(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ（２）からの給電により出力を発生させて内燃機関（３）の出力をアシストしたり、内燃機関（３）の出力により誘起される電圧によって前記バッテリ（２）を充電したりする車両用の電動発電機装置（１）において
前記内燃機関（３）の出力をアシストする電動機、または、前記バッテリ（２）を充電する発電機として動作するものであり、各相の巻線（７Ｕ〜７Ｗ）に中間タップ（８Ｕ〜８Ｗ）を設けることで、前記バッテリ（２）からの給電により通電される部分のターン数、または、誘起された電圧を前記バッテリ（２）に供給する部分のターン数である実ターン数を相毎で可変にした回転電機（４）と、
前記各相の巻線（７Ｕ〜７Ｗ）に接続する複数のインバータ回路（５ａ、５ｂ）を有し、このインバータ回路（５ａ、５ｂ）の中に前記中間タップ（８Ｕ〜８Ｗ）に接続するものが存在する駆動回路（５）と、
前記複数のインバータ回路（５ａ、５ｂ）が有する半導体スイッチ（Ｓ）の中から、逐次、オンまたはオフするものを選択するとともに、逐次、選択すべき前記半導体スイッチ（Ｓ）を変更するインバータ操作を実行することで、前記回転電機（４）の動作を電動機または発電機として制御する制御手段（６）とを備え、
前記回転電機（４）は１つの回転子を有し、この回転子は、前記内燃機関（３）のクランクシャフトに直結されており、
前記制御手段（６）は、車両の運転状態に応じて前記インバータ操作を実行することで、相毎に前記実ターン数を変更することを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の電動発電機装置（１）において、
前記内燃機関（３）の回転数を検出する回転数検出手段（１２）を備え、
前記制御手段（６）は、前記内燃機関（３）の回転数に対する閾値（Ｃ１、Ｃ２）を有し、前記回転数検出手段（１２）による検出値と前記閾値（Ｃ１、Ｃ２）との比較の結果に応じて、相毎に前記実ターン数を変更することを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動発電機装置（１）において、
前記内燃機関（３）の行程を判定する行程判定手段（１５）を備え、
前記制御手段（６）は、前記行程判定手段（１５）による判定の結果に応じて、前記回転電機（４）を前記電動機として動作させるか否かを決めることを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項４】
請求項３に記載の電動発電機装置（１）において、
前記回転電機（４）を前記電動機として動作させる期間には、前記行程判定手段（１５）により圧縮行程であると判定された時期が含まれることを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の電動発電機装置（１）において、
前記制御手段（６）は、相毎に前記実ターン数を変更することで、全相の前記実ターン数を３通り以上の数値（２ｎ、３ｎ、４ｎ）の中から選択することを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の電動発電機装置（１）において、
前記バッテリ（２）の電圧を検出する電圧検出手段（１３）を備え、
前記制御手段（６）は、前記電圧検出手段（１３）による検出値の経時変化を用いて予測される前記バッテリ（２）の充電収支、または、前記内燃機関（３）を始動するときの前記電圧検出手段（１３）による検出値に基づき、前記回転電機（４）を前記電動機として動作させるか否かを決めることを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の内のいずれか１つに記載の電動発電機装置（１）において、
前記制御手段（６）は、前記インバータ操作でオンすべきものとして選択されていない前記半導体スイッチ（Ｓ）に付随する寄生ダイオードによる前記バッテリ（２）の充電を制御することを特徴とする電動発電機装置（１）。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の内のいずれか１つに記載の電動発電機装置（１）において、
前記制御手段（６）は、前記インバータ操作により、前記各相の巻線（７Ｕ〜７Ｗ）に誘起される電圧を短絡させる短絡モードを有することを特徴とする電動発電機装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機を備えて構成され、内燃機関の出力をアシストしたり、バッテリを充電したりする車両用の電動発電機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機を電動機として動作させて駆動対象を駆動する電動機装置において、駆動対象の負荷に応じて最適な制御を可能とするため、巻線の内、バッテリからの給電により通電される部分のターン数（以下、実ターン数と呼ぶ。）を、リレースイッチにより相毎で変更可能とする構成が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
これにより、例えば、低速でのトルクの出力が必要なときには、相毎の実ターン数を増やして高トルクの出力とし、高速でのトルクの出力が必要なときには、相毎の実ターン数を減らして電動機としての動作を可能としている。
いる。
そして、車両用の電動発電機装置でも、内燃機関の出力をアシストして燃費低減に寄与するべく、回転電機を電動機として動作させる場合において、相毎の実ターン数を可変にして相毎の実ターン数を操作する構成を導入することが考えられる。
【０００４】
ところで、車両の運転では、内燃機関の負荷やバッテリの電圧等、燃費に影響する因子は多く、これら因子の数値は、道路状況やドライバーの操作等の多数の外乱要因により極めて流動的、かつ、変動的である。また、車両用の電動発電機装置では、回転電機の動作を電動機と発電機との間で切り替える必要もある。
【０００５】
このため、相毎の実ターン数を操作するのにリレースイッチを用いる態様では、オン・オフの寿命回数等の点からリレースイッチを高速で動作させることができず、操作指令に対する応答性が低くなってしまう。このため、流動的かつ変動的に変化する運転状態にリレースイッチの動作を追従させることができず、十分な燃費低減効果を達成することができない、という問題があった。
なお、特許文献３には、エンジン始動装置において、回転電機であるスタータモータの最大トルクを「圧縮乗り越し最大クランキングトルク」の６０％以下に設定する構成が開示されている。しかし、この構成は、慣性マスを低減してドライバビリティを改善することを目的としており、さほど燃費低減に寄与するものではないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−０５８８２５号公報
【特許文献２】特許第３９６８６７３号公報
【特許文献３】特許第４０３９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、相毎の実ターン数を可変にした回転電機を備える車両用の電動発電機装置において、燃費低減効果を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の第１発明によれば、電動発電機装置は、バッテリからの給電により出力を発生させて内燃機関の出力をアシストしたり、内燃機関の出力により誘起される電圧（以下、誘起電圧と呼ぶことがある。）によってバッテリを充電したりするものであり、車両用である。また、電動発電機装置は、以下の回転電機、駆動回路、および、制御手段を備える。
まず、回転電機は、内燃機関の出力をアシストする電動機、または、バッテリを充電する発電機として動作するものであり、各相の巻線に中間タップを設けることで、バッテリからの給電により通電される部分のターン数である実ターン数を相毎で可変にしたものである。また、駆動回路は、各相の巻線に接続する複数のインバータ回路を有し、インバータ回路の中に中間タップに接続するものが存在する。
【０００９】
さらに、制御手段は、次のインバータ操作を実行することで回転電機の動作を電動機または発電機として制御する。すなわち、インバータ操作とは、複数のインバータ回路が有する半導体スイッチの中から、逐次、オンまたはオフするものを選択するとともに、逐次、選択すべき半導体スイッチを変更することである。そして、回転電機は１つの回転子を有し、回転子は、内燃機関のクランクシャフトに直結されており、制御手段は、車両の運転状態に応じてインバータ操作を実行することで、相毎に実ターン数を変更する。
【００１０】
これにより、相毎に実ターン数を高速で増減することができるので、電動機または発電機としての出力を高速で変更したり、回転電機の動作を電動機と発電機との間で高速で切り替えたりすることができる。このため、車両用の電動発電機装置において、流動的かつ変動的に変化する車両の運転状態に追従することができ、燃費低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電動発電機装置の全体構成図である（実施例１）。
【図２Ａ】大モードの動作におけるスイッチのオンオフの推移を示す推移図である（実施例１）。
【図２Ｂ】インバータ操作においてスイッチの内、オンまたはオフするものの組合せ、および、出力の大きさの一例を示す表である（実施例１）。
【図３】（ａ）は回転電機を電動機として動作させたときの回転数とトルクとの相関であり、（ｂ）は回転電機を発電機として動作させたときの回転数と発電電流との相関である（実施例１）。
【図４】電動発電機装置の動作例を示す特性図である（実施例１）。
【図５】電動発電機装置の全体構成図である（実施例２）。
【図６】内燃機関の行程別の電動機と発電機との切替推移を示すタイムチャートである（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態を、実施例を用いて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１３】
〔実施例１の構成〕
実施例１の電動発電機装置１の構成を、図１を用いて説明する。
電動発電機装置１は、車両に設けられるものであり、車載バッテリ（以下、単にバッテリ２と呼ぶ。）からの給電により出力を発生させて内燃機関３を始動したり、内燃機関３の出力をアシストしたり、内燃機関３の出力により誘起される電圧によってバッテリ２を充電したりする（以下、電動発電機装置１をシステム１と呼ぶ。）。
そして、システム１は、図１に示すように、回転電機４、駆動回路５、および、制御手段６を備える。
【００１４】
まず、回転電機４は、内燃機関３を始動したり、内燃機関３の出力をアシストしたりする電動機、または、バッテリ２を充電する発電機として動作するものであり、例えば、固定子にＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相の巻線７Ｕ、７Ｖ、７Ｗがスター結線され、回転子に永久磁石が内蔵されたものである。なお、回転電機４の回転子は、内燃機関３のクランクシャフトに直結されている。
【００１５】
また、回転電機４では、巻線７Ｕ、７Ｖ、７Ｗに中間タップ８Ｕ、８Ｖ、８Ｗを設けることで、実ターン数を相毎で可変にしている。
ここで、実ターン数とは、巻線７Ｕ、７Ｖ、７Ｗのそれぞれの内、電動機としての動作においてバッテリ２からの給電により通電される部分のターン数、または、発電機としての動作において誘起電圧をバッテリ２に供給する部分のターン数である。
また、回転電機４の巻線７Ｕ〜７Ｗでは、電動機としての動作においてバッテリ２からの給電により通電される部分、または、発電機としての動作において誘起電圧をバッテリ２に供給する部分の抵抗値が相毎で可変であり、電流値が可変となる。
【００１６】
具体的には、巻線７Ｕでは、２つの巻線７Ｕ１、７Ｕ２が直列接続しており、巻線７Ｕ１、７Ｕ２の接続部に中間タップ８Ｕが設けられている。同様に、巻線７Ｖでは、２つの巻線７Ｖ１、７Ｖ２が直列接続しており、巻線７Ｖ１、７Ｖ２の接続部に中間タップ８Ｖが設けられており、巻線７Ｗでは、２つの巻線７Ｗ１、７Ｗ２が直列接続しており、巻線７Ｗ１、７Ｗ２の接続部に中間タップ８Ｗが設けられている。これにより、回転電機４では、実ターン数が相毎に可変であり、後記するように駆動回路５によって全相の実ターン数を変更することができる。
【００１７】
また、巻線７Ｕ２、７Ｖ２、７Ｗ２のそれぞれにおいて中間タップ８Ｕ、８Ｖ、８Ｗを形成しない方の端子が中性点として接続されてスター結線されている。
なお、以下の説明では、巻線７Ｕ１、７Ｖ１、７Ｗ１のそれぞれにおいて中間タップ８Ｕ、８Ｖ、８Ｗを形成しない方の端子を、Ｕ端子９Ｕ、Ｖ端子９Ｖ、Ｗ端子９Ｗと呼ぶ。また、巻線７Ｕ１、７Ｕ２、７Ｖ１、７Ｖ２、７Ｗ１、７Ｗ２それぞれのターン数は、説明を簡単にするため、全て同一の整数ｎで同じ抵抗値とする。
また、回転電機４には、回転子の磁石位置を検出する位置センサ４ａが付設されている。なお、位置センサ４ａは、固定子の極間隔で配置された３個のホールセンサＰＵ、ＰＶ、ＰＷからなる。
【００１８】
次に、駆動回路５は、２つのインバータ回路５ａ、５ｂを有する。
インバータ回路５ａ、５ｂは、両方とも、２つの半導体スイッチＳが直列に接続し、かつ、２つの半導体スイッチＳの直列接続が３つ並列に接続した３相ブリッジ回路である（以下、半導体スイッチＳをスイッチＳと呼ぶ。）。
【００１９】
そして、一方のインバータ回路５ａでは、直列接続の一方の端子がバッテリ２のプラス極に接続するとともに、他方の端子がアースに接続し、さらに、直列接続の３つの中点がそれぞれＵ端子９Ｕ、Ｖ端子９Ｖ、Ｗ端子９Ｗに接続している。また、他方のインバータ回路５ｂでは、直列接続の一方の端子がバッテリ２のプラス極に接続するとともに、他方の端子がアースに接続し、さらに、直列接続の３つの中点がそれぞれ中間タップ８Ｕ、８Ｖ、８Ｗに接続している。
【００２０】
なお、インバータ回路５ａ、５ｂには平滑コンデンサ１０が並列に接続している。また、スイッチＳは、例えば、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴである。
以下の説明では、インバータ回路５ａの３つの直列接続の内、中点がＵ端子９Ｕに接続するものに含まれる２つのスイッチＳに関し、高電位側、低電位側のスイッチＳをそれぞれスイッチＳｕｐ１、Ｓｕｎ１と呼ぶことがある。また、中点がＶ端子９Ｖに接続するものに含まれる２つのスイッチＳに関し、高電位側、低電位側のスイッチＳをそれぞれスイッチＳｖｐ１、Ｓｖｎ１と呼ぶことがある。さらに、中点がＷ端子９Ｗに接続するものに含まれる２つのスイッチＳに関し、高電位側、低電位側のスイッチＳをそれぞれスイッチＳｗｐ１、Ｓｗｎ１と呼ぶことがある。
【００２１】
同様に、インバータ回路５ｂの３つの直列接続の内、中点が中間タップ８Ｕに接続するものに含まれる２つのスイッチＳに関し、高電位側、低電位側のスイッチＳをそれぞれスイッチＳｕｐ２、Ｓｕｎ２と呼ぶことがある。また、中点が中間タップ８Ｖに接続するものに含まれる２つのスイッチＳに関し、高電位側、低電位側のスイッチＳをそれぞれスイッチＳｖｐ２、Ｓｖｎ２と呼ぶことがある。さらに、中点が中間タップ８Ｗに接続するものに含まれる２つのスイッチＳに関し、高電位側、低電位側のスイッチＳをそれぞれスイッチＳｗｐ２、Ｓｗｎ２と呼ぶことがある。
【００２２】
次に、制御手段６は、回転電機４の動作を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、例えば、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御処理や演算処理に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき必要な信号を出力する出力回路等を有する。
【００２３】
そして、制御手段６は、位置センサ４ａの出力に応じ、次のインバータ操作を実行することで回転電機４の動作を制御する。すなわち、インバータ操作とは、インバータ回路５ａ、５ｂが有する１２個のスイッチＳの中から、逐次、オンまたはオフするものを決定するとともに、逐次、オンまたはオフすべきスイッチＳを駆動することである。
【００２４】
そして、制御手段６は、インバータ操作を実行することで、相毎に実ターン数を変更する。より具体的には、制御手段６は、インバータ操作において、全相の実ターン数に関し、２ｎ、３ｎ、４ｎの３つの数値の中から選択する。
例えば、電動機としての動作において巻線７Ｕ、７Ｖに給電する場合、スイッチＳｕｐ１、Ｓｖｎ１をオンすべきものとして選択すると、巻線７Ｕ１、７Ｕ２、７Ｖ１、７Ｖ２にバッテリ２から給電されるので、Ｕ相、Ｖ相それぞれの実ターン数は２ｎ、２ｎとなり、全相の実ターン数は４ｎとなる。
【００２５】
また、スイッチＳｕｐ２、Ｓｖｎ２をオンすべきものとして選択すると、巻線７Ｕ２、７Ｖ２にバッテリ２から給電されるので、Ｕ相、Ｖ相それぞれの実ターン数はｎ、ｎとなり、全相の実ターン数は２ｎとなる。
また、スイッチＳｕｐ１、Ｓｖｎ２をオンすべきものとして選択すると、巻線７Ｕ１、７Ｕ２、７Ｖ２にバッテリ２から給電されるので、Ｕ相、Ｖ相それぞれの実ターン数は２ｎ、ｎとなり、全相の実ターン数は３ｎとなる。
【００２６】
さらに、スイッチＳｖｎ１、Ｓｕｐ２をオンすべきものとして選択すると、巻線７Ｕ２、７Ｖ１、７Ｖ２にバッテリ２から給電されるので、Ｕ相、Ｖ相それぞれの実ターン数はｎ、２ｎとなり、全相の実ターン数は３ｎとなる。
以下、インバータ操作において、３相の巻線７Ｕ〜７Ｗの内、２相にバッテリ２から電圧を印加したり、２相から誘起電圧をバッテリ２に供給したりするときの全相の実ターン数として４ｎ、２ｎ、３ｎを選択するモードを、それぞれ、大モード、小モード、中モードと呼ぶ。
【００２７】
ここで、図２Ａは、電動機としての大モードの動作におけるスイッチＳのオンオフの推移を、内燃機関３の回転数Ｎｅを横軸として示すものであり、図２Ｂは、大、小、中モードのそれぞれにおいて、１２個のスイッチＳの内、オンまたはオフするものの組合せの一例を示すものである。
すなわち、大モード、小モードでの電動機としての動作では、位置センサ４ａの信号に応じて、それぞれ、第１〜第３パターン、第４〜第６パターンが順次繰り返される。また、中モードでは、第７〜第９パターン、または、第１０〜第１２パターンが順次繰り返される。なお、中モードでは、例えば、第７パターン→第１１パターン→第９パターン→第１０パターン→のように、第７〜第９パターンのグループと、第１０〜第１２パターンのグループとを交互に繰り返すことで、巻線７Ｕ〜７ＷやスイッチＳの発熱を分散させて抑制することができる。
【００２８】
また、回転電機４を電動機として動作させたときの回転数とトルクとの相関、および、回転電機４を発電機として動作させたときの回転数と発電電流との相関は、大、中、小モードのそれぞれで、例えば、図３に示すようになる。
【００２９】
図３によれば、電動機としての動作では、大モードは、内燃機関３の始動時や、内燃機関３の回転数が低速回転域（例えば、２５００ｒｐｍ付近まで）にあるときのアシストに適している。また、中モードは、内燃機関３の回転数が中速回転域（例えば、２０００ｒｐｍから３５００ｒｐｍ付近まで）にあるときのアシストに適している。さらに、小モードは、内燃機関３の回転数が高回転域（例えば、３０００ｒｐｍから５５００ｒｐｍ付近まで）にあるときのアシストに適している。なお、巻線７Ｕ〜７Ｗの内、中モード、小モードの電動機としての動作においてバッテリ２から給電されない巻線における誘起電圧は、後記するように、バッテリ２の充電に使用したり、短絡したりしてもよい。
【００３０】
また、発電機としての動作では、大モードは、内燃機関３の回転数が低い回転数域（例えば、８００ｒｐｍ付近）からバッテリ２への充電が可能である。また、中モードは、実ターン数の低減により発電電流が低下するので、中速回転域（例えば、３０００ｒｐｍ付近）からのバッテリ２の充電に適している。また、小モードは、更なる実ターン数の低減により更に発電電流が低下するので、高回転域（例えば、５０００ｒｐｍ付近）からのバッテリ２の充電に適している。
【００３１】
さらに、システム１は、次の回転数検出手段１２および電圧検出手段１３を備える（図１参照。）。
まず、回転数検出手段１２は、内燃機関３の回転数を検出するものであり、例えば、内燃機関３のクランク角を検出する周知構造のクランク角センサである。すなわち、回転数検出手段１２は、クランクシャフトの外周に設けた突起でクランク角を検出するものであり、内燃機関３の点火制御や燃料噴射制御に使用されている。
次に、電圧検出手段１３は、バッテリ２の電圧を検出するものであり、例えば、周知構造のＡ／Ｄ変換回路として設けられている。
【００３２】
そして、制御手段６は、回転数検出手段１２および電圧検出手段１３の検出値に応じて、大、小、中モードの中から１つを選択してインバータ操作を実行し、回転電機４を電動機または発電機として動作させる。
まず、制御手段６は、電圧検出手段１３による検出値の経時変化を用いて予測されるバッテリ２の充電収支、または、内燃機関３を始動させたときの電圧検出手段１３による検出値に基づき判断されるバッテリ２の充電状態に応じて、回転電機４を電動機として動作させるか否かを決める。
【００３３】
具体的には、予測されるバッテリ２の充電収支がマイナスである場合、または、内燃機関３を始動させるときのバッテリ２の電圧の検出値が基準値よりも低い場合、制御手段６は、バッテリ２を充電する必要性が高いものとみなし、回転電機４が、所定期間、発電機として動作するように制御し、回転電機４を電動機として動作させない。つまり、制御手段６は、巻線７Ｕ〜７Ｗで誘起される電圧がバッテリ２の電圧よりも高くなるように、実ターン数を決める。
【００３４】
次に、制御手段６は、内燃機関３の回転数に対する閾値を有し、回転電機４を電動機として動作させる場合、回転数検出手段１２による検出値と閾値との比較の結果に応じて、相毎に実ターン数を決定する。
具体的には、制御手段６は、内燃機関３の回転数に対して２つの閾値Ｃ１、Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）を有する。そして、制御手段６は、回転数検出手段１２による検出値が閾値Ｃ１よりも小さいときに大モードを選択して回転電機４を電動機として動作させ、低速高トルクの出力で内燃機関３の出力をアシストする。
【００３５】
また、制御手段６は、回転数検出手段１２による検出値が閾値Ｃ１よりも大きく、かつ、閾値Ｃ２よりも小さいときに中モードを選択して回転電機４を電動機として動作させ、中速中トルクの出力で内燃機関３の出力をアシストする。
さらに、制御手段６は、回転数検出手段１２による検出値が閾値Ｃ２よりも大きいときに小モードを採用して回転電機４を電動機として動作させ、高速低トルクの出力で内燃機関３をアシストする。
【００３６】
また、制御手段６は、大モード以外のインバータ操作において、オンすべきものとして選択されていないスイッチＳに付随する寄生ダイオードによるバッテリ２の充電を制御する。例えば、第４パターンを選択している場合、オンすべきものとして選択されているスイッチＳは、スイッチＳｕｐ２、Ｓｗｐ２、Ｓｖｎ２であり、巻線７Ｕ２、７Ｖ２、７Ｗ２にバッテリ２から給電される。このため、例えば、巻線７Ｕ１に誘起される電圧は、スイッチＳｕｎ１をオンオフ操作することで、バッテリ２の電圧を制御しながら、スイッチＳｕｐ１に付随する寄生ダイオードによりバッテリ２に充電することができる（例えば、図２Ａ中の丸で囲った部分を参照。）。
【００３７】
ここで、システム１の動作特性の一例を、図４を用いて説明する。
図４は、内燃機関３の回転数がＮ１（＞Ｃ１）とＮ２（＞Ｃ２）との間で推移する場合の、動作特性を例示したものである。図４において横軸は内燃機関３の回転数Ｎｅを示し、縦軸はバッテリ２と駆動回路５との間に流れる電流Ｉを示し、発電機として動作する場合に流れる方向をプラスとしている。また、発電機、電動機として流れる電流をそれぞれ発電電流、モータ電流と呼んで実線で示している。さらに、他の電気負荷に流れる電流を電気負荷電流と呼んで点線で示している。
【００３８】
これによれば、発電機としての動作では、発電電流が電気負荷電流よりも大きくなるように、大モードが選択される。また、電動機としての動作では、内燃機関３の回転数がＣ２よりも小さい範囲では中モードが選択され、Ｃ２よりも大きい範囲では小モードが選択される。
そして、経時的に動作を見ると、回転数Ｎｅおよび電流Ｉは、発電電流の実線と、モータ電流の実線との間を往来する。
【００３９】
〔実施例１の効果〕
実施例１のシステム１によれば、回転電機４は、巻線７Ｕ〜７Ｗのそれぞれに中間タップ８Ｕ〜８Ｗを設けることで、実ターン数を相毎で可変にしている。
また、制御手段６は、インバータ回路５ａ、５ｂが有するスイッチＳの中から、逐次、オンまたはオフするものを選択するとともに、逐次、選択すべきスイッチＳを変更するインバータ操作を実行することで、回転電機４の動作を制御する。さらに、制御手段６は、インバータ操作を実行することで、相毎に実ターン数を変更する。
【００４０】
これにより、相毎に実ターン数を高速で増減することができるので、電動機または発電機としての出力を高速で変更したり、回転電機４の動作を電動機と発電機との間で高速で切り替えたりすることができる。このため、システム１において、燃費低減効果を高めることができる。例えば、高回転時に発生した誘起電圧の内、従来は短絡によりアースに逃していた量を低減してバッテリ２への充電量を増やすことで、燃費低減効果を高めることができる。
【００４１】
また、システム１は、内燃機関３の回転数を検出する回転数検出手段１２を備え、制御手段６は、内燃機関３の回転数に対する閾値Ｃ１、Ｃ２を有し、回転数検出手段１２による検出値と閾値Ｃ１、Ｃ２との比較の結果に応じて、相毎に実ターン数を変更する。
これにより、内燃機関３の負荷変動等に対し、回転電機４の出力を高速で変更することができる。
【００４２】
また、システム１は、バッテリ２の電圧を検出する電圧検出手段１３を備える。そして、制御手段６は、電圧検出手段１３による検出値の経時変化を用いて予測されるバッテリ２の充電収支、または、内燃機関３を始動するときの電圧検出手段１３による検出値に基づき、回転電機４を電動機として動作させるか否かを決める。
これにより、回転電機４を電動機として動作させることによるバッテリ２の電圧変動が他の電気負荷に及ぼす影響を低減することができる。
【００４３】
さらに、制御手段６は、インバータ操作でオンすべきものとして選択されていないスイッチＳに付随する寄生ダイオードによるバッテリ２の充電を制御する。
これにより、充電効率を高めることができる。
【００４４】
〔実施例２の構成〕
実施例２のシステム１は、内燃機関３の行程を判定する行程判定手段１５を備える（図５参照。）。そして、制御手段６は、行程判定手段１５による判定の結果に応じて、回転電機４を電動機として動作させるか否かを、行程の位置に応じて決める。
ここで、行程判定手段１５の機能は、制御手段６として機能するＥＣＵにより実現する。また、行程判定手段１５は、例えば、回転数検出手段１２から出力される信号（クランク角を示す信号）、および、内燃機関３の吸気圧を示す信号等により、内燃機関３の行程を判定する。
【００４５】
そして、例えば、制御手段６は、行程判定手段１５により内燃機関３の行程が少なくとも圧縮行程または爆発工程であると判定されたときに、回転電機４を電動機として動作させる。例えば、図６に示すように、内燃機関３の出力のアシストが特に有効であると考えられる圧縮行程の後半、爆発行程全般、および排気行程の前半に、回転電機４を電動機として動作させ、車両の走行フィーリングを最適なものとする。
【００４６】
なお、回転電機４を電動機として動作させる期間以外の時期では、制御手段６は、回転電機４を発電機として動作させる。また、制御手段６は、電動機として動作させる期間を、バッテリ２の充電収支に応じて延長したり、短縮したりする。つまり、電動機として動作させるとバッテリ２の充電量が低下しすぎると見込まれる場合、制御手段６は、電動機として動作させる期間を短縮し、発電機として動作させる期間を拡大する。
【００４７】
以上により、実施例２のシステム１によれば、内燃機関３の行程に応じて、より細かく、回転電機４の動作を電動機と発電機との間で切り替えることで、さらに、燃費低減効果を高めることができるとともに、車両の走行フィーリングを高めることができる。
【００４８】
〔変形例〕
本願発明の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のシステム１によれば、相毎に中間タップ８Ｕ、８Ｖ、８Ｗが１個ずつ設けられていたが、たとえば、中間タップ８Ｕ〜８Ｗを各々２個以上設けるとともに、中間タップ８Ｕ〜８Ｗの個数増加に応じてインバータ回路を増やしてもよい。
また、実施例の巻線７Ｕ〜７Ｗによれば、例えば、巻線７Ｕにおいて巻線７Ｕ１、７Ｕ２が直列に接続しており、巻線７Ｕ１、７Ｕ２の実ターン数を同一のｎとして説明したが、巻線７Ｕ〜７Ｗの態様はこのようなものに限定されない。例えば、巻線７Ｕ１を、実ターン数がｎである２つの巻線を並列接続することで設けてもよい。
【００４９】
また、回転電機４の回転子の極数および固定子の極数は、３相の電動発電機として一般的な１２極、１８極に限定されず、巻線の結線方式としてΔ結線を採用してもよい。
また、回転電機４の動作を電動機と発電機との間で切り替える時期は、実施例に限定されず、車両の走行フィーリング等により適宜変更してもよい。
【００５０】
また、減速時等にエンジンブレーキを増加させるため、制御手段６に、次の短絡モードを実行させてもよい。すなわち、短絡モードとは、インバータ操作により、巻線７Ｕ〜７Ｗの誘起電圧をアースに短絡させる制御モードであり、回転電機４を電動機や発電機として動作させる制御モードとは異なる。
【００５１】
例えば、短絡モードにおいて、スイッチＳｕｎ１、Ｓｖｎ１、Ｓｗｎ１をオンして発電電流を短絡させてもよく、スイッチＳｕｎ１、Ｓｖｎ１、Ｓｗｎ１に加えてスイッチＳｕｎ２、Ｓｖｎ２、Ｓｗｎ２をオンしてもよい。
【００５２】
このとき、例えば、巻線７Ｕ１、７Ｕ２、７Ｖ１、７Ｖ２で発生した発電電流を短絡する場合、スイッチＳｕｎ１、Ｓｖｎ１をオンすることで短絡が可能であるが、スイッチＳｕｎ１、Ｓｖｎ１に加えてスイッチＳｕｎ２、Ｓｖｎ２をオンすることで、短絡時の発熱を分散することができるとともに、巻線の短絡度を高めてブレーキ能力を高めることができる。
なお、発電、走行アシストおよびエンジンブレーキは、適宜、ＰＷＭ制御等により、その度合いを調節して最適化してもよい。また、短絡モードは、内燃機関３の行程に係わらず、設定した時間、または  設定した間隔毎に実行してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  システム（電動発電機装置）  ２  バッテリ  ３  内燃機関  ４  回転電機  ５  駆動回路  ５ａ、５ｂ  インバータ回路  ６  制御手段  ７Ｕ〜７Ｗ  巻線  ８Ｕ〜８Ｗ  中間タップ  Ｓ  スイッチ（半導体スイッチ）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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