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JP3147578B2 - 回転電機付ターボチャージャ - Google Patents

回転電機付ターボチャージャ

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Publication number
JP3147578B2
JP3147578B2 JP08917993A JP8917993A JP3147578B2 JP 3147578 B2 JP3147578 B2 JP 3147578B2 JP 08917993 A JP08917993 A JP 08917993A JP 8917993 A JP8917993 A JP 8917993A JP 3147578 B2 JP3147578 B2 JP 3147578B2
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JP
Japan
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electric machine
rotating electric
phase
switching
switching element
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JP08917993A
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JPH06280587A (ja
Inventor
清 竹内
学 外川
義雄 佐藤
勝実 寺内
敬治 岸下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの運転状態に
応じて電動機あるいは発電機として作動する回転電機を
ターボチャージャ回転軸に連結して設けた回転電機付タ
ーボチャージャに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、エンジン排気ガスのエネルギーを
利用してタービンを駆動し、それに連動するコンプレッ
サを駆動して、加圧した空気をエンジン燃焼室に供給す
ることによって、効率的に燃料を燃焼させるターボチャ
ージャ付エンジンが普及している。さらに、回転電機を
ターボチャージャ回転軸に直結して設け、エンジン低速
域では、バッテリーの電力によりそれを電動機として作
動させてコンプレッサの加圧力を補い、エンジン高速域
では、それを発電機として作動させてバッテリーの充電
を行う回転電機付ターボチャージャが開発されている。
【0003】図6は、従来の回転電機付ターボチャージ
ャシステムの概要を示すブロック図である。図6におい
て、1はコントローラ、2はパワーユニット、3は回転
電機、4はバッテリーである。回転電機3は、ターボチ
ャージャの回転軸に連結されている。パワーユニット2
は、回転電機3が発電機運転をしている時には、発電し
た3相交流電力を直流電力に変換して、バッテリー4に
充電電流を供給し、また、回転電機3が電動機運転をし
ている時には、バッテリー4からの直流電力を所定の3
相交流電力に変換して回転電機3に与える。そのため、
直流電圧の変換を行うDC−DCコンバータ、交流を直
流に変換する整流回路,平滑回路、直流を交流に変換す
るインバータ等を具えており、変換する交流周波数やそ
の電圧等はコントローラ1によって制御される。
【0004】コントローラ1は、各種センサから、バッ
テリーの状態,アクセル開度,ブースト圧,タービン回
転数,エンジン回転数,車速等のデータを受けて、それ
らのデータを演算処理し、その結果に基づいて、ブース
ト圧が適正な値になるようにパワーユニット2を制御す
る。また、パワーユニット2内では、回転電機3電動機
運転時、電流制御方式で制御が行われており、電流値が
コントローラ1からの指示値になるようにDC−DCコ
ンバータの電圧値を制御している。
【0005】なお、このような回転電機付ターボチャー
ジャに関連する従来の文献としては、例えば、特開平4
−246238号公報がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
(問題点)しかしながら、前記した従来の技術には、回
転電機3のステーターの1相が断線等により欠相したと
き、回転電機3は単相結線と同等となり、それを電動機
運転させようとしても回転磁界が発生せず、運転不能と
なってしまうという問題点があった。
【0007】(問題点の説明)図7は、従来のインバー
タ及び回転電機の接続例を示す図である。図7におい
て、3は回転電機、21〜26はインバータのスイッチ
ング素子、31〜33は回転電機3のステータコイルで
ある。このインバータはパワーユニット2内にあり、同
じくパワーユニット2内にあるDC−DCコンバータか
ら直流電力を入力して、回転電機3に3相交流電力を出
力する。
【0008】このような装置において、回転電機3を電
動機運転させようとしたが、回転電機3のW相が断線し
ていたとする。その時、回転電機3においては、スイッ
チング素子21とスイッチング素子25が同時にオンし
たとき、ステータコイル31からステータコイル32の
方向へ電流が流れ、スイッチング素子22とスイッチン
グ素子24が同時にオンしたとき、ステータコイル32
からステータコイル31の方向へ電流が流れる。そし
て、それらの電流により発生する磁界は、互いに逆の2
方向の磁界だけとなる。すなわち、回転磁界は発生しな
い。そのため、回転電機3は駆動できなくなる。回転電
機3が電動機として駆動できなくなると、特に、大型ト
ラックのような車両が重量物を積んで勾配のある所を走
行するような場合、走行不能になってしまう可能性があ
る。本発明は、そのような問題点を解決することを課題
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、エンジンの吸排気流路に配置したター
ボチャージャの回転軸に連結した回転電機を、エンジン
の運転状態に応じて電動機あるいは発電機として作動さ
せる回転電機付ターボチャージャにおいて、回転電機の
ステータ中性点と回転電機への電源供給用インバータの
直流入力端の正極及び負極との間にそれぞれ設けたスイ
ッチング素子と、回転電機の各ステータコイルの電流を
検知する電流検出手段と、該電流検出手段からの信号に
基づいて回転電機の欠相検出を行う欠相検出手段と、各
相の欠相に対応して上記スイッチング素子及びインバー
タ内の各スイッチング素子のスイッチングパターンを記
憶するスイッチングパターン記憶手段とを具え、上記欠
相検出手段が欠相の発生を検出したとき、欠相した相に
対応したスイッチングパターンを上記スイッチングパタ
ーン記憶手段から取り出し、それに基づいて上記各スイ
ッチング素子のスイッチングを制御することにより、回
転電機のステータに回転磁界を発生させて、回転電機の
電動機運転を行わせることとした。
【0010】
【作 用】回転電機の各ステータコイルの電流を検知
する電流検出手段からの信号に基づいて、欠相検出手段
により回転電機の欠相検出を行う。一方、回転電機のス
テータ中性点とインバータの直流入力端の正負両極との
間にそれぞれ設けたスイッチング素子及びインバータ内
の各スイッチング素子のスイッチングパターンを各相の
欠相に対応させてスイッチングパターン記憶手段に記憶
しておく。そして、上記欠相検出手段が欠相の発生を検
出したとき、欠相した相に対応したスイッチングパター
ンを上記スイッチングパターン記憶手段から取り出し、
それに基づいて上記各スイッチング素子のスイッチング
を制御することにより、回転電機のステータに回転磁界
を発生させて、回転電機の電動機運転を行わせる。その
ため、回転電機のステーターの1相が断線等により欠相
しても、残りの2相のステータコイルを使って回転電機
3を電動機運転させることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明を適用するインバータ及び
回転電機の接続例を示す図である。符号は、図7のもの
に対応し、5〜7は電流検出器、27,28はスイッチ
ング素子、34は中性点である。図1に示すように、回
転電機3の各相に電流検出器5〜7を設け、かつ回転電
機3のステータの中性点34とインバータの直流入力端
の正負両極との間に、それぞれ、バイポーラトランジス
タ,MOS FET等のスイッチング素子27とスイッ
チング素子28とを接続する。電流検出器5は、コント
ローラの中にある欠相検出手段に信号を与える。また、
各スイッチング素子21〜28は、コントローラから与
えられる信号に応じて、回路のオンオフを行う。
【0012】図2は、本発明を適用する回転電機付ター
ボチャージャシステムの概要を示すブロック図である。
符号は、図6のものに対応し、11は制御部、12はス
イッチングパターン記憶手段、13は欠相検出手段であ
る。欠相検出手段13は、上記電流検出器5〜7からの
信号を受けて、欠相発生の有無、及び欠相が発生した場
合は、どの相の欠相かを検出する。スイッチングパター
ン記憶手段12は、上記各スイッチング素子21〜28
のスイッチングパターンを記憶しており、欠相が発生し
た場合に、どの相の欠相かに応じたスイッチングパター
ンを出力する。制御部11は、そのスイッチングパター
ンに従って、パワーユニット2にあるインバータ、すな
わち、図1の各スイッチング素子21〜28のオンオフ
を制御する。
【0013】W相が欠相した場合を例にして、図1の装
置の動作を説明する。図3は、W相欠相時のインバータ
各部のスイッチングのタイミングを示すタイミングチャ
ートである。図3において、U,V,u,v,B,E
は、それぞれ、スイッチング素子21,22,24,2
5,27,28の状態を示しており、各スイッチング素
子は、ハイレベルの部分でオンとなる。各スイッチング
素子のオンオフのパターンは、区間(1)〜(6)のパ
ターンの繰り返しとなる。
【0014】次に、図1,図3及び図4を参照しなが
ら、各区間毎に回転電機3のステータに発生する磁束の
変化を説明する。区間(1)では、スイッチング素子2
1(U)とスイッチング素子27(B)だけがオンで、
その他はオフである。その時、電流は、スイッチング素
子21,ステータコイル31,中性点34及びスイッチ
ング素子27を通って流れ、図4(1)にベクトルUで
示す磁束が発生する。それに続く区間(2)では、スイ
ッチング素子21(U)とスイッチング素子22(V)
とスイッチング素子27(B)がオンで、その他はオフ
である。その時、電流は、スイッチング素子21,ステ
ータコイル31,中性点34及びスイッチング素子27
を通って流れると共に、スイッチング素子22,ステー
タコイル32,中性点34及びスイッチング素子27を
通って流れる。そして、それらの電流によって発生する
磁束は、図4(2)のベクトルUとベクトルVのように
なり、それらが合成されて、結局、ベクトルU+Vのよ
うになる。
【0015】それに続く区間(3)では、スイッチング
素子22(V)とスイッチング素子27(B)だけがオ
ンで、その他はオフである。その時、電流は、スイッチ
ング素子22,ステータコイル32,中性点34及びス
イッチング素子27を通って流れ、図4(3)にベクト
ルVで示す磁束が発生する。それに続く区間(4)で
は、スイッチング素子24(u)とスイッチング素子2
8(E)だけがオンで、その他はオフである。その時、
電流は、スイッチング素子28,中性点34,ステータ
コイル31及びスイッチング素子24を通って流れ、区
間(1)の場合とステータコイル31に流れる電流の方
向が逆になるので、磁束も図4(4)に示すように、図
4(1)と逆方向の磁束が発生する。
【0016】それに続く区間(5)では、スイッチング
素子24(u)とスイッチング素子25(v)とスイッ
チング素子28(E)がオンで、その他はオフである。
その時、電流は、スイッチング素子28,中性点34,
ステータコイル31及びスイッチング素子24を通って
流れると共に、スイッチング素子28,中性点34,ス
テータコイル32及びスイッチング素子25を通って流
れる。そして、それらの電流によって発生する磁束は、
図4(5)のベクトルuとベクトルvのようになり、そ
れらが合成されて、結局、ベクトルu+vのようにな
る。それに続く区間(6)では、スイッチング素子25
(v)とスイッチング素子28(E)だけがオンで、そ
の他はオフである。その時、電流は、スイッチング素子
28,中性点34,ステータコイル32及びスイッチン
グ素子25を通って流れ、区間(3)の場合とステータ
コイル32に流れる電流の方向が逆になるので、磁束も
図4(6)に示すように、図4(3)と逆方向の磁束が
発生する。
【0017】W相が欠相した場合は、このようにして、
残りのステータコイル31,32を使って回転磁界を発
生させる。他のU,V相が欠相した場合にも、同様にし
て回転磁界を発生させ、回転電機3の電動機運転が可能
となる。なお、そのときの回転電機3の出力は、正常時
に3相で運転する場合の2/3になるが、その程度の出
力があれば、ある程度ターボチャージャの過給力を補う
ことができる。
【0018】次に、本発明の回転電機付ターボチャージ
ャの動作をフローチャートを使って説明する。図5は、
本発明の処理手順を示すフローチャートである。 ステップ1…欠相検出手段13により、回転電機3に欠
相があるか否かを判別する。 ステップ2…欠相がなければ、回転電機3を通常通り運
転させる。
【0019】ステップ3…欠相があれば、回転電機3が
電動機運転中であるか否かを判別する。 ステップ4…電動機運転中でなければ、通常の発電機運
転をさせる。 ステップ5…電動機運転中であれば、どの相が欠相して
いるかを判別する。 ステップ6…U相が欠相していれば、スイッチングパタ
ーン記憶手段12からVW相駆動モードのスイッチング
パターンを取り出し、インバータの各スイッチング素子
のスイッチング制御を行う。 ステップ7…V相が欠相していれば、同様にしてUW相
駆動モードのスイッチング制御を行う。 ステップ8…W相が欠相していれば、同様にしてUV相
駆動モードのスイッチング制御を行う。
【0020】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回転電機付タ
ーボチャージャによれば、回転電機のステーターの1相
が断線等により欠相しても、残りの2相のステータコイ
ルを使って回転電機3を電動機運転させることができ
る。そのため、大型トラックのような車両が重量物を積
んで勾配のあるところを走行するような場合、走行不能
になる可能性は少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用するインバータ及び回転電機の
接続例を示す図
【図2】 本発明を適用する回転電機付ターボチャージ
ャシステムの概要を示すブロック図
【図3】 W相欠相時のインバータの各部のスイッチン
グのタイミングを示すタイミングチャート
【図4】 本発明によって発生する磁束の変化を示す図
【図5】 本発明の処理手順を示すフローチャート
【図6】 従来の回転電機付ターボチャージャシステム
の概要を示すブロック図
【図7】 従来のインバータ及び回転電機の接続例を示
す図
【符号の説明】
1…コントローラ、11…制御部、12…スイッチング
パターン記憶手段、13…欠相検出手段、2…パワーユ
ニット、21〜28…スイッチング素子、3…回転電
機、31〜33…ステータコイル、34…中性点、4…
バッテリー、5〜7…電流検出器
フロントページの続き (72)発明者 寺内 勝実 藤沢市土棚8番地 株式会社いすゞセラ ミックス研究所内 (72)発明者 岸下 敬治 藤沢市土棚8番地 株式会社いすゞセラ ミックス研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 37/10 F02B 39/10 H02J 7/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの吸排気流路に配置したターボ
    チャージャの回転軸に連結した回転電機を、エンジンの
    運転状態に応じて電動機あるいは発電機として作動させ
    る回転電機付ターボチャージャにおいて、回転電機のス
    テータ中性点と回転電機への電源供給用インバータの直
    流入力端の正極及び負極との間にそれぞれ設けたスイッ
    チング素子と、回転電機の各ステータコイルの電流を検
    知する電流検出手段と、該電流検出手段からの信号に基
    づいて回転電機の欠相検出を行う欠相検出手段と、各相
    の欠相に対応して上記スイッチング素子及びインバータ
    内の各スイッチング素子のスイッチングパターンを記憶
    するスイッチングパターン記憶手段とを具え、上記欠相
    検出手段が欠相の発生を検出したとき、欠相した相に対
    応したスイッチングパターンを上記スイッチングパター
    ン記憶手段から取り出し、それに基づいて上記各スイッ
    チング素子のスイッチングを制御することにより、回転
    電機のステータに回転磁界を発生させて、回転電機の電
    動機運転を行わせることを特徴とする回転電機付ターボ
    チャージャ。
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JP2015109777A (ja) 2013-12-05 2015-06-11 シンフォニアテクノロジー株式会社 モータ制御装置
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