CN106797192A - 电压控制装置以及电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压控制装置，其包括：电容器（5），其向PM马达（4）供电；PM逆变器（13），其与PM马达（4）连接；电压转换器（8），其包括电容器（5）的电容器电压升压后得到的直流电压输出到PM逆变器（13）的变压器耦合型升压器；以及电压转换器控制部（25），其在PM马达（4）为驱动状态时，变压器耦合型升压器的输出为小于规定输出的情况下，在为下限规定电压以上并且小于上述直流电压的上限规定电压的范围内，生成与规定范围内的上述电容器电压对应的可变的上述直流电压的指令值并将其输出，其中，上述小于规定输出是指小于变压器耦合型升压器的输出界限的值。由此，变压器耦合型升压器能够获得可应对PM马达（4）的负载变动的输出。

Description

电压控制装置以及电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种对作为蓄电池的电容器的电压转换后得到的直流电压进行控制的电压控制装置以及电压控制方法。

背景技术

搭载有发动机和旋转电机作为驱动源的混合动力作业车辆，具有用于向旋转电机供电并且对由旋转电机产生的电力进行蓄积的电池等蓄电池。在具有这种结构的混合动力作业车辆中，通常着眼于驱动旋转电机的逆变器的效率而进行旋转电机的电压控制。

在专利文献1中，记载了一种升压器，其使电容器的电压升压成混合动力作业车辆的旋转电机的系统电压后输出。

专利文献1：国际公开2008/099884号公报

发明内容

然而，专利文献1记载的升压器中，完全没有考虑到旋转电机的负载变动。即，专利文献1记载的升压器是使电容器电压相对于系统电压升压成额定电压后输出的，升压器的输出电压处于没有余地的状态。在这种状态下，当旋转电机的负载增大时，由于升压器无法增大输出电压，因此不能给旋转设备提供足够的输出。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够获得与负载变动对应的输出的电压控制装置以及电压控制方法。

为了解决上述课题，实现发明目的，本发明涉及的电压控制装置，其包括：电容器，其向旋转电机供电；逆变器，其与上述旋转电机连接；变压器耦合型升压器，其包括：直流端子以加极性的方式串联连接的2个电压型逆变器、以及上述2个电压型逆变器的交流端子耦合并具有规定的漏电感的变压器，其中，上述2个电压型逆变器中的1个逆变器与上述电容器并联连接，上述电容器的电容器电压升压后得到的直流电压输出到上述逆变器；以及控制部，其在上述旋转电机为驱动状态时，上述变压器耦合型升压器的输出为小于规定输出的情况下，在大于等于上述直流电压的下限规定电压且小于上限规定电压的范围内，生成与规定范围内的上述电容器电压对应的可变的上述直流电压的指令值并将其输出，上述小于规定输出是指小于上述变压器耦合型升压器的输出界限的值。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述控制部，进一步在判断为上述旋转电机的转速小于规定转速的情况下，在上述直流电压的上限规定电压和下限规定电压之间的范围内，生成与规定范围内的上述电容器电压对应的可变的上述直流电压的指令值并将其输出。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述电容器电压的规定范围为小于可变控制上限阈值的范围，该可变控制上限阈值为上述直流电压相对于上述电容器电压的升压比成为上述变压器耦合型升压器的效率较高的最佳升压比时、上述上限规定电压所对应的电容器电压的值，上述控制部，在上述电容器电压的规定范围内，生成随着上述电容器电压从上述可变控制上限阈值的下降而成为上述最佳升压比的上述直流电压的指令值，在上述电容器电压为可变控制下限阈值以下的情况下，将上述下限规定电压作为上述直流电压的指令值来生成，上述可变控制下限阈值是上述最佳升压比下的上述直流电压成为下限规定电压时的上述电容器电压的值。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述控制部在判断上述变压器耦合型升压器的输出是否为小于规定输出时，在上述规定输出以下的范围内使上述规定输出具有滞后特性，上述小于规定输出是指小于输出界限的值。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述控制部在判断上述旋转电机的转速是否为小于规定转速时，在上述规定转速以下的范围内使上述规定转速具有滞后特性。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述控制部，在上述旋转电机为驱动状态时，在上述变压器耦合型升压器的输出不为小于规定输出的情况、并且在上述电容器电压为降额动作阈值以上的情况下，将上述上限规定电压作为上述直流电压的指令值来生成，上述小于规定输出是指小于输出界限的值。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述控制部，在上述旋转电机为驱动状态时，在上述变压器耦合型升压器的输出不为小于规定输出的情况、或者在上述旋转电机的转速不为小于规定转速且上述电容器电压为降额动作阈值以上的情况下，将上述上限规定电压作为上述直流电压的指令值生成并将其输出，上述小于规定输出是指小于输出界限的值。

此外，本发明涉及的电压控制装置，在上述发明中，上述旋转电机是永久磁铁马达。

此外，本发明涉及的系统的电压控制方法，该系统包括：电容器，其向旋转电机或负载供电；逆变器，其与上述旋转电机连接；变压器耦合型升压器，其包括：直流端子以加极性的方式串联连接的2个电压型逆变器、以及上述2个电压型逆变器的交流端子耦合并具有规定的漏电感的变压器，其中，上述2个电压型逆变器中的1个逆变器与上述电容器并联连接，上述电容器的电容器电压升压后得到的直流电压输出到上述逆变器，在上述电压控制方法中，在上述旋转电机为驱动状态时，上述变压器耦合型升压器的输出为小于规定输出的情况下，在大于等于上述直流电压的下限规定电压且小于上限规定电压的范围内，与规定范围内的上述电容器电压对应地作为可变的上述直流电压的指令值生成并将其输出，上述小于规定输出是指小于上述变压器耦合型升压器的输出界限的值。

此外，本发明涉及的电压控制方法，在上述发明中，进一步，在上述旋转电机的转速小于规定转速的情况下，在上述直流电压的上限规定电压和下限规定电压之间的范围内，与规定范围内的上述电容器电压对应地生成可变的上述直流电压的指令值并将其输出。

此外，本发明涉及的电压控制方法，在上述发明中，上述电容器电压的规定范围为小于可变控制上限阈值的范围，该可变控制上限阈值是上述直流电压相对于上述电容器电压的升压比成为上述变压器耦合型升压器的效率较高的最佳升压比时、上述上限规定电压所对应的电容器电压的值，上述控制部，在上述电容器电压的规定范围内，生成随着上述电容器电压从上述可变控制上限阈值的下降而成为上述最佳升压比的上述直流电压的指令值，在上述电容器电压为可变控制下限阈值以下的情况下，将上述下限规定电压作为上述直流电压的指令值来生成，上述可变控制下限阈值为上述最佳升压比下的上述直流电压成为下限规定电压时的上述电容器电压的值。

根据本发明，包括：电容器，其向旋转电机供电；逆变器，其与上述旋转电机连接；变压器耦合型升压器，其包括：直流端子以加极性的方式串联连接的2个电压型逆变器、以及上述2个电压型逆变器的交流端子耦合并具有规定的漏电感的变压器，其中，上述2个电压型逆变器中的1个逆变器与上述电容器并联连接，上述电容器的电容器电压升压后得到的直流电压输出到上述逆变器，在上述旋转电机为驱动状态时，上述变压器耦合型升压器的输出小于规定输出的情况下，在大于等于上述直流电压的下限规定电压且小于上限规定电压的范围内，与规定范围内的上述电容器电压对应地生成可变的上述直流电压的指令值并将其输出，上述小于规定输出是指小于上述变压器耦合型升压器的输出界限的值。由此，变压器耦合型升压器能够获得与旋转电机的负载变动对应的输出变压器耦合型升压器。

附图说明

图1是表示作为本发明的实施方式的电压控制装置的结构的框图。

图2是表示搭载图1所示的电压控制装置的液压挖掘机的结构的图。

图3是表示电压转换器的结构的电路图。

图4是表示控制器的控制的框图。

图5是表示电压转换器控制部进行的可变电压控制处理步骤的流程图。

图6是表示相对于电容器电压、输出界限与规定输出的关系的图。

图7是表示在电压转换器控制部进行可变电压控制处理时直流电压指令值与电容器电压的关系的图。

图8是表示进行规定转速判断时的滞后特性的图。

图9是表示进行变压器耦合型升压器的规定输出判断时的滞后特性的图。

图10是表示变压器耦合型升压器的输出、电容器电压、直流电压、PM转速、变压器耦合型升压器的损耗的时间性变化的1个示例的时序图。

符号说明

1 电压控制装置

2 SR马达

3 发动机

4 PM马达

5 电容器

6 SR驱动器

7 SR电容

8 电压转换器

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

15、16 电流传感器

17、18、19、89、90 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 电压转换器控制部

26 接触器控制部

81 变压器耦合型升压器

82 下侧逆变器

83 上侧逆变器

84 变压器

84a、84b 线圈

85、86 电容

100 液压挖掘机

101a 自走部

101b 回转部

221 电源管理部

222 回转操作部

821a、821b、821c、821d、831a、831b、831c、831d IGBT

822a、822b、822c、822d、832a、832b、832c、832d 二极管

L1、L1’、L2、L2’、L50、L50’ 特性曲线

L10、L11、L20、L21、L30 直线

Lv 操作杆

P 输出

P1～P4 点

Pmax 输出界限

Sp PM转速

t1～t7 时刻

Vcap 电容器电压

Vdc 直流电压指令

Vhigh 上限规定电压

Vlow 下限规定电压

Vth1 可变控制上限阈值

Vth2 可变控制下限阈值

Vth3 可变控制第二下限阈值

Vth4 降额动作阈值

△V1、△V2 范围

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

整体结构

图1是表示作为本发明的实施方式的电压控制装置1的结构的框图。图1所示的电压控制装置1是搭载在混合动力作业车辆上的电源控制系统。搭载电压控制装置1的混合动力作业车辆例如是图2所示的液压挖掘机100。液压挖掘机100具有：通过履带旋转等自走的自走部101a；以及具有铲斗、动臂、斗杆等作业机和驾驶室，可围绕相对于自走部101a指向规定方向的回转轴回转的回转部101b。具有这种结构的液压挖掘机100上搭载的电压控制装置1，具有驱动轴与发动机的驱动轴连接的旋转电机，并且具有与回转部101b的回转轴一致的驱动轴的回转用旋转电机。

电压控制装置

电压控制装置1具有三相励磁式的SR(Switched Reluctance：开关磁阻)马达2作为旋转电机。SR马达2的驱动轴与发动机3的驱动轴连接。此外，电压控制装置1具有PM(Permanent Magnet：永久磁铁)马达4作为回转用旋转电机。在SR马达2和PM马达4中分别设置有用于检测转速的未图示的旋转传感器。

SR马达2和PM马达4接受来自由双电荷层电容器构成的大容量电容器5的电源供给。电容器5还具有蓄积由SR马达2和PM马达4产生的电力的功能。

SR马达2与作为SR马达用逆变器的SR驱动器6连接。SR驱动器6与由适合于波形成形和浪涌吸收的薄膜电容构成的SR电容7并联连接。SR电容7与使电容器5的电压升压输出的电压转换器8并联连接。

电压转换器

图3是表示电压转换器8的结构的电路图。如图3所示，电压转换器8具有加极性的变压器耦合型升压器81，其通过变压器84将2个电压型逆变器进行交流耦合。变压器耦合型升压器81具有作为2个电压型逆变器的下侧逆变器82和上侧逆变器83。此外，变压器耦合型升压器81具有将下侧逆变器82和上侧逆变器83的交流侧耦合的变压器84。

下侧逆变器82是将作为通电切换用开关元件的在上下桥臂各有2个合计为4个的IGBT(绝缘栅双极晶体管)821a、821b、821c、821d进行桥式连接而成的。用于使在通电切换时产生的回流电流流过的二极管822a、822b、822c、822d分别与IGBT821a、821b、821c、821d并联连接。另一方面，上侧逆变器83具有4个IGBT831a、831b、831c、831d作为开关元件。二极管832a、832b、832c、832d分别与IGBT831a、831b、831c、831d并联连接。

下侧逆变器82和上侧逆变器83中，下侧逆变器82的正极直流端子与上侧逆变器83的负极直流端子以加极性的方式串联连接。从外部施加到变压器耦合型升压器81的电压通过下侧逆变器82和上侧逆变器83进行分压。

在下侧逆变器82上并联连接有以浪涌吸收为主要目的的电容85。该电容85的容量明显小于电容器5的容量。与下侧逆变器82同样，在上侧逆变器83上也并联连接有浪涌吸收用的较小容量的电容86。优选电容85的容量大于电容86的容量。这是由于在连接于向电压转换器8的外侧引出的配线的一侧的电容85产生的浪涌的量大于在电容86产生的浪涌的量。此外，由于通过抑制电容86的容量，不会使电容86的容积过大，因此还具有能够实现省空间化的优点。

下侧逆变器82与变压器84的线圈84a连接。另一方面，上侧逆变器83与变压器84的线圈84b连接。在下侧逆变器82和上侧逆变器83的直流电压的额定电压大致相等时，优选线圈84a与线圈84b的绕组比为1比1。因此，在本实施方式中，线圈84a与线圈84b的绕组比设为1比1，不过绕组比能够适当变更。

变压器84具有一定的漏电感(设为L)。在电压转换器8中，漏电感被等分割成线圈84a一侧为L/2，线圈84b一侧为L/2。变压器84将暂时蓄积在漏电感中的电力通过下侧逆变器82或上侧逆变器83的高速开关控制传送到电容器5等。通常，大家知道如果变压器的初级线圈和次级线圈的间隙扩大则漏电感增加。因此，在形成变压器时，多数情况下使初级线圈和次级线圈紧靠着来形成。与此相对，在本实施方式中，通过调整初级线圈和次级线圈的间隙、即线圈84a和线圈84b的间隙，主动地形成所期望的漏电感。此外，还可以在变压器84的外部附加电感。

与电压转换器的连接结构

电压转换器8的电容85与电容器5并联连接。在电容器5与电容85之间串联连接有接触器9。如果接通接触器9，则电压转换器8使电容器5的电压(初级侧电压)升压，并将该升压后的电压(次级侧电压)供给到SR马达2或PM马达4。

电压转换器8与在次级侧对SR马达2进行励磁的励磁电源10串联连接。这里，对在电压控制装置1中设置励磁电源10的理由进行说明。一般而言，SR马达2具有如果供给电能则生成较大的再生能量的特性，只是内部的转子被旋转驱动的话是不会作为发电机来运转的。为了使具有这种特性的SR马达2作为发电机来运转，需要预先对SR马达2内的线圈进行励磁。然而，在发动机3起动时，SR电容7的电荷为0，而且，即使在发动机3起动时使接触器9接通也无法通过电容器5对SR马达2进行励磁。因此，在本实施方式中，为了在发动机3起动时对SR马达2进行励磁而设置有励磁电源10。

在电压转换器8与励磁电源10之间串联连接有二极管11和继电器12。二极管11在SR电容7的电压大于励磁电源10的电压时，切断励磁电源10。此外，继电器12通过接通、断开动作来控制励磁电源10的接通、切断。

PM马达4与PM逆变器13连接。PM逆变器13与由薄膜电容构成的PM电容14并联连接。PM电容14与电压转换器8并联连接。

在SR马达2与SR驱动器6之间串联连接有电流传感器15。此外，在PM马达4与PM逆变器13之间串联连接有电流传感器16。

作为电压传感器的电压计17、18、19、89、90分别与电容器5、SR电容7、PM电容14、电容85、86并联连接。绝缘传感器20与电容器5连接。

控制器

电压控制装置1具有控制器21。控制器21包括：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的速度和转矩的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；进行电压转换器8的控制的电压转换器控制部25；以及控制接触器9的接通、断开的接触器控制部26。

图4是表示控制器21的控制的框图。控制器21的车体控制部22具有生成发动机3和SR马达2的动作指令的电源管理部221以及生成PM马达4的动作指令的回转操作部222，基于电容器5的电压和操作员进行的操作杆Lv的操作进行车体控制。电源管理部221根据电容器5的电压、操作杆Lv的操作状态、以及从回转操作部222发送来的回转动作状态生成发动机转速指令，将其输出到发动机3。此外，电源管理部221生成SR马达2的速度指令和转矩指令，将其输出到SR马达控制部23。此外，回转操作部222根据电容器5的电压和杆操作状态，生成PM马达4的速度指令，将其输出到PM马达控制部24。

SR马达控制部23使用从车体控制部22输出的速度指令和转矩指令、SR马达2的转速、以及电压转换器8输出的直流电压，生成SR马达2的动作指令即SR输出指令，将其输出到SR驱动器6。

PM马达控制部24使用从车体控制部22输出的PM马达4的速度指令、PM马达4的转速、以及电压转换器8输出的直流电压，生成PM马达4的动作指令即PM输出指令，将其输出到PM逆变器13。

电压转换器控制部25相当于控制部，基于电压转换器8输出的直流电压、SR马达控制部23输出的SR马达2的动作指令、PM马达控制部24输出的PM马达4的动作指令、PM马达4的转速、电压计17检测的电容器电压，生成直流电压指令，将其输出到电压转换器8。

电压转换器控制部的可变电压控制处理

接着，参照图5所示的流程图，对电压转换器控制部25的可变电压控制处理步骤进行说明。此外，SR马达2和PM马达4在500V(下限规定电压Vlow)～550V(上限规定电压Vhigh)内运转。上限规定电压由变压器耦合型升压器81内的IGBT元件等的耐压限度规定。此外，下限规定电压是指如果在该电压以下则难以进行例如以所期望的马达特性为基础的良好的马达控制这样的电压。

如图5所示，首先，电压转换器控制部25获取作为PM马达4的转速的PM转速Sp(步骤S101)。然后，电压转换器控制部25判断PM转速Sp的绝对值是否小于6000rpm(规定转速)(步骤S102)。在PM转速Sp的绝对值小于6000rpm的情况(步骤S102，“是”)下，电压转换器控制部25进一步获取变压器耦合型升压器81的输出P和当前的电容器电压Vcap(步骤S103)。变压器耦合型升压器81的输出P能够根据SR马达控制部23输出的SR输出指令和PM马达控制部24输出的PM输出指令而获得。此外，也可以基于电压计18、19和电流传感器15、16的检测值直接求取输出P。此外，上述的500V(下限规定电压Vlow)、550V(上限规定电压Vhigh)、6000rpm(规定转速)等值仅是1个示例，并不局限于这些值。

然后，电压转换器控制部25判断变压器耦合型升压器81的输出P是否小于与当前的电容器电压Vcap对应的输出界限Pmax的50％(规定输出)(步骤S104)。此外，这里的输出界限Pmax是直流电压为500V的情况下的输出界限。此外，不局限于此，输出界限Pmax也可以是直流电压为550V的情况下的输出界限。

如图6所示，输出界限Pmax与电容器电压Vcap对应，在直流电压为500V的情况下为特性曲线L1、L1’，在直流电压为550V的情况下为特性曲线L2、L2’。因此，在直流电压为500V的情况下，输出界限Pmax的50％与电容器电压Vcap对应地如特性曲线L50、L50’那样变化。该特性曲线L50、L50’具有与电容器电压Vcap的减少对应地减少的特性。

然后，电压转换器控制部25在变压器耦合型升压器81的输出P小于与当前的电容器电压Vcap对应的输出界限Pmax的50％的情况(步骤S104，“是”)下，判断电容器电压Vcap的2倍的值是否超过500V并且小于550V。即，判断电容器电压Vcap的值是否超过250V(可变控制下限阈值Vth2)并且小于275V(可变控制上限阈值Vth1)(步骤S105)。

电压转换器控制部25在电容器电压Vcap的值超过250V并且小于275V的情况(步骤S105，“是”)下，进行以使针对变压器耦合型升压器81的直流电压指令Vdc的输出为电容器电压Vcap的2倍的值的方式的可变电压控制(步骤S106)，返回步骤S101并重复上述处理。

另一方面，电压转换器控制部25在电容器电压Vcap的值并非超过250V并且小于275V的情况(步骤S105，“否”)下，进一步判断电容器电压Vcap的2倍的值是否超过310V并且为500V以下。即，电压转换器控制部25判断电容器电压Vcap的值是否超过155V(可变控制第二下限阈值Vth3)并且为250V(可变控制下限阈值Vth2)以下(步骤S107)。

电压转换器控制部25在电容器电压Vcap的值超过155V并且为250V以下的情况(步骤S107，“是”)下，进行以使针对变压器耦合型升压器81的直流电压指令Vdc的输出为500V(下限规定电压Vlow)的方式的可变电压控制(步骤S108)，返回步骤S101并重复上述处理。

另一方面，在PM转速Sp的绝对值不小于6000rpm的情况(步骤S102，“否”)、变压器耦合型升压器81的输出P不小于与当前的电容器电压Vcap对应的输出界限Pmax的50％的情况(步骤S104，“否”)、电容器电压Vcap的值并非超过155V并且为250V以下的情况(步骤S107，“否”)下，进一步判断电容器电压Vcap的值是否为180V(降额动作阈值Vth4)以上(步骤S109)。在电容器电压Vcap的值为180V以上的情况(步骤S109，“是”)下，电压转换器控制部25进行以使针对变压器耦合型升压器81的直流电压指令Vdc的输出为550V(上限规定电压Vhigh)的方式的恒定电压控制(步骤S110)，返回步骤S101并重复上述处理。另一方面，在电容器电压Vcap的值不为180V以上的情况(步骤S109，“否”)下，为了保护变压器耦合型升压器81，电压转换器控制部25进行降额动作(步骤S111)，返回步骤S101并重复上述处理。

此外，也可以进行以下的可变电压控制处理，即删除上述的步骤S102的判断处理，仅进行步骤S104的判断处理。

进而，参照图7来说明电压转换器控制部25进行的可变电压控制处理。在图7中，直线L10和直线L11是步骤S106、S108中示出的可变电压控制的路径(route)。

直线L10是步骤S106中所示的可变电压控制的路径。直线L10是在电容器电压Vcap为可变控制上限阈值Vth1与可变控制下限阈值Vth2之间的范围△V1内以使直流电压指令Vdc表示的直流电压成为电容器电压Vcap的2倍的方式进行倍压控制的路径。直线L10连接可变控制上限阈值Vth1为275V时的由直流电压指令Vdc表示的直流电压为550V的点P1、以及可变控制下限阈值Vth2为250V时的直流电压为500V的点P2。直流电压指令Vdc表示的直流电压为电容器电压Vcap的2倍时，流过变压器84的电流最小，设备总损耗减小。这里所述的“设备总损耗”包含各IGBT的导通损耗、变压器84的损耗(包含直流损耗、表皮效应、涡流损耗等的交流损耗)，与流过变压器84的电流的大小成比例。即，通过进行该倍压控制，能够减小变压器耦合型升压器81的损耗，提高变压器耦合型升压器81的效率。在本实施方式中，由于变压器84的线圈84a与线圈84b的绕组比为1比1，所以进行使升压比为1比2的倍压控制。因此，在一般的绕组比的情况下，通过进行使升压比与该绕组比相对应的恒定升压比控制，能够提高升压器的效率。

直线L11是步骤S108中所示的可变电压控制的路径。直线L11进行的是在电容器电压Vcap为可变控制下限阈值Vth2与可变控制第二下限阈值Vth3之间的范围△V2内使由直流电压指令Vdc表示的直流电压为500V的可变电压控制。在效率上虽然优选在范围△V2内也进行倍压控制，但是考虑到SR马达2和PM马达4的动作电压限制(500V～550V)，所以进行的是500V恒定电压的可变电压控制以成为最接近绕组比的升压比。此外，电容器电压Vcap的规定范围是范围△V1和范围△V2。

另一方面，直线L20和直线L21是步骤S109中所示的以使输出为550V(上限规定电压Vhigh)的方式的恒定电压控制的路径。其中，直线L21是在电容器电压Vcap小于降额动作阈值Vth4(180V)的情况下，从降额动作阈值Vth4时直流电压为550V的点P4到电容器电压Vcap为可变控制第二下限阈值Vth3时直流电压为500V的点P3为止进行使直流电压以直线下降的降额动作的路径。通过该降额动作，保护变压器耦合型升压器81。

此外，在电容器电压Vcap为可变控制上限阈值Vth1以上的情况下，如由直线L30所示那样，进行使直流电压为550V恒定电压的控制。此外，在电容器电压Vcap为可变控制第二下限阈值Vth3以下的情况下，进行降额动作。

也就是说，上述的直线L10、L11是能够使变压器耦合型升压器81的效率提高的可变电压控制的路径。因此，优选在该可变电压控制的路径上进行控制。

然而，在PM转速Sp为6000rpm以上的情况下，由于PM马达4是永久磁铁马达，所以因转子的旋转而产生反电动势(感应电压)。当PM马达4成为6000rpm以上的高速旋转时，感应电压也增大，所以如果直流电压小于感应电压，则电流不会流入PM马达4，无法驱动PM马达4。因此，在PM转速Sp为6000rpm以上的高速旋转时，为了获得能够克服该感应电压的直流电压，优选进行由直线L20表示的、以使输出为550V(上限规定电压Vhigh)的方式的恒定电压控制，从而进行稳定驱动。因此，在步骤S102中，判断PM转速Sp是否小于6000rpm。此外，如果进行用于削弱较大的反电动势的磁场削弱控制，则由于需要用于此的其他电力，马达效率会变差，故不优选。

另一方面，在PM转速Sp小于6000rpm的情况下，由于反电动势较小，所以不需要应对该反电动势，即使进行可变电压控制，马达效率也不会下降。因此，在PM转速Sp小于6000rpm的情况下，优选进行上述的可变电压控制。

进而，变压器耦合型升压器81的输出存在输出界限Pmax。而且，如果直流电压下降，则输出界限Pmax也下降。因此，在输出P较大的状态下，优选不使直流电压下降而是以较高的直流电压进行恒定电压控制。而且，例如如果进行直流电压小于550V(上限规定电压Vhigh)的可变电压控制的状态为变压器耦合型升压器81的输出界限Pmax的状态的话，那么在PM马达4等产生负载变动的情况下，将直流电压提高到例如550V来进一步增大变压器耦合型升压器81的输出P则是不可能的。因此，在步骤S104中，判断变压器耦合型升压器81的输出P是否小于与当前的电容器电压Vcap对应的输出界限Pmax的50％。

也就是说，在进行可变电压控制时，优选在即使产生负载变动也有能够增大变压器耦合型升压器81的输出P的余地的状态时进行。特别是，在想要增大输出的情况下，仅增大直流电压，就能够迅速地实现输出增大。在本实施方式中，由于马达的负载变动较大，所以将变压器耦合型升压器81的输出界限Pmax的50％作为是进行可变电压控制还是进行恒定电压控制的阈值。因此，在负载变动较小的情况下，也可以增大阈值。例如可以将变压器耦合型升压器81的输出界限Pmax的70％作为阈值。

此外，进行可变电压控制时的上述步骤S102、S104的限制是由于使用PM马达4而引起的，对于SR马达2并没有限制。即，由于直流电压(系统电压)对于SR马达2和PM马达4来说是共通的，所以SR马达2是在针对PM马达4的限制下进行动作。

防止震颤

然而，在步骤S102中，以规定转速(6000rpm)这1个阈值进行了判断。在这种情况下，如果PM转速Sp在规定转速附近上下波动，则会频繁地进行向可变电压控制状态(步骤S106、S108)的转换、或向恒定电压控制状态(步骤S109)的转换，而成为不稳定的控制状态。因此，在本实施方式中，如图8所示，设置作为第一阈值的规定转速(6000rpm)和规定转速以下的第二阈值(5800rpm)，以使状态转换具有滞后特性。

同样，在步骤S104中，以规定输出(Pmax×50％)这1个阈值进行了判断。在这种情况下，如果输出P在规定输出(Pmax×50％)附近上下波动，则会频繁地进行向可变电压控制状态(步骤S106、S108)的转换、或向恒定电压控制状态(步骤S109)的转换，而成为不稳定的控制状态。因此，在本实施方式中，如图9所示，设置作为第一阈值的规定输出(Pmax×50％)和规定输出以下的第二阈值(Pmax×30％)，以使状态转换具有滞后特性。

电压转换器控制部的可变电压控制的具体示例

图10是表示变压器耦合型升压器81的输出P、电容器电压Vcap、直流电压、PM转速Sp、变压器耦合型升压器81的损耗的时间性变化的1个示例的时序图。此外，为了进行比较，在图10(b)中包含且示出了以往的总是使直流电压为550V恒定电压的固定控制时的直流电压的时间性变化。此外，为了进行比较，在图10(d)中包含且示出了以往的总是使直流电压为550V恒定电压的固定控制时的变压器耦合型升压器的损耗的时间性变化。

图10(a)的特性L51示出了变压器耦合型升压器81的输出P的变化。此外，特性L52、L55分别表示动力运行时以及再生时的规定输出(Pmax×50％)的时间性变化。此外，特性L53、L54分别表示用于进行动力运行时以及再生时的滞后控制的小于规定输出的阈值(Pmax×30％)的时间性变化。

图10(b)的特性L61表示本实施方式的变压器耦合型升压器81的直流电压的时间性变化。此外，特性L161表示以往的固定控制时的直流电压的时间性变化。此外，特性L62表示电容器电压Vcap的时间性变化。

图10(c)的特性L71表示PM转速Sp的时间性变化。此外，图10(d)的特性L81表示本实施方式的变压器耦合型升压器81的损耗的时间性变化。此外，特性L181表示以往的固定控制时的变压器耦合型升压器81的损耗的时间性变化。

在图10中，从时刻t1至时刻t2的期间，由于PM转速Sp小于规定转速(6000rpm)，变压器耦合型升压器81的输出P也小于规定输出(Pmax×50％)，而且电容器电压Vcap为250V(Vth2)到275V(Vth1)之间的值，所以进行基于倍压的可变电压控制(参照特性L61)。其结果，图10(d)的特性L81与以往的特性L181相比，变压器耦合型升压器81的损耗减小。

从时刻t2至时刻t3的期间，PM转速Sp小于规定转速(6000rpm)，变压器耦合型升压器81的输出P也小于规定输出(Pmax×50％)，进行可变电压控制，然而由于电容器电压Vcap为250V(Vth2)以下，所以进行使直流电压为500V的可变电压控制(参照特性L61)。在这种情况下，图10(d)的特性L81与以往的特性L181相比，变压器耦合型升压器81的损耗也减小。

从时刻t3至时刻t4的期间，由于在时刻t3输出P为再生时的规定输出(Pmax×50％)以上，所以进行使直流电压为550V的恒定电压控制。此外，由于进行滞后处理，到输出P成为小于再生时的规定输出的阈值(Pmax×30％)以下的时刻t4为止进行恒定电压控制。这种情况下的图10(d)的特性L81与以往的特性L181为相同的损耗。

从时刻t5至时刻t6的期间，PM转速Sp小于规定转速(6000rpm)，变压器耦合型升压器81的输出P也小于规定输出(Pmax×50％)，进行可变电压控制。然后，从时刻t6至时刻t7的期间，由于滞后处理，变压器耦合型升压器81的输出P被判断为规定输出(Pmax×50％)以上，因此进行恒定电压控制。然后，时刻t7以后，由于滞后处理，变压器耦合型升压器81的输出P被判断为小于规定输出(Pmax×50％)，因此再次开始进行可变电压控制。其结果，时刻t5、t6期间、以及时刻t7以后的图10(d)的特性L81与以往的特性L181相比，变压器耦合型升压器81的损耗减小。

在本实施方式中，在PM转速Sp小于规定转速并且变压器耦合型升压器81的输出P小于规定输出的规定条件下，进行使变压器耦合型升压器81为低损耗的可变电压控制，在不满足规定条件的情况下，进行使直流电压为较高的550V恒定电压而能够实现高输出的恒定电压控制。其结果，变压器耦合型升压器81能够获得与PM马达4的负载变动对应的输出，并且能够提高变压器耦合型升压器81的效率。

Claims (11)

1.一种电压控制装置，其特征在于，包括：

电容器，其向旋转电机供电；

逆变器，其与所述旋转电机连接；

变压器耦合型升压器，其包括：直流端子以加极性的方式串联连接的2个电压型逆变器、以及所述2个电压型逆变器的交流端子耦合并具有规定的漏电感的变压器，其中，所述2个电压型逆变器中的1个逆变器与所述电容器并联连接，所述电容器的电容器电压升压后得到的直流电压输出到所述逆变器；以及

控制部，其在所述旋转电机为驱动状态时，所述变压器耦合型升压器的输出为小于规定输出的情况下，在大于等于所述直流电压的下限规定电压且小于上限规定电压的范围内，生成与规定范围内的所述电容器电压对应的可变的所述直流电压的指令值并将其输出，所述小于规定输出是指小于所述变压器耦合型升压器的输出界限的值。

2.根据权利要求1所述的电压控制装置，其特征在于：

所述控制部，进一步在判断为所述旋转电机的转速小于规定转速的情况下，在所述直流电压的上限规定电压和下限规定电压之间的范围内，生成与规定范围内的所述电容器电压对应的可变的所述直流电压的指令值并将其输出。

3.根据权利要求1或2所述的电压控制装置，其特征在于：

所述电容器电压的规定范围为小于可变控制上限阈值的范围，该可变控制上限阈值为所述直流电压相对于所述电容器电压的升压比成为所述变压器耦合型升压器的效率较高的最佳升压比时、所述上限规定电压所对应的电容器电压的值，

所述控制部，在所述电容器电压的规定范围内，生成随着所述电容器电压从所述可变控制上限阈值的下降而成为所述最佳升压比的所述直流电压的指令值，在所述电容器电压为可变控制下限阈值以下的情况下，将所述下限规定电压作为所述直流电压的指令值来生成，所述可变控制下限阈值是所述最佳升压比下的所述直流电压成为下限规定电压时的所述电容器电压的值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电压控制装置，其特征在于：

所述控制部在判断所述变压器耦合型升压器的输出是否为小于规定输出时，在所述规定输出以下的范围内使所述规定输出具有滞后特性，所述小于规定输出是指小于输出界限的值。

5.根据权利要求2所述的电压控制装置，其特征在于：

所述控制部在判断所述旋转电机的转速是否为小于规定转速时，在所述规定转速以下的范围内使所述规定转速具有滞后特性。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电压控制装置，其特征在于：

所述控制部，在所述旋转电机为驱动状态时，在所述变压器耦合型升压器的输出不为小于规定输出的情况、并且在所述电容器电压为降额动作阈值以上的情况下，将所述上限规定电压作为所述直流电压的指令值来生成，所述小于规定输出是指小于输出界限的值。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的电压控制装置，其特征在于：

所述控制部，在所述旋转电机为驱动状态时，在所述变压器耦合型升压器的输出不为小于规定输出的情况、或者在所述旋转电机的转速不为小于规定转速且所述电容器电压为降额动作阈值以上的情况下，将所述上限规定电压作为所述直流电压的指令值生成并将其输出，所述小于规定输出是指小于输出界限的值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电压控制装置，其特征在于：

所述旋转电机是永久磁铁马达。

9.一种系统的电压控制方法，该系统包括：电容器，其向旋转电机供电；逆变器，其与所述旋转电机连接；变压器耦合型升压器，其包括：直流端子以加极性的方式串联连接的2个电压型逆变器、以及所述2个电压型逆变器的交流端子耦合并具有规定的漏电感的变压器，其中，所述2个电压型逆变器中的1个逆变器与所述电容器并联连接，所述电容器的电容器电压升压后得到的直流电压输出到所述逆变器，所述电压控制方法的特征在于：

在所述旋转电机为驱动状态时，所述变压器耦合型升压器的输出为小于规定输出的情况下，在大于等于所述直流电压的下限规定电压且小于上限规定电压的范围内，与规定范围内的所述电容器电压对应地作为可变的所述直流电压的指令值生成并将其输出，所述小于规定输出是指小于所述变压器耦合型升压器的输出界限的值。

10.根据权利要求9所述的电压控制方法，其特征在于：

进一步，在所述旋转电机的转速小于规定转速的情况下，在所述直流电压的上限规定电压和下限规定电压之间的范围内，与规定范围内的所述电容器电压对应地生成可变的所述直流电压的指令值并将其输出。

11.根据权利要求9或10所述的电压控制方法，其特征在于：

所述电容器电压的规定范围为小于可变控制上限阈值的范围，该可变控制上限阈值是所述直流电压相对于所述电容器电压的升压比成为所述变压器耦合型升压器的效率较高的最佳升压比时、所述上限规定电压所对应的电容器电压的值，

所述控制部，在所述电容器电压的规定范围内，生成随着所述电容器电压从所述可变控制上限阈值的下降而成为所述最佳升压比的所述直流电压的指令值，在所述电容器电压为可变控制下限阈值以下的情况下，将所述下限规定电压作为所述直流电压的指令值来生成，所述可变控制下限阈值为所述最佳升压比下的所述直流电压成为下限规定电压时的所述电容器电压的值。