JP2006320143A - Electrically assisted turbocharger - Google Patents

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Katsuhiko Iijima
克彦 飯島
Hiroshi Kamiyoshi
博 神吉
Shuichi Sugiyama
修一 杉山
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ERUMEKKU KK
ELMEG Elektro Mechanik GmbH
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ERUMEKKU KK
ELMEG Elektro Mechanik GmbH
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrically assisted turbocharger capable of suppressing a vibration of a rotation system and capable of maintaining stable operation using a motor that can be driven at a low power supply voltage. <P>SOLUTION: A compressor 2, an assist motor 6, and a second bearing mechanism 7, are sequentially arranged to a first bearing mechanism 4 connected to a turbine rotator 3a. A compressor wheel 2a and a motor rotor 6a are supported by the first and second bearing mechanisms 4 and 7 from both sides. A lead wire connected to a stator coil of the motor 6 extends in a rotational axis direction to the outside wall of the motor 6 with a protruding part from the outside wall used as a feeder terminal. A power converter 11 can be attached to the outside wall of the motor for consolidated structure. By using an induction machine as the motor 6, the power converter 11 can be gated-off when no assistance is required, or only an excitation current is supplied to the motor 6 to enter into a standby state. If engine braking is required, the motor 6 is operated in a regenerative mode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、自動車用エンジンを加速する際にターボチャージャーのコンプレッサ駆動を電動機でアシストする電動アシスト型ターボチャージャーに関する。   The present invention relates to an electrically assisted turbocharger that assists a compressor drive of a turbocharger with an electric motor when accelerating an automobile engine.

近年、ターボチャージャー(過給機)を使った自動車用エンジンにおいて、エンジンの加速時に、ターボチャジャーのタービンホイールを駆動するコンプレッサ(圧縮機)の回転数が上がらずエンジンに十分な空気を送り込めないので、コンプレッサ駆動を電動機でアシスト(支援)してエンジンに十分な空気を送り、低速時におけるエンジンの馬力改善や空燃比の改善を行い排ガスの浄化対策を図る技術の開発が進められている。このようにコンプレッサ駆動を電動機でアシストするターボチャージャーには、コンプレッサに電動機を直結する電動機による直接駆動方式があり、直接駆動方式では毎分5万回転以上というような高速度で電動機を回転させる必要がある。   In recent years, in an automobile engine using a turbocharger (supercharger), when the engine is accelerated, the compressor (compressor) that drives the turbine wheel of the turbocharger does not increase in speed, and sufficient air is sent to the engine. Therefore, the development of technology for purifying exhaust gas by improving the horsepower and air-fuel ratio of the engine at low speed by sending sufficient air to the engine by assisting the compressor drive with an electric motor is being developed. . In this way, the turbocharger that assists the compressor drive with an electric motor has a direct drive method using an electric motor directly connected to the compressor, and the direct drive method requires the motor to be rotated at a high speed of 50,000 rpm or more. There is.

この種の従来技術では、例えば、特許文献1に示されるように、ターボチャージャーのタービンとコンプレッサの間にアシスト電動機が設けられる。
特表2004−512453号公報
In this type of conventional technology, for example, as shown in Patent Document 1, an assist motor is provided between a turbine of a turbocharger and a compressor.
Japanese translation of PCT publication No. 2004-512453

このような従来技術による電動アシスト型ターボチャージャーでは、図1に示すように、タービンハウジングTHに軸受け部BHを介してアシスト電動機AM及びコンプレッサCMが取り付けられる。軸受け部BH内の軸受け部材BEを介してタービンホイールTWと電動機ロータMR及びコンプレッサホイールCWとを連結する回転軸RXは、軸受け部材BEの2つの軸受けB1,B2によって2点で支持され、電動機ロータMR及びコンプレッサホイールCWが軸受けB1,B2からオーバーハングしている。また、回転軸RXに結合される電動機ロータMRは永久磁石で構成される。   In such a conventional electric assist type turbocharger, as shown in FIG. 1, an assist electric motor AM and a compressor CM are attached to the turbine housing TH via a bearing portion BH. A rotating shaft RX that connects the turbine wheel TW to the motor rotor MR and the compressor wheel CW via a bearing member BE in the bearing portion BH is supported at two points by the two bearings B1 and B2 of the bearing member BE, and the motor rotor. MR and compressor wheel CW overhang from bearings B1, B2. In addition, the motor rotor MR coupled to the rotation shaft RX is constituted by a permanent magnet.

このように、従来方式では、タービンハウジングTH及び軸受け部BRから電動機AM及びコンプレッサCMの回転系がオーバーハングする片側2点支持の軸受け構造になっている。このため、高速回転時には、電動機ロータMRの偏心、バネ特性、振れ等が増大するので、電動機AMの高速運転を維持することができなくなることがある。   As described above, the conventional system has a bearing structure with one-side two-point support in which the rotation system of the electric motor AM and the compressor CM overhangs from the turbine housing TH and the bearing portion BR. For this reason, since the eccentricity, spring characteristics, deflection, etc. of the motor rotor MR increase during high-speed rotation, the high-speed operation of the motor AM may not be maintained.

また、従来方式の電動機AMでは、端子TMに供給される駆動電圧を数十ボルト〔V〕程度としているので、自動車用電源(通常、12V)のような低い電源電圧で駆動するためには電源電圧を昇圧しなければならず、また、ロータMRには永久磁石を用いている(同期電動機)ので、高速回転下では、減磁や損失などの電磁的乃至機械的な特性劣化が顕著に現れて実用には耐えられない。   In the conventional motor AM, the drive voltage supplied to the terminal TM is about several tens of volts [V]. Therefore, in order to drive with a low power supply voltage such as an automobile power supply (usually 12 V), a power supply is required. The voltage must be boosted, and permanent magnets are used for the rotor MR (synchronous motor). Therefore, electromagnetic or mechanical characteristics such as demagnetization and loss are noticeably deteriorated under high speed rotation. It cannot be put into practical use.

この発明は、このような事情に鑑み、回転系の振動を抑えることができ、低い電源電圧で駆動可能な電動機を用いて安定した運転を維持することができる電動アシスト型ターボチャージャーを提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention provides an electrically assisted turbocharger that can suppress vibration of a rotating system and can maintain stable operation using an electric motor that can be driven with a low power supply voltage. With the goal.

この発明の1つの特徴に従うと、エンジン(1)の排気ガス(Ex)で駆動されるタービン回転部(3a)に連結される第1軸受け機構(4)と、エンジン(1)に加圧空気(Arp)を送り込むための回転部(2a:5)を有し、回転部(2a:5)の一端が第1軸受け機構(4)により支持されるコンプレッサ(2)と、コンプレッサ(2)の回転部(2a:5)の他端に駆動軸(6a:5)の一端が連結されたアシスト電動機(6)と、アシスト電動機(6)の駆動軸(6a:5)の他端を支持する第2軸受け機構(7)とを具備する電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項1〕が提供される。なお、括弧書きは、理解の便の為に付した実施例の参照記号乃至用語である。   According to one aspect of the present invention, the first bearing mechanism (4) connected to the turbine rotating part (3a) driven by the exhaust gas (Ex) of the engine (1) and the pressurized air to the engine (1). A compressor (2) having a rotating part (2a: 5) for feeding (Arp), one end of the rotating part (2a: 5) supported by the first bearing mechanism (4), and a compressor (2) The assist motor (6) having one end of the drive shaft (6a: 5) connected to the other end of the rotating portion (2a: 5) and the other end of the drive shaft (6a: 5) of the assist motor (6) are supported. An electrically assisted turbocharger comprising a second bearing mechanism (7) is provided. The parentheses are reference symbols or terms used in the embodiments for the sake of understanding.

この電動アシスト型ターボチャージャーにおいては、アシスト電動機(6)のステータコイル(a〜c)に繋がる引出し線(6e)が回転部(6a:5)の軸方向にアシスト電動機(6)の外側壁(6d,11c)まで延びており、引出し線(6e)の外側壁(6d,11c)から突出した端部(6f)が給電用端子として形成される〔請求項2〕ように構成することができる。   In this electrically assisted turbocharger, the lead wire (6e) connected to the stator coils (ac) of the assist motor (6) is connected to the outer wall of the assist motor (6) in the axial direction of the rotating portion (6a: 5). 6d, 11c), and an end portion (6f) protruding from the outer wall (6d, 11c) of the lead wire (6e) is formed as a power feeding terminal (claim 2). .

また、この電動アシスト型ターボチャージャーにおいては、アシスト電動機(6)の外側壁(11c)端面には、アシスト電動機(6)を駆動するための電力変換器(11)が取り付けられる〔請求項3〕ように構成することができる。   Further, in this electrically assisted turbocharger, a power converter (11) for driving the assist motor (6) is attached to the end surface of the outer wall (11c) of the assist motor (6). It can be constituted as follows.

この発明の別の特徴に従うと、エンジン(1)の排気ガス(Ex)で駆動されるタービン回転部(3a)に連結され、エンジン(1)に加圧空気(Arp)を送り込むための回転部(2a:5)を有するコンプレッサ(2)と、コンプレッサ(2)の回転部(2a:5)に駆動軸(6a:5)が連結された誘導機構造のアシスト電動機(6;図6)と、アシスト電動機(6)を駆動する電力変換器(11)とを具備し、電力変換器(11)は、アシスト電動機(6)がタービン回転部(3a)により強制的に回転されて駆動トルクを必要としない場合に、ゲートオフしアシスト電動機(6)を電源から切り離す(B12)電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項4〕が提供される。   According to another feature of the present invention, the rotating part connected to the turbine rotating part (3a) driven by the exhaust gas (Ex) of the engine (1) and for sending pressurized air (Arp) into the engine (1). A compressor (2) having (2a: 5), and an assist motor (6; FIG. 6) having an induction machine structure in which a drive shaft (6a: 5) is connected to a rotating part (2a: 5) of the compressor (2) And an electric power converter (11) for driving the assist electric motor (6). The electric power converter (11) is configured such that the assist electric motor (6) is forcibly rotated by the turbine rotating portion (3a) to generate a driving torque. When not required, an electrically assisted turbocharger (Claim 4) is provided that gates off and disconnects the assist motor (6) from the power source (B12).

この発明の更に別の特徴に従うと、エンジン(1)の排気ガス(Ex)で駆動されるタービン回転部(3a)に連結され、エンジン(1)に加圧空気(Arp)を送り込むための回転部(2a:5)を有するコンプレッサ(2)と、コンプレッサ(2)の回転部(2a:5)に駆動軸(6a:5)が連結された誘導機構造のアシスト電動機(6;図6)と、アシスト電動機(6)を駆動する電力変換器(11)とを具備し、電力変換器(11)は、アシスト電動機(6)がタービン回転部(3a)により強制的に回転されて駆動トルクを必要としない場合に、アシスト電動機(6)の回転周波数(fr)と同じ周波数で励磁電流(if)のみを与える電圧(Vm)をアシスト電動機(6)に加える電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項5〕が提供される。   According to still another aspect of the present invention, the rotation for feeding pressurized air (Arp) to the engine (1) is connected to the turbine rotating part (3a) driven by the exhaust gas (Ex) of the engine (1). Compressor (2) having a portion (2a: 5) and an assist motor (6; FIG. 6) having an induction machine structure in which a drive shaft (6a: 5) is connected to a rotating portion (2a: 5) of the compressor (2) And an electric power converter (11) for driving the assist electric motor (6). The electric power converter (11) is configured such that the assist electric motor (6) is forcibly rotated by the turbine rotating part (3a) and the driving torque. When the motor is not required, an electric assist type turbocharger that applies to the assist motor (6) a voltage (Vm) that gives only the excitation current (if) at the same frequency as the rotation frequency (fr) of the assist motor (6). ] It is provided.

この発明の他の特徴に従うと、エンジン(1)の排気ガス(Ex)で駆動されるタービン回転部(3a)に連結され、エンジン(1)に加圧空気(Arp)を送り込むための回転部(2a:5)を有するコンプレッサ(2)と、コンプレッサ(2)の回転部(2a:5)に駆動軸(6a:5)が連結されたアシスト電動機(6)と、アシスト電動機(6)を駆動する電力変換器(11)とを具備し、電力変換器(11)は、エンジンブレーキが必要な場合に、アシスト電動機(6)を回生モードで運転させる(B4,B5:sf2)電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項6〕が提供される。   According to another aspect of the present invention, the rotating part connected to the turbine rotating part (3a) driven by the exhaust gas (Ex) of the engine (1) and for sending pressurized air (Arp) into the engine (1). A compressor (2) having (2a: 5), an assist motor (6) in which a drive shaft (6a: 5) is connected to a rotating part (2a: 5) of the compressor (2), and an assist motor (6). A power converter (11) to be driven, and when the engine brake is required, the power converter (11) operates the assist motor (6) in a regeneration mode (B4, B5: sf2). A turbocharger is provided.

従来技術による片側支持のものでは、アシスト電動機の電磁力が、偏心、磁気ばねの負のばね定数による影響、ロータの振れによる磁気力増大等により、“梃子(てこ)の比”で増大して振動感度が高くなり、高速域における3次の振動モードの振幅が大きくなって高速運転を持続することができないのに対して、この発明による電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項1〕では、コンプレッサ(2)及びアシスト電動機(6)の回転系(5)の両軸端を第1及び第2軸受け機構(4,7)で支持する構造を採用しているので、特に、高速回転域における3次モードの振動振幅を十分に減衰させて高速運転時の振動問題を解決することができる。また、第1軸受け機構(4)については、ターボチャージャー(電動アシスト無し)に通常使用されている2点支持ベアリングを用いることができるので、大幅な設計変更をしないで済み、生産的にも有利である。   In the conventional one-sided support, the electromagnetic force of the assist motor is increased by the “leverage ratio” due to eccentricity, the influence of the negative spring constant of the magnetic spring, the increase of the magnetic force due to the swing of the rotor, etc. While the vibration sensitivity is increased and the amplitude of the third-order vibration mode in the high speed range is increased and the high speed operation cannot be continued, the electrically assisted turbocharger according to the present invention (claim 1) uses a compressor ( 2) and the structure in which both shaft ends of the rotating system (5) of the assist motor (6) are supported by the first and second bearing mechanisms (4, 7), especially the tertiary in the high-speed rotation region. The vibration amplitude at the time of high speed operation can be solved by sufficiently dampening the vibration amplitude of the mode. Further, the first bearing mechanism (4) can use a two-point support bearing that is usually used for a turbocharger (without electric assist), so that it is not necessary to make a significant design change, which is advantageous in terms of productivity. It is.

ターボチャージャーのアシスト電動機のように低圧高速電動機では、電動機インダクタンスが非常に小さくなるので、電動機の各相ステータコイル端から引出し線で周面の給電用端子に繋げる従来の構造によると、各相間にインピーダンス差が生じて電流がアンバランスになり、回転振動等の問題が生じるが、この発明による電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項2〕では、アシスト電動機(6)の各相給電用端子(6f)に繋がる引出し線(6e)を軸方向に平行に出す構造としているので、電動機内部において、各相ステータコイルを結ぶ電路の長さを等しくすることができ、各相間の電流アンバランスによる諸問題を解決することができる。   In low-voltage, high-speed motors, such as turbocharger assist motors, the motor inductance is very small, so according to the conventional structure that connects the stator coil end of each phase of the motor to the terminal for power feeding on the peripheral surface with a lead wire, Impedance difference occurs, current becomes unbalanced, and problems such as rotational vibration occur. In the electrically assisted turbocharger according to the present invention (claim 2), each phase feeding terminal (6f) of the assist motor (6) Since the lead wire (6e) connected to is parallel to the axial direction, the length of the electric path connecting each phase stator coil can be made equal in the motor, and various problems due to current imbalance between the phases can be solved. Can be solved.

ターボチャージャーのアシスト電動機では、使用される自動車用バテリー電源の電圧が12Vと低いので電動機電流は大きく、また、高速で駆動するため電源周波数(2〜3kHz)が大きくなってインピーダンス降下は運転上無視し得ない値になる。これに対して、この発明による電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項3〕では、電力変換器(11)がアシスト電動機(6)に直接取り付けられ一体構造になっているので、電動機(6)からの距離を最短にし、インピーダンス降下を極めて小さくすることができる。また、電力変換器(11)への給電線(12)については、直流を給電するので、周波数によるインピーダンス降下の影響も無く、さらに、直流給電線の本数も1或いは2本で済み、狭いエンジンルームでの実装も容易になる他、放射ノイズの面でも有利になる。   In the turbocharger assist motor, the voltage of the automotive battery power supply used is as low as 12V, so the motor current is large, and because it is driven at high speed, the power supply frequency (2 to 3kHz) increases and the impedance drop is ignored during operation. It becomes an impossible value. On the other hand, in the electrically assisted turbocharger according to the present invention (Claim 3), the power converter (11) is directly attached to the assist motor (6) and has an integral structure. The distance can be minimized and the impedance drop can be extremely small. Further, since the direct current is fed to the power supply line (12) to the power converter (11), there is no influence of the impedance drop due to the frequency, and the number of direct current power supply lines is one or two, and the narrow engine In addition to being easy to mount in the room, it is also advantageous in terms of radiation noise.

ターボチャージャーのアシスト電動機は、一般に、負荷率が低いので(一回の負荷時間は数秒、全体負荷率は20%以下)、この発明による電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項4〕では、誘導機構造のアシスト誘導機(6;図6)を使用することにより、ターボチャージャーのタービン(3)で駆動されている時は電力変換器(11)のインバータ(11A)をゲートオフ(B12)してアシスト電動機(6)を周波数電源(11A)から遮断して、コンプレッサ(2)をアシスト駆動する負荷時の待機をさせることができる。このように、アシストが不要の際には、電源からアシスト電動機を遮断して待機状態にしておくので、アシスト電動機のロータ損失を発生させないようにしてロータの温度上昇を防止することができる。また、ロータ温度上昇による不安定な回転振動の防止やシステム効率の向上を図ることができる。   Since the assist motor of a turbocharger generally has a low load factor (the load time for one time is several seconds and the total load factor is 20% or less), the motor-assisted turbocharger according to the present invention has an induction machine structure. By using the assist induction machine (6; FIG. 6), the inverter (11A) of the power converter (11) is gated off (B12) when driven by the turbocharger turbine (3). (6) can be cut off from the frequency power supply (11A), and the compressor (2) can be put on standby when loaded to assist driving. In this way, when the assist is unnecessary, the assist motor is cut off from the power source and kept in a standby state, so that the rotor temperature can be prevented from rising without causing the rotor loss of the assist motor. Further, it is possible to prevent unstable rotational vibration due to a rise in rotor temperature and improve system efficiency.

また、この発明による電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項5〕では、誘導機構造のアシスト電動機(6;図6)を使用することにより、駆動トルクを必要としない際に上述のようにインバータ(11A)をゲートオフせず、電動機回転周波数(fr)と同じ周波数の電圧をアシスト電動機(6)に加え、励磁電流(if)のみを流して待機状態とすることができ、トルクが必要な際にのみアシスト電動機(6)にトルク指令(sf)を与える制御を行うことができる。すなわち、コンプレッサ(2)をアシスト駆動する再負荷時は、電動機励磁が待機中に確立しているので、直ちにトルク指令(sf)により電動機トルクを立ち上げて速やかな応答を実現することができる。さらに、アシストに誘導機を用いるので、同期機を用いた場合のように高速時の制御遅れによるトルクの低下はほとんどない。   Further, in the electrically assisted turbocharger according to the present invention (Claim 5), by using the assist motor (6; FIG. 6) having an induction machine structure, when the driving torque is not required, the inverter (11A as described above) is used. ) Is not turned off, a voltage having the same frequency as the motor rotation frequency (fr) is applied to the assist motor (6), and only the excitation current (if) is allowed to enter a standby state, and only when torque is required. Control which gives a torque command (sf) to an assist electric motor (6) can be performed. That is, when the compressor (2) is assisted and re-loaded, since the motor excitation is established during standby, the motor torque is immediately raised by the torque command (sf), and a quick response can be realized. Furthermore, since an induction machine is used for assist, there is almost no torque reduction due to a control delay at high speed as in the case of using a synchronous machine.

この発明による電動アシスト型ターボチャージャー〔請求項6〕では、エンジンブレーキが必要な際に、アシスト電動機を回生モードで動作させるようにしているので、エンジンブレーキ性能を向上し、エネルギーを電源側に回生することにより燃費の改善を図ることができる。   In the electrically assisted turbocharger according to the present invention (Claim 6), when the engine brake is required, the assist motor is operated in the regeneration mode, so that the engine brake performance is improved and the energy is regenerated to the power source side. By doing so, fuel consumption can be improved.

〔システムの概要〕
図2は、この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーを含むシステムの概要を表わすシステム概要図である。エンジン1は、燃料噴射弁1aを有し、燃料噴射弁1aにより噴射される燃料成分をコンプレッサ2からの加圧空気Arpに混合してマニホルドを通し、燃料成分が気化した加圧混合ガスをシリンダに送り込み、シリンダ内で混合ガスを燃焼させて動力を発生する。燃焼後の排気ガスExは、タービン3に供給された後外部に排出され、エンジン1の高速回転時には、排気ガスExの一部がウェストゲート弁1bを通じてそのまま排出される。
[System Overview]
FIG. 2 is a system outline diagram showing an outline of a system including an electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention. The engine 1 has a fuel injection valve 1a. The fuel component injected by the fuel injection valve 1a is mixed with the pressurized air Arp from the compressor 2 and passed through the manifold. And the mixed gas is burned in the cylinder to generate power. Exhaust gas Ex after combustion is supplied to the turbine 3 and then discharged to the outside. When the engine 1 rotates at high speed, a part of the exhaust gas Ex is discharged as it is through the wastegate valve 1b.

タービン3のタービンホイール(翼車)3aは、第1軸受け部4の2つの軸受け(ベアリング)4a,4b(斜線部)を介してコンプレッサ2のコンプレッサホイール(翼車)2aに連結され(以下、軸受け4a,4bを夫々「第1軸受け」及び「第2軸受け」と呼ぶ)、コンプレッサホイール2aには電動機6のロータ6aが連結される。すなわち、タービンホイール3a、コンプレッサホイール2a及び電動機6のロータ6aは相互に結合され、これらが結合された回転系の軸は回転軸5で示される。この回転軸5は、電動機ロータ6aから更に電動機ハウジング6bの外側壁(なお、「外」又は「外側」はタービン3とは反対の軸方向を指す)まで延び、外側壁近傍に設けられた第2軸受け部7の軸受け(ベアリング)7a(斜線部)よって回転軸5の端部が支持される。   A turbine wheel (impeller) 3a of the turbine 3 is connected to a compressor wheel (impeller) 2a of the compressor 2 via two bearings (bearings) 4a and 4b (shaded portions) of the first bearing portion 4 (hereinafter referred to as “the following”). The bearings 4a and 4b are referred to as “first bearing” and “second bearing”, respectively, and the rotor 6a of the electric motor 6 is connected to the compressor wheel 2a. That is, the turbine wheel 3a, the compressor wheel 2a, and the rotor 6a of the electric motor 6 are coupled to each other, and the axis of the rotating system to which these are coupled is indicated by the rotating shaft 5. The rotating shaft 5 further extends from the motor rotor 6a to the outer wall of the motor housing 6b (where "outer" or "outer" indicates the axial direction opposite to the turbine 3), and is provided near the outer wall. The end of the rotating shaft 5 is supported by the bearing (bearing) 7a (shaded portion) of the two-bearing portion 7.

また、回転軸5の末端には回転センサ8が設けられ、回転センサ8は、回転軸5の回転状態を表わす回転検出信号Nrを信号線9に送り出すことができる。そして、電動機6には交流給電線10を通じて電力変換器(インバータ)11からの高周波電力が供給され、電力変換器11には、直流給電線12を通じて、12Vのバッテリ電源を含む電源部13からの直流電力が供給される。   A rotation sensor 8 is provided at the end of the rotation shaft 5, and the rotation sensor 8 can send a rotation detection signal Nr representing the rotation state of the rotation shaft 5 to the signal line 9. The motor 6 is supplied with high frequency power from a power converter (inverter) 11 through an AC power supply line 10, and the power converter 11 is supplied from a power supply unit 13 including a 12 V battery power supply through a DC power supply line 12. DC power is supplied.

このような構成により、タービン3、コンプレッサ2及び電動機6の回転系が互いに連結されるので、エンジン1の排気ガスExにより回転されるタービンホイール3aからの動力が与えられるコンプレッサホイール2aには、さらに、電力変換器11からの給電により発生する電動機ロータ6aからの動力が加えられ、エンジンへの加圧空気Arpは、タービン3のみで駆動する場合よりも加圧することができる。従って、外部からの空気Arをコンプレッサホイール2aの回転により加圧した加圧空気Arpをコンプレッサ2からエンジン1に送り込む過給機構の機能を効率化することができる。   With such a configuration, the rotation system of the turbine 3, the compressor 2 and the electric motor 6 are connected to each other. Therefore, the compressor wheel 2a to which power from the turbine wheel 3a rotated by the exhaust gas Ex of the engine 1 is applied is further provided. The power from the motor rotor 6a generated by the power supply from the power converter 11 is applied, and the pressurized air Arp to the engine can be pressurized more than when driven by the turbine 3 alone. Therefore, the function of the supercharging mechanism that sends the pressurized air Arp obtained by pressurizing the external air Ar by the rotation of the compressor wheel 2a from the compressor 2 to the engine 1 can be made efficient.

エンジン制御部14は、アクセルペダル15の操作に基づくスロットル信号Th、エンジン1の回転数Neやクランク角信号Ae、マニホルド信号Mn、エンジンブレーキ信号Eb、各種温度センサ信号Tmや車速信号Spなどの種々の入力を受けて、これらの信号を処理する。そして、燃料制御信号Fc、ウェストゲート弁制御信号Wc、変換器制御信号Icを、それぞれ、燃料噴射弁1a、ウェストゲート弁1b、電力変換器11に出力し、これらの制御機器の動作を制御する。また、電力変換器11は、エンジン制御部14からの変換器制御信号Sc及び回転センサ8からの回転検出信号Nrに基づいて、電動機6への電力供給を制御する。   The engine control unit 14 performs various operations such as the throttle signal Th based on the operation of the accelerator pedal 15, the engine speed Ne, the crank angle signal Ae, the manifold signal Mn, the engine brake signal Eb, various temperature sensor signals Tm, and the vehicle speed signal Sp. To process these signals. Then, the fuel control signal Fc, the wastegate valve control signal Wc, and the converter control signal Ic are output to the fuel injection valve 1a, the wastegate valve 1b, and the power converter 11, respectively, to control the operation of these control devices. . The power converter 11 controls power supply to the electric motor 6 based on the converter control signal Sc from the engine control unit 14 and the rotation detection signal Nr from the rotation sensor 8.

ここで、図2を用いて、この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーの特徴的な機能を極く概略的に説明すると次のとおりである:この電動アシスト型ターボチャージャーでは、タービン回転部3aに連結される第1軸受け機構4に対してコンプレッサ2、アシスト電動機6及び第2軸受け機構7が順次配置され、コンプレッサホイール2a及び電動機ロータ6aは、第1及び第2軸受け機構4,7によって、両側から支持される。電動機6のステータコイルに繋がる引出し線は回転軸方向に電動機6の外側壁まで延びて電動機外側壁からの突出部が給電用端子として利用される。電動機外側壁に電力変換器(インバータ)11を取り付けて一体構造にすることができる。アシスト電動機6に誘導機を用いて、アシスト不要の際は、電力変換器11をゲートオフしたり電動機6に励磁電流のみを供給して待機状態とすることができる。また、エンジンブレーキが必要な場合には電動機6を回生モードで運転させる。   Here, the characteristic functions of the electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention will be described in brief with reference to FIG. 2 as follows: In this electrically assisted turbocharger, the turbine rotation The compressor 2, the assist motor 6 and the second bearing mechanism 7 are sequentially arranged with respect to the first bearing mechanism 4 connected to the portion 3a, and the compressor wheel 2a and the motor rotor 6a include the first and second bearing mechanisms 4, 7 respectively. Is supported from both sides. The lead wire connected to the stator coil of the electric motor 6 extends to the outer wall of the electric motor 6 in the direction of the rotation axis, and a protruding portion from the outer wall of the electric motor is used as a power feeding terminal. A power converter (inverter) 11 can be attached to the outer wall of the electric motor to form an integral structure. By using an induction machine for the assist motor 6, when the assist is unnecessary, the power converter 11 can be gated off or only the excitation current can be supplied to the motor 6 to be in a standby state. When engine braking is necessary, the electric motor 6 is operated in the regeneration mode.

〔要部の構造例〕
この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーにおいては、回転系の振動抑制のために、タービンハウジングに取り付られた2点支持型の第1軸受け部にコンプレッサが取り付けられ、さらに、コンプレッサの外側にアシスト電動機及び第2軸受け部が順次取り付けられる。つまり、第1軸受け部の2つの軸受けと第2軸受け部の軸受けとによってコンプレッサホイール及び電動機ロータから成る回転系を支持することにより、高速回転時の振動を十分に抑制することができる。図3及び図4は、この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーの要部を軸に直交する方向から見た正面の断面図及び軸方向から電動機側を見た側面図を示す。
[Structural example of main part]
In the electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention, a compressor is attached to the first bearing portion of the two-point support type that is attached to the turbine housing in order to suppress vibration of the rotating system. The assist motor and the second bearing portion are sequentially attached to the outside. That is, by supporting the rotating system including the compressor wheel and the electric motor rotor by the two bearings of the first bearing portion and the bearing of the second bearing portion, it is possible to sufficiently suppress vibration during high-speed rotation. 3 and 4 show a front sectional view of the main part of the electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention as seen from a direction orthogonal to the axis and a side view as seen from the axial direction of the electric motor side.

タービン3・コンプレッサ2間に介在する第1軸受け部4には、図1の従来技術と同様に、標準的に使われている2点支持型のベアリング構体を使用することができる。すなわち、軸受けハウジング4c内に収納された第1及び第2軸受け4a,4bは、タービン3のタービンホイール3aとコンプレッサ2のコンプレッサホイール2aとの連結軸4dを2点で支持する。また、給油口4eから供給される潤滑油が両軸受け4a,4bを潤滑した後、排油口4fから排出され、タービンホイール3aとコンプレッサホイール2aとの連結部の両端外周と、軸受けハウジング4cのタービン3側及びコンプレッサ2側の両側壁内周との間にオイルシール用リング(黒い小部分)が設けられる。   As the first bearing portion 4 interposed between the turbine 3 and the compressor 2, a two-point support type bearing structure used as a standard can be used as in the prior art of FIG. 1. That is, the first and second bearings 4a and 4b accommodated in the bearing housing 4c support the connection shaft 4d between the turbine wheel 3a of the turbine 3 and the compressor wheel 2a of the compressor 2 at two points. Further, the lubricating oil supplied from the oil supply port 4e lubricates both the bearings 4a and 4b, and then is discharged from the oil discharge port 4f. The outer periphery of both ends of the connecting portion between the turbine wheel 3a and the compressor wheel 2a, and the bearing housing 4c An oil seal ring (small black portion) is provided between the inner periphery of both side walls on the turbine 3 side and the compressor 2 side.

コンプレッサ2は、コンプレッサハウジング2b内にコンプレッサホイール2aを備え、コンプレッサハウジング2bは、電動機6側に外側壁2cを有し、何れも回転軸5に直交する方向に向いた空気導入口2d及び加圧空気出力口2e(図4参照)を備える。電動機6は、コンプレッサ2の外側壁2cと電動機ハウジング6bで囲まれた空間内に、電動機の主要素であるステータ6c及びロータ6aを備えており、ステータ6cは、コンプレッサ外側壁2cを挿通する固定部材(ネジ)により電動機ハウジング6bの側面部に取り付けられる。なお、コンプレッサーホイール2aの向きを図示とは逆向きにしてもよい。   The compressor 2 includes a compressor wheel 2a in the compressor housing 2b. The compressor housing 2b has an outer wall 2c on the electric motor 6 side, both of which are an air introduction port 2d and a pressurization that are oriented in a direction orthogonal to the rotation shaft 5. An air output port 2e (see FIG. 4) is provided. The electric motor 6 includes a stator 6c and a rotor 6a, which are main elements of the electric motor, in a space surrounded by the outer wall 2c of the compressor 2 and the electric motor housing 6b. The stator 6c is fixed to be inserted through the compressor outer wall 2c. The member (screw) is attached to the side surface portion of the motor housing 6b. It should be noted that the direction of the compressor wheel 2a may be opposite to that illustrated.

以上のようなコンプレッサ2及び電動機6の構造により、コンプレッサハウジング2b及び電動機ハウジング6b内に圧縮機構及び電動機構を備える第1の電動アシストアセンブリ20が構成される。   With the structure of the compressor 2 and the electric motor 6 as described above, the first electric assist assembly 20 including the compression mechanism and the electric mechanism is configured in the compressor housing 2b and the electric motor housing 6b.

電動機ハウジング6bは、ステータ6cが取り付けられる側面部からコンプレッサ2と反対側に張り出した張出し部6dを有し、この張出し部6dの外側壁には電動機6のステータコイルの引出し線6eが挿通され、これらの引出し線6eは、それぞれ、外側壁の外側に設けられた給電用端子6fに接続される。また、電動機ロータ6aの回転軸は、一方の端部がコンプレッサホイール2aと連結され、他方の端部が第2軸受け部7の軸受け7aで支持される(以下、軸受け7aを「第3軸受け」と呼ぶ。)。   The motor housing 6b has a projecting portion 6d projecting from the side surface portion to which the stator 6c is attached to the side opposite to the compressor 2, and a lead wire 6e of the stator coil of the motor 6 is inserted into the outer wall of the projecting portion 6d. Each of these lead wires 6e is connected to a power feeding terminal 6f provided outside the outer wall. The rotating shaft of the motor rotor 6a has one end connected to the compressor wheel 2a and the other end supported by the bearing 7a of the second bearing portion 7 (hereinafter, the bearing 7a is referred to as "third bearing"). Call it.)

このように、コンプレッサホイール2a及び電動機ロータ6aから成る回転系が、回転系の両端にある第1及び第2軸受け4a,4b(第1軸受け部4)と第3軸受け7a(第2軸受け部7)とによって支持され、オーバーハングしないような構造を採用することにより、高速回転時の振動を十分に抑制することができる。   As described above, the rotation system including the compressor wheel 2a and the electric motor rotor 6a includes the first and second bearings 4a and 4b (first bearing part 4) and the third bearing 7a (second bearing part 7) at both ends of the rotation system. ) And a structure that does not overhang can be sufficiently suppressed to vibrate during high-speed rotation.

前述したように、図1に示される従来技術では、タービンハウジング(TH)及び軸受け部(BR)から電動機(AM)及びコンプレッサ(CM)がオーバーハングする片側軸受け構造になっていると、高速回転に伴い、電動機ロータ(MR)の偏心、バネ特性、振れ等が増大するので、電動機(AM)の運転を維持することができなくなる。これは、ターボチャージャーのように高速回転させるものでは、電動機ロータが僅かに偏心していても電磁力の偏位が増大したり、磁気ばねの負のばね定数による電磁力への影響が顕著になり、また、電動機ロータの振れによる磁気力が増大する等、電動機の電磁力が“梃子(てこ)の比”で増大するので、振動感度が高くなり、特に、高速運転域における3次の振動モードの振幅が極端に大きくなってしまい、高速運転が困難となることによる。   As described above, in the prior art shown in FIG. 1, when the one-side bearing structure in which the electric motor (AM) and the compressor (CM) are overhanged from the turbine housing (TH) and the bearing portion (BR), high-speed rotation is achieved. As a result, the eccentricity, spring characteristics, runout, etc. of the motor rotor (MR) increase, so that the operation of the motor (AM) cannot be maintained. This is because when the motor rotor rotates at a high speed like a turbocharger, even if the motor rotor is slightly decentered, the displacement of the electromagnetic force increases or the influence of the negative spring constant of the magnetic spring on the electromagnetic force becomes significant. In addition, since the electromagnetic force of the motor increases at the “leverage ratio”, such as an increase in the magnetic force due to the vibration of the motor rotor, the vibration sensitivity is increased, especially in the third-order vibration mode in the high-speed operation range. This is because the amplitude of the signal becomes extremely large and high speed operation becomes difficult.

図5は、軸受け構造に対応する回転系の回転数と振動振幅との関係を表わす振動特性図を示す。図5において、図1の従来技術による振動特性は、軸受け(BR)からのオーバーハングがあるために、曲線Aで表わされるように、3次モード(曲げモードともいう)の振動に大きなピークPk3が出る。これに対して、この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーでは、曲線Bで表わされるように、良好な振動特性を示す。   FIG. 5 is a vibration characteristic diagram showing the relationship between the rotational speed and vibration amplitude of the rotating system corresponding to the bearing structure. In FIG. 5, the vibration characteristic according to the prior art of FIG. 1 has an overhang from the bearing (BR), and therefore, as represented by the curve A, a large peak Pk3 is generated in the vibration of the third-order mode (also referred to as a bending mode). coming out. In contrast, the electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention exhibits good vibration characteristics as represented by curve B.

つまり、このターボチャージャーでは、コンプレッサホイール2a及び電動機ロータ6aは、両端に位置する第1及び第2軸受け4a,4bと第3軸受け7aで支持され、軸受け部4からのオーバーハングがない構造にしてあるので、図5の振動特性曲線Bに示すように、高速運転域における電動機の磁気力の影響を減らして3次の振動モードを十分減衰させることができ、高速回転時の振動問題を解決することができる。また、第1軸受け部4には、標準のターボチャージャー(電動アシスト無し)に用いられている軸受けアセンブリを大幅な構造変更なしに用いることができるので、生産的にも有利である。   That is, in this turbocharger, the compressor wheel 2a and the motor rotor 6a are supported by the first and second bearings 4a, 4b and the third bearing 7a located at both ends, and do not have an overhang from the bearing portion 4. Therefore, as shown in the vibration characteristic curve B of FIG. 5, the third-order vibration mode can be sufficiently damped by reducing the influence of the magnetic force of the motor in the high-speed operation region, and the vibration problem at the time of high-speed rotation is solved. be able to. Moreover, since the bearing assembly used for the standard turbocharger (without electric assistance) can be used for the 1st bearing part 4 without a big structural change, it is advantageous also in productivity.

図3及び図4の例では、電動機6のロータ6aは電動機回転軸と一体化され、ロータ6aと一体化された電動機回転部は、第1及び第2軸受け4a,4bで支持されるタービンホイール3aとコンプレッサホイール2aとの連結部に連なる回転軸と結合されて回転軸5を構成する。さらに、コンプレッサハウジング2bの外側壁は、電動機ハウジング6bの一部として共用される共通構造になっているので、ターボチャージャーの軸受け4b,7a間における回転系の軸長を短くすることができる。また、第2軸受け部7は、電動機ハウジング6bの張出し部6d内に取り付けられ、第2軸受け部7から突出した回転軸5の末端部には回転センサ8が設けられる。そして、回転センサ8に接続される信号線9が電動機ハウジング6bの張出し部6dから外部に取り出される。   3 and 4, the rotor 6a of the electric motor 6 is integrated with the electric motor rotating shaft, and the electric motor rotating portion integrated with the rotor 6a is supported by the first and second bearings 4a and 4b. A rotating shaft 5 is configured by being coupled to a rotating shaft connected to a connecting portion between 3a and the compressor wheel 2a. Further, since the outer wall of the compressor housing 2b has a common structure shared as a part of the electric motor housing 6b, the axial length of the rotating system between the turbocharger bearings 4b and 7a can be shortened. The second bearing portion 7 is mounted in the overhang portion 6d of the electric motor housing 6b, and a rotation sensor 8 is provided at the end of the rotating shaft 5 protruding from the second bearing portion 7. And the signal wire | line 9 connected to the rotation sensor 8 is taken out outside from the overhang | projection part 6d of the motor housing 6b.

この例では、電動機ステータ6cに装着されるステータコイルには、バー(棒)状の形状をしたバー導体が使用され、各相ステータコイルの端部となるバー状導体については、そのまま回転軸方向に平行に延び、電動機ハウジング6bの外側壁の外面に突出している。そして、これらのバー状導体のステータ6cから外側壁までの部分は引出し線6eとして機能し、外側壁の外面から突出した端部は給電用端子(口出し線ともいう)6fとして用いられる。なお、図示の例では、給電用端子6fは3つ備えられ、電力変換器11から3相交流給電線10を通じて3相高周波電力が供給される。   In this example, a bar conductor having a bar shape is used for the stator coil mounted on the electric motor stator 6c, and the bar-shaped conductor serving as an end of each phase stator coil is directly in the direction of the rotation axis. It protrudes on the outer surface of the outer wall of the motor housing 6b. The portion of the bar-shaped conductor from the stator 6c to the outer wall functions as a lead wire 6e, and the end protruding from the outer surface of the outer wall is used as a power feeding terminal (also referred to as a lead wire) 6f. In the illustrated example, three power supply terminals 6 f are provided, and three-phase high-frequency power is supplied from the power converter 11 through the three-phase AC power supply line 10.

図3及び図4には示されていないが、各相ステータコイルを形成するバー状導体の給電端以外の端部は、電動機ステータ6cの端面に設けられ渡り線として機能する円弧状の板状接続体で接続され、これらの板状接続体は、各相で電路の長さが等しくなるように形成される(図6参照)。   Although not shown in FIGS. 3 and 4, the end portions other than the feeding end of the bar-shaped conductor forming each phase stator coil are provided on the end surface of the motor stator 6 c and function as a crossover plate shape. They are connected by connecting bodies, and these plate-like connecting bodies are formed so that the lengths of the electric circuits are equal in each phase (see FIG. 6).

アシスト電動機6は、低電圧(例えば、自動車用12V電源)で高速駆動すると、周波数が高く電動機電流が非常に大きく各相間のインピーダンス差が顕著に現れるので、図1の従来技術のように端子TMを電動機周側面に設けた構造で電動機の各相に給電する場合、各相間のインピーダンスバランスを取ることが難しくなり、各相インピーダンス間にアンバランスが生じて各相電流がアンバランスになってしまい、回転振動等の問題が生じる。そのため、通常は、電源電圧を一旦昇圧してから(例えば、72V以上)電力変換器(インバータ)を駆動する方法を採るが、この方法では、昇圧回路が必要になり、電路にインダクタンス成分が必要となって電力変換器のサイズが大きくなる他、損失も大きくなるという弊害がある。   When the assist motor 6 is driven at a high speed with a low voltage (for example, a 12V power supply for automobiles), the frequency is high and the motor current is very large, so that the impedance difference between the phases appears remarkably. When power is supplied to each phase of the motor with a structure provided on the motor side surface, it becomes difficult to balance the impedance between the phases, and an imbalance occurs between the phase impedances, resulting in an unbalanced phase current. Problems such as rotational vibration occur. For this reason, usually, a method of driving the power converter (inverter) after once boosting the power supply voltage (for example, 72 V or more) is adopted, but this method requires a booster circuit and an inductance component is required in the electric circuit. As a result, the size of the power converter is increased and the loss is also increased.

これに対して、この電動アシスト型ターボチャージャーのアシスト電動機では、給電用端子6fに繋がる引出し線6eは、上述のように、ステータ6cのステータコイルから回転軸方向に平行に取り出されて各相で長さを互いに等しくし、また、各相ステータコイルを形成するバー状導体が各相で等長の板状接続体で相互に接続される構造にすることによって、低電圧かつ高速で駆動しても、電動機内部における各相インピーダンス間のばらつきが小さくなって相間のインピーダンス差を低減することができ、上述した諸問題を一挙に解決することができる。   On the other hand, in the assist motor of this electrically assisted turbocharger, the lead wire 6e connected to the power feeding terminal 6f is taken out in parallel to the rotation axis direction from the stator coil of the stator 6c as described above, and in each phase. Drives at low voltage and high speed by making the lengths equal to each other and by connecting the bar-shaped conductors forming each phase stator coil to each other with equal-length plate-like connectors in each phase. However, the variation between the impedances of the respective phases inside the motor can be reduced, and the impedance difference between the phases can be reduced, so that the above-mentioned problems can be solved all at once.

〔アシスト電動機の構成例〕
この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーにおいては、アシスト電動機として、種々のタイプの多相電動機を使用することができるが、特に、誘導電動機が好適に用いられる。図6は、この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーに用いられる誘導電動機の構成例を示す。
[Configuration example of assist motor]
In the electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention, various types of multiphase motors can be used as the assist motor. In particular, an induction motor is preferably used. FIG. 6 shows an example of the configuration of an induction motor used in an electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention.

図6において、ステータ6cは、「クローズドスロットステータ」と呼ばれる構造を呈しており、内周近傍に全閉形かつ深溝形のコイルスロットS1〜S6(参照記号S2,S4,S6は図示されていない)が設けられ、各スロットの内周側断面が先細になっており、ステータ6cの隣接スロット間隔が拡げられている。各スロットS1〜S6のステータ外周側の広い部分は、スロット底部と呼ばれ、断面が円形(矩形でもよい)になっている。スロット底部には、全体的にバー(棒)状の形をしており断面が円形(矩形でもよい)のバー導体ai〜ckが組み込まれる。これによって、各スロットS1〜S6でのコイル占有率を上げ、電流容量を増大すると共に、空隙の磁束密度を高くし、高トルクを得ることができる。   In FIG. 6, the stator 6c has a structure called a “closed slot stator”, and is a fully closed and deep groove coil slot S1 to S6 in the vicinity of the inner periphery (reference symbols S2, S4, and S6 are not shown). Are provided, the inner circumferential side cross section of each slot is tapered, and the interval between adjacent slots of the stator 6c is widened. A wide portion of each slot S1 to S6 on the outer periphery side of the stator is called a slot bottom and has a circular cross section (may be rectangular). At the bottom of the slot, bar conductors ai to ck having a bar shape as a whole and having a circular cross section (may be rectangular) are incorporated. As a result, the coil occupation ratio in each of the slots S1 to S6 can be increased, the current capacity can be increased, the magnetic flux density of the air gap can be increased, and a high torque can be obtained.

この例では、A相〜C相ステータコイルは、第1及び第2バー導体ai,ak;bi,bk;ci,ckを備え、各相ステータコイルの端部となる第1バー導体ai,bi,ciの一端は、ステータ6cの一端面から等しい長さで突出しており、これらの突出部分は、図3で説明した引出し線6e及び給電用端子(口出し線)6fとして機能する。ステータ6cの各端面には、絶縁スペーサspを介して、中性点となる共通接続体n及び各相導体同士を接続する導体間接続体aj〜cjが設けられ、各相ステータコイルの第2バー導体ak,bk,ckの一端は、ステータ6cの一端面で共通接続体nにより共通接続され、各相の第1及び第2バー導体ai,ak;bi,bk;ci,ckの他端は、ステータ6cの他端面で、導体間接続体aj;bj;cjにより同一相の第2及び第1バー導体ak,ai;bk,bi;ck,ciの他端と接続される。   In this example, the A-phase to C-phase stator coils include first and second bar conductors ai, ak; bi, bk; ci, ck, and first bar conductors ai, bi serving as end portions of the respective phase stator coils. , Ci protrudes at an equal length from one end face of the stator 6c, and these protruding portions function as the lead wire 6e and the power supply terminal (lead wire) 6f described in FIG. Each end face of the stator 6c is provided with a common connection n serving as a neutral point and inter-conductor connection bodies aj to cj for connecting the phase conductors with an insulating spacer sp interposed therebetween. One end of each of the bar conductors ak, bk, ck is commonly connected to one end surface of the stator 6c by a common connector n, and the other ends of the first and second bar conductors ai, ak; bi, bk; ci, ck of each phase. Is connected to the other end of the second and first bar conductors ak, ai; bk, bi; ck, ci of the same phase by interconductor connectors aj; bj; cj on the other end surface of the stator 6c.

中性点共通接続体n及び導体間接続体aj〜cjは、円弧状の板体であり、バー導体との接続点までの距離が等しくなっている。これにより、バー導体ai〜ckの端部(コイルエンド)は、引出し線及び電源供給端子となる端部を除いて、短小となり、軸長を短くし高速駆動に適したものとすることができる。また、導体間接続体aj〜cjは、ステータ6cの外周を回さず、ステータ6cの端面に設けられるので、製造が容易になるだけでなく、導体間接続要素のインピーダンス低下に寄与することができる。   The neutral point common connection body n and the interconductor connection bodies aj to cj are arc-shaped plates, and the distances to the connection points with the bar conductors are equal. As a result, the end portions (coil ends) of the bar conductors ai to ck can be made short except for the lead wire and the power supply terminal, and the shaft length can be shortened to be suitable for high-speed driving. . Further, since the interconductor connecting bodies aj to cj are provided on the end face of the stator 6c without rotating the outer periphery of the stator 6c, not only the manufacture is facilitated but also the impedance reduction of the interconductor connecting element can be contributed. it can.

さらに、導体間接続体aj〜cjにおける導体接続点間の長さや、各相の第1バー導体ai,bi,ciの突出部分の長さを、各相で等しくし、中性点共通接続体nについても形状を円形にして導体接続点間の長さを等しくするなど、ステータコイルの渡り部分長を各相で簡単に合わせることができるので、相間インピーダンス差を少なくし相間インピーダンスバランスを取るのが非常に容易になる。   Further, the length between the conductor connection points in the interconductor connection bodies aj to cj and the length of the protruding portion of the first bar conductors ai, bi, ci of each phase are made equal in each phase, and the neutral point common connection body Since the shape of n can also be made circular and the length between the conductor connection points can be made equal, for example, the crossover length of the stator coil can be easily adjusted for each phase. Will be very easy.

また、ロータ6aについては、かご形ロータでもよいが、ステータ側が高透磁率で低抵抗の円柱状ソリッドロータを用い、スリップを少なくして運転効率を高めるようにするのが好ましい。ソリッドロータの場合、さらに、軸心Xに近い部分を高強度鋼成分としたり回転軸と一体化することによって、高速回転による遠心力に対する強度を高めることができる。   The rotor 6a may be a squirrel-cage rotor, but it is preferable to use a cylindrical solid rotor having a high permeability and low resistance on the stator side so as to reduce slip and increase operating efficiency. In the case of a solid rotor, the strength against centrifugal force due to high-speed rotation can be increased by using a portion close to the axis X as a high-strength steel component or by integrating with a rotating shaft.

〔電動機制御機器の配置〕
この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーにおいては、アシスト電動機近傍に、直接、電力変換器を含む電動機制御機器を取り付けることにより、給電路のインピーダンス降下を少なくして、アシスト電動機を低圧で高速回転させても安定に運転することができる。図7は、この発明の一実施例による電動機制御機器を組み込んだ電動アシスト型ターボチャージャー構造を示し、図7(1)は、この構造を軸に直交する方向から見た正面図を示し、図7(2)は、軸方向から電力変換器側を見た側面図を示す。
[Arrangement of motor control equipment]
In the electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention, by attaching an electric motor control device including a power converter directly in the vicinity of the assist electric motor, the impedance drop in the power feeding path is reduced, and the assist electric motor is operated at a low pressure. Even if it is rotated at high speed, it can be stably operated. FIG. 7 shows an electrically assisted turbocharger structure incorporating an electric motor control device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 7 (1) shows a front view of the structure viewed from a direction orthogonal to the axis. 7 (2) shows a side view of the power converter side as viewed from the axial direction.

図7に示される構造は、簡単にいうと、図3で説明した電動アシストアセンブリ20に対し、電動機6の外側に、直接、電力変換器11を取り付けて、第2の電動アシストアセンブリ30としたものである。電力変換器11は、変換器基板11a及び変換器ハウジング11bを備え、変換器基板11aには、変換回路及び制御回路部材が搭載され、変換器ハウジング11bは、軸方向に垂直な中間壁11cを有している。   The structure shown in FIG. 7 is simply the second electric assist assembly 30 by directly attaching the power converter 11 to the outside of the electric motor 6 with respect to the electric assist assembly 20 described in FIG. Is. The power converter 11 includes a converter board 11a and a converter housing 11b. A converter circuit and a control circuit member are mounted on the converter board 11a. The converter housing 11b has an intermediate wall 11c perpendicular to the axial direction. Have.

中間壁11cから外側の変換器ハウジング11bには電力変換部材が収納され、中間壁11cの外面側に変換器基板11aが設置され、変換器基板11aには、電力変換の主要素である電力用スイッチング素子(FETトランジスタ)を含む電力変換回路の回路要素や、電力変換回路を制御する制御回路が取り付けられる。変換器ハウジング11bの外面には直流給電端子台11dや操作盤(図示せず)が設けられ、直流給電端子台11dに設けられた正(+)及び負(−)端子11e,11fは、電源部13に接続される直流給電線12の端子を受け入れることができる。   A power conversion member is accommodated in the converter housing 11b outside the intermediate wall 11c, and a converter board 11a is installed on the outer surface side of the intermediate wall 11c. The converter board 11a has a power conversion element that is a main element of power conversion. A circuit element of a power conversion circuit including a switching element (FET transistor) and a control circuit for controlling the power conversion circuit are attached. A DC power supply terminal block 11d and an operation panel (not shown) are provided on the outer surface of the converter housing 11b. The positive (+) and negative (−) terminals 11e and 11f provided on the DC power supply terminal block 11d The terminal of the DC power supply line 12 connected to the unit 13 can be received.

変換器ハウジング11bの中間壁11cは、図3で説明した電動機ハウジング6bの外側壁と同じ機能をもっている。すなわち、中間壁11cから電動機側の変換器ハウジング11bは、電動機ハウジング6bの張出し部6dと同じ機能をもち、電動機6の引出し線6eの部分や第2軸受け部7を収容しており、引出し線6eは中間壁11c及び変換器基板11aを貫通している。また、変換器基板11aを突き出た引出し線6eの先端部分は電動機6の給電用端子6fを形成し、給電用端子6fは電力変換器11の出力端子としても機能する。そして、変換器ハウジング11bの外側の開口部は、変換器カバー11gで封止される。   The intermediate wall 11c of the converter housing 11b has the same function as the outer wall of the motor housing 6b described in FIG. That is, the converter housing 11b on the electric motor side from the intermediate wall 11c has the same function as the overhanging portion 6d of the electric motor housing 6b, and accommodates the portion of the lead wire 6e of the motor 6 and the second bearing portion 7, and the lead wire 6e penetrates the intermediate wall 11c and the converter substrate 11a. Further, the leading end portion of the lead wire 6 e protruding from the converter substrate 11 a forms a power feeding terminal 6 f of the electric motor 6, and the power feeding terminal 6 f also functions as an output terminal of the power converter 11. The outer opening of the converter housing 11b is sealed with a converter cover 11g.

また、図7の構造例では、図3で説明したコンプレッサハウジング2bに電動機ハウジング6bの主要部の構造を一体化したコンプレッサハウジング2b’が設けられる。コンプレッサハウジング2b’は、コンプレッサハウジング2bの外側壁2cの機能を有する中間壁(図示せず)を有し、この中間壁の外側(図示左側)の空間内に電動機6のステータ6c及びロータ6aを含み、内側(図示右側)の空間内にコンプレッサホイール6aを含んでいる。また、コンプレッサハウジング2b’は、図3と同様に、タービンハウジング3bに設けられた軸受けハウジング4cに取り付られ、図7に示すように、コンプレッサハウジング2b’の外側に変換器ハウジング11bが取り付けられる。   In the structural example of FIG. 7, the compressor housing 2 b ′ in which the structure of the main part of the motor housing 6 b is integrated with the compressor housing 2 b described in FIG. 3 is provided. The compressor housing 2b ′ has an intermediate wall (not shown) having the function of the outer wall 2c of the compressor housing 2b, and the stator 6c and the rotor 6a of the electric motor 6 are placed in the space outside the intermediate wall (the left side in the drawing). A compressor wheel 6a is included in an inner space (right side in the figure). Similarly to FIG. 3, the compressor housing 2b ′ is attached to a bearing housing 4c provided in the turbine housing 3b. As shown in FIG. 7, the converter housing 11b is attached to the outside of the compressor housing 2b ′. .

以上のようなコンプレッサ2、電動機6及び電力変換器11を一体化した構造により、コンプレッサハウジング2b’及び変換器ハウジング11b内に圧縮機構、電動機能及び電力変換機構を備える第2の電動アシストアセンブリ30が構成される。   Due to the structure in which the compressor 2, the electric motor 6, and the power converter 11 are integrated as described above, the second electric assist assembly 30 including a compression mechanism, an electric function, and an electric power conversion mechanism in the compressor housing 2b ′ and the converter housing 11b. Is configured.

さて、低圧かつ高速で電動機を運転するためには、前述のように、電源電圧を昇圧して高圧の直流電圧(72V以上)にしてから電力変換器を通じて電動機に電力供給する方法を採るのが通常である。この方法では、基本周波数が高くても電圧降下(ドロップ)の影響は少ないが、昇圧回路を設けるので電力変換器のサイズが大きくなる。さらに、電力変換器から電動機に接続される給電用電線には高周波数電流が流れるので放射ノイズの問題がある上、電線数が相数分あるので電動機から電力変換器までの配線が非常に難しいという実装上の問題もある。   In order to operate the motor at a low pressure and at a high speed, as described above, the method of boosting the power supply voltage to a high voltage DC voltage (72 V or more) and then supplying power to the motor through the power converter is adopted. It is normal. In this method, even if the fundamental frequency is high, the influence of the voltage drop (drop) is small, but since the booster circuit is provided, the size of the power converter increases. Furthermore, high-frequency current flows in the power supply wires connected from the power converter to the motor, so there is a problem of radiation noise, and the number of wires is the same as the number of phases, so wiring from the motor to the power converter is very difficult. There is also an implementation problem.

また、ターボチャージャーの用途は主として自動車用であるため、軽量化と高効率化が同時に求められるのに対して、電源電圧には、12Vという低いバテリー電圧を用いなければならないという制約がある。さらに、電源電圧が低いと電流が大きくなり、例えば、アシスト電動機の容量は、一般的には、およそ2kw程度なので、直流電流で167Aという大きな値になる。そして、効率化と軽量化が求められているので、昇圧による効率低下や電力変換器の大きさの増大を招く(例えば、インダクタンスが必要になるので重く大きくなる)。   In addition, since the turbocharger is mainly used for automobiles, weight reduction and high efficiency are required at the same time, but there is a restriction that a battery voltage as low as 12 V must be used for the power supply voltage. Further, when the power supply voltage is low, the current becomes large. For example, the capacity of the assist motor is generally about 2 kW, so the direct current has a large value of 167A. Since efficiency and weight reduction are required, the efficiency is reduced by boosting and the size of the power converter is increased (for example, an inductance is required, which makes it heavier and larger).

一方、高速運転するために、アシスト電動機の駆動に2〜3kHz程度の高い周波数電力が供給されるので、インピーダンス降下(ドロップ)は無視し得ない値になる。例えば、給電用電線が通常のインダクタンス値=1μH/mをもつものとすると、電源周波数=3kHzで20SQの単線1mではインピーダンスが約19mΩとなり、100Aでの電圧降下は1.9Vとなり、12V電源に対して影響が大きくなる。   On the other hand, since high frequency power of about 2 to 3 kHz is supplied to drive the assist motor for high speed operation, the impedance drop (drop) is a value that cannot be ignored. For example, if the power supply wire has a normal inductance value = 1 μH / m, the impedance is about 19 mΩ for a single line of 20 SQ at a power supply frequency = 3 kHz, and the voltage drop at 100 A is 1.9 V, so that the 12 V power supply The effect will be greater.

これに対して、図7で説明した第2の電動アシストアセンブリ30のように、アシスト電動機6に、直接、電力変換器(制御回路を含む)11を取り付けると、電動機6から電力変換器11までの距離を極端に短くすることができ、電動機6・電力変換器11間の電路インピーダンス降下の影響を最大限まで減らすことができる。さらに、電力変換器11と電源部(バッテリー電源)13との間が多少長くなっても、両者間の給電線12に流れる電流は直流であるため、周波数によるインピーダンス降下の影響は無く、放射ノイズも少なくなり、バッテリー電源11に繋がる給電線12は1本(片側接地の場合)或いは2本で済むので、狭いエンジンルームでの実装も容易になる。   On the other hand, when the power converter (including the control circuit) 11 is directly attached to the assist motor 6 as in the second electric assist assembly 30 described in FIG. 7, from the motor 6 to the power converter 11. Can be extremely shortened, and the influence of the drop in the circuit impedance between the motor 6 and the power converter 11 can be reduced to the maximum. Further, even if the distance between the power converter 11 and the power supply unit (battery power supply) 13 is somewhat longer, the current flowing through the power supply line 12 between them is a direct current. Since the number of power supply lines 12 connected to the battery power supply 11 is one (in the case of grounding on one side) or two, it is easy to mount in a narrow engine room.

〔アシスト電動機の駆動〕
この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーに用いられるアシスト電動機は、直流電源から高周波数交流電力を出力するインバータを用いた電力変換器(DC/AC変換器)で駆動される。3相モータについては、例えば、図8に示される電動機駆動回路のように、3相インバータ11Aを含む電力変換器が用いられる。すなわち、図6で説明したアシスト電動機のような3相電動機を用いる場合、3相インバータ11Aには、自動車に搭載されるバッテリのような電源部13から直流給電路12を介して直流電圧〔例えば、DC12V(ボルト)〕が供給され、インバータ11Aは3kHz程度の高周波の電力をアシスト電動機6の3相ステータコイルa〜cに供給する。
[Drive assist motor]
An assist motor used in an electrically assisted turbocharger according to an embodiment of the present invention is driven by a power converter (DC / AC converter) using an inverter that outputs high-frequency AC power from a DC power supply. For the three-phase motor, for example, a power converter including a three-phase inverter 11A is used as in the electric motor drive circuit shown in FIG. That is, in the case of using a three-phase motor such as the assist motor described in FIG. , DC12V (volt)] is supplied, and the inverter 11A supplies high-frequency power of about 3 kHz to the three-phase stator coils ac of the assist motor 6.

インバータ11Aは、電力用FETトランジスタのようなスイッチング素子T1〜T6を備え、CPUを含む制御回路11Bは、エンジン制御部14からの変換器制御信号Scや回転センサ8からの回転検出信号Nrに従ってこれらスイッチング素子T1〜T6にゲート制御信号を送って、インバータ11Aから出力される電圧電流を制御し3相電動機6を所望速度に制御する。   The inverter 11A includes switching elements T1 to T6 such as power FET transistors, and the control circuit 11B including the CPU performs these according to the converter control signal Sc from the engine control unit 14 and the rotation detection signal Nr from the rotation sensor 8. A gate control signal is sent to the switching elements T1 to T6 to control the voltage / current output from the inverter 11A to control the three-phase motor 6 to a desired speed.

この電動アシスト型ターボチャージャーのアシスト電動機6には、永久磁石ロータを備えた同期機構造のものを用いてインバータ11Aを所謂“無整流子電動機”方式で運転することができる。しかしながら、後述する理由から、アシスト電動機6には誘導機構造のものを用いることが好ましい。誘導機を用いる場合は、インバータ11Aを所謂“ベクトル制御”方式で安定に運転することができ、また、実用的な方法として所謂“すべり周波数制御”方式で運転することもできる。なお、何れのタイプの電動機に何れの運転方式を用いた場合でも、電動機6は、エンジンブレーキが必要な際には、速度指令値の低下などによってタービン3側から駆動される発電機として動作させて回生制動を行い、電力を直流電源13に回生するように制御することができる。   As the assist motor 6 of this electrically assisted turbocharger, an inverter 11A can be operated in a so-called “non-commutator motor” system using a synchronous machine structure having a permanent magnet rotor. However, for the reason described later, it is preferable to use the assist motor 6 having an induction machine structure. When an induction machine is used, the inverter 11A can be stably operated by a so-called “vector control” method, and as a practical method, the inverter 11A can also be operated by a so-called “slip frequency control” method. Regardless of the operation method used for any type of electric motor, the electric motor 6 is operated as a generator driven from the turbine 3 side due to a decrease in speed command value or the like when engine braking is required. Thus, regenerative braking can be performed and power can be controlled to be regenerated to the DC power source 13.

図9は、アシスト電動機として誘導電動機を使用し、すべり周波数制御方式で運転する場合のアシスト電動機駆動制御システム例を表わすブロック図である。この場合、誘導電動機には、図6で説明したようなソリッド型ロータ又は通常タイプのかご型ロータを備えたものを用いることができる。なお、ベクトル制御方式による運転でも、同様の運転を行うことができる。   FIG. 9 is a block diagram showing an example of an assist motor drive control system when an induction motor is used as the assist motor and the operation is performed by the slip frequency control method. In this case, the induction motor may be a solid type rotor as described with reference to FIG. 6 or a normal type cage rotor. Note that the same operation can be performed even in the operation by the vector control method.

このシステムにおける制御回路11Bは、制御信号分配回路B1、回転検出回路B2、速度比較器B3、すべり周波数演算回路B4、トルク指令制御回路B5、第1加算器B6、励磁電圧指令回路B7、電流検出回路B8、電圧降下算出回路B9、第2加算器B10、ゲート制御回路B11、強制ゲートオフ指令回路B12などを備える。ここで、回転検出回路B2は、回転センサ8からの回転検出信号Nrから電動機6の実際の回転速度を表わす速度実際値nr及び実際の回転速度に対応する回転周波数値frを取り出する。また、インバータ11Aから電動機6のステータコイルへの給電路には、電動機6に流れる電動機電流Imを検出するための電流センサ16が設けられ、電流検出回路B8は、電流センサ16の検出信号から電動機電流Imを表わす1次電流値imを取り出し、電圧降下算出回路B9は、予め取得されている電動機6の1次抵抗値Rmを1次電流値imに掛けて電動機6の1次抵抗による電圧降下値vd=im・Rmを算出する。   The control circuit 11B in this system includes a control signal distribution circuit B1, a rotation detection circuit B2, a speed comparator B3, a slip frequency calculation circuit B4, a torque command control circuit B5, a first adder B6, an excitation voltage command circuit B7, and a current detection. A circuit B8, a voltage drop calculation circuit B9, a second adder B10, a gate control circuit B11, a forced gate-off command circuit B12, and the like are provided. Here, the rotation detection circuit B2 extracts a speed actual value nr representing the actual rotation speed of the electric motor 6 and a rotation frequency value fr corresponding to the actual rotation speed from the rotation detection signal Nr from the rotation sensor 8. In addition, a current sensor 16 for detecting the motor current Im flowing through the motor 6 is provided in the power supply path from the inverter 11A to the stator coil of the motor 6, and the current detection circuit B8 detects the motor current from the detection signal of the current sensor 16. The primary current value im representing the current Im is taken out, and the voltage drop calculation circuit B9 multiplies the primary resistance value Rm of the motor 6 acquired in advance by the primary current value im to cause a voltage drop due to the primary resistance of the motor 6. The value vd = im · Rm is calculated.

エンジン制御部14(図2参照)は、スロットル信号Th、エンジン回転数信号Ne、クランク角信号Ae、マニホルド信号Mn、エンジンブレーキ信号Eb、車速信号Spなどの種々の入力信号を受け、その時の状況に応じて、最適のコンプレッサホイール3aの回転速度を表わす速度指令値nsやアシスト電動機の励磁電流指令値ifを算出すると共に、加速指令ac、減速指令eb、第1及び第2アシスト不可指令an1,an2を発生し、これらの値や指令ns,if,ac,eb,an1,an2を変換器制御信号Scとして電力変換器11の制御回路11Bに送信する。制御回路11Bの制御信号分配回路B1は、エンジン制御部14から送られてくる変換器制御信号Scの内容を判断して、速度指令値ns、励磁電流値if、加速指令ac、減速指令eb、第1及び第2アシスト不可指令an1,an2を抽出し、夫々を対応する制御要素に出力する。   The engine control unit 14 (see FIG. 2) receives various input signals such as a throttle signal Th, an engine speed signal Ne, a crank angle signal Ae, a manifold signal Mn, an engine brake signal Eb, a vehicle speed signal Sp, and the situation at that time Accordingly, the speed command value ns representing the optimum rotation speed of the compressor wheel 3a and the excitation current command value if of the assist motor are calculated, and the acceleration command ac, the deceleration command eb, the first and second assist disabling commands an1, an2 is generated, and these values and commands ns, if, ac, eb, an1, and an2 are transmitted to the control circuit 11B of the power converter 11 as the converter control signal Sc. The control signal distribution circuit B1 of the control circuit 11B determines the contents of the converter control signal Sc sent from the engine control unit 14, and determines the speed command value ns, the excitation current value if, the acceleration command ac, the deceleration command eb, The first and second assist disabling commands an1 and an2 are extracted and output to the corresponding control elements.

上述した各指令ac,eb,an1,an2がエンジン制御部14から送信されない通常の運転制御の際には、速度指令値ns及び励磁電流指令値ifが制御信号分配回路B1からそれぞれ速度比較器B3及び励磁電圧指令回路B7に出力されるだけであり、図示の速度フィードバック系がそのまま有効に動作する。速度比較器B3は、変換器信号分配回路B1からの速度指令値nsと、回転センサ8からの速度実際値nrとを比較して速度誤差neを生成する。すべり周波数演算回路B4は、速度誤差ne=ns−nrが所定値以下の場合は、速度誤差neに定数k1を掛けてすべり周波数指令値fs=k1neに変換し、速度誤差neが正負の所定値を越えると一定のすべり周波数指令値fs=+sf0/−sf0=一定値を出力する。   In the normal operation control in which the above-mentioned commands ac, eb, an1, and an2 are not transmitted from the engine control unit 14, the speed command value ns and the excitation current command value if are respectively sent from the control signal distribution circuit B1 to the speed comparator B3. And the speed feedback system shown in the figure operates effectively as it is. The speed comparator B3 compares the speed command value ns from the converter signal distribution circuit B1 with the actual speed value nr from the rotation sensor 8, and generates a speed error ne. When the speed error ne = ns−nr is less than or equal to a predetermined value, the slip frequency calculation circuit B4 multiplies the speed error ne by a constant k1 to convert it to a slip frequency command value fs = k1ne, and the speed error ne is a predetermined value that is positive or negative. If it exceeds, a constant slip frequency command value fs = + sf0 / −sf0 = a constant value is output.

トルク指令制御回路B5は、通常駆動時には、すべり周波数演算回路B4からのすべり周波数指令値fsをそのまま電動機6に対するトルク指令として採用し、第1加算器B6に出力する。第1加算器B6は、トルク指令として採用されたすべり周波数指令値fsに回転検出器B2からの回転周波数値frを加算してインバータ11Aの駆動周波数指令値fm=fr+fsを生成する。励磁電圧指令回路B7は、駆動周波数指令値fmと変換器信号分配回路B1から指令される励磁電流指令値ifに基づき、次式(1)に従って、励磁電圧指令値vfを演算する関数発生器である:
vf=(√2)・if・Xm・exp(j2πfmt) …(1)
ここで、Xm:電動機6の励磁リアクタンス、t:時間。
During normal driving, the torque command control circuit B5 adopts the slip frequency command value fs from the slip frequency calculation circuit B4 as it is as a torque command for the motor 6, and outputs it to the first adder B6. The first adder B6 adds the rotation frequency value fr from the rotation detector B2 to the slip frequency command value fs adopted as the torque command to generate a drive frequency command value fm = fr + fs for the inverter 11A. The excitation voltage command circuit B7 is a function generator that calculates the excitation voltage command value vf according to the following equation (1) based on the drive frequency command value fm and the excitation current command value if commanded from the converter signal distribution circuit B1. is there:
vf = (√2) · if · Xm · exp (j2πfmt) (1)
Here, Xm: excitation reactance of the electric motor 6, t: time.

第2加算器B10は、励磁電圧指令回路B7からの励磁電圧指令値vfと電圧降下算出回路B9からの1次抵抗電圧降下値vdを加算して1次電圧指令値vm=vf+vdを生成する。1次電圧指令値vmは、インバータ出力電圧Vmの指令値として機能する。そして、ゲート制御回路B11は、第2加算器B10から出力される1次電圧指令値vmに基づいてインバータ11Aのスイッチング素子にゲート制御信号gsを出力し、電動機6への入力電圧Vmを制御する。   The second adder B10 adds the excitation voltage command value vf from the excitation voltage command circuit B7 and the primary resistance voltage drop value vd from the voltage drop calculation circuit B9 to generate a primary voltage command value vm = vf + vd. The primary voltage command value vm functions as a command value for the inverter output voltage Vm. Then, the gate control circuit B11 outputs a gate control signal gs to the switching element of the inverter 11A based on the primary voltage command value vm output from the second adder B10, and controls the input voltage Vm to the motor 6. .

エンジン制御部14では、制御回路11Bの動作モードを、加速モード、減速モード、第1アシスト不可(不要)モード及び第2アシスト不可(不要)モードを、ユーザの希望に応じて或いは自動的に設定することができる。各モードが設定されている場合、エンジン制御部14は、種々の入力信号の解析により当該モードの動作条件が満足されると、加速指令ac、減速指令eb、或いは、第1及び第2アシスト不可指令an1,an2を発生し、各指令を変換器制御信号Scに含ませて制御回路11Bの制御信号分配回路B1に送信し、制御信号分配回路B1は各指令を対応する制御要素に出力する。そして、これによって、制御回路11Bは、加速モード、減速モード、第1アシスト不可(不要)モード或いは第2アシスト不可(不要)モードで動作し、各指令に基づく動作が通常運転制御時の動作に優先する。   In the engine control unit 14, the operation mode of the control circuit 11B is set to the acceleration mode, the deceleration mode, the first assist disabled (unnecessary) mode and the second assist disabled (unnecessary) mode according to the user's request or automatically. can do. When each mode is set, the engine control unit 14 cannot perform the acceleration command ac, the deceleration command eb, or the first and second assists when the operating conditions of the mode are satisfied by analyzing various input signals. Commands an1 and an2 are generated, and each command is included in the converter control signal Sc and transmitted to the control signal distribution circuit B1 of the control circuit 11B. The control signal distribution circuit B1 outputs each command to the corresponding control element. Thus, the control circuit 11B operates in the acceleration mode, the deceleration mode, the first assist disabled (unnecessary) mode or the second assist disabled (unnecessary) mode, and the operation based on each command becomes the operation during the normal operation control. Prioritize.

例えば、加速モードが設定されている場合、エンジン制御部14は、スロットル信号Thや、エンジン回転数Ne、車速信号Sb等から、自動車の始動時にアクセルペダル15を踏み込んでエンジン1を加速しているという加速条件が満足されていると判断すると、加速指令acをトルク指令制御回路B5に出力し、システムを加速モードで動作させる。トルク指令制御回路B5は、すべり周波数演算回路B4からのすべり周波数指令値fsに優先して、正の一定値“sf1”をもつ加速用すべり周波数指令値をトルク指令として第1加算器B6に出力する。これによって、図9の駆動制御系は、すべり周波数指令値fsの内容に拘わらず、加速用すべり周波数指令値sf1に基づく高い加速トルクで強制的に電動機6を加速するので、エンジンの加速性能をアップすることができる。そして、アクセルペダル15の踏込みが弱くなったり車速が落ち着くなどにより加速条件が満足されなくなると、加速指令acはリセットされ元の通常運転制御時の動作に戻る。   For example, when the acceleration mode is set, the engine control unit 14 accelerates the engine 1 by depressing the accelerator pedal 15 at the start of the vehicle from the throttle signal Th, the engine speed Ne, the vehicle speed signal Sb, and the like. If it is determined that the acceleration condition is satisfied, the acceleration command ac is output to the torque command control circuit B5, and the system is operated in the acceleration mode. The torque command control circuit B5 outputs the acceleration slip frequency command value having a positive constant value “sf1” as a torque command to the first adder B6 in preference to the slip frequency command value fs from the slip frequency calculation circuit B4. To do. Accordingly, the drive control system of FIG. 9 forcibly accelerates the motor 6 with a high acceleration torque based on the acceleration slip frequency command value sf1 regardless of the content of the slip frequency command value fs, so that the acceleration performance of the engine is improved. Can be up. When the acceleration condition is not satisfied because the accelerator pedal 15 is depressed or the vehicle speed is settled, the acceleration command ac is reset and returns to the original operation during normal operation control.

減速モードが設定されている場合は、エンジンブレーキ信号Ebが発生したり極度のブレーキ操作があるという減速条件が満足されると、減速指令ebをトルク指令制御回路B5に出力してシステムを減速モードで動作させる。トルク指令制御回路B5は、すべり周波数指令値fsに優先して負の一定値“sf2”(|sf1|≒|sf2|)をもつ減速用すべり周波数指令値をトルク指令として第1加算器B6に出力する。これによって、図9の駆動制御系は、すべり周波数指令値fsに拘わらず電動機6を回生モードで動作させ、加速用すべり周波数指令値sf2に基づく高い減速トルクで電動機6を減速するので、エンジンブレーキ性能が向上し、しかも、電動機6を発電機として動作させるので、この電動アシスト型ターボチャージャーの回転系が有する回転エネルギーを電源部13に回生することができる。そして、エンジンブレーキが解除されたり低い車速に落ち着くなどにより減速条件が満足されなくなると、減速指令ebはリセットされ元の通常運転制御時の動作に戻る。   When the deceleration mode is set, when the deceleration condition that the engine brake signal Eb is generated or there is an extreme brake operation is satisfied, the deceleration command eb is output to the torque command control circuit B5 and the system is set to the deceleration mode. Operate with. The torque command control circuit B5 prioritizes the slip frequency command value fs and uses the deceleration slip frequency command value having a negative constant value “sf2” (| sf1 | ≈ | sf2 |) as a torque command to the first adder B6. Output. As a result, the drive control system of FIG. 9 operates the motor 6 in the regeneration mode regardless of the slip frequency command value fs, and decelerates the motor 6 with a high deceleration torque based on the acceleration slip frequency command value sf2. Since the performance is improved and the electric motor 6 is operated as a generator, the rotational energy of the rotating system of the electric assist type turbocharger can be regenerated in the power supply unit 13. When the deceleration condition is no longer satisfied, for example, when the engine brake is released or the vehicle speed is reduced, the deceleration command eb is reset and returns to the original normal operation control operation.

このように、減速モードの動作が行われると、エンジンブレーキの必要時にエンジンブレーキ力をアップすると共に、エネルギー回生により燃費の改善を図ることができる。また、エンジンブレーキの際には、必要に応じて、ターボチャージャーに付属するウエストゲートバルブ1b等をも併用することによってタービン3側からの駆動力を減らし、併せて、コンプレッサー風量の絞込みの制御を行うことが好ましい。なお、加速モード及び減速モードでの加速及び回生動作は、同期機を用いた無整流子電動機方式による運転でも、同様に実現することができる。   As described above, when the operation in the deceleration mode is performed, the engine braking force can be increased when the engine brake is required, and the fuel efficiency can be improved by energy regeneration. In addition, when using engine braking, the driving force from the turbine 3 side is reduced by using the wastegate valve 1b attached to the turbocharger as necessary, and at the same time, the compressor air volume is controlled. Preferably it is done. The acceleration and regenerative operations in the acceleration mode and the deceleration mode can be realized in the same manner even in an operation using a non-commutator motor system using a synchronous machine.

第1及び第2アシスト不可モードについては何れか一方を選択的に設定することができる。ここで、第1アシスト不可モードが設定されている場合には、スロットル信号Thや車速信号Sb等から、アクセルペダル15の踏込みが弱かったり車速変化が少なく安定走行中であるというアシスト不可(不要)条件が満足されると、第1アシスト不可指令an1がトルク指令制御回路B5に出力される。トルク指令制御回路B5は、すべり周波数指令値fsに優先して零値“0”のトルク指令として第1加算器B6に出力する。すなわち、この電動アシスト型ターボチャージャーが電動機6の駆動トルクを必要としないときは、図9の駆動制御系は、すべり周波数指令値fsに拘わらず、すべりゼロで電動機6の発生トルクをゼロにしてを運転させ、電動機6の回転周波数frと同じ周波数の電圧を電動機6に加え、励磁電流ifのみを流して発生トルクをゼロにする。そして、アクセルペダル15の踏込みが強くなるなど加速すべき状態になりアシスト不可条件が満足されなくなると、第1アシスト不可指令an1はリセットされ元の通常運転制御時の動作に戻る。通常運転制御時の動作に戻ったときは、既に励磁電圧vfが確立されているので、速やかに応答して所望のトルクを発生させることができる。   One of the first and second assist disabled modes can be selectively set. Here, when the first assist disabling mode is set, it is impossible to assist that the accelerator pedal 15 is weakly depressed or the vehicle speed changes little and the vehicle is stably traveling based on the throttle signal Th, the vehicle speed signal Sb, etc. (unnecessary). When the condition is satisfied, the first assist disabling command an1 is output to the torque command control circuit B5. The torque command control circuit B5 outputs to the first adder B6 as a torque command having a zero value “0” in preference to the slip frequency command value fs. That is, when the electrically assisted turbocharger does not require the drive torque of the electric motor 6, the drive control system of FIG. 9 sets the generated torque of the electric motor 6 to zero with no slip regardless of the slip frequency command value fs. And a voltage having the same frequency as the rotational frequency fr of the electric motor 6 is applied to the electric motor 6, and only the exciting current if is supplied to make the generated torque zero. When the accelerator pedal 15 is strongly depressed and the vehicle is in a state to be accelerated and the assist disabling condition is not satisfied, the first assist disabling command an1 is reset and returns to the original operation during normal operation control. When returning to the operation at the time of normal operation control, since the excitation voltage vf has already been established, a desired torque can be generated in response promptly.

また、第2アシスト不可モードが設定されている場合には、上述と同様のアシスト不可条件が満足されると、第2アシスト不可指令an2が強制ゲートオフ指令回路B12に出力される。強制ゲートオフ指令回路B12は、第2アシスト不可指令an2に基づいて直ちにゲート制御回路B11からインバータ11Aのスイッチング素子へのゲート制御信号送出をオフし、インバータ11Aの動作を停止させる。すなわち、電動アシスト型ターボチャージャーが電動機6の駆動トルクを必要としないときは、インバータ11Aの運転を停止して電動機6に電流を供給しないようにすることができ、これによって、電動機6のステータ6c及びロータ6aの損失を少なくして運転効率を高め、また、電動機ロータ6aの温度上昇を防止して温度上昇に伴う不安定な振動性の回転を防止することができる。   In addition, when the second assist disabling mode is set, when the assist disabling condition similar to that described above is satisfied, the second assist disabling command an2 is output to the forced gate-off command circuit B12. The forced gate-off command circuit B12 immediately turns off the gate control signal transmission from the gate control circuit B11 to the switching element of the inverter 11A based on the second assist disabling command an2, and stops the operation of the inverter 11A. That is, when the electrically assisted turbocharger does not require the driving torque of the electric motor 6, the operation of the inverter 11A can be stopped so that no electric current is supplied to the electric motor 6. Thus, the stator 6c of the electric motor 6 can be prevented. In addition, the loss of the rotor 6a can be reduced to increase the operating efficiency, and the temperature of the motor rotor 6a can be prevented from rising to prevent unstable vibrational rotation accompanying the temperature rise.

一般に、永久磁石を使用とした同期機構造の電動機では、永久磁石により常に励磁がなされ、誘起電圧は回転数の上昇に比例して増加する。また、誘起電圧の上昇と共に、誘起電圧と同相のトルクを発生する電流成分が減少しトルクも低下傾向を示すので、実際には、界磁弱め制御を行い、電動機に遅相電流を流してその電機子反作用で永久磁石の磁界と反対方向の磁界を発生させ、全体としての励磁を弱めて誘起電圧を抑え、トルクを発生する電流成分が減少しないようにする。さらに、駆動トルクを必要としない高速領域でも誘起電圧が電源電圧より上がらないようにするために、遅相電流を流し続け界磁弱め制御を行う必要があるので、常にインバータを制御御状態に維持する必要がある。   Generally, in an electric motor having a synchronous machine structure using a permanent magnet, excitation is always performed by the permanent magnet, and the induced voltage increases in proportion to the increase in the rotational speed. In addition, as the induced voltage increases, the current component that generates torque in phase with the induced voltage decreases, and the torque also tends to decrease.In practice, field weakening control is performed, and a slow-phase current is supplied to the motor. The armature reaction generates a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field of the permanent magnet, weakens the excitation as a whole, suppresses the induced voltage, and prevents the current component that generates torque from decreasing. Furthermore, in order to prevent the induced voltage from exceeding the power supply voltage even in the high-speed region where no drive torque is required, it is necessary to continue the slow-phase current and perform field weakening control, so the inverter is always maintained in the control state. There is a need to.

例えば、永久磁石を使った電動機をアシスト電動機6に使用し、上述した第2アシスト不可モードでの動作した場合のようにインバータ11Aのゲートオフを行った場合を考えると、高速時には界磁弱め制御がなくなるので誘起電圧が上昇し、インバータ11Aのスイッチング素子(アクティブ素子)と並列に接続されているダイオードを通して、直流電源13側に大電流が流れ込むと云った不都合が生じる他、直流電源13側を開路した場合でも、同様に、誘起電圧が上昇し半導体スイッチング素子の耐圧以上になるような不都合がある。このような理由から、永久磁石を使った電動機6では電源オフにすることが困難であるため、無負荷損失が大きくなり、また、インバータ11Aの出力電圧に基本の正弦波の他に多くの高調波電圧を含むので、電動機6に高周波電流が流れ、空隙に高周波磁界が発生する。このため、永久磁石ロータの表面には高周波磁界を打ち消すための高周波電流が流れてロータ温度が上がる結果、ロータのバランスの崩れや、永久磁石の減磁等のほか、ステータ側の損失も多くなってしまう。   For example, when a motor using a permanent magnet is used for the assist motor 6 and the inverter 11A is gated off as in the above-described second assist disabled mode, the field weakening control is performed at high speed. As a result, the induced voltage rises, causing a problem that a large current flows into the DC power supply 13 side through a diode connected in parallel with the switching element (active element) of the inverter 11A, and the DC power supply 13 side is opened. Even in this case, there is a disadvantage that the induced voltage rises and exceeds the breakdown voltage of the semiconductor switching element. For this reason, since it is difficult to turn off the power in the electric motor 6 using a permanent magnet, the no-load loss increases, and the output voltage of the inverter 11A includes many harmonics in addition to the basic sine wave. Since a wave voltage is included, a high frequency current flows through the electric motor 6 and a high frequency magnetic field is generated in the air gap. For this reason, a high-frequency current for canceling the high-frequency magnetic field flows on the surface of the permanent magnet rotor and the rotor temperature rises. As a result, the balance of the rotor is lost, the permanent magnet is demagnetized, and the loss on the stator side also increases. End up.

さらに、ターボチャージャーのアシスト電動機では、基本駆動周波数が高いので、それに対する制御遅れ(アナログ制御としても制御遅れは数十μs以上ある)の割合が非常に高くなるので、同期機でありながら力率が非常に悪く、更にトルクも出ない。このため、損失増大によるロータの発熱でロータアンバランスが生じ、安定に高速回転することができない他、ロータが長くなるので回転軸系の設計を難しくしている。   Furthermore, the turbocharger assist motor has a high basic drive frequency, so the ratio of control delay (control delay is tens of microseconds or more as analog control) is very high. Is very bad and no torque is generated. For this reason, rotor unbalance occurs due to heat generated by the rotor due to increased loss, and the rotor cannot be stably rotated at a high speed. In addition, the rotor becomes longer, which makes it difficult to design the rotating shaft system.

また、電動機の駆動電源には正弦波出力が望ましいが、一般に使用される静止型インバータのインバータ出力電圧には基本正弦波以外に多くの高周波成分が含まれるので、これが電動機損失を増加させる要因となり、高速電動機の場合は、電動機の体積出力比が大きいので発熱処理が大きい問題であり、特に、発熱を逃がすことが難しいロータでは、より大きな問題となる。   In addition, a sine wave output is desirable for the motor drive power supply, but the inverter output voltage of a static inverter that is generally used contains many high-frequency components in addition to the basic sine wave, which increases the motor loss. In the case of a high-speed electric motor, the volume output ratio of the electric motor is large, so that the heat generation process is a big problem. In particular, in the rotor where it is difficult to escape the heat generation, the problem becomes larger.

ターボチャージャーのアシスト電動機は、特に、コンプレッサのアシスト駆動を行っている負荷状態については、例えば、ターボチャージャーの全運転時間に対する全体負荷率が20%以下であり、また、一回の負荷時間は数秒というように、比較的低い値を示す。これに対して、アシスト電動機6に誘導電動機(例えば、図6)を使用し、図9で説明したように、第2アシスト不可モードで動作させると、ターボチャージャーのタービン3で駆動されている時は電力変換器11のインバータ11Aをゲートオフし、電動機6にアシストを待機させる待機状態とすることができる。これにより、待機時のロータ損失を発生させないようにすることが可能なのでロータの温度上昇を防止することができ、ロータ温度上昇による不安定な回転振動を防止しシステム効率の向上を図ることができる。   The turbocharger assist motor, in particular, with respect to the load state in which the compressor assist drive is performed, for example, the overall load factor with respect to the total operation time of the turbocharger is 20% or less, and the load time for one time is several seconds. Thus, a relatively low value is shown. On the other hand, when an induction motor (for example, FIG. 6) is used for the assist motor 6 and is operated in the second assist-impossible mode as described in FIG. 9, it is driven by the turbocharger turbine 3. Can be put into a standby state in which the inverter 11A of the power converter 11 is gated off and the electric motor 6 waits for assistance. As a result, it is possible to prevent a loss of the rotor during standby, thereby preventing an increase in the temperature of the rotor, preventing unstable rotational vibration due to an increase in the rotor temperature, and improving the system efficiency. .

なお、アシスト不可条件の不満足により第2アシスト不可モードによる待機状態から通常運転に戻る再負荷時には、先ず、アシスト電動機6に電動機回転周波数frと同じ周波数の電圧を印加して励磁電流ifを立ち上げ、続いて、トルク指令に対応するすべり周波数指令値fsを電動機回転周波数frに加えた周波数fm=fr+fsの電圧を電動機6に印加して、トルク指令に応じたスリップで電動機6を駆動することにより、再負荷時における制御の行き過ぎによるトルク振動を避け、トルク振動を防止することができる。   At the time of reloading to return to normal operation from the standby state in the second assist disabling mode due to unsatisfied assist disabling conditions, first, a voltage having the same frequency as the motor rotation frequency fr is applied to the assist motor 6 to raise the excitation current if. Subsequently, a voltage of frequency fm = fr + fs obtained by adding a slip frequency command value fs corresponding to the torque command to the motor rotation frequency fr is applied to the motor 6, and the motor 6 is driven by slip according to the torque command. Torque vibration due to excessive control during reloading can be avoided and torque vibration can be prevented.

このような第2アシスト不可モードに対して、第1アシスト不可モードでの動作は、高い応答性が要求される場合に好適である。すなわち、第1アシスト不可モードの動作では、待機時にも電動機回転周波数frの電圧を加え、励磁電流ifを流し続け、再負荷時は、直ちに、電動機駆動周波数fmをトルク指令(fs)に対応するすべり周波数指令値fsを電動機回転周波数frに加えた周波数fm=fr+fsの電圧を電動機6に印加してトルクを立ち上げるように制御されるので、速やかな応答を実現することができる。   In contrast to such a second assist disabled mode, the operation in the first assist disabled mode is suitable when high responsiveness is required. In other words, in the operation in the first assist disabled mode, the voltage of the motor rotation frequency fr is applied even during standby, the excitation current if is kept flowing, and the motor drive frequency fm immediately corresponds to the torque command (fs) during re-loading. Since the control is performed so that the torque is increased by applying a voltage of frequency fm = fr + fs obtained by adding the slip frequency command value fs to the motor rotation frequency fr to the motor 6, it is possible to realize a quick response.

なお、第1アシスト不可モードでの動作のように、駆動トルクを必要としない際にインバータ11Aをゲートオフせず、電動機回転周波数frと同じ周波数の電圧をアシスト電動機6に加え、励磁電流指令ifによる励磁電流だけを流して待機状態とし、トルクを必要な負荷の際にのみトルク指令を与える制御を行う場合は、待機時も励磁電流を流すことによるロータの損失の発生が懸念されるが、電動機6の励磁リアクタンスXmは一次、二次の漏洩リアクタンスと較べて一桁以上大きく、励磁電流ifに含まれる高調波電流流成分は励磁リアクタンスXmにより抑えられて平滑され、励磁電流ifの波形は正弦波に近い波形となるので、励磁電流によって発生する損失は、負荷時に発生する損失より一桁以上少なく、ロータ6の温度上昇に大きな影響はない。さらに、誘導機を用いているので、、同期機を用いた場合のように高速時の制御遅れによるトルクの低下は殆ど生じない。   As in the operation in the first assist disabled mode, when the driving torque is not required, the inverter 11A is not gated off, and a voltage having the same frequency as the motor rotation frequency fr is applied to the assist motor 6, and the excitation current command if When the control is performed in which only the excitation current is supplied to enter the standby state and the torque command is given only when the torque is required, there is a concern that the rotor loss may occur due to the excitation current flowing even during standby. The excitation reactance Xm of Fig. 6 is larger by one digit or more than the primary and secondary leakage reactances, the harmonic current flow component included in the excitation current if is suppressed and smoothed by the excitation reactance Xm, and the waveform of the excitation current if is sinusoidal. Since the waveform is close to a wave, the loss caused by the excitation current is one order of magnitude less than the loss caused during loading, and the temperature of the rotor 6 rises. There is no significant impact. Furthermore, since an induction machine is used, there is almost no reduction in torque due to a control delay at high speed as in the case of using a synchronous machine.

〔種々の実施態様〕
以上、図面を参照しつつこの発明の好適な実施例を詳述したが、これらの実施例は単なる一例であって、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図9の駆動制御系では、エンジン制御部からの指令に従って加速モード、減速モード、或いは、第1及び第2アシスト不可モードで強制的な制御をするように構成したが、理想的な速度指令(ns)がシステムに与えられる場合には、エンジン制御部から加速指令や減速指令を与えなくても速度フィードバック系が適正に動作するので、トルク指令制御回路(B5)に加速指令(ac)や減速指令(eb)に応答する機能を持たせなくてもよい。
[Various Embodiments]
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings. However, these embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the drive control system of FIG. 9 is configured to perform forced control in the acceleration mode, the deceleration mode, or the first and second assist-disabled modes in accordance with a command from the engine control unit. When the command (ns) is given to the system, the speed feedback system operates properly without giving an acceleration command or a deceleration command from the engine control unit, so the acceleration command (ac) is sent to the torque command control circuit (B5). And a function of responding to the deceleration command (eb) may not be provided.

同様に、理想的な速度指令(ns)がシステムに与えられる場合には、エンジン制御部から第1及び第2アシスト不可指令(an1,an2)を与えるように構成する必要はない。例えば、第1アシスト不可モードについては、トルク指令制御回路(B5)を省略し、すべり周波数演算回路(B4)自体に、速度比較器(B3)からの速度誤差(ne)=0近傍の所定範囲で出力値fs=0となる「不感帯」特性を持たせることにより、第1アシスト不可指令(an1)に代えてトルク“ゼロ”指令に基づく励磁機能を実現することができる。また、第2アシスト不可モードについても、同様に、図9の強制ゲートオフ指令回路B12に代えて、速度比較器B3からの速度誤差ne=0近傍の所定範囲(ne=0を含む)で出力値が「1」となる特性を持つ回路を用い、この回路からの出力値「1」の信号でゲート制御回路(B11)をゲートオフさせるようにしてもよい。   Similarly, when the ideal speed command (ns) is given to the system, it is not necessary to provide the first and second assist disabling commands (an1, an2) from the engine control unit. For example, in the first assist disabled mode, the torque command control circuit (B5) is omitted, and the slip frequency calculation circuit (B4) itself has a predetermined range near the speed error (ne) = 0 from the speed comparator (B3). By providing the “dead zone” characteristic in which the output value fs = 0, an excitation function based on the torque “zero” command can be realized instead of the first assist disabling command (an1). Similarly, in the second assist disabled mode, instead of the forced gate-off command circuit B12 of FIG. 9, the output value is within a predetermined range (including ne = 0) near the speed error ne = 0 from the speed comparator B3. It is also possible to use a circuit having a characteristic that becomes “1” and to gate off the gate control circuit (B11) with a signal of an output value “1” from this circuit.

従来技術を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art. この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーを含むシステムの概要を表わすシステム概要図である。1 is a system outline diagram showing an outline of a system including an electrically assisted turbocharger according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the electrically assisted turbocharger by one Example of this invention. この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーの要部側面図である。It is a principal part side view of the electrically assisted turbocharger by one Example of this invention. 電動アシスト型ターボチャージャー回転系の振動特性を表わす図である。It is a figure showing the vibration characteristic of a motor-assisted turbocharger rotating system. この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーに用いられる誘導電動機の構成例を表わす図である。It is a figure showing the structural example of the induction motor used for the electrically assisted turbocharger by one Example of this invention. この発明の一実施例による電動機制御機器を取り付けた電動アシスト型ターボチャージャーの構成例を表わす図である。It is a figure showing the example of a structure of the electric assist type | mold turbocharger which attached the electric motor control apparatus by one Example of this invention. この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーのアシスト電動機に適用される駆動回路を表わす図である。It is a figure showing the drive circuit applied to the assist electric motor of the electrically assisted turbocharger by one Example of this invention. この発明の一実施例による電動アシスト型ターボチャージャーのアシスト電動機駆動制御系を表わすブロック図である。1 is a block diagram showing an assist motor drive control system of an electrically assisted turbocharger according to one embodiment of the present invention. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2 コンプレッサホイール2aを備えるコンプレッサ、
3 タービンホイール3aを備えるタービン、
4 2点支持の第1及び第2軸受け4a,4bを備える第1軸受け部、
5 コンプレッサ2及びアシスト電動機6の回転系の軸(回転軸)、
6 ロータ6aを備えるアシスト電動機、
7 第3軸受け7aを備える第2軸受け部。
2 a compressor provided with a compressor wheel 2a,
3 turbine provided with turbine wheel 3a,
4 1st bearing part provided with the 1st and 2nd bearings 4a and 4b of 2 point support,
5 Rotation system shaft (rotary shaft) of compressor 2 and assist motor 6,
6 an assist motor provided with a rotor 6a,
7 A second bearing portion including the third bearing 7a.

Claims (6)

エンジンの排気ガスで駆動されるタービン回転部に連結される第1軸受け機構と、
エンジンに加圧空気を送り込むための回転部を有し、回転部の一端が第1軸受け機構により支持されるコンプレッサと、
コンプレッサの回転部の他端に駆動軸の一端が連結されたアシスト電動機と、
アシスト電動機の駆動軸の他端を支持する第2軸受け機構と
を具備することを特徴とする電動アシスト型ターボチャージャー。
A first bearing mechanism coupled to a turbine rotor driven by engine exhaust gas;
A compressor having a rotating part for sending pressurized air to the engine, one end of the rotating part being supported by a first bearing mechanism;
An assist motor having one end of a drive shaft connected to the other end of the rotating portion of the compressor;
An electrically assisted turbocharger comprising: a second bearing mechanism that supports the other end of the drive shaft of the assist motor.
アシスト電動機のステータコイルに繋がる引出し線が回転部の軸方向にアシスト電動機の外側壁まで延びており、
引出し線の外側壁から突出した端部が給電用端子として形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の電動アシスト型ターボチャージャー。
A lead wire connected to the stator coil of the assist motor extends to the outer wall of the assist motor in the axial direction of the rotating part,
The electrically assisted turbocharger according to claim 1, wherein an end portion protruding from the outer wall of the lead wire is formed as a power feeding terminal.
アシスト電動機の外側壁端面には、アシスト電動機を駆動するための電力変換器が取り付けられることを特徴とする請求項2に記載の電動アシスト型ターボチャージャー。   The electric assist type turbocharger according to claim 2, wherein a power converter for driving the assist motor is attached to an outer wall end surface of the assist motor. エンジンの排気ガスで駆動されるタービン回転部に連結され、エンジンに加圧空気を送り込むための回転部を有するコンプレッサと、
コンプレッサの回転部に駆動軸が連結された誘導機構造のアシスト電動機と、
アシスト電動機を駆動する電力変換器と
を具備し、
電力変換器は、アシスト電動機がタービン回転部により強制的に回転されて駆動トルクを必要としない場合に、ゲートオフしアシスト電動機を電源から切り離す
ことを特徴とする電動アシスト型ターボチャージャー。
A compressor connected to a turbine rotating part driven by engine exhaust gas and having a rotating part for feeding pressurized air to the engine;
An induction motor having an induction machine structure in which a drive shaft is connected to a rotating part of the compressor;
A power converter for driving the assist motor,
The power converter is an electrically assisted turbocharger characterized in that when the assist motor is forcibly rotated by the turbine rotating part and does not require driving torque, the assist motor is turned off and the assist motor is disconnected from the power source.
エンジンの排気ガスで駆動されるタービン回転部に連結され、エンジンに加圧空気を送り込むための回転部を有するコンプレッサと、
コンプレッサの回転部に駆動軸が連結された誘導機構造のアシスト電動機と、
アシスト電動機を駆動する電力変換器と
を具備し、
電力変換器は、アシスト電動機がタービン回転部により強制的に回転されて駆動トルクを必要としない場合に、アシスト電動機の回転周波数と同じ周波数で励磁電流のみを与える電圧をアシスト電動機に加える
ことを特徴とする電動アシスト型ターボチャージャー。
A compressor connected to a turbine rotating part driven by engine exhaust gas and having a rotating part for feeding pressurized air to the engine;
An induction motor having an induction machine structure in which a drive shaft is connected to a rotating part of the compressor;
A power converter for driving the assist motor,
The power converter is characterized in that when the assist motor is forcibly rotated by the turbine rotating part and does not require a driving torque, a voltage that gives only an excitation current at the same frequency as the rotation frequency of the assist motor is applied to the assist motor. Electric assist type turbocharger.
エンジンの排気ガスで駆動されるタービン回転部に連結され、エンジンに加圧空気を送り込むための回転部を有するコンプレッサと、
コンプレッサの回転部に駆動軸が連結されたアシスト電動機と、
アシスト電動機を駆動する電力変換器と
を具備し、
電力変換器は、エンジンブレーキが必要な場合に、アシスト電動機を回生モードで運転させる
ことを特徴とする電動アシスト型ターボチャージャー。
A compressor connected to a turbine rotating part driven by engine exhaust gas and having a rotating part for feeding pressurized air to the engine;
An assist motor having a drive shaft coupled to the rotating part of the compressor;
A power converter for driving the assist motor,
The power converter is an electrically assisted turbocharger that operates an assist motor in a regenerative mode when engine braking is required.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008076630A1 (en) * 2006-12-17 2008-06-26 Borgwarner Inc. Turbocharger boost assist device
WO2009008225A1 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Ihi Corporation Supercharger with electric motor
JP2012092709A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Electrically-assisted turbocharger
JP2012092710A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Cooling device for electrically-assisted turbocharger
JP2012092802A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Electrically-assisted turbocharger
JP2012097609A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2012097613A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2012097612A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2013019355A (en) * 2011-07-12 2013-01-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Silencer for supercharger, and supercharger and hybrid supercharger each provided with the silencer
JP2014113973A (en) * 2012-12-12 2014-06-26 Suzuki Motor Corp Vehicular power unit
DE102014200113A1 (en) 2013-01-10 2014-07-24 Ihi Corporation Electric turbocharger
JP2015180819A (en) * 2007-08-17 2015-10-15 ボーグワーナー インコーポレーテッド boost assist system
US20180016970A1 (en) * 2014-02-25 2018-01-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbocharger and marine vessel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5743534A (en) * 1980-08-28 1982-03-11 Honda Motor Co Ltd Generator driving device in autobicycle
JPH02119629A (en) * 1988-10-28 1990-05-07 Tochigi Fuji Ind Co Ltd Supercharger
JPH0443822A (en) * 1990-06-12 1992-02-13 Isuzu Motors Ltd Controller of turbocharger
JP2004132264A (en) * 2002-10-10 2004-04-30 Denso Corp Turbocharger with rotating electric machine
JP2004346803A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Driving shaft structure of generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5743534A (en) * 1980-08-28 1982-03-11 Honda Motor Co Ltd Generator driving device in autobicycle
JPH02119629A (en) * 1988-10-28 1990-05-07 Tochigi Fuji Ind Co Ltd Supercharger
JPH0443822A (en) * 1990-06-12 1992-02-13 Isuzu Motors Ltd Controller of turbocharger
JP2004132264A (en) * 2002-10-10 2004-04-30 Denso Corp Turbocharger with rotating electric machine
JP2004346803A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Driving shaft structure of generator

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008076630A1 (en) * 2006-12-17 2008-06-26 Borgwarner Inc. Turbocharger boost assist device
US8882478B2 (en) 2007-07-09 2014-11-11 Ihi Corporation Turbocharger with electric motor
WO2009008225A1 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Ihi Corporation Supercharger with electric motor
JP2009013966A (en) * 2007-07-09 2009-01-22 Ihi Corp Supercharger with electric motor
CN101688469B (en) * 2007-07-09 2012-02-22 株式会社Ihi Supercharger with electric motor
JP2015180819A (en) * 2007-08-17 2015-10-15 ボーグワーナー インコーポレーテッド boost assist system
JP2012092709A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Electrically-assisted turbocharger
JP2012092710A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Cooling device for electrically-assisted turbocharger
JP2012092802A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Isuzu Motors Ltd Electrically-assisted turbocharger
JP2012097613A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2012097612A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2012097609A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Isuzu Motors Ltd Cooling system of electric power-assisted turbocharger
JP2013019355A (en) * 2011-07-12 2013-01-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Silencer for supercharger, and supercharger and hybrid supercharger each provided with the silencer
JP2014113973A (en) * 2012-12-12 2014-06-26 Suzuki Motor Corp Vehicular power unit
DE102014200113A1 (en) 2013-01-10 2014-07-24 Ihi Corporation Electric turbocharger
DE102014200113B4 (en) 2013-01-10 2022-03-24 Ihi Corporation Electric turbocharger
US20180016970A1 (en) * 2014-02-25 2018-01-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbocharger and marine vessel
US10590839B2 (en) * 2014-02-25 2020-03-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd Marine vessel operated with hybrid turbocharged internal combustion engine
US10598085B2 (en) 2014-02-25 2020-03-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd Marine vessel operated with hybrid turbocharged internal combustion engine

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