JP2007192092A - Electric supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動過給機に関し、特に、電動過給機の高回転時における軸振動を低減する制御に関する。 The present invention relates to an electric supercharger, and more particularly to control for reducing shaft vibration during high rotation of an electric supercharger.
従来より、エンジンの出力を向上させるために、エンジンに供給される空気をコンプレッサホイールの回転により圧縮して、過給する過給機が知られている。また、回転電機によりコンプレッサホイールに回転力を付与する電動過給機が公知である。このような過給機においては、コンプレッサホイールの回転数が上昇すると、共振により振動が生じる場合がある。過給機の過給領域は広く(すなわち、コンプレッサホイールの回転領域は広く)、コンプレッサホイールの回転数が共振回転数域に入ることを回避することができない。 2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve the output of an engine, a supercharger that supercharges air supplied to the engine by compressing the air by rotation of a compressor wheel is known. An electric supercharger that applies a rotational force to a compressor wheel by a rotating electric machine is known. In such a supercharger, when the rotation speed of the compressor wheel increases, vibration may occur due to resonance. The supercharging region of the supercharger is wide (that is, the rotation region of the compressor wheel is wide), and it cannot be avoided that the rotation speed of the compressor wheel enters the resonance rotation speed region.
このような問題に鑑みて、たとえば、特開平5−98985号公報(特許文献1)は、共振回転数における振幅の増大による弊害を防止するターボチャージャの回転制御装置を開示する。この回転制御装置は、ターボチャージャの回転軸に取付けた電動−発電機となる回転電機と、ターボチャージャの回転数が共振回転数近傍に到達時に回転電機の運転制御により回転軸を付勢/減勢せしめ共振点の通過を早める制御機構とを備える。 In view of such a problem, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-98985 (Patent Document 1) discloses a turbocharger rotation control device that prevents adverse effects due to an increase in amplitude at the resonance rotational speed. This rotation control device energizes / reduces the rotating shaft by the operation control of the rotating electric machine when the rotating speed of the turbo charger reaches the vicinity of the resonance rotating speed when the rotating speed of the turbo charger reaches the vicinity of the resonance rotating speed. And a control mechanism for speeding up the passage of the resonance point.
上述した公報に開示された回転制御装置によると、共振点における振幅の増大が抑制されることになり、従来のような油膜のダンピング効果を得る十分な品質管理のための手数や、剛性の向上に基づく不具合が解消されるという効果が得られる。さらに前述の低速度にての連続運転の不能や減速時においても増速時と同様に共振回転数における振幅の増大が防止される利点がある。
しかしながら、上述した公報に開示された回転制御装置のように、コンプレッサホイールの回転数が共振回転域を通過を早めても共振回転域の通過が不可避であるため、軸振動は発生する。また、軸振動は、共振に起因するものだけなく、軸受部の自励振動による影響が大きい。特に電動過給機においては、回転体の質量が従来の過給機よりも大きいため、高速回転域における軸振動はより増大する傾向にある。このような自励振動は、回転電機により回転力を付与される回転数範囲よりも高い回転領域で発生するため、回転電機のアシストにより軸振動が増大する領域の通過を早めることができない場合があり、軸振動を確実に抑制することができない。また、軸振動を抑制するために新たな制振装置等の部品を設けるようにすると、電動過給機が大型化したりコストが上昇するという問題が発生する。 However, as in the rotation control device disclosed in the above-mentioned publication, even if the rotation speed of the compressor wheel passes through the resonance rotation region, passage through the resonance rotation region is unavoidable, and therefore shaft vibration occurs. Further, the shaft vibration is not only caused by resonance, but is also greatly influenced by the self-excited vibration of the bearing portion. In particular, in an electric supercharger, since the mass of a rotating body is larger than that of a conventional supercharger, shaft vibration in a high-speed rotation range tends to increase. Since such self-excited vibration is generated in a rotational region higher than the rotational speed range to which the rotational force is applied by the rotating electrical machine, there is a case where it is not possible to accelerate the passage through the region where the shaft vibration increases due to the assistance of the rotating electrical machine. Yes, shaft vibration cannot be reliably suppressed. In addition, if a new component such as a vibration damping device is provided in order to suppress the shaft vibration, there arises a problem that the electric supercharger becomes large and costs increase.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高回転時における振動を抑制する電動過給機を提供することである。本発明の目的は、さらにコストの上昇を抑制する電動過給機を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric supercharger that suppresses vibration during high rotation. The objective of this invention is providing the electric supercharger which suppresses a raise of cost further.
第1の発明に係る電動過給機は、回転電機により過給機の回転軸に回転力を付与する電動過給機である。回転電機は、回転軸に設けられるロータと、ロータに対向して設けられるステータコアと、ステータコアに形成されるティースに巻回されるコイルとを含む。この電動過給機は、回転軸に直交する方向の変位量に対応する物理量を検知するための検知手段と、回転力が付与されない過給機の運転領域において、変位後の回転軸の軸中心から変位前の回転軸の軸中心への方向に、検知された物理量に応じた磁力が発現するように、コイルに供給される電力を制御するための制御手段とを含む。 An electric supercharger according to a first aspect of the present invention is an electric supercharger that applies a rotational force to a rotating shaft of a supercharger by a rotating electric machine. The rotating electrical machine includes a rotor provided on a rotating shaft, a stator core provided opposite to the rotor, and a coil wound around teeth formed on the stator core. This electric supercharger includes a detecting means for detecting a physical quantity corresponding to a displacement amount in a direction orthogonal to the rotation axis, and an axial center of the rotation axis after displacement in a supercharger operating region where no rotational force is applied. Control means for controlling the electric power supplied to the coil so that a magnetic force corresponding to the detected physical quantity appears in the direction from the axis to the axis center of the rotating shaft before displacement.
第1の発明によると、検知手段は、回転軸に直交する方向の変位量に対応する物理量(たとえば、ティースの先端に巻回された変位検出用コイルの誘起電圧)を検知する。制御手段は、回転電機による回転力が回転軸に付与されない過給機の運転領域において、変位後の回転軸の軸中心から変位前の回転軸の軸中心への方向に、検知された物理量に応じた磁力が発現するように、コイルに供給される電力を制御する。これにより、回転軸の回転時において、回転軸の軸振動による変位が大きくなる方向と逆方向に磁力を発現させることができる。そのため、軸振動の振幅の増大を抑制することができる。また、変位量に対応する物理量に応じて磁力を発現させることにより、高回転時に増大する変位量に応じて磁力を増大させることができる。そのため、軸振動を効果的に抑制することができる。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、高回転時における振動を抑制する電動過給機を提供することができる。 According to the first invention, the detection means detects a physical quantity (for example, an induced voltage of a displacement detection coil wound around the tip of the tooth) corresponding to a displacement amount in a direction orthogonal to the rotation axis. In the operation region of the turbocharger in which the rotational force by the rotating electrical machine is not applied to the rotating shaft, the control means converts the detected physical quantity in the direction from the axial center of the rotating shaft after displacement to the axial center of the rotating shaft before displacement. The electric power supplied to the coil is controlled so that the corresponding magnetic force is developed. Thereby, at the time of rotation of a rotating shaft, magnetic force can be expressed in the direction opposite to the direction where the displacement by the shaft vibration of a rotating shaft becomes large. Therefore, an increase in the amplitude of shaft vibration can be suppressed. Further, by generating a magnetic force according to a physical quantity corresponding to the displacement amount, it is possible to increase the magnetic force according to the displacement amount that increases during high rotation. Therefore, shaft vibration can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to provide an electric supercharger that suppresses vibration during high rotation while suppressing an increase in cost.
第2の発明に係る電動過給機においては、第1の発明の構成に加えて、ティースの先端には、コイルとは別に設けられた変位検出用コイルが巻回される。検知手段は、回転軸の回転時において変位検出用コイルにより誘起される第1の電圧変化と、回転軸が変位せずに回転する場合に誘起される第2の電圧変化とを比較して、比較結果に基づいて変位量に対応する物理量を検知するための手段を含む。 In the electric supercharger according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, a displacement detection coil provided separately from the coil is wound around the tip of the tooth. The detecting means compares the first voltage change induced by the displacement detection coil during rotation of the rotating shaft with the second voltage change induced when the rotating shaft rotates without displacement, Means for detecting a physical quantity corresponding to the displacement based on the comparison result is included.
第2の発明によると、検知手段は、回転軸の回転時において変位検出用コイルにより誘起される第1の電圧変化と、回転軸が変位せずに回転する場合に誘起される第2の電圧変化とを比較して、比較結果に基づいて変位量に対応する物理量を検知する。回転軸が変位せずに回転する場合に誘起される電圧は正弦波と略同じ形状の振動波形となる。すなわち、第2の電圧変化において、振動波形の振幅は略一定の状態となる。第1の電圧変化において、電圧の振動波形の振幅は、回転軸(すなわち、ロータ)と変位検出用コイルとの距離が近い側に変位していると、誘起される電圧の振動波形の振幅は変位しない場合と比較して大きくなる傾向にある。また、回転軸と変位検出用コイルとの距離が遠い側に変位していると、誘起される電圧の振動波形の振幅は小さくなる傾向にある。すなわち、第1の電圧変化と第2の電圧変化との電圧差は、回転軸の変位量に対応している。したがって、変位量に対応する、回転軸の軸中心が変位している場合と変位していない場合との電圧差に応じて、コイルに供給される電力を制御することにより軸振動を抑制することができる。 According to the second invention, the detecting means includes the first voltage change induced by the displacement detecting coil during rotation of the rotating shaft and the second voltage induced when the rotating shaft rotates without displacement. The change is compared, and a physical quantity corresponding to the displacement is detected based on the comparison result. The voltage induced when the rotating shaft rotates without being displaced becomes a vibration waveform having substantially the same shape as a sine wave. That is, in the second voltage change, the amplitude of the vibration waveform is in a substantially constant state. In the first voltage change, when the amplitude of the vibration waveform of the voltage is displaced closer to the side where the rotation axis (ie, the rotor) and the displacement detection coil are closer, the amplitude of the vibration waveform of the induced voltage is It tends to be larger than the case where it is not displaced. Further, if the distance between the rotating shaft and the displacement detection coil is displaced to the far side, the amplitude of the vibration waveform of the induced voltage tends to be small. That is, the voltage difference between the first voltage change and the second voltage change corresponds to the amount of displacement of the rotating shaft. Therefore, the shaft vibration is suppressed by controlling the power supplied to the coil according to the voltage difference between the case where the axis center of the rotating shaft is displaced and the case where it is not displaced corresponding to the displacement amount. Can do.
第3の発明に係る電動過給機においては、第2の発明の構成に加えて、検知手段は、第1の電圧変化と第2の電圧変化との電圧差を検知するための手段を含む。 In the electric supercharger according to the third invention, in addition to the configuration of the second invention, the detecting means includes means for detecting a voltage difference between the first voltage change and the second voltage change. .
第3の発明によると、第2の電圧変化において、振動波形の振幅は略一定の状態となる。第1の電圧変化において、電圧の振動波形の振幅は、回転軸(すなわち、ロータ)と変位検出用コイルとの距離が近い側に変位していると、誘起される電圧の振動波形の振幅は変位しない場合と比較して大きくなる傾向にある。また、回転軸と変位検出用コイルとの距離が遠い側に変位していると、誘起される電圧の振動波形の振幅は小さくなる傾向にある。すなわち、第1の電圧変化と第2の電圧変化との電圧差は、回転軸の変位量に対応している。したがって、変位量に対応する、回転軸の軸中心が変位している場合と変位していない場合との電圧差に応じて、コイルに供給される電力を制御することにより軸振動を抑制することができる。 According to the third invention, in the second voltage change, the amplitude of the vibration waveform is substantially constant. In the first voltage change, when the amplitude of the vibration waveform of the voltage is displaced closer to the side where the rotation axis (ie, the rotor) and the displacement detection coil are closer, the amplitude of the vibration waveform of the induced voltage is It tends to be larger than the case where it is not displaced. Further, if the distance between the rotating shaft and the displacement detection coil is displaced to the far side, the amplitude of the vibration waveform of the induced voltage tends to be small. That is, the voltage difference between the first voltage change and the second voltage change corresponds to the amount of displacement of the rotating shaft. Therefore, the shaft vibration is suppressed by controlling the power supplied to the coil according to the voltage difference between the case where the axis center of the rotating shaft is displaced and the case where it is not displaced corresponding to the displacement amount. Can do.
第4の発明に係る電動過給機においては、第1の発明の構成に加えて、回転電機には、ロータに対向する位置にホールセンサが設けられる。検知手段は、回転軸の回転時におけるホールセンサの第1の出力変化と、回転軸が変位せずに回転する場合の第2の出力変化とを比較して、比較結果に基づいて変位量に対応する物理量を検知するための手段を含む。 In the electric supercharger according to the fourth invention, in addition to the configuration of the first invention, the rotating electrical machine is provided with a hall sensor at a position facing the rotor. The detection means compares the first output change of the Hall sensor during rotation of the rotating shaft with the second output change when the rotating shaft rotates without displacement, and calculates the displacement based on the comparison result. Means for detecting the corresponding physical quantity.
第4の発明によると、検知手段は、回転軸の回転時における、ホールセンサ(たとえば、矩形式ホールセンサあるいはリニア式ホールセンサ)の第1の出力変化と、回転軸が変位せずに回転する場合の第2の出力変化とを比較して、比較結果に基づいて変位量に対応する物理量を検知する。ホールセンサは、ロータの回転により変化する磁界の強度に応じて信号を出力する。第2の出力変化において、回転軸が変位せずに回転する場合においては、ホールセンサとロータとの距離が略一定の状態となる。そのため、信号出力の立ち上がり(増加)時の変化は、各周期において同じ傾向を示す。回転軸の軸中心が変位している場合においては、ホールセンサとロータとの距離が変位量に応じて異なる。そのため、回転軸が変位せずに回転する場合との出力変化を比較して、信号出力の立ち上がり時の変化が異なる。これにより、たとえば、ホールセンサの信号出力が予め定められた出力値となるときの位相角あるいは予め定められた位相角間における信号出力の変化量に差が生じる。すなわち、第1の出力変化および第2の出力変化とにおける、予め定められた出力値となるときの位相角の差および予め定められた位相角間における信号出力の変化量の差は、回転軸の変位量に対応している。したがって、変位量に対応する、位相角の差あるいは変化量の差に応じて、コイルに供給される電力を制御することにより軸振動を抑制することができる。また、回転電機のロータの位置を検知するホールセンサを利用して、上述した位相角の差および変化量の差を検知するようにすると、電動過給機を大型化したり、新たな部品を設けることがない。したがって、コストの上昇を抑制する電動過給機を提供することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the detecting means rotates without the displacement of the rotation shaft and the first output change of the Hall sensor (for example, the rectangular Hall sensor or the linear Hall sensor) when the rotation shaft rotates. The second output change in the case is compared, and a physical quantity corresponding to the displacement is detected based on the comparison result. The hall sensor outputs a signal according to the strength of the magnetic field that changes as the rotor rotates. In the second output change, when the rotation shaft rotates without being displaced, the distance between the Hall sensor and the rotor is substantially constant. Therefore, the change at the rise (increase) of the signal output shows the same tendency in each cycle. When the axis center of the rotating shaft is displaced, the distance between the Hall sensor and the rotor varies depending on the amount of displacement. Therefore, the change in output at the time of rising of the signal output is different by comparing the output change with the case where the rotating shaft rotates without being displaced. As a result, for example, a difference occurs in the phase angle when the signal output of the Hall sensor becomes a predetermined output value or the amount of change in the signal output between the predetermined phase angles. That is, the difference in phase angle between the first output change and the second output change when the predetermined output value is obtained and the difference in the amount of change in the signal output between the predetermined phase angles are expressed as follows. It corresponds to the amount of displacement. Therefore, the shaft vibration can be suppressed by controlling the electric power supplied to the coil in accordance with the phase angle difference or the change amount corresponding to the displacement. In addition, if the Hall sensor that detects the position of the rotor of the rotating electrical machine is used to detect the above-described phase angle difference and change amount difference, the electric supercharger is increased in size or new parts are provided. There is nothing. Therefore, an electric supercharger that suppresses an increase in cost can be provided.
第5の発明に係る電動過給機においては、第4の発明の構成に加えて、検知手段は、第1の出力変化において予め定められた出力値となるときの位相角と、第2の出力変化において予め定められた出力値となるときの位相角との差を検知するための手段を含む。 In the electric supercharger according to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, the detection means includes a phase angle when a predetermined output value is obtained in the first output change, Means for detecting a difference from the phase angle when the output value changes to a predetermined output value is included.
第5の発明によると、第2の出力変化において、回転軸が変位せずに回転する場合においては、ホールセンサとロータとの距離が略一定の状態となる。そのため、信号出力の立ち上がり(増加)時の変化は、各周期において同じ傾向を示す。回転軸の軸中心が変位している場合においては、ホールセンサとロータとの距離が変位量に応じて異なる。そのため、回転軸が変位せずに回転する場合と比較して、信号出力の立ち上がり時の変化が異なる。これにより、ホールセンサの信号出力が予め定められた出力値となるときの位相角に差が生じる。すなわち、予め定められた出力値となるときの位相角の差は、回転軸の変位量に対応している。したがって、変位量に対応する、位相角の差に応じて、コイルに供給される電力を制御することにより軸振動を抑制することができる。 According to the fifth invention, in the second output change, when the rotation shaft rotates without being displaced, the distance between the Hall sensor and the rotor is substantially constant. Therefore, the change at the rise (increase) of the signal output shows the same tendency in each cycle. When the axis center of the rotating shaft is displaced, the distance between the Hall sensor and the rotor varies depending on the amount of displacement. Therefore, the change at the rise of the signal output is different from the case where the rotating shaft rotates without being displaced. As a result, a difference occurs in the phase angle when the signal output of the Hall sensor becomes a predetermined output value. That is, the difference in phase angle when the output value is determined in advance corresponds to the amount of displacement of the rotating shaft. Therefore, the shaft vibration can be suppressed by controlling the electric power supplied to the coil in accordance with the phase angle difference corresponding to the displacement amount.
第6の発明に係る電動過給機においては、第4の発明の構成に加えて、検知手段は、第1の出力変化における予め定められた位相角間の出力の変化量と、第2の出力変化における予め定められた位相角間の出力の変化量との差を検知するための手段を含む。 In the electric supercharger according to the sixth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, the detection means includes a change amount of the output between predetermined phase angles in the first output change, and a second output. Means for detecting a difference between the change amount of the output between the predetermined phase angles in the change is included.
第6の発明によると、第2の出力変化において、回転軸が変位せずに回転する場合においては、ホールセンサとロータとの距離が略一定の状態となる。そのため、信号の出力の立ち上がり(増加)時の変化は、各周期において同じ傾向を示す。回転軸の軸中心が変位している場合においては、ホールセンサとロータとの距離が変位量に応じて異なる。そのため、回転軸が変位せずに回転する場合と比較して、信号出力の立ち上がり時の変化が異なる。これにより、予め定められた位相角間におけるホールセンサの信号出力の変化量に差が生じる。すなわち、予め定められた位相角間におけるホールセンサの信号出力の変化量の差は、回転軸の変位量に対応している。したがって、変位量に対応する、変化量の差に応じて、コイルに供給される電力を制御することにより軸振動を抑制することができる。 According to the sixth invention, in the second output change, when the rotation shaft rotates without being displaced, the distance between the Hall sensor and the rotor is substantially constant. Therefore, the change at the rise (increase) of the signal output shows the same tendency in each cycle. When the axis center of the rotating shaft is displaced, the distance between the Hall sensor and the rotor varies depending on the amount of displacement. Therefore, the change at the rise of the signal output is different from the case where the rotating shaft rotates without being displaced. As a result, a difference occurs in the change amount of the signal output of the Hall sensor between the predetermined phase angles. That is, the difference in the change amount of the Hall sensor signal output between the predetermined phase angles corresponds to the displacement amount of the rotating shaft. Therefore, the shaft vibration can be suppressed by controlling the electric power supplied to the coil in accordance with the difference in the change amount corresponding to the displacement amount.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
<第1の実施の形態>
図1を参照して、本実施の形態に係る電動過給機が搭載されたエンジンシステムについて説明する。エンジンシステムは、エンジン100と、電動過給機200と、インタークーラ162と、エンジンECU(Electronic Control Unit)250と、過給機ECU340とを含む。本実施の形態に係るエンジンシステムは、自動車などの車両に搭載される。なお、エンジンECU250と過給機ECU340とは1つのECUに統合するようにしてもよい。本実施の形態において、エンジンECU250と過給機ECU340とは、双方向で通信可能に接続される。
<First Embodiment>
With reference to FIG. 1, an engine system equipped with the electric supercharger according to the present embodiment will be described. The engine system includes an
吸入口150から吸入される空気は、エアクリーナ152によりろ過される。エアクリーナ152によりろ過された空気は、吸気通路156を介して電動過給機200に流通する。電動過給機200に流通した空気はコンプレッサ202により圧縮された後、吸気通路160を流通して、インタークーラ162で冷却される。インタークーラ162で冷却された空気は、吸気通路102を流通して、エンジン100に吸入される。
Air sucked from the
吸気通路156の途中には、吸入空気量を検出するエアフローメータ154が設けられる。エアフローメータ154は、検出した吸入空気量を表す信号をエンジンECU250に送信する。
An
インタークーラ162は、コンプレッサ202により圧縮されて温度が上昇した空気を冷却する。冷却された空気の体積は、冷却前に比べて小さくなるため、より多くの空気がエンジン100に送り込まれる。
The
また、吸気通路156と吸気通路160とをバイパスするバイパス通路158が設けられ、バイパス通路158の途中には、バイパス通路158を流通する空気の流量を調整するエアバイパスバルブ164が設けられる。エアバイパスバルブ164は、エンジンECU250から受信する制御信号に応じて作動する。
Further, a
吸気通路102の途中には、吸気通路102に流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ166が設けられる。スロットルバルブ166は、スロットルモータ168により駆動される。スロットルモータ168は、エンジンECU250から受信する制御信号に応じて駆動する。
A
また、吸気通路102の途中には、吸気管圧力センサ170と吸気温度センサ172が設けられる。吸気管圧力センサ170は、吸気通路102内の空気の圧力を検知する。吸気管圧力センサ170は、検知した空気の圧力を表す信号をエンジンECU250に送信する。吸気温度センサ172は、吸気通路102内の空気の温度を検知する。吸気温度センサ172は、検知した空気の温度を表す信号をエンジンECU250に送信する。
An intake
エンジン100は、シリンダヘッド(図示せず)とシリンダブロック112とを含む。シリンダブロック112には、図1の紙面上下方向に複数の気筒が設けられる。そして、各気筒内には、紙面上下方向に摺動可能にピストン114が設けられる。ピストン114は、コンロッド116を介してクランクシャフト120に連結される。ピストン114、コンロッド116およびクランクシャフト120によりクランク機構が形成される。
ピストン114の上部においては、燃焼室108が形成される。燃焼室108には、燃焼室108に向けて点火プラグ110と燃料噴射インジェクタ106とが設けられる。本実施の形態において、エンジン100は直噴エンジンであるとして説明するが、特に、直噴エンジンに限定されるものではない。たとえば、エンジン100は、内燃機関であればよく、ポート噴射型のエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
A
シリンダヘッドには、吸気通路102と排気通路130とがそれぞれ燃焼室108に接続するように設けられる。吸気通路102と燃焼室108との間には、吸気バルブ104が設けられる。排気通路130と燃焼室108との間には、排気バルブ128が設けられる。吸気バルブ104および排気バルブ128は、クランクシャフト120と連動して回転するカムシャフト(図示せず)により駆動される。
In the cylinder head, an
吸気通路102を流通する空気は、ピストン114が下降するときに、吸気バルブ104が開かれて燃焼室108に吸引される。燃焼室108に流通した空気は、燃料噴射インジェクタ106から噴射された燃料と混合される。吸気バルブ104が閉じて、ピストン114が上死点付近まで上昇したときに点火プラグ110において燃料と混合された空気が点火されて燃焼する。燃焼による圧力によりピストン114が押し下げられる。このとき、ピストン114の上下運動がクランク機構を介してクランクシャフト120の回転運動に変換される。そして、ピストン114が下死点付近まで下降したときに、排気バルブ128が開く。ピストン114が再び上昇するときに、燃焼室108内で燃焼させられた空気、すなわち、排気ガスは、排気通路130を流通する。排気通路130を流通した空気は、電動過給機200のタービン204を駆動させた後に、排気管180を流通して触媒182に導かれる。排気ガスは、触媒182により浄化された後、車外に排出される。
The air flowing through the
クランクシャフト120の一方端には、プーリ(図示せず)が設けられる。プーリはベルト124を介してオルタネータ126の回転軸に設けられたプーリに連結される。クランクシャフト120の回転によりオルタネータ126が作動して、発電が行なわれる。
A pulley (not shown) is provided at one end of the
タイミングロータ118は、クランクシャフト120に設けられており、クランクシャフト120と共に回転する。タイミングロータ118の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ122はタイミングロータ304の突起に対向して設けられている。タイミングロータ118が回転すると、タイミングロータ118の突起と、クランクポジションセンサ122とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ122のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ122は、起電力を表す信号を、エンジンECU250に送信する。エンジンECU250は、クランクポジションセンサ122から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。
The
また、車両には、車速センサ(図示せず)が車輪に設けられ、車輪の回転数(車輪速度)を検知する。車速センサは、検出結果を表す信号をエンジンECU250に送信する。エンジンECU250は、車輪の回転数から、車速を算出する。
Further, the vehicle is provided with a vehicle speed sensor (not shown) on the wheel, and detects the rotation speed (wheel speed) of the wheel. The vehicle speed sensor transmits a signal representing the detection result to
エンジンECU250は、吸気圧、吸気温度、吸入空気量、車輪速度など各センサから送信された信号、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン100が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。
電動過給機200は、コンプレッサ202と、回転電機216と、シャフト210と、タービン204とを含む。
コンプレッサ202のハウジング内には、コンプレッサホイール(コンプレッサロータ、コンプレッサブレードなどとも呼ばれる。)206が収納される。コンプレッサホイール206は、エアクリーナ152によりろ過された空気を圧縮(過給)する。
A compressor wheel (also referred to as a compressor rotor, a compressor blade, etc.) 206 is accommodated in the housing of the
タービン204のハウジング内には、タービンホイール(タービンロータ、タービンブレードなどとも呼ばれる。)208が収納される。タービンホイール208は、排気ガスにより回転させられる。
A turbine wheel (also referred to as a turbine rotor, a turbine blade, or the like) 208 is accommodated in the housing of the
コンプレッサホイール206とタービンホイール208とは、シャフト210の両端にそれぞれ設けられる。すなわち、排気ガスによりタービンホイール208が回転させられると、コンプレッサホイール206も回転する。
The
また、コンプレッサホイール206とタービンホイール208との間には、シャフト210を回転軸とする回転電機216が設けられる。シャフト210は、回転電機216のハウジングにより回転自在に支持される。
A rotating
回転電機216は、過給機ECU340の制御信号に応じて過給機EDU(Electronic Drive Unit)330から供給される電力によりシャフト210に回転力を付与する。過給機EDU330は、高圧バッテリ320から供給される電力を用いて、過給機ECU340から入力される制御信号に応じた電力を回転電機216に供給する。過給機EDU330は、たとえば、インバータである。
The rotating
回転電機216には、回転子位置センサ(図示せず)が設けられる。回転子位置センサは、回転子(ロータ)の回転位置(回転角)および回転数を検知する。回転子位置センサは、検知結果を表す信号を過給機ECU340に送信する。回転子位置センサは、たとえば、ホールセンサである。
The rotating
高圧バッテリ320は、DC/DCコンバータ310に電気的に接続される。DC/DCコンバータ310は、上述したオルタネータ126に電気的に接続される。したがって、オルタネータ126において発電された電力は、DC/DCコンバータ310にて適切な電圧に昇圧された後に、高圧バッテリ320に供給される。これにより、高圧バッテリ320が充電される。また、オルタネータ126において発電された電力は、低圧バッテリ300に供給される。これにより、低圧バッテリ300が充電される。低圧バッテリ300は、エンジンECU250や過給機ECU340などに電力を供給する。
過給機ECU340は、エンジンECU250から送信される情報、回転子位置センサから送信された信号、および、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、電動過給機200が所望の作動状態となるように、機器類を制御する。
以上のような構成を有する電動過給機200においては、エンジン100で、燃料と混合された空気が燃焼された後、排気ガスは、排気通路130からタービン204内に導かれる。排気ガスはそこでタービンホイール208を回転させ、その回転力がシャフト210に伝達される。その後、排気ガスは、排気管180を流通して、触媒182に導かれる。触媒182に導かれた排気ガスは、浄化された状態で車外へ排出される。
In the
一方、エンジン100に供給するため車外より吸入された空気は、エアクリーナ152によってろ過された後、吸気通路156を流通して、コンプレッサ202内に導かれる。空気はシャフト210と一体となって回転するコンプレッサホイール206によって圧縮(過給)される。圧縮された空気は、インタークーラ162に導かれ、冷却された状態でエンジン100の吸気通路102を介して燃焼室108に吸入される。
On the other hand, the air taken from outside the vehicle to be supplied to the
また、過給機ECU340は、エンジン100の低回転域において、コンプレッサ202において圧縮される空気が所望の過給圧に到達しない場合(たとえば、エンジン100の回転数が予め定められた回転数以下である場合)には、回転電機216を駆動することにより、コンプレッサ202の過給圧が強制的に上昇するように制御する。
Further,
図2に示すように、本実施の形態において回転電機216は、シャフト210の途中に設けられるロータ214と、シャフト210の回転軸に直交する方向からロータ214に対向して設けられるステータコア212と、ステータコア212を収納する筐体230とを含む。ステータコア212は、ロータ214を回転軸周りに取り囲むように形成される。ステータコア212には、複数のティースがロータ214に対向するように形成される。複数のティースのそれぞれにはコイル234が巻回される。本実施の形態においては、回転電機216は、たとえば、2相(本実施の形態において、X相、Y相とする。)の回転電機であって、ステータコア212には、4つのティースが形成される。なお、回転電機216は、2相の回転電機に特に限定されるものではなく、たとえば、3相以上の回転電機であってもよいものとする。ロータ214には永久磁石が設けられ、本実施の形態においては、たとえば、ロータ214の極数は2極であるが、特にこれに限定されるものではない。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the rotating
また、シャフト210は、タービンホイール208側に設けられる軸受部222と、コンプレッサホイール206側に設けられる軸受部224およびスラストベアリング228により回転自在に電動過給機200の筐体230に支持される。また、コンプレッサホイール206とスラストベアリング228との間には、スペーサ232が設けられる。
The
コイル234に電力が供給されると、コイル234において磁界が発生する。発生した磁界に基づいて磁束の流れが形成されてロータ214は回転力を得る。また、本実施の形態に係る回転電機216においては、ステータコア212に形成されるティースのロータ214側の先端部には、コイル234とは別にサーチコイル218がさらに巻回される。サーチコイル218において誘起される電圧は過給機ECU340に出力される。
When power is supplied to the
図2の3−3断面である図3に示すように、本実施の形態においては、ステータコア212には4つのティース242,244,246,248がシャフト210の回転軸を中心として90度毎の位相角を有するように形成される。ティース242,244,246,248のそれぞれにコイル234,236,238,240が巻回される。本実施の形態においてコイル236,240がX相のコイルに対応し、コイル234,238がY相のコイルに対応する。コイル236,240およびコイル234,238は、それぞれ電気的に接続されている。また、ティース242,244のロータ214側の先端部には、コイル234,236と別にシャフト210の変位検出用のサーチコイル218,220が巻回される。なお、サーチコイル218,220は、各相に対応するティースに設けられればよく、ティース242,244に設けられることに特に限定されるものではない。なお、たとえば、3相の回転電機であれば、3相のうちの少なくとも2相に対応するティースに(たとえば、U相、V相、W相のうちのいずれか2相に対応するティースに)サーチコイルを設けるようにしてもよいし、隣り合うティースに設けられるようにしてもよい。また、サーチコイルの個数も特に2個に限定されるものではない。
As shown in FIG. 3, which is a 3-3 cross section of FIG. 2, in the present embodiment, four
サーチコイル218,220は、ロータ214の回転により電圧が誘起される。このとき、誘起される電圧は、サーチコイル218,220とロータ214との距離およびロータ214の回転角(位相角)に応じて変化する。また、本実施の形態においては、図3の紙面左右方向をX方向とし、X相のコイル236,240が巻回されるティース244,248をティースXとも呼ぶ。また、図3の紙面上下方向をY方向とし、Y相のコイル234,240が巻回されるティース242,246をティースYとも呼ぶ。
The search coils 218 and 220 are induced by the rotation of the
このような電動過給機200においては、シャフト210にロータ214が設けられることにより、回転電機を有しない過給機のシャフトと比較して回転体の質量が増加する。そのため、図4に示すように、回転電機216が設けられない場合の振動モード(破線)と回転電機216が設けられる場合の振動モード(実線)とを比較すると、回転電機200が設けられる場合の方がシャフト210の軸振動はより増大する傾向にある。これは、回転体の質量が増加することにより回転体のアンバランスの度合が上昇することに起因する。特に、電動過給機200の高速回転域においては、アンバランスに起因して発生する遠心力が回転数の2乗に比例して増加する。そのため、軸受部222,224およびスラストベアリング228における自励振動に起因した高周波のウィップ振動の影響を大きく受けて、軸振動はより増大する傾向にある。
In such an
図5に示すように、横軸を周波数とし、縦軸を回転数としたときの振動分布図において、ウィップ振動は、回転電機200によるモータアシストゾーン(斜線部)の範囲外の回転数が比較的高い領域で発生する。ウィップ振動は、エネルギーが高く、振動および騒音の原因となる場合がある。
As shown in FIG. 5, in the vibration distribution diagram when the horizontal axis is the frequency and the vertical axis is the rotation speed, the whip vibration is compared with the rotation speed outside the range of the motor assist zone (shaded portion) by the rotating
そこで、本発明は、過給機ECU340が、シャフト210の回転軸に直交する方向のシャフト210の変位量に対応する物理量を検知して、回転電機216による回転力がシャフト210に付与されない運転領域において、変位後のシャフト210の軸中心から変位前のシャフト210の軸中心への方向に、検知された物理量に応じた磁力が発現するように、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御する点に特徴を有する。
Therefore, the present invention provides an operating region in which the
具体的には、過給機ECU340は、シャフト210の回転時においてサーチコイル218,220により誘起される第1の電圧変化と、シャフト210が変位せずに回転する場合にサーチコイル218,220により誘起される第2の電圧変化とを比較して、比較結果に基づいて変位量に対応する物理量を検知する。
Specifically, the
電動過給機200の高速回転時において、軸振動によりシャフト210の軸中心すなわちロータ214の回転中心が変位したときのロータ214の回転変化は、図6および図7に示される。図6(A)〜図6(H)および図7(A)〜図7(H)は、ティース242にロータ214のN極が対向している位置を位相角0度として45度毎時計回りに回転するロータ214の変化を示す。図6(A)〜図6(H)は、位相角0度から位相角315度までのロータの回転変化を示す。図7(A)〜図7(H)は、位相角360度から位相角675度までのロータの回転変化を示す。なお、位相角720度においてロータ214は、位相角0度のときの位置と同じ位置となる。
Changes in the rotation of the
図6および図7において、ロータ214(実線)の回転中心は、軸振動が生じない場合(以下、振動無時と記載する)のロータ214(破線)の回転中心から変位して回転する。 6 and 7, the rotation center of the rotor 214 (solid line) is displaced from the rotation center of the rotor 214 (broken line) when no shaft vibration occurs (hereinafter referred to as no vibration) and rotates.
図6(A)に示すように、位相角0度において、高速回転時のロータ214の回転中心は、サーチコイル218に最も近い側に変位する。このとき、高速回転時のロータ214(実線)の回転中心は、振動無時のロータ214(破線)の回転中心と、サーチコイル220からの距離がほぼ等しくなる。
As shown in FIG. 6A, at the phase angle of 0 degree, the rotation center of the
図6(B)〜図6(D)に示すように、ロータ214が回転していくと、高速回転時のロータ214(実線)の回転中心は、サーチコイル218から遠い側に変位していき、サーチコイル220に近い側に変位していく。
As shown in FIGS. 6B to 6D, when the
図6(E)に示すように、位相角180度において、高速回転時のロータ214の回転中心は、振動無時のロータ214の回転中心とサーチコイル218からの距離がほぼ等しくなり、サーチコイル220に最も近い側に変位する。
As shown in FIG. 6E, at the phase angle of 180 degrees, the rotation center of the
図6(F)〜図6(H)に示すように、位相角180度以降は、ロータ214が回転していくと、高速回転時のロータ214の回転中心は、振動無時のロータ214の回転中心よりもサーチコイル218から遠い側に変位していき、サーチコイル220からも遠い側に変位していく。
As shown in FIG. 6 (F) to FIG. 6 (H), when the
図7(A)に示すように、位相角360度において、高速回転時のロータ214の回転中心は、サーチコイル218に最も遠い側に変位する。このとき、高速回転時のロータ214の回転中心は、振動無時のロータ214の回転中心と、サーチコイル220からの距離がほぼ等しくなる。
As shown in FIG. 7A, at the phase angle of 360 degrees, the rotation center of the
図7(B)〜図7(D)に示すように、ロータ214が回転していくと、高速回転時のロータ214の回転中心は、サーチコイル218に近い側に変位していき、サーチコイル220から遠い側に変位していく。
As shown in FIGS. 7B to 7D, when the
図7(E)に示すように、位相角540度において、高速回転時のロータ214の回転中心は、振動無時のロータ214の回転中心とサーチコイル218からの距離がほぼ等しくなり、サーチコイル220から最も遠い側に変位する。
As shown in FIG. 7E, at the phase angle of 540 degrees, the rotation center of the
図7(F)〜図7(H)に示すように、位相角540度以降は、ロータ214が回転していくと、高速回転時のロータ214の回転中心は、振動無時のロータ214の回転中心よりもサーチコイル218に近い側に変位していき、サーチコイル220にも近い側に変位していく。そして、位相角720度において、ロータ214の回転中心は、図6(A)に示す位相角0度であるときの回転中心と同じ位置となる。
As shown in FIG. 7 (F) to FIG. 7 (H), when the
ロータ214が位相角0度から720度まで回転する間に、サーチコイル218により誘起される電圧の変化を図8(A)に示す。また、サーチコイル220により誘起される電圧の変化を図8(B)に示す。図8(A)および図8(B)において実線が振動無時の誘起電圧の変化を示す。また、図8(A)および図8(B)においてポイントが高速回転時における誘起電圧の変化を示す。振動無時においてロータ214の回転中心とサーチコイル218,220との距離は略一定の状態であるため、誘起電圧の振幅も略一定となる。一方、高速回転時には、ウィップ振動をともなって回転するため、ロータ214の回転中心は変位する。そのため、サーチコイル218により誘起される電圧の振幅はサーチコイル218とのY方向の変位量に応じて変化し、サーチコイル220により誘起される電圧の振幅はサーチコイル220とのX方向の変位量に応じて変化する。したがって、高速回転時と振動無時とにおいて、サーチコイル218,220により誘起される電圧差は、シャフト210の変位量に対応している。
FIG. 8A shows a change in voltage induced by the
したがって、図8の破線枠の拡大図である図9に示すように、振動無時のサーチコイル220により誘起される電圧と高速回転時にサーチコイル220により誘起される電圧との差(以下、磁力差ともいう)Mxとして検知することにより、X方向についての、ロータ214(すなわち、シャフト210)の回転中心(軸中心)の変位量に対応する物理量を検知することができる。たとえば、ロータ214の位相角が90度であれば、電圧の振動の振幅差が磁力差Mxとして検知される。
Therefore, as shown in FIG. 9, which is an enlarged view of the broken line frame in FIG. 8, the difference between the voltage induced by the
同様に、振動無時のサーチコイル218により誘起される電圧と高速回転時にサーチコイル218により誘起される電圧との差を磁力差Myとして検知することにより、Y方向についての、ロータ214の回転中心の変位量に対応する物理量を検知することができる。
Similarly, the rotation center of the
本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340は、回転電機216による回転力がシャフト210に付与されない運転領域において(すなわち、図5に示すモータアシストゾーンの範囲外の高回転数域において)、変位後のシャフト210の軸中心から変位前のシャフト210の軸中心への方向に、検知された物理量(本実施の形態においては、電圧差)に応じた磁力が発現するように、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,240に供給される電力を制御する。
なお、本実施の形態においては、検出された磁力差Mx,Myに基づいてX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するが、たとえば、検出された磁力差Mx,Myに基づいてX方向およびY方向の変位量を算出して、算出された変位量に基づいてX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するようにしてもよい。
In the present embodiment, the power supplied to the X-phase coils 236 and 240 and the Y-
以下、図10を参照して、本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
Hereinafter, a control structure of a program executed by
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、過給機ECU340は、回転電機216が非通電状態で回転しているか否かを判断する。たとえば、過給機ECU340は、回転子位置センサにより検知される電動過給機200のシャフト210の回転数がモータアシストゾーンの範囲外となる予め定められた回転数以上であると、回転電機216が非通電状態で回転していると判断する。あるいは、過給機ECU340は、エンジン回転数が回転電機200によるアシストを要する回転数範囲外であれば、回転電機216が非通電状態で回転していると判断する。電動過給機200が非通電状態で回転していると(S100にてYES)、処理はS102に移される。もしそうでないと(S100にてNO)、処理はS100に戻される。
In step (hereinafter, step is referred to as S) 100,
S102にて、過給機ECU340は、磁力差Mx,Myを検知する。具体的には、過給機ECU340のメモリには、実験等により設定された、変位前の振動無時にサーチコイル218,220により誘起される電圧の変化を示す波形が予め記憶される。過給機ECU340は、サーチコイル218,220から出力される電圧、すなわち、高速回転時にサーチコイル220により誘起される電圧とメモリに記憶された振動無時に誘起される電圧との同位相角における電圧差を算出して、磁力差Mx,Myを検知する。
In S102,
なお、同位相角において高速回転時に誘起される電圧が振幅無時に誘起される電圧よりも小さいと、高速回転時のシャフト210の軸中心は振動無時のシャフト210の軸中心よりもサーチコイル218,220から遠い側に変位していることを示す。また、同位相角において高速回転時に誘起される電圧が振幅無時に誘起される電圧よりも大きいと、高速回転時のシャフト210の軸中心は振動無時のシャフト210の軸中心よりもサーチコイル218,220に近い側に変位していることを示す。
When the voltage induced at high speed rotation at the same phase angle is smaller than the voltage induced at no amplitude, the shaft center of the
S104にて、過給機ECU340は、X方向およびY方向の通電量を決定する。具体的には、過給機ECU340は、検知された磁力差Mx,Myに基づいて、ティースXに巻回されるX相のコイル236,240およびティースYに巻回されるY相のコイル234,238に供給される電力量を決定する。
In S104,
このとき、X方向およびY方向の通電量は、変位後(すなわち、高速回転時)のシャフト210の軸中心から変位前(すなわち、振動無時)のシャフト210の軸中心への方向に磁力が発生するように決定される。これにより、シャフト210の軸振動により変位が大きくなる方向と逆方向に磁力が発現する。
At this time, the energization amount in the X direction and the Y direction is such that magnetic force is applied in the direction from the axial center of the
具体的な通電量の決定方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、磁力差Mx,Myと通電量との関係を示すマップ(1)およびマップ(2)を過給機ECU340のメモリに予め記憶しておき、過給機ECU340は、磁力差Mxとマップ(1)とに基づいて、X方向の通電量を決定し、磁力差Myとマップ(2)とに基づいて、Y方向の通電量を決定するようにしてもよい。なお、マップ(1)とマップ(2)とは異なるマップであってもよいし、同じマップであってもよい。また、マップ(1)およびマップ(2)における磁力差Mx,Myと通電量との関係は、実験等により軸振動が抑制されるように設定される。さらに、過給機ECU340は、マップに代えて予め定められた表あるいは関数式と磁力差Mx,Myとに基づいてX方向およびY方向の通電量を決定するようにしてもよい。
A specific method for determining the energization amount is not particularly limited. For example, a map (1) and a map (2) indicating the relationship between the magnetic force differences Mx and My and the energization amount are displayed in the
S106にて、過給機ECU340は、S104にて決定された通電量が供給されるように電力を制御する。具体的には、過給機ECU340は、過給機EDU330に対して制御信号を出力して、ステータコア212のX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に決定された通電量に対応する電力を供給する。
In S106,
S108にて、過給機ECU340は、電動過給機200の回転電機216によるアシストが必要な状態であるか否かを判断する。たとえば、過給機ECU340は、電動過給機200の回転数がモータアシストゾーンの範囲内となる予め定められた回転数よりも小さいと、回転電機216によるアシストが必要な状態であると判断するようにしてもよいし、エンジン回転数が回転電機200によるアシストを要する回転数範囲内であると、回転電機216によるアシストが必要な状態であると判断するようにしてもよい。回転電機216によるアシストが必要な状態であると(S108にてYES)、この処理は終了する。もしそうでないと(S108にてNO)、処理はS102に戻される。
In S108,
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電動過給機200の動作について図11を参照しつつ説明する。
An operation of
エンジン100が作動すると、排気ガスのエネルギーによりタービンホイール208が回転してコンプレッサホイールを駆動させる。エンジン100の回転数がモータアシストゾーン内となる低回転であるときには、回転電機216のX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238のうちのいずれかに選択的に電力が供給される。このとき、シャフト210に回転力が付与されて(S100にてNO)、過給圧が速やかに上昇させられる。
When the
エンジン100の回転数が上昇して、シャフト210の回転数がモータアシストゾーンの範囲外になると、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238への電力供給が停止される。そのため、電動過給機200において回転電機216は非通電状態で回転する(S100にてYES)。
When the rotational speed of the
このとき、磁力差Mx,Myが検出されて(S102)、検出された磁力差Mx,Myに応じてX方向およびY方向の通電量が決定される(S104)。そして、決定された通電量になるようにX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に電力が供給される(S106)。X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に電力が供給されると、磁界が発生して、発生した磁界に基づいてロータ214に磁力が作用する。
At this time, the magnetic differences Mx and My are detected (S102), and the energization amounts in the X direction and the Y direction are determined according to the detected magnetic differences Mx and My (S104). Then, power is supplied to the X-phase coils 236 and 240 and the Y-
図11に示すように、検知された磁力差Mxに応じて決定された通電量に対応する電力がX相のコイル236,240に供給されることにより、ロータ214にはX方向の力Fxが作用する。また、検知された磁力差Myに応じて決定された通電量に対応する電力がY相のコイル234,238に供給されることにより、ロータ214にはY方向の力Fyがロータ214に作用する。このとき、ロータ214には、FxとFyとの合力Fxyがロータ214(実線)の軸中心aから振動無時のロータ214(破線)の軸中心bに向けて作用する。
As shown in FIG. 11, the power corresponding to the energization amount determined according to the detected magnetic force difference Mx is supplied to the X-phase coils 236 and 240, whereby the X-direction force Fx is applied to the
回転電機216による回転力のアシストが不要となる運転領域であると(S108にてNO)、ロータ214が回転していくと、予め定められた計算サイクル毎に磁力差Mx,Myが算出されて通電量が決定される。磁力差Mx,Myは、予め定められた位相角毎に算出されるようにしてもよい。X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238には、それぞれ決定された通電量に対応する電力が供給される。そのため、ロータ214には、シャフト210と直交する方向であって、高速回転時のシャフト210の軸中心から振動無時のシャフト210の軸中心への方向に磁力が作用するため、シャフト210の軸振動の振幅の増大が抑制される。
If the operating range is such that the rotational force assist by rotating
そして、回転電機によるアシストが必要となる運転領域になると(S108にてYES)、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238のうちのいずれかに選択的に電力が供給される。
Then, when it is in an operation region where assistance by the rotating electrical machine is required (YES in S108), power is selectively supplied to any of
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、シャフトの回転時における軸振動の振幅が大きくなる方向と逆方向に磁力を発現させることができる。そのため、軸振動の振幅の増大を抑制することができる。また、高速回転時と振動無時とにおけるサーチコイルの電圧差に応じて磁力を発現させることにより、高回転時に増大する変位量の増大が抑制される。そのため、軸振動を効果的に抑制することができる。また、ティースの先端にサーチコイルを設ければよく、電動過給機の構造を大型化する必要もないため、コストの上昇を抑制することができる。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、高回転時における振動を抑制する電動過給機を提供することができる。 As described above, according to the electric supercharger according to the present embodiment, a magnetic force can be developed in the direction opposite to the direction in which the amplitude of the shaft vibration increases when the shaft rotates. Therefore, an increase in the amplitude of shaft vibration can be suppressed. Further, by increasing the magnetic force according to the voltage difference of the search coil during high-speed rotation and no vibration, an increase in the amount of displacement that increases during high-speed rotation is suppressed. Therefore, shaft vibration can be effectively suppressed. In addition, it is only necessary to provide a search coil at the tip of the tooth, and it is not necessary to increase the size of the structure of the electric supercharger, so that an increase in cost can be suppressed. Therefore, it is possible to provide an electric supercharger that suppresses vibration during high rotation while suppressing an increase in cost.
なお、本実施の形態において電動過給機200は、ロータ214が設けられるシャフト210に対して、ロータ214の両側に軸受部222,224が設けられる構成としたが、特にこのような構成に限定されるものではない。
In the present embodiment,
たとえば、図12に示すように、ロータ214の一方端側に設けられる軸受部322によりシャフト210を回転自在に支持する、いわゆる、片持ち式の電動過給機に適用するようにしてもよい。片持ち式の電動過給機においては、振動が増大しやすい構造であるため、本発明を適用することにより、高速回転時における軸振動を効果的に抑制することができる。
For example, as shown in FIG. 12, the present invention may be applied to a so-called cantilever type electric supercharger in which the
<第2の実施の形態>
以下、本発明の第2の実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第1の実施の形態に係る電動過給機200と比較して、サーチコイル218,220に代えてホールセンサ252,254を含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第1の実施の形態に係る電動過給機200と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
<Second Embodiment>
Hereinafter, an electric supercharger according to a second embodiment of the present invention will be described. The electric supercharger according to the present embodiment is different from the
図13に示すように、本実施の形態に係る電動過給機200において、ホールセンサ252,254は、シャフト210の回転軸に直交する方向からロータ214に対向するように設けられる。ホールセンサの個数は特に2個に限定されるものではない。本実施の形態において、ホールセンサ252,254は、矩形式ホールセンサであって、磁界の強度に応じて、信号が出力される。より具体的には、ホールセンサ252,254は、ロータ214の回転により生じる磁界の強度(あるいは、磁束密度値)が予め定められた値(1)(以下、+スレッシュレベルとも記載する)以上になると信号が出力される。そして、磁界の強度が+スレッシュレベルよりも小さい予め定められた値(2)(以下、−スレッシュレベルとも記載する)以下になると、信号出力が停止される。また、本実施の形態において、ホールセンサ252,254は、ロータ214のN極およびS極のいずれか一方が近づくと信号を出力し、他方が近づくと(一方が遠ざかると)、信号出力を停止する。本実施の形態において、ホールセンサ252,254は、たとえば、N極が近づいたときに、磁界の強度が+スレッシュレベル以上になると信号を出力し、N極が遠ざかるときに、磁界の強度が−スレッシュレベル以上になると信号の出力を停止するものとする。本実施の形態において、ホールセンサ252,254は、シャフト210の回転軸を中心として90度の角度を有するように設けられる。過給機ECU340は、ホールセンサ252,254のオフおよびオンの組み合わせによりロータ214の回転位置(回転角度)、回転数を検知する。すなわち、ホールセンサ252,254により回転子位置センサが実現される。
As shown in FIG. 13, in
また、本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340は、シャフト210の高速回転時における、ホールセンサ252,254の出力変化と振動無時における出力変化とを比較して、比較した結果に基づいてシャフト210の回転軸に直交する方向の変位量に対応する物理量を検知する点に特徴を有する。また、過給機ECU340は、回転電機216による回転力が付与されない運転領域において、変位後のシャフト210の軸中心から変位前のシャフト210の軸中心への方向に、検知された物理量に応じた磁力が発現するように、コイル234,236,238,240に供給される電力を制御する。
Further, the
本実施の形態において、シャフト210の高速回転時および振動無時におけるホールセンサ252,254の信号の出力値が予め定められた値となる位相角の差が変位量に対応する物理量である。
In the present embodiment, the phase angle difference at which the output values of the signals of the
図14(A)に示すように、振動無時におけるホールセンサ252の矩形形状の出力信号(実線)は、ホールセンサ252とロータ214の回転により生じる磁界の強度の変化(破線)に対応するように変化する。具体的には、ホールセンサ252において、磁界の強度が略ゼロであるときの位相角を基準(位相角0度)とする。ロータ214の回転にともなってN極がホールセンサ252に近づくと、磁界の強度が増加する。ホールセンサ252は、磁界の強度が+スレッシュレベルを越えると信号を出力する。N極がホールセンサ252から遠ざかり、磁界の強度が−スレッシュレベルを下回ると信号の出力が停止される。なお、ホールセンサ252,254が90度の位相角を有していることから、ホールセンサ254により出力される信号の波形は、図14(A)に示す波形を紙面右方向に90度位相角をずらした波形となる。そのため、詳細な説明は繰り返さない。ロータ214が回転するとき、ロータ214とホールセンサ252,254との距離は略一定の状態となる。
As shown in FIG. 14A, the rectangular output signal (solid line) of the
図14(B)に示すように、ロータ214の高速回転時においては、ロータ214の回転中心が、振動無時の回転中心から変位するため、ロータ214とホールセンサ252,254との距離が変動する。ロータ214とホールセンサ252との距離が小さくなるときには、振動無時(破線)と比較してず図14(B)の一点鎖線に示すように信号出力の変化量が大きくなる。そのため、高速回転時と振動無時とにおいて、ホールセンサ252の信号出力が+スレッシュレベルを越えるときの位相角に差を生じる。この位相角差は、シャフト210の変位量に対応している。
As shown in FIG. 14B, when the
したがって、図14(B)の破線枠の拡大図である図15に示すように、高速回転時と振動無時とにおける、+スレッシュレベルを越えるときの位相角差taを検知することにより、振動無時のロータ214の回転中心からホールセンサ252への方向についての、シャフト210の変位量に対応する物理量を検知することができる。同様に、高速回転時と振動無時とにおける、+スレッシュレベルを越えるときの位相角差tbを検知することにより、振動無時のロータ214の回転中心からホールセンサ254への方向についての、シャフト210の変位量に対応する物理量を検知することができる。
Therefore, as shown in FIG. 15 which is an enlarged view of the broken line frame in FIG. 14B, the vibration is detected by detecting the phase angle difference ta when the + threshold level is exceeded during high-speed rotation and no vibration. A physical quantity corresponding to the amount of displacement of the
本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340は、回転電機216による回転力がシャフト210に付与されない運転領域において、変位後のシャフト210の軸中心から変位前のシャフト210の軸中心への方向に、検知された位相角差ta,tbに応じた磁力が発現するように、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御する。
The
なお、本実施の形態においては、過給機ECU340は、検出された位相角の差ta,tbに基づいてX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するが、検出された位相角差ta,tbに基づいてX方向およびY方向の変位量を算出して、算出された変位量に基づいてX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するようにしてもよい。
In the present embodiment,
特に、位相角の差ta,tbは、振動無時のシャフト210の軸中心からホールセンサ252の方向とホールセンサ254の方向とにおけるシャフト210の変位量に対応している。したがって、X方向およびY方向に座標変換するなどして、シャフト210のX方向およびY方向の変位量を算出して、算出された変位量に基づいて、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するようにしてもよい。
In particular, the phase angle differences ta and tb correspond to the amount of displacement of the
以下、図16を参照して、本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
Hereinafter, a control structure of a program executed by
なお、図16に示したフローチャートの中で、前述の図10に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。 In the flowchart shown in FIG. 16, the same steps as those in the flowchart shown in FIG. 10 are given the same step numbers. The processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
S202にて、過給機ECU340は、信号出力の立ち上がり位相角差ta,tbを検知する。具体的には、過給機ECU340のメモリには、実験等により設定された、変位前の振動無時にホールセンサ252,254において信号が出力されるときの位相角が予め記憶される。過給機ECU340は、ロータ214の回転により磁界の強度が+スレッシュレベルを越えてホールセンサ252,254から信号が出力されるときの位相角(すなわち、高速回転時の位相角)とメモリに記憶された対応する位相角(すなわち、振動無時の位相角)との位相角差ta,tbを検知する。
In S202,
なお、高速回転時に信号が出力されるときの位相角が振動無時に信号が出力されるときの位相角よりも小さいと、高速回転時のシャフト210の軸中心は振動無時のシャフト210の軸中心よりもホールセンサ252,254よりも近い側に変位していることを示す。また、高速回転時に信号が出力されるとおきの位相角が振動無時に信号が出力されるときの位相角よりも大きいと、高速回転時のシャフト210の軸中心は振動無時のシャフト210の軸中心よりもホールセンサ252,254よりも遠い側に変位していることを示す。
If the phase angle when the signal is output during high-speed rotation is smaller than the phase angle when the signal is output when there is no vibration, the axis center of the
S204にて、過給機ECU340は、X方向およびY方向の通電量を決定する。具体的には、過給機ECU340は、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力量を決定する。なお、シャフト210の軸中心からホールセンサ252への方向およびシャフト210の軸中心からホールセンサ254への方向により規定される座標系は、X方向およびY方向により規定される座標系に対して、シャフト210の回転軸を中心として予め定められた角度を有している。したがって、過給機ECU340は、シャフト210の軸中心からホールセンサ252への方向およびシャフト210の軸中心からホールセンサ254への方向についての、位相角差ta,tbに対応する変位量をX−Yの座標系に換算して通電量を決定する。
In S204,
このとき、X方向およびY方向の通電量は、変位後(すなわち、高速回転時)シャフト210の軸中心から変位前(すなわち、振動無時)のシャフト210の軸中心への方向に磁力が発生するように決定される。これにより、シャフト210の軸振動により変位が大きくなる方向と逆方向に磁力が発現する。
At this time, the energization amount in the X direction and the Y direction generates a magnetic force in the direction from the axial center of the
具体的な通電量の決定方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、位相角の差ta,tbと通電量との関係を示すマップ(1)およびマップ(2)を過給機ECU340のメモリに予め記憶しておき、過給機ECU340は、位相角差taとマップ(1)とに基づいて、X方向の通電量を決定し、位相角差tbとマップ(2)とに基づいて、Y方向の通電量を決定するようにしてもよい。また、マップ(1)およびマップ(2)における位相角差ta,tbと通電量との関係は、上述した座標の変換を考慮した上で実験等により軸振動が抑制されるように設定される。さらに、過給機ECU340は、マップに代えて予め定められた表あるいは関数式と位相角の差ta,tbとに基づいてX方向およびY方向の通電量を決定するようにしてもよい。
A specific method for determining the energization amount is not particularly limited. For example, a map (1) and a map (2) indicating the relationship between the phase angle differences ta and tb and the energization amount are superchargers. Based on the phase angle difference ta and the map (1), the
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電動過給機200の動作について説明する。
An operation of
エンジン100が作動すると、排気ガスのエネルギーによりタービンホイール208が回転してコンプレッサホイールを駆動させる。エンジン100の回転数がモータアシストゾーン内となる低回転であるときには、回転電機216のX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238のうちのいずれかに選択的に電力が供給される。このとき、シャフト210に回転力が付与されて(S100にてNO)、過給圧が速やかに上昇させられる。
When the
エンジン100の回転数が上昇して、シャフト210の回転数がモータアシストゾーンの範囲外になると、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238への電力供給が停止される。そのため、電動過給機200において回転電機216は非通電状態で回転する(S100にてYES)。
When the rotational speed of the
このとき、位相角差ta,tbが検出されて(S202)、検出された位相角差ta,tbに応じてX方向およびY方向の通電量が決定される(S204)。そして、決定された通電量になるようにX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に電力が供給される(S106)。X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に電力が供給されると、磁界が発生して、発生した磁界に基づいてロータ214に磁力が作用する。
At this time, the phase angle differences ta and tb are detected (S202), and the energization amounts in the X direction and the Y direction are determined according to the detected phase angle differences ta and tb (S204). Then, power is supplied to the X-phase coils 236 and 240 and the Y-
X相のコイル236,240への通電によりロータ214に作用するX方向の力と、Y相のコイル234,238への通電によりロータ214に作用するY方向の力との合力がロータ214に作用する。このとき、ロータ214には、X方向の力とY方向の力の合力がロータ214の軸中心から振動無時のロータ214の軸中心に向けて作用する。
The resultant force of the X direction force acting on the
回転電機216による回転力のアシストが不要となる運転領域であると(S108にてNO)、ロータ214が回転していくと、予め定められた計算サイクル毎に位相角差ta,tbが算出されて通電量が決定される。なお、位相角差ta,tbは、ホールセンサ252,254から信号が出力される毎に算出するようにしてもよい。X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238には、それぞれ決定された通電量に対応する電力が供給される。そのため、ロータ214には、シャフト210と直交する方向であって、高速回転時のシャフト210の軸中心から振動無時のシャフト210の軸中心への方向に磁力が作用するため、シャフト210の軸振動の振幅の増大が抑制される。
If the operating range is such that the rotational force assist by rotating
そして、回転電機によるアシストが必要となる運転領域になると(S108にてYES)、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238のうちのいずれかに選択的に電力が供給される。
Then, when it is in an operation region where assistance by the rotating electrical machine is required (YES in S108), power is selectively supplied to any of
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、シャフトの回転時における軸振動の振幅が大きくなる方向と逆方向に磁力を発現させることができる。そのため、軸振動の振幅の増大を抑制することができる。また、高速回転時と振動無時とにおけるホールセンサから出力される出力値が予め定められた値となるときの位相角の差に応じて磁力を発現させることにより、高回転時に増大する変位量の増大が抑制される。そのため、軸振動を効果的に抑制することができる。また、回転子位置センサとして用いられるホールセンサを、回転電機の非通電状態であるときに、シャフト210の変位量に対応する物理量を検知することができる。そのため、新たな部品を設ける必要がなく、コストの上昇を抑制することができる。
As described above, according to the electric supercharger according to the present embodiment, a magnetic force can be developed in the direction opposite to the direction in which the amplitude of the shaft vibration increases when the shaft rotates. Therefore, an increase in the amplitude of shaft vibration can be suppressed. In addition, the amount of displacement that increases at high rotation speed by generating a magnetic force according to the phase angle difference when the output value output from the Hall sensor at a high speed rotation and no vibration is a predetermined value. Increase is suppressed. Therefore, shaft vibration can be effectively suppressed. Further, when the Hall sensor used as the rotor position sensor is in a non-energized state of the rotating electrical machine, a physical quantity corresponding to the displacement amount of the
なお、好ましくは、ホールセンサは、シャフトの回転軸上において、軸振動の振幅が大きい箇所に設けることが望ましい。振動振幅の大きい箇所における変位量に対応する物理量を検知することにより、軸振動をより効果的に抑制することができる。 Preferably, the Hall sensor is provided at a location where the amplitude of axial vibration is large on the rotation axis of the shaft. By detecting a physical quantity corresponding to the amount of displacement at a location where the vibration amplitude is large, axial vibration can be more effectively suppressed.
<第3の実施の形態>
以下、本発明の第3実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第2の実施の形態に係る電動過給機200と比較して、ホールセンサ252,254が矩形式のホールセンサであることに代えて、ホールセンサ252,254がリニア式のホールセンサである点が異なる。それ以外の構成は、上述の第2の実施の形態に係る電動過給機200と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
<Third Embodiment>
Hereinafter, an electric supercharger according to a third embodiment of the present invention will be described. The electric supercharger according to the present embodiment is different from the
本実施の形態において、ホールセンサ252,254は、リニア式ホールセンサであって、磁界の強度に対応するように変化する信号が出力される。過給機ECU340は、ホールセンサ252,254のそれぞれの出力値に基づいてロータ214の回転位置(回転角度)、回転数を検知する。ホールセンサ252,254は、ロータ214のN極およびS極のいずれか一方が近づくと+側の信号を出力し、他方が近づくと(一方が遠ざかると)−側の信号を出力するものとする。本実施の形態においては、ホールセンサ252,254は、N極が近づくと+側の信号を出力し、S極が近づくと−側の信号を出力する。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340は、シャフト210の高速回転時における、ホールセンサ252,254の出力変化と振動無時における出力変化とを比較して、比較した結果に基づいてシャフト210の回転軸に直交する方向の変位量に対応する物理量を検知する点に特徴を有する。また、過給機ECU340は、回転電機216による回転力がシャフト210に付与されない運転領域において、変位後のシャフト210の軸中心から変位前のシャフト210の軸中心への方向に、検知された物理量に応じた磁力が発現するように、コイル234,236,238,240に供給される電力を制御する。
Further, the
本実施の形態において、シャフト210の高速回転時および振動無時において、予め定められた位相角間におけるホールセンサ252,254の信号の出力値の変化量の差が変位量に対応する物理量である。
In the present embodiment, when the
図17(A)に示すように、振動無時におけるホールセンサ252の出力信号(実線)は、ホールセンサ252とロータ214の回転により生じる磁界の強度の変化に対応するように変化する。具体的には、ホールセンサ252において、磁界の強度がゼロであるときの位相角を基準(位相角0度)とする。ロータ214の回転にともなってN極がホールセンサ252に近づくと、磁界の強度が増加する。ホールセンサ252は、磁界の強度の増加に対応して、信号の出力値を増加させる。N極がホールセンサ252から遠ざかり、S極が近づくと、磁界の強度が減少する(−側に増加する)。ホールセンサ252は、磁界の強度の減少に対応して、信号の出力値を減少させる(−側に増加させる)。なお、ホールセンサ252,254が90度の位相角を有していることから、ホールセンサ254により出力される信号の波形は、図17(A)に示す波形を紙面右方向に90度位相角をずらした波形となる。そのため、詳細な説明は繰り返さない。ロータ214が回転するとき、ロータ214とホールセンサ252,254との距離は略一定の状態となる。
As shown in FIG. 17A, the output signal (solid line) of the
図17(B)に示すように、ロータ214の高速回転時においては、ロータ214の回転中心が、振動無時の回転中心から変位するため、ロータ214とホールセンサ252,254との距離が変動する。ロータ214とホールセンサ252との距離が小さくなるときには、振動無時(破線)と比較して図17(B)の実線に示すように信号出力の変化量が大きくなる。高速回転時と振動無時とにおいて、ホールセンサ252の信号出力の変化量に差が生じる。この変化量の差は、シャフト210の変位量に対応している。
As shown in FIG. 17B, when the
したがって、図17(B)の破線枠の拡大図である図18に示すように、予め定められた位相角間(たとえば、図18においては位相角0度から位相角A(0)までの間)における信号出力の変化量の差(以下、磁力差ともいう)Mhaを検知することにより、振動無時のロータ214の回転中心からホールセンサ252への方向の、シャフト210の変位量に対応する物理量を検知することができる。同様に、高速回転時と振動無時とにおける予め定められた位相角間における信号出力の磁力差Mhbを検知することにより、振動無時のロータ214の回転中心からホールセンサ254への方向の、シャフト210の変位量に対応する物理量を検知することができる。なお、予め定められた位相角間は、特に位相角0度から位相角A(0)までの間に限定されるものではない。
Accordingly, as shown in FIG. 18 which is an enlarged view of the broken-line frame in FIG. 17B, a predetermined phase angle interval (for example, between
本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340は、回転電機216による回転力がシャフト210に付与されない運転領域において、変位後のシャフト210の軸中心から変位前のシャフト210の軸中心への方向に、検知された磁力差Mha,Mhbに応じた磁力が発現するように、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御する。
The
なお、本実施の形態においては、過給機ECU340は、検出された磁力差Mha,Mhbに基づいてX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するが、検出された磁力差Mha,Mhbに基づいてX方向およびY方向の変位量を算出して、算出された変位量に基づいてX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するようにしてもよい。
In the present embodiment,
特に、磁力差Mha,Mhbは、振動無時のシャフト210の軸中心からホールセンサ252の方向とホールセンサ254の方向とにおけるシャフト210の変位量に対応している。したがって、X方向およびY方向に座標変換するなどして、シャフト210のX方向およびY方向の変位量を算出して、算出された変位量に基づいて、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力を制御するようにしてもよい。
In particular, the magnetic force differences Mha and Mhb correspond to the amount of displacement of the
以下、図19を参照して、本実施の形態に係る電動過給機200の過給機ECU340で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
Hereinafter, a control structure of a program executed by
なお、図19に示したフローチャートの中で、前述の図10に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。 In the flowchart shown in FIG. 19, the same steps as those in the flowchart shown in FIG. 10 are given the same step numbers. The processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
S302にて、過給機ECU340は、磁力差Mha,Mhbを検知する。具体的には、過給機ECU340のメモリには、実験等により設定された、変位前の振動無時にホールセンサ252,254における予め定められた位相角間の信号出力の磁力差Mha,Mhbが予め記憶される。過給機ECU340は、ホールセンサ252,254における予め定められた位相角間の信号出力の変化量(すなわち、高速回転時の変化量)とメモリに記憶された変化量(すなわち、振動無時の変化量)との差Mha,Mhbを検知する。
なお、高速回転時の出力信号の変化量が振動無時の出力信号の変化量よりも小さいと、高速回転時のシャフト210の軸中心は振動無時のシャフト210の軸中心よりもホールセンサ252,254よりも遠い側に変位していることを示す。また、高速回転時の出力信号の変化量が振動無時の出力信号の変化量よりも大きいと、高速回転時のシャフト210の軸中心は振動無時のシャフト210の軸中心よりもホールセンサ252,254よりも近い側に変位していることを示す。
In S302,
If the amount of change in the output signal during high-speed rotation is smaller than the amount of change in the output signal during no vibration, the shaft center of the
S304にて、過給機ECU340は、X方向およびY方向の通電量を決定する。具体的には、過給機ECU340は、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に供給される電力量を決定する。なお、シャフト210の軸中心からホールセンサ252への方向およびシャフト210の軸中心からホールセンサ254への方向により規定される座標系は、X方向およびY方向により規定される座標系に対して、シャフト210の回転軸を中心として予め定められた角度を有している。したがって、過給機ECU340は、シャフト210の軸中心からホールセンサ252への方向およびシャフト210の軸中心からホールセンサ254への方向についての、磁力差Mha,Mhbに対応する変位量をX−Yの座標系に換算して通電量を決定する。
In S304,
このとき、X方向およびY方向の通電量は、変位後(すなわち、高速回転時)シャフト210の軸中心から変位前(すなわち、振動無時)のシャフト210の軸中心への方向に磁力が発生するように決定される。これにより、シャフト210の軸振動により変位が大きくなる方向と逆方向に磁力が発現する。
At this time, the energization amount in the X direction and the Y direction generates a magnetic force in the direction from the axial center of the
具体的な通電量の決定方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、磁力差Mha,Mhbと通電量との関係を示すマップ(1)およびマップ(2)を過給機ECU340メモリに予め記憶しておき、過給機ECU340は、磁力差Mhaとマップ(1)とに基づいて、X方向の通電量を決定し、磁力差Mhbとマップ(2)とに基づいて、Y方向の通電量を決定するようにしてもよい。また、マップ(1)およびマップ(2)における磁力差Mha,Mhbと通電量との関係は、上述した座標の変換を考慮した上で実験等により軸振動が抑制されるように設定される。さらに、過給機ECU340は、マップに代えて予め定められた表あるいは関数式と磁力差Mha,Mhbとに基づいてX方向およびY方向の通電量を決定するようにしてもよい。
A specific method for determining the energization amount is not particularly limited. For example, a map (1) and a map (2) indicating the relationship between the magnetic force differences Mha and Mhb and the energization amount are stored in the
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電動過給機200の動作について説明する。
An operation of
エンジン100が作動すると、排気ガスのエネルギーによりタービンホイール208が回転してコンプレッサホイールを駆動させる。エンジン100の回転数がモータアシストゾーン内となる低回転であるときには、回転電機216のX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238のうちのいずれかに選択的に電力が供給される。このとき、シャフト210に回転力が付与されて(S100にてNO)、過給圧が速やかに上昇させられる。
When the
エンジン100の回転数が上昇して、シャフト210の回転数がモータアシストゾーンの範囲外になると、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238への電力供給が停止される。そのため、電動過給機200において回転電機216は非通電状態で回転する(S100にてYES)。
When the rotational speed of the
このとき、磁力差Mha,Mhbが検出されて(S302)、検出された磁力差Mha,Mhbに応じてX方向およびY方向の通電量が決定される(S304)。そして、決定された通電量になるようにX相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に電力が供給される(S106)。X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238に電力が供給されると、磁界が発生して、発生した磁界に基づいてロータ214に磁力が作用する。
At this time, magnetic differences Mha and Mhb are detected (S302), and the energization amounts in the X direction and Y direction are determined according to the detected magnetic differences Mha and Mhb (S304). Then, power is supplied to the X-phase coils 236 and 240 and the Y-
X相のコイル236,240への通電によりロータ214に作用するX方向の力と、Y相のコイル234,238への通電によりロータ214に作用するY方向の力との合力がロータ214に作用する。このとき、ロータ214には、X方向の力とY方向の力の合力がロータ214の軸中心から振動無時のロータ214の軸中心に向けて作用する。
The resultant force of the X direction force acting on the
回転電機216による回転力のアシストが不要となる運転領域であると(S108にてNO)、ロータ214が回転していくと、予め定められた計算サイクル毎に磁力差Mha,Mhbが算出されて通電量が決定される。X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238には、それぞれ決定された通電量に対応する電力が供給される。そのため、ロータ214には、シャフト210と直交する方向であって、高速回転時のシャフト210の軸中心から振動無時のシャフト210の軸中心への方向に磁力が作用するため、シャフト210の軸振動の振幅の増大が抑制される。
If the operating range is such that the rotational force assist by the rotating
そして、回転電機によるアシストが必要となる運転領域になると(S108にてYES)、X相のコイル236,240およびY相のコイル234,238のうちのいずれかに選択的に電力が供給される。
Then, when it is in an operation region where assistance by the rotating electrical machine is required (YES in S108), power is selectively supplied to any of
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、シャフトの回転時における軸振動の振幅が大きくなる方向と逆方向に磁力を発現させることができる。そのため、軸振動の振幅の増大を抑制することができる。また、高速回転時と振動無時とにおけるホールセンサから出力される出力値の変化量の差に応じて磁力を発現させることにより、高回転時に増大する変位量の増大が抑制される。そのため、軸振動を効果的に抑制することができる。また、回転子位置センサとして用いられるホールセンサを、回転電機の非通電状態であるときに、シャフト210の変位量に対応する物理量を検知することができる。そのため、新たな部品を設ける必要がなく、コストの上昇を抑制することができる。
As described above, according to the electric supercharger according to the present embodiment, a magnetic force can be developed in the direction opposite to the direction in which the amplitude of the shaft vibration increases when the shaft rotates. Therefore, an increase in the amplitude of shaft vibration can be suppressed. Further, by increasing the magnetic force in accordance with the difference in the change amount of the output value output from the Hall sensor during high-speed rotation and no vibration, an increase in the amount of displacement that increases during high-speed rotation is suppressed. Therefore, shaft vibration can be effectively suppressed. Further, when the Hall sensor used as the rotor position sensor is in a non-energized state of the rotating electrical machine, a physical quantity corresponding to the displacement amount of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 エンジン、102 吸気通路、104 吸気バルブ、106 燃料噴射インジェクタ、108 燃焼室、110 点火プラグ、112 シリンダブロック、114 ピストン、116 コンロッド、118 タイミングロータ、120 クランクシャフト、122 クランクポジションセンサ、124 ベルト、126 オルタネータ、128 排気バルブ、130 排気通路、150 吸入口、152 エアクリーナ、154 エアフローメータ、156,160 吸気通路、158 バイパス通路、162 インタークーラ、164 エアバイパスバルブ、166 スロットルバルブ、168 スロットルモータ、170 吸気管圧力センサ、172 吸気温度センサ、180 排気管、182 触媒、200 電動過給機、202 コンプレッサ、204 タービン、206 コンプレッサホイール、208 タービンホイール、210 シャフト、212 ステータコア、214 ロータ、216 回転電機、218,220 サーチコイル、222,224,322 軸受部、228 スラストベアリング、230 筐体、232 スペーサ、234,236,238,240 コイル、242,244,246,248 ティース、250 エンジンECU、252,254 ホールセンサ、300 低圧バッテリ、310 DC/DCコンバータ、320 高圧バッテリ、330 過給機EDU、340 過給機ECU。 100 Engine, 102 Intake passage, 104 Intake valve, 106 Fuel injection injector, 108 Combustion chamber, 110 Spark plug, 112 Cylinder block, 114 Piston, 116 Connecting rod, 118 Timing rotor, 120 Crankshaft, 122 Crank position sensor, 124 Belt, 126 Alternator, 128 Exhaust valve, 130 Exhaust passage, 150 Inlet, 152 Air cleaner, 154 Air flow meter, 156, 160 Intake passage, 158 Bypass passage, 162 Intercooler, 164 Air bypass valve, 166 Throttle valve, 168 Throttle motor, 170 Intake pipe pressure sensor, 172 Intake temperature sensor, 180 Exhaust pipe, 182 Catalyst, 200 Electric supercharger, 202 Compressor, 04 turbine, 206 compressor wheel, 208 turbine wheel, 210 shaft, 212 stator core, 214 rotor, 216 rotating electrical machine, 218, 220 search coil, 222, 224, 322 bearing portion, 228 thrust bearing, 230 housing, 232 spacer, 234 236, 238, 240 Coil, 242, 244, 246, 248 Teeth, 250 Engine ECU, 252, 254 Hall sensor, 300 Low voltage battery, 310 DC / DC converter, 320 High voltage battery, 330 Supercharger EDU, 340 Supercharge Machine ECU.
Claims (6)
前記回転軸に直交する方向の変位量に対応する物理量を検知するための検知手段と、
前記回転力が付与されない前記過給機の運転領域において、変位後の回転軸の軸中心から変位前の回転軸の軸中心への方向に、検知された物理量に応じた磁力が発現するように、前記コイルに供給される電力を制御するための制御手段とを含む、電動過給機。 An electric supercharger that applies a rotational force to a rotating shaft of a supercharger by a rotating electric machine, wherein the rotating electric machine includes a rotor provided on the rotating shaft, a stator core provided opposite to the rotor, and the stator core And a coil wound around the teeth formed on the
Detecting means for detecting a physical quantity corresponding to a displacement amount in a direction perpendicular to the rotation axis;
In the operating region of the supercharger to which the rotational force is not applied, a magnetic force corresponding to the detected physical quantity is developed in the direction from the axial center of the rotating shaft after displacement to the axial center of the rotating shaft before displacement. And an electric supercharger including control means for controlling electric power supplied to the coil.
前記検知手段は、前記回転軸の回転時において前記変位検出用コイルにより誘起される第1の電圧変化と、前記回転軸が変位せずに回転する場合に誘起される第2の電圧変化とを比較して、比較結果に基づいて前記変位量に対応する物理量を検知するための手段を含む、請求項1に記載の電動過給機。 At the tip of the teeth, a displacement detection coil provided separately from the coil is wound,
The detection means includes a first voltage change induced by the displacement detecting coil during rotation of the rotating shaft and a second voltage change induced when the rotating shaft rotates without displacement. The electric supercharger according to claim 1, further comprising means for comparing and detecting a physical quantity corresponding to the displacement based on a comparison result.
前記検知手段は、前記回転軸の回転時における前記ホールセンサの第1の出力変化と、前記回転軸が変位せずに回転する場合の第2の出力変化とを比較して、比較結果に基づいて前記変位量に対応する物理量を検知するための手段を含む、請求項1に記載の電動過給機。 The rotating electrical machine is provided with a hall sensor at a position facing the rotor,
The detection means compares the first output change of the Hall sensor during rotation of the rotating shaft with the second output change when the rotating shaft rotates without displacement, and based on the comparison result. The electric supercharger according to claim 1, further comprising means for detecting a physical quantity corresponding to the displacement amount.
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