发电电动机驱动装置及发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法

文档序号:7422619
专利名称:发电电动机驱动装置及发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法
技术领域
本发明涉及具备发电电动机和作为主蓄电装置的电容器的发电电动 机驱动装置及发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法。
背景技术
在作为驱动源搭载了发动机及发电电动机的混合动力车辆中,作为主 蓄电装置大多应用以电双层电容器为代表的大容量的电容器。这种电容器 在大容量的基础上还具有高寿命的特性,但另一方面也具有在持续满充电 状态或与其接近的状态时容易劣化的性质。因此,以往公知的技术是为了 防止电容器的劣化,在动作结束时等,通过充电控制机构使电容器中蓄积 的电荷的一部分移动到辅助蓄电装置(例如,参照专利文献l)。
专利文献l:日本特开2005 — 218285号公报
另外,在维护电容器及电容器周边设备时,为了确保安全性而进行电 容器的电荷的放电,在进行这种维护时的电容器的电荷的放电之际,也考 虑应用上述的以往技术。
然而,在上述的以往技术中,由于没有设想将电容器中蓄积的全部电 荷放电,所以为了实现通过应用上述以往技术能够迅速进行电容器的电荷 的放电的结构,不得不使充电控制机构大型化,而这并不现实。

发明内容
本发明鉴于上述情况而实现,目的在于提供能够迅速进行维护时的电 容器的电荷的放电的发电电动机驱动装置及发电电动机驱动装置的电容 器的电荷的放电方法。
为了解决上述问题达到目的,本发明的发电电动机驱动装置,其特征 在于,包括发电电动机;发动机,其驱动轴与所述发电电动机连接;电 容器,其对所述发电电动机发出的电力进行蓄积且对所述发电电动机提供电源;驱动器,其与所述发电电动机连接,对所述发电电动机进行驱动且 被供给所述发电电动机发出的电力;升压器,其与所述电容器及所述驱动 器并联,将所述电容器的电容器电压升压并向所述驱动器输出;控制机构, 其由所述电容器对由所述发动机驱动的所述发电电动机提供电源,且以所 述发动机为负荷而驱动所述发电电动机,在所述电容器电压降低到第一电 压为止的期间,对所述发电电动机进行额定恒流控制,并且对所述升压器 进行额定恒压控制,在所述电容器电压降低到所述第一电压之后,降低到 比所述第一电压低的第二电压为止的期间,对所述发电电动机进行额定恒 流控制,并且对所述升压器进行使向所述驱动器输出的升压器输出电压与 所述电容器电压保持规定比率的电压控制。
另外,本发明的发电电动机驱动装置,根据上述发电电动机驱动装置, 其特征在于,所述第二电压是所述升压器输出电压为所述发电电动机的反 电动势或该反电动势附近的规定电压时的所述电容器电压,所述控制机构 在所述电容器电压降低到所述第二电压时,进行减少在所述发电电动机中 流过的电流的控制,并且进行将所述升压器输出电压固定为所述反电动势 或该反电动势附近的规定电压的控制。
另外,本发明的发电电动机驱动装置,根据上述发电电动机驱动装置, 其特征在于,所述控制机构在所述电容器电压降低到比所述第二电压低的 第三电压时,使在降低到所述第三电压的时点进行的控制持续进行规定的 持续时间。
另外,本发明的发电电动机驱动装置,根据上述发电电动机驱动装置, 其特征在于,所述控制机构在所述电容器电压降低到比所述第二电压低的 第三电压的时点停止控制,当停止该控制并经过规定的待机时间后的所述 电容器电压高于比所述第二电压低且比所述第三电压高的电压即第四电 压时,所述控制机构进行减少在所述发电电动机中流过的电流的控制,并 且进行将所述升压器输出电压固定为所述反电动势或该反电动势附近的 规定电压的控制。
另外,本发明的发电电动机驱动装置,根据上述发电电动机驱动装置, 其特征在于,所述发电电动机为SR马达,所述控制机构在所述电容器电 压降低到所述第二电压时,使在降低到所述第二电压的时点的控制持续进行规定的持续时间。
另外,本发明的发电电动机驱动装置,根据上述发电电动机驱动装置,
其特征在于,所述升压器是AC耦合双向DC-DC转换器,该AC耦合双向 DC-DC转换器包括直流端子加极性串联的两个电压型逆变器及将所述两个 电压型逆变器的交流端子AC耦合且具有规定的漏电感的变压器,所述两 个电压型逆变器之一与所述电容器并联,所述AC耦合双向DC-DC转换器 向所述逆变器输出将所述电容器的电容器电压升压后的直流电压。
另外,本发明的发电电动机驱动装置,根据上述发电电动机驱动装置, 其特征在于,所述控制机构在所述电容器电压降低到所述第一电压之后到 降低到所述第二电压为止的期间,对所述升压器进行使所述升压器输出电 压达到所述电容器电压的2倍的电压控制。
本发明的发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法,是发电电 动机驱动装置使所述电容器的电荷放电的发电电动机驱动装置的电容器 的电荷的放电方法,所述发电电动机驱动装置包括发电电动机;发动机, 其驱动轴与所述发电电动机连接;电容器,其对所述发电电动机发出的电 力进行蓄积且对所述发电电动机提供电源;驱动器,其与所述发电电动机 连接,对所述发电电动机进行驱动且被供给所述发电电动机发出的电力; 升压器,其与所述驱动器并联,将所述电容器的电容器电压升压并向所述 驱动器输出,所述发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法的特征 在于,由所述电容器对由所述发动机驱动的所述发电电动机提供电源,且 以所述发动机为负荷而驱动所述发电电动机,在所述电容器电压降低到第 一电压为止的期间,对所述发电电动机进行额定恒流控制,并且对所述升 压器进行额定恒压控制,在所述电容器电压降低到所述第一电压之后,降 低到比所述第一电压低的第二电压为止的期间,对所述发电电动机进行额 定恒流控制,并且对所述升压器进行使向所述驱动器输出的升压器输出电 压与所述电容器电压保持规定比率的电压控制。
发明效果
根据本发明,通过由电容器对由发动机驱动的发电电动机提供电源, 由此以发动机为负荷而驱动发电电动机,在电容器电压降低到第一电压为 止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并且对升压器进行额定恒压控制,在电容器电压降低到第一电压之后,降低到比该第一电压低的第二 电压为止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并且对升压器进行使 向驱动器输出的升压器输出电压与电容器电压保持规定比率的电压控制, 所以无需新安装用于使电容器的电荷放电的机构,能够迅速进行维护时的 电容器的电荷的放电。


图1是表示本发明的实施方式1的发电电动机驱动装置的结构的图。图2是表示本发明的实施方式1的发电电动机驱动装置的电容器的电 荷的放电方法的处理概要的流程图。图3是表示本发明的实施方式1的发电电动机驱动装置的电容器的电 荷的放电方法中的升压器输出电压与电容器电压的时间变化的图。图4是表示本发明的实施方式1的变形例的发电电动机驱动装置的电 容器的电荷的放电方法的处理概要的流程图。图5是表示本发明的实施方式1的变形例的发电电动机驱动装置的电 容器的电荷的放电方法中的升压器输出电压与电容器电压的时间变化的 例(第一例)的图。图6是表示本发明的实施方式1的变形例的发电电动机驱动装置的电 容器的电荷的放电方法中的升压器输出电压与电容器电压的时间变化的 例(第二例)的图。图7是表示本发明的实施方式2的发电电动机驱动装置的结构的图。图8是表示本发明的实施方式2的发电电动机驱动装置所具备的升压 器的结构的图。图9是表示与电容器电压对应的升压器的输出与损失的关系的图。 图10是表示本发明的实施方式2的发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法的处理概要的流程图。图11是表示本发明的实施方式2的发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法中的升压器输出电压与电容器电压的时间变化的图。图中1、 11-发电电动机驱动装置;2、 12-发电电动机;3-发动机; 4-电容器;5、 13-驱动器;6、 14-升压器;7-驱动器用电容器;8-接触器;9、 15-控制器;16-励磁电源;17-二极管;18-继电器;21-AC耦合双向DC-DC转换器;22-下侧逆变器;23-上侧逆变器;24-变压器;24a、 24b-线圈;25、 26-电容器;221a、 221b、 221c、 221d、 231a、 231b、 231c、 231d—IGBT; 222a、 222b、 222c、 222d、 232a、 232b、 232c、 232d-二极 管。
具体实施方式
以下,参照附图对用于实施本发明的最佳方式(以后,称为"实施方 式")进行说明。(实施方式l)图1是表示本发明的实施方式1的发电电动机驱动装置的结构的图。该图所示的发电电动机驱动装置1包括发电电动机2;驱动轴与发电电 动机2的驱动轴连接的发动机3;对发电电动机2发出的电力进行蓄积且 对发电电动机2提供电源的大容量的电容器4;与发电电动机2连接且驱动发电电动机2的驱动器5;与电容器4并联且将电容器4的电压升压并 向驱动器5输出的升压器6;与驱动器5及升压器6并联且进行波形整形 及浪涌吸收的驱动器用电容器7;在电容器4与升压器6之间串联的接触器8;构成进行发电电动机驱动装置1的动作控制的控制机构的至少一部分的控制器9。发电电动机2例如由PM (Permanent Magnetic)马达实现。另外, 与发电电动机2进行电力授受的电容器4为电双层电容器。控制器9基于发电电动机2与驱动器5之间的电流、驱动器用电容器 7的电压、发动机3的旋转速度、电容器4的电容器电压等,生成并输出 发动机3的发动机转速指令、发电电动机2的扭矩指令、升压器6的电压 指令、接触器8的开关指令等。其中,发电电动机2的扭矩指令向驱动器 5输出。图2是表示本实施方式1的发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放 电方法(以下,简称为"电容器的电荷的放电方法")的处理概要的流程 图。另外,图3是表示本实施方式1的电容器的电荷的放电方法中的升压 器6的输出电压Vcnv的时间变化(曲线Ll)及电容器4的电容器电压Vcap的时间变化(曲线L2)的概要的图。以下,参照这些图,对本实施方式l的电容器的电荷的放电方法进行说明。以下说明中,以由电容器4经由驱动器5对由发动机3驱动的发电电 动机2提供电源,且以发动机3为负荷而驱动发电电动机2的牵引模式使 用。此外,发电电动机2中的牵引模式和再生模式(通过发电向电容器4 供给电荷的模式)的切换是通过在控制器9的控制下,调节驱动器5内的 开关电路的相位来进行的。首先,控制器9对发电电动机2进行额定恒流控制,并且对升压器6 进行额定恒压控制(步骤Sl)。控制器9在电容器电压Vcap高于第一电压 Vl的期间(步骤S2,是),持续步骤S1的控制。第一电压V1的值优选设 定为电容器4的标准动作时的电压变动范围的最小值。若控制器9持续进行步骤Sl的控制,则不久电容器电压Vcap从初始 值Vcap0开始减小(图3的时间tl)。与此相对,升压器输出电压Vcnv 在被进行额定恒压控制的期间维持初始值Vcnv0。然后,在电容器电压Vcap降低到第一电压Vl时(步骤S2,否),控 制器9改变控制内容。具体地说,控制器9对发电电动机2进行额定恒流 控制,而对升压器6进行使升压器输出电压Vcnv与电容器电压Vcap保持 规定比率的电压控制(步骤S3)。图3中,在时间t2,电容器电压达到第 一电压V1。该时间t2以后,升压器输出电压Vcnv在与电容器电压Vcap 的比率(Vcrw/Vcap)保持恒定的同时逐渐降低。该比率作为例如升压器 6内部的感应体不饱和且升压器6的损失达到最小的值来确定。本实施方式l中,由于作为发电电动机2应用了 PM马达,所以必须 使升压器输出电压Vcnv的值不低于PM马达所产生的反电动势Ve的值。 为此,控制器9在电容器电压Vcap高于与PM马达的反电动势Ve对应的 第二电压V2的期间(步骤S4,是),持续步骤S3的控制。图3所示的情 况下,在时间t3,电容器电压Vcap达到第二电压V2。此外,也可以代替 将第二电压V2的值设为与PM马达的反电动势Ve对应的值,而是将第二 电压V2的值设为与比PM马达的反电动势Ve稍高的规定电压Ve'对应的 值。步骤S4中,电容器电压Vc即降低到V2时(步骤S4,否),控制器9对发电电动机2进行减少在发电电动机2中流过的电流的控制(电流降 额),并且对升压器6进行将升压器输出电压Vcnv固定为发电电动机2的 反电动势Ve (或前述的Ve')的控制(步骤S5)。通过该控制,发电电动 机输出电压Vcnv取恒定值Ve (或Ve'),另一方面电容器电压Vcap逐渐 减小。控制器9持续步骤S5的控制,直到电容器电压Vcap达到比第二电 压V2低的第三电压V3为止(步骤S6,是)。图3中表示电容器电压Vcap 在时间t4达到第三电压V3的情况。对于该第三电压V3而言,只要电容 器4的电荷的值大致为零、是可视为放电结束的值就是优选的,但也可设 定为作为维护作业时的电压可视为足够安全的值或低于法令规定的危险 电压的值。电容器电压Vcap降低到第三电压V3时(步骤S6,否),控制器9持 续步骤S5的控制达规定的持续时间(步骤S7)后,停止控制(步骤S8)。 步骤S7中控制器9持续控制达规定的持续时间(图3的t5_t4),是因为 若电容器4的电荷大致达到零之后控制器9立刻停止控制则电容器4的电 荷有时会急剧增加。在这个意义上,步骤S7中持续处理的持续时间,设 定为控制器9的控制停止后电容器4的电荷不会急剧增加的时间即可。根据以上说明的本发明的实施方式1,通过由电容器对由发动机驱动 的发电电动机提供电源,由此以发动机为负荷而进行驱动,在电容器电压 降低到第一电压的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并且对升压器 进行额定恒压控制,在电容器电压降低到第一电压之后,降低到比该第一 电压低的第二电压为止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并且对 升压器进行使向驱动器输出的升压器输出电压与电容器电压保持规定比 率的电压控制,所以无需新安装用于使电容器的电荷放电的机构,能够迅 速进行维护时的电容器的电荷的放电。另外,根据本实施方式1,在电容器电压降低到可视为放电结束的值 之后也持续进行控制达规定的持续时间,由此能够防止控制结束后电容器 的电荷急剧增加。再有,根据本实施方式l,由于根据电容器电压的减小改变控制内容, 所以能够防止与电容器电压的减小相伴的发热量的增加所引起的升压器 内部的功率元件的浪涌电压所造成的耐压过冲、感应体的电流饱和所造成的过电流破坏的产生,能够提高发电电动机驱动装置的耐久性。 (实施方式l的变形例) 图4是表示本实施方式1的一变形例的电容器的电荷的放电方法的处理概要的流程图。图4中,步骤S11 S16的处理与上述实施方式1的电 容器的电荷的放电方法的步骤S1 S6的处理相同。其中,本变形例中将 第一、第二电压分别设为Vll、 V12。以下说明中,对步骤S16以后的处理 进行说明。步骤S16中,电容器电压Vcap达到第三电压V13时(步骤S16,否), 控制器9停止控制(步骤S17)。然后,控制器9待机至经过规定的待机时间(步骤S18,否)。停止控 制并经过了待机时间后(步骤S18,是),若电容器电压Vcap变得比低于 第二电压V12且高于第三电压V13的电压即第四电压V14还高(步骤S19, 是),则控制器9对发电电动机2进行电流降额,并且对升压器6再次进 行将输出固定为发电电动机2的反电动势Ve的控制(步骤S15),重复进 行步骤S16以后的处理。另一方面,若控制器9停止控制并经过了待机时间后(步骤S18,是), 电容器电压Vc邻在第四电压V14以下(步骤S19,否),则控制器9结束 电容器的电荷的放电处理。在这个意义上,本变形例中,第四电压V14的 值为可视为电容器4的电荷的放电结束的值。图5是表示本变形例的电容器的电荷的放电方法中的升压器6的输出 电压Vcrw的时间变化(曲线L3)及电容器4的电容器电压Vcap的时间变 化(曲线L4)的例(第一例)的图。此外,图5中,为了明确与图3的差 异,曲线L3及L4的到时间t14为止的时间变化分别与图3所示的曲线Ll 及L2的到时间t4为止的时间变化设为相同,时间tll tl4分别与图3 的时间tl t4相对应。在图5的曲线L4中,电容器电压Vcap在时间t14以后上升,从时间 tl4经过了规定的待机时间后的时间U5处的电容器电压Vcap小于第四电 压V14 (与上述步骤S19中否的情况相对应)。因而,发电电动机驱动装置 1在时间t15结束电容器的电荷的放电处理。图6是表示本变形例的电容器的电荷的放电方法中的升压器6的输出电压Vcrw的时间变化(曲线L5)及电容器4的电容器电压Vc即的时间变 化(曲线L6)的另一例(第二例)的图。图6中也是曲线L5及L6的到时 间t14为止的时间变化分别与图3所示的曲线Ll及L2的到时间t4为止 的时间变化设为相同,时间tll tl4分别与图3的时间tl t4相对应。在图6的曲线L6中,电容器电压Vcap在时间t14以后上升,从时间 tl4经过了规定的待机时间后的时间tl5处的电容器电压Vcap大于第四电 压V14 (与上述步骤S19中是的情况相对应)。因此,发电电动机驱动装置 1回到上述步骤S15而重复进行处理。g卩,时间tl5以后,升压器6的输 出电压Vcnv取恒定值Ve,而龟容器电压Vcap逐渐降低。然后,电容器电 压Vcap降低到第三电压V13时(时间t16),控制器9停止控制。曲线L6 中,从时间t16经过了待机时间后的时间t17 (tl7 — tl6二tl5 — t14)处 的电容器电压Vc邻小于第四电压V14 (与上述步骤S19中的否相对应)。 因而,发电电动机驱动装置1在时间t17结束电容器的电荷的放电处理。 此外,时间tl7处的电容器电压Vc即高于第四电压V14时,再次回到上 述步骤S15而重复进行处理。在以上说明的本实施方式1的一变形例中也与上述实施方式1同样, 能够防止控制结束后的电容器的电荷的急剧增加。 (实施方式2)图7是表示本发明的实施方式2的发电电动机驱动装置的结构的图。 该图所示的发电电动机驱动装置11包括由SR (Switched Reluctance) 马达构成的发电电动机12;驱动轴与发电电动机12的驱动轴连接的发动 机3;电容器4;与发电电动机12连接且对发电电动机12进行驱动的驱 动器13;与电容器4并联且将电容器4的电压升压并向驱动器13输出的 升压器14;与驱动器13及升压器14并联的波形整形用的驱动器用电容器7;在电容器4与升压器14之间串联的接触器8;构成进行发电电动机驱 动装置11的动作控制的控制机构的至少一部分的控制器15;与升压器14串联且对发电电动机12进行励磁的励磁电源16;在励磁电源16与驱动器 13之间串联的二极管17及继电器18。图8是表示升压器14的结构的图。升压器14使用将两个电压型逆变 器AC耦合而成的加极性的AC耦合双向DC-DC转换器21来实现。AC耦合双向DC-DC转换器21具有作为两个电压型逆变器的下侧逆变器22及上侧 逆变器23,并具有将下侧逆变器22及上侧逆变器23的交流侧AC耦合的 变压器24。下侧逆变器22通过在上下臂上桥接各2个共计4个作为通电切换用 的开关元件的IGBT (绝缘栅双极晶体管)221a、 221b、 221c、 221d而构 成。在IGBT221a、 221b、 221c、 221d上分别并联有通电切换时产生的回 流电流流过的二极管222a、 222b、 222c、 222d。另一方面,上侧逆变器 23具有4个作为开关元件的IGBT231a、 231b、 231c、 231d。在IGBT231a、 231b、 231c、 231d上分别并联有二极管232a、 232b、 232c、 232d。对于下侧逆变器22和上侧逆变器23而言,下侧逆变器22的正极直 流端子与上侧逆变器23的负极直流端子加极性串联。从外部向AC耦合双 向DC-DC转换器21施加的电压由下侧逆变器22和上侧逆变器23分压。在下侧逆变器22上并联有以浪涌吸收为主要目的的电容器25。该电 容器25的容量相比电容器4的容量显著小。在上侧逆变器23上也与下侧 逆变器22同样,并联有浪涌吸收用的小容量的电容器26。电容器25的容 量优选大于电容器26的容量。这是因为,与伸出到升压器14的外侧的布 线连接一侧的电容器25中产生的浪涌量大于在电容器26中产生的浪涌 量。另外,通过抑制电容器26的容量就不必使电容器26的容积大到必要 程度以上,所以还具有能够节省空间的优点。下侧逆变器22与变压器24的线圈24a连接,上侧逆变器23与变压 器24的线圈24b连接。在下侧逆变器22及上侧逆变器23的直流电压的 额定电压大致相等时,优选将线圈24a与线圈24b的绕组比设成1比1。 因此,本实施方式2中将线圈24a与线圈24b的绕组比设成1比1,但绕 组比可以适当改变。变压器24具有恒定的漏电感(设为L)。在升压器14中漏电感被等分 割成在线圈24a侧为L/2、在线圈24b侧也为L/2。变压器24将漏电感 中暂时蓄积的电力通过下侧逆变器22及上侧逆变器23的高速开关控制向 电容器4等传送。 一般来说,对于变压器,已知的是若一次线圈与二次线 圈的间隙变宽则漏电感増加。因此,在形成变压器时,大多使一次线圈与 二次线圈密接来形成。与此相对,本实施方式2中,通过调节一次线圈与24b的间隙,积极地做出期望的漏电感。 此外,还可以在变压器24的外部附加电感。具有以上结构的升压器14的电容器25与电容器4并联,在电容器4 与电容器25之间串联有接触器8。通过控制器15的控制连接接触器8时, 升压器14将电容器4的电压(一次侧电压)升压,并将该升压后的电压 (二次侧电压)向驱动器13供给。升压器14与在二次侧对发电电动机12进行励磁的励磁电源16连接。 在此,说明在发电电动机驱动装置11中设置励磁电源16的理由。 一般来 说,SR马达具有在供给电能时生成大的再生能量的特性,只是内部的转子 被旋转驱动时不作为发电电动机动作。为了使具有这种特性的SR马达作 为发电电动机动作,需要对SR马达内的线圈预先进行励磁。不过,在发 动机3起动时,驱动器用电容器7的电荷为零。进而,即使在发动机3起 动时接通接触器8,也不能利用电容器4对发电电动机12进行励磁。为此, 本实施方式2中,为了在发动机3起动时对发电电动机12进行励磁而设 有励磁电源16。图9是表示使用AC耦合双向DC-DC转换器21构成升压器14,发电电 动机12的额定电力为550 (V)时的与电容器4的电容器电压Vcap对应的 升压器14的输出与器件总损失的关系的图。此处所说的"器件总损失" 包括各IGBT的导通损失、变压器24的电阻(包括直流电阻、集肤效应、 涡流损失等交流电阻),与在变压器24中流过的电流的大小呈比例。图9 中,以相同输出进行比较时,当电容器电压Vcap为275 (=550 / 2) (V) 时器件总损失最小。这是因为,直流电压V0为V0二2Vcap时,与V0^2Vcap 时相比,在变压器24中流过的电流小,器件总损失小(在没有进行发电 电动机12与电容器4的电力授受时,在变压器24中流过的电流理想情况 下为零)。此外,本实施方式2中,由于将升压器14所具有的变压器24 的线圈24a与24b的绕组比设为1比1,所以Vcnv二2Vcap为器件总损失 最少的电压比,不过,器件总损失最小的电压比根据绕组比的不同而不同。在此,对在发电电动机驱动装置11中设置励磁电源16的理由进行说 明。 一般而言,SR马达具有在供给电能时生成大的再生能量的特性,只是 内部的转子被旋转驱动时不作为发电电动机动作。为了使具有这种特性的SR马达作为发电电动机动作,需要对SR马达内的线圈预先进行励磁。不 过,在发动机3起动时,驱动器用电容器7的电荷基本为零。另外,即使 在发动机3起动时接通接触器8,也不能利用电容器4对SR马达进行励磁。 为此,本实施方式2中,为了在发动机3起动时对SR马达进行励磁而设 有励磁电源16。该励磁电源16在驱动器用电容器7的电压变得大于励磁 电源16的电压时被断开。图10是表示本实施方式2的电容器的电荷的放电方法的概要的流程 图。另外,图11是表示本实施方式2的电容器的电荷的放电方法中的升 压器14的输出电压Vcnv (曲线L7)的时间变化及电容器电压Vcap (曲线 L8)的时间变化的概要的图。以下,参照这些图,对本实施方式2的电容 器的电荷的放电方法进行说明。在以下的说明中,以由电容器4经由驱动器13对由发动机3驱动的 发电电动机12提供电源,且以发动机3为负荷而驱动发电电动机12的牵 引模式来使用。此外,发电电动机12中的牵引模式与再生模式的切换是 通过在控制器15的控制下,调节驱动器13内的开关电路的相位来进行的。首先,控制器15对发电电动机12进行额定恒流控制,并对升压器14 进行额定恒压控制(步骤S21)。控制器15在电容器电压Vc邵高于第一电 压V1'的期间(步骤S22,是),持续步骤S21的控制。第一电压V1'的值 与上述实施方式1中的第一电压VI同样,优选设定为电容器4的标准动 作时的电压变动范围的最小值。若控制器15持续进行步骤S21的控制,则不久电容器电压Vcap从初 始值Vc即0'开始减小(图11的时间tl')。与此相对,升压器输出电压Vcnv 在被进行额定恒压控制的期间维持初始值Vcrw0'。然后,电容器电压Vcap降低到第一电压Vl'时(步骤S22,否),控 制器15改变控制内容。具体地说,控制器15对发电电动机12进行额定 恒流控制,而对升压器14进行使升压器输出电压Vcnv达到电容器电压 Vcap的2倍(Vcnv = 2Vcap)的电压控制(步骤S23)。图11中,在时间 t2',电容器电压达到第一电压VI'。该时间t2'以后,升压器输出电压Vcnv 在满足Vcnv二2Vcap的同时逐渐降低。另外,本实施方式2中,作为发电电动机12应用了SR马达。由于SR马达不会产生反电动势,所以控制器15没有必要进行升压器输出电压Vcnv的值以不低于发电电动机的反电动势的方式固定的控制。然后,控制器15在电容器电压Vcap高于第二电压V2'的期间(步骤 S24,是),持续步骤S23的控制。在图ll所示的情况下,在时间t3',电 容器电压Vcap达到第二电压V2'。该第二电压V2'只要是电容器4的电荷 视为大致为零的值即是优选的,但也可设定为作为维护作业时的电压可视 为足够安全的值或低于法令规定的危险电压的值。在电容器电压Vcap降低到第二电压V2'时(步骤S24,否),控制器 15持续步骤S23的控制达规定的持续时间(步骤S25)后,停止控制(步 骤S26)。由此,能够防止在控制器15的控制停止后电容器4的电荷急剧 增加。在这个意义上,步骤S25中处理的持续时间(图ll的t4'一t3'), 只要设定为控制器15的控制停止后电容器4的电荷不会急剧增加的时间 即可。根据以上说明的本发明的实施方式2,通过由电容器对由发动机驱动 的发电电动机提供电源,由此以发动机为负荷而进行驱动,在电容器电压 降低到第一电压为止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并对升压 器进行额定恒压控制,在电容器电压降低到第一电压后,降低到比该第一 电压低的第二电压为止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并对升 压器进行使向驱动器输出的升压器输出电压与电容器电压保持规定比率 的电压控制,所以无需新安装用于使电容器的电荷放电的机构,能够迅速 进行维护时的电容器的电荷的放电。另外,根据本实施方式2,作为升压器应用AC耦合双向DC-DC转换器, 电容器电压降低到第一电压后,进行使升压器的器件总损失达到最小的控 制(在上述的升压器的情况下,是升压器输出电压达到电容器电压的2倍 的控制),所以能够抑制升压器内部的温度上升,能够防止温度上升所能 够引起的升压器内部的功率元件(IGBT)的浪涌电压所造成的耐压过冲以 及感应体的电流饱和所造成的过电流破坏等,能够保护内部部件。再有,根据本实施方式2,作为发电电动机应用了SR马达,所以无需进行将升压器输出电压固定为反电动势的控制,控制简单。 (其他实施方式)至此,作为用于实施本发明的最佳方式,详述了实施方式l、 2,但本发明不应仅由上述实施方式来限定。例如,作为发电电动机应用SR马达 时,也可以不在发电电动机驱动装置中设置升压器。此时,以牵引模式驱 动发电电动机,进行使目标电压为零的电压控制即可。由此,在电容器中, 发电电动机极限电流沿放电方向流动,电容器中蓄积的电荷逐渐消去,最 终变为零。另外,也可以将实施方式2中应用的升压器14作为实施方式1的升 压器来加以应用。此时,在图2的步骤S3中,控制器9只要进行使升压 器输出电压Vcnv满足2Vcap的电压控制即可。本发明的发电电动机驱动装置适合作为混合动力车辆的动力源,特别 是适合向混合动力型的建筑机械搭载。例如,将本发明搭载于液压挖掘机 时,在上述结构的基础上,设置工作机回旋用的马达并使驱动该马达的逆 变器与电容器并联即可。这样,本发明还可以包括在此没有记载的各种实施方式等,还能够在 不脱离权利要求书特定的技术思想的范围内实施各种设计变更等。产业上的可利用性如上所述,本发明的发电电动机驱动装置及发电电动机驱动装置的电 容器的电荷的放电方法在作为驱动源搭载了发动机及发电电动机的混合 动力车辆中是有用的,特别是适合于混合动力建筑机械。
权利要求
1.一种发电电动机驱动装置,其特征在于,包括发电电动机;发动机,其驱动轴与所述发电电动机连接;电容器,其对所述发电电动机发出的电力进行蓄积且对所述发电电动机提供电源;驱动器,其与所述发电电动机连接,对所述发电电动机进行驱动且被供给所述发电电动机发出的电力;升压器,其与所述电容器及所述驱动器并联,将所述电容器的电容器电压升压并向所述驱动器输出;控制机构,其由所述电容器对由所述发动机驱动的所述发电电动机提供电源,且以所述发动机为负荷而驱动所述发电电动机,在所述电容器电压降低到第一电压为止的期间,对所述发电电动机进行额定恒流控制,并且对所述升压器进行额定恒压控制,在所述电容器电压降低到所述第一电压之后,降低到比所述第一电压低的第二电压为止的期间,对所述发电电动机进行额定恒流控制,并且对所述升压器进行使向所述驱动器输出的升压器输出电压与所述电容器电压保持规定比率的电压控制。
2. 根据权利要求1所述的发电电动机驱动装置,其特征在于, 所述第二电压是所述升压器输出电压为所述发电电动机的反电动势或该反电动势附近的规定电压时的所述电容器电压,所述控制机构在所述电容器电压降低到所述第二电压时,进行减少在 所述发电电动机中流过的电流的控制,并且进行将所述升压器输出电压固 定为所述反电动势或该反电动势附近的规定电压的控制。
3. 根据权利要求2所述的发电电动机驱动装置,其特征在于, 所述控制机构在所述电容器电压降低到比所述第二电压低的第三电压时,使在降低到所述第三电压的时点进行的控制持续进行规定的持续时 间。
4. 根据权利要求2所述的发电电动机驱动装置,其特征在于, 所述控制机构在所述电容器电压降低到比所述第二电压低的第三电压的时点停止控制,当停止该控制并经过规定的待机时间后的所述电容器电压高于比所 述第二电压低且比所述第三电压高的电压即第四电压时,所述控制机构进 行减少在所述发电电动机中流过的电流的控制,并且进行将所述升压器输 出电压固定为所述反电动势或该反电动势附近的规定电压的控制。
5. 根据权利要求1所述的发电电动机驱动装置,其特征在于,所述发电电动机为SR马达,所述控制机构在所述电容器电压降低到所述第二电压时,使在降低到 所述第二电压的时点的控制持续进行规定的持续时间。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的发电电动机驱动装置,其特征 在于,所述升压器是AC耦合双向DC-DC转换器,该AC耦合双向DC-DC转换 器包括直流端子加极性串联的两个电压型逆变器及将所述两个电压型逆 变器的交流端子AC耦合且具有规定的漏电感的变压器,所述两个电压型 逆变器之一与所述电容器并联,所述AC耦合双向DC-DC转换器向所述逆 变器输出将所述电容器的电容器电压升压后的直流电压。
7. 根据权利要求6所述的发电电动机驱动装置,其特征在于, 所述控制机构在所述电容器电压降低到所述第一电压之后到降低到所述第二电压为止的期间,对所述升压器进行使所述升压器输出电压达到 所述电容器电压的2倍的电压控制。
8. —种发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法,是发电电动 机驱动装置使所述电容器的电荷放电的发电电动机驱动装置的电容器的 电荷的放电方法,所述发电电动机驱动装置包括发电电动机;发动机, 其驱动轴与所述发电电动机连接;电容器,其对所述发电电动机发出的电 力进行蓄积且对所述发电电动机提供电源;驱动器,其与所述发电电动机 连接,对所述发电电动机进行驱动且被供给所述发电电动机发出的电力; 升压器,其与所述驱动器并联,将所述电容器的电容器电压升压并向所述驱动器输出,所述发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法的特征在于, 由所述电容器对由所述发动机驱动的所述发电电动机提供电源,且以所述发动机为负荷而驱动所述发电电动机,在所述电容器电压降低到第一电压为止的期间,对所述发电电动机进 行额定恒流控制,并且对所述升压器进行额定恒压控制,在所述电容器电压降低到所述第一 电压之后,降低到比所述第一 电压 低的第二电压为止的期间,对所述发电电动机进行额定恒流控制,并且对 所述升压器进行使向所述驱动器输出的升压器输出电压与所述电容器电 压保持规定比率的电压控制。
全文摘要
一种发电电动机驱动装置及发电电动机驱动装置的电容器的电荷的放电方法,能够迅速进行维护时的电容器的电荷的放电。由电容器对由发动机驱动的发电电动机提供电源,且以工作中的发动机为负荷而驱动发电电动机,在电容器电压降低到第一电压为止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并且对升压器进行额定恒压控制,在电容器电压降低到第一电压之后,降低到比该第一电压低的第二电压为止的期间,对发电电动机进行额定恒流控制,并且对升压器进行使向驱动器输出的升压器输出电压与电容器电压保持规定比率的电压控制。
文档编号H02J7/00GK101622767SQ20088000651
公开日2010年1月6日 申请日期2008年3月13日 优先权日2007年3月13日
发明者佐藤知久, 远藤贵义 申请人:株式会社小松制作所
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