(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
等角度間隔で配置されたｎ極（ｎは４以上の偶数）の磁石界磁を有して内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、
前記磁石回転子の回転方向に順に並ぶように、かつそれぞれの巻き方向を同一として電機子鉄心に巻回されて、閉回路を構成するように順に直列に接続されたｍ（ｍ＝ｎ×α）個のコイル（αは１以上の整数）を備えて、第１のコイルないし第ｍのコイルのそれぞれの巻終りの端末部とそれぞれに隣接するコイルの巻始めの端末部との接続点からそれぞれ第１ないし第ｍのタップ端子が導出されて、同位相の１つ置きのタップ端子が第１グループのタップ端子を構成し、前記第１グループのコイル接続端子と逆位相の他の１つ置きのタップ端子が第２グループのタップ端子を構成している固定子と、
前記固定子の第１ないし第ｍのコイルの中から選択した隣り合う特定の２つのコイルの間に設定した検出位置で、該検出位置を通過する前記磁石回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出して、検出した磁極がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの磁極検出信号を出力する回転子磁極センサと、
上段のスイッチ素子と該上段のスイッチ素子に対して直列に接続された下段のスイッチ素子と、該下段のスイッチ素子側にアノードを向けた状態で前記上段のスイッチ素子に並列に接続された上段の整流用ダイオードと、カソードを前記上段のスイッチ素子側に向けた状態で前記下段のスイッチ素子に並列に接続された下段の整流用ダイオードとを有して、前記上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に向けた状態で該バッテリの両端に接続されるとともに、前記上段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子との間から引き出された中間端子が、前記固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つに接続された少なくとも１つの第１スイッチ回路と、
前記第１スイッチ回路と同様に構成されて、中間端子が前記第２グループのタップ端子の少なくとも１つに接続された少なくとも１つの第２スイッチ回路と、
上段のスイッチ素子と該上段のスイッチ素子のオン時の通電方向に対して順方向の上段の充電阻止ダイオードとの直列回路からなる上段のアームと、下段のスイッチ素子と該下段のスイッチ素子のオン時の通電方向に対して順方向の下段の充電阻止ダイオードとの直列回路からなっていて前記上段のアームに対して直列に接続された下段のアームとを有し、前記上段のアームをバッテリの正極端子側に位置させた状態で該バッテリの両端に接続されるとともに、前記上段のアームと下段のアームとの間から引き出された中間端子が、前記第１スイッチ回路の中間端子には接続されていない前記固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つに接続された少なくとも１つの第３スイッチ回路と、
前記第３スイッチ回路と同様に構成されて中間端子が前記第２スイッチ回路の中間端子が接続されていない前記第２グループのタップ端子の少なくとも１つに接続された少なくとも１つの第４スイッチ回路と、
前記内燃機関の始動時に前記磁石回転子を前記クランク軸の回転方向に回転させるべく、前記回転子磁極センサの出力が一方のレベルにあるときに前記第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にし、前記回転子磁極センサの出力が他方のレベルにあるときに前記第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にするように、前記第１ないし第４スイッチ回路をオンオフ制御するスイッチ制御部と、
を具備した内燃機関用スタータジェネレータ。
【請求項２】
等角度間隔で配置されたｎ極（ｎは４以上の偶数）の磁石界磁を有して内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、
前記磁石回転子の回転方向に順に並ぶように、かつそれぞれの巻き方向を同一として電機子鉄心に巻回されて、閉回路を構成するように順に直列に接続されたｍ（ｍ＝ｎ×α）個のコイル（αは１以上の整数）を備えて、第１のコイルないし第ｍのコイルのそれぞれの巻終りの端末部とそれぞれに隣接するコイルの巻始めの端末部との接続点からそれぞれ第１ないし第ｍのタップ端子が導出されて、同位相の１つ置きのタップ端子が第１グループのタップ端子を構成し、前記第１グループのコイル接続端子と逆位相の他の１つ置きのタップ端子が第２グループのタップ端子を構成している固定子と、
前記固定子の第１ないし第ｍのコイルの中から選択した隣り合う特定の２つのコイルの間に設定した検出位置で、該検出位置を通過する前記磁石回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出して、検出した磁極がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの磁極検出信号を出力する回転子磁極センサと、
上段のスイッチ素子と該上段のスイッチ素子に対して直列に接続された下段のスイッチ素子と、該下段のスイッチ素子側にアノードを向けた状態で前記上段のスイッチ素子に並列に接続された上段の整流用ダイオードと、カソードを前記上段のスイッチ素子側に向けた状態で前記下段のスイッチ素子に並列に接続された下段の整流用ダイオードとを有して、前記上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に向けた状態で該バッテリの両端に接続されるとともに、前記上段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子との間から引き出された中間端子が、前記固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つに接続された少なくとも１つの第１スイッチ回路と、
前記第１スイッチ回路と同様に構成されて、中間端子が前記第２グループのタップ端子の少なくとも１つに接続された少なくとも１つの第２スイッチ回路と、
上段のスイッチ素子と該上段のスイッチ素子に対して直列に接続された下段のスイッチ素子とを有して、前記上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に向けた状態で該バッテリの両端に接続されるとともに、前記上段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子との間から引き出された中間端子が、前記第１スイッチ回路の中間端子には接続されていない前記固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つにオンオフ制御が可能な第３スイッチ回路用タップ選択スイッチを通して接続された少なくとも１つの第３スイッチ回路と、
前記第３スイッチ回路と同様に構成されて中間端子が前記第２スイッチ回路の中間端子が接続されていない前記第２グループのタップ端子の少なくとも１つにオンオフ制御が可能な第４スイッチ回路用タップ選択スイッチを通して接続された少なくとも１つの第４スイッチ回路と、
前記内燃機関の回転数が始動完了回転数未満のときに各タップ選択スイッチをオン状態にし、前記内燃機関の回転数が始動完了回転数以上になっているときに前記各タップ選択スイッチをオフ状態にするように各タップ選択スイッチを制御するとともに、前記内燃機関の始動時に前記磁石回転子を前記クランク軸の回転方向に回転させるべく、前記回転子磁極センサの出力が一方のレベルにあるときに前記第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にし、前記回転子磁極センサの出力が他方のレベルにあるときに前記第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にするように、前記第１ないし第４スイッチ回路をオンオフ制御するスイッチ制御部と、
を具備した内燃機関用スタータジェネレータ。
【請求項３】
前記第１ないし第ｍのコイルは電機子鉄心に設けられた多数のスロットにコイル導体を挿入することにより重ね巻きされ、
各コイルの内側に回転子の磁極を複数個存在させるように、前記重ね巻きのピッチが設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用スタータジェネレータ。
【請求項４】
前記バッテリの両端の電圧が設定値を超えたときに前記第１及び第２スイッチ回路の上段のスイッチ素子をオフ状態に保持した状態で下段のスイッチ素子を同時にオン状態にするように制御する電圧調整手段が設けられている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用スタータジェネレータ。
【請求項５】
等角度間隔で配置されたｎ極（ｎは４以上の偶数）の磁石界磁を有して内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、
前記磁石回転子の回転方向に順に並ぶように、かつそれぞれの巻き方向を同一として電機子鉄心に巻回されて、閉回路を構成するように順に直列に接続されたｍ（ｍ＝ｎ×α）個のコイル（αは１以上の整数）を備えて、該ｍ個のコイルのそれぞれの巻終りの端末部とそれぞれに隣接するコイルの巻始めの端末部との接続点からそれぞれｍ個のタップ端子が導出されて、同位相の１つ置きのタップ端子が第１グループのタップ端子を構成し、前記第１グループのコイル接続端子と逆位相の他の１つ置きのタップ端子が第２グループのタップ端子を構成している固定子と、
前記固定子の第１ないし第ｍのコイルの中から選択した隣り合う特定の２つのコイルの間に設定した検出位置で、該検出位置を通過する前記磁石回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出して、検出した磁極がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの磁極検出信号を出力する回転子磁極センサと、
前記ｍ個のタップ端子のそれぞれに対して設けられた上段のアームと該上段のアームに直列に接続された下段のアームとからなっていて、上段のアームをバッテリの正極端子側に向けて該バッテリの両端に並列に接続され、上段のアームと下段のアームとの間から引き出された端子が対応するタップ端子に接続されたｍ個のスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御部とを具備し、
前記各スイッチ回路の上段のアームは、オン時に前記バッテリから流出する電流の通電を許容する上段の主スイッチ素子と、オン時の通電方向を前記上段の主スイッチ素子のオン時の通電方向と逆にして該上段の主スイッチ素子に対して直列に接続された上段の制御用スイッチ素子と、前記上段の主スイッチ素子のオン時の通電方向に対して逆方向に向けられて前記上段の主スイッチ素子に並列に接続された上段の整流用ダイオードと、前記上段の制御用スイッチ素子のオン時の通電方向と逆方向に向けられて該上段の制御用スイッチ素子に並列に接続されたバイパス用ダイオードとからなり、
前記スイッチ回路の下段のアームは、オン時に前記バッテリに帰還する電流の通電を許容する下段の主スイッチ素子と、オン時の通電方向を前記下段の主スイッチ素子のオン時の通電方向と逆にして前記下段の主スイッチ素子に直列に接続された下段の制御用スイッチ素子と、前記下段の主スイッチ素子のオン時の通電方向に対して逆方向に向けられて前記下段の主スイッチ素子に並列に接続された下段の整流用ダイオードと、前記下段の制御用スイッチ素子のオン時の通電方向と逆方向に向けられて該下段の制御用スイッチ素子に並列に接続された下段のバイパス用ダイオードとからなり、
前記スイッチ制御部は、前記内燃機関の始動時に前記磁石回転子を前記クランク軸の回転方向に回転させるべく、前記回転子磁極センサの出力が一方のレベルにあるときに前記第１グループのタップ端子に中間端子が接続されたスイッチ回路の上段の主スイッチ素子と前記第２グループのタップ端子に中間端子が接続されたスイッチ回路の下段の主スイッチ素子とをオン状態にし、前記回転子磁極センサの出力が他方のレベルにあるときに前記第２グループのタップ端子に中間端子が接続されたスイッチ回路の上段の主スイッチ素子と前記第１グループのタップ端子に中間端子が接続されたスイッチ回路の下段の主スイッチ素子とをオン状態にするように制御し、前記内燃機関が始動した後は、前記各スイッチ回路の上段の主スイッチ素子及び下段の主スイッチ素子を共にオフ状態に保持するとともに、前記バッテリの充電電流の目標値に応じて選択した所定数のスイッチ回路の上段の制御用スイッチ素子及び下段の制御用スイッチ素子をオフ状態にし、他のスイッチ回路の上段の制御用スイッチ素子及び下段の制御用スイッチ素子をオン状態に保持するように構成されていることを特徴とする内燃機関用スタータジェネレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動時にはスタータモータとして働き、内燃機関の始動後はジェネレータとして働く内燃機関用スタータジェネレータ（内燃機関始動用電動機兼用発電装置）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、各種の電装品負荷を駆動するためにジェネレータが取り付けられている。一般に用いられている内燃機関用のジェネレータは、機関のクランク軸に取り付けられるフライホイール磁石回転子と、電機子鉄心に電機子コイルを巻装して構成した固定子とからなっている。固定子には、内燃機関用点火装置を駆動する点火用発電コイルや、燃料噴射装置駆動用の発電コイル等、機関を運転するために必須の電装品負荷を駆動する発電コイルと、ランプ負荷やバッテリなどの随時駆動負荷に電力を供給する発電コイルとが設けられている。
【０００３】
フライホイール磁石回転子のフライホイールの周壁部の外周にはリングギアが固定され、機関のケースにはスタータモータ（始動用電動機）が取り付けられている。スタータモータの出力軸にはピニオンギアが取り付けられ、該スタータモータが駆動されたときにピニオンギアが前方に飛び出してリングギアに噛み合うことによりフライホイール磁石回転子をクランク軸とともに回転させる。
【０００４】
磁石回転子が回転すると、固定子に設けられた点火用発電コイルに電圧が誘起するため、内燃機関用点火装置が機関を点火して始動させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の内燃機関では、機関を始動するためにフライホイールの外周にリングギアを取り付けるとともに、スタータモータを設ける必要があったため、機関の構造が複雑になるのを避けられなかった。
【０００６】
そこで、図１９に示したように、機関Ｅngのクランク軸ｃに取り付けた磁石回転子ｒt と機関のケースに取り付けられた固定子ｓt とを備えた回転電機を設けて、この回転電機をブラシレス直流電動機として動作させることにより機関を始動させ、機関が始動した後はジェネレータとして動作させるようにしたスタータジェネレータが提案された。
【０００７】
しかしながら、スタータモータ（始動用電動機）とバッテリ充電用のジェネレータ（磁石発電機）とでは、それぞれに要求される特性を満足するために必要とされる巻線仕様が全く異なるため、磁石回転子と固定子とからなる回転電機をスタータモータとジェネレータとに兼用するという考え方は、アイディアとしては成立しても、未だ実用の段階には至っていない。
【０００８】
即ち、スタータモータは、始動時に大きなトルクを発生する必要があるため、ジェネレータをスタータモータとして用いるためには、始動時に瞬時に大きな電流を流すことができるように、その電機子コイルの巻線抵抗を小さくする必要がある。そのため、ジェネレータをスタータモータとして用いる場合には、その電機子コイルの巻数を少なくするとともに、コイルの導体の線径を大きくする必要がある。
【０００９】
また機関が始動した後は、ジェネレータの出力でバッテリを充電する必要があるため、アイドリング回転付近での発電出力がバッテリ電圧にほぼ等しくなるように、電機子コイルの巻数を設定する必要がある。
【００１０】
ところが、このようにジェネレータを構成すると、機関の中高速回転時にバッテリの充電電流が大きくなり過ぎ、バッテリが破損するおそれがある。
【００１１】
バッテリの過充電を防止するため、バッテリに印加される電圧が過大になったときにジェネレータの出力を短絡するレギュレータを設けることが考えられるが、上記のように巻線抵抗を小さく設定したジェネレータに対して短絡式のレギュレータを用いると、短絡電流が大きくなり過ぎて、レギュレータを構成する電子部品が破損するおそれがある。
【００１２】
なお、電機子コイルにつながるコンミュテータを有する固定子と、該コンミュテータに摺動接触するブラシを有する磁石回転子とを備えて、機関の始動時には、ブラシをコンミュテータに接触させることによりジェネレータをブラシ付きの直流電動機として運転し、機関が始動した後は、遠心クラッチ機構によりブラシをコンミュテータから引き離して、ジェネレータとして運転するようにしたスタータジェネレータが知られている。
【００１３】
このスタータジェネレータでは、内燃機関の始動時には固定子の電機子コイルの全てに駆動電流を供給することにより十分な始動トルクを発生させることができ、機関が始動した後は、電機子コイルの一部から取り出した出力を整流器を通してバッテリに供給することにより、バッテリが過充電状態になるのを防止することができる。
【００１４】
しかしながら、このスタータジェネレータでは、機関が始動した後にブラシをコンミュテータから引き離すために遠心クラッチを必要とするため、構造が複雑になってコストが高くなるのを避けられなかった。また、機関の始動時にブラシをコンミュテータに接触させるため、ブラシ及びコンミュテータが消耗し、そのメンテナンスが必要になるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、機関の始動時にスタータモータとして運転する際には、機関を始動するために必要な高いトルクを得ることができ、機関が始動した後、ジェネレータとして動作させる際には、バッテリが過充電状態になることがないように、その出力を抑制することができるようにした内燃機関用スタータジェネレータを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関を始動する際にはスタータモータとして働き、機関が始動した後はバッテリを充電するための出力を発生するジェネレータとして働くスタータジェネレータに係わるものである。
【００１７】
本発明に係わるスタータジェネレータは、内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、固定子と、固定子側の特定の位置を通過している磁石回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出する回転子磁極センサと、バッテリの両端に並列に接続される第１ないし第４スイッチ回路と、回転子磁極センサの出力に応じて第１ないし第４スイッチ回路のスイッチ素子を制御するスイッチ制御部とにより構成される。
【００１８】
更に詳細に説明すると、磁石回転子は、等角度間隔で配置されたｎ極（ｎは４以上の偶数）の磁石界磁を有するように構成される。
【００１９】
固定子は、電機子鉄心と、磁石回転子の回転方向に順に並ぶように、かつそれぞれの巻き方向を同一として電機子鉄心に巻回されて、閉回路を構成するように順に直列に接続されたｍ（ｍ＝ｎ×α）個のコイル（αは１以上の整数）とにより構成されていて、第１のコイルないし第ｍのコイルのそれぞれの巻終りの端末部とそれぞれに隣接するコイルの巻始めの端末部との接続点からそれぞれ第１ないし第ｍのタップ端子が導出されている。この固定子においては、同位相の１つ置きのタップ端子が第１グループのタップ端子を構成し、前記第１グループのコイル接続端子と逆位相の他の１つ置きのタップ端子が第２グループのタップ端子を構成している。
【００２０】
内燃機関の始動時に各コイルに大きな電流を流すことができるようにするため、各コイルは断面積が大きい導体を用いて巻回される。また内燃機関が始動した後、アイドリング回転数付近の回転数で回転しているときに、固定子からバッテリ電圧にほぼ等しい電圧を出力させることができるように、各コイルの巻数が設定されている。
【００２１】
回転子磁極センサは、固定子の第１ないし第ｍのコイルの中から選択した隣り合う特定の２つのコイルの間に設定した検出位置で、該検出位置を通過する磁石回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出して、検出した磁極がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの磁極検出信号を出力する。この回転子磁極センサは、特定のコイルの間に配置されて、磁石回転子の各磁極の極性を直接検出する磁気センサ（例えばホールＩＣ）により構成してもよく、また、固定子の隣り合う特定のコイルの間の位置を通過する磁石回転子の各磁極の極性を間接的に検出する適宜のセンサにより構成してもよい。磁石回転子の各磁極の極性を間接的に検出するセンサとしては、例えば、磁石回転子の一方の極性の磁極（例えばＮ極）に相応する位置にスリットを有して磁石回転子とともに回転するように設けられたフォトインタラプタ（コード板）と、該フォトインタラプタを間にして対向する発光素子及び受光素子とを備えたフォトエンコーダを用いることができる。
【００２２】
一般のブラシレス直流電動機では、多相の電機子コイルの各相毎に回転子の磁極を検出するセンサを設けるが、本発明では、回転子磁極センサを１つだけ設ければよい。
【００２３】
第１スイッチ回路は、上段のスイッチ素子と該上段のスイッチ素子に対して直列に接続された下段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子側にアノードを向けた状態で上段のスイッチ素子に並列接続された上段の整流用ダイオードとカソードを上段のスイッチ素子側に向けた状態で下段のスイッチ素子に並列接続された下段の整流用ダイオードとにより構成されていて、上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に向けた状態で該バッテリの両端に接続される。この第１スイッチ回路は、少なくとも１つ設けられて、上段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子との間から引き出された中間端子が、固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つに接続される。
【００２４】
第２スイッチ回路は、第１スイッチ回路と同様に構成されている。この第２スイッチ回路も少なくとも１つ設けられて、その中間端子が第２グループのタップ端子の少なくとも１つに接続される。
【００２５】
第３スイッチ回路は、上段のアームと該上段のアームに直列に接続された下段のアームとにより構成される。上段のアームは、上段のスイッチ素子と該上段のスイッチ素子のオン時の通電方向に対して順方向の上段の充電阻止ダイオードとの直列回路からなり、下段のアームは、下段のスイッチ素子と該下段のスイッチ素子のオン時の通電方向に対して順方向の下段の充電阻止ダイオードとの直列回路からなっている。この第３スイッチ回路は、上段のアームをバッテリの正極端子側に位置させた状態で該バッテリの両端に接続される。第３スイッチ回路は、少なくとも１つ設けられていて、その上段のアームと下段のアームとの間から引き出された中間端子が、第１スイッチ回路の中間端子には接続されていない固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つに接続されている。
【００２６】
第４スイッチ回路は、第３スイッチ回路と同様に構成されている。この第４スイッチ回路は、少なくとも１つ設けられて、その中間端子が第２スイッチ回路の中間端子が接続されていない第２グループのタップ端子の少なくとも１つに接続される。
【００２７】
上記第１ないし第４スイッチ回路のスイッチ素子を制御するスイッチ制御部は、内燃機関の始動時に磁石回転子をクランク軸の回転方向に回転させるべく、回転子磁極センサの出力が一方のレベルにあるときに第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にし、回転子磁極センサの出力が他方のレベルにあるときに第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にするように、第１ないし第４スイッチ回路をオンオフ制御する。
【００２８】
上記のように構成すると、内燃機関を始動する際には、固定子の全てのコイルに駆動電流を流して大きなトルクを発生させることができるため、機関の始動を支障なく行なわせることができる。
【００２９】
また機関が始動した後は、固定子のコイルから、第１及び第２スイッチ回路の上段の整流用ダイオードと下段の整流用ダイオードとにより構成される全波整流回路を通して、バッテリに充電電流が供給される。このとき、第３及び第４スイッチ回路が接続されたコイルの出力はバッテリに供給されないため、機関の中高速回転時にバッテリに過大な充電電流が流れるのを防ぐことができる。
【００３０】
上記の構成では、第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路に充電阻止ダイオードを設けて、第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路を通してバッテリに充電電流が流れるのを阻止するようにしているが、第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路から充電阻止ダイオードを省略して、両スイッチ回路のそれぞれの上段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子との間から引き出した中間端子をタップ選択用スイッチを通して所定のタップ端子に接続する構成とし、機関の回転数が始動完了回転数未満のときに各タップ選択スイッチをオン状態にし、内燃機関の回転数が始動完了回転数以上になっているときに各タップ選択スイッチをオフ状態にするように各タップ選択スイッチを回転数に応じて制御するようにしてもよい。
【００３１】
このように構成した場合、機関を始動する際には、固定子の全てのコイルに駆動電流を流して大きなトルクを発生させることができる。また機関が始動した後は、固定子のコイルから、第１及び第２スイッチ回路の上段の整流用ダイオードと下段の整流用ダイオードとにより構成される全波整流回路を通して、バッテリに充電電流が供給され、第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路を通してバッテリに充電電流が流れることがないため、バッテリの過充電を防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わるスタータジェネレータの構成例を示したもので、同図において１は磁石回転子、２は固定子である。磁石回転子１は、鉄等の強磁性材料によりほぼカップ状に形成されたフライホイール１００と、該フライホイール１００の周壁部１０１の内周に等角度間隔で取り付けられてフライホイールの径方向に着磁された円弧状の永久磁石Ｍ1 〜Ｍ6 とからなっている。
【００３３】
磁石Ｍ1 〜Ｍ6 は、フライホイールの周方向に交互に異なる極性の磁極（Ｓ極及びＮ極）が並ぶように着磁されていて、これらの磁石により、等角度間隔で並ぶ６極の磁極を有する磁石界磁Ｍが構成されている。
【００３４】
フライホイール１００の底壁部の中央部には回転軸取付け用のボス部１０２が設けられ、このボス部が図示しない内燃機関のクランク軸に取り付けられる。
【００３５】
固定子２は、電機子鉄心２００と、該電機子鉄心に巻回された第１ないし第６のコイルＷ1 〜Ｗ6 とからなっている。電機子鉄心２００は環状に形成された継鉄部Ｙと、該継鉄部Ｙの外周から等角度間隔で放射状に突出した第１ないし第６の突極部Ｐ1 〜Ｐ6 とからなっていて、突極部Ｐ1 〜Ｐ6 にそれぞれ第１ないし第６のコイルＷ1 〜Ｗ6 が集中巻きされている。第１ないし第６のコイルＷ1 〜Ｗ6 は、磁石回転子１の回転方向に順に並ぶように、かつそれぞれの巻き方向を同一として電機子鉄心２００に巻回されて、閉回路を構成するように順に直列に接続されている。
【００３６】
図２に示したように、第１のコイルＷ1 ないし第６のコイルＷ6 のそれぞれの巻終りの端末部とそれぞれに隣接するコイルの巻始めの端末部との接続点からそれぞれ第１ないし第６のタップ端子ｔ1 ないしｔ6 が導出されて、同位相の１つ置きの３つのタップ端子ｔ1 ，ｔ3 及びｔ5 が第１グループのタップ端子を構成し、この第１グループのコイル接続端子と逆位相の他の１つ置きの３つのタップ端子ｔ2 ，ｔ4 及びｔ6 が第２グループのタップ端子を構成している。
【００３７】
ここで同位相のタップ端子とは、磁石回転子の磁極に対する位相関係が等しいコイルにつながるタップ端子であることを意味する。例えば図１に示した瞬間には、タップ端子ｔ1 につながるコイルＷ1 及びＷ2 のうち、回転子の回転方向に対して位相が進んだ方のコイルがＮ極に対向しているが、このとき他の同位相のタップ端子ｔ3 につながるコイルＷ3 ，Ｗ4 及びタップ端子ｔ5 につながるコイルＷ5 ，Ｗ6 のうちの位相が進んだ方向のコイルＷ3 及びＷ5 もＮ極に対向している。
【００３８】
また図示のようにタップ端子ｔ1 ，ｔ3 ，ｔ5 にそれぞれつながるコイルのうち、位相が進んだ方のコイルＷ1 ，Ｗ3 及びＷ5 がＮ極に対向しているときに、これらのタップ端子と逆位相のタップ端子ｔ2 ，ｔ4 及びｔ6 にそれぞれつながるコイルのうち位相が進んだ方のコイルＷ2 ，Ｗ4 及びＷ6 はＳ極に対向している。
【００３９】
固定子２は、図示しない内燃機関のケース等に設けられた固定子取り付け部に取り付けられて、その突極部Ｐ1 〜Ｐ6 の先端の磁極部が磁石回転子１の磁極に所定のギャップを介して対向させられる。
【００４０】
この例では、固定子２側に１つの回転子磁極センサ３が固定されている。図示の回転子磁極センサ３は、固定子の隣り合う特定の２つのコイルの間（図示の例では、隣り合う２つのコイルＷ6 とＷ1 との間）の位置に設定された検出位置で、該検出位置を通過する磁石回転子の各磁極の極性を検出する磁気センサからなっていて、検出した磁極がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの信号を出力する。この磁気センサとしては、例えばホールＩＣを用いることができる。
【００４１】
図１に示した例では、スタータジェネレータを駆動するため、図２に示したように、１つずつ設けられた第１スイッチ回路４及び第２スイッチ回路５と、２つずつ設けられた第３スイッチ回路６及び第４スイッチ回路７と、これらスイッチ回路のスイッチ素子を制御するスイッチ制御部８とからなる駆動回路が設けられている。
【００４２】
第１スイッチ回路４は、上段のスイッチ素子Ｓ1 と該上段のスイッチ素子に対して直列に接続された下段のスイッチ素子Ｓ2 と、下段のスイッチ素子Ｓ2 側にアノードを向けた状態で上段のスイッチ素子Ｓ1 に並列に接続された上段の整流用ダイオードＤ1 と、カソードを上段のスイッチ素子Ｓ1 側に向けた状態で下段のスイッチ素子Ｓ2 に並列に接続された下段の整流用ダイオードＤ2 とを有している。この第１スイッチ回路４は、上段のスイッチ素子Ｓ1 をバッテリ９の正極端子側に向けた状態で該バッテリ９の両端に接続されている。第１スイッチ回路４の上段のスイッチ素子Ｓ1 と下段のスイッチ素子Ｓ2 との間から中間端子４ａが引き出され、該中間端子４ａが、固定子２の第１グループのタップ端子の少なくとも１つ（図示の例では１つのタップ端子ｔ1 ）に接続されている。
【００４３】
第２スイッチ回路５は、第１スイッチ回路４と同様に構成されて、その中間端子５ａが第２グループのタップ端子の少なくとも１つ（図示の例では１つのタップ端子ｔ2 ）に接続されている。
【００４４】
なお第１スイッチ回路４及び第２スイッチ回路５は、それぞれ２以上設けられる場合もあるが、図示の例では、これらのスイッチ回路が１つずつ設けられている。
【００４５】
第３スイッチ回路６は、上段のスイッチ素子Ｓ1 と該上段のスイッチ素子Ｓ1 のオン時の通電方向に対して順方向の上段の充電阻止ダイオードｄ1 との直列回路からなる上段のアームと、下段のスイッチ素子Ｓ2 と該下段のスイッチ素子のオン時の通電方向に対して順方向の下段の充電阻止ダイオードｄ2 との直列回路からなっていて上段のアームに対して直列に接続された下段のアームとを有して、上段のアーム（Ｓ1 ，ｄ1 ）をバッテリ９の正極端子側に位置させた状態で該バッテリの両端に接続されている。この第３スイッチ回路６においては、上段のアーム（Ｓ1 ，ｄ1 ）と下段のアーム（Ｓ2 ，ｄ2 ）との間から中間端子６ａが引き出されている。第３スイッチ回路６は、少なくとも１つ設けられて、その中間端子６ａが、固定子２の第１グループのタップ端子の少なくとも１つに接続される。図示の例では、第３スイッチ回路６が２つ設けられていて、一方の第３スイッチ回路６の中間端子６ａは、固定子の第１グループのタップ端子ｔ3 に、また他方の第３スイッチ回路６は、タップ端子ｔ5 にそれぞれ接続されている。
【００４６】
第４スイッチ回路７は、第３スイッチ回路６と同様に構成されている。この第４スイッチ回路７も少なくとも１つ設けられてその中間端子７ａが、第２スイッチ回路５の中間端子５ａが接続されていない第２グループのタップ端子の少なくとも１つに接続される。図示の例では、第４スイッチ回路７が２つ設けられていて、一方の第４スイッチ回路７の中間端子７ａがタップ端子ｔ4 に接続され、他方の第４スイッチ回路７の中間端子７ａがタップ端子ｔ6 に接続されている。
【００４７】
図１に示した例では、各スイッチ素子がＮチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなっているが、各スイッチ素子は必ずしもＭＯＳＦＥＴでなくてもよく、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（ゲート絶縁形バイポーラトランジスタ）等であってもよい。
【００４８】
各スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、そのドレインソース間に形成されている寄生ダイオードを整流用ダイオードＤ1 及びＤ2 として用いることができる。
【００４９】
図示の例では、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いているため、第３スイッチ回路６及び第４スイッチ回路７においても、上段のスイッチ素子Ｓ1 及び下段のスイッチ素子Ｓ2 にそれぞれ整流用ダイオードＤ1 及びＤ2 が並列接続されているが、これらの整流用ダイオードはなくてもよい。
【００５０】
図示の例では、バッテリ９からコイルＷ1 〜Ｗ6 に流れる電流を検出するために、第１ないし第４スイッチ回路４〜７の下段のスイッチ素子Ｓ2 の共通接続点とバッテリ９の負極端子との間にシャント抵抗Ｒ1 が挿入されている。
【００５１】
図１に示した回転電機を内燃機関の始動時に電動機として動作させて、磁石回転子１をクランク軸の回転方向に回転させるため、回転子磁極センサ３の出力に応じて第１ないし第４スイッチ回路４ないし７のスイッチ素子を制御するスイッチ制御部８が設けられている。
【００５２】
このスイッチ制御部８は、回転子磁極センサ３が例えばＮ極を検出していて、その出力Ｖh が一方のレベルにあるときに第１スイッチ回路４及び第３スイッチ回路６の上段のスイッチ素子Ｓ1 と第２スイッチ回路５及び第４スイッチ回路７の下段のスイッチ素子Ｓ2 とをオン状態にし、回転子磁極センサ３が他方の磁極（例えばＳ極）を検出していて、その出力Ｖh が他方のレベルにあるときに第２スイッチ回路５及び第４スイッチ回路７の上段のスイッチ素子Ｓ1 と第１スイッチ回路４及び第３スイッチ回路６の下段のスイッチ素子Ｓ2 とをオン状態にするように、第１ないし第４スイッチ回路をオンオフ制御する。
【００５３】
図示の例では、回転子磁極センサ３がホールＩＣからなっていて、該回転子磁極センサがＮ極を検出したとき及びＳ極を検出したときにそれぞれＨレベル（高レベル）及びＬレベル（低レベルまたは零レベル）の信号Ｖh を出力するようになっている。スイッチ制御部８には信号分配回路８Ａ及び８Ｂが設けられていて、信号分配回路８Ａには回転子磁極センサ３の出力信号Ｖh がそのまま入力され、信号分配回路８Ｂには、インバータ回路ＩＮＶにより反転された回転子磁極センサの出力信号が入力されている。スイッチ制御部８にはまた回転数・駆動電流制御回路８Ｃが設けられていて、この回転数・駆動電流制御回路８Ｃには、回転子磁極センサ３の出力信号と、シャント抵抗Ｒ1 の両端の電圧とが入力されている。
【００５４】
信号分配回路８Ａは、回転子磁極センサ３がＮ極を検出して、Ｈレベルの信号Ｖh を出力しているときにタップ端子ｔ1 に接続された第１スイッチ回路４、タップ端子ｔ3 に接続された第３スイッチ回路６、及びタップ端子ｔ5 に接続された第３スイッチ回路６の上段のスイッチ素子Ｓ1 にそれぞれ与える駆動信号Ａ，Ｃ及びＥをＨレベルとして、これらのスイッチ回路のスイッチ素子Ｓ1 をオン状態にする。またこのとき信号分配回路８Ｂは、タップ端子ｔ2 ，ｔ4 ，ｔ6 にそれぞれ接続されたスイッチ回路５，７，７の下段のスイッチ素子Ｓ2 に与える駆動信号Ｂ，Ｄ，ＦをＨレベルとして、これらのスイッチ回路のスイッチ素子Ｓ2 をオン状態にする。
【００５５】
また回転子磁極センサ３が磁石回転子のＮ極を検出してＨレベルの信号Ｖh を出力しているときに、信号分配回路８Ａは、タップ端子ｔ2 ，ｔ4 及びｔ6 にそれぞれ接続されたスイッチ回路５，７，７の上段のスイッチ素子Ｓ1 に与える駆動信号Ｂ´，Ｄ´及びＦ´をＬレベルとして、これらのスイッチ素子Ｓ1 をオフ状態に保つ。
【００５６】
回転子磁極センサ３が磁石回転子のＳ極を検出してＬレベルの信号Ｖh を出力しているときには、信号分配回路８Ａがタップ端子ｔ2 ，ｔ4 ，ｔ6 にそれぞれ接続されたスイッチ回路５，７，７に与える駆動信号Ｂ´，Ｄ´及びＦ´をＨレベルとして、これらのスイッチ回路の上段のスイッチ素子Ｓ1 をオン状態にし、タップ端子ｔ1 ，ｔ3 ，ｔ5 につながるスイッチ回路４，６，６の上段のスイッチ素子Ｓ1 に与える駆動信号Ａ，Ｃ，ＥをＬレベルとして、これらのスイッチ素子Ｓ1 をオフ状態にする。
【００５７】
また回転子磁極センサ３が回転子のＳ極を検出してＬレベルの信号を出力しているときには、信号分配回路８Ｂがタップ端子ｔ1 ，ｔ3 ，ｔ5 に接続されたスイッチ回路４，６，６の下段のスイッチ素子Ｓ2 に与える駆動信号Ａ´，Ｃ´，Ｅ´をＨレベルとして、これらのスイッチＳ2 をオン状態にし、タップ端子ｔ2 ，ｔ4 ，ｔ6 に接続されたスイッチ回路５，７，７の下段のスイッチ素子Ｓ2 に与える駆動信号Ｂ，Ｄ，ＦをＬレベルとしてこれらのスイッチ素子Ｓ2 をオフ状態に保つ。
【００５８】
回転数・駆動電流制御回路８Ｃは、回転子磁極センサ３の出力周波数から電動機の回転数を演算して、演算した回転数が機関の始動完了回転数よりも僅かに高く、アイドリング回転数よりも僅かに低く設定された設定回転数に達したときに、信号分配回路８Ａ及び８Ｂに駆動停止指令信号を与えて、信号分配回路８Ａ及び８Ｂから出力される全ての駆動信号をＬレベルとし、コイルＷ1 〜Ｗ6 への駆動電流の供給を停止する。
【００５９】
回転数・駆動電流制御回路８Ｃはまた、シャント抵抗Ｒ1 の両端の電圧から検出された駆動電流の大きさが制限値を超えたときに、信号分配回路８Ａ及び８Ｂに駆動停止指令信号を与えて、信号分配回路８Ａ及び８Ｂから出力される全ての駆動信号をＬレベルとする。これにより、コイルＷ1 〜Ｗ6 への駆動電流の供給を停止して、コイルに過大な電流が流れるのを防止する。
【００６０】
図１及び図２に示したスタータジェネレータにおいては、第１スイッチ回路４の整流用ダイオードＤ1 ，Ｄ2 と、第２スイッチ回路５の整流用ダイオードＤ1 ，Ｄ2 とにより、第１ないし第６のコイルＷ1 〜Ｗ6 のうちの１つのコイルＷ2 に誘起する電圧を整流する単相ブリッジ全波整流回路が構成され、この整流回路の直流出力端子間に得られる電圧がバッテリ９の端子電圧を超えた時に該整流回路からバッテリに充電電流が供給されるようになっている。
【００６１】
図１及び図２に示したスタータジェネレータにおいては、回転子磁極センサ３が検出する磁極の極性が変化する毎に、バッテリ９から固定子の第１グループのタップ端子ｔ1 ，ｔ3 及びｔ5 を通してコイルに電流を流す状態と、バッテリ９から固定子の第２グループのタップ端子ｔ2 ，ｔ4 及びｔ6 を通してコイルに電流を流す状態とを切り換えて、磁石回転子１を機関の回転方向に回転させる。
【００６２】
図３は、回転子磁極センサ３がＨレベルの信号を出力しているときの駆動回路の状態を示している。回転子磁極センサ３がＨレベルの信号を出力しているときには、タップ端子ｔ1 及びｔ3 ，ｔ5 につながる第１スイッチ回路４及び第３スイッチ回路６，６の上段のスイッチ素子Ｓ1 がオン状態になり、タップ端子ｔ2 及びｔ4 ，ｔ6 につながる第２スイッチ回路５及び第４スイッチ回路７，７の下段のスイッチ素子Ｓ2 がオン状態になる。このときバッテリ９から第１スイッチ回路４の上段のスイッチＳ1 と中間端子４ａとを通して電流ｉが流れ、この電流ｉは、タップ端子ｔ1 を通してコイルＷ1 及びＷ2 に分流する。
【００６３】
コイルＷ1 に流入した電流はタップ端子ｔ6 から第４スイッチ回路７の下段のスイッチ素子Ｓ2 を通してバッテリ９に帰還し、コイルＷ2 に流入した電流はタップ端子ｔ2 から第２スイッチ回路５の下段のスイッチ素子Ｓ2 を通してバッテリ９に帰還する。
【００６４】
またバッテリ９からタップ端子ｔ3 につながる第３スイッチ回路６の上段のスイッチＳ1 とダイオードｄ1 と中間端子６ａとを通してタップ端子ｔ3 に電流ｉが流れ、この電流はコイルＷ3 とＷ4 とに分流する。コイルＷ3 に流入した電流はタップ端子ｔ2 から第２スイッチ回路５の下段のスイッチ素子Ｓ2 を通してバッテリ９に帰還し、コイルＷ4 に流入した電流はタップ端子ｔ4 から第４スイッチ回路７の下段のスイッチ素子Ｓ2 を通してバッテリ９に帰還する。
【００６５】
更にバッテリ９からタップ端子ｔ5 につながる第３スイッチ回路６の上段のスイッチ素子Ｓ1 とダイオードｄ1 と中間端子６ａとを通してタップｔ5 に電流ｉが流れ、この電流はコイルＷ5 とコイルＷ6 とに分流する。コイルＷ5 に流入した電流はタップ端子ｔ4 から第４スイッチ回路７の下段のスイッチ素子Ｓ2 を通してバッテリ９に帰還し、コイルＷ6 に流入した電流はタップ端子ｔ6 から第４スイッチ回路７の下段のスイッチＳ2 を通してバッテリに帰還する。
【００６６】
上記のようにコイルに電流が流れて磁石回転子１が回転し、図示しない点火装置が点火動作を行うと、内燃機関が始動する。回転数・駆動電流制御回路８Ｃは、回転子磁極センサ３の出力の周波数から機関の回転数を演算し、機関が始動した後、演算した回転数がアイドリング回転数よりも僅かに低い設定値に達した時に、第１ないし第４スイッチ回路４ないし７への駆動信号の供給を停止する。これにより、第１ないし第４スイッチ回路のスイッチ素子Ｓ1 及びＳ2 がオフ状態になり、図１の回転電機は電動機としての動作を停止する。内燃機関の回転数はアイドリング回転数で落ち着く。
【００６７】
内燃機関の回転数がアイドリング回転数を超えると、発電コイルＷ2 から第１及び第２スイッチ回路４及び６の整流用ダイオードＤ1 ，Ｄ2 により構成された整流回路を通してバッテリ９に充電電流ｉc が供給される。このときの状態を図４に示した。図４の状態では、スイッチ制御部８が第１ないし第４スイッチ回路４ないし７の全てのスイッチ素子への駆動信号の供給を停止しており、全てのスイッチ回路のスイッチ素子Ｓ1 及びＳ2 がオフ状態に保持されている。
【００６８】
図５（Ａ）に示すように、各コイルを交流電源ｅと該コイルの内部抵抗ｒで表し、これを単電池の表示で等価的に表して、図４に示した状態におけるコイルＷ2 と他のコイルＷ1 ，Ｗ3 〜Ｗ6 との関係を示す等価回路を描くと図５（Ｂ）のようになる。図５（Ｂ）に示すように、コイルＷ2 以外のコイルは、交互に位相が１８０度異なるため、コイルＷ1 及びＷ3 〜Ｗ6 の直列回路の両端に得られる電圧は、コイルＷ2 から得られる電圧と同じになって、電圧のバランスはくずれない。また図５（Ｂ）の等価回路において、コイルＷ2 単独からなる回路とコイルＷ1 及びＷ3 〜Ｗ6 の直列回路とでは、コイルＷ2 単独からなる回路の方が内部抵抗が小さいため、充電電流はほぼコイルＷ2 により決まってしまう。したがって、バッテリの充電電流はほぼコイルＷ2 の出力電流に等しくなるため、半導体素子に係わる負担を少なくすることができ、機関の中高速運転時にバッテリの過大な充電電流が流れてバッテリが破損するおそれをなくすことができる。
【００６９】
またバッテリ９の充電が完了して、該バッテリ９の両端の電圧が設定値を超えた時には、第１及び第２スイッチ回路４及び５の上辺のスイッチ素子Ｓ1 をともにオフ状態にしたままで、両スイッチ回路の下辺のスイッチ素子Ｓ2 を同時にオン状態にすることにより、発電コイルＷ2 を短絡して、バッテリの充電を停止させることができる。このとき、第１及び第２スイッチ回路４及び５の下辺のスイッチ素子Ｓ2 を通して流れる短絡電流は１コイル分の短絡電流となるので、スイッチ素子Ｓ2 の過大な負担がかかることがない。
【００７０】
図１及び図２に示したスタータジェネレータを用いた内燃機関の回転数と、該ジェネレータにより充電されるバッテリの電圧と、スイッチ回路の制御動作との関係を示すタイミングチャートの一例を図６に示した。
【００７１】
図６（Ａ）は、機関の回転数の時間的変化を示したもので、この例では、機関が一旦始動した後、失火したために再始動動作が行われた場合を想定している。同図においてＮ1 はアイドリング回転数を示し、Ｎ2 は始動完了を確認するための設定回転数を示している。
【００７２】
また図６（Ｂ）はシャント抵抗Ｒ1 の両端に現れる電圧により検出される電流が制限値を超えた時に、図示しない過電流検出回路から得られる過電流検出信号を示し、図６（Ｃ）はバッテリ９の端子電圧の時間的変化を示している。
【００７３】
図６（Ｄ）は回転子磁極センサ３の出力信号を示し、図６（Ｅ）ないし（Ｈ）はそれぞれスイッチ制御部８が出力する駆動信号（Ａ，Ｃ，Ｅ），（Ａ´，Ｃ´，Ｅ´），（Ｂ，Ｄ，Ｆ）及び（Ｂ´，Ｄ´，Ｆ´）を示している。
【００７４】
図６に示した例では、時刻Ｔo において、機関を始動するために、図示しないキースイッチがオン状態にされている。キースイッチがオン状態にされると、回転子磁極センサ３の出力レベルに応じて、スイッチ制御部８からスイッチ回路４〜７のスイッチ素子に、図６（Ｅ）ないし（Ｈ）に示すように駆動信号（Ａ，Ｃ，Ｅ），（Ａ´，Ｃ´，Ｅ´），（Ｂ，Ｄ，Ｆ）及び（Ｂ´，Ｄ´，Ｆ´）が与えられる。図示の例では、時刻Ｔo でキースイッチがオン状態にされた直後に回転子磁極センサ３の出力のレベルがＨレベルにあるため、駆動信号Ａ，Ｃ，Ｅ及びＢ´，Ｄ´，Ｆ´がＨレベルにされ、スイッチ回路４，タップ端子ｔ4 につながるスイッチ回路６及びタップ端子ｔ5 につながるスイッチ回路６の上段のスイッチ素子Ｓ1 と、第２スイッチ回路５と、タップ端子ｔ4 につながるスイッチ回路７及びタップ端子ｔ6 につながるスイッチ回路７の下段のスイッチ素子Ｓ2 とがオン状態になる。これによりバッテリ９からコイルＷ1 〜Ｗ6 に大きな駆動電流が流れ、バッテリ９の端子電圧が低下する。コイルＷ1 〜Ｗ6 を流れる駆動電流が制限値を超えると、図６（Ｂ）に示すように過電流検出信号が発生するため、回転数・駆動電流制御回路８Ｃが図６（Ｈ）に示すように、駆動信号Ｂ´，Ｄ´，Ｆ´をＬレベルにし、これらの駆動信号が与えられていたスイッチ回路のスイッチ素子Ｓ2 をオフ状態にする。これにより過電流検出信号が消滅し、再び駆動信号Ｂ´，Ｄ´，Ｆ´が発生する。このように、機関の始動時には、コイルＷ1 〜Ｗ6 に流れる駆動電電流が制限値を超える毎にスイッチ回路の下段のスイッチ素子がオフ状態にされるため、コイルＷ1 〜Ｗ6 には駆動電流が断続的に流れる。
【００７５】
回転数がある程度上昇した後は、電動機の負荷が軽くなるため、コイルＷ1 〜Ｗ6 を流れる電流が制限値を超えなくなり、過電流検出信号は発生しなくなる。図６に示した例では、時刻Ｔ1 において、回転数がアイドリング回転数を超えた後、何らかの原因により機関が失火したために、回転数が低下し、時刻Ｔ2 において、回転数が設定値Ｎ2 まで低下した時に、機関の再始動操作が行われている。
【００７６】
時刻Ｔ2 において再始動操作が行われた後、時刻Ｔ3 において回転数がアイドル回転数Ｎ1 を超え、バッテリ９の充電が開始される。また時刻Ｔ4 において、バッテリ９の端子電圧が設定値を超えたため、第１及び第２スイッチ回路４及び５の下段のスイッチ素子Ｓ2 が同時にオン状態にされ、コイルＷ2 が短絡されている。このコイルＷ2 の短絡により、バッテリ９の充電が停止させられるため、バッテリ９の端子電圧が低下していく。時刻Ｔ5 においてバッテリ９の端子電圧が設定値以下になると、第１及び第２スイッチ回路４及び５の下段のスイッチ素子Ｓ2 がオフ状態にされて、バッテリの充電が再開される。
【００７７】
図４に示した回路でバッテリを充電した場合に、充電電流が不足するときには、図７に示すように、充電阻止ダイオードｄ1 ，ｄ2 が挿入されている第３スイッチ回路６及び第４スイッチ回路７をそれぞれ１つだけ設けて、それぞれの中間端子をタップ端子ｔ5 及びｔ6 に接続し、残りのタップ端子には２つずつ設けられた第１スイッチ回路４または第２スイッチ回路５の中間端子を接続する。
【００７８】
このように構成した場合の等価回路は図８のようになる。この場合、充電電流は、コイルＷ2 ，Ｗ3 及びＷ4 の３つのコイルによりほぼ決まり、図１に示した例でバッテリに流れる充電電流のほぼ３倍の充電電流を流すことができる。また図７の回路では、タップ端子ｔ1 及びｔ2 にそれぞれ接続されたスイッチ回路４及び５の整流用ダイオードにより構成される整流回路と、タップ端子ｔ2 及びｔ3 にそれぞれ接続されたスイッチ回路５及び４の整流用ダイオードにより構成される整流回路と、タップ端子ｔ3 及びｔ5 にそれぞれ接続されたスイッチ回路４及び５の整流用ダイオードにより構成される整流回路との３つの整流回路がそれぞれ３つのコイルＷ2 ，Ｗ3 及びＷ4 に対応しているため、整流回路を構成する各ダイオードに係わる負担は、図１に示した回路を用いた場合よりも僅かに増えるだけである。
【００７９】
また図７の回路から充電阻止ダイオードｄ1 ，ｄ2 を取り去って、全てのスイッチ回路を第１スイッチ回路４または第２スイッチ回路５とすると、等価回路は図９のようになり、図１の場合のほぼ６倍の充電電流を流すことができる。  図１０は、上記のように、電流の出力を阻止するスイッチ回路の数を変えることにより、充電電流を変化させることができることを利用して、バッテリの充電電流を幅広く変化させることができるようにした例を示したものである。
【００８０】
この例では、タップ端子ｔ1 〜ｔ6 のそれぞれに対して同一に構成されたスイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 が設けられている。
【００８１】
各スイッチ回路は、上段のアームと該上段のアームに直列に接続された下段のアームとからなっていて、スイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 のそれぞれの上段のアームと下段のアームとの間から引き出された中間端子がタップ端子ｔ1 ないしｔ6 に接続されている。
【００８２】
スイッチ回路Ｕ1 〜Ｕ6 はそれぞれの上段のアームをバッテリ９の正極端子側に位置させた状態でバッテリ９の両端に並列に接続されている。
【００８３】
各スイッチ回路の上段のアームは、オン時にバッテリから流出する電流の通電を許容する上段の主スイッチ素子Ｓ1 と、オン時の通電方向を上段の主スイッチ素子Ｓ1 のオン時の通電方向と逆にして該上段の主スイッチ素子Ｓ1 に対して直列に接続された上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´と、上段の主スイッチ素子Ｓ1 のオン時の通電方向に対して逆方向に向けられて上段の主スイッチ素子Ｓ1 に対して並列接続された上段の整流用ダイオードＤ1 と、上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´のオン時の通電方向と逆方向に向けられて該上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´に並列接続されたバイパス用ダイオードＤ1 ´とからなっている。
【００８４】
また各スイッチ回路の下段のアームは、オン時にバッテリに帰還する電流の通電を許容する下段の主スイッチ素子Ｓ2 と、オン時の通電方向を下段の主スイッチ素子Ｓ2 のオン時の通電方向と逆にして下段の主スイッチ素子に直列に接続された下段の制御用スイッチ素子Ｓ2 ´と、下段の主スイッチ素子のオン時の通電方向に対して逆方向に向けられて下段の主スイッチ素子Ｓ2 に並列接続された下段の整流用ダイオードＤ2 と、下段の制御用スイッチ素子のオン時の通電方向と逆方向に向けて該下段の制御用スイッチ素子に並列接続された下段のバイパスダイオードＤ2 ´とからなっている。
【００８５】
図示の上段の主スイッチ素子Ｓ1 は、ドレインをバッテリの正極端子に接続したＭＯＳＦＥＴからなり、上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´は、上段の主スイッチ素子Ｓ1 を構成するＭＯＳＦＥＴのソースにソースを接続したＭＯＳＦＥＴからなっている。
【００８６】
また下段の主スイッチ素子Ｓ2 は、ソースをバッテリの負極に接続したＭＯＳＦＥＴからなり、下段の制御用スイッチ素子Ｓ2 ´は、主スイッチ素子Ｓ2 を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインにドレインを接続し、上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインにソースを接続したＭＯＳＦＥＴからなっている。
【００８７】
そして、スイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 のそれぞれの上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインと、下段の制御用スイッチ素子Ｓ2 ´を構成するＭＯＳＦＥＴのソースとの接続点（上段のアームと下段のアームとの接続点）からそれぞれ中間端子ｕ1 ないしｕ6 が引き出され、これらの中間端子ｕ1 ないしｕ6 がそれぞれ対応するタップ端子ｔ1 ないしｔ6 に接続されている。
【００８８】
上記スイッチ回路Ｕ1 〜Ｕ6 を制御するために図示しないスイッチ制御部が設けられ、該スイッチ制御部からスイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 のスイッチ素子Ｓ1 及びＳ1 ´にそれぞれ駆動信号Ａ1 ないしＦ1 及びＡ2 ないしＦ2 が与えられる。またスイッチ制御部は、スイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 のスイッチ素子Ｓ2 ´及びＳ2 にそれぞれ駆動信号Ａ3 ないしＦ3 及びＡ4 ないしＦ4 を与える。
【００８９】
スイッチ制御部は、内燃機関の始動時に磁石回転子をクランク軸の回転方向に回転させるべく、回転子磁極センサ３の出力が一方のレベル（例えばＨレベル）にあるときに第１グループのタップ端子ｔ1 ，ｔ3 及びｔ5 に中間端子が接続されたスイッチ回路Ｕ1 ，Ｕ3 及びＵ5 の上段の主スイッチ素子Ｓ1 と、第２グループのタップ端子ｔ2 ，ｔ4 及びｔ6 に中間端子が接続されたスイッチ回路Ｕ2 ，Ｕ4 及びＵ6 の下段の主スイッチ素子Ｓ2 とをオン状態にし、回転子磁極センサの出力が他方のレベルにあるときに前記第２グループのタップ端子ｔ2 ，ｔ4 及びｔ6 に中間端子が接続されたスイッチ回路の上段の主スイッチ素子Ｓ1 と第１グループのタップ端子ｔ1 ，ｔ3 及びｔ5 に中間端子が接続されたスイッチ回路の下段の主スイッチ素子Ｓ2 とをオン状態にするように制御する。スイッチ制御部はまた、内燃機関が始動した後に、各スイッチ回路の上段の主スイッチ素子Ｓ1 及び下段の主スイッチ素子Ｓ2 を共にオフ状態に保持するとともに、バッテリ９の充電電流の目標値に応じて選択した所定数のスイッチ回路の上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´及び下段の制御用スイッチ素子Ｓ2 ´をオフ状態にし、他のスイッチ回路の上段の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´及び下段の制御用スイッチ素子Ｓ2 ´をオン状態に保持するように制御する。
【００９０】
図１０に示した回路において、機関が始動した後ジェネレータとして動作させる際に、スイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´及びＳ2 ´を全てオン状態にしたとすると、出力電圧Ｖ対出力電流Ｉ特性は、図１１の曲線ａのようになり、端子電圧がＶB のバッテリに流れる充電電流はＩc3  となる。
【００９１】
これに対し、スイッチ回路Ｕ5 及びＵ6 の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´及びＳ2 ´をオフ状態にすると、充電電流は曲線ｂのようにＩc2に低下する。また、スイッチ回路Ｕ3 ないしＵ6 の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´及びＳ2 ´をオフ状態にすると、充電電流は曲線ｃのようにＩc1に低下する。
【００９２】
図１０に示したように構成すると、機関が始動した後、スイッチ回路Ｕ1 ないしＵ6 の制御用スイッチ素子Ｓ1 ´及びＳ2 ´を選択的にオン状態にすることにより、バッテリの充電電流を適宜に変化させることができる。
【００９３】
図１に示したように構成した場合には、充電電流がコイルＷ2 に偏って流れるため、電機子反作用により回転子に偏荷重がかかるが、図１２に示したように、磁石回転子１の極数を２倍（１２極）にするとともに、固定子２の極数を２倍（１２極）にして、図１３に示したように、機械角で１８０度離れた位置にある同位相のコイルにつながるタップ端子どうし（ｔ1 とｔ7 ，ｔ2 とｔ8 ，ｔ3 とｔ9 ，ｔ4 とｔ10，ｔ5 とｔ11及びｔ6 とｔ12）を相互に接続するようにすると、機関が始動した後、ジェネレータとして動作させる際に、１８０度離れた対称位置にあるコイルＷ2 及びＷ8 に充電電流が流れるため、回転子に偏荷重がかかるのを防ぐことができる。
【００９４】
図１４及び図１５は本発明に係わるスタータジェネレータの他の構成例を示したもので、図１５にはコイルが展開された状態で示されている。この例では、回転子１が１２極に構成され、電機子鉄心２００に１２のスロットが設けられて、コイルＷ1 ないしＷ12が３スロットに跨がって分布巻き（重ね巻き）されている。図１４（Ｂ）においては、一連のスロットにスロット番号１ないし１２が付されている。コイルＷ1 ないしＷ12はそれぞれの巻き方向を同一にして、電機子鉄心のスロットに順次重ね巻きされて、閉回路を構成するように直列に接続されている。コイル間の渡り部は電機子鉄心２００に固定された絶縁樹脂製のフレーム２０２に基部が埋め込まれて固定された一連のピン２０３に巻き付けられて、これらのピン２０３，２０３，…からタップ端子ｔ1 ないしｔ12が引き出されている。コイルＷ1 ないしＷ12のそれぞれの巻終りの端末部とそれぞれに隣接するコイルの巻始めの端末部との接続部からそれぞれタップ端子ｔ1 ないしｔ12が引き出されて、これらのタップ端子にスイッチ回路４ないし７の中間端子が接続されている。スイッチ回路の構成、及びスイッチ制御部８の構成は、各スイッチ回路の上段のスイッチ素子としてＰチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを用いている点を除き、図１３に示した例と同様である。
【００９５】
またこの例では、図１４（Ａ）及び図１５に示したように、回転子のフライホイール１００に設けられたボス部１０２の外周に、磁石回転子の磁極と同じように着磁されたリング状の位置検出用磁石２０が取り付けられていて、この磁石２０の磁極を検出するように回転子磁極センサ３が設けられている。図示の回転子磁極センサ３は６番スロットに相応する位置（隣り合うコイルＷ5 とＷ8 との間の位置）に配置されている。回転子磁極センサ３の出力リードはワイヤハーネス２１を通して外部に導出されてスイッチ制御部８に接続される。
【００９６】
図１５はスタータモータとして動作している時の電流ｉの流れを示している。この例では、電機子電流ｉが流れている各コイルのコイル辺と磁石回転子の界磁極が１：１で対応して、有効にトルクを発生する。
【００９７】
図１４の回転電機をジェネレータとして動作させた際の充電電流ｉc の流れを図１６に示した。充電電流ｉc は１８０度離れた対称位置にあるコイルＷ2 及びＷ8 を流れる。
【００９８】
この回転電機においては、各巻線が３スロットに跨がって巻かれているため、各コイルの内側にＮＳＮのように３つの界磁極が存在し、各コイルに対して１対の界磁極を流れる時速が打ち消し合うように配置される。そのため、各巻線と鎖交する磁束は一極分の磁束と同じになる。このようにコイルを分布巻きすると、アイドリング時の出力電圧がバッテリ電圧に等しくなるように、充電電流を取り出すコイルを制限しても、充電時の負荷バランスを良好にすることができる。
【００９９】
図１４に示した例では、コイルを３スロットに跨がって巻回しているが、各コイルを５スロットに跨がって巻回することもできる。コイルを５スロットに跨がって巻回すると、スタータモータとして動作する際に働く磁極の数が増えるが、ジェネレータとして動作させた際に発生する電圧は１極にコイルを巻回した場合と同様であるため、スタータモータ特性とジェネレータ特性との間の差が大きい場合に有効である。
【０１００】
上記の例のように、６個のスイッチ回路を設ける場合のスイッチ制御部８の具体的回路構成例を図１７に示した。この例では、回転子磁極センサ３がＨレベルの信号を出力した時に、ボルテージホロワ回路を構成するように結線された演算増幅器ＯＰ1 と、インバータ回路ＩＮＶ1 とＩＮＶ2 ，ＩＮＶ3 とを通してトランジスタＴＲ1 のベースにＬレベルの信号が与えられるため、該トランジスタＴＲ1 がオフ状態にされる。またこのときトランジスタＴＲ2 のベースにはＨレベルの信号が与えられて該トランジスタＴＲ2 がオン状態になるため、スイッチ回路４及び６のスイッチ素子Ｓ1 のドライバを構成するトランジスタＴＲ3 がオン状態になって、タップ端子ｔ1 ，ｔ3 ，ｔ5 にそれぞれ中間端子が接続されたスイッチ回路４，６，６の上段のスイッチ素子Ｓ1 を構成するＦＥＴがオン状態になる。
【０１０１】
また回転子磁極センサ３がＨレベルの信号を出力したときには、演算増幅器ＯＰ2 とインバータＩＮＶ4 とＩＮＶ5 とＩＮＶ6 とＩＮＶ7 とを通してトランジスタＴＲ4 のベースにＨレベルの信号が与えられるため、該トランジスタＴＲ4 がオン状態になるが、このときトランジスタＴＲ5 のベースにはＬレベルの信号が与えられて該トランジスタＴＲ5 がオフ状態にあるため、スイッチ回路５及び７の上段のスイッチ素子Ｓ1 のドライバを構成するトランジスタＴＲ6 はオフ状態にある。
【０１０２】
回転子磁極センサ３の出力がＨレベルの時にはまた、インバータＩＮＶ9 の出力がＬレベルであるため、トランジスタＴＲ8 がオフ状態にある。このときスイッチ回路４及び６の下段のスイッチ素子Ｓ2 を構成するＦＥＴには駆動信号が与えられないため、該スイッチ素子Ｓ2 はオフ状態にある。一方インバータＩＮＶ10の出力はＨレベルであるため、トランジスタＴＲ9 がオン状態になる。これによりスイッチ回路５及び７の下段のスイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴに駆動信号が与えられるため、該スイッチ素子Ｓ2 がオン状態になる。
【０１０３】
回転子磁極センサ３が検出する磁極の極性が反転してその出力がＬレベルになると、インバータＩＮＶ3 の出力がＨレベルになるため、トランジスタＴＲ1 がオン状態になり、各トランジスタＴＲ3 へのベース電流の供給を阻止する。そのため、各トランジスタＴＲ3 がオフ状態になり、スイッチ回路４及び６の上段のスイッチ素子Ｓ1 への駆動信号の供給が停止する。これにより、スイッチ回路４及び６の上段のスイッチ素子Ｓ1 がオフ状態になる。
【０１０４】
また回転子磁極センサ３の出力がＬレベルになると、インバータＩＮＶ6 の出力及びインバータＩＮＶ7 の出力がＨレベルになるため、トランジスタＴＲ5 がオン状態になる。またこのときインバータＩＮＶ7 の出力がＬベルになるため、トランジスタＴＲ4 がオフ状態になり、スイッチ回路５及び７の上段のスイッチ素子のドライバであるトランジスタＴＲ6 がオン状態になる。したがって、スイッチ回路５及び７の上段のスイッチ素子Ｓ1 がオン状態になる。
【０１０５】
回転子磁極センサ３の出力がＬレベルのときにはまた、インバータＩＮＶ9 の出力がＨレベルであるため、トランジスタＴＲ8 がオン状態になり、トランジスタＴＲ8 ´がオフ状態になる。これにより、スイッチ回路４及び６の下段のスイッチ素子Ｓ2 に駆動信号が与えられるため、該スイッチ素子Ｓ2 がオン状態になる。このとき、インバータＩＮＶ10の出力はＬベルであるため、トランジスタＴＲ9 がオフ状態になり、トランジスタＴＲ9 ´がオン状態になる。このときスイッチ回路５及び７の下段のスイッチ素子Ｓ2 には駆動信号が与えられないため、該スイッチ素子Ｓ2 はオフ状態になる。
【０１０６】
図１７の回路においては、回転子磁極センサ３の出力がＨレベルになる毎に、演算増幅器ＯＰ3 を通して微分回路３０に矩形波パルスが印加される。このとき微分回路３０は矩形波パルスの立上がりでトランジスタＴＲ7 にパルスを与えるため、該トランジスタＴＲ7 が短時間オン状態になり、コンデンサＣ1 の電荷を抵抗Ｒ2 を通して放電させる。トランジスタＴＲ7 がオフ状態になるとコンデンサＣ1 が抵抗Ｒ3 を通して一定の時定数で充電されていく。機関の回転数が低く、回転子磁極センサ３の出力周波数が低い間は、コンデンサＣ1 の放電周期が長く、コンデンサＣ1 を充電する時間が長いため、該コンデンサの端子電圧は高くなっている。機関の回転数が上昇し、回転子磁極センサ３の出力周波数が高くなっていくと、コンデンサＣ1 の放電間隔が短くなって、コンデンサＣ1 を充電する時間が短くなっていくため、該コンデンサＣ1 の両端の電圧は低くなっていく。したがって、コンデンサＣ1 の端子電圧は、機関の回転数にほぼ反比例して変化する。図示の例では、機関の回転数が始動完了回転数未満のときにコンデンサＣ1 の端子電圧が抵抗Ｒ4 の両端の基準電圧を超えているように、回路定数が設定されている。
【０１０７】
機関の回転数が始動完了回転数よりも低い状態では、コンデンサＣ1 の両端の電圧が抵抗Ｒ4 の両端に得られる基準電圧よりも高いため、比較器ＣＰ1 の出力はＬレベルになっており、インバータＩＮＶ8 の出力がＨレベルであるため、インバータＩＮＶ2 及びＩＮＶ6 の出力がＨレベル及びＬレベルに変化するのが許容される。機関の回転数が始動完了回転数を超えると、コンデンサＣ1 の両端の電圧が抵抗Ｒ4 の両端に得られる基準電圧よりも低くなるため、比較器ＣＰ1 の出力がＨレベルになり、インバータＩＮＶ8 の出力がＬレベルになる。これにより、インバータＩＮＶ2 及びＩＮＶ6 の出力がＬレベルに保持されるため、トランジスタＴＲ1 がオン状態に保持され、トランジスタＴＲ5 がオフ状態に保持される。
【０１０８】
機関の始動が完了して、その回転数が始動完了回転数を超えたときには、上記のように、トランジスタＴＲ1 がオン状態に保持され、トランジスタＴＲ5 がオフ状態に保持されるため、スイッチ回路４ないし７の上段のスイッチ素子Ｓ1 は回転子磁極センサの出力の如何に係わりなく、オフ状態に保持され、スタータモータとしての動作が禁止される。
【０１０９】
この例では、微分回路３０と、トランジスタＴＲ7 と、抵抗Ｒ2 及びＲ3 とコンデンサＣ1 とにより、回転子磁極センサの出力周波数を電圧信号に変換する周波数／電圧変換器が構成されている。
【０１１０】
図１７の回路においては、バッテリ９の端子電圧ＶB が比較器ＣＰ2 に入力されて、基準電圧Ｖr1と比較される。バッテリの端子電圧ＶB が基準電圧Ｖr1以下のときには、比較器ＣＰ2 の出力がＨレベルであるため、インバータＩＮＶ11の出力はＬレベルになっている。この状態では、トランジスタＴＲ11及びＴＲ12がオフ状態になっており、インバータＩＮＶ1 ，ＩＮＶ5 ，ＩＮＶ2 及びＩＮＶ10の出力がＨレベルとＬレベルとに変化するのが許容されている。
【０１１１】
バッテリ９の端子電圧ＶB が基準電圧Ｖr1を超えると、比較器ＣＰ2 の出力がＬレベルになり、インバータＩＮＶ11の出力がＨレベルになるため、トランジスタＴＲ11及びＴＲ12がオン状態になる。このときインバータＩＮＶ1 ，ＩＮＶ5 ，ＩＮＶ2 及びＩＮＶ10の出力がＬレベルに保持される。このときインバータＩＮＶ9 の出力及びインバータＩＮＶ10の出力が共にＨレベルになるため、トランジスタＴＲ8 及びＴＲ9 が共にオン状態になり、タップ端子ｔ1 及びｔ2 にそれぞれ中間端子が接続されたスイッチ回路４及び５の下段のスイッチ素子Ｓ2 が共にオン状態になる。これによりコイルＷ2 が短絡されるため、バッテリ９の充電が停止される。
【０１１２】
図１７の回路ではまた、シャント抵抗Ｒ1 の両端に得られる電圧が演算増幅器ＯＰ4 を通して増幅された後、電流検出信号Ｖi として比較器ＣＰ3 に入力されて基準電圧Ｖr2と比較される。スタータモータとして動作させる際に流れる駆動電流が制限値を超えると、電流検出信号Ｖi が基準電圧Ｖr2を超えるため、比較器ＣＰ3 の出力がＬレベルになり、インバータＩＮＶ12の出力がＨレベルになる。これによりタイマ３１が時限動作を開始する。タイマ３１が時限動作を完了すると、トランジスタＴＲ13にベース電流が与えられて該トランジスタＴＲ13がオン状態にされる。これによりインバータＩＮＶ9 及びＩＮＶ10の出力がＬレベルに保持され、各スイッチ回路の下段のスイッチ素子Ｓ2 の駆動が停止されて、コイルＷ1 ないしＷ6 への駆動電流の供給が停止する。
【０１１３】
図１８は、６個のスイッチ回路を設ける場合のスイッチ制御部８の他の具体的回路構成例を示したもので、この例では、第３スイッチ回路６及び第４スイッチ回路７から充電阻止ダイオード（図１７に示したｄ1 ，ｄ2 ）が省略されて、代りに、第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路を通してバッテリの充電電流が流れるのを阻止するために、タップ選択スイッチが用いられている。
【０１１４】
即ち、図１８の例では、第３スイッチ回路６が、上段のスイッチ素子Ｓ1 と該上段のスイッチ素子に対して直列に接続された下段のスイッチ素子Ｓ2 とを有していて、上段のスイッチ素子Ｓ1 をバッテリ９の正極端子側に向けた状態で該バッテリの両端に接続されるとともに、上段のスイッチ素子Ｓ1 と下段のスイッチ素子Ｓ2 との間から引き出された中間端子が、第１スイッチ回路４の中間端子には接続されていない固定子の第１グループのタップ端子の少なくとも１つ（図示の例ではｔ3 ，ｔ5 ）にオンオフ制御が可能な第３スイッチ回路用タップ選択スイッチＳt3を通して接続されている。
【０１１５】
また第４スイッチ回路７は、第３スイッチ回路６と同様に構成されてその中間端子が第２スイッチ回路５の中間端子が接続されていない第２グループのタップ端子の少なくとも１つ（図示の例ではｔ4 ，ｔ6 ）にオンオフ制御が可能な第４スイッチ回路用タップ選択スイッチＳt4を通して接続されている。
【０１１６】
この場合、スイッチ制御部８は、内燃機関の回転数が始動完了回転数未満のときに各タップ選択スイッチＳt3，Ｓt4をオン状態にし、内燃機関の回転数が始動完了回転数以上になっているときに各タップ選択スイッチＳt3，Ｓt4をオフ状態にするように各タップ選択スイッチを制御するとともに、内燃機関の始動時に磁石回転子をクランク軸の回転方向に回転させるべく、回転子磁極センサ３の出力が一方のレベルにあるときに第１スイッチ回路４及び第３スイッチ回路６の上段のスイッチ素子Ｓ1 と第２スイッチ回路５及び第４スイッチ回路７の下段のスイッチ素子Ｓ2 とをオン状態にし、回転子磁極センサ３の出力が他方のレベルにあるときに第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路の上段のスイッチ素子と第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路の下段のスイッチ素子とをオン状態にするように、第１ないし第４スイッチ回路をオンオフ制御するように構成される。
【０１１７】
図示の例では、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4としてリレーが用いられていて、タップ選択スイッチＳt3を構成するリレーの常開接点ａ3 が第３スイッチ回路６の中間端子とタップｔ3 またはｔ5 との間に挿入され、タップ選択スイッチＳt4を構成するリレーの常開接点ａ4 が第４スイッチ回路７の中間端子とタップｔ4 またはｔ6 との間に挿入されている。またタップ選択スイッチＳt3を構成するリレーのコイルＹ3 及びタップ選択スイッチＳt4を構成するリレーのコイルＹ4 が互いに並列に接続され、これらのリレーのコイルの並列回路がトランジスタＴＲ15のコレクタエミッタ間回路を通して図示しない電源に接続されている。そして、比較器ＣＰ1 の出力がインバータＩＮＶ15を通してトランジスタＴＲ15のベースに与えられ、機関の回転数が始動完了回転数より低く、比較器ＣＰ1 の出力がＬレベルになっているときに、トランジスタＴＲ15がオン状態になって、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4を構成するリレーを励磁し、機関の回転数が始動完了回転数以上になり、比較器ＣＰ1 の出力がＨレベルになっているときに、トランジスタＴＲ15がオフ状態になって、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4を構成するリレーを消勢するようになっている。その他の構成は図１７に示したものと同様である。
【０１１８】
図１８に示した回路においては、機関の回転数が始動完了回転数よりも低く、比較器ＣＰ1 の出力がＬレベルにあるときに、トランジスタＴＲ15がオン状態になって、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4をそれぞれ構成するリレーを励磁するため、これらのタップ選択スイッチを構成するリレーの接点ａ3 ，ａ4 が閉じ、第３スイッチ回路６及び第４スイッチ回路７の中間端子がそれぞれ所定のタップに接続される。したがって、機関の始動時には、固定子の全てのコイルに駆動電流が与えられ、大きな出力トルクが得られる。
【０１１９】
機関の回転数が始動完了回転数を超えると、比較器ＣＰ1 の出力がＨレベルになるため、トランジスタＴＲ15がオフ状態になり、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4をそれぞれ構成するリレーを消勢する。そのため、これらのタップ選択スイッチを構成するリレーの接点ａ3 ，ａ4 が開き、第３スイッチ回路６及び第４スイッチ回路７の中間端子がそれぞれ所定のタップから切り離される。したがって、機関の始動が完了した後は、固定子の一部のコイルから第１スイッチ回路４及び第２スイッチ回路５の整流用ダイオードＤ1 ，Ｄ2 により構成される整流回路を通してバッテリ９に充電電流が流れ、バッテリの過充電が防止される。その他の動作は図１７に示した例と同様である。
【０１２０】
図１８に示した例では、タップ選択スイッチをリレーにより構成したが、このタップ選択スイッチはオンオフ制御が可能なスイッチであればよく、必ずしもリレーに限らない。
【０１２１】
図１８に示した例では、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4をそれぞれ個別のリレーにより構成しているが、所要個数の接点を有する１つのリレーを用いて、タップ選択スイッチＳt3及びＳt4を構成するようにしてもよい。
【０１２２】
図１７に示した例のように、第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路に充電阻止ダイオードｄ1 ，ｄ2 を設けることにより、機関が始動した後に第３スイッチ回路及び第４スイッチ回路を通してバッテリに充電電流が流れるのを阻止するようにした場合には、ダイオードｄ1 ，ｄ2 を通して流れていた電流が遮断する際にダイオードｄ1 ，ｄ2 でスパイク電圧が発生し、このスパイク電圧がノイズとなって制御回路の動作に悪影響を与える恐れがあるが、図１８に示したように、リレーを用いると、ノイズ信号が発生するのを防ぐことができる。
【０１２３】
上記の例では、回転子の磁極数と固定子のコイル数とを同じにしたが、本発明は一般に回転子がｎ極（ｎは４以上の偶数）で、固定子にｍ個（ｍ＝ｎ×α）（αは１以上の整数）のコイルを設ける場合に適用することができる。
【０１２４】
図１７に示した例では、スイッチ制御部８をハードウェア回路により構成したが、スイッチ制御部８は、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより実現することもできる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内燃機関を始動する際には、固定子の全てのコイルに駆動電流を流して大きなトルクを発生させることができるため、機関の始動を支障なく行なわせることができる。また機関が始動した後は、固定子の一部のコイルから、一部のスイッチ回路の上段の整流用ダイオードと下段の整流用ダイオードとにより構成される整流回路を通して、バッテリに充電電流が供給されるようにしたため、機関の中高速回転時にバッテリに過大な充電電流が流れるのを防ぐことができる。
【０１２６】
また本発明によれば、１つの回転子磁極センサを用いるだけでスタータモータとしての動作を行わせることができるので、駆動回路を簡単にすることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるスタータジェネレータの機械的部分の構成例を示した正面図である。
【図２】図１のスタータジェネレータを駆動するために用いる駆動回路の構成を示した回路図である。
【図３】図１及び図２に示したスタータジェネレータをスタータモータとして動作させる際の回路の状態を示した回路図である。
【図４】図１及び図２に示したスタータジェネレータをジェネレータとして動作させる際の回路の状態を示した回路図である。
【図５】（Ａ）は図４を等価回路で表すために、各コイルを単電池で置き換えることを説明する説明図、（Ｂ）は図４の回路の等価回路を示した回路図である。
【図６】上記スタータジェネレータの動作を示すタイミングチャートである。
【図７】図１及び図２に示したスタータジェネレータにおいて、充電電流を増加させるために、充電阻止ダイオードの数を少なくした例を示した回路図である。
【図８】図７の回路の等価回路を示した回路図である。
【図９】図７に示した回路から全ての充電阻止ダイオードを除去した場合の等価回路を示した回路図である。
【図１０】本発明で用いることができるスイッチ回路の他の構成例を示した回路図である。
【図１１】図１０のスイッチ回路を用いた場合に得られるジェネレータの出力電圧対出力電流特性を示した線図である。
【図１２】本発明に係わるスタータジェネレータの機械的部分の他の構成例を示した正面図である。
【図１３】図１２のスタータジェネレータを駆動する回路の構成例を示した回路図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明に係わるスタータジェネレータの機械的部分の更に他の構成例を示した縦断面図及び正面図である。
【図１５】図１４のスタータジェネレータを駆動する回路の構成例を示した回路図である。
【図１６】図１４のスタータジェネレータを駆動する回路の他の構成例を示した回路図である。
【図１７】図２に示したスイッチ制御部の具体的構成例を示した回路図である。
【図１８】図２に示したスイッチ制御部の他の具体的構成例を示した回路図である。
【図１９】スタータジェネレータを機関に取り付けた状態を示した断面図である。
【符号の説明】
１…磁石回転子、１００…フライホイール、２…固定子、２００…電機子鉄心、３…回転子磁極センサ、４…第１スイッチ回路、５…第２スイッチ回路、６…第３スイッチ回路、７…第４スイッチ回路、８…スイッチ制御部、Ｗ1 〜Ｗ6 …コイル，Ｓ1 …上段のスイッチ素子、Ｓ2 …下段のスイッチ素子、Ｄ1 …上段の整流用ダイオード、Ｄ2 …下段の整流用ダイオード、ｄ1 …上段の充電阻止ダイオード、ｄ2 …下段の充電阻止ダイオード。
【図１】
0003775189.tif 000002
【図２】
0003775189.tif 000003
【図３】
0003775189.tif 000004
【図４】
0003775189.tif 000005
【図５】
0003775189.tif 000006
【図６】
0003775189.tif 000007
【図７】
0003775189.tif 000008
【図８】
0003775189.tif 000009
【図９】
0003775189.tif 000010
【図１０】
0003775189.tif 000011
【図１１】
0003775189.tif 000012
【図１２】
0003775189.tif 000013
【図１３】
0003775189.tif 000014
【図１４】
0003775189.tif 000015
【図１５】
0003775189.tif 000016
【図１６】
0003775189.tif 000017
【図１７】
0003775189.tif 000018
【図１８】
0003775189.tif 000019
【図１９】
0003775189.tif 000020