CN101611540A - 发电机驱动装置、混合动力车辆及发电机驱动装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

为了即使在设有升压机构时也可靠地避免在过渡状态下接通接触器时产生冲击电流，而在接触器断开的状态下使发电机动作，同时只使构成作为升压机构的电压变换器的AC耦合双向DC－DC转换器所具有的两个电压型逆变器中的未与电源用电容器并联的电压型逆变器进行斩波动作，由此以使电源用电容器的电压与浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式控制浪涌吸收用电容器的电压。

Description

发电机驱动装置、混合动力车辆及发电机驱动装置的控制方法
技术领域
本发明涉及将电动马达作为发电机进行驱动的发电机驱动装置、搭载了发电机驱动装置的混合动力车辆及发电机驱动装置的控制方法。
背景技术
以往，作为驱动源而搭载了发动机及马达的混合动力车辆的马达驱动装置包括：马达驱动用的逆变器、通过该逆变器向马达供给电源且将由马达发出的电力进行蓄积的大容量电容器(キヤパシタ)等蓄电池、与该蓄电池并联的电容器、调节马达的发电电压的机构、在蓄电池与电容器之间串联的接触器(例如，参照专利文献1)。根据具有这种结构的马达驱动装置，能够在发动机起动时一边调节马达的发电电压一边将马达作为发电机加以使用，所以即使在发动机起动时蓄电池的电压大致为零，也能够对蓄电池充电，并利用充电后的蓄电池驱动马达。
专利文献1：日本国特开2006-314172号公报。
另外，对于上述现有的马达驱动装置而言，为了将蓄电池的电压更加有效地升压并向马达侧输出，考虑设置电压变换器等升压机构。然而，当在现有的马达驱动装置中设置升压机构时，存在必须避免在发动机起动时接通了接触器之际产生大电流(冲击电流)这一情况的问题。为此，寻求即使在设有升压机构时也能够可靠地避免在过渡状态下接通接触器时产生冲击电流的技术。
发明内容
本发明鉴于上述情况而实现，其目的在于提供一种即使在设有升压机构时也能够可靠地避免在过渡状态下接通接触器时产生冲击电流的发电机驱动装置、混合动力车辆及发电机驱动装置的控制方法。
为了解决上述问题并达到目的，本发明的发电机驱动装置的特征在于，包括：发电机；发动机，其驱动轴与所述发电机的驱动轴连接；电源用电容器，其向所述发电机供给电力且将所述发电机发出的电力进行蓄积；发电机用逆变器，其与所述发电机连接；AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被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进行AC耦合并具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之一与所述电源用电容器并联，向所述逆变器输出将所述电源用电容器的电容器电压升压后的直流电压；浪涌吸收用电容器，其与所述电源用电容器并联，具有小于所述电源用电容器的容量，且至少进行浪涌吸收；接触器，其在所述电源用电容器与所述浪涌吸收用电容器之间串联；控制机构，其在所述接触器断开的状态下使所述发电机动作，同时只使未与所述电源用电容器并联的所述电压型逆变器进行斩波动作，由此以使所述电源用电容器的电压与所述浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式控制所述浪涌吸收用电容器的电压，然后进行接通所述接触器的控制。
另外，本发明的发电机驱动装置根据上述发电机驱动装置，其特征在于，所述控制机构还包括小容量浪涌吸收用电容器，该小容量浪涌吸收用电容器和未与所述电源用电容器并联的所述电压型逆变器并联，并且与所述浪涌吸收用电容器串联，具有小于所述浪涌吸收用电容器的容量，且至少进行浪涌吸收。
另外，本发明的发电机驱动装置根据上述发电机驱动装置，其特征在于，所述发电机为SR马达，所述发电机驱动装置还包括：励磁电源，其通过所述发电机用逆变器与所述SR马达连接，对所述SR马达进行励磁；SR马达用电容器，其与所述发电机用逆变器及所述AC耦合双向DC-DC转换器连接，对所述SR马达的发电电压进行充电，所述控制机构在所述SR马达用电容器的电压未达到作为能够稳定地进行所述SR马达的发电电压的控制的电压而预先设定的值时，进行接通所述励磁电源的控制。
另外，本发明的发电机驱动装置根据上述发电机驱动装置，其特征在于，所述电压型逆变器具有多个开关元件，所述控制机构在只使未与所述电源用电容器并联的电压型逆变器进行斩波动作时，使该电压型逆变器所具有的多个开关元件中的通过所述变压器分别串联的两组开关元件交替开关。
本发明的混合动力车辆的特征在于，所述混合动力车辆搭载上述任意发明的发电机驱动装置，并将所述发电机及所述发动机作为驱动源。
本发明的发电机驱动装置的控制方法是如下所述的发电机驱动装置的控制方法，所述发电机驱动装置包括：发电机；发动机，其驱动轴与所述发电机的驱动轴连接；电源用电容器，其向所述发电机供给电力且将所述发电机发出的电力进行蓄积；发电机用逆变器，其与所述发电机连接；AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被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进行AC耦合并具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之一与所述电源用电容器并联，向所述逆变器输出将所述电源用电容器的电容器电压升压后的直流电压；浪涌吸收用电容器，其与所述电源用电容器并联，具有小于所述电源用电容器的容量，且至少进行浪涌吸收；接触器，其在所述电源用电容器与所述浪涌吸收用电容器之间串联；所述发电机驱动装置的控制方法的特征在于，在所述接触器断开的状态下使所述发电机动作，同时只使未与所述电源用电容器并联的所述电压型逆变器进行斩波动作，由此以使所述电源用电容器的电压与所述浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式控制所述浪涌吸收用电容器的电压，然后接通所述接触器。
发明效果
根据本发明，在接触器断开的状态下使发电机动作，同时只使构成作为升压机构的电压变换器的AC耦合双向DC-DC转换器所具有的两个电压型逆变器中的未与电源用电容器并联的电压型逆变器进行斩波动作，由此以使电源用电容器的电压与浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式控制浪涌吸收用电容器的电压，所以，即使在浪涌吸收用电容器的电压低的情况下，也能够进行稳定的电压控制。因而，通过在进行上述控制之后接通接触器，即使在设有升压机构时也能够可靠地避免接通接触器时产生冲击电流。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的发电机驱动装置的结构的图。
图2是表示应用了本发明一实施方式的发电机驱动装置的液压挖掘机的结构的图。
图3是表示电压变换器的结构的图。
图4是表示本发明一实施方式的发电机驱动装置的控制方法的处理概要的流程图。
图5是表示SR电容器预充电动作的详细处理流程的流程图。
图6是表示SR马达电压控制的概要的框线图。
图7是表示电源用电容器中没有电荷时的接触器连接动作的处理流程的流程图。
图8是表示电源用电容器中有电荷时的接触器连接动作的处理流程的流程图。
图中：1-发电机驱动装置；2-SR马达；3-发动机；4-PM马达；5-电容器(电源用电容器)；6-SR驱动器(发电机用逆变器)；7-SR电容器(SR马达用电容器)；8-电压变换器；9-接触器；10-励磁电源；11-二极管；12-继电器；13-PM逆变器；14-PM电容器；15、16-电流传感器；17、18、19、87、88-电压计；20-绝缘传感器；21-控制器；22-车体控制部；23-SR马达控制部；24-PM马达控制部；25-电压变换器控制部；26-接触器控制部；81-AC耦合双向DC-DC转换器；82-下侧逆变器；83-上侧逆变器；84-变压器；84a、84b-线圈；85-电容器(浪涌吸收用电容器)；86-电容器(小容量浪涌吸收用电容器)；100-液压挖掘机；101a-自行部；101b-回旋部；821a、821b、821c、821d、831a、831b、831c、831d-IGBT；822a、822b、822c、822d、832a、832b、832c、832d-二极管；Lv-操作杆。
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。
图1是表示本发明一实施方式的发电机驱动装置的结构的图。该图所示的发电机驱动装置1搭载在混合动力车辆上。本实施方式1中，搭载发电机驱动装置1的混合动力车辆为图2所示的液压挖掘机100。液压挖掘机100包括：通过履带的旋转等而自行的自行部101a；具有铲斗、动臂、斗杆等工作装置及驾驶室，能够围绕相对于自行部101a指向规定方向的回旋轴回旋的回旋部101b。具有这种结构的液压挖掘机100上搭载的发电机驱动装置1包括驱动轴与发动机的驱动轴连接的发电机，并且包括具有与回旋部101b的回旋轴一致的驱动轴的回旋用马达。
以下，说明发电机驱动装置1的详细结构。发电机驱动装置1具备转子为4极、定子为6极的3相励磁型SR(Switched Reluctance)马达2并将其作为发电机。SR马达2的驱动轴与发动机3的驱动轴连接。另外，发电机驱动装置1具备PM(Permanent Magnetic)马达4并将其作为回旋用马达。SR马达2及PM马达4分别设有检测转速的旋转传感器(未图示)。
SR马达2及PM马达4从由双电荷层电容器构成的大容量电容器5(电源用电容器)接受电源供给。电容器5还具有对由SR马达2及PM马达4发出的电力进行蓄积的功能。
SR马达2与作为发电机用逆变器的SR驱动器6连接。SR驱动器6与由适于波形成形及浪涌吸收的薄膜电容器构成的SR电容器7(SR马达用电容器)并联。在SR电容器7上并联有将电容器5的电压升压并输出的电压变换器8。
图3是表示电压变换器8的结构的图。该图所示的电压变换器8使用将两个电压型逆变器AC耦合了的加极性的AC耦合双向DC-DC转换器81而实现。AC耦合双向DC-DC转换器81具有作为两个电压型逆变器的下侧逆变器82及上侧逆变器83，并且具有将下侧逆变器82及上侧逆变器83的交流侧进行AC耦合的变压器84。
下侧逆变器82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)821a、821b、821c、821d而构成。在IGBT 821a、821b、821c、821d上分别并联有通电切换时产生的回流电流流过的二极管822a、822b、822c、822d。另一方面，上侧逆变器83具有4个开关元件IGBT 831a、831b、831c、831d。在IGBT 831a、831b、831c、831d上分别并联有二极管832a、832b、832c、832d。
对于下侧逆变器82和上侧逆变器83而言，下侧逆变器82的正极直流端子与上侧逆变器83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81施加的电压由下侧逆变器82和上侧逆变器83分压。
在下侧逆变器82上并联有以浪涌吸收为主要目的的电容器85(浪涌吸收用电容器)。该电容器85的容量显著小于电容器5的容量。在上侧逆变器83上也与下侧逆变器82同样，并联有浪涌吸收用的小容量的电容器86(小容量浪涌吸收用电容器)。电容器85的容量优选大于电容器86的容量。这是因为，与伸出到电压变换器8的外侧的布线连接一侧的电容器85中产生的浪涌量大于在电容器86中产生的浪涌量。另外，通过抑制电容器86的容量而不会使电容器86的容积大到所需程度以上，所以还具有能够节省空间的优点。
下侧逆变器82与变压器84的线圈84a连接，上侧逆变器83与变压器84的线圈84b连接。在下侧逆变器82及上侧逆变器83的直流电压的额定电压大致相等时，优选将线圈84a与线圈84b的绕组比设成1比1。本实施方式中将线圈84a与线圈84b的绕组比设成1比1，但绕组比可以适当改变。
变压器84具有恒定的泄漏电感(设为L)。在电压变换器8中，泄漏电感被等分成在线圈84a侧为L/2、在线圈84b侧为L/2。变压器84将泄漏电感中暂时蓄积的电力通过下侧逆变器82及上侧逆变器83的高速开关控制向电容器5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泄漏电感增加。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，本实施方式中，通过调节一次线圈与二次线圈的间隙即线圈84a与线圈84b的间隙，以主动地形成所需的泄漏电感。此外，还可以在变压器84的外部附加电感。
具有以上结构的电压变换器8的电容器85与电容器5并联，在电容器5与电容器85之间串联有接触器9。在连接接触器9时，电压变换器8将电容器5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SR马达2及PM马达4供给。
电压变换器8在二次侧与对SR马达2进行励磁的励磁电源10串联。在此，说明在发电机驱动装置1中设置励磁电源10的理由。一般来说，SR马达2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机动作。为了使具有这种特性的SR马达2作为发电机动作，需要对SR马达2内的线圈预先进行励磁。不过，在发动机3起动时，SR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9，也不能利用电容器5对SR马达2进行励磁。因此，本实施方式中，为了在发动机3起动时对SR马达2进行励磁而设有励磁电源10。
在电压变换器8与励磁电源10之间串联有二极管11及继电器12。二极管11在SR电容器7的电压变得大于励磁电源10的电压时，切断励磁电源10。另外，继电器12通过接通、断开动作来控制励磁电源10的接入、切断。
PM马达4与PM逆变器13连接。PM逆变器13与由薄膜电容器构成的PM电容器14并联。在PM电容器14上并联有电压变换器8。
在SR马达2与SR驱动器6之间串联有电流传感器15。另外，在PM马达4与PM逆变器13之间串联有电流传感器16。
在电容器5、SR电容器7、PM电容器14、电容器85及电容器86上分别并联有作为电压传感器的电压计17、18、19、87及88。在电容器5上连接有绝缘传感器20。
发电机驱动装置1具备作为控制机构的控制器21。控制器21具有：进行液压挖掘机100的车体控制的车体控制部22；通过控制SR驱动器6来控制SR马达2的扭矩、转速、电压中的任一个的SR马达控制部23；通过控制PM逆变器13来控制PM马达4的速度的PM马达控制部24；进行电压变换器8的控制的电压变换器控制部25；控制接触器9的接通、断开的接触器控制部26。
图4是表示本发明一实施方式的发电机驱动装置的控制方法的处理概要的流程图，是表示发电机驱动装置1起动时的过渡状态下的处理概要的流程图。首先，发电机驱动装置1进行SR电容器7的预充电动作(步骤S1)。
图5是表示SR电容器7的预充电动作的详细处理流程的流程图。图5中，发电机驱动装置1接着进行如下处理，即：检测电压变换器8的直流输出电压(＝SR电容器7的电压)V0，并将该检测结果与规定的阈值Vth11进行比较(步骤S101)。阈值Vth11被设定成SR马达2能够比较稳定地进行电压控制动作的最低电压。比较处理的结果，在直流输出电压V0满足不等式V0≥Vth11且满足该不等式的状态持续了规定时间t1时(步骤S101，V0≥Vth11持续t1)，进入步骤S105。持续时间t1被设定成不受噪声等电压检测误差或控制的过渡状态所产生的影响之类的值。在这一点上，对于以下作为各种条件的判定基准的时间来说也可以说是同样的。
另一方面，在直流输出电压V0满足不等式V0＜Vth11且满足该不等式的状态持续了规定时间t2时(步骤S101，V0＜Vth11持续t2)，由于SR电容器7的电压低，所以通过继电器12的动作，励磁电源10接通(步骤S102)，并开始对SR马达2进行励磁。持续时间t2可以与t1相同。
在开始步骤S101的处理后经过了规定时间T1，直流输出电压V0还不满足上述两个条件(“V0≥Vth11持续t1”、“V0＜Vth11持续t2”)的任一个时(步骤S101，经过了T1后仍未达到条件)，发电机驱动装置1进行规定的励磁电源异常处理(步骤S103)。此处的超时时间T1可以取持续时间t1的100倍左右的值。该励磁电源异常处理中还包括与励磁电源的异常对应的对发电机驱动装置1进行初始化的处理、通过错误显示或警告音等向作业者报告异常的处理。此外，对于以下进行的各种异常处理来说，也包括与异常内容对应的处理和异常的报告处理。
对发电机驱动装置1接通了励磁电源10的情况进行说明。此时，发电机驱动装置1对电压变换器8的直流输出电压V0和规定的两个阈值Vth12、Vth13(＞Vth12)进行比较(步骤S104)。比较的结果，在直流输出电压V0满足不等式Vth12≤V0≤Vth13且满足该不等式的状态持续了规定时间t3时(步骤S104，Vth12≤V0≤Vth13持续t3)，进入步骤S105。持续时间t3与t1大致相同。与此相对，在开始步骤S104的处理后经过了规定时间T2，直流输出电压V0还不满足上述条件(Vth12≤V0≤Vth13持续t3)时(步骤S104，经过T2后仍未达到条件)，发电机驱动装置1进行励磁电源异常处理(步骤S106)。此处的超时时间T2是持续时间t3的几十倍左右。
此外，在步骤S104中与直流输出电压V0作比较的阈值中，阈值Vth12是SR马达2能够可靠地发电的最低电压，通常小于Vth11(Vth11＞Vth12)。另外，阈值Vth13是在励磁电源10动作过程中构成励磁电源10的元件不会破损的最大电压。
接着，控制器21的SR马达控制部23通过控制SR驱动器6来开始SR马达2的发电电压的控制(步骤S105)。以后，将该控制称为“SR马达电压控制”。
图6是表示基于SR马达控制部23的SR马达电压控制的概要的框线图。SR马达控制部23利用电压指令值(目标电压)V0target和从SR马达2反馈的直流电压检测值V0进行PI控制，由此向SR驱动器6输出SR马达扭矩指令。SR驱动器6向SR马达2输出驱动指令，产生扭矩。此外，本实施方式中，由于线圈84a与线圈84b的绕组比为1比1，所以电压指令值V0target是电容器电压Vcap的2倍(2Vcap)。这样，电压指令值V0target根据线圈84a与线圈84b的绕组比而确定。
SR马达2在从SR马达控制部23接受了SR马达扭矩指令的SR驱动器6的控制下，进行向电容器5侧供给电力的再生动作或从电容器5侧接受电力供给的动力运行动作(力行動作)。其中，在动力运行动作中，直流输出电压V0变化为降低，而在再生动作中，直流输出电压V0变化为升高。此外，在进行SR马达电压控制的过程中，以直流系统线路中不存在SR马达2以外的负载为前提。因而，对于发电机驱动装置1而言，在SR马达电压控制时，没有驱动PM马达4。
开始了SR马达电压控制的发电机驱动装置1检测直流输出电压V0，并将该检测结果与规定的阈值Vth11进行比较(步骤S107)。比较的结果，在直流输出电压V0满足不等式V0≥Vth11且满足该不等式的状态持续了规定时间t4时(步骤S107，V0≥Vth11持续t4)，SR马达2能够进行稳定的发电动作。因而，在该情况下断开励磁电源10(步骤S108)后，在电压变换器控制部25的控制下，只是电压变换器8的上侧逆变器83开始斩波动作(步骤S109)。上侧逆变器83的斩波动作更具体地说是通过使IGBT831a、831d的组和IGBT831b、831c的组交替开关来实现的。其结果，电压变换器8的一次侧电压即电容器85的电压V1成为V0/2。此外，持续时间t4与t1大致相同。
当在步骤S107中不满足条件(V0≥Vth11持续t4)时(步骤S107，未达到条件)，发电机驱动装置1继续进行V0与Vth11的比较处理。
发电机驱动装置1在只使上侧逆变器83进行斩波动作的状态下，将电容器5的电压Vcap和电容器85的电压(电压变换器8的一次侧电压)V1之差的绝对值|Vcap-V1|与规定的阈值Vth14进行比较(步骤S110)。比较的结果，在差的绝对值|Vcap-V1|满足不等式|Vcap-V1|≤Vth14且满足该不等式的状态持续了规定时间t5时(步骤S110，|Vcap-V1|≤Vth14持续t5)，SR马达控制部23停止SR马达电压控制(步骤S111)。持续时间t5与t1大致相同。在步骤S110中所参照的阈值Vth14(＜Vcap)被设定成之后连接接触器9时接触器9不会熔断的程度的值。之后，电压变换器控制部25停止上侧逆变器83的斩波动作(步骤S112)。
在步骤S110中不满足条件(|Vcap-V1|≤Vth14持续t5)时(步骤S110，未达到条件)，发电机驱动装置1继续进行|Vcap-V1|与Vth14的比较处理。
在发电机驱动装置1开始SR马达电压控制后经过了规定时间T3还不停止控制时(步骤S113，是)，进行励磁电源异常处理(步骤S114)。此处的超时时间T3为持续时间t4的100倍左右，与T1大致相同。此外，在发电机驱动装置1开始SR马达电压控制后尚未经过时间T3时(步骤S113，否)，SR马达控制部23继续进行SR马达电压控制。
在电压变换器8中，电容器85的容量小于电容器86的容量，电容器85的电压V1不易上升。因此，有必要通过AC耦合双向DC-DC转换器81的动作使电容器85的电压V1上升到期望值。不过，上述的SR电容器预充电处理有时在电压变换器8的一次侧电压、二次侧电压均极低且这些电压的检测值不稳定的状态下进行，所以，若使两个电压型逆变器动作则存在控制自身变得不稳定的可能性。因此，在本实施方式中，通过只使上侧逆变器83动作来使控制简单化，从而即使在电压变换器8的一次侧电压及/或二次侧电压的检测值极低的情况下也能够进行稳定的控制。
接着，对图4所示的发电机驱动装置1的控制方法中接着步骤S1的SR电容器预充电处理进行的接触器9的连接动作(步骤S2、3)进行说明。在将SR马达2能够可靠地发电的最低电压设为Vth01(＝Vth12)时，若电容器5的电压Vcap小于Vth01(步骤S2，是)，则可以认为电容器5中基本没有电荷。另一方面，若电容器5的电压Vcap在Vth01以上(步骤S2，否)，则可以认为在电容器5中蓄积有电荷。因此，发电机驱动装置1进行与电容器5蓄积的电荷的有无对应的接触器9的连接动作。
首先，参照图7所示的流程图说明电容器5中没有电荷时的接触器连接动作(步骤S3)。图7中，SR马达控制部23开始SR马达电压控制(步骤S301)。在该SR马达电压控制中，将电压指令值V0target设为能够转变为电容器5的充电处理的电压的2倍以上的值(设为与Vth21相等)。此外，SR马达电压控制的具体处理内容与SR电容器预充电处理时说明的SR马达电压控制相同(参照图6)。
接着，在电压变换器控制部25的控制下，只是上侧逆变器83开始斩波动作(步骤S302)，使IGBT831a、831d的组和IGBT831b、831c的组交替开关。发电机驱动装置1在斩波动作的过程中进行直流电压检测值V0与规定的阈值Vth22的比较。比较的结果，在直流电压检测值V0满足不等式V0≥Vth22且满足该不等式的状态持续了规定时间t6时(步骤S303，V0≥Vth22持续t6)，接触器控制部26输出接通接触器9的控制信号(接通信号)，从而使接触器9接通(步骤S304)。在此，将控制中的电压变动量考虑在内，将阈值Vth22设定为比电压指令值Vth21低(Vth22＜Vth21)。此外，持续时间t6与t1大致相同。
之后，发电机驱动装置1判定是否满足以下三个条件(步骤S305～S307)。
作为第一条件，发电机驱动装置1通过规定的检测机构确认是否实现了接触器9的接通状态(步骤S305)。在发电机驱动装置1开始判定后经过了规定时间T4接触器9还不达到接通状态时(步骤S305，经过了T4仍未达到条件)，发电机驱动装置1进行接触器开放异常处理(步骤S308)。此处的超时时间T4是持续时间t6的100倍左右。
作为第二条件，发电机驱动装置1进行接触器9的两端电位差ΔVcont与规定的阈值Vth23的比较，并判定是否ΔVcont满足不等式ΔVcont≤Vth23且满足该不等式的状态持续了规定时间t7(步骤S306)。在此，阈值Vth23是在考虑了电压检测精度的基础上能够明确地判断出电压不同的值。另外，持续时间t7是t6的10倍左右。在发电机驱动装置1开始判定后经过了规定时间T5、ΔVcont还不满足条件“ΔVcont≤Vth23持续t7”时(步骤S306，经过T5后仍未达到条件)，发电机驱动装置1进行接触器开放异常处理(步骤S308)。此处的超时时间T5与T4大致相同。
作为第三条件，发电机驱动装置1将电容器电压Vcap与能够向电容器5的充电处理转变的电压Vth24进行比较，并判定是否Vcap满足不等式Vcap≥Vth24且满足该不等式的状态持续了规定时间t8(步骤S307)。阈值Vth24是作为能够向电容器5的充电动作转变的电压而设定的值。因而，是在SR马达电压控制中的电压指令值Vth21的1/2以下。此外，持续时间t8与t7大致相同。
当步骤S307中的判定结果是电压Vcap不满足条件“Vcap≥Vth24持续t8”时(步骤S307，否)，发电机驱动装置1判定是否电容器5的电压Vcap小于规定的电压Vth25(Vcap＜Vth25)且满足该不等式的状态持续了规定时间t9(步骤S309)。此处的阈值Vth25是能够判断电压Vcap基本没有上升的值。当步骤S309中的判定结果是电压Vcap满足不等式Vcap＜Vth25的状态持续了时间t9时(步骤S309，是)，发电机驱动装置1视作电容器5短路，进行基于电容器5侧的短路异常的预充电超时处理(步骤S310)。另一方面，当电压Vcap不满足条件“Vcap＜Vth25持续t9”时(步骤S309，否)，返回步骤S307。持续时间t9是t8的几百倍左右。
在全部满足以上说明的第一～第三条件时(步骤S311，是)，发电机驱动装置1在SR马达控制部23的控制下停止SR马达电压控制(步骤S312)，之后结束上侧逆变器83的动作(步骤S313)，完成一系列的接触器连接动作。与此相对，在第一～第三条件中存在不满足的条件时(步骤S311，否)，发电机驱动装置1变为待机状态直到满足该条件。
发电机驱动装置1在以上说明的接触器连接动作(电容器无电荷)经过了规定时间T6还没有结束时(步骤S314，是)，进行预充电超时处理(步骤S315)。此处的超时时间T6是上述超时时间T4或T5的几十倍的时间。此外，当发电机驱动装置1开始SR马达电压控制后尚未经过时间T6时(步骤S314，否)，发电机驱动装置1继续进行接触器连接动作。
在以上说明的接触器连接动作(电容器无电荷时)中，在只使SR马达2和电压变换器8的上侧逆变器83动作的状态下连接了接触器9，所以尽管在接触器连接时直流输出电压V0产生瞬时的电压降低，但不会像在接触器9的连接后开始SR马达2和电压变换器8的动作时那样，SR电容器7中蓄积的电荷急剧流入电容器5中，降低到SR马达2不能发电的电压。因而，对于电压基本为0(V)的电容器5，也能够持续进行基于SR马达2的充电动作。
接着，参照图8所示的流程图说明电容器5中有电荷时的接触器连接处理(步骤S4)。此时，SR电容器预充电处理(步骤S1)的结果，电压变换器8的一次侧电压V1的差的绝对值|Vcap-V1|稳定地在规定的阈值Vth14以下，所以发电机驱动装置1在接触器控制部26的控制下连接接触器9(步骤S401)。之后，发电机驱动装置1判定是否满足以下的两个条件(步骤S402、S403)。
作为第一条件，发电机驱动装置1通过规定的检测机构确认是否实现了接触器9的接通状态(步骤S402)。当发电机驱动装置1开始判定后经过了规定时间T7接触器9还没有达到接通状态时(步骤S305，经过了T7仍没有达到条件)，发电机驱动装置1进行接触器开放异常处理(步骤S405)。此处的超时时间T7与上述的T4相同。
作为第二条件，发电机驱动装置1进行接触器9的两端电位差ΔVcont与规定的阈值Vth31的比较，并判定是否ΔVcont满足不等式ΔVcont≤Vth31且满足该不等式的状态持续了规定时间t10(步骤S403)。在此，阈值Vth31是在考虑了电压检测精度的基础上能够明显判断电压不同的值，与Vth23相等。当发电机驱动装置1开始判定后经过了规定时间T8、ΔVcont还不满足条件“ΔVcont≤Vth31持续t10”时(步骤S403，经过了T8仍没有达到条件)，发电机驱动装置1进行接触器开放异常处理(步骤S405)。此处的超时时间T8与T7相同。
在全部满足以上说明的第一、第二条件时(步骤S404，是)，发电机驱动装置1结束一系列的接触器连接动作。与此相对，当存在不满足两个条件中的任一个条件时(步骤S404，否)，发电机驱动装置1变为待机状态直到满足该条件。
步骤S4的接触器连接动作(电容器有电荷)后的处理根据电容器5的电压Vcap而有所不同。当电压Vcap小于规定的阈值Vth02时(步骤S5，是)，进入到后述的步骤S6，而在电压Vcap为阈值Vth02以上时(步骤S5，否)，进入后述的步骤S7。此处的阈值Vth02是发电机驱动装置1能够进行通常动作的电压。
以下，对电容器连接处理后的控制进行说明。首先，在电容器无电荷时的接触器连接处理(步骤S3)之后，发电机驱动装置1进行电容器预充电动作(步骤S6)。该电容器预充电动作能够应用以往公知的方法(例如，参照上述专利文献1)。在电容器有电荷时的接触器连接处理(步骤S4)之后，在电压Vcap满足不等式Vcap＜Vth02时(步骤S5，是)也进行电容器预充电动作(步骤S6)。
电容器预充电动作后，发电机驱动装置1进行电压控制静定动作(步骤S7)。此处所说的电压控制静定动作与下述状态相对应，即：当从电容器5的预充电动作向电压变换器8的正常动作转变时，相对于正常动作时的二次侧电压指令值V0target，电压变换器8的电压控制动作稳定之前的等待状态。
在电容器有电荷时的接触器连接处理(步骤S4)之后，当电压Vcap不满足不等式Vcap＜Vth02时(步骤S5，否)，发电机驱动装置1处于能够进行通常动作的状态，所以不进行电容器预充电动作而进入电压控制静定动作(步骤S7)。
电压控制静定动作后，发电机驱动装置1向电压变换器8的正常动作转变(步骤S8)。此时，电压变换器8在电压变换器控制部25的控制下进行下侧逆变器82与上侧逆变器83之间的相位差控制。具体而言，通过使下侧逆变器82的开关动作与上侧逆变器83的开关动作错开与规定的相位差相当的时间，形成在线圈84a、84b中流动的电流的电流图案。通过进行这种相位差控制，能够高速且容易地控制线圈84a的电压图案、电流图案及线圈84b的电压图案、电流图案(关于使用了AC耦合双向DC-DC转换器的正常动作时的控制的详细情况，请参照例如国际公开第07/060998号小册子)。
根据以上说明的本发明的一实施方式，在接触器断开的状态下使发电机动作，同时只使构成作为升压机构的电压变换器的AC耦合双向DC-DC转换器所具有的两个电压型逆变器中的未与电源用电容器并联的电压型逆变器进行斩波动作，由此以使电源用电容器的电压与浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式对浪涌吸收用电容器的电压进行控制，从而，即使在浪涌吸收用电容器的电压低的情况下，也能够进行稳定的电压控制。因而，通过在进行所述控制后接通接触器，使得即使在设有升压机构的情况下也能够可靠地避免接通接触器时产生冲击电流。
另外，根据本实施方式，由于在发动机起动时能够利用SR马达的发电电压对SR电容器进行充电，所以无需像以往那样设置用于在发动机起动时以蓄电池对SR电容器进行充电的辅助接触器或电阻。因而，能够使发电机驱动装置小型化，还能够实现混合动力车辆自身的小型化。
另外，根据本实施方式，使用SR马达也能够实现稳定的控制，所以与相同尺寸的其他种类的马达(例如PM马达)相比，能够提供高效率、高输出的混合动力车辆。
至此，详细叙述了用于实施本发明的最佳方式，不过，本发明并不应限定于上述一实施方式。例如，在图4所示的流程图中，当步骤S2中的比较处理的结果是从SR电容器预充电动作(步骤S1)进入电容器无电荷时的接触器连接(步骤S3)时，也可以不结束SR马达电压控制和上侧逆变器动作，而是继续进行这些处理。
另外，本发明中，作为发电机还可以应用PM马达等其它电动马达。
此外，本发明当然还能够应用到液压挖掘机以外的建筑机械中，而且还能够应用到建筑机械以外的各种混合动力车辆中。
这样，本发明可包括此处未记载的各种实施方式等，能够在不脱离权利要求书确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，本发明对于以驱动轴相互连接的发动机及马达作为驱动源的混合动力车辆是有用的，特别适合于液压挖掘机等混合动力建筑机械。

Claims (6)

1、一种发电机驱动装置，其特征在于，包括：
发电机；
发动机，其驱动轴与所述发电机的驱动轴连接；
电源用电容器，其向所述发电机供给电力且将所述发电机发出的电力进行蓄积；
发电机用逆变器，其与所述发电机连接；
AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被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进行AC耦合并具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之一与所述电源用电容器并联，向所述逆变器输出将所述电源用电容器的电容器电压升压后的直流电压；
浪涌吸收用电容器，其与所述电源用电容器并联，具有小于所述电源用电容器的容量，且至少进行浪涌吸收；
接触器，其在所述电源用电容器与所述浪涌吸收用电容器之间串联；
控制机构，其在所述接触器断开的状态下使所述发电机动作，同时只使未与所述电源用电容器并联的所述电压型逆变器进行斩波动作，由此以使所述电源用电容器的电压与所述浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式控制所述浪涌吸收用电容器的电压，然后进行接通所述接触器的控制。
2、根据权利要求1所述的发电机驱动装置，其特征在于，
所述控制机构还包括小容量浪涌吸收用电容器，该小容量浪涌吸收用电容器和未与所述电源用电容器并联的所述电压型逆变器并联，并且与所述浪涌吸收用电容器串联，具有小于所述浪涌吸收用电容器的容量，且至少进行浪涌吸收。
3、根据权利要求1或2所述的发电机驱动装置，其特征在于，
所述发电机为SR马达，
所述发电机驱动装置还包括：
励磁电源，其通过所述发电机用逆变器与所述SR马达连接，对所述SR马达进行励磁；
SR马达用电容器，其与所述发电机用逆变器及所述AC耦合双向DC-DC转换器连接，对所述SR马达的发电电压进行充电，
所述控制机构在所述SR马达用电容器的电压未达到作为能够稳定地进行所述SR马达的发电电压的控制的电压而预先设定的值时，进行接通所述励磁电源的控制。
4、根据权利要求1～3中任一项所述的发电机驱动装置，其特征在于，
所述电压型逆变器具有多个开关元件，
所述控制机构在只使未与所述电源用电容器并联的电压型逆变器进行斩波动作时，使该电压型逆变器所具有的多个开关元件中的通过所述变压器分别串联的两组开关元件交替开关。
5、一种混合动力车辆，其特征在于，
所述混合动力车辆搭载权利要求1～4中任一项所述的发电机驱动装置，并将所述发电机及所述发动机作为驱动源。
6、一种发电机驱动装置的控制方法，所述发电机驱动装置包括：
发电机；
发动机，其驱动轴与所述发电机的驱动轴连接；
电源用电容器，其向所述发电机供给电力且将所述发电机发出的电力进行蓄积；
发电机用逆变器，其与所述发电机连接；
AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被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进行AC耦合并具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之一与所述电源用电容器并联，向所述逆变器输出将所述电源用电容器的电容器电压升压后的直流电压；
浪涌吸收用电容器，其与所述电源用电容器并联，具有小于所述电源用电容器的容量，且至少进行浪涌吸收；
接触器，其在所述电源用电容器与所述浪涌吸收用电容器之间串联；
所述发电机驱动装置的控制方法的特征在于，
在所述接触器断开的状态下使所述发电机动作，同时只使未与所述电源用电容器并联的所述电压型逆变器进行斩波动作，由此以使所述电源用电容器的电压与所述浪涌吸收用电容器的电压之差达到规定范围内的方式控制所述浪涌吸收用电容器的电压，然后接通所述接触器。
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