CN204659474U - 用于采矿车辆的电力系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于采矿车辆的电力系统，包括同步发电机电路，所述同步发马达电路配置为产生分布在至少六个相位中的交流电源。所述电力系统还包括整流电路，所述整流电路包括至少十二个二极管，并且配置为从所述同步发电机电路接收分布在所述至少六个相位中的所述交流电源并产生直流输出电源。对于从所述同步发电机电路接收的所述交流电源的单波，所述直流输出电源包括至少十二个脉冲。所述整流电路配置为输出所述直流输出电源，用于为所述采矿车辆的负载装置供电。本实用新型提供用于采矿车辆的电力系统，所述电力系统提高了采矿车辆的可靠性和质量。

Description

用于采矿车辆的电力系统
技术领域
本实用新型通常涉及用于采矿车辆的电力系统。更具体地，本实用新型的各种实施例涉及用于为采矿车辆的各种部件供电的多相交流发电机电路。
背景技术
本部分旨在提供权利要求书中陈述的本实用新型的背景或上下文。本文中的描述可以包括可探求的概念，但不一定是先前已构思或探求的那些概念。因此，除非本文另外指出，否则在本部分中描述的内容不是本申请的说明书和权利要求书的现有技术，并且不因包括本部分而被认为是现有技术。
如非公路用运输设备的重型机械通常用于采矿、大型工程、采石和其它应用。由于所涉及的大量资本投入、对于完成任务的时间的严格限制、以及维护和运行如矿用卡车的重型机械的费用，当重型机械发生故障时，一个单位可能遭受重大金钱损失。现代重型机械的复杂性通常使得这个问题加剧，因为需要技术人员对此类机械执行各种测试来排查此类故障。
提高与重型机械的使用相关联的效率的一个发展是采用电驱动系统。电驱动系统通常要求较少维护，并且因此具有较低寿命周期成本。这样一种系统在美国第6,198,238号专利中有所论述，所述专利声称公开“一种发电机，所述发电机由高相序发电机和高相序循环换流器组成”（参见美国第6,198,238号专利的摘要部分）。
然而，电驱动系统仍可能发生故障。例如，在一些情况下，配置成存储来自采矿车辆的交流发电机和整流器（例如，电源）的输出功率的DC侧电容器可能由于如高温和/或振动的问题发生故障。在一些情况下，配置成将从发电机接收的交流电源转换成直流输出电源的整流器可能由于如短路的二极管和/或电弧损坏的问题发生故障。在另外情况下，用于将交流电源传输到整流器的线缆可能损坏。这些故障中每一种都可能造成依赖重型设备的实体的大量停工时间和/或费用。
发明内容
本实用新型旨在提供用于为采矿车辆的各部件供电的多相交流发电机电路，以提高采矿车辆工作的可靠性。
本实用新型的一个实施例涉及用于采矿车辆的电力系统，所述电力系统包括同步发电机电路，所述同步发马达电路配置为产生分布在至少六个相位中的交流电源；所述电力系统还包括整流电路，所述整流电路包括至少十二个二极管，并且配置为从同步发电机电路接收分布在至少六个相位中的交流电源并产生直流输出电源；对于从同步发电机电路接收的交流电源的单波，所述直流输出电源包括至少十二个脉冲；所述整流电路配置为输出直流输出电源，以用于为采矿车辆的负载装置供电。
进一步的，所述电力系统还包括：第一壳体，其配置为封装所述同步发电机电路；以及第二壳体，其配置为封装所述整流电路，所述第二壳体与所述第一壳体直接连接。
又进一步的，所述电力系统还包括两个线缆，其从所述第二壳体伸出，并配置为将所述整流电路电连接至所述采矿车辆的逆变器匣内的一个或多个装置，所述两个线缆配置成将所述直流输出电源从所述整流电路传输至所述逆变匣内的所述一个或多个装置。
当然，所述电力系统也可以包括单一的壳体，所述壳体配置成封装所述同步发电机电路和所述整流电路。
作为其中一个实施例，所述同步发电机电路配置为将所述AC信号分布在六个相位中，所述整流电路包括十二个二极管，并且对于从所述同步发电机电路接收的所述交流电源的所述单波，所述直流输出电源包括十二个脉冲。
其中，所述同步发电机电路包括：第一三相交流发电机模块，其包括以三通配置连接于第一公共端处的第一组三个绕组；以及第二三相交流发电机模块，其包括以所述三通配置连接于第二公共端处的第二组三个绕组；所述第二公共端不同于所述第一公共端，所述第二组三个绕组中的每个绕组与在所述第一组三个绕组中的对应绕组具有三十度的相位偏移。
进一步的，所述同步发电机电路的层压包括96个槽。
其中，所述整流电路产生的所述直流输出电源的纹波电压小于所述直流输出电源的最高电压的百分之五。
作为另外一个实施例，所述同步发电机电路配置为将所述交流电源分布在九个相位中，所述整流电路包括十八个二极管，并且对于从所述同步发电机电路接收的所述交流电源的所述单波，所述直流输出电源包括十八个脉冲。
其中，所述同步发电机电路包括：第一三相交流发电机模块，其包括以三通配置连接于第一公共端处的第一组三个绕组；第二三相交流发电机模块，其包括以所述三通配置连接于第二公共端处的第二组三个绕组；以及第三三相交流发电机模块，其包括以所述三通配置连接于第三公共端处的第三组三个绕组；所述第一公共端、所述第二公共端及所述第三公共端为不同端，所述第二组三个绕组中的每个绕组与在所述第一组三个绕组中的对应绕组具有二十度的相位偏移，所述第三组三个绕组中的每个绕组与在所述第二组三个绕组中的对应绕组具有二十度的相位偏移；其中，所述同步发电机电路的层压包括72个槽；所述整流电路产生的所述直流输出电源的纹波电压小于所述直流输出电源的最高电压的百分之二。
另一个实施例涉及一种采矿车辆，其包括配置为执行采矿车辆的一个或多个功能的至少一个负载装置。所述采矿车辆还包括同步发电机电路，所述同步发发电机电路配置为产生分布在至少六个相位中的交流电源。所述采矿车辆还包括整流电路，所述整流电路包括至少十二个二极管，并且配置为从同步发电机电路接收分布在至少六个相位中的交流电源并产生直流输出电源。对于从同步发电机电路接收的交流电源的单波，所述直流输出电源包括至少十二个脉冲。所述整流电路配置为输出直流输出电源，以用于为至少一个负载装置供电。
另一实施例涉及一种用于采矿车辆的电力系统。所述电力系统包括配置成产生分布在六个相位中的交流电源的同步发电机电路。所述同步发电机包括：第一三相交流发电机模块，所述第一三相交流发电机模块包括以三通配置连接在第一公共端处的第一组三个绕组；以及第二三相交流发电机模块，所述第二三相交流发电机模块包括以三通配置连接在第二公共端处的第二组三个绕组。第二公共端不同于第一公共端，并且在第二组三个绕组中的每个绕组与在第一组三个绕组中的相应绕组具有预定相位偏移。所述电力系统还包括整流电路，所述整流电路包括十二个二极管，并且配置成从同步发电机电路接收分布在六个相位中的交流电源且产生直流输出电源。对于从同步发电机电路接收到的交流电源的单波，直流输出电源包括十二个脉冲。整流电路配置成输出直流输出电源以用于为采矿辆车的一个或多个驱动马达供电。
上述技术解决方案提供了用于采矿车辆的电力系统，所述电力系统提高了采矿车辆的可靠性和质量。
附图说明
结合附图，将从以下详细描述中更完全地理解本实用新型，其中相似参考数字指示相似元件，其中：
图1是根据示例性实施例的采矿车辆的前视图的图示；
图2是根据示例性实施例的图1中所示采矿车辆的侧视图的图示；
图3是根据示例性实施例的用于采矿车辆的电驱动系统的方框图；
图4是根据示例性实施例的用于采矿车辆的电驱动系统的示意图；
图5是根据示例性实施例的用于采矿车辆的三相电力系统的示意图；
图6是示出根据示例性实施例的图5中所示交流发电机的三个相位中的每个的电压波形的曲线图；
图7是示出根据示例性实施例的图5中所示六脉冲整流电路的DC输出电压的曲线图；
图8是根据示例性实施例的集中于图7中所示电压范围的一部分上的曲线图，所述曲线图更详细地示出图5中所示三相电力系统的DC输出电压并示出与输出相关联的纹波电压；
图9是根据示例性实施例的用于采矿车辆的电力系统的示意图，所述电力系统具有位于同一壳体或多个彼此连接的壳体中的发电机和整流器；
图10A是根据示例性实施例的图9的电力系统的前视图的图示；
图10B是根据示例性实施例的图9的电力系统的侧视图的图示；
图11A是根据示例性实施例的六相同步发电机电路的一部分的示意图；
图11B是根据示例性实施例的图11A中所示六相同步发电机电路的绕组配置的图示；
图12是示出了根据示例性实施例的三相电力系统和六相电力系统的各种特性的总谐波失真的图表；
图13是根据示例性实施例的用于采矿车辆的六相电力系统的示意图；
图14是示出了根据示例性实施例的图13中所示交流发电机的六个相中的每一相的电压波形的曲线图；
图15是示出了根据示例性实施例的图13中所示十二脉冲整流电路的DC输出电压的曲线图；
图16是根据示例性实施例的集中于图15中所示电压范围的一部分上的曲线图，所述曲线图更详细地示出了图13中所示的六相电力系统和图5中所示的三相电力系统的DC输出电压，并示出了与输出相关联的纹波电压；
图17是根据示例性实施例的用于采矿车辆的九相电力系统的示意图；
图18是示出了根据示例性实施例的图17中所示的交流发电机的九个相中的每一相的电压波形的曲线图；
图19是示出了根据示例性实施例的图17中所示18脉冲整流电路的DC输出电压的曲线图；
图20是根据示例性实施例的集中于图19中所示电压范围的一部分上的曲线图，所述曲线图更详细地示出了图17中所示的九相电力系统、图13中所示的六相电力系统以及图5中所示的三相电力系统的DC输出电压，并示出了与输出相关联的纹波电压。
具体实施方式
在转至详细示出了示例性实施例的附图之前，应理解，本申请不局限于说明书中阐明或附图中示出的细节或方法。还应理解，术语仅用于描述目的，且不应认为是限制性的。
大体参照附图，根据示例性实施例展示采矿车辆和用于为这类车辆的各种部件供电的电力系统。用于采矿车辆的电驱动系统（例如设计成将材料拖运到采矿地点和/或从采矿地点拖运材料的大型车辆）可能出现各种故障。例如，DC母线电容器可能由于与温度和/或振动相关的问题而出现故障。在一些情况下，随着电容器尺寸由于高母线电流而增加，这类DC母线电容器的与温度相关的问题以及修理和/或更换这类电容器产生的成本可能增加。在一些情况下，整流器和/或其部件可能出现故障。例如，整流器的二极管可能由于电弧而受损（例如，电弧由于高电压经过带有水分和/或污染物的二极管而产生）；和/或可能出现电短路，从而导致经过二极管的电流十分高。在另外的实例中，将AC信号从发电机输送到整流器的线缆可能受损，从而引起相位之一损失，进而可引起电力系统的效率的降低和/或由电力系统供电以执行专用功能的负载装置中的一个或多个出现故障。
本实用新型的各个实施例配置成提供用于采矿车辆的电力系统，所述电力系统提高了稳定性和质量。在一些实施例中，电力系统可将整流器和发电机封合于同一壳体内，或可将相互耦合的部件封合于壳体内。这可以减少或省掉将电力从发电机传输给整流器的外部AC线缆，所述外部AC线缆可能受损并且需要修理或更换；这还可将从电力系统（如，整流器）延伸到采矿车辆的逆变器匣中的线缆数目减少为仅两根线缆。
在一些实施例中，电力系统可包括发电机电路，所述发电机电路配置为产生分布在至少六个相位中的交流电源。所述电力系统还可包括整流电路，所述整流电路包括至少十二个二级管装置并且配置为基于来自发电机电路的六相交流电源产生直流输出电源。对于从发电机电路接收到的交流电源的单波，由整流电路产生的直流输出电源包括至少十二个脉冲。输出信号中数量相对较多的脉冲可帮助减少输出信号的纹波电压（例如，直流输出电源电平的不稳定性）。分布在至少十二个二极管上的输入电流可允许使用具有减小尺寸（例如，与三相六个二极管系统相比）的二极管。在一些实施中，可减少一些部件的尺寸或可消除一些部件，这可减少电力系统的初始成本和与部件故障有关的维修成本。在一些实施例中，所述电力系统可包括六相同步发电机电路，所述六相同步发电机电路具有十二个二极管组成的整流电路，十二二极管整流电路配置为产生用于AC输入的每一全波的十二脉冲输出。在一些实施例中，所述电力系统可包括六相同步发电机电路，所述六相同步发电机电路具有十八个二极管组成的整流电路，十八二极管整流电路配置为产生用于AC输入的每一全波的十八脉冲输出。在其它实施例中，可利用具有附加的相位和/或脉冲的电力系统。
图1和图2分别示出根据示例性实施例的机器100的前视图和侧视图。机器100是直接串联（direct series）电驱动机。机器100的一个实例是非公路用（off-highway）卡车101，例如用于施工、采矿或采石的卡车。电力可由车载的发电机、交流发电机或另一发电装置产生，所述装置中的每一个均可由发动机和其它原动机驱动。虽然用于说明目的提供机器100，但应理解，在各种实施例中，本文所述的电力系统可与具有与关于机器100所述的特征不同的特征的各种机器一起使用。
在图1中展示非公路用卡车101的前视图，且在图2中展示非公路用卡车101的侧视图。非公路用卡车101包括支撑操作室104和铲斗106的底盘102。在非公路用卡车101行车时，铲斗106枢转地连接到底盘102并布置为携带有效载荷。占用操作室104的操作员可以控制非公路用卡车101的运动和各种功能。底盘102支撑各种驱动系统部件。这些驱动系统部件能够驱动一组驱动轮108以驱动非公路用卡车101。一组空转轮110能够转向，这样非公路用卡车101可以在任意方向移动。即使非公路用卡车101包括刚性底盘（所述底盘具有用于运动的动力轮和用于转向的可转向轮），可以了解，还可以使用其它机器配置。例如，这种配置可包括具有一个或多个从动轮的铰接式底盘。
图3中展示根据一个示例性实施例的机器100（例如非公路用卡车101）的电驱动系统的方框图。所述电驱动系统包括发动机202，例如，柴油机的内燃机，其在输出轴处产生输出力矩。发动机202的输出轴连接到发电机204。在运行中，发动机202的输出轴可使发电机204的转子旋转以产生例如交流电源。所述交流电源被供给整流器206并且转换为直流电源。整流的直流电源可通过逆变器电路208再次被转换为交流电源。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，这样被连接到逆变器电路208的输出的马达210可以可变速度运行。马达210可通过总装（未展示）连接或直接连接到机器100的驱动轮212。
在驱动非公路用卡车101时，发动机202将电能转换成机械能，所述电能由各种电气部件进行调整。在所示出的实施例中，这些部件容纳在一个或多个壳体中，例如逆变器匣114中（图1）。逆变器匣114设置在平台上，所述平台邻近操作室104并可包括整流器206、逆变器电路208，和/或其它部件。在一些实施例中，当非公路用卡车101要减速或其运动以其它方式被延迟时，例如，以在下坡行驶时防止机器加速，其动能可以转换为电能。这种产生的电功率的有效耗散使得能有效减速非公路用卡车101。可以使用减速装置213进行电功率的耗散，例如，其可以使用一个或多个电阻器栅格耗散电功率。
图4是根据示例性实施例的用于采矿车辆的电驱动系统的示意图。参照图3和图4两者，发动机202通过输出驱动轴连接到发电机204。虽然展示成输出驱动轴的直接连接，但是可以采用如传动装置或其它齿轮布置的其它驱动部件来将发动机202的输出耦合到交流发电机电路405。交流发电机电路405包括发电机204和整流器206。发电机204产生传输到整流器206的多相交流电源，所述整流器206将交流电源转变成直流输出电源，用于为非公路载重车101的一个或多个负载装置供电。根据各种示例性实施例，在下文中相对于图5至图20进一步详细描述交流发电机电路405的特征。
当通过发电机204输出电能时，整流器206对多相交流电的每一相进行整流（例如全波整流）。整流器206在直流（DC）连接件或DC侧312上形成电压。所述DC侧电压可在DC侧312的第一线缆和第二线缆上获得。工作期间，第一线缆通常处于第一电压，而第二线缆通常处于第二电压。
第一电压和第二电压中的任何一个可为零。
工作期间，通过整流器206和/或逆变器电路208在DC侧312的第一及第二线缆上形成电压。一个或多个电容器320可与DC侧312上的一个或多个电阻器321并联，以稳定DC侧312的第一及第二线缆上的电压V。DC侧312可以具有用来测量DC侧电压V的电压传感器314和用来测量电流A的电流传感器316，如图3所示。
逆变器电路208与整流器206连接，且进行操作来将DC电压V转换成可变频率的正弦或非正弦交流（AC）电压，在本实施例中，所述功率驱动两台驱动马达210。任何逆变器都可以用于布置逆变器电路208。在图4所示的实例中，逆变器电路208包括由绝缘栅双极晶体管（IGBT）324组成的三相阵列，其布置为晶体管对且配置为向每个驱动马达210提供三相AC输出。
逆变器电路208可以通过控制AC输出的频率和/脉冲宽度来控制马达210的速度。驱动马达210可直接连接到驱动轮108或可以为主驱动器提供动力，所述主驱动器为驱动轮212提供动力。主驱动器进行操作来减小旋转速度并增加每个驱动马达210与每组驱动轮212之间的扭矩。
当机器100在电制动模式下运行（也被称为电动减速）时，从发电机204供应较少的电力给DC侧312。因为机器100在一定的非零速度行进，所以机器100的动能引起的驱动轮108的旋转将为驱动马达210提供动力。在此模式中，驱动马达210通过产生AC电源充当发电机，消耗或管控所述电力，并将其用于将反转扭矩施加在驱动轮108上，使得所述驱动轮108减小其转速，从而使机器减速。
产生的AC电源可以通过逆变器电路208转换成DC电源例如以热的形式最终消耗或耗散。在所示实施例中，通过减速装置213消耗在减速期间产生的所述电力。减速装置213可以包括任何合适的装置，其在机器的减速期间运行以便消耗电力。在图4中所示的示例性实施例中，减速装置213包括第一电阻器栅格214，所述第一电阻器栅格214设置成以固定的速度耗散电能。减速装置213还包括第二电阻器栅格218，使用脉宽调制器（PWM）或斩波电路220以选择性可变速度向所述第二电阻器栅格218供应DC电源。以此方式，第二电阻器栅格218以可变速度耗散电能。
当机器100在电制动模式下运行时，第一电阻器栅格214连接在DC侧312的第一及第二线缆之间，以便电流通过。然而，当机器100被推进时，第一电阻器栅格214通过两个接触器或双极自动开关（BAS）216与DC侧312电绝缘。各BAS 216可以包括由致动机构关闭的一对电触头，例如，产生将电触头吸引至关闭位置的磁力的螺线管（未展示）或线圈。BAS 216可以包括合适的电屏蔽和消火花特征，所述电屏蔽和消火花特征可允许这些部件在高压环境下反复运行。
当机器100开始减速时，期望在相对较短的时间内关闭两个BAS 216，使得第一电阻器栅格214被连接在第一及第二线缆之间的电路中，以便快速开始能量耗散。所述的两个BAS 216同时致动或在大约相同时间致动（例如，在几毫秒之内）还可以有效地避免将第一电阻器栅格214和其它电路元件充电至DC侧312的线缆处呈现的电压。所述的两个BAS 216还可以防止将各BAS 216或系统中的其它部件长时间暴露于大电压差（横跨DC侧312的电压差）。二极管334可以设置为与第一电阻器栅格214并联以减小跨BAS 216的电弧作用，这也使得在运行的推进模式期间第一电阻器栅格214与DC侧312电绝缘。
当机器100减速时，第一电阻器栅格214会产生大量的热。当转换为热时，所述热能需要从第一电阻器栅格214去除，以避免过热状态。由于这个原因，通过马达336驱动鼓风机338运行，可以对第一电阻器栅格214进行对流冷却。存在可供产生电力以驱动马达336的数个不同的替代方案。在本实施例中，DC／AC逆变器340被布置为跨第一电阻器栅格214的一部分从电压调节位置汲取电力。在减速期间，当电压施加到第一电阻器栅格214时，DC／AC逆变器340可以有效地将DC侧312的DC电源转换成驱动马达336的三相AC电源。
在图示的实施例中，BAS 216没有被配置成调制通过第一电阻器栅格214消耗的能量。然而，在减速期间，机器100可以具有不同的能量消耗要求。这是因为，尤其DC侧312中的电压V可以控制在预定范围之内。为了满足这样的能量消耗要求，在减速期间可以通过斩波电路220控制电流流过第二电阻器栅格218。斩波电路220可以具有将允许对供应给第二电阻器栅格218的电流进行调制的任何适当配置。在本实施例中，斩波电路220包括晶体管342，当根据所期望的频率和/或持续时间致动时，所述晶体管342调制传送到第二电阻器栅格218的电流，以控制在减速期间第二电阻器栅格218消耗的能量。斩波电路220可能还包括电容器344，其被连接在DC侧312的第一及第二线缆之间，且调节输入至斩波电路220的电压。开关二极管346可以连接在第二电阻器栅格218和DC侧312之间，以防止DC侧312短路，并提供可在例如维护期间停用DC侧312的装置。
电流通过第二电阻器栅格218也将产生热。第二电阻器栅格218可以被冷却以消散热量。在本实施例中，第一及第二电阻器栅格214和218可以都位于鼓风机壳体116内，以便在马达336和鼓风机338运行时进行对流冷却。
图4所示的一种驱动系统的实施例包括出于完整性目的而论述的其它任选组件。在所述示例性实施例中，漏电检测器348连接在两个电阻器321之间、并与电容器349并联，所述两个电阻器321连接在DC侧312的第一和第二线缆之间。漏电检测器348检测到从DC侧312的第一和第二线缆中的任意一个到地面的电流泄漏。在一个实施例中，第一电压指示器350可以连接在电阻器352之间，所述电阻器352跨接在DC侧312的第一和第二线缆之间。第一电压指示器350可设置在整流器206与减速装置213之间，使得可检测到高电压状态。以类似的方式，第二电压指示器354可以连接在电阻器356之间，跨接在DC侧312的第一和第二线缆之间。第二电压指示器354可以设置在连接节点353之间，这些节点连接到驱动马达210和逆变器电路208，以检测例如DC侧312的直流母线电压，以判断逆变器电路208是否正在运行。
虽然出于说明的目的，根据示例性实施例已经在上文描述了各种部件，但是应当理解的是，本文的系统可以与具有附加的、更少的和/或不同组件的机器一起使用，而不脱离本实用新型的教义。
在各种示例性实施例中，交流发电机电路405可以包括各种不同类型的电力系统，所述电力系统经配置为向机器（诸如采矿车辆）的部件提供电力。现在参照图5，示出了根据示例性实施例的电力系统500的示意图。电力系统500包括三相AC同步发电机。在一些实施例中，系统500可以具有无刷缠绕转子。所述发电机针对产生的每个三相交流电，各具有输出端，即第一相位输出端535、第二相位输出端540和第三相位输出端545。所述发电机的转子包括连接到励磁机电枢510的整流器组件515，这两者都可以转动。励磁机电枢510由励磁绕组505产生的激励磁场通电。因此，在输入端处施加励磁信号至励磁绕组505产生激励磁场来激活发电机磁场520。发电机磁场520反过来又产生输出，可用在所述发电机的输出电枢525的三根导线处，所述输出可以是固定的。
在图示的实施例中，整流器组件515包括连接至旋转二极管阵列的旋转励磁机电枢510。发电机的三相输出535、540和545（其共同被视为发电器的输出）均连接到整流电路，所述整流电路包括第一整流器模块550和第二整流器模块555。在一些实施例中，三相输出535、540和545的电流可分别用第一相位电流传感器565、第二相位电流传感器575和第三相位电流传感器585来测量。如果整流器组件515的旋转二极管阵列中的一个出现故障，那么需要更大的电流来产生给定电压。因而，当这样的故障发生时，电驱动系统趋于低效率地操作。
整流电路将发电机供应的交流电转换为直流电。在所示实例中，整流器是多相二极管桥，且特别地，是三相全桥整流器。图示的整流器包括三对并联功率二极管，每对与发电机的输出的给定相位相关联。每个这种二极管对包括跨DC侧串联连接的两个功率二极管，其中发电机的所述输出在每对之间提供功率输入。
电力系统500可能出现一些问题，所述问题可导致系统效率降低或者故障，并且可能需要昂贵维护的费用。例如，在图示的实施例中，发电机／交流发电机封装在壳体530内，并且整流电路容纳在独立的逆变器匣内。三条电缆将发电机的三相输出535、540和545传输到整流电路。在一些情况下，这些线缆可能受损，并可能需要修理或者更换。在一些实施例中，逆变器匣可容纳除了整流电路之外的其它部件，并可能变得拥挤且压缩气流，这可能导致与温度相关的部件故障。
另外，系统500的每个相位可传输相对大的电流，并可能需要相当大的和/或定价高的（例如，昂贵的）部件，例如二极管和/或电容器（例如，电容器320）。更高的电流可导致更高的温度，增加短路和/或电弧损坏的风险和/或其它问题。所述部件可能更加昂贵的和/或更难以更换。
此外，整流电路的来自三相输出535、540和545的组合DC信号输出可能存在纹波电压，或者导致DC输出电压的不稳定性。图6展示图示根据示例性实施例在图5中展示的电力系统500的三个相位中的每一个的电压波形的曲线图600。在一个实施例中，第一相位波形605可以对应于第一相位输出535，第二相位波形610可以对应于第二相位输出540，并且，第三相位波形615可以对应于第三相位输出545。
图7展示根据示例性实施例示出图5中所示电力系统500的整流电路的DC输出电压705的曲线图700。在曲线图700中可以看出，DC输出电压705并非稳定在单个值，而是随着波形605、610及615略有变化，DC输出电压705基于这些波形而变化。DC输出电压705包括用于来自发电机的AC输入的每一完整循环的六个脉冲。
图8展示根据示例性实施例集中于图7的曲线图700中所示的电压范围的一部分上的曲线图800，示出DC输出电压705的变化。在所述示例性实施例中，曲线图800示出DC输出电压705在2598伏特与2255伏特之间的纹波包络线805之内波动。因而，在所示的实例中，三相纹波电压的百分比（V3-ph%）或DC输出电压705的波动近似为DC输出电压705最大值的13.20%，即V3-ph%=[(2598-2255)/2598]*100=13.20%。在一些情况下，所述变化可造成部件工作效率的降低，使部件超出额定公差而运行，导致部件故障，并且/或者引起其它类型的问题。
在一些实施例中，整流电路可以重新定位并与发电机／交流发电机配对。图9示出根据示例性实施例的用于采矿车辆的电力系统900的示意图，所述电力系统具有位于同一壳体或多个彼此耦合的壳体中的发电机和整流器。在所示实施例中，整流电路已被移动，以便使其封装在具有发电机的共用壳体905内。在其它实施例中，整流电路和发电机可以封装在直接彼此连接的单独壳体之内，例如利用紧固件连接。通过将发电机和整流器装入共用壳体或彼此连接的多个壳体之内，这样可以减少或消除对承载发电机的三相输出535、540和545的线缆造成损坏的风险。此外，在一些实施例中，这些线缆可以比图5中所示实施例中的线缆更短，减少在线缆上产生的功率损耗。将整流电路移出逆变器匣也可有助于增加通过所述匣的气流，这可以减少与温度相关的部件故障的次数。这还可允许在逆变器匣中重新配置某些部件，例如电容器320。在一些实施例中，将整流电路移出逆变器匣可以允许在所述匣中去除一些母线线缆。
在所示实施例中，从（多个）发电机/整流器壳体延伸至逆变器匣的线缆的数目从三个减少到两个，即正DC输出线缆910和负DC输出线缆915。这些线缆可能会受到外力，并且可以被设计为承受这样的力。因此，这些线缆要比封装在壳体内的线缆造价更高和/或级别更高。通过将这些线缆的数目从三个减少到两个，这可以降低与线缆相关联的成本。
图10A和图10B分别示出根据一个示例性实施例的图9的电力系统900的前视图和侧视图。在所示实施例中，整流电路1005封装在与紧固到交流发电机/发电机壳体的顶部的交流发电机/发电机1010分离的壳体内。壳体可以用任何方式连接在一起，如通过使用紧固件（例如，螺栓、铆钉、螺钉等）。三相输出535、540和545的线缆可以从交流发电机/发电机1010向上延伸到整流电路1005的壳体，并且整流电路1005的DC输出可以经由从整流电路1005的壳体突出的两根线缆从整流电路1005传输出去。
在一些实施例中，电力系统可以附加地或者选择性地利用发电机电路和整流器，所述发电机电路配置为产生分布在至少六个相位中的AC电源，所述整流器配置为产生具有用于来自发电机的AC电源的全波形/循环的至少十二个脉冲的DC输出电源。图11A展示根据示例性实施例的六相同步发电机电路1100的一部分的示意图。在所示实施例中，发电机电路1100包括六相输出电枢1102，所述六相输出电枢1102包括六个绕组1105，每个绕组与发电机电路1100的单独的输出相位相关联。将输出相位传输到整流电路1110，在所示实施例中，所述整流电路1110是包括十二个二极管器件的全波二极管桥。整流电路1110向负载装置1115提供DC电源，所述负载装置1115电连接到整流电路1110（例如，跨接在整流电路1110的直流侧）。在一些实施例中，整流电路1110配置为产生用于来自六相输出电枢1102的AC输入的完整循环的至少十二个脉冲。
图11B示出根据一个示例性实施例的图11A中所示的六相同步发电机电路1100的绕组配置。在所示实施例中，三个绕组1105在第一公共端处以三通配置彼此连接，而另三个绕组1105在与第一公共端不同的第二公共端处以三通配置彼此连接（与具有两个三通连接绕组的三相交流发电机相同，但是所述绕组不平行）。在一些实施例中，第二组绕组1105上的电压可与第一组绕组1105上的电压基本上相同，但是相位移动预定相位偏移（例如三十度）。
图12是示出根据示例性实施例的三相电力系统和六相电力系统的各种特征的总谐波失真（THD）的图表1200。如可在所述图表中看到的，六相电力系统中的跨类别的THD通常比三相系统显著更低，且在一些情况中更低。例如，用于六相系统的转矩、场电流和整流电压及电流的THD均比三相系统的对应值更低。与三相系统相比，六相系统可通过减小转子和/或定子处的发热来实现交流发电机/发电机效率的提高，通过减小转矩脉动来实现轴承性能的增加（例如减少轴承故障），通过增加交流发电机效率来实现交流发电机使用寿命的增加，通过减小DC纹波电压来实现降低的/便宜的DC电容滤波器，和/或实现各种其它改进。
图13展示根据示例性实施例的用于采矿车辆的六相电力系统1300的示意图。除了以上关于图5和图9描述的各种元件以外，六相电力系统1300还包括具有第二组绕组的第二输出电枢1305。第二输出电枢1305和输出电枢525的组合配置为产生分布在六个相位中的交流电，即第一相位输出535、第二相位输出540、第三相位输出545、第四相位输出1310、第五相位输出1315以及第六相位输出1320。将六相交流电传输到整流电路，所述整流电路配置成针对交流电的各循环产生具有十二个脉冲的直流电输出。在所示出的实施中，整流电路包括分布在以下各项中的总共十二个二极管：第一整流器模块550、第二整流器模块555、第三整流器模块1325以及第四整流器模块1330（例如，用于各相位的一对二极管）。在一些实施例中，交流发电机／发电机层压可以进行修改以增加槽的数目（例如从72个槽增加到96个槽）。与系统500相比，系统1300能够实现以下优势中的一项或多项：较小的二极管和/或电容器（例如，由于更小的额定电流），减少的转子和/或定子发热量（例如，由于在一个或多个特性（例如电流和/或电压特性）中的减少的总谐波失真），通过减少转矩脉动而增加的交流发电机／发电机轴承的寿命，由于交流发电机效率渐增导致的发动机中的减少的燃料消耗，减少的DC侧纹波电压和/或提高的逆变器性能，和/或较高可靠性（例如，由于交流发电机／发电机相位的数目增加）。在一些实施中，减少的热量可以允许较少的和/或更小的鼓风机马达用来使部件（例如电容器）冷却。
图14是示出根据示例性实施例的图13中所示的六相电力系统1300的六个相位中每一相位的电压波形的曲线图1400。曲线图1400包括第一相位波形605、第二相位波形610以及第三相位波形615。曲线图1400还包括与第四相位输出1310对应的第四相位波形1405、与第五相位输出1315对应的第五相位波形1410，以及与第六相位输出1320对应的第六相位波形1415。
图15展示曲线图1500，其示出根据示例性实施例的图13中所示的六相电力系统1300的整流电路的DC输出电压1505。如通过比较曲线图1500与曲线图700可见，与DC输出电压1505相关联的纹波电压明显低于与系统500的DC输出电压705相关联的纹波电压。
图16展示根据一个示例性实施例集中于图15的曲线图1500中所示的电压范围的一部分的曲线图1600，更详细地示出DC输出电压1505的变化。曲线图1600示出，在此示例性实施例中，DC输出电压1505在2598伏特和2510伏特之间的纹波包络线1605内波动。因此，在所示实施例中，纹波电压或DC输出电压1505波动大约是DC输出电压1505的最大值的3.39%，即，六相纹波电压百分比V6-ph%=[(2598-2510)/2598]*100=3.39%。图16还示出与DC输出电压705相关联的纹波电压以用于比较。如图16可见，所示示例性实施例中的与六相电力系统1300相关联的六相纹波电压百分比明显低于与三相电力系统500相关联的百分比V3-ph%（与13.20%相比，是最大电压的3.39%）。减小的纹波电压可以允许负载部件和/或电力系统部件的更可靠且更有效操作、更大的燃料效率、更少的故障，和/或其它优点。
在一些实施例中，电力系统可配置成在大于六个相位中分布交流电，和/或产生用于交流电的每个完整循环的具有不止12个脉冲的DC输出。图17示出了根据一个示例性实施例的用于采矿车辆的九相电力系统1700的示意图。除了以上参照图5、图9和/或图13描述的各种元件以外，九相电力系统1700包括第三输出电枢1705，其包括第三组绕组。在一些实施中，第三输出电枢1705可包括在公共端处以三通配置连接的三个绕组，且第三输出电枢1705的公共端可与输出电枢525和第二输出电枢1305的公共端不同。在一些实施例中，可使输出电枢525，1305和1705中的每个绕组从一个或多个其它电枢的对应绕组移动预定相位偏移（例如二十度）。第三输出电枢1705、第二输出电枢1305和输出电枢525的组合配置成产生分布在九个相位中的交流电，所述九个相位即第一相位输出535、第二相位输出540、第三相位输出545、第四相位输出1310、第五相位输出1315、第六相位输出1320、第七相位输出1710、第八相位输出1715和第九相位输出1720。将九相交流电传输至整流电路，所述整流电路配置成产生用于交流信号的每个循环的具有十八个脉冲的直流电输出。在所示实施中，整流电路包括总共十八个分布在第一整流器模块550、第二整流器模块555、第三整流器模块1325、第四整流器模块1330、第五整流器模块1725和第六整流器模块1730中的二极管（例如，每个相位一对二极管）。在一些实施例中，使用九个相位可进一步改进电力系统1700的各种特征，例如减小的总谐波失真、减小的电流/电压、减少的热量等等。在一些实施例中，系统1700的交流发电机可具有与系统500的层压相同的层压（例如，72个槽）。
图18是示出根据示例性实施例的图17中所示的九相电力系统1700的九个相位中的各个相位的电压波形的曲线图1800。曲线图1800包括第一相位波形605、第二相位波形610、第三相位波形615、第四相位波形1405、第五相位波形1410和第六相位波形1415。曲线图1800还包括与第七相位输出1710对应的第七相位波形1805、与第八相位输出1715对应的第八相位波形1810，以及与第九相位输出1720对应的第九相位波形1815。
图19展示曲线图1900，所述曲线图示出根据示例性实施例的图17中所示的九相电力系统1800的整流电路的DC输出电压1905。通过比较曲线图1800与曲线图700和1500可见，与DC输出电压1905相关联的纹波电压明显低于与系统500的DC输出电压705相关联的纹波电压，并且也低于与系统1300的DC输出电压1505相关联的纹波电压。
图20展示根据示例性实施例的集中于图19的曲线图1900中所示的电压范围的一部分的曲线图2000，其更详细地示出DC输出电压1905的变化。曲线图2000在此示例性实施例中示出DC输出电压1905在2598伏特与2558伏特之间的纹波包络线2005内波动。因此，在所示实例中，九相纹波电压百分比 V9-ph%或DC输出电压1905波动大约是DC输出电压1905的最大值的1.54%，即，V9-ph%=[(2598-2558)/2598]*100=1.54%。图20还示出与DC输出电压705和1505相关联的纹波电压以用于比较。如图20可见，在所示出的示例性实施例中，与九相电力系统1700相关联的九相纹波电压百分比V9-ph%明显低于与三相电力系统500相关联的百分比V3-ph%（与13.20%相比，最大电压的1.54%），并且也低于与六相电力系统1300相关联的百分比V6-ph%（1.54%相比于3.39%）。减小的纹波电压可进一步增加系统的可靠性和效率。在一些实施例中，在九相电力系统1700中数目增长的部件可使其具有比六相电力系统1300更高的初始成本。
工业实用性
本实用新型所公开的电力系统可以在具有部件由发电机/交流发电机和整流电路供电的电力系统的任何车辆中实施。在一些具体示例性实施例中，公开的电力系统可在矿用卡车中实施（例如，在图1至图3所示）。在各种示例性实施例中，电力系统可以用于各类车辆中，例如负荷牵引矿用卡车、电动/混合动力矿用电铲、拉铲挖掘机和/或其它类型的重型设备。电力系统可用于提高机器的可靠性以帮助保持其对执行任务的可用性，如来回移动材料，移动材料至矿场和/或自矿场移动材料，并用于减少与这种机器的维护相关的成本和/或时间。
各示例性实施例中所示的系统和方法的构造和设置仅仅是说明性的。虽然本实用新型只详细描述了一些实施例，但可能有许多修改（例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装配置、使用材料和组件、颜色以及方向等的变化）。例如，元件的位置可颠倒或以其它方式改变，且离散元件的性质、数目或位置可以更改或改变。因此，所有这些修改意在包括在本实用新型的范围内。根据替代性实施例，任何过程或方法步骤的顺序和次序可以改变或重新排序。可在不背离本实用新型的范围的情况下对示例性实施例的设计、操作条件和布置进行其它替换、修改、改变以及省略。
虽然说明书和/或附图可能描述方法步骤的具体顺序，但这些步骤的顺序可与所描述的不同，也可以同时或部分同时地执行两个或多个步骤。这些变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述电力系统包括：
同步发电机电路，其配置成产生分布在至少六个相位中的交流电源；以及
整流电路，其包括至少十二个二极管，且配置成从所述同步发电机电路接收分布在所述至少六个相位中的所述交流电源，并且产生直流输出电源；对于从所述同步发电机电路接收的所述交流电源的单波，所述直流输出电源包括至少十二个脉冲，所述整流电路配置成输出所述直流输出电源以用于为所述采矿车辆的负载装置供电。
2.根据权利要求1所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，进一步包括：
第一壳体，其配置为封装所述同步发电机电路；以及
第二壳体，其配置为封装所述整流电路，所述第二壳体与所述第一壳体直接连接。
3.根据权利要求2所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，进一步包括两个线缆，其从所述第二壳体伸出，并配置为将所述整流电路电连接至所述采矿车辆的逆变器匣内的一个或多个装置，所述两个线缆配置成将所述直流输出电源从所述整流电路传输至所述逆变匣内的所述一个或多个装置。
4.根据权利要求1所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，进一步包括单一的壳体，所述壳体配置成封装所述同步发电机电路和所述整流电路。
5.根据权利要求1所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述同步发电机电路配置为将所述交流电源分布在六个相位中，所述整流电路包括十二个二极管，并且对于从所述同步发电机电路接收的所述交流电源的所述单波，所述直流输出电源包括十二个脉冲。
6.根据权利要求5所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述同步发电机电路包括：
第一三相交流发电机模块，其包括以三通配置连接于第一公共端处的第一组三个绕组；以及
第二三相交流发电机模块，其包括以所述三通配置连接于第二公共端处的第二组三个绕组；所述第二公共端不同于所述第一公共端，所述第二组三个绕组中的每个绕组与在所述第一组三个绕组中的对应绕组具有三十度的相位偏移。
7.根据权利要求6所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述同步发电机电路的层压包括96个槽。
8.根据权利要求5所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述整流电路产生的所述直流输出电源的纹波电压小于所述直流输出电源的最高电压的百分之五。
9.根据权利要求1所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述同步发电机电路配置为将所述交流电源分布在九个相位中，所述整流电路包括十八个二极管，并且对于从所述同步发电机电路接收的所述交流电源的所述单波，所述直流输出电源包括十八个脉冲。
10.根据权利要求9所述的用于采矿车辆的电力系统，其特征在于，所述同步发电机电路包括：
第一三相交流发电机模块，其包括以三通配置连接于第一公共端处的第一组三个绕组；
第二三相交流发电机模块，其包括以所述三通配置连接于第二公共端处的第二组三个绕组；以及
第三三相交流发电机模块，其包括以所述三通配置连接于第三公共端处的第三组三个绕组；
所述第一公共端、所述第二公共端及所述第三公共端为不同端，所述第二组三个绕组中的每个绕组与在所述第一组三个绕组中的对应绕组具有二十度的相位偏移，所述第三组三个绕组中的每个绕组与在所述第二组三个绕组中的对应绕组具有二十度的相位偏移，
其中，所述同步发电机电路的层压包括72个槽；以及
其中，所述整流电路产生的所述直流输出电源的纹波电压小于所述直流输出电源的最高电压的百分之二。
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