电阻器栅格组件的制作方法
【专利摘要】一种能够用在电阻器栅格组件中的电阻器单元。该电阻器单元包括支承元件和电阻器元件。支承元件中形成有孔。电阻器元件具有主体部分和在端部处的末端部分，末端部分能够接收在孔中以将电阻器元件安装在支承元件上。此外，突片从主体部分的所述端部延伸，从而形成电阻器元件的一部分。突片能够在支承元件和电阻器元件之间提供热屏蔽。
【专利说明】电阻器栅格组件【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机器中的动态制动系统的电阻器栅格组件，更具体地涉及用于电阻器栅格组件的电阻器单元。
【背景技术】
[0002]用于例如电机车和柴油-电机车、非高速公路机器及其他重型设备等机器中的动态制动的电阻器栅格组件是公知的。典型地，电阻器栅格组件包括多个电阻器元件以将机器制动过程中产生的电功率作为热的形式消散。因此，电阻器栅格组件可补偿基于摩擦的制动并使机器的基于摩擦的制动部件中的磨损最小。但是，产生的热会提高电阻器栅格组件中的相邻部件的温度并且如果此温度超过临界极限还会导致失效。
[0003]美国专 利N0.4，651，124公开一种热消散电阻器单元，其具有多个连接的折扇状的导电电阻器元件。电阻器元件通过支柱支承在刚性框架内，支柱附加到电阻元件的回路和对应的耐热绝缘元件。热消散电阻器单元还包括附加于框架的内侧表面的有机材料的绝缘板和围绕从框架向内定位的耐热绝缘元件的金属热屏蔽。但是，金属热屏蔽可需要通过一个或多个保持环支承在热消散电阻器单元上。
【发明内容】
[0004]一方面，本发明提供一种能够用在电阻器栅格组件中的电阻器单元。该电阻器单元包括支承元件和电阻器元件。支承元件中形成有孔。电阻器元件具有在纵向上延伸的主体部分和在主体部分的端部处的末端部分。末端部分能够接收在孔中以将电阻器元件安装到支承元件。此外，突片从电阻器元件的所述端部在横向上延伸。突片能够在支承元件和电阻器元件之间提供热屏蔽。
[0005]在另一方面，本发明提供一种电阻器栅格组件，其具有壳体和设置在壳体中的两个或更多个电阻器单元。电阻器单元包括附加到壳体的支承元件。支承元件中形成有多个孔。电阻器单元包括一个或多个电阻器元件，电阻器元件具有在纵向上延伸的主体部分和在主体部分的端部处的末端部分。末端部分能够接收在所述多个孔中以将电阻器元件安装到支承元件。此外，突片从电阻器元件的端部在横向上延伸。突片能够在支承元件和电阻器元件之间提供热屏蔽。电阻器栅格组件还包括能够电连接两个或更多个电阻器单元的传导构件。
[0006]在又一方面，本发明提供一种用于机器的动态制动系统，机器具有与多个驱动马达操作地相关以驱动一组驱动轮的功率源。动态制动系统包括被构造成至少部分基于操作者指令生成制动信号的控制单元。制动信号使所述多个驱动马达的扭矩极性颠倒以从所述组的驱动轮生成电功率。电阻器栅格组件被构造成接收电功率。电阻器栅格组件包括支承元件和安装到支承元件的电阻器元件。电阻器元件被构造成将来自所述多个驱动马达的电功率的至少部分作为热能消散。此外，突片从电阻器元件的端部延伸，从而形成电阻器元件的部分。突片被构造成在电阻器元件和支承元件之间提供热屏蔽。[0007]本发明的其他特征和方面将从以下说明和附图中清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出根据本发明一方面的机器的侧视图；
[0009]图2示出用于图1的机器的电驱动的示意图；
[0010]图3示出电阻器栅格组件的截面图；
[0011]图4示出电阻器单元的透视图；
[0012]图5示出用于图4的电阻器单元的电阻器元件的透视图；和
[0013]图6示出根据本发明的一种实施方式的具有狭槽的电阻器元件的透视图。
【具体实施方式】
[0014]现在将参考附图详细描述本发明。图1中示意性地示出了其中可以实施本发明的实施方式的机器100。机器100可以一般性地描述为具有连接到一个或多个驱动轮的电驱动的任何机器。机器100可包括例如柴油发动机机车、地铁、非高速公路卡车等车辆或者用于采矿、建筑、采石及其它应用的车辆。但是，明白的是具有电驱动或者仅有电布置的任何其他车辆可以包括在机器100中。
[0015]出于本发明的目的，在图1中，机器100被示出为非高速公路卡车。机器100可包括底盘102以支承机器100的各种部件。机器100可包括支承在底盘102上的倾卸主体104。底盘102可进一步支承被限定为围场的操作者驾驶室106。占据操作者驾驶室106的操作者可通过利用如操纵杆、杠杆、基于触摸的用户界面等的控制装置发出各种操作者指令来控制机器100的各种功能。
[0016]机器100可进一步包括一组驱动轮108以推进机器100。在一种实施方式中，还可以设置一组空转轮110来使机器100在不同方向上转向。此外，机器100还可包括用于转向的关节运动底盘。所述组的驱动轮108和所述组的空转轮110 —起可用作机器100的地面接合构件。如图1所示，机器100还包括与操作者驾驶室106相邻地定位在机器100中的电阻器栅格组件111。但是，明白的是电阻器栅格组件111可基于机器100的设计和可用空间定位在任何地方。
[0017]本发明的机器100可以是具有电驱动112的电机器。电驱动112可提供电功率以驱动机器100中的各种部件。在一种实施方式中，电功率可以通过可由发动机或者其他任何功率源驱动的发电机、交流发电机或者另一功率生成装置机载地产生。替代地，电功率可以不机载地产生，而经由集电弓架、电池、一组电容器等从高架的导体外部地供应以驱动机器 100。
[0018]在所示实施方式中，电驱动112包括功率源114，其可以是发动机，例如像柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机等的内燃发动机。功率源114可以在机器100中的输出轴116处提供输出扭矩。输出轴116可连接到发电机118,发电机可以是多相交流电(AC)同步交流发电机。在操作过程中，输出轴116转动发电机118的转子以产生电功率，例如交流电(AC)形式的电功率。该产生的电功率可用来运行直接或者经由中间组件联接到所述组的驱动轮108的多个驱动马达120。出于本发明的目的，驱动马达120可以是可变速、可逆AC马达。[0019]图2中示出电驱动112的示意图。本发明的电驱动112可以是直接序列驱动。图2示出了机器100中的电驱动112的各个部件的布置。在此示意图中，系统中的电功率的流动方向通过箭头表示。实线的箭头表示当机器100被推进时电功率的流动。反过来，图2中的虚线箭头表示在机器100的制动模式过程中电功率的流动。同时，点划线箭头表示电驱动112的部件之间的控制线连接。
[0020]本领域技术人员将会理解，发电机118可产生交流电(AC)功率形式的电功率。该电功率可供应至整流器122并转换成直流电(DC)功率。整流的DC功率可通过反相器电路124再次转换成AC功率。反相器电路124可能够选择性地调节输出的频率和/或脉冲宽度，使得连接到反相器电路124的输出的驱动马达120可以以可变的速度操作。在一种实施方式中，多个反相器电路124可设置成与机器100中的驱动马达120连接。
[0021]图2进一步示出了用于机器100的动态制动系统200。动态制动系统200可与机器100的驱动马达120连接。具体地，动态制动系统200可操作地设置成与机器100中的反相器电路124连接。动态制动系统200可被构造成在制动I旲式过程中依据机器100中的操作者指令减慢机器100的推进。
[0022]根据本发明，动态制动系统200可包括控制单元202，其可以是(但不限于)一组指令、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、数据结构等的组合。控制单元202可被构造成接收机器100中的操作者指令。此外，控制单元202可至少部分基于操作者指令确定是否将机器100置于制动模式。为了启动机器100的制动，控制单元202可生成用于反相器电路124的制动信号(通过点划线示出)。
[0023]制动信号可以通过机器100中的反相器电路124接收。制动信号可执行指令以将驱动马达120的扭矩极性颠倒。这使得驱动马达120用作发电机，使用来自所述组的驱动轮108的转动能量形式的机械功率来产生电功率。该电功率可供应回机器100中的电驱动112。
[0024]动态制动系统200可进一步构造成提供机器100中的再生制动。为此，动态制动系统200可包括能量存储单元204。能量存储单元204可包括设置成与电驱动112中的驱动马达120连接的电池、多个电容器等。如同在制动模式中，驱动马达120可产生电功率，能量存储单元204可存储此电功率以便稍后在机器100中使用。
[0025]此外，动态制动系统200可包括电阻器栅格组件111。电阻器栅格组件111可以热的形式消散一些或所有的生成电功率。图3示出了根据本发明一方面的电阻器栅格组件111的截面图。电阻器栅格组件111包括可为各种元件提供支承的壳体302。壳体302可以是任何形状并根据机器100中的空间限制分成一个或多个部分。在所示的例子中，壳体302具有柱形形状，其具有内端304和外端306。此外，壳体302分成4个扇形，其彼此组装在机器100中。
[0026]电阻器栅格组件111包括设置在壳体302的内端304和外端306之间的电阻器单元308。电阻器栅格组件111可包括在端-端的取向上邻接的紧密包装成堆叠构造的两个或更多个电阻器单元308。电阻器单元308可统一地布置在壳体302中以保持彼此之间的空气间隙。这种统一间隙确保电阻器栅格组件111中的电阻器单元308之间的冷却空气的充分流动。而且，一个或多个冷却空气通风孔310可设置在壳体302中以便冷却空气在电阻器栅格组件111中循环。[0027]在电阻器栅格组件111中，电阻器单元308可串联连接以提供连续的电流路径。为此，传导构件312可设置在壳体302中，将所述两个或更多个电阻器单元308电连接在电阻器栅格组件111中。传导构件312可以是导电电线、焊接等。电阻器单元308可以使得电阻器栅格组件111可具有两个电流电路、一个接触器功率电路和一个斩波器功率电路的方式连接。
[0028]图4示出根据本发明的电阻器单元308的示意图。电阻器单元308实质上包括支承元件402和安装到支承元件402的一个或多个电阻器元件404。电阻器单元308可进一步包括被构造成为一个或多个电阻器元件404提供支承的加强肋(未示出)。在所示的例子中，一个或多个电阻器元件404安装在一对支承元件402之间，该支承元件402又附加到电阻器栅格组件111的壳体302的内端304和外端306。此外，一个或多个电阻器元件404可布置成列，以紧密面对面的关系彼此大致平行，从而在其之间形成横向气流路径。
[0029]如所示的，支承元件402可以是由例如硅结合的层压云母、陶瓷、玻璃加强材料等的绝缘材料制成的块的形状。但是，可以使用具有绝缘性能的任何其他材料作为支承元件402。支承元件402可通过例如螺母和螺栓、螺钉等一些紧固构件附加到壳体302。支承元件402包括形成于其中的多个孔406。此外，孔406可不延伸经过支承元件402。
[0030]图5示出电阻器元件404的透视图。电阻器元件404可由例如不锈钢的电阻材料的连续条形成。电阻器元件404可包括沿着电阻器元件404的纵向XX’延伸的主体部分502。在一些实施方式中，电阻器兀件404还可包括在电阻器兀件404的主体部分502中布置在相对纵向侧的一系列反折部分503。在一种示例性构造中，电阻器404可沿着纵向XX’延伸大约200mm到大约250mm的范围。在具体例子中，电阻器元件404可具有大约240mm的长度。
[0031]电阻器元件404可具有布置在主体部分502的端部506处的末端部分504。替代地，电阻器元件404可包括从两个端部506设置的两个或更多个末端部分504。电阻器元件404的末端部分504可适于接收在支承元件402的孔406中。孔406可提供一些间隙以便末端部分504在其内运动。这允许电阻器元件404在热膨胀和热收缩时沿纵向XX’在电阻器单元308中运动。
[0032]此外，电阻器元件404还可具有设置在端部506处的突片508。突片508基本在电阻器元件404的横向YY’上延伸。替代地，多个突片508可沿着横向YY’从电阻器元件404相反地延伸。突片508可通过弯曲电阻器元件404的部分510形成，使得突片508形成电阻器元件404的一部分。在替代实施方式中，突片508可在端部506紧固到主体部分502。突片508可被构造成在支承元件402和电阻器元件404之间提供热屏蔽。
[0033]图6示出其中形成有狭槽602的电阻器元件404的一种实施方式。狭槽602可通过在制造过程中将电阻器元件404的一些区段切掉形成。狭槽602可在纵向XX’上沿着电阻器元件404的长度延伸。此外，电阻器元件404可包括多个狭槽602。在一种示例性构造中，狭槽602可以是矩形形状并延伸IOmm到30mm的范围。在一种具体例子中，狭槽602可以是2mm乘20_。
[0034]将明白，出于某些操作条件或者由于电阻器元件404在电阻器单元308中的特定布置，会需要一些冷却空气。为此，电阻器栅格组件111可具有强迫通风系统(未示出)，例如设置在壳体302中以便供应冷却空气的风扇、吹风机等。[0035]工业实用性
[0036]本发明能够应用于许多机器，例如像倾卸卡车的大型非高速公路卡车，它们常用于矿山、建筑工地和采石场。机器100可具有高的有效载荷能力和在全负荷时每小时几英里的行驶速度。机器100可进一步要求在干燥或潮湿条件下在各种环境和攀越陡坡下操作。
[0037]通常，为了停止或减慢这种机器，基于摩擦的制动器联接到所述组的驱动轮并且使用空转轮。这些基于摩擦的制动器是有效的，但会随着长期使用而磨坏。为了克服此，本发明的机器100可包括动态制动系统200，其可以与或不与这些基于摩擦的制动器结合工作。动态制动系统200可补充机器100中的这些基于摩擦的制动器，因此帮助减小这种制动器的磨损。
[0038]动态制动系统200可根据操作者指令作用以将机器100置于制动模式。具体地，操作者指令可由动态制动系统200中的控制单元202接收。控制单元202生成至少部分通过操作者指令确定的制动信号。这种确定或计算可基于机器100的各种操作参数，例如当前速度、当前有效载荷、加速率、希望的速度等。
[0039]接着，制动信号可由机器100的电驱动112中的反相器电路124接收。在制动模式，电驱动112可转换驱动马达120的扭矩极性，这使得驱动马达120用作发电机。在此模式，驱动马达120可使用来自所述组的驱动轮108的功率，最终排放所述组的驱动轮108的机械能并实现机器100的减慢。此外，消耗来自所述组的驱动轮108的机械功率的驱动马达120可在电驱动112中生成电功率。
[0040]此生成的电功率可被馈送到电驱动112中的动态制动系统200。生成的电功率(可以是AC的形式)可经由反相器124馈送，其将AC电功率转换成DC电功率。在一种实施方式中，对于具有再生制动的机器100，生成的电功率一部分可供应至电阻器栅格组件111，生成的电功率的剩余部分可供应至能量存储单元204以便在机器100中稍后使用。生成的电功率可经过电阻器栅格组件111的电阻器单元308中的电阻器元件404以作为热消散。
[0041]具体地，热通过电阻器元件的主体部分502生成。此生成的热可发散到支承元件402并提高电阻器单元308中的支承元件402的温度。根据工业标准，支承元件402的正常持续操作温度在300到400摄氏度的范围。对于短的间隔，支承元件402的温度可由于浪涌达到较高的值，但如果温度升高到临界温度以上延长的时间段，则支承元件402的寿命会极大地减小。此外，电阻器元件404的机械稳定性会被削弱，造成电阻器元件404弯曲，并最终导致动态制动系统200的快速失效。
[0042]为了使从主体部分502发散到支承元件402的热通量最小，本发明的电阻器单元308为电阻器元件404提供突片508。突片508可用作电阻器单元308中的支承元件402和电阻器元件404之间的热屏蔽。此外，突片508还可通过增加电阻器元件404的表面面积改善热分布。
[0043]突片508可在电阻器元件404的制造过程中通过弯曲电阻器元件404的部分510形成。突片508可因此形成电阻器元件404的部分，不需要焊接或任何其他结合过程。而且，突片508可向制造过程增加最小成本，因为电阻器元件404的被弯曲的部分510原本可被切掉和刮去。
[0044]此外，生成的热会在电阻器元件404中造成热应力。这会造成电阻器元件404变形，并有可能接触电阻器单元308中的相邻电阻器元件404，这也会导致电阻器栅格组件111失效。限定在本发明的电阻器元件404中的狭槽602可通过为电阻器单元308中的电阻器元件404的材料提供膨胀或收缩的空间来抑制电阻器元件404的变形。
[0045]虽然这里描述的本发明的实施方式可在不脱离权利要求的范围的条件下结合，但本领域技术人员将明白可以进行多种修改和变型。本领域技术人员从说明书的考量和本发明的实践可以清楚其他实施方式。说明书和例子旨在被认为仅是示例性的，真正的范围通过权力要求书及其等同范围表明。
【权利要求】
1.一种能够用在电阻器栅格组件(111)中的电阻器单元(308)，该电阻器单元(308)包括: 支承元件(402)，其中形成有孔(406)； 电阻器元件(404)，其具有沿着纵向(XX)延伸的主体部分(502)和设置在主体部分(502)的端部处的末端部分(504)，电阻器元件(510)的末端部分(504)能够接收在孔(406)中以将电阻器元件(404)安装在支承元件(402)上；和 突片(508)，其从主体部分(502)的所述端部在大致横向上延伸，突片(508)能够在支承元件(402)和电阻器元件(404)之间提供热屏蔽。
2.如权利要求1所述的电阻器单元(308)，其中，支承元件(402)是由绝缘材料制成的块的形状。
3.如权利要求1所述的电阻器单元(308)，其中，电阻器元件(404)由电阻材料制成的连续条形成。
4.如权利要求1所述的电阻器单元(308)，其中，电阻器元件(404)包括形成在相对纵向侧处的一系列反折部分(503)。
5.如权利要求1所述的电阻器单元(308)，其中，电阻器元件(404)还包括邻近主体部分(502)的所述端部的狭槽(602)。
6.如权利要求5所述的电阻器单元(308)，其中，狭槽(602)沿着纵向(XX)延伸。
7.如权利要求1所述的电阻器单元(308)，其中，突片(508)形成电阻器元件(404)的部分。
8.如权利要求6所述的电阻器单元(308)，其中，突片(508)通过弯曲电阻器元件(510)的一部分形成。
9.如权利要求1所述的电阻器单元(308)，其中，突片(508)在端部(506)处紧固到主体部分(502)。
10.一种电阻器栅格组件(111)，包括: 壳体(302)； 设置在所述壳体(302)中的两个或多个电阻器单元(308)，该电阻器单元(308)包括: 多个支承元件(402)，其附加到壳体(302)，支承元件(402)中形成有多个孔(406)； 一个或多个电阻器元件(404)，其具有沿着纵向(XX)延伸的主体部分(502)和设置在主体部分(502)的端部(506)处的末端部分(504)，末端部分(504)能够接收在所述多个孔(406)中以将所述一个或多个电阻器元件(404)安装到所述多个支承元件(402)，和 从所述端部(506)在横向(YY)上延伸的突片(508)，所述突片(508)能够在支承元件和电阻器元件(404)之间提供热屏蔽；和 传导构件(312)，其能够将所述两个或多个电阻器单元(308)电连接在所述壳体(302)中。
【文档编号】H01C3/10GK103999168SQ201280061705
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月11日 优先权日:2011年12月15日
【发明者】G·M·布朗, B·S·贝利 申请人:卡特彼勒公司