CN102465766A - 电子数字调速器及其装置的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子数字调速器装置，其包括：外壳，在所述外壳内的印刷电路板，该印刷电路板包括控制电路，该控制电路配置用于控制发电装置的至少一个参数，和用户界面，其包括数字显示器和至少一个按钮，该数字显示器用于显示所述至少一个参数的值，该按钮用于选择性的调节所述值。

Description

电子数字调速器及其装置的生产方法

交叉申请

本发明要求享受于2010年11月15日申请的，名为“电子数字调速器”美国临时申请号61/413,693的全部权益，在此其全文引入作为参考。

技术领域

本发明通常涉及一种速度控制装置，同时更具体地，涉及一种电子数字调速器，其用于控制发电机或者活塞式发动机的功能参数。

背景技术

在现有技术中，已知的调速器通常实质上是模拟的，其利用模拟控制器控制电位计从而控制发电装置的各种功能，该发电装置例如发电机和活塞式发动机。举例来说，所述调速器被设计用来通过对一个或更多旋钮或者类似机械装置的调节来控制发电机/发动机的速度。现有技术中已知的模拟调速器具有一个单独的旋钮用于控制各个发电机或发动机的运转参数。应该可以想到的是，然而，通过旋钮来控制发电机/发动机参数一般是不精确的，这是因为，用户难以看到与设定参数相对应的精确的数值。

根据上述观点，从而需要提供一种能够精确调节各种运转参数的调速器，其能够利用一个简单的按钮或者一组控制装置完成调节。另外，还期望能提供具有可读取功能的调速器，从而用户可以准确的看到设定的运转参数值。

发明内容

第一方面，本发明提供了一种电子数字调速器。

另一方面，本发明提供了一种具有直观用户界面的电子数字调速器。

另一方面，本发明提供了一种能够替代已有机械调速器系统的电子数字调速器。

另一方面，本发明提供了一种电子数字调速器，其能够利用一组控制机构完成对各种运转参数的精确调节。

另一方面，本发明提供了一种能够对发动机转速调节的电子数字调速器。

依然是另一方面，本发明提供了一种密封的电子数字调速器，从而避免密封绝缘混合物(potting compound)和水气的渗入。

依然是另一方面，本发明提供了一种能够在低至-40℃下的温度下运转的电子数字调速器。

依然是另一方面，本发明提供了一种能够承受组件层叠问题的电子数字调速器。

依然是另一方面，本发明提供了一种与现有装置相比，具有改进的热耗散性能的电子数字调速器。

本发明的这些以及其它方面，及其优选的实施方式，通过将本发明说明书，权利要求书和附图作为一个整体来理解，是显而易见的。

根据本发明实施方式，一种电子数字调速器装置包括，外壳(case)，安置在外壳内的印刷电路板，和用户界面，其中该印刷电路板包括控制电路设定用于控制发电装置的至少一个参数，该用户界面包括用于显示至少一个参数值的数字显示器和至少一个按钮用于选择性地调节参数值。

附图说明

通过阅读下文对非限制性实施方式的说明，并参考附图，将会更加容易更好的理解本发明，其中：

图1是本发明一种实施方式的电子数字调速器的正面立体图；

图2是图1中电子数字调速器的正视图；

图3是电子数字调速器的分解立体图，该电子数字调速器不包括印刷电路板(PCB)；

图4是图1中电子数字调速器的PCB和接线盒的分解立体图；

图5是图1中电子数字调速器组装状态的PCB和接线盒的立体图；

图6是图1中电子数字调速器的背面立体图，其图示了PCB固定在外壳中；

图7是图1中电子数字调速器的背视图，其图示了封装PCB的密封绝缘混合物；

图8是图1所示电子数字调速器的正视图，其图示了用户界面。

具体实施方式

图1和2图示了本发明一种实施方式的电子数字调速器10。如图所示，该调速器包括通常为矩形的外壳12，该外壳12包括多个在外壳上形成的孔14，通过该孔，提供一个键盘的各种按钮来控制调速器10的运转，如下文所述。该外壳12还包括与按钮毗邻的矩形开口16从而允许接线盒使用，以及基本为矩形的孔18，该接线盒与调速器10的电路板相连，该孔18在外壳12的中部形成用于数字显示。还如图1中所示，外壳12具有多个突出部(tab)20用于将调速器10安装在控制室或发动机机架外壳内。在一个实施方式中，调速器10是可以安装在发动机机舱内的。另外，该外壳12还具有多个散热片(fin)22，其用于将电路板的热量散发出去，如下文所述。

参考图3，图示了外壳12内的内部组件以及所述组件的定位。具体地，该调速器10包括垫圈24，聚碳酸酯板26，LCD显示器28，LCD支承板30，一对弹性连接器32和键盘34。该垫圈24包括多个孔，其大小、形状和定位对应于相应的外壳12上的孔14、18。具体地，垫圈24包括键盘34按钮用孔36和LCD显示器28用孔38。该垫圈24固定在外壳上并通过销钉(未示出)和多个内部螺纹柱42固定于外壳12上，其中该外壳12通过垫圈24的定位孔40与垫圈相连，该螺纹柱42形成在外壳12内。在一种实施方式中，一个或多个柱42可以步进式安置。

进一步如图3中所示，聚碳酸酯板26还包括孔44，其对应于垫圈24上孔36以及外壳12内孔14的尺寸和形状。该板26还包括透明观察孔线46，其与垫圈的孔38以及外壳的孔18调直对准。应该可以想到的是，该透明观察孔线46起到保护LCD显示器28不受水气的浸渗以及不受碎片冲击的作用，该LCD显示器放置在孔线46后面。该板26上具有多个分级螺丝套(boss)48，其与外壳12的螺纹柱42调直。在装配过程中，分级螺丝套48套在螺纹柱42上，从而相对于外壳12和垫圈24恰当地定位了板26。如下文详述，垫圈24在聚碳酸酯板26和外壳12之间提供了充分的气密和水密密封，从而没有水气或者碎片能够通过LCD孔18进入到外壳12内。

进一步参考图3，该LCD显示器28通常为矩形的，并设计为能够适配于聚碳酸酯板26的透明观察孔线46，从而通过孔18在调速器10的前面能够看到显示器28。当本发明的优选实施方式使用了LCD显示器时，其它类型的已知显示器，如LED及类似物，也可以在不脱离本发明更大范围的情况下使用。一旦LCD显示器28放置于孔线46内，该LCD支承板30就可以放置在其上面。弹性连接器32放置在支承板30的上部和下部空间内。该弹性连接器32可以为ZEBRA连接器或者其它类型的已知连接器，用于将LCD显示器28与电路板连接。

该键盘34包括多个按钮50，其尺寸和形状能够用于接收并穿过板26中的孔44，垫圈24中的孔36和外壳12中的孔14。该按钮50从外壳12的前部突出从而用户可以按到它们来控制调速器10的运转，如下文所述。在一个优选的实施方式中，该键盘34由弹性材料形成。重要的是，该键盘34还包括沿其外围延伸的垫圈52，其接收在聚碳酸酯板26内的相应形状的纹道(track)54。从而可以想到的是，纹道54内与垫圈52的接合用于正确地在外壳12内定位键盘34。另外，该接合同样得到了气密和水密密封从而，任何的水气或者碎片也不会通过外壳12内的按钮孔14进入到调速器10内。

现在涉及图4和5，其图示了调速器10的印刷电路板(PCB)56的构造。该印刷电路板56是本领域公知的类型，并包括垫圈连接器58，在该连接器上方，安装了具有多个接线端62的接线盒60。导热条或者一段导热带64放置在印刷电路板56上。该印刷电路板56还包括多个螺纹孔66，该螺纹孔的尺寸能够接受螺钉68，如图6所示。该螺纹孔66定位于能够与外壳12的螺纹柱42调直。

如图6中所示，在其他组件已经层叠在外壳12内后，印刷电路板56接收到外壳12内，从而接线盒60从外壳前方的开口16突出。多个螺钉68插入通过印刷电路板56上的螺纹孔66，并接收到螺纹柱42内。该螺钉68然后向下旋转从而将印刷电路板56紧固到外壳12上。

在将印刷电路板56与外壳12紧固的连接过程中，聚碳酸酯板26的分级螺丝套48是本发明的重要方面。具体地，该分级螺丝套48提供了挤压特性，从而消除了层叠问题，并允许印刷电路板56与外壳12线对线的放置，并且提供了垫圈52与弹性键盘34结合的预应力。

值得注意的是，如果层叠的组件存在任何的公差温度，一些组件可能无法合适的安装。在螺钉68旋下时，然而，聚碳酸酯板26的分级螺丝套48挤压或者屈服，从而印刷电路板56的导热带64与外壳12背部形成的突出块70直接接触。容易理解的是，正常运转产生的热量被导向导热带64并通过传导转移到外壳的突出块70。传导至突出块70的热量然后通过散热片22散发出去，该散热片在外壳12的前部形成。应该理解的是，随后，由分级螺丝套48提供的挤压特性确保了所有的组件能够能合适地调直，并补偿任何的由组件生产中带来的尺寸误差。以这种方式，其还能够确保弹性连接器32，按钮50及键盘34的背部能够与印刷电路板56接触。

一旦印刷电路板56安装并旋下，从而导热带64与外壳12的突出块70直接接触时，该密封绝缘混合物72被注入到外壳12的背部，如图7所示，为了在外壳12内完全密封内部组件，包括印刷电路板56。值得注意的是，由于各种的密封措施，如垫圈52以及在聚碳酸酯板26和垫圈24之间的密封，密封绝缘混合物72难以渗透显示器28或者按钮50。由此，避免了屏蔽的需要，而该需要是在密封已有电子设备时必须的。

重要的是，如上所述，该LCD显示器28在聚碳酸酯板26、弹性键盘34和电路板56之间的密封空腔(cavity)内，在键盘34和电路板56之间的接触引起了气密和水密的密封。在空腔内的电路板56上的温度传感器(未示出)在调速器10运转过程中监测了空腔内的温度。如果在空腔内的温度下降到正常运转所需的预定值以下，该传感器将会检测到该下降，同时处理器将会直接加热电路板56(也位于空腔内)上的电阻器74，从而加热该空腔至所需的运转温度。由此，本发明的调速器10能够在-40℃的温度下运转。

该调速器10，电路板56具体地，包括控制电路从而控制发动机或者调速器的运转，如上文提到的。具体地，该调速器具有先进的微处理器，其具有足够的计算能力，内存和I/O支持(通过接线盒60)来支持增强的PID操纵系统，用户界面和任选地J1939总线接口。如图8所示，为了安装调速器10，需要将致动器(actuator)和电池与接线盒60的接线端A、B、E和F相连。电磁速度传感器线与接线盒60的接线端C和D相连。该调速器10通过读取发电机或发动机调速轮上的齿轮齿来检测发电机或者发动机的转速，并输出信号至控制燃料元件架(fuel rack)。具体地，燃料元件架可以通过用户界面基于测量/检测速度调节。重要的是，该电子数字调速器10一直监测电磁拾波器用于转速检测。

用户界面是本发明的一个重要方面，如上所述，已有的调速器本质上是模拟的，并且发动机参数调整是通过旋转不同的小旋钮进行的。相反地，本发明是数字的，并提供了具有快捷设定菜单系统的用户界面。在一个实施方式中，在启动发动机的情况下，三个最需要的参数，增益(gain)、稳定性(stability)和空载时间(deadtime)，在显示器28上显示并且能够立即得到。应该理解的是，与已有的模拟调速器相反，本发明的调速器10的LCD显示器28允许用户实时的，在装置前面读取发动机的准确转速。另外，本发明的调速器10允许用户看到油门百分比(percentthrottle)(即，燃料的调制百分比)，致动器的电流等，这些是容易得到的，而现有模拟装置是不可能得到的。

如图8中所示，该LCD显示器28具有多种数据或者参数栏，包括用于显示参数数值的数值栏76，字母数字栏78，参数菜单80，警报显示器82和油门或delta速度图84。在显示器28上，用户可以通过按下并保持合适的圆柱按钮86、88、90，并与此同时分别按下向上或者向下箭头92、94来增加或者降低相应值，来修改参数。重要的是，当按钮保持住一段时间时，利用直觉加速，用户界面提供了参数的增量式调节。为了避免未授权的调速器10的使用，可以锁定用户界面。在使用者将其设定为无人值班时，该调速器控制电路可以自动关闭该显示器。

如上所述，用户界面可以显示油门百分比或者所需转速与实际转速之间的差别。另外，由致动器测量到的，下降最大载荷(droop max load)也是可设定的。重要的是，与现有的模拟调速器相反，本发明的调速器10可以应用于更大范围的致动器。

在运转过程中，当调速时，调速器10将会显示当前的RPM和实际的油门百分比。该RPM在alpha数字区域78上显示，而油门百分比在条线图84上显示。通过按下向上或向下箭头，用户可以改变alpha数字区域78从而显示数字油门百分比(其中，条线图84将会随之显示实际RPM和所需RPM之间的差别)。

如上所述，调速器10及其控制电路提供了开关输入，用于下降和空闲和标准补充输入，该输入用于与载荷均分/同步控制器相连。另外，电子数字调速器10包括开始加油(START FUEL)和加油瞬变(FUEL RAMP)设置，从而消除或者减少了启动过程中黑烟的产生。开始加油代表在启动阶段供给致动器的初始动力(例如，0％为完全关闭，50％为半打开，100％为完全打开，等)。加油瞬变是指在发动机启动时，快速的供油。应该理解的是，精确的调节这些设置是至关紧要的，例如不良的PID设置可能会影响响应。

调速器10还具有不同的速度/平衡度(trim)输入，其允许5kOhm电位器。通常，该平衡度功能可以用来执行更细的调节，例如发电机频率。不同的速度用来在更大的RPM中运转。在接线盒60上的辅助输入(图2中的M)允许从负载分配装置，自动同步装置，和其它调速器系统辅助设备输入信号。

当结合优选的实施方式已经描述了本发明时，本领域技术人员应该可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种明显的变化，同时部件也可由相同功能的替代物替代。因此，本发明不应仅限于已公开的具体实施方式，本发明应包括落入权利要求书的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种电子数字调速器装置，其包括：

外壳；

在所述外壳内的印刷电路板，该印刷电路板包括控制电路，该控制电路配置用于控制发电装置的至少一个参数；和

用户界面，其包括数字显示器和至少一个按钮，该数字显示器用于显示所述至少一个参数的值，该按钮用于选择性的调节所述值。

2.如权利要求1所述的电子数字调速器装置，其中：

所述电子显示器是液晶显示器。

3.如权利要求2所述的电子数字调速器装置，其中：

所述显示器包含在充分气密和水密空腔内。

4.如权利要求3所述的电子数字调速器装置，进一步包括：

垫圈；

聚碳酸酯板；和

包括所述至少一个按钮的键盘；

其中，所述聚碳酸酯板、所述键盘和所述印刷电路板限定了所述空腔。

5.如权利要求4所述的电子数字调速器装置，其中：

所述聚碳酸酯板包括多个挤压区域，所述挤压区域从第一位置至第二位置是可变形的，其中在第一位置，所述印刷电路板的一部分与形成在所述外壳上的突出块相互是有间隔的，在第二位置，所述印刷电路板的所述部分与所述突出块直接接触。

6.如权利要求1所述的电子数字调速器装置，其中：

所述外壳包括多个散热片，该散热片用于排出在所述调速器的运转过程中产生的热量。

7.如权利要求1所述的电子数字调速器装置，其中：

接线盒与所述电路板导电连接，所述接线盒具有多个导电接线端。

8.如权利要求3所述的电子数字调速器装置，进一步包括：

温度传感器，其与所述空腔连接并配置用于检测所述空腔的温度；和

至少一个电阻器，其与所述空腔连接，并基于在所述空腔内检测到的温度能够运转用于给所述空腔提供热量。

9.如权利要求3所述的电子数字调速器装置，其中：

所述装置是能够安装在发动机舱内的。

10.一种电子数字调速器，其包括：

印刷电路板，该印刷电路板具有微处理器和控制电路，该控制电路配置用于控制发电装置的至少一个参数；和

用户界面，其包括数字显示器和至少一个按钮，该数字显示器用于显示所述至少一个参数的值，该按钮用于选择性的调节所述值。

11.如权利要求10所述的电子数字调速器，其中：

所述控制电路持续的监测所述发电装置的所述至少一个运转参数；和

所述数字显示器实时显示所述至少一个参数。

12.如权利要求11所述的电子数字调速器，其中：

所述至少一个运转参数为转速、致动器的电流和油门百分比之一。

13.如权利要求11所述的电子数字调速器，其中：

所述至少一个运转参数为增益、稳定性和空载时间之一。

14.如权利要求10所述的电子数字调速器，其中：

所述电子显示器是液晶显示器。

15.如权利要求10所述的电子数字调速器，其中

所述控制电路包括单线PID控制回路，该控制回路参与启动燃料和速度控制。

16.如权利要求10所述的电子数字调速器，其中：

所述电子显示器包括多功能图表，其配置用于显示油门百分比和所需及实际速度之差之一。

17.一种制造电子数字调速器的方法，该方法包括以下步骤：

提供外壳，其限定了空腔；

将板放置于所述空腔内在所述板的顶部上，所述空腔具有透明观察孔线；

将电子显示器放置于所述孔线内；

将键盘与所述板重叠放置，该键盘具有整体垫圈；和

将印刷电路板放置于所述空腔内，该印刷电路板具有控制电路；和

将所述印刷电路板与所述外壳紧固到一起，从而在所述数字显示器提供充分气密和水密密封。

18.根据权利要求17所述的方法，其中：

所述板包括多个屈服区域，所述屈服区域从第一位置至第二位置是可折叠的，其中在第一位置，所述印刷电路板的一部分与形成在所述外壳上的突出块相互是有间隔的，在第二位置，当所述印刷电路板紧固到所述外壳上时，所述印刷电路板的所述部分与所述突出块直接接触。

19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括以下步骤：

将密封绝缘混合物沉积到所述空腔内，从而充分密封所述空腔内的所述板，显示器，键盘和电路板，并提供基本上光滑的背部表面。

20.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括以下步骤：

将温度传感器和电阻器放置在所述电路板上，毗邻所述电子显示器。

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