JP4196637B2 - 内燃機関駆動発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関により磁石発電機を駆動して負荷を駆動するための電力を得る発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、磁石発電機は、回転子ヨークに永久磁石を取り付けることにより磁石界磁を構成した回転子と、回転子の磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に電機子コイルを巻装してなる固定子とにより構成される。
【０００３】
回転子は原動機の回転軸に取り付けられ、固定子は、原動機のケースやカバーなどに設けられた所定の取り付け部に固定されて、電機子鉄心に設けられた磁極部が回転子の磁極部に所定のギャップを介して対向させられる。
【０００４】
磁石発電機においては、回転子の界磁が永久磁石により構成されているため、界磁巻線を有する発電機と同じような方法で界磁を制御して、発電機の出力を制御することはできない。
【０００５】
そこで、本出願人は、特許文献１に示されているように、バッテリやコンデンサなどの電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに制御電圧を印加することにより、電機子コイルと鎖交する磁束を変化させて、発電機の出力特性を変化させるようにした発電装置を提案した。
【０００６】
特許文献１において提案された発電装置は、磁石界磁を有する回転子と磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、この磁石発電機の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換してバッテリやコンデンサなどの電圧蓄積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータとバッテリの電圧を交流制御電圧に変換して電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに交流制御電圧を印加するべくインバータを制御するコントローラとを備えていて、バッテリからインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相角を変化させることにより磁石発電機の特性を変化させるようにしている。
【０００７】
この発電装置においては、現在の電機子コイルの誘起電圧の位相に対して進角した位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加することにより発電機の出力を低下させることができ、現在の電機子コイルの誘起電圧の位相に対して遅角した位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加することにより発電機の出力を増加させることができる。
【０００８】
即ち、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進角させるようにインバータを制御すると発電機の出力を低下させることができ、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅角させるようにインバータを制御すると発電機の出力を増大させることができる。
【０００９】
従来、磁石発電機の出力電圧を制御する電圧調整器としては、出力電圧が目標値を超えたときに発電機の出力を短絡するようにした短絡式のものが用いられていたが、短絡式の電圧調整器を用いた場合には、電圧調整時に電機子コイルに大きな短絡電流が流れるため、電機子コイルからの発熱が多くなるという問題があった。
【００１０】
これに対し、上記のように、電機子コイルに交流制御電圧を印加することができるように構成して、該交流制御電圧の位相を変化させることにより、発電機の出力を調整するようにすれば、短絡電流を流すことなく出力を調整することができるため、電機子コイルの温度が上昇するのを防ぐことができる。
【００１１】
特許文献１に示された既提案の発電装置を動作させるためには、インバータから交流制御電圧を出力させるタイミングを定めるために、回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置センサを設ける必要がある。特許文献１には、同じように磁石界磁の回転角度位置を検出してインバータを制御するタイミングを制御する必要があるブラシレス直流電動機の例にならって、上記位置センサとしてホール素子を用いることが開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−４６４５６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
磁石発電機を内燃機関により駆動する場合に上記既提案の発明を適用しようとすると下記のような問題が生じることが明らかになった。
【００１４】
即ち、内燃機関に磁石発電機を取り付ける場合には、通常発電機が機関のカバー内に配置されるため、該発電機の温度は１５０℃を超えることがある。この場合、磁石界磁の回転角度位置を検出するセンサも同じ温度に曝されることになるが、ホール素子は半導体素子であるため、１５０℃もの高温下では使用することはできない。
【００１５】
従って、磁石発電機を駆動する原動機として内燃機関を用いる発電装置に特許文献１に記載された発明を適用するためには、ホール素子を用いずに交流制御電圧を発生させるタイミングを定めることができるようにするか、または発電機を機関のカバーの外に配置してその冷却を良好にするように機関を設計し直す必要がある。
【００１６】
本発明の目的は、内燃機関により駆動される磁石発電機の電機子コイルにバッテリからインバータを通して所定の位相角を有する交流制御電圧を印加することにより発電機の出力調整を行うようにした発電装置において、半導体素子からなるセンサを用いることなく、交流制御電圧を発生させるタイミングを定めることができるようにすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁を有する回転子と磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にｍ相（ｍは１以上の整数）の電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、磁石発電機のｍ相の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換して電圧蓄積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータと電圧蓄積手段の両端の電圧をｍ相の交流電圧に変換して電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、発電機の特性を調整するために電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに交流制御電圧を印加するべくインバータを制御するコントローラとを備えた内燃機関駆動発電装置を対象とする。
【００１８】
本発明においては、回転子の回転角度位置が予め定められた特定の回転角度位置に一致する毎に磁束の変化をコイルにより検出してパルスを発生する磁束変化検出形の信号発生装置を設ける。
【００１９】
またコントローラは、信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように前記交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには前記交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記信号発生装置が特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて特定のパルスが発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、信号発生装置が特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、この制御電圧零点推測手段により推測された各零点に各零点が一致する交流電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルに印加するようにインバータを制御するインバータ制御手段とを備えた構成とする。
【００２０】
磁束変化検出形の信号発生装置としては、例えば、リラクタを有するロータと、該ロータのリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときにパルスを発生するパルサとにより構成される誘導子形の信号発生装置を用いることができる。
【００２１】
パルサは、リラクタに対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えていて、リラクタの回転方向の前端側エッジがパルサの鉄心の磁極部の位置を通過する際、及びリラクタの回転方向の後端側エッジがパルサの鉄心の磁極部の位置を通過する際にそれぞれ鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルにパルス信号を誘起させる。
【００２２】
このように、磁束変化をコイルにより検出してパルスを発生する磁束変化検出形の信号発生装置は、半導体素子を用いずにパルス信号を発生するように構成されるため、該信号発生装置を発電機とともに機関のカバー内に配置しても何ら支障を来さない。
【００２３】
上記信号発生装置は、磁石界磁の磁極構成に対して一定の関係を有する位置で生じさせられる磁束の変化を検出してパルスを出力するため、このパルスの発生位置は、発電機の電機子コイルに誘起する交流電圧の位相と一定の関係を有しており、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の各零点も、信号発生装置の出力パルスに対して一定の関係を有している。
【００２４】
従って、上記のような信号発生装置を設けておくと、交流制御電圧の各零点のタイミングを目標零点として、信号発生装置がパルスを出力するタイミングと発電機の回転速度の情報を含む変量の計測値とから各目標零点を推測することができ、推測した各目標零点に各零点が一致した交流電圧を発生させるようにインバータを制御することにより、所望の位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加することができる。
【００２５】
例えば、発電機の特性を所望の特性とするために必要な交流制御電圧の位相を、信号発生装置がパルスを発生する位置から該交流制御電圧の発生位置（最初の零点）までの角度として求めて、この角度を現在の発電機の回転速度を用いて時間データに変換すると、信号発生装置がパルスを発生するタイミングから交流制御電圧を発生させるタイミングまでの時間を求めることができるので、この時間を第１の予測経過時間として、信号発生装置がパルスを発生したときにこの予測経過時間をタイマにより計測することにより、交流制御電圧を発生させるタイミング（最初の零点）を推測することができる。
【００２６】
発電機の回転速度は、例えば、信号発生装置が特定の信号を発生する周期（例えば発電機が１回転するのに要する時間）から求めることができる。
【００２７】
また交流制御電圧の２番目以降の各零点は、１つ前の零点でタイマをスタートさせて、該タイマに電気角で１８０°／ｍ（３相発電機の場合には６０°）に相当する時間を計測させることにより推測することができる。
【００２８】
インバータとしては、ブリッジの各辺にスイッチ素子を有してオン状態にするスイッチ素子の組み合わせを切り換えることによりバッテリの電圧をｍ相の交流電圧に変換するブリッジ形インバータを用いることができる。
【００２９】
この場合も、コントローラには、信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように前記交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには前記交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記信号発生装置が特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて特定のパルスが発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、信号発生装置が特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、この制御電圧零点推測手段により推測された各零点に各零点が一致する交流電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルに印加するようにインバータを制御するインバータ制御手段とを備えた構成とする。
【００３０】
またインバータ制御手段は、制御電圧零点推測手段により推測された各目標零点で交流制御電圧をインバータから出力させるためにインバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従ってインバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えた構成とするのが好ましい。
【００３１】
本発明の好ましい態様では、上記信号発生装置が、３６０°／２ｎの極弧角を有するリラクタを等角度間隔でｎ個有して前記回転子と共に回転させられる信号発生用ロータと、前記信号発生用ロータの各リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出してパルスを発生する１つのパルサとにより構成される。この場合、コントローラは、信号発生装置のパルサが発生するパルスの発生間隔に基づいて前記磁石発電機の回転 速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように各相の交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように各相の交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する各相の交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、前記回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて特定のパルスが発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、パルサが特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき各相の交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、制御電圧位相角決定手段により位相角が決定された各相の交流制御電圧をインバータから出力させるために、制御電圧零点推測手段により推測された各相の交流制御電圧の各零点でインバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従ってインバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えた構成とする。
【００３２】
また本発明の他の好ましい態様では、磁石発電機にｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルが設けられる場合に、信号発生装置が、３６０°／２ｎの極弧角を有するリラクタを等角度間隔でｎ個有して前記回転子と共に回転させられる信号発生用ロータと、前記ｍ相の電機子コイルに対してそれぞれ設けられて前記信号発生用ロータの周方向に等間隔で配置されたｍ個のパルサとを備えて、各相のパルサがロータの一連のリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出してパルスを発生するように構成される。
【００３３】
この場合、コントローラは、信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように各相の交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する各相の交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いてパルサが特定のパルスを発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、各相のパルサが特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき各相の交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、制御電圧位相角決定手段により位相角が決定された各相の交流制御電圧を前記インバータから出力させるために、制御電圧零点推測手段により推測された各相の交流制御電圧の各零点で前記インバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従ってインバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えた構成とする。
【００３４】
上記磁石発電機の回転子としては、強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように形成された回転子ヨークの周壁部の内周に永久磁石を取り付けて前記磁石界磁を構成したものを用いることができる。この場合、回転子ヨークの周壁部の外周にリラクタが設けられて、該リラクタと回転子ヨークとにより信号発生用ロータが構成される。
【００３５】
また上記磁石発電機の回転子として、固定子の内側で回転する内転形のものを用いることができる。この場合、回転子とは別個に設けられた回転体を発電機の回転軸に取り付けて、該回転体に前記リラクタを設けることにより、信号発生用ロータを構成することができる。
【００３６】
本発明の好ましい態様では、上記リラクタの少なくとも一部が、内燃機関の点火時期を検出する際の基準となる信号を発生させるために用いられる点火用のリラクタを兼ねるように設けられる。そのためには、例えば、ｎ個のリラクタの内の１つのリラクタを、回転子ヨーク（または回転体）の外周面からの高さが高い第１の部分と該第１の部分よりも回転子ヨーク（または回転体）の外周面からの高さが低い第２の部分とを有する２段リラクタとして、該１つのリラクタの全体の極弧角と他のリラクタのそれぞれの極弧角とを等しく設定し、パルサが１つのリラクタの回転方向の前端側エッジを検出したときに発生するパルスを、パルサが他のリラクタの回転方向の前端側のエッジを検出したときに発生するパルスとともに、交流制御電圧の零点を求めるために用いる。またパルサが１つのリラクタの第１の部分と第２の部分との境界部分に形成されたエッジを検出したときに発生するパルスを、内燃機関の点火時期を求める際の基準位置を検出するためのパルスとして用いる。
【００３７】
本発明の好ましい態様では、磁石発電機の特性を調整するためにインバータから出力される電流を所定のデューティ比で断続させるようにインバータを制御するＰＷＭ制御手段が更に設けられる。
【００３８】
このようにＰＷＭ制御手段を設けると、交流制御電圧の位相を適当な位相に固定しておいて、インバータの出力をＰＷＭ制御することにより、発電機の特性をきめ細かく制御することができる。
【００３９】
制御電圧零点推測手段は、回転子の回転速度が反映された時間の計測値を用いて各目標零点を特定する角度データを時間データに変換する時間データ変換手段手段と、時間データを計測して該時間データの計測を完了したときのタイミングを各目標零点として推測する計時手段とを備えた構成とすることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４１】
図１は、固定子に３相の電機子コイルを有する磁石発電機を用いる場合に本発明を適用した第１の実施形態の全体的な構成を示したもので、同図において１は内燃機関により駆動される磁石発電機、２はバッテリ、３は磁石発電機１とバッテリ２との間に設けられたＡＣ／ＤＣ相互変換部、４はマイクロプロセッサを備えて、ＡＣ／ＤＣ相互変換部３に設けられるインバータを制御するコントローラ、５は磁石発電機１の回転子の回転角度位置が予め定めた位置に一致したときにパルスを発生する信号発生装置である。
【００４２】
更に詳細に説明すると、図１において、１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部の中央部に取り付けられたボス部が内燃機関（図１には図示せず。）のクランク軸に嵌着されて機関に取り付けられている。
【００４３】
この種の磁石発電機においては、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に永久磁石が取り付けられて２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁が構成される。本発明の第１の実施形態では、図１に示すように、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に１８０°間隔で配置された２個の円弧状の永久磁石Ｍ１及びＭ２が接着により取り付けられていて、これらの磁石が着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に２極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１及びＭ２とにより磁石発電機の回転子１Ａが構成されている。回転子１Ａは、機関の正回転時に図１において時計方向に回転させられる。
【００４４】
回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。この固定子は、環状に形成された継鉄部Ｙの外周部から３個の突極部Ｐ１ないしＰ３を放射状に突出させた構造を有する星形環状の電機子鉄心１５と、電機子鉄心の突極部Ｐ１及びＰ２にそれぞれ巻回された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗとからなっている。図示の例では、突極部Ｐ１ないしＰ３にそれぞれ巻回された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗが星形結線されて、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【００４５】
固定子１Ｂは、内燃機関のケースの一部に形成された固定子取り付け部に固定されて、電機子鉄心１５の突極部Ｐ１ないしＰ３のそれぞれの先端に形成された磁極部が回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられている。
【００４６】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる１つのリラクタ１７が形成され、このリラクタ１７と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。
【００４７】
信号発生用ロータ５Ａの側方には、パルサ５Ｂが配置され、ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより信号発生装置５が構成されている。パルサ５Ｂはリラクタ１７に対向する磁極部を先端に有する鉄心と、該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えた周知のもので、機関のケースに固定されて、その磁極部が回転子ヨークのリラクタ１７が設けられた領域に対向させられている。
【００４８】
パルサ５Ｂは、リラクタ１７の回転方向の前端側のエッジ１７ａが該パルサ５Ｂの磁極部との対向を開始する際、及びリラクタ１７の回転方向の後端側エッジ１７ｂがパルサ５Ｂの磁極部との対向を終了する際にそれぞれ鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルから極性が異なるパルスを発生させる。パルサ５Ｂから得られるパルス信号は、内燃機関を点火する点火装置に機関の回転情報を与えるための信号として用いられる外、磁石発電機の回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置検出信号として用いられる。
【００４９】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態では、発電機の回転子の回転角度位置（機関のクランク軸の回転角度位置）θが予め設定された第１の位置θs1に一致したときにパルサ５Ｂがしきい値以上の正極性の第１のパルスＶs1を発生し、回転角度位置θが機関の低速時の点火位置として用いられる第２の位置θs2に一致したときにしきい値以上の負極性の第２のパルスＶs2を発生するようにリラクタ１７とパルサ５Ｂとが設けられている。パルサ５Ｂが第１のパルスＶs1を発生する位置θs1は、機関の点火位置（機関の点火が行われるときのクランク軸の回転角度位置）の最大進角位置よりも進角した位置に設定され、第２の位置θs2は機関の上死点に近い位置に設定されている。なお図示の例では機関が単気筒であるとしている。
【００５０】
図示の例では、リラクタ１７の回転方向の前端側のエッジが磁石界磁のＮ極とＳ極との間の中心位置（磁極間中心位置）θmoに対して電気角でα°ずれた位置にあり、パルサ５Ｂの中心が、発電機のＵ相の交流誘起電圧に対する交流制御電圧の進角度が０度になる基準位置θou（この例では、Ｕ相の電機子コイルＬｕの交流誘起電圧の正の半波が立ち上がる直前の零点が生じる位置）に対して電気角でβ°ずれた位置に配置されている。
【００５１】
ＡＣ／ＤＣ相互変換部３は、ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚをブリッジ接続して構成したダイオードブリッジ全波整流回路からなるＡＣ／ＤＣコンバータと、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをブリッジ接続して構成したブリッジ形スイッチ回路と、このスイッチ回路の直流側端子の両端に接続されたコンデンサＣａとからなるブリッジ形インバータとからなっている。図示の例では、インバータを構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚがそれぞれ整流回路を構成するダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚに逆並列接続されていて、コンバータ及びインバータの３相の交流側端子につながる交流側外部端子３ｕ，３ｖ及び３ｗがそれぞれ発電機１の３相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗに接続され、コンバータ及びインバータの直流側端子につながる正極側及び負極側の直流側外部端子３ａ及び３ｂがバッテリ２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。
【００５２】
ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚにより構成された全波整流回路からなるＡＣ／ＤＣコンバータは、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する３相交流電圧を整流してバッテリ２に充電電流を供給する。
【００５３】
またスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚのブリッジ回路からなるインバータは、発電機の出力を調整する必要があるときにバッテリ２の電圧を交流電圧に変換して、該交流電圧を交流制御電圧として電機子コイルＬｕないしＬｗに印加する。
【００５４】
コントローラ４はマイクロプロセッサを備えていて、該マイクロプロセッサには、信号発生装置５のパルサ５Ｂから得られる信号が波形整形回路１８を通して入力されるとともに、バッテリ２の両端の電圧を検出する電圧検出回路１９の出力が入力されている。
【００５５】
波形整形回路１８は、例えば、パルサ５Ｂが出力するパルスＶs1及びＶs2によりセット及びリセットされるフリップフロップ回路からなっていて、図３（Ｂ）に示すように、第１のパルスＶs1の発生位置で立上り、第２のパルスＶs2の発生位置で立ち下がる矩形波状のパルサ信号Ｐを出力する。コントローラ４に設けられているマイクロプロセッサは、このパルサ信号Ｐの立上り及び立下りをそれぞれ認識したときに第１のパルスＶs1及び第２のパルスＶs2が発生したことを検出する。
【００５６】
コントローラ４のマイクロプロセッサは、パルサ５Ｂが出力するパルスが有する回転角度位置情報と、電圧検出回路１９から与えられるバッテリの電圧情報とを入力として、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する交流誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧をバッテリ２からＡＣ／ＤＣ相互変換部３のインバータを通して電機子コイルＬｕないしＬｗに印加するように、インバータを制御する。バッテリ２からＡＣ／ＤＣ相互変換部のインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相角は、バッテリ２の両端の電圧を設定電圧に保つために、進み側から遅れ側まで変化させられる。
【００５７】
前記特許文献１に詳細に説明されているように、磁石発電機においては、バッテリからインバータを通して電機子コイルに交流制御電圧を印加するようにすると、該交流制御電圧の位相角を変化させることにより、電機子コイルに鎖交する磁束の量を変化させて発電機の出力を変化させることができる。即ち、交流制御電圧の位相角を現在の位相角に対して相対的に進角側に変化させると電機子コイルに鎖交する磁束の量を減少させて発電機の出力を低下させることができ、交流制御電圧の位相角を現在の位相角に対して相対的に遅角側に変化させると電機子コイルに鎖交する磁束の量を増加させて発電機の出力を増加させることができる。
【００５８】
従って、図１に示したように、磁石発電機の出力でバッテリ２を充電する場合、内燃機関の回転速度が上昇してバッテリ２の両端に印加される電圧が設定電圧よりも上昇したときには、交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進み側に変化させることにより発電機の出力を低下させてバッテリの両端の電圧を設定電圧に戻すことができ、また機関の回転速度が低下してバッテリの両端に印加される電圧が設定電圧よりも低くなったときには、交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅れ側に変化させることにより発電機の出力を増大させて、バッテリの両端の電圧を設定電圧に戻すことができる。
【００５９】
図示のように発電機が３相の電機子コイルを有している場合、３相の交流誘起電圧には、該交流誘起電圧に電気角で６０°毎に順次零点が現れ、電気角で３６０°の区間に合計６個の零点が現れる。
【００６０】
この場合、本発明では、オン状態にするインバータのスイッチ素子の組み合わせを電気角で６０°毎に切り換えることにより、インバータ３Ｂから電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに３相交流制御電圧を印加する。
【００６１】
コントローラ４は、マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることによりインバータを制御するための各種の機能実現手段を構成する。本実施形態においてコントローラ４により構成される機能実現手段を図２に示した。図２においては、ＡＣ／ＤＣ相互変換部３を構成するＡＣ／ＤＣコンバータ３Ａと、インバータ３Ｂとが分けて図示されている。
【００６２】
コンバータ３Ａはダイオードブリッジ全波整流回路からなっていて、磁石発電機１の電機子コイルに誘起する交流電圧を直流電圧に変換して電圧蓄積手段としてのバッテリ２に供給する。またインバータ３Ｂは、スイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜Ｑｚのブリッジ回路からなっていて、バッテリ２の電圧を電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する交流誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧に変換して電機子コイルＬｕないしＬｗに印加する。
【００６３】
コントローラ４に設けられたマイクロプロセッサは、所定のプログラムを実行することにより、回転速度検出手段２０と、制御電圧位相角決定手段２１と、制御電圧零点推測手段２２と、オンオフパターン発生手段２３とを実現する。コントローラはまた、オンオフパターン発生手段２３が発生するオンオフパターンに従ってインバータ３Ｂに駆動信号を与えるインバータ駆動部２４をハードウェア回路として備えている。
【００６４】
回転速度検出手段２０は、発電機の回転速度の情報を得る手段で、この回転速度検出手段は、信号発生装置５がパルスＶs1を発生する間隔（回転子が１回転するのに要する時間）や、パルスＶs1及びパルスＶs2の発生間隔（回転子がリラクタの極弧角に等しい角度回転するのに要する時間）など、発電機の回転速度が反映された時間を計測する手段により構成される。
【００６５】
制御電圧位相角決定手段２１は、バッテリの両端の電圧を設定電圧に近づけるために必要な交流制御電圧の位相角を決定する手段で、電圧検出回路１９により検出されたバッテリ２の両端の電圧を設定電圧と比較して、バッテリの両端の電圧が設定電圧よりも低いときには、交流制御電圧の位相を、現在の位相よりも遅らせるように該交流制御電圧の位相角を決定し、バッテリの両端の電圧が設定電圧よりも高いときには、交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する。
【００６６】
制御電圧零点推測手段２２は、制御電圧位相角決定手段２１により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として、該目標零点を、信号発生装置５が特定のパルスを発生するタイミングを基にして推測する。
【００６７】
この制御電圧零点推測手段は、例えば、信号発生装置が特定のパルスを発生する位置から、電機子コイルに印加しようとする交流制御電圧の最初の目標零点（交流制御電圧を発生させるタイミング）までの角度を第１の零点計測用角度として演算する第１の零点計測用角度演算手段と、演算された第１の零点計測用角度を発電機の回転速度を用いて時間データ（その角度を発電機の回転軸が回転するのに要する時間）に変換する演算を行って信号発生装置が特定のパルスを発生するタイミングから交流制御電圧の最初の目標零点までの予測経過時間を第１の予測経過時間として求める第１の予測経過時間演算手段と、２番目以降の零点相互間の角度である第２の零点計測用角度１８０°／ｍ（３相交流制御電圧を発生させる場合は６０°）を回転速度を用いて時間データに変換して零点相互間の予測経過時間を第２の予測経過時間として演算する第２の予測経過時間演算手段と、信号発生装置が特定のパルスを発生する毎に上記第１の予測経過時間をタイマに計測させて、該第１の予測経過時間の計測が完了するタイミングを最初の目標零点として推測する第１の計時手段と、最初の目標零点及び２番目以降の各目標零点が推測される毎に上記第２の予測経過時間をタイマに計測させてその計測が完了するタイミングを２番目以降の各目標零点として推測する第２の計時手段とにより構成することができる。
【００６８】
本実施形態では、信号発生装置が第１のパルスを発生するタイミングを基準にして先ずＵ相の交流制御電圧を発生させ、続いて１２０°の位相差を持たせてＶ相の交流制御電圧及びＷ相の交流制御電圧を順次発生させるようにインバータ３Ｂを制御する。
【００６９】
Ｕ相の交流制御電圧の最初の零点（発生位置）θ１は、発電機のＵ相の交流誘起電圧に対する交流制御電圧の位相角の進角度が０になる基準位置（Ｕ相の基準位置）θouに対して所定の位相角θａを有する位置である。位相角θａは、交流制御電圧を発電機の誘起電圧に対して進角させる場合に−の符号をとり、交流制御電圧を発電機の誘起電圧に対して遅角させる場合に＋の符号をとる。即ち、発電機の誘起電圧に対してθａだけ進角した交流制御電圧の発生位置はθou−θａであり、発電機の誘起電圧に対してθａだけ遅角した交流制御電圧の発生位置はθou＋θａである。
【００７０】
図３に示した例では、バッテリ２の両端の電圧を設定電圧とするように、各相の交流制御電圧を発電機の誘起電圧に対してθａだけ遅角した位置で発生させるものとしている。
【００７１】
この場合、制御電圧零点推測手段２２は、パルサ５Ｂがリラクタの前端側エッジを検出して第１のパルスＶs1を発生する前に、該パルスＶs1の発生位置θs1からＵ相の交流制御電圧の発生位置θ1 までの角度Δθ＝α＋β＋θａを制御電圧発生位置検出角度として演算し、発電機の回転子の現在の回転速度からこの角度Δθを時間データ（回転子が角度Δθだけ回転するのに要する時間）Ｔａに変換する。この時間データＴａを、第１の予測経過時間と呼ぶ。
【００７２】
制御電圧零点推測手段２２はまた、回転速度検出手段が検出している回転速度を用いて、回転子が電気角で６０°の区間を回転するのに要する時間Ｔｂを、第２の予測経過時間として演算する。
【００７３】
上記の各予測経過時間の演算に用いる回転速度は、パルサが前回出力した第１のパルスＶs1と第２のパルスＶs2との発生間隔とリラクタの極弧角とから回転速度検出手段２０が求めた回転速度である。
【００７４】
制御電圧零点推測手段２２は次いで、パルサ５Ｂが第１のパルスＶs1を発生したときに、第１の予測経過時間Ｔａをタイマに設定して、該タイマに予測経過時間Ｔａの計測を開始させ、タイマが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときのタイミング（図３の回転角度位置θ1 に対応するタイミング）をＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミング（最初の目標零点）と推測する。
【００７５】
制御電圧零点推測手段２２はまた、タイマが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに第２の予測経過時間Ｔｂをタイマにセットしてその計測を開始させ、この予測経過時間Ｔｂの計測が完了するタイミング（図示の角度θ2 に対応するタイミング）をＶ相（２番目）の零点と推測する。以下同様にして、電気角６０°に相当する第２の予測経過時間Ｔｂの計測を繰り返すことにより、電気角で６０°ずつ離れた図示の回転角度位置θ3 ，θ4 ，θ5 及びθ6 にそれぞれ対応するタイミングを目標零点として推測する。
【００７６】
図２に示したオンオフパターン発生手段２３は、制御電圧零点推測手段２２が零点を推測する毎に、３相の交流制御電圧をインバータ３Ｂから出力させるためにインバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させる。
【００７７】
交流電圧の零点でインバータのスイッチ素子のオンオフの組み合わせを切り換えて、インバータから３相の交流制御電圧を発生させる場合、インバータのスイッチ素子のオンオフパターンは合計６個用意される。
【００７８】
ここで、インバータのスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｗをそれぞれオン状態にするためにそれぞれの制御端子に与える駆動信号をＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ及びＳｗとし、図３（Ｃ）ないし（Ｈ）に示したように、スイッチ素子をオン状態にする駆動信号のレベル（オンレベル）を「１」、スイッチ素子をオフ状態にする駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ及びＳｗのレベル（オフレベル）を「０」で表して、これらの駆動信号のレベルの組み合わせによりスイッチ素子のオンオフパターンを表すと、第１ないし第６の零点θ1 〜θ6 におけるオンオフパターンは、それぞれ下記の通りである。
【００７９】
θ1 ：（Ｓｕ＝１，Ｓｖ＝０，Ｓｗ＝１，Ｓｘ＝０，Ｓｙ＝１，Ｓｚ＝０）
θ2 ：（Ｓｕ＝１，Ｓｖ＝０，Ｓｗ＝０，Ｓｘ＝０，Ｓｙ＝１，Ｓｚ＝１）
θ3 ：（Ｓｕ＝１，Ｓｖ＝１，Ｓｗ＝０，Ｓｘ＝０，Ｓｙ＝０，Ｓｚ＝１）
θ4 ：（Ｓｕ＝０，Ｓｖ＝１，Ｓｗ＝０，Ｓｘ＝１，Ｓｙ＝０，Ｓｚ＝１）
θ5 ：（Ｓｕ＝０，Ｓｖ＝１，Ｓｗ＝１，Ｓｘ＝１，Ｓｙ＝０，Ｓｚ＝０）
θ6 ：（Ｓｕ＝０，Ｓｖ＝０，Ｓｗ＝１，Ｓｘ＝１，Ｓｙ＝１，Ｓｚ＝０）
上記第１ないし第６の零点θ1 ないしθ6 でそれぞれ発生させるオンオフパターンをそれぞれ第１ないし第６のオンオフパターンと呼ぶことにする。
【００８０】
マイクロプロセッサは、インバータのスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜Ｑｚにそれぞれ対応する６つのポートを有していて、これら６つのポートから出力される信号のレベルを「１」または「０」とすることにより、上記オンオフパターンを発生させる。
【００８１】
図２のインバータ駆動部２４は、オンオフパターンを出力するマイクロプロセッサの６つのポートの信号をそれぞれ増幅する増幅器からなっていて、オンオフパターン発生手段２３が発生するオンオフパターンに従って、図３（Ｃ）ないし（Ｈ）に示すように、インバータのスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｗに与える駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ及びＳｗのうち、オン状態にすべきスイッチ素子に与える駆動信号をオンレベルにする。
【００８２】
なお図３において、θov及びθowはそれぞれＶ相の交流制御電圧及びＷ相の交流制御電圧の進角度０°の位置である。
【００８３】
上記制御電圧位相角決定手段２１、制御電圧零点推測手段２２及びオンオフパターン発生手段２３を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図４ないし図７に示した。
【００８４】
図４は、制御電圧位相角決定及びＵ相制御電圧零点計算ルーチン（タスク）で、このルーチンは一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される。
【００８５】
図４のルーチンにおいては、先ずステップ１において、バッテリ電圧Ｖｂが設定電圧を与える基準電圧Ｖref 以上であるか否かを判定する。その結果Ｖｂ≧Ｖref であると判定されたときには、ステップ２に進んで、新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ進角させた角度θｂ−θｃとする。
【００８６】
次いでステップ３に進んで第１の零点計測用角度Δθ＝α＋β＋θａを第１の予測経過時間Ｔａに変換し、ステップ４で電気角６０°を第２の予測経過時間Ｔｂに変換した後メインルーチン（図示せず。）に復帰する。
【００８７】
なおメインルーチンでは、マイクロプロセッサ起動時の初期化や、タスク管理、回転速度の演算などを行う。
【００８８】
ステップ１においてＶｂ＜Ｖref と判定された場合には、ステップ５に進んで新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ遅角させた角度θｂ＋θｃとしてステップ３に進む。
【００８９】
図５は、パルサが第１のパルスＶs1を発生したときに実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で回転子の１回転の時間を計測しているタイマＮの計測値を読み込み、ステップ２で制御電圧発生タイミング推測用計測時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。タイマＮの計測値は、図４のルーチンにおいて角度を時間データに換算する際に用いる回転速度を演算するために使用される。この回転速度の演算はメインルーチンで行われる。
【００９０】
図６はタイマＵが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、このルーチンではステップ１で第２の予測経過時間Ｔｂを２番目以降の零点を検出するためのタイマＶにセットしてその計測を開始させ、ステップ２でスイッチングパターンデータフラグＳＷＰＤを１とする。次いでステップ３で第１のオンオフパターンを発生させた後メインルーチンに復帰する。
【００９１】
図７は、タイマＶがセットされた計測値（第２の予測経過時間）Ｔｂを計測する毎に実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、このルーチンでは先ずステップ１でフラグＳＷＰＤが１であるか否かを判定し、このフラグが１である場合には、ステップ２に進んで第２の予測経過時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ３で第２のオンオフパターンを発生させた後ステップ４でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９２】
ステップ１でフラグＳＷＰＤが１でないときにはステップ５に進んでフラグＳＷＰＤが２であるか否かを判定し、その結果フラグが２であるときには、ステップ６で零点推測用計測時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ７で第３のオンオフパターンを発生させた後ステップ８でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９３】
ステップ５でフラグＳＷＰＤが２でないときにはステップ９に進んでフラグＳＷＰＤが３であるか否かを判定し、その結果フラグが３であるときには、ステップ１０で零点推測用計測時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ１１で第４のオンオフパターンを発生させた後ステップ１２でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９４】
ステップ９でフラグＳＷＰＤが３でないときにはステップ１３に進んでフラグＳＷＰＤが４であるか否かを判定し、その結果フラグが４であるときには、ステップ１４で零点推測用計測時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ１５で第５のオンオフパターンを発生させた後ステップ１６でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９５】
ステップ１３でフラグＳＷＰＤが４でないと判定されたときにはステップ１７に進んで第６のスイッチパターンを発生させてメインルーチンに復帰する。
【００９６】
本実施形態では、図４のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図５の割り込みルーチンと、図６の割り込みルーチンのステップ１及び２と、図７の割り込みルーチンのステップ１，２，４，５，６，８，９，１０，１２，１３，１４及び１６により制御電圧零点推測手段２２が構成される。
【００９７】
また図６の割り込みルーチンのステップ３、及び図７の割り込みルーチンのステップ３，７，１１，１５及び１７によりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【００９８】
なお回転速度検出手段２０は、図５のステップ１で読み込んだ時間からを回転速度を演算する過程（メインルーチンで行われる）により実現される。
【００９９】
マイクロプロセッサはインバータの制御の外に、内燃機関を運転するために必要な点火装置の制御や、燃料噴射装置の制御などをも行うが、これらの制御は通常行われている方法により行われるので、その説明は省略する。
【０１００】
上記のように、本発明においては、ホール素子のような半導体素子からなるセンサを用いることなく、磁石発電機と共に内燃機関のカバー内に配置しても支障を来さない磁束変化検出形（上記の例では誘導子形）の信号発生装置を用いて回転子の回転角度位置を検出することにより、発電機の電機子コイルの誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧を発生させて、この交流制御電圧を電機子コイルに印加することにより発電機の出力調整を行うので、内燃機関により駆動される磁石発電機を用いてバッテリを充電する発電装置の出力調整を、発熱を伴う短絡形の電圧調整器を用いることなく行わせることができる。
【０１０１】
また磁石発電機を機関のカバー内に配置することができるため、内燃機関の構成を何ら変更することなく、本発明を適用することができる。
【０１０２】
更に、磁石発電機の出力調整手段として従来から用いられていた短絡形の電圧調整器は、磁石発電機の出力を抑制することはできても増大させることはできなかったが、本発明によれば、電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を遅角側に変化させることにより、発電機の出力を増大させることもできるため、従来の短絡形の電圧調整器を用いる場合に比べて発電出力の制御に多様性を持たせることができる。
【０１０３】
上記の例では、パルサがリラクタの前端側エッジを検出したときに発生するパルスを基準にして交流制御電圧の零点を検出するようにしているが、パルサがリラクタの後端側エッジを検出したときに発生するパルスを基準にして交流制御電圧の各零点の検出を行わせることもできる。
【０１０４】
図１に示した例では、回転子に設けられる磁石界磁が２極に構成されているが、更に多極の磁石界磁が用いられる場合にも本発明を適用することができる。
【０１０５】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態で用いる磁石発電機と信号発生装置とを示したもので、この実施形態では、磁石界磁が８極に構成されている。
【０１０６】
図８及び図９において１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部１０ｂの中央部に取り付けられたボス部１０ｃが内燃機関１１のクランク軸１２に嵌着されて機関に取り付けられている。
【０１０７】
本実施形態では、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に、等角度間隔で配置された８個の円弧状の永久磁石Ｍ１ないしＭ８が接着により取り付けられていて、回転子ヨーク１０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、永久磁石Ｍ１ないしＭ８が交互に着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に８極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１ないしＭ８とにより磁石発電機の回転子１Ａが構成されている。回転子１Ａは、機関の正回転時に図８において時計方向に回転させられる。
【０１０８】
回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。この固定子は、環状に形成された継鉄部Ｙの外周部から１２個の突極部Ｐ１ないしＰ１２を放射状に突出させた構造を有する星形環状の電機子鉄心１５と、電機子鉄心の突極部Ｐ１ないしＰ１２にそれぞれ巻回されたコイル１６とからなっている。
【０１０９】
図示の例では、突極部Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７，Ｐ１０にそれぞれ巻回されたコイルが直列に接続されてＵ相の電機子コイルＬｕが構成され、突極部Ｐ２，Ｐ５，Ｐ８，Ｐ１１にそれぞれ巻回されたコイルが直列に接続されてＶ相の電機子コイルＬｖが構成されている。また突極部Ｐ３，Ｐ６，Ｐ９，Ｐ１２にそれぞれ巻回されたコイルが直列に接続されてＷ相の電機子コイルＬｗが構成されている。Ｕ相ないしＷ相の電機子コイルＬｕないしＬｗは星形結線され、図１に示した例と同様に、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【０１１０】
図９に示したように、固定子１Ｂは、内燃機関１１のクランク軸１２を同心的に取り囲む状態で機関のケースの一部に形成された円筒状のボス部１１ａの外周に嵌合されて機関に取り付けられ、電機子鉄心１５の突極部Ｐ１ないしＰ１２のそれぞれの先端に形成された磁極部が回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられている。
【０１１１】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる１つのリラクタ１７が形成され、このリラクタ１７と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。
【０１１２】
信号発生用ロータ５Ａの側方には、パルサ５Ｂが配置され、ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより信号発生装置５が構成されている。パルサ５Ｂはリラクタ１７に対向する磁極部を先端に有する鉄心と、該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えた周知のもので、図９に示したように、機関１１のケースに固定されて、その磁極部が回転子ヨークのリラクタ１７が設けられた領域に対向させられている。
【０１１３】
図示の例では、リラクタ１７の回転方向の前端側のエッジが磁石界磁のＮ極とＳ極との間の中心位置（磁極間中心位置）θmoにあり、パルサ５Ｂの中心θpo（図８参照）が、発電機のＵ相の交流誘起電圧に対する交流制御電圧の進角度が０度になる基準位置θou（この例では、Ｕ相の電機子コイルＬｕの交流誘起電圧の正の半波が立ち上がる直前の零点が生じる位置）に対して電気角でβ°ずれた位置に配置されている。
【０１１４】
なお図８において、θｕは、Ｕ相の電機子コイルが巻かれた突極部の中心位置を示している。
【０１１５】
図８及び図９に示したように磁石発電機及び信号発生装置を構成した場合に信号発生装置及び波形整形装置が発生する信号の波形、及びインバータ駆動部がインバータに与える駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの波形を示す波形図を図１０に示した。
【０１１６】
パルサ５Ｂは、図１０（Ａ）に示すように、発電機の回転子の回転角度位置（機関のクランク軸の回転角度位置）θが予め設定された第１の位置θs1に一致したときに第１のパルスＶs1を発生し、回転角度位置θが機関の低速時の点火位置として用いられる第２の位置θs2に一致したときに負極性の第２のパルスＶs2を発生する。パルサ５Ｂが第１のパルスＶs1を発生する位置θs1は、機関の点火位置の最大進角位置よりも進角した位置に設定され、第２の位置θs2は機関の上死点に近い位置に設定されている。
【０１１７】
この場合、制御電圧零点推測手段２２は、パルサ５Ｂが第１のパルスを発生する位置θs1からＵ相の交流制御電圧の発生位置θ１までの角度Δθ＝β＋θａを第１の零点計測用角度として演算し、回転速度検出手段により検出されている回転速度を用いて、この角度を時間データに変換して第１の予測経過時間Ｔａを求める。また電気角で６０°の角度を回転速度を用いて時間データに変換して、第２の予測経過時間Ｔｂを求める。
【０１１８】
そして、第１のパルスＶs1が発生したときにタイマに第１の予測経過時間Ｔａの計測を開始させ、その計測が完了するタイミングをＵ相の交流制御電圧の発生タイミング（最初の零点）と推測する。また各零点が推測される毎に第２の予測経過時間Ｔｂを計測することにより、３相の交流制御電圧の２番目移行の目標零点を推測する。
【０１１９】
オンオフパターン発生手段２３は、電気角で３６０°の区間で順次予測される目標零点θ1 ，θ2 ，…，θ6 でそれぞれ前記と同様のオンオフパターンを発生させる。
【０１２０】
なお図１０において破線で示した部分は、紙面のスペースの関係上実際の寸法よりも縮小して示されている。
【０１２１】
図８及び図９に示すように磁石発電機及び信号発生装置を構成する場合にコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムの要部のアルゴリズムを示すフローチャートを図１１ないし図１４に示した。なおこの例では、図１１ないし図１４のフローチャートで用いている符号を説明するための注書きを、図１１に一括して示してある。
【０１２２】
図１１は、一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンで、このルーチンにおいては、先ずステップ１において、バッテリ電圧Ｖｂが設定電圧を与える基準電圧Ｖref 以上であるか否かを判定する。その結果Ｖｂ≧Ｖref であると判定されたときには、ステップ２に進んで、新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ進角させた角度θｂ−θｃとしてメインルーチンに復帰する。ステップ１においてＶｂ＜Ｖref と判定された場合には、ステップ３に進んで新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ遅角させた角度θｂ＋θｃとしてメインルーチンに復帰する。
【０１２３】
図１２は、パルサが第１のパルスＶs1を発生したときに実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で回転子の１回転の時間を計測しているタイマＮの計測値（機械角で３６０°を回転するのに要した時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の１回転の時間の計測を開始させる。またステップ３で第１の予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×（θａ＋β）／３６０］を演算し、ステップ４でこの第１の予測経過時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。またステップ５において、１回転の時間Ｔｃと発電機の極対数ＰＣＤ（本実施形態では４）とを用いて、電気角で６０°の区間に相当する第２の予測経過時間Ｔｂ［＝Ｔｃ×６０／（ＰＣＤ×３６０）を演算してメインルーチンに戻る。
【０１２４】
図１３はタイマＵが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、このルーチンではステップ１で第２の予測経過時間Ｔｂを２番目以降の零点を検出するためのタイマＶにセットしてその計測を開始させ、ステップ２でタイマＵを解除する。次いでステップ３でスイッチングパターンデータフラグＳＷＰＤを０とし、ステップ４でフラグＳＷＰＤの値に対して図１５に示したＳＷＰＤマップ（スイッチパターンデータマップ）を検索して、ステップ５で検索したスイッチパターンマップデータをインバータ駆動部２４にセットする。その後、ステップ６でフラグＳＷＰＤを１とし、ステップ７で極対数カウンタＰＣＣを初期化してメインルーチンに戻る。
【０１２５】
図１４は、タイマＶがセットされた計測値Ｔｂを計測する毎に実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、このルーチンにおいては、ステップ１において極対数カウンタＰＣＣの計数値がＰＣＤ（この例では４）に等しいか否かをチェックする。その結果、ＰＣＣ＝ＰＣＤでないときには、ステップ２に進んで極対数カウンタＰＣＣの計数値を１だけインクリメントし、ステップ３でタイマＶに第２の予測経過時間Ｔｂをセットしてその計測を開始させる。次いでステップ４でフラグＳＷＰＤの値に対して図１５に示したＳＷＰＤマップを検索し、ステップ５において検索したスイッチパターンデータをインバータ駆動部２４にセットする。
【０１２６】
次いでステップ６でフラグＳＷＰＤの値が５であるか否かを判定し、その結果ＳＷＰＤの値が５でない場合には、ステップ７でフラグＳＷＰＤの値を１だけインクリメントしてメインルーチンに戻る。またステップ６でフラグＳＷＰＤの値が５であると判定されたときには、ステップ８に移行してフラグＳＷＰＤの値を０とし、メインルーチンに復帰する。
【０１２７】
図１４に示したルーチンにおいて、ステップ１で極対数カウンタＰＣＣの値がＰＣＤに等しくないと判定されたときには、ステップ９に進んでフラグＳＷＰＤが５に等しいか否かを判定し、その結果フラグＳＷＰＤが５に等しくないと判定されたときには、ステップ３に移行する。またステップ９においてフラグＳＷＰＤが５に等しいと判定されたときには、ステップ１０に進んでタイマＶを解除した後、ステップ４に移行する。
【０１２８】
本実施形態では、図１１のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図１２の割り込みルーチンのステップ１及び２により回転速度検出手段２０が構成される。また図１２の割り込みルーチンのステップ３ないし５と、図１３の割り込みルーチンと、図１４の割り込みルーチンのステップ１ないし３及び１０とにより、制御電圧零点推測手段２２が構成される。
【０１２９】
また図１４の割り込みルーチンのステップ４及び５によりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【０１３０】
図８及び図９に示した例では、リラクタ及びパルサを１つずつ設けて、機械角で３６０°毎に制御電圧発生タイミング推測用計測時間Ｔａと、零点推測用計測時間Ｔｂとを更新するようにしたが、本発明は上記のように信号発生装置を構成する場合に限定されるものではなく、更に多くのリラクタを設けて短い間隔で、制御電圧発生タイミング推測用計測時間Ｔａと、零点推測用計測時間Ｔｂとを更新して交流制御電圧の位相を精度よく定めるようにすることができる。
【０１３１】
図１６及び図１７は、本発明の第３の実施形態で用いる磁石発電機と信号発生装置とを示したもので、この実施形態では、回転子ヨーク１０の外周に４つのリラクタ１７Ａないし１７Ｄを設けて、これらのリラクタの前端側エッジ及び後端側エッジを１つのパルサ５Ｂで検出するように信号発生装置５を構成している。 図１６及び図１７に示した例においては、リラクタ１７Ａないし１７Ｄのそれぞれが４５°（＝３６０°／８）の極弧角を有するように形成されて、等角度間隔で配置されている。各リラクタの極弧角（４５°）は電気角で１８０°に相当する。また各リラクタの回転方向の前端側エッジ１７ａは磁石界磁の隣り合うＮ極とＳ極との間の中立位置にあり、各リラクタの回転方向の後端側エッジ１７ｂは、磁石界磁の他の隣り合うＮ極とＳ極との間の中立位置にある。
【０１３２】
図１６及び図１７に示したように磁石発電機及び信号発生装置を構成した場合に信号発生装置５及び波形整形回路１８が発生する信号の波形及びインバータ駆動部がインバータに与える駆動信号の波形を図１８に示した。
【０１３３】
この例では、信号発生装置５が電気角で１８０°の間隔で第１のパルスＶs1及び第２のパルスＶs2を発生する。信号発生装置５はまた電気角で３６０°の間隔で各パルス信号を発生する。またオンオフパターン発生手段２３は、電気角で３６０°の区間に６０°（電気角）間隔で設定される６つの目標零点θ1 ないしθ6 でそれぞれ所定のオンオフパターンを発生する。
【０１３４】
信号発生装置を図１６及び図１７に示すように構成して、パルサ５Ｂが各リラクタの回転方向の前端側エッジを検出する毎に制御電圧発生タイミング推測用計測時間Ｔａ及び零点推測用計測時間Ｔｂの計測を開始するようにすれば、機械角で９０°毎に回転速度を演算して、第１の予測経過時間Ｔａ及び第２の予測経過時間Ｔｂを更新することができるため、図８及び図９に示した信号発生装置を用いる場合よりも交流制御電圧の位相を正確に定めて、制御の精度を高めることができる。
【０１３５】
図１６及び図１７に示したように信号発生装置及び磁石発電機を構成する場合に、コントローラ４のマイクロプロセッサが図２に示した機能実現手段を構成するために実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１９ないし図２３に示した。なお図１９に付記された注書きは、図１９ないし図２３にそれぞれ示したフローチャートで用いている符号をまとめて示したものである。
【０１３６】
図１９は、一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンで、このルーチンのアルゴリズムは、図１１に示されたルーチンと同様である。
【０１３７】
図２０は、パルサの出力信号を波形整形する波形整形回路１８から得られるパルサ信号Ｐの立上りが検出されたときに（第１のパルスＶs1を発生したときに）実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角で１８０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角１８０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の１８０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３で第１の予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／１８０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算し、ステップ４でこの第１の予測経過時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。またステップ５において、電気角１８０°に相当する時間Ｔｃを用いて、電気角で６０°の区間に相当する第２の予測経過時間Ｔｂ［＝Ｔｃ×６０／１８０）を演算し、ステップ６においてパルサエッジフラグＰＥＤＧＥを０とした後メインルーチンに戻る。
【０１３８】
パルサエッジフラグＰＥＤＧＥは、波形整形回路１８の出力信号Ｐの立上りで０とされ、信号Ｐの立下りで１とされるフラグである。
【０１３９】
図２１は、パルサ信号Ｐの立下りエッジが検出されたとき（第２のパルスＶs2が発生したとき）に実行されるパルサ信号立下りエッジ割り込みで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で１８０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角１８０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の１８０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３で第１の予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／１８０］を演算し、ステップ４でこの第１の予測経過時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。またステップ５において、電気角１８０°に相当する時間Ｔｃを用いて、電気角６０°の区間に相当する第２の予測経過時間Ｔｂ［＝Ｔｃ×６０／１８０）を演算し、ステップ６においてパルサエッジフラグＰＥＤＧＥを１とした後メインルーチンに戻る。
【０１４０】
図２２は、タイマＵが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、このルーチンではステップ１で第２の予測経過時間Ｔｂを２番目以降の零点を検出するためのタイマＶにセットしてその計測を開始させ、ステップ２でタイマＵを解除する。次いでステップ３でパルサエッジフラグＰＥＤＧＥが０であるか否かを判定し、フラグＰＥＤＧＥが０であるときにはステップ４に進んでフラグＳＷＰＤを０とする。その後ステップ５においてフラグＳＷＰＤの値に対して図１５のマップを検索し、ステップ６で検索したスイッチパターンマップデータをインバータ駆動部２４にセットする。その後、ステップ７でフラグＳＷＰＤを１としてメインルーチンに戻る。ステップ３でパルサエッジフラグＰＥＤＧＥが０でない（１である）と判定されたときには、ステップ８に進んでフラグＳＷＰＤを３とした後、ステップ５に進む。
【０１４１】
図２３は、タイマＶがセットされた計測値Ｔｂを計測する毎に実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、このルーチンにおいては、ステップ１においてフラグＳＷＰＤの値が２または５であるか否かを判定し、その結果フラグＳＷＰＤが２または５であるときには、ステップ２に進んで改めて第２の予測経過時間ＴｂをタイマＶにセットする。
【０１４２】
次いでステップ３において、フラグＳＷＰＤの値に対して図１５に示したＳＷＰＤマップを検索し、ステップ４において検索したスイッチパターンデータをインバータ駆動部２４にセットする。次いでステップ５でフラグＳＷＰＤの値が２または５であるか否かを判定し、その結果ＳＷＰＤの値が２または５でない場合には、ステップ６でフラグＳＷＰＤの値を１だけインクリメントしてメインルーチンに戻る。またステップ５でフラグＳＷＰＤの値が２または５であると判定されたときには、何もしないでメインルーチンに復帰する。ステップ１においてフラグＳＷＰＤが２または５であると判定されたときには、ステップ７に進んでタイマＶを解除した後ステップ３に移行する。
【０１４３】
本実施形態においては、図１９のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図２０の割り込みルーチンのステップ１及び２と図２１のルーチンのステップ１及び２により回転速度検出手段２０が構成される。また図２０の割り込みルーチンのステップ３ないし６と、図２１の割り込みルーチンのステップ３ないし６と、図２２の割り込みルーチンのステップ３ないし５とにより、制御電圧零点推測手段２２が構成され、図１４の割り込みルーチンのステップ４及び５によりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【０１４４】
図２４及び図２５は本発明の第４の実施形態で用いる磁石発電機と信号発生装置の構成例を示したものである。この例では、図１６及び図１７に示した例と同様に４５°の極弧角を有する４つのリラクタ１７Ａないし１７Ｄを等角度設けた上で、Ｕ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ対応する３つのパルサ５Buないし５Bwを１２０°間隔で設けている。
【０１４５】
図２４及び図２５に示すように信号発生装置を構成する場合にパルサ５Buない５Bwが発生するパルス信号Ｖsu，Ｖsv，Ｖswの波形、波形整形回路１８がこれらのパルス信号を波形整形して出力するパルサ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの波形、及びインバータ駆動部がインバータに与える駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの波形を図２６に示した。
【０１４６】
また図２４及び図２５に示すように信号発生装置を構成する場合に図２に示した機能実現手段を構成するためにコントローラ４のマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図２７ないし図３６に示した。
【０１４７】
この実施形態においては、３つのパルサ５Buないし５Bwが電気角で６０°の間隔で一連のパルス信号Ｖsu1 ，Ｖsw2 ，Ｖsv1 ，Ｖsu2 ，Ｖsw1 ，Ｖsv2 ，…を発生する。本実施形態では、パルス信号Ｖsu1 が発生してからパルス信号Ｖsw2 が発生するまでの時間、パルス信号Ｖsv1 が発生してからパルス信号Ｖsu2 が発生するまでの時間及びパルス信号Ｖsw1 が発生してからパルス信号Ｖsv2 が発生するまでの時間をそれぞれ電気角６０°に相当する時間Ｔｃとして計測し、この時間Ｔｃから回転子の回転速度を検出する。
【０１４８】
またこの例では、Ｕ相のパルサ５Buが出力する第１のパルスＶsu1 の発生位置を基準にしてＵ相の交流制御電圧を発生させる位置θ１を推測し、Ｖ相のパルサ５Bvが出力する第１のパルスＶsv1 の発生位置を基準にしてＶ相の交流制御電圧を発生させる位置θ３を推測する。またＷ相のパルサ５Bwが出力する第１のパルスＶsw1 の発生位置を基準にしてＷ相の交流制御電圧を発生させる位置θ５を推測する。更にＷ相のパルサ５Bw，Ｕ相のパルサ５Bu及びＶ相のパルサ５Bvがそれぞれ出力する第２のパルスＶsw2 ，Ｖsu2 及びＶsv2 の発生位置を基準にしてＷ相の交流制御電圧が正の半波から負の半波に移行する際の零点θ２、Ｕ相の交流制御電圧が正の半波から負の半波に移行する際の零点θ４及びＶ相の交流制御電圧が正の半波から負の半波に移行する際の零点θ６を推測する。従って、この例では、電気角６０°に相当する時間（第２の予測経過時間）Ｔｂの計測は行わない。
【０１４９】
信号発生装置を図２４及び図２５に示すように構成する場合に、コントローラ４のマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートを図２７ないし図３６に示した。
【０１５０】
図２７は、一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンで、このルーチンのアルゴリズムは、図１１に示されたルーチンと同様である。
【０１５１】
図２８は、Ｕ相のパルサ信号Ｐｕの立上りが検出されたとき(パルサ５Buが第１のパルスＶsu1 を発生したとき）に実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＵ相用パルサフラグＰＵＦを０とし、ステップ４でパルサ信号Ｐｕの立上りエッジからＵ相の交流制御電圧の最初の目標零点θ1 に相当するタイミングまでの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算する。次いで、ステップ５でタイマＵに第１の予測経過時間Ｔａをセットしてその計測を開始させた後、メインルーチンに戻る。
【０１５２】
図２９は、Ｕ相のパルサ信号Ｐｕの立下りエッジが検出されたとき（パルサ５Buが第２のパルスＶsu2 を発生したとき）に実行されるパルサ信号立Ｐｕ立下りエッジ割り込みで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＵ相用パルサフラグＰＵＦを１とし、ステップ４でＵ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ4 を与える第１の零点推測用角度θａ＋βを時間データに変換する演算を行って、パルサ信号Ｐｕの立下りエッジからＵ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ4 までの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］を演算し、ステップ５でこの予測経過時間ＴａをタイマＵにセットした後、メインルーチンに戻る。
【０１５３】
図３０はＶ相のパルサ信号Ｐｖの立上りエッジが検出されたとき（パルサ５Bvが第１のパルスＶsv1 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｖ立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＶ相用パルサフラグＰＶＦを０とし、ステップ４でパルサ信号Ｐｖの立上りエッジからＶ相の交流制御電圧の最初の目標零点θ3 に相当するタイミングまでの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算する。次いで、ステップ５でタイマＶに予測経過時間Ｔａをセットしてその計測を開始させた後、メインルーチンに戻る。
【０１５４】
図３１は、Ｖ相のパルサ信号Ｐｖの立下りエッジが検出されたとき（パルサ５Bvが第２のパルスＶsv2 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｖ立下りエッジ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＶ相用パルサフラグＰＶＦを１とし、ステップ４でＶ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ6 を与える第１の零点推測用角度θａ＋βを時間データに変換する演算を行って、パルサ信号Ｐｖの立下りエッジからＶ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ6 までの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］を演算し、ステップ５でこの予測経過時間ＴａをタイマＶにセットした後、メインルーチンに戻る。
【０１５５】
図３２はＷ相のパルサ信号Ｐｗの立上りエッジが検出されたとき（パルサ５Bwが第１のパルスＶsw1 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｗ立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＷ相用パルサフラグＰＷＦを０とし、ステップ４でパルサ信号Ｐｗの立上りエッジからＷ相の交流制御電圧の最初の目標零点θ5 に相当するタイミングまでの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算する。次いで、ステップ５でタイマＷに予測経過時間Ｔａをセットしてその計測を開始させた後、メインルーチンに戻る。
【０１５６】
図３３は、Ｗ相のパルサ信号Ｐｗの立下りエッジが検出されたとき（パルサ５Bwが第２のパルスＶsw2 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｗ立下がりエッジ割り込みで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＷ相用パルサフラグＰＷＦを１とし、ステップ４でＷ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ2 を与える第１の零点推測用角度θａ＋βを時間データに変換する演算を行って、パルサ信号Ｐｗの立下りエッジからＷ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ2 までの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］を演算し、ステップ５でこの予測経過時間ＴａをタイマＶにセットした後、メインルーチンに戻る。
【０１５７】
図３４は、タイマＵが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンでは、ステップ１においてタイマＵを解除した後、ステップ２でＵ相用パルサフラグＰＵＦが０であるか否かを判定し、ＰＵＦが０であるときにはステップ３に進んでオンオフパターン（１，０，１，０，１，０）を発生させる。またステップ２でＰＵＦが０でないと判定されたときにはステップ４に進んでオンオフパターン（０，１，０，１，０，１）を発生させる。
【０１５８】
図３５はタイマＶが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンでは、ステップ１においてタイマＶを解除した後、ステップ２でＶ相用パルサフラグＰＶＦが０であるか否かを判定し、ＰＶＦが０であるときにはステップ３に進んでオンオフパターン（１，１，０，０，０，１）を発生させる。またステップ２でＰＶＦが０でないと判定されたときにはステップ４に進んでオンオフパターン（０，０，１，１，１，０）を発生させる。
【０１５９】
図３６は、タイマＷが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＷ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンでは、ステップ１においてタイマＷを解除した後、ステップ２でＷ相用パルサフラグＰＷＦが０であるか否かを判定し、ＰＷＦが０であるときにはステップ３に進んでオンオフパターン（０，１，１，１，０，０）を発生させる。またステップ２でＰＷＦが０でないと判定されたときにはステップ４に進んでオンオフパターン（１，０，０，０，１，１）を発生させる。
【０１６０】
本実施形態では、図２７のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図２８ないし図３３の割り込みルーチンのそれぞれのステップ１及び２により回転速度検出手段２０が構成される。また図２８ないし図３３の割り込みルーチンのそれぞれのステップ３ないし５により制御電圧零点推測手段２２が構成される。更に図３４ないし図３６の割り込みルーチンによりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【０１６１】
図３７及び図３８は本発明の第５の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示したもので、この例では、図１６及び図１７に示した例と同様に設けられた４つのリラクタ１７Ａないし１７Ｄのうち、１つのリラクタ１７Ｃが、回転子ヨークの外周面からの高さが高い第１の部分１７C1と、該第１の部分よりも回転方向の後方側にあって該第１の部分よりも高さが低い第２の部分１７C2とを有する２段リラクタからなっている。リラクタ１７Ｃ全体の極弧角は他のリラクタ１７Ａ，１７Ｂ及び１７Ｄの極弧角と同じである。そしてこの例では、パルサ５Ｂがリラクタ１７Ｃの回転方向の前端側エッジ１７Caを検出したときに発生するパルスが、他のリラクタの回転方向の前端側のエッジを検出したときに発生するパルスとともに、交流制御電圧の発生タイミングと零点とを求めるために用いられ、パルサがリラクタ１７Ｃの第１の部分１７C1と第２の部分１７C2との境界部分に形成されたエッジ１７Ccを検出したときに発生するパルスが、内燃機関の点火時期を求める際の基準位置を検出するためのパルスとして用いられる。即ちこの例では、リラクタ１７Ｃが、交流制御電圧を発生させるために用いるリラクタと、内燃機関の点火時期を検出する際の基準となる信号を発生させるために用いられる点火用のリラクタとを兼ねている。
【０１６２】
このように、回転子ヨークに設けるリラクタを交流制御電圧発生用のリラクタと点火用のリラクタとに兼用するようにすると、点火用のリラクタ及びパルサを別個に設ける必要がなくなるため、信号発生装置の構成を簡単にすることができる。
【０１６３】
図３７及び図３８に示した例においても、パルサを各相毎に設けることができる。
【０１６４】
上記の例では、磁石発電機として３相交流出力を発生するものを用いたが、単相の磁石発電機を用いる場合にも本発明を適用することができ、２相交流出力または４相以上の多相交流出力を発生する磁石発電機を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【０１６５】
上記の例では、磁石発電機の回転子ヨークの外周に信号発生装置のリラクタを形成したが、本発明は、このように回転子ヨークの外周にリラクタを設ける場合に限定されるものではなく、回転子のボス部の外周や、回転子ヨークとは別個に設けた回転円板の外周などにリラクタを設けるようにしてもよい。
【０１６６】
上記の例では、磁石発電機として回転子外転形のものを用いたが、回転子内転形の磁石発電機を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【０１６７】
上記の例では、電圧蓄積手段としてバッテリを用いたが、バッテリの代わりにコンデンサを電圧蓄積手段として用いる場合（図１においてバッテリ２を省略してコンデンサＣａを電圧蓄積手段として用いる場合）にも本発明を適用することができる。
【０１６８】
上記の各実施形態では、信号発生装置として、リラクタのエッジを検出したときにパルスを発生する誘導子形のものを用いたが、信号発生装置は、内燃機関の高い温度に曝されたときに破壊する部品（特に半導体部品）を用いずに、回転子の回転角度位置が予め定められた特定の回転角度位置に一致する毎にパルスを発生するものであればよく、誘導子形のものに限定されない。
【０１６９】
回転体の特定の回転角度位置で信号を発生する装置としては、種々の形式のものがあるが、内燃機関の高い温度に曝されたときに破壊することがない信号発生装置としては、磁束の変化をコイルにより検出してパルスを発生させるようにした磁束変化検出形のものを用いるのが好ましい。
【０１７０】
上記の各実施形態で用いた誘導子形の信号発生装置は、磁束変化検出形の信号発生装置として広く用いられているものであるが、この誘導子形の信号発生装置に代えて、例えば、回転子ヨークに永久磁石を貼り付けて構成した信号発生用ロータと、該信号発生用ロータの磁石に対向する磁極部を有する鉄心に信号コイルを巻回して構成した信号発生用ステータとを備えて、信号発生用ロータの磁石が信号発生用ステータの鉄心の磁極部の位置を通過する際に信号コイルと鎖交する磁束に生じる変化により信号コイルにパルス信号を誘起させるようにした磁束変化検出形の信号発生装置を用いることもできる。
【０１７１】
また回転子ヨークの周壁部の内周に取りつけられた永久磁石から生じる磁束の一部を外部に漏洩させるための孔を回転子ヨークの周壁部に設けるとともに、該回転子ヨークの周壁部の孔に対向する磁極部を有する鉄心に信号コイルを巻回して構成した信号発生用ステータを回転子ヨークの周壁部の外側に配置して、回転子ヨークの周壁部に設けた孔が信号発生用ステータの鉄心の磁極部の位置を通過する際に生じる磁束の変化により信号コイルにパルス信号を誘起させるようにした磁束変化検出形の信号発生装置を用いることもできる。
【０１７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、磁石発電機と共に内燃機関のカバー内に配置しても支障を来さない磁束変化検出形の信号発生装置を用いて回転子の回転角度位置を検出することにより、発電機の電機子コイルの誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧を発生させるようにしたので、内燃機関により駆動される磁石発電機を用いてバッテリを充電する発電装置の出力調整を大きな発熱を伴うことなく行わせることができるという利点が得られる。
【０１７３】
また本発明によれば、発電機の出力が過大になったときに電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を進角側に変化させることにより出力を抑制できるだけでなく、交流制御電圧の位相を遅角側に変化させることにより、発電機の出力を増大させることもできるため、従来の短絡形の電圧調整器を用いる場合に比べて発電出力の制御に多様性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の全体的な構成を示した回路図である。
【図２】 本発明に係わる発電装置において用いるコントローラの構成例をハードウェアの構成とともに示したブロック図である。
【図３】 図１の実施形態の動作を説明するための信号波形図である。
【図４】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムの制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図５】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図６】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図７】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図８】 本発明の第２の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図９】 図８に示した磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【図１０】 本発明の第２の実施形態の各部の信号波形を示した波形図である。
【図１１】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行する制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１２】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１３】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１４】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１５】 第２の実施形態及び第２の実施形態で用いるスイッチパターンデータマップの構成を示した図表である。
【図１６】 本発明の第３の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図１７】 図１６に示した磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【図１８】 本発明の第３の実施形態の各部の信号を示した波形図である。
【図１９】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行する制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２０】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２１】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するパルサ信号立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２２】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２３】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２４】 本発明の第４の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図２５】 図２４の磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【図２６】 本発明の第４の実施形態の各部の信号波形を示した波形図である。
【図２７】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムの制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２８】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｕ立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２９】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｕ立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３０】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｖ立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３１】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｖ立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３２】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｗ立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３３】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｗ立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３４】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３５】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３６】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＷ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３７】 本発明の第５の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図３８】 図３７に示した磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【符号の説明】
１：磁石発電機、１Ａ：回転子、１Ｂ：固定子、２：バッテリ、３：ＡＣ／ＤＣ相互変換器、４：コントローラ、５：誘導子形の信号発生装置、５Ａ：ロータ、５Ｂ，５Bu〜５Bw：パルサ、１０：回転子ヨーク、１０Ｃ：回転子ヨークの周壁部、Ｍ１〜Ｍ８：永久磁石、１５：電機子鉄心、１７，１７Ａ〜１７Ｄ：リラクタ、Ｌｕ〜Ｌｗ：電機子コイル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関により磁石発電機を駆動して負荷を駆動するための電力を得る発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、磁石発電機は、回転子ヨークに永久磁石を取り付けることにより磁石界磁を構成した回転子と、回転子の磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に電機子コイルを巻装してなる固定子とにより構成される。
【０００３】
回転子は原動機の回転軸に取り付けられ、固定子は、原動機のケースやカバーなどに設けられた所定の取り付け部に固定されて、電機子鉄心に設けられた磁極部が回転子の磁極部に所定のギャップを介して対向させられる。
【０００４】
磁石発電機においては、回転子の界磁が永久磁石により構成されているため、界磁巻線を有する発電機と同じような方法で界磁を制御して、発電機の出力を制御することはできない。
【０００５】
そこで、本出願人は、特許文献１に示されているように、バッテリやコンデンサなどの電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに制御電圧を印加することにより、電機子コイルと鎖交する磁束を変化させて、発電機の出力特性を変化させるようにした発電装置を提案した。
【０００６】
特許文献１において提案された発電装置は、磁石界磁を有する回転子と磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、この磁石発電機の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換してバッテリやコンデンサなどの電圧蓄積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータとバッテリの電圧を交流制御電圧に変換して電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに交流制御電圧を印加するべくインバータを制御するコントローラとを備えていて、バッテリからインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相角を変化させることにより磁石発電機の特性を変化させるようにしている。
【０００７】
この発電装置においては、現在の電機子コイルの誘起電圧の位相に対して進角した位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加することにより発電機の出力を低下させることができ、現在の電機子コイルの誘起電圧の位相に対して遅角した位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加することにより発電機の出力を増加させることができる。
【０００８】
即ち、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進角させるようにインバータを制御すると発電機の出力を低下させることができ、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅角させるようにインバータを制御すると発電機の出力を増大させることができる。
【０００９】
従来、磁石発電機の出力電圧を制御する電圧調整器としては、出力電圧が目標値を超えたときに発電機の出力を短絡するようにした短絡式のものが用いられていたが、短絡式の電圧調整器を用いた場合には、電圧調整時に電機子コイルに大きな短絡電流が流れるため、電機子コイルからの発熱が多くなるという問題があった。
【００１０】
これに対し、上記のように、電機子コイルに交流制御電圧を印加することができるように構成して、該交流制御電圧の位相を変化させることにより、発電機の出力を調整するようにすれば、短絡電流を流すことなく出力を調整することができるため、電機子コイルの温度が上昇するのを防ぐことができる。
【００１１】
特許文献１に示された既提案の発電装置を動作させるためには、インバータから交流制御電圧を出力させるタイミングを定めるために、回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置センサを設ける必要がある。特許文献１には、同じように磁石界磁の回転角度位置を検出してインバータを制御するタイミングを制御する必要があるブラシレス直流電動機の例にならって、上記位置センサとしてホール素子を用いることが開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−４６４５６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
磁石発電機を内燃機関により駆動する場合に上記既提案の発明を適用しようとすると下記のような問題が生じることが明らかになった。
【００１４】
即ち、内燃機関に磁石発電機を取り付ける場合には、通常発電機が機関のカバー内に配置されるため、該発電機の温度は１５０℃を超えることがある。この場合、磁石界磁の回転角度位置を検出するセンサも同じ温度に曝されることになるが、ホール素子は半導体素子であるため、１５０℃もの高温下では使用することはできない。
【００１５】
従って、磁石発電機を駆動する原動機として内燃機関を用いる発電装置に特許文献１に記載された発明を適用するためには、ホール素子を用いずに交流制御電圧を発生させるタイミングを定めることができるようにするか、または発電機を機関のカバーの外に配置してその冷却を良好にするように機関を設計し直す必要がある。
【００１６】
本発明の目的は、内燃機関により駆動される磁石発電機の電機子コイルにバッテリからインバータを通して所定の位相角を有する交流制御電圧を印加することにより発電機の出力調整を行うようにした発電装置において、半導体素子からなるセンサを用いることなく、交流制御電圧を発生させるタイミングを定めることができるようにすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁を有する回転子と磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にｍ相（ｍは１以上の整数）の電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、磁石発電機のｍ相の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換して電圧蓄積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータと電圧蓄積手段の両端の電圧をｍ相の交流電圧に変換して電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、発電機の特性を調整するために電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに交流制御電圧を印加するべくインバータを制御するコントローラとを備えた内燃機関駆動発電装置を対象とする。
【００１８】
本発明においては、回転子の回転角度位置が予め定められた特定の回転角度位置に一致する毎に磁束の変化をコイルにより検出してパルスを発生する磁束変化検出形の信号発生装置を設ける。
【００１９】
またコントローラは、信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように前記交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには前記交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記信号発生装置が特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて特定のパルスが発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、信号発生装置が特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、この制御電圧零点推測手段により推測された各零点に各零点が一致する交流電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルに印加するようにインバータを制御するインバータ制御手段とを備えた構成とする。
【００２０】
磁束変化検出形の信号発生装置としては、例えば、リラクタを有するロータと、該ロータのリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときにパルスを発生するパルサとにより構成される誘導子形の信号発生装置を用いることができる。
【００２１】
パルサは、リラクタに対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えていて、リラクタの回転方向の前端側エッジがパルサの鉄心の磁極部の位置を通過する際、及びリラクタの回転方向の後端側エッジがパルサの鉄心の磁極部の位置を通過する際にそれぞれ鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルにパルス信号を誘起させる。
【００２２】
このように、磁束変化をコイルにより検出してパルスを発生する磁束変化検出形の信号発生装置は、半導体素子を用いずにパルス信号を発生するように構成されるため、該信号発生装置を発電機とともに機関のカバー内に配置しても何ら支障を来さない。
【００２３】
上記信号発生装置は、磁石界磁の磁極構成に対して一定の関係を有する位置で生じさせられる磁束の変化を検出してパルスを出力するため、このパルスの発生位置は、発電機の電機子コイルに誘起する交流電圧の位相と一定の関係を有しており、電圧蓄積手段からインバータを通して電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の各零点も、信号発生装置の出力パルスに対して一定の関係を有している。
【００２４】
従って、上記のような信号発生装置を設けておくと、交流制御電圧の各零点のタイミングを目標零点として、信号発生装置がパルスを出力するタイミングと発電機の回転速度の情報を含む変量の計測値とから各目標零点を推測することができ、推測した各目標零点に各零点が一致した交流電圧を発生させるようにインバータを制御することにより、所望の位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加することができる。
【００２５】
例えば、発電機の特性を所望の特性とするために必要な交流制御電圧の位相を、信号発生装置がパルスを発生する位置から該交流制御電圧の発生位置（最初の零点）までの角度として求めて、この角度を現在の発電機の回転速度を用いて時間データに変換すると、信号発生装置がパルスを発生するタイミングから交流制御電圧を発生させるタイミングまでの時間を求めることができるので、この時間を第１の予測経過時間として、信号発生装置がパルスを発生したときにこの予測経過時間をタイマにより計測することにより、交流制御電圧を発生させるタイミング（最初の零点）を推測することができる。
【００２６】
発電機の回転速度は、例えば、信号発生装置が特定の信号を発生する周期（例えば発電機が１回転するのに要する時間）から求めることができる。
【００２７】
また交流制御電圧の２番目以降の各零点は、１つ前の零点でタイマをスタートさせて、該タイマに電気角で１８０°／ｍ（３相発電機の場合には６０°）に相当する時間を計測させることにより推測することができる。
【００２８】
インバータとしては、ブリッジの各辺にスイッチ素子を有してオン状態にするスイッチ素子の組み合わせを切り換えることによりバッテリの電圧をｍ相の交流電圧に変換するブリッジ形インバータを用いることができる。
【００２９】
この場合も、コントローラには、信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように前記交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには前記交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記信号発生装置が特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて特定のパルスが発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、信号発生装置が特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、この制御電圧零点推測手段により推測された各零点に各零点が一致する交流電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルに印加するようにインバータを制御するインバータ制御手段とを備えた構成とする。
【００３０】
またインバータ制御手段は、制御電圧零点推測手段により推測された各目標零点で交流制御電圧をインバータから出力させるためにインバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従ってインバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えた構成とするのが好ましい。
【００３１】
本発明の好ましい態様では、上記信号発生装置が、３６０°／２ｎの極弧角を有するリラクタを等角度間隔でｎ個有して前記回転子と共に回転させられる信号発生用ロータと、前記信号発生用ロータの各リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出してパルスを発生する１つのパルサとにより構成される。この場合、コントローラは、信号発生装置のパルサが発生するパルスの発生間隔に基づいて前記磁石発電機の回転 速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように各相の交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように各相の交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する各相の交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、前記回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて特定のパルスが発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、パルサが特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき各相の交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、制御電圧位相角決定手段により位相角が決定された各相の交流制御電圧をインバータから出力させるために、制御電圧零点推測手段により推測された各相の交流制御電圧の各零点でインバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従ってインバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えた構成とする。
【００３２】
また本発明の他の好ましい態様では、磁石発電機にｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルが設けられる場合に、信号発生装置が、３６０°／２ｎの極弧角を有するリラクタを等角度間隔でｎ個有して前記回転子と共に回転させられる信号発生用ロータと、前記ｍ相の電機子コイルに対してそれぞれ設けられて前記信号発生用ロータの周方向に等間隔で配置されたｍ個のパルサとを備えて、各相のパルサがロータの一連のリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出してパルスを発生するように構成される。
【００３３】
この場合、コントローラは、信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように各相の交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する各相の交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いてパルサが特定のパルスを発生する回転角度位置から目標零点まで回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、各相のパルサが特定のパルスを発生した時に時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの回転子の回転角度位置を電機子コイルに印加すべき各相の交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、制御電圧位相角決定手段により位相角が決定された各相の交流制御電圧を前記インバータから出力させるために、制御電圧零点推測手段により推測された各相の交流制御電圧の各零点で前記インバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従ってインバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えた構成とする。
【００３４】
上記磁石発電機の回転子としては、強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように形成された回転子ヨークの周壁部の内周に永久磁石を取り付けて前記磁石界磁を構成したものを用いることができる。この場合、回転子ヨークの周壁部の外周にリラクタが設けられて、該リラクタと回転子ヨークとにより信号発生用ロータが構成される。
【００３５】
また上記磁石発電機の回転子として、固定子の内側で回転する内転形のものを用いることができる。この場合、回転子とは別個に設けられた回転体を発電機の回転軸に取り付けて、該回転体に前記リラクタを設けることにより、信号発生用ロータを構成することができる。
【００３６】
本発明の好ましい態様では、上記リラクタの少なくとも一部が、内燃機関の点火時期を検出する際の基準となる信号を発生させるために用いられる点火用のリラクタを兼ねるように設けられる。そのためには、例えば、ｎ個のリラクタの内の１つのリラクタを、回転子ヨーク（または回転体）の外周面からの高さが高い第１の部分と該第１の部分よりも回転子ヨーク（または回転体）の外周面からの高さが低い第２の部分とを有する２段リラクタとして、該１つのリラクタの全体の極弧角と他のリラクタのそれぞれの極弧角とを等しく設定し、パルサが１つのリラクタの回転方向の前端側エッジを検出したときに発生するパルスを、パルサが他のリラクタの回転方向の前端側のエッジを検出したときに発生するパルスとともに、交流制御電圧の零点を求めるために用いる。またパルサが１つのリラクタの第１の部分と第２の部分との境界部分に形成されたエッジを検出したときに発生するパルスを、内燃機関の点火時期を求める際の基準位置を検出するためのパルスとして用いる。
【００３７】
本発明の好ましい態様では、磁石発電機の特性を調整するためにインバータから出力される電流を所定のデューティ比で断続させるようにインバータを制御するＰＷＭ制御手段が更に設けられる。
【００３８】
このようにＰＷＭ制御手段を設けると、交流制御電圧の位相を適当な位相に固定しておいて、インバータの出力をＰＷＭ制御することにより、発電機の特性をきめ細かく制御することができる。
【００３９】
制御電圧零点推測手段は、回転子の回転速度が反映された時間の計測値を用いて各目標零点を特定する角度データを時間データに変換する時間データ変換手段手段と、時間データを計測して該時間データの計測を完了したときのタイミングを各目標零点として推測する計時手段とを備えた構成とすることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４１】
図１は、固定子に３相の電機子コイルを有する磁石発電機を用いる場合に本発明を適用した第１の実施形態の全体的な構成を示したもので、同図において１は内燃機関により駆動される磁石発電機、２はバッテリ、３は磁石発電機１とバッテリ２との間に設けられたＡＣ／ＤＣ相互変換部、４はマイクロプロセッサを備えて、ＡＣ／ＤＣ相互変換部３に設けられるインバータを制御するコントローラ、５は磁石発電機１の回転子の回転角度位置が予め定めた位置に一致したときにパルスを発生する信号発生装置である。
【００４２】
更に詳細に説明すると、図１において、１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部の中央部に取り付けられたボス部が内燃機関（図１には図示せず。）のクランク軸に嵌着されて機関に取り付けられている。
【００４３】
この種の磁石発電機においては、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に永久磁石が取り付けられて２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁が構成される。本発明の第１の実施形態では、図１に示すように、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に１８０°間隔で配置された２個の円弧状の永久磁石Ｍ１及びＭ２が接着により取り付けられていて、これらの磁石が着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に２極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１及びＭ２とにより磁石発電機の回転子１Ａが構成されている。回転子１Ａは、機関の正回転時に図１において時計方向に回転させられる。
【００４４】
回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。この固定子は、環状に形成された継鉄部Ｙの外周部から３個の突極部Ｐ１ないしＰ３を放射状に突出させた構造を有する星形環状の電機子鉄心１５と、電機子鉄心の突極部Ｐ１及びＰ２にそれぞれ巻回された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗとからなっている。図示の例では、突極部Ｐ１ないしＰ３にそれぞれ巻回された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗが星形結線されて、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【００４５】
固定子１Ｂは、内燃機関のケースの一部に形成された固定子取り付け部に固定されて、電機子鉄心１５の突極部Ｐ１ないしＰ３のそれぞれの先端に形成された磁極部が回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられている。
【００４６】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる１つのリラクタ１７が形成され、このリラクタ１７と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。
【００４７】
信号発生用ロータ５Ａの側方には、パルサ５Ｂが配置され、ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより信号発生装置５が構成されている。パルサ５Ｂはリラクタ１７に対向する磁極部を先端に有する鉄心と、該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えた周知のもので、機関のケースに固定されて、その磁極部が回転子ヨークのリラクタ１７が設けられた領域に対向させられている。
【００４８】
パルサ５Ｂは、リラクタ１７の回転方向の前端側のエッジ１７ａが該パルサ５Ｂの磁極部との対向を開始する際、及びリラクタ１７の回転方向の後端側エッジ１７ｂがパルサ５Ｂの磁極部との対向を終了する際にそれぞれ鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルから極性が異なるパルスを発生させる。パルサ５Ｂから得られるパルス信号は、内燃機関を点火する点火装置に機関の回転情報を与えるための信号として用いられる外、磁石発電機の回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置検出信号として用いられる。
【００４９】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態では、発電機の回転子の回転角度位置（機関のクランク軸の回転角度位置）θが予め設定された第１の位置θs1に一致したときにパルサ５Ｂがしきい値以上の正極性の第１のパルスＶs1を発生し、回転角度位置θが機関の低速時の点火位置として用いられる第２の位置θs2に一致したときにしきい値以上の負極性の第２のパルスＶs2を発生するようにリラクタ１７とパルサ５Ｂとが設けられている。パルサ５Ｂが第１のパルスＶs1を発生する位置θs1は、機関の点火位置（機関の点火が行われるときのクランク軸の回転角度位置）の最大進角位置よりも進角した位置に設定され、第２の位置θs2は機関の上死点に近い位置に設定されている。なお図示の例では機関が単気筒であるとしている。
【００５０】
図示の例では、リラクタ１７の回転方向の前端側のエッジが磁石界磁のＮ極とＳ極との間の中心位置（磁極間中心位置）θmoに対して電気角でα°ずれた位置にあり、パルサ５Ｂの中心が、発電機のＵ相の交流誘起電圧に対する交流制御電圧の進角度が０度になる基準位置θou（この例では、Ｕ相の電機子コイルＬｕの交流誘起電圧の正の半波が立ち上がる直前の零点が生じる位置）に対して電気角でβ°ずれた位置に配置されている。
【００５１】
ＡＣ／ＤＣ相互変換部３は、ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚをブリッジ接続して構成したダイオードブリッジ全波整流回路からなるＡＣ／ＤＣコンバータと、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをブリッジ接続して構成したブリッジ形スイッチ回路と、このスイッチ回路の直流側端子の両端に接続されたコンデンサＣａとからなるブリッジ形インバータとからなっている。図示の例では、インバータを構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚがそれぞれ整流回路を構成するダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚに逆並列接続されていて、コンバータ及びインバータの３相の交流側端子につながる交流側外部端子３ｕ，３ｖ及び３ｗがそれぞれ発電機１の３相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗに接続され、コンバータ及びインバータの直流側端子につながる正極側及び負極側の直流側外部端子３ａ及び３ｂがバッテリ２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。
【００５２】
ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚにより構成された全波整流回路からなるＡＣ／ＤＣコンバータは、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する３相交流電圧を整流してバッテリ２に充電電流を供給する。
【００５３】
またスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚのブリッジ回路からなるインバータは、発電機の出力を調整する必要があるときにバッテリ２の電圧を交流電圧に変換して、該交流電圧を交流制御電圧として電機子コイルＬｕないしＬｗに印加する。
【００５４】
コントローラ４はマイクロプロセッサを備えていて、該マイクロプロセッサには、信号発生装置５のパルサ５Ｂから得られる信号が波形整形回路１８を通して入力されるとともに、バッテリ２の両端の電圧を検出する電圧検出回路１９の出力が入力されている。
【００５５】
波形整形回路１８は、例えば、パルサ５Ｂが出力するパルスＶs1及びＶs2によりセット及びリセットされるフリップフロップ回路からなっていて、図３（Ｂ）に示すように、第１のパルスＶs1の発生位置で立上り、第２のパルスＶs2の発生位置で立ち下がる矩形波状のパルサ信号Ｐを出力する。コントローラ４に設けられているマイクロプロセッサは、このパルサ信号Ｐの立上り及び立下りをそれぞれ認識したときに第１のパルスＶs1及び第２のパルスＶs2が発生したことを検出する。
【００５６】
コントローラ４のマイクロプロセッサは、パルサ５Ｂが出力するパルスが有する回転角度位置情報と、電圧検出回路１９から与えられるバッテリの電圧情報とを入力として、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する交流誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧をバッテリ２からＡＣ／ＤＣ相互変換部３のインバータを通して電機子コイルＬｕないしＬｗに印加するように、インバータを制御する。バッテリ２からＡＣ／ＤＣ相互変換部のインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相角は、バッテリ２の両端の電圧を設定電圧に保つために、進み側から遅れ側まで変化させられる。
【００５７】
前記特許文献１に詳細に説明されているように、磁石発電機においては、バッテリからインバータを通して電機子コイルに交流制御電圧を印加するようにすると、該交流制御電圧の位相角を変化させることにより、電機子コイルに鎖交する磁束の量を変化させて発電機の出力を変化させることができる。即ち、交流制御電圧の位相角を現在の位相角に対して相対的に進角側に変化させると電機子コイルに鎖交する磁束の量を減少させて発電機の出力を低下させることができ、交流制御電圧の位相角を現在の位相角に対して相対的に遅角側に変化させると電機子コイルに鎖交する磁束の量を増加させて発電機の出力を増加させることができる。
【００５８】
従って、図１に示したように、磁石発電機の出力でバッテリ２を充電する場合、内燃機関の回転速度が上昇してバッテリ２の両端に印加される電圧が設定電圧よりも上昇したときには、交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進み側に変化させることにより発電機の出力を低下させてバッテリの両端の電圧を設定電圧に戻すことができ、また機関の回転速度が低下してバッテリの両端に印加される電圧が設定電圧よりも低くなったときには、交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅れ側に変化させることにより発電機の出力を増大させて、バッテリの両端の電圧を設定電圧に戻すことができる。
【００５９】
図示のように発電機が３相の電機子コイルを有している場合、３相の交流誘起電圧には、該交流誘起電圧に電気角で６０°毎に順次零点が現れ、電気角で３６０°の区間に合計６個の零点が現れる。
【００６０】
この場合、本発明では、オン状態にするインバータのスイッチ素子の組み合わせを電気角で６０°毎に切り換えることにより、インバータ３Ｂから電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに３相交流制御電圧を印加する。
【００６１】
コントローラ４は、マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることによりインバータを制御するための各種の機能実現手段を構成する。本実施形態においてコントローラ４により構成される機能実現手段を図２に示した。図２においては、ＡＣ／ＤＣ相互変換部３を構成するＡＣ／ＤＣコンバータ３Ａと、インバータ３Ｂとが分けて図示されている。
【００６２】
コンバータ３Ａはダイオードブリッジ全波整流回路からなっていて、磁石発電機１の電機子コイルに誘起する交流電圧を直流電圧に変換して電圧蓄積手段としてのバッテリ２に供給する。またインバータ３Ｂは、スイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜Ｑｚのブリッジ回路からなっていて、バッテリ２の電圧を電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する交流誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧に変換して電機子コイルＬｕないしＬｗに印加する。
【００６３】
コントローラ４に設けられたマイクロプロセッサは、所定のプログラムを実行することにより、回転速度検出手段２０と、制御電圧位相角決定手段２１と、制御電圧零点推測手段２２と、オンオフパターン発生手段２３とを実現する。コントローラはまた、オンオフパターン発生手段２３が発生するオンオフパターンに従ってインバータ３Ｂに駆動信号を与えるインバータ駆動部２４をハードウェア回路として備えている。
【００６４】
回転速度検出手段２０は、発電機の回転速度の情報を得る手段で、この回転速度検出手段は、信号発生装置５がパルスＶs1を発生する間隔（回転子が１回転するのに要する時間）や、パルスＶs1及びパルスＶs2の発生間隔（回転子がリラクタの極弧角に等しい角度回転するのに要する時間）など、発電機の回転速度が反映された時間を計測する手段により構成される。
【００６５】
制御電圧位相角決定手段２１は、バッテリの両端の電圧を設定電圧に近づけるために必要な交流制御電圧の位相角を決定する手段で、電圧検出回路１９により検出されたバッテリ２の両端の電圧を設定電圧と比較して、バッテリの両端の電圧が設定電圧よりも低いときには、交流制御電圧の位相を、現在の位相よりも遅らせるように該交流制御電圧の位相角を決定し、バッテリの両端の電圧が設定電圧よりも高いときには、交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する。
【００６６】
制御電圧零点推測手段２２は、制御電圧位相角決定手段２１により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として、該目標零点を、信号発生装置５が特定のパルスを発生するタイミングを基にして推測する。
【００６７】
この制御電圧零点推測手段は、例えば、信号発生装置が特定のパルスを発生する位置から、電機子コイルに印加しようとする交流制御電圧の最初の目標零点（交流制御電圧を発生させるタイミング）までの角度を第１の零点計測用角度として演算する第１の零点計測用角度演算手段と、演算された第１の零点計測用角度を発電機の回転速度を用いて時間データ（その角度を発電機の回転軸が回転するのに要する時間）に変換する演算を行って信号発生装置が特定のパルスを発生するタイミングから交流制御電圧の最初の目標零点までの予測経過時間を第１の予測経過時間として求める第１の予測経過時間演算手段と、２番目以降の零点相互間の角度である第２の零点計測用角度１８０°／ｍ（３相交流制御電圧を発生させる場合は６０°）を回転速度を用いて時間データに変換して零点相互間の予測経過時間を第２の予測経過時間として演算する第２の予測経過時間演算手段と、信号発生装置が特定のパルスを発生する毎に上記第１の予測経過時間をタイマに計測させて、該第１の予測経過時間の計測が完了するタイミングを最初の目標零点として推測する第１の計時手段と、最初の目標零点及び２番目以降の各目標零点が推測される毎に上記第２の予測経過時間をタイマに計測させてその計測が完了するタイミングを２番目以降の各目標零点として推測する第２の計時手段とにより構成することができる。
【００６８】
本実施形態では、信号発生装置が第１のパルスを発生するタイミングを基準にして先ずＵ相の交流制御電圧を発生させ、続いて１２０°の位相差を持たせてＶ相の交流制御電圧及びＷ相の交流制御電圧を順次発生させるようにインバータ３Ｂを制御する。
【００６９】
Ｕ相の交流制御電圧の最初の零点（発生位置）θ１は、発電機のＵ相の交流誘起電圧に対する交流制御電圧の位相角の進角度が０になる基準位置（Ｕ相の基準位置）θouに対して所定の位相角θａを有する位置である。位相角θａは、交流制御電圧を発電機の誘起電圧に対して進角させる場合に−の符号をとり、交流制御電圧を発電機の誘起電圧に対して遅角させる場合に＋の符号をとる。即ち、発電機の誘起電圧に対してθａだけ進角した交流制御電圧の発生位置はθou−θａであり、発電機の誘起電圧に対してθａだけ遅角した交流制御電圧の発生位置はθou＋θａである。
【００７０】
図３に示した例では、バッテリ２の両端の電圧を設定電圧とするように、各相の交流制御電圧を発電機の誘起電圧に対してθａだけ遅角した位置で発生させるものとしている。
【００７１】
この場合、制御電圧零点推測手段２２は、パルサ５Ｂがリラクタの前端側エッジを検出して第１のパルスＶs1を発生する前に、該パルスＶs1の発生位置θs1からＵ相の交流制御電圧の発生位置θ1 までの角度Δθ＝α＋β＋θａを制御電圧発生位置検出角度として演算し、発電機の回転子の現在の回転速度からこの角度Δθを時間データ（回転子が角度Δθだけ回転するのに要する時間）Ｔａに変換する。この時間データＴａを、第１の予測経過時間と呼ぶ。
【００７２】
制御電圧零点推測手段２２はまた、回転速度検出手段が検出している回転速度を用いて、回転子が電気角で６０°の区間を回転するのに要する時間Ｔｂを、第２の予測経過時間として演算する。
【００７３】
上記の各予測経過時間の演算に用いる回転速度は、パルサが前回出力した第１のパルスＶs1と第２のパルスＶs2との発生間隔とリラクタの極弧角とから回転速度検出手段２０が求めた回転速度である。
【００７４】
制御電圧零点推測手段２２は次いで、パルサ５Ｂが第１のパルスＶs1を発生したときに、第１の予測経過時間Ｔａをタイマに設定して、該タイマに予測経過時間Ｔａの計測を開始させ、タイマが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときのタイミング（図３の回転角度位置θ1 に対応するタイミング）をＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミング（最初の目標零点）と推測する。
【００７５】
制御電圧零点推測手段２２はまた、タイマが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに第２の予測経過時間Ｔｂをタイマにセットしてその計測を開始させ、この予測経過時間Ｔｂの計測が完了するタイミング（図示の角度θ2 に対応するタイミング）をＶ相（２番目）の零点と推測する。以下同様にして、電気角６０°に相当する第２の予測経過時間Ｔｂの計測を繰り返すことにより、電気角で６０°ずつ離れた図示の回転角度位置θ3 ，θ4 ，θ5 及びθ6 にそれぞれ対応するタイミングを目標零点として推測する。
【００７６】
図２に示したオンオフパターン発生手段２３は、制御電圧零点推測手段２２が零点を推測する毎に、３相の交流制御電圧をインバータ３Ｂから出力させるためにインバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させる。
【００７７】
交流電圧の零点でインバータのスイッチ素子のオンオフの組み合わせを切り換えて、インバータから３相の交流制御電圧を発生させる場合、インバータのスイッチ素子のオンオフパターンは合計６個用意される。
【００７８】
ここで、インバータのスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｗをそれぞれオン状態にするためにそれぞれの制御端子に与える駆動信号をＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ及びＳｗとし、図３（Ｃ）ないし（Ｈ）に示したように、スイッチ素子をオン状態にする駆動信号のレベル（オンレベル）を「１」、スイッチ素子をオフ状態にする駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ及びＳｗのレベル（オフレベル）を「０」で表して、これらの駆動信号のレベルの組み合わせによりスイッチ素子のオンオフパターンを表すと、第１ないし第６の零点θ1 〜θ6 におけるオンオフパターンは、それぞれ下記の通りである。
【００７９】
θ1 ：（Ｓｕ＝１，Ｓｖ＝０，Ｓｗ＝１，Ｓｘ＝０，Ｓｙ＝１，Ｓｚ＝０）
θ2 ：（Ｓｕ＝１，Ｓｖ＝０，Ｓｗ＝０，Ｓｘ＝０，Ｓｙ＝１，Ｓｚ＝１）
θ3 ：（Ｓｕ＝１，Ｓｖ＝１，Ｓｗ＝０，Ｓｘ＝０，Ｓｙ＝０，Ｓｚ＝１）
θ4 ：（Ｓｕ＝０，Ｓｖ＝１，Ｓｗ＝０，Ｓｘ＝１，Ｓｙ＝０，Ｓｚ＝１）
θ5 ：（Ｓｕ＝０，Ｓｖ＝１，Ｓｗ＝１，Ｓｘ＝１，Ｓｙ＝０，Ｓｚ＝０）
θ6 ：（Ｓｕ＝０，Ｓｖ＝０，Ｓｗ＝１，Ｓｘ＝１，Ｓｙ＝１，Ｓｚ＝０）
上記第１ないし第６の零点θ1 ないしθ6 でそれぞれ発生させるオンオフパターンをそれぞれ第１ないし第６のオンオフパターンと呼ぶことにする。
【００８０】
マイクロプロセッサは、インバータのスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗ及びＱｘ〜Ｑｚにそれぞれ対応する６つのポートを有していて、これら６つのポートから出力される信号のレベルを「１」または「０」とすることにより、上記オンオフパターンを発生させる。
【００８１】
図２のインバータ駆動部２４は、オンオフパターンを出力するマイクロプロセッサの６つのポートの信号をそれぞれ増幅する増幅器からなっていて、オンオフパターン発生手段２３が発生するオンオフパターンに従って、図３（Ｃ）ないし（Ｈ）に示すように、インバータのスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｗに与える駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ及びＳｗのうち、オン状態にすべきスイッチ素子に与える駆動信号をオンレベルにする。
【００８２】
なお図３において、θov及びθowはそれぞれＶ相の交流制御電圧及びＷ相の交流制御電圧の進角度０°の位置である。
【００８３】
上記制御電圧位相角決定手段２１、制御電圧零点推測手段２２及びオンオフパターン発生手段２３を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図４ないし図７に示した。
【００８４】
図４は、制御電圧位相角決定及びＵ相制御電圧零点計算ルーチン（タスク）で、このルーチンは一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される。
【００８５】
図４のルーチンにおいては、先ずステップ１において、バッテリ電圧Ｖｂが設定電圧を与える基準電圧Ｖref 以上であるか否かを判定する。その結果Ｖｂ≧Ｖref であると判定されたときには、ステップ２に進んで、新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ進角させた角度θｂ−θｃとする。
【００８６】
次いでステップ３に進んで第１の零点計測用角度Δθ＝α＋β＋θａを第１の予測経過時間Ｔａに変換し、ステップ４で電気角６０°を第２の予測経過時間Ｔｂに変換した後メインルーチン（図示せず。）に復帰する。
【００８７】
なおメインルーチンでは、マイクロプロセッサ起動時の初期化や、タスク管理、回転速度の演算などを行う。
【００８８】
ステップ１においてＶｂ＜Ｖref と判定された場合には、ステップ５に進んで新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ遅角させた角度θｂ＋θｃとしてステップ３に進む。
【００８９】
図５は、パルサが第１のパルスＶs1を発生したときに実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で回転子の１回転の時間を計測しているタイマＮの計測値を読み込み、ステップ２で制御電圧発生タイミング推測用計測時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。タイマＮの計測値は、図４のルーチンにおいて角度を時間データに換算する際に用いる回転速度を演算するために使用される。この回転速度の演算はメインルーチンで行われる。
【００９０】
図６はタイマＵが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、このルーチンではステップ１で第２の予測経過時間Ｔｂを２番目以降の零点を検出するためのタイマＶにセットしてその計測を開始させ、ステップ２でスイッチングパターンデータフラグＳＷＰＤを１とする。次いでステップ３で第１のオンオフパターンを発生させた後メインルーチンに復帰する。
【００９１】
図７は、タイマＶがセットされた計測値（第２の予測経過時間）Ｔｂを計測する毎に実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、このルーチンでは先ずステップ１でフラグＳＷＰＤが１であるか否かを判定し、このフラグが１である場合には、ステップ２に進んで第２の予測経過時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ３で第２のオンオフパターンを発生させた後ステップ４でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９２】
ステップ１でフラグＳＷＰＤが１でないときにはステップ５に進んでフラグＳＷＰＤが２であるか否かを判定し、その結果フラグが２であるときには、ステップ６で零点推測用計測時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ７で第３のオンオフパターンを発生させた後ステップ８でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９３】
ステップ５でフラグＳＷＰＤが２でないときにはステップ９に進んでフラグＳＷＰＤが３であるか否かを判定し、その結果フラグが３であるときには、ステップ１０で零点推測用計測時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ１１で第４のオンオフパターンを発生させた後ステップ１２でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９４】
ステップ９でフラグＳＷＰＤが３でないときにはステップ１３に進んでフラグＳＷＰＤが４であるか否かを判定し、その結果フラグが４であるときには、ステップ１４で零点推測用計測時間ＴｂをタイマＶにセットしてその計測を開始させる。次いでステップ１５で第５のオンオフパターンを発生させた後ステップ１６でフラグＳＷＰＤをインクリメントしてメインルーチンに復帰する。
【００９５】
ステップ１３でフラグＳＷＰＤが４でないと判定されたときにはステップ１７に進んで第６のスイッチパターンを発生させてメインルーチンに復帰する。
【００９６】
本実施形態では、図４のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図５の割り込みルーチンと、図６の割り込みルーチンのステップ１及び２と、図７の割り込みルーチンのステップ１，２，４，５，６，８，９，１０，１２，１３，１４及び１６により制御電圧零点推測手段２２が構成される。
【００９７】
また図６の割り込みルーチンのステップ３、及び図７の割り込みルーチンのステップ３，７，１１，１５及び１７によりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【００９８】
なお回転速度検出手段２０は、図５のステップ１で読み込んだ時間からを回転速度を演算する過程（メインルーチンで行われる）により実現される。
【００９９】
マイクロプロセッサはインバータの制御の外に、内燃機関を運転するために必要な点火装置の制御や、燃料噴射装置の制御などをも行うが、これらの制御は通常行われている方法により行われるので、その説明は省略する。
【０１００】
上記のように、本発明においては、ホール素子のような半導体素子からなるセンサを用いることなく、磁石発電機と共に内燃機関のカバー内に配置しても支障を来さない磁束変化検出形（上記の例では誘導子形）の信号発生装置を用いて回転子の回転角度位置を検出することにより、発電機の電機子コイルの誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧を発生させて、この交流制御電圧を電機子コイルに印加することにより発電機の出力調整を行うので、内燃機関により駆動される磁石発電機を用いてバッテリを充電する発電装置の出力調整を、発熱を伴う短絡形の電圧調整器を用いることなく行わせることができる。
【０１０１】
また磁石発電機を機関のカバー内に配置することができるため、内燃機関の構成を何ら変更することなく、本発明を適用することができる。
【０１０２】
更に、磁石発電機の出力調整手段として従来から用いられていた短絡形の電圧調整器は、磁石発電機の出力を抑制することはできても増大させることはできなかったが、本発明によれば、電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を遅角側に変化させることにより、発電機の出力を増大させることもできるため、従来の短絡形の電圧調整器を用いる場合に比べて発電出力の制御に多様性を持たせることができる。
【０１０３】
上記の例では、パルサがリラクタの前端側エッジを検出したときに発生するパルスを基準にして交流制御電圧の零点を検出するようにしているが、パルサがリラクタの後端側エッジを検出したときに発生するパルスを基準にして交流制御電圧の各零点の検出を行わせることもできる。
【０１０４】
図１に示した例では、回転子に設けられる磁石界磁が２極に構成されているが、更に多極の磁石界磁が用いられる場合にも本発明を適用することができる。
【０１０５】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態で用いる磁石発電機と信号発生装置とを示したもので、この実施形態では、磁石界磁が８極に構成されている。
【０１０６】
図８及び図９において１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部１０ｂの中央部に取り付けられたボス部１０ｃが内燃機関１１のクランク軸１２に嵌着されて機関に取り付けられている。
【０１０７】
本実施形態では、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に、等角度間隔で配置された８個の円弧状の永久磁石Ｍ１ないしＭ８が接着により取り付けられていて、回転子ヨーク１０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、永久磁石Ｍ１ないしＭ８が交互に着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に８極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１ないしＭ８とにより磁石発電機の回転子１Ａが構成されている。回転子１Ａは、機関の正回転時に図８において時計方向に回転させられる。
【０１０８】
回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。この固定子は、環状に形成された継鉄部Ｙの外周部から１２個の突極部Ｐ１ないしＰ１２を放射状に突出させた構造を有する星形環状の電機子鉄心１５と、電機子鉄心の突極部Ｐ１ないしＰ１２にそれぞれ巻回されたコイル１６とからなっている。
【０１０９】
図示の例では、突極部Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７，Ｐ１０にそれぞれ巻回されたコイルが直列に接続されてＵ相の電機子コイルＬｕが構成され、突極部Ｐ２，Ｐ５，Ｐ８，Ｐ１１にそれぞれ巻回されたコイルが直列に接続されてＶ相の電機子コイルＬｖが構成されている。また突極部Ｐ３，Ｐ６，Ｐ９，Ｐ１２にそれぞれ巻回されたコイルが直列に接続されてＷ相の電機子コイルＬｗが構成されている。Ｕ相ないしＷ相の電機子コイルＬｕないしＬｗは星形結線され、図１に示した例と同様に、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【０１１０】
図９に示したように、固定子１Ｂは、内燃機関１１のクランク軸１２を同心的に取り囲む状態で機関のケースの一部に形成された円筒状のボス部１１ａの外周に嵌合されて機関に取り付けられ、電機子鉄心１５の突極部Ｐ１ないしＰ１２のそれぞれの先端に形成された磁極部が回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられている。
【０１１１】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる１つのリラクタ１７が形成され、このリラクタ１７と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。
【０１１２】
信号発生用ロータ５Ａの側方には、パルサ５Ｂが配置され、ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより信号発生装置５が構成されている。パルサ５Ｂはリラクタ１７に対向する磁極部を先端に有する鉄心と、該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えた周知のもので、図９に示したように、機関１１のケースに固定されて、その磁極部が回転子ヨークのリラクタ１７が設けられた領域に対向させられている。
【０１１３】
図示の例では、リラクタ１７の回転方向の前端側のエッジが磁石界磁のＮ極とＳ極との間の中心位置（磁極間中心位置）θmoにあり、パルサ５Ｂの中心θpo（図８参照）が、発電機のＵ相の交流誘起電圧に対する交流制御電圧の進角度が０度になる基準位置θou（この例では、Ｕ相の電機子コイルＬｕの交流誘起電圧の正の半波が立ち上がる直前の零点が生じる位置）に対して電気角でβ°ずれた位置に配置されている。
【０１１４】
なお図８において、θｕは、Ｕ相の電機子コイルが巻かれた突極部の中心位置を示している。
【０１１５】
図８及び図９に示したように磁石発電機及び信号発生装置を構成した場合に信号発生装置及び波形整形装置が発生する信号の波形、及びインバータ駆動部がインバータに与える駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの波形を示す波形図を図１０に示した。
【０１１６】
パルサ５Ｂは、図１０（Ａ）に示すように、発電機の回転子の回転角度位置（機関のクランク軸の回転角度位置）θが予め設定された第１の位置θs1に一致したときに第１のパルスＶs1を発生し、回転角度位置θが機関の低速時の点火位置として用いられる第２の位置θs2に一致したときに負極性の第２のパルスＶs2を発生する。パルサ５Ｂが第１のパルスＶs1を発生する位置θs1は、機関の点火位置の最大進角位置よりも進角した位置に設定され、第２の位置θs2は機関の上死点に近い位置に設定されている。
【０１１７】
この場合、制御電圧零点推測手段２２は、パルサ５Ｂが第１のパルスを発生する位置θs1からＵ相の交流制御電圧の発生位置θ１までの角度Δθ＝β＋θａを第１の零点計測用角度として演算し、回転速度検出手段により検出されている回転速度を用いて、この角度を時間データに変換して第１の予測経過時間Ｔａを求める。また電気角で６０°の角度を回転速度を用いて時間データに変換して、第２の予測経過時間Ｔｂを求める。
【０１１８】
そして、第１のパルスＶs1が発生したときにタイマに第１の予測経過時間Ｔａの計測を開始させ、その計測が完了するタイミングをＵ相の交流制御電圧の発生タイミング（最初の零点）と推測する。また各零点が推測される毎に第２の予測経過時間Ｔｂを計測することにより、３相の交流制御電圧の２番目移行の目標零点を推測する。
【０１１９】
オンオフパターン発生手段２３は、電気角で３６０°の区間で順次予測される目標零点θ1 ，θ2 ，…，θ6 でそれぞれ前記と同様のオンオフパターンを発生させる。
【０１２０】
なお図１０において破線で示した部分は、紙面のスペースの関係上実際の寸法よりも縮小して示されている。
【０１２１】
図８及び図９に示すように磁石発電機及び信号発生装置を構成する場合にコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムの要部のアルゴリズムを示すフローチャートを図１１ないし図１４に示した。なおこの例では、図１１ないし図１４のフローチャートで用いている符号を説明するための注書きを、図１１に一括して示してある。
【０１２２】
図１１は、一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンで、このルーチンにおいては、先ずステップ１において、バッテリ電圧Ｖｂが設定電圧を与える基準電圧Ｖref 以上であるか否かを判定する。その結果Ｖｂ≧Ｖref であると判定されたときには、ステップ２に進んで、新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ進角させた角度θｂ−θｃとしてメインルーチンに復帰する。ステップ１においてＶｂ＜Ｖref と判定された場合には、ステップ３に進んで新たな位相角θａを前回の位相角θｂよりも一定角度θｃだけ遅角させた角度θｂ＋θｃとしてメインルーチンに復帰する。
【０１２３】
図１２は、パルサが第１のパルスＶs1を発生したときに実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で回転子の１回転の時間を計測しているタイマＮの計測値（機械角で３６０°を回転するのに要した時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の１回転の時間の計測を開始させる。またステップ３で第１の予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×（θａ＋β）／３６０］を演算し、ステップ４でこの第１の予測経過時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。またステップ５において、１回転の時間Ｔｃと発電機の極対数ＰＣＤ（本実施形態では４）とを用いて、電気角で６０°の区間に相当する第２の予測経過時間Ｔｂ［＝Ｔｃ×６０／（ＰＣＤ×３６０）を演算してメインルーチンに戻る。
【０１２４】
図１３はタイマＵが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、このルーチンではステップ１で第２の予測経過時間Ｔｂを２番目以降の零点を検出するためのタイマＶにセットしてその計測を開始させ、ステップ２でタイマＵを解除する。次いでステップ３でスイッチングパターンデータフラグＳＷＰＤを０とし、ステップ４でフラグＳＷＰＤの値に対して図１５に示したＳＷＰＤマップ（スイッチパターンデータマップ）を検索して、ステップ５で検索したスイッチパターンマップデータをインバータ駆動部２４にセットする。その後、ステップ６でフラグＳＷＰＤを１とし、ステップ７で極対数カウンタＰＣＣを初期化してメインルーチンに戻る。
【０１２５】
図１４は、タイマＶがセットされた計測値Ｔｂを計測する毎に実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、このルーチンにおいては、ステップ１において極対数カウンタＰＣＣの計数値がＰＣＤ（この例では４）に等しいか否かをチェックする。その結果、ＰＣＣ＝ＰＣＤでないときには、ステップ２に進んで極対数カウンタＰＣＣの計数値を１だけインクリメントし、ステップ３でタイマＶに第２の予測経過時間Ｔｂをセットしてその計測を開始させる。次いでステップ４でフラグＳＷＰＤの値に対して図１５に示したＳＷＰＤマップを検索し、ステップ５において検索したスイッチパターンデータをインバータ駆動部２４にセットする。
【０１２６】
次いでステップ６でフラグＳＷＰＤの値が５であるか否かを判定し、その結果ＳＷＰＤの値が５でない場合には、ステップ７でフラグＳＷＰＤの値を１だけインクリメントしてメインルーチンに戻る。またステップ６でフラグＳＷＰＤの値が５であると判定されたときには、ステップ８に移行してフラグＳＷＰＤの値を０とし、メインルーチンに復帰する。
【０１２７】
図１４に示したルーチンにおいて、ステップ１で極対数カウンタＰＣＣの値がＰＣＤに等しくないと判定されたときには、ステップ９に進んでフラグＳＷＰＤが５に等しいか否かを判定し、その結果フラグＳＷＰＤが５に等しくないと判定されたときには、ステップ３に移行する。またステップ９においてフラグＳＷＰＤが５に等しいと判定されたときには、ステップ１０に進んでタイマＶを解除した後、ステップ４に移行する。
【０１２８】
本実施形態では、図１１のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図１２の割り込みルーチンのステップ１及び２により回転速度検出手段２０が構成される。また図１２の割り込みルーチンのステップ３ないし５と、図１３の割り込みルーチンと、図１４の割り込みルーチンのステップ１ないし３及び１０とにより、制御電圧零点推測手段２２が構成される。
【０１２９】
また図１４の割り込みルーチンのステップ４及び５によりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【０１３０】
図８及び図９に示した例では、リラクタ及びパルサを１つずつ設けて、機械角で３６０°毎に制御電圧発生タイミング推測用計測時間Ｔａと、零点推測用計測時間Ｔｂとを更新するようにしたが、本発明は上記のように信号発生装置を構成する場合に限定されるものではなく、更に多くのリラクタを設けて短い間隔で、制御電圧発生タイミング推測用計測時間Ｔａと、零点推測用計測時間Ｔｂとを更新して交流制御電圧の位相を精度よく定めるようにすることができる。
【０１３１】
図１６及び図１７は、本発明の第３の実施形態で用いる磁石発電機と信号発生装置とを示したもので、この実施形態では、回転子ヨーク１０の外周に４つのリラクタ１７Ａないし１７Ｄを設けて、これらのリラクタの前端側エッジ及び後端側エッジを１つのパルサ５Ｂで検出するように信号発生装置５を構成している。 図１６及び図１７に示した例においては、リラクタ１７Ａないし１７Ｄのそれぞれが４５°（＝３６０°／８）の極弧角を有するように形成されて、等角度間隔で配置されている。各リラクタの極弧角（４５°）は電気角で１８０°に相当する。また各リラクタの回転方向の前端側エッジ１７ａは磁石界磁の隣り合うＮ極とＳ極との間の中立位置にあり、各リラクタの回転方向の後端側エッジ１７ｂは、磁石界磁の他の隣り合うＮ極とＳ極との間の中立位置にある。
【０１３２】
図１６及び図１７に示したように磁石発電機及び信号発生装置を構成した場合に信号発生装置５及び波形整形回路１８が発生する信号の波形及びインバータ駆動部がインバータに与える駆動信号の波形を図１８に示した。
【０１３３】
この例では、信号発生装置５が電気角で１８０°の間隔で第１のパルスＶs1及び第２のパルスＶs2を発生する。信号発生装置５はまた電気角で３６０°の間隔で各パルス信号を発生する。またオンオフパターン発生手段２３は、電気角で３６０°の区間に６０°（電気角）間隔で設定される６つの目標零点θ1 ないしθ6 でそれぞれ所定のオンオフパターンを発生する。
【０１３４】
信号発生装置を図１６及び図１７に示すように構成して、パルサ５Ｂが各リラクタの回転方向の前端側エッジを検出する毎に制御電圧発生タイミング推測用計測時間Ｔａ及び零点推測用計測時間Ｔｂの計測を開始するようにすれば、機械角で９０°毎に回転速度を演算して、第１の予測経過時間Ｔａ及び第２の予測経過時間Ｔｂを更新することができるため、図８及び図９に示した信号発生装置を用いる場合よりも交流制御電圧の位相を正確に定めて、制御の精度を高めることができる。
【０１３５】
図１６及び図１７に示したように信号発生装置及び磁石発電機を構成する場合に、コントローラ４のマイクロプロセッサが図２に示した機能実現手段を構成するために実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１９ないし図２３に示した。なお図１９に付記された注書きは、図１９ないし図２３にそれぞれ示したフローチャートで用いている符号をまとめて示したものである。
【０１３６】
図１９は、一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンで、このルーチンのアルゴリズムは、図１１に示されたルーチンと同様である。
【０１３７】
図２０は、パルサの出力信号を波形整形する波形整形回路１８から得られるパルサ信号Ｐの立上りが検出されたときに（第１のパルスＶs1を発生したときに）実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角で１８０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角１８０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の１８０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３で第１の予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／１８０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算し、ステップ４でこの第１の予測経過時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。またステップ５において、電気角１８０°に相当する時間Ｔｃを用いて、電気角で６０°の区間に相当する第２の予測経過時間Ｔｂ［＝Ｔｃ×６０／１８０）を演算し、ステップ６においてパルサエッジフラグＰＥＤＧＥを０とした後メインルーチンに戻る。
【０１３８】
パルサエッジフラグＰＥＤＧＥは、波形整形回路１８の出力信号Ｐの立上りで０とされ、信号Ｐの立下りで１とされるフラグである。
【０１３９】
図２１は、パルサ信号Ｐの立下りエッジが検出されたとき（第２のパルスＶs2が発生したとき）に実行されるパルサ信号立下りエッジ割り込みで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で１８０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角１８０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の１８０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３で第１の予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／１８０］を演算し、ステップ４でこの第１の予測経過時間ＴａをＵ相の交流制御電圧を発生させるタイミングを計測するタイマＵにセットしてその計測を開始させる。またステップ５において、電気角１８０°に相当する時間Ｔｃを用いて、電気角６０°の区間に相当する第２の予測経過時間Ｔｂ［＝Ｔｃ×６０／１８０）を演算し、ステップ６においてパルサエッジフラグＰＥＤＧＥを１とした後メインルーチンに戻る。
【０１４０】
図２２は、タイマＵが第１の予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、このルーチンではステップ１で第２の予測経過時間Ｔｂを２番目以降の零点を検出するためのタイマＶにセットしてその計測を開始させ、ステップ２でタイマＵを解除する。次いでステップ３でパルサエッジフラグＰＥＤＧＥが０であるか否かを判定し、フラグＰＥＤＧＥが０であるときにはステップ４に進んでフラグＳＷＰＤを０とする。その後ステップ５においてフラグＳＷＰＤの値に対して図１５のマップを検索し、ステップ６で検索したスイッチパターンマップデータをインバータ駆動部２４にセットする。その後、ステップ７でフラグＳＷＰＤを１としてメインルーチンに戻る。ステップ３でパルサエッジフラグＰＥＤＧＥが０でない（１である）と判定されたときには、ステップ８に進んでフラグＳＷＰＤを３とした後、ステップ５に進む。
【０１４１】
図２３は、タイマＶがセットされた計測値Ｔｂを計測する毎に実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、このルーチンにおいては、ステップ１においてフラグＳＷＰＤの値が２または５であるか否かを判定し、その結果フラグＳＷＰＤが２または５であるときには、ステップ２に進んで改めて第２の予測経過時間ＴｂをタイマＶにセットする。
【０１４２】
次いでステップ３において、フラグＳＷＰＤの値に対して図１５に示したＳＷＰＤマップを検索し、ステップ４において検索したスイッチパターンデータをインバータ駆動部２４にセットする。次いでステップ５でフラグＳＷＰＤの値が２または５であるか否かを判定し、その結果ＳＷＰＤの値が２または５でない場合には、ステップ６でフラグＳＷＰＤの値を１だけインクリメントしてメインルーチンに戻る。またステップ５でフラグＳＷＰＤの値が２または５であると判定されたときには、何もしないでメインルーチンに復帰する。ステップ１においてフラグＳＷＰＤが２または５であると判定されたときには、ステップ７に進んでタイマＶを解除した後ステップ３に移行する。
【０１４３】
本実施形態においては、図１９のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図２０の割り込みルーチンのステップ１及び２と図２１のルーチンのステップ１及び２により回転速度検出手段２０が構成される。また図２０の割り込みルーチンのステップ３ないし６と、図２１の割り込みルーチンのステップ３ないし６と、図２２の割り込みルーチンのステップ３ないし５とにより、制御電圧零点推測手段２２が構成され、図１４の割り込みルーチンのステップ４及び５によりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【０１４４】
図２４及び図２５は本発明の第４の実施形態で用いる磁石発電機と信号発生装置の構成例を示したものである。この例では、図１６及び図１７に示した例と同様に４５°の極弧角を有する４つのリラクタ１７Ａないし１７Ｄを等角度設けた上で、Ｕ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ対応する３つのパルサ５Buないし５Bwを１２０°間隔で設けている。
【０１４５】
図２４及び図２５に示すように信号発生装置を構成する場合にパルサ５Buない５Bwが発生するパルス信号Ｖsu，Ｖsv，Ｖswの波形、波形整形回路１８がこれらのパルス信号を波形整形して出力するパルサ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの波形、及びインバータ駆動部がインバータに与える駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの波形を図２６に示した。
【０１４６】
また図２４及び図２５に示すように信号発生装置を構成する場合に図２に示した機能実現手段を構成するためにコントローラ４のマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図２７ないし図３６に示した。
【０１４７】
この実施形態においては、３つのパルサ５Buないし５Bwが電気角で６０°の間隔で一連のパルス信号Ｖsu1 ，Ｖsw2 ，Ｖsv1 ，Ｖsu2 ，Ｖsw1 ，Ｖsv2 ，…を発生する。本実施形態では、パルス信号Ｖsu1 が発生してからパルス信号Ｖsw2 が発生するまでの時間、パルス信号Ｖsv1 が発生してからパルス信号Ｖsu2 が発生するまでの時間及びパルス信号Ｖsw1 が発生してからパルス信号Ｖsv2 が発生するまでの時間をそれぞれ電気角６０°に相当する時間Ｔｃとして計測し、この時間Ｔｃから回転子の回転速度を検出する。
【０１４８】
またこの例では、Ｕ相のパルサ５Buが出力する第１のパルスＶsu1 の発生位置を基準にしてＵ相の交流制御電圧を発生させる位置θ１を推測し、Ｖ相のパルサ５Bvが出力する第１のパルスＶsv1 の発生位置を基準にしてＶ相の交流制御電圧を発生させる位置θ３を推測する。またＷ相のパルサ５Bwが出力する第１のパルスＶsw1 の発生位置を基準にしてＷ相の交流制御電圧を発生させる位置θ５を推測する。更にＷ相のパルサ５Bw，Ｕ相のパルサ５Bu及びＶ相のパルサ５Bvがそれぞれ出力する第２のパルスＶsw2 ，Ｖsu2 及びＶsv2 の発生位置を基準にしてＷ相の交流制御電圧が正の半波から負の半波に移行する際の零点θ２、Ｕ相の交流制御電圧が正の半波から負の半波に移行する際の零点θ４及びＶ相の交流制御電圧が正の半波から負の半波に移行する際の零点θ６を推測する。従って、この例では、電気角６０°に相当する時間（第２の予測経過時間）Ｔｂの計測は行わない。
【０１４９】
信号発生装置を図２４及び図２５に示すように構成する場合に、コントローラ４のマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートを図２７ないし図３６に示した。
【０１５０】
図２７は、一定のサンプリング間隔でバッテリ２の両端の電圧をサンプリングする毎に実行される制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンで、このルーチンのアルゴリズムは、図１１に示されたルーチンと同様である。
【０１５１】
図２８は、Ｕ相のパルサ信号Ｐｕの立上りが検出されたとき(パルサ５Buが第１のパルスＶsu1 を発生したとき）に実行されるパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＵ相用パルサフラグＰＵＦを０とし、ステップ４でパルサ信号Ｐｕの立上りエッジからＵ相の交流制御電圧の最初の目標零点θ1 に相当するタイミングまでの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算する。次いで、ステップ５でタイマＵに第１の予測経過時間Ｔａをセットしてその計測を開始させた後、メインルーチンに戻る。
【０１５２】
図２９は、Ｕ相のパルサ信号Ｐｕの立下りエッジが検出されたとき（パルサ５Buが第２のパルスＶsu2 を発生したとき）に実行されるパルサ信号立Ｐｕ立下りエッジ割り込みで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＵ相用パルサフラグＰＵＦを１とし、ステップ４でＵ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ4 を与える第１の零点推測用角度θａ＋βを時間データに変換する演算を行って、パルサ信号Ｐｕの立下りエッジからＵ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ4 までの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］を演算し、ステップ５でこの予測経過時間ＴａをタイマＵにセットした後、メインルーチンに戻る。
【０１５３】
図３０はＶ相のパルサ信号Ｐｖの立上りエッジが検出されたとき（パルサ５Bvが第１のパルスＶsv1 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｖ立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＶ相用パルサフラグＰＶＦを０とし、ステップ４でパルサ信号Ｐｖの立上りエッジからＶ相の交流制御電圧の最初の目標零点θ3 に相当するタイミングまでの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算する。次いで、ステップ５でタイマＶに予測経過時間Ｔａをセットしてその計測を開始させた後、メインルーチンに戻る。
【０１５４】
図３１は、Ｖ相のパルサ信号Ｐｖの立下りエッジが検出されたとき（パルサ５Bvが第２のパルスＶsv2 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｖ立下りエッジ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＶ相用パルサフラグＰＶＦを１とし、ステップ４でＶ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ6 を与える第１の零点推測用角度θａ＋βを時間データに変換する演算を行って、パルサ信号Ｐｖの立下りエッジからＶ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ6 までの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］を演算し、ステップ５でこの予測経過時間ＴａをタイマＶにセットした後、メインルーチンに戻る。
【０１５５】
図３２はＷ相のパルサ信号Ｐｗの立上りエッジが検出されたとき（パルサ５Bwが第１のパルスＶsw1 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｗ立上りエッジ割り込みルーチンで、このルーチンでは、ステップ１で電気角６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＷ相用パルサフラグＰＷＦを０とし、ステップ４でパルサ信号Ｐｗの立上りエッジからＷ相の交流制御電圧の最初の目標零点θ5 に相当するタイミングまでの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］（ｐは磁石界磁の極対数）を演算する。次いで、ステップ５でタイマＷに予測経過時間Ｔａをセットしてその計測を開始させた後、メインルーチンに戻る。
【０１５６】
図３３は、Ｗ相のパルサ信号Ｐｗの立下りエッジが検出されたとき（パルサ５Bwが第２のパルスＶsw2 を発生したとき）に実行されるパルサ信号Ｐｗ立下がりエッジ割り込みで、この割り込みルーチンにおいては、ステップ１で電気角で６０°の区間を回転子が回転するのに要した時間を計測しているタイマＮの計測値（電気角６０°に相当する時間）Ｔｃを読み込み、ステップ２でタイマＮによる次の６０°の区間に相当する時間の計測を開始させる。またステップ３でＷ相用パルサフラグＰＷＦを１とし、ステップ４でＷ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ2 を与える第１の零点推測用角度θａ＋βを時間データに変換する演算を行って、パルサ信号Ｐｗの立下りエッジからＷ相の交流制御電圧の２番目の目標零点θ2 までの予測経過時間Ｔａ［＝Ｔｃ×ｐ×（θａ＋β）／６０］を演算し、ステップ５でこの予測経過時間ＴａをタイマＶにセットした後、メインルーチンに戻る。
【０１５７】
図３４は、タイマＵが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＵ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンでは、ステップ１においてタイマＵを解除した後、ステップ２でＵ相用パルサフラグＰＵＦが０であるか否かを判定し、ＰＵＦが０であるときにはステップ３に進んでオンオフパターン（１，０，１，０，１，０）を発生させる。またステップ２でＰＵＦが０でないと判定されたときにはステップ４に進んでオンオフパターン（０，１，０，１，０，１）を発生させる。
【０１５８】
図３５はタイマＶが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＶ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンでは、ステップ１においてタイマＶを解除した後、ステップ２でＶ相用パルサフラグＰＶＦが０であるか否かを判定し、ＰＶＦが０であるときにはステップ３に進んでオンオフパターン（１，１，０，０，０，１）を発生させる。またステップ２でＰＶＦが０でないと判定されたときにはステップ４に進んでオンオフパターン（０，０，１，１，１，０）を発生させる。
【０１５９】
図３６は、タイマＷが予測経過時間Ｔａの計測を完了したときに実行されるタイマＷ割り込みルーチンで、この割り込みルーチンでは、ステップ１においてタイマＷを解除した後、ステップ２でＷ相用パルサフラグＰＷＦが０であるか否かを判定し、ＰＷＦが０であるときにはステップ３に進んでオンオフパターン（０，１，１，１，０，０）を発生させる。またステップ２でＰＷＦが０でないと判定されたときにはステップ４に進んでオンオフパターン（１，０，０，０，１，１）を発生させる。
【０１６０】
本実施形態では、図２７のルーチンにより制御電圧位相角決定手段２１が構成され、図２８ないし図３３の割り込みルーチンのそれぞれのステップ１及び２により回転速度検出手段２０が構成される。また図２８ないし図３３の割り込みルーチンのそれぞれのステップ３ないし５により制御電圧零点推測手段２２が構成される。更に図３４ないし図３６の割り込みルーチンによりオンオフパターン発生手段２３が構成される。
【０１６１】
図３７及び図３８は本発明の第５の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示したもので、この例では、図１６及び図１７に示した例と同様に設けられた４つのリラクタ１７Ａないし１７Ｄのうち、１つのリラクタ１７Ｃが、回転子ヨークの外周面からの高さが高い第１の部分１７C1と、該第１の部分よりも回転方向の後方側にあって該第１の部分よりも高さが低い第２の部分１７C2とを有する２段リラクタからなっている。リラクタ１７Ｃ全体の極弧角は他のリラクタ１７Ａ，１７Ｂ及び１７Ｄの極弧角と同じである。そしてこの例では、パルサ５Ｂがリラクタ１７Ｃの回転方向の前端側エッジ１７Caを検出したときに発生するパルスが、他のリラクタの回転方向の前端側のエッジを検出したときに発生するパルスとともに、交流制御電圧の発生タイミングと零点とを求めるために用いられ、パルサがリラクタ１７Ｃの第１の部分１７C1と第２の部分１７C2との境界部分に形成されたエッジ１７Ccを検出したときに発生するパルスが、内燃機関の点火時期を求める際の基準位置を検出するためのパルスとして用いられる。即ちこの例では、リラクタ１７Ｃが、交流制御電圧を発生させるために用いるリラクタと、内燃機関の点火時期を検出する際の基準となる信号を発生させるために用いられる点火用のリラクタとを兼ねている。
【０１６２】
このように、回転子ヨークに設けるリラクタを交流制御電圧発生用のリラクタと点火用のリラクタとに兼用するようにすると、点火用のリラクタ及びパルサを別個に設ける必要がなくなるため、信号発生装置の構成を簡単にすることができる。
【０１６３】
図３７及び図３８に示した例においても、パルサを各相毎に設けることができる。
【０１６４】
上記の例では、磁石発電機として３相交流出力を発生するものを用いたが、単相の磁石発電機を用いる場合にも本発明を適用することができ、２相交流出力または４相以上の多相交流出力を発生する磁石発電機を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【０１６５】
上記の例では、磁石発電機の回転子ヨークの外周に信号発生装置のリラクタを形成したが、本発明は、このように回転子ヨークの外周にリラクタを設ける場合に限定されるものではなく、回転子のボス部の外周や、回転子ヨークとは別個に設けた回転円板の外周などにリラクタを設けるようにしてもよい。
【０１６６】
上記の例では、磁石発電機として回転子外転形のものを用いたが、回転子内転形の磁石発電機を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【０１６７】
上記の例では、電圧蓄積手段としてバッテリを用いたが、バッテリの代わりにコンデンサを電圧蓄積手段として用いる場合（図１においてバッテリ２を省略してコンデンサＣａを電圧蓄積手段として用いる場合）にも本発明を適用することができる。
【０１６８】
上記の各実施形態では、信号発生装置として、リラクタのエッジを検出したときにパルスを発生する誘導子形のものを用いたが、信号発生装置は、内燃機関の高い温度に曝されたときに破壊する部品（特に半導体部品）を用いずに、回転子の回転角度位置が予め定められた特定の回転角度位置に一致する毎にパルスを発生するものであればよく、誘導子形のものに限定されない。
【０１６９】
回転体の特定の回転角度位置で信号を発生する装置としては、種々の形式のものがあるが、内燃機関の高い温度に曝されたときに破壊することがない信号発生装置としては、磁束の変化をコイルにより検出してパルスを発生させるようにした磁束変化検出形のものを用いるのが好ましい。
【０１７０】
上記の各実施形態で用いた誘導子形の信号発生装置は、磁束変化検出形の信号発生装置として広く用いられているものであるが、この誘導子形の信号発生装置に代えて、例えば、回転子ヨークに永久磁石を貼り付けて構成した信号発生用ロータと、該信号発生用ロータの磁石に対向する磁極部を有する鉄心に信号コイルを巻回して構成した信号発生用ステータとを備えて、信号発生用ロータの磁石が信号発生用ステータの鉄心の磁極部の位置を通過する際に信号コイルと鎖交する磁束に生じる変化により信号コイルにパルス信号を誘起させるようにした磁束変化検出形の信号発生装置を用いることもできる。
【０１７１】
また回転子ヨークの周壁部の内周に取りつけられた永久磁石から生じる磁束の一部を外部に漏洩させるための孔を回転子ヨークの周壁部に設けるとともに、該回転子ヨークの周壁部の孔に対向する磁極部を有する鉄心に信号コイルを巻回して構成した信号発生用ステータを回転子ヨークの周壁部の外側に配置して、回転子ヨークの周壁部に設けた孔が信号発生用ステータの鉄心の磁極部の位置を通過する際に生じる磁束の変化により信号コイルにパルス信号を誘起させるようにした磁束変化検出形の信号発生装置を用いることもできる。
【０１７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、磁石発電機と共に内燃機関のカバー内に配置しても支障を来さない磁束変化検出形の信号発生装置を用いて回転子の回転角度位置を検出することにより、発電機の電機子コイルの誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧を発生させるようにしたので、内燃機関により駆動される磁石発電機を用いてバッテリを充電する発電装置の出力調整を大きな発熱を伴うことなく行わせることができるという利点が得られる。
【０１７３】
また本発明によれば、発電機の出力が過大になったときに電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を進角側に変化させることにより出力を抑制できるだけでなく、交流制御電圧の位相を遅角側に変化させることにより、発電機の出力を増大させることもできるため、従来の短絡形の電圧調整器を用いる場合に比べて発電出力の制御に多様性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の全体的な構成を示した回路図である。
【図２】 本発明に係わる発電装置において用いるコントローラの構成例をハードウェアの構成とともに示したブロック図である。
【図３】 図１の実施形態の動作を説明するための信号波形図である。
【図４】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムの制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図５】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図６】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図７】 図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図８】 本発明の第２の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図９】 図８に示した磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【図１０】 本発明の第２の実施形態の各部の信号波形を示した波形図である。
【図１１】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行する制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１２】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１３】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１４】 本発明の第２の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１５】 第２の実施形態及び第２の実施形態で用いるスイッチパターンデータマップの構成を示した図表である。
【図１６】 本発明の第３の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図１７】 図１６に示した磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【図１８】 本発明の第３の実施形態の各部の信号を示した波形図である。
【図１９】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行する制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２０】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するパルサ信号立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２１】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するパルサ信号立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２２】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２３】 本発明の第３の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２４】 本発明の第４の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図２５】 図２４の磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【図２６】 本発明の第４の実施形態の各部の信号波形を示した波形図である。
【図２７】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムの制御電圧位相角及びＵ相制御電圧零点計算ルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２８】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｕ立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２９】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｕ立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３０】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｖ立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３１】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｖ立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３２】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｗ立上りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３３】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのパルス信号Ｐｗ立下りエッジ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３４】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＵ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３５】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＶ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３６】 本発明の第４の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのタイマＷ割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３７】 本発明の第５の実施形態で用いる磁石発電機及び信号発生装置の構成例を示した正面図である。
【図３８】 図３７に示した磁石発電機及び信号発生装置を機関に取りつけた状態を示した断面図である。
【符号の説明】
１：磁石発電機、１Ａ：回転子、１Ｂ：固定子、２：バッテリ、３：ＡＣ／ＤＣ相互変換器、４：コントローラ、５：誘導子形の信号発生装置、５Ａ：ロータ、５Ｂ，５Bu〜５Bw：パルサ、１０：回転子ヨーク、１０Ｃ：回転子ヨークの周壁部、Ｍ１〜Ｍ８：永久磁石、１５：電機子鉄心、１７，１７Ａ〜１７Ｄ：リラクタ、Ｌｕ〜Ｌｗ：電機子コイル。
Claims (9)
- ２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁を有する回転子と前記磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にｍ相（ｍは１以上の整数）の電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて前記回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、前記磁石発電機のｍ相の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換して電圧蓄積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータと前記電圧蓄積手段の両端の電圧をｍ相の交流電圧に変換して前記電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、前記発電機の特性を調整するために前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルに交流制御電圧を印加するべく前記インバータを制御するコントローラとを備えた内燃機関駆動発電装置であって、
前記回転子の回転角度位置が予め定められた特定の回転角度位置に一致する毎に磁束の変化をコイルにより検出してパルスを発生する磁束変化検出形の信号発生装置が設けられ、
前記コントローラは、
前記信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて前記磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、
前記電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、前記電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには前記交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように前記交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには前記交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、
前記制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記信号発生装置が特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、前記回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて前記特定のパルスが発生する回転角度位置から前記目標零点まで前記回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、前記信号発生装置が前記特定のパルスを発生した時に前記時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの前記回転子の回転角度位置を前記電機子コイルに印加すべき交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、
前記制御電圧零点推測手段により推測された各零点に各零点が一致する交流電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルに印加するように前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
を備えている内燃機関駆動発電装置。 - 前記インバータは、ブリッジの各辺にスイッチ素子を有してオン状態にするスイッチ素子の組み合わせを切り換えることにより前記電圧蓄積手段の電圧をｍ相の交流電圧に変換するブリッジ形インバータからなり、
前記インバータ制御手段は、
前記制御電圧零点推測手段により推測された各零点に零点が一致する前記交流制御電圧を前記インバータから出力させるために前記インバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、
前記オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従って前記インバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関駆動発電装置。 - ２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁を有する回転子と前記磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて前記回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、前記磁石発電機のｍ相の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換して電圧蓄 積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータと前記電圧蓄積手段の両端の電圧をｍ相の交流電圧に変換して前記電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、前記発電機の特性を調整するために前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルにｍ相の交流制御電圧を印加するべく前記インバータを制御するコントローラとを備えた内燃機関駆動発電装置であって、
前記インバータは、ブリッジの各辺にスイッチ素子を有してオン状態にするスイッチ素子の組み合わせを切り換えることにより前記電圧蓄積手段の電圧をｍ相の交流電圧に変換するブリッジ形インバータからなり、
３６０°／２ｎの極弧角を有するリラクタを等角度間隔でｎ個有して前記回転子と共に回転させられる信号発生用ロータと、前記信号発生用ロータの各リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出してパルスを発生する１つのパルサとを備えた信号発生装置が設けられ、
前記コントローラは、
前記信号発生装置のパルサが発生するパルスの発生間隔に基づいて前記磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、
前記電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、前記電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように各相の交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように各相の交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、
前記制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する各相の交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、前記回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて前記特定のパルスが発生する回転角度位置から前記目標零点まで前記回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、前記パルサが前記特定のパルスを発生した時に前記時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの前記回転子の回転角度位置を前記電機子コイルに印加すべき各相の交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、
前記制御電圧位相角決定手段により位相角が決定された各相の交流制御電圧を前記インバータから出力させるために、前記制御電圧零点推測手段により推測された各相の交流制御電圧の各零点で前記インバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、
前記オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従って前記インバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部と、
を備えていることを特徴とする内燃機関駆動発電装置。 - ２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石界磁を有する回転子と前記磁石界磁の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを巻装してなる固定子とを備えて前記回転子が内燃機関により駆動される磁石発電機と、前記磁石発電機のｍ相の電機子コイルから得られる交流出力を直流出力に変換して電圧蓄積手段に供給するＡＣ／ＤＣコンバータと前記電圧蓄積手段の両端の電圧をｍ相の交流電圧に変換して前記電機子コイルに印加するインバータとを備えたＡＣ／ＤＣ相互変換部と、前記発電機の特性を調整するために前記電圧蓄積手段から前記インバータを通して前記電機子コイルにｍ相の交流制御電圧を印加するべく前記インバータを制御するコントローラとを備えた内燃機関駆動発電装置であって、
前記インバータは、ブリッジの各辺にスイッチ素子を有してオン状態にするスイッチ素子の組み合わせを切り換えることにより前記電圧蓄積手段の電圧をｍ相の交流電圧に変換するブリッジ形インバータからなり、
３６０°／２ｎの極弧角を有するリラクタを等角度間隔でｎ個有して前記回転子と共に回転させられる信号発生用ロータと、前記ｍ相の電機子コイルに対してそれぞれ設けられ て前記信号発生用ロータの周方向に等間隔で配置されたｍ個のパルサとを備えて、前記各相のパルサが前記ロータの一連のリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出してパルスを発生するように構成された信号発生装置が設けられ、
前記コントローラは、
前記信号発生装置が発生するパルスの発生間隔に基づいて前記磁石発電機の回転速度情報を得る回転速度検出手段と、
前記電圧蓄積手段の両端の電圧を設定電圧と比較して、前記電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも低いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも遅らせるように各相の交流制御電圧の位相角を決定し、電圧蓄積手段の両端の電圧が設定電圧よりも高いときには各相の交流制御電圧の位相を現在の位相よりも進ませるように該交流制御電圧の位相角を決定する制御電圧位相角決定手段と、
前記制御電圧位相角決定手段により決定された位相角を有する各相の交流制御電圧の各零点を目標零点として該目標零点と前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置との間の角度差を演算し、演算した角度差を、前記回転速度検出手段により得られた磁石発電機の回転速度情報を用いて前記パルサが特定のパルスを発生する回転角度位置から前記目標零点まで前記回転子が回転するのに要する時間を示す時間データに変換し、前記各相のパルサが前記特定のパルスを発生した時に前記時間データの計測を開始して該時間データの計測が完了したときの前記回転子の回転角度位置を前記電機子コイルに印加すべき各相の交流制御電圧の零点として推測する制御電圧零点推測手段と、
前記制御電圧位相角決定手段により位相角が決定された各相の交流制御電圧を前記インバータから出力させるために、前記制御電圧零点推測手段により推測された各相の交流制御電圧の各零点で前記インバータのいずれのスイッチ素子をオン状態とし、いずれのスイッチ素子をオフ状態とするかを示すオンオフパターンを発生させるオンオフパターン発生手段と、
前記オンオフパターン発生手段が発生するオンオフパターンに従って前記インバータのオン状態にすべきスイッチ素子に駆動信号を与えるインバータ駆動部とを備えていること、
を特徴とする内燃機関駆動発電装置。 - 前記回転子は、強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように形成された回転子ヨークの周壁部の内周に永久磁石を取り付けて前記磁石界磁を構成したものからなり、
前記回転子ヨークの周壁部の外周に前記リラクタが設けられて、該リラクタと回転子ヨークとにより前記信号発生用ロータが構成されている請求項３または４に記載の内燃機関駆動発電装置。 - 前記磁石発電機の回転軸に前記回転子とは別個に設けられた回転体が取り付けられ、該回転体に前記リラクタが設けられて前記信号発生用ロータが構成されている請求項３または４に記載の内燃機関駆動発電装置。
- 前記ｎ個のリラクタの内の１つのリラクタは、前記回転子ヨークの外周面からの高さが高い第１の部分と該第１の部分よりも回転子ヨークの外周面からの高さが低い第２の部分とを有する２段リラクタからなっていて、前記１つのリラクタの全体の極弧角と他のリラクタのそれぞれの極弧角とが等しく設定され、
前記パルサが前記１つのリラクタの回転方向の前端側エッジを検出したときに発生するパルスは、前記パルサが他のリラクタの回転方向の前端側のエッジを検出したときに発生するパルスとともに、前記交流制御電圧の零点を求めるために用いられ、前記パルサが前記１つのリラクタの第１の部分と第２の部分との境界部分に形成されたエッジを検出したときに発生するパルスが、内燃機関の点火時期を求める際の基準位置を検出するためのパルスとして用いられること、
を特徴とする請求項５に記載の内燃機関駆動発電装置。 - 前記ｎ個のリラクタの内の１つのリラクタは、前記回転体の外周面からの高さが高い第１の部分と該第１の部分よりも回転体の外周面からの高さが低い第２の部 分とを有する２段リラクタからなっていて、前記１つのリラクタの全体の極弧角と他のリラクタのそれぞれの極弧角とが等しく設定され、
前記パルサが前記１つのリラクタの回転方向の前端側エッジを検出したときに発生するパルスは、前記パルサが他のリラクタの回転方向の前端側のエッジを検出したときに発生するパルスとともに、前記交流制御電圧の零点を求めるために用いられ、前記パルサが前記一つのリラクタの第１の部分と第２の部分との境界部分に形成されたエッジを検出したときに発生するパルスが、内燃機関の点火時期を求める際の基準位置を検出するためのパルスとして用いられること、
を特徴とする請求項６に記載の内燃機関駆動発電装置。 - 前記磁石発電機の特性を調整するために前記インバータから出力される電流を所定のデューティ比で断続させるように前記インバータを制御するＰＷＭ制御手段を更に備えている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関駆動発電装置。
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