(57)【要約】【課題】部品点数の増加を抑え、さらにスタータ起動時の消費電力を低減しつつ、スタータへの突入電流を低減することできるスタータ起動回路を提供することを目的とする。【解決手段】運転者のキー操作等でエンジンの始動操作が行われると、車両ＥＣＵ３９によりスタータリレー１４と能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとがオンに切り替えられる。また、車両ＥＣＵ３９によりリングギアがスタータ１５のエンジンのピニオンギアにかみ合う位置に移動する。スタータリレー１４と能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとがオンになることで、二次電池２から能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとスタータリレー１４とを経由して、スタータ１５への電流の経路ができ、この電流の経路を電流が流れる。【選択図】図１
2015232299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
駆動コイルを備える回転電機と、
エンジンを始動させるスタータと、
前記スタータへの電力供給をオンオフするスタータリレーと、
前記直流電源と前記駆動コイルとの間に設けられ、前記直流電源と前記駆動コイルとの接続をオンオフするスイッチと
を備え、
前記スタータに前記スタータリレーと前記駆動コイルとが直列接続され、前記スタータを起動するときに、前記スイッチがオンになり前記駆動コイルと前記直流電源とを接続する、スタータ起動回路。
【請求項２】
前記回転電機が、前記直流電源に接続されたスイッチング素子を備えるインバータに接続されており、
前記スタータリレーは前記回転電機の中性点に接続され、
前記スイッチは、前記インバータのスイッチング素子である請求項１に記載のスタータ起動回路。
【請求項３】
前記回転電機が、前記直流電源に接続されるとともに整流ダイオードを備える整流器に接続されており、
前記スタータリレーは前記回転電機の中性点に接続され、
前記スイッチは、前記直流電源から前記スタータへ流れる電流の経路を、前記整流ダイオードと前記駆動コイルと前記スタータリレーとを経由するように切り替える切り替えスイッチである請求項１に記載のスタータ起動回路。
【請求項４】
前記回転電機の駆動コイルが星形結線である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスタータ起動回路。
【請求項５】
前記回転電機の駆動コイルがΔ結線であり、前記駆動コイルは前記回転電機の駆動コイルに接続された結線切り替えスイッチによって星形結線に切り替えることが可能であり、
前記回転電機の中性点は、前記回転電機の各相の駆動コイルを星形結線に切り替えた場合の中性点である、請求項２又は３に記載のスタータ起動回路。
【請求項６】
前記回転電機の駆動コイルがΔ結線であり、前記駆動コイルは前記回転電機の駆動コイルに接続された結線切り替えスイッチによって星形結線に切り替えることが可能である、請求項１に記載のスタータ起動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に搭載されるスタータ起動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンを備えるガソリン自動車やハイブリッド自動車（ＨＶ車）等の車両において、信号待ちの停車状態においてエンジンを自動的に停止し、その後、運転者の発進操作の操作を行うことでエンジンを自動的に始動させる等、車両の走行状態に応じてエンジンを自動停止・始動するエンジン自動停止・始動システム（いわゆるアイドリングストップシステム）が普及してきている。
【０００３】
エンジン始動装置であるスタータには、回転電機であるスタータモータを備えるスタータが設けられている。エンジンを始動する場合、スタータモータによって回転するピニオンギアと、エンジンのリングギアとを噛み合わせた状態で、スタータモータに通電する。スタータモータの回転により、リングギアを介してエンジンを回転させることで、エンジンのクランクシャフトが回転してエンジンを始動することができる。この時、スタータモータに通電を開始しスタータモータを始動する際に、スタータモータの回転速度が小さいので突入電流が発生する。突入電流の大きさによっては、バッテリの電圧が低下して、車両に設けられた補機類が一時的に停止しリセットされてしまう。短時間の停車・発進や走行中にエンジンが自動停止・始動することで、運転者が意図せずに補機類がリセットされてしまうのは望ましくないため、スタータへの通電開始時の突入電流を低減する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、バッテリからスタータへの通電経路上に設けられた突入電流低減用リレーを備えたスタータ起動回路が記載されている。突入電流低減用リレーは、入出力間の一対の接点に平行に電流低減用抵抗を設け、一対の接点をコイルによって開放又は短絡することにより、一対の接点の間に電流低減用抵抗が直列に接続された通電経路と、一対の接点の間に電流低減用抵抗が存在しない通電経路とを切り替えることができる。これにより短時間の停車・発進や走行中にエンジンが自動停止した後にエンジンを始動する場合は、一対の接点の間に電流低減用抵抗が直列に接続された通電経路に切り替えることでスタータモータの突入電力を低減し、駐車状態から運転者のキー操作等の始動操作によりエンジンを始動する場合では、スタータの通電電流を低減しないというように、状況に応じてスタータモータの突入電力を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８５２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたスタータ起動回路では、複数の部品から構成される突入電流低減用リレーを設けるために部品点数が多くなり、また、通電電流を電流低減用抵抗で損失させることにより突入電流を低減しているため、損失分の電力が無駄となる問題点があった。
【０００７】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、部品点数の増加を抑え、さらにスタータ起動時の消費電力を低減しつつ、スタータへの突入電流を低減することができるスタータ起動回路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】
この発明に係るスタータ起動回路は、直流電源と、駆動コイルを備える回転電機と、エンジンを始動させるスタータと、スタータへの電力供給をオンオフするスタータリレーと、直流電源と駆動コイルとの間に設けられ、直流電源と駆動コイルとの接続をオンオフするスイッチとを備え、スタータにスタータリレーと駆動コイルとが直列接続され、スタータを起動するときに、スイッチがオンになり駆動コイルと直流電源とを接続する。
回転電機が、直流電源に接続されたスイッチング素子を備えるインバータに接続されており、スタータリレーは回転電機の中性点に接続され、スイッチは、インバータのスイッチング素子であってもよい。
回転電機が、直流電源に接続されるとともに整流ダイオードを備える整流器に接続されており、スタータリレーは回転電機の中性点に接続され、スイッチは、直流電源からスタータへ流れる電流の経路を、整流ダイオードと駆動コイルとスタータリレーとを経由するように切り替える切り替えスイッチであってもよい。
回転電機の駆動コイルが星形結線であってもよい。
回転電機の駆動コイルがΔ結線であり、駆動コイルは回転電機の駆動コイルに接続された結線切り替えスイッチによって星形結線に切り替えることが可能であり、回転電機の中性点は、回転電機の各相の駆動コイルを星形結線に切り替えた場合の中性点であってもよい。
回転電機の駆動コイルがΔ結線であり、駆動コイルは回転電機の駆動コイルに接続された結線切り替えスイッチによって星形結線に切り替えることが可能であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、スタータに、スタータへの電力供給をオンオフするスタータリレーと駆動コイルとが直列接続され、スタータを起動するときに、スイッチがオンになり駆動コイルと直流電源とを接続することで、スタータ起動時の消費電力を低減しつつ、スタータへの突入電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るスタータ起動回路の概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るスタータ起動回路の突入電流の概略図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るスタータ起動回路の概略図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るスタータ起動回路の概略図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るスタータ起動回路の概略図である
【図６】この発明の実施の形態４に係るスタータ起動回路の概略図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るスタータ起動回路に接続された回転電機と等価な回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
この発明の実施の形態１に係るスタータ起動回路を図１に示す。このスタータ起動回路１は、マイクロハイブリッド自動車（マイクロＨＶ車）である車両に設けられているものであり、直流電源である二次電池２と平滑コンデンサ３とを備えている。二次電池２と平滑コンデンサ３とは並列に接続されている。二次電池２に、インバータ４の入力側が接続されている。車両の走行用動力源として使用する回転電機であるモータ５がインバータ４の出力側に接続されており、モータ５は三相のブラシレス直流モータである。二次電池２からの電力供給により、インバータ４はモータ５を駆動させる。インバータ４には、上アームのスイッチング素子として能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗが設けられ、下アームのスイッチング素子として７ｕ，７ｖ，７ｗが設けられている。能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗ，７ｕ，７ｖ，７ｗはＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴである。二次電池２の陽極から延びる配線をＤＣプラスライン８とし、陰極から延びスタータ起動回路１のグランドと共通である配線をＤＣマイナスライン９とすると、能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗには、能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗと並列に且つＤＣプラスライン８側にカソード端子が接続されるように還流ダイオード１０ｕ，１０ｖ，１０ｗが設けられている。能動素子７ｕ，７ｖ，７ｗには、能動素子７ｕ，７ｖ，７ｗと並列に且つＤＣマイナスライン９側にアノード端子が接続されるように還流ダイオード１１ｕ，１１ｖ，１１ｗが設けられている。この実施の形態１では、能動素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗはＭＯＳＦＥＴであるので、それぞれの寄生ダイオードを還流ダイオードとして用いてもよい。平滑コンデンサ３とインバータ４とモータ５とは、モータジェネレータ−インバータ（ＭＧ−ＩＮＶ）１６を構成している。
【００１２】
モータ５は内部に駆動コイルである、Ｕ相のステータコイル１２ｕと、Ｖ相のステータコイル１２ｖと、Ｗ相のステータコイル１２ｗとを有している。ステータコイル１２ｕと、ステータコイル１２ｖと、ステータコイル１２ｗとは星形結線されており、中性点１３にそれぞれ接続している。能動素子６ｕは、ＤＣプラスライン８とステータコイル１２ｕとの間に接続されている。能動素子７ｕは、ＤＣマイナスライン９とステータコイル１２ｕとの間に接続されている。能動素子６ｖは、ＤＣプラスライン８とステータコイル１２ｖとの間に接続されている。能動素子７ｖは、ＤＣマイナスライン９とステータコイル１２ｖとの間に接続されている。能動素子６ｗは、ＤＣプラスライン８とステータコイル１２ｗとの間に接続されている。能動素子７ｗは、ＤＣマイナスライン９とステータコイル１２ｗとの間に接続されている。能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗ，７ｕ，７ｖ，７ｗのゲートは、図示しないゲートドライバ回路に接続されており、ゲートドライバ回路は車両ＥＣＵ３９に接続されている。
【００１３】
中性点１３に、スタータリレー１４が接続されている。スタータリレー１４に、車両のエンジンを始動させるためのスタータ１５が接続されている。スタータリレー１４はオンオフの切り替えによりスタータ１５に対して電流が流れるか流れないかを切り替えるリレーであり、車両ＥＣＵ３９からの指示によりオンオフの操作が可能である。スタータ１５には、スタータ１５用の回転電機である図示しないスタータモータと、スタータモータによって回転する図示しないスタータ１５のピニオンギアとが設けられている。スタータ１５のピニオンギアは、車両ＥＣＵ３９からの指示により、図示しないエンジンのリングギアに噛み合わない位置から噛み合う位置に移動することができる。
【００１４】
次に、実施の形態１に係るスタータ起動回路の動作を説明する。
車両のエンジンが始動していない状態では、スタータリレー１４と能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗ，７ｕ，７ｖ，７ｗとはオフの状態であり、スタータ１５のピニオンギアは、エンジンのリングギアに噛み合わない位置にある。運転者のキー操作等でエンジンの始動操作が行われると、車両ＥＣＵ３９によりスタータリレー１４と能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとがオンに切り替えられる。つまり、能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗは、二次電池２とステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとの接続をオンオフするスイッチング素子として動作する。また、車両ＥＣＵ３９により、スタータ１５のピニオンギアがエンジンのリングギアにかみ合う位置に移動する。スタータリレー１４と能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとがオンになることで、二次電池２から能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとスタータリレー１４とを経由して、スタータ１５への電流の経路ができ、この電流の経路を電流が流れる。スタータ１５に電流が流れると、スタータ１５の内部に設けられているスタータモータが回転し、スタータモータの回転力によりスタータ１５のピニオンギアが回転する。スタータ１５のピニオンギアの回転によりエンジンのリングギアが回転し、このリングギアの回転によりエンジンのクランクシャフトが回転することによってエンジンが始動する。
【００１５】
この時、スタータ１５を始動するときにスタータモータが設けられている回路に流れる電流は、スタータ１５を始動するときの回路のインピーダンスと電源電圧とから決まる。この時の電圧方程式は、Ｖｂ＝Ｒｂ×Ｉ＋Ｌｍ×ｄＩ／ｄｔ＋Ｒｍ×Ｉ＋ωφで表される。ここで、Ｖｂは二次電池２の電圧、Ｒｂは二次電池２の内部抵抗、Ｉは回路に流れる電流、Ｌｍはスタータモータのモータコイルのインダクタンス、ｔは時間、Ｒｍはスタータモータのモータコイルの抵抗、ωはスタータモータの回転速度、φは逆起電力定数である。ωφはスタータモータの回転速度に比例するスタータモータの逆起電力であり、インピーダンスとして作用する。つまり、スタータモータが起動直後で回転速度が小さいときは、逆起電力ωφが小さいので、電流Ｉが大電流すなわち突入電流となる。
【００１６】
図２に、スタータ１５の起動時の時間ｔに対するスタータモータの回転速度ωと、時間ｔに対する二次電池２からスタータ１５に流れる電流Ｉとの関係を表すグラフを示す。仮に、二次電池２とスタータリレー１４とを直接接続していれば、スタータリレー１４をオンした時間ｔ１以降に二次電池２からの電流がスタータ１５のスタータモータに直接流れるので、時間ｔと電流Ｉとの関係を表すグラフ中の点線で示すように、スタータモータの起動直後に突入電流が流れる。しかし、この実施の形態１では、二次電池２（図１参照）からの電流がステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ（図１参照）を経由してスタータモータに流れる。このため、突入電流はモータ５のステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗのインピーダンスにより、時間ｔと電流Ｉとの関係を表すグラフ中の実線で示すようにピーク電流が低減され、突入電流が低減される。
【００１７】
エンジンが始動した後は、車両ＥＣＵ３９は、スタータ１５のピニオンギアをエンジンのリングギアと噛み合わない位置に戻し、図１に示すようにスタータリレー１４と能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとをオフにする。これによりスタータ起動回路１によるスタータ１５の始動が終了する。
【００１８】
このように、スタータ１５に、スタータ１５への電力供給をオンオフするスタータリレー１４とステータコイル１２ｕ、１２ｖ，１２ｗとが直列接続され、スタータ１５を起動するときに、スイッチがオンになりステータコイル１２ｕ、１２ｖ，１２ｗと二次電池２とを接続することで、スタータ１５の起動時の消費電力を低減しながらスタータ１５への突入電流を低減することができる。
【００１９】
実施の形態１ではスタータ１５の起動時に車両ＥＣＵ３９が能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗをオンにしていたが、車両ＥＣＵ３９が能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗを間欠的にオンオフするスイッチング制御を行ってもよい。この場合、例えば能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗのオンオフの切り替えによってスタータ１５に電流を流す、流さないを切り替えることでスタータモータへの突入電流を低減し且つスタータモータの起動に必要な電流を得られるような能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗのオンオフ時間のデューティー比を求め、そのデューティー比に従って能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗを間欠的にオンオフするスイッチング制御を行う。
【００２０】
実施の形態１ではスタータ起動回路１はマイクロＨＶ車に設けられていたが、マイルドハイブリッド自動車のように、ＭＧ−ＩＮＶを備える車両なら他の種類の車両であってもよい。
【００２１】
実施の形態１では能動素子７ｕ，７ｖ，７ｗを設けていたが、能動素子７ｕ，７ｖ，７ｗを設けなくともよい。この場合、インバータ４はインバータとして動作するのではなくモータ５からの発電電流を整流する整流器として動作する。
【００２２】
実施の形態２
次に、この発明の実施の形態２に係るスタータ起動回路を説明する。尚、以下の実施の形態において、図１及び図２の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係るスタータ起動回路は、実施の形態１に対して、スタータ起動回路のＭＧ−ＩＮＶをオルタネータに変更したものである。
【００２３】
図３に示すように、スタータ起動回路１’にはオルタネータ１７が設けられている。オルタネータ１７は整流器１８と発電部１９とを備え、整流器１８と発電部１９とは互いに接続されている。整流器１８には、整流ダイオード２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ，２１ｕ，２１ｖ，２１ｗが設けられている。発電部１９は三相同期発電機である。整流器１８の整流器陽極側出力２２にＤＣプラスライン８が接続されている。整流器１８の整流器陰極側出力２３に切り替えリレー２４が接続されている。切り替えリレー２４が図３の番号１側に切り替わっている場合は、ＤＣプラスラインと整流器陰極側出力２３とが接続される。切り替えリレー２０が番号２側に切り替わっている場合は、ＤＣマイナスライン９と整流器陰極側出力２３とが接続される。発電部１９に、車両の図示しないエンジンの動力が例えばベルト等で伝達されることで、発電部１９は回転して交流電力を発電し、その交流電力が整流器１８で整流されて直流電流を出力することで、オルタネータ１７が機能する。
【００２４】
発電部１９は内部に、駆動コイルであるＵ相のステータコイル２５ｕと、Ｖ相のステータコイル２５ｖと、Ｗ相のステータコイル２５ｗとを有している。ステータコイル２５ｕと、ステータコイル２５ｖと、ステータコイル２５ｗとは星形結線されており、中性点２６にそれぞれ接続している。整流ダイオード２０ｕは、整流器陽極側出力２２とステータコイル２５ｕとの間に接続されている。整流ダイオード２１ｕは、整流器陰極側出力２３とステータコイル２５ｕとの間に接続されている。整流ダイオード２０ｖは、整流器陽極側出力２２とステータコイル２５ｖとの間に接続されている。整流ダイオード２１ｖは、整流器陰極側出力２３とステータコイル２５ｖとの間に接続されている。整流ダイオード２０ｗは、整流器陽極側出力２２とステータコイル２５ｗとの間に接続されている。整流ダイオード２１ｗは、整流器陰極側出力２３とステータコイル２５ｗとの間に接続されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態２に係るスタータ起動回路の動作を説明する。
車両のエンジンが始動していない状態では、スタータリレー１４はオフの状態であり、切り替えリレー２４は番号１側にも番号２側にも導通していない中間位置にあり、スタータ１５のピニオンギアはエンジンのリングギアに噛み合わない位置にある。運転者のキー操作等でエンジンの始動操作が行われると、車両ＥＣＵ３９によりスタータリレー１４がオンに切り替えられ、同時に切り替えリレー２４が番号１側に切り替えられる。また、車両ＥＣＵ３９によりスタータ１５のピニオンギアがエンジンのリングギアにかみ合う位置に移動する。スタータリレー１４がオンになり、切り替えリレー２４が番号１側に切り替えられることで、二次電池２からＤＣプラスライン８と切り替えリレー２４と整流器陰極側出力２３と整流ダイオード２１ｕ，２１ｖ，２１ｗとステータコイル２５ｕ，２５ｖ，２５ｗとスタータリレー１４とを経由して、スタータ１５への電流の経路ができ、この電流の経路を電流が流れる。つまり切り替えリレー２４は二次電池２からスタータ１５へ流れる電流の経路を、整流ダイオード２１ｕ，２１ｖ，２１ｗとステータコイル２５ｕ，２５ｖ，２５ｗとスタータリレー１４とを経由するように切り替える切り替えスイッチとして動作する。スタータ１５に電流が流れると、スタータ１５の内部に設けられているスタータモータが回転し、スタータモータの回転力によりピニオンギアが回転する。ピニオンギアの回転によりリングギアが回転し、リングギアの回転によりエンジンのクランクシャフトが回転することによってエンジンが始動する。
【００２６】
この実施の形態２では、二次電池２からの電流がステータコイル２５ｕ，２５ｖ，２５ｗを経由してスタータモータに流れる。したがって、実施の形態１と同様に、二次電池からの電流を直接スタータ１５のスタータモータに流す場合と比較して、発電部１９のステータコイル２５ｕ，２５ｖ，２５ｗのインピーダンスにより実施の形態１と同様の原理でピーク電流が低減され、突入電流が低減される。
【００２７】
エンジンが始動した後は、車両ＥＣＵ３９は、スタータ１５のピニオンギアをエンジンのリングギアと噛み合わない位置に戻し、スタータリレー１４をオフにし、切り替えリレー２４を番号２側に切り替える。これにより、スタータ起動回路１’によるスタータ１５の始動が終了し、オルタネータ１７は通常のオルタネータとしての動作が可能になる。
【００２８】
このように、オルタネータ１７を備えるスタータ起動回路１’において、切り替えリレー２４によって二次電池２からの電流の流れる経路をステータコイル２５ｕ，２５ｖ，２５ｗを流れる経路に切り替えることで、実施の形態１と同じくスタータモータへの突入電流を低減することができ、さらにスタータ１５起動時の消費電力を低減することができる。
【００２９】
実施の形態２ではスタータ起動回路１’はマイクロＨＶ車に設けられていたが、マイルドハイブリッド自動車のように、オルタネータを備える車両なら他の種類の車両であってもよい。
【００３０】
実施の形態２では、発電部１９は三相同期発電機であったが、ステータコイル２５ｕ，２５ｖ，２５ｗを備えるものであれば他の種類の発電機又はモータであってもよい。また、少なくとも２相以上の電流を使用する発電部１９であってもよい。この場合、相の数に応じて整流器１８の相の数も変更する。
【００３１】
実施の形態２では、整流器１８に整流ダイオード２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ，２１ｕ，２１ｖ，２１ｗが設けられていたが、整流器１８の代わりにインバータを設け、インバータの還流ダイオードを整流ダイオード２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ，２１ｕ，２１ｖ，２１ｗとして用いてもよい。
【００３２】
実施の形態３
次に、この発明の実施の形態３に係るスタータ起動回路を説明する。
この発明の実施の形態３に係るスタータ起動回路は、実施の形態１に対して、ＭＧ−ＩＮＶの外部にスタータを起動するためのリレーを設けたものである。
【００３３】
図４に示すように実施の形態３に係るスタータ起動回路１”には、ＭＧ−ＩＮＶ１６の外部に外部スタータリレー２７が設けられている。外部スタータリレー２７は、ＤＣプラスライン８と、ステータコイル１２ｗの中性点１３に接続されていない側とに接続されている。外部スタータリレー２７は、図示しない車両ＥＣＵ３９によりオンオフ制御を行うことが可能である。スタータリレー１４が、ステータコイル１２ｗの中性点１３に接続されていない側とスタータ１５とに接続されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。なお、図４ではインバータ４の内部の構成は省略している。
【００３４】
次に、この発明の実施の形態３に係るスタータ起動回路の動作を説明する。
車両のエンジンが始動していない状態では、スタータリレー１４と外部スタータリレー２７とはオフの状態であり、スタータ１５のピニオンギアはエンジンのリングギアに噛み合わない位置にある。運転者のキー操作等でエンジンの始動操作が行われると、車両ＥＣＵ３９によりスタータリレー１４と外部スタータリレー２７とがオンに切り替えられる。また、車両ＥＣＵ３９によりスタータ１５のピニオンギアにエンジンのリングギアがかみ合う位置に移動する。スタータリレー１４と外部スタータリレーがオンになることで、二次電池２からＤＣプラスライン８と外部スタータリレー２７とステータコイル１２ｗとステータコイル１２ｕとスタータリレー１４とを経由して、スタータ１５への電流の経路ができ、この電流の経路を電流が流れる。つまり、外部スタータリレー２７は二次電池２とステータコイル１２ｗとステータコイル１２ｕとの接続をオンオフするスイッチとして動作する。スタータ１５に電流が流れると、スタータ１５の内部に設けられているスタータモータが回転し、スタータモータの回転力によりスタータ１５のピニオンギアが回転する。スタータ１５のピニオンギアの回転によりエンジンのリングギアが回転し、このリングギアの回転によりエンジンのクランクシャフトが回転することによってエンジンが始動する。
【００３５】
この実施の形態３では、二次電池２からの電流がステータコイル１２ｗとステータコイル１２ｕとを経由してスタータモータに流れる。したがって、実施の形態１と同様に、二次電池からの電流を直接スタータ１５のスタータモータに流す場合と比較して、ピーク電流がモータ５のステータコイル１２ｗとステータコイル１２ｕとのインピーダンスにより実施の形態１と同様の原理で低減され、突入電流が低減される。
【００３６】
エンジンが始動した後は、車両ＥＣＵ３９は、スタータ１５のピニオンギアをエンジンのリングギアと噛み合わない位置に戻し、スタータリレー１４と外部スタータリレー２７とをオフに切り替える。これによりスタータ起動回路１”によるスタータ１５の始動が終了する。
【００３７】
このように、ＭＧ−ＩＮＶ１６を備えるスタータ起動回路１”において、外部スタータリレー２７を設けて二次電池２からの電流の流れる経路をステータコイル１２ｗとステータコイル１２ｕとを流れる経路に切り替えることで、実施の形態１と同じくスタータモータへの突入電流を低減することができ、さらにスタータ１５の起動時の消費電力を低減することができる。
【００３８】
実施の形態３ではスタータ起動回路１”はマイクロハイブリッド自動車に設けられていたが、マイルドハイブリッド自動車のように、ＭＧ−ＩＮＶを備える車両なら他の種類の車両であってもよい。
【００３９】
実施の形態３ではスタータ１５の起動時に車両ＥＣＵ３９が外部スタータリレー２７をオンにしていたが、車両ＥＣＵ３９が外部スタータリレー２７を間欠的にオンオフするスイッチング制御を行ってもよい。この場合、例えば外部スタータリレー２７のオンオフの切り替えによってスタータ１５に電流を流す、流さないを切り替えることで、スタータモータへの突入電流を低減し且つスタータモータの起動に必要な電流を得られるような外部スタータリレー２７のオンオフ時間のデューティー比を求め、そのデューティー比に従って外部スタータリレー２７を間欠的にオンオフするスイッチング制御を行う。
【００４０】
実施の形態３ではスタータ起動回路１”はＭＧ−ＩＮＶを備えていたが、実施の形態２のようにオルタネータを備えていてもよい。
【００４１】
実施の形態３では外部スタータリレー２７は一つだけ設けられていたが、図５に示すように、ＭＧ−ＩＮＶの外部に、ＤＣプラスライン８とステータコイル１２ｕの中性点１３に接続されていない側との間に外部スタータリレー２７ｕを設け、ＤＣプラスライン８とステータコイル１２ｖの中性点１３に接続されていない側との間に外部スタータリレー２７ｖを設け、ＤＣプラスライン８とステータコイル１２ｗの中性点１３に接続されていない側との間に外部スタータリレー２７ｗを設け、中性点１３とスタータ１５との間にスタータリレー１４を設けてもよい。この場合、スタータの起動時にスタータリレー１４と外部スタータリレー２７ｕ，２７ｖ，２７ｗとを同時にオンに切り替えることによって、実施の形態３と同じ効果を得ることができる。
【００４２】
実施の形態３では、外部スタータリレー２７，２７ｕ，２７ｖ，２７ｗが設けられていたが、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチであってもよい。
【００４３】
実施の形態４
次に、この発明の実施の形態４に係るスタータ起動回路を説明する。
この発明の実施の形態４に係るスタータ起動回路は、実施の形態１に対して、モータ５の結線を星形結線からΔ結線に変更したものである。
【００４４】
この発明の実施の形態４に係るスタータ起動回路１０１を図６に示す。スタータ起動回路１０１はＭＧ−ＩＮＶ１６’を備えている。ＭＧ−ＩＮＶ１６’はモータ３１を備えている。モータ３１は、Δ結線の三相のブラシレス直流モータであり、駆動コイルであるステータコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３３ｕ，３３ｖ，３３ｗが設けられている。ステータコイル３２ｕ，３３ｕがインバータ４のＵ相の出力とＶ相の出力との間に接続されてモータ３１のＵ相の結線を構成している。同じくステータコイル３２ｖ，３３ｖがインバータ４のＶ相の出力とＷ相の出力との間に接続されてモータ３１のＶ相の結線を構成している。さらにステータコイル３２ｗ，３３ｗがインバータ４のＷ相の出力とＵ相の出力との間に接続されてモータ３１のＷ相の結線を構成している。そしてステータコイル３２ｕ，３３ｕと、ステータコイル３２ｖ，３３ｖと、ステータコイル３２ｗ，３３ｗとはΔ結線されている。ＭＧ−ＩＮＶ１６’の外部には、ステータコイル３２ｕとステータコイル３３ｕとが接続されている点からステータコイル３２ｗとステータコイル３３ｗとが接続されている点までの間に結線切り替えスイッチ能動素子３４が設けられている。同様に、ステータコイル３２ｖとステータコイル３３ｖとが接続されている点からステータコイル３２ｗとステータコイル３３ｗとが接続されている点までの間に結線切り替えスイッチ能動素子３５が設けられている。結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５はＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴである。結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５と並列に、結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６，３７が、ステータコイル３３ｗと接続する点をカソード側にして設けられている。結線切り替えスイッチ能動素子３４と結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６とで、結線切り替えスイッチ２９を構成している。結線切り替えスイッチ能動素子３５と結線切り替えスイッチ還流ダイオード３７とで、結線切り替えスイッチ３０を構成している。この結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６，３７も寄生ダイオードを用いてもよいし、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５も、Ｎチャネル形ＭＯＳＦＥＴや、バイポーラトランジスタなど他の種類の能動素子を用いてもよい。結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５のゲートに、モータ結線切り替え出力線２８が接続されている。モータ結線切り替え出力線２８は、図示しない結線切り替え指示装置に接続されている。ステータコイル３２ｗとステータコイル３３ｗとが接続されている点に、スタータリレー１４が設けられている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００４５】
次に、この発明の実施の形態４に係るスタータ起動回路の動作を説明する。
車両のエンジンが始動していない状態では、スタータリレー１４と結線切り替えスイッチ２９，３０とはオフの状態であり、スタータ１５のピニオンギアはエンジンのリングギアに噛み合わない位置にある。運転者のキー操作等でエンジンの始動操作が行われると、図示しない結線切り替え指示装置により結線切り替えスイッチ２９，３０がオンに切り替えられる。
【００４６】
結線切り替えスイッチ２９，３０がオンに切り替わると、モータ３１の結線は、オン状態の結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５とそれらに並列な結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６，３７とを省略して記載すると、図７に示すような結線と等価になる。つまり、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５がオンに切り替わった時のモータ３１は、ステータコイル３２ｕに対してステータコイル３３ｗと、ステータコイル３３ｕに対してステータコイル３２ｖと、ステータコイル３３ｖに対してステータコイル３２ｗとがそれぞれ組となって並列に結線されるようになる。そして各並列に結線されたステータコイルのそれぞれの組は、中性点３８に星形結線されるようになる。さらに、中性点３８にスタータリレー１４が接続されるようになる。つまり、結線切り替えスイッチ２９，３０をオンにすることにより、ステータコイルをΔ結線から星形結線に切り替えることが可能である。モータ３１が星形結線に切り替えられた後はスタータ起動回路１０１は実施の形態１と同じ構成であるため、これ以降は、実施の形態１のように能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗとスタータリレー１４とをオンにすることで、実施の形態１と同様にスタータ１５起動時の突入電流を低減することができる。
【００４７】
このように、Δ結線のモータ３１が設けられたスタータ起動回路１０１においても、ステータコイル３２ｕとステータコイル３３ｕとが接続されている点からステータコイル３２ｗとステータコイル３３ｗとが接続されている点までの間に、結線切り替えスイッチ２９を設け、ステータコイル３２ｖとステータコイル３３ｖとが接続されている点からステータコイル３２ｗとステータコイル３３ｗとが接続されている点までの間に、結線切り替えスイッチ３０を設け、モータ３１のステータコイルを星形結線に切り替えることにより、設けられたスタータ起動回路１０１の構成が実施の形態１のスタータ起動回路１と同じ構成となるので、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００４８】
実施の形態４では、スタータ起動回路１０１ は実施の形態１と同様にＭＧ−ＩＮＶ１６’を備えていたが、実施の形態２と同様にオルタネータ１７を備えていてもよい。この場合、発電部１９がΔ結線の三相同期発電機である。
【００４９】
実施の形態１，３及び４では能動素子６ｕ，６ｖ，６ｗ，７ｕ，７ｖ，７ｗはＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴであったが、Ｎチャネル形ＭＯＳＦＥＴや、バイポーラトランジスタなど他の種類の能動素子を用いてもよい。
【００５０】
実施の形態１，３及び４ではモータ５は三相のブラシレス直流モータであったが、ステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗを備え、インバータ４で制御されるモータであれば他の種類のモータであってもよい。また、インバータで制御される少なくとも２相以上の電流を使用するモータであってもよい。この場合、モータの相の数に応じてインバータの相の数も変更する。
【００５１】
実施の形態１〜４では、スタータリレー１４を設けていたが、スタータリレー１４の代わりにＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを設けてもよい。
【００５２】
実施の形態１〜４では、二次電池２からスタータ１５への電流を、ステータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ，３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３３ｕ，３３ｖ，３３ｗに流すようにスタータ起動回路１，１’，１”，１０１を構成していたが、この形態に限定するものではない。駆動コイルがロータに巻かれた形状のモータである場合は、二次電池２からスタータ１５への電源をロータコイルに流すようにスタータ起動回路を構成してもよい。この場合には、ロータコイルが駆動コイルを構成する。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’，１”，１０１  スタータ起動回路、２  二次電池（直流電源）、４  インバータ、５，３１  モータ（回転電機）、６ｕ，６ｖ，６ｗ  能動素子（スイッチング素子）、１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ，３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３３ｕ，３３ｖ，３３ｗ  ステータコイル（駆動コイル）、１３，２６，３８  中性点、１４  スタータリレー、１５  スタータ、１８  整流器、２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ，２１ｕ，２１ｖ，２１ｗ  整流ダイオード、２４  切り替えリレー（切り替えスイッチ）、２７，２７ｕ，２７ｖ，２７ｗ  外部スタータリレー（スイッチ）、２９，３０  結線切り替えスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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