降額車輛電氣驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利發(fā)明總體上涉及包括由車載發(fā)電機(jī)部件提供動(dòng)力的電氣驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的 車輛，并且更具體地涉及用于在這種車輛運(yùn)行過程中保護(hù)這種系統(tǒng)免受熱損壞的控制裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 重型機(jī)械（比如非公路載重運(yùn)輸設(shè)備）通常用在采礦、重型建筑、采石作業(yè)以及其 他應(yīng)用場合中。由于所涉及大量資本投資、相對(duì)于完成任務(wù)分配時(shí)間的緊密容限以及維護(hù) 和運(yùn)行重型機(jī)械（例如采礦載重車）的費(fèi)用，實(shí)體會(huì)在重型機(jī)械發(fā)生故障時(shí)遭受重大的經(jīng) 濟(jì)損失?，F(xiàn)代重型機(jī)械的復(fù)雜度經(jīng)常會(huì)加劇重要經(jīng)濟(jì)損失的問題，原因在于需要熟練的技 術(shù)人員來對(duì)此類機(jī)械進(jìn)行各種測試以排查這種故障。即使如此，大量時(shí)間經(jīng)?；ㄙM(fèi)在定位 故障以及隨后進(jìn)行適當(dāng)修復(fù)上。
[0003] 一種已提高與重型機(jī)械使用相關(guān)聯(lián)效率的進(jìn)步是采用交流（AC)或電氣驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常所需要的維護(hù)較少，并且因此其壽命周期成本較低。然而，在重型機(jī) 械發(fā)生故障時(shí)，與停機(jī)時(shí)間相關(guān)聯(lián)的成本常常是很大的。
[0004] 機(jī)器的直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常包括以所需轉(zhuǎn)矩選擇性地致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)的電源電路。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)連接到運(yùn)行以推進(jìn)機(jī)器的車輪或其他牽引裝置。直接 串聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括驅(qū)動(dòng)電力發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)（例如，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)）。電力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生由電 源電路調(diào)節(jié)的并最終用來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電力。從概念上講，通過發(fā)電機(jī)將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的 機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電力。在電力計(jì)量到馬達(dá)之前，通過電源電路處理和/或調(diào)節(jié)電力。馬達(dá) 將電力轉(zhuǎn)換回驅(qū)動(dòng)車輪和推進(jìn)機(jī)器的機(jī)械動(dòng)力。
[0005] 電氣部件在高負(fù)荷條件下易受過熱的影響。在這種情況下，已知的系統(tǒng)檢測過多 的熱量，并且報(bào)警燈告知操作員。通常緊隨其后的是操作員關(guān)閉機(jī)械以防止把電能提供至 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和/或驅(qū)動(dòng)機(jī)械的馬達(dá)的發(fā)電機(jī)受到永久損害。
[0006] Vanek等人在美國專利號(hào)5, 446, 362中描述了結(jié)合到電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的另一種熱 量管理方法，所述另一種熱量管理方法涉及當(dāng)溫度超過保護(hù)系統(tǒng)指定的閥值時(shí)降低電動(dòng)馬 達(dá)運(yùn)行的額定值。通過減小轉(zhuǎn)矩極限來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)馬達(dá)的降額。通過減小從向電動(dòng)馬達(dá)的繞 組通電的電源逆變器到電動(dòng)馬達(dá)的輸入來降低轉(zhuǎn)矩極限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于在高動(dòng)力和/或損耗條件下對(duì)電力發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行的普遍需求，描述了由電 動(dòng)馬達(dá)推進(jìn)的機(jī)器。機(jī)器包括連接到電動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)接口的用于至少在推進(jìn)模式下運(yùn)行的 主動(dòng)輪，其中電動(dòng)馬達(dá)將旋轉(zhuǎn)力傳送到主動(dòng)輪。機(jī)器還包括電子控制器，所述電子控制器配 置成具有用于執(zhí)行一組步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。電子控制器配置成接收指示電動(dòng)馬達(dá)的 當(dāng)前溫度狀態(tài)的溫度信號(hào)。溫度信號(hào)可對(duì)應(yīng)于實(shí)際溫度，或者可選擇地基于熱模型的值。電 子控制器還配置成接收指示電動(dòng)馬達(dá)的當(dāng)前速度狀態(tài)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速信號(hào)。電子控制器還配置 成根據(jù)降額方案計(jì)算電動(dòng)馬達(dá)的降額值，降額值通過將一組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)值應(yīng)用到降 額方案來確定。所述一組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括：馬達(dá)轉(zhuǎn)速參數(shù)值以及溫度參數(shù)值。因此， 電子控制器確定降額狀態(tài)不是單獨(dú)基于溫度信號(hào)，而是考慮例如受電子控制器指定的降額 制約的馬達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)。
【附圖說明】
[0008] 盡管所附權(quán)利要求書提出具有特殊性的本發(fā)明特征，但通過下面的詳細(xì)說明書并 結(jié)合所附的附圖可以更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0009] 圖IA和圖IB分別是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器的前視圖和側(cè)視圖；
[0010] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于機(jī)器的直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方框圖；
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)和緩速系統(tǒng)的電路示意性方框圖表示；
[0012] 圖4是圖3中所示的驅(qū)動(dòng)和緩速系統(tǒng)的附加的、簡化的電路示意性方框圖表示；
[0013] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器和部件之間的各種信號(hào)連接的 方框圖；
[0014] 圖6a是流程圖，所述流程圖描述響應(yīng)于溫度和/或熱模型發(fā)電機(jī)降額的一系列流 程功能塊和相關(guān)信號(hào)；
[0015] 圖6b是發(fā)電機(jī)溫度指數(shù)和發(fā)電機(jī)降額百分比之間示例性關(guān)系的圖形表示；
[0016] 圖7a是流程圖，所述流程圖示出響應(yīng)于定子超溫事件（如通過溫度傳感器或熱模 型表明）馬達(dá)降額的一系列流程功能塊和相關(guān)信號(hào)；
[0017] 圖7b是當(dāng)馬達(dá)在高RMB(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，溫度指數(shù)和馬達(dá)動(dòng)力降額 百分比之間示例性關(guān)系的圖形表示；
[0018] 圖7c是當(dāng)馬達(dá)在低RMB狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，溫度指數(shù)和馬達(dá)轉(zhuǎn)矩降額百分比之間示例 性關(guān)系的圖形表不；
[0019] 圖8是流程圖，所述流程圖示出響應(yīng)于馬達(dá)熱過載事件馬達(dá)降額的一系列流程功 能塊和相關(guān)信號(hào)；以及
[0020] 圖9是流程圖，所述流程圖概括基于多種計(jì)算的轉(zhuǎn)矩極限給出轉(zhuǎn)矩極限的電子控 制器的運(yùn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 本發(fā)明涉及多個(gè)系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法用于確定直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中 發(fā)電機(jī)和馬達(dá)部件的運(yùn)行條件，以及調(diào)用操作來響應(yīng)于檢測到表明系統(tǒng)正在損壞或?qū)⒁獡p 壞的條件而降低發(fā)電機(jī)或馬達(dá)部件額定值。本發(fā)明使用直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例， 所述直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有連接到發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)電機(jī)用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)車輛的 電能。在說明性的實(shí)施例中，與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)是具有與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出耦合的旋轉(zhuǎn)輸 入的多相交流（AC)同步無刷發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)整流器組件，所述旋轉(zhuǎn)整流器組件包 括三對(duì)旋轉(zhuǎn)二極管并且使用繞組的星形（Y)配置。然而，在此公開的系統(tǒng)和方法還可應(yīng)用 于其他電氣驅(qū)動(dòng)車輛。例如，與機(jī)器或車輛相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)可使用繞組的delta(A)配置。
[0022] 圖IA和圖IB分別是機(jī)器100的前視圖和側(cè)視圖。機(jī)器100是直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng) 機(jī)器。機(jī)器100的一個(gè)實(shí)施例是非公路載重車101，例如用于建筑、采礦或采石作業(yè)的載重 車。在下面的說明書中，該實(shí)施例示出可在具有直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)器上使用的各 種器件?？梢岳斫?，具有直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)或只用電的器件的任何其他車輛可受益于本文 所述的優(yōu)點(diǎn)。因此，術(shù)語"機(jī)器"是用于一般地描述具有至少一個(gè)主動(dòng)輪的任何機(jī)器，所述 主動(dòng)輪由連接到車輪的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。電能可由發(fā)動(dòng)機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電 機(jī)或者另一種電能產(chǎn)生裝置在車上產(chǎn)生?？蛇x地，電能可以在車上存儲(chǔ)，但是不能在車上產(chǎn) 生。
[0023] 在圖IA中顯示非公路載重車101的前視圖并且在圖IB中示出側(cè)視圖。非公路載 重車101包括支撐操作員駕駛室104和鏟斗106的底盤102。鏟斗106樞轉(zhuǎn)地連接到底盤 102并且設(shè)置成當(dāng)非公路載重車101工作時(shí)承載有效載荷。占據(jù)操作員駕駛室104的操作 員可控制非公路載重車101的運(yùn)動(dòng)和各種功能。底盤102支撐各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件（包括由 格柵112從視圖中遮擋的發(fā)動(dòng)機(jī)）。這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件能夠驅(qū)動(dòng)一組主動(dòng)輪108以推進(jìn)非 公路載重車101。一組惰輪110可以操縱以使非公路載重車101可在任意方向移動(dòng)。即使 非公路載重車101包括具有用于運(yùn)動(dòng)的被驅(qū)動(dòng)輪和用于轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向輪的剛性機(jī)架，可以理 解可以使用其他機(jī)器配置。例如，這種配置可以包括具有一個(gè)或多個(gè)從動(dòng)輪的鉸接式底盤。
[0024] 非公路載重車101是直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)器，所述直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)器在這種 情況下是指使用一種以上的動(dòng)力源或動(dòng)力形式以驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪108。圖2顯示機(jī)器100(例 如，非公路載重車101)的直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方框圖。在方框圖中，當(dāng)推進(jìn)機(jī)器時(shí)系 統(tǒng)中動(dòng)力的流動(dòng)方向由實(shí)線箭頭表示。相反，在緩速模式期間的動(dòng)力流動(dòng)由虛線箭頭表示。 直接串聯(lián)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括在輸出軸（未示出）處產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)202 (例如，內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。發(fā)動(dòng)機(jī)202的輸出軸連接到發(fā)電機(jī)204。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)202 的輸出軸旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)204的轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生電能，例如交流（AC)電力的形式。這種電能提供到 整流器206并且轉(zhuǎn)換成直流（DC)電力。通過逆變器電路208可將整流的DC電力再次轉(zhuǎn)換 為AC電力。逆變器電路208能夠選擇性地調(diào)節(jié)其輸出的頻率和/或脈沖寬度，使得連接到 逆變器電路208的輸出的馬達(dá)210可以以可變速度運(yùn)行。馬達(dá)210可以通過最終組件（未 示出）或直接地連接到機(jī)器100的主動(dòng)輪212。
[0025] 當(dāng)推進(jìn)非公路載重車101時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)202產(chǎn)生轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械動(dòng)力，所述電能由 各種電氣部件調(diào)節(jié)。在示出的實(shí)施方式中，這些部件容納在機(jī)箱114(圖1A)中。機(jī)箱11