(57)【要約】【課題】ビークルにおいて、構造を複雑化することなく、高い電圧の使用及び発生を抑制しつつ、駆動性を向上させる。【解決手段】ビークルは、加速指示部と、クランクシャフトを有するエンジンと、ビークルを駆動する駆動部材と、始動発電機と、バッテリと、インバータと、ビークルの加速が指示された場合、エンジン出力調整部に回転パワーを増大させるとともに、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行いながら前記始動発電機に前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させるように前記インバータを制御し、ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記バッテリの電圧よりも高い前記クランクシャフトの回転に起因する電圧を印加させずに前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させるように前記インバータを制御する制御装置とを備える。【選択図】図２
2017129065.tif 000002
【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、
前記ビークルの加速を指示する加速指示部と、
燃焼動作で生じる回転パワーを出力するように構成されたエンジンであって、前記回転パワーを前記エンジンの外部に出力するクランクシャフトと、前記回転パワーを調整するように構成されたエンジン出力調整部とを有するエンジンと、
前記クランクシャフトを介して前記エンジンから出力される回転パワーを受けることによって前記ビークルを駆動する駆動部材と、
前記クランクシャフトに対し固定された速度比で回転するよう前記クランクシャフトと接続されたロータを有し、前記エンジンを始動させる場合に前記クランクシャフトを駆動し、前記エンジンが燃焼動作する場合に前記エンジンに駆動されて発電する、三相ブラシレスモータである始動発電機と、
前記始動発電機に対し電流の授受を行うバッテリと、
前記始動発電機と前記バッテリとの間に配置され、前記始動発電機と前記バッテリとの間を流れる電流を調整する複数のスイッチング部を備えたインバータと、
前記加速指示部により前記ビークルの加速が指示された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを増大させるとともに、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行いながら前記始動発電機に前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させるように前記インバータを制御し、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記クランクシャフトの回転に起因する前記バッテリの電圧より高い電圧を印加させずに前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させるように前記インバータを制御する制御装置と
を備える。
【請求項２】
請求項１に記載のビークルであって、
前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を継続しながら前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させることにより前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記クランクシャフトの回転に起因する前記バッテリの電圧より高い過電圧が印加されないように前記インバータを制御する。
【請求項３】
請求項２に記載のビークルであって、
少なくとも前記加速指示部により前記ビークルの加速が指示された場合及び前記ビークルの加速の指示が停止された場合の両方において、前記制御装置は、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行いながら前記始動発電機に前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させた場合にクランクシャフトを回転させることが可能な最大駆動速度が、前記クランクシャフトの実際の回転速度よりも大きくなるように、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行う。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のビークルであって、
前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記クランクシャフトの回転速度の減少に応じて、弱め界磁制御を弱める。
【請求項５】
請求項１に記載のビークルであって、
前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機の各相を短絡しながら前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させることにより前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記バッテリ電圧より高い前記クランクシャフトの回転に起因する電圧が印加されないように前記インバータを制御する。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のビークルであって、
少なくとも、前記クランクシャフトの実際の回転速度が、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行わない場合に前記始動発電機が前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させることが可能な最大駆動トルクと前記エンジンの回転パワーが前記クランクシャフトを回転させるトルクとが等しくなる前記クランクシャフトの回転速度より大きい時に、前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記バッテリ電圧より高い前記クランクシャフトの回転に起因する電圧が印加されないように前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させる。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のビークルであって、
前記始動発電機は、
周方向にスロットを空けて設けられた複数のティースを備えるステータコアと前記ティースに巻回された巻線とを有し、前記複数のティースの全ては、前記巻線が巻回された部分を有する、ステータと、
永久磁石部と、前記永久磁石部により形成され前記ステータと対向する面に設けられた、前記複数のティースの数より多い数の複数の磁極部とを有するロータとを備える。
【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】
例えば、特許文献１には、車両等に搭載されるエンジンの始動発電装置が示されている。特許文献１の始動発電装置は、始動発電機を備えている。始動発電機は、エンジンを始動させるエンジン始動機能、及びエンジンの回転により発電する発電機能を有する。また、特許文献１の始動発電装置では、始動発電機が、エンジンの回転中、モータとして機能することにより、エンジンの回転をアシストするアシスト機能を有する。
特許文献１に示すようなエンジンの始動発電機には、例えばエンジンの始動又はエンジンのアシストに十分なトルクを出力することが求められる。
特許文献１の始動発電装置にはバッテリ及び蓄電手段（バッテリ又はコンデンサ）が設けられている。特許文献１の始動発電装置は、エンジンの始動時又はアシスト時に、バッテリ及び蓄電手段を直列接続状態に切換える。これによって、始動発電機に高い電圧が供給される。特許文献１の始動発電装置は、始動発電機をモータとして機能させる場合の、モータのトルクを増大させている。特許文献１の始動発電装置では、始動発電機を発電機能で動作させるときには、始動発電機に対してバッテリ及び蓄電手段を並列に接続させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６８２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成において、バッテリ及び蓄電手段の接続状態を切換える装置は、複雑である。また、バッテリ及び蓄電手段の接続状態を切換える場合、車両内の他の部品（例えばバッテリ、インバータ内のスイッチング素子）に不用意に高い電圧が印加される可能性がある。特許文献１の始動発電装置では、バッテリ及び蓄電手段の接続状態を切換える際における高い電圧の印加の抑制を図るため、モータドライバによって始動発電機の各相の接続状態を変えることが必要である。
【０００５】
バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルは、エンジンに加え、バッテリを備える。そのようなビークルでは、バッテリの重さや大きさが、ビークルの走行性能になるべく影響を及ぼさないことが望ましい。従って、ビークルには、なるべく小型化及び軽量化されたバッテリが搭載されることが望ましい。このようなバッテリのサイズ及び重量の制約のため、始動発電機を駆動するためのバッテリとしては、通常、電圧が比較的低いバッテリが用いられる。そのようなバッテリの電圧は、例えば、商用電源の電圧に比べて低い。バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルでは、始動発電機になるべく高い電圧を供給せずに、エンジンのクランクシャフトを大きなトルクで駆動することが望まれている。
【０００６】
また、バッテリの電力でクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルにおいて、バッテリが駆動する対象は、クランクシャフトを回転させる始動発電機である。始動発電機を駆動するためのバッテリ（即ち比較的電圧が低いバッテリ）にとって、クランクシャフトは重量物である。クランクシャフトを回転させるためには大きなパワーが必要である。始動発電機を駆動するためのバッテリのように電圧が低いバッテリが一般的な駆動対象に対して出力するパワーと比べると、クランクシャフトを回転させる始動発電機に対して出力しなければならないパワーは大きい。また、クランクシャフトはエンジンの燃焼動作又は慣性により回転するという、バッテリの電力でクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルに特有の事情もある。バッテリの電力でクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルにとって、このような重量物であるクランクシャフトの回転を、電圧が比較的低いバッテリにより如何に制御するかが問題である。
【０００７】
本発明の目的は、バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルにおいて、構造を複雑化することなく、高い電圧の使用及び発生を抑制しつつ、駆動性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
（１）  ビークルであって、
前記ビークルは、
前記ビークルの加速を指示する加速指示部と、
燃焼動作で生じる回転パワーを出力するように構成されたエンジンであって、前記回転パワーを前記エンジンの外部に出力するクランクシャフトと、前記回転パワーを調整するように構成されたエンジン出力調整部とを有するエンジンと、
前記クランクシャフトを介して前記エンジンから出力される回転パワーを受けることによって前記ビークルを駆動する駆動部材と、
前記クランクシャフトに対し固定された速度比で回転するよう前記クランクシャフトと接続されたロータを有し、前記エンジンを始動させる場合に前記クランクシャフトを駆動し、前記エンジンが燃焼動作する場合に前記エンジンに駆動されて発電する、三相ブラシレスモータである始動発電機と、
前記始動発電機に対し電流の授受を行うバッテリと、
前記始動発電機と前記バッテリとの間に配置され、前記始動発電機と前記バッテリとの間を流れる電流を調整する複数のスイッチング部を備えたインバータと、
前記加速指示部により前記ビークルの加速が指示された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを増大させるとともに、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行いながら前記始動発電機に前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させるように前記インバータを制御し、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記クランクシャフトの回転に起因する前記バッテリの電圧より高い電圧を印加させずに前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させるように前記インバータを制御する制御装置と
を備える。
【００１０】
（１）のビークルでは、ビークルの加速が指示される場合、制御装置は、エンジン出力調整部に回転パワーを増大させるとともに、始動発電機に対し弱め界磁制御を行いながら始動発電機にバッテリの電力でクランクシャフトを駆動させるようにインバータを制御する。このため、始動発電機は、例えば弱め界磁制御が行われない場合と比べ、高い回転速度において、大きなトルクを出力する。従って、クランクシャフトが始動発電機によってより強く駆動される。その結果、バッテリの電力でクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルの駆動性が向上する。
【００１１】
ビークルの加速の指示が停止されると、始動発電機によるクランクシャフトの駆動力とエンジンの回転パワーとが減少する。このとき、クランクシャフトの回転は直ちに停止しない。例えば、エンジンが、減少した回転パワーにより、クランクシャフトを回転させ続ける場合がある。また、クランクシャフトが慣性により回転を継続する場合もある。そのため、少なくともビークルの加速の指示が停止された後ある期間、クランクシャフトの回転は継続する。制御装置がインバータを制御する時に始動発電機を駆動するためのバッテリにとって重量物であるクランクシャフトが継続的に回転すると、始動発電機に生じる誘導起電圧がスイッチング部に印加される。スイッチング部に印加される電圧がバッテリの電圧よりも高いと、スイッチング部を備えたインバータが始動発電機から出力される電流を適切に制御できなくなるおそれがある。バッテリの電力でクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルでは、バッテリの許容電流が低い。このため、インバータが電流を適切に制御できないと、バッテリに出力される電流が、バッテリにとって過度に大きくなるおそれがある。
（１）の構成では、制御装置が、始動発電機から複数のスイッチング部にクランクシャフトの回転に起因するバッテリ電圧より高い電圧を印加させずに始動発電機にクランクシャフトの駆動力を減少させるようにインバータを制御するので、クランクシャフトの継続的な回転に起因する誘導起電圧がバッテリ及び複数のスイッチング部に影響を及ぼす事態の発生を抑制できる。また、インバータにより、上述した始動発電機の制御を実現するので、構造を複雑化することがない。
【００１２】
以上により、（１）の構成によれば、バッテリの電力でクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルにおいて、構造を複雑化することなく、高い電圧の使用及び発生を抑制しつつ、駆動性を向上させることができる。
【００１３】
（２）  （１）のビークルであって、
前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を継続しながら前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させることにより前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記バッテリ電圧より高い前記クランクシャフトの回転に起因する電圧が印加されないように前記インバータを制御する。
【００１４】
（２）の構成によれば、始動発電機に対する弱め界磁制御が継続した状態で、始動発電機がクランクシャフトの駆動力を減少させる。従って、始動発電機において誘導起電圧が抑制される。これにより、複数のスイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧が印加される事態の発生が抑制される。
【００１５】
（３）  （２）のビークルであって、
少なくとも前記加速指示部により前記ビークルの加速が指示された場合及び前記ビークルの加速の指示が停止された場合の両方において、前記制御装置は、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行いながら前記始動発電機に前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させた場合にクランクシャフトを回転させることが可能な最大駆動速度が、前記クランクシャフトの実際の回転速度よりも大きくなるように、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行う。
【００１６】
（３）の構成によれば、クランクシャフトの実際の回転速度に対し、過大な電圧及び電流の発生が抑えられるように弱め界磁制御が行われる。このため、スイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧がかかる事態がさらに抑えられやすい。
【００１７】
（４）  （２）又は（３）のビークルであって、
前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記クランクシャフトの回転速度の減少に応じて、弱め界磁制御を弱める。
【００１８】
（４）の構成によれば、クランクシャフトの回転速度の減少に応じて、弱め界磁制御が弱まる。従って、弱め界磁制御のための電流消費が抑えられるとともに、複数のスイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧がかかる事態が抑えられやすい。
【００１９】
（５）  （１）のビークルであって、
前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機の各相を短絡しながら前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させることにより前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記バッテリ電圧より高い前記クランクシャフトの回転に起因する電圧が印加されないように前記インバータを制御する。
【００２０】
（５）の構成によれば、始動発電機の各相を短絡しながら始動発電機にクランクシャフトの駆動力を減少させる。従って、始動発電機で生じた誘導起電圧が複数のスイッチング部に印加されることが抑制される。これにより、始動発電機から複数のスイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧が印加される事態の発生が抑制される。始動発電機の各相の短絡は、クランクシャフトの回転速度の低下に寄与するので、速やかな減速が可能となる。
【００２１】
（６）  （１）から（５）のいずれか１のビークルであって、
少なくとも、前記クランクシャフトの実際の回転速度が、前記始動発電機に対し弱め界磁制御を行わない場合に前記始動発電機が前記バッテリの電力で前記クランクシャフトを駆動させることが可能な最大駆動トルクと前記エンジンの回転パワーが前記クランクシャフトを回転させるトルクとが等しくなる前記クランクシャフトの回転速度より大きい時に、前記制御装置は、前記加速指示部により前記ビークルの加速の指示が停止された場合、前記エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、前記始動発電機から前記複数のスイッチング部に前記バッテリ電圧より高い前記クランクシャフトの回転に起因する電圧が印加されないように前記始動発電機に前記クランクシャフトの駆動力を減少させる。
【００２２】
（６）の構成によれば、始動発電機において比較的高い誘導起電圧が生じ易い状況において加速指示部によりビークルの加速の指示が停止された場合、制御装置が、エンジン出力調整部に回転パワーを減少させるとともに、始動発電機から複数のスイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧が印加されないように始動発電機にクランクシャフトの駆動力を減少させる。比較的高い誘導起電圧が生じ易い状況において、スイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧が印加される事態の発生が抑制される。
【００２３】
（７）  （１）から（６）いずれか１のビークルであって、
前記始動発電機は、
周方向にスロットを空けて設けられた複数のティースを備えるステータコアと前記ティースに巻回された巻線とを有し、前記複数のティースの全ては、前記巻線が巻回された部分を有する、ステータと、
永久磁石部と、前記永久磁石部により形成され前記ステータと対向する面に設けられた、前記複数のティースの数より多い数の複数の磁極部とを有するロータとを備える。
【００２４】
（７）の構成によれば、例えば、ティースの数以下の数の磁極部を有する構成と比べて、磁極部が小さい。このため、巻線が巻回されたティースからの磁界を利用した弱め界磁制御による、磁極部での界磁の弱めの程度を増大することができる。
また、磁極部の数がティースの数より多いので、始動発電機の電気角を基準とした回転速度が大きい。このため、過大な電流及び電圧が、弱め界磁制御によって大きく抑制される。逆に、電流及び電圧の抑制の程度を維持する場合、巻線抵抗を低く設定することができる。このため、始動発電機がクランクシャフトを駆動するトルクを増大することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルにおいて、構造を複雑化することなく、高い電圧の使用及び発生を抑制しつつ、駆動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】（Ａ）は、始動発電機の駆動特性を模式的に示す説明図であり、（Ｂ）は、発電特性を模式的に示す説明図である。
【図７】ベクトル制御の概要を説明するブロック図である。
【図８】（Ａ）は、弱め界磁制御時の始動発電機の駆動特性を模式的に示す説明図であり、（Ｂ）は、弱め界磁制御時の発電特性を模式的に示す説明図である。
【図９】（Ａ）は、加速の指示が停止された場合の始動発電機の駆動特性を模式的に示す説明図であり、（Ｂ）は、加速の指示が停止された場合の発電特性を模式的に示す説明図である。
【図１０】本発明の第二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】
【００２７】
本発明者は、始動発電機について検討した。始動発電機は、エンジンの始動及びエンジンのアシストを行う。また、始動発電機は、エンジンに駆動されて発電を行う。
三相ブラシレスモータである始動発電機は、一般に、エンジンの回転速度すなわちクランクシャフトの回転速度が高いほど大きな電力を出力する。このため、ビークルが走行中に、エンジンの回転速度が高い場合には、始動発電機から大きな電流が出力される。バッテリの充電能力を超える電流は充電に寄与しない。バッテリの充電能力を超える電流は、損失の要因の一つである。
従って、始動発電機には、特に回転速度が高い場合における出力電流の抑制が望まれている。
【００２８】
しかし、始動発電機では、エンジン始動時の出力トルクの向上と、エンジン始動後の発電電流の抑制との間に、トレードオフの関係がある。従って、トルク向上及び発電電流抑制のうち、一方を優先すると、他方の特性が低下する。このため、始動発電機は、発電電流を抑制しようとすると、出力トルクが小さくなってしまうという問題を有している。
【００２９】
特許文献１の始動発電装置は、バッテリ及び蓄電手段を直列接続状態に切り替えることによって、始動発電機に高い電圧を供給する。
しかし、始動発電機に電力を供給する電源の接続状態を切換える回路は、例えば信号線を切換える回路と比べ、複雑であり大型化する。
また、特許文献１で説明されるように、始動発電機に対するバッテリ及び蓄電手段の接続を、単純に、並列接続から直列接続に切り替え、又は、直列接続から並列接続に切り替えると次のような問題が生じる。すなわち、バッテリ又は蓄電手段から供給される電力によって駆動する車両内の他の部品に不用意に高い電圧が印加される可能性がある。
特許文献１の始動発電装置は、接続状態の切替時の制御をさらに複雑にすることによって、接続の切り替えのスムーズ化を図っている。
【００３０】
本発明者は、バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる始動発電機としての三相ブラシレスモータを備えたビークルにおいて、電源の接続状態を切換えずに三相ブラシレスモータのトルクを増大することについて検討した。本発明者は、バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる三相ブラシレスモータを備えたビークルにおいて、三相ブラシレスモータを弱め界磁制御することが、トルクを増大することに有効であることに気づいた。
弱め界磁制御によれば、界磁を弱めることによって、誘導起電圧を抑えることができる。誘導起電圧は、三相ブラシレスモータの回転速度の増大に応じて増大する。誘導起電圧が抑えられることによって、特に高い回転速度の領域において、バッテリから三相ブラシレスモータに供給される電流が増大する。
従って、電源の接続状態を切換えたりすること無く、特に高い回転速度の領域において、三相ブラシレスモータである始動発電機のトルクを増大することができる。
【００３１】
しかし、始動発電機は、クランクシャフトに対し固定された速度比で回転するよう前記クランクシャフトと接続されたロータを有している。すなわち、始動発電機は、クラッチや可変トランスミッションを介すること無しにエンジンと接続されている。
このため、制御によって始動発電機の駆動が停止しても、始動発電機が、エンジンによって駆動されるか又は慣性で回転してしまう。
エンジンの回転パワーが減少した後、クランクシャフトの回転は少なくともある期間継続する。従って、エンジンの回転パワーが減少する場合でも始動発電機は、エンジンによって駆動されてしまう。
制御によって始動発電機による駆動が停止される場合に、駆動時に行われていた弱め界磁制御が停止すると、界磁が増大する。始動発電機が回転している場合、増大した界磁によって、バッテリの電圧より高い誘導起電圧がスイッチング部にかかる場合がある。この場合、インバータが電流を適切に制御できなくなり、バッテリに過大な電流が流れる。
【００３２】
本発明者は、バッテリの電力でエンジンのクランクシャフトを回転させる始動発電機を備えたビークルにおいて、制御によって始動発電機による駆動が停止される場合に、スイッチング部にバッテリ電圧より高い電圧がかからないようにすることによって、バッテリに過大な電流が流れる事態を抑制できることを見いだした。
本発明は、上述した知見に基づいて完成した発明である。
【００３３】
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。
【００３４】
［第一実施形態］
図１は、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と始動発電機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と始動発電機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、本発明にいう駆動部材の一例に相当する。
【００３５】
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。アクセル操作子８は、加速指示部の一例である。
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、始動発電機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、無段変速機ＣＶＴが取り付けられている。
【００３８】
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。
【００３９】
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。制御装置６０は、スロットルバルブＳＶの開度を検出する図示しないスロットルセンサの検出結果に基づいて、燃料噴射装置１８を制御する。燃料噴射装置１８は、スロットルバルブＳＶの開度に基づいた量の燃料を供給するよう制御される。
つまり、燃料噴射装置１８は、アクセル操作子８に入力された指示に応じて、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、エンジン１０から出力される回転パワーを調整する回転パワー調整装置として機能する。
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、無段変速機ＣＶＴ及び図示しないクラッチを介して、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。
【００４０】
本実施形態のエンジン１０は、単気筒の４ストロークエンジンである。本実施形態のエンジン１０は、空冷型エンジンである。なお、エンジン１０は、水冷型エンジンであってもよい。
【００４１】
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。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、高負荷領域に含まれ、低負荷領域に含まれない。
【００４２】
図３は、図２に示す始動発電機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を参照して始動発電機２０を説明する。
【００４３】
始動発電機２０は、永久磁石式三相ブラシレス型モータである。始動発電機２０は、永久磁石式三相ブラシレス型発電機としても機能する。
【００４４】
始動発電機２０は、ロータ３０と、ステータ４０とを有する。本実施形態の始動発電機２０は、ラジアルギャップ型である。始動発電機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。
【００４５】
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。
【００４６】
複数の磁極部３７ａは、始動発電機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、始動発電機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。始動発電機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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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３７ａの数は、スロット数の４／３である。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
始動発電機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。始動発電機２０が、エンジン１０の正回転によりクランクシャフト１５を正回転させるように構成されている。
【００５４】
なお、始動発電機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、始動発電機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、始動発電機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、始動発電機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、始動発電機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。
【００５５】
始動発電機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、始動発電機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、始動発電機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。始動発電機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。即ち、始動発電機２０がジェネレータとして機能する場合において、始動発電機２０は、エンジン１０の燃焼開始後、必ずしも、常にジェネレータとして機能する必要はない。また、エンジン１０の燃焼開始後に、始動発電機２０がジェネレータとして機能する期間と始動発電機２０が車両駆動用モータとして機能する期間とが含まれていてもよい。
本実施形態のビークル１において、エンジン１０から車輪３ｂに回転パワーを伝達する部材には、車輪３ｂの駆動に関わる回転パワーと電力との間の変換を行う機器として、始動発電機２０のみが備えられている。ただし、本発明のビークルはこれに限られず、始動発電機以外の、回転パワーと電力との間の変換を行う機器が、エンジンから駆動部材に回転パワーを伝達する部材に接続されていてもよい。
【００５６】
始動発電機２０は、エンジン始動時は、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。始動発電機２０は、エンジン１０が始動した後、エンジン１０の燃焼動作が停止した状態で、クランクシャフト１５を正回転させる。これらの場合、始動発電機２０は、出力可能なトルクが大きい方が有利である。出力可能な出力トルクが大きいほど、大きな負荷を有するクランクシャフト１５を正回転させることができる。出力可能なトルクが大きい場合には、エンジン始動時に高負荷領域の負荷を超える能力が高い。
しかし、一般に、始動発電機をジェネレータとして機能させる場合、始動発電機の出力トルクの向上を図ると、始動発電機の発電電流が大きくなるおそれがある。例えば、始動発電機が有する磁石の磁力を強くすると、出力可能なトルクは増大する。また、隣り合う歯部のうち、ステータと対向する先端部どうしの間隔を比較的広くすることによっても、出力可能な出力トルクは増大する。しかし、これらの場合、始動発電機をエンジンで駆動した時の、始動発電機の発電電流が大きくなる。この結果、エンジン始動後、始動発電機に接続されたバッテリへの充電電流が過剰になるおそれがある。この場合、例えば、インバータを制御することによって、バッテリへ流れる電流が抑えられる。このとき、電流の一部が熱に変換される。
このように、始動発電機では、出力トルクの向上と、発電電流の抑制との間には、トレードオフの関係がある。トルク向上及び発電電流抑制のうち、一方を優先すると、他方の特性が低下する。
【００５７】
本実施形態の始動発電機２０は、歯部４３の数よりも多い磁極部３７ａを有している。
このため、始動発電機２０は、歯部の数より少ない磁極部を有する始動発電機と比べて角速度が大きい。角速度は、巻線のインピーダンスに寄与する。
即ち、巻線のインピーダンスは、概略的に下式で表される。
（Ｒ２+ω２Ｌ２）１/２
ここで、Ｒ：直流抵抗、ω：電気角についての角速度、Ｌ：インダクタンス
【００５８】
電気角についての角速度ωは、下式で表される。
ω＝（Ｐ/２）×（Ｎ/６０）×２π
ここで、Ｐ：磁極数、Ｎ：回転速度［ｒｐｍ］
【００５９】
始動発電機２０は、歯部４３の数よりも多い磁極部３７ａを有しているので、歯部の数より少ない磁極部を有する始動発電機と比べて角速度ωが大きい。従って、回転しているときのインピーダンスが大きい。しかも、回転速度Ｎが高くなるほど、角速度ωが大きくなり、インピーダンスが大きくなる。
従って、始動発電機２０は、ジェネレータとして使用される回転領域において、インピーダンスを大きく確保して発電電流を抑制できる。
【００６０】
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。
【００６１】
インバータ６１には、始動発電機２０及びバッテリ４が接続されている。バッテリ４は、始動発電機２０に対し電流の授受を行う。インバータ６１及びバッテリ４には、前照灯７も接続されている。前照灯７は、電力を消費しながら動作する、ビークル１に搭載された補機である。以降、前照灯７を補機７とも称する。
【００６２】
バッテリ４は、メインスイッチ５を介して、インバータ６１及び前照灯７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、前照灯７への分岐点とバッテリ４との間に設けられている。
【００６３】
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。
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。
【００６４】
詳細には、始動発電機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、始動発電機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、始動発電機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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、始動発電機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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、始動発電機２０の動作を制御する。始動発電制御部６２は、開始制御部６２１、及びアシスト制御部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、及びアシスト制御部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及びアシスト制御部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。
【００６９】
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。
【００７０】
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及び始動発電機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。
【００７１】
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。
図４及び図５を参照して、ビークル１の動作を説明する。
【００７２】
ビークル１の動作は、制御装置６０によって制御される。
【００７３】
制御装置６０は、エンジン１０を始動させた後（Ｓ１１）、加速指示が入力されているか否か判別する（Ｓ１２）。詳細には、ステップＳ１１のエンジン始動において、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、始動発電機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、始動発電機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始動を、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。
【００７４】
ステップＳ１２の加速指示の判別で、制御装置６０は、アクセル操作子８によりビークル１の加速が指示されたか否かを判別する。
制御装置６０は、ビークル１の加速が指示された場合（Ｓ１２でＹｅｓ）、エンジン出力調整部としての燃料噴射装置１８に、エンジン１０の回転パワーを増大させる（Ｓ１３）。これとともに、制御装置６０は、始動発電機２０にバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させるようにインバータ６１を制御する（Ｓ１５）。これによって、エンジン１０が、始動発電機２０によってアシストされる。
【００７５】
より詳細には、アクセル操作子８によりビークル１の加速が指示された場合、制御装置６０は、予め定められたアシスト期間で、始動発電機２０にクランクシャフト１５を駆動させる。アシスト期間は、ビークル１の加速が指示された場合、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動を開始させてからの期間である。アシスト期間は、バッテリ４の充電レベルが低下しすぎないよう、バッテリ４の容量に応じて設定される。
【００７６】
ビークル１の加速が指示された場合（Ｓ１２でＹｅｓ）、且つ、アシスト期間である場合（Ｓ１４）、制御装置６０は、始動発電機２０にバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させるようにインバータ６１を制御する（Ｓ１５）。詳細には、始動発電制御部６２のアシスト制御部６２２が、始動発電機２０にクランクシャフト１５を駆動させるようにインバータ６１を制御する。
【００７７】
始動発電機２０は、バッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動することによって、エンジン１０をアシストする。このため、エンジン１０の回転パワー増大に伴うクランクシャフト１５の加速が、さらに促進される。
【００７８】
上記ステップＳ１５において、アシスト制御部６２２は、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行うようにインバータ６１を制御する。
制御装置６０によるインバータ６１の制御について説明する。
磁極部３７ａを有するロータ３０がクランクシャフト１５とともに回転する場合、ステータ巻線Ｗと鎖交する磁極部３７ａの磁束の変化によって、始動発電機２０のステータ巻線Ｗに誘導起電圧が生じる。誘導起電圧は、バッテリ４から始動発電機２０への電流の供給を妨げる。誘導起電圧は、クランクシャフト１５の回転速度が高いほど大きい。一方、ビークル１に搭載されるバッテリ４の電圧は、例えば商用電源の電圧と比べて低い。このため、クランクシャフト１５の回転速度が増大するに従い、バッテリ４から始動発電機２０に流れる電流が減少する。従って、クランクシャフト１５の回転速度が増大するに従い、始動発電機２０の出力トルクが減少する。
【００７９】
本実施形態のビークル１において、アシスト制御部６２２は、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行いながら始動発電機２０にクランクシャフト１５を駆動させるようにインバータ６１を制御する。アシスト制御部６２２は、弱め界磁制御において、誘導起電圧を生じさせる磁極部３７ａの磁束の向きとは逆向きの磁束が発生するよう、ステータ巻線Ｗに電流を流す。
【００８０】
図６（Ａ）は、始動発電機の駆動特性を模式的に示す説明図である。図６（Ｂ）は、発電特性を模式的に示す説明図である。
【００８１】
図６（Ａ）及び（Ｂ）の横軸は、クランクシャフト１５の回転速度を示す。図６（Ａ）の縦軸はトルクＴである。実線Ｔａは、弱め界磁制御が実施された場合の始動発電機２０の出力トルク特性を示す。破線Ｔｂは、弱め界磁制御が実施されない場合の出力トルク特性を示す。図６（Ｂ）の縦軸は電流である。
【００８２】
詳細には、出力トルク特性Ｔｂは、弱め界磁制御が実施されない場合に、ある回転速度において、バッテリ４の電圧で始動発電機２０が出力可能な最大駆動トルクを示している。始動発電機２０は、制御に応じて、斜線で示す範囲の駆動トルクを出力することが可能である。
クランクシャフト１５の回転速度の増大に伴い誘導起電圧が増大する。このため、バッテリ４から始動発電機２０に供給可能な最大電流は減少する。従って、出力トルク特性Ｔｂが示すように、クランクシャフト１５の回転速度の増大に伴い、出力可能な最大駆動トルクは減少する。なお、出力トルク特性Ｔｂは、バッテリ４又はインバータ６１の定格電流等による制約も受ける。ただし、図６（Ａ）では、誘導起電圧の影響を分かりやすく示すため、定格電流等による制約は無視している。
図６（Ａ）において、トルクが０より大きい場合、即ちトルクが正である場合、始動発電機２０は、クランクシャフト１５を正回転方向に駆動している。この場合、始動発電機２０は、バッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動することによって、エンジン１０をアシストしている。
エンジン１０がアシストされる状況では、例えば燃料供給の増大により、エンジン１０の回転パワーが増大している（図５のＳ１３参照）。従って、エンジン１０の回転パワーがクランクシャフト１５を回転させるトルクは、回転速度とともに増大していく。
これに対し、始動発電機２０の出力トルクＴａ，Ｔｂは、クランクシャフト１５の回転速度の増大に従い減少する。
【００８３】
例えば、弱め界磁制御が実施されず、クランクシャフト１５の回転速度が増大するとき、始動発電機２０がバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動するトルクと、エンジン１０の回転パワーがクランクシャフト１５を回転させるトルクとは、回転速度Ｎｂで等しくなる。回転速度Ｎｂで、始動発電機２０がクランクシャフト１５を駆動するトルクはゼロである。
弱め界磁制御が実施されない場合に、始動発電機２０がバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動するトルクと、エンジン１０の回転パワーがクランクシャフト１５を回転させるトルクとが等しくなる回転速度Ｎｂを、通常力行上限速度Ｎｂとも称する。通常力行上限速度Ｎｂは、予め、測定及びシミュレーション等によって得られる値である。通常力行上限速度Ｎｂは、例えば図示しない記憶装置に記憶されている。
【００８４】
例えば、弱め界磁制御が実施されない場合、クランクシャフト１５の回転速度が通常力行上限速度Ｎｂより大きい状況において、始動発電機２０の出力トルクは負になる。即ち、この場合、始動発電機２０はエンジン１０に駆動される。この場合、始動発電機２０の発電電力によって、バッテリ４が充電される。図６（Ｂ）の破線は、弱め界磁制御が実施されない場合に、インバータ６１を介して始動発電機２０からバッテリ４に供給され得る電流が示されている。ただし、始動発電機２０からバッテリ４に実際に供給される電流は、インバータ６１によって制御される。
インバータ６１が正常に発電制御に移行することによって、始動発電機２０からバッテリ４に実際に供給される電流が、バッテリ４の定格電流以下に制限される。なお、インバータ６１が昇圧動作するよう制御される場合、通常力行上限速度Ｎｂより低い回転速度でも、始動発電機２０の発電電力によってバッテリ４の充電が可能である。
【００８５】
本実施形態のビークル１では、インバータ６１が、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行うように制御されている。従って、実線Ｔａに示すように、始動発電機２０は、弱め界磁制御を行わない場合と比べて高い速度において、トルクを出力可能である。つまり、バッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させることが可能な最大駆動速度Ｎａが、弱め界磁制御を実施しない場合の通常力行上限速度Ｎｂと比べて高い。
【００８６】
例えば、弱め界磁制御が実施されない場合、図６（Ａ）の破線Ｔｂに示すように、回転速度Ｎｂにおける出力トルクはゼロである。弱め界磁制御が実施されない場合、回転速度Ｎｂにおいて、バッテリ４の電圧によってステータ巻線Ｗに電流を流すことができない大きさの誘導起電圧が生じている。
弱め界磁制御が実施されると、始動発電機２０の磁極部３７ａの磁束が弱められる。このことは、磁極部３７ａの磁力が減少したこと等価といえる。この結果、最大駆動速度Ｎａ以下の回転速度では、トルクに寄与する電流をステータ巻線Ｗに流すことができる。
弱め界磁が行われる場合のトルク特性Ｔａ及び最大駆動速度Ｎａは、弱め界磁の程度に対応する。例えば、トルク特性Ｔａ及び最大駆動速度Ｎａは、後述するｄ軸電流の大きさに対応する。最大駆動速度Ｎａと弱め界磁の程度の関係とは、測定又はシミュレーション等により予め得ることができる。例えば、最大駆動速度Ｎａと弱め界磁の程度とは、互いに対応付けられて、図示しない記憶装置に記憶されている。
【００８７】
始動発電機２０は、弱め界磁制御を行いながら始動発電機２０にバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させる場合、最大駆動速度Ｎａでクランクシャフト１５を回転させることが可能である。弱め界磁制御によって、始動発電機２０は、より高い回転速度においてバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動することができる。このため、エンジン１０の回転パワーが増大する際のクランクシャフト１５の加速が、さらに促進される。従って、ビークル１の駆動性が向上する。
【００８８】
本実施形態における制御装置６０は、ベクトル制御によって、クランクシャフト１５を駆動させるようインバータ６１を制御する。
【００８９】
ベクトル制御は、始動発電機２０の電流を、ｄ軸成分（ｄ軸電流）と、ｑ軸成分（ｑ軸電流）に分離して制御する方法である。ｄ軸成分は、磁極部３７ａ（図３）が形成する磁極対における磁束方向に対応する成分である。ｑ軸成分は、電気角において磁束方向と垂直な成分である。ｑ軸成分は、始動発電機２０のトルク負荷に影響する。ｑ軸成分は、界磁、即ち磁極部３７ａによる磁界に影響する。ｑ軸成分によって、弱め界磁が行われる。
ベクトル制御は、複数相のステータ巻線Ｗ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、複数相のステータ巻線Ｗ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。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圧を意味する。正弦波の電流には、例えば、スイッチング部６１１〜６１６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６１１〜６１６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Ｗの各相の誘導起電圧の周期よりも短い。つまり、制御装置６０は、始動発電機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。
【００９０】
アシスト制御部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。
【００９１】
図７は、ベクトル制御の概要を説明するブロック図である。
ベクトル制御において、始動発電制御部６２は、ｄ軸成分とｑ軸成分に変換された電流を用いてフィードバック制御を行う。
より詳細には、始動発電制御部６２は、電流センサ６５ｕ，６５ｗで検出された各相のステータ巻線Ｗに流れる電流Ｕｆｂ、Ｗｆｂに基づいて、各相のステータ巻線Ｗの電流を求める。始動発電制御部６２は、各相のステータ巻線Ｗの電流を、ロータ位置検出装置５０で検出されたロータ３０の位置θについて３相−２相変換する。３相−２相変換では、回転座標から直交座標への変換も行われる。これによって、ｄ−ｑ軸モデル上における、現在の電流を表すｄ軸変換電流ｉｄ＿ｆｂ、及びｑ軸変換電流ｉｑ＿ｆｂが求められる。ｄ軸変換電流ｉｄ＿ｆｂ、及びｑ軸変換電流ｉｑ＿ｆｂは、制御に対するフィードバック値である。
始動発電制御部６２は、ｄ軸目標電流ｉｄに対するｄ軸変換電流ｉｄ＿ｆｂの偏差、及び、ｑ軸目標電流ｉｑに対するｑ軸変換電流ｉｑ＿ｆｂの偏差を算出する。これによって、始動発電制御部６２は、各偏差をゼロとするためのｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧を算出する。始動発電制御部６２は、ｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧を２相−３相変換してＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧指令Ｕ＊，Ｖ＊，Ｗ＊を求める。２相−３相変換では、直交座標から回転座標への変換も行われる。始動発電制御部６２は、電圧指令Ｕ＊，Ｖ＊，Ｗ＊に応じてＰＷＭ信号を生成する。始動発電制御部６２は、ＰＷＭ信号をインバータ６１に出力する。詳細には、始動発電制御部６２は、生成されたＰＷＭ信号でインバータ６１のスイッチング部６１１〜６１６部（図４）を制御する。
【００９２】
ベクトル制御によって、三相ブラシレス型モータである始動発電機２０の電流を、直流であるｄ軸目標電流ｉｄ及びｑ軸目標電流ｉｑの形式で設定することができる。
図５のステップＳ１５において、アシスト制御部６２２は、アクセル操作子８によって指示されたビークル１の加速の量に応じて、ｑ軸目標電流を設定する。これによって、ｑ軸電流が制御される。
また、アシスト制御部６２２は、クランクシャフト１５の速度に基づいて、ｄ軸目標電流を設定する。これによって、ｄ軸電流が制御される。ｄ軸目標電流が設定されることによって、弱め界磁制御が実施される。ｄ軸電流の大きさによって、弱め界磁制御の強さが制御される。
【００９３】
図６（Ａ）において、実線Ｔａは、弱め界磁制御における始動発電機２０の出力トルク特性を示している。Ｎａは、バッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させることが可能な最大駆動速度を示している。
出力トルクＴａの傾き、及び、最大駆動速度Ｎａの大きさは、ｄ軸電流の大きさに応じて異なる。
【００９４】
図５のステップＳ１５において、アシスト制御部６２２は、最大駆動速度Ｎａがクランクシャフト１５の実際の回転速度よりも大きくなるようにｄ軸目標電流を設定する。つまり、アシスト制御部６２２は、最大駆動速度Ｎａがクランクシャフト１５の実際の回転速度よりも大きくなるように弱め界磁制御を行う。
このように、ステップＳ１５において、アシスト制御部６２２は、始動発電機２０に対し弱め界磁を行いながら、始動発電機２０にバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させるようにインバータ６１を制御する。
このため、エンジン１０の回転パワー増大に伴うクランクシャフト１５の加速が、より高い回転速度において大きなトルクで補助される。
【００９５】
図５のステップＳ１２で、制御装置６０は、加速指示の有無を判別する。加速の指示がない場合（Ｓ１２でＮｏ）、制御装置６０は、加速指示の停止を判別する（Ｓ１６）。
加速指示が停止された場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、制御装置６０は、燃料噴射装置１８に回転パワーを減少させる（Ｓ１７）。詳細には、制御装置６０は、燃料噴射装置１８に燃料の供給量を減少させる。また、本実施形態では、加速指示を停止するようアクセル操作子８（図１参照）が操作されると、スロットルバルブＳＶによる空気の量も減少する。
【００９６】
加速指示が停止された場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、制御装置６０は、クランクシャフト１５の回転速度が通常力行上限速度Ｎｂ（図６）を超えているか否か判別する（Ｓ１８）。
図６（Ａ）における斜線の領域は、弱め界磁制御を行わない場合に、始動発電機２０がバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動可能な駆動力を示している。破線Ｔｂは、弱め界磁制御を行わない場合に、始動発電機２０がバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動可能な最大駆動力を示している。つまり、破線Ｔｂは、弱め界磁制御を行わない場合に、対応する回転速度で始動発電機２０がクランクシャフト１５を駆動可能な最大駆動力を示している。
クランクシャフト１５の回転速度が増大する途中、通常力行上限速度Ｎｂにおいて、始動発電機２０による最大駆動力と、エンジン１０の回転パワーがクランクシャフト１５を回転させる回転力とが実質的に等しくなる。
ステップＳ１８において、制御装置６０は、クランクシャフト１５の実際の回転速度が、通常力行上限速度Ｎｂよりも大きいか否かを判別する。
【００９７】
クランクシャフト１５の実際の回転速度が、通常力行上限速度Ｎｂを超えている場合（Ｓ１８でＹｅｓ）、制御装置６０は、過電圧防止の制御を行いつつ、始動発電機２０による駆動力の減少を行う（Ｓ２１）。ここで、実際の回転速度が、通常力行上限速度Ｎｂを超えている場合は、図６（Ａ）において、実際の回転速度が、線ＮＢよりも右の領域にあることを意味する。
ステップＳ２１において、アシスト制御部６２２は、クランクシャフト１５の回転に起因する過電圧が印加されないようにインバータ６１を制御する。詳細には、制御装置６０は、クランクシャフト１５の回転に起因する過電圧がスイッチング部６１１〜６１６に印加されないように弱め界磁制御を継続しながら、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動力を減少させる。過電圧は、バッテリ４の電圧よりも高い電圧である。本実施形態において、制御装置６０は、ｄ軸電流を維持しながら、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動力を減少させる。制御装置６０は、ｑ軸電流を減少させることによって、駆動力を減少させる。
例えば、制御装置６０は、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動を停止させる。制御装置６０は、ｄ軸電流を維持しながら、ｑ軸電流を減少させる。
ステップＳ２１において、アシスト制御部６２２は、最大駆動速度Ｎａがクランクシャフト１５の実際の回転速度よりも大きくなるようにｄ軸目標電流を設定する。つまり、アシスト制御部６２２は、最大駆動速度Ｎａがクランクシャフト１５の実際の回転速度よりも大きくなるように弱め界磁制御を行う。
詳細には、アシスト制御部６２２は、クランクシャフト１５の回転速度の減少に応じて、弱め界磁制御を弱める。より詳細には、アシスト制御部６２２は、クランクシャフト１５の回転速度の減少に応じてｄ軸電流を減少させる。これによって、弱め界磁制御が弱められる。ｄ軸電流は、本来トルクに寄与しない電流である。ｄ軸電流が減少することによって、電力効率が向上する。
【００９８】
上記ステップＳ１８において、クランクシャフト１５の実際の回転速度が、回転速度Ｎｂを超えていない場合（Ｓ１８でＮｏ）、アシスト制御部６２２は、過電圧防止を行うことなく始動発電機２０による駆動力の減少を行う（Ｓ２２）。
詳細には、アシスト制御部６２２は、弱め界磁制御を中止して、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動力を減少させる。より詳細には、アシスト制御部６２２は、ｄ軸電流をゼロにするとともに、ｑ軸電流を減少させることによって、駆動力を減少させる。
【００９９】
上記ステップＳ１６で加速指示が停止されていない場合（Ｓ１６でＮｏ）、制御装置６０は、基本制御を行う（Ｓ２３）。基本制御では、制御装置６０は、始動発電機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。
【０１００】
上述したように、本実施形態のビークル１では、ビークル１の加速が指示される場合、制御装置６０が、燃料噴射装置１８にエンジン１０の回転パワーを増大させる（Ｓ１３）。これとともに、制御装置６０は、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行いながら始動発電機２０にバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させるようにインバータ６１を制御する（Ｓ１５）。このため、始動発電機２０は、例えば弱め界磁制御が行われない場合と比べ高い回転速度において、大きなトルクを出力する。従って、クランクシャフト１５が、高い回転速度において、始動発電機２０によってより強く駆動される。つまり、高い回転速度において、エンジン１０が始動発電機２０によってアシストされる。この結果、ビークル１の駆動性が向上する。
【０１０１】
始動発電機２０によるエンジン１０のアシストは、加速指示の入力に応じて実施される。加速指示の入力は、運転者によるアクセル操作子８の操作によって行われる。
始動発電機２０によるアシスト中に、アクセル操作子８の操作によって加速の指示が停止される場合がある。
【０１０２】
本実施形態のビークル１では、加速の指示が停止された場合（図５のＳ１６でＹｅｓ）、制御装置６０が、燃料噴射装置１８にエンジン１０の回転パワーを減少させるとともに（Ｓ１７）、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動力を減少させるようにインバータ６１を制御する（Ｓ２１）。
【０１０３】
始動発電機２０の駆動力を減少させるため、例えば、インバータ６１から始動発電機２０への電流の供給を停止することが考えられる。具体的には、始動発電機２０に供給されるｄ軸電流及びｑ軸電流をゼロにすることが考えられる。
始動発電機２０は、エンジン１０のクランクシャフト１５に接続されている。エンジン１０のクランクシャフト１５は大きな慣性を有している。このため、燃料噴射装置１８によって回転パワーが減少し、始動発電機２０に供給される電流がゼロになっても、クランクシャフト１５の回転は直ちに停止しない。クランクシャフト１５の回転は、慣性によって継続する。つまり、少なくともビークルの加速の指示が停止された後のある期間、クランクシャフト１５の回転は継続する。
クランクシャフト１５が回転することによって、始動発電機２０では、誘導起電圧が発生している。始動発電機２０によるアシスト中、誘導起電圧の影響は、弱め界磁制御によって、ビークル１のバッテリ４の電圧でインバータ６１を制御することができる程度に抑えられている。しかし、加速の指示の停止によって、例えば始動発電機２０への電流の供給が停止すると、誘導起電圧の影響が急激に増大する。
【０１０４】
図８（Ａ）は、弱め界磁制御時の始動発電機２０の駆動特性を模式的に示す説明図である。図８（Ｂ）は、弱め界磁制御時の発電特性を模式的に示す説明図である。
本実施形態のビークル１では、エンジン１０のアシスト中、インバータ６１が、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行うように制御されている。従って、実線Ｔａに示すように、始動発電機２０は、トルクを出力可能である。
図８（Ａ）には、例えば、クランクシャフト１５の回転速度がＮｃの場合のトルクの位置が示されている。また、図８（Ａ）には、クランクシャフト１５の回転速度Ｎｃにおける電圧の関係が電圧ベクトル図として示されている。
Ｖは、バッテリ４の電圧の大きさを示す。Ｅは、誘導起電圧を示す。Ｉｄは、ｄ軸電流を示す。Ｉｑは、ｑ軸電流を示す。ωは電気角における角速度を示す。Ｒは、ステータ巻線Ｗの抵抗を示す。Ｌは、ステータ巻線Ｗのインダクタンスを示す。
回転速度Ｎｃは、通常力行上限速度Ｎｂより大きい。始動発電機２０のステータ巻線Ｗには、バッテリ４の電圧よりも高い誘導起電圧Ｅが生じる。ただし、弱め界磁制御によって、インバータ６１のスイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧Ｖｔの大きさは、バッテリ４の電圧Ｖの大きさと等しくなっている。インバータ６１のスイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧Ｖｔは、ステータ巻線Ｗの端子電圧Ｖｔの大きさと等しい。詳細には、誘導起電圧Ｅに、ｑ軸電流Ｉｑの電圧降下Ｉｑ・Ｒ，Ｉｑ・ωＬ、及びｄ軸電流Ｉｄの電圧降下Ｉｄ・Ｒ，Ｉｄ・ωＬを合成した電圧Ｖｔの大きさが、バッテリ４の電圧Ｖの大きさと等しい。この場合、インバータ６１が始動発電機２０に流れる電流を制御可能である。インバータ６１は、回転速度Ｎｃにおいて、始動発電機２０がバッテリ４の電力で、クランクシャフト１５を回転させるトルクを出力するよう制御されている。
【０１０５】
図９（Ａ）は、加速の指示が停止された場合の始動発電機２０の駆動特性を模式的に示す説明図である。図９（Ｂ）は、加速の指示が停止された場合の発電特性を模式的に示す説明図である。図９（Ａ）には、ｄ軸電流及びｑ軸電流がゼロになった場合の電圧関係が示されている。
例えば、クランクシャフト１５が回転速度Ｎｃまで加速された状況において、始動発電機２０への電流の供給が停止されると、スイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧は、誘導起電圧Ｅとなる。スイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧は、バッテリ４の電圧Ｖよりも大きい。つまり、ステータ巻線Ｗの端子電圧は、バッテリ４の電圧Ｖよりも高い誘導起電圧Ｅとなる。これは、弱め界磁による磁極部３７ａの磁力の減少が、解消されたことと等価と言える。この場合、インバータ６１が、始動発電機２０を制御不能な状態になる。この場合、インバータ６１は、始動発電機２０からバッテリ４に流れる電流を適切に制限することができない。バッテリ４には、図９（Ｂ）に示す電流Ｉｃが流れる可能性がある。バッテリ４に流れる電流Ｉｃの大きさは、ビークル１に搭載されるバッテリ４の許容電流を超える可能性がある。また、始動発電機２０への電流の供給が停止される時、磁束が急激に変化する。このため、ステータ巻線Ｗには、図９（Ａ）のＥで示す電圧よりも大きな誘導起電圧が生じる可能性がある。つまり、大きな誘導起電圧がインバータ６１及びバッテリ４に印加される可能性がある。磁束の急激な変化による大きな誘導起電圧に伴い、バッテリ４に大きな電流が流れる可能性がある。
この結果、バッテリ４の許容電流を超える電流がバッテリ４に流れる可能性がある。また、インバータ６１のスイッチング部６１１〜６１６に定格電圧を超える電圧が印加される可能性がある。また、スイッチング部６１１〜６１６に流れる電流によるスイッチング部６１１〜６１６の電力が定格電力をこえる可能性がある。
【０１０６】
本実施形態のビークル１では、加速の指示が停止された場合に、制御装置６０が、過電圧防止の制御を行いつつ、始動発電機２０による駆動力の減少を行う（図５のＳ２１）。詳細には、ビークル１では、制御装置６０は、図８の電圧ベクトル図におけるｄ軸電流Ｉｄを維持しながらｑ軸電流Ｉｑを減少させる。つまり、制御装置６０は、クランクシャフトの回転に起因するバッテリ４の電圧Ｖよりも高い電圧Ｖがスイッチング部６１１〜６１６に印加されないように弱め界磁制御を継続しながら、始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動力を減少させる。このため、クランクシャフト１５の継続的な回転に起因する誘導起電圧がバッテリ４及び複数のスイッチング部６１１〜６１６に影響を及ぼす事態の発生を抑制できる。
詳細には、図８の電圧ベクトル図において、ｄ軸電流Ｉｄが維持されるので、ｑ軸電流Ｉｑが減少しても、スイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧が、バッテリ４の電圧Ｖよりも小さく維持される。従って、スイッチング部６１１〜６１６が、始動発電機２０からバッテリ４に流れる電流の制御状態を維持することができる。スイッチング部６１１〜６１６の適切な制御によって、始動発電機２０からバッテリ４に流れる電流をバッテリ４の定格電流以下に調整することができる。
【０１０７】
また、制御装置６０は、始動発電機２０による駆動力の減少を行う場合、クランクシャフト１５の回転速度の減少に応じて、弱め界磁制御を弱める。このため、弱め界磁制御が弱められた分、電力消費が抑えられる。
【０１０８】
また、制御装置６０は、クランクシャフト１５の回転速度が通常力行上限速度Ｎｂを超えている場合に（図５のＳ１８でＹｅｓ）、過電圧防止の制御を行いつつ、始動発電機２０による駆動力の減少を行う（図５のＳ２１）。制御装置６０は、始動発電機２０において比較的高い誘導起電圧が生じ易い状況において、過電圧防止の制御を行う。従って、弱め界磁制御のための電流消費が抑えられる。
【０１０９】
図８（Ａ）には、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行いながら始動発電機２０にバッテリ４の電力でクランクシャフト１５を駆動させた場合に、クランクシャフト１５を回転させることが可能な最大駆動速度Ｎａが示されている。最大駆動速度Ｎａは、弱め界磁の程度に応じて変化する。
制御装置６０は、図５のステップＳ２１において、最大駆動速度Ｎａが、クランクシャフト１５の実際の回転速度よりも大きくなるように、始動発電機２０に対し弱め界磁制御を行う。詳細には、アシスト制御部が、図示しない記憶装置に記憶された最大駆動速度Ｎａと弱め界磁の程度との関係を参照する。アシスト制御部は、実際の回転速度よりも大きい最大駆動速度Ｎａに対応する程度の弱め界磁を行う。これにより、過大な電圧発生が抑えられるように弱め界磁制御が行われる。
【０１１０】
本実施形態のビークル１が有する始動発電機２０は、図３に示すように、歯部４３の数よりも多い磁極部３７ａを有している。このため、例えば、歯部の数以下の磁極部を有する構成と比べて、磁極部３７ａが小さい。従って、弱め界磁制御による、磁極部３７ａでの弱め界磁の影響が大きい。即ち、ｄ軸電流が流れるステータ巻線Ｗの磁界によって、磁極部３７ａの磁束が弱められやすい。
始動発電機２０は、歯部４３の数よりも多い磁極部３７ａを有しているため、歯部の数以下の磁極部を有する構成と比べて、始動発電機の電気角を基準とした角速度ωが大きい。従って、過大な電流及び電圧が、弱め界磁制御によって大きく抑制される。
【０１１１】
［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。
【０１１２】
図１０は、本発明の第二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。
【０１１３】
本実施形態における制御装置６０のステップＳ２１の内容が、上述した第一実施形態と異なる。
本実施形態の制御装置６０は、ステップＳ２１において、始動発電機２０の各相を短絡しながら始動発電機２０にクランクシャフト１５の駆動力を減少させる。これによって、制御装置６０は、始動発電機２０からバッテリ４及び複数のスイッチング部６１１〜６１６にクランクシャフト１５の回転に起因する過電圧が印加されないようにインバータ６１を制御する。詳細には、制御装置６０は、図４に示すスイッチング部６１１〜６１６のうち、グランドラインに接続されている、スイッチング部６１２，６１４，６１６をオン状態にする。これによって、始動発電機２０の三相のステータ巻線Ｗが短絡される。従って、ステータ巻線Ｗの誘導機電圧が、バッテリ４に印加されない。詳細には、スイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧は、オン状態のスイッチング部６１２，６１４，６１６を流れる電流による電圧降下に等しい。つまり、始動発電機２０からスイッチング部６１１〜６１６にかかる電圧は、実質ゼロである。
また、三相のステータ巻線Ｗが短絡されることによって、始動発電機２０による駆動力が減少する。
【０１１４】
このように、本実施形態によれば、三相のステータ巻線Ｗが短絡されることによって、複数のスイッチング部６１１〜６１６に、バッテリ４の電圧より大きいクランクシャフト１５の回転に起因する電圧が印加されない。また三相のステータ巻線Ｗが短絡されることによって、始動発電機２０がクランクシャフト１５の駆動力を減少させる。
【０１１５】
なお、上述した第一実施形態では、クランクシャフトの回転に起因する過電圧を印加させずに始動発電機にクランクシャフトの駆動力を減少させる制御として、始動発電機に対する弱め界磁制御の例を説明した。また、第二実施形態では、ステータ巻線を短絡する例を説明した。本発明における制御装置は、弱め界磁制御及びステータ巻線の短絡の両方を実施してもよい。例えば、制御装置は、クランクシャフトの回転速度に応じて、弱め界磁制御及びステータ巻線の短絡のいずれかを選択してもよい。
【０１１６】
また、上述した第一実施形態では、始動発電機に対する弱め界磁制御として、ベクトル制御を用いてｄ軸電流を供給する制御の例を説明した。インバータを制御する方式はベクトル制御に限られず、例えばいわゆる１２０度通電方式であってもよい。
１２０度通電方式は、電気角における１２０度の期間の通電と、６０度の期間の通電休止とが繰り返される方式である。制御装置は、例えば１２０度通電方式の制御において、インバータのスイッチング部をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。制御装置は、三相のそれぞれにおいて、通電期間と非通電期間とを繰り返す。制御装置は、通電期間に対応するスイッチング部をパルス幅変調された信号でオン動作させる。パルスの周期は、通電期間及び非通電期間の繰り返し周期よりも短い。制御装置は、ＰＷＭにおけるデューティ比を調整することによって、ステータ巻線に流れる電流を制御する。これによって、始動発電機が出力するトルクが主に制御される。
制御装置は、１２０度通電方式による制御において、進角制御を行うことによって、弱め界磁制御を行う。制御装置は、進角制御において、通電期間及び非通電期間のタイミングを進める。これによって、弱め界磁制御が行われる。弱め界磁制御によって、ステータ巻線に生じる誘導起電圧が抑えられる。このため、制御装置は、進角制御を行わない場合と比べて高回転速度領域で、クランクシャフトを回転させることができる。主に、通電期間及び非通電期間のタイミングを進める程度によって、誘導起電圧を抑える程度が制御される。
アクセル操作子の操作によって加速の指示が停止される場合、制御装置は、例えば、進角制御を行いつつ、デューティ比を減少させる。即ち、制御装置は、通電期間及び非通電期間の早いタイミングを維持しつつ、デューティ比を減少させる。
進角制御を維持することによって、加速の指示の停止の際に、クランクシャフトの継続的な回転に起因する誘導起電圧が、バッテリ及び複数のスイッチング部に影響を及ぼす事態の発生を抑制できる。
【０１１７】
また、上述した第一実施形態では、制御装置６０が、クランクシャフト１５の回転速度の減少に応じて、弱め界磁制御を弱める例を説明した。ただし、本発明はこれに限られず、制御装置が、例えば、クランクシャフトの回転速度が、所定の速度に減少するまで、ｄ軸電流の大きさを一定に維持してもよい。
【０１１８】
また、上述した第一実施形態では、ビークル１の加速が指示された場合、予め定められたアシスト期間、始動発電機２０がクランクシャフト１５を駆動する例を説明した。ただし、本発明はこれに限られず、ビークル１の加速が指示された場合常に、始動発電機２０がクランクシャフト１５を駆動してもよい。
【０１１９】
また、上述した実施形態では、歯部の数より多い数の複数の磁極部を有するロータを備えた例を説明した。ただし、本発明は、これに限定されず、ロータがティースの数以下の磁極部を有してもよい。
【０１２０】
また、上述した実施形態では、エンジン１０が単気筒エンジンである場合について説明した。しかし、本発明のエンジンは、高負荷領域と低負荷領域とを有するエンジンであれば、特に限定されない。即ち、多気筒エンジンであってもよい。多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。多気筒エンジンの気筒数は特に限定されず、多気筒エンジンは、例えば、四気筒エンジンであってもよい。
【０１２１】
また、上述した実施形態では、ビークルとして自動二輪車の例を説明した。ビークルとしては、特に限定されず、例えば、スクータ型、モペット型、オフロード型、オンロード型の自動二輪車が挙げられる。また、車両としては、自動二輪車に限定されず、例えば、ＡＴＶ（Ａｌｌ−Ｔｅｒｒａｉｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）等であってもよい。また、ビークルは、鞍乗型車両に限定されず、車室を有する４輪車両等であってもよい。本発明に係るビークルは、車輪付きビークルに限定されず、例えばスクリューを有する船舶であってもよい。
【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。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
３ａ，３ｂ    車輪
４    バッテリ
５    メインスイッチ
１０    エンジン
１５    クランクシャフト
２０    始動発電機
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】
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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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【図９】
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【図１０】
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