(57)【要約】【課題】永久磁石の磁力が消失したことを検出して利用者に報知する。【解決手段】エンジン４に組み合わせ動作可能なターボチャージャ１と、前記ターボチャージャ１に軸結合された永久磁石同期電動機３と、前記永久磁石同期電動機３に各相の電動機駆動電流を供給して駆動制御する駆動制御手段Ｅ′と、を備えた電動機付ターボチャージャ２に加えて、前記エンジン４の起動を検出してエンジン起動信号Ｘ１を出力するエンジン起動検出手段５と、前記永久磁石同期電動機３の回転子を構成する永久磁石３ａの回転を検出して磁束変化信号Ｙ１を出力する磁気センサ６と、前記エンジン起動信号Ｘ１と前記磁束変化信号Ｙ１を比較して前記磁束変化信号Ｙ１が閾値よりも弱いと判断された時に消磁報知信号Ｚを出力する比較検知手段と、を備えた消磁報知型電動機付ターボチャージャＥ。【選択図】図１
2008175074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに組み合わせ動作可能なターボチャージャと、
前記ターボチャージャに軸結合された永久磁石同期電動機と、
前記永久磁石同期電動機に各相の電動機駆動電流を供給して駆動制御する駆動制御手段と、を備えた電動機付ターボチャージャに加えて、
前記エンジンの起動を検出してエンジン起動信号を出力するエンジン起動検出手段と、
前記永久磁石同期電動機の回転子を構成する永久磁石の回転を検出して磁束変化信号を出力する磁気センサと、
前記エンジンの起動中に前記磁束変化信号が閾値以下か否かを検知する比較検知手段と、を備えたことを特徴とする消磁報知型電動機付ターボチャージャ。
【請求項２】
前記エンジン起動検出手段として、
前記永久磁石同期電動機の巻線温度の上昇を検出する巻線発熱検出手段と、
前記ターボチャージャの温度上昇を検出するターボチャージャ発熱検出手段と、
前記ターボチャージャの圧力上昇を検出するターボチャージャ昇圧検出手段と、
前記ターボチャージャの流通開始を検出するターボチャージャ流通検出手段と、の少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１に記載の消磁報知型電動機付ターボチャージャ。
【請求項３】
前記磁束変化信号に代えて、前記永久磁石同期電動機の回転に伴って発生する逆起電力を兼用したことを特徴とする請求項１ないし請求項２の何れか１項に記載の消磁報知型電動機付ターボチャージャ。
【請求項４】
前記磁気センサは前記駆動制御に用いる回転位相速度検出手段を兼用したことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の消磁報知型電動機付ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機付ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャの回転軸に回生発電機となる同期電動機を取付け、エンジンの運転状態に応じて発電動作させて排気エネルギーを電力として回収することも可能であるとともに、電動駆動によりターボチャージャの過給動作を助勢する装置が公知である。例えば、エンジンの運転状態に応じて発電動作する永久磁石型の同期電動機に通電する駆動制御装置において、永久磁石が回転することにより回生発電出力が発生し、それを検出することにより、回転位相検出手段が回転数および位相を検出する。その回転位相検出手段からの信号に基づき電力供給手段が同期電動機への供給電力の周波数および位相を設定する同期電動機の駆動制御装置が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平６−１１３５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術では、同期電動機の回転子を構成する永久磁石の磁力が不可欠である。もし永久磁石の磁力が過熱により消失した場合には電動駆動の助勢（以下、「電動アシスト」ともいう）の無いターボチャージャとなり、エンジンの運転中に急加速の要求に対して本来可能であったトルク付与ができなくなるという課題があった。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石同期電動機を用いたターボチャージャにおいて、永久磁石の磁力が消失したことを検出して利用者に報知することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、第１の発明は、エンジンに組み合わせ動作可能なターボチャージャと、前記ターボチャージャに軸結合された永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機に各相の電動機駆動電流を供給して駆動制御する駆動制御手段と、を備えた電動機付ターボチャージャに加えて、前記エンジンの起動を検出してエンジン起動信号を出力するエンジン起動検出手段と、前記永久磁石同期電動機の回転子を構成する永久磁石の回転を検出して磁束変化信号を出力する磁気センサと、前記エンジンの起動中に前記磁束変化信号が閾値以下か否かを検知する比較検知手段と、を備えたことを特徴とする、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、前記エンジン起動検出手段として、前記永久磁石同期電動機の巻線温度の上昇を検出する巻線発熱検出手段と、前記ターボチャージャの温度上昇を検出するターボチャージャ発熱検出手段と、前記ターボチャージャの圧力上昇を検出するターボチャージャ昇圧検出手段と、前記ターボチャージャの流通開始を検出するターボチャージャ流通検出手段と、の少なくとも１つを備えたことを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、前記磁束変化信号に代えて、前記永久磁石同期電動機の回転に伴って発生する逆起電力を兼用したことを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、前記磁気センサは前記駆動制御に用いる回転位相速度検出手段を兼用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、永久磁石同期電動機を用いたターボチャージャにおいて、エンジン起動信号があるにもかかわらず、磁束変化信号が無ければ、モータの磁力が消失したものと判断されて消磁報知信号を出力する。このように、モータの回転子を構成する永久磁石の磁力が過熱により消失したことを検出して利用者に報知することが可能である。
【００１０】
第２の発明によれば、永久磁石同期電動機を用いたターボチャージャに既設のセンサ、例えば、巻線発熱検出手段、ターボチャージャ発熱検出手段、ターボチャージャ昇圧検出手段、ターボチャージャ流通検出手段の少なくとも１つを兼用し、またその信号を利用することで、エンジンが起動していることを検出できる。したがって、コストアップも少なく消磁報知の機能を付加することが可能である。
【００１１】
第３〜第４の発明によれば、永久磁石同期電動機に各相の電動機駆動電流を供給して駆動制御する駆動制御手段、すなわち、モータドライバに既設のセンサを兼用し、またその信号を利用することで、モータの逆起電力や回転位相速度の検出が容易であり、コストアップも少なく消磁報知の機能を付加することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１と図２を交互に参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る消磁報知型電動機付ターボチャージャ（以下、「本装置」という）Ｅのブロック図である。図１に示す本装置Ｅは、電動機付ターボチャージャ２に、消磁報知信号Ｚを出力する消磁報知機能を付加したものである。
【００１３】
電動機付ターボチャージャ２は、エンジン４に組み合わせ動作可能なターボチャージャ１と、ターボチャージャ１に軸結合された永久磁石同期電動機３と、永久磁石同期電動機３に各相の電動機駆動電流を供給して駆動制御する駆動制御手段Ｅ′と、を備えて構成されている。駆動制御手段（以下、「ドライバ」という）Ｅ′はＥＣＵ８による制御に基づいて、バッテリー１０の電力で動作するインバータ１１を駆動制御可能に構成されている。ただし、前記消磁報知機能を付加する以前のドライバＥ′は周知であるため、その詳細は図面とともに説明を省略する。
【００１４】
前記消磁報知機能は、エンジン４の起動を検出してエンジン起動信号Ｘ１を出力するエンジン起動検出手段５と、永久磁石同期電動機３の回転子を構成する永久磁石３ａの回転を検出して磁束変化信号Ｙ１を出力する磁気センサ６と、エンジン起動信号Ｘ１によりエンジン４が起動中と確認されている時に磁束変化信号Ｙ１が閾値よりも弱いと判断されたならば消磁報知信号Ｚを出力する比較検知手段７を備えて構成されている。
【００１５】
ターボチャージャ１は、エンジン５の排気を受けて回転するタービン１ａと、そのタービン１ａと同軸回転するコンプレッサ１ｂにより構成されている。電動機付ターボチャージャ２は、ターボチャージャ１と同軸回転自在に結合された永久磁石同期電動機（以下、「モータ」ともいう）３により形成されている。
【００１６】
電動機付ターボチャージャ２は、エンジン４の排ガスでタービン１ａが駆動されることによって回転数が上昇する一方、モータ３による補助（電動アシスト）によっても回転数が上昇し、電動機付ターボチャージャ２の回転数は、例えば、毎分数千〜約１万回転の低速回転から毎分約１０数万回転を超える高速回転まで急速上昇する。
【００１７】
エンジン４はＥＣＵ８の指令により制御される。このＥＣＵ８に情報接続された電動機付ターボチャージャ制御用マイクロコンピュータ（以下、「制御マイコン」ともいう）９の指令により電動機付ターボチャージャ２も適切に駆動制御される構成である。
【００１８】
制御マイコン９にはエンジンの運転状況をパターン化した制御テーブル（図示せず）が格納されており、起動、加速、巡航、減速、停止等の各運転状況に応じて適切に制御信号を発令する。また、モータ３とバッテリー１０の間に介在するインバータ１１は、制御マイコン９の支援を受けながら、電動アシストＯＮ時にバッテリー１０の電力をモータ３へ供給する。好ましくは電動アシストＯＦＦ時にはモータ３が発電した回生電力をバッテリー１０の充電用に戻す構成とする。
【００１９】
エンジン起動検出手段５は、エンジン４の起動を検出してエンジン起動信号Ｘ１を出力する。磁気センサ（位置センサ）６はモータ３の回転子を構成する永久磁石３ａの回転位相と速度を検出して磁束変化信号Ｙ１を出力し、制御マイコン９へ入力する。なお、磁気センサ６はモータ３の駆動制御に用いる回転位相速度検出手段６を兼用している。あるいは、磁束変化信号Ｙ１に代えて、モータ３の回転に伴って発生する逆起電力Ｙ２を兼用利用しても構わない。
【００２０】
また、エンジン起動検出手段５として、他の方法を用いても構わない。例えば、巻線発熱検出手段５１が出力するモータ巻線温度信号Ｘ２によりモータ３の巻線温度の上昇を検出することも有効である。すなわち、エンジン起動時にＥＣＵ８および制御マイコン９から電動アシスト指令が発令されるので、モータ３の巻線温度が上昇し、モータ巻線温度信号Ｘ２を制御マイコン９が認識することにより、エンジン起動を認識することができる。
【００２１】
また、エンジン起動検出手段５として、ターボチャージャ発熱検出手段５２により、ターボチャージャ１の温度上昇を検出することも有効である。すなわち、エンジン起動時には高温の排気ガスがタービン１ａに流通するのでターボチャージャ１が温度上昇することが検出できる。
【００２２】
同様にターボチャージャ昇圧検出手段５３により、ターボチャージャ１の圧力上昇を検出することも有効である。すなわち、エンジン起動時にはターボチャージャ１が回転を開始する際にタービン１ａとコンプレッサ１ｂの双方ともに圧力上昇するので、そのことが検出できる。
【００２３】
また、ターボチャージャ流通検出手段５４により、ターボチャージャ１への流通開始を検出するように流量センサ等を設けることも有効である。いずれの場合も、タービン１ａとコンプレッサ１ｂそれぞれの入口または出口に相当のセンサを配設すればよい。
【００２４】
図２は消磁報知信号Ｚを出力する比較検知手段７の説明図である。図２に示す比較検知手段７はエンジン起動信号Ｘ１と磁束変化信号Ｙ１を比較して磁束変化信号Ｙ１が閾値よりも弱いと判断された時に消磁報知信号Ｚを出力する。ここで、制御マイコン９がＥＣＵ８からエンジン起動信号Ｘ１を受けていればエンジン４が起動しているものとみなされる。すなわち、エンジン起動信号Ｘ１があるにもかかわらず、磁束変化信号Ｙ１が無ければ、モータ３の磁力が消失したものと判断されて消磁報知信号Ｚを出力する。
【００２５】
つぎに、本装置Ｅが、どのような場合に作動して消磁報知信号Ｚを発報するか、また、その効果について説明する。モータ３の回転子３ａは強磁性材料による永久磁石３ａ（回転子と同一符号）で構成されている。この永久磁石３ａは温度が上がると磁力が下がり、材質別のキュリー温度に到達すると磁力を完全に失う。ちなみに、鉄のキュリー温度は７７０度Ｃ、ニッケルは３５４度Ｃである。一方、キュリー温度以下でも弱くなった磁力が戻らなくなる使用温度という定義があり、例えばネオジム磁石の使用温度は約６０〜８０度Ｃである。
【００２６】
モータ３の使用条件は前記使用温度で制約される。何らかの原因により、エンジン４の排気ガスの温度が異常に上昇した場合、ターボチャージャ１が損傷するのみならず、強磁性材料で決まる使用温度を超える温度環境では永久磁石３ａの磁力が急激に弱くなって回復しなくなり、キュリー温度に達するとモータ３は空転するだけで、電動アシストおよび／または回生発電の機能が消滅する。結果的に、電動アシストしないターボチャージャ１はエンジン加速時のトルク増強性能が規定以下となり、回生発電が機能しないことによりバッテリー１０の充電も規定以下となり支障をきたすことになる。
【００２７】
このようなわけで、永久磁石３ａの磁力が消滅したならば、再度着磁処理のため速やかに修理することが望ましい。このことを利用者に知らせるため、本装置Ｅが消磁報知信号Ｚを発報し、例えば、自動車のダッシュボート上に警告表示すれば、故障を放置する損失を最小限に抑制できる。また、エンジン４の排気ガスの温度が異常に上昇するのは、エンジン故障である可能性も高く、消失磁力の再着磁処理以前にエンジン故障の原因究明も行うので、本装置Ｅにより車両寿命を延ばすという二次的な効果もある。
【００２８】
なお、エンジン起動信号Ｘ１に代わる信号として、前記モータ巻線温度信号Ｘ２の他にも、タービン１ａの入口温度、出口温度、入口流量、出口流量、入口圧力または出口圧力が上昇する変化を信号Ｘ３として用いることができる。さらに、コンプレッサ１ｂの入口温度、出口温度、入口流量、出口流量、入口圧力、出口圧力が上昇する変化を信号Ｘ４として用いることができる。これらは、エンジン起動検出手段５に含まれるターボチャージャ発熱検出手段５２、ターボチャージャ昇圧検出手段５３、ターボチャージャ流通検出手段５４を、少なくとも１つ用いれば容易に実現できるので、既設の温度センサ、圧力センサまたは流量センサの何れかを兼用すればコストアップも少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る消磁報知型電動機付ターボチャージャを示すブロック図である。
【図２】消磁報知信号を出力する比較検知手段の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ターボチャージャ
１ａ  タービン
１ｂ  コンプレッサ
２  電動機付ターボチャージャ
３  永久磁石同期電動機（モータ）
３ａ  永久磁石（回転子）
４  エンジン
５  エンジン起動検出手段
６  磁気センサ
７  比較検知手段
Ｘ１  エンジン起動信号
Ｙ１  磁束変化信号
Ｚ  消磁報知信号
Ｅ  消磁報知型電動機付ターボチャージャ（本装置）
Ｅ′  駆動制御手段（モータドライバ）
【図１】
2008175074.tif 000003
【図２】
2008175074.tif 000004