回転機の制御装置
【課題】エンジン１０の始動に際しての初期回転の付与手段として発電機（始動発電機４０）を併用するに際し、始動発電機４０によって生成可能なトルクが小さいために、エンジン１０の始動性等が低下すること。
【解決手段】リレー４８は、バッテリ４６の正極端子を、インバータＩＮＶの正極側入力端子と始動発電機４０の中性点Ｎとのいずれかに選択的に接続する。エンジン１０の始動に際しては、バッテリ４６の正極を中性点Ｎに接続してインバータＩＮＶの入力電圧を昇圧し、インバータＩＮＶの入力電圧がバッテリ４６の端子電圧Ｖｂであるときよりも生成可能なトルクを増大させる。発電処理に移行する場合、リレー４８を流れる電流が規定値以下となるタイミングでリレー４８を切り替える。
【解決手段】リレー４８は、バッテリ４６の正極端子を、インバータＩＮＶの正極側入力端子と始動発電機４０の中性点Ｎとのいずれかに選択的に接続する。エンジン１０の始動に際しては、バッテリ４６の正極を中性点Ｎに接続してインバータＩＮＶの入力電圧を昇圧し、インバータＩＮＶの入力電圧がバッテリ４６の端子電圧Ｖｂであるときよりも生成可能なトルクを増大させる。発電処理に移行する場合、リレー４８を流れる電流が規定値以下となるタイミングでリレー４８を切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機を制御対象とする回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１に見られるように、自動２輪車において、内燃機関のクランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機を、内燃機関の始動に際してクランク軸に初期回転を付与する電動機として併用することが提案されている。ここでは、内燃機関の始動に際して、電動機によって生成されるトルクによっては、圧縮行程においてクランク軸に付与される負荷トルクに打ち勝つことが困難であることに鑑み、圧縮行程において排気バルブを開弁させ、負荷トルクを低減するデコンプ装置を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記デコンプ装置を備えたとしても、電動機のトルクが小さいために、始動に要する時間が長くなる等、クランク軸に付与するトルクが小さいことによる問題が解消されるわけではない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、回転機を制御対象とする新たな回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、回転機を制御対象とする回転機の制御装置において、前記回転機は、固定子巻線同士が中性点で接続されたものであり、前記回転機には、該回転機の各固定子巻線とコンデンサを備える直流電圧源の正極および負極のそれぞれとの間を開閉するスイッチング素子を備える直流交流変換回路が接続され、前記直流交流変換回路の一対の入力端子のいずれかおよび前記中性点と車載バッテリの一対の端子とを接続する第１接続状態と、前記直流交流変換回路の一対の入力端子と前記車載バッテリの一対の端子とを接続する第２接続状態とを切り替える切替手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、第１接続状態において、車載バッテリの電圧を昇圧して直流電圧源に印加したり、直流電圧源の電圧を降圧して車載バッテリに印加したりすることができる。また、第２接続状態において、車載バッテリを電源として回転機を電動機として用いたり、回転機を発電機として用いて車載バッテリに充電したりすることができる。ここで、第１接続状態におけるものよりも第２接続状態におけるものの方が車載バッテリの充放電電流のリップルが小さい。このため、直流電圧源を昇圧する要求等がない場合には、第２接続状態とすることで、車載バッテリの充放電電流のリップルを極力低減することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回転機は、車載主機としての内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、前記第２接続状態において前記クランク軸の回転エネルギが前記回転機によって電気エネルギに変換されて車載バッテリに充電され、前記第１接続状態において前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記車載バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子を操作することで、前記回転機を電動機として利用して前記クランク軸にトルクを付与するトルク付与手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、第１接続状態において、固定子巻線および直流交流変換回路を構成するスイッチング素子によって昇圧チョッパ回路を構成することで、直流電圧源の電圧を車載バッテリの端子電圧に対して昇圧することができる。このため、部品点数の増加等を極力抑制または回避しつつ直流交流変換回路の入力電圧を上昇させることができる。そしてこれにより、回転機を電動機として機能させる際のトルクを増大させることができるため、発電機としての機能が主である回転機を用いてクランク軸の回転に必要なトルクを付与することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記トルク付与手段によるトルクを付与する処理から前記クランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換して車載バッテリに充電する処理へと移行するに際し、前記中性点と前記車載バッテリとの間を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、前記第１接続状態を解除する接続制御手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、上記電流量が規定値以下となることを条件に第１接続状態を解除することで、第１接続状態の解除に伴って第１接続状態において流れていた電流が減少する速度を小さくすることができる。このため、電流の減少速度が大きくなる場合に生じるサージ電圧を抑制することができる。また、第１接続状態を実現するためにリレーを用いていた場合には、これが溶着することを回避することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、電圧源の正極側に接続されるものおよび負極側に接続されるもののそれぞれについてのオン状態となりうる期間であるベースオン期間が、前記固定子巻線のそれぞれで互いに等しい長さとされて且つ、前記固定子巻線毎に各別の位相に設定されるに際し、正極側に接続されるスイッチング素子および前記負極側に接続されるスイッチング素子のいずれかを前記ベースオン期間において周期的にオンオフ操作するものであることを特徴とする。
【００１４】
上記のように正弦波制御を採用せず矩形波制御を採用する場合、ベースオン期間において周期的にオンオフ操作を行なうことで、電圧利用率が低下する。このため、通常、矩形波制御においてはベースオン期間のオンオフ操作は、トルクを制限する場合に行なわれる。これに対し、上記発明では、電圧利用率の低下による回転機のトルクの低下を直流交流変換回路の入力電圧の昇圧による回転機のトルクの増大が上回る制御が可能であることに着目した。これにより、部材の仕様変更や部品点数の増加を極力抑制または回避しつつ、直流交流変換回路の入力電圧を車載バッテリの端子電圧とする場合と比較して回転機のトルクを増大させることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときであって且つ、前記正極側に接続されるスイッチング素子または前記負極側に接続されるスイッチング素子について、前記ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする。
【００１６】
上記態様にて昇圧制御を行なう場合、正極側に接続されるスイッチング素子または負極側に接続されるスイッチング素子について、ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングと、中性点と車載バッテリとの間を流れる電流が極小値となるタイミングとの間の位相差は、予め把握することが可能なものである。このため、上記切替タイミングと電流量が規定値以下となるタイミングとの位相差に応じて規定時間を設定することで、電流量が規定値以下となるタイミングで第１接続状態を解除することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときにおいて、前記直流電圧源の電圧の検出値を入力とし、該検出値が極値となるタイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする。
【００１８】
上記態様にて昇圧制御を行なう場合、中性点と車載バッテリとの間を流れる電流が極小値となるタイミングと、直流電圧源の電圧が極値となるタイミングとの間の位相差は、予め把握することができる。このため、直流電圧源の電圧が極値となるタイミングと電流量が規定値以下となるタイミングとの位相差に応じて規定時間を設定することで、電流量が規定値以下となるタイミングで第１接続状態を解除することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記クランク軸の回転速度をアイドリング時の目標値に制御するアイドル回転速度制御手段を備え、前記直流交流変換回路の入力電圧を前記車載バッテリの端子電圧とする場合に生成可能な前記回転機のトルクが、前記クランク軸の回転速度をゼロから前記目標値まで上昇させるのに要するトルクよりも小さいことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、回転機を電動機として利用した場合のトルクが、直流交流変換回路の入力電圧を車載バッテリの端子電圧とすると、非常に小さいものとなっている。このため、回転機の主の用途である発電機としての用途に従って設計した場合と比較して体格の大型化等を極力抑制した回転機や直流交流変換回路を実現することができる。そしてこの場合、クランク軸にトルクを付与するに際してトルクが不足する懸念が生じるものの、これについては昇圧制御手段およびトルク付与手段によって解消される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる回転機の生成可能なトルクと回転速度との関係を示す図。
【図３】同実施形態にかかる昇圧処理の原理を示す図。
【図４】同実施形態にかかる昇圧処理時の操作信号波形を示すタイムチャート。
【図５】同実施形態にかかる発電処理の手順を示す流れ図。
【図６】同実施形態にかかる始動アシスト処理の手順を示す流れ図。
【図７】上記発電処理のサブルーチンを示す図。
【図８】上記サブルーチンの処理を示すタイムチャート。
【図９】第２の実施形態にかかる発電処理のサブルーチンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を自動２輪車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００２４】
エンジン１０は、単気筒の火花点火式内燃機関であり、詳しくは、４ストロークエンジンである。エンジン１０の吸気通路１２には、スロットルグリップ５８に機械的に連結されて且つその操作に連動して通路断面積を調節するスロットルバルブ１６が設けられている。スロットルバルブ１６の開口度θは、スロットルセンサ１８によって検出される。吸気通路１２のうちスロットルバルブ１６の下流には、電子制御式の燃料噴射弁２０が設けられている。
【００２５】
吸気通路１２は、吸気バルブ２２の開動作に伴って燃焼室２４と連通する。燃焼室２４には、点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６による点火操作によって、吸気通路１２に吸入された空気（新気）と燃料噴射弁２０から噴射された燃料との混合気が燃焼室２４において燃焼に供される。この際生成される燃焼エネルギは、ピストン２８の往復動を介して、クランク軸３０の回転エネルギに変換される。ちなみに、クランク軸３０付近には、その回転角度を検出するクランク角センサ３２が設けられている。
【００２６】
燃焼室２４は、排気バルブ３６の開動作に伴って排気通路３８と連通する。これにより、燃焼室２４内において燃焼に供された混合気が排気として排気通路３８に排出される。なお、排気バルブ３６を開閉させる手段については、デコンプ装置を備えることが望ましい。
【００２７】
一方、始動発電機４０は、その回転子４０ａがクランク軸３０に機械的に連結されており、クランク軸３０の回転エネルギを電気エネルギに変換する交流発電機となるものである。詳しくは、始動発電機４０の回転子４０ａには、永久磁石が備えられている。一方、始動発電機４０の固定子には、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗが設けられている。これら固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗは、中性点Ｎにて互いに接続されている。ちなみに、本実施形態では、始動発電機４０として、表面磁石同期機（ＳＰＭ）を想定している。また、クランク軸３０と回転子４０ａとは回転速度比１で機械的に連結されている一方、始動発電機４０の極は４以上（たとえば１２）とされている。このため、始動発電機４０の電気角の１回転は、クランク軸３０の１回転よりも小さい回転角度量となる。
【００２８】
始動発電機４０の端子（固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗのうち中性点Ｎに接続されない側の端部）は、インバータＩＮＶに接続されている。インバータＩＮＶは、スイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎ（￥＝ｕ，ｖ，ｗ）の直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点が始動発電機４０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓ￥＃（￥＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）として、本実施形態では、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタが用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ￥＃が逆並列に接続されている。なお、ダイオードＤ￥＃は、スイッチング素子Ｓ￥＃のボディーダイオードであってもよい。
【００２９】
インバータＩＮＶの一対の入力端子間には、直流電圧源（コンデンサ４２）が接続されている。また、インバータＩＮＶの負極端子側（車体電位側）には、バッテリ４６の負極端子が接続されている。バッテリ４６は、車載補機の電源となる２次電池であり、端子電圧がたとえば１８Ｖ以下（望ましくは１２Ｖ前後）となるものである。バッテリ４６としては、たとえば鉛蓄電池等を用いることができる。
【００３０】
バッテリ４６の正極端子側には、メインリレー５４を介して電磁形リレー（リレー４８）が接続されている。詳しくは、本実施形態では、可動鉄心形のものを例示している。リレー４８は、バッテリ４６の正極端子を中性点ＮとインバータＩＮＶの正極側の入力端子とのいずれに接続するかを切り替えるための手段である。なお、リレー４８としては、通電のなされない場合にインバータＩＮＶの正極側の入力端子とバッテリ４６の正極端子とを接続状態とするものであることが望ましい。リレー４８のコイルの一方の端子は、開閉制御用スイッチング素子５０を介して接地されており、他方の端子は、メインリレー５４を介してバッテリ４６の正極に接続されている。メインリレー５４のコイルの一方の端子とバッテリ４６の正極との間には、ユーザによって操作可能なイグニッションスイッチ５２が接続されている。また、メインリレー５４のコイルの他方の端子は、接地されている。これにより、イグニッションスイッチ５２がオン操作されることで、メインリレー５４は閉状態となる。
【００３１】
制御装置５６は、上記エンジン１０や始動発電機４０を制御対象とする制御装置である。なお、制御装置５６とインバータＩＮＶとは、同一基板に形成されることが望ましい。制御装置５６は、スロットルセンサ１８や、クランク角センサ３２に加えて、始動発電機４０の回転角度を検出するたとえばホール素子等の回転角度センサ６６、車速を検出する車速センサ６７、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６８、コンデンサ４２の充電電圧Ｖｃを検出する電圧センサ６９等の検出値を取り込む。そして、これらに基づき燃料噴射弁２０や点火プラグ２６を操作することでエンジン１０の出力トルクを制御する。また、スイッチング素子Ｓ￥＃の操作信号ｇ￥＃によってインバータＩＮＶのスイッチング素子Ｓ￥＃を操作することで始動発電機４０を制御する。
【００３２】
始動発電機４０は、基本的には、上述したようにクランク軸３０の回転エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ４６に供給するための発電機として機能する。ただし、始動発電機４０は、エンジン１０の始動等にも利用される。ここで、自動２輪車においては、始動発電機４０の搭載スペースの制約が特に厳しいものとなっている。たとえば、スクータ等の小型の自動２輪車においては、始動発電機４０は、φ１３０ｍｍ程度で軸方向寸法が４０ｍｍ程度以下の体格に制限される。このため、始動発電機４０を電動機として利用する際の生成可能トルクが制限され、ひいては始動性の低下等が懸念される。以下、これについて説明する。
【００３３】
図２に、一点鎖線にて、インバータＩＮＶの一対の入力端子間に端子電圧Ｖｂのバッテリ４６を接続した場合の始動発電機４０の生成可能トルクと回転速度ＮＥとの関係を示す（上述したように、クランク軸３０と始動発電機４０の回転子４０ａとが回転速度比１となるようにして機械的に連結されているため、エンジン１０の回転速度ＮＥは始動発電機４０の回転速度でもある）。
【００３４】
図示されるように、始動発電機４０によって生成可能なトルクは、低速度領域において上限値Ｔｍａｘで一定となって且つ、それ以外の領域において回転速度ＮＥの上昇とともに低下する。これは、基本的には、始動発電機４０に流し込める電流が「（Ｖｍ−Ｅ）／√｛ｒ＾２＋（ωＬ）＾２｝」に比例することによる。ここで、回転子４０ａの永久磁石による磁束が固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗに生じさせる逆起電力Ｅ、印加電圧Ｖｍ、始動発電機４０の抵抗ｒ、インダクタンスＬおよび回転速度に応じた周波数ωを用いた。このため、回転速度ＮＥが上昇するにつれて始動発電機４０によって生成可能なトルクＴが低下する。ここで、本実施形態では、トルクがゼロとなる上限速度は、アイドリング時の目標回転速度Ｎｉ（たとえば１３００〜１８００ｒｐｍ、より望ましくは、１４００〜１７００ｒｐｍ）よりも小さくなっている。このため、始動発電機４０は、エンジン１０の燃焼制御を行なわないなら、回転速度ＮＥをゼロから目標回転速度Ｎｉまで上昇させることができないものとなっている。
【００３５】
一方、速度が低い領域において上限値Ｔｍａｘで固定されるのは、始動発電機４０の構造上、流せる電流に発熱に起因した限界があるためである。この電流値は、本実施形態では、電動機の機能を兼ねることで始動発電機４０が大型化することを極力回避した設計とすることに起因している。
【００３６】
すなわち、発電機としての要求を満たす上では、発電量が小さくなるアイドリング運転時において、バッテリ４６に所定の電圧（たとえば１４Ｖ）を印加して且つ所定量の電流（たとえば１Ａ）を流せるようにする必要がある。ここで、発電電圧や発電電流を増大させるうえでは、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの巻数を増加させることが有効である一方、巻数の増加は、始動発電機４０の大型化を招く。このため、発電機としての要求を満たす上では、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの巻数を増やして且つそれらの線径を細くする必要がある。
【００３７】
これに対し、電動機としての要求を満たす上では、生成可能なトルクを大きくすべく流せる電流を大きくする必要が生じる。そして流せる電流を大きくする上では、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの線径を太くすることが必要である。
【００３８】
このため、発電機としての要求と電動機としての要求との双方を満たす上では、始動発電機４０を大型化する必要が生じる。しかし、電動機としての機能を兼ねることで始動発電機４０が大型化することは望ましくない。そこで、発電機としての要求のみを満たすうえでの体格と比較して体格の大型化を無視しうるレベルに抑えるべく、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの線径を制限して設計したため、発熱限界に起因した流せる電流（連続定格電流）の上限が小さくなり、ひいては回転速度ＮＥがある値以上小さくなっても生成可能な最大トルクに変化のない領域が生じている。
【００３９】
ここで、エンジン１０の始動時においてクランク軸３０を回転させるに際してクランク軸３０の回転を妨げるトルク（負荷トルク）は、周期性を有し、エンジン１０の圧縮上死点に起因して極大となる。そして本実施形態では、停止中のエンジン１０を回転させる処理の開始時に上記極大値に打ち勝つために要求されるトルクが上限値Ｔｍａｘよりも大きいものとなっている。ここで、負荷トルクに打ち勝つのに要する始動発電機４６の出力トルクは、回転速度ＮＥがゼロのときよりもある程度高回転となるときの方が、クランク軸３０およびピストン２８等の運動エネルギが大きくなっているために小さくなる。特に、本実施形態では、回転速度ＮＥがゼロよりも大きくて且つ目標回転速度Ｎｉよりも小さい領域において圧縮行程に伴う極大値を有した負荷トルクにもかかわらず正回転を継続させることが可能なトルクを生成可能な設定となっている。
【００４０】
ただし、この場合、エンジン１０のクランク軸３０の停止角度によっては、圧縮行程となるまでの回転角度が小さいため、クランク軸３０の回転速度を十分に加速することができず、ひいてはスタータ兼用発電機４６によって圧縮行程に起因した負荷トルクに打ち勝つトルクを生成できない。このため、こうした領域では、クランク軸３０を一旦逆回転させその後クランク軸３０を正回転させることで、圧縮行程における回転速度ＮＥを上昇させるいわゆるスイングバック処理を行なうこととなる。
【００４１】
しかし、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の端子電圧Ｖｂとした場合、スタータ兼用発電機４６の生成可能なトルクが低下し始める回転速度ＮＥが低いため、圧縮行程に達する以前に十分に加速するうえでは、逆回転させる量を大きくする等、スイングバックに要する時間が伸長する。
【００４２】
そこで本実施形態では、中性点Ｎにバッテリ４６の正極を接続することでインバータＩＮＶの入力電圧を昇圧し、図２に実線にて示すようにトルクの生成可能領域を拡大する。
【００４３】
図３に、昇圧処理の原理を示す。この昇圧処理は、固定子巻線４０￥（￥＝ｕ，ｖ，ｗ）を昇圧チョッパ回路のリアクトルとして利用することでバッテリ４６の端子電圧Ｖｂ対して昇圧した電圧をコンデンサ４２に印加するものである。すなわち、図３（ａ）に示すようにスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン操作することで、バッテリ４６、固定子巻線４０￥、およびスイッチング素子Ｓ￥ｎを備えるループ経路に電流が流れ、固定子巻線４０￥にエネルギが蓄積される。そして、図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｓ￥ｎをオフ操作することで、バッテリ４６、固定子巻線４０￥、ダイオードＤ￥ｐおよびコンデンサ４２を備えるループ経路に電流が流れ、固定子巻線４０￥に蓄積されたエネルギがコンデンサ４２に出力される。
【００４４】
具体的には、本実施形態では、図４に示すように、矩形波制御（１８０°通電処理）に従ってスイッチング素子Ｓ￥＃を操作するに際し、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎのオンとすべき期間（ベースオン期間）において、そのオンとすべき期間（電気角で１８０°の期間）よりも短い期間Ｔｃを周期としてスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン・オフ操作する。ここで、１８０°通電処理は、スイッチング素子Ｓ￥ｐとスイッチング素子Ｓ￥ｎとを電気角の１８０°毎に交互にオン状態として且つ、相毎にオン操作の位相が「１２０°」ずつずれたものである。
【００４５】
これにより、周期Ｔｃに対するオン期間の時間比率（デューティＤ）によって昇圧電圧を制御することができる。ここで、１８０°通電処理を採用したのは、第１に、制御の簡素化のためであり、第２に、電圧利用率が最大となるためである。すなわち、本実施形態では、始動時等、限られた期間に始動発電機４０を電動機として利用するに過ぎず、また単気筒の内燃機関を主機としていることもあり、トルクリップル等が問題となることはない。むしろここで要求されるのは、始動発電機４０によって生成可能な最大トルクを実現することである。このため、電圧利用率が最大となる１８０°通電処理を採用した。
【００４６】
ちなみに、１８０°通電処理においてもスイッチング状態の切替位相を操作することでトルクは変動しうる。本実施形態では、最大のトルクに開ループ制御すべく、スイッチング状態の切替位相δ（インバータＩＮＶの出力電圧の位相）を回転速度ＮＥに応じて操作する。
【００４７】
また、上記のように、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン・オフ操作する（ＰＷＭ処理する）場合には、１８０°通電処理の本来の電圧利用率と比較して実際の電圧利用率が低下する。実際、正弦波制御を行わない簡易な制御器において１２０°通電処理や１８０°通電処理等を用いる場合、これら方式に従ってオンとすべき期間においてＰＷＭ処理することは、通常、電流を制限する目的でなされている。しかし、本実施形態では、ＰＷＭ処理によるトルクの低減効果を昇圧によるトルクの増大効果が上回るように、デューティＤおよびＰＷＭ処理の位相を設定することで、ＰＷＭ処理によってトルクを増大させている。
【００４８】
なお、インバータＩＮＶとバッテリ４６との間に昇圧チョッパ回路を別途設けるなら、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の電圧よりも上昇させて且つ、１８０°通電処理の電圧利用率を実現することができる。しかし、これは、上述した搭載スペースの制約を満たすことを困難としうる。また、エンジン１０の始動等、車両の走行利用期間に対してクランク軸３０を正回転させるためのトルクを付与する電動機が必要とされる期間が極めて短いにもかかわらず、この僅かな期間のために新たなハードウェア手段を搭載することとなり、望ましくない。
【００４９】
上記昇圧処理により、本実施形態では、先の図２に実線にて示すように、生成可能な最大トルクを上限値Ｔｍａｘとすることのできる領域を回転速度Ｎｔまで拡大することができ、ひいてはエンジン１０の始動に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
以下、始動発電機４０の制御に関し、「発電処理」、「始動アシスト処理」の順に説明した後、最後に、「リレー４８の切替処理」について説明する。
【００５１】
「発電処理」
図５に、本実施形態にかかる発電処理の手順を示す。この処理は、制御装置５６によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００５２】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、回転速度ＮＥが目標回転速度Ｎｉよりも小さいことと後述するトルクアシスト処理の実行要求が生じていることとについて、それらの論理和が真であるか否かを判断する。そしてステップＳ１０において否定判断される場合、ステップＳ１２において、開閉制御用スイッチング素子５０を通じてリレー４８を操作することで、バッテリ４６の正極側をインバータＩＮＶの正極側の入力端子に接続する。これは、始動発電機４０の発電処理時において、インバータＩＮＶの一対の入力端子を介して始動発電機４０の発電エネルギをバッテリ４６に出力するための設定である。ここで、中性点Ｎを介してバッテリ４６の充電を行わないのは、インバータＩＮＶの入力端子を介してバッテリ４６に電力を出力する場合、３相のそれぞれの電流が全波整流されバッテリ４６に出力されることから、バッテリ４６への充電電流のリップルを低減することができることなどのためである。
【００５３】
続くステップＳ１４においては、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂが上限電圧ＶｔｈＨ以上である状態が継続するか否かを判断する。この処理は、バッテリ４６への充電が可能であるか否かを判断するためのものである。ここで、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂは、バッテリ４６の充電率（満充電に対する実際の充電量：ＳＯＣ）と相関を有する物理量である。ちなみに、バッテリ４６の充電率は、開放端電圧（ＯＣＶ）との間により強い相関を有するものであるが、ここでは、簡易的に端子電圧Ｖｂ（通常、閉路端電圧となる）を用いて充電率を定量化している。なお、上記上限電圧ＶｔｈＨは、バッテリ４６が満充電状態であるか否かを判断するための値に設定されている。また、上限電圧ＶｔｈＨ以上である状態の継続を問題とすることの理由については、後述の処理の説明時に説明する。
【００５４】
上記ステップＳ１４において否定判断される場合、バッテリ４６が未だ満充電状態でないと判断し、ステップＳ１６において発電処理を行なう。ここでは、先の図４に例示した１８０°通電処理を行なう。ただし、この際、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎのＰＷＭ処理を行わない。なお、発電処理の実行時においてバッテリ４６の端子電圧Ｖｂが上限電圧ＶｔｈＨ以上となると判断される場合、インバータＩＮＶの出力電圧の位相（スイッチング状態の切替位相）を進角させる処理を行なうことで発電量を低減させる。そして、位相の進角処理によってもバッテリ４６の端子電圧Ｖｂが上限電圧ＶｔｈＨ以上となる状態が継続されることで、上記ステップＳ１４において肯定判断されることとなる。
【００５５】
上記ステップＳ１４において肯定判断される場合、バッテリ４６が満充電状態にあると判断し、ステップＳ１８においてゼロトルク制御を行なう。これは、エネルギの浪費を極力抑制するための設定である。すなわち、本実施形態では、ハードウェア手段の簡素化のため、インバータＩＮＶと始動発電機４０との間を遮断する手段や、クランク軸３０と回転子４０ａとの機械的な連結を解除する手段を備えていない。このため、インバータＩＮＶのスイッチング素子Ｓ￥＃を全てオフとしたとしても、始動発電機４０が回転することで、固定子巻線４０￥を鎖交する永久磁石の鎖交磁束数が周期的に変動することに起因した逆起電圧によって、ダイオードＤ￥＃を介して電流が流れ、ひいてはクランク軸３０に負荷トルクが付与されることでエンジン１０の燃料消費量が増大する。また、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの全てや下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎの全てをオン操作したとしても、クランク軸３０に負荷トルクが付与されることでエンジン１０の燃料消費量が増大する。そのため、ステップＳ１８では、始動発電機４０の生成トルクがゼロとなるようにインバータＩＮＶを操作する。ちなみに、この際、インバータＩＮＶを操作することなどに起因して電力が消費されるが、これによる電力消費量は、上記負荷トルクによる燃料消費量の増大と比較して、巨視的な時間スケールにおける燃料消費率を低減しうるものである。
【００５６】
なお、上記ステップＳ１６，Ｓ１８の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５７】
「始動アシスト処理」
図６に、本実施形態にかかる始動アシスト処理の手順を示す。この処理は、制御装置５６によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００５８】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、始動要求があるか否かを判断する。これは、たとえばイグニッションスイッチ５２と連動して操作される図示しない起動スイッチがオンとされるか否かに基づき判断すればよい。なお、後述するアイドルストップ制御における自動始動処理時においても、この処理において始動要求があると判断される。
【００５９】
ステップＳ２０において肯定判断される場合、ステップＳ２２においてエンジン１０の回転速度ＮＥが下限速度ＮｔｈＬ以下であるか否かを判断する。この処理は、昇圧処理を行なうか否かを判断するためのものである。すなわち、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の端子電圧Ｖｂとした場合の始動発電機４０を流れる電流の上限値は、先の図２に示したように、発熱限界によって規定される最大トルクに対応するものであるため、始動発電機４０の低速領域においては一定値（連続定格電流）となる。このため、低速領域では、始動発電機４０に流れる電流を上限値に制御すべく、始動発電機４０に印加する電圧の実効値を制限する。このため、この領域においては、昇圧処理を行わない。なお、下限速度ＮｔｈＬは、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の端子電圧Ｖｂとした場合の始動発電機４０の生成可能トルクが上限値Ｔｍａｘから低下し始める回転速度程度に設定する。
【００６０】
ステップＳ２２において肯定判断される場合、ステップＳ２４において、開閉制御用スイッチング素子５０を通じてリレー４８を操作することで、バッテリ４６の正極側をインバータＩＮＶの正極側の入力端子に接続する。また、ステップＳ２４では、回転速度が低い領域では、周知の１２０°通電処理を行ない、回転速度の上昇に伴って、１８０°通電処理に移行させる。なお、始動発電機４０を流れる電流を上限値に高精度に制御する上では、１２０°通電処理や１８０°通電処理によってオンとすべき期間においてＰＷＭ処理を実行することが望ましい。また、このステップＳ２４においては、クランク軸３０を逆回転させるスイングバック等を適宜利用することで、圧縮行程に起因してクランク軸３０の負荷トルクが極大となるタイミングにおいて回転速度ＮＥがある程度高回転となるように制御する。
【００６１】
一方、ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２６に移行する。ここでは、開閉制御用スイッチング素子５０を通じてリレー４８を操作することで、バッテリ４６の正極側を中性点Ｎに接続し、先の図４に示した態様にてスイッチング素子Ｓ￥＃を操作する。
【００６２】
続くステップＳ２８においては、昇圧処理の開始からの時間を計時するカウンタの計時動作を行なう。そして、ステップＳ３０においては、カウンタ値Ｔが閾値時間Ｔｔｈ以上となることとスロットルグリップ５８の操作に従ってアイドル制御が終了することとについて、それらの論理和が真であるか否かを判断する。この処理は、燃焼制御を開始し、また昇圧処理を停止するか否かを判断するためのものである。ここで、本実施形態では、閾値時間Ｔｔｈを、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂが高いほど長く設定する。ここで、端子電圧Ｖｂは、バッテリ４６の充電率を定量化したものであり、この処理によって、目標回転速度Ｎｉとなった後も始動発電機４０のみによってクランク軸３０を回転させる処理を許容し、バッテリ４６の充電率が高いほど燃焼制御の開始までの時間を伸長させる。これは、長期的な時間スケールにおける燃料消費率を低減するための設定である。
【００６３】
すなわち、エンジン１０の燃料消費率は、回転速度およびトルクに応じて定まる動作点毎に変動し、特に、低負荷低回転速度領域においては高いものとなる。このため、燃料消費率が高い領域において燃焼制御を極力行わないようにするためには、エンジン１０の始動に際して始動発電機４０によってクランク軸３０を回転させる期間を長くすることが望ましい。加えて、エンジン１０の回転速度ＮＥが目標回転速度Ｎｉよりも高い領域においては燃料消費率の低下傾向があるものの、この時点でバッテリ４６が満充電に達すると、先の図５のステップＳ１８に示したゼロトルク制御によってバッテリ４６の電力が浪費されることとなる。このため、バッテリ４６の充電率をある程度低下させることで、ゼロトルク制御の開始までの期間を伸長させることが燃料消費率を改善することにつながる。
【００６４】
上記ステップＳ３０において肯定判断される場合、ステップＳ３２において燃焼制御を開始し、また、始動アシスト処理を終了することで始動発電機４０を発電機として利用するモードに切り替える。
【００６５】
上記ステップＳ３２の処理が完了する場合や、ステップＳ２０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００６６】
「リレー４８の切替処理」
上記始動アシスト処理が終了することで発電処理に移行させるべくリレー４８を切り替える際、リレー４８を流れる電流が大きい場合、切り替えによって溶着が生じたり、サージ電圧が大きくなったりするおそれがある。そこで、本実施形態では、リレー４８を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、リレー４８を切り替える。ここでの規定値は、上記問題を回避することのできる電流量の上限値以下に設定される。
【００６７】
図７に、先の図５のステップＳ１２の処理の詳細を示す。
【００６８】
この一連の処理では、まずステップＳ１２ａにおいて、コンデンサ４２の充電電圧Ｖｃが第１極小値となるタイミングまで待機する。ここで、第１極小値について、図８に基づき説明する。
【００６９】
図８（ａ）は、先の図４に示した昇圧処理の実行時において、リレー４８を流れる電流（中性点電流）の推移を例示し、図８（ｂ）は、充電電圧Ｖｃの推移を例示す。図示される例では、中性点電流が極小値となる周期は、充電電圧Ｖｃが極小値となる周期の２倍である。このため、中性点電流が極小値となる位相と充電電圧Ｖｃが極小値となる位相との位相差を予め把握しているなら、充電電圧Ｖｃが極小値となるタイミングから中性点電流が極小値となるタイミングを予測することができる。
【００７０】
ただし、充電電圧Ｖｃが極小値となるタイミングに基づき中性点電流が極小値となるタイミングを予測するうえでは、中性点電流の１周期内に出現する２つの充電電圧Ｖｃの極小値のうちのいずれであるかを特定する必要がある。ここで、本実施形態では、第１極小値とこれよりも値が大きい第２極小値とが交互に生じることに着目した。すなわち、極小値の時系列データに基づき第１極小値および第２極小値を特定することができることから、特定する処理が完了した後には、次にくる極小値が第１極小値であるか第２極小値であるかを判断することができる。
【００７１】
なお、中性点電流が極小値となる周期と充電電圧Ｖｃが極小値となる周期との関係は、たとえば中性点電流が極小値となる周期が充電電圧Ｖｃが極小値となる周期の３倍となる等、始動発電機４０の固定子巻線４０￥のインダクタンスや、コンデンサ４２の静電容量、さらにはデューティＤ等に応じて変動しうる。ただし、この場合であっても、上記と同様の考え方で、充電電圧Ｖｃが極小値となるタイミングから中性点電流が極小値となるタイミングを予測することができる。
【００７２】
第１極小値となるタイミングで、先の図７に示すステップＳ１２ｂにおいて、第１極小値となるタイミングからの経過時間を計時するカウンタの計時動作を開始する。続くステップＳ１２ｃにおいては、カウンタ値Ｔが切替値Ｔｔｒｇとなったか否かを判断する。切替値Ｔｔｒｇは、第１極小値となるタイミングに対する中性点電流が規定値以下（望ましくは「０」）となるタイミングまでの遅延時間に設定されている。切替値Ｔｒｇは、デューティＤに応じて可変設定される。切替値Ｔｒｇは、さらに回転速度ＮＥに応じて可変設定することが望ましい。そして、切替値Ｔｔｒｇとなることで、ステップＳ１４ｄにおいて、リレー４８を切り替える。
【００７３】
上記ステップＳ１４ｄの処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７４】
ちなみに、リレー４８を切り替えるまで昇圧処理を継続するのは、昇圧処理を停止することで、リレー４８を介して中性点Ｎからバッテリ４６に電流が流れることがあり、これは、先の図３に示した発電処理時の電流と比較してリップルが大きくなるためである。また、昇圧処理を低下することで、リレー４８を介して中性点Ｎからバッテリ４６に電流が流れる場合、バッテリ４６の充電効率も低いと考えられる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７５】
図９に、先の図５のステップＳ１２の処理の詳細を示す。なお、図９において、先の図７に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００７６】
この一連の処理では、まずステップＳ１２ｅにおいて、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐがオンからオフに切り替わるタイミングとなるまで待機する。そして、このタイミングからの経過時間を計時するカウンタ値Ｔが切替値Ｔｒｇとなることでリレー４８を切り替える（ステップＳ１２ｂ〜１２ｄ）。
【００７７】
ここで、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐがオンからオフに切り替わるタイミングは、先の図８に示す例では、充電電圧Ｖｃが上記第１極小値となるタイミングである。このため、操作信号ｇ￥ｐがオンからオフに切り替わるタイミングに対する中性点電流が規定値以下（望ましくは「０」）となるタイミングまでの遅延時間に切替値Ｔｔｒｇを設定することで、リレー４８の切替に際してリレー４８を流れる電流量を規定値以下とすることができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７８】
「接続制御手段について」
上記第１の実施形態では、第１極小値となるタイミングを基準にリレー４８の切替タイミングを定めたが、第２極小値となるタイミングを基準にしてもよい。同様に、中性点電流の極小値の一周期の間に生じる充電電圧Ｖｃの一対の極大値のうち大きい方となるタイミングや小さい方となるタイミングを基準としてもよい。
【００７９】
上記第１の実施形態では、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６８とは別に、コンデンサ４２の充電電圧Ｖｃを検出する電圧センサ６９を備えたが、これに限らない。たとえば、電圧センサ６９のみを備えたとしても、バッテリ４６の正極とインバータＩＮＶの正極側の入力端子とが接続されている場合には、電圧センサ６９によってバッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出することができることに鑑みれば、電圧センサ６９のみを備えることも可能ではある。
【００８０】
また、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂも中性点電流のリップルと相関を有することに鑑み、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６８の検出値を用いてもよい。
【００８１】
上記第２の実施形態では、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐのオン状態からオフ状態への切替タイミングからの経過時間に基づきリレー４８を切り替えたが、これに限らない。たとえば、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐのオフ状態からオン状態への切替タイミング（第２極小値となるタイミング）からの経過時間に基づきリレー４８を切り替えてもよい。またたとえば、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎの操作信号ｇ￥ｎのオン状態からオフ状態への切替タイミングや、オフ状態からオン状態への切替タイミングからの経過時間に基づきリレー４８を切り替えてもよい。
【００８２】
また、リレー４８を流れる電流を直接検出することで、リレー４８の切替処理を行ってもよい。
【００８３】
「切替手段について」
バッテリ４６の正極端子とインバータＩＮＶの正極側の入力端子との接続状態（第２接続状態）と、バッテリ４６の正極端子と中性点Ｎとの接続状態（第１接続状態）との一対の状態のいずれかを必ず取るものに限らない。たとえばいずれの接続状態ともならない第３の状態を継続できる構成であってもよい。この場合、第１接続状態を解除した後、第２接続状態とするに先立ち、コンデンサ４２の電圧値が規定の電圧となるタイミングまで待機することなどが可能である。
【００８４】
リレーに限らず、半導体スイッチであってもよい。この場合であっても、中性点電流が大きいときにバッテリ４６の正極と中性点Ｎとの接続を遮断するなら、サージ電圧が大きくなる等の問題が生じるため、本発明の適用が有効である。
【００８５】
なお、切替手段の用途については、「回転機について」の欄に記載してある。
【００８６】
「トルク付与手段について」
上記第１の実施形態では、始動アシスト処理の実行期間を時間にて定めたが、エンジン１０の回転速度ＮＥにて定めてもよい。この場合、回転速度ＮＥの閾値を高くするほど実行期間が長くなる。
【００８７】
また、始動アシスト処理を行なうものにも限らない。たとえば、ユーザによって車両を駆動するトルクの増大要求がなされる場合に、それに迅速に応えるために始動発電機４０を電動機として利用するトルク増アシスト処理を行うものであってもよい。またたとえば、燃料カット制御からの復帰（燃焼制御の再開）に際してクランク軸３０に始動発電機４０のトルクを付与する復帰アシスト処理を行なうものであってもよい。この処理は、燃焼制御を再開させる回転速度を低下させ、燃料消費率を低減するためのものである。すなわち、復帰アシスト処理を行わない場合、エンジン１０の応答性等を考慮し、再開させる回転速度をアイドル時の目標回転速度Ｎｉよりも十分に高くする必要が生じる。
【００８８】
「制限トルク付与手段について」
バッテリ４６の正極および負極の双方をインバータＩＮＶの入力端子に接続して且つ１２０°通電処理や１８０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）によって始動発電機４０を駆動するものに限らない。たとえば、１２０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）を採用するものの、１８０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）についてはこれを採用しないものであってもよい。またたとえば、１８０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）を採用するものの、１２０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）についてはこれを採用しないものであってもよい。さらにたとえば、バッテリ４６を始動発電機４０の中性点に接続したとしても、昇圧処理のためのＤｕｔｙの値によっては、昇圧によるトルクの増大効果よりもＰＷＭ処理によるトルクの低減効果が大きくなることに鑑み、Ｄｕｔｙ制限によってトルクを上限値Ｔｍａｘ以下に制限しつつトルクアシストを実行してもよい。
【００８９】
「回転機のトルク制御について」
上記発明では、１８０°通電処理（または昇圧処理）または１２０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）によって実現されるトルクに制御したが、これに限らない。たとえば正弦波制御を実行してもよい。この場合、昇圧制御としては、たとえば特開２０１０−２８９４１に記載されているように、下側アームの短絡期間と上側アームの短絡期間との合計期間に対する下側アームの短絡期間の時比率によって昇圧率を制御すればよい。
【００９０】
「昇圧制御手段について」
昇圧制御手法としては、上記実施形態で例示したものに限らないことについては、「回転機のトルク制御について」の欄に記載したとおりである。
【００９１】
「中性点とバッテリ４６との接続手法について」
たとえば、バッテリ４６の正極をインバータＩＮＶの正極側の入力端子に接続し、バッテリ４６の負極側を中性点に接続するとともに、中性点とインバータＩＮＶの負極側の入力端子との間にコンデンサを接続してもよい。この場合、コンデンサ４２を削除することができ、インバータＩＮＶの一対の入力端子間に接続される直流電圧源は、バッテリ４６とコンデンサとの直列接続体となり、昇圧制御によってコンデンサの充電電圧を増大させることで直流電圧源の電圧を昇圧する。なお、この場合、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐのオンとすべき期間において昇圧のためのＰＷＭ処理を実行する。
【００９２】
「内燃機関について」
単気筒内燃機関に限らず、たとえば２気筒等、複数気筒を有するものであってもよい。この場合、始動時に要求されるトルクがさらに大きくなりうるが、この場合であっても、始動発電機４０の体格を発電性能によって要求される必要最小限の大きさを極力越えないものとしつつも始動処理を実現可能とするうえでは、上記実施形態の要領で昇圧電圧を利用することが有効である。ちなみに、この論理は、内燃機関を筒内噴射式のガソリン機関や圧縮着火式内燃機関（ディーゼル機関等）に変更することに対しても成立する。
【００９３】
「回転機について」
上記実施形態では、停止状態から圧縮乗り越えを行なう場合に要するトルクが上限値Ｔｍａｘよりも大きいものを採用したが、これに限らず、小さいものであってもよい。また、昇圧を行わない場合に生成可能なトルクがゼロとなる回転速度の最低値が目標回転速度Ｎｉよりも小さいものを採用したに限らず、たとえば目標回転速度Ｎｉよりも大きいものであってもよい。この場合であっても、発電機のみの要求に応じたものから体格の大型化等を極力抑制しつつ始動性の向上や燃料消費率の低下等を図る上では、昇圧処理を行なうことは有効である。
【００９４】
もっとも、切替手段の用途自体は、発電機のみの要求に応じたものから体格の大型化等を極力抑制しつつ始動性の向上や燃料消費率の低下等を図る目的で設計された回転機に適用するものに限らない。
【００９５】
また、ＳＰＭに限らず、たとえば埋め込み磁石同期機（ＩＰＭ）等であってもよい。
【００９６】
「回転機の回転子とクランク軸４０との連結について」
回転速度比１に限らない。ちなみに、クランク軸４０の回転速度に対して回転子の回転速度の方が高くなる設定とするなら、回転機の極対数を低減しても、始動アシスト処理等を的確に行なうことが容易となる。
【００９７】
「回転機のトルクの上限値Ｔｍａｘについて」
上記実施形態では、始動発電機４０に流せる電流（連続定格電流）のために、上限値Ｔｍａｘ以上のトルクを生成できないとしたが、これに限らない。たとえば、上限値Ｔｍａｘに対応する電流（連続定格電流）を超えることで、インバータＩＮＶを構成するスイッチング素子Ｓ￥＃が発熱限界に達し信頼性の低下が懸念されることから、上限値Ｔｍａｘ以下に制御する仕様であってもよい。ここでは、インバータＩＮＶの連続定格電流が発電時に要求される電流を極力超えないように設定されることが、インバータＩＮＶの小型化の観点から望ましい。
【００９８】
なお、いずれにせよ、連続定格電流に基づき上限値Ｔｍａｘが定まることに鑑みれば、エンジン１０の始動に際し始動発電機４０やインバータＩＮＶの発熱量が上限値に達する以前の短時間に限って上限値Ｔｍａｘを上回るトルクを生成する制御を行なうことも可能となり得る。このため、上限値Ｔｍａｘが一定である回転速度領域において、昇圧処理によって上限値Ｔｍａｘを超えるトルクを生成することで圧縮上死点を通過させて始動性を向上させるようにしてもよい。なお、この場合、トルクアシストを継続することが困難なため、たとえば圧縮上死点に起因してクランク軸３０に加わる負荷トルクが最大となる直前から圧縮上死点を通過するまでの規定期間に限ってトルクアシストを行えばよい。ただし、圧縮上死点を通過する直前の回転速度ＮＥが過度に低いと、燃焼制御を良好に開始することができないおそれがあるため、この場合には、上記規定期間となる都度、トルクアシストを行なうことでクランク軸３０を加速し、回転速度ＮＥが燃焼制御を良好に行なうことができる速度となった時点で燃焼制御を開始することが望ましい。
【００９９】
「直流交流変換回路について」
先の図１に例示したものに限らず、たとえば上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐをＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタとしてもよい。また、スイッチング素子Ｓ￥＃としては、電界効果トランジスタに限らず、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等であってもよい。
【０１００】
「車両について」
自動２輪車に限らず、たとえば後輪が２つある自動３輪車等であってもよい。こうした場合であっても、バッテリ４６の充電用の回転機を内燃機関の始動等において電動機として併用する用途等において、充電用のものに対する要求以上の要求を極力回避するうえでは、本発明の適用が有効である。
【０１０１】
「そのほか」
始動発電機４０とインバータＩＮＶとの間を開閉する開閉手段を備えてもよい。この場合、発電を行わないときには開閉手段を開状態とすることで、始動発電機４０からクランク軸３０に加えられる負荷トルクを、機械的な要因によるものを除き、ゼロとすることができる。しかしこの場合であっても、始動アシスト処理等において燃焼制御を遅らせることは燃料消費率の大きい領域で燃焼制御がなされることを極力抑制することができるため、燃料消費量を低減するうえで有効ではある。
【０１０２】
発電処理を行なう条件としては、先の図５に例示したものに限らない。たとえば図５のステップＳ１０における回転速度ＮＥの条件として、目標回転速度Ｎｉよりも高い規定速度以上であることとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…エンジン、４０…スタータ兼用発電機（回転機の一実施形態）、４０ｕ，４０ｖ，４０ｗ…固定子巻線、４２…平滑コンデンサ（直流電圧源の一実施形態）、４６…バッテリ、５６…制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機を制御対象とする回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１に見られるように、自動２輪車において、内燃機関のクランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機を、内燃機関の始動に際してクランク軸に初期回転を付与する電動機として併用することが提案されている。ここでは、内燃機関の始動に際して、電動機によって生成されるトルクによっては、圧縮行程においてクランク軸に付与される負荷トルクに打ち勝つことが困難であることに鑑み、圧縮行程において排気バルブを開弁させ、負荷トルクを低減するデコンプ装置を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記デコンプ装置を備えたとしても、電動機のトルクが小さいために、始動に要する時間が長くなる等、クランク軸に付与するトルクが小さいことによる問題が解消されるわけではない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、回転機を制御対象とする新たな回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、回転機を制御対象とする回転機の制御装置において、前記回転機は、固定子巻線同士が中性点で接続されたものであり、前記回転機には、該回転機の各固定子巻線とコンデンサを備える直流電圧源の正極および負極のそれぞれとの間を開閉するスイッチング素子を備える直流交流変換回路が接続され、前記直流交流変換回路の一対の入力端子のいずれかおよび前記中性点と車載バッテリの一対の端子とを接続する第１接続状態と、前記直流交流変換回路の一対の入力端子と前記車載バッテリの一対の端子とを接続する第２接続状態とを切り替える切替手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、第１接続状態において、車載バッテリの電圧を昇圧して直流電圧源に印加したり、直流電圧源の電圧を降圧して車載バッテリに印加したりすることができる。また、第２接続状態において、車載バッテリを電源として回転機を電動機として用いたり、回転機を発電機として用いて車載バッテリに充電したりすることができる。ここで、第１接続状態におけるものよりも第２接続状態におけるものの方が車載バッテリの充放電電流のリップルが小さい。このため、直流電圧源を昇圧する要求等がない場合には、第２接続状態とすることで、車載バッテリの充放電電流のリップルを極力低減することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回転機は、車載主機としての内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、前記第２接続状態において前記クランク軸の回転エネルギが前記回転機によって電気エネルギに変換されて車載バッテリに充電され、前記第１接続状態において前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記車載バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子を操作することで、前記回転機を電動機として利用して前記クランク軸にトルクを付与するトルク付与手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、第１接続状態において、固定子巻線および直流交流変換回路を構成するスイッチング素子によって昇圧チョッパ回路を構成することで、直流電圧源の電圧を車載バッテリの端子電圧に対して昇圧することができる。このため、部品点数の増加等を極力抑制または回避しつつ直流交流変換回路の入力電圧を上昇させることができる。そしてこれにより、回転機を電動機として機能させる際のトルクを増大させることができるため、発電機としての機能が主である回転機を用いてクランク軸の回転に必要なトルクを付与することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記トルク付与手段によるトルクを付与する処理から前記クランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換して車載バッテリに充電する処理へと移行するに際し、前記中性点と前記車載バッテリとの間を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、前記第１接続状態を解除する接続制御手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、上記電流量が規定値以下となることを条件に第１接続状態を解除することで、第１接続状態の解除に伴って第１接続状態において流れていた電流が減少する速度を小さくすることができる。このため、電流の減少速度が大きくなる場合に生じるサージ電圧を抑制することができる。また、第１接続状態を実現するためにリレーを用いていた場合には、これが溶着することを回避することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、電圧源の正極側に接続されるものおよび負極側に接続されるもののそれぞれについてのオン状態となりうる期間であるベースオン期間が、前記固定子巻線のそれぞれで互いに等しい長さとされて且つ、前記固定子巻線毎に各別の位相に設定されるに際し、正極側に接続されるスイッチング素子および前記負極側に接続されるスイッチング素子のいずれかを前記ベースオン期間において周期的にオンオフ操作するものであることを特徴とする。
【００１４】
上記のように正弦波制御を採用せず矩形波制御を採用する場合、ベースオン期間において周期的にオンオフ操作を行なうことで、電圧利用率が低下する。このため、通常、矩形波制御においてはベースオン期間のオンオフ操作は、トルクを制限する場合に行なわれる。これに対し、上記発明では、電圧利用率の低下による回転機のトルクの低下を直流交流変換回路の入力電圧の昇圧による回転機のトルクの増大が上回る制御が可能であることに着目した。これにより、部材の仕様変更や部品点数の増加を極力抑制または回避しつつ、直流交流変換回路の入力電圧を車載バッテリの端子電圧とする場合と比較して回転機のトルクを増大させることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときであって且つ、前記正極側に接続されるスイッチング素子または前記負極側に接続されるスイッチング素子について、前記ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする。
【００１６】
上記態様にて昇圧制御を行なう場合、正極側に接続されるスイッチング素子または負極側に接続されるスイッチング素子について、ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングと、中性点と車載バッテリとの間を流れる電流が極小値となるタイミングとの間の位相差は、予め把握することが可能なものである。このため、上記切替タイミングと電流量が規定値以下となるタイミングとの位相差に応じて規定時間を設定することで、電流量が規定値以下となるタイミングで第１接続状態を解除することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときにおいて、前記直流電圧源の電圧の検出値を入力とし、該検出値が極値となるタイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする。
【００１８】
上記態様にて昇圧制御を行なう場合、中性点と車載バッテリとの間を流れる電流が極小値となるタイミングと、直流電圧源の電圧が極値となるタイミングとの間の位相差は、予め把握することができる。このため、直流電圧源の電圧が極値となるタイミングと電流量が規定値以下となるタイミングとの位相差に応じて規定時間を設定することで、電流量が規定値以下となるタイミングで第１接続状態を解除することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記クランク軸の回転速度をアイドリング時の目標値に制御するアイドル回転速度制御手段を備え、前記直流交流変換回路の入力電圧を前記車載バッテリの端子電圧とする場合に生成可能な前記回転機のトルクが、前記クランク軸の回転速度をゼロから前記目標値まで上昇させるのに要するトルクよりも小さいことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、回転機を電動機として利用した場合のトルクが、直流交流変換回路の入力電圧を車載バッテリの端子電圧とすると、非常に小さいものとなっている。このため、回転機の主の用途である発電機としての用途に従って設計した場合と比較して体格の大型化等を極力抑制した回転機や直流交流変換回路を実現することができる。そしてこの場合、クランク軸にトルクを付与するに際してトルクが不足する懸念が生じるものの、これについては昇圧制御手段およびトルク付与手段によって解消される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる回転機の生成可能なトルクと回転速度との関係を示す図。
【図３】同実施形態にかかる昇圧処理の原理を示す図。
【図４】同実施形態にかかる昇圧処理時の操作信号波形を示すタイムチャート。
【図５】同実施形態にかかる発電処理の手順を示す流れ図。
【図６】同実施形態にかかる始動アシスト処理の手順を示す流れ図。
【図７】上記発電処理のサブルーチンを示す図。
【図８】上記サブルーチンの処理を示すタイムチャート。
【図９】第２の実施形態にかかる発電処理のサブルーチンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を自動２輪車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００２４】
エンジン１０は、単気筒の火花点火式内燃機関であり、詳しくは、４ストロークエンジンである。エンジン１０の吸気通路１２には、スロットルグリップ５８に機械的に連結されて且つその操作に連動して通路断面積を調節するスロットルバルブ１６が設けられている。スロットルバルブ１６の開口度θは、スロットルセンサ１８によって検出される。吸気通路１２のうちスロットルバルブ１６の下流には、電子制御式の燃料噴射弁２０が設けられている。
【００２５】
吸気通路１２は、吸気バルブ２２の開動作に伴って燃焼室２４と連通する。燃焼室２４には、点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６による点火操作によって、吸気通路１２に吸入された空気（新気）と燃料噴射弁２０から噴射された燃料との混合気が燃焼室２４において燃焼に供される。この際生成される燃焼エネルギは、ピストン２８の往復動を介して、クランク軸３０の回転エネルギに変換される。ちなみに、クランク軸３０付近には、その回転角度を検出するクランク角センサ３２が設けられている。
【００２６】
燃焼室２４は、排気バルブ３６の開動作に伴って排気通路３８と連通する。これにより、燃焼室２４内において燃焼に供された混合気が排気として排気通路３８に排出される。なお、排気バルブ３６を開閉させる手段については、デコンプ装置を備えることが望ましい。
【００２７】
一方、始動発電機４０は、その回転子４０ａがクランク軸３０に機械的に連結されており、クランク軸３０の回転エネルギを電気エネルギに変換する交流発電機となるものである。詳しくは、始動発電機４０の回転子４０ａには、永久磁石が備えられている。一方、始動発電機４０の固定子には、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗが設けられている。これら固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗは、中性点Ｎにて互いに接続されている。ちなみに、本実施形態では、始動発電機４０として、表面磁石同期機（ＳＰＭ）を想定している。また、クランク軸３０と回転子４０ａとは回転速度比１で機械的に連結されている一方、始動発電機４０の極は４以上（たとえば１２）とされている。このため、始動発電機４０の電気角の１回転は、クランク軸３０の１回転よりも小さい回転角度量となる。
【００２８】
始動発電機４０の端子（固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗのうち中性点Ｎに接続されない側の端部）は、インバータＩＮＶに接続されている。インバータＩＮＶは、スイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎ（￥＝ｕ，ｖ，ｗ）の直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点が始動発電機４０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓ￥＃（￥＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）として、本実施形態では、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタが用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ￥＃が逆並列に接続されている。なお、ダイオードＤ￥＃は、スイッチング素子Ｓ￥＃のボディーダイオードであってもよい。
【００２９】
インバータＩＮＶの一対の入力端子間には、直流電圧源（コンデンサ４２）が接続されている。また、インバータＩＮＶの負極端子側（車体電位側）には、バッテリ４６の負極端子が接続されている。バッテリ４６は、車載補機の電源となる２次電池であり、端子電圧がたとえば１８Ｖ以下（望ましくは１２Ｖ前後）となるものである。バッテリ４６としては、たとえば鉛蓄電池等を用いることができる。
【００３０】
バッテリ４６の正極端子側には、メインリレー５４を介して電磁形リレー（リレー４８）が接続されている。詳しくは、本実施形態では、可動鉄心形のものを例示している。リレー４８は、バッテリ４６の正極端子を中性点ＮとインバータＩＮＶの正極側の入力端子とのいずれに接続するかを切り替えるための手段である。なお、リレー４８としては、通電のなされない場合にインバータＩＮＶの正極側の入力端子とバッテリ４６の正極端子とを接続状態とするものであることが望ましい。リレー４８のコイルの一方の端子は、開閉制御用スイッチング素子５０を介して接地されており、他方の端子は、メインリレー５４を介してバッテリ４６の正極に接続されている。メインリレー５４のコイルの一方の端子とバッテリ４６の正極との間には、ユーザによって操作可能なイグニッションスイッチ５２が接続されている。また、メインリレー５４のコイルの他方の端子は、接地されている。これにより、イグニッションスイッチ５２がオン操作されることで、メインリレー５４は閉状態となる。
【００３１】
制御装置５６は、上記エンジン１０や始動発電機４０を制御対象とする制御装置である。なお、制御装置５６とインバータＩＮＶとは、同一基板に形成されることが望ましい。制御装置５６は、スロットルセンサ１８や、クランク角センサ３２に加えて、始動発電機４０の回転角度を検出するたとえばホール素子等の回転角度センサ６６、車速を検出する車速センサ６７、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６８、コンデンサ４２の充電電圧Ｖｃを検出する電圧センサ６９等の検出値を取り込む。そして、これらに基づき燃料噴射弁２０や点火プラグ２６を操作することでエンジン１０の出力トルクを制御する。また、スイッチング素子Ｓ￥＃の操作信号ｇ￥＃によってインバータＩＮＶのスイッチング素子Ｓ￥＃を操作することで始動発電機４０を制御する。
【００３２】
始動発電機４０は、基本的には、上述したようにクランク軸３０の回転エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ４６に供給するための発電機として機能する。ただし、始動発電機４０は、エンジン１０の始動等にも利用される。ここで、自動２輪車においては、始動発電機４０の搭載スペースの制約が特に厳しいものとなっている。たとえば、スクータ等の小型の自動２輪車においては、始動発電機４０は、φ１３０ｍｍ程度で軸方向寸法が４０ｍｍ程度以下の体格に制限される。このため、始動発電機４０を電動機として利用する際の生成可能トルクが制限され、ひいては始動性の低下等が懸念される。以下、これについて説明する。
【００３３】
図２に、一点鎖線にて、インバータＩＮＶの一対の入力端子間に端子電圧Ｖｂのバッテリ４６を接続した場合の始動発電機４０の生成可能トルクと回転速度ＮＥとの関係を示す（上述したように、クランク軸３０と始動発電機４０の回転子４０ａとが回転速度比１となるようにして機械的に連結されているため、エンジン１０の回転速度ＮＥは始動発電機４０の回転速度でもある）。
【００３４】
図示されるように、始動発電機４０によって生成可能なトルクは、低速度領域において上限値Ｔｍａｘで一定となって且つ、それ以外の領域において回転速度ＮＥの上昇とともに低下する。これは、基本的には、始動発電機４０に流し込める電流が「（Ｖｍ−Ｅ）／√｛ｒ＾２＋（ωＬ）＾２｝」に比例することによる。ここで、回転子４０ａの永久磁石による磁束が固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗに生じさせる逆起電力Ｅ、印加電圧Ｖｍ、始動発電機４０の抵抗ｒ、インダクタンスＬおよび回転速度に応じた周波数ωを用いた。このため、回転速度ＮＥが上昇するにつれて始動発電機４０によって生成可能なトルクＴが低下する。ここで、本実施形態では、トルクがゼロとなる上限速度は、アイドリング時の目標回転速度Ｎｉ（たとえば１３００〜１８００ｒｐｍ、より望ましくは、１４００〜１７００ｒｐｍ）よりも小さくなっている。このため、始動発電機４０は、エンジン１０の燃焼制御を行なわないなら、回転速度ＮＥをゼロから目標回転速度Ｎｉまで上昇させることができないものとなっている。
【００３５】
一方、速度が低い領域において上限値Ｔｍａｘで固定されるのは、始動発電機４０の構造上、流せる電流に発熱に起因した限界があるためである。この電流値は、本実施形態では、電動機の機能を兼ねることで始動発電機４０が大型化することを極力回避した設計とすることに起因している。
【００３６】
すなわち、発電機としての要求を満たす上では、発電量が小さくなるアイドリング運転時において、バッテリ４６に所定の電圧（たとえば１４Ｖ）を印加して且つ所定量の電流（たとえば１Ａ）を流せるようにする必要がある。ここで、発電電圧や発電電流を増大させるうえでは、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの巻数を増加させることが有効である一方、巻数の増加は、始動発電機４０の大型化を招く。このため、発電機としての要求を満たす上では、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの巻数を増やして且つそれらの線径を細くする必要がある。
【００３７】
これに対し、電動機としての要求を満たす上では、生成可能なトルクを大きくすべく流せる電流を大きくする必要が生じる。そして流せる電流を大きくする上では、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの線径を太くすることが必要である。
【００３８】
このため、発電機としての要求と電動機としての要求との双方を満たす上では、始動発電機４０を大型化する必要が生じる。しかし、電動機としての機能を兼ねることで始動発電機４０が大型化することは望ましくない。そこで、発電機としての要求のみを満たすうえでの体格と比較して体格の大型化を無視しうるレベルに抑えるべく、固定子巻線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗの線径を制限して設計したため、発熱限界に起因した流せる電流（連続定格電流）の上限が小さくなり、ひいては回転速度ＮＥがある値以上小さくなっても生成可能な最大トルクに変化のない領域が生じている。
【００３９】
ここで、エンジン１０の始動時においてクランク軸３０を回転させるに際してクランク軸３０の回転を妨げるトルク（負荷トルク）は、周期性を有し、エンジン１０の圧縮上死点に起因して極大となる。そして本実施形態では、停止中のエンジン１０を回転させる処理の開始時に上記極大値に打ち勝つために要求されるトルクが上限値Ｔｍａｘよりも大きいものとなっている。ここで、負荷トルクに打ち勝つのに要する始動発電機４６の出力トルクは、回転速度ＮＥがゼロのときよりもある程度高回転となるときの方が、クランク軸３０およびピストン２８等の運動エネルギが大きくなっているために小さくなる。特に、本実施形態では、回転速度ＮＥがゼロよりも大きくて且つ目標回転速度Ｎｉよりも小さい領域において圧縮行程に伴う極大値を有した負荷トルクにもかかわらず正回転を継続させることが可能なトルクを生成可能な設定となっている。
【００４０】
ただし、この場合、エンジン１０のクランク軸３０の停止角度によっては、圧縮行程となるまでの回転角度が小さいため、クランク軸３０の回転速度を十分に加速することができず、ひいてはスタータ兼用発電機４６によって圧縮行程に起因した負荷トルクに打ち勝つトルクを生成できない。このため、こうした領域では、クランク軸３０を一旦逆回転させその後クランク軸３０を正回転させることで、圧縮行程における回転速度ＮＥを上昇させるいわゆるスイングバック処理を行なうこととなる。
【００４１】
しかし、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の端子電圧Ｖｂとした場合、スタータ兼用発電機４６の生成可能なトルクが低下し始める回転速度ＮＥが低いため、圧縮行程に達する以前に十分に加速するうえでは、逆回転させる量を大きくする等、スイングバックに要する時間が伸長する。
【００４２】
そこで本実施形態では、中性点Ｎにバッテリ４６の正極を接続することでインバータＩＮＶの入力電圧を昇圧し、図２に実線にて示すようにトルクの生成可能領域を拡大する。
【００４３】
図３に、昇圧処理の原理を示す。この昇圧処理は、固定子巻線４０￥（￥＝ｕ，ｖ，ｗ）を昇圧チョッパ回路のリアクトルとして利用することでバッテリ４６の端子電圧Ｖｂ対して昇圧した電圧をコンデンサ４２に印加するものである。すなわち、図３（ａ）に示すようにスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン操作することで、バッテリ４６、固定子巻線４０￥、およびスイッチング素子Ｓ￥ｎを備えるループ経路に電流が流れ、固定子巻線４０￥にエネルギが蓄積される。そして、図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｓ￥ｎをオフ操作することで、バッテリ４６、固定子巻線４０￥、ダイオードＤ￥ｐおよびコンデンサ４２を備えるループ経路に電流が流れ、固定子巻線４０￥に蓄積されたエネルギがコンデンサ４２に出力される。
【００４４】
具体的には、本実施形態では、図４に示すように、矩形波制御（１８０°通電処理）に従ってスイッチング素子Ｓ￥＃を操作するに際し、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎのオンとすべき期間（ベースオン期間）において、そのオンとすべき期間（電気角で１８０°の期間）よりも短い期間Ｔｃを周期としてスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン・オフ操作する。ここで、１８０°通電処理は、スイッチング素子Ｓ￥ｐとスイッチング素子Ｓ￥ｎとを電気角の１８０°毎に交互にオン状態として且つ、相毎にオン操作の位相が「１２０°」ずつずれたものである。
【００４５】
これにより、周期Ｔｃに対するオン期間の時間比率（デューティＤ）によって昇圧電圧を制御することができる。ここで、１８０°通電処理を採用したのは、第１に、制御の簡素化のためであり、第２に、電圧利用率が最大となるためである。すなわち、本実施形態では、始動時等、限られた期間に始動発電機４０を電動機として利用するに過ぎず、また単気筒の内燃機関を主機としていることもあり、トルクリップル等が問題となることはない。むしろここで要求されるのは、始動発電機４０によって生成可能な最大トルクを実現することである。このため、電圧利用率が最大となる１８０°通電処理を採用した。
【００４６】
ちなみに、１８０°通電処理においてもスイッチング状態の切替位相を操作することでトルクは変動しうる。本実施形態では、最大のトルクに開ループ制御すべく、スイッチング状態の切替位相δ（インバータＩＮＶの出力電圧の位相）を回転速度ＮＥに応じて操作する。
【００４７】
また、上記のように、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン・オフ操作する（ＰＷＭ処理する）場合には、１８０°通電処理の本来の電圧利用率と比較して実際の電圧利用率が低下する。実際、正弦波制御を行わない簡易な制御器において１２０°通電処理や１８０°通電処理等を用いる場合、これら方式に従ってオンとすべき期間においてＰＷＭ処理することは、通常、電流を制限する目的でなされている。しかし、本実施形態では、ＰＷＭ処理によるトルクの低減効果を昇圧によるトルクの増大効果が上回るように、デューティＤおよびＰＷＭ処理の位相を設定することで、ＰＷＭ処理によってトルクを増大させている。
【００４８】
なお、インバータＩＮＶとバッテリ４６との間に昇圧チョッパ回路を別途設けるなら、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の電圧よりも上昇させて且つ、１８０°通電処理の電圧利用率を実現することができる。しかし、これは、上述した搭載スペースの制約を満たすことを困難としうる。また、エンジン１０の始動等、車両の走行利用期間に対してクランク軸３０を正回転させるためのトルクを付与する電動機が必要とされる期間が極めて短いにもかかわらず、この僅かな期間のために新たなハードウェア手段を搭載することとなり、望ましくない。
【００４９】
上記昇圧処理により、本実施形態では、先の図２に実線にて示すように、生成可能な最大トルクを上限値Ｔｍａｘとすることのできる領域を回転速度Ｎｔまで拡大することができ、ひいてはエンジン１０の始動に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
以下、始動発電機４０の制御に関し、「発電処理」、「始動アシスト処理」の順に説明した後、最後に、「リレー４８の切替処理」について説明する。
【００５１】
「発電処理」
図５に、本実施形態にかかる発電処理の手順を示す。この処理は、制御装置５６によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００５２】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、回転速度ＮＥが目標回転速度Ｎｉよりも小さいことと後述するトルクアシスト処理の実行要求が生じていることとについて、それらの論理和が真であるか否かを判断する。そしてステップＳ１０において否定判断される場合、ステップＳ１２において、開閉制御用スイッチング素子５０を通じてリレー４８を操作することで、バッテリ４６の正極側をインバータＩＮＶの正極側の入力端子に接続する。これは、始動発電機４０の発電処理時において、インバータＩＮＶの一対の入力端子を介して始動発電機４０の発電エネルギをバッテリ４６に出力するための設定である。ここで、中性点Ｎを介してバッテリ４６の充電を行わないのは、インバータＩＮＶの入力端子を介してバッテリ４６に電力を出力する場合、３相のそれぞれの電流が全波整流されバッテリ４６に出力されることから、バッテリ４６への充電電流のリップルを低減することができることなどのためである。
【００５３】
続くステップＳ１４においては、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂが上限電圧ＶｔｈＨ以上である状態が継続するか否かを判断する。この処理は、バッテリ４６への充電が可能であるか否かを判断するためのものである。ここで、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂは、バッテリ４６の充電率（満充電に対する実際の充電量：ＳＯＣ）と相関を有する物理量である。ちなみに、バッテリ４６の充電率は、開放端電圧（ＯＣＶ）との間により強い相関を有するものであるが、ここでは、簡易的に端子電圧Ｖｂ（通常、閉路端電圧となる）を用いて充電率を定量化している。なお、上記上限電圧ＶｔｈＨは、バッテリ４６が満充電状態であるか否かを判断するための値に設定されている。また、上限電圧ＶｔｈＨ以上である状態の継続を問題とすることの理由については、後述の処理の説明時に説明する。
【００５４】
上記ステップＳ１４において否定判断される場合、バッテリ４６が未だ満充電状態でないと判断し、ステップＳ１６において発電処理を行なう。ここでは、先の図４に例示した１８０°通電処理を行なう。ただし、この際、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎのＰＷＭ処理を行わない。なお、発電処理の実行時においてバッテリ４６の端子電圧Ｖｂが上限電圧ＶｔｈＨ以上となると判断される場合、インバータＩＮＶの出力電圧の位相（スイッチング状態の切替位相）を進角させる処理を行なうことで発電量を低減させる。そして、位相の進角処理によってもバッテリ４６の端子電圧Ｖｂが上限電圧ＶｔｈＨ以上となる状態が継続されることで、上記ステップＳ１４において肯定判断されることとなる。
【００５５】
上記ステップＳ１４において肯定判断される場合、バッテリ４６が満充電状態にあると判断し、ステップＳ１８においてゼロトルク制御を行なう。これは、エネルギの浪費を極力抑制するための設定である。すなわち、本実施形態では、ハードウェア手段の簡素化のため、インバータＩＮＶと始動発電機４０との間を遮断する手段や、クランク軸３０と回転子４０ａとの機械的な連結を解除する手段を備えていない。このため、インバータＩＮＶのスイッチング素子Ｓ￥＃を全てオフとしたとしても、始動発電機４０が回転することで、固定子巻線４０￥を鎖交する永久磁石の鎖交磁束数が周期的に変動することに起因した逆起電圧によって、ダイオードＤ￥＃を介して電流が流れ、ひいてはクランク軸３０に負荷トルクが付与されることでエンジン１０の燃料消費量が増大する。また、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの全てや下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎの全てをオン操作したとしても、クランク軸３０に負荷トルクが付与されることでエンジン１０の燃料消費量が増大する。そのため、ステップＳ１８では、始動発電機４０の生成トルクがゼロとなるようにインバータＩＮＶを操作する。ちなみに、この際、インバータＩＮＶを操作することなどに起因して電力が消費されるが、これによる電力消費量は、上記負荷トルクによる燃料消費量の増大と比較して、巨視的な時間スケールにおける燃料消費率を低減しうるものである。
【００５６】
なお、上記ステップＳ１６，Ｓ１８の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５７】
「始動アシスト処理」
図６に、本実施形態にかかる始動アシスト処理の手順を示す。この処理は、制御装置５６によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００５８】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、始動要求があるか否かを判断する。これは、たとえばイグニッションスイッチ５２と連動して操作される図示しない起動スイッチがオンとされるか否かに基づき判断すればよい。なお、後述するアイドルストップ制御における自動始動処理時においても、この処理において始動要求があると判断される。
【００５９】
ステップＳ２０において肯定判断される場合、ステップＳ２２においてエンジン１０の回転速度ＮＥが下限速度ＮｔｈＬ以下であるか否かを判断する。この処理は、昇圧処理を行なうか否かを判断するためのものである。すなわち、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の端子電圧Ｖｂとした場合の始動発電機４０を流れる電流の上限値は、先の図２に示したように、発熱限界によって規定される最大トルクに対応するものであるため、始動発電機４０の低速領域においては一定値（連続定格電流）となる。このため、低速領域では、始動発電機４０に流れる電流を上限値に制御すべく、始動発電機４０に印加する電圧の実効値を制限する。このため、この領域においては、昇圧処理を行わない。なお、下限速度ＮｔｈＬは、インバータＩＮＶの入力電圧をバッテリ４６の端子電圧Ｖｂとした場合の始動発電機４０の生成可能トルクが上限値Ｔｍａｘから低下し始める回転速度程度に設定する。
【００６０】
ステップＳ２２において肯定判断される場合、ステップＳ２４において、開閉制御用スイッチング素子５０を通じてリレー４８を操作することで、バッテリ４６の正極側をインバータＩＮＶの正極側の入力端子に接続する。また、ステップＳ２４では、回転速度が低い領域では、周知の１２０°通電処理を行ない、回転速度の上昇に伴って、１８０°通電処理に移行させる。なお、始動発電機４０を流れる電流を上限値に高精度に制御する上では、１２０°通電処理や１８０°通電処理によってオンとすべき期間においてＰＷＭ処理を実行することが望ましい。また、このステップＳ２４においては、クランク軸３０を逆回転させるスイングバック等を適宜利用することで、圧縮行程に起因してクランク軸３０の負荷トルクが極大となるタイミングにおいて回転速度ＮＥがある程度高回転となるように制御する。
【００６１】
一方、ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２６に移行する。ここでは、開閉制御用スイッチング素子５０を通じてリレー４８を操作することで、バッテリ４６の正極側を中性点Ｎに接続し、先の図４に示した態様にてスイッチング素子Ｓ￥＃を操作する。
【００６２】
続くステップＳ２８においては、昇圧処理の開始からの時間を計時するカウンタの計時動作を行なう。そして、ステップＳ３０においては、カウンタ値Ｔが閾値時間Ｔｔｈ以上となることとスロットルグリップ５８の操作に従ってアイドル制御が終了することとについて、それらの論理和が真であるか否かを判断する。この処理は、燃焼制御を開始し、また昇圧処理を停止するか否かを判断するためのものである。ここで、本実施形態では、閾値時間Ｔｔｈを、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂが高いほど長く設定する。ここで、端子電圧Ｖｂは、バッテリ４６の充電率を定量化したものであり、この処理によって、目標回転速度Ｎｉとなった後も始動発電機４０のみによってクランク軸３０を回転させる処理を許容し、バッテリ４６の充電率が高いほど燃焼制御の開始までの時間を伸長させる。これは、長期的な時間スケールにおける燃料消費率を低減するための設定である。
【００６３】
すなわち、エンジン１０の燃料消費率は、回転速度およびトルクに応じて定まる動作点毎に変動し、特に、低負荷低回転速度領域においては高いものとなる。このため、燃料消費率が高い領域において燃焼制御を極力行わないようにするためには、エンジン１０の始動に際して始動発電機４０によってクランク軸３０を回転させる期間を長くすることが望ましい。加えて、エンジン１０の回転速度ＮＥが目標回転速度Ｎｉよりも高い領域においては燃料消費率の低下傾向があるものの、この時点でバッテリ４６が満充電に達すると、先の図５のステップＳ１８に示したゼロトルク制御によってバッテリ４６の電力が浪費されることとなる。このため、バッテリ４６の充電率をある程度低下させることで、ゼロトルク制御の開始までの期間を伸長させることが燃料消費率を改善することにつながる。
【００６４】
上記ステップＳ３０において肯定判断される場合、ステップＳ３２において燃焼制御を開始し、また、始動アシスト処理を終了することで始動発電機４０を発電機として利用するモードに切り替える。
【００６５】
上記ステップＳ３２の処理が完了する場合や、ステップＳ２０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００６６】
「リレー４８の切替処理」
上記始動アシスト処理が終了することで発電処理に移行させるべくリレー４８を切り替える際、リレー４８を流れる電流が大きい場合、切り替えによって溶着が生じたり、サージ電圧が大きくなったりするおそれがある。そこで、本実施形態では、リレー４８を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、リレー４８を切り替える。ここでの規定値は、上記問題を回避することのできる電流量の上限値以下に設定される。
【００６７】
図７に、先の図５のステップＳ１２の処理の詳細を示す。
【００６８】
この一連の処理では、まずステップＳ１２ａにおいて、コンデンサ４２の充電電圧Ｖｃが第１極小値となるタイミングまで待機する。ここで、第１極小値について、図８に基づき説明する。
【００６９】
図８（ａ）は、先の図４に示した昇圧処理の実行時において、リレー４８を流れる電流（中性点電流）の推移を例示し、図８（ｂ）は、充電電圧Ｖｃの推移を例示す。図示される例では、中性点電流が極小値となる周期は、充電電圧Ｖｃが極小値となる周期の２倍である。このため、中性点電流が極小値となる位相と充電電圧Ｖｃが極小値となる位相との位相差を予め把握しているなら、充電電圧Ｖｃが極小値となるタイミングから中性点電流が極小値となるタイミングを予測することができる。
【００７０】
ただし、充電電圧Ｖｃが極小値となるタイミングに基づき中性点電流が極小値となるタイミングを予測するうえでは、中性点電流の１周期内に出現する２つの充電電圧Ｖｃの極小値のうちのいずれであるかを特定する必要がある。ここで、本実施形態では、第１極小値とこれよりも値が大きい第２極小値とが交互に生じることに着目した。すなわち、極小値の時系列データに基づき第１極小値および第２極小値を特定することができることから、特定する処理が完了した後には、次にくる極小値が第１極小値であるか第２極小値であるかを判断することができる。
【００７１】
なお、中性点電流が極小値となる周期と充電電圧Ｖｃが極小値となる周期との関係は、たとえば中性点電流が極小値となる周期が充電電圧Ｖｃが極小値となる周期の３倍となる等、始動発電機４０の固定子巻線４０￥のインダクタンスや、コンデンサ４２の静電容量、さらにはデューティＤ等に応じて変動しうる。ただし、この場合であっても、上記と同様の考え方で、充電電圧Ｖｃが極小値となるタイミングから中性点電流が極小値となるタイミングを予測することができる。
【００７２】
第１極小値となるタイミングで、先の図７に示すステップＳ１２ｂにおいて、第１極小値となるタイミングからの経過時間を計時するカウンタの計時動作を開始する。続くステップＳ１２ｃにおいては、カウンタ値Ｔが切替値Ｔｔｒｇとなったか否かを判断する。切替値Ｔｔｒｇは、第１極小値となるタイミングに対する中性点電流が規定値以下（望ましくは「０」）となるタイミングまでの遅延時間に設定されている。切替値Ｔｒｇは、デューティＤに応じて可変設定される。切替値Ｔｒｇは、さらに回転速度ＮＥに応じて可変設定することが望ましい。そして、切替値Ｔｔｒｇとなることで、ステップＳ１４ｄにおいて、リレー４８を切り替える。
【００７３】
上記ステップＳ１４ｄの処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７４】
ちなみに、リレー４８を切り替えるまで昇圧処理を継続するのは、昇圧処理を停止することで、リレー４８を介して中性点Ｎからバッテリ４６に電流が流れることがあり、これは、先の図３に示した発電処理時の電流と比較してリップルが大きくなるためである。また、昇圧処理を低下することで、リレー４８を介して中性点Ｎからバッテリ４６に電流が流れる場合、バッテリ４６の充電効率も低いと考えられる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７５】
図９に、先の図５のステップＳ１２の処理の詳細を示す。なお、図９において、先の図７に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００７６】
この一連の処理では、まずステップＳ１２ｅにおいて、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐがオンからオフに切り替わるタイミングとなるまで待機する。そして、このタイミングからの経過時間を計時するカウンタ値Ｔが切替値Ｔｒｇとなることでリレー４８を切り替える（ステップＳ１２ｂ〜１２ｄ）。
【００７７】
ここで、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐがオンからオフに切り替わるタイミングは、先の図８に示す例では、充電電圧Ｖｃが上記第１極小値となるタイミングである。このため、操作信号ｇ￥ｐがオンからオフに切り替わるタイミングに対する中性点電流が規定値以下（望ましくは「０」）となるタイミングまでの遅延時間に切替値Ｔｔｒｇを設定することで、リレー４８の切替に際してリレー４８を流れる電流量を規定値以下とすることができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７８】
「接続制御手段について」
上記第１の実施形態では、第１極小値となるタイミングを基準にリレー４８の切替タイミングを定めたが、第２極小値となるタイミングを基準にしてもよい。同様に、中性点電流の極小値の一周期の間に生じる充電電圧Ｖｃの一対の極大値のうち大きい方となるタイミングや小さい方となるタイミングを基準としてもよい。
【００７９】
上記第１の実施形態では、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６８とは別に、コンデンサ４２の充電電圧Ｖｃを検出する電圧センサ６９を備えたが、これに限らない。たとえば、電圧センサ６９のみを備えたとしても、バッテリ４６の正極とインバータＩＮＶの正極側の入力端子とが接続されている場合には、電圧センサ６９によってバッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出することができることに鑑みれば、電圧センサ６９のみを備えることも可能ではある。
【００８０】
また、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂも中性点電流のリップルと相関を有することに鑑み、バッテリ４６の端子電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６８の検出値を用いてもよい。
【００８１】
上記第２の実施形態では、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐのオン状態からオフ状態への切替タイミングからの経過時間に基づきリレー４８を切り替えたが、これに限らない。たとえば、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐの操作信号ｇ￥ｐのオフ状態からオン状態への切替タイミング（第２極小値となるタイミング）からの経過時間に基づきリレー４８を切り替えてもよい。またたとえば、下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎの操作信号ｇ￥ｎのオン状態からオフ状態への切替タイミングや、オフ状態からオン状態への切替タイミングからの経過時間に基づきリレー４８を切り替えてもよい。
【００８２】
また、リレー４８を流れる電流を直接検出することで、リレー４８の切替処理を行ってもよい。
【００８３】
「切替手段について」
バッテリ４６の正極端子とインバータＩＮＶの正極側の入力端子との接続状態（第２接続状態）と、バッテリ４６の正極端子と中性点Ｎとの接続状態（第１接続状態）との一対の状態のいずれかを必ず取るものに限らない。たとえばいずれの接続状態ともならない第３の状態を継続できる構成であってもよい。この場合、第１接続状態を解除した後、第２接続状態とするに先立ち、コンデンサ４２の電圧値が規定の電圧となるタイミングまで待機することなどが可能である。
【００８４】
リレーに限らず、半導体スイッチであってもよい。この場合であっても、中性点電流が大きいときにバッテリ４６の正極と中性点Ｎとの接続を遮断するなら、サージ電圧が大きくなる等の問題が生じるため、本発明の適用が有効である。
【００８５】
なお、切替手段の用途については、「回転機について」の欄に記載してある。
【００８６】
「トルク付与手段について」
上記第１の実施形態では、始動アシスト処理の実行期間を時間にて定めたが、エンジン１０の回転速度ＮＥにて定めてもよい。この場合、回転速度ＮＥの閾値を高くするほど実行期間が長くなる。
【００８７】
また、始動アシスト処理を行なうものにも限らない。たとえば、ユーザによって車両を駆動するトルクの増大要求がなされる場合に、それに迅速に応えるために始動発電機４０を電動機として利用するトルク増アシスト処理を行うものであってもよい。またたとえば、燃料カット制御からの復帰（燃焼制御の再開）に際してクランク軸３０に始動発電機４０のトルクを付与する復帰アシスト処理を行なうものであってもよい。この処理は、燃焼制御を再開させる回転速度を低下させ、燃料消費率を低減するためのものである。すなわち、復帰アシスト処理を行わない場合、エンジン１０の応答性等を考慮し、再開させる回転速度をアイドル時の目標回転速度Ｎｉよりも十分に高くする必要が生じる。
【００８８】
「制限トルク付与手段について」
バッテリ４６の正極および負極の双方をインバータＩＮＶの入力端子に接続して且つ１２０°通電処理や１８０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）によって始動発電機４０を駆動するものに限らない。たとえば、１２０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）を採用するものの、１８０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）についてはこれを採用しないものであってもよい。またたとえば、１８０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）を採用するものの、１２０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）についてはこれを採用しないものであってもよい。さらにたとえば、バッテリ４６を始動発電機４０の中性点に接続したとしても、昇圧処理のためのＤｕｔｙの値によっては、昇圧によるトルクの増大効果よりもＰＷＭ処理によるトルクの低減効果が大きくなることに鑑み、Ｄｕｔｙ制限によってトルクを上限値Ｔｍａｘ以下に制限しつつトルクアシストを実行してもよい。
【００８９】
「回転機のトルク制御について」
上記発明では、１８０°通電処理（または昇圧処理）または１２０°通電処理（ＰＷＭ処理による電流制限を含む）によって実現されるトルクに制御したが、これに限らない。たとえば正弦波制御を実行してもよい。この場合、昇圧制御としては、たとえば特開２０１０−２８９４１に記載されているように、下側アームの短絡期間と上側アームの短絡期間との合計期間に対する下側アームの短絡期間の時比率によって昇圧率を制御すればよい。
【００９０】
「昇圧制御手段について」
昇圧制御手法としては、上記実施形態で例示したものに限らないことについては、「回転機のトルク制御について」の欄に記載したとおりである。
【００９１】
「中性点とバッテリ４６との接続手法について」
たとえば、バッテリ４６の正極をインバータＩＮＶの正極側の入力端子に接続し、バッテリ４６の負極側を中性点に接続するとともに、中性点とインバータＩＮＶの負極側の入力端子との間にコンデンサを接続してもよい。この場合、コンデンサ４２を削除することができ、インバータＩＮＶの一対の入力端子間に接続される直流電圧源は、バッテリ４６とコンデンサとの直列接続体となり、昇圧制御によってコンデンサの充電電圧を増大させることで直流電圧源の電圧を昇圧する。なお、この場合、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐのオンとすべき期間において昇圧のためのＰＷＭ処理を実行する。
【００９２】
「内燃機関について」
単気筒内燃機関に限らず、たとえば２気筒等、複数気筒を有するものであってもよい。この場合、始動時に要求されるトルクがさらに大きくなりうるが、この場合であっても、始動発電機４０の体格を発電性能によって要求される必要最小限の大きさを極力越えないものとしつつも始動処理を実現可能とするうえでは、上記実施形態の要領で昇圧電圧を利用することが有効である。ちなみに、この論理は、内燃機関を筒内噴射式のガソリン機関や圧縮着火式内燃機関（ディーゼル機関等）に変更することに対しても成立する。
【００９３】
「回転機について」
上記実施形態では、停止状態から圧縮乗り越えを行なう場合に要するトルクが上限値Ｔｍａｘよりも大きいものを採用したが、これに限らず、小さいものであってもよい。また、昇圧を行わない場合に生成可能なトルクがゼロとなる回転速度の最低値が目標回転速度Ｎｉよりも小さいものを採用したに限らず、たとえば目標回転速度Ｎｉよりも大きいものであってもよい。この場合であっても、発電機のみの要求に応じたものから体格の大型化等を極力抑制しつつ始動性の向上や燃料消費率の低下等を図る上では、昇圧処理を行なうことは有効である。
【００９４】
もっとも、切替手段の用途自体は、発電機のみの要求に応じたものから体格の大型化等を極力抑制しつつ始動性の向上や燃料消費率の低下等を図る目的で設計された回転機に適用するものに限らない。
【００９５】
また、ＳＰＭに限らず、たとえば埋め込み磁石同期機（ＩＰＭ）等であってもよい。
【００９６】
「回転機の回転子とクランク軸４０との連結について」
回転速度比１に限らない。ちなみに、クランク軸４０の回転速度に対して回転子の回転速度の方が高くなる設定とするなら、回転機の極対数を低減しても、始動アシスト処理等を的確に行なうことが容易となる。
【００９７】
「回転機のトルクの上限値Ｔｍａｘについて」
上記実施形態では、始動発電機４０に流せる電流（連続定格電流）のために、上限値Ｔｍａｘ以上のトルクを生成できないとしたが、これに限らない。たとえば、上限値Ｔｍａｘに対応する電流（連続定格電流）を超えることで、インバータＩＮＶを構成するスイッチング素子Ｓ￥＃が発熱限界に達し信頼性の低下が懸念されることから、上限値Ｔｍａｘ以下に制御する仕様であってもよい。ここでは、インバータＩＮＶの連続定格電流が発電時に要求される電流を極力超えないように設定されることが、インバータＩＮＶの小型化の観点から望ましい。
【００９８】
なお、いずれにせよ、連続定格電流に基づき上限値Ｔｍａｘが定まることに鑑みれば、エンジン１０の始動に際し始動発電機４０やインバータＩＮＶの発熱量が上限値に達する以前の短時間に限って上限値Ｔｍａｘを上回るトルクを生成する制御を行なうことも可能となり得る。このため、上限値Ｔｍａｘが一定である回転速度領域において、昇圧処理によって上限値Ｔｍａｘを超えるトルクを生成することで圧縮上死点を通過させて始動性を向上させるようにしてもよい。なお、この場合、トルクアシストを継続することが困難なため、たとえば圧縮上死点に起因してクランク軸３０に加わる負荷トルクが最大となる直前から圧縮上死点を通過するまでの規定期間に限ってトルクアシストを行えばよい。ただし、圧縮上死点を通過する直前の回転速度ＮＥが過度に低いと、燃焼制御を良好に開始することができないおそれがあるため、この場合には、上記規定期間となる都度、トルクアシストを行なうことでクランク軸３０を加速し、回転速度ＮＥが燃焼制御を良好に行なうことができる速度となった時点で燃焼制御を開始することが望ましい。
【００９９】
「直流交流変換回路について」
先の図１に例示したものに限らず、たとえば上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐをＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタとしてもよい。また、スイッチング素子Ｓ￥＃としては、電界効果トランジスタに限らず、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等であってもよい。
【０１００】
「車両について」
自動２輪車に限らず、たとえば後輪が２つある自動３輪車等であってもよい。こうした場合であっても、バッテリ４６の充電用の回転機を内燃機関の始動等において電動機として併用する用途等において、充電用のものに対する要求以上の要求を極力回避するうえでは、本発明の適用が有効である。
【０１０１】
「そのほか」
始動発電機４０とインバータＩＮＶとの間を開閉する開閉手段を備えてもよい。この場合、発電を行わないときには開閉手段を開状態とすることで、始動発電機４０からクランク軸３０に加えられる負荷トルクを、機械的な要因によるものを除き、ゼロとすることができる。しかしこの場合であっても、始動アシスト処理等において燃焼制御を遅らせることは燃料消費率の大きい領域で燃焼制御がなされることを極力抑制することができるため、燃料消費量を低減するうえで有効ではある。
【０１０２】
発電処理を行なう条件としては、先の図５に例示したものに限らない。たとえば図５のステップＳ１０における回転速度ＮＥの条件として、目標回転速度Ｎｉよりも高い規定速度以上であることとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…エンジン、４０…スタータ兼用発電機（回転機の一実施形態）、４０ｕ，４０ｖ，４０ｗ…固定子巻線、４２…平滑コンデンサ（直流電圧源の一実施形態）、４６…バッテリ、５６…制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機を制御対象とする回転機の制御装置において、
前記回転機は、固定子巻線同士が中性点で接続されたものであり、
前記回転機には、該回転機の各固定子巻線とコンデンサを備える直流電圧源の正極および負極のそれぞれとの間を開閉するスイッチング素子を備える直流交流変換回路が接続され、
前記直流交流変換回路の一対の入力端子のいずれかおよび前記中性点と車載バッテリの一対の端子とを接続する第１接続状態と、前記直流交流変換回路の一対の入力端子と前記車載バッテリの一対の端子とを接続する第２接続状態とを切り替える切替手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記回転機は、車載主機としての内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、
前記第２接続状態において前記クランク軸の回転エネルギが前記回転機によって電気エネルギに変換されて車載バッテリに充電され、
前記第１接続状態において前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記車載バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、
前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子を操作することで、前記回転機を電動機として利用して前記クランク軸にトルクを付与するトルク付与手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記トルク付与手段によるトルクを付与する処理から前記クランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換して車載バッテリに充電する処理へと移行するに際し、前記中性点と前記車載バッテリとの間を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、前記第１接続状態を解除する接続制御手段を備えることを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記昇圧制御手段は、前記直流交流変換回路を構成するスイッチング素子のうち前記直流電圧源の正極側に接続されるものおよび負極側に接続されるもののそれぞれについてのオン状態となりうる期間であるベースオン期間が、前記固定子巻線のそれぞれで互いに等しい長さとされて且つ、前記固定子巻線毎に各別の位相に設定されるに際し、正極側に接続されるスイッチング素子および前記負極側に接続されるスイッチング素子のいずれかを前記ベースオン期間において周期的にオンオフ操作するものであることを特徴とする請求項２または３記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときであって且つ、前記正極側に接続されるスイッチング素子または前記負極側に接続されるスイッチング素子について、前記ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときにおいて、前記直流電圧源の電圧の検出値を入力とし、該検出値が極値となるタイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記クランク軸の回転速度をアイドリング時の目標値に制御するアイドル回転速度制御手段を備え、
前記直流交流変換回路の入力電圧を前記車載バッテリの端子電圧とする場合に生成可能な前記回転機のトルクが、前記クランク軸の回転速度をゼロから前記目標値まで上昇させるのに要するトルクよりも小さいことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１】
回転機を制御対象とする回転機の制御装置において、
前記回転機は、固定子巻線同士が中性点で接続されたものであり、
前記回転機には、該回転機の各固定子巻線とコンデンサを備える直流電圧源の正極および負極のそれぞれとの間を開閉するスイッチング素子を備える直流交流変換回路が接続され、
前記直流交流変換回路の一対の入力端子のいずれかおよび前記中性点と車載バッテリの一対の端子とを接続する第１接続状態と、前記直流交流変換回路の一対の入力端子と前記車載バッテリの一対の端子とを接続する第２接続状態とを切り替える切替手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記回転機は、車載主機としての内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、
前記第２接続状態において前記クランク軸の回転エネルギが前記回転機によって電気エネルギに変換されて車載バッテリに充電され、
前記第１接続状態において前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記車載バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、
前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子を操作することで、前記回転機を電動機として利用して前記クランク軸にトルクを付与するトルク付与手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記トルク付与手段によるトルクを付与する処理から前記クランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換して車載バッテリに充電する処理へと移行するに際し、前記中性点と前記車載バッテリとの間を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、前記第１接続状態を解除する接続制御手段を備えることを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記昇圧制御手段は、前記直流交流変換回路を構成するスイッチング素子のうち前記直流電圧源の正極側に接続されるものおよび負極側に接続されるもののそれぞれについてのオン状態となりうる期間であるベースオン期間が、前記固定子巻線のそれぞれで互いに等しい長さとされて且つ、前記固定子巻線毎に各別の位相に設定されるに際し、正極側に接続されるスイッチング素子および前記負極側に接続されるスイッチング素子のいずれかを前記ベースオン期間において周期的にオンオフ操作するものであることを特徴とする請求項２または３記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときであって且つ、前記正極側に接続されるスイッチング素子または前記負極側に接続されるスイッチング素子について、前記ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときにおいて、前記直流電圧源の電圧の検出値を入力とし、該検出値が極値となるタイミングに対して規定時間経過後に前記第１接続状態を解除することを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記クランク軸の回転速度をアイドリング時の目標値に制御するアイドル回転速度制御手段を備え、
前記直流交流変換回路の入力電圧を前記車載バッテリの端子電圧とする場合に生成可能な前記回転機のトルクが、前記クランク軸の回転速度をゼロから前記目標値まで上昇させるのに要するトルクよりも小さいことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９３９６７（Ｐ２０１３−９３９６７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４３０５（Ｐ２０１１−２３４３０５）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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