發電電動機驅動裝置及發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法

專利名稱：發電電動機驅動裝置及發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法
技術領域：
本發明涉及具備發電電動機和作為主蓄電裝置的電容器的發電電動 機驅動裝置及發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法。
背景技術：
在作為驅動源搭載了發動機及發電電動機的混合動力車輛中，作為主 蓄電裝置大多應用以電雙層電容器為代表的大容量的電容器。這種電容器 在大容量的基礎上還具有高壽命的特性，但另一方面也具有在持續滿充電 狀態或與其接近的狀態時容易劣化的性質。因此，以往公知的技術是為了 防止電容器的劣化，在動作結束時等，通過充電控制機構使電容器中蓄積 的電荷的一部分移動到輔助蓄電裝置(例如，參照專利文獻l)。
專利文獻l:日本特開2005 — 218285號公報
另外，在維護電容器及電容器周邊設備時，為了確保安全性而進行電 容器的電荷的放電，在進行這種維護時的電容器的電荷的放電之際，也考 慮應用上述的以往技術。
然而，在上述的以往技術中，由于沒有設想將電容器中蓄積的全部電 荷放電，所以為了實現通過應用上述以往技術能夠迅速進行電容器的電荷 的放電的結構，不得不使充電控制機構大型化，而這并不現實。

發明內容
本發明鑒于上述情況而實現，目的在于提供能夠迅速進行維護時的電 容器的電荷的放電的發電電動機驅動裝置及發電電動機驅動裝置的電容 器的電荷的放電方法。
為了解決上述問題達到目的，本發明的發電電動機驅動裝置，其特征 在于，包括發電電動機；發動機，其驅動軸與所述發電電動機連接；電 容器，其對所述發電電動機發出的電力進行蓄積且對所述發電電動機提供電源；驅動器，其與所述發電電動機連接，對所述發電電動機進行驅動且 被供給所述發電電動機發出的電力；升壓器，其與所述電容器及所述驅動 器并聯，將所述電容器的電容器電壓升壓并向所述驅動器輸出；控制機構， 其由所述電容器對由所述發動機驅動的所述發電電動機提供電源，且以所 述發動機為負荷而驅動所述發電電動機，在所述電容器電壓降低到第一電 壓為止的期間，對所述發電電動機進行額定恒流控制，并且對所述升壓器 進行額定恒壓控制，在所述電容器電壓降低到所述第一電壓之后，降低到 比所述第一電壓低的第二電壓為止的期間，對所述發電電動機進行額定恒 流控制，并且對所述升壓器進行使向所述驅動器輸出的升壓器輸出電壓與 所述電容器電壓保持規定比率的電壓控制。
另外，本發明的發電電動機驅動裝置，根據上述發電電動機驅動裝置， 其特征在于，所述第二電壓是所述升壓器輸出電壓為所述發電電動機的反 電動勢或該反電動勢附近的規定電壓時的所述電容器電壓，所述控制機構 在所述電容器電壓降低到所述第二電壓時，進行減少在所述發電電動機中 流過的電流的控制，并且進行將所述升壓器輸出電壓固定為所述反電動勢 或該反電動勢附近的規定電壓的控制。
另外，本發明的發電電動機驅動裝置，根據上述發電電動機驅動裝置， 其特征在于，所述控制機構在所述電容器電壓降低到比所述第二電壓低的 第三電壓時，使在降低到所述第三電壓的時點進行的控制持續進行規定的 持續時間。
另外，本發明的發電電動機驅動裝置，根據上述發電電動機驅動裝置， 其特征在于，所述控制機構在所述電容器電壓降低到比所述第二電壓低的 第三電壓的時點停止控制，當停止該控制并經過規定的待機時間后的所述 電容器電壓高于比所述第二電壓低且比所述第三電壓高的電壓即第四電 壓時，所述控制機構進行減少在所述發電電動機中流過的電流的控制，并 且進行將所述升壓器輸出電壓固定為所述反電動勢或該反電動勢附近的 規定電壓的控制。
另外，本發明的發電電動機驅動裝置，根據上述發電電動機驅動裝置， 其特征在于，所述發電電動機為SR馬達，所述控制機構在所述電容器電 壓降低到所述第二電壓時，使在降低到所述第二電壓的時點的控制持續進行規定的持續時間。
另外，本發明的發電電動機驅動裝置，根據上述發電電動機驅動裝置，
其特征在于，所述升壓器是AC耦合雙向DC-DC轉換器，該AC耦合雙向 DC-DC轉換器包括直流端子加極性串聯的兩個電壓型逆變器及將所述兩個 電壓型逆變器的交流端子AC耦合且具有規定的漏電感的變壓器，所述兩 個電壓型逆變器之一與所述電容器并聯，所述AC耦合雙向DC-DC轉換器 向所述逆變器輸出將所述電容器的電容器電壓升壓后的直流電壓。
另外，本發明的發電電動機驅動裝置，根據上述發電電動機驅動裝置， 其特征在于，所述控制機構在所述電容器電壓降低到所述第一電壓之后到 降低到所述第二電壓為止的期間，對所述升壓器進行使所述升壓器輸出電 壓達到所述電容器電壓的2倍的電壓控制。
本發明的發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法，是發電電 動機驅動裝置使所述電容器的電荷放電的發電電動機驅動裝置的電容器 的電荷的放電方法，所述發電電動機驅動裝置包括發電電動機；發動機， 其驅動軸與所述發電電動機連接；電容器，其對所述發電電動機發出的電 力進行蓄積且對所述發電電動機提供電源；驅動器，其與所述發電電動機 連接，對所述發電電動機進行驅動且被供給所述發電電動機發出的電力； 升壓器，其與所述驅動器并聯，將所述電容器的電容器電壓升壓并向所述 驅動器輸出，所述發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法的特征 在于，由所述電容器對由所述發動機驅動的所述發電電動機提供電源，且 以所述發動機為負荷而驅動所述發電電動機，在所述電容器電壓降低到第 一電壓為止的期間，對所述發電電動機進行額定恒流控制，并且對所述升 壓器進行額定恒壓控制，在所述電容器電壓降低到所述第一電壓之后，降 低到比所述第一電壓低的第二電壓為止的期間，對所述發電電動機進行額 定恒流控制，并且對所述升壓器進行使向所述驅動器輸出的升壓器輸出電 壓與所述電容器電壓保持規定比率的電壓控制。
發明效果
根據本發明，通過由電容器對由發動機驅動的發電電動機提供電源， 由此以發動機為負荷而驅動發電電動機，在電容器電壓降低到第一電壓為 止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并且對升壓器進行額定恒壓控制，在電容器電壓降低到第一電壓之后，降低到比該第一電壓低的第二 電壓為止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并且對升壓器進行使 向驅動器輸出的升壓器輸出電壓與電容器電壓保持規定比率的電壓控制， 所以無需新安裝用于使電容器的電荷放電的機構，能夠迅速進行維護時的 電容器的電荷的放電。


圖1是表示本發明的實施方式1的發電電動機驅動裝置的結構的圖。圖2是表示本發明的實施方式1的發電電動機驅動裝置的電容器的電 荷的放電方法的處理概要的流程圖。圖3是表示本發明的實施方式1的發電電動機驅動裝置的電容器的電 荷的放電方法中的升壓器輸出電壓與電容器電壓的時間變化的圖。圖4是表示本發明的實施方式1的變形例的發電電動機驅動裝置的電 容器的電荷的放電方法的處理概要的流程圖。圖5是表示本發明的實施方式1的變形例的發電電動機驅動裝置的電 容器的電荷的放電方法中的升壓器輸出電壓與電容器電壓的時間變化的 例(第一例)的圖。圖6是表示本發明的實施方式1的變形例的發電電動機驅動裝置的電 容器的電荷的放電方法中的升壓器輸出電壓與電容器電壓的時間變化的 例(第二例)的圖。圖7是表示本發明的實施方式2的發電電動機驅動裝置的結構的圖。圖8是表示本發明的實施方式2的發電電動機驅動裝置所具備的升壓 器的結構的圖。圖9是表示與電容器電壓對應的升壓器的輸出與損失的關系的圖。 圖10是表示本發明的實施方式2的發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法的處理概要的流程圖。圖11是表示本發明的實施方式2的發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法中的升壓器輸出電壓與電容器電壓的時間變化的圖。圖中1、 11-發電電動機驅動裝置；2、 12-發電電動機；3-發動機； 4-電容器；5、 13-驅動器；6、 14-升壓器；7-驅動器用電容器；8-接觸器；9、 15-控制器；16-勵磁電源；17-二極管；18-繼電器；21-AC耦合雙向DC-DC轉換器；22-下側逆變器；23-上側逆變器；24-變壓器；24a、 24b-線圈；25、 26-電容器；221a、 221b、 221c、 221d、 231a、 231b、 231c、 231d—IGBT; 222a、 222b、 222c、 222d、 232a、 232b、 232c、 232d-二極 管。
具體實施方式
以下，參照附圖對用于實施本發明的最佳方式(以后，稱為"實施方 式")進行說明。(實施方式l)圖1是表示本發明的實施方式1的發電電動機驅動裝置的結構的圖。該圖所示的發電電動機驅動裝置1包括發電電動機2;驅動軸與發電電 動機2的驅動軸連接的發動機3;對發電電動機2發出的電力進行蓄積且 對發電電動機2提供電源的大容量的電容器4;與發電電動機2連接且驅動發電電動機2的驅動器5;與電容器4并聯且將電容器4的電壓升壓并 向驅動器5輸出的升壓器6;與驅動器5及升壓器6并聯且進行波形整形 及浪涌吸收的驅動器用電容器7;在電容器4與升壓器6之間串聯的接觸器8;構成進行發電電動機驅動裝置1的動作控制的控制機構的至少一部分的控制器9。發電電動機2例如由PM (Permanent Magnetic)馬達實現。另外， 與發電電動機2進行電力授受的電容器4為電雙層電容器。控制器9基于發電電動機2與驅動器5之間的電流、驅動器用電容器 7的電壓、發動機3的旋轉速度、電容器4的電容器電壓等，生成并輸出 發動機3的發動機轉速指令、發電電動機2的扭矩指令、升壓器6的電壓 指令、接觸器8的開關指令等。其中，發電電動機2的扭矩指令向驅動器 5輸出。圖2是表示本實施方式1的發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放 電方法(以下，簡稱為"電容器的電荷的放電方法")的處理概要的流程 圖。另外，圖3是表示本實施方式1的電容器的電荷的放電方法中的升壓 器6的輸出電壓Vcnv的時間變化(曲線Ll)及電容器4的電容器電壓Vcap的時間變化(曲線L2)的概要的圖。以下，參照這些圖，對本實施方式l的電容器的電荷的放電方法進行說明。以下說明中，以由電容器4經由驅動器5對由發動機3驅動的發電電 動機2提供電源，且以發動機3為負荷而驅動發電電動機2的牽引模式使 用。此外，發電電動機2中的牽引模式和再生模式(通過發電向電容器4 供給電荷的模式)的切換是通過在控制器9的控制下，調節驅動器5內的 開關電路的相位來進行的。首先，控制器9對發電電動機2進行額定恒流控制，并且對升壓器6 進行額定恒壓控制(步驟Sl)。控制器9在電容器電壓Vcap高于第一電壓 Vl的期間(步驟S2，是)，持續步驟S1的控制。第一電壓V1的值優選設 定為電容器4的標準動作時的電壓變動范圍的最小值。若控制器9持續進行步驟Sl的控制，則不久電容器電壓Vcap從初始 值Vcap0開始減小(圖3的時間tl)。與此相對，升壓器輸出電壓Vcnv 在被進行額定恒壓控制的期間維持初始值Vcnv0。然后，在電容器電壓Vcap降低到第一電壓Vl時(步驟S2，否)，控 制器9改變控制內容。具體地說，控制器9對發電電動機2進行額定恒流 控制，而對升壓器6進行使升壓器輸出電壓Vcnv與電容器電壓Vcap保持 規定比率的電壓控制(步驟S3)。圖3中，在時間t2，電容器電壓達到第 一電壓V1。該時間t2以后，升壓器輸出電壓Vcnv在與電容器電壓Vcap 的比率(Vcrw/Vcap)保持恒定的同時逐漸降低。該比率作為例如升壓器 6內部的感應體不飽和且升壓器6的損失達到最小的值來確定。本實施方式l中，由于作為發電電動機2應用了 PM馬達，所以必須 使升壓器輸出電壓Vcnv的值不低于PM馬達所產生的反電動勢Ve的值。 為此，控制器9在電容器電壓Vcap高于與PM馬達的反電動勢Ve對應的 第二電壓V2的期間(步驟S4，是)，持續步驟S3的控制。圖3所示的情 況下，在時間t3,電容器電壓Vcap達到第二電壓V2。此外，也可以代替 將第二電壓V2的值設為與PM馬達的反電動勢Ve對應的值，而是將第二 電壓V2的值設為與比PM馬達的反電動勢Ve稍高的規定電壓Ve'對應的 值。步驟S4中，電容器電壓Vc即降低到V2時(步驟S4，否)，控制器9對發電電動機2進行減少在發電電動機2中流過的電流的控制(電流降 額)，并且對升壓器6進行將升壓器輸出電壓Vcnv固定為發電電動機2的 反電動勢Ve (或前述的Ve')的控制(步驟S5)。通過該控制，發電電動 機輸出電壓Vcnv取恒定值Ve (或Ve')，另一方面電容器電壓Vcap逐漸 減小。控制器9持續步驟S5的控制，直到電容器電壓Vcap達到比第二電 壓V2低的第三電壓V3為止(步驟S6，是)。圖3中表示電容器電壓Vcap 在時間t4達到第三電壓V3的情況。對于該第三電壓V3而言，只要電容 器4的電荷的值大致為零、是可視為放電結束的值就是優選的，但也可設 定為作為維護作業時的電壓可視為足夠安全的值或低于法令規定的危險 電壓的值。電容器電壓Vcap降低到第三電壓V3時(步驟S6，否)，控制器9持 續步驟S5的控制達規定的持續時間(步驟S7)后，停止控制(步驟S8)。 步驟S7中控制器9持續控制達規定的持續時間(圖3的t5_t4)，是因為 若電容器4的電荷大致達到零之后控制器9立刻停止控制則電容器4的電 荷有時會急劇增加。在這個意義上，步驟S7中持續處理的持續時間，設 定為控制器9的控制停止后電容器4的電荷不會急劇增加的時間即可。根據以上說明的本發明的實施方式1，通過由電容器對由發動機驅動 的發電電動機提供電源，由此以發動機為負荷而進行驅動，在電容器電壓 降低到第一電壓的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并且對升壓器 進行額定恒壓控制，在電容器電壓降低到第一電壓之后，降低到比該第一 電壓低的第二電壓為止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并且對 升壓器進行使向驅動器輸出的升壓器輸出電壓與電容器電壓保持規定比 率的電壓控制，所以無需新安裝用于使電容器的電荷放電的機構，能夠迅 速進行維護時的電容器的電荷的放電。另外，根據本實施方式1，在電容器電壓降低到可視為放電結束的值 之后也持續進行控制達規定的持續時間，由此能夠防止控制結束后電容器 的電荷急劇增加。再有，根據本實施方式l，由于根據電容器電壓的減小改變控制內容， 所以能夠防止與電容器電壓的減小相伴的發熱量的增加所引起的升壓器 內部的功率元件的浪涌電壓所造成的耐壓過沖、感應體的電流飽和所造成的過電流破壞的產生，能夠提高發電電動機驅動裝置的耐久性。 (實施方式l的變形例) 圖4是表示本實施方式1的一變形例的電容器的電荷的放電方法的處理概要的流程圖。圖4中，步驟S11 S16的處理與上述實施方式1的電 容器的電荷的放電方法的步驟S1 S6的處理相同。其中，本變形例中將 第一、第二電壓分別設為Vll、 V12。以下說明中，對步驟S16以后的處理 進行說明。步驟S16中，電容器電壓Vcap達到第三電壓V13時(步驟S16，否)， 控制器9停止控制(步驟S17)。然后，控制器9待機至經過規定的待機時間(步驟S18，否)。停止控 制并經過了待機時間后(步驟S18，是)，若電容器電壓Vcap變得比低于 第二電壓V12且高于第三電壓V13的電壓即第四電壓V14還高(步驟S19, 是)，則控制器9對發電電動機2進行電流降額，并且對升壓器6再次進 行將輸出固定為發電電動機2的反電動勢Ve的控制(步驟S15)，重復進 行步驟S16以后的處理。另一方面，若控制器9停止控制并經過了待機時間后(步驟S18，是)， 電容器電壓Vc鄰在第四電壓V14以下(步驟S19，否)，則控制器9結束 電容器的電荷的放電處理。在這個意義上，本變形例中，第四電壓V14的 值為可視為電容器4的電荷的放電結束的值。圖5是表示本變形例的電容器的電荷的放電方法中的升壓器6的輸出 電壓Vcrw的時間變化(曲線L3)及電容器4的電容器電壓Vcap的時間變 化(曲線L4)的例(第一例)的圖。此外，圖5中，為了明確與圖3的差 異，曲線L3及L4的到時間t14為止的時間變化分別與圖3所示的曲線Ll 及L2的到時間t4為止的時間變化設為相同，時間tll tl4分別與圖3 的時間tl t4相對應。在圖5的曲線L4中，電容器電壓Vcap在時間t14以后上升，從時間 tl4經過了規定的待機時間后的時間U5處的電容器電壓Vcap小于第四電 壓V14 (與上述步驟S19中否的情況相對應)。因而，發電電動機驅動裝置 1在時間t15結束電容器的電荷的放電處理。圖6是表示本變形例的電容器的電荷的放電方法中的升壓器6的輸出電壓Vcrw的時間變化(曲線L5)及電容器4的電容器電壓Vc即的時間變 化(曲線L6)的另一例(第二例)的圖。圖6中也是曲線L5及L6的到時 間t14為止的時間變化分別與圖3所示的曲線Ll及L2的到時間t4為止 的時間變化設為相同，時間tll tl4分別與圖3的時間tl t4相對應。在圖6的曲線L6中，電容器電壓Vcap在時間t14以后上升，從時間 tl4經過了規定的待機時間后的時間tl5處的電容器電壓Vcap大于第四電 壓V14 (與上述步驟S19中是的情況相對應)。因此，發電電動機驅動裝置 1回到上述步驟S15而重復進行處理。g卩，時間tl5以后，升壓器6的輸 出電壓Vcnv取恒定值Ve，而龜容器電壓Vcap逐漸降低。然后，電容器電 壓Vcap降低到第三電壓V13時(時間t16)，控制器9停止控制。曲線L6 中，從時間t16經過了待機時間后的時間t17 (tl7 — tl6二tl5 — t14)處 的電容器電壓Vc鄰小于第四電壓V14 (與上述步驟S19中的否相對應)。 因而，發電電動機驅動裝置1在時間t17結束電容器的電荷的放電處理。 此外，時間tl7處的電容器電壓Vc即高于第四電壓V14時，再次回到上 述步驟S15而重復進行處理。在以上說明的本實施方式1的一變形例中也與上述實施方式1同樣， 能夠防止控制結束后的電容器的電荷的急劇增加。 (實施方式2)圖7是表示本發明的實施方式2的發電電動機驅動裝置的結構的圖。 該圖所示的發電電動機驅動裝置11包括由SR (Switched Reluctance) 馬達構成的發電電動機12;驅動軸與發電電動機12的驅動軸連接的發動 機3;電容器4;與發電電動機12連接且對發電電動機12進行驅動的驅 動器13;與電容器4并聯且將電容器4的電壓升壓并向驅動器13輸出的 升壓器14;與驅動器13及升壓器14并聯的波形整形用的驅動器用電容器7;在電容器4與升壓器14之間串聯的接觸器8;構成進行發電電動機驅 動裝置11的動作控制的控制機構的至少一部分的控制器15;與升壓器14串聯且對發電電動機12進行勵磁的勵磁電源16;在勵磁電源16與驅動器 13之間串聯的二極管17及繼電器18。圖8是表示升壓器14的結構的圖。升壓器14使用將兩個電壓型逆變 器AC耦合而成的加極性的AC耦合雙向DC-DC轉換器21來實現。AC耦合雙向DC-DC轉換器21具有作為兩個電壓型逆變器的下側逆變器22及上側 逆變器23，并具有將下側逆變器22及上側逆變器23的交流側AC耦合的 變壓器24。下側逆變器22通過在上下臂上橋接各2個共計4個作為通電切換用 的開關元件的IGBT (絕緣柵雙極晶體管)221a、 221b、 221c、 221d而構 成。在IGBT221a、 221b、 221c、 221d上分別并聯有通電切換時產生的回 流電流流過的二極管222a、 222b、 222c、 222d。另一方面，上側逆變器 23具有4個作為開關元件的IGBT231a、 231b、 231c、 231d。在IGBT231a、 231b、 231c、 231d上分別并聯有二極管232a、 232b、 232c、 232d。對于下側逆變器22和上側逆變器23而言，下側逆變器22的正極直 流端子與上側逆變器23的負極直流端子加極性串聯。從外部向AC耦合雙 向DC-DC轉換器21施加的電壓由下側逆變器22和上側逆變器23分壓。在下側逆變器22上并聯有以浪涌吸收為主要目的的電容器25。該電 容器25的容量相比電容器4的容量顯著小。在上側逆變器23上也與下側 逆變器22同樣，并聯有浪涌吸收用的小容量的電容器26。電容器25的容 量優選大于電容器26的容量。這是因為，與伸出到升壓器14的外側的布 線連接一側的電容器25中產生的浪涌量大于在電容器26中產生的浪涌 量。另外，通過抑制電容器26的容量就不必使電容器26的容積大到必要 程度以上，所以還具有能夠節省空間的優點。下側逆變器22與變壓器24的線圈24a連接，上側逆變器23與變壓 器24的線圈24b連接。在下側逆變器22及上側逆變器23的直流電壓的 額定電壓大致相等時，優選將線圈24a與線圈24b的繞組比設成1比1。 因此，本實施方式2中將線圈24a與線圈24b的繞組比設成1比1，但繞 組比可以適當改變。變壓器24具有恒定的漏電感(設為L)。在升壓器14中漏電感被等分 割成在線圈24a側為L/2、在線圈24b側也為L/2。變壓器24將漏電感 中暫時蓄積的電力通過下側逆變器22及上側逆變器23的高速開關控制向 電容器4等傳送。 一般來說，對于變壓器，已知的是若一次線圈與二次線 圈的間隙變寬則漏電感増加。因此，在形成變壓器時，大多使一次線圈與 二次線圈密接來形成。與此相對，本實施方式2中，通過調節一次線圈與24b的間隙，積極地做出期望的漏電感。 此外，還可以在變壓器24的外部附加電感。具有以上結構的升壓器14的電容器25與電容器4并聯，在電容器4 與電容器25之間串聯有接觸器8。通過控制器15的控制連接接觸器8時， 升壓器14將電容器4的電壓(一次側電壓)升壓，并將該升壓后的電壓 (二次側電壓)向驅動器13供給。升壓器14與在二次側對發電電動機12進行勵磁的勵磁電源16連接。 在此，說明在發電電動機驅動裝置11中設置勵磁電源16的理由。 一般來 說，SR馬達具有在供給電能時生成大的再生能量的特性，只是內部的轉子 被旋轉驅動時不作為發電電動機動作。為了使具有這種特性的SR馬達作 為發電電動機動作，需要對SR馬達內的線圈預先進行勵磁。不過，在發 動機3起動時，驅動器用電容器7的電荷為零。進而，即使在發動機3起 動時接通接觸器8，也不能利用電容器4對發電電動機12進行勵磁。為此， 本實施方式2中，為了在發動機3起動時對發電電動機12進行勵磁而設 有勵磁電源16。圖9是表示使用AC耦合雙向DC-DC轉換器21構成升壓器14，發電電 動機12的額定電力為550 (V)時的與電容器4的電容器電壓Vcap對應的 升壓器14的輸出與器件總損失的關系的圖。此處所說的"器件總損失" 包括各IGBT的導通損失、變壓器24的電阻(包括直流電阻、集膚效應、 渦流損失等交流電阻)，與在變壓器24中流過的電流的大小呈比例。圖9 中，以相同輸出進行比較時，當電容器電壓Vcap為275 (=550 / 2) (V) 時器件總損失最小。這是因為，直流電壓V0為V0二2Vcap時，與V0^2Vcap 時相比，在變壓器24中流過的電流小，器件總損失小(在沒有進行發電 電動機12與電容器4的電力授受時，在變壓器24中流過的電流理想情況 下為零)。此外，本實施方式2中，由于將升壓器14所具有的變壓器24 的線圈24a與24b的繞組比設為1比1，所以Vcnv二2Vcap為器件總損失 最少的電壓比，不過，器件總損失最小的電壓比根據繞組比的不同而不同。在此，對在發電電動機驅動裝置11中設置勵磁電源16的理由進行說 明。 一般而言，SR馬達具有在供給電能時生成大的再生能量的特性，只是 內部的轉子被旋轉驅動時不作為發電電動機動作。為了使具有這種特性的SR馬達作為發電電動機動作，需要對SR馬達內的線圈預先進行勵磁。不 過，在發動機3起動時，驅動器用電容器7的電荷基本為零。另外，即使 在發動機3起動時接通接觸器8，也不能利用電容器4對SR馬達進行勵磁。 為此，本實施方式2中，為了在發動機3起動時對SR馬達進行勵磁而設 有勵磁電源16。該勵磁電源16在驅動器用電容器7的電壓變得大于勵磁 電源16的電壓時被斷開。圖10是表示本實施方式2的電容器的電荷的放電方法的概要的流程 圖。另外，圖11是表示本實施方式2的電容器的電荷的放電方法中的升 壓器14的輸出電壓Vcnv (曲線L7)的時間變化及電容器電壓Vcap (曲線 L8)的時間變化的概要的圖。以下，參照這些圖，對本實施方式2的電容 器的電荷的放電方法進行說明。在以下的說明中，以由電容器4經由驅動器13對由發動機3驅動的 發電電動機12提供電源，且以發動機3為負荷而驅動發電電動機12的牽 引模式來使用。此外，發電電動機12中的牽引模式與再生模式的切換是 通過在控制器15的控制下，調節驅動器13內的開關電路的相位來進行的。首先，控制器15對發電電動機12進行額定恒流控制，并對升壓器14 進行額定恒壓控制(步驟S21)。控制器15在電容器電壓Vc邵高于第一電 壓V1'的期間(步驟S22，是)，持續步驟S21的控制。第一電壓V1'的值 與上述實施方式1中的第一電壓VI同樣，優選設定為電容器4的標準動 作時的電壓變動范圍的最小值。若控制器15持續進行步驟S21的控制，則不久電容器電壓Vcap從初 始值Vc即0'開始減小(圖11的時間tl')。與此相對，升壓器輸出電壓Vcnv 在被進行額定恒壓控制的期間維持初始值Vcrw0'。然后，電容器電壓Vcap降低到第一電壓Vl'時(步驟S22，否)，控 制器15改變控制內容。具體地說，控制器15對發電電動機12進行額定 恒流控制，而對升壓器14進行使升壓器輸出電壓Vcnv達到電容器電壓 Vcap的2倍(Vcnv = 2Vcap)的電壓控制(步驟S23)。圖11中，在時間 t2'，電容器電壓達到第一電壓VI'。該時間t2'以后，升壓器輸出電壓Vcnv 在滿足Vcnv二2Vcap的同時逐漸降低。另外，本實施方式2中，作為發電電動機12應用了SR馬達。由于SR馬達不會產生反電動勢，所以控制器15沒有必要進行升壓器輸出電壓Vcnv的值以不低于發電電動機的反電動勢的方式固定的控制。然后，控制器15在電容器電壓Vcap高于第二電壓V2'的期間(步驟 S24，是)，持續步驟S23的控制。在圖ll所示的情況下，在時間t3'，電 容器電壓Vcap達到第二電壓V2'。該第二電壓V2'只要是電容器4的電荷 視為大致為零的值即是優選的，但也可設定為作為維護作業時的電壓可視 為足夠安全的值或低于法令規定的危險電壓的值。在電容器電壓Vcap降低到第二電壓V2'時(步驟S24，否)，控制器 15持續步驟S23的控制達規定的持續時間(步驟S25)后，停止控制(步 驟S26)。由此，能夠防止在控制器15的控制停止后電容器4的電荷急劇 增加。在這個意義上，步驟S25中處理的持續時間(圖ll的t4'一t3')， 只要設定為控制器15的控制停止后電容器4的電荷不會急劇增加的時間 即可。根據以上說明的本發明的實施方式2，通過由電容器對由發動機驅動 的發電電動機提供電源，由此以發動機為負荷而進行驅動，在電容器電壓 降低到第一電壓為止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并對升壓 器進行額定恒壓控制，在電容器電壓降低到第一電壓后，降低到比該第一 電壓低的第二電壓為止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并對升 壓器進行使向驅動器輸出的升壓器輸出電壓與電容器電壓保持規定比率 的電壓控制，所以無需新安裝用于使電容器的電荷放電的機構，能夠迅速 進行維護時的電容器的電荷的放電。另外，根據本實施方式2，作為升壓器應用AC耦合雙向DC-DC轉換器， 電容器電壓降低到第一電壓后，進行使升壓器的器件總損失達到最小的控 制(在上述的升壓器的情況下，是升壓器輸出電壓達到電容器電壓的2倍 的控制)，所以能夠抑制升壓器內部的溫度上升，能夠防止溫度上升所能 夠引起的升壓器內部的功率元件(IGBT)的浪涌電壓所造成的耐壓過沖以 及感應體的電流飽和所造成的過電流破壞等，能夠保護內部部件。再有，根據本實施方式2，作為發電電動機應用了SR馬達，所以無需進行將升壓器輸出電壓固定為反電動勢的控制，控制簡單。 (其他實施方式)至此，作為用于實施本發明的最佳方式，詳述了實施方式l、 2，但本發明不應僅由上述實施方式來限定。例如，作為發電電動機應用SR馬達 時，也可以不在發電電動機驅動裝置中設置升壓器。此時，以牽引模式驅 動發電電動機，進行使目標電壓為零的電壓控制即可。由此，在電容器中， 發電電動機極限電流沿放電方向流動，電容器中蓄積的電荷逐漸消去，最 終變為零。另外，也可以將實施方式2中應用的升壓器14作為實施方式1的升 壓器來加以應用。此時，在圖2的步驟S3中，控制器9只要進行使升壓 器輸出電壓Vcnv滿足2Vcap的電壓控制即可。本發明的發電電動機驅動裝置適合作為混合動力車輛的動力源，特別 是適合向混合動力型的建筑機械搭載。例如，將本發明搭載于液壓挖掘機 時，在上述結構的基礎上，設置工作機回旋用的馬達并使驅動該馬達的逆 變器與電容器并聯即可。這樣，本發明還可以包括在此沒有記載的各種實施方式等，還能夠在 不脫離權利要求書特定的技術思想的范圍內實施各種設計變更等。產業上的可利用性如上所述，本發明的發電電動機驅動裝置及發電電動機驅動裝置的電 容器的電荷的放電方法在作為驅動源搭載了發動機及發電電動機的混合 動力車輛中是有用的，特別是適合于混合動力建筑機械。
權利要求
1.一種發電電動機驅動裝置，其特征在于，包括發電電動機；發動機，其驅動軸與所述發電電動機連接；電容器，其對所述發電電動機發出的電力進行蓄積且對所述發電電動機提供電源；驅動器，其與所述發電電動機連接，對所述發電電動機進行驅動且被供給所述發電電動機發出的電力；升壓器，其與所述電容器及所述驅動器并聯，將所述電容器的電容器電壓升壓并向所述驅動器輸出；控制機構，其由所述電容器對由所述發動機驅動的所述發電電動機提供電源，且以所述發動機為負荷而驅動所述發電電動機，在所述電容器電壓降低到第一電壓為止的期間，對所述發電電動機進行額定恒流控制，并且對所述升壓器進行額定恒壓控制，在所述電容器電壓降低到所述第一電壓之后，降低到比所述第一電壓低的第二電壓為止的期間，對所述發電電動機進行額定恒流控制，并且對所述升壓器進行使向所述驅動器輸出的升壓器輸出電壓與所述電容器電壓保持規定比率的電壓控制。
2. 根據權利要求1所述的發電電動機驅動裝置，其特征在于， 所述第二電壓是所述升壓器輸出電壓為所述發電電動機的反電動勢或該反電動勢附近的規定電壓時的所述電容器電壓，所述控制機構在所述電容器電壓降低到所述第二電壓時，進行減少在 所述發電電動機中流過的電流的控制，并且進行將所述升壓器輸出電壓固 定為所述反電動勢或該反電動勢附近的規定電壓的控制。
3. 根據權利要求2所述的發電電動機驅動裝置，其特征在于， 所述控制機構在所述電容器電壓降低到比所述第二電壓低的第三電壓時，使在降低到所述第三電壓的時點進行的控制持續進行規定的持續時 間。
4. 根據權利要求2所述的發電電動機驅動裝置，其特征在于， 所述控制機構在所述電容器電壓降低到比所述第二電壓低的第三電壓的時點停止控制，當停止該控制并經過規定的待機時間后的所述電容器電壓高于比所 述第二電壓低且比所述第三電壓高的電壓即第四電壓時，所述控制機構進 行減少在所述發電電動機中流過的電流的控制，并且進行將所述升壓器輸 出電壓固定為所述反電動勢或該反電動勢附近的規定電壓的控制。
5. 根據權利要求1所述的發電電動機驅動裝置，其特征在于，所述發電電動機為SR馬達，所述控制機構在所述電容器電壓降低到所述第二電壓時，使在降低到 所述第二電壓的時點的控制持續進行規定的持續時間。
6. 根據權利要求1 5中任一項所述的發電電動機驅動裝置，其特征 在于，所述升壓器是AC耦合雙向DC-DC轉換器，該AC耦合雙向DC-DC轉換 器包括直流端子加極性串聯的兩個電壓型逆變器及將所述兩個電壓型逆 變器的交流端子AC耦合且具有規定的漏電感的變壓器，所述兩個電壓型 逆變器之一與所述電容器并聯，所述AC耦合雙向DC-DC轉換器向所述逆 變器輸出將所述電容器的電容器電壓升壓后的直流電壓。
7. 根據權利要求6所述的發電電動機驅動裝置，其特征在于， 所述控制機構在所述電容器電壓降低到所述第一電壓之后到降低到所述第二電壓為止的期間，對所述升壓器進行使所述升壓器輸出電壓達到 所述電容器電壓的2倍的電壓控制。
8. —種發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法，是發電電動 機驅動裝置使所述電容器的電荷放電的發電電動機驅動裝置的電容器的 電荷的放電方法，所述發電電動機驅動裝置包括發電電動機；發動機， 其驅動軸與所述發電電動機連接；電容器，其對所述發電電動機發出的電 力進行蓄積且對所述發電電動機提供電源；驅動器，其與所述發電電動機 連接，對所述發電電動機進行驅動且被供給所述發電電動機發出的電力； 升壓器，其與所述驅動器并聯，將所述電容器的電容器電壓升壓并向所述驅動器輸出，所述發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法的特征在于， 由所述電容器對由所述發動機驅動的所述發電電動機提供電源，且以所述發動機為負荷而驅動所述發電電動機，在所述電容器電壓降低到第一電壓為止的期間，對所述發電電動機進 行額定恒流控制，并且對所述升壓器進行額定恒壓控制，在所述電容器電壓降低到所述第一 電壓之后，降低到比所述第一 電壓 低的第二電壓為止的期間，對所述發電電動機進行額定恒流控制，并且對 所述升壓器進行使向所述驅動器輸出的升壓器輸出電壓與所述電容器電 壓保持規定比率的電壓控制。
全文摘要
一種發電電動機驅動裝置及發電電動機驅動裝置的電容器的電荷的放電方法，能夠迅速進行維護時的電容器的電荷的放電。由電容器對由發動機驅動的發電電動機提供電源，且以工作中的發動機為負荷而驅動發電電動機，在電容器電壓降低到第一電壓為止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并且對升壓器進行額定恒壓控制，在電容器電壓降低到第一電壓之后，降低到比該第一電壓低的第二電壓為止的期間，對發電電動機進行額定恒流控制，并且對升壓器進行使向驅動器輸出的升壓器輸出電壓與電容器電壓保持規定比率的電壓控制。
文檔編號H02J7/00GK101622767SQ20088000651
公開日2010年1月6日 申請日期2008年3月13日 優先權日2007年3月13日
發明者佐藤知久, 遠藤貴義 申請人:株式會社小松制作所