CN103988416A - 混合动力车辆的发电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供一种发动机和发电机的转矩不会偏离稳定动作点而失步的混合动力车辆的发电机控制装置。具备：综合控制部(6)，基于负载装置(4)所需要的请求电力向发动机控制部(5)提供运转指令，并且向电力变换装置控制部(7)提供控制指令；以及限制装置(8)，在发电机(2)的转数为规定值以下时，限制来自综合控制部(6)的控制指令，使得由发电机(2)产生的转矩值小于由发动机(1)产生的转矩值，其中，通过限制装置(8)对控制指令的限制，防止发动机(1)和发电机(2)的转矩偏离稳定动作点而失步。

Description

混合动力车辆的发电机控制装置
技术领域
本发明涉及一种通过发动机驱动发电机来产生电力并使得利用所产生的该电力来驱动负载装置的混合动力车辆的发电机控制装置。
背景技术
一般，铁路车辆由于通过铁的车轮在轨道面上滚动来行驶，因此其特征是行驶阻力与汽车相比小。特别是在最近的电铁路车辆中，进行如下的再生制动控制：在制动时通过使主电动机作为发电机发挥作用来得到制动力的同时，使在制动时由主电动机产生的电能量返回到架线来作为其它车辆的动力运行能量再利用。具备该再生制动的电铁路车辆与不具备再生制动的电铁路车辆相比，能够通过大约一半的能量消耗来行驶，可以说是有效利用行驶阻力小的铁路车辆的特征的节能手法。
其另一方面，在运输密度小的地方路线等中，存在如下现状：通过不需要架线、变电站等基础设施的热力机车(柴油车)以低成本实现极为细致的乘客服务。但是，热力机车由于不存在通过架线等向其它车辆递送能量的手段，因此不进行如电铁路车辆那样的再生能量的再利用。因此认为，为了在热力机车中实现节能，不得不依赖于低耗油量发动机的开发。
作为针对这种热力机车也推进节能的一个方法，提出了将发动机、发电机与蓄电装置组合而成的混合动力热力机车(例如参照专利文献1)。混合动力热力机车通过设置蓄电装置，能够通过蓄电装置临时吸收在制动时产生的主电动机的再生能量，将吸收的该再生能量提供给主电动机，作为动力运行时所需的能量的一部分再利用，由此能够实现节能。
专利文献1所公开的以往的混合动力热力机车由如下部分构成：发动机；被发动机驱动而输出交流电力的交流发电机；将交流电力转换为直流电力的转换器装置；将直流电力转换为交流电力的逆变器装置；驱动铁路车辆的电动机；使该电动机的输出减速后传递到轮轴的减速机；具有将直流电力进行充电和放电的功能的蓄电装置；服务电源用逆变器；服务电源用变压器；以及控制装置。
专利文献1所示的混合动力热力机车中，将发动机的相对于转速的输出特性设为当发动机的转速比特定的转速增加时使发动机的输出减少、而当发动机的转速比特定的转速减少时使发动机的输出增加的特性，针对转换器装置的速度指令与转速无关而使发电机的负荷量恒定，来进行恒电力发电控制。
专利文献1：日本特开2007-195334号公报
发明内容
发明要解决的问题
前述的专利文献1所公开的以往的混合动力热力机车中的发电机控制装置中，发动机成为最大运转效率的输出点(以下称为动作点)以及对于发动机的转速的发电机的发电控制是主体，关于动作点转移时的行为并没有详细记载。因此，在发电机运转指令变化时等无法抑制转数骤变，有可能导致使发动机失步、即发动机熄火(以下称为发动机停止)。
本发明是为了解决以往的混合动力车辆的发电机控制装置中的如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种发动机和发电机的转矩不会偏离稳定动作点而失步、而能够稳定地控制发电机的混合动力车辆的发电机控制装置。
用于解决问题的方案
基于本发明的混合动力车辆的发电机控制装置的特征在于具备：发电机，被发动机驱动而产生交流电力并向负载供给电力；转数检测装置，检测所述发电机的转数；电力变换装置，进行所述发电机与负载装置之间的电力变换；电力变换装置控制部，基于控制指令对所述电力变换装置进行PWM控制；综合控制部，基于请求电力向发动机控制部提供运转指令，并且向所述电力变换装置控制部提供所述控制指令；以及限制装置，在所述发电机的转数为规定值以下时，限制来自所述综合控制部的所述控制指令，使得由所述发电机产生的转矩值小于由所述发动机产生的转矩值。
发明的效果
根据基于本发明的混合动力车辆的发电机控制装置，在发电机的转数为规定值以下时，限制来自所述综合控制部的所述控制指令，使得由所述发电机产生的转矩值小于由所述发动机产生的转矩值，因此能够防止发动机和发电机的速度骤变、失步。
附图说明
图1是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置的结构的框图。
图2是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发动机转矩特性图(characteristic map)的说明图。
图3是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的燃料喷射量特性图的说明图。
图4是基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发动机控制部的控制框图。
图5是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机转矩特性图的说明图。
图6是基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的系统控制部的控制框图。
图7是基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的限制装置的控制框图。
图8是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发动机转矩特性与发电机转矩特性的关系的说明图。
图9是说明基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的与档位相应的动作点的转移的说明图。
图10是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的限制特性图的说明图。
图11是基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置中的系统控制器的控制框图。
图12是表示基于本发明的实施方式3的混合动力车辆的发电机控制装置中的限制特性图的说明图。
(附图标记说明)
1：发动机；2：发电机；3：转换器主电路；4：负载装置；5：发动机控制部；6：系统控制部；7：转换器控制部；8：限制装置；9：转数检测器；61：档判定部；81：比较器；MAP1：发动机转矩特性图；MAP2：燃料喷射量特性图；MAP3：发电机转矩特性图；MAP4、MAP5：限制特性图。
具体实施方式
实施方式1.
下面，基于附图来说明基于本发明的实施方式1的混合动力车辆(hybrid-vehicle)的发电机控制装置。图1是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制的结构的框图。图1所示的混合动力车辆的发电机控制装置使用于串联式混合动力方式的铁路车辆的驱动装置。
在图1中，发电机控制装置100具备：发动机1；交流发电机2，转子轴(未图示)经由接头(未图示)以机械方式连结于发动机1的输出轴(未图示)，被发动机1驱动而产生交流电力；作为电力变换装置的转换器主电路3，将通过交流发电机2产生的交流电力转换为直流电力；负载装置4，与转换器主电路3电连接；发动机控制部5，控制发动机1；作为电力变换装置控制部的转换器控制部7，控制转换器主电路3来控制负载装置4的电力；作为综合控制部的系统控制部6，基于来自负载装置4的请求电力，向发动机控制部5提供运转指令，并且向转换器控制部7提供控制指令；限制装置8，对从系统控制部6向转换器控制部8的控制指令施加后述的限制；以及转数(rotation frequency)检测器9，检测发电机2的转数。
转数检测器9检测发电机2的转数ω_c，将检测出的该转数ω_c输出到发动机控制部5、限制装置8以及系统控制部6。此外，转数检测器9也可以是检测转速的转速检测器。
发动机1基于来自发动机控制部5的燃料喷射量指令F_eng被控制燃料喷射量，输出基于该燃料喷射量的轴转矩。发电机2例如是三相交流发电机，转子通过发动机1的驱动力被旋转驱动而发电产生三相交流电力。另外，发电机2还能够作为电动机进行动作，在发动机1的起动时带动(cranking)发动机1来使发动机起动，或者还能够通过使用发电机2的驱动力使发动机1旋转来消耗电力。此外，发动机1的输出轴与发电机2的转子轴如上所述那样经由接头以机械方式连结，因此发动机的转数与发电机的转数一致。
转换器主电路3以从发电机2输出的三相交流电力为输入，将该三相交流电力转换为直流电力并输出。负载装置4例如具备将直流电力转换为交流电力的逆变器装置、驱动车辆的电动机、使电动机的输出减速后传递到轮轴的减速机以及具备将直流电力进行充电和放电的充放电控制功能的作为蓄电装置的电池，与转换器主电路3电连接。
发动机控制部5具备发动机转矩特性图和燃料喷射量特性图这两个图。图2是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发动机转矩特性图的说明图，纵轴表示发动机转矩指令值[Nm]，横轴表示发动机1的转数[rpm]。
如图2所示，发动机转矩特性图MAP1具备：与发动机1的1档位(notch step)对应的1档位发动机转矩特性1eN；与2档位对应的2档位发动机转矩特性2eN；以及与3档位对应的3档位发动机转矩特性3eN。此外，1档位、2档位以及3档位是与发动机1的转数对应地设定的。档位的数量当然也可以设为前述的3个位以外的多位。
与前述的1档位1、2档位以及3档位分别对应的发动机的转数被设置成比发动机1的空转时的转数高。另外，如果档位提高，则来自发动机1的最大输出也上升。
图3是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的燃料喷射量特性图的说明图，纵轴表示燃料喷射量[％]，横轴表示发动机转矩指令值[Nm]。如图3所示，燃料喷射量特性图MAP2具备如下燃料喷射量特性X：如果发动机转矩指令值增加，则向发动机1的燃料喷射量也增加。
图4是基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发动机控制部的控制框图，如上所述，具备图2所示的发动机转矩特性图MAP1和图3所示的燃料喷射量特性图MAP2。在图4中，发动机控制部5基于来自系统控制部6的运转指令Se，从发动机转矩特性图MAP1提取并生成与由后述的转数检测器9检测出的发电机2的转数ω_c相应的发动机转矩指令值Te_ref，从燃料喷射量特性图MAP2提取并生成用于指示与所生成的该发动机转矩指令值Te_ref相应的燃料喷射量的燃料喷射指令值F_eng，基于所生成的该燃料喷射指令值F_eng控制发动机1的燃料喷射量。
接着，说明系统控制部6。在图1中，系统控制部6为了向负载装置4供给电力而经由发动机控制部5控制发动机1，并且经由转换器控制部7控制发电机2。具体地说，系统控制部6针对发动机1，根据来自负载装置4的请求电力值P_inv的大小向发动机控制部5输出运转指令Se，并且向限制装置8输出作为控制指令的转换器转矩指令值T1。
另一方面，系统控制器6具备发电机转矩特性图，基于该发电机转矩特性图如后所述那样控制发动机1和发电机2。图5是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机转矩特性图的说明图，纵轴表示发电机的转矩[Nm]，横轴表示发电机的转数[rpm]。
图5所示的发电机转矩特性图MAP3具备与发动机1的1档位对应的1档位发电机转矩特性1gN、与2档位对应的2档位发电机转矩特性2gN以及与3档位对应的3档位发电机转矩特性3gN。如图5所示，这些发电机转矩特性1gN至3gN具有与发电机2的转数ω_c成反比的特性使得发电机2输出恒电力。
图6是基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的系统控制部的控制框图，具备判定发动机1的档位的档位判定部61以及前述的图5所示的发电机转矩特性图MAP3。档位判定部61具备用于根据来自负载装置4的请求电力值P_inv的大小选择发电机转矩特性MAP3的1档位发电机转矩特性1gN、2档位发电机转矩特性2gN、3档位发电机转矩特性3gN中的某一个的阈值。
在图6中，系统控制部6中的档位判定部61将与从负载装置4输入的请求电力值P_inv对应的运转指令Se输出到前述的发动机控制部5、限制装置8以及设置于系统控制部6的内部的前述的发电机转矩特性图MAP3。然后，系统控制部6基于来自档位判定部61的运转指令Se以及由转数检测器9检测出的发电机2的转数ω_c，从发电机转矩特性图MAP3搜索用于控制发电机2的转换器转矩指令值T1并输出到限制装置8。
接着，说明限制装置8。图7是基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制中的限制装置的控制框图。在图7中，限制装置8具备限制特性图MAP4和比较器81。限制特性图MAP4是存储有与运转指令Se和发电机2的转数ω_c对应的转换器转矩限制值T1_lim的图。该限制特性图MAP4中存储的转换器转矩限制值T1_lim是与发动机1的档位1N至3N对应地分别设置的，如后所述，被设定为比各档位1N至3N中的发动机3的最大转矩特性分别低的值。
限制装置8在例如运转指令Se为1档位的情况下，在发电机2的转数ω_c小于1档位中的规定值的低转数下从限制特性图MAP4提取与1档位对应的转换器转矩限制值T1_lim并输出。另外，在运转指令Se为2档位的情况下，在发电机2的转数ω_c小于2档位中的规定值的低转数下从限制特性图MAP4提取与2档位对应的转换器转矩限制值T1_lim并输出。并且，在运转指令Se为3档位的情况下，在发电机2的转数ω_c小于3档位中的规定值的低转数下从限制特性图MAP4提取与1档位对应的转换器转矩限制值T1_lim并输出。此外，后面说明限制特性图MAP4中的转换器转矩限制值T1_lim的具体设定方法。
比较器81将从系统控制部6输出的转换器转矩指令值T1与从限制转矩特性图MAP4提取的转换器转矩限制值T1_lim进行比较，将其中的小的一方的值作为转换器转矩指令值T2输出到转换器控制部7。即，限制装置8根据来自系统控制部6的运转指令Se和由转数检测器9检测出的发电机2的转数ω_c对来自系统控制器6的转换器转矩指令值T1施加限制来输出转换器转矩指令值T2。这样，通过限制转换器转矩指令值，使发动机转矩与发电机转矩平衡，能够防止后述的失步。
转换器控制部7被输入从限制装置8输出的转换器转矩指令值T2。所输入的该转换器转矩指令值T2是如前所述那样从限制特性图MAP4输出的转换器转矩限制值T1_lim和从系统控制部6输出的转换器转矩指令值T1中的小的一方的值。转换器控制部7基于所输入的转换器转矩指令值T2生成三相电压指令值，生成与该三相电压指令值对应的门极(gate)信号GP来提供给构成转换器主电路3的开关元件的门极。转换器主电路3基于来自转换器控制部7的门极信号8被进行PWM控制。
基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置如上那样构成，系统控制器6根据负载装置4的请求电力值P_inv，经由发动机控制部5控制发动机1，而且经由限制装置8和转换器控制部7控制发电机2。此时，通过如前所述那样与发动机1的档位对应地控制发电机2，能够向负载装置4供给与发动机1的档位相应的电力。
另外，在发动机1的档位的切换定时等过渡状态下，在发动机1的转矩控制与发电机2的转矩控制的平衡不适当的情况下，有可能引起失步。此处所说的失步是指，在发电机2的转矩比发动机1的转矩大的状态下减速而发动机1达到停止的所谓的发动机熄火现象(发动机停止现象)。
那么，如前所述，发动机1基于与来自系统控制部6的运转指令Se和来自转速检测器9的发电机2的转数ω_c对应地从发动机控制部5输出的燃料喷射量指令值F_eng，进行动作使得产生发动机轴输出P_eng。在此，当假定是没有摩擦阻力的理想的发动机系统而用发动机转矩τ_eng和发动机转数ω_eng表示时，如下述的式(1)那样表示发动机轴输出P_eng。
P_eng＝τ_eng×ω_eng·······(1)
另一方面，向负载装置4供给电力的发电机2利用如前所述那样基于来自限制装置8的转换器转矩指令值T2从转换器控制部7输出的门极信号GS经由转换器主电路3被进行PWM控制，对发动机1输出发电机转矩τ_gen。在此，当用ω_gen表示发电机的转数、用τ_gen表示发电机转矩时，利用下述的式(2)表示发电机输出P_eng。
P_gen＝τ_gen×ω_gen·······(2)
并且，当将发动机转矩τ_eng与发电机转矩τ_gen之差设为发动机加速转矩Δτ时，利用下述的式(3)表示发动机加速转矩Δτ。
Δτ＝τ_eng-τ_gen·······(3)
图8是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发动机转矩特性与发电机转矩特性的关系的说明图，纵轴表示转矩，横轴表示转数。图8是将前述的图2所示的发动机转矩特性图MAP1与图5所示的发电机转矩特性图MAP2重叠显示的图。如图8所示，利用前述的式(3)表示的发动机加速转矩Δτ被显示为有档位的发动机转矩特性(用单点划线表示)与发电机转矩特性(用划线表示)之差。
为了对负载装置4进行稳定的恒电力供给，只要由前述的式(3)表示的发动机加速转矩Δτ为“0”即可。换言之，通过控制成由式(3)表示的发动机加速转矩Δτ为“0”，能够向负载装置4供给无电力变动的发电电力。
现在，例如当假定为不具备限制装置8的系统而应用前述的控制方式时，如果从系统控制部6输出1档位的运转指令Se，则如图8所示那样，1档位发动机转矩特性1eN与1档位发电机转矩特性1gN相等的动作点P1_a和动作点P1_b这2点成为稳定动作点的候选。
另外，如果从系统控制部6输出2档位的运转指令Se，则2档位发动机转矩特性2eN与2档位发电机转矩特性2gN相等的动作点P2_a和动作点P2_b这2点成为稳定动作点，并且，如果从系统控制部6输出3档位的运转指令Se，则3档位发动机转矩特性3eN与3档位发电机转矩特性3gN相等的动作点P3_a和动作点P3_b这2点成为稳定动作点的候选。
接着，更详细说明各档位中的动作点的转移。图9是说明基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的与档位相应的稳定动作点的转移的说明图，纵轴表示转矩，横轴表示转数。在图9中，作为例示而示出1档位中的两个稳定动作点P1_a和稳定动作点P1_b。这些稳定动作点P1_a和稳定动作点P1_b处的发电机2的转数分别是ω(P1_a)和ω(P1_b)。
在1档位中，前述的两个稳定动作点P1_a和稳定动作点P1_b以外的动作点是过渡动作点。在稳定动作点P1_a和稳定动作点P1_b处由前述的式(3)表示的发动机加速转矩Δτ为“0”，但是在过渡动作点处由式(3)表示的发动机加速转矩Δτ不是“0”。同样地，在2档位、3档位中，在稳定动作点以外的动作点处发动机加速转矩Δτ也不是“0”。
接着，说明图9所示的稳定动作点P1_a和稳定动作点P1_b的附近的发动机1和发电机2的行为。
[状态1a]
首先，作为状态1a，设为在稳定动作点P1_a的附近存在过渡动作点1a(未图示)，在该过渡动作点1a处的转速ω(t)小于稳定动作点P1_a处的转数ω(P1_a)，这些转数的关系如下述那样表示。
ω(t)<ω(P1_a)
该情况下的过渡动作点1a存在发电机转矩特性1gN上的过渡动作点1a(未图示)和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点1a(未图示)这2点。而且在该情况下，从图9可知，发电机转矩特性1gN上的过渡动作点1a大于发动机转矩特性1eN上的过渡动作点1a。因而，由前述的式(3)表示的发动机加速转矩Δτ为负值，发电机2中产生加速转矩而转数(1a)ω(t)越来越减少，导致发电机转矩特性1gN上的过渡动作点1a和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点1a发散，其结果，产生失步、即发动机停止。图9中的Y0表示两个过渡动作点1a发散而失步(发动机停止)的发散区域。
[状态2a]
接着，设为在稳定动作点P1_a的附近存在过渡动作点2a(未图示)，在该过渡动作点2a处的转速ω(t)与稳定动作点P1_a处的转数ω(P1_a)相等，这些转速的关系如下述那样表示。
ω(t)＝ω(P1_a)
在该情况下，基于前述的式(3)的发动机加速转矩Δτ为“0”，发电机转矩特性1gN上的过渡动作点2a(未图示)和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点2a一致地停留在稳定动作点P1_a。
[状态3a]
接着，设为在稳定动作点P1_a的附近存在过渡动作点3a(未图示)，在该过渡动作点3a处的转速ω(t)大于稳定动作点P1_a处的转数ω(P1_a)且小于稳定动作点P1_b，这些转速的关系如下述那样表示。
ω(P1_a)<ω(t)<ω(P1_b)
在该情况下，存在发电机转矩特性1gN上的过渡动作点3a(未图示)和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点3a(未图示)这2点，但是基于前述的式(3)的发动机加速转矩Δτ为正值，发动机1中产生加速转矩而转数增加，两个过渡动作点3a收敛于稳定动作点P1_b。图9中的Y1表示两个过渡动作点3a收敛于稳定动作点P1_b的会聚区域。
[状态1b]
接着，设为在另一个稳定动作点P1_b的附近存在过渡动作点1b(未图示)，在该过渡动作点1b处的转速ω(t)小于稳定动作点P1_b处的转数ω(P1_b)且大于稳定动作点P1_a处的转数ω(P1_a)，这些转速的关系如下述那样表示。
ω(P1_a)<ω(t)<ω(P1_b)
在该情况下，存在发电机转矩特性1gN上的过渡动作点1b(未图示)和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点1b(未图示)这2点，但是基于前述的式(3)的发动机加速转矩Δτ为正值，发动机1中产生加速转矩而转数增加，两个过渡动作点1b收敛于稳定动作点P1_b。
[状态2b]
接着，设为在稳定动作点P1_b的附近存在过渡动作点2b(未图示)，在该过渡动作点2b处的转速ω(t)与稳定动作点P1_b处的转数ω(P1_b)相等，这些转速的关系如下述那样表示。
ω(t)＝ω(P1_b)
在该情况下，基于前述的式(3)的发动机加速转矩Δτ为“0”，发电机转矩特性1gN上的过渡动作点2a(未图示)和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点2a会聚于稳定动作点P1_b。
[状态3b]
接着，设为在稳定动作点P1_b的附近存在过渡动作点3b(未图示)，在该过渡动作点3b处的转速ω(t)小于稳定动作点P1_b处的转数ω(P1_b)，这些转速的关系如下述那样表示。
)ω(t)>ω(P1_b)
在该情况下，存在发电机转矩特性1gN上的过渡动作点3b(未图示)和发动机转矩特性1eN上的过渡动作点3b(未图示)这2点，但是基于前述的式(3)的发动机加速转矩Δτ为负值，发电机2中产生转矩而转数减少，两个过渡动作点3b收敛于稳定动作点P1_b。
从以上内容可知，在前述的[状态1a]的情况下，发电机2和发动机1的过渡动作点由于持续维持式(3)中的[Δτ<0]而陷入失步。并且，在[状态2a]下，虽然收敛于稳定动作点P1_a，但是只要有一次由于干扰等而稳定动作点转移到低于ω(P1_a)的转数区域，就会陷入[状态1a]的过渡动作点而失步。
如上所述，在不设置限制装置8的情况下，在过渡动作点相对于稳定动作点P1_a存在于低转数侧时失步，在过渡动作点存在于稳定动作点P1_b附近的情况下收敛于稳定动作点P1_b。此外，虽然以上说明中仅针对1档位，但是针对2档位、3档位也成为与前述的1档位的情况同样的发动机转矩、发电机转矩的大小关系，因此成为与1档位的情况同样的行为。
接着，说明限制装置8。图10是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制中的限制特性图的说明图，纵轴表示转矩[Nm]，横轴表示转数[rpm]。图10所示的限制特性图MAP4设置于限制装置8。在图10中，1档位发动机转矩特性1eN、2档位发动机转矩特性2eN、3档位发动机转矩特性3eN是与前述的发动机转矩特性图MAP1中示出的各个特性相同的特性，1档位发电机转矩特性1gN、2档位发电机转矩特性2gN、3档位发电机转矩特性3gN是与前述的发电机转矩特性图MAP3中示出的各个特性相同的特性。用虚线表示的Z表示相对于发动机的最大转矩减少了10[％]的最大转矩10[％]减特性。
前述的最大转矩10[％]减特性Z被设定为相对于发动机的最大转矩减少了10[％]的值是基于实际的发动机1的输出转矩的偏差为约10[％]左右这样的设想，当然也可以减少为10[％]以外的值。
L1表示1档位发电机转矩限制特性，用将发动机1和发电机2的规定的转数ω(t0)下的转矩“0”的点和1档位发电机转矩特性1gN与最大转矩10[％]减特性Z的交点Z1之间连接的直线来表示。即，1档位发电机转矩限制特性L1是利用如下直线来设定的：到发动机1和发电机2的规定的转数ω(t0)为止将输出转矩设为“0”，将该规定的转数ω(t0)下的转矩“0”的点和从稳定动作点P1_a到稳定动作点P1_b之间的1档位发电机转矩特性1eN与最大转矩10[％]减特性Z的交点Z1进行结合。
L2表示2档位发电机转矩限制特性，用将发动机1和发电机2的规定的转数ω(t0)下的转矩“0”的点和2档位发电机转矩特性2gN与最大转矩10[％]减特性Z的交点Z2之间连接的直线来表示。即，2档位发电机转矩限制特性L2是利用如下直线来设定的：到发动机1和发电机2的规定的转数ω(t0)为止将输出转矩设为“0”，将该规定的转数ω(t0)下的转矩“0”的点和从稳定动作点P2_a到稳定动作点P2_b之间的2档位发电机转矩特性2eN与最大转矩10[％]减特性Z的交点Z2进行结合。
L3表示3档位发电机转矩限制特性，用将发动机1和发电机2的规定的转数ω(t0)下的转矩“0”的点和3档位发电机转矩特性3gN与最大转矩10[％]减特性Z的交点Z3之间连接的直线来表示。即，3档位发电机转矩限制特性L3是利用如下直线来设定的：到发动机1和发电机2的规定的转数ω(t0)为止将输出转矩设为“0”，将该规定的转数ω(t0)下的转矩“0”的点和从稳定动作点P3_a到稳定动作点P3_b之间的3档位发电机转矩特性3eN与最大转矩10[％]减特性Z的交点Z3进行结合。
限制装置8从前述的限制特性图MAP5提取与运转指令Se和发电机2的转数ω_c对应的转换器转矩限制值T1_lim，将所提取的该转换器转矩限制值T1_lim和来自系统控制部6的转换器转矩指令值T1中的小的一方作为转换器转矩指令值T2输出到转换器控制部7。
此外，限制装置8根据发动机1的运转指令Se切换各档间的限制特性。
这样，通过限制装置8，发电机转矩值与发动机1的各档位对应地被限制为发动机的转矩值以下，因此防止发动机1的轴转矩值τ_eng和发电机2的转矩值τ_gen从各稳定动作点P1_b、P2_b、P3_b偏离，动作点不会转移到稳定动作点P1_a或稳定动作点P2_a或稳定动作点P3_a，因此能够防止失步。
在限制特性具有比目标转数低速、且低于发动机的最大转矩特性的转矩特性的情况下，在动作点存在于与发动机转矩特性MAP相比在上方的情况下能够谋求稳定。作为例子，在将实际的发动机转矩输出的偏差设想为10[％]左右的情况下，只要将比发动机转矩特性的设计值低10[％]左右的转矩特性设置为限制特性，则即使存在发动机1的润滑状态的偏差等的情况下也能够防止失步。
根据基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置，通过限制装置能够具有不使各档中的动作点转移到前述的状态(1a)的发电机转矩特性，能够防止失步。
另外，根据发动机1的运转指令Se切换各档间的限制特性，因此设定与运转指令的切换相应的转移特性，能够更平滑地转移到各档下的稳定动作点。
实施方式2.
接着，说明基于本发明的实施方式2的混合动力车的发电机控制装置。基于实施方式2的混合动力车的发电机控制装置与基于前述的实施方式1的混合动力车的发电机控制装置相比，系统控制部6的内部的信号处理方式不同。其它结构与实施方式1的情况同样。
图11是基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制中的系统控制器的控制框图。图11所示的系统控制部6示出了发动机1和发电机2中无档位的情况下的结构。在该结构中，与发动机1和发电机2这两方有档位的情况下的实施方式1的情况下的系统控制部6的结构(图6)相比，档位判定部61的阈值的个数和发电机转矩特性图MAP3的结构不同。
具体地说，档位判定部61当从负载装置4被输入请求电力值P_inv时，向发动机控制部5、限制装置8和无档位的发电机转矩特性MAP3输出速度目标运转指令Se。该速度目标运转指令Se是ON/OFF信号，在ON时能够与实施方式1的情况同样地进行控制，但是在OFF时不输出转换器转矩指令T1。
此外，无档位的发电机转矩特性MAP3输出与由转数检测器9检测出的发电机转数ω_c相应的转换器转矩T1。因而，在发动机的运转指令Se不是档切替指令而是仅一个位(step)的速度特性目标指令的情况下，通过对来自系统控制部6的速度目标运转指令Se进行ON/OFF控制，能够实施与实施方式1的情况同样的发电机控制，具有防止失步的效果。
实施方式3.
接着，说明基于本发明的实施方式3的混合动力车的发电机控制装置。图12是表示基于本发明的实施方式3的混合动力车辆的发电机控制中的限制特性图的说明图。
在实施方式3中，对各结构模块输入输出的信号与实施方式1的情况相同，但是限制装置8的限制特性MAP5的结构与实施方式1的情况不同。其它结构与实施方式1的情况同样。
在图12中，限制特性MAP5如实线所示那样不依赖于档位而横跨档间，设置共用发动机转矩限制特性L0。具体地说，沿着各档位中的发动机转矩特性1eN、2eN、3eN在空转状态的发动机转数区域中，在成为各稳定动作点P1_a、且稳定动作点P2_a、且稳定动作点P3_a的各转数以下的转数中，低了发动机最大转矩的10[％]左右的位置处设置发动机转矩限制特性L0。由此，只要预先将该发动机转矩限制特性L0存储为发动机1的燃料效率良好的动作点区域，就能够进行燃料消耗效率良好的发电控制。
产业上的可利用性
本发明能够用作混合动力车辆、特别是铁路的混合动力车辆的发电机控制装置。

Claims (11)

1.一种发电控制装置，其特征在于具备：
发电机，被发动机驱动而产生交流电力并向负载供给电力；
转数检测装置，检测所述发电机的转数；
电力变换装置，进行所述发电机与负载装置之间的电力变换；
电力变换装置控制部，基于控制指令对所述电力变换装置进行PWM控制；
综合控制部，基于请求电力向发动机控制部提供运转指令，并且向所述电力变换装置控制部提供所述控制指令；以及
限制装置，在所述发电机的转数为规定值以下时，限制来自所述综合控制部的所述控制指令，使得由所述发电机产生的转矩值小于由所述发动机产生的转矩值。
2.根据权利要求1所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述运转指令是所述发动机的速度指令。
3.根据权利要求1或2所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发动机控制部具备表示与所述发动机的转数对应的发动机的转矩特性的发动机转矩特性图，根据基于由所述转数检测装置检测出的所述转数和所述运转指令从所述发动机转矩图提取的发动机转矩，控制所述燃料喷射量。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述综合控制部具备表示与所述发电机的转数对应的发电机的转矩特性的发电机转矩特性图，生成与发电机转矩对应的发电机转矩指令值，其中，该发电机转矩是基于由所述转数检测装置检测出的所述转数和所述请求电力从所述发电机转矩特性图提取的，
所述电力变换装置控制部基于由所述综合控制部生成的所述发电机转矩指令值对所述电力变换装置进行PWM控制。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述限制装置具备被设定为与规定的转数以下对应的所述发电机的转矩值小于与所述规定的转数以下对应的所述发动机的转矩值的限制特性，基于所述限制特性限制由所述综合控制部生成的所述发电机转矩指令值。
6.根据权利要求5所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述限制特性是利用连接如下点的直线设定的：比所述发动机转矩特性中的最大转矩转矩值小的转矩值与所述发电机转矩特性相交的交点、和低于所述规定的转数的转数且所述发电机转矩为零的点。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发动机转矩特性图具备多个发动机转矩特性，
所述发动机控制部基于所述运转指令选择所述多个发动机转矩特性中的一个来使用。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发电机转矩特性图具备多个发电机转矩特性，
所述电力变换装置控制部基于所述控制指令选择所述多个发电机转矩特性中的一个来使用。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述限制装置具备与所述多个发电机转矩特性对应的多个限制特性。
10.根据权利要求5至8中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述限制装置具备横跨所述多个发电机转矩特性的共用发动机转矩限制特性，基于所述共用限制特性限制由所述综合控制部生成的所述发电机转矩指令值。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
从所述综合控制部向所述发动机控制部提供的运转指令是选择所述多个发动机转矩特性中的一个的档指令。
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