(57)【要約】【課題】パワーアシスト能力の低下を防止し、多様な運転状況にも対応可能とし、エンジンルーム等の狭隘なスペースにも組み込み易く配慮された電動機付ターボチャージャ。【解決手段】永久磁石同期電動機１，２およびターボチャージャ１０と、直流電源３を入力するインバータ回路と、を備え、インバータ回路の出力を電動機駆動電流として永久磁石同期電動機１，２の各相に供給して駆動する電動機付ターボチャージャＥ１において、それぞれ独立して駆動することが可能な複数の永久磁石同期電動機１，２を単一のターボチャージャ１０に対して同軸結合した。また、複数の永久磁石同期電動機１，２として、速度に対するトルク特性が、低速度域にピーク設定された低速トルク補強型のものと、全速度域にわたって平坦に設定された全速度対応型のものと、を備えた。そして、複数の永久磁石同期電動機に対する個別専用の駆動回路２１，２２を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機付ターボチャージャを形成する永久磁石同期電動機およびターボチャージャと、
直流電源を入力するインバータ回路と、を備え、
前記インバータ回路の出力を電動機駆動電流として前記永久磁石同期電動機の各相に供給して駆動する電動機付ターボチャージャにおいて、
それぞれ独立して駆動することが可能な複数の永久磁石同期電動機を単一の前記ターボチャージャに対して同軸結合したことを特徴とする電動機付ターボチャージャ。
【請求項２】
前記複数の永久磁石同期電動機として、速度に対するトルク特性が、
低速度域にピーク設定された低速トルク補強型のものと、
全速度域にわたって平坦に設定された全速度対応型のものと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機付ターボチャージャ。
【請求項３】
前記複数の永久磁石同期電動機に対する個別専用の駆動回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の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】
下記特許文献１には、ターボチャージャとして必要な回転範囲に亘って駆動可能で、しかも安価で実用的な電動機付ターボチャージャ装置を提供する技術が開示されている。すなわち、電力制御装置は、誘導電動機に駆動波形を与えるインバータ、インバータの出力電圧を制御するインバータ電圧制御手段、インバータへ供給する電圧を昇圧させるコンバータ、コンバータの出力電圧を制御するコンバータ電圧制御手段、制御信号発生手段を有するものである。
【０００３】
この制御信号発生手段は、低速回転側でインバータ電圧制御手段を制御し、高速回転側でコンバータ電圧制御手段を制御する。ターボチャージャは、アイドリング時、１万ないし２万ｒｐｍで回転していることに着目し、回転全域に亘って波形制御に負荷のかからない簡素な矩形波を用いて誘導電動機を駆動する。
【０００４】
また、この電動機付ターボチャージャの電力制御装置は、誘導電動機の低速回転側において目標回転速度の上昇に伴いインバータの出力電圧を高めるインバータ昇圧制御を実施し、誘導電動機の高速回転側において目標回転速度の上昇に伴いコンバータの出力電圧を高めるコンバータ昇圧制御を実施するように設定されている。このことにより、電力制御装置における電力制御の柔軟性が高まる。
【０００５】
例えば、停車から加速する場合、電動機は１万ないし２万ｒｐｍ〜超高速回転まで作動する。この時、始めインバータで電力制御の可変制御を行い、次にコンバータで電力制御の可変制御を行うことで回転が滑らかに上昇する。中間加速を行う場合、コンバータで電力制御の可変制御を行うだけで回転が滑らかに上昇するというものである。
【特許文献１】特開２００５−４２６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された電動機付ターボチャージャの類似技術において、強磁性体を用いた小型の永久磁石同期電動機により高出力のパワーアシストを実現したターボチャージャの場合、特にエンジン故障に限らず、酷暑の環境条件であればオーバーヒート（過熱）を原因とする故障として、使用温度（耐熱性）の低い永久磁石の磁力低下または磁力消失によって、パワーアシスト機能を損なうという故障（以下、「パワーアシスト能力の低下」ともいう）が考えられる。その他の強磁性材料であっても類似の温度特性を有するので、同様に故障する可能性がある。あるいは、その他の原因によって、永久磁石同期電動機の出力が低下または滅失する可能性もある。
【０００７】
また、電動機付ターボチャージャを組み込んだエンジンにより駆動する自動車の走行中は、エンジンの負荷条件が刻々と変化し、その変化に伴って電動機にも刻々と駆動回転速度変化が要求される。例えば、市街地ではストップと加速が繰り返され、電動機には１万ないし２万ｒｐｍ〜超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）までの全回転域に亘る駆動が要求される。また、高速道路の追い越しでは、中速回転（例えば、約１０万ｒｐｍ）〜超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）までの中間加速のための駆動が要求される。さらに、登坂路では、長時間に亘る超高速回転駆動が要求される。すなわち、頻繁な起動、加速応答の迅速性に加えて長時間連続の高出力運転にも良好に対応するという課題があった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石の磁力低下、磁力消失その他の原因によって、パワーアシスト機能を損なうという故障の発生を防止し、さらに多様な運転状況にも対応可能とし、かつ、エンジンルーム等の狭隘なスペースにも組み込み易く配慮された電動機付ターボチャージャを実現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】
【０００９】
前記目的を達成するために、第１の発明に係る電動機付ターボチャージャは、下記第１の手段を採用する。
電動機付ターボチャージャを形成する永久磁石同期電動機およびターボチャージャと、直流電源を入力するインバータ回路と、を備え、前記インバータ回路の出力を電動機駆動電流として前記永久磁石同期電動機の各相に供給して駆動する電動機付ターボチャージャにおいて、それぞれ独立して駆動することが可能な複数の永久磁石同期電動機を単一の前記ターボチャージャに対して同軸結合した。
【００１０】
第１の発明に係る電動機付ターボチャージャによれば、一方永久磁石同期電動機が故障しても他方の永久磁石同期電動機が補完機能を果たすので、極端なパワーアシスト能力の低下を避けることが可能である。例えば、前記永久磁石同期電動機における永久磁石が、過熱により消磁されて電動機でなくなりパワーアシスト能力の低下する可能性が少なくなる。このようなわけでエンジン全体の信頼性を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の電動機付ターボチャージャは、前記第１の手段に加えて下記第２の手段を採用する。
前記複数の永久磁石同期電動機として、速度に対するトルク特性が、低速度域にピーク設定された低速トルク補強型のものと、全速度域にわたって平坦に設定された全速度対応型のものと、を備えた。
【００１２】
第２の発明に係る電動機付ターボチャージャによれば、低速度域にピーク設定された低速トルク補強型の永久磁石同期電動機が、パワーアシスト開始時点においてターボチャージャに強い加速力を付与するので、このターボチャージャで過給されるエンジンにも強い加速力を発生させることが可能である。また、ターボチャージャおよびエンジンに高速回転を継続させる運転状況下でも、全速度域にわたって平坦に設定された全速度対応型の永久磁石同期電動機のパワーアシストにより、無理なく高出力の運転を継続させることが可能である。
【００１３】
また、第３の発明に係る電動機付ターボチャージャは、前記第１または第２の手段に加えて下記第３の手段を採用する。
前記複数の永久磁石同期電動機に対する個別専用の駆動回路を備えた。その個別専用の駆動回路は、前記複数の永久磁石同期電動機を同時駆動可能な単一の駆動回路よりも小型軽量化できるため、エンジンルーム等の狭いスペースにも容易に設置することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、永久磁石の磁力低下、磁力消失その他の原因によって、パワーアシスト能力の低下を避けて信頼性を高めることが可能である。また、多様な運転状況にも対応可能にした。そして、エンジンルーム等の狭隘なスペースにも組み込み易く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】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態（以下、「本実施形態」という）について説明する。なお、各図において、同一機能は同一符号を付して説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る電動機付ターボチャージャＥ１であり、駆動回路２１，２２がモータ別専用型の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、電動機付ターボチャージャＥ１は、永久磁石同期電動機１，２がターボチャージャ１０に同軸結合されて回転自在であり、その永久磁石同期電動機（以下、「モータ」ともいう）１，２を駆動するための駆動回路２１，２２によって構成されている。
【００１７】
ターボチャージャ１０はエンジン４から排出される高温高圧の排ガス５をタービン１１に流通させて低温低圧となった排ガス６を、図示せぬ排ガス処理装置等へ導出することによって回転力を生じる。このタービン１１と同軸結合されたコンプレッサ１２を回転させて空気７を圧縮した圧縮空気８をエンジン４の気化器へ過給することにより、エンジン４の馬力を向上させる。
【００１８】
駆動回路２１，２２は、直流電源３から得た直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路２１，２２（符号兼用）で主要構成され、この駆動回路２１，２２の出力を電動機駆動電流（以下、「モータ電流」ともいう）としてモータ１，２の各相に供給して駆動する。モータ電流が供給されるとターボチャージャ１０に回転トルクを付与して電動アシストする。詳しくは、モータ１，２の固定子１ｓ，２ｓに配設された電機子コイル（図示せず）に発生する磁界と、回転子１ｒ，２ｒを構成する永久磁石との間で吸引反発する磁力によって、一定方向に継続的なトルクを発生する。なお、モータ１，２を駆動するインバータ回路２１，２２は周知であるので、さらなる詳細な説明は省略する。
【００１９】
また、図１に示した電動機付ターボチャージャＥ１に配設されている複数のモータ１，２それぞれを専用で駆動する駆動回路２１，２２（符号兼用）は、総合能力が等価である単一の駆動回路２０（図２）よりも各々を小型軽量化できるため、エンジンルーム等の狭いスペースにも容易に設置することが可能である。
【００２０】
なお、モータ１，２の回転子１ｒ，２ｒは強磁性材料による永久磁石で構成されている。この永久磁石は温度が上がると磁力が下がり、キュリー温度に到達すると磁力を完全に失う。ちなみに、材質別のキュリー温度として、鉄は約７６０度Ｃ、ニッケルは約３６０度Ｃ、ネオジム磁石は約３３０〜３４０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る。例えば、実用磁石で世界最強とされるネオジム磁石も耐熱温度が低く、６０度Ｃで約９５％に磁力が低下し、１００度Ｃで約９０％に低下する性質に加えて、約８０度Ｃ以上になると低下した磁力が回復しないので使用温度は約６０〜８０度Ｃに規定される。
【００２１】
したがって、ネオジム磁石を用いた永久磁石同期電動機により小型で高出力を実現した場合、特にエンジン４の故障に限らず、酷暑の環境条件であれば使用温度の低いネオジム磁石の磁力低下または磁力消失によって、パワーアシスト機能を損なうという故障の発生を想定する必要がある。その他の強磁性材料であっても類似の温度特性を有するので、同様の配慮が必要である。
【００２２】
電動機付ターボチャージャＥ１において、モータ電流を供給されることにより単独でも駆動することが可能な複数のモータ１，２が、単一のターボチャージャ１０に対して同一回転可能に軸結合し、これらのモータ１，２には、モータ別に専用の駆動回路２１，２２が接続されている。このことにより、一方のモータ１が故障しても他方のモータ２で補完機能を果たすので、極端な性能低下を避けることが可能である。
【００２３】
例えば、モータ１の回転子１ｒを構成する永久磁石が、過熱により消磁され電動機としてトルク付与できなくなってパワーアシスト機能を損なうという故障の発生する可能性を減少させられる。このようなわけでエンジン全体の信頼性を高めることができる。ここで、エンジン４から高温になった排ガス５により過熱の害を受けやすい方のモータ１が、磁力の減少や消失に伴って能力を低下した場合に、加熱の害を比較的受け難いモータ２によって補完することが可能である。
【００２４】
また、電動機付ターボチャージャＥ１には、速度対トルク特性の異なる複数のモータ１，２が配設されている。モータ１は低速度域にピーク設定された低速トルク補強型であるため、迅速な起動特性を確保できる。具体的には、低速度域にピーク設定された低速トルク補強型のモータ１が、パワーアシスト開始時点においてターボチャージャ１０に強い加速トルクを付与するので、このターボチャージャ１０のコンプレッサ１２により加圧空気を過給されるエンジン４にも強い加速力を発生させることが可能である。なお、熱以外の原因によって、モータ１，２の一方が故障した場合に、他方で補完できることは当然である。
【００２５】
一方、モータ２は全速度域にわたって平坦に設定された全速度対応型であるため、起動後に長時間の高速回転を効率良く継続する性能に優れている。また、ターボチャージャ１０およびエンジン４に高速回転を継続させる時にも、無理なく高出力の運転を継続させることが可能である。具体的には、この電動機付ターボチャージャＥ１，Ｅ２を搭載した自動車（図示せず）が長い上り坂を登り続ける時、エンジン４に高出力駆動を相当長時間に及んで無理なく持続させることが可能である。このように、図１に示した電動機付ターボチャージャＥ１において、速度対トルク特性の異なる２個のモータ１，２により、急加速時の応答性と長い上り坂での粘り強さを兼ね備えた理想的な運転性能を発揮させることが可能となる。
【００２６】
図２は本実施形態に係る電動機付ターボチャージャＥ２であり、駆動回路２０が全モータ兼用型の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、電動機付ターボチャージャＥ２であり、１個の駆動回路２０がモータ１，１′全ての駆動電流を供給するように兼用されている。この場合、２個のモータ１，１′の固定子１ｓ，１ｓに配設された電機子コイル（図示せず）の形態と、回転子１ｒ，１ｒを構成する永久磁石の着磁形態およびその回転位相まで完全に一致させる必要がある。
【００２７】
したがって図２に示した電動機付ターボチャージャＥ２において、速度対トルク特性の等しい２個のモータ１，１′により、急加速時における応答性の良さと長い上り坂での粘り強さを兼ね備えた理想的な運転性能を発揮させることは困難である代わりに、エンジン４の高温である排ガス５の影響により加熱の害を比較的受けやすいところに配設されたモータ１が、磁力の減少や消失に伴って能力を低下した場合に、加熱の害を比較的受け難いところに配設されたモータ１′によって補完することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態（本実施形態）に係る電動機付ターボチャージャであり駆動回路がモータ別専用型の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電動機付ターボチャージャであり駆動回路が全モータ兼用型の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１′，２  永久磁石同期電動機
３  直流電源
１０  ターボチャージャ
２１，２２  駆動回路（インバータ回路）
Ｅ１，Ｅ２  電動機付ターボチャージャ
【図１】
2008240585.tif 000003
【図２】
2008240585.tif 000004