JP2007089336A - 電動機付ターボチャージャ用回転検出装置及び電動機付ターボチャージャの回転検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサレス永久磁石同期モータを採用する電動機付ターボチャージャの回転状態、特に高精度な回転状態をエンジン制御装置に提供する。
【解決手段】 永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、インバータから固定子巻線に供給される複数相のモータ駆動電流をそれぞれ検出する駆動電流検出手段と、誘起電圧検出手段が検出する誘起電圧に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段と、駆動電流検出手段が検出したモータ駆動電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、非駆動時に回転速度検出手段の検出結果を選択する一方、駆動時には回転速度推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機付ターボチャージャ用回転検出装置及び電動機付ターボチャージャの回転検出方法に関する。

下記非特許文献１には、ターボチャージャに組み込んだＰＭモータ（永久磁石型同期モータ）の駆動システムが開示されている。ＰＭモータを組み込んだターボチャージャ（ハイブリッドターボチャージャ）は、ＰＭモータの回転子をターボチャージャの回転軸と一体化させたものであり、ＰＭモータの回転動力によってターボチャージャの回転を補助するものである。本駆動システムは、ターボチャージャの補助用モータであるＰＭモータとして回転子の回転位置を検出する位置センサを具備しないブラシレスＤＣモータ（センサレスブラシレスＤＣモータ）を採用すると共に、当該センサレスブラシレスＤＣモータを１２０°通電方式で駆動するものであり、非通電期間に固定子巻線に誘起する誘起電圧を利用して回転子の回転位置を判定することにより各相の駆動電流を生成する。
なお、上記１２０°通電方式ではなく、１８０°通電方式を採用するセンサレスブラシレスＤＣモータの制御技術については、例えば以下の非特許文献２，３及び特許文献１等に詳細が開示されている。
高田陽介他：「ターボチャージャ用220000 ｒ/ｍｉｎ −2ｋＷ ＰＭモータ駆動システム」，平成１６年電気学会産業応用部門大会講演論文集 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 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 特開2005-137106号公報

ところで、上述したハイブリッドターボチャージャはエンジン（主機）を補助する補機として機能するものであり、補助用モータはエンジンと同様にエンジン制御装置(ＥＣＵ)によって制御される。すなわち、補助用モータを駆動するモータ駆動装置は、上位制御装置であるエンジン制御装置による制御の下に補助用モータを駆動する。
しかしながら、補助用モータとしてセンサレスブラシレスＤＣモータを用いた場合におけるセンサレスブラシレスＤＣモータの回転数情報（つまりターボチャージャの回転数情報）をエンジン制御装置に提供する技術は未だ確立されていない。特に１０万回転を超える高速回転域における補助用モータの制御では、エンジン制御装置は補助用モータを制御するためにセンサレスブラシレスＤＣモータに関する極めて正確な回転数情報を必要とするが、このような高精度な回転数情報をエンジン制御装置に提供する技術は未だ確立されていないのが現状である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、センサレス永久磁石同期モータを採用する電動機付ターボチャージャの回転状態、特に高精度な回転状態をエンジン制御装置に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、電動機付ターボチャージャ用回転検出装置に係る第１の解決手段として、モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する装置において、永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、インバータから固定子巻線に供給される複数相のモータ駆動電流をそれぞれ検出する駆動電流検出手段と、誘起電圧検出手段が検出する誘起電圧に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段と、駆動電流検出手段が検出したモータ駆動電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、非駆動時に回転速度検出手段の検出結果を選択する一方、駆動時には回転速度推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段とを具備する、という手段を採用する。

電動機付ターボチャージャ用回転検出装置に係る第２の解決手段として、モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する装置において、永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、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、誘起電圧検出手段が検出した誘起電圧に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段と、電源電流検出手段が検出した電源電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、非駆動時に回転状態検出手段の検出結果を選択する一方、駆動時には回転状態推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段とを具備する、という手段を採用する。

電動機付ターボチャージャ用回転検出装置に係る第３の解決手段として、モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する装置において、永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、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、誘起電圧検出手段が検出した誘起電圧に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段と、アーム電流検出手段が検出するアーム電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、非駆動時に回転状態検出手段の検出結果を選択する一方、駆動時には回転状態推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段とを具備する、という手段を採用する。

電動機付ターボチャージャ用回転検出装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、回転状態検出手段は、誘起電圧のゼロクロス点に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの回転状態を検出する、という手段を採用する。

電動機付ターボチャージャ用回転検出装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、回転状態検出手段は、各モータ駆動相の誘起電圧の差分に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの回転状態を検出する、という手段を採用する。

電動機付ターボチャージャ用回転検出装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、回転状態検出手段は回転状態としてセンサレス永久磁石同期モータの回転速度を検出し、回転状態推定手段は回転状態としてセンサレス永久磁石同期モータの回転速度を推定する、という手段を採用する。

また、本発明では、電動機付ターボチャージャの回転検出方法に係る解決手段として、モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する方法において、センサレス永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出し、インバータから固定子巻線に供給される複数相のモータ駆動電流、インバータに供給される電源電流あるいはインバータのスイッチアームに流れるアーム電流に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定し、非駆動時に誘起電圧に基づいて検出された回転状態を選択してエンジン制御装置に出力する一方、駆動時にはモータ駆動電流、電源電流あるいはアーム電流に基づいて推定された回転状態を選択してエンジン制御装置に出力する、という手段を採用する。

電動機付ターボチャージャはエンジンに付設されるため周囲温度の変化が大きい。しかし、本発明によれば、このような劣悪な温度環境にも拘わらず、位置センサを具備しないセンサレス永久磁石同期モータを補助用モータとして備える電動機付ターボチャージャについて、センサレス永久磁石同期モータの非駆動時には誘起電圧に基づいて検出された回転状態をエンジン制御装置に出力する一方、センサレス永久磁石同期モータの駆動時にはモータ駆動電流、電源電流あるいはアーム電流に基づいて推定された回転状態をエンジン制御装置に出力するので、電動機付ターボチャージャの回転状態をエンジン制御装置に提供することができる。

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。
図1は、本実施形態に係る電動機付ターボチャージャ用回転検出装置及びその関連機器の機能構成を示すブロック図である。この図において、符号1はモータ駆動装置、２は電動機付ターボチャージャ、３Ａ，３Ｂは電流検出器、４は電圧検出器、５はモータ制御装置、６は速度検出器、７は出力スイッチである。これら各構成要件のうち、電流検出器３Ａ，３Ｂ、電圧検出器４、モータ制御装置５、速度検出器６及び出力スイッチ７は、本実施形態に係る電動機付ターボチャージャ用回転検出装置を構成している。

モータ駆動装置1は、図示するように直流電源１ａ、昇圧回路１ｂ及びインバータ１ｃから構成されており、また電動機付ターボチャージャ２は永久磁石型同期モータ２ａ及びターボチャージャ２ｂから構成されている。このモータ駆動装置1は、直流電源１ａから出力された直流電圧（電源電圧）に基づいてモータ駆動信号（交流信号）を生成して永久磁石型同期モータ２ａを駆動するものである。直流電源１ａ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、所定の直流電圧を昇圧回路１ｂに出力する。昇圧回路１ｂは、必要に応じて設けられるものであり、直流電源１ａから供給された直流電圧を昇圧してインバータ１ｂに供給する。インバータ１ｂは、モータ制御装置５から供給されるＰＷＭ信号に基づいて昇圧回路１ｂ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、図示するように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する。

永久磁石型同期モータ２ａは、回転子の回転（回転位置、回転速度あるいは／及び回転数）を検出するセンサを具備しないセンサレス永久磁石型同期モータであり、補助用モータとしてターボチャージャ２ｂの回転を補助するものである。ターボチャージャ２ｂは、周知のようにタービンとコンプレッサとから構成されるものであり、補機としてエンジンに付設されている。

電流検出器３Ａは、上記インバータ１ｂのＵ相出力端と永久磁石型同期モータ２ａのＵ相固定子巻線とを接続するＵ相駆動信号線に設けられており、上記Ｕ相出力端からＵ相固定子巻線に流れるモータ駆動電流Ｉuを検出して下記モータ制御装置５に出力する。一方、電流検出器３Ｂは、上記インバータ１ｂのＶ相出力端と永久磁石型同期モータ２ａのＶ相固定子巻線とを接続するＶ相駆動信号線に設けられており、上記Ｖ相出力端からＶ相固定子巻線に流れるモータ駆動電流Ｉvを検出して下記モータ制御装置５に出力する。

電圧検出器４は、Ｕ相駆動信号線に誘起する誘起電圧を検出し、誘起電圧検出値として速度検出器６に出力する。モータ駆動装置1が非駆動状態にある場合、つまりインバータ１ｂがモータ駆動信号を永久磁石型同期モータ２ａ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。電圧検出器４は、このような誘起電圧を誘起電圧検出値として速度検出器６に出力する。

モータ制御装置５は、図示するように減算器５ａ、速度制御器５ｂ、電流制御器５ｃ、座標変換器５ｄ，５ｆ、ロータ位置・速度推定器５ｅ及びＰＷＭ（Pulse Width Wodulation）信号発生器５ｇから構成されており、上記インバータ１ｂをＰＷＭ制御することによって永久磁石型同期モータ２ａの回転を制御するものである。

減算器５ａ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_０とロータ位置・速度推定器５ｅから出力された角速度推定値ωeとの差分を速度誤差Δωとして演算し速度制御器５ｂに出力する。速度制御器５ｂ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５ｃに出力する。

電流制御器５ｃは、上記電流操作量Ｉqs、エンジン制御装置(ＥＣＵ)から供給される電流操作量Ｉds、座標変換器５ｄ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５ｅ及び座標変換器５ｆに出力する。電流制御器５ｃは、一種のＰＩＤ制御器であり、各電流操作量Ｉqs，Ｉdsに所定の比例積分・微分演算を各々施することにより電圧操作量Ｖq，Ｖdを生成する。

座標変換器５ｄは、電流検出器３Ａ，３Ｂ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（検出量）に基づいて永久磁石型同期モータ２ａの回転子上に固定された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、座標変換器５ｄ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。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。

ロータ位置・速度推定器５ｅ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型同期モータ２ａ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５ｅは、例えば、内部に永久磁石型同期モータ２ａ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５ｅ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５ｄ，５ｆ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５ａ及び出力スイッチ７に出力する。

なお、センサレス永久磁石型同期モータの回転制御では、一般的にセンサレス永久磁石型同期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センサレス永久磁石型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５ｅにおける角速度推定値ωe1及び回転角推定値θeの推定手法は、非特許文献２に記載されて手法と同等なものであるが、非特許文献３，４及び特許文献１には、センサレス永久磁石型同期モータの回転制御における角速度及び回転角等の推定手法について開示されている。したがって、ロータ位置・速度推定器５ｅにおける角速度推定値ωe1及び回転角推定値θeの推定手法に上記非特許文献３，４及び特許文献１に開示された手法を用いても良い。

座標変換器５ｆは、上記ロータ位置・速度推定器５ｅから入力された回転角推定値θeに基づいて電流制御器５ｃから入力された上記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５ｇに出力する。

ＰＷＭ信号発生器５ｇは、上記電圧操作量Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ１ｂ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１ｂに出力する。モータ制御装置５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５ｇは、インバータ１ｂが永久磁石型同期モータ２ａ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。

速度検出器６は、図示するようにコンパレータ６ａとＦ／Ｖ変換器６ｂとから構成されている。コンパレータ６ａは、電圧検出器４から入力された誘起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６ｂに出力する。Ｆ／Ｖ変換器６ｂ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７に出力する。

出力スイッチ７は、エンジン制御装置(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５ｅから入力された角速度推定値ωeあるいは速度検出器６から入力された角速度検出値ωkを択一的に選択し、角速度信号ωとしてエンジン制御装置(ＥＣＵ)に出力する。上記動作指示信号Ｊは、モータ制御装置５に永久磁石型同期モータ２ａによるターボチャージャ２ｂの補助（アシスト）を指示すると共に、出力スイッチ７に角速度推定値ωeと角速度検出値ωkとの切り替えを指示するためのものである。

次に、このように構成された電動機付ターボチャージャ用回転検出装置の動作について、図２をも参照して詳しく説明する。

図２は、電動機付ターボチャージャ２の回転数変化を示すものである。電動機付ターボチャージャ２は、エンジンの排ガスによってタービンが駆動されることによって回転数が上昇する一方、永久磁石型同期モータ２ａによる補助（アシスト）によっても回転数が上昇する。永久磁石型同期モータ２ａによるアシストは、図示する「電動アシスト」で示すように、電動機付ターボチャージャ２の回転数を高速上昇させるために行われるものである。永久磁石型同期モータ２ａのアシストによって、電動機付ターボチャージャ２の回転数は、例えば低速回転数ａ1から１０万回転を超える高速回転ａ2まで急速上昇する。

モータ制御装置５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「電動機アシスト」が指示されると、モータ駆動装置1を作動させることによって永久磁石型同期モータ２ａの駆動を行い、一方、動作指示信号Ｊが「電動機アシスト」を指示しない場合（非電動機アシストの場合）には、モータ駆動装置1の作動を停止して永久磁石型同期モータ２ａの駆動を行わない。このようにモータ駆動装置1が作動を停止した状態において、永久磁石型同期モータ２ａは、ターボチャージャ２ｂの回転に同期してフリー回転する。

以下、非電動機アシスト時及び電動機アシスト時の各場合毎に、本電動機付ターボチャージャ用回転検出装置の動作を説明する。
〔非電動機アシスト時〕
この場合、モータ駆動装置1は作動を停止してモータ駆動信号を永久磁石型同期モータ２ａに供給しないので、インバータ１ｂと永久磁石型同期モータ２ａとを接続する各相（Ｕ相，Ｖ相及びＷ相）の駆動信号線は高インピーダンス状態となり、この結果、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。上記誘起電圧は、永久磁石型同期モータ２ａ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周期（角速度）に対応する角周波数の交流電圧である。

Ｕ相駆動信号線に設けられた電圧検出器４は、当該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６のコンパレータ６ａに出力する。この誘起電圧検出値は、コンパレータ６ａ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、回転子の回転周周期に同期した信号であり、Ｆ／Ｖ変換器６ｂ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。

すなわち、Ｆ／Ｖ変換器６ｂから出力スイッチ７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、永久磁石型同期モータ２ａの角速度を示す検出信号である。出力スイッチ７は、非電動機アシストの場合、つまりエンジン制御装置(ＥＣＵ)が「電動機アシスト」を指示している場合、角速度検出値ωkを角速度信号ωとしてエンジン制御装置(ＥＣＵ)に出力する。

このように、永久磁石型同期モータ２ａ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。

〔電動機アシスト時〕
続いて、電動機アシスト時には、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１ｂから永久磁石型同期モータ２ａに供給され、永久磁石型同期モータ２ａが回転駆動される。ここで、モータ制御装置５は正弦波通電方式を採用しているので、電動機アシスト時にはモータ駆動信号がインバータ１ｂから永久磁石型同期モータ２ａ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。したがって、電動機アシスト時には、角速度検出値ωkが速度検出器６から出力されず、出力スイッチ７は、モータ制御装置５から入力された角速度推定値ωeを角速度信号ωとしてエンジン制御装置(ＥＣＵ)に出力する。

電流検出器３Ａ，３Ｂ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５ｄに入力される。座標変換器５ｄ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、永久磁石型同期モータ２ａ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。

一方、電動機アシスト時には、エンジン制御装置(ＥＣＵ)から角速度目標値ω_０が減算器５ａに入力されると共に、同じくエンジン制御装置(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５ｃ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。

減算器５ａは、上記角速度目標値ω_０とロータ位置・速度推定器５ｅから入力された永久磁石型同期モータ２ａ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５ｂ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５ｃ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、永久磁石型同期モータ２ａ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。

そして、ロータ位置・速度推定器５ｅは、永久磁石型同期モータ２ａ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。

すなわち、ロータ位置・速度推定器５ｅは、インバータ１ｃから永久磁石型同期モータ２ａ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型同期モータ２ａ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、永久磁石型同期モータ２ａの回転状態を正確に示す値となる。

ここで、上述した非電動機アシスト時においては、インバータ１ｂから永久磁石型同期モータ２ａにモータ駆動信号が供給されないので、電流検出器３Ａ，３Ｂによってモータ駆動電流Ｉu，Ｉvを検出することができない。したがって、非電動機アシスト時において、ロータ位置・速度推定器５ｅは、角速度推定値ωeを正確に演算することができない。

本実施形態によれば、図２に示すように、非電動機アシスト時には誘起電圧に基づいて速度検出器６が出力する角速度検出値ωkをターボチャージャ２ｂの回転情報としてエンジン制御装置(ＥＣＵ)に提供し、一方、電動機アシスト時において永久磁石型同期モータ２ａから誘起電圧が得られず、速度検出器６が機能しない場合において、モータ制御装置５から得られた角速度推定値ωeを上記回転情報としてエンジン制御装置(ＥＣＵ)に提供するので、永久磁石型同期モータ２ａによるターボチャージャ２ｂのアシスト状態に依らず、常に高精度の回転情報をエンジン制御装置(ＥＣＵ)に提供することができる。

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）上記実施形態では、電流検出器３Ａ，３Ｂ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をモータ制御装置５に供給することにより永久磁石型同期モータ２ａ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３に示すように昇圧回路１ｂからインバータ１ｃに供給される電源電流Ｉpを電流検出器３Ｃによって検出し、この電源電流Ｉpをモータ制御装置５Ａ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。

この場合のモータ制御装置５Ａは、図４に示すようにモータ制御装置５に相電流再現器５ｈを付加した構成となる。この相電流再現器５ｈは、ＰＷＭ信号発生器５ｇから供給されるＰＷＭ信号及びロータ位置・速度推定器５ｅ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、モータ制御装置５では座標変換器５ｄ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、モータ制御装置５Ａでは相電流再現器５ｈにおいてＷ相のモータ駆動電流Ｉwを生成するので、座標変換器５ｄ’は座標変換処理のみを行う。
なお、図３の装置では、電流検出器３Ｃを電源の＋側に設けて電源電流Ｉpを検出するようにしたが、電源の−側に電流検出器３Ｃを設けて電源電流Ｉpを検出するようにしても良い。

（２）図５は、図３に示した装置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１ｃは、３相モータである永久磁石型同期モータ２ａ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１ｄ〜１ｆを備えている。図３の装置では、昇圧回路１ｂからインバータ１ｃに供給される電源電流Ｉpを検出したが、本変形例に係る装置ではスイッチアーム１ｄ〜１ｆに流れるアーム電流Ｉaを電流検出器３Ｄで検出して上述したモータ制御装置５Ａに供給する。なお、図５では、電流検出器３ＤをＵ相のスイッチアーム１ｄ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１ｅ，１ｆに設けるようにしても良い。

（３）また、上記実施形態ではＵ相の誘起電圧ｅuを検出する電圧検出器４と速度検出器６とによって角速度検出値ωkを生成するが、角速度検出値ωkの生成方法はこれに限定されない。例えば、図６に示すように電圧検出器４に加えてＶ相の誘起電圧ｅvを検出する電圧検出器４Ａを設け、Ｕ相及びＶ相の誘起電圧ｅu，ｅvを電圧検出器６Ａに供給し、誘起電圧ｅu，ｅvをコンパレータで比較することによって両者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。誘起電圧ｅu，ｅv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、電圧検出器６Ａに供給する誘起電圧は、Ｕ相及びＶ相の誘起電圧ｅu，ｅv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）また、上記実施形態ではコンパレータ６ａとＦ／Ｖ変換器６ｂとからなる速度検出器６を用いるが、速度検出器６の構成はこれに限定されるものではない。電圧検出器４から供給される誘導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）上記実施形態では、エンジン制御装置(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としてエンジン制御装置(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をモータ制御装置５内で生成するようにしても良い。角速度目標値ω_０及び電流操作量Ｉdsは電動機アシスト時にのみエンジン制御装置(ＥＣＵ)からモータ制御装置５に供給されるので、モータ制御装置５は、角速度目標値ω_０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）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、モータ制御装置５自身が生成しても良い。

（７）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_０に基づいてモータ制御装置５内で生成することが可能なので、エンジン制御装置(ＥＣＵ)からモータ制御装置５あるいは出力スイッチ７に供給する信号を角速度目標値ω_０のみとしても良い。

（８）速度制御器５ｂをエンジン制御装置(ＥＣＵ)側に設けることにより、角速度目標値ω_０に代えて電流目標値Ｉ_０をモータ制御装置に供給するように構成しても良い。

本発明の一実施形態に係わる電動機付ターボチャージャ用回転検出装置及びその関連機器の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態において、電動機付ターボチャージャ２の回転数変化を示す図である。 本発明の一実施形態の第１の変形例を示す全体ブロック図である。 上記第１の変形例におけるモータ制御装置５Ａのブロック図である。 本発明の一実施形態の第２の変形例を示す全体ブロック図である。 本発明の一実施形態の第３の変形例を示す全体ブロック図である。

符号の説明

１…モータ駆動装置、２…電動機付ターボチャージャ、３Ａ，３Ｂ…電流検出器、４…電圧検出器、５…モータ制御装置、６…速度検出器、７…出力スイッチ

Claims (7)

1. モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する装置であって、
   前記永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   前記インバータから固定子巻線に供給される複数相のモータ駆動電流をそれぞれ検出する駆動電流検出手段と、
   前記誘起電圧検出手段が検出する誘起電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出する回転状態検出手段と、
   前記駆動電流検出手段が検出したモータ駆動電流に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、
   前記非駆動時に前記回転速度検出手段の検出結果を選択する一方、前記駆動時には前記回転速度推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段と
   を具備することを特徴とする電動機付ターボチャージャ用回転検出装置。
2. モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する装置であって、
   前記永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   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、
   前記誘起電圧検出手段が検出した誘起電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態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の駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、
   前記非駆動時に前記回転状態検出手段の検出結果を選択する一方、前記駆動時には前記回転状態推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段と
   を具備することを特徴とする電動機付ターボチャージャ用回転検出装置。
3. モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する装置であって、
   前記永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   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、
   前記誘起電圧検出手段が検出した誘起電圧に基づいて前記センサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態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の駆動時における回転状態を推定する回転状態推定手段と、
   前記非駆動時に前記回転状態検出手段の検出結果を選択する一方、前記駆動時には前記回転状態推定手段の推定結果を選択してエンジン制御装置に出力する出力選択手段と
   を具備することを特徴とする電動機付ターボチャージャ用回転検出装置。
4. 回転状態検出手段は、誘起電圧のゼロクロス点に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの回転状態を検出することを特徴とする請求項1〜３いずれかに記載の電動機付ターボチャージャ用回転検出装置。
5. 回転状態検出手段は、各モータ駆動相の誘起電圧の差分に基づいてセンサレス永久磁石同期モータの回転状態を検出することを特徴とする請求項1〜３いずれかに記載の電動機付ターボチャージャ用回転検出装置。
6. 回転状態検出手段は回転状態としてセンサレス永久磁石同期モータの回転速度を検出し、回転状態推定手段は回転状態としてセンサレス永久磁石同期モータの回転速度を推定することを特徴とする請求項1〜５いずれかに記載の電動機付ターボチャージャ用回転検出装置。
7. モータ制御装置による制御の下にインバータによって駆動されるセンサレス永久磁石同期モータがエンジンに付設されたターボチャージャに取り付けられた電動機付ターボチャージャの回転状態を検出する方法であって、
   前記センサレス永久磁石同期モータの固定子巻線に誘起する誘起電圧に基づいて、前記センサレス永久磁石同期モータの非駆動時における回転状態を検出し、
   前記インバータから固定子巻線に供給される複数相のモータ駆動電流、インバータに供給される電源電流あるいは前記インバータのスイッチアームに流れ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の駆動時における回転状態を推定し、
   前記非駆動時に前記誘起電圧に基づいて検出された回転状態を選択してエンジン制御装置に出力する一方、前記駆動時には前記モータ駆動電流、電源電流あるいはアーム電流に基づいて推定された回転状態を選択してエンジン制御装置に出力する
   ことを特徴とする電動機付ターボチャージャの回転検出方法。
   

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