CN104718102B - 降额车辆电气驱动马达和发电机部件 - Google Patents

降额车辆电气驱动马达和发电机部件 Download PDF

Info

Publication number
CN104718102B
CN104718102B CN201380039477.4A CN201380039477A CN104718102B CN 104718102 B CN104718102 B CN 104718102B CN 201380039477 A CN201380039477 A CN 201380039477A CN 104718102 B CN104718102 B CN 104718102B
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
temperature
electro
value
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380039477.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104718102A (zh
Inventor
M·亨德里克森
谢波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN104718102A publication Critical patent/CN104718102A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104718102B publication Critical patent/CN104718102B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0061—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electrical machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/13—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using AC generators and AC motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/006—Dynamic electric braking by reversing current, i.e. plugging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/02—Dynamic electric resistor braking
    • B60L7/06—Dynamic electric resistor braking for vehicles propelled by ac motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/36—Vehicles designed to transport cargo, e.g. trucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/44—Wheel Hub motors, i.e. integrated in the wheel hub
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/12—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/425—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/427—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/429—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/44—Drive Train control parameters related to combustion engines
    • B60L2240/441—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/44—Drive Train control parameters related to combustion engines
    • B60L2240/443—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/529—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/20—Drive modes; Transition between modes
    • B60L2260/28—Four wheel or all wheel drive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明描述一种由电动马达(210)推进的并且受降额方案制约的机器(100)，其中由指示机器部件过热程度的温度信号(512、513、514)的组合来指定降额。机器包括接收指示电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(514)的电子控制器(500)。电子控制器接收指示电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)。电子控制器(500)根据降额方案计算电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数值应用于降额方案来确定降额值。当前运行状态参数组包括：马达速度参数值；以及温度参数值。

Description

降额车辆电气驱动马达和发电机部件
技术领域
本专利发明总体上涉及包括由车载发电机部件提供动力的电气驱动马达系统的车辆，并且更具体地涉及用于在这种车辆运行过程中保护这种系统免受热损坏的控制装置。
背景技术
重型机械(比如非公路载重运输设备)通常用在采矿、重型建筑、采石作业以及其他应用场合中。由于所涉及大量资本投资、相对于完成任务分配时间的紧密容限以及维护和运行重型机械(例如采矿载重车)的费用，实体会在重型机械发生故障时遭受重大的经济损失。现代重型机械的复杂度经常会加剧重要经济损失的问题，原因在于需要熟练的技术人员来对此类机械进行各种测试以排查这种故障。即使如此，大量时间经常花费在定位故障以及随后进行适当修复上。
一种已提高与重型机械使用相关联效率的进步是采用交流(AC)或电气驱动系统。电气驱动系统通常所需要的维护较少，并且因此其寿命周期成本较低。然而，在重型机械发生故障时，与停机时间相关联的成本常常是很大的。
机器的直接串联电气驱动系统通常包括以所需转矩选择性地致动一个或多个驱动马达的电源电路。每一个驱动马达连接到运行以推进机器的车轮或其他牵引装置。直接串联驱动系统还包括驱动电力发电机的原动机(例如，内燃发动机)。电力发电机产生由电源电路调节的并最终用来驱动马达的电力。从概念上讲，通过发电机将内燃发动机产生的机械动力转换成电力。在电力计量到马达之前，通过电源电路处理和/或调节电力。马达将电力转换回驱动车轮和推进机器的机械动力。
电气部件在高负荷条件下易受过热的影响。在这种情况下，已知的系统检测过多的热量，并且报警灯告知操作员。通常紧随其后的是操作员关闭机械以防止把电能提供至驱动马达和/或驱动机械的马达的发电机受到永久损害。
Vanek等人在美国专利号5,446,362中描述了结合到电气驱动系统中的另一种热量管理方法，所述另一种热量管理方法涉及当温度超过保护系统指定的阀值时降低电动马达运行的额定值。通过减小转矩极限来实现电动马达的降额。通过减小从向电动马达的绕组通电的电源逆变器到电动马达的输入来降低转矩极限。
发明内容
鉴于在高动力和/或损耗条件下对电力发电机可靠运行的普遍需求，描述了由电动马达推进的机器。机器包括连接到电动马达的旋转接口的用于至少在推进模式下运行的主动轮，其中电动马达将旋转力传送到主动轮。机器还包括电子控制器，所述电子控制器配置成具有用于执行一组步骤的计算机可执行指令。电子控制器配置成接收指示电动马达的当前温度状态的温度信号。温度信号可对应于实际温度，或者可选择地基于热模型的值。电子控制器还配置成接收指示电动马达的当前速度状态的马达转速信号。电子控制器还配置成根据降额方案计算电动马达的降额值，降额值通过将一组当前运行状态参数值应用到降额方案来确定。所述一组当前运行状态参数包括：马达转速参数值以及温度参数值。因此，电子控制器确定降额状态不是单独基于温度信号，而是考虑例如受电子控制器指定的降额制约的马达的运行状态。
附图说明
尽管所附权利要求书提出具有特殊性的本发明特征，但通过下面的详细说明书并结合所附的附图可以更好地理解本发明及其优点，其中：
图1A和图1B分别是根据本发明的机器的前视图和侧视图；
图2是根据本发明的用于机器的直接串联电气驱动系统的方框图；
图3是根据本发明的直接串联电气驱动和缓速系统的电路示意性方框图表示；
图4是图3中所示的驱动和缓速系统的附加的、简化的电路示意性方框图表示；
图5是示出根据本发明的电气驱动系统的控制器和部件之间的各种信号连接的方框图；
图6a是流程图，所述流程图描述响应于温度和/或热模型发电机降额的一系列流程功能块和相关信号；
图6b是发电机温度指数和发电机降额百分比之间示例性关系的图形表示；
图7a是流程图，所述流程图示出响应于定子超温事件(如通过温度传感器或热模型表明)马达降额的一系列流程功能块和相关信号；
图7b是当马达在高RMB(每分钟转数)状态下运行时，温度指数和马达动力降额百分比之间示例性关系的图形表示；
图7c是当马达在低RMB状态下运行时，温度指数和马达转矩降额百分比之间示例性关系的图形表示；
图8是流程图，所述流程图示出响应于马达热过载事件马达降额的一系列流程功能块和相关信号；以及
图9是流程图，所述流程图概括基于多种计算的转矩极限给出转矩极限的电子控制器的运行。
具体实施方式
本发明涉及多个系统和方法，所述系统和方法用于确定直接串联电气驱动系统中发电机和马达部件的运行条件，以及调用操作来响应于检测到表明系统正在损坏或将要损坏的条件而降低发电机或马达部件额定值。本发明使用直接串联电气驱动系统的实施例，所述直接串联电气驱动系统具 有连接到发电机的发动机，所述发电机用于产生驱动车辆的电能。在说明性的实施例中，与机器相关联的发电机是具有与发动机的输出耦合的旋转输入的多相交流(AC)同步无刷发电机。发电机包括旋转整流器组件，所述旋转整流器组件包括三对旋转二极管并且使用绕组的星形(Y)配置。然而，在此公开的系统和方法还可应用于其他电气驱动车辆。例如，与机器或车辆相关联的发电机可使用绕组的delta(Δ)配置。
图1A和图1B分别是机器100的前视图和侧视图。机器100是直接串联电气驱动机器。机器100的一个实施例是非公路载重车101，例如用于建筑、采矿或采石作业的载重车。在下面的说明书中，该实施例示出可在具有直接串联电气驱动系统的机器上使用的各种器件。可以理解，具有直接串联电气驱动或只用电的器件的任何其他车辆可受益于本文所述的优点。因此，术语“机器”是用于一般地描述具有至少一个主动轮的任何机器，所述主动轮由连接到车轮的马达驱动。电能可由发动机或其他原动机驱动的发电机、交流发电机或者另一种电能产生装置在车上产生。可选地，电能可以在车上存储，但是不能在车上产生。
在图1A中显示非公路载重车101的前视图并且在图1B中示出侧视图。非公路载重车101包括支撑操作员驾驶室104和铲斗106的底盘102。铲斗106枢转地连接到底盘102并且设置成当非公路载重车101工作时承载有效载荷。占据操作员驾驶室104的操作员可控制非公路载重车101的运动和各种功能。底盘102支撑各种驱动系统部件(包括由格栅112从视图中遮挡的发动机)。这些驱动系统部件能够驱动一组主动轮108以推进非公路载重车101。一组惰轮110可以操纵以使非公路载重车101可在任意方向移动。即使非公路载重车101包括具有用于运动的被驱动轮和用于转向的转向轮的刚性机架，可以理解可以使用其他机器配置。例如，这种配置可以包括具有一个或多个从动轮的铰接式底盘。
非公路载重车101是直接串联电气驱动机器，所述直接串联电气驱动机器在这种情况下是指使用一种以上的动力源或动力形式以驱动主动轮108。图2显示机器100(例如，非公路载重车101)的直接串联电气驱动系统的方框图。在方框图中，当推进机器时系统中动力的流动方向由实线 箭头表示。相反，在缓速模式期间的动力流动由虚线箭头表示。直接串联电气驱动系统包括在输出轴(未示出)处产生输出转矩的发动机202(例如，内燃发动机诸如柴油发动机)。发动机202的输出轴连接到发电机204。当运行时，发动机202的输出轴旋转发电机204的转子以产生电能，例如交流(AC)电力的形式。这种电能提供到整流器206并且转换成直流(DC)电力。通过逆变器电路208可将整流的DC电力再次转换为AC电力。逆变器电路208能够选择性地调节其输出的频率和/或脉冲宽度，使得连接到逆变器电路208的输出的马达210可以以可变速度运行。马达210可以通过最终组件(未示出)或直接地连接到机器100的主动轮212。
当推进非公路载重车101时，发动机202产生转换成电能的机械动力，所述电能由各种电气部件调节。在示出的实施方式中，这些部件容纳在机箱114(图1A)中。机箱114布置在邻近操作员驾驶室104的平台上，并且可包括整流器206(图2)、逆变器电路208(图2)和/或其他部件。当非公路载重车101减速或其运动在其他情况下缓速时，例如，以防止机器在斜坡向下行驶时加速，其动能转换成电能。有效地处置这种产生的电能能够实现非公路载重车101的有效缓速。
具体地说，当机器100缓速时，机器100的动能传递到旋转马达210的主动轮的旋转动力，所述马达作为电力发电机。由马达210产生的电能具有AC波形。因为逆变器电路208是桥式逆变器，通过逆变器电路208将马达210提供的动力整流成DC电力。耗散马达210产生的DC电力在主动轮108上产生反向旋转转矩以使机器减速。DC电力的耗散可以通过将逆变器电路208整流的产生的电流通过电阻而实现。为了达到这一目的，缓速器器件213可包括在下面更详细描述的第一电阻器栅格214，所述第一电阻器栅格214设置成经由开关216接收来自逆变器电路208的电流。当关闭开关216时，对应于马达210产生的电流的电能可通过第一电阻器栅格214并且以热量的形式耗散。另外，当过剩电能通过设置成经由斩波电路220接收电能的第二电阻器栅格218时，也以热量的形式耗散。斩波电路220运行以选择性地将所产生电能的一部分路由通过第二电阻器栅格218。将在下文中更详细地描述驱动和缓速系统的一个实施方式。
图3和图4显示作为机器100的一个实施例的非公路载重车101的直接串联柴油机电气驱动系统的方框图。在这些视图中，为了简化起见先前已经描述的元件由相同的附图标记来表示。此外，图4的方框图包括具有可包括在图3所示的功能块中的部件实施例的特定实施方式。因此，当考虑下面的说明书时，图3和图4所示的方框图应当统称。如图所示，发动机202经由输出驱动轴304连接到发电机204(图3中所示)。即使示出到输出驱动轴304的直接连接，可利用其他驱动部件(例如传动器件或其他齿轮器件)将发动机202的输出耦合到发电机204。发电机204可以是发电技术中已知的任何适当类型的发电机或交流发电机。
在一个实施方式中，发电机204是具有无刷绕线转子的三相交流(AC)同步发电机。发电机204具有用于产生的三相交变电流中每一相的输出301，每一相输出具有连接到其的相应电流变换器306(在图3和图4中标明)。发电机204(仅在图3中示出)的转子包括连接到旋转励磁机电枢302A的旋转整流器302。旋转励磁机电枢302A通过由激励绕组303产生的激励场而激励。因此，在输入处将激励信号应用于激励绕组303产生激励场以激活发电机磁场305。发电机磁场305继而在发电机204的电枢307的三根引线处产生可用的输出。
在所示实施方式中，旋转整流器302包括连接到一系列旋转二极管302B的旋转励磁机电枢302A。发电机204的三个电流输出(共同地视为发电机204的输出)连接到整流器206。可选择性地使用其他发电机器件。
整流器206将发电机204提供的AC电力转换成DC电力。可以使用任何类型的整流器206。整流器206将发电机204提供的AC电力转换成DC电力。可以使用任何类型的整流器。在所示的实施例中，整流器206是多相二极管电桥，具体是三相全桥整流器。整流器206包括三对平行的功率二极管310，每对与发电机204的输出的给定相位相关联。每对这种二极管包括串联跨接在DC链路312上的两个功率二极管310，发电机204的所选的输出提供每对之间的电力输入。
当从发电机204的三相输出提供电力时，整流器206运行以全波整流三相交变电流的相位的每一相。整流器206产生横跨DC联动装置或者DC 链路312的电压。在DC链路312的第一干线和第二干线处有可用的DC链路电压。在运行期间第一干线通常处于第一电压并且第二干线通常处于第二电压。第一电压和第二电压两者之一可以是零。
在运行期间，通过整流器206和/或逆变器电路208在DC链路312的第一干线和第二干线之间产生电压。一个或多个电容器320可与横跨DC链路312的一个或多个电阻器321并联连接以平滑DC链路312的第一干线和第二干线之间的电压V。如图3所示，DC链路312显示出可由电压变换器314测量的DC链路电压V，以及可由电流变换器316测量的电流A。
逆变器电路208与整流器206并联连接并且运行以将DC电压V转换为驱动该实施例中的马达210(图3)的可变频率的正弦或非正弦AC电力。任何已知的逆变器可用于逆变器电路208的器件。在图4所示的实施例中，逆变器电路208包括三个相位阵列的绝缘栅双极晶体管(IGBT)324，所述绝缘栅双极晶体管(IGBT)324设置在晶体管对中并配置成将三相AC输出提供给每一个马达210。
逆变器电路208通过控制AC输出的频率和/或脉冲宽度可控制马达210的转速。马达210可以直接连接到主动轮108或可以驱动主减速器，所述主减速器驱动主动轮212。如已知的主减速器运行以降低旋转速率并且增加马达210和每一组主动轮212之间的转矩。
在可选实施方式中，不要求发动机202和发电机204提供必要的动力以驱动马达210。相反，这种可选的实施方式使用另一种动力源(例如电池)或接触通电干线或电缆。在一些实施方式中，可以使用一个驱动马达以驱动机器的所有主动轮，而在其他实施方式中，任何数量的驱动马达可以用于驱动任何数量的主动轮，包括连接到机器的所有车轮。
现在回到图3和图4的方框图，当机器100在电气制动模式(也称为电气缓速)下运行时，将较少的电能从发电机204提供到DC链路312。因为机器以某个非零速度行进，由于机器100的动能，主动轮108的旋转将驱动马达210。在该模式中马达210通过产生AC电力而作为发电机。消耗或者处置这种电力将消耗做功并且用于将反向旋转转矩作用在主动 轮108上，使得它们降低它们的旋转速度，从而使机器缓速。
通过逆变器电路208可以将产生的AC电力转换成DC电力以用于例如以热量的形式最终消耗或处置。在示出的实施方式中，缓速器器件213消耗缓速期间产生的这种电力。缓速器器件213可以包括会在机器缓速期间运行以耗散电力的任何合适的器件。在图4示出的示例性实施方式中，缓速器器件213包括设置成以固定速率耗散电能的第一电阻器栅格214。缓速器器件213还包括第二电阻器栅格218，通过使用脉冲宽度调制器(PWM)或斩波电路220将DC电流以选择性可变速率提供到所述第二电阻器栅格218。这样，第二电阻器栅格218以可变速率耗散电能。
当机器100将在缓速模式中运行时，第一电阻器栅格214连接在DC链路312的第一干线和第二干线之间，使得电流可流经第一电阻器栅格214。当正在推进机器100时，然而，通过两个接触器或双极自动开关(BAS)216将第一电阻器栅格214与DC链路312电隔离。每个BAS 216可以包括由致动机构诸如螺线管(未示出)或线圈闭合的一对电触头，所述致动机构诸如螺线管(未示出)或线圈产生将电触头吸引到闭合位置的磁力。BAS 216可包括合适的电气屏蔽和消火花特征件，这些特征件可使得这些零件在高电压环境中重复地运行。
当机器100启动缓速时，需要在比较短的时间内闭合两个BAS 216，使得第一电阻器栅格214放置在第一DC干线和第二DC干线之间的电路中以迅速地开始能量耗散。同时致动或大约在同样时间(例如在几毫秒内)致动所述BAS 216对还可以有利地避免将第一电阻器栅格214和其他电路元件充电到DC链路312的干线存在的电压。所述BAS 216对还防止系统中每一个BAS 216或其他部件长时期暴露于较大的电压差(在DC链路312两端的电压差)。二极管334可布置成平行于第一电阻器栅格214以减小横跨BAS 216的电弧，并且还在运行的推进模式期间将第一电阻器栅格214与DC链路312电隔离。
当机器100缓速时，可由第一电阻器栅格214产生大量的热量。当转换成热量时，这种能量必须从第一电阻器栅格214移除以避免过热状态。为此，由马达336驱动的鼓风机338运行以对流地冷却第一电阻器栅格214。 有许多不同的用于产生动力以驱动马达336的替代方案。在该实施方式中，DC/AC逆变器340设置成从第一电阻器栅格214的一部分上的电压调节位置上汲取电力。当在缓速期间将电压应用于第一电阻器栅格214时，DC/AC逆变器340可以有利地将来自DC链路312的DC电力转换成驱动马达336的三相AC电力。
在示出的实施方式中，BAS 216没有设置成调制通过第一电阻器栅格214消耗的能量的量。然而，在缓速期间，机器100可具有不同的能量耗散需求。这是因为，除了其他情况之外，还应该将DC链路312中的电压V控制在预定范围内。为了满足这些耗散需求，在缓速期间通过斩波电路220的作用可将第二电阻器栅格218暴露于控制的电流。斩波电路220可以具有将允许调制提供到第二电阻器栅格218的电流的任何适当的配置。在本实施方式中，斩波电路220包括晶体管342的器件，当根据所要求的频率和/或持续时间致动时，晶体管342可调制传递到第二电阻器栅格218的电流。这控制在缓速期间通过第二电阻器栅格218耗散的能量的量。斩波电路220可额外地包括电容器344，电容器344设置在DC链路312的第一干线和第二干线之间并且调节输入到斩波电路220的电压。可将开关二极管346连接在第二电阻器栅格218和DC链路312之间以防止DC链路312中的短路状况并且提供一种如在工作过程中可停用DC链路312的装置。
电流流经第二电阻器栅格218也将产生热量，从而需要冷却第二电阻器栅格218。在该实施方式中，第一电阻器栅格214和第二电阻器栅格218均可位于鼓风机外壳116(也在图1A和图2中显示)中以便当马达336和鼓风机338工作时进行对流冷却。
图4中所示驱动系统的实施方式包括为完整起见而讨论的其他部件。这些部件是任选的但是在此示出，原因在于它们利于顺利且有效率地运行驱动系统。在该示例性实施方式中，漏电检测器348连接在两个电阻器321之间，与电容器349并联连接，并且连接到DC链路312的第一干线和第二干线。漏电检测器348检测从DC链路312的第一干线和第二干线两者之一到地面的任何泄漏电流。此外，在一个实施方式中，第一电压指示器 350可以连接在横跨DC链路312的第一干线和第二干线的电阻器352之间。第一电压指示器350可布置在整流器206和缓速器器件213之间，以便可检测到高电压状态。以类似的方式，第二电压指示器354可连接在横跨DC链路312的第一干线和第二干线的电阻器356之间。第二电压指示器354可布置在连接至马达210和逆变器电路208的连接节点353之间以检测发生于例如DC链路312不连续时母线断开期间的电压状态，以便诊断逆变器电路208是否运行。
图5中显示用于电气驱动机器的驱动系统中的电子控制器500的示意性方框图。关于实现机器100的电气系统的控制以实现结合发电机204和马达210的降额策略，本文总体地以及具体地描述电子控制器500的功能。电子控制器500可以是单个控制器或可包括布置成控制机器的各种功能和/或特征的多于一个控制器。例如，用于控制机器的整体运行和功能的主控制器可以使用用于控制发动机202的马达或发动机控制器而协同实现。在该实施方式中，术语“控制器”是指包括可与机器100相关联的并且可以在控制机器100(图1A和图1B)的各种功能和操作中结合的一个、两个或多个控制器。尽管在图5中概念性地示出包括仅用于说明目的的各种独立功能和信号接口，控制器的功能可以以硬件和/或软件的形式实现而不用考虑所示的独立的功能。因此，相对于图3和图4的方框图中所示出的驱动系统的部件描述控制器的各种接口。这样的接口不是意在限制连接的部件的类型和数量，也不用于限制所述的控制器的数量。
电子控制器500可以以逻辑方式运行来进行运算、执行控制算法、存储和检索数据等等。在这个实施方式中，电子控制器500可访问记忆存储和检索装置501，所述记忆存储和检索装置501包括例如包含数据的可寻址元素的一个或多个表格(或其他适当的数据组织)。记忆存储和检索装置501可以是可由电子控制器500访问的或与电子控制器500集成的只读存储器(ROM)或随机存储器(RAM)或集成电路的形式。
在图5中，电子控制器500配置成接收在DC链路电压输入502处提供的电压信号，所述电压信号表示DC链路312(图3和图4)处存在的瞬时DC电力压。例如，电压变换器314测量这个值。以类似的方式，电子 控制器500配置成接收在DC链路电流输入504处提供的电流信号，所述电流信号指示流过DC链路312(图3)的电流。例如，电流变换器316(参见图3)测量这个值。此外，电子控制器500布置成接收在第一相电流输入506、第二相电流输入508和第三相电流输入509的每一处分别提供的三相电流信号。每一个电流变换器306例如可以测量这些值。基于第一相电流输入506、第二相电流输入508和第三相电流输入509的信号的值，电子控制器500可识别流过发电机204(图4)的三个输出301中的每一个的电流的幅值。另外，电子控制器500可能够识别波形形状。例如，可以想到每一个波形具有每一个电流信号中的正弦波形。基于这些数据，电子控制器500可以确定在发电机204运行期间三相电流的每一相的瞬时相位。
电子控制器500还可以接收关于机器100的电气驱动系统运行的信息。例如，在图4的实施方式中，发电机204在应用于激励绕组303的激励信号控制下运行。电子控制器500可在激励输入510处监视应用于激励绕组303的激励信号。
电子控制器500还可以接收表示发动机运行参数的信息。这样的发动机参数可包括关于发动机202的当前运行状态的发动机速度、发动机负载、转矩输出、存在的发动机故障或其他参数。电子控制器500在机器参数输入511处可使用这些发动机参数。
然而，其他输入信号涉及发电机204和马达210的发热状态并且由电子控制器500根据在此描述的各种降额策略而进行处理。定子温度信号512提供表明发电机204中定子的当前温度的传感器值。转子温度信号513提供表明发电机204中转子的当前温度的值。马达定子温度信号514提供表明一个或多个马达210的当前定子温度的值。发电机204定子和/或转子和马达210定子的温度可以是直接测量的值(使用电阻温度检测器RTD)或(热)模拟值。由每一个马达210提供马达转速信号515，所述马达210受到由电子控制器执行的降额策略的制约以防止由于在超温和/或过载状态下长时间运行而造成的马达210的故障。
电子控制器500可配置为包括一组控制块，所述控制块基于发电机204 和马达210的实际和/或模拟运行状态以执行降额策略。发电机热控制装置516执行发电机降额策略(见图6)以确保发电机204不会在过度发热环境中较长时间的运行。马达温度控制装置518执行马达降额策略(见图7a)以确保马达210不会在过高的温度下长时间运行。马达过载控制装置520执行马达降额策略(见图8)以确保马达210不会在过度热负载(由于高马达转矩或高马达转速运行)下长时间的运行。基于来自发电机热控制装置516、马达温度控制装置518以及马达过载控制装置520的输出，电子控制器500确定最低所需动力极限或转矩极限。然后将生成的动力和/或转矩极限用来对发送到逆变控制器522的转矩指令设置上限，逆变控制器522将实际相电流提供到马达210。
而且，发电机热控制装置516和马达温度控制装置518可配置成利用温度历史记录来选择多个降额计划(将当前温度指数值关联到降额级别/百分比)的具体的一个计划。举例来说，先前温度值(实际的或指数)与当前温度值进行比较以确定温度趋势(例如，上升、下降和不变)。此后，温度趋势用来选择至少两个降额计划(用于上升趋势温度的第一计划以及用于下降趋势温度的第二计划)中的一个。第二种途径利用表示温度的各个级别临界点的温度状态(例如，正常、级别2、级别3)以选择多个降额计划中的具体一个计划；以及下一温度状态。有多种方法来将这种温度/状态历史记录结合到降额的确定过程。例如，在其他实施例中，观察温度变化速率来确定选择具体的降额计划。然而，一般而言，当温度正趋于升高和/或当进入过热的更高级别状态时，利用温度历史记录/趋势包括选择相对强烈地降低发电机/马达运行额定值的降额计划，并且当温度下降并且处于过热级别/状态时，适当地提高动力/转矩极限以确保及时退出过热状态。更具体地说，以比降低目标极限(当启动和/或增加降额时)更慢的速率提高动力/转矩目标极限。这种转矩/动力极限的非对称降额/恢复可潜在地避免在降额状态和正常状态之间或在两个不同降额级别之间的循环。同样地，当确定目标值时，参考图6、图7和图8在下文中描述的用于发电机204和马达210的降额方案，不仅考虑当前温度，而且考虑温度变化方向(上升/下降)或温度状态。当部件正从过热的状态(或温度正在下降但仍高于降额的限定阈值)恢复时——相比于当温度指数趋势/历史记录表明 上升的温度趋势时，非对称方法的特征在于对于给定温度指数值具有更大程度的降额。发电机和马达两者降额的非对称方法考虑在温度值低于进入降额状态下的温度下退出降额状态。
图6a中提供的流程图概括一系列流程功能块和相关信号值，所述的流程功能块和相关信号值结合在发电机热控制装置516中以利于响应于检测到发电机204中过极限温度的各种级别而执行发电机降额。发电机降额策略包括：响应于检测的发电机204部件的超温级别而从正常最大值减少发电机动力极限。减小的(降额的)发电机动力极限转换成相应的转矩指令极限，所述转矩指令极限控制发送到用于逆变器电路208的逆变器控制器的转矩指令，所述逆变器电路208将A/C电力提供到机器100的马达210。根据这里提供的说明性实施例，发电机204响应于超温事件或过载事件在降额模式(例如，降低的动力输出极限)下运行。根据指定的降额计划来计算新的目标动力极限，并且根据当前指定的目标动力极限和指定的转换速率逐渐降低到逆变器电路208的发电机204的实际动力输出。本文所述的发电机204的降额方案旨在避免或至少限制，发电机204在有可能损坏发电机204中电气部件(例如转子绕组、定子绕组等等)的温度和/或负载条件下的长时间运行情况的发生。此外，一旦检测到超温和过载事件，通过立即采取补救措施(即，降低发电机动力输出极限的额定值)，发电机204的降额方案减小涉及发电机204强制关闭的情况。
参考图6a描述的发电机降额的说明性信号流，温度归一化块602将潜在地指示超温事件的综合温度指数值604提供到动力限制块606。综合温度指数值604包括表示当前温度状态的数值，以及指示温度指数(或可替换地原始温度本身)是否上升/不变/下降的温度方向。说明性的流程包括至少两个温度源：(1)定子温度608和(2)转子温度610。可以预料到，其他温度源(例如发电机转子轴承温度传感器)可根据图6a中大致概括的信号流而触发发电机降额。
举例而言，温度归一化块602将定子温度608和转子温度610的原始温度值转换成综合温度指数值604。基于当前归一化温度值和先前归一化温度值之间的比较，温度归一化块602还生成“归一化的温度方向”(上 升/不变/下降)。在说明性实施例中，综合温度指数值604以合适增量(间隔尺寸)在零(0)至十(10)的范围内变化用于当计算当前目标动力极限时由动力限制块606提供预定响应的适当的量/变化。举例而言，温度归一化块602提供增量为一(1)的温度指数值。这种间隔尺寸有利于处理高达十一(11)个不同的当前温度指数状态——用于执行说明性发电机降额方案的适当级别的间隔尺寸。此外，则认为综合温度指数值604是定子温度608和转子温度610两者的转换指数值的较大值。可选地，综合温度指数值604是定子温度608和转子温度610的加权组合。在其他实施方式中，除非定子温度608和转子温度610中的一个明显较高并且指示严重发热，否则使用加权组合。
基于综合温度指数值604(和上述温度方向/状态)，动力限制块606执行逻辑以使目标动力值612在100(没有降额)到60％(最大降额)的范围内变化。在示例性实施方式中，动力限制块606执行具有可变增益(即，每单位温度变化的降额变化)的比例控制。此外，动力限制块606可以结合步进(而不是连续的)途径以指定用于综合温度指数值604的提供实例的降额值。因此，发电机降额到温度指数值的给定范围内的恒定值，所述温度指数值给定范围的初始值是降额温度指数阈值(例如，7)。以各种方法中的任意一种实现这种步进控制，所述方法包括例如，(1)限制综合温度指数值604的温度指数分量的值，以及(2)舍入综合温度指数值604的温度指数分量。
从概念上讲，当综合温度指数值604超过基于温度指数的发电机降额阈值(例如，先前非降额系统的上升温度的温度指数值为7)时，动力限制块产生控制差错，所述控制差错代表当前综合温度指数值604和降额阈值之间的差值。在概念上，增益(Kx)适用于控制差错以便提供目标动力值612。如上所述，增益至少部分地基于综合温度指数值604的温度状态/方向。举例而言，降额百分比由多变量映射函数指定。多变量映射函数的第一输入是控制差错本身(或范围的起始点和范围内的控制差错)。多变量映射函数的第二输入是综合温度指数值604的温度方向(或者更通常为温度历史记录值)。此外，用于上升温度指数值(相比于下降趋势的温度) 的增益Kx的幅值通常较大——旨在确保快速响应于上升温度指数值并且一旦温度开始下降，避免返回到加剧的过热状态。因此，当发电机在要求降额的条件下运行时，指定多变量映射函数的值以确保与温度下降相比，系统相对较大的(降额百分比)响应于发电机中上升运行温度。对包括上升/下降温度的非对称增益的降额方案的这种概括可适用于如下所述的马达降额方案。
当确定是否需要降额时，还考虑综合温度指数值604的温度方向方面。在说明性的实施例中，当先前发电机温度状态为正常(即，未降额)时，认为0到7(0-10范围内)之间的温度指数是正常的。然而，一旦进入降额模式(即，其中当前动力极限包括至少一些降额)，维持降低发电机204动力的额定值直到温度指数值604的温度值下降到6。与基于综合温度指数值604的温度方向的不同的相对增益相结合，这种滞后作用旨在降低正常动力极限状态和降额极限状态之间循环。这里实现的发电机降额策略的目标是利用最大可用电力，同时将过热发电机恢复到正常温度范围。图6b概括将综合温度指数值604多变量映射到动力限制块606提供的目标动力值612的说明性实施例。直线段的斜率对应于上述增益Kx——随着温度水平变得更临界(即，在9-10的温度指数范围内)而增加的值。在图6b中所示的每一段的头部的箭头表示综合温度指数值604的温度方向分量，所述综合温度指数值604被提供到获得降额百分比的多变量映射函数。因此，继续参照图6b，当温度指数值从1增加到7时，降额百分比保持在零值。然而，对于7-9的温度指数范围，降额百分比从0呈直线地增加到20％。此后，当温度从9增加到10时，降额百分比从20％呈直线地增加到40％。然而，当温度指数值降低时，目标降额值一般而言保持相对高于当温度指数增加时所提供的降额值。有多种可选择的方法来执行基于温度方向的非对称降额。然而，映射方案的共同特征是，对于给定的温度指数值，相比于温度指数增加时，温度指数降低(即，温度恢复期间)时的降额较大。
转换速率限制块614将变化速率极限应用于目标动力值612以给出实时动力极限值616。通过将转换速率限制块应用于在发电机热控制装置516中的目标动力值612而提供的动力极限值616此后由电子控制器500(先 前参照图5本文所述的)转换成转矩极限。使用其他提供的转矩极限值的源(见本文以下所描述的图7a和图8)将由于动力极限值616被提供的转矩极限分解以给出最终转矩极限和转矩指令，所述最终转矩极限和转矩指令由电子控制器500发送到逆变器控制器522。
通过解决马达超温和过载事件条件的马达降额策略可进一步确保机器100在高负载和/或速度条件下长期不间断运行。由温度传感器直接感测马达超温条件，并且通过很长时间感测马达上的过负载状态来识别过载事件条件。通过图7a中描绘的信号流程图概括超温条件的马达降额方案，并且在图8中概括用于过载条件(或一段时间)的马达降额方案。
转到图7a，信号流程图概括用于定子热超温事件的说明性马达降额策略的操作过程。然而，在可选实施方式中推广降额策略以解决轴承热超温事件。具体参考图7a，动力和转矩限制块702基于接收的定子温度值708和马达转速值710产生目标动力极限704和目标转矩极限706。
响应于定子热超温事件控制马达运行的策略类似于发电机降额策略，因为基于温度方向/状态(如上参考发电机降额所述)提供多个降额计划。然而，马达降额策略不同于发电机降额策略，因为降额计划是基于马达的运行速度额外选定的。一般而言，动力极限和转矩极限中的任一者或两者是基于马达的运行速度有条件地产生的。更具体地，在低马达转速(例如，低于600RPM)下限制转矩，并且在高马达转速(例如，高于1000RPM)下限制动力。在指定动力极限(即，在高马达转速)的情况下，当产生到逆变器控制器522的转矩指令时，降额动力极限随后被转换成转矩极限，然后转矩极限由电子控制器500使用。通过限制发送到逆变器控制器522的转矩指令，经由防止马达在低转速/高转矩(高损耗)和高转速/高动力运行区域中运行而限制传到马达的热量。在中间马达转速范围(例如600至1000RPM)中不实行降额。因此，在连续转矩(即，没有降额)以及略低于连续转矩时允许全性能运行。通过在接近连续转矩时允许全性能运行，马达可以继续执行必要功能。在使用全动力时，机器将在热挑战性状态中花费最短的时间。表1中提供马达降额的上述降额方案的一个实施例。
下文中给出的表1概括结合在动力和转矩限制块702中用于选择性地 降低提供到转换速率块712的目标动力极限704或目标转矩极限706的额定值的逻辑。根据超温事件、推进/缓速模式指示、(马达的定子的)当前温度指数值和当前马达转速实施目标动力极限和目标转矩极限。在表1概括的示例性降额方案中，为选择特定降额途径，将降额值确定逻辑划分为：三种温度状态、两种马达运行模式(推进/缓速)以及三个马达转速范围。
表1：超温马达降额
参照表1，第一列标识超温状态(而不是温度指数值)。温度状态通常遵循此前参考图6b讨论的温度状态。正常状态对应于0-7(当前一级别正常时)和0-6(当前一级别是级别2并且温度指数下降时)的温度指数值范围。因此基于马达温度的降额方案结合滞后作用。级别2对应于7-9的温度指数范围(当温度正在上升时)和6-9(当前一级别是级别2并且温度指数正在下降时)。级别3对应于9-10的温度指数值。因此，一旦马达进入级别2温度状态，在返回正常状态之前，马达温度必须下降到低于在级别2阈值温度(对应于温度指数值为7)几度(例如，10摄氏度)。
重要的是，当存在超温事件状态时，为了降低马达的额定值而选择目标动力极限或目标转矩极限是基于当前马达转速的。举例而言，如果马达转速值710表明当前马达转速是600RPM/低于600RPM，则将目标转矩极限706发送到转换速率块712。当马达在相对较低的RPM下运行时，损耗主要与马达在高转矩区域中的运行相关联。通过限制转矩，由马达低速运行期间流动的高电流引起的发热受到限制。另一方面，如果马达转速高于1000RPM(相对高的)，则将目标动力极限704发送到转换速率块712。当马达在相对高的RPM下运行时，损耗主要与由高速场切换引起的马达芯中的涡流相关联。通过限制马达转速而限制动力减少了切换损耗以及由马达绕组的高速切换产生的涡流引起的发热。还要注意的是，甚至在缓速期间限制动力和转矩，因为在马达缓速运行期间无法管理发热会与推进模式发热一样具有破坏性。
在表1中概括的实施例中，如果温度状态为正常，则不发生降额。此外，如本文之前所述，当马达转速在中间范围(例如600至1000RPM)内时，不管温度状态(或马达运行模式)如何，都不发生马达降额。然而，当达到阈值温度时，实现低马达转速和高马达转速的降额。此外，降额途径的选择基于过热马达的转速在全转矩和额定动力之间变化。
更具体地，参照表1，当马达在低速模式(例如，低于600RPM)下正在推进机器并且马达温度达到超温阈值(即，温度指数达到0到10范围内的7)时，进入级别2的温度状态，并且根据恒定的转矩极限(Trq1) 降低马达运行的额定值，而不管级别2温度范围内的特定温度指数值大小。Trq1的值的一个实施例是最大转矩的75％。相反，当马达在高速模式(例如，高于1000RPM)下正在推进机器并且马达温度达到级别2状态时，然后根据增益K1在级别2温度范围的高端(例如，温度指数是9)处将马达动力(而不是已经较低转矩)从全动力呈直线地降额至全动力的75％。
在表1的动力极限和转矩极限列中包含的表述表明当温度增大时的转矩(低速)和动力(高速)降额速率。在表1中示出的特定实施例中，P额定_p、P额定_r是马达在推进模式和减速模式(分别)下的额定动力；Trq1和Trq2是在推进模式和减速模式(分别)下的额定转矩；K1、K3、K5和K7是相对于温度的动力斜降速率；并且K2、K4和K6是相对于温度的转矩斜降速率。可选择地，可提供在温度指数例如参照发电机降额本文所述的温度指数(范围从0到10)方面的表述。图7b和图7c分别描绘根据动力和转矩限制块702所施加的高速和低速额定计划，动力和转矩的说明性降额计划。实线对应于推进模式并且虚线对应于缓速模式。通常应该注意的是，降额在缓速模式时可以更大，因为机器操作员可以使用机械制动器补偿由于降额而减弱的马达制动。此外，可通过指定的最大值(或者运行时间的百分比)降额限制在降额状态下运行发电机/马达的持续时间(即，时间量)。最后，应当注意的是，基于马达的温度是否上升或下降，也可以以类似于参考发电机降额上述讨论的方式非对称地实施马达降额，以便减少马达温度波动过大的可能性。
虽然参照单个马达描述说明性实施方式，在许多应用场合中多个马达运行以推进机器100。在这种情况下，单独管理每个马达并且仅降低受影响的马达的额定值(即，限制动力/转矩)。通过限制单个马达的动力或转矩以降低具有超过超温阈值的测量温度的任何马达的额定值。只要没有达到超温状态，其他马达仍然能够产生全转矩或全动力。
转到图8，马达热过载与一段时间超过的马达热运行极限(引起热量的积累以及防止马达冷却)相关联。例如，当马达相电流短期内大于额定连续相电流时，发生马达热过载。马达运行的短期区域是马达转矩对速度曲线的低马达转速和高马达转矩部分。在该运行区域中，例如当遇到大负 载爬陡坡时，在连续运行条件下通过马达的相电流大于额定相电流。在这种高转矩低速运行模式下，马达中的损耗的主要决定因素是高电流。高电流产生传动系部件中较大的损耗，这继而导致部件的迅速生热。马达部件上的温度传感器可能响应太慢而不能避免由于过热造成马达的损坏。
因此，为了保护马达免受与高电流相关联的负载损坏和过热损坏，马达过载策略由马达过载控制装置520根据图8所示的信号流程图执行。热过载事件被触发，使目标动力和转矩限制块802基于从相电流幅值和在此幅值上的时间长度计算出的马达过载指数808发出目标动力极限804或目标转矩极限806。用于配置目标动力和转矩限制块802(和调用这种限制功能的触发器)的具体参数值根据马达设计而变化。然而，应该充分调整马达热过载事件以在发生马达部件损坏之前发出警告并且降低马达运行的额定值。
继续参照图8，马达热过载事件的示例性降额策略的示例性流程图包括目标动力和转矩限制块802，所述目标动力和转矩限制块802基于上述马达过载指数(MOI)808和马达转速810计算目标动力极限804和目标转矩极限806。转换速率限制块812使接收的目标动力极限804和目标转矩极限806平滑以将动力极限814和转矩极限816类似地提供到用于参照图7a所述马达定子超温降额策略的上文中所述的相应的输出信号的产生过程。
在说明性实施例中，马达过载控制装置520只触发级别2事件(初始过热)并且不触发级别3事件(需要紧急停机)。马达热过载降额策略包括，在目标动力和转矩限制块802中用于根据MOI 808和马达转速810产生目标动力极限804和目标转矩极限806的计算逻辑。
在马达热过载事件之后，目标转矩极限806(Trq极限)与目标动力极限804(P极限)以如下三种方法设置：
1.如果MOI小于MOI_下(即，没有马达热过载)，则不设置对马达转矩和动力限制。
2.如果MOI大于MOI_上，则在连续运行区域下Trq极限是最大转矩，
3.否则，Trq极限等于Trq0+m0(MOI_上-MOI)；P极限等于P0+m1(MOI_上-MOI)
其中Trq极限和P极限是上转矩极限和上动力极限，Trq0和P0是在给定的马达转速上额定转矩和额定动力，MOI是马达热过载指数，m0和m1是马达转矩变化速率和动力变化速率，并且MOI_上和MOI_下是马达过载指数的上极限和下极限
因此，在定子超温事件或马达热过载事件之后马达在降额状态下运行。响应于这种事件(进入级别2模式)降低马达额定值以限制级别3超温事件的发生，同时最小化对机器性能的影响并且特别是在合理有效等级(上升或下降)使强制停机最小化。
暂时转到图9，下面概括电子控制器500的运行以在900期间基于各种感测/提供的参数值，响应于接收由发电机热控制装置516、马达温度控制装置518与马达过载控制装置520分别发出的转矩极限值902、904和906而计算最终转矩极限，所述参数值包括：当前温度状态(正常、级别2或级别3)、发电机定子温度、发电机转子温度、马达定子温度、马达过载指数(MOI)与马达转速。电子控制器500使用感测/提供的值来确定发电机204或马达210的实际或模拟过热状态，并且通过减少在消耗/产生的动力和马达210产生的转矩上的限制以降低马达运行的额定值从而缓解发电机或马达的过热情况。因此，在900期间，电子控制器500通过图6a、图7a和图8概括的工艺流程从在902、904和906期间提供的三个转矩极限值产生最终转矩极限值。在908期间电子控制器比较机器操作员的当前转矩请求与在900期间提供的最终转矩极限，以确定可能的限制转矩指令——如果操作员转矩指令超过最终转矩极限的话。此后，电子控制器500在910期间基于最终转矩极限将转矩指令发送到逆变器控制器522，所述最终转矩极限是在900期间机器操作员的当前转矩请求和电子控制器500提供的最终转矩极限中的较小值。
工业实用性
应该很容易从前面的讨论中认识到用于降低本文所述机器的发电机和马达中的任一者或两者的额定值的方法和系统的工业实用性。可以包含本发明作为整体诊断方案的一部分，所述整体诊断方案监测在电动马达驱动系统中各种电力发电机和电气驱动马达电路部件的运行条件。也就是说，因检测到超温或马达过载事件而提供的诊断标记和/或警告可以包括将诊断代码存储在随后读出的存储器中。这样的诊断代码可以采取许多不同的形式。例如，也可以存储与生成所述代码或代码的设备和时间有关的其他运行数据并且这些数据可用于诊断。
因此，本发明可应用于多种机器和许多环境。适于本发明的一个示例性机器是非公路载重车。示例性的非公路载重车通常用于矿山、建筑工地和采石场。由于非公路载重车不能工作或不以峰值效率工作的非调度时间，使用这些非公路载重车的实体经常承受重大的经济损失，原因在于可能其他运行也落后于预定计划。
非公路载重车，特别是适合于使用电、混合动力或直接串联电气驱动系统的非公路载重车，可能需要耗时过程以便确定和修理在电力发电机和驱动马达系统中有故障的电力发电机或马达。因此，一种方法和系统可以减少非公路载重车不能工作的时间量并且节省大量的开支，所述方法和系统能使这种系统以较小能力运行而防止工作中断，还不会损坏驱动系统。
此外，上述方法和系统可以适用于各种各样的机器和任务。例如，其他类型的工业机器，例如挖掘装载机、压实机、伐木归堆机、林业机器、工业装载机、滑移转向装载机、轮式装载机和许多其他机器可以受益于所述的方法和系统。
应当理解的是，上述说明书提供了所公开的系统和技术的实施例。然而，可以设想，本发明的其他实施方式可以具体地不同于前述实施例。对本发明或其实施例的所有参考旨在引用在这一点上讨论的具体实施例，而并非更概括地意在暗示对本发明范围的任何限制。对于某些特征的所有区别和贬低的描述只是用来表示这些特征并不是优选的，除非另外说明，并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外。
除非在此另外指明，否则这里对值的范围的列举仅旨在用作单独地引 用落入该范围内的各单独的值的简记方法，并且各单独的值被包括到本说明书中，如同在此对其进行了单独的列举。除非在此另外指明或者明显与上下文矛盾，否则可以按任何适合的顺序来执行这里描述的所有方法。
因此，本发明包括适用法律准许的随附权利要求中所陈述的发明主题的所有修改和等同物。此外，除非这里另外指出或与上下文明显矛盾，否则在本发明的所有可能的改变中的上述元件的任何组合由本发明涵盖。

Claims (17)

1.一种由电动马达(210)推进的机器(100)，所述机器包括：
主动轮(212)，其连接到所述电动马达(210)的旋转接口用于至少在推进模式下运行，其中，所述电动马达(210)将旋转力传送到所述主动轮(212)；
电子控制器(500)，其配置有用于执行以下步骤的计算机可执行指令，所述步骤包括：
接收指示所述电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(512、513、514)；
接收指示所述电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)；
计算步骤，其中根据降额方案，计算所述电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数的值应用于所述降额方案来确定所述降额值，所述一组当前运行状态参数包括：
马达速度参数，其具有从马达速度信号导出的值；以及
温度参数，其具有从温度信号导出的值；
其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于低马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的转矩极限；
其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于高马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的动力极限；
其中，在所述计算步骤期间，所述降额值是所述温度参数值的指定范围内的恒定的非零值。
2.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述电子控制器(500)配置成将所述动力极限转换成转矩极限。
3.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，在所述计算步骤期间，所述降额值是所述马达速度参数值的指定范围内的恒定值。
4.根据权利要求3所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述马达速度参数值的所述指定范围构成中间马达速度范围。
5.根据权利要求4所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，当所述马达速度参数值对应于所述中间马达速度范围时，所述恒定值指定降低所述电动马达(210)的额定值的零电平。
6.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述一组当前运行状态参数包括指示所述温度参数的值是否降低的温度方向参数值。
7.根据权利要求6所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述降额方案进行如下操作：
当所述温度方向参数指示增加的温度趋势时，指定相对较小的降额值，以及
当所述温度方向参数指示降低的温度趋势时，指定相对较大的降额值。
8.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述一组当前运行状态参数包括指示所述马达(210)是否在推进模式或缓速模式下运行的马达模式参数值。
9.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，在所述计算步骤期间，根据在一段时间内感测的相电流电平以及代表在高负载条件下运行一段时间的所述电动马达(210)的热模型，进一步指定基于马达过载指数的降额值。
10.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，还包括：为所述电动马达(210)提供动力的发电机(204)，并且其中，在所述计算步骤期间，基于发电机温度信号(512、513)提供基于发电机温度的降额值。
11.根据权利要求10所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述电子控制器(500)包括发电机热控制装置(516)，所述发电机热控制装置(516)在高于所述发电机温度热控制装置(516)离开发电机过热状态温度的温度下进入发电机过热状态。
12.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述电子控制器(500)包括马达温度控制装置(518)，所述马达温度控制装置(518)在高于所述马达温度控制装置离开所述发动机过热状态温度的温度下进入马达过热状态。
13.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，所述机器(100)还包括：
位于所述电动马达(210)附近的温度传感器(708)，所述温度传感器(708)配置成感测易受过热影响的马达部件的温度，并且其中，所述温度传感器(708)提供对应于指示所述电动马达的当前温度状态的所述温度信号(514)的信号。
14.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器，其中，从热模型提供所述温度信号(514)。
15.根据权利要求1所述的由电动马达(210)推进的机器(100)，其中，由所述电子控制器(500)通过比较转矩极限来计算最终转矩极限值，通过由来自由发电机热控制装置(516)、马达温度控制装置(518)以及马达过载指数控制装置(520)组成的组中的至少两个控制装置产生的一组降额值提供所述转矩极限。
16.一种由根据权利要求1-15中任一项所述的由电动马达(210)推进的机器(100)进行的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
接收指示所述电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(512、513、514)；
接收指示所述电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)；
计算步骤，其中根据降额方案，计算所述电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数的值应用于所述降额方案来确定所述降额值，所述一组当前运行状态参数包括：
马达速度参数，其具有从马达速度信号导出的值；以及
温度参数，其具有从温度信号导出的值；
其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于低马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的转矩极限；
其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于高马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的动力极限；
其中，在所述计算步骤期间，所述降额值是所述温度参数值的指定范围内的恒定的非零值。
17.一种包含由在根据权利要求1-15中任一项所述的由电动马达(210)推进的机器(100)上的电子控制器(500)执行的计算机可执行指令的非瞬态计算机可读介质，并且其中，所述计算机可执行指令便于通过所述电子控制器(500)执行所述方法，所述方法包括以下步骤：
接收指示所述电动马达(210)的当前温度状态的温度信号(512、513、514)；
接收指示所述电动马达(210)的当前速度状态的马达速度信号(515)；
计算步骤，其中根据降额方案，计算所述电动马达(210)的降额值，通过将一组当前运行状态参数的值应用于所述降额方案来确定所述降额值，所述一组当前运行状态参数包括：
马达速度参数，其具有从马达速度信号导出的值；以及
温度参数，其具有从温度信号导出的值；
其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于低马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的转矩极限；
其中，在所述计算步骤期间，当所述当前速度状态对应于高马达速度范围时，所述降额值指定所述电动马达(210)的动力极限；
其中，在所述计算步骤期间，所述降额值是所述温度参数值的指定范围内的恒定的非零值。
CN201380039477.4A 2012-07-23 2013-07-10 降额车辆电气驱动马达和发电机部件 Active CN104718102B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/555,563 2012-07-23
US13/555,563 US9018878B2 (en) 2012-07-23 2012-07-23 Derating vehicle electric drive motor and generator components
PCT/US2013/049826 WO2014018255A1 (en) 2012-07-23 2013-07-10 Derating vehicle electric drive motor and generator components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104718102A CN104718102A (zh) 2015-06-17
CN104718102B true CN104718102B (zh) 2017-05-10

Family

ID=49946002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380039477.4A Active CN104718102B (zh) 2012-07-23 2013-07-10 降额车辆电气驱动马达和发电机部件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9018878B2 (zh)
CN (1) CN104718102B (zh)
AU (1) AU2013293429B2 (zh)
WO (1) WO2014018255A1 (zh)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150229249A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-13 GM Global Technology Operations LLC Electronic motor-generator system and method for controlling an electric motor-generator
US9242576B1 (en) * 2014-07-25 2016-01-26 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for controlling an electric machine
JP5990606B2 (ja) * 2015-02-10 2016-09-14 本田技研工業株式会社 操舵装置及び操舵支援方法
CN104617838B (zh) * 2015-02-16 2018-03-20 中国北方车辆研究所 一种汽车发电机控制系统及控制方法
US20170015201A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 Caterpillar Inc. System and method for monitoring operation of retarding grid associated with traction motor of machine
CN108064206B (zh) * 2016-09-08 2021-09-17 日立建机株式会社 再生制动装置及自卸卡车
EP3300203B1 (en) * 2016-09-26 2021-06-16 Kone Corporation Motor drive
US10348236B2 (en) * 2016-10-25 2019-07-09 Gm Global Technology Operations Llc. Electric motor power connection prognosis systems and methods
DE102016125161A1 (de) 2016-12-21 2018-06-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Adaptives Derating
KR20180087584A (ko) * 2017-01-25 2018-08-02 에이치피프린팅코리아 주식회사 화상형성장치, 모터 제어 장치 및 고장 진단 방법
JP6850235B2 (ja) 2017-09-29 2021-03-31 日立建機株式会社 電気駆動作業車両および車輪電気駆動ユニット
JP6741645B2 (ja) * 2017-12-22 2020-08-19 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 車両の制御装置及び車両の制御方法
GB2571329B (en) * 2018-02-26 2021-08-04 Jaguar Land Rover Ltd Control of vehicle traction motor torque while vehicle roll-back is inhibited
GB2571330B (en) * 2018-02-26 2021-07-28 Jaguar Land Rover Ltd Control of vehicle traction motor torque before stall launch
EP3758968A1 (en) * 2018-02-26 2021-01-06 Jaguar Land Rover Limited A controller for a vehicle display system
CN111770867B (zh) 2018-02-26 2023-11-10 捷豹路虎有限公司 用于车辆的控制器
US10882407B2 (en) * 2018-06-21 2021-01-05 Bae Systems Controls Inc. Low engine speed electric accessory load regulation on moving vehicles
US11697355B2 (en) * 2018-08-22 2023-07-11 Ford Global Technologies, Llc Electrified vehicle electrical distribution system component protection systems and methods
US11270854B2 (en) * 2018-12-26 2022-03-08 Eaton Intelligent Power Limited Circuit protection devices, systems and methods for explosive environment compliance
US11938979B2 (en) * 2019-01-14 2024-03-26 Transportation Ip Holdings, Llc Cooling system for a vehicle
US11038442B2 (en) 2019-11-06 2021-06-15 Caterpillar Inc. Control system for DC bus regulation
JP2022049514A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 株式会社小糸製作所 車両用灯具およびランプコントロールモジュール
US11434842B1 (en) 2021-02-22 2022-09-06 Caterpillar Inc. Derating operating strategy and gaseous fuel engine control system
US11699916B2 (en) 2021-11-12 2023-07-11 Bae Systems Controls Inc. Method for charging a battery using a thermal model for an electrical device connected to the battery
DE102022201601A1 (de) 2022-02-16 2023-08-17 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Betreiben eines Leistungsstrangs
DE102022201600A1 (de) 2022-02-16 2023-08-17 Zf Friedrichshafen Ag Abtriebsdrehzahlüberwachung für einen elektrischen Antriebsstrangs
WO2024102535A1 (en) 2022-11-10 2024-05-16 Caterpillar Inc. Electric drive machine having power distribution unit configured for limp home operation and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009100542A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Motor Corp 回転電機の制御装置、制御方法およびその方法をコンピュータで実現されるプログラムならびにそのプログラムを記録した記録媒体
US7615951B2 (en) * 2006-09-08 2009-11-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and system for limiting the operating temperature of an electric motor

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4626753A (en) 1983-10-28 1986-12-02 Aluminum Company Of America Motor speed control by measurement of motor temperature
US5123081A (en) 1990-07-27 1992-06-16 Raymond Corporation Temperature control system for motors and power components of a material handling vehicle
US5305234A (en) 1991-12-31 1994-04-19 Westinghouse Electric Corp. Thermal protection apparatus for a synchronous machine
US5341077A (en) 1993-02-03 1994-08-23 Industrial Technology Research Institute Method and device for limiting electrical current supplied to the motor of an electric vehicle
US5446362A (en) 1994-06-21 1995-08-29 General Electric Company Thermal protection for AC traction motors using temperature estimations to calculate torque limits and blower speed requirements
US5712802A (en) 1996-04-16 1998-01-27 General Electric Company Thermal protection of traction inverters
US5721479A (en) 1996-08-28 1998-02-24 General Electric Company Induction motor breakdown slip prediction for propulsion traction applications
AU2001271290A1 (en) 2000-06-09 2001-12-24 International Rectifier Corporation Dynamic motor drive torque control based on power switching device temperature feedback
US20020180401A1 (en) 2001-05-31 2002-12-05 Kumar Ajith Kuttannair Method and system for cooling a vehicle by controlling the engine speed of a vehicle
JP3551178B2 (ja) * 2001-09-10 2004-08-04 日産自動車株式会社 車両のクラッチ制御装置
US20030111976A1 (en) 2001-12-13 2003-06-19 Kumar Ajith Kuttannair Detection of loss of cooling air to traction motors
JP2003244986A (ja) 2002-02-19 2003-08-29 Yazaki Corp モーター制御装置
DE10212751A1 (de) 2002-03-22 2003-10-02 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Rotortemperatur bei einer PM-Synchronmaschine
US7414377B2 (en) 2002-09-23 2008-08-19 Siemens Energy & Automation, Inc. System and method for automatic current limit control
JP2004364453A (ja) * 2003-06-06 2004-12-24 Aisin Aw Co Ltd 電動車両駆動制御装置、電動車両駆動制御方法及びそのプログラム
US7640621B2 (en) 2004-04-26 2010-01-05 Panasonic Corporation Of North America Thermal protection system for electrical appliance
US7045981B2 (en) 2004-07-23 2006-05-16 General Electric Company Optimized locomotive traction system
JP2006238552A (ja) * 2005-02-23 2006-09-07 Toyota Motor Corp 電気機器の制御装置および制御方法
US7570074B2 (en) 2005-05-09 2009-08-04 Square D Company Electronic overload relay for mains-fed induction motors
JP4968457B2 (ja) 2006-03-13 2012-07-04 株式会社Ｉｈｉ モータ制御装置
JP2007245966A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd 車両用駆動制御装置
JP2007326404A (ja) 2006-06-06 2007-12-20 Hitachi Constr Mach Co Ltd 電気駆動ダンプトラックの駆動システム
US7443122B2 (en) 2006-06-28 2008-10-28 Caterpillar Inc. Electric drivetrain thermal protection system
JP2008061453A (ja) 2006-09-01 2008-03-13 Denso Corp 車載用モータ制御装置
JP4603561B2 (ja) 2007-02-27 2010-12-22 本田技研工業株式会社 アライメント変更制御装置
DE102008000704A1 (de) 2007-04-24 2008-10-30 Robert Bosch Gmbh Elektrowerkzeug und Geräteschalter für ein Elektrowerkzeug
KR20090024467A (ko) 2007-09-04 2009-03-09 엘지전자 주식회사 세탁물 처리장치의 제어방법.
JP2009100541A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Nikon Corp 過電流保護回路
US7839108B2 (en) 2008-01-24 2010-11-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric motor stator winding temperature estimation
US7769552B2 (en) 2008-05-16 2010-08-03 Schneider Electric USA, Inc. Method and apparatus for estimating induction motor rotor temperature
US8179084B2 (en) 2008-06-03 2012-05-15 General Electric Company Variable-speed-drive system for a grid blower
JP4793425B2 (ja) 2008-11-10 2011-10-12 パナソニック電工株式会社 充電式電動工具
JP4793426B2 (ja) 2008-11-10 2011-10-12 パナソニック電工株式会社 充電式電動工具
US8453770B2 (en) * 2009-01-29 2013-06-04 Tesla Motors, Inc. Dual motor drive and control system for an electric vehicle
CN201544892U (zh) * 2009-05-19 2010-08-11 鞠文涛 电动汽车控制系统
US8634976B2 (en) 2010-03-01 2014-01-21 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for managing torque capability in electric motor systems
US8421391B2 (en) * 2010-05-12 2013-04-16 GM Global Technology Operations LLC Electric motor stator winding temperature estimation systems and methods
DE102010039675A1 (de) * 2010-08-24 2012-03-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7615951B2 (en) * 2006-09-08 2009-11-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and system for limiting the operating temperature of an electric motor
JP2009100542A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Motor Corp 回転電機の制御装置、制御方法およびその方法をコンピュータで実現されるプログラムならびにそのプログラムを記録した記録媒体

Also Published As

Publication number Publication date
US20140021898A1 (en) 2014-01-23
CN104718102A (zh) 2015-06-17
WO2014018255A1 (en) 2014-01-30
US9018878B2 (en) 2015-04-28
AU2013293429B2 (en) 2017-05-11
AU2013293429A1 (en) 2015-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104718102B (zh) 降额车辆电气驱动马达和发电机部件
EP2244370B1 (en) Motor drive apparatus, hybrid drive apparatus and method for controlling motor drive apparatus
US9000716B2 (en) Hybrid working machine and electric power accumulation controller
EP2394837B1 (en) Power supply system and electric vehicle using the same
CN103187916B (zh) 一种用于电动叉车的电机控制系统
JP4747968B2 (ja) モータ駆動装置
CN103963780B (zh) 用于发电机的故障检测系统和方法
CN101682290B (zh) 旋转电机控制系统以及具备该旋转电机控制系统的车辆驱动系统
US10110154B2 (en) Controller and a method to drive an inverter circuit for a permanent-magnet synchronous motor
CN101300731B (zh) 电动机驱动装置
US20170305274A1 (en) Inverter control device and vehicle control device
US7795825B2 (en) Over-voltage and under-voltage management for electric drive system
CN101507092A (zh) 马达驱动装置
CN108357360B (zh) 用于保护高电压组件的系统和方法
CN105922877A (zh) 用于控制车辆的电气化动力传动系的方法和设备
CN105644371A (zh) 基于高频注入的高电压互锁
JP5358622B2 (ja) 回転電機制御装置
JP6674790B2 (ja) 電力供給システム及び輸送機器
JP2010119217A (ja) 動力出力装置およびその制御方法
CN103648829A (zh) 用于运行电网的方法以及用于控制电网的装置
US9007003B2 (en) Method for controlling an inverter for driving a swing motor
Flynn et al. High-speed flywheel and motor drive operation for energy recovery in a mobile gantry crane
JP2016025725A (ja) 電動車両
WO2012036858A2 (en) Retarding grid cooling system and control
JP5400835B2 (ja) 車両用回転電機制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant