JP2009019560A - Control system for turbocharger with electric motor - Google Patents

Control system for turbocharger with electric motor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the regenerative phenomenon of an electric motor of a turbocharger with an electric motor from occurring and to improve the efficiency and reduce the size of the electric motor. <P>SOLUTION: In this control system for the turbocharger with an electric motor, the assist electric motor to which a drive signal is supplied by an inverter is connected to a turbocharger installed on an engine. The turbocharger control system comprises: a rotating state detecting means for detecting a rotating state value indicating the rotating state of the electric motor; and a control means for generating an inverter control signal for performing a weak field control to weak the induced electromotive force of the electric motor and outputting it to the inverter when the rotating state value detected by the rotating state detecting means is equal to or higher than a preset rotating state setting value. The rotating state setting value is set to the rotating state value of the electric motor obtained when the induced electromotive force of the electric motor matches the DC voltage of the inverter. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動機付ターボチャージャ制御システムに関する。   The present invention relates to a turbocharger control system with an electric motor.

近年、エンジンの過給器として、排気エネルギーを回収してエンジンへの過給気圧を高めるターボチャージャの回転軸に電動機を連結し、エンジンの運転状態に応じて電動機(例えば永久磁石同期モータ)を駆動することによりタービンの回転をアシストする電動機付ターボチャージャが注目されている。このような電動機付ターボチャージャに関する技術については、下記特許文献1〜5を参照されたい。
特開平6−257450号公報 特開平6−257451号公報 特開平6−257452号公報 特開平6−280593号公報 特開平5−98987号公報
In recent years, as an engine supercharger, an electric motor is connected to a rotating shaft of a turbocharger that recovers exhaust energy and increases the supercharging pressure to the engine, and an electric motor (for example, a permanent magnet synchronous motor) is used according to the operating state of the engine. Attention has been focused on a turbocharger with an electric motor that assists the rotation of the turbine by driving. For the technology relating to such a turbocharger with an electric motor, refer to the following Patent Documents 1 to 5.
JP-A-6-257450 JP-A-6-257451 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-257452 JP-A-6-280593 Japanese Patent Laid-Open No. 5-98987

ところで、永久磁石同期モータによるアシストの停止後、タービン単体のみでの駆動によって最高回転数に到達するまでの期間のモータフリーラン状態において、永久磁石同期モータの誘導起電力(EMF)がインバータに供給される直流電圧より高くなると、永久磁石同期モータからインバータへ電流が逆流するという回生現象(永久磁石同期モータが発電機として作用し、タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換して電源側であるインバータに返す現象)が生じるため、タービンの回転にブレーキがかかることになる。このような回生現象は、モータアシスト回転数とアシスト停止後の最高回転数との差が大きい程顕著に発生する。   By the way, after the assist by the permanent magnet synchronous motor is stopped, the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor is supplied to the inverter in the motor free run state until the maximum rotation speed is reached by driving with only the turbine alone. Regenerative phenomenon in which the current flows backward from the permanent magnet synchronous motor to the inverter when the DC voltage is higher than the generated DC voltage (the permanent magnet synchronous motor acts as a generator, converts the rotational energy of the turbine into electric energy, and the inverter on the power source side Phenomenon), the turbine is braked. Such a regenerative phenomenon becomes more prominent as the difference between the motor-assisted rotation speed and the maximum rotation speed after stopping the assist is larger.

このような回生現象を防止するために、最高回転数において、永久磁石同期モータの誘導起電力がインバータの直流電圧を超えないように永久磁石同期モータを設計する必要がある。具体的には、誘導起電力はモータの鉄損とほぼ比例関係にあるので、最高回転数における誘導起電力がインバータの直流電圧以下となるように鉄損を小さくする一方、銅損を大きくして、モータ電流が大きくなるように設計する。しかしながら、このような大電流仕様で設計された永久磁石同期モータは、鉄損と銅損のバランスが崩れて銅損側にモータ損失が偏ってしまい、モータ効率が著しく低下するという問題があった。また、銅損を大きくするために巻線の巻数などを増やす必要があるので、モータ自体が大型化してしまい、コスト及び重量の増大、モータの設置スペースの確保などが大きな問題となっていた。   In order to prevent such a regeneration phenomenon, it is necessary to design the permanent magnet synchronous motor so that the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor does not exceed the DC voltage of the inverter at the maximum rotational speed. Specifically, since the induced electromotive force is approximately proportional to the iron loss of the motor, the iron loss is reduced so that the induced electromotive force at the maximum rotational speed is less than the DC voltage of the inverter, while the copper loss is increased. Therefore, the motor current is designed to be large. However, the permanent magnet synchronous motor designed with such a large current specification has a problem that the balance between the iron loss and the copper loss is lost and the motor loss is biased toward the copper loss side, and the motor efficiency is remarkably lowered. . Further, since it is necessary to increase the number of windings in order to increase the copper loss, the motor itself is increased in size, and the cost and weight are increased, and the installation space for the motor is a serious problem.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電動機付ターボチャージャにおける電動機の回生現象を防止すると共に、電動機の高効率化及び小型化を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent the regenerative phenomenon of the electric motor in the turbocharger with electric motor and to increase the efficiency and size of the electric motor.

上記課題を解決するために、本発明では、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第1の解決手段として、エンジンに付設されたターボチャージャに、インバータによって駆動信号が供給されるアシスト用の電動機が連結された電動機付ターボチャージャの制御システムであって、前記電動機の回転状態を示す回転状態値を把握する回転状態把握手段と、前記回転状態把握手段によって把握された前記回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機の誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのインバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する制御手段と、を具備し、
前記回転状態設定値は、前記電動機の誘導起電力が前記インバータの直流電圧と一致す
る場合における前記電動機の回転状態値に設定されている、ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, in the present invention, as a first solving means related to a turbocharger control system with an electric motor, an assist electric motor to which a drive signal is supplied by an inverter is connected to a turbocharger attached to the engine. A control system for a turbocharger with an electric motor, wherein a rotational state grasping means for grasping a rotational state value indicating a rotational state of the electric motor, and the rotational state value grasped by the rotational state grasping means are preset. Control means for generating an inverter control signal for performing field-weakening control to weaken the induced electromotive force of the electric motor when the value is equal to or higher than a rotational state set value, and outputting the inverter control signal to the inverter;
The rotation state set value is set to a rotation state value of the motor when an induced electromotive force of the motor matches a DC voltage of the inverter.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記電動機の回転状態値が、前記電動機によるアシストの停止を規定するアシスト回転状態値に到達した場合に、前記電動機の誘導起電力が前記インバータの直流電圧と一致するように前記電動機は設計されており、前記回転状態設定値は前記アシスト回転状態値に設定されていることを特徴とする。  Further, as a second solving means related to the turbocharger control system with an electric motor, in the first solving means, the rotation state value of the electric motor reaches an assist rotation state value that regulates the stop of the assist by the electric motor. In addition, the motor is designed so that the induced electromotive force of the motor matches the DC voltage of the inverter, and the rotation state set value is set to the assist rotation state value.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、前記センサレス永久磁石同期モータの回転子の回転位置を検出し、当該回転位置を示す回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段と、前記回転位置検出信号を微分処理することにより前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値として角速度を算出する速度算出手段と、を有し、前記制御手段は、前記速度算出手段にて算出された角速度が予め設定された角速度設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。  Further, as a third solving means relating to the turbocharger control system with an electric motor, in the first or second solving means, the electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor driven by receiving a supply of a three-phase driving signal. The rotational state grasping means detects a rotational position of a rotor of the sensorless permanent magnet synchronous motor and outputs a rotational position detection signal indicating the rotational position, and differentiates the rotational position detection signal. Speed calculating means for calculating an angular speed as a rotation state value of the sensorless permanent magnet synchronous motor by processing, and the control means is configured to set the angular speed set in advance to the angular speed calculated by the speed calculating means. When the value exceeds the value, the q-axis current of the armature in the motor becomes zero, and the d-axis current weakens the induced electromotive force of the motor. That generates the inverter control signal so as to flow in a direction to output to the inverter, it is characterized.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第4の解決手段として、上記第3
の解決手段において、少なくとも2相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、上位制御装置から入力される角速度指令値と前記速度算出手段から入力される角速度算出値との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記q軸電流及びd軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、前記速度算出手段から入力される角速度算出値が角速度設定値以上の値になった場合に、 前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流指令値生成手段と、前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電流制御手段と、前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生成するq軸電流制御手段と、前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
Further, as a fourth solving means related to the turbocharger control system with electric motor,
The solution means includes a current detection means for detecting a current flowing in each of at least two-phase drive signal lines, and the control means is inputted from an angular velocity command value inputted from a host controller and the velocity calculation means. Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value from the angular velocity calculation value, and reference q-axis current command value generation means for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero A switch that selectively outputs one of a q-axis current command value generated by the speed control unit and a reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generation unit, and the current Based on the current detected by the detection means, the armature shaft current detection means for detecting the q-axis current and the d-axis current, and the angular velocity calculation value input from the speed calculation means is equal to or greater than the angular velocity setting value. If A d-axis current command for controlling the switch so that the reference q-axis current command value is output and generating a d-axis current command value such that the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. A d-axis of the armature based on a value generation means, a d-axis current command value generated by the d-axis current command value generation means, and a d-axis current detection value output from the armature shaft current detection means; A d-axis current control means for generating a voltage command value; a q-axis current command value output from the switch or a reference q-axis current command value; and a q-axis current detection value output from the armature shaft current detection means. Q-axis current control means for generating a q-axis voltage command value of the armature based on the voltage operation amount for generating a three-phase voltage operation amount of the motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value Based on the generating means and the three-phase voltage manipulated variable, And generates a PWM signal for controlling the switching of the inverter as a converter control signal, characterized in that it comprises a PWM signal generating means for outputting to said inverter.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第5の解決手段として、上記第1
または第2の解決手段において、前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、少なくとも1相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも2相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
Further, as a fifth solving means related to the turbocharger control system with electric motor,
Alternatively, in the second solution means, the electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor driven by receiving a supply of a three-phase drive signal, and the rotation state grasping means detects a voltage of at least one phase of the drive signal line. Voltage detecting means for detecting, current detecting means for detecting a current flowing through each of the at least two-phase drive signal lines, and rotation of the sensorless permanent magnet synchronous motor when the assist is stopped based on the voltage detected by the voltage detecting means. Rotation state detection means for detecting a state value, rotation state estimation means for estimating a rotation state value during assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the current detected by the current detection means, and when the assist is stopped While the rotation state value detected by the rotation state detection means is selected, the rotation state estimation is performed during the assist. Output selection means for selecting and outputting the rotation state value estimated by the stage, and the control means is a value in which the rotation state value output from the output selection means is greater than or equal to a preset rotation state setting value. In this case, the inverter control signal is generated and output to the inverter so that the q-axis current of the armature in the motor becomes zero and the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. It is characterized by that.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第6の解決手段として、上記第1
または第2の解決手段において、前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、少なくとも1相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、前記電源電流検出手段によって検出された電源電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
Further, as a sixth solving means relating to the turbocharger control system with electric motor,
Alternatively, in the second solution means, the electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor driven by receiving a supply of a three-phase drive signal, and the rotation state grasping means detects a voltage of at least one phase of the drive signal line. A voltage detection means for detecting power supply current detection means for detecting a power supply current supplied to the inverter, and a rotation state value when the assist of the sensorless permanent magnet synchronous motor is stopped based on the voltage detected by the voltage detection means. Rotation state detection means for detecting, rotation state estimation means for estimating a rotation state value during assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the power supply current detected by the power supply current detection means, and the rotation when the assist is stopped While the rotational state value detected by the state detection means is selected, the rotational state estimation is performed during the assist. Output selection means for selecting and outputting the rotation state value estimated by the means, and the control means is a value in which the rotation state value output from the output selection means is greater than or equal to a preset rotation state setting value. In this case, the inverter control signal is generated and output to the inverter so that the q-axis current of the armature in the motor becomes zero and the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. It is characterized by that.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第7の解決手段として、上記第1
または第2の解決手段において、前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、少なくとも1相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータのスイッチアームに流れるアーム電流を検出するアーム電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
Further, as a seventh solving means relating to the turbocharger control system with electric motor,
Alternatively, in the second solution means, the electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor driven by receiving a supply of a three-phase drive signal, and the rotation state grasping means detects a voltage of at least one phase of the drive signal line. A voltage detection means for detecting, an arm current detection means for detecting an arm current flowing in the switch arm of the inverter, and a rotation state value when the assist of the sensorless permanent magnet synchronous motor is stopped based on the voltage detected by the voltage detection means Rotation state detection means for detecting the rotation state estimation means for estimating a rotation state value at the time of assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the arm current detected by the arm current detection means, and when the assist is stopped While selecting the rotation state value detected by the rotation state detection means, the assist Output selection means for selecting and outputting the rotation state value estimated by the rotation state estimation means, and the control means rotates the rotation state value output from the output selection means in advance. The inverter control signal is generated so that the q-axis current of the armature in the motor becomes zero and the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor when the value is equal to or greater than the state set value. Output to the inverter.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第8の解決手段として、上記第5
の解決手段において、前記回転状態推定手段は、前記電流検出手段によって検出された電
流に基づいて前記q軸電流及びd軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、前記電機子
軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値及びd軸電流検出値に基づいて前記回転状
態値を推定する推定手段と、を備え、前記制御手段は、上位制御装置から入力される回転
状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にq軸電流指令値を
生成する速度制御手段と、前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する
基準q軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基
準q軸電流指令値生成手段が生成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出
力するスイッチと、前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の
値になった場合に、 前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御す
ると共に、d軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令
値を生成するd軸電流指令値生成手段と、前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd
軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電
機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電流制御手段と、前記スイッチから出力されるq軸
電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電
流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生成するq軸電流制御手段と、前記d軸
電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する電圧操作量
生成手段と、前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータ
のスイッチングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM
信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
Further, as the eighth solution means for the turbocharger control system with electric motor,
In the solving means, the rotation state estimating means includes an armature shaft current detecting means for detecting the q-axis current and the d-axis current based on the current detected by the current detecting means, and the armature shaft current detecting means. Estimating means for estimating the rotational state value based on a q-axis current detection value and a d-axis current detection value output from the control unit, the control means comprising: a rotational state command value input from a host controller; Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value from the rotation state value output from the estimation means, and a reference q for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero Any one of the shaft current command value generating means, the q axis current command value generated by the speed control means, and the reference q axis current command value generated by the reference q axis current command value generating means is selectively output. And the output The switch is controlled so that the reference q-axis current command value is output when the rotation state value output from the selection means is equal to or greater than the rotation state set value, and the d-axis current is D-axis current command value generating means for generating a d-axis current command value that flows in a direction to weaken the induced electromotive force, and d generated by the d-axis current command value generating means.
A d-axis current control means for generating a d-axis voltage command value for the armature based on a shaft current command value and a d-axis current detection value output from the armature shaft current detection means; q-axis current control means for generating a q-axis voltage command value of the armature based on a q-axis current command value or a reference q-axis current command value and a q-axis current detection value output from the armature axis current detection means A voltage manipulated variable generating means for generating a three-phase voltage manipulated variable of the electric motor based on the d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value, and an inverter control signal based on the three-phase voltage manipulated variable PWM that generates a PWM signal for controlling switching of the inverter and outputs the PWM signal to the inverter
And a signal generation means.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第9の解決手段として、上記第6
の解決手段において、前記回転状態推定手段は、前記電源電流検出手段によって検出され
た電源電流を少なくとも2相の駆動信号線の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、
前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記q軸電流及びd軸電流を検出す
る電機子軸電流検出手段と、前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値及
びd軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、前記制御手
段は、上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状
態値との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、前記q軸電流が零とな
るような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手
段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生成した基準q軸電
流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、前記出力選択手段から出力さ
れる回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、前記基準q軸電流指令値が出
力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱
める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流指令値生成手段と、前記d軸
電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力
されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電流制御手段
と、前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子
軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生
成するq軸電流制御手段と、前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の
3相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、前記3相電圧操作量を基に、前記イン
バータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのPWM信号を生成
して前記インバータに出力するPWM信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
Further, as a ninth solving means relating to the turbocharger control system with electric motor,
In the solving means, the rotation state estimating means converts a power supply current detected by the power supply current detecting means into a current flowing in each of at least two-phase drive signal lines, and
Armature shaft current detection means for detecting the q-axis current and d-axis current based on the current converted by the current conversion means; q-axis current detection value and d-axis output from the armature shaft current detection means Estimation means for estimating the rotational state value based on a current detection value, and the control means is a difference between the rotational state command value input from the host controller and the rotational state value output from the estimation means. Speed control means for generating a q-axis current command value based on the value, reference q-axis current command value generation means for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero, and the speed control means A switch that selectively outputs either the q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generation unit, and the output selection unit. The rotation state value is The d-axis current is such that when the value exceeds the value, the switch is controlled so that the reference q-axis current command value is output, and the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. D-axis current command value generation means for generating a command value, d-axis current command value generated by the d-axis current command value generation means, and d-axis current detection value output from the armature shaft current detection means, D-axis current control means for generating a d-axis voltage command value for the armature based on the q-axis current command value or reference q-axis current command value output from the switch and the armature shaft current detection means for output. Q-axis current control means for generating a q-axis voltage command value for the armature based on the detected q-axis current value, and three phases of the motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value A voltage operation amount generating means for generating a voltage operation amount; Based on the voltage manipulated variable, characterized in that it comprises a PWM signal generating means for outputting to the inverter to generate a PWM signal for controlling the switching of the inverter as the inverter control signal.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第10の解決手段として、上記第
7の解決手段において、前記回転状態推定手段は、前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流を少なくとも2相の駆動信号線の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記q軸電流及びd軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値及びd軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、前記制御手段は、上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、 前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流指令値生成手段と、前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電流制御手段と、前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生成するq軸電流制御手段と、前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
Further, as a tenth solving means according to the turbocharger control system with electric motor, in the seventh solving means, the rotational state estimating means uses the arm current detected by the arm current detecting means as an at least two-phase drive signal. Current converting means for converting the current flowing in each of the wires, armature shaft current detecting means for detecting the q-axis current and the d-axis current based on the current converted by the current converting means, and the armature shaft current Estimation means for estimating the rotational state value based on a q-axis current detection value and a d-axis current detection value output from the detection means, and the control means is a rotational state command value input from a host controller. Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value between the rotation state value output from the estimation means and a reference q-axis current such that the q-axis current becomes zero Any of a reference q-axis current command value generating means for generating a command value, a q-axis current command value generated by the speed control means, and a reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generating means A switch that selectively outputs one of the above, and the reference q-axis current command value is output when the rotation state value output from the output selection means is greater than or equal to a rotation state set value. A d-axis current command value generating means for controlling the switch and generating a d-axis current command value so that the d-axis current flows in a direction to weaken the induced electromotive force of the motor; and the d-axis current command value generating means D-axis current control means for generating a d-axis voltage command value for the armature based on the generated d-axis current command value and the d-axis current detection value output from the armature axis current detection means; and the switch Q-axis current command value output from Q-axis current control means for generating a q-axis voltage command value of the armature based on a reference q-axis current command value and a q-axis current detection value output from the armature axis current detection means; and the d-axis Based on the voltage command value and the q-axis voltage command value, a voltage operation amount generating means for generating a three-phase voltage operation amount of the electric motor, and switching the inverter as the inverter control signal based on the three-phase voltage operation amount. PWM signal generating means for generating a PWM signal for control and outputting the PWM signal to the inverter.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第11の解決手段として、上記第
5〜第10の解決手段において、前記電圧検出手段は、1相の駆動信号線の電圧を検出し、前記回転状態検出手段は、前記1相の駆動信号線の電圧のゼロクロス点に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値を検出する、ことを特徴とする。
Further, as eleventh solving means relating to the turbocharger control system with electric motor, in the fifth to tenth solving means, the voltage detecting means detects a voltage of a one-phase drive signal line, and detects the rotational state. The means detects a rotational state value of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on a zero cross point of the voltage of the one-phase drive signal line.

また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第12の解決手段として、上記第
5〜第10の解決手段において、前記電圧検出手段は、2相の駆動信号線の各々の電圧を検出し、前記回転状態検出手段は、前記2相の駆動信号線の各々の電圧の差分に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値を検出する、ことを特徴とする。
Further, as a twelfth solving means relating to the turbocharger control system with an electric motor, in the fifth to tenth solving means, the voltage detecting means detects a voltage of each of two-phase drive signal lines, and the rotation The state detection means detects a rotation state value of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on a difference between voltages of the two-phase drive signal lines.

本発明では、電動機の回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機の誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのインバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する。これにより、電動機からインバータへの電流の逆流は発生せず、回生現象を防止することができ、電動機の設計自由度が増すことになる。つまり、鉄損を大きくする一方、銅損を小さくしてモータ効率の高い小電流仕様で電動機を設計することも可能である。従って、本発明によると、電動機付ターボチャージャにおける電動機の回生現象を防止すると共に、電動機の高効率化及び小型化を図ることが可能である。   In the present invention, when the rotational state value of the electric motor is equal to or greater than a preset rotational state setting value, an inverter control signal for performing field-weakening control that weakens the induced electromotive force of the electric motor is generated to generate the inverter Output to. Thereby, the backflow of the electric current from an electric motor to an inverter does not generate | occur | produce, a regeneration phenomenon can be prevented, and the freedom degree of design of an electric motor increases. That is, it is possible to design an electric motor with a small current specification with high motor efficiency by increasing the iron loss while reducing the copper loss. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the regenerative phenomenon of the motor in the turbocharger with the motor and to increase the efficiency and size of the motor.

さらに、電動機の回転状態値が、電動機によるアシストの停止を規定するアシスト回転状態値に到達した場合に、電動機の誘導起電力がインバータの直流電圧と一致するように電動機を設計し、回転状態設定値はアシスト回転状態値に設定することが好ましい。このように電動機を設計し、回転状態設定値をアシスト回転状態値に設定することにより、電動機の高効率化及び小型化の効果を最大限に得ることができる。   Furthermore, when the rotation state value of the motor reaches the assist rotation state value that stipulates that the motor stops assisting, the motor is designed so that the induced electromotive force of the motor matches the DC voltage of the inverter, and the rotation state setting The value is preferably set to the assist rotation state value. By designing the electric motor in this way and setting the rotational state set value to the assist rotational state value, it is possible to obtain the maximum efficiency and miniaturization effect of the electric motor.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。この図1に示すように、第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムは、電動機付きターボチャージャ1、モータ駆動部2、U相電流センサ3、V相電流センサ4、W相電流センサ5、インバータ制御部6及び速度算出器7から構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the turbocharger control system with an electric motor according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a turbocharger control system with an electric motor according to the first embodiment includes an electric turbocharger 1, a motor drive unit 2, a U-phase current sensor 3, a V-phase current sensor 4, and a W-phase current sensor 5. And an inverter control unit 6 and a speed calculator 7.

電動機付きターボチャージャ1は、永久磁石同期モータ1a、回転位置センサ1b、タービン1c及びコンプレッサ1dから構成されており、モータ駆動部2は、直流電源2a、昇圧回路2b、平滑コンデンサ2c及びインバータ2dから構成されている。永久磁石同期モータ(電動機)1aは、電機子の回転状態(回転位置、回転速度、回転数等)を検出するセンサを具備しないセンサレスタイプの永久磁石同期モータであり、タービン1cの回転軸と同軸上に連結され、インバータ2dから供給される3相(U相、V相、W相)のモータ駆動信号によって回転駆動し、タービン1cの回転を補助(アシスト)する。     The turbocharger 1 with an electric motor is composed of a permanent magnet synchronous motor 1a, a rotational position sensor 1b, a turbine 1c, and a compressor 1d, and the motor drive unit 2 includes a DC power source 2a, a booster circuit 2b, a smoothing capacitor 2c, and an inverter 2d. It is configured. The permanent magnet synchronous motor (electric motor) 1a is a sensorless type permanent magnet synchronous motor that does not include a sensor that detects the rotation state (rotation position, rotation speed, rotation speed, etc.) of the armature, and is coaxial with the rotation shaft of the turbine 1c. The three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) motor drive signals connected to the inverter 2d are rotationally driven to assist (assist) the rotation of the turbine 1c.

回転位置センサ(回転位置検出手段)1bは、永久磁石同期モータ1aの電機子の回転位置を検出し、当該回転位置を示す回転位置検出信号θを速度算出器7に出力する。より詳細には、この回転位置センサ1bは、電機子の磁力をホール素子で検出し、電機子の1回転毎に1パルス(N極の位置を示すパルス)となるパルス信号を出力する。タービン1cとコンプレッサ1dは同軸上に連結されてターボチャージャを構成しており、図示しないエンジンの排気エネルギーを利用してタービン1cを回転させることにより、コンプレッサ1dを回転させて吸入空気をエンジンに過給するものである。   The rotational position sensor (rotational position detecting means) 1b detects the rotational position of the armature of the permanent magnet synchronous motor 1a, and outputs a rotational position detection signal θ indicating the rotational position to the speed calculator 7. More specifically, the rotational position sensor 1b detects the magnetic force of the armature with a Hall element, and outputs a pulse signal that becomes one pulse (pulse indicating the position of the N pole) for each rotation of the armature. The turbine 1c and the compressor 1d are coaxially connected to constitute a turbocharger. By rotating the turbine 1c using exhaust energy of an engine (not shown), the compressor 1d is rotated and the intake air is passed to the engine. To pay.

直流電源2aは、1あるいは複数のバッテリを直列接続したものであり、所定の直流電源電圧を昇圧回路2bに出力する。昇圧回路2bは、例えばDC/DCコンバータであり、直流電源2aから供給された直流電源電圧を昇圧してインバータ2dに供給する。平滑コンデンサ2cは、インバータ2dに供給される直流電圧を平滑化させるために設けられたものである。インバータ2dは、インバータ制御部6から供給されるPWM信号に基づいて昇圧回路2bから供給された直流電圧をスイッチングすることにより、U相、V相及びW相からなる3相のモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ1aに供給する。  The DC power supply 2a is one in which one or a plurality of batteries are connected in series, and outputs a predetermined DC power supply voltage to the booster circuit 2b. The booster circuit 2b is, for example, a DC / DC converter, boosts the DC power supply voltage supplied from the DC power supply 2a, and supplies it to the inverter 2d. The smoothing capacitor 2c is provided to smooth the DC voltage supplied to the inverter 2d. The inverter 2d generates a three-phase motor drive signal composed of a U phase, a V phase, and a W phase by switching the DC voltage supplied from the booster circuit 2b based on the PWM signal supplied from the inverter control unit 6. And supplied to the permanent magnet synchronous motor 1a.

U相電流センサ(電流検出手段)3は、U相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Iuを検出してインバータ制御部6に出力する。V相電流センサ(電流検出手段)4は、V相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Ivを検出してインバータ制御部6に出力する。W相電流センサ(電流検出手段)5は、W相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Iwを検出してインバータ制御部6に出力する。  The U-phase current sensor (current detection means) 3 detects the motor drive current Iu flowing through the U-phase drive signal line and outputs it to the inverter control unit 6. The V-phase current sensor (current detection means) 4 detects the motor drive current Iv flowing through the V-phase drive signal line and outputs it to the inverter control unit 6. The W-phase current sensor (current detection means) 5 detects the motor drive current Iw flowing through the W-phase drive signal line and outputs it to the inverter control unit 6.

インバータ制御部6は、図示するように、減算器6a、速度制御器6b、基準q軸電流指令値生成部6c、スイッチ6d、d軸電流指令値生成部6e、d軸電流制御器6f、q軸電流制御器6g、3相/2相変換器6h、2相/3相変換器6i及びPWM(Pulse Width Modulation)信号発生器6jから構成されている。  As shown, the inverter control unit 6 includes a subtractor 6a, a speed controller 6b, a reference q-axis current command value generation unit 6c, a switch 6d, a d-axis current command value generation unit 6e, a d-axis current controller 6f, q It comprises a shaft current controller 6g, a 3-phase / 2-phase converter 6h, a 2-phase / 3-phase converter 6i, and a PWM (Pulse Width Modulation) signal generator 6j.

減算器6aは、上位制御装置であるエンジン制御装置(ECU)から供給される角速度指
令値ωと速度算出器7から出力される角速度算出値ωkとの差分を速度誤差Δωとし
て演算し速度制御器6bに出力する。速度制御器(速度制御手段)6bは、一種のPID
制御器であり、上記速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施すことにより速度
誤差Δωに対応するq軸電流指令値Iqsを演算してスイッチ6dに出力する。
Subtracter 6a is calculated speed control the difference between the angular velocity calculation value ωk outputted from the angular velocity command value omega 0 and the speed calculator 7 is supplied from the engine control unit (ECU) is a higher-level controller as a speed error Δω To the device 6b. The speed controller (speed control means) 6b is a kind of PID.
A controller, which calculates a q-axis current command value Iqs corresponding to the speed error Δω by performing a predetermined proportional integral / differential operation on the speed error Δω, and outputs it to the switch 6d.

基準q軸電流指令値生成部(基準q軸電流指令値生成手段)6cは、永久磁石同期モー
タ1aにおける電機子のq軸電流が零となるような基準q軸電流指令値Iqoを生成してスイッチ6dに出力する。スイッチ6dは、d軸電流指令値生成部6eの制御の下、上記q軸電流指令値Iqsと基準q軸電流指令値Iqoとのいずれか一方を選択的にq軸電流制御器6gに出力する。
The reference q-axis current command value generation unit (reference q-axis current command value generation means) 6c generates a reference q-axis current command value Iqo such that the q-axis current of the armature in the permanent magnet synchronous motor 1a becomes zero. Output to the switch 6d. The switch 6d selectively outputs one of the q-axis current command value Iqs and the reference q-axis current command value Iqo to the q-axis current controller 6g under the control of the d-axis current command value generation unit 6e. .

d軸電流指令値生成部(d軸電流指令値生成手段)6eは、速度算出器7から出力され
る角速度算出値ωkを入力とし、上記角速度算出値ωkが予め設定された角速度設定値ωs以上の値になった場合、永久磁石同期モータ1aの弱め界磁制御を行うために、基準q軸電流指令値Iqoが出力されるようにスイッチ6dを制御すると共に、所定の演算式を基に永久磁石同期モータ1aにおける電機子のd軸電流が永久磁石同期モータ1aの誘導起電力(EMF)を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値Idsを算出してd軸電流制御器6fに出力する。また、このd軸電流指令値生成部6eは、上記角速度算出値ωkが予め設定された角速度設定値未満の値である場合、弱め界磁制御を行わず、q軸電流指令値Iqsが出力されるようにスイッチ6dを制御すると共に、角速度算出値ωk、つまり永久磁石同期モータ1aの回転状態に応じたd軸電流指令値Idsをd軸電流制御器6fに出力する。
The d-axis current command value generation unit (d-axis current command value generation means) 6e receives the angular velocity calculation value ωk output from the velocity calculator 7, and the angular velocity calculation value ωk is equal to or higher than a preset angular velocity setting value ωs. In order to perform field weakening control of the permanent magnet synchronous motor 1a, the switch 6d is controlled so that the reference q-axis current command value Iqo is output, and permanent magnet synchronization is performed based on a predetermined arithmetic expression. The d-axis current command value Ids is calculated such that the d-axis current of the armature in the motor 1a flows in a direction that weakens the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor 1a, and is output to the d-axis current controller 6f. The d-axis current command value generation unit 6e outputs the q-axis current command value Iqs without performing field-weakening control when the calculated angular velocity value ωk is less than the preset angular velocity setting value. In addition to controlling the switch 6d, the angular velocity calculation value ωk, that is, the d-axis current command value Ids corresponding to the rotation state of the permanent magnet synchronous motor 1a is output to the d-axis current controller 6f.

d軸電流制御器(d軸電流制御手段)6fは、d軸電流指令値生成部6eから入力されるd軸電流指令値Idsと、3相/2相変換器6hから入力されるd軸電流検出値Idとに基づいてd軸電流指令値Idsに対応するd軸電圧指令値Vdを演算して2相/3相変換器6iに出力する。q軸電流制御器(q軸電流制御手段)6gは、スイッチ6dから入力されるq軸電流指令値Iqsまたは基準q軸電流指令値Iqoと、3相/2相変換器6hから入力されるq軸電流検出値Iqとに基づいて、q軸電流指令値Iqsまたは基準q軸電流指令値Iqoに対応するq軸電圧指令値Vqを演算して2相/3相変換器6iに出力する。これらd軸電流制御器6f及びq軸電流制御器6gは、一種のPID制御器であり、各電流指令値Iqs,Idsに所定の比例積分・微分演算を各々施すことにより各電圧指令値Vq,Vdを生成する。   The d-axis current controller (d-axis current control means) 6f includes a d-axis current command value Ids input from the d-axis current command value generation unit 6e and a d-axis current input from the three-phase / two-phase converter 6h. Based on the detected value Id, the d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis current command value Ids is calculated and output to the two-phase / three-phase converter 6i. The q-axis current controller (q-axis current control means) 6g receives the q-axis current command value Iqs or the reference q-axis current command value Iqo input from the switch 6d and the q input from the three-phase / two-phase converter 6h. Based on the detected shaft current value Iq, a q-axis voltage command value Vq corresponding to the q-axis current command value Iqs or the reference q-axis current command value Iqo is calculated and output to the 2-phase / 3-phase converter 6i. The d-axis current controller 6f and the q-axis current controller 6g are a kind of PID controller, and each of the voltage command values Vq, Vd is generated.

3相/2相変換器(電機子軸電流検出手段)6hは、U相電流センサ3、V相電流センサ4、W相電流センサ5によって各々検出されたU相、V相、W相のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwに基づいて永久磁石同期モータ1aの電機子上に設定された2次元座標系(q軸とd軸とからなる座標系)におけるq軸電流検出値Iqとd軸電流検出値Idを生成し、
q軸電流検出値Iqをq軸電流制御器6gに出力し、d軸電流検出値Idをd軸電流制御器6fに出力する。より詳細には、3相/2相変換器6hは、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwに所定の座標変換を施すことにより上記2次元座標系上のq軸電流検出値Iqとd軸電流検出値Idを求める。上記q軸は、電機子の回転面上において永久磁石のS極とN極との対向方向に設定された座標軸であり、d軸は、上述したq軸に直交する座標軸である。
A 3-phase / 2-phase converter (armature shaft current detection means) 6h is a U-phase, V-phase, and W-phase motor detected by the U-phase current sensor 3, the V-phase current sensor 4, and the W-phase current sensor 5, respectively. Q-axis current detection value Iq and d-axis current in a two-dimensional coordinate system (coordinate system consisting of q-axis and d-axis) set on the armature of the permanent magnet synchronous motor 1a based on the drive currents Iu, Iv, Iw A detection value Id is generated,
The q-axis current detection value Iq is output to the q-axis current controller 6g, and the d-axis current detection value Id is output to the d-axis current controller 6f. More specifically, the three-phase / two-phase converter 6h performs a predetermined coordinate transformation on the motor driving currents Iu, Iv, Iw on the three-dimensional coordinate system composed of the U phase, the V phase, and the W phase, thereby performing the above described 2 A q-axis current detection value Iq and a d-axis current detection value Id on the dimensional coordinate system are obtained. The q axis is a coordinate axis set in the opposing direction of the S pole and the N pole of the permanent magnet on the rotating surface of the armature, and the d axis is a coordinate axis orthogonal to the q axis described above.

2相/3相変換器(電圧操作量生成手段)6iは、d軸電流制御器6fから入力された上記d軸に対応するd軸電圧指令値Vd及びq軸電流制御器6gから入力された上記q軸に対応するq軸電圧指令値Vqを、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上の3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該3相電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器6jに出力する。   The 2-phase / 3-phase converter (voltage manipulated variable generating means) 6i is inputted from the d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis inputted from the d-axis current controller 6f and the q-axis current controller 6g. The q-axis voltage command value Vq corresponding to the q-axis is converted into a three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw on a three-dimensional coordinate system composed of the U-phase, V-phase, and W-phase, and the three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, and Vw are output to the PWM signal generator 6j.

PWM信号発生器(PWM信号生成手段)6jは、上記3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2dをスイッチング動作させるためのPWM信号(インバータ制御信号)を生成してインバータ2dに出力する。インバータ制御部6は正弦波通電方式に基づいて動作するものであり、したがってPWM信号発生器6jは、インバータ2dが永久磁石同期モータ1aの全回転角(360°)に亘ってモータ駆動信号を出力するようにPWM信号を出力する。   The PWM signal generator (PWM signal generating means) 6j generates a PWM signal (inverter control signal) for switching the inverter 2d based on the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2d. To do. The inverter control unit 6 operates based on a sine wave energization method. Therefore, the PWM signal generator 6j outputs a motor drive signal over the entire rotation angle (360 °) of the permanent magnet synchronous motor 1a by the inverter 2d. The PWM signal is output as follows.

速度算出器(速度算出手段)7は、回転位置センサ1bから入力される回転位置検出信号θを微分処理することにより、永久磁石同期モータ1aの回転状態値として角速度を算出し、角速度算出値ωk(直流電圧)を減算器6a、d軸電流指令値生成部6e及びECUに出力する。なお、この速度算出器7と回転位置センサ1bは、本発明における回転状態把握手段を構成するものである。   The speed calculator (speed calculation means) 7 differentiates the rotational position detection signal θ input from the rotational position sensor 1b, thereby calculating the angular speed as the rotational state value of the permanent magnet synchronous motor 1a, and the angular speed calculated value ωk. (DC voltage) is output to the subtractor 6a, the d-axis current command value generation unit 6e, and the ECU. The speed calculator 7 and the rotational position sensor 1b constitute rotational state grasping means in the present invention.

ここで、角速度設定値ωsは、永久磁石同期モータ1aによるアシストの停止を規定す
るアシスト回転数に応じた角速度(アシスト角速度)に設定されている。そして、永久磁石同期モータ1aの角速度が、上記アシスト角速度に到達した場合に、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力(EMF)がインバータ2dの直流電圧と一致するように、永久磁石同期モータ1aは設計されている。このように永久磁石同期モータ1aを設計することが可能になったのは、永久磁石同期モータ1aの回転状態(本実施形態では角速度)に応じて永久磁石同期モータ1aの誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力するインバータ制御部6を設けたためであり、このように設計することにより、電動機付ターボチャージャ1における永久磁石同期モータ1aの回生現象を防止すると共に、永久磁石同期モータ1aの高効率化及び小型化を図ることが可能となる。以下、このような効果が得られる理由について、図2及び図3を参照して説明する。
Here, the angular velocity set value ωs is set to an angular velocity (assist angular velocity) corresponding to the assist rotational speed that regulates the stop of assist by the permanent magnet synchronous motor 1a. Then, when the angular velocity of the permanent magnet synchronous motor 1a reaches the assist angular velocity, the permanent magnet synchronous motor 1a is set so that the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor 1a matches the DC voltage of the inverter 2d. Designed. The permanent magnet synchronous motor 1a can be designed in this way because it weakens the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a according to the rotational state of the permanent magnet synchronous motor 1a (angular velocity in this embodiment). This is because the inverter control unit 6 that generates a PWM signal for performing field control and outputs the PWM signal to the inverter 2d is provided. By designing in this way, the regeneration phenomenon of the permanent magnet synchronous motor 1a in the turbocharger 1 with an electric motor is prevented. In addition, the permanent magnet synchronous motor 1a can be made highly efficient and downsized. Hereinafter, the reason why such an effect is obtained will be described with reference to FIGS.

図2において、横軸は永久磁石同期モータ1aのモータ回転数を示し、縦軸は永久磁石同期モータ1aの誘導起電力(EMF)を示しており、また、符号100は従来技術におけるモータ回転数−EMF特性を示し、符号200は、本実施形態におけるモータ回転数−EMF特性を示している。また、図3において、横軸はモータ駆動電流を示し、縦軸はモータ損失(鉄損及び銅損)とモータ効率を示しており、符号300は鉄損−モータ駆動電流特性を示し、符号400は銅損−モータ駆動電流特性を示し、符号500はモータ効率−モータ駆動電流特性を示している。   In FIG. 2, the horizontal axis represents the motor rotation speed of the permanent magnet synchronous motor 1a, the vertical axis represents the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor 1a, and reference numeral 100 represents the motor rotation speed in the prior art. -EMF characteristics are shown, and reference numeral 200 indicates the motor rotation speed-EMF characteristics in the present embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the motor drive current, the vertical axis indicates the motor loss (iron loss and copper loss) and the motor efficiency, the reference numeral 300 indicates the iron loss-motor drive current characteristic, and the reference numeral 400. Indicates a copper loss-motor driving current characteristic, and reference numeral 500 indicates a motor efficiency-motor driving current characteristic.

図2の符号100に示すように、従来技術では、永久磁石同期モータによるアシストの停止後、タービン単体のみでの駆動によって最高回転数に到達するまでの期間のモータフリーラン状態において、永久磁石同期モータの誘導起電力(EMF)がインバータの直流電圧より高くなると、永久磁石同期モータからインバータへ電流が逆流するという回生現象が生じるため、最高回転数において、永久磁石同期モータの誘導起電力がインバータの直流電圧を超えないように永久磁石同期モータを設計する必要がある。この場合、誘導起電力はモータの鉄損とほぼ比例関係にあるので、図3に示すように、最高回転数における誘導起電力がインバータの直流電圧以下となるように鉄損(誘導起電力)を小さくする一方、銅損を大きくして、モータ駆動電流が大きくなるように設計することになる。しかしながら、このような大電流仕様で設計された永久磁石同期モータは、鉄損と銅損のバランスが崩れて銅損側にモータ損失が偏ってしまい、モータ効率が著しく低下し、また、銅損を大きくするために巻線の巻数などを増やす必要があるので、モータ自体が大型化するという問題があった。   As indicated by reference numeral 100 in FIG. 2, in the prior art, in the motor free run state during the period from the stop of assist by the permanent magnet synchronous motor until the maximum rotational speed is reached by driving only with the turbine alone, When the induced electromotive force (EMF) of the motor becomes higher than the DC voltage of the inverter, a regenerative phenomenon occurs in which current flows backward from the permanent magnet synchronous motor to the inverter. Therefore, the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor is Therefore, it is necessary to design a permanent magnet synchronous motor so as not to exceed the direct current voltage. In this case, since the induced electromotive force is substantially proportional to the iron loss of the motor, as shown in FIG. 3, the iron loss (inductive electromotive force) is set so that the induced electromotive force at the maximum rotational speed is equal to or less than the DC voltage of the inverter. Is designed to increase the copper loss and increase the motor drive current. However, the permanent magnet synchronous motor designed with such a large current specification loses the balance between the iron loss and the copper loss, and the motor loss is biased toward the copper loss side, resulting in a significant reduction in motor efficiency. Since it is necessary to increase the number of windings in order to increase the size of the motor, there has been a problem that the motor itself is increased in size.

これに対し、本実施形態では、永久磁石同期モータ1aの回転数(角速度)に応じて弱め界磁制御を行うことのできるインバータ制御部6を設けたことにより、永久磁石同期モータ1aの角速度が、回生現象が発生する角速度、つまり永久磁石同期モータ1aの誘導起電力がインバータ2dの直流電圧と一致する角速度(角速度設定値ωs)以上の値になった場合に、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力することが可能となった。これにより、インバータ2dから永久磁石同期モータ1aの誘導起電力を弱めるモータ駆動信号が供給されるので、永久磁石同期モータ1aの回生現象は発生せず、永久磁石同期モータ1aの設計自由度が増すことになる。   On the other hand, in this embodiment, by providing the inverter control unit 6 that can perform field-weakening control according to the rotation speed (angular speed) of the permanent magnet synchronous motor 1a, the angular speed of the permanent magnet synchronous motor 1a is regenerated. When the angular velocity at which the phenomenon occurs, that is, the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a becomes equal to or higher than the angular velocity (angular velocity set value ωs) that matches the DC voltage of the inverter 2d, the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a. It is possible to generate a PWM signal for performing field-weakening control to weaken and to output to the inverter 2d. Thereby, since the motor drive signal which weakens the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a is supplied from the inverter 2d, the regeneration phenomenon of the permanent magnet synchronous motor 1a does not occur, and the design flexibility of the permanent magnet synchronous motor 1a increases. It will be.

そこで、本実施形態では、図2の符号200に示すように、永久磁石同期モータ1aの回転数(角速度)が、永久磁石同期モータ1aによるアシストの停止を規定するアシスト回転数(アシスト角速度)に到達した場合に、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力がインバータ2dの直流電圧と一致するように永久磁石同期モータ1aを設計し、角速度設定値ωsを上記アシスト角速度に設定した。つまり、従来技術(符号100)と比較すると、同じ回転数において本実施形態の方が誘導起電力を大きくする方向に設計を行うことになる。従って、図3に示すように、本実施形態では、鉄損を大きくする一方、銅損を小さくして小電流仕様で永久磁石同期モータ1aを設計することができ、永久磁石同期モータ1aの高効率化及び小型化を図ることが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, as indicated by reference numeral 200 in FIG. 2, the rotational speed (angular speed) of the permanent magnet synchronous motor 1a is set to the assist rotational speed (assist angular speed) that regulates the stop of the assist by the permanent magnet synchronous motor 1a. When reached, the permanent magnet synchronous motor 1a is designed so that the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a matches the DC voltage of the inverter 2d, and the angular velocity set value ωs is set to the assist angular velocity. That is, compared with the prior art (reference numeral 100), the present embodiment is designed to increase the induced electromotive force at the same rotational speed. Therefore, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the permanent magnet synchronous motor 1a can be designed with a small current specification while increasing the iron loss while reducing the copper loss. Efficiency and miniaturization can be achieved.

次に、このように構成された第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの動作について図2を参照して説明する。
<アシスト時>
まず、図2に示すアシスト時において、インバータ制御部6は、エンジン制御装置(ECU)から入力される動作指示信号Jによってアシスト指示を受けると、モータ駆動部2を動作させることによって永久磁石同期モータ1aの駆動を行う。
Next, the operation of the turbocharger control system with an electric motor according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
<When assisting>
First, at the time of assist shown in FIG. 2, when the inverter control unit 6 receives an assist instruction from an operation instruction signal J input from an engine control unit (ECU), the inverter driving unit 6 operates the motor driving unit 2 to operate a permanent magnet synchronous motor. Drive 1a.

具体的には、モータ駆動信号が各相の駆動信号線を介してインバータ2dから永久磁石同期モータ1aに供給され、永久磁石同期モータ1aが回転駆動される。永久磁石同期モータ1aが回転すると、回転位置センサ1bから回転位置検出信号θが速度算出器7に出力され、速度算出器7から継続的に角速度算出値ωkが減算器6a、d軸電流指令値生成部6e及びECUに出力される。   Specifically, a motor drive signal is supplied from the inverter 2d to the permanent magnet synchronous motor 1a via the drive signal lines for each phase, and the permanent magnet synchronous motor 1a is rotationally driven. When the permanent magnet synchronous motor 1a rotates, the rotational position detection signal θ is output from the rotational position sensor 1b to the speed calculator 7, and the angular speed calculated value ωk is continuously subtracted from the speed calculator 7 by the subtractor 6a and the d-axis current command value. The data is output to the generation unit 6e and the ECU.

そして、3相/2相変換器6hは、U相電流センサ3、V相電流センサ4、W相電流センサ5によって各々検出されたU相、V相、W相のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwに基づいてq軸電流検出値Iqとd軸電流検出値Idを生成し、d軸電流検出値Idをd軸電流制御器6fに出力し、q軸電流検出値Iqをq軸電流制御器6gに出力する。   The 3-phase / 2-phase converter 6h includes U-phase, V-phase, and W-phase motor drive currents Iu, Iv, detected by the U-phase current sensor 3, the V-phase current sensor 4, and the W-phase current sensor 5, respectively. A q-axis current detection value Iq and a d-axis current detection value Id are generated based on Iw, the d-axis current detection value Id is output to the d-axis current controller 6f, and the q-axis current detection value Iq is output to the q-axis current controller. Output to 6g.

この時、d軸電流指令値生成部6eは、上記角速度算出値ωkが予め設定された角速度設定値未満の値であるので、弱め界磁制御を行わず、q軸電流指令値Iqsが出力されるようにスイッチ6dを制御すると共に、角速度算出値ωkに応じたd軸電流指令値Idsをd軸電流制御器6fに出力する。ここで、上記d軸電流指令値Idsは「0」に設定される。   At this time, the d-axis current command value generation unit 6e outputs the q-axis current command value Iqs without performing field-weakening control because the calculated angular velocity value ωk is less than the preset angular velocity setting value. In addition, the switch 6d is controlled and a d-axis current command value Ids corresponding to the calculated angular velocity value ωk is output to the d-axis current controller 6f. Here, the d-axis current command value Ids is set to “0”.

減算器6aは、ECUから入力される角速度指令値ωと速度算出器7から入力される角速度算出値ωkとの差分を速度誤差Δωとして演算し速度制御器6bに出力する。速度制御器6bは、速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施すことにより速度誤差Δωに対応するq軸電流指令値Iqsを演算してスイッチ6dに出力する。スイッチ6dは、q軸電流指令値Iqsをq軸電流制御器6gに出力する。そして、d軸電流制御器6fは、d軸電流指令値Idsとd軸電流検出値Idとに基づいてd軸電流指令値Idsに対応するd軸電圧指令値Vdを演算して2相/3相変換器6iに出力する。一方、q軸電流制御器6gは、q軸電流指令値Iqsとq軸電流検出値Iqとに基づいてq軸電流指令値Iqsに対応するq軸電圧指令値Vqを演算して2相/3相変換器6iに出力する。 Subtracter 6a outputs the calculated speed controller 6b the difference between the angular velocity calculation value ωk inputted from the angular velocity command value omega 0 and the speed calculator 7 which is input from the ECU as a speed error [Delta] [omega. The speed controller 6b calculates a q-axis current command value Iqs corresponding to the speed error Δω by performing a predetermined proportional integral / differential calculation on the speed error Δω, and outputs the q-axis current command value Iqs to the switch 6d. The switch 6d outputs the q-axis current command value Iqs to the q-axis current controller 6g. Then, the d-axis current controller 6f calculates a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis current command value Ids based on the d-axis current command value Ids and the d-axis current detection value Id to obtain a two-phase / 3 It outputs to the phase converter 6i. On the other hand, the q-axis current controller 6g calculates a q-axis voltage command value Vq corresponding to the q-axis current command value Iqs based on the q-axis current command value Iqs and the q-axis current detection value Iq to obtain a two-phase / 3 It outputs to the phase converter 6i.

2相/3相変換器6iは、d軸電流制御器6fから入力された上記d軸に対応するd軸電圧指令値Vd及びq軸電流制御器6gから入力された上記q軸に対応するq軸電圧指令値Vqを、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上の3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該3相電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器6jに出力する。PWM信号発生器6jは、上記3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2dをスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力する。これにより、インバータ2dはモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ1aに供給し、永久磁石同期モータ1aのモータ回転数は時間経過に伴い増加していくことになる。   The two-phase / three-phase converter 6i includes a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis input from the d-axis current controller 6f and a q corresponding to the q-axis input from the q-axis current controller 6g. The shaft voltage command value Vq is converted into a three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw on a three-dimensional coordinate system composed of U phase, V phase, and W phase, and the three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw is PWMed. The signal is output to the signal generator 6j. The PWM signal generator 6j generates a PWM signal for switching the inverter 2d based on the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2d. As a result, the inverter 2d generates a motor drive signal and supplies it to the permanent magnet synchronous motor 1a, and the motor rotation speed of the permanent magnet synchronous motor 1a increases with time.

<アシスト停止時>
そして、図2に示すように、角速度算出値ωkがアシスト角速度に設定された角速度設定値ωs以上の値になった場合、d軸電流指令値生成部6eは、弱め界磁制御を行うために、基準q軸電流指令値Iqoが出力されるようにスイッチ6dを制御すると共に、下記演算式(1)を用いて永久磁石同期モータ1aにおける電機子のd軸電流が永久磁石同期モータ1aの誘導起電力(EMF)を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値Idsを算出してd軸電流制御器6fに出力する。なお、下記演算式(1)において、φmは永久磁石による電機子鎖交磁束数、Ldはd軸インダクタンス、Vomは最大誘導起電力であり、これらは定数である。
Ids=(−φm+Vom/ωk)/Ld ・・・・・・・・(1)
<When assist is stopped>
Then, as shown in FIG. 2, when the angular velocity calculation value ωk becomes equal to or larger than the angular velocity setting value ωs set as the assist angular velocity, the d-axis current command value generation unit 6e performs reference field control in order to perform field weakening control. The switch 6d is controlled so that the q-axis current command value Iqo is output, and the d-axis current of the armature in the permanent magnet synchronous motor 1a is induced by the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a using the following equation (1). A d-axis current command value Ids that flows in the direction of weakening (EMF) is calculated and output to the d-axis current controller 6f. In the following equation (1), φm is the number of armature flux linkages by permanent magnets, Ld is the d-axis inductance, Vom is the maximum induced electromotive force, and these are constants.
Ids = (− φm + Vom / ωk) / Ld (1)

d軸電流制御器6fは、上記演算式(1)を用いて算出されたd軸電流指令値Idsと d軸電流検出値Idとに基づいてd軸電流指令値Idsに対応するd軸電圧指令値Vdを演算して2相/3相変換器6iに出力する。一方、q軸電流制御器6gは、基準q軸電流指令値Iqoとq軸電流検出値Iqとに基づいて基準q軸電流指令値Iqo(つまり零)に対応するq軸電圧指令値Vqを演算して2相/3相変換器6iに出力する。   The d-axis current controller 6f is a d-axis voltage command corresponding to the d-axis current command value Ids based on the d-axis current command value Ids and the d-axis current detection value Id calculated using the calculation formula (1). The value Vd is calculated and output to the 2-phase / 3-phase converter 6i. On the other hand, the q-axis current controller 6g calculates the q-axis voltage command value Vq corresponding to the reference q-axis current command value Iqo (that is, zero) based on the reference q-axis current command value Iqo and the q-axis current detection value Iq. And output to the 2-phase / 3-phase converter 6i.

2相/3相変換器6iは、d軸電流制御器6fから入力された上記d軸に対応するd軸電圧指令値Vd及びq軸電流制御器6gから入力された上記q軸に対応するq軸電圧指令値Vqを、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上の3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該3相電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器6jに出力する。PWM信号発生器6jは、上記3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2dをスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力する。   The two-phase / three-phase converter 6i includes a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis input from the d-axis current controller 6f and a q corresponding to the q-axis input from the q-axis current controller 6g. The shaft voltage command value Vq is converted into a three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw on a three-dimensional coordinate system composed of U phase, V phase, and W phase, and the three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw is PWMed. The signal is output to the signal generator 6j. The PWM signal generator 6j generates a PWM signal for switching the inverter 2d based on the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2d.

インバータ2dは、PWM信号に基づいて、永久磁石同期モータ1aの電機子においてq軸電流は流れず、d軸電流のみが誘導起電力(EMF)を弱める方向に流れるようなモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ1aに供給する。ここで、インバータ2dは永久磁石同期モータ1aに対して無効電力のみを供給することになるので、永久磁石同期モータ1aは回転を停止する(アシスト停止)。これにより、アシスト停止時において、永久磁石同期モータ1aは弱め界磁制御されることになり、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力はインバータ2dの直流電圧以上の値とはならず、その結果、回生現象は発生しない。   Based on the PWM signal, the inverter 2d generates a motor drive signal such that no q-axis current flows in the armature of the permanent magnet synchronous motor 1a, and only the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force (EMF). To the permanent magnet synchronous motor 1a. Here, since the inverter 2d supplies only reactive power to the permanent magnet synchronous motor 1a, the permanent magnet synchronous motor 1a stops rotating (assist stop). As a result, when the assist is stopped, the permanent magnet synchronous motor 1a is subjected to field weakening control, and the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a does not become a value equal to or higher than the DC voltage of the inverter 2d. Does not occur.

以上説明したように、第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムによると、電動機付ターボチャージャにおける永久磁石同期モータ1aの回生現象を防止すると共に、永久磁石同期モータ1aの高効率化及び小型化を図ることが可能である。  As described above, according to the turbocharger control system with an electric motor according to the first embodiment, the regeneration phenomenon of the permanent magnet synchronous motor 1a in the turbocharger with an electric motor is prevented, and the high efficiency and small size of the permanent magnet synchronous motor 1a are prevented. Can be achieved.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図4は、第2実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。なお、図4において、図1と同様の構成要素には同一符号を付している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the turbocharger control system with an electric motor according to the second embodiment. In FIG. 4, the same components as those in FIG.

図4に示すように、第2実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムは、第1実施形態と比較して、回転位置センサ1b、W相電流センサ5及び速度算出器7を削除し、インバータ制御部6を構成が異なるインバータ制御部8と置き換え、回転状態推定部9、電圧センサ10、速度検出部11、出力スイッチ12を新たに設けた構成となっている。   As shown in FIG. 4, the turbocharger control system with an electric motor according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the rotational position sensor 1b, the W-phase current sensor 5 and the speed calculator 7 are deleted, and the inverter The control unit 6 is replaced with an inverter control unit 8 having a different configuration, and a rotation state estimation unit 9, a voltage sensor 10, a speed detection unit 11, and an output switch 12 are newly provided.

インバータ制御部8は、減算器8a、速度制御器8b、基準q軸電流指令値生成部8c、スイッチ8d、d軸電流指令値生成部8e、d軸電流制御器8f、q軸電流制御器8g、2相/3相変換器8h及びPWM信号発生器8iから構成されている。  The inverter controller 8 includes a subtracter 8a, a speed controller 8b, a reference q-axis current command value generator 8c, a switch 8d, a d-axis current command value generator 8e, a d-axis current controller 8f, and a q-axis current controller 8g. It comprises a 2-phase / 3-phase converter 8h and a PWM signal generator 8i.

減算器8aは、上位制御装置であるエンジン制御装置(ECU)から供給される角速度指
令値ωと、回転状態推定部9のロータ位置・速度推定器9bから出力される角速度推定
値ωeとの差分を速度誤差Δωとして演算し速度制御器8bに出力する。速度制御器8
bは、一種のPID制御器であり、上記速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施
することにより速度誤差Δωに対応するq軸電流指令値Iqsを演算してスイッチ8dに
出力する。
The subtractor 8a is an angular velocity command value ω 0 supplied from an engine control unit (ECU) that is a host controller, and an estimated angular velocity value ωe output from the rotor position / speed estimator 9b of the rotation state estimation unit 9. The difference is calculated as a speed error Δω and output to the speed controller 8b. Speed controller 8
b is a kind of PID controller, which calculates a q-axis current command value Iqs corresponding to the speed error Δω by performing a predetermined proportional integral / differential operation on the speed error Δω and outputs it to the switch 8d.

基準q軸電流指令値生成部8cは、永久磁石同期モータ1aにおける電機子のq軸電流
が零となるような基準q軸電流指令値Iqoを生成してスイッチ8dに出力する。スイッチ8dは、d軸電流指令値生成部8eの制御の下、上記q軸電流指令値Iqsと基準q軸電流指令値Iqoとのいずれか一方を選択的にq軸電流制御器8gに出力する。
The reference q-axis current command value generation unit 8c generates a reference q-axis current command value Iqo such that the q-axis current of the armature in the permanent magnet synchronous motor 1a becomes zero and outputs it to the switch 8d. The switch 8d selectively outputs either the q-axis current command value Iqs or the reference q-axis current command value Iqo to the q-axis current controller 8g under the control of the d-axis current command value generation unit 8e. .

d軸電流指令値生成部8eは、出力スイッチ12から出力される角速度信号ωを入力
とし、上記角速度信号ωが予め設定された角速度設定値ωs以上の値になった場合、弱め界磁制御を行うために、基準q軸電流指令値Iqoが出力されるようにスイッチ8dを制御すると共に、上記演算式(1)を基に永久磁石同期モータ1aにおける電機子のd軸電流が永久磁石同期モータ1aの誘導起電力(EMF)を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値Idsを算出してd軸電流制御器8fに出力する。また、このd軸電流指令値生成部8eは、上記角速度信号ωが予め設定された角速度設定値未満の値である場合、弱め界磁制御を行わず、q軸電流指令値Iqsが出力されるようにスイッチ8dを制御すると共に、角速度信号ω、つまり永久磁石同期モータ1aの回転状態に応じたd軸電流指令値Idsをd軸電流制御器8fに出力する。
The d-axis current command value generation unit 8e receives the angular velocity signal ω output from the output switch 12, and performs field-weakening control when the angular velocity signal ω becomes equal to or greater than a preset angular velocity setting value ωs. In addition, the switch 8d is controlled so that the reference q-axis current command value Iqo is output, and the d-axis current of the armature in the permanent magnet synchronous motor 1a is determined by the permanent magnet synchronous motor 1a based on the above equation (1). A d-axis current command value Ids that flows in a direction that weakens the induced electromotive force (EMF) is calculated and output to the d-axis current controller 8f. Further, the d-axis current command value generation unit 8e does not perform field-weakening control and outputs the q-axis current command value Iqs when the angular velocity signal ω is less than a preset angular velocity setting value. The switch 8d is controlled, and the angular velocity signal ω, that is, the d-axis current command value Ids corresponding to the rotation state of the permanent magnet synchronous motor 1a is output to the d-axis current controller 8f.

d軸電流制御器8fは、d軸電流指令値生成部8eから入力されるd軸電流指令値Idsと、回転状態推定部9の座標変換器9aから入力されるd軸電流検出値Idとに基づいてd軸電流指令値Idsに対応するd軸電圧指令値Vdを演算して2相/3相変換器8h及び回転状態推定部9のロータ位置・速度推定器9bに出力する。q軸電流制御器8gは、スイッチ8dから入力されるq軸電流指令値Iqsまたは基準q軸電流指令値Iqoと、座標変換器9aから入力されるq軸電流検出値Iqとに基づいて、q軸電流指令値Iqsまたは基準q軸電流指令値Iqoに対応するq軸電圧指令値Vqを演算して2相/3相変換器8h及びロータ位置・速度推定器9bに出力する。これらd軸電流制御器8f及びq軸電流制御器8gは、一種のPID制御器であり、各電流指令値Iqs,Idsに所定の比例積分・微分演算を各々施すことにより各電圧指令値Vq,Vdを生成する。   The d-axis current controller 8 f converts the d-axis current command value Ids input from the d-axis current command value generation unit 8 e and the d-axis current detection value Id input from the coordinate converter 9 a of the rotation state estimation unit 9. Based on this, a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis current command value Ids is calculated and output to the 2-phase / 3-phase converter 8h and the rotor position / speed estimator 9b of the rotation state estimation unit 9. Based on the q-axis current command value Iqs or the reference q-axis current command value Iqo input from the switch 8d and the q-axis current detection value Iq input from the coordinate converter 9a, the q-axis current controller 8g The q-axis voltage command value Vq corresponding to the shaft current command value Iqs or the reference q-axis current command value Iqo is calculated and output to the 2-phase / 3-phase converter 8h and the rotor position / speed estimator 9b. The d-axis current controller 8f and the q-axis current controller 8g are a kind of PID controller, and each voltage command value Vq, is obtained by subjecting each current command value Iqs, Ids to predetermined proportional integration / differentiation operations. Vd is generated.

2相/3相変換器8hは、ロータ位置・速度推定器9bから出力される回転角推定値θeと、d軸電流制御器8fから出力されるd軸電圧指令値Vdと、q軸電流制御器8gから出力されるq軸電圧指令値Vqとを入力とし、上記回転角推定値θeに基づいてd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値VqをU相、V相及びW相からなる3次元座標系上の3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該3相電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器8iに出力する。PWM信号発生器8iは、上記3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2dをスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力する。   The two-phase / three-phase converter 8h includes an estimated rotation angle value θe output from the rotor position / speed estimator 9b, a d-axis voltage command value Vd output from the d-axis current controller 8f, and a q-axis current control. The q-axis voltage command value Vq output from the device 8g is input, and the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq are composed of the U phase, V phase, and W phase based on the estimated rotation angle θe. The three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw on the three-dimensional coordinate system are converted, and the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw are output to the PWM signal generator 8i. The PWM signal generator 8i generates a PWM signal for switching the inverter 2d based on the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2d.

回転状態推定部(回転状態推定手段)9は、座標変換器(電機子軸電流検出手段)9a及びロータ位置・速度推定器(推定手段)9bから構成されている。座標変換器9aは、U相電流センサ3、V相電流センサ4によって各々検出されたU相及びV相のモータ駆動電流Iu、Ivと、ロータ位置・速度推定器9bから入力される回転角推定値θeとに基づいて永久磁石同期モータ1aの電機子上に設定された2次元座標系(q軸とd軸とからなる座標系)上におけるq軸電流検出値Iqとd軸電流検出値Idを生成し、d軸電流検出値Idをd軸電流制御器8fに出力し、q軸電流検出値Iqをq軸電流制御器8gに出力すると共に、d軸電流検出値Id及びq軸電流検出値Iqをロータ位置・速度推定器9bに出力する。より詳細には、この座標変換器9aは、上記モータ駆動電流Iu,Ivに基づく内部演算によってW相のモータ駆動電流Iwを求め、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上のモータ駆動電流Iu,Iv,Iwに所定の座標変換を施すことにより各電流検出値Iq,Idを求める。   The rotation state estimation unit (rotation state estimation means) 9 includes a coordinate converter (armature shaft current detection means) 9a and a rotor position / speed estimator (estimation means) 9b. The coordinate converter 9a is configured to estimate the U-phase and V-phase motor drive currents Iu and Iv detected by the U-phase current sensor 3 and the V-phase current sensor 4, respectively, and the rotation angle estimation input from the rotor position / speed estimator 9b. Q-axis current detection value Iq and d-axis current detection value Id on a two-dimensional coordinate system (coordinate system consisting of q-axis and d-axis) set on the armature of permanent magnet synchronous motor 1a based on value θe The d-axis current detection value Id is output to the d-axis current controller 8f, the q-axis current detection value Iq is output to the q-axis current controller 8g, and the d-axis current detection value Id and the q-axis current detection are detected. The value Iq is output to the rotor position / speed estimator 9b. More specifically, the coordinate converter 9a obtains a W-phase motor drive current Iw by an internal calculation based on the motor drive currents Iu and Iv, on a three-dimensional coordinate system composed of a U-phase, a V-phase, and a W-phase. The current detection values Iq and Id are obtained by subjecting the motor drive currents Iu, Iv and Iw to predetermined coordinate transformation.

ロータ位置・速度推定器9bは、座標変換器9aから入力されるd軸電流検出値Id及びq軸電流検出値Iqと、d軸電流制御器8fから入力されるd軸電圧指令値Vdと、q軸電流制御器8gから入力されるq軸電圧指令値Vqとに基づいて、永久磁石同期モータ1aの回転状態を推定するものである。このロータ位置・速度推定器9bは、例えば、内部に永久磁石同期モータ1aを模擬したモータモデルを備えており、このモータモデルに電圧指令値Vq,Vd及び電流検出値Iq,Idを入力信号として角速度推定値ωe及び回転角推定値θeを演算する。ロータ位置・速度推定器9bは、このような手法で推定した回転角推定値θeを座標変換器9a及び2相/3相変換器8hにそれぞれ出力すると共に角速度推定値ωeを上記減算器8a及び出力スイッチ12に出力する。   The rotor position / speed estimator 9b includes a d-axis current detection value Id and a q-axis current detection value Iq input from the coordinate converter 9a, a d-axis voltage command value Vd input from the d-axis current controller 8f, The rotational state of the permanent magnet synchronous motor 1a is estimated based on the q-axis voltage command value Vq input from the q-axis current controller 8g. The rotor position / speed estimator 9b includes, for example, a motor model simulating a permanent magnet synchronous motor 1a inside, and the voltage command values Vq and Vd and current detection values Iq and Id are input to the motor model. The angular velocity estimated value ωe and the rotation angle estimated value θe are calculated. The rotor position / speed estimator 9b outputs the rotational angle estimated value θe estimated by such a method to the coordinate converter 9a and the 2-phase / 3-phase converter 8h, and the angular speed estimated value ωe to the subtractor 8a and Output to the output switch 12.

なお、センサレスタイプの永久磁石同期モータの回転制御では、一般的にモータの角速度及び回転角等を何らかの方法で推定し、その推定値に基づいて永久磁石同期モータをベクトル制御あるいはV/f制御する。ロータ位置・速度推定器9bにおける角速度推定値ωe及び回転角推定値θeの推定手法は、非特許文献(竹下隆晴他:「電流推定誤差に基づくセンサレスブラシレスDCモータ制御」,平成7年電気学会全国大会講演論文集)に記載されている手法と同等なものであるが、他の非特許文献(市川真土:「回転座標系で拡張誘起電圧推定によるIPMSMのセンサレス制御」,平成13年電気学会全国大会講演論文集)、(大沢博:「埋込磁石形PMモータの高性能V/f制御」,テクノフロンティアシンポジウム2004 モータ技術シンポジウム,(社)日本能率協会)や、特許文献(特開2005-137106号公報)に記載されているような推定手法を用いても良い。   In rotation control of a sensorless type permanent magnet synchronous motor, generally, the angular velocity and rotation angle of the motor are estimated by some method, and vector control or V / f control of the permanent magnet synchronous motor is performed based on the estimated values. . The estimation method of the angular velocity estimation value ωe and the rotation angle estimation value θe in the rotor position / speed estimator 9b is described in non-patent literature (Takaharu Takeshita et al .: “Sensorless brushless DC motor control based on current estimation error”, National Institute of Electrical Engineers of Japan, 1995 Although it is equivalent to the method described in the Conference Proceedings), other non-patent literature (Masashi Ichikawa: “IPMSM sensorless control by estimation of extended induced voltage in rotating coordinate system”, 2001 IEEJ National Conference Proceedings) (Hiroshi Osawa: “High Performance V / f Control of Embedded Magnet Type PM Motor”, Techno Frontier Symposium 2004 Motor Technology Symposium, Japan Management Association) and patent literature (Japanese Patent Laid-Open No. 2005) -137106 gazette) may be used.

電圧センサ(電圧検出手段)10は、U相駆動信号線の電圧を検出し、電圧検出値として速度検出部11に出力する。アシスト停止時において、インバータ2dがモータ駆動信号を永久磁石同期モータ1aに供給しない状態にある場合、U相駆動信号線にはU相固定子巻線と永久磁石からなる回転子との電磁誘導によって正弦波状の誘起電圧が発生する。電圧センサ10は、このような誘起電圧を電圧検出値として速度検出部11に出力する。   The voltage sensor (voltage detection means) 10 detects the voltage of the U-phase drive signal line and outputs it as a voltage detection value to the speed detection unit 11. When the inverter 2d does not supply the motor drive signal to the permanent magnet synchronous motor 1a when the assist is stopped, the U-phase drive signal line is subjected to electromagnetic induction between the U-phase stator winding and the rotor made of the permanent magnet. A sinusoidal induced voltage is generated. The voltage sensor 10 outputs such an induced voltage to the speed detection unit 11 as a voltage detection value.

速度検出部(回転状態検出手段)11は、図示するようにコンパレータ11aとF/V変換器11bとから構成されている。コンパレータ11aは、電圧センサ10から入力された電圧検出値を接地電圧と比較することにより誘起電圧のゼロクロス点で状態遷移するパルス信号を生成してF/V変換器11bに出力する。F/V変換器11bは、上記パルス信号をその周波数に応じた直流電圧に変換し、角速度検出値ωkとして出力スイッチ12に出力する。   The speed detection unit (rotation state detection means) 11 includes a comparator 11a and an F / V converter 11b as shown in the figure. The comparator 11a compares the voltage detection value input from the voltage sensor 10 with the ground voltage to generate a pulse signal that makes a state transition at the zero cross point of the induced voltage, and outputs the pulse signal to the F / V converter 11b. The F / V converter 11b converts the pulse signal into a DC voltage corresponding to the frequency, and outputs it to the output switch 12 as an angular velocity detection value ωk.

出力スイッチ(出力選択手段)12は、ECUから供給される動作指示信号Jに基づいてロータ位置・速度推定器9bから入力された角速度推定値ωeと速度検出部11から入力された角速度検出値ωkとを択一的に選択し、角速度信号ωとしてd軸電流指令値生成部8e及びECUに出力する。上記動作指示信号Jは、インバータ制御部8に永久磁石同期モータ1aによるアシストを指示すると共に、出力スイッチ12に角速度推定値ωeと角速度検出値ωkとの出力切り替えを指示するためのものである。     The output switch (output selection means) 12 is based on the operation instruction signal J supplied from the ECU, and the angular velocity estimation value ωe input from the rotor position / speed estimator 9b and the angular velocity detection value ωk input from the speed detector 11. Are output to the d-axis current command value generation unit 8e and the ECU as the angular velocity signal ω. The operation instruction signal J is used to instruct the inverter control unit 8 to assist with the permanent magnet synchronous motor 1a and to instruct the output switch 12 to switch the output between the angular velocity estimated value ωe and the detected angular velocity value ωk.

なお、上記のU相電流センサ3、V相電流センサ4、回転状態推定部9、電圧センサ10、速度検出部11及び出力スイッチ12は、本発明における回転状態把握手段を構成するものである。   The U-phase current sensor 3, the V-phase current sensor 4, the rotation state estimation unit 9, the voltage sensor 10, the speed detection unit 11, and the output switch 12 constitute rotation state grasping means in the present invention.

次に、このように構成された第2実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの動作について説明する。
<アシスト時>
まず、図2に示すアシスト時において、インバータ制御部8は、エンジン制御装置(ECU)から入力される動作指示信号Jによってアシスト指示を受けると、モータ駆動部2を動作させることによって永久磁石同期モータ1aの駆動を行う。
Next, the operation of the turbocharger control system with an electric motor according to the second embodiment configured as described above will be described.
<When assisting>
First, at the time of assist shown in FIG. 2, when the inverter control unit 8 receives an assist instruction from an operation instruction signal J input from an engine control unit (ECU), the inverter driving unit 8 operates the motor driving unit 2 to operate a permanent magnet synchronous motor. Drive 1a.

具体的には、モータ駆動信号が各相の駆動信号線を介してインバータ2dから永久磁石同期モータ1aに供給され、永久磁石同期モータ1aが回転駆動される。ここで、インバータ制御部8は正弦波通電方式を採用しているので、アシスト時にはモータ駆動信号がインバータ2dから永久磁石同期モータ1aに常時出力され、この結果、各相の駆動信号線には誘起電圧が発生しない。従って、アシスト時には、角速度検出値ωkが速度検出部11から出力されず、出力スイッチ12は、回転状態推定部9から入力された角速度推定値ωeを角速度信号ωとしてECU及びd軸電流指令値生成部8eに出力する。   Specifically, a motor drive signal is supplied from the inverter 2d to the permanent magnet synchronous motor 1a via the drive signal lines for each phase, and the permanent magnet synchronous motor 1a is rotationally driven. Here, since the inverter control unit 8 employs a sine wave energization method, a motor drive signal is always output from the inverter 2d to the permanent magnet synchronous motor 1a during assist, and as a result, an induction is generated in the drive signal line of each phase. No voltage is generated. Therefore, at the time of assist, the angular velocity detection value ωk is not output from the velocity detection unit 11, and the output switch 12 generates the ECU and d-axis current command value using the angular velocity estimation value ωe input from the rotation state estimation unit 9 as the angular velocity signal ω. To the unit 8e.

U相電流センサ3、V相電流センサ4から出力されたU相及びV相のモータ駆動電流Iu,Ivは座標変換器9aに入力される。座標変換器9aは、もう1相つまりW相のモータ駆動電流IwをU相及びV相のモータ駆動電流Iu,Ivから算出し、3相(U相,V相及びW相)のモータ駆動電流Iu,Iv,Iwに回転角推定値θeに応じた要素からなる変換マトリクスを用いて座標変換処理を施すことにより、永久磁石同期モータ1aに固有のq軸−d軸座標系におけるq軸電流検出値Iqとd軸電流検出値Idを生成する。     The U-phase and V-phase motor drive currents Iu and Iv output from the U-phase current sensor 3 and the V-phase current sensor 4 are input to the coordinate converter 9a. The coordinate converter 9a calculates the motor driving current Iw of the other phase, that is, the W phase from the motor driving currents Iu and Iv of the U phase and the V phase, and the motor driving current of the three phases (U phase, V phase and W phase). Q-axis current detection in the q-axis-d-axis coordinate system unique to the permanent magnet synchronous motor 1a is performed by applying a coordinate conversion process to Iu, Iv, Iw using a conversion matrix comprising elements corresponding to the estimated rotation angle θe. A value Iq and a d-axis current detection value Id are generated.

この時、d軸電流指令値生成部8eは、上記角速度信号ωが予め設定された角速度設定値未満の値であるので、弱め界磁制御を行わず、q軸電流指令値Iqsが出力されるようにスイッチ8dを制御すると共に、角速度信号ωに応じたd軸電流指令値Idsをd軸電流制御器8fに出力する。ここで、上記d軸電流指令値Idsは「0」に設定される。   At this time, the d-axis current command value generation unit 8e does not perform field weakening control and outputs the q-axis current command value Iqs because the angular velocity signal ω is less than the preset angular velocity setting value. The switch 8d is controlled and a d-axis current command value Ids corresponding to the angular velocity signal ω is output to the d-axis current controller 8f. Here, the d-axis current command value Ids is set to “0”.

減算器8aは、ECUから入力された角速度指令値ωとロータ位置・速度推定器9bから入力された角速度推定値ωeとの差分を演算することにより速度誤差Δωを生成し、速度制御器8bは、速度誤差Δωに比例積分・微分処理を施すことにより速度誤差Δωに対応するq軸電流指令値Iqsを演算してスイッチ8dに出力する。スイッチ8dは、q軸電流指令値Iqsをq軸電流制御器8gに出力する。そして、d軸電流制御器8fは、d軸電流指令値Idsとd軸電流検出値Idとに基づいてd軸電流指令値Idsに対応するd軸電圧指令値Vdを演算して2相/3相変換器8h及びロータ位置・速度推定器9bに出力する。一方、q軸電流制御器8gは、q軸電流指令値Iqsとq軸電流検出値Iqとに基づいてq軸電流指令値Iqsに対応するq軸電圧指令値Vqを演算して2相/3相変換器8h及びロータ位置・速度推定器9bに出力する。 Subtracter 8a generates a speed error Δω by calculating the difference between the angular velocity estimate ωe input from the angular velocity command value omega 0 input rotor position and speed estimator 9b from ECU, the speed controller 8b Calculates the q-axis current command value Iqs corresponding to the speed error Δω by performing proportional integral / differential processing on the speed error Δω, and outputs it to the switch 8d. The switch 8d outputs the q-axis current command value Iqs to the q-axis current controller 8g. Then, the d-axis current controller 8f calculates a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis current command value Ids based on the d-axis current command value Ids and the d-axis current detection value Id to obtain a two-phase / 3 Output to the phase converter 8h and the rotor position / speed estimator 9b. On the other hand, the q-axis current controller 8g calculates a q-axis voltage command value Vq corresponding to the q-axis current command value Iqs based on the q-axis current command value Iqs and the q-axis current detection value Iq to obtain a two-phase / 3 Output to the phase converter 8h and the rotor position / speed estimator 9b.

2相/3相変換器8hは、d軸電流制御器8fから入力された上記d軸に対応するd軸電圧指令値Vd及びq軸電流制御器8gから入力された上記q軸に対応するq軸電圧指令値Vqを、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上の3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該3相電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器8iに出力する。PWM信号発生器8iは、上記3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2dをスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力する。これにより、インバータ2dはモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ1aに供給し、永久磁石同期モータ1aのモータ回転数は時間経過に伴い増加していくことになる。   The two-phase / three-phase converter 8h includes a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis input from the d-axis current controller 8f and a q corresponding to the q-axis input from the q-axis current controller 8g. The shaft voltage command value Vq is converted into a three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw on a three-dimensional coordinate system composed of U phase, V phase, and W phase, and the three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw is PWMed. It outputs to the signal generator 8i. The PWM signal generator 8i generates a PWM signal for switching the inverter 2d based on the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2d. As a result, the inverter 2d generates a motor drive signal and supplies it to the permanent magnet synchronous motor 1a, and the motor rotation speed of the permanent magnet synchronous motor 1a increases with time.

<アシスト停止時>
そして、図2に示すように、永久磁石同期モータ1aの回転数(角速度推定値ωe)がアシスト回転数と一致した場合、ECUからアシスト停止を指示する動作指示信号Jが入力され、インバータ制御部8は、インバータ2dの運転を停止して永久磁石同期モータ1aの駆動を停止する。このようにアシスト停止時において、永久磁石同期モータ1aは、排気エネルギーによるタービン1cの回転によってフリーラン状態となる。
<When assist is stopped>
As shown in FIG. 2, when the rotation speed (angular velocity estimated value ωe) of the permanent magnet synchronous motor 1a coincides with the assist rotation speed, an operation instruction signal J for instructing stop of the assist is input from the ECU, and the inverter control unit 8 stops the operation of the inverter 2d and stops the driving of the permanent magnet synchronous motor 1a. As described above, when the assist is stopped, the permanent magnet synchronous motor 1a enters a free-run state due to the rotation of the turbine 1c by the exhaust energy.

この場合、各相の駆動信号線は高インピーダンス状態となり、永久磁石同期モータ1a
との間の各駆動信号線には固定子巻線と電機子との電磁誘導によって正弦波状の誘起電圧
が発生する。この誘起電圧は、永久磁石同期モータ1aの固定子巻線と電機子との電磁誘
導によって誘起されるので、接地電位(ゼロ電位)を中心電位とすると共に電機子の回転
周期(角速度)に対応する角周波数の交流電圧である。
In this case, the drive signal lines for each phase are in a high impedance state, and the permanent magnet synchronous motor 1a.
A sinusoidal induced voltage is generated in each drive signal line between the two by a magnetic induction between the stator winding and the armature. Since this induced voltage is induced by electromagnetic induction between the stator winding and the armature of the permanent magnet synchronous motor 1a, the ground potential (zero potential) is set as the center potential and the rotation period (angular velocity) of the armature is supported. AC voltage with angular frequency.

電圧センサ10は、U相駆動信号線の誘起電圧を検出して、電圧検出値として速度検出
部11のコンパレータ11aに出力する。この電圧検出値は、コンパレータ11aによっ
て接地電位と比較されることによりゼロクロス点(接地電位と交差する点)で状態遷移す
るパルス信号に変換される。このパルス信号は、電機子の回転周期に同期した信号であり、
F/V変換器11bによって電機子の角速度に対応した直流電圧に変換され、角速度検出
値ωkとして出力スイッチ12に出力される。出力スイッチ12は、アシスト停止時の場
合、角速度検出値ωkを角速度信号ωとしてECU及びd軸電流指令値生成部8eに出
力する。
The voltage sensor 10 detects the induced voltage of the U-phase drive signal line and outputs it as a voltage detection value to the comparator 11a of the speed detection unit 11. This voltage detection value is converted to a pulse signal that makes a state transition at a zero cross point (a point that crosses the ground potential) by being compared with the ground potential by the comparator 11a. This pulse signal is a signal synchronized with the rotation period of the armature,
The F / V converter 11b converts the voltage into a DC voltage corresponding to the angular velocity of the armature, and outputs it to the output switch 12 as the angular velocity detection value ωk. When the assist is stopped, the output switch 12 outputs the angular velocity detection value ωk as the angular velocity signal ω to the ECU and the d-axis current command value generation unit 8e.

このように、アシスト停止時においては、永久磁石同期モータ1aの誘起電圧のゼロク
ロス点で状態遷移するパルス信号に基づいて角速度検出値ωkを生成することにより、温度変動等に起因して誘起電圧の振幅が変動した場合であっても、その変動に影響されることなく高精度の角速度を検出することができる。
As described above, when the assist is stopped, the angular velocity detection value ωk is generated based on the pulse signal that makes a state transition at the zero crossing point of the induced voltage of the permanent magnet synchronous motor 1a. Even when the amplitude fluctuates, a highly accurate angular velocity can be detected without being affected by the fluctuation.

そして、角速度信号ωがアシスト角速度に設定された角速度設定値ωs以上の値になっているため、d軸電流指令値生成部8eは、弱め界磁制御を行うために、基準q軸電流指令値Iqoが出力されるようにスイッチ8dを制御すると共に、第1実施形態と同様に、上記演算式(1)を用いて永久磁石同期モータ1aにおける電機子のd軸電流が永久磁石同期モータ1aの誘導起電力(EMF)を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値Idsを算出してd軸電流制御器8fに出力する。   Since the angular velocity signal ω is equal to or greater than the angular velocity setting value ωs set to the assist angular velocity, the d-axis current command value generation unit 8e has the reference q-axis current command value Iqo to perform field weakening control. The switch 8d is controlled so as to be output, and, similarly to the first embodiment, the d-axis current of the armature in the permanent magnet synchronous motor 1a is induced by the permanent magnet synchronous motor 1a using the above equation (1). The d-axis current command value Ids that flows in the direction of weakening the electric power (EMF) is calculated and output to the d-axis current controller 8f.

d軸電流制御器8fは、上記演算式(1)を用いて算出されたd軸電流指令値Idsとd軸電流検出値Idとに基づいてd軸電流指令値Idsに対応するd軸電圧指令値Vdを演算して2相/3相変換器8hに出力する。一方、q軸電流制御器8gは、基準q軸電流指令値Iqoとq軸電流検出値Iqとに基づいて基準q軸電流指令値Iqo(つまり零)に対応するq軸電圧指令値Vqを演算して2相/3相変換器8hに出力する。   The d-axis current controller 8f is a d-axis voltage command corresponding to the d-axis current command value Ids based on the d-axis current command value Ids and the d-axis current detection value Id calculated by using the arithmetic expression (1). The value Vd is calculated and output to the 2-phase / 3-phase converter 8h. On the other hand, the q-axis current controller 8g calculates the q-axis voltage command value Vq corresponding to the reference q-axis current command value Iqo (that is, zero) based on the reference q-axis current command value Iqo and the q-axis current detection value Iq. And output to the 2-phase / 3-phase converter 8h.

2相/3相変換器8hは、d軸電流制御器8fから入力された上記d軸に対応するd軸電圧指令値Vd及びq軸電流制御器8gから入力された上記q軸に対応するq軸電圧指令値Vqを、U相、V相及びW相からなる3次元座標系上の3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該3相電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器8iに出力する。PWM信号発生器8iは、上記3相電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2dをスイッチング動作させるためのPWM信号を生成してインバータ2dに出力する。   The two-phase / three-phase converter 8h includes a d-axis voltage command value Vd corresponding to the d-axis input from the d-axis current controller 8f and a q corresponding to the q-axis input from the q-axis current controller 8g. The shaft voltage command value Vq is converted into a three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw on a three-dimensional coordinate system composed of U phase, V phase, and W phase, and the three-phase voltage manipulated variable Vu, Vv, Vw is PWMed. It outputs to the signal generator 8i. The PWM signal generator 8i generates a PWM signal for switching the inverter 2d based on the three-phase voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2d.

これにより、第1実施形態と同様に、アシスト停止時において、永久磁石同期モータ1aは弱め界磁制御されることになり、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力はインバータ2dの直流電圧以上の値とはならず、その結果、回生現象は発生しない。   As a result, as in the first embodiment, when the assist is stopped, the permanent magnet synchronous motor 1a is subjected to field weakening control, and the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a is greater than the DC voltage of the inverter 2d. As a result, no regenerative phenomenon occurs.

以上説明したように、第2実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムは、第1実施形態とは永久磁石同期モータ1aの回転状態を把握する手段が異なるものであり、
電動機付ターボチャージャにおける永久磁石同期モータ1aの回生現象を防止すると共に、永久磁石同期モータ1aの高効率化及び小型化を図ることが可能である。
As explained above, the turbocharger control system with motor according to the second embodiment is different from the first embodiment in the means for grasping the rotation state of the permanent magnet synchronous motor 1a.
In addition to preventing the regeneration phenomenon of the permanent magnet synchronous motor 1a in the turbocharger with electric motor, it is possible to increase the efficiency and size of the permanent magnet synchronous motor 1a.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。     In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.

(1)上記第1及び第2実施形態では、永久磁石同期モータ1aの回転数(角速度)が、永久磁石同期モータ1aによるアシストの停止を規定するアシスト角速度に到達した場合に、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力がインバータ2dの直流電圧と一致するように永久磁石同期モータ1aを設計し、角速度設定値ωsを上記アシスト角速度に設定した。これは、図3からわかるように、このように設計することにより、高効率化及び小型化の効果を最大限に得ることができるためである。一方、高効率化及び小型化の効果は落ちるが、例えば、図2におけるアシスト回転数から最大回転数の間の所定の回転数に応じた角速度を角速度設定値ωsとして設定し、永久磁石同期モータ1aの回転数(角速度)が、このように設定した角速度設定値ωsに到達した場合に、永久磁石同期モータ1aの誘導起電力がインバータ2dの直流電圧と一致するように永久磁石同期モータ1aを設計しても良い。 (1) In the first and second embodiments, when the rotational speed (angular velocity) of the permanent magnet synchronous motor 1a reaches the assist angular velocity that defines the stop of the assist by the permanent magnet synchronous motor 1a, the permanent magnet synchronous motor The permanent magnet synchronous motor 1a was designed so that the induced electromotive force of 1a coincided with the DC voltage of the inverter 2d, and the angular velocity set value ωs was set to the assist angular velocity. This is because, as can be seen from FIG. 3, by designing in this way, the effects of high efficiency and miniaturization can be obtained to the maximum. On the other hand, although the effects of high efficiency and downsizing are reduced, for example, an angular speed corresponding to a predetermined rotational speed between the assist rotational speed and the maximum rotational speed in FIG. 2 is set as the angular speed set value ωs, and the permanent magnet synchronous motor When the rotational speed (angular velocity) of 1a reaches the angular velocity set value ωs set in this way, the permanent magnet synchronous motor 1a is set so that the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a matches the DC voltage of the inverter 2d. You may design.

(2)上記第1実施形態では、U相電流センサ3、V相電流センサ4、W相電流センサ5によって各々検出されたU相、V相、W相のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwを検出し、このモータ駆動電流Iu、Iv、Iwをインバータ制御部6(3相/2相変換器6h)に供給することにより永久磁石同期モータ1aの電機子に固有のq軸−d軸座標系におけるq軸電流検出値Iq及びd軸電流検出値Idを演算するが、これに代えて、図5に示すように昇圧回路2bからインバータ2dに供給される電源電流Ipを電流センサ(電源電流検出手段)20によって検出し、この電源電流Ipをインバータ制御部6Aに供給することによりq軸電流検出値Iq及びd軸電流検出値Idを演算するようにしても良い。 (2) In the first embodiment, the U-phase, V-phase, and W-phase motor drive currents Iu, Iv, and Iw detected by the U-phase current sensor 3, the V-phase current sensor 4, and the W-phase current sensor 5, respectively. The q-axis-d-axis coordinate system specific to the armature of the permanent magnet synchronous motor 1a is detected by supplying the motor drive currents Iu, Iv, Iw to the inverter control unit 6 (3-phase / 2-phase converter 6h). The q-axis current detection value Iq and the d-axis current detection value Id are calculated in place of the power supply current Ip supplied from the booster circuit 2b to the inverter 2d as shown in FIG. The q-axis current detection value Iq and the d-axis current detection value Id may be calculated by detecting the power supply current Ip to the inverter control unit 6A.

この場合のインバータ制御部6Aは、図6に示すようにインバータ制御部6に相電流再現器(電流変換手段)6kを付加した構成となる。この相電流再現器6kは、PWM信号発生器6jから供給されるPWM信号に基づいて電源電流Ipを3相のモータ駆動電流Iu、Iv、Iwに変換する。なお、図5では、電流センサ20を電源の+側に設けて電源電流Ipを検出する場合を示したが、電源の−側に電流センサ20を設けて電源電流Ipを検出するようにしても良い。なお、このような電流検出手法は、第2実施形態でも同様に用いることができる。    In this case, the inverter control unit 6A has a configuration in which a phase current reproducer (current conversion means) 6k is added to the inverter control unit 6 as shown in FIG. The phase current reproducer 6k converts the power supply current Ip into three-phase motor drive currents Iu, Iv, and Iw based on the PWM signal supplied from the PWM signal generator 6j. Although FIG. 5 shows the case where the current sensor 20 is provided on the + side of the power supply to detect the power supply current Ip, the current sensor 20 may be provided on the − side of the power supply to detect the power supply current Ip. good. Such a current detection method can be similarly used in the second embodiment.

(3)図7は、図5の変形例を示すブロック図である。この図に示すように、インバータ2dは、3相モータである永久磁石同期モータ1aを駆動するものなので、各相(U相,V相及びW相)に対応した3つのスイッチアーム30〜32を備えている。図5では、昇圧回路2bからインバータ2dに供給される電源電流Ipを検出したが、本変形例ではスイッチアーム30〜32に流れるアーム電流Iaを電流センサ(アーム電流検出手段)21で検出して上述したインバータ制御部6Aに供給する。なお、図7では、電流センサ21をU相のスイッチアーム30に設けているが、他の相つまりV相あるいはW相のスイッチアーム31、32に設けるようにしても良い。なお、このような電流検出手法は、第2実施形態でも同様に用いることができる。  (3) FIG. 7 is a block diagram showing a modification of FIG. As shown in this figure, since the inverter 2d drives a permanent magnet synchronous motor 1a which is a three-phase motor, three switch arms 30 to 32 corresponding to each phase (U phase, V phase and W phase) are provided. I have. In FIG. 5, the power supply current Ip supplied from the booster circuit 2b to the inverter 2d is detected, but in this modification, the arm current Ia flowing through the switch arms 30 to 32 is detected by the current sensor (arm current detecting means) 21. It supplies to the inverter control part 6A mentioned above. In FIG. 7, the current sensor 21 is provided in the U-phase switch arm 30, but may be provided in other phases, that is, the V-phase or W-phase switch arms 31 and 32. Such a current detection method can be similarly used in the second embodiment.

(4)上記第2実施形態において、例えば、図8に示すように電圧センサ10に加えてV相駆動信号線の電圧を検出する電圧センサ10Aを設け、U相及びV相駆動信号線の電圧を速度検出部11Aに供給し、両電圧をコンパレータで比較することによって両電圧の大小関係が逆転するタイミングで状態遷移するパルス信号を生成するようにしても良い。両電圧は、120°の位相差を有しているので、1周期の間に2回大小関係が逆転する。なお、速度検出部11Aに供給する電圧は、U相及びV相の駆動信号線に限定されず、3相(U相,V相及びW相)のうちいずれか2相を選択すれば良い。   (4) In the second embodiment, for example, as shown in FIG. 8, in addition to the voltage sensor 10, a voltage sensor 10A for detecting the voltage of the V-phase drive signal line is provided, and the voltages of the U-phase and V-phase drive signal lines are provided. May be supplied to the speed detection unit 11A, and the two voltages may be compared by a comparator to generate a pulse signal that changes state at the timing when the magnitude relationship between the two voltages is reversed. Since both voltages have a phase difference of 120 °, the magnitude relationship is reversed twice during one period. Note that the voltage supplied to the speed detector 11A is not limited to the U-phase and V-phase drive signal lines, and any two of the three phases (U-phase, V-phase, and W-phase) may be selected.

(5)上記第1及び第2実施形態では、直流電源2aを用いているため昇圧回路2bをDC/DCコンバータとしたが、これに限定されず、交流電源を用いた場合は昇圧回路2bとしてAC/DCコンバータを用いても良い。 (5) In the first and second embodiments, since the DC power source 2a is used, the booster circuit 2b is a DC / DC converter. However, the present invention is not limited to this, and when an AC power source is used, the booster circuit 2b is used. An AC / DC converter may be used.

(6)上記第1実施形態では永久磁石同期モータ1aの1回転で1パルスのパルス信号を出力する回転位置センサ1bを用いたが、本発明はこれに限定されない。1回転で複数のパルスを出力する回転位置センサを用い、当該回転位置センサの出力を速度算出器7に入力しても良い。   (6) In the first embodiment, the rotational position sensor 1b that outputs a pulse signal of one pulse by one rotation of the permanent magnet synchronous motor 1a is used. However, the present invention is not limited to this. A rotational position sensor that outputs a plurality of pulses in one rotation may be used, and the output of the rotational position sensor may be input to the speed calculator 7.

(7)上記第1実施形態における回転位置センサ1bはホール素子を検出素子として用いるものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。回転位置センサ1bは、ホール素子以外の検出素子(例えば磁気抵抗素子)を用いたものであっても良い。   (7) Although the rotational position sensor 1b in the first embodiment uses a Hall element as a detection element, the present invention is not limited to this. The rotational position sensor 1b may use a detection element (for example, a magnetoresistive element) other than the Hall element.

(8)さらに、上記第1及び第2実施形態では、アシスト時において、d軸電流指令値Idsを「0」に設定したが、これはベクトル制御において一般的に行われることである。しかし、本発明はこれに限定されない。必要に応じてd軸電流指令値Idsに「0」以外の定数を設定しても良い。 (8) Furthermore, in the first and second embodiments, the d-axis current command value Ids is set to “0” during assist, but this is generally performed in vector control. However, the present invention is not limited to this. A constant other than “0” may be set in the d-axis current command value Ids as necessary.

(9)また、上記第2実施形態ではコンパレータ11aとF/V変換器11bとからなる速度検出部11を用いるが、速度検出部11の構成はこれに限定されるものではない。電圧センサ10によって検出される電圧の変動周期を直流電圧に変換するものであれば他の構成でも良い。他の構成例としては、例えばPLL(Phas Locked Loop)回路を用いるものやマイコンを用いたソフトウエア処理によるもの等が考えられる。   (9) In the second embodiment, the speed detection unit 11 including the comparator 11a and the F / V converter 11b is used. However, the configuration of the speed detection unit 11 is not limited to this. Any other configuration may be used as long as it converts the fluctuation cycle of the voltage detected by the voltage sensor 10 into a DC voltage. As other configuration examples, for example, a configuration using a PLL (Phas Locked Loop) circuit or a software processing using a microcomputer can be considered.

(10)上記第2実施形態では、ECUから供給される動作指示信号Jに基づいて角速度推定値ωeと角速度検出値ωkとを切り替え角速度信号ωとしてECUに出力するようにしたが、これに代えて動作指示信号Jをインバータ制御部8内で生成するようにしても良い。角速度指令値ωはアシスト時にのみECUからインバータ制御部8に供給されるので、インバータ制御部8は、角速度指令値ωの供給/非供給を判断し、この判断結果に基づいて動作指示信号Jを生成する。 (10) In the second embodiment, the estimated angular velocity value ωe and the detected angular velocity value ωk are output to the ECU as the switching angular velocity signal ω based on the operation instruction signal J supplied from the ECU. Then, the operation instruction signal J may be generated in the inverter control unit 8. Since the angular velocity command value ω 0 is supplied from the ECU to the inverter control unit 8 only at the time of assist, the inverter control unit 8 determines whether or not to supply the angular velocity command value ω 0 , and an operation instruction signal based on the determination result J is generated.

(11)上記第1及び第2実施形態では永久磁石同期モータ1aの回転状態を示す回転状態値として角速度を用いたが、これに限らず、回転状態値として回転数などを用いても良い。 (11) In the first and second embodiments, the angular velocity is used as the rotation state value indicating the rotation state of the permanent magnet synchronous motor 1a. However, the present invention is not limited to this, and the rotation number or the like may be used as the rotation state value.

本発明の第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。1 is a configuration block diagram of a turbocharger control system with an electric motor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの動作に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding operation | movement of the turbocharger control system with an electric motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムにおける永久磁石同期モータ1aの設計手法に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the design method of the permanent-magnet synchronous motor 1a in the turbocharger control system with an electric motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。It is a block diagram of a turbocharger control system with an electric motor according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの第1変形例である。It is a 1st modification of the turbocharger control system with an electric motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの第1変形例に関する詳細説明図である。It is detailed explanatory drawing regarding the 1st modification of the turbocharger control system with an electric motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの第2変形例である。It is a 2nd modification of the turbocharger control system with an electric motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの変形例である。It is a modification of the turbocharger control system with an electric motor which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…電動機付きターボチャージャ、1a…永久磁石同期モータ、1b…回転位置センサ、1c…タービン、1d…コンプレッサ、2…モータ駆動部、2a…直流電源、2b…昇圧回路、2c…平滑コンデンサ、2d…インバータ、3…U相電流センサ、4…V相電流センサ、5…W相電流センサ、6、8…インバータ制御部、7…速度算出器、9…回転状態推定部、10…電圧センサ、11…速度検出部、12…出力スイッチ      DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbocharger with an electric motor, 1a ... Permanent magnet synchronous motor, 1b ... Rotary position sensor, 1c ... Turbine, 1d ... Compressor, 2 ... Motor drive part, 2a ... DC power supply, 2b ... Booster circuit, 2c ... Smoothing capacitor, 2d Inverter, 3 U phase current sensor, 4 V phase current sensor, 5 W phase current sensor, 6 8 inverter control unit, 7 speed calculator, 9 rotational state estimation unit, 10 voltage sensor, 11 ... speed detector, 12 ... output switch

Claims (12)

エンジンに付設されたターボチャージャに、インバータによって駆動信号が供給されるアシスト用の電動機が連結された電動機付ターボチャージャの制御システムであって、
前記電動機の回転状態を示す回転状態値を把握する回転状態把握手段と、
前記回転状態把握手段によって把握された前記回転状態値が予め設定された回転状態設
定値以上の値になった場合に、前記電動機の誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うため
のインバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する制御手段と、
を具備し、
前記回転状態設定値は、前記電動機の誘導起電力が前記インバータの直流電圧と一致す
る場合における前記電動機の回転状態値に設定されている、
ことを特徴とする電動機付ターボチャージャ制御システム。
A control system for a turbocharger with an electric motor, in which an assist electric motor to which a drive signal is supplied by an inverter is connected to a turbocharger attached to an engine,
Rotation state grasping means for grasping a rotation state value indicating the rotation state of the electric motor;
Generates an inverter control signal for performing field-weakening control to weaken the induced electromotive force of the motor when the rotational state value grasped by the rotational state grasping means becomes a value equal to or larger than a preset rotational state set value. Control means for outputting to the inverter;
Comprising
The rotational state set value is set to the rotational state value of the motor when the induced electromotive force of the motor matches the DC voltage of the inverter.
A turbocharger control system with an electric motor.
前記電動機の回転状態値が、前記電動機によるアシストの停止を規定するアシスト回転状態値に到達した場合に、前記電動機の誘導起電力が前記インバータの直流電圧と一致するように前記電動機は設計されており、前記回転状態設定値は前記アシスト回転状態値に設定されていることを特徴とする請求項1記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。   The motor is designed so that the induced electromotive force of the motor matches the DC voltage of the inverter when the rotation state value of the motor reaches an assist rotation state value that defines the stop of assist by the motor. The turbocharger control system with an electric motor according to claim 1, wherein the rotation state set value is set to the assist rotation state value. 前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
前記回転状態把握手段は、
前記センサレス永久磁石同期モータの回転子の回転位置を検出し、当該回転位置を示す回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段と、
前記回転位置検出信号を微分処理することにより前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値として角速度を算出する速度算出手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記速度算出手段にて算出された角速度が予め設定された角速度設定値以上の値になっ
た場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機
の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバ
ータに出力する、
ことを特徴とする請求項1または2記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor that is driven by receiving a supply of a three-phase drive signal,
The rotation state grasping means is
A rotational position detecting means for detecting a rotational position of a rotor of the sensorless permanent magnet synchronous motor and outputting a rotational position detection signal indicating the rotational position;
Speed calculating means for calculating an angular velocity as a rotation state value of the sensorless permanent magnet synchronous motor by differentiating the rotational position detection signal;
The control means includes
When the angular velocity calculated by the velocity calculating means becomes equal to or greater than a preset angular velocity setting value, the q-axis current of the armature in the motor becomes zero, and the d-axis current becomes the induction of the motor. Generating the inverter control signal so as to flow in the direction of weakening the power and outputting it to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 1 or 2.
少なくとも2相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、
上位制御装置から入力される角速度指令値と前記速度算出手段から入力される角速度算
出値との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成
手段と、
前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生
成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記q軸電流及びd軸電流を検
出する電機子軸電流検出手段と、
前記速度算出手段から入力される角速度算出値が角速度設定値以上の値になった場合に、
前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が
前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流
指令値生成手段と、
前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手
段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電
流制御手段と、
前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子軸
電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生
成するq軸電流制御手段と、
前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する
電圧操作量生成手段と、
前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチ
ングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM信号生成手
段と、
を備えることを特徴とする請求項3記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
Current detection means for detecting a current flowing in each of at least two-phase drive signal lines;
The control means includes
Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value between an angular velocity command value input from a host controller and an angular speed calculation value input from the speed calculation means;
Reference q-axis current command value generating means for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero;
A switch that selectively outputs one of the q-axis current command value generated by the speed control unit and the reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generation unit;
Armature shaft current detection means for detecting the q-axis current and the d-axis current based on the current detected by the current detection means;
When the angular velocity calculation value input from the velocity calculation means becomes a value equal to or higher than the angular velocity setting value,
The d-axis current command value that generates the d-axis current command value that controls the switch so that the reference q-axis current command value is output, and that the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. Generating means;
A d-axis voltage command value for the armature is generated based on the d-axis current command value generated by the d-axis current command value generation unit and the d-axis current detection value output from the armature shaft current detection unit. D-axis current control means,
A q-axis voltage command value for the armature is generated based on a q-axis current command value or a reference q-axis current command value output from the switch and a q-axis current detection value output from the armature shaft current detection means. Q-axis current control means for
Voltage manipulated variable generating means for generating a three-phase voltage manipulated variable of the electric motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value;
PWM signal generation means for generating a PWM signal for controlling switching of the inverter as the inverter control signal based on the three-phase voltage operation amount, and outputting the PWM signal to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 3, further comprising:
前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
前記回転状態把握手段は、
少なくとも1相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、
少なくとも2相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モー
タのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モー
タによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、
前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前
記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選
択手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値
になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
ことを特徴とする請求項1または2記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor that is driven by receiving a supply of a three-phase drive signal,
The rotation state grasping means is
Voltage detection means for detecting the voltage of at least one phase of the drive signal line;
Current detection means for detecting a current flowing in each of at least two-phase drive signal lines;
Rotation state detection means for detecting a rotation state value at the time of assist stop of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the voltage detected by the voltage detection means;
Rotation state estimation means for estimating a rotation state value at the time of assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the current detected by the current detection means;
An output selection means for selecting and outputting the rotation state value estimated by the rotation state estimation means during the assist, while selecting the rotation state value detected by the rotation state detection means when the assist is stopped;
The control means includes
When the rotation state value output from the output selection means becomes a value greater than or equal to a preset rotation state setting value, the q-axis current of the armature in the motor becomes zero, and the d-axis current becomes equal to that of the motor. Generating the inverter control signal so as to flow in the direction of weakening the induced electromotive force and outputting it to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 1 or 2.
前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
前記回転状態把握手段は、
少なくとも1相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記インバータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モー
タのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、
前記電源電流検出手段によって検出された電源電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、
前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値
になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
ことを特徴とする請求項1または2記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor that is driven by receiving a supply of a three-phase drive signal,
The rotation state grasping means is
Voltage detection means for detecting the voltage of at least one phase of the drive signal line;
Power supply current detection means for detecting a power supply current supplied to the inverter;
Rotation state detection means for detecting a rotation state value at the time of assist stop of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the voltage detected by the voltage detection means;
Rotation state estimation means for estimating a rotation state value at the time of assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the power supply current detected by the power supply current detection means;
An output selection means for selecting and outputting the rotation state value estimated by the rotation state estimation means during the assist, while selecting the rotation state value detected by the rotation state detection means when the assist is stopped;
The control means includes
When the rotation state value output from the output selection means becomes a value greater than or equal to a preset rotation state setting value, the q-axis current of the armature in the motor becomes zero, and the d-axis current becomes equal to that of the motor. Generating the inverter control signal so as to flow in the direction of weakening the induced electromotive force and outputting it to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 1 or 2.
前記電動機は、3相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
前記回転状態把握手段は、
少なくとも1相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記インバータのスイッチアームに流れるアーム電流を検出するアーム電流検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モー
タのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、
前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、
前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値
になった場合に、前記電動機における電機子のq軸電流が零となり、且つd軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
ことを特徴とする請求項1または2記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The electric motor is a sensorless permanent magnet synchronous motor that is driven by receiving a supply of a three-phase drive signal,
The rotation state grasping means is
Voltage detection means for detecting the voltage of at least one phase of the drive signal line;
Arm current detection means for detecting an arm current flowing in the switch arm of the inverter;
Rotation state detection means for detecting a rotation state value at the time of assist stop of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the voltage detected by the voltage detection means;
Rotation state estimation means for estimating a rotation state value at the time of assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the arm current detected by the arm current detection means;
An output selection means for selecting and outputting the rotation state value estimated by the rotation state estimation means during the assist, while selecting the rotation state value detected by the rotation state detection means when the assist is stopped;
The control means includes
When the rotation state value output from the output selection means becomes a value greater than or equal to a preset rotation state setting value, the q-axis current of the armature in the motor becomes zero, and the d-axis current becomes equal to that of the motor. Generating the inverter control signal so as to flow in the direction of weakening the induced electromotive force and outputting it to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 1 or 2.
前記回転状態推定手段は、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記q軸電流及びd軸電流を検出
する電機子軸電流検出手段と、
前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値及びd軸電流検出値に基づい
て前記回転状態値を推定する推定手段と、
を備え、
前記制御手段は、
上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値
との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成
手段と、
前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生
成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、
前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が
前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流
指令値生成手段と、
前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手
段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電
流制御手段と、
前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子軸
電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生成
するq軸電流制御手段と、
前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する
電圧操作量生成手段と、
前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチ
ングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM信号生成手
段と、
を備えることを特徴とする請求項5記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The rotational state estimating means includes
Armature shaft current detection means for detecting the q-axis current and the d-axis current based on the current detected by the current detection means;
Estimating means for estimating the rotational state value based on a q-axis current detection value and a d-axis current detection value output from the armature shaft current detection means;
With
The control means includes
Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value between the rotation state command value input from the host controller and the rotation state value output from the estimation means;
Reference q-axis current command value generating means for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero;
A switch that selectively outputs one of the q-axis current command value generated by the speed control unit and the reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generation unit;
When the rotation state value output from the output selection means is a value greater than or equal to the rotation state set value,
The d-axis current command value that generates the d-axis current command value that controls the switch so that the reference q-axis current command value is output, and that the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. Generating means;
A d-axis voltage command value for the armature is generated based on the d-axis current command value generated by the d-axis current command value generation unit and the d-axis current detection value output from the armature shaft current detection unit. D-axis current control means,
A q-axis voltage command value for the armature is generated based on a q-axis current command value or a reference q-axis current command value output from the switch and a q-axis current detection value output from the armature shaft current detection means. Q-axis current control means for
Voltage manipulated variable generating means for generating a three-phase voltage manipulated variable of the electric motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value;
PWM signal generation means for generating a PWM signal for controlling switching of the inverter as the inverter control signal based on the three-phase voltage operation amount, and outputting the PWM signal to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 5, comprising:
前記回転状態推定手段は、
前記電源電流検出手段によって検出された電源電流を少なくとも2相の駆動信号線の各
々に流れる電流に変換する電流変換手段と、
前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記q軸電流及びd軸電流を検出
する電機子軸電流検出手段と、
前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値及びd軸電流検出値に基づい
て前記回転状態値を推定する推定手段と、
を備え、
前記制御手段は、
上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値
との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成
手段と、
前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生
成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、
前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が
前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流
指令値生成手段と、
前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手
段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電
流制御手段と、
前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子軸
電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生成
するq軸電流制御手段と、
前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する
電圧操作量生成手段と、
前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチ
ングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM信号生成手
段と、
を備えることを特徴とする請求項6記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The rotational state estimating means includes
Current conversion means for converting the power supply current detected by the power supply current detection means into a current flowing in each of at least two-phase drive signal lines;
Armature shaft current detection means for detecting the q-axis current and the d-axis current based on the current converted by the current conversion means;
Estimating means for estimating the rotational state value based on a q-axis current detection value and a d-axis current detection value output from the armature shaft current detection means;
With
The control means includes
Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value between the rotation state command value input from the host controller and the rotation state value output from the estimation means;
Reference q-axis current command value generating means for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero;
A switch that selectively outputs one of the q-axis current command value generated by the speed control unit and the reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generation unit;
When the rotation state value output from the output selection means is a value greater than or equal to the rotation state set value,
The d-axis current command value that generates the d-axis current command value that controls the switch so that the reference q-axis current command value is output, and that the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. Generating means;
A d-axis voltage command value for the armature is generated based on the d-axis current command value generated by the d-axis current command value generation unit and the d-axis current detection value output from the armature shaft current detection unit. D-axis current control means,
A q-axis voltage command value for the armature is generated based on a q-axis current command value or a reference q-axis current command value output from the switch and a q-axis current detection value output from the armature shaft current detection means. Q-axis current control means for
Voltage manipulated variable generating means for generating a three-phase voltage manipulated variable of the electric motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value;
PWM signal generation means for generating a PWM signal for controlling switching of the inverter as the inverter control signal based on the three-phase voltage operation amount, and outputting the PWM signal to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 6, further comprising:
前記回転状態推定手段は、
前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流を少なくとも2相の駆動信号線
の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、
前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記q軸電流及びd軸電流を検出
する電機子軸電流検出手段と、
前記電機子軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値及びd軸電流検出値に基づい
て前記回転状態値を推定する推定手段と、
を備え、
前記制御手段は、
上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値
との差分値を基にq軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
前記q軸電流が零となるような基準q軸電流指令値を生成する基準q軸電流指令値生成
手段と、
前記速度制御手段が生成したq軸電流指令値と、前記基準q軸電流指令値生成手段が生
成した基準q軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、
前記基準q軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、d軸電流が
前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなd軸電流指令値を生成するd軸電流
指令値生成手段と、
前記d軸電流指令値生成手段にて生成されたd軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手
段から出力されるd軸電流検出値とを基に前記電機子のd軸電圧指令値を生成するd軸電
流制御手段と、
前記スイッチから出力されるq軸電流指令値または基準q軸電流指令値と前記電機子
軸電流検出手段から出力されるq軸電流検出値とを基に前記電機子のq軸電圧指令値を生
成するq軸電流制御手段と、
前記d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を基に前記電動機の3相電圧操作量を生成する
電圧操作量生成手段と、
前記3相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチ
ングを制御するためのPWM信号を生成して前記インバータに出力するPWM信号生成手
段と、
を備えることを特徴とする請求項7記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The rotational state estimating means includes
Current converting means for converting the arm current detected by the arm current detecting means into a current flowing in each of at least two-phase drive signal lines;
Armature shaft current detection means for detecting the q-axis current and the d-axis current based on the current converted by the current conversion means;
Estimating means for estimating the rotational state value based on a q-axis current detection value and a d-axis current detection value output from the armature shaft current detection means;
With
The control means includes
Speed control means for generating a q-axis current command value based on a difference value between the rotation state command value input from the host controller and the rotation state value output from the estimation means;
Reference q-axis current command value generating means for generating a reference q-axis current command value such that the q-axis current becomes zero;
A switch that selectively outputs one of the q-axis current command value generated by the speed control unit and the reference q-axis current command value generated by the reference q-axis current command value generation unit;
When the rotation state value output from the output selection means is a value greater than or equal to the rotation state set value,
The d-axis current command value that generates the d-axis current command value that controls the switch so that the reference q-axis current command value is output, and that the d-axis current flows in a direction that weakens the induced electromotive force of the motor. Generating means;
A d-axis voltage command value for the armature is generated based on the d-axis current command value generated by the d-axis current command value generation unit and the d-axis current detection value output from the armature shaft current detection unit. D-axis current control means,
A q-axis voltage command value for the armature is generated based on a q-axis current command value or a reference q-axis current command value output from the switch and a q-axis current detection value output from the armature shaft current detection means. Q-axis current control means for
Voltage manipulated variable generating means for generating a three-phase voltage manipulated variable of the electric motor based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value;
PWM signal generation means for generating a PWM signal for controlling switching of the inverter as the inverter control signal based on the three-phase voltage operation amount, and outputting the PWM signal to the inverter;
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 7, comprising:
前記電圧検出手段は、1相の駆動信号線の電圧を検出し、
前記回転状態検出手段は、前記1相の駆動信号線の電圧のゼロクロス点に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値を検出する、
ことを特徴とする請求項5〜10のいずれか一項に記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The voltage detecting means detects a voltage of a one-phase drive signal line,
The rotation state detection means detects a rotation state value of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on a zero cross point of a voltage of the one-phase drive signal line;
The turbocharger control system with an electric motor according to any one of claims 5 to 10.
前記電圧検出手段は、2相の駆動信号線の各々の電圧を検出し、
前記回転状態検出手段は、前記2相の駆動信号線の各々の電圧の差分に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値を検出する、
ことを特徴とする請求項5〜10のいずれか一項に記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
The voltage detection means detects the voltage of each of the two-phase drive signal lines,
The rotation state detection means detects a rotation state value of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on a voltage difference between the two-phase drive signal lines;
The turbocharger control system with an electric motor according to any one of claims 5 to 10.
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