トランス結合型昇圧器の制御装置および制御方法
【課題】トランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続させるようにする。
【解決手段】温度計測手段では、スイッチング素子のケース温度が計測される。温度差演算手段では、スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と温度で計測されたスイッチング素子の現在のケース温度との温度差が演算される。許容損失演算手段では、温度差演算手段で演算された温度差に基づいて、スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容されるスイッチング素子の許容損失が演算される。許容出力電力演算手段では、許容損失演算手段で演算された許容損失と、許容損失および入力電圧に対応するトランス結合型昇圧器の許容出力電力が演算される。許容位相差演算手段では、許容出力電力値に対応する許容位相差が演算される。制御手段では、許容位相差演算手段で演算された許容位相差を上限値として位相差を調整する制御が行われる。
【解決手段】温度計測手段では、スイッチング素子のケース温度が計測される。温度差演算手段では、スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と温度で計測されたスイッチング素子の現在のケース温度との温度差が演算される。許容損失演算手段では、温度差演算手段で演算された温度差に基づいて、スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容されるスイッチング素子の許容損失が演算される。許容出力電力演算手段では、許容損失演算手段で演算された許容損失と、許容損失および入力電圧に対応するトランス結合型昇圧器の許容出力電力が演算される。許容位相差演算手段では、許容出力電力値に対応する許容位相差が演算される。制御手段では、許容位相差演算手段で演算された許容位相差を上限値として位相差を調整する制御が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧側インバータと高圧側インバータとがトランスを介して結合され、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧して出力端子間に出力電圧として印加するトランス結合型昇圧器の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械の分野においても一般自動車と同様にハイブリッド車が開発されている。
【０００３】
この種のハイブリッド建設機械には、エンジンと発電電動機と蓄電装置と作業機を駆動させる作業機用電動機とが備えられている。また、ハイブリッド建設機械には、作業機用電動機とともに、あるいは作業機用電動機に変えて走行用電動機あるいは旋回用電動機が備えられている。ここで、蓄電装置は、充放電を自由に行うことができる蓄電池（二次電池）のことであり、例えば電気二重層キャパシタやニッケル水素バッテリ等によって構成されている。なお、以下では、蓄電装置として、キャパシタを代表させて説明する。蓄電装置としてのキャパシタは、発電電動機や作業機用電動機等が発電動作した場合に発電した電力を蓄積（充電）する。これを回生という。またキャパシタは、キャパシタに蓄積された電力を、ドライバを介して発電電動機に、または同電力を作業機用電動機等に供給（放電）する。これを力行という。
【０００４】
ハイブリッド建設機械における電力負荷、つまり作業機用電動機等は、一般自動車における電力負荷と異なり、エンジン軸出力に比して大きな電力を消費する。このためハイブリッド建設機械に搭載される蓄電装置としては、短時間に大電力を充放電することができるキャパシタが用いらることがある。
【０００５】
しかし、大電力を充放電できる大きな容量のキャパシタは、場席が嵩み、車載する上でハイブリッド建設機械の車体内のスペースを大きく占める。そこで、キャパシタを極力小型化するために、キャパシタの端子間電圧を例えば３００Ｖ程度にし、昇圧器によって例えば６００Ｖ程度に昇圧する構成をとることがある。
【０００６】
この昇圧器には、トランス結合型昇圧器と呼ばれるものがある。
【０００７】
トランス結合型昇圧器は、低圧側インバータと高圧側インバータとがトランスを介して結合され、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧して出力端子間に出力電圧として印加するものである。
【０００８】
トランス結合型昇圧器では、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備えている。スイッチング素子には、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。そして、コントローラが、低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することによりトランス結合型昇圧器の出力電力を制御している。
【０００９】
トランス結合型昇圧器に関する特許文献として下記特許文献１に掲げるものがある。
【００１０】
また、一般自動車に搭載されたインバータにおいて、スイッチング素子の耐圧の温度による変化に応じて、インバータに印加される電圧の上限値を設定し、印加電圧が上限値より高い場合には、インバータの動作を停止させるという発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１１４０８８
【特許文献２】特開２００８−１６７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
トランス結合型昇圧器に使用されるスイッチング素子は、半導体素子であり、電流が流れると内部損失（熱）が発生する。仮にスイッチング素子のジャンクション温度（接合部温度）が上限値（例えば１５０℃）を越えると、機能の劣化や故障の原因となり、最終的にはスイッチング素子の破壊に至る。
【００１３】
ここで、スイッチング素子のジャンクション温度を監視し、ジャンクション温度が上限値を超えた場合には、スイッチング素子を保護するためにトランス結合型昇圧器の動作を停止させるという手段をとることが考えられる。
【００１４】
しかし、トランス結合型昇圧器の動作を停止させることは、トランス結合型昇圧器が搭載された建設機械の作業効率の低下につながることになる。このためトランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続して建設機械の連続運転を行いたいとの要請がある。
【００１５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、トランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続させるようにすることを解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、前記スイッチング素子のケース温度を計測する温度計測手段と、前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測手段で計測された前記スイッチング素子の現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算手段と、前記温度差演算手段で演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算手段と、前記許容損失演算手段で演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力を演算する許容出力電力演算手段と、前記許容出力電力演算手段で演算された許容出力電力に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算手段とを備え、前記制御手段は、前記許容位相差演算手段で演算された許容位相差を上限値として位相差を調整すること
を特徴とする。
【００１７】
第２発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、前記スイッチング素子のケース温度を計測する温度計測手段と、前記スイッチング素子のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定する設定手段とを備え、前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された前記スイッチング素子のケース温度に対応する許容位相差を前記設定手段の設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整することを特徴とする。
【００１８】
第３発明は、第１発明において、前記許容出力電力演算手段で前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値の解が得られなかった場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする。
【００１９】
第４発明は、第２発明において、前記設定手段には、前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度が所定のしきい値以下の範囲で、許容位相差の各値が設定されており、前記温度計測手段で計測された現在のケース温度が前記所定のしきい値を超えている場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする。
【００２０】
第５発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測ステップと、
前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測ステップで計測された現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算ステップと、
前記温度差演算ステップで演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算ステップと、
前記許容損失演算ステップで演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値を演算する許容出力電力演算ステップと、
前記許容出力電力演算ステップで演算された許容出力電力値に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算ステップと、
前記許容位相差演算ステップで演算された許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とする。
【００２１】
第６発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測するとともに、現在のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定するステップと、
計測されたケース温度に対応する許容位相差を前記設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差以下の範囲で位相差が調整されてトランス結合型昇圧器の出力電力が制御されるため、スイッチング素子のジャンクション温度を上限値以下にするとともに、トランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続させることができる。
【００２３】
なお、特許文献２では、インバータの印加電圧が上限値を超えたらインバータの動作を停止させており、何ら本願発明を示唆するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施例のトランス結合型昇圧器の制御装置を備えたハイブリッド建設機械の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施例のトランス結合型昇圧器の構成を示した図である。
【図３】図３は、スイッチング制御の内容を示すタイムチャートであり、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、低圧側インバータを構成する各スイッチング素子に与えるスイッチング信号（オン／オフ）の時間変化を示し、図３（ａ）は、これらスイッチング信号によって生成される低圧側巻線の両端子間電圧の時間変化を示す図である。
【図４】図４は、図３（ａ）に対応する図で、力行状態の場合を示した図で、図４（ａ）は、高圧側巻線の両端子間電圧の時間変化を示し、図４（ｂ）は、低圧側巻線の両端子間電圧の時間変化を示した図である。
【図５】図５は、スイッチング素子およびその周囲の構成部分を示した断面図である。
【図６】図６は、第１実施例の制御手段であるコントローラの構成要素を示すブロック図である。
【図７】図７は、トランス結合型昇圧器の許容出力電力と、スイッチング素子の許容損失と、許容位相差と、トランス結合型昇圧器の入力電圧との関係をグラフとして示した図である。
【図８】図８は、許容損失と入力電圧の各値に対応して、許容出力電力の各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示した図である。
【図９】図９は、許容出力電力の各値に対応して、許容位相差の各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示した図である。
【図１０】図１０は、コントローラで行われる位相差を調整する制御を実現するためのフローチャートであり、第１実施例における処理手順を示した図である。
【図１１】図１１は、第２実施例の制御手段であるコントローラの構成要素を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、ケース温度の各値に対応して、許容位相差の各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示した図である。
【図１３】図１３は、コントローラで行われる位相差を調整する制御を実現するためのフローチャートであり、第２実施例における処理手順を示した図である。
【図１４】図１４は、図２とは異なる構成のトランス結合型昇圧器の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例のハイブリッド建設機械の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照してトランス結合型昇圧器の制御装置および制御方法の実施の形態について説明する。なお、以下では、実施例のトランス結合型昇圧器がハイブリッド方式の建設機械（本明細書では、ハイブリッド建設機械という）に搭載され、蓄電装置は、キャパシタであるとして説明する。
【００２６】
（第１実施例）
図１５は、実施例のハイブリッド建設機械１の外観を斜視図にて示したものである。ハイブリッド建設機械１は、例えば油圧ショベルである。ハイブリッド建設機械１は、下部走行体１ｂに対して上部旋回体１ａが旋回自在に設けられているとともに、作業機１ｃが動作自在に上部旋回体１ａに取り付けられてなるものである。下部走行体１ｂおよび作業機１ｃは、図示しない油圧モータ、油圧ポンプ、油圧シリンダが駆動されることによって動作する。上部旋回体１ａは、後述する上部旋回体用電動機が駆動されることによって旋回動作する。なお、本実施例では、上部旋回体１ａが電動機の駆動によって動作されることを想定して説明するが、もちろん下部走行体１ｂ、作業機１ｃが同様に電動機の駆動によって動作される構成のものにも適用することができる。
【００２７】
図１は、実施例のトランス結合型昇圧器の制御装置の全体装置構成を示す。図１に示されるトランス結合型昇圧器の制御装置は、図１５に示されるハイブリッド建設機械１の上部旋回体１ａに搭載される。
【００２８】
図１に示すように、ハイブリッド建設機械１には、エンジン１０と、発電電動機２０と、キャパシタ３０と、ドライバ４０と、トランス結合型昇圧器５０と、コントローラ８０が搭載されている。発電電動機２０はドライバ４０で駆動される。コントローラ８０はドライバ４０と発電電動機２０とトランス結合型昇圧器５０を制御する。
【００２９】
さらに、ハイブリッド建設機械１には、ハイブリッド建設機械１の上部旋回体１ａを力行・回生することができる上部旋回体用電動機２１が備えられている。
【００３０】
上部旋回体用電動機２１はドライバ４１で制御される。コントローラ８０はドライバ４１と上部旋回体用電動機２１を制御する。
【００３１】
発電電動機２０の駆動軸は、エンジン１０の出力軸に連結されている。発電電動機２０は、発電作用と電動作用を行う。キャパシタ３０は、エンジン１０の駆動に伴い発電電動機２０が発電作用を行うことにより電力を蓄積（充電）し、あるいは蓄積された電力を放電して発電電動機２０あるいは上部旋回体用電動機２１に電力を供給する。発電電動機２０が、キャパシタ３０から電力の供給を受ける場合は、発電電動機２０はエンジン１０の出力をアシスト（電動作用）する。ドライバ４０は、発電電動機２０を駆動する。ドライバ４０は、発電電動機２０を駆動するインバータで構成されている。トランス結合型昇圧器５０は、キャパシタ３０に電気信号線６１、６２を介して電気的に接続されている。トランス結合型昇圧器５０は、キャパシタ３０の端子間電圧である入力電圧Ｖ１を昇圧してドライバ４０に出力電圧Ｖ0として供給する。すなわち、トランス結合型昇圧器５０は、キャパシタ３０の充電電圧Ｖ１（入力電圧Ｖ１）を昇圧して信号線９１、９２間に昇圧された電圧Ｖ0（出力電圧Ｖ０）を印加する。トランス結合型昇圧器５０の出力電圧Ｖ0は、信号線９１、９２を介してト゛ライバ４０に供給される。
【００３２】
また、トランス結合型昇圧器５０の出力電圧Ｖ0は、信号線９３、９４を介してドライバ４１に供給され、上部旋回体用電動機２１に供給される。上部旋回体用電動機２１は、上部旋回体１ａを動作させる力行を行なう。また上部旋回体用電動機２１は、上部旋回体１ａの旋回動作が停止する際には回生により発電動作を行う。これにより発電電力がドライバ４１を経由し、信号線９３、９４からトランス結合型昇圧器５０を介してキャパシタ３０に充電される。
【００３３】
トランス結合型昇圧器５０は、後述するように、例えばＡＣリンク双方向ＤＣ-ＤＣコンバータで構成されている。
【００３４】
発電電動機２０の発電量は、コントローラ８０によって制御される。
【００３５】
発電電動機２０のトルクは、コントローラ８０によって制御される。コントローラ８０は、ドライバ４０に対して発電電動機２０を所定のトルクで駆動させるためのトルク指令を与える。ドライバ４０は、コントローラ８０から制御信号を受け、発電電動機２０を所定のトルクで駆動させるためのトルク指令を与える。
【００３６】
こうしてキャパシタ３０には、発電電動機２０が発電作用した場合に発電した電力が蓄積される。またキャパシタ３０は、キャパシタ３０に蓄積された電力を発電電動機２０あるいは上部旋回体用電動機２１に供給する。
【００３７】
図２は、実施例のトランス結合型昇圧器５０の構成を示したものである。
【００３８】
トランス結合型昇圧器５０は、低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂとがトランス５０Ｃを介して結合された構成となっている。
【００３９】
低圧側インバータ５０Ａと、高圧側インバータ５０Ｂは、低圧側インバータ５０Ａの正極と高圧側インバータ５０Ｂの負極とが加極性となるように電気的に直列接続されている。
【００４０】
低圧側インバータ５０Ａは、トランス５０Ｃの低圧側巻線５０ｄにブリッジ接続された４つのスイッチング素子５１、５２、５３、５４と、スイッチング素子５１、５２、５３、５４それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード１５１、１５２、１５３、１５４を含んで構成されている。スイッチング素子５１、５２、５３、５４は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。スイッチング素子５１、５２、５３、５４は、ゲートにオンのスイッチング信号が印加されることによりオンされ、電流が流れる。
【００４１】
キャパシタ３０のプラス端子３０ａは、信号線６１を介してスイッチング素子５１のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５１のエミッタはスイッチング素子５２のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５２のエミッタは、信号線６２を介してキャパシタ３０のマイナス端子３０ｂに電気的に接続されている。
【００４２】
同様に、キャパシタ３０のプラス端子３０ａは、信号線６１を介してスイッチング素子５３のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５３のエミッタはスイッチング素子５４のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５４のエミッタは、信号線６２を介してキャパシタ３０のマイナス端子３０ｂに電気的に接続されている。
【００４３】
キャパシタ３０と並列になるように、信号線６１、６２には、リプル電流吸収用のコンデンサ３２のプラス端子３２ａ、マイナス端子３２ｂがそれぞれ接続されている。
【００４４】
スイッチング素子５１のエミッタ（ダイオード１５１のアノード）およびスイッチング素子５２のコレクタ（ダイオード１５２のカソード）は、トランス５０Ｃの低圧側巻線５０ｄの一方の端子に接続されているとともに、スイッチング素子５３のエミッタ（ダイオード１５３のアノード）およびスイッチング素子５４のコレクタ（ダイオード１５４のカソード）は、トランス５０Ｃの低圧側巻線５０ｄの他方の端子に接続されている。
【００４５】
スイッチング素子５２のエミッタ（ダイオード１５２のアノード）およびスイッチング素子５４のエミッタ（ダイオード１５４のアノード）、つまり信号線６２、キャパシタ３０のマイナス端子３０ｂは、信号線９２を介してドライバ４０に電気的に接続されている。
【００４６】
高圧側インバータ５０Ｂは、トランス５０Ｃの高圧側巻線５０ｅにブリッジ接続された４つのスイッチング素子５５、５６、５７、５８と、スイッチング素子５５、５６、５７、５８それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード１５５、１５６、１５７、１５８を含んで構成されている。スイッチング素子５５、５６、５７、５８は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。スイッチング素子５５、５６、５７、５８は、ゲートにオンのスイッチング信号が印加されることによりオンされ、電流が流れる。
【００４７】
スイッチング素子５５、５７のコレクタは、信号線９１を介してドライバ４０に電気的に接続されている。スイッチング素子５５のエミッタはスイッチング素子５６のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５７のエミッタはスイッチング素子５８のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５６、５８のエミッタは、信号線６１、つまり低圧側インバータ５０Ａのスイッチング素子５１、５３のコレクタに電気的に接続されている。
【００４８】
低圧側インバータ５０Ａと同様に、スイッチング素子５５、５６およびスイッチング素子５７、５８それぞれに並列に、リプル電流吸収用コンデンサ３３が電気的に接続されている。
【００４９】
スイッチング素子５５のエミッタ（ダイオード１５５のアノード）およびスイッチング素子５６のコレクタ（ダイオード１５６のカソード）は、トランス５０Ｃの高圧側巻線５０ｅの一方の端子に電気的に接続されているとともに、スイッチング素子５７のエミッタ（ダイオード１５７のアノード）およびスイッチング素子５８のコレクタ（ダイオード１５８のカソード）は、トランス５０Ｃの高圧側巻線５０ｅの他方の端子に電気的に接続されている。
【００５０】
コントローラ８０は、各スイッチング素子５１〜５８に対してオン／オフのスイッチング信号を印加して、低圧側巻線５０ｄの両端子間の電圧ｖ１および高圧側巻線５０ｅの両端子間の電圧ｖ２がプラス極性になる電圧プラス極性期間とマイナス極性になる電圧マイナス極性期間が所定の周期Ｔsで交互に繰り返されるスイッチング制御を行なう。
【００５１】
以下、この制御内容について説明する。なお、以下の説明ではデッドタイムは考慮しないものとする。デッドタイムとは、短絡防止のために各スイッチング素子において、図３中、上下のスイッチング素子を両方オフとする期間である。
【００５２】
図３は、スイッチング制御の内容を示すタイムチャートである。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、低圧側インバータ５０Ａを構成する各スイッチング素子５１、５２、５３、５４に与えるスイッチング信号（オン／オフ）の時間変化を示し、図３（ａ）は、これらスイッチング信号によって生成される低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の時間変化を示す。
【００５３】
図３（ｂ）、（ｅ）に示すように、スイッチング素子５１、５４に対しては半周期毎にオン、オフを繰り返すスイッチング信号が与えられて、スイッチング素子５１、５４は半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オンされ、ついで半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オフされることを繰り返す。
【００５４】
また図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、スイッチング素子５２、５３に対しては、スイッチング素子５１、５４に加えられるスイッチング信号とはオン／オフを反転させたスイッチング信号が加えられる。これによりスイッチング素子５２、５３は、スイッチング素子５１、５４がオンとなる半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オフとなり、ついでスイッチング素子５１、５４がオフとなる半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オンとなることを繰り返す。
【００５５】
この結果、図３（ａ）に示すように、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１は、半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、プラス極性の電圧最大値＋Ｖ１となり、ついで半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、マイナス極性の電圧最大値−Ｖ１となることを繰り返す。
【００５６】
以上、図３では、低圧側インバータ５０Ａにおける動作について説明したが、高圧側インバータ５０Ｂにおける動作も同様にして行われる。
【００５７】
つぎに出力電圧Ｖ0、出力電力Ｐ0の制御について説明する。
【００５８】
図４は、図３（ａ）に対応する図で、力行状態の場合を示している。図４（ａ）は、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の時間変化を示し、図４（ｂ）は、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の時間変化を示している。
【００５９】
図４において、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の信号の位相と、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の信号の位相との間の位相差をＴ１とする。図４に示すように、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の信号の位相を、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の位相に対して、所定の位相差Ｔ１の期間進ませることで、力行状態が実現される。また、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の信号の位相を、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の位相に対して、所定の位相差Ｔ１の期間進ませることで、回生行状態が実現される。
【００６０】
力行状態のときの位相差Ｔ１の極性をプラスと定義し、回生状態のときの位相差Ｔ１の極性をマイナスと定義する。
【００６１】
図４において、位相差Ｔ１を、半周期Ｔに対する比率、
Ｄ＝Ｔ１／Ｔ
で規格化されたものを、以下、位相差Ｄと呼ぶことにする。
【００６２】
位相差Ｄの極性がプラスのときには力行状態となる。また、位相差Ｄの極性がマイナスのときには回生状態となる。また、位相差Ｄが０のときには無負荷状態となる。なお、以下では、位相差Ｄは、０以上の正の値として扱い、＋Ｄが力行状態であるとし、−Ｄが回生状態であるとして扱うものとする。
【００６３】
コントローラ８０は、位相差Ｄを調整することによりトランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0を制御する。
【００６４】
位相差Ｄと出力電力Ｐ0との間には、下記（１）式に示す関係が成立する。
【００６５】
Ｐ0＝（（π・Ｖ0・Ｖ1）／ωＬ））・（Ｄ−Ｄ^2） ...（１）
なお、Ｌは、トランス５０Ｃの漏れインダクタンスであり、ωは、トランス５０Ｃの角周波数であり、Ｄ^2は、Ｄの２乗を意味するものとする。
【００６６】
位相差Ｄは、０≦Ｄ≦０．５の範囲で変化する。よって、トランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0は、位相差Ｄが大きくなるに伴い増大する。
【００６７】
トランス結合型昇圧器５０に使用されるスイッチング素子５１〜５８は、ＩＧＢＴなどで構成される半導体素子であり、電流が流れると内部損失（熱）が発生する。すなわち、位相差Ｄの増加に応じて出力電力Ｐ0（ｋＷ）が増大し、出力電力Ｐ0の増加に応じてスイッチング素子５１〜５８の消費電力である損失ＰL（Ｗ）が増大する。
【００６８】
仮にスイッチング素子５１〜５８のジャンクション温度（接合部温度）Ｔj（℃）が上限値Ｔjmax（例えば１５０℃）を越えると、機能の劣化や故障の原因となり、最終的にはスイッチング素子５１〜５８の破壊に至る。本第１実施例では、スイッチング素子５１〜５８のジャンクション温度Ｔj（℃）が上限値Ｔjmax（例えば１５０℃）を越えないように、位相差Ｄを調整する制御が行われる。
【００６９】
図５は、スイッチング素子５１〜５８およびその周囲の構成部分を示している。
【００７０】
ＩＧＢＴを構成するスイッチング素子５１〜５８は、ケース２５０内に収容される。図５に示した、ケース２５０の内部に置かれたチップ２５１とは、ＩＧＢＴを構成するスイッチング素子５１〜５８などの電子部品の一つを表している。チップ２５１の温度がジャンクション温度Ｔjである。ケース２５０は、冷却水路２５４が形成された筐体２５２に設置される。ケース２５０には、ケース温度Ｔc（℃）を計測する温度計測手段２５３が設けられる。温度計測手段２５３は、例えば熱電対やサーミスタで構成される。
【００７１】
（第１実施例）
図６は、第１実施例の制御手段であるコントローラ８０の構成要素をブロック図にて示したものである。
【００７２】
図６に示すように、温度計測手段２５３で計測されたケース温度Ｔcを示す信号は、コントローラ８０に入力される。なお、必ずしも全てのスイッチング素子５１〜５８の近傍に温度計測手段２５３を設けるには及ばず、スイッチング素子５１〜５８のうち代表的なスイッチング素子の近傍に温度計測手段２５３を設けるようにしてもよい。また、温度計測手段２５３は、複数個を設けて平均値や最大値を演算しケース温度Ｔｃを示す信号として採用するようにしてもよい。
【００７３】
チップ２５１（ジャンクション温度Ｔj）とケース２５０（ケース温度Ｔc）との間の熱抵抗をＲj-cとすると、ジャンクション温度Ｔjとケース温度Ｔcと熱抵抗Ｒj-cとスイッチング素子５１〜５８の損失ＰLとの間には、下記（２）式で示される関係が成立する。
【００７４】
Ｔj＝Ｔc＋Ｒj-c×ＰL ...（２）
熱抵抗Ｒj-cは、既知の定数である。なお、ジャンクション温度Ｔｊは、ＩＧＢＴのモジュールのいずれかの場所の温度として取り扱っても良い。すなわち、スイッチング素子５１〜５８の接合部温度という定義ではなく、ＩＧＢＴの外面の任意の箇所の温度として定義（この場合、例えばチップ温度Ｔｊと呼ぶ）してもよい。つまり、温度Ｔｊとは、ＩＧＢＴのいずれかの場所の温度としてとらえて、半導体素子温度Ｔｊとして、その半導体素子温度Ｔｊが上限値Ｔjmax（例えば１５０℃）を越えないように、位相差Ｄを調整する制御が行われてもよい。
【００７５】
コントローラ８０の温度差演算手段１８１では、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(定数；例えば１５０℃)と、温度計測手段２５３で計測された、現在のケース温度Ｔcとの温度差ΔＴ（＝Ｔjmax−Ｔc）が演算される。上限値Ｔjmaxは、図６の記憶手段１８５に示される、メモリなどの記憶装置に予め記憶されている。
【００７６】
許容損失演算手段１８２では、温度差演算手段１８１で演算された温度差ΔＴに基づいて、ＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の許容損失ＰLmaxが演算される。ここで、許容損失ＰLmaxとは、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないために許容されるＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の損失ＰLのことである。ＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の損失ＰLが、許容損失ＰLmax以下の範囲で動作している限り、スイッチング素子５１〜５８のジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。
【００７７】
許容出力電力演算手段１８３では、許容損失演算手段１８２で演算された許容損失ＰLmaxと、トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１とに基づいて、当該許容損失ＰLmaxおよび当該入力電圧Ｖ１に対応するトランス結合型昇圧器５０の許容出力電力Ｐ0maxが演算される。ここで、許容出力電力Ｐ0maxとは、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないために許容されるトランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0のことである。トランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0が、許容出力電力Ｐ0max以下の範囲で動作している限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１は、電圧センサ２５４で検出される。電圧センサ２５４では、キャパシタ３０の両端子間電圧が入力電圧Ｖ１として検出され、検出された入力電圧Ｖ１がコントローラ８０に入力される。
【００７８】
許容位相差演算手段１８４では、許容出力電力演算手段１８３で演算された許容出力電力Ｐ0maxに対応する許容位相差Ｄmaxが演算される。ここで、許容位相差Ｄmaxとは、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないために許容される位相差Ｄのことである。位相差Ｄを、許容位相差Ｄmaxを上限値として調整する制御がなされている限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。
【００７９】
図７は、トランス結合型昇圧器５０の許容出力電力Ｐ0maxと、ＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の許容損失ＰLmaxと、許容位相差Ｄmaxと、トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１との関係をグラフとして示したものである。図６において、入力電圧Ｖ１は、各値Ｖａ...Ｖｂ...Ｖｃ（Ｖａ＜...Ｖｂ...＜Ｖｃ）をとり、各入力電圧Ｖａ...Ｖｂ...Ｖｃ毎の特性はそれぞれ、ＬＮａ...ＬＮｂ...ＬＮｃで示している。許容位相差Ｄmaxは、各特性ＬＮａ...ＬＮｂ...ＬＮｃ上においてそれぞれ、各値Ｄ0（＝０）...Ｄ１...Ｄ２...Ｄ３...Ｄ４（＝０．４）...ＤM（＝０．５）（Ｄ0＜...Ｄ１...＜Ｄ２...＜Ｄ３...＜Ｄ４...＜ＤM）をとる。
【００８０】
同図６に示すように、許容位相差Ｄmaxが固定値である場合には、入力電圧Ｖ１がＶａ...Ｖｂ...Ｖｃと順次大きくなるに伴い、許容損失ＰLmaxが小さくなるとともに、許容出力電力Ｐ0maxが大きくなる。また入力電圧Ｖ１が固定値である場合には、許容位相差ＤmaxがＤ0...Ｄ１...Ｄ２...Ｄ３...Ｄ４...ＤMと順次大きくなるに伴い、許容損失ＰLmaxが大きくなるとともに、許容出力電力Ｐ0maxが大きくなる。
【００８１】
よって、許容損失ＰLmaxと入力電圧Ｖ１が一義的に定まれば、許容出力電力Ｐ0maxが一義的に定まり、この一義的に定まった許容出力電力Ｐ0maxに対応して許容位相差Ｄmaxが一義的に定まる。
【００８２】
図８は、許容損失ＰLmaxの各値ＰL1、ＰL2...と入力電圧Ｖ１の各値に対応して、許容出力電力Ｐ0maxの各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示している。
【００８３】
図９は、許容出力電力Ｐ0maxの各値に対応して、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示している。
【００８４】
これら図８、図９に示すデータは、データテーブル形式でコントローラ８０の記憶手段１８５に記憶されている。
【００８５】
コントローラ８０の位相差調整部１８６では、許容位相差演算手段１８４で演算された許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御が行われる。
【００８６】
図１０は、コントローラ８０で行われる位相差Ｄを調整する制御を実現するためのフローチャートを示すものであり、第１実施例における処理手順を示している。
【００８７】
同図１０に示すように、まず、温度計測手段２５３で現在のケース温度Ｔcが計測される（ステップ１０１）。
【００８８】
計測されたケース温度Ｔcは、コントローラ８０に入力され、ケース温度Ｔcが、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)を超えているか否かが判断される（ステップ１０２）。この判断の結果、ケース温度Ｔcが、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)を超えている場合には（ステップ１０２の判断ｙ）、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ１０３）。
【００８９】
ケース温度Ｔcが、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)を超えていない場合には（ステップ１０２の判断ｎ）、温度差演算手段１８１で、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)と、現在のケース温度Ｔcとの温度差ΔＴ（＝Ｔjmax−Ｔc）が演算される。例えば、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmaxが１５０℃で、現在のケース温度Ｔcが１２０℃であるとすると、温度差ΔＴは、３０℃となる（ステップ１０４）。
【００９０】
次に許容損失演算手段１８２で、温度差演算手段１８１で演算された温度差ΔＴ（＝Ｔjmax−Ｔc）に基づいて、許容損失ＰLmaxが演算される。すなわち、上記（２）式（Ｔj＝Ｔc＋Ｒj-c×ＰL）を変形すると、
ＰL（ＰLmax）＝ΔＴ／Ｒj-c ...（３）
となることから、上記（３）式に、温度差ΔＴと既知の熱抵抗Ｒj-cを代入して、許容損失ＰLmaxが求められる。ここで既知の熱抵抗Ｒj-cは、記憶手段１８５に予め記憶されており、記憶手段１８５から読み出される。例えば、上述したごとく温度差ΔＴが３０℃となっており、熱抵抗Ｒj-cが０．１（℃／Ｗ）であるとすると、許容損失ＰLmaxは、３００Ｗとなる。図７のグラフにおいて、許容損失ＰLmaxが３００Ｗの値をとるラインを、破線ＬＭ１にて示す（ステップ１０５）。
【００９１】
次に、許容出力電力演算手段１８３で、許容損失演算手段１８２で演算された許容損失ＰLmaxと、トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１とに基づいて、当該許容損失ＰLmaxおよび当該入力電圧Ｖ１に対応するトランス結合型昇圧器５０の許容出力電力Ｐ0maxが演算される。例えば、上述したごとく許容損失ＰLmaxが３００Ｗであり、電圧センサ２５４で入力電圧Ｖ１を値Ｖaと検出した場合には、図７のグラフにおいて、許容損失ＰLmaxが３００Ｗの値をとるラインＬＭ１と、入力電圧Ｖ１がＶaの値をとる特性ＬＮａとの交点ＰＯに対応する許容出力電力Ｐ0maxの値、例えば２０ｋＷが解として得られる。なお、図７のグラフに示されるデータは、図８に示されるデータテーブル形式で記憶手段１８５に記憶されていることから、同図８に破線矢印にて示すように、許容損失ＰLmaxの演算値（＝３００Ｗ）と、電圧センサ２５４の検出入力電圧Ｖ１（＝Ｖa）に対応するデータを記憶手段１８５から読み出す処理を実行することで、許容出力電力Ｐ0maxの解（２０ｋＷ）を得ることができる（ステップ１０６、ステップ１０７の判断ｎ）。
【００９２】
しかし、許容出力電力Ｐ0maxの解が得られなかった場合には（ステップ１０７の判断ｙ）。トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ１０８）。
【００９３】
許容出力電力Ｐ0maxの解が得られた場合には（ステップ１０７の判断ｎ）、次に許容位相差演算手段１８４で、許容出力電力演算手段１８３で演算された許容出力電力Ｐ0maxに対応する許容位相差Ｄmaxが演算される。例えば、上述したごとく許容出力電力Ｐ0maxが２０ｋＷであるとすると、図７のグラフにおいて許容出力電力Ｐ0maxが２０ｋＷの値をとる交点ＰＯに対応する値Ｄ４（＝０．４）が許容位相差Ｄmaxとして得られる。なお、図７のグラフに示されるデータは、図９に示されるデータテーブル形式で記憶手段１８５に記憶されていることから、図９に破線矢印で示すごとく、許容出力電力Ｐ0maxの演算値（２０ｋＷ）に対応するデータを記憶手段１８５から読み出す処理を実行することで、許容位相差Ｄmax（Ｄ4＝０．４）を取得することができる（ステップ１０９）。
【００９４】
次に、位相差調整部１８６で、許容位相差演算手段１８４で演算された許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御が行われる（ステップ１１０）。
【００９５】
上述したごとく、許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御がなされている限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。これによりトランス結合型昇圧器５０の動作を停止させることなく動作を継続させることができる。すなわち、トランス結合型昇圧器が搭載された建設機械において、ジャンクション温度を監視し、ジャンクション温度が上限値を超えた場合に、スイッチング素子を保護するためにトランス結合型昇圧器の動作を停止させるという制御を行った場合に比較して、建設機械の作業効率の向上が図られる。ただし、許容出力電力Ｐ0maxの解を得てその解にしたがいトランス結合型昇圧器５０の動作を行ったとしても、実際の出力電力Ｐ0が許容出力電力Ｐ0maxを下回らないことがある。その場合には（ステップ１１１の判断ｎ）、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる。例えば、制御を開始してから一定時間を経過しても実際の出力電力Ｐ0が許容出力電力Ｐ0maxを下回らない場合に、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ１１２）。
【００９６】
（第２実施例）
計測されるケース温度Ｔcに、許容位相差Ｄmaxの各値を対応づけ、それらの関係を設定しておく実施も可能である。
【００９７】
図１１は、第２実施例の制御手段であるコントローラ８０の構成要素をブロック図にて示したものである。
【００９８】
図１１に示すように、第１実施例と同様に、温度計測手段２５３で計測されたケース温度Ｔcを示す信号は、コントローラ８０に入力される。
【００９９】
コントローラ８０には、演算部１８７と、設定手段１８８と、位相差調整部１８６とを含んで構成される。
【０１００】
設定手段１８８では、ケース温度Ｔcに対応して、許容位相差Ｄmaxの各値との関係が予め設定される。例えば、ケース温度Ｔcの各値それぞれに、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータをデータテーブル形式で記憶しておくようにする。ケース温度Ｔcと許容位相差Ｄmaxの対応関係は、入力電圧Ｖ１の大きさによって変動することから、電圧センサ２５４の検出入力電圧Ｖ１にて逐次、ケース温度Ｔcと許容位相差Ｄmaxの対応関係を示すデータを選択することができる。
【０１０１】
図１２は、ケース温度Ｔcの各値に対応して、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示している。図１２において、Ｔthは、ケース温度Ｔcの値から許容出力電力Ｐ0maxの解が得られる上限のしきい値である。また、電圧センサ２５４で検出された入力電圧Ｖ１の値に応じた、ケース温度Ｔcの各値に対応して、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータ（図１２のグラフ）がコントローラ８０の設定手段１８８に記憶されており、入力電圧１の値に応じたデータ（図１２のグラフ）が読み出される。ケース温度Ｔcがしきい値Ｔth以下の場合には、許容出力電力Ｐ0maxの解が得られ、対応する許容位相差Ｄmaxを求めることができるが、ケース温度Ｔcがしきい値Ｔthを超えている場合には、許容出力電力Ｐ0maxの解は得られず、対応する許容位相差Ｄmaxを求めることはできない。
【０１０２】
この場合、演算部１８７で、図１２のグラフ上に破線矢印で示すごとく、ケース温度Ｔc（例えば１２０℃）に対応する許容位相差Ｄmax（例えば０．４）のデータを読み出す処理を実行することで、許容位相差Ｄmaxが求められる。また、ケース温度Ｔcの各値を変数として許容位相差Ｄmaxの各値を関数値として演算する関数、つまり図１２の横軸を変数とし縦軸を関数値とする特性を有する関数を予め設定しておくようにしてもよい。この場合、演算部１８７で、ケース温度Ｔcの値に基づき関数式にしたがい許容位相差Ｄmaxを求める演算処理を実行することによって、許容位相差Ｄmaxが求められる。
【０１０３】
位相差調整部１８６は、第１実施例と同様に、求められた許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差を調整する制御を行う。
【０１０４】
図１３は、コントローラ８０で行われる位相差Ｄを調整する制御を実現するためのフローチャートを示すものであり、第２実施例における処理手順を示している。
【０１０５】
同図１３に示すように、まず、温度計測手段２５３で現在のケース温度Ｔcが計測される（ステップ２０１）。
【０１０６】
計測されたケース温度Ｔcは、コントローラ８０に入力され、ケース温度Ｔcが、しきい値Ｔthを超えているか否かが判断される（ステップ２０２）。この判断の結果、ケース温度Ｔcが、しきい値Ｔthを超えている場合には（ステップ２０２の判断ｙ）、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ２０３）。
【０１０７】
ケース温度Ｔcが、しきい値Ｔth超えていない場合には（ステップ２０２の判断ｎ）、演算部１８７で、設定手段１８８の設定内容に基づいて、図１２のグラフ上にに破線矢印で示すごとく、ケース温度Ｔcに対応する許容位相差Ｄmaxを求める演算処理が実行される（ステップ２０４）。
【０１０８】
次に、位相差調整部１８６で、演算部１８７で演算された許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御が行われる（ステップ２０５）。
【０１０９】
上述したごとく許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御がなされている限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。これによりトランス結合型昇圧器５０の動作を停止させることなく動作を継続させることができる。
【０１１０】
ところで、各実施例では、図２に示すごとく、低圧側インバータ５０Ａの正極端子と高圧側インバータ５０Ｂの負極端子とが加極性になるように両インバータ５０Ａ、５０Ｂが直列接続された構成のトランス結合型昇圧器５０を前提として説明した。かかる構成のトランス結合型昇圧器５０は、出力電圧Ｖ0を低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂとによって分圧することができるため、各インバータ５０Ａ、５０Ｂに使用される半導体スイッチング素子５１〜５８の電圧定格を小さくすることができるとともに、キャパシタ３０に流れる電流が低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂに分流されるため、各インバータ５０Ａ、５０Ｂに使用される半導体スイッチング素子５１〜５８の電流定格を小さくすることができるという利点がある。さらにいえば、低電流化によりトランス５０Ｃを小型化、軽量化することができ、トランス５０Ｃを製造するコストを低減させることができるという利点が得られる。
【０１１１】
しかし、かかる構成のトランス結合型昇圧器５０は、あくまで一例であり、他の任意の構成のトランス結合型昇圧器に各実施例を適用することができる。
【０１１２】
例えば図１４に示すように、低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂとがトランス５０Ｃを介してリンクされてはいるが、低圧側インバータ５０Ａの端子と高圧側インバータ５０Ｂの端子とが直列接続されていない構成のトランス結合型昇圧器５０に対しても、同様に各実施例を適用することができる。
【０１１３】
また、上述した各実施例では、トランス結合型昇圧器の制御装置がハイブリッド建設機械１に搭載されることを想定して説明した。
【０１１４】
しかし、トランス結合型昇圧器の制御装置の搭載対象は、任意であり、例えば一般自動車やバッテリ式フォークリフトなどに適用する実施も当然可能である。また、エンジンと電動機の二つの動力源を備えたハイブリッド建設機械１に限らず、エンジンを用いずに電動機の動力のみで上部旋回体１ａを旋回させるものや電動機の動力のみで下部走行体１ｂを駆動させるような電動式建設機械にも、本実施例のトランス結合型昇圧器の制御装置が適用可能である。なお、電動式建設機械は、油圧ショベルやホイールローダやブルドーザなどが相当する。
【符号の説明】
【０１１５】
１ ハイブリッド建設機械、３０ 蓄電装置（キャパシタ）、５０ トランス結合型昇圧器、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８ スイッチング素子、８０ コントローラ、２５３ 温度計測手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧側インバータと高圧側インバータとがトランスを介して結合され、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧して出力端子間に出力電圧として印加するトランス結合型昇圧器の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械の分野においても一般自動車と同様にハイブリッド車が開発されている。
【０００３】
この種のハイブリッド建設機械には、エンジンと発電電動機と蓄電装置と作業機を駆動させる作業機用電動機とが備えられている。また、ハイブリッド建設機械には、作業機用電動機とともに、あるいは作業機用電動機に変えて走行用電動機あるいは旋回用電動機が備えられている。ここで、蓄電装置は、充放電を自由に行うことができる蓄電池（二次電池）のことであり、例えば電気二重層キャパシタやニッケル水素バッテリ等によって構成されている。なお、以下では、蓄電装置として、キャパシタを代表させて説明する。蓄電装置としてのキャパシタは、発電電動機や作業機用電動機等が発電動作した場合に発電した電力を蓄積（充電）する。これを回生という。またキャパシタは、キャパシタに蓄積された電力を、ドライバを介して発電電動機に、または同電力を作業機用電動機等に供給（放電）する。これを力行という。
【０００４】
ハイブリッド建設機械における電力負荷、つまり作業機用電動機等は、一般自動車における電力負荷と異なり、エンジン軸出力に比して大きな電力を消費する。このためハイブリッド建設機械に搭載される蓄電装置としては、短時間に大電力を充放電することができるキャパシタが用いらることがある。
【０００５】
しかし、大電力を充放電できる大きな容量のキャパシタは、場席が嵩み、車載する上でハイブリッド建設機械の車体内のスペースを大きく占める。そこで、キャパシタを極力小型化するために、キャパシタの端子間電圧を例えば３００Ｖ程度にし、昇圧器によって例えば６００Ｖ程度に昇圧する構成をとることがある。
【０００６】
この昇圧器には、トランス結合型昇圧器と呼ばれるものがある。
【０００７】
トランス結合型昇圧器は、低圧側インバータと高圧側インバータとがトランスを介して結合され、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧して出力端子間に出力電圧として印加するものである。
【０００８】
トランス結合型昇圧器では、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備えている。スイッチング素子には、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。そして、コントローラが、低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することによりトランス結合型昇圧器の出力電力を制御している。
【０００９】
トランス結合型昇圧器に関する特許文献として下記特許文献１に掲げるものがある。
【００１０】
また、一般自動車に搭載されたインバータにおいて、スイッチング素子の耐圧の温度による変化に応じて、インバータに印加される電圧の上限値を設定し、印加電圧が上限値より高い場合には、インバータの動作を停止させるという発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１１４０８８
【特許文献２】特開２００８−１６７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
トランス結合型昇圧器に使用されるスイッチング素子は、半導体素子であり、電流が流れると内部損失（熱）が発生する。仮にスイッチング素子のジャンクション温度（接合部温度）が上限値（例えば１５０℃）を越えると、機能の劣化や故障の原因となり、最終的にはスイッチング素子の破壊に至る。
【００１３】
ここで、スイッチング素子のジャンクション温度を監視し、ジャンクション温度が上限値を超えた場合には、スイッチング素子を保護するためにトランス結合型昇圧器の動作を停止させるという手段をとることが考えられる。
【００１４】
しかし、トランス結合型昇圧器の動作を停止させることは、トランス結合型昇圧器が搭載された建設機械の作業効率の低下につながることになる。このためトランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続して建設機械の連続運転を行いたいとの要請がある。
【００１５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、トランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続させるようにすることを解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、前記スイッチング素子のケース温度を計測する温度計測手段と、前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測手段で計測された前記スイッチング素子の現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算手段と、前記温度差演算手段で演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算手段と、前記許容損失演算手段で演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力を演算する許容出力電力演算手段と、前記許容出力電力演算手段で演算された許容出力電力に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算手段とを備え、前記制御手段は、前記許容位相差演算手段で演算された許容位相差を上限値として位相差を調整すること
を特徴とする。
【００１７】
第２発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、前記スイッチング素子のケース温度を計測する温度計測手段と、前記スイッチング素子のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定する設定手段とを備え、前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された前記スイッチング素子のケース温度に対応する許容位相差を前記設定手段の設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整することを特徴とする。
【００１８】
第３発明は、第１発明において、前記許容出力電力演算手段で前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値の解が得られなかった場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする。
【００１９】
第４発明は、第２発明において、前記設定手段には、前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度が所定のしきい値以下の範囲で、許容位相差の各値が設定されており、前記温度計測手段で計測された現在のケース温度が前記所定のしきい値を超えている場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする。
【００２０】
第５発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測ステップと、
前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測ステップで計測された現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算ステップと、
前記温度差演算ステップで演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算ステップと、
前記許容損失演算ステップで演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値を演算する許容出力電力演算ステップと、
前記許容出力電力演算ステップで演算された許容出力電力値に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算ステップと、
前記許容位相差演算ステップで演算された許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とする。
【００２１】
第６発明は、トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測するとともに、現在のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定するステップと、
計測されたケース温度に対応する許容位相差を前記設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差以下の範囲で位相差が調整されてトランス結合型昇圧器の出力電力が制御されるため、スイッチング素子のジャンクション温度を上限値以下にするとともに、トランス結合型昇圧器の動作を停止させることなく動作を継続させることができる。
【００２３】
なお、特許文献２では、インバータの印加電圧が上限値を超えたらインバータの動作を停止させており、何ら本願発明を示唆するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施例のトランス結合型昇圧器の制御装置を備えたハイブリッド建設機械の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施例のトランス結合型昇圧器の構成を示した図である。
【図３】図３は、スイッチング制御の内容を示すタイムチャートであり、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、低圧側インバータを構成する各スイッチング素子に与えるスイッチング信号（オン／オフ）の時間変化を示し、図３（ａ）は、これらスイッチング信号によって生成される低圧側巻線の両端子間電圧の時間変化を示す図である。
【図４】図４は、図３（ａ）に対応する図で、力行状態の場合を示した図で、図４（ａ）は、高圧側巻線の両端子間電圧の時間変化を示し、図４（ｂ）は、低圧側巻線の両端子間電圧の時間変化を示した図である。
【図５】図５は、スイッチング素子およびその周囲の構成部分を示した断面図である。
【図６】図６は、第１実施例の制御手段であるコントローラの構成要素を示すブロック図である。
【図７】図７は、トランス結合型昇圧器の許容出力電力と、スイッチング素子の許容損失と、許容位相差と、トランス結合型昇圧器の入力電圧との関係をグラフとして示した図である。
【図８】図８は、許容損失と入力電圧の各値に対応して、許容出力電力の各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示した図である。
【図９】図９は、許容出力電力の各値に対応して、許容位相差の各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示した図である。
【図１０】図１０は、コントローラで行われる位相差を調整する制御を実現するためのフローチャートであり、第１実施例における処理手順を示した図である。
【図１１】図１１は、第２実施例の制御手段であるコントローラの構成要素を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、ケース温度の各値に対応して、許容位相差の各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示した図である。
【図１３】図１３は、コントローラで行われる位相差を調整する制御を実現するためのフローチャートであり、第２実施例における処理手順を示した図である。
【図１４】図１４は、図２とは異なる構成のトランス結合型昇圧器の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例のハイブリッド建設機械の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照してトランス結合型昇圧器の制御装置および制御方法の実施の形態について説明する。なお、以下では、実施例のトランス結合型昇圧器がハイブリッド方式の建設機械（本明細書では、ハイブリッド建設機械という）に搭載され、蓄電装置は、キャパシタであるとして説明する。
【００２６】
（第１実施例）
図１５は、実施例のハイブリッド建設機械１の外観を斜視図にて示したものである。ハイブリッド建設機械１は、例えば油圧ショベルである。ハイブリッド建設機械１は、下部走行体１ｂに対して上部旋回体１ａが旋回自在に設けられているとともに、作業機１ｃが動作自在に上部旋回体１ａに取り付けられてなるものである。下部走行体１ｂおよび作業機１ｃは、図示しない油圧モータ、油圧ポンプ、油圧シリンダが駆動されることによって動作する。上部旋回体１ａは、後述する上部旋回体用電動機が駆動されることによって旋回動作する。なお、本実施例では、上部旋回体１ａが電動機の駆動によって動作されることを想定して説明するが、もちろん下部走行体１ｂ、作業機１ｃが同様に電動機の駆動によって動作される構成のものにも適用することができる。
【００２７】
図１は、実施例のトランス結合型昇圧器の制御装置の全体装置構成を示す。図１に示されるトランス結合型昇圧器の制御装置は、図１５に示されるハイブリッド建設機械１の上部旋回体１ａに搭載される。
【００２８】
図１に示すように、ハイブリッド建設機械１には、エンジン１０と、発電電動機２０と、キャパシタ３０と、ドライバ４０と、トランス結合型昇圧器５０と、コントローラ８０が搭載されている。発電電動機２０はドライバ４０で駆動される。コントローラ８０はドライバ４０と発電電動機２０とトランス結合型昇圧器５０を制御する。
【００２９】
さらに、ハイブリッド建設機械１には、ハイブリッド建設機械１の上部旋回体１ａを力行・回生することができる上部旋回体用電動機２１が備えられている。
【００３０】
上部旋回体用電動機２１はドライバ４１で制御される。コントローラ８０はドライバ４１と上部旋回体用電動機２１を制御する。
【００３１】
発電電動機２０の駆動軸は、エンジン１０の出力軸に連結されている。発電電動機２０は、発電作用と電動作用を行う。キャパシタ３０は、エンジン１０の駆動に伴い発電電動機２０が発電作用を行うことにより電力を蓄積（充電）し、あるいは蓄積された電力を放電して発電電動機２０あるいは上部旋回体用電動機２１に電力を供給する。発電電動機２０が、キャパシタ３０から電力の供給を受ける場合は、発電電動機２０はエンジン１０の出力をアシスト（電動作用）する。ドライバ４０は、発電電動機２０を駆動する。ドライバ４０は、発電電動機２０を駆動するインバータで構成されている。トランス結合型昇圧器５０は、キャパシタ３０に電気信号線６１、６２を介して電気的に接続されている。トランス結合型昇圧器５０は、キャパシタ３０の端子間電圧である入力電圧Ｖ１を昇圧してドライバ４０に出力電圧Ｖ0として供給する。すなわち、トランス結合型昇圧器５０は、キャパシタ３０の充電電圧Ｖ１（入力電圧Ｖ１）を昇圧して信号線９１、９２間に昇圧された電圧Ｖ0（出力電圧Ｖ０）を印加する。トランス結合型昇圧器５０の出力電圧Ｖ0は、信号線９１、９２を介してト゛ライバ４０に供給される。
【００３２】
また、トランス結合型昇圧器５０の出力電圧Ｖ0は、信号線９３、９４を介してドライバ４１に供給され、上部旋回体用電動機２１に供給される。上部旋回体用電動機２１は、上部旋回体１ａを動作させる力行を行なう。また上部旋回体用電動機２１は、上部旋回体１ａの旋回動作が停止する際には回生により発電動作を行う。これにより発電電力がドライバ４１を経由し、信号線９３、９４からトランス結合型昇圧器５０を介してキャパシタ３０に充電される。
【００３３】
トランス結合型昇圧器５０は、後述するように、例えばＡＣリンク双方向ＤＣ-ＤＣコンバータで構成されている。
【００３４】
発電電動機２０の発電量は、コントローラ８０によって制御される。
【００３５】
発電電動機２０のトルクは、コントローラ８０によって制御される。コントローラ８０は、ドライバ４０に対して発電電動機２０を所定のトルクで駆動させるためのトルク指令を与える。ドライバ４０は、コントローラ８０から制御信号を受け、発電電動機２０を所定のトルクで駆動させるためのトルク指令を与える。
【００３６】
こうしてキャパシタ３０には、発電電動機２０が発電作用した場合に発電した電力が蓄積される。またキャパシタ３０は、キャパシタ３０に蓄積された電力を発電電動機２０あるいは上部旋回体用電動機２１に供給する。
【００３７】
図２は、実施例のトランス結合型昇圧器５０の構成を示したものである。
【００３８】
トランス結合型昇圧器５０は、低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂとがトランス５０Ｃを介して結合された構成となっている。
【００３９】
低圧側インバータ５０Ａと、高圧側インバータ５０Ｂは、低圧側インバータ５０Ａの正極と高圧側インバータ５０Ｂの負極とが加極性となるように電気的に直列接続されている。
【００４０】
低圧側インバータ５０Ａは、トランス５０Ｃの低圧側巻線５０ｄにブリッジ接続された４つのスイッチング素子５１、５２、５３、５４と、スイッチング素子５１、５２、５３、５４それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード１５１、１５２、１５３、１５４を含んで構成されている。スイッチング素子５１、５２、５３、５４は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。スイッチング素子５１、５２、５３、５４は、ゲートにオンのスイッチング信号が印加されることによりオンされ、電流が流れる。
【００４１】
キャパシタ３０のプラス端子３０ａは、信号線６１を介してスイッチング素子５１のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５１のエミッタはスイッチング素子５２のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５２のエミッタは、信号線６２を介してキャパシタ３０のマイナス端子３０ｂに電気的に接続されている。
【００４２】
同様に、キャパシタ３０のプラス端子３０ａは、信号線６１を介してスイッチング素子５３のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５３のエミッタはスイッチング素子５４のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５４のエミッタは、信号線６２を介してキャパシタ３０のマイナス端子３０ｂに電気的に接続されている。
【００４３】
キャパシタ３０と並列になるように、信号線６１、６２には、リプル電流吸収用のコンデンサ３２のプラス端子３２ａ、マイナス端子３２ｂがそれぞれ接続されている。
【００４４】
スイッチング素子５１のエミッタ（ダイオード１５１のアノード）およびスイッチング素子５２のコレクタ（ダイオード１５２のカソード）は、トランス５０Ｃの低圧側巻線５０ｄの一方の端子に接続されているとともに、スイッチング素子５３のエミッタ（ダイオード１５３のアノード）およびスイッチング素子５４のコレクタ（ダイオード１５４のカソード）は、トランス５０Ｃの低圧側巻線５０ｄの他方の端子に接続されている。
【００４５】
スイッチング素子５２のエミッタ（ダイオード１５２のアノード）およびスイッチング素子５４のエミッタ（ダイオード１５４のアノード）、つまり信号線６２、キャパシタ３０のマイナス端子３０ｂは、信号線９２を介してドライバ４０に電気的に接続されている。
【００４６】
高圧側インバータ５０Ｂは、トランス５０Ｃの高圧側巻線５０ｅにブリッジ接続された４つのスイッチング素子５５、５６、５７、５８と、スイッチング素子５５、５６、５７、５８それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード１５５、１５６、１５７、１５８を含んで構成されている。スイッチング素子５５、５６、５７、５８は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。スイッチング素子５５、５６、５７、５８は、ゲートにオンのスイッチング信号が印加されることによりオンされ、電流が流れる。
【００４７】
スイッチング素子５５、５７のコレクタは、信号線９１を介してドライバ４０に電気的に接続されている。スイッチング素子５５のエミッタはスイッチング素子５６のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５７のエミッタはスイッチング素子５８のコレクタに電気的に接続されている。スイッチング素子５６、５８のエミッタは、信号線６１、つまり低圧側インバータ５０Ａのスイッチング素子５１、５３のコレクタに電気的に接続されている。
【００４８】
低圧側インバータ５０Ａと同様に、スイッチング素子５５、５６およびスイッチング素子５７、５８それぞれに並列に、リプル電流吸収用コンデンサ３３が電気的に接続されている。
【００４９】
スイッチング素子５５のエミッタ（ダイオード１５５のアノード）およびスイッチング素子５６のコレクタ（ダイオード１５６のカソード）は、トランス５０Ｃの高圧側巻線５０ｅの一方の端子に電気的に接続されているとともに、スイッチング素子５７のエミッタ（ダイオード１５７のアノード）およびスイッチング素子５８のコレクタ（ダイオード１５８のカソード）は、トランス５０Ｃの高圧側巻線５０ｅの他方の端子に電気的に接続されている。
【００５０】
コントローラ８０は、各スイッチング素子５１〜５８に対してオン／オフのスイッチング信号を印加して、低圧側巻線５０ｄの両端子間の電圧ｖ１および高圧側巻線５０ｅの両端子間の電圧ｖ２がプラス極性になる電圧プラス極性期間とマイナス極性になる電圧マイナス極性期間が所定の周期Ｔsで交互に繰り返されるスイッチング制御を行なう。
【００５１】
以下、この制御内容について説明する。なお、以下の説明ではデッドタイムは考慮しないものとする。デッドタイムとは、短絡防止のために各スイッチング素子において、図３中、上下のスイッチング素子を両方オフとする期間である。
【００５２】
図３は、スイッチング制御の内容を示すタイムチャートである。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、低圧側インバータ５０Ａを構成する各スイッチング素子５１、５２、５３、５４に与えるスイッチング信号（オン／オフ）の時間変化を示し、図３（ａ）は、これらスイッチング信号によって生成される低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の時間変化を示す。
【００５３】
図３（ｂ）、（ｅ）に示すように、スイッチング素子５１、５４に対しては半周期毎にオン、オフを繰り返すスイッチング信号が与えられて、スイッチング素子５１、５４は半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オンされ、ついで半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オフされることを繰り返す。
【００５４】
また図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、スイッチング素子５２、５３に対しては、スイッチング素子５１、５４に加えられるスイッチング信号とはオン／オフを反転させたスイッチング信号が加えられる。これによりスイッチング素子５２、５３は、スイッチング素子５１、５４がオンとなる半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オフとなり、ついでスイッチング素子５１、５４がオフとなる半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、オンとなることを繰り返す。
【００５５】
この結果、図３（ａ）に示すように、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１は、半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、プラス極性の電圧最大値＋Ｖ１となり、ついで半周期Ｔ＝（１／２）×Ｔsの期間、マイナス極性の電圧最大値−Ｖ１となることを繰り返す。
【００５６】
以上、図３では、低圧側インバータ５０Ａにおける動作について説明したが、高圧側インバータ５０Ｂにおける動作も同様にして行われる。
【００５７】
つぎに出力電圧Ｖ0、出力電力Ｐ0の制御について説明する。
【００５８】
図４は、図３（ａ）に対応する図で、力行状態の場合を示している。図４（ａ）は、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の時間変化を示し、図４（ｂ）は、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の時間変化を示している。
【００５９】
図４において、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の信号の位相と、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の信号の位相との間の位相差をＴ１とする。図４に示すように、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の信号の位相を、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の位相に対して、所定の位相差Ｔ１の期間進ませることで、力行状態が実現される。また、高圧側巻線５０ｅの両端子間電圧ｖ２の信号の位相を、低圧側巻線５０ｄの両端子間電圧ｖ１の位相に対して、所定の位相差Ｔ１の期間進ませることで、回生行状態が実現される。
【００６０】
力行状態のときの位相差Ｔ１の極性をプラスと定義し、回生状態のときの位相差Ｔ１の極性をマイナスと定義する。
【００６１】
図４において、位相差Ｔ１を、半周期Ｔに対する比率、
Ｄ＝Ｔ１／Ｔ
で規格化されたものを、以下、位相差Ｄと呼ぶことにする。
【００６２】
位相差Ｄの極性がプラスのときには力行状態となる。また、位相差Ｄの極性がマイナスのときには回生状態となる。また、位相差Ｄが０のときには無負荷状態となる。なお、以下では、位相差Ｄは、０以上の正の値として扱い、＋Ｄが力行状態であるとし、−Ｄが回生状態であるとして扱うものとする。
【００６３】
コントローラ８０は、位相差Ｄを調整することによりトランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0を制御する。
【００６４】
位相差Ｄと出力電力Ｐ0との間には、下記（１）式に示す関係が成立する。
【００６５】
Ｐ0＝（（π・Ｖ0・Ｖ1）／ωＬ））・（Ｄ−Ｄ^2） ...（１）
なお、Ｌは、トランス５０Ｃの漏れインダクタンスであり、ωは、トランス５０Ｃの角周波数であり、Ｄ^2は、Ｄの２乗を意味するものとする。
【００６６】
位相差Ｄは、０≦Ｄ≦０．５の範囲で変化する。よって、トランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0は、位相差Ｄが大きくなるに伴い増大する。
【００６７】
トランス結合型昇圧器５０に使用されるスイッチング素子５１〜５８は、ＩＧＢＴなどで構成される半導体素子であり、電流が流れると内部損失（熱）が発生する。すなわち、位相差Ｄの増加に応じて出力電力Ｐ0（ｋＷ）が増大し、出力電力Ｐ0の増加に応じてスイッチング素子５１〜５８の消費電力である損失ＰL（Ｗ）が増大する。
【００６８】
仮にスイッチング素子５１〜５８のジャンクション温度（接合部温度）Ｔj（℃）が上限値Ｔjmax（例えば１５０℃）を越えると、機能の劣化や故障の原因となり、最終的にはスイッチング素子５１〜５８の破壊に至る。本第１実施例では、スイッチング素子５１〜５８のジャンクション温度Ｔj（℃）が上限値Ｔjmax（例えば１５０℃）を越えないように、位相差Ｄを調整する制御が行われる。
【００６９】
図５は、スイッチング素子５１〜５８およびその周囲の構成部分を示している。
【００７０】
ＩＧＢＴを構成するスイッチング素子５１〜５８は、ケース２５０内に収容される。図５に示した、ケース２５０の内部に置かれたチップ２５１とは、ＩＧＢＴを構成するスイッチング素子５１〜５８などの電子部品の一つを表している。チップ２５１の温度がジャンクション温度Ｔjである。ケース２５０は、冷却水路２５４が形成された筐体２５２に設置される。ケース２５０には、ケース温度Ｔc（℃）を計測する温度計測手段２５３が設けられる。温度計測手段２５３は、例えば熱電対やサーミスタで構成される。
【００７１】
（第１実施例）
図６は、第１実施例の制御手段であるコントローラ８０の構成要素をブロック図にて示したものである。
【００７２】
図６に示すように、温度計測手段２５３で計測されたケース温度Ｔcを示す信号は、コントローラ８０に入力される。なお、必ずしも全てのスイッチング素子５１〜５８の近傍に温度計測手段２５３を設けるには及ばず、スイッチング素子５１〜５８のうち代表的なスイッチング素子の近傍に温度計測手段２５３を設けるようにしてもよい。また、温度計測手段２５３は、複数個を設けて平均値や最大値を演算しケース温度Ｔｃを示す信号として採用するようにしてもよい。
【００７３】
チップ２５１（ジャンクション温度Ｔj）とケース２５０（ケース温度Ｔc）との間の熱抵抗をＲj-cとすると、ジャンクション温度Ｔjとケース温度Ｔcと熱抵抗Ｒj-cとスイッチング素子５１〜５８の損失ＰLとの間には、下記（２）式で示される関係が成立する。
【００７４】
Ｔj＝Ｔc＋Ｒj-c×ＰL ...（２）
熱抵抗Ｒj-cは、既知の定数である。なお、ジャンクション温度Ｔｊは、ＩＧＢＴのモジュールのいずれかの場所の温度として取り扱っても良い。すなわち、スイッチング素子５１〜５８の接合部温度という定義ではなく、ＩＧＢＴの外面の任意の箇所の温度として定義（この場合、例えばチップ温度Ｔｊと呼ぶ）してもよい。つまり、温度Ｔｊとは、ＩＧＢＴのいずれかの場所の温度としてとらえて、半導体素子温度Ｔｊとして、その半導体素子温度Ｔｊが上限値Ｔjmax（例えば１５０℃）を越えないように、位相差Ｄを調整する制御が行われてもよい。
【００７５】
コントローラ８０の温度差演算手段１８１では、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(定数；例えば１５０℃)と、温度計測手段２５３で計測された、現在のケース温度Ｔcとの温度差ΔＴ（＝Ｔjmax−Ｔc）が演算される。上限値Ｔjmaxは、図６の記憶手段１８５に示される、メモリなどの記憶装置に予め記憶されている。
【００７６】
許容損失演算手段１８２では、温度差演算手段１８１で演算された温度差ΔＴに基づいて、ＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の許容損失ＰLmaxが演算される。ここで、許容損失ＰLmaxとは、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないために許容されるＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の損失ＰLのことである。ＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の損失ＰLが、許容損失ＰLmax以下の範囲で動作している限り、スイッチング素子５１〜５８のジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。
【００７７】
許容出力電力演算手段１８３では、許容損失演算手段１８２で演算された許容損失ＰLmaxと、トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１とに基づいて、当該許容損失ＰLmaxおよび当該入力電圧Ｖ１に対応するトランス結合型昇圧器５０の許容出力電力Ｐ0maxが演算される。ここで、許容出力電力Ｐ0maxとは、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないために許容されるトランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0のことである。トランス結合型昇圧器５０の出力電力Ｐ0が、許容出力電力Ｐ0max以下の範囲で動作している限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１は、電圧センサ２５４で検出される。電圧センサ２５４では、キャパシタ３０の両端子間電圧が入力電圧Ｖ１として検出され、検出された入力電圧Ｖ１がコントローラ８０に入力される。
【００７８】
許容位相差演算手段１８４では、許容出力電力演算手段１８３で演算された許容出力電力Ｐ0maxに対応する許容位相差Ｄmaxが演算される。ここで、許容位相差Ｄmaxとは、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないために許容される位相差Ｄのことである。位相差Ｄを、許容位相差Ｄmaxを上限値として調整する制御がなされている限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。
【００７９】
図７は、トランス結合型昇圧器５０の許容出力電力Ｐ0maxと、ＩＧＢＴ(スイッチング素子５１〜５８)の許容損失ＰLmaxと、許容位相差Ｄmaxと、トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１との関係をグラフとして示したものである。図６において、入力電圧Ｖ１は、各値Ｖａ...Ｖｂ...Ｖｃ（Ｖａ＜...Ｖｂ...＜Ｖｃ）をとり、各入力電圧Ｖａ...Ｖｂ...Ｖｃ毎の特性はそれぞれ、ＬＮａ...ＬＮｂ...ＬＮｃで示している。許容位相差Ｄmaxは、各特性ＬＮａ...ＬＮｂ...ＬＮｃ上においてそれぞれ、各値Ｄ0（＝０）...Ｄ１...Ｄ２...Ｄ３...Ｄ４（＝０．４）...ＤM（＝０．５）（Ｄ0＜...Ｄ１...＜Ｄ２...＜Ｄ３...＜Ｄ４...＜ＤM）をとる。
【００８０】
同図６に示すように、許容位相差Ｄmaxが固定値である場合には、入力電圧Ｖ１がＶａ...Ｖｂ...Ｖｃと順次大きくなるに伴い、許容損失ＰLmaxが小さくなるとともに、許容出力電力Ｐ0maxが大きくなる。また入力電圧Ｖ１が固定値である場合には、許容位相差ＤmaxがＤ0...Ｄ１...Ｄ２...Ｄ３...Ｄ４...ＤMと順次大きくなるに伴い、許容損失ＰLmaxが大きくなるとともに、許容出力電力Ｐ0maxが大きくなる。
【００８１】
よって、許容損失ＰLmaxと入力電圧Ｖ１が一義的に定まれば、許容出力電力Ｐ0maxが一義的に定まり、この一義的に定まった許容出力電力Ｐ0maxに対応して許容位相差Ｄmaxが一義的に定まる。
【００８２】
図８は、許容損失ＰLmaxの各値ＰL1、ＰL2...と入力電圧Ｖ１の各値に対応して、許容出力電力Ｐ0maxの各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示している。
【００８３】
図９は、許容出力電力Ｐ0maxの各値に対応して、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示している。
【００８４】
これら図８、図９に示すデータは、データテーブル形式でコントローラ８０の記憶手段１８５に記憶されている。
【００８５】
コントローラ８０の位相差調整部１８６では、許容位相差演算手段１８４で演算された許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御が行われる。
【００８６】
図１０は、コントローラ８０で行われる位相差Ｄを調整する制御を実現するためのフローチャートを示すものであり、第１実施例における処理手順を示している。
【００８７】
同図１０に示すように、まず、温度計測手段２５３で現在のケース温度Ｔcが計測される（ステップ１０１）。
【００８８】
計測されたケース温度Ｔcは、コントローラ８０に入力され、ケース温度Ｔcが、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)を超えているか否かが判断される（ステップ１０２）。この判断の結果、ケース温度Ｔcが、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)を超えている場合には（ステップ１０２の判断ｙ）、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ１０３）。
【００８９】
ケース温度Ｔcが、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)を超えていない場合には（ステップ１０２の判断ｎ）、温度差演算手段１８１で、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmax(例えば１５０℃)と、現在のケース温度Ｔcとの温度差ΔＴ（＝Ｔjmax−Ｔc）が演算される。例えば、ジャンクション温度Ｔjの上限値Ｔjmaxが１５０℃で、現在のケース温度Ｔcが１２０℃であるとすると、温度差ΔＴは、３０℃となる（ステップ１０４）。
【００９０】
次に許容損失演算手段１８２で、温度差演算手段１８１で演算された温度差ΔＴ（＝Ｔjmax−Ｔc）に基づいて、許容損失ＰLmaxが演算される。すなわち、上記（２）式（Ｔj＝Ｔc＋Ｒj-c×ＰL）を変形すると、
ＰL（ＰLmax）＝ΔＴ／Ｒj-c ...（３）
となることから、上記（３）式に、温度差ΔＴと既知の熱抵抗Ｒj-cを代入して、許容損失ＰLmaxが求められる。ここで既知の熱抵抗Ｒj-cは、記憶手段１８５に予め記憶されており、記憶手段１８５から読み出される。例えば、上述したごとく温度差ΔＴが３０℃となっており、熱抵抗Ｒj-cが０．１（℃／Ｗ）であるとすると、許容損失ＰLmaxは、３００Ｗとなる。図７のグラフにおいて、許容損失ＰLmaxが３００Ｗの値をとるラインを、破線ＬＭ１にて示す（ステップ１０５）。
【００９１】
次に、許容出力電力演算手段１８３で、許容損失演算手段１８２で演算された許容損失ＰLmaxと、トランス結合型昇圧器５０の入力電圧Ｖ１とに基づいて、当該許容損失ＰLmaxおよび当該入力電圧Ｖ１に対応するトランス結合型昇圧器５０の許容出力電力Ｐ0maxが演算される。例えば、上述したごとく許容損失ＰLmaxが３００Ｗであり、電圧センサ２５４で入力電圧Ｖ１を値Ｖaと検出した場合には、図７のグラフにおいて、許容損失ＰLmaxが３００Ｗの値をとるラインＬＭ１と、入力電圧Ｖ１がＶaの値をとる特性ＬＮａとの交点ＰＯに対応する許容出力電力Ｐ0maxの値、例えば２０ｋＷが解として得られる。なお、図７のグラフに示されるデータは、図８に示されるデータテーブル形式で記憶手段１８５に記憶されていることから、同図８に破線矢印にて示すように、許容損失ＰLmaxの演算値（＝３００Ｗ）と、電圧センサ２５４の検出入力電圧Ｖ１（＝Ｖa）に対応するデータを記憶手段１８５から読み出す処理を実行することで、許容出力電力Ｐ0maxの解（２０ｋＷ）を得ることができる（ステップ１０６、ステップ１０７の判断ｎ）。
【００９２】
しかし、許容出力電力Ｐ0maxの解が得られなかった場合には（ステップ１０７の判断ｙ）。トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ１０８）。
【００９３】
許容出力電力Ｐ0maxの解が得られた場合には（ステップ１０７の判断ｎ）、次に許容位相差演算手段１８４で、許容出力電力演算手段１８３で演算された許容出力電力Ｐ0maxに対応する許容位相差Ｄmaxが演算される。例えば、上述したごとく許容出力電力Ｐ0maxが２０ｋＷであるとすると、図７のグラフにおいて許容出力電力Ｐ0maxが２０ｋＷの値をとる交点ＰＯに対応する値Ｄ４（＝０．４）が許容位相差Ｄmaxとして得られる。なお、図７のグラフに示されるデータは、図９に示されるデータテーブル形式で記憶手段１８５に記憶されていることから、図９に破線矢印で示すごとく、許容出力電力Ｐ0maxの演算値（２０ｋＷ）に対応するデータを記憶手段１８５から読み出す処理を実行することで、許容位相差Ｄmax（Ｄ4＝０．４）を取得することができる（ステップ１０９）。
【００９４】
次に、位相差調整部１８６で、許容位相差演算手段１８４で演算された許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御が行われる（ステップ１１０）。
【００９５】
上述したごとく、許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御がなされている限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。これによりトランス結合型昇圧器５０の動作を停止させることなく動作を継続させることができる。すなわち、トランス結合型昇圧器が搭載された建設機械において、ジャンクション温度を監視し、ジャンクション温度が上限値を超えた場合に、スイッチング素子を保護するためにトランス結合型昇圧器の動作を停止させるという制御を行った場合に比較して、建設機械の作業効率の向上が図られる。ただし、許容出力電力Ｐ0maxの解を得てその解にしたがいトランス結合型昇圧器５０の動作を行ったとしても、実際の出力電力Ｐ0が許容出力電力Ｐ0maxを下回らないことがある。その場合には（ステップ１１１の判断ｎ）、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる。例えば、制御を開始してから一定時間を経過しても実際の出力電力Ｐ0が許容出力電力Ｐ0maxを下回らない場合に、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ１１２）。
【００９６】
（第２実施例）
計測されるケース温度Ｔcに、許容位相差Ｄmaxの各値を対応づけ、それらの関係を設定しておく実施も可能である。
【００９７】
図１１は、第２実施例の制御手段であるコントローラ８０の構成要素をブロック図にて示したものである。
【００９８】
図１１に示すように、第１実施例と同様に、温度計測手段２５３で計測されたケース温度Ｔcを示す信号は、コントローラ８０に入力される。
【００９９】
コントローラ８０には、演算部１８７と、設定手段１８８と、位相差調整部１８６とを含んで構成される。
【０１００】
設定手段１８８では、ケース温度Ｔcに対応して、許容位相差Ｄmaxの各値との関係が予め設定される。例えば、ケース温度Ｔcの各値それぞれに、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータをデータテーブル形式で記憶しておくようにする。ケース温度Ｔcと許容位相差Ｄmaxの対応関係は、入力電圧Ｖ１の大きさによって変動することから、電圧センサ２５４の検出入力電圧Ｖ１にて逐次、ケース温度Ｔcと許容位相差Ｄmaxの対応関係を示すデータを選択することができる。
【０１０１】
図１２は、ケース温度Ｔcの各値に対応して、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータの内容を概念的に示している。図１２において、Ｔthは、ケース温度Ｔcの値から許容出力電力Ｐ0maxの解が得られる上限のしきい値である。また、電圧センサ２５４で検出された入力電圧Ｖ１の値に応じた、ケース温度Ｔcの各値に対応して、許容位相差Ｄmaxの各値が対応づけられたデータ（図１２のグラフ）がコントローラ８０の設定手段１８８に記憶されており、入力電圧１の値に応じたデータ（図１２のグラフ）が読み出される。ケース温度Ｔcがしきい値Ｔth以下の場合には、許容出力電力Ｐ0maxの解が得られ、対応する許容位相差Ｄmaxを求めることができるが、ケース温度Ｔcがしきい値Ｔthを超えている場合には、許容出力電力Ｐ0maxの解は得られず、対応する許容位相差Ｄmaxを求めることはできない。
【０１０２】
この場合、演算部１８７で、図１２のグラフ上に破線矢印で示すごとく、ケース温度Ｔc（例えば１２０℃）に対応する許容位相差Ｄmax（例えば０．４）のデータを読み出す処理を実行することで、許容位相差Ｄmaxが求められる。また、ケース温度Ｔcの各値を変数として許容位相差Ｄmaxの各値を関数値として演算する関数、つまり図１２の横軸を変数とし縦軸を関数値とする特性を有する関数を予め設定しておくようにしてもよい。この場合、演算部１８７で、ケース温度Ｔcの値に基づき関数式にしたがい許容位相差Ｄmaxを求める演算処理を実行することによって、許容位相差Ｄmaxが求められる。
【０１０３】
位相差調整部１８６は、第１実施例と同様に、求められた許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差を調整する制御を行う。
【０１０４】
図１３は、コントローラ８０で行われる位相差Ｄを調整する制御を実現するためのフローチャートを示すものであり、第２実施例における処理手順を示している。
【０１０５】
同図１３に示すように、まず、温度計測手段２５３で現在のケース温度Ｔcが計測される（ステップ２０１）。
【０１０６】
計測されたケース温度Ｔcは、コントローラ８０に入力され、ケース温度Ｔcが、しきい値Ｔthを超えているか否かが判断される（ステップ２０２）。この判断の結果、ケース温度Ｔcが、しきい値Ｔthを超えている場合には（ステップ２０２の判断ｙ）、トランス結合型昇圧器５０の動作を停止させる（ステップ２０３）。
【０１０７】
ケース温度Ｔcが、しきい値Ｔth超えていない場合には（ステップ２０２の判断ｎ）、演算部１８７で、設定手段１８８の設定内容に基づいて、図１２のグラフ上にに破線矢印で示すごとく、ケース温度Ｔcに対応する許容位相差Ｄmaxを求める演算処理が実行される（ステップ２０４）。
【０１０８】
次に、位相差調整部１８６で、演算部１８７で演算された許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御が行われる（ステップ２０５）。
【０１０９】
上述したごとく許容位相差Ｄmaxを上限値として位相差Ｄを調整する制御がなされている限り、ジャンクション温度Ｔjが上限値Ｔjmaxを超えないことが担保される。これによりトランス結合型昇圧器５０の動作を停止させることなく動作を継続させることができる。
【０１１０】
ところで、各実施例では、図２に示すごとく、低圧側インバータ５０Ａの正極端子と高圧側インバータ５０Ｂの負極端子とが加極性になるように両インバータ５０Ａ、５０Ｂが直列接続された構成のトランス結合型昇圧器５０を前提として説明した。かかる構成のトランス結合型昇圧器５０は、出力電圧Ｖ0を低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂとによって分圧することができるため、各インバータ５０Ａ、５０Ｂに使用される半導体スイッチング素子５１〜５８の電圧定格を小さくすることができるとともに、キャパシタ３０に流れる電流が低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂに分流されるため、各インバータ５０Ａ、５０Ｂに使用される半導体スイッチング素子５１〜５８の電流定格を小さくすることができるという利点がある。さらにいえば、低電流化によりトランス５０Ｃを小型化、軽量化することができ、トランス５０Ｃを製造するコストを低減させることができるという利点が得られる。
【０１１１】
しかし、かかる構成のトランス結合型昇圧器５０は、あくまで一例であり、他の任意の構成のトランス結合型昇圧器に各実施例を適用することができる。
【０１１２】
例えば図１４に示すように、低圧側インバータ５０Ａと高圧側インバータ５０Ｂとがトランス５０Ｃを介してリンクされてはいるが、低圧側インバータ５０Ａの端子と高圧側インバータ５０Ｂの端子とが直列接続されていない構成のトランス結合型昇圧器５０に対しても、同様に各実施例を適用することができる。
【０１１３】
また、上述した各実施例では、トランス結合型昇圧器の制御装置がハイブリッド建設機械１に搭載されることを想定して説明した。
【０１１４】
しかし、トランス結合型昇圧器の制御装置の搭載対象は、任意であり、例えば一般自動車やバッテリ式フォークリフトなどに適用する実施も当然可能である。また、エンジンと電動機の二つの動力源を備えたハイブリッド建設機械１に限らず、エンジンを用いずに電動機の動力のみで上部旋回体１ａを旋回させるものや電動機の動力のみで下部走行体１ｂを駆動させるような電動式建設機械にも、本実施例のトランス結合型昇圧器の制御装置が適用可能である。なお、電動式建設機械は、油圧ショベルやホイールローダやブルドーザなどが相当する。
【符号の説明】
【０１１５】
１ ハイブリッド建設機械、３０ 蓄電装置（キャパシタ）、５０ トランス結合型昇圧器、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８ スイッチング素子、８０ コントローラ、２５３ 温度計測手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測手段と、
前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測手段で計測された現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算手段と、
前記温度差演算手段で演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算手段と、
前記許容損失演算手段で演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値を演算する許容出力電力演算手段と、
前記許容出力電力演算手段で演算された許容出力電力値に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算手段とを備え、
前記制御手段は、前記許容位相差演算手段で演算された許容位相差を上限値として位相差を調整することを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項２】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測手段と、
現在のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定する設定手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測されたケース温度に対応する許容位相差を前記設定手段の設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整することを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項３】
前記許容出力電力演算手段で前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値の解が得られなかった場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載のトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項４】
前記設定手段には、前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度が所定のしきい値以下の範囲で、前記位相差の各値が設定されており、前記温度計測手段で計測された現在のケース温度が前記所定のしきい値を超えている場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする請求項２記載のトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項５】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測ステップと、
前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測ステップで計測された現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算ステップと、
前記温度差演算ステップで演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算ステップと、
前記許容損失演算ステップで演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値を演算する許容出力電力演算ステップと、
前記許容出力電力演算ステップで演算された許容出力電力値に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算ステップと、
前記許容位相差演算ステップで演算された許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御方法。
【請求項６】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測するとともに、現在のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定するステップと、
計測されたケース温度に対応する許容位相差を前記設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御方法。
【請求項１】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測手段と、
前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測手段で計測された現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算手段と、
前記温度差演算手段で演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算手段と、
前記許容損失演算手段で演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値を演算する許容出力電力演算手段と、
前記許容出力電力演算手段で演算された許容出力電力値に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算手段とを備え、
前記制御手段は、前記許容位相差演算手段で演算された許容位相差を上限値として位相差を調整することを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項２】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器と、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御する制御手段とを備えたトランス結合型昇圧器の制御装置において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測手段と、
現在のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定する設定手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測されたケース温度に対応する許容位相差を前記設定手段の設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整することを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項３】
前記許容出力電力演算手段で前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値の解が得られなかった場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載のトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項４】
前記設定手段には、前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度が所定のしきい値以下の範囲で、前記位相差の各値が設定されており、前記温度計測手段で計測された現在のケース温度が前記所定のしきい値を超えている場合には、前記トランス結合型昇圧器の動作を停止させることを特徴とする請求項２記載のトランス結合型昇圧器の制御装置。
【請求項５】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測する温度計測ステップと、
前記スイッチング素子のジャンクション温度の上限値と前記温度計測ステップで計測された現在のケース温度との温度差を演算する温度差演算ステップと、
前記温度差演算ステップで演算された温度差に基づいて、前記スイッチング素子のジャンクション温度が前記上限値を超えないために許容される前記スイッチング素子の許容損失を演算する許容損失演算ステップと、
前記許容損失演算ステップで演算された許容損失と、前記トランス結合型昇圧器の入力電圧とに基づいて、当該許容損失および当該入力電圧に対応する前記トランス結合型昇圧器の許容出力電力値を演算する許容出力電力演算ステップと、
前記許容出力電力演算ステップで演算された許容出力電力値に対応する許容位相差を演算する許容位相差演算ステップと、
前記許容位相差演算ステップで演算された許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御方法。
【請求項６】
トランスの低圧側巻線の両端子に接続されたスイッチング素子を含んで構成された低圧側インバータと、前記トランスの高圧側巻線に接続されたスイッチング素子を含んで構成された高圧側インバータとを備え、蓄電装置の入力端子間の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子間に印加するトランス結合型昇圧器の制御方法であって、前記低圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相と、前記高圧側巻線の両端子間電圧の信号の位相との間の位相差を調整することにより前記トランス結合型昇圧器の出力電力を制御するトランス結合型昇圧器の制御方法において、
前記スイッチング素子を収容したケースのケース温度を計測するとともに、現在のケース温度の各値に対応して、前記スイッチング素子のジャンクション温度が上限値を超えないために許容される許容位相差の各値との関係を予め設定するステップと、
計測されたケース温度に対応する許容位相差を前記設定内容から求め、求められた許容位相差を上限値として位相差を調整するステップと
を含むことを特徴とするトランス結合型昇圧器の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１８２９３６（Ｐ２０１２−１８２９３６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５２１７（Ｐ２０１１−４５２１７）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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