KR20090101491A - 발전기 구동 장치, 하이브리드 차량 및 발전기 구동 장치의 제어 방법 - Google Patents

발전기 구동 장치, 하이브리드 차량 및 발전기 구동 장치의 제어 방법

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KR20090101491A
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Abstract

승압 수단을 형성한 경우에도 과도 상태에서 콘택터를 온했을 때의 돌입 전류의 발생을 확실히 회피하기 위해, 콘택터가 오프인 상태에서 발전기를 동작시키면서, 승압 수단으로서의 전압 변환기를 구성하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터가 갖는 2 개의 전압형 인버터 중 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 전압형 인버터만을 초핑 동작시킴으로써, 전원용 캐패시터의 전압과 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어한다.

Description

발전기 구동 장치, 하이브리드 차량 및 발전기 구동 장치의 제어 방법{GENERATOR DRIVE DEVICE, HYBRID VEHICLE, AND GENERATOR DRIVE DEVICE CONTROL METHOD}
본 발명은 전동 모터를 발전기로서 구동시키는 발전기 구동 장치, 발전기 구동 장치를 탑재한 하이브리드 차량 및 발전기 구동 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
종래부터 구동원으로서 엔진 및 모터가 탑재된 하이브리드 차량의 모터 구동 장치로서, 모터 구동용 인버터 (inverter) 와, 이 인버터를 통하여 모터에 전원을 공급하는 한편, 모터에 의해 발전된 전력을 축전하는 대용량 캐패시터 (capacitor) 등의 축전지와, 이 축전지에 병렬 접속된 콘덴서와, 모터의 발전 전압을 조정하는 수단과, 축전지와 콘덴서 사이에 직렬 접속되는 콘택터를 구비한 것이 알려져 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이와 같은 구성을 갖는 모터 구동 장치에 의하면, 엔진 시동시에 모터의 발전 전압을 조정하면서 모터를 발전기로서 사용할 수 있기 때문에, 엔진 시동시에 축전지의 전압이 대략 제로이더라도 축전지를 충전하여, 충전 후의 축전지를 이용하여 모터를 구동시킬 수 있게 된다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2006-314172호
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 발전기 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 발전기 구동 장치가 적용되는 유압 셔블 (shovel) 의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은 전압 변환기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 발전기 구동 장치의 제어 방법의 처리 개요를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5 는 SR 콘덴서 예비 충전 동작의 상세한 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은 SR 모터 전압 제어의 개요를 나타내는 블록선도이다.
도 7 은 전원용 캐패시터에 전하가 없는 경우의 콘택터 접속 동작의 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은 전원용 캐패시터에 전하가 있는 경우의 콘택터 접속 동작의 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
부호의 설명
1 : 발전기 구동 장치
2 : SR 모터
3 : 엔진
4 : PM 모터
5 : 캐패시터 (전원용 캐패시터)
6 : SR 드라이버 (발전기용 인버터)
7 : SR 콘덴서 (SR 모터용 콘덴서)
8 : 전압 변환기
9 : 콘택터
10 : 여자 전원
11 : 다이오드
12 : 릴레이
13 : PM 인버터
14 : PM 콘덴서
15, 16 : 전류 센서
17, 18, 19, 87, 88 : 전압계
20 : 절연 센서
21 : 콘트롤러
22 : 차체 제어부
23 : SR 모터 제어부
24 : PM 모터 제어부
25 : 전압 변환기 제어부
26 : 콘택터 제어부
81 : AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터
82 : 하측 인버터
83 : 상측 인버터
84 : 트랜스
84a, 84b : 코일
85 : 콘덴서 (서지 흡수용 콘덴서)
86 : 콘덴서 (소용량 서지 흡수용 콘덴서)
100 : 유압 셔블
101a : 자주 (自走) 부
101b : 선회부
821a, 821b, 821c, 821d, 831a, 831b, 831c, 831d : IGBT
822a, 822b, 822c, 822d, 832a, 832b, 832c, 832d : 다이오드
Lv : 조작 레버
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그런데, 상기 서술한 종래의 모터 구동 장치에 대해서는, 축전지의 전압을 더욱 효율적으로 승압시켜 모터측으로 출력하기 위해, 전압 변환기 등의 승압 수단을 형성하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 종래의 모터 구동 장치에 승압 수단을 형성하는 경우, 엔진 시동시에 콘택터를 온했을 때에 대전류 (돌입 전류) 가 발생하는 것을 회피해야 하는 문제가 있었다. 이 때문에, 승압 수단을 형성한 경우에도 과도 상태에서 콘택터를 온 (on) 했을 때의 돌입 전류의 발생을 확실히 회피할 수 있는 기술이 요망되고 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 승압 수단을 형성한 경우에도 과도 상태에서 콘택터를 온했을 때의 돌입 전류의 발생을 확실히 회피할 수 있는 발전기 구동 장치, 하이브리드 차량 및 발전기 구동 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련된 발전기 구동 장치는, 발전기와, 구동축이 상기 발전기의 구동축에 연결된 엔진과, 상기 발전기에 전력을 공급하는 한편, 상기 발전기가 발전한 전력을 축전하는 전원용 캐패시터와, 상기 발전기에 접속된 발전기용 인버터와, 직류 단자가 가극성으로 직렬 접속되는 2 개의 전압형 인버터 및 상기 2 개의 전압형 인버터의 교류 단자를 AC 결합하고, 소정의 누설 인덕턴스를 갖는 트랜스를 포함하고, 상기 2 개의 전압형 인버터의 일방이 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터의 캐패시터 전압을 승압한 직류 전압을 상기 인버터로 출력하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터와, 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터보다 작은 용량을 가지며, 적어도 서지 흡수를 실시하는 서지 흡수용 콘덴서와, 상기 전원용 캐패시터와 상기 서지 흡수용 콘덴서 사이에 직렬 접속된 콘택터와, 상기 콘택터가 오프 (off) 인 상태에서 상기 발전기를 동작시키면서 상기 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 상기 전압형 인버터만을 초핑 (chopping) 동작시킴으로써, 상기 전원용 캐패시터의 전압과 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어한 후, 상기 콘택터를 온하는 제어를 실시하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 발전기 구동 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 상기 전압형 인버터에 병렬 접속되는 한편, 상기 서지 흡수용 콘덴서에 직렬 접속되어, 상기 서지 흡수용 콘덴서보다 작은 용량을 가지며, 적어도 서지 흡수를 실시하는 소용량 서지 흡수용 콘덴서를 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 발전기 구동 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 발전기는 SR 모터로서, 상기 발전기용 인버터를 통하여 상기 SR 모터에 접속되어, 상기 SR 모터를 여자 (勵磁) 하는 여자 전원과, 상기 발전기용 인버터 및 상기 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터에 접속되어, 상기 SR 모터의 발전 전압을 충전하는 SR 모터용 콘덴서를 추가로 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 SR 모터용 콘덴서의 전압이 상기 SR 모터의 발전 전압의 제어를 안정적으로 실시할 수 있는 전압으로 미리 결정되는 값에 도달하지 않은 경우, 상기 여자 전원을 온하는 제어를 실시하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 발전기 구동 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 전압형 인버터는 복수의 스위칭 소자를 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어 있지 않은 전압형 인버터만을 초핑 동작시킬 때, 당해 전압형 인버터가 갖는 복수의 스위칭 소자 중, 상기 트랜스를 통하여 각각 직렬로 접속된 2 개의 스위칭 소자의 조 (組) 를 교대로 스위칭시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 하이브리드 차량은, 상기 중 어느 하나의 발명에 관련된 발전기 구동 장치가 탑재되어, 상기 발전기 및 상기 엔진을 구동원으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 발전기 구동 장치의 제어 방법은, 발전기와, 구동축이 상기 발전기의 구동축에 연결된 엔진과, 상기 발전기에 전력을 공급하는 한편, 상기 발전기가 발전한 전력을 축전하는 전원용 캐패시터와, 상기 발전기에 접속된 발전기용 인버터와, 직류 단자가 가극성으로 직렬 접속되는 2 개의 전압형 인버터 및 상기 2 개의 전압형 인버터의 교류 단자를 AC 결합하고, 소정의 누설 인덕턴스를 갖는 트랜스를 포함하며, 상기 2 개의 전압형 인버터의 일방이 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터의 캐패시터 전압을 승압한 직류 전압을 상기 인버터로 출력하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터와, 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터보다 작은 용량을 가지며, 적어도 서지 흡수를 실시하는 서지 흡수용 콘덴서와, 상기 전원용 캐패시터와 상기 서지 흡수용 콘덴서 사이에 직렬 접속된 콘택터를 구비한 발전기 구동 장치의 제어 방법으로서, 상기 콘택터가 오프인 상태에서 상기 발전기를 동작시키면서 상기 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 상기 전압형 인버터만을 초핑 동작시킴으로써, 상기 전원용 캐패시터의 전압과 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어한 후, 상기 콘택터를 온하는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 콘택터가 오프인 상태에서 발전기를 동작시키면서, 승압 수단으로서의 전압 변환기를 구성하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터가 갖는 2 개의 전압형 인버터 중 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 전압형 인버터만을 초핑 동작시킴으로써, 전원용 캐패시터의 전압과 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어하고 있기 때문에, 서지 흡수용 콘덴서의 전압이 낮은 경우에도 안정적인 전압 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 전술한 제어를 실시한 후 콘택터를 온함으로써, 승압 수단을 형성한 경우에도 콘택터를 온했을 때의 돌입 전류의 발생을 확실히 회피할 수 있게 된다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태 (이후, 「실시형태」라고 한다) 를 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 발전기 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 발전기 구동 장치 (1) 는, 하이브리드 차량에 탑재된다. 본 실시형태 1 에서, 발전기 구동 장치 (1) 를 탑재하는 하이브리드 차량은, 도 2 에 나타내는 유압 셔블 (100) 이다. 유압 셔블 (100) 은, 이대 (履帶) 의 회전 등에 의해 자주하는 자주부 (101a) 와, 버켓, 붐, 아암 등의 작업기나 운전실을 갖고, 자주부 (101a) 에 대해 소정의 방향을 지향하는 선회축의 둘레를 선회할 수 있는 선회부 (101b) 를 구비한다. 이와 같은 구성을 갖는 유압 셔블 (100) 에 탑재되는 발전기 구동 장치 (1) 는, 구동축이 엔진의 구동축에 연결된 발전기를 구비함과 함께, 선회부 (101b) 의 선회축과 일치하는 구동축을 갖는 선회용 모터를 구비한다.
이하, 발전기 구동 장치 (1) 의 상세한 구성을 설명한다. 발전기 구동 장치 (1) 는, 회전자가 4 극이고 고정자가 6 극인 3 상 여자 타입의 SR (Switched Reluctance) 모터 (2) 를 발전기로서 구비한다. SR 모터 (2) 의 구동축은, 엔진 (3) 의 구동축에 연결되어 있다. 또, 발전기 구동 장치 (1) 는, 선회용 모터로서 PM (Permanent Magnetic) 모터 (4) 를 구비한다. SR 모터 (2) 및 PM 모터 (4) 에는, 회전수를 검출하는 회전 센서가 각각 형성되어 있다 (도시 생략).
SR 모터 (2) 및 PM 모터 (4) 는, 전기 이중층 캐패시터로 이루어지는 대용량의 캐패시터 (5) (전원용 캐패시터) 로부터 전원을 공급받는다. 캐패시터 (5) 는, SR 모터 (2) 나 PM 모터 (4) 에 의해 발전한 전력을 축전하는 기능도 갖는다.
SR 모터 (2) 는, 발전기용 인버터인 SR 드라이버 (6) 에 접속되어 있다. SR 드라이버 (6) 는, 파형 성형이나 서지 흡수에 적합한 필름 콘덴서로 이루어지는 SR 콘덴서 (7) (SR 모터용 콘덴서) 에 병렬 접속되어 있다. SR 콘덴서 (7) 에는, 캐패시터 (5) 의 전압을 승압하여 출력하는 전압 변환기 (8) 가 병렬로 접속되어 있다.
도 3 은 , 전압 변환기 (8) 의 구성을 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 전압 변환기 (8) 는, 2 개의 전압형 인버터를 AC 결합한 가극성의 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터 (81) 를 이용하여 실현된다. AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터 (81) 는, 2 개의 전압형 인버터인 하측 인버터 (82) 및 상측 인버터 (83) 를 가짐과 함께, 하측 인버터 (82) 및 상측 인버터 (83) 의 교류측을 AC 결합하는 트랜스 (84) 를 갖는다.
하측 인버터 (82) 는, 통전 전환용 스위칭 소자로서, 상하 아암에 2 개씩 총 4 개의 IGBT (절연 게이트 바이폴러 트랜지스터) (821a, 821b, 821c, 821d) 가 브릿지 접속되어 이루어진다. IGBT (821a, 821b, 821c, 821d) 에는, 통전 전환시에 발생하는 환류 전류가 흐르는 다이오드 (822a, 822b, 822c, 822d) 가 각각 병렬로 접속되어 있다. 한편, 상측 인버터 (83) 는, 스위칭 소자로서 4 개의 IGBT (831a, 831b, 831c, 831d) 를 갖는다. IGBT (831a, 831b, 831c, 831d) 에는, 다이오드 (832a, 832b, 832c, 832d) 가 각각 병렬로 접속되어 있다.
하측 인버터 (82) 와 상측 인버터 (83) 는, 하측 인버터 (82) 의 정극 (正極) 직류 단자와 상측 인버터 (83) 의 부극 (負極) 직류 단자가 가극성으로 직렬 접속되어 있다. AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터 (81) 에 외부로부터 인가되는 전압은, 하측 인버터 (82) 와 상측 인버터 (83) 에 의해 분압된다.
하측 인버터 (82) 에는, 서지 흡수를 주된 목적으로 하는 콘덴서 (85) (서지 흡수용 콘덴서) 가 병렬 접속되어 있다. 이 콘덴서 (85) 의 용량은, 캐패시터 (5) 의 용량과 비교하여 현저히 작다. 상측 인버터 (83) 에도 하측 인버터 (82) 와 마찬가지로, 서지 흡수용의 소용량 콘덴서 (86) (소용량 서지 흡수용 콘덴서) 가 병렬로 접속되어 있다. 콘덴서 (85) 의 용량은 콘덴서 (86) 의 용량보다 큰 편이 바람직하다. 이것은, 전압 변환기 (8) 의 외측으로 나오는 배선에 접속되는 측의 콘덴서 (85) 에 발생하는 서지의 양이 콘덴서 (86) 에 발생하는 서지의 양보다 크기 때문이다. 또, 콘덴서 (86) 의 용량을 억제함으로써 콘덴서 (86) 의 용적을 필요 이상으로 크게 하지 않아도 되기 때문에, 스페이스 절약화를 도모할 수 있다는 이점도 갖고 있다.
하측 인버터 (82) 는, 트랜스 (84) 의 코일 (84a) 에 접속되는 한편, 상측 인버터 (83) 는, 트랜스 (84) 의 코일 (84b) 에 접속된다. 하측 인버터 (82) 및 상측 인버터 (83) 의 직류 전압의 정격 전압이 거의 동일한 경우에는, 코일 (84a) 과 코일 (84b) 의 권선비를 1 대 1 로 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 코일 (84a) 과 코일 (84b) 의 권선비를 1 대 1 로 하지만, 권선비는 적절히 변경할 수 있다.
트랜스 (84) 는, 일정한 누설 인덕턴스 (L 로 한다) 를 갖고 있다. 전압 변환기 (8) 에는, 누설 인덕턴스가 코일 (84a) 측으로 L/2, 코일 (84b) 측으로 L/2 가 되도록 등분할되어 있다. 트랜스 (84) 는, 누설 인덕턴스에 일시적으로 축적시킨 전력을 하측 인버터 (82) 나 상측 인버터 (83) 의 고속 스위칭 제어에 의해 캐패시터 (5) 등으로 전송한다. 일반적으로, 트랜스는 1 차 코일과 2 차 코일의 간극이 벌어지면 누설 인덕턴스가 증가되는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 트랜스를 형성할 때에는, 1 차 코일과 2 차 코일을 밀착시켜 형성하는 경우가 많다. 이에 대해, 본 실시형태에서는, 1 차 코일과 2 차 코일의 간극 즉, 코일 (84a) 과 코일 (84b) 의 간극을 조정함으로써, 원하는 누설 인덕턴스를 적극적으로 만들어 내고 있다. 또한, 트랜스 (84) 의 외부에 인덕턴스를 부가할 수도 있다.
이상의 구성을 갖는 전압 변환기 (8) 의 콘덴서 (85) 는, 캐패시터 (5) 에 병렬 접속되어 있고, 캐패시터 (5) 와 콘덴서 (85) 사이에는, 콘택터 (9) 가 직렬로 접속되어 있다. 콘택터 (9) 를 접속하면, 전압 변환기 (8) 는, 캐패시터 (5) 의 전압 (1 차측 전압) 을 승압시키고, 이 승압된 전압 (2 차측 전압) 을 SR 모터 (2) 나 PM 모터 (4) 에 공급한다.
전압 변환기 (8) 는, 2 차측에서 SR 모터 (2) 를 여자하는 여자 전원 (10) 에 직렬 접속되어 있다. 여기에서, 발전기 구동 장치 (1) 에 여자 전원 (10) 을 형성하는 이유를 설명한다. 일반적으로, SR 모터 (2) 는, 전기 에너지를 공급하면 큰 회생 에너지를 생성하는 특성을 갖고 있어, 내부의 회전자가 단순히 회전 구동된 것만으로는 발전기로서 동작하지 않는다. 이와 같은 특성을 갖는 SR 모터 (2) 를 발전기로서 동작시키기 위해서는, SR 모터 (2) 내의 코일을 미리 여자할 필요가 있다. 그런데, 엔진 (3) 의 시동시에, SR 콘덴서 (7) 의 전하는 제로이고, 엔진 (3) 의 시동시에 콘택터 (9) 를 온하여 캐패시터 (5) 에 의해 SR 모터 (2) 를 여자할 수는 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 엔진 (3) 의 시동시에 SR 모터 (2) 를 여자하기 위해 여자 전원 (10) 이 형성되어 있다.
전압 변환기 (8) 와 여자 전원 (10) 사이에는, 다이오드 (11) 및 릴레이 (12) 가 직렬로 접속되어 있다. 다이오드 (11) 는, SR 콘덴서 (7) 의 전압이 여자 전원 (10) 의 전압보다 커졌을 때, 여자 전원 (10) 을 차단한다. 또, 릴레이 (12) 는, 온·오프 동작에 의해 여자 전원 (10) 의 투입·차단을 제어한다.
PM 모터 (4) 는, PM 인버터 (13) 에 접속되어 있다. PM 인버터 (13) 는, 필름 콘덴서로 이루어지는 PM 콘덴서 (14) 에 병렬 접속되어 있다. PM 콘덴서 (14) 에는, 전압 변환기 (8) 가 병렬로 접속되어 있다.
SR 모터 (2) 와 SR 드라이버 (6) 사이에는, 전류 센서 (15) 가 직렬로 접속되어 있다. 또, PM 모터 (4) 와 PM 인버터 (13) 사이에는, 전류 센서 (16) 가 직렬로 접속되어 있다.
캐패시터 (5), SR 콘덴서 (7), PM 콘덴서 (14), 콘덴서 (85) 및 콘덴서 (86) 에는, 전압 센서인 전압계 (17, 18, 19, 87 및 88) 가 각각 병렬로 접속되어 있다. 캐패시터 (5) 에는, 절연 센서 (20) 가 접속되어 있다.
발전기 구동 장치 (1) 는, 제어 수단인 콘트롤러 (21) 를 구비한다. 콘트롤러 (21) 는, 유압 셔블 (100) 의 차체를 제어하는 차체 제어부 (22) 와, SR 드라이버 (6) 를 제어함으로써 SR 모터 (2) 의 토크, 회전수, 전압 중 어느 하나를 제어하는 SR 모터 제어부 (23) 와, PM 인버터 (13) 를 제어함으로써 PM 모터 (4) 의 속도를 제어하는 PM 모터 제어부 (24) 와, 전압 변환기 (8) 를 제어하는 전압 변환기 제어부 (25) 와, 콘택터 (9) 의 온·오프를 제어하는 콘택터 제어부 (26) 를 갖는다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 발전기 구동 장치의 제어 방법의 처리 개요를 나타내는 플로우 차트이고, 발전기 구동 장치 (1) 가 기동될 때의 과도 상태에서의 처리 개요를 나타내는 플로우 차트이다. 먼저, 발전기 구동 장치 (1) 는, SR 콘덴서 (7) 의 예비 충전 동작을 실시한다 (단계 S1).
도 5 는, SR 콘덴서 (7) 의 예비 충전 동작의 상세한 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 5 에 있어서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 전압 변환기 (8) 의 직류 출력 전압 (=SR 콘덴서 (7) 의 전압) V0 을 검출하고, 이 검출 결과를 소정의 임계값 Vth11 과 비교하는 처리를 계속하여 실시한다 (단계 S101). 임계값 Vth11 은, SR 모터 (2) 가 비교적 안정적으로 전압 제어 동작을 할 수 있는 최저 전압으로 한다. 비교 처리의 결과, 직류 출력 전압 V0 이 부등식 V0 Vth11 을 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t1 만큼 계속된 경우 (단계 S101, V0 Vth11 이 t1 계속) 에는, 단계 S105 로 진행된다. 계속 시간 t1 은, 노이즈 등의 전압 검출 오차나 제어의 과도 상태에 의한 영향을 받지 않는 값으로 설정된다. 이 점은, 이하에서 각종 조건의 판정 기준이 되는 시간에 대해서도 동일하다고 할 수 있다.
한편, 직류 출력 전압 V0 이 부등식 V0 ＜ Vth11 을 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t2 만큼 계속된 경우 (단계 S101, V0 ＜ Vth11 이 t2 계속) 에는, SR 콘덴서 (7) 의 전압이 낮기 때문에, 릴레이 (12) 의 동작에 의해 여자 전원 (10) 이 온되어 (단계 S102), SR 모터 (2) 를 여자하기 시작한다. 계속 시간 t2 는 t1 과 동일해도 된다.
단계 S101 의 처리를 개시한 후 소정 시간 T1 이 경과되어도 직류 출력 전압 V0 이 상기 서술한 2 개의 조건 (「V0 Vth11 이 t1 계속」, 「V0 ＜ Vth11 이 t2 계속」) 중 어느 것을 만족하지 않는 경우 (단계 S101, T1 경과 후에도 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 소정의 여자 전원 이상 (異常) 처리를 실시한다 (단계 S103). 여기에서의 타임 아웃 시간 T1 은 계속 시간 t1 의 100 배 정도의 값을 취하면 된다. 이 여자 전원 이상 처리에는, 여자 전원의 이상에 따른 발전기 구동 장치 (1) 를 초기화하는 처리, 에러 표시나 경고음 등에 의해 작업자에게 이상을 통지하는 처리도 포함된다. 또한, 이하에서 실시하는 각종 이상 처리에 대해서도, 이상 내용에 따른 처리와 이상의 통지 처리가 포함되는 것으로 한다.
발전기 구동 장치 (1) 가 여자 전원 (10) 을 온한 경우에 대하여 설명한다. 이 경우, 발전기 구동 장치 (1) 는, 전압 변환기 (8) 의 직류 출력 전압 V0 과 소정의 2 개의 임계값 Vth12, Vth13 (＞ Vth12) 을 비교한다 (단계 S104).
비교 결과, 직류 출력 전압 V0 이 부등식 Vth12 V0 Vth13 을 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t3 만큼 계속된 경우 (단계 S104, Vth12 V0 Vth13 이 t3 계속), 단계 S105 로 진행된다. 계속 시간 t3 은 t1 과 거의 동일하다. 이에 대하여, 단계 S104 의 처리를 개시한 후 소정 시간 T2 가 경과되어도 직류 출력 전압 V0 이 상기 서술한 조건 (Vth12 V0 Vth13 이 t3 계속) 을 만족하지 않는 경우 (단계 S104, T2 경과 후에도 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 여자 전원 이상 처리를 실시한다 (단계 S106). 여기에서의 타임 아웃 시간 T2 는, 계속 시간 t3 의 수십 배 정도이다.
또한, 단계 S104 에서 직류 출력 전압 V0 과 비교되는 임계값 중, 임계값 Vth12 는, SR 모터 (2) 가 확실히 발전할 수 있는 최저 전압이며, 일반적으로는 Vth11 보다 작다 (Vth11 ＞ Vth12). 또, 임계값 Vth13 은, 여자 전원 (10) 을 동작 중에 여자 전원 (10) 을 구성하는 소자가 파손되지 않는 최대 전압이다.
이어서, 콘트롤러 (21) 의 SR 모터 제어부 (23) 는, SR 드라이버 (6) 를 제어함으로써 SR 모터 (2) 의 발전 전압의 제어를 개시한다 (단계 S105). 이후, 이 제어를 「SR 모터 전압 제어」라고 한다.
도 6 은, SR 모터 제어부 (23) 에 의한 SR 모터 전압 제어의 개요를 나타내는 블록선도이다. SR 모터 제어부 (23) 는, 전압 지령값 (목표 전압) V0target 과, SR 모터 (2) 로부터 피드백한 직류 전압 검출값 V0 을 이용하여 PI 제어를 실시함으로써, SR 드라이버 (6) 에 대해 SR 모터 토크 지령을 출력한다. SR 드라이버 (6) 는 SR 모터 (2) 에 대해 구동 지령을 출력하고, 토크를 발생시킨다. 또한, 본 실시형태에서는, 코일 (84a) 과 코일 (84b) 의 권선비가 1 대 1 이기 때문에, 전압 지령값 V0target 은, 캐패시터 전압 Vcap 의 2 배 (2Vcap) 이다.
이와 같이, 전압 지령값 V0target 은, 코일 (84a) 과 코일 (84b) 의 권선비에 따라 결정된다.
SR 모터 (2) 는, SR 모터 제어부 (23) 로부터 SR 모터 토크 지령을 받은 SR 드라이버 (6) 의 제어하, 캐패시터 (5) 측에 전력을 공급하는 회생 (回生) 동작 또는 캐패시터 (5) 측으로부터 전력을 공급받는 역행 동작을 실시한다. 이 중, 역행 동작에서는 직류 출력 전압 V0 이 낮게 변화되는 한편, 회생 동작에서는 직류 출력 전압 V0 이 높게 변화된다. 또한, SR 모터 전압 제어를 실시하고 있는 동안에는, 직류 계통 라인에 SR 모터 (2) 이외의 부하가 존재하지 않는 것이 전제가 된다. 따라서, 발전기 구동 장치 (1) 에서는, SR 모터 전압 제어시, PM 모터 (4) 를 구동시키고 있지 않다.
SR 모터 전압 제어를 개시한 발전기 구동 장치 (1) 는, 직류 출력 전압 V0 을 검출하고, 이 검출 결과를 소정의 임계값 Vth11 과 비교한다 (단계 S107). 비교 결과, 직류 출력 전압 V0 이 부등식 V0 Vth11 을 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t4 만큼 계속된 경우 (단계 S107, V0 Vth11 이 t4 계속), SR 모터 (2) 에서는 안정된 발전 동작을 할 수 있게 된다. 따라서, 이 경우에는 여자 전원 (10) 을 오프 (단계 S108) 한 후, 전압 변환기 제어부 (25) 의 제어하, 전압 변환기 (8) 의 상측 인버터 (83) 만이 초핑 동작을 개시한다 (단계 S109). 상측 인버터 (83) 의 초핑 동작은, 보다 구체적으로는, IGBT (831a, 831d) 의 조와 IGBT (83lb, 831c) 의 조를 교대로 스위칭함으로써 실현된다. 이 결과, 전압 변환기 (8) 의 1 차측 전압, 즉, 콘덴서 (85) 의 전압 V1 은 V0/2 가 된다. 또한, 계속 시간 t4 는 t1 과 거의 동일하다.
단계 S107 에서 조건 (V0 Vth11 이 t4 계속) 을 만족하지 않는 경우 (단계 S107, 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 V0 과 Vth11 의 비교 처리를 계속하여 실시한다.
발전기 구동 장치 (1) 는, 상측 인버터 (83) 만을 초핑 동작시킨 상태에서, 캐패시터 (5) 의 전압 Vcap 과 콘덴서 (85) 의 전압 (전압 변환기 (8) 의 1 차측 전압) V1 의 차이의 절대값 │Vcap-V1│을 소정의 임계값 Vth14 와 비교한다 (단계 S110). 비교 결과, 차이의 절대값 │Vcap-V1│이 부등식 │Vcap-V1│ Vth14 를 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t5 만큼 계속된 경우 (단계 S110, │Vcap - V1│ Vth14 가 t5 계속), SR 모터 제어부 (23) 는 SR 모터 전압 제어를 정지시킨다 (단계 S111). 계속 시간 t5 는 t1 과 거의 동일하다. 단계 S110 에서 참조하는 임계값 Vth14 (＜ Vcap) 는, 이후에 콘택터 (9) 를 접속했을 때에 콘택터 (9) 가 용착되지 않을 정도의 값으로 설정된다. 그 후, 전압 변환기 제어부 (25) 는, 상측 인버터 (83) 의 초핑 동작을 정지시킨다 (단계S112).
단계 S110 에서 조건 │Vcap -V1│ Vth14 가 t5 계속) 을 만족하지 않는 경우 (단계 S110, 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 │Vcap -V1│과 Vth14 와의 비교 처리를 계속하여 실시한다.
발전기 구동 장치 (1) 는, SR 모터 전압 제어를 개시하고 난 후 소정 시간 T3 경과되어도 제어가 정지되지 않는 경우 (단계 S113, Yes), 여자 전원 이상 처리를 실시한다 (단계 S114). 여기에서의 타임 아웃 시간 T3 은, 계속 시간 t4 의 100 배 정도이며, T1 과 거의 동일하다. 또한, 발전기 구동 장치 (1) 가 SR 모터 전압 제어를 개시한 후 시간 T3 경과되지 않은 경우 (단계 S113, No) 에는, SR 모터 제어부 (23) 가 SR 모터 전압 제어를 속행한다.
전압 변환기 (8) 에서는, 콘덴서 (85) 의 용량이 콘덴서 (86) 의 용량보다 작아, 콘덴서 (85) 의 전압 V1 이 상승하기 어렵다. 이 때문에, AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터 (81) 의 동작에 의해 콘덴서 (85) 의 전압 V1 을 원하는 값까지 상승시킬 필요가 생긴다. 그런데, 상기 서술한 SR 콘덴서 예비 충전 처리는, 전압 변환기 (8) 의 1 차측 전압, 2 차측 전압이 모두 매우 낮아, 그들 전압의 검출값이 불안정한 상태에서 실시되는 경우도 있기 때문에, 2 개의 전압형 인버터를 동작시키면 제어 자체가 불안정하게 될 가능성이 있었다. 그래서, 본 실시형태에서는, 상측 인버터 (83) 만을 동작시킴으로써 제어를 단순화하여, 전압 변환기 (8) 의 1 차측 전압 및/또는 2 차측 전압의 검출값이 매우 낮은 경우에도 안정된 제어를 실시할 수 있도록 하였다.
다음으로, 도 4 에 나타내는 발전기 구동 장치 (1) 의 제어 방법 중, 단계 S1 의 SR 콘덴서 예비 충전 처리에 이어서 실시되는 콘택터 (9) 의 접속 동작 (단계 S2, 3) 에 대하여 설명한다. SR 모터 (2) 가 확실히 발전할 수 있는 최저 전압을 Vth01 (=Vth12) 로 할 때, 캐패시터 (5) 의 전압 Vcap 이 Vth01 보다 작으면 (단계 S2, Yes), 캐패시터 (5) 에는 거의 전하가 없는 것으로 간주할 수 있다. 한편, 캐패시터 (5) 의 전압 Vcap 이 Vth01 이상이면 (단계 S2, No), 캐패시터 (5) 에는 전하가 축적되어 있는 것으로 간주할 수 있다. 그래서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 캐패시터 (5) 가 축적하는 전하의 유무에 따른 콘택터 (9) 의 접속 동작을 실시한다.
먼저, 캐패시터 (5) 에 전하가 없는 경우의 콘택터 접속 동작 (단계 S3) 에 대하여, 도 7 에 나타내는 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 도 7 에 있어서, SR 모터 제어부 (23) 는, SR 모터 전압 제어를 개시한다 (단계 S301). 이 SR 모터 전압 제어에서는, 전압 지령값 V0target 을 캐패시터 (5) 의 충전 처리로 이행할 수 있는 전압의 2 배 이상의 값 (=Vth21 로 해 둠) 으로 한다.
또한, SR 모터 전압 제어의 구체적인 처리 내용은, SR 콘덴서 예비 충전 처리에서 설명한 SR 모터 전압 제어와 동일하다 (도 6 을 참조).
이어서, 전압 변환기 제어부 (25) 의 제어하, 상측 인버터 (83) 만이 초핑 동작을 개시하고 (단계 S302), IGBT (831a, 831d) 조와 IGBT (831b, 831c) 조를 교대로 스위칭한다. 발전기 구동 장치 (1) 는, 초핑 동작 중에, 직류 전류 검출 값 V0 과 소정의 임계값 Vth22 를 비교한다. 비교 결과, 직류 전압 검출값 V0 이 부등식 V0 Vth22 를 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t6 만큼 계속된 경우 (단계 S303, V0 Vth22 가 t6 계속), 콘택터 제어부 (26) 가 콘택터 (9) 를 온하는 제어 신호 (ON 신호) 를 출력하여 콘택터 (9) 를 온시킨다 (단계 S304). 여기에서, 임계값 Vth22 는, 제어 중인 전압 변동분을 예상하여 전압 지령값 Vth21 보다 낮게 설정된다 (Vth22 ＜ Vth21). 또한, 계속 시간 t6 은 t1 과 거의 동일하다.
이 후, 발전기 구동 장치 (1) 는, 이하의 3 개의 조건을 클리어하고 있는지의 여부를 판정한다 (단계 S305 ∼ S307).
제 1 조건으로서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 콘택터 (9) 의 온 상태가 실현되었는지의 여부를 소정의 검출 수단에 의해 확인한다 (단계 S305). 발전기 구동 장치 (1) 가 판정을 개시한 후 소정 시간 T4 경과되어도 콘택터 (9) 가 온 상태에 도달하지 않은 경우 (단계 S305, T4 경과되어도 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 콘택터 개방 이상 처리를 실시한다 (단계 S308). 여기에서의 타임 아웃 시간 T4 는, 계속 시간 t6 의 100 배 정도이다.
제 2 조건으로서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 콘택터 (9) 의 양단 전위차 ΔVcont 와 소정의 임계값 Vth23 을 비교하여, ΔVcont 가 부등식 ΔVcont Vth23 을 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t7 만큼 계속되었는지의 여부를 판정한다 (단계 S306). 여기에서, 임계값 Vth23 은, 전압 검출의 정밀도를 고려하여 명백히 전압이 상이하다고 판단되는 값이다. 또, 계속 시간 t7 은 t6 의 10 배 정도이다. 발전기 구동 장치 (1) 가 판정을 개시한 후 소정 시간 T5 만큼 경과되어도 ΔVcont 가 조건「ΔVcont Vth23 이 t7 계속」을 만족하지 않는 경우 (단계 S306, T5 경과되어도 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 콘택터 개방 이상 처리를 실시한다 (단계 S308). 여기에서의 타임 아웃 시간 T5 는 T4 와 거의 동일하다.
제 3 조건으로서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 캐패시터 전압 Vcap 과 캐패시터 (5) 의 충전 처리로 이행될 수 있는 전압 Vth24 를 비교하여, Vcap 이 부등식 Vcap Vth24 를 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t8 만큼 계속되었는지의 여부를 판정한다 (단계 S307). 임계값 Vth24 는, 캐패시터 (5) 의 충전 동작으로 이행될 수 있는 전압으로 설정되는 값이다. 따라서, SR 모터 전압 제어에서의 전압 지령값 Vth21 의 1/2 이하이다. 또한, 계속 시간 t8 은 t7 과 동일한 정도이다.
단계 S307 에서의 판정 결과, 전압 Vcap 이 조건 「Vcap Vth24 가 t8 만큼 계속」을 만족하지 않는 경우 (단계 S307, No), 발전기 구동 장치 (1) 는, 캐패시터 (5) 의 전압 Vcap 이 소정의 전압 Vth25 보다 작고 (Vcap ＜ Vth25), 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t9 만큼 계속되고 있는지의 여부를 판정한다 (단계S309). 여기에서의 임계값 Vth25 는, 전압 Vcap 이 거의 상승되지 않았다고 판단할 수 있는 값이다. 단계 S309 에서의 판정 결과, 전압 Vcap 이 부등식 Vcap ＜ Vth25 을 만족하는 상태가 시간 t9 만큼 계속된 경우 (단계 S309, Yes), 발전기 구동 장치 (1) 는 캐패시터 (5) 가 단락된 것으로 간주하고, 캐패시터 (5) 측의 단락 이상에 의한 예비 충전 타임 아웃 처리를 실시한다 (단계 S310). 한편, 전압 Vcap 이 조건 「Vcap ＜ Vth25 가 t9 계속」을 만족하지 않는 경우 (단계 S309, No), 단계 S307 로 되돌아온다. 계속 시간 t9 는 t8 의 수백 배 정도이다.
이상 설명한 제 1 ∼ 제 3 의 조건을 모두 클리어한 경우 (단계 S311, Yes), 발전기 구동 장치 (1) 는, SR 모터 제어부 (23) 의 제어하 SR 모터 전압 제어를 정지 (단계 S312) 시킨 후, 상측 인버터 (83) 의 동작을 종료하고 (단계 S313), 일련의 콘택터 접속 동작을 종료한다. 이에 대하여, 제 1 ∼ 제 3 의 조건 중에서 클리어되지 않은 조건이 있는 경우 (단계 S311, No), 발전기 구동 장치 (1) 는, 그 조건이 클리어 될 때까지 대기 상태가 된다.
발전기 구동 장치 (1) 는, 이상 설명한 콘택터 접속 동작 (캐패시터 전하 없음) 이 소정 시간 T6 경과되어도 완료되지 않는 경우 (단계 S314, Yes), 예비 충전 타임 아웃 처리를 실시한다 (단계 S315). 여기에서의 타임 아웃 시간 T6 은, 상기 서술한 타임 아웃 시간 T4 나 T5 의 수십 배의 시간이다. 또한, 발전기 구동 장치 (1) 가 SR 모터 전압 제어를 개시한 후 시간 T6 이 경과되지 않은 경우 (단계 S314, No), 발전기 구동 장치 (1) 는 콘택터 접속 동작을 속행한다.
이상 설명한 콘택터 접속 동작 (캐패시터 전하가 없는 경우) 에서는, SR 모터 (2) 와 전압 변환기 (8) 의 상측 인버터 (83) 만 동작시킨 상태에서 콘택터 (9) 를 접속하고 있기 때문에, 콘택터 접속시에 직류 출력 전압 V0 에 순간 전압 저하가 발생하지만, 콘택터 (9) 의 접속 후에 SR 모터 (2) 와 전압 변환기 (8) 의 동작을 개시하는 경우와 같이, SR 콘덴서 (7) 에 축적된 전하가 캐패시터 (5) 에 급격하게 흘러들어가, SR 모터 (2) 가 발전할 수 없는 전압까지 저하되는 일은 없다. 따라서, 전압이 거의 0(V) 인 캐패시터 (5) 에 대해서도, SR 모터 (2) 에 의한 충전 동작을 계속할 수 있게 된다.
다음으로, 캐패시터 (5) 에 전하가 있는 경우의 콘택터 접속 처리 (단계 S4) 에 대하여, 도 8 에 나타내는 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 이 경우에는, SR 콘덴서 예비 충전 처리 (단계 S1) 결과, 전압 변환기 (8) 의 1 차측 전압 V1 차이의 절대값 │Vcap-V1│ 이 안정적으로 소정의 임계값 Vth14 이하가 되어 있기 때문에, 발전기 구동 장치 (1) 는, 콘택터 제어부 (26) 의 제어하에 콘택터 (9) 를 접속한다 (단계 S401). 이 후, 발전기 구동 장치 (1) 는, 이하의 2 개의 조건을 클리어 하고 있는지의 여부를 판정한다 (단계 S402, S403).
제 1 조건으로서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 콘택터 (9) 의 온 상태가 실현되었는지의 여부를 소정의 검출 수단에 의해 확인한다 (단계 S402). 발전기 구동 장치 (1) 가 판정을 개시하고 난 후 소정 시간 T7 경과되어도 콘택터 (9) 가 온 상태에 도달하지 않은 경우 (단계 S305, T7 경과되어도 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 콘택터 개방 이상 처리를 실시한다 (단계 S405). 여기에서의 타임 아웃 시간 T7 은 상기 서술한 T4 와 동일하다.
제 2 조건으로서, 발전기 구동 장치 (1) 는, 콘택터 (9) 의 양단 전위차 ΔVcont 와 소정의 임계값 Vth31 을 비교하여, ΔVcont 가 부등식 ΔVcont Vth31 을 만족하고, 또한 이 부등식을 만족하는 상태가 소정 시간 t10 만큼 계속되었는지의 여부를 판정한다 (단계 S403). 여기에서, 임계값 Vth31 은, 전압 검출의 정밀도를 고려하여 명백히 전압이 상이하다고 판단할 수 있는 값이며, Vth23 과 동일하다. 발전기 구동 장치 (1) 가 판정을 개시한 후 소정 시간 T8 경과되어도 ΔVcont 가 조건「ΔVcont Vth31 이 t10 계속」을 만족하지 않는 경우 (단계 S403, T8 경과 후에도 조건 미달), 발전기 구동 장치 (1) 는 콘택터 개방 이상 처리를 실시한다 (단계 S405). 여기에서의 타임 아웃 시간 T8 은 T7 과 동일하다.
이상 설명한 제 1, 제 2 조건을 모두 클리어한 경우 (단계 S404, Yes), 발전기 구동 장치 (1) 는, 일련의 콘택터 접속 동작을 종료한다. 이에 대하여, 2 개의 조건 중 1 개라도 클리어되지 않는 조건이 있는 경우 (단계 S404, No), 발전기 구동 장치 (1) 는, 그 조건이 클리어될 때까지 대기 상태가 된다.
단계 S4 의 콘택터 접속 동작 (캐패시터 전하 있음) 후의 처리는, 캐패시터 (5) 의 전압 Vcap 에 따라 상이하다. 전압 Vcap 이 소정의 임계값 Vth02 보다 작은 경우 (단계 S5, Yes) 에는 후술하는 단계 S6 으로 진행되는 한편, 전압 Vcap 이 임계값 Vth02 이상인 경우 (단계 S5, No) 에는 후술하는 단계 S7 로 진행된다. 여기에서의 임계값 Vth02 는, 발전기 구동 장치 (1) 가 통상 동작될 수 있는 전압이다.
이하, 콘덴서 접속 처리 후의 제어에 대하여 설명한다. 먼저, 캐패시터 전하가 없는 경우의 콘택터 접속 처리 (단계 S3) 후, 발전기 구동 장치 (1) 는 캐패시터 예비 충전 동작을 실시한다 (단계 S6). 이 캐패시터 예비 충전 동작은, 종래부터 알려져 있는 방법을 적용할 수 있다 (예를 들어, 상기 특허 문헌 1 을 참조). 캐패시터 전하가 있는 경우의 콘택터 접속 처리 (단계 S4) 후, 전압 Vcap 이 부등식 Vcap ＜ Vth02 를 만족하는 경우 (단계 S5, Yes) 에도 캐패시터 예비 충전 동작 (단계 S6) 을 실시한다.
캐패시터 예비 충전 동작 후, 발전기 구동 장치 (1) 는, 전압 제어 정정 (靜定) 동작을 실시한다 (단계 S7). 여기에서 말하는 전압 제어 제정 (制定) 동작은, 캐패시터 (5) 의 예비 충전 동작으로부터 전압 변환기 (8) 의 정상 동작으로 이행될 때, 정상 동작시의 2 차측 전압 지령값 V0target 에 대해 전압 변환기 (8) 의 전압 제어 동작이 안정될 때까지의 대기 상태에 대응하고 있다.
캐패시터 전하가 있는 경우의 콘택터 접속 처리 (단계 S4) 후, 전압 Vcap 이 부등식 Vcap ＜ Vth02 를 만족하지 않는 경우 (단계 S5, No), 발전기 구동 장치 (1) 는 통상 동작 가능한 상태에 있기 때문에, 캐패시터 예비 충전 동작을 실시하지 않고 전압 제어 정정 동작 (단계S7) 으로 진행된다.
전압 제어 정정 동작 후, 발전기 구동 장치 (1) 는 전압 변환기 (8) 의 정상 동작으로 이행된다 (단계 S8). 이 때, 전압 변환기 (8) 에서는, 전압 변환기 제어부 (25) 의 제어하에 하측 인버터 (82) 와 상측 인버터 (83) 사이의 위상차 제어가 실시된다. 구체적으로는, 하측 인버터 (82) 의 스위칭 동작과 상측 인버터 (83) 스위칭 동작을 소정의 위상차에 상당하는 시간만큼 어긋나게 함으로써 코일 (84a, 84b) 에 흐르는 전류의 전류 패턴을 형성한다. 이와 같은 위상차 제어를 실시함으로써, 코일 (84a) 의 전압 패턴, 전류 패턴 및 코일 (84b) 의 전압 패턴, 전류 패턴을 고속이며 또한 용이하게 제어할 수 있다 (AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터를 사용한 정상 동작시의 제어의 상세한 내용에 대해서는, 예를 들어 국제공개 제07/060998호 팜플렛을 참조).
이상 설명한 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 콘택터가 오프인 상태에서 발전기를 동작시키면서, 승압 수단으로서의 전압 변환기를 구성하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터가 갖는 2 개의 전압형 인버터 중 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 전압형 인버터만을 초핑 동작시킴으로써, 전원용 캐패시터의 전압과 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어하고 있기 때문에 서지 흡수용 콘덴서의 전압이 낮은 경우에도 안정된 전압 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 전술한 제어를 실시한 후 콘택터를 온함으로써, 승압 수단을 형성한 경우에도 콘택터를 온했을 때의 돌입 전류의 발생을 확실히 회피할 수 있게 된다.
또, 본 실시형태에 의하면, 엔진 시동시에 SR 모터의 발전 전압을 이용하여 SR 콘덴서를 충전할 수 있기 때문에, 종래와 같이 엔진 시동시에 축전지로 SR 콘덴서를 충전하기 위한 서브 콘택터나 저항을 형성할 필요가 없다. 따라서, 발전기 구동 장치를 소형화할 수 있고, 하이브리드 차량 자체의 소형화도 실현할 수 있게 된다.
또, 본 실시형태에 의하면, SR 모터를 이용하여도 안정된 제어를 실현할 수 있게 되기 때문에, 동일한 사이즈의 그 밖의 종류의 모터 (예를 들어 PM 모터) 와 비교하여도 고효율, 고출력의 하이브리드 차량을 제공할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 상세히 서술하였지만, 본 발명은 상기 일 실시형태에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 플로우 차트 중에서, 단계 S2 에서의 비교 처리 결과, SR 콘덴서 예비 충전 동작 (단계 S1) 으로부터 캐패시터 전하가 없는 경우의 콘택터 접속 (단계 S3) 으로 진행되는 경우에는, SR 모터 전압 제어와 상측 인버터 동작을 종료하지 않고, 이들 처리를 계속하여 실시하도록 해도 된다.
또, 본 발명은 발전기로서 PM 모터 등의 그 밖의 전동 모터를 적용할 수도 있다.
또한, 본 발명은 유압 셔블 이외의 건설 기계에도 적용할 수 있는 것은 물론이고, 건설 기계 이외의 여러 가지 종류의 하이브리드 차량에도 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 여기에서는 기재하고 있지 않은 여러 가지 실시형태 등을 포함할 수 있는 것이며, 특허청구의 범위에 의해 특정되는 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 설계 변경 등을 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 구동축이 서로 연결된 엔진 및 모터를 구동 근원으로 하는 하이브리드 차량에 유용하고, 특히 유압 셔블 등의 하이브리드 건설 기계에 매우 적합하다.

Claims (6)

  1. 발전기와,
    구동축이 상기 발전기의 구동축에 연결된 엔진과,
    상기 발전기에 전력을 공급하는 한편, 상기 발전기가 발전한 전력을 축전하는 전원용 캐패시터와,
    상기 발전기에 접속된 발전기용 인버터와,
    직류 단자가 가극성으로 직렬 접속되는 2 개의 전압형 인버터 및 상기 2 개의 전압형 인버터의 교류 단자를 AC 결합하고, 소정의 누설 인덕턴스를 갖는 트랜스를 포함하고, 상기 2 개의 전압형 인버터의 일방이 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터의 캐패시터 전압을 승압한 직류 전압을 상기 인버터로 출력하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터와,
    상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터보다 작은 용량을 가지며, 적어도 서지 흡수를 실시하는 서지 흡수용 콘덴서와,
    상기 전원용 캐패시터와 상기 서지 흡수용 콘덴서 사이에 직렬 접속된 콘택터와,
    상기 콘택터가 오프인 상태에서 상기 발전기를 동작시키면서 상기 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 상기 전압형 인버터만을 초핑 동작시킴으로써, 상기 전원용 캐패시터의 전압과 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어한 후, 상기 콘택터를 온하는 제어를 실시하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 발전기 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 상기 전압형 인버터에 병렬 접속되는 한편, 상기 서지 흡수용 콘덴서에 직렬 접속되어, 상기 서지 흡수용 콘덴서보다 작은 용량을 가지며, 적어도 서지 흡수를 실시하는 소용량 서지 흡수용 콘덴서를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 발전기 구동 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발전기는 SR 모터로서,
    상기 발전기용 인버터를 통하여 상기 SR 모터에 접속되어, 상기 SR 모터를 여자하는 여자 전원과,
    상기 발전기용 인버터 및 상기 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터에 접속되어, 상기 SR 모터의 발전 전압을 충전하는 SR 모터용 콘덴서를 추가로 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 SR 모터용 콘덴서의 전압이, 상기 SR 모터의 발전 전압의 제어를 안정적으로 실시할 수 있는 전압으로 미리 결정되는 값에 도달하지 않은 경우, 상기 여자 전원을 온하는 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 발전기 구동 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압형 인버터는 복수의 스위칭 소자를 갖고,
    상기 제어 수단은,
    상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어 있지 않은 전압형 인버터만을 초핑 동작시킬 때, 당해 전압형 인버터가 갖는 복수의 스위칭 소자 중, 상기 트랜스를 통하여 각각 직렬로 접속된 2 개의 스위칭 소자의 조를 교대로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 발전기 구동 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발전기 구동 장치가 탑재되어, 상기 발전기 및 상기 엔진을 구동원으로 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  6. 발전기와, 구동축이 상기 발전기의 구동축에 연결된 엔진과, 상기 발전기에 전력을 공급하는 한편, 상기 발전기가 발전한 전력을 축전하는 전원용 캐패시터와, 상기 발전기에 접속된 발전기용 인버터와, 직류 단자가 가극성으로 직렬 접속되는 2 개의 전압형 인버터 및 상기 2 개의 전압형 인버터의 교류 단자를 AC 결합하고, 소정의 누설 인덕턴스를 갖는 트랜스를 포함하고, 상기 2 개의 전압형 인버터의 일방이 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터의 캐패시터 전압을 승압한 직류 전압을 상기 인버터로 출력하는 AC 결합 쌍방향 DC-DC 컨버터와, 상기 전원용 캐패시터에 병렬 접속되어, 상기 전원용 캐패시터보다 작은 용량을 가지며, 적어도 서지 흡수를 실시하는 서지 흡수용 콘덴서와, 상기 전원용 캐패시터와 상기 서지 흡수용 콘덴서 사이에 직렬 접속된 콘택터를 구비한 발전기 구동 장치의 제어 방법으로서,
    상기 콘택터가 오프인 상태에서 상기 발전기를 동작시키면서 상기 전원용 캐패시터와 병렬로 접속되어 있지 않은 상기 전압형 인버터만을 초핑 동작시킴으로써, 상기 전원용 캐패시터의 전압과 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압의 차이가 소정의 범위 내가 되도록 상기 서지 흡수용 콘덴서의 전압을 제어한 후, 상기 콘택터를 온하는 것을 특징으로 하는 발전기 구동 장치의 제어 방법.
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