用于熨平板加热的集成发电机.pdf

1.  一种用于将摊铺材料的垫料(26)铺设在摊铺表面(12)上的摊铺机(10)，所述摊铺机(10)包括：
牵引机(14)，其包括：
具有输出轴(62)的动力源(16)，
连接至所述动力源(16)的所述输出轴(62)的泵传动(64)，
与泵传动(64)集成的发电机(66)，所述发电机可有效连接到动力源(16)的输出轴(62)以驱动所述发电机(66)的转子以及产生交流(AC)电，
与所述发电机(66)有效连接用以接收由发电机(66)产生的交流电，将交流转化成直流并输出直流电的第一功率转换器(68)，以及
与所述发电机(66)有效连接用以接收控制信号并与所述第一功率转换器(68)有效连接用以传输和接收控制信号的牵引机(14)；以及
熨平板(22)，其包括：
具有多个主区域主干线(76)的区域电力配电箱(72)，所述区域电力配电箱(72)可有效连接到所述牵引机(14)控制器来传输并接收控制信号，并且可有效连接到所述第一功率转换器(68)以接收来自所述第一功率转换器(68)的直流电，其中，所述区域电力配电箱(72)接收到的直流电在所述多个主区域主干线(76)之间分配，以及
有效连接到所述牵引机(14)控制器以发送控制信号的多个熨平板加热元件(60)，其中来自所述区域电力配电箱(72)的所述多个主区域主干线(76)的每一个可有效连接到所述多个熨平板加热元件(60)的相应一个以从所述区域力配电箱(72)转移直流电，并且其中所述多个熨平板加热元件(60)产生热量将所述熨平板(22)加热到预定的摊铺温度。

2.  根据权利要求1的摊铺机(10)，其中所述牵引机(14)包括有效连接到所述牵引机(14)控制器来传输并接收控制信号的绝缘监视系统(90)， 其中发电机(66)，第一功率转换器(68)，区域电力配电箱(72)，以及多个熨平板加热元件(60)将电流测定信号传输到所述牵引机(14)控制器，其中所述绝缘监视系统(90)用于将电流测定信号中电流电平与预定最大电流电平进行比较，并在电流测定信号中的一个的电流电平大于预定最大电流电平时，确定是否在所述发电机(66)、所述第一功率转换器(68)、所述区域电力配电箱(72)和所述多个熨平板加热元件(60)其中的一个发生了第一接地故障。

3.  根据权利要求2的摊铺机(10)，其中所述绝缘监视系统(90)用于在确定发生第一接地故障的同时，确定是否有额外的接地故障发生，并且其中所述牵引机(14)控制器用于在所述绝缘监视系统(90)检测出其检测到的多个接地故障并未超出预定的接地故障数目时，输出操作者通知信号，而一旦达到预定的故障数目，则需要切断下列用于传输引起接地故障检测的电流测量信号的各种部件的供电，包括所述发电机(66)、所述第一功率转换器(68)、所述区域电力配电箱(72)和所述多个熨平板加热元件(60)。

4.  根据权利要求3的摊铺机(10)，其中所述牵引机(14)包括有效连接到所述牵引机(14)控制器的输出显示器，其中所述牵引机(14)控制器向所述输出显示器输出操作者通知信号，并且所述输出显示器在收到操作者通知信号时输出感观可察觉的接地故障通知。

5.  根据权利要求3的摊铺机(10)，其中，所述牵引机(14)控制器用于在所述绝缘监控系统(90)确定所述绝缘监控系统(90)检测到的接地故障的数目等于需要断电的预定接地故障数目时，关闭下列用于传输引起接地故障检测的电流测量信号的各种部件，包括所述发电机(66)、所述第一功率转换器(68)、所述区域电力配电箱(72)和所述多个熨平板加热元件(60)。

6.  根据权利要求2的摊铺机(10)，其中，所述牵引机(14)控制器用于在所述第一接地故障被确定为交流接地故障，以及导致所述交流电流接地故障的一个电流测量信号的电流电平被确定为大于超过预定最大电流电平的预定损坏阙值电流电平，关闭下列用于传输引起第一接地故障检 测的电流测量信号的各种部件，包括所述发电机(66)、所述第一功率转换器(68)、所述区域电力配电箱(72)和所述多个熨平板加热元件(60)

7.  根据权利要求1的摊铺机(10)，其中，所述牵引机(14)包括：
有效连接到所述牵引机(14)控制器以发射并接收控制信号，并且有效连接到所述第一功率转换器(68)的第二功率转换器(84)，其中，所述第二功率转换器(84)用于从所述第一功率转换器(68)接收直流电，将所述直流电转换成交流电，并输出所述交流电；和
具有多个交流电插座的插座板(80)，其中，所述插座板(80)可有效连接到所述第二功率转换器(84)，并且用于从所述第二功率转换器(84)接收所述交流电输出并在所述多个交流电插座处输出所述交流电。

8.  根据权利要求1的摊铺机(10)，其中，所述牵引机(14)包括有效连接到所述动力源(16)以及所述牵引机(14)控制器的动力源(16)控制器，其中，所述牵引机(14)控制器用于为所述牵引机(14)和所述熨平板(22)的各部件(44)确定电源需求，根据各部件(44)的所述动力需求确定动力源动力需求，并且将动力源(16)电源需求信号输出到所述动力源(16)控制器，并且其中，所述动力源(16)控制器用于从所述牵引机(14)控制器接收所述动力源(16)动力需求信号，并且促使所述动力源(16)基于所述动力源(16)动力需求信号值输出功率。

9.  根据权利要求8的摊铺机(10)，其中，所述动力源(16)是发动机，其中，所述动力源(16)动力需求信号是所述发动机产生动力源(16)动力需求所需的期望发动机转速，并且其中，所述动力源(16)控制器在接收所述动力源(16)动力需求信号时，促使所述发动机以预期的发动机转速运转。

10.  根据权利要求8的摊铺机(10)，其中，所述牵引机(14)控制器用于在确定所述发电机(66)的温度值大于预定的最大发电机(66)温度时，确定发电机(66)温度，将所述发电机(66)温度值与预定最大发电机(66)温度比较，并且将所述动力源(16)动力需求信号传输到所述动力源(16)控制器，所述动力源(16)控制器具有导致所述动力源(16) 减少由所述动力源(16)输出的功率的值。

11.  根据权利要求1的摊铺机(10)，其中，所述发电机(66)包括开关磁阻发电机(66)。

12.  一种用于操作摊铺机(10)以将摊铺材料的垫料(26)铺设在摊铺表面(12)上的方法，所述方法包括：
将所述摊铺机(10)的动力源(16)输出轴(62)与发电机(66)的输入轴有效连接，以驱动所述发电机(66)的转子并产生交流(AC)电，其中，将所述发电机(66)与所述摊铺机(10)的泵驱动装置(64)集成；
从所述发电机(66)向第一功率转换器(68)输出交流电；
将所述交流电在所述第一功率转换器(68)处转换成直流(DC)电；
从所述第一功率转换器(68)向所述摊铺机(10)的熨平板(22)的区域电力配电箱(72)输出直流电；
将在所述区域电力配电箱(72)处接收的直流电分配至多个熨平板加热元件(60)；并且
在所述多个熨平板加热元件(60)处从自所述区域电力配电箱(72)接收的直流电里产生热量，以使所述熨平板(22)加热至预定的摊铺温度。

13.  如权利要求12所述的方法，包括：
从所述第一功率转换器(68)向所述摊铺机(10)的第二功率转换器(84)输出直流电；
在所述第二功率转换器(84)处将直流电转换成交流电；
从所述第二功率转换器(84)向具有多个交流电插座的插座板(80)输出交流电。

14.  如权利要求12所述的方法，包括：
确定所述摊铺机(10)的部件(44)的功率需求；
基于所述部件(44)的功率需求确定电源功率需求；并且
使所述电源(16)基于电源(16)的功率需求值输出功率。

用于熨平板加热的集成发电机
技术领域
本发明总体涉及通过机器操作来将摊铺材料的垫料铺设在摊铺表面上的摊铺机，更具体地，涉及一种提高加热过程效率和可靠性的办法，该加热过程用于将摊铺机熨平板加热至最佳温度以便将垫料摊铺在摊铺表面上。
背景技术
当修建公路和停车场等时，摊铺机可将诸如沥青等摊铺材料沉积在摊铺表面上，从而形成平坦一致的车辆通行表面。建筑工地的摊铺机(例如沥青摊铺机)通常是最先进的自动工程机械，专用于接收、传送、分配、成型和部分压缩沥青材料。摊铺机接受加热至合适温度的沥青材料，使其流动甚至铺展至摊铺机前的接收漏斗。使用设置在漏斗底部的平行板条式输送机或其它类型的输送机将漏斗中的沥青材料传送至摊铺机的尾部。从漏斗传送的沥青材料通过两个相对的螺钉或铺展输送机或螺旋钻沿着预设的传送带或垫料分布，自由流动的熨平板使得沥青材料在摊铺表面上成型并压缩成为垫料。
操作者可手动控制摊铺机及其零件的运行以分散沥青材料并在摊铺表面上制造垫料。在许多摊铺机中，系统设置成自动操作并控制摊铺过程以使摊铺机稳定操作，从而保证了垫料均匀地铺设在摊铺表面上，并且避免了垫层完整性和长度方面的缺陷。自动化系统可以包括对以下进行控制：摊铺机的速度、散布沥青材料的输送机和螺旋钻的作业、熨平板的竖直定位和温度控制。可以在诸如铺设一段高速公路或停车场的铺路工作的初始设置过程期间设定控制设置。
在摊铺过程中，熨平板必须被加热，这样当熨平板通过并且压实垫料 时热的摊铺材料才不会粘到底面上。熨平板具有将熨平板加热至摊铺所需要的温度的多个电加热元件。加热元件经由继电器从摊铺机的发电机接收电力。在大多数当前的摊铺机中，诸如燃气或柴油内燃机之类的动力源具有驱动泵传动的输出轴。泵传动继而驱动向摊铺机的各种系统提供气压、液压和机械动力的多个泵和/或电机。泵或电机之一驱动向熨平板加热元件提供电力的发电机。在这些应用中使用的大多数发电机提供频率随着动力源的输出轴的转速变化而变化的交流电(交流)。附加的整流电路或其他信号调节装置被设置以将发电机的输出转换为具有近似恒定频率的交流电。
如上所述，使用一串互连的组件导致电力损耗和效率降低，增加了摊铺机的操作成本。一些摊铺机装置中，动力源与发电机之间的连接更加直接。例如，美国专利申请公布号2010/0296866(2010年11月25日公开)《摊铺机和方法"PaverandMethod，″》公开了安装在用于摊铺机机泵的取力齿轮、或者安装在摊铺机的底盘的悬架，或者安装在摊铺机的内燃机的控制台上的发电机。发电机可以通过永久传动连接件(例如皮带传动或传动轴)来驱动。然而，与以上描述相比，该公开发明没有给出摊铺机的加热元件的任何替代连接方案。
在具有上述熨平板加热装置的摊铺机的操作期间，在垫料被铺在摊铺表面上时熨平板温度被维持在所期望的水平。通常，每一个熨平板加热元件具有在接地故障的情况下跳闸以防止损坏组件的相应的断路器。当接地故障发生时，断路器跳闸，不另行向操作者发出相应加热元件没有接收电力的指示。摊铺机在熨平板的一部分冷却时继续将垫料铺设在摊铺表面上，并且只有当部分垫料由于接触部分受冷熨平板而产生了不利影响时，操作者才可能发现加热元件的故障。
由于在当前的摊铺机中，在向熨平板加热元件提供动力的过程中存在效率低和性能风险，所以需要改进对熨平板加热元件的供电和输电，并改进对接地故障情况的处理措施以将对由摊铺机铺设的垫料的不利影响减到最小。
发明内容
在本发明的一个方面中，公开了一种用于将摊铺材料的垫料铺设在摊铺表面上的摊铺机。摊铺机可包括牵引机和熨平板。牵引机可具有：动力源，其具有输出轴；泵驱动装置，其与动力源的输出轴连接；发电机，其与泵驱动装置集成，并与动力源的输出轴有效连接以驱动发电机的转子并产生交流电；第一功率转换器，其与发电机有效连接以接收发电机所产生的交流电，进而将交流电转换成直流电(直流)并输出直流电；以及牵引机控制器，其与发电机有效连接以接收控制信号，并与第一功率转换器有效连接以传输并接收控制信号。熨平板可包括：区域电力配电箱，其具有多个主区域主干线；以及多个熨平板加热元件，其与牵引机控制器有效连接以传输控制信号。区域电力配电箱可与牵引机控制器有效连接以传输并接收控制信号，并与第一功率转换器有效连接以从第一功率转换器接收直流电，其中，将在区域电力配电箱接收到的直流电分布在所述多个主区域主干线之间。
来自区域电力配电箱的所述多个主区域主干线中的每一个与所述多个熨平板加热元件中的对应一个有效连接，以从区域电力配电箱转移直流电，并且，所述多个熨平板加热元件产生热量以将熨平板加热至预定的摊铺温度。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于操作摊铺机以将摊铺材料的垫料摊铺在摊铺表面上的方法。该方法可包括：将摊铺机的动力源的输出轴有效连接到发电机的输入轴以驱动发电机的转子并产生交流电，其中，发电机与摊铺机的泵驱动器集成，将来自发动机的交流电输出至第一功率转换器，在第一功率转换器将交流电转换为直流电，将直流电从第一功率转换器输出至摊铺机的熨平板的区域配电箱，将在区域配电箱接收的直流电分配至多个熨平板加热元件，以及通过从区域配电箱接收的直流电使多个熨平板加热元件发热以加热熨平板到预定的摊铺温度。
其他方面由本专利的权利要求书限定。
附图说明
图1是摊铺机的透视图；
图2是图1的摊铺机的侧视图；
图3是在图1的摊铺机中实施的根据本发明的配电组件的示意图；以及
图4是在图1的摊铺机中实施的根据本发明的熨平板热控制组件的示意图。
具体实施方式
尽管下文详细阐述了多种不同实施例的具体实施方式，但是应当理解，法律上的保护范围由本专利结尾的权利要求书来限定。具体实施方式应被解释为仅仅是示例性的，并没有描述每个可能的实施例，因为就算有可能，但是描述每个可能的实施例也是不实际的。使用现代技术或者在本专利的申请日之后开发的技术能够实施大量替代的实施例，但后者仍属于权利要求书限定的的范围内。
还应当理解，除非在本文中有明确术语定义，否则均不明确或隐含地，在其一般含义在外，对术语的含义进行限制，并且这些术语也不应解释为限于根据本专利的任何段落(除了权利要求书的语言之外)中作出的任何陈述的范围内。在一定程度上，本专利末尾的权利要求书中引用的任何术语在本文中以单一意义的方式引用，这仅是为了清楚起见，以便不使读者感到混淆，并不意味着这种权利要求术语被隐含地或以其他方式限制到上述单一意义。
图1是摊铺机10的图示。虽然在附图中摊铺机10被描绘为沥青摊铺机，但本公开的控制系统可在用于任何类型的摊铺材料的任何类型的摊铺机上使用，该任何类型的摊铺材料可在摊铺表面12上形成材料层并且其中电力被供应至熨平板加热元件。摊铺机10包括牵引机14、一个或多个牵引装置18和用于容纳摊铺材料的料斗20，该牵引机14具有动力源16，例如气轮机、燃气或柴油内燃机、电机等。该牵引装置18通过传动机构 (未示出)可有效地耦合到动力源16以驱动牵引装置18并推进摊铺机10。虽然在附图中牵引装置18被示出为履带，牵引装置18也可以替换为滚轮或任何其他类型的牵引装置。牵引装置18也可以是不同类型的牵引装置的组合。例如，摊铺机10可包括履带和滚轮。
摊铺机10还包括通过牵引臂24连接到牵引机14并且被拖曳在牵引机14之后的熨平板22，以将摊铺材料摊开并压实到摊铺表面12上的垫料26中。熨平板22可包括用于将摊铺材料摊开至熨平板22的侧向延伸的一个或多个螺旋钻28。此外，摊铺机10包括连接至熨平板22和/或牵引臂24的传感器框架30。传感器框架30可以包括一个或多个传感器32，其可以感测与摊铺机10的操作相关的各种参数的值，例如摊铺机10在不同位置的高度、以及摊铺材料、熨平板22和垫料26的温度。
摊铺机10还包括供一个或多个操作者使用的操作站34。操作站34包括基座36和可以安装在底座40上的操作控制台38。操作站34包括牵引机控制器或电子控制模块(ECM)42以及用于接收用户输入和向操作者显示信息的人机界面44。人机界面44可具有按钮、开关、表盘、控制杆、触摸屏以及可以允许操作者向牵引机ECM42输入命令以控制摊铺机10的各种组件的操作的其他控制装置。
摊铺机10的料斗20包含将形成为摊铺表面12上的垫料26的摊铺材料。可在摊铺机10的前部将摊铺材料从将摊铺材料运送至作业地点的卡车中倒入料斗20。参照图2，摊铺机10在料斗20的底部可包括一个或多个输送器46。输送器46可以并排设置，并沿着摊铺机10的中线在料斗20的中心附近彼此平行地延伸。料斗20一般构造成从料斗20的侧面朝着中心供应摊铺材料，输送器46可将摊铺材料从料斗20运送至牵引机14的后部，倾倒在熨平板22前部的牵引机14的后面以及在摊铺表面12上堆成堆48(如图2的切图50所示)。当摊铺机10向前行进时，材料堆48可均匀地散布并被加热的熨平板22压紧。料斗20的外侧处的部分材料可能无法供应至输送器46，而是聚集在料斗20的侧面。把料斗的左右两侧铰接起来有助于将聚集的材料汇集在一起，这样，料斗两侧可用致动器(未示出)同时或分别抬高，从而使材料下滑到输送器46上(参见图1中的 运动箭头指向)。
熨平板22使堆48均匀地散布并将摊铺材料压紧到摊铺表面12上的垫料26中。图中将熨平板22示出为浮式熨平板。然而，熨平板22可以是用于任何类型的摊铺材料的任何类型的熨平板。通过牵引臂24将熨平板22在牵引点52处附接至牵引机14。通过使用熨平板高度致动器54在牵引点52处升高和/或降低牵引臂24来调节熨平板22的高度。熨平板高度致动器54可以是任何合适的致动器，例如液压缸。当摊铺机10运动时，熨平板22相对于牵引臂24在牵引点52处的高度以基本上一致的高度浮在一层摊铺材料上。操作员在铺路工作期间能够经由在操作控制台38进行适当的控制来调节熨平板22的高度，详见下述。
熨平板22在摊铺过程中被加热，因此垫料26中的摊铺材料不会粘附在熨平板22的底部并且损害垫料26的质量。图3示出根据本发明公开的一种构造和牵引机的其他部件，其中这种构造用于发电，并为熨平板22的加热元件60以及牵引机14的其他组件供电。通过动力源16输出的机械动力转换成熨平板加热元件60可用的电能。动力源16的旋转输出轴62连接到牵引机14内的泵传动64。泵传动64容纳有内齿轮传动(未示出)，该内齿轮传动继而与泵和电机(未示出)耦合。当动力源16的输出轴62驱动泵传动64的齿轮传动时，泵和电机为摊铺机10的各种系统提供液压、气压和机械动力。
泵传动64进一步包括与泵传动64一起装配的集成发电机(ISRG)66。集成发电机66具有输入轴(未示出)，该输入轴通过由泵传动64驱动的泵或电机之一有效地耦合到动力源16的输出轴62上，而不是直接耦合至该输出轴62。集成发电机66的输入轴可经由皮带或或中间传动轴，或者通过泵传动64的齿轮传动之一而直接耦合到输出轴62。用于将动力源16的输出轴62的旋转转换成泵传动64内的集成发电机66的输入轴的旋转的具体连接配置对本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且本发明人认为这种连接配置是本发明所公开的摊铺机10中是有用的。在本实施例中，集成发电机66可以是开关磁阻发电机，例如，该开关磁阻发电机是在下列文献中公开的类型，比如：Susitra等人的Switched Reluctance  Generator Modeling，Design，Simulation，Analysis and Control A Comprehensive Review，Int’1J.ComputerAppls.，Vol.1，No.2，pp.10-16(2010)和Hrabovcova等人的Output Power of Switched Reluctance Generator with regard to the Phase Number and Number of Stator and Rotor Poles.Elec.&Elec.Eng’g，No.3，pp.25-30(2011)。通过引证将其并入本文中。在参考文献中描述的这些开关磁阻发电机相对于现有使用的发电机能够在更小的封装中提供更多电力，从而有利于发电机66与泵传动64的集成
目前在摊铺机中使用的向熨平板加热元件供电的独立发电机可根据驱动独立发电机的泵或者电机的速度在可变的频率下产生恒定的电力输出。为了产生具有基本恒定的输出频率、电流和电压的电力，应控制驱动发电机的泵和/或电机以调整动力源16的速度并以恒定速度驱动发电机。在一种类型的布置中，电机具有速度传感器，并且泵根据需要上冲或下冲以保持驱动发电机的输出泵速度大致恒定。
与目前发电机的布置相反，在本发明公开的摊铺机10中，无须对集成发电机66的速度、和对应地输出功率进行精确控制。集成发电机66的输出交流电经由交流电气连接70连接至第一功率转换器68的输入端。功率转换器68将从集成发电机66输出的交流电转换为可用于为熨平板加热元件60供电的直流电。功率转换器68配置为在集成发电机66输出交流电的频率、电流和电压的范围内生成恒定输出功率。集成发电机66的速度和集成发电机66输出的功率的特性基于输出轴的速度而变化。无论何种变化，功率转换器68在摊铺机10的电气部件所需的工作电压下输出功率。有了这种配置，摊铺机10中去掉了驱动发电机的电机和泵，以及维持发电机的恒定速度所需的对应控制功能，并且操作部件的去除进一步改进了由摊铺机10实现的效率。
功率转换器68包括第一直流电输出，其经由第一直流电气连接74连接至熨平板22的区域电力配电箱72的电力输入端。区域电力配电箱72可以控制接收功率转换器68输出的直流电从熨平板加热元件60到区域电力配电箱72的配电。熨平板22的加热部分，可以分成多个区域，其中每一个区域含有一个或者多个熨平板加热元件60。区域电力配电箱72包括 多个主要区域主干线76，其中每一个主要区域主干线76将熨平板22的多个区域中的一个和对应的加热元件60连接至区域电力配电箱72，以在熨平板22被加热时接收来自区域电力配电箱72的直流电。在许多实施中，熨平板22设有有用于横向熨平板延伸的横向延伸或连接，以便将垫料26更宽地摊铺在摊铺表面12上。延伸的熨平板加热元件60可以经由另一主要区域主干线76接收来自区域电力配电箱72的直流电。
功率转换器68将电力提供至牵引机14的其他组件和熨平板22。例如，在希望或需要在夜晚进行摊铺处理的工作区中，应在摊铺机10上安装灯具以照亮工作区。灯由电插座面板80供电，如120/240V交流面板，并且该面板与熨平板22的区域电力配电箱72并联至功率转换器68。功率转换器68的第二直流电气连接82连接到第二功率转换器84的输入端，以将功率转换器68的输出直流电转换成插座面板80所需要的交流电。如果必要的话，插座面板80和功率转换器84的附加组合可连接至第二直流电气连接82，从而为执行摊铺处理所必需的附加灯具和电提供供电插座。
正如在任何电气系统中一样，接地故障和其他异常情况会对摊铺机10的电气组件造成损坏，必须识别并响应这些情况，避免对电气组件造成潜在损害。在当前摊铺机中，当发生故障状况时，使用熔断器、断路器和类似设备熔断、跳闸、或者以其他方式中断电流的连续性。这样的装置不另外管理故障状况，仅在操作者、维护技术员等专业人员确定摊铺机的对应组件不起作用之后，才能断定故障情况。在本发明公开的摊铺机10中，设有绝缘监控系统90持续地监控摊铺机10的整个电气系统并管理故障状况的发生，在必要时关闭摊铺机10或受影响组件，并且为摊铺机10的操作者或者负责摊铺机10的维护和操作的其他人员提供通知，详见下述。绝缘监控系统90可以是牵引机ECM42内的独立单元或者模块，并且经由与电气连接74，82并联的第三直流电气连接92从功率转换器68接收直流电。为确保功率转换器68和绝缘监控系统90的安全操作，转换器68和绝缘监控系统90可以包覆在具有内部安全环境的绝缘外壳中。
现在参照图4，图4示意性地示出了用于调节熨平板22的温度，为集成发电机66配电，以及检测并处理故障状况的控制元件。如上所述，牵 引机ECM42位于摊铺机10的牵引机14中。牵引机ECM42包括用于执行指定程序的微处理器100，该微处理器控制并监控与摊铺机100相关联的各种功能。微处理器100包括存储器102，例如，存储一个或多个程序的只读存储器(ROM)104，以及随机存取存储器(RAM)106，其作为工作存储器区域用于执行存储器102中存储的一个或多个程序。虽然图中示出的是微处理器100，但也可能和应可使用其他电子元件，例如微控制器、ASIC(特定用途集成电路)芯片、或任何其他集成电路器件。
牵引机ECM42电气连接到人机界面44、集成发电机66、功率转换器68、区域电力配电箱72、(一个或多个)功率转换器84和绝缘监控系统90。牵引机ECM42与组件44，66，68，72，84，90交换控制信号以监视并控制摊铺机的操作，从而将集成发电机66的供电分配至熨平板加热元件60和其他组件。熨平板加热元件60、集成发电机66、以及功率转换器68包括热电偶或能够测量对应组件的温度并向牵引机ECM42传输温度信号的其他热感元件。在替代实施例中，一个或多个热电偶可用牵引机ECM42的温度估算法替换，该温度估算法基于组件的过去操作状况和当前操作状况来确定对应电气组件的当前温度。例如，集成发电机66的温度可以基于发电机66的转速和摊铺机10的电气组件所抽取的电力来确定。
区域电力配电箱72、(一个或多个)功率转换器84和绝缘监控系统90能够与牵引机ECM42双向通信，以向牵引机ECM42提供操作参数值并从牵引机ECM42接收控制组件72，84，90操作的控制信号。人机界面44可以从牵引机ECM42接收并显示与摊铺机10的功能有关的信息。该信息可以以任何适当的可感知的格式向操作者输出，诸如音频输出和状态指示灯、字母数字显示等相应形式的视觉输出等。人机界面44可以进一步为操作者提供输入能力以向牵引机ECM42输入命令来控制摊铺机10组件的操作。
摊铺机10还可包括电源控制器或ECM110，该电源控制器或ECM可有效连接于动力源16和牵引机ECM42。电源ECM110控制动力源16的操作，以确保产生并输出充足的功率来操作摊铺机10的系统，包括熨平板加热元件60。作为电源控制策略的一部分，牵引机ECM42可以判断熨 平板加热元件60何时需要增减功率，并将控制信号传递给电源ECM110以改变动力源16的输出。在响应从牵引机ECM42接收的控制信号时，电源ECM110根据需要改变动力源16的功率输出，以满足熨平板加热元件60的需求。电源ECM110也可以将与动力源16的的运行状况有关的信息传递回到牵引机ECM42，以根据供牵引机ECM42需要时使用。
工业应用性
本发明所公开的摊铺机10为熨平板加热元件60提供功率，从而以有效且安全的方式来加热熨平板22。在摊铺作业开始时，操作者可通过人机界面44的控制件将电源16接通来启动摊铺机10。电源16的输出轴62旋转并相继驱动泵驱动件64的齿轮驱动(如咬合)，以及集成发电机66的输入轴。无需将泵或电机置于电源16和集成发电机66之间，就可显著地提高效率。在一些实施中，原来由泵或电动机驱动发电机所得的效率约为70％，但是由电源16直接驱动集成发电机66，效率则提高到90％以上。
在集成发电机66被动力源16驱动时，集成发电机66产生并且输出交流电至功率转换器68，以使交流转换成摊铺机10的电气部件可用的直流电。根据摊铺过程的进程，各个部件可以由也可以不由功率转换器68供电。例如，在摊铺项目之初，摊铺机10可以行进至摊铺表面12但尚不摊铺垫料26。可以驱动熨平板高度致动器以使熨平板22随着牵引机14行进至摊铺表面12而提升离开地面。在到达摊铺表面12之前，不宜也不需要对熨平板22进行加热。人机界面44可以包括摊铺模式选择控制，其可以设置为指示垫料26没有进行摊铺的未摊铺模式。牵引机ECM42接收来自人机界面44的摊铺模式控制信号，并且根据信号关闭熨平板加热元件60。牵引机ECM42可以向功率转换器68传输信号以切断向区域电力配电箱72的供电，向区域电力配电箱72发送信号以切断向熨平板加热元件60的供电，或者同时发送两种信号，从而使熨平板加热元件60不对熨平板22力热。
操作者也能够选择性地控制是否向插座板80提供来自功率转换器84的交流电。如果没有灯具或者其他电器插入到插座中，操作者可以在人机 界面44将插座板控制相应地设置为触发牵引机ECM42的“OFF”位置，以使功率转换器84切断向插座板80的供电。当需要使用插座板80时，操作者可以将插座板控制设置为“ON”位置。牵引机ECM42检测插座板控制的“ON”设置，并且传输使功率转换器84致动插座板80的信号。
一旦摊铺机10在摊铺表面12就位时，操作者可以将摊铺模式选择控制设置为摊铺模式以开始摊铺过程。而检测到了人机界面44处的摊铺模式的选择，牵引机ECM42通过熨平板加热元件60启动熨平板22的加热。牵引机ECM42向功率转换器68和区域电力配电箱72传输控制信号，使由功率转换器68输出至区域电力配电箱72的直流电在熨平板加热元件60之间分配。随着熨平板22变热，在熨平板22中的热电偶或者其他温度传感设备将熨平板温度信号作为反馈传输至牵引机ECM42。牵引机ECM42接收熨平板温度信号，并且比较熨平板22的当前温度和预定的熨平板摊铺温度。
在加热期间，当前熨平板温度将明显低于熨平板摊铺温度。为了快速地提高熨平板温度并避免在摊铺过程中由于等待熨平板22加热产生过度延误，牵引机ECM42可以传输功率要求控制信号至电源ECM110以使电源ECM110增加动力源16的功率输出，并相应地，增加由集成发电机66输出的交流电。交流电增加可能是出于集成发电机66的特性，其中输出功率基于输入轴的转速而可变。当动力源是发动机时，功率输出增加通过增加发动机转速来实现。集成发电机66的增加的交流电作为增加的直流电为熨平板加热元件60供电，以加速将熨平板22加热至熨平板摊铺温度。当熨平板温度接近由熨平板温度信号所表示的熨平板摊铺温度时，牵引机ECM42传输更新的功率要求控制信号至电源ECM110以使电源ECM110减少动力源16的功率输出，使得熨平板加热元件60不会使熨平板22过热。
在熨平板22被加热到熨平板摊铺温度之后，操作者操作摊铺机10以在摊铺表面12上摊铺垫料26。熨平板温度感测设备继续传输更新的熨平板温度信号到牵引机ECM42。牵引机ECM42将来自更新的熨平板温度信号的当前的熨平板温度与关于熨平板摊铺温度的可接受温度范围进行比 较。只要当前熨平板温度超出可接受范围，牵引机ECM42便可发送控制信号至功率转换器68、至区域电力配电箱72，并且，如必要，发送至电源ECM110，以根据需要改变熨平板加热元件60的配电，从而使熨平板温度回到的可接受的熨平板温度范围内。
在摊铺机10的一些实施方式中，熨平板22可具有设置于合适位置的单个温度传感器，起用于感测控制熨平板加热元件60所必需的当前熨平板温度。在其他实施方式中，熨平板22可具有多个温度传感器，每个温度传感器向牵引机ECM42提供熨平板温度信号。熨平板温度传感器可被分布于整块熨平板22上，使得熨平板22的各个部分都得到温度控制。例如，可对熨平板22的每一区域提供熨平板温度传感器，并且牵引机ECM42可以独立地估计每一个区域的温度，并且通过向区域电力配电箱72传输控制信号来控制该区域的温度，以使供电达到或覆盖区域或者相应主要区域主干线76。类似控制可以通过在每一个熨平板加热元件60提供单独的温度传感器来实现。
由于受动力源驱动，集成发电机66发热，以为摊铺机10的电气组件供电。过热可能损害集成发电机66。因此，集成发电机66设置有测量集成发电机66的温度并传送发电机温度信号到牵引机ECM42的一个或多个温度传感器，例如电阻温度检测器。可选的，牵引机ECM42利用温度估算法来编程以确定当前发电机温度。牵引机ECM42将当前发电机温度与预定最大发电机温度比较以确定是否存在集成发电机66过热的风险。如果当前发电机温度超过最大发电机温度，就必须通过减少从集成发电机66汲取的电力来调降集成发电机66以降低集成发电机66的温度。集成发电机66的调降是通过将牵引机ECM42的控制信号传送到功率转换器68来减少从集成发电机66汲取的并转换为直流的电力来完成的。在发电机温度下降到最大发电机温度值以下的安全范围后，牵引机ECM42可以传输进一步控制信号至功率转换器68以使从集成发电机66汲取的正常电量转换。按类似方式，牵引机ECM42通过从功率转换器68处的温度传感器接收转换器温度信号来防止功率转换器68过热，或者另外确定功率转换器68的当前温度，比较转换器温度与最大转换器温度并且控制通过功率转换 器68转换的功率量，以保持转换器温度低于最大转换器温度。
绝缘监控系统90用于实时识别并管理在摊铺机10中发生的故障状况。对于摊铺机的整个电气系统来说，电流传感器设置在各种电气组件中。例如，电流传感器可以被设置于熨平板22的每一区域以检测与熨平板加热元件60相关的故障状况。电流感器经由区域电力配电箱72的电气连接提供电流测量信号至牵引机ECM42，并且电流测量信号被绝缘监控系统90评估。绝缘监控系统90对照预定的最大电流水平来评估电流测量信号，以检测在牵引机14或者熨平板22的任一个电气组件发生的接地故障。如果接地故障被绝缘监控系统90检测到，则绝缘监控系统90进一步评估特定组件和摊铺机10其他组件的接地故障状态以确定适当的应对措施。
在检测到接地故障状态时，牵引机ECM42判断是否同时发生多处接地故障。如果没有其他接地故障发生，即没有其他电流测量信号超过预定最大电流水平，则没有必要在传输电流测量信号的组件上采取纠正措施。但是，牵引机ECM42可以传输操作者通知信号到人机界面44的输出设备，以向操作者发出感观可感知的接地故障通知。该通知可以是从扬声器输出的听觉通知、通过使故障指示灯发亮或者在显示屏上显示文本消息而输出的视觉通知，或者其听觉和视觉通知的组合。该通知提示操作者发生了可能对垫料26的质量不产生严重影响的故障状况，以便操作者判断是否必须立刻采取纠正措施。绝缘监控系统90和牵引机ECM42的此种反应可以适于直流接地故障和交流接地故障，其中电流测量信号不超过预定损坏阈值电流，一旦超过预定损坏阈值电流，接地故障会引起组件损坏。
如果两个或多个接地故障同时发生，牵引机ECM42的应对必须是关闭发生接地故障的部件，或者关闭摊铺机10的整个电气系统。对于完全关机，牵引机ECM42可以向功率转换器68传输接地故障关机信号，以关闭功率转换器68和摊铺机10的相应电气系统，以防止损坏部件并且避免摊铺缺陷垫料26的风险。对于元件关闭，可将接地故障关机信号传输到特定故障部件，例如区域电力配电箱72，以切断对配电箱72和熨平板加热元件60的供电。此外，牵引机ECM42可以向人机界面44的输出设备传输操作者关机通知信号，以生成操作者关机通知，通知操作者摊铺过程 应该停止，并且解决故障状况之后才可用摊铺机1铺设垫料26。即使仅单个接地故障发生，但如果来自故障部件的电流测量信号显示该交流接地故障电流超过预定破坏阈值电流，则必须执行部件或者完全关闭。这种情况可以出现于在接地故障关机信号发电机66与功率转换器68之间的交流电气连接70中检测到接地故障的时候。当检测到危险的交流接地故障时，牵引机ECM42向功率转换器68传输接地故障关机信号，以有效地关闭摊铺机10的整个电气系统。这种检测并对接地故障作出反应的策略优于当前摊铺机中的故障状况处理，其中断路器在故障状况发生情况下跳闸而不通知操作者，在操作者注意到熨平板22的全部或部分已经冷却并且摊铺材料粘附于熨平板22的表面之前，摊铺机还将持续运作。
尽管前文阐明了众多不同实施例的具体实施方式，但是应当理解，法律上的保护范围由本专利末尾的权利要求书来限定。具体实施方式应当被解释为仅仅是示例性的，并没有描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使有可能，也是不实际的。使用当前技术或者在本专利的申请日之后开发的技术能够实施大量的替代实施例，但这仍属于权利要求书限定的保护范围内。