消除滑触操作过程中电驱动机器的燃料使用的方法和设备技术

提供一种用于具有发动机、发电机、滑触驱动布置、马达、轮和辅助装置的机器的驱动系统。驱动系统包括都可操作地连接到滑触驱动布置的逆变器回路和辅助驱动器。逆变器回路可联接到发电机和马达中的每个。辅助驱动器可联接到发电机和辅助装置中的每个。逆变器回路和辅助驱动器可被构造成在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置的功率和来自辅助装置的任何功率自动连通到马达，并且在动态制动模式中在附接到滑触线的同时将来自马达的功率自动连通到发动机、滑触驱动布置以及任选的混合系统(如果采用的话)，以便在附接到滑触线的同时消除燃料消耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】消除滑触操作过程中电驱动机器的燃料使用的方法和设备
本专利技术总体涉及电驱动机器的操作，更具体地涉及消除滑触操作和动态制动过程中燃料消耗的系统和方法。
技术介绍
用于机器的电驱动系统通常包括以希望转矩选择性地致动至少一个马达的功率回路。马达通常连接到轮或操作以推进机器的其他牵引装置。电驱动系统包括原动机，例如驱动发电机的内燃发动机。发电机产生用来驱动马达的电功率。在机器被推进时，通过发动机产生的机械功率在发电机处被转换成电功率。此电功率通常在供应到马达之前被处理和/或调节。马达将电功率转换回机械功率以驱动轮并推进车辆。具有电驱动系统的一些机器在一些操作模式过程中采用外部功率源。这种机器例如可以是电驱动矿用卡车。在这种机器在满载推进并连接到滑触系统时，功率馈送到推进马达并转换成机械功率以驱动机器。机器在一种操作模式中减缓，在此模式过程中，操作者希望使得机器减速。为了在此模式中使机器减缓，来自发动机的功率被减小。典型机器还可包括维护制动器和用于使得机器减速和/或停止的其他减缓机构。随着机器减速，机器的动能经由轮的转动被传输到马达。马达用作发电机以便将机器的动能转换成供应到驱动系统的电能。此电能通常在电网上消散(浪费)、存储在例如电池或电容器的可充电电池内以随后使用或者部分用来为例如冷却减缓栅极的吹风机的辅助部件供能。一些机器(例如一些混合机器)被构造成在操作的减缓模式过程中将马达提供的电能存储在能量存储装置或电池中以随后使用。存储的能量用来在操作的空闲模式或推进模式过程中为辅助装置和/或驱动马达供能，以使发动机涉及最小化并减小燃料消耗。虽然这种存储构型可在减缓模式过程中减小燃料消耗，添加到车辆的额外重量实际上会在推进模式过程中增加燃料消耗。应用存储构型还尤其引入了显著成本和技术局限性。存储构型的有利替代用来简单地经由电阻和绝缘体的动态制动减缓栅极以热量形式浪费掉能量。为了使过热最小化，具有电驱动吹风机的栅极冷却系统通常用来帮助消散来自减缓栅极的热量。吹风机马达通过废弃能量供能，使得发动机不需要冷却减缓栅极。但是，减缓栅极构型引入多种控制局限。尤其是，这些构型在不提供显著制动力的情况下妨碍栅极冷却系统操作。更具体地，由于栅极冷却系统在减缓模式过程中只通过由马达供应的废弃能量供能，在不从发动机吸收大量功率并消耗柴油燃料的情况下，一旦机器离开减缓模式，栅极冷却系统不能操作。这些系统容易受到温度过量条件或一旦吹风机关闭则减缓栅极的电阻元件和绝缘体温度急剧增加的条件的影响。另外，在低功率减缓模式中，或在减缓布置以小于标称功率操作时，驱动系统的公用DC总线会由于相对大的减缓需求而崩溃。另外，这些系统也需要发动机以较低RPM操作，并可以减小燃料消耗，但是发动机还需要操作其他辅助装置(即寄生负载)。将在操作的减缓模式或制动模式过程中从马达产生的电能或再生能量重新引导返回发动机的控制系统对于本领域普通技术人员已知为减少燃料消耗和改进效率的措施。一些现有的控制系统包括在动态制动过程中将牵引马达产生的功率馈送返回到主要交流发电机以转动发动机的驱动系统。但是，这种系统的减缓栅极和栅极冷却机构链接到相同总线，并且因此不能独立控制。另外，所有这些系统特别需要转换开关的转换以便在动态制动模式过程中重新引导功率到发动机。因此，需要一种消除操作的某些推进模式过程中和动态制动模式过程中燃料消耗的驱动系统和方法。具体地，需要一种在动态制动模式过程中自动和更有效地将牵引马达产生的功率重新引导到发动机的电驱动系统和方法。还需要一种提供独立于相关减缓栅极的控制的栅极冷却系统的控制的电驱动系统和方法。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，公开一种用于机器的驱动系统，机器具有联接到发电机的发动机、操作地联接到驱动轮的马达和辅助装置。驱动系统包括联接到发电机和马达中的每个的逆变器回路和联接到发电机和辅助装置中的每个的辅助驱动器。滑触驱动布置联接到逆变器回路并被构造成在滑触推进模式中将外部功率自动连通到马达和发动机，并且在动态制动模式中将来自马达的功率自动连通到发动机和滑触驱动布置，以便消除滑触推进和动态制动模式过程中的燃料消耗。在本专利技术的另一方面，公开一种电驱动机器。电驱动机器包括发动机、操作地联接到发动机的发电机、操作地联接到一个或多个驱动轮的马达、联接到发电机和马达中的每个的逆变器回路、滑触驱动布置和联接到发电机和辅助装置中的每个的辅助驱动器。滑触驱动布置联接到逆变器回路。逆变器回路和辅助驱动器被构造成在推进模式中将来自滑触驱动布置的功率自动连通到马达，并且在动态制动模式中将来自马达的功率自动连通到发电机。辅助驱动器被构造成在滑触推进模式和动态制动模式过程中将功率传输到DC总线。电驱动机器另外包括联接到逆变器回路的减缓栅极和联接到DC总线并被构造成选择性地冷却减缓栅极的栅极冷却系统。栅极冷却系统的控制独立于减缓栅极的控制。在本专利技术的又一方面，公开一种用于消除电驱动机器的滑触推进和动态制动过程中燃料消耗的方法。机器至少包括联接到发电机的发动机、操作地联接到驱动轮的马达和辅助装置。该方法提供在发电机和马达之间的电连通的逆变器回路以及发电机和辅助装置之间机电连通的辅助驱动器。该方法还确定电驱动机器的当前操作模式，如果当前操作模式是滑触推进模式，经过逆变器回路和辅助驱动器中的至少一种，在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置的电功率自动引导到马达，并且如果当前操作模式是动态制动模式，经过逆变器回路和辅助驱动器中的至少一种，在动态制动模式中将来自马达的机电功率自动引导到发动机和滑触驱动布置之一。附图说明图1是应用于电驱动机器的示例性驱动系统的总体示意图；图2是另一示例性驱动系统的详细示意图；图3是另一示例性驱动系统的详细示意图；图4是另一示例性驱动系统的详细示意图；图5是另一示例性驱动系统的详细示意图；图6是用于电驱动系统的示例性控制器的示意图；图7是用于消除滑触应用过程中电驱动机器中的燃料消耗的示例性方法的流程图；图8是在滑触操作过程中处于推进模式的电驱动机器的简图；图9是在滑触操作过程中处于动态制动模式的电驱动机器的简图；以及图10是在操作的空闲模式的电驱动机器的简图。具体实施方式参考图1，示意表示应用于例如电驱动越野卡车的机器102的示例性驱动系统100。机器102通常包括例如内燃发动机104的原动机103、发电机106、功率电子器件107、一个或多个马达108、一个或多个轮110、减缓栅极112、栅极冷却系统114和一个或多个辅助装置116。在此例子中，驱动系统100还涉及例如滑触线111的滑触驱动布置109，滑触线111包括本产业已知的两个架空线，但未示出。这里应该理解到滑触线111可设置成根据负载和倾卸位置所定位的地点在上山方向或下山方向上推进机器。滑触驱动布置109还包括定位在机器上的受电弓113以便连接到滑触线111，并且滑触仓115通过功率电子器件107与受电弓113交接。如所示，功率电子器件107至少设置逆变器回路118和辅助驱动器120。逆变器回路118可包括一个或多个整流器122、逆变器124或其任何组合，并可布置在发电机106和马达108之间。辅助驱动器120可布置在发电机106和辅助装置116之间，并包括辅助发电机、绕组组件、DC马达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电驱动机器(102)，包括：发动机(104)；发电机(106)，其操作地联接到发动机(104)；马达(108)，其操作地联接到一个或多个驱动轮；逆变器回路(118)，其联接到发电机(106)和马达(108)中的每个；滑触驱动布置(109),其联接到逆变器回路(118)；辅助DC总线(146)，其连接到多个辅助装置；辅助驱动器(120)，其连接到发电机(106)和辅助装置中的每个，辅助驱动器(120)能够在滑触推进模式和动态制动模式过程中将功率传输到辅助DC总线(146)；逆变器回路(118)和辅助驱动器(120)之一能够在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置(109)的功率自动连通到马达(108)和辅助装置(116)，并且在动态制动模式中将来自马达(108)的功率自动连通到发电机(106)和滑触驱动布置(109)，以便在滑触推进模式和动态制动模式过程中消除燃料消耗；减缓栅极(112)，其联接到逆变器回路(118)；以及栅极冷却系统(114)，其联接到辅助DC总线(146)，并能够选择性地冷却减缓栅极(112)，栅极冷却系统(114)的控制独立于减缓栅极(112)的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.08 US 13/314,6501.一种用于电驱动机器(102)的驱动系统(100)，所述电驱动机器(102)包括：发动机(104)；发电机(106)，其操作地联接到发动机(104)；马达(108)，其操作地联接到一个或多个驱动轮；逆变器回路(118)，其联接到发电机(106)和马达(108)中的每个；滑触驱动布置(109),其联接到逆变器回路(118)；DC总线(146)，其连接到多个辅助装置；辅助驱动器(120)，其连接到发电机(106)和辅助装置中的每个，辅助驱动器(120)能够在滑触推进模式和动态制动模式过程中将功率传输到DC总线(146)；逆变器回路(118)，其能够在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置(109)的功率自动连通到马达(108)，并且在动态制动模式中将来自马达(108)的功率自动连通到发电机(106)和滑触驱动布置(109)，以及辅助驱动器(120)，所述辅助驱动器(120)能够在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置(109)的功率自动连通到辅助装置(116)，以便在滑触推进模式和动态制动模式过程中消除燃料消耗；减缓栅极(112)，其联接到逆变器回路(118)；以及栅极冷却系统(114)，其联接到DC总线(146)，并能够选择性地冷却减缓栅极(112)，栅极冷却系统(114)的控制独立于减缓栅极(112)的控制；其中，辅助驱动器(120)包括电联接到辅助装置的至少一个马达(154)，辅助驱动器(120)在滑触推进模式过程中将电功率传输到DC总线(146)，辅助装置(116)能够在动态制动模式过程中从DC总线(146)抽吸电功率，并反过来驱动发动机(104)。2.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，其中，辅助驱动器(120)包括至少一个辅助发电机(150)、绕组组件(144)和使得发电机(106)和DC总线(146)之间双向电连通的双向逆变器(142)。3.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，还包括混合系统(132)、充量装置(138)和联接到DC总线(146)的加热、通风和空气调节HVAC系统(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·亨德里克森，E·鲁斯，D·吉尔默，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US