JP2008196323A - 電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電動機の駆動による過給機の電動アシストと駆動ユニットの熱保護とをバランス良く行うこと。
【解決手段】過給機の回転軸部材に直結された回転電動機２０を駆動させるドライバ４１を、制御装置５１やヒートシンク３９ａと共に基板３９に実装してエンジンルームＲに収容する。制御装置５１は、温度センサ４７ｂにより検出されるエンジンルームＲの温度（雰囲気温度）が、雰囲気温度に対する上限温度（上限雰囲気温度）まで上昇しても、温度センサ４７ａにより検出されるドライバ４１の最も高熱な部分の温度（ドライバ温度）が、ドライバ温度に対する上限温度（上限内部温度）まで上昇していなければ、出力電流の上限を下げつつ回転電動機２０のモータとしての駆動を継続させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸排気流路に配置したターボチャージャ等の過給機の回転軸に直結された電動アシス用の回転電動機を駆動させる駆動ユニットの制御装置に関するものである。

車両の燃費向上のために用いられる過給機は、コンプレッサにより燃焼用空気を圧縮して内燃機関に供給するものである。このコンプレッサは、コンプレッサと同軸のタービンを内燃機関の排気エネルギにより回転させることで駆動される。

このような過給機では、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時に、コンプレッサによる燃焼用空気の圧縮が十分に行われず、内燃機関に供給される燃焼用空気のブースト圧が不足しがちになる。このような燃焼用空気のブースト圧不足は、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時には排気ガスの量が少なく、タービン乃至コンプレッサを回転させる排気エネルギが不足することに起因する。

そこで、上述した燃焼用空気のブースト圧不足を電動アシスト方式の採用によって解消することが提案された。この電動アシスト方式は、タービンとコンプレッサを連結する回転軸に直結した回転電動機の駆動により、コンプレッサを駆動するための動力を排気エネルギの不足分だけ補うものである（例えば特許文献１）。この種の回転電動機は、バッテリからの直流電源を交流に変換して供給する駆動回路やそのドライバを介して駆動される。

上述した駆動回路には、回転電動機の定格に合わせた大電流が流れることから、駆動回路中の回路素子はかなりの発熱を伴う。しかも、駆動回路やそのドライバは一般に、過給機に近いエンジンルーム等の空間に配置されることから、エンジンからの放出熱によりその周辺温度も高温となる。このため、駆動回路やそのドライバを熱から保護するために、駆動回路やそのドライバ自身の温度、及び、それらの周辺の温度の監視と、それに応じた駆動回路やそのドライバの動作管理とが重要となる。

そこで従来は、駆動回路やそのドライバ自身の温度と、駆動回路やそのドライバの配設空間の温度とを、それぞれ個別に監視し、どちらか一方でも駆動回路やそのドライバの動作に影響のある上限温度に達した場合は、回転電動機の駆動を停止させる措置が取られている。
特許第３２０３８６９号公報

従来は過給機の回転電動機の駆動について上述したような制御を行っていたことから、例えば駆動回路やそのドライバの配設空間の温度が上限温度に達して回転電動機の駆動が停止されると、駆動回路やそのドライバ自身の温度が上限温度を割っていても、駆動回路やそのドライバの配設空間の温度が上限温度を割らない限り、回転電動機の駆動が再開できなかった。このような従来の制御は、駆動回路やそのドライバの過剰な保護につながり、過給機の電動アシストという回転電動機本来の機能を十分に果たせなくする要因となりかねない。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電動アシスト式過給機用の回転電動機を駆動回路やそのドライバ等から構成される駆動ユニットにより駆動させるのに当たり、回転電動機の駆動による過給機の電動アシストと駆動ユニットの熱保護とをバランス良く行える、電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置は、エンジンの吸排気流路に配置した過給機の回転軸に直結され、前記エンジンの運転状態に応じて駆動される電動アシスト式過給機用回転電動機を駆動させる駆動ユニットの動作を制御する装置であって、前記駆動ユニットの温度を検出する内部温度検出手段と、前記駆動ユニットが配置される空間の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、前記内部温度検出手段及び前記雰囲気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を制御する制御手段とを備えており、前記制御手段は、（ａ）前記駆動ユニットの温度が、予め設定された上限内部温度以上である間は、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を停止させ、（ｂ）前記駆動ユニットの温度が前記上限内部温度未満である間において、（ｂ１）前記駆動ユニットが配置される空間の雰囲気温度が、予め設定された上限雰囲気温度未満である間は、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を１００％の出力まで許容し、（ｂ２）前記雰囲気温度が前記上限雰囲気温度以上である間は、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を０％より高く１００％より低い所定の割合の出力までに制限することを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置によれば、駆動ユニット自身の温度が内部温度検出手段によって検出され、駆動ユニット自身の周辺に存在するその配置空間の雰囲気温度が雰囲気温度検出手段によって検出される。

駆動ユニット自身の温度が予め設定された上限内部温度以上である間は、駆動ユニットが配置される空間の雰囲気温度が、予め設定された上限雰囲気温度未満であるか否かに関係なく、駆動ユニットによる回転電動機の駆動が停止される。したがって、駆動ユニットが熱から確実に保護される。

一方、駆動ユニット自身の温度が上限内部温度未満である間は、駆動ユニットによる回転電動機の駆動が実行される。但し、駆動ユニットが配置される空間の雰囲気温度が予め設定された上限雰囲気温度以上であると、駆動ユニットによる回転電動機の駆動が、０％より高く１００％より低い所定の割合の出力までに制限される。駆動ユニットの配置空間の雰囲気温度が上限雰囲気温度未満である間は、駆動ユニットによる回転電動機の駆動が１００％の出力まで許容される。よって、駆動ユニット自身の温度が上限内部温度未満であるにも拘わらず、駆動ユニットの配置空間の雰囲気温度が上限雰囲気温度以上であるがために、駆動駆動ユニットによる回転電動機の駆動が停止されてしまうことがない。したがって、駆動ユニットが熱から過剰に保護されることがない。つまり、回転電動機の駆動による過給機の電動アシストが、駆動ユニットを必要なレベルで熱から保護できる範囲内の出力で継続される。

このため、電動アシスト式過給機用の回転電動機を駆動ユニットにより駆動させるのに当たり、回転電動機の駆動による過給機の電動アシストを極力阻害しないようにしつつ、駆動ユニットの熱保護を的確に行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る制御装置により駆動が制御される回転電動機を備えた電動アシスト式過給機を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る制御装置により駆動が制御される回転電動機を備えた電動アシスト式過給機の概略構成を示す説明図である。

図１中引用符号Ｅ１はエンジンであり、インテークパイプＡから不図示のインテークマニホールドを介して供給される燃焼用空気Ｇ１を用いて燃料の燃焼を、燃焼室Ｅ３の内部において行い、これによって発生した排気ガスＧ３を、不図示のエキゾーストマニホールドを介してエキゾーストパイプＢに排出する。これらエンジンＥ１、インテークパイプＡ、及び、エキゾーストパイプＢは、不図示のインテークマニホールドやエキゾーストマニホールドと共に、車両のエンジンルームＲに収容されている。

このエンジンＥ１には、排気ガス再循環装置Ｃが取り付けられている。この排気ガス再循環装置Ｃは、エキゾーストパイプＢとインテークパイプＡとをショートカット接続する排気還流パイプＣ１と、この排気還流パイプＣ１の途中に介設された流量調整バルブＣ３とを有している。この排気還流パイプＣ１を通過してエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに還流される排気ガスＧ３の流量は、流量調整バルブＣ３の開度を変更することで調整される。

この排気ガス再循環装置ＣによってエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに適切な量の排気ガスＧ３を還流させることで、エンジンＥ１内の酸素濃度を下げて、窒素酸化物（ＮＯｘ）をエンジンＥ１に還流させるようにすれば、エンジンＥ１の燃焼室Ｅ３内の燃焼温度が下がることから、窒素酸化物の発生をより一層抑制することができる。

そして、図１中引用符号１は、上述した排気ガス再循環装置付き内燃機関に取り付けられる過給機を示す。この過給機１は、エンジンＥ１や排気ガス再循環装置Ｃと共にエンジンルームＲに収容されている。過給機１は、筐体３と、この筐体３の内部で回転する回転軸部材５（請求項中の回転軸に相当）と、この回転軸部材５の一端部５Ａ側に設けられた遠心式コンプレッサ（以下、「コンプレッサ」と略記する。）７と、回転軸部材５の他端部５Ｂ側に設けられた遠心式タービン（以下、「タービン」と略記する。）９とを備えている。回転軸部材５は、例えば流体軸受け（図示せず）を介して筐体３に回転可能に軸支されている。

前記コンプレッサ７は、コンプレッサハウジング８と、このコンプレッサハウジング８の内部に収容されたコンプレッサインペラ１１とを備えている。コンプレッサハウジング８は、インテークパイプＡ中の、排気還流パイプＣ１との合流点よりも燃焼用空気Ｇ１の流れにおける上流側の箇所に介設されている。コンプレッサインペラ１１は、コンプレッサディスク１２及び羽根１３で構成されている。コンプレッサディスク１２の基端側部は、前記回転軸部材５の一方の端側部５Ａに一体的に連結されている。コンプレッサディスク１２の先端部側には前記羽根１３が一体的に設けられている。

前記タービン９は、タービンハウジング１０と、このタービンハウジング１０の内部に収容されたタービンインペラ１５及び複数の可変ベーン１９，１９，…とを備えている。タービンハウジング１０は、エキゾーストパイプＢ中の、排気還流パイプＣ１との分岐点よりも排気ガスＧ３の流れにおける下流側の箇所に介設されている。タービンインペラ１５は、タービンディスク１６及び羽根１７で構成されている。タービンディスク１６の基端側部は、前記回転軸部材５の他方の端側部５Ｂに一体的に連結されている。タービンディスク１６の先端部側には前記羽根１７が一体的に設けられている。

前記各可変ベーン１９は、タービンインペラ１５の外周に一定間隔ずつ周方向に離間して配置されており、それぞれタービンハウジング１０の内壁に角度調整可能に連結されている。また、各可変ベーン１９は、不図示のリンク機構を介して相互に連結されている。各可変ベーン１９のタービンハウジング１０に対する取り付け角度は、リンク機構に接続されたステッピングモータ１９ａの動力によって一括して調整することができる。

上述した各可変ベーン１９は、排気ガスＧ３のガス圧不足の際に、それに伴う燃焼用空気Ｇ１のブースト圧不足を補助的に解消するために、隣り合う可変ベーン１９，１９の間隔が狭くなるように角度調整される。すると、隣り合う可変ベーン１９，１９間を通過する排気ガスＧ３の絞り効果が増して、タービンインペラ１５の羽根１７に対する排気ガスＧ３の吹き付け速度が増加する。これにより、タービンディスク１６の回転数が増加して、コンプレッサ７のコンプレッサディスク１２の回転数が上がり、コンプレッサインペラ１１の羽根１３により圧縮される燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が上がる。

また、前記過給機１には、回転電動機２０が直結されている。本実施形態では、この回転電動機２０は三相交流電動機で構成されており、具体的には、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）を用いている。回転電動機２０は、回転軸部材５に取り付けられたロータ２１と、筐体３の内壁に取り付けられてロータ２１に対向する三相のステータ２３とを有している。

この回転電動機２０においては、車両のバッテリＢａｔｔ（図２参照）からの直流電流を後述するドライバ４１（図２参照）で三相交流電流に変換して、ステータ２３の各相のコイルに流すことで、ロータ２１が回転して回転軸部材５を回転させる。これにより回転電動機２０は、力行時にモータとして機能する。

また、この回転電動機２０においては、回転軸部材５と共にロータ２１が回転させられると、ステータ２３の各相に巻回された不図示のコイルに誘導電流が流れる。すると、各相のコイルに流れた誘導電流がドライバ４１において三相交流電流から直流電流に変換されて、バッテリＢａｔｔに充電される。これにより回転電動機２０は、回生時に発電機として機能する。

尚、ドライバ４１は、過給機１と同じくエンジンルームＲに配置された基板３９上の回路素子類によって構成される。また、図１中引用符号３５は、回転電動機２０の回転数センサを構成するホールセンサを示す。

さらに、前記過給機１にはウエイストゲート２５が設けられている。このウエイストゲート２５は、エキゾーストパイプＢの途中でタービン９をバイパスするバイパスパイプ２７に形成されている。ウエイストゲート２５及びバイパスパイプ２７を通ってタービン９をバイパスする排気ガスＧ３の流量は、ウエイストゲート２５に設けられたウエイストゲートバルブ２９の開度によって調整される。ウエイストゲートバルブ２９の開度は、不図示の付勢ばねのばね定数と、ウエイストゲートバルブ２９に加わる排気ガスＧ３のガス圧との関係によって定まる。

このウエイストゲート２５は、タービン９に供給される排気ガスＧ３のガス圧が異常に高くなり、タービン９の耐圧を超えそうになると、不図示の付勢ばねの付勢力に抗してウエイストゲートバルブ２９が移動することで、開放される。ウエイストゲート２５が開放されると、バイパスパイプ２７が連通して、エキゾーストパイプＢ内の排気ガスＧ３の一部がタービン９をバイパスする。したがって、ウエイストゲートバルブ２９がウエイストゲート２５を開くことで、タービン９に供給される排気ガスＧ３のガス圧の上限が調整される。これにより、タービン９に供給される排気ガスＧ３のガス圧が異常に高くなることが防止される。

図２は、ドライバ４１を構成する基板３９上の回路素子類の概略を一部ブロックにて示す回路図である。ドライバ４１は、昇圧コンバータ部４３、インバータ部４５、バッテリＢａｔｔ用のターミナルＴ１、及び、回転電動機２０用のターミナルＴ３を有している。

昇圧コンバータ部４３は、パワースイッチングデバイスとしての２つのＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂの直列回路と、各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂのドレイン−ソース間にそれぞれ接続された逆流防止用のフリーホイールダイオード４３ｃ，４３ｄと、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂの接続点ａに一端を接続した昇圧コイルＬと、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂの直列回路に並列接続された平滑用コンデンサＣｄとを有している。尚、昇圧コイルＬの他端には、ターミナルＴ１を介してバッテリＢａｔｔの正極が接続されている。

このような構成による昇圧コンバータ部４３では、回転電動機２０の力行時に、後述する制御装置５１（図３参照）から各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂのゲートに交互に供給されるスイッチング信号によって、各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂが交互に導通される。すると、バッテリＢａｔｔからの直流電流によって昇圧コイルＬに生じる逆起電力が平滑用コンデンサＣｄに蓄えられ、かつ、放電される。これにより、バッテリＢａｔｔの直流電流が昇圧コンバータ部４３において昇圧される。

インバータ部４５は、パワースイッチングデバイスとしての６つのＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆで構成される三相ブリッジ回路４５ｇと、各ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのドレイン−ソース間にそれぞれ接続された逆流防止用のフリーホイールダイオード４５ｈ〜４５ｍとを有している。

このような構成によるインバータ部４５では、回転電動機２０の力行時に、制御装置５１から各ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのゲートに供給されるスイッチング信号によって、回転電動機２０の各相に対応するＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ，４５ｂ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ｃ，４５ｄ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ｅ，４５ｆがそれぞれ交互に導通される。これにより、昇圧コンバータ部４３において昇圧されたバッテリＢａｔｔからの直流電流が、ターミナルＴ３を介して回転電動機２０のステータ２３の各相のコイルに、互いのタイミングをずらして順次供給される。即ち、インバータ部４５においては、昇圧コンバータ部４３において昇圧されたバッテリＢａｔｔからの直流電流が三相ブリッジ回路４５ｇによって三相交流電流に変換される。

また、上述したインバータ部４５では、回転電動機２０の回生時に、制御装置５１から各ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのゲートに供給されるスイッチング信号によって、回転電動機２０の各相に対応するＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ，４５ｂ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ｃ，４５ｄ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ｅ，４５ｆがそれぞれ交互に導通される。これにより、ターミナルＴ３を介して回転電動機２０のステータ２３の各相のコイルから入力される三相交流電流が、各ＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのオンオフによって半波整流される。即ち、インバータ部４５においては、回転電動機２０からの三相交流電流が直流電流に変換されて、昇圧コンバータ部４３に出力される。したがって、インバータ部４５は、回転電動機２０側の可逆性を有する電力変換（ＤＣ−ＡＣ、ＡＣ−ＤＣ）装置として働く。

また、上述した昇圧コンバータ部４３では、回転電動機２０の回生時に、インバータ部４５から入力された半波整流電流が平滑用コンデンサＣｄで平滑化される。かつ、制御装置５１から各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂのゲートに交互に供給されるスイッチング信号によって、各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂが交互に導通される。これにより、平滑用コンデンサＣｄで平滑化された直流電流が、各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂのオンオフのデューティー比に応じて降圧される。即ち、バッテリＢａｔｔの規格に合わせた直流電流に変換（降圧）される。即ち、昇圧コンバータ部４３においては、インバータ部４５からの半波整流電流が平滑化された後、降圧されてバッテリＢａｔｔに出力される。したがって、昇圧コンバータ部４３は、バッテリＢａｔｔ側の可逆性を有する電力変換（ＤＣ−ＤＣ）装置として働く。

尚、図２中引用符号Ｖｓは電圧センサ、Ｉｓ，Ｉｕ，Ｉｗは電流センサをそれぞれ示す。電圧センサＶｓと電流センサＩｓは、回転電動機２０の力行時に、昇圧コンバータ部４３において昇圧された後の直流電圧及び直流電流を測定する。測定された直流電圧及び直流電流は、制御装置５１に取り込まれて、回転電動機２０の出力管理に用いられる。

電流センサＩｕ，Ｉｗは、回転電動機２０の回生時に、インバータ部４５において半波整流される前の三相交流のＵ相とＷ相の電流をそれぞれ測定する。測定された三相交流の電流は、制御装置５１に取り込まれる。また、回転電動機２０の回生時に、インバータ部４５において半波整流される前の三相交流のＵ相とＷ相の電位は、センサを用いず直接制御装置５１に取り込まれる。制御装置５１に取り込まれる三相交流の各相の電位及び電流は、回生電力によるバッテリＢａｔｔの充電管理に用いられる。

また、図２中引用符号３９ａはヒートシンク、４７ａ，４７ｂは温度センサをそれぞれ示す。ヒートシンク３９ａは、基板３９のドライバ４１が実装された面とは反対側の面に固着されている。このヒートシンク３９ａは、ドライバ４１のＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆで発生する熱をエンジンルームＲに放出するものである。温度センサ４７ａ（請求項中の内部温度検出手段に相当）は、インバータ部４５のＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのうち一つの直近に配置されている。この温度センサ４７ａにより、ドライバ４１の最も高熱となる部分の温度、つまり、ドライバ温度が検出される。もう一つの温度センサ４７ｂ（請求項中の雰囲気温度検出手段に相当）は、ヒートシンク３９ａの直近に配置されている。この温度センサ４７ｂにより、ヒートシンク３９ａが露出されているエンジンルームＲの温度、つまり、雰囲気温度が検出される。温度センサ４７ａ，４７ｂの測定信号は制御装置５１に入力される。

制御装置５１は、ドライバ４１と共に基板３９上に実装されている。本実施形態では、制御装置５１は、ドライバ用ＩＣ５３と制御用ＩＣ５５との２つのＩＣ（集積回路）で構成されている。

ドライバ用ＩＣ５３は、バッテリＢａｔｔから供給される電力により作動するもので、発振回路とＡ／Ｄコンバータとを内蔵している。これによりドライバ用ＩＣ５３は、制御用ＩＣ５５からの制御信号に呼応してドライバ４１の各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆに所定のタイミングでスイッチング信号を出力する。また、ドライバ用ＩＣ５３は、ドライバ４１の電圧センサＶｓ、各電流センサＩｓ，Ｉｕ，Ｉｗ、及び、各温度センサ４７ａ，４７ｂからの測定信号や、回転電動機２０の回生時における三相交流のＵ相とＷ相の電位を、デジタル変換して制御用ＩＣ５５に出力する。

制御用ＩＣ５５は、ドライバ用ＩＣ５３を介してバッテリＢａｔｔから供給される電力により作動する。この制御用ＩＣ５５は、図３のブロック図に示すように、ＣＰＵ５５ａ、ＲＡＭ５５ｂ、及び、ＲＯＭ５５ｃを有している。

ＣＰＵ５５ａには、ＲＡＭ５５ｂ、及び、ＲＯＭ５５ｃの他、ドライバ用ＩＣ５３やホールセンサ３５、温度センサ４７ａ，４７ｂ、不揮発性メモリＮＶＭが接続されている。ＲＡＭ５１ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、ＲＯＭ５１ｃには、ＣＰＵ５１ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。

不揮発性メモリＮＶＭには、出力換算テーブルと出力制限テーブルとが格納されている。このうち、出力換算テーブルは、エンジンＥ１の直近に配置された電子制御ユニットからＣＡＮを通じて制御用ＩＣ５５に通知される、エンジンＥ１の状態とアクセル開度に応じたブースト圧を得るために要求される回転電動機２０のアシスト量のデータから、そのアシスト量を発生させるのに必要な出力とするために回転電動機２０に供給すべき出力電流を換算するためのテーブルである。ちなみに、この出力換算テーブルは、電子制御ユニットからのアシスト量のデータから回転電動機２０に供給すべき出力電流を計算するための換算式に置き換えても良い。また、出力制限テーブルは、各温度センサ４７ａ，４７ｂによってそれぞれ測定されるドライバ温度や雰囲気温度の内容に応じて回転電動機２０の上限出力電流を決定するためのものである。

ここで、図４の説明図を参照して、不揮発性メモリＮＶＭに格納された出力制限テーブルについて説明する。まず、本実施形態では、ドライバ温度及び雰囲気温度のそれぞれについて、個別の上限温度が閾値として設定されている。これらの閾値、つまり、上限温度は、エンジンＥ１や回転電動機２０、ドライバ４１を構成する回路素子のスペック、エンジンルームＲの構造等に応じて決定することができる。尚、ドライバ温度に対する上限温度、つまり、上限内部温度は、本実施形態では１５０°Ｃに設定されている。また、雰囲気温度に対する上限温度、つまり、上限雰囲気温度は、本実施形態では１２５°Ｃに設定されている。

そして、図４に示すように、不揮発性メモリＮＶＭに格納された出力制限テーブルには、温度センサ４７ａによって測定されるドライバ温度が上限内部温度以上（高）であるか、上限内部温度未満（低）であるかが、パラメータの一つとして定義されている。また、この出力制限テーブルには、温度センサ４７ｂによって測定される雰囲気温度が上限雰囲気温度以上（高）であるか、上限雰囲気温度未満（低）であるかが、やはりパラメータの一つとして定義されている。

不揮発性メモリＮＶＭの出力制限テーブルでは、ドライバ温度と雰囲気温度のそれぞれが対応する上限温度に対して高低のどちらの状態にあるかの組み合わせによって、回転電動機２０の上限出力電流の値が対応付けられている。尚、上限内部温度や上限雰囲気温度の値は、いずれも、出力制限テーブルと共に不揮発性メモリＮＶＭに格納されている。

具体的には、ドライバ温度が上限内部温度に対して「高」の状態にある場合は、雰囲気温度が上限雰囲気温度に対して「高」及び「低」のどちらの状態にあっても、上限出力電流が「０Ａ（アンペア）」とされる。つまり、回転電動機２０の駆動が停止されることになる。

一方、ドライバ温度が上限内部温度に対して「低」の状態にある場合は、雰囲気温度が上限雰囲気温度に対して「高」の状態にあれば、上限出力電流が「６３Ａ（アンペア）」に制限され、雰囲気温度が上限雰囲気温度に対して「低」の状態にあれば、上限出力電流が、回転電動機２０の定格電流である「９０Ａ（アンペア）」まで許容される。つまり、１００％出力での駆動が可能な状態とされることになる。

尚、図２や図３に示すように、制御用ＩＣ５５は、車内ＬＡＮの一種であるＣＡＮ（Controller Area Network ）に接続されている。このＣＡＮには、車両内に複数設けられた不図示の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit ）が、ネットワーク接続されている。

ネットワーク接続された複数の電子制御ユニットのうちエンジンＥ１の直近に配置された電子制御ユニットは、エンジンＥ１の不図示の燃料噴射装置における燃料噴射量や燃料噴射のタイミング、並びに、アクセル開度に応じた過給機１のブースト圧設定等の制御を行う。したがって、エンジンＥ１の状態とアクセル開度に応じたブースト圧を得るために要求される回転電動機２０のアシスト量は、エンジンＥ１の直近に配置された電子制御ユニットにおいて決定され、ＣＡＮを通じて入力されるデータによって制御用ＩＣ５５に通知される。

次に、制御用ＩＣ５５のＣＰＵ５５ａがＲＯＭ５１ｃに格納された制御プログラムにしたがって行う、特に、回転電動機２０の動作に関する制御を、図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。

バッテリＢａｔｔからの給電が開始されて制御用ＩＣ５５が起動すると、ＣＰＵ５５ａは、図５にメインルーチンのフローチャートで示すように、ＣＡＮを介して各電子制御ユニットからのデータの収集を行うデータ収集処理（ステップＳ１）と、回転電動機２０の駆動を制御する回転電動機駆動処理（ステップＳ３）とを、一定周期毎に繰り返し実行する。

このうち、ステップＳ１のデータ収集処理では、エンジンＥ１の直近に配置された電子制御ユニットからＣＡＮを通じて通知される、エンジンＥ１の状態とアクセル開度に応じたブースト圧を得るために要求される回転電動機２０のアシスト量のデータを取り込む。

また、ステップＳ３の回転電動機駆動処理では、図６にサブルーチンのフローチャートで示すように、まず、温度センサ４７ａ，４７ｂからの測定信号を取り込み（ステップＳ３１）、取り込んだ各測定信号から、ドライバ４１の最も高熱となるインバータ部４５のＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのうち一つの直近部分の温度、つまり、ドライバ温度と、エンジンルームＲの温度、つまり、雰囲気温度とを検出する（ステップＳ３３）。

次に、検出したドライバ温度及び雰囲気温度を、不揮発性メモリＮＶＭの上限内部温度や上限雰囲気温度の値、及び、出力制限テーブルと照合して、回転電動機２０の上限出力電流を割り出す（ステップＳ３５）。このとき、検出したドライバ温度が上限内部温度以上（「高」の状態）である場合は、検出した雰囲気温度の値に拘わらず一律に、回転電動機２０の上限出力電流として「０Ａ（アンペア）」が割り出される。また、検出したドライバ温度が上限内部温度未満（「低」の状態）である場合、検出した雰囲気温度が上限雰囲気温度以上（「高」の状態）であれば、回転電動機２０の上限出力電流として「６３Ａ（アンペア）」が割り出される。一方、検出した雰囲気温度が上限雰囲気温度未満（「低」の状態）であれば、回転電動機２０の上限出力電流として「９０Ａ（アンペア）」が割り出される。

続いて、ステップＳ１のデータ収集処理において取り込んだデータで表される回転電動機２０のアシスト量から、不揮発性メモリＮＶＭの出力換算テーブルを参照して、回転電動機２０に本来供給すべき出力電流を割り出す（ステップＳ３７）。そして、割り出した出力電流を、ステップＳ３５で割り出された回転電動機２０の上限出力電流と比較して、実際に回転電動機２０に供給する出力電流を決定し（ステップＳ３９）、これを通知するための制御信号をドライバ用ＩＣ５３に出力する（ステップＳ４１）。制御信号を出力したならば、図６の回転電動機駆動処理を終えて、図５のメインルーチンにリターンする。

ちなみに、ステップＳ３９では、ステップＳ３７で割り出した出力電流が、ステップＳ３５で割り出した上限出力電流以下である場合は、ステップＳ３７で割り出した出力電流を、実際に回転電動機２０に供給する出力電流として決定する。一方、ステップＳ３７で割り出した出力電流が、ステップＳ３５で割り出した上限出力電流を上回る場合は、ステップＳ３５で割り出した上限出力電流を、実際に回転電動機２０に供給する出力電流として決定する。

尚、図６のステップＳ４１において制御用ＩＣ５５から出力される制御信号を取り込んだドライバ用ＩＣ５３は、その制御信号によって通知される出力電流に応じて、昇圧コンバータ部４３の各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂのゲートに交互に供給するスイッチング信号のデューティー比を決定する。これにより、制御用ＩＣ５５から出力された制御信号によって通知された値どおりの出力電流が、インバータ部４５を介して回転電動機２０に供給される。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、ドライバ４１と制御装置５１とが、請求項中の駆動ユニットに対応する要素となっている。また、本実施形態では、図６のフローチャートにおけるステップＳ３５及びステップＳ３９が、請求項中の制御手段に対応する処理となっている。そして、本実施形態では、制御装置５１と温度センサ４７ａ，４７ｂとが、請求項中の制御装置に対応する要素となっている。

このように構成された過給機１では、エンジンＥ１からエキゾーストパイプＢに排出された高温高圧の排気ガスＧ３が、タービンハウジング１０の内部において、各可変ベーン１９，１９，…の隙間を通ってタービンインペラ１５の羽根１７に吹き付けられる。すると、羽根１７に吹き付けられた排気ガスＧ３のエネルギによって、タービンディスク１６が回転軸部材５と共に回転される。

タービンディスク１６と共に回転軸部材５が回転すると、これらと共にコンプレッサ７のコンプレッサディスク１２が回転し、インテークパイプ４を通過する燃焼用空気Ｇ１がコンプレッサハウジング８の内部でコンプレッサインペラ１１の羽根１３により圧縮（ブースト）されて、エンジンＥ１に過給され、前記エンジンＥ１のシリンダ内での燃料の燃焼に供される。

尚、上述した過給機１では、車両の発進時やエンジンＥ１の低回転領域における車両の走行時等のように、エンジンＥ１の回転数が低いと、タービンインペラ１５の羽根１７に吹き付けられる排気ガスＧ３のエネルギが不足して、タービンディスク１６が十分な回転数で回転されない。すると、タービンディスク１６に回転軸部材５を介して連結されたコンプレッサ７のコンプレッサディスク１２の回転数が上がらず、コンプレッサインペラ１１の羽根１３による燃焼用空気Ｇ１の圧縮（ブースト）が十分に行われない。

そこで、エンジンＥ１の回転数が低いときには、制御装置４１がドライバ１９ｂに出力する信号により、ステッピングモータ１９ａが作動されて各可変ベーン１９の角度が調整され、隣り合う可変ベーン１９，１９の間隔が狭められる。すると、隣り合う可変ベーン１９，１９間を通過する排気ガスＧ３の絞り効果が増して、タービンインペラ１５の羽根１７に対する排気ガスＧ３の吹き付け速度が増加する。これにより、タービンディスク１６の回転数が増加して、コンプレッサ７のコンプレッサディスク１２の回転数が上がり、コンプレッサインペラ１１の羽根１３により圧縮される燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が上がる。

そこで、エンジンＥ１の回転数が低く、そのために、燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が不足している場合は、コンプレッサ７よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分に設けられた不図示のブースト圧センサで検出されたブースト圧等に基づいて、エンジンＥ１の直近に配置された電子制御ユニットにおいて、エンジンＥ１の状態とアクセル開度に応じたブースト圧を得るために要求される回転電動機２０のアシスト量が決定される。

そして、決定されたアシスト量が通知された制御装置５１の制御用ＩＣ５５の制御によって、ドライバ用ＩＣ５３及びドライバ４１を介して回転電動機２０が、モータとして駆動される。このとき、ドライバ４１の最も高熱となる部分の温度、つまり、ドライバ温度と、ヒートシンク３９ａが露出されているエンジンルームＲの温度、つまり、雰囲気温度とが、どちらも、それぞれについての上限温度である上限内部温度や上限雰囲気温度未満であれば、回転電動機２０の出力電流は制限されないので、エンジンＥ１の状態とアクセル開度に応じたブースト圧を得るために回転電動機２０に要求されるアシスト量で、回転電動機２０がモータとして駆動される。

また、雰囲気温度が上限雰囲気温度まで上昇しても、ドライバ温度が上限内部温度未満である限り、回転電動機２０のモータとしての駆動は継続される。但し、このときの回転電動機２０の上限出力電流は、定格電流である「９０Ａ（アンペア）」よりも低い「６３Ａ（アンペア）」に制限される。これは、ドライバ４１の各ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆを流れる回転電動機２０の出力電流によってドライバ温度が上限内部温度まで上昇してしまわないようにするためである。

したがって、エンジンＥ１の状態とアクセル開度に応じたブースト圧を得るために回転電動機２０に要求されるアシスト量が、「６３Ａ（アンペア）」を超える出力電流を必要とするものである場合は、回転電動機２０が実際には「６３Ａ（アンペア）」の出力電流でしかモータとして駆動されないので、回転電動機２０による実際のアシスト量は少なめになる。しかし、回転電動機２０のモータとしての駆動が停止されてしまうわけではないので、過給機１における燃焼用空気Ｇ１のブースト圧不足は、多少緩和される。

一方、ドライバ温度が上限内部温度まで上昇すると、雰囲気温度が上限雰囲気温度未満であったとしても、回転電動機２０のモータとしての駆動が強制的に停止される。停止された回転駆動機２０のモータとしての駆動は、その後、ドライバ温度が上限内部温度未満に低下すると再開される。再開後の回転電動機２０の上限出力電流は、上述したように、雰囲気温度が上限雰囲気温度に達しているか否かによって異なる。

このように、本実施形態によれば、過給機１の回転軸部材５に直結された回転電動機２０をドライバ４１によりモータとして駆動させるのに当たって、温度センサ４７ｂにより検出される、ヒートシンク３９ａが露出されているエンジンルームＲの温度、つまり、雰囲気温度が、雰囲気温度に対する上限温度、つまり、上限雰囲気温度まで上昇しても、温度センサ４７ａにより検出される、ドライバ４１の最も高熱となる部分の温度、つまり、ドライバ温度が、ドライバ温度に対する上限温度、つまり、上限内部温度まで上昇していなければ、出力電流の上限を下げつつ回転電動機２０のモータとしての駆動を継続させる構成とした。

このため、ドライバ４１の、特に熱に対する耐性が重要視されるＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆ等の回路素子を、それらの直近の基板３９上に実装した温度センサ４７ａにより検出されるドライバ温度の異常な上昇から保護しつつ、ドライバ温度の異常な上昇に至らないエンジンルームＲの温度上昇に対して過剰に保護されないようにすることができる。

これにより、できるだけ回転電動機２０のモータとしての駆動を継続するようにして、回転電動機２０のモータとしての駆動による過給機１の電動アシストを極力阻害しないようにしつつ、ドライバ４１中のＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆ等の回路素子の熱保護を的確に行うことができる。

尚、本実施形態では、駆動ユニットの温度、つまり、ドライバ温度として、ドライバ４１の最も高熱となる部分の温度、詳しくは、インバータ部４５のＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆのうち一つの直近の温度を温度センサ４７ａで検出する構成とした。しかし、ドライバ温度を測定する位置はインバータ部４５のＭＯＳ−ＦＥＴ４５ａ〜４５ｆの直近に限らず、例えば、昇圧コンバータ部４３のＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂの直近であっても良く、あるいは、平滑用コンデンサＣｄや昇圧コイルＬの直近、又は、制御装置５１の制御用ＩＣ５５の直近であっても良い。

昇圧コンバータ部４３のＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂや昇圧コイルＬの直近の温度をドライバ温度として検出すれば、本実施形態と同様に、ドライバ４１の最も高熱となる部分の温度を検出することになるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆ等の耐熱性が重要視される回路素子を、異常な温度上昇から保護することができる。また、平滑用コンデンサＣｄの直近の温度をドライバ温度として検出すれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆ等の耐熱性が重要視される回路素子の平滑用コンデンサＣｄによる熱保護が、損ねられないように監視することができる。また、制御装置５１の制御用ＩＣ５５の直近温度をドライバ温度として検出すれば、制御用ＩＣ５５の暴走によるＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆの誤制御によって、それらのＭＯＳ−ＦＥＴ４３ａ，４３ｂ，４５ａ〜４５ｆが故障してしまうのを防止することができる。

また、本実施形態では、駆動ユニットが配置される空間の温度、つまり、雰囲気温度として、エンジンルームＲに露出されているヒートシンク３９ａの直近の温度を温度センサ４７ｂで検出する構成とした。しかし、雰囲気温度を測定する位置はヒートシンク３９ａの直近に限らず、例えば、ヒートシンク３９ａと同じくエンジンルームＲに露出されている過給機１の筐体３の直近であっても良い。

そして、ドライバ温度や雰囲気温度として検出する位置を、本実施形態で説明した位置から変更する場合は、変更先の位置の環境に応じて上限内部温度や上限雰囲気温度を設定することになる。

さらに、本実施形態では、ドライバ温度が上限内部温度に対して「低」の状態にあり、雰囲気温度が上限雰囲気温度に対して「高」の状態にある場合の上限出力電流を、「６３Ａ（アンペア）」としたが、この場合の上限出力電流は、６３Ａに限らず、０Ａより大きく９０Ａより低い任意の値にすることができる。

ちなみに、本実施形態では、ドライバ温度や雰囲気温度のそれぞれに対する上限温度（上限内部温度や上限雰囲気温度）のパターン次第で、回転電動機２０の上限出力電流を定格電流である「９０Ａ（アンペア）」よりも低い値に制限する場合について説明した。しかし、回転電動機２０の上限出力電流を制限する際に指標とするファクタは、他の高熱を発する熱源又はその付近の温度であってもよい。

例えば、回転電動機２０の高温となりがちなステータ２３の温度を検出し、このステータ温度が所定の基準温度以上である場合に、ドライバ４１に要求する回転電動機２０のステータ２３への通電電流値、つまり、電流指令値を、回転電動機２０の定格電流である９０Ａ（アンペア）よりも低い値に制限するようにすることもできる。

この場合、ステータ温度の基準温度に対する超過量に応じて、電流指令値の制限量を徐々に大きくすることもできる。つまり、例えば図７のグラフに示すように、横軸に示すステータ温度の、基準温度に対する超過量に応じて、縦軸に示す電流指令値（実効値）の上限を漸減させるようにすることもできる。尚、基準温度の値は、回転電動機２０のスペックやその他の構成、事情に応じて任意に設定することができるが、図７のグラフに示すケースでは、基準温度を１５５°Ｃに設定している。

このような回転電動機２０の上限出力電流（電流指令値）の制限の仕方によれば、ステータ温度が基準温度に達したからと言って、上限出力電流の制限により回転電動機２０の出力が急激に低下させられることがない。つまり、基準温度に達した後のステータ温度の上昇に応じて上限出力電流が漸減させられて、回転電動機２０の出力が徐々に低下させられる。

このため、ステータ温度が基準温度を超えて回転電動機２０の出力電流が制限されても、回転電動機２０の出力に段付き感が生じるのを防ぐことができる。また、出力電流の制限に伴う回転電動機２０の出力低下でステータ温度が低下することから、実質的に、ステータ温度が回転電動機２０の正常動作上の限界温度を超えない状態で、回転電動機２０の運転を継続することができる。

これにより、ステータ温度が基準温度を超える高温帯においても、限界温度を超えることなく回転電動機２０を安定して使用できるようにし、過給機１の電動アシストに関する操作性と信頼性を向上させることができる。

尚、ステータ温度は、ステータ２３上のロータ２１に最も近い箇所で測定するのが理想的であるが、ステータコイルの脇の箇所等で測定してもよい。そして、ステータ温度の測定には、測温抵抗体や熱電対、放射温度計等を用いることができる。また、回転電動機２０の出力電流の制限は、上述した実施形態で説明したような方法で行う他、ステータコイルとドライバ４１との間に配設した、設定温度の異なる複数の温度スイッチの並列回路を用い、ステータ温度に応じた各温度スイッチの開閉パターンによって段階的に行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、タービン９のタービンハウジング１０の内部のベーンが可変ベーン１９である過給機１を例に取って説明したが、本発明は、電動アシスト式である限り、タービンハウジングの内部の全て又は一部のベーンが固定ベーンである過給機にも適用可能である。

さらに、本実施形態では、エキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに排気ガスＧ３を還流させる排気ガス再循環装置Ｃを取り付けたエンジンＥ１の過給機１を例にとって説明したが、本発明は、電動アシスト式である限り、排気ガス再循環装置Ｃを持たないエンジンの過給機にも適用可能である。

同様に、本実施形態では、エキゾーストパイプＢの途中にタービン９をバイパスするバイパスパイプ２７を設け、バイパスパイプ２７の途中にウエイストゲート２５やウエイストゲートバルブ２９を設けた過給機１を例に取って説明したが、本発明は、電動アシスト式である限り、ウエイストゲートを有していない過給機にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る制御装置により駆動が制御される回転電動機を備えた電動アシスト式過給機の概略構成を示す説明図である。 図１のドライバを構成する基板上の回路素子類の概略を一部ブロックにて示す回路図である。 図２の制御用ＩＣの電気的な概略構成を示すブロック図である。 図３の不揮発性メモリに格納された出力制限テーブルの内容を示す説明図である。 図３の制御用ＩＣのＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって行う、特に、回転電動機の動作に関する制御を示すメインルーチンのフローチャートである。 図５の回転電動機駆動処理を示すサブルーチンのフローチャートである。 図１の回転電動機の上限出力電流（電流指令値）をステータ温度に応じて制限する場合の制限特性の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ 過給機
５ 回転軸部材（回転軸）
２０ 回転電動機
４１ ドライバ（駆動ユニット）
４７ａ 温度センサ（内部温度検出手段、制御装置）
４７ｂ 温度センサ（雰囲気温度検出手段、制御装置）
５１ 制御装置（駆動ユニット、制御装置）
５３ ドライバ用ＩＣ（駆動ユニット）
５５ 制御用ＩＣ（駆動ユニット）
５５ａ ＣＰＵ
５５ｂ ＲＡＭ
５５ｃ ＲＯＭ
Ｅ１ エンジン

Claims (2)

1. エンジンの吸排気流路に配置した過給機の回転軸に直結され、前記エンジンの運転状態に応じて駆動される電動アシスト式過給機用回転電動機を駆動させる駆動ユニットの動作を制御する装置であって、
   前記駆動ユニットの温度を検出する内部温度検出手段と、
   前記駆動ユニットが配置される空間の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、
   前記内部温度検出手段及び前記雰囲気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を制御する制御手段とを備えており、
   前記制御手段は、
   （ａ）前記駆動ユニットの温度が、予め設定された上限内部温度以上である間は、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を停止させ、
   （ｂ）前記駆動ユニットの温度が前記上限内部温度未満である間において、
   （ｂ１）前記駆動ユニットが配置される空間の雰囲気温度が、予め設定された上限雰囲気温度未満である間は、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を１００％の出力まで許容し、
   （ｂ２）前記雰囲気温度が前記上限雰囲気温度以上である間は、前記駆動ユニットによる前記回転電動機の駆動を０％より高く１００％より低い所定の割合の出力までに制限する、
   ことを特徴とする電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置。
2. 前記駆動ユニットはインバータを有しており、前記内部温度検出手段は、前記インバータ中のスイッチング素子の温度を前記駆動ユニットの温度として検出し、前記上限内部温度は、前記スイッチング素子の正常動作が保証される上限温度に設定されている請求項１記載の電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置。

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