降额车辆电气驱动马达和发电机部件制造技术

本发明专利技术描述一种由电动马达(210)推进的并且受降额方案制约的机器(100)，其中由指示机器部件过热程度的温度信号(512、513、514)的组合来指定降额。机器包括接收指示电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(514)的电子控制器(500)。电子控制器接收指示电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)。电子控制器(500)根据降额方案计算电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数值应用于降额方案来确定降额值。当前运行状态参数组包括：马达速度参数值；以及温度参数值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】降额车辆电气驱动马达和发电机部件
本专利专利技术总体上涉及包括由车载发电机部件提供动力的电气驱动马达系统的车辆，并且更具体地涉及用于在这种车辆运行过程中保护这种系统免受热损坏的控制装置。
技术介绍
重型机械(比如非公路载重运输设备)通常用在采矿、重型建筑、采石作业以及其他应用场合中。由于所涉及大量资本投资、相对于完成任务分配时间的紧密容限以及维护和运行重型机械(例如采矿载重车)的费用，实体会在重型机械发生故障时遭受重大的经济损失。现代重型机械的复杂度经常会加剧重要经济损失的问题，原因在于需要熟练的技术人员来对此类机械进行各种测试以排查这种故障。即使如此，大量时间经常花费在定位故障以及随后进行适当修复上。一种已提高与重型机械使用相关联效率的进步是采用交流(AC)或电气驱动系统。电气驱动系统通常所需要的维护较少，并且因此其寿命周期成本较低。然而，在重型机械发生故障时，与停机时间相关联的成本常常是很大的。机器的直接串联电气驱动系统通常包括以所需转矩选择性地致动一个或多个驱动马达的电源电路。每一个驱动马达连接到运行以推进机器的车轮或其他牵引装置。直接串联驱动系统还包括驱动电力发电机的原动机(例如，内燃发动机)。电力发电机产生由电源电路调节的并最终用来驱动马达的电力。从概念上讲，通过发电机将内燃发动机产生的机械动力转换成电力。在电力计量到马达之前，通过电源电路处理和/或调节电力。马达将电力转换回驱动车轮和推进机器的机械动力。电气部件在高负荷条件下易受过热的影响。在这种情况下，已知的系统检测过多的热量，并且报警灯告知操作员。通常紧随其后的是操作员关闭机械以防止把电能提供至驱动马达和/或驱动机械的马达的发电机受到永久损害。Vanek等人在美国专利号5,446,362中描述了结合到电气驱动系统中的另一种热量管理方法，所述另一种热量管理方法涉及当温度超过保护系统指定的阀值时降低电动马达运行的额定值。通过减小转矩极限来实现电动马达的降额。通过减小从向电动马达的绕组通电的电源逆变器到电动马达的输入来降低转矩极限。
技术实现思路
鉴于在高动力和/或损耗条件下对电力发电机可靠运行的普遍需求，描述了由电动马达推进的机器。机器包括连接到电动马达的旋转接口的用于至少在推进模式下运行的主动轮，其中电动马达将旋转力传送到主动轮。机器还包括电子控制器，所述电子控制器配置成具有用于执行一组步骤的计算机可执行指令。电子控制器配置成接收指示电动马达的当前温度状态的温度信号。温度信号可对应于实际温度，或者可选择地基于热模型的值。电子控制器还配置成接收指示电动马达的当前速度状态的马达转速信号。电子控制器还配置成根据降额方案计算电动马达的降额值，降额值通过将一组当前运行状态参数值应用到降额方案来确定。所述一组当前运行状态参数包括：马达转速参数值以及温度参数值。因此，电子控制器确定降额状态不是单独基于温度信号，而是考虑例如受电子控制器指定的降额制约的马达的运行状态。附图说明尽管所附权利要求书提出具有特殊性的本专利技术特征，但通过下面的详细说明书并结合所附的附图可以更好地理解本专利技术及其优点，其中：图1A和图1B分别是根据本专利技术的机器的前视图和侧视图；图2是根据本专利技术的用于机器的直接串联电气驱动系统的方框图；图3是根据本专利技术的直接串联电气驱动和缓速系统的电路示意性方框图表示；图4是图3中所示的驱动和缓速系统的附加的、简化的电路示意性方框图表示；图5是示出根据本专利技术的电气驱动系统的控制器和部件之间的各种信号连接的方框图；图6a是流程图，所述流程图描述响应于温度和/或热模型发电机降额的一系列流程功能块和相关信号；图6b是发电机温度指数和发电机降额百分比之间示例性关系的图形表示；图7a是流程图，所述流程图示出响应于定子超温事件(如通过温度传感器或热模型表明)马达降额的一系列流程功能块和相关信号；图7b是当马达在高RMB(每分钟转数)状态下运行时，温度指数和马达动力降额百分比之间示例性关系的图形表示；图7c是当马达在低RMB状态下运行时，温度指数和马达转矩降额百分比之间示例性关系的图形表示；图8是流程图，所述流程图示出响应于马达热过载事件马达降额的一系列流程功能块和相关信号；以及图9是流程图，所述流程图概括基于多种计算的转矩极限给出转矩极限的电子控制器的运行。具体实施方式本专利技术涉及多个系统和方法，所述系统和方法用于确定直接串联电气驱动系统中发电机和马达部件的运行条件，以及调用操作来响应于检测到表明系统正在损坏或将要损坏的条件而降低发电机或马达部件额定值。本专利技术使用直接串联电气驱动系统的实施例，所述直接串联电气驱动系统具有连接到发电机的发动机，所述发电机用于产生驱动车辆的电能。在说明性的实施例中，与机器相关联的发电机是具有与发动机的输出耦合的旋转输入的多相交流(AC)同步无刷发电机。发电机包括旋转整流器组件，所述旋转整流器组件包括三对旋转二极管并且使用绕组的星形(Y)配置。然而，在此公开的系统和方法还可应用于其他电气驱动车辆。例如，与机器或车辆相关联的发电机可使用绕组的delta(Δ)配置。图1A和图1B分别是机器100的前视图和侧视图。机器100是直接串联电气驱动机器。机器100的一个实施例是非公路载重车101，例如用于建筑、采矿或采石作业的载重车。在下面的说明书中，该实施例示出可在具有直接串联电气驱动系统的机器上使用的各种器件。可以理解，具有直接串联电气驱动或只用电的器件的任何其他车辆可受益于本文所述的优点。因此，术语“机器”是用于一般地描述具有至少一个主动轮的任何机器，所述主动轮由连接到车轮的马达驱动。电能可由发动机或其他原动机驱动的发电机、交流发电机或者另一种电能产生装置在车上产生。可选地，电能可以在车上存储，但是不能在车上产生。在图1A中显示非公路载重车101的前视图并且在图1B中示出侧视图。非公路载重车101包括支撑操作员驾驶室104和铲斗106的底盘102。铲斗106枢转地连接到底盘102并且设置成当非公路载重车101工作时承载有效载荷。占据操作员驾驶室104的操作员可控制非公路载重车101的运动和各种功能。底盘102支撑各种驱动系统部件(包括由格栅112从视图中遮挡的发动机)。这些驱动系统部件能够驱动一组主动轮108以推进非公路载重车101。一组惰轮110可以操纵以使非公路载重车101可在任意方向移动。即使非公路载重车101包括具有用于运动的被驱动轮和用于转向的转向轮的刚性机架，可以理解可以使用其他机器配置。例如，这种配置可以包括具有一个或多个从动轮的铰接式底盘。非公路载重车101是直接串联电气驱动机器，所述直接串联电气驱动机器在这种情况下是指使用一种以上的动力源或动力形式以驱动主动轮108。图2显示机器100(例如，非公路载重车101)的直接串联电气驱动系统的方框图。在方框图中，当推进机器时系统中动力的流动方向由实线箭头表示。相反，在缓速模式期间的动力流动由虚线箭头表示。直接串联电气驱动系统包括在输出轴(未示出)处产生输出转矩的发动机202(例如，内燃发动机诸如柴油发动机)。发动机202的输出轴连接到发电机204。当运行时，发动机202的输出轴旋转发电机204的转子以产生电能，例如交流(AC)电力的形式。这种电能提供到整流器206并且转换成直流(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由电动马达(210)推进的机器(100)，所述机器包括：主动轮(212)，其连接到所述电动马达(210)的旋转接口用于至少在推进模式下运行，其中，所述电动马达(210)将旋转力传送到所述主动轮(212)；电子控制器(500)，其配置有用于执行以下步骤的计算机可执行指令，所述步骤包括：接收指示所述电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(512、513、514)；接收指示所述电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)；根据降额方案，计算所述电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数值应用于所述降额方案来确定所述降额值，所述当前运行状态参数组包括：马达速度参数值；以及温度参数值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.23 US 13/555,5631.一种由电动马达(210)推进的机器(100)，所述机器包括：主动轮(212)，其连接到所述电动马达(210)的旋转接口用于至少在推进模式下运行，其中，所述电动马达(210)将旋转力传送到所述主动轮(212)；电子控制器(500)，其配置有用于执行以下步骤的计算机可执行指令，所述步骤包括：接收指示所述电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(512、513、514)；接收指示所述电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)；计算步骤，其中根据降额方案，计算所述电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数的值应用于所述降额方案来确定所述降额值，所述一组当前运行状态参数包括：马达速度参数，其具有从马达速度信号导出的值；以及温度参数，其具有从温度信号导出的值；其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于低马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的转矩极限；其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于高马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的动力极限；其中，在所述计算步骤期间，所述降额值是所述温度参数值的指定范围内的恒定的非零值。2.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述电子控制器(500)配置成将所述动力极限转换成转矩极限。3.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，在所述计算步骤期间，所述降额值是所述马达速度参数值的指定范围内的恒定值。4.根据权利要求3所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述马达速度参数值的所述指定范围构成中间马达速度范围。5.根据权利要求4所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，当所述马达速度参数值对应于所述中间马达速度范围时，所述恒定值指定降低所述电动马达(210)的额定值的零电平。6.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述一组当前运行状态参数包括指示所述温度参数的值是否降低的温度方向参数值。7.根据权利要求6所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述降额方案进行如下操作：当所述温度方向参数指示增加的温度趋势时，指定相对较小的降额值，以及当所述温度方向参数指示降低的温度趋势时，指定相对较大的降额值。8.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述一组当前运行状态参数包括指示所述马达(210)是否在推进模式或缓速模式下运行的马达模式参数值。9.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，在所述计算步骤期间，根据在一段时间内感测的相电流电平以及代表在高负载条件下运行一段时间的所述电动马达(210)的热模型，进一步指定基于马达过载指数的降额值。10.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，还包括：为所述电动马达(210)提供动力的发电机(204)，并且其中，在所述计算步骤期间，基于发电机温度信号(512、513)提供基于发电机温度的降额值。11.根据权利要求10所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述电子控制器(500)包括发电机热控制装置(516)，所述发电机热控制装置(516)在高于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·亨德里克森，谢波，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US