JP4185753B2 - 電動機の運転制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期モータは、各相の巻線に電力を順次供給し、各相の巻線による磁界と永久磁石（回転子）による磁界との相互作用により回転子を回転させる。その際、同期モータでは、いずれの相の巻線に電力を供給するかのタイミングを決定するために、回転子の位置を正確に検出する必要がある。そのために、同期モータの運転制御装置では、検出した回転子の位置に基づいて通電切換信号を生成し、この通電切換信号を各相の巻線に電力を供給する駆動装置に送信している。通電切換信号は、いずれの相の巻線に電力を供給するかを示しており、駆動装置における各相に対して各々設けられたスイッチング素子をオン／オフするパルス信号からなる。
【０００３】
同期モータでは、通電切換信号や各巻線への供給電力にノイズがのった場合やモータにかかる負荷が急変した場合等に、通電切換信号のパルスと回転子の回転とが同期を失った状態（いわゆる、脱調）になる場合がある。脱調が発生した場合、運転制御装置では同期モータを正常に制御できないので、脱調を迅速に検出し、運転制御装置における制御をリセットする必要がある。脱調の検出方法の一つとして、各相の巻線の端子に生じる逆起電圧の変化率が所定値以上の場合に脱調と判定する方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１７０７８１号公報
【特許文献２】
米国特許第４９２８０４３号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同期モータがメカ的なトラブル等によって過回転異常が発生した場合も、各相の巻線の端子に生じる逆起電圧の変化率が過大となり、脱調と同様の現象となる。したがって、上記した従来の検出方法では、脱調と過回転とを区別して判定することができない。脱調の場合、運転制御装置における制御をリセットすることにより、同期モータを正常な状態に戻すことができる。一方、過回転の場合、同期モータ自体に異常が発生しているので、運転制御装置をリセットしても同期モータを正常な状態に戻すことはできない。そのため、脱調と過回転とを区別して判定する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、脱調と過回転とを判別可能な電動機の運転制御装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動機の運転制御装置は、巻線による磁界と磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させる電動機を制御する運転制御装置において、巻線の端子に生じる逆起電力に基づいて、電動機の駆動装置への通電切換信号を生成する切換信号生成手段と、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より大きい脱調判定回転数より大きい場合に脱調と判定する脱調判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この電動機の運転制御装置では、巻線の端子に生じる逆起電圧に基づいて回転子の位置を検出し、その位置によりいずれの相の巻線に電力を供給するかを示す通電切換信号を生成する。さらに、運転制御装置では、通電切換信号に情報として含まれる電動機の回転数が、電動機のメカ的に回転可能な最大回転数より大きい脱調判定回転数を超える場合に脱調と判定する。というのは、運転制御装置では、通電切換信号のパルスと回転子の回転位置との同期が取れなくなると（脱調になると）、通電切換信号を生成する際の電動機の目標回転数を電動機のメカ的に回転可能な最大回転数（過回転時の回転数）よりも相当大きな回転数に設定するからである。そのため、運転制御装置では、脱調判定回転数に基づいて、脱調と過回転とを区別して判定することができる。
【０００９】
なお、脱調判定回転数は、電動機が過回転状態になった場合のメカ的に回転可能な最大回転数よりも大きな回転数である。
【００１０】
本発明に係る電動機の運転制御装置は、巻線による磁界と磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させ、内燃機関に対して過給を行うターボチャージャのコンプレッサを回転駆動する電動機を制御する運転制御装置において、巻線の端子に生じる逆起電力に基づいて、電動機の駆動装置への通電切換信号を生成する切換信号生成手段と、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より小さい過回転判定回転数より大きいか否かを判定する過回転判定手段と、過回転判定手段で電動機の回転数が過回転判定回転数より大きいと判定した後に、内燃機関への過給圧が判定過給圧より小さい場合に脱調と判定し、判定過給圧以上の場合に過回転と判定する脱調判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この電動機の運転制御装置では、巻線の端子に生じる逆起電圧に基づいて回転子の位置を検出し、その位置によりいずれの相の巻線に電力を供給するかを示す通電切換信号を生成する。さらに、運転制御装置では、通電切換信号に情報として含まれる電動機の回転数が、電動機のメカ的に回転可能な最大回転数より小さい過回転判定回転数より大きいか否かを判定する。電動機の回転数が過回転判定回転数より大きいと判定した後、運転制御装置では、内燃機関への過給圧が判定過給圧未満の場合に脱調と判定し、判定過給圧以上の場合に過回転と判定する。というのは、運転制御装置では、脱調の場合には電動機が停止あるいは回転が減速して電動機によるアシストによって過給圧が大きくならないが、過回転の場合には電動機の回転が異常に速くなって過給圧が異常に大きくなるからである。そのため、運転制御装置では、過回転判定回転数及び判定過給圧に基づいて、脱調と過回転異常とを区別して判定することができる。
【００１２】
なお、過回転判定回転数は、電動機が過回転状態になった場合のメカ的に回転可能な最大回転数よりも小さい回転数であり、かつ、運転制御装置おける制御上の最大回転数よりも大きな回転数である。また、判定過給圧は、電動機による制御上の最大アシストによって得られる過給圧よりも大きな過給圧である。
【００１３】
本発明の上記電動機の運転制御装置は、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より小さい過回転判定回転数より大きい場合に過回転と仮判定する過回転仮判定手段を備える構成としてもよい。
【００１４】
この電動機の運転制御装置では、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機のメカ的に回転可能な最大回転数より小さい過回転判定回転数より大きい場合に過回転と仮判定する。この仮判定した後に、運転制御装置では、電動機の回転数を脱調判定回転数に基づいて判定するかあるいは過給圧を判定過給圧に基づいて判定し、過回転と脱調とを判別する。
【００１５】
なお、請求項３において請求項２を引用した場合、請求項３に記載の過回転仮判定手段は、請求項２に記載の過回転判定手段を限定した手段である。
【００１６】
本発明の上記電動機の運転制御装置は、過回転仮判定手段で過回転と仮判定した場合、電動機の出力を低下させる電動機出力低下手段を備える構成としてもよい。
【００１７】
この電動機の運転制御装置では、過回転と仮判定した場合、過回転と脱調とを判別するまで電動機の出力を低下させる。そのため、運転制御装置では、この電動機の出力低下によって、過回転状態の場合に備えて、過回転状態による不具合現象を早期に防止するためのフェールアンドセーフ対策を予備的にとることができる。
【００１８】
なお、電動機の出力の低下には、電動機の回転を停止して出力をゼロにする場合も含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る電動機の運転制御装置の実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明は、電動機における脱調と過回転とを区別して判定する。そのために、本発明では、通電切換信号に基づく電動機の回転数が電動機の過回転状態における回転数より大きい脱調判定回転数より大きい場合には脱調と判定する。また、ターボチャージャによる過給をアシストする電動機の場合、本発明では、通電切換信号に基づく電動機の回転数が電動機の過回転状態における回転数より小さい脱調判定回転数より大きい場合に、内燃機関への過給圧が判定過給圧より小さい時には脱調と判定する。
【００２１】
本実施の形態は、本発明に係る電動機の運転制御装置を、自動車に搭載される電動機付ターボチャージャシステムにおける電動機の運転制御装置に適用する。本実施の形態では、脱調と過回転との判定方法が異なる２つの実施の形態がある。第１の実施の形態では、電動機の回転数（ＶＣＯの周波数）のみによって判定を行う。第２の実施の形態では、電動機の回転数（ＶＣＯの周波数）及び過給圧によって判定を行う。
【００２２】
まず、第１の実施の形態について説明する。図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ａの構成について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムの構成図である。図２は、インバータの構成図である。図３は、コントローラＩＣにおける制御信号及び電動機の各相の巻線の通電／非通電を示す波形である。図４は、電動機の巻線の端子電圧の分圧の時間変化を示す波形である。図５は、ＶＣＯの周波数の時間変化を示すグラフであり、（ａ）が過回転時であり、（ｂ）が脱調時である。
【００２３】
電動機付ターボチャージャシステム１Ａは、自動車に搭載され、エンジン（図示せず）の吸入空気量をターボチャージャ２で過給する。また、電動機付ターボチャージャシステム１Ａは、低回転域の過給圧の立ち上がりを向上させるために、電動機３によって強制的にコンプレッサを駆動して所望の過給圧を得る。さらに、電動機付ターボチャージャシステム１Ａでは、電動機３が発電機としても機能し、減速時等にバッテリ４を充電する。そのために、電動機付ターボチャージャシステム１Ａは、ターボチャージャ２、電動機３、バッテリ４、電動機の駆動装置としてのインバータ５、運転制御装置６Ａを備えている。
【００２４】
ターボチャージャ２は、エンジンからの排気エネルギを利用して過給圧を上げる。ターボチャージャ２では、エンジンの排気通路側にタービンホイール２０、吸気通路側にコンプレッサホイール２１が配設されており、両ホイールがシャフト２２で連結されている。このシャフト２２の中央部には、電動機３の一構成要素であるロータ（図示せず）が固定されている。
【００２５】
電動機３は、永久磁石同期型の三相交流モータであり、ターボチャージャ２の過給圧をアシストするとともに回生時にはバッテリ４を充電する。電動機３は、回転子としてのロータの周囲にステータ（図示せず）が配設されている。ロータには、永久磁石が設けられている。ステータは、複数枚の積層鋼板に巻線を巻いたものであり、ターボチャージャ２のハウジングに対して固定されている。巻線には、Ｕ相の巻線３０、Ｖ相の巻線３１、Ｗ相の巻線３２がある（図２参照）。電動機３は、ロータ及びステータを主たる構成要素として、シャフト２２を出力軸としてターボチャージャ２のハウジングの内部に構築されている。電動機３では、Ｕ相の巻線３０、Ｖ相の巻線３１、Ｗ相の巻線３２に順次電力が供給されると磁界が順次発生し、このＵ相、Ｖ相、Ｗ相に順次発生する磁界とロータの永久磁石との磁界との相互作用によってロータが回転する。
【００２６】
なお、電動機３は、メカ的には２０万回転程度の回転数まで回転可能である。運転制御装置１Ａでは、回転可能な２０万回転より数万回転程度低い回転数を制御上の許容最大回転数としている。電動機３が許容最大回転数より大きな回転数で回転している場合、電動機３は過回転状態であり、電動機３自体やターボチャージャ２等にメカ的な不具合を発生させたりあるいはターボチャージャ２の背圧を異常上昇させたりする場合があるので、電動機３を迅速に停止させる必要がある。
【００２７】
インバータ５は、運転制御装置６Ａからのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいて、電動機３の巻線３０，３１，３２に電力を供給する。そのために、インバータ５は、６つのＦＥＴ[Field Effect Transistor]５０〜５５を備えており（図２参照）、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を介してバッテリ４に接続されている。インバータ５では、電動機３の巻線３０，３１，３２に対して上側アーム及び下側アームを各々有しており、Ｕ相の巻線３０に対しては上側アームにＦＥＴ５０及び下側アームにＦＥＴ５３が設けられ、Ｖ相の巻線３１に対しては上側アームにＦＥＴ５１及び下側アームにＦＥＴ５４が設けられ、Ｗ相の巻線３２に対しては上側アームにＦＥＴ５２及び下側アームにＦＥＴ５５が設けられている。
【００２８】
インバータ５による電力供給の一例として、Ｕ相の巻線３０に対する電力供給について説明する。上側アームのＦＥＴ５０はゲート信号Ｇａに基づいてオン／オフし、ゲート信号Ｇａが１の時にＦＥＴ５０がオンして巻線３０に電源電圧（１２Ｖ）を供給し、ゲート信号Ｇａが０の時にＦＥＴ５０がオフする（図３参照）。一方、下側アームのＦＥＴ５３はゲート信号Ｇｄに基づいてオン／オフし、ゲート信号Ｇｄが１の時にＦＥＴ５３がオンして巻線３０にはＦＥＴ５３を介してグランド（０Ｖ）が接続され、ゲート信号Ｇｄが０の時にＦＥＴ５３がオフする（図３参照）。
【００２９】
運転制御装置６Ａは、電動機３の駆動を制御する装置である。運転制御装置６Ａでは、エンジンＥＣＵ[Electronic Control Unit]７からの電動機３によるアシスト量を示す指令値に基づいて電動機３の目標回転数を決定し、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆをインバータ５に送信する。この際、運転制御装置６Ａでは、巻線３０〜３２の各端子に生じる逆起電力に基づいて電動機３のロータの位置を検出し、ＶＣＯ[Voltage Controlled Oscillator]を生成している。さらに、運転制御装置６Ａでは、ＶＣＯの周波数（電動機３の回転数に相当）に基づいて電動機３の過回転及び脱調を判定し、過回転と判定した場合には電動機３を停止し、脱調と判定した場合には電動機３の制御をリセットする。そのために、運転制御装置６Ａは、切換信号生成手段としてのコントローラＩＣ[Integrated Circuit]６０、電動機出力低下手段としてのインバータ停止回路６１、脱調判定手段及び過回転仮判定手段としての回転数モニタ回路６２Ａを備えている。
【００３０】
なお、本実施の形態では、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆのみならず、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成する際の基準となるＶＣＯも通電切換信号に相当する。
【００３１】
コントローラＩＣ６０は、エンジンＥＣＵ７からの電動機３によるアシスト量を示す指令値に基づいて、ＶＣＯの周波数（電動機３の回転数に相当）を決定する。さらに、コントローラＩＣ６０では、検出した電動機３のロータの位置情報に基づいて、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりを設定し、ＶＣＯを生成する。ＶＣＯは、１（コントローラＩＣ６０の電源電圧）／０（グランド電圧）のパルス信号であり、電動機３の１回転当たり６つの周期からなる（図３参照）。
【００３２】
さらに、コントローラＩＣ６０では、検出した電動機３のロータの位置情報及びＶＣＯに基づいて、６つのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成する（図３参照）。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆは、インバータ５のＦＥＴ５０〜５５をオン／オフするための信号であり、１（コントローラＩＣ６０の電源電圧）／０（グランド電圧）のパルス信号である。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆは、ＶＣＯの６周期のうち２周期分（電動機３の位相としては１２０°分）が１であり、他の４周期分が０である。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆにおける１となる２周期間は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で変わり、同相の上側アームと下側アームとでは上側アームが１の区間終了から１周期分経過した後に下側アームが１となる。
【００３３】
また、コントローラＩＣ６０では、電動機３のロータの位置情報を検出するために、巻線３０，３１，３２の端子電圧の分圧を各々取り入れる。この分圧の時間変化を示す分圧波ＶＷは、上側アームに対するゲート信号の１の区間が上側アームの通電区間ＶＷａとなり、下側アームに対するゲート信号の１の区間が下側アームの通電区間ＶＷｂとなり、上側アーム及び下側アームに対するゲート信号が共に０の区間が非通電区間ＶＷｃとなる（図４参照）。上側アームの通電区間ＶＷａでは、インバータ５の電源電圧の分圧が出力される。下側アームの通電区間ＶＷｂでは、グランド電圧が分圧として出力される。非通電区間ＶＷｃでは、上側アーム及び下側アームから電力が供給されないので、電動機３の回転数に応じて発生した発電電圧（逆起電圧）の分圧が出力される。非通電区間ＶＷｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で順に変わり、その時間変化としては通電／非通電波ＮＥａ，ＮＥｂ，ＮＥｃとなる（図３参照）。なお、逆起電圧は、電動機３の回転数が高くなるほど高くなり、回転数が低くなるほど低くなる。
【００３４】
分圧は、非通電区間ＶＷｃでのみ時間とともに電圧が変化する。この電圧変化は、周期的な変化であり、正弦波ＳＷで表すことができる（図４参照）。
【００３５】
電動機３では、正弦波ＳＷの振幅の頂点ＳＷａと分圧波ＶＷの上側アームの通電区間ＶＷａの中心点ＶＷａ１とが一致している場合（正弦波ＳＷの位相と分圧波ＶＷの位相とが一致している場合）に（図４参照）、電動機３のロータの位置に応じて巻線３０，３１，３２に正確なタイミングで電力が供給されている。そこで、運転制御装置６Ａでは、頂点ＳＷａと中心点ＶＷａ１とを一致させるための制御を行っている。
【００３６】
そのために、コントローラＩＣ６０では、分圧波ＶＷの振幅の中心線ＣＬで分断されて非通電区間ＶＷｃに形成される２つの三角形Ｔ１（斜線部分），Ｔ２（網掛け部分）の面積を求め（図４参照）、この２つの面積差を算出している。この面積差は、電動機３のロータの位置に対する巻線３０，３１，３２に電力を供給するタイミングとのずれを示しており、電動機３のロータの位置情報に相当する。したがって、面積差がゼロの場合、電動機３のロータの位置と巻線３０，３１，３２への電力供給タイミングとにずれがない。なお、面積差は、プラス／マイナスで表され、プラスとマイナスにより三角形Ｔ１の面積と三角形Ｔ２の面積との大小関係も示す。
【００３７】
三角形Ｔ１，Ｔ２の面積が同一の面積になると頂点ＳＷａと中心点ＶＷａ１とが一致するので、コントローラＩＣ６０では、求めた面積差の大きさ及びプラス／マイナスに基づいて、面積差がゼロになるように、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりタイミングを設定している。
【００３８】
頂点ＳＷａと中心点ＶＷａ１との位置ずれが非常に大きくなると、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆ（ＶＣＯ）の各パルスと電動機３のロータの回転位置との同期が取れなくなり、脱調となる。この際、コントローラＩＣ６０では、２つの三角形Ｔ１，Ｔ２を形成できなくなり、面積差を算出不能となる。そのため、コントローラＩＣ６０では、ＶＣＯを正常に生成できないので、ＶＣＯの周波数を一定の増加率で増加させて電源リセットされるまでＶＣＯの周波数を脱調時周波数ＮＰに固定するとともに（図５（ｂ）参照）、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを全て０に設定する。脱調時周波数ＮＰは、電動機３のメカ的に回転可能な最大回転数よりかなり大きな回転数に相当するＶＣＯの周波数であり、例えば、最大回転数＋１０万回転に相当するＶＣＯの周波数である。
【００３９】
また、コントローラＩＣ６０では、回転数モニタ回路６２Ａからリセット信号ＲＳを受信すると、電源を一旦オフした後にオンし、電源リセットする。再起動時、コントローラＩＣ６０では、電動機３のロータの位相検出を行う。位相検出後、コントローラＩＣ６０では、回転数モニタ回路６２Ａからアシスト再開信号ＡＳを受信すると、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成し、電動機３によるアシストを再開させる。位相検出は、電動機３の回転数がゼロでロータの位相（位置）が判らないときに行われ、アライン、ランプ、ランの順で行われる。アラインは、３相のうちの一つの相の巻線に電力を供給し、永久磁石が設けられたロータをその電力を供給した巻線に対応する位置に一旦固定する。ランプは、ロータをある位置に固定した後、ロータの位置検出を行わずに、３相の巻線３０，３１，３２に電力を順次供給し、ロータを回転する。ランは、ある回転数に達すると、巻線３０，３１，３２の端子の分圧を取り出し、ロータの位置を検出する。このように、電源リセット後には、コントローラＩＣ６０における電動機３に対する制御がリセットされ、ロータの位置が新たに検出されるので、リセット前に脱調が発生していた場合にはその脱調が解消される。
【００４０】
インバータ停止回路６１は、回転数モニタ回路６２Ａからの停止信号ＳＳに基づいて、インバータ５を停止する。インバータ停止回路６１は、６個のｎｐｎ型のトランジスタ６１ａ〜６１ｆを備えており、トランジスタ６１ａ〜６１ｆのベースに回転数モニタ回路６２Ａが接続され、エミッタがグランドに接続され、コレクタがインバータ５のＦＥＴ５０〜５５のゲートに各々接続される。インバータ停止回路６１では、停止信号ＳＳがトランジスタ６１ａ〜６１ｆのベースに各々入力されると、トランジスタ６１ａ〜６１ｆがオンする。すると、インバータ５では、ＦＥＴ５０〜５５の各ゲートがトランジスタ６１ａ〜６１ｆを介してグランドに接続され、ＦＥＴ５０〜５５がオフする。その結果、電動機３の巻線３０，３１，３２への電力供給が停止される。
【００４１】
回転数モニタ回路６２Ａは、コントローラＩＣ６０からのＶＣＯに基づいて、電動機３の過回転及び脱調を判定する。回転数モニタ回路６２Ａでは、電動機３の正常、過回転、脱調を判別するために、ＶＣＯの周波数に対する２つの閾値（過回転判定回転数としての過回転判定周波数Ｎｆと脱調判定回転数としての脱調判定周波数Ｎｍａｘ）を保持している（図５参照）。過回転判定周波数Ｎｆは、電動機３の制御上の許容最大回転数より大きくかつ電動機３のメカ的に回転可能な最大回転数より小さい電動機３の回転数に相当するＶＣＯの周波数が設定され、例えば、許容最大回転数と最大回転数との中間の回転数に相当するＶＣＯの周波数である。脱調判定周波数Ｎｍａｘは、電動機３のメカ的に回転可能な最大回転数より大きくかつ脱調時周波数ＮＰに応じた回転数より小さい電動機３の回転数に相当するＶＣＯの周波数が設定され、例えば、最大回転数と脱調時周波数ＮＰに応じた回転数との中間の回転数に相当するＶＣＯの周波数である。
【００４２】
回転数モニタ回路６２Ａでは、一定時間毎に（例えば、コントローラＩＣ６０でＶＣＯが生成される毎に）、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいと判定した場合（すなわち、電動機３が過回転と仮判定した場合）、インバータ５による電力供給を停止するために、インバータ５に停止信号ＳＳを送信する。この時点では、過回転と脱調とを判別していないので、電動機３が過回転状態であった場合に備えて、フェールアンドセーフ対策としてインバータ５による電力の供給を停止して電動機３を停止させる。一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下と判定した場合（すなわち、電動機３が正常と判定した場合）、次回のＶＣＯの周波数と過回転判定周波数Ｎｆとの判定まで待つ。
【００４３】
停止信号ＳＳを送信開始後、回転数モニタ回路６２Ａでは、待機時間Ｔｓが経過すると、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する。待機時間Ｔｓ経過してから判定するのは、コントローラＩＣ６０ではＶＣＯの周波数を脱調時周波数ＮＰに固定する際に一定の増加率で周波数を増加しているので、脱調時周波数ＮＰに到達するまでに所定時間を要する。そこで、回転数モニタ回路６２Ａでは、その増加する際の所定時間より長い待機時間Ｔｓを待ってから、ＶＣＯの周波数が過回転に相当する周波数かあるいは脱調時周波数ＮＰかを判定する。
【００４４】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいと判定した場合（すなわち、脱調と判定した場合）（図５（ｂ）参照）、コントロールＩＣ６０を電源リセットするために、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。コントロールＩＣ６０での電源リセット後、回転数モニタ回路６２Ａでは、脱調が解消されていることを確認するために、再度、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きい場合、上記と同様に、待機時間Ｔｓ経過した後、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する。一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下の場合（すなわち、電動機３が正常に戻った場合）、電動機３でのアシストを再開するために、コントローラＩＣ６０にアシスト再開信号ＡＳを送信するとともに、インバータ停止回路６１への停止信号ＳＳの送信を終了する。
【００４５】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘ以下と判定した場合（すなわち、過回転と本判定した場合）（図５（ａ）参照）、ドライバに過回転であることを知らせるために、インスツルメントパネルのＥＣＵ（図示せず）にターボチャージャのフェールランプを点灯させるためのフェールランプ点灯信号を送信する。というのは、電動機３の停止によって、電動機３によるアシストが無くなり、ターボチャージャ２による過給圧が低下するので、ドライバにターボチャージャ２の異常を知らせるためである。さらに、回転数モニタ回路６２Ａでは、エンジンＥＣＵ７に電動機３に異常が発生して電動機３を強制的に停止させていることを知らせるために、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する。そして、回転数モニタ回路６２Ａでは、イグニッションスイッチがオフされるまで停止信号ＳＳを送信して電動機３を停止させ、イグニッションスイッチがオフされて後に再度オンされた場合には停止信号ＳＳを送信しない。ちなみに、エンジンＥＣＵ７では、フェール信号ＦＳを受信すると、電動機３によるアシスト無しでのターボチャージャ２の制御に移る。
【００４６】
それでは、図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ａにおける過回転／脱調判定時の動作について図６に示すフローチャートに沿って説明する。図６は、第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。
【００４７】
運転制御装置６ＡのコントローラＩＣ６０では、エンジンＥＣＵ７からの指令値に基づいてＶＣＯの周波数を設定する。また、コントローラＩＣ６０では、電動機３の巻線３０，３１，３２の端子電圧の分圧から非通電区間ＶＷｃの２つの三角形Ｔ１，Ｔ２の面積を求め、その２つの面積Ｔ１、Ｔ２の面積差を算出する（図４参照）。そして、コントローラＩＣ６０では、面積差がゼロになるように、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりを設定し、図３に示すＶＣＯを生成する。さらに、コントローラＩＣ６０では、ＶＣＯに基づいて、図３に示す６つのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成し、インバータ５に送信する。インバータ５では、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいてＦＥＴ５０〜５５がオン／オフし、巻線３０，３１，３２に電力を順次供給する。すると、電動機３では、巻線３０，３１，３２に磁界が順次発生し、永久磁石が設けられたロータがＶＣＯの周波数に応じた回転数で回転する。この電動機３の回転によってターボチャージャ２がアシストされ、過給圧が増加する。
【００４８】
なお、脱調となった場合、コントローラＩＣ６０では、２つの三角形Ｔ１，Ｔ２を形成できなくなり、面積差を算出不能となるので、ＶＣＯの周波数を脱調時周波数ＮＰまで増加して固定する。
【００４９】
運転制御装置６Ａの回転数モニタ回路６２Ａでは、一定時間毎に、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する（Ｓ１０）（図５参照）。
【００５０】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいと判定した場合、インバータ５に停止信号ＳＳを送信する。すると、インバータ５では、ＦＥＴ５０〜５５が全てオフし、電動機３の巻線３０，３１，３２への電力の供給を停止する（Ｓ１１）。そのため、電動機３では、電動駆動が停止し、ターボチャージャ２に対するアシストを停止する。なお、インバータ５への停止信号ＳＳの送信はＳ１７の処理に移るまで続けられ、Ｓ１７の処理に移った場合にアシストが再開される。
【００５１】
一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下と判定した場合、次回のＳ１０の処理に移る。
【００５２】
Ｓ１１にて停止信号ＳＳの送信開始後、回転数モニタ回路６２Ａでは、待機時間Ｔｓ経過するのを待ち（Ｓ１２）、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００５３】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいと判定した場合（図５（ｂ）参照）、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。すると、コントロールＩＣ６０では、電源リセットする（Ｓ１４）。再起動後、コントロールＩＣ６０では、電動機３の位相検出を開始し（Ｓ１５）、位相検出を終了するとＶＣＯを生成する。そして、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する（Ｓ１６）（図５参照）。回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きい場合、Ｓ１２の処理に戻る。一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下の場合、コントローラＩＣ６０にアシスト再開信号ＡＳを送信するとともにインバータ停止回路６１への停止信号ＳＳの送信を止め（Ｓ１７）、次回のＳ１０の処理に移る。アシスト再開信号ＡＳを受信すると、コントローラＩＣ６０では、ＶＣＯに基づいてゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成し、インバータ５に送信する（Ｓ１７）。インバータ５では、停止信号ＳＳによるＦＥＴ５０〜５５の強制的なオフが解除されているので、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいてＦＥＴ５０〜５５がオン／オフし、巻線３０，３１，３２に電力を順次供給する（Ｓ１７）。すると、電動機３では、巻線３０，３１，３２に磁界が順次発生し、永久磁石が設けられたロータがＶＣＯの周波数に応じた回転数で回転し、ターボチャージャ２へのアシストを再開する（Ｓ１７）。
【００５４】
一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘ以下と判定した場合（図５（ａ）参照）、インスツルメントパネルのＥＣＵにフェールランプ点灯信号を送信し（Ｓ１８）、さらに、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する（Ｓ１９）。すると、インスツルメントパネル（図示せず）では、ターボチャージャのフェールランプを点灯させる（Ｓ１８）。また、エンジンＥＣＵ７では、電動機３によるアシスト無しでのターボチャージャ２の制御に移る。
【００５５】
この運転制御装置６Ａによれば、ＶＣＯの周波数に基づいて、電動機３の過回転と脱調とを区別して判定することができる。そのため、運転制御装置６Ａでは、脱調と判定した場合にはコントロールＩＣ６０の電源リセットによって電動機３によるアシストを迅速に再開できるとともに、過回転と判定した場合にはイグニッションスイッチがオフされるまで電動機３を確実に停止することができる。また、運転制御装置６Ａでは、過回転と仮判定した時点でインバータ５による電力の供給を停止して電動機３を停止しているので、過回転異常によるメカ的なトラブルの発生やターボチャージャ２の背圧の上昇等を早い段階で防ぐことができる。さらに、運転制御装置６Ａでは、６つのトランジスタ６１ａ〜６１ｆによる簡単な構成によって、インバータ５の電力供給を強制的に停止することができる。
【００５６】
次に、第２の実施の形態について説明する。図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ｂの構成について説明する。電動機付ターボチャージャシステム１Ｂは、第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステム１Ａと、過回転／脱調判定においてＶＣＯの周波数の他に過給圧を用いる構成及び動作が異なり、その他の構成及び動作については基本的には同様の構成及び動作を有する。なお、電動機付ターボチャージャシステム１Ｂでは、電動機付ターボチャージャシステム１Ａと同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
電動機付ターボチャージャシステム１Ｂは、ターボチャージャ２、電動機３、バッテリ４、インバータ５、運転制御装置６Ｂを備えている。
【００５８】
運転制御装置６Ｂは、運転制御装置６Ａと同様に電動機３の駆動を制御する装置であるが、電動機３の過回転及び脱調を判定する仕方が異なっている。すなわち、運転制御装置６Ｂでは、ＶＣＯの周波数及びエンジンへの過給圧に基づいて電動機３の過回転及び脱調を判定するのである。そのために、運転制御装置６Ｂは、運転制御装置６Ａにおける回転数モニタ回路６２Ａに代えて、脱調判定手段及び過回転仮判定手段（過回転判定手段）としての回転数モニタ回路６２Ｂを備えている。
【００５９】
回転数モニタ回路６２Ｂは、コントローラＩＣ６０からのＶＣＯ及びエンジンＥＣＵ７からの過給圧信号ＦＳに基づいて、電動機３の過回転及び脱調を判定する。過給圧信号ＦＳは、過給圧センサ（図示せず）で検出され、過給圧センサからエンジンＥＣＵ７に取り込んだ過給圧が設定された信号である。回転数モニタ回路６２Ｂには、電動機３の正常、過回転、脱調を判別するために、ＶＣＯの周波数に対する１つの閾値（過回転判定回転数としての過回転判定周波数Ｎｆ）及び過給圧に対する１つの閾値（判定過給圧Ｐｆ）を保持している。判定過給圧Ｐｆは、電動機３による制御上の最大アシストによって得られる過給圧より大きくかつ過回転状態の電動機３によるアシストによって得られる過給圧より小さい過給圧が設定される。
【００６０】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、一定時間毎に（例えば、コントローラＩＣ６０でＶＣＯが生成される毎に）、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ｂでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいと判定した場合（すなわち、電動機３が過回転と仮判定した場合）、インバータ５による電力供給を停止するために、インバータ５に停止信号ＳＳを送信する。一方、回転数モニタ回路６２Ｂでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下と判定した場合（すなわち、電動機３が正常と判定した場合）、次回のＶＣＯの周波数と過回転判定周波数Ｎｆとの判定まで待つ。
【００６１】
停止信号ＳＳを送信開始後、回転数モニタ回路６２Ｂでは、待機時間Ｔｓが経過すると、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいか否かを判定する。電動機３が過回転状態の場合、電動機３によるアシストが制御上の最大アシストよりもかなり大きくなるので、非常に大きな過給圧となる。一方、制御上の脱調の場合、電動機３の電動駆動をロータの位相に合わせて行うことができない状態であるので、少なくとも過回転状態の場合のように非常に大きな過給圧となることはない。そこで、回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が過回転で非常に大きくなっているか否かを判定する。
【００６２】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいと判定した場合（すなわち、脱調と判定した場合）、コントロールＩＣ６０を電源リセットするために、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。コントロールＩＣ６０での電源リセット後、回転数モニタ回路６２Ｂでは、脱調が解消されていることを確認するために、再度、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ｂでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きい場合、上記と同様に、待機時間Ｔｓ経過した後、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する。一方、回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧数が過回転判定周波数Ｎｆ以下の場合（すなわち、電動機３が正常に戻った場合）、電動機３でのアシストを再開するために、コントローラＩＣ６０にアシスト再開信号ＡＳを送信するとともに、インバータ停止回路６１への停止信号ＳＳの送信を終了する。
【００６３】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆ以上と判定した場合（すなわち、過回転と本判定した場合）、ドライバに過回転であることを知らせるために、インスツルメントパネルのＥＣＵにターボチャージャのフェールランプを点灯させるためのフェールランプ点灯信号を送信する。さらに、回転数モニタ回路６２Ｂでは、エンジンＥＣＵ７に電動機３に異常が発生して電動機３を強制的に停止させていることを知らせるために、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する。そして、回転数モニタ回路６２Ｂでは、イグニッションスイッチがオフされるまで停止信号ＳＳを送信して電動機３を停止させ、イグニッションスイッチがオフされて後に再度オンされた場合には停止信号ＳＳを送信しない。
【００６４】
それでは、図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ｂにおける過回転／脱調判定時の動作について図７に示すフローチャートに沿って説明する。図７は、第２の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。電動機付ターボチャージャシステム１Ｂでは過回転／脱調判定には過給圧による判定以外の動作は第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステム１Ａと同様の動作を行うので、ここでは過給圧による判定動作についてのみ説明する。なお、図７のフローチャートでは、図６のフローチャートと同様の処理を行うステップには同一のステップ番号を付す。
【００６５】
停止信号ＳＳの送信開始後、回転数モニタ回路６２Ｂでは、待機時間Ｔｓ経過するのを待ち（Ｓ１２）、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいか否かを判定する（Ｓ２０）。
【００６６】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいと判定した場合、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。一方、回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆ以上と判定した場合、インスツルメントパネルのＥＣＵにフェールランプ点灯信号を送信し（Ｓ１８）、さらに、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する（Ｓ１９）。
【００６７】
この運転制御装置６Ｂによれば、ＶＣＯの周波数及び過給圧に基づいて、電動機３の過回転と脱調とを区別して判定することができる。そのため、運転制御装置６Ｂでは、脱調と判定した場合にはコントロールＩＣ６０の電源リセットによって電動機３によるアシストを迅速に再開できるとともに、過回転と判定した場合にはイグニッションスイッチがオフされるまで電動機３を確実に停止することができる。また、運転制御装置６Ｂでは、過回転と仮判定した時点で６つのトランジスタ６１ａ〜６１ｆをオンするという簡単な構成によって、インバータ５による電力の供給を停止して電動機３による電動駆動を停止し、過回転異常による故障やターボチャージャ２の過過給等を早い段階で防ぐことができる。さらに、運転制御装置６Ｂでは、６つのトランジスタ６１ａ〜６１ｆによる簡単な構成によって、インバータ５の電力供給を強制的に停止することができる。
【００６８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、本実施の形態では電動機付ターボチャージャシステムの電動機に適用したが、ガスタービン等の他の電動機にも適用可能である。
また、本実施の形態では電動機の回転数に相当するＶＣＯの周波数に基づいて過回転／脱調判定を行ったが、ＶＣＯの周波数に基づいて電動機の回転数を算出する手段を備え、その算出した電動機の回転数に基づいて過回転／脱調判定を行ってもよい。
また、本実施の形態では過回転と仮判定した場合にインバータによる電力の供給を停止して電動機を停止させたが、電動機の出力を低下させる手段等を備え、電動機の出力を徐々に低下させるようにしてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機の過回転と脱調とを区別して判定することができ、脱調の場合には運転制御装置をリセットすることにより迅速に脱調を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムの構成図である。
【図２】本実施の形態に係るインバータの構成図である。
【図３】本実施の形態に係るコントローラＩＣにおける制御信号及び電動機の各相の巻線の通電／非通電を示す波形である。
【図４】本実施の形態に係る電動機の巻線の端子電圧の分圧の時間変化を示す波形である。
【図５】本実施の形態に係るＶＣＯの周波数の時間変化を示すグラフであり、（ａ）が過回転時であり、（ｂ）が脱調時である。
【図６】第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…電動機付ターボチャージャシステム、２…ターボチャージャ、２０…タービンホイール、２１…コンプレッサホイール、２２…シャフト、３…電動機、３０〜３２…巻線、４…バッテリ、５、…インバータ、５０〜５５…ＦＥＴ、６Ａ，６Ｂ…運転制御装置、６０…コントローラＩＣ、６１…インバータ停止回路、６１ａ〜６１ｆ…トランジスタ、６２Ａ，６２Ｂ…回転数モニタ回路、７…エンジンＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期モータは、各相の巻線に電力を順次供給し、各相の巻線による磁界と永久磁石（回転子）による磁界との相互作用により回転子を回転させる。その際、同期モータでは、いずれの相の巻線に電力を供給するかのタイミングを決定するために、回転子の位置を正確に検出する必要がある。そのために、同期モータの運転制御装置では、検出した回転子の位置に基づいて通電切換信号を生成し、この通電切換信号を各相の巻線に電力を供給する駆動装置に送信している。通電切換信号は、いずれの相の巻線に電力を供給するかを示しており、駆動装置における各相に対して各々設けられたスイッチング素子をオン／オフするパルス信号からなる。
【０００３】
同期モータでは、通電切換信号や各巻線への供給電力にノイズがのった場合やモータにかかる負荷が急変した場合等に、通電切換信号のパルスと回転子の回転とが同期を失った状態（いわゆる、脱調）になる場合がある。脱調が発生した場合、運転制御装置では同期モータを正常に制御できないので、脱調を迅速に検出し、運転制御装置における制御をリセットする必要がある。脱調の検出方法の一つとして、各相の巻線の端子に生じる逆起電圧の変化率が所定値以上の場合に脱調と判定する方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１７０７８１号公報
【特許文献２】
米国特許第４９２８０４３号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同期モータがメカ的なトラブル等によって過回転異常が発生した場合も、各相の巻線の端子に生じる逆起電圧の変化率が過大となり、脱調と同様の現象となる。したがって、上記した従来の検出方法では、脱調と過回転とを区別して判定することができない。脱調の場合、運転制御装置における制御をリセットすることにより、同期モータを正常な状態に戻すことができる。一方、過回転の場合、同期モータ自体に異常が発生しているので、運転制御装置をリセットしても同期モータを正常な状態に戻すことはできない。そのため、脱調と過回転とを区別して判定する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、脱調と過回転とを判別可能な電動機の運転制御装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動機の運転制御装置は、巻線による磁界と磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させる電動機を制御する運転制御装置において、巻線の端子に生じる逆起電力に基づいて、電動機の駆動装置への通電切換信号を生成する切換信号生成手段と、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より大きい脱調判定回転数より大きい場合に脱調と判定する脱調判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この電動機の運転制御装置では、巻線の端子に生じる逆起電圧に基づいて回転子の位置を検出し、その位置によりいずれの相の巻線に電力を供給するかを示す通電切換信号を生成する。さらに、運転制御装置では、通電切換信号に情報として含まれる電動機の回転数が、電動機のメカ的に回転可能な最大回転数より大きい脱調判定回転数を超える場合に脱調と判定する。というのは、運転制御装置では、通電切換信号のパルスと回転子の回転位置との同期が取れなくなると（脱調になると）、通電切換信号を生成する際の電動機の目標回転数を電動機のメカ的に回転可能な最大回転数（過回転時の回転数）よりも相当大きな回転数に設定するからである。そのため、運転制御装置では、脱調判定回転数に基づいて、脱調と過回転とを区別して判定することができる。
【０００９】
なお、脱調判定回転数は、電動機が過回転状態になった場合のメカ的に回転可能な最大回転数よりも大きな回転数である。
【００１０】
本発明に係る電動機の運転制御装置は、巻線による磁界と磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させ、内燃機関に対して過給を行うターボチャージャのコンプレッサを回転駆動する電動機を制御する運転制御装置において、巻線の端子に生じる逆起電力に基づいて、電動機の駆動装置への通電切換信号を生成する切換信号生成手段と、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より小さい過回転判定回転数より大きいか否かを判定する過回転判定手段と、過回転判定手段で電動機の回転数が過回転判定回転数より大きいと判定した後に、内燃機関への過給圧が判定過給圧より小さい場合に脱調と判定し、判定過給圧以上の場合に過回転と判定する脱調判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この電動機の運転制御装置では、巻線の端子に生じる逆起電圧に基づいて回転子の位置を検出し、その位置によりいずれの相の巻線に電力を供給するかを示す通電切換信号を生成する。さらに、運転制御装置では、通電切換信号に情報として含まれる電動機の回転数が、電動機のメカ的に回転可能な最大回転数より小さい過回転判定回転数より大きいか否かを判定する。電動機の回転数が過回転判定回転数より大きいと判定した後、運転制御装置では、内燃機関への過給圧が判定過給圧未満の場合に脱調と判定し、判定過給圧以上の場合に過回転と判定する。というのは、運転制御装置では、脱調の場合には電動機が停止あるいは回転が減速して電動機によるアシストによって過給圧が大きくならないが、過回転の場合には電動機の回転が異常に速くなって過給圧が異常に大きくなるからである。そのため、運転制御装置では、過回転判定回転数及び判定過給圧に基づいて、脱調と過回転異常とを区別して判定することができる。
【００１２】
なお、過回転判定回転数は、電動機が過回転状態になった場合のメカ的に回転可能な最大回転数よりも小さい回転数であり、かつ、運転制御装置おける制御上の最大回転数よりも大きな回転数である。また、判定過給圧は、電動機による制御上の最大アシストによって得られる過給圧よりも大きな過給圧である。
【００１３】
本発明の上記電動機の運転制御装置は、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より小さい過回転判定回転数より大きい場合に過回転と仮判定する過回転仮判定手段を備える構成としてもよい。
【００１４】
この電動機の運転制御装置では、通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機のメカ的に回転可能な最大回転数より小さい過回転判定回転数より大きい場合に過回転と仮判定する。この仮判定した後に、運転制御装置では、電動機の回転数を脱調判定回転数に基づいて判定するかあるいは過給圧を判定過給圧に基づいて判定し、過回転と脱調とを判別する。
【００１５】
なお、請求項３において請求項２を引用した場合、請求項３に記載の過回転仮判定手段は、請求項２に記載の過回転判定手段を限定した手段である。
【００１６】
本発明の上記電動機の運転制御装置は、過回転仮判定手段で過回転と仮判定した場合、電動機の出力を低下させる電動機出力低下手段を備える構成としてもよい。
【００１７】
この電動機の運転制御装置では、過回転と仮判定した場合、過回転と脱調とを判別するまで電動機の出力を低下させる。そのため、運転制御装置では、この電動機の出力低下によって、過回転状態の場合に備えて、過回転状態による不具合現象を早期に防止するためのフェールアンドセーフ対策を予備的にとることができる。
【００１８】
なお、電動機の出力の低下には、電動機の回転を停止して出力をゼロにする場合も含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る電動機の運転制御装置の実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明は、電動機における脱調と過回転とを区別して判定する。そのために、本発明では、通電切換信号に基づく電動機の回転数が電動機の過回転状態における回転数より大きい脱調判定回転数より大きい場合には脱調と判定する。また、ターボチャージャによる過給をアシストする電動機の場合、本発明では、通電切換信号に基づく電動機の回転数が電動機の過回転状態における回転数より小さい脱調判定回転数より大きい場合に、内燃機関への過給圧が判定過給圧より小さい時には脱調と判定する。
【００２１】
本実施の形態は、本発明に係る電動機の運転制御装置を、自動車に搭載される電動機付ターボチャージャシステムにおける電動機の運転制御装置に適用する。本実施の形態では、脱調と過回転との判定方法が異なる２つの実施の形態がある。第１の実施の形態では、電動機の回転数（ＶＣＯの周波数）のみによって判定を行う。第２の実施の形態では、電動機の回転数（ＶＣＯの周波数）及び過給圧によって判定を行う。
【００２２】
まず、第１の実施の形態について説明する。図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ａの構成について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムの構成図である。図２は、インバータの構成図である。図３は、コントローラＩＣにおける制御信号及び電動機の各相の巻線の通電／非通電を示す波形である。図４は、電動機の巻線の端子電圧の分圧の時間変化を示す波形である。図５は、ＶＣＯの周波数の時間変化を示すグラフであり、（ａ）が過回転時であり、（ｂ）が脱調時である。
【００２３】
電動機付ターボチャージャシステム１Ａは、自動車に搭載され、エンジン（図示せず）の吸入空気量をターボチャージャ２で過給する。また、電動機付ターボチャージャシステム１Ａは、低回転域の過給圧の立ち上がりを向上させるために、電動機３によって強制的にコンプレッサを駆動して所望の過給圧を得る。さらに、電動機付ターボチャージャシステム１Ａでは、電動機３が発電機としても機能し、減速時等にバッテリ４を充電する。そのために、電動機付ターボチャージャシステム１Ａは、ターボチャージャ２、電動機３、バッテリ４、電動機の駆動装置としてのインバータ５、運転制御装置６Ａを備えている。
【００２４】
ターボチャージャ２は、エンジンからの排気エネルギを利用して過給圧を上げる。ターボチャージャ２では、エンジンの排気通路側にタービンホイール２０、吸気通路側にコンプレッサホイール２１が配設されており、両ホイールがシャフト２２で連結されている。このシャフト２２の中央部には、電動機３の一構成要素であるロータ（図示せず）が固定されている。
【００２５】
電動機３は、永久磁石同期型の三相交流モータであり、ターボチャージャ２の過給圧をアシストするとともに回生時にはバッテリ４を充電する。電動機３は、回転子としてのロータの周囲にステータ（図示せず）が配設されている。ロータには、永久磁石が設けられている。ステータは、複数枚の積層鋼板に巻線を巻いたものであり、ターボチャージャ２のハウジングに対して固定されている。巻線には、Ｕ相の巻線３０、Ｖ相の巻線３１、Ｗ相の巻線３２がある（図２参照）。電動機３は、ロータ及びステータを主たる構成要素として、シャフト２２を出力軸としてターボチャージャ２のハウジングの内部に構築されている。電動機３では、Ｕ相の巻線３０、Ｖ相の巻線３１、Ｗ相の巻線３２に順次電力が供給されると磁界が順次発生し、このＵ相、Ｖ相、Ｗ相に順次発生する磁界とロータの永久磁石との磁界との相互作用によってロータが回転する。
【００２６】
なお、電動機３は、メカ的には２０万回転程度の回転数まで回転可能である。運転制御装置１Ａでは、回転可能な２０万回転より数万回転程度低い回転数を制御上の許容最大回転数としている。電動機３が許容最大回転数より大きな回転数で回転している場合、電動機３は過回転状態であり、電動機３自体やターボチャージャ２等にメカ的な不具合を発生させたりあるいはターボチャージャ２の背圧を異常上昇させたりする場合があるので、電動機３を迅速に停止させる必要がある。
【００２７】
インバータ５は、運転制御装置６Ａからのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいて、電動機３の巻線３０，３１，３２に電力を供給する。そのために、インバータ５は、６つのＦＥＴ[Field Effect Transistor]５０〜５５を備えており（図２参照）、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を介してバッテリ４に接続されている。インバータ５では、電動機３の巻線３０，３１，３２に対して上側アーム及び下側アームを各々有しており、Ｕ相の巻線３０に対しては上側アームにＦＥＴ５０及び下側アームにＦＥＴ５３が設けられ、Ｖ相の巻線３１に対しては上側アームにＦＥＴ５１及び下側アームにＦＥＴ５４が設けられ、Ｗ相の巻線３２に対しては上側アームにＦＥＴ５２及び下側アームにＦＥＴ５５が設けられている。
【００２８】
インバータ５による電力供給の一例として、Ｕ相の巻線３０に対する電力供給について説明する。上側アームのＦＥＴ５０はゲート信号Ｇａに基づいてオン／オフし、ゲート信号Ｇａが１の時にＦＥＴ５０がオンして巻線３０に電源電圧（１２Ｖ）を供給し、ゲート信号Ｇａが０の時にＦＥＴ５０がオフする（図３参照）。一方、下側アームのＦＥＴ５３はゲート信号Ｇｄに基づいてオン／オフし、ゲート信号Ｇｄが１の時にＦＥＴ５３がオンして巻線３０にはＦＥＴ５３を介してグランド（０Ｖ）が接続され、ゲート信号Ｇｄが０の時にＦＥＴ５３がオフする（図３参照）。
【００２９】
運転制御装置６Ａは、電動機３の駆動を制御する装置である。運転制御装置６Ａでは、エンジンＥＣＵ[Electronic Control Unit]７からの電動機３によるアシスト量を示す指令値に基づいて電動機３の目標回転数を決定し、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆをインバータ５に送信する。この際、運転制御装置６Ａでは、巻線３０〜３２の各端子に生じる逆起電力に基づいて電動機３のロータの位置を検出し、ＶＣＯ[Voltage Controlled Oscillator]を生成している。さらに、運転制御装置６Ａでは、ＶＣＯの周波数（電動機３の回転数に相当）に基づいて電動機３の過回転及び脱調を判定し、過回転と判定した場合には電動機３を停止し、脱調と判定した場合には電動機３の制御をリセットする。そのために、運転制御装置６Ａは、切換信号生成手段としてのコントローラＩＣ[Integrated Circuit]６０、電動機出力低下手段としてのインバータ停止回路６１、脱調判定手段及び過回転仮判定手段としての回転数モニタ回路６２Ａを備えている。
【００３０】
なお、本実施の形態では、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆのみならず、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成する際の基準となるＶＣＯも通電切換信号に相当する。
【００３１】
コントローラＩＣ６０は、エンジンＥＣＵ７からの電動機３によるアシスト量を示す指令値に基づいて、ＶＣＯの周波数（電動機３の回転数に相当）を決定する。さらに、コントローラＩＣ６０では、検出した電動機３のロータの位置情報に基づいて、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりを設定し、ＶＣＯを生成する。ＶＣＯは、１（コントローラＩＣ６０の電源電圧）／０（グランド電圧）のパルス信号であり、電動機３の１回転当たり６つの周期からなる（図３参照）。
【００３２】
さらに、コントローラＩＣ６０では、検出した電動機３のロータの位置情報及びＶＣＯに基づいて、６つのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成する（図３参照）。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆは、インバータ５のＦＥＴ５０〜５５をオン／オフするための信号であり、１（コントローラＩＣ６０の電源電圧）／０（グランド電圧）のパルス信号である。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆは、ＶＣＯの６周期のうち２周期分（電動機３の位相としては１２０°分）が１であり、他の４周期分が０である。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆにおける１となる２周期間は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で変わり、同相の上側アームと下側アームとでは上側アームが１の区間終了から１周期分経過した後に下側アームが１となる。
【００３３】
また、コントローラＩＣ６０では、電動機３のロータの位置情報を検出するために、巻線３０，３１，３２の端子電圧の分圧を各々取り入れる。この分圧の時間変化を示す分圧波ＶＷは、上側アームに対するゲート信号の１の区間が上側アームの通電区間ＶＷａとなり、下側アームに対するゲート信号の１の区間が下側アームの通電区間ＶＷｂとなり、上側アーム及び下側アームに対するゲート信号が共に０の区間が非通電区間ＶＷｃとなる（図４参照）。上側アームの通電区間ＶＷａでは、インバータ５の電源電圧の分圧が出力される。下側アームの通電区間ＶＷｂでは、グランド電圧が分圧として出力される。非通電区間ＶＷｃでは、上側アーム及び下側アームから電力が供給されないので、電動機３の回転数に応じて発生した発電電圧（逆起電圧）の分圧が出力される。非通電区間ＶＷｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で順に変わり、その時間変化としては通電／非通電波ＮＥａ，ＮＥｂ，ＮＥｃとなる（図３参照）。なお、逆起電圧は、電動機３の回転数が高くなるほど高くなり、回転数が低くなるほど低くなる。
【００３４】
分圧は、非通電区間ＶＷｃでのみ時間とともに電圧が変化する。この電圧変化は、周期的な変化であり、正弦波ＳＷで表すことができる（図４参照）。
【００３５】
電動機３では、正弦波ＳＷの振幅の頂点ＳＷａと分圧波ＶＷの上側アームの通電区間ＶＷａの中心点ＶＷａ１とが一致している場合（正弦波ＳＷの位相と分圧波ＶＷの位相とが一致している場合）に（図４参照）、電動機３のロータの位置に応じて巻線３０，３１，３２に正確なタイミングで電力が供給されている。そこで、運転制御装置６Ａでは、頂点ＳＷａと中心点ＶＷａ１とを一致させるための制御を行っている。
【００３６】
そのために、コントローラＩＣ６０では、分圧波ＶＷの振幅の中心線ＣＬで分断されて非通電区間ＶＷｃに形成される２つの三角形Ｔ１（斜線部分），Ｔ２（網掛け部分）の面積を求め（図４参照）、この２つの面積差を算出している。この面積差は、電動機３のロータの位置に対する巻線３０，３１，３２に電力を供給するタイミングとのずれを示しており、電動機３のロータの位置情報に相当する。したがって、面積差がゼロの場合、電動機３のロータの位置と巻線３０，３１，３２への電力供給タイミングとにずれがない。なお、面積差は、プラス／マイナスで表され、プラスとマイナスにより三角形Ｔ１の面積と三角形Ｔ２の面積との大小関係も示す。
【００３７】
三角形Ｔ１，Ｔ２の面積が同一の面積になると頂点ＳＷａと中心点ＶＷａ１とが一致するので、コントローラＩＣ６０では、求めた面積差の大きさ及びプラス／マイナスに基づいて、面積差がゼロになるように、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりタイミングを設定している。
【００３８】
頂点ＳＷａと中心点ＶＷａ１との位置ずれが非常に大きくなると、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆ（ＶＣＯ）の各パルスと電動機３のロータの回転位置との同期が取れなくなり、脱調となる。この際、コントローラＩＣ６０では、２つの三角形Ｔ１，Ｔ２を形成できなくなり、面積差を算出不能となる。そのため、コントローラＩＣ６０では、ＶＣＯを正常に生成できないので、ＶＣＯの周波数を一定の増加率で増加させて電源リセットされるまでＶＣＯの周波数を脱調時周波数ＮＰに固定するとともに（図５（ｂ）参照）、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを全て０に設定する。脱調時周波数ＮＰは、電動機３のメカ的に回転可能な最大回転数よりかなり大きな回転数に相当するＶＣＯの周波数であり、例えば、最大回転数＋１０万回転に相当するＶＣＯの周波数である。
【００３９】
また、コントローラＩＣ６０では、回転数モニタ回路６２Ａからリセット信号ＲＳを受信すると、電源を一旦オフした後にオンし、電源リセットする。再起動時、コントローラＩＣ６０では、電動機３のロータの位相検出を行う。位相検出後、コントローラＩＣ６０では、回転数モニタ回路６２Ａからアシスト再開信号ＡＳを受信すると、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成し、電動機３によるアシストを再開させる。位相検出は、電動機３の回転数がゼロでロータの位相（位置）が判らないときに行われ、アライン、ランプ、ランの順で行われる。アラインは、３相のうちの一つの相の巻線に電力を供給し、永久磁石が設けられたロータをその電力を供給した巻線に対応する位置に一旦固定する。ランプは、ロータをある位置に固定した後、ロータの位置検出を行わずに、３相の巻線３０，３１，３２に電力を順次供給し、ロータを回転する。ランは、ある回転数に達すると、巻線３０，３１，３２の端子の分圧を取り出し、ロータの位置を検出する。このように、電源リセット後には、コントローラＩＣ６０における電動機３に対する制御がリセットされ、ロータの位置が新たに検出されるので、リセット前に脱調が発生していた場合にはその脱調が解消される。
【００４０】
インバータ停止回路６１は、回転数モニタ回路６２Ａからの停止信号ＳＳに基づいて、インバータ５を停止する。インバータ停止回路６１は、６個のｎｐｎ型のトランジスタ６１ａ〜６１ｆを備えており、トランジスタ６１ａ〜６１ｆのベースに回転数モニタ回路６２Ａが接続され、エミッタがグランドに接続され、コレクタがインバータ５のＦＥＴ５０〜５５のゲートに各々接続される。インバータ停止回路６１では、停止信号ＳＳがトランジスタ６１ａ〜６１ｆのベースに各々入力されると、トランジスタ６１ａ〜６１ｆがオンする。すると、インバータ５では、ＦＥＴ５０〜５５の各ゲートがトランジスタ６１ａ〜６１ｆを介してグランドに接続され、ＦＥＴ５０〜５５がオフする。その結果、電動機３の巻線３０，３１，３２への電力供給が停止される。
【００４１】
回転数モニタ回路６２Ａは、コントローラＩＣ６０からのＶＣＯに基づいて、電動機３の過回転及び脱調を判定する。回転数モニタ回路６２Ａでは、電動機３の正常、過回転、脱調を判別するために、ＶＣＯの周波数に対する２つの閾値（過回転判定回転数としての過回転判定周波数Ｎｆと脱調判定回転数としての脱調判定周波数Ｎｍａｘ）を保持している（図５参照）。過回転判定周波数Ｎｆは、電動機３の制御上の許容最大回転数より大きくかつ電動機３のメカ的に回転可能な最大回転数より小さい電動機３の回転数に相当するＶＣＯの周波数が設定され、例えば、許容最大回転数と最大回転数との中間の回転数に相当するＶＣＯの周波数である。脱調判定周波数Ｎｍａｘは、電動機３のメカ的に回転可能な最大回転数より大きくかつ脱調時周波数ＮＰに応じた回転数より小さい電動機３の回転数に相当するＶＣＯの周波数が設定され、例えば、最大回転数と脱調時周波数ＮＰに応じた回転数との中間の回転数に相当するＶＣＯの周波数である。
【００４２】
回転数モニタ回路６２Ａでは、一定時間毎に（例えば、コントローラＩＣ６０でＶＣＯが生成される毎に）、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいと判定した場合（すなわち、電動機３が過回転と仮判定した場合）、インバータ５による電力供給を停止するために、インバータ５に停止信号ＳＳを送信する。この時点では、過回転と脱調とを判別していないので、電動機３が過回転状態であった場合に備えて、フェールアンドセーフ対策としてインバータ５による電力の供給を停止して電動機３を停止させる。一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下と判定した場合（すなわち、電動機３が正常と判定した場合）、次回のＶＣＯの周波数と過回転判定周波数Ｎｆとの判定まで待つ。
【００４３】
停止信号ＳＳを送信開始後、回転数モニタ回路６２Ａでは、待機時間Ｔｓが経過すると、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する。待機時間Ｔｓ経過してから判定するのは、コントローラＩＣ６０ではＶＣＯの周波数を脱調時周波数ＮＰに固定する際に一定の増加率で周波数を増加しているので、脱調時周波数ＮＰに到達するまでに所定時間を要する。そこで、回転数モニタ回路６２Ａでは、その増加する際の所定時間より長い待機時間Ｔｓを待ってから、ＶＣＯの周波数が過回転に相当する周波数かあるいは脱調時周波数ＮＰかを判定する。
【００４４】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいと判定した場合（すなわち、脱調と判定した場合）（図５（ｂ）参照）、コントロールＩＣ６０を電源リセットするために、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。コントロールＩＣ６０での電源リセット後、回転数モニタ回路６２Ａでは、脱調が解消されていることを確認するために、再度、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きい場合、上記と同様に、待機時間Ｔｓ経過した後、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する。一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下の場合（すなわち、電動機３が正常に戻った場合）、電動機３でのアシストを再開するために、コントローラＩＣ６０にアシスト再開信号ＡＳを送信するとともに、インバータ停止回路６１への停止信号ＳＳの送信を終了する。
【００４５】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘ以下と判定した場合（すなわち、過回転と本判定した場合）（図５（ａ）参照）、ドライバに過回転であることを知らせるために、インスツルメントパネルのＥＣＵ（図示せず）にターボチャージャのフェールランプを点灯させるためのフェールランプ点灯信号を送信する。というのは、電動機３の停止によって、電動機３によるアシストが無くなり、ターボチャージャ２による過給圧が低下するので、ドライバにターボチャージャ２の異常を知らせるためである。さらに、回転数モニタ回路６２Ａでは、エンジンＥＣＵ７に電動機３に異常が発生して電動機３を強制的に停止させていることを知らせるために、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する。そして、回転数モニタ回路６２Ａでは、イグニッションスイッチがオフされるまで停止信号ＳＳを送信して電動機３を停止させ、イグニッションスイッチがオフされて後に再度オンされた場合には停止信号ＳＳを送信しない。ちなみに、エンジンＥＣＵ７では、フェール信号ＦＳを受信すると、電動機３によるアシスト無しでのターボチャージャ２の制御に移る。
【００４６】
それでは、図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ａにおける過回転／脱調判定時の動作について図６に示すフローチャートに沿って説明する。図６は、第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。
【００４７】
運転制御装置６ＡのコントローラＩＣ６０では、エンジンＥＣＵ７からの指令値に基づいてＶＣＯの周波数を設定する。また、コントローラＩＣ６０では、電動機３の巻線３０，３１，３２の端子電圧の分圧から非通電区間ＶＷｃの２つの三角形Ｔ１，Ｔ２の面積を求め、その２つの面積Ｔ１、Ｔ２の面積差を算出する（図４参照）。そして、コントローラＩＣ６０では、面積差がゼロになるように、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりを設定し、図３に示すＶＣＯを生成する。さらに、コントローラＩＣ６０では、ＶＣＯに基づいて、図３に示す６つのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成し、インバータ５に送信する。インバータ５では、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいてＦＥＴ５０〜５５がオン／オフし、巻線３０，３１，３２に電力を順次供給する。すると、電動機３では、巻線３０，３１，３２に磁界が順次発生し、永久磁石が設けられたロータがＶＣＯの周波数に応じた回転数で回転する。この電動機３の回転によってターボチャージャ２がアシストされ、過給圧が増加する。
【００４８】
なお、脱調となった場合、コントローラＩＣ６０では、２つの三角形Ｔ１，Ｔ２を形成できなくなり、面積差を算出不能となるので、ＶＣＯの周波数を脱調時周波数ＮＰまで増加して固定する。
【００４９】
運転制御装置６Ａの回転数モニタ回路６２Ａでは、一定時間毎に、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する（Ｓ１０）（図５参照）。
【００５０】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいと判定した場合、インバータ５に停止信号ＳＳを送信する。すると、インバータ５では、ＦＥＴ５０〜５５が全てオフし、電動機３の巻線３０，３１，３２への電力の供給を停止する（Ｓ１１）。そのため、電動機３では、電動駆動が停止し、ターボチャージャ２に対するアシストを停止する。なお、インバータ５への停止信号ＳＳの送信はＳ１７の処理に移るまで続けられ、Ｓ１７の処理に移った場合にアシストが再開される。
【００５１】
一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下と判定した場合、次回のＳ１０の処理に移る。
【００５２】
Ｓ１１にて停止信号ＳＳの送信開始後、回転数モニタ回路６２Ａでは、待機時間Ｔｓ経過するのを待ち（Ｓ１２）、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００５３】
回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいと判定した場合（図５（ｂ）参照）、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。すると、コントロールＩＣ６０では、電源リセットする（Ｓ１４）。再起動後、コントロールＩＣ６０では、電動機３の位相検出を開始し（Ｓ１５）、位相検出を終了するとＶＣＯを生成する。そして、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する（Ｓ１６）（図５参照）。回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きい場合、Ｓ１２の処理に戻る。一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下の場合、コントローラＩＣ６０にアシスト再開信号ＡＳを送信するとともにインバータ停止回路６１への停止信号ＳＳの送信を止め（Ｓ１７）、次回のＳ１０の処理に移る。アシスト再開信号ＡＳを受信すると、コントローラＩＣ６０では、ＶＣＯに基づいてゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成し、インバータ５に送信する（Ｓ１７）。インバータ５では、停止信号ＳＳによるＦＥＴ５０〜５５の強制的なオフが解除されているので、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいてＦＥＴ５０〜５５がオン／オフし、巻線３０，３１，３２に電力を順次供給する（Ｓ１７）。すると、電動機３では、巻線３０，３１，３２に磁界が順次発生し、永久磁石が設けられたロータがＶＣＯの周波数に応じた回転数で回転し、ターボチャージャ２へのアシストを再開する（Ｓ１７）。
【００５４】
一方、回転数モニタ回路６２Ａでは、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘ以下と判定した場合（図５（ａ）参照）、インスツルメントパネルのＥＣＵにフェールランプ点灯信号を送信し（Ｓ１８）、さらに、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する（Ｓ１９）。すると、インスツルメントパネル（図示せず）では、ターボチャージャのフェールランプを点灯させる（Ｓ１８）。また、エンジンＥＣＵ７では、電動機３によるアシスト無しでのターボチャージャ２の制御に移る。
【００５５】
この運転制御装置６Ａによれば、ＶＣＯの周波数に基づいて、電動機３の過回転と脱調とを区別して判定することができる。そのため、運転制御装置６Ａでは、脱調と判定した場合にはコントロールＩＣ６０の電源リセットによって電動機３によるアシストを迅速に再開できるとともに、過回転と判定した場合にはイグニッションスイッチがオフされるまで電動機３を確実に停止することができる。また、運転制御装置６Ａでは、過回転と仮判定した時点でインバータ５による電力の供給を停止して電動機３を停止しているので、過回転異常によるメカ的なトラブルの発生やターボチャージャ２の背圧の上昇等を早い段階で防ぐことができる。さらに、運転制御装置６Ａでは、６つのトランジスタ６１ａ〜６１ｆによる簡単な構成によって、インバータ５の電力供給を強制的に停止することができる。
【００５６】
次に、第２の実施の形態について説明する。図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ｂの構成について説明する。電動機付ターボチャージャシステム１Ｂは、第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステム１Ａと、過回転／脱調判定においてＶＣＯの周波数の他に過給圧を用いる構成及び動作が異なり、その他の構成及び動作については基本的には同様の構成及び動作を有する。なお、電動機付ターボチャージャシステム１Ｂでは、電動機付ターボチャージャシステム１Ａと同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
電動機付ターボチャージャシステム１Ｂは、ターボチャージャ２、電動機３、バッテリ４、インバータ５、運転制御装置６Ｂを備えている。
【００５８】
運転制御装置６Ｂは、運転制御装置６Ａと同様に電動機３の駆動を制御する装置であるが、電動機３の過回転及び脱調を判定する仕方が異なっている。すなわち、運転制御装置６Ｂでは、ＶＣＯの周波数及びエンジンへの過給圧に基づいて電動機３の過回転及び脱調を判定するのである。そのために、運転制御装置６Ｂは、運転制御装置６Ａにおける回転数モニタ回路６２Ａに代えて、脱調判定手段及び過回転仮判定手段（過回転判定手段）としての回転数モニタ回路６２Ｂを備えている。
【００５９】
回転数モニタ回路６２Ｂは、コントローラＩＣ６０からのＶＣＯ及びエンジンＥＣＵ７からの過給圧信号ＦＳに基づいて、電動機３の過回転及び脱調を判定する。過給圧信号ＦＳは、過給圧センサ（図示せず）で検出され、過給圧センサからエンジンＥＣＵ７に取り込んだ過給圧が設定された信号である。回転数モニタ回路６２Ｂには、電動機３の正常、過回転、脱調を判別するために、ＶＣＯの周波数に対する１つの閾値（過回転判定回転数としての過回転判定周波数Ｎｆ）及び過給圧に対する１つの閾値（判定過給圧Ｐｆ）を保持している。判定過給圧Ｐｆは、電動機３による制御上の最大アシストによって得られる過給圧より大きくかつ過回転状態の電動機３によるアシストによって得られる過給圧より小さい過給圧が設定される。
【００６０】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、一定時間毎に（例えば、コントローラＩＣ６０でＶＣＯが生成される毎に）、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ｂでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいと判定した場合（すなわち、電動機３が過回転と仮判定した場合）、インバータ５による電力供給を停止するために、インバータ５に停止信号ＳＳを送信する。一方、回転数モニタ回路６２Ｂでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆ以下と判定した場合（すなわち、電動機３が正常と判定した場合）、次回のＶＣＯの周波数と過回転判定周波数Ｎｆとの判定まで待つ。
【００６１】
停止信号ＳＳを送信開始後、回転数モニタ回路６２Ｂでは、待機時間Ｔｓが経過すると、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいか否かを判定する。電動機３が過回転状態の場合、電動機３によるアシストが制御上の最大アシストよりもかなり大きくなるので、非常に大きな過給圧となる。一方、制御上の脱調の場合、電動機３の電動駆動をロータの位相に合わせて行うことができない状態であるので、少なくとも過回転状態の場合のように非常に大きな過給圧となることはない。そこで、回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が過回転で非常に大きくなっているか否かを判定する。
【００６２】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいと判定した場合（すなわち、脱調と判定した場合）、コントロールＩＣ６０を電源リセットするために、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。コントロールＩＣ６０での電源リセット後、回転数モニタ回路６２Ｂでは、脱調が解消されていることを確認するために、再度、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きいか否かを判定する。回転数モニタ回路６２Ｂでは、ＶＣＯの周波数が過回転判定周波数Ｎｆより大きい場合、上記と同様に、待機時間Ｔｓ経過した後、ＶＣＯの周波数が脱調判定周波数Ｎｍａｘより大きいか否かを判定する。一方、回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧数が過回転判定周波数Ｎｆ以下の場合（すなわち、電動機３が正常に戻った場合）、電動機３でのアシストを再開するために、コントローラＩＣ６０にアシスト再開信号ＡＳを送信するとともに、インバータ停止回路６１への停止信号ＳＳの送信を終了する。
【００６３】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆ以上と判定した場合（すなわち、過回転と本判定した場合）、ドライバに過回転であることを知らせるために、インスツルメントパネルのＥＣＵにターボチャージャのフェールランプを点灯させるためのフェールランプ点灯信号を送信する。さらに、回転数モニタ回路６２Ｂでは、エンジンＥＣＵ７に電動機３に異常が発生して電動機３を強制的に停止させていることを知らせるために、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する。そして、回転数モニタ回路６２Ｂでは、イグニッションスイッチがオフされるまで停止信号ＳＳを送信して電動機３を停止させ、イグニッションスイッチがオフされて後に再度オンされた場合には停止信号ＳＳを送信しない。
【００６４】
それでは、図１乃至図５を参照して、電動機付ターボチャージャシステム１Ｂにおける過回転／脱調判定時の動作について図７に示すフローチャートに沿って説明する。図７は、第２の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。電動機付ターボチャージャシステム１Ｂでは過回転／脱調判定には過給圧による判定以外の動作は第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステム１Ａと同様の動作を行うので、ここでは過給圧による判定動作についてのみ説明する。なお、図７のフローチャートでは、図６のフローチャートと同様の処理を行うステップには同一のステップ番号を付す。
【００６５】
停止信号ＳＳの送信開始後、回転数モニタ回路６２Ｂでは、待機時間Ｔｓ経過するのを待ち（Ｓ１２）、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいか否かを判定する（Ｓ２０）。
【００６６】
回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆより小さいと判定した場合、コントロールＩＣ６０にリセット信号ＲＳを送信する。一方、回転数モニタ回路６２Ｂでは、過給圧が判定過給圧Ｐｆ以上と判定した場合、インスツルメントパネルのＥＣＵにフェールランプ点灯信号を送信し（Ｓ１８）、さらに、エンジンＥＣＵ７にフェール信号ＦＳを送信する（Ｓ１９）。
【００６７】
この運転制御装置６Ｂによれば、ＶＣＯの周波数及び過給圧に基づいて、電動機３の過回転と脱調とを区別して判定することができる。そのため、運転制御装置６Ｂでは、脱調と判定した場合にはコントロールＩＣ６０の電源リセットによって電動機３によるアシストを迅速に再開できるとともに、過回転と判定した場合にはイグニッションスイッチがオフされるまで電動機３を確実に停止することができる。また、運転制御装置６Ｂでは、過回転と仮判定した時点で６つのトランジスタ６１ａ〜６１ｆをオンするという簡単な構成によって、インバータ５による電力の供給を停止して電動機３による電動駆動を停止し、過回転異常による故障やターボチャージャ２の過過給等を早い段階で防ぐことができる。さらに、運転制御装置６Ｂでは、６つのトランジスタ６１ａ〜６１ｆによる簡単な構成によって、インバータ５の電力供給を強制的に停止することができる。
【００６８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、本実施の形態では電動機付ターボチャージャシステムの電動機に適用したが、ガスタービン等の他の電動機にも適用可能である。
また、本実施の形態では電動機の回転数に相当するＶＣＯの周波数に基づいて過回転／脱調判定を行ったが、ＶＣＯの周波数に基づいて電動機の回転数を算出する手段を備え、その算出した電動機の回転数に基づいて過回転／脱調判定を行ってもよい。
また、本実施の形態では過回転と仮判定した場合にインバータによる電力の供給を停止して電動機を停止させたが、電動機の出力を低下させる手段等を備え、電動機の出力を徐々に低下させるようにしてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機の過回転と脱調とを区別して判定することができ、脱調の場合には運転制御装置をリセットすることにより迅速に脱調を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムの構成図である。
【図２】本実施の形態に係るインバータの構成図である。
【図３】本実施の形態に係るコントローラＩＣにおける制御信号及び電動機の各相の巻線の通電／非通電を示す波形である。
【図４】本実施の形態に係る電動機の巻線の端子電圧の分圧の時間変化を示す波形である。
【図５】本実施の形態に係るＶＣＯの周波数の時間変化を示すグラフであり、（ａ）が過回転時であり、（ｂ）が脱調時である。
【図６】第１の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る電動機付ターボチャージャシステムにおける過回転／脱調判定時の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…電動機付ターボチャージャシステム、２…ターボチャージャ、２０…タービンホイール、２１…コンプレッサホイール、２２…シャフト、３…電動機、３０〜３２…巻線、４…バッテリ、５、…インバータ、５０〜５５…ＦＥＴ、６Ａ，６Ｂ…運転制御装置、６０…コントローラＩＣ、６１…インバータ停止回路、６１ａ〜６１ｆ…トランジスタ、６２Ａ，６２Ｂ…回転数モニタ回路、７…エンジンＥＣＵ
Claims (4)
- 巻線による磁界と磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させる電動機を制御する運転制御装置において、
前記巻線の端子に生じる逆起電力に基づいて、前記電動機の駆動装置への通電切換信号を生成する切換信号生成手段と、
前記通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より大きい脱調判定回転数より大きい場合に脱調と判定する脱調判定手段と
を備えることを特徴とする電動機の運転制御装置。 - 巻線による磁界と磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させ、内燃機関に対して過給を行うターボチャージャのコンプレッサを回転駆動する電動機を制御する運転制御装置において、
前記巻線の端子に生じる逆起電力に基づいて、前記電動機の駆動装置への通電切換信号を生成する切換信号生成手段と、
前記通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より小さい過回転判定回転数より大きいか否かを判定する過回転判定手段と、
前記過回転判定手段で電動機の回転数が過回転判定回転数より大きいと判定した後に、前記内燃機関への過給圧が判定過給圧より小さい場合に脱調と判定し、判定過給圧以上の場合に過回転と判定する脱調判定手段と
を備えることを特徴とする電動機の運転制御装置。 - 前記通電切換信号に基づく電動機の回転数が、電動機の過回転状態における回転数より小さい過回転判定回転数より大きい場合に過回転と仮判定する過回転仮判定手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載する電動機の運転制御装置。
- 前記過回転仮判定手段で過回転と仮判定した場合、前記電動機の出力を低下させる電動機出力低下手段を備えることを特徴とする請求項３に記載する電動機の運転制御装置。
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