JP3203947B2

JP3203947B2 - 回転電機付ターボチャージャ制御装置

Info

Publication number: JP3203947B2
Application number: JP08760194A
Authority: JP
Inventors: 和成秋山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH07269364A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャの回
転軸に取り付けた回転電機を、車両の運転状況に応じて
車両搭載の発電機との間で発電電力を融通しつつ制御す
る回転電機付ターボチャージャ制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ターボチャージャは、エンジンの排気エ
ネルギーを利用してタービンを駆動し、該駆動力により
コンプレッサを作動させてエンジンに給気を圧送するも
のであるが、そのターボチャージャの回転軸に回転電機
を取り付け、それをエンジンの回転状態に応じてモータ
運転させたり、あるいは発電機運転させたりするように
制御することが提案されている。

【０００３】図６は、従来の回転電機付ターボチャージ
ャ制御装置を示す図である。図６において、１はエンジ
ン、２は吸気マニホールド、３は排気マニホールド、４
は回転軸、５は回転電機付ターボチャージャ、６は吸気
管、７はコンプレッサ、８は回転電機、９はタービン、
１０は排気管、１１，１２は歯車、１３は車両搭載の発
電機、１４〜１６は車両状況検出センサ、１７はコント
ローラ、１８はパワー部、１９は整流回路、２０は平滑
回路、２１は昇圧回路、２２，２３はインバータ、２４
は平滑回路、２５は整流回路、２６はレギュレータ、２
７はバッテリである。

【０００４】回転電機８および発電機１３には、固定子
側に電機子巻線を巻き、回転子側に永久磁石を取り付け
た同期機が用いられる。歯車１１はエンジン１の回転軸
４に取り付けられた歯車であり、歯車１２はその歯車１
１と噛合するよう設けられている。そして、歯車１２の
回転軸は、発電機１３の回転軸に接続される。歯車機構
は、エンジンの回転を伝達する機構の１例として示した
ものであり、ベルト機構により伝達してもよい。

【０００５】エンジン１からの排気は、排気マニホール
ド３および排気管１０を通って外部へ排出される。他
方、エンジン１への吸気は、吸気管６および吸気マニホ
ールド２を通って供給される。回転電機付ターボチャー
ジャ５のタービン９の回転軸は、コンプレッサ７および
回転電機８の回転軸と連結されている。排気エネルギー
によりタービン９が回転され、その回転によりコンプレ
ッサ７が駆動され、吸気が促進される。それでも不足す
る場合には、回転電機８がモータ運転され、コンプレッ
サ７の回転が速められる。

【０００６】回転電機８をモータ運転するための電力
は、発電機１３からパワー部１８の整流回路２５，平滑
回路２４およびインバータ２３を経て供給される。即
ち、発電機１３の発電電圧は、まず整流回路２５で整流
され、平滑回路２４で平滑され、インバータ２３で交流
に変換されて回転電機８に印加される。なお、平滑回路
２４の平滑出力の一部は、レギュレータ２６を経てバッ
テリ２７を充電するのにも用いられる。レギュレータ２
６は、バッテリ２７を充電するのに丁度よい大きさに電
圧を調整するためのものである。

【０００７】一方、エンジン１が全負荷付近となって回
転数が上昇して来た状況においては、排気エネルギーも
強力であり、回転電機８は高回転されるので、モータ運
転して回転を促進する必要はない。その場合には、強力
となっている排気エネルギーを有効利用するため、回転
電機８を発電機運転に変更し、その発電電力で発電機１
３をモータ運転して回転軸４の回転を助けたり、あるい
はバッテリを充電したりするのに利用される。

【０００８】回転電機８の発電電力の発電機１３への供
給は、パワー部１８の整流回路１９，平滑回路２０，昇
圧回路２１およびインバータ２２を経て行われる。昇圧
回路２１は具体的にはＤＣ・ＤＣコンバータであり、平
滑回路２０の直流電圧を昇圧する。昇圧する理由は、発
電機１３に印加する電圧を、発電機１３をモータ運転す
る場合の誘起電圧より高くするためである。同期機をモ
ータ運転するためには、その誘起電圧より高い電圧を電
源として印加する必要がある。しかし、回転電機８とし
て用いられる同期機は、通常、発電機１３として用いら
れる同期機よりも小型であるので、そのままでは、発電
機１３をモータ運転した場合の誘起電圧より高くならな
い。従って、昇圧する必要がある。

【０００９】回転電機８を発電機運転する場合の発電電
力の一部は、平滑回路２０からレギュレータ２６を経て
バッテリ２７を充電するのに利用される。また、回転電
機８や発電機１３を発電機運転にするかモータ運転にす
るかとか、パワー部１８内のどちらの電力伝達経路を動
作させるか等は、コントローラ１７が制御する。車両状
況検出センサ１４〜１６は、例えば、車速センサとか回
転数センサとかであり、これらからの検出信号を基にし
てコントローラ１７は車両がどのような運転状況にある
かを判断し、制御指令を発する。

【００１０】なお、回転電機付ターボチャージャ制御装
置に関する従来の文献としては、例えば、特開昭62− 9
3430号公報がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の回転電
機付ターボチャージャ制御装置では、パワー部１８の中
に昇圧回路２１を必要とするが、この昇圧回路は回路構
成が複雑でコストが高い上、昇圧動作時にロスを発生す
るのでエネルギー効率を悪くするという問題点があっ
た。本発明は、このような問題点を解決することを課題
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の回転電機付ターボチャージャ制御装置で
は、エンジンによって駆動される発電機と、該発電機の
固定子側巻線の結線を該発電機を発電機運転する場合に
は星型結線としモータ運転する場合には二重星型結線と
する第１の巻線切替部と、ターボチャージャの回転軸に
連結された回転電機と、該回転電機の固定子側巻線の結
線を該回転電機を発電機運転する場合には星型結線とし
モータ運転する場合には二重星型結線とする第２の巻線
切替部と、前記発電機から前記回転電機およびバッテリ
への給電または前記回転電機を発電機運転する場合には
前記回転電機から前記発電機およびバッテリへの給電を
するためのパワー部と、車両運転状況に応じて該パワー
部を制御すると共に前記第１の巻線切替部および第２の
巻線切替部を制御するコントローラとを具えることとし
た。

【００１３】

【作用】エンジンによって駆動される発電機の固定
子側巻線を、星型結線と二重星型結線とに切り替えれる
ようにすると共に、ターボチャージャの回転軸に連結す
る回転電機の固定子側巻線も、星型結線と二重星型結線
とに切り替えれるようにする。そして、発電機運転する
側は星型結線にして線間出力電圧を高くし、モータ運転
する側は二重星型結線にして線間誘起電圧を低くする。
そうすると、回転電機を発電機運転し発電機をモータ運
転する場合でも、発電機に印加される電圧は、その誘起
電圧よりも高くなるので、給電経路中に昇圧回路は不用
となる。従って、コストが安くなると共に、エネルギー
効率もよくなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の回転電機付ターボチャー
ジャ制御装置を示す図である。符号は図６のものに対応
し、２８，２９は巻線切替部である。パワー部１８内に
従来はあった昇圧回路は、本発明では廃止されている。
図６の従来例と同じ部分は同様に動作するので、その説
明は省略する。ただ、本発明では、回転電機８および発
電機１３に使用する同期機の固定子側巻線を、星型結線
（スター結線）と二重星型結線（ダブルスター結線）に
切り替えれるように配設しておく。そして、それらの巻
線の接続切り替えを、巻線切替部２８，２９によって行
う。切り替えの指令は、コントローラ１７から発せられ
る。

【００１５】図２は、本発明における同期機の固定子側
巻線とその巻線切替部を示す図である。Ｍは同期機、Ｏ
は中性点、Ｓは巻線切替部、Ｕ，Ｖ，Ｗは３相の各相、
Ｕ₁〜Ｗ₃は各相の巻線、Ｓ₁₁〜Ｓ₃₃はスイッチであ
る。同期機Ｍは回転電機８，発電機１３に相当し、巻線
切替部Ｓは、巻線切替部２８，２９に相当している。巻
線の接続切り替えは、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₃₃を、コントロ
ーラ１７からの指令により適宜オンまたはオフにするこ
とによって行われる。即ち、スイッチＳ₁₂，Ｓ₂₂，Ｓ₃₂
がオンされ、他のスイッチがオフされると、星型結線に
される。逆に、スイッチＳ₁₂，Ｓ₂₂，Ｓ₃₂がオフされ、
他のスイッチがオンされると、二重星型結線にされる。

【００１６】図３は、星型結線と二重星型結線を示す図
である。符号は図２のものに対応し、Ｅは１つの巻線の
電圧である。図３（イ）は星型結線であり、図３（ロ）
は二重星型結線である。同じ６個の巻線を用いて２つの
結線をした場合、星型結線での線間電圧は２√３Ｅであ
り、二重星型結線の線間電圧は√３Ｅである。即ち、星
型結線にすると、線間電圧は２倍になる。

【００１７】図４は、星型結線の同期機および二重星型
結線の同期機の発電特性図である。図４（イ）は回転数
と電圧との関係を示し、図４（ロ）は回転数と電流との
関係を示し、図４（ハ）は回転数と電力との関係を示し
ている。ａの曲線は星型結線の特性曲線であり、ｂの曲
線は二重星型結線の特性曲線である。電圧は星型結線の
方が２倍の大きさであり、電流は二重星型結線の方が２
倍の大きさであり、電力は同じである。

【００１８】本発明は、同期機の固定子側巻線を星型結
線と二重星型結線とに切り替えると、線間電圧を高くし
たり低くしたりできることを利用して、従来は必要とし
ていた昇圧回路を不用とするものである。即ち、回転電
機８および発電機１３という２つの同期機の一方を発電
機運転し、他方をモータ運転する時には、発電機運転側
の同期機を星型結線にし、モータ運転側の同期機を二重
星型結線にする。

【００１９】図５は、本発明における回転電機と発電機
の結線関係を示す図である。（イ）は、回転電機８を発
電機運転し、発電機１３をモータ運転する場合である。
Ｅ₁₁は、その時の回転電機８の１つの巻線の発電電圧で
あり、Ｅ₂₁は、その時の発電機１３の１つの巻線の誘起
電圧である。Ｉ₁₁，Ｉ₂₁は、その時それぞれに流れる電
流である。電力は、太い矢印で示すように、回転電機８
→発電機１３へと伝達される。（ロ）は、前記とは逆
に、回転電機８をモータ運転し、発電機１３を発電機運
転する場合である。

【００２０】次に、動作を説明する。通常の運転状況で
は、発電機１３は星型結線で発電機運転され、回転電機
８は排気エネルギーによってのみ回転しているか、回転
が足りない場合には発電機１３からの給電でモータ運転
されるかしている。回転電機８がモータ運転される場合
には、コントローラ１７からの指令により二重星型結線
にされる。通常、回転電機８は発電機１３に比べて小型
である上、回転電機８は二重星型結線にされてその線間
誘起電圧は一段と低くされているから、星型結線とされ
ている発電機１３の線間電圧よりは低い。従って、誘起
電圧は印加電圧より低く、モータ運転は問題なく行われ
る。この場合の給電は、従来例と同様、発電機１３から
パワー部１８内の整流回路２５→平滑回路２４→インバ
ータ２３を経て行われる。

【００２１】車両状況検出センサ１４〜１６からの検出
信号により、エンジンが高回転になり、排気エネルギー
が強力になったことをコントローラ１７が検知すると、
回転電機８を発電機運転し、発電機１３をモータ運転す
ることにする。そして、巻線切替部２８，２９を制御し
て、回転電機８の方は星型結線にし、発電機１３の方は
二重星型結線にする。

【００２２】星型結線にされた回転電機８は、線間電圧
が２倍に上昇する。一方、二重星型結線にされた発電機
１３は、線間電圧が半分に低下する。結線がこの関係に
された時に、回転電機８からの発電電圧が、発電機１３
の誘起電圧より大となるように、予め回転電機８，発電
機１３の定格を選定しておく。そのようにしておけば、
発電機１３の誘起電圧は印加される電圧より低くなり、
首尾よくモータ運転が行われる。従って、回転電機８か
らの給電経路（整流回路１９→平滑回路２０→インバー
タ２２）の途中に、昇圧回路を介在させる必要がなくな
る。昇圧回路が不用となると、そこでエネルギーをロス
することもないので、効率もよくなる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回転電機付タ
ーボチャージャ制御装置によれば、発電機の固定子側巻
線を星型結線と二重星型結線とに切り替えれるようにす
ると共に、回転電機の固定子側巻線も星型結線と二重星
型結線とに切り替えれるようにして、発電機運転する側
は星型結線にして線間出力電圧を高くし、モータ運転す
る側は二重星型結線にして線間誘起電圧を低くする。そ
うすると、回転電機を発電機運転し発電機をモータ運転
する場合でも、発電機に印加される電圧は、その誘起電
圧よりも高くなるので、給電経路中に昇圧回路を設ける
必要はなくなる。従って、コストが安くなると共に、エ
ネルギー効率もよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電機付ターボチャージャ制御装
置を示す図

【図２】本発明における同期機の固定子側巻線とその
巻線切替部を示す図

【図３】星型結線と二重星型結線を示す図

【図４】星型結線の同期機および二重星型結線の同期
機の発電特性図

【図５】本発明における回転電機と発電機の結線関係
を示す図

【図６】従来の回転電機付ターボチャージャ制御装置
を示す図

【符号の説明】

１…エンジン、２…吸気マニホールド、３…排気マニホ
ールド、４…回転軸、５…回転電機付ターボチャージ
ャ、６…吸気管、７…コンプレッサ、８…回転電機、９
…タービン、１０…排気管、１１，１２…歯車、１３…
発電機、１４〜１６…車両状況検出センサ、１７…コン
トローラ、１８…パワー部、１９…整流回路、２０…平
滑回路、２１…昇圧回路、２２，２３…インバータ、２
４…平滑回路、２５…整流回路、２６…レギュレータ、
２７…バッテリ、２８，２９…巻線切替部、Ｍ…同期
機、Ｏ…中性点、Ｓ…巻線切替部、Ｕ₁〜Ｗ₃…巻線、
Ｓ₁₁〜Ｓ₃₃…スイッチ、Ｅ…誘起電圧

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンによって駆動される発電機と、
該発電機の固定子側巻線の結線を該発電機を発電機運転
する場合には星型結線としモータ運転する場合には二重
星型結線とする第１の巻線切替部と、ターボチャージャ
の回転軸に連結された回転電機と、該回転電機の固定子
側巻線の結線を該回転電機を発電機運転する場合には星
型結線としモータ運転する場合には二重星型結線とする
第２の巻線切替部と、前記発電機から前記回転電機およ
びバッテリへの給電または前記回転電機を発電機運転す
る場合には前記回転電機から前記発電機およびバッテリ
への給電をするためのパワー部と、車両運転状況に応じ
て該パワー部を制御すると共に前記第１の巻線切替部お
よび第２の巻線切替部を制御するコントローラとを具え
たことを特徴とする回転電機付ターボチャージャ制御装
置。