CN103270278A - 开关磁阻发电机启动策略 - Google Patents

Abstract

提供了一种启动具有发动机（102）、发电机（110）和辅助电源（126）的机器（100）的公共总线（114）的方法。该方法可判定辅助电源（126）的操作状态，在判定为辅助电源（126）不起作用的情况下使发动机（102）以预定怠速运转，并使发电机（110）能够响应于发动机（102）的预定怠速而调节公共总线（114）。

Description

开关磁阻发电机启动策略

技术领域

本发明一般地涉及电驱动组件和机器，更具体地涉及用于调节电驱动组件和机器的公共总线的系统和方法。

背景技术

公共或电气总线被用在包括作业机械、车辆和计算机在内的各种应用中。电气总线还可用于在高电压应用中将电力从电源传送到电气装置。电气总线实质上是用于将多个电气装置和包括发电机、太阳能电池、蓄电池等的电源连接在一起的并行电路。此外，电气总线可用在直流（DC）应用中并具有可在其上提供潜在的电压差的正线和负线或地线。

由于电驱动机器的电气装置和子构件依赖于公共总线供电，因此有必要在机器的操作中调节或维持总线电压以便适当工作。公知的是，发电机、例如在较低的发动机怠速下被驱动的开关磁阻（SR）发电机可用于在相关机器的正常操作期间调节公共总线电压。然而，还公知这种发电机不能用于在不首先启动（使准备好运行，prime）公共总线或向其提供起动电压的情况下调节公共总线上的电压。例如，如果总线电压已深度放电和/或低于启动发电机所需的最低起动电压，则发电机可能无法在无其它帮助的情况下在下一次起动时转动和开始调节总线电压。

因此，典型的高电压电驱动机器设置有构造成在起动期间启动公共总线和发电机的辅助电压源，例如附助功率变换器。例如，一旦该机器的发动机由操作人员起动，附助功率变换器也起动以将公共总线和发电机充电至所需的最低起动电压。一旦发动机怠速停留在较低的怠速并稳定，便可向发电机提交请求以开始将公共总线调节至最佳总线电压。由于公共总线和发电机已通过附助功率变换器启动或充电，一旦收到请求发电机便可开始调节总线电压。一旦已调节好总线电压，便可使操作人员能够改变油门位置，将发动机接合在较高的怠速中，并开始机器的正常操作。

尽管这种启动策略可满足大部分目的，但在附助功率变换器或辅助电压源发生故障的情况下可能发生大问题。例如，如果辅助电压源在高电压电驱动机器的起动期间没能启动公共总线或发电机，则公共总线不能具有起动相关的SR发电机所需的最低电量。此外，在公共总线未适当启动的情况下，SR发电机可能无法将公共总线调节至适当的总线电压和/或向机器的与公共总线连接的电气装置配送适当的DC电压。

所公开的系统和方法旨在克服上述的一个或多个问题。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种调节具有发动机、发电机和辅助电源的机器的公共总线的方法。该方法判定/确定辅助电源的操作状态，在判定为辅助电源不起作用的情况下使发动机以预定怠速运转，并使发电机能够响应于发动机的预定怠速而调节公共总线。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于机器的启动系统。该启动系统包括公共总线、发电机和控制器。发电机与公共总线和机器的发动机联接。发电机还构造成向公共总线供给电流。控制器与发动机操作性地联接并且构造成选择性地使发动机以高怠速运转以便启动公共总线并使发电机能够工作。

在本发明的又一个方面，提供了一种用于机器的启动系统。该启动系统包括公共总线、与公共总线和机器的发动机联接的发电机、辅助电源和控制器。发电机构造成向公共总线供给电流。辅助电源构造成在起动时对公共总线充电。控制器与发动机操作性地联接并且构造成检测辅助电源的操作状态。如果判定为辅助电源不起作用，则控制器使发动机以预定怠速运转。

附图说明

图1是根据本发明一个示例性实施例构造的机器的图示；

图2是应用于典型的电驱动机器的启动系统的一个示例性实施例的示意图；以及

图3是调节机器的电气公共总线的示例性方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参见具体的实施例或特征，其示例在附图中示出。一般而言，在各图中将使用对应的附图标记来表示相同或对应的部分。

图1图示出可采用电驱动装置来产生移动的移动式机器100。更具体地，机器100可包括与电驱动装置104联接以经由牵引装置106产生移动的主动力源102。这种移动式机器100可用作用于执行与诸如采矿、施工、耕种、运输之类的行业或本领域中已知的任何其它合适的行业相关的特定类型的操作的作业机械。例如，机器100可为运土机械、船舶、飞行器、拖拉机、越野卡车、公路乘用车或任何其它合适的移动式机器。

如图2中进一步所示，电驱动装置104的主动力源102可例如包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或常用于产生动力的任何其它类型的燃烧发动机。电驱动装置104还可与任何其它合适的动力源如燃料电池等结合使用。发动机102可构造成经由带、液压系统等向寄生负载108直接或间接地传递动力。发动机102还可构造成经由联接器或轴向旋转的传动轴112向发电机110机械地传递动力。

图2的发电机110可为磁阻（SR）发电机，或构造成响应于来自发动机102的旋转输入而产生电力的任何其它合适的发电机。如本领域中公知的，发电机110可包括转子（未示出），该转子可旋转地设置在固定的定子（未示出）内。发电机110的转子可经由直接曲轴、齿轮系、液压回路等可旋转地联接到发动机102的输出。发电机110的定子可经由具有整流器、逆变器、电容器等的变换器电路116与电驱动装置104的公共总线114联接。在发电操作模式期间，随着发电机110的转子通过主动力源102在定子内旋转，在定子内可感应出电流并供给至变换器电路116。变换器电路116可将电信号变换为用于配送给机器100的各种电气装置和子构件的合适的直流（DC）电压。另外，例如，在电动驱动（motoring）操作模式期间，可使发电机110能够响应于从公共总线114提供给定子的电信号而使转子旋转。

公共总线114可提供正线118和负线或地线120，公共总线114可跨越它们在机器100的一个或多个电气并联装置或子构件之间传送公共DC总线电压。例如，公共总线114可将由发动机102和发电机110供给的动力传送到一个或多个电动机122以经由牵引装置106产生运动。具体而言，与发电机110相关的第一变换器电路116可提供要被传送至与一个或多个电动机122相关的第二变换器电路116的DC信号。第二变换器电路116可将DC信号变换成驱动电动机122所需的相位设定合适的信号。公共总线114还可将公共DC电压传送到机器100的其它构件，例如蓄电装置（未示出）、附属动力负载（未示出）等。附加地或可选地，公共总线114可构造成使得由二次电源如蓄电装置供给的电力可被传送到发电机110和/或所述一个或多个电动机122。此外，公共总线114上的DC电压可为相当高的DC电压，该DC电压可被调节或变换为机器100的任何相连的构件或子构件所需的较低电压。

仍参照图2，机器100的电驱动装置104还可设置有构造成以最低起动电压启动公共总线114并有利于其能够由发电机实现调节的示例性启动系统124。更具体地，图2的启动系统124可包括构造成在发动机102的起动期间为发电机110充以起动电压的辅助电源126以及用于管理启动系统124的总体操作的控制器128。辅助电源126可与公共总线114和控制器128电气连通。除辅助电源126之外，控制器128还可与发动机102或其它主动力源和发电机110电气连通。在另选实施例中，辅助电源126可省略并且启动系统124可仅依赖于控制器128来使发动机102和/或发电机110能够在起动期间启动和调节公共总线110。

辅助电源126可包括构造成在发动机102的点火期间自动为公共总线114充以最低起动电压的辅助DC电压源等。一旦公共总线114已充分启动，辅助电源126便可在发动机102以较低的怠速运转时关闭。在低发动机怠速稳定后，发电机110可开始以最佳总线电压调节公共总线114。特别地，一旦低发动机怠速稳定，启动请求便可从控制器128传送给发动机102和/或发电机110，以响应于低发动机怠速开始将公共总线114调节为预定总线电压。当发电机110调节总线电压时，操作人员可通过改变油门位置并将发动机接合在较高的怠速下等来开始机器100的正常操作。

启动系统124的操作可嵌入或集成到机器100的已有控制中。此外，控制器128可使用处理器、微处理器、微控制器、电子控制模块（ECM）、电子控制单元（ECU）或用于电子地控制启动系统124的功能的任何其它合适装置中的一种或多种来实现。控制器128可构造成根据用于基于机器100的操作状态来控制启动系统124的预定算法或指令集而操作。这种算法或指令集可预编程或结合在控制器128的存储器中，如本领域中常用的那样。

如图3所示，用于调节机器100的公共总线114的示例性方法可包括基于电驱动装置104的辅助电源126和/或发动机102的操作状态被选择性地执行的多个条件步骤。此外，所公开的方法可作为控制器128构造成借以操作的算法或一组程序代码来实施。如图所示，控制器128可首先判断是否存在起动机器100的请求。对这种起动请求的指示可对应于机器100的操作人员对钥匙的物理转动或开关等。如果存在起动请求，则控制器128可判定辅助电源126的操作状态。控制器128可例如利用配置在辅助电源126的开关、对辅助电源126的输出部的电流进行采样、在最低起动电压方面对公共总线114进行监控或任何其它合适的手段来确定辅助电源126的操作状态。

如果判定为辅助电源126是操作的并且一旦公共总线114已充分充电，控制器128便可使发动机102以较低的怠速运转并使发电机110能够响应于怠速运转的发动机102而操作。此外，控制器128可监控发动机怠速的稳定性，并且一旦稳定，控制器128便可使发电机110能够以最佳总线电压调节公共总线114。然后总线电压可配送给机器100的需要DC电力的各种电气装置和子构件。此外，随着发电机110调节公共总线114，操作人员可根据需要来调节发动机102的油门位置并执行机器100的期望操作。如图3所示，启动系统124的控制器128然后可进入待命操作模式并监控任何后续的起动请求。

或者，如果判定为辅助电源126不起作用，则控制器128可暂时使发动机102以较高的怠速运转，以便为发电机110提供它开始调节公共总线114所需的起动电压。更具体地，发动机102的高怠速可导致能用来启动公共总线114并使发电机110能够开始调节总线电压的残余电压。高发动机怠速可以是存储在控制器128中并配置成给公共总线114提供用于起动发电机110的充足起动电压的预定值。或者，控制器128可基于发动机102和/或机器100的即时运转状态来确定适当的怠速。一旦发电机110已起动并且总线电压被调节，控制器128便可使发动机102回到低怠速或正常怠速并恢复机器100的正常操作。然后启动系统124的控制器128可返回待命模式以监控后续的起动请求。

在又一些另选方案中，如图3中的虚线所示，如果判定为辅助电源126不起作用，则启动系统124的控制器128可转而将机器100置于应急操作模式。此外，控制器128可限制机器100的发动机102和/或发电机110的操作，以便仅使机器100的关键构件能够操作，直到应急模式被技术人员重置或清除等。例如，在应急模式期间，发动机102可被限制为降低的最大转速，以使机器100最起码能够移动或行驶至合适的设施以作进一步的检查和/或修理。所有其它非关键的装置、子构件、作业机具等在应急模式期间可被禁用。一旦辅助电源126已修复且应急模式状态被清除或重置，控制器128便可回到待命操作模式并监控后续的起动请求。

工业适用性

一般而言，上述公开内容在诸如耕作、施工和采矿行业等的各种工业应用中用来提供用于诸如拖拉机、反铲装载机、压实机、伐木归堆机、林业机械、工业装载机、滑移转向装载机、轮式装载机等的作业车辆和/或机器的更稳健的电气总线启动策略。更具体地，所公开的启动策略可应用于具有开关磁阻发电机或本领域中常用的其它相当的发电机的高电压电驱动机器。本文中公开的系统和方法在起动期间监控辅助电源启动公共总线并起动相关的发电机的能力。如果判定为辅助电源不起作用，则发动机以较高的怠速接合以便启动公共总线并使发电机能够调节总线电压。由于作业机械即使在辅助电源失效的情况下也可起动并保持充分运转，因此显著削减了通常与失效的辅助电源相关的停机时间。

根据前文所述将认识到，虽然出于例述的目的仅阐述了某些特定实施例，但从上文的描述本领域的技术人员将显而易见地获得另选方案和改型。这些和其它另选方案被视为等同方案且在本发明和所附权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种调节机器（100）的公共总线（114）的方法，所述机器具有发动机（102）、发电机（110）和辅助电源（126），所述方法包括：

判定所述辅助电源（126）的操作状态；

如果判定为所述辅助电源（126）不起作用，则使所述发动机（102）以预定怠速运转；以及

使所述发电机（110）能够响应于所述发动机（102）的预定怠速而调节所述公共总线（114)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述发动机（102）的起动期间判定所述辅助电源（126）的操作状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定怠速对应于所述发动机（102）的非常高的怠速。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述机器（100）的一个或多个即时运转状态来确定所述预定怠速。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括一旦所述公共总线（114）已充分启动便使所述发动机（102）以第二预定怠速运转的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二预定怠速对应于所述发动机（102）的非常低的怠速。

7.一种用于机器（100）的启动系统（124），包括：

公共总线（114）；

与所述公共总线（114）和所述机器（100）的发动机（102）联接的发电机（110），所述发电机（110）构造成向所述公共总线（114）供给电流；以及

控制器（128），所述控制器与所述发动机（102）操作性地联接并且构造成选择性地使所述发动机（102）以高怠速运转以便启动所述公共总线（114）并使所述发电机（110）能够工作。

8.根据权利要求7所述的系统（124），还包括构造成在起动时对所述公共总线（114）充电的辅助电源（126），所述控制器（128）构造成检测所述辅助电源（126）的操作状态并在判定为所述辅助电源（126）不起作用的情况下使所述发动机（102）以高怠速运转。

9.根据权利要求7所述的系统（124），其中，所述控制器（128）还构造成一旦所述公共总线（114）已充分启动便使所述发动机（102）回到低怠速。

10.根据权利要求7所述的系统（124），其中，所述发电机（110）是开关磁阻发电机。

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