专利名称：可转向/可收回货物动力驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在运载工具如飞机上移动货物的货物搬运系统。本发明在辊驱动系统中具有特别的适用性，在辊驱动系统中，当系统触发时推压辊向上紧靠要被搬运的货物，当系统不活动时将辊收回。
背景技术：
广泛采用可拆卸地安装在连接至运载工具地板的搬运器上的辊组件用于在这些运载工具中搬运货物。这些辊组件或“致动器”意图在包括对通常在航空货运、地面货运(货车运输)、铁路货运和船运业中采用的商业和军用货物集装箱进行运输的系统中使用。致动器安装在货物运输运载工具内，并为运载工具内的集装箱提供原动力和保持(即制动)。
通常称为动力驱动单元或动力推动的驱动单元(PDU)的致动器与外部支撑设备一起工作，以使向运载工具内装载和从运载工具卸载货物集装箱便捷易行。PDU通常结合刚性连接至货物运载工具的地板或地板结构的固定框架或支撑底座。移动的驱动组件连接至支撑底座。驱动组件包括用于接触货物集装箱并通过在弹性体的辊表面与集装箱底部之间的摩擦系数向货物集装箱提供原动力的一个或多个驱动辊；以及用于旋转驱动辊的马达。货物集装箱底部通常是连接至正方形或矩形框架结构的光滑的、金属的覆盖物；然而，它们还可由非金属材料如木材或增强塑料制成。
PDU还结合了提升机构，该提升机构如通过紧靠支撑底座内的反作用点或轴承旋转共用凸轮轴上的凸轮那样将驱动组件从驱动组件的下降了的位置升高至邻接货物集装箱底部。提升机构向驱动辊提供垂直力，该驱动辊随之提供摩擦力以驱动集装箱。提升机构还能够在驱动辊不在转动时保证将集装箱保持在合适位置，以防止集装箱在运载工具内的意外运动。
在从PDU撤除驱动和/或保持指令时，PDU驱动组件下降至PDU驱动组件的收回位置。货物集装箱通常由多个共同称为搬运硬件的自由转动的圆柱形辊、万向滚珠或脚轮组件支撑。在PDU收回时，集装箱可在搬运硬件上自由移动，并通常在运载工具的运动过程中由插销、导杆和其它限制硬件保持在合适位置。
在需要在相互垂直的方向上移动集装箱的区域内，如集装箱需要在货物运载工具内侧向和纵向移动的门道区域，采用一旦施加了外部指令就旋转的可转向PDU，以将驱动组件定位在所需方向上并驱动货物集装箱。在美国专利3,978,975和美国专利4,589,542中描述了典型的可转向PDU，在此引入这两个专利作为参考。
现有技术的PDU会包括重的、昂贵的、难于修理或替换的复杂机构。然而，无论它们的复杂程度，现有技术的PDU受限于它们在变化的条件下如在不同运载工具内使用或用于不同类型的货物集装箱或装载的操作灵活性。结果，它们并非容易地适用于不同应用。
发明内容
本发明的一个优点在于较快的、重量较轻的、耗费较少并与现有技术的致动器相比具有减少的功率消耗的可转向PDU。
根据本发明，由用于搬运货物的设备部分地实现上述和其它的优点，该设备包括用于固定地连接至运载工具结构的固定支撑件；支撑底座；用于固定地安装支撑底座的旋转支撑件，该旋转支撑件可旋转地安装至固定支撑件；用于与支撑底座的纵向轴线大致垂直的有限垂直移动的可枢转地安装至支撑底座的驱动组件，该驱动组件包括辊和用于旋转该辊的第一电子控制电动马达；提升组件，该提升组件包括第二电子控制电动马达，该第二电子控制电动马达用于将驱动组件相对于支撑底座从大致在支撑底座内的收回位置移动到延伸位置，在该延伸位置中辊处于与货物驱动邻接的状态；旋转驱动组件，该旋转驱动组件包括用于相对于固定支撑件对旋转支撑件进行旋转的第三电子控制电动马达；以及用于对第一、第二和第三马达进行控制的电子控制器。
从以下详细的描述中，本发明的其它优点将对本领域内的熟练技术人员显而易见，其中简单地以对预期为实施本发明的最佳模式进行说明的方式仅示出和描述了本发明的优选实施例。可以如在所附权利要求中所特别指出的那样实现和获得本发明的优点。如将要被认识到的那样，本发明能够是其它和不同的实施例，而且本发明的一些细节能够在各个明显方面上改变而都不偏离本发明。因此，附图和描述在本质上应认为是示例性的，而不是限制性的。
参考附图，其中具有相同附图标记的元件在所有附图中代表相同的元件，并且其中图1为根据本发明一个实施例的PDU驱动组件的透视图；图2A为图l的设备的顶视图；图2B为图1的设备的侧视图；图3为沿图2B的直线A-A的剖视图；图4为根据本发明一个实施例的提升设备的透视图；图5A和5B为本发明一个实施例内采用的功率消耗曲线的图形表示；图6为根据本发明一个实施例的SRPDU驱动组件的顶视透视图；图7为图6的设备的顶视图；图8为沿图7的直线8-8的剖视图；图9为图6的SRPDU驱动组件的底视透视图。
具体实施例方式
传统的PDU机械上复杂，并且缺乏在变化的操作条件或运载工具下的灵活性。本发明处理并解决传统PDU的这些问题。
本发明的致动器通常称为可转向可收回动力驱动单元(SRPDU)。该动力驱动单元设计成安装在运输运载工具中需要在相互垂直的方向上移动集装箱的区域内，如集装箱需要在货物运载工具内侧向和纵向移动的门道区域。一旦施加外部指令，致动器就旋转90°以将驱动组件定位在所需的方向上并驱动货物集装箱。致动器还能够被指令至中间角位置以使集装箱的转动便捷易行。致动器通过提供旋转致动和货物运输比当前技术发展水平有所改善，该致动器与相关应用中的其它致动器相比较快、重量较轻、耗费较少，并具有少的功率消耗。
本发明的SRPDU包括转向致动器(也称为旋转致动器或旋转转台)和PDU驱动组件，如来自加州霍索恩的Ancra国际(“Ancra”)(Ancra International of Hawthorne，CA(″Ancra″))并在公开的国际专利申请WO 02/079071 A2(PCT/US02/09476)中描述的92001-10型PDU驱动组件。该PDU驱动组件安装在转向致动器上以形成SRPDU。SRPDU由外部电源提供能量并由外部电信号的组合以及内部传感器和逻辑电路加以控制。转向致动器还起到了运输运载工具与PDU驱动组件之间的接口的作用，并提供额外的控制逻辑以优化驱动组件的操作。SRPDU设计成移动通常具有连接至正方形或矩形框架结构的光滑的、金属的底部覆盖物的货物集装箱或货盘。集装箱底部还能够由非金属材料如层压木材或增强塑料制成。集装箱通常由多个共同称为搬运硬件的自由转动的圆柱形辊、万向滚珠或脚轮组件支撑。在PDU收回时，集装箱可在搬运硬件上自由移动，并通常在运载工具的运动过程中由插销、导杆和其它限制硬件保持在合适位置。
PDU及其功能如在国际专利申请WO 02/079071 A2中描述的那样，在SRPDU的本发明中可使用的PDU包括两个分开的电子控制电动马达，一个用于驱动功能，一个用于提升功能。这两个马达都能够是永磁交流(PMAC)马达，一般称之为“无刷DC”马达。这些马达具有它们自己的集成至PDU电子模块中的控制电子装置。这一PDU的双电子控制马达布置向PDU的驱动和提升两个功能提供独立的、完全可控的动力。例如，能够通过PDU的控制软件独立设置并改变PDU的最大驱动扭矩和最大提升力，从而为在各种货物应用中使用致动器提供最大的灵活性。而且，与现有技术的致动器不同，所述PDU在驱动方向改变时并不就收回然后提升；在驱动方向逆转时，驱动辊保持与集装箱的持续接触，从而避免在改变驱动方向时不想要的货物移动。而且，与现有技术的致动器相比，在该致动器内采用电子控制马达提供了增加的原动力、减小的功率消耗和减轻的重量。
现在将参考图1至4描述本发明PDU的一个实施例。PDU100包括金属如铝的支撑底座105，该支撑底座105上安装驱动装置，如通过用于与支撑底座105的纵向轴线L大致垂直的有限垂直移动的枢轴销115可枢转地安装的驱动组件110。驱动组件110包括具有弹性体的外表面的驱动辊120；以及用于旋转辊120的装置如电子控制电动马达，例如，用于通过行星齿轮组件130、小齿轮135、惰轮140和输出齿轮145(见图3)旋转辊120的传统PMAC马达125。
PDU100还结合了提升装置如提升组件150，该提升装置用于如通过紧靠支撑底座内的反作用点或轴承旋转共用凸轮轴上的凸轮那样将驱动装置从下降了的位置升高。提升装置向驱动辊提供垂直力，该驱动辊随之提供摩擦力以驱动集装箱。更具体地，提升组件150包括电子控制电动马达如传统的PMAC马达155。如图3和4所示，提升马达155通过行星齿轮组件160、提升缆线驱动器165、提升缆线170和提升滑轮175将动力传递至凸轮轴180，该凸轮轴180在两端处支持一对凸轮185。凸轮185抵抗由支撑底座105内的提升反作用销190a支撑的轴承190，以绕枢轴销115相对于支撑底座105将驱动组件110从大致在支撑底座105内的收回位置(如图1至4所示)移动到延伸位置，在该延伸位置中辊120处于与货物(未示出)驱动邻接的状态。提升马达155在驱动组件110升高时以大约11,000rpm进行驱动，然后在驱动辊120与集装箱底部接触时、或在提升组件150达到它的内部提升止动件(未示出)时以失速状态进行操作。
提升组件150结合张力缆线170以将扭矩从提升马达155和齿轮装置160传递至提升凸轮185。在现有技术的致动器中，向提升凸轮提供扭矩的通常方式是采用齿轮装置。本发明的布局设计成使得驱动辊120位于马达125、155和提升凸轮185之间。这一布局提供最优的载荷分布并使传递至支撑底座105中的载荷最小化。由一个或更多个多股钢或合成缆线或缆带170实现将扭矩从提升齿轮装置160传递至凸轮185，这些缆线或缆带170由在提升齿轮装置160的输出处的驱动器165拉动，并随之在固定的半径处拉动凸轮185。凸轮185紧靠支撑底座105内的反作用轴承190旋转，从而向驱动辊120既提供垂直运动又提供垂直力。因为采用了独立的提升马达155，提升组件150设计成不管驱动辊旋转的方向如何都在单独一个方向上旋转。能够在开放的环境中操作、并取消了在提升机构的输出处对密封的齿轮装置的需要的该缆线提升机构提供了一种重量较轻、成本较低的解决方案。
PDU100还包括用于对提升装置和用于旋转辊的装置进行独立控制的控制装置如电子控制器195，该电子控制器195用于以所有电子控制马达所需的传统方式对驱动马达125和提升马达155进行电子控制，并用于执行以下将要详细描述的逻辑、储存和其它操作。电子控制器195还包括内置测试(BIT)功能以在使用前校验致动器的正确操作。电子控制器195包括用于从外部控制器(未示出)接收信号并将信号发送至该外部控制器或其它外部装置如计算机的输入/输出端口200，如串行端口。电子控制器195进一步包括用于收集和保持PDU100的操作信息的非易失性存储器，这些操作信息如总操作时间、总操作循环或电子控制器195可以利用的任何其它数据。为了跟踪可靠性数据或校验使用的目的能够通过输入/输出端口200提取这些数据。
电子控制器195执行一些关键的功能。它对独立的提升和驱动马达125、155，运载工具接口以及逻辑功能进行控制，并且提供电磁干扰控制。用于两个马达125、155的传统的动力控制模块结合至电子控制器195中，在一个实施例中电子控制器195包括用于电源开关的“冷”MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。这些装置有利地具有较低的功率耗散并理想地适合在PDU中的应用。电子控制器195还能够利用先进的IGBT(集成门极双极晶体管)用于其它关键的开关功能。每一马达125、155能够由在电子控制器195内的该马达自己的微处理器进行控制，该微处理器储存软件代码，包括对马达的电流和力的极限设置、加速率和减速率、超时和延迟、以及任何其它所需的信息。电子控制器195还能够包括EMI(电磁干扰)滤波器以将来自PDU100的传导EMI和PDU100的EMI易感性两者都限制在工业标准范围内。
PDU100进一步包括对货物集装箱在PDU100之上的出现进行探测的两个分开的非接触传感器205。传感器205能够是如红外、超声波、霍尔效应等几类非接触传感器中的一种或更多种。电子控制器195接收传感器货物出现信号，只有在该电子控制器195接收到来自这些传感器205中的至少一个传感器的货物出现信号的情况下，该电子控制器195才操作马达125、155。电子控制器195运用“或”逻辑以确保在一个传感器205经历故障(ON或OFF)时运转PDU100的马达125、155。双传感器提供附加的保护免受可能阻滞一个传感器205并使PDU100不可运转的污染。替换地，电子控制器195能够通过输入/输出端口200接收来自外部控制器的人工超控信号，并将响应操作马达125、155，而不管是否接收到来自传感器205的货物出现信号。这一人工超控模式用于系统检测并用于传感器故障超控。
除货物传感器205之外，提供温度传感器205a用于监测马达125、155的温度和电子控制器195的温度。电子控制器195还以采用结合至马达125、155内的传感器如转子位置传感器的传统方式监测操作马达125、155所需的马达运转参数，如马达125、155的电流耗用和速度。电子控制器195采用传感器205a及其监测功能提供内部自保护以防止过热，也提供保护以防止驱动马达和提升马达过载。如上面所讨论的那样，电子控制器195能够通过输入/输出端口200向外部控制器提供反馈。这些反馈信号能够包括但不限于集装箱的出现、驱动马达速度、驱动辊速度、驱动或提升马达电流或相应的载荷、热保护状态以及PDU识别码。
驱动和提升马达125、155以及它们相关的齿轮装置设计成安装在PDU100的包括单独一个连续孔的中心壳体210内。中心壳体210包括驱动马达125和提升马达155、行星提升齿轮装置160、行星主驱动齿轮装置130、内侧轴承座215、外侧轴承座220、225以及端盖230、235。这一构造的优点在于容易制造壳体孔210、容易将部件装配至共用孔内，并且消除了在装配过程中的垫衬。在装配过程中垫衬是耗时且容易出错的步骤，在本发明的这一实施例中避免了垫衬。尽管孔内有多个轴向部件，但在本发明的设备中取消了垫衬，因为内侧轴承座215不仅支撑驱动马达125和提升马达155的转子的内侧轴承，还提供对在中心壳体210的孔中的公差累加进行补偿的轴向弹簧215a。装配后的部件压着弹簧215a并由端盖230、235保持，从而消除了中心壳体210的孔内所有部件之间的空隙。
提升组件150还包括在提升马达155和提升齿轮装置160之间的单向离合器240，用以消除在驱动组件110收回至降低的位置时通常会出现的冲击载荷。在收回过程中，提升马达155加速至较高速度；离合器240允许马达155在提升凸轮185接触提升凸轮185的下向止动件(未示出)之后“单向转动”到停止。
PDU的性能和操作可用性与它的一个或多个驱动辊的尺寸和耐久性直接相关。将驱动辊的相对于PDU100的整体“覆盖区”或顶视图的尺寸(基于其直径和长度)有利地最大化，以确保与集装箱的良好接触和较长的辊寿命。PDU100的具有大约48平方英寸的总表面面积的驱动辊120大约包围其支撑底座105的覆盖区(即支撑底座105的长和宽)的23％。比较起来，航空货运中采用的现有技术的PDU具有占覆盖区面积约12％至17％并且总表面面积为7至39平方英寸的单或双驱动辊。
PDU100的固定支撑底座设计成使重量和成本最小化，但仍然将所需载荷从驱动组件110传送至运载工具的地板结构。这是由以上描述的布局和载荷分布实现的，这一布局和载荷分布通过枢轴销115和提升凸轮185传送传递至驱动辊120的载荷，并通过反作用销190将载荷传递至底座105的边角中。这使支撑底座105内的弯曲和变形最小化，并允许底座105由铝片冲压件或薄壁压出件制成。
现在将描述PDU100的一些示例性致动功能或“模式”。“收回模式”为PDU100的正常静止模式，其中撤除外部动力，没有驱动或保持指令从外部控制器中发出，或者没有出现集装箱(即，传感器205没有产生货物出现信号)。收回模式使集装箱的人工移动便捷易行，因为驱动组件110收回在搬运平面之下。
在“提升和驱动模式”中，提升组件150将驱动组件110升高至与集装箱接触，而且驱动辊120旋转以移动集装箱。对于这一模式需要来自外部控制器的方向指令以及货物出现信号。与典型的具有单独一个马达用于提升和驱动的现有技术的致动器不同，PDU100在驱动方向改变时并不就收回然后提升。相反地，在驱动方向逆转时，驱动辊120保持与集装箱的持续接触，因为电子控制器195在将提升组件150维持在延伸位置的同时引起驱动马达125逆转方向。
在“保持模式”中，提升组件150将驱动组件110升高至与集装箱接触，而且抑制驱动辊120通过驱动马达125及其相关的驱动齿轮装置135、140、145而旋转。因为电子控制器195电子地锁住驱动马达125以防止驱动辊120旋转，所以本发明的PDU100的保持功能不需要分开的制动器(例如摩擦类制动器)。这一模式的意图在于将集装箱停止并保持在合适位置，并且在PDU100可用到动力时，能够持续使用这一模式。该保持模式可通过来自外部控制器的指令选择，使得在撤除驱动指令时操作者能够选择使PDU100保持或收回。例如，能够将输入/输出端口200的销连接至运载工具地面作为给电子控制器195的期望保持模式的信号。这能够无需操作者输入就得以运用，如在飞机的货舱门打开而且PDU系统开启时，所有的PDU置于保持模式。在AC电源中断时，通常由飞机的逻辑控制器维持保持模式。例如，能够由飞机内的继电器保证保持模式。
与传统的致动器不同，PDU100具有在撤除AC电源并接着又通电后无需操作者输入而恢复集装箱保持模式的能力。这对航空货运业是特别重要的，在航空货运业中，AC电源通常由地面电源车、飞行器发马达或飞行器辅助动力单元(APU)提供，并且容易随时瞬间中断并重新通电。一旦电源中断，传统的PDU会失去与货物集装箱的接触并失去对货物集装箱的控制，因为一旦电源中断它们立即收回，并且一旦AC电源输送恢复，它们需要操作者重新施加驱动指令以恢复保持(因为它们通常具有共用的提升和驱动马达)。相反地，一旦AC电源中断PDU100收回，但是在重新通电时，因为在电源中断前由飞行器控制器保证保持模式，所以传感器205探测其上的货物，而且电子控制器195看到保持信号，如以上才讨论的那样。电子控制器195响应货物出现信号和保持信号自动地引起提升组件150从收回位置向延伸位置移动，并且引起驱动组件110将货物保持在合适位置。来自操作者的驱动信号是不必要的。
PDU100能够进一步结合牵引和刮擦控制功能，这些功能的特征在于对停放好或塞紧的集装箱之下的驱动辊的不必要刮擦进行限制的传感器和逻辑电路，从而避免驱动辊的过度磨损和马达的过热。在集装箱到达其紧靠插销或其它集装箱的预定位置时，称该集装箱是停放好的。大多数传统的PDU将继续紧靠停放好的集装箱驱动直到撤除驱动指令，或直到PDU过热。一些PDU已经结合了“超时”或集装箱运动传感器以限制停放好的集装箱之下的刮擦。然而，超时使得操作者没有处理各种尺寸的集装箱的灵活性，而且运动传感器在湿的或较慢移动的集装箱下可能不正常工作。
PDU100的电子控制器195分析施加至驱动辊120的扭矩量(该扭矩量与驱动马达125的电流耗用成比例)以及马达125的运行时间，以确定驱动马达125的瞬时功率消耗。更特别地，电子控制器195包括用于测量驱动马达125的电流耗用和用于监测所测量的电流耗用的传统电路系统。电子控制器195将储存在其存储器中的功率消耗曲线与监测到的电流耗用相比较，并且在其功率消耗超过这一曲线时关掉驱动马达125。在较高的牵引载荷下，限制驱动时间以减小驱动辊刮擦。如重量轻的或湿的集装箱所遇到的那样，在较轻载荷下，只要施加驱动指令，驱动马达125就运行。这一逻辑减小了“错误行程”的可能性，并且使得驱动马达125运行足够长以“用橡皮刷擦”湿的驱动辊并移动湿的集装箱。
在通过驱动马达125向驱动辊120输送的累积能量超过预设极限后关掉驱动马达125能够完成刮擦(即受控辊磨损)。通过总计对时间取样的总耗散能量(Edis)来计算该累积能量(E累积)。耗散能量是超过预定阈能量值(Eth)而输送至马达125的能量(Ein)。针对每一PDU应用，阈值和累积能量可编程至电子控制器195中，而且由以下方程支配(1)Ein＝Pindt＝(Is2*Rm)dt
(2)Eth＝Pthdt＝(Ith2*Rm)dt(3)Edis＝Ein-Eth(4)E累积＝Edisdn其中Rm＝归一化的马达电阻＝1Is＝取样电流Pin＝输入至马达125的功率Ith＝针对每一应用确定的阈值Pth＝阈功率图5A和5B中示出了取样功率消耗曲线。图5A示出了在驱动辊120处具有可变载荷的情况下的PDU能量使用，而图5B示出了在驱动辊120处具有可变载荷的情况下的累积能量。
PDU100设计成在大量不同运载工具应用中进行操作，而不用改变致动器。它可以预编程以在需要不同牵引力、提升力或逻辑延迟的一些应用中工作。电子控制器195具有足够的存储器以储存用于多种PDU应用的多种程序。如上所讨论的那样，还能够将反馈信号提供至外部控制器。多个不同外部控制器中的任何一个控制器能够通过采用不同的电接口电缆如图1所示的电缆300而与单独一个发明的PDU一起使用。基于控制器应用，接口电缆连接至输入/输出端口200，但具有不同的运载工具接口连接器如连接器300a。特定电接口电缆内部的电路系统如电路系统300b通过输入/输出端口200识别连接至电子控制器195的电缆类型，而且作为响应，电子控制器195选择并使用储存在其存储器内的特别针对该应用的软件。因此，相同的PDU100能够安装在不同位置或不同运载工具类型内，并且正确工作而无需对该单元作任何改变。
能够结合至以下描述的本发明的SRPDU内的PDU100的特征在于两个分开的永磁无刷DC电动马达，一个马达用于驱动功能，一个马达用于提升功能。这些马达具有它们自己的集成至PDU电子模块中的控制电子装置。驱动马达当前限于通过控制软件对PDU的最大可用驱动扭矩和最大提升力进行控制，该最大可用驱动扭矩能够因不同的货物应用而改变。双马达布置对PDU100的驱动和提升功能提供独立的、完全可控的操作。这一独立性和可编程性为在各种应用中使用本发明的PDU提供最大的灵活性。
SRPDU及其功能如以上所讨论的那样，本发明的SRPDU旋转致动器包括转向致动器(也称为旋转致动器或旋转转台)和安装在转向致动器上的PDU驱动组件，如上面参考图1至5B描述的PDU100。本发明的SRPDU结合三个永磁无刷DC马达以使独立的驱动、提升和旋转功能便捷易行。驱动和提升马达位于PDU驱动组件内，而旋转马达位于旋转致动器的旋转支撑环内。
现在将参考图6至9描述根据本发明的SRPDU。该发明的SRPDU1000包括固定地连接至运载工具结构的固定支撑件1010、对PDU100的支撑底座105进行支撑的旋转支撑件1020、旋转马达1030、齿轮系1040、1050以及电子模块1060。固定支撑件1010包括多个密封的球轴承1070、1080，这些球轴承1070、1080分别抵抗从货物集装箱(未示出)传递至SRPDU1000的垂直和径向(水平)载荷。旋转支撑件1020包括作为旋转马达1030的传统永磁无刷DC马达，该传统永磁无刷DC马达通过多级齿轮减速传递旋转动力。旋转马达1030能够在设计上与PDU100的提升马达155(见图3)相同，导致零件的通用性并节约成本。
在本发明的图8所示的一个实施例中，旋转马达1030连接至三级行星减速齿轮组1040。行星减速齿轮1040、轴承和其它部件能够与以上参考图3所描述的PDU100的提升齿轮系160内采用的那些部件相同。来自旋转马达1030的齿轮装置的末级能够包括与安装在旋转支撑件1020上的内部直齿扇形(局部)齿轮1090啮合(如安装在减速齿轮组1040的输出轴上)的直齿小齿轮1050。这一啮合促进旋转支撑件1020相对于固定支撑件1010的移动。位于SRPDU1000(见图9)之下并暴露至外部环境的输出小齿轮1050能够由传统的自润滑高强度的塑料如缩醛塑料或酚醛塑料制成。货物运载工具的环境条件不影响这一塑料输出小齿轮，从而导致为致动器节省了重量和成本。输出小齿轮1050的高强度塑料材料可以由玻璃、织物或碳纤维增强。扇形齿轮1090(与输出小齿轮1050匹配)能够是铝，与现有技术中通常采用的钢齿轮相比这也节省了成本和重量。
SRPDU1000之上的货物集装箱由集成至旋转支撑环1020内的多个万向滚珠(BTU)1100支撑。BTU1100是传统的单元如可从Ancra得到的80334-10型，并用作保护PDU100免遭货物集装箱的冲击、在货物集装箱通过SRPDU1000时支撑下沉的货物集装箱、并且在SRPDU1000旋转时支撑位于SRPDU1000之上的货物集装箱。BTU1100位于与集装箱搬运平面相平或在集装箱搬运平面稍下的水平平面内，该集装箱搬运平面由BTU1100、安装在货物运载工具内的自由运行辊(未示出)和脚轮(未示出)建立。
PDU100的电线束300连接至SRPDU的电子控制盒1060。电子控制盒1060随之包括到如与货物运载工具相关的外部控制器(未示出)的电接口1110。电子控制盒1060执行一些关键的功能。它控制旋转马达1030、运载工具接口和逻辑功能，并且提供电磁干扰控制。用于旋转马达1030的传统的动力控制模块结合至电子控制盒1060内，在本发明的一个实施例中该电子控制盒1060包括用于电源开关的“冷”MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。这些装置具有显著低的功率耗散并理想地适合在SRPDU内的应用。电子控制盒1060还可以利用先进的IGBT(集成门极双极晶体管)用于其它关键的开关功能。
旋转马达1030由在电子控制盒1060内的该马达自己的传统微处理器控制，该微处理器储存软件代码，包括对马达的电流(和力)的界限设置、加速率和减速率、超时和延迟、以及任何其它所需的信息。这一可编程装置具有足够的存储器以储存用于多种SRPDU应用的多种程序。电子控制盒1060进一步包括用于收集和保持SRPDU1000的操作信息的传统的非易失性存储器，这些操作信息能够包括总操作时间、总操作循环、总旋转循环或SRPDU电子装置可以利用的任何其它数据。为了跟踪可靠性数据或校验使用的目的能够通过传统串行连接提取这些数据。
EMI(电磁干扰)滤波器也能够包括在电子控制盒1060内，以将来自SRPDU1000的传导EMI和SRPDU1000的EMI易感性两者都限制在工业标准之下。电子控制盒1060包括环境密封的电子装置外壳，并位于SRPDU1000的下侧。在电子装置外壳内安装通气口以使得外壳内的压力与外部空气相等，而且防止湿气进入外壳。
SRPDU1000进一步包括传统的传感器，该传统的传感器用于向电子控制盒1060提供表明集装箱的出现、马达和电子装置温度、电流耗用和旋转位置的信号。传统的非接触(接近)传感器1120用于探测旋转支撑件1020的0°和90°的位置，并且通过对旋转马达1030的旋转进行电子计数也能够探测任何中间位置。例如，能够提供在旋转马达1030内的传统霍尔效应换向传感器(未示出)以确定SRPDU1000的中间旋转位置。电子控制盒1060能够通过SRPDU电接口1110向外部控制器提供反馈。这些反馈信号能够包括但不限于集装箱的出现、驱动或旋转马达速度、驱动辊速度、旋转位置；驱动、提升或旋转马达的电流或相应的载荷、热保护状态以及SRPDU驱动组件识别码。
电子控制盒1060通过采用传感器和电子控制盒1060的监测功能能够提供内部自保护功能，如防止过热的热保护和防止驱动、提升和旋转马达过载的保护。它还包括内置测试设备(BITE)功能以在使用前校验致动器的正确操作。
现在将描述SRPDU1000的一些示例性致动功能或“模式”。当然，SRPDU1000的PDU100参与执行以下功能中的许多功能。因为以上参考图1至5B已经详细描述了PDU100的运行，在此将不重复对PDU100功能的这一讨论。然而，能够将以上描述的PDU100的所有特征和优点包括在本发明的SRPDU1000中。
“收回模式”为SRPDU1000的正常静止模式，其中撤除外部动力，没有驱动指令从外部控制器中发出，或者在没有出现集装箱时。收回模式使集装箱的人工移动便捷易行，因为PDU100收回在搬运平面之下。SRPDU1000之上的货物集装箱由所述多个集成至SRPDU的旋转支撑件1020内的万向滚珠(BTU)1100支撑。
在“提升和驱动模式”中，SRPDU1000的PDU100的提升组件150升高至与集装箱接触，并且驱动辊120旋转以移动集装箱。对于这一模式需要方向指令和在SRPDU1000之上检测到的集装箱。
在“传感器超控模式”中，PDU100的提升组件150升高至与集装箱接触，并且驱动辊120旋转以移动集装箱。对于这一模式需要人工超控指令和方向指令。忽略出现传感器的状态。这一模式用于系统检测并用于传感器故障超控。
在“保持模式”中，SRPDU1000的PDU100的提升组件150升高至与集装箱接触，而且抑制驱动辊120通过驱动马达及齿轮装置而旋转(见图3)。这一模式设计成将集装箱停止并保持在合适位置，并且在系统可用到动力时，能够持续使用这一模式。该保持模式可通过外部指令选择，使得在撤除驱动指令时操作者能够选择使SRPDU1000保持或收回。以上进一步详细讨论了保持模式，该保持模式包括本发明的在撤除AC电源并接着又通电后无需操作者输入而恢复集装箱保持模式的能力。
在“旋转模式”中，SRPDU旋转支撑件1020和PDU100在受到外部信号指令时相对于固定支撑件1010旋转到所指令的位置。SRPDU1000利用集成的位置传感器1120自动在0°和90°位置处停止旋转，而且如上所讨论的那样，也可以指令中间位置。安装至旋转支撑件1020内的BTU1100与SRPDU1000之上出现的任何集装箱接触，而且在旋转过程中继续支撑集装箱。在PDU驱动辊120收回时，电子控制盒1060控制SRPDU1000旋转；在旋转过程中，集成的BTU1100支撑SRPDU1000之上的货物集装箱。
旋转马达1030结合与PDU100的驱动马达125(见图3及关于图3的描述)的制动技术类似的制动技术，以无需机械制动器而停止并保持SRPDU1000的角位置。具体地，电子控制盒1060以传统的方式电子地锁住旋转马达1030以防止旋转支撑件1020旋转。这一模式的意图在于将集装箱停止并保持在合适位置，并且在SRPDU1000可用到动力时，能够持续使用这一模式。如以上所讨论的那样，保持模式可通过外部指令选择，使得在撤除驱动指令时操作者能够选择使SRPDU保持。以上进一步详细讨论的该保持模式包括在采用PDU100将集装箱保持在适当位置的同时对SRPDU1000的角位置进行保持的功能。保持模式进一步包括在撤除AC电源并接着又通电后无需操作者输入而恢复集装箱保持模式的能力。
在本发明的另外的实施例中，如以上详细描述的那样，SRPDU1000结合PDU100的牵引和刮擦控制功能。
通过采用传统的材料、方法和设备能够实施本发明。所以在此没有详细阐明这些材料、设备和方法的细节。为了提供对本发明的彻底理解，在以前的描述中阐明了大量具体细节，如具体的材料、结构、化学品、过程等。然而应该意识到能够不采用具体阐明的细节而实施本发明。在另外的实例中，为了不多余地使本发明不清楚，没有详细描述众所周知的处理结构。
在本公开中仅示出并描述了本发明的一个实施例，但示出并描述了该实施例的多功能性的几个实例。应该理解本发明能够在各种其它组合与环境中使用，并能够在如此处表述的发明概念的范围内改变或变化。
权利要求
1.一种用于搬运货物的设备，该设备包括固定支撑件，该固定支撑件用于固定地连接至运载工具结构；旋转支撑件，该旋转支撑件可旋转地安装至固定支撑件；驱动组件，该驱动组件可移动地安装至旋转支撑件，所述驱动组件包括辊和用于旋转该辊的第一电子控制电动马达；提升组件，该提升组件包括第二电子控制电动马达，该第二电子控制电动马达用于将驱动组件相对于旋转支撑件从大致在旋转支撑件内的收回位置移动到延伸位置，在该延伸位置中辊处于与货物驱动邻接的状态；旋转驱动组件，该旋转驱动组件包括用于相对于固定支撑件对旋转支撑件进行旋转的第三电子控制电动马达；以及电子控制器，该电子控制器用于控制第一、第二和第三马达。
2.权利要求1的设备，进一步包括支撑底座，该支撑底座固定地安装至所述旋转支撑件；其中，所述驱动组件可枢转地安装至支撑底座，用于与所述支撑底座的纵向轴线大致垂直的有限垂直移动；而且其中所述提升组件用于相对于支撑底座移动所述驱动组件。
3.权利要求1的设备，其中第一、第二和第三马达为永磁无刷DC马达。
4.权利要求1的设备，其中第三马达固定地安装至所述旋转支撑件，所述旋转驱动组件进一步包括小齿轮，该小齿轮与第三马达的输出轴连接而一起旋转，以及内部直齿扇形齿轮，该内部直齿扇形齿轮固定地安装至固定支撑件以与小齿轮啮合，用于在小齿轮旋转时相对于固定支撑件移动旋转支撑件。
5.权利要求4的设备，进一步包括连接在所述第三马达的输出轴与所述小齿轮之间的行星减速齿轮组。
6.权利要求5的设备，其中所述行星齿轮组是三级齿轮组。
7.权利要求4的设备，其中所述小齿轮包括自润滑、高强度塑料。
8.权利要求7的设备，其中所述小齿轮还包括增强玻璃、织物或碳纤维。
9.权利要求4的设备，其中所述直齿扇形齿轮包括铝。
10.权利要求1的设备，进一步包括安装在所述旋转支撑件上的多个万向滚珠，这些万向滚珠用于支撑货物，并用于防止货物在所述驱动组件在收回位置时与辊接触。
11.权利要求1的设备，其中电子控制器包括电接口；其中所述设备能够由外部控制器通过该电接口进行控制；而且其中所述电子控制器用于向外部控制器发送反馈信号，这些反馈信号包括设备识别码、货物出现信号、第一马达速度信号、第三马达速度信号、辊速度信号、第一马达载荷信号、第二马达载荷信号以及热保护状态信号中的至少一个。
12.权利要求1的设备，其中电子控制器包括用于储存与所述设备相关的操作信息的非易失性存储器。
13.权利要求12的设备，其中所述操作信息包括所述设备的总操作时间和总操作循环中的至少一个。
14.权利要求12的设备，其中所述电子控制器包括用于将信息从非易失性存储器下载到外部计算机的电接口。
15.权利要求1的设备，进一步包括用于探测所述旋转支撑件的径向参考位置的旋转位置传感器、以及在所述第三马达内的用于确定所述旋转支撑件相对于该参考位置的径向位置的换向传感器。
16.权利要求15的设备，包括第一和第二旋转位置传感器以探测旋转支撑件的0度和90度位置，其中所述换向传感器确定所述旋转支撑件的在所述第一和第二旋转位置传感器之间的中间位置。
17.权利要求16的设备，其中换向传感器用于对所述第三马达的旋转进行计数。
18.权利要求17的设备，其中换向传感器包括霍尔效应传感器。
19.权利要求1的设备，其中所述电子控制器用于控制所述第三马达以在所述驱动组件在收回位置时对旋转支撑件进行旋转。
20.权利要求1的设备，其中所述电子控制器用于锁住第三马达以防止旋转支撑件的旋转。
21.权利要求1的设备，包括用于探测货物在驱动组件上方的出现并向所述电子控制器发送货物出现信号的传感器。
22.权利要求21的设备，其中所述电子控制器只有在接收到所述货物出现信号时才用于对所述第一和第二马达进行操作。
23.权利要求1的设备，包括至少两个传感器，每一个传感器用于探测货物在所述驱动组件上方的出现并分别将货物出现信号发送至所述电子控制器，其中所述电子控制器只有在接收到来自这些传感器中的至少一个传感器的所述货物出现信号时才用于对第一和第二马达进行操作。
24.权利要求22的设备，包括用于将来自用户的人工超控信号发送至所述电子控制器的输入装置，其中所述电子控制器用于在接收到人工超控信号而不处理货物出现信号时操作马达。
25.权利要求23的设备，包括用于将来自用户的人工超控信号发送至所述电子控制器的输入装置，其中所述电子控制器用于在接收到人工超控信号而未接收到货物出现信号时操作马达。
26.权利要求21的设备，其中所述传感器包括非接触传感器。
27.权利要求26的设备，其中所述传感器包括霍尔效应传感器、红外传感器或超声波传感器。
28.权利要求2的设备，其中所述提升组件包括可旋转地安装在所述驱动组件内的凸轮，并且由所述第二马达旋转该凸轮用于抵抗所述支撑底座内的轴承以向所述驱动组件提供垂直运动；其中所述驱动辊放置在所述第二马达和所述凸轮之间。
29.权利要求28的设备，其中所述支撑底座内的所述轴承由靠近所述支撑底座的边角设置的销支撑。
30.权利要求29的设备，其中所述支撑底座包括铝。
31.权利要求28的设备，其中所述提升组件进一步包括连接至所述第二马达和所述凸轮的用于将扭矩从所述第二马达传递至所述凸轮的柔性张力缆线。
32.权利要求31的设备，其中所述柔性张力缆线包括多股钢缆线。
33.权利要求31的设备，其中所述柔性张力缆线包括合成缆线或缆带。
34.权利要求1的设备，其中所述电子控制器用于控制第一马达以在第一方向上旋转所述辊或在与第一方向相反的第二方向上旋转所述辊；其中在所述提升组件在延伸位置而且所述辊在所述第一方向上旋转时，所述电子控制器用于在将所述提升组件维持在延伸位置的同时引起所述第一马达在所述第二方向上旋转所述辊。
35.权利要求21的设备，其中所述电子控制器用于接收来自外部控制器的保持信号；而且其中所述电子控制器在接收到保持信号和货物出现信号时，所述电子控制器用于使得所述提升组件从所述收回位置移动至所述延伸位置，而且使得所述第一马达将所述辊保持静止，而且使得所述第三马达将所述旋转支撑件保持静止。
36.权利要求1的设备，包括用于测量所述第一马达的电流耗用的电路，其中所述电子控制器用于监测所述第一马达的电流耗用，并用于在所述第一马达的电流耗用在预定时间周期内超过预定电流耗用时从所述第一马达上撤除电力。
37.权利要求36的设备，其中所述电子控制器包括用于对代表多个电流耗用值和对应时间周期的功率消耗曲线进行储存的存储器，而且所述电子控制器用于在所述功率消耗曲线的基础上对所述预定电流耗用和预定时间周期进行计算。
38.权利要求37的设备，其中所述功率消耗曲线用于对所述第一马达的运行时间进行限制以减小所述辊对货物的刮擦。
39.权利要求2的设备，其中所述驱动组件包括连续孔，而且所述第一和第二马达同轴地安装在该孔内部。
40.权利要求39的设备，其中所述第一和第二马达每个都包括轴和用于支撑该轴的内侧轴承；而且其中所述驱动组件进一步包括用于对所述孔内部的所述第一和第二马达的内侧轴承进行共同支撑的内侧轴承支撑件。
41.权利要求40的设备，其中所述内侧轴承支撑件包括用于对所述孔内的公差进行补偿的轴向弹簧。
42.权利要求40的设备，进一步包括连接至所述第一马达轴的主驱动齿轮装置以及连接至所述第二马达轴的提升齿轮装置，其中所述孔用于容纳主驱动齿轮装置和提升齿轮装置。
43.权利要求2的设备，其中所述设备具有由所述支撑底座的长度和宽度定义的覆盖区，而且所述辊具有由辊的直径和长度定义的覆盖区，其中所述辊的覆盖区比所述设备的覆盖区的20％大。
44.权利要求43的设备，其中所述辊的覆盖区大约是所述设备覆盖区的23％。
45.权利要求1的设备，其中所述电子控制器用于提供用户可编程地对第一马达牵引力、第二马达提升力、第一、第二和第三马达速度、逻辑功能和电磁干扰控制中的至少一个的控制。
46.权利要求1的设备，包括第一、第二和第三马达温度传感器，每一温度传感器用于向所述电子控制器发送相应的马达温度信号。
47.权利要求1的设备，包括所述电子控制器的输入/输出端口；以及接口电缆，该接口电缆用于连接至所述输入/输出端口并连接至多个不同的外部控制器中的一个外部控制器以控制所述设备，所述接口电缆具有用于对所述电子控制器的所述一个外部控制器进行识别的电路系统；其中所述电子控制器用于对所述电缆电路系统作出响应而选择并使用特定用于所述一个外部控制器的软件。
48.权利要求31的设备，其中所述第二马达用于将所述驱动组件从所述延伸位置移动至所述收回位置，而且所述提升组件包括在所述第二马达和所述柔性张力缆线之间的单向离合器，在所述第二马达将所述驱动组件从所述延伸位置移动至所述收回位置后该单向离合器允许所述第二马达单向转动。
全文摘要
提供一种可转向可收回动力驱动单元(SRPDU)以安装在用于对货物在相互垂直的方向上进行移动的运输运载工具内，如门道，其中集装箱需要在货物运载工具中侧向和纵向移动。一旦施加了外部指令，该SRPDU就旋转以将驱动单元定位在所需方向上并驱动货物集装箱。该SRPDU包括用于固定地连接至运载工具结构的固定支撑件(1010)和可旋转地安装至固定支撑件的旋转支撑件(1020)。驱动组件可移动地安装至旋转支撑件，该驱动组件包括辊(120)和用于旋转该辊的第一电子控制电动马达。安装至驱动组件的提升组件(150)具有第二电子控制电动马达，该第二电子控制电动马达用于将驱动组件相对于旋转支撑件从大致在旋转支撑件内的收回位置移动到延伸位置，在该延伸位置中辊处于与货物驱动邻接的状态。旋转驱动组件在旋转支撑件上具有用于相对于固定支撑件对旋转支撑件进行旋转的第三电子控制电动马达(1030)。电子控制器(1060)控制第一、第二和第三马达。
文档编号B65G13/06GK1784339SQ200480011966
公开日2006年6月7日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年5月2日
发明者马修·S·麦康奈尔, 罗伯特·M·沃尔费, 阿兰·F·莱因冈 申请人:安克拉国际公司