货物搬运系统

摘要

本发明公开了货物搬运系统，和用于货物搬运系统的动力驱动单元（PDU），其中PDU包括永磁体马达（PMM），并且被设计成提供通过设计PMM具有高的齿槽效应转矩所实行的第一静态约束制动功能，以及通过马达再生所实行的第二动态控制制动功能。

权利要求

1.一种包括动力驱动单元的货物搬运系统，所述动力驱动单元包括：永磁体马达，所述永磁体马达具有动力驱动功能、第一制动功能和第二制动功能；以及车轮部件，所述车轮部件与所述永磁体马达动力驱动接合，其中所述第一制动功能包括静态约束制动功能，并且所述第二制动功能包括动态控制制动功能，其中，所述第二制动功能包括再生制动。

2.根据权利要求1所述的货物搬运系统，其中所述永磁体马达具有至少16盎司英寸的齿槽效应转矩。

3.根据权利要求1所述的货物搬运系统，其中所述永磁体马达具有至少76盎司英寸的输出转矩。

4.根据权利要求1所述的货物搬运系统，其还包括：

托盘，所述托盘包括支撑在所述托盘上并且保持所述动力驱动单元的多个运输辊。

5.根据权利要求4所述的货物搬运系统，其还包括在所述托盘中的货物约束装置。

6.根据权利要求1所述的货物搬运系统，所述永磁体马达包括磁体部件，所述磁体部件包括120电角度与160电角度之间的磁极弧。

7.根据权利要求1所述的货物搬运系统，所述永磁体马达包括磁体部件，所述磁体部件包括约140电角度的磁极弧。

8.根据权利要求1所述的货物搬运系统，所述第二制动功能当所述货物搬运系统在断电状态时被触发。

9.根据权利要求1所述的货物搬运系统，所述永磁体马达包括实行所述第二制动功能的阻力负载，所述第二制动功能包括线性增加的力或非线性增加的力中的至少一个。

10.一种动力驱动单元，其包括：

永磁体马达，所述永磁体马达包括动力驱动功能，

第一制动功能，和第二制动功能；以及

车轮部件，所述车轮部件与所述永磁体马达动力驱动接合，其中所述第一制动功能包括静态约束制动功能，并且所述第二制动功能包括动态控制制动功能，其中，所述第二制动功能包括再生制动。

11.根据权利要求10所述的动力驱动单元，其中所述永磁体马达具有至少16盎司英寸的齿槽效应转矩。

12.根据权利要求10所述的动力驱动单元，其中所述永磁体马达具有至少76盎司英寸的输出转矩。

13.根据权利要求10所述的动力驱动单元，所述永磁体马达包括磁体部件，所述磁体部件包括120电角度与160电角度之间的磁极弧。

14.根据权利要求10所述的动力驱动单元，所述永磁体马达包括实行所述第二制动功能的阻力负载，所述第二制动功能包括线性增加的力或非线性增加的力。

说明书

货物搬运系统

技术领域

[0001] 本发明涉及货物搬运系统，诸如由飞机使用的那些用于运输重型集装箱化的货物或货盘（也称为成组装载装置（ULD）），通常包括包含可滚动支撑货物的运输辊的辊托盘，以及以促进装载和卸载操作的动力驱动单元（PDU）。

背景技术

[0002] 照惯例，制动功能可以在PDU中和/或通过添加制动辊到托盘来提供。为了在PDU中实现制动功能，可以使用电磁制动器。然而，电磁制动器通常偏压以在断电状态接合或另选地脱离接合，同时典型的系统被设计成在断电状态丧失制动功能。

[0003] 因此，此类货物搬运系统通常利用额外的制动辊以在断电状态提供制动力。因此，在典型的下甲板应用中，其可以包含约48至64个之间的PDU，制动辊的数目可等于约70%的PDU的数目。此类制动辊可与在一个或两个方向上的制动力相互作用，并且可以在正常操作施加不期望的阻力。另外，此类制动辊占据可以以其他方式用于在系统中的运输辊或约束装置的空间。

发明内容

[0004] 根据各种实施方案，公开了货物搬运系统和用于货物搬运系统的动力驱动单元（PDU），其中PDU包括永磁体马达（PMM）。根据各种实施方案，PDU被设计成提供用于静态状态的第一制动功能，其是通过设计PMM具有高的齿槽效应转矩所实行的静态约束制动功能；以及用于动态状态的第二制动功能，其是通过马达再生实行的动态控制制动功能。因此，PDU可允许从货物搬运系统中基本上减少或消除制动辊。

[0005] 根据各种实施方案，公开了包括动力驱动单元（PDU）的货物搬运系统，所述PDU包括永磁体马达（PMM），其具有动力驱动功能、第一制动功能和第二制动功能；以及与所述PMM动力驱动接合的车轮部件，其中所述第一制动功能包括静态约束制动功能，并且所述第二制动功能包括动态控制制动功能。

[0006] 根据一个实施方案，PMM具有至少16盎司英寸的齿槽效应转矩。根据一个实施方案，PMM具有至少76盎司英寸的输出转矩。根据又一个实施方案，所述第二制动功能包括再生制动。根据又一个实施方案，根据权利要求的货物搬运系统还包括托盘，其包括支撑在所述托盘上并且保持所述PDU的多个运输辊。根据又一个实施方案，货物搬运系统还包括在所述托盘中的货物约束装置。根据又一个实施方案，PMM包括磁体部件，其包括约120电角度与160电角度之间的磁极弧。根据一个实施方案，PMM包括磁体部件，其包括约140电角度的磁极弧。

[0007] 根据一个实施方案，第二制动功能当货物搬运系统在断电状态时被触发。

[0008] 根据一个实施方案，PMM包括实行所述第二制动功能的阻力负载。根据另一个实施方案，第二制动功能包括线性增加的力或非线性增加的力。

[0009] 根据各种实施方案，公开了动力驱动单元（PDU），其包括：包含动力驱动功能、第一制动功能和第二制动功能的永磁体马达（PMM）；以及与所述PMM动力驱动接合的车轮部件，其中所述第一制动功能包括静态约束制动功能，并且所述第二制动功能包括动态控制制动功能。根据一个实施方案，PMM具有至少16盎司英寸的齿槽效应转矩。根据一个实施方案，PMM具有至少76盎司英寸的输出转矩。根据一个实施方案，所述第二制动功能包括再生制动。根据一个实施方案，PMM包括磁体部件，其包括约120电角度与160电角度之间的磁极弧。根据一个实施方案，PMM包括实行所述第二制动功能的阻力负载。根据又一个实施方案，所述第二制动功能包括线性增加的力或非线性增加的力。

[0010] 根据各种实施方案，公开了改进包括制动辊的动力运输货物系统的方法，所述方法包括：用包括永磁体马达（PMM）的PDU替换动力运输货物系统的动力驱动单元（PDU）；以及从动力运输货物系统中去除制动辊。根据一个实施方案，方法还包括用运输辊或货物约束装置中的至少一个替换所述制动辊。

附图说明

[0011] 本文所述的附图仅用于说明的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。从具体实施方式和附图中将变得更充分地理解本公开，其中：

[0012] 图1A是示出根据各种实施方案的并入有永磁体马达（PMM）的动力驱动单元（PDU）的制动功能的流程图；

[0013] 图1B示出了根据各种实施方案的并入有图1A的PDU的货物搬运系统；

[0014] 图1C示出了根据各种实施方案的改进包括制动辊的常规动力运输货物系统的方法；

[0015] 图2是根据各种实施方案的PMM的剖面图；

[0016] 图3A是示出根据各种实施方案的动态控制制动的流程图；

[0017] 图3B示出了根据各种实施方案的用于通电条件的电路；

[0018] 图3C示出了根据各种实施方案的用于断电条件的电路，其中动态控制制动功能是功能性的；以及

[0019] 图4是示出根据各种实施方案的调控用于动态控制制动的反作用力的流程图。

具体实施方式

[0020] 本文所公开的所有范围和比率限制可以组合。应当理解，除非另外特别说明，否则对“一（a）”、“一（an）”和/或“所述”的提及可包括一个或多于一个，并且对单数形式的项目的提及也可包括复数形式的项目。

[0021] 本文的示例性实施方案的详细说明参考附图，所述附图以例示性及其最佳模式而非限制性的方式示出了示例性实施方案。虽然这些示例性实施方案足够详细地进行描述以使本领域的技术人员能够实践本公开，但应该理解，其它实施方案可以实现，并且可以进行逻辑、化学和机械改变而不脱离本发明的精神和范围。例如，在任何方法或过程描述中所述的步骤可以以任何顺序来执行，并且不一定限于所呈现的顺序。此外，许多功能或步骤可以外包给一个或多个第三方或由一个或多个第三方进行。此外，对单数的任何提及包括复数实施方案，并且对多于一个部件或步骤的任何提及可包括单数实施方案或步骤。另外，对附接的、固定的、连接的等的任何提及可包括永久的、可移除的、暂时的、部分的、完全的和/或任何其它可能的附接选项。此外，对无接触（或类似的短语）的任何提及还可包括减少的接触或最小接触。

[0022] 根据各种实施方案，并且参考图1A和图1B，公开了货物搬运系统102，和用于货物搬运系统102的动力驱动单元（PDU）100，其中PDU 100包括永磁体马达（PMM）200，其通过例如齿轮系组件与车轮部件103动力驱动接合。根据各种实施方案，除了其主要的动力驱动功能111之外，包括PMM 200的PDU 100被设计成提供用于静态状态112的第一制动功能110，其是PMM 200的高的齿槽效应转矩实行的静态约束制动功能，以及用于动态状态114的第二制动功能116，其是通过马达再生（“动态制动功能”或“再生制动”）实行的动态控制制动功能。因此，包括PMM 200的PDU 100可允许从货物搬运系统102中基本上减少或消除制动辊。

[0023] 根据各种实施方案，包括PDU 100的货物搬运系统102在如图1B中示出。根据各种实施方案，货物搬运系统102包括支撑托盘104的货物系统平台105。每个托盘104支撑多个运输辊106，并且保持在每个托盘104中包括车轮部件103的至少一个PDU 100。托盘104被构造成支撑货物107，其通常在货盘或ULD中集装箱化。根据各种实施方案，货物搬运系统102的托盘104不包含制动辊。根据各种实施方案，货物搬运系统102可包括贯穿货物系统平台105纵向定位的多个间隔开的托盘104。根据各种实施方案，货物搬运系统102可被构造成以约45英尺/分钟到60英尺/分钟（0.23m/s至0.30m/s）之间的运输速度运输货物107。另外，货物搬运系统102可包括在托盘104中的货物约束装置108，诸如终点挡板等。如对于本领域的技术人员而言将是明显的，货物搬运系统102的大小和操作参数可以根据飞机类型、操作条件和要求等而变化，所述参数包括操作运输速度、托盘、辊和PDU的数目等。

[0024] 根据各种实施方案，货物搬运系统102可以通常由宽机身飞机通常用在下甲板飞机操作中以动力运输通常为重型货物的货物，但也可以由较小飞机用在主甲板操作中。

[0025] 图1C示出了根据各种实施方案的改进包括制动辊的动力运输货物系统的方法130。方法130包括用包括PMM的PDU替换至少一个动力驱动单元132。方法130还包括去除至少一些制动辊134。方法还包括用运输辊和/或货物约束装置替换部分或全部制动辊136。

[0026] 根据各种实施方案，PMM 200被设计成具有足以实行第一制动功能110或在静态状态112的静态约束制动功能的齿槽效应转矩。在静态状态112，PMM 200和车轮部件103通常是静止的，这可以是例如当已断电时（例如在动力故障和/或手动装载操作中，或当系统不使用时）的情况。在静态状态112，第一制动功能110可以是必需的，以防止定位在托盘104的辊106上的静止或接近静止的容器移动。例如，容器可由于货物平台的倾斜、撤销约束等而开始滑动。通常，根据各种实施方案，第一制动功能110可用于由例如动力故障和/或手动装载操作引起的断电状态。因此，PDU 100将开始移动的容器保持在适当的位置。

[0027] 图2是根据各种实施方案的PMM 200的横截面，通常包括磁体部件202、转子204和定子部件206。根据各种实施方案，PMM 200被设计成具有高的齿槽效应转矩（即，至少16盎司英寸（113Nm））。电动马达的齿槽效应转矩是由于转子的永磁体与PMM的定子槽之间的相互作用的转矩。通常，齿槽效应转矩是用于PMM的操作的不期望分量。在较低速度下尤其显著，并且与急动相关联。齿槽效应转矩导致转矩以及速度波动；然而，在高速下时，马达的惯性矩滤除齿槽效应转矩的影响，同时保持功能性马达输出转矩。根据各种实施方案，PMM 200具有至少16盎司英寸（113Nm）的齿槽效应转矩和至少76盎司英寸（536Nm）的马达输出转矩。根据各种实施方案，期望参数通过调整作为转子角的函数的机器感应来实现。根据各种实施方案，磁体部件202的磁极弧（磁极的弧长）可以被调整以满足这些参数。

[0028] 弧长对齿槽效应转矩和马达输出转矩值的影响的模拟研究示出在齿槽效应转矩随弧长而增加时，马达输出转矩减小，这表明马达输出转矩与齿槽效应转矩之间的一般折衷。因此，磁体部件202可以设计有约120电角度与160电角度之间的磁极弧，并且在各种实施方案中，约140电角度。根据各种实施方案，进一步的模拟研究利用磁性弧调整其它参数，诸如转子与定子之间的槽开口205和气隙207，以实行期望的齿槽效应转矩和马达输出值，发现PMM 200的磁体部件202可以在约137电角度被指定为具有约0.06英寸（0.152cm）的槽开口205，和约0.014英寸（0.036cm）的气隙207。

[0029] 另外，有效齿槽效应阻力，其是在车轮部件103处由齿槽效应转矩乘以从车轮部件103到PMM 200的齿轮比产生的阻力。因此，有效齿槽效应阻力可以因此基于期望阻力进行调整，所述期望阻力可以由飞机的角度确定。

[0030] 如对于本领域的技术人员而言将是明显的，PMM 200的其它参数可以被调节，以便实现期望齿槽效应转矩和马达输出值，诸如磁极的数目、定子齿的数目、转子角等。

[0031] 除了第一制动功能110之外，PMM 200也用作再生制动器，以便在动态状态114实行第二制动功能116（动态控制制动）。在动态状态114，货物107在运动中，并且第一制动功能110不可控制运动。如图3A所示，第二制动功能116响应于以下被触发：1）PDU 100从通电状态300切换为断电状态302；并且2）由马达齿槽效应转矩提供的第一制动功能110被覆盖（overridden）（例如，通过操作者提供手动力以移动容器、当容器在运动中和/或倾斜货物系统平台105时突然断电等）。响应于从系统中切断电源（图3C中在“S2”处的开路表明），并且同时从PDU 100中关闭“S1”反向功率流（马达再生）用于激活第二制动功能116，发生触发再生制动器的功能。

[0032] 参考图4，根据各种实施方案，第二制动功能116的反作用力通过调整施加在PMM 200的终端处的阻力负载400来调控，以基于货物搬运系统102的特定命令起作用。根据各种实施方案，第二制动功能116的反作用力401可以被调控以提供随着容器速率线性增加的线性增加的力402，或非线性增加的力404，并且可优选考虑诸如最大运输速度、货物系统平台
105的倾斜、容器重量等的因素，以提供用于失控容器的足够约束。此类阻力可以为约40磅（18.1kg）与65磅（29.4）之间，这取决于系统要求。根据各种实施方案，阻力可以通过车轮部件103的齿轮系来调控，以在驱动轮处产生用于马达的特定速度值（即，通过移动容器覆盖的马达的速度）的固定值。

[0033] 提供了方法和系统。在本文的详细描述中，对“各种实施方案”、“一个实施方案”、“实施方案”、“示例实施方案”等的提及表明所描述的实施方案可包括特定特征、结构或特性，但每个实施方案可以不一定包括特定特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指相同实施方案。此外，当结合实施方案来描述特定特征、结构或特性时，应当认为，无论是否明确描述，使得此类特征、结构或特性结合其它实施方案起作用在本领域的技术人员的知识范围内。在阅读本说明书后，相关领域的技术人员将清楚如何在替代实施方案中实现本公开。

[0034] 本文已经参照特定实施方案描述了益处、其它优点以及问题的解决方案。然而，所述益处、优点、问题的解决方案以及可使得任何益处、优点或解决方案出现或变得更为显著的任何元素都不应被解释为是本发明的关键、必需或必要特征或元素。因此，本发明的范围仅仅由所附权利要求来限制，除非明确说明，否则其中对单数形式的元素的提及并非旨在是指“一个且仅一个”，而是“一个或更多”。此外，当在权利要求书中使用类似于“A、B或C中的至少一个”的短语时，旨在短语被解释为是指A可以单独存在于实施方案中、B可以单独存在于实施方案中、C可以单独存在于实施方案中，或元素A、元素B和元素C的任何组合可以存在于单个实施方案中；例如，A和B、A和C、B和C，或A和B和C。此外，在本公开中的元件、部件或方法步骤没有旨在专用于公用，不管元件、部件或方法步骤是否在权利要求书中明确描述。如本文所用，术语“包括（comprises）”、“包括（comprising）”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括，使得包括一系列元件的过程、方法、制品或设备并不仅仅包括那些元件，而是可包括未明确列出或此类过程、方法、制品或设备所固有的其它元件。