(57)【要約】【課題】大形の巻線を用いることなく、発電機として運転する際に１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とを得ることができる内燃機関用スタータジェネレータを提供する。【解決手段】固定子１３に第１及び第２の電機子コイルＬｕ１〜Ｌｗ１及びＬｕ２〜Ｌｗ２を設けるとともに、これらの電機子コイルに対して第１及び第２のドライバ１５Ａ及び１５Ｂを設け、第１及び第２の電機子コイルの出力で第１及び第２のドライバ内の整流回路を通して第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２を充電する。インバータ１６から出力させる電圧の値に応じて、バッテリＢ１及びＢ２を直列または並列に接続してインバータ１６の入力端子間に接続する。【選択図】　　図１
2004080931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動時には内燃機関始動用電動機として動作し、内燃機関が始動した後は発電機として動作する内燃機関用スタータジェネレータにおいて、
前記内燃機関のクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、前記磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に相数がｎ（ｎは３以上の整数）の第１及び第２の電機子コイルを巻装してなる固定子と、ｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と該整流回路を構成するダイオードにそれぞれ逆並列接続されたスイッチ素子のブリッジ回路により構成されたｎ相ブリッジ形のスイッチ回路と該整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出されたｎ相の交流側端子と該整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出された対の直流側端子とを有してｎ相の交流側端子が前記第１の電機子コイルのｎ相の端子にそれぞれ接続された第１のドライバと、前記第１のドライバと同一の構成を有してｎ相の交流側端子が前記第２の電機子コイルのｎ相の端子にそれぞれ接続された第２のドライバと、前記第１のドライバの直流側端子間及び前記第２のドライバの直流側端子間にそれぞれ接続された第１及び第２のバッテリと、前記第１及び第２のバッテリの出力電圧が直流入力端子に入力されたインバータと、前記第１及び第２のドライバと前記インバータとを制御するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、前記内燃機関の始動時に該内燃機関を始動させる方向に前記磁石回転子を回転させるように前記第１及び第２のバッテリから前記第１及び第２のドライバのスイッチ回路を通して前記第１及び第２の電機子コイルに電流を流し、前記内燃機関が始動した後は前記第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルから前記第１及び第２のドライバの整流回路を通して第１及び第２のバッテリに供給される直流電圧を設定値以下に保つように前記第１及び第２のドライバのスイッチ回路を制御するドライバ制御部と、前記インバータから商用周波数の交流電圧を出力させるように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、
前記第１のバッテリ及び第２のバッテリは、前記インバータ回路から出力させる交流電圧の実効値に応じて直列または並列に接続された状態で前記インバータの直流入力端子間に接続されている内燃機関用スタータジェネレータ。
【請求項２】
内燃機関の始動時には内燃機関始動用電動機として動作し、内燃機関が始動した後は発電機として動作する内燃機関用スタータジェネレータにおいて、
前記内燃機関のクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、前記磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に相数がｎ（ｎは３以上の整数）の第１及び第２の電機子コイルを巻装してなる固定子と、ｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と該整流回路を構成するダイオードにそれぞれ逆並列接続されたスイッチ素子のブリッジ回路により構成されたｎ相ブリッジ形のスイッチ回路と該整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出されたｎ相の交流側端子と該整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出された対の直流側端子とを有してｎ相の交流側端子が前記第１の電機子コイルのｎ相の端子にそれぞれ接続された第１のドライバと、前記第１のドライバと同一の構成を有してｎ相の交流側端子が前記第２の電機子コイルのｎ相の端子にそれぞれ接続された第２のドライバと、前記第１のドライバの直流側端子間及び前記第２のドライバの直流側端子間にそれぞれ接続された第１及び第２のバッテリと、前記第１のバッテリの正極端子及び第２のバッテリの正極端子にそれぞれカソード及びアノードが接続された第１のダイオードと、前記第１のバッテリの負極端子及び前記第２のバッテリの負極端子にそれぞれカソード及びアノードが接続された第２のダイオードと、前記第１のバッテリの正極端子及び第２のバッテリの負極端子にそれぞれ正極側直流入力端子及び負極側直流入力端子が接続されたインバータと、前記第１及び第２のドライバと前記インバータとを制御するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、前記内燃機関の始動時に該内燃機関を始動させる方向に前記磁石回転子を回転させるように前記第１及び第２のバッテリから前記第１及び第２のドライバのスイッチ回路を通して前記第１及び第２の電機子コイルに電流を流し、前記内燃機関が始動した後は前記第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルから前記第１及び第２のドライバの整流回路を通して第１及び第２のバッテリに供給される直流電圧を設定値以下に保つように前記第１及び第２のドライバのスイッチ回路を制御するドライバ制御手段と、前記インバータから商用周波数の交流電圧を出力させるように前記インバータを制御するインバータ制御手段とを備え、
前記第１のバッテリの負極端子と第２のバッテリの正極端子との間を接続したり切り離したりすることにより前記第１及び第２のバッテリを直列に接続した状態と両バッテリを並列に接続した状態とを切り換え得るように構成されている内燃機関用スタータジェネレータ。
【請求項３】
前記第１のバッテリの負極端子と第２のバッテリの正極端子との間に直並列切換スイッチが接続されている請求項２に記載の内燃機関用スタータジェネレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動時には内燃機関始動用電動機として動作し、内燃機関が始動した後は発電機として動作する内燃機関用スタータジェネレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用スタータジェネレータを構成する回転電機としては、機関のクランク軸に取りつけられた磁石回転子と、電機子鉄心に多相の電機子コイルを巻装して構成した固定子とからなるものが多く用いられる。また内燃機関により駆動される発電機を電源とした電源装置として、発電機が出力する交流電圧を一旦直流電圧に変換した後、該直流電圧をインバータにより商用周波数の交流電圧に変換するようにしたものが多く用いられている。この種の発電装置は、インバータ発電装置と呼ばれる。
【０００３】
インバータ発電装置は、商用電源の代わりに用いられるため、その定格出力電圧は国によって異なる。現在世界の国々で用いられている商用電源の定格電圧としては、１００Ｖ，１１０Ｖ，１２０Ｖ，２３０Ｖ及び２４０Ｖ（いずれも実効値）の５種類がある。これらの電圧は、１００Ｖ系（１００Ｖ，１１０Ｖ，１２０Ｖ）と２００Ｖ系（２３０Ｖ及び２４０Ｖ）とに分けることができる。
【０００４】
従来のインバータ発電装置では、１００Ｖ系の定格電圧を得る場合、及び２００Ｖ系の定格電圧を得る場合にそれぞれ適合した巻線仕様を有する２種類の発電機を用意して、それぞれの系統の電圧を得るようしている。即ち、１００Ｖ系の電圧に対しては、内燃機関の定常運転時に、同系列の最大定格電圧１２０Ｖ（実効値）の交流電圧を得るために必要なピーク値（約１７０Ｖ）の交流電圧を発生することができる巻線仕様の発電機を用意して、この発電機の出力を一旦直流出力に変換し、この直流出力をインバータに入力して、インバータを制御することにより、１００Ｖ，１１０Ｖまたは１２０Ｖの交流電圧を発生させるようにしていた。
【０００５】
また２００Ｖ系の電圧に対しては、内燃機関の定常運転時に実効値が２４０Ｖの交流電圧を得るために必要なピーク値（約３３９Ｖ）の交流電圧を発生することができる巻線仕様の発電機を用意して、この発電機の出力を一旦直流出力に変換し、この直流出力をインバータに入力して、インバータを制御することにより、２３０Ｖまたは２４０Ｖの交流電圧を発生させるようにしていた。
【０００６】
ところが、このように電圧系列が異なる毎に異なる巻線仕様の発電機を用いると、２種類の発電機を用意しておく必要があるため、コストが高くなるのを避けられない。
【０００７】
そこで、同じ巻線仕様の発電機を用いて、インバータの制御により１００Ｖ系の定格電圧と２００Ｖ系の定格電圧との双方を得ることも考えられる。
【０００８】
インバータを用いて同じ巻線仕様の発電機で１００Ｖ系の定格電圧と２００Ｖ系の定格電圧との双方を得ることを想定した内燃機関用スタータジェネレータの構成例を図７に示した。
【０００９】
図７において１は内燃機関に取りつけられる回転電機で、この回転電機は、機関のクランク軸に取りつけられた磁石回転子２と、機関のケースなどに固定された固定子（電機子）３とからなっている。図示の磁石回転子２は機関のクランク軸に取りつけられたカップ状の回転子ヨーク２Ａと、回転子ヨークの内周に取りつけられた４つの永久磁石ｍ１ないしｍ４とにより４極に構成されている。固定子３は、磁石回転子２の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心４と、電機子鉄心４に巻装された３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗとからなっている。図示の例では、機械角で１８０°離れた位置に巻装されて直列に接続されたコイルＬｕ１，Ｌｕ２ないしＬｗ１，Ｌｗ２によりそれぞれＵ相ないしＷ相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗが構成されている。３相の電機子コイルＬｕないしＬｗは星形結線されて、それぞれの中性点と反対側の端部からそれぞれ３相の端子１ｕないし１ｗが引き出されている。固定子３には、機関の始動時に回転電機１を始動用電動機として動作させるために、Ｕ，Ｖ及びＷ相の電機子コイルに対してそれぞれ磁石回転子２の回転角度位置を検出する位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗが取りつけられている。図７において５はドライバで、このドライバは、ダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びＤｘ〜Ｄｚからなるダイオードブリッジ全波整流回路と、該整流回路のダイオードに逆並列接続されたスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜Ｑｚにより構成されたブリッジ形のスイッチ回路と、整流回路の直流出力端子間に接続されたコンデンサＣｄとを備えている。ドライバ５の３相の交流側端子５ｕないし５ｗにそれぞれ電機子コイルの３相の端子１ｕ〜１ｗが接続され、該ドライバの直流側端子間にバッテリＢが接続されている。バッテリＢの出力電圧は、スイッチ素子ＱａないしＱｄのブリッジ回路と、これらのスイッチ素子に逆並列接続されたダイオードＤａないしＤｄとを備えたブリッジ形のインバータ６に入力され、インバータ６からフィルタ７を通して図示しない負荷に商用周波数の交流電力が供給されるようになっている。
【００１０】
８はドライバ５とインバータ６とを制御するコントローラで、このコントローラには、磁石回転子の回転角度位置を検出する位置センサｈｕ〜ｈｗの出力と、内燃機関を始動させることを指令する始動スイッチＳＷ１により与えられる始動指令信号と、定格電圧を１２０Ｖまたは２４０Ｖに切り換えることを指令する電圧切換指令スイッチＳＷ２から与えられる電圧切換指令信号とが入力されている。
【００１１】
コントローラ８は、内燃機関の始動時にそのクランク軸を始動させる方向に磁石回転子を回転させるようにバッテリＢからドライバ５のスイッチ回路を通して３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに電流を流し、内燃機関が始動した後は電機子コイルＬｕ〜Ｌｗからドライバ５の整流回路を通してバッテリＢに供給される直流電圧を設定値以下に保つようにドライバ５のスイッチ回路を制御する。コントローラはまた、電圧切換指令スイッチＳＷ２により指令された商用周波数の交流電圧をインバータ６から出力させるように、インバータ６を構成するスイッチ素子をＰＷＭ制御する。
【００１２】
図７に示したスタータジェネレータを発電機として運転して、１２０Ｖの出力と２４０Ｖの出力とを得る場合の出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性及び出力電圧Ｖ対出力電力Ｐ特性を図８に示した。同図において、曲線ａは出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性を示し、曲線ｂは出力電圧Ｖ対出力電力Ｐ特性を示している。図７の縦軸に示した電圧１７０Ｖ及び３３９Ｖは、それぞれ定格電圧の実効値が１２０Ｖ及び２４０Ｖの出力電圧をインバータ６から出力させるために必要な発電機の出力電圧のピーク値（＝実効値×√２）であり、定格出力電圧を１２０Ｖとして定格出力電流を流す場合及び定格出力電圧を２４０Ｖとして定格出力電流を流す場合の動作点はそれぞれＡ点及びＢ点となる。またＰ１は定格電圧を１２０Ｖとする場合及び２４０Ｖとする場合のインバータの定格出力であり、Ｐｍは発電機の最大出力である。インバータを用いて同じ巻線仕様の発電機で１００Ｖ系の定格電圧と２００Ｖ系の定格電圧との双方を得ようとする場合、図示のように、発電機の最大出力Ｐｍは、インバータの定格出力Ｐ１よりも大きくしておく必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
インバータ発電装置においては、発電機が必要以上に大形になるのを防ぐため、インバータの定格出力に見合った最大出力を有する発電機を用いるのが好ましい。ところが、図７に示した構成で、１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧との２系統の電圧を得ようとすると、インバータの定格出力よりも大きい最大出力を有する発電機を用いる必要があるため、電機子鉄心及び電機子コイルが大形になって、回転電機の部分が大形化するという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、回転電機の部分を必要以上に大きくすることなく、１００Ｖ系の電圧を得る場合と２００Ｖ系の電圧を得る場合とに対応することができるようにした内燃機関用スタータジェネレータを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の始動時には内燃機関始動用電動機として動作し、内燃機関が始動した後は発電機として動作する内燃機関用スタータジェネレータに適用される。
【００１６】
本発明においては、内燃機関のクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に相数がｎ（ｎは３以上の整数）の第１及び第２の電機子コイルを巻装してなる固定子と、ｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と該整流回路を構成するダイオードにそれぞれ逆並列接続されたスイッチ素子のブリッジ回路により構成されたｎ相ブリッジ形のスイッチ回路と整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出されたｎ相の交流側端子と整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出された対の直流側端子とを有してｎ相の交流側端子が第１の電機子コイルのｎ相の端子にそれぞれ接続された第１のドライバと、第１のドライバと同一の構成を有してｎ相の交流側端子が第２の電機子コイルのｎ相の端子にそれぞれ接続された第２のドライバと、第１のドライバの直流側端子間及び第２のドライバの直流側端子間にそれぞれ接続された第１及び第２のバッテリと、第１及び第２のバッテリの出力電圧が直流入力端子に入力されたインバータと、第１及び第２のドライバとインバータとを制御するコントローラとが設けられる。
【００１７】
上記コントローラは、内燃機関の始動時に該内燃機関を始動させる方向に磁石回転子を回転させるように第１及び第２のバッテリから第１及び第２のドライバのスイッチ回路を通して第１及び第２の電機子コイルに電流を流し、内燃機関が始動した後は第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルから第１及び第２のドライバの整流回路を通して第１及び第２のバッテリに供給される直流電圧を設定値以下に保つように第１及び第２のドライバのスイッチ回路を制御するドライバ制御部と、インバータから商用周波数の交流電圧を出力させるようにインバータを制御するインバータ制御部とを備えていて、第１のバッテリ及び第２のバッテリは、インバータ回路から出力させる交流電圧の実効値に応じて直列または並列に接続された状態でインバータの直流入力端子間に接続されている。
【００１８】
上記のように構成すると、内燃機関の始動時には、第１及び第２のバッテリから第１及び第２のドライバ回路のスイッチ回路を通して第１及び第２の電機子コイルに駆動電流を流して、機関を始動する方向に磁石回転子を駆動することができる。また機関が始動した後は、第１及び第２の電機子コイルから第１及び第２のドライバの整流回路を通して第１及び第２のバッテリに充電電流を供給して、これらのバッテリを充電することができ、これらのバッテリの出力電圧をインバータにより商用周波数の交流電圧に変換して負荷に供給することができる。
【００１９】
上記のように、インバータ回路から出力させる交流電圧の実効値に応じて第１及び第２のバッテリを直列に接続した状態または並列に接続した状態にしてインバータの入力端子間に接続するようにすると、インバータの定格出力に等しい最大出力を有する発電機を用いて、１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とを発生させることができるため、電機子鉄心及び電機子コイルを必要以上に大形にすることなく、１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とを発生させることができるスタータジェネレータを得ることができる。
【００２０】
本発明の好ましい態様では、上記第１のバッテリの正極端子及び第２のバッテリの正極端子にそれぞれカソード及びアノードが接続された第１のダイオードと、第１のバッテリの負極端子及び第２のバッテリの負極端子にそれぞれカソード及びアノードが接続された第２のダイオードとが更に設けられて、第１のバッテリの正極端子及び第２のバッテリの負極端子がそれぞれインバータの正極側直流入力端子及び負極側直流入力端子に接続される。
【００２１】
このように構成すると、第１のバッテリの負極端子と第２のバッテリの正極端子との間を接続したり切り離したりすることにより第１及び第２のバッテリを直列に接続した状態と両バッテリを並列に接続した状態とを切り換えることができる。
【００２２】
上記のように第１のダイオード及び第２のダイオードを設ける場合、第１のバッテリの負極端子と第２のバッテリの正極端子との間に直並列切換スイッチを接続しておくのが好ましい。このように直並列切換スイッチを設けておくと、該切換スイッチをオン状態にすることにより第１及び第２のバッテリを直列に接続した状態にすることができ、該切換スイッチをオフ状態にすることにより、両バッテリを並列に接続した状態にすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の構成を示したものである。同図において、１１は内燃機関に取りつけられる回転電機で、この回転電機は、機関のクランク軸に取りつけられた磁石回転子１２と、機関のケースなどに固定された固定子（電機子）１３とからなっている。図示の磁石回転子１２は機関のクランク軸に取りつけられたカップ状の回転子ヨーク１２Ａと、回転子ヨークの内周に９０°間隔で取りつけられた４つの永久磁石ｍ１ないしｍ４とにより４極に構成されている。
【００２４】
固定子１３は、環状の継鉄部１４ａの外周から６個の突極部１４ｂ１ないし１４ｂ６を放射状に突出させて、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を各突極部の先端に形成した構造を有する星形環状の６極の電機子鉄心１４と、電機子鉄心１４の３つの突極部１４ｂ１なし１４ｂ３にそれぞれ巻装された巻数が等しい３相の第１の電機子コイルＬｕ１〜Ｌｗ１と、突極部１４ｂ１なし１４ｂ３からそれぞれ１８０°離れた位置に設けられた突極部１４ｂ４ないし１４ｂ６にそれぞれ巻装された巻数が等しい３相の第２の電機子コイルＬｕ２〜Ｌｗ２とからなっている。第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルは、同じ巻線仕様を有するように巻回されていて、内燃機関の定常運転時に各電機子コイルに少なくともピーク値が１７０Ｖの電圧を誘起させるように各電機子コイルの巻数が設定されている。
【００２５】
第１の電機子コイルＬｕ１ないしＬｗ１及び第２の電機子コイルＬｕ２ないしＬｗ２はそれぞれ星形結線されていて、第１の電機子コイルＬｕ１ないしＬｗ１の中性点と反対側の端部からそれぞれ３相の端子１１ｕ１ないし１１ｗ１が引き出され、第２の電機子コイルＬｕ２ないしＬｗ２の中性点と反対側の端部からそれぞれ３相の端子１１ｕ２〜１１ｗ２が引き出されている。
【００２６】
また固定子１３には、機関の始動時に回転電機１１をブラシレス直流電動機として動作させてクランク軸を回転駆動するため、Ｕ，Ｖ及びＷ相の電機子コイルに対してそれぞれ磁石回転子１２の回転角度位置を検出する位置センサｈｕ，ｈｕ及びｈｗが取りつけられている。位置センサｈｕないしｈｗはホールＩＣからなっていて、Ｗ相，Ｕ相及びＶ相の電機子コイルが巻回された突極部１４ｂ６，１４ｂ１及び１４ｂ２の先端の磁極部の所定の部位に相応する位置で磁石回転子１２の磁極の極性を検出して、検出している磁極がＮ極であるときとＳ極であるときとでレベルを異にする矩形波状の位置検出信号ＨｕないしＨｗを出力する。
【００２７】
なお図１に示した例では、内燃機関が正回転したときに磁石回転子１２が図面上時計方向に回転するものとしている。
【００２８】
本発明においては、内燃機関の始動時に第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルに駆動電流を流し、内燃機関が始動した後に第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルが出力する交流電圧を整流するために、第１の電機子コイルＬｕ１ないしＬｗ１及び第２の電機子コイルＬｕ２ないしＬｗ２に対してそれぞれ第１のドライバ１５Ａ及び第２のドライバ１５Ｂが設けられている。
【００２９】
第１のドライバ１５Ａは、ブリッジの上辺を構成するダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びブリッジの下辺を構成するダイオードＤｘ〜Ｄｚからなるダイオードブリッジ全波整流回路と、該整流回路のダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びＤｘ〜Ｄｚにそれぞれ逆並列接続されてブリッジ接続されたスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜Ｑｚにより構成されたブリッジ形のスイッチ回路とを備えていて、整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出された直流側端子ｐ１，ｎ１間に第１の電源コンデンサＣｄ１が接続されている。
【００３０】
第１のドライバ１５Ａの整流回路及びスイッチ回路から共通に引き出された３相の交流側端子１５ｕ１ないし１５ｗ１にそれぞれ第１の電機子コイルの３相の端子１１ｕ１〜１１ｗ１が接続され、該ドライバの正極側の直流側端子ｐ１及び負極側の直流側端子ｎ１にそれぞれ第１のバッテリＢ１の正極端子及び負極端子が接続されている。
【００３１】
第２のドライバ１５Ｂは第１のドライバと全く同様に構成されていて、その直流側端子ｐ２，ｎ２間に第２の電源コンデンサＣｄ２が接続されている。そして、第２のドライバ１５Ｂの３相の交流側端子１５ｕ２ないし１５ｗ２にそれぞれ第２の電機子コイルＬｕ２ないしＬｗ２の３相の端子１１ｕ２ないし１１ｗ２が接続され、該ドライバ１５Ｂの正極側の直流側端子ｐ２及び負極側の直流側端子ｎ２にそれぞれ第２のバッテリＢ２の正極端子及び負極端子が接続されている。
【００３２】
更に第１のバッテリＢ１の正極端子及び第２のバッテリＢ２の正極端子にそれぞれ第１のダイオードＤ１のカソード及びアノードが接続され、第１のバッテリＢ１の負極端子及び第２のバッテリの負極端子にそれぞれ第２のダイオードＤ２のカソード及びアノードが接続されている。また第１のバッテリＢ１の負極端子と第２のバッテリＢ２の正極端子との間にリレー接点などからなるオンオフ制御が可能な直並列切換スイッチ１９が接続されていて、この直並列切換スイッチ１９を閉じたときに第１のバッテリＢ１及び第２のバッテリＢ２が直列に接続され、該切換スイッチ１９を開いたときに両バッテリがダイオードＤ１及びＤ２を介して並列に接続されるようになっている。
【００３３】
第１のバッテリＢ１の正極端子及び第２のバッテリＢ２の負極端子にそれぞれインバータ１６の正極側直流入力端子Ｐ及び負極側直流入力端子Ｎが接続され、、直並列切換スイッチ１９のオンオフに応じて、直列または並列に接続されたバッテリＢ１，Ｂ２の出力電圧がインバータ１６の直流入力端子Ｐ，Ｎ間に印加されるようになっている。
【００３４】
本発明においては、インバータ１６から１００Ｖ系の電圧を出力させるときに第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２を並列に接続し、インバータ１６から２００Ｖ系の電圧を出力させるときに第１及び第２のバッテリを直列に接続する。
【００３５】
インバータ１６は、スイッチ素子ＱａないしＱｄのブリッジ回路と、これらのスイッチ素子に逆並列接続されたダイオードＤａないしＤｄとを備えたブリッジ形のインバータである。このインバータは、後記するコントローラにより制御されて、ブリッジの対角位置にあるスイッチ素子Ｑａ，Ｑｄをオン状態にする期間と他の対角位置にあるスイッチ素子Ｑｂ，Ｑｃをオン状態にする期間とを交互に生じさせることにより、バッテリＢ１及びＢ２から与えられる直流電圧を交流電圧に変換する。
【００３６】
インバータ１６の交流出力端子１６ｕ，１６ｖ間に得られる交流電圧は、該交流電圧から高調波成分を除去するフィルタ１７を通して図示しない負荷に与えられる。
【００３７】
本実施形態では、各ドライバのスイッチ回路を構成するスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜ＱｚとしてＭＯＳＦＥＴが用いられている。このようにスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成されている寄生ダイオードを整流回路を構成するダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びＤｘ〜Ｄｚとして用いることができる。同様に、インバータ１６を構成するスイッチ素子Ｑａ〜ＱｄとしてＭＯＳＦＥＴが用いられている。このようにスイッチ素子Ｑａ〜ＱｄとしてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成されている寄生ダイオードをダイオードＤａ〜Ｄｄとして用いることができる。
【００３８】
第１及び第２のドライバ１５Ａ及び１５Ｂと、インバータ１６とを制御するためにマイクロプロセッサを備えたコントローラ１８が設けられている。コントローラ１８には、磁石回転子１２の回転角度位置を検出する位置センサｈｕ〜ｈｗの出力と、図示しない直流電源から抵抗Ｒ１を通して直流電圧が印加された始動スイッチＳＷ１により与えられる始動指令信号と、図示しない直流電源の出力電圧が抵抗Ｒ２を通して印加された電圧切換指令スイッチＳＷ２から与えられる電圧切換指令信号とが入力されている。
【００３９】
コントローラ１８は、内燃機関の始動時に該内燃機関を始動させる方向に磁石回転子１２を回転させるように第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２から第１及び第２のドライバ１５Ａ及び１５Ｂのスイッチ回路を通して第１及び第２の電機子コイルＬｕ１〜Ｌｗ１及びＬｕ２〜Ｌｗ２に電流を流し、内燃機関が始動した後は第１の電機子コイル及び第２の電機子コイルから第１及び第２のドライバ１５Ａ及び１５Ｂの整流回路を通して第１及び第２のバッテリＢ１及びＢ２に供給される直流電圧を設定値以下に保つように第１及び第２のドライバ１５Ａ及び１５Ｂのスイッチ回路を制御するドライバ制御部と、インバータから商用周波数の交流電圧を出力させるようにインバータ１６を制御するインバータ制御部とを備えている。
【００４０】
上記ドライバ制御部及びインバータ制御部は、コントローラ１８内のマイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより実現される各種の機能実現手段により構成される。マイクロプロセッサにより構成される機能実現手段の一例を図２に示した。
【００４１】
図２において１８Ａはドライバ制御部、１８Ｂはインバータ制御部である。図示のドライバ制御部１８Ａは、内燃機関の始動を完了する始動完了検出手段２０と、始動指令スイッチＳＷ１により始動指令が与えられ、始動完了検出手段２０により機関の始動が完了したことが検出されていない状態でにあるときに位置センサｈｕ〜ｈｗの出力から磁石回転子１２を内燃機関を始動させる方向に回転させるために電機子電流を流す相（励磁相）と流さない相（非励磁相）とを示す励磁パターンを決定する励磁パターン決定手段２１と、始動指令スイッチＳＷ１により始動指令が与えられ、始動完了検出手段２０により機関の始動が完了したことが検出されていない状態にあるときに、励磁パターン決定手段２１により決定された励磁相の電機子コイルに電機子電流を流すべく第１のドライバ１５Ａ及び第２のドライバ１５Ｂの所定のスイッチ素子に駆動信号（スイッチ素子をオン状態にする信号）を与える第１の始動時ドライバ駆動手段２２及び第２の始動時ドライバ駆動手段２３と、始動完了検出手段２０により機関の始動が完了したことが検出されたときに、第１のドライバ１５Ａの出力電圧（コンデンサＣｄ１の両端の電圧）及び第２のドライバ１５Ｂの出力電圧（コンデンサＣｄ２の両端の電圧）をそれぞれ検出する第１のドライバ出力電圧検出手段２４及び第２のドライバ出力電圧検出手段２５と、始動完了検出手段２０により、機関の始動が完了したことが検出されているときに第１のドライバ出力電圧検出手段２４により検出された電圧を設定値に保つように、第１のドライバ１５Ａのスイッチ回路を制御する第１の発電時ドライバ制御手段２６と、始動完了検出手段２０により、機関の始動が完了したことが検出されているときに第２のドライバ出力電圧検出手段２５により検出された電圧を設定値（この例では約１７０Ｖ）に保つように、第２のドライバ１５Ｂのスイッチ回路を制御する第２の発電時ドライバ制御手段２７と、電圧切換スイッチＳＷ２により与えられる電圧切換指令に応じて、直並列切換スイッチ１９を制御する直並列切換スイッチ制御手段２８とを備えている。
【００４２】
またインバータ制御部１８Ｂは、インバータ１６から商用周波数の交流電圧を出力させるようにインバータ１６を構成するスイッチ素子ＱａないしＱｄに駆動信号ＡないしＤを供給するインバータ駆動手段３０と、インバータ１６に入力される直流電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段３１と、インバータの出力電圧の実効値（１００Ｖ，１１０Ｖ，１２０Ｖ，２３０Ｖ，２４０Ｖのいずれか）を設定電圧として設定する出力電圧設定手段３２と、インバータ１６に入力される直流電圧と出力電圧設定手段３２により設定された電圧とから、インバータ１６のスイッチ素子をＰＷＭ制御して該インバータの出力電圧を設定電圧に等しくするために必要なスイッチ素子のオンオフのデューティ比を演算して、演算したデューティ比でインバータ１６のスイッチ素子をオンオフさせるようにスイッチ素子に与えられる駆動信号Ａ，ＣまたはＢ，ＤをＰＷＭ変調するＰＷＭ制御手段３３とを備えている。
【００４３】
本実施形態の内燃機関用スタータジェネレータにおいて、始動指令スイッチＳＷ１によりコントローラ１８に始動指令が与えられると、励磁パターン２１が位置センサｈｕ〜ｈｗの出力に応じて励磁相と非励磁相とを決定する。このとき第１の始動時ドライバ駆動手段２２及び第２の始動時ドライバ駆動手段２３が第１のバッテリＢ１及び第２のバッテリＢ２から励磁相の第１及び第２の電機子コイルに電機子電流を流すようにドライバ１５Ａ及び１５Ｂのスイッチ回路を制御するため、磁石回転子１２が機関を始動させる方向に回転し、機関が始動させられる。
【００４４】
始動完了検出手段２０が機関の始動完了を検出すると、第１の始動時ドライバ駆動手段２２及び第２の始動時ドライバ駆動手段２３が動作を停止するため、第１のドライバ１５Ａ及び第２のドライバ１５Ｂのすべてのスイッチ素子がオフ状態にされ、第１及び第２の電機子コイルへの電機子電流の供給が停止される。
【００４５】
内燃機関の始動が完了すると、回転電機１が機関により駆動される状態になるため、第１の電機子コイルＬｕ１〜Ｌｗ１及び第２の電機子コイルＬｕ２〜Ｌｗ２に３相交流電圧が誘起し、これらの電圧が第１のドライバ１５Ａ及び第２のドライバ１５Ｂの整流回路を通して第１のバッテリＢ１及び第２のバッテリＢ２に印加される。これにより両バッテリが充電される。電機子コイルの出力電圧が上昇して第１のバッテリＢ１の両端の電圧及び第２のバッテリＢ２の両端の電圧が設定値（１７０Ｖ）を超えると、第１の発電時ドライバ制御手段２６及び第２の発電時ドライバ制御手段２７が第１のバッテリＢ１及び第２のバッテリＢ２に印加される電圧を設定値以下にするように、第１のドライバ１５Ａ及び第２のドライバ１５Ｂのスイッチ回路を制御する。この制御は、例えば、各バッテリの両端の電圧が設定値を超えたときに各ドライバのスイッチ回路のブリッジの上辺を構成するスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗを同時にオン状態にするか、または、ブリッジの下辺を構成するスイッチ素子Ｑｘ〜Ｑｚを同時にオン状態にして、各ドライバ内に電機子コイルの出力を短絡する回路を構成することにより行う。
【００４６】
これにより、内燃機関の運転中、第１及び第２の電機子コイルから第１及び第２のドライバ内の整流回路を通して第１及び第２のバッテリに供給される電圧が設定値以下に保たれ、バッテリＢ１及びＢ２の両端の電圧が設定値（この例では１７０Ｖ）に保たれる。
【００４７】
電圧切換指令スイッチＳＷ２によりインバータの出力電圧を１００Ｖ系の電圧とすることが指令されている時には、直並列切換スイッチ制御手段２８が直並列切換スイッチ１９をオフ状態にして第１のバッテリＢ１及び第２のバッテリＢ２を並列に接続する。この状態では、インバータ１６にバッテリＢ１及びＢ２の端子電圧（１７０Ｖ）が入力される。このときＰＷＭ制御手段３３は、インバータの出力電圧を出力電圧設定手段３２により設定された電圧（１００Ｖ，１１０Ｖまたは１２０Ｖ）に等しくするようにインバータのスイッチ素子を所定のデューティ比でＰＷＭ制御して、インバータ１６から電圧値が設定電圧（実効値）に等しく、周波数が商用周波数に等しい交流電圧を出力させる。
【００４８】
また電圧切換指令スイッチＳＷ２によりインバータの出力電圧を２００Ｖ系の電圧とすることが指令されている時には、直並列切換スイッチ制御手段２８が直並列切換スイッチ１９をオン状態にして第１のバッテリＢ１及び第２のバッテリＢ２を直列に接続する。この状態では、インバータ１６にバッテリＢ１及びＢ２の端子電圧の２倍の電圧（約３４０Ｖ）が入力される。このときＰＷＭ制御手段３３は、インバータの出力電圧を出力電圧設定手段３２により設定された電圧（２３０Ｖまたは２４０Ｖ）に等しくするようにインバータのスイッチ素子を所定のデューティ比でＰＷＭ制御して、インバータ１６から電圧値が設定電圧に等しく、周波数が商用周波数に等しい交流電圧を出力させる。
【００４９】
本実施形態のスタータジェネレータが発電機として動作する際の出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性及び出力電圧Ｖ対出力電力Ｐ特性を図６に示した。同図において曲線ａ１はバッテリＢ１及びＢ２を並列に接続して運転する際の出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性であり、曲線ａ２は、バッテリＢ１及びＢ２を直列に接続して運転する際の出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性である。また曲線ｂ１はバッテリＢ１及びＢ２を並列に接続して運転する場合の出力電圧Ｖ対出力Ｐ特性であり、曲線ｂ２は、バッテリＢ１及びＢ２を直列に接続して運転する場合の出力電圧Ｖ対出力Ｐ特性である。また破線で示した曲線Ａは、図８の曲線ａと同じ出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性である。
【００５０】
図６において、Ａ点は、インバータから定格電圧が１２０Ｖの定格交流出力Ｐ１を得る場合の動作点であり、Ｂ点はインバータから定格電圧が２４０Ｖの定格交流出力を得る場合の動作点である。
【００５１】
本発明のように、固定子に第１及び第２の電機子コイルを設けるとともに、これらの電機子コイルの整流出力により充電される第１及び第２のバッテリを設けて、インバータ１６から出力させる交流電圧の実効値に応じて第１及び第２のバッテリを直列に接続した状態または並列に接続した状態にしてインバータ１６の入力端子間に接続するようにすると、図６に示されているように、１００Ｖ系の電圧を出力させる場合も、２００Ｖ系の電圧を出力させる場合も、電機子コイルに必要とされる最大出力は定格出力Ｐ１に等しくてよい。そのため、電機子鉄心１４及び電機子コイルＬｕ１〜Ｌｗ１及びＬｕ２〜Ｌｗ２を必要以上に大形にすることなく、１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とを発生させることができるスタータジェネレータを得ることができる。
【００５２】
上記の実施形態では、インバータから１２０Ｖの電圧の出力または２４０Ｖの電圧の出力を発生させるようにしたが、インバータから発生させる電圧の組み合わせはこれらの限定されるものではない。例えば、インバータから発生させる電圧は１２０Ｖと２３０Ｖでもよく、１００Ｖ，１１０Ｖ，１２０Ｖ，２３０Ｖ，２４０Ｖのすべてを発生させるようにしてもよい。
【００５３】
図３は本発明の他の実施形態の構成を示したもので、この例では、電圧切換指令スイッチとして図示しない電源から抵抗Ｒ２１及びＲ２２を通して直流電圧が印加された２つのスイッチＳＷ２１及びＳＷ２２が設けられ、これらのスイッチをオン状態またはオフ状態にすることにより、コントローラ１８に「１」または「０」の値をとる２値信号Ｘ及びＹが入力されるようになっている。コントローラ１８は、これらの信号の値の組み合わせから電圧切換指令スイッチにより指令された電圧値を判別する電圧指令値判別手段を備えている。この電圧指令値判別手段は、例えば図４に示した真理値表に従って、信号Ｘ，Ｙの値の組み合わせから、電圧切換指令スイッチにより指示されたインバータ１６の出力電圧の定格値が１００Ｖ、１２０Ｖ，２３０Ｖ及び２４０Ｖのいずれであるかを判別し、その判別結果に基づいて、直並列切換スイッチ１９をオン状態またはオフ状態にするかを決定する。図３に示したスタータジェネレータのその他の構成は、図１に示した例と同様である。
【００５４】
上記の実施形態では、直並列切換スイッチ１９として、リレー接点を用いているが、この直並列切換スイッチ１９を図５に示すように、半導体スイッチにより構成することができる。図５に示した例では、ドレインソース間に寄生ダイオードＤｆが形成されたＭＯＳＦＥＴＱｆにより直並列切換スイッチ１９が構成されている。
【００５５】
上記の実施形態では、電圧切換指令に応じて直並列切換スイッチ１９を制御するようにしているが、直並列切換スイッチ１９は手動操作されるスイッチであってもよい。
【００５６】
また上記の実施形態では、バッテリＢ１の負極端子とバッテリＢ２の正極端子との間に直並列切換スイッチ１９を接続しているが、このような切換スイッチを設けることなく、出荷先の商用電源の電圧値が１００Ｖ系であると予め分かっている場合には、工場出荷時にバッテリＢ１の負極端子とバッテリＢ２の正極端子との間を接続することなくバッテリＢ１とバッテリＢ２とを並列に接続しておき、出荷先の商用電源の電圧値が２００Ｖ系であると予め分かっている場合には、工場出荷時にバッテリＢ１の負極端子とバッテリＢ２の正極端子との間を配線で接続してバッテリＢ１及びＢ２を直列に接続するようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、固定子に第１及び第２の電機子コイルを設けるとともに、これらの電機子コイルの整流出力により充電される第１及び第２のバッテリを設けて、発電機として運転する際に、インバータから出力させる交流電圧の実効値に応じて第１及び第２のバッテリを直列に接続した状態または並列に接続した状態にしてインバータの入力端子間に接続するようにしたので、１００Ｖ系の電圧を出力させる場合も、２００Ｖ系の電圧を出力させる場合も、電機子コイルに必要とされる最大出力はインバータの定格出力に等しくすることができる。そのため、電機子鉄心及び電機子コイルを必要以上に大形にすることなく、１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とを発生させることができるスタータジェネレータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態で用いるコントローラが実現する機能実現手段の一例を示したブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態の構成を示した回路図である。
【図４】図３の実施形態でコントローラが電圧指令値を判別する際の用いる真理値表を示した図表である。
【図５】図１及び図３に示した実施形態において用いる直並列切換スイッチの変形例を示した回路図である。
【図６】本発明に係わるスタータジェネレータを発電機として運転する際の出力電圧対出力電流特性及び出力電圧対出力特性を示したグラフである。
【図７】発電機として運転する際に、発電機の出力で整流回路を通して充電される一つのバッテリの出力をインバータにより交流電圧に変換する構成をとって、１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とをインバータから出力させるようにしたスタータジェネレータの構成を示した回路図である。
【図８】図７に示したスタータジェネレータを発電機として運転して１００Ｖ系の電圧と２００Ｖ系の電圧とをインバータから出力させるようにしたた場合の発電機の出力電圧対出力電流特性及び出力電圧対出力特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１１：回転電機、１２：磁石回転子、１３：固定子、１４：電機子鉄心、Ｌｕ１〜Ｌｗ１：第１の電機子コイル、Ｌｕ２〜Ｌｗ２：第２の電機子コイル、１５Ａ：第１のドライバ、１５Ｂ：第２のドライバ、１６：インバータ、Ｂ１：第１のバッテリ、Ｂ２：第２のバッテリ、Ｄ１：第１のダイオード、Ｄ２：第２のダイオード。
【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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【図８】
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