(57)【要約】  本発明の一実施形態に係る始動発電装置は、永久磁石からなる界磁部と、第１多相巻線および第２多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、バッテリに接続される第１正側直流端子と、前記第１多相巻線に接続された複数の第１交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第１電力変換部と、前記第２多相巻線に接続された複数の第２交流端子を有し、前記第２交流端子を介して入出力する電流を制御する第２電力変換部と、前記第２多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを制御する制御部とを備え、前記制御部が、前記第２交流端子を介して入出力する電流をオフした状態で、前記第１多相巻線に前記バッテリの出力電圧を所定時間印加したときに前記第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅に基づき、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する。
2018066065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石からなる界磁部と、第１多相巻線および第２多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、
バッテリに接続される第１正側直流端子と、前記第１多相巻線に接続された複数の第１交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第１電力変換部と、
前記第２多相巻線に接続された複数の第２交流端子を有し、前記第２交流端子を介して入出力する電流を制御する第２電力変換部と、
前記第２多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを制御する制御部と
を備え、
前記制御部が、前記第２交流端子を介して入出力する電流をオフした状態で、前記第１多相巻線に前記バッテリの出力電圧を所定時間印加したときに前記第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅に基づき、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する
始動発電装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記２以上の所定の電圧の時間幅と、電圧依存性が異なる複数の判定値とを比較することで、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する
請求項１に記載の始動発電装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記２以上の所定の電圧の時間幅と、前記２以上の所定の電圧の時間幅の差分値と、電圧依存性が異なる複数の判定値とを比較することで、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する
請求項１に記載の始動発電装置。
【請求項４】
前記制御部が、所定の領域毎に前記位置関係を検知するものであり、前記各領域の境界上において前記界磁部が形成する磁束ベクトルと前記多相巻線に流れる電流ベクトルとの位相差が１２０°となることができるように前記各領域が設定されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の始動発電装置。
【請求項５】
前記制御部が、前記始動発電機の回転始動時の前記電機子部への通電パターンの切り替え位置をまたぐ複数の領域を判別することで前記位置関係を検知する
請求項１に記載の始動発電装置。
【請求項６】
前記所定の電圧は、前記２以上の巻線に発生した電圧が所定のしきい値を超える電圧であり、
前記しきい値が前記バッテリの出力電圧に基づき設定される
請求項１から５のいずれか１項に記載の始動発電装置。
【請求項７】
永久磁石からなる界磁部と、第１多相巻線および第２多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、
バッテリに接続される第１正側直流端子と、前記第１多相巻線に接続された複数の第１交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第１電力変換部と、
前記第２多相巻線に接続された複数の第２交流端子を有し、前記第２交流端子を介して入出力する電流を制御する第２電力変換部と、
前記第２多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを制御する制御部と
を用い、
前記制御部が、前記第２交流端子を介して入出力する電流をオフした状態で、前記第１多相巻線に前記バッテリの出力電圧を所定時間印加したときに前記第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅に基づき、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する
始動発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動発電装置および始動発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両、特に小型二輪車などにおいては、エンジン始動時にスタータモータとして働くと共にエンジン始動後は発電機として働くＡＣＧ（ＡＣジェネレータ）スタータモータが用いられている。このＡＣＧスタータモータでは、三相ＤＣブラシレスモータが用いられている（特許文献１）。この三相ＤＣブラシレスモータのエンジン始動時および発電時におけるロータの位置検出では、三相巻線の各相の巻線の各々に対応してホールセンサを設け、このホールセンサを用いてロータの位置検出を行っていた。【０００３】
一方、ホールセンサを使用せずにロータの位置を検知する技術が開発されてきた（特許文献２）。特許文献２に記載されている制御装置では、ブラシレスモータが停止している場合、３相巻線のうちの２巻線に複数パターンの直流電圧を短時間印加して、ロータ位置に応じて変化する電流の立ち上がり特性を計測することでロータの停止位置を検知していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００３−８３２０９号公報
【特許文献２】日本国特許第４８０１７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されている制御装置には、巻線に流れる電流を検出するための回路が必要である。電流検出回路は、一般に電圧検出回路に比べ、構成が複雑であったり、損失が大きくなってしまったりするという傾向がある。そのため、特許文献２に記載されている制御装置には、小型化が難しかったり、低価格化が難しかったりするという課題があった。【０００６】
本発明は、上記の課題を解決することができる始動発電装置および始動発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の始動発電装置の一態様は、永久磁石からなる界磁部と、第１多相巻線および第２多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、バッテリに接続される第１正側直流端子と、前記第１多相巻線に接続された複数の第１交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第１電力変換部と、前記第２多相巻線に接続された複数の第２交流端子を有し、前記第２交流端子を介して入出力する電流を制御する第２電力変換部と、前記第２多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを制御する制御部とを備え、前記制御部が、前記第２交流端子を介して入出力する電流をオフした状態で、前記第１多相巻線に前記バッテリの出力電圧を所定時間印加したときに前記第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅に基づき、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する。【０００８】
また、本発明の一態様は、上記の始動発電装置において、前記制御部が、前記２以上の所定の電圧の時間幅と、電圧依存性が異なる複数の判定値とを比較することで、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する。【０００９】
また、本発明の一態様は、上記の始動発電装置において、前記制御部が、前記２以上の所定の電圧の時間幅と、前記２以上の所定の電圧の時間幅の差分値と、電圧依存性が異なる複数の判定値とを比較することで、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する。【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の始動発電装置において、前記制御部が、所定の領域毎に前記位置関係を検知するものであり、前記各領域の境界上において前記界磁部が形成する磁束ベクトルと前記多相巻線に流れる電流ベクトルとの位相差が１２０°となることができるように前記各領域が設定されている。【００１１】
また、本発明の一態様は、上記の始動発電装置において、前記制御部が、前記始動発電機の回転始動時の前記電機子部への通電パターンの切り替え位置をまたぐ複数の領域を判別することで前記位置関係を検知する。【００１２】
また、本発明の一態様は、上記の始動発電装置において、前記所定の電圧は、前記２以上の巻線に発生した電圧が所定のしきい値を超える電圧であり、前記しきい値が前記バッテリの出力電圧に基づき設定される。【００１３】
また、本発明の始動発電方法の一態様は、永久磁石からなる界磁部と、第１多相巻線および第２多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、バッテリに接続される第１正側直流端子と、前記第１多相巻線に接続された複数の第１交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第１電力変換部と、前記第２多相巻線に接続された複数の第２交流端子を有し、前記第２交流端子を介して入出力する電流を制御する第２電力変換部と、前記第２多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを制御する制御部とを用い、前記制御部が、前記第２交流端子を介して入出力する電流をオフした状態で、前記第１多相巻線に前記バッテリの出力電圧を所定時間印加したときに前記第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅に基づき、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１多相巻線にバッテリの出力電圧を所定時間印加したときに第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅を検出することで、ロータの停止位置を判定することができる。これによれば電流検出を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成例を示したブロック図である。
【図２】図１に示した始動発電機１の構成例を模式的に示した図である。
【図３】図２示した巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２を示す結線図である。
【図４】図１に示した第１電力変換部６１、第２電力変換部６２および制御部７の内部構成を説明するための回路図である。
【図５】図１に示した始動発電制御装置１００のスタータモータ始動制御の一例を示したフローチャートである。
【図６】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための等価回路図である。
【図７】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）で判別されるステージとロータ角度の対応関係を示す図である。
【図８】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための模式図である。
【図９】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１０】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１１】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための模式図である。
【図１２】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１３】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１４】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための模式図である。
【図１５】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１６】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１７】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための模式図である。
【図１８】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図１９】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための模式図である。
【図２０】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するための波形図である。
【図２１】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのシミュレーション回路を示す回路図である。
【図２２】図２１に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのシミュレーション回路を用いた計算結果を示す波形図である。
【図２３】図２１に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのシミュレーション回路を用いた計算結果を示す波形図である。
【図２４】図２１に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのシミュレーション回路を用いた計算結果を示す波形図である。
【図２５】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのタイミングチャートである。
【図２６】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのロータ角度とパルス幅の対応関係を示す特性図である。
【図２７】図２６に示した特性図の近似曲線を示す図である。
【図２８】図２７に示した閾値の電圧特性を示す図である。
【図２９】図２７に示した近似曲線に対応するステージ判別条件を示す図である。
【図３０】図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのフローチャートである。
【図３１】図５に示した処理（Ｓ１５）を説明するための波形図である。
【図３２】図１に示した始動発電制御装置１００の発電制御の一例を示したフローチャートである。
【図３３】図３２に示した処理（Ｓ２２）を説明するための波形図である。
【図３４】本発明の第２の実施形態を説明するための模式図である。
【図３５】本発明の第２の実施形態を説明するための波形図である。
【図３６】本発明の第２の実施形態を説明するための特性図である。
【図３７】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３８】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３９】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図４０】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図４１】本発明の第２の実施形態を説明するための特性図である。
【図４２】図４に示した回路の一部を示す図である。
【図４３】図１に示した始動発電機１の回転始動時の通電パターンの一例を示す図である。
【図４４】図４３に示した通電パターンとロータ角度との対応関係を示す図である。
【図４５】図１に示した始動発電機１の回転始動時の他の通電パターンを示す図である。
【図４６】図４５に示した通電パターンとロータ角度との対応関係を示す図である。
【図４７】図４３に示した通電パターンと図４５に示した通電パターンを比較する際に用いる波形図である。
【図４８】図４３に示した通電パターンと図４５に示した通電パターンを比較する際に用いる波形図である。
【図４９】図４３に示した通電パターンと図４５に示した通電パターンを比較する際に用いる波形図である。
【図５０】本発明の第３の実施形態に係る図５に示したステージ判別処理（Ｓ１２）を説明するためのフローチャートである。
【図５１】図５０に示したステージ判別処理の動作例を説明するためのロータ角度とパルス幅の対応関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明第１の実施形態について説明する。なお、各図において同一または対応する構成には同一の参照符号を用いている。図１は、本発明の第１の実施形態の始動発電制御装置１００の構成例を示したブロック図である。図１に示した始動発電制御装置１００は、始動発電機（ＡＣＧスタータモータ）１と、第１電力変換部６１と、第２電力変換部６２と、制御部７とを備える。始動発電機１は、クランクシャフト３に直結されていて、エンジン２の回転に同期して回転する。第１電力変換部６１、第２電力変換部６２および制御部７は、バッテリ９の正極が接続されるとともに、接地されている。バッテリ９は、負極が接地された２次電池である。また、スタータスイッチ８の一端がバッテリ９の正極に接続され、スタータスイッチ８の他端が制御部７に接続されている。スタータスイッチ８は、ユーザがエンジン２を始動する際に操作するスイッチである。また、制御部７には、エンジン水温計５の出力が接続されている。
【００１７】
始動発電機１は、第１電力変換部６１および第２電力変換部６２の制御によって、スタータモータとして動作したり、発電機として動作したりする。始動発電機１は、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２と図２に示す界磁部１５とを備える。巻線部ＡＣＧ１はスター結線された３相巻線（多相巻線）を構成する巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１を備える。巻線部ＡＣＧ２はスター結線された３相巻線を構成する巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２を備える。中性点Ｎ１は巻線部ＡＣＧ１を構成するスター結線の中性点である。中性点Ｎ２は巻線部ＡＣＧ２を構成するスター結線の中性点である。巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１と、巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２とは、図示してない同一の電機子鉄心に巻かれていて、電気的に絶縁されている１組の電機子巻線である。なお、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２と図示してない電機子鉄心とは電機子部を構成する。なお、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２とはスター結線に限らず、デルタ結線で構成されていてもよい。
【００１８】
図２は、図１に示す始動発電機１における界磁部１５と、電機子鉄心１６と巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２とからなる電機子部１６１との構成例を軸方向から見て模式的に示した図である。図２に示した構成例では、始動発電機１は、界磁部１５を複数組のＮ極の永久磁石１５ＮおよびＳ極の永久磁石１５Ｓから構成したアウターロータ型のブラシレスモータである。この場合、巻線部ＡＣＧ１を構成する巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は、それぞれ、電機子鉄心１６に対して１２０度おきに配設された巻線Ｕ１−１〜Ｕ１−３、巻線Ｖ１−１〜Ｖ１−３および巻線Ｗ１−１〜Ｗ１−３から構成されている。巻線部ＡＣＧ２を構成する巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２は、それぞれ、電機子鉄心１６に対して１２０度おきに配設された巻線Ｕ２−１〜Ｕ２−３、巻線Ｖ２−１〜Ｖ２−３および巻線Ｗ２−１〜Ｗ２−３から構成されている。図２に示した構成例では、界磁部１５の極数が１２である。界磁部１５は、各極が交互に配設されたＮ極の永久磁石１５Ｎ−１、３、５、７、９および１１と、Ｓ極の永久磁石１５Ｓ−２、４、６、８、１０および１２とから構成されている（なお以下では永久磁石を単に磁石ともいう）。電機子鉄心１６のスロット数は１８であり、各スロットには、巻線Ｕ１−１〜Ｕ１−３、巻線Ｖ１−１〜Ｖ１−３または巻線Ｗ１−１〜Ｗ１−３のうちの１つと、巻線Ｕ２−１〜Ｕ２−３、巻線Ｖ２−１〜Ｖ２−３または巻線Ｗ２−１〜Ｗ２−３のうちの１つとが交互に巻回されている。図３に示すように、巻線Ｕ１−１〜Ｕ１−３、巻線Ｖ１−１〜Ｖ１−３および巻線Ｗ１−１〜Ｗ１−３は、それぞれ直列接続されていて、巻線Ｕ１−３、巻線Ｖ１−３および巻線Ｗ１−３の各一端が中性点Ｎ１で互いに接続されている。同様に、巻線Ｕ２−１〜Ｕ２−３、巻線Ｖ２−１〜Ｖ２−３および巻線Ｗ２−１〜Ｗ２−３は、それぞれ直列接続されていて、巻線Ｕ２−３、巻線Ｖ２−３および巻線Ｗ２−３の各一端が中性点Ｎ２で互いに接続されている。
【００１９】
なお、以下の説明において、回路の接続先として巻線Ｕ１または巻線Ｕ２という呼称を用いた場合、中性点Ｎ１または中性点Ｎ２とは逆の端子である巻線Ｕ１の入出力端子または巻線Ｕ２の入出力端子を指し示す。巻線Ｖ１、巻線Ｗ１、巻線Ｖ２、および巻線Ｗ２についても同様とする。また、巻線Ｕ１、巻線Ｕ２、巻線Ｖ１、巻線Ｗ１、巻線Ｖ２、巻線Ｗ２、中性点Ｎ１および中性点Ｎ２を、単に符号Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｗ２、Ｎ１およびＮ２で表す場合もある。
【００２０】
なお、図１において、エンジン２は例えば小型二輪車に搭載された発動機である。クランクシャフト３は、エンジン２の構成部品であり、エンジン２が備える図示していないピストンの往復運動を回転運動に変換する軸である。エンジン水温計５は、エンジン２の冷却水の温度を検知するセンサである。
【００２１】
次に、図４を参照して、図１に示した第１電力変換部６１、第２電力変換部６２および制御部７の内部構成の一例について説明する。図４に示したように、第１電力変換部６１は、６個のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、以下、ＭＯＳＦＥＴと記す（スイッチ素子））（Ｑ１）〜（Ｑ６）を備え、３相ブリッジ直交変換回路（多相ブリッジ回路）を構成する。第１電力変換部６１は、直流入出力線の正側（ハイサイド）直流端子６１４（第１正側直流端子）をバッテリ９の正極に、負側（ローサイド）直流端子６１５をバッテリ９の負極に接続している。第１電力変換部６１は、バッテリ９と巻線部ＡＣＧ１との間、またはバッテリ９と巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２との間で、交流および直流間の双方向の電力変換を行う。また、第１電力変換部６１の各交流端子（第１交流端子）６１１、６１２および６１３には、巻線部ＡＣＧ１の各巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１が接続されている。
【００２２】
第２電力変換部６２は、３個の交流端子（第２交流端子）６２１、６２２および６２３と、３個のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）とを備える。交流端子６２１は、巻線部ＡＣＧ２の巻線Ｕ２とＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）のドレインとに接続されている。交流端子６２２は、巻線部ＡＣＧ２の巻線Ｖ２とＭＯＳＦＥＴ（Ｑ８）のドレインとに接続されている。交流端子６２３は、巻線部ＡＣＧ２の巻線Ｗ２とＭＯＳＦＥＴ（Ｑ９）のドレインとに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）のソースは、第１電力変換部６１の交流端子６１１に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ８）のソースは、第１電力変換部６１の交流端子６１２に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ９）のソースは、第１電力変換部６１の交流端子６１３に接続されている。第２電力変換部６２は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）をオンまたはオフすることで、交流端子６２１、６２２および６２３を介して入出力する電流を制御する。この場合、第２電力変換部６２は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）をオンまたはオフすることで、巻線部ＡＣＧ２の各巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２をそれぞれ第１電力変換部６１の各交流端子６１１、６１２および６１３に接続したり、分離したりする。
【００２３】
また、この場合、３個のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）は、巻線部ＡＣＧ１の各巻線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１が接続されている第１電力変換部６１の各交流端子６１１、６１２および６１３と、巻線部ＡＣＧ２の各巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２との間に介挿されている。そして、３個のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）は、巻線部ＡＣＧ２の各巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２を、オンすることで各交流端子６１１、６１２および６１３に対して接続したり、オフすることで各交流端子６１１、６１２および６１３から分離したりする。
【００２４】
また、各ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）は、ドレイン・ソース間に寄生ダイオードＤ７、Ｄ８およびＤ９が形成されている（なお、他のＭＯＳＦＥＴについては寄生ダイオードは不図示）。寄生ダイオードＤ７、Ｄ８およびＤ９の向きは、各交流端子６１１、６１２および６１３に対して同一であり、この場合、アノードが各交流端子６１１、６１２および６１３に接続されている。また、カソードは、巻線部ＡＣＧ２の各巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２に接続されている。このように寄生ダイオードＤ７、Ｄ８およびＤ９の向きをそろえることで、各ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）をオフした場合に、モータ動作における第１電力変換部６１を介したバッテリ９から巻線部ＡＣＧ２への電流の流れ込みおよび発電動作における第１電力変換部６１を介した巻線部ＡＣＧ２からバッテリ９への電流の流れ出しを遮断することができる。なお、寄生ダイオードＤ７、Ｄ８およびＤ９の向き（すなわちＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）、（Ｑ８）および（Ｑ９）のドレインおよびソースの向き）は、図示したものと逆向きであってもよい。
【００２５】
制御部７は、ＭＯＳＦＥＴゲートドライブ回路７１と、ＣＰＵ（中央処理装置）７２と、検出・判定回路部７３と、抵抗７６−１〜７６−４とを備える。なお、制御部７は、他に、センサやアクチュエータ等との間の入出力を接続することで、エンジン２の点火制御等を行うこともできる。検出・判定回路部７３は、ゼロクロス検出回路７４と、ロータ位置判定回路７５とを備える。
【００２６】
抵抗７６−１は一端を巻線Ｕ２に接続し、他端を接地する。抵抗７６−２は一端を巻線Ｖ２に接続し、他端を接地する。抵抗７６−３は一端を巻線Ｗ２に接続し、他端を接地する。そして、抵抗７６−４は一端を中性点Ｎ２に接続し、他端を接地する。抵抗７６−１〜７６−４の端子電圧が、検出・判定回路部７３へ入力される。
【００２７】
ゼロクロス検出回路７４は、巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２で発生した誘起電圧のゼロクロス点を検出する。ゼロクロス検出回路７４は、ゼロクロス点を検出した場合に、ロータ位置が予め定めたどのステージにあるのかを示す信号であるステージ信号を生成してＣＰＵ７２に対して出力する。
【００２８】
ロータ位置判定回路７５は、始動発電機１の停止時に、次のようにしてロータの位置が予め定めたどのステージにあるのかを判定し、判定結果をＣＰＵ７２へ出力する。ここで、始動発電機１の停止時とは、エンジン２の停止時を意味する。また、ロータの位置とは、界磁部１５と、巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ１との間の相対的な位置関係を意味する。ロータ位置判定回路７５によるステージの判定は、第２電力変換部６２によって、巻線部ＡＣＧ２を電気的に開放した状態で行われる。ロータ位置判定回路７５は、第１電力変換部６１を使って巻線部ＡＣＧ１に予め決められたモータが動かない程度の短パルスを通電した場合に、もう一方の巻線部ＡＣＧ２に誘起される電圧情報（パルス幅）をもって、ロータステージを判定する。
【００２９】
ＣＰＵ７２は、ゼロクロス検出回路７４の出力、ロータ位置判定回路７５の出力等に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）〜（Ｑ９）をオンまたはオフするための制御信号を生成してＭＯＳＦＥＴゲートドライブ回路７１へ出力する。
【００３０】
ＭＯＳＦＥＴゲートドライブ回路７１は、ＣＰＵ７２から入力した制御信号に応じて、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）〜（Ｑ９）の各ゲート信号を生成し、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）〜（Ｑ９）の各ゲートに供給する。
【００３１】
次に、図５〜図３３を参照して、図１〜図４を参照して説明した始動発電制御装置１００の動作例について説明する。まず、図５〜図３１を参照して、始動発電機１をエンジン２の始動を行うスタータモータとして動作させる場合について説明する。次に、図３２および図３３を参照して、始動発電機１を発電機として動作させる場合について説明する。
【００３２】
図５は、図１に示した始動発電制御装置１００におけるスタータモータ始動制御の一例を示したフローチャートである。エンジン２が停止している状態で図示していないイグニションスイッチがユーザによってオンされた場合、制御部７に対してバッテリ９から電力が供給され、ＣＰＵ７２が所定の初期処理を行った後、図５に示した処理を開始する。まず、ＣＰＵ７２は、スタータスイッチ８がオンされるまで待機する（ステップＳ１１でＮＯの繰り返し）。ユーザがスタータスイッチ８をオンすると、ＣＰＵ７２はステージ判別処理を実行する（ステップＳ１１でＹＥＳからステップＳ１２）。
【００３３】
ステップＳ１２において、ＣＰＵ７２は、まず、第２電力変換部６２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）〜（Ｑ９）をオフし、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２とを電気的に分離する。次に、ＣＰＵ７２は、第１電力変換部６１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）〜（Ｑ６）をオンまたはオフに制御することで、巻線部ＡＣＧ１に予め決められたモータが動かない程度の短パルスを通電する。一方、ロータ位置判定回路７５は、巻線部ＡＣＧ２に誘起される電圧を取り込み、ロータステージを判定する。
【００３４】
ここで、図６を参照して、図５のステップＳ１２においてセンサレスでロータ位置を判別する処理の基本原理について説明する。図６は、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＧＣ２におけるＵ相およびＷ相についての等価回路である。ここでは、巻線部ＡＣＧ１が有する巻線を一次巻線とし、巻線部ＡＣＧ２が有する巻線を二次巻線として説明する。本実施形態では、巻線Ｕ１と巻線Ｗ１とを直列接続した一次巻線に短パルスを通電し（すなわちＵ１とＷ１の線間に電圧を印加し）、二次巻線に発生する電圧（具体的には巻線Ｕ２の相電圧Ｕ２−Ｎ２と巻線Ｗ２の相電圧Ｗ２−Ｎ２）を計測することで、ロータ位置を判別する。この場合、一次巻線と二次巻線は、図６に示すように、磁石を経由した磁気回路を形成しトランスと見なすことが出来る。図６は、巻線Ｕ１を表す巻線２０２と巻線Ｗ１を表す巻線２０３とを一次側巻線とし、巻線Ｗ２を表す巻線２０６と巻線Ｕ２を表す巻線２０７とを二次側巻線とするトランス２００を示す。この場合、一次側巻線は、漏れインダクタンス２０１および２０４を有し、二次側巻線は、漏れインダクタンス２０５および２０８を有する。
【００３５】
一次巻線に通電したときの一次電流Ｉｐは二次巻線の電流が無視できるほど小さいので次式となる。
【００３６】
【数１】
2018066065.tif 000003
【００３７】
ここで、Ｖは一次巻線へのパルス通電電圧、Ｒは一次巻線抵抗、Ｌは一次巻線インダクタンス、τはＬ／Ｒである。一次巻線のＵ１巻線、Ｗ１巻線のターン数をＮｐ、磁路抵抗をＲｍｕ、Ｒｍｗとする。それぞれの巻線から発生する磁束φｐｕ、φｐｗは以下となる。ただしＶｕ、Ｖｗは巻線電圧でありＶｕ／Ｖｗ＝Ｌｕ／Ｌｗの関係がある。時定数をτｕ＝Ｌｕ／Ｒ、τｗ＝Ｌｗ／Ｒとおく。
【００３８】
【数２】
2018066065.tif 000004
【００３９】
一次巻線と二次巻線をトランス回路として漏れ磁束を加味して等価回路で表すと図６のように表現できるが、一次巻線、二次巻線の有効インダクタンスは漏れ磁束により低下する。この漏れ磁束により二次巻線と交鎖する有効磁束φｓは一次、二次巻線の結合係数をＫであらわすと次式となる。
【００４０】
【数３】
2018066065.tif 000005
【００４１】
よって二次巻線に誘導される電圧Ｖｓは二次巻線の巻線数をＮｓとすると次式となる。
【００４２】
【数４】
2018066065.tif 000006
【００４３】
電圧Ｖｓは、
【００４４】
【数５】
2018066065.tif 000007
【００４５】
を最大値とする時間ｔ＝＋０で指数関数的に減衰する電圧となる。
【００４６】
よって二次巻線のそれぞれに誘起される電圧は、Ｕ１巻線とＷ２巻線、Ｗ１巻線とＵ２巻線がそれぞれ磁気結合していることを考慮すると次式で表される。ただしＶｓｕ、Ｖｓｗの式にではＮｐ＝Ｎｓとする。
【００４７】
【数６】
2018066065.tif 000008
【００４８】
【数７】
2018066065.tif 000009
【００４９】
の関係式を上式に代入すると
【００５０】
【数８】
2018066065.tif 000010
【００５１】
となる。
【００５２】
Ｎｐ、Ｎｓ、Ｒ、Ｋはモータの構造によって定まる値であり、二次巻線の誘起電圧は上式から一次巻線の磁気抵抗、インダクタンスにより決定される。すなわち磁石と一次、二次巻線との位置が定まれば、磁石のつくる磁界と巻線が作る磁界が強めあうか弱めあうかによって変化する磁気抵抗（インダクタンス）によって二次巻線の誘起電圧は一意的に定まる。
【００５３】
減衰率はｅｘｐ（−ｔ／τ）、τ＝Ｌ／Ｒ  であることから減衰率を計測する事によってインダクタンスを知ることが出来る。すなわち磁石の位置を特定することが出来る。
【００５４】
いまＶｓに対し適当な閾値をもった電圧判定回路を設け閾値を下回った時の時刻を計測することによって減衰率の大小、すなわちインダクタンスを計測することになる。よって二次巻線のＵ、Ｗ相に誘起される電圧をパルス化しその時間を計測する事によって磁石の位置を検出することが可能となる。
【００５５】
本実施形態では、二重巻線は、ＡＣＧ１（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）ＡＣＧ２（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｎ２）から構成されており、電気的、磁気的に分離されている。図２に示した例では、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２は一つ飛びに巻線（Ｕ１⇒Ｖ２⇒Ｗ１⇒Ｕ２…）されている（ただし、他の巻き方もありうる。）。巻線部ＡＣＧ１に例えばＵ１からＷ１に通電すると隣り合うＷ２、Ｕ２に磁力線の変化を生じそれにともなう誘起電圧が発生する。対向する磁石の極との関係（同極、異極、磁石に対して中央か端によっているか）によって巻線のインダクタンスが変化することで誘起電圧の大きさは変化する。Ｕ１、Ｗ１は直列接続であるから同じ電流で励磁される。発生する磁束は対向する磁石の極性と位置関係のみで決定される。例えば、Ｕ１、Ｗ１が励磁され対向する磁石の極が異極の場合、磁気抵抗が増加しインダクタンスが小さくなる。同極の場合は磁気抵抗が減少し、インダクタンスは大きくなる。
【００５６】
なお、本実施形態では、電気角の１周期３６０度を６０度毎のステージ１〜ステージ６に６分割してロータ位置を判別する。各ステージは、図７に示すようにそれぞれロータ角度（機械角）で１０度毎に対応する。ロータ角度０〜１０度がステージ３、ロータ角度１０〜２０度がステージ２、ロータ角度２０〜３０度がステージ６、ロータ角度３０〜４０度がステージ４、ロータ角度４０〜５０度がステージ５、そして、ロータ角度５０〜６０度がステージ１に対応する。図７に示すパターンを６回繰り返すことでロータ角度３６０度に対応する。
【００５７】
次に、図８を参照して、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ１とステージ３の境界で巻線Ｕ２およびＷ２に発生する誘起電圧について詳細に説明する。図８は、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ１とステージ３の境界（機械角０度）でのロータ位置関係と発生する磁力線を模式的に示す。この場合、Ｕ１、Ｗ２のインダクタンスは、Ｗ１、Ｕ２のインダクタンスとそれぞれ等しい。
【００５８】
なお、図８および後述する図１１および図１４では、巻線部ＡＣＧ１にパルス通電する前の磁力線を白抜きの矢線で示し、通電時の磁力線を黒矢線で示している。また、各図では磁力線の本数の違いを模式的に表すため、１本の磁力線を太線の矢線を用いて示し、０．５本の磁力線を細線の矢線を用いて示している。
【００５９】
図８に示す場合、通電前のＵ１、Ｗ１巻線は対向する磁石に対し同位置にあるため磁石による磁気抵抗、インダクタンスが同等である。巻線を通過する磁力線数は等しくＶ１巻線は磁石の中央に位置するため巻線を貫通する磁力線は存在しない。Ｕ１⇒Ｗ１と通電するとＵ１巻線はＮ極、Ｗ１巻線はＳ極に磁化され、対向する磁石は異極のため磁気抵抗は大きくインダクタンスは小さい。巻線を通過する磁力線は増加するが、磁力線は磁気抵抗によって抑えられる。Ｕ１巻線が作る磁力線はＷ２巻線へ流入し、Ｗ１巻線が作る磁力線はＵ２巻線へ流入する。Ｕ２、Ｗ２に誘起される電圧は磁力線が抑えられるために小さい。Ｕ２巻線は中点Ｎ２から見てプラスＷ２巻線は中点から見てマイナスの大きさが全く同じ電圧が発生する。
【００６０】
図９は、図８に示す位置関係において、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１へ２ｍｓ通電した際に、Ｕ２巻線、Ｖ２巻線およびＷ２巻線で観測された誘起電圧波形を示す。また、図１０は、図８に示す位置関係において観測された、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１への通電パルス、Ｕ２巻線パルス電圧、Ｗ２巻線パルス電圧、およびＶ２巻線パルス電圧を示す。図１０に示すＵ２巻線パルス電圧、Ｗ２巻線パルス電圧、およびＶ２巻線パルス電圧は、図９に示すＵ２巻線誘起電圧、Ｗ２巻線誘起電圧、およびＶ２巻線誘起電圧を、閾値約０．７Ｖで２値化した波形である。図９および図１０に示すように、ステージ１とステージ３の境界（機械角０度）では、Ｕ２巻線パルス電圧のパルス幅と、Ｗ２巻線パルス電圧のパルス幅がほぼ等しい。
【００６１】
次に、図１１を参照して、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ３とステージ２の境界で巻線Ｕ２およびＷ２に発生する誘起電圧について詳細に説明する。図１１は、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ３とステージ２の境界（機械角１０度）でのロータ位置関係と発生する磁力線を模式的に示す。この場合、Ｕ１、Ｗ２のインダクタンスは、Ｗ１、Ｕ２のインダクタンスより大きい。
【００６２】
図１１に示す場合、Ｕ１巻線はＮＳ極の中央に位置しており交差磁束が存在しないため磁気抵抗は小さい。すなわちインダクタンスが大きい。一方Ｗ１巻線は磁石の中央付近に位置しているため、磁石と異極で励磁されると磁気抵抗は大きくなる。すなわちインダクタンスが小さい。Ｕ１⇒Ｗ１と通電するとＵ１巻線はＮ極、Ｗ１巻線はＳ極に磁化される。Ｗ１巻線は対向する磁石は異極のため巻線を通過する磁力線は増加するが磁気抵抗が大きいために磁力線はＵ１巻線による磁束よりも小さくなる。Ｕ１巻線の磁力線はＶ２巻線とＷ２巻線と交鎖しＷ１巻線はＵ２巻線とＶ２巻線と交差する。Ｖ２巻線にはＵ１、Ｗ１巻線による磁力線が干渉しあい一時的に磁気抵抗が小さくなる。このためにＷ２巻線と交差する磁束は誘起電圧は減衰波形とならずＷ１巻線との干渉が終わるまで平坦な波形を継続し、干渉が終わったのち減衰波形となる。Ｗ１の磁力線は磁石のそれと一致しているので磁気抵抗を上げる方だがＵ１は向きが逆なので磁気抵抗を下げる方向となる仮にＵ１がＷ１より勝るとＶ２の磁気抵抗は下がることになり、Ｗ１の磁力線が増加する。Ｗ１が勝ると磁気抵抗は大きくなる。お互いに磁力線が増減するのを妨げることになりＶ２巻線に誘起電圧は発生しない。この作用によりＵ２、Ｗ２磁極を貫通する磁力線が影響を受ける。すなわちＶ２磁極の磁気抵抗をＲｖ２、Ｗ２磁極の磁気抵抗をＲｗ２とし、Ｕ１磁極の起磁力をＨｕ１とすればＵ１磁極からＷ２磁極を貫通する磁力線はＨｕ１×Ｒｖ２（Ｒｖ２＋Ｒｗ２）となる。この式の意味する所は磁気回路的にＵ１磁極とＶ２、Ｗ２磁極は並列回路で表され、Ｗ２巻線の磁力線はＶ２磁極の磁気抵抗に影響を受けるということを表している。磁束密度が飽和状態に近づくと磁力線は増えない。
【００６３】
図１２は、図１１に示す位置関係において、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１へ２ｍｓ通電した際に、Ｕ２巻線、Ｖ２巻線およびＷ２巻線で観測された誘起電圧波形を示す。また、図１３は、図１１に示す位置関係において観測された、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１への通電パルス、Ｕ２巻線パルス電圧、Ｗ２巻線パルス電圧、およびＶ２巻線パルス電圧を示す。図１３に示すＵ２巻線パルス電圧、Ｗ２巻線パルス電圧、およびＶ２巻線パルス電圧は、図１２に示すＵ２巻線誘起電圧、Ｗ２巻線誘起電圧、およびＶ２巻線誘起電圧を、閾値約０．７Ｖで２値化した波形である。図１２および図１３に示すように、ステージ３とステージ３の境界（機械角１０度）では、Ｕ２巻線パルス電圧のパルス幅が、Ｗ２巻線パルス電圧のパルス幅より短い。
【００６４】
次に、図１４を参照して、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ４とステージ６の境界で巻線Ｕ２およびＷ２に発生する誘起電圧について詳細に説明する。図１４は、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ４とステージ６の境界（機械角３０度）でのロータ位置関係と発生する磁力線を模式的に示す。この場合、Ｕ１、Ｗ２のインダクタンスは、Ｗ１、Ｕ２のインダクタンスと等しい。
【００６５】
図１４に示す場合、通電前のＵ１、Ｗ１巻線は対向する磁石に対し同位置にあるため磁石による磁気抵抗、インダクタンスが同等である。巻線を通過する磁力線数は等しくＶ１巻線は磁石の中央に位置するため巻線を貫通する磁力線は存在しない。Ｕ１⇒Ｗ１と通電するとＵ１巻線はＮ極、Ｗ１巻線はＳ極に磁化され、対向する磁石は同極のため磁気抵抗は小さくインダクタンスは大きい。巻線を通過する磁力線は増加するがインダクタンスはステージ１−３境界より大きい為磁力線の増加はステージ１−３境界より大きい。Ｗ１も同様である。Ｕ１巻線が作る磁力線はＷ２巻線へ流入し、Ｗ１巻線が作る磁力線はＵ２巻線へ流入する。Ｕ２巻線は中点Ｎ２から見てプラスＷ２巻線は中点から見てマイナスの大きさが全く同じ電圧が発生する。
【００６６】
図１５は、図１４に示す位置関係において、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１へ２ｍｓ通電した際に、Ｕ２巻線、Ｖ２巻線およびＷ２巻線で観測された誘起電圧波形を示す。また、図１６は、図１４に示す位置関係において観測された、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１への通電パルス、Ｕ２巻線パルス電圧、Ｗ２巻線パルス電圧、およびＶ２巻線パルス電圧を示す。図１６に示すＵ２巻線パルス電圧、Ｗ２巻線パルス電圧、およびＶ２巻線パルス電圧は、図１５に示すＵ２巻線誘起電圧、Ｗ２巻線誘起電圧、およびＶ２巻線誘起電圧を、閾値約０．７Ｖで２値化した波形である。図１５および図１６に示すように、ステージ４とステージ６の境界（機械角３０度）では、Ｕ２巻線パルス電圧のパルス幅が、Ｗ２巻線パルス電圧のパルス幅とほぼ等しい。
【００６７】
次に、図１７〜図２０を参照して、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ１とステージ３の境界からわずかに位置がずれた場合に巻線Ｕ２およびＷ２に発生する誘起電圧について詳細に説明する。図１７は、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ１とステージ３の境界付近（機械角０．５度）でのロータ位置関係を模式的に示す。図１８は、図１７に示す位置関係において観測された、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１への通電パルス、Ｕ２巻線パルス電圧およびＷ２巻線パルス電圧を示す。図１９は、図２に示した界磁部１５と電機子部１６１との組み合わせにおけるステージ１とステージ３の境界付近（機械角３５９．５度）でのロータ位置関係を模式的に示す。図２０は、図１９に示す位置関係において観測された、巻線Ｕ１から巻線Ｗ１への通電パルス、Ｕ２巻線パルス電圧およびＷ２巻線パルス電圧を示す。
【００６８】
上述した図８および図１０に示すように、ステージ１とステージ３の境界中央に位置するとＵ２、Ｗ２に極性の異なる大きさの同じ電圧が発生し、Ｖ２巻線には電圧が発生しない。これに対し、図１７に示すように境界からわずかにずらした場合、図１８に示すようにパルス幅は明らかに変化する。図１８に示す波形は図８に示す平衡状態からロータを僅かにずらした（ステージ３方向に０．５度ずらした）時のパルス変換した波形である。Ｗ１巻線はＵ１巻線より磁石の中央に近いために磁気抵抗が大きく通電時に貫通する磁力線はＵ１巻線より少ない。このためＵ２に誘起される電圧はＷ２のそれより小さく（パルス幅は短く）なる。
【００６９】
また、同様に、図１９に示すように境界から逆方向にわずかにずらした場合でも、図２０に示すようにパルス幅は明らかに変化する。図２０の波形は上記平衡状態からロータを僅かにずらした（ステージ１方向に０．５度ずらした）時のパルス変換した波形である。Ｕ１巻線はＷ１巻線より磁石の中央に近いために磁気抵抗が大きく通電時に貫通する磁力線がＷ１巻線より少ない。このためＷ２に誘起される電圧はＵ２のそれより小さく（パルス幅は短く）なる。
【００７０】
次に、図２１〜図２４を参照して、ステージ１とステージ３の境界中央付近での動作を回路シミュレータによってシミュレーションした結果について説明する。図２１はシミュレーションにおいて用いた回路を示す。図２１において、電源１００には、一次巻線のＷ１巻線に相当するインダクタＬ１０１と一次巻線のＵ１巻線に相当するインダクタＬ１０３とが抵抗Ｒ１０９および抵抗Ｒ１１０を介して接続されている。電源１０１からは２ｍｓのパルス幅を有する電圧が出力される。また、二次巻線のＵ２巻線に相当するインダクタＬ１０２と二次巻線のＷ２巻線に相当するインダクタＬ１０４とが中性点Ｎ２において接続されている。各インダクタのインダクタンスは実験結果に基づいて算出した値を設定する。二次側のトランジスタＱ１０１〜Ｑ１０４、ダイオードＤ１０１〜Ｄ１０４、抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０８からなる回路は、インダクタＬ１０２およびインダクタＬ１０４に生じた電圧が約０．７Ｖを超えた場合に負側出力または正側出力をＨレベルにし、超えない場合に負側出力または正側出力をＬレベルにするための回路を構成している。図２２は、電源１０１から２ｍｓのパルス幅の電圧を出力したときの、ステージ１とステージ３の境界（機械角度０度）における正側出力と負側出力とＵ２巻線電圧とＷ２巻線電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す。図２３は、電源１０１から２ｍｓのパルス幅の電圧を出力したときの、ステージ１とステージ３の境界付近（機械角度０．５度）における正側出力と負側出力とＵ２巻線電圧とＷ２巻線電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す。図２４は、電源１０１から２ｍｓのパルス幅の電圧を出力したときの、ステージ１とステージ３の境界付近（機械角度３５９．５度）における正側出力と負側出力とＵ２巻線電圧とＷ２巻線電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す。図２２〜図２４から明らかなように、ステージ１とステージ３の境界付近では、Ｕ２巻線電圧のパルス幅とＷ２巻線電圧のパルス幅を比較することでステージの判別を精度良く行うことができる。
【００７１】
以上のような理論的および実験的な検証に基づき、本実施形態では、次のようにしてロータ位置判定を行う。すなわち、まず、事前に、図２５に示す所定のパルス幅の通電パルスをＵ１−Ｗ１間に供給した際の相電圧Ｕ２−Ｎ２をパルス変換（２値化）したＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅と、相電圧Ｗ２−Ｎ２をパルス変換したＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅と、立上り時間Ｔ１と立下り時間Ｔ２とを実験的にあるいはシミュレーションによって、所定のロータ角度毎に取得する。Ｕ２−Ｎ２誘起電圧ＵｖおよびＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖは、Ｕ２−Ｎ２相電圧およびＷ２−Ｎ２相電圧の絶対値を所定の閾値を用いて２値化したＨまたはＬレベルの２値信号である。また、立上り時間Ｔ１は、パルス供給後にＵ２−Ｎ２誘起電圧ＵｖとＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖの排他的論理和がＨレベルに立ち上がるまでの時間である。立下り時間Ｔ２は、パルス供給後、Ｈレベルに立ち上がった後Ｌレベルに立ち下がるまでの時間である。
【００７２】
図２６は、ロータ角度（°）を変化させながら、一次巻線のＵ１−Ｗ１間に２ｍｓのパルス幅でバッテリ電圧を印加した場合に二次巻線のＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅とＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅を計測した結果を示す特性図である。横軸はロータ角度（°）であり、縦軸はパルス幅である。Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅がＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅より大きい場合、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅が図２５に示す立下り時間Ｔ２であり、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅が立上り時間Ｔ１である。Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅がＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅より小さい場合、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅が図２５に示す立上り時間Ｔ１であり、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅が立下り時間Ｔ２である。
【００７３】
さらに、事前に、図２６に示す特性を図２７に示す直線近似による特性図に置き換えるとともに、図２７に示す特性図から、閾値Ｔａ、Ｔｂ、ＴｃおよびＴｄを決定する。閾値Ｔａは、ステージ３とステージ２の境界またはステージ５とステージ１の境界における立上り時間Ｔ１のパルス幅である。閾値Ｔｂは、ステージ１とステージ３の境界おける立上り時間Ｔ１のパルス幅である。閾値Ｔｃは、ステージ２とステージ６の境界またはステージ４とステージ５の境界における立上り時間Ｔ１のパルス幅である。閾値Ｔｄは、ステージ３とステージ２の境界またはステージ５とステージ１の境界における立下り時間Ｔ２のパルス幅である。また、各閾値は、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃ＜Ｔｄの関係を有する。なお、近似曲線におけるパルス幅の最大値は通電パルスの時間幅２ｍｓ＝２０００μｓを上限値とした。
【００７４】
さらに、事前に、図２８に示すように、図２７に示す閾値Ｔａ、Ｔｂ、ＴｃおよびＴｄのバッテリ電圧に対する依存特性を取得する。図２８は、図１に示すバッテリ９の電圧を変化させた場合に、図２７に示す近似特性の変化にともなう閾値Ｔａ、Ｔｂ、ＴｃおよびＴｄの変化を実験的に取得した結果を示す。横軸はバッテリ電圧、縦軸は閾値の時間である。閾値Ｔａや閾値Ｔｄに比べて閾値Ｔｂと閾値Ｔｃの電圧依存性が特に低電圧の領域で大きい。なお、図２８に示すバッテリ電圧に対する依存特性は、Ｗ２相電圧（Ｗ２−Ｎ２電圧）およびＵ２相電圧（Ｕ２−Ｎ２電圧）を２値化する際に基準とする判定値（電圧値）を一定として計測されている。ただし、閾値Ｔａ〜Ｔｄ（時間）を一定として、２値化する際に基準とする判定値（電圧値）をバッテリ電圧に応じて変化させることで、バッテリ電圧に対する依存特性に対して対応することも可能である。
【００７５】
また、図２９に示すように、立上り時間Ｔ１、立下り時間Ｔ２、およびＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅とＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅のどちらが大きいのかを示す順番を組み合わせることで、各ステージを分類した。ステージ３は、立上り時間Ｔ１についてＴ１≦Ｔｂであり、立下り時間Ｔ２についてＴｂ≦Ｔ２≦２０００μｓであり、ｗ相のパルス幅がｕ相のパルス幅より大きい。ステージ２は、立上り時間Ｔ１についてＴａ≦Ｔ１≦Ｔｃであり、立下り時間Ｔ２についてＴｄ≦Ｔ２であり、ｗ相のパルス幅がｕ相のパルス幅より大きい。ステージ６は、立上り時間Ｔ１についてＴｃ≦Ｔ１であり、立下り時間Ｔ２についてＴ２≦Ｔｄであり、ｗ相のパルス幅がｕ相のパルス幅より大きい。ステージ４は、立上り時間Ｔ１についてＴｃ≦Ｔ１であり、立下り時間Ｔ２についてＴ２≦Ｔｄであり、ｗ相のパルス幅がｕ相のパルス幅より小さい。ステージ５は、立上り時間Ｔ１についてＴａ≦Ｔ１≦Ｔｃであり、立下り時間Ｔ２についてＴｄ≦Ｔ２であり、ｗ相のパルス幅がｕ相のパルス幅より小さい。ステージ１は、立上り時間Ｔ１についてＴ１≦Ｔｂであり、立下り時間Ｔ２についてＴｂ≦Ｔ２≦２０００μｓであり、ｗ相のパルス幅がｕ相のパルス幅より小さい。
【００７６】
図２９に示す分類に基づき、ロータ位置判定回路７５は、図５のステップＳ１２において、図３０に示す処理の流れで、巻線部ＡＣＧ２に誘起される電圧を取り込み、ロータステージを判定する。すなわち、ロータ位置判定回路７５は、バッテリ電圧を計測し（ステップＳ１０１）、判定値または閾値を選択する（ステップＳ１０２）。次にＵ１からＷ１へ２ｍｓの時間、バッテリ電圧を印加する（ステップＳ１０３）。次に、ロータ位置判定回路７５は、立上り時間Ｔ１と立下り時間Ｔ２を計測する（ステップＳ１０４）。
【００７７】
次に、ロータ位置判定回路７５は、Ｔａ＜Ｔ１＜ＴｃかつＴｄ＜Ｔ２が成立するか否かを判定し（ステップＳ１０５）、成立する場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、立上り時間Ｔ１が経過した時点でＵ２−Ｎ２誘起電圧ＵｖがＨレベル（Ｕ２がＨｉ）でＷ２−Ｎ２誘起電圧ＷｖがＬレベル（Ｗ２がＬｏ）であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ＵｖがＨレベルでＷｖがＬレベルの場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ５であると判定する（ステップＳ１０７）。ＵｖがＨレベルでないかＷｖがＬレベルでない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ２であると判定する（ステップＳ１０８）。
【００７８】
一方、ステップＳ１０５の条件が成立しない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｔ１＜ＴｂかつＴｂ＜Ｔ２＜Ｔｄが成立するか否かを判定する（ステップＳ１０９）。Ｔ１＜ＴｂかつＴｂ＜Ｔ２＜Ｔｄが成立する場合、ロータ位置判定回路７５は、立上り時間Ｔ１が経過した時点でＵ２−Ｎ２誘起電圧ＵｖがＨレベル（Ｕ２がＨｉ）でＷ２−Ｎ２誘起電圧ＷｖがＬレベル（Ｗ２がＬｏ）であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ＵｖがＨレベルでＷｖがＬレベルの場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ１であると判定する（ステップＳ１１１）。ＵｖがＨレベルでないかＷｖがＬレベルでない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ３であると判定する（ステップＳ１１２）。他方、Ｔ１＜ＴｂでないかＴｂ＜Ｔ２＜Ｔｄでない場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、立上り時間Ｔ１が経過した時点でＵ２−Ｎ２誘起電圧ＵｖがＨレベル（Ｕ２がＨｉ）でＷ２−Ｎ２誘起電圧ＷｖがＬレベル（Ｗ２がＬｏ）であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。ＵｖがＨレベルでＷｖがＬレベルの場合（ステップＳ１１３：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ４であると判定する（ステップＳ１１４）。ＵｖがＨレベルでないかＷｖがＬレベルでない場合（ステップＳ１１３：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ６であると判定する（ステップＳ１１５）。
【００７９】
以上のようにして、ロータ位置判定回路７５は図５のステップＳ１２におけるステージ判別処理を実行する。
【００８０】
なお、図３０に示すフローでは、ロータ位置判定回路７５はまずステージ２およびステージ５の確認を実施する。次にステージ１およびステージ３の確認、次にステージ４およびステージ−６の確認を実施する。ステージ４およびステージ６は図２８に示すようにバッテリ電圧が９Ｖを下回ると判定に用いる閾値Ｔｃの線形性が崩れ特性が劣化するため（ただし、境界を境としたＨレベルとＬレベルの逆転関係は変わらない）ステージ２またはステージ５と誤認識する可能性があるため特性劣化のないステージ２およびステージ５、ならびにステージ１およびステージ３を先に調べる。ステージ４およびステージ６は時間での判定ではなくＨレベルとＬレベルの関係性のみで判定する方法とする。簡単だが確実性が高い。ステージ境界上の判定は行えないためＴ１時間経過時のＵ２とＷ２のレベルからステージ１およびステージ３とステージ４およびステージ６を識別する。
【００８１】
次に、図５において、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５においてステージ判別処理が正常に終了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。一方、ステージ判別処理が正常に終了していない場合（ステップＳ１３でＮＯの場合）、ＣＰＵ７２は、ステップＳ１２の判別処理を再度、実行する（ステップＳ１１でＹＥＳからステップＳ１２）。他方、ステージ判別処理が正常に終了していた場合（ステップＳ１３でＹＥＳの場合）、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５の判定結果に対応した通電パターンで第１電力変換部６１および第２電力変換部６２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）〜（Ｑ９）の通電制御を開始する（ステップＳ１４）。その際、ＣＰＵ７２は、例えば、第１電力変換部６１の通電角を１８０°に設定し、第２電力変換部６２の通電角を１２０°以上１８０°未満に設定する。あるいは、ＣＰＵ７２は、例えば、第１電力変換部６１および第２電力変換部６２の通電角をともに１２０°に設定する。
【００８２】
次に、始動発電機１が回転を開始した後、ゼロクロス検出回路７４が巻線部ＡＣＧ２の出力電圧のゼロクロス点に基づきステージ信号を生成してＣＰＵ７２に対して出力する（ステップＳ１５）。そして、ステップＳ１５では、ＣＰＵ７２が、第１電力変換部および第２電力変換部に対して、ゼロクロス検出回路７４によって検出されたステージに対応したパターンにて通電制御を行う。
【００８３】
ここで、図３１を参照して、スタータモータ始動制御時の回転時における巻線部ＡＣＧ２の電圧波形について説明する。図３１は、巻線部ＡＣＧ２の巻線Ｕ２の出力電圧波形と、ロータ位置判定回路７５による巻線Ｕ２の出力電圧のゼロクロス点の検出波形とを模式的に示した波形図である。この場合、ステップＳ１４およびステップＳ１５における第２電力変換部６２の通電角は１２０°に設定している。図３１において、ゼロクロス点の検出波形は、出力電圧のゼロクロス点において出力電圧の変化と同一方向で立ち上がりまたは立ち下がる。なお、巻線部ＡＣＧ２の電圧波形には、相を切り替えるタイミング（破線の領域Ａ１）でノイズが発生する。そのため、ロータ位置判定回路７５では、切り替えタイミングでノイズをマスクしゼロクロス検出に支障が出ないようにすることが望ましい。ゼロクロス検出回路７４は、巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２の各出力電圧波形から各相の検出波形を生成し、各相の検出波形に基づきロータ位置を表すステージ信号を生成してＣＰＵ７２に対して出力する。
【００８４】
次に、図５において、ＣＰＵ７２は、エンジンの始動が完了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。エンジンの始動が完了していない場合（ステップＳ１６でＮＯの場合）、ＣＰＵ７２は、ステップＳ１５へ戻り、ゼロクロス検出回路７４が検出したステージに対応したパターンにて通電制御を続行する（ステップＳ１５）。エンジンの始動が完了していた場合（ステップＳ１６でＹＥＳの場合）、ＣＰＵ７２は、モータ通電を停止し、スタータモータ始動制御を終了する（ステップＳ１７）。
【００８５】
以上のように、スタータモータ制御においては、まず、第２電力変換部６２のＭＯＳＦＥＴを全てオフする。そして、第１電力変換部６１を使って、巻線部ＡＣＧ１に予め決められた通電パターンに従って、モータが動かない程度の短パルスを通電する。そして、もう一方の巻線部ＡＣＧに誘起される電圧情報をもって、ロータ位置判定回路７５が停止時におけるロータステージを判定する。次に、ＣＰＵ７２が、ロータ位置判定回路７５により特定されたロータステージに対応した通電パターンを用いて、巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２の各相に接続された第１電力変換部６１と第２電力変換部６２の通電を開始する。そして、通電開始後は、ゼロクロス検出回路７４が検出した巻線部ＡＣＧ２のゼロクロスポイントから導出されるロータ位置情報に基づいてＣＰＵ７２が巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２にエンジンの始動が完了するまで通電する。これによって、本実施形態では、始動時に、巻線部ＡＣＧ２をゼロクロスポイント検出用に使用することが可能になるとともに、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２との両方を始動巻線として使用することが可能になる。また、例えば、巻線部ＡＣＧ１の通電モードを１８０°とし、巻線部ＡＣＧ２の通電モードをゼロクロスポイントの検出が可能なできるだけ大きな通電角とすることで、巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２との両方を１８０°通電モードとする場合からの始動トルクの低減を極力抑えることができる。
【００８６】
次に、図３２および図３３を参照して、始動発電機１を発電機として動作させる場合について説明する。図３２は、図１に示した始動発電制御装置１００における発電制御の一例を示したフローチャートである。エンジン２の始動完了後、ＣＰＵ７２は、第２電力変換部６２の各ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）〜（Ｑ９）をオフする（ステップＳ２１）。
【００８７】
次に、ＣＰＵ７２は、ゼロクロス検出回路７４が巻線部ＡＣＧ２の出力電圧のゼロクロス点に基づいて生成したステージ信号を入力する（ステップＳ２２）。
【００８８】
ここで、図３３を参照して、発電制御時の巻線部ＡＣＧ２の電圧波形について説明する。図３３は、巻線部ＡＣＧ２の巻線Ｕ２の出力電圧波形と、ロータ位置判定回路７５による巻線Ｕ２の出力電圧のゼロクロス点の検出波形とを模式的に示した波形図である。この場合、第２電力変換部６２はオフ状態に制御されている。ゼロクロス点の検出波形は、出力電圧のゼロクロス点において出力電圧の変化と同一方向で立ち上がりまたは立ち下がる。ゼロクロス検出回路７４は、図３３に示したような巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２の各出力電圧波形から各相の検出波形を生成し、各相の検出波形に基づきロータ位置を段階的に表すステージ信号を生成してＣＰＵ７２に対して出力する。
【００８９】
次に、ＣＰＵ７２は、バッテリ９の電圧値に基づき第１電力制御部６１の通電角を計算する（ステップＳ２３）。  次に、ＣＰＵ７２は、第１電力変換部６１から巻線部ＡＣＧ１へステップＳ２３で計算した遅角量に基づく遅角パターンを出力する（ステップＳ２４）。そして、ＣＰＵ７２は、ステップＳ２２へ戻り、上述した処理を再度実行する。
【００９０】
以上のように、発電制御においては、エンジン始動後に第２電力変換部６２のＭＯＳＦＥＴを全オフとすることで、余剰な発電電力の発生を防いでいる。また、ゼロクロス検出回路７４によって、巻線部ＡＣＧ２の巻線両端に発生する無負荷電圧のゼロクロスポイントからロータ位置を導出することで、巻線部ＡＣＧ１の交流電圧を第１電力変換部６１にて位相制御するに必要なタイミングを生成する。これによって、本実施形態によれば、バッテリ９や図示していない電装負荷に最適な電力を供給することができる。
【００９１】
以上のように、第１の実施形態によれば高価なセンサを用いず、かつサブコイルを用いることなく、簡易な方法で安価にロータの位置決めが可能となる。
【００９２】
また、第１の実施形態は、３相巻線（多相巻線）である巻線部ＡＣＧ１と巻線部ＡＣＧ２とが並列に配設された電機子部と、永久磁石からなる界磁部とを備えた始動発電機１（ＡＣＧスタータモータ）と、巻線部ＡＣＧ１または巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２に接続され、交流および直流間の電力変換を行う第１電力変換部６１と、巻線部ＡＣＧ１の各端部に接続されている第１電力変換部６１の各交流端子６１１、６１２および６１３と、巻線部ＡＣＧ２の各端部との間に介挿され、各交流端子６１１、６１２および６１３に対して巻線部ＡＣＧ２の各端部の接続および分離を行う複数のＭＯＳＦＥＴ（スイッチ素子）（Ｑ７）〜（Ｑ９）とを備えている。この構成によれば、電力損失の低減等、始動発電機１の制御特性を容易に向上させることができる。
【００９３】
また、以上のように、第１の実施形態によれば、巻線部を例えば２分割して両方を使用する場合と片方を使用する場合とで使い分けることで、発電と電気負荷とのバランスを適正化することができる。この構成によれば、スタータモータのトルク特性を満たすように巻線仕様を設計したモータを、発電機として使用したときに電気負荷とのアンバランスによって発生する余剰電力を低減することができる。すなわち、巻線部の環流電流を減らし、巻線やパワーデバイス素子の発熱（電力損失）を小さくすることができる。よって、モータトルクを損なうことなく発電時の余剰電力を容易に削減することができる。これによってエンジン２の燃費向上やフリクションの低減が可能となる。
【００９４】
また、発電制御時に、環流電流を減らすことで電機子巻線とパワーデバイスの発熱を低減することができる。
【００９５】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２が並列に配置された始動発電機１が、エンジン２の始動に用いられる場合、および発電機として用いられる場合の双方において、巻線部ＡＣＧ２をロータの位置を検出する検出巻線として用いるため、ホールセンサを設けずに、ロータの位置を高い精度で検出することができる。このため、高価なホールセンサを高い取付精度に対応して配置する必要がないため、価格が安くかつ高い精度でロータの検出が可能な始動発電機を提供することができる。
【００９６】
また、本発明の第１の実施形態によれば、巻線部ＡＣＧ１（第１多相巻線）に１回だけ所定の線間電圧を印加したときに、巻線部ＡＣＧ２（第２多相巻線）に発生する相電圧の値を検出することで、ロータの停止位置を判定することができる。これによれば電流検出を不要とすることができる。すなわち、本発明の第１の実施形態によれば、第１多相巻線にバッテリの出力電圧を所定時間印加したときに第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅を検出することで、ロータの停止位置を判定することができる。これによれば電流検出を不要とすることができる。また、本発明の第１の実施形態によれば、１回の通電でロータの停止位置（ステージ）を判定することができるので、判定時間と電力消費を低減することができる。また、ステージの境界付近では、時間幅の比較によって隣接する２つのステージのうちのどちらなのかを判別することができるので、ステージ境界付近での位置検出精度を容易に高めることができる。
【００９７】
＜第２の実施形態＞
次に、図３４〜図４１を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態は、上記第１の実施形態と比較して、ハードウェアの構成は同一であり、ソフトウェアの構成すなわち動作が一部異なる。具体的には、図５に示すステップＳ１２のステージ判別処理の内容と、ステップＳ１４の回転始動時の通電パターンが異なる。
【００９８】
まず、図３４および図３５を参照して。第２の実施形態が課題とした事項と、第２の実施形態の効果について説明する。エンジンセル始動時にピストン位置が圧縮上死点にある場合、燃焼室は圧縮された状態となっており、圧縮力に打ち勝ってクランキングするには大きな始動トルクを必要とする。モータのトルクはロータ磁石の磁束ベクトルと電機子巻線に通電した電流ベクトルが９０°の位相差にあるときに最大となる。しかしながら三相ブラシレスモータにおける磁束ベクトルの検出方法であるホールセンサは分解能が６０°であるため図３４のように磁束と電流のベクトルはステージ内の位相差は６０°〜１２０°で変化してしまう。例えば磁束ベクトル（実線）がステージ６にあってステージ４の境界にある場合、電流ベクトル（破線）との位相差は６０°となりトルクは小さくなる。同様にステージ２との境界では１２０°の位相で、これもトルクは小さくなる。ステージ６の中央では位相差が９０°となってトルクは最大となる。よってロータ位置がステージの境界付近ではトルクは小さくなり、エンジン圧縮上死点においてエンジンクランキングが正常に行われない恐れがある。
【００９９】
図３５（ａ）はステージ６とステージ２の境界上にあり電流位相１２０°で通電した時の電流波形を示す。図３５（ｃ）はステージ６とステージ４の境界上にあり電流位相６０°で通電した時の電流波形を示す。図３５（ｂ）は図３５（ａ）で通電した際のモータ誘起電圧波形を示す。図３５（ｄ）は図３５（ｃ）で通電した際のモータ誘起電圧波形を示す。
【０１００】
図３５（ｂ）に示すように、ステージ６でステージ２より（ステージ６とステージ２の境界上）の場合、ステージ６のパターンで通電すると、磁束ベクトルと電流ベクトルが１２０°の関係となり、１８ｍｓの１回の通電で、モータが１＋１／２回転している。一方、図３５（ｄ）に示すように、ステージ６でステージ４よりの（ステージ６とステージ４の境界上）場合、ステージ６のパターンで通電すると、磁束ベクトルと電流ベクトルが６０°の関係となり、１８ｍｓの１回の通電で、モータが３／４回転している。
【０１０１】
図３５（ａ）と図３５（ｃ）では電流波形の立上り時間が異なる。１２０°位相差の通電は６０°位相差の通電より電流波形の傾きが急駿ではない。これは磁石と巻線に位置により定まるインダクタンスの差によるもので電流位相１２０°の方がインダクタンスが大きい。トルクはインダクタンスに比例するため電流位相１２０°で通電したほうが電流位相６０°より大きなトルクを得ることが出来る。
【０１０２】
第２の実施形態では、ステージの境界上において電流位相１２０°で通電を行うことが可能となるように、ステージの判別の仕方を次のように設定している。第２の実施形態によれば、ステージの境界を容易に判別できるようにすることで、境界上において電流位相１２０°（すなわち磁束ベクトルと電流ベクトルの位相差１２０°）で通電を行うことを可能とし、クランキング性能を向上させることができる。これは、磁束ベクトルと電流ベクトルの位相差が１２０°と６０°では１２０°の方がトルクが大きいことによる。
【０１０３】
次に、図３６および図３７を参照して、各ステージの判定の仕方について説明する。図３６は、図２６と同様に、ロータ角度を変化させながら、一次巻線のＵ１−Ｗ１間に３ｍｓのパルス幅でバッテリ電圧を印加した場合に二次巻線のＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅ｔ１とＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅ｔ２を計測した結果を示す特性図である。横軸は電気角であり、縦軸はパルス幅である。Ｗｖ（１１．５Ｖ）、（１２．０Ｖ）および（１２．５Ｖ）は、バッテリ電圧が１１．５Ｖ、１２．０Ｖおよび１２．５Ｖの場合のパルス幅ｔ１の変化を示す。Ｕｖ（１１．５Ｖ）、（１２．０Ｖ）および（１２．５Ｖ）は、バッテリ電圧が１１．５Ｖ、１２．０Ｖおよび１２．５Ｖの場合のパルス幅ｔ２の変化を示す。また、図３６は、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅ｔ２からＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅ｔ１を差し引いた値の曲線も示している。Ｕｖ−Ｗｖ（１１．５Ｖ）、（１２．０Ｖ）および（１２．５Ｖ）は、バッテリ電圧が１１．５Ｖ、１２．０Ｖおよび１２．５Ｖの場合のｔ２−ｔ１の変化を示す。
【０１０４】
また、Ｈａ〜Ｈｊは判定の基準値（閾値）（以下、判定値Ｈａ〜Ｈｊと呼ぶ）を示す。判定値Ｈａは、パルス幅ｔ２に対するステージ５とステージ１の判定基準である。判定値Ｈｂは、パルス幅ｔ１に対するステージ５とステージ１の判定基準である。判定値Ｈｃは、パルス幅ｔ２−パルス幅ｔ１対するステージ５とステージ１の判定基準である。判定値Ｈｄは、パルス幅ｔ２に対するステージ１とステージ３の判定基準である。判定値Ｈｅは、パルス幅ｔ２−パルス幅ｔ１に対するステージ１とステージ３の判定基準である。判定値Ｈｆは、パルス幅ｔ２に対するステージ４とステージ５の判定基準である。判定値Ｈｇは、パルス幅ｔ１に対するステージ４とステージ５の判定基準である。判定値Ｈｋは、パルス幅ｔ１に対するステージ６とステージ４の判定基準である。判定値Ｈｌは、パルス幅ｔ２−パルス幅ｔ１対するステージ６とステージ４の判定基準である。判定値Ｈｈは、パルス幅ｔ２に対するステージ２とステージ６の判定基準である。判定値Ｈｉは、パルス幅ｔ１に対するステージ３とステージ２の判定基準である。判定値Ｈｊは、パルス幅ｔ２−パルス幅ｔ１対するステージ３とステージ２の判定基準である。
【０１０５】
また、図６は、通電角１２０°で進角３０°の位置となるように設置された３個のホール素子を用いて検出されるステージの境界位置を△の印（頂点）ｄ１〜ｄ６で示している。位置ｄ１は通電角１２０°進角３０°でのステージ１とステージ３の境界である。位置ｄ２は通電角１２０°進角３０°でのステージ３とステージ２の境界である。位置ｄ３は通電角１２０°進角３０°でのステージ２とステージ６の境界である。位置ｄ４は通電角１２０°進角３０°でのステージ６とステージ４の境界である。位置ｄ５は通電角１２０°進角３０°でのステージ４とステージ５の境界である。位置ｄ６は通電角１２０°進角３０°でのステージ５とステージ１の境界である。
【０１０６】
第２の実施形態では、ステージの境界上にあるときに磁束と電流の位相差が１２０°となることができるように各ステージの境界を設定している。このため、位置ｄ１〜ｄ６に対して電気角で１５°進角させた位置を各ステージの境界としている。すなわち、位置ｄ１に対して電気角で１５°進角させた位置をステージ１とステージ３の境界としている。位置ｄ２に対して電気角で１５°進角させた位置をステージ３とステージ２の境界としている。位置ｄ３に対して電気角で１５°進角させた位置をステージ２とステージ６の境界としている。位置ｄ４に対して電気角で１５°進角させた位置をステージ６とステージ４の境界としている。位置ｄ５に対して電気角で１５°進角させた位置をステージ４とステージ５の境界としている。位置ｄ６に対して電気角で１５°進角させた位置をステージ５とステージ１の境界としている。
【０１０７】
次に、図３７を参照して、第２の実施形態おけるロータ位置判定回路７５の動作例について説明する。図３７に示す処理において、ロータ位置判定回路７５は、まず、バッテリ電圧を読み込む（ステップＳ２００）。次に、ロータ位置判定回路７５は、第２電力変換部６２の各ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）〜（Ｑ９）をオフし、第１電力変換部６１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）および（Ｑ６）をオンして、一次巻線のＵ１巻線とＷ１巻線（Ｕ相からＷ相）に３ｍｓの間通電する（ステップＳ２０１）。次に、ロータ位置判定回路７５は、ステップＳ２００で読み込んだバッテリ電圧に応じて判定値（閾値）Ｈａ〜Ｈｊの値を所定の値の中から選択する（ステップＳ２０２）。
【０１０８】
パルス幅ｔ１およびパルス幅ｔ２は、例えば図４１に示すようにバッテリ電圧に対する依存性がある。また、この電圧依存性は、ロータ位置によって変化する。図４１は、図３６と同様に、ロータ角度を変化させながら、一次巻線のＵ１−Ｗ１間に２ｍｓのパルス幅でバッテリ電圧を印加した場合に二次巻線のＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅ｔ１とＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅ｔ２を計測した結果を示す特性図である。横軸は電気角であり、縦軸はパルス幅である。Ｗｖ１４〜Ｗｖ９は、バッテリ電圧が１４Ｖ〜９Ｖの場合のパルス幅ｔ１の変化を示す。Ｕｖ１４〜Ｕｖ９は、バッテリ電圧が１４Ｖ〜９Ｖの場合のパルス幅ｔ２の変化を示す。また、Ｕｖ−Ｗｖ１４〜Ｕｖ−Ｗｖ９は、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅ｔ２からＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅ｔ１を差し引いた値の曲線である。図４１に示すように、ステージ４とステージ６の境界付近では電圧依存性が大きいのに対してステージ１とステージ３の境界、ステージ３とステージ２の境界、およびステージ５とステージ１の境界は、電圧依存性が比較的小さい。ただし、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅ｔ２からＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅ｔ１を差し引いた値は、電圧依存性が比較的小さい。そこで、第２の実施形態では、ステージ（ロータ位置）によって異なる電圧変化に対応するように、電圧変化に対する判定値の変化の割合がステージ（ロータ位置）によって異なるように、バッテリ電圧に応じて判定値を複数の所定の値の中から選択している。なお、判定値の値は予め全ての電圧に応じた値を用意しておかずに補間計算を用いて計算することもできる。また、第２の実施形態では、パルス幅ｔ１およびパルス幅ｔ２に加え、電圧依存性が全ステージにわたって比較的小さいパルス幅ｔ２−パルス幅ｔ１を比較対象とすることでステージの判定精度を高めている。
【０１０９】
次に、ロータ位置判定回路７５は、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅ｔ１が検出されるまで待機する（ステップＳ２０３：ＮＯの繰り返し）。次に、ロータ位置判定回路７５は、パルス幅ｔ１が検出されると（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧ＵｖとＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖの状態（ＨレベルかＬレベルか）を読み込む（ステップＳ２０４）。次に、ロータ位置判定回路７５は、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖが"１"（Ｈレベル）かつＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖが"０"（Ｌレベル）であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。以下、本実施形態において各値について名称の記載を適宜省略する。
【０１１０】
Ｕｖ＝１かつＷｖ＝０である場合（ステップＳ２０５：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ステージ１、ステージ３、ステージ５、およびステージ４の順にステージ判定をおこなう。まず、ロータ位置判定回路７５は、Ｈａ≧ｔ２≧ＨｄかつＨｂ≧ｔ１かつＨｃ≧ｔ２−ｔ１≧Ｈｅであるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。Ｈａ≧ｔ２≧ＨｄかつＨｂ≧ｔ１かつＨｃ≧ｔ２−ｔ１≧Ｈｅであれば（ステップＳ２０６：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ１であると判定する（ステップＳ２０７）。Ｈａ≧ｔ２≧ＨｄかつＨｂ≧ｔ１かつＨｃ≧ｔ２−ｔ１≧Ｈｅでなければ（ステップＳ２０６：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｈｄ≧ｔ２かつＨｅ≧ｔ２−ｔ１であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。Ｈｄ≧ｔ２かつＨｅ≧ｔ２−ｔ１であれば（ステップＳ２０８：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ３であると判定する（ステップＳ２０９）。Ｈｄ≧ｔ２かつＨｅ≧ｔ２−ｔ１でなければ（ステップＳ２０８：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｈｆ≦ｔ２かつＨｇ≧ｔ１であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。Ｈｆ≦ｔ２かつＨｇ≧ｔ１であれば（ステップＳ２１０：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ５であると判定する（ステップＳ２１１）。Ｈｆ≦ｔ２かつＨｇ≧ｔ１でなければ（ステップＳ２１０：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ４であると判定する（ステップＳ２１２）。
【０１１１】
一方、Ｕｖ＝１かつＷｖ＝０でない場合（ステップＳ２０５：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、ステージ２、ステージ３、ステージ６、およびステージ４の順にステージ判定をおこなう。まず、ロータ位置判定回路７５は、Ｈｆ≧ｔ２≧ＨｉかつＨｈ≧ｔ１かつＨｊ≦ｔ２−ｔ１であるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。Ｈｆ≧ｔ２≧ＨｉかつＨｈ≧ｔ１かつＨｊ≦ｔ２−ｔ１であれば（ステップＳ２１３：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ２であると判定する（ステップＳ２１４）。Ｈｆ≧ｔ２≧ＨｉかつＨｈ≧ｔ１かつＨｊ≦ｔ２−ｔ１でなければ（ステップＳ２１３：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｈｉ≧ｔ２かつＨｊ≧ｔ２−ｔ１であるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。Ｈｉ≧ｔ２かつＨｊ≧ｔ２−ｔ１であれば（ステップＳ２１５：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ３であると判定する（ステップＳ２１５）。Ｈｉ≧ｔ２かつＨｊ≧ｔ２−ｔ１でなければ（ステップＳ２１５：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｈｆ≦ｔ２かつＨｋ≧ｔ１であるか否かを判定する（ステップＳ２１７）。Ｈｆ≦ｔ２かつＨｋ≧ｔ１であれば（ステップＳ２１７：Ｙ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ６であると判定する（ステップＳ２１８）。Ｈｆ≦ｔ２かつＨｋ≧ｔ１でなければ（ステップＳ２１７：Ｎ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ４であると判定する（ステップＳ２１９）。
【０１１２】
以上のようにして、ロータ位置判定回路７５は図５のステップＳ１２におけるステージ判別処理を実行する。
【０１１３】
次に、図３８〜図４０を参照して、第２の実施形態における図５に示すステップＳ１４での通電開始時の処理について説明する。図３８は１２０°通電での正転時の通電開始処理の流れを示す。図３９は１２０°通電での逆転時の通電開始処理の流れを示す。図４０は１８０°通電での正転時の通電開始処理の流れを示す。
【０１１４】
図３８に示す１２０°通電での正転時の通電開始処理では、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ１であると判定された場合（ステップＳ２２０：Ｙ）、Ｕ相からＶ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２２１）。なお、例えば、Ｕ→Ｖは、Ｕ相をバッテリ９の正極側に接続し、Ｖ相を接地するという接続状態を表す。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ２であると判定された場合（ステップＳ２２２：Ｙ）、Ｖ相からＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２２３）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ３であると判定された場合（ステップＳ２２４：Ｙ）、Ｕ相からＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２２５）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ４であると判定された場合（ステップＳ２２６：Ｙ）、Ｗ相からＵ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２２７）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ５であると判定された場合（ステップＳ２２８：Ｙ）、Ｗ相からＶ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２２９）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ１〜ステージ５ではないと判定された場合（ステップＳ２２０、ステップＳ２２２、Ｓ２２４、Ｓ２２６およびＳ２２８：Ｎ）、ステージ６に対応させてＶ相からＵ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２３０）。
【０１１５】
図３９に示す１２０°通電での逆転時の通電開始処理では、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ１であると判定された場合（ステップＳ２４０：Ｙ）、Ｖ相からＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２４１）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ２であると判定された場合（ステップＳ２４２：Ｙ）、Ｗ相からＵ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２４３）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ３であると判定された場合（ステップＳ２４４：Ｙ）、Ｖ相からＵ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２４５）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ４であると判定された場合（ステップＳ２４６：Ｙ）、Ｕ相からＶ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２４７）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ５であると判定された場合（ステップＳ２４８：Ｙ）、Ｕ相からＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２４９）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ１〜ステージ５ではないと判定された場合（ステップＳ２４０、ステップＳ２４２、Ｓ２４４、Ｓ２４６およびＳ２４８：Ｎ）、ステージ６に対応させてＷ相からＶ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２５０）。
【０１１６】
図４０に示す１８０°通電での正転時の通電開始処理では、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ１であると判定された場合（ステップＳ２６０：Ｙ）、Ｕ相からＶ相およびＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２６１）。なお、例えば、「Ｕ→Ｖ，Ｗ」は、Ｕ相をバッテリ９の正極側に接続し、Ｖ相およびＷ相を接地するという接続状態を表す。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ２であると判定された場合（ステップＳ２６２：Ｙ）、Ｖ相からＵ相およびＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２６３）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ３であると判定された場合（ステップＳ２６４：Ｙ）、Ｕ相およびＶ相からＷ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２６５）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ４であると判定された場合（ステップＳ２６６：Ｙ）、Ｗ相からＵ相およびＶ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２６７）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ５であると判定された場合（ステップＳ２６８：Ｙ）、Ｕ相およびＷ相からＶ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２６９）。また、ＣＰＵ７２は、ロータ位置判定回路７５によってロータ位置がステージ１〜ステージ５ではないと判定された場合（ステップＳ２６０、ステップＳ２６２、Ｓ２６４、Ｓ２６６およびＳ２６８：Ｎ）、ステージ６に対応させてＶ相およびＷ相からＵ相への流れで通電を開始する（ステップＳ２７０）。
【０１１７】
第２の実施形態によれば、図３６に示すように、通電角１２０°で進角３０°の位置ｄ１〜ｄ６を境界の位置とせず、位置ｄ１〜ｄ６をステージ内に含む形で通電パターンを決定するステージ１〜ステージ６を設定および検出することができる。また、第２の実施形態によれば、ロータ位置判定回路７５が、ステージ（所定の領域）毎にロータ位置を検知するものであり、各ステージの境界上において界磁部が形成する磁束ベクトルと多相巻線に流れる電流ベクトルとの位相差が１２０°となることができるように各ステージを設定することができる。したがって、第２の実施形態では、従来のステージの境界の位置ｄ１〜ｄ６上において電流位相１２０°で通電を行うことが可能となり、回転開始時のトルクを大きくすることができる。
【０１１８】
なお、ステージを判定する順番については、第２の実施形態では次のようにしている。すなわち、パルス時間方式によるステージ判定は原理式から電圧（バッテリ電圧）に依存する。特にＵ相からＷ相に通電する場合、ステージ４、５−６、１−２−３の順で影響を受ける。そこで、先に安定しているステージ１、２を判定し次にステージ３を判定する。ステージ５の判定は接しているステージ１でないので判定は片側のみで済む。残るのは一番判別しにくいステージ４が残るが自動的にステージ４となるので判定を行う必要はない。
【０１１９】
＜第３の実施形態＞
次に、図４２〜図５１を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。本発明の第３の実施形態は、上記第１の実施形態と比較して、ハードウェアの構成は同一であり、ソフトウェアの構成すなわち動作が一部異なる。具体的には、図５に示すステップＳ１２のステージ判別処理の内容と、ステップＳ１４の回転始動時の通電パターンが異なる。まず、図４２〜図４６を参照して、回転始動時の通電パターンの違いについて説明する。回転始動時の通電パターンには、１８０度通電、１２０度通電等、種々のものがあるが、ここでは１２０度通電を例として説明する。図４２は、図４に示す巻線部ＡＣＧ１と第１電力変換部６１を示すとともに、回転始動時の通電パターンを表す記号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、およびＷＬを新たに書き加えた図である。例えば、ハイサイドがＵＨで、ローサイドがＷＬという通電パターンは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）とのＭＯＳＦＥＴ（Ｑ６）がオンし、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）〜（Ｑ５）がオフすることを意味する。
【０１２０】
図４３は、図７を参照して説明した各ステージと、１２０度通電時に通電されるハイサイドのＭＯＳＦＥＴとローサイドのＭＯＳＦＥＴとの対応関係を模式的に示す図である。例えばステージ３では、ハイサイドがＵＨで、ローサイドがＷＬである。同様に、ステージ１では、ハイサイドがＵＨで、ローサイドがＶＬである。同様に、ステージ５では、ハイサイドがＷＨで、ローサイドがＶＬである。
【０１２１】
図４４は、図４３に示す関係とロータ角度との関係を示す図である。図４３および図４４に示す通電パターンでは、ハイサイドの切り替わり位置およびローサイドの切り替わり位置は、いずれかのステージの切り替わりの位置と一致している。例えば、ハイサイドがＵＨからＶＨに切り替わる位置は、ステージ３とステージ２の境界である。また、例えば、ローサイドがＷＬからＵＬに切り替わる位置は、ステージ２とステージ６の境界である。
【０１２２】
ところで、第１の実施形態では、ロータ位置判定回路７５が、ロータ位置をステージ単位で判別している。すなわち、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置がステージ１からステージ６のどのステージ内に位置しているのかを判別している。また、ホールセンサを用いるブラシレスモータでも一般的にはステージ単位で判別している。そのため、第１の実施形態やホールセンサを用いるものではステージ内の位置を特定することができない。例えばロータがステージ１にある場合にステージ３よりなのかステージ５に近いのか、あるいはステージ１の中央なのかということを判別することができない。よってステージ１を判別したらロータがどこにあっても通電パターンはＵＨ⇒ＶＬとなる。この場合発生するトルクはロータの位置により影響を受けてしまう。例えば回転がＣＷ方向（時計回り）であってステージ５に近ければトルクは大きくなるが、ステージ３に近いとトルクは小さくなってしまう。ステージ３に近い場合はＵＨ⇒ＷＬと通電したほうがトルクは大きくなる。この様に第１の実施形態やホールセンサが示すロータ位置情報ではトルクが小さくなってしまう可能性があり、バッテリが消耗している場合モータ始動に時間を要したり、始動できないことが考えられる。
【０１２３】
そこで、第３の実施形態では、ロータがステージのどちらによっているのかを判別可能とする。また、通電パターンを図４３に示すものからＣＷ方向へ３０°回転させた図４５に示す通電パターンとすることによって常に最大トルクが発生することができるようにした。例えばステージ１でステージ３に近い場合はＶＨ⇒ＷＬと通電し、ステージ５に近い場合はＵＨ⇒ＶＬと通電を切替えることで最大トルクを発生させられるようにする。この構成によればバッテリが消耗している場合でも確実にモータを始動することが可能である。
【０１２４】
図４５は、図４３と同様に、図７を参照して説明した各ステージと、１２０度通電時に通電されるハイサイドのＭＯＳＦＥＴとローサイドのＭＯＳＦＥＴとの対応関係を模式的に示す図であえる。例えばステージ３では、ステージ１よりの場合にハイサイドがＵＨ、ステージ２よりの場合にハイサイドがＶＨで、ローサイドはＷＬである。同様に、ステージ１では、ハイサイドがＵＨで、ステージ３よりの場合にローサイドはＷＬ、ステージ５よりの場合にローサイドはＶＬである。同様に、ステージ５では、ステージ１よりの場合にハイサイドがＵＨ、ステージ４よりの場合にハイサイドがＷＨで、ローサイドはＶＬである。
【０１２５】
図４６は、図４５に示す関係とロータ角度との関係を示す図である。図４５および図４６に示す通電パターンでは、ハイサイドの切り替わり位置およびローサイドの切り替わり位置は、ステージの切り替わりの位置とは一致していない。
【０１２６】
ここで、図４７〜図４９を参照して、図４５および図４６に示す第３の実施形態の通電パターンと、図４３および図４４に示す通電パターンとの発生トルクの差異について説明する。図４７および図４８は、図４３および図４４に示す通電パターンの場合、図４９は、図４５および図４６に示す第３の実施形態の通電パターンの場合である。図４７は、ロータ位置がステージ５によっているステージ１の場合に、ＵＨ⇒ＶＬで２０ｍｓ通電したときに二次巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２の相電圧を観測した結果を示す波形図である。図４７は、二次巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２の相電圧が大きく、２０ｍｓの通電で速度が比較的大きくなったことを示す。図４８は、ロータ位置がステージ３によっているステージ１の場合に、ＵＨ⇒ＶＬで２０ｍｓ通電したときに二次巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２の相電圧を観測した結果を示す波形図である。図４７と比較すると、図４８の波形は、振幅が小さい。つまり、図４７の場合に比べ、図４８の場合はロータに与えられた駆動トルクが小さかったことを示している。一方、図４９は、ロータ位置がステージ５またはステージ３によっているステージ１の場合に、ＵＨ⇒ＶＬまたはＵＨ⇒ＷＬで２０ｍｓ通電したときに二次巻線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２の相電圧を観測した結果を示す波形図である。本通電パターンでは、ステージ５によっている場合でもステージ３によっている場合でも同様の波形となることを確認している。図４９の波形から、図４９の場合に、図４７の場合と同様の駆動トルクが発生していたことが確認された。
【０１２７】
図５０は第３の実施形態おけるロータ位置判定回路７５の動作例を示すフローチャートである。すなわち、図５０は第３の実施形態におけるステージ判別処理（図５のステップＳ１２の処理）の内容を示すフローチャートである。図５１は、図２６に示す特性図に、通電パターンを表す各記号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、およびＷＬが対応するロータ角度の範囲と、ロータ角度を区分する複数の領域Ｒ１〜Ｒ２５の範囲を追記したものである。また、図５１には、図５０に示す処理で使用する閾値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３およびＴＨ４を示している。
【０１２８】
図５１に示すように、領域Ｒ１は、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅がＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅より大きい範囲に対応している。領域Ｒ１では、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅が立下り時間Ｔ２に対応し、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅が立上り時間Ｔ１に対応する。領域Ｒ２は、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅がＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅より小さい範囲に対応している。領域Ｒ２では、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖのパルス幅が立上り時間Ｔ１に対応し、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖのパルス幅が立下り時間Ｔ２に対応する。
【０１２９】
領域Ｒ１は、２つの領域Ｒ１１と領域Ｒ１２に区分される。領域Ｒ１１は、領域Ｒ１において、立上り時間Ｔ１が閾値ＴＨ１未満の範囲に対応する。領域Ｒ１２は、領域Ｒ１において、立上り時間Ｔ１が閾値ＴＨ１以上の範囲に対応する。
【０１３０】
また、領域Ｒ１は、３つの領域Ｒ１３と領域Ｒ１４と領域Ｒ１５に区分される。領域Ｒ１３は、領域Ｒ１１において、立下り時間Ｔ２が閾値ＴＨ３未満の範囲に対応する。領域Ｒ１５は、領域Ｒ１２において、立下り時間Ｔ２が閾値ＴＨ４未満の範囲に対応する。領域Ｒ１４は、領域Ｒ１において、領域Ｒ１３または領域Ｒ１５以外の範囲に対応する。
【０１３１】
領域Ｒ２は、２つの領域Ｒ２１と領域Ｒ２２に区分される。領域Ｒ２１は、領域Ｒ２において、立上り時間Ｔ１が閾値ＴＨ１以上の範囲に対応する。領域Ｒ２２は、領域Ｒ２において、立上り時間Ｔ１が閾値ＴＨ１未満の範囲に対応する。
【０１３２】
また、領域Ｒ２は、３つの領域Ｒ２３と領域Ｒ２４と領域Ｒ２５に区分される。領域Ｒ２５は、領域Ｒ２２において、立下り時間Ｔ２が閾値ＴＨ２未満の範囲に対応する。領域Ｒ２３は、領域Ｒ２１において、立下り時間Ｔ２が閾値ＴＨ４未満の範囲に対応する。領域Ｒ２４は、領域Ｒ２において、領域Ｒ２３または領域Ｒ２５以外の範囲に対応する。
【０１３３】
各領域と通電パターンＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、およびＷＬとの対応関係は、次の通りである。すなわち、通電パターンＵＨは、領域Ｒ２２と領域Ｒ１３を組み合わせた範囲に対応する。通電パターンＶＨは、領域Ｒ１４の範囲に対応する。通電パターンＷＨは、領域Ｒ２１と領域Ｒ１５を組み合わせた範囲に対応する。通電パターンＵＬは、領域Ｒ１２と領域Ｒ２３を組み合わせた範囲に対応する。通電パターンＶＬは、領域Ｒ２４の範囲に対応する。通電パターンＷＬは、領域Ｒ１１と領域Ｒ２５を組み合わせた範囲に対応する。このように、領域Ｒ１１〜Ｒ１５またはＲ２１〜Ｒ２５を組み合わせることで、通電パターンＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、およびＷＬの該当範囲を表すことができる。したがって、図５のステップＳ１２においてロータの停止位置が領域Ｒ１１〜Ｒ１５またはＲ２１〜Ｒ２５のどこに位置しているのかを判別することで、図５のステップ１４において図４５に示す通電パターンによって始動発電機１を回転始動することができる。
【０１３４】
次に、図５０を参照して、第３の実施形態おけるロータ位置判定回路７５の動作例について説明する。図５０に示す処理において、ロータ位置判定回路７５は、第２電力変換部６２の各ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ７）〜（Ｑ９）をオフし、第１電力変換部６１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）および（Ｑ６）をオンして、一次巻線のＵ１巻線とＷ１巻線に２ｍｓの間通電する（ステップＳ３０１）。次に、ロータ位置判定回路７５は、立上り時間Ｔ１が検出されるまで待機する（ステップＳ３０２：ＮＯの繰り返し）。立上り時間Ｔ１が検出されると（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、立下り時間Ｔ２が検出されるまで、Ｗ２−Ｎ２誘起電圧ＷｖとＵ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖの状態を繰り返し取り込む（ステップＳ３０３→ステップＳ３０４：ＮＯ→ステップＳ３０３の繰り返し）。立下り時間Ｔ２が検出されると（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｕ２−Ｎ２誘起電圧Ｕｖが“１”（Ｈレベル）かつＷ２−Ｎ２誘起電圧Ｗｖが“０”（Ｌレベル）であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。以下、各値について名称の記載を適宜省略する。なお、Ｕｖ＝１かつＷｖ＝０の場合、ロータ位置は領域Ｒ２内にあり、Ｕｖ＝１かつＷｖ＝０でない場合、ロータ位置は領域Ｒ１内にある。
【０１３５】
Ｕｖ＝１かつＷｖ＝０でない場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｔ１＜ＴＨ１であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。Ｔ１＜ＴＨ１の場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置が領域Ｒ１１内にあると判定し（ステップＳ３０７）、Ｔ２＜ＴＨ３であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。ロータ位置判定回路７５は、Ｔ２＜ＴＨ３の場合（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、ロータ位置が領域Ｒ１３内にあると判定し（ステップＳ３０９）、そうでない場合（ステップＳ３０８：ＮＯ）、ロータ位置が領域Ｒ１４内にあると判定する（ステップＳ３１０）。
【０１３６】
一方、Ｔ１＜ＴＨ１でない場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置が領域Ｒ１２内にあると判定し（ステップＳ３１１）、Ｔ２＜ＴＨ４であるか否かを判定する（ステップＳ３１２）。ロータ位置判定回路７５は、Ｔ２＜ＴＨ４の場合（ステップＳ３１２：ＹＥＳ）、ロータ位置が領域Ｒ１５内にあると判定し（ステップＳ３１３）、そうでない場合（ステップＳ３１２：ＮＯ）、ロータ位置が領域Ｒ１４内にあると判定する（ステップＳ３１４）。
【０１３７】
他方、Ｕｖ＝１かつＷｖ＝０である場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、Ｔ１＜ＴＨ１であるか否かを判定する（ステップＳ３１５）。Ｔ１＜ＴＨ１の場合（ステップＳ３１５：ＹＥＳ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置が領域Ｒ２２内にあると判定し（ステップＳ３１６）、Ｔ２＜ＴＨ２であるか否かを判定する（ステップＳ３１７）。ロータ位置判定回路７５は、Ｔ２＜ＴＨ２の場合（ステップＳ３１７：ＹＥＳ）、ロータ位置が領域Ｒ２５内にあると判定し（ステップＳ３１８）、そうでない場合（ステップＳ３１７：ＮＯ）、ロータ位置が領域Ｒ２４内にあると判定する（ステップＳ３１９）。
【０１３８】
一方、Ｔ１＜ＴＨ１でない場合（ステップＳ３１５：ＮＯ）、ロータ位置判定回路７５は、ロータ位置が領域Ｒ２１内にあると判定し（ステップＳ３２０）、Ｔ２＜ＴＨ４であるか否かを判定する（ステップＳ３２１）。ロータ位置判定回路７５は、Ｔ２＜ＴＨ４の場合（ステップＳ３２１：ＹＥＳ）、ロータ位置が領域Ｒ２３内にあると判定し（ステップＳ３２２）、そうでない場合（ステップＳ３２１：ＮＯ）、ロータ位置が領域Ｒ２４内にあると判定する（ステップＳ３２３）。
【０１３９】
以上のようにして、ロータ位置判定回路７５は、始動発電機１の回転始動時の電機子部１６１への通電パターンの切り替え位置をまたぐ複数の領域を判別することで位置関係を検知する。このようにして、図５に示すステップＳ１２のステージ判別処理が終了すると、図５に示すステップＳ１４では、ロータが領域Ｒ１１〜Ｒ１５またはＲ２１〜Ｒ２５のどこに位置しているのかを示す判別結果に基づいて図４５および図４６に示した通電モードが選択される。
【０１４０】
よって、第３の実施形態によれば、図４５に示す通電パターンとすることによって常に最大トルクが発生することができ、バッテリが消耗している場合でも確実にモータを始動することが可能である。
【０１４１】
以上のように、本発明の各実施形態によれば、巻線部ＡＣＧ１および巻線部ＡＣＧ２が並列に配置された始動発電機１が、エンジン２の始動に用いられる場合、および発電機として用いられる場合の双方において、巻線部ＡＣＧ２をロータの位置を検出する検出巻線として用いるため、ホールセンサを設けずに、ロータの位置を高い精度で検出することができる。このため、高価なホールセンサを高い取付精度に対応して配置する必要がないため、価格が安くかつ高い精度でロータの検出が可能な始動発電機を提供することができる。
【０１４２】
また、本発明の各実施形態によれば、巻線部ＡＣＧ１（第１多相巻線）に１回だけ所定の線間電圧を印加したときに、巻線部ＡＣＧ２（第２多相巻線）に発生する相電圧の値を検出することで、ロータの停止位置を判定することができる。これによれば電流検出を不要とすることができる。すなわち、本発明の第１の実施形態によれば、第１多相巻線にバッテリの出力電圧を所定時間印加したときに第２多相巻線を構成する２以上の巻線に発生した２以上の所定の電圧の時間幅を検出することで、ロータの停止位置を判定することができる。これによれば電流検出を不要とすることができる。また、本発明の第１の実施形態によれば、１回の通電でロータの停止位置（ステージや領域）を判定することができるので、判定時間と電力消費を低減することができる。また、ステージや領域の境界付近では、時間幅の比較によって隣接する２つのステージや領域のうちのどちらなのかを判別することができるので、ステージや領域の境界付近での位置検出精度を容易に高めることができる。
【０１４３】
なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、停止位置を検出する際に、Ｖ２相の電圧の発生時刻やパルス幅あるいはパルス幅の差分値を加味して、Ｕ２相、Ｗ２相およびＶ２相の誘起電圧に基づいて位置判定を行ってもよい。また、停止位置を検出する際に、Ｕ１、Ｗ１およびＶ１の３相に通電した状態で２次巻線に発生する電圧を計測することで位置判定を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１００、１００ａ、１００ｂ  始動発電制御装置
１  始動発電機
ＡＣＧ１、ＡＣＧ２  巻線部
６１、６１ｂ  第１電力変換部
６２、６２ａ  第２電力変換部
７、７ａ、７ｂ  制御部
Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２  巻線
７２  ＣＰＵ
７３  検出・判定回路部
７４  ゼロクロス検出回路
７５  ロータ位置判定回路
Ｑ１〜Ｑ１４、Ｑ１７〜Ｑ１９  ＭＯＳＦＥＴ 
【図１】
2018066065.tif 000011
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月28日(2017.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記制御部が、所定の領域毎に前記位置関係を検知するものであり、前記各領域の境界上において前記界磁部が形成する磁束ベクトルと前記第１多相巻線及び前記第２多相巻線に流れる電流ベクトルとの位相差が１２０°となることができるように前記各領域が設定されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の始動発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の始動発電装置において、前記制御部が、所定の領域毎に前記位置関係を検知するものであり、前記各領域の境界上において前記界磁部が形成する磁束ベクトルと前記第１多相巻線及び前記第２多相巻線に流れる電流ベクトルとの位相差が１２０°となることができるように前記各領域が設定されている。
【国際調査報告】
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