可變速的交流電驅動車輛制造技術

一種外部供電的電車，具有一臺裝在車上的可變速交流驅動電機，它由一條架空線獲取動力。該電車可以包括一個由蓄電池或內燃發(fā)動機構成的輔助動力源，以便當電車從架空線斷開時為車輛提供動力。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電動車輛，特別是那種由外部電源供電的電動車輛。由外部電源供電的電動車輛廣泛地應用在很多工業(yè)領域，特別是在采礦工業(yè)中，對安全的要求防礙限制了內燃機驅動的車輛在地下的應用。這種車輛一般都是由外部架空線或牽引式控制電纜提供交流電來獲取動力的。運輸車輛一般都采用架空線;而牽引式控制電纜則通常用于鏟斗車。交流電流可以用來驅動交流電動機，或者經整流后驅動直流電動機。現有的使用交流電動機的車輛在控制性能方面有幾個缺點。上述現有的交流控制器由于其尺寸、復雜性及環(huán)境敏感性，特別是加速度和機械振動的限制不能或不適合用于移動的車輛。結果，這種系統(tǒng)僅被用于單軌型的倉庫及回收系統(tǒng)，在有限的軌道內做有限的運動。例如在一個自動化倉庫里沿著一個通道做有限的運動。在這種系統(tǒng)中，控制器不需裝在車上運輸，并且環(huán)境條件是便于控制的。在低速時，交流電動機對“轉矩變動”是敏感的。這一點有損于操作的平滑性。在電動車輛中已經采用了交流電動機，但所用的是恒速的電動機。因此，這種車輛需要復雜的傳動裝置，并且要由熟練的操作者用離合器滑動技術來操作，才能以可變的速度開動車輛。另一方面，直流電動機是較容易控制的。然而，在實用的情況下需要使用效率低的交流-直流電變換。這種交流-直流變換系統(tǒng)例如Minami的美國專利4，483，148中所使用的系統(tǒng)。此外，直流電動機比交流電動機更復雜，它帶有易于磨損的電刷。因此，直流電動機的維護費用更高，并且可靠性不如交流電動機。由于線路阻抗造成的功率損耗，特別是長線路的損耗，采用架空線的方式也不適于從外部電源提供直流電力。有些現有技術的系統(tǒng)同時采用交流和直流電動機，以便獲得兩種系統(tǒng)各自的優(yōu)點。然而這會由于復雜性和重復性的增加而提高費用。例如授予Williams的美國專利4，099，589號描述了一種裝有交流和直流驅動電機的電車。這種車可以在停止之后再開動的短距離行駛期間由直流電動機單獨驅動，此時最重要的是控制性能。并且可以在速度相對恒定的長距離行駛期間由交流電機單獨驅動，在這種情況下要求有高的效率。然而，使用重復的電機會使費用增加，并且兩臺電機都依賴于一臺裝在車上用于發(fā)電的內燃機。本專利技術的主要目的是1、提供一種由可變速交流電動機驅動的電動車輛，它可以在所有行駛速度下平滑和高效地工作;2、如上所述的車輛可以由來自架空線的外部電源供電;3、如上所述的車輛包括一臺裝在車上的輔助電源;4、在如上所述的車輛中，裝在車上的輔助電源包括一個裝在車上的裝置，用來為可變速交流驅動電機提供后備交流電源;以及5、如上所述的車輛包括裝在車上用來在架空線和車載輔助電源之間進行區(qū)分和切換的裝置。按照本專利技術，提供了一種以一臺交流電動機作為主發(fā)動機的電車，并且該電車與一條架空線連接。交流電動機連接到一個車載的可變速度控制器，并且在最佳實施例中當該電車從架空線斷開時可以切換到一個車載的交流輔助電源上。上述輔助電源最好包括一臺車載的內燃發(fā)動機，用于發(fā)出交流電驅動作為主發(fā)動機的交流電機，或者用于直接向車上的驅動輪系提供機械功率。另一種方法是，輔助電源可以包括一個車載直流蓄電池，它可以連接到一個逆變器上，用于向主交流驅動電機提供交流電，或者接到一臺直流電動機上，直接驅動車輛。從以下結合附圖的詳細描述中可以更容易地看出本專利技術的上述和其它特征及其優(yōu)點。附圖說明圖1是按照本專利技術的礦用車輛的整體視圖;圖2表示一種較佳的車輛動力和驅動系統(tǒng)原理圖，其中使用柴油發(fā)電機作為輔助電源。圖3是以直流蓄電池作為輔助電源的另一種車輛動力和系統(tǒng)的示意圖。圖4表示另一種用柴油機直接向車輛的驅動輪系提供機械功率的車輛動力和驅動系統(tǒng)。圖1表示一種適用于地下的電動礦用車輛10。一個關節(jié)式受電弓臂12從車上向上伸出，作為動力線與上方的導電架空線14實現電接觸。架空線14是一條限定車輛路經的曲線導軌。架空線上載有來自遠距離電源(未示出)的50或60赫茲的交流電，并且包括四個導體其中三個導體提供三相交流電，另一個則接地。上述每個導體均與變電弓臂12有電連接。圖2原理性地說明了車輛驅動系統(tǒng)的一個較佳實施例。一個轉換開關16選擇性地從受電弓臂12和另一個車載備用電源接收交流電，如下文所述。開關16控制車輛各部分功能的交流供電。一個可編程序控制器(PLC)18響應車輛的工作狀態(tài)或駕駛員的手動選擇，自動地控制轉換開關16的功能。當架空線14與受電弓臂12形成適當的連接時，PLC18允許駕駛員啟動車輛的主驅動系統(tǒng)。車輛的主驅動系統(tǒng)包括一個通用的脈寬調制(PWM)交流電機速度控制器20，它可以改變其輸出的交流電頻率。PLC18從駕駛員腳踏板(未示出)接收信號，控制速度控制器的輸出。電機控制器20最好裝在一個防塵的保護艙(未示出)里，以防止灰塵及有害物質損害其工作性能。盡管普通的交流電機控制器很龐大，但是可以用一種交替冷卻系統(tǒng)替換普通的空氣冷卻系統(tǒng)，從而把控制器做得更加緊湊。作為用于運輸車輛的設備，為了防止振動造成的損害，電機控制器應該裝有減震器。可變速度的交流驅動主電機24連接到電機控制器20的交流輸出端，并且從輸出軸25通過一個機械傳動裝置27的傳動齒輪箱26部分把動力傳送給一套與地面接合的車輪28，以便推進車輛。如果電動機直接耦合到車輪上，車的速度就直接與電動機速度成正比。對于典型的地下礦用運輸車輛來說，驅動電機24的額定容量大約為800馬力，盡管電機容量的變化可能很大，它取決于用途、運輸容量以及車輛的大小。作為耦合到機械傳動裝置的單臺交流驅動電機的一種替代方式，可以把一套分開的可變速交流車輪電動機(未示出)與電機控制器20電連接，用于獨立地驅動每個車輪28。在這種實施例中，每臺電機的輸出直接連接到一個相應的車輪上。這種方式適用于大功率的車輛，因為四個中等型號的電機比一臺很大的電機具有較高的成本效率。使用多個車輪電動機還可以省去包括齒輪箱26的機械傳動裝置27。按照另一個實施例(未示出)，可以用獨立的可變速交流驅動電機代替單個電機24驅動車上的每個軸。轉換開關16還通過線31向一臺輔助三相交流電動機32提供交流電，該電機以恒速運行，并且分別通過驅動線33、35機械連接，用于驅動一個24伏直流發(fā)電機34和一個液壓泵36。發(fā)電機34為車上的直流電系統(tǒng)提供直流電，而液壓泵36為包括駕駛、翻斗裝置及制動器的車輛液壓系統(tǒng)產生壓力。一臺原動機例如柴油機54裝在車輛10上，作為輔助或后備動力源，用于在受電弓臂12從架空線斷開時，或是在其它不能使用主動力源的情況下使車輛開動。這一特點允許車輛用其自身的動力從一條架空線轉移到另一條架空線上，并能在沒有架空線的地方行駛。輔助驅動系統(tǒng)不需要很大的容量，因為在車從架空線14斷開時只需以低速爬行。柴油發(fā)動機54驅動一臺三相交流發(fā)電機56，發(fā)電機電連接到轉換開關16，以便提供交流電。轉換開關16通過導線17向電機控制器20提供交流電，并且經導線21驅動電動機24使車輛行駛，以及通過導線31向輔助交流電機32供電，用于拖動液壓及直流電系統(tǒng)36.38。當需要輔助動力源時，就通過可編程邏輯控制器18傳送駕駛員的信號，啟動柴油發(fā)動機54。一旦該發(fā)動機開始工作，就啟動發(fā)電機56，備用電源就可以使用了。然后，PLC18使架空線14斷開并且把輔助動力源連接到電機控制器20和輔助電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自行推進的車輛，具有例如車輪或履帶或類似物的一個被驅動的與地面接合的推進裝置，其特征是上述車輛包括：一個裝在上述車輛上的可變速交流驅動電動機；一個可操作地連接上述驅動電動機的傳動裝置，用于從上述電動機向上述推進裝置傳送動力，以便推動上述車輛；一個導電體，用于從一個交流電源向上述驅動電動機傳送交流電動率，以上激勵上述驅動電動機；以及一個裝在上述車輛上的電動機速度控制器，用于控制上述驅動電動機的速度，并由此控制上述車輛的對地速度。

【技術特征摘要】
1.一種自行推進的車輛，具有例如車輪或履帶或類似物的一個被驅動的與地面接合的推進裝置，其特征是上述車輛包括一個裝在上述車輛上的可變速交流驅動電動機；一個可操作地連接上述驅動電動機的傳動裝置，用于從上述電動機向上述推進裝置傳送動力，以便推動上述車輛；一個導電體，用于從一個交流電源向上述驅動電動機傳送交流電動率，以上激勵上述驅動電動機；以及一個裝在上述車輛上的電動機速度控制器，用于控制上述驅動電動機的速度，并由此控制上述車輛的對地速度。2.如權利要求1所述斬車輛，其特征是電源是遠離上述車輛的，并且上述導電體包括一個裝在上述車輛上的可以連接上述電源的受電弓。3.如權利要求1所述的車輛，其特征是上述電源是裝在上述車輛上的。4.如權利要求2所述的車輛，其特征是上述電源進一步包括一個裝在車輛上的后備輔助電源，以及一個操作開關，用來在上述遠距離電源和上述輔助電源之間進行選擇，以便向上述驅動電動機傳送交流電。5.如權利要求4所述的車輛，其特征是上述開關是自動操作的，以便在上述遠距離電源和上述輔助電源之間進行選擇。6.如權利要求5所述的車輛，其特征是包括一個可操作的連接到上述開關的可編程邏輯控制器，用于操作上述開關在上述遠距離電源和上述輔助電源之間進行選擇。7.如權利要求1所述的車輛，其特征是包括一個裝在車上的可操作的后備輔助動力源，用于向上述推進裝置提供動力。8.如權利要求7所述的車輛，其特征是上述后備動力源包括一個驅動一臺交流發(fā)電機的原動機。9.如權利要求7所述的車輛，其特征是上述后備動力源包括一個原動機和一個使驅動電機旁路的機械功率傳送裝置，并且可操作地連接到上述傳動裝置。10.如權利要求7所述的車輛，其特征是上述后備動力源包括一個蓄電池和一個交流-直流變換器。11.如權利要求1所述的車輛，其特征是上述傳動裝置包括一個設在驅動電機和推進裝置之間的機械傳動裝置。12.如權利要求1所述的車輛，其特征是上述推進裝置包括被驅動的與地面接合的輪子，并且上述傳動裝置包括一個可操作地把驅動電機連接到至少一個輪子上的機械傳動裝置。13.如權利要求1所述的車輛，其特征是上述推進裝置包括一個可旋轉的驅動部件，以及上述驅動電機包括一個與上述可旋轉驅動部件相鄰安裝的電機并且具有一個輸出軸直接耦合到上述驅動部件。14.如權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：羅伯特D斯特拉頓，
申請(專利權)人：瓦格納采礦和工程設備公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]