具有用于高壓交流電總線的磁傳感器的機動環(huán)境受控單元的制作方法
【專利摘要】一種機動單元（例如，車輛或機動環(huán)境受控單元），其具有多相交流發(fā)電機，如三相交流發(fā)電機。該單元包括霍爾效應電流傳感器，以監(jiān)視來自交流發(fā)電機的高壓交流總線的所有三相。
【專利說明】具有用于高壓交流電總線的磁傳感器的機動環(huán)境受控單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及一種機動環(huán)境受控單元，如長途運輸?shù)膸綊燔?，其具有由交流發(fā)電機供電并具有高壓交流電(AC)總線的環(huán)境控制系統(tǒng)，如制冷單元。本發(fā)明的其他實施例涉及具有高壓總線的發(fā)電機。

【背景技術(shù)】
[0002]一些機動環(huán)境受控單元包括帶有嵌入式處理器的電池充電器，以將診斷健康信息傳遞給該單元的控制器。例如，于2010年7月30日提交的美國專利申請12/847，292公開了具有帶嵌入式處理器的電池充電器的示例性單元。然而，許多機動環(huán)境受控單元不包括帶嵌入式處理器的電池充電器。此外，許多系統(tǒng)忽略了對交流發(fā)電機的健康的直接監(jiān)視，而是通過從屬組件的錯誤行為識別出總線故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了另一種解決方案，用于感測和提供關(guān)于交流發(fā)電機的高壓交流總線的診斷信息。
[0004]在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種機動環(huán)境受控單元，其具有底盤、由該底盤支撐的車廂、以及與所述車廂環(huán)境連通的環(huán)境控制系統(tǒng)。所述環(huán)境控制系統(tǒng)被配置為用于控制所述車廂的環(huán)境參數(shù)。所述環(huán)境控制系統(tǒng)包括由內(nèi)燃機供能的多相交流發(fā)電機，為所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能。所述交流發(fā)電機具有第一相繞組和第二相繞組，所述第一相繞組生成第一高壓相交流電，所述第二相繞組生成第二高壓相交流電。所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括磁傳感器，該磁傳感器包括芯以及與該芯相互連接的磁傳感裝置，所述磁傳感裝置基于檢測到的電磁參數(shù)而提供輸出。從所述第一相繞組延伸出的第一導體在第一方向上以第一匝數(shù)纏繞所述芯，從所述第二相繞組延伸出的第二導體在第一方向上以第二匝數(shù)纏繞所述芯。所述第一匝數(shù)不同于所述第二匝數(shù)。所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括控制器，該控制器與所述磁傳感裝置連接，并被配置為根據(jù)磁傳感裝置的輸出控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)。
[0005]還可以預想的是，本發(fā)明并不限于機動環(huán)境受控單元。例如，本發(fā)明可以應用在具有交流發(fā)電機和高壓交流總線的車輛和發(fā)電機中。
[0006]結(jié)合以下詳細的描述和附圖，能夠更好地理解本發(fā)明的其他方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為長途運輸?shù)臓恳嚭桶霋燔嚨耐敢晥D；
圖2為圖1所示的半掛車的制冷單元的框圖；
圖3為圖2所示的制冷單元的控制模塊的框圖；
圖4為圖2所示的制冷單元一部分的電氣原理圖；
圖5為圖2所示的制冷單元部分的框圖；
圖6為霍爾效應傳感器的側(cè)視圖。

【具體實施方式】
[0008]在對本發(fā)明的任意實施例做出詳細解釋之前，需要了解的是，本發(fā)明的應用并不限制于以下描述所闡述的或以下附圖所舉例說明的部件的結(jié)構(gòu)和排布的細節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實施例，并通過各種方式實踐或?qū)嵤?br> [0009]在一個實施例中，機動單元(例如，車輛或機動環(huán)境受控單元)具有多相交流發(fā)電機，如三相交流發(fā)電機。所述單元包括單個霍爾效應電流傳感器，用于監(jiān)測來自交流發(fā)電機的高壓交流總線的所有三個相。各個相以不同匝數(shù)比通過傳感器被追蹤，正因為如此，其不會抵消。傳感器的輸出為模擬信號，隨后對該信號的振幅、頻率以及振幅與頻率之比隨后進行分析，以確定總線負載并識別故障條件。
[0010]本發(fā)明的實施例涉及一種具有環(huán)境控制系統(tǒng)和車廂的機動環(huán)境受控單元。典型的環(huán)境受控單元包括長途運輸?shù)膾燔嚒㈤L途運輸?shù)呢涇囓圀w、巴士、運輸集裝箱和軌道車輛。所述車廂可以采用多個廂的形式或具有多個區(qū)域。一種典型的環(huán)境控制系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)和空氣質(zhì)量系統(tǒng)中的一個或多個。更具體的典型系統(tǒng)包括加熱、通風、空調(diào)和制冷(HVACR)系統(tǒng)。在下面討論的具體實例中，該環(huán)境受控單元是長途運輸?shù)睦洳匕霋燔?00 (圖1 )，其具有支撐著(或形成)單個車廂110的底盤102，所述單個車廂110由制冷單元105冷卻。該底盤102還支撐制冷單元105。本發(fā)明的其他實施例涉及一種具有交流發(fā)電機和高壓交流總線的車輛，甚至是具有高壓交流總線的發(fā)電機。典型的車輛包括機動車、船舶和航天飛行器。
[0011]這里所述的具體實例的制冷單元105包括傳統(tǒng)的制冷部件，如壓縮機115 (圖2)、冷凝器120、膨脹閥122和蒸發(fā)器125。制冷單元105由內(nèi)燃機130供能。例如，壓縮機125可以由電子控制的發(fā)動機驅(qū)動，該發(fā)動機由具有管轄內(nèi)燃機130的帶傳動式交流發(fā)電機供倉泛。
[0012]對于所述的結(jié)構(gòu)，制冷單元105被控制在“循環(huán)”模式中，當參數(shù)超出范圍時啟動發(fā)動機130，而當參數(shù)處在范圍內(nèi)時則停止發(fā)電機130。所述參數(shù)可以是，例如，電池電壓、車廂溫度、車廂濕度、車廂空氣質(zhì)量或發(fā)動機溫度。在一個具體的例子中，該發(fā)動機130在車廂溫度上升超過第一溫度值后啟動，而在車廂溫度下降低于第二溫度值后關(guān)閉，所述第二溫度值可以與第一溫度值相同。
[0013]再參看圖2，起動機155由電池160供能，并受控以響應來自控制模塊165的信號。所述控制模塊165還接收來自傳感器170的信號。該信號170具有與感應的參數(shù)有關(guān)的值。例如，傳感器170A可以為電壓傳感器，而所述信號與電池的電壓有關(guān)。在另一個例子中，傳感器170B可以為溫度傳感器，而所述信號與車廂110的溫度有關(guān)。在另一個例子中，傳感器170C可以為高壓交流總線傳感器，而所述信號與高壓交流總線的電參數(shù)有關(guān)。
[0014]在進一步處理前，應當理解的是，這里討論的控制模塊165為單個模塊，該控制模塊可以包括多個模塊。
[0015]除了別的以外，控制模塊165還包括控制器180 (圖3)、電源模塊185、用戶接口190和通信模塊195?？刂破?80包括可操作以除了其他方面外還用于控制制冷單元105的工作的軟件和硬件組合。在一種結(jié)構(gòu)中，控制器180包括印刷電路板(PCB)，其組裝有多個向控制模塊165提供能源、運行控制和保護的電子電氣零部件。在一些結(jié)構(gòu)中，該PCB包括，例如，處理單元200 (例如，微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器或其他合適的可編程設備)、存儲器205和總線?？偩€連接PCB的各個部件，包括存儲器205到處理單元200。存儲器205包括，例如，只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)、閃速存儲器、硬盤或其他合適的磁、光、物理或電子存儲裝置。處理單元200連接到存儲器205并執(zhí)行能夠存儲在RAM (例如，執(zhí)行期間)、ROM (例如，通常永久存在)或其他非易失性計算機可讀介質(zhì)如其他存儲器或磁盤中的軟件。可選擇地或附加地，存儲器205包含在處理單元200中?？刂破?80還包括輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)210，該輸入/輸出系統(tǒng)包括用于在控制器180中的部件與控制模塊165的其他部件間傳遞信息的例行程序。例如，通信模塊195用于在控制模塊180和掛車100或拖車14內(nèi)外的一個或多個附加設備間提供通信。
[0016]包含在控制模塊165的執(zhí)行中的軟件存儲在控制器180的存儲器205中。該軟件包括，例如，固件、一個或多個應用、程序數(shù)據(jù)、一個或多個程序模塊、其他可執(zhí)行指令。除其它之外，控制器180還用于從存儲器中取出并執(zhí)行與制冷單元105的工作和控制相關(guān)的指令。例如，控制器180用于執(zhí)行從存儲器205取出的、用于監(jiān)視車廂110內(nèi)的溫度和用于控制制冷單元105的指令，以控制車廂110內(nèi)的溫度。在其他結(jié)構(gòu)中，控制器180或外部設備包括附加的、更少的或不同組件。
[0017]所述PCB除其它以外還包括多個附加無源和有源部件，如電阻、電容、電感、集成電路和放大器。設置和連接這些部件，以為PCB提供除其它之外的多種電子功能，包括過濾、信號調(diào)節(jié)或電壓調(diào)整。出于描述的目的，PCB和組裝在該PCB上的電子部件統(tǒng)稱為控制器 180。
[0018]用戶接口190包含在其中，以控制所述控制模塊165，或控制作為一個整體的制冷單元105的工作。用戶接口 190可操作地連接到控制器180以控制，例如設置制冷單元106的工作和傳遞制冷單元105的故障。用戶接口 190可以包括實現(xiàn)期望達到的的操作者交互水平所需的數(shù)字和模擬輸入/輸出設備的組合。例如，用戶接口 190可包括具有顯示和輸入設備的計算裝置、觸摸屏顯示器、多個旋鈕、調(diào)節(jié)器、開關(guān)、按鈕、增益調(diào)整器等等。
[0019]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4-6，其示意了交流發(fā)電機127的繞組250。所述繞組250配置為提供三相電能的Y形態(tài)。然而，也可能是其他多相配置，例如三相三角形結(jié)構(gòu)。還如圖所示，交流發(fā)電機127的一部分為Y點保護裝置255。如上所述并基于公知常識，來自繞組的電能提供給制冷單元105的系統(tǒng)負載。然而，從電流上說，在交流發(fā)電機127之后、在負載使用電能之前，磁場電流傳感器、如霍爾效應傳感器260，或磁通傳感器、如磁通門傳感器，感應來自繞組250的生成的相位電流。
[0020]霍爾效應傳感器260可以為開環(huán)或閉環(huán)傳感器。該傳感器260包括芯265以及與芯360相互連接的霍耳效應裝置270 (圖6)。從第一相250A延伸出的第一導體275A以第一匝數(shù)纏繞芯265，從第二相250B延伸出的第二導體275B在以第二匝數(shù)纏繞芯265，從第三相250C延伸出的第三導體275C以第三匝數(shù)纏繞芯265。第一匝數(shù)的繞組、第二匝數(shù)的繞組和第三匝數(shù)的繞組為非抵消排列。換言之，這些繞組全都沿第一共同方向(即，全部順時針或逆時針)纏繞，沒有一個沿第二方向纏繞。第一繞組、第二繞組和第三繞組的匝數(shù)都不相同，并且是基于比率的，即采用不同的匝數(shù)之比。例如，該比率可以是一比二比四(1:2:4)的匝數(shù)之比。也可以為其他比率，使用優(yōu)選的比率能使諧波的抵消最小化?；魻栃b置270監(jiān)測高壓交流總線的所有三相。所述裝置270的輸出為模擬信號，對該信號的振幅、頻率以及振幅/頻率比進行分析。這些電參數(shù)能確定總線負載并識別故障狀況。
[0021]在進一步處理前，需要理解的是，當提及纏繞在芯265上時，其中一個繞組可以簡單地穿過所述芯。即使是簡單地穿過芯，也仍認為是纏繞在芯上。
[0022]參看圖6，所示的示例性傳感器為LEM牌電流傳感器，型號為HAB 40_V，可在www.LEM.com上找到?；魻栃b置270具有三個端口 275、280和285。端口 275接收直流電源電壓，端口 280連接到地，端口 285輸出模擬信號。該模擬輸出信號提供給控制器165做進一步分析。
[0023]霍爾效應傳感器260可以集成至繞線導體275，以形成線束290。所述線束290可以包括繞線導體275，該繞線導線275在節(jié)點(或接頭)300處與來自交流發(fā)電機127的導體295連接。線束290的導體275可以在節(jié)點310處與延伸到系統(tǒng)負載的導體305連接。線束290也包括上述節(jié)點275、280和285 (或端口)。
[0024]如上所述，裝置270的輸出為模擬信號，對該信號的振幅、頻率以及振幅/頻率比進行分析。例如，所述模擬信號為一電壓，該電壓與流經(jīng)傳感器260的電流有關(guān)。所述電壓涉及三相電流的復合信號。換言之，所述信號涉及三相電流的不等加權(quán)矢量之和。所述信號將包括與復合相電流的振幅、頻率和振幅/頻率之比有關(guān)的振幅、頻率以及振幅/頻率之比。
[0025]如機動環(huán)境控制系統(tǒng)105這樣的系統(tǒng)具有用于交流發(fā)電機127和負載的已知的工作條件。當使用負載、如壓縮機115時，電流應該在已知范圍內(nèi)。輸出信號的振幅可以與代表正確工作的壓縮機的值進行比較，如果振幅在范圍內(nèi)，則控制模塊165確認系統(tǒng)105是正常工作的。如果輸出信號的振幅在范圍外(例如，大于閾值)，則電流對于負載來說太高，交流發(fā)電機127關(guān)閉。信號的監(jiān)測振幅可以為RMS值、平均值或峰值。
[0026]類似地，交流發(fā)電機127應當工作在已知的頻率和已知的振幅/頻率之比下?？梢苑治鲚敵鲂盘柕念l率和振幅/頻率之比，以確定交流發(fā)電機127是否正確地工作。
[0027]相應地，本發(fā)明除其它之外，還提供了一種新的、實用的、具有用于高壓總線磁傳感器的機動環(huán)境控制系統(tǒng)。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點在權(quán)利要求中進行了闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種機動環(huán)境受控單元，包括: 底盤； 由所述底盤支撐的車廂； 與所述車廂環(huán)境連通的環(huán)境控制系統(tǒng)，該環(huán)境控制系統(tǒng)被配置為控制所述車廂的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境控制系統(tǒng)包括 由內(nèi)燃機供能的多相交流發(fā)電機，用于為所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能，所述交流發(fā)電機具有用于生成第一高壓交變相電流的第一相繞組，和用于生成第二高壓交變相電流的第二相繞組； 磁傳感器，包括
-!-H 心， 與所述芯相互連接的磁傳感裝置，所述磁傳感裝置基于檢測到的電磁參數(shù)提供輸出， 其中，從所述第一相繞組延伸出的第一導體在第一方向上以第一匝數(shù)纏繞所述芯，并且 其中，從所述第二相繞組延伸出的第二導體在第一方向上以第二匝數(shù)纏繞所述芯，所述第二匝數(shù)不同于所述第一匝數(shù)；以及 控制器，與所述磁傳感裝置連接，并被配置為根據(jù)所述磁傳感裝置的輸出而控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述交流發(fā)電機具有用于生成第三高壓交變相電流的第三相繞組，其中，從所述第三相繞組延伸出的第三導體在第一方向上以第三匝數(shù)纏繞所述芯，所述第三匝數(shù)不同于所述第一匝數(shù)和所述第二匝數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述第一、第二和第三匝數(shù)具有1:2:4的匝數(shù)比率關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述磁傳感器包括霍爾效應傳感器，并且所述磁傳感裝置包括霍爾效應裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述霍爾效應傳感器為開環(huán)傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括具有磁傳感器的線束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述控制器將所述輸出信號的振幅與表示所述單元的故障的值進行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述控制器將所述輸出信號的頻率與表示所述單元的故障的值進行比較。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述控制器將振幅與頻率之比與表示所述單元的故障的值進行比較。
10.一種機動發(fā)電機,包括: 內(nèi)燃機； 由所述內(nèi)燃機供能的多相交流發(fā)電機，用于為環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能，該交流發(fā)電機具有用于生成第一高壓交變相電流的第一相繞組，和用于生成第二高壓交變相電流的第二相繞組； 磁傳感器，包括
-!-H 心， 與所述芯相互連接的磁傳感裝置，所述磁傳感裝置基于檢測到的電磁參數(shù)提供輸出， 其中，從所述第一相繞組延伸出的第一導體在第一方向上以第一匝數(shù)纏繞所述芯，并且 其中，從所述第二相繞組延伸出的第二導體在第一方向上以第二匝數(shù)纏繞所述芯，所述第二匝數(shù)不同于所述第一匝數(shù)；以及 控制器，與所述磁傳感裝置連接，并被配置為根據(jù)所述磁傳感裝置的輸出而控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機動發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電機具有用于生成第三高壓交變相電流的第三相繞組，其中，從所述第三相繞組延伸出的第三導體在第一方向上以第三匝數(shù)纏繞所述芯，所述第三匝數(shù)不同于所述第一匝數(shù)和所述第二匝數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的機動發(fā)電機，其特征在于，所述第一、第二和第三匝數(shù)具有1:2:4的匝數(shù)比率關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機動發(fā)電機，其特征在于，所述磁傳感器包括霍爾效應傳感器，并且所述磁傳感裝置包括霍爾效應裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機動發(fā)電機，其特征在于，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括具有磁傳感器的線束。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機動發(fā)電機，其特征在于，所述控制器將所述輸出信號的振幅與表示所述單元的故障的值進行比較。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機動發(fā)電機，其特征在于，所述控制器將所述輸出信號的頻率與表示所述單元的故障的值進行比較。
17.—種機動環(huán)境受控單元，包括: 底盤； 由所述底盤支撐的車廂； 與所述車廂環(huán)境連通的環(huán)境控制系統(tǒng)，該環(huán)境控制系統(tǒng)被配置為控制所述車廂的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境控制系統(tǒng)包括 由內(nèi)燃機供能的三相交流發(fā)電機，用于為所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能，所述交流發(fā)電機具有用于生成第一高壓交變相電流的第一相繞組、用于生成第二高壓交變相電流的第二相繞組、以及用于生成第三高壓交變相電流的第三相繞組； 霍爾效應傳感器，包括
-!-H 心， 與所述芯相互連接的霍爾效應裝置，該霍爾效應裝置基于檢測到的電磁參數(shù)提供輸出， 其中，從所述第一相繞組延伸出的第一導體在第一方向上以第一匝數(shù)纏繞所述芯， 從所述第二相繞組延伸出的第二導體在第一方向上以第二匝數(shù)纏繞所述芯，所述第二匝數(shù)不同于所述第一匝數(shù)，并且 其中，從所述第三相繞組延伸出的第三導體在第一方向上以第三匝數(shù)纏繞所述芯，所述第三匝數(shù)不同于所述第一匝數(shù)和所述第二匝數(shù)；以及 控制器，其與所述磁傳感裝置連接，并被配置為根據(jù)所述磁傳感裝置的輸出控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述第一、第二和第三匝數(shù)具有1:2:4的匝數(shù)比率關(guān)系。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括具有霍爾效應傳感器的線束。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機動環(huán)境受控單元，其特征在于，所述控制器將所述輸出信號的振幅與表示所述單元的故障的值進行比較，將所述輸出信號的頻率與表示所述單元的故障的值進行比較，并將所述輸出信號的振幅與頻率之比與表示所述單元的故障的值進行比較。
【文檔編號】G01R33/06GK104321657SQ201380028252
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】羅伯特·N.·尼德梅耶, 格雷戈里·R.·特魯肯布羅德, 馬修·S.·納爾遜, 阿肖克·莫拉利達爾 申請人:冷王公司