用于電驅(qū)動推進(jìn)系統(tǒng)的雙發(fā)電機(jī)單直流鏈路結(jié)構(gòu)的功率平衡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及機(jī)器內(nèi)的電氣系統(tǒng)及部件，更具體地說，涉及一種作業(yè)機(jī)器的電驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器的直接串聯(lián)電驅(qū)動系統(tǒng)通常包括電源電路，該電源電路可選擇地以所需扭矩激活一個或多個驅(qū)動馬達(dá)。驅(qū)動馬達(dá)中的每一者均連接到輪或運行以驅(qū)動機(jī)器的其他牽引裝置。直接串聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)還包括驅(qū)動發(fā)電機(jī)的原動機(jī)，例如，內(nèi)燃機(jī)。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，該電力通常由電源電路調(diào)節(jié)，并最終用于驅(qū)動馬達(dá)。從概念上說，當(dāng)推進(jìn)機(jī)器時，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械力轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力。在定量供給到馬達(dá)之前，電力可由電路處理和/或調(diào)節(jié)。馬達(dá)將電力再次轉(zhuǎn)換為驅(qū)動輪并推進(jìn)機(jī)器的機(jī)械力。
[0003]如越野載重車和輪式裝載機(jī)設(shè)備等重型機(jī)械通常用于采礦、重大建筑工程、采石及其他應(yīng)用。采用電驅(qū)動系統(tǒng)視為提高了這種機(jī)械的效率和可靠性。電驅(qū)動系統(tǒng)通常需要更少的維護(hù)工作，且因此具有更低的生命周期成本。
[0004]用于驅(qū)動多個電動馬達(dá)的較早幾代的電力系統(tǒng)依靠單個發(fā)電機(jī)向單個電源總線提供電力。反過來，單個電源總線向多個馬達(dá)供電。最近以來，提出多個電力系統(tǒng)，其中多個發(fā)電機(jī)提供電力，以向多個馬達(dá)供電。Alster等人的專利號為7，152，705的美國專利提出一種電驅(qū)動裝置，其中受雙發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動的發(fā)電機(jī)為單個電力儲存模塊充電。反過來，該電力儲存模塊直接向一組電驅(qū)動馬達(dá)的電源總線供電。
[0005]用于驅(qū)動多個電動馬達(dá)的多發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的另一個實例將電源分成用于各發(fā)電機(jī)的不同的電源總線。在所描述的實施例中，第一發(fā)電機(jī)向連接到第一組的兩個馬達(dá)的第一電源總線供電。第二發(fā)電機(jī)向連接到第二組的兩個馬達(dá)的第二電源總線供電。
[0006]然而，胃168111&11等人的專利號為7，319，307的美國專利中描述了另一種多發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在本例中，主總線功率控制單元對連接到同一交流電源總線的多個同步發(fā)電機(jī)的總交流電輸出功率進(jìn)行測定。該主總線功率控制單元通過向與發(fā)電機(jī)中各個單獨發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的場控制單元發(fā)送修正信號或調(diào)整信號來對多個同步發(fā)電機(jī)中的各個單獨發(fā)電機(jī)實行監(jiān)管控制。因此，主總線功率控制單元利用多個發(fā)電機(jī)在單個交流電源總線上供給的總電力來做出控制決策，并隨后向發(fā)電機(jī)的單個場控制單元發(fā)出控制信號。
[0007]多個發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)提供比單個發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)更多的優(yōu)點。例如，可以利用成本可能比單個發(fā)電機(jī)更低的較小發(fā)電機(jī)，提供雙倍電力。此外，在其中一個電源發(fā)生故障的情況下，各種部分失效模式可能獲得支持。這些有益之處在上述已知系統(tǒng)的實例中示出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一方面，本發(fā)明描述一種電力供給系統(tǒng)，配置成在具有電驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)器中傳送工作電力。該電力供給系統(tǒng)在具有電驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)器中傳送工作電力。該電力供給系統(tǒng)包括第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)各配置成接收原動機(jī)提供的輸出；第一整流器，其耦接至所述第一發(fā)電機(jī)并具有第一直流(DC)輸出端；第二整流器，其耦接至所述第二發(fā)電機(jī)并具有第二直流輸出端；以及單個直流總線，第一直流輸出端和第二直流輸出端均耦接至其上。上述裝置使得所述第一整流器和所述第二整流器同時向具有工作電壓的所述單個直流總線提供電力。
[0009]上述系統(tǒng)由一組編程處理器模塊來調(diào)節(jié)，這些編程處理器模塊協(xié)同工作以調(diào)節(jié)供應(yīng)到單個直流總線的電力，從而調(diào)節(jié)單個直流總線的工作電壓。就這一點而言，該系統(tǒng)包括第一電子控制模塊，其包括將單個直流總線的工作電壓保持在目標(biāo)電壓的第一調(diào)節(jié)控制器，該第一電子控制模塊配置成:接收單個直流總線的第一測得工作電壓，并且生成用于控制第一整流器所輸出的功率的第一功率命令，該第一功率命令由第一調(diào)節(jié)控制器根據(jù)第一誤差值生成，該第一誤差值基于目標(biāo)電壓、第一測得工作電壓和第一電壓調(diào)整值。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二電子控制模塊，其包括將單個直流總線的工作電壓保持在目標(biāo)電壓的第二調(diào)節(jié)控制器，該第二電子控制模塊配置成:接收單個直流總線的第二測得工作電壓，并且生成用于控制第二整流器所輸出的功率的第二功率命令，該第二功率命令由第二調(diào)節(jié)控制器根據(jù)第二誤差值生成，該誤差值至少基于目標(biāo)電壓和第二測得工作電壓。
[0010]此外，該系統(tǒng)的該組調(diào)節(jié)元件進(jìn)一步包括功率平衡器模塊。該功率平衡器模塊配置成:接收指示第一整流器的功率輸出等級的第一值，接收指示第二整流器的功率輸出等級的第二值，并且基于該第一值和該第二值生成總電壓調(diào)整值，以及基于該總電壓調(diào)整值呈現(xiàn)第一電壓調(diào)整值。該第一電子控制模塊使用該第一電壓調(diào)整值來抵消來自該單個直流總線上的該第一整流器和該第二整流器的功率輸出之間的不平衡。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步描述用于運行電力供給系統(tǒng)的方法和包括用于實施該方法的計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)。
【附圖說明】
[0012]雖然所附權(quán)利要求具體給出了本發(fā)明的特征，本發(fā)明及其優(yōu)點可以通過下述詳細(xì)說明結(jié)合附圖來更好地理解，這些附圖中:
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的作業(yè)機(jī)器的側(cè)視圖；
[0014]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的用于作業(yè)機(jī)器的雙發(fā)電機(jī)電驅(qū)動系統(tǒng)的框圖；
[0015]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的電子控制模塊的框圖，該電子控制模塊用于根據(jù)主控制器所提供的直流電源總線反饋信號和調(diào)整信號來控制整流器的運行；
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示出電驅(qū)動系統(tǒng)的主控制器和各種控制部件之間的各種連接的框圖；以及
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，該方法用于通過監(jiān)測與電驅(qū)動系統(tǒng)的多個單獨電源中的各個單獨電源相關(guān)聯(lián)的運行參數(shù)來控制單個直流功率總線上的多個單獨電源的運行。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明涉及用于向電驅(qū)動機(jī)器或車輛中的電氣部件提供電力的系統(tǒng)和方法。隨后，本發(fā)明采用直接串聯(lián)電驅(qū)動系統(tǒng)的實例，該電驅(qū)動系統(tǒng)具有連接到兩個發(fā)電機(jī)的發(fā)動機(jī)，該發(fā)電機(jī)用于產(chǎn)生經(jīng)由單個電源總線傳送的電力，該單個電源總線傳送電力供電氣部件消耗，例如車輛的電驅(qū)動馬達(dá)。在示出的示例性實施例中，與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)是多相交流(AC)同步無刷發(fā)電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)輸入端與發(fā)動機(jī)(原動機(jī))的輸出端相耦接。該發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)整流器組件，該旋轉(zhuǎn)整流器組件包括三個旋轉(zhuǎn)二極管對，并且該發(fā)電機(jī)使用它們的繞組的Y字形(Y)結(jié)構(gòu)。然而，本文描述的所述系統(tǒng)及控制方法也具有對于其他電驅(qū)動車輛的可應(yīng)用性。例如，與機(jī)器或車輛相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)可以使用繞組的三角型(△)結(jié)構(gòu)。
[0019]圖1示出了機(jī)器100的側(cè)視圖，機(jī)器的一個具體實例為輪式裝載機(jī)(附圖中示出)，例如用于建筑、采礦或采石的輪式裝載機(jī)。該機(jī)器100為直接串聯(lián)電驅(qū)動機(jī)器。在隨后的描述中，本實例闡明了可在具有直接串聯(lián)電驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)器上使用的各種裝置，直接串聯(lián)電驅(qū)動系統(tǒng)由至少兩個發(fā)電機(jī)供電，發(fā)電機(jī)的輸出被傳送至單個電源總線。可以理解，具有直接串聯(lián)電驅(qū)動裝置的其他車輛可受益于本文所述的優(yōu)點。術(shù)語“機(jī)器”通常是指具有至少一個驅(qū)動輪的任何機(jī)器，驅(qū)動輪由與輪連接的馬達(dá)來驅(qū)動。電力可以由馬達(dá)或其他原動機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)或另外的發(fā)電裝置機(jī)載產(chǎn)生。
[0020]繼續(xù)參照圖1，該機(jī)器100包括發(fā)動機(jī)機(jī)架部分102，其通過鉸接接頭106連接至非發(fā)動機(jī)機(jī)架部分104。該機(jī)器100包括地面接合構(gòu)件，在這種情況下，地面接合構(gòu)件為一組輪108。該發(fā)動機(jī)機(jī)架部分102包括發(fā)動機(jī)110。該機(jī)器100進(jìn)一步包括容納各種機(jī)器控制裝置的駕駛室130。所示實施例的機(jī)器100包括作業(yè)工具，在這種情況下，作業(yè)工具為連接在一對提升臂114端部的鏟斗122，提升臂樞接至機(jī)器100的非發(fā)動機(jī)機(jī)架部分104。
[0021]該機(jī)器100(輪式裝載機(jī))為直接串聯(lián)電驅(qū)動機(jī)器，在本例中其指的是使用一個以上電源或電力形式來驅(qū)動機(jī)器100的輪108。圖2A中示出了機(jī)器100的直接串聯(lián)電驅(qū)動系統(tǒng)的框圖。在圖2A的框圖中，推進(jìn)機(jī)器100時系統(tǒng)中電力(在發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)和馬達(dá)/最終驅(qū)動接口的情況下的機(jī)械力)的流動方向由實線箭頭來表示。需要注意的是，機(jī)器100能夠以“減速”模式運行，其中，與該機(jī)器的驅(qū)動輪相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)隨發(fā)電機(jī)一起運行，從而導(dǎo)致來自馬達(dá)的電流反向流動。圖2A還示出了主電子控制模塊與一組控制組件之間的連接，以通過圖2A中所標(biāo)識的部件來確保電源的合理控制。更具體地說，主電子控制模塊執(zhí)行以下控制:(1)對于相同直流電源總線的多個電源中的每一者，接收指示單個直流電源總線上多個電源中各個單獨電源所輸出的功率的參數(shù)(例如，功率命令)，以及⑵向電子控制模塊中的各個單獨電子控制模塊發(fā)出信號(例如，電壓調(diào)整信號)，電子控制模塊中的各個單獨電子控制模塊控制直流電源總線上多個電源中各個電源的輸出。主電子控制模塊發(fā)出的(調(diào)整)信號具有從耦接至單個直流電源總線的多個整流器中各個整流器更改由單獨電子控制模塊命令的功率等級的作用，以使多個電源中的各個單獨電源所輸出的功率保持相等。
[0022]直接串聯(lián)電驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)202，例如，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(如柴油發(fā)動機(jī))，該發(fā)動機(jī)在輸出軸(未示出)產(chǎn)生輸出扭矩。發(fā)動機(jī)202的輸出軸連接至各個單獨物理旋轉(zhuǎn)輸入端，物理旋轉(zhuǎn)輸入端驅(qū)動第一發(fā)電機(jī)204a和第二發(fā)電機(jī)204b各自的轉(zhuǎn)子。在運行中，發(fā)動機(jī)202的輸出軸使第一發(fā)電機(jī)204a和第二發(fā)電機(jī)204b中每一者的轉(zhuǎn)子都旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電力，例如交流(AC)電力形式的電力。盡管在發(fā)動機(jī)202和發(fā)電機(jī)204a和204b之間示出了直接連接，但也可利用其他的驅(qū)動部件(例如傳動裝置或其他齒輪裝置)將發(fā)動機(jī)202的輸出端耦接至驅(qū)動發(fā)電機(jī)204a和204b各自的轉(zhuǎn)子的單獨