CN103915819B - 用来最大化电驱动系统的可用性的热保护方法和系统 - Google Patents

用来最大化电驱动系统的可用性的热保护方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种电驱动系统可以包括多个热敏感部件、设置在所述部件中的每一个之中或之上的至少一个温度传感器以及系统控制器。温度传感器可以与系统控制器互连以将温度数据从它们各自的热敏感部件传输到系统控制器，系统控制器可以被配置为如果从温度传感器中的任何一个或多个接收到达到温度阈值界限信号，则传输降低性能命令。可以避免由于超温故障而导致的系统停机。

Description

用来最大化电驱动系统的可用性的热保护方法和系统
背景技术
本发明一般涉及电驱动系统，并且更特别地涉及为这种系统提供热保护的方法和设备。
高功率电驱动系统包含易受相当大量热负荷的许多部件。所有这些部件可以具有其自身的用于排热的热设计，并且通常装备有温度传感器以进行保护而使之免于超温。系统的通常操作将允许全部性能，直到部件超过安全温度界限，并接着，整个系统将停机。系统控制器在部件温度冷却之后可以重新启动系统。然而，在停机期间，系统不可用于操作。对于一些应用，这是不期望的或者甚至是不可接受的情况。当系统的部件被安装在不同的环境中时问题可能是更复杂的。
如可以看到的，存在对如下的热保护系统的需求，所述热保护系统可以允许驱动系统在其部件中的一个或多个的温度接近预先确定的安全界限的周期期间继续操作。
发明内容
在本发明的一个方面，电驱动系统可以包括：多个热敏感部件；至少一个温度传感器，设置在所述部件中的每一个之中或之上；以及系统控制器，温度传感器与系统控制器互连以将温度数据从它们各自的热敏感部件传输到系统控制器，系统控制器被配置为如果从温度传感器中的任何一个或多个接收到达到温度阈值界限信号，则传输降低性能命令。
在本发明的另一个方面，电驱动系统的系统控制器可以包括：温度比较器，被配置为从位于电驱动系统的多个部件之上或之中的温度传感器接收输入；以及命令生成器，与温度比较器互连并与电驱动系统的电动机控制器互连，以便响应于接收到达到温度阈值界限信号而将降低性能命令传输到电动机控制器，所述达到温度阈值界限信号由温度比较器接收。
在本发明的又另一个方面，用于操作电驱动系统的方法可以包括以下步骤：建立电驱动系统的多个部件的温度阈值界限，多个部件中的任何特别一个部件的温度阈值界限在低于多个部件中的该特别一个部件的温度停机界限的温度处；监控多个部件的温度以检测多个部件中的任何特别一个部件的温度是否达到多个部件中的所述特别一个部件的温度阈值界限；以及如果多个部件中的任何特别一个部件的温度达到多个部件中的所述特别一个部件的阈值界限，则启动电驱动系统的性能中的降低。
参考下面的附图、描述和权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。
附图说明
图1是示意性地图示了根据本发明的示例性实施例的电驱动系统的框图；
图2是示意性地图示了根据本发明的示例性实施例的系统控制器的框图；
图3是图示了在图1的电驱动系统的部件温度与图1的电驱动系统的电动机速度之间的关系的曲线图；以及
图4是根据本发明的示例性实施例的用于操作图1的电驱动系统的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细的描述是执行本发明的示例性实施例的当前最佳预料的模式。所述描述不以限制性意义被理解，但仅为了说明本发明的一般原理的目的而做出，因为本发明的保护范围最佳由所附权利要求来限定。
下面描述了各种创造性特征，其均可以彼此独立地或者与其它特征相组合地被使用。
概括地，本发明的实施例一般提供了当驱动系统的任何部件的温度上升至预先设置的阈值之上时通过降低系统性能来防止驱动系统停机的方法和设备。可以为系统内的每个温度监控的部件确定小于停机温度界限的预先设置的温度阈值。上升至其阈值界限之上的任何部件温度可以触发系统控制器以启动自我保护模式。在该模式中，控制器可以限制适当的系统性能参数，以便驾驭部件温度行为。尽管在操作的自我保护模式中，系统可能经历性能中的某种退化，但可以避免完全的系统停机。
现在参考图1，那里示出了诸如可以用在飞行器电滑行系统（ETS）中的驱动系统的示例性电驱动系统12。在ETS中，飞机（未示出）可以使用辅助动力单元（未示出），以便为驱动系统12提供动力，从而在跑道中和/或在跑道外滑行。飞机发动机的全部或一部分可以在滑行期间关掉以节省燃料。电驱动系统12可以包括自耦变压器整流器单元（ATRU）14、电动机控制器/反相器16、变速箱18和牵引电动机20。可以将温度传感器14-1、16-1、18-1和20-1分别设置在ATRU14、电动机控制器/反相器16、变速箱18和牵引电动机20中。可以配置温度传感器14-1、16-1、18-1和20-1，并且使其与系统控制器22互连，以便不断地将温度数据传送到系统控制器22。在系统12的一些实施例中，电动机控制器/反相器16可以执行系统控制器22的任务中的一些或全部。
温度传感器14-1、16-1、18-1和20-1可以分别传输ATRU温度信号14-2、电动机控制器温度信号16-2、变速箱温度信号18-2以及电动机温度信号20-1。
应当注意的是，尽管图1象征性地仅示出了在ATRU 14、电动机控制器/反相器16、变速箱18和牵引电动机20中的每一个中的单个温度传感器，但是该象征性表示为了简单的目的而做出。实际上，可以将多个温度传感器设置在电驱动系统12的部件中的一个或多个中。例如，电动机20可以被提供有靠近其轴承中的一个的第一温度传感器、靠近其轴承中的另一个的第二传感器以及靠近其定子绕组的第三传感器。类似地，变速箱18可以被提供有靠近其轴承的多个温度传感器以及适于测量润滑剂温度的又另一个传感器。
现在参考图2，以框图格式示出了系统控制器的示例性实施例。系统控制器22可以包括温度监控器24、存储器或参考单元26、处理器28以及命令生成器30。
在操作中，系统控制器22可以不断地接收诸如信号14-2、16-2、18-2和20-2的温度信号。如果温度信号中的一个或多个呈现了在电驱动系统12的特别部件的阈值温度之上的温度，则系统控制器22可以行动以产生电驱动系统12的性能降低的命令。在这点上，系统控制器可以被认为接收达到温度阈值界限信号。在操作的示例性模式中，温度监控器24可以将超过阈值信号24-1传输到处理器28。处理器28可以与参考单元26交互，以便确定性能降低的类型和量值，其可能是协调超过阈值信号24-1所需要的。然后，处理器28可以与命令生成器30交互，使得命令生成器30可以产生对图1的电动机控制器16的性能降低命令30-1。然后，电动机控制器16可以降低施加至电动机20（见图1）的电压或降低提供给电动机20的电流。电压降低可以用来在期望速度降低的情况下降低性能。电流降低可以用来在期望加速度降低的情况下降低性能。
在一些情形下，超过阈值的温度可以在电驱动系统12的多于一个的部件中发展。系统控制器22可以被提供有低取胜逻辑电路32来处理这种情况。低取胜逻辑电路32可以选择多个达到温度阈值界限信号中的哪一个可以要求最大量的性能降低，以便达到高温的缓解。然后，所选择的信号可以用作超过阈值信号24-1，以供传输到处理器28并最后用于选择性能降低命令30-1。
参考单元26可以存储在性能降低的类型、量值和/或速率与可以由特别的性能降低产生的对应的温度减小速率之间的部件特定的函数关系。参考单元26可以被编程来利用诸如多项式函数和查找表的各种算法来存储其相关的函数关系。
例如，参考单元26可以存储用于电动机20中的轴承的性能降低速率相对温度减小速率的函数关系，其在图3中示出的函数关系中图示。在图3中，曲线36图示了轴承温度，并且曲线38图示了电动机速度。可以看出的是，在当轴承温度36超过150℃的阈值温度40时的时间T0处，电动机速度38可以在75秒内以约1500每分钟转数（rpm）的速率减小。速度的该改变率（即，性能降低）可以降低轴承温度36的增加，并且最后可以降低轴承温度36。也可以看出的是，可以将电动机速度38维持在8500rpm的速度处，直到轴承温度36返回到等于阈值温度40的水平。在图3的示例中，轴承温度36可以永远不达到安全停机界限温度50，并且因此可以避免电驱动系统12的停机。
现在参考图4，流程图400图示了可以用来以如下方式操作电驱动系统12的方法，如果电驱动系统12的一个或多个部件的温度增加发生，则可以提供热保护并避免停机。在步骤402中，可以针对电驱动系统的多个部件建立温度阈值界限，多个部件中的任何特别一个部件的温度阈值界限在低于多个部件中的该特别一个部件的温度停机界限的温度处（例如，图3的阈值温度界限40可以被建立在低于图3的安全停机界限温度50的温度水平处）。在步骤404中，可以监控多个部件的温度，以检测多个部件中的任何特别一个部件的温度是否达到多个部件中的所述特别一个部件的温度阈值界限（例如，温度监控器24可以监控诸如信号14-2、16-2、18-2和20-2的温度信号）。在步骤406中，可以确定是否超过了一个或多个阈值温度。在步骤408中，如果多个部件中的任何特别一个部件的温度达到多个部件中的所述特别一个部件的阈值界限，则可以启动电驱动系统的性能中的降低。在步骤404中，可以确定的是，在步骤408中的启动性能降低之后，可以不再超过温度阈值。在步骤410中，可以恢复电驱动系统的正常操作。
当然，应当理解的是，前面涉及本发明的示例性实施例，并且在不脱离如在下面的权利要求中陈述的精神和范围的情况下，可以进行修改。

Claims (7)

1.一种电驱动系统（12），包括：
多个热敏感部件（14、16、18、20）；
至少一个温度传感器（14-1、16-1、18-1、20-1），设置在所述多个热敏感部件（14、16、18、20）中的每一个之中或之上，所述热敏感部件包括电动机控制器（16）；
系统控制器（22），包括温度监控器（24）、参考单元（26）、处理器（28）和命令生成器（30），
所述温度传感器（14-1、16-1、18-1、20-1）与所述系统控制器（22）互连以将温度数据(14-2、16-2、18-2、20-2) 从它们各自的热敏感部件（14、16、18、20）传输到所述系统控制器（22）的所述温度监控器（24），
所述温度监控器（24）与所述处理器（28）互连以传输超过阈值信号（24-1），
所述参考单元（26）被配置以存储在性能降低的类型、量值和/或速率与由特定性能降低产生的对应的温度降低速率之间的部件特定的函数关系，
所述处理器（28）与所述参考单元（26）互连以确定协调所述超过阈值信号（24-1）所需要的性能降低的类型和量值，以及
所述处理器（28）与所述命令生成器（30）互连，从而被配置为在从所述温度传感器（14-1、16-1、18-1、20-1）中的任何一个或多个接收到达到温度阈值界限信号的情况下产生用于所述电动机控制器（16）的性能降低命令（30-1）。
2.权利要求1所述的电驱动系统，其中，所述电动机控制器是所述多个热敏感部件（14、16、18、20）中的一个热敏感部件（16）。
3.权利要求1所述的电驱动系统，其中，所述性能降低命令（30-1）包括速度降低命令。
4.权利要求3所述的电驱动系统，其中，所述电动机控制器被配置为在接收到所述速度降低命令时降低至所述驱动系统（12）的电动机（20）的电压。
5.权利要求1所述的电驱动系统，其中，所述性能降低命令（30-1）包括加速度降低命令。
6.权利要求5所述的电驱动系统，其中，所述电动机控制器被配置为在接收到所述加速度降低命令时降低至所述驱动系统（12）的电动机（20）的电流。
7.根据权利要求1所述的电驱动系统，其中所述温度监控器（24）还包括低取胜逻辑电路（32），所述低取胜逻辑电路被配置为确定多个所述达到温度阈值界限信号中的哪一个要求最大量的性能降低以达到缓解。
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