矿车的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种矿车及操作矿车的方法。所述矿车包括三相或多相电驱动马达。所述驱动马达的额定功率基于特定驱动速度和载荷来确定，从而所述驱动马达具有在特定转速下的额定扭矩。使用固定齿轮齿数比将所述驱动马达连接到矿车的牵引轮。通过使用马达控制器来控制所述驱动马达的转速。所述驱动马达在特定驱动速度时以三角形连接方式操作，且当有必要时，通过以星形连接操作所述驱动马达并且同时使所述驱动马达临时超载而增加所述驱动马达在小于所述特定驱动速度的驱动速度下的扭矩。
【专利说明】矿车
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种矿车及一种操作矿车的方法。
【背景技术】
[0002]矿车可以设有一个或多个燃烧发动机，通常为柴油发动机。然而，来自燃烧发动机的废气和噪声在矿内引起问题。此外，燃烧发动机需要在车辆载架上的大量空间，并且需要定期维护。燃烧发动机还对矿内的防火安全具有不利影响，这是因为其具有热表面且还必须存储和处理车辆和矿中的易燃燃料。而且，设有燃烧发动机的矿车产生大量的热能，从而不必要地加热矿。
[0003]还能够提供具有一个或多个电动马达的矿车，使得该矿车的至少一个驱动马达是电驱动马达。电驱动马达可以由矿的电网供电。矿的电网可以是AC或DC网络。电驱动马达还可以由设置在矿车内的能源诸如电池供电。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供一种新型矿车及方法。
[0005]本发明的特征在于独立权利要求中公开的特征。
[0006]根据实施例,矿车包括三相或多相电驱动马达。电驱动马达每相包括一个或多个独立绕组。基于特定驱动速度和载荷来确定驱动马达的额定功率，从而驱动马达在给定转速下具有额定扭矩。使用固定齿轮齿数比将驱动马达连接到矿车的牵引轮。通过使用马达控制器控制驱动马达的转速。驱动马达在给定驱动速度下以三角形连接的方式操作，且当有必要时，通过以星形连接方式操作驱动马达并同时使驱动马达临时超载，增加在小于所述给定驱动速度的驱动速度下的驱动马达的扭矩。在这样的实施例中，避免了在矿车中使用变速箱。然而，实现在电驱动马达的低转速下的高扭矩，而无需将电驱动马达和马达控制器的安培数提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]将参考附图详细描述本发明的一些实施例，其中
[0008]图1是矿车的示意性侧面图示，
[0009]图2示意性地示出电驱动马达的高电压星形连接方式，
[0010]图3示意性地示出电驱动马达的高电压三角形连接方式，
[0011]图4示意性地示出电驱动马达的低电压星形连接方式，
[0012]图5示意性地示出电驱动马达的低电压三角形连接方式，并且
[0013]图6示意性地示出通过不同连接的电驱动马达的扭矩曲线。
[0014]在图中，为了清楚的目的，以简化方式示出本发明的一些实施例。在附图中，相同的部件用相同的附图标记标识。【具体实施方式】
[0015]图1示出了矿车I的一个示例。矿车I包括载架2，可以借助于驱动装备3移动该载架2。驱动装备3包括一个或多个三相或多相电驱动马达4和一个或多个动力传输装置
5,所述一个或多个动力传输装置5用于将驱动动力传输到一个或多个车轮6。驱动动力传输装置可以包括机械动力变速器构件，或可替代地，可以使用液压或电驱动动力系统。使用固定齿轮齿数比将驱动马达4连接到牵引轮6。因此，使用了直接连接。使用固定齿轮齿数比或使用直接连接意味着驱动动力从驱动马达4传输到牵引轮而不需要变速箱。因此，矿车I不包括变速箱。
[0016]矿可以具有电网7，电网7可以被固定地构造，或电网7可由可可改变的网络构成。电网7可以是三相交流网络。矿车I可以通过一根或多根连接线缆8连接到电网7。连接线缆8可以布置在卷轴9上，且其可以配备有合适的连接器10，连接器10可以连接到电力网络7的供给终端。可替代地，卷轴9和线缆8可以布置在矿中，且连接线缆8连接到矿车
I。因此，在图1所示的实施例中，电驱动马达4由矿的电网供电。矿的电网还可以是DC网络，诸如DC滑触线。在这种情况下，矿车I可以通过一个或多个电车臂连接到DC滑触线。还可以利用能源，诸如电池给矿车供电。因此，能够从设置在矿车I中的能源向电驱动马达4供电。
[0017]矿车I可以是自卸车、装载车、凿岩钻车或其它矿车。矿车I可以配备有一个或多个采矿装置，所述采矿装置可以是以下采矿装置中一种或多种:凿岩机、筛分机、喷射混凝土设备、称量装置、喷射装置、炮眼装药机、装载设备、铲斗、箱子、测量装置、或用在小型填料挖掘机中的钻孔、密封和工质注入装备。
[0018]矿车I还包括马达控制器11。该马达控制器11控制驱动马达4的旋转速度。如果矿的电网7是三相交流网络，则马达控制器11可以是根据需要将频率转换为适于驱动马达4的频率的频率转换器。例如，如果电网是DC网络或如果矿车的能源提供DC电力，则马达控制器11可以是按需要将DC电流转换成AC电流且因此将频率调节为适于驱动马达的频率逆变器。
[0019]矿车I还包括耦合装置12，其按需要以星形连接方式和三角形连接方式的形式连接三相交流电机4的绕组。耦合装置12可以包括接触器或用于以星形连接方式或以三角形连接的方式连接电驱动马达4的任何其它合适的配电(switching)装置。耦合装置12可以设置在电驱动马达4的接线箱内或其可以设置在电驱动马达4外侧。
[0020]矿车I还设有控制单元13。例如，控制单元13控制马达控制器11和耦合装置12的操作。控制单元13可以是计算机或包括处理器、可编程逻辑的相应控制装置或任何其它适于该目的的控制装置，其能够为所述目的设定至少一个控制策略，根据该策略，其独立地执行控制或与操作者协作执行控制。
[0021]驱动马达4的额定功率基于给定的驱动速度和载荷确定。在一个示例中，基于矿车的重量和矿车装载的材料的重量确定载荷。在一个示例中，给定的驱动速度可以是20km /小时，矿车和其所装载材料的重量为20吨。在一个示例中，向驱动马达4提供75kW的额定功率。驱动马达4的设定尺寸提供驱动马达在给定转速下的额定扭矩。对驱动马达设定尺寸在这里不详细讨论，因为对驱动马达设定尺寸对本领域技术人员是显而易见的。
[0022]一方面基于驱动马达的额定功率并且另一方面基于在驱动马达的给定转速下所需的扭矩为马达控制器11设定尺寸。矿车需要在非常慢的驱动速度下具有大扭矩，非常慢的驱动速度同时也是驱动马达的低转速。一个示例是填充装载机的铲斗。在填充期间，装载机非常慢地驱动进入到石堆中。例如，驱动长度可以是1-5米。例如，装载机的填充可以持续5-30秒。在低驱动速度下的高扭矩的另一个示例是上坡驱动凿岩钻机或在障碍物之上或在粗糙和费力的表面上驱动凿岩钻机。在平稳表面正常传送驱动期间，需要较高的速度，但是同时也需要更加低的扭矩。基于所需的扭矩对马达控制器11设定尺寸会导致马达控制器11的大尺寸。因此，通常使用变速箱来实现低转速下的高扭矩。然而，变速箱是相当昂贵的部件。因此，在这里讨论的实施例中不使用变速箱，但是为了实现低驱动速度下的高扭矩，驱动马达4以星形连接方式操作，而在正常操作中，驱动马达以三角形连接方式操作。在星形连接方式中，能够与在三角形连接方式中相比具有更低的马达控制器的安培数等级(amperage rming)的情况下在低驱动速度期间获得高扭矩。为了同时在低驱动速度下获得高扭矩，驱动马达在短时段期间临时超载。在矿车中，低驱动速度下的高扭矩仅需要持续非常短的时段，并因此所述超载不损害驱动马达。
[0023]图2、3、4和5示出驱动马达的绕组的连接方式。在图2、3、4和5所示的实施例中，驱动马达具有双绕组，从而一个马达提供四个不同的输出。双绕组意味着每相存在两个独立的绕组。马达的额定功率和马达的额定扭矩在相同频率下是相等的，但是电流和电压数值是不同的。还能够这样描述，图2示出车辆的档位1，图3示出了车辆的档位2，图4示出了车辆的档位3，而图5示出了车辆的档位4。
[0024]图2示出了高电压星形连接方式。在该实施例中，端子T4连接到(tie)端子T7，端子T5连接到端子T8，端子T6连接到端子T9，并且端子T10、Tll和T12连接到一起。如果马达的额定功率是75kW，则在Tl和T2之间的主电压是690V且相电流是77.7A。在特定绕组上，诸如Tl 一 T4上的电压是690V/(2* V3 )=200V。
[0025]图3示出了高电压三角形连接方式。在该实施例中，端子T4连接到端子T7，端子T5连接到T8，端子T6连接到端子T9，端子TlO连接到端子T2，端子Tll连接到端子T3，并且端子T12连接到端子Tl。如果电驱动马达的额定功率是75kW，则在Tl和T2之间的主电压是400V，相电流是134A。特定绕组，诸如T1-T4上的电压是400V / 2=200V。
[0026]图4示出了低电压星形连接方式。在该实施例中，端子T7连接到端子Tl，端子T8连接到端子T2，端子T9连接到端子T3，端子T4、T5和Τ6连接在一起，并且端子Τ10、Τ11和Τ12连接在一起。如果电驱动马达的额定功率是75kW，则在Tl和T2之间的主电压是345V，相电流是155.4A。特定绕组，诸如T1-T4上的电压是345V/# 二200V。
[0027]图5示出了低电压三角形连接方式。在该实施例中，端子T6、T1、T12和T7连接在一起，端子Τ4、Τ2、TlO和Τ8连接在一起，并且端子Τ5、Τ3、Tll和T9连接在一起。如果电驱动马达的额定功率是75kW，则在Tl和T2之间的主电压是200V，相电流是268A。在给定绕组，诸如T1-T4上的电压是200V。
[0028]在这里讨论的每个实施例中，上述连接在相同的额定功率的情况下具有不同的额定电流。总之，在给定绕组上的电压在所有连接中是相同的。过载意味着电驱动马达的电流在一个实施例中是额定电流的至少两倍，在另一个实施例中是额定电流的2.5倍，并且在第三实施例中是额定电流的至少3倍。这提供以下特征，即电驱动马达临时提供2或2.5或3倍的额定扭矩。[0029]图6示出了对于图2至5中所示的每个连接或每个档位的额定扭矩曲线和最大扭矩曲线。在该实施例中电力系统的参数是:以星形连接方式的电驱动马达的额定电压是690V，额定频率是50Hz，额定电流是77.7A，额定转速是1500rpm，额定功率是75kW并且额定扭矩是484Nm。马达控制器的额定电流是150A，并且马达控制器的中间电路的电压是650V，对应于455V的马达电压。还假定电流与扭矩成正比。基于临时电流是额定电流的两倍，并且马达控制器的最大电流是其额定电流的1.5倍(提供225A电流)来确定最大扭矩曲线。
[0030]在实施例中，矿车具有以下要求:在低速(小于500rpm)时的最大扭矩是至少大约lOOONm，在2000rpm时的连续扭矩是至少400Nm，并且在4000rpm时的连续扭矩是至少大约lOONm。从图6中可以看出，使用档位I和档位2满足这些要求。
[0031]在正常使用中，很少需要从一个档位切换到另一个档位。在实施例中，极度罕见地需要在低速时的IOOONm的扭矩，由此通常至少90-95%的时间使用档位2驱动。
[0032]从一个档位切换到另一个可以很快实现。在切换期间，马达的控制被关闭，且在通常是0.5 — Is的片刻时间内，等待通量衰减，此后通过耦合装置切换档位，且频率控制器继续控制电驱动马达。
[0033]临时超载可以限制到给定最大持续时间。在一个实施例中，临时超载的最大持续时间为60s，且在另一个实施例中最大持续时间为30s。还能够测量一个或多个部件的温度，并且如果测量温度超过给定预设水平，则中断超载。可以通过控制单元向操作者指示超载。还可以在中断之前提醒操作者超载。
[0034]对本领域技术人员显而易见的是，随着技术发展，本发明的概念可以以各种方式实施。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。
【权利要求】
1.一种操作矿车的方法，所述矿车包括三相或多相电驱动马达，所述电驱动马达每相具有一个或多个独立绕组，所述方法包括: 基于给定驱动速度和载荷确定所述驱动马达的额定功率，从而所述驱动马达在给定转速下具有额定扭矩， 使用固定齿轮齿数比将所述驱动马达连接到牵引轮， 通过使用马达控制器来控制所述驱动马达的转速， 在所述特定驱动速度下，以三角形连接方式来操作所述驱动马达，以及当有必要时，通过在低于所述给定驱动速度的驱动速度下以星形连接方式操作所述驱动马达并同时使所述驱动马达临时超载来增加所述驱动马达在低于所述给定驱动速度的所述驱动速度下的扭矩，而不增加所述马达控制器的安培数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在超载期间，所述电驱动马达的电流是每一绕组连接的所述电驱动马达的额定电流的至少两倍。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述马达控制器是频率转换器。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述马达控制器是逆变器。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电驱动马达包括双绕组，从而按需要，以高电压星形连接方式、高电压三角形连接方式、低电压星形连接方式和低电压三角形连接方式来操作所述电驱动马达。
6.一种矿车，所述矿车包括: 三相或多相电驱动马达，所述电驱动马达具有额定功率和额定扭矩， 所述驱动马达和牵引轮之间的连接，其具有固定齿轮齿数比， 马达控制器，所述马达控制器用于控制所述驱动马达的转速，和 控制单元，所述控制单元被布置用以 在给定驱动速度下以三角形连接方式操作所述驱动马达，并且按需要，在小于所述给定驱动速度的速度下以星形连接方式操作所述驱动马达并同时使所述驱动马达临时超载，以增加所述驱动马达在小于所述给定驱动速度的所述驱动速度下的扭矩。
7.根据权利要求6所述的矿车，其特征在于，在超载期间，所述电驱动马达的电流是所述电驱动马达的所述额定电流的至少两倍。
8.根据权利要求6或7的矿车，其特征在于，所述马达控制器是频率转换器。
9.根据权利要求6或7的矿车，其特征在于，所述马达控制器是逆变器。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的矿车，其特征在于，所述电驱动马达包括双绕组，从而按需要，以高电压星形连接方式、高电压三角形连接方式、低电压星形连接方式和低电压三角形连接方式来操作所述电驱动马达。
【文档编号】H02P25/18GK103684195SQ201310537400
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】米科·科沃, 萨穆利·科希亚 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司