JPH0539727A - 回転電機付ターボチヤージヤの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 回転電機付ターボチャージャの駆動装置にお
いて、ポジションセンサの機械的な回転基準位置と該交
流電動発電機の電気的な位相基準位置との位置合わせを
自動的に行なえる装置を提供する。 【構成】 回転軸の機械的な回転基準位置を検知するポ
ジションセンサと、該交流電動発電機の電気的な位相基
準位置を検知する位相検知手段と、ポジションセンサか
らの回転基準位置と位相検知手段からの位相基準位置と
の差異を演算する第１の演算手段と、ポジションセンサ
からの回転基準位置に第１の演算手段が演算した差異を
加算して交流電動発電機の駆動交流電源の位相基準位置
を演算する第２の演算手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機付ターボチャ
ージャの駆動装置に関し、特に交流電動発電機の駆動交
流電源の位相基準位置を簡単に作成することができる回
転電機付ターボチャージャの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンから排出される排気ガス
によりタービンを回転せしめ、該タービンの回転力を電
気エネルギーに変換して排気エネルギーを回収する提案
が種々なされ、たとえば回転電機付きターボチャージャ
として特開昭６３−３０２１３２号公報に示されてい
る。

【０００３】上記公開公報に記載されている装置は、エ
ンジンより排出される排気ガスエネルギを利用してター
ビンを駆動し、このタービンに直結したコンプレッサに
より吸入空気を圧縮してエンジンに過給気を圧送すると
共に、該タービンの回転軸に直結された交流電動発電機
を発電機として動作させ、タービンから得られる排気エ
ネルギを発電電力として直流電力として回収し、またエ
ンジンの回転数が減少して排気ガス圧力が低下し、コン
プレッサからの過給気の圧力も低下するような時には、
回収して蓄電しておいた直流電力をインバータにより交
流電力に変換し交流電動発電機に印加してこれを電動機
として運転し、コンプレッサの回転を助成して必要な過
給気圧を得るようにしている。

【０００４】上記回転電機付ターボチャージャの駆動装
置のコンプレッサブレード裏面の基準位置には小さな永
久磁石片が取り付けられており、また該永久磁石片に対
向するタービンハウジングにはピックアップ用のコイル
が設けられている。そして、交流電動発電機を電動機運
転する場合には、これら永久磁石片とピックアップ用コ
イルとからなるポジションセンサからの基準位置信号を
基にして多相交流を作成し、交流電動発電機に供給して
いる。すなわち、上記ポジションセンサからの基準位置
信号であるパルスの間隔をもって供給電力の周波数を読
み取ると共に、該基準位置信号がトリガとなって多相交
流の第１相目がスタートし、続いて所定の位相差をもっ
て他の相が次々とスタートするように構成されている。

【０００５】上記のポジションセンサの機械的な回転基
準位置と該交流電動発電機の電気的な位相基準位置との
位置合わせは、回転電機付ターボチャージャとこの駆動
装置を新規に車載する時あるいは回転電機付きターボチ
ャージャ本体またはこれを駆動する駆動装置を交換した
時に行なうのみで、車載して実際に動作している間中は
位置合わせ動作もまたその確認をも行なわない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記交流電
動発電機の回転子は回転軸にねじ止めされており、また
回転軸の回転数はほぼ２００，０００ｒｐｍに達する。
このため動作中に回転子の位置がずれてしまうことがあ
る。このようなずれが生じた場合には動作効率が低下す
るばかりかインバータの破損を招く場合もある。また回
転電機付きターボチャージャ本体またはこれを駆動する
駆動装置を交換する度毎に上記位置合わせする手間が係
る。

【０００７】本発明は上記のごとき従来の不都合を解消
しようとするものであり、その目的は、エンジンの排気
により回転されるタービンと該タービンにより回転され
るコンプレッサと該タービンとコンプレッサとを連結す
る回転軸上に交流電動発電機を設けた回転電機付ターボ
チャージャの駆動装置において、ポジションセンサの機
械的な回転基準位置と該交流電動発電機の電気的な位相
基準位置との位置合わせを自動的に行なえるような回転
電機付ターボチャージャの駆動装置を提供しようとする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のごとき発明の目的
を達成するために、本発明は、エンジンの排気により回
転されるタービンと該タービンにより回転されるコンプ
レッサと該タービンとコンプレッサとを連結する回転軸
上に交流電動発電機を設けた回転電機付ターボチャージ
ャの駆動装置において、該回転軸の機械的な回転基準位
置を検知するポジションセンサと、該交流電動発電機の
電気的な位相基準位置を検知する位相検知手段と、ポジ
ションセンサからの回転基準位置と位相検知手段からの
位相基準位置との差異を演算する第１の演算手段と、ポ
ジションセンサからの回転基準位置に第１の演算手段が
演算した差異を加算して交流電動発電機の駆動交流電源
の位相基準位置を演算する第２の演算手段とを有するこ
とを特徴とする回転電機付ターボチャージャの駆動装置
を提供するものである。

【０００９】

【作 用】交流電動発電機が電動機運転を行なってい
ない場合であって回転子が回転されている時、該交流電
動発電機の電源端子に発生している多相交流電圧の位相
を測定し、またポジションセンサによる交流電動発電機
の機械的な位置を測定し、これらの測定値から交流電動
発電機を電動機運転するための多相交流電圧の基準を作
成する。

【００１０】

【実施例】つぎに本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示す
構成ブロック図、図２は本実施例に用いるターボチャー
ジャの構成を示す断面図である。

【００１１】これらの図面において、１はエンジンで、
吸気管１１を通じて吸入する空気と供給される燃料との
燃焼エネルギーによって図示していない車両を駆動する
ものである。燃焼後の排気ガスは排気管１２を介してタ
ーボチャージャ２に供給されてタービン２１を回転駆動
する。２２はコンプレッサで、タービン２１の回転軸２
３に直結され、排気エネルギーにより回転駆動されるタ
ービン２１のトルクにより空気を圧縮するものであり、
スクロール２４を介して吸気管１１よりエンジンへの空
気を過給するもので、コンプレッサ２２の作動によりエ
ンジン出力を増大するよう構成されている。なお、１３
は過給気圧を検出するブースト圧センサで、吸気管１１
の内面に取付けられており、１４はエンジンの回転数を
検出するエンジン回転センサであり、これらのセンサか
らの信号は後述するコントローラに送信される。

【００１２】３は交流電動発電機からなる回転電機であ
り、回転軸２３にねじ３４により固定された回転子３１
と、ターボチャージャ２のハウジング２５の内壁に取付
けられた固定子３２とを有し、回転子３１は例えば永久
磁石の界磁磁石を持ったを回転子であり、固定子３２と
共に３相の同期回転電機を構成している。そして、排気
エネルギーによるタービン２１の駆動力にて十分なコン
プレッサ２２の過給作動が得られないときは、回転電機
３に電力を供給して力行させることにより、コンプレッ
サ２２の過給作動を助勢させるものである。なお、３３
はポジションセンサで、図２から明らかなように、永久
磁石片３５と検出用のコイル３６からなり、コンプレッ
サ２２のブレードの回転数を検出して回転電機３の回転
数と基準位置を検知するもので、検知したポジション信
号ＰＳをコントローラ６に送信する。なお、図１にはポ
ジションセンサ３３の詳細を示さず、ただ図式的にその
おおよその設置位置を示している。

【００１３】なお、４は排出管で、排気タービン２から
排出される排ガスを外部に放出するものである。

【００１４】電力変換器５はバッテリ７からの電力を入
力して、回転電機３を力行せしめる所定の交流電力に変
換すると共に、回転電機３が発電動作を行なっている時
にはこの発電電力を整流してバッテリ７に蓄電するもの
である。そして、回転電機３から出力される交流を整流
する整流器、バッテリ７の直流電力を所要周波数の交流
電力に変換するインバータなどの強電用機器を備えてい
る。上記交流周波数の制御指令はコントローラ６から行
なうが、その詳細は後に述べる。

【００１５】８はアクセルペダルで運転者の操作によ
り、エンジン１への燃料供給量を制御するものであり、
アクセルペダル８の踏込量を検出するアクセルセンサ８
１が取付けられ、コントローラ６に検出信号を送出す
る。

【００１６】コントローラ６はマイクロコンピュータか
らなり、演算処理を行う中央制御装置、演算結果や制御
プログラムなどを格納する各種メモリ、入／出力ポート
などを備えており、前記のブースト圧センサ１３、エン
ジン回転センサ１４、ポジションセンサ３３、アクセル
センサ８１などからの検出信号が入力されると演算処理
が行われ、制御プログラムにしたがって、インバータ５
に対して交流電力の周波数を変換する制御指令を発する
よう構成されている。

【００１７】図３は本発明に係る回転電機付ターボチャ
ージャの駆動装置のうち、ポジションセンサ３３を含む
回転電機３と電力変換器５とコントローラ６のみを抜粋
して示したブロック図であり、これまでに説明した部分
についての詳細な説明は省略する。図３に示すように、
コントローラ６は、Ｗ相に対するＵ相電圧を増幅する絶
縁アンプ６１、Ｗ相に対するＵ相の電圧を増幅する絶縁
アンプ６２を有し、従ってこれらの入力端は回転電機３
の３相の電源端子に接続されている。該絶縁アンプ６
１、６２の入力側には発光素子と受光素子を対向して配
置し、入力側に印加される回転電機３からの信号を発光
素子にて光信号に変換し、これを受光素子にて受けた後
ＯＰアンプに信号を入力するようにして、絶縁アンプ６
１、６２の入力側と出力側とを電気的に絶縁している。
６３はポジションセンサ３３から出力されるポジション
信号ＰＳを波形成形するパルス信号波形成形回路、６
４、６５は絶縁アンプ６１、６２から出力される信号か
ら高調波成分を除去するローパスフィルタ、６６は回転
電機３の回転周期を規定するタイマ、６７は位相補正Ｃ
ＰＵ、６８は波形解析ＣＰＵ、６９はメインコントロー
ルＣＰＵである。

【００１８】次に上記実施例の動作を詳細に説明する。
エンジン１が負荷運転時にはコントローラ６が該運転状
態を検知し、エンジン１より排出される排気ガスエネル
ギを利用してタービン２１を駆動し、このタービン２１
に直結したコンプレッサ２２により吸入空気を圧縮して
エンジン１に過給気を圧送すると共に、該タービン２１
の回転軸２３に直結された回転電機３を発電機として動
作させ、タービン２１から得られる排気エネルギを発電
電力として回収した後、これを電力変換器５にて直流電
力に変換し、バッテリ７に蓄電するように、コントロー
ラ６が制御する。またエンジン１の回転数が減少して排
気ガス圧力が低下し、コンプレッサ２２からの過給気の
圧力も低下するような時にはコントローラ６がこれを検
知し、蓄電しておいた直流電力を電力変換器５内に設け
たインバータにより交流電力に変換し回転電機３に印加
してこれを電動機として運転し、コンプレッサ２３の回
転を助成して必要な過給気圧を得るように、コントロー
ラ６は制御する。

【００１９】回転電機３がタービン２１により回転され
ている時、回転電機３の電源端子には回転電機３の回転
数に比例した３相の交流電圧が発生している。このアナ
ログの電圧は絶縁アンプ６１、６２で夫々増幅され、ロ
ーパスフィルタ６４、６５で高調波成分が除去された
後、波形解析ＣＰＵ６８内のＡ／Ｄコンバータ（未図
示）にてデジタル信号に変換され、波形解析ＣＰＵ６８
内のレジスタに一次保管され、このデータは刻々更新さ
れる。ポジションセンサ３３からのポジション信号ＰＳ
はパルス信号波形成形回路６３により波形成形された
後、波形解析ＣＰＵ６８、メインコントロールＣＰＵ６
９に入力される。波形解析ＣＰＵ６８では、常時ポジシ
ョン信号ＰＳと次のポジション信号ＰＳとの間のクロッ
ク数を計算し、次のポジション信号を受けた後、この計
数値をタイマ６６にＴ１としてセットする。

【００２０】次に、回転電機３がインバータにより動作
されていない状態、すなわち、発電機の状態あるいはタ
ービン２１によりから廻りさせられている状態をコント
ローラ６のメインコントロールＣＰＵ６９が把握した
時、メインコントロールＣＰＵ６９は図４に示すメイン
プログラムの実行に移る。なお、このメインプログラム
の実行中、ポジションセンサ３３からのポジション信号
ＰＳがメインコントロールＣＰＵ６９に入力されると、
図５に示す割り込みプログラムが実行され、タイマ６６
はリセットされた後カウントを開始し、前記セットされ
たＴ１に達した時クリア信号を発する。

【００２１】該メインプログラムのＳ１において、コン
トローラ６の各部分を初期設定した後、Ｓ２でＷ相に対
するＵ相の電圧波形の位相を測定する「ＣＨ１位相測定
プログラム」の実行に移る。このプログラムでは、図６
のＣＨ１に示すような電圧波形を読み取ると共に、ポジ
ション信号ＳＰから最高波高値までの位相Ｄ１を測定す
る。

【００２２】次にメインプログラムのＳ３でＷ相に対す
るＶ相の電圧波形の位相を測定する「ＣＨ２位相測定プ
ログラム」の実行に移る。このプログラムでは、図６の
ＣＨ２に示すような電圧波形を読み取ると共に、ポジシ
ョン信号ＳＰから最高波高値までの位相Ｄ２を測定す
る。

【００２３】次にメインプログラムのＳ４で相順判定プ
ログラムに移る。このプログラムでは、図７のＰ１に示
すように、位相Ｄ１のデータが２４０度以内であるか否
かを判定する。この判定ステップでＮと判定された場合
は、ポジションセンサ３３と回転電機３の回転子の位置
が、初期設定の位置から大幅にずれていることを示して
いるので、Ｐ４でアラームを発する。同ステップでＹの
判定であればＰ２に移り（Ｄ２−Ｄ１＝６０度）？の判
定動作を実行する。この判定ステップＰ２でＮと判定さ
れた場合は、ポジションセンサ３３と回転電機３の回転
子の位置あるいは回転子か固定子に故障が発生したこと
を意味するので、Ｐ４でアラームを発する。

【００２４】Ｐ２でＹの判定であれば、Ｐ３に示すよう
に、メインプログラムのＳ２で測定した位相Ｄ１をメイ
ンコントロールＣＰＵ６９のレジスタに格納してメイン
ルーチンに復帰する。

【００２５】この後、コントローラ６からの指令により
回転電機３が電動機運転を行なう時には、該位相Ｄ１を
基準にして、周知のように回転電機３を運転するための
３相交流電源を電力変換器５と共に作成し回転電機３に
印加する。

【００２６】本発明を、実施例をあげて詳細によって説
明したが、さらに本発明の主旨の範囲内で種々の変形や
応用が可能であり、これらを本発明の範囲から排除する
ものではない。

【００２７】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば常時回転
電機の位相を測定でき、該位相に狂いが生じた時には瞬
時にアラームを発することができるので、パワー部であ
る電力変換器を破損するようなことはない。

【００２８】また、従来のようにターボチャージャの駆
動装置を車載したときあるいは交換した時に行なってい
たような位相合わせを行なう必要がないので、作業の簡
素化と作業コストの低減に大きく寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す構成ブロック図

【図２】本実施例に用いるターボチャージャの構成を示
す断面図

【図３】回転電機の駆動機構のブロック図

【図４】メインプログラムのフローチャート

【図５】割り込みプログラムのフローチャート

【図６】動作特性図

【図７】相順判定プログラムのフローチャート

【符号の説明】

１……エンジン、 ２……ターボチャージャ、 ３……回転電機、 ４……排気管、 ５……電力変換器、 ６……コントローラ、 ７……バッテリ、 ８……アクセルペダル、 ２１…タービン、 ２２…コンプレッサ、 ２３…回転軸、 ３３…ポジションセンサ、 ３５…永久磁石片、 ３６…検出用のコイル、 ４２…交流発電機、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気により回転されるタービン
   と該タービンにより回転されるコンプレッサと該タービ
   ンとコンプレッサとを連結する回転軸上に交流電動発電
   機を設けた回転電機付ターボチャージャの駆動装置にお
   いて、該回転軸の機械的な回転基準位置を検知するポジ
   ションセンサと、該交流電動発電機の電気的な位相基準
   位置を検知する位相検知手段と、ポジションセンサから
   の回転基準位置と位相検知手段からの位相基準位置との
   差異を演算する第１の演算手段と、ポジションセンサか
   らの回転基準位置に第１の演算手段が演算した差異を加
   算して交流電動発電機の駆動交流電源の位相基準位置を
   演算する第２の演算手段とを有することを特徴とする回
   転電機付ターボチャージャの駆動装置。
2. 【請求項２】前記交流電動発電機の電気的な多相の位相
   基準位置を検知する位相検知手段を有し、これら多相の
   位相基準位置の間隔から交流電動発電機の故障を判定す
   る判定手段を有することを特徴とする請求項１記載の回
   転電機付ターボチャージャの駆動装置。