阅读说明：本技术 由无刷直流电机驱动的托盘输送机 (Tray conveyor driven by brushless direct current motor ) 是由 B·G·拉根 于 2018-04-03 设计创作，主要内容包括：一种输送机,用于输送支撑在独立供电且可控的托盘上的物品。每个托盘包括悬挂在物品支撑平台上的叶片。一系列驱动线圈嵌入叶片中。嵌入托盘中的电池和控制器驱动该驱动线圈。叶片架设在支撑托盘平台的两个输送机轨道之间的槽中。沿每个轨道由永磁体阵列来界定该槽。驱动线圈产生电磁场,该电磁场与槽中的永磁场相互作用以形成沿轨道推进该托盘的无刷直流电机。(A conveyor for conveying articles supported on independently powered and controllable trays. Each tray includes a blade suspended from an item support platform. A series of drive coils are embedded in the blades. A battery and controller embedded in the tray drive the drive coil. The vanes ride in slots between two conveyor tracks supporting a tray platform. The slot is defined along each track by an array of permanent magnets. The drive coil generates an electromagnetic field that interacts with the permanent magnetic field in the slot to form a brushless dc motor that propels the tray along the track.)

由无刷直流电机驱动的托盘输送机

技术领域

本发明一般涉及电力驱动的输送机，更具体地说，涉及其中托盘(tray)由无刷直流电机独立驱动的输送机(conveyor)。

背景技术

传统的输送系统，如那些在平带、模块化带或链条、动力或重力辊上输送物品的系统，为病原体和其他污染物提供了许多藏身之处。电机、变速箱、滚柱轴承、轴、皮带轮和链轮都可能收集食物颗粒和油脂，并且需要定期清洁。在食品应用中，所有输送机部件必须符合严格的食品使用标准。此外，传统的输送机需要大量用于电力和控制的电气基础设施。电缆布线和连接为污染物增加了额外的藏身之处。

发明内容

体现本发明特征的一种输送机包括轨道和支撑在轨道上的托盘，该轨道具有沿轨道的长度延伸以形成永磁体定子的永磁体阵列。轨道具有顶部物品支撑表面和一系列作为动子(forcer)的换向驱动线圈(commutated drive coil)，所述动子与永磁体定子共同形成无刷线性直流电机以沿轨道推进该托盘。

体现本发明特征的另一种输送机包括支撑在轨道上的托盘。该托盘具有顶部物品支撑表面、一系列驱动线圈、托盘控制器和电源，该电源向托盘控制器供电以使一系列驱动线圈中的电流换向。轨道具有沿其长度延伸的永磁体阵列。永磁体阵列和托盘中的驱动线圈形成无刷线性直流电机，以沿轨道推进该托盘。

另一方面，体现本发明特征的输送机托盘包括平台，该平台具有限定托盘长度的第一端和第二端、顶部物品支撑表面和从第一端延伸至第二端的底表面。叶片(blade)从底表面向下从第一端延伸至第二端并容纳一系列驱动线圈。托盘控制器驱动该驱动线圈，且电源向托盘控制器和驱动线圈供电。

附图说明

图1是体现本发明特征的托盘输送机的一部分的等距视图。

图2是沿图1中的线II-II观察到的托盘输送机的放大的横截面图。

图3是沿图1中的线III-III观察到的托盘输送机的放大的横截面图，其中支撑轨道的内壁被切除以露出永磁体阵列。

图4是可用于图1的输送机的托盘的等距视图，其中托盘主体以虚线示出。

图5是图1所示输送机的另一种版本的输送机的一部分的等距视图，其沿两侧具有用于将电力电感耦合至托盘的导体回路。

图6是沿图5中的线VI-VI观察的图5的输送机的放大的横截面图。

图7是图5或图1中所示的用于输送机的电气系统的一种版本的示意性框图。

图8是可用于图1或图5中所示的输送机的托盘托架的等距视图。

图9A-9C是如图5中所示的输送机的一端的顺序等距视图，该输送机使用图8中所示的托盘托架以形成环形输送机(endless conveyor)。

图10是图1或图5中所示的用于输送机的托盘洗涤器(washer)的等距视图。

图11是图8中所示的托盘托架的等距视图，其用于将托盘从一个输送机段(conveyor segment)传送至另一个输送机段。

图12A-12C是图1或图5中所示的用于输送机的托盘转向器部段的顺序等距视图。

图13是图1中所示的输送机上的轨道洗涤机(scrubber)的等距视图。

图14是图1中所示的输送机的另一种版本的输送机的一部分的等距视图，其中导体回路由两侧共用，用于通过托盘中的单个次级线圈将电力电感耦合至托盘。

具体实施方式

图1中示出了体现本发明特征的一种输送机的一部分。输送机部分20由一系列托盘输送机段22构成，该托盘输送机段在接合接头24处首尾相连，以实现平稳过渡。还如图2所示，每个托盘输送机段22包括成对的紧密间隔的轨道26、27，该轨道26、27具有中凸的圆形顶部28、29和由轨道基座30接合的底部，单个支腿32从该轨道基座30向下延伸以安装到地板上。窄槽34将两个轨道26、27分开。托盘36具有平台38，该平台38具有顶部物品支撑表面40和相对的支撑在轨道26、27的顶部28、29上的底部表面41。叶片42从托盘36的底部表面41向下延伸到槽34中。本示例中示出的托盘36与位于中心的叶片42在垂直横截面中形成T。每个轨道26、27中的线性永磁体阵列44产生穿过槽34和托盘叶片42的磁场。静磁场的大小和方向沿槽34的长度周期性地变化。托盘叶片42中的动子线圈(forcer coil)(图1中未示出)产生变化的电磁场，该电磁场与由轨道中的线性永磁体阵列产生的磁场相互作用，以在输送方向46上产生沿输送机推进托盘36的力。

如图2所示，支腿32上方的槽34从由轨道基座30形成的下盲端(lower blind end)48向上延伸至顶部开口50，该顶部开口50在轨道26、27的顶部28、29处变宽。在其他地方，槽34在顶部和底部处都是敞开的。如图3所示，线性永磁体阵列44嵌入轨道27中，靠近界定该槽34的轨道的内壁52。为了增加槽34中的磁场强度，所示出的永磁体44被布置为形成Halbach阵列。穿过狭槽34的静磁场在输送方向46上的幅度和方向在空间上发生变化。

如图4所示，一系列动子驱动线圈54容纳在托盘叶片42中。线圈54沿叶片42的长度以交流三相模式(alternating three-phase pattern)布置。容纳在托盘36中的托盘控制器56通过三相线圈54电子式地使电流换向，以产生沿叶片42行进并与槽中的静磁场相互作用的电磁场。控制器56和辅助元件安装在电路板57上。线圈54的芯是无铁的，以避免吸引轨道磁铁并增加摩擦力。因此，驱动线圈54形成无刷线性直流电机，其在轨道中具有永磁体阵列。永磁体阵列形成了电机的定子，并且共同作用的托盘线圈54形成了电机的动子。

由一个或多个电池单元(cell)60组成的电池58为控制器56供电，并将换向电流提供给线圈54。由于永磁***于轨道中并且托盘由电池供电，因此托盘输送机段中不需要布线。托盘段完全是无源的。托盘36的一侧或两侧中的可选充电线圈62可用于为电池58再充电。可替代地，充电线圈62可用于将电力耦合至托盘36，以给控制器56和动子线圈54供电。在该替代性操作模式中，其中初级电源(primary power)通过充电线圈62电感耦合至托盘36，当外部电源不可用于充电线圈时，电池58可以用作次级电源。因此，电池58或充电线圈62可以用作托盘内电源。当初级外部电源是有源的，充电线圈62可以对电池58进行涓流充电。与充电线圈62并联连接的调谐电容器64可用于将充电线圈和电容器电路调谐至外部充电波形的谐振频率，以提高传输到托盘36的感应功率(induced power)的效率。作为第三种替代方案，电池58可以是不可充电的并且用作专用电源。在这种情况下，充电线圈62和调谐电容器64将不是必要的。如果电池58不可充电，则可以通过端盖(66，图2)更换该电池58，或者整个托盘可以是一次性的。

当充电线圈62用于给电池58充电或作为主电源的一部分时，使用如图5和6中的一个或多个有源输送机段68。两个紧密间隔的轨道70、71限定窄槽72以容纳并引导托盘36的叶片42。轨道70、71各自具有侧向延伸部74、75，其具有支撑托盘36的平顶76、77。由交流电源(未示出)供电的初级导体回路(primary conductor loop)78沿每个轨道延伸部74、75中的有源输送机部段68的长度延伸。初级导体回路78安装在E型芯80中。导体回路例如是低损耗线(如利兹线)。初级调谐电容器(未示出)沿轨道70、71的长度分布在回路上，以提供传输到托盘36中的次级充电线圈62的高效的高Q感应功率。输送机的大部分可以由如图5中所示的有源段68或图1中所示的有源段和无源段22的组合构成。例如，具有主承载路径行程(main carryway run)(沿其输送物品)和返回行程(return run)的输送机可以在承载路径行程上具有无源段，在返回上具有有源感应功率传输段以对电池进行再充电。在另一替代方案中，有源托盘段仅在一侧上具有初级导电回路。在这种情况下，可以仅在一侧上制造具有次级充电线圈和调谐电容器的托盘。

图14中示出了另一种托盘充电或供电装置。在该版本中，托盘180具有单个位于中心的充电线圈62，其与两个调谐电容器64并联连接。尽管示出了两个调谐电容器64，但是可以替代地使用单个调谐电容器。在该版本中，初级导体回路通过将左轨道184中的左导体段182连接到右轨道185中的右导体段183来形成。环形初级导体回路被调谐至与一个或多个调谐电容器(未示出)谐振，并由交流电源(未示出)供电。此版本可与没有横向轨道延伸部的轨道一起使用。

图7中示出了图1或图5中所示的输送机的电气示意框图的一个版本。该示例中的托盘控制器56由外部交流电源82或电池58供电。当外部源82可用时，其功率从初级导电回路78到电感耦合至托盘的次级充电线圈62。沿回路78的长度分布的调谐电容器84和托盘调谐电容器64调谐初级和次级电路以在交流电源82的频率下谐振，以最大化电力传输。次级交流电压通过整流器或交流-直流转换器86转换为直流，其输出通过二极管94与电池电压92进行二极管“或”运算，以产生为托盘供电的直流电源电压88。通常，外部源电压将超过电池电压92并为托盘控制器56和托盘中的其他有源设备供电。当外部源电压降至电池电压92以下时，电池58接通以给托盘供电。当外部电压超过电池电压92时，其通过充电元件96给电池58充电。二极管“或”装置构成一个基本开关，其在托盘的外部电源和电池电源之间进行切换。用于从外部电源切换到电池电源的替代开关的一个示例包括电机械开关或电子开关，当外部电源过低时，电机械开关或电子开关将托盘的直流电源电压88连接到来自外源直流电压的电池电压92。感测输入交流电压或其经整流的直流电压的低压检测器向开关发送低压信号以切换到电池电源。

一系列磁场传感器98(例如沿托盘叶片42(图4)的长度周期性定位的霍尔效应传感器)确定托盘线圈54相对于磁场正峰值和负峰值的位置。传感器信号99被发送至控制器56，该控制器56包括换向器100。换向器100是在控制器56(例如微计算机或微控制器)的程序存储器中运行的软件例程。换向器100产生三个输出信号104，其如由传感器信号99确定的那样被正确地定相，以控制通过三相动子线圈54的电流。三个输出信号104由放大器102放大，放大器102将经换向的电流波形提供给动子线圈54以驱动托盘。

每个托盘中的托盘控制器56与托盘外部的输送机控制器106进行通信。托盘电路板57上的发送器-接收器108通过天线110、111无线连接至外部发送器-接收器109，外部发送器-接收器109连接至系统控制器106。系统控制器106通过无线链路向托盘控制器56发送命令和数据请求，并从托盘控制器接收数据。作为一个示例，托盘天线110在图4中被示出为沿托盘36的一端嵌入托盘平台38中的偶极子。

图8中示出了用于将托盘从一个输送机段传送至另一个输送机段的托盘托架112。托架112与前面描述的托盘相同，但是其具有安装在顶表面116上的成对无源传送轨道114、115。与图2中的托盘轨道26、27类似，传送轨道114、115具有沿其长度设置的永磁体阵列。传送轨道114、115之间的窄槽118在垂直于托架叶片120的平面的长度上延伸。

图9A-9C示出了托架112如何将托盘从一个输送机段68传送至另一个输送机段68'。在第一输送机行程的端部处沿第一输送机段68前进的托盘36被接收在托架112的传送轨道114、115上。托架112被支撑在托架输送机段122上，该托架输送机段122垂直于第一输送机段68和第二输送机68'中的槽72的平面延伸。托架输送机段122低于托盘输送机段68、68'的高度，使得传送轨道114、115与托盘输送机轨道70、71处于相同水平。以这种方式，传送轨道114、115和传送槽118可以与第一托盘输送机段68上的托盘线圈70、71和托盘槽72对齐，以平稳地接收托盘36，如图9A所示。一旦托盘36完全位于托架112上，托盘36便会自行停止。托架112使它的驱动线圈通电，并沿托架输送机段122在如图9B中所示的横向方向116上侧向地推进其自身和托盘36。类似于托盘输送机段，托架输送机段122具有永磁体托架轨道124、125和托架槽126。托架段122具有比托盘输送机段的支腿更短的支腿118，以将托架段122的顶表面128定位为垂直于输送机段68、68'的顶部76、77并且在其下方斜交。如图9C所示，当托架112到达其传送轨道114、115与第二托盘输送机段68'的托盘轨道70、71对齐的位置时，托架112停止，托盘36使其自身通电以离开传送轨道114、115并前进到第二输送机段68'上的对齐的输送机段轨道70、71上。通过在两个托盘输送机部段的相对端处具有相同的托架输送机段，形成了环形的托盘输送机。然后，托架112平移回第一输送机段68以接收下一个托盘。

托盘洗涤器130被示出为覆盖图10中的环形输送机构造134中的返回行程132的一部分。在环形输送机134的一端示出了托架输送机段122，用于将托盘36从承载路径行程133传送到返回行程132。托盘洗涤器130包括喷雾嘴和刷子，以对托盘36进行清洁、冲洗、消毒和干燥。

如图11所示，托架输送机段122可被用于在多个输送机部段136A、136B、136C、136D之间传送托盘36。四个托盘输送机部段彼此平行地布置，其中在间隙138的每一侧有两个托盘输送机部段，横跨该间隙138、托架112垂直于托盘输送机部段136A-D平移。

图12A-12C的输送机构造具有两个横跨间隙142的成直线的托盘输送机段140A、140B。第三托盘输送机段140C远离间隙142倾斜地延伸。倾斜定向的输送机段140C构成了托盘36的远离直列式输送机段140B上的直通路径的转向路径。转向器托架段141包括存在于间隙142中的转向器托架144。具有嵌入式永磁体阵列的转向器轨道146、147选择性地与直列式托盘输送机段140A、140B的轨道或倾斜托盘输送器机段140C对齐。转向器托架144包括从轨道146、147向下延伸至转向器托架平台150的柱148，该柱148支撑在圆柱形转向器基座152上。基座152容纳一圈永磁体，该永磁体产生从基座周边径向指向的磁场。转向器托架平台150具有侧裙部154，侧裙部154围绕转向器基座152的周边向下延伸。由转向器托架144中的转向器控制器(未示出)驱动的裙部中的转向器托架驱动线圈(未示出)产生与基座152的永磁体磁场相互作用的电磁场，以在如图12A和12B中所示的直列式托盘通过位置和如图12C所示的倾斜托盘转向位置之间旋转转向器托架144。当托盘36与图12C中的箭头方向相反地前进时，转向器托架段141可用于将来自托盘段140B、140C的产品合并到托盘段140A上。

图13中示出了清洁托盘输送机部段162的轨道洗涤机160。洗涤机160具有包含水、清洁剂和消毒剂罐(未示出)的壳体164。壳体164安装在具有驱动线圈叶片的基座(未示出)(如输送机托盘)上，该驱动线圈叶片装配在两个轨道168、169之间的槽166中，并沿输送机部段162推进洗涤机160。一个或多个喷嘴170将水、清洁剂或消毒剂喷洒至轨道168、169上。外旋转刷172和内旋转刷173安装在轴174上，该轴174通过附接到洗涤机壳体164的臂176保持在其端部处。外旋转刷172至少在内侧具有刷毛，以擦洗轨道168、169的外侧。内刷173架设在槽166中并且在两侧具有刷毛以擦洗轨道168、69的内壁。