B和圖5，當一給定移動元件50的編碼帶155移動越過一給定編碼器讀取頭160時，訊號係依據編碼帶155的行進方向而產生及使區塊控制器205更新移動元件50的位置。區塊控制器205提供用於取樣編碼器讀取頭160及解析於相關軌跡區塊35中各移動元件50的位置之處理。大致上來說，處理係在任何時間裡連結任何給定移動元件50的編碼帶155和單一編碼器讀取頭160，使得給定移動元件50的絕對位置係根據所連結之編碼器(或更特定地指的是其編碼器讀取頭160)之固定位置和與所連結之編碼器讀取頭160相關之編碼帶155的相對位置來計算。此外，當編碼帶155同時地和兩個編碼器讀取頭160嚙合時，處理係從目前的編碼器讀取頭160轉換或移轉移動元件50的關聯或所有權給鄰近的編碼器讀取頭160。以此方式，給定移動元件50的位置可跨越不同的控制區而被連續地追蹤。當移動元件跨越控制區時，相似處理會發生，更進一步地，鄰近的區塊控制器205會產生保持給定移動元件50位置軌跡的資料結構，及當移轉完成時，移動元件50在前一個(現在的)控制區 的的資料結構係被刪除。

舉例來說，若每英吋400條線分級的編碼帶155移動通過給定編碼器讀取頭160一英吋，這樣的移動會造成相關的計數器根據行進的方向以正/負400做改變。這種類型的編碼器讀取頭160和相關的編碼帶155係可由如US Digital(Washington,U.S.A.)而商業取得。編碼帶155可能進一步包含一增加編碼器部份(圖未顯示)，增加編碼器部分具有複數個沿著編碼帶交錯的指數點，使得移動元件50可基於讀取至少兩個指數點來被定位。

熟習該項技術者應瞭解，編碼器系統157可以為光學系統或是另一替代系統。舉例來說，被動可讀取裝置可以是磁力帶，及編碼器讀取頭可以是對應的磁力偵測器。這樣的替代實施例可提供非常好的解析度。

當處理如上所述的磁力線性驅動系統時，增加或是移除移動元件50會變為一個問題。為了克服這個顧慮，模組軌跡區塊係提供有延伸部(如，大約300~600公厘(約12~24英吋)長)，該延伸部未提供有編碼器或馬達區塊。為了移動元件的增加或移除，移動元件50可被手動方式移到此延伸部區塊且被移除，或者被放置於該延伸部區塊部分且被推回至已充電之軌跡區塊上。

當模組輸送系統20包含已充電之軌跡區塊及機械進料和出料輸送機兩者時，作業站係提供於保護區外，保護區可提供用於較高電力的軌跡區塊35，軌跡區塊35提供獨立控制。此對操作者而言，提供了較大的安全性。利用機械進料和出料輸送機允許在生 產線上的各區域間更多的緩衝彈性。舉例來說，傳統的輸送機係可置放在兩個線性驅動區域間，若其中一個線性驅動區域以任何理由被停止時，以允許較低的緩衝。緩衝的適當使用可以改善整體的設備效率(OEE)。

此組合模組輸送系統20相較於傳統系統具有優點，其中托盤大小不會被底盤距所限制，及一個托盤上可置放多個部件。在軌跡區塊35上，當於軌跡區塊35內提供有於另一工作站60執行多重操作並由各側執行至部件的完全存取時，各移動元件50可被獨立地移動以允許於一個工作站60處補償。進一步地，因為於軌跡區塊35上的精確指示，移動元件50可提供X-軸的移動以提供於工作站60處與Y和Z軸裝置的協同移動。

圖7顯示與機械輸送機400一同使用之模組軌跡區塊35的又一實施例。在此例中，和傳統的皮帶輸送機比較，機械輸送機400包含設置至模組軌跡區塊35中的滾動凸輪405，該軌跡區塊35已移除了線性驅動(或替代地，關掉線性驅動的電源)，該軌跡區塊35稱之為未充電之軌跡區塊35’。

圖7之實施例所欲的優點係可運行從非同步(充電軌跡區塊)到同步(非充電軌跡區塊)而無須改變至不同的軌跡系統。其可能都在單一模組軌跡環境中，平穩地從非同步運行到同步(有時稱做連續移動)並回到非同步，或替代地，由同步開始並接著到非同步。應瞭解，執跡系統35和35’的模組化使得具有任何所需數量的驅動系統接續地彼此轉換成功，以產生組裝線或類似物。

圖8說明移動元件650的另一實施例。和顯示於圖4A、圖4B和圖5中的移動元件50相似，各移動元件650包含一主體115，主體115包含至少一個永久磁鐵120。至少一個永久磁鐵120提供與軌跡區塊35垂直方向的磁通量。移動元件650的其他元件除非另外指出，也和移動元件50相似。

在移動元件650的此替代實施例中，如圖8所示，移動元件650提供有至少一個電力接收面板655。在一些範例中，電力接收面板655可能被稱作是能量接收元件、感應接收元件或是感應面板。在此實施例中，利用感應來傳送電力，且於此例中，提供兩個感應面板655至移動元件650的主體115，且感應面板655由移動元件650的主體115突出。如圖8所示，兩個感應面板655係包括在移動元件650的任一面上，及在軌跡區塊35的縱軸方向，鄰近於至少一個磁鐵120。於此例中，從移動元件650的中心線到各感應面板655係為等距離。這種配置可允許感應電力的提供達到平衡，其更多的細節將於下所述。應瞭解，亦可使用複數個感應面板655。

感應面板655包含至少一感應接收線圈660。感應面板655也包含一或多個鐵磁體磁心665。感應線圈的領域為習知，且適當線圈及/或鐵磁體磁心的排列可依據所需電力傳送來選取。

如前所述，在此實施例中所用的線性馬達95允許運輸系統的追蹤區塊中之各線性馬達線圈105的個別控制(如，在各900公厘的區塊有18個線圈)，如圖3中的實施例。個別控制允許各移 動元件650可經鄰近於移動元件650的線性馬達線圈105被直接地控制。在鄰近區域沒有移動元件650的線性馬達線圈105一般係經控制以不產生實質性的磁場。

在各線性馬達線圈105的個別控制和傳統磁鐵線性馬達對比，傳統磁鐵線性馬達通常以串聯或是並聯配置而連結線圈群以產生一或多個區塊，於一或多個區塊中，在一單一區塊上之所有移動元件承受相同的動力，並因此實質地以一群組方式而一同實質移動。在這些傳統的系統中，在最好的情況下，通常只有在不同區塊的移動元件可以被獨立地移動。

在此實施例中，線性馬達線圈105係使用脈衝寬度調變(PWM)於一高頻率(如20k赫茲)來常態性地驅動，以提供電磁場來驅動移動元件650。採用較高的調變頻率使得當與線圈電感結合時，線性馬達線圈105產生大致上平順、具有相對小AC紋波的磁場。此為減少渦流電流損失的優勢，及因為過量的磁紋波會讓移動元件造成震動及讓準確位置控制變得困難。

然而，為了可提供感應電力傳送，使用交流電磁場以耦接源線圈(於此例中，為馬達線圈105)，和一接收線圈(於此例中，為接收線圈660)。如下所述，置放接收線圈660剛好於移動元件650的磁鐵120之前方和後方，及減少於接收線圈660附近的馬達線圈105之PWM頻率，使得感應電力傳送可據以實施，且不需大量的額外材料及不會對位置控制系統產生重大的影響。

由於採用線性馬達線圈105以驅動移動元件650係經設計以 藉由提供平順的磁場和穩定的定位來減少紋波(如，用20kHz的調變頻率)，線性馬達線圈105的交流紋波構件一般會變得不足以將任何可用數量的電力耦接至接收線圈660。然而，藉由僅減少在接收線圈660下面的線性馬達線圈105之調變頻率(如降到約1kHz)，磁場的交流紋波構件(亦即，變化的電磁構件)可增加以允許適當程度的電力被傳送至移動元件650的接收線圈660。當固定時，電力可被提供給移動元件650，或可被用來幫助移動元件的移動。

圖9至圖12說明調變頻率和PWM的工作週期(duty cycle)之影響的圖示。圖9說明以50%的工作週期和10kHz的調變頻率調整之馬達線圈。由圖表中可看出平均電流為零且將具有小的紋波電流。因為此方法造成平均電流為零(亦即，沒有淨磁場，也就意謂著沒有動力及因此沒有移動)及最小的紋波電流(亦即，沒有電力感應)，以此方法操作之馬達線圈(105)通常不會對移動元件650造成影響。

圖10說明於30%的工作週期和10kHz的調變頻率的線圈。在此例中，可看出平均電流在負4安培。在此例中，會有淨磁場且移動元件650會據此移動。注意到全範圍的工作週期可被採用，99%為最大向前的力量及1%為最大反向力量。如於圖9中，有類似量的小紋波電流。淨產生磁場仍可能有紋波構件但會有主要偏移值，這將施加加速力於鄰近的移動元件。相似於圖9的狀況，置放於如圖10所示產生之低紋波電磁場中的接收線圈，會有微不 足道的在接收線圈裡感應的電壓。

圖11和圖12分別顯示工作週期50%及工作週期30%的線圈，兩線圈皆由1kHz的調變頻率所調變。在此調變頻率，產生了較大的紋波電流。當工作週期為50%時，淨產生磁場具有明顯的交流(紋波)構件，但平均磁場保持零。在此磁場的接收線圈會有於接收線圈中感應的交流電壓，但平均磁場(加速力)依舊保持在大約0。當工作週期為30%時，淨產生磁場具有主要偏移值和明顯的交流(紋波)構件。偏移值對於鄰近的移動元件有加速力。如上所述，置放在此磁場中的接收線圈會有於接收線圈中感應的交流電壓。因此，利用較低的調變頻率可提供電力給接收線圈，而限制對定位穩定性的衝擊或限制移動元件的移動。

根據複數個變數，包含如馬達感應係數、托盤氣隙、接收器感應係數和線圈驅動電路來選擇較高或較低的頻率。對於一些範例來說，當僅移動移動元件650時，PWM的頻率範圍可介於10和30kHz間。在其他範例中，名義上的PWM頻率可能介於20和22kHz間，而對特定的範例而言，21.5kHz可能為合適的。當因有些較平滑的移動控制在較高頻率而無提供電力時，可使用這些頻率範圍，但不是必需的。關於電力傳送(可能還包括移動)，示範範圍為0.5至10kHz可能是有用的。在其他範例中，使用範圍可在4和6kHz間，而對於特定的範例而言，5.375kHz可能為合適的。

當移動元件650沿軌道區塊35移動時，控制電路(控制系統)205控制線性馬達線圈的操作以移動和定位移動元件650和提供 電力給移動元件650。特別地，控制電路205控制線性馬達線圈105會被一減低後的頻率所調變，使得電力係經連續地被傳送至移動元件650。當對於線性馬達線圈105有個別控制時，操作有移動元件650(或更精確地來說為接收線圈660)越過或接近的線性馬達線圈105會產生小的交流或直流電磁場，及在適當的範例中，線性馬達線圈105會被關掉以省電。將可了解線性馬達線圈105亦可用來只提供電力給固定的移動元件650或如圖8所示使用另一技術而前進的移動元件650。

圖13A到圖13D係為例示移動和電力提供給移動元件的概略圖。在這些圖中，移動係從左到右。線性馬達線圈105或是這些線圈之部分(係及時地在磁極700下方之任何處)可被調變以產生所需動力來維持移動元件650於其所欲位置。

在圖13A中，其較上兩欄位表示移動元件在兩個不同時間；在此圖中，顯示有移動元件650從112.5公釐轉移到137.5公釐。在移動元件650以相對較下面的欄位前進25公釐之後，較上的欄位顯示有移動元件650。左邊和右邊的接收線圈660係被標示為L和R，磁極700係以N標示表示北方及以S標示為南方，及在移動元件中間的深灰色部分為實質間隔。在圖14中第三個(最低)欄位表示線性馬達的馬達線圈105。圖12顯示與概圖相關之馬達線圈105的詳細圖式。在第三個欄位上，被標為0、1、2、3、4、5和6之馬達線圈105係經最佳頻率調變以提供動力及/或電力傳送。當線圈係置放於接收線圈L和R的前方時，線圈係由較低頻 率所調變以可產生電力。當線圈不在接收線圈L和R的前方時，線圈係由較高頻率所調變以產生最佳動力。圖13B、圖13C和圖13D各使用類似配置。

在圖13A中，對在位置112.5公釐的較低欄位而言，線圈0、1、2、3和4係由較低頻率所調變以執行電力傳送和托盤移動。對在位置137.5公釐的較高欄位而言，線圈0、1、3、4和5係由較低頻率所調變以執行電力傳送和托盤移動。在圖13B中，對在位置162.5公釐的較高欄位而言，線圈0、1、2、4和5係由較低頻率所調變以執行電力傳送和托盤移動。於上述範例中的所有剩餘線圈係以高頻率調變。圖13C和圖13D係相似，並說明當移動元件在移動時，電力可以被連續地提供至移動元件的方式。

圖14顯示和圖13A至圖13D中之圖相關的實際電磁驅動器的細節。

傳送至個別移動元件650之電力可在任何時間和任何地點被開啟或關閉。舉例來說，系統能切換鄰近於接收線圈660的線圈105至高頻調變以關閉電力傳送。相似地，系統能藉由如將鄰近於接收線圈660的線圈105調回至低頻調變以還原電力傳送至移動元件650。總體而言，線圈105的獨立控制允許接收線圈660的獨立控制係清晰的。對熟悉該項技術領域者亦將可了解即使接收線圈660沒有直接地在線圈105之上，接收線圈660依然可以運作，亦即，接收電力。

兩個板外接收線圈及上述頻率調變方案的組合係意欲允許可 於移動元件上取得幾乎為常數的電壓，而與移動元件650的位置無關及不需任何於托盤上的能源儲存。藉由提供適當的構造及調整頻率，意欲使系統提供一致的電力傳送及一致的動力，並最小化抖動。

當馬達線圈105置放於磁極700下方時，馬達線圈105產生定位力，及根據移動元件650需要多快速度來改變其位置來做工作週期之調變。50%之工作週期可對應為閒置，而99%可為全力加速及1%為反向地全力加速。將可了解藉由如此方式適當地調整的工作週期，可達到以各種頻率移動移動元件，移動移動元件及提供電力給移動元件的能力均可被獨立地提供。

置放在鄰近於感應面板655的馬達線圈105提供電力給移動元件。在一實施例中，大約10瓦的功率可被傳送至移動元件650，而不會導致位置控制的任何降級。在一些範例中，稍多之熱可產生於馬達線圈105中。在決定待傳送的電量時，將可了解傳送較大的電量會導致移動元件650的搖晃和抖動，使得所傳送的總電量可能會與系統接收定位準確性折損的能力及於馬達線圈遺漏的熱力相關。將可了解小於或大於10瓦的功率可根據運輸系統的設計參數而提供，更進一步地，因為馬達線圈105的個別控制，即使在運輸系統之單一軌跡區塊上，不同程度的電力會被提供給個別的移動元件650。控制每一個別移動元件之電力的能力在很多情形中都十分具有優勢，舉例來說，當在組裝線內，於不同的站具有不同的電力需求時，此為一大優勢。

在另一實施例中，運輸系統可能為在特定軌跡區塊上之所有的移動元件沒有獨立控制之一個運輸系統。在此例中，一旦移動元件已經抵達至它們的所欲位置時，藉由改變軌跡區塊的脈衝寬度調變頻率來使電力傳送給移動元件。當移動元件保持在原地時，此方式可允許電力從馬達線圈105傳送到移動元件650。

當移動元件650保持在原地時，從電力傳送接收的電力可被用於多種的可能應用中。舉例來說，電力可被用來運行一幫浦以產生真空狀態及/或為於處理過程中使用而儲存於密封腔室中的氣壓；令LED或其他種類的照明發光；及/或充電旋轉馬達、線性馬達、陶瓷馬達、線圈和其他電力裝置。

於此之實施例已為說明之目的而非限制之目的而揭露有一定程度的特性。該些熟悉該項技術領域者將理解可對實施例產生各種修改和變化而不背離偏離本申請案的精神和範圍。

本發明之實施例可以電腦程式產品呈現，其係儲存在機器可讀取媒體中(又稱為電腦可讀取媒體、處理器可讀取媒體，或是具有電腦可讀取程式碼實施於其內的電腦可使用媒體)。機器可讀取媒體可為包含磁性、光學或電子儲存媒體在內的任何適當之有形、非過渡媒體，這可包含軟碟片、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、記憶體裝置(揮發性或非揮發性)或是類似的儲存機構。機器可讀取媒體可含有各種指令集、程式碼序列、組態資訊或其他數據，而當執行時，可令處理器執行依據本發明之實施例的方法中之步驟。該些熟悉該項技術領域者將瞭解對執行所述實施之必要的其 他指令與操作亦可儲存在機器可讀取媒體上。儲存於機器可讀取媒體上之指令可藉由處理器或其他合適的處理裝置而執行，且可與電路接合以執行所述工作。

雖然以上說明提供一個或更多之處理或裝置之實例，但較佳的是其他的製程或者設備可在本發明揭示之範圍內。亦應瞭解，該製程和設備係使用硬體或者軟體元件或者其一適當之組合來實施。可提供軟體作為在一實體電腦媒體或類似物上之指令，用以在一運算裝置之處理器中執行。

20‧‧‧運輸系統

25‧‧‧進料輸送機

30‧‧‧托盤

35‧‧‧軌跡區塊

35’‧‧‧軌跡區塊

40‧‧‧進料站

45‧‧‧夾持機構

50‧‧‧移動元件

55‧‧‧拖盤軌道

60‧‧‧一工作站

70‧‧‧出料輸送機

75‧‧‧軌道

80‧‧‧框架

85‧‧‧上滑槽

90‧‧‧下滑槽

95‧‧‧線性馬達

100‧‧‧定子電樞

105‧‧‧線性馬達線圈

110‧‧‧匯流條

115‧‧‧一主體

120‧‧‧永久磁鐵

125‧‧‧上輪

130‧‧‧下輪

135‧‧‧防傾倒區塊

145‧‧‧固定刷

150‧‧‧延伸部

155‧‧‧編碼帶

157‧‧‧編碼系統

160‧‧‧編碼帶讀取頭

165‧‧‧延伸部

200‧‧‧中央控制器

205‧‧‧區塊控制器

207‧‧‧進料控制器

209‧‧‧出料控制器

210‧‧‧控制系統

215‧‧‧輸入/輸出或網路模組

220‧‧‧通訊連結

225‧‧‧電力平衡電路

400‧‧‧機械輸送機

405‧‧‧滾動凸輪

650‧‧‧移動元件

655‧‧‧電力接收面板

660‧‧‧感應接收線圈

665‧‧‧鐵磁體磁心

700‧‧‧磁極

圖1為一運輸系統示意圖，特別指的是一模組輸送系統；圖2為圖1之模組輸送系統之一軌跡區塊的透視圖；圖3為圖2之軌跡區塊的放大圖；圖4A和圖4B為圖2之軌跡區塊中的移動元件的透視圖；圖5顯示軌跡區塊，移動元件和部件拖盤的剖視圖；圖6A和圖6B為用於控制圖2之軌跡區塊的分散控制架構的範例之方塊圖；圖7說明另一實施例之模組輸送系統，其中通電軌跡區塊係與包含滾動凸輪驅動系統的不通電軌跡區塊使用；圖8說明依據另一實施例之移動元件的透視圖；圖9顯示一圖表，說明於50%工作週期和10kHz調變頻率的平均電流； 圖10顯示一圖表，說明於30%工作週期和10kHz調變頻率的平均電流；圖11顯示一圖表，說明於50%工作週期和1kHz調變頻率的平均電流；圖12顯示一圖表，說明於30%工作週期和1kHz調變頻率的平均電流；圖13A至13D顯示提供電力給移動元件的方法的概略圖；圖14說明與圖13之概略圖相關的線性馬達的線圈。

115‧‧‧一主體

120‧‧‧永久磁鐵

125‧‧‧上輪

130‧‧‧下輪

135‧‧‧防傾倒區塊

145‧‧‧固定刷

650‧‧‧移動元件

655‧‧‧電力接收面板

660‧‧‧感應接收線圈

665‧‧‧鐵磁體磁心

Claims (13)

1. 一種在一運輸系統上用於提供電力給一移動元件之系統，其包含：複數個移動元件，各移動元件包含至少一電力接收面板；及至少一軌跡區塊，與該複數個移動元件結合，該軌跡區塊包含：一控制系統；一軌跡，該複數個移動元件於該軌跡上移動；及一軌跡電力系統，係藉由該控制系統控制；該軌跡電力系統包含電磁線圈；其中該控制系統和該軌跡電力系統係構成使得該控制系統控制該電磁線圈，藉由使用第1調變頻率以獨立地控制該複數個移動元件之位置且藉由適應第2調變頻率及控制傳送電力給該複數個移動元件之各移動元件的該等電力接收面板，以同時驅動移動元件及傳送電力給移動元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該電磁線圈沿著該軌跡配置，該電力接收面板包含一感應面板，及該控制系統經構成使其能選擇性獨立地充能該等電磁線圈，以感應地傳送電力給該複數個移動元件之各移動元件的該等感應面板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該控制系統係構成以獨立地切換該複數個移動元件之各移動元件的電力開關。
4. 一種在一運輸系統中用於提供電力給複數個移動元件之方法，該方法包含： 追蹤之該複數個移動元件之各移動元件在該運輸系統中之一位置；及根據提供至該移動元件之一電力接收面板的該位置，選擇性操作提供至該運輸系統中之一電力系統，其包含電磁線圈，使得電力可以直接且獨立地於第1調變頻率傳送給該複數個移動元件之各移動元件以設置該複數個移動元件之各移動元件，且藉由且藉由適應第2調變頻率，以同時驅動該移動元件及除了移動一移動元件外，傳送電力以應用。
5. 一種在一運輸系統上用於提供電力給一移動元件之系統，其包含：至少一移動元件，其包含：一移動元件驅動構件；及至少一電力接收面板；至少一軌跡區塊，與該移動元件結合，該軌跡區塊包含：一控制系統；一軌跡，該移動元件於該軌跡上移動；及一軌跡驅動構件，係由該控制系統所控制；該軌跡驅動構件包含電磁線圈，其中該移動元件驅動構件和該軌跡驅動構件包含一驅動系統，及其中該控制系統和該驅動系統係構成使該控制系統控制該電磁線圈，於第1調變頻率移動該移動元件並藉由第2調變頻率傳送電力給該電力接收面板，以達同時驅動該移動元件及傳送 電力給該移動元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該驅動系統包含一電磁驅動系統，該軌跡驅動構件包含一磁力驅動馬達，及該電力接收面板包含一感應面板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該控制系統藉由改變該電磁驅動系統的一電磁場之一調變頻率，來回應與該軌跡相關之各移動元件的一位置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中較高的該調變頻率用於關閉電力，較低的該調變頻率用於提供電力。
9. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中較低的該調變頻率範圍介於約0.5~10kHz。
10. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中及根據與該電磁線圈相關的該複數個移動元件之各移動元件的位置，獨立地控制用於該電磁線圈之一電磁場的該調變頻率。
11. 一種在一運輸系統中用於提供電力給複數個移動元件之方法，該方法包含：採用該複數個移動元件，以從一驅動構件接收電力，該驅動構件係用以沿該運輸系統驅動該複數個移動元件，使用一第1調變頻率且適應一第2調變頻率用來控制除了驅動移動元件外，傳送電力以應用；及同時控制該驅動元件來驅動複數個移動元件之各移動元件及傳送電力給該等移動元件之各移動元件。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其進一步包含：追蹤該運輸系統中該複數個移動元件之各移動元件的一位置；及根據該移動元件的該位置選擇地操作該驅動元件，使得電力被獨立地傳送到該複數個移動元件之各移動元件。
13. 一種用於一運輸系統中之移動元件，該移動元件包含：複數個磁性元件，以第1調變頻率在相對於運輸系統的移動元件上使該等磁性元件適於產生驅動力；複數個以第2調變頻率適於從該運輸系統，除了移動該移動元件外，接收電力以應用的電力接收面板，其包含一個或多個感應線圈，其中該複數個電力接收面板係設置為與該複數個磁性元件的一中間點成一間隔關係，其中該個或該等感應線圈之特性與複數個電力接收面板之數量藉由運輸系統根據在該移動元件及電源供應上所需之功率量來決定以移動該移動元件，且其中該移動元件同時接收電力以驅動該移動元件及傳送電力給該移動元件。