(57)【要約】【課題】エンジンの燃料効率を向上しつつ、エンジンの動作を安定化できるビークルを提供すること。【解決手段】ビークルは、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、始動発電機が前記エンジンに駆動されている期間の少なくとも一部において、インバータから流れる電流が、実質的に、ビークルのアイドリング時において始動発電機により発電され得る最大電流値よりも小さい固定値になるように、継続的に複数のスイッチング部を制御するように構成された制御装置とを備える。【選択図】図２
2017131041.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、
クランクシャフトを有し、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、
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始動発電機と、
前記始動発電機に対し電力の授受を行うバッテリと、
前記始動発電機から前記バッテリに供給す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、
前記始動発電機が前記エンジンに駆動されている期間の少なくとも一部において、前記インバータから流れる電流が、実質的に、前記ビークルのアイドリング時において前記始動発電機により発電され得る最大電流値よりも小さい固定値になるように、継続的に前記複数のスイッチング部を制御するように構成された制御装置と
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、前記ビークルが停止し且つ前記始動発電機が前記エンジンに駆動されている期間の少なくとも一部において、前記インバータから流れる電流が実質的に前記固定値になるように、継続的に前記複数のスイッチング部を制御するように構成されている。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のビークルであって、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング部のベクトル制御を行うことによって、前記インバータから流れる電流が実質的に前記固定値になるよう、継続的に前記複数のスイッチング部を制御するように構成されている。
【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、前記インバータから流れる電流が前記固定値より小さい時に、前記インバータから流れる電流を増加させ、前記インバータから流れる電流が前記固定値より大きい時に、前記インバータから流れる電流を減少させることにより、前記インバータから流れる電流を実質的に前記固定値にする。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項に記載のビークルであって、
前記固定値は、前記バッテリへ流れる電流がゼロになるように設定されている。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項に記載のビークルであって、
前記ビークルは、補機を備え、
前記固定値は、前記インバータから前記補機へ供給される電流値として固定された値である。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項に記載のビークルであって、
前記ビークルは、前記インバータから流れる電流又は前記バッテリに流れる電流を検出するための電流センサを備える。
【請求項８】
請求項１から７いずれか１項に記載のビークルであって、
前記ビークルは、前記始動発電機における少なくとも１相の電流を検出するための電流センサを備える。
【請求項９】
請求項１から８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、ステータを備え、
前記ロータは、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。
【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】
ビークルに備えられるエンジンは、燃料を燃焼させる燃焼行程を繰返し生じさせながら回転パワーを出力する。エンジンは、クランクシャフトを介して回転パワーを出力する。エンジンにおける燃焼行程は、燃焼行程以外の行程を挟んで間欠的に到来する。エンジンの回転速度は、通常、燃焼行程において増加し、燃焼行程以外の行程で減少する。このため、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は、燃焼行程及び燃焼行程以外の行程を含むサイクルの中で変動する。エンジンの動作は、回転速度の変動に起因して不安定になる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、エンジンのアイドリング安定化装置が示されている。特許文献１のアイドリング安定化装置は、電気的負荷となる電気機器と、エンジンに備わる発電機との間に配設される。特許文献１のアイドリング安定化装置は、アイドリング状態のときに、エンジンの回転速度変動を算出する。特許文献１のアイドリング安定化装置は、エンジンの回転速度変動値が所定値以上のときに、発電機から出力される電流値を、より低い値に制御する。これによって、特許文献１のアイドリング安定化装置は、エンジンのアイドル回転速度を高めに設定することなく、回転に必要なトルクを減少させる。特許文献１のアイドリング安定化装置は、エンジンの回転の安定化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６１０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エンジンと接続される発電機から出力される電流値を単に低くすると、エンジンの回転変動量が却って増大する場合がある。
エンジンを備えるビークルには、エンジンの動作をより安定にすることが望まれている。また、ビークルには、エンジンの燃料効率を向上することが望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、エンジンの燃料効率を向上しつつ、エンジンの動作を安定化できるビークルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
（１）  ビークルであって、
前記ビークルは、
クランクシャフトを有し、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、
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始動発電機と、
前記始動発電機に対し電力の授受を行うバッテリと、
前記始動発電機から前記バッテリに供給す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、
前記始動発電機が前記エンジンに駆動されている期間の少なくとも一部において、前記インバータから流れる電流が、実質的に、前記ビークルのアイドリング時において前記始動発電機により発電され得る最大電流値よりも小さい固定値になるように、継続的に前記複数のスイッチング部を制御するように構成された制御装置と
を備える。
【０００９】
（１）のビークルでは、制御装置が、始動発電機がエンジンに駆動されている期間の少なくとも一部において、インバータから流れる電流が実質的に、ビークルのアイドリング時において始動発電機により発電され得る最大電流値よりも小さい固定値になるように、継続的に複数のスイッチング部を制御する。
例えば、クランクシャフトの回転速度が増大すると始動発電機の出力電圧が増大する。このため、インバータから流れる電流が固定値よりも増大する。しかし、複数のスイッチング部は、インバータから流れる電流が実質的に固定値になるように制御されているので、電流の大きさが制御によって固定値に戻る。電流値が戻るまでの短期間、電流が増加するので、回転に対する始動発電機の負荷が微少に増加する。この結果、クランクシャフトの回転速度の増大が抑えられる。この逆に、クランクシャフトの回転速度が減少する場合、回転速度の減少が抑えられる。このため、制御によって電流が固定値に戻るまでの短期間、回転速度の変動が抑えられる。
インバータから流れる電流は、実質的に、ビークルのアイドリング時において始動発電機により発電され得る最大電流値よりも小さい固定値になるように、継続的に制御される。このため、エンジンから見た負荷は、アイドリング時の負荷よりも小さい。従って、エンジンの燃料効率が高い。
従って、（１）のビークルによれば、エンジンの燃料効率を向上しつつ、エンジンの動作を安定化できる。
【００１０】
（２）  （１）のビークルであって、
前記制御装置は、前記ビークルが停止し且つ前記始動発電機が前記エンジンに駆動されている期間の少なくとも一部において、前記インバータから流れる電流が実質的に前記固定値になるように、継続的に前記複数のスイッチング部を制御するように構成されている。
【００１１】
ビークルが停止している場合、クランクシャフトは、通常、ビークルの走行中における回転速度よりも低い回転速度で回転する。
（２）の構成によれば、ビークルが停止している場合における低い回転速度でも、エンジンの動作が安定化する。
【００１２】
（３）  （１）又は（２）のビークルであって、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング部のベクトル制御を行うことによって、前記インバータから流れる電流が実質的に前記固定値になるよう、継続的に前記複数のスイッチング部を制御するように構成されている。
【００１３】
ベクトル制御では、スイッチング部が、始動発電機で生じる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オン・オフを制御される。
（３）の構成によれば、ベクトル制御以外の方式によって制御される場合と比べて、バッテリに流れる電流が細かい精度で制御される。従って、エンジンの動作がより安定化する。
【００１４】
（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、前記インバータから流れる電流が前記固定値より小さい時に、前記インバータから流れる電流を増加させ、前記インバータから流れる電流が前記固定値より大きい時に、前記インバータから流れる電流を減少させることにより、前記インバータから流れる電流を実質的に前記固定値にする。
【００１５】
（４）の構成によれば、インバータから流れる電流が実質的な固定値になるので、エンジンの動作が安定化する。
【００１６】
（５）  （１）から（４）いずれか１のビークルであって、
前記固定値は、前記バッテリへ流れる電流がゼロになるように設定されている。
【００１７】
（５）の構成によれば、バッテリに流れる電流がゼロになるので、バッテリの充電レベルを長い時間維持することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エンジンの燃料効率を向上しつつ、エンジンの動作を安定化できるビークルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】ベクトル制御の概要を説明するブロック図である。
【図７】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８】（Ａ）は、固定値制御の期間において、インバータ、バッテリ、及び補機の間で流れる電流を概略的に示すブロック図であり、（Ｂ）は、基本制御の期間において、インバータ、バッテリ、及び補機の間で流れる電流を概略的に示すブロック図である。
【図９】固定値制御の期間における、インバータの電流及びクランクシャフトの回転速度の変化を示すグラフである。
【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。
【図１１】本発明の第三実施形態おけるインバータ、バッテリ、及び補機の間で流れる電流を概略的に示すブロック図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。燃料噴射装置１８は、供給される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、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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
【００４４】
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］
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
ビークル１の動作は、制御装置６０によって制御される。
制御装置６０は、メインスイッチ５がオン状態か否かを判別する（Ｓ１１）。メインスイッチ５がオン状態の場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、制御装置６０は、スタータスイッチ６がオン状態か否かを判別する（Ｓ１２）。
【００５９】
スタータスイッチ６がオン状態の場合（Ｓ１２でＹｅｓ）、制御装置６０は、エンジン１０を始動させる（Ｓ１３）。詳細には、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、始動発電機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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、車速、即ちビークル１の走行速度がゼロか否か判別する（Ｓ１５）。
エンジン１０の始動が完了した後（Ｓ１４でＹｅｓ）、車速がゼロの場合は（Ｓ１５でＹｅｓ）、ビークルのアイドリング状態である。車速がゼロの場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、制御装置６０は、固定値制御条件が成立するか否かを判別する（Ｓ１６）。固定値制御条件は、インバータ６１を固定値制御する条件である。
本実施形態のステップＳ１６における固定値制御条件は、バッテリ４の充電レベル（ＳＯＣ）である。充電レベルは、例えば、バッテリ４の電圧及び電流を検出することによって得られる。
上記ステップＳ１６において、制御装置６０は、バッテリ４の充電レベルが、予め定めた閾値となった場合、固定値制御条件が成立したと判別する。閾値は、少なくとも始動発電機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である。閾値は、例えば、満充電のレベルである。
【００６２】
発電制御部６２２は、固定値制御条件が成立した場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、インバータ６１の固定値制御を行う（Ｓ１７）。
発電制御部６２２は、固定値制御条件が成立しない場合（Ｓ１６でＮｏ）、インバータ６１の基本制御を行う（Ｓ１８）。
【００６３】
ステップＳ１８の基本制御において、発電制御部６２２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。
車速がゼロの場合（Ｓ１５でＹｅｓ，Ｓ１６でＮｏ）、発電制御部６２２は、基本制御において（Ｓ１８）、通常のアイドリングの制御を行う。即ち、発電制御部６２２は、始動発電機２０に、補機７へ電流を供給させるとともに、バッテリ４の充電を行う。具体的には、発電制御部６２２は、インバータ６１から、補機７及びバッテリ４の両方に電流が流れるよう、インバータ６１を制御する。
車速がゼロでない場合（Ｓ１５でＮｏ）、発電制御部６２２は、基本制御において（Ｓ１８）、始動発電機２０に、エンジン１０の回転速度に基づいた電流を出力させる。ただし、バッテリ４への電流は、バッテリ４の充電定格を超えないよう制限される。この場合、インバータ６１から、上記の通常のアイドリングの場合よりも大きな電流が補機７及びバッテリ４の両方に流れる。
【００６４】
ステップＳ１７の固定値制御において、発電制御部６２２は、インバータ６１から流れる電流が、実質的に、アイドリング時において始動発電機２０により発電され得る最大電流値よりも小さい固定値になるように、スイッチング部６１１〜６１６を継続的に制御する。
【００６５】
本実施形態において、固定値は、バッテリ４へ流れる電流がゼロになるように設定されている。即ち、発電制御部６２２は、バッテリ４へ流れる電流がゼロになるようにスイッチング部６１１〜６１６を制御する。
【００６６】
詳細には、発電制御部６２２は、固定値制御を開始する時に、電流センサ６４の検知結果に基づいて、バッテリ４へ流れる電流量を得る。発電制御部６２２は、固定値制御を開始する時にインバータ６１から流れている電流量から、バッテリ４へ流れる電流量を引いた電流量を、固定値として設定する。設定された固定値は、補機７に流れる電流の量に相当する。即ち、固定値は、電流が、インバータ６１からバッテリ４に流れず、補機７に流れる場合の電流の量に相当する。
ステップＳ１７の固定値制御において、発電制御部６２２は、インバータ６１から流れる電流が、固定値になるようにスイッチング部６１１〜６１６を継続的に制御する。これによって、インバータ６１から流れる電流が、固定値となるように継続的に制御される。
発電制御部６２２は、設定された固定値を制御目標とし、インバータ６１から流れる電流が制御目標になるよう、スイッチング部６１１〜６１６に対しフィードバック制御を行う。インバータ６１から流れる電流が固定値からずれた場合、発電制御部６２２は、ずれを補正するように、スイッチング部６１１〜６１６を制御する。例えば、インバータ６１から流れる電流が固定値より小さい時に、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流を増加する。インバータ６１から流れる電流が固定値より大きい時に、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流を減少させる。これにより、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流を実質的に固定値にする。電流が固定値からずれてから、制御によって電流のずれの補正が完了するまでの期間は、少なくともクランクシャフトの３６０度回転よりも短い。
発電制御部６２２は、目標値が設定された場合、ビークルの車速、又は固定値制御条件の状態が変わるまで、インバータ６１から流れる電流が固定値となるように継続的に制御を行う。
発電制御部６２２は、少なくともクランクシャフトの３６０度回転の期間以上に長い期間、設定された固定値を維持する。発電制御部６２２は、少なくともクランクシャフトの３６０度回転の期間以上に長い周期で、固定値を更新する。即ち、発電制御部６２２は、少なくともクランクシャフトの３６０度回転の期間以上に長い期間、インバータ６１から流れる電流が設定された一つの固定値になるようにスイッチング部６１１〜６１６を継続的に制御する。これによって、クランクシャフトが３６０度回転する間の回転速度の変動が抑制される。より好ましくは、発電制御部６２２は、少なくともクランクシャフトの７６０度回転の期間以上に長い期間、インバータ６１から流れる電流が設定された固定値になるようにスイッチング部６１１〜６１６を継続的に制御する。これによって、クランクシャフトが７２０度回転する間の回転速度の変動が抑制される。
このようにして、インバータ６１から流れる電流が、継続的に制御される。
インバータ６１から流れる電流が固定値に制御されると、バッテリ４へ流れる電流がゼロになる。インバータ６１から出力された電流は、補機７に流れる。このときインバータ６１から流れる電流は、インバータ６１から補機７及びバッテリ４の両方に流れる場合の電流よりも小さい。
【００６７】
本実施形態において、発電制御部６２２は、スイッチング部６１１〜６１６を制御する方式として、ベクトル制御を用いる。つまり、発電制御部６２２は、複数のスイッチング部６１１〜６１６のベクトル制御を行う。これによって、発電制御部６２２は、インバータ６１から流れる電流が実質的に固定値になるよう、継続的に複数のスイッチング部６１１〜６１６部を制御する。
【００６８】
ベクトル制御は、始動発電機２０の電流を、ｄ軸成分と、ｑ軸成分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。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。
【００６９】
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。
【００７０】
図６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。
【００７１】
図７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７において、Ｖｕは、始動発電機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。Ｉｕは、図６の電流Ｕｆｂに相当する。図７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。
【００７２】
ベクトル制御によって、三相ブラシレス型発電機である始動発電機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で指定することができる。
例えば、ｑ軸目標電流ｉｑに固定値が設定されると、インバータ６１から出力される電流が固定値になるよう、スイッチング部６１１〜６１６がフィードバック制御される。
具体的には、インバータ６１から流れる電流が固定値より小さい時に、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流を増加する。インバータ６１から流れる電流が固定値より大きい時に、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流を減少させる。これにより、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流を実質的に固定値にする。
複数のスイッチング部６１１〜６１６のオン・オフは、ステータ巻線Ｗの誘導起電圧の周期よりも短い周期の信号によって制御される。このため、バッテリ４に流れる電流が細かい精度で制御される。従って、エンジン１０の動作がより安定化する。
【００７３】
図８（Ａ）は、固定値制御の期間において、インバータ６１、バッテリ４、及び補機７の間で流れる電流を概略的に示すブロック図である。図８（Ｂ）は、基本制御の期間において、インバータ６１、バッテリ４、及び補機７の間で流れる電流を概略的に示すブロック図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）には、正の電源ラインに流れる電流が示されている。
【００７４】
図８（Ｂ）は、ビークル１が停止しているアイドリング時における基本制御の期間の電流の状態を示している。基本制御の期間では、インバータ６１から、補機７及びバッテリ４の両方に電流が流れる。
【００７５】
これに対し、図８（Ａ）に示す固定値制御の期間では、インバータ６１から流れる電流Ｉｆが、実質的に、図８（Ｂ）に示すアイドリング時における基本制御の期間において始動発電機２０により発電される電流Ｉｂの値よりも小さい固定値になるように制御される。
固定値制御（図１０のＳ１７）では、固定値が、バッテリ４へ流れる電流が実質的にゼロになるように設定されている。固定値制御の期間では、電流Ｉｆが、インバータ６１からバッテリ４に流れず、補機７に流れるように制御される。ただし、クランクシャフト１５の回転速度が変動する短期間、バッテリ４には電流が流れる。
【００７６】
図９は、固定値制御の期間における、インバータ６１の電流及びクランクシャフト１５の回転速度の変化を示すグラフである。
図９のグラフの横軸は時間である。固定値制御の期間において、インバータ６１は、インバータ６１から流れる電流が、実質的に固定値Ｉｆになるように制御される。固定値Ｉｆは、アイドリング時における基本制御の期間において始動発電機２０により発電され得る電流値Ｉｂよりも小さい。つまり、固定値Ｉｆは、アイドリング時において始動発電機２０により発電され得る最大電流値よりも小さい。
【００７７】
クランクシャフト１５の回転速度Ｖａは、エンジン１０の行程に応じて変動する。インバータ６１は、インバータ６１から流れる電流が、実質的に固定値Ｉｆになるように制御される。ただし、インバータ６１から流れる電流は、制御による調整が完了するまでの期間、クランクシャフト１５の回転速度Ｖａの変動の影響を受ける。
例えば、クランクシャフト１５の回転速度Ｖａが増大すると始動発電機２０の出力電圧が増大する。このため、インバータ６１から流れる電流Ｉｄｃが固定値Ｉｆよりも増大する。逆に、クランクシャフト１５の回転速度Ｖａが減少すると、インバータ６１から流れる電流Ｉｄｃが固定値Ｉｆよりも減少する。
複数のスイッチング部６１１〜６１６は、インバータ６１から流れる電流が実質的に固定値Ｉｆになるように制御されている。
具体的には、インバータ６１から流れる電流が固定値Ｉｆより小さくなる場合、インバータ６１は、電流を増加するよう制御される。インバータ６１から流れる電流が固定値Ｉｆより大きくなる場合、インバータ６１は、電流を減少させるよう制御される。これにより、インバータ６１から流れる電流が実質的に固定値Ｉｆになる。
【００７８】
インバータ６１から流れる電流が、実質的に固定値Ｉｆになるように制御される。ただし、インバータ６１から流れる電流は、制御で調整されるまでの期間、クランクシャフト１５の回転速度Ｖａの変動の影響を受ける。
クランクシャフト１５の回転速度Ｖａが増大するとインバータ６１からバッテリ４に流れる電流Ｉｄｃが固定値Ｉｆよりも増大する。この場合、発電電流が増大することによって、クランクシャフト１５の回転に対する始動発電機２０の負荷が微少に増加する。この結果、クランクシャフト１５の回転速度の増大が抑えられる。逆に、クランクシャフト１５の回転速度が減少する場合、回転速度の減少が抑えられる。
図９には、バッテリ４が接続されていない場合における回転速度Ｖｒが、参考例として破線で示されている。
本実施形態において、複数のスイッチング部６１１〜６１６は、インバータ６１から流れる電流が実質的に固定値Ｉｆになるように制御されている。この結果、回転速度Ｖａの変動が抑えられている。このように、制御の応答期間に対応する短期間での変動について、回転が安定化する。
【００７９】
また、固定値制御の期間において、インバータ６１から流れる電流が、実質的にアイドリング時における基本制御の期間において始動発電機２０により発電され得る電流値Ｉｂよりも小さい固定値Ｉｆになるように制御される。従って、エンジン１０から見た始動発電機２０の負荷は、アイドリング時における負荷よりも小さい。このため、エンジン１０の燃料効率が高い。
また、固定値制御の期間において、バッテリ４の充電レベルの低下が抑えられる。
【００８０】
本実施形態の制御では、インバータ６１から流れる電流Ｉｄｃが、実質的に固定値Ｉｆになるように制御される。このため、例えばエンジンの行程に応じて、発電の制御と力行の制御を切換える場合のような、制御の切換え時に負荷が不安定になる事態の発生が抑えられる。従って、エンジンの回転がより安定化するとともに、エンジンの燃料効率が高まる。
【００８１】
［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。
【００８２】
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。
本実施形態は、図５に示すステップＳ１５が省略されている点において、第一実施形態と異なる。
本実施形態では、車速がゼロで無い場合、即ちビークルが走行中であっても、固定値制御条件が成立すれば（Ｓ１６でＹｅｓ）、固定値制御（Ｓ１７）を実施する。
【００８３】
本実施形態によれば、ビークル１がアイドリング時以外の場合でも、エンジンの回転が安定化するとともに、エンジンの燃料効率が高まる。
【００８４】
［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。
【００８５】
図１１は、第三実施形態におけるインバータ６１、バッテリ４、及び補機７の間で流れる電流を概略的に示すブロック図である。
【００８６】
本実施形態において、固定値は、インバータ６１から出力される電流がゼロになるように設定されている。この場合、バッテリ４から出力された電流が、補機７へ流れる。つまり、バッテリ４は放電状態となる。
【００８７】
発電制御部６２２は、インバータ６１から流れる電流が、実質的にゼロになるようにスイッチング部６１１〜６１６を制御する。これによって、インバータ６１から流れる電流が、ゼロとなるように継続的に制御される。
この場合、エンジン１０の回転に対する始動発電機２０の負荷が、最小に抑えられる。従ってエンジンの回転が安定化するとともに、エンジンの燃料効率が高まる。
【００８８】
なお、上述した第一実施形態から第三実施形態では、ベクトル制御を行う例を説明した。ただし。スイッチング部６１１〜６１６の制御方式は、これに限られない。スイッチング部６１１〜６１６の制御方式は、例えば位相制御方式であってもよい。
位相制御は、インバータ６１に備えられた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。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。始動発電制御部６２は、は、位相制御において、複数のスイッチング部６１１〜６１６のそれぞれを、ステータ巻線Ｗの誘導起電圧の周期と等しい周期で１回ずつオン・オフさせる。制御装置６０は、ステータ巻線Ｗの誘導起電圧に対し、複数のスイッチング部６１１〜６１６それぞれのオン・オフ動作の位相を制御する。
【００８９】
図１２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１２におけるＶｕ、Ｉｕ、Ｖｓｕｐ、及びＶｓｕｎは、図７と同一である。
位相制御において、始動発電制御部６２は、始動発電機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、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。
始動発電制御部６２は、例えば、電流センサ６４（図４参照）による検出結果に基づいて、バッテリ４に流れる電流を検出する。始動発電制御部６２は、バッテリ４に流れる電流がゼロになるよう、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。これによって、始動発電制御部６２は、インバータ６１から流れる電流が固定値となるよう制御を行う。つまり、始動発電制御部６２は、固定値を制御目標として、インバータ６１から流れる電流を制御するフィードバック制御を実施する。
【００９０】
なお、上述した実施形態では、電流センサ６４が、バッテリ４とインバータ６１とを接続するラインのうち、補機７への分岐点とバッテリ４との間に設けられている構成を説明した。電流センサの位置は、これに限られず、例えば、バッテリとインバータとを接続するラインのうち、補機への分岐点とインバータの間に設けられてもよい。
【００９１】
また、上述した実施形態では、前照灯７が補機７であると説明した。本発明における補機は、前照灯に限られない。本発明における補機は、始動発電機及びバッテリ以外に、電力の供給を受けて動作する装置であればよく、例えば、制御装置、燃料ポンプが含まれる。
【００９２】
また、上述した実施形態では、図９を参照してインバータ６１から流れる電流Ｉｄｃが固定値Ｉｆよりも減少する場合について説明した。本発明では、インバータから流れる電流が固定値より大きい時に、インバータから流れる電流を減少させることには、インバータから流れる電流が負の電流となることも含まれる。即ち、インバータから流れる電流を減少させることには、インバータに電流が入力されることも含まれる。
【００９３】
また、上述した実施形態では、インバータ６１から流れる電流を固定値になるように制御するか否か判別する固定値制御条件として、バッテリ４の充電レベルの例を説明した。固定値制御条件はこれに限られず、例えば、ビークルが停止していることであってもよい。
【００９４】
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。
【００９５】
また、上述した実施形態では、始動発電機の一例として三相ブラシレス型モータを示した。ただし、本発明の始動発電機のステータ巻線の構成は、三相構成に限られず、例えば、二相構成、又は四相以上の構成であってもよい。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
本発明は、上述した例に限定されず、例えば、下記（６）から（９）の構成を採用し得る。下記（６）から（９）の実施形態としては、上述した実施形態が挙げられる。
【００９９】
（６）  （１）から（５）いずれか１のビークルであって、
前記ビークルは、補機を備え、
前記固定値は、前記インバータから前記補機へ供給される電流値として固定された値である。
【０１００】
（７）  （１）から（６）いずれか１のビークルであって、
前記ビークルは、前記インバータから流れる電流又は前記バッテリに流れる電流を検出するための電流センサを備える。
【０１０１】
（８）  （１）から（７）いずれか１のビークルであって、
前記ビークルは、前記始動発電機における少なくとも１相の電流を検出するための電流センサを備える。
【０１０２】
（９）  （１）から（８）いずれか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スロットを通る巻線とを有し、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、ステータを備え、
前記ロータは、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。
【０１０３】
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】
【０１０４】
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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【図１１】
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【図１２】
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