CN103078473A

CN103078473A - 供应电源的方法以及电源供应器

Info

Publication number: CN103078473A
Application number: CN2012104178786A
Authority: CN
Inventors: 奥利·汉卡马基
Original assignee: John Deere Forestry Oy
Current assignee: John Deere Forestry Oy
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-05-01
Also published as: US20130170141A1; FI20116054L; EP2587908A2; FI20116054A0

Abstract

已开发了一种工作机(26)电源系统的器件(1)，用来供应电力给至少一个执行器(27a-27c)。器件(1)包含具底部(2b)的框架部件(2)。器件(1)包含冷却液体通道系统(9、10)，且框架部件(2)包含凹部(16)，其可被设置成与所述冷却液体通道系统(9、10)流体连通。可将器件结合形成用于工作机(26)电源系统的模块，用来供应电力给至少一个执行器(27a-27c)，其中一模块(12)包含两个互相对置的器件(1a、1b)。工作机(26)电源系统可由所述模块组成。

Description

供应电源的方法以及电源供应器

技术领域

本发明涉及一种工作机供电系统的器件，用于供应电力到至少一个执行器，所述器件包含具有底部以及边缘的框架部件。本发明亦涉及一种工作机供电系统的模块，以及一种工作机的供电系统。

背景技术

已知有多种电源供应器能用来提供电力至电动执行器，如电动机、泵、照明、测量器件等。电源供应器的一个目标是提供电力转换以成能应用在电动工作器件的形式。例如，从电力来源来的电压与工作器件所需的工作电压并不相符，而其中电源供应器可以将电力来源的电压转换成适合工作器件的电压。另一方面，从电力来源来的电压可以是交流(AC)电压，因此如果供应到工作器件的电压必须是直流(DC)电压时，可以使用电源供应器将AC电压转换成DC电压。这样的电源供应器可被称为AC/DC转换器。也已知在某些情况下，只有一个可供应DC电压的电压来源可用。因此，若工作机需要AC电压做为其工作电压，可使用电源供应器将DC电压转换成AC电压。这样的电源供应器可被称为DC/AC转换器。此DC/AC转换器亦可被称为交流变电机或逆变器。

除了以上所述的AC/DC转换及DC/AC转换之外，电源供应器还可改变电压水平，例如转换较高供电电压成较低输出电压，反之亦然，也就是说，转换较低供电电压成较高输出电压。

以上所述类型的电源供应器可在各种工作机中做为用于电动执行器的电力转换器，其中例如将由工作机电池或发电机供应的DC电压转换成适用于个别执行器的电压，其可为DC或AC电压。工作机的所有执行器就电力供应方面而言都不相同，其中可能需要复数个电源供应器来就不同执行器提供不同供应电压。另一方面，单一电源供应器的能容是有限的，不一定足以产生所有执行器所需的电力，即使不同执行器对电压供应的需求是相同的。要解决此类的问题，典型的方法是安装复数个电源供应器，各提供电压给一个或少数个执行器。

因为将电压转换成不同的电压并非无损，电源供应器在操作中必定产生热，而可能需要冷却此电源供应器来避免过热。此可通过一些设置来达成，例如，使用各种冷却肋或其他元件，其可将电源供应器中产生的热传离电源供应器，例如，将热能蒸发至一介质，例如环境空气。液体冷却的设置也是已知的，其中在冷却肋或电源供应器机壳中有为冷却液体设的流动通道系统。因此，热被传到流动通道系统中的液体流，并且随着液体流离开电源供应器。

以上所陈述的用以避免电源供应器过热的设置类型，在实践中导致电源供应器的尺寸增加。又，在基于液体流的设置中，例如，必须要有装置来达成流送管系统中的液体循环以及在液体回到流送管系统前将在流送管系统中被加热的液体冷却。此可能增加设备的尺寸及制造成本。

在电动工作机或汽车中，需要复数个逆变器，而将其结合具有挑战性，如图一所示例子。每个逆变器都可能需要一个自己的冷却液体循环、DC回路中的成缆或母线或类似物、电动机电缆，具通信总线的控制电缆，以及用于如温度和转速传感器的辅助导线。因为这些因素，组合装置会变得很复杂。此问题的一个可能的解决方案是，将所有逆变器放在单一冷却表面上并且全部封装在单一机壳内。然而，此手段并不很灵活，因为这样的器件只适于专为其设计的工作机。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种模块式电源系统，从而可以减少现有技术解决方案的缺点。本发明的构想基础是将电源供应器形成成偶的模块式组合装置，其中可将此模块式电源供应器偶的厚度做成较现有技术的解决方案更小，且模块的框架可部分地做为冷却液体通道，从而可使用在框架中的通道系统来分配冷却液体到单一冷却元件。更精确来说，本发明器件的主要特征在于，器件包含冷却液体通道系统，且框架部件包含凹部，其可被设置成与所述冷却液体通道系统流体连通。本发明模块的主要特征在于，器件包含冷却液体通道系统，且至少一器件的框架部件包含凹部，其可被设置成与所述冷却液体通道系统流体连通，以及器件的框架部件被互相对置，其中冷却液体被设置导入凹部来加强冷却框架部件。本发明的工作机电源系统的主要特征在于，所述工作机电源系统包含至少一个模块，以及第一端部元件和第二端部元件。

通过应用本发明解决方案，可以将电源施用至具有如8轮、6轮、和4轮的工作机，其通过提供具有电源供应器的电源系统来达成，所述电源供应器具有与轮毂电动机对应的数量。

通过将本发明电源供应器连接在一起，可以组装偶数个电源供应器，例如2、4、6、或8个电源供应器。在此实施例中，可安装个别的端板到组合装置的端部上。亦可就一个电源供应器安装一个替换元件来取代一端板，其中亦可供用单数个电源供应器。所以，通过应用二或三个不同的铸造部件可有利地制造一个水密机壳。

依据本发明的一优选实施例，一个电源供应器只包含运作所需的连接器，例如为冷却液体设的一入口连接器和一出口连接器、电动机电缆、用于温度传感器的一连接器，及一用于各电动机的各转速传感器的连接器，以及一个用于整个组合装置的控制电缆连接器。框架可做为冷却液体通道；框架中的通道系统可用来分配冷却液体至单一冷却元件。单一电源供应器可在机壳内部被控制。

依据本发明，可以达到与现有技术相比下显著的优点。依据本发明，可在需要时轻易更动电源供应器模块式偶。又，如果需要增加电源供应器的数量，可以安装更多的偶。依据本发明，不尽相较于现有技术的解决方案，电源模块的厚度已减少，还可以相对有效地冷却电源供应器。

另一个优点是，可以注意到每个电源模块都构成机壳的一部分，其中电源模块周围不需要个别的机壳。

通过本发明电源模块，可以形成包含依各情况所需的电源供应器数量的组合装置。此结构可被制成水密且防干扰的。在这样的结构中，电源模块相对地彼此接近，其中不需复杂的接线。

所述电源模块可被设置成，每个模块包含易接入的必要入口及出口连接器，例如器件的前板或后板。

附图说明

以下将参照附图更详细地说明本发明，其中

图1是一个依据现有技术的电源供应器组合装置，

图2是一个依据本发明的一优选实施例的电源供应器的透视视图，

图3是一模块的透视视图，其中两个依据本发明一优选实施例的电源供应器被互相对置，

图4是一个依据本发明的一优选实施例的电源供应器的展开示意图，其结合以形成一个单一电源系统，

图5a和5b是一个组合装置的缩小视图，其包含复数个各由两个电源供应器形成的模块，

图5c图解了依据图5a和5b的电源系统中冷却液体的循环，

图6是工作机的实例，其中可应用本发明的电源系统，

图7a是图2实例的框架部件的从底部的仰视图，以及

图7b是图2实例的框架部件的向底部的俯视图。

具体实施方式

图2是一个依据本发明的一优选实施例的电源供应器1的透视视图。所述电源供应器1有利地包含框架部件2，而控制单元3和其他能使电源供应器运作的元件被连接至所述框架部件2，包括一个用于产生输出电压给由电源单元1供电的执行器27的输出单元4(图6)，以及连接电缆5，其用于例如将控制单元3和输出单元4互相电连接。电源供应器1产生的电力从输出单元4传导到输出连接器6，而电力可例如通过电缆被从此传导到执行器。在本发明的一优选实施例中，所述框架部件2同时可做为冷却元件。

在此说明书中，能使电源供应器能运作的元件3至6也被称为电源装置。

某些电源供应器1包含所谓的开关式电源，用来转换DC电压成AC电压，并同时提高电压水平。当与此类开关式电源连接，需要使用具有相对较高电容值的电容器，或其他适用的电压存储器。此类电容器的物理尺寸相较于开关式电源的其他组件来说很显著。图2中，此类电容器以标号7表示。在此上下文中，必须一提的是，与本发明有关的电源供应器的结构和内部运作，在不同的实施例中会有所不同，而电源供应器的电力运作的细节描述对了解本发明而言非为必要。

此外，在图2电源供应器1的优选实施例中，设有单一入口8来接收来自测量器件的各种测量信号等，例如电动机定位传感器及/或温度传感器。不过这些传感器没有在附图中。

图2电源供应器1的框架部件2有各种通道和贯穿孔，其用于例如引导冷却液体到所需的位置。至于冷却液体，可以使用水、乙二醇或其他适用的液体。图2中绘有第一贯穿孔9及第二贯穿孔10。有密合垫圈或套环或相应的密封元件11与第一贯穿孔9相接。第一贯穿孔9和第二贯穿孔10的设置为，两个此类的框架部件2互相对置时，第一电源供应器1a的框架部件2的第一贯穿孔9和第二电源供应器1b的框架部件2的第二贯穿孔10彼此间是尽可能地紧密，使得密封元件11尽可能地密封由贯穿孔9、10所形成的流动通道。因此，框架部件互相对置使得图2中最上部显示的表面2a在这两个框架部件中互相对置。

图3是模块12的透视视图，其中两个电源供应器1a、1b如上述方法互相对置。两个电源供应器1a、1b的框架部件2因此转向彼此。因此，这两个电源供应器1a、1b的总厚度会比一个电源供应器总厚度的两倍还小。在一个优选实施例中，框架部件2的边缘2c高度低于电源装置3至6的最高部分。例如在图2实施例的情形下，第一电源供应器1a的电容器7被放在第二电源供应器1b的框架部件中第二电源供应器1b厚度较小的位置。框架部件2的底部2b至少有部分是固体，且框架部件2底部2b的对面是实质上敞开的。此外，在此实施例中，框架部件2的边缘2c对至少一纵轴而言是镜像对称的，其中可通过将两个框架部件2的敞开面互相对置来制成由电源供应器1a、1b形成的模块，其中框架部件的边缘是实质上对齐的。

在如图2所示的电源供应器1实施例中，框架部件2进一步有供信号电缆用的贯穿孔13，信号电缆14等可通过这些孔导出框架部件2外到例如第二电源供应器1的框架部件2内部。为了连接电压，框架部件2可具有终端连接器15或类似物，通过此可以传导例如电源供应器1的供应电压到模块内部的功能块。

图3是依据本发明优选实施例的框架部件2底部2b。底部2b有凹部16，当两个框架部件及底部一起被安装成互相对置时，所述凹部16能使冷却液体在底部2b区域中分配。冷却液体被导向此凹部16例如通过第一贯穿孔9并通过第二贯穿孔10从凹部导离。当两个底部2b被放在一起，例如图4所示，相邻的框架部件2b、2c的底部凹部16被放在一起，形成中空，而冷却液体可扩散其中。

底部2b凹部16的位置被有利地定义，使得在电源供应器1运作期间会升温的电源供应器1的电子部件靠近此凹部16。此类电子部件可包括，例如，可供应电力到执行器的三端双向可控矽开关元件、功率晶体管(例如MOSFET)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、及/或晶闸管。这些被放在例如输出单元4中。通常不会强烈升温的部件，例如控制单元3，可被放在框架部件2的其他位置。图2的实例中，控制单元3被放在接近框架部件的一侧2c的地方，其中热可从控制单元3传到此框架部件侧2c，并从此，例如通过辐射，传到环境空气中。

凹部16周围有利地有密合垫17，用于尽可能密封凹部以及用于防止凹部16外的冷却液体从通过贯穿孔9、10以外的地方进入。

又另一实施例中，底部2b有泄漏通道18，当如果有冷却液体出于任何原因从例如凹部16泄出，此泄出的冷却液体会进入泄漏通道18并进一步离开由复数个电源供应器1a、1b框架部件2所形成的组合装置。如此，可由外部侦测到泄漏，而工作机的操作人员可采取必要的纠正措施。

又，图7a是图2实例的框架部件的从底部2b的仰视图。在底部，可以看到例如凹部16和泄漏通道18。此相对应，图7b是图2实例的框架部件的向底部部件的俯视图。显然的，在本申请书中呈现的框架部件2的设计和结构实例，只是一些可能的选择实现方式，而实际上可应用的方式可能与本申请书中呈现的方式不同。

图4是复数个电源供应器1a至1j的一种展开示意图，其等可结合成单一的电源系统，其中不需分别的机壳也不需分别的冷却结构。可能必须将端部元件19a、19b连接到电源系统的两端部，使得第一电源供应器1a和最后的电源供应器1j的冷却液体通道也是密封的。这些端部元件19被有利地设计成能紧闭凹部16并且能使冷却液体通过第一贯穿孔9及/或第二贯穿孔10供应到电源系统。本发明的一优选实施例中，可使用相同的端部元件19在电源系统的两端部。此外，电源系统可包含主要控制单元21以处理电源系统不同部件的功能运作。

除了将框架部件形成镜像对称，也可用其他方法来闭合凹部16以形成中空。在某些实施例中，可以通过例如将一盖子紧扣至框架部件2来完成，其中通过将两个这样的器件对置，一器件的盖子闭合另一器件的凹部16以形成中空。因此，框架部件2不必是镜像对称的。

又在另一个优选实施例中，可将一盖板紧扣至凹部16以闭合凹部16成中空。因此在此例中，没有必要将两个器件互相对置来闭合凹部。此类盖子可以通过，例如，使用如图4所示的第一端部元件19a或第二端部元件19b，来形成。即便在此例中，框架部件2也不必是镜像对称的。

在此脉络下，我们还应该提到一个实施例，在此实施例中两个或更多器件的框架部件2是实质上完全相同的。因此，当两个此类框架部件被互相对置以形成一个模块结构，框架部件中冷却液体通道的元件，例如第一贯穿孔9和第二贯穿孔10，可被设置成流体连通。还有，可以通过另一个框架部件来闭合一个框架部件2的凹部以形成中空。即便在此例中，框架部件2也不必是镜像对称的。

又，图5a和5b是此类组合装置的缩小视图，其包含复数个由两个电源供应器形成的模块20a至20e，以及端部元件19a、19b。冷却液体经由进料管22导入第一电源供应器1a的第一贯穿孔9，由此处冷却液体可通到凹部16并经过第二贯穿孔10到排放管23。冷却液体亦可经由第二电源供应器1b的第二贯穿孔10进入第二电源供应器1b的冷却液体循环。从第二电源供应器1b的冷却液体循环，冷却液体可例如经由第二电源供应器1b的第一贯穿孔9和第一电源供应器1a第二贯穿孔10离开到排放管23。又，冷却液体亦可用上述方式通到其他电源供应器1c至1j的冷却液体循环。图5c以简化的箭头图解，图5a和5b的电源系统优选实施例的冷却液体循环。所述冷却液体循环由例如泵24产生。

因此依据本发明，可以提供一种用于电动工作机26的模块式电源系统。此类工作机26的一个实例如图6所示。工作机26可具有各种电动执行器27，例如轮毂电动机27a、液压泵27b等。工作机26亦可包含用来产生电力给执行器27的发生器27c。在某些实施例中，轮毂电动机27a亦可被用做为发生器，例如在工作机的活动减速时。因此，可以联结所需数目的本发明电源供应器1来提供适用于当前情况的组合装置，而不需为各不同的组合来组装机壳或类似物。

本发明电源供应器的更换和维护也可以灵活设置，因为损坏或需维护的模块可以被轻易地分离并以在正常工作状态的模块更换，即使是在使用工作机26的地方。此更换动作不需向电源模块所属领域的技术人员谘询，而可由例如工作机操作人员来达成。在某些情况下，如果两个电源供应器被结合成单一模块，则电源供应器1的更换需要同时更换两个电源供应器1。

以下，我们将介绍一些进一步实例。一个实例包含用于工作机26电源系统的器件1，来供应电力给至少一个执行器27a-27c，所述器件1包含具底部2b含边缘2c的框架部件2，且框架部件2的边缘2c对框架部件2的一纵轴而言是镜像对称的。

在一个实施例中，框架部件2的底部2b具有为冷却液体设的凹部16，凹部16与所述冷却液体通道系统9、10相流通。

在一个实施例中，器件1包含电源装置3至6，用来产生将供应给执行器27a-27c的电力。

在一个实施例中，框架部件2的边缘2c高度低于电源装置3至6的最高部分。

在一个实施例中，器件1包含冷却液体通道系统9、10。

在一个实施例中，电源装置3至6包含逆变器，用来转换供应电压成适用于执行器27a-27c的电压。

在另一实例中，有用于工作机26电源系统的模块12，来供应电力给至少一个执行器27a-27c，模块12包含两个器件1a、1b，其具有具底部2b和边缘2c的框架部件2，且器件1a、1b的框架部件边缘2c对器件1a、1b的框架部件2的一纵轴而言形成镜像对称，且器件1a、1b的框架部件2被互相对置。

在一个实施例中，工作机26的电源系统包含至少一个模块，以及第一端部元件19a和第二端部元件19b。

在一个工作机26电源系统实施例中，至少一个器件1a、1b包含冷却液体通道系统9、10，其具有至少第一贯穿孔9和第二贯穿孔10，其中冷却液体被设置成经过第一贯穿孔9导入冷却液体通道系统9、10并经过第二贯穿孔10从冷却液体通道系统9、10排出。

又在另一个工作机26电源系统实施例中，至少一个器件的框架部件2底部2b有供冷却剂的凹部16，此凹部与所述冷却液体通道系统9、10流体连通，其中冷却液体被设置导入凹部16来加强冷却框架部件2。

本发明不受上述实施例所限，而可在不超出附件权利要求的范围内有所变化。

Claims

1.一种工作机(20)电源系统的器件(1)，用来供应电力给至少一个执行器(27a-27c)，所述器件(1)包含框架部件(2)，其特征在于，器件(1)包含冷却液体通道系统(9、10)，且框架部件(2)包含凹部(16)，其可被设置成与所述冷却液体通道系统(9、10)流体连通。

2.如权利要求1的器件(1)，其特征在于，框架部件(2)包含底部(2b)，其中有所述凹部(16)。

3.如权利要求1或2的器件(1)，其特征在于，凹部(16)，其供框架部件(2)底部(2b)的冷却液体用，被设置成通过将两个器件(1)互相对置来闭合。

4.如权利要求2的器件(1)，其特征在于，凹部(16)，其供框架部件(2)底部(2b)的冷却液体用，被设置成以端部元件(19a，19b)来闭合。

5.如权利要求1、2、3、或4的器件(1)，其特征在于，所述器件(1)包含电源装置(3-6)，其用来产生将供应给执行器(27a-27c)的电力。

6.如权利要求5的器件(1)，其特征在于，框架部分(2)包含边缘(2c)，其高度低于电源装置(3至6)的最高部分。

7.如权利要求6的器件(1)，其特征在于，框架部件的边缘(2c)对框架部件(2)的一纵轴而言形成镜像对称。

8.如权利要求1至7任一权利要求的器件(1)，其特征在于，所述框架部件(2)具有泄漏通道(18)，其用来运送可能从冷却液体通道系统(9、10)泄出的冷却液体离开器件(1)。

9.如权利要求1至8任一权利要求的器件(1)，其特征在于，所述电源装置(3-6)包含逆变器，其用来转换供应电压成适用于执行器(27a-27c)的电压。

10.一种工作机(26)电源系统的模块(12)，用来供应电力给至少一个执行器(27a-27c)，模块(12)包含两个具有实质上完全相同的框架部件(2)的器件(1a、1b)，其特征在于，器件(1)包含冷却液体通道系统(9、10)，且至少一器件(1a、1b)的框架部件(2)包含凹部(16)，其可被设置成与所述冷却液体通道系统(9、10)流体连通，以及器件(1a、1b)的框架部件(2)被互相对置，其中冷却液体被设置导入凹部(16)来加强冷却框架部件(2)。

11.一种工作机(26)中的电力电源系统，其特征在于，工作机(26)的电力电源系统包含至少一个如权利要求10的模块，以及第一端部元件(19a)和第二端部元件(19b)。

12.如权利要求11的工作机(26)电力电源系统，其特征在于，冷却液体通道系统(9、10)包含至少第一贯穿孔(9)和第二贯穿孔(10)，其中冷却液体被设置成经过第一贯穿孔(9)导入冷却液体通道系统(9、10)并经过第二贯穿孔(10)从冷却液体通道系统(9、10)排出。