(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  電力制御装置３は、誘導電動機２に駆動波形を与えるインバータ１２、インバータ１２の出力電圧を制御するインバータ電圧制御手段１５、インバータ１２へ供給する電圧を昇圧させるコンバータ１６、コンバータ１６の出力電圧を制御するコンバータ電圧制御手段１７、制御信号発生手段１８を有する。この制御信号発生手段１８は、低速回転側でインバータ電圧制御手段１５を制御し、高速回転側でコンバータ電圧制御手段１７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２を駆動する。これらの構成によって上記の課題を解決できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャの回転軸を駆動可能な誘導電動機に回転速度に応じた駆動波形を与えるインバータと、
この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と、
前記インバータへ供給する電圧を昇圧させるコンバータと、
この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と、
を備える電動機付ターボチャージャの電力制御装置。
【請求項２】
ターボチャージャの回転軸を駆動可能な誘導電動機に回転速度に応じた駆動波形を与えるインバータと、
この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と、
前記インバータへ供給する電圧を昇圧させるコンバータと、
この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と、
前記誘導電動機の目標回転速度の上昇に伴い前記駆動波形の周波数を高める周波数制御を実施するとともに、前記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前記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、前記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前記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制御信号発生手段と、
を備える電動機付ターボチャージャの電力制御装置。
【請求項３】
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の電力制御装置において、  前記誘導電動機に与えられる駆動波形は、回転全域に亘って矩形波であることを特徴とする電動機付ターボチャージャの電力制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電動機付ターボチャージャの電力制御装置において、
前記インバータ電圧制御手段および前記コンバータ電圧制御手段は、デューティ比制御によって前記インバータおよび前記コンバータの電圧制御を実施することを特徴とする電動機付ターボチャージャの電力制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電動機付ターボチャージャの電力制御装置において、
前記コンバータは、バッテリ電源に接続されたチョークコイル、このチョークコイルの断続を行うコンバータトランジスタとからなるチョッパ型昇圧回路であり、昇圧比相当の相数から構成されることを特徴とする電動機付ターボチャージャの電力制御装置。
【請求項６】
ターボチャージャと、
このターボチャージャの回転軸を駆動する多相の誘導電動機と、
この誘導電動機へ電力を供給する電力供給回路と、
を備える電動ターボチャージャ装置において、
前記電力供給回路は、
入力電圧を昇圧するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を多相電力に変換して前記誘導電動機に供給するインバータ回路とを備え、
前記コンバータ回路は多相コンバータ回路であることを特徴とする電動ターボチャージャ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電動ターボチャージャ装置において、
前記誘導電動機は６相の相巻線を有し、
前記インバータ回路は、各相にスイッチング素子を有する６相のブリッジ回路を有し、  前記コンバータ回路は、各相にスイッチング素子を有する６相以下のスイッチング回路を有することを特徴とする電動ターボチャージャ装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の電動ターボチャージャ装置において、
前記電力供給回路は、
前記インバータ回路のスイッチングの周波数を制御する周波数制御部と、
前記インバータ回路のスイッチングのデューティ比を調節して前記インバータ回路の出力電圧を制御するインバータ電圧制御部と、
前記コンバータ回路のスイッチングを調節して前記コンバータ回路の出力電圧を制御するコンバータ電圧制御部とを備え、
前記インバータ電圧制御部と前記コンバータ電圧制御部は、前記誘導電動機の回転速度上昇に応じてそれぞれの出力電圧を上昇させるように構成され、前記インバータ電圧制御部が第１回転速度域において出力電圧を制御し、前記コンバータ電圧制御部が前記第１回転速度域より高い領域を含む第２回転速度域において出力電圧を制御することを特徴とする電動ターボチャージャ装置。
【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の電力制御装置および電動ターボチャージャ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャにおいては、回転の立ち上がり応答性を改善するために、ターボチャージャの回転軸を誘導電動機でアシストする電動機付ターボチャージャが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
この電動機付ターボチャージャには、エンジンがアイドリングの１万ないし２万ｒｐｍ付近から、全負荷時の超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）までの非常に広い回転範囲を、短時間（例えば、約１秒）で一気に立ち上げる特性が要求される。２０万ｒｐｍなどの超高速回転は、車両に搭載されている従来の電動機の１０倍〜１００倍に相当する条件である。このような過酷な条件故に、後述するような電力制御における課題があり、実用化されていない。
【０００３】
電動機付ターボチャージャには、短時間で高い応答性が要求されることから、非常に大きな出力トルクを発生させるために、電動機に非常に大きな電力が要求される。一例を開示すると、排気量２０００ｃｃクラスのエンジンにおいて、上記の性能を満足させるためには、電動機に１．５ｋＷ〜５．６ｋＷの大きな電力を要するとの報告がある（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第６４４９９５０号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／２３０４７号パンフレット
【非特許文献１】内田博，「可変ターボＶＧＴ，ＶＮＴの動向」，エンジンテクノロジー２００３年２月号，山海堂，平成１５年２月，ｐ．２０〜２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（第１の課題）
電動機に電力を供給する電力制御手段が１つしかない。このため、電動機に駆動波形（界磁波形）を与えるインバータで電力制御（デューティ比制御）を行う場合、電動機に１．５ｋＷ〜５．６ｋＷの大きな電力を供給するためには、車両のバッテリ電圧が１２Ｖとすると、電流換算で最大４７０Ａもの大電流をインバータで扱うことになる。
このため、インバータに搭載されるインバータトランジスタは、大電流を受容する必要がある。しかし、トランジスタは、受容する電流値の大きさの２乗あるいは３乗に比例して著しく高価になる。このため、インバータトランジスタに高価なトランジスタを用いる必要があり、電力制御装置が高価になってしまう。
【０００５】
（第２の課題）
インバータで電力制御（デューティ比制御）を行う場合、変換効率を仮に９０％としても、５．６ｋＷを扱うとすると５６０Ｗの発熱がインバータで発生する。この発熱（内部損失）の内訳は、第１がトランジスタの通電損失で、次が超高速回転のための高い周波数の駆動波形をデューティ比制御することにより生じるスイッチング損失である。そのいずれもインバータトランジスタに発熱が集中する。
ここで、ターボチャージャはエンジンの排気管に装着されるものであり、インバータが搭載される電力制御装置も排気管やエンジンの近傍に搭載される割合が高い。即ち、熱的な環境が非常に厳しい部位に電力制御装置が搭載される可能性があり、電力制御装置の熱的な安全マージンを高く保つ必要がある。
しかし、インバータトランジスタに発熱が集中するため、インバータの発熱を分散して電力制御装置の熱的な安全マージンを高める要求がある。
【０００６】
（第３の課題）
車両走行中は、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。
しかし、全回転域に亘ってインバータトランジスタで電圧と周波数の両方を同時に可変制御することはトランジスタにとって大きな負担になり、トランジスタ寿命など、実際に使用する上で問題となる。
【０００７】
（第４の課題）
誘導電動機には、目標回転速度（駆動指令）に対して実際の回転速度を追従させるために、誘導電動機へ与える駆動波形を正弦波とすることが一般的である。しかし、ターボチャージャの全負荷回転速度のような超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）においてＰＷＭによりデューティ比を制御して正弦波を形成するには、電力制御装置の演算装置（ＣＰＵ等）に非常に高い応答性が必要とされ、電力制御装置のコストアップの要因になる。
【０００８】
（発明の目的）
第１の目的は、電力制御装置に搭載されるトランジスタの受容する電流値を小さくすることにより、トランジスタのコストを下げ、電力制御装置のコストを下げることにある。  第２の目的は、電力制御装置に搭載されるトランジスタの発熱集中を緩和して、熱的な安全マージンを高めることにある。
第３の目的は、電力制御装置に搭載されるトランジスタの負担を減らし、電力制御装置の信頼性を高めることにある。
第４の目的は、駆動波形（励磁コイルに与えられる界磁波形）を回転全域に亘って矩形波とすることにより、正弦波を形成する制御負荷（特に、超高速回転域）を無くすことで、電力制御装置のコストを下げることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する電動機付ターボチャージャの電力制御装置は、インバータへ供給する電圧を昇圧させるコンバータを備える。
このため、誘導電動機に駆動波形を与えるインバータに供給される電圧を高めることができ、インバータトランジスタの受容する電流値を小さくすることができる。この結果、インバータトランジスタのコストを下げることができ、電力制御装置のコストを下げることができる。
また、インバータとコンバータの両方で電力制御を実施できるため、インバータの発熱集中を緩和でき、発熱がインバータとコンバータに分散される。この結果、熱的な環境が厳しい部位に電力制御装置が搭載されても、インバータおよびコンバータの熱的な安全マージンを確保することができる。即ち、電力制御装置の熱的な安全マージンを高めることができる。
さらに、インバータとコンバータの両方で電力制御を実施できるため、インバータトランジスタで電圧と周波数の両方を同時に可変制御する負担を軽減できる。これによって、トランジスタ寿命を延ばすなど、電力制御装置の信頼性を高めることができる。また、インバータとコンバータの両方のトランジスタに負担が分担されるため、これによっても電力制御装置の信頼性を高めることができる。
【００１０】
［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する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。
このように設けられることにより、電力制御装置における電力制御の柔軟性が高まる。  具体的な一例を開示して説明する。
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。
登坂路など連続高負荷運転を行う場合、インバータとコンバータの増幅度合を高く保つだけで大きな電力が誘導電動機に供給できる。
このように、回転速度域に応じてインバータとコンバータの電力制御を分担できるため、電力制御の柔軟性が高まる。これによって、電力制御装置における制御負荷を下げることが可能になる。
【００１１】
［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する電動機付ターボチャージャの電力制御装置は、誘導電動機に与えられる駆動波形を、回転全域に亘って矩形波にしたものである。
一般に誘導電動機は、０ｒｐｍから低トルクリップルであり、且つ起動トルクを安定して発生するために正弦波で駆動され、０〜数千ｒｐｍまでの範囲で用いられる。一方、ターボチャージャは、エンジンがアイドリング状態でも排気圧により、１万ないし２万ｒｐｍで回転している。このように、ターボチャージャ用の誘導電動機は、一般用の誘導電動機とは異なり０ｒｐｍからの起動を必要としないこと、初速度が１万ないし２万ｒｐｍと一般用の誘導機の回転上限速度より大きいことが異なる。
つまり、ターボチャージャ用の誘導電動機は、０ｒｐｍから立ち上げる駆動トルクを必要としないので、正弦波で駆動する必要がない。また、１万ないし２万ｒｐｍで回転しているときに矩形波電圧を与えても、電流波形は変形して疑似正弦波となっている。
よって、本考案のように設けられることにより、超高速回転までＰＷＭ制御による正弦波を形成する負荷をかけることなく、誘導電動機は高い駆動トルクで、且つ高い応答性で回転を立ち上げることができる。よって、電力制御装置の制御負荷を下げることができることから、低コスト化に貢献できる。
【００１２】
［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する電動機付ターボチャージャの電力制御装置のインバータ電圧制御手段およびコンバータ電圧制御手段は、デューティ比制御によってインバータおよびコンバータの電圧制御を実施するものである。
なお、デューティ比制御とは、１サイクル（デューティ周波数の１サイクル）当たりにおけるON時間とOFF 時間の割合（この割合がデューティ比）を可変することによって電力を可変する制御方法である。
【００１３】
［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する電動機付ターボチャージャの電力制御装置のコンバータは、バッテリ電源に接続されたチョークコイル、このチョークコイルの断続を行うコンバータトランジスタとからなるチョッパ型昇圧回路であり、昇圧比相当の相数から構成される。  このように、昇圧比相当の相数から構成されるチョッパ型昇圧回路を用いることにより、昇圧効率を高めることができるとともに、各コンバータトランジスタの負荷を抑えることができる。
また、昇圧比相当の相数から構成されるチョッパ型昇圧回路を用いることにより、昇圧される電流を略一定にでき、昇圧後の電圧のリップルを抑えることができる。
【００１４】
［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する電動ターボチャージャ装置では、多相コンバータ回路によってターボチャージャを駆動するための誘導電動機への供給電圧が昇圧される。これによって、多相誘導電動機と、多相インバータ回路との採用による駆動電流の分散、各相電流の低減に加えて、コンバータ回路においても各相電流の低減が可能となり、各相に配置されるスイッチング素子の電流容量に制限されることのない大電力による誘導電動機の駆動が可能になる。この結果、ターボチャージャを高速回転まで急速に加速できる。
【００１５】
［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する電動ターボチャージャ装置では、誘導電動機とインバータ回路とを６相とし、コンバータ回路を６相以下とする。誘導電動機の相巻線が６相となることで、各相巻線への電流を低減でき、相巻線の導体断面積を低減でき、電動ターボチャージャとして実用的な大きさの誘導電動機を提供できる。
また、スイッチング回路が６相のブリッジ回路を有することで、各ブリッジ回路を構成するスイッチング素子に流れる電流を低減でき、耐久性、耐熱性を改善できる。一方で、放熱構造を小型化することもできる。また、電流容量の小さい安価なスイッチング素子を用いることも可能となる。
なお、スイッチング回路は、ハイサイドスイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子とを設けて構成することができる。さらに、コンバータ回路が６相以下のスイッチング回路を有するので、コンバータ回路においても、インバータ回路と同様の効果を得ることができる。コンバータ回路は、例えば３相のスイッチング回路を有することができる。各スイッチング回路は、チョッパ型昇圧回路を構成しても良い。
【００１６】
［請求項８の手段］
請求項８の手段を採用する電動ターボチャージャ装置では、インバータ電圧制御部とコンバータ電圧制御部とが、誘導電動機の回転速度上昇に応じてそれぞれの出力電圧を上昇させる。しかも、それらの電圧制御は、インバータ電圧制御部が第１回転速度域において出力電圧を制御し、コンバータ電圧制御部が第１回転速度域より高い領域を含む第２回転速度域において出力電圧を制御するように実行されるため、滑らかにターボチャージャの回転速度を上昇させることができる。
第１回転速度域と、第２回転速度域とは、重複することなく異なる回転速度域に設定することができる。即ち、第１回転速度域と、第２回転速度域とは、重複することなく、互いに近接して連続するように設定することができる。または、第１回転速度域と、第２回転速度域とは、重複することなく、互いに離れた回転速度域に設定することができる。
あるいは、第１回転速度域と、第２回転速度域とは、一部で重複して設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（最良の形態１）
電動機付ターボチャージャの電力制御装置は、ターボチャージャの回転軸を駆動可能な誘導電動機に回転速度に応じた矩形波状の駆動波形を与えるインバータと、この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と、インバータへ供給する電圧を昇圧させるコンバータと、この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とを備えるものである。
（最良の形態２）
電動機付ターボチャージャの電力制御装置は、上記最良の形態１に加え、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波形電圧の制御を実施し、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供給電圧の制御を実施するものである。
【実施例１】
【００１８】
実施例１を、図１〜図７を参照して説明する。
電動ターボチャージャ装置は、電動機付ターボチャージャ１と、その電動機付ターボチャージャ１に内蔵された誘導電動機２を制御する電力制御装置３（電力供給回路を含む）とによって構成される。
【００１９】
（電動機付ターボチャージャ１の説明）
まず、図７を参照して電動機付ターボチャージャ１を説明する。
電動機付ターボチャージャ１は、エンジンの排気ガス流によって回転駆動されるタービン４、そのタービン４の回転により回転駆動されて吸入空気を加圧するコンプレッサ５、タービン４とコンプレッサ５を連結する回転軸６を備えるターボチャージャ７と、このターボチャージャ７の回転軸６を駆動可能な誘導電動機２とによって構成される。
この実施例１に搭載される誘導電動機２は、回転軸６に固定された回転子８（例えば、永久磁石）と、ターボチャージャ７のハウジング９に固定された固定子１０とからなり、この固定子１０にはＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ相からなる６相の励磁コイル１１（図２参照）が強固に固定されている。
【００２０】
（実施例１の特徴）
次に、電力制御装置３を図１〜図６を参照して説明する。
電力制御装置３は、６相の励磁コイル１１を通電制御することにより、回転子８の回転速度を制御する。即ち、電力制御装置３は、６相の励磁コイル１１を通電制御して、ターボチャージャ７の回転をアシスト制御するものである。
ターボチャージャ７は、エンジンがアイドリングの１万ないし２万ｒｐｍ付近から、全負荷時の超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）までの非常に広い範囲で回転する。このため、電力制御装置３には、誘導電動機２を短時間（例えば、約１秒）で一気に１万ないし２万ｒｐｍ付近から、全負荷時の超高速回転まで立ち上げる要求がある。ターボチャージャ７の回転を短時間で立ち上げるためには、誘導電動機２に非常に大きなトルクを発生させる必要があり、誘導電動機２に非常に大きな電力（例えば、１．５ｋＷ〜５．６ｋＷ）を供給する必要がある。
【００２１】
インバータ１２だけで非常に大きな電力を制御（デューティ比制御）しようとすると、次の問題が生じる。
（１）車両に搭載されるバッテリ１３の電圧が１２Ｖとすると、インバータ１２は大電流（例えば、４７０Ａ）を扱うことになり、インバータ１２を構成するインバータトランジスタ１４が著しく高価になってしまう。この結果、電力制御装置３が高価になってしまう。
（２）電力制御により生じる内部損失、スイッチング損失による発熱がインバータトランジスタ１４に集中する。このため、インバータ１２の熱的な安全マージン、即ち電力制御装置３の熱的な安全マージンを確保することが困難になる。
（３）全回転域に亘ってインバータトランジスタ１４が電圧と周波数の両方を同時に可変制御することは、インバータトランジスタ１４に大きな負担がかかることになり、トランジスタ寿命など、実際に使用する上で問題が生じる。
（４）誘導電動機２の励磁コイル１１へ与える駆動波形を正弦波とすると、ターボチャージャ７の全負荷回転速度のような超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）において、デューティ比を制御して正弦波を形成するには、電力制御装置３に搭載される演算装置（ＣＰＵ等）に非常に高い応答性が要求される。
【００２２】
（電力制御装置３の説明）
上記の問題を解決する実施例１の電力制御装置３は、誘導電動機２に回転速度に応じた駆動波形を与えるインバータ１２と、このインバータ１２の出力電圧を制御するインバータ電圧制御手段（図１中、ＰＷＭ発生手段）１５と、インバータ１２へ供給する電圧を昇圧させるコンバータ１６と、このコンバータ１６の出力電圧を制御するコンバータ電圧制御手段（図１中、ＰＷＭ発生手段）１７と、制御信号発生手段（図１中、信号発生装置）１８とを有する。
【００２３】
実施例１における電力制御装置３の具体的構成を以下に説明する。
電力制御装置３は、図１に示されるように、回転速度に応じた周波数の駆動波形（界磁波形）と電力を誘導電動機２に与える電力変換部２１と、この電力変換部２１を制御する制御部２２とに大別される。
【００２４】
（電力変換部２１の説明）
電力変換部２１は、上述したインバータ１２とコンバータ１６によって構成される。
インバータ１２は、駆動波形の周波数可変と電圧可変の両方を行うものであり、図２に示されるように、誘導電動機２の励磁コイル１１（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ相）の通電状態を切り替える多数のインバータトランジスタ１４（スイッチング素子）によって構成される。
各インバータトランジスタ１４は、後述する駆動波形発生手段２３の発生する制御信号によって順次切り替え制御されて、図３に示すように、電気角６０°ずれた状態で各相の励磁コイル１１に矩形波を順次与えるものである。
なお、インバータ１２における電力制御（低速回転側）および周波数制御（全回転域）については後述する。
【００２５】
コンバータ１６は、インバータ１２に与える電圧を可変するものであり、図４に示されるように、バッテリ電圧が供給されるチョークコイル２４、このチョークコイル２４の断続を行うコンバータトランジスタ２５（スイッチング素子）とからなるチョッパ型昇圧回路２６を３相備える。そして、各相で昇圧された電圧はコンデンサ２７で一時的にチャージされる。
各コンバータトランジスタ２５は、制御部２２によって各相ごとに順次切り替え制御されて、図５に示すように、電気角３６０°中に１８０°通電される。
このように、３相のチョッパ型昇圧回路２６を用い、図５に示すように各相を切り替え３倍の電圧に昇圧することにより、昇圧効率を高めることができるとともに、コンバータトランジスタ２５の各負荷を抑えることができる。また、３相のチョッパ型昇圧回路２６を用いることにより、昇圧された電流が略一定となり、昇圧電圧のリップルを抑えることができる。
なお、コンバータ１６における電力制御（高速回転側）については後述する。
【００２６】
（制御部２２の説明）
制御部２２は、上述したインバータ電圧制御手段１５、コンバータ電圧制御手段１７、制御信号発生手段１８の他に、駆動波形発生手段２３、合成手段２８、目標設定手段２９、回転速度算出手段３０を備える。
インバータ電圧制御手段１５は、インバータトランジスタ１４の通電時間をデューティ比制御によって可変することによりインバータ１２の電圧制御（ＰＷＭ制御）を実施するものである。なお、デューティ比制御とは、１サイクル（デューティ周波数の１サイクル）当たりにおけるON時間とOFF 時間の割合を可変するものであり、デューティ比（図６参照）はON時間の割合を示すものである。
【００２７】
コンバータ電圧制御手段１７は、インバータ１２制御と同様、コンバータトランジスタ２５の通電時間をデューティ比制御によって可変することによてコンバータ１６の電圧制御（ＰＷＭ制御）を実施するものである。
【００２８】
駆動波形発生手段２３は、制御信号発生手段１８によって与えられる信号に基づいて、励磁コイル１１に目標回転速度に応じた周波数の駆動波形（矩形波）を発生させる手段である。
合成手段２８は、インバータ電圧制御手段１５と駆動波形発生手段２３の信号を合成（例えば、アンド回路）してインバータトランジスタ１４を制御する手段である。
目標設定手段２９は、エンジン回転速度、アクセル開度等、エンジン要求トルクなどからターボチャージャ７のアシスト量を決定する外部機器３１からの指令値と、回転速度算出手段３０からのターボチャージャ７（誘導電動機２）の実速度とを比較して、目標の回転速度を設定する手段である。
回転速度算出手段３０は、回転速度検出センサ３２によって検出されるピックアップ信号からターボチャージャ７（誘導電動機２）の実速度を算出する手段である。
【００２９】
制御信号発生手段１８は、図６上段に示すように、目標設定手段２９によって設定された誘導電動機２の目標回転速度の上昇に伴い、上述した駆動波形発生手段２３を制御して、駆動波形（図３参照）の周波数を高める周波数制御を実施する（周波数制御部の機能に相当する）。
【００３０】
また、制御信号発生手段１８は、図６中段に示すように、誘導電動機２の低速回転側（例えば、１万ｒｐｍ〜３万ｒｐｍｒｐｍ）において目標回転速度の上昇に伴い、上述したインバータ電圧制御手段１５を制御して、インバータ１２の出力電圧を高めるインバータ昇圧制御を実施する（インバータ電圧制御部の機能に相当する）。具体的には、目標設定手段２９から与えられる目標回転速度が低速回転側の場合は、その目標回転速度に応じたインバータ電圧が発生するように、インバータ電圧制御手段１５におけるデューティ比を制御する。
【００３１】
さらに、制御信号発生手段１８は、図６下段に示すように、誘導電動機２の高速回転側（例えば、３万ｒｐｍ〜６万ｒｐｍ）において目標回転速度の上昇に伴い、上述したコンバータ電圧制御手段１７を制御して、コンバータ１６の出力電圧をバッテリ電圧（図６中、Ｖ0 ）から三倍( 図６中、３Ｖ0 ）まで高めるコンバータ昇圧制御を実施する（コンバータ電圧制御部の機能に相当する）。具体的には、目標設定手段２９から与えられる目標回転速度が高速回転側の場合は、その目標回転速度に応じたコンバータ電圧が発生するように、コンバータ電圧制御手段１７におけるデューティ比を制御する。
なお、インバータ１２のデューティ比制御域と、コンバータ１６のデューティ比制御域とを一部で重なるように設けても良い。
【００３２】
（実施例１の効果）
上記構成を採用する実施例１は以下の効果を奏する。
（１）電力制御装置３は、インバータ１２へ供給する電圧を昇圧させるコンバータ１６を備える。このため、誘導電動機２に駆動波形を与えるインバータ１２に供給される電圧を高めることができ、インバータトランジスタ１４の受容する電流値を小さくすることができる。この結果、インバータトランジスタ１４のコストを下げることができ、電力制御装置３のコストを下げることができる。
【００３３】
（２）回転速度域（低速回転側と高速回転側）に応じてインバータ１２とコンバータ１６の電力制御を分担する。このため、インバータ１２の発熱集中を緩和でき、発熱がインバータ１２とコンバータ１６に分散される。この結果、熱的な環境が厳しい部位に電力制御装置３が搭載されても、インバータ１２およびコンバータ１６の熱的な安全マージンを確保することができる。
【００３４】
このことを具体的に説明する。
回転速度域（低速回転側と高速回転側）に応じてインバータ１２とコンバータ１６の電力制御を分担する。このため、インバータ１２とコンバータ１６のそれぞれの損失を見ると次のことが分かる。
低速回転側では、インバータ１２はＰＷＭ駆動による「スイッチング損失」とデューティ比に比例した「通電損失」の両方の損失が発生するが、コンバータ１６は定デューティ回転域であるため「通電損失」が支配的になる。即ち、低速回転側ではスイッチング損失は主にインバータ１２で発生する。
高速回転側では、インバータ１２は定デューティ回転域であるため「通電損失」が支配的になるが、コンバータ１６はＰＷＭ駆動による「スイッチング損失」とデューティ比に比例した「通電損失」の両方の損失が発生する。即ち、高速回転側ではスイッチング損失は主にコンバータ１６で発生する。
このように、インバータ１２とコンバータ１６のスイッチング損失の発生する領域が、回転速度に応じて分担されるため、インバータ１２とコンバータ１６の両方に発熱を分散することができる。このように発熱が分散されて、インバータ１２およびコンバータ１６の熱的な安全マージンを確保することが可能になる。
【００３５】
（３）回転速度域（低速回転側と高速回転側）に応じてインバータ１２とコンバータ１６の電力制御を分担する。このため、インバータトランジスタ１４が電圧と周波数の両方を同時に可変制御する負担を軽減できる。これによって、インバータトランジスタ１４の寿命を延ばすことができ、電力制御装置３の信頼性を高めることができる。また、インバータトランジスタ１４とコンバータトランジスタ２５の両方の負担が分散されるため、これによっても電力制御装置３の信頼性を高めることができる。
【００３６】
（４）回転速度域（低速回転側と高速回転側）に応じてインバータ１２とコンバータ１６の電力制御を分担するため、電力制御装置３における電力制御の柔軟性が高まる。
具体的には、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（例えば、約２０万ｒｐｍ）まで作動する。この時、始めインバータ１２で電力制御の可変制御を行い、次にコンバータ１６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１６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。
登坂路など連続高負荷運転を行う場合、インバータ１２とコンバータ１６の増幅度合を高く保つだけで大きな電力が誘導電動機２に供給できる。
即ち、低速回転側ではインバータ１２の電力制御を行えば良く、高速回転側ではコンバータ１６の電力制御を行えば良く、高負荷運転時ではインバータ１２とコンバータ１６の増幅度合を高く保つだけで良い。
このように、回転速度域に応じてインバータ１２とコンバータ１６の電力制御を分担できるため、電力制御の柔軟性が高まる。これによって、電力制御装置３における制御負荷を下げることができる。
【００３７】
（５）誘導電動機２に与えられる駆動波形を、回転全域に亘って矩形波にした。このため、簡素な波形でありながら誘導電動機２は高い駆動トルクで、且つ高い応答性で回転を立ち上げることができるとともに、電力制御装置３において超高速回転までＰＷＭ制御による正弦波を形成する制御負荷を無くすことができ、電力制御装置３における制御負荷を下げることができる。これにより電力制御装置３の低コスト化に貢献できる。
【００３８】
（６）コンバータ１６は、チョッパ型昇圧回路２６を昇圧比相当の相数備えるものであるため、昇圧効率を高く保つことができるとともに、各コンバータトランジスタ２５の負荷を抑えることができる。また、３相のチョッパ型昇圧回路２６を用いることにより、昇圧される電流を略一定にでき、昇圧電圧のリップルを抑えることができる。
【００３９】
（変形例）
上記の実施例１では、誘導電動機２によってターボチャージャ７をアシストする例のみを開示したが、例えば、目標回転速度が実回転速度より上回る場合などは、誘導電動機２を発電機として活用しても良い。
即ち、誘導電動機２の発生した誘導電圧を、例えば、昇圧に用いたコンバータ１６を降圧手段として用いて降圧させ、余剰エネルギーをバッテリ１３へ回生させるように設けても良い。
【００４０】
上記の実施例１では、誘導電動機２の一例として６相誘導電動機を例に示したが、相数は限定されるものではなく、３相など他の相数（複数相）であっても良い。
上記の実施例１では、３相のチョッパ型昇圧回路２６を用いた例を示したが、コンバータ１６は昇圧比相当の相数であれば良い。例えば、２相備えて２倍に昇圧したり、４相備えて４倍に昇圧しても良い。
【００４１】
上記の実施例１では、ターボチャージャ７のハウジング９内に誘導電動機２を搭載する例を示したが、ターボチャージャ７の回転軸６をハウジング９の外部へ延ばし、ハウジング９の外部に搭載した誘導電動機２でターボチャージャ７の回転軸６を駆動するように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】電力制御装置の概略ブロック図である。
【図２】インバータの回路図である。
【図３】インバータの駆動波形を示す図である。
【図４】コンバータの回路図である。
【図５】コンバータの作動波形を示す図である。
【図６】回転速度に応じた駆動波形の周波数（インバータ周波数）、インバータの出力電圧、コンバータの出力電圧を示すグラフである。
【図７】電動機付ターボチャージャの概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  電動機付ターボチャージャ
２  誘導電動機
３  電力制御装置
６  回転軸
７  ターボチャージャ
１２  インバータ
１３  バッテリ
１４  インバータトランジスタ
１５  インバータ電圧制御手段
１６  コンバータ
１７  コンバータ電圧制御手段
１８  制御信号発生手段
２４  チョークコイル
２５  コンバータトランジスタ
２６  チョッパ型昇圧回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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