(57)【要約】【課題】制御回路部とステータ、ロータを有する回転電機本体が一体となった車両等に用いられる発電電動機に於いて、発熱が大きいステータからの熱流でエンジン停止時のスイッチング素子の温度が上昇して、再始動時における発熱によってスイッチング素子が過熱する恐れがあった。【解決手段】停止中のエンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンが停止したとき、前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度の推定に基づいて前記エンジンの停止を継続させる停止継続時間を設定し、前記エンジンが停止中に前記停止継続時間が経過したとき前記再始動を行わせるようにしたものである。【選択図】図２
2009091990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸に連結される回転子と交流固定子巻線を有する固定子とを備えた発電電動機本体と、前記発電電動機本体に搭載され複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記交流固定子巻線と直流電源との間の電力変換を行うスイッチング回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置部と、前記回転子に固定され前記発電電動機本体及び前記スイッチング回路部を冷却する冷却ファンとを備えた発電電動機であって、停止中の前記エンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンが停止したとき、前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度の推定に基づいて前記エンジンの停止を継続させる停止継続時間を設定し、前記エンジンが停止中に前記停止継続時間が経過したとき前記再始動を行わせることを特徴とする発電電動機。
【請求項２】
前記停止継続時間は、前記スイッチング素子の温度が前記エンジンの再始動後に前記スイッチング素子の許容温度以下となる時間であることを特徴とする請求項１に記載の発電電動機。
【請求項３】
エンジンの出力軸に連結される回転子と交流固定子巻線を有する固定子とを備えた発電電動機本体と、前記発電電動機本体に搭載され複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記交流固定子巻線と直流電源との間の電力変換を行うスイッチング回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置部と、前記回転子に固定され前記発電電動機本体及び前記スイッチング回路部を冷却する冷却ファンとを備えた発電電動機であって、停止中の前記エンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の温度閾値に達したとき前記再始動を行わせることを特徴とする発電電動機。
【請求項４】
前記所定の温度閾値は、前記スイッチング素子の温度が前記エンジンの再始動後に前記スイッチング素子の許容温度以下となる許容温度閾値であることを特徴とする請求項３に記載の発電電動機。
【請求項５】
前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度は、前記エンジンの停止前に於ける、前記エンジンの回転数と発電出力と前記スイッチング素子のデューティ比とのうち、少なくとも何れかに基づいて推定されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の発電電動機。
【請求項６】
前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度は、前記発電電動機本体若しくはその周辺の温度を検出する少なくとも１つの温度検出器による検出温度に基づいて推定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の発電電動機。
【請求項７】
前記温度検出器は、前記固定子の温度を検出するものであることを特徴とする請求項６に記載の発電電動機。
【請求項８】
エンジンの出力軸に連結される回転子と交流固定子巻線を有する固定子とを備えた発電電動機本体と、前記発電電動機本体に搭載され複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記交流固定子巻線と直流電源との間の電力変換を行うスイッチング回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置部と、前記回転子に固定され前記発電電動機本体及び前記スイッチング回路部を冷却する冷却ファンとを備えた発電電動機であって、停止中の前記エンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置と、前記エンジンが停止したとき前記エンジンの停止後の温度検出動作を実行する温度検出部とを有し、前記再始動制御装置は、前記温度検出動作による前記温度検出部からの信号に基づいて前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の温度閾値に達したとき前記再始動を行わせることを特徴とする発電電動機。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、前記発電電動機本体のハウジングに固定部材を介して固定されたヒートシンクに搭載されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の発電電動機。
【請求項１０】
前記ヒートシンクは、前記固定子巻線に電気的に接続され、前記スイッチング素子に流れる電流の経路を構成していることを特徴とする請求項９記載の発電電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子巻線に交流電力を発生する発電機機能と回転子に回転トルクを発生する電動機機能とを切替えて動作することができる発電電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両等に用いられる発電電動機は、回転伝達手段を介してエンジンに連結される回転子と、交流固定子巻線を有する固定子とを備えており、車両の運転状況に応じて、回転子がエンジンからの回転トルクを受けて回転し交流固定子巻線に交流電力を発生させる発電機動作モードと、交流固定子巻線に供給される交流電力により回転磁界を発生して回転子に回転トルクを発生する電動機動作モードとを、切替えて動作するように構成されている。
【０００３】
そして、発電機動作モード時には、直流電源であるバッテリの直流電力は、インバータとして動作するスイッチング回路部により交流電力に変換されて交流固定子巻線に供給され、電動機動作モード時には、交流固定子巻線に発生した交流電力は、コンバータとして動作するスイッチング回路部により直流電力に変換されてバッテリに供給される。
【０００４】
電力変換を行うスイッチング回路部は、ゲート駆動回路部により与えられるゲート信号によりオン、オフ制御される複数のスイッチング素子を備えているが、通常、このスイッチング回路部は、ゲート駆動回路部を備えた制御装置部と共に、発電電動機と共に車両に搭載されるが、その搭載のために車両にスペースが必要であり、又、スイッチング回路部と発電電動機本体との電気的接続を行うためのハーネス等が必要である。
【０００５】
このため、従来、スイッチング回路部と制御装置部とを発電電動機本体のハウジングに搭載し、スイッチング回路部と発電電動機本体とを電気的に接続するハーネスやスイッチング回路部を個別に取り付けるためのスペースを不要とする、所謂、制御装置一体型発電電動機が提案され、車両の小型軽量化に貢献する構造としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１に示された従来の制御装置一体型発電電動機は、エンジンの停止後にエンジンを再始動させたとき、その再始動動作によりスイッチング回路部の各半導体スイッチング素子の温度がその許容温度レベルを超えると思われる場合には、例えエンジンの自動停止動作を行わせる条件が整っていたとしてもエンジンの自動停止動作を禁止してエンジンの運転を持続させ、これにより、その後のエンジン始動動作を回避し、エンジンの再始動動作時に半導体スイッチング素子がその許容温度レベルを超える高温状態となることを防止するように構成されている。このため、スイッチング素子の温度が許容温度を超えることなく、動作信頼性の低下を防止しつつ、スイッチング回路の小型軽量化及びコスト低減を実現可能な車両用発電電動機とすることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１５６５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
車両等に用いられる発電電動機に於いては、特に温度に対する動作信頼性に敏感であるスイッチング素子を、その動作が保証できる許容温度内で動作させなければならないが、前述の特許文献１に記載されたような従来の発電電動機の場合、エンジンの停止後にエンジンを再始動させたときにその再始動動作により各半導体スイッチング素子の温度がその許容温度レベルを超えると思われる場合には、例えエンジン自動停止動作を行う条件が整っていたとしてもエンジン自動停止動作を禁止して、エンジンの運転を持続させるため、この制御動作が作動する割合だけ、所謂アイドルストップによる燃費向上効果、或いは排ガス低減効果が目減りしてしまうという課題があった。
【０００９】
この発明は、従来の発電電動機に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、スイッチング素子の許容温度を超えないようにエンジン停止動作を確実に実行し、車両の燃費低減に貢献し、かつ、小形・軽量化を実現することができる車両等に用いられる発電電動機を得ることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者等は、この発明を完成するきっかけとなる、エンジン自動停止前後に於ける制御装置一体型発電電動機の極めて特徴的な熱的挙動を見出した。その特徴的な熱的挙動は、制御装置一体型発電電動機の場合、発電電動機本体の固定子に施された固定子巻線が、発電された電流によるジュール熱により温度上昇し、又、その大きな電流をスイッチするスイッチング素子は、損失が大きいために自己発熱して温度上昇するが、抵抗損失の割合的には、発電出力の大きさによっては固定子巻線の温度上昇の方がスイッチング素子の温度上昇より大きくなるということである。
【００１１】
通常、制御装置一体型発電電動機では、前述の特許文献１にも説明されているように、回転子の端面に固定されている冷却ファンが回転子と共に回転することにより冷却風を発生させ、スイッチング素子並びに固定子及び固定子巻線を冷却する。このような状態でエンジンを停止させると、エンジンにより駆動されていた回転子も停止し、従がって冷却ファンも停止するために冷却風の流れが停滞する。その結果、固定子と固定子巻線、及びスイッチング素子の冷却性が悪化する。
【００１２】
このため、固定子巻線から発電電動機本体のハウジング等を通じてスイッチング素子に向かう熱流が発生し、自身では発熱していないにも関わらず、エンジン停止中のスイッチング素子の温度が上昇する。エンジンの停止状態を続けると、停止直後の温度や停止している時間によっては、その後のエンジンの始動動作並びに強発電状態に於いて、エンジン停止中の温度上昇分に加えてこれらの動作時に於ける自身の発熱により、スイッチング素子がその許容温度を超える可能性が生じてくる。
【００１３】
しかし、前述の従来の制御装置一体型発電電動機では、エンジン再始動動作時の温度上昇分がエンジン停止中のときの温度に上積みされて、スイッチング素子の温度がその許容温度を超える場合にのみ着目しており、エンジン停止中に於ける発電電動機の固定子及び固定子巻線からスイッチング素子が受熱して温度が上昇することについて配慮がなされているとはいえない。
【００１４】
特に、コンパクトな車両用の発電電動機を実現するにあたっては、必然的に固定子巻線とスイッチング素子とは互いに近接的に配置されることになり、スイッチング素子の固定子及び固定子巻線からの受熱作用はよりいっそう大きくなるものといえる。これに対して、受熱による温度上昇分を予め考慮した上でヒートシンク等の放熱部品の設計を実施すれば問題はないが、その場合、総じてヒートシンクの大形化やファンの騒音悪化などの弊害が懸念される。従がって、スイッチング素子の受熱作用に配慮したエンジン停止、再始動の制御が車両用発電電動機の小形・軽量化のためには必要になる。
【００１５】
この発明は、前述したエンジン自動停止前後に於ける制御装置一体型発電電動機の極めて特徴的な熱的挙動に着目してなされたものであり、以下の通り構成される。
【００１６】
この発明に係る発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される回転子と交流固定子巻線を有する固定子とを備えた発電電動機本体と、前記発電電動機本体に搭載され複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記交流固定子巻線と直流電源との間の電力変換を行うスイッチング回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置部と、前記回転子に固定され前記発電電動機本体及び前記スイッチング回路部を冷却する冷却ファンとを備えた発電電動機であって、停止中の前記エンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンが停止したとき、前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度の推定に基づいて前記エンジンの停止を継続させる停止継続時間を設定し、前記エンジンが停止中に前記停止継続時間が経過したとき前記再始動を行わせるようにしたものである。
【００１７】
又、この発明に係る発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される回転子と交流固定子巻線を有する固定子とを備えた発電電動機本体と、前記発電電動機本体に搭載され複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記交流固定子巻線と直流電源との間の電力変換を行うスイッチング回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置部と、前記回転子に固定され前記発電電動機本体及び前記スイッチング回路部を冷却する冷却ファンとを備えた発電電動機であって、停止中の前記エンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の温度閾値に達したとき前記再始動を行わせるようにしたものである。
【００１８】
更に、この発明に係る発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される回転子と交流固定子巻線を有する固定子とを備えた発電電動機本体と、前記発電電動機本体に搭載され複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記交流固定子巻線と直流電源との間の電力変換を行うスイッチング回路部と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置部と、前記回転子に固定され前記発電電動機本体及び前記スイッチング回路部を冷却する冷却ファンとを備えた発電電動機であって、停止中の前記エンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置と、前記エンジンが停止したとき前記エンジンの停止後の温度検出動作を実行する温度検出器とを有し、前記再始動制御装置は、前記温度検出動作による前記温度検出器からの信号に基づいて前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の温度閾値に達したとき前記再始動を行わせるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明による発電電動機によれば、停止中のエンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンが停止したとき、前記エンジンが停止する前の運転状態に基づいて前記エンジンの停止を継続させる停止継続時間を設定し、前記エンジンが停止してから前記停止継続時間が経過したとき前記再始動を行わせるようにしたので、エンジンが再始動してもスイッチング素子が許容温度を超えないようにエンジン停止動作を確実に実行し、車両の燃費低減に貢献し、且つ、発電電動機の小形・軽量化を実現することができる。
【００２０】
又、この発明による発電電動機によれば、停止中のエンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置を備え、前記再始動制御装置は、前記エンジンの停止中に於ける前記スイッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の閾値に達したとき前記再始動を行わせるようにしたので、エンジンを再始動してもスイッチング素子の許容温度を超えないようにエンジン停止動作を確実に実行し、車両の燃費低減に貢献し、且つ、車両用発電電動機の小形、軽量化を実現することができる。
【００２１】
更に、この発明による発電電動機によれば、停止中のエンジンを自動的に再始動さ
せ得る再始動制御装置と、前記エンジンが停止したとき前記エンジンの停止後の温度
検出動作を実行する温度検出器とを有し、前記再始動制御装置は、前記温度検出動作
による前記温度検出器からの信号に基づいて前記エンジンの停止中に於ける前記スイ
ッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の温度閾値に達したとき前記
再始動を行わせるようにしたので、エンジン停止後のスイッチング素子の温度を温度検出器で推定することによって、リアルタイムで受熱による温度上昇過程を監視することができるため、精度の高い自動再始動動作のタイミングがより正確に捉えることができて動作信頼性がさらに向上するとともに、いっそうの燃費向上、排ガス低減に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る発電電動機の断面図である。この実施の形態１に係る発電電動機１００は、自動車等の車両に搭載される車両用の発電電動機として構成されている。発電電動機本体１は、固定子巻線１６ａを備えた固定子１６と、界磁巻線である回転子巻線１４とクローポール形磁極１５ａを備えた回転子１５と、固定子１６をその軸方向両端部から締結ボルト（図示せず）により挟持するフロントブラケット１０及びリヤブラケット１１と、フロントブラケット１０及びリヤブラケット１１に軸受１２ａ、１２ｂにより回動自在に支持されたシャフト１３とを備えている。
【００２３】
一対の冷却ファン１７、５２は、夫々、回転子１５の軸方向両端面の外縁部近傍に固定されており、回転子１５と一体に回転する。冷却ファン５２が回転すると、図中に矢印Ｆで示すように、冷却風が、後述のケース３０、３１の側部の空間部から発電電動機本体１の内部に流入し、リヤブラケット１１の排気口から外部に排出される。この冷却風により、ヒートシンク５０、５１を介して後述のスイッチング素子４１ａ、４１ｂ、及び固定子１６、固定子巻線１６ａ等が冷却される。
【００２４】
回転子１５は、シャフト１３に固定され、その外周面が固定子１６の内周面と所定の間隙を介して対向して固定子１６の内側空間部に配置されている。プーリ１８は、シャフト１３の一方の軸方向端部に固定されており、ベルト等の回転伝達手段（図示せず）を介してエンジン（図示せず）に連結されている。回転子１５は、回転伝達手段を介してエンジンとの間でトルクの授受を行う。
【００２５】
スイッチング回路部４は、固定子巻線１６ａに流れる電流を制御するための半導体スイッチング素子４１ａ、４１ｂ（以下、単に、スイッチング素子と称する）、及びこれらのスイッチング素子４１ａ、４１ｂを冷却するためのヒートシンク５０、５１等から構成されている。このスイッチング回路部４は、ヒートシンク５０、５１が固定部材（図示せず）を介してリヤブラケット１１に固定されることにより、リヤブラケット１１の軸方向外側に搭載されている。
【００２６】
制御装置部４４は、スイッチング素子４１ａ、４１ｂのゲートを駆動するゲート駆動回路、発電電動機としての機能を制御するための制御回路、及び回転子巻線１４に流れる界磁電流を調整する界磁電流制御装置等から構成され、ケース３０、３１に収納されてリヤブラケット１１の軸方向外側に固定されて搭載されている。図示のように、制御装置部４４は、スイッチング回路部４よりリヤブラケット１１の軸方向の外側に配置されている。
【００２７】
一対のブラシ２０ａ、２０ｂを摺動自在に収納するブラシホルダ１９は、リヤブラケット１１の軸方向外側の表面とケース３０との間に配置されてリヤブラケット１１に固定されている。一対のブラシ２０ａ、２０ｂは、夫々シャフト１３に固定された一対のスリップリング２１ａ、２１ｂに摺動接触し、回転子巻線１４に界磁電流を供給する。
【００２８】
レゾルバ等の回転数検出器２２は、その回転子２２ａがシャフト１３の他方の軸方向端部に固定され、固定子巻線２２ｃを備えた固定子２２ｂがケース３０に固定されている。回転数検出器２２は、シャフト１３が回転することにより回転子２２ａが回転し、その回転数に比例した出力を固定子巻線２２ｃから発生する。回転数検出器２２からの出力はエンジン７０の回転数に比例しているので、回転数検出器２２の出力に基づく回転数を以下の説明ではエンジンの回転数と称することもある。尚、回転数検出器２２に代えてホール素子を利用した回転数検出機構を用いることもできる。
【００２９】
図２は、この発明の実施の形態１に係る発電電動機１００及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。図２に於いて、３相ハーフブリッジ回路を構成するスイッチング回路部４は、上アームの夫々に挿入された電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなる３個のスイッチング素子４１ａと、下アームの夫々に挿入された電界効果形トランジスタからなる３個のスイッチング素子４ｂとを備えている。スイッチング回路部４の直流側端子には、平滑コンデンサ４１ｅが接続されている。直流電源としてのバッテリ９０は、スイッチング回路部４の直流側端子に接続されている。
【００３０】
３相Ｙ結線された固定子巻線１６ａの夫々の端子は、スイッチング回路部４の上アームと下アームとの間の端子に夫々接続されている。尚、固定子巻線１６ａは、デルタ結線であっても良い。回転子巻線１４は、界磁電流調整装置４４ｂに接続されており、界磁電流制御装置４４ｂにより回転子巻線１４に流れる界磁電流が調整される。
【００３１】
制御装置部４４は、ゲート駆動回路４４ａと、界磁電流制御装置４４ｂと、再始動制御装置４４ｃとを備えている。ゲート駆動回路４４ａは、スイッチング回路部４のスイッチング素子４１ａ、４１ｂのゲートに駆動信号を与えてスイッチング素子４１ａ、４１ｂのオン、オフ制御を行なってスイッチング回路部４を制御すると共に、界磁電流制御装置４４ｂのスイッチング素子（図示せず）のゲートに駆動信号を与えてその導通制御を行ない、界磁電流制御装置４４ｂを制御する。
【００３２】
再始動制御装置４４ｃは、後述するように、回転数検出器２２からのエンジンの回転数に対応した信号と、電流検出器６０からの発電出力に対応した信号に基づいて、エンジン７０の停止期間中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度を推定し、その推定値に基づいてエンジン７０の停止を継続する停止継続時間を設定し、エンジン７０の停止期間中にその停止継続時間が経過したとき、エンジン７０を再始動させる再始動信号４４ｃｓを発生し、発電電動機１００が電動機動作モードとなるようにゲート駆動回路４４ａを制御し、停止中のエンジン７０を再始動させる。
【００３３】
電流検出器６０は、スイッチング素子４１ａ、４１ｂからバッテリ９０に至る回路に設置された電流センサ（図示せず）により構成され、直接的にその回路に流れる電流を検出する。電流検出器６０は、発電機動作モード時及び電動機動作モード時の何れの動作状態に於いても電流を検出することができるが、特に発電機動作モード時の発電出力に着目しているので、以下の説明では、電流検出器６０により検出される電流を出力電流と称し、出力電流は発電出力に対応していることから、単に、発電出力と称することもある。
【００３４】
尚、出力電流は、固定子巻線１６ａからスイッチング素子４１ａ、４１ｂに至る３相出力線の抵抗成分を予め測定し、相電圧等の出力電圧を検出することによって出力電流に換算して得ることもできる。或いは、出力電流は、エンジンの回転数と界磁電流を観測することにより推定することも可能である。この場合、界磁電流は、界磁電流制御装置４４ｂに電流センサを設けて検出してもよく、又、界磁回路の電圧及び界磁電流を調整するために界磁電流制御装置４４ｂに実装された界磁電流用スイッチング素子のデューティ比を回路内で直接観測することで、電流センサといった部品を設けることなく界磁電流を推定することができる。特に、界磁電流を検出する電流センサとしてシャント抵抗を設けてこの端子間電圧を測定して電流を割り出すことが安価な方法として有用であるが、界磁電流の大きさによっては発熱を伴うため、放熱する必要がある。このように電流センサが不要な電流推定方法では、放熱のための構造や部材もシャント抵抗と併せて不要となるため、小形、低コスト化に対して価値が高い。
【００３５】
通常時には、発電電動機１００は、車両及びエンジン７０の動作状態に基づいてＥＣＵ８０からの制御信号８０ｓを受け、発電機動作モード又は電動機動作モードとして制御される。即ち、発電機動作モードでは、スイッチング回路部４がコンバータとして同期整流動作を行うようにスイッチング素子４１ａ、４１ｂがオン、オフ制御される。これにより固定子巻線１６ａの交流電力は直流電力に変換され、バッテリ９０が充電される。このとき、回転子巻線１４には、界磁電流制御回路４４ｂにより制御された界磁電流が供給され、回転子１５の起磁力が調整されて固定子巻線１６ａの発電出力が調整される。
【００３６】
他方、電動機動作モードでは、スイッチング回路部４がインバータとして動作するようにスイッチング素子４１ａ、４１ｂがオン、オフ制御される。これによりバッテリ９０からの直流電力は３相交流電力に変換され、固定子巻線１６ａに供給される。３相交流電力が供給された固定子巻線１６ａは、回転磁界を発生して回転子１５に回転トルクを発生させる。回転子１５は、プーリ１８及び回転伝達手段を介してエンジン７０にトルクを与え、エンジン７０を始動させ若しくは車両の駆動力を賄う。このとき、回転子巻線１４には、界磁電流制御回路４４ｂにより制御された界磁電流が供給され、回転子に発生する回転トルクが調整される。
【００３７】
前述のように回転子１５と一体に回転する冷却ファン５２により、冷却風が、図１に示す矢印Ｆのようにリヤブラケット１１の軸方向外側から発電電動機本体１内に流入しリヤブラケット１１の周面開口部から発電電動機本体１の外部へ排出される。発電電動機１００に於いては、固定子巻線１６ａ並びにスイッチング回路部４の発熱が大きいが、冷却ファン５２により流れる冷却風によりヒートシンク５０、５１、及び固定子巻線１６ａが冷却される。
【００３８】
回転子１５の軸方向端面の外縁部近傍に配置されている冷却ファン５２は、回転子１５が回転しているときには回転子１５と同期して回転し冷却風を発生するが、エンジン７０が停止しているとき即ち回転子１５が停止しているときは当然ながら回転せず、従がって冷却風も発生しない。
【００３９】
図３は、発電電動機１００の動作中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度変化を示すグラフである。図３に於いて、エンジン７０を始動させるために、時点ｔ０に於いて回転子巻線１４への界磁電流の供給を開始し、同時に固定子巻線１６ａへの３相交流電力の供給を開始して発電電動機１００を電動機動作モードＭ１で動作させる。このとき、停止しているエンジン７０を回転させるためには大きな回転トルクが必要であり、回転子巻線１４及び固定子巻線１６ａには大きな電流が供給される。
【００４０】
通常、エンジン始動に必要な時間は、１秒未満と僅かな時間であるが、スイッチング素子４１ａ、４１ｂに発生する抵抗損失が大きく、ＴＨ１に示すように短時間で急激にスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が上昇する。時点ｔ１にてエンジン７０が始動すると、発電電動機１００は発電機動作モードＧ１で動作する。このとき、図３には図示していないが、場合によってはエンジン７０の始動動作後に、電圧が低下したバッテリ９０を充電するために強発電動作が行われ、固定子巻線１６ａに大きな電流が流れるのでスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇が継続されることがある。
【００４１】
エンジン７０が始動し、発電電動機１００の始動電流が停止し若しくは強発電動作が停止した後は、固定子巻線１６ａの電流が減少するので、ＴＨ２に示すようにスイッチング素子４１ａ、４１ｂは急激に温度が低下する。発電電動機１００が電動機動作モードＭから発電機動作モードＧに切替わると、回転数や、発電電流量によってスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度は変化するが、ＴＨ３に示すようにほぼ温度飽和傾向となる。
【００４２】
発電機動作モード時には、スイッチング素子４１ａ、４１ｂに流れる電流の方向は、エンジン始動時に於ける電動機動作モード時とは逆方向となるが、スイッチング素子４１ａ、４１ｂに電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いることにより同期整流動作を行い、チャネル部が発電時の電流を流すことができるので、発電機動作モード時に於いてもオン抵抗の小さいチャネル部を通して発電電流を流すことができる。一方、固定子巻線１６ａは、出力の値によっては発熱が大きくなり、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度よりも固定子巻線１６ａ及び固定子１６の温度の方が高い状態となる場合がある。
【００４３】
次に、このような発電機動作モードの状態から、時点ｔ２に於いてエンジン７０が停止した場合を考える。時点ｔ２でエンジン７０が停止した後には、冷却ファン５２も停止して冷却能力が著しく低下するため、固定子１６の蓄熱がスイッチング回路部４へ伝わり、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度を徐々に引き上げる現象を引き起こす。特にヒートシンク５０、５１が固定部材を介してリヤブラケット１１に取り付けられているので、固定子１６からリヤブラケット１１、固定部材を通ってヒートシンク５０、５１に接触しているスイッチング素子４１ａ、４１ｂに伝達される熱量が大きいため、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はより上昇する。
【００４４】
時点ｔ２でのエンジン停止後、ほどなくして時点ｔ３に於いてエンジンを再始動する場合には、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度は停止直後と比べて殆ど変化してないため、再始動後のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度は、破線ＴＨ４で示すようにスイッチング素子４１ａ、４１ｂの許容温度ＴＨ０以下に収まる。しかしながら、エンジン停止時間ＳＴが長くなるとその時間経過に従がって、固定子１６からの受熱によりスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はＴＨ５に示すように増加して行く。
【００４５】
そして、所定の温度Ｔ１を超えた温度にある時点ｔ４で電動機動作モードによりエンジン７０を再始動した場合、ＴＨ６に示すようにスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が上昇し、そのピーク値が許容温度ＴＨ０をΔＴだけ超えてしまうことになる。その後、発電機動作モードとなってスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はＴＨ７に示すように低下する。
【００４６】
次に、エンジン停止時に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度状態について、更に詳しく説明する。図４は、エンジン７０を停止した前後に於ける固定子巻線１６ａ、並びにスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度変化を示すグラフである。エンジン停止前の発電機動作モードＧの状態に於いて、固定子巻線１６ａの温度Ｔ１６ａは、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度ＴＨ４１よりも高い。これは、固定子巻線１６ａ及びスイッチング素子４１ａ、４１ｂの発熱量や冷却状態が異なり、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの発熱量が固定子巻線１６ａより小さいため、このような温度状態になる場合が多い。
【００４７】
エンジン７０が停止してエンジン停止期間ＳＴに入った直後から、固定子巻線１６ａの温度は低下して行くが、エンジン停止期間ＳＴが継続するに伴いスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が上昇して行き、ある時点で温度飽和状態となる。エンジン停止直後のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度からの温度上昇分Ｔ１１は、エンジン停止後に固定子巻線１６ａを有する固定子１６からの受熱によるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇分ということになる。
【００４８】
このことは、温度の高い固定子１６から、温度の低いスイッチング素子４１ａ、４１ｂに向かって熱流が発生していることを示すものであり、スイッチング素子４１ａ、４１ｂは、固定子１６からの受熱により、自己発熱していなくても温度が上昇することを示している。又、エンジン７０の停止中は、冷却ファン５２も回転していないために、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの冷却は自然対流による熱伝達のみであり、このことがより固定子１６からの受熱を助長する。
【００４９】
このように、発明者等は、エンジンが停止中にもかかわらず、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が上昇する車両用発電電動機固有の現象を見出し、エンジン７０の停止時間ＳＴが長くなると、その後のエンジン７０の始動動作によるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの到達温度が、スイッチング素子の許容範囲ＴＨ０を超える恐れがあることを確認した。
【００５０】
通常時のエンジン７０の始動動作は、イグニッションスイッチやブレーキの踏み込み角度の減少といった運転者の操作状態を感知し、ＥＣＵ８０のコンピュータにより処理をしてエンジン始動指令を発電電動機１００が受け取ることにより行う。従がって、長時間にわたる人為的なエンジン停止動作が、スイッチング素子の許容温度オーバーを生じさせることになる。
【００５１】
この発明の実施の形態１では、再始動制御装置４４ｃにより、以下に説明する図５に示す動作を車両用の発電電動機１００に盛り込むことで、前述のスイッチング素子４１ａ、４１ｂがその許容温度ＴＨ０をオーバーして動作することを未然に防止するものである。
【００５２】
即ち、図５は、この発明の実施の形態１に係る発電電動機１００の動作中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度変化を示すグラフである。図５に於いて、時点ｔ０〜ｔ２までのスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度変化は、図３の場合と同様である。時点ｔ２に於いてエンジン７０が停止した後に、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が固定子１６からの受熱によってＴＨ５に示すように上昇する。
【００５３】
再始動制御装置４４ｃは、エンジン７０が停止した時点ｔ２からのエンジン７０の停止期間中に、スイッチング素子４１ａ、４１ｂが固定子１６からの受熱により到達するであろう温度を推定し、その温度がＴｔｈに到達するであろう時間を停止継続時間ＳＴ１として設定する。ここで、Ｔｔｈを許容温度閾値と称する。そして、再始動制御装置４４ｃは、エンジン７０の停止期間中にその停止継続時間ＳＴ１が経過した時点ｔ２１に於いてエンジン７０を再始動させる再始動信号４４ｃｓを発生し、ゲート駆動回路４４ａに入力する。ゲート駆動回路４４ａは、再始動信号４４ｃｓを受けて、直ちに電動機動作モードとしてスイッチング素子４１ａ、４１ｃを制御し、エンジン７０を自動的に再始動させ、スイッチング素子の許容温度オーバーを未然に防止する。
【００５４】
再始動制御装置４４ｃにより設定される停止継続時間ＳＴ１は、時点ｔ２１にて電動機動作モードで発電電動機１００が動作してエンジン７０を始動させたとき、スイッチング素子４１ａ、４１ｂが大電流により急激にＴＨ７に示すように温度上昇しても、そのピーク値がスイッチング素子４１ａ、４１ｂの許容温度ＴＨ０を超えない値となる時間に設定される。
【００５５】
即ち、この停止継続時間ＳＴ１は、エンジンの停止期間中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が、固定子１６からの受熱によりＴＨ５に示すように変化すると推定する場合に於いて、その推定したスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が、エンジン７０を始動させる電動機動作モード時のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇があっても、スイッチング素子４１ａ、４１ｂがその許容温度ＴＨ０を超えない許容温度閾値Ｔｔｈに達するまでの時間として設定される。
【００５６】
尚、実際には、制御装置一体型の車両用発電電動機は、使用する環境が温度的に苛酷な場合が多く、その場合には発電電動機本体１の温度が周辺の温度によって上昇させられることがある。従がって、許容温度閾値Ｔｔｈは、周囲温度による発電電動機本体１、特にスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇を織り込んだ次式による許容温度閾値Ｔｔｈ（ｊ−ａ）を用いることが好ましい。即ち、
許容温度閾値Ｔｔｈ（ｊ−ａ）＝許容温度閾値Ｔｔｈ−周囲温度上昇Ｔａ
である。従がって、許容温度閾値Ｔｔｈ（ｊ−ａ）は、許容温度閾値Ｔｔｈより周囲温度上昇Ｔａ分だけ時間的に早く到達することとなる。
【００５７】
尚、エンジン７０の停止期間中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が、許容温度閾値Ｔｔｈを超えてＴ１に達した時点ｔ４でエンジン７０を再始動させたときは、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度がＴＨ６のように上昇して許容温度ＴＨ０を超過することとなる。
【００５８】
次に、エンジン７０の停止継続時間ＳＴ１の設定について更に詳しく説明する。図６は、発電機動作モード時に於けるエンジン７０の回転数と、発電電動機本体１の固定子１６の温度及びスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度との関係を、実測データに基づいて示すグラフである。
【００５９】
図６に於いて、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、夫々、界磁電流が６．０[Ａ]、８．０[Ａ]、９．５[Ａ]のときのエンジン回転数に対する固定子１６の温度を示す特性曲線、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、夫々界磁電流が６．０[Ａ]、８．０[Ａ]、９．５[Ａ]のときのエンジン回転数に対するスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度を示す特性曲線である。図６に示されるように、界磁電流の値に応じて、固定子１６の温度がＡ１、Ａ２、Ａ３と異なる温度変化の特性を示し、同様に、界磁電流の値に応じて、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度がＢ１、Ｂ２、Ｂ３と異なる温度変化の特性を示す。又、図６から明らかなように、発電機動作モード時に於いて、同一の界磁電流であれば、固定子１６の温度はスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度よりも高くなっていることが分かる。
【００６０】
図７は、発電機動作モード時に於いて、異なる界磁電流毎の出力電流のエンジン７０の回転数依存性を示すグラフである。図７に於いて、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、夫々界磁電流が６．０[Ａ]、８．０[Ａ]、９．５[Ａ]のときに於ける、出力電流のエンジン回転数依存特性を示す特性曲線であり、エンジン回転数が増加するに従がって出力電流が増加することを示している。このことは、即ち、スイッチング素子４１ａ、４１ｂ及び固定子巻線１６ａの発熱量は、エンジン７０の回転数の増加に伴って増加することを意味する。
【００６１】
又、図７から明らかなように、同じ界磁電流の場合には、エンジン回転数が低いほど出力電流も小さいため、エンジン回転数が小さく従がって冷却ファン５２による冷却風量が小さくても、図6に示すように固定子１６及びスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇は小さい。
【００６２】
エンジン７０の回転数が高くなると、冷却ファン５２の冷却能力が向上する一方で出力電流も増加するため、図6に示すように固定子１６及びスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇は一時的に大きくなるが、その後はほぼ一定若しくはややエンジン回転数の増加とともに温度が低下することになる。又、同一のエンジン回転数では、界磁電流が大きいほど出力電流が大きいため、固定子１６及びスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度は高くなる。
【００６３】
以上のように、車両用の発電電動機１００の温度状態は、エンジン回転数と、発電電流即ち発電出力とに依存していることから、エンジン停止前のエンジン回転数と発電出力とから、エンジン停止後の固定子１６とスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度変化を推定することができる。
【００６４】
図８は、エンジン７０が停止する前のエンジン回転数と、エンジン停止後に到達するスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度との関係を、エンジン停止前の発電出力毎に示すグラフである。図８に於いて、夫々の特性曲線は、異なる発電出力毎の特性を示し、図の上方に位置する特性曲線の方が、下方に位置する特性曲線より発電出力が大である。
【００６５】
図８に於いて、例えば、エンジン停止前の或る発電出力のときの特性曲線Ｄ１についてみれば、エンジン停止前のエンジン回転数がＲ１であったとすると、エンジン停止後にスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はＴｎ１に到達するが、ンジン停止前のエンジン回転数がＲ２であったとすれば、エンジン停止後にスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はＴｎ２に到達する。又、エンジン停止前の別の発電出力のときの特性曲線Ｄ２についてみれば、エンジン停止前のエンジン回転数がＲ１であればエンジン停止後に到達するスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はＴｎ３であり、エンジン停止前のエンジン回転数がＲ２であればエンジン停止後に到達するスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度はＴｎ４となる。
【００６６】
図８から明らかなように、エンジン回転数がＲ１〜Ｒ２の範囲に於いて、エンジン回転数の上昇とともにエンジン停止後に到達するスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が低下する傾向が見られるが、これは、エンジン回転数の増加による発電出力の増大に伴うエネルギー損失の増加よりも、冷却ファン５２の回転数の上昇によってもたらされる冷却能力の向上の方が勝り、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇が低減することを示すものである。
【００６７】
エンジン停止前のエンジン回転数がＲ２以上となると、エンジン停止前の発電出力が何れの値であっても、エンジン停止前のエンジン回転数が大きいほどエンジン停止後のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの到達温度は高くなる。
【００６８】
図８に示す許容温度閾値Ｔｔｈは、エンジン７０を再始動したときスイッチング素子４１ａ、４１ｂがその許容温度ＴＨ０を超えることなく動作するための、エンジン停止期間中に於けるスイッチング素子の到達温度の限界値であり、次式により求めることができる。
（許容温度閾値Ｔｔｈ）＝（スイッチング素子の許容温度ＴＨ０）−（エンジン始
動による温度上昇）
図８では、許容温度閾値Ｔｔｈ以下の領域を領域Ａ、許容温度閾値Ｔｔｈを越える領域を領域Ｂとして表示している。
【００６９】
エンジン停止後のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの到達温度が、領域Ａに含まれる値であれば、エンジン７０の停止を中断してエンジン７０を再始動せずにエンジン停止を持続しても、その後のエンジン始動によりスイッチング素子４１ａ、４１ｂがその許容温度ＴＨ０を超えて動作することはない。しかし、エンジン停止後のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの到達温度が領域Ｂに含まれる値であれば、エンジンを再始動するとスイッチング素子４１ａ、４１ｂがその許容温度ＴＨ０を超えて動作することとなる。従って、エンジン停止期間中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの到達温度が許容温度閾値Ｔｔｈを超えている時点での、エンジン７０の再始動は避けなければならない。
【００７０】
図９は、エンジン停止前のエンジン回転数と、エンジンの停止期間中にスイッチング素子が許容温度閾値Ｔｔｈに到達する停止継続時間ＳＴ１との関係を示すグラフである。図９に於いて、夫々の曲線は、異なる発電出力毎の特性曲線を示し、矢印の方向に位置する特性曲線ほど発電出力は小さい。尚、この場合、許容温度閾値Ｔｔｈは前述した許容温度閾値Ｔｔｈ（ｊ−ａ）を用いることが好ましい。こうすることによって、エンジンルーム等の車両用発電電動機の取り巻く温度変化が著しい場合に於いても、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇が過度になることなく、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの過熱破壊等の恐れもなく発電電動機として健全に作用することができる。
【００７１】
図９に於いて、今、特性曲線Ｅ１に着目すると、エンジン停止前のエンジン回転数がＲ１であったとすれば、停止継続時間はＳＴ１２となり、同様にエンジン回転数がＲ２であったとすれば停止継続時間はＳＴ１１となる。又、特性曲線Ｅ２では、エンジン停止前のエンジン回転数がＲ２であったとすると、停止継続時間はＳＴ１３となり、同様にエンジン回転数がＲ３であったとすると、停止継続時間はＳＴ１１となる。ここで、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３であり、ＳＴ１１＜ＳＴ１２＜ＳＴ１３である。
【００７２】
つまり、基本的には、エンジン停止前の発電出力が同じであれば、エンジン停止前のエンジン回転数が小さいほど停止継続時間ＳＴ１を長くとることができ、他方、エンジン停止前のエンジン回転数が同じであれば、エンジン停止前の発電出力が小さいほど停止継続時間ＳＴ１を長くとることができる。尚、特性曲線Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５に於いては、ほぼ垂直に立ち上がる垂直部分を有するが、この垂直部分に対応するエンジン停止前のエンジンの回転数では、エンジンの停止継続時間ＳＴ１による制限はなく、運転者の意思でエンジンを再始動させるまでエンジン７０を停止させることが可能である。
【００７３】
再始動制御装置４４ｃは、以上説明した技術的根拠に基づいて、図９に示すようなエンジン停止前のエンジン回転数と、エンジン停止前の発電出力と、エンジンの停止継続時間ＳＴ１との関係を予めメモリに記憶して格納しているものである。
【００７４】
以上のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る発電電動機に於いて、エンジン７０が停止したとき、再始動制御装置４４ｃは、回転数検出器２２から取得したエンジン停止前のエンジン回転数と、電流検出器６０から取得したエンジン停止前の発電出力とに対応するエンジンの停止継続時間ＳＴ１をメモリに予め記憶している情報から読み出し、その読み出した値を停止継続時間ＳＴ１として設定する。そして、エンジン７０の停止期間中にその停止継続時間ＳＴ１に達すれば、再始動信号４４ｃｓを発生してゲート駆動回路４４ａに入力する。
【００７５】
ゲート駆動回路４４ａは、再始動信号４４ｃｓが入力されると、直ちに発電電動機１００を電動機動作モードで動作させるようにスイッチング回路４のスイッチング素子４１ａ、４１ｂを駆動制御し、エンジン７０を運転者の意思に無関係に自動的に再始動させる。これにより、スイッチング素子４１ａ、４１ｂに過度の熱ストレスを与えてしまうおそれがなく、スイッチング素子の動作信頼性が向上する。
【００７６】
この発明の実施の形態1によれば、エンジンの停止継続時間ＳＴ１を、エンジン停止後の固定子からの熱流による温度変化分とその後のエンジン再始動動作及びその後に生じ得るバッテリ充電のための強発電動作による到達温度がスイッチング素子の許容温度を超えないように設定することで、スイッチング素子が過熱破壊することなく、高い信頼性を維持しながら動作させることができるとともに、許容温度を超えない範囲でエンジン停止動作を十分に実行することができるので、車両に対する燃費向上、排ガス低減効果が大きい。
【００７７】
特に、スイッチング回路部を有する制御装置が一体化もしくは内蔵された制御装置一体構造を有する車両用発電電動機では、小形、軽量化するにあたってより固定子とスイッチング回路部が近接配置されて受熱作用が大きくなり、更には、放熱性向上のため、熱伝導特性の良い材料を用いた部材が多用されることも受熱作用の増大に繋がるため、この発明の実施の形態１による発電電動機によって受熱によるスイッチング素子への過度なストレスを回避することは、発電電動機の小形、軽量化に大きな効果を発揮する。
【００７８】
又、制御回路部と発電電動機が一体となった制御装置一体型車両用発電電動機は、エンジン停止前の状態により停止継続期間を設けることで、エンジン停止直後のスイッチング素子の温度が許容温度閾値よりも低く時間的に遅れて固定子からの受熱によって温度上昇した再始動時のスイッチング素子の温度が許容温度閾値を超えるまでの間にはエンジン停止動作を維持することができるので、制御装置一体型の構造であってもアイドルストップ性能による車両の燃費改善効果が大きく、地球環境への貢献も顕著である。
【００７９】
実施の形態２．
図１及び図２に示す実施の形態１に係る発電電動機では、停止中のエンジンを自動的に再始動させ得る再始動制御装置４４ｃを備え、その再始動制御装置４４ｃは、エンジン７０が停止したとき、エンジンが停止する前の運転状態に基づいてエンジンの停止を継続させる停止継続時間を設定し、エンジンが停止してからその設定した停止継続時間が経過したときエンジンを再始動させるように構成されているが、実施の形態２に係る発電電動機は、再始動制御装置４４ｃは、エンジン７０の停止中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度を推定し、その推定した温度が所定の閾値に達したときエンジンを再始動させるように構成されるものである。その他の構成は、図１及び図２に示す実施の形態１の構成と同様である。
【００８０】
前述したように、スイッチング回路部４が発電電動機本体１に内蔵若しくは搭載されているような車両用の発電電動機に於いては、例えエンジン停止時にスイッチング素子４１ａ、４１ｂが低い温度であっても、温度が高い固定子１６側から熱流が発生することと回転子１５と一体化された回転ファン１７、５２が停止して冷却風が停滞することが重なって、徐々にスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が上がってくる。従って、エンジン停止後の温度を監視することがきわめて重要であり、エンジン停止後の温度情報に基づいてエンジン再始動動作を実行することが必要となる。
【００８１】
図１０は、この発明の実施の形態２に係る発電電動機を説明する説明図である。図１０に於いて、時点ｔ２に於いてエンジン７０が停止したとき、エンジン停止の継続に伴ってＴＨ５に示すようにスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が上昇するが、
その温度が予め設定した所定の温度閾値Ｔｔｈに達した時点ｔ２１を再始動制御装置４４ｃのコンピュータが判断し、運転者の意思に関わらず、その時点ｔ２１にてエンジン７０の再始動動作を行う。
【００８２】
ここで、所定の温度閾値Ｔｔｈは、エンジン始動後のスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇分を加味してスイッチング素子４１ａ、４１ｂの許容温度ＴＨ０を超えないように設定されるものであり、エンジン停止動作を実施しても、固定子巻線１６ａからの伝熱による温度上昇によってスイッチング素子４１ａ、４１ｂがその許容温度ＴＨ０を超えることがないため、スイッチング回路部４の誤動作や熱による破壊に至ることがなく、信頼性の高い車輌用発電電動機を実現することができる。所定の温度閾値Ｔｔｈは、以下の説明では許容温度閾値と称する。
【００８３】
制御装置一体型の車両用発電電動機は、使用する環境が温度的に苛酷な場合が多く、その場合には発電電動機本体１の温度が周辺の温度によって上昇させられることがある。従がって、周囲温度による発電電動機本体１、特にスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇を織り込んだ次式により許容温度閾値Ｔｔｈの判定をすることが好ましい。
許容温度閾値Ｔｔｈ（ｊ−ａ）＝許容温度閾値Ｔｔｈ−周囲温度上昇Ｔａ
【００８４】
従がって、許容温度閾値Ｔｔｈ（ｊ−ａ）は、許容温度閾値Ｔｔｈより周囲温度上昇Ｔａ分だけ時間的に早く到達することとなる。こうすることによって、エンジンルーム等の車両用発電電動機の取り巻く温度変化が著しい場合に於いても、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇が過度になることなく、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの過熱破壊等の恐れもなく発電電動機として健全に作用することができる。
【００８５】
再始動制御装置４４ｃは、時点ｔ２１に於いてエンジン７０を再始動させる再始動信号４４ｃｓを発生し、ゲート駆動回路４４ａに入力する。ゲート駆動回路４４ａは、再始動信号４４ｃｓを受けて、直ちに電動機動作モードとしてスイッチング素子４１ａ、４１ｃを制御し、エンジン７０を自動的に再始動させ、スイッチング素子の許容温度オーバーを未然に防止する。
【００８６】
尚、エンジン７０の停止期間中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度が、許容温度閾値Ｔｔｈを超えてＴ１に達した時点ｔ４でエンジン７０を再始動させたときは、スイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度がＴＨ６のように上昇して許容温度ＴＨ０を超過することとなる。
【００８７】
図１１は、この発明の実施の形態２に係る発電電動機のエンジン再始動の動作を説明するフローチャートである。図１１に於いて、ステップＳ１でエンジン７０が停止すると、再始動制御装置４４ｃは、ステップＳ２によりエンジン停止期間中に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度を推定しその推定した温度情報Ｔｍを検出する。
【００８８】
この温度情報Ｔｍは、レゾルバ等の回転数検出器２２からのエンジン停止前のエンジンの回転数と、電流検出器６０からのエンジン停止前の発電出力とにより、図６に示す関係に基づいて推定されたエンジン停止直後の時点ｔ２１に於ける固定子１６とスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度に基づいて、エンジン７０の停止期間中にスイッチング素子４１ａ、４１ｂが固定子１６からの受熱により図１０のＴＨ５のように推移する温度を推定した値である。
【００８９】
次に、図１１のステップＳ３に於いて、再始動制御装置４４ｃは、運転者から意図的にエンジンを再始動させる「エンジン再始動入力」が入力されているかどうかを判定し、その入力が成されていれば（Ｙ）、ステップＳ５に進んで運転者からのエンジン再始動入力に基づいてエンジンの再始動動作を実行しステップＳ６にてエンジン７０の再始動を完了する。
【００９０】
ステップＳ３に於いて「エンジン再始動入力」が入力されていないと判定すれば（Ｎ）、ステップＳ４に進んで推定した温度情報Ｔｍが許容温度閾値Ｔｔｈより小さいかどうかを判定し、Ｔｍ＜Ｔｔｈであると判定すれば（Ｙ）、ステップＳ２に戻り前述の動作を繰り返す。ステップＳ４で温度情報Ｔｍが許容温度閾値Ｔｔｈに達したと判定すれば（Ｎ）、ステップＳ５に進んで、運転者の意思に関係なく自動的にエンジン７０の再始動動作を実行し、ステップＳ６に於いてエンジン７０の再始動を完了する。
【００９１】
尚、出力電流は、固定子巻線１６ａからスイッチング素子４１ａ、４１ｂに至る３相出力線の抵抗成分を予め測定し、相電圧等の出力電圧を検出することによって出力電流に換算して得ることもできる。或いは、出力電流は、エンジンの回転数と界磁電流を観測することにより推定することも可能である。この場合、界磁電流は、界磁電流制御装置４４ｂに電流センサを設けて検出してもよく、又、界磁回路の電圧及び界磁電流を調整するために界磁電流制御装置４４ｂに実装された界磁電流用スイッチング素子のデューティ比を回路内で直接観測することで、電流センサといった部品を設けることなく界磁電流を推定することができる。特に、界磁電流を検出する電流センサとしてシャント抵抗を設けてこの端子間電圧を測定して電流を割り出すことが安価な方法として有用であるが、界磁電流の大きさによっては発熱を伴うため、放熱する必要がある。このように電流センサが不要な電流推定方法では、放熱のための構造や部材もシャント抵抗と併せて不要となるため、小形、低コスト化に対して価値が高い。
【００９２】
尚、回転数検出器２２に代えてホール素子を利用した回転数検出機構を用いることもできる。
【００９３】
以上述べたように、この発明の実施の形態２に係る発電電動機によれば、エンジン停止前の状態によりエンジン停止後のスイッチング素子の温度上昇を推定することで、エンジン停止直後のスイッチング素子の温度が許容温度よりも低く、時間的に遅れて固定子巻線からの受熱によって温度上昇した再始動時のスイッチング素子の温度が許容温度を超える間にはエンジン停止動作を維持することができるので、制御装置一体型の構造であってもアイドルストップ性能による車両の燃費改善効果が大きく、地球環境への貢献も顕著である。
【００９４】
又、エンジン停止後の温度情報をリアルタイムで監視しつつ、許容できなくなる時点を検知して再始動させるので、より精度の高い自動再始動動作を実現することができ、動作信頼性がさらに向上するだけでなく、一層の燃費向上、排ガス低減効果を発揮することができる。
【００９５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る発電電動機は、発電電動機本体の温度を実際に測定し、リアルタイムに測定した測定値に基づいて直接的にスイッチング素子の温度を推定するものである。
【００９６】
エンジン停止後に於けるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度上昇は、固定子巻線１６ａからの熱の還流が支配的であることが判明したので、固定子巻線１６ａ或いは固定子１６、及びその近傍に温度検出部を設けることによって一層精度の高いエンジンの再始動制御が可能である。温度検出部は、エンジンが停止したとき、エンジン停止後の温度検出動作を実行し、再始動制御装置は、温度検出動作による温度検出部からの信号に基づいてエンジンの停止中に於けるスイッチング素子の温度を推定し、前記推定した温度が所定の温度閾値に達したとき前記再始動を行わせる。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００９７】
温度検出部を固定子１６の近傍に設ければ、スイッチング素子に熱を還流する熱源となる固定子の温度を検出することで、精度よく、スイッチング素子の受熱による温度上昇を推定することができるとともに、固定子巻線の被覆の温度も正確に把握できるので、スイッチング素子及び固定子巻線の被覆の許容温度を超えることがなく、エンジンを再始動することができる。
【００９８】
或いは又、スイッチング素子４１ａ、４１ｂを搭載したヒートシンク５０、５１、及びその近傍に温度検出部を設けて温度を測定することで、許容温度制御をする必要があるスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度をより精度よく検出することが可能となり、精度の高いエンジンの再始動制御が可能である。エンジンの再始動制御が高精度化すると、制御装置一体型車両用発電電動機のエンジン停止動作を可能な限り長時間実行することができるので、アイドルストップ機能による車両の燃費改善効果が大きく、地球環境への貢献も顕著である。
【００９９】
尚、前述の温度検出部の機能は単独で作用させるのではなく、例えば、温度検出部による温度測定と、エンジン停止前のエンジン回転数、発電電流や電圧等の発電出力、スイッチング素子のデューティ比などの状態変数に基づく温度状態の推定を複合的に実施することによって、さらに制御精度を向上させることができる。
【０１００】
又、これらの諸因子に限らず、エンジン停止後の固定子巻線からの受熱によるスイッチング素子の温度上昇が推定できる電気的、機械的パラメータを監視することで、エンジン停止直後のスイッチング素子の温度が許容温度よりも低く、時間的に遅れて固定子巻線からの受熱によって温度上昇した再始動時のスイッチング素子の温度が許容温度を超える間にはエンジン停止動作を維持するようにすれば、アイドルストップ性能による車両の燃費改善効果が大きく、地球環境への貢献も顕著である。
【０１０１】
尚、温度検出部は、発電電動機の周囲の温度を測定することができる箇所に設けることで、直接周囲温度を測定することができるので好ましいが、これに限らず、発電電動機が設置されているエンジンルームなどの収容室内の温度を測定するようにしてもよい。
【０１０２】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４に係る発電電動機の構成を示す模式図であって、リヤブラケットの軸方向外面側からスイッチング回路部の取り付け状況を示している。図１３は、この発明の実施の形態４に係る発電電動機の構成を示す模式図である。図１２に於いて、ＭＯＳＥＦＴからなる６個のスイッチング素子２０１は、図の下方に設けられた金属製のタブ端子２０２を介してヒートシンク２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆに半田付されている。これらのスイッチング素子２０１は、図２に於ける６個のスイッチング素子４１ａ、４１ｂに相当する。
【０１０３】
タブ端子２０２は、スイッチング素子２０１を構成するＭＯＦＥＴのドレイン電極となっており、そのドレイン電極と半田付されたヒートシンク２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆが電流路を構成している。この実施の形態４では、３相ハーフブリッジ回路を構成するスイッチング回路部の各相に相当するスイッチング素子２０１が、そのブリッジ回路の上下アームに３個づつ分かれて各々異なる上アーム側のヒートシンク２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、及び下アーム側のヒートシンク２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆに搭載されている。
【０１０４】
各々のヒートシンク２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆは、それらに形成されたフランジ部２０６がネジによりリヤブラケット２０７に締結されることでリヤブラケット２０７に固定されている。又、特に下アーム側のヒートシンク２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆは、固定子巻線から延伸されたリード線２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃと電気的に接続される。
【０１０５】
更に、上アーム側のヒートシンク２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃと、下アーム側のヒートシンク２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆは、図１３に示すように、これらに設けられたフランジ部２０４ａ、２０４ｂが互いに重ね合わされて固定されて、上下アームのヒートシンクが恰も一つのフランジ部により固定される如く構成されており、スイッチング回路部のコンパクト化には非常に有用な構造となっている。
【０１０６】
その他の構成は、実施の形態１、又は実施の形態２、又は実施の形態３と同様である。
【０１０７】
この発明の実施の形態４に係る発電電動機によれば、エンジン停止直後のスイッチング素子の温度が許容温度よりも低く、時間的に遅れて固定子巻線からの受熱によって温度上昇した再始動時のスイッチング素子の温度が許容温度を超える間にはエンジン停止動作を維持することができるので、制御装置一体型の構造であってもアイドルストップ性能による車両の燃費改善効果が大きく、地球環境への貢献も顕著であると共に、小形、軽量化された発電電動機を実現することができる
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る発電電動機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る発電電動機及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。
【図３】発電電動機の動作中に於けるスイッチング素子の温度変化を示す説明図である。
【図４】エンジンを停止した前後に於ける固定子巻線、並びにスイッチング素子の温度変化を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る発電電動機の動作中に於けるスイッチング素子の温度変化を示す説明図である。
【図６】発電機動作モード時に於けるエンジン回転数と固定子並びにスイッチング素子の温度の関係を示すグラフである。
【図７】発電機動作モード時に於ける異なる界磁電流毎の出力電流のエンジン回転数依存性を示すグラフである。
【図８】エンジンが停止する前のエンジン回転数並びに出力電流とエンジン停止後の温度上昇を示すグラフである。
【図９】エンジン停止前のエンジン回転数並びに発電出力と、エンジン停止継続時間との関係を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る発電電動機を説明する説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る発電電動機のエンジン再始動の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る発電電動機の構成を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る発電電動機の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１００    発電電動機
１    発電電動機本体
４    スイッチング回路部
１０    フロントブラケット
１１、２０７    リヤブラケット
１２ａ、１２ｂ    軸受
１３    シャフト
１４    回転子巻線
１５    回転子
１５ａ    クローポール形磁極
１６    固定子
１６ａ    固定子巻線
１７、５２    冷却ファン
１８    プーリ
１９    ブラシホルダ
２０ａ、２０ｂ    ブラシ
２２    回転数検出器
２２ａ    回転数検出器の回転子
２２ｂ    回転数検出器の固定子
３０、３１    ケース
４１ａ、４１ｂ、２０１    スイッチング素子
５０、５１、２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆ    ヒートシンク
７０    エンジン
４      スイッチング回路部
４４    制御装置部
４４ａ    ゲート駆動回路
４４ｂ    界磁電流調整装置
４４ｃ    再始動制御装置
６０    電流検出器
８０    ＥＣＵ
９０  バッテリ
１０７    
２０４ａ、２０４ｂ、２０６  フランジ部
２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ  リード線
【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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【図１３】
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