JP2009089462A - Control system for turbocharger with motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the regenerating phenomena of a motor in a turbocharger with a motor, and also, achieve the higher efficiency and the miniaturization of the motor. <P>SOLUTION: The control system for the turbo charger with a motor, where the motor for assistance to be supplied with a drive signal by an inverter is coupled with the turbo charger annexed to an engine, includes an opening/closing switching means, which switches the opening/closing state of a drive signal line that connects the inverter with the motor, a rotational state grasping means, which grasps a rotating state value that shows the rotational state of the motor, and an opening/closing control means, which controls the above opening/closing switching means so that it may switch into an open state when the rotational state value grasped by the rotational state grasping means amounts to its preset set value of the rotational state. The set value of the rotational state is set to the rotational state value of the motor when the induced electromotive force of the motor accords with 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(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, in the motor free run state during the period from the stop of assist by the permanent magnet synchronous motor to the maximum rotation speed driven by the turbine alone, the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor is the DC of the inverter. A regenerative phenomenon in which the current flows backward from the permanent magnet synchronous motor to the inverter when the voltage exceeds the voltage (a phenomenon in which the permanent magnet synchronous motor acts as a generator and converts the rotational energy of the turbine into electrical energy and returns it to the inverter on the power supply side. ) Occurs, the brake is applied to the rotation of the turbine. 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、前記インバータと前記電動機とを接続する駆動信号線の開閉状態を切り替える開閉切替手段と、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、前記開閉切替手段を開状態に切り替わるように制御する開閉制御手段と、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 an open / close switching means for switching an open / close state of a drive signal line connecting the inverter and the electric motor, and a rotational state for grasping a rotational state value indicating the rotational state of the electric motor Grasping means and opening / closing control for controlling the opening / closing switching means to switch to an open state when the rotational state value grasped by the rotational state grasping means is equal to or greater than a preset rotational state setting value. And the rotational state set value is determined so that the induced electromotive force of the motor is equal to the DC voltage of the inverter. It is set in rotation value of the motor in the case of, characterized in 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、前記開閉切替手段は、前記インバータと前記センサレス永久磁石同期モータとを接続する全ての相の駆動信号線の開閉状態を切り替え、前記回転状態把握手段は、前記開閉切替手段と前記センサレス永久磁石同期モータとの間に設けられ、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、前記電圧検出手段が検出する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、前記電流検出手段が検出し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前記開閉制御手段及び上位のエンジン制御装置に出力する出力選択手段と、を有する、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 open / close switching means switches the open / closed states of the drive signal lines of all phases connecting the inverter and the sensorless permanent magnet synchronous motor, and the rotation state grasping means includes the open / close switching means and the sensorless permanent magnet. A voltage detection means for detecting a voltage of at least one phase drive signal line; a current detection means for detecting a current flowing through each of at least two phase drive signal lines; and the voltage detection means. Rotation state detection means for detecting a rotation state value when the assist of the sensorless permanent magnet synchronous motor is stopped based on a voltage detected by the motor 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; and rotation state value detected by the rotation state detection means at the time of assist stop And the output selection means for selecting the rotation state value estimated by the rotation state estimation means and outputting it to the opening / closing control means and the host engine control device at the time of the assist.

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、前記開閉切替手段は、前記インバータと前記センサレス永久磁石同期モータとを接続する全ての相の駆動信号線の開閉状態を切り替え、前記回転状態把握手段は、前記開閉切替手段と前記センサレス永久磁石同期モータとの間に設けられ、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、前記電圧検出手段が検出する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が検出し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前記開閉制御手段及び上位のエンジン制御装置に出力する出力選択手段と、を有する、ことを特徴とする。  Further, as a fourth 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 open / close switching means switches the open / closed states of the drive signal lines of all phases connecting the inverter and the sensorless permanent magnet synchronous motor, and the rotation state grasping means includes the open / close switching means and the sensorless permanent magnet. A voltage detection unit that is provided between the synchronous motor and detects the voltage of at least one phase of the drive signal line, a power supply current detection unit that detects a power supply current supplied to the inverter, and the voltage detection unit detects A rotation state detecting means for detecting a rotation state value at the time of assist stop of the sensorless permanent magnet synchronous motor based on a voltage; The rotation state estimation means for estimating the 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, and the rotation state value detected by the rotation state detection means at the time of the assist stop And the output selection means for selecting the rotation state value estimated by the rotation state estimation means and outputting it to the opening / closing control means and the host engine control device at the time of the assist.

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、前記開閉切替手段は、前記インバータと前記センサレス永久磁石同期モータとを接続する全ての相の駆動信号線の開閉状態を切り替え、前記回転状態把握手段は、前記開閉切替手段と前記センサレス永久磁石同期モータとの間に設けられ、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、前記電圧検出手段が検出する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が検出する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前記開閉制御手段及び上位のエンジン制御装置に出力する出力選択手段と、を有する、ことを特徴とする。  Further, as a fifth solving means related 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 open / close switching means switches the open / closed states of the drive signal lines of all phases connecting the inverter and the sensorless permanent magnet synchronous motor, and the rotation state grasping means includes the open / close switching means and the sensorless permanent magnet. Voltage detection means provided between the synchronous motor and detecting the voltage of at least one phase drive signal line; arm current detection means for detecting an arm current flowing through the switch arm of the inverter; and the voltage detection means Rotation for detecting a rotation state value when the assist of the sensorless permanent magnet synchronous motor is stopped based on a voltage to be State detection means, rotation state estimation means for estimating a rotation state value during assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the arm current detected by the arm current detection means, and rotation state detection means when the assist is stopped An output selection unit that selects the detected rotation state value, and selects the rotation state value estimated by the rotation state estimation unit and outputs it to the opening / closing control unit and the host engine control device during the assist. It is characterized by.

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3〜第5のいずれか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 a sixth solving means relating to the turbocharger control system with an electric motor, in any one of the third to fifth solving means, the voltage detecting means detects a voltage of a one-phase drive signal line, and The rotation state detection means detects a rotation 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7の解決手段として、上記第3〜第5のいずれか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 seventh solving means relating to the turbocharger control system with an electric motor, in any one of the third to fifth solving means, the voltage detecting means detects each voltage of the two-phase drive signal lines. The rotation state detecting 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.

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1〜第7のいずれかの解決手段において、前記回転状態値として角速度を用いる、ことを特徴とする。  Further, as an eighth solving means relating to the turbocharger control system with an electric motor, in any one of the first to seventh solving means, an angular velocity is used as the rotation state value.

本発明によると、電動機の回転状態に応じて、インバータと電動機とを接続する駆動信号線の開閉状態を切り替える開閉切替手段を設けることにより、電動機の回転状態値が、回生現象が発生する回転状態値、つまり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回転状態値(回転状態設定値)以上の値になった場合に、開閉切替手段を制御して駆動信号線を開状態に切り替えることが可能となる。これにより、駆動信号線には電流が流れないので回生現象は発生し得ず、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。   According to the present invention, by providing an open / close switching means for switching the open / close state of the drive signal line connecting the inverter and the electric motor according to the rotational state of the electric motor, the rotational state value of the electric motor is a rotational state in which a regeneration phenomenon occurs. When the value, that is, the induced electromotive force of the motor becomes equal to or greater than the rotation state value (rotation state setting value) that matches the DC voltage of the inverter, the drive signal line is switched to the open state by controlling the open / close switching means. Is possible. As a result, since no current flows through the drive signal line, a regenerative phenomenon cannot occur, and the degree of freedom in designing the 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。
図1は、本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、本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、電磁開閉器3、第1の電流センサ4、第2の電流センサ5、モータ制御部6、電圧センサ7、速度検出部8、出力スイッチ9及び開閉制御器10から構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the turbocharger control system with an electric motor according to this embodiment. As shown in FIG. 1, a turbocharger control system with an electric motor according to this embodiment includes an electric turbocharger 1, a motor drive unit 2, an electromagnetic switch 3, a first current sensor 4, and a second current sensor 5. , A motor control unit 6, a voltage sensor 7, a speed detection unit 8, an output switch 9, and an opening / closing controller 10.

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、タービン1b及びコンプレッサ1c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及びインバータ2cから構成されている。永久磁石同期モータ(電動機)1aは、回転子の回転状態(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1bの回転軸と同軸上に連結され、インバータ2c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1bの回転を補助(アシスト)する。タービン1bとコンプレッサ1c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1bを回転させることにより、コンプレッサ1c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 turbocharger 1 with an electric motor is composed of a permanent magnet synchronous motor 1a, a turbine 1b, and a compressor 1c, and the motor drive unit 2 is composed of a DC power source 2a, a booster circuit 2b, and an inverter 2c. 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 rotor, and is coaxial with the rotation shaft of the turbine 1b. The three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) motor drive signals connected to the inverter 2c are rotationally driven to assist (assist) the rotation of the turbine 1b. The turbine 1b and the compressor 1c are coaxially connected to form a turbocharger. By rotating the turbine 1b using exhaust energy of an engine (not shown), the compressor 1c 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、必要に応じて設けられるものであり、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2cに供給する。インバータ2cは、モータ制御部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源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 provided as necessary, boosts the DC power supply voltage supplied from the DC power supply 2a, and supplies it to the inverter 2c. The inverter 2c switches the DC power supply voltage supplied from the booster circuit 2b based on the PWM signal supplied from the motor control unit 6, thereby generating a three-phase motor drive signal composed of the U phase, the V phase, and the W phase. Generated and supplied to the permanent magnet synchronous motor 1a.

電磁開閉器(開閉切替手段)3は、開閉制御器10から入力される開閉制御信号に応じて、インバータ2cのU相出力端と永久磁石同期モータ1aのU相固定子巻線とを接続するU相駆動信号線、インバータ2cのV相出力端と永久磁石同期モータ1aのV相固定子巻線とを接続するV相駆動信号線、インバータ2cのW相出力端と永久磁石同期モータ1aのW相固定子巻線とを接続するW相駆動信号線の開閉状態を切り替える開閉器である。   The electromagnetic switch (open / close switching means) 3 connects the U-phase output terminal of the inverter 2c and the U-phase stator winding of the permanent magnet synchronous motor 1a in response to an open / close control signal input from the open / close controller 10. A U-phase drive signal line, a V-phase drive signal line connecting the V-phase output terminal of the inverter 2c and the V-phase stator winding of the permanent magnet synchronous motor 1a, a W-phase output terminal of the inverter 2c and the permanent magnet synchronous motor 1a. It is a switch for switching the open / close state of the W-phase drive signal line connecting the W-phase stator winding.

第1の電流センサ(電流検出手段)4は、U相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Iuを検出してモータ制御部6に出力する。第2の電流センサ(電流検出手段)5は、V相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Ivを検出してモータ制御部6に出力する。    The first current sensor (current detection means) 4 detects the motor drive current Iu flowing through the U-phase drive signal line and outputs it to the motor control unit 6. The second current sensor (current detection means) 5 detects the motor drive current Iv flowing through the V-phase drive signal line and outputs it to the motor control unit 6.

モータ制御部6は、図示するように減算器6a、速度制御器6b、電流制御器6c、第1の座標変換器6d、ロータ位置・速度推定器6e、第2の座標変換器6f及びPWM(Pulse Width Modulation)信号発生器6gから構成されている。これらの構成要素の内、減算器6a、速度制御器6b、電流制御器6c、第1の座標変換器6d、ロータ位置・速度推定器6eは、回転状態推定手段を構成するものである。  As shown, the motor controller 6 includes a subtractor 6a, a speed controller 6b, a current controller 6c, a first coordinate converter 6d, a rotor position / speed estimator 6e, a second coordinate converter 6f, and a PWM ( Pulse Width Modulation) signal generator 6g. Among these components, the subtractor 6a, the speed controller 6b, the current controller 6c, the first coordinate converter 6d, and the rotor position / speed estimator 6e constitute a rotation state estimating means.

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目標値ωとロータ位置・速度推定器6e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6bに出力する。速度制御器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・微分演算を施することにより速度誤差Δωに対応する電流操作量Iqsを演算して電流制御器6cに出力する。 Subtracter 6a is calculates the difference between the estimated angular velocity value ωe output from a higher-level controller engine control unit angular velocity target value omega 0 supplied from (ECU) and the rotor position and speed estimator 6e as a speed error Δω Output to the speed controller 6b. The speed controller 6b is a kind of PID controller, and calculates a current manipulated variable Iqs corresponding to the speed error Δω by applying a predetermined proportional integral / derivative operation to the speed error Δω to the current controller 6c. Output.

電流制御器6cは、上記電流操作量Iqs、ECUから供給される電流操作量Ids、第1の座標変換器6dから入力される駆動電流検出量Iq、Idに基づいて電流操作量Iqs、Idsに各々対応する電圧操作量Vq、Vdを演算してロータ位置・速度推定器6e及び第2の座標変換器6fに出力する。   The current controller 6c determines the current operation amount Iqs, Ids based on the current operation amount Iqs, the current operation amount Ids supplied from the ECU, and the drive current detection amount Iq, Id input from the first coordinate converter 6d. The corresponding voltage operation amounts Vq and Vd are calculated and output to the rotor position / speed estimator 6e and the second coordinate converter 6f.

第1の座標変換器6dは、第1の電流センサ4、第2の電流センサ5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6e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の回転子上に設定された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軸の駆動電流検出量Iqとd軸の駆動電流検出量Idを生成する。より詳細には、第1の座標変換器6d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上記駆動電流検出量Iq,Idを求める。なお、上記d軸は、回転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。   The first coordinate converter 6d receives the U-phase and V-phase motor drive currents Iu and Iv detected by the first current sensor 4 and the second current sensor 5, respectively, and the rotor position / speed estimator 6e. Q-axis drive current detection amount Iq on a two-dimensional coordinate system (coordinate system consisting of q-axis and d-axis) set on the rotor of the permanent magnet synchronous motor 1a based on the estimated rotation angle θe And d-axis drive current detection amount Id is generated. More specifically, the first coordinate converter 6d obtains a W-phase motor drive current Iw by an internal calculation based on the motor drive currents Iu and Iv, and a three-dimensional coordinate system composed of a U-phase, a V-phase, and a W-phase. The drive current detection amounts Iq and Id are obtained by subjecting the motor drive currents Iu, Iv and Iw to predetermined coordinate transformation. The d axis is a coordinate axis set in the opposing direction of the S pole and the N pole of the permanent magnet on the rotation surface of the rotor, and the d axis is a coordinate axis orthogonal to the q axis described above.

ロータ位置・速度推定器6eは、上記駆動電流検出量Iq,Id及び電圧操作量Vq,Vd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。ロータ位置・速度推定器6e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操作量Vq,Vd及び駆動電流検出量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6eは、このような手法で推定した回転角推定値θeを第1の座標変換器6d、第2の座標変換器6f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6a及び出力スイッチ9に出力する。   The rotor position / speed estimator 6e estimates the rotational state of the permanent magnet synchronous motor 1a based on the drive current detection amounts Iq and Id and the voltage operation amounts Vq and Vd. The rotor position / speed estimator 6e includes, for example, a motor model simulating a permanent magnet synchronous motor 1a inside, and the voltage manipulated variables Vq and Vd and the drive current detection quantities 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 6e outputs the rotational angle estimated value θe estimated by such a method to the first coordinate converter 6d and the second coordinate converter 6f, respectively, and the angular speed estimated value ωe as the subtractor. 6a and the output switch 9.

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6e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. . 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) is used to estimate the angular velocity estimated value ωe and the rotational angle estimated value θe in the rotor position / speed estimator 6e. 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.

第2の座標変換器6fは、上記ロータ位置・速度推定器6eから入力される回転角推定値θeに基づいて電流制御器6cから入力される上記q軸及びd軸に対応する電圧操作量Vq,VdをU相、V相及びW相からなる3次元座標系上の電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換し、当該電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM信号発生器6gに出力する。   The second coordinate converter 6f is a voltage manipulated variable Vq corresponding to the q-axis and d-axis input from the current controller 6c based on the estimated rotation angle θe input from the rotor position / speed estimator 6e. , Vd are converted into voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw on a three-dimensional coordinate system composed of U phase, V phase and W phase, and the voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw are output to the PWM signal generator 6g.

PWM信号発生器6gは、上記電圧操作量Vu,Vv,Vwに基づいてインバータ2c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2cに出力する。モータ制御部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6gは、インバータ2c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 6g generates a PWM signal for switching the inverter 2c based on the voltage manipulated variables Vu, Vv, Vw and outputs the PWM signal to the inverter 2c. The motor control unit 6 operates based on a sine wave energization method, and therefore the PWM signal generator 6g outputs a motor drive signal over the entire rotation angle (360 °) of the permanent magnet synchronous motor 1a by the inverter 2c. The PWM signal is output as follows.

電圧センサ(電圧検出手段)7は、電磁開閉器3と永久磁石同期モータ1aとの間に設けられ、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器8に出力する。電磁開閉器3が開状態(U相、V相、W相の駆動信号線が全てオープン)の場合、永久磁石同期モータ1aのU相入力端には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7は、このような誘起電圧を電圧検出値として速度検出器8に出力する。   The voltage sensor (voltage detection means) 7 is provided between the electromagnetic switch 3 and the permanent magnet synchronous motor 1a, detects the voltage of the U-phase drive signal line, and outputs it to the speed detector 8 as a voltage detection value. When the electromagnetic switch 3 is in an open state (the U-phase, V-phase, and W-phase drive signal lines are all open), the U-phase input end of the permanent magnet synchronous motor 1a is composed of a U-phase stator winding and a permanent magnet. A sinusoidal induced voltage is generated by electromagnetic induction with the rotor. The voltage sensor 7 outputs such an induced voltage to the speed detector 8 as a voltage detection value.

速度検出器(回転状態検出手段)8は、図示するようにコンパレータ8aとF/V変換器8bとから構成されている。コンパレータ8aは、電圧センサ7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8bに出力する。F/V変換器8b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9に出力する。   The speed detector (rotation state detection means) 8 includes a comparator 8a and an F / V converter 8b as shown in the figure. The comparator 8a compares the voltage detection value input from the voltage sensor 7 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 8b. The F / V converter 8b converts the pulse signal into a DC voltage corresponding to the frequency and outputs it to the output switch 9 as an angular velocity detection value ωk.

出力スイッチ(出力選択手段)9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6eから入力された角速度推定値ωeと速度検出器8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ECU及び開閉制御器10に出力する。上記動作指示信号Jは、モータ制御部6に永久磁石同期モータ1aによるタービン1bのアシストを指示すると共に、出力スイッチ9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) 9 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 6e and the angular velocity detection value ωk input from the speed detector 8. Are selected and output to the ECU and the opening / closing controller 10 as an angular velocity signal ω. The operation instruction signal J instructs the motor controller 6 to assist the turbine 1b with the permanent magnet synchronous motor 1a, and instructs the output switch 9 to switch the output between the estimated angular velocity value ωe and the detected angular velocity value ωk. It is.

開閉制御器(開閉制御手段)10は、例えば差動アンプであり、出力スイッチ9から入力される角速度信号ωと、予め設定されている角速度設定値ωs(直流電圧)との差分信号を開閉制御信号として電磁開閉器3に出力する。詳細には、この開閉制御器10は、出力スイッチ9から入力される角速度信号ωが角速度設定値ωsより小さい値の場合、正の直流電圧である開閉制御信号を電磁開閉器3に出力する。この場合、電磁開閉器3は閉状態となる(つまりU相、V相、W相の駆動信号線は共に導通状態となる)。また、開閉制御器10は、出力スイッチ9から入力される角速度信号ωが角速度設定値ωs以上の値の場合、ゼロレベルもしくは負の直流電圧である開閉制御信号を電磁開閉器3に出力する。この場合、電磁開閉器3は開状態となる。   The open / close controller (open / close control means) 10 is, for example, a differential amplifier, and controls open / close of a differential signal between the angular velocity signal ω input from the output switch 9 and a preset angular velocity set value ωs (DC voltage). It outputs to the electromagnetic switch 3 as a signal. Specifically, the switching controller 10 outputs a switching control signal that is a positive DC voltage to the electromagnetic switch 3 when the angular velocity signal ω input from the output switch 9 is smaller than the angular velocity setting value ωs. In this case, the electromagnetic switch 3 is closed (that is, the U-phase, V-phase, and W-phase drive signal lines are all conductive). Further, when the angular velocity signal ω input from the output switch 9 is greater than or equal to the angular velocity setting value ωs, the switching controller 10 outputs an opening / closing control signal that is a zero level or a negative DC voltage to the electromagnetic switch 3. In this case, the electromagnetic switch 3 is opened.

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2c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U相、V相、W相の駆動信号線の開閉状態を切り替える電磁開閉器3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(a)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 2c. Designed. The permanent magnet synchronous motor 1a can be designed in this way because the drive signal lines of the U phase, V phase, and W phase according to the rotation state (angular velocity in the present embodiment) of the permanent magnet synchronous motor 1a. This is because the electromagnetic switch 3 for switching the open / close state of the motor is provided. By designing in this way, the regeneration of the permanent magnet synchronous motor 1a in the turbocharger 1 with an electric motor is prevented and the high efficiency of the permanent magnet synchronous motor 1a is prevented. And miniaturization can be achieved. Hereinafter, the reason why such an effect is obtained will be described with reference to FIG. 2 (a) and FIG.

図2(a)において、横軸は永久磁石同期モータ1aの回転数を示し、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回転数−EMF特性を示し、符号200は、本実施形態における回転数−EMF特性を示している。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. 2A, the horizontal axis indicates the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor 1a, the vertical axis indicates the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor 1a, and reference numeral 100 indicates the rotation in the prior art. The number-EMF characteristic is shown, and the reference numeral 200 shows the rotational speed-EMF characteristic 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 symbol 300 indicates the iron loss-motor drive current characteristic, and the symbol 400 indicates the copper. The loss-motor drive current characteristic is shown, and reference numeral 500 shows the motor efficiency-motor drive current characteristic.

図2(a)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 (a), in the prior art, in the motor free run state during the period until the maximum rotation speed is reached by driving only with the turbine alone after the assist by the permanent magnet synchronous motor is stopped, When the induced electromotive force (EMF) of the permanent magnet synchronous motor becomes higher than the DC voltage of the inverter, a regenerative phenomenon occurs in which a current flows backward from the permanent magnet synchronous motor to the inverter. It is necessary to design a permanent magnet synchronous motor so that the electric power does not exceed the DC voltage of the inverter. 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の回転状態(本実施形態では角速度)に応じてU相、V相、W相の駆動信号線の開閉状態を切り替える電磁開閉器3を設けることにより、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2cの直流電圧と一致する角速度(本実施形態ではこの角速度を角速度設定値とする)以上の値になった場合に、電磁開閉器3を制御してU相、V相、W相の駆動信号線を開状態に切り替えることが可能となった。これにより、U相、V相、W相の駆動信号線には電流が流れないので回生現象は発生し得ず、永久磁石同期モータ1aの設計自由度が増すことになる。   In contrast, in the present embodiment, an electromagnetic switch 3 is provided that switches the open / close states of the drive signal lines of the U phase, the V phase, and the W phase according to the rotation state (angular velocity in the present embodiment) of the permanent magnet synchronous motor 1a. Thus, the angular speed of the permanent magnet synchronous motor 1a is the angular speed at which the regenerative phenomenon occurs, that is, the angular speed at which the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a matches the DC voltage of the inverter 2c (in this embodiment, this angular speed is set as the angular speed set value). In this case, the electromagnetic switch 3 can be controlled to switch the U-phase, V-phase, and W-phase drive signal lines to the open state. As a result, no current flows through the U-phase, V-phase, and W-phase drive signal lines, so that no regenerative phenomenon occurs, and the degree of freedom in designing the permanent magnet synchronous motor 1a increases.

そこで、本実施形態では、図2(a)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2c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 (a), the rotation speed (angular velocity) of the permanent magnet synchronous motor 1a determines the assist rotation speed (assist The permanent magnet synchronous motor 1a is designed so that the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a coincides with the DC voltage of the inverter 2c when the angular velocity) is reached, 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(a)及び(b)を参照して詳細に説明する。
<アシスト時>
まず、図2(a)及び(b)に示すアシスト時において、モータ制御部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 configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
<When assisting>
First, at the time of assist shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the motor control unit 6 operates the motor drive unit 2 when receiving an assist instruction by an operation instruction signal J input from an engine control unit (ECU). By doing so, the permanent magnet synchronous motor 1a is driven.

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2c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、モータ制御部6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2c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が速度検出器8から出力されず、出力スイッチ9は、モータ制御部6から入力された角速度推定値ωeを角速度信号ωとして開閉制御器10及びECUに出力する。   Specifically, a motor drive signal is supplied from the inverter 2c 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 motor control unit 6 employs a sine wave energization method, a motor drive signal is always output from the inverter 2c to the permanent magnet synchronous motor 1a during assist, and as a result, induced 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 detector 8, and the output switch 9 outputs the angular velocity estimation value ωe input from the motor control unit 6 to the opening / closing controller 10 and the ECU as the angular velocity signal ω. .

第1の電流センサ4、第2の電流センサ5から出力されたU相及びV相のモータ駆動電流Iu,Ivは第1の座標変換器6dに入力される。第1の座標変換器6d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軸の駆動電流検出量Iqとd軸の駆動電流検出量Idを生成する。     The U-phase and V-phase motor drive currents Iu and Iv output from the first current sensor 4 and the second current sensor 5 are input to the first coordinate converter 6d. The first coordinate converter 6d 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 calculates three phases (U phase, V phase and W phase). By subjecting the motor drive currents Iu, Iv, and Iw to a coordinate conversion process using a conversion matrix composed of elements corresponding to the estimated rotation angle θe, q in the q-axis-d-axis coordinate system inherent to the permanent magnet synchronous motor 1a. An axis drive current detection amount Iq and a d-axis drive current detection amount Id are generated.

一方、ECUから角速度目標値ωが減算器6aに入力されると共に、同じくECUから上記駆動電流検出量Idの目標値に相当する電流操作量Idsが電流制御器6cに入力される。ここで、上記電流操作量Idsは「0」に設定される。 On the other hand, the angular velocity target value ω 0 is input from the ECU to the subtractor 6a, and the current operation amount Ids corresponding to the target value of the drive current detection amount Id is also input from the ECU to the current controller 6c. Here, the current manipulated variable Ids is set to “0”.

減算器6aは、上記角速度目標値ωとロータ位置・速度推定器6eから入力された永久磁石同期モータ1aの角速度推定値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6bは、速度誤差Δωに比例積分・微分処理を施すことによって上記駆動電流検出量Iqに対応する電流操作量Iqsを生成する。そして、電流制御器6cは、上記電流操作量Iqs,Idsに比例積分・微分演算を各々施することにより、永久磁石同期モータ1aに印加すべき駆動電圧に相当する電圧操作量Vq,Vdを生成する。 The subtractor 6a generates a speed error Δω by calculating a difference between the angular speed target value ω 0 and the angular speed estimated value ωe of the permanent magnet synchronous motor 1a input from the rotor position / speed estimator 6e, and speed control is performed. The device 6b generates a current operation amount Iqs corresponding to the drive current detection amount Iq by subjecting the speed error Δω to proportional integration / differentiation processing. Then, the current controller 6c generates the voltage manipulated variables Vq and Vd corresponding to the drive voltage to be applied to the permanent magnet synchronous motor 1a by performing proportional integral / differential calculations on the current manipulated variables Iqs and Ids, respectively. To do.

そして、ロータ位置・速度推定器6eは、永久磁石同期モータ1aの回転子に固定設定されたq軸−d軸座標系におけるq軸の駆動電流検出量Iq及び電圧操作量Vq並びにd軸の駆動電流検出量Id及び電圧操作量Vdを入力信号として角速度推定値ωe及び回転角推定値θeを推定する。     The rotor position / speed estimator 6e then detects the q-axis drive current detection amount Iq, the voltage operation amount Vq, and the d-axis drive in the q-axis-d-axis coordinate system fixedly set on the rotor of the permanent magnet synchronous motor 1a. The angular velocity estimation value ωe and the rotation angle estimation value θe are estimated using the current detection amount Id and the voltage operation amount Vd as input signals.

すなわち、ロータ位置・速度推定器6eは、インバータ2cから永久磁石同期モータ1aに供給される駆動電流を示す駆動電流検出量Iq,Id及び自らが推定した永久磁石同期モータ1aの回転角推定値θeに基づいて生成された駆動電流検出量Iq,Idと、同じく自らが推定した角速度推定値ωeに基づいて生成されると共にPMW信号の生成を規定する電圧操作量Vq,Vdとを用いて角速度推定値ωe及び回転角推定値θeを推定するので、角速度推定値ωe及び回転角推定値θeは、永久磁石同期モータ1aの回転状態を正確に示す値となる。     That is, the rotor position / speed estimator 6e detects the drive current detection amounts Iq and Id indicating the drive current supplied from the inverter 2c to the permanent magnet synchronous motor 1a and the estimated rotation angle θe of the permanent magnet synchronous motor 1a estimated by itself. Angular velocity estimation using the drive current detection amounts Iq and Id generated based on the above and the voltage manipulated variables Vq and Vd that are generated based on the angular velocity estimated value ωe estimated by the driver and that regulate the generation of the PMW signal. Since the value ωe and the estimated rotation angle θe are estimated, the estimated angular velocity value ωe and the estimated rotation angle θe are values that accurately indicate the rotation state of the permanent magnet synchronous motor 1a.

開閉制御器10は、上記のようにして得られた角速度信号ω(角速度推定値ωe)と、アシスト角速度に設定された角速度設定値ωsとの差分信号を開閉制御信号として電磁開閉器3に出力する。ここで、アシスト時、つまり永久磁石同期モータ1aの角速度がアシスト角速度に到達しない期間においては、開閉制御信号は正の直流電圧信号となり、図2(b)に示すように、電磁開閉器3は閉状態(ON)となる。つまりU相、V相、W相の駆動信号線は共に導通状態となり、インバータ2cによって生成されるモータ駆動信号は正常に永久磁石同期モータ1aに供給されることになる。   The switching controller 10 outputs a difference signal between the angular velocity signal ω (angular velocity estimation value ωe) obtained as described above and the angular velocity setting value ωs set to the assist angular velocity to the electromagnetic switch 3 as an opening / closing control signal. To do. Here, at the time of assist, that is, during a period when the angular velocity of the permanent magnet synchronous motor 1a does not reach the assist angular velocity, the open / close control signal becomes a positive DC voltage signal, and as shown in FIG. Closed (ON). That is, the U-phase, V-phase, and W-phase drive signal lines are all conductive, and the motor drive signal generated by the inverter 2c is normally supplied to the permanent magnet synchronous motor 1a.

<アシスト停止時>
そして、図2(a)に示すように、角速度信号ω(角速度推定値ωe)がアシスト角速度に設定された角速度設定値ωsと一致した場合、開閉制御器10はゼロレベルの開閉制御信号を電磁開閉器3に出力する。この場合、図2(b)に示すように、電磁開閉器3は開状態(OFF)となる。つまりU相、V相、W相の駆動信号線は共にオープン状態となる。一方、モータ制御部6には、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、モータ制御部6は、モータ駆動部2の動作を停止して永久磁石同期モータ1aの駆動を停止する。このようにモータ駆動部2が動作を停止した状態において、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1b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. 2A, when the angular velocity signal ω (angular velocity estimation value ωe) matches the angular velocity setting value ωs set to the assist angular velocity, the switching controller 10 sends a zero-level switching control signal to the electromagnetic Output to the switch 3. In this case, as shown in FIG. 2B, the electromagnetic switch 3 is in an open state (OFF). That is, the U-phase, V-phase, and W-phase drive signal lines are all open. On the other hand, the motor control unit 6 receives an operation instruction signal J instructing stop of assist from the ECU, and the motor control unit 6 stops the operation of the motor driving unit 2 and stops the driving of the permanent magnet synchronous motor 1a. . Thus, in a state where the motor drive unit 2 has stopped operating, the permanent magnet synchronous motor 1a enters a free-run state due to the rotation of the turbine 1b 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、電磁開閉器3と永久磁石
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。この誘起電圧は、永久磁石同期モータ1aの固定子巻線と回
転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
に回転子の回転周期(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 each drive signal line between the electromagnetic switch 3 and the permanent magnet synchronous motor 1a has a sinusoidal shape due to electromagnetic induction between the stator winding and the rotor. An induced voltage is generated. Since this induced voltage is induced by electromagnetic induction between the stator winding and the rotor of the permanent magnet synchronous motor 1a, the ground potential (zero potential) is set as the center potential and corresponds to the rotation period (angular velocity) of the rotor. AC voltage with angular frequency.

電圧センサ7は、U相駆動信号線の誘起電圧を検出して、誘起電圧検出値(正確にはU
相誘起電圧検出値)として速度検出器8のコンパレータ8aに出力する。この誘起電圧検
出値は、コンパレータ8a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、回転子
の回転周期に同期した信号であり、F/V変換器8bに入力されることによって回転子の
角速度に対応した直流電圧に変換される。
The voltage sensor 7 detects the induced voltage of the U-phase drive signal line and detects the induced voltage detected value (precisely U
(Phase induced voltage detection value) is output to the comparator 8a of the speed detector 8. This induced 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 8a. This pulse signal is a signal synchronized with the rotation period of the rotor, and is converted into a DC voltage corresponding to the angular velocity of the rotor by being input to the F / V converter 8b.

すなわち、F/V変換器8bから出力スイッチ9に出力される角速度検出値ωkは、U
相誘起電圧検出値に基づいて生成されたものであり、永久磁石同期モータ1aの角速度を示す検出信号である。出力スイッチ9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として開閉制御器10及びECUに出力する。
That is, the detected angular velocity value ωk output from the F / V converter 8b to the output switch 9 is U
The detection signal is generated based on the phase induced voltage detection value and is a detection signal indicating the angular velocity of the permanent magnet synchronous motor 1a. When the assist is stopped, the output switch 9 outputs the angular velocity detection value ωk as the angular velocity signal ω to the opening / closing controller 10 and the ECU.

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(角速度検出値ωk)がアシスト角速度に設定された角速度設定値ωsを超えた場合、開閉制御器10は負の直流電圧信号である開閉制御信号を電磁開閉器3に出力し、電磁開閉器3は開状態(OFF)を維持する。このように、アシスト停止時には、U相、V相、W相の駆動信号線には電流が流れないので回生現象は発生しない。なお、アシスト停止時において、永久磁石同期モータ1aの角速度(角速度検出値ωk)が、角速度設定値ωsより低くなった場合、電磁開閉器3は閉状態(ON)に切り替わり、
ECUから再びアシスト開始指示が出力され、インバータ2cからモータ駆動信号が永久磁石同期モータ1aに供給されてタービン1bのアシストが行われる。
When the angular velocity signal ω (angular velocity detection value ωk) exceeds the angular velocity setting value ωs set to the assist angular velocity, the switching controller 10 outputs an opening / closing control signal that is a negative DC voltage signal to the electromagnetic switch 3. The electromagnetic switch 3 is maintained in the open state (OFF). Thus, when the assist is stopped, no current flows through the drive signal lines of the U phase, the V phase, and the W phase, so that no regenerative phenomenon occurs. When the angular velocity (angular velocity detection value ωk) of the permanent magnet synchronous motor 1a becomes lower than the angular velocity setting value ωs when the assist is stopped, the electromagnetic switch 3 is switched to the closed state (ON).
An assist start instruction is output again from the ECU, and a motor drive signal is supplied from the inverter 2c to the permanent magnet synchronous motor 1a to assist the turbine 1b.

以上説明したように、本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 electric motor according to the present embodiment, the regeneration phenomenon of the permanent magnet synchronous motor 1a in the turbocharger with electric motor is prevented, and the efficiency and size reduction of the permanent magnet synchronous motor 1a are achieved. Can be achieved.

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2c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(a)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に設定し、永久磁石同期モータ1aの回転数(角速度)が、上記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2c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 above embodiment, when the rotational speed (angular speed) of the permanent magnet synchronous motor 1a reaches the assist rotational speed (assist angular speed) that regulates 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 2c, 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 effect of high efficiency and downsizing is reduced, for example, the angular velocity corresponding to a predetermined rotational speed between the assist rotational speed and the maximum rotational speed in FIG. When the rotational speed (angular speed) of the magnet synchronous motor 1a reaches the angular speed set value ωs set as described above, the permanent magnet is set so that the induced electromotive force of the permanent magnet synchronous motor 1a matches the DC voltage of the inverter 2c. The synchronous motor 1a may be designed.

(2)上記実施形態では、第1の電流センサ4、第2の電流センサ5によってモータ駆動電流Iu,Ivを検出し、このモータ駆動電流Iu,Ivをモータ制御部6に供給することにより永久磁石同期モータ1aの回転子に固有のq軸−d軸座標系における駆動電流検出量Iq,Idを演算するが、これに代えて、図4に示すように昇圧回路2bからインバータ2cに供給される電源電流Ipを第3の電流センサ(電源電流検出手段)20によって検出し、この電源電流Ipをモータ制御部6Aに供給することにより駆動電流検出量Iq,Idを演算するようにしても良い。また、このような駆動電流検出量Iq,Idの演算に代えて、電源電流Ipからモータ駆動電流Iu,Iv,モータ駆動電流Iv,Iw,モータ駆動電流Iu,Iwあるいはモータ駆動電流Iu,Iv,Iwを演算するようにしても良い。 (2) In the above embodiment, the motor drive currents Iu and Iv are detected by the first current sensor 4 and the second current sensor 5, and the motor drive currents Iu and Iv are supplied to the motor control unit 6 to be permanent. The drive current detection amounts Iq and Id in the q-axis / d-axis coordinate system specific to the rotor of the magnet synchronous motor 1a are calculated. Instead, they are supplied from the booster circuit 2b to the inverter 2c as shown in FIG. The drive current detection amounts Iq and Id may be calculated by detecting the power supply current Ip detected by the third current sensor (power supply current detection means) 20 and supplying the power supply current Ip to the motor controller 6A. . Further, instead of calculating the drive current detection amounts Iq and Id, the motor drive currents Iu and Iv, the motor drive currents Iv and Iw, the motor drive currents Iu and Iw, or the motor drive currents Iu, Iv, Iw may be calculated.

この場合のモータ制御部6Aは、図5に示すようにモータ制御部6に相電流再現器6hを付加した構成となる。この相電流再現器6hは、PWM信号発生器6gから供給されるPWM信号及びロータ位置・速度推定器6eから供給される回転角推定値θe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。また、モータ制御部6では第1の座標変換器6dにおいてU相及びV相のモータ駆動電流Iu,IvからW相のモータ駆動電流Iwを演算するようにしたが、モータ制御部6Aでは相電流再現器6hにおいてW相のモータ駆動電流Iwを生成するので、第1の座標変換器6d’は座標変換処理のみを行う。なお、図4では、第3の電流センサ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−側に第3の電流センサ20を設けて電源電流Ipを検出するようにしても良い。   In this case, the motor control unit 6A has a configuration in which a phase current reproducer 6h is added to the motor control unit 6 as shown in FIG. The phase current reproducer 6h converts the power supply current Ip into a three-phase motor drive current Iu based on the PWM signal supplied from the PWM signal generator 6g and the rotation angle estimated value θe supplied from the rotor position / speed estimator 6e. , Iv, Iw. In the motor controller 6, the first coordinate converter 6d calculates the W-phase motor drive current Iw from the U-phase and V-phase motor drive currents Iu and Iv. Since the W-phase motor drive current Iw is generated in the reproducer 6h, the first coordinate converter 6d ′ performs only the coordinate conversion process. FIG. 4 shows the case where the third current sensor 20 is provided on the positive side of the power source to detect the power source current Ip, but the third current sensor 20 is provided on the negative side of the power source and the power source current Ip is detected. You may make it detect.

(3)図6は、図4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2c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4では、昇圧回路1bからインバータ2c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を第4の電流センサ21で検出して上述したモータ制御部6Aに供給する。なお、図6では、第4の電流センサ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。 (3) FIG. 6 is a block diagram showing a modification of FIG. As shown in this figure, since the inverter 2c 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. 4, the power supply current Ip supplied from the booster circuit 1b to the inverter 2c is detected. In this modification, the arm current Ia flowing through the switch arms 30 to 32 is detected by the fourth current sensor 21, and the motor described above. This is supplied to the control unit 6A. In FIG. 6, the fourth 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.

(4)また、例えば、図7に示すように電圧センサ7に加えてV相駆動信号線の電圧を検出する電圧センサ7Aを設け、U相及びV相駆動信号線の電圧を速度検出器8A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、速度検出器8A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) Further, for example, as shown in FIG. 7, in addition to the voltage sensor 7, a voltage sensor 7A for detecting the voltage of the V-phase drive signal line is provided, and the voltage of the U-phase and V-phase drive signal lines is detected by the speed detector 8A. And a pulse signal that makes a state transition at a timing at which the magnitude relationship between the two voltages is reversed may be generated by comparing the two voltages with a comparator. Since both voltages have a phase difference of 120 °, the magnitude relationship is reversed twice during one period. The voltage supplied to the speed detector 8A 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)また、上記実施形態ではコンパレータ8aとF/V変換器8bとからなる速度検出器8を用いるが、速度検出器8の構成はこれに限定されるものではない。電圧センサ7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。
(5) In the above embodiment, the speed detector 8 including the comparator 8a and the F / V converter 8b is used. However, the configuration of the speed detector 8 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 7 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.

(6)上記実施形態では、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をモータ制御部6内で生成するようにしても良い。角速度目標値ω及び電流操作量Idsはアシスト時にのみECUからモータ制御部6に供給されるので、モータ制御部6は、角速度目標値ωあるいは電流操作量Ids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。 (6) In the above embodiment, the angular velocity estimated 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. The instruction signal J may be generated in the motor control unit 6. Since the angular velocity target value ω 0 and the current operation amount Ids are supplied from the ECU to the motor control unit 6 only at the time of assist, the motor control unit 6 determines whether the angular velocity target value ω 0 or the current operation amount Ids is supplied / not supplied. The operation instruction signal J is generated based on the determination result.

(7)さらに、上記実施形態では電流操作量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。必要に応じて電流操作量Idsに「0」以外の定数を設定しても良い。また、この電流操作量Idsについては、モータ制御部6自身が生成しても良い。   (7) Furthermore, in the above embodiment, the current operation amount Ids is set to “0”, 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 current operation amount Ids as necessary. Further, the current control amount Ids may be generated by the motor control unit 6 itself.

(8)電流操作量Idsは定数として設定されるものであり、また動作指示信号Jについては角速度目標値ωに基づいてモータ制御部6内で生成することが可能なので、ECUからモータ制御部6あるいは出力スイッチ9に供給する信号を角速度目標値ωのみとしても良い。また、速度制御器6bをECU側に設けることにより、角速度目標値ωに代えて電流目標値Iをモータ制御部6に供給するように構成しても良い。 (8) The current operation amount Ids is set as a constant, and the operation instruction signal J can be generated in the motor control unit 6 based on the angular velocity target value ω 0. 6 or the signal supplied to the output switch 9 may be the angular velocity target value ω 0 only. Further, by providing the speed controller 6b on the ECU side, the current target value I 0 may be supplied to the motor control unit 6 instead of the angular speed target value ω 0 .

(9)上記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。   (9) In the above embodiment, 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.

本発明の一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 an embodiment of the present invention. 本発明の一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 one Embodiment of this invention. 本発明の一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 one Embodiment of this invention. 本発明の一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 one Embodiment of this invention. 本発明の一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 one Embodiment of this invention. 本発明の一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 one Embodiment of this invention. 本発明の一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3変形例である。It is a 3rd modification of the turbocharger control system with an electric motor which concerns on one 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…タービン、1c…コンプレッサ、2…モータ駆動部、2a…直流電源、2b…昇圧回路、2c…インバータ、3…電磁開閉器、4…第1の電流センサ、5…第2の電流センサ、6…モータ制御部、7…電圧センサ、8…速度検出部、9…出力スイッチ、10…開閉制御器、6a…減算器、6b…速度制御器、6c…電流制御器、6d…第1の座標変換器、6e…ロータ位置・速度推定器、6f…第2の座標変換器、6g…PWM信号発生器       DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbocharger with an electric motor, 1a ... Permanent magnet synchronous motor, 1b ... Turbine, 1c ... Compressor, 2 ... Motor drive part, 2a ... DC power supply, 2b ... Booster circuit, 2c ... Inverter, 3 ... Electromagnetic switch, 4 ... 1st current sensor, 5 ... 2nd current sensor, 6 ... Motor control unit, 7 ... Voltage sensor, 8 ... Speed detection unit, 9 ... Output switch, 10 ... Opening / closing controller, 6a ... Subtractor, 6b ... Speed Controller, 6c ... Current controller, 6d ... First coordinate converter, 6e ... Rotor position / speed estimator, 6f ... Second coordinate converter, 6g ... PWM signal generator

Claims (8)

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、
前記インバータと前記電動機とを接続する駆動信号線の開閉状態を切り替える開閉切替手段と、
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、前記開閉切替手段を開状態に切り替わるように制御する開
閉制御手段と、
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,
Open / close switching means for switching an open / close state of a drive signal line connecting the inverter and the electric motor;
Rotation state grasping means for grasping a rotation state value indicating the rotation state of the electric motor;
An opening / closing control means for controlling the opening / closing switching means to switch to an open state when the rotation state value grasped by the rotation state grasping means becomes a value equal to or larger than a preset rotation state setting value;
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、
前記開閉切替手段は、前記インバータと前記センサレス永久磁石同期モータとを接続する全ての相の駆動信号線の開閉状態を切り替え、
前記回転状態把握手段は、
前記開閉切替手段と前記センサレス永久磁石同期モータとの間に設けられ、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、
前記電圧検出手段が検出する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、
前記電流検出手段が検出し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前記開閉制御手段及び上位のエンジン制御装置に出力する出力選択手段と、を有する、
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 open / close switching means switches the open / close states of the drive signal lines of all phases connecting the inverter and the sensorless permanent magnet synchronous motor,
The rotation state grasping means is
A voltage detecting means provided between the open / close switching means and the sensorless permanent magnet synchronous motor for detecting a 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 during assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the current detected by the current detection means;
While the assist state is stopped, the rotation state value detected by the rotation state detection unit is selected, and at the assist time, the rotation state value estimated by the rotation state estimation unit is selected and output to the opening / closing control unit and the host engine control device. Output selection means for
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、
前記開閉切替手段は、前記インバータと前記センサレス永久磁石同期モータとを接続する全ての相の駆動信号線の開閉状態を切り替え、
前記回転状態把握手段は、
前記開閉切替手段と前記センサレス永久磁石同期モータとの間に設けられ、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、
前記電圧検出手段が検出する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が検出し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前記開閉制御手段及び上位のエンジン制御装置に出力する出力選択手段と、を有する、
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 open / close switching means switches the open / close states of the drive signal lines of all phases connecting the inverter and the sensorless permanent magnet synchronous motor,
The rotation state grasping means is
A voltage detecting means provided between the open / close switching means and the sensorless permanent magnet synchronous motor 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 during assist by the sensorless permanent magnet synchronous motor based on the power supply current detected by the power supply current detection means;
While the assist state is stopped, the rotation state value detected by the rotation state detection unit is selected, and at the assist time, the rotation state value estimated by the rotation state estimation unit is selected and output to the opening / closing control unit and the host engine control device. Output selection means for
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、
前記開閉切替手段は、前記インバータと前記センサレス永久磁石同期モータとを接続する全ての相の駆動信号線の開閉状態を切り替え、
前記回転状態把握手段は、
前記開閉切替手段と前記センサレス永久磁石同期モータとの間に設けられ、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、
前記電圧検出手段が検出する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が検出する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前記開閉制御手段及び上位のエンジン制御装置に出力する出力選択手段と、を有する、
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 open / close switching means switches the open / close states of the drive signal lines of all phases connecting the inverter and the sensorless permanent magnet synchronous motor,
The rotation state grasping means is
A voltage detecting means provided between the open / close switching means and the sensorless permanent magnet synchronous motor for detecting a 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;
While the assist state is stopped, the rotation state value detected by the rotation state detection unit is selected, and at the assist time, the rotation state value estimated by the rotation state estimation unit is selected and output to the opening / closing control unit and the host engine control device. Output selection means for
The turbocharger control system with an electric motor according to claim 1 or 2.
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3〜5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 3 to 5.
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3〜5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 3 to 5.
前記回転状態値として角速度を用いる、
ことを特徴とする請求項1〜7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。
An angular velocity is used as the rotation state value.
The turbocharger control system with an electric motor according to any one of claims 1 to 7.
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