電動機の制御装置
【課題】本発明は同期電動機をセンサレスで駆動するための制御装置に関し、空転状態にある電動機を円滑に駆動し始めることを目的とする。
【解決手段】インバータ６０を用いて電動機２４を駆動する。モータコントロール回路８６に、インバータ６０を介さずに電動機２４の各相コイルに生ずる逆起電圧を取得させ、その逆起電圧に基づいて電動機２４のロータ位置を取得させる。更に、モータコントロール回路８６は、インバータ６０が備える複数のスイッチング素子に供給するゲート信号を、検知したロータ位置に応じて、ロータが回転するように制御する。電動機２４の電力駆動が要求された後、モータコントロール回路８６がロータ位置を取得するまでの間は、ゲート信号をＯＦＦ電位に固定して全てのスイッチング素子をオフ状態とする。
【解決手段】インバータ６０を用いて電動機２４を駆動する。モータコントロール回路８６に、インバータ６０を介さずに電動機２４の各相コイルに生ずる逆起電圧を取得させ、その逆起電圧に基づいて電動機２４のロータ位置を取得させる。更に、モータコントロール回路８６は、インバータ６０が備える複数のスイッチング素子に供給するゲート信号を、検知したロータ位置に応じて、ロータが回転するように制御する。電動機２４の電力駆動が要求された後、モータコントロール回路８６がロータ位置を取得するまでの間は、ゲート信号をＯＦＦ電位に固定して全てのスイッチング素子をオフ状態とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御装置に係り、特に、同期電動機をセンサレスで駆動するうえで好適な電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、同期電動機をセンサレスで駆動する装置としては、例えば、特開平１１−７５３９４号公報に開示される装置が知られている。インバータを用いて同期電動機を駆動するためには、電動機のロータ位置を検出して、インバータに内蔵される複数のスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを、そのロータ位置に応じて適宜切り換えることが必要である。このため、電動機のロータが空転している状態から、その駆動を開始するにあたっては、先ず、ロータ位置を検知することが必要である。
【０００３】
上記従来の装置は、ロータが空転している状況下で電動機の駆動開始が要求された場合に、インバータに内蔵されるスイッチング素子のうち少なくとも１つをＯＮさせて、電動機のコイルを短絡させる。ロータが空転している状況下で電動機のコイルが短絡されると、そのコイルには、逆起電力に起因する電流が流通する。上記従来の装置は、そのコイル電流に基づいてロータ位置を検知することとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７５３９４号公報
【特許文献２】
特開２００１−６９７８４号公報
【特許文献３】
米国特許第４９２８０４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータの空転時に、インバータ内のスイッチング素子の状態が変化し、その結果電動機のコイルに短絡電流が流通すると、電動機の出力トルクが変化したり、或いは、電動機の周辺において異音が生じたりといった現象が生ずる。このため、上記従来の装置は、空転状態から電動機の駆動を開始する場合に、必ずしもその駆動を円滑に開始できないという特性を有していた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空転状態にある電動機を円滑に駆動し始めることのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、インバータを用いて電動機を駆動する電動機の制御装置であって、
前記インバータを介さずに電動機の各相コイルに生ずる逆起電圧を取得する逆起電圧取得手段と、
前記逆起電圧に基づいて前記電動機のロータ位置を取得するロータ位置取得手段と、
前記インバータが備える複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置に応じて、前記ロータが回転するように制御するロータ駆動手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された後、前記ロータ位置が取得されるまでの間は、前記複数のスイッチング素子の全てをオフ状態とするインバータ切断手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記電動機は、内燃機関のターボチャージャを電動駆動するためのものであることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記電動機の電力駆動が要求された場合に、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置が所定位置にロックされるように制御するアラインモード手段と、
前記ロータが前記所定位置にロックされた後、前記ロータの回転速度が前記ロータ位置の取得が可能な速度に上昇するように、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を制御するランプモード手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転しているか否かを判別する回転判定手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転していないと判別された場合は、前記インバータ切断手段の作動を禁止するインバータ切断禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記ロータ駆動手段は、前記電動機の各相コイルが、順次無通電状態となるように前記複数のスイッチング素子に供給する信号を切り換えると共に、
前記逆起電圧取得手段は、無通電状態のコイルに生ずる逆起電圧を順次取得することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２と排気通路１４の間には、ターボチャージャユニット１６が配置されている。
【００１４】
ターボチャージャユニット１６は、排気通路１４側に位置するタービン１８と、吸気通路１２側に位置するコンプレッサ２０とを備えている。更に、タービン１８とコンプレッサ２０との間には、それらと回転軸２２を共通にする電動機２４が配置されている。ターボチャージャ１６は、排気エネルギによりタービン１８を回転させることにより、或いは、電動機２４により回転軸２２を回転させることにより、コンプレッサ２０を駆動することができる。コンプレッサ２０は、このようにして駆動されることにより、その下流に高い過給圧を発生させることができる。
【００１５】
吸気通路１２には、コンプレッサ２０の上流と下流とを連通するバイパス通路２６が設けられている。バイパス通路２６には、過給圧が過剰になった場合に開弁するバイパス弁２８が設けられている。また、コンプレッサ２０の下流には、インタークーラ３０、およびスロットルバルブ３２が配置されている。スロットルバルブ３２は、アクセル開度などに基づいてスロットルモータ３４により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ３２の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットルポジションセンサ３６、およびアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ３８が配置されている。
【００１６】
排気通路１４には、タービン１８の上流においてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ） 通路４０が連通している。ＥＧＲ通路４０は、排気ガスの一部を吸気系に還流させるための通路であり、ＥＧＲバルブ４２を介して吸気通路１２に連通している。また、排気通路１４には、タービン１８の下流に触媒４４が配置されている。内燃機関１０から排出された排気ガスは、タービン１８を通過した後、触媒４４において浄化された後、大気に放出される。
【００１７】
本実施形態のシステムは、システム全体を制御するためのＥＣＵ５０、電動機２４の状態制御するためのコントローラ５２、およびシステムの作動に必要な電力を供給するバッテリ５４を備えている。本実施形態のシステムは、電動機２４の制御に関する部分に特徴を有しているため、以下、その特徴を説明するうえで必要な範囲で、ＥＣＵ５０やコントローラ５２の内容を説明する。
【００１８】
図２は、本実施形態のシステムが電動機２４を駆動するために備えている構成の内容を説明するためのブロック図である。本実施形態において、電動機２４は、永久磁石式の同期電動機であり、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３つのコイルを有している。
【００１９】
図２に示す構成は、インバータ６０を備えている。インバータ６０の内部には、電動機２４のＵ相コイルに対応するスイッチング素子対６２，６４、および還流ダイオード対６６，６８が設けられている。また、その内部には、Ｖ相コイルに対応するスイッチング素子対７０，７２、および還流ダイオード対７４，７６、並びに、Ｗ相コイルに対応するスイッチング素子対７８，８０、および還流ダイオード対８２，８４が設けられている。
【００２０】
インバータ６０にはバッテリ５４が接続されており、上述した３つのスイッチング素子対、および３つの還流ダイオード対の両側には、電源電圧が印加されている。インバータ６０によれば、内蔵するスイッチング素子を適当にＯＮ・ＯＦＦさせることにより、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに、順次適当な磁界を発生させて電動機２４を適当に同期運転させることができる。
【００２１】
図２に示すシステムは、モータコントロール回路８６を備えている。モータコントロール回路８６は、電動機２４のＵ相コイルの両端に生ずる電圧（以下、「Ｕ電圧」と称す）、Ｖ相コイルの両端に生ずる電圧（以下、「Ｖ電圧」と称す）、およびＷ相コイルの両端に生ずる電圧（以下、「Ｗ相電圧」と称す）を検出する機能を有している。また、モータコントロール回路８６は、Ｕ電圧、Ｖ電圧、Ｗ電圧に基づいて電動機２４のロータ位置を検出し、その検出位置に基づいて、インバータ６０に内蔵される６つのスイッチング素子のそれぞれに適当なゲート信号を供給する機能を有している。更に、モータコントロール回路８６は、電動機２４のロータ位置が検出された後に、電動機２４の回転速度に応じた周期で変動するＶＣＯ信号を発する機能を有している。
【００２２】
図２に示すシステムは、ターボコントローラ８８、およびインバータ切断トランジスタ９０を備えている。ターボコントローラ８８は、内燃機関１０の運転状態に応じて、ターボチャージャユニット１６の状態を適正に制御するためのユニットである。ここでは、具体的には、ターボチャージャユニット１６の電力アシストが必要となった際にモータコントロール回路８６に起動信号を供給したり、モータコントロール回路８６により発せられるＶＣＯ信号を受けてインバータ切断トランジスタ９０の状態を切り換えたりする処理が実行される。
【００２３】
インバータ切断トランジスタ９０は、インバータ６０に内蔵される６つのスイッチング素子にそれぞれ通じる６本のゲート信号線を、一律に接地電位に固定するためのトランジスタである。インバータ６０に内蔵されるスイッチング素子は、何れもゲート電圧が接地電位とされることによりＯＦＦ状態となる素子である。従って、インバータ切断トランジスタ９０によれば、モータコントロール回路８６が如何なるゲート信号を発するかに関わらず、インバータ６０を非作動状態に固定することが可能である。
【００２４】
次に、図３および図４を参照して、モータコントロール回路８６の基本動作をより詳細に説明する。
図３は、モータコントロール回路８６が、その起動の後、基本動作に従って電動機２４を制御した場合に実現されるモータ回転数の上昇傾向を説明するためのタイミングチャートである。図３に示すように、モータコントロール回路８６は、ターボコントローラ８８より起動信号が供給された後、先ず、アラインモードにより電動機２４を制御する。
【００２５】
アラインモードでは、インバータ６０に対して所定のパターンでゲート信号が供給されることにより、電動機２４のロータが決まった位置にロックされる。電動機２４を同期運転させるためには、ロータの位置が既知でなければならない。アラインモードによれば、電動機２４の始動直後に常にロータ位置を決まった位置にロックすることができるため、その後、その位置を起点として電動機２４の同期運転を開始することが可能となる。
【００２６】
アラインモードによる制御が終了すると、次に、モータコントロール回路８６は、ランプモードにより電動機２４を制御する。ランプモードは、同期ずれが生ずることのない加速度で電動機２４の回転速度を上昇させるモードである。この段階では、ロータの回転速度が十分でないため、電動機２４の各相コイルにロータ位置を検知するに足る逆起電圧は発生していない。従って、ランプモードでは、ロータ位置を見ることなく、同期ずれが発生していないものとしてゲート信号の切り換え周波数が徐々に高周波化される。
【００２７】
ランプモードは、電動機２４の回転数が、各相コイルに十分な逆起電圧が生ずる回転数に上昇するまで継続される。そして、各相コイルに十分な逆起電圧が生ずる状態になると、モータコントロール回路８６は、ランモードによる電動機制御を開始する。ランモードでは、電動機２４の各相コイルに発生する逆起電圧が検出され、その逆起電圧に基づいてロータ位置が検知される。そして、検知されたロータ位置に基づいて、同期ずれの生じない最大の加速度で電動機２４の回転速度が目標回転数まで加速される。以後、ランモードでは、ロータ位置を検知しつつ、電動機２４の回転数を目標回転数に一致させるべくインバータ６０に対するゲート信号の切り換え周期が制御される。
【００２８】
図４は、ランモードにおいて、モータコントロール回路８６からインバータ６０に供給されるゲート信号の波形と、各相コイルの逆起電圧がサンプリングされるタイミングとを説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図４（Ａ）は、モータコントロール回路８６により生成されるＶＣＯ信号の波形である。図４に示す♯１〜♯６の領域は、それぞれ６０度のロータ回転角に対応している。従って、ＶＣＯ信号は、ロータが６０度回転する毎に一周期の変化を示す信号である。
【００２９】
図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）は、インバータ６０に内蔵される６つのスイッチング素子に対して供給されるゲート信号波形を示す。尚、これらの図に示すＵ１、Ｖ１、Ｗ１は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電源電位側のスイッチング素子６２，７０，７８を意味しており、一方、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の接地電位側のスイッチング素子６４，７２，８０を意味している。これらの図に示すように、本実施形態では、電動機２４の各相コイルに対応するスイッチング素子が、１サイクルの過程で１２０度相当期間だけＯＮ状態とされるいわゆる１２０度通電の駆動方式が用いられている。このため、本実施形態のシステムでは、１サイクルの過程中に、各相コイルに対応する２つのスイッチング素子が何れもＯＦＦ状態となる期間が各相毎に６０度づつ確保されている。
【００３０】
図４（Ｈ）〜図４（Ｊ）は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相につき、コイルに発生する逆起電圧をサンプリングするタイミングを示す。各相コイルには、そのコイルに対応して設けられている２つのスイッチング素子が何れもＯＦＦ状態となる６０度の期間中、つまり、そのコイルが無通電の状態となる６０度の期間中、逆起電圧が発生する。このため、モータコントロール回路８６は、Ｕ相に対応するスイッチング素子対６２，６４が共にＯＦＦとなる期間（図４における♯３，♯６期間）をＵ相のサンプリング期間とする。同様に、Ｖ相に対応するスイッチング素子対７０，７２が共にＯＦＦとなる期間（図４における♯２，♯５期間）をＶ相のサンプリング期間とし、更に、Ｗ相に対応するスイッチング素子対７８，８０が共にＯＦＦとなる期間（図４における♯１，♯４期間）をＷ相のサンプリング期間とする。
【００３１】
以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、電動機２４の駆動方式として１２０度通電の方式を用い、かつ、各相コイルが無通電状態となる６０度の期間中にそのコイルの逆起電力をサンプリングすることとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、ランモードの実行中に、各相コイルの逆起電力を検出し、その逆起電圧に基づいてロータ位置を検出し、更に、そのロータ位置に基づいて電動機２４を同期駆動することが可能である。
【００３２】
ところで、本実施形態のシステムでは、電動機２４は、ターボチャージャユニット１６のタービン１８およびコンプレッサ２０と回転軸２２を共通にしている。タービン１８は、内燃機関１０のアイドル運転中でもある程度の速度で回転している。従って、電動機２４は、電気的に駆動されていなくても、内燃機関１０の運転中はある程度の速度で空転している。
【００３３】
図５（Ａ）は、電動機２４が空転している状態から、モータコントロール回路８６の基本制御によりその制御が開始された場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。モータコントロール回路８６は、既述した通り、ターボコントローラ８８から起動の指令を受けると、先ずロータをロックするアラインモードを実行し、その後ランプモードを経てランモードに以降する。従って、モータコントロール回路８６に起動指令が発せられる以前に電動機２４が空転していた場合には、図５（Ａ）に示すように、アラインモードの開始と共にモータ回転数に急激な低下が生ずる。上述したモータ回転数の急激な低下は、回転軸２２に歪みを生じさせる原因となり、また、タービン１８の回転エネルギをロスする要因ともなる。従って、このような回転数の急低下は避けることが望ましい。
【００３４】
図５（Ｂ）は、上記の要求に応えるべく、本実施形態のシステムにおいて実現される動作を説明するためのタイミングチャートである。この図に示すように、本実施形態のシステムでは、電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシスト開始が要求された時点で、電動機２４が既に空転している場合には、より厳密には、各相コイルに検出可能な逆起電圧が生ずる程度の速度で電動機２４が既に空転している場合には、アラインモードおよびランプモードが省略され、空転状態から直接的にランモードへの以降が図られる。
【００３５】
すなわち、本実施形態のシステムは、既述した通りインバータ切断トランジスタ９０を備えている。ターボコントローラ８８は、電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシスト開始が要求された場合に、先ず、インバータ切断トランジスタ６０をＯＮ状態とし、その後モータコントロール回路８６に起動指令を発する。インバータ切断トランジスタ９０がＯＮ状態であると、インバータ６０に通じる６本のゲート信号線は一律に接地電位に固定され、その結果、アラインモードおよびランプモードが省略される。ターボコントローラ８８は、モータコントロール回路８６がランモードによる制御を開始すると、つまり、モータコントロール回路８６がＶＣＯ信号を出力し始めると、インバータ切断トランジスタ９０をＯＦＦとする。インバータ切断トランジスタ９０がＯＦＦとされると、以後、インバータ６０内のスイッチング素子はモータコントロール回路８６から発せられるゲート信号に従って制御されることとなり、その結果、ランモードによる電動機２４の制御が実現される。
【００３６】
以下、図６を参照して、上記の機能を実現すべくターボコントローラ８８が実行する具体的処理の内容について説明する。
図６は、本実施形態において、ターボコントローラ８８が、電動機２４の状態を制御すべく実行する制御ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、先ず、電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシストが要求されたか否かが判別される（ステップ１００）。
【００３７】
その結果、電動機２４によるアシストが要求されていないと判別された場合は、電動機２４を駆動する必要がないため、以後何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、上記ステップ１００において、電動機２４によるアシストが要求されていると判別された場合は、次に、今回の処理サイクルが、内燃機関１０の始動時に行われているものであるか否か、より具体的には、現時点で電動機２４の回転数が所定の判定値を超えているか否かが判別される（ステップ１０２）。
【００３８】
本実施形態において、ターボコントローラ８８は、内燃機関１０の運転中に、過給の応答性を高める目的で電動機２４によるアシストを要求する他、内燃機関１０の冷間始動時に、吸気温を高める目的でも電動機２４によるアシストを要求する。上記ステップ１０２において、内燃機関１０の始動時である（回転数が判定値以下）との判別がなされた場合は、電動機２４によるアシストが、後者の目的で求められていると判断することができる。そして、その場合は、駆動の開始に先立って電動機２４が空転していないことから、モータコントロール回路８６の基本制御に従って、アラインモード、ランプモードを経て電動機２４の回転数を高めれば良いと判断できる。以上の判断により、上記ステップ１０２において内燃機関１０の始動時であるとの判断がなされた場合は、以後、速やかに後述するステップ１０６以降の処理が実行される。
【００３９】
一方、上記ステップ１０２において、内燃機関１０の始動時ではないとの判断がなされた場合は、電動機２４が既にある程度の速度で空転している状況下で、過給圧を高める目的でターボチャージャユニット１６のアシストが要求されていると判断することができる。この場合、ゲート信号を接地電位（スイッチング素子をＯＦＦとする電位）に固定すべく、インバータ切断トランジスタ９０がＯＮ状態とされる（ステップ１０４）。
【００４０】
図６に示すルーチンでは、次に、モータコントロール回路８６を起動する処理が実行される（ステップ１０６）。
モータコントロール回路８６は、上記の処理により起動されると、その後、アラインモード、ランプモード、およびランモードによる制御を実現すべく、ゲート信号線に対して所定のゲート信号を供給する。その結果、冷間始動時には、図３に示す波形で電動機２４の回転数上昇が図られる。一方、電動機２４が既に空転している場合には、図５（Ｂ）に示すように、ランモードが開始されるまで、電動機２４の回転数は空転時の回転数のまま維持される。
【００４１】
図６に示すルーチンでは、次に、モータコントロール回路８６がランモードによる制御を開始したか、つまり、電動機２４の各相コイルに生ずる逆起電圧に基づいてロータ位置を検知し、そのロータ位置に基づいてゲート信号を制御し始めたか否かが判別される（ステップ１０８）。
モータコントロール回路８６は、ランモードによる制御を開始するに伴ってＶＣＯ信号を出力し始める。このため、本ステップ１０８では、具体的には、モータコントロール回路８６がＶＣＯ信号を出力し始めたか否かが判断される。
【００４２】
上記ステップ１０８において、モータコントロール回路８６がランモードによる制御を開始したと判断されると、次に、ＶＣＯ信号の周波数が、所定の判定値Ｎｆ以下であるか否かが判別される（ステップ１１０）。
【００４３】
ＶＣＯは、既述した通り、電動機２４の回転速度に応じた周期で変化する信号である。一方、判定値Ｎｆは、電動機２４が過回転していないかを確認するための判定値である。従って、本ステップ１１０において、ＶＣＯの周波数が判定値Ｎｆ以下であると判別された場合は、電動機２４が適正な回転数で回転していると判断することができる。この場合、以後、ランモードによるアシストを許可すべく、インバータ切断トランジスタがＯＦＦとされ、ゲート信号の接地電位への固定が解除される（ステップ１１２）。
【００４４】
一方、上記ステップ１１０において、ＶＣＯ信号の周波数が判定値Ｎｆ以下でないと判別された場合は、その時点で電動機２４が既に過回転していると判断することができる。この場合、以後、電動機２４によるアシストを禁止すべく、インバータ切断トランジスタがＯＮとされ、ゲート信号が接地電位に固定される（ステップ１１４）。
【００４５】
以上説明した通り、図６に示すルーチンによれば、冷間始動時に電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシストが要求された場合には、モータコントロール回路８６の基本制御に従うことにより、適正に吸気温の上昇を図ることができる。そして、電動機２４が既に空転している状況下で電動アシストが要求された場合には、アラインモードおよびランプモードを省略することで、ターボチャージャユニット１６の回転軸２２に歪みを生じさせることなく、また、回転エネルギをロスすることなく、そのアシストを開始することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、トルク変動や異音の発生を伴うことなく、ターボチャージャユニット１６の電動アシストを常に円滑に開始することができる。
【００４６】
ところで、上述した実施の形態１においては、電動機２４がターボチャージャユニット１６をアシストするものに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、空転状態からの駆動を開始する必要のある電動機を制御する装置に対して広く適用することができる。
【００４７】
また、上述した実施の形態１においては、モータコントロール回路８６が、ランモードに先立ってアラインモード、およびランプモードを実行するものに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、空転中の電動機２４の駆動を開始するにあたり、インバータ６０の状態が変化してトルク変化や異音が生ずるのを防ぐことを目的とするものであり、ロータ位置が検出できるまで、インバータ６０を非作動状態に維持できるものであれば良い。
【００４８】
尚、上述した実施の形態１においては、モータコントロール回路８６が、図４（Ｈ）〜図４R>４（Ｊ）に示すサンプリングタイミングでＵ電圧、Ｖ電圧、およびＷ電圧を検出することにより前記第１の発明における「逆起電圧取得手段」が、モータコントロール回路８６が、取得したＵ電圧、Ｖ電圧、およびＷ電圧に基づいてロータ位置を取得することにより前記第１の発明における「ロータ位置取得手段」が、モータコントロール回路８６が、図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）に示すパターンでゲート信号を変化させることにより前記第１の発明における「ロータ駆動手段」が、ターボコントローラ８８が上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「インバータ切断手段」が、それぞれ実現されている。
【００４９】
また、上述した実施の形態１においては、モータコントロール回路８６が、図３に示すアラインモード、或いはランプモードによる制御を行うことにより、前記第３の発明における「アラインモード手段」および「ランプモード手段」が、それぞれ実現されている。
【００５０】
また、上述した実施の形態１においては、ターボコントローラ８８が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第４の発明における「回転判定手段」が、上記ステップ１０２の条件が成立する場合に上記ステップ１０４の処理をジャンプすることにより前記第４の発明における「インバータ切断禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００５１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、電動機の電力駆動が要求された後、ロータ位置が取得されるまでの間は、インバータに内蔵される全てのスイッチング素子をオフ状態とすることができる。そして、インバータを介さずに電動機の各相コイルに生ずる逆起電圧に基づいてロータ位置を取得することができる。このため、本発明によれば、ロータ位置が取得されるまでの間に、各相コイルの状態がインバータの状態に影響されることがなく、電動機の駆動を円滑に開始することができる。
【００５２】
第２の発明によれば、内燃機関のターボチャージャを電動駆動する電動機を円滑に駆動することができる。
【００５３】
第３の発明によれば、電動機の電力駆動が要求された場合には、アラインモードとランプモードが順次実行される。本発明によれば、インバータ内のスイッチング素子をＯＦＦ状態とできるため、これらのモードの実行に関わらず、各相コイルに電流が流通するのを阻止して、電動機の駆動を円滑に開始することができる。
【００５４】
第４の発明によれば、電動機の電力駆動が要求された際に、電動機が回転していない場合には、インバータ内のスイッチング素子が強制的にＯＦＦとされるのを禁止することができる。従って、本発明によれば、電動機が停止状態から始動される際には、インバータの状態に応じた始動挙動を得ることができる。
【００５５】
第５の発明によれば、ロータ駆動手段により電動機が駆動される際には、電動機の各相コイルが順次無通電状態とされる。そして、無通電状態のコイルに生ずる逆起電圧を順次取得することにより、ロータ位置を確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１のシステムが、電動機を駆動するために備えている構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図２に示すモータコントロール回路の基本制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図２に示すモータコントロール回路により実行されるランモードでの制御内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図５（Ａ）は基本制御により電動機が制御されることに伴う課題を説明するためのタイミングチャートである。図５（Ｂ）は上記課題を解決すべく、本発明の実施の形態１のシステムにおいて用いられる制御内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図２に示すターボコントローラが電動機を制御するための実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ ターボチャージャユニット
１８ タービン
２０ コンプレッサ
２２ 回転軸
２４ 電動機
５０ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
５２ コントローラ
５４ バッテリ
６０ インバータ
６２，６４，７０，７２，７８，８０ スイッチング素子
８６ モータコントロール回路
８８ ターボコントローラ
９０ インバータ切り換えトランジスタ
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御装置に係り、特に、同期電動機をセンサレスで駆動するうえで好適な電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、同期電動機をセンサレスで駆動する装置としては、例えば、特開平１１−７５３９４号公報に開示される装置が知られている。インバータを用いて同期電動機を駆動するためには、電動機のロータ位置を検出して、インバータに内蔵される複数のスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを、そのロータ位置に応じて適宜切り換えることが必要である。このため、電動機のロータが空転している状態から、その駆動を開始するにあたっては、先ず、ロータ位置を検知することが必要である。
【０００３】
上記従来の装置は、ロータが空転している状況下で電動機の駆動開始が要求された場合に、インバータに内蔵されるスイッチング素子のうち少なくとも１つをＯＮさせて、電動機のコイルを短絡させる。ロータが空転している状況下で電動機のコイルが短絡されると、そのコイルには、逆起電力に起因する電流が流通する。上記従来の装置は、そのコイル電流に基づいてロータ位置を検知することとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７５３９４号公報
【特許文献２】
特開２００１−６９７８４号公報
【特許文献３】
米国特許第４９２８０４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータの空転時に、インバータ内のスイッチング素子の状態が変化し、その結果電動機のコイルに短絡電流が流通すると、電動機の出力トルクが変化したり、或いは、電動機の周辺において異音が生じたりといった現象が生ずる。このため、上記従来の装置は、空転状態から電動機の駆動を開始する場合に、必ずしもその駆動を円滑に開始できないという特性を有していた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空転状態にある電動機を円滑に駆動し始めることのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、インバータを用いて電動機を駆動する電動機の制御装置であって、
前記インバータを介さずに電動機の各相コイルに生ずる逆起電圧を取得する逆起電圧取得手段と、
前記逆起電圧に基づいて前記電動機のロータ位置を取得するロータ位置取得手段と、
前記インバータが備える複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置に応じて、前記ロータが回転するように制御するロータ駆動手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された後、前記ロータ位置が取得されるまでの間は、前記複数のスイッチング素子の全てをオフ状態とするインバータ切断手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記電動機は、内燃機関のターボチャージャを電動駆動するためのものであることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記電動機の電力駆動が要求された場合に、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置が所定位置にロックされるように制御するアラインモード手段と、
前記ロータが前記所定位置にロックされた後、前記ロータの回転速度が前記ロータ位置の取得が可能な速度に上昇するように、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を制御するランプモード手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転しているか否かを判別する回転判定手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転していないと判別された場合は、前記インバータ切断手段の作動を禁止するインバータ切断禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記ロータ駆動手段は、前記電動機の各相コイルが、順次無通電状態となるように前記複数のスイッチング素子に供給する信号を切り換えると共に、
前記逆起電圧取得手段は、無通電状態のコイルに生ずる逆起電圧を順次取得することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２と排気通路１４の間には、ターボチャージャユニット１６が配置されている。
【００１４】
ターボチャージャユニット１６は、排気通路１４側に位置するタービン１８と、吸気通路１２側に位置するコンプレッサ２０とを備えている。更に、タービン１８とコンプレッサ２０との間には、それらと回転軸２２を共通にする電動機２４が配置されている。ターボチャージャ１６は、排気エネルギによりタービン１８を回転させることにより、或いは、電動機２４により回転軸２２を回転させることにより、コンプレッサ２０を駆動することができる。コンプレッサ２０は、このようにして駆動されることにより、その下流に高い過給圧を発生させることができる。
【００１５】
吸気通路１２には、コンプレッサ２０の上流と下流とを連通するバイパス通路２６が設けられている。バイパス通路２６には、過給圧が過剰になった場合に開弁するバイパス弁２８が設けられている。また、コンプレッサ２０の下流には、インタークーラ３０、およびスロットルバルブ３２が配置されている。スロットルバルブ３２は、アクセル開度などに基づいてスロットルモータ３４により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ３２の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットルポジションセンサ３６、およびアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ３８が配置されている。
【００１６】
排気通路１４には、タービン１８の上流においてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ） 通路４０が連通している。ＥＧＲ通路４０は、排気ガスの一部を吸気系に還流させるための通路であり、ＥＧＲバルブ４２を介して吸気通路１２に連通している。また、排気通路１４には、タービン１８の下流に触媒４４が配置されている。内燃機関１０から排出された排気ガスは、タービン１８を通過した後、触媒４４において浄化された後、大気に放出される。
【００１７】
本実施形態のシステムは、システム全体を制御するためのＥＣＵ５０、電動機２４の状態制御するためのコントローラ５２、およびシステムの作動に必要な電力を供給するバッテリ５４を備えている。本実施形態のシステムは、電動機２４の制御に関する部分に特徴を有しているため、以下、その特徴を説明するうえで必要な範囲で、ＥＣＵ５０やコントローラ５２の内容を説明する。
【００１８】
図２は、本実施形態のシステムが電動機２４を駆動するために備えている構成の内容を説明するためのブロック図である。本実施形態において、電動機２４は、永久磁石式の同期電動機であり、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３つのコイルを有している。
【００１９】
図２に示す構成は、インバータ６０を備えている。インバータ６０の内部には、電動機２４のＵ相コイルに対応するスイッチング素子対６２，６４、および還流ダイオード対６６，６８が設けられている。また、その内部には、Ｖ相コイルに対応するスイッチング素子対７０，７２、および還流ダイオード対７４，７６、並びに、Ｗ相コイルに対応するスイッチング素子対７８，８０、および還流ダイオード対８２，８４が設けられている。
【００２０】
インバータ６０にはバッテリ５４が接続されており、上述した３つのスイッチング素子対、および３つの還流ダイオード対の両側には、電源電圧が印加されている。インバータ６０によれば、内蔵するスイッチング素子を適当にＯＮ・ＯＦＦさせることにより、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに、順次適当な磁界を発生させて電動機２４を適当に同期運転させることができる。
【００２１】
図２に示すシステムは、モータコントロール回路８６を備えている。モータコントロール回路８６は、電動機２４のＵ相コイルの両端に生ずる電圧（以下、「Ｕ電圧」と称す）、Ｖ相コイルの両端に生ずる電圧（以下、「Ｖ電圧」と称す）、およびＷ相コイルの両端に生ずる電圧（以下、「Ｗ相電圧」と称す）を検出する機能を有している。また、モータコントロール回路８６は、Ｕ電圧、Ｖ電圧、Ｗ電圧に基づいて電動機２４のロータ位置を検出し、その検出位置に基づいて、インバータ６０に内蔵される６つのスイッチング素子のそれぞれに適当なゲート信号を供給する機能を有している。更に、モータコントロール回路８６は、電動機２４のロータ位置が検出された後に、電動機２４の回転速度に応じた周期で変動するＶＣＯ信号を発する機能を有している。
【００２２】
図２に示すシステムは、ターボコントローラ８８、およびインバータ切断トランジスタ９０を備えている。ターボコントローラ８８は、内燃機関１０の運転状態に応じて、ターボチャージャユニット１６の状態を適正に制御するためのユニットである。ここでは、具体的には、ターボチャージャユニット１６の電力アシストが必要となった際にモータコントロール回路８６に起動信号を供給したり、モータコントロール回路８６により発せられるＶＣＯ信号を受けてインバータ切断トランジスタ９０の状態を切り換えたりする処理が実行される。
【００２３】
インバータ切断トランジスタ９０は、インバータ６０に内蔵される６つのスイッチング素子にそれぞれ通じる６本のゲート信号線を、一律に接地電位に固定するためのトランジスタである。インバータ６０に内蔵されるスイッチング素子は、何れもゲート電圧が接地電位とされることによりＯＦＦ状態となる素子である。従って、インバータ切断トランジスタ９０によれば、モータコントロール回路８６が如何なるゲート信号を発するかに関わらず、インバータ６０を非作動状態に固定することが可能である。
【００２４】
次に、図３および図４を参照して、モータコントロール回路８６の基本動作をより詳細に説明する。
図３は、モータコントロール回路８６が、その起動の後、基本動作に従って電動機２４を制御した場合に実現されるモータ回転数の上昇傾向を説明するためのタイミングチャートである。図３に示すように、モータコントロール回路８６は、ターボコントローラ８８より起動信号が供給された後、先ず、アラインモードにより電動機２４を制御する。
【００２５】
アラインモードでは、インバータ６０に対して所定のパターンでゲート信号が供給されることにより、電動機２４のロータが決まった位置にロックされる。電動機２４を同期運転させるためには、ロータの位置が既知でなければならない。アラインモードによれば、電動機２４の始動直後に常にロータ位置を決まった位置にロックすることができるため、その後、その位置を起点として電動機２４の同期運転を開始することが可能となる。
【００２６】
アラインモードによる制御が終了すると、次に、モータコントロール回路８６は、ランプモードにより電動機２４を制御する。ランプモードは、同期ずれが生ずることのない加速度で電動機２４の回転速度を上昇させるモードである。この段階では、ロータの回転速度が十分でないため、電動機２４の各相コイルにロータ位置を検知するに足る逆起電圧は発生していない。従って、ランプモードでは、ロータ位置を見ることなく、同期ずれが発生していないものとしてゲート信号の切り換え周波数が徐々に高周波化される。
【００２７】
ランプモードは、電動機２４の回転数が、各相コイルに十分な逆起電圧が生ずる回転数に上昇するまで継続される。そして、各相コイルに十分な逆起電圧が生ずる状態になると、モータコントロール回路８６は、ランモードによる電動機制御を開始する。ランモードでは、電動機２４の各相コイルに発生する逆起電圧が検出され、その逆起電圧に基づいてロータ位置が検知される。そして、検知されたロータ位置に基づいて、同期ずれの生じない最大の加速度で電動機２４の回転速度が目標回転数まで加速される。以後、ランモードでは、ロータ位置を検知しつつ、電動機２４の回転数を目標回転数に一致させるべくインバータ６０に対するゲート信号の切り換え周期が制御される。
【００２８】
図４は、ランモードにおいて、モータコントロール回路８６からインバータ６０に供給されるゲート信号の波形と、各相コイルの逆起電圧がサンプリングされるタイミングとを説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図４（Ａ）は、モータコントロール回路８６により生成されるＶＣＯ信号の波形である。図４に示す♯１〜♯６の領域は、それぞれ６０度のロータ回転角に対応している。従って、ＶＣＯ信号は、ロータが６０度回転する毎に一周期の変化を示す信号である。
【００２９】
図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）は、インバータ６０に内蔵される６つのスイッチング素子に対して供給されるゲート信号波形を示す。尚、これらの図に示すＵ１、Ｖ１、Ｗ１は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電源電位側のスイッチング素子６２，７０，７８を意味しており、一方、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の接地電位側のスイッチング素子６４，７２，８０を意味している。これらの図に示すように、本実施形態では、電動機２４の各相コイルに対応するスイッチング素子が、１サイクルの過程で１２０度相当期間だけＯＮ状態とされるいわゆる１２０度通電の駆動方式が用いられている。このため、本実施形態のシステムでは、１サイクルの過程中に、各相コイルに対応する２つのスイッチング素子が何れもＯＦＦ状態となる期間が各相毎に６０度づつ確保されている。
【００３０】
図４（Ｈ）〜図４（Ｊ）は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相につき、コイルに発生する逆起電圧をサンプリングするタイミングを示す。各相コイルには、そのコイルに対応して設けられている２つのスイッチング素子が何れもＯＦＦ状態となる６０度の期間中、つまり、そのコイルが無通電の状態となる６０度の期間中、逆起電圧が発生する。このため、モータコントロール回路８６は、Ｕ相に対応するスイッチング素子対６２，６４が共にＯＦＦとなる期間（図４における♯３，♯６期間）をＵ相のサンプリング期間とする。同様に、Ｖ相に対応するスイッチング素子対７０，７２が共にＯＦＦとなる期間（図４における♯２，♯５期間）をＶ相のサンプリング期間とし、更に、Ｗ相に対応するスイッチング素子対７８，８０が共にＯＦＦとなる期間（図４における♯１，♯４期間）をＷ相のサンプリング期間とする。
【００３１】
以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、電動機２４の駆動方式として１２０度通電の方式を用い、かつ、各相コイルが無通電状態となる６０度の期間中にそのコイルの逆起電力をサンプリングすることとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、ランモードの実行中に、各相コイルの逆起電力を検出し、その逆起電圧に基づいてロータ位置を検出し、更に、そのロータ位置に基づいて電動機２４を同期駆動することが可能である。
【００３２】
ところで、本実施形態のシステムでは、電動機２４は、ターボチャージャユニット１６のタービン１８およびコンプレッサ２０と回転軸２２を共通にしている。タービン１８は、内燃機関１０のアイドル運転中でもある程度の速度で回転している。従って、電動機２４は、電気的に駆動されていなくても、内燃機関１０の運転中はある程度の速度で空転している。
【００３３】
図５（Ａ）は、電動機２４が空転している状態から、モータコントロール回路８６の基本制御によりその制御が開始された場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。モータコントロール回路８６は、既述した通り、ターボコントローラ８８から起動の指令を受けると、先ずロータをロックするアラインモードを実行し、その後ランプモードを経てランモードに以降する。従って、モータコントロール回路８６に起動指令が発せられる以前に電動機２４が空転していた場合には、図５（Ａ）に示すように、アラインモードの開始と共にモータ回転数に急激な低下が生ずる。上述したモータ回転数の急激な低下は、回転軸２２に歪みを生じさせる原因となり、また、タービン１８の回転エネルギをロスする要因ともなる。従って、このような回転数の急低下は避けることが望ましい。
【００３４】
図５（Ｂ）は、上記の要求に応えるべく、本実施形態のシステムにおいて実現される動作を説明するためのタイミングチャートである。この図に示すように、本実施形態のシステムでは、電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシスト開始が要求された時点で、電動機２４が既に空転している場合には、より厳密には、各相コイルに検出可能な逆起電圧が生ずる程度の速度で電動機２４が既に空転している場合には、アラインモードおよびランプモードが省略され、空転状態から直接的にランモードへの以降が図られる。
【００３５】
すなわち、本実施形態のシステムは、既述した通りインバータ切断トランジスタ９０を備えている。ターボコントローラ８８は、電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシスト開始が要求された場合に、先ず、インバータ切断トランジスタ６０をＯＮ状態とし、その後モータコントロール回路８６に起動指令を発する。インバータ切断トランジスタ９０がＯＮ状態であると、インバータ６０に通じる６本のゲート信号線は一律に接地電位に固定され、その結果、アラインモードおよびランプモードが省略される。ターボコントローラ８８は、モータコントロール回路８６がランモードによる制御を開始すると、つまり、モータコントロール回路８６がＶＣＯ信号を出力し始めると、インバータ切断トランジスタ９０をＯＦＦとする。インバータ切断トランジスタ９０がＯＦＦとされると、以後、インバータ６０内のスイッチング素子はモータコントロール回路８６から発せられるゲート信号に従って制御されることとなり、その結果、ランモードによる電動機２４の制御が実現される。
【００３６】
以下、図６を参照して、上記の機能を実現すべくターボコントローラ８８が実行する具体的処理の内容について説明する。
図６は、本実施形態において、ターボコントローラ８８が、電動機２４の状態を制御すべく実行する制御ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、先ず、電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシストが要求されたか否かが判別される（ステップ１００）。
【００３７】
その結果、電動機２４によるアシストが要求されていないと判別された場合は、電動機２４を駆動する必要がないため、以後何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、上記ステップ１００において、電動機２４によるアシストが要求されていると判別された場合は、次に、今回の処理サイクルが、内燃機関１０の始動時に行われているものであるか否か、より具体的には、現時点で電動機２４の回転数が所定の判定値を超えているか否かが判別される（ステップ１０２）。
【００３８】
本実施形態において、ターボコントローラ８８は、内燃機関１０の運転中に、過給の応答性を高める目的で電動機２４によるアシストを要求する他、内燃機関１０の冷間始動時に、吸気温を高める目的でも電動機２４によるアシストを要求する。上記ステップ１０２において、内燃機関１０の始動時である（回転数が判定値以下）との判別がなされた場合は、電動機２４によるアシストが、後者の目的で求められていると判断することができる。そして、その場合は、駆動の開始に先立って電動機２４が空転していないことから、モータコントロール回路８６の基本制御に従って、アラインモード、ランプモードを経て電動機２４の回転数を高めれば良いと判断できる。以上の判断により、上記ステップ１０２において内燃機関１０の始動時であるとの判断がなされた場合は、以後、速やかに後述するステップ１０６以降の処理が実行される。
【００３９】
一方、上記ステップ１０２において、内燃機関１０の始動時ではないとの判断がなされた場合は、電動機２４が既にある程度の速度で空転している状況下で、過給圧を高める目的でターボチャージャユニット１６のアシストが要求されていると判断することができる。この場合、ゲート信号を接地電位（スイッチング素子をＯＦＦとする電位）に固定すべく、インバータ切断トランジスタ９０がＯＮ状態とされる（ステップ１０４）。
【００４０】
図６に示すルーチンでは、次に、モータコントロール回路８６を起動する処理が実行される（ステップ１０６）。
モータコントロール回路８６は、上記の処理により起動されると、その後、アラインモード、ランプモード、およびランモードによる制御を実現すべく、ゲート信号線に対して所定のゲート信号を供給する。その結果、冷間始動時には、図３に示す波形で電動機２４の回転数上昇が図られる。一方、電動機２４が既に空転している場合には、図５（Ｂ）に示すように、ランモードが開始されるまで、電動機２４の回転数は空転時の回転数のまま維持される。
【００４１】
図６に示すルーチンでは、次に、モータコントロール回路８６がランモードによる制御を開始したか、つまり、電動機２４の各相コイルに生ずる逆起電圧に基づいてロータ位置を検知し、そのロータ位置に基づいてゲート信号を制御し始めたか否かが判別される（ステップ１０８）。
モータコントロール回路８６は、ランモードによる制御を開始するに伴ってＶＣＯ信号を出力し始める。このため、本ステップ１０８では、具体的には、モータコントロール回路８６がＶＣＯ信号を出力し始めたか否かが判断される。
【００４２】
上記ステップ１０８において、モータコントロール回路８６がランモードによる制御を開始したと判断されると、次に、ＶＣＯ信号の周波数が、所定の判定値Ｎｆ以下であるか否かが判別される（ステップ１１０）。
【００４３】
ＶＣＯは、既述した通り、電動機２４の回転速度に応じた周期で変化する信号である。一方、判定値Ｎｆは、電動機２４が過回転していないかを確認するための判定値である。従って、本ステップ１１０において、ＶＣＯの周波数が判定値Ｎｆ以下であると判別された場合は、電動機２４が適正な回転数で回転していると判断することができる。この場合、以後、ランモードによるアシストを許可すべく、インバータ切断トランジスタがＯＦＦとされ、ゲート信号の接地電位への固定が解除される（ステップ１１２）。
【００４４】
一方、上記ステップ１１０において、ＶＣＯ信号の周波数が判定値Ｎｆ以下でないと判別された場合は、その時点で電動機２４が既に過回転していると判断することができる。この場合、以後、電動機２４によるアシストを禁止すべく、インバータ切断トランジスタがＯＮとされ、ゲート信号が接地電位に固定される（ステップ１１４）。
【００４５】
以上説明した通り、図６に示すルーチンによれば、冷間始動時に電動機２４によるターボチャージャユニット１６のアシストが要求された場合には、モータコントロール回路８６の基本制御に従うことにより、適正に吸気温の上昇を図ることができる。そして、電動機２４が既に空転している状況下で電動アシストが要求された場合には、アラインモードおよびランプモードを省略することで、ターボチャージャユニット１６の回転軸２２に歪みを生じさせることなく、また、回転エネルギをロスすることなく、そのアシストを開始することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、トルク変動や異音の発生を伴うことなく、ターボチャージャユニット１６の電動アシストを常に円滑に開始することができる。
【００４６】
ところで、上述した実施の形態１においては、電動機２４がターボチャージャユニット１６をアシストするものに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、空転状態からの駆動を開始する必要のある電動機を制御する装置に対して広く適用することができる。
【００４７】
また、上述した実施の形態１においては、モータコントロール回路８６が、ランモードに先立ってアラインモード、およびランプモードを実行するものに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、空転中の電動機２４の駆動を開始するにあたり、インバータ６０の状態が変化してトルク変化や異音が生ずるのを防ぐことを目的とするものであり、ロータ位置が検出できるまで、インバータ６０を非作動状態に維持できるものであれば良い。
【００４８】
尚、上述した実施の形態１においては、モータコントロール回路８６が、図４（Ｈ）〜図４R>４（Ｊ）に示すサンプリングタイミングでＵ電圧、Ｖ電圧、およびＷ電圧を検出することにより前記第１の発明における「逆起電圧取得手段」が、モータコントロール回路８６が、取得したＵ電圧、Ｖ電圧、およびＷ電圧に基づいてロータ位置を取得することにより前記第１の発明における「ロータ位置取得手段」が、モータコントロール回路８６が、図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）に示すパターンでゲート信号を変化させることにより前記第１の発明における「ロータ駆動手段」が、ターボコントローラ８８が上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「インバータ切断手段」が、それぞれ実現されている。
【００４９】
また、上述した実施の形態１においては、モータコントロール回路８６が、図３に示すアラインモード、或いはランプモードによる制御を行うことにより、前記第３の発明における「アラインモード手段」および「ランプモード手段」が、それぞれ実現されている。
【００５０】
また、上述した実施の形態１においては、ターボコントローラ８８が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第４の発明における「回転判定手段」が、上記ステップ１０２の条件が成立する場合に上記ステップ１０４の処理をジャンプすることにより前記第４の発明における「インバータ切断禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００５１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、電動機の電力駆動が要求された後、ロータ位置が取得されるまでの間は、インバータに内蔵される全てのスイッチング素子をオフ状態とすることができる。そして、インバータを介さずに電動機の各相コイルに生ずる逆起電圧に基づいてロータ位置を取得することができる。このため、本発明によれば、ロータ位置が取得されるまでの間に、各相コイルの状態がインバータの状態に影響されることがなく、電動機の駆動を円滑に開始することができる。
【００５２】
第２の発明によれば、内燃機関のターボチャージャを電動駆動する電動機を円滑に駆動することができる。
【００５３】
第３の発明によれば、電動機の電力駆動が要求された場合には、アラインモードとランプモードが順次実行される。本発明によれば、インバータ内のスイッチング素子をＯＦＦ状態とできるため、これらのモードの実行に関わらず、各相コイルに電流が流通するのを阻止して、電動機の駆動を円滑に開始することができる。
【００５４】
第４の発明によれば、電動機の電力駆動が要求された際に、電動機が回転していない場合には、インバータ内のスイッチング素子が強制的にＯＦＦとされるのを禁止することができる。従って、本発明によれば、電動機が停止状態から始動される際には、インバータの状態に応じた始動挙動を得ることができる。
【００５５】
第５の発明によれば、ロータ駆動手段により電動機が駆動される際には、電動機の各相コイルが順次無通電状態とされる。そして、無通電状態のコイルに生ずる逆起電圧を順次取得することにより、ロータ位置を確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１のシステムが、電動機を駆動するために備えている構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図２に示すモータコントロール回路の基本制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図２に示すモータコントロール回路により実行されるランモードでの制御内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図５（Ａ）は基本制御により電動機が制御されることに伴う課題を説明するためのタイミングチャートである。図５（Ｂ）は上記課題を解決すべく、本発明の実施の形態１のシステムにおいて用いられる制御内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図２に示すターボコントローラが電動機を制御するための実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ ターボチャージャユニット
１８ タービン
２０ コンプレッサ
２２ 回転軸
２４ 電動機
５０ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
５２ コントローラ
５４ バッテリ
６０ インバータ
６２，６４，７０，７２，７８，８０ スイッチング素子
８６ モータコントロール回路
８８ ターボコントローラ
９０ インバータ切り換えトランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータを用いて電動機を駆動する電動機の制御装置であって、
前記インバータを介さずに電動機の各相コイルに生ずる逆起電圧を取得する逆起電圧取得手段と、
前記逆起電圧に基づいて前記電動機のロータ位置を取得するロータ位置取得手段と、
前記インバータが備える複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置に応じて、前記ロータが回転するように制御するロータ駆動手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された後、前記ロータ位置が取得されるまでの間は、前記複数のスイッチング素子の全てをオフ状態とするインバータ切断手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記電動機は、内燃機関のターボチャージャを電動駆動するためのものであることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電動機の電力駆動が要求された場合に、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置が所定位置にロックされるように制御するアラインモード手段と、
前記ロータが前記所定位置にロックされた後、前記ロータの回転速度が前記ロータ位置の取得が可能な速度に上昇するように、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を制御するランプモード手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転しているか否かを判別する回転判定手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転していないと判別された場合は、前記インバータ切断手段の作動を禁止するインバータ切断禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記ロータ駆動手段は、前記電動機の各相コイルが、順次無通電状態となるように前記複数のスイッチング素子に供給する信号を切り換えると共に、
前記逆起電圧取得手段は、無通電状態のコイルに生ずる逆起電圧を順次取得することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の電動機の制御装置。
【請求項１】
インバータを用いて電動機を駆動する電動機の制御装置であって、
前記インバータを介さずに電動機の各相コイルに生ずる逆起電圧を取得する逆起電圧取得手段と、
前記逆起電圧に基づいて前記電動機のロータ位置を取得するロータ位置取得手段と、
前記インバータが備える複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置に応じて、前記ロータが回転するように制御するロータ駆動手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された後、前記ロータ位置が取得されるまでの間は、前記複数のスイッチング素子の全てをオフ状態とするインバータ切断手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記電動機は、内燃機関のターボチャージャを電動駆動するためのものであることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電動機の電力駆動が要求された場合に、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を、前記ロータ位置が所定位置にロックされるように制御するアラインモード手段と、
前記ロータが前記所定位置にロックされた後、前記ロータの回転速度が前記ロータ位置の取得が可能な速度に上昇するように、前記複数のスイッチング素子に供給する信号を制御するランプモード手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転しているか否かを判別する回転判定手段と、
前記電動機の電力駆動が要求された際に、当該電動機が回転していないと判別された場合は、前記インバータ切断手段の作動を禁止するインバータ切断禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記ロータ駆動手段は、前記電動機の各相コイルが、順次無通電状態となるように前記複数のスイッチング素子に供給する信号を切り換えると共に、
前記逆起電圧取得手段は、無通電状態のコイルに生ずる逆起電圧を順次取得することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の電動機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００４−２２９３８５（Ｐ２００４−２２９３８５Ａ）
【公開日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−１３０６３（Ｐ２００３−１３０６３）
【出願日】平成１５年１月２２日（２００３．１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１月２２日（２００３．１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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