降额车辆电气驱动马达和发电机部件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本专利发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
【发明内容】
[0007] 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】
[0008] 尽管所附权利要求书提出具有特殊性的本发明特征，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发明及其优点，其中：
[0009] 图IA和图IB分别是根据本发明的机器的前视图和侧视图；
[0010] 图2是根据本发明的用于机器的直接串联电气驱动系统的方框图；
[0011] 图3是根据本发明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；
[0012] 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；
[0013] 图5是示出根据本发明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；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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；
[0017] 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；
[0018] 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 性关系的图形表不；
[0019] 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
[0020] 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】
[0021 ] 本发明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。本发明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(A)配置。
[0022] 图IA和图IB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。
[0023] 在图IA中显示非公路载重车101的前视图并且在图IB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。
[0024] 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（DC)电力。通过逆变器电路208可将整流的DC电力再次转换 为AC电力。逆变器电路208能够选择性地调节其输出的频率和/或脉冲宽度，使得连接到 逆变器电路208的输出的马达210可以以可变速度运行。马达210可以通过最终组件（未 示出）或直接地连接到机器100的主动轮212。
[0025] 当推进非公路载重车101时，发动机202产生转换成电能的机械动力，所述电能由 各种电气部件调节。在示出的实施方式中，这些部件容纳在机箱114(图1A)中。机箱11