JP3750513B2 - 内燃機関始動用電動機兼用発電機 - Google Patents

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及び発電機として働き、内燃機関の始動後は発電機として働く内燃機関始動用電動機兼用発電機（内燃機関用スタータ・ジェネレータ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、内燃機関用点火装置のような機関を運転するために必須の電装品を駆動したり、ランプ負荷やバッテリなどに電力を供給したりするために磁石発電機が取り付けられる。
【０００３】
内燃機関に取り付けられる磁石発電機は、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、該回転子の磁極に対向する磁極部を有する鉄心に発電コイルを巻回してなる固定子とにより構成され、固定子は、機関のケースやカバー等に設けられた固定子取り付け部に取り付けられる。
【０００４】
内燃機関が搭載される機器にバッテリが設けられている場合、磁石発電機の固定子に設けられる発電コイルの大部分は多相結線されたバッテリ充電コイル（バッテリ充電用の発電コイル）であるが、機関の構成や用途によっては固定子に更に他の負荷駆動コイル（他の負荷を駆動するための発電コイル）を設けることが必要になる。
【０００５】
例えば、内燃機関用点火装置してコンデンサ放電式の点火装置が用いられる場合には、発電機の固定子にコンデンサ充電用電源としてエキサイタコイルを設ける必要がある。
【０００６】
また燃料噴射装置により燃料を供給する内燃機関において、バッテリが過放電状態になった場合でも機関を運転することができるようにするためには、磁石発電機の出力で燃料噴射装置のインジェクタや燃料ポンプを駆動するようにしておく必要があるが、この場合には、磁石発電機の固定子に、バッテリ充電コイルの外に、インジェクタ駆動コイルや、燃料ポンプ駆動コイルを更に設ける必要がある。
【０００７】
また内燃機関の始動を電動機により行う場合には、磁石発電機の回転子ヨークを構成するフライホイールの外周にリングギアを取り付け、始動用電動機により駆動されるピニオンギアを該リングギアに噛み合わせることによりクランク軸を回転させて機関を始動するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の内燃機関では、機関を始動するためにフライホイールの外周にリングギアを取り付けるとともに、始動用電動機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。
【０００９】
そこで、機関に取り付けられる磁石発電機のバッテリ充電コイルを電動機用のコイルとして用いて、機関の始動時に磁石発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、リングギアや始動用電動機を省略することが提案されている。
【００１０】
ところが、前述のように、磁石発電機の固定子にバッテリ充電コイルの外に、インジェクタ駆動コイルや、ポンプ駆動コイル等の負荷駆動コイルが設けられる場合には、バッテリ充電コイルを巻くためのスペースが少なくなるのを避けられない。特に最近では、インジェクタから機関のシリンダ内に直接燃料を噴射する直噴式の燃料噴射装置が用いられるようになっているが、直噴式の燃料噴射装置が用いられる場合には、高い燃圧を必要とするため、インジェクタ駆動コイルやポンプ駆動コイルとして出力が大きいものを用いることが必要になり、バッテリ充電コイルを設けるスペースが少なくなりがちである。
【００１１】
このように、発電コイル全体に対してバッテリ充電コイルが占める割合が少なくなっている磁石発電機において、バッテリ充電コイルのみを電動機用のコイルとして用いた場合には、始動トルクが不足し、機関の始動性が悪くなるのを避けられない。バッテリ充電コイルのみを電動機用コイルとして用いて始動用電動機としての特性を満足させようとすると、発電機全体がかなり大形になり、機関の重量が重くなるのを避けられない。特に最近では、燃費の節約を図るために、機関の重量をできるだけ軽くすることが要請されるため、磁石発電機の重量を増加させることは極力避ける必要がある。
【００１２】
なおバッテリ充電コイルのみを電動機用コイルとして用いて、始動用電動機としての特性を満足させるために、断面積が大きい導体を用いてバッテリ充電コイルを巻回して、磁石発電機を始動用電動機として動作させる際に、バッテリ充電コイルに大きな駆動電流を流し得るようにすることが考えられる。しかしながら、このように構成した場合には、バッテリ充電コイルの短絡電流が大きくなるため、バッテリーの充電時にバッテリー発電コイルが過熱するおそれがある。即ち、磁石発電機の出力により整流回路を通してバッテリーを充電する場合には、バッテリの過充電を防ぐために、バッテリの端子電圧が設定値を超えたときにバッテリ充電コイルを短絡する制御を行っているが、バッテリー充電コイルの短絡電流が大きいと、電圧制御時にバッテリ充電コイルから生じる発熱が多くなって、コイルが過熱するおそれがある。また、電圧制御時にバッテリ充電コイルに大きな短絡電流がれると、発電機が機関にとって大きな負荷となるため、燃料消費量が多くなったり、機関の加速性能が損なわれたりするという問題が生じる。
【００１３】
本発明の目的は、固定子側に、多相のバッテリー充電コイルの外に、インジェクタ駆動コイルや、ポンプ駆動コイル等の負荷駆動コイルが設けられる内燃機関始動用電動機兼用磁石発電機において、発電機を大形にすることなく、発電機としての特性と、始動用電動機としての特性との双方を満足させることができるようすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる内燃機関駆動用電動機兼用発電機は、多極の磁石界磁を有して内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、周方向に並ぶ多数の歯部を有する電機子鉄心を備えて該電機子鉄心の歯部にｎ相（ｎは２以上の整数）のバッテリ充電コイルが巻回されるとともに、該電機子鉄心の一部の歯部または歯部群に、少なくとも１つの単相または多相の負荷駆動コイルが巻回された固定子と、ダイオードブリッジ全波整流回路からなっていてバッテリ充電コイルの誘起電圧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、バッテリとバッテリ充電コイルとの間に設けられて前記バッテリからバッテリ充電コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するバッテリ充電コイル用スイッチ回路とを備えたバッテリ充電コイル用ドライバ回路と、負荷駆動コイルの誘起電圧を整流して負荷に与える負荷駆動用整流回路と、バッテリと負荷駆動コイルとの間に設けられてバッテリから負荷駆動コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有する負荷駆動コイル用スイッチ回路とを有する負荷駆動コイル用ドライバ回路と、内燃機関の始動時にバッテリ充電コイルと負荷駆動コイルとの双方を電動機用コイルとして機能させて、磁石回転子を内燃機関の回転方向に回転させるためのトルクを発生させるべく、バッテリからバッテリ充電コイル用スイッチ回路を通してｎ相のバッテリ充電コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すとともに、バッテリから負荷駆動コイル用スイッチ回路を通して負荷駆動コイルに所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、内燃機関の回転数が始動完了回転数に達した時にバッテリ充電コイル及び負荷駆動コイルへの駆動電流の供給を停止するようにバッテリ充電コイル用スイッチ回路及び負荷駆動コイル用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段を有するコントローラとを備えている。
【００１５】
上記のように構成すると、機関を始動する際に、バッテリー充電コイルと負荷駆動コイルとの双方を電動機用コイルとして機能させることができるため、発電機を大形にすることなく、機関の始動時に大きな始動トルクを得ることができる。
【００１６】
また、上記のように構成すると、バッテリ充電コイルの出力特性を短絡電流が大きい特性とする必要がないので、バッテリー充電時にバッテリー充電コイルを短絡する制御を行った場合に、バッテリー充電コイルから生じる発熱が多くなってコイルが過熱したり、大きな短絡電流により磁石発電機が機関にとって大きな負荷となったりするのを防ぐことができる。
【００１７】
インジェクタにより燃料を供給する内燃機関に取り付ける磁石発電機においては、上記負荷駆動コイルとしてインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）に駆動電圧を与えるインジェクタ駆動コイルと、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプに駆動電力を与えるポンプ駆動コイルとが設けられる。この場合、電機子鉄心の一部の歯部群にｎ相（ｎは２以上の整数）のバッテリ充電コイルが巻回され、電機子鉄心の他の一部の歯部または歯部群にインジェクタ駆動コイルが、また電機子鉄心の更に他の一部の歯部または歯部群にポンプ駆動コイルがそれぞれ巻回される。
【００１８】
このように負荷駆動コイルとして、インジェクタ駆動コイルとポンプ駆動コイルとが設けられる場合には、負荷駆動コイル用ドライバ回路として、インジェクタ駆動コイル用ドライバ回路と、ポンプ駆動コイル用ドライバ回路とが設けられる。
【００１９】
この場合、インジェクタ駆動コイル用ドライバ回路は、インジェクタ駆動コイルの誘起電圧を整流してインジェクタ駆動回路に与えるインジェクタ駆動用整流回路と、バッテリとインジェクタ駆動コイルとの間に設けられてバッテリからインジェクタ駆動コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路とにより構成される。
【００２０】
またポンプ駆動コイル用ドライバ回路は、ポンプ駆動コイルの誘起電圧を整流して燃料ポンプに与えるポンプ駆動用整流回路と、バッテリとポンプ駆動コイルとの間に設けられてバッテリからポンプ駆動コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するポンプ駆動コイル用スイッチ回路とにより構成される。
【００２１】
上記のように、負荷駆動コイルとしてインジェクタ駆動コイルとポンプ駆動コイルとを設ける場合、コントローラは、内燃機関の始動時にバッテリ充電コイルとインジェクタ駆動コイルとポンプ駆動コイルとを電動機用コイルとして機能させて磁石回転子を内燃機関の回転方向に回転させるためのトルクを発生させるべく、バッテリからバッテリ充電コイル用スイッチ回路を通してｎ相のバッテリ充電コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すとともに、バッテリからインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路及び前記ポンプ駆動コイル用スイッチ回路を通してインジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルにそれぞれ所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、内燃機関の回転数が始動完了回転数に達した時にバッテリ充電コイル、インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルへの駆動電流の供給を停止するように、バッテリ充電コイル用スイッチ回路、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路及びポンプ駆動コイル用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段を備えた構成とする。
【００２２】
固定子の電機子鉄心に、上記バッテリ充電コイル、インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルに加えて更に内燃機関用点火装置を駆動するエキサイタコイルが巻回される場合には、エキサイタコイルの誘起電圧を整流して内燃機関用点火装置に与える点火装置駆動用整流回路と、バッテリとエキサイタコイルとの間に設けられてバッテリからエキサイタコイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するエキサイタコイル用スイッチ回路とを有するエキサイタコイル用ドライバ回路を更に設ける。
【００２３】
この場合、コントローラは、上記の構成に加えて、内燃機関の始動時にエキサイタコイルをも電動機用コイルとして機能させるべく、バッテリからエキサイタコイル用スイッチ回路を通してエキサイタコイルに所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、内燃機関の回転数が始動完了回転数よりも充分に低く設定された設定回転数に達した時にエキサイタコイルへの駆動電流の供給を停止するようにエキサイタコイル用スイッチ回路を制御するエキサイタコイル用スイッチ回路制御手段を更に備えた構成とする。
【００２４】
ここで、エキサイタコイルへの駆動電流の供給を停止する設定回転数は、機関のクランク軸が回転を開始したことを確認するために必要な程度の充分に低い回転数に設定すればよい。
【００２５】
機関を始動する際に、最も大きなトルクを必要とするのは、停止しているピストンの移動を開始する際であり、いったんピストンが動き始めると、必要トルクは減少していくので、始動操作開始時直後の期間だけ始動用電動機のトルクを増大させるだけでも、機関の始動性は大幅に向上する。したがって、上記のように機関の回転数が設定回転数に達するまでの間、エキサイタコイルに駆動転流を流して出力トルクを増大させるようにすると、機関の始動時に、バッテリ充電コイル、インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルだけに駆動電流を流す場合に比べて、機関の始動性を更に向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に係わる始動用電動機兼用発電機の構成を示したもので、これらの図において１０１は周壁部１０１ａと該周壁部の軸線方向の一端を閉じる底壁部１０１ｂと該底壁部の中央に設けられたボス部１０１ｃとを有するカップ状のフライホイールである。フライホイール１０１の周壁部１０１ａの内周には、等角度間隔で配置された１６個の円弧状の永久磁石Ｍ１〜Ｍ１６が接着などにより固定され、フライホイール１０１と永久磁石Ｍ１〜Ｍ１６とにより１６極の磁石回転子１０２が構成されている。磁石Ｍ１〜Ｍ１６はそれぞれの内周側に現れる磁極が交互にＮ極とＳ極とになるように磁化の方向を交互に異ならせてフライホイールの径方向に着磁され、ヨークを構成するフライホイール１０１の周壁部１０１ａと磁石Ｍ１〜Ｍ６とにより１６極の磁石界磁が構成されている。磁石回転子１０２は、フライホイール１０１のボス部１０１ｃを図示しない機関の出力軸（通常はクランク軸）に嵌着することにより機関に取り付けられる。
【００２７】
磁石回転子１０２の内側には固定子１０３が配置されている。固定子１０３は、環状の継鉄部１０４ａから２１個のバッテリ充電コイル巻回用の歯部Ｐ1 〜Ｐ１８と、２個の点火装置駆動コイル巻回用の歯部Ｐe1及びＰe2と、インジェクタ駆動コイル巻回用歯部Ｐi と、ポンプ駆動コイル巻回用歯部Ｐp とが放射状に突出した構造を有する多極星形電機子鉄心１０４と、該電機子鉄心の歯部Ｐ1 〜Ｐ18にそれぞれ巻回されたコイルＷ1 〜Ｗ18と、歯部Ｐe1，Ｐe2，Ｐi 及びＰP にそれぞれ巻回されたコイルＷe1，Ｗe2，Ｗi 及びＷp とからなっている。この固定子１０３は、電機子鉄心１０４を内燃機関のケースなどに設けられた固定子取付け部に適宜の手段により固定することにより機関に取り付けられる。
【００２８】
歯部Ｐ1 〜Ｐ9 及びＰ10〜Ｐ18は、通常の２４極の星形電機子鉄心の極間隔に相当する角度間隔（３６０／２４度）をもって配置され、歯部Ｐe1及びＰe2は、歯部Ｐ18と歯部Ｐ1 との間に形成された星形鉄心の歯部３個分の（歯部を３つ配置し得る）スペースに配置されている。また歯部Ｐi 及びＰp は歯部Ｐ9 とＰ10との間に形成された星形鉄心の歯部３個分のスペースに配置されている。歯部Ｐe1，Ｐe2及びＰi ，Ｐp は、それぞれの後端部に鳩尾状の突起（蟻）１０５を備えていて、該突起１０５を継鉄部１０４ａに形成された蟻溝に嵌合させることにより継鉄部１０４ａに固定される。
【００２９】
歯部Ｐ1 〜Ｐ18にそれぞれ巻回されたコイルＷ1 〜Ｗ18は、バッテリ充電コイルで、これらのコイルのうち、同位相の電圧を誘起する２つ置きの同相のコイル同士が直列または並列に接続されて３相のバッテリ充電コイルが構成され、該３相のバッテリ充電コイルが星形結線されている。
【００３０】
また歯部Ｐe1及びＰe2にそれぞれ巻回されたコイルＷe1及びＷe2は、コンデンサ放電式点火装置の点火用コンデンサを充電するために用いられるエキサイタコイルＷｅを構成する低速用コイル及び高速用コイルで、これらのコイルは、１８０度位相が異なる電圧を誘起する。エキサイタコイルＷｅを構成する低速用コイルＷe1及び高速用コイルＷe2は、バッテリ充電コイルを構成するコイルＷ1 〜Ｗ18を構成するコイル導体よりも線径が小さいコイル導体を用いて巻回されている。低速用コイルＷe1は機関の低速時に十分に高い電圧を発生し得るように十分多くの巻数をもって巻回され、高速用コイルＷe2は機関の高速時に十分に高い電圧を発生するように比較的少ない巻数をもって巻回されている。
【００３１】
歯部Ｐi 及びＰp にそれぞれ巻回されたコイルＷi 及びＷp はインジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルで、これらのコイルも、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を誘起する。インジェクタ駆動コイルＷi 及びポンプ駆動コイルＷp の出力はそれぞれインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）及び燃料ポンプを駆動するために用いられる。
【００３２】
低速用コイルＷe1、高速用コイルＷe2、インジェクタ駆動コイルＷi 及びポンプ駆動コイルＷp は、コイルＷ1 〜Ｗ18を巻回する工程とは別の工程で、継鉄部１０４ａから外された歯部Ｐe1，Ｐe2，Ｐi 及びＰp にそれぞれ巻回され、これらのコイルが巻回された後に歯部Ｐe1，Ｐe2，Ｐi 及びＰp が継鉄部１０４ａに取り付けられる。
【００３３】
図示の始動用電動機兼用発電機では、機関の始動時に、基本的には、３相のバッテリ充電コイルＷ1 〜Ｗ18を電動機用コイルとして用いて、これらのコイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すことにより、発電機を３相のブラシレス直流電動機として動作させる。一般に３相のブラシレス直流電動機においては、固定子側が２ｍ極（ｍは１以上の整数）に構成され、回転子の磁石界磁が３ｍ極に構成される。図示の例は、ｍ＝８とした場合で、固定子１０３が２４極に構成されてそのうちの１８極にコイルＷ1 〜Ｗ18が巻回され、残りの６極分のスペースにコイルＷe1，Ｗe2，Ｗi 及びＷp が配置されている。また回転子１０２は１６極に構成されている。
【００３４】
図１（Ｂ）に示したように、フライホイール１０１のボス部１０１ｃの基部外周には、永久磁石Ｍ１〜Ｍ１６の磁極にそれぞれ対応した磁極を有するように１６極に着磁されたリング状磁石１０６が取り付けられ、リング状磁石１０６の１６個の磁極はそれぞれ磁石界磁の１６個の磁極に同じ周方向位置で１対１で対応するように設けられている。
【００３５】
電機子鉄心１０４の継鉄部の内周には、３相のバッテリ充電コイルのそれぞれに対応する位置検出器ｈｕ〜ｈｗ（図１ＢにＵ相の位置検出器ｈｕのみが示されている。）が１２０度の角度間隔をもって取り付けられている。各相の位置検出器はホールＩＣからなっていて、検出している磁極の極性がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの電圧信号を出力する。この例では、内燃機関の始動時に、バッテリＢからドライバ回路を通して３相のバッテリ充電コイルに駆動電流を流して発電機をブラシレス直流電動機として動作させる際に、各相のバッテリ充電コイルに流す駆動電流の通電角を電気角で１８０度とする１８０度スイッチング制御を行うものとしている。そのため、図示の例では、１８０度スイッチング制御を行う場合の位置検出器の普通の配置の仕方に倣って、各相の位置検出器は、対応する相のバッテリ充電コイルが巻回された電機子鉄心の複数の歯部のうちのいずれか１つの歯部の先端の磁極の中心位置よりも電気角で９０度位相が進んだ位置に配置されて、リング状磁石１０６の磁極の極性を検出することにより、各相のバッテリ充電コイルが巻かれた歯部の磁極部の中心位置に磁石界磁の各磁極の中心位置が一致した状態になる位置を各相の基準励磁相切替位置として検出する。
【００３６】
位置検出器ｈｕ〜ｈｗが発生する位置検出信号は、基準励磁相切替位置の情報を含む波形の信号であればよいが、位置検出器としてホールＩＣを用いた場合、該ホールＩＣは、検出している磁極の極性がＮ極のときとＳ極のときとで異なるレベルの信号を発生するので、位置検出信号の波形は矩形波状の波形になり、該矩形波状の位置検出信号の立上り位置及び立下がり位置がそれぞれ基準励磁相切替位置になる。
【００３７】
図２は、発電機を３相ブラシレス直流電動機として動作させるために、バッテリ充電コイルＷ1 〜Ｗ18に接続される電気回路の構成例を示したものである。図２においては、理解を容易にするために、コイルＷ1 〜Ｗ18を３相星形結線して構成した３相のバッテリ充電コイルを符号Ｌｕ〜Ｌｗで表し、ｍ＝１として、３相のバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗが１２０度間隔で配置された電機子鉄心１０４の３つの歯部Ｐｕ〜Ｐｗに集中巻されているものとしている。また磁石回転子１０２の磁石界磁は永久磁石Ｍ1 及びＭ2 により２極に構成されているとしている。
【００３８】
また図２においては、位置検出器ｈｕ〜ｈｗをそれぞれ構成するホールＩＣが回転子の磁石界磁の位置を検出するために設けられたリング磁石でなく、磁石界磁の磁極を直接検出するように図示されている。この例では、各相のバッテリ充電コイルに流す駆動電流の通電角を電気角で１８０度とするため、位置検出器ｈｕ〜ｈｗはそれぞれＵ相ないしＷ相のバッテリ充電コイルが巻回された歯部Ｐｕ〜Ｐｗの磁極の中心位置に対して電気角で９０度進んだ位置に配置されて、磁石界磁の磁極の極性を検出する。
【００３９】
図２において２００は、３相のブラシレス直流電動機を駆動するために用いられるバッテリ充電コイル用ドライバ回路で、このドライバ回路は、３相ブリッジ接続された６個のダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びＤｘ〜Ｄｚからなっていてバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗの誘起電圧を整流してバッテリＢ1 に供給するバッテリ充電用整流回路と、３相ブリッジ接続された６個のオンオフ制御が可能なスイッチ素子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴ）Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚからなっていて、バッテリＢ1 からバッテリ充電コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と駆動電流の極性とを切り換える機能を有するスイッチ回路（バッテリ充電コイル用スイッチ回路）とからなっている。
【００４０】
図示の例では、スイッチ回路を構成する６個のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚがそれぞれ６個のダイオードＤｕ〜Ｄｗ及びＤｘ〜Ｄｚに逆並列接続されているが、ドライバ回路２００は必ずしもこのような構成でなくてもよく、該ドライバ回路を構成するバッテリ充電用整流回路とバッテリ充電コイル用スイッチ回路とが独立に設けられていてもよい。
【００４１】
このドライバ回路２００においては、スイッチ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗを構成するＭＯＳＦＥＴのドレインの共通接続点（整流回路のブリッジの上辺を構成するダイオードＤｕ〜Ｄｗのカソードの共通接続点）及びスイッチ回路のブリッジの下辺のスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚを構成するＭＯＳＦＥＴのソースの共通接続点（整流回路のブリッジの下辺を構成するダイオードＤｘ〜Ｄｚのアノードの共通接続点）からそれぞれ導出された端子ｔａ及びｔｂがスイッチ回路の直流入力端子及び整流回路の直流出力端子となっていて、これらの端子ｔａ，ｔｂ間に直流電源３００を構成するバッテリＢ1 が接続されている。
【００４２】
またスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのソースとスイッチ素子Ｆｘ〜Ｆｚをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレインとの接続点から引き出された端子ｔｕ〜ｔｗがスイッチ回路の交流出力端子及び整流回路の交流入力端子となっていて、これらの端子ｔｕ〜ｔｗがそれぞれバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗの中性点と反対側の端子に接続されている。
【００４３】
直流電源３００を構成するバッテリＢの両端には平滑用コンデンサＣ1 が接続されている。
【００４４】
４００はマイクロコンピュータを用いて構成されるコントローラで、このコントローラは、位置検出器ｈｕ〜ｈｗがそれぞれ出力する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗが入力される入力端子とスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚのそれぞれの制御端子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴのゲート）に与える駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚを出力する出力端子とを有していて、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより、内燃機関の始動時にバッテリ充電コイルを電動機用コイルとして機能させて磁石回転子１０２を内燃機関の回転方向に回転させるように、スイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚを制御するバッテリ充電コイル用スイッチ回路制御手段を実現する。
【００４５】
このバッテリ充電コイル用スイッチ回路制御手段は、内燃機関の始動時に磁石回転子１０２を内燃機関を始動させる方向に回転せるために必要な極性の駆動電流を直流電源３００からドライバ回路２００のスイッチ回路部を通してバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに流すべく、位置検出器ｈｕ〜ｈｗにより３相のバッテリ充電コイルに対して検出された基準励磁相切替位置を基にして決定した励磁相切替位置で、スイッチ回路の所定のＭＯＳＦＥＴ（スイッチ素子）に駆動信号を与え、内燃機関の回転数が始動完了回転数に達した時にバッテリ充電コイルへの駆動電流の供給を停止する。
【００４６】
図２のように３相の位置検出器ｈｕ〜ｈｗがそれぞれＵ相ないしＷ相のバッテリ充電コイルが巻回された歯部Ｐｕ〜Ｐｗの磁極部の中心位置に対して電気角で９０度進んだ位置に取り付けられている場合、位置検出器がＮ極を検出したときに高レベルの信号を出力するものとすると、位置検出器ｈｕ〜ｈｗがそれぞれ発生する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗの波形は、図３（Ａ）〜（Ｃ）のように電気角で１２０度の位相差をもって順次発生する矩形波状の波形になる。この場合、位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗのそれぞれの立上り位置及び立下がり位置がそれぞれＵ相ないしＷ相の基準励磁相切替位置となる。
【００４７】
図示の例では、磁石回転子が２極に構成されているため、バッテリ充電コイルに鎖交する磁束及びバッテリ充電コイルの誘起電圧の電気角（磁束波形及び誘起電圧波形上の位相角）は機械角（回転子の回転角度で表した位相角）に一致している。
【００４８】
また図示の例では、位置検出器ｈｕ〜ｈｗがそれぞれ固定子のＵ相ないしＷ相の磁極の中心に対して９０度位相が進んだ位置に配置されているため、位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗが低レベルになっている期間及び高レベルになっている期間がそれぞれ磁石回転子が機関により駆動されて発電機として動作するときにＵ相ないしＷ相のバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに誘起する誘起電圧の一方の半サイクルの期間及び他方の半サイクルの期間に一致している。例えば位置検出信号Ｈｕが低レベルになっている期間がＵ相のバッテリ充電コイルＬｕの誘起電圧の正の半サイクルの期間に一致し、Ｈｕが高レベルになっている期間がＵ相のバッテリ充電コイルＬｕの誘起電圧の負の半サイクルの期間に一致している。
【００４９】
この例では、スイッチ回路を構成する各スイッチ素子を電気角で１８０度の期間オン状態にし、残りの１８０度の期間をオフ状態にするように各スイッチ素子のオンオフ制御（１８０度スイッチング制御）を行わせる。この場合、例えば図３（Ｄ）ないし（Ｉ）のように、スイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚの基準のスイッチングパターンを定める。
【００５０】
図３（Ｄ）ないし（Ｉ）はスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚの基準スイッチパターンをそれぞれのスイッチ素子に与えられる駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚの波形で示したもので、図３（Ｄ）ないし（Ｉ）にそれぞれ示された高レベルの矩形波信号が駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚである。これらの駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚが発生している期間がスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚの駆動期間であり、駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚが発生していない期間がスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚの非駆動期間である。
【００５１】
図３に示した１８０度スイッチング制御の基準スイッチパターンにおいては、Ｕ相ないしＷ相のバッテリ充電コイルＬｕないしＬｗに対してそれぞれ磁石回転子の回転角度位置を検出する位置検出器ｈｕないしｈｗから得られる位置検出信号ＨｕないしＨｗがそれぞれ高レベルになっている期間（それぞれの位置検出器が磁石界磁の一方の磁極を検出している期間）をブリッジの上辺の対応するスイッチ素子ＦｕないしＦｗの非駆動期間とし、位置検出信号ＨｕないしＨｗがそれぞれ低レベルになっている期間をブリッジの上辺の対応するスイッチ素子ＦｕないしＦｗの駆動期間とする。またスイッチ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子ＦｕないしＦｗのそれぞれの非駆動期間（位置検出器ｈｕないしｈｗがそれぞれ磁石界磁の他方の磁極を検出している期間）をブリッジの下辺の対応するスイッチ素子ＦｘないしＦｚの駆動期間とし、ブリッジの上辺のスイッチ素子ＦｕないしＦｗの駆動期間をそれぞれブリッジの下辺の対応するスイッチ素子ＦｘないしＦｚの非駆動期間とする。
【００５２】
図３（Ｄ）ないし（Ｉ）に示したような基準スイッチパターンでスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚをオンオフさせると、磁石回転子が外部から駆動されて発電機として動作しているときにバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに誘起させられる電圧（発電機としての誘起電圧）と同位相の交流電圧がバッテリＢからスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚにより構成されたスイッチ回路を通してバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに印加される。
【００５３】
図１に示した発電機では、バッテリＢ側からバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに駆動電流を流す際に、図３に示した基準スイッチパターンを基準にして、スイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚの実際のスイッチパターンの位相を変化させると、バッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに鎖交する磁束の量を増加または減少させて、発電機としての出力特性を変化させることができる。スイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚの実際のスイッチパターンの位相と基準スイッチパターンとの位相差γを制御進み角と呼ぶ。
【００５４】
図１の始動用電動機兼用発電機では、内燃機関の始動時に、コントローラ４００が、所定の基準励磁相切替位置または該基準励磁相切替位置に対して制御進み角γを有する所定の励磁相切替位置でスイッチ回路を構成するスイッチ素子Ｆｕ〜Ｆｗ及びＦｘ〜Ｆｚにそれぞれ駆動信号Ｓｕ〜Ｓｗ及びＳｘ〜Ｓｚを与えて、バッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに所定の相順で転流する駆動電流を流す。これにより磁石発電機をブラシレス直流電動機として動作させて磁石回転子１０２を回転させ、機関の出力軸を始動方向に回転させる。
【００５５】
図１の始動用電動機兼用発電機では、上記のように、基本的には、機関の始動時に３相結線されたバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗ（図１の例ではコイルＷ1 〜Ｗ18からなる）を電動機用のコイルとして用いて、これらのコイルに駆動電流を流すことによりブラシレス直流電動機として動作させるが、図示のようにインジェクタ駆動コイルＷi やポンプ駆動コイルＷp などの負荷駆動コイルが設けられる場合には、バッテリ充電コイルを構成するコイルの数が少なくなり、バッテリ充電コイルのみを電動機用コイルとして用いたのでは、始動トルクが不足するおそれがある。
【００５６】
そこで、本発明においては、機関の始動時にバッテリ充電コイルに駆動電流を流すと同時に、インジェクタ駆動コイルＷi 及びポンプ駆動コイルＷp にも駆動電流を流すことにより、始動トルクを増大させる。
【００５７】
本実施形態では、機関の始動時にインジェクタ駆動コイルＷi とポンプ駆動コイルＷp とに駆動電流を流すために、図４に示したように、インジェクタ駆動コイルＷi とバッテリＢ1 との間にインジェクタ駆動コイル用ドライバ回路２０１を接続し、ポンプ駆動コイルＷp とバッテリＢ1 との間にポンプ駆動コイル用ドライバ回路２０２を接続する。またエキサイタコイルＷｅにはコンデンサ放電式の点火装置５００を接続する。
【００５８】
インジェクタ駆動コイル用ドライバ回路２０１は、単相ブリッジ接続された４個のダイオードＤui，Ｄvi及びＤxi，Ｄyiからなっていてインジェクタ駆動コイルＷi の誘起電圧を整流してインジェクタの励磁コイルＩＮＪに供給するインジェクタ駆動用整流回路と、単相ブリッジ接続された４個のオンオフ制御が可能なスイッチ素子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴ）Ｆui，Ｆvi及びＦxi，Ｆyiからなるスイッチ回路（インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路）とを備えている。
【００５９】
なお図示の例では、コンデンサ充電コイル用ドライバ回路と同様に、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路を構成する４個のスイッチ素子Ｆui，Ｆvi，Ｆxi及びＦyiがそれぞれインジェクタ駆動用整流回路を構成する４個のダイオードＤui，Ｄvi及びＤxi，Ｄyiに逆並列接続されているが、インジェクタ駆動用整流回路とインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路とをそれぞれ独立に設けるようにしてもよい。
【００６０】
図示のインジェクタ駆動コイル用ドライバ回路２０１においては、スイッチ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子Ｆui，Ｆviを構成するＭＯＳＦＥＴのドレインの共通接続点（整流回路のブリッジの上辺を構成するダイオードＤui，Ｄviのカソードの共通接続点）から引き出された端子ｔai及びスイッチ回路のブリッジの下辺のスイッチ素子Ｆxi，Ｆyiを構成するＭＯＳＦＥＴのソースの共通接続点（整流回路のブリッジの下辺を構成するダイオードＤxi，Ｄyiのアノードの共通接続点）から導出された端子ｔbiがスイッチ回路の直流入力端子及び整流回路の直流出力端子となっている。
【００６１】
端子ｔaiは、ＮＰＮトランジスタＴＲ1 のエミッタに接続され、該トランジスタＴＲ1 のコレクタが、機関のシリンダ内に燃料を噴射するように設けられたインジェクタの励磁コイルＩＮＪの一端に接続されている。インジェクタの励磁コイルＩＮＪの他端はＮＰＮトランジスタＴＲ2 のコレクタに接続され、トランジスタＴＲ2 のエミッタは、ドライバ回路の端子ｔbiとともに接地されている。
【００６２】
インジェクタの励磁コイルＩＮＪの一端には、バッテリＢ1 の正極端子にアノードが接続されたダイオードＤ2 のカソードが接続され、ドライバ回路の端子ｔbiにバッテリＢ1 の負極端子が接続されている。
【００６３】
またスイッチ素子Ｆui及びＦviをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのソースとスイッチ素子Ｆxi及びＦyiをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレインとの接続点から引き出された端子ｔui及びｔviがインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路の交流出力端子及びインジェクタ駆動用整流回路の交流入力端子となっていて、これらの端子ｔui及びｔyiがそれぞれインジェクタ駆動コイルＷi の一端及び他端に接続されている。
【００６４】
磁石発電機が機関により駆動されていて、インジェクタ駆動コイルＷi が交流電圧を誘起しているときには、該交流電圧がインジェクタ駆動コイル用ドライバ回路２０１内のダイオードＤui，Ｄvi，Ｄxi及びＤyiにより構成された全波整流回路とダイオードＤ1 とトランジスタＴＲ2 とを通してインジェクタの励磁コイルＩＮＪに印加される。
【００６５】
ここでトランジスタＴＲ1 は、バッテリＢ1 の電圧でインジェクタを駆動しているときに、ドライバ回路２０１をインジェクタから切り離すために設けられている。トランジスタＴＲ1 のベースにはコントローラ４００から駆動信号が与えられるようになっていて、機関の回転数が始動完了回転数未満のときにトランジスタＴＲ1 がオン状態になってバッテリＢ1 からドライバ回路２０１を通してインジェクタ駆動コイルＷi に駆動電流が流れるのを許容する。また機関の回転数が始動完了回転数以上になったときには、トランジスタＴＲ1 がオフ状態になって、バッテリＢ1 からドライバ回路２０１を通してインジェクタ駆動コイルＷi 側に駆動電流が流れるのを禁止する。
【００６６】
トランジスタＴＲ2 のベースにはコントローラ４００から噴射指令信号Ｖｊが与えられ、該駆動信号が与えられている間だけトランジスタＴＲ2 が導通してインジェクタの励磁コイルＩＮＪに励磁電流が与えられる。励磁コイルＩＮＪに励磁電流が与えられると、インジェクタのバルブが開くため、該インジェクタから機関のシリンダ内に燃料が噴射する。
【００６７】
コントローラ４００は、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより、内燃機関の始動時にバッテリ充電コイルとともに上記インジェクタ駆動コイルをも電動機用コイルとして機能させるべく、スイッチ素子Ｆui，Ｆvi，Ｆxi及びＦyiにより構成されたインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路を制御するインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路制御手段を実現する。
【００６８】
コントローラ４００が実現するインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路制御手段は、機関の回転数を検出する回転速度検出手段４０１の出力信号と、位置検出器ｈｕ〜ｈｗ（図４には図示せず。）の出力信号Ｈｕ〜Ｈｗとを入力として、機関の回転数が始動完了回転数よりも低いときに、対角位置にあるスイッチ素子Ｆui，Ｆyiを導通させる状態と、スイッチ素子Ｆvi，Ｆxiを導通させる状態とを所定のタイミングで交互に生じさせて、インジェクタ駆動コイルＷi に駆動電流Ｉi が流れる状態と、駆動電流Ｉi と逆極性の駆動電流Ｉi ´が流れる状態とを所定のタイミングで生じさせることにより、磁石回転子１０２に生じるトルクを増大させる。
【００６９】
即ち、コントローラ４００が実現するインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路制御手段は、インジェクタ駆動コイルＷi が巻回された電機子鉄心の歯部Ｐi に磁石回転子のＮ極が近付いてくるときに歯部Ｐi の先端の磁極部をＳ極とするようにインジェクタ駆動コイルＷi に駆動電流Ｉi （またはＩi ´）を流し、歯部Ｐi に磁石回転子のＳ極が近付いてくるときに歯部Ｐi の先端の磁極部をＮ極とするようにインジェクタ駆動コイルＷi に駆動電流Ｉi ´（またはＩi ）を流すように、回転子の回転角度位置に応じて、スイッチ素子Ｆui，Ｆvi，Ｆxi及びＦyiを制御する。インジェクタ駆動コイルＷi に流す駆動電流の極性を切換えるタイミングは、位置検出器ｈｕ〜ｈｗの出力信号Ｈｕ〜Ｈｗにより与えられる回転子の回転角度位置情報から演算により求めることができる。
【００７０】
２０２はポンプ駆動コイルＷp に対して設けられたポンプ駆動コイル用ドライバ回路で、このドライバ回路は、単相ブリッジ接続された４個のダイオードＤup，Ｄvp及びＤxp，Ｄypからなるポンプ駆動用整流回路と、単相ブリッジ接続された４個のオンオフ制御が可能なスイッチ素子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴ）Ｆup，Ｆvp及びＦxp，Ｆypからなるポンプ駆動コイル用スイッチ回路とからなっている。
【００７１】
このドライバ回路においても、ポンプ駆動コイル用スイッチ回路を構成する４個のスイッチ素子Ｆup，Ｆvp，Ｆxp及びＦypがそれぞれポンプ駆動用整流回路を構成する４個のダイオードＤup，Ｄvp及びＤxp，Ｄypに逆並列接続されているが、ポンプ駆動用整流回路とポンプ駆動コイル用スイッチ回路とをそれぞれ独立に設けるようにしてもよい。
【００７２】
図示のポンプ駆動コイル用ドライバ回路２０２においては、スイッチ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子Ｆup，Ｆvpを構成するＭＯＳＦＥＴのドレインの共通接続点（整流回路のブリッジの上辺を構成するダイオードＤup，Ｄvpのカソードの共通接続点）から引き出された端子ｔap及びスイッチ回路のブリッジの下辺のスイッチ素子Ｆxp，Ｆypを構成するＭＯＳＦＥＴのソースの共通接続点（整流回路のブリッジの下辺を構成するダイオードＤxp，Ｄypのアノードの共通接続点）からそれぞれ導出された端子ｔbpがスイッチ回路の直流入力端子及び整流回路の直流出力端子となっていて、これらの端子間に燃料ポンプＰを駆動するポンプ駆動回路２０３が接続されている。また端子ｔap，ｔbp間には、バッテリＢ1 の電圧がダイオードＤ3 を通して印加されている。
【００７３】
またスイッチ素子Ｆup，Ｆvpをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのソースとスイッチ素子Ｆxp，Ｆypをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレインとの接続点から引き出された端子ｔup，ｔvpがポンプ駆動コイル用スイッチ回路の交流出力端子及びポンプ駆動用整流回路の交流入力端子となっていて、これらの端子ｔup及びｔvpがそれぞれポンプ駆動コイルＷp の一端及び他端に接続されている。
【００７４】
上記のようにポンプ駆動コイルＷp が設けられている場合、コントローラ４００は、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより、機関の始動時にこのポンプ駆動コイルＷp をも電動機用コイルとして機能させるように、スイッチ素子Ｆup，Ｆvp，Ｆxp及びＦypを制御するポンプ駆動コイル用スイッチ回路制御手段を実現する。
【００７５】
このスイッチ制御手段は、機関の回転数が始動完了回転数よりも低く設定された設定回転数以下の時に、対角位置にあるスイッチ素子Ｆup，Ｆypを導通させる状態と、スイッチ素子Ｆvp，Ｆxpを導通させる状態とを所定のタイミングで交互に生じさせて、ポンプ駆動コイルＷp に駆動電流Ｉp が流れる状態と、駆動電流Ｉp と逆極性の駆動電流Ｉp ´が流れる状態とを所定のタイミングで生じさせることにより、磁石回転子１０２に生じるトルクを、バッテリ充電コイルに流れる電流のみにより生じるトルクよりも増大させる。
【００７６】
即ち、コントローラ４００が実現するポンプ駆動コイル用スイッチ回路制御手段は、ポンプ駆動コイルＷp が巻回された電機子鉄心の歯部Ｐp に磁石回転子のＮ極が近付いてくるときに歯部Ｐp の先端の磁極部をＳ極とするようにポンプ駆動コイルＷp に駆動電流Ｉp （またはＩp ´）を流し、歯部Ｐp に磁石回転子のＳ極が近付いてくるときに歯部Ｐp の先端の磁極部をＮ極とするようにポンプ駆動コイルＷp に駆動電流Ｉp ´（またはＩp ）を流すように、回転子の回転角度位置に応じてスイッチ素子Ｆup，Ｆvp，Ｆxp及びＦypをオンオフ制御する。
【００７７】
この実施形態では、上記バッテリ充電コイル用スイッチ回路制御手段と、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路制御手段と、ポンプ駆動コイル用スイッチ回路制御手段とにより、バッテリ充電コイルとインジェクタ駆動コイルとポンプ駆動コイルとを電動機用コイルとして機能させて磁石回転子を内燃機関の回転方向に回転させるためのトルクを発生させるべく、バッテリからバッテリ充電コイル用スイッチ回路を通してｎ相（上記の例では３相）のバッテリ充電コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すとともに、バッテリからインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路及びポンプ駆動コイル用スイッチ回路を通してインジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルにそれぞれ所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、内燃機関の回転数が始動完了回転数に達した時にバッテリ充電コイル、インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルへの駆動電流の供給を停止するようにバッテリ充電コイル用スイッチ回路、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路及びポンプ駆動コイル用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段が構成されている。
【００７８】
なおポンプ駆動コイルが省略される場合（ポンプをバッテリにより駆動する場合）には、バッテリ充電コイル用スイッチ回路制御手段と、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路制御手段とにより、内燃機関の始動時にバッテリ充電コイルと負荷駆動コイル（この場合はインジェクタ駆動コイル）との双方を電動機用コイルとして機能させて、磁石回転子を内燃機関の回転方向に回転させるためのトルクを発生させるべく、バッテリからバッテリ充電コイル用スイッチ回路を通してｎ相のバッテリ充電コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すとともに、バッテリから負荷駆動コイル用スイッチ回路を通して負荷駆動コイルに所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、内燃機関の回転数が始動完了回転数に達した時にバッテリ充電コイル及び負荷駆動コイルへの駆動電流の供給を停止するようにバッテリ充電コイル用スイッチ回路及び負荷駆動コイル用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段が構成される。
【００７９】
エキサイタコイルＷｅにより駆動されるコンデンサ放電式の点火装置は、一般に、点火コイルと、該点火コイルの一次側に設けられてエキサイタコイルの一方の半サイクルの電圧により一方の極性に充電される点火用コンデンサと、内燃機関の点火時期に点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチとを備えている。
【００８０】
図４に示された例では、一次コイル及び二次コイルの一端が接地された点火コイルＩＧと、点火コイルＩＧの一次コイルの非接地側端子に一端が接続された点火用コンデンサＣａと、コンデンサＣａの他端と接地間にカソードを接地側に向けて接続された放電用スイッチとしてのサイリスタＴh と、点火用コンデンサＣａの他端にカソードが接続されたダイオードＤａと、点火コイルＩＧの一次コイルの両端にカソードを接地側に向けて接続されたダイオードＤｂと、図示しない内燃機関の気筒に取り付けられて非接地側の端子が点火コイルの二次コイルの非接地側端子に接続された点火プラグＰＬとによりコンデンサ放電式の点火装置５００が構成されている。
【００８１】
エキサイタコイルＷｅを構成する低速用コイルＷe1及び高速用コイルＷe2はそれぞれに誘起する電圧の極性を合わせた状態で直列に接続され、高速用コイルＷe2の低速用コイルと反対側の端子がダイオードＤａのアノードに接続されている。また低速用コイルＷe1の高速用コイルＷe2と反対側の端子と接地間にアノードを接地側に向けたダイオードＤ4 が接続され、低速用コイルＷe1と高速用コイルＷe2との接続点と接地間にアノードを接地側に向けたダイオードＤ5 が接続されている。
【００８２】
図２に示した点火装置５００において、エキサイタコイルＷｅに正の半サイクルの電圧が誘起すると、該エキサイタコイルの誘起電圧によりダイオードＤａとダイオードＤｂ及び点火コイルＩＧの一次コイルとを通して点火用コンデンサＣａが図示の極性に充電される。内燃機関の点火時期にサイリスタＴh のゲートに点火信号Ｖt が与えられると、該サイリスタＴh が導通するため点火用コンデンサＣａの電荷がサイリスタＴh と点火コイルＩＧの一次コイルとを通して放電する。この放電により点火コイルの一次コイルに誘起する高い電圧が更に昇圧されて点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧が誘起させられる。点火コイルＩＧの二次コイルに誘起した高電圧は点火プラグＰＬに印加されるため、該点火プラグに火花放電が生じて機関が点火される。
【００８３】
機関の低速時には、低速用コイルＷe1の出力電圧と高速用コイルＷe2の出力電圧との和の電圧により、ダイオードＤａとダイオードＤｂ及び点火コイルＩＧの一次コイルとダイオードＤ4 とを通して点火用コンデンサＣａが充電される。また機関の高速時には、低速用コイルＷe1の出力電圧が低下するため、ダイオードＤａとダイオードＤｂ及び点火コイルＩＧの一次コイルとダイオードＤ5 とを通して、主として高速用コイルＷe2の出力により点火用コンデンサＣａが充電される。機関の高速時には、低速用コイルＷe1のインピーダンスが高くなるが、図４に示した回路では、ダイオードＤ5 が設けられることにより高速時に高インピーダンスの低速用コイルＷe1が高速用コイルＷe2の負荷にならないようになっている。
【００８４】
図５は、図１に示した始動用電動機兼用発電機において、固定子に設けられた各コイルを電動機用コイルとして用いた場合の出力トルクτ対回転数Ｎ［rpm ］特性の一例を示したものである。図５において直線ａはバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗのみを電動機用コイルとした場合のτ−Ｎ特性を示し、直線ｂ及びｃはそれぞれインジェクタ駆動コイルＷi のみを電動機用コイルとして用いた場合、及びポンプ駆動コイルＷp のみを電動機用コイルとして用いた場合のτ−Ｎ特性を示している。また折れ線ｄはバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗとインジェクタ駆動コイルＷi とポンプ駆動コイルＷp とのすべてのコイルを電動機コイルとして用いた場合のτ−Ｎ特性を示し、直線ｅは従来の始動専用の電動機を用いた場合に得られるτ−Ｎ特性を示している。
【００８５】
図５においてＮ1 は、機関を始動した後その回転を維持するために必要な最低回転数（始動完了回転数）で、機関の始動時にこの始動完了回転数Ｎ1 までクランク軸の回転数を上昇させることができれば、機関の始動に成功する。そのためには、機関の始動時に始動用電動機からトルクτ1 以上のトルクを発生させる必要があるが、上記のように、バッテリ充電コイルＷ1 〜Ｗ18とインジェクタ駆動コイルＷi とポンプ駆動コイルＷp とのすべてのコイルを電動機コイルとして用いることにより、この条件を満足させることができることが分かる。また機関の始動が完了した後は、始動用電動機としての動作を停止させる必要があるので、回転数が始動完了回転数Ｎ1 に達したことが検出されたときに、バッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗ、インジェクタ駆動コイルＷi 及びポンプ駆動コイルＷp への駆動電流の供給を停止するように、コントローラ４００に設けるバッテリ充電コイル用スイッチ回路制御手段と、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路制御手段と、ポンプ駆動コイル用スイッチ回路制御手段とを構成しておく。
【００８６】
したがって、機関の回転数が始動完了回転数に達した後は、バッテリ充電コイル、インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルが発電コイルとして機能し、バッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗの出力でバッテリＢ1 が充電される。またインジェクタ駆動コイルＷi の出力電圧がバッテリＢ1 の出力電圧よりも高いときに、該駆動コイルＷi の出力でインジェクタが駆動され、ポンプ駆動コイルＷp の出力電圧がバッテリＢ1 の出力電圧よりも高いときに該ポンプ駆動コイルの出力で燃料ポンプが駆動される。
【００８７】
上記の例では、機関の始動時にエキサイタコイルＷｅを電動機用コイルとして用いないようにしたが、機関の始動時の最初の点火動作は、機関のクランク軸の回転数が所定の値に達したときに行えばよいので、機関の始動操作を開始した後機関の回転数が始動完了回転数よりも充分に低く設定された設定回転数に達するまでの間、バッテリからエキサイタコイルＷｅに駆動電流を流して、該エキサイタコイルをも電動機コイルとして用いることができる。
【００８８】
この場合には、前記のドライバ回路２００〜２０２に加えて更に、エキサイタコイルの誘起電圧を整流して内燃機関用点火装置に与える点火装置駆動用整流回路と、バッテリＢ1 とエキサイタコイルＷｅとの間に設けられてバッテリからエキサイタコイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するエキサイタコイル用スイッチ回路とを備えたエキサイタコイル用ドライバ回路を設ける。
【００８９】
またコントローラ４００は、内燃機関の始動時にバッテリＢ1 からバッテリ充電コイルＬｕ〜Ｌｗに流れる駆動電流により磁石回転子に生じるトルクを増加させるべく、バッテリＢ1 からエキサイタコイル用スイッチ回路を通してエキサイタコイルに所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、内燃機関の回転数が始動完了回転数よりも充分に低く設定された設定回転数に達した時にエキサイタコイルへの駆動電流の供給を停止するようにエキサイタコイル用スイッチ回路を制御するエキサイタコイル用スイッチ回路制御手段を更に備えた構成とする。このように機関の始動開始時にエキサイタコイルをも電動機用コイルとして用いるようにすると、機関の始動性を更に向上させることができる。
【００９０】
上記の例では、バッテリ充電コイルＷ1 〜Ｗ18が３相のコイルＬｕ〜Ｌｗを構成するように結線されているが、本発明は、一般にバッテリ充電コイルをｎ相（ｎは２以上の整数）の回路を構成するように結線する場合に適用することができる。バッテリ充電コイルをｎ相に結線する場合には、電機子鉄心の歯部の数をｎ×ｍとし、磁石回転子の磁石界磁の極数は２×ｍとする。
【００９１】
上記の例では、各ドライバ回路の整流回路部分を構成するためにダイオードを設けているが、これらのダイオードとしては、ＭＯＳＦＥＴの構造上そのドレインソース間に形成される寄生ダイオードを用いることもできる。
【００９２】
また各ドライバ回路のスイッチ回路を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴに限られるものではなく、トランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのオンオフ制御が可能な他のスイッチ素子を用いることもできる。
【００９３】
上記の例では、コントローラ４００をマイクロコンピュータを用いて構成するとしたが、アナログ回路または論理回路を用いてコントローラ４００を構成することもできる。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内燃機関を始動する際に、バッテリー充電コイルと負荷駆動コイルとの双方を電動機用コイルとして機能させるようにしたため、発電機を大形にすることなく、機関の始動時に大きな始動トルクを得ることができる。
【００９５】
また、本発明によれば、バッテリ充電コイルと負荷駆動コイルとの双方に駆動電流を流した状態で機関の始動に必要なトルクを発生させるように、各コイルを設計すればよいので、バッテリ充電コイルのみを電動機用のコイルとして用いて機関を始動させる場合に比べて、バッテリ充電コイルの短絡電流を小さくすることができる。したがって、本発明によれば、バッテリー充電時にバッテリー充電コイルを短絡する制御を行った場合に、バッテリー充電コイルから生じる発熱が多くなってコイルが過熱したり、大きな短絡電流により磁石発電機が機関にとって大きな負荷となったりするのを防ぐことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる始動用電動機兼用発電機の構成例を示したもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図２】図１の発電機のバッテリ充電コイルに接続される回路の構成例を示した回路図である。
【図３】図１の発電機の各部の信号波形を示した波形図である。
【図４】図１の発電機の各コイルに接続される電気回路の構成例を示した回路図である。
【図５】図１の発電機の各コイルを電動機用のコイルとして用いて電動機として動作させた場合の出力トルク対回転数特性の一例を示した線図である。
【符号の説明】
１０１…フライホイール、１０２…磁石回転子、１０３…固定子、１０４…電機子鉄心、Ｐ1 〜Ｐ18…電機子鉄心のバッテリ充電コイル巻回用歯部、Ｐi …インジェクタ駆動コイル巻回用歯部、Ｐp …ポンプ駆動コイル巻回用歯部、Ｐe1，Ｐe2…エキサイタコイル巻回用歯部、Ｍ1 〜Ｍ16…永久磁石、Ｗ1 〜Ｗ18…バッテリ充電コイル、Ｗe1及びＷe2 …点火装置駆動コイルを構成する低速コイル及び高速コイル、Ｗi …インジェクタ駆動コイル、Ｗp …ポンプ駆動コイル、ｈｕ〜ｈｗ…位置検出器。

Claims (3)

1. 多極の磁石界磁を有して内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、
   周方向に並ぶ多数の歯部を有する電機子鉄心を備えて該電機子鉄心の一部の歯部群にｎ相（ｎは２以上の整数）のバッテリ充電コイルが巻回されるとともに、該電機子鉄心の他の一部の歯部または歯部群に、少なくとも１つの単相または多相の負荷駆動コイルが巻回された固定子と、
   ダイオードブリッジ全波整流回路からなっていて前記バッテリ充電コイルの誘起電圧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、前記バッテリとバッテリ充電コイルとの間に設けられて前記バッテリから前記バッテリ充電コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するバッテリ充電コイル用スイッチ回路とを備えたバッテリ充電コイル用ドライバ回路と、
   前記負荷駆動コイルの誘起電圧を整流して負荷に与える負荷駆動用整流回路と、前記バッテリと前記負荷駆動コイルとの間に設けられて前記バッテリから前記負荷駆動コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有する負荷駆動コイル用スイッチ回路とを有する負荷駆動コイル用ドライバ回路と、
   前記内燃機関の始動時に前記バッテリ充電コイルと負荷駆動コイルとの双方を電動機用コイルとして機能させて、前記磁石回転子を内燃機関の回転方向に回転させるためのトルクを発生させるべく、前記バッテリから前記バッテリ充電コイル用スイッチ回路を通して前記ｎ相のバッテリ充電コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すとともに、前記バッテリから前記負荷駆動コイル用スイッチ回路を通して前記負荷駆動コイルに所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、前記内燃機関の回転数が前記始動完了回転数に達した時に前記バッテリ充電コイル及び負荷駆動コイルへの駆動電流の供給を停止するように前記バッテリ充電コイル用スイッチ回路及び負荷駆動コイル用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段を備えたコントローラと、
   を具備してなる内燃機関始動用電動機兼用発電機。
2. 多極の磁石界磁を有して内燃機関のクランク軸に取り付けられる磁石回転子と、
   周方向に並ぶ多数の歯部を有する電機子鉄心と、該電機子鉄心の一部の歯部群に巻回されたｎ相（ｎは２以上の整数）のバッテリ充電コイルと、前記電機子鉄心の他の一部の歯部または歯部群に巻回されたインジェクタ駆動コイルと、前記電機子鉄心の更に他の一部の歯部または歯部群に巻回されたポンプ駆動コイルとを有する固定子と、
   ダイオードブリッジ全波整流回路からなっていて前記バッテリ充電コイルの誘起電圧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、前記バッテリとバッテリ充電コイルとの間に設けられて前記バッテリから前記バッテリ充電コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するバッテリ充電コイル用スイッチ回路とを備えたバッテリ充電コイル用ドライバ回路と、
   前記インジェクタ駆動コイルの誘起電圧を整流してインジェクタ駆動回路に与えるインジェクタ駆動用整流回路と、前記バッテリと前記インジェクタ駆動コイルとの間に設けられて前記バッテリから前記インジェクタ駆動コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するインジェクタ駆動コイル用スイッチ回路とを有するインジェクタ駆動コイル用ドライバ回路と、
   前記ポンプ駆動コイルの誘起電圧を整流して燃料ポンプに与えるポンプ駆動用整流回路と、前記バッテリと前記ポンプ駆動コイルとの間に設けられて前記バッテリから前記ポンプ駆動コイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するポンプ駆動コイル用スイッチ回路とを有するポンプ駆動コイル用ドライバ回路と、
   前記内燃機関の始動時には、前記バッテリ充電コイルとインジェクタ駆動コイルとポンプ駆動コイルとを電動機用コイルとして機能させて前記磁石回転子を内燃機関の回転方向に回転させるためのトルクを発生させるべく、前記バッテリから前記バッテリ充電コイル用スイッチ回路を通して前記ｎ相のバッテリ充電コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流すとともに、前記バッテリから前記インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路及び前記ポンプ駆動コイル用スイッチ回路を通して前記インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルにそれぞれ所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、前記内燃機関の回転数が始動完了回転数に達した時に前記バッテリ充電コイル、インジェクタ駆動コイル及びポンプ駆動コイルへの駆動電流の供給を停止するように前記バッテリ充電コイル用スイッチ回路、インジェクタ駆動コイル用スイッチ回路及びポンプ駆動コイル用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段を備えたコントローラと、
   を具備してなる内燃機関始動用電動機兼用発電機。
3. 前記固定子の電機子鉄心の更に他の一部の歯部または歯部群に内燃機関用点火装置を駆動するエキサイタコイルが巻回され、
   前記エキサイタコイルの誘起電圧を整流して内燃機関用点火装置に与える点火装置駆動用整流回路と、前記バッテリと前記エキサイタコイルとの間に設けられて前記バッテリから前記エキサイタコイルに駆動電流を流す際に該駆動電流を流す相と該駆動電流の極性とを切り換える機能を有するエキサイタコイル用スイッチ回路とを有するエキサイタコイル用ドライバ回路が更に設けられ、
   前記コントローラは、内燃機関の始動時に前記エキサイタコイルをも電動機用コイルとして機能させるべく、前記バッテリから前記エキサイタコイル用スイッチ回路を通して前記エキサイタコイルに所定の極性の駆動電流を所定のタイミングで流し、前記内燃機関の回転数が前記始動完了回転数よりも充分に低く設定された設定回転数に達した時に前記エキサイタコイルへの駆動電流の供給を停止するように前記エキサイタコイル用スイッチ回路を制御するエキサイタコイル用スイッチ回路制御手段を更に備えている請求項２に記載の内燃機関始動用電動機兼用発電機。

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