(57)【要約】【課題】エンジンで消費される燃料の消費量抑制について設計自由度が高められつつ、減速の時のブレーキ制御の設計自由度が高められるビークルを提供する。【解決手段】ビークルは、エンジンと、永久磁石式交流発電機と、バッテリと、電力消費機器と、前記永久磁石式交流発電機と前記バッテリとの間に配置され、永久磁石式回転電機から前記バッテリ及び電力消費機器に出力される電流を制御する複数のスイッチング部を備えたインバータと、永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータのスイッチング部を制御する制御装置とを備え、発電効率が最も高い負荷制御が適用される期間での永久磁石式回転電機の発電量は、電力消費機器が消費する電力より多く、発電効率が最も低い負荷制御が適用される期間での永久磁石式回転電機の発電量は、電力消費機器が消費する電力以下である。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビークルであって、
前記ビークルは、
１つ又は２つの気筒とクランクシャフトとを有し、前記クランクシャフトを介して回転パワーを出力するエンジンと、
永久磁石を有し、前記クランクシャフトの回転パワーを受けて発電しながら前記クランクシャフトの回転に対する負荷を付与する永久磁石式回転電機と、
前記永久磁石式回転電機で発電された電力によって充電されるバッテリと、
前記永久磁石式回転電機で発電された電力又は前記バッテリに充電された電力を消費しながら動作する前記ビークルに搭載された電力消費機器と、
前記永久磁石式回転電機から前記バッテリ及び前記電力消費機器に出力される電流を制御する複数のスイッチング部を備えたインバータと、
少なくとも前記エンジンのアイドリング中に、前記永久磁石式回転電機に前記クランクシャフトの正回転に対する負荷を生じさせるとともに前記インバータの出力における前記永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータの前記スイッチング部を制御する制御装置とを備え、
前記複数種類の負荷制御のうち、発電効率が最も高い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部で前記インバータを介して出力される永久磁石式回転電機の発電量は、前記電力消費機器が消費する電力より多く、前記複数種類の負荷制御のうち、発電効率が最も低い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部で前記インバータを介して出力される永久磁石式回転電機の発電量は、前記電力消費機器が消費する電力以下である。
【請求項２】
請求項１記載のビークルであって、
前記制御装置は、少なくとも前記エンジンのアイドリング中に、前記バッテリの充電レベルに応じて、前記インバータの出力における前記永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータの前記スイッチング部を制御する。
【請求項３】
請求項１記載のビークルであって、
前記制御装置は、少なくとも前記エンジンのアイドリング中に、前記エンジンで実施される行程に応じて、前記インバータの出力における前記永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータの前記スイッチング部を制御する。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項に記載のビークルであって、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部をベクトル制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部を位相制御方式で制御する負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【請求項５】
請求項１から３いずれか１項に記載のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、前記インバータと電気的に接続された巻線を有し、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部をベクトル制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【請求項６】
請求項１から３いずれか１項に記載のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、前記インバータと電気的に接続された巻線を有し、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部を位相制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【請求項７】
請求項１から３いずれか１項に記載のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、前記インバータと電気的に接続された巻線を有し、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部をベクトル制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御と、発電効率が最も高い負荷制御の発電効率よりも低く且つ発電効率が最も低い負荷制御の発電効率よりも高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部を位相制御方式で制御する負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【請求項８】
請求項５から７いずれか１項に記載のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、複数の相にそれぞれ対応する巻線を有し、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御において、前記複数のスイッチング部に前記複数の相の全てに対応する巻線を短絡させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビークルに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを備えたビークルは、エンジンの出力によって走行する。エンジンのアイドリング時、エンジンの動作は、車両の走行に寄与しない。従って、アイドリング時におけるエンジンのクランクシャフトの回転速度は、燃料消費を抑える観点から、低下させることが望ましい。
【０００３】
回転速度が低下するとエンジンの回転が不安定になりやすい。特に、単気筒エンジン又は２気筒エンジンでは、クランクシャフトが駆動される燃焼行程の到来間隔が大きいため、回転が不安定になりやすい。
【０００４】
特許文献１には、内燃機関の回転変動制御装置が示されている。この回転変動制御装置は、圧縮行程において電動発電機をモータとして機能させて駆動力を発生させる。電動発電機のモータとして機能は、具体的には、クランク軸の回転角度に応じて実施されている。
特許文献１の回転変動制御装置では、内燃機関の圧縮行程におけるクランク軸の回転の補助が図られる。クランク軸の回転に対する負荷の減少が図られている。これによって、特許文献１の回転変動制御装置では、クランク軸の回転速度の制御が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５７３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の回転変動制御装置では、圧縮行程の度に電動発電機がモータとして機能する。つまり、電動発電機が発電を行わず、電力を消費する。このため、電動発電機による発電量が確保されない場合がある。電動発電機のアイドリング中は、クランク軸の回転速度が低い。このため、電動発電機による発電量が確保され難い。
【０００７】
本発明は、エンジンの回転の安定性を確保しつつ、発電電力を確保することができるビークル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】
【０００８】
本発明者は、エンジンのアイドリング時におけるクランクシャフトの回転の安定性について検討を行った。本発明者は、クランクシャフトの回転の安定を妨げる要因として、クランクシャフトの回転に抵抗が加わる圧縮行程ではなく、クランクシャフトの回転パワーを生じさせる燃焼行程に着目した。燃焼行程に関し、本発明者は、エンジンに供給される混合気量と、回転の安定性との関係に着目した。
エンジンのアイドリング時、エンジンに供給される空気即ち混合気の量は、非アイドリング時と比べて少ない。アイドリング時におけるクランクシャフトの回転速度の目標値を更に低下させる場合、エンジンに供給される混合気の量は更に減少する。このため、エンジンにおける燃焼が不十分となる場合が生じる。この結果、クランクシャフトの回転が不安定になる場合がある。燃焼が不十分な場合には、例えば、エンジン内で燃料を含む混合気の一部分のみが燃焼する場合が含まれる。また、燃焼が不十分な場合には、例えば、エンジンの動作に伴い繰返し到来する複数回の燃焼行程（膨張行程）の一部で、燃焼が生じない場合が含まれる。
【０００９】
エンジンにおける燃焼を十分に行いクランクシャフトの回転を安定化させるため、エンジンに供給される混合気の量を増大することが考えられる。しかし、供給される混合気の量を増大すると、クランクシャフトの回転速度が増大する。クランクシャフトの回転速度が増大すると、単位時間当たりに到来する燃焼の回数が多くなるため、燃料消費が増大してしまう。
【００１０】
そこで、本発明者は、エンジンにおける燃焼を安定させる目的のため、クランクシャフトに敢えて負荷をかけてみることを考えた。さらに、本発明者は、クランクシャフトに負荷をかける手段として、クランクシャフトの回転パワーを受けて発電する永久磁石式回転電機を利用することに思い至った。本発明者は、クランクシャフトの正回転に対する負荷を生じさせるとともに発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替えることによって、クランクシャフトの正回転に対して大きな負荷を継続してかけることができることを見出した。
【００１１】
エンジンのアイドリング時にクランクシャフトの正回転に対して負荷が継続してかけられることによって、クランクシャフトの回転速度の増大を抑えつつ、エンジンに供給される混合気の量を増大させることが可能である。従って、例えば、アイドリング時に正回転に対する負荷を与えず混合気量を減少させることによって回転速度を減少させる場合と比べ、エンジンの回転の安定性が確保される。また、クランクシャフトの回転速度の増大が抑えられるので、燃料消費の増大も抑えられる。またさらに、クランクシャフトの正回転に対して継続的に負荷をかけつつ発電を行うことができるので、エンジンのアイドリング時にモータとしての実施を実施する場合と比べ発電電力が確保される。したがって、エンジンの回転の安定性を確保しつつ、発電電力を確保することができる
【００１２】
本発明の技術思想は、エンジンのアイドリング時に、クランクシャフトの正回転に対し、敢えて大きな負荷を継続してかけることによって、エンジンの回転の安定性を確保しつつ、発電電力を確保することである。これは、圧縮行程において、モータとしての動作によってクランクシャフトの正回転を補助する特許文献１の思想とは異なる。
【００１３】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【００１４】
（１）ビークルは、
１つ又は２つの気筒とクランクシャフトとを有し、前記クランクシャフトを介して回転パワーを出力するエンジンと、
永久磁石を有し、前記クランクシャフトの回転パワーを受けて発電しながら前記クランクシャフトの回転に対する負荷を付与する永久磁石式回転電機と、
前記永久磁石式回転電機で発電された電力によって充電されるバッテリと、
前記永久磁石式回転電機で発電された電力又は前記バッテリに充電された電力を消費しながら動作する前記ビークルに搭載された電力消費機器と、
前記永久磁石式回転電機から前記バッテリ及び前記電力消費機器に出力される電流を制御する複数のスイッチング部を備えたインバータと、
少なくとも前記エンジンのアイドリング中に、前記永久磁石式回転電機に前記クランクシャフトの正回転に対する負荷を生じさせるとともに前記インバータの出力における前記永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータの前記スイッチング部を制御する制御装置とを備え、
前記複数種類の負荷制御のうち、発電効率が最も高い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部で前記インバータを介して出力される永久磁石式回転電機の発電量は、前記電力消費機器が消費する電力より多く、前記複数種類の負荷制御のうち、発電効率が最も低い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部で前記インバータを介して出力される永久磁石式回転電機の発電量は、前記電力消費機器が消費する電力以下である。
【００１５】
（１）のビークルは、エンジンと、永久磁石式回転電機とを備える。エンジンは、１つ又は２つの気筒とクランクシャフトとを有し、前記クランクシャフトを介して回転パワーを出力する。永久磁石式回転電機は、永久磁石を有し、クランクシャフトの回転パワーを受けて発電しながらクランクシャフトの回転に対する負荷を付与する。
【００１６】
ビークルは、バッテリと、電力消費機器と、インバータと、制御装置とを備える。バッテリは、永久磁石式回転電機で発電された電力によって充電される。電力消費機器は、ビークルに搭載される。電力消費機器は、永久磁石式回転電機で発電された電力又はバッテリに充電された電力を消費しながら動作する。インバータは、複数のスイッチング部を備える。複数のスイッチング部は、永久磁石式回転電機からバッテリ及び電力消費機器に出力される電流を制御する。制御装置は、インバータのスイッチング部を制御する方式として、複数種類の負荷制御を切り替える。複数種類の負荷制御は、いずれも永久磁石式回転電機にクランクシャフトの正回転に対する負荷を生じさせる制御である。複数種類の負荷制御のそれぞれの、インバータの出力における永久磁石式回転電機の発電効率は、互いに異なる。
制御装置は、少なくともエンジンのアイドリング中に、複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御でインバータのスイッチング部を制御する。複数種類の負荷制御は、永久磁石式回転電機にクランクシャフトの正回転に対する負荷を生じさせる。従って、エンジンのアイドリング中、クランクシャフトの正回転に対し負荷が生じる。
【００１７】
複数種類の負荷制御のうち、発電効率が最も高い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部でインバータを介して出力される永久磁石式回転電機の発電量は、電力消費機器が消費する電力よりも多い。この場合、インバータを介して出力される永久磁石式回転電機の電力は、バッテリに充電される。発電効率が最も高い負荷制御が適用されることによって、クランクシャフトの回転パワーが高い効率で電力に変換され、バッテリに充電される。このため、アイドリング中のように回転速度が比較的低い場合でも、大きな電力でバッテリが充電される。このため、永久磁石式回転電機は、バッテリに充電される電力に対応した大きな回転パワーをクランクシャフトから受ける。つまり、永久磁石式回転電機は、大きな負荷をクランクシャフトの回転に対して付与することができる。
【００１８】
複数種類の負荷制御のうち、発電効率が最も低い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部でインバータを介して出力される永久磁石式回転電機の発電量は、電力消費機器が消費する電力よりも少ない。この場合、インバータを介して出力される永久磁石式回転電機の電力は、バッテリに充電されない。電力消費機器は、バッテリに充電された電力を消費しながら動作する。即ち、バッテリは放電状態となる。ただし、永久磁石式回転電機がモータとして機能する場合と異なり、バッテリが放電する電力は、電力消費機器が消費する電力以下に抑えられる。
発電効率が低い場合、永久磁石式回転電機は、バッテリを充電する程度の電力を出力しない場合がある。しかし、発電効率が最も低い負荷制御の場合、永久磁石式回転電機からインバータを介して出力される電力に対する、エンジンから永久磁石式回転電機に入力されるパワーの割合が、他の種類の負荷制御の場合よりも大きい。このため、発電効率が低い場合、永久磁石式回転電機によってクランクシャフトの回転に対して大きな負荷が付与される。
また、発電効率が最も低い負荷制御が適用される期間の少なくとも一部では、バッテリが充電されない。バッテリが充電されない期間では、電力消費機器により、バッテリの電力が消費される。その結果、バッテリの充電レベルが満充電のレベルではなくなる。このため、負荷制御が発電効率の最も高い負荷制御に切り替えられた場合に、永久磁石式回転電機は、発電した電力をバッテリに供給することができる。従って、負荷制御が、制御を発電効率が最も高い負荷制御に切り替えられた場合に、大きな電力に応じた大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。
【００１９】
このように、（１）のビークルでは、エンジンのアイドリング中、複数種類の負荷制御が切り替えられながら、切り替えられた負荷制御でインバータのスイッチング部が制御すされる。このため、エンジンのアイドリング中、インバータのスイッチング部が負荷制御で制御される。従って、エンジンのアイドリング中、クランクシャフトの正回転に対し負荷が生じる。
しかも、発電効率が最も高い負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御とのいずれの場合でも、例えば永久磁石式回転電機が負荷制御を受けない場合と比べて、大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。
エンジンのアイドリング中、大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。このため、エンジンに供給される混合気の量が増大しても、クランクシャフトの回転速度の上昇が抑えられる。従って、クランクシャフトの回転が安定する。しかも、エンジンのアイドリング中、永久磁石式回転電機がモータとしてクランクシャフトを回転させる事態が抑えられる。
従って、（１）のビークルによれば、エンジンの回転の安定性を確保しつつ、発電電力を確保することができる。
【００２０】
（２）  （１）のビークルであって、
前記制御装置は、少なくとも前記エンジンのアイドリング中に、前記バッテリの充電レベルに応じて、前記インバータの出力における前記永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータの前記スイッチング部を制御する。
【００２１】
（２）の構成によれば、発電効率が最も高く、永久磁石式回転電機の発電量が電力消費機器が消費する電力より多い負荷制御と、発電効率が最も低く、発電量が電力消費機器の消費電力以下である負荷制御がバッテリの充電レベルに応じて切り替えられ、切り替えられた負荷制御でインバータのスイッチング部が制御される。このため、バッテリの充電レベルが維持されやすい。また、負荷制御を切り替えが、エンジンの行程の変化に対し独立しているので、永久磁石式回転電機の負荷の変動が、特定の行程でのエンジンの動作に干渉する事態が抑えられる。従って、（１）のビークルによれば、エンジンの回転の安定性を確保しつつ、バッテリの充電レベルが維持されるような発電電力を確保することができる。
【００２２】
（３）  （１）のビークルであって、
前記制御装置は、少なくとも前記エンジンのアイドリング中に、前記エンジンで実施される行程に応じて、前記インバータの出力における前記永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記インバータの前記スイッチング部を制御する。
【００２３】
（３）の構成によれば、エンジンの行程に応じた種類の負荷制御を行うことができる。従って、エンジンの行程に応じた負荷をクランクシャフトの回転に対してかけることができる。
【００２４】
（４）  （１）から（３）いずれか１のビークルであって、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部をベクトル制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部を位相制御方式で制御する負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【００２５】
（４）の構成によれば、発電効率が最も高い負荷制御としてのベクトル制御方式で複数のスイッチング部が制御される。ベクトル制御によれば、スイッチング部のオン・オフ状態の切り替えによって、永久磁石式回転電機から出力される電圧が、バッテリの電圧より高い電圧に昇圧される。また、ベクトル制御によって、永久磁石式回転電機の電流と電圧を、力率が高まるように制御することができる。このため、アイドリング中でクランクシャフトの回転速度が低い場合でもバッテリが高い発電効率で充電される。従って、アイドリング中でクランクシャフトの回転速度が低い場合でも、大きな負荷をクランクシャフトの回転に対して付与することができる。
位相制御方式は、ベクトル制御方式よりも低い発電効率を有する。このため、制御装置は、低い発電効率に起因して、クランクシャフトの回転速度に負荷を付与させることができる。
【００２６】
（５）  （１）から（３）いずれか１のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、前記インバータと電気的に接続された巻線を有し、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部をベクトル制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【００２７】
（５）の構成によれば、発電効率が最も高い負荷制御としてのベクトル制御方式で複数のスイッチング部が制御される。ベクトル制御によれば、スイッチング部のオン・オフ状態の切り替えによって、永久磁石式回転電機から出力される電圧が、バッテリの電圧より高い電圧に昇圧される。また、ベクトル制御によって、永久磁石式回転電機の電流と電圧を、力率が高まるように制御することができる。このため、アイドリング中でクランクシャフトの回転速度が低い場合でもバッテリが高い発電効率で充電される。従って、アイドリング中でクランクシャフトの回転速度が低い場合でも、大きな負荷をクランクシャフトの回転に対して付与することができる。
この一方で、巻線を短絡させる制御によれば、短絡した巻線について、永久磁石式回転電機からインバータを介して電流が出力されない。従って、巻線を短絡させる制御では、発電効率が更に低い。巻線を短絡させる制御では、巻線で生じた電力がクランクシャフトの回転を妨げるように利用される。従って、効率が最も低い負荷制御では、巻線の短絡によって、より大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。（５）の構成によれば、エンジンのアイドリング中、ベクトル制御方式による負荷制御と、巻線を短絡させる負荷制御の双方で、クランクシャフトの正回転に対し大きな負荷が生じる。
さらに、巻線を短絡させる負荷制御が適用される期間、バッテリの電力がより多く放電される。このため、発電効率が最も高いベクトル制御による負荷制御において、より大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。従って、エンジンの回転の安定性をより確保しつつ、発電電力を確保することができる。
【００２８】
（６）  （１）から（３）いずれか１のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、前記インバータと電気的に接続された巻線を有し、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部を位相制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【００２９】
（６）の構成によれば、発電効率が最も高い負荷制御としての位相制御方式で複数のスイッチング部が制御される。この場合、バッテリが充電される。この一方で、巻線を短絡させる制御によれば、短絡した巻線について、永久磁石式回転電機からインバータを介して電流が出力されない。巻線を短絡させる制御では、大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。（６）の構成によれば、エンジンのアイドリング中、ベクトル制御方式による負荷制御と、巻線を短絡させる負荷制御の双方で、クランクシャフトの正回転に対し大きな負荷が生じる。
さらに、巻線を短絡させる負荷制御が適用される期間、バッテリの電力がより多く放電される。このため、発電効率が最も高いベクトル制御による負荷制御において、より大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。従って、エンジンの回転の安定性をより確保しつつ、発電電力を確保することができる。
【００３０】
（７）  （１）から（３）いずれか１のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、前記インバータと電気的に接続された巻線を有し、
前記制御装置は、発電効率が最も高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部をベクトル制御方式で制御する負荷制御と、発電効率が最も低い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御と、発電効率が最も高い負荷制御の発電効率よりも低く且つ発電効率が最も低い負荷制御の発電効率よりも高い負荷制御としての、前記複数のスイッチング部を位相制御方式で制御する負荷制御とで前記スイッチング部の制御に適用する負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御で前記スイッチング部を制御する。
【００３１】
（７）の構成によれば、発電効率が最も高い負荷制御としてのベクトル制御方式で複数のスイッチング部が制御される。この場合、バッテリが充電される。この一方で、発電効率が最も低い負荷制御としての巻線を短絡させる制御によれば、短絡した巻線について、永久磁石式回転電機からインバータを介して電流が出力されない。巻線を短絡させる制御では、大きな負荷がクランクシャフトの回転に対して付与される。さらに、上記の最も高い負荷制御の発電効率よりも低く且つ上記の最も低い負荷制御の発電効率よりも高い負荷制御として、位相制御方式による制御が実施される。このため、エンジンの状態により精密に適応した制御が実施可能である。
【００３２】
（８）  （５）から（７）いずれか１のビークルであって、
前記永久磁石式回転電機は、複数の相にそれぞれ対応する巻線を有し、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング部に前記巻線を短絡させる負荷制御において、前記複数のスイッチング部に前記複数の相の全てに対応する巻線を短絡させる。
【００３３】
（８）の構成によれば、巻線を短絡させる負荷制御において、永久磁石式回転電機が有する複数の相の全てに対応する巻線が短絡する。従って、永久磁石式回転電機が有する全ての相の巻線について、永久磁石式回転電機からインバータを介して電流が出力されない。従って、巻線を短絡させる制御では、発電効率が更に低い。また、複数の相の全てに対応する巻線を短絡させる制御では、クランクシャフトの回転がより強く妨げられる。従って、（８）の構成によれば、エンジンの回転の安定性をより確保しつつ、発電電力を確保することができる。
【００３４】
本発明のビークルは、人又は物を運搬する機関である。ビークルは、ビークルを駆動する駆動部材としての車輪を備えた車両を含む。車両は、例えば、鞍乗型車両を含む。鞍乗型車両は、例えば、自動二輪車、自動三輪車、及びＡＴＶ（Ａｌｌ−Ｔｅｒｒａｉｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を含む。車両は、例えば自動四輪車を含む。また、ビークルは、駆動部材としてのスクリューを有する船舶も含む。本発明のビークルは、例えば、エンジンのクランクシャフトから駆動部材に至る動力伝達経路を通じて、エンジンから駆動部材に回転パワーを出力するように構成されている。このビークルは、さらに、永久磁石式回転電機がモータとして機能することにより駆動部材に回転パワーを出力するように構成されていてもよい。
【００３５】
本発明のエンジンは、内燃機関である。本発明のエンジンは、１つの気筒を有する単気筒エンジン、及び、２つの気筒を有する２気筒エンジンを含む。２気筒エンジンとしては、例えば、直列二気筒、並列二気筒、Ｖ型二気筒、水平対向二気筒等のエンジンが挙げられる。本発明のエンジンは、クランクシャフトを有する。本発明のエンジンは、気筒と、気筒内に往復移動自在に設けられたピストンと、ピストン及びクランクシャフトと連結されたコネクティングロッドと、を備える。
本発明のエンジンは、４ストローク式のエンジンである。４ストローク式のエンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程（膨張行程）、及び、排気行程を繰返しながら動作する。
【００３６】
本発明の永久磁石式回転電機は、永久磁石を有する回転電機である。本発明の永久磁石式回転電機は、ステータ及びロータを有する。本発明の永久磁石式回転電機のロータは永久磁石を有する。本発明の永久磁石式回転電機のロータは巻線を備えていない。本発明の永久磁石式回転電機のステータは巻線を備える。本発明の永久磁石式回転電機は、複数相に対応する巻線を備える。本発明の永久磁石式回転電機は、例えば、２相又は４相以上に対応する巻線を備てもよい。ただし、本発明の永久磁石式回転電機は、例えば、３相に対応する巻線を備えることによって、ベクトル制御、及び位相制御が容易に実施可能である。ステータの巻線は、ステータコアを巻いている。ロータは永久磁石がエアギャップを介してステータコアと向き合うように回転する。本発明の永久磁石式回転電機は、ラジアルギャップ型の回転電機、及びアキシャルギャップ型の回転電機を含む。本発明の永久磁石式回転電機は、ラジアルギャップ型の回転電機として、ステータの外側で回転するロータを備えたアウターロータ型の回転電機、及び、ステータの内側で回転するロータを備えたアウターロータ型の回転電機を含む。
本発明の永久磁石式回転電機は、発電を行う。本発明の永久磁石式回転電機は、モータとしての機能を有する永久磁石式回転電機、及び、モータとしての機能を有さない永久磁石式回転電機を含む。本発明に係る永久磁石式回転電機は、例えば、クランクシャフトから駆動部材（車輪又はスクリュー等）に至る動力伝達経路の外側に設けられる。
【００３７】
本発明のバッテリは、充電可能なバッテリである。本発明のバッテリは、永久磁石式回転電機で発電された電力によって充電される。本発明のバッテリは、ビークルに搭載される。本発明のバッテリは、充電された電力を放電可能である。
【００３８】
本発明の電力消費機器は、ビークルに搭載された、電力を消費しながら動作する機器である。電力消費機器は、永久磁石式回転電機で発電された電力又はバッテリに充電された電力を消費しながら動作する。電力消費機器は、いわゆる補機を含む。電力消費機器は、例えば、エンジンに設けられた補機を含む。エンジンに設けられた補機は、例えば、燃料ポンプ、点火プラグ、及び燃料噴射装置を含む。また、電力消費機器は、例えば、ビークルの照明器、表示装置、及びヒータを含む。また、電力消費機器は、クランクシャフト又はビークルの推進部を駆動するための、上記永久磁石式回転電機とは別の回転電機を含む。また、電力消費機器は、例えば、ビークルと電気的に接続された、ナビゲーション装置、及び、通信装置を含む。
【００３９】
本発明のインバータは、永久磁石式回転電機からバッテリ及び電力消費機器に出力される電流を制御する複数のスイッチング部を備えている。スイッチング部は、例えば、トランジスタである。スイッチング部は、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、サイリスタ、及びＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。インバータの機能は、整流機能を含む。インバータは、例えば、直流を出力する機能を有する。インバータは、永久磁石式回転電機からバッテリ及び電力消費機器に出力される電流を制御する。インバータは、例えば、複数のスイッチング部で構成されたブリッジインバータを有する。
本発明の制御装置は、例えば、エンジンの動作を制御する制御装置を含む。但し、本発明の制御装置は、例えば、エンジンの動作を制御する装置とは別個の制御装置も含む。
本発明の制御装置の制御は、例えば、永久磁石式回転電機をモータとして機能させる制御を含む。ただし、本発明の制御装置の制御は、永久磁石式回転電機をモータとして機能させる制御を含まなくともよい。
【００４０】
本発明のアイドリングは、クランクシャフトの回転パワーがビークルの走行に寄与しないように、エンジンが動作する状態である。例えば、ビークルがクランクシャフトの回転パワーの伝達を断続するクラッチを有する場合、本発明のアイドリングは、クラッチの切断状態である。
【００４１】
本発明の負荷制御は、永久磁石式回転電機にクランクシャフトの正回転に対する負荷を生じさせる制御である。負荷制御は、永久磁石式回転電機の発電効率が互いに異なる複数種類の制御を含む。本発明の永久磁石式回転電機の発電効率は、永久磁石式回転電機に入力される機械的パワーに対し、永久磁石式回転電機から出力される電気的パワーの比である。本発明の永久磁石式回転電機の発電効率は、インバータを介して永久磁石式回転電機から出力される電気的パワーについての発電効率である。永久磁石式回転電機の発電効率は、インバータによって制御されるからである。本発明の永久磁石式回転電機の発電効率の比較は、例えば、クランクシャフトの回転速度が同じ条件における、出力と入力のパワーの比によって得られる。本発明の永久磁石式回転電機の発電効率の比較は、例えば、エンジンのアイドリング中におけるクランクシャフトの回転速度における、出力と入力のパワーの比によって得られる。
【００４２】
制御装置がスイッチング部を制御する複数種類の負荷制御は、例えば、ベクトル制御方式による制御、位相制御方式による制御、及び、巻線を短絡させる制御を含む。複数種類の負荷制御の方式は、例えば、ベクトル制御方式による制御、位相制御方式による制御、及び、巻線を短絡させる制御のうち、２つのみを含む。また、複数種類の負荷制御は、例えば、ベクトル制御方式による制御、位相制御方式による制御、及び、巻線を短絡させる制御のうち、３つ以上の制御を含む。複数種類の負荷制御は、ベクトル制御方式による制御、位相制御方式による制御、及び、巻線を短絡させる制御方式以外の制御を含むことができる。
【００４３】
なお、負荷制御の種類は、例えば、制御方式の違いにより区別される。位相制御方式における進角制御と、位相制御方式における遅角制御とは、位相制御方式という点で共通している。従って、位相制御方式における進角制御と、位相制御方式における遅角制御とは、位相制御方式による制御という一種類の負荷制御に含まれる。また、複数相の内の一相の巻線を短絡させる単相ショートと、複数相の内の全相の巻線を短絡させる全相ショートとは、巻線を短絡させる制御方式という点で共通している。従って、単相ショートと全相ショートとは、巻線を短絡させる制御という一種類の負荷制御に含まれる。
また、電力消費機器の消費電力は、電力消費機器の使用状況等に応じて変化し得る。また、一つの種類の負荷制御が適用されている時の永久磁石式回転電機の発電量は、ビークルの走行状態や、当該負荷制御の内容に応じて変化し得る。このように、電力消費機器の消費電力、及び一つの種類の負荷制御が適用されている時の永久磁石式回転電機の発電量は、時間によって変化し得る値である。そして、永久磁石式回転電機の発電量と電力消費機器の消費電力との大きさの関係は、同じ期間における永久磁石式回転電機の発電量と電力消費機器の消費電力との対比により決定される。
ベクトル制御方式による制御と、位相制御方式による制御と、巻線を短絡させる制御との発電効率の関係では、例えば、発電効率が最も高い負荷制御は、ベクトル制御方式による制御であり、発電効率が最も低い負荷制御は、巻線を短絡させる制御である。ベクトル制御方式による制御は、優れた発電効率を実現可能である。従って、例えば、複数種類の負荷制御がベクトル制御方式による制御を含む場合、発電効率が最も高い負荷制御は、ベクトル制御方式による制御である。一方、巻線を短絡させる制御は、発電を行わないため、発電効率は低い。従って、例えば、複数種類の負荷制御が巻線を短絡させる制御を含む場合、発電効率が最も低い負荷制御は、巻線を短絡させる制御である。
【００４４】
ベクトル制御方式は、１８０度通電方式である。ベクトル制御方式は、永久磁石式回転電機２０の電流を、磁石の磁束方向に対応するｄ軸成分と、電気角において磁束方向と垂直なｑ軸成分に分離して制御する方式である。ｑ軸成分は、永久磁石式回転電機２０のトルク負荷に影響する成分である。ベクトル制御は、複数相のステータ巻線の各相に対し、通電休止期間なしに通電を行う制御である。ベクトル制御は、正弦波通電制御である。ベクトル制御は、複数相のステータ巻線の各相に正弦波の電流が流れるよう通電を行う制御である。複数のスイッチング部がベクトル制御によるタイミングでオン・オフ動作することにより、複数相のステータ巻線のそれぞれに正弦波の電流が流れる。ベクトル制御による発電は、例えば、ステータ巻線の誘導起電圧の正弦波に同期するように、この誘導起電圧の向きに電流を引き出すことにより実現される。なお、正弦波の電流及び正弦波の電圧は、正弦波状の電流及び電流を意味する。正弦波の電流には、例えば、スイッチング部のオン・オフ動作に伴うリップル、及び歪みが含まれる。ベクトル制御では、複数のスイッチング部のそれぞれがパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号で制御される。パルス幅変調におけるパルスの周期は、ステータ巻線の各相の誘導起電圧の周期よりも短い。つまり、ベクトル制御方式において、制御装置は、永久磁石式回転電機のステータ巻線の誘導起電圧の周期よりも短い周期のパルス信号に応じて複数のスイッチング部のオン・オフを制御する。
【００４５】
位相制御は、インバータに備えられた複数のスイッチング部の通電タイミングを進み又は遅らせる制御である。位相制御は、上述したベクトル制御とは別の制御である。制御装置は、位相制御において、複数のスイッチング部のそれぞれを、ステータ巻線の誘導起電圧の周期に等しい周期でオン・オフ動作させる。制御装置は、位相制御において、複数のスイッチング部のそれぞれを、ステータ巻線の誘導起電圧の周期と等しい周期で１回ずつオン・オフさせる。制御装置は、ステータ巻線の誘導起電圧に対し、複数のスイッチング部それぞれのオン・オフ動作の位相を制御する。
巻線を短絡させる制御は、対応する巻線が接続されたスイッチング部を電源に短絡する制御である。巻線を短絡させる制御は、複数相に対応する巻線のうち、一部の相に対応する巻線を短絡する制御、及び、全ての相に対応する巻線を短絡する制御を含む。
【００４６】
本発明のバッテリの充電レベルに応じた制御は、例えば、バッテリの電圧に応じた制御、及びバッテリ電圧とバッテリの出力電流に応じた制御を含む。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、エンジンの回転の安定性を確保しつつ、発電電力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るビークルを示す外観図である。
【図２】図１に示すエンジンユニットの概略構成を模式的に示す部分断面図である。
【図３】図２に示す始動発電機の回転軸線に垂直な断面を示す断面図である。
【図４】図１に示すビークルの電気的な概略構成を示すブロック図である。
【図５】ビークルの動作を説明するフローチャートである。
【図６】ベクトル制御における電流及び電圧の波形の例を示す図である。
【図７】エンジンのアイドリング中における、バッテリの電圧と永久磁石式回転電機の発電量の関係の一例を概略的に示すグラフである。
【図８】アイドリング中においてクランクシャフトの回転速度、永久磁石式回転電機から出力される電流、及びバッテリの電圧の変化を示すグラフである。
【図９】位相制御における電流及び電圧の波形の例を示す図である。
【図１０】第二実施形態において、アイドリング中のバッテリの電圧と永久磁石式回転電機の発電量の関係の一例を概略的に示すグラフである。
【図１１】本発明の第五実施形態に係るビークルの動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づいて図面を参照しつつ説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係るビークルを示す外観図である。
図１に示すビークル１は、車輪付きビークルである。ビークル１は、車体２及び車輪３ａ，３ｂを備えている。詳細には、ビークル１は、鞍乗型車両である。ビークル１は、自動二輪車である。
ビークル１は、エンジンユニットＥＵを備えている。エンジンユニットＥＵは、エンジン１０と永久磁石式回転電機２０（図２参照）とを備えている。即ち、ビークル１は、エンジン１０と永久磁石式回転電機２０とを備えている。
後ろの車輪３ｂは、エンジン１０から出力される回転パワーを受けることによってビークル１を駆動する。車輪３ｂは、駆動部材の一例に相当する。
【００５０】
ビークル１は、メインスイッチ５を備えている。メインスイッチ５は、ビークル１の各部に電力を供給するためのスイッチである。ビークル１は、スタータスイッチ６を備えている。スタータスイッチ６は、エンジン１０を始動するためのスイッチである。ビークル１は、アクセル操作子８を備えている。アクセル操作子８は、ビークル１の加速を指示するための操作子である。
ビークル１は、前照灯７を備えている。ビークル１は、電力を蓄えるバッテリ４を備えている。ビークル１は、ビークル１の各部を制御する制御装置６０を備えている。
【００５１】
図２は、図１に示すエンジンユニットＥＵの概略構成を模式的に示す部分断面図である。
【００５２】
エンジン１０は、クランクケース１１と、シリンダ１２と、ピストン１３と、コネクティングロッド１４と、クランクシャフト１５とを備えている。ピストン１３は、シリンダ１２内に往復移動自在に設けられている。
クランクシャフト１５は、クランクケース１１内に回転可能に設けられている。コネクティングロッド１４は、ピストン１３とクランクシャフト１５を接続している。シリンダ１２の上部には、シリンダヘッド１６が取り付けられている。シリンダ１２とシリンダヘッド１６とピストン１３とによって、燃焼室が形成される。クランクシャフト１５は、クランクケース１１に、一対のベアリング１７を介して、回転自在な態様で支持されている。クランクシャフト１５の一端部１５ａには、永久磁石式回転電機２０が取り付けられている。クランクシャフト１５の他端部１５ｂには、変速機ＣＶＴが取り付けられている。変速機ＣＶＴは、入力の回転速度に対する出力の回転速度の比である変速比を変更することができる。変速機ＣＶＴは、クランクシャフト１５の回転速度に対する、車輪の回転速度に対応する変速比を変更することができる。
【００５３】
ビークル１は、クラッチＣＬ（図１参照）を備えている。クラッチＣＬは、変速機ＣＶＴに接続されている。クラッチＣＬは遠心クラッチである。クラッチＣＬは、クランクシャフト１５の回転パワーを駆動部材である車輪３ｂへ伝達する状態と遮断する状態とを切り換える。クラッチＣＬは、クランクシャフト１５の回転速度に応じて伝達する状態と遮断する状態とを切り換える。クラッチＣＬは、クランクシャフト１５の回転速度が所定の閾値より小さい場合に遮断状態となる。クラッチＣＬは、クランクシャフト１５の回転速度が所定の閾値より大きい場合に伝達状態となる。ここでいう所定の閾値は、必ずしも、厳密に１つの一定の値であることを意味しない。所定の閾値は、周囲の温度などの環境条件や走行条件などによって変化し得る値であってもよい。なお、遮断状態とは、クランクシャフトから駆動部材への回転パワーの伝達が全く行われない状態をいう。伝達状態とは、クランクシャフトから駆動部材への回転パワーの伝達が行われる状態をいい、部分的な回転パワーの伝達が行われる状態を含む。
【００５４】
エンジン１０には、スロットルバルブＳＶと、燃料噴射装置１８が設けられている。スロットルバルブＳＶは、燃焼室に供給される空気の量を調整する。スロットルバルブＳＶの開度は、アクセル操作子８（図１参照）の操作に応じて調整される。燃料噴射装置１８は、燃料を噴射することによって、燃焼室に燃料を供給する。また、エンジン１０には、点火プラグ１９が設けられている。
【００５５】
エンジン１０は、内燃機関である。エンジン１０は、燃料の供給を受ける。エンジン１０は、燃料を燃焼する燃焼動作によって回転パワーを出力する。回転パワーは、クランクシャフト１５を介してエンジン１０の外部に出力される。
スロットルバルブＳＶは、燃焼室に供給される空気の量を調整することによって、エンジン１０の回転パワーを調整する。燃焼室に供給される空気の量は、スロットルバルブＳＶの開度に応じて調整される。スロットルバルブＳＶの開度は、アクセル操作子８（図１参照）の操作に応じて調整される。
燃料噴射装置１８は、供給燃料の量を調整することによって、エンジン１０から出力される回転パワーを調節する。燃料噴射装置１８は、制御装置６０によって制御される。燃料噴射装置１８は、エンジン１０に供給される空気の量に基づいた量の燃料を供給するよう制御される。
エンジン１０は、クランクシャフト１５を介して回転パワーを出力する。クランクシャフト１５の回転パワーは、変速機ＣＶＴ及びクラッチＣＬ（図１参照）を介して、車輪３ｂに伝達される。ビークル１は、クランクシャフト１５を介してエンジン１０から出力される回転パワーを受ける車輪３ｂによって駆動される。
【００５６】
エンジン１０は、単気筒の４ストロークエンジンである。エンジン１０は、４ストロークの間に、クランクシャフト１５を回転させる負荷が大きい高負荷領域と、クランクシャフト１５を回転させる負荷が高負荷領域の負荷より小さい低負荷領域とを有する。高負荷領域とは、エンジン１０の１燃焼サイクルにおいて、負荷トルクが１燃焼サイクルにおける負荷トルクの平均値よりも高い領域をいう。また、低負荷領域とは、エンジン１０の１燃焼サイクルにおいて、負荷トルクが１燃焼サイクルにおける負荷トルクの平均値よりも低い領域をいう。クランクシャフト１５の回転角度を基準として見ると、低負荷領域は高負荷領域よりも広い。より詳細には、エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程を繰返しながら正回転する。圧縮行程は、高負荷領域との重なりを有する。
【００５７】
図３は、図２に示す永久磁石式回転電機２０の回転軸線に垂直な断面を示す断面図である。図２及び図３を参照して永久磁石式回転電機２０を説明する。
【００５８】
永久磁石式回転電機２０は、永久磁石式三相ブラシレス型発電機である。永久磁石式回転電機２０は、永久磁石式三相ブラシレス型モータとしても機能する。
【００５９】
永久磁石式回転電機２０は、ロータ３０と、ステータ４０とを有する。本実施形態の永久磁石式回転電機２０は、ラジアルギャップ型である。永久磁石式回転電機２０は、アウターロータ型である。即ち、ロータ３０はアウターロータである。ステータ４０はインナーステータである。
ロータ３０は、ロータ本体部３１を有する。ロータ本体部３１は、例えば強磁性材料からなる。ロータ本体部３１は、有底筒状を有する。ロータ本体部３１は、筒状ボス部３２と、円板状の底壁部３３と、筒状のバックヨーク部３４とを有する。底壁部３３及びバックヨーク部３４は一体的に形成されている。なお、底壁部３３とバックヨーク部３４とは別体に構成されていてもよい。底壁部３３及びバックヨーク部３４は筒状ボス部３２を介してクランクシャフト１５に固定されている。ロータ３０には、電流が供給される巻線が設けられていない。
【００６０】
ロータ３０は、永久磁石部３７を有する。ロータ３０は、複数の磁極部３７ａを有する。複数の磁極部３７ａは永久磁石部３７により形成されている。複数の磁極部３７ａは、バックヨーク部３４の内周面に、設けられている。本実施形態において、永久磁石部３７は、複数の永久磁石を有する。複数の磁極部３７ａは、複数の永久磁石のそれぞれに設けられている。
なお、永久磁石部３７は、１つの環状の永久磁石によって形成されることも可能である。この場合、１つの永久磁石は、複数の磁極部３７ａが内周面に並ぶように着磁される。
【００６１】
複数の磁極部３７ａは、永久磁石式回転電機２０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように設けられている。本実施形態では、ステータ４０と対向するロータ３０の磁極数が２４個である。ロータ３０の磁極数とは、ステータ４０と対向する磁極数をいう。磁極部３７ａとステータ４０との間には磁性体が設けられていない。
磁極部３７ａは、永久磁石式回転電機２０の径方向におけるステータ４０の外側に設けられている。バックヨーク部３４は、径方向における磁極部３７ａの外側に設けられている。永久磁石式回転電機２０は、歯部４３の数よりも多い磁極部３７ａを有している。
なお、ロータ３０は、磁極部３７ａが磁性材料に埋め込まれた埋込磁石型（ＩＰＭ型）であってもよいが、本実施形態のように、磁極部３７ａが磁性材料から露出した表面磁石型（ＳＰＭ型）であることが好ましい。
【００６２】
ロータ３０を構成する底壁部３３には、冷却ファンＦが設けられている。
【００６３】
ステータ４０は、ステータコアＳＴと複数のステータ巻線Ｗとを有する。ステータコアＳＴは、周方向に間隔を空けて設けられた複数の歯部（ティース）４３を有する。複数の歯部４３は、ステータコアＳＴから径方向外側に向かって一体的に延びている。本実施形態においては、合計１８個の歯部４３が周方向に間隔を空けて設けられている。換言すると、ステータコアＳＴは、周方向に間隔を空けて形成された合計１８個のスロットＳＬを有する。歯部４３は周方向に等間隔で配置されている。
【００６４】
ロータ３０は、歯部４３の数より多い数の磁極部３７ａを有する。磁極部の数は、スロット数の４／３である。
【００６５】
各歯部４３の周囲には、ステータ巻線Ｗが巻回している。つまり、複数相のステータ巻線Ｗは、スロットＳＬを通るように設けられている。図３には、ステータ巻線Ｗが、スロットＳＬの中にある状態が示されている。複数相のステータ巻線Ｗのそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れかに属する。ステータ巻線Ｗは、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に並ぶように配置される。ステータ巻線Ｗの巻き方は、集中巻きであっても、分布巻きであってもよく、特に限定されないが、集中巻きであることが好ましい。
【００６６】
ロータ３０の外面には、ロータ３０の回転位置を検出させるための複数の被検出部３８が備えられている。複数の被検出部３８は、磁気作用によって検出される。複数の被検出部３８は、周方向に間隔を空けてロータ３０の外面に設けられている。被検出部３８は、強磁性体で形成されている。
【００６７】
ロータ位置検出装置５０は、ロータ３０の位置を検出する装置である。ロータ位置検出装置５０は、複数の被検出部３８と対向する位置に設けられている。
【００６８】
永久磁石式回転電機２０は、エンジン１０のクランクシャフト１５と接続されている。詳細には、ロータ３０が、クランクシャフト１５に対し固定された速度比で回転するようクランクシャフト１５と接続されている。
本実施形態では、ロータ３０が、クランクシャフト１５に、動力伝達機構（例えば、ベルト、チェーン、ギア、減速機、増速機等）を介さずに取り付けられている。ロータ３０は、クランクシャフト１５に対し１：１の速度比で回転する。永久磁石式回転電機２０が、エンジン１０の燃焼動作時にロータ３０が正回転するように構成されている。
【００６９】
なお、永久磁石式回転電機２０は、クランクシャフト１５に、動力伝達機構を介して取り付けられていてもよい。ただし、永久磁石式回転電機２０は、速度比可変の変速機又はクラッチのいずれも介することなく、クランクシャフト１５に接続される。即ち、永久磁石式回転電機２０は、入出力の速度比が可変の装置を介することなく、クランクシャフト１５に接続される。
なお、本発明においては、永久磁石式回転電機２０の回転軸線と、クランクシャフト１５の回転軸線とが略一致していることが好ましい。また、本実施形態のように、永久磁石式回転電機２０が動力伝達機構を介さずにクランクシャフト１５に取り付けられていることが好ましい。
【００７０】
永久磁石式回転電機２０は、エンジン始動時には、クランクシャフト１５を正回転させてエンジン１０を始動させる。また、永久磁石式回転電機２０は、エンジン１０が燃焼動作する場合に、エンジン１０に駆動されて発電する。即ち、永久磁石式回転電機２０は、クランクシャフト１５を正回転させてエンジン１０を始動させる機能と、エンジン１０が燃焼動作する場合に、エンジン１０に駆動されて発電する機能の双方を兼ね備えている。永久磁石式回転電機２０は、エンジン１０の始動後の期間の少なくとも一部には、クランクシャフト１５により正回転されてジェネレータとして機能する。
【００７１】
図４は、図１に示すビークル１の電気的な概略構成を示すブロック図である。
ビークル１には、インバータ６１が備えられている。制御装置６０は、インバータ６１を含むビークル１の各部を制御する。
【００７２】
インバータ６１には、永久磁石式回転電機２０及びバッテリ４が接続されている。バッテリ４は、永久磁石式回転電機２０から電流を受ける。バッテリ４は、永久磁石式回転電機２０で発電された電力によって充電される。インバータ６１及びバッテリ４には、電力消費機器７０も接続されている。電力消費機器７０は、電力を消費しながら動作する。電力消費機器７０は、点火プラグ１９、及び、燃料噴射装置１８を含む。また、電力消費機器７０は、前照灯７、図示しない燃料ポンプ、及び表示装置を含む。
【００７３】
バッテリ４は、メインスイッチ５を介して、インバータ６１及び電力消費機器７０と接続されている。
バッテリ４とインバータ６１とを接続するラインには、電流センサ６４が設けられている。電流センサ６４は、バッテリ４に流れる電流を検出する。電流センサ６４は、バッテリ４とインバータ６１とを接続するラインのうち、電力消費機器７０への分岐点とバッテリ４との間に設けられている。
【００７４】
インバータ６１は、複数のスイッチング部６１１〜６１６を備えている。本実施形態のインバータ６１は、６個のスイッチング部６１１〜６１６を有する。
スイッチング部６１１〜６１６は、三相ブリッジインバータを構成している。複数のスイッチング部６１１〜６１６は、複数相のステータ巻線Ｗの各相と接続されている。より詳細には、複数のスイッチング部６１１〜６１６のうち、直列に接続された２つのスイッチング部がハーフブリッジを構成している。各相のハーフブリッジは、バッテリ４に対し並列に接続されている。各相のハーフブリッジを構成するスイッチング部６１１〜６１６は、複数相のステータ巻線Ｗの各相とそれぞれ接続されている。複数のスイッチング部６１１〜６１６のうち、グランドラインに接続されたスイッチング部６１２，６１４，６１６を下アームスイッチング部と称する。また、電源ラインに接続されたスイッチング部６１１，６１３，６１５を上アームスイッチング部と称する。
スイッチング部６１１〜６１６は、複数相のステータ巻線Ｗとバッテリ４との間の電流の通過／遮断を切替える。
【００７５】
詳細には、永久磁石式回転電機２０がモータとして機能する場合、スイッチング部６１１〜６１６のオン・オフ動作によって複数相のステータ巻線Ｗのそれぞれに対する通電及び通電停止が切替えられる。
また、永久磁石式回転電機２０がジェネレータとして機能する場合、スイッチング部６１１〜６１６のオン・オフ動作によって、ステータ巻線Ｗのそれぞれとバッテリ４との間の電流の通過／遮断が切替えられる。スイッチング部６１１〜６１６のオン・オフが順次切替えられることによって、永久磁石式回転電機２０から出力される三相交流の整流及び電圧の制御が行われる。スイッチング部６１１〜６１６は、永久磁石式回転電機２０からバッテリ４及び電力消費機器７０に出力される電流を制御する。
【００７６】
スイッチング部６１１〜６１６のそれぞれは、スイッチング素子を有する。スイッチング素子は、例えばトランジスタであり、より詳細にはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ただし、スイッチング部６１１〜６１６には、ＦＥＴ以外に、例えばサイリスタ及びＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）も採用可能である。
【００７７】
インバータ６１とステータ巻線Ｗとを接続するラインには、電流センサ６５ｕ，６５ｗが設けられている。電流センサ６５ｕ，６５ｗは、永久磁石式回転電機２０における２相の電流を検出する。電流センサ６５ｕ，６５ｗは、制御装置６０に接続されている。
【００７８】
制御装置６０には、燃料噴射装置１８、点火プラグ１９、及びバッテリ４が接続されている。
制御装置６０は、始動発電制御部６２と、燃焼制御部６３とを備えている。
【００７９】
始動発電制御部６２は、スイッチング部６１１〜６１６のそれぞれのオン・オフ動作を制御することによって、永久磁石式回転電機２０の動作を制御する。始動発電制御部６２は、開始制御部６２１、及び発電制御部６２２を含む。
燃焼制御部６３は、点火プラグ１９及び燃料噴射装置１８を制御することによって、エンジン１０の燃焼動作を制御する。燃焼制御部６３は、点火プラグ１９及び燃料噴射装置１８を制御することによって、エンジン１０の回転パワーを制御する。
制御装置６０は、図示しない中央処理装置と、図示しない記憶装置とを有するコンピュータで構成されている。中央処理装置は、制御プログラムに基づいて演算処理を行う。記憶装置は、プログラム及び演算に関するデータを記憶する。
開始制御部６２１、及び発電制御部６２２を含む始動発電制御部６２と、燃焼制御部６３とは、図示しないコンピュータとコンピュータで実行される制御プログラムとによって実現される。従って、以降説明する、開始制御部６２１及び発電制御部６２２を含む始動発電制御部６２と、燃焼制御部６３とのそれぞれによる動作は、制御装置６０の動作と言うことができる。なお、始動発電制御部６２及び燃焼制御部６３は、例えば互いに別の装置として互いに離れた位置に構成されてもよく、また、一体に構成されるものであってもよい。
【００８０】
制御装置６０には、スタータスイッチ６が接続されている。スタータスイッチ６は、エンジン１０の始動の際、運転者によって操作される。制御装置６０の始動発電制御部６２は、バッテリ４の充電レベルを検出する。始動発電制御部６２は、バッテリ４の電圧及び電流を検出することによってバッテリ４の充電レベルを検出する。
メインスイッチ５は、操作に応じて制御装置６０に電力を供給する。
【００８１】
制御装置６０の始動発電制御部６２及び燃焼制御部６３は、エンジン１０及び永久磁石式回転電機２０を制御する。始動発電制御部６２は、インバータ６１を制御する。
【００８２】
図５は、ビークル１の動作を説明するフローチャートである。
【００８３】
図４及び図５を参照して、ビークル１の動作を説明する。
ビークル１の動作は、制御装置６０によって制御される。
【００８４】
制御装置６０は、エンジン１０を始動させる（Ｓ１３）。詳細には、メインスイッチ５がオン状態で、且つスタータスイッチ６がオン状態の場合、始動発電制御部６２の開始制御部６２１が、エンジン１０を始動させる。
具体的には、開始制御部６２１は、永久磁石式回転電機２０にクランクシャフト１５を駆動させる。開始制御部６２１は、複数相のステータ巻線Ｗに、ロータ３０が正回転するような電流が供給されるよう、インバータ６１が有する複数のスイッチング部６１１〜６１６をオン・オフ動作する。これによって、永久磁石式回転電機２０がクランクシャフト１５を駆動する。また、制御装置６０の燃焼制御部６３は、燃料噴射装置１８に燃料供給を行わせる。燃焼制御部６３は、点火プラグ１９に点火を行わせる。
開始制御部６２１は、エンジン１０の始動が完了したか否か判別する（Ｓ１４）。エンジン１０の始動が完了しない場合（Ｓ１４でＮｏ）、開始制御部６２１及び燃焼制御部６３は、永久磁石式回転電機２０によるクランクシャフト１５の回転及び燃料供給（Ｓ１３）を継続する。なお、燃焼制御部６３は、エンジン１０の始動が完了した後も、燃料供給を継続する。
開始制御部６２１は、エンジン１０の始動の完了を、例えば、クランクシャフト１５の回転速度によって判別する。開始制御部６２１は、例えば、ロータ位置検出装置５０の検出結果からクランクシャフト１５の回転速度を取得する。
【００８５】
エンジン１０の始動が完了した状態（Ｓ１４でＹｅｓ）は、メインスイッチ５により電力が供給されている状態で制御装置６０がエンジン１０を燃焼動作させた状態である。
【００８６】
エンジン１０の始動が完了した場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、制御装置６０の発電制御部６２２は、エンジン１０がアイドリング中か否か判別する（Ｓ１５）。発電制御部６２２は、クランクシャフト１５の回転速度に応じてアイドリング中か否かを判別する。発電制御部６２２は、クランクシャフト１５の回転速度が、クラッチＣＬが回転パワーの伝達を遮断する状態になる閾値より小さい場合、エンジン１０がアイドリング中であると判別する。
【００８７】
発電制御部６２２は、エンジン１０がアイドリング中でない場合（Ｓ１５でＮｏ）、走行時制御を行う（Ｓ１６）。
ステップＳ１６の走行時制御において、発電制御部６２２は、永久磁石式回転電機２０の回転状態に応じた発電を行うよう、インバータ６１を制御する。発電制御部６２２は、走行時制御において（Ｓ１８）、永久磁石式回転電機２０に、エンジン１０の回転速度に基づいた電流をインバータ６１から出力させる。出力される電流は、バッテリ４の充電レベルが満充電のレベルを超えないよう制御される。
【００８８】
エンジン１０のアイドリング中に（Ｓ１５でＹｅｓ）、制御装置６０の発電制御部６２２は、複数種類の負荷制御を切り替え、切り替えた負荷制御でインバータ６１のスイッチング部６１１〜６１６を制御する。これによって、制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０を制御する。本実施形態において、アイドリング中に切り替えられる複数種類の負荷制御は、最高効率負荷制御（Ｓ１８）及び最低効率負荷制御（Ｓ１９）を含む。最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御を含む複数種類の負荷制御は、いずれも、永久磁石式回転電機２０にクランクシャフト１５の正回転に対する負荷を生じさせる。最高効率負荷制御は、アイドリング中に切り替えられる複数種類の負荷制御の中で、発電効率が最も高い負荷制御である。最低効率負荷制御は、アイドリング中に切り替えられる複数種類の負荷制御の中で、発電効率が最も低い負荷制御である。
本実施形態において、最高効率負荷制御は、ベクトル制御方式による制御（ベクトル制御）である。最低効率負荷制御は、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御である。
【００８９】
エンジン１０がアイドリング中である場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、制御装置６０は、バッテリ４の充電レベルに応じてインバータ６１の制御を切り替える。エンジン１０がアイドリング中である場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、制御装置６０は、予め定めた閾値範囲に対し、バッテリ４の充電レベルを評価する（Ｓ１７）。制御装置６０は、充電レベルが閾値範囲の下限を下回ったか、又は、充電レベルが閾値範囲の上限を超えたかを判別する。それ以外では、前回の判別を維持する。充電レベルの判別はヒステリシス特性を有する。
閾値範囲は、少なくとも永久磁石式回転電機２０にエンジン１０を始動させる電力を供給可能な充電レベルの範囲である。閾値範囲は、例えば、バッテリ４の満充電に相当するレベルの範囲である。
制御装置６０は、バッテリ４の充電レベルを実質的に表す指標として、バッテリ４の電圧を判別する。制御装置６０は、例えば、満充電に対応する電圧の閾値範囲に対してバッテリ４の電圧を判別する。これによって、バッテリ４の充電レベルが判別される。
【００９０】
バッテリ４の充電レベルが閾値範囲を下回っている場合（Ｓ１７で”閾値範囲を下回った”）、制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０の制御を、最高効率負荷制御に切り替える（Ｓ１８）。バッテリ４の充電レベルが閾値範囲の上限を超えている場合（Ｓ１７で”閾値範囲を超えた”）、制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０の制御を、最低効率負荷制御に切り替える（Ｓ１９）。
【００９１】
最高効率負荷制御（Ｓ１８）において、制御装置６０の発電制御部６２２は、スイッチング部６１１〜６１６をベクトル制御方式で制御する。複数のスイッチング部６１１〜６１６がベクトル制御によるタイミングでオン・オフ動作することにより、複数相のステータ巻線Ｗのそれぞれに正弦波の電流が流れる。ベクトル制御による発電は、例えば、ステータ巻線Ｗの誘導起電圧の正弦波に同期するように、この誘導起電圧の向きに電流を引き出すことにより実現される。制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０のステータ巻線Ｗの誘導起電圧の周期よりも短い周期のパルス信号に応じて複数のスイッチング部６１１〜６１６のオン・オフを制御する。
【００９２】
発電制御部６２２は、ベクトル制御において、電流センサ６５ｕ，６５ｗで検知した複数相のステータ巻線Ｗの電流Ｕｆｂ、Ｗｆｂと、ロータ位置検出装置５０で検知したロータ３０の位置θとから、ｄ軸成分とｑ軸成分を得る。制御装置６０は、目標値に応じて補正した成分に基づいて、複数のスイッチング部６１１〜６１６のオン・オフのタイミングを制御する。
なお、制御においては、３相のステータ巻線の電流を検出する方法も採用可能である。また、制御においては、ロータ位置検出装置５０による位置検出を省略する方法も採用可能である。また、制御においては、いずれの相のステータ巻線の電流も直接検知することなく複数のスイッチング部６１１〜６１６を制御する方法も採用可能である。オン・オフのタイミングの制御には、例えば、入力された情報を用いて式を算出する方法、又は、記憶部に記憶されたマップ（設定表）を読出して参照する方法が採用可能である。式、又はマップは、プログラムに含まれていてもよい。
【００９３】
図６は、ベクトル制御における電流及び電圧の波形の例を示す図である。
図６において、Ｖｕは、永久磁石式回転電機２０の複数相のステータ巻線Ｗのうち、Ｕ相のステータ巻線Ｗの誘導起電圧を表している。Ｉｕは、Ｕ相のステータ巻線Ｗの電流を表している。図６において、Ｉｕにおける正の値は、スイッチング部６１１，６１２からステータ巻線Ｗに電流が流れることを表している。Ｉｕにおける負の値は、ステータ巻線Ｗからスイッチング部６１１，６１２に電流が流れることを表している。
Ｖｓｕｐ及びＶｓｕｎは、複数のスイッチング部６１１〜６１６のうち、Ｕ相のステータ巻線Ｗに接続される２つのスイッチング部６１１，６１２の制御信号を表している。Ｖｓｕｐは、Ｕ相のステータ巻線Ｗとバッテリ４の正極との間に配置された正側のスイッチング部６１１の制御信号である。Ｖｓｕｎは、Ｕ相のステータ巻線Ｗとバッテリ４の負極との間に配置された負側のスイッチング部６１２の制御信号である。Ｖｓｕｐ及びＶｓｕｎにおけるＨレベルは、スイッチング部６１１，６１２のオン状態を表している。Ｌレベルは、オフ状態を表している。
【００９４】
ベクトル制御では、誘導起電圧の周波数よりも高い周波数のＰＷＭのパルスでスイッチング部６１１〜６１６がオン及びオフするので、ステータ巻線Ｗを流れる電流について強いチョッピング作用を生じる。このため、ジェネレータＳＧが出力する電圧がバッテリ４の電圧より高い電圧に昇圧され、バッテリ４が充電される。ベクトル制御によれば、例えば図６に示すように、ステータ巻線Ｗに流れる電流を、誘導起電圧Ｖｕに対し、力率が高まるように制御することができる。
このため、ベクトル制御では、クランクシャフト１５の回転パワーが高い効率で電力に変換され、バッテリに充電される。このため、アイドリング中のように回転速度が比較的低い場合でも、大きな電力でバッテリ４が充電される。また、永久磁石式回転電機２０は、バッテリ４に供給される電力に応じた大きな負荷をクランクシャフトの回転に対して付与することができる。
【００９５】
ステップＳ１９で、制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０のステータ巻線Ｗを短絡させる。具体的には、始動発電制御部６２の発電制御部６２２は、ステータ巻線Ｗが短絡するように、スイッチング部６１１〜６１６を制御する。発電制御部６２２は、３相の全てに対応するステータ巻線Ｗを短絡させる。ステータ巻線Ｗが短絡することによって、ステータ巻線Ｗに流れる電流が、永久磁石式回転電機２０の回転を妨げる。即ち、永久磁石式回転電機２０が、ブレーキ力を発生する。バッテリ４には永久磁石式回転電機２０からの電流が流れない。
【００９６】
図７は、エンジン１０のアイドリング中における、バッテリ４の電圧と永久磁石式回転電機２０の発電量の関係の一例を概略的に示すグラフである。
グラフの横軸は、バッテリ４のバッテリ電圧を示す。バッテリ電圧は、バッテリ４の充電レベルを表す。縦軸は、永久磁石式回転電機２０の発電量を示す。発電量は、インバータ６１を介して永久磁石式回転電機２０から出力される電流である。
【００９７】
本実施形態のビークル１では、バッテリ４の充電レベルが閾値範囲を下回る場合、永久磁石式回転電機２０の制御が、最高効率負荷制御としてのベクトル制御に切り替わる。バッテリ４の充電レベルが閾値範囲を超える場合、永久磁石式回転電機２０の制御が、最低効率負荷制御としての、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御に切り替わる。
最高効率負荷制御としてのベクトル制御が適用される期間、永久磁石式回転電機２０の発電量は、電力消費機器７０が消費する電流よりも大きい。永久磁石式回転電機２０からの電力によって、バッテリ４が充電される。
【００９８】
最低効率負荷制御として、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御が適用される期間、永久磁石式回転電機２０の発電量は、電力消費機器７０が消費する電流よりも小さい。永久磁石式回転電機２０の電力は、バッテリに充電されない。電力消費機器７０は、バッテリ４に充電された電力を消費しながら動作する。即ち、バッテリ４は放電状態となる。ステータ巻線Ｗが短絡することによって、永久磁石式回転電機２０には、誘導起電圧に起因したブレーキ力が生じる。ステータ巻線Ｗで生じる電流は、ブレーキ力の発生に用いられる。ステータ巻線Ｗを短絡させる制御では、実質的な発電を伴わない。このため発電効率が低い。
【００９９】
図８は、エンジン１０のアイドリング中における、永久磁石式回転電機２０の発電量、バッテリ電圧、及びクランクシャフト１５の回転速度の変化の例を示すグラフである。
図８のグラフにおいて、横軸は時間を示す。グラフにおいてＩｄは、永久磁石式回転電機２０の発電量（電流）を示す。Ｖｄ１は、バッテリ４の電圧を示す。Ｒ１は、クランクシャフト１５の回転速度を示す。バッテリ４の電圧Ｖｄ１は、バッテリ４の充電レベルとして示されている。また、グラフには、電力消費機器７０が消費する電流Ｉｃ１の大きさも示されている。
【０１００】
制御装置６０は、期間Ｔ１において、最低効率負荷制御を行う。ステータ巻線Ｗが短絡される。インバータ６１を介して永久磁石式回転電機２０から出力される電流Ｉｄ１は、ゼロである。バッテリ４は放電する。バッテリ４は、電力消費機器７０が消費する電流Ｉｃ１を出力する。従って、バッテリ４の電圧Ｖｄ１は低下する。
【０１０１】
バッテリ４の電圧Ｖｄ１が、閾値範囲の下限を下回ると、制御装置６０は、負荷制御を、最高効率負荷制御に切り替える。制御装置６０は、期間Ｔ２において、最高効率負荷制御としてのベクトル制御を行う。期間Ｔ１でバッテリ４が放電しているので、期間Ｔ２でバッテリ４が充電可能な状態である。また、スイッチング部６１１〜６１６は、最高効率負荷制御で制御される。期間Ｔ２で、永久磁石式回転電機２０は、電力消費機器７０の消費電流Ｉｃ１より大きい電流を出力する。従って、永久磁石式回転電機２０は、バッテリ４に電流を供給することなく電力消費機器７０のみに供給を出力する場合と比べて、大きなブレーキ力を発生する。電力消費機器７０の消費電流Ｉｃ１より大きい電流を供給する場合のブレーキ力は、ステータ巻線Ｗが短絡される場合のブレーキ力よりも大きい。
【０１０２】
例えば、最低効率負荷制御が実施されず、最高効率負荷制御のみが実施されると、バッテリ４の満充電状態が維持される。この場合、永久磁石式回転電機２０は、バッテリ４に電流を供給できない。永久磁石式回転電機２０は、電力消費機器７０のみに電流Ｉｃ１を供給する。この場合、最高効率負荷制御でのブレーキ力が小さい。
【０１０３】
本実施形態では、最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御が切り替えられる。これによって、最高効率負荷制御の期間及び最低効率負荷制御の期間の双方において、例えば電力消費機器７０のみに電流を出力する場合と比べて大きなブレーキ力が、クランクシャフト１５の回転にかけられる。
【０１０４】
期間Ｔ２において、バッテリ４が充電されると、バッテリ４の電圧Ｖｄ１は上昇する。バッテリ４の電圧Ｖｄ１が、閾値範囲の上限を上回ると、制御装置６０は、負荷制御を、最低効率負荷制御に切り替える。
【０１０５】
このようにして、最高効率負荷制御と最低効率負荷制御の切り替えが繰返される。負荷制御が、バッテリ４の電圧Ｖｄ１に応じて切り替えられることによって、バッテリ４の充電レベルが維持される。
【０１０６】
図８のグラフに示す、クランクシャフト１５の回転速度Ｒ１は、エンジン１０の行程に応じて周期的に変動する。アイドリング中の最高効率負荷制御によって、発電電力が確保される。従って、バッテリ４の充電レベルが維持される。また、最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御が切り替えられることによって、例えば負荷制御の切り替えられない場合と比べて大きなブレーキ力がクランクシャフト１５の回転にかけられる。このため、クランクシャフト１５の回転速度を低く維持しつつ、アイドリング中のエンジン１０に供給される空気の量を増大することができる。このため、エンジン１０の回転の安定性が確保され、発電電力も確保される。また、燃料消費が抑えられる。
【０１０７】
［第二実施形態］
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。以下の第二実施形態の説明にあたっては、第一実施形態で参照した図及び符号を流用し、上述した第一実施形態との相違点を主に説明する。
【０１０８】
本実施形態では、図５に示すＳ１９の制御の内容が、第一実施形態と異なる。
本実施形態の最低効率負荷制御（Ｓ１９）において、制御装置６０の発電制御部６２２は、ステータ巻線Ｗを短絡させる代わりに、スイッチング部６１１〜６１６を位相制御方式によって制御する（位相制御）。
制御装置６０は、位相制御において、スイッチング部６１１〜６１６のそれぞれを、ステータ巻線Ｗの誘導起電圧の周期に等しい周期でオン・オフ動作させる。制御装置６０は、インバータ６１のスイッチング部６１１〜６１６の通電タイミングを進み又は遅らせることによって、発電量を制御する。
【０１０９】
図９は、位相制御における電流及び電圧の波形の例を示す図である。
図９におけるＶｕ、Ｉｕ、Ｖｓｕｐ、及びＶｓｕｎは、図６と同一である。
位相制御において、始動発電制御部６２は、永久磁石式回転電機２０のステータ巻線Ｗの誘導起電圧の周期と等しい周期の信号Ｖｓｕｐ、Ｖｓｕｎに応じて複数のスイッチング部６１１〜６１６のオン・オフを制御する。複数のスイッチング部６１１〜６１６のオン・オフのデューティ比は固定されている。複数のスイッチング部６１１〜６１６のうち、正側のスイッチング部６１１のオン・オフのデューティ比と負側のスイッチング部６１２のオン・オフのデューティ比は等しい。複数のスイッチング部６１１〜６１６それぞれのオン・オフのデューティ比は５０％である。
始動発電制御部６２は、位相制御において、複数のスイッチング部６１１〜６１６の通電タイミングを進み又は遅らせることによって、ステータ巻線Ｗから、バッテリ４に流れる電流を制御する。始動発電制御部６２は、誘導起電圧Ｖｕに対し、スイッチング部６１１〜６１６のオン・オフの位相を進めることによって、バッテリ４に流れる電流を減少させる。始動発電制御部６２は、誘導起電圧Ｖｕに対し、スイッチング部６１１〜６１６のオン・オフの位相を遅らせることによって、バッテリ４に流れる電流を増大させる。位相制御では、スイッチング部６１１〜６１６のオン・オフによって、ある一相のステータ巻線Ｗから出力される電流の経路が、他相のステータ巻線Ｗとバッテリ４との間で切換えられる。
【０１１０】
図１０は、第二実施形態において、アイドリング中のバッテリ４の電圧と永久磁石式回転電機２０の発電量の関係の一例を概略的に示すグラフである。
【０１１１】
グラフの横軸は、バッテリ４のバッテリ電圧を示す。バッテリ電圧は、バッテリ４の充電レベルを表す。縦軸は、永久磁石式回転電機２０の発電量を示す。
本実施形態のビークル１では、バッテリ４の充電レベルが切り替えの閾値範囲を下回る場合、永久磁石式回転電機２０の制御が、最高効率負荷制御としてのベクトル制御に切り替わる。バッテリ４の充電レベルが切り替えの閾値範囲を超える場合、永久磁石式回転電機２０の制御が、最低効率負荷制御としての位相制御に切り替わる。本実施形態での切り替えの閾値範囲は、満充電レベルよりも低い。
最低効率負荷制御において、発電制御部６２２は、バッテリ４の充電レベルが高いほど、永久磁石式回転電機２０からインバータ６１を介して出力される電流が減少する制御を行う。発電制御部６２２は、バッテリ４の充電レベルが満充電レベルに等しい状況で、インバータ６１を介して出力される永久磁石式回転電機２０の発電量が電力消費機器７０によって消費される電力と等しくなるように、制御を行う。つまり、最低効率負荷制御が適用される期間のうち、バッテリ４の充電レベルが満充電レベルに等しい場合、インバータ６１を介して出力される永久磁石式回転電機２０の発電量は、電力消費機器７０が消費する電力と等しい。
【０１１２】
本実施形態では、バッテリ４の充電レベルが閾値範囲を下回る場合、ベクトル制御によって、高い効率で発電された電力によって、バッテリ４が充電される。バッテリ４の充電レベルが閾値範囲を超える場合、位相制御によって、バッテリ４が充電される。バッテリ４の充電レベルが満充電レベルに等しい場合、電力消費機器７０のみに電流が供給され、バッテリ４が充電されない。
本実施形態においても、最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御の双方で、大きなブレーキ力がクランクシャフト１５の回転にかけられる。従って、クランクシャフト１５の回転速度を低く維持しつつ、アイドリング中のエンジン１０に供給される空気の量を増大することができる。このため、エンジン１０の回転の安定性が確保され、発電電力も確保される。
【０１１３】
［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。以下の第三実施形態の説明にあたっては、第一実施形態で参照した図及び符号を流用し、上述した第一実施形態との相違点を主に説明する。
【０１１４】
本実施形態では、切り替えられる複数の負荷制御に、位相制御とステータ巻線Ｗを短絡させる制御とが含まれる。このため、図５に示すＳ１８の制御の内容が、第一実施形態と異なる。
本実施形態の最高効率負荷制御（図５のＳ１８）において、制御装置６０の発電制御部６２２は、ベクトル制御の代わりに位相制御方式でスイッチング部６１１〜６１６を制御する。  永久磁石式回転電機２０は、位相制御方式による制御でインバータ６１を介して電流を出力する。従って、位相制御方式による制御は、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御よりも発電効率が高い制御である。
【０１１５】
本実施形態でも、最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御が切り替えられることによって、例えば負荷制御の切り替えられない場合と比べて大きなブレーキ力がクランクシャフト１５の回転にかけられる。この結果、エンジン１０の回転の安定性が確保され、発電電力も確保される。また、燃料消費が抑えられる。
【０１１６】
［第四実施形態］
続いて、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態では、上述した第二実施形態と比べて、複数種類の負荷制御に、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御がさらに含まれる点が異なる。第四実施形態は、複数種類の負荷制御に、ベクトル制御と、位相制御と、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御とが含まれる。ステータ巻線Ｗを短絡させる制御は、最低効率負荷制御である。
【０１１７】
本実施形態では、バッテリ４の充電レベルが満充電レベル以上の場合に、制御装置６０の発電制御部６２２が、負荷制御を、ステータ巻線Ｗを短絡させる制御に切り替える。制御装置６０の発電制御部６２２は、ステータ巻線Ｗを短絡させるよう、スイッチング部６１１〜６１６を制御する。
本実施形態では、ステータ巻線Ｗの短絡によって、バッテリ４の放電が行われる。このため、最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御の双方で、より大きなブレーキ力がクランクシャフト１５の回転にかけられる。
【０１１８】
［第五実施形態］
続いて、本発明の第五実施形態について説明する。以下の第五実施形態の説明にあたっては、第一実施形態で参照した図及び符号を流用し、上述した第一実施形態との相違点を主に説明する。
【０１１９】
図１１は、本発明の第五実施形態に係るビークル１の動作を説明するフローチャートである。
【０１２０】
本実施形態では、Ｓ２７の内容が、第一実施形態での制御内容と異なる。本実施形態の制御装置６０は、ステップＳ２７で、エンジン１０で実施されている行程が、圧縮行程であるか否かを判別する。制御装置６０は、ロータ位置検出装置５０で検知したロータ３０の位置に基づいて、エンジン１０で実施されている行程を判別する。
エンジン１０で実施されている行程が、圧縮行程である場合（Ｓ２７でＹｅｓ）、制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０の制御を、最高効率負荷制御に切り替える（Ｓ１８）。エンジン１０で実施されている行程が、圧縮行程でない場合（Ｓ２７でＮｏ）、制御装置６０は、永久磁石式回転電機２０の制御を、最低効率負荷制御に切り替える（Ｓ１９）。
【０１２１】
本実施形態でも、最高効率負荷制御及び最低効率負荷制御が切り替えられることによって、例えば負荷制御の切り替えられない場合と比べて大きなブレーキ力がクランクシャフト１５の回転にかけられる。
【０１２２】
上記実施形態に用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。
例えば、第五実施形態における、エンジンの行程に基づく負荷制御の切り替えは、第二実施形態から第四実施形態における切り替えに適用することができる。
クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。本発明は、クレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１２３】
１    ビークル
４    バッテリ
１０    エンジン
１５    クランクシャフト
２０    永久磁石式回転電機
３０    ロータ
３７ａ    磁極部
４０    ステータ
４３    歯部
６０    制御装置
６１    インバータ
６１１〜６１６    スイッチング部
【図１】
2018053774.tif 000003
【図２】
2018053774.tif 000004
【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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