CN104583075A - 制动总成以及操作制动总成的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于交通工具的制动总成，包括：包括中空部分(4)和轮缘(6)的轮(2)，所述轮缘包括第一部分(9)和与所述第一部分(9)相邻的第二部分(10)，所述第一部分包括导电材料(8)，所述第二部分包括多个永磁体；以及包括至少一个电磁线圈(15)的定子(12)，所述至少一个电磁线圈被安排成位于所述轮(2)的所述中空部分(4)内，其中所述定子(12)能在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述至少一个电磁线圈(15)在所述轮(2)正相对于所述定子(12)转动时感应地耦合到所述轮缘(6)的所述第一部分(9)，在所述第二位置中，所述至少一个电磁线圈(15)感应地耦合到所述轮缘(6)的所述第二部分(10)。

Description

制动总成以及操作制动总成的方法
发明领域
本发明涉及制动总成，且更具体地涉及电磁制动总成及其操作方法。
背景技术
在飞行器起落装置上实现的现有制动技术一般完全依赖摩擦材料来耗散与飞行器的运动相关联的动能。另外，飞行器起落轮中的制动总成占据了基本上全部轮腔，这意味着任何电滑行解决方案涉及将主原动机安装在轮腔的外部，这在起落装置被收回到机身内时占据了宝贵空间并且在起落装置被展开时增加了风阻和噪声。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于交通工具的制动总成，包括：包括中空部分和轮缘的轮，所述轮缘包括第一部分和与所述第一部分相邻的第二部分，所述第一部分包括导电材料，所述第二部分包括多个永磁体；以及包括至少一个电磁线圈的定子，所述至少一个电磁线圈被安排成位于所述轮的所述中空部分内，其中所述定子能在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述至少一个电磁线圈在所述轮正相对于所述至少一个电磁线圈转动时感应地耦合到所述轮缘的所述第一部分，在所述第二位置中，所述至少一个电磁线圈感应地耦合到所述轮缘的所述第二部分。
因而，所述制动总成可被配置成两种模式——在其中所述总成在所述轮上提供制动力的第一模式以及在其中所述总成由于所述轮的转动而生成功率的第二模式，或在其中所述安排作为在与所述轮的转动方向相反的方向上驱动的无刷DC电动机来操作。
优选地，在所述第一位置中，定子与所述轮缘的所述第一部分的大部分对齐，从而最大化所述至少一个电磁线圈与所述轮缘的所述第一部分之间的感应耦合。
有利地，在所述第二位置中，定子与所述轮缘的所述第二部分的大部分对齐，从而最大化所述至少一个电磁线圈与所述轮缘的所述第二部分之间的感应耦合。
优选地，所述制动总成包括至少两个定子，每一定子包括至少一个电磁线圈，所述定子能移动到第三位置，在所述第三位置中，所述至少一个电磁线圈之一感应地耦合到所述第一部分且所述至少一个电磁线圈中的不同一个电磁线圈感应地耦合到所述第二部分。因而，在由于所述交通工具的前向运动而从所述轮的转动中生成功率的同时，或者在所述至少一个线圈中的一者或多者被驱动的同时，涡旋制动力可被提供给所述轮，以在所述轮上提供制动扭矩。
有利地，所述轮缘的所述第一部分通过绝缘材料与所述轮缘的外表面分开。所述绝缘材料因此抑制由于所述轮缘与所述至少一个电磁线圈的感应相互作用而在所述轮缘中生成的热传导到安装在所述轮缘上的任何轮胎，从而防止轮胎材料的损坏。
优选地，所述轮包括导热材料，所述导热材料被安排成耗散由所述至少一个电磁线圈与所述轮缘的第一和/或第二部分之间的电磁相互作用所生成的热，从而防止各起落装置组件的局部发热和损坏。
有利地，所述定子或每一定子可在与所述轮的转动轴平行的方向上移动。
优选地，所述定子或每一定子的移动由电、机械、或液压致动器来提供。因而，定子的移动可被远程控制。
电、机械、或液压致动器可以是线性致动器或旋转致动器。
所述定子或每一定子的移动可以由螺旋致动器来驱动，所述螺旋致动器与整合到所述定子中的一者或多者的内表面的螺纹咬合。
所述制动总成还可包括耦合到所述电磁线圈中的至少一者的线圈控制模块。优选地，所述线圈控制模块被配置成从所述电磁线圈中的所述至少一者接收功率和/或向其提供功率。所述线圈控制模块可耦合到至少两个电磁线圈并且被配置成从所述电磁线圈中的至少两者独立地接收功率和/或向其提供功率。独立控制提供了在线圈或控制系统之一出现故障的情况下的冗余性。此外，每一线圈的独立控制意味着感应地耦合到所述轮缘的磁性第二部分的线圈可被驱动，以使所述安排作为无刷DC电动机来操作，从而向所述轮的轮缘提供转动力。
所述制动总成还可包括摩擦制动，所述摩擦制动包括整合到所述定子中的一者或多者的第一制动元件和附连或整合到所述交通工具的固定部分的第二制动元件，并且其中所述定子或每一定子能移动到第四位置，在所述第四位置中，所述第一制动元件与所述第二制动元件咬合以抑制所述轮的转动。因此，在所述交通工具停放时，不需要功率来维持制动。所述摩擦制动还提供了进一步的冗余性，并且可在紧急状况下用作进一步制动。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括上述制动总成的飞行器起落装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种操作上述制动总成的方法，所述方法包括：在其中所述轮以第一角速度转动的第一阶段期间，将所述定子移至所述第一位置并且将电流施加到感应地耦合到所述轮缘的所述第一部分的电磁线圈中的至少一者，以在所述轮缘的所述第一部分中感应出涡流；
在其中所述轮以第二角速度转动的第二阶段期间，所述第二角速度小于所述第一角速度，将所述一个或多个定子移至所述第二位置，其中所述电磁线圈中的至少一者感应地耦合到所述轮缘的所述第二部分。因而，在所述交通工具以高速行进时，所述制动总成在涡旋制动模式中操作，其中所述电磁线圈被驱动以在所述轮的轮缘上感应出电动制动力，以降低所述交通工具的速度。
随后，在所述交通工具速度降到中间速度时，在所述第二阶段期间，所述轮缘可在至少一个电磁线圈中感应出电流，所述制动总成在生成模式中操作，其中所述轮由于与所述交通工具的运动相关联的动能而造成的转动生成与所述轮缘的所述第二部分相关联的电磁线圈中的功率。
或者，在所述第二阶段期间，电流被施加到耦合于所述轮缘的所述第二部分的所述至少一个电磁线圈，以在所述轮缘上与所述轮的转动方向相反的方向上感应出扭矩，从而在所述轮上提供制动力。
有利地，所述方法还包括：在发生于所述第一阶段和所述第二阶段之间的第三阶段期间，将所述定子或每一定子移至第三位置，在所述第三位置中：所述电磁线圈中的至少一者被施加了电流且感应地耦合到所述轮缘的所述第一部分，以及所述电磁线圈中的至少一者感应地耦合到所述轮缘的所述第二部分，使得在耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述至少一个电磁线圈中感应出电流。因而，功率生成和涡流制动可被同时执行。
优选地，在耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述至少一个电磁线圈中感应出的电流对施加到耦合到所述轮缘的所述第一部分的所述至少一个电磁线圈的电流作出贡献。因而，所述电动制动力可在不需要附加功率的情况下被增加。
优选地，所述方法还包括：在其中所述一个或多个定子处于所述第二或第三位置的第四阶段期间，驱动耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述电磁线圈中的至少一者，以在所述轮缘上感应出转动力。所述第四阶段可例如发生在所述第二阶段之后，并且感应出的转动力可以在与所述轮的转动方向相反的方向上，从而抑制所述轮的向前转动并相应地抑制所述交通工具的前进。
有利地，所述方法还包括：在发生在所述第一阶段之前的其中所述定子处于所述第二位置的第五阶段期间，将电流施加到耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述电磁线圈中的至少一者，以在所述轮缘上感应出转动力，以便增加所述轮的转动角速度。因而，在所述制动总成被固定到飞行器起落装置时，所述轮的转动可在飞行器的着陆之前被感应出，从而降低与飞行器起落装置的起转和回弹相关联的载荷。
所述制动总成因此可以在以下两个状态中操作：其中至少一个线圈向前或向后驱动所述轮的电动机状态，以及其中所述至少一个线圈向所述轮提供制动力的状态。
有利地，在所述第六阶段期间，所述定子被移至所述第四位置，其中所述第一和第二制动元件咬合，以抑制所述轮的转动。因而，在所述交通工具静止且被停放时，不需要向所述制动总成提供功率。
附图简述
现在将参考附图仅作为非限制性示例来描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一实施例的制动总成的侧截面图；
图2是图1所示的制动总成的侧截面图，其中线圈包的配置是不同的；
图3是根据本发明的一实施例的制动总成的正视图；
图4是根据本发明的一实施例的包括两个定子的制动总成的侧截面图；
图5是图4所示的制动总成的侧截面图，其中定子的配置是不同的；
图6是图4所示的制动总成的侧截面图，其中定子的配置是不同的；
图7是根据本发明的一实施例的制动总成的侧截面图；
图8是图7所示的制动总成的侧截面图，其中还包括停放制动；
图9是图4到6所示的制动总成的侧截面图，其中定子被整合到单个线圈包中；
图10是根据本发明一个实施例的飞行器制动过程的流程图；
图11是示出图10所示的飞行器制动过程的不同状态期间飞行器的速度的速度对时间图；
图12是根据本发明一个实施例的飞行器制动过程的流程图；以及
图13是示出图12所示的飞行器制动过程的不同状态期间飞行器的速度的速度对时间图。
实施例的详细描述
图1是根据本发明的一实施例的包括制动总成的轮的截面图。轮2可绕轮轴转动，并且包括轮缘6，轮缘6围绕着轮2的周边来延伸。轮缘6限定了轮缘6与轮轴之间的中空部分4的外边缘。
轮2的轮缘6优选地被构造来提供根据任何已知方法在其上安装轮胎的表面。轮缘6包括在沿与轮2的转动轴平行的方向上彼此相邻的两个部分9和10，每一部分9、10围绕轮缘6轮2来延伸。诸如银或铜等导电材料8被布置在轮缘6的第一部分9内。诸如陶瓷或塑料等绝缘体也可被包括在第一部分9中，它们被安排来防止在导电材料8中生成的热对安装在轮缘6的外部上的轮胎加热。轮缘6的第一部分的导电材料的变热将在下文更详细地讨论。轮缘6的第二部分10包括磁性材料。磁性材料优选地包括具有高磁各向异性的一个或多个稀土磁体或镧系元素，但也可由本领域已知的任何磁性材料来形成。
电磁定子12被布置在轮2的中空部分4内。定子12的实施例的正视图在图3中示出，具有与轮2的转动轴的轴心相一致的轴心。在所示实施例中，定子12具有带多个电磁线圈15的中心部分13，所述电磁线圈15从中心部分13朝轮缘6的内表面向外径向延伸。六个电磁线圈被成对地安排以形成图3中的3个极。然而，可以使用本领域已知的任何数量的线圈或其他定子安排。例如，具有从轮2的轴心向外延伸的两个偶极子的单个电磁线圈、或者固定在轮缘6内部的任何数量的线圈，以便感应地耦合到轮缘6的导电第一部分或磁性第二部分9、10。
定子12相对于轮轴固定，而轮2绕轮轴自由转动。因而，轮2相对于定子12自由转动。在中空部分4内，定子12可在与轮2的转动轴平行的方向上移动。定子12优选地可在两个位置之间移动。第一位置在图1中示出，其中定子12的径向边缘与轮缘6的第一部分9横向地相邻。图2则示出了定子12处于第二位置中，定子12与轮缘6的第二部分横向地相邻。
为了提供对线圈的适当控制，每一电磁线圈15被独立地连线到制动控制器，制动控制器可动态地独立地切换每一线圈15。制动控制器可动态地驱动任一线圈，以实现该安排的换向，即向轮提供转动力，使得电磁线圈15与轮缘的第二部分的组合担当无刷DC电动机。或者，制动控制器可以确保所有线圈15被同时通电，以在轮缘6中生成涡流，如将在下文更详细地描述的。
如上所述，图1到3中示出的实施例包括布置在轮2的中空部分4之内的单个电磁定子12。然而，优选地，多个相邻定子12可被布置在轮2的中空部分4之内。多个定子提供了在线圈之一出现故障的情况下的冗余性。每一定子可使用独立的控制系统来独立地操作。此外，如下文将讨论的，多个定子提供比单个单元更大的制动和功率生成能力，连同提供多模功能的能力。
图4到6中示出了两定子安排。首先参考图4，示出了根据本发明的一实施例的制动总成的截面视图，其中相同的部分用相同的标号来标记。为简明起见，只示出了制动总成1的上半部。两个定子12a、12b被布置在轮2的中空部分4之内。与图1中所示的实施例一样，定子12a、12b相对于轮轴固定，使得在轮2绕轮轴转动时，轮2与定子12a、12b之间存在相对移动。
如图4到6所示，定子12a、12b被准许在与轮轴的纵向轴平行的方向上移动。优选地，定子12a、12b可在三个位置之间移动。在第一位置中，如图4所示，定子12a和12b的外边缘与轮2的轮缘6的第一部分9相邻地定位。在第二位置中，如图5所示，定子之一12a被定位成使得其外边缘与轮缘6的导电第一部分9相邻，且另一定子12b被定位成使得其外边缘与轮缘6的磁性第二部分10相邻。最后，在第三位置中，两个定子12a、12b被定位成使得它们的外边缘两者都与轮缘6的磁性第二部分10相邻。
定子12a、12b在图4到6中被示为分离且间隔开。然而，将明白，多个定子可被整合到单个线圈包中，线圈包可作为一个整体在不同的位置之间移动。或者，定子12a、12b可单独地移动。在本发明的其他实施例中，制动总成可包括任何数量的线圈包，每一线圈包可独立地移动或所有定子被整合到单个封装中作为一个整体来移动。
图7示出了用于在轮2的中空部分4内移动电磁定子12、12a、12b的机制的一示例性实施例，它示出了根据本发明的一实施例的包括轮2的制动总成的截面图。与图4到6一样，只绘出了制动总成的一半。线圈包13被布置在轮2的中空部分4内。与本文描述的本发明的所有实施例一样，每一定子12a、12b绕轮轴固定，使得在轮2转动时，轮2与线圈包13之间存在相对转动移动。线圈包13可包括单个定子12或多个定子12a、12b。线圈包13的内边缘提供有转换螺母14，它与布置在中空部分4的下内边缘上的螺纹16咬合。将明白，在其他实施例中，螺纹16可以用爱克米(acme)螺纹、滚珠螺纹、或本领域已知的其他类型的致动机制来替代。螺纹16通过允许轮2绕轮轴并相对于螺纹16转动的多个滚针轴承或套管18与轮2的中空部分的内边缘分开。
除了与螺纹16咬合之外，线圈包13还可由经由滑动配合套管22穿过线圈包13内的孔来布置的一个或多个扭矩移除杆20来保持就位。扭矩移除杆20被定位成与轮轴及线圈包13的移动轴平行。将明白，其他方法可被用来防止线圈包13相对于轮轴转动。
螺纹16连接到螺纹驱动马达和传动装置24，螺纹驱动马达和传动装置24能操作来使螺纹16绕其轴转动，其中心与轮2的转动轴相一致。因为螺纹16与线圈包13的转换螺母14咬合，所以在螺纹驱动马达24使螺纹16转动时，线圈包13沿扭矩移除杆20滑动，从而在与轮轴的纵向轴平行的方向上移动。因为线圈包13沿螺纹16的移动的连续性质，所以线圈包13能够被定位在沿螺纹16的长度上的任何位置，假定转换螺母14没有达到螺纹16的行程的极限。
有利地，制动总成1进一步包括停放制动机制，如图8所示。停放制动被示为包括刚性地固定到线圈的最内侧的与轮的转动轴垂直的第一停放制动垫24以及其移动相对于轮轴固定的第二停放制动垫26。在线圈包13沿螺纹16朝螺纹驱动马达24移动到它的与轮2的转动轴平行的最内部位置时，第一和第二制动垫24、26咬合，以通过垫24、26之间的摩擦力来抑制轮2的移动。一旦制动总成附连到的交通工具静止，线圈包13就优选地移至这一位置，或者在主电磁制动系统出现故障的情况下线圈包13可被用作紧急制动，或者在中断起飞(RTO)或其他紧急事件的情况下与电磁制动系统组合使用。
如上所述，取决于定子12或线圈包13相对于轮2的轮缘6的位置，上述制动总成可在多个不同的模式中操作。
图9示出了轮2的中空部分4内的线圈包13的一些可能的配置。在第一位置(标记为位置1)中，定子在轮缘6的导电第一部分9的径向上向内放置并且与其相邻。在操作期间，电流可被施加到布置在线圈包13内的定子12中的一个或多个。如果轮2在转动，则线圈包13电磁定子所生成的磁场将与轮缘6的导电第一部分9相互作用，以在轮缘6的导电第一部分9中感应出涡流，这与电磁定子所造成的磁场相反。这些感应出的涡流造成线圈包13(相对于轮轴固定)与轮缘6的第一部分9之间的电动力，从而用于对抗轮2相对于线圈包13的转动并且因此对抗轮相对于轮轴的转动。如本领域技术人员将明白的，这是环形涡流制动的原理。
涡流所耗散的功率的大致表达式可被获得。在第一部分的导电材料8中的任一点处感应出的电场由E＝ν.B给出，其中v是该点相对于电场的速度。对于包括单个线圈的定子，假定磁场B与提供给线圈的激励电流Iex成比例，则下式成立。
E∝ωIex
所以，对于任何涡流环路，感应出的电动力与ωIex成比例。根据电流基本定律，在电流环路中耗散的功率与电动力的平方成比例且直接与盘的电导率成比例。这对于轮缘6的第一部分9中的导电材料8的整体而言是成立的，并且因此，可得到下式。
P e = Kω 2 I ex 2 σ
鉴于此，可以看到，定子在位置1中并且电流被施加到线圈，轮2转动得越快，抵抗电动力越强。事实上，由于涡流制动而耗散的功率与轮2的角速度的平方成比例。同样，第一部分9中的导电材料8的电导率越高，导电材料8中的涡流所感应出的力越强。
根据以上现象，功率作为轮缘6的第一部分9中布置的导电材料8中的热而被耗散。因而，如上所述，第一部分9优选地进一步包括绝缘层14，以抑制热耗散到安装在轮2的轮缘6上的轮胎。
回头参考图9，在线圈包13被置于位置2中时，它在轮缘6的包括具有高磁各向异性的材料的第二部分10的径向上向内放置并与其相邻。将线圈包13安排在第二部分10中的转动磁性材料内有效地形成了交流发电机。在轮2绕线圈包13转动时，磁场内的定子的相对移动感应出电流。
最后，再次参考图9，线圈包13可被置于第三位置(标记为位置2)中，其中线圈包13被放置使得它在径向上处于轮缘6的第一和第二部分9、10两者之内并与这两者相邻。在线圈包13包括单个定子的情况下，这一安排提供了微小益处。然而，在线圈包13包括两个或更多个定子的情况下，例如如图4所示，这一安排提供了显著的益处。在这种情况下，第一定子12a被放置成在径向上处于轮缘6的第一部分9之内并且与其相邻，而第二定子12b被放置成在径向上处于轮缘6的第二部分10之内并且与其相邻。因此，涡流制动和功率生成可同时执行。在轮2转动时，电流可被提供给第一线圈12a，在第一定子12a与轮缘6的第一部分9之间生成抵抗电动力，同时电流在第二定子12b中由于第二部分12b中磁性材料的转动而被生成。此外，在线圈位于位置3中时，在第二定子12b中生成的电流可被提供给第一定子12a以增加由于涡流制动产生的电动力。
在上述安排中，通过线圈15与轮缘6的磁性第二部分的相互作用，在第二定子12b中的线圈15中的每一个中感应出电流。然而，在一替换方案中，线圈15与轮缘6的第二部分9的组合可作为无刷DC电动机。因此，线圈15中的每一个可使用本领域已知的与无刷DC电动机操作相关的任何方案被独立地驱动，以在轮缘6的磁性第二部分10上提供转动力。为了提供制动力，这一转动力可以在与轮2的轮缘6的转动方向相反的方向上。本领域已知的简单控制电路包括由逻辑控制的三个双向输出。然而，微控制器可被用来管理加速度、控制速度、并细调所提供的制动力的效率。这一DC无刷电动机安排还可在飞行器或交通工具的滑行期间操作，以提供轮的低速向前运动。
现在将根据本发明的各实施例来描述操作上述制动总成的方法。具体而言，将相关于飞行器起落装置的制动轮在飞行器在跑道上的降落来描述制动总成的操作方法。然而，将明白，本文描述的制动方案以及其变型可以在整合到任何合适的交通工具中的制动总成中实现。
图10是根据本发明一个实施例的飞行器制动过程30的流程图。对应的速度对时间图表在图11中示出，它通过图表示出了飞行器在降落时的典型速度。飞行器制动过程30可由在图1到8中的任一个中描述的制动总成1执行。在图10中，CP指的是线圈包13，且各相对位置(位置1-3)与图9中示出的那些位置相关。
飞行器制动过程30以空中状态32开始，其中线圈包13在位置1中处于完全涡流制动模式，没有电流被提供给线圈。该系统随后等待着陆事件34，其中轮2着陆在跑道上。线圈包13被维持在位置1中，没有激励电流被提供给线圈包13，直至着陆事件34发生。
在着陆事件34发生时，飞行器制动过程30移至完全涡流制动状态36，其中电功率被提供给线圈包13，从而在轮2的轮缘6上感应出电动力，对抗轮2的向前转动。
提供给线圈包13的线圈的电流的水平可以是固定的或可变的，使得施加到已知速度的轮2的制动力的水平可以使用本领域已知的合适的控制系统来按需更改。电流可被可变地施加到每一定子12中的线圈中的一些或全部。或者，为了降低施加到轮的制动力，电流可取决于制动需求只被提供给每一定子12中的线圈中的一些，或被关闭。
如上所述，与感应出的涡流相关联的制动力与轮的转动速度成比例。因此，随着轮2的角速度降低，制动力也将降低。因而，涡流制动提供了以下优点：该制动是自调节的。因此，可能不需要现有技术摩擦制动系统中使用的防滑系统所必需的精确的速度和位置信息。
飞行器制动过程30在飞行器的速度由于所施加的涡流制动力和其他阻力而降低时监视38飞行器的速度。在飞行器高于第一阈值速度V1时，线圈包13保持在位置1中，其中施加激励电流。第一阈值速度V1优选地被设置在与轮2的角速度直接成比例的速度，其中涡流制动所生成的电动力低于在轮2上提供实质制动力所需的必要力。此时，其他制动系统(如摩擦制动)可被需要来提供必要的制动力以使飞行器减速。例如，线圈15结合轮缘6的第二部分9可被驱动作为无刷DC电动机。一旦飞行器速度落在V1之下，其中涡流制动不再提供足够制动力来使飞行器减速，飞行器制动过程30就采取功率生成/电动机状态40，其中线圈包13被移至位置2，线圈包13的外边缘在轮缘6的磁性部分10的径向上向内放置且与其相邻。该总成随后可在两种模式之一中操作。在第一模式40a中，移除到线圈包13的激励电流。随着轮2绕线圈包13转动，在线圈对15中的每一个中感应出电流，该电流可被存储或用来向其他飞行器装置供电。例如，所存储的功率可被用来操作机舱气候控制，甚至在引擎已经关闭时。或者，飞行器制动过程可动态地驱动线圈对15，以在与轮2的转动相反的方向上在轮缘上感应出转动力，从而在轮2上提供制动力。在这种配置中，该安排用作相反地驱动的无刷DC电动机。本领域技术人员将知晓本领域已知的用于驱动该安排以在轮缘6中感应出转动力的各种控制方案。
飞行器制动过程30在制动期间继续监视飞行器的速度。在飞行器在跑道上完全静止时，飞行器制动过程30结束42。
图12示出特别针对包括两个或更多个定子12的线圈包13来调整的经修改的飞行器制动过程50。对应的速度对时间图表在图13中示出，它通过图表示出了降落飞行器的典型速度。飞行器制动过程50可由在图1到8中的任一个中描述的制动总成1执行。如上所述，CP指的是线圈包13，且各相对位置(位置1-3)与图8中的示意图中示出的那些位置相关。
飞行器制动过程50以空中状态52开始，其中线圈包13在位置1中处于完全涡流制动模式，没有电流被提供给定子12中的任一个。该系统随后等待着陆事件54，其中轮2着陆在跑道上。线圈包13被维持在位置1中，没有激励电流Is1、Is2被提供给定子12，直至着陆事件54发生。
在着陆事件54发生时，飞行器制动过程50移至完全涡流制动状态56，其中电功率被提供给线圈包13的两个定子12的线圈，从而在轮2的轮缘上感应出电动力，对抗轮2的向前运动。
提供给线圈包13的定子12的电流Ic1、Ic2的水平可以是固定的或可变的，使得施加到轮2的制动力的水平可以使用本领域已知的合适的控制系统来按需更改。电流可被可变地施加到每一定子12中的线圈中的一些或全部。或者，为了降低施加到轮的制动力，电流可取决于制动需求只被提供给每一定子12中的线圈中的一些，或被关闭。
飞行器制动过程50在飞行器的速度由于所施加的涡流制动和其他阻力而降低时监视58飞行器的速度。在飞行器高于第一阈值速度V1时，线圈包13保持在位置1中，其中激励电流被施加到线圈包13的两定子12。第一阈值速度V1可被设置在与轮2的角速度直接成比例的速度，其中来自两定子12的涡流制动所生成的电动力低于在轮上提供实质制动力所需的必要力。此时，其他制动方案可被需要来提供必要的制动力以使飞行器减速。一旦飞行器速度落在V1之下，其中两定子12提供的力不再提供实质制动力以使飞行器减速，飞行器制动过程30就采取混合制动状态60。线圈包13被移至位置3，如图5和8所示，线圈包13中的定子之一12a的外边缘在轮缘6的导电第一部分9的径向上向内放置且与其相邻，线圈包中的定子中的另一个12b的外边缘在轮缘6的磁性第二部分10的径向上向内放置且与其相邻。与导电第一部分9相邻的定子12a继续被提供激励电流Is1，它向轮2提供涡流制动力。然而，与磁性第二部分10相邻的定子12b在两个模式60a、60b之一中操作。
在第一模式60a中，到与轮缘6的磁性第二部分10相邻的定子12b的激励电流Is2被移除，定子12b改为在功率生成状态中操作。因而，经修改的飞行器制动过程50可以操作，使得涡流制动和功率生成两者在制动总成1内同时发生。有利地，在这一模式60a中，在与轮缘6的磁性第二部分10相邻的定子之一12b的线圈中感应出的电流可被馈送到与轮缘的第一部分9相邻的定子12a，以增加定子12a的线圈中的激励电流Is1。或者，在定子12b的线圈中感应出的电流可被存储或用来向其他飞行器装置供电。
在一另选的第二模式中，飞行器制动过程50动态地驱动线圈对15，以在与轮2的转动相反的方向上在轮缘上提供转动力，从而在轮2上提供制动力。同样，本领域技术人员将知晓本领域已知的用于驱动固定定子的各种控制方案，以提供转动力来使无刷DC电动机安排换向。
当制动总成处于混合制动模式60a、60b中的任一模式中时，飞行器制动过程50继续监视62飞行器的速度。在飞行器速度降低到第二阈值速度V2之下时，制动总成1被移至完全功率生成/电动机状态64，其中线圈包13被移至位置2，线圈包13的两定子12a、12b的外边缘在轮缘6的磁性部分10的径向上向内放置且与其相邻。同时，定子12a在以上相关于定子12b描述的第一或第二模式64a、64b中的任一模式中操作。在第一模式64a中，到定子12a的激励电流被移除。两定子12a、12b随后在功率生成模式中操作，其中在两定子12a、12b的线圈15中感应出电流，该电流可被存储或用来向其他飞行器装置供电。或者，定子12a、12b之一或两者在第二模式中操作，其中线圈对15被动态地控制，以在轮缘6上提供反向扭矩以及相关联的制动力。作为进一步的替换方案(未示出)，一个定子12可在生成模式中操作，同时另一定子在DC无刷模式中操作。因而，功率生成和所施加的电磁制动可同时发生。
飞行器制动过程50在制动期间继续监视66飞行器的速度。在飞行器在跑道上变得完全静止时，飞行器制动过程50结束68。
将明白，飞行器制动过程30、50两者可以在它们的实现中变化。例如，该过程可能不需要飞行器进入完全静止就结束。通常在降落时，飞行器将它们的速度降至适于滑行的阈值，并且不完全静止，直至停放在航站楼或机库处。
本文描述的对飞行器速度的监视可通过监视制动总成1的轮2的角速度来实现。有利地，在任何未驱动的线圈中感应出的反电动势可被用来推断轮缘6相关于线圈包13的位置和速度，从而消除对直接测量位置和速度的传感器的需求。因此，不需要额外装置监视轮2的转动。或者，用于测量轮位置和速度的霍尔效应传感器或转子编码器可被整合到制动总成设计中。
如上所述，定子12a、12b与轮缘6的磁性第二部分的组合可被控制，以作为无刷DC电动机来操作。无刷DC电动机的控制和操作在本领域中是已知的。无刷DC电动机能用高扭矩来以适于使飞行器滑行的低速度提供向前驱动。因此，一旦飞行器制动过程30、50已完成，向前或反向驱动模式可被实现。主引擎随后可被停机，并且用于滑行的功率经由相应制动总成被单独提供给飞行器轮。此外，可消除在航站楼处使用拖车来拖曳及回推飞行器。
向前驱动模式也可在飞行器降落之前使用，以在飞行器的着陆之前发起轮2的转动，从而降低起落装置上的起转和回弹载荷。
本发明提供了优于现有技术制动系统的若干优点：
·交通工具自己的动能被用来向起落装置制动供能，从而节省能量并降低与向标准液压制动供能相关联的燃料燃烧。
·起落装置轮可在降落之前预先转动，使得可以降低起转和回弹载荷。因此，起落装置可被制造得更轻，因为需要较少加固就能将这些载荷纳入考虑；
·使用本文描述的制动总成的制动主要是电动的，经由涡流制动将降落能量转换成热；降低或消除了否则所需的对磨损组件的替换。
·可使用与用于提供制动的装置相同的装置来电动地向前或向后驱动轮。
·制动总成共享电动机及制动功能所需的几乎所有电机组件，从而降低了重量和复杂度。

Claims (22)

1.一种用于交通工具的制动总成，包括：
包括中空部分和轮缘的轮，所述轮缘包括第一部分和与所述第一部分相邻的第二部分，所述第一部分包括导电材料，所述第二部分包括多个永磁体；以及
包括至少一个电磁线圈的定子，所述至少一个电磁线圈被安排成位于所述轮的所述中空部分内；
其中所述定子能在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述至少一个电磁线圈在所述轮正相对于所述定子转动时感应地耦合到所述轮缘的所述第一部分，在所述第二位置中，所述至少一个电磁线圈感应地耦合到所述轮缘的所述第二部分。
2.如权利要求1所述的制动总成，其特征在于，在所述第一位置中，所述定子与所述轮缘的所述第一部分的大部分对齐。
3.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，在所述第二位置中，所述定子与所述轮缘的所述第二部分的大部分对齐。
4.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，所述制动总成包括至少两个定子，每一定子包括至少一个电磁线圈，所述至少两个定子能移动到第三位置，在所述第三位置中，至少一个电磁线圈感应地耦合到第一部分且所述至少一个电磁线圈中的一个不同的电磁线圈感应地耦合到所述第二部分。
5.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，所述轮缘的所述第一部分通过绝缘材料来与所述轮缘的外表面分开。
6.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，所述轮包括被安排成耗散所述至少一个电磁线圈与所述轮缘的第一和/或第二部分之间的电磁相互作用所生成的热量的导热材料。
7.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，所述定子或每一定子能在与所述轮的转动轴平行的方向上移动。
8.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，所述定子或每一定子的移动由电、机械、或液压致动器来致动。
9.如权利要求8所述的制动总成，其特征在于，所述致动器是线性致动器或旋转致动器。
10.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，所述定子或每一定子的移动是通过螺旋致动器来驱动的，所述螺旋致动器与整合在所述定子或每一定子中的一者或多者的内表面上的螺纹咬合。
11.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，还包括耦合到所述电磁线圈中的至少一者的线圈控制模块。
12.如权利要求11所述的制动总成，其特征在于，所述线圈控制模块被配置成从所述电磁线圈中的所述至少一者接收和/或向其提供功率。
13.如权利要求12所述的制动总成，其特征在于，在从属于权利要求4到11中的任一项时，所述线圈控制模块耦合到至少两个电磁线圈且被配置成从所述电磁线圈中的至少两者独立地接收和/或向其提供功率。
14.如任何前述权利要求所述的制动总成，其特征在于，还包括摩擦制动，所述摩擦制动包括整合到所述一个或多个定子的第一制动元件和附连或整合到所述交通工具的固定部分的第二制动元件，并且其中所述一个或多个定子能移动到第四位置，在所述第四位置中，所述第一制动元件与所述第二制动元件咬合以抑制所述轮的转动。
15.一种包括如任何前述权利要求所述的制动总成的飞行器起落装置。
16.一种操作如权利要求1到14中的任一项所述的制动总成的方法，所述方法包括：
在其中所述轮以第一角速度转动的第一阶段期间，将所述定子移至所述第一位置并且将电流施加到感应地耦合到所述轮缘的所述第一部分的电磁线圈中的至少一者，以在所述轮缘的所述第一部分中感应出涡流；
在其中所述轮以第二角速度转动的第二阶段期间，所述第二角速度小于所述第一角速度，将所述一个或多个定子移至所述第二位置，其中所述电磁线圈中的至少一者感应地耦合到所述轮缘的所述第二部分。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述第二阶段期间，所述轮缘在所述至少一个电磁线圈中感应出电流。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述至少一个电磁线圈中感应出的电流对施加到耦合到所述轮缘的所述第一部分的所述至少一个电磁线圈的电流作出贡献。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述第二阶段期间，电流被施加到所述至少一个电磁线圈，以在所述轮缘上感应出与所述轮的转动方向相反的方向上的转动力。
20.如权利要求16到19中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
在发生于所述第一阶段和所述第二阶段之间的第三阶段期间，将所述一个或多个定子移至第三位置，在所述第三位置中：
所述电磁线圈中的至少一者被施加了电流且感应地耦合到所述轮缘的所述第一部分，以及
所述电磁线圈中的至少一者感应地耦合到所述轮缘的所述第二部分。
21.如权利要求16到19中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
在其中所述一个或多个定子处于所述第二或第三位置的第四阶段期间，驱动耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述电磁线圈中的至少一者，以在所述轮缘上感应出转动力。
22.如权利要求16到20中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
在发生在所述第一阶段之前的其中所述一个或多个定子处于所述第二位置的第五阶段期间，将电流施加到耦合到所述轮缘的所述第二部分的所述电磁线圈中的至少一者，以在所述轮缘上感应出转动力，以便增加所述轮的转动角速度。
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