JP2005086947A - Control unit of electric motor - Google Patents

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Osamu Igarashi
修 五十嵐
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control unit of an electric motor that can easily be restarted from an idling state, even if a position detection circuit that is limited in detection range is used. <P>SOLUTION: It is determined from the state of an engine whether a position detection condition of a rotor is satisfied (step S5), and when it is determined that the condition is satisfied, the position prediction of the rotor, based on a counter electromotive force, is conducted (step S7, 8). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は電動機の制御装置に関し、特に、外力によって電動機の回転子が空転される同期電動機において、その空転状態からの駆動を行う制御を行う同期電動機、例えば、同期電動機でアシスト力を付与する電動機付ターボチャージャの電動機、の制御に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a synchronous motor that performs control to drive from the idling state in a synchronous motor in which a rotor of an electric motor is idled by an external force, for example, an electric motor that applies assist force by a synchronous motor. It relates to the control of a turbocharger motor.

印加する交流電流の周波数に同期して回転する同期電動機が知られている。このような同期電動機においては、インバータにより交流電流の周波数を変えることで電動機の回転数を制御する。そして、インバータにおける電流の位相切替のタイミングは、回転子の位置に同期して行われる必要がある。回転子の位置を検出するセンサを有している場合には、そのセンサ出力を基にしてインバータの位相切替タイミングを制御して電動機の始動を行うことができる。しかし、回転子の位置検出センサを取り付けると、機構が複雑になり、製品コストも上がるため、センサのないセンサレス式のモータが広く用いられており、この種のセンサレス式同期電動機を空転状態から始動させる方法として特許文献1に記載された技術が知られている。   A synchronous motor that rotates in synchronization with the frequency of an alternating current to be applied is known. In such a synchronous motor, the rotation speed of the motor is controlled by changing the frequency of the alternating current by an inverter. The timing of switching the current phase in the inverter needs to be performed in synchronization with the position of the rotor. When a sensor for detecting the position of the rotor is provided, the motor can be started by controlling the phase switching timing of the inverter based on the sensor output. However, if a rotor position detection sensor is installed, the mechanism becomes complicated and the product cost increases, so sensorless motors without sensors are widely used, and this type of sensorless synchronous motor is started from the idling state. The technique described in Patent Document 1 is known as a method of causing this.

この技術では、回転子空転時に、インバータの半導体スイッチング素子のうち一つをオンにして電動機の巻線を短絡させ、その際に流れる巻線電流を基にして回転子の位置を推定し、電動機の起動を行うものである。
特開平11−75394号公報(段落0023〜0043、図3)
In this technology, when the rotor idles, one of the semiconductor switching elements of the inverter is turned on to short-circuit the motor winding, and the rotor position is estimated based on the winding current flowing at that time. Is to start.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-75394 (paragraphs 0023 to 0043, FIG. 3)

しかしながら、この巻線電流や電圧によって回転子の位置を推定する場合、位置検出が可能な回転数範囲が位置検出回路の仕様により制限される場合がある。回転数の下限は、発生する巻線電流が小さいことにより、上限は巻線電流の波形の乱れ等により周波数判定がしにくくなることが原因である。位置検出可能な回転数範囲を拡大しようとすると、検出回路のコストアップとなり、センサレス式モータを用いる利点が削がれることになる。   However, when the position of the rotor is estimated based on the winding current and voltage, the rotational speed range in which position detection is possible may be limited by the specifications of the position detection circuit. The lower limit of the rotation speed is caused by the fact that the generated winding current is small, and the upper limit is that it is difficult to determine the frequency due to disturbance of the waveform of the winding current. If an attempt is made to expand the rotation speed range where position detection is possible, the cost of the detection circuit will increase, and the advantage of using a sensorless motor will be reduced.

そこで本発明は、検出範囲が限られる位置検出回路を用いた場合でも、空転状態からの再始動を容易に行うことが可能な電動機の制御装置を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric motor control device capable of easily restarting from an idling state even when a position detection circuit having a limited detection range is used.

上記課題を解決するため、本発明に係る電動機の制御装置は、同期電動機の回転子を外力により駆動可能とした電動機の制御装置であって、電動機のコイルの逆起電力を取得する逆起電力取得手段と、この逆起電力に基づいて回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、この回転子位置に基づいて電動機に電力を付与するインバータの作動を制御して回転子を駆動する回転子駆動手段と、回転子を駆動する外力の状態から回転子の駆動状態を推定し、この駆動状態が所定範囲内にあると推定した場合に、回転子位置推定手段による回転子位置推定を行う推定開始手段と、を備えていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an electric motor control device according to the present invention is an electric motor control device that can drive a rotor of a synchronous motor by an external force, and obtains a counter electromotive force of a coil of the electric motor. Rotation for driving the rotor by controlling the operation of the obtaining means, the rotor position estimating means for estimating the rotor position based on the counter electromotive force, and the inverter for applying electric power to the electric motor based on the rotor position When the driving state of the rotor is estimated from the state of the external driving force and the external driving force for driving the rotor, and the driving state is estimated to be within a predetermined range, the rotor position is estimated by the rotor position estimating means. Estimation start means.

本発明に係る電動機の制御装置は、センサレス式の電動機を用い、外力によって電動機の回転子が空転させられている場合に、この外力の状態から推定開始手段がこの空転状態を推定し、空転状態が所定の範囲内、具体的には、回転子位置推定手段により所定の精度での位置推定が可能な範囲内、にあると推定した場合に、回転子位置推定を実行させる。   The motor control device according to the present invention uses a sensorless motor, and when the rotor of the motor is idled by an external force, the estimation start means estimates the idling state from the state of the external force, and the idling state Is estimated to be within a predetermined range, specifically, within a range in which position estimation with a predetermined accuracy can be performed by the rotor position estimation means, the rotor position estimation is executed.

例えば、この電動機の回転子は、内燃機関に配設されるターボチャージャーの回転軸であって、外力は、排気エネルギーである。   For example, the rotor of the electric motor is a rotating shaft of a turbocharger disposed in the internal combustion engine, and the external force is exhaust energy.

回転子の駆動状態推定に用いられる外力の状態は、内燃機関の回転数と燃料噴射量に基づいて推定されるとよい。あるいは、回転子の駆動状態推定に用いられる外力の状態は、ターボチャージャによる過給圧と、吸入空気量に基づいて推定されるとよい。   The state of the external force used for estimating the driving state of the rotor may be estimated based on the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection amount. Alternatively, the state of the external force used for estimating the rotor driving state may be estimated based on the supercharging pressure by the turbocharger and the intake air amount.

このように、外力の状態から回転子の空転状態を推定し、回転子位置推定手段による位置推定を所定の精度で実行しうると判定した場合に、その位置推定を実行することで、回転子の位置推定を精度良く実行することができる。これにより、その後の空転状態からの電動機の再始動を確実に行うことができる。   As described above, when the idling state of the rotor is estimated from the state of the external force and it is determined that the position estimation by the rotor position estimating means can be executed with a predetermined accuracy, the position estimation is executed, thereby the rotor It is possible to accurately perform the position estimation. As a result, the electric motor can be reliably restarted from the subsequent idling state.

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明に係る電動機の制御装置を含む内燃機関の概略構成図である。ここでは、電動機としてターボチャージャのアシスト電動機を用いた場合を例に説明する。また、ここでは、筒内噴射型のガソリンエンジンを例に説明するが、吸気管内に燃料を噴射するタイプのガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンに対しても同様に適用可能である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine including an electric motor control device according to the present invention. Here, a case where an assist motor of a turbocharger is used as the motor will be described as an example. Further, here, a cylinder injection type gasoline engine will be described as an example, but the present invention can be similarly applied to a gasoline engine in which fuel is injected into an intake pipe and a diesel engine.

このエンジン1は、多気筒エンジンであるが、ここでは、そのうちの1気筒のみの断面を示している。エンジン1は、インジェクタ2によってシリンダ3内のピストン4の上面に燃料を噴射するタイプのエンジンである。このエンジン1は、成層燃焼を可能とした、いわゆるリーンバーンエンジンである。すなわち、エンジン1は、吸気通路5を通過してシリンダ3内へと吸入した空気をピストン4によって圧縮し、ピストン4の上面に形成された窪みの内部へとインジェクタ2から燃料を噴射することで、濃い混合気を点火プラグ7近傍に集め、これに点火プラグ7で着火させて燃焼させる。これによって、燃焼室全体の空気に対して少ない燃料量での燃焼を可能としている。そして、後述するターボチャージャによって、より多くの吸入空気を過給しつつ、希薄燃焼を行うことによって、燃料消費量を抑え、高出力化だけでなく低燃費化をも実現している。   The engine 1 is a multi-cylinder engine, but here, a cross section of only one cylinder is shown. The engine 1 is a type of engine in which fuel is injected onto the upper surface of a piston 4 in a cylinder 3 by an injector 2. The engine 1 is a so-called lean burn engine that enables stratified combustion. That is, the engine 1 compresses the air that has passed through the intake passage 5 and is sucked into the cylinder 3 with the piston 4, and injects the fuel from the injector 2 into the inside of the recess formed in the upper surface of the piston 4. The rich air-fuel mixture is collected in the vicinity of the spark plug 7 and ignited by the spark plug 7 to be burned. This enables combustion with a small amount of fuel relative to the air in the entire combustion chamber. Further, by performing lean combustion while supercharging more intake air with a turbocharger described later, fuel consumption is suppressed, and not only high output but also low fuel consumption is realized.

シリンダ3には、吸気通路5と排気通路6が接続され、それぞれの間に設けられた吸気バルブ8と排気バルブ9によってその開閉が制御される。吸気通路5上には、上流側からエアクリーナ10、ターボユニット11のコンプレッサ側インペラー11c、インタークーラー12、スロットルバルブ13、吸気圧センサ19が配置されている。一方、排気通路6上には、上流側からターボユニット11のタービン側インペラー11d、排気浄化触媒23が配置されている。つまり、ターボユニット11は、吸気通路5と排気通路6にまたがるように配置されている。   An intake passage 5 and an exhaust passage 6 are connected to the cylinder 3, and opening and closing thereof are controlled by an intake valve 8 and an exhaust valve 9 provided therebetween. An air cleaner 10, a compressor side impeller 11 c of the turbo unit 11, an intercooler 12, a throttle valve 13, and an intake pressure sensor 19 are arranged on the intake passage 5 from the upstream side. On the other hand, on the exhaust passage 6, the turbine side impeller 11 d of the turbo unit 11 and the exhaust purification catalyst 23 are arranged from the upstream side. That is, the turbo unit 11 is arranged so as to straddle the intake passage 5 and the exhaust passage 6.

エアクリーナ10は、吸入空気中のゴミや塵などを取り除くフィルタである。ターボユニット11は、吸気通路5側に配置される回転翼であるコンプレッサ側インペラー11c(吸気を圧縮するコンプレッサとして機能する。以下、単にコンプレッサと称する。)と、排気通路6側に配置される回転翼であるタービン側インペラー11d(排気エネルギーにより回転駆動されるタービンとして機能する。以下、単にタービンと称する。)とが共通の回転軸11aで連結されている。さらに、この回転軸11aには、回転子(永久磁石)が固定され、その周囲に固定子(鉄心に巻かれたコイル)が配置されて、回転軸を出力軸とする電動機11bを構成する。この電動機11bは、インバータ21に電気的に接続された同期式の交流モータであり、回転軸11aを入力軸とする発電機としても機能する。固定子は、三相交流に対応するU相、V相、W相の3つのコイルを有している。そして、インバータ21はバッテリ22に電気的に接続されている。   The air cleaner 10 is a filter that removes dust and dirt in the intake air. The turbo unit 11 is a compressor-side impeller 11c (which functions as a compressor for compressing intake air; hereinafter simply referred to as a compressor) that is a rotor blade disposed on the intake passage 5 side, and a rotation disposed on the exhaust passage 6 side. A turbine-side impeller 11d (which functions as a turbine that is driven to rotate by exhaust energy. Hereinafter, simply referred to as a turbine) is connected by a common rotating shaft 11a. Further, a rotor (permanent magnet) is fixed to the rotating shaft 11a, and a stator (a coil wound around an iron core) is disposed around the rotating shaft 11a, thereby constituting an electric motor 11b having the rotating shaft as an output shaft. The electric motor 11b is a synchronous AC motor that is electrically connected to the inverter 21, and also functions as a generator having the rotating shaft 11a as an input shaft. The stator has three coils of U phase, V phase, and W phase corresponding to three-phase alternating current. The inverter 21 is electrically connected to the battery 22.

図2は、このインバータ21まわりの詳細を説明するブロック図である。インバータ21の内部には、電動機11bのU相コイルに対応するスイッチング素子対SW11、SW12と、還流ダイオード対BD11、BD12を有する。さらに、V相コイルに対応するスイッチング素子対SW21、SW22と、還流ダイオード対BD21、BD22、ならびに、W相コイルに対応するスイッチング素子対SW31、SW32と、還流ダイオード対BD31、BD32を備えている。 FIG. 2 is a block diagram for explaining details around the inverter 21. The inverter 21 includes switching element pairs SW 11 and SW 12 corresponding to the U-phase coil of the electric motor 11b, and freewheeling diode pairs BD 11 and BD 12 . Furthermore, the switching element pair SW 21 and SW 22 corresponding to the V-phase coil, the free wheel diode pair BD 21 and BD 22 , and the switching element pair SW 31 and SW 32 corresponding to the W-phase coil and the free wheel diode pair BD 31. , BD 32 is provided.

バッテリ22の電源電圧は、各スイッチング素子対SWと、還流ダイオード対BDの両端に印加されている。そして、各スイッチング素子対SWのオン・オフを切り替えることで、電動機11bのU相コイル、V相コイル、W相コイルにより生ずる磁界を制御して、電動機11bの回転軸11aを所望の速度で回転させることが可能となる(本発明に係る回転子駆動手段である)。   The power supply voltage of the battery 22 is applied to both ends of each switching element pair SW and the free wheel diode pair BD. The magnetic field generated by the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil of the electric motor 11b is controlled by switching on / off each switching element pair SW, and the rotating shaft 11a of the electric motor 11b is rotated at a desired speed. (This is the rotor driving means according to the present invention).

モータコントロール回路16aは、電動機11bのU相コイル、V相コイル、W相コイルそれぞれの両端に生ずる電圧(以下、それぞれU電圧、V電圧、W電圧と称する。)を検出する機能を有している(本発明に係る逆起電力取得手段である)。そして、これらの電圧に基づいて、電動機11bにおける回転子の角度位置(以下、単に回転子位置と称する。)を推定し(本発明に係る回転子位置推定手段である)、推定した位置に基づいて、インバータ21の各スイッチング素子SWのオン、オフを制御するゲート信号を発して、電動機11bに付与される三相交流信号を制御する。   The motor control circuit 16a has a function of detecting voltages generated at both ends of the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil of the electric motor 11b (hereinafter referred to as U voltage, V voltage, and W voltage, respectively). (It is a back electromotive force acquisition means according to the present invention). Based on these voltages, the angular position of the rotor in the electric motor 11b (hereinafter simply referred to as the rotor position) is estimated (rotor position estimating means according to the present invention), and based on the estimated position. Thus, a gate signal for controlling on / off of each switching element SW of the inverter 21 is generated to control a three-phase AC signal applied to the electric motor 11b.

モータコントロール回路16aには、ターボコントローラ16bが接続されており、モータコントロール回路16aからターボコントローラ16bには電動機11bの回転に同期したVOC信号が送られており、ターボコントローラ16bからモータコントロール回路16aには起動信号が出力される。さらに、モータコントロール回路16aからインバータ21にゲート信号を送る6本の信号ラインには、npn型のインバータ切断トランジスタ16cのコレクタ側が接続され、このトランジスタ16cのベースは、ターボコントローラ16bに接続され、エミッタは接地されている。このインバータ切断トランジスタ16cにより、ゲート信号を全て接地電位に切り替えることで、インバータ21内の全スイッチを同時にオフにし、インバータ21を非作動状態に固定することができる。   A turbo controller 16b is connected to the motor control circuit 16a. A VOC signal synchronized with the rotation of the electric motor 11b is sent from the motor control circuit 16a to the turbo controller 16b. The turbo controller 16b sends the motor control circuit 16a to the motor control circuit 16a. The start signal is output. Furthermore, the collector side of the npn-type inverter disconnect transistor 16c is connected to the six signal lines that send the gate signal from the motor control circuit 16a to the inverter 21, and the base of the transistor 16c is connected to the turbo controller 16b, and the emitter Is grounded. By switching all the gate signals to the ground potential by the inverter disconnection transistor 16c, it is possible to turn off all the switches in the inverter 21 at the same time and fix the inverter 21 in an inoperative state.

このモータコントロール回路16aと、ターボコントローラ16bは、例えば、エンジンECU16内に内蔵されている。この場合、他の制御部とハード的に区分されていてもよいが、CPUを共有して、ソフト的に区分されていてもよい。もちろん、エンジンECU16とは、独立して設けられていてもよい。   The motor control circuit 16a and the turbo controller 16b are built in, for example, the engine ECU 16. In this case, it may be separated from other control units by hardware, but may be divided by software by sharing a CPU. Of course, the engine ECU 16 may be provided independently.

吸気通路5上のコンプレッサ11cの下流側には、空冷式のインタークーラー12が配置されている。このインタークーラー12は、ターボユニット11のコンプレッサ11cによる過給時の空気圧縮(圧力上昇)に伴い、温度が上昇した吸入空気を冷却することで、その容積を減らし、シリンダ3への充填効率を向上させるものである。   An air-cooled intercooler 12 is disposed on the intake passage 5 downstream of the compressor 11c. This intercooler 12 cools the intake air whose temperature has increased due to air compression (pressure increase) during supercharging by the compressor 11c of the turbo unit 11, thereby reducing its volume and improving the efficiency of filling the cylinder 3 It is something to be made.

インタークーラー12の下流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ13が配置されている。このスロットルバルブ13は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、スロットルモータ17によって駆動される。そして、その開度を検出するスロットルポジショニングセンサ18が配置されている。   A throttle valve 13 that adjusts the intake air amount is disposed downstream of the intercooler 12. The throttle valve 13 is a so-called electronically controlled throttle valve and is driven by a throttle motor 17. A throttle positioning sensor 18 for detecting the opening degree is arranged.

クランクシャフトにはクランク角センサ26が、アクセルペダル14にはアクセル開度センサ15が設けられ、エンジン制御用のエンジンECU16にその信号が入力されている。エンジンECU16には、そのほか、スロットルポジショニングセンサ18、吸気圧センサ19、バッテリ22(電圧)から信号が入力され、インジェクタ2、点火プラグ7、スロットルモータ17、インバータ21の作動を制御する。このエンジンECU16は、本発明に係る内燃機関の制御装置である。   The crankshaft is provided with a crank angle sensor 26 and the accelerator pedal 14 is provided with an accelerator opening sensor 15, and the signal is input to an engine ECU 16 for engine control. In addition, the engine ECU 16 receives signals from the throttle positioning sensor 18, the intake pressure sensor 19, and the battery 22 (voltage), and controls the operation of the injector 2, spark plug 7, throttle motor 17, and inverter 21. The engine ECU 16 is a control device for an internal combustion engine according to the present invention.

本実施形態のターボユニット11は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常のターボチャージャとして作動させることもできるが、電動機11bによってコンプレッサ11c、タービン11dを強制的に駆動することで、過給効率を上げることも可能である。特に、運転者がアクセルペダル14を踏み込んだような場合に、この強制駆動を行うことでターボチャージャーの作動のタイムラグを小さくして、エンジン回転数を早期に増大させることができ、レスポンスが向上する。また、排気によってタービン11dを駆動して、電動機11bの入力軸である回転軸11aを回転させることにより、回生発電させ、発電された電力をバッテリ22に貯めて、排気エネルギーの一部を回収することもできる。   The turbo unit 11 according to the present embodiment can be operated as a normal turbocharger that performs supercharging only by exhaust energy. However, the compressor 11c and the turbine 11d are forcibly driven by the electric motor 11b to increase the supercharging efficiency. It is also possible to raise. In particular, when the driver depresses the accelerator pedal 14, by performing this forced driving, the time lag of the operation of the turbocharger can be reduced, the engine speed can be increased early, and the response is improved. . Further, the turbine 11d is driven by exhaust gas, and the rotating shaft 11a, which is the input shaft of the electric motor 11b, is rotated to generate regenerative power. The generated electric power is stored in the battery 22 and a part of the exhaust energy is recovered. You can also.

ところで、回転軸11aが空転状態の場合に、電動機11bによる回転軸11aの強制駆動を開始するためには、回転軸11a(正確には、回転軸11aに取り付けられている電動機11bの回転子)の回転に同期してインバータ21内のスイッチング素子SWのオンオフを切り替える必要がある。そのためには、回転子位置を正確に検知する必要があるが、本実施形態の電動機11bは、回転子の位置検出手段を持たないセンサレス式のモータであるため、回転子位置を直接に知ることはできない。そこで、起動に際して、回転子位置を判定する必要がある。   By the way, in order to start the forced drive of the rotating shaft 11a by the electric motor 11b when the rotating shaft 11a is idling, the rotating shaft 11a (more precisely, the rotor of the electric motor 11b attached to the rotating shaft 11a). It is necessary to switch on and off the switching element SW in the inverter 21 in synchronization with the rotation of. For this purpose, it is necessary to accurately detect the rotor position. However, since the electric motor 11b of this embodiment is a sensorless motor that does not have a rotor position detecting means, the rotor position can be known directly. I can't. Therefore, it is necessary to determine the rotor position when starting up.

図3は、この判定処理を含む電動機11bの制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは、車両の電源スイッチがオンにされて、エンジン1が起動されている間、モータコントロール回路16aにより、繰り返し実行される。   FIG. 3 is a flowchart of a control routine of the electric motor 11b including this determination process. This control routine is repeatedly executed by the motor control circuit 16a while the power switch of the vehicle is turned on and the engine 1 is started.

ステップS1では、回転子の位置検出を要するか否かを判定する。回転子の位置検出を要する場合とは、電動機11bが非作動の状態で、排気エネルギーによって空転中の場合であり、かつ、電動機11bによるターボユニット11の強制駆動条件を満たしている場合である。   In step S1, it is determined whether or not it is necessary to detect the position of the rotor. The case where the rotor position needs to be detected is a case where the electric motor 11b is in an inoperative state and is idling due to exhaust energy, and a case where the forced driving condition of the turbo unit 11 by the electric motor 11b is satisfied.

条件が満たされない場合には、回転子の位置を検出する必要はないと判定し、回転子位置検出フラグFlagSRを0にリセットして(ステップS2)処理を終了する。条件が満たされている場合には、回転子位置検出フラグFlagSRの値をチェックすることにより、すでに回転子の位置検出に成功しているか否かを判定する(ステップS3)。FlagSRの値が1の場合には、検出済みとして、その後の処理をスキップして処理を終了する。   If the condition is not satisfied, it is determined that it is not necessary to detect the position of the rotor, the rotor position detection flag FlagSR is reset to 0 (step S2), and the process ends. If the condition is satisfied, the value of the rotor position detection flag FlagSR is checked to determine whether or not the rotor position has already been successfully detected (step S3). When the value of FlagSR is 1, it is detected that the subsequent processing is skipped and the processing is terminated.

回転子の位置検出を要するが、位置検出が未了の場合には、ステップS5へと移行して、現在のエンジン1の状態が回転子の位置検出条件を満たしているか否かを判定する。モータコントロール回路16aによって回転子位置を精度良く測定するには、空転している回転子(回転軸11a)の回転数が所定範囲内にある必要がある。これは、低回転側では、空転時に固定子のコイルに発生する電圧が小さく、精度良く測定することが困難であること、高回転側では、電圧波形が乱れたり、周波数が高くなり、やはり精度良く測定することが困難であることによる。通常、ターボユニット11の使用回転数領域は6000〜20万回転/分であり、常に回転子位置を検出するには、この使用回転数領域全体での検出が必要となる。しかしながら、電動機11bにより強制駆動を行う場合の初期回転数は、6000〜10万回転/分であることから、例えば、モータコントロール回路16aによって回転子位置を精度良く(例えば、±0.2度以内)検出できる回転軸11aの回転数が1万〜10万回転/分の範囲で回転子位置を検出して電動駆動を実行することにより、使用回転数域全体での電動駆動が可能となる。   If the position detection of the rotor is required but the position detection has not been completed, the process proceeds to step S5 to determine whether or not the current state of the engine 1 satisfies the rotor position detection condition. In order to accurately measure the rotor position by the motor control circuit 16a, the number of rotations of the idling rotor (rotating shaft 11a) needs to be within a predetermined range. This is because, on the low rotation side, the voltage generated in the stator coil during idling is small and it is difficult to measure accurately, and on the high rotation side, the voltage waveform is disturbed and the frequency becomes high, which is also accurate. This is because it is difficult to measure well. Normally, the used rotation speed region of the turbo unit 11 is 6000 to 200,000 rotations / minute, and in order to always detect the rotor position, detection in the entire used rotation speed region is necessary. However, since the initial rotational speed when forcedly driven by the electric motor 11b is 6000 to 100,000 revolutions / minute, for example, the motor control circuit 16a can accurately position the rotor (for example, within ± 0.2 degrees). ) By detecting the rotor position and executing the electric drive in a range where the rotation speed of the rotating shaft 11a is 10,000 to 100,000 rotations / minute, the electric drive can be performed in the entire use rotation speed range.

本実施形態では、回転軸11aの回転数を直接検出することはできないから、ターボユニット11を駆動する排気エネルギーの状態、つまり、エンジン1の駆動状態からターボユニット11がこの回転数範囲で空転されているか否かの判定を行う。具体的には、エンジン回転数と燃料噴射量、または、過給圧と空気流量が所定の範囲内にある場合に、条件を満たしていると判定する。この判定条件を満たしているか否かは、これらの情報をエンジンECU16からモータコントロール回路16aに送信して、モータコントロール回路16a内で判定するほか、条件を満たしているか否かをエンジンECU16内で判定して、その判定結果をモータコントロール回路16aに送信するようにしてもよい。前者の場合には、本発明に係る推定開始手段は、モータコントロール回路16aであるが、後者の場合には、エンジンECU16とモータコントロール回路16aが協働して本発明に係る推定開始手段を構成する。   In the present embodiment, since the rotational speed of the rotating shaft 11a cannot be directly detected, the turbo unit 11 is idled in this rotational speed range from the state of exhaust energy that drives the turbo unit 11, that is, the driving state of the engine 1. It is determined whether or not. Specifically, it is determined that the condition is satisfied when the engine speed and the fuel injection amount, or the supercharging pressure and the air flow rate are within a predetermined range. Whether or not this determination condition is satisfied is transmitted from the engine ECU 16 to the motor control circuit 16a and determined in the motor control circuit 16a, and whether or not the condition is satisfied is determined in the engine ECU 16. Then, the determination result may be transmitted to the motor control circuit 16a. In the former case, the estimation start means according to the present invention is the motor control circuit 16a. In the latter case, the engine ECU 16 and the motor control circuit 16a cooperate to constitute the estimation start means according to the present invention. To do.

位置検出条件が満たされていない場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。位置検出条件が満たされている場合には、実際の位置検出処理に移行する。まず、ゲート信号を接地電位に固定して、各スイッチング素子SWをオフにするため、インバータ切断トランジスタ16cをオンにする(ステップS7)。次に、モータコントロール回路16aは、各相コイルに発生する逆起電力に基づいて回転子位置を推定する(ステップS9)。この回転子位置推定に際しては、回転子の回転数変動の影響を抑制するため、エンジン1の運転条件の変動が所定の範囲内にある状態で一定時間内に複数回検出を行い、その差がエンジン1の運転条件の変動から予想される所定範囲内であることを確認することが好ましい。次に、回転子位置推定に成功したか否かを判定し(ステップS11)、成功した場合には、回転子位置検出フラグFlagSRを1にセットして(ステップS13)処理を終了する。失敗した場合には、そのまま処理を終了する。   If the position detection condition is not satisfied, the subsequent process is skipped and the process is terminated. When the position detection condition is satisfied, the process proceeds to actual position detection processing. First, in order to turn off each switching element SW while fixing the gate signal to the ground potential, the inverter disconnecting transistor 16c is turned on (step S7). Next, the motor control circuit 16a estimates the rotor position based on the back electromotive force generated in each phase coil (step S9). In estimating the rotor position, in order to suppress the influence of fluctuations in the rotational speed of the rotor, detection is performed a plurality of times within a predetermined time while fluctuations in the operating conditions of the engine 1 are within a predetermined range. It is preferable to confirm that it is within a predetermined range expected from fluctuations in the operating conditions of the engine 1. Next, it is determined whether or not the rotor position estimation is successful (step S11). If the rotor position is successfully estimated, the rotor position detection flag FlagSR is set to 1 (step S13), and the process is terminated. If it fails, the process ends.

ターボユニット11の強制駆動は、ターボコントローラ16bからの起動信号により、モータコントロール回路16aが推定した回転子位置を基にしてゲート信号を制御して各スイッチング素子SWのオンオフを切り替えることで、電動機11bを所定の回転数で同期回転させることにより行う。これにより、空転状態からの電動機11bの始動をスムースに行うことができる。   The forced drive of the turbo unit 11 is based on the start signal from the turbo controller 16b, and the gate signal is controlled based on the rotor position estimated by the motor control circuit 16a to switch the switching elements SW on and off. Is performed by synchronously rotating at a predetermined rotational speed. Thereby, the starting of the electric motor 11b from the idling state can be performed smoothly.

このように、回転子の位置推定を行う検出回路において、位置推定が可能な回転数範囲が限定される場合であっても、回転子を駆動する外力の条件、ここでは、排気エネルギーの状態であり、これはエンジン1の運転条件でもある、から位置推定が可能な回転数範囲にあることを推定して実際の回転数検出を行うことにより精度良く回転子の位置推定を行うことができ、センサレス式のモータを用いた電動機付ターボチャージャーの空転時からの始動制御が簡便かつ確実なものとなる。   Thus, in the detection circuit that estimates the position of the rotor, even if the rotational speed range in which position estimation is possible is limited, the condition of the external force that drives the rotor, here, the state of exhaust energy Yes, this is also the operating condition of the engine 1, so that it is possible to estimate the position of the rotor with high accuracy by estimating that the position is within the speed range where position estimation is possible and detecting the actual speed. The start-up control from the idling time of the turbocharger with an electric motor using a sensorless motor becomes simple and reliable.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、電動機11bの出力軸がコンプレッサ11c/タービン11dの回転軸に一致していた。しかし、電動機の出力軸とコンプレッサ/タービンの回転軸が一致しないような(例えばギアなどによる減速機構を介している場合)電動機付ターボチャージャに対しても本発明は適用し得る。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the output shaft of the electric motor 11b coincides with the rotation shaft of the compressor 11c / turbine 11d. However, the present invention can also be applied to a turbocharger with an electric motor in which the output shaft of the electric motor does not coincide with the rotation axis of the compressor / turbine (for example, when a reduction mechanism using a gear or the like is used).

さらに、電動機付ターボチャージャーのほか、駆動軸に直結した電動機を有するハイブリッド車両のように、外力で空転される電動機に対しても本発明は適用できる。   Furthermore, in addition to a turbocharger with an electric motor, the present invention can also be applied to an electric motor that is idling with an external force, such as a hybrid vehicle having an electric motor directly connected to a drive shaft.

本発明に係る電動機の制御装置を含む内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine including a motor control device according to the present invention. 図1の装置のインバータまわりの詳細を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the detail around the inverter of the apparatus of FIG. 図1の電動機の制御ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the control routine of the electric motor of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…エンジン、2…インジェクタ、3…シリンダ、4…ピストン、5…吸気通路、6…排気通路、7…点火プラグ、8…吸気バルブ、9…排気バルブ、10…エアクリーナ、11…ターボユニット、11a…回転軸、11b…電動機、11c…コンプレッサ側インペラー、11c…コンプレッサ、11d…タービン側インペラー、11d…タービン、12…インタークーラー、13…スロットルバルブ、14…アクセルペダル、15…アクセル開度センサ、16…エンジンECU、16a…モータコントロール回路、16b…ターボコントローラ、16c…インバータ切断トランジスタ、17…スロットルモータ、18…スロットルポジショニングセンサ、19…吸気圧センサ、26…クランク角センサ、21…インバータ、22…バッテリ、23…排気浄化触媒、BD…還流ダイオード対、SW…スイッチング素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Injector, 3 ... Cylinder, 4 ... Piston, 5 ... Intake passage, 6 ... Exhaust passage, 7 ... Spark plug, 8 ... Intake valve, 9 ... Exhaust valve, 10 ... Air cleaner, 11 ... Turbo unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11a ... Rotary shaft, 11b ... Electric motor, 11c ... Compressor side impeller, 11c ... Compressor, 11d ... Turbine side impeller, 11d ... Turbine, 12 ... Intercooler, 13 ... Throttle valve, 14 ... Accelerator pedal, 15 ... Accelerator opening sensor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Engine ECU, 16a ... Motor control circuit, 16b ... Turbo controller, 16c ... Inverter cutting transistor, 17 ... Throttle motor, 18 ... Throttle positioning sensor, 19 ... Intake pressure sensor, 26 ... Crank angle sensor, 21 ... Inverter, 22 …Battery 23 ... exhaust gas purifying catalyst, BD ... reflux diode pair, SW ... switching element.

Claims (4)

同期電動機の回転子を外力により駆動可能とした電動機の制御装置であって、
前記電動機のコイルの逆起電力を取得する逆起電力取得手段と、
該逆起電力に基づいて回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、
該回転子位置に基づいて前記電動機に電力を付与するインバータの作動を制御して回転子を駆動する回転子駆動手段と、
回転子を駆動する外力の状態から回転子の駆動状態を推定し、該駆動状態が所定範囲内にあると推定した場合に、前記回転子位置推定手段による回転子位置推定を行う推定開始手段と、
を備えていることを特徴とする電動機の制御装置。
A control device for an electric motor capable of driving a rotor of a synchronous electric motor with an external force,
Back electromotive force acquisition means for acquiring back electromotive force of the coil of the motor;
Rotor position estimating means for estimating the rotor position based on the back electromotive force;
Rotor driving means for controlling the operation of an inverter for applying electric power to the electric motor based on the rotor position to drive the rotor;
Estimation start means for estimating the rotor position from the state of external force driving the rotor and estimating the rotor position by the rotor position estimating means when the driving state is estimated to be within a predetermined range; ,
An electric motor control device comprising:
前記電動機の回転子は、内燃機関に配設されるターボチャージャーの回転軸であって、前記外力は、排気エネルギーであることを特徴とする請求項1記載の電動機の制御装置。   The motor control device according to claim 1, wherein the rotor of the electric motor is a rotating shaft of a turbocharger disposed in an internal combustion engine, and the external force is exhaust energy. 前記回転子の駆動状態推定に用いられる外力の状態は、前記内燃機関の回転数と燃料噴射量に基づいて推定されることを特徴とする請求項2記載の電動機の制御装置。   3. The motor control device according to claim 2, wherein the state of the external force used for estimating the driving state of the rotor is estimated based on the rotational speed of the internal combustion engine and a fuel injection amount. 前記回転子の駆動状態推定に用いられる外力の状態は、前記ターボチャージャによる過給圧と、吸入空気量に基づいて推定されることを特徴とする請求項2記載の電動機の制御装置。   3. The motor control device according to claim 2, wherein the state of the external force used for estimating the driving state of the rotor is estimated based on a supercharging pressure by the turbocharger and an intake air amount.
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