JP3596459B2 - 内燃機関用スタータジェネレータ - Google Patents
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Description
【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始動用電動機（スタータモータ）として働き、内燃機関の始動後は発電機（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発電機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発電機は、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】
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、機関のクランク軸に取り付けた磁石回転子と機関のケースに取り付けられた固定子とを備えた磁石界磁回転電機を設けて、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】
磁石界磁回転形の回転電機は、磁石発電機としても、ブラシレス直流電動機としても動作させることができるため、理論的にはこの回転電機の回転子を内燃機関のクランク軸に取り付けて、該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し、機関が始動した後は、該回転電機を発電機として動作させて、その出力によりバッテリを充電することができる。
【０００８】
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す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。
【０００９】
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、磁石界磁回転形の回転電機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、その固定子のコイルの巻線抵抗を小さくする必要がある。そのため、磁石界磁回転形の回転電機をスタータモータとして用いる場合には、その固定子の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。
【００１０】
また機関が始動した後は、固定子のコイル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、固定子のコイルの巻数を設定する必要がある。
【００１１】
ところが、このように回転電機を構成すると、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。
【００１２】
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固定子のコイル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回転電機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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
そこで、本出願人は、先に、固定子の多相のコイルに対して回転子磁極センサを１つだけ設けて、該センサが検出している回転子の磁極の極性に応じて各相のコイルに励磁電流を流すタイミングと、その励磁電流の極性とを切り換えることにより、磁石界磁形の回転電機を直流電動機として動作させ、機関が始動した後は、固定子の一部のコイルのみからバッテリに充電電流を供給することを提案した。
【００１７】
このように構成すれば、回転子磁極センサを一つだけ設ければよいため、回転電機の構造を複雑にすることなく、内燃機関始動用電動機とバッテリ充電用磁石発電機との双方の機能を果たす回転電機を得ることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように磁石界磁回転形の回転電機を直流電動機として駆動するに際して、一つの回転子磁極センサを用いて、各相のコイルに励磁電流を流すタイミングと励磁電流の極性とを切り換えるようにした場合には、電動機の出力トルク特性（出力トルクτの回転角度θに対する特性）に深い谷が生じ、トルクの谷が最も深くなるところでは、出力トルクがほとんどゼロに近くなるため、たまたまトルクの谷が深くなる位置で回転子が停止している状態で機関の始動操作が行われたときに、機関の始動に失敗するおそれがあった。
【００１９】
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出力トルク特性に深い谷が生じるのを防いで機関の始動を確実に行わせ、機関が始動した後、バッテリ充電用の発電機として運転する際には、バッテリの過充電を防止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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の始動時にスタータモータとして動作し、機関が始動した後はバッテリ充電用のジェネレータとして動作する内燃機関用スタータジェネレータに係わるものである。
【００２１】
本発明においては、内燃機関の始動時にスタータモータとして動作させる際に、出力トルク特性に深い谷間が生じるのを防ぐために、回転子磁極センサを２個以上設けて３相以上の多相駆動を行う。
【００２２】
また本発明では、固定子に設ける多数のコイルを直列に接続してコイルどうしの接続点からコイルに電流を出入りさせる構成として、電動機として運転する際には、すべてのコイルに励磁電流を流して大きな出力トルクを発生させ、発電機として運転する際には、一部のコイルの出力のみをバッテリに供給して、バッテリの過充電を防止することができるようにする。
【００２３】
なお本願明細書においては、電気角で３６０／ｎ度（ｎは１以上の整数）の角度間隔で励磁電流を流す固定子のコイルを切り換える電動機の駆動の仕方をｎ相駆動と呼ぶ。
【００２４】
本願の第１の発明に係わるスタータジェネレータでは、内燃機関を始動する際に、４相駆動を行って磁石回転子を機関を始動させる方向に回転させる。この場合、磁石回転子としては、等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極を有するものを用い、該磁石回転子を内燃機関のクランク軸に取り付ける。
【００２５】
また固定子としては、磁石回転子の回転方向に等角度間隔で並ぶように設けられた２ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた２ｍ個のコイルとを備えたものを用い、２ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から２ｍ個のタップ端子を導出しておく。
【００２６】
この固定子においては、磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に、２ｍ個のコイルが第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっており、第１ないし第４相のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部に接続されたタップ端子がそれぞれ第１ないし第４相のタップ端子とされる。
【００２７】
本発明においてはまた、電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定された第１の検出位置及び該第１の検出位置から磁石回転子の回転方向に電気角で９０度離れた第２の検出位置にそれぞれ配置されていて、それぞれの検出位置を通過している磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にする第１及び第２の回転子磁極センサと、固定子のコイルの励磁を切り換えるスイッチ回路と、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、回転子磁極センサの出力の状態が変化する毎に励磁相を切り換えるようにスイッチ回路を制御するコントローラとを設ける。
【００２８】
上記スイッチ回路は、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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、第１ないし第４相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続される。また固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されている。
【００２９】
またコントローラは、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、バッテリの正極端子からスイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つ相のコイルを通して流した後更に他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は回転方向の後方側の１つ相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１及び第２の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に、規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次前記磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００３０】
上記のように、電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定された第１の検出位置及び該第１の検出位置から磁石回転子の回転方向に電気角で９０度離れた第２の検出位置にそれぞれ第１及び第２の回転子磁極センサを配置するとともに、固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させるように励磁パターンを定めて、この励磁パターンに従って励磁電流を流すことにより４相駆動を行うと、ほとんど谷部が生じない、ほぼフラットな出力トルク特性を得ることができるため、始動トルクが不足して内燃機関の始動に失敗するおそれをなくすことができる。
【００３１】
一般に用いられているブラシレス直流電動機では、３つの回転子磁極センサを設けて、３相駆動を行っているが、３相駆動を行う場合には、３つの回転子磁極センサの出力に論理演算を施すことにより励磁の切り換えタイミングを定める必要があるため、励磁の切り換えのタイミングを定めるための論理が複雑になるのを避けられない。
【００３２】
これに対し、上記のように２つの回転子磁極センサを用いて４相駆動を行うようにすれば、励磁の切換タイミングを定めるための論理を簡単にすることができるため、コントローラを論理回路で構成する場合に、その構成を簡単にすることができる。またコントローラをマイクロコンピュータにより構成する場合には、該マイクロコンピュータに実行させるプログラムを簡単にすることができる。
【００３３】
また上記のように、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに供給するバッテリ充電用整流回路を設けるとともに、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルからバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段を設けておくと、機関が始動した後、バッテリを充電する発電機として運転する際に、バッテリに過大な充電電流が供給されるのを防ぐことができる。
【００３４】
なお上記のように、２つの回転子磁極センサを電機子鉄心の歯部の中心に相応する位置に配置すると、出力トルク特性に深い谷間が生じるのを防いで、トルクむらを少なくすることができるが、この場合、出力トルクの最大値は低下する傾向になる。出力トルクの最大値を大きくするためには、回転子磁極センサを歯部間の間隙の中心に相応する位置に配置すればよいが、このように回転子磁極センサを配置した場合には、出力トルク特性に比較的深い谷間が生じる。
【００３５】
負荷によっては、電動機の始動トルクを大きくするだけでなく、出力トルクの平均値をできるだけ大きくすることが望まれることがある。
【００３６】
このような要望に応えることができるようにするため、本願の第２の発明においては、電気角で４５度の位相差を持って磁石回転子の回転方向に順次並ぶように設定された固定子側の第１ないし第４の検出位置にそれぞれ第１ないし第４の回転子磁極センサを配置し、内燃機関を始動する際に、クランク軸を内燃機関の始動方向に回転させるべく、バッテリの正極端子からスイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、磁石回転子の回転速度が設定値以下のときに、第１の回転子磁極センサ及び第３の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に第１の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを磁石回転子の回転方向にシフトさせていき、磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには第２の回転子磁極センサ及び第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に第２の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子を制御するコントローラを構成する。
【００３７】
この場合、第１の検出位置は、電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定しておく。
【００３８】
磁石回転子、固定子及びスイッチ回路としては、第１の発明で用いたものと同様のものを用い、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段とを設けておく。
【００３９】
上記のように、電動機の回転速度に応じて励磁パターンを切り換えるようにすると、内燃機関の始動時には電動機の出力トルクむらを少なくして、始動トルクが不足する回転角度位置が生じるのを防ぐことができ、機関が回転を開始した後は、電動機の出力トルクの最大値を大きくして電動機の平均出力トルクを大きくすることができる。
【００４０】
この場合、４つの回転子磁極センサを必要とするが、各励磁パターンによる励磁は４相駆動であり、２のつ回転子磁極センサの出力に基づいて励磁の切換タイミングを定めることができるため、３相駆動による場合に比べて励磁の切換タイミングを求めるための論理を簡単にすることができる。
【００４１】
上記の構成では、回転速度に応じて励磁パターンを切り換えるために、４つの回転子磁極センサを用いているが、電機子鉄心の歯部のほぼ中心に相応する位置で回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出する第１及び第２の回転子磁極センサを用いて第２の励磁パターンの励磁相の切換を行い、第１及び第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化する毎に起動するタイマの出力を用いて、第１の励磁パターンによる励磁相の切換を行わせるようにすることもできる。
【００４２】
この場合、コントローラは、バッテリの正極端子からスイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、磁石回転子の回転速度が設定値以下のときには、第１及び第２の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に、第１の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを磁石回転子の回転方向に順次シフトさせていくようにスイッチ回路の各スイッチ素子をオンオフ制御し、磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには、第１及び第２の回転子磁極センサの出力の状態の組み合わせが変化する毎に起動させたタイマが所定の時間を計測する毎に第２の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００４３】
この場合、磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときに、磁石回転子の各磁極の回転方向の前端縁が電機子鉄心の歯部間を通過する際に、第１の励磁パターンで同時に励磁電流が流れるコイルの組み合わせが切り換わるように、タイマが計測する時間を設定する。
【００４４】
上記のように構成すると、回転子磁極センサを２つだけ設ければよいため、固定子側の構成を複雑にすることなく、回転速度に応じて励磁パターンを切り換える制御を行わせることができる。
【００４５】
本発明ではまた、固定子が第１ないし第４相のコイルを有している場合に、電気角で４５度の間隔を持って回転子の回転方向の前方側に順次並ぶように配置された第１ないし第４の回転子磁極センサを用いて、同時に２つのタップ端子に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンと常に１つのタップ端子に励磁電流を流入させる第２の励磁パターンとを交互に生じさせながらスタータモータとしての駆動を行わせることもできる。
【００４６】
この場合には、磁石回転子の回転方向の前方側に電気角で４５度の角度間隔で順次並ぶように設定された第１ないし第４の検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にする第１ないし第４の回転子磁極センサと、励磁電流を流す固定子のコイルを切り換えるスイッチ回路と、該スイッチ回路を制御するコントローラとを設ける。
【００４７】
第１の回転子磁極センサを配置する第１の検出位置は、電機子鉄心の特定の歯部と回転子の回転方向の前方側で該特定の歯部に隣接する他の歯部との間の間隙の周方向の中心（固定子の周方向に測った間隙長を２分する位置）と特定の歯部の周方向の中心との間に設定する。
【００４８】
この場合スイッチ回路は、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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子を有する構成をそれぞれが備えた第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第４相のスイッチアームが、それぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００４９】
またコントローラは、バッテリの正極端子からスイッチ回路の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、該隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、磁石回転子を一方向に回転駆動する際に、第１の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第３の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときに、第１の励磁パターンで励磁電流を流し、第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第４の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにして、第１の励磁パターンで励磁電流を流す状態と第２の励磁パターンで励磁電流を流す状態とを交互に生じさせながら、第１ないし第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５０】
上記のように、固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンによる励磁と固定子のコイルから引き出した１つの相のタップ端子のみに励磁電流を流入させる第２の励磁パターンによる励磁とを交互に行わせるようにすると、全回転速度領域で出力トルクのむらを少なくするとともに、最大出力トルクの最大値を大きくして平均出力トルクの増大を図ることができる。
【００５１】
本発明においてはまた、磁石回転子をｍ極に構成し、固定子の電機子鉄心を３ｍ個の歯部を有する構成とし、第１ないし第３の回転子磁極センサを設けて、スタータモータとして運転する際に３相駆動を行うようにしてもよい。
【００５２】
この場合には、固定子としては、ｍ個（ｍは偶数）の磁極を有する磁石回転子の回転方向に等角度間隔で並ぶように設けられた３ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを電機子鉄心の隣り合う３つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた３ｍ個のコイルとを備えたものを用い、該３ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から３ｍ個のタップ端子を導出しておく。この固定子の３ｍ個のコイルは、磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に第１ないし第６相のコイルに分けられるようになっていて、第１ないし第６相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第６相のタップ端子とされる。
【００５３】
この場合第１ないし第３の回転子磁極センサは、電気角で６０度の位相差を有し、かつ電機子鉄心の歯部間に設定された固定子側の３つの検出位置に配置されて、それぞれの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状態の出力を発生する。
【００５４】
またスイッチ回路は、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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子とを備えた構成をそれぞれが有する第１ないし第６相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第６相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続され、固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００５５】
この場合も、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段とを設けておく。
【００５６】
またコントローラは、内燃機関を始動する際に、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１ないし第３の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に該規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次前記回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５７】
上記のように、スタータモータとして運転する際に３相駆動を行うようにすると、トルクむらを少なくして、始動が困難になる回転確度位置をなくすとともに、出力トルクの平均値を高くする要求にも応えることができる。
【００５８】
３相駆動を行う従来のブラシレス直流電動機では、３相のコイルがスター結線されていたため、該電動機を外部から駆動して発電機として運転する際に特定の相のコイルの出力のみを取り出して負荷に供給することは困難であった。
【００５９】
これに対し、本発明においては、固定子に設けた６相のコイルを直列に接続して（Δ結線して）、各コイルの両端からタップ端子を引き出す構造としたため、一部のコイルの出力のみを取り出して負荷に供給することが容易にできる。
【００６０】
したがって、上記のように固定子の一部のコイルの出力のみを整流してバッテリに供給するバッテリ充電用整流回路と、該整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルから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充電阻止手段とを設けておくことにより、内燃機関が始動した後、固定子のコイルの出力でバッテリを充電する際に、バッテリが過充電されるのを防ぐことができる。
【００６１】
本発明は、一般に、スタータジェネレータにおいて、固定子の電機子鉄心がｎ×ｍ個の歯部を有していて、各コイルを電機子鉄心の隣り合うｎ個の歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされたｎ×ｍ個のコイルを設ける場合に適用することができる。
【００６２】
この場合、ｎ×ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からｎ×ｍ個のタップ端子を導出して、磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合にｎ×ｍ個のコイルを第１ないし第２ｎ相のコイルに分けられるようにしておき、第１ないし第２ｎ相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子をそれぞれ第１ないし第２ｎ相タップ端子とする。
【００６３】
この場合、磁石回転子の回転方向に電気角で３６０／２ｎ度の間隔をもって順次並ぶ電機子鉄心のｎ個の歯部間の間隙のそれぞれのほぼ中心に相応する位置に設定された第１ないし第ｎの検出位置にそれぞれ第１ないし第ｎの回転子磁極センサを設けておく。
【００６４】
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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子とを備えた構成をそれぞれが有する第１ないし第２ｎ相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第２ｎ相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００６５】
また固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルからバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段とを設けておく。
【００６６】
コントローラは、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１ないし第ｎの回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に規定の励磁パターンに従って同時に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００６７】
また、上記のように、磁石回転子及び固定子を構成する場合に、第１ないし第ｎの回転子磁極センサをそれぞれ磁石回転子の回転方向に電気角で３６０／２ｎ度の間隔をもって順次並ぶ電機子鉄心のｎ個の歯部のそれぞれのほぼ中心に相応する位置に設定された第１ないし第ｎの検出位置にそれぞれ配置する場合には、バッテリの正極端子からスイッチ回路の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルとに分流させた後他の隣り合う２つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１ないし第ｎの回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に規定の励磁パターンに従って同時に励磁電流を流すコイルを順次前記回転方向にシフトさせていくようにコントローラを構成する。
【００６８】
上記の各構成において、充電阻止手段は、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子にアノードをバッテリの正極端子側に向けて直列に接続された上段の充電阻止用ダイオードと、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子にカソードをバッテリの負極端子側に向けて直列に接続された下段の充電阻止用ダイオードとにより構成することができる。
【００６９】
上記充電阻止手段はまた、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる上段の充電阻止用スイッチ手段と、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子と中間タップとの間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる下段の充電阻止用スイッチ手段とにより構成することもできる。
【００７０】
上記充電阻止手段はまた、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子と該タップ端子に接続されたスイッチアームの中間端子との間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる充電阻止用スイッチ手段により構成することもできる。
【００７１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明に係わる内燃機関用スタータジェネレータの機械的な構成部分の構成例を示したもので、図１（Ａ）は同スタータジェネレータの断面図及び正面図である。また図２は、図１のスタータジェネレータのコイルの巻回構造と、励磁電流を流すコイルを切り換えるスイッチ回路の構成例と、該スイッチ回路を制御するコントローラとを示した構成図である。
【００７２】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した内燃機関用スタータジェネレータＳＧは、内燃機関のクランク軸（図示せず。）に取り付けられる磁石回転子１と、機関のケース等に固定される固定子２とにより構成されている。
【００７３】
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回転子ヨーク１００と、該回転子ヨーク１００の周壁部１０１の内周に等角度間隔で取り付けられて回転子ヨーク１００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。
【００７４】
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が構成されている。回転子ヨーク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、このボス部が機関のクランク軸に取り付けられる。
【００７５】
固定子２は、環状の継鉄部Ｙから磁石回転子１の回転方向に等角度間隔で並ぶ１２個の歯部Ｐ１ 〜Ｐ１２を放射状に突出させた形状を有する電機子鉄心２００と、電機子鉄心２００の歯部Ｐ１ 〜Ｐ１２に巻方向を同じにして重ね巻きされた１２個のコイルＷ１ 〜Ｗ１２とからなっていて、鉄心２００が図示しない機関のケース等に固定される。
【００７６】
電機子鉄心２００は、所定の形状に打ち抜いた鋼板を所定枚数積層したものからなっていて、その継鉄部Ｙには樹脂製のフレーム２０２が固定され、該フレームには１２個のピン２０３，２０３，…の基部が埋め込まれている。
【００７７】
コイルＷ１ 〜Ｗ２ は、各コイルを電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせた状態で、かつ各コイルの巻終り側の端末部を次のコイルの巻始めの端末部につなげた状態で順次重ね巻きされている。そして、コイルＷ１ 〜Ｗ１２相互間の渡り部が一連のピン２０３，２０３，…に巻き付けられて半田付けされ、一連のピン２０３，２０３，…がそれぞれタップ端子ｊ１ 〜ｊ１２となっている。
【００７８】
なお「重ね巻き」とは、電機子鉄心の各歯部において隣り合うコイルの一部が回転子の周方向にオーバラップするように一連のコイルを巻回することをいう。図示の例では、隣り合うコイルの一部が重なり合った状態で巻回されているが、歯部間のスロットを十分に深くすることができる場合には、隣り合うコイルを重ね合わせることなく、鉄心の径方向に位置をずらして配置するようにしてもよい。
【００７９】
図示の固定子では、磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に、１２個のコイルＷ１ 〜Ｗ１２が第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっている。図示の例では、図２に示すように、コイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ が第１相のコイルを構成し、コイルＷ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０が第２相のコイルを構成している。またコイルＷ３ ，Ｗ７ 及びＷ１１が第３相のコイルを構成し、コイルＷ４ ，Ｗ８ 及びＷ１２が第４相のコイルを構成している。
【００８０】
また、同じ相のコイルの巻き始め側の端末部に接続されたタップ端子を同じ相のタップ端子とした場合に、１２個のタップ端子ｊ１ 〜ｊ１２を第１ないし第４相のタップ端子に分けることができるようになっている。図示の例では、タップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ が第１相のタップ端子を構成し、タップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０が第２相のタップ端子を構成している。またタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１が第３相のタップ端子を構成し、タップ端子ｊ４ ，ｊ８ 及びｊ１２が第４相のタップ端子を構成している。
【００８１】
また図示の例では、回転子のフライホイール１００に設けられたボス部１０２の外周にリング状の回転子磁極検出用磁石１０が取り付けられていて、この磁石１０は、磁石回転子の磁極Ｍ１ 〜Ｍ６ にそれぞれ対応する磁極ｍ１ 〜ｍ６ （図２参照）を形成するように着磁されている。
【００８２】
図１（Ａ）に示すように、電機子鉄心２００の継鉄部Ｙに固定された環状の樹脂製フレーム２０４に、回転子磁極検出用磁石１０の磁極を検出する回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ が取り付けられている。図示の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ は、ホールＩＣからなっていて、電機子鉄心２００の隣り合う２つの歯部のそれぞれの周方向の中心に相応する位置に設定された第１及び第２の検出位置で回転子の磁極を検出して、検出している回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかによって異なるレベルの矩形波状の磁極検出信号ＨＡ 及びＨＢ を出力する。
【００８３】
この例では、図１（Ｂ）に符号ｈａ 及びｈｂ を付して示したように、電機子鉄心２００の歯部Ｐ３ 及びＰ４ のそれぞれの周方向の中心に相応する位置に回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を配置して回転子１の磁極の極性を検出した場合に両センサから得られる信号と同等の信号が、継鉄部Ｙに固定された樹脂製フレーム２０４に取り付けられたセンサｈａ 及びｈｂ から得られるように、両センサｈａ 及びｈｂ が設けられている。
【００８４】
この例では、磁石回転子１が６極に構成され、電機子鉄心２００が１２極に構成されているため、上記のように回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ を配置した場合、両回転子磁極センサ相互間の間隔は、電気角で９０度となる。
【００８５】
なお図示の例では、回転子磁極検出用磁石１０を設けて、該磁石の磁極を回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ により検出することによって、回転子１の磁極の極性を間接的に検出するようにしているが、回転子磁極検出用磁石１０を設けることなく、図１（Ｂ）に符号ｈａ 及びｈｂ で示した位置にそれぞれ回転子磁極センサを配置して、回転子１の磁極の極性を直接検出するようにしてもよいのはもちろんである。
【００８６】
図１に示したスタータジェネレータにおいて、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ がそれぞれ出力する磁極検出信号ＨＡ 及びＨＢ の波形は例えば図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す通りで、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ は、磁石のＮ極を検出しているときに高レベル（以下Ｈレベルという。）を示し、Ｓ極を検出しているときに低レベルまたは零レベル（以下Ｌレベルという。）を示す検出信号ＨＡ 及びＨＢ を出力する。
【００８７】
回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ から導出されたリード線は絶縁被覆により被覆されてワイヤーハーネス１１として外部に導出されて図２に示すコントローラ４に接続される。
【００８８】
図１に示したスタータジェネレータの巻線構造は、図２に示した巻線展開図の通りで、回転子の各磁極に対して常時隣り合う２つのコイルが対応するように一連のコイルが設けられている。
【００８９】
図２に示したように、コイルＷ１ 〜Ｗ１２に励磁電流を流すためにスイッチ回路３と、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力に応じてスイッチ回路３を制御するコントローラ４とが設けられている。
【００９０】
図示のスタータジェネレータを電動機として動作させる際に４相駆動を行う場合には、スイッチ回路３として、上段のスイッチ素子ｑａ と順方向を上段のスイッチ素子の順方向と同じ方向に向けて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ｑｂ とを有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ を少なくとも１つずつ備えたものを用いる。第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ は、それぞれの上段のスイッチ素子及び下段のスイッチ素子の順方向をバッテリの正極側から負極側に向う方向に向け、かつそれぞれの上段のスイッチ素子ｑａ をバッテリ５の正極端子側に位置させた状態で該バッテリ５の両端に並列に接続され、固定子２の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００９１】
図示の例では、スイッチ回路３が、固定子の第１ないし第４相のタップ端子にそれぞれ対応する第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ ，Ｓ２ ，Ｓ３ 及びＳ４ を１つずつ備えていて、これらのスイッチアームが対のバッテリ接続端子３ａ，３ｂ間に並列に接続されている。
【００９２】
また図示の例では、第１及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ のそれぞれが、互いに直列に接続された上段のスイッチ素子ｑａ 及び下段のスイッチ素子ｑｂ と、スイッチ素子ｑａ 及びｑｂ にそれぞれ逆並列接続された上段の整流用ダイオードｄａ 及び下段の整流用ダイオードｄｂ とにより構成され、スイッチアームＳ１ 及びＳ２ のそれぞれのスイッチ素子同士の接続点から中間端子ｕ１ 及びｕ２ が引き出されている。
【００９３】
この例では、第１及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ の整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により、機関が始動した後スタータジェネレータを発電機として動作させる際に固定子の一部のコイルの出力のみを整流してバッテリ５に充電電流を供給する単相ダイオードブリッジ全波整流回路が構成されている。図示の例では、機関の運転時に第１相のコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ の出力がこの整流回路により整流されてバッテリ５に供給される。
【００９４】
また第３相のスイッチアームＳ３ は、上段のスイッチ素子ｑａ と、上段のスイッチ素子ｑａ に対して直列に接続された下段のスイッチ素子ｑｂ と、両スイッチ素子の間から引き出された中間端子ｕ３ と、カソードをバッテリ５の正極端子側に向けて上段のスイッチ素子ｑａ と中間端子ｕ３ との間に挿入された上段の充電阻止用ダイオードｄ１ と、カソードをバッテリ５の負極端子側に向けて下段のスイッチ素子ｑｂ と中間端子ｕ３ との間に挿入された下段の充電阻止用ダイオードｄ２ とからなっており、中間端子ｕ３ は充電阻止用ダイオードｄ１ のアノードと充電阻止用ダイオードｄ２ のアノードとの共通接続点から引き出されている。
【００９５】
第４相のスイッチアームＳ４ は、第３相のスイッチアームＳ３ と同様に構成されていて、その充電阻止用ダイオードｄ１ ，ｄ２ のアノードの共通接続点から中間端子ｕ４ が引き出されている。
【００９６】
第１及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ のそれぞれの中間端子ｕ１ 及びｕ２ にはそれぞれ固定子の第１及び第２相のタップ端子（ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ ）及び（ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０）が接続され、第３及び第４相のスイッチアームＳ３ 及びＳ４ のそれぞれの中間端子ｕ３ 及びｕ４ には、固定子の第３及び第４相のタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）及び（ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２）が接続されている。
【００９７】
図示の例では、各スイッチアームの上段及び下段のスイッチ素子ｑａ 及びｑｂ がＭＯＳＦＥＴからなっていて、スイッチアームＳ１ ないしＳ４ のそれぞれの上段のスイッチ素子ｑａ を構成するＦＥＴのドレインが電源接続端子３ａに共通接続されている。またスイッチアームＳ１ ないしＳ４ のそれぞれの下段のスイッチ素子ｑｂ を構成するＦＥＴのドレインがそれぞれの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を構成するＦＥＴのソースに接続され、スイッチアームＳ１ ないしＳ４ のそれぞれの下段のスイッチ素子ｑｂ を構成するＦＥＴのソースが共通に接続されて、抵抗値が十分に小さいシャント抵抗Ｒｓ を通して電源接続端子３ｂに共通接続されている。シャント抵抗Ｒｓ は固定子のコイルに供給される全励磁電流を検出するために設けられていて、この抵抗Ｒｓ の両端に得られる電流検出信号は、図２には図示しない後記する過電流検出回路に入力されている。
【００９８】
なおｄａ 及びｄｂ はＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に存在する寄生ダイオードであり、図示の例では、この寄生ダイオードを整流用ダイオードとして用いている。
【００９９】
本実施形態では、充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ により、固定子２のコイルの内、第１相及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ の整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により構成されたバッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル（この例ではコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ ）以外のコイルの誘起電圧でバッテリ５に充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段が構成されている。
【０１００】
図示の例では、スイッチ素子ｑａ 及びｑｂ としてＭＯＳＦＥＴを用いているため、第３及び第４相のスイッチアームのスイッチ素子ｑａ 及びｑｂ にもそれぞれ寄生ダイオードｄａ 及びｄｂ が逆並列接続されているが、スイッチ素子ｑａ 及びｑｂ として寄生ダイオードを有しない素子を用いる場合、充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ が設けられる第３及び第４のスイッチアームＳ３ 及びＳ４ のスイッチ素子ｑａ 及びｑｂ に対してダイオードを並列接続する必要はない。
【０１０１】
対の電源接続端子３ａ及び３ｂにはそれぞれバッテリ５の正極端子及び負極端子が接続され、該バッテリ５からスイッチ回路３を通してコイルＷ１ 〜Ｗ１２に励磁電流が供給される。
【０１０２】
コントローラ４は、マイクロコンピュータを備えていて、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ がそれぞれ発生する検出信号ＨＡ 及びＨＢ に応じて、スイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ の上段のスイッチ素子ｑａ の制御端子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴのゲート）にそれぞれ駆動信号ＡないしＤを所定のタイミングで与え、スイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ の制御端子にそれぞれ駆動信号Ａ´ないしＤ´を所定のタイミングで与える。
【０１０３】
各スイッチ素子はその制御端子に駆動信号が与えられている間オン状態を保持し、該駆動信号が与えられていない間オフ状態を保持する。
【０１０４】
図２においては、固定子２のコイルに流す励磁電流を制御する制御装置の部分を概略的に示しているが、制御装置のより詳細な構成の一例を示すと図３の通りである。
【０１０５】
図３に示した例では、図２に示したスイッチ回路３の負極側の電源接続端子３ｂとスイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ の共通接続点との間に挿入されたシャント抵抗Ｒｓ の両端に得られる電流検出信号が過電流検出回路１５に入力されている。スイッチ回路３と過電流検出回路１５とによりドライバ１６が構成されている。
【０１０６】
過電流検出回路１５は、例えば、図４に示すように、演算増幅器ＯＰ１ 、固定抵抗器Ｒ１ ，Ｒ２ 、可変抵抗器ＶＲ１ 、及びコンデンサＣ１ からなる増幅回路１５Ａと、固定抵抗器Ｒ３ 及び可変抵抗器ＶＲ２ の直列回路からなっていて後記する電源回路から与えられる定電圧を分圧して基準電圧Ｖｆ を出力する基準電圧発生回路１５Ｂと、増幅回路１５Ａの出電圧及び基準電圧Ｖｆ がそれぞれ反転入力端子及び非反転入力端子に入力された電圧比較器ＣＰ１ と帰還抵抗Ｒ４ とからなる比較回路１５Ｃとを備えていて、シャント抵抗Ｒｓ の両端に得られる電流検出信号が設定値を超えたときに、増幅回路１５Ａの出力電圧が基準電圧Ｖｆ を超えて比較器ＣＰ１ の出力端子の電位を高レベルの状態から低レベルの状態に変化させる。この比較器ＣＰ１ の出力端子の電位の低下が過電流検出信号としてコントローラ４に与えられる。
【０１０７】
コントローラ４は、ＣＰＵ４Ａと、ＲＯＭ４Ｂと、ＲＡＭ４Ｃと、計測すべき時間がセットされたときにクロックパルスを計数する計時動作を開始して、セットされた時間を計測したときに出力信号を発生するタイマ４Ｄと、ＣＰＵ４Ａへの信号の入出力を行う入出力ポート４Ｅと、電源回路４Ｆと、内燃機関を始動する際に閉じられる始動指令スイッチＳＷに入力端子が接続されて始動指令スイッチＳＷが閉じたことを検出したときにＣＰＵ４Ａに始動指令信号を与える始動指令検出回路４Ｇとを有している。
【０１０８】
またＣＰＵ４Ａには、過電流検出回路１５の出力がポート４Ｅを通して入力されるとともに、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ の出力が入力されている。
【０１０９】
電源回路４Ｆは、バッテリ５の出力電圧を入力として、ＣＰＵ４Ａを動作させるために必要な電源電圧（５［Ｖ］）と、ドライバ１６を駆動するために必要な電源電圧（８［Ｖ］）とを出力する回路で、電源回路４ＦからＣＰＵ４Ａとドライバ１６とに電源電圧が与えられている。
【０１１０】
ＣＰＵ４Ａは、ＲＯＭ４Ｂに記憶された所定のプログラムを実行することにより、後記する励磁パターンに従って固定子のコイルに励磁電流を供給するべく、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力からスイッチ回路３の各スイッチ素子に駆動信号を与えるタイミングを割り出して、割り出したタイミングでスイッチ回路３のスイッチ素子に駆動信号Ａ〜Ｄ及びＡ´〜Ｄ´を与えるスイッチ回路駆動手段や、固定子のコイルに供給される励磁電流が過大になって過電流検出回路１５が過電流検出信号を発生したときに、スイッチ回路３への駆動信号の出力を停止する過電流保護手段等を実現する。
【０１１１】
本実施形態では、内燃機関を始動する際に、図５に示すような励磁パターンで固定子２のコイルに励磁電流を流して図１に示したスタータジェネレータを電動機として動作させる。
【０１１２】
図５の励磁パターンに従う場合、コントローラ４は、磁石回転子１を一方向に回転駆動する際に、バッテリ５の正極端子からスイッチ回路３の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子ｑａ を通して固定子２の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後、他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリ５の負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後、更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして定めておいて、第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ のそれぞれの出力の状態が変化する毎に、規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【０１１３】
更に詳細に説明すると、図５に示した例では、回転子磁極センサｈａ の出力信号ＨＡ がＬレベルからＨレベルに変化した時に、コントローラ４が第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ｃを消滅させると同時に、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ａを与え、既に第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えられている駆動信号Ｄはそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ と第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させる。また第１のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号を消滅させると同時に第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｃ´を与え、既に第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えられている駆動信号Ｂ´をそのままとして、第２相のスイッチアームＳ２ 下段のスイッチ素子ｑｂ と第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させる。
【０１１４】
このときバッテリ５から第４相のスイッチアームＳ４ 及び第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子を通して第４相のタップ端子（ｊ１２，ｊ４ ，ｊ８ ）及び第１相のタップ端子（ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ ）に励磁電流が流入する。このとき励磁電流が同時に流入する隣り合う相のタップ端子（ｊ１２，ｊ１ ），（ｊ４ ，ｊ５ ）及び（ｊ８ ，ｊ９ ）はそれぞれほぼ同電位であり、また同時に励磁電流が流出する隣り合う相のタップ端子（ｊ２ ，ｊ３ ），（ｊ６ ，ｊ７ ）及び（ｊ１０，ｊ１１）もそれぞれほぼ同電位であるため、コイルＷ１２，Ｗ４ ，Ｗ８ ，Ｗ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０には励磁電流がほとんど流れない。そのため、バッテリ５から第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子を通して第４相のタップ端子ｊ１２，ｊ４ 及びｊ８ にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ１１，Ｗ３ 及びＷ７ を通して流れた後第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。またバッテリから第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子を通して第１相のタップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ にそれぞれ流入した励磁電流は、回転方向の前方側に位置する１つの相のコイル群Ｗ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ を通して流れた後、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１１５】
次いで、コントローラ４は、回転子磁極センサｈｂ の出力信号ＨＢ がＬレベルからＨレベルに変化したときに、第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ｄを消滅させると同時に第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｂを与え、既に第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えている駆動信号Ａはそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ と第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させた状態とする。コントローラはまた、第２のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号Ｂ´を消滅させると同時に第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｄ´を与え、既に第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えている駆動信号Ｃ´はそのままとして、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ と第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させた状態にする。
【０１１６】
このときバッテリ５から第１相のスイッチアームＳ１ 及び第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子を通して第１相のタップ端子（ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ ）及び第２相のタップ端子（ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０）に励磁電流が流入する。このとき同時に励磁電流が流入する隣合うタップ端子（ｊ１ ，ｊ２ ），（ｊ５ ，ｊ６ ）及び（ｊ９ ，ｊ１０）はそれぞれほぼ同電位であり、また同時に励磁電流が流出する隣り合うタップ端子（ｊ３ ，ｊ４ ），（ｊ７ ，ｊ８ ）及び（ｊ１１，ｊ１２）もほぼ同電位であるため、コイルＷ１ ，Ｗ５ ，Ｗ９ ，Ｗ３ ，Ｗ７ 及びＷ１２）には励磁電流がほとんど流れない。そのため、第１相のタップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ１２，Ｗ４ ，及びＷ８ を通して流れた後第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。またバッテリ５から第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子を通して第２相のタップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０にそれぞれ流入した励磁電流は、回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルＷ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０を通して流れた後第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１１７】
次いで、コントローラ４は、回転子磁極センサｈａ が出力する磁極検出信号ＨＡ がＨレベルからＬレベルに変化したときに、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ａを消滅させると同時に第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｃを与え、既に第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えている駆動信号Ｂはそのままとして、第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ と第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させた状態とする。コントローラはまた、第３のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号Ｃ´を消滅させると同時に第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ａ´を与え、既に第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えている駆動信号Ｄ´はそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ と第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させた状態にする。
【０１１８】
このときバッテリ５から第２相のスイッチアームＳ２ 及び第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子を通して第２相のタップ端子（ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０）及び第３相のタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）に励磁電流が流入する。このとき同時に励磁電流が流入するタップ端子（ｊ２ ，ｊ３ ），（ｊ６ ，ｊ７ ）及び（ｊ１０，ｊ１１）はそれぞれほぼ同電位であり、また同時に励磁電流が流出する隣り合う相のタップ端子（ｊ４ ，ｊ５ ），（ｊ８ ，ｊ９ ）及び（ｊ１２，ｊ１ ）もほぼ同電位であるため、これらのタップ端子に両端により出力が整流されるコイルＷ２ ，Ｗ６ ，Ｗ１０，Ｗ４ ，Ｗ８ 及びＷ１２には励磁電流がほとんど流れない。そのため第２相のタップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ を通して流れた後、第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１１９】
またバッテリ５から第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子を通して第３相のタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１にそれぞれ流入した励磁電流は、回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルＷ３ ，Ｗ７ 及びＷ１１を通して流れた後、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１２０】
次いで、コントローラ４は、回転子磁極センサｈｂ の出力信号ＨＢ がＨレベルからＬレベルに変化した時に、第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ｂを消滅させると同時に第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｄを与え、既に第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えている駆動信号Ｃはそのままとして、第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ と第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させた状態とする。また第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号Ｄ´を消滅させると同時に第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｂ´を与え、既に第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えている駆動信号Ａ´はそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ と第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させる。
【０１２１】
このときバッテリ５から第３相のスイッチアームＳ３ 及び第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子を通して第３相のタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）及び第４相のタップ端子（ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２）に励磁電流が流入する。このとき同時に励磁電流が流入するタップ端子（ｊ３ ，ｊ４ ），（ｊ７ ，ｊ８ ）及び（ｊ１１，ｊ１２）はそれぞれほぼ同電位であり、励磁電流が同時に流出するタップ端子（ｊ５ ，ｊ６ ），（ｊ９ ，ｊ１０）及び（ｊ１ ，ｊ２ ）もほぼ同電位であるため、これらのタップ端子に両端により出力が整流されるコイルＷ３ ，Ｗ７ ，Ｗ１１，Ｗ５ ，Ｗ９ 及びＷ１ には励磁電流がほとんど流れない。そのため、第３相のタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０を通して流れた後第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。またバッテリ５から第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子を通して第４相のタップ端子ｊ４ ，ｊ８ 及びｊ１２にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の前方側に位置する１つのコイルＷ４ ，Ｗ８ 及びＷ１２を通して流れた後第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１２２】
上記のように、図５の励磁パターンによれば、各相のコイルに励磁電流が電気角で１８０度ずつ流れ、９０度の区間隣り合う相のコイルに励磁電流が流れる期間がオーバラップするため、その出力トルク特性は図６（Ｄ）に実線で示したようになり、ほとんど谷部が生じない出力トルク特性を得ることができる。そのため、内燃機関を始動する際に、回転子がいかなる位置にある場合でも電動機を起動させて、内燃機関の始動を確実に行わせることができる。
【０１２３】
内燃機関が始動すると、磁石回転子１が機関により駆動される状態になるため、図１に示したスタータジェネレータＳＧは発電機として動作し、固定子の第１相のコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ の出力が第１相のスイッチアームＳ１ 及び第２相のスイッチアームＳ２ に設けられた整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により構成されるバッテリ充電用整流回路により整流されてバッテリ５に供給される。これによりバッテリ５が充電される。
【０１２４】
このように、本発明においては、機関が始動した後、固定子のコイルに誘起する電圧でバッテリを充電する際に、固定子の一部のコイルの出力のみでバッテリに充電電流を供給するため、スタータモータとしての性能を確保するために、固定子のコイルの巻線抵抗を小さくして大きな電機子電流が流れるようにしておいても、機関の中高速運転時にバッテリに過大な充電電流が供給されることがない。
【０１２５】
上記のように、内燃機関の始動時に図５に示した励磁パターンで固定のコイルに励磁電流を流した場合には、励磁電流が流れないコイルが生じるため、出力トルクの最大値は多少低くなる。
【０１２６】
これに対し、図７に示すように、第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を、電機子鉄心の歯部間の中心（固定子の周方向に測った歯部間の間隙長を２分する位置に相応する位置）に配置して、図８に示すパターンで励磁電流を流すと、出力トルク特性に谷部が生じるが、出力トルクの最大値が大きい特性を得ることができる。
【０１２７】
図７に示したように第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を配置して、内燃機関の始動時に図８に示す励磁パターンで固定子のコイルに励磁電流を流して、スタータジェネレータを電動機として動作させる際には、バッテリ５の正極端子からスイッチ回路３のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子１の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと該回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後、他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ のそれぞれの出力のレベルが変化（ＬレベルからＨレベルへの変化またはＨレベルからＬレベルへの変化）する毎に上記規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子１の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路３のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【０１２８】
図８（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ が出力する磁極検出信号ＨＡ 及びＨＢ を示し、（Ｃ）〜（Ｆ）はそれぞれスイッチ回路３の第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えられる駆動信号Ａ〜Ｄを示している。また図８（Ｇ）ないし（Ｊ）はそれぞれスイッチ回路３の第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えられる駆動信号Ａ′〜Ｄ′を示している。
【０１２９】
図８に示した例では、検出信号ＨＡ がＬレベルからＨレベルへ変化するタイミングと、ＨＢ がＬレベルからＨレベルへ変化するタイミングと、ＨＡ がＨレベルからＬレベルに変化するタイミングと、ＨＢ がＨレベルからＬレベルに変化するタイミングとが９０度（電気角）間隔で順次現れる。コントローラ４は、これらの各タイミングが検出される毎に励磁電流を流入させるタップ端子を切り換える。
【０１３０】
即ち、コントローラ４は、検出信号ＨＡ がＬレベルからＨレベルに変化した時に、第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ｄを消滅させて第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ａを与えるとともに、第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ｂ´を消滅させて第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｃ´を与える。
【０１３１】
このときバッテリ５の正極端子から第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第１相のタップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ１ ，Ｗ２ ），（Ｗ４ ，Ｗ６ ）及び（Ｗ９ ，Ｗ１０）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ１２，Ｗ１１），（Ｗ３ ，Ｗ２ ）及び（Ｗ８ ，Ｗ７ ）とに分流した後、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３２】
コントローラ４はまた、検出信号ＨＢ がＬレベルからＨレベルに変化した際に、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ａを消滅させて第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｂを与えるとともに、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ｃ´を消滅させて第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｄ´を与える。
【０１３３】
このときバッテリ５の正極端子から第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第２相のタップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ２ ，Ｗ３ ），（Ｗ６ ，Ｗ７ ）及び（Ｗ１０，Ｗ１１）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ１ ，Ｗ１２），（Ｗ５ ，Ｗ４ ）及び（Ｗ９ ，Ｗ８ ）とに分流した後、第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３４】
コントローラはまた、検出信号ＨＡ がＨレベルからＬレベルに変化した時に、第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ｂを消滅させて第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｃを与えるとともに、第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ｄ´を消滅させて第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ａ´を与える。
【０１３５】
このときバッテリ５の正極端子から第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第３相のタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ３ ，Ｗ４ ），（Ｗ７ ，Ｗ８ ）及び（Ｗ１１，Ｗ１２）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ２ ，Ｗ１ ），（Ｗ６ ，Ｗ５ ）及び（Ｗ１０，Ｗ９ ）とに分流した後、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３６】
コントローラ４はまた、検出信号ＨＢ がＨレベルからＬレベルに変化した時に、第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ｃを消滅させて第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｄを与えるとともに、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ａ´を消滅させて第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｂ´を与える。
【０１３７】
このときバッテリ５の正極端子から第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第４相のタップ端子ｊ４ ，ｊ８ 及びｊ１２に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ４ ，Ｗ５ ），（Ｗ８ ，Ｗ９ ）及び（Ｗ１２，Ｗ１ ）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ３ ，Ｗ２ ），（Ｗ７ ，Ｗ６ ）及び（Ｗ１１，Ｗ１０）とに分流した後、第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３８】
上記のようにして、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力のレベルが変化する毎に、励磁電流が流れるコイル群が回転子の一方向［この例では図１（Ｂ）の矢印ＣＬ方向］に順次シフトしていくため、回転磁界が生じ、磁石回転子１が一方向に回転させられる。
【０１３９】
なお図９（Ａ）及び（Ｂ）は図６（Ａ）及び（Ｂ）と同様に回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ の出力信号ＨＡ 及びＨＢ を示しており、図９（Ｃ）に実線で示したτ１ 及び破線で示したτ２ はそれぞれ各コイルを一方向及び他方向にそれぞれ流れる励磁電流により生じさせられるのトルクを示している。この場合電動機の出力トルクと回転角θとの関係は、図９（Ｄ）の太線で示したようになる。
【０１４０】
上記のように、４相のコイルを有する回転電機を４相駆動して電動機として動作させる場合、回転子磁極センサを電機子鉄心の隣り合う歯部の間の間隙の中心位置に配置すると、トルクのピーク値を最大にすることができる。しかしながら、この場合、図９（Ｄ）に示すように、トルク特性に生じる谷間は比較的深くなるため、回転子の停止位置によっては、始動トルクが十分に得られないことがあり、電動機の始動に失敗するおそれがある。
【０１４１】
上記のように、図５の励磁パターンによった場合には、回転子の停止位置による始動トルクのむらを少なくすることができ、図８の励磁パターンによった場合には、最大出力トルクを高くすることができる。従って内燃機関の始動時に電動機の負荷が重く、出力トルクの平均値を高くすることが望ましい場合には、電動機の始動時からその回転速度が設定値に達するまでの間は、図５に示した励磁パターン（以下第１の励磁パターンとする。）で駆動して回転子の回転角度位置に対するトルクむらを少なくし、回転速度が設定値を超えたときに励磁パターンを図８に示した励磁パターン（以下第２の励磁パターンとする。）に切り換えて、電動機の出力トルクの平均値を大きくするようにするのが望ましい。
【０１４２】
即ち、電動機の回転速度が零から設定値に達するまでの間は第１の励磁パターンで励磁電流を流し、回転速度が設定値を超えた後は第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにするのが好ましい。この場合、第１の励磁パターンによる場合と、第２の励磁パターンによる場合とでは、回転子磁極センサの配設位置が異なる。したがって、第１の励磁パターンによる励磁の切換えと、第２の励磁パターンによる励磁の切換えとを共に回転子磁極センサの出力を用いて行う場合には、第１の励磁パターン用の回転子磁極センサと、第２の励磁パターン用の回転子磁極センサとの双方を設ける必要がある。
【０１４３】
図１０は図１に示したスタータジェネレータに第１の励磁パターン用の回転子磁極センサと、第２の励磁パターン用の回転子磁極センサとの双方を設けた例を示したもので、この例では、電機子鉄心の歯部Ｐ２ と歯部Ｐ３ との間の間隙の周方向の中心に相応する位置及び歯部Ｐ３ の周方向の中心に相応する位置にそれぞれ回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ が配置され、歯部Ｐ３ とＰ４ との間の間隙の周方向の中心に相応する位置及び歯部Ｐ４ の周方向の中心に相応する位置にそれぞれ回転子磁極センサｈｃ 及びｈｄ が配置されている。図１０のスタータジェネレータの電機子鉄心の歯部と回転子の磁極と回転子磁極センサｈａ ないしｈｄ との間の関係を示した展開図を図１１に示した。
【０１４４】
図１０及び図１１のように回転子磁極センサｈａ ないしｈｄ を配置した場合には、ｈａ とｈｃ とを第２の励磁パターン用のセンサとして用い、ｈｂ とｈｄ とを第１の励磁パターン用のセンサとして用いる。
【０１４５】
機関の始動時にスタータジェネレータの回転速度［ｒｐｍ］が設定値に達するまでの間第１の励磁パターンで励磁相の切換えを行い、回転速度が設定値を超えた後は励磁相の切換えを第２の励磁パターンにより行う場合の動作を時間ｔに対して示すタイムチャートを図１２に示した。図１２（Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれ回転子磁極センサｈａ ないしｈｄ の出力信号ＨＡ ないしＨＤ を時間ｔに対して示し、図１２（Ｅ）ないし（Ｈ）はそれぞれ第１相ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えられる駆動信号ＡないしＤを示している。また図１２（Ｉ）ないし（Ｌ）はそれぞれ第１相ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えられる駆動信号Ａ´ないしＤ´を示している。
【０１４６】
この例では、スタータジェネレータの回転速度が設定値に達する時刻ｔ１ までの間は回転子磁極センサｈｂ 及びｈｄ の出力信号ＨＢ 及びＨＤ が変化する毎に第１の励磁パターンにより励磁相の切換えを行い、回転速度が設定値を超える時刻ｔ１ 後の期間は回転子磁極センサｈａ 及びｈｃ の出力信号ＨＡ 及びＨＣ が変化を示す毎に第２の励磁パターンにより励磁相の切換えを行う。
【０１４７】
このように構成すると、機関を始動する際に、磁石回転子がいずれの位置に停止していても大きな始動トルクを発生させることができるため、機関の始動を確実に行わせることができる。また機関が一旦回転を始めた後は、最大トルクを高くする励磁パターンで駆動するので、機関を始動する際の平均出力トルクを大きくすることができる。
【０１４８】
上記のように、機関を始動させる過程で回転速度が設定値に達した時に励磁パターンを切り換えるようにする場合、磁石回転子の回転速度は、例えば、回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ の出力信号の発生間隔（時間）から演算により求めることができる。
【０１４９】
図１２に示した例では、４つの回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ を用いて第１の励磁パターンによる励磁相の切換えと、第２の励磁パターンによる励磁相の切換えとを行わせるようにしたが、第１の励磁パターン用の回転子磁極センサのみを設けて、該センサから得られる検出信号の立上り及び立下がりで起動したタイマ４Ｄの出力を用いて第２の励磁パターンの励磁相切換えタイミングを定めるようにすることもできる。
【０１５０】
図１３は、内燃機関の始動時に、第２の励磁パターンの励磁相切換えタイミングをコントローラ４に設けられたタイマ４Ｄにより定める場合の動作を示すタイムチャートで、同図（Ａ）及び（Ｂ）は図１（Ｂ）に示すように配置された第１の励磁パターン用の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ の出力信号ＨＡ 及びＨＢ を示し、同図（Ｃ）は出力信号ＨＡ 及びＨＢ のそれぞれの立上り及び立下がりで起動されてセットされた時間の計測を行うタイマ４Ｄの計時動作を示す線図である。また図１３（Ｄ）ないし（Ｇ）はそれぞれ第１ないし第４相のスイッチアームの上段のスイッチ素子に与える駆動信号ＡないしＤを示し、図１２（Ｈ）ないし（Ｋ）はそれぞれ第１ないし第４相のスイッチアームの下段のスイッチ素子に与える駆動信号Ａ´ないしＤ´を示している。
【０１５１】
図１３に示した例では、コントローラ４が以下のようにしてスイッチ回路３を制御する。コントローラ４は、電動機の始動指令が与えられたことを検知したときに先ず回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ が出力する磁極検出信号ＨＡ ，ＨＢ のレベルが変化する毎に第１の励磁パターンに従って励磁相を切り換えて電動機を始動させる。
【０１５２】
本発明に係わる電動機において、磁極検出信号ＨＡ ，ＨＢ の一方のレベルが変化してから他方のレベルが変化するまでの間のクランク軸の回転角度は一定（電気角で９０度，機械角で１５度）であるので、信号ＨＡ ，ＨＢ の一方のレベルが変化してから他方のレベルが変化するまでの時間から電動機の回転速度を演算することができる。
【０１５３】
図１３に示した例では、磁極検出信号ＨＢ の立上りから磁極検出信号ＨＡ の立下がりまでの時間を計測することにより電動機の回転速度を演算しており、磁極検出信号ＨＢ の図示の立上りａから磁極検出信号ＨＡ の立下がりｂまでの時間から電動機の回転速度が設定値に達したことを検出している。
【０１５４】
コントローラ４は、電動機の回転速度が設定値に達したと判定されたときに、その直後に生じる磁極検出信号ＨＡ またはＨＢ の立下がりから次に生じる磁極検出信号ＨＢ またはＨＡ の立上りまでの時間Ｔｏ を計測して、タイマ４Ｄに計測すべき時間としてｔ１ ＝Ｔｏ ／２をセットする。
【０１５５】
図１３に示した例では、磁極検出信号ＨＡ の立下がりｂで回転速度が設定値に達したと判定された後、磁極検出信号ＨＢ の立下がりｃから磁極検出信号ＨＡ の立上りｄまでの時間Ｔｏ を計測して、このＴｏ の１／２の時間ｔ１ をタイマ４Ｄにセットしている。タイマ４Ｄがセットされた時間ｔ１ を計測したときにＣＰＵ４Ａが実行するプログラムに割込みをかけて、駆動信号Ｄと駆動信号Ｂ´とを消滅させ、駆動信号Ａ及びＣ´のみを発生させた状態にして、第２の励磁パターンに切り換える。
【０１５６】
その後、磁極検出信号ＨＢ の立上りｅが検出された時に磁極検出信号ＨＡ の立上りｄから磁極検出信号ＨＢ の立上りｅまでの時間Ｔ１ の１／２の時間ｔ２ をタイマ４Ｄにセットして、この時間ｔ２ の計測を開始させる。次いでタイマ４Ｄがセットされた時間ｔ２ （＝Ｔ１ ／２）を計測したときに駆動信号Ａ及びＣ´を消滅させるとともに、駆動信号Ｂ及びＤ´を発生させる。以下同様にして、磁極検出信号ＨＡ またはＨＢ のレベルが変化する毎に、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの時間Ｔ２ ，Ｔ３ ，…を計測して、これらの時間の１／２の時間ｔ３ ，ｔ４ ，…をタイマ４Ｄにセットして、該タイマがセットされた時間を計測する毎に励磁相を切り換える。
【０１５７】
図１３において、一方の磁極検出信号のレベルが変化してから他方の磁極検出信号のレベルが変化するまでの回転角度は僅か１５度であり、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時の時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの間の平均回転速度と、今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から次の磁極検出信号のレベル変化が検出される時刻までの間の平均回転速度との間の差（例えばＴ１ とＴ２ との間の差）は僅かであるため、上記のように、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの時間Ｔ２ ，Ｔ３ ，…の１／２を計測することにより、第２の励磁パターンでの励磁相切換えタイミングを求めても、第２の励磁パターン用の回転子磁極センサを用いて励磁相の切換えタイミングを定める場合と比べてそれ程大きな誤差は生じない。
【０１５８】
上記の例では、磁極検出信号ＨＡ またはＨＢ のレベルが変化する毎に、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの時間の１／２の時間をタイマに計測させることにより、励磁相の切り換えタイミングを求めているが、一方の磁極検出信号の信号幅、例えば図１３のｂ点からｄ点までの時間の１／４の時間をタイマに計測させることにより励磁相の切換えタイミングを求めるようにしていもよい。
【０１５９】
なお回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ を第２の励磁パターン用の位置とした適した位置に配置して、回転子の回転速度が設定値に達するまでの間、該回転子磁極センサの出力の立上り及び立下がりでタイマに計時動作を行わせることにより、第１の励磁パターンでの励磁相の切換えタイミングを求めるようにすることも考えられるが、機関の始動直後の回転速度は不安定であるため、始動直後の低速時の励磁相の切換えタイミングをタイマの計時動作により定めるのは好ましくない。したがって、上記のように、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ を第１の励磁パターン用の検出位置として適した位置に配置して、回転速度が設定値に達するまので間は、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力がレベル変化を示すタイミングを励磁相の切換えタイミングとするのが好ましい。
【０１６０】
上記の例では、機関の始動操作開始後、回転速度が設定値に達するまでの間第１の励磁パターンにより励磁相を切り換え、回転速度が設定値を超えた後に第２の励磁パターンにより励磁相を切り換えるようにしたが、図６（Ｄ）の出力トルク特性と、図９（Ｄ）の出力トルク特性とを合成して、図１４（Ｂ）に太線で示したような出力トルク特性を得ることができれば、全回転速度領域に亘って、トルクの大きな落ち込みがない特性を得ることができる。
【０１６１】
なお図１４（Ｂ）においてτａ は第１の励磁パターンにより励磁した場合に得られる図６（Ｄ）の特性であり、τｂ は第２の励磁パターンにより励磁した場合に得られる図９（Ｄ）の特性である。
【０１６２】
図１４（Ｂ）のような出力特性を得るためには、τａ とτｂ との交点で励磁パターンの切換を行えばよい。即ち、図１４（Ｂ）のθ１ ´，θ３ ´，θ５ ´及びθ７ ´の位置で、励磁パターンを第２の励磁パターンから第１の励磁パターンに切換え、θ２ ´，θ４ ´，θ６ ´及びθ８ ´の位置で励磁パターンを第１の励磁パターンから第２の励磁パターンに切り換えるようにすればよい。しかしながら、このように励磁パターンを切り換えようとすると、励磁パターンの切換位置相互間の間隔が狭い個所（例えば図１４Ｂのθ１ ´とθ２ ´との間）が生じ、隣り合う回転子磁極センサ相互間の間隔が狭くなって、同センサを配設することが困難になる。回転子磁極センサの配設を容易にするためには、４つの回転子磁極センサを等角度間隔で配置して、しかも図１４（Ｂ）のθ１ ´〜θ８ ´の位置に近い位置で励磁パターンの切換を行うようにするのが好ましい。
【０１６３】
そのために、例えば、図１４（Ａ）に示したように、４つの回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ を電気角で４５度間隔で配置するのがよい。この例では、特定の歯部（図示の例では歯部Ｐ２ ）の中心と、回転子の回転方向の前方側で特定の歯部Ｐ２ に隣接する他の歯部Ｐ３ との間の間隙の中心との間の中央に相応する第１の検出位置で回転子の磁極を検出するように第１の回転子磁極センサｈａ を配置し、第１の回転子磁極センサｈａ の配設位置から回転子の回転方向に順次電気角で４５度（１８０／４度）ずつ間隔を隔てた第２ないし第４の検出位置位置で回転子の磁極を検出するように、第２ないし第４の回転子磁極センサｈｂ ないしｈｄ を配置する。
【０１６４】
この場合、回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ がそれぞれ出力する磁極検出信号をＨＡ 〜ＨＢ とすると、コントローラ４は図１５（Ａ）ないし（Ｌ）に示すようなパターンでスイッチ回路に駆動信号Ａ〜Ｄ及びＡ´〜Ｄ´を与える。
【０１６５】
即ち、コントローラ４は、バッテリの正極端子からスイッチ回路３の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、該隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとして定めるとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子１の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後、他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして定めておいて、磁石回転子を一方向に回転駆動する際に、第１の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第３の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには、第１の励磁パターンで励磁電流を流し、第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第４の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにして、第１の励磁パターンで励磁電流を流す状態と第２の励磁パターンで励磁電流を流す状態とを交互に生じさせながら、第１ないし第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路３のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【０１６６】
この場合に得られるトルク特性は図１５（Ｍ）のようになり、第２の励磁パターンにより励磁相を切り換えた場合にトルクが落ち込む部分で、第１の励磁パターンにより励磁相を切換えることによりトルクが増大させられるため、トルクの深い谷間が生じない特性が得られる。また常に第１の励磁パターンにより励磁相を切換える場合に比べて出力トルクの平均値を大きくすることができる。
【０１６７】
本発明において、第２の励磁パターンにより励磁を行っているときには、各瞬時において、例えば図１６に示すようにスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子と他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子とを通して励磁電流Ｉｅ が流れる。
【０１６８】
これに対し、第１の励磁パターンにより励磁を行っているときには、図１７に示すように、同時に２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子と、他の２つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子とを通して励磁電流が流れる。そのため、第１の励磁パターンにより励磁を行っているときには、第２の励磁パターンにより励磁を行っている場合の２倍の励磁電流が流れる。
【０１６９】
したがって、図３に示したように、過電流検出回路１５を設けて、コントローラ４により過電流保護手段を構成する場合には、第１の励磁パターンにより励磁を行っているときの電流の制限値を第２の励磁パターンにより励磁を行っているときの電流の制限値の２倍に設定する必要がある。
【０１７０】
最初からいずれの励磁パターンで励磁するかが決まっている場合には、励磁パターンに合わせた過電流制限値を決めておけばよいが、励磁パターンを第２の励磁パターンから第１の励磁パターンに切り換えたり、第１の励磁パターンによる励磁と第２の励磁パターンによる励磁とを交互に行ったりする場合には、励磁パターンに応じて過電流制限値を変更する必要がある。
【０１７１】
図４に示すような過電流検出回路１５が用いられる場合には、コントローラ４により励磁パターンに応じて可変抵抗器ＶＲ１ の抵抗値を調整して増幅回路の利得を切換えることにより、過電流制限値を切換えることができる。即ち、第２の励磁パターンにより励磁を行うときには、増幅回路１５Ａの利得を第１の励磁パターンにより励磁を行う際の利得の１／２とすることにより、過電流制限値を第１の励磁パターンにより励磁を行うときの制限値の２倍にすることができる。
【０１７２】
またコントローラ４により励磁パターンに応じて可変抵抗器ＶＲ２ の抵抗値を調整して、基準電圧Ｖｆ の値を切り換えることによっても過電流制限値を切り換えることができる。即ち、第２の励磁パターンにより励磁を行うときに基準電圧Ｖｆ の値を第１の励磁パターンにより励磁を行うときの２倍の値とすることにより、第２の励磁パターンにより励磁を行うときの過電流制限値を、第１の励磁パターンにより励磁を行うときの制限値の２倍にすることができる。
【０１７３】
上記の例では、スタータジェネレータの回転子を６極に構成し、固定子を１２極に構成したが、一般に回転子をｍ極（ｍは偶数）とし、固定子を２ｍ極とする場合に、４相駆動を行って電動機として運転することができる。
【０１７４】
例えば、図１８に示すように、回転子を８極とし、固定子を１６極とする場合にも本発明を適用することができる。この場合、電機子鉄心は１６個の歯部Ｐ１ ないしＰ１６を有していて、固定子のコイルＷ１ ないしＷ１６は、電機子鉄心の２つの歯部に跨って重ね巻きされ、コイルＷ１ ないしＷ１６の巻始め側の端末部と回転子の回転方向の後方側でそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からそれぞれタップ端子ｊ１ ないしｊ１２が引き出されている。そして、タップ端子ｊ１ ないしｊ１６のうち、ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ 及びｊ１３が第１相のタップ端子を構成し、ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０及びｊ１４が第２相のタップ端子を構成している。またｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１及びｊ１５が第３相のタップ端子を構成し、ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２及びｊ１６が第４相のタップ端子を構成している。そして、１／２のタップ端子ｊ１ ないしｊ８ に対して第１相のスイッチアームＳ１ ないし第４相のスイッチアームＳ４ が設けられて、各相のスイッチアームの中間端子が各相の２つのタップ端子に共通に接続されている。またタップ端子ｊ９ ないしｊ１６に対して第１相のスイッチアームＳ５ ないし第４相のスイッチアームＳ８ が設けられて、各相のスイッチアームの中間端子が２つの相のタップ端子に共通に接続されている。
【０１７５】
回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ はそれぞれ電機子鉄心の歯部Ｐ５ とＰ６ との間の間隙の中心に相応する位置、及び歯部Ｐ６ とＰ７ との間の間隙の中心に相応する位置でそれぞれ回転子の磁極を検出するように設けられている。
【０１７６】
図１８に示した例では、スイッチアームＳ３ ないしＳ８ にそれぞれ上段の充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ を設けて、これらのスイッチアームを通してはバッテリに充電電流が供給されないようにし、スイッチアームＳ１ 及びＳ２ に設けられた整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ によって構成されたバッテリ充電用整流回路により、第１相の一部のコイルＷ１ ，Ｗ５ の出力のみが整流されてバッテリ５に供給されるようになっている。
【０１７７】
図１８に示したスタータジェネレータを４相駆動する場合、回転子磁極センサが出力する磁極検出信号をＨＡ 及びＨＢ 、スイッチアームＳ１ ないしＳ８ の上段のスイッチ素子ｑａ に与える駆動信号をそれぞれＡないしＨとし、スイッチアームＳ１ ないしＳ８ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与える駆動信号をそれぞれＡ´ないしＨ´とすると、第２の励磁パターンは図１９のようになる。
【０１７８】
また図１８に示したスタータジェネレータにおいても、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を電機子鉄心の歯部の中心に相応する位置に配置して、第１の励磁パターンで駆動することにより、出力トルクのむらが少ない特性を得ることができる。
【０１７９】
図１８に示した例においては、スイッチアームＳ１ 及びＳ２ に設けられたダイオードｄａ 及びｄｂ のみによりバッテリ充電用の整流回路を構成して、機関が始動した後、第１相のコイルの一部Ｗ１ 及びＷ５ の出力のみでバッテリ５に充電電流を供給するようにしているが、スイッチアームＳ５ 及びＳ６ から充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ を取り除いて、これらのスイッチアームに設けた整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により構成されるバッテリ充電用整流回路を通して第１相のコイルＷ９ 及びＷ１３からもバッテリに充電電流を供給するようにしてもよい。
【０１８０】
また内燃機関の定常運転時に駆動する必要がある負荷が大きい場合には、更に他のスイッチアームからも充電阻止用ダイオードを取り除いて、第１相のコイル以外のコイルからもバッテリに充電電流を供給するようにしてもよい。
【０１８１】
要するに、本発明においては、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するようにバッテリ充電用整流回路及び充電阻止手段を設ければよく、バッテリを充電するための出力を発生させるコイルとしては、いずれのコイルを用いてもよい。
【０１８２】
また上記の例では、バッテリ充電用整流回路が、特定のスイッチアームのスイッチ素子に逆並列接続されたダイオードｄａ ，ｄｂ からなっていて、該バッテリ充電用整流回路がスイッチ回路内に構成されているが、バッテリ充電用整流回路はスイッチ回路から独立させて設けるようにしてもよい。
【０１８３】
また上記の例では、バッテリを充電するために用いないコイルにつながるスイッチアームに充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ を設けて、これらの充電阻止用ダイオードにより、バッテリ重電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段を構成しているが、この充電阻止手段は、他の手段によってもよい。
【０１８４】
例えば、図２０に示したように、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル（図２０の例ではコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ ）以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）及び（ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２）とこれらのタップ端子に接続されたスイッチアームの中間端子ｕ３ 及びｕ４ との間に挿入された充電阻止用スイッチ手段ＳＷにより、充電阻止手段を構成してもよい。この場合、充電阻止用スイッチ手段ＳＷは、コントローラ４により制御されて、内燃機関を始動する際にオン状態にされ、機関が始動した後バッテリを充電する際にオフ状態にされる。
【０１８５】
この場合、充電阻止用スイッチ手段ＳＷは、オンオフ制御が可能なスイッチであればよく、図示のようにリレーにより構成してもよく、トランジスタ等の半導体スイッチにより構成してもよい。
【０１８６】
図２０に示したように、固定子が１６極に構成される場合に、充電阻止手段を充電阻止用スイッチ手段ＳＷにより構成した例を図２１に示した。図２１に示した例では、３つのスイッチアームＳ１ ないしＳ３ の整流器ｄａ 及びｄｂ によりバッテリ充電用整流回路が構成され、他のスイッチアームの中間端子とタップ端子との間に充電阻止用スイッチ手段ＳＷが挿入されている。
【０１８７】
また上記充電阻止手段は、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて上段の充電阻止用スイッチ手段と、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる下段の充電阻止用スイッチ手段とにより構成することもできる。
【０１８８】
例えば、図２２に示すように、スイッチアームＳ３ 及びＳ４ のそれぞれの上段のスイッチ素子ｑａ と中間端子ｕ３ ，ｕ４ との間に挿入された上段の充電阻止用スイッチ手段ＳＷ１と、スイッチアームＳ３ 及びＳ４ のそれぞれの下段のスイッチ素子ｑｂ と中間端子ｕ３ ，ｕ４ との間に挿入された下段の充電阻止用スイッチ手段ＳＷ２とにより充電阻止手段を構成することができる。充電阻止用スイッチ手段ＳＷ１及びＳＷ２は、コントローラ４により制御されて、内燃機関の始動時にオン状態にされ、機関が始動した後にオフ状態にされる。
【０１８９】
また図２３に示したように、すべてのスイッチアームの中間端子とタップ端子との間に充電阻止用スイッチ手段ＳＷを挿入して、内燃機関の始動時にはこれらのスイッチ手段をすべてオン状態にし、機関が始動した後は、バッテリに所定の充電電流が供給されるように、機関の回転速度に応じてオン状態にする充電阻止用スイッチ手段ＳＷの数を変えるようにすることもできる。例えば、機関のアイドリング時には、すべてのスイッチアームに対して設けられた充電阻止用スイッチＳＷをオン状態にして、固定子のすべてのコイルからバッテリに充電電流を供給し、機関の回転速度が設定値以上に上昇して発電機の出力が過大になった時に、一部の充電阻止用スイッチをオフ状態にして、バッテリの充電電流を適正範囲に調整するようにすることもできる。
【０１９０】
上記の例では、機関の始動時にスタータジェネレータを電動機として動作させる際に、４相駆動を行うとした。前述のように、４相駆動を行うと、励磁を切換えるタイミングを定めるための論理を簡単にすることができるという利点が得られるが、本発明においては、スタータジェネレータを電動機として動作させる際に、３相駆動や６相駆動を行うようにすることもできる。
【０１９１】
例えば、図２４は、内燃機関を始動する際に３相駆動を行うことによりスタータジェネレータを電動機として運転する場合の実施形態を示したもので、この実施形態では、回転子として４極のものが用いられ、電機子鉄心としては１２個の歯部Ｐ１ ないしＰ１２を有するものが用いられている。固定子のコイルＷ１ ないしＷ１２は電機子鉄心の３つの歯部に跨って重ね巻きされて、第１ないし第６相のコイルが２つずつ形成されている。コイルＷ１ ないしＷ１２のそれぞれの巻始め側の端末部と回転子の回転方向の後方側でそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からそれぞれタップ端子ｊ１ ないしｊ１２が導出されている。これらのタップ端子のうち、ｊ１ とｊ７ とが第１の相のタップ端子を構成し、ｊ２ とｊ８ とが第２の相のタップ端子を構成している。またｊ３ とｊ９ とが第３の相のタップ端子を構成し、ｊ４ とｊ１０とが第４の相のタップ端子を構成している。更に、ｊ５ とｊ１１とが第５の相のタップ端子を構成し、ｊ６ とｊ１２とが第６の相のタップ端子を構成している。スイッチ回路３は、第１ないし第６の相のタップ端子に対してそれぞれ設けられた第１ないし第６の相のスイッチアームＳ１ ないしＳ６ からなっていて、それぞれの相のスイッチアームの中間端子が対応する相のタップ端子に接続されている。図示の例では、第１の相のスイッチアームＳ１ 及び第２の相のスイッチアームＳ２ の中間端子が第１の相のタップ端子及び第２の相のタップ端子に直接接続され、第３の相ないし第６の相のスイッチアームＳ３ ないしＳ６ の中間端子はそれぞれリレーの常閉接点Ｒｙｂを通して対応する相のタップ端子に接続されている。
【０１９２】
またこの例では、電機子鉄心の歯部Ｐ２ ，Ｐ３ 間、Ｐ３ ，Ｐ４ 間、及びＰ３ ，Ｐ４ 間のそれぞれの間隙の中心に相応する位置で回転子の磁極を検出するように回転子磁極センサｈａ ないしｈｃ が設けられている。図２４において１０は図１に示したものと同様な位置検出用磁石を示している。
【０１９３】
図２４に示した回転電機を第１の励磁パターンで励磁して電動機として運転する場合に、回転子磁極センサｈａ ないしｈｃ が出力する磁極検出信号ＨＡ ないしＨＣ 、スイッチアームＳ１ ないしＳ６ の上段のスイッチ素子に与えられる駆動信号ＡないしＦ、及びスイッチアームＳ１ ないしＳ６ の下段のスイッチ素子に与えられる駆動信号Ａ´ないしＦ´を図２５に示した。
【０１９４】
課題を解決するための手段の項でも述べたように、本発明は、一般に、固定子の電機子鉄心がｎ×ｍ個（ｎは２以上の整数、ｍは偶数）の歯部を有していて、各コイルを電機子鉄心の隣り合うｎ個の歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされたｎ×ｍ個のコイルを設ける場合に適用することができる。
【０１９５】
上記の例では、回転子磁極センサをホール素子により構成したが、ホール素子以外の磁気検出素子により回転子磁極センサを構成することもできる。また回転子の一つおきの磁極に相応するスリットを有するフォトインタラプタと、該フォトインタラプタを間に対して対向する発光素子と受光素子とからなるフォトエンコーダを回転子に取り付けて、該エンコーダから得られる信号を回転子磁極センサとして用いるようにすることもできる。
【０１９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内燃機関の始動時には、固定子のすべてのコイルに励磁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、内燃機関の始動を支障なく行わせることができ、また内燃機関が始動した後は、固定子の一部のコイルの出力のみを整流してバッテリに供給するので、機関の中高速時にバッテリが過充電状態になるのを防ぐことができる。
【０１９７】
更に本発明においては、内燃機関の始動時に３相以上の多相駆動を行うので、出力トルクのむらを少なくして、機関の始動を確実に行わせることができる利点がある。
【０１９８】
特に、本発明において、固定子側に第１ないし第４相のコイルを設けるとともに、２つの回転子磁極センサを、電機子鉄心の異なる歯部のほぼ中心に相応する位置に、電気角で９０度の位相差を持たせて配置して、内燃機関の始動時に固定子のコイルから引き出した隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させる励磁パターンで固定子を励磁する（４相駆動する）ようにした場合には、励磁の切換えタイミングを定めるための論理を簡単にして、コントローラの構成を簡単にすることができるだけでなく、回転子の回転角度位置による出力トルクのむらを少なくして、回転子の初期の回転角度位置によって始動トルクが不足する状態が生じるのを防ぐことができる。
【０１９９】
また本発明において、回転子の回転速度が設定値以下の時に固定子の２つのタップ端子に同時に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンで固定子を励磁し、回転速度が設定値を超えたときに、固定子の１つのタップ端子に励磁電流を流入させる第２の励磁パターンに切換えるようにした場合には、電動機の始動時に出力トルクのむらを少なくして始動を確実にするとともに、始動後は大きな最大出力トルクが得られるようにして出力トルクの平均値を増大させ、電動機の出力の向上を図ることができる。
【０２００】
更に本発明において、固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンによる励磁と固定子のコイルから引き出した１つの相のタップ端子のみに励磁電流を流入させる第２の励磁パターンによる励磁とを交互に行わせるようにした場合には、全回転速度領域で出力トルクのむらを少なくするとともに、最大出力トルクの最大値を大きくして平均出力トルクの増大を図ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係わる電動機の実施形態の一例を示す断面図、（Ｂ）は図１の電動機の正面図である。
【図２】図１の電動機の固定子側に設けるコイルの巻回構造と、コイルに励磁電流を流すスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図３】本発明に係わる電動機を制御する制御装置の構成例を示した構成図である。
【図４】図３の制御装置で用いる過電流検出回路の構成例を示した回路図である。
【図５】図１の電動機の励磁パターンとして第１の励磁パターンを採用する場合の各部の信号波形を示した線図である。
【図６】図５に示す励磁パターンで固定子のコイルを励磁した場合に得られるトルク特性を回転子磁極センサの出力信号の波形とともに示した線図である。
【図７】本発明の他の実施形態における電動機の構成例を示した正面図てある。
【図８】図７の実施形態において、第２の励磁パターンにより固定子のコイルを励磁する場合の各部の信号波形を示した線図である。
【図９】図７の励磁パターンによりコイルを励磁した場合に得られる出力トルク特性の一例を回転子磁極センサの出力信号の波形とともに示した線図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態における電動機の構成を示した正面図である。
【図１１】図１０の電動機における回転子磁極センサの配置を示した説明図である。
【図１２】図１０の電動機の各部の信号を示したタイミングチャートである。
【図１３】図１０の電動機の励磁の切換えをタイマを用いて行う場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】（Ａ）は本発明の他の実施形態における回転子磁極センサの配置を示した説明図、（Ｂ）は同実施形態で得られる出力特性を示した線図である。
【図１５】図１４（Ａ）のように回転子磁極センサを配置して図１の電動機を駆動する場合の励磁パターンを示した線図である。
【図１６】図１に示した電動機を第２の励磁パターンで励磁した場合に流れる励磁電流の流れ方を説明するための回路図である。
【図１７】図１に示した電動機を第１の励磁パターンで励磁した場合に流れる励磁電流の流れ方を説明するための回路図である。
【図１８】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路の構成例とを示した構成図である。
【図１９】図１８の電動機の励磁パターンの一例を示した線図である。
【図２０】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図２１】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路の構成例とを示した構成図である。
【図２２】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図２３】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図２４】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路の構成例とを示した構成図である。
【図２５】図２４の電動機の各部の信号を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…回転子、１００…回転子ヨーク、Ｍ１ 〜Ｍ８ …永久磁石、２…固定子、２００…電機子鉄心、Ｐ１ 〜Ｐ１２…歯部、Ｗ１ 〜Ｗ１６…コイル、ｊ１ 〜ｊ１６…タップ端子、３…スイッチ回路、ｑａ …上段のスイッチ素子、ｑｂ …下段のスイッチ素子、ｄａ …上段の整流用ダイオード、ｄｂ …下段の整流用ダイオード、ｄ１ …上段の充電阻止用ダイオード、ｄ２ …下段の充電阻止用ダイオード、ＳＷ…充電阻止用スイッチ手段、ＳＷ１…上段の充電阻止用スイッチ手段、ＳＷ２…下段の充電阻止用スイッチ手段、Ｓ１ 〜Ｓ６ …第１ないし第６相のスイッチアーム、４…コントローラ、５…バッテリ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動時には始動用電動機（スタータモータ）として働き、内燃機関の始動後は発電機（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発電機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発電機は、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】
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、機関のクランク軸に取り付けた磁石回転子と機関のケースに取り付けられた固定子とを備えた磁石界磁回転電機を設けて、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】
磁石界磁回転形の回転電機は、磁石発電機としても、ブラシレス直流電動機としても動作させることができるため、理論的にはこの回転電機の回転子を内燃機関のクランク軸に取り付けて、該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し、機関が始動した後は、該回転電機を発電機として動作させて、その出力によりバッテリを充電することができる。
【０００８】
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す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。
【０００９】
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、磁石界磁回転形の回転電機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、その固定子のコイルの巻線抵抗を小さくする必要がある。そのため、磁石界磁回転形の回転電機をスタータモータとして用いる場合には、その固定子の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。
【００１０】
また機関が始動した後は、固定子のコイル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、固定子のコイルの巻数を設定する必要がある。
【００１１】
ところが、このように回転電機を構成すると、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。
【００１２】
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固定子のコイル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回転電機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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
そこで、本出願人は、先に、固定子の多相のコイルに対して回転子磁極センサを１つだけ設けて、該センサが検出している回転子の磁極の極性に応じて各相のコイルに励磁電流を流すタイミングと、その励磁電流の極性とを切り換えることにより、磁石界磁形の回転電機を直流電動機として動作させ、機関が始動した後は、固定子の一部のコイルのみからバッテリに充電電流を供給することを提案した。
【００１７】
このように構成すれば、回転子磁極センサを一つだけ設ければよいため、回転電機の構造を複雑にすることなく、内燃機関始動用電動機とバッテリ充電用磁石発電機との双方の機能を果たす回転電機を得ることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように磁石界磁回転形の回転電機を直流電動機として駆動するに際して、一つの回転子磁極センサを用いて、各相のコイルに励磁電流を流すタイミングと励磁電流の極性とを切り換えるようにした場合には、電動機の出力トルク特性（出力トルクτの回転角度θに対する特性）に深い谷が生じ、トルクの谷が最も深くなるところでは、出力トルクがほとんどゼロに近くなるため、たまたまトルクの谷が深くなる位置で回転子が停止している状態で機関の始動操作が行われたときに、機関の始動に失敗するおそれがあった。
【００１９】
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出力トルク特性に深い谷が生じるのを防いで機関の始動を確実に行わせ、機関が始動した後、バッテリ充電用の発電機として運転する際には、バッテリの過充電を防止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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の始動時にスタータモータとして動作し、機関が始動した後はバッテリ充電用のジェネレータとして動作する内燃機関用スタータジェネレータに係わるものである。
【００２１】
本発明においては、内燃機関の始動時にスタータモータとして動作させる際に、出力トルク特性に深い谷間が生じるのを防ぐために、回転子磁極センサを２個以上設けて３相以上の多相駆動を行う。
【００２２】
また本発明では、固定子に設ける多数のコイルを直列に接続してコイルどうしの接続点からコイルに電流を出入りさせる構成として、電動機として運転する際には、すべてのコイルに励磁電流を流して大きな出力トルクを発生させ、発電機として運転する際には、一部のコイルの出力のみをバッテリに供給して、バッテリの過充電を防止することができるようにする。
【００２３】
なお本願明細書においては、電気角で３６０／ｎ度（ｎは１以上の整数）の角度間隔で励磁電流を流す固定子のコイルを切り換える電動機の駆動の仕方をｎ相駆動と呼ぶ。
【００２４】
本願の第１の発明に係わるスタータジェネレータでは、内燃機関を始動する際に、４相駆動を行って磁石回転子を機関を始動させる方向に回転させる。この場合、磁石回転子としては、等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極を有するものを用い、該磁石回転子を内燃機関のクランク軸に取り付ける。
【００２５】
また固定子としては、磁石回転子の回転方向に等角度間隔で並ぶように設けられた２ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた２ｍ個のコイルとを備えたものを用い、２ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から２ｍ個のタップ端子を導出しておく。
【００２６】
この固定子においては、磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に、２ｍ個のコイルが第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっており、第１ないし第４相のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部に接続されたタップ端子がそれぞれ第１ないし第４相のタップ端子とされる。
【００２７】
本発明においてはまた、電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定された第１の検出位置及び該第１の検出位置から磁石回転子の回転方向に電気角で９０度離れた第２の検出位置にそれぞれ配置されていて、それぞれの検出位置を通過している磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にする第１及び第２の回転子磁極センサと、固定子のコイルの励磁を切り換えるスイッチ回路と、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、回転子磁極センサの出力の状態が変化する毎に励磁相を切り換えるようにスイッチ回路を制御するコントローラとを設ける。
【００２８】
上記スイッチ回路は、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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、第１ないし第４相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続される。また固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されている。
【００２９】
またコントローラは、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、バッテリの正極端子からスイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つ相のコイルを通して流した後更に他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は回転方向の後方側の１つ相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１及び第２の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に、規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次前記磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００３０】
上記のように、電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定された第１の検出位置及び該第１の検出位置から磁石回転子の回転方向に電気角で９０度離れた第２の検出位置にそれぞれ第１及び第２の回転子磁極センサを配置するとともに、固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させるように励磁パターンを定めて、この励磁パターンに従って励磁電流を流すことにより４相駆動を行うと、ほとんど谷部が生じない、ほぼフラットな出力トルク特性を得ることができるため、始動トルクが不足して内燃機関の始動に失敗するおそれをなくすことができる。
【００３１】
一般に用いられているブラシレス直流電動機では、３つの回転子磁極センサを設けて、３相駆動を行っているが、３相駆動を行う場合には、３つの回転子磁極センサの出力に論理演算を施すことにより励磁の切り換えタイミングを定める必要があるため、励磁の切り換えのタイミングを定めるための論理が複雑になるのを避けられない。
【００３２】
これに対し、上記のように２つの回転子磁極センサを用いて４相駆動を行うようにすれば、励磁の切換タイミングを定めるための論理を簡単にすることができるため、コントローラを論理回路で構成する場合に、その構成を簡単にすることができる。またコントローラをマイクロコンピュータにより構成する場合には、該マイクロコンピュータに実行させるプログラムを簡単にすることができる。
【００３３】
また上記のように、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに供給するバッテリ充電用整流回路を設けるとともに、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルからバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段を設けておくと、機関が始動した後、バッテリを充電する発電機として運転する際に、バッテリに過大な充電電流が供給されるのを防ぐことができる。
【００３４】
なお上記のように、２つの回転子磁極センサを電機子鉄心の歯部の中心に相応する位置に配置すると、出力トルク特性に深い谷間が生じるのを防いで、トルクむらを少なくすることができるが、この場合、出力トルクの最大値は低下する傾向になる。出力トルクの最大値を大きくするためには、回転子磁極センサを歯部間の間隙の中心に相応する位置に配置すればよいが、このように回転子磁極センサを配置した場合には、出力トルク特性に比較的深い谷間が生じる。
【００３５】
負荷によっては、電動機の始動トルクを大きくするだけでなく、出力トルクの平均値をできるだけ大きくすることが望まれることがある。
【００３６】
このような要望に応えることができるようにするため、本願の第２の発明においては、電気角で４５度の位相差を持って磁石回転子の回転方向に順次並ぶように設定された固定子側の第１ないし第４の検出位置にそれぞれ第１ないし第４の回転子磁極センサを配置し、内燃機関を始動する際に、クランク軸を内燃機関の始動方向に回転させるべく、バッテリの正極端子からスイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、磁石回転子の回転速度が設定値以下のときに、第１の回転子磁極センサ及び第３の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に第１の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを磁石回転子の回転方向にシフトさせていき、磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには第２の回転子磁極センサ及び第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に第２の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子を制御するコントローラを構成する。
【００３７】
この場合、第１の検出位置は、電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定しておく。
【００３８】
磁石回転子、固定子及びスイッチ回路としては、第１の発明で用いたものと同様のものを用い、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段とを設けておく。
【００３９】
上記のように、電動機の回転速度に応じて励磁パターンを切り換えるようにすると、内燃機関の始動時には電動機の出力トルクむらを少なくして、始動トルクが不足する回転角度位置が生じるのを防ぐことができ、機関が回転を開始した後は、電動機の出力トルクの最大値を大きくして電動機の平均出力トルクを大きくすることができる。
【００４０】
この場合、４つの回転子磁極センサを必要とするが、各励磁パターンによる励磁は４相駆動であり、２のつ回転子磁極センサの出力に基づいて励磁の切換タイミングを定めることができるため、３相駆動による場合に比べて励磁の切換タイミングを求めるための論理を簡単にすることができる。
【００４１】
上記の構成では、回転速度に応じて励磁パターンを切り換えるために、４つの回転子磁極センサを用いているが、電機子鉄心の歯部のほぼ中心に相応する位置で回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかを検出する第１及び第２の回転子磁極センサを用いて第２の励磁パターンの励磁相の切換を行い、第１及び第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化する毎に起動するタイマの出力を用いて、第１の励磁パターンによる励磁相の切換を行わせるようにすることもできる。
【００４２】
この場合、コントローラは、バッテリの正極端子からスイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、磁石回転子の回転速度が設定値以下のときには、第１及び第２の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に、第１の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを磁石回転子の回転方向に順次シフトさせていくようにスイッチ回路の各スイッチ素子をオンオフ制御し、磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには、第１及び第２の回転子磁極センサの出力の状態の組み合わせが変化する毎に起動させたタイマが所定の時間を計測する毎に第２の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００４３】
この場合、磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときに、磁石回転子の各磁極の回転方向の前端縁が電機子鉄心の歯部間を通過する際に、第１の励磁パターンで同時に励磁電流が流れるコイルの組み合わせが切り換わるように、タイマが計測する時間を設定する。
【００４４】
上記のように構成すると、回転子磁極センサを２つだけ設ければよいため、固定子側の構成を複雑にすることなく、回転速度に応じて励磁パターンを切り換える制御を行わせることができる。
【００４５】
本発明ではまた、固定子が第１ないし第４相のコイルを有している場合に、電気角で４５度の間隔を持って回転子の回転方向の前方側に順次並ぶように配置された第１ないし第４の回転子磁極センサを用いて、同時に２つのタップ端子に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンと常に１つのタップ端子に励磁電流を流入させる第２の励磁パターンとを交互に生じさせながらスタータモータとしての駆動を行わせることもできる。
【００４６】
この場合には、磁石回転子の回転方向の前方側に電気角で４５度の角度間隔で順次並ぶように設定された第１ないし第４の検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にする第１ないし第４の回転子磁極センサと、励磁電流を流す固定子のコイルを切り換えるスイッチ回路と、該スイッチ回路を制御するコントローラとを設ける。
【００４７】
第１の回転子磁極センサを配置する第１の検出位置は、電機子鉄心の特定の歯部と回転子の回転方向の前方側で該特定の歯部に隣接する他の歯部との間の間隙の周方向の中心（固定子の周方向に測った間隙長を２分する位置）と特定の歯部の周方向の中心との間に設定する。
【００４８】
この場合スイッチ回路は、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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子を有する構成をそれぞれが備えた第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第４相のスイッチアームが、それぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００４９】
またコントローラは、バッテリの正極端子からスイッチ回路の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、該隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、磁石回転子を一方向に回転駆動する際に、第１の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第３の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときに、第１の励磁パターンで励磁電流を流し、第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第４の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにして、第１の励磁パターンで励磁電流を流す状態と第２の励磁パターンで励磁電流を流す状態とを交互に生じさせながら、第１ないし第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５０】
上記のように、固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンによる励磁と固定子のコイルから引き出した１つの相のタップ端子のみに励磁電流を流入させる第２の励磁パターンによる励磁とを交互に行わせるようにすると、全回転速度領域で出力トルクのむらを少なくするとともに、最大出力トルクの最大値を大きくして平均出力トルクの増大を図ることができる。
【００５１】
本発明においてはまた、磁石回転子をｍ極に構成し、固定子の電機子鉄心を３ｍ個の歯部を有する構成とし、第１ないし第３の回転子磁極センサを設けて、スタータモータとして運転する際に３相駆動を行うようにしてもよい。
【００５２】
この場合には、固定子としては、ｍ個（ｍは偶数）の磁極を有する磁石回転子の回転方向に等角度間隔で並ぶように設けられた３ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを電機子鉄心の隣り合う３つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた３ｍ個のコイルとを備えたものを用い、該３ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から３ｍ個のタップ端子を導出しておく。この固定子の３ｍ個のコイルは、磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に第１ないし第６相のコイルに分けられるようになっていて、第１ないし第６相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第６相のタップ端子とされる。
【００５３】
この場合第１ないし第３の回転子磁極センサは、電気角で６０度の位相差を有し、かつ電機子鉄心の歯部間に設定された固定子側の３つの検出位置に配置されて、それぞれの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状態の出力を発生する。
【００５４】
またスイッチ回路は、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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子とを備えた構成をそれぞれが有する第１ないし第６相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第６相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続され、固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００５５】
この場合も、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段とを設けておく。
【００５６】
またコントローラは、内燃機関を始動する際に、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１ないし第３の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に該規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次前記回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５７】
上記のように、スタータモータとして運転する際に３相駆動を行うようにすると、トルクむらを少なくして、始動が困難になる回転確度位置をなくすとともに、出力トルクの平均値を高くする要求にも応えることができる。
【００５８】
３相駆動を行う従来のブラシレス直流電動機では、３相のコイルがスター結線されていたため、該電動機を外部から駆動して発電機として運転する際に特定の相のコイルの出力のみを取り出して負荷に供給することは困難であった。
【００５９】
これに対し、本発明においては、固定子に設けた６相のコイルを直列に接続して（Δ結線して）、各コイルの両端からタップ端子を引き出す構造としたため、一部のコイルの出力のみを取り出して負荷に供給することが容易にできる。
【００６０】
したがって、上記のように固定子の一部のコイルの出力のみを整流してバッテリに供給するバッテリ充電用整流回路と、該整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルから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充電阻止手段とを設けておくことにより、内燃機関が始動した後、固定子のコイルの出力でバッテリを充電する際に、バッテリが過充電されるのを防ぐことができる。
【００６１】
本発明は、一般に、スタータジェネレータにおいて、固定子の電機子鉄心がｎ×ｍ個の歯部を有していて、各コイルを電機子鉄心の隣り合うｎ個の歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされたｎ×ｍ個のコイルを設ける場合に適用することができる。
【００６２】
この場合、ｎ×ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からｎ×ｍ個のタップ端子を導出して、磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合にｎ×ｍ個のコイルを第１ないし第２ｎ相のコイルに分けられるようにしておき、第１ないし第２ｎ相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子をそれぞれ第１ないし第２ｎ相タップ端子とする。
【００６３】
この場合、磁石回転子の回転方向に電気角で３６０／２ｎ度の間隔をもって順次並ぶ電機子鉄心のｎ個の歯部間の間隙のそれぞれのほぼ中心に相応する位置に設定された第１ないし第ｎの検出位置にそれぞれ第１ないし第ｎの回転子磁極センサを設けておく。
【００６４】
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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子とを備えた構成をそれぞれが有する第１ないし第２ｎ相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第２ｎ相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００６５】
また固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、固定子のコイルの内、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルからバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段とを設けておく。
【００６６】
コントローラは、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１ないし第ｎの回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に規定の励磁パターンに従って同時に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００６７】
また、上記のように、磁石回転子及び固定子を構成する場合に、第１ないし第ｎの回転子磁極センサをそれぞれ磁石回転子の回転方向に電気角で３６０／２ｎ度の間隔をもって順次並ぶ電機子鉄心のｎ個の歯部のそれぞれのほぼ中心に相応する位置に設定された第１ないし第ｎの検出位置にそれぞれ配置する場合には、バッテリの正極端子からスイッチ回路の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に流入させた励磁電流を回転子の回転方向の前方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルとに分流させた後他の隣り合う２つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１ないし第ｎの回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に規定の励磁パターンに従って同時に励磁電流を流すコイルを順次前記回転方向にシフトさせていくようにコントローラを構成する。
【００６８】
上記の各構成において、充電阻止手段は、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子にアノードをバッテリの正極端子側に向けて直列に接続された上段の充電阻止用ダイオードと、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子にカソードをバッテリの負極端子側に向けて直列に接続された下段の充電阻止用ダイオードとにより構成することができる。
【００６９】
上記充電阻止手段はまた、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる上段の充電阻止用スイッチ手段と、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子と中間タップとの間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる下段の充電阻止用スイッチ手段とにより構成することもできる。
【００７０】
上記充電阻止手段はまた、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子と該タップ端子に接続されたスイッチアームの中間端子との間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる充電阻止用スイッチ手段により構成することもできる。
【００７１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明に係わる内燃機関用スタータジェネレータの機械的な構成部分の構成例を示したもので、図１（Ａ）は同スタータジェネレータの断面図及び正面図である。また図２は、図１のスタータジェネレータのコイルの巻回構造と、励磁電流を流すコイルを切り換えるスイッチ回路の構成例と、該スイッチ回路を制御するコントローラとを示した構成図である。
【００７２】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した内燃機関用スタータジェネレータＳＧは、内燃機関のクランク軸（図示せず。）に取り付けられる磁石回転子１と、機関のケース等に固定される固定子２とにより構成されている。
【００７３】
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回転子ヨーク１００と、該回転子ヨーク１００の周壁部１０１の内周に等角度間隔で取り付けられて回転子ヨーク１００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。
【００７４】
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が構成されている。回転子ヨーク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、このボス部が機関のクランク軸に取り付けられる。
【００７５】
固定子２は、環状の継鉄部Ｙから磁石回転子１の回転方向に等角度間隔で並ぶ１２個の歯部Ｐ１ 〜Ｐ１２を放射状に突出させた形状を有する電機子鉄心２００と、電機子鉄心２００の歯部Ｐ１ 〜Ｐ１２に巻方向を同じにして重ね巻きされた１２個のコイルＷ１ 〜Ｗ１２とからなっていて、鉄心２００が図示しない機関のケース等に固定される。
【００７６】
電機子鉄心２００は、所定の形状に打ち抜いた鋼板を所定枚数積層したものからなっていて、その継鉄部Ｙには樹脂製のフレーム２０２が固定され、該フレームには１２個のピン２０３，２０３，…の基部が埋め込まれている。
【００７７】
コイルＷ１ 〜Ｗ２ は、各コイルを電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせた状態で、かつ各コイルの巻終り側の端末部を次のコイルの巻始めの端末部につなげた状態で順次重ね巻きされている。そして、コイルＷ１ 〜Ｗ１２相互間の渡り部が一連のピン２０３，２０３，…に巻き付けられて半田付けされ、一連のピン２０３，２０３，…がそれぞれタップ端子ｊ１ 〜ｊ１２となっている。
【００７８】
なお「重ね巻き」とは、電機子鉄心の各歯部において隣り合うコイルの一部が回転子の周方向にオーバラップするように一連のコイルを巻回することをいう。図示の例では、隣り合うコイルの一部が重なり合った状態で巻回されているが、歯部間のスロットを十分に深くすることができる場合には、隣り合うコイルを重ね合わせることなく、鉄心の径方向に位置をずらして配置するようにしてもよい。
【００７９】
図示の固定子では、磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に、１２個のコイルＷ１ 〜Ｗ１２が第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっている。図示の例では、図２に示すように、コイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ が第１相のコイルを構成し、コイルＷ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０が第２相のコイルを構成している。またコイルＷ３ ，Ｗ７ 及びＷ１１が第３相のコイルを構成し、コイルＷ４ ，Ｗ８ 及びＷ１２が第４相のコイルを構成している。
【００８０】
また、同じ相のコイルの巻き始め側の端末部に接続されたタップ端子を同じ相のタップ端子とした場合に、１２個のタップ端子ｊ１ 〜ｊ１２を第１ないし第４相のタップ端子に分けることができるようになっている。図示の例では、タップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ が第１相のタップ端子を構成し、タップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０が第２相のタップ端子を構成している。またタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１が第３相のタップ端子を構成し、タップ端子ｊ４ ，ｊ８ 及びｊ１２が第４相のタップ端子を構成している。
【００８１】
また図示の例では、回転子のフライホイール１００に設けられたボス部１０２の外周にリング状の回転子磁極検出用磁石１０が取り付けられていて、この磁石１０は、磁石回転子の磁極Ｍ１ 〜Ｍ６ にそれぞれ対応する磁極ｍ１ 〜ｍ６ （図２参照）を形成するように着磁されている。
【００８２】
図１（Ａ）に示すように、電機子鉄心２００の継鉄部Ｙに固定された環状の樹脂製フレーム２０４に、回転子磁極検出用磁石１０の磁極を検出する回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ が取り付けられている。図示の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ は、ホールＩＣからなっていて、電機子鉄心２００の隣り合う２つの歯部のそれぞれの周方向の中心に相応する位置に設定された第１及び第２の検出位置で回転子の磁極を検出して、検出している回転子の磁極がＮ極であるかＳ極であるかによって異なるレベルの矩形波状の磁極検出信号ＨＡ 及びＨＢ を出力する。
【００８３】
この例では、図１（Ｂ）に符号ｈａ 及びｈｂ を付して示したように、電機子鉄心２００の歯部Ｐ３ 及びＰ４ のそれぞれの周方向の中心に相応する位置に回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を配置して回転子１の磁極の極性を検出した場合に両センサから得られる信号と同等の信号が、継鉄部Ｙに固定された樹脂製フレーム２０４に取り付けられたセンサｈａ 及びｈｂ から得られるように、両センサｈａ 及びｈｂ が設けられている。
【００８４】
この例では、磁石回転子１が６極に構成され、電機子鉄心２００が１２極に構成されているため、上記のように回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ を配置した場合、両回転子磁極センサ相互間の間隔は、電気角で９０度となる。
【００８５】
なお図示の例では、回転子磁極検出用磁石１０を設けて、該磁石の磁極を回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ により検出することによって、回転子１の磁極の極性を間接的に検出するようにしているが、回転子磁極検出用磁石１０を設けることなく、図１（Ｂ）に符号ｈａ 及びｈｂ で示した位置にそれぞれ回転子磁極センサを配置して、回転子１の磁極の極性を直接検出するようにしてもよいのはもちろんである。
【００８６】
図１に示したスタータジェネレータにおいて、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ がそれぞれ出力する磁極検出信号ＨＡ 及びＨＢ の波形は例えば図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す通りで、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ は、磁石のＮ極を検出しているときに高レベル（以下Ｈレベルという。）を示し、Ｓ極を検出しているときに低レベルまたは零レベル（以下Ｌレベルという。）を示す検出信号ＨＡ 及びＨＢ を出力する。
【００８７】
回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ から導出されたリード線は絶縁被覆により被覆されてワイヤーハーネス１１として外部に導出されて図２に示すコントローラ４に接続される。
【００８８】
図１に示したスタータジェネレータの巻線構造は、図２に示した巻線展開図の通りで、回転子の各磁極に対して常時隣り合う２つのコイルが対応するように一連のコイルが設けられている。
【００８９】
図２に示したように、コイルＷ１ 〜Ｗ１２に励磁電流を流すためにスイッチ回路３と、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力に応じてスイッチ回路３を制御するコントローラ４とが設けられている。
【００９０】
図示のスタータジェネレータを電動機として動作させる際に４相駆動を行う場合には、スイッチ回路３として、上段のスイッチ素子ｑａ と順方向を上段のスイッチ素子の順方向と同じ方向に向けて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ｑｂ とを有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ を少なくとも１つずつ備えたものを用いる。第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ は、それぞれの上段のスイッチ素子及び下段のスイッチ素子の順方向をバッテリの正極側から負極側に向う方向に向け、かつそれぞれの上段のスイッチ素子ｑａ をバッテリ５の正極端子側に位置させた状態で該バッテリ５の両端に並列に接続され、固定子２の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続される。
【００９１】
図示の例では、スイッチ回路３が、固定子の第１ないし第４相のタップ端子にそれぞれ対応する第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ ，Ｓ２ ，Ｓ３ 及びＳ４ を１つずつ備えていて、これらのスイッチアームが対のバッテリ接続端子３ａ，３ｂ間に並列に接続されている。
【００９２】
また図示の例では、第１及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ のそれぞれが、互いに直列に接続された上段のスイッチ素子ｑａ 及び下段のスイッチ素子ｑｂ と、スイッチ素子ｑａ 及びｑｂ にそれぞれ逆並列接続された上段の整流用ダイオードｄａ 及び下段の整流用ダイオードｄｂ とにより構成され、スイッチアームＳ１ 及びＳ２ のそれぞれのスイッチ素子同士の接続点から中間端子ｕ１ 及びｕ２ が引き出されている。
【００９３】
この例では、第１及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ の整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により、機関が始動した後スタータジェネレータを発電機として動作させる際に固定子の一部のコイルの出力のみを整流してバッテリ５に充電電流を供給する単相ダイオードブリッジ全波整流回路が構成されている。図示の例では、機関の運転時に第１相のコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ の出力がこの整流回路により整流されてバッテリ５に供給される。
【００９４】
また第３相のスイッチアームＳ３ は、上段のスイッチ素子ｑａ と、上段のスイッチ素子ｑａ に対して直列に接続された下段のスイッチ素子ｑｂ と、両スイッチ素子の間から引き出された中間端子ｕ３ と、カソードをバッテリ５の正極端子側に向けて上段のスイッチ素子ｑａ と中間端子ｕ３ との間に挿入された上段の充電阻止用ダイオードｄ１ と、カソードをバッテリ５の負極端子側に向けて下段のスイッチ素子ｑｂ と中間端子ｕ３ との間に挿入された下段の充電阻止用ダイオードｄ２ とからなっており、中間端子ｕ３ は充電阻止用ダイオードｄ１ のアノードと充電阻止用ダイオードｄ２ のアノードとの共通接続点から引き出されている。
【００９５】
第４相のスイッチアームＳ４ は、第３相のスイッチアームＳ３ と同様に構成されていて、その充電阻止用ダイオードｄ１ ，ｄ２ のアノードの共通接続点から中間端子ｕ４ が引き出されている。
【００９６】
第１及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ のそれぞれの中間端子ｕ１ 及びｕ２ にはそれぞれ固定子の第１及び第２相のタップ端子（ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ ）及び（ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０）が接続され、第３及び第４相のスイッチアームＳ３ 及びＳ４ のそれぞれの中間端子ｕ３ 及びｕ４ には、固定子の第３及び第４相のタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）及び（ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２）が接続されている。
【００９７】
図示の例では、各スイッチアームの上段及び下段のスイッチ素子ｑａ 及びｑｂ がＭＯＳＦＥＴからなっていて、スイッチアームＳ１ ないしＳ４ のそれぞれの上段のスイッチ素子ｑａ を構成するＦＥＴのドレインが電源接続端子３ａに共通接続されている。またスイッチアームＳ１ ないしＳ４ のそれぞれの下段のスイッチ素子ｑｂ を構成するＦＥＴのドレインがそれぞれの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を構成するＦＥＴのソースに接続され、スイッチアームＳ１ ないしＳ４ のそれぞれの下段のスイッチ素子ｑｂ を構成するＦＥＴのソースが共通に接続されて、抵抗値が十分に小さいシャント抵抗Ｒｓ を通して電源接続端子３ｂに共通接続されている。シャント抵抗Ｒｓ は固定子のコイルに供給される全励磁電流を検出するために設けられていて、この抵抗Ｒｓ の両端に得られる電流検出信号は、図２には図示しない後記する過電流検出回路に入力されている。
【００９８】
なおｄａ 及びｄｂ はＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に存在する寄生ダイオードであり、図示の例では、この寄生ダイオードを整流用ダイオードとして用いている。
【００９９】
本実施形態では、充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ により、固定子２のコイルの内、第１相及び第２相のスイッチアームＳ１ 及びＳ２ の整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により構成されたバッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル（この例ではコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ ）以外のコイルの誘起電圧でバッテリ５に充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段が構成されている。
【０１００】
図示の例では、スイッチ素子ｑａ 及びｑｂ としてＭＯＳＦＥＴを用いているため、第３及び第４相のスイッチアームのスイッチ素子ｑａ 及びｑｂ にもそれぞれ寄生ダイオードｄａ 及びｄｂ が逆並列接続されているが、スイッチ素子ｑａ 及びｑｂ として寄生ダイオードを有しない素子を用いる場合、充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ が設けられる第３及び第４のスイッチアームＳ３ 及びＳ４ のスイッチ素子ｑａ 及びｑｂ に対してダイオードを並列接続する必要はない。
【０１０１】
対の電源接続端子３ａ及び３ｂにはそれぞれバッテリ５の正極端子及び負極端子が接続され、該バッテリ５からスイッチ回路３を通してコイルＷ１ 〜Ｗ１２に励磁電流が供給される。
【０１０２】
コントローラ４は、マイクロコンピュータを備えていて、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ がそれぞれ発生する検出信号ＨＡ 及びＨＢ に応じて、スイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ の上段のスイッチ素子ｑａ の制御端子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴのゲート）にそれぞれ駆動信号ＡないしＤを所定のタイミングで与え、スイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ の制御端子にそれぞれ駆動信号Ａ´ないしＤ´を所定のタイミングで与える。
【０１０３】
各スイッチ素子はその制御端子に駆動信号が与えられている間オン状態を保持し、該駆動信号が与えられていない間オフ状態を保持する。
【０１０４】
図２においては、固定子２のコイルに流す励磁電流を制御する制御装置の部分を概略的に示しているが、制御装置のより詳細な構成の一例を示すと図３の通りである。
【０１０５】
図３に示した例では、図２に示したスイッチ回路３の負極側の電源接続端子３ｂとスイッチアームＳ１ 〜Ｓ４ の共通接続点との間に挿入されたシャント抵抗Ｒｓ の両端に得られる電流検出信号が過電流検出回路１５に入力されている。スイッチ回路３と過電流検出回路１５とによりドライバ１６が構成されている。
【０１０６】
過電流検出回路１５は、例えば、図４に示すように、演算増幅器ＯＰ１ 、固定抵抗器Ｒ１ ，Ｒ２ 、可変抵抗器ＶＲ１ 、及びコンデンサＣ１ からなる増幅回路１５Ａと、固定抵抗器Ｒ３ 及び可変抵抗器ＶＲ２ の直列回路からなっていて後記する電源回路から与えられる定電圧を分圧して基準電圧Ｖｆ を出力する基準電圧発生回路１５Ｂと、増幅回路１５Ａの出電圧及び基準電圧Ｖｆ がそれぞれ反転入力端子及び非反転入力端子に入力された電圧比較器ＣＰ１ と帰還抵抗Ｒ４ とからなる比較回路１５Ｃとを備えていて、シャント抵抗Ｒｓ の両端に得られる電流検出信号が設定値を超えたときに、増幅回路１５Ａの出力電圧が基準電圧Ｖｆ を超えて比較器ＣＰ１ の出力端子の電位を高レベルの状態から低レベルの状態に変化させる。この比較器ＣＰ１ の出力端子の電位の低下が過電流検出信号としてコントローラ４に与えられる。
【０１０７】
コントローラ４は、ＣＰＵ４Ａと、ＲＯＭ４Ｂと、ＲＡＭ４Ｃと、計測すべき時間がセットされたときにクロックパルスを計数する計時動作を開始して、セットされた時間を計測したときに出力信号を発生するタイマ４Ｄと、ＣＰＵ４Ａへの信号の入出力を行う入出力ポート４Ｅと、電源回路４Ｆと、内燃機関を始動する際に閉じられる始動指令スイッチＳＷに入力端子が接続されて始動指令スイッチＳＷが閉じたことを検出したときにＣＰＵ４Ａに始動指令信号を与える始動指令検出回路４Ｇとを有している。
【０１０８】
またＣＰＵ４Ａには、過電流検出回路１５の出力がポート４Ｅを通して入力されるとともに、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ の出力が入力されている。
【０１０９】
電源回路４Ｆは、バッテリ５の出力電圧を入力として、ＣＰＵ４Ａを動作させるために必要な電源電圧（５［Ｖ］）と、ドライバ１６を駆動するために必要な電源電圧（８［Ｖ］）とを出力する回路で、電源回路４ＦからＣＰＵ４Ａとドライバ１６とに電源電圧が与えられている。
【０１１０】
ＣＰＵ４Ａは、ＲＯＭ４Ｂに記憶された所定のプログラムを実行することにより、後記する励磁パターンに従って固定子のコイルに励磁電流を供給するべく、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力からスイッチ回路３の各スイッチ素子に駆動信号を与えるタイミングを割り出して、割り出したタイミングでスイッチ回路３のスイッチ素子に駆動信号Ａ〜Ｄ及びＡ´〜Ｄ´を与えるスイッチ回路駆動手段や、固定子のコイルに供給される励磁電流が過大になって過電流検出回路１５が過電流検出信号を発生したときに、スイッチ回路３への駆動信号の出力を停止する過電流保護手段等を実現する。
【０１１１】
本実施形態では、内燃機関を始動する際に、図５に示すような励磁パターンで固定子２のコイルに励磁電流を流して図１に示したスタータジェネレータを電動機として動作させる。
【０１１２】
図５の励磁パターンに従う場合、コントローラ４は、磁石回転子１を一方向に回転駆動する際に、バッテリ５の正極端子からスイッチ回路３の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子ｑａ を通して固定子２の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後、他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリ５の負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後、更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして定めておいて、第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ のそれぞれの出力の状態が変化する毎に、規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【０１１３】
更に詳細に説明すると、図５に示した例では、回転子磁極センサｈａ の出力信号ＨＡ がＬレベルからＨレベルに変化した時に、コントローラ４が第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ｃを消滅させると同時に、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ａを与え、既に第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えられている駆動信号Ｄはそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ と第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させる。また第１のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号を消滅させると同時に第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｃ´を与え、既に第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えられている駆動信号Ｂ´をそのままとして、第２相のスイッチアームＳ２ 下段のスイッチ素子ｑｂ と第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させる。
【０１１４】
このときバッテリ５から第４相のスイッチアームＳ４ 及び第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子を通して第４相のタップ端子（ｊ１２，ｊ４ ，ｊ８ ）及び第１相のタップ端子（ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ ）に励磁電流が流入する。このとき励磁電流が同時に流入する隣り合う相のタップ端子（ｊ１２，ｊ１ ），（ｊ４ ，ｊ５ ）及び（ｊ８ ，ｊ９ ）はそれぞれほぼ同電位であり、また同時に励磁電流が流出する隣り合う相のタップ端子（ｊ２ ，ｊ３ ），（ｊ６ ，ｊ７ ）及び（ｊ１０，ｊ１１）もそれぞれほぼ同電位であるため、コイルＷ１２，Ｗ４ ，Ｗ８ ，Ｗ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０には励磁電流がほとんど流れない。そのため、バッテリ５から第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子を通して第４相のタップ端子ｊ１２，ｊ４ 及びｊ８ にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ１１，Ｗ３ 及びＷ７ を通して流れた後第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。またバッテリから第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子を通して第１相のタップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ にそれぞれ流入した励磁電流は、回転方向の前方側に位置する１つの相のコイル群Ｗ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ を通して流れた後、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１１５】
次いで、コントローラ４は、回転子磁極センサｈｂ の出力信号ＨＢ がＬレベルからＨレベルに変化したときに、第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ｄを消滅させると同時に第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｂを与え、既に第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えている駆動信号Ａはそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ と第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させた状態とする。コントローラはまた、第２のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号Ｂ´を消滅させると同時に第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｄ´を与え、既に第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えている駆動信号Ｃ´はそのままとして、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ と第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させた状態にする。
【０１１６】
このときバッテリ５から第１相のスイッチアームＳ１ 及び第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子を通して第１相のタップ端子（ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ ）及び第２相のタップ端子（ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０）に励磁電流が流入する。このとき同時に励磁電流が流入する隣合うタップ端子（ｊ１ ，ｊ２ ），（ｊ５ ，ｊ６ ）及び（ｊ９ ，ｊ１０）はそれぞれほぼ同電位であり、また同時に励磁電流が流出する隣り合うタップ端子（ｊ３ ，ｊ４ ），（ｊ７ ，ｊ８ ）及び（ｊ１１，ｊ１２）もほぼ同電位であるため、コイルＷ１ ，Ｗ５ ，Ｗ９ ，Ｗ３ ，Ｗ７ 及びＷ１２）には励磁電流がほとんど流れない。そのため、第１相のタップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ１２，Ｗ４ ，及びＷ８ を通して流れた後第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。またバッテリ５から第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子を通して第２相のタップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０にそれぞれ流入した励磁電流は、回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルＷ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０を通して流れた後第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１１７】
次いで、コントローラ４は、回転子磁極センサｈａ が出力する磁極検出信号ＨＡ がＨレベルからＬレベルに変化したときに、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ａを消滅させると同時に第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｃを与え、既に第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えている駆動信号Ｂはそのままとして、第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ と第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させた状態とする。コントローラはまた、第３のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号Ｃ´を消滅させると同時に第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ａ´を与え、既に第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えている駆動信号Ｄ´はそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ と第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させた状態にする。
【０１１８】
このときバッテリ５から第２相のスイッチアームＳ２ 及び第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子を通して第２相のタップ端子（ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０）及び第３相のタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）に励磁電流が流入する。このとき同時に励磁電流が流入するタップ端子（ｊ２ ，ｊ３ ），（ｊ６ ，ｊ７ ）及び（ｊ１０，ｊ１１）はそれぞれほぼ同電位であり、また同時に励磁電流が流出する隣り合う相のタップ端子（ｊ４ ，ｊ５ ），（ｊ８ ，ｊ９ ）及び（ｊ１２，ｊ１ ）もほぼ同電位であるため、これらのタップ端子に両端により出力が整流されるコイルＷ２ ，Ｗ６ ，Ｗ１０，Ｗ４ ，Ｗ８ 及びＷ１２には励磁電流がほとんど流れない。そのため第２相のタップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ を通して流れた後、第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１１９】
またバッテリ５から第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子を通して第３相のタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１にそれぞれ流入した励磁電流は、回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルＷ３ ，Ｗ７ 及びＷ１１を通して流れた後、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１２０】
次いで、コントローラ４は、回転子磁極センサｈｂ の出力信号ＨＢ がＨレベルからＬレベルに変化した時に、第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えていた駆動信号Ｂを消滅させると同時に第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｄを与え、既に第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えている駆動信号Ｃはそのままとして、第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ と第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ とを導通させた状態とする。また第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えていた駆動信号Ｄ´を消滅させると同時に第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｂ´を与え、既に第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えている駆動信号Ａ´はそのままとして、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ と第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ とを導通させる。
【０１２１】
このときバッテリ５から第３相のスイッチアームＳ３ 及び第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子を通して第３相のタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）及び第４相のタップ端子（ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２）に励磁電流が流入する。このとき同時に励磁電流が流入するタップ端子（ｊ３ ，ｊ４ ），（ｊ７ ，ｊ８ ）及び（ｊ１１，ｊ１２）はそれぞれほぼ同電位であり、励磁電流が同時に流出するタップ端子（ｊ５ ，ｊ６ ），（ｊ９ ，ｊ１０）及び（ｊ１ ，ｊ２ ）もほぼ同電位であるため、これらのタップ端子に両端により出力が整流されるコイルＷ３ ，Ｗ７ ，Ｗ１１，Ｗ５ ，Ｗ９ 及びＷ１ には励磁電流がほとんど流れない。そのため、第３相のタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルＷ２ ，Ｗ６ 及びＷ１０を通して流れた後第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。またバッテリ５から第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子を通して第４相のタップ端子ｊ４ ，ｊ８ 及びｊ１２にそれぞれ流入した励磁電流は回転方向の前方側に位置する１つのコイルＷ４ ，Ｗ８ 及びＷ１２を通して流れた後第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリの負極端子に戻る。
【０１２２】
上記のように、図５の励磁パターンによれば、各相のコイルに励磁電流が電気角で１８０度ずつ流れ、９０度の区間隣り合う相のコイルに励磁電流が流れる期間がオーバラップするため、その出力トルク特性は図６（Ｄ）に実線で示したようになり、ほとんど谷部が生じない出力トルク特性を得ることができる。そのため、内燃機関を始動する際に、回転子がいかなる位置にある場合でも電動機を起動させて、内燃機関の始動を確実に行わせることができる。
【０１２３】
内燃機関が始動すると、磁石回転子１が機関により駆動される状態になるため、図１に示したスタータジェネレータＳＧは発電機として動作し、固定子の第１相のコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ の出力が第１相のスイッチアームＳ１ 及び第２相のスイッチアームＳ２ に設けられた整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により構成されるバッテリ充電用整流回路により整流されてバッテリ５に供給される。これによりバッテリ５が充電される。
【０１２４】
このように、本発明においては、機関が始動した後、固定子のコイルに誘起する電圧でバッテリを充電する際に、固定子の一部のコイルの出力のみでバッテリに充電電流を供給するため、スタータモータとしての性能を確保するために、固定子のコイルの巻線抵抗を小さくして大きな電機子電流が流れるようにしておいても、機関の中高速運転時にバッテリに過大な充電電流が供給されることがない。
【０１２５】
上記のように、内燃機関の始動時に図５に示した励磁パターンで固定のコイルに励磁電流を流した場合には、励磁電流が流れないコイルが生じるため、出力トルクの最大値は多少低くなる。
【０１２６】
これに対し、図７に示すように、第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を、電機子鉄心の歯部間の中心（固定子の周方向に測った歯部間の間隙長を２分する位置に相応する位置）に配置して、図８に示すパターンで励磁電流を流すと、出力トルク特性に谷部が生じるが、出力トルクの最大値が大きい特性を得ることができる。
【０１２７】
図７に示したように第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を配置して、内燃機関の始動時に図８に示す励磁パターンで固定子のコイルに励磁電流を流して、スタータジェネレータを電動機として動作させる際には、バッテリ５の正極端子からスイッチ回路３のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子１の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと該回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後、他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、第１及び第２の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ のそれぞれの出力のレベルが変化（ＬレベルからＨレベルへの変化またはＨレベルからＬレベルへの変化）する毎に上記規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子１の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路３のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【０１２８】
図８（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ が出力する磁極検出信号ＨＡ 及びＨＢ を示し、（Ｃ）〜（Ｆ）はそれぞれスイッチ回路３の第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えられる駆動信号Ａ〜Ｄを示している。また図８（Ｇ）ないし（Ｊ）はそれぞれスイッチ回路３の第１ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えられる駆動信号Ａ′〜Ｄ′を示している。
【０１２９】
図８に示した例では、検出信号ＨＡ がＬレベルからＨレベルへ変化するタイミングと、ＨＢ がＬレベルからＨレベルへ変化するタイミングと、ＨＡ がＨレベルからＬレベルに変化するタイミングと、ＨＢ がＨレベルからＬレベルに変化するタイミングとが９０度（電気角）間隔で順次現れる。コントローラ４は、これらの各タイミングが検出される毎に励磁電流を流入させるタップ端子を切り換える。
【０１３０】
即ち、コントローラ４は、検出信号ＨＡ がＬレベルからＨレベルに変化した時に、第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ｄを消滅させて第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ａを与えるとともに、第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ｂ´を消滅させて第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｃ´を与える。
【０１３１】
このときバッテリ５の正極端子から第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第１相のタップ端子ｊ１ ，ｊ５ 及びｊ９ に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ１ ，Ｗ２ ），（Ｗ４ ，Ｗ６ ）及び（Ｗ９ ，Ｗ１０）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ１２，Ｗ１１），（Ｗ３ ，Ｗ２ ）及び（Ｗ８ ，Ｗ７ ）とに分流した後、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３２】
コントローラ４はまた、検出信号ＨＢ がＬレベルからＨレベルに変化した際に、第１相のスイッチアームＳ１ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ａを消滅させて第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｂを与えるとともに、第３相のスイッチアームＳ３ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ｃ´を消滅させて第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｄ´を与える。
【０１３３】
このときバッテリ５の正極端子から第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第２相のタップ端子ｊ２ ，ｊ６ 及びｊ１０に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ２ ，Ｗ３ ），（Ｗ６ ，Ｗ７ ）及び（Ｗ１０，Ｗ１１）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ１ ，Ｗ１２），（Ｗ５ ，Ｗ４ ）及び（Ｗ９ ，Ｗ８ ）とに分流した後、第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３４】
コントローラはまた、検出信号ＨＡ がＨレベルからＬレベルに変化した時に、第２相のスイッチアームＳ２ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ｂを消滅させて第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｃを与えるとともに、第４相のスイッチアームＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ｄ´を消滅させて第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ａ´を与える。
【０１３５】
このときバッテリ５の正極端子から第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第３相のタップ端子ｊ３ ，ｊ７ 及びｊ１１に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ３ ，Ｗ４ ），（Ｗ７ ，Ｗ８ ）及び（Ｗ１１，Ｗ１２）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ２ ，Ｗ１ ），（Ｗ６ ，Ｗ５ ）及び（Ｗ１０，Ｗ９ ）とに分流した後、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３６】
コントローラ４はまた、検出信号ＨＢ がＨレベルからＬレベルに変化した時に、第３相のスイッチアームＳ３ の上段のスイッチ素子ｑａ の駆動信号Ｃを消滅させて第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に駆動信号Ｄを与えるとともに、第１相のスイッチアームＳ１ の下段のスイッチ素子ｑｂ の駆動信号Ａ´を消滅させて第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ に駆動信号Ｂ´を与える。
【０１３７】
このときバッテリ５の正極端子から第４相のスイッチアームＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ を通して第４相のタップ端子ｊ４ ，ｊ８ 及びｊ１２に励磁電流が流入する。この励磁電流は、回転子の回転方向の前方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ４ ，Ｗ５ ），（Ｗ８ ，Ｗ９ ）及び（Ｗ１２，Ｗ１ ）と、回転方向の後方側で隣接する２つの隣接コイル群（Ｗ３ ，Ｗ２ ），（Ｗ７ ，Ｗ６ ）及び（Ｗ１１，Ｗ１０）とに分流した後、第２相のスイッチアームＳ２ の下段のスイッチ素子ｑｂ を通してバッテリ５の負極端子に戻る。
【０１３８】
上記のようにして、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力のレベルが変化する毎に、励磁電流が流れるコイル群が回転子の一方向［この例では図１（Ｂ）の矢印ＣＬ方向］に順次シフトしていくため、回転磁界が生じ、磁石回転子１が一方向に回転させられる。
【０１３９】
なお図９（Ａ）及び（Ｂ）は図６（Ａ）及び（Ｂ）と同様に回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ の出力信号ＨＡ 及びＨＢ を示しており、図９（Ｃ）に実線で示したτ１ 及び破線で示したτ２ はそれぞれ各コイルを一方向及び他方向にそれぞれ流れる励磁電流により生じさせられるのトルクを示している。この場合電動機の出力トルクと回転角θとの関係は、図９（Ｄ）の太線で示したようになる。
【０１４０】
上記のように、４相のコイルを有する回転電機を４相駆動して電動機として動作させる場合、回転子磁極センサを電機子鉄心の隣り合う歯部の間の間隙の中心位置に配置すると、トルクのピーク値を最大にすることができる。しかしながら、この場合、図９（Ｄ）に示すように、トルク特性に生じる谷間は比較的深くなるため、回転子の停止位置によっては、始動トルクが十分に得られないことがあり、電動機の始動に失敗するおそれがある。
【０１４１】
上記のように、図５の励磁パターンによった場合には、回転子の停止位置による始動トルクのむらを少なくすることができ、図８の励磁パターンによった場合には、最大出力トルクを高くすることができる。従って内燃機関の始動時に電動機の負荷が重く、出力トルクの平均値を高くすることが望ましい場合には、電動機の始動時からその回転速度が設定値に達するまでの間は、図５に示した励磁パターン（以下第１の励磁パターンとする。）で駆動して回転子の回転角度位置に対するトルクむらを少なくし、回転速度が設定値を超えたときに励磁パターンを図８に示した励磁パターン（以下第２の励磁パターンとする。）に切り換えて、電動機の出力トルクの平均値を大きくするようにするのが望ましい。
【０１４２】
即ち、電動機の回転速度が零から設定値に達するまでの間は第１の励磁パターンで励磁電流を流し、回転速度が設定値を超えた後は第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにするのが好ましい。この場合、第１の励磁パターンによる場合と、第２の励磁パターンによる場合とでは、回転子磁極センサの配設位置が異なる。したがって、第１の励磁パターンによる励磁の切換えと、第２の励磁パターンによる励磁の切換えとを共に回転子磁極センサの出力を用いて行う場合には、第１の励磁パターン用の回転子磁極センサと、第２の励磁パターン用の回転子磁極センサとの双方を設ける必要がある。
【０１４３】
図１０は図１に示したスタータジェネレータに第１の励磁パターン用の回転子磁極センサと、第２の励磁パターン用の回転子磁極センサとの双方を設けた例を示したもので、この例では、電機子鉄心の歯部Ｐ２ と歯部Ｐ３ との間の間隙の周方向の中心に相応する位置及び歯部Ｐ３ の周方向の中心に相応する位置にそれぞれ回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ が配置され、歯部Ｐ３ とＰ４ との間の間隙の周方向の中心に相応する位置及び歯部Ｐ４ の周方向の中心に相応する位置にそれぞれ回転子磁極センサｈｃ 及びｈｄ が配置されている。図１０のスタータジェネレータの電機子鉄心の歯部と回転子の磁極と回転子磁極センサｈａ ないしｈｄ との間の関係を示した展開図を図１１に示した。
【０１４４】
図１０及び図１１のように回転子磁極センサｈａ ないしｈｄ を配置した場合には、ｈａ とｈｃ とを第２の励磁パターン用のセンサとして用い、ｈｂ とｈｄ とを第１の励磁パターン用のセンサとして用いる。
【０１４５】
機関の始動時にスタータジェネレータの回転速度［ｒｐｍ］が設定値に達するまでの間第１の励磁パターンで励磁相の切換えを行い、回転速度が設定値を超えた後は励磁相の切換えを第２の励磁パターンにより行う場合の動作を時間ｔに対して示すタイムチャートを図１２に示した。図１２（Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれ回転子磁極センサｈａ ないしｈｄ の出力信号ＨＡ ないしＨＤ を時間ｔに対して示し、図１２（Ｅ）ないし（Ｈ）はそれぞれ第１相ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の上段のスイッチ素子ｑａ に与えられる駆動信号ＡないしＤを示している。また図１２（Ｉ）ないし（Ｌ）はそれぞれ第１相ないし第４相のスイッチアームＳ１ ないしＳ４ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与えられる駆動信号Ａ´ないしＤ´を示している。
【０１４６】
この例では、スタータジェネレータの回転速度が設定値に達する時刻ｔ１ までの間は回転子磁極センサｈｂ 及びｈｄ の出力信号ＨＢ 及びＨＤ が変化する毎に第１の励磁パターンにより励磁相の切換えを行い、回転速度が設定値を超える時刻ｔ１ 後の期間は回転子磁極センサｈａ 及びｈｃ の出力信号ＨＡ 及びＨＣ が変化を示す毎に第２の励磁パターンにより励磁相の切換えを行う。
【０１４７】
このように構成すると、機関を始動する際に、磁石回転子がいずれの位置に停止していても大きな始動トルクを発生させることができるため、機関の始動を確実に行わせることができる。また機関が一旦回転を始めた後は、最大トルクを高くする励磁パターンで駆動するので、機関を始動する際の平均出力トルクを大きくすることができる。
【０１４８】
上記のように、機関を始動させる過程で回転速度が設定値に達した時に励磁パターンを切り換えるようにする場合、磁石回転子の回転速度は、例えば、回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ の出力信号の発生間隔（時間）から演算により求めることができる。
【０１４９】
図１２に示した例では、４つの回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ を用いて第１の励磁パターンによる励磁相の切換えと、第２の励磁パターンによる励磁相の切換えとを行わせるようにしたが、第１の励磁パターン用の回転子磁極センサのみを設けて、該センサから得られる検出信号の立上り及び立下がりで起動したタイマ４Ｄの出力を用いて第２の励磁パターンの励磁相切換えタイミングを定めるようにすることもできる。
【０１５０】
図１３は、内燃機関の始動時に、第２の励磁パターンの励磁相切換えタイミングをコントローラ４に設けられたタイマ４Ｄにより定める場合の動作を示すタイムチャートで、同図（Ａ）及び（Ｂ）は図１（Ｂ）に示すように配置された第１の励磁パターン用の回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ の出力信号ＨＡ 及びＨＢ を示し、同図（Ｃ）は出力信号ＨＡ 及びＨＢ のそれぞれの立上り及び立下がりで起動されてセットされた時間の計測を行うタイマ４Ｄの計時動作を示す線図である。また図１３（Ｄ）ないし（Ｇ）はそれぞれ第１ないし第４相のスイッチアームの上段のスイッチ素子に与える駆動信号ＡないしＤを示し、図１２（Ｈ）ないし（Ｋ）はそれぞれ第１ないし第４相のスイッチアームの下段のスイッチ素子に与える駆動信号Ａ´ないしＤ´を示している。
【０１５１】
図１３に示した例では、コントローラ４が以下のようにしてスイッチ回路３を制御する。コントローラ４は、電動機の始動指令が与えられたことを検知したときに先ず回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ が出力する磁極検出信号ＨＡ ，ＨＢ のレベルが変化する毎に第１の励磁パターンに従って励磁相を切り換えて電動機を始動させる。
【０１５２】
本発明に係わる電動機において、磁極検出信号ＨＡ ，ＨＢ の一方のレベルが変化してから他方のレベルが変化するまでの間のクランク軸の回転角度は一定（電気角で９０度，機械角で１５度）であるので、信号ＨＡ ，ＨＢ の一方のレベルが変化してから他方のレベルが変化するまでの時間から電動機の回転速度を演算することができる。
【０１５３】
図１３に示した例では、磁極検出信号ＨＢ の立上りから磁極検出信号ＨＡ の立下がりまでの時間を計測することにより電動機の回転速度を演算しており、磁極検出信号ＨＢ の図示の立上りａから磁極検出信号ＨＡ の立下がりｂまでの時間から電動機の回転速度が設定値に達したことを検出している。
【０１５４】
コントローラ４は、電動機の回転速度が設定値に達したと判定されたときに、その直後に生じる磁極検出信号ＨＡ またはＨＢ の立下がりから次に生じる磁極検出信号ＨＢ またはＨＡ の立上りまでの時間Ｔｏ を計測して、タイマ４Ｄに計測すべき時間としてｔ１ ＝Ｔｏ ／２をセットする。
【０１５５】
図１３に示した例では、磁極検出信号ＨＡ の立下がりｂで回転速度が設定値に達したと判定された後、磁極検出信号ＨＢ の立下がりｃから磁極検出信号ＨＡ の立上りｄまでの時間Ｔｏ を計測して、このＴｏ の１／２の時間ｔ１ をタイマ４Ｄにセットしている。タイマ４Ｄがセットされた時間ｔ１ を計測したときにＣＰＵ４Ａが実行するプログラムに割込みをかけて、駆動信号Ｄと駆動信号Ｂ´とを消滅させ、駆動信号Ａ及びＣ´のみを発生させた状態にして、第２の励磁パターンに切り換える。
【０１５６】
その後、磁極検出信号ＨＢ の立上りｅが検出された時に磁極検出信号ＨＡ の立上りｄから磁極検出信号ＨＢ の立上りｅまでの時間Ｔ１ の１／２の時間ｔ２ をタイマ４Ｄにセットして、この時間ｔ２ の計測を開始させる。次いでタイマ４Ｄがセットされた時間ｔ２ （＝Ｔ１ ／２）を計測したときに駆動信号Ａ及びＣ´を消滅させるとともに、駆動信号Ｂ及びＤ´を発生させる。以下同様にして、磁極検出信号ＨＡ またはＨＢ のレベルが変化する毎に、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの時間Ｔ２ ，Ｔ３ ，…を計測して、これらの時間の１／２の時間ｔ３ ，ｔ４ ，…をタイマ４Ｄにセットして、該タイマがセットされた時間を計測する毎に励磁相を切り換える。
【０１５７】
図１３において、一方の磁極検出信号のレベルが変化してから他方の磁極検出信号のレベルが変化するまでの回転角度は僅か１５度であり、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時の時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの間の平均回転速度と、今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から次の磁極検出信号のレベル変化が検出される時刻までの間の平均回転速度との間の差（例えばＴ１ とＴ２ との間の差）は僅かであるため、上記のように、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの時間Ｔ２ ，Ｔ３ ，…の１／２を計測することにより、第２の励磁パターンでの励磁相切換えタイミングを求めても、第２の励磁パターン用の回転子磁極センサを用いて励磁相の切換えタイミングを定める場合と比べてそれ程大きな誤差は生じない。
【０１５８】
上記の例では、磁極検出信号ＨＡ またはＨＢ のレベルが変化する毎に、１つ前の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻から今回の磁極検出信号のレベル変化が検出された時刻までの時間の１／２の時間をタイマに計測させることにより、励磁相の切り換えタイミングを求めているが、一方の磁極検出信号の信号幅、例えば図１３のｂ点からｄ点までの時間の１／４の時間をタイマに計測させることにより励磁相の切換えタイミングを求めるようにしていもよい。
【０１５９】
なお回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ を第２の励磁パターン用の位置とした適した位置に配置して、回転子の回転速度が設定値に達するまでの間、該回転子磁極センサの出力の立上り及び立下がりでタイマに計時動作を行わせることにより、第１の励磁パターンでの励磁相の切換えタイミングを求めるようにすることも考えられるが、機関の始動直後の回転速度は不安定であるため、始動直後の低速時の励磁相の切換えタイミングをタイマの計時動作により定めるのは好ましくない。したがって、上記のように、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ を第１の励磁パターン用の検出位置として適した位置に配置して、回転速度が設定値に達するまので間は、回転子磁極センサｈａ ，ｈｂ の出力がレベル変化を示すタイミングを励磁相の切換えタイミングとするのが好ましい。
【０１６０】
上記の例では、機関の始動操作開始後、回転速度が設定値に達するまでの間第１の励磁パターンにより励磁相を切り換え、回転速度が設定値を超えた後に第２の励磁パターンにより励磁相を切り換えるようにしたが、図６（Ｄ）の出力トルク特性と、図９（Ｄ）の出力トルク特性とを合成して、図１４（Ｂ）に太線で示したような出力トルク特性を得ることができれば、全回転速度領域に亘って、トルクの大きな落ち込みがない特性を得ることができる。
【０１６１】
なお図１４（Ｂ）においてτａ は第１の励磁パターンにより励磁した場合に得られる図６（Ｄ）の特性であり、τｂ は第２の励磁パターンにより励磁した場合に得られる図９（Ｄ）の特性である。
【０１６２】
図１４（Ｂ）のような出力特性を得るためには、τａ とτｂ との交点で励磁パターンの切換を行えばよい。即ち、図１４（Ｂ）のθ１ ´，θ３ ´，θ５ ´及びθ７ ´の位置で、励磁パターンを第２の励磁パターンから第１の励磁パターンに切換え、θ２ ´，θ４ ´，θ６ ´及びθ８ ´の位置で励磁パターンを第１の励磁パターンから第２の励磁パターンに切り換えるようにすればよい。しかしながら、このように励磁パターンを切り換えようとすると、励磁パターンの切換位置相互間の間隔が狭い個所（例えば図１４Ｂのθ１ ´とθ２ ´との間）が生じ、隣り合う回転子磁極センサ相互間の間隔が狭くなって、同センサを配設することが困難になる。回転子磁極センサの配設を容易にするためには、４つの回転子磁極センサを等角度間隔で配置して、しかも図１４（Ｂ）のθ１ ´〜θ８ ´の位置に近い位置で励磁パターンの切換を行うようにするのが好ましい。
【０１６３】
そのために、例えば、図１４（Ａ）に示したように、４つの回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ を電気角で４５度間隔で配置するのがよい。この例では、特定の歯部（図示の例では歯部Ｐ２ ）の中心と、回転子の回転方向の前方側で特定の歯部Ｐ２ に隣接する他の歯部Ｐ３ との間の間隙の中心との間の中央に相応する第１の検出位置で回転子の磁極を検出するように第１の回転子磁極センサｈａ を配置し、第１の回転子磁極センサｈａ の配設位置から回転子の回転方向に順次電気角で４５度（１８０／４度）ずつ間隔を隔てた第２ないし第４の検出位置位置で回転子の磁極を検出するように、第２ないし第４の回転子磁極センサｈｂ ないしｈｄ を配置する。
【０１６４】
この場合、回転子磁極センサｈａ 〜ｈｄ がそれぞれ出力する磁極検出信号をＨＡ 〜ＨＢ とすると、コントローラ４は図１５（Ａ）ないし（Ｌ）に示すようなパターンでスイッチ回路に駆動信号Ａ〜Ｄ及びＡ´〜Ｄ´を与える。
【０１６５】
即ち、コントローラ４は、バッテリの正極端子からスイッチ回路３の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、該隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻し、隣り合う２つの相のタップ端子のうち回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後スイッチ回路の更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとして定めるとともに、バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を回転子１の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後、他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通してバッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして定めておいて、磁石回転子を一方向に回転駆動する際に、第１の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第３の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには、第１の励磁パターンで励磁電流を流し、第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第４の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにして、第１の励磁パターンで励磁電流を流す状態と第２の励磁パターンで励磁電流を流す状態とを交互に生じさせながら、第１ないし第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくようにスイッチ回路３のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【０１６６】
この場合に得られるトルク特性は図１５（Ｍ）のようになり、第２の励磁パターンにより励磁相を切り換えた場合にトルクが落ち込む部分で、第１の励磁パターンにより励磁相を切換えることによりトルクが増大させられるため、トルクの深い谷間が生じない特性が得られる。また常に第１の励磁パターンにより励磁相を切換える場合に比べて出力トルクの平均値を大きくすることができる。
【０１６７】
本発明において、第２の励磁パターンにより励磁を行っているときには、各瞬時において、例えば図１６に示すようにスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子と他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子とを通して励磁電流Ｉｅ が流れる。
【０１６８】
これに対し、第１の励磁パターンにより励磁を行っているときには、図１７に示すように、同時に２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子と、他の２つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子とを通して励磁電流が流れる。そのため、第１の励磁パターンにより励磁を行っているときには、第２の励磁パターンにより励磁を行っている場合の２倍の励磁電流が流れる。
【０１６９】
したがって、図３に示したように、過電流検出回路１５を設けて、コントローラ４により過電流保護手段を構成する場合には、第１の励磁パターンにより励磁を行っているときの電流の制限値を第２の励磁パターンにより励磁を行っているときの電流の制限値の２倍に設定する必要がある。
【０１７０】
最初からいずれの励磁パターンで励磁するかが決まっている場合には、励磁パターンに合わせた過電流制限値を決めておけばよいが、励磁パターンを第２の励磁パターンから第１の励磁パターンに切り換えたり、第１の励磁パターンによる励磁と第２の励磁パターンによる励磁とを交互に行ったりする場合には、励磁パターンに応じて過電流制限値を変更する必要がある。
【０１７１】
図４に示すような過電流検出回路１５が用いられる場合には、コントローラ４により励磁パターンに応じて可変抵抗器ＶＲ１ の抵抗値を調整して増幅回路の利得を切換えることにより、過電流制限値を切換えることができる。即ち、第２の励磁パターンにより励磁を行うときには、増幅回路１５Ａの利得を第１の励磁パターンにより励磁を行う際の利得の１／２とすることにより、過電流制限値を第１の励磁パターンにより励磁を行うときの制限値の２倍にすることができる。
【０１７２】
またコントローラ４により励磁パターンに応じて可変抵抗器ＶＲ２ の抵抗値を調整して、基準電圧Ｖｆ の値を切り換えることによっても過電流制限値を切り換えることができる。即ち、第２の励磁パターンにより励磁を行うときに基準電圧Ｖｆ の値を第１の励磁パターンにより励磁を行うときの２倍の値とすることにより、第２の励磁パターンにより励磁を行うときの過電流制限値を、第１の励磁パターンにより励磁を行うときの制限値の２倍にすることができる。
【０１７３】
上記の例では、スタータジェネレータの回転子を６極に構成し、固定子を１２極に構成したが、一般に回転子をｍ極（ｍは偶数）とし、固定子を２ｍ極とする場合に、４相駆動を行って電動機として運転することができる。
【０１７４】
例えば、図１８に示すように、回転子を８極とし、固定子を１６極とする場合にも本発明を適用することができる。この場合、電機子鉄心は１６個の歯部Ｐ１ ないしＰ１６を有していて、固定子のコイルＷ１ ないしＷ１６は、電機子鉄心の２つの歯部に跨って重ね巻きされ、コイルＷ１ ないしＷ１６の巻始め側の端末部と回転子の回転方向の後方側でそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からそれぞれタップ端子ｊ１ ないしｊ１２が引き出されている。そして、タップ端子ｊ１ ないしｊ１６のうち、ｊ１ ，ｊ５ ，ｊ９ 及びｊ１３が第１相のタップ端子を構成し、ｊ２ ，ｊ６ ，ｊ１０及びｊ１４が第２相のタップ端子を構成している。またｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１及びｊ１５が第３相のタップ端子を構成し、ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２及びｊ１６が第４相のタップ端子を構成している。そして、１／２のタップ端子ｊ１ ないしｊ８ に対して第１相のスイッチアームＳ１ ないし第４相のスイッチアームＳ４ が設けられて、各相のスイッチアームの中間端子が各相の２つのタップ端子に共通に接続されている。またタップ端子ｊ９ ないしｊ１６に対して第１相のスイッチアームＳ５ ないし第４相のスイッチアームＳ８ が設けられて、各相のスイッチアームの中間端子が２つの相のタップ端子に共通に接続されている。
【０１７５】
回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ はそれぞれ電機子鉄心の歯部Ｐ５ とＰ６ との間の間隙の中心に相応する位置、及び歯部Ｐ６ とＰ７ との間の間隙の中心に相応する位置でそれぞれ回転子の磁極を検出するように設けられている。
【０１７６】
図１８に示した例では、スイッチアームＳ３ ないしＳ８ にそれぞれ上段の充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ を設けて、これらのスイッチアームを通してはバッテリに充電電流が供給されないようにし、スイッチアームＳ１ 及びＳ２ に設けられた整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ によって構成されたバッテリ充電用整流回路により、第１相の一部のコイルＷ１ ，Ｗ５ の出力のみが整流されてバッテリ５に供給されるようになっている。
【０１７７】
図１８に示したスタータジェネレータを４相駆動する場合、回転子磁極センサが出力する磁極検出信号をＨＡ 及びＨＢ 、スイッチアームＳ１ ないしＳ８ の上段のスイッチ素子ｑａ に与える駆動信号をそれぞれＡないしＨとし、スイッチアームＳ１ ないしＳ８ の下段のスイッチ素子ｑｂ に与える駆動信号をそれぞれＡ´ないしＨ´とすると、第２の励磁パターンは図１９のようになる。
【０１７８】
また図１８に示したスタータジェネレータにおいても、回転子磁極センサｈａ 及びｈｂ を電機子鉄心の歯部の中心に相応する位置に配置して、第１の励磁パターンで駆動することにより、出力トルクのむらが少ない特性を得ることができる。
【０１７９】
図１８に示した例においては、スイッチアームＳ１ 及びＳ２ に設けられたダイオードｄａ 及びｄｂ のみによりバッテリ充電用の整流回路を構成して、機関が始動した後、第１相のコイルの一部Ｗ１ 及びＷ５ の出力のみでバッテリ５に充電電流を供給するようにしているが、スイッチアームＳ５ 及びＳ６ から充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ を取り除いて、これらのスイッチアームに設けた整流用ダイオードｄａ 及びｄｂ により構成されるバッテリ充電用整流回路を通して第１相のコイルＷ９ 及びＷ１３からもバッテリに充電電流を供給するようにしてもよい。
【０１８０】
また内燃機関の定常運転時に駆動する必要がある負荷が大きい場合には、更に他のスイッチアームからも充電阻止用ダイオードを取り除いて、第１相のコイル以外のコイルからもバッテリに充電電流を供給するようにしてもよい。
【０１８１】
要するに、本発明においては、固定子の一部のコイルの出力を整流してバッテリに充電電流を供給するようにバッテリ充電用整流回路及び充電阻止手段を設ければよく、バッテリを充電するための出力を発生させるコイルとしては、いずれのコイルを用いてもよい。
【０１８２】
また上記の例では、バッテリ充電用整流回路が、特定のスイッチアームのスイッチ素子に逆並列接続されたダイオードｄａ ，ｄｂ からなっていて、該バッテリ充電用整流回路がスイッチ回路内に構成されているが、バッテリ充電用整流回路はスイッチ回路から独立させて設けるようにしてもよい。
【０１８３】
また上記の例では、バッテリを充電するために用いないコイルにつながるスイッチアームに充電阻止用ダイオードｄ１ 及びｄ２ を設けて、これらの充電阻止用ダイオードにより、バッテリ重電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧でバッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段を構成しているが、この充電阻止手段は、他の手段によってもよい。
【０１８４】
例えば、図２０に示したように、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル（図２０の例ではコイルＷ１ ，Ｗ５ 及びＷ９ ）以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子（ｊ３ ，ｊ７ ，ｊ１１）及び（ｊ４ ，ｊ８ ，ｊ１２）とこれらのタップ端子に接続されたスイッチアームの中間端子ｕ３ 及びｕ４ との間に挿入された充電阻止用スイッチ手段ＳＷにより、充電阻止手段を構成してもよい。この場合、充電阻止用スイッチ手段ＳＷは、コントローラ４により制御されて、内燃機関を始動する際にオン状態にされ、機関が始動した後バッテリを充電する際にオフ状態にされる。
【０１８５】
この場合、充電阻止用スイッチ手段ＳＷは、オンオフ制御が可能なスイッチであればよく、図示のようにリレーにより構成してもよく、トランジスタ等の半導体スイッチにより構成してもよい。
【０１８６】
図２０に示したように、固定子が１６極に構成される場合に、充電阻止手段を充電阻止用スイッチ手段ＳＷにより構成した例を図２１に示した。図２１に示した例では、３つのスイッチアームＳ１ ないしＳ３ の整流器ｄａ 及びｄｂ によりバッテリ充電用整流回路が構成され、他のスイッチアームの中間端子とタップ端子との間に充電阻止用スイッチ手段ＳＷが挿入されている。
【０１８７】
また上記充電阻止手段は、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて上段の充電阻止用スイッチ手段と、バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて内燃機関を始動する際にオン状態にされ、バッテリを充電する際にオフ状態にされる下段の充電阻止用スイッチ手段とにより構成することもできる。
【０１８８】
例えば、図２２に示すように、スイッチアームＳ３ 及びＳ４ のそれぞれの上段のスイッチ素子ｑａ と中間端子ｕ３ ，ｕ４ との間に挿入された上段の充電阻止用スイッチ手段ＳＷ１と、スイッチアームＳ３ 及びＳ４ のそれぞれの下段のスイッチ素子ｑｂ と中間端子ｕ３ ，ｕ４ との間に挿入された下段の充電阻止用スイッチ手段ＳＷ２とにより充電阻止手段を構成することができる。充電阻止用スイッチ手段ＳＷ１及びＳＷ２は、コントローラ４により制御されて、内燃機関の始動時にオン状態にされ、機関が始動した後にオフ状態にされる。
【０１８９】
また図２３に示したように、すべてのスイッチアームの中間端子とタップ端子との間に充電阻止用スイッチ手段ＳＷを挿入して、内燃機関の始動時にはこれらのスイッチ手段をすべてオン状態にし、機関が始動した後は、バッテリに所定の充電電流が供給されるように、機関の回転速度に応じてオン状態にする充電阻止用スイッチ手段ＳＷの数を変えるようにすることもできる。例えば、機関のアイドリング時には、すべてのスイッチアームに対して設けられた充電阻止用スイッチＳＷをオン状態にして、固定子のすべてのコイルからバッテリに充電電流を供給し、機関の回転速度が設定値以上に上昇して発電機の出力が過大になった時に、一部の充電阻止用スイッチをオフ状態にして、バッテリの充電電流を適正範囲に調整するようにすることもできる。
【０１９０】
上記の例では、機関の始動時にスタータジェネレータを電動機として動作させる際に、４相駆動を行うとした。前述のように、４相駆動を行うと、励磁を切換えるタイミングを定めるための論理を簡単にすることができるという利点が得られるが、本発明においては、スタータジェネレータを電動機として動作させる際に、３相駆動や６相駆動を行うようにすることもできる。
【０１９１】
例えば、図２４は、内燃機関を始動する際に３相駆動を行うことによりスタータジェネレータを電動機として運転する場合の実施形態を示したもので、この実施形態では、回転子として４極のものが用いられ、電機子鉄心としては１２個の歯部Ｐ１ ないしＰ１２を有するものが用いられている。固定子のコイルＷ１ ないしＷ１２は電機子鉄心の３つの歯部に跨って重ね巻きされて、第１ないし第６相のコイルが２つずつ形成されている。コイルＷ１ ないしＷ１２のそれぞれの巻始め側の端末部と回転子の回転方向の後方側でそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からそれぞれタップ端子ｊ１ ないしｊ１２が導出されている。これらのタップ端子のうち、ｊ１ とｊ７ とが第１の相のタップ端子を構成し、ｊ２ とｊ８ とが第２の相のタップ端子を構成している。またｊ３ とｊ９ とが第３の相のタップ端子を構成し、ｊ４ とｊ１０とが第４の相のタップ端子を構成している。更に、ｊ５ とｊ１１とが第５の相のタップ端子を構成し、ｊ６ とｊ１２とが第６の相のタップ端子を構成している。スイッチ回路３は、第１ないし第６の相のタップ端子に対してそれぞれ設けられた第１ないし第６の相のスイッチアームＳ１ ないしＳ６ からなっていて、それぞれの相のスイッチアームの中間端子が対応する相のタップ端子に接続されている。図示の例では、第１の相のスイッチアームＳ１ 及び第２の相のスイッチアームＳ２ の中間端子が第１の相のタップ端子及び第２の相のタップ端子に直接接続され、第３の相ないし第６の相のスイッチアームＳ３ ないしＳ６ の中間端子はそれぞれリレーの常閉接点Ｒｙｂを通して対応する相のタップ端子に接続されている。
【０１９２】
またこの例では、電機子鉄心の歯部Ｐ２ ，Ｐ３ 間、Ｐ３ ，Ｐ４ 間、及びＰ３ ，Ｐ４ 間のそれぞれの間隙の中心に相応する位置で回転子の磁極を検出するように回転子磁極センサｈａ ないしｈｃ が設けられている。図２４において１０は図１に示したものと同様な位置検出用磁石を示している。
【０１９３】
図２４に示した回転電機を第１の励磁パターンで励磁して電動機として運転する場合に、回転子磁極センサｈａ ないしｈｃ が出力する磁極検出信号ＨＡ ないしＨＣ 、スイッチアームＳ１ ないしＳ６ の上段のスイッチ素子に与えられる駆動信号ＡないしＦ、及びスイッチアームＳ１ ないしＳ６ の下段のスイッチ素子に与えられる駆動信号Ａ´ないしＦ´を図２５に示した。
【０１９４】
課題を解決するための手段の項でも述べたように、本発明は、一般に、固定子の電機子鉄心がｎ×ｍ個（ｎは２以上の整数、ｍは偶数）の歯部を有していて、各コイルを電機子鉄心の隣り合うｎ個の歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされたｎ×ｍ個のコイルを設ける場合に適用することができる。
【０１９５】
上記の例では、回転子磁極センサをホール素子により構成したが、ホール素子以外の磁気検出素子により回転子磁極センサを構成することもできる。また回転子の一つおきの磁極に相応するスリットを有するフォトインタラプタと、該フォトインタラプタを間に対して対向する発光素子と受光素子とからなるフォトエンコーダを回転子に取り付けて、該エンコーダから得られる信号を回転子磁極センサとして用いるようにすることもできる。
【０１９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内燃機関の始動時には、固定子のすべてのコイルに励磁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、内燃機関の始動を支障なく行わせることができ、また内燃機関が始動した後は、固定子の一部のコイルの出力のみを整流してバッテリに供給するので、機関の中高速時にバッテリが過充電状態になるのを防ぐことができる。
【０１９７】
更に本発明においては、内燃機関の始動時に３相以上の多相駆動を行うので、出力トルクのむらを少なくして、機関の始動を確実に行わせることができる利点がある。
【０１９８】
特に、本発明において、固定子側に第１ないし第４相のコイルを設けるとともに、２つの回転子磁極センサを、電機子鉄心の異なる歯部のほぼ中心に相応する位置に、電気角で９０度の位相差を持たせて配置して、内燃機関の始動時に固定子のコイルから引き出した隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させる励磁パターンで固定子を励磁する（４相駆動する）ようにした場合には、励磁の切換えタイミングを定めるための論理を簡単にして、コントローラの構成を簡単にすることができるだけでなく、回転子の回転角度位置による出力トルクのむらを少なくして、回転子の初期の回転角度位置によって始動トルクが不足する状態が生じるのを防ぐことができる。
【０１９９】
また本発明において、回転子の回転速度が設定値以下の時に固定子の２つのタップ端子に同時に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンで固定子を励磁し、回転速度が設定値を超えたときに、固定子の１つのタップ端子に励磁電流を流入させる第２の励磁パターンに切換えるようにした場合には、電動機の始動時に出力トルクのむらを少なくして始動を確実にするとともに、始動後は大きな最大出力トルクが得られるようにして出力トルクの平均値を増大させ、電動機の出力の向上を図ることができる。
【０２００】
更に本発明において、固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させる第１の励磁パターンによる励磁と固定子のコイルから引き出した１つの相のタップ端子のみに励磁電流を流入させる第２の励磁パターンによる励磁とを交互に行わせるようにした場合には、全回転速度領域で出力トルクのむらを少なくするとともに、最大出力トルクの最大値を大きくして平均出力トルクの増大を図ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係わる電動機の実施形態の一例を示す断面図、（Ｂ）は図１の電動機の正面図である。
【図２】図１の電動機の固定子側に設けるコイルの巻回構造と、コイルに励磁電流を流すスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図３】本発明に係わる電動機を制御する制御装置の構成例を示した構成図である。
【図４】図３の制御装置で用いる過電流検出回路の構成例を示した回路図である。
【図５】図１の電動機の励磁パターンとして第１の励磁パターンを採用する場合の各部の信号波形を示した線図である。
【図６】図５に示す励磁パターンで固定子のコイルを励磁した場合に得られるトルク特性を回転子磁極センサの出力信号の波形とともに示した線図である。
【図７】本発明の他の実施形態における電動機の構成例を示した正面図てある。
【図８】図７の実施形態において、第２の励磁パターンにより固定子のコイルを励磁する場合の各部の信号波形を示した線図である。
【図９】図７の励磁パターンによりコイルを励磁した場合に得られる出力トルク特性の一例を回転子磁極センサの出力信号の波形とともに示した線図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態における電動機の構成を示した正面図である。
【図１１】図１０の電動機における回転子磁極センサの配置を示した説明図である。
【図１２】図１０の電動機の各部の信号を示したタイミングチャートである。
【図１３】図１０の電動機の励磁の切換えをタイマを用いて行う場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】（Ａ）は本発明の他の実施形態における回転子磁極センサの配置を示した説明図、（Ｂ）は同実施形態で得られる出力特性を示した線図である。
【図１５】図１４（Ａ）のように回転子磁極センサを配置して図１の電動機を駆動する場合の励磁パターンを示した線図である。
【図１６】図１に示した電動機を第２の励磁パターンで励磁した場合に流れる励磁電流の流れ方を説明するための回路図である。
【図１７】図１に示した電動機を第１の励磁パターンで励磁した場合に流れる励磁電流の流れ方を説明するための回路図である。
【図１８】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路の構成例とを示した構成図である。
【図１９】図１８の電動機の励磁パターンの一例を示した線図である。
【図２０】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図２１】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路の構成例とを示した構成図である。
【図２２】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図２３】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路及び該スイッチ回路を制御するコントローラの構成例とを示した構成図である。
【図２４】本発明の更に他の実施形態における電動機の巻線構造と固定子のコイルに励磁電流を供給するスイッチ回路の構成例とを示した構成図である。
【図２５】図２４の電動機の各部の信号を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…回転子、１００…回転子ヨーク、Ｍ１ 〜Ｍ８ …永久磁石、２…固定子、２００…電機子鉄心、Ｐ１ 〜Ｐ１２…歯部、Ｗ１ 〜Ｗ１６…コイル、ｊ１ 〜ｊ１６…タップ端子、３…スイッチ回路、ｑａ …上段のスイッチ素子、ｑｂ …下段のスイッチ素子、ｄａ …上段の整流用ダイオード、ｄｂ …下段の整流用ダイオード、ｄ１ …上段の充電阻止用ダイオード、ｄ２ …下段の充電阻止用ダイオード、ＳＷ…充電阻止用スイッチ手段、ＳＷ１…上段の充電阻止用スイッチ手段、ＳＷ２…下段の充電阻止用スイッチ手段、Ｓ１ 〜Ｓ６ …第１ないし第６相のスイッチアーム、４…コントローラ、５…バッテリ。
Claims (10)
- 等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極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等角度間隔で並ぶように設けられた２ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた２ｍ個のコイルとを備えて、該２ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から２ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に前記２ｍ個のコイルが第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第４相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第４相のタップ端子とされた固定子と、
前記電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定された第１の検出位置及び該第１の検出位置から前記磁石回転子の回転方向に電気角で９０度離れた第２の検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している前記磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１及び第２の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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、前記第１ないし第４相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、
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、前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、前記回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転方向の前方側の１つ相のコイルを通して流した後更に他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻し、前記隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の後方側の１つ相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、前記第１及び第２の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に、前記規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次前記磁石回転子の回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラと、
を具備したことを特徴とする内燃機関用スタータジュネレータ。 - 等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極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等角度間隔で並ぶように設けられた２ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた２ｍ個のコイルとを備えて、該２ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から２ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に前記２ｍ個のコイルが第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第４相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第４相のタップ端子とされた固定子と、
電気角で４５度の位相差を持って前記磁石回転子の回転方向に順次並ぶように設定された前記固定子側の第１ないし第４の検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している前記磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１ないし第４の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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、前記第１ないし第４相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させてバッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、
前記内燃機関を始動する際に、前記クランク軸を内燃機関の始動方向に回転させるべく、前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、前記回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻し、前記隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、前記磁石回転子の回転速度が設定値以下のときに、前記第１の回転子磁極センサ及び第３の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に前記第１の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを前記磁石回転子の回転方向にシフトさせていき、前記磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには前記第２の回転子磁極センサ及び第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に前記第２の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを前記磁石回転子の回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを具備し、
前記第１の検出位置は前記電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定されている内燃機関用スタータジェネレータ。 - 等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極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等角度間隔で並ぶように設けられた２ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた２ｍ個のコイルとを備えて、該２ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から２ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に前記２ｍ個のコイルが第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第４相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第４相のタップ端子とされた固定子と、
前記電機子鉄心の特定の歯部の周方向のほぼ中心に相応する位置に設定された第１の検出位置及び該第１の検出位置から前記磁石回転子の回転方向に電気角で９０度離れた第２の検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している前記磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１及び第２の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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、前記第１ないし第４相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、
前記内燃機関を始動する際に、前記クランク軸を内燃機関の始動方向に回転させるべく、前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路の２つの隣り合う相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、前記回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の前方側の１つの相のコイルを通して流した後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻し、前記隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の後方側の１つの相のコイルを通して流した後更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、前記磁石回転子の回転速度が設定値以下のときには、前記第１及び第２の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に、前記第１の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを前記磁石回転子の回転方向に順次シフトさせていくように前記スイッチ回路の各スイッチ素子をオンオフ制御し、前記磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには、前記第１及び第２の回転子磁極センサの出力の状態の組み合わせが変化する毎に起動させたタイマが所定の時間を計測する毎に前記第２の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラとを具備し、
前記磁石回転子の回転速度が設定値を超えたときには、前記磁石回転子の各磁極の回転方向の前端縁が前記電機子鉄心の歯部間を通過する際に、前記第２の励磁パターンで同時に励磁電流が流れるコイルの組み合わせが切り換わるように、前記タイマが計測する時間が設定されることを特徴とする内燃機関用スタータジェネレータ。 - 等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極を有して内燃機関のクランク軸に取り付けれた磁石回転子と、
前記磁石回転子の回転方向に等角度間隔で並ぶように設けられた２ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合う２つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた２ｍ個のコイルとを備えて、該２ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から２ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に前記２ｍ個のコイルが第１ないし第４相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第４相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第４相のタップ端子とされた固定子と、
前記磁石回転子の回転方向の前方側に電気角で４５度の間隔を持って順次並ぶように設定された第１ないし第４の検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１ないし第４の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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第４相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、前記第１ないし第４相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、
前記内燃機関を始動する際に、前記クランク軸を内燃機関の始動方向に回転させるべく、前記バッテリの正極端子からスイッチ回路の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に励磁電流を流入させて、該隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転子の回転方向の前方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転方向の前方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後前記スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻し、前記隣り合う２つの相のタップ端子のうち前記回転方向の後方側に位置する相のタップ端子に流入させた励磁電流は前記回転方向の後方側に位置する１つの相のコイルを通して流した後前記スイッチ回路の更に他の相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第１の励磁パターンとするとともに、前記バッテリの正極端子からスイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子のいずれか１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を第２の励磁パターンとして、前記磁石回転子を一方向に回転駆動する際に、前記第１の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第３の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには、前記第１の励磁パターンで励磁電流を流し、前記第２の回転子磁極センサの出力の状態が変化したとき及び第４の回転子磁極センサの出力の状態が変化したときには前記第２の励磁パターンで励磁電流を流すようにして、第１の励磁パターンで励磁電流を流す状態と第２の励磁パターンで励磁電流を流す状態とを交互に生じさせながら、前記第１ないし第４の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に励磁電流を流すコイルを順次磁石回転子の回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラとを具備し、
前記第１の検出位置は、前記電機子鉄心の特定の歯部と前記回転子の回転方向の前方側で前記特定の歯部に隣接する他の歯部との間の間隙の中心と前記特定の歯部の周方向の中心との間に設定されている内燃機関用スタータジェネレータ。 - 等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極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等角度間隔で並ぶように設けられた３ｍ個の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合う３つの歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされた３ｍ個のコイルとを備えて、該３ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点から３ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に前記３ｍ個のコイルが第１ないし第６相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第６相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第６相のタップ端子とされた固定子と、
電気角で６０度の位相差を有し、かつ前記電機子鉄心の歯部間に設定された前記固定子側の３つの検出位置でそれぞれの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極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１ないし第３の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を有して両スイッチ素子の間から中間端子が引き出された構成をそれぞれが有する第１ないし第６相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えていて、該第１ないし第６相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、
内燃機関を始動する際に、前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合う２つの隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合う２つの隣接コイルとに分流させた後前記スイッチ回路の他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、前記第１ないし第３の回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に前記規定の励磁パターンに従って励磁電流を流すコイルを順次前記回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラと、
を具備したことを特徴とする内燃機関用スタータジェネレータ。 - 等角度間隔で配置されたｍ個（ｍは偶数）の磁極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等角度間隔で並ぶように設けられたｎ×ｍ個（ｎは２以上の整数）の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合うｎ個の歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされたｎ×ｍ個のコイルとを備えて、該ｎ×ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からｎ×ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石界磁との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に前記ｎ×ｍ個のコイルが第１ないし第２ｎ相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第２ｎ相のコイルの巻始め側の端末部にそれぞれ接続されたタップ端子が第１ないし第２ｎ相タップ端子とされた固定子と、
前記磁石回転子の回転方向に電気角で３６０／２ｎ度の間隔をもって順次並ぶ前記電機子鉄心のｎ個の歯部間の間隙のそれぞれのほぼ中心に相応する位置に設定された第１ないし第ｎの検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している前記磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１ないし第ｎの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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子とを備えた構成をそれぞれが有する前記第１ないし第２ｎ相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えて、該第１ないし第２ｎ相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と
前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路のいずれか１つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の１つの相のタップ端子に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルとに分流させた後他の１つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、前記第１ないし第ｎの回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に前記規定の励磁パターンに従って同時に励磁電流を流すコイルを順次前記磁石回転子の回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラと、
を具備してなる内燃機関用スタータジェネレータ。 - 等角度間隔で配置されたｍ極（ｍは偶数）の磁極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等角度間隔で並ぶように設けられたｎ×ｍ個（ｎは２以上の整数）の歯部を有する電機子鉄心と、各コイルを前記電機子鉄心の隣り合うｎ個の歯部に跨らせ、かつ各コイルの巻き方向を同一として前記磁石回転子の回転方向に順次重ね巻きされたｎ×ｍ個のコイルとを備えて、該ｎ×ｍ個のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部とそれぞれのコイルに隣接するコイルの巻終り側の端末部との接続点からｎ×ｍ個のタップ端子が導出され、前記磁石回転子との位相関係が等しいコイルを同一相のコイルとした場合に、前記ｎ×ｍ個のコイルが第１ないし第２ｎ相のコイルに分けられるようになっていて、前記第１ないし第２ｎ相のコイルのそれぞれの巻始め側の端末部に接続されたタップ端子がそれぞれ第１ないし第２ｎ相のタップ端子とされた固定子と、
前記磁石回転子の回転方向に電気角で３６０／２ｎ度の間隔をもって順次並ぶｎ個の歯部のそれぞれのほぼ中心に相応する位置に設定された第１ないし第ｎの検出位置にそれぞれ配置されて、それぞれの検出位置を通過している前記磁石回転子の磁極がＮ極のときとＳ極のときとで出力の状態を異にするように設けられた第１ないし第ｎの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両スイッチ素子の間から引き出された中間端子とを備えた構成をそれぞれが有する第１ないし第２ｎ相のスイッチアームを少なくとも１つずつ備えて該第１ないし第２ｎ相のスイッチアームがそれぞれの上段のスイッチ素子をバッテリの正極端子側に位置させて該バッテリの両端に並列に接続されるとともに、前記固定子の各相のタップ端子が対応する相のいずれかのスイッチアームの中間端子に接続されたスイッチ回路と、
前記固定子の一部のコイルの出力を整流して前記バッテリに充電電流を供給するバッテリ充電用整流回路と、
前記固定子のコイルの内、前記整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの誘起電圧で前記バッテリに充電電流が供給されるのを阻止する充電阻止手段と、
前記バッテリの正極端子から前記スイッチ回路の隣り合う２つの相のスイッチアームの上段のスイッチ素子を通して前記固定子の隣り合う２つの相のタップ端子に同時に流入させた励磁電流を前記回転子の回転方向の前方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルと回転方向の後方側で隣り合うｎ−１個の隣接コイルとに分流させた後他の隣り合う２つの相のスイッチアームの下段のスイッチ素子を通して前記バッテリの負極端子に戻す励磁電流の流し方を規定の励磁パターンとして、前記第１ないし第ｎの回転子磁極センサのそれぞれの出力の状態が変化する毎に前記規定の励磁パターンに従って同時に励磁電流を流すコイルを順次前記回転方向にシフトさせていくように前記スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するコントローラと、
を具備したことを特徴とする内燃機関用スタータジェネレータ。 - 前記充電阻止手段は、
前記バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子と中間端子との間にアノードを前記バッテリの正極端子側に向けて挿入された上段の充電阻止用ダイオードと、前記バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子と中間端子との間にカソードを前記バッテリの負極端子側に向けて挿入された下段の充電阻止用ダイオードとからなっている請求項１ないし７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。 - 前記充電阻止手段は、
前記バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの上段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて前記内燃機関を始動する際にオン状態にされ、前記バッテリを充電する際にオフ状態にされる上段の充電阻止用スイッチ手段と、
前記バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子に中間端子が接続されたスイッチアームの下段のスイッチ素子と中間端子との間に挿入されて前記内燃機関を始動する際にオン状態にされ、前記バッテリを充電する際にオフ状態にされる下段の充電阻止用スイッチ手段と、
からなっている請求項１ないし７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。 - 前記充電阻止手段は、前記バッテリ充電用整流回路により出力が整流されるコイル以外のコイルの巻始め側の端末部から導出されたタップ端子と該タップ端子に接続されたスイッチアームの中間端子との間に挿入されて前記内燃機関を始動する際にオン状態にされ、前記バッテリを充電する際にオフ状態にされる充電阻止用スイッチ手段からなっている請求項１ないし７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。
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