JP4918891B2 - 電動機付ターボチャージャ制御システム - Google Patents

電動機付ターボチャージャ制御システム Download PDF

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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。
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
ところで、永久磁石同期モータによるアシストの停止後、タービン単体のみでの駆動によって最高回転数に到達するまでの期間のモータフリーラン状態において、永久磁石同期モータの誘導起電力（ＥＭＦ）がインバータに供給される直流電圧より高くなると、永久磁石同期モータからインバータへ電流が逆流するという回生現象（永久磁石同期モータが発電機として作用し、タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換して電源側であるインバータに返す現象）が生じるため、タービンの回転にブレーキがかかることになる。このような回生現象は、モータアシスト回転数とアシスト停止後の最高回転数との差が大きい程顕著に発生する。
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。
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。
上記課題を解決するために、本発明では、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第１の解決手段として、エンジンに付設されたターボチャージャに、インバータによって駆動信号が供給されるアシスト用の電動機が連結された電動機付ターボチャージャの制御システムであって、前記電動機の回転状態を示す回転状態値を把握する回転状態把握手段と、前記回転状態把握手段によって把握された前記回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機の誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのインバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する制御手段と、を具備し、
前記回転状態設定値は、前記電動機の誘導起電力が前記インバータの直流電圧と一致す
る場合における前記電動機の回転状態値に設定されている、ことを特徴とする。
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。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、前記センサレス永久磁石同期モータの回転子の回転位置を検出し、当該回転位置を示す回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段と、前記回転位置検出信号を微分処理することにより前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値として角速度を算出する速度算出手段と、を有し、前記制御手段は、前記速度算出手段にて算出された角速度が予め設定された角速度設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第４の解決手段として、上記第３
の解決手段において、少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、上位制御装置から入力される角速度指令値と前記速度算出手段から入力される角速度算出値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、前記速度算出手段から入力される角速度算出値が角速度設定値以上の値になった場合に、 前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第５の解決手段として、上記第１
または第２の解決手段において、前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、少なくとも１相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第６の解決手段として、上記第１
または第２の解決手段において、前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、少なくとも１相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、前記電源電流検出手段によって検出された電源電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第７の解決手段として、上記第１
または第２の解決手段において、前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、前記回転状態把握手段は、少なくとも１相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータのスイッチアームに流れるアーム電流を検出するアーム電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、前記制御手段は、前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、ことを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第８の解決手段として、上記第５
の解決手段において、前記回転状態推定手段は、前記電流検出手段によって検出された電
流に基づいて前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、前記電機子
軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値に基づいて前記回転状
態値を推定する推定手段と、を備え、前記制御手段は、上位制御装置から入力される回転
状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にｑ軸電流指令値を
生成する速度制御手段と、前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する
基準ｑ軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基
準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出
力するスイッチと、前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の
値になった場合に、 前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御す
ると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令
値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ
軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電
機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、前記スイッチから出力されるｑ軸
電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電
流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、前記ｄ軸
電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量
生成手段と、前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータ
のスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ
信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第９の解決手段として、上記第６
の解決手段において、前記回転状態推定手段は、前記電源電流検出手段によって検出され
た電源電流を少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、
前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出す
る電機子軸電流検出手段と、前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値及
びｄ軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、前記制御手
段は、上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状
態値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、前記ｑ軸電流が零とな
るような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手
段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電
流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、前記出力選択手段から出力さ
れる回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、前記基準ｑ軸電流指令値が出
力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱
める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、前記ｄ軸
電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力
されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段
と、前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子
軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生
成するｑ軸電流制御手段と、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の
３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、前記３相電圧操作量を基に、前記イン
バータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成
して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第１０の解決手段として、上記第
７の解決手段において、前記回転状態推定手段は、前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流を少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、前記制御手段は、上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、 前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、を備えることを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第１１の解決手段として、上記第
５〜第１０の解決手段において、前記電圧検出手段は、１相の駆動信号線の電圧を検出し、前記回転状態検出手段は、前記１相の駆動信号線の電圧のゼロクロス点に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値を検出する、ことを特徴とする。
また、電動機付ターボチャージャ制御システムに係る第１２の解決手段として、上記第
５〜第１０の解決手段において、前記電圧検出手段は、２相の駆動信号線の各々の電圧を検出し、前記回転状態検出手段は、前記２相の駆動信号線の各々の電圧の差分に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値を検出する、ことを特徴とする。
本発明では、電動機の回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機の誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのインバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する。これにより、電動機からインバータへの電流の逆流は発生せず、回生現象を防止することができ、電動機の設計自由度が増すことになる。つまり、鉄損を大きくする一方、銅損を小さくしてモータ効率の高い小電流仕様で電動機を設計することも可能である。従って、本発明によると、電動機付ターボチャージャにおける電動機の回生現象を防止すると共に、電動機の高効率化及び小型化を図ることが可能である。
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。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。この図１に示すように、第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムは、電動機付きターボチャージャ１、モータ駆動部２、Ｕ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４、Ｗ相電流センサ５、インバータ制御部６及び速度算出器７から構成されている。
電動機付きターボチャージャ１は、永久磁石同期モータ１ａ、回転位置センサ１ｂ、タービン１ｃ及びコンプレッサ１ｄから構成されており、モータ駆動部２は、直流電源２ａ、昇圧回路２ｂ、平滑コンデンサ２ｃ及びインバータ２ｄから構成されている。永久磁石同期モータ（電動機）１ａは、電機子の回転状態（回転位置、回転速度、回転数等）を検出するセンサを具備しないセンサレスタイプの永久磁石同期モータであり、タービン１ｃの回転軸と同軸上に連結され、インバータ２ｄから供給される３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータ駆動信号によって回転駆動し、タービン１ｃの回転を補助（アシスト）する。
回転位置センサ（回転位置検出手段）１ｂは、永久磁石同期モータ１ａの電機子の回転位置を検出し、当該回転位置を示す回転位置検出信号θを速度算出器７に出力する。より詳細には、この回転位置センサ１ｂは、電機子の磁力をホール素子で検出し、電機子の１回転毎に１パルス（Ｎ極の位置を示すパルス）となるパルス信号を出力する。タービン１ｃとコンプレッサ１ｄは同軸上に連結されてターボチャージャを構成しており、図示しないエンジンの排気エネルギーを利用してタービン１cを回転させることにより、コンプレッサ１ｄを回転させて吸入空気をエンジンに過給するものである。
直流電源２ａは、１あるいは複数のバッテリを直列接続したものであり、所定の直流電源電圧を昇圧回路２ｂに出力する。昇圧回路２ｂは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータであり、直流電源２ａから供給された直流電源電圧を昇圧してインバータ２ｄに供給する。平滑コンデンサ２ｃは、インバータ２ｄに供給される直流電圧を平滑化させるために設けられたものである。インバータ２ｄは、インバータ制御部６から供給されるＰＷＭ信号に基づいて昇圧回路２ｂから供給された直流電圧をスイッチングすることにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相のモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ１ａに供給する。
Ｕ相電流センサ（電流検出手段）３は、Ｕ相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Ｉｕを検出してインバータ制御部６に出力する。Ｖ相電流センサ（電流検出手段）４は、Ｖ相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Ｉｖを検出してインバータ制御部６に出力する。Ｗ相電流センサ（電流検出手段）５は、Ｗ相駆動信号線に流れるモータ駆動電流Ｉｗを検出してインバータ制御部６に出力する。
インバータ制御部６は、図示するように、減算器６ａ、速度制御器６ｂ、基準ｑ軸電流指令値生成部６ｃ、スイッチ６ｄ、ｄ軸電流指令値生成部６ｅ、ｄ軸電流制御器６ｆ、ｑ軸電流制御器６ｇ、３相／２相変換器６ｈ、２相／３相変換器６ｉ及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号発生器６ｊから構成されている。
減算器６ａは、上位制御装置であるエンジン制御装置(ＥＣＵ)から供給される角速度指
令値ω０と速度算出器７から出力される角速度算出値ωkとの差分を速度誤差Δωとし
て演算し速度制御器６ｂに出力する。速度制御器（速度制御手段）６ｂは、一種のＰＩＤ
制御器であり、上記速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施すことにより速度
誤差Δωに対応するｑ軸電流指令値Ｉqsを演算してスイッチ６ｄに出力する。
基準ｑ軸電流指令値生成部（基準ｑ軸電流指令値生成手段）６ｃは、永久磁石同期モー
タ１ａにおける電機子のｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値Ｉqoを生成してスイッチ６ｄに出力する。スイッチ６ｄは、ｄ軸電流指令値生成部６ｅの制御の下、上記ｑ軸電流指令値Ｉqsと基準ｑ軸電流指令値Ｉqoとのいずれか一方を選択的にｑ軸電流制御器６ｇに出力する。
ｄ軸電流指令値生成部（ｄ軸電流指令値生成手段）６ｅは、速度算出器７から出力され
る角速度算出値ωkを入力とし、上記角速度算出値ωkが予め設定された角速度設定値ωs以上の値になった場合、永久磁石同期モータ１ａの弱め界磁制御を行うために、基準ｑ軸電流指令値Ｉqoが出力されるようにスイッチ６ｄを制御すると共に、所定の演算式を基に永久磁石同期モータ１ａにおける電機子のｄ軸電流が永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力（ＥＭＦ）を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値Ｉdsを算出してｄ軸電流制御器６ｆに出力する。また、このｄ軸電流指令値生成部６ｅは、上記角速度算出値ωkが予め設定された角速度設定値未満の値である場合、弱め界磁制御を行わず、ｑ軸電流指令値Ｉqsが出力されるようにスイッチ６ｄを制御すると共に、角速度算出値ωk、つまり永久磁石同期モータ１ａの回転状態に応じたｄ軸電流指令値Ｉdsをｄ軸電流制御器６ｆに出力する。
ｄ軸電流制御器（ｄ軸電流制御手段）６ｆは、ｄ軸電流指令値生成部６ｅから入力されるｄ軸電流指令値Ｉdsと、３相／２相変換器６ｈから入力されるｄ軸電流検出値Ｉdとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdsに対応するｄ軸電圧指令値Ｖdを演算して２相／３相変換器６ｉに出力する。ｑ軸電流制御器（ｑ軸電流制御手段）６ｇは、スイッチ６ｄから入力されるｑ軸電流指令値Ｉqsまたは基準ｑ軸電流指令値Ｉqoと、３相／２相変換器６ｈから入力されるｑ軸電流検出値Ｉqとに基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉqsまたは基準ｑ軸電流指令値Ｉqoに対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを演算して２相／３相変換器６ｉに出力する。これらｄ軸電流制御器６ｆ及びｑ軸電流制御器６ｇは、一種のＰＩＤ制御器であり、各電流指令値Ｉqs，Ｉdsに所定の比例積分・微分演算を各々施すことにより各電圧指令値Ｖq，Ｖdを生成する。
３相／２相変換器（電機子軸電流検出手段）６ｈは、Ｕ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４、Ｗ相電流センサ５によって各々検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて永久磁石同期モータ１ａの電機子上に設定された２次元座標系（ｑ軸とｄ軸とからなる座標系）におけるｑ軸電流検出値Ｉqとｄ軸電流検出値Ｉdを生成し、
ｑ軸電流検出値Ｉqをｑ軸電流制御器６ｇに出力し、ｄ軸電流検出値Ｉdをｄ軸電流制御器６ｆに出力する。より詳細には、３相／２相変換器６ｈは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上のモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに所定の座標変換を施すことにより上記２次元座標系上のｑ軸電流検出値Ｉqとｄ軸電流検出値Ｉdを求める。上記ｑ軸は、電機子の回転面上において永久磁石のＳ極とＮ極との対向方向に設定された座標軸であり、ｄ軸は、上述したｑ軸に直交する座標軸である。
２相／３相変換器（電圧操作量生成手段）６ｉは、ｄ軸電流制御器６ｆから入力された上記ｄ軸に対応するｄ軸電圧指令値Ｖd及びｑ軸電流制御器６ｇから入力された上記ｑ軸に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上の３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換し、当該３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，ＶwをＰＷＭ信号発生器６ｊに出力する。
ＰＷＭ信号発生器（ＰＷＭ信号生成手段）６ｊは、上記３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ２ｄをスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号（インバータ制御信号）を生成してインバータ２ｄに出力する。インバータ制御部６は正弦波通電方式に基づいて動作するものであり、したがってＰＷＭ信号発生器６ｊは、インバータ２ｄが永久磁石同期モータ１ａの全回転角（３６０°）に亘ってモータ駆動信号を出力するようにＰＷＭ信号を出力する。
速度算出器（速度算出手段）７は、回転位置センサ１ｂから入力される回転位置検出信号θを微分処理することにより、永久磁石同期モータ１aの回転状態値として角速度を算出し、角速度算出値ωk（直流電圧）を減算器６a、ｄ軸電流指令値生成部６ｅ及びＥＣＵに出力する。なお、この速度算出器７と回転位置センサ１ｂは、本発明における回転状態把握手段を構成するものである。
ここで、角速度設定値ωsは、永久磁石同期モータ１ａによるアシストの停止を規定す
るアシスト回転数に応じた角速度（アシスト角速度）に設定されている。そして、永久磁石同期モータ１ａの角速度が、上記アシスト角速度に到達した場合に、永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力（ＥＭＦ）がインバータ２ｄの直流電圧と一致するように、永久磁石同期モータ１ａは設計されている。このように永久磁石同期モータ１ａを設計することが可能になったのは、永久磁石同期モータ１ａの回転状態（本実施形態では角速度）に応じて永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力するインバータ制御部６を設けたためであり、このように設計することにより、電動機付ターボチャージャ１における永久磁石同期モータ１ａの回生現象を防止すると共に、永久磁石同期モータ１ａの高効率化及び小型化を図ることが可能となる。以下、このような効果が得られる理由について、図２及び図３を参照して説明する。
図２において、横軸は永久磁石同期モータ１ａのモータ回転数を示し、縦軸は永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力（ＥＭＦ）を示しており、また、符号１００は従来技術におけるモータ回転数−ＥＭＦ特性を示し、符号２００は、本実施形態におけるモータ回転数−ＥＭＦ特性を示している。また、図３において、横軸はモータ駆動電流を示し、縦軸はモータ損失（鉄損及び銅損）とモータ効率を示しており、符号３００は鉄損−モータ駆動電流特性を示し、符号４００は銅損−モータ駆動電流特性を示し、符号５００はモータ効率−モータ駆動電流特性を示している。
図２の符号１００に示すように、従来技術では、永久磁石同期モータによるアシストの停止後、タービン単体のみでの駆動によって最高回転数に到達するまでの期間のモータフリーラン状態において、永久磁石同期モータの誘導起電力（ＥＭＦ）がインバータの直流電圧より高くなると、永久磁石同期モータからインバータへ電流が逆流するという回生現象が生じるため、最高回転数において、永久磁石同期モータの誘導起電力がインバータの直流電圧を超えないように永久磁石同期モータを設計する必要がある。この場合、誘導起電力はモータの鉄損とほぼ比例関係にあるので、図３に示すように、最高回転数における誘導起電力がインバータの直流電圧以下となるように鉄損（誘導起電力）を小さくする一方、銅損を大きくして、モータ駆動電流が大きくなるように設計することになる。しかしながら、このような大電流仕様で設計された永久磁石同期モータは、鉄損と銅損のバランスが崩れて銅損側にモータ損失が偏ってしまい、モータ効率が著しく低下し、また、銅損を大きくするために巻線の巻数などを増やす必要があるので、モータ自体が大型化するという問題があった。
これに対し、本実施形態では、永久磁石同期モータ１ａの回転数（角速度）に応じて弱め界磁制御を行うことのできるインバータ制御部６を設けたことにより、永久磁石同期モータ１ａの角速度が、回生現象が発生する角速度、つまり永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力がインバータ２ｄの直流電圧と一致する角速度（角速度設定値ωs）以上の値になった場合に、永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力することが可能となった。これにより、インバータ２ｄから永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力を弱めるモータ駆動信号が供給されるので、永久磁石同期モータ１ａの回生現象は発生せず、永久磁石同期モータ１ａの設計自由度が増すことになる。
そこで、本実施形態では、図２の符号２００に示すように、永久磁石同期モータ１ａの回転数（角速度）が、永久磁石同期モータ１ａによるアシストの停止を規定するアシスト回転数（アシスト角速度）に到達した場合に、永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力がインバータ２ｄの直流電圧と一致するように永久磁石同期モータ１ａを設計し、角速度設定値ωsを上記アシスト角速度に設定した。つまり、従来技術（符号１００）と比較すると、同じ回転数において本実施形態の方が誘導起電力を大きくする方向に設計を行うことになる。従って、図３に示すように、本実施形態では、鉄損を大きくする一方、銅損を小さくして小電流仕様で永久磁石同期モータ１ａを設計することができ、永久磁石同期モータ１ａの高効率化及び小型化を図ることが可能となる。
次に、このように構成された第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの動作について図２を参照して説明する。
＜アシスト時＞
まず、図２に示すアシスト時において、インバータ制御部６は、エンジン制御装置(ＥＣＵ)から入力される動作指示信号Ｊによってアシスト指示を受けると、モータ駆動部２を動作させることによって永久磁石同期モータ１ａの駆動を行う。
具体的には、モータ駆動信号が各相の駆動信号線を介してインバータ２ｄから永久磁石同期モータ１ａに供給され、永久磁石同期モータ１aが回転駆動される。永久磁石同期モータ１aが回転すると、回転位置センサ１bから回転位置検出信号θが速度算出器７に出力され、速度算出器７から継続的に角速度算出値ωkが減算器６a、ｄ軸電流指令値生成部６ｅ及びＥＣＵに出力される。
そして、３相／２相変換器６ｈは、Ｕ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４、Ｗ相電流センサ５によって各々検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいてｑ軸電流検出値Ｉqとｄ軸電流検出値Ｉdを生成し、ｄ軸電流検出値Ｉdをｄ軸電流制御器６ｆに出力し、ｑ軸電流検出値Ｉqをｑ軸電流制御器６ｇに出力する。
この時、ｄ軸電流指令値生成部６ｅは、上記角速度算出値ωkが予め設定された角速度設定値未満の値であるので、弱め界磁制御を行わず、ｑ軸電流指令値Ｉqsが出力されるようにスイッチ６ｄを制御すると共に、角速度算出値ωkに応じたｄ軸電流指令値Ｉdsをｄ軸電流制御器６ｆに出力する。ここで、上記ｄ軸電流指令値Ｉdsは「０」に設定される。
減算器６ａは、ＥＣＵから入力される角速度指令値ω０と速度算出器７から入力される角速度算出値ωkとの差分を速度誤差Δωとして演算し速度制御器６ｂに出力する。速度制御器６ｂは、速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施すことにより速度誤差Δωに対応するｑ軸電流指令値Ｉqsを演算してスイッチ６ｄに出力する。スイッチ６ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqsをｑ軸電流制御器６ｇに出力する。そして、ｄ軸電流制御器６ｆは、ｄ軸電流指令値Ｉdsとｄ軸電流検出値Ｉdとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdsに対応するｄ軸電圧指令値Ｖdを演算して２相／３相変換器６ｉに出力する。一方、ｑ軸電流制御器６ｇは、ｑ軸電流指令値Ｉqsとｑ軸電流検出値Ｉqとに基づいてｑ軸電流指令値Ｉqsに対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを演算して２相／３相変換器６ｉに出力する。
２相／３相変換器６ｉは、ｄ軸電流制御器６ｆから入力された上記ｄ軸に対応するｄ軸電圧指令値Ｖd及びｑ軸電流制御器６ｇから入力された上記ｑ軸に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上の３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換し、当該３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，ＶwをＰＷＭ信号発生器６ｊに出力する。ＰＷＭ信号発生器６ｊは、上記３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ２ｄをスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力する。これにより、インバータ２ｄはモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ１ａに供給し、永久磁石同期モータ１aのモータ回転数は時間経過に伴い増加していくことになる。
＜アシスト停止時＞
そして、図２に示すように、角速度算出値ωkがアシスト角速度に設定された角速度設定値ωs以上の値になった場合、ｄ軸電流指令値生成部６ｅは、弱め界磁制御を行うために、基準ｑ軸電流指令値Ｉqoが出力されるようにスイッチ６ｄを制御すると共に、下記演算式（１）を用いて永久磁石同期モータ１ａにおける電機子のｄ軸電流が永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力（ＥＭＦ）を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値Ｉdsを算出してｄ軸電流制御器６ｆに出力する。なお、下記演算式（１）において、φmは永久磁石による電機子鎖交磁束数、Ｌdはｄ軸インダクタンス、Ｖomは最大誘導起電力であり、これらは定数である。
Ｉds＝（−φm＋Ｖom／ωk）／Ｌd ・・・・・・・・（１）
ｄ軸電流制御器６ｆは、上記演算式（１）を用いて算出されたｄ軸電流指令値Ｉdsと ｄ軸電流検出値Ｉdとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdsに対応するｄ軸電圧指令値Ｖdを演算して２相／３相変換器６ｉに出力する。一方、ｑ軸電流制御器６ｇは、基準ｑ軸電流指令値Ｉqoとｑ軸電流検出値Ｉqとに基づいて基準ｑ軸電流指令値Ｉqo（つまり零）に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを演算して２相／３相変換器６ｉに出力する。
２相／３相変換器６ｉは、ｄ軸電流制御器６ｆから入力された上記ｄ軸に対応するｄ軸電圧指令値Ｖd及びｑ軸電流制御器６ｇから入力された上記ｑ軸に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上の３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換し、当該３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，ＶwをＰＷＭ信号発生器６ｊに出力する。ＰＷＭ信号発生器６ｊは、上記３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ２ｄをスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力する。
インバータ２ｄは、ＰＷＭ信号に基づいて、永久磁石同期モータ１aの電機子においてｑ軸電流は流れず、ｄ軸電流のみが誘導起電力（ＥＭＦ）を弱める方向に流れるようなモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ１ａに供給する。ここで、インバータ２ｄは永久磁石同期モータ１ａに対して無効電力のみを供給することになるので、永久磁石同期モータ１ａは回転を停止する（アシスト停止）。これにより、アシスト停止時において、永久磁石同期モータ１aは弱め界磁制御されることになり、永久磁石同期モータ１aの誘導起電力はインバータ２ｄの直流電圧以上の値とはならず、その結果、回生現象は発生しない。
以上説明したように、第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムによると、電動機付ターボチャージャにおける永久磁石同期モータ１ａの回生現象を防止すると共に、永久磁石同期モータ１ａの高効率化及び小型化を図ることが可能である。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。なお、図４において、図１と同様の構成要素には同一符号を付している。
図４に示すように、第２実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムは、第１実施形態と比較して、回転位置センサ１ｂ、Ｗ相電流センサ５及び速度算出器７を削除し、インバータ制御部６を構成が異なるインバータ制御部８と置き換え、回転状態推定部９、電圧センサ１０、速度検出部１１、出力スイッチ１２を新たに設けた構成となっている。
インバータ制御部８は、減算器８ａ、速度制御器８ｂ、基準ｑ軸電流指令値生成部８ｃ、スイッチ８ｄ、ｄ軸電流指令値生成部８ｅ、ｄ軸電流制御器８ｆ、ｑ軸電流制御器８ｇ、２相／３相変換器８ｈ及びＰＷＭ信号発生器８ｉから構成されている。
減算器８ａは、上位制御装置であるエンジン制御装置(ＥＣＵ)から供給される角速度指
令値ω０と、回転状態推定部９のロータ位置・速度推定器９ｂから出力される角速度推定
値ωeとの差分を速度誤差Δωとして演算し速度制御器８ｂに出力する。速度制御器８
ｂは、一種のＰＩＤ制御器であり、上記速度誤差Δωに所定の比例積分・微分演算を施
することにより速度誤差Δωに対応するｑ軸電流指令値Ｉqsを演算してスイッチ８ｄに
出力する。
基準ｑ軸電流指令値生成部８ｃは、永久磁石同期モータ１ａにおける電機子のｑ軸電流
が零となるような基準ｑ軸電流指令値Ｉqoを生成してスイッチ８ｄに出力する。スイッチ８ｄは、ｄ軸電流指令値生成部８ｅの制御の下、上記ｑ軸電流指令値Ｉqsと基準ｑ軸電流指令値Ｉqoとのいずれか一方を選択的にｑ軸電流制御器８ｇに出力する。
ｄ軸電流指令値生成部８ｅは、出力スイッチ１２から出力される角速度信号ωを入力
とし、上記角速度信号ωが予め設定された角速度設定値ωs以上の値になった場合、弱め界磁制御を行うために、基準ｑ軸電流指令値Ｉqoが出力されるようにスイッチ８ｄを制御すると共に、上記演算式（１）を基に永久磁石同期モータ１ａにおける電機子のｄ軸電流が永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力（ＥＭＦ）を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値Ｉdsを算出してｄ軸電流制御器８ｆに出力する。また、このｄ軸電流指令値生成部８ｅは、上記角速度信号ωが予め設定された角速度設定値未満の値である場合、弱め界磁制御を行わず、ｑ軸電流指令値Ｉqsが出力されるようにスイッチ８ｄを制御すると共に、角速度信号ω、つまり永久磁石同期モータ１ａの回転状態に応じたｄ軸電流指令値Ｉdsをｄ軸電流制御器８ｆに出力する。
ｄ軸電流制御器８ｆは、ｄ軸電流指令値生成部８ｅから入力されるｄ軸電流指令値Ｉdsと、回転状態推定部９の座標変換器９ａから入力されるｄ軸電流検出値Ｉdとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdsに対応するｄ軸電圧指令値Ｖdを演算して２相／３相変換器８ｈ及び回転状態推定部９のロータ位置・速度推定器９ｂに出力する。ｑ軸電流制御器８ｇは、スイッチ８ｄから入力されるｑ軸電流指令値Ｉqsまたは基準ｑ軸電流指令値Ｉqoと、座標変換器９ａから入力されるｑ軸電流検出値Ｉqとに基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉqsまたは基準ｑ軸電流指令値Ｉqoに対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを演算して２相／３相変換器８ｈ及びロータ位置・速度推定器９ｂに出力する。これらｄ軸電流制御器８ｆ及びｑ軸電流制御器８ｇは、一種のＰＩＤ制御器であり、各電流指令値Ｉqs，Ｉdsに所定の比例積分・微分演算を各々施すことにより各電圧指令値Ｖq，Ｖdを生成する。
２相／３相変換器８ｈは、ロータ位置・速度推定器９ｂから出力される回転角推定値θeと、ｄ軸電流制御器８ｆから出力されるｄ軸電圧指令値Ｖdと、ｑ軸電流制御器８ｇから出力されるｑ軸電圧指令値Ｖqとを入力とし、上記回転角推定値θeに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd及びｑ軸電圧指令値ＶqをＵ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上の３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換し、当該３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，ＶwをＰＷＭ信号発生器８ｉに出力する。ＰＷＭ信号発生器８ｉは、上記３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ２ｄをスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力する。
回転状態推定部（回転状態推定手段）９は、座標変換器（電機子軸電流検出手段）９ａ及びロータ位置・速度推定器（推定手段）９ｂから構成されている。座標変換器９ａは、Ｕ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４によって各々検出されたＵ相及びＶ相のモータ駆動電流Ｉu、Ｉvと、ロータ位置・速度推定器９ｂから入力される回転角推定値θeとに基づいて永久磁石同期モータ１ａの電機子上に設定された２次元座標系（ｑ軸とｄ軸とからなる座標系）上におけるｑ軸電流検出値Ｉqとｄ軸電流検出値Ｉdを生成し、ｄ軸電流検出値Ｉdをｄ軸電流制御器８ｆに出力し、ｑ軸電流検出値Ｉqをｑ軸電流制御器８ｇに出力すると共に、ｄ軸電流検出値Ｉd及びｑ軸電流検出値Ｉqをロータ位置・速度推定器９ｂに出力する。より詳細には、この座標変換器９ａは、上記モータ駆動電流Ｉu，Ｉvに基づく内部演算によってＷ相のモータ駆動電流Ｉwを求め、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上のモータ駆動電流Ｉu，Ｉv，Ｉwに所定の座標変換を施すことにより各電流検出値Ｉq，Ｉdを求める。
ロータ位置・速度推定器９ｂは、座標変換器９ａから入力されるｄ軸電流検出値Ｉd及びｑ軸電流検出値Ｉqと、ｄ軸電流制御器８ｆから入力されるｄ軸電圧指令値Ｖdと、ｑ軸電流制御器８ｇから入力されるｑ軸電圧指令値Ｖqとに基づいて、永久磁石同期モータ１ａの回転状態を推定するものである。このロータ位置・速度推定器９ｂは、例えば、内部に永久磁石同期モータ１ａを模擬したモータモデルを備えており、このモータモデルに電圧指令値Ｖq，Ｖd及び電流検出値Ｉq，Ｉdを入力信号として角速度推定値ωe及び回転角推定値θeを演算する。ロータ位置・速度推定器９ｂは、このような手法で推定した回転角推定値θeを座標変換器９ａ及び２相／３相変換器８ｈにそれぞれ出力すると共に角速度推定値ωeを上記減算器８ａ及び出力スイッチ１２に出力する。
なお、センサレスタイプの永久磁石同期モータの回転制御では、一般的にモータの角速度及び回転角等を何らかの方法で推定し、その推定値に基づいて永久磁石同期モータをベクトル制御あるいはＶ／ｆ制御する。ロータ位置・速度推定器９ｂにおける角速度推定値ωe及び回転角推定値θeの推定手法は、非特許文献（竹下隆晴他:「電流推定誤差に基づくセンサレスブラシレスＤＣモータ制御」，平成７年電気学会全国大会講演論文集）に記載されている手法と同等なものであるが、他の非特許文献（市川真土：「回転座標系で拡張誘起電圧推定によるＩＰＭＳＭのセンサレス制御」，平成１３年電気学会全国大会講演論文集）、（大沢博：「埋込磁石形ＰＭモータの高性能Ｖ／ｆ制御」，テクノフロンティアシンポジウム2004 モータ技術シンポジウム，（社）日本能率協会）や、特許文献（特開２００５-１３７１０６号公報）に記載されているような推定手法を用いても良い。
電圧センサ（電圧検出手段）１０は、Ｕ相駆動信号線の電圧を検出し、電圧検出値として速度検出部１１に出力する。アシスト停止時において、インバータ２ｄがモータ駆動信号を永久磁石同期モータ１ａに供給しない状態にある場合、Ｕ相駆動信号線にはＵ相固定子巻線と永久磁石からなる回転子との電磁誘導によって正弦波状の誘起電圧が発生する。電圧センサ１０は、このような誘起電圧を電圧検出値として速度検出部１１に出力する。
速度検出部（回転状態検出手段）１１は、図示するようにコンパレータ１１ａとＦ／Ｖ変換器１１ｂとから構成されている。コンパレータ１１ａは、電圧センサ１０から入力された電圧検出値を接地電圧と比較することにより誘起電圧のゼロクロス点で状態遷移するパルス信号を生成してＦ／Ｖ変換器１１ｂに出力する。Ｆ／Ｖ変換器１１ｂは、上記パルス信号をその周波数に応じた直流電圧に変換し、角速度検出値ωkとして出力スイッチ１２に出力する。
出力スイッチ（出力選択手段）１２は、ＥＣＵから供給される動作指示信号Ｊに基づいてロータ位置・速度推定器９ｂから入力された角速度推定値ωeと速度検出部１１から入力された角速度検出値ωkとを択一的に選択し、角速度信号ωとしてｄ軸電流指令値生成部８ｅ及びＥＣＵに出力する。上記動作指示信号Ｊは、インバータ制御部８に永久磁石同期モータ１ａによるアシストを指示すると共に、出力スイッチ１２に角速度推定値ωeと角速度検出値ωkとの出力切り替えを指示するためのものである。
なお、上記のＵ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４、回転状態推定部９、電圧センサ１０、速度検出部１１及び出力スイッチ１２は、本発明における回転状態把握手段を構成するものである。
次に、このように構成された第２実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの動作について説明する。
＜アシスト時＞
まず、図２に示すアシスト時において、インバータ制御部８は、エンジン制御装置(ＥＣＵ)から入力される動作指示信号Ｊによってアシスト指示を受けると、モータ駆動部２を動作させることによって永久磁石同期モータ１ａの駆動を行う。
具体的には、モータ駆動信号が各相の駆動信号線を介してインバータ２ｄから永久磁石同期モータ１ａに供給され、永久磁石同期モータ１aが回転駆動される。ここで、インバータ制御部８は正弦波通電方式を採用しているので、アシスト時にはモータ駆動信号がインバータ２ｄから永久磁石同期モータ１ａに常時出力され、この結果、各相の駆動信号線には誘起電圧が発生しない。従って、アシスト時には、角速度検出値ωkが速度検出部１１から出力されず、出力スイッチ１２は、回転状態推定部９から入力された角速度推定値ωeを角速度信号ωとしてＥＣＵ及びｄ軸電流指令値生成部８ｅに出力する。
Ｕ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４から出力されたＵ相及びＶ相のモータ駆動電流Ｉu，Ｉvは座標変換器９ａに入力される。座標変換器９ａは、もう１相つまりＷ相のモータ駆動電流ＩwをＵ相及びＶ相のモータ駆動電流Ｉu，Ｉvから算出し、３相（Ｕ相，Ｖ相及びＷ相）のモータ駆動電流Ｉu，Ｉv，Ｉwに回転角推定値θeに応じた要素からなる変換マトリクスを用いて座標変換処理を施すことにより、永久磁石同期モータ１ａに固有のｑ軸−ｄ軸座標系におけるｑ軸電流検出値Ｉqとｄ軸電流検出値Ｉdを生成する。
この時、ｄ軸電流指令値生成部８ｅは、上記角速度信号ωが予め設定された角速度設定値未満の値であるので、弱め界磁制御を行わず、ｑ軸電流指令値Ｉqsが出力されるようにスイッチ８ｄを制御すると共に、角速度信号ωに応じたｄ軸電流指令値Ｉdsをｄ軸電流制御器８ｆに出力する。ここで、上記ｄ軸電流指令値Ｉdsは「０」に設定される。
減算器８ａは、ＥＣＵから入力された角速度指令値ω０とロータ位置・速度推定器９ｂから入力された角速度推定値ωeとの差分を演算することにより速度誤差Δωを生成し、速度制御器８ｂは、速度誤差Δωに比例積分・微分処理を施すことにより速度誤差Δωに対応するｑ軸電流指令値Ｉqsを演算してスイッチ８ｄに出力する。スイッチ８ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqsをｑ軸電流制御器８ｇに出力する。そして、ｄ軸電流制御器８ｆは、ｄ軸電流指令値Ｉdsとｄ軸電流検出値Ｉdとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdsに対応するｄ軸電圧指令値Ｖdを演算して２相／３相変換器８ｈ及びロータ位置・速度推定器９ｂに出力する。一方、ｑ軸電流制御器８ｇは、ｑ軸電流指令値Ｉqsとｑ軸電流検出値Ｉqとに基づいてｑ軸電流指令値Ｉqsに対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを演算して２相／３相変換器８ｈ及びロータ位置・速度推定器９ｂに出力する。
２相／３相変換器８ｈは、ｄ軸電流制御器８ｆから入力された上記ｄ軸に対応するｄ軸電圧指令値Ｖd及びｑ軸電流制御器８ｇから入力された上記ｑ軸に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上の３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換し、当該３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，ＶwをＰＷＭ信号発生器８ｉに出力する。ＰＷＭ信号発生器８ｉは、上記３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ２ｄをスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力する。これにより、インバータ２ｄはモータ駆動信号を生成して永久磁石同期モータ１ａに供給し、永久磁石同期モータ１aのモータ回転数は時間経過に伴い増加していくことになる。
＜アシスト停止時＞
そして、図２に示すように、永久磁石同期モータ１ａの回転数（角速度推定値ωe）がアシスト回転数と一致した場合、ＥＣＵからアシスト停止を指示する動作指示信号Ｊが入力され、インバータ制御部８は、インバータ２ｄの運転を停止して永久磁石同期モータ１ａの駆動を停止する。このようにアシスト停止時において、永久磁石同期モータ１ａは、排気エネルギーによるタービン１cの回転によってフリーラン状態となる。
この場合、各相の駆動信号線は高インピーダンス状態となり、永久磁石同期モータ１a
との間の各駆動信号線には固定子巻線と電機子との電磁誘導によって正弦波状の誘起電圧
が発生する。この誘起電圧は、永久磁石同期モータ１ａの固定子巻線と電機子との電磁誘
導によって誘起されるので、接地電位（ゼロ電位）を中心電位とすると共に電機子の回転
周期（角速度）に対応する角周波数の交流電圧である。
電圧センサ１０は、Ｕ相駆動信号線の誘起電圧を検出して、電圧検出値として速度検出
部１１のコンパレータ１１ａに出力する。この電圧検出値は、コンパレータ１１ａによっ
て接地電位と比較されることによりゼロクロス点（接地電位と交差する点）で状態遷移す
るパルス信号に変換される。このパルス信号は、電機子の回転周期に同期した信号であり、
Ｆ／Ｖ変換器１１ｂによって電機子の角速度に対応した直流電圧に変換され、角速度検出
値ωkとして出力スイッチ１２に出力される。出力スイッチ１２は、アシスト停止時の場
合、角速度検出値ωkを角速度信号ωとしてＥＣＵ及びｄ軸電流指令値生成部８ｅに出
力する。
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。
そして、角速度信号ωがアシスト角速度に設定された角速度設定値ωs以上の値になっているため、ｄ軸電流指令値生成部８ｅは、弱め界磁制御を行うために、基準ｑ軸電流指令値Ｉqoが出力されるようにスイッチ８ｄを制御すると共に、第１実施形態と同様に、上記演算式（１）を用いて永久磁石同期モータ１ａにおける電機子のｄ軸電流が永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力（ＥＭＦ）を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値Ｉdsを算出してｄ軸電流制御器８ｆに出力する。
ｄ軸電流制御器８ｆは、上記演算式（１）を用いて算出されたｄ軸電流指令値Ｉdsとｄ軸電流検出値Ｉdとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdsに対応するｄ軸電圧指令値Ｖdを演算して２相／３相変換器８ｈに出力する。一方、ｑ軸電流制御器８ｇは、基準ｑ軸電流指令値Ｉqoとｑ軸電流検出値Ｉqとに基づいて基準ｑ軸電流指令値Ｉqo（つまり零）に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを演算して２相／３相変換器８ｈに出力する。
２相／３相変換器８ｈは、ｄ軸電流制御器８ｆから入力された上記ｄ軸に対応するｄ軸電圧指令値Ｖd及びｑ軸電流制御器８ｇから入力された上記ｑ軸に対応するｑ軸電圧指令値Ｖqを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３次元座標系上の３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換し、当該３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，ＶwをＰＷＭ信号発生器８ｉに出力する。ＰＷＭ信号発生器８ｉは、上記３相電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ２ｄをスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号を生成してインバータ２ｄに出力する。
これにより、第１実施形態と同様に、アシスト停止時において、永久磁石同期モータ１aは弱め界磁制御されることになり、永久磁石同期モータ１aの誘導起電力はインバータ２ｄの直流電圧以上の値とはならず、その結果、回生現象は発生しない。
以上説明したように、第２実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムは、第１実施形態とは永久磁石同期モータ１ａの回転状態を把握する手段が異なるものであり、
電動機付ターボチャージャにおける永久磁石同期モータ１ａの回生現象を防止すると共に、永久磁石同期モータ１ａの高効率化及び小型化を図ることが可能である。
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。
（１）上記第１及び第２実施形態では、永久磁石同期モータ１ａの回転数（角速度）が、永久磁石同期モータ１ａによるアシストの停止を規定するアシスト角速度に到達した場合に、永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力がインバータ２ｄの直流電圧と一致するように永久磁石同期モータ１ａを設計し、角速度設定値ωsを上記アシスト角速度に設定した。これは、図３からわかるように、このように設計することにより、高効率化及び小型化の効果を最大限に得ることができるためである。一方、高効率化及び小型化の効果は落ちるが、例えば、図２におけるアシスト回転数から最大回転数の間の所定の回転数に応じた角速度を角速度設定値ωsとして設定し、永久磁石同期モータ１ａの回転数（角速度）が、このように設定した角速度設定値ωsに到達した場合に、永久磁石同期モータ１ａの誘導起電力がインバータ２ｄの直流電圧と一致するように永久磁石同期モータ１ａを設計しても良い。
（２）上記第１実施形態では、Ｕ相電流センサ３、Ｖ相電流センサ４、Ｗ相電流センサ５によって各々検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、このモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをインバータ制御部６（３相／２相変換器６ｈ）に供給することにより永久磁石同期モータ１ａの電機子に固有のｑ軸−ｄ軸座標系におけるｑ軸電流検出値Ｉq及びｄ軸電流検出値Ｉdを演算するが、これに代えて、図５に示すように昇圧回路２ｂからインバータ２ｄに供給される電源電流Ｉpを電流センサ（電源電流検出手段）２０によって検出し、この電源電流Ｉpをインバータ制御部６Ａに供給することによりｑ軸電流検出値Ｉq及びｄ軸電流検出値Ｉdを演算するようにしても良い。
この場合のインバータ制御部６Ａは、図６に示すようにインバータ制御部６に相電流再現器（電流変換手段）６ｋを付加した構成となる。この相電流再現器６ｋは、ＰＷＭ信号発生器６ｊから供給されるＰＷＭ信号に基づいて電源電流Ｉpを３相のモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換する。なお、図５では、電流センサ２０を電源の＋側に設けて電源電流Ｉpを検出する場合を示したが、電源の−側に電流センサ２０を設けて電源電流Ｉpを検出するようにしても良い。なお、このような電流検出手法は、第２実施形態でも同様に用いることができる。
（３）図７は、図５の変形例を示すブロック図である。この図に示すように、インバータ２ｄは、３相モータである永久磁石同期モータ１ａを駆動するものなので、各相（Ｕ相，Ｖ相及びＷ相）に対応した３つのスイッチアーム３０〜３２を備えている。図５では、昇圧回路２ｂからインバータ２ｄに供給される電源電流Ｉpを検出したが、本変形例ではスイッチアーム３０〜３２に流れるアーム電流Ｉaを電流センサ（アーム電流検出手段）２１で検出して上述したインバータ制御部６Ａに供給する。なお、図７では、電流センサ２１をＵ相のスイッチアーム３０に設けているが、他の相つまりＶ相あるいはＷ相のスイッチアーム３１、３２に設けるようにしても良い。なお、このような電流検出手法は、第２実施形態でも同様に用いることができる。
（４）上記第２実施形態において、例えば、図８に示すように電圧センサ１０に加えてＶ相駆動信号線の電圧を検出する電圧センサ１０Ａを設け、Ｕ相及びＶ相駆動信号線の電圧を速度検出部１１Ａに供給し、両電圧をコンパレータで比較することによって両電圧の大小関係が逆転するタイミングで状態遷移するパルス信号を生成するようにしても良い。両電圧は、１２０°の位相差を有しているので、１周期の間に２回大小関係が逆転する。なお、速度検出部１１Ａに供給する電圧は、Ｕ相及びＶ相の駆動信号線に限定されず、３相（Ｕ相，Ｖ相及びＷ相）のうちいずれか２相を選択すれば良い。
（５）上記第１及び第２実施形態では、直流電源２aを用いているため昇圧回路２bをＤＣ／ＤＣコンバータとしたが、これに限定されず、交流電源を用いた場合は昇圧回路２bとしてＡＣ／ＤＣコンバータを用いても良い。
（６）上記第１実施形態では永久磁石同期モータ１aの１回転で１パルスのパルス信号を出力する回転位置センサ１bを用いたが、本発明はこれに限定されない。１回転で複数のパルスを出力する回転位置センサを用い、当該回転位置センサの出力を速度算出器７に入力しても良い。
（７）上記第１実施形態における回転位置センサ１bはホール素子を検出素子として用いるものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。回転位置センサ１bは、ホール素子以外の検出素子（例えば磁気抵抗素子）を用いたものであっても良い。
（８）さらに、上記第１及び第２実施形態では、アシスト時において、ｄ軸電流指令値Ｉdsを「０」に設定したが、これはベクトル制御において一般的に行われることである。しかし、本発明はこれに限定されない。必要に応じてｄ軸電流指令値Ｉdsに「０」以外の定数を設定しても良い。
（９）また、上記第２実施形態ではコンパレータ１１ａとＦ／Ｖ変換器１１ｂとからなる速度検出部１１を用いるが、速度検出部１１の構成はこれに限定されるものではない。電圧センサ１０によって検出される電圧の変動周期を直流電圧に変換するものであれば他の構成でも良い。他の構成例としては、例えばＰＬＬ（Phas Locked Loop）回路を用いるものやマイコンを用いたソフトウエア処理によるもの等が考えられる。
（１０）上記第２実施形態では、ＥＣＵから供給される動作指示信号Ｊに基づいて角速度推定値ωeと角速度検出値ωkとを切り替え角速度信号ωとしてＥＣＵに出力するようにしたが、これに代えて動作指示信号Ｊをインバータ制御部８内で生成するようにしても良い。角速度指令値ω０はアシスト時にのみＥＣＵからインバータ制御部８に供給されるので、インバータ制御部８は、角速度指令値ω０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。
（１１）上記第１及び第２実施形態では永久磁石同期モータ１ａの回転状態を示す回転状態値として角速度を用いたが、これに限らず、回転状態値として回転数などを用いても良い。
本発明の第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの動作に関する説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムにおける永久磁石同期モータ１ａの設計手法に関する説明図である。 本発明の第２実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの第１変形例である。 本発明の第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの第１変形例に関する詳細説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの第２変形例である。 本発明の第２実施形態に係る電動機付ターボチャージャ制御システムの変形例である。
符号の説明
１…電動機付きターボチャージャ、１a…永久磁石同期モータ、１b…回転位置センサ、１c…タービン、１d…コンプレッサ、２…モータ駆動部、２a…直流電源、２b…昇圧回路、２c…平滑コンデンサ、２d…インバータ、３…Ｕ相電流センサ、４…Ｖ相電流センサ、５…Ｗ相電流センサ、６、８…インバータ制御部、７…速度算出器、９…回転状態推定部、１０…電圧センサ、１１…速度検出部、１２…出力スイッチ

Claims (11)

  1. エンジンに付設されたターボチャージャに、インバータによって駆動信号が供給されるアシスト用の電動機が連結された電動機付ターボチャージャの制御システムであって、
    前記電動機の回転状態を示す回転状態値を把握する回転状態把握手段と、
    前記回転状態把握手段によって把握された前記回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機の誘導起電力を弱める弱め界磁制御を行うためのインバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する制御手段と、
    を具備し、
    前記回転状態設定値は、前記電動機の誘導起電力が前記インバータの直流電圧と一致する場合における前記電動機の回転状態値に設定されており、
    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、
    ことを特徴とする電動機付ターボチャージャ制御システム。
  2. 前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
    前記回転状態把握手段は、
    前記センサレス永久磁石同期モータの回転子の回転位置を検出し、当該回転位置を示す回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段と、
    前記回転位置検出信号を微分処理することにより前記センサレス永久磁石同期モータの回転状態値として角速度を算出する速度算出手段と、を有し、
    前記制御手段は、
    前記速度算出手段にて算出された角速度が予め設定された角速度設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
    ことを特徴とする請求項１記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  3. 少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
    前記制御手段は、
    上位制御装置から入力される角速度指令値と前記速度算出手段から入力される角速度算出値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
    前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、
    前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
    前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、
    前記速度算出手段から入力される角速度算出値が角速度設定値以上の値になった場合に、前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、
    前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、
    前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、
    前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、
    前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、
    を備えることを特徴とする請求項２記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  4. 前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
    前記回転状態把握手段は、
    少なくとも１相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、
    少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、
    前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、
    前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、
    前記制御手段は、
    前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
    ことを特徴とする請求項１記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  5. 前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
    前記回転状態把握手段は、
    少なくとも１相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記インバータに供給される電源電流を検出する電源電流検出手段と、
    前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、
    前記電源電流検出手段によって検出された電源電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、
    前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、
    前記制御手段は、
    前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
    ことを特徴とする請求項１記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  6. 前記電動機は、３相の駆動信号の供給を受けて駆動するセンサレス永久磁石同期モータであり、
    前記回転状態把握手段は、
    少なくとも１相の駆動信号線の電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記インバータのスイッチアームに流れるアーム電流を検出するアーム電流検出手段と、
    前記電圧検出手段によって検出された電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータのアシスト停止時における回転状態値を検出する回転状態検出手段と、
    前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータによるアシスト時における回転状態値を推定する回転状態推定手段と、
    前記アシスト停止時に前記回転状態検出手段が検出した回転状態値を選択する一方、前記アシスト時には前記回転状態推定手段が推定した回転状態値を選択して出力する出力選択手段と、を有し、
    前記制御手段は、
    前記出力選択手段から出力された回転状態値が予め設定された回転状態設定値以上の値になった場合に、前記電動機における電機子のｑ軸電流が零となり、且つｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるように前記インバータ制御信号を生成して前記インバータに出力する、
    ことを特徴とする請求項１記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  7. 前記回転状態推定手段は、
    前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、
    前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
    前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、
    前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
    前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、
    前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、
    前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、
    前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、
    前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、
    を備えることを特徴とする請求項４記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  8. 前記回転状態推定手段は、
    前記電源電流検出手段によって検出された電源電流を少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、
    前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、
    前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
    前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、
    前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
    前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、
    前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、
    前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、
    前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、
    前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、
    を備えることを特徴とする請求項５記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  9. 前記回転状態推定手段は、
    前記アーム電流検出手段によって検出されたアーム電流を少なくとも２相の駆動信号線の各々に流れる電流に変換する電流変換手段と、
    前記電流変換手段によって変換された電流に基づいて前記ｑ軸電流及びｄ軸電流を検出する電機子軸電流検出手段と、
    前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値に基づいて前記回転状態値を推定する推定手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    上位制御装置から入力される回転状態指令値と前記推定手段から出力される回転状態値との差分値を基にｑ軸電流指令値を生成する速度制御手段と、
    前記ｑ軸電流が零となるような基準ｑ軸電流指令値を生成する基準ｑ軸電流指令値生成手段と、
    前記速度制御手段が生成したｑ軸電流指令値と、前記基準ｑ軸電流指令値生成手段が生成した基準ｑ軸電流指令値とのいずれか一方を選択的に出力するスイッチと、
    前記出力選択手段から出力される回転状態値が回転状態設定値以上の値になった場合に、前記基準ｑ軸電流指令値が出力されるように前記スイッチを制御すると共に、ｄ軸電流が前記電動機の誘導起電力を弱める方向に流れるようなｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令値生成手段と、
    前記ｄ軸電流指令値生成手段にて生成されたｄ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｄ軸電流検出値とを基に前記電機子のｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御手段と、
    前記スイッチから出力されるｑ軸電流指令値または基準ｑ軸電流指令値と前記電機子軸電流検出手段から出力されるｑ軸電流検出値とを基に前記電機子のｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御手段と、
    前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を基に前記電動機の３相電圧操作量を生成する電圧操作量生成手段と、
    前記３相電圧操作量を基に、前記インバータ制御信号として前記インバータのスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータに出力するＰＷＭ信号生成手段と、
    を備えることを特徴とする請求項６記載の電動機付ターボチャージャ制御システム。
  10. 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４〜９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。
  11. 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４〜９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。
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