CN101878680A - 用于电动力系的高压线路系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于电动力系的高压线路系统。所述系统包括密封在第一外壳中的电力变换单元。所述系统还包括至少一个配置为被密封且具有设置在其中的至少一条缆线的第二外壳。所公开的系统还包括多个配置为提供多个电端子点的线路端子室。所述多个线路端子室分别封闭在配置为在外部环境和多个电端子点之间提供密封屏障的材料中。所公开的系统还包括配置为基本上阻止湿气进入第一外壳、所述至少一个第二外壳以及所述多个线路端子室的至少一种加压气体源。

Description

用于电动力系的高压线路系统

技术领域

本发明总体涉及一种高压线路系统，更特别是，涉及一种用于动力系中电气元件的高压线路系统。

发明背景

机器例如铰接式卡车、推土机、铲泥车、挖掘机、平路机、和其它类型的机器常常用于恶劣的环境中。例如铰接式卡车可用于采矿环境，铲泥车可用于国家紧急状况，和/或推土机可用于海滩改造。在这些恶劣环境里，动力系和线路系统受到物理磨蚀、水淹、碎石堆积、和/或其它可对机器有害的极端环境。当前的用于恶劣环境的线路系统通常采用包皮电缆或者导管以保护线路。这些方法通常仅仅对动力系和/或线路系统提供基本的保护。

授予Lawlyes等人的美国专利6,549,426('426专利)中列出了克服恶劣环境对动力系的负面影响的方法。'426专利描述了可用于动力系中的电气元件的电子组件。'426专利中的电子组件包括底部和罩元件、以及配合槽和周变舌状元件。'426专利还包括配合槽中用于提高对位于其中的电子元件保护的粘性材料。

尽管'426专利中的电子组件可克服在恶劣环境中采用动力系的一些缺点，但是'426专利中的电子组件对于在恶劣环境中长期使用是低效的。例如，'426专利中的电子组件可能不具有提醒操作员在电子组件中存在破坏的能力。另外，'426专利中的电子组件可能不保护动力系中的高压线路端子。

所公开的系统旨在克服上面所列出的一个或多个缺点。

发明内容

一方面，本发明涉及一种具有密封在第一外壳中的电力变换单元的动力系系统。所述系统还包括至少一个配置为被密封且具有至少一条设置在其中的电缆的第二外壳。所公开的系统还包括配置为提供多个电路端子点的多个线路端子室。所述多个线路端子室分别封闭在配置为在外部环境和多个电路端子点之间提供密封屏障的材料中。所公开的系统还包括加压至少一种气体的源，其中所述至少一种加压气体配置为基本上阻止湿气进入第一外壳、至少一个第二外壳以及所述多个线路端子室。

另一方面，本发明涉及一种方法。所述方法包括密封第一外壳，其中电力变换单元位于其中。所述方法还包括密封至少一个第二外壳，其中设置在其中的至少一条电线路配置为允许电流在多个位置之间流动。所述方法还包括密封多个外壳，其中至少一个位于其中的电路端子点配置为在第一外壳和所述至少一个第二外壳之间提供电连接。所述方法还包括对至少一种气体加压，以及将所述至少一种加压气体供应至第一外壳、所述至少一个第二外壳、和多个外壳的至少一个。所述方法还包括监视第一外壳、至少一个第二外壳和多个外壳的至少其中一个的压力。

附图说明

图1图示了示例性公开的机器；以及

图2图示了示例性公开的用于图1的机器的电动力系高压线路装置。

具体实施方式

图1示出了示例性机器100。机器100可以为进行和例如采矿、建筑、农业、运输、或者本领域已知的任何其它产业的产业相关的某些类型的操作的固定或者移动机器。例如，机器100可以为例如挖掘机、推土机、铲泥车、平路机、或任何其它运土机器的运土设备。机器100可包括链接系统101、可与链接系统101连接的仪器102、和用于控制链接系统101运动的操作员界面103。

链接系统101可包括任何支持机器100和/或仪器102的运动的结构单元。链接系统101可包括例如静止底架(未表示)、悬臂104和操纵杆105。悬臂104可旋转连接至底架，操纵杆105可在接合点106旋转连接至悬臂104。仪器102可在接合点107旋转连接至操纵杆105。认为链接系统101可包括一个或多个选择结构和/或任何数量的链接部件。

各种不同的仪器102可连接至操纵杆105并且可经操作员界面103控制。仪器102可包括任何用于执行特定任务的设备，例如铲斗、叉形装置、平铲、铁锨、粗齿锯、底卸式货车、扫帚、吹雪机、推进设备、切割设备、抓取设备、或者本领域已知的任何其它执行任务设备。仪器102可配置为以本领域已知的任何方式相对于机器100在枢轴上转动、旋转、滑动、摆动、或者移动。

操作员界面103可配置为从机器操作员接收表示期望的作业工具运动的输入。具体地，操作员界面103可包括操作员界面设备108和电子控制模块109。在一个实施例中，操作员界面设备108可以位于操作员站一侧的多轴操纵杆。操作员界面设备108可以为配置为通过产生并向电子控制模块109发送界面设备位置信号而定位和/或操控仪器102的比例型控制器。界面设备位置信号可表示期望的仪器102的移动。认为其它和/或不同的操作员界面设备可包括在操作员界面103中，例如轮子、旋钮、推拉设备、开关、踏板、及本领域已知的其它操作员界面设备。

电子控制模块109可包括一个或多个配置为执行系统控制的元件，例如存储器、次存储设备、以及处理器例如中央处理单元。本领域技术人员将理解电子控制模块109可包含其它或者不同的元件。各种其它电路例如功率源电路、信号调节电路、螺线管致动器电路、和/或任何其它本领域已知的电路可与电子控制模块109相关。

机器100还可包括多个与链接系统101互连的液压致动器110。液压致动器110可经一个或多个液压系统(未示出)互连并且被电子控制模块109控制。电子控制模块109可经控制通信线路(未示出)与液压致动器110通信，并且可用于响应于经操作员界面设备108接收的操作员输入管理液压致动器110的操作。

机器100可包括位于机器100每侧的牵引设备111。牵引设备111可包括轨道、轮子、皮带、或者其它牵引设备。牵引设备111可以或者不可以调控。机器100还可包括机械连接至牵引设备111的电动力系和线路系统200(例如电动机和电动机控制器)。系统200可配置为经牵引设备111移动机器100。系统200还可配置为被加压以防止污染物进入电动力系和线路系统。另外，机器100不限于图1的机器。例如，机器100可以为例如非公路卡车的车辆。另外，机器100可以为铁路运输车辆或者移动式有轨车推进器。

如图2所示，系统200可包括功率源201、发电机202、电力变换单元203、电动机204、辅助电力变换单元205、和电气元件206。系统200中的元件可经多个线路外壳208操作连接。多个端子室207可机械地并且电气地将多个线路外壳208与系统200中的电气元件连接。

功率源201可以为可产生机械能的任何功率产生设备。例如，功率源201可以为具有协作产生机械能输出的多个子系统的内燃机。本领域技术人员将理解功率源201可以为任何形式的内燃机例如汽油或者气体燃料内燃机。功率源201中包括的子系统可包括例如燃料系统、空气导入系统、排气系统、润滑系统、冷却系统或者任何其它有用的系统。

发电机22可以为配置为从功率源201机械接收功率并将一部分功率转换为电能的能量产生/消耗设备。例如发电机202可以交流同步发电机、感应发电机、永磁体发电机、开关磁阻发电机、或者任何其它本领域已知的能够进行操作的发电机。在一个实例中，发电机22可配置为产生三相交流电流。认为功率源201和发电机202可被能够执行功率源201和发电机202两者任务的单个设备或者多个设备替换。

电力变换单元(PCU)203可以为可配置为转换电流以及调节从发电机202至电动机204的电流的电子设备。例如，PCU 203可通过配置为从发电机202接收频率固定或者可变的交流(AC)输入然后从AC输入端输出频率固定或者可变的AC和/或直流(DC)变换从发电机202至电动机204的电流。在另一个实例中，PCU 203可通过保证电流平衡、三相和正弦而功率调节来自发电机202的电流。PCU 203可采用功率半导体设备例如二极管、半导体闸流管、晶体管、变压器等完成功率调节、电流修正、和/或电流反向。

PCU 203可密封在配置为提供电磁干扰(EMI)屏蔽、电力屏蔽、和环境屏蔽(即与水、化学物、和/或物理磨蚀屏蔽)的外套内。认为PCU 203可被铝、钢、纤维玻璃或其它金属合金包住。PCU 203可包括用于EMI屏蔽的导电涂层或者可由EMI屏蔽合金例如铍铜组成。

PCU 203还可包括配置为控制或者限制系统200中压力的减压阀(未示出)。在一个实例中，如果系统200中的压力超过预定的阈值则减压阀可配置为打开，从而预先过量的压力从系统200散出。减压阀还可配置为一旦系统200中的压力减小到所述阈值或者另一个阈值以下则关闭。

电动机204可包括相互作用以响应于电力消耗产生机械功率的多个元件。电动机204可耦合至输出轴(未示出)，并且因为电力从发电机202经PCU 203供应至电动机204，所以电动机204可以以一系列旋转速度产生通过输出枢轴(未示出)施加的扭矩。输出轴(未示出)可被连至机器100的牵引设备111从而响应于所施加的扭矩推动机器100。

辅助电力变换单元(APCU)205可与PCU 203基本上相似。此外，APCU 205可配置为变换和调节从发电机202至电气元件206的电流。

电气元件206可包括可接收电能以进行操作的一个或多个电力产生/消耗设备，例如照明、加热和/或冷却设备、空气压缩机、泵、移动机器100的各元件的致动器，和/或各种其它类型的电气元件。在一个实例中，电气元件206可以为辅助移动链接系统101的电动机(图1)。在另一个实例中，电气元件206可以为用于机器100上的聚光灯(未示出)。而在另一个实例中，电气元件206可以为一个或多个配置为冷却功率源201和/或发电机202的风扇。

线路端子室207可以为在系统200的电气元件之间提供电气端子点的密封室。线路端子室207可由任何较强的材料例如钢、铜、和/或铝制成。在一个示例性实例中，室207可基本上空气密封和/或可移动以放入可位于室207内的电路端子块(未示出)。另外地或者可选地，室207可包括内部空气通道，以允许气流例如非导电性气体(例如空气或者氮气)经线路外壳208在整个系统200内流动。例如，室207内的内部空气通道可允许非导电性气体到达发电机202、电动机204、电气元件206、和/或系统200的任何其它合适的元件。非导电性气体可基本上防止湿气进入发电机202、电动机204、电气元件206和/或系统200的任何其它合适的元件。

外壳208可为密封的包括线缆例如电线路和/或光纤缆线的外壳，其中电线路和/或电缆配置为允许电流和/或信号在系统200中的多个位置之间流动。外壳208可配置为对位于其中的电线路进行环境保护。例如，外壳208可以为隔水或者阻水和/或基本上气密，并防止位于其中的电线路受到水、油、化学和/或物理磨蚀(例如岩石、砂砾等等)和/或其它可有害影响电线路功能的污染物的影响。另外，外壳208可用作防止内部线路和机器100的框架、服务人员、和/或机器操作员之间意外接触。外壳208可由外表面和内表面上的非导电材料组成。另外地或者可选择地，外壳208可包括内层和外层之间用于对外壳208提供电磁干扰和机械硬度的导电材料(例如不锈钢编织层)。

系统200还可包括配置为经软管210在整个系统200内提供气体的源209。例如，源209可在较低的正压力下提供不导电气体(例如空气和/或氮气)。在一个示例性实施例中，所述低正压可以为5psi。非导电气体可防止水和/或空气湿气进入系统200，其中水和/或空气湿气的进入是由系统200中的故障和/或温差或者大气压变化所引起的微小空气泄漏造成的。源209可由泵、蓄电池、压力容器、或者机器100上提供加压流体的另一个系统的部分组成。认为源209可包括过滤、干燥和调节非导电性气体的元件。

止回阀211可包括在系统200中。在一个示例性实例中，止回阀211可配置为提供非导电性气体从源209至PCU 203的通道。当来自源209的非导电性气体的压力大于系统200其它元件内的非导电性气体压力时止回阀211可提供通道。止回阀211还可配置为当来自源209的非导电性气体压力低于系统200其它元件中的非导电性气体压力时基本上阻挡非导电性气体的通过。认为止回阀211可以为源209的元件、PCU 203的部分、或者软管210的部分。

系统200还可包括非导电性气压监视器212。压力监视器212可配置为监控系统200中的非导电气压特征。以及将表示特征的信号传输至电子控制模块109。可经数据传输器213周期性和/或连续地完成压力监视和压力特征的传输。数据传输器213可以为有线连接、无线连接或者其组合。

例如，压力监视器212可连续和/或周期性监视压力特征并向电子控制模块109发送压力特征。在监视压力特征并向电子控制模块109发送压力特征时，多个外壳208的其中一个可能由于飞出碎片而出现故障。所述故障可造成系统200中压力以异常速率下降。在该实例中，压力监视器212可经数据传输器213向电子控制模块109发送信号。从压力监视器212发送至电子控制模块109的信号可表示从系统200损失压力的速率。在另一个实施例中，在机器100工作后，其中一个室207可打开。在该实例中，压力监视器212可向电子控制模块109发送表示系统200中有害压力的信号。

电子控制模块109可配置为以合适的方式提醒操作员压力特征。在一个实例中，电子控制模块109可通过闪光或者稳定的光、和/或声音例如蜂鸣器提醒操作员压力特征。电子控制模块109还可配置为提醒压力特征的修复设施。例如，电子控制模块109可采用无线装置提醒修复设施压力特征从而修复设施可知道特定机器是否需要修复。另外地或者可选地，电子控制模块109可具有使得修复设施(和/或操作员)可插入设备的有线连接，所述设备使得修复设施(和/或操作员)可获得关于压力特征的更详细的信息。

工业应用性

所公开的线路系统可应用于包括电动力系的机器中。特别是，所公开的线路系统可通过提供对对电动力系和线路系统有害的物理磨蚀、水淹、碎石堆积、和/或其它可对机器有害的极端环境的保护延长电动力系在恶劣环境中的寿命。

线路外壳208可用于保护和电动力系的电气元件互连的高压线路。线路端子点可封装在线路端子室207中。外壳208和/或室207可基本上空气密封。室207可具有使得空气可经外壳208在整个系统200内传播的空气通道。源209可经PCU 203向系统200供应加压非导电性气体(例如空气或者氮气)。非导电性气体可经室207和外壳208在整个系统200内传播。

如果系统200内的压力超过第一阈值，则系统200(例如在PCU 203内)内的最大减压设备(未示出)可向外部环境释放至少一部分加压气体(空气)。一旦系统200中的压力低于第二阈值，则最大减压设备(未示出)可关闭。

压力监视器212可监视系统200中的压力。压力监视器212可配置为向电子控制模块109传输表示系统100中压力的信号。可以以本领域已知的任何方式周期性和/或连续地经数据传输器213进行信号传输。

在一个实例中，飞行的砂砾所产生的物理磨蚀可造成多个外壳208的至少其中一个的较大故障。至少其中一个外壳208的故障可造成系统200中的压力下降。在所述实例中，压力监视器212可配置为经数据传输器213向电子控制模块109传输表示压降的信号。在另一个实例中，飞行的砂砾所产生的物理磨蚀可造成多个室207和/或外壳208的其中一个发生较小的空气泄漏。在该实例中，小的空气泄漏可造成水和/或空气湿气进入系统200。源209可配置为通过维护系统200中的正压力基本上阻止水和/或空气湿气进入系统200。

所公开的系统可通过不仅对系统中的单个元件提供保护而且对系统中元件的电互联进行保护而在恶劣环境中保护电动力系。另外，因为所公开的系统提供了一种通知操作员所公开系统的故障的方法所以所公开的系统能够在恶劣环境中长期使用。

对本领域技术人员明显的是可对所公开的高压电路系统进行各种更改和改变。其它实施例将在本领域技术人员考虑到所公开的装置和方法的说明和实践而变得显而易见。期望的是说明和实例仅仅被看作是示例性的，真实的范围由附加的权利要求及其等价物所表示。

Claims (10)

1.一种电动力系系统(200)，包括：

密封在第一外壳中的电力变换单元(203)；

至少一个第二外壳，其被配置为是密封的，其中至少一条缆线被设置在其中；

多个线路端子室(207)，其被配置为提供多个电端子点，其中所述多个线路端子室分别被包封在配置为在外部环境和多个电端子点之间提供密封屏障的材料中；以及

加压至少一种气体的源(209)，其中所述至少一种加压气体被配置为基本上阻止湿气进入第一外壳、所述至少一个第二外壳以及所述多个线路端子室。

2.根据权利要求1的系统，还包括至少一个压力监视设备(212)，其被配置为监视第一外壳、所述至少一个第二外壳以及所述多个线路端子室中的至少一个的压力。

3.根据权利要求2的系统，还包括至少一个电子控制模块(109)，其被配置为：

监视至少一个压力监视设备；和

向操作员发送信号，其中所述信号表示第一外壳、所述至少一个第二外壳、和多个线路端子室中的至少一个的压力。

4.根据权利要求1的系统，其中所述至少一条缆线为至少一种电线路。

5.根据权利要求1的系统，其中所述至少一条缆线为至少一种光纤缆线。

6.一种密封动力系的方法，包括：

密封第一外壳，其中电力变换单元(203)位于其中；

密封至少一个第二外壳(208)，其中设置在其中的至少一条电线路被配置为允许电流在多个位置之间流动；

密封多个外壳(207)，其中至少一个位于其中的电端子点被配置为在所述第一外壳和所述至少一个第二外壳之间提供电连接；

对至少一种气体加压；

将所述至少一种加压气体供应至所述第一外壳、所述至少一个第二外壳、和多个外壳的至少一个；以及

监视第一外壳、至少一个第二外壳和多个外壳中的至少一个的压力。

7.如权利要求6的方法，其中所述至少一种气体的压力为正压力并且所述至少一种气体是非导电的。

8.如权利要求6的方法，还包括向操作员发送信号，其中所述信号表示来自第一外壳、所述至少一个第二外壳、和多个外壳中的至少一个的监视压力。

9.如权利要求6的方法，还包括对多个外壳中的至少一个屏蔽电磁干扰。

10.如权利要求6的方法，还包括从第一外壳、所述至少一个第二外壳、和多个外壳中的至少一个减压。

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