JP4460708B2 - エンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置 - Google Patents
エンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのスタータおよびバッテリの充電用の発電機として兼用する永久磁石モータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両例えば自動車においては、エンジンの出力軸にクラッチを介してスタータ（セルモータ）が連繋されていて、このスタータはリレースイッチを介してバッテリに接続されており、また、エンジンの出力軸に発電機が連繋されていて、この発電機はバッテリに接続されている。そして、イグニッションキーがスタータ位置に回されてスタータリレーが動作されると、そのリレースイッチがオンしてバッテリからスタータに電源が供給され、スタータが動作してエンジンの出力軸を駆動し、エンジンをを始動させる。その後、クラッチが切り離されるとともに、スタータリレーが復帰されてリレースイッチがオフされるようになっている。エンジンが始動すると、発電機が駆動されて発電し、これによりバッテリが充電されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、エンジンのスタータおよびバッテリ充電用の発電機の２つを必要とするため、自動車の搭載スペースが大きくなる不具合がある。また、エンジンの始動時には、スタータには大トルクを発生すべく大電流が流れるので、スタータリレーとしては、この大電流に耐え得る大形のものを用いる必要がある。更に、エンジンの始動後は、このエンジンによりスタータが逆駆動されないようにクラッチが設けられているが、クラッチを設けることは搭載スペーサが一層大きくなる不具合がある。
【０００４】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の搭載スペースが小さくて済み、大形のスタータリレーを必要としないエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、車両に搭載されたバッテリと、エンジンの出力軸に連繋された永久磁石モータと、フライホイールダイオードを有する複数のスイッチング素子を直列に接続してなるアームを１つ以上有し、入力端子がコンデンサに接続され、出力端子が前記永久磁石モータに接続されて、直流を交流に変換して前記永久磁石モータに供給するための駆動回路と、前記バッテリ側に位置して前記コンデンサに並列に設けられ、ダイオードを並列に有する２個のスイッチング素子を直列接続してなるチョッパ回路と、このチョッパ回路の中性点と前記バッテリとの間に接続されたリアクトルと、前記駆動回路および前記チョッパ回路のスイッチング素子をオンオフ制御する制御手段とを具備する構成に特徴を有する。
【０００６】
更に、前記制御手段を、永久磁石モータをエンジンのスタータとして動作させる場合には、チョッパ回路を非動作若しくは昇圧チョッパとして動作させることにより駆動回路を介して前記永久磁石モータを駆動させ、前記永久磁石モータを発電機として動作させる場合には、その永久磁石モータの発電電圧がバッテリの電圧より高いときは、前記駆動回路を非動作にして、前記チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させることにより前記バッテリを充電させ、前記永久磁石モータの発電電圧が前記バッテリの電圧より低いときは、前記チョッパ回路を非動作にして、前記駆動回路の負側スイッチング素子をオンオフしてその駆動回路を昇圧チョッパをして動作させることにより前記バッテリを充電させるように構成するところに特徴を有する。
【０００７】
以上のような構成によれば、永久磁石モータをエンジンの出力軸に連繋して、この永久磁石モータを、エンジンの始動時にはエンジンを駆動するスタータとして動作させ、エンジンの始動後はエンジンにより駆動されてバッテリを充電するための発電機として動作させるようにしたので、１つの永久磁石モータにスタータと発電機とを兼用させることができ、従って、スタータと発電機の２つを搭載するようにした従来に比し、車両の搭載スペースを小さくすることができ、しかも、エンジンの出力軸と永久磁石モータとの間には従来のようなクラッチを設ける必要がないので、搭載スペースを一層小さくすることができる。そして、永久磁石モータをスタータとして動作させる場合には、永久磁石モータを制御手段によって制御される駆動回路により駆動するようにしたので、バッテリと永久磁石モータとの間に、従来のようなスタータリレーのリレースイッチを接続する必要がなく、従って、大形なスタータリレーを設ける必要もない。
【０００８】
そして、永久磁石モータをスタータとして動作させる場合において、バッテリの端子間電圧が定格電圧であるときには、チョッパ回路を非動作状態にしてバッテリの端子間電圧によりコンデンサを充電させ、バッテリの端子間電圧が定格電圧より低いときには、リアクトルとともにチョッパ回路を昇圧チョッパとして動作させることによりバッテリの端子間電圧を昇圧してコンデンサを充電させるようにし、逆に、永久磁石モータを発電機として動作させる場合において、永久磁石モータの発電電圧がバッテリの定格電圧より高いときには、駆動回路を非動作状態にし、チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させてバッテリを充電させ、永久磁石モータの発電電圧がバッテリの定格電圧より低いときには、チョッパ回路を非動作状態（但し、正側のトランジスタはオン）にし、駆動回路を永久磁石モータのステータコイルとともに昇圧チョッパとして動作させてバッテリを充電させるようにしたので、スタータとして動作すべく大トルクを有する永久磁石モータであっても、バッテリを充電させるための発電機として動作させることができるものであり、逆に、バッテリの電圧が低下しても昇圧により大トルクの永久磁石モータを始動させることができる。
【０００９】
請求項２記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、チョッパ回路に、ダイオードを並列に有する２個のスイッチング素子を直列接続してなるもう１つのチョッパ回路を並列に接続し、そのチョッパ回路の中性点とバッテリとの間にリアクトルを接続するようにした構成に特徴を有する。
【００１０】
請求項３記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、制御手段を、２つのチョッパ回路において、昇圧時には負側のスイッチング素子を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせ、降圧時には正側のスイッチング素子を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるように構成するところに特徴を有する。
【００１１】
以上のような構成によれば、２つのチョッパ回路において、昇圧時には負側のスイッチング素子が１８０度のタイミング位相差をもってオンオフされるので、コンデンサにリップルの少ない直流電源電圧を供給することができる。また、降圧時には正側のスイッチング素子が１８０度のタイミング位相差をもってオンオフされるので、リップルの少ない電圧でバッテリを充電することができる。
【００１２】
請求項４記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、２つのリアクトルを、１つのコアに２つのコイルを巻装して構成するところに特徴を有する。
このような構成によれば、リアクトルを小形化できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に適用した第１の実施例につき、図１および図２を参照しながら説明する。
先ず、全体構成を示す図２において、車両たる自動車１には、エンジン２が搭載されている。このエンジン２は、変速機３および差動ギヤ４を介して後側ホイール５，５の車軸６，６を駆動するようになっている。尚、自動車１の前側ホイール７，７の車軸８，８は非駆動である。また、自動車１には、永久磁石モータとしてブラシレスモータ９が搭載されている。このブラシレスモータ９は、図１に示すように、複数相例えば３相のステータコイル９Ｕ，９Ｖおよび９Ｗを有するステータと、永久磁石形のロータとを備えている。そして、このブラシレスモータ９のロータのシャフトは、エンジン２の出力軸に連繋例えば直結されている。更に、自動車１には、鉛蓄電池等の充電可能な３６ボルト定格（ハイブリットカー仕様）のバッテリ１０が搭載されており、このバッテリ１０とブラシレスモータ９との間で後述する制御装置１１を介して電力の授受が行なわれるようになっている。
【００１４】
さて、制御装置１１の具体的構成につき、図１に従って述べる。駆動回路としてのインバータ回路１２は、６個のスイッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗおよび１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを３相ブリッジ接続して構成されたもので、夫々のコレクタ，エミッタ間には、フライホイールダイオード１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗおよび１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが接続され、以て、３つのアーム１７Ｕ，１７Ｖおよび１７Ｗを有する。そして、このインバータ回路１２の入力端子１８，１９は直流母線２０，２１に接続され、出力端子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗはブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕ，９Ｖおよび９Ｗの各一端子に接続されている。尚、ステータコイル９Ｕ，９Ｖおよび９Ｗの各他端子は共通に接続されている。また、直流母線２１はバッテリ１０の負端子に接続されているとともに、直流母線２０，２１間にはコンデンサ２３が接続されている。
【００１５】
チョッパ回路２４は、例えば２つのスイッチング素子（３つ以上の複数でも可）としてのＮＰＮ形のトランジスタ２５，２６およびダイオード２７，２８を有するもので、そのトランジスタ２５において、コレクタは直流母線２０に接続され、エミッタはトランジスタ２６のコレクタに接続され、そのトランジスタ２６のエミッタは直流母線２１に接続され、トランジスタ２５，２６の夫々のコレクタ，エミッタ間にはダイオード２７，２８が接続されている。そして、チョッパ回路２４の中性点は、リアクトル２９を介してバッテリ１０の正端子に接続されている。この場合、上記リアクトル２９は、コアにコイルを巻装して構成されている。
【００１６】
バッテリ電圧検出器３０は、バッテリ１０に並列に接続されていて、バッテリ１０の端子間電圧を検出するようになっている。主回路電圧検出器３１は、コンデンサ２３に並列に接続されていて、コンデンサ２３の端子間電圧（主回路電圧）を検出するようになっている。そして、位置検出器３２は、ブラシレスモータ９に配設されていて、ブラシレスモータ９のロータの位置を検出するホールＩＣから構成されている。
【００１７】
さて、制御手段たるマイクロコンピュータ３３は、各入力ポートにバッテリ電圧検出器３０，主回路電圧検出器３１および位置検出器３２の各出力端子が接続され、各出力ポートがフォトカプラ式のベースドライブ回路３４，３５の各入力端子に接続されていて、後述する如くに動作する。そして、ベースドライブ回路３４の各出力端子は、インバータ回路１２のトランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗのベースに夫々接続され、ベースドライブ回路３５の各出力端子は、チョッパ回路２４のトランジスタ２５，２６のベースに夫々接続されている。
【００１８】
次に、本実施例の作用につき説明する。
〈ブラシレスモータ９をスタータとして動作させる場合〉
マイクロコンピュータ３３は、バッテリ電圧検出器３０が検出するバッテリ１０の端子間電圧が定格電圧であるときには、チョッパ回路２４を非動作状態とする。これにより、バッテリ１０の直流電圧はリアクトル２９およびダイオード２７を介してコンデンサ２３に印加され、コンデンサ２３はインバータ回路１２の入力電圧に適した電圧に充電される。また、マイクロコンピュータ３３は、バッテリ電圧検出器３０が検出するバッテリ１０の端子間電圧が定格電圧より低いときには、ベースドライブ回路３５にＰＷＭ信号を与えることによりチョッパ回路２４の負側のトランジスタ２６にベース信号を与えるようになり、トランジスタ２６はＰＷＭ信号のデューティに応じてオンオフされる。
【００１９】
チョッパ回路２４において、トランジスタ２６がオンされると、リアクトル２９およびランジスタ２６の経路でバッテリ１０からリアクトル２９に電流が流れ、次に、トランジスタ２６がオフされると、リアクトル２９に蓄積されたエネルギーがダイオード２７を介して放出され、以て、昇圧された電圧がコンデンサ２３に印加される。この場合、電圧の昇圧率は、ＰＷＭ信号のデューティで決定されるものであり、ＰＷＭ信号のデューティが大になるほど昇圧率も大になる。マイクロコンピュータ３３は、バッテリ１０の端子間電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティを決定するようになっており、これによりコンデンサ２３はインバータ回路１２の入力電圧に適した電圧に充電される。このように、チョッパ回路２４とリアクトル２９とは、このときには昇圧チョッパとして動作するのである。
【００２０】
マイクロコンピュータ３３にスタータ信号が与えられると、マイクロコンピュータ３３は、位置検出器３２からの位置検出信号に基づいて通電タイミング信号を生成してベース駆動回路３４に与え、ベース駆動回路３４はこれに応じてインバータ回路１２のトランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗのベースに順次ベース信号を与えるようになり、トランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗが順次オンオフされる。これにより、ブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕないし９Ｗに例えば１２０度通電方式により交流電流が流れ、ロータが回転を始める。ブラシレスモータ９が始動すると、そのシャフトに連結されたエンジン２の出力軸が回転駆動され、エンジン２が始動するようになる。即ち、このときには、ブラシレスモータ９は、エンジン２のスタータとして機能するのである。
【００２１】
〈ブラシレスモータ９を発電機として動作させる場合〉
マイクロコンピュータ３３は、エンジンが始動したときには、インバータ回路１２のトランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗのベースに対するベース信号の供給を停止してこれらを全てオフさせ、以て、インバータ回路１２を非動作状態にする。エンジン２が始動されると、今度は、ブラシレスモータ９のシャフト即ちロータがエンジン２の出力軸によって回転駆動されて、ステータコイル９Ｕないし９Ｗに電圧が誘起され、この誘起された交流電圧は、インバータ回路１２のフライホイールダイオード１５Ｕないし１５Ｗおよび１６Ｕないし１６Ｗが全波整流回路として機能することにより直流電圧に変換されてコンデンサ２３に印加される。即ち、このときには、ブラシレスモータ９は、発電機として機能するのである。
【００２２】
ところで、エンジン２の出力軸の回転速度は、アクセルの踏込み度合に応じて高低変化するものである。従って、エンジン２の出力軸の回転速度に応じてブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕないし９Ｗに誘起される電圧（発電電圧）も高低変化するものであり、コンデンサ２３に印加される直流電圧も高低変化する。
【００２３】
マイクロコンピュータ３３は、主回路電圧検出器３１が検出するコンデンサ２３の端子間電圧（主回路電圧）がバッテリ１０の定格電圧より高いときには（ブラシレスモータ９の発電電圧が高いときには）、ベースドライブ回路３５にＰＷＭ信号を与えることによりチョッパ回路２４の正側のトランジスタ２５のベースにベース信号を与えるようになり、トランジスタ２５はＰＷＭ信号のデューティに応じてオンオフされる。
【００２４】
チョッパ回路２４において、トランジスタ２５がオンされると、コンデンサ２３の端子間電圧は、トランジスタ２５のオン期間だけリアクトル２９を介してバッテリ１０に印加されるので、結果として、バッテリ１０にはコンデンサ２３の端子間電圧が降圧されて印加されるようになる。この場合、電圧の降圧率は、ＰＷＭ信号のデューティで決定されるものであり、ＰＷＭ信号のデューティが小になるほど降圧率が大になる。マイクロコンピュータ３３は、コンデンサ２３の端子間電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティを決定するようになっており、これによりバッテリ１０は適正な電圧で充電される。このように、チョッパ回路２４とリアクトル２９とは、このときには降圧チョッパとして動作するのである。
【００２５】
また、マイクロコンピュータ３３は、主回路電圧検出器３１が検出するコンデンサ２３の端子間電圧（主回路電圧）がバッテリ１０の定格電圧より低いときには（ブラシレスモータ９の発電電圧が低いときには）、チョッパ回路２４を非動作状態とする。ここで、チョッパ回路２４を非動作状態にするとは、トランジスタ２５，２６にオンオフの繰返し動作を行わせないということで、ここでは、トランジスタ２５はオン状態にされる。
【００２６】
更に、マイクロコンピュータ３３は、ベースドライブ回路３４にＰＷＭ信号を与えることによりインバータ回路１２の負側のトランジスタ１４Ｕないし１４Ｗのベースにベース信号を与えるようになり、トランジスタ１４Ｕないし１４ＷはＰＷＭ信号のデューティに応じてオンオフされる。この場合、インバータ回路１２においては、ブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕから電流が流出するパターンのときには、トランジスタ１４Ｕがオンオフされ、ステータコイル９Ｖから電流が流出するパターンのときには、トランジスタ１４Ｖがオンオフされ、ステータコイル９Ｗから電流が流出するパターンのときには、トランジスタ１４Ｗがオンオフされる。
【００２７】
インバータ回路１２において、例えばトランジスタ１４Ｕがオンされると、ステータコイル９Ｕとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとに誘起される電圧によって、ステータコイル９Ｕとトランジスタ１４Ｕとフリーホイールダイオード１６Ｖ若しくは１６Ｗとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとの経路で循環電流が流れて、ステータコイル９Ｕとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとにエネルギーが蓄積され、次に、トランジスタ１４Ｕがオフされると、ステータコイル９Ｕとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとに蓄積されたエネルギーがフリーホイールダイオード１５Ｕを介して放出され、以て、昇圧された電圧がコンデンサ２３に印加される。この場合、電圧の昇圧率は、ＰＷＭ信号のデューティで決定されるものであり、ＰＷＭ信号のデューティが大になるほど昇圧率も大になる。マイクロコンピュータ３３は、バッテリ１０の端子間電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティを決定するようになっており、これによりコンデンサ２３はバッテリ１０の充電にに適した電圧に充電される。
【００２８】
インバータ回路１２のトランジスタ１４Ｖおよび１４Ｗがオンオフされることによる昇圧の原理は、上述したトランジスタ１４Ｕのオンオフのときと同様であり、従って、このときには、インバータ回路１２は、ステータコイル９Ｕないし９Ｗをリアクトルとする昇圧チョッパとして機能するのである。
【００２９】
このように本実施例によれば、ブラシレスモータ９のシャフトをエンジン２の出力軸に直結して、このブラシレスモータ９を、エンジン２の始動時にはエンジン２を駆動するスタータとして動作させ、エンジン２の始動後はエンジン２により駆動されてバッテリ１０を充電するための発電機として動作させるようにしたので、１つのブラシレスモータ９にエンジン２のスタータとバッテリ１０の充電用の発電機とを兼用させることができ、従って、スタータと発電機の２つを搭載するようにした従来に比し、自動車１の搭載スペースを小さくすることができ、しかも、エンジン２の出力軸とブラシレスモータ９のシャフトとの間には従来のようなクラッチを設ける必要がないので、自動車１の搭載スペースを一層小さくすることができる。そして、ブラシレスモータ９をスタータとして動作させる場合には、ブラシレスモータ９をマイクロコンピュータ３３によって制御されるインバータ回路１２により駆動するようにしたので、バッテリ１０とブラシレスモータ９との間に、従来のようなスタータリレーのリレースイッチを接続する必要がなく、従って、大形なスタータリレーを設ける必要もない。
【００３０】
ここで、ブラシレスモータ９をスタータとして動作させる場合において、バッテリ１０の端子間電圧が定格電圧であるときには、チョッパ回路２４を非動作状態にしてバッテリ１０の端子間電圧によりコンデンサ２３を充電させ、バッテリ１０の端子間電圧が定格電圧より低いときには、リアクトル２９とともにチョッパ回路２４を昇圧チョッパとして動作させることによりバッテリ１０の端子間電圧を昇圧してコンデンサ２３を充電させるようにした。逆に、ブラシレスモータ９を発電機として動作させる場合において、ブラシレスモータ９の発電電圧がバッテリ１０の定格電圧より高いときには、インバータ回路１２を非動作状態にし、チョッパ回路２４を降圧チョッパとして動作させてバッテリ１０を充電させ、ブラシレスモータ９の発電電圧がバッテリ１０の定格電圧より低いときには、チョッパ回路２４を非動作状態（但し、正側のトランジスタ２５はオン）にし、インバータ回路１２をブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕないし９Ｗとともに昇圧チョッパとして動作させてバッテリ１０を充電させるようにした。
【００３１】
以上のような構成とすることにより、スタータとして動作すべく大トルクを有するブラシレスモータ９であっても、バッテリ１０を充電させるための発電機として動作させることができるものであり、逆に、バッテリ１０の電圧が低下しても昇圧により大トルクのブラシレスモータ９を始動させることができる。
【００３２】
図３ないし図５は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して示し、以下異なる部分についてのみ説明する。
図３は要部のみの電気回路を示すもので、図示されていない部分は図１と同一構成である。もう１つのチョッパ回路３６は、チョッパ回路２４と同様に、２つスイッチング素子としてのＮＰＮ形のトランジスタ３７，３８およびダイオード３９，４０を有するもので、そのトランジスタ３７において、コレクタは直流母線２０に接続され、エミッタはトランジスタ３８のコレクタに接続され、そのトランジスタ３８のエミッタは直流母線２１に接続され、トランジスタ３７，３８の夫々のコレクタ，エミッタ間にはダイオード３９，４０が接続されている。そして、チョッパ回路３６の中性点は、リアクトル４１を介してバッテリ１０の正端子に接続されている。すなわち、チョッパ回路３６は、チョッパ回路２４に並列に接続されている。そして、リアクトル２９および４１は、１つのコアに２つのコイルを巻装して構成されている。
【００３３】
次に、この第２の実施例の作用につき、図４および図５をも参照しながら説明する。
チョッパ回路２４および３６を昇圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２６および３８を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせる。この場合、昇圧率を小にするときには、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２６および３８のオン時間をオフ時間より短くし、昇圧率を大にするときには、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２６および３８のオン時間をオフ時間より長くする。
【００３４】
また、チョッパ回路２４および３６を降圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２５および３７を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせる。この場合、降圧率を大にするときには、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２５および３７のオン時間をオフ時間より短くし、降圧率を小にするときには、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２５および３７のオン時間をオフ時間より長くする。
【００３５】
このような第２の実施例によれば、チョッパ回路２４および３６を昇圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２６および３８を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるようにしたので、コンデンサ２３にリップルの少ない直流電源電圧を供給することができる。更に、チョッパ回路２４および３６を降圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２５および３７を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるようにしたので、降圧チョッパとして高速度でスイッチングする必要のある場合に、各トランジスタ２５および３７は、それぞれ半分の応答性を有するだけでよく、発熱を押さえることができる。そして、トランジスタ２５および３７が図５（ａ）および（ｂ）で示すようにオン期間が重複するように制御される場合には、トランジスタ２５および３７が電流分担をするようになる利点がある。
【００３６】
なお、上記第２の実施例においては、２個のトランジスタ３７および３８を設けるようにしたが、図６に示す本発明の第３の実施例のように、トランジスタ３７を省略した構成のチョッパ回路４２としてもよい。この場合には、降圧用はトランジスタ２５のみとなる。
【００３７】
その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、次のような変形，拡張が可能である。
第２の実施例において、降圧時にはトランジスタを２５および３７を同時にオンオフさせるようにしてもよい。
自動車に限らず、エンジンを搭載した車両全般に適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の記述で明らかなように、本発明のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置によれば、永久磁石モータをエンジンの出力軸に連繋して、この永久磁石モータを、エンジンの始動時にはエンジンを駆動するスタータとして動作させ、エンジンの始動後はエンジンにより駆動されてバッテリを充電するための発電機として動作させるようにしたので、１つの永久磁石モータにスタータと発電機とを兼用させることができ、従って、スタータと発電機の２つを搭載するようにした従来に比し、車両の搭載スペースを小さくすることができ、しかも、エンジンの出力軸と永久磁石モータとの間には従来のようなクラッチを設ける必要がないので、搭載スペースを一層小さくすることができる。
そして、永久磁石モータをスタータとして動作させる場合においては、チョッパ回路を非動作状態にし或いは昇圧チョッパとして動作させ、逆に、永久磁石モータを発電機として動作させる場合においては、チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させ或いは駆動回路を永久磁石モータのステータコイルとともに昇圧チョッパとして動作させるようにしたので、スタータとして動作すべく大トルクを有する永久磁石モータであっても、バッテリを充電させるための発電機として動作させることができるものであり、逆に、バッテリの電圧が低下しても昇圧により大トルクの永久磁石モータを始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す全体の電気的構成図
【図２】自動車の概略的構成説明図
【図３】本発明の第２の実施例を示す要部の電気的構成図
【図４】トランジスタのオンオフ波形図（その１）
【図５】トランジスタのオンオフ波形図（その２）
【図６】本発明の第３の実施例を示す図３相当図
【符号の説明】
図面中、１は自動車、２はエンジン、９はブラシレスモータ（永久磁石モータ）、１０はバッテリ（車両）、１１は制御装置、１２はインバータ回路（駆動回路）、１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗはトランジスタ（スイッチング素子）、１５Ｕないし１５Ｗおよび１６Ｕないし１６Ｗはフライホイールダイオード、１７Ｕないし１７Ｗはアーム、２３はコンデンサ、２４はチョッパ回路、２５および２６はトランジスタ（スイッチング素子）、２７および２８はダイオード、２９はリアクトル、３３はマイクロコンピュータ（制御手段）、３６はチョッパ回路、３７および３８はトランジスタ（スイッチング素子）、３９および４０はダイオード、４１はリアクトル、４２はチョッパ回路を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのスタータおよびバッテリの充電用の発電機として兼用する永久磁石モータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両例えば自動車においては、エンジンの出力軸にクラッチを介してスタータ（セルモータ）が連繋されていて、このスタータはリレースイッチを介してバッテリに接続されており、また、エンジンの出力軸に発電機が連繋されていて、この発電機はバッテリに接続されている。そして、イグニッションキーがスタータ位置に回されてスタータリレーが動作されると、そのリレースイッチがオンしてバッテリからスタータに電源が供給され、スタータが動作してエンジンの出力軸を駆動し、エンジンをを始動させる。その後、クラッチが切り離されるとともに、スタータリレーが復帰されてリレースイッチがオフされるようになっている。エンジンが始動すると、発電機が駆動されて発電し、これによりバッテリが充電されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、エンジンのスタータおよびバッテリ充電用の発電機の２つを必要とするため、自動車の搭載スペースが大きくなる不具合がある。また、エンジンの始動時には、スタータには大トルクを発生すべく大電流が流れるので、スタータリレーとしては、この大電流に耐え得る大形のものを用いる必要がある。更に、エンジンの始動後は、このエンジンによりスタータが逆駆動されないようにクラッチが設けられているが、クラッチを設けることは搭載スペーサが一層大きくなる不具合がある。
【０００４】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の搭載スペースが小さくて済み、大形のスタータリレーを必要としないエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、車両に搭載されたバッテリと、エンジンの出力軸に連繋された永久磁石モータと、フライホイールダイオードを有する複数のスイッチング素子を直列に接続してなるアームを１つ以上有し、入力端子がコンデンサに接続され、出力端子が前記永久磁石モータに接続されて、直流を交流に変換して前記永久磁石モータに供給するための駆動回路と、前記バッテリ側に位置して前記コンデンサに並列に設けられ、ダイオードを並列に有する２個のスイッチング素子を直列接続してなるチョッパ回路と、このチョッパ回路の中性点と前記バッテリとの間に接続されたリアクトルと、前記駆動回路および前記チョッパ回路のスイッチング素子をオンオフ制御する制御手段とを具備する構成に特徴を有する。
【０００６】
更に、前記制御手段を、永久磁石モータをエンジンのスタータとして動作させる場合には、チョッパ回路を非動作若しくは昇圧チョッパとして動作させることにより駆動回路を介して前記永久磁石モータを駆動させ、前記永久磁石モータを発電機として動作させる場合には、その永久磁石モータの発電電圧がバッテリの電圧より高いときは、前記駆動回路を非動作にして、前記チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させることにより前記バッテリを充電させ、前記永久磁石モータの発電電圧が前記バッテリの電圧より低いときは、前記チョッパ回路を非動作にして、前記駆動回路の負側スイッチング素子をオンオフしてその駆動回路を昇圧チョッパをして動作させることにより前記バッテリを充電させるように構成するところに特徴を有する。
【０００７】
以上のような構成によれば、永久磁石モータをエンジンの出力軸に連繋して、この永久磁石モータを、エンジンの始動時にはエンジンを駆動するスタータとして動作させ、エンジンの始動後はエンジンにより駆動されてバッテリを充電するための発電機として動作させるようにしたので、１つの永久磁石モータにスタータと発電機とを兼用させることができ、従って、スタータと発電機の２つを搭載するようにした従来に比し、車両の搭載スペースを小さくすることができ、しかも、エンジンの出力軸と永久磁石モータとの間には従来のようなクラッチを設ける必要がないので、搭載スペースを一層小さくすることができる。そして、永久磁石モータをスタータとして動作させる場合には、永久磁石モータを制御手段によって制御される駆動回路により駆動するようにしたので、バッテリと永久磁石モータとの間に、従来のようなスタータリレーのリレースイッチを接続する必要がなく、従って、大形なスタータリレーを設ける必要もない。
【０００８】
そして、永久磁石モータをスタータとして動作させる場合において、バッテリの端子間電圧が定格電圧であるときには、チョッパ回路を非動作状態にしてバッテリの端子間電圧によりコンデンサを充電させ、バッテリの端子間電圧が定格電圧より低いときには、リアクトルとともにチョッパ回路を昇圧チョッパとして動作させることによりバッテリの端子間電圧を昇圧してコンデンサを充電させるようにし、逆に、永久磁石モータを発電機として動作させる場合において、永久磁石モータの発電電圧がバッテリの定格電圧より高いときには、駆動回路を非動作状態にし、チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させてバッテリを充電させ、永久磁石モータの発電電圧がバッテリの定格電圧より低いときには、チョッパ回路を非動作状態（但し、正側のトランジスタはオン）にし、駆動回路を永久磁石モータのステータコイルとともに昇圧チョッパとして動作させてバッテリを充電させるようにしたので、スタータとして動作すべく大トルクを有する永久磁石モータであっても、バッテリを充電させるための発電機として動作させることができるものであり、逆に、バッテリの電圧が低下しても昇圧により大トルクの永久磁石モータを始動させることができる。
【０００９】
請求項２記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、チョッパ回路に、ダイオードを並列に有する２個のスイッチング素子を直列接続してなるもう１つのチョッパ回路を並列に接続し、そのチョッパ回路の中性点とバッテリとの間にリアクトルを接続するようにした構成に特徴を有する。
【００１０】
請求項３記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、制御手段を、２つのチョッパ回路において、昇圧時には負側のスイッチング素子を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせ、降圧時には正側のスイッチング素子を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるように構成するところに特徴を有する。
【００１１】
以上のような構成によれば、２つのチョッパ回路において、昇圧時には負側のスイッチング素子が１８０度のタイミング位相差をもってオンオフされるので、コンデンサにリップルの少ない直流電源電圧を供給することができる。また、降圧時には正側のスイッチング素子が１８０度のタイミング位相差をもってオンオフされるので、リップルの少ない電圧でバッテリを充電することができる。
【００１２】
請求項４記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置は、２つのリアクトルを、１つのコアに２つのコイルを巻装して構成するところに特徴を有する。
このような構成によれば、リアクトルを小形化できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に適用した第１の実施例につき、図１および図２を参照しながら説明する。
先ず、全体構成を示す図２において、車両たる自動車１には、エンジン２が搭載されている。このエンジン２は、変速機３および差動ギヤ４を介して後側ホイール５，５の車軸６，６を駆動するようになっている。尚、自動車１の前側ホイール７，７の車軸８，８は非駆動である。また、自動車１には、永久磁石モータとしてブラシレスモータ９が搭載されている。このブラシレスモータ９は、図１に示すように、複数相例えば３相のステータコイル９Ｕ，９Ｖおよび９Ｗを有するステータと、永久磁石形のロータとを備えている。そして、このブラシレスモータ９のロータのシャフトは、エンジン２の出力軸に連繋例えば直結されている。更に、自動車１には、鉛蓄電池等の充電可能な３６ボルト定格（ハイブリットカー仕様）のバッテリ１０が搭載されており、このバッテリ１０とブラシレスモータ９との間で後述する制御装置１１を介して電力の授受が行なわれるようになっている。
【００１４】
さて、制御装置１１の具体的構成につき、図１に従って述べる。駆動回路としてのインバータ回路１２は、６個のスイッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗおよび１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを３相ブリッジ接続して構成されたもので、夫々のコレクタ，エミッタ間には、フライホイールダイオード１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗおよび１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが接続され、以て、３つのアーム１７Ｕ，１７Ｖおよび１７Ｗを有する。そして、このインバータ回路１２の入力端子１８，１９は直流母線２０，２１に接続され、出力端子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗはブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕ，９Ｖおよび９Ｗの各一端子に接続されている。尚、ステータコイル９Ｕ，９Ｖおよび９Ｗの各他端子は共通に接続されている。また、直流母線２１はバッテリ１０の負端子に接続されているとともに、直流母線２０，２１間にはコンデンサ２３が接続されている。
【００１５】
チョッパ回路２４は、例えば２つのスイッチング素子（３つ以上の複数でも可）としてのＮＰＮ形のトランジスタ２５，２６およびダイオード２７，２８を有するもので、そのトランジスタ２５において、コレクタは直流母線２０に接続され、エミッタはトランジスタ２６のコレクタに接続され、そのトランジスタ２６のエミッタは直流母線２１に接続され、トランジスタ２５，２６の夫々のコレクタ，エミッタ間にはダイオード２７，２８が接続されている。そして、チョッパ回路２４の中性点は、リアクトル２９を介してバッテリ１０の正端子に接続されている。この場合、上記リアクトル２９は、コアにコイルを巻装して構成されている。
【００１６】
バッテリ電圧検出器３０は、バッテリ１０に並列に接続されていて、バッテリ１０の端子間電圧を検出するようになっている。主回路電圧検出器３１は、コンデンサ２３に並列に接続されていて、コンデンサ２３の端子間電圧（主回路電圧）を検出するようになっている。そして、位置検出器３２は、ブラシレスモータ９に配設されていて、ブラシレスモータ９のロータの位置を検出するホールＩＣから構成されている。
【００１７】
さて、制御手段たるマイクロコンピュータ３３は、各入力ポートにバッテリ電圧検出器３０，主回路電圧検出器３１および位置検出器３２の各出力端子が接続され、各出力ポートがフォトカプラ式のベースドライブ回路３４，３５の各入力端子に接続されていて、後述する如くに動作する。そして、ベースドライブ回路３４の各出力端子は、インバータ回路１２のトランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗのベースに夫々接続され、ベースドライブ回路３５の各出力端子は、チョッパ回路２４のトランジスタ２５，２６のベースに夫々接続されている。
【００１８】
次に、本実施例の作用につき説明する。
〈ブラシレスモータ９をスタータとして動作させる場合〉
マイクロコンピュータ３３は、バッテリ電圧検出器３０が検出するバッテリ１０の端子間電圧が定格電圧であるときには、チョッパ回路２４を非動作状態とする。これにより、バッテリ１０の直流電圧はリアクトル２９およびダイオード２７を介してコンデンサ２３に印加され、コンデンサ２３はインバータ回路１２の入力電圧に適した電圧に充電される。また、マイクロコンピュータ３３は、バッテリ電圧検出器３０が検出するバッテリ１０の端子間電圧が定格電圧より低いときには、ベースドライブ回路３５にＰＷＭ信号を与えることによりチョッパ回路２４の負側のトランジスタ２６にベース信号を与えるようになり、トランジスタ２６はＰＷＭ信号のデューティに応じてオンオフされる。
【００１９】
チョッパ回路２４において、トランジスタ２６がオンされると、リアクトル２９およびランジスタ２６の経路でバッテリ１０からリアクトル２９に電流が流れ、次に、トランジスタ２６がオフされると、リアクトル２９に蓄積されたエネルギーがダイオード２７を介して放出され、以て、昇圧された電圧がコンデンサ２３に印加される。この場合、電圧の昇圧率は、ＰＷＭ信号のデューティで決定されるものであり、ＰＷＭ信号のデューティが大になるほど昇圧率も大になる。マイクロコンピュータ３３は、バッテリ１０の端子間電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティを決定するようになっており、これによりコンデンサ２３はインバータ回路１２の入力電圧に適した電圧に充電される。このように、チョッパ回路２４とリアクトル２９とは、このときには昇圧チョッパとして動作するのである。
【００２０】
マイクロコンピュータ３３にスタータ信号が与えられると、マイクロコンピュータ３３は、位置検出器３２からの位置検出信号に基づいて通電タイミング信号を生成してベース駆動回路３４に与え、ベース駆動回路３４はこれに応じてインバータ回路１２のトランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗのベースに順次ベース信号を与えるようになり、トランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗが順次オンオフされる。これにより、ブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕないし９Ｗに例えば１２０度通電方式により交流電流が流れ、ロータが回転を始める。ブラシレスモータ９が始動すると、そのシャフトに連結されたエンジン２の出力軸が回転駆動され、エンジン２が始動するようになる。即ち、このときには、ブラシレスモータ９は、エンジン２のスタータとして機能するのである。
【００２１】
〈ブラシレスモータ９を発電機として動作させる場合〉
マイクロコンピュータ３３は、エンジンが始動したときには、インバータ回路１２のトランジスタ１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗのベースに対するベース信号の供給を停止してこれらを全てオフさせ、以て、インバータ回路１２を非動作状態にする。エンジン２が始動されると、今度は、ブラシレスモータ９のシャフト即ちロータがエンジン２の出力軸によって回転駆動されて、ステータコイル９Ｕないし９Ｗに電圧が誘起され、この誘起された交流電圧は、インバータ回路１２のフライホイールダイオード１５Ｕないし１５Ｗおよび１６Ｕないし１６Ｗが全波整流回路として機能することにより直流電圧に変換されてコンデンサ２３に印加される。即ち、このときには、ブラシレスモータ９は、発電機として機能するのである。
【００２２】
ところで、エンジン２の出力軸の回転速度は、アクセルの踏込み度合に応じて高低変化するものである。従って、エンジン２の出力軸の回転速度に応じてブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕないし９Ｗに誘起される電圧（発電電圧）も高低変化するものであり、コンデンサ２３に印加される直流電圧も高低変化する。
【００２３】
マイクロコンピュータ３３は、主回路電圧検出器３１が検出するコンデンサ２３の端子間電圧（主回路電圧）がバッテリ１０の定格電圧より高いときには（ブラシレスモータ９の発電電圧が高いときには）、ベースドライブ回路３５にＰＷＭ信号を与えることによりチョッパ回路２４の正側のトランジスタ２５のベースにベース信号を与えるようになり、トランジスタ２５はＰＷＭ信号のデューティに応じてオンオフされる。
【００２４】
チョッパ回路２４において、トランジスタ２５がオンされると、コンデンサ２３の端子間電圧は、トランジスタ２５のオン期間だけリアクトル２９を介してバッテリ１０に印加されるので、結果として、バッテリ１０にはコンデンサ２３の端子間電圧が降圧されて印加されるようになる。この場合、電圧の降圧率は、ＰＷＭ信号のデューティで決定されるものであり、ＰＷＭ信号のデューティが小になるほど降圧率が大になる。マイクロコンピュータ３３は、コンデンサ２３の端子間電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティを決定するようになっており、これによりバッテリ１０は適正な電圧で充電される。このように、チョッパ回路２４とリアクトル２９とは、このときには降圧チョッパとして動作するのである。
【００２５】
また、マイクロコンピュータ３３は、主回路電圧検出器３１が検出するコンデンサ２３の端子間電圧（主回路電圧）がバッテリ１０の定格電圧より低いときには（ブラシレスモータ９の発電電圧が低いときには）、チョッパ回路２４を非動作状態とする。ここで、チョッパ回路２４を非動作状態にするとは、トランジスタ２５，２６にオンオフの繰返し動作を行わせないということで、ここでは、トランジスタ２５はオン状態にされる。
【００２６】
更に、マイクロコンピュータ３３は、ベースドライブ回路３４にＰＷＭ信号を与えることによりインバータ回路１２の負側のトランジスタ１４Ｕないし１４Ｗのベースにベース信号を与えるようになり、トランジスタ１４Ｕないし１４ＷはＰＷＭ信号のデューティに応じてオンオフされる。この場合、インバータ回路１２においては、ブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕから電流が流出するパターンのときには、トランジスタ１４Ｕがオンオフされ、ステータコイル９Ｖから電流が流出するパターンのときには、トランジスタ１４Ｖがオンオフされ、ステータコイル９Ｗから電流が流出するパターンのときには、トランジスタ１４Ｗがオンオフされる。
【００２７】
インバータ回路１２において、例えばトランジスタ１４Ｕがオンされると、ステータコイル９Ｕとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとに誘起される電圧によって、ステータコイル９Ｕとトランジスタ１４Ｕとフリーホイールダイオード１６Ｖ若しくは１６Ｗとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとの経路で循環電流が流れて、ステータコイル９Ｕとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとにエネルギーが蓄積され、次に、トランジスタ１４Ｕがオフされると、ステータコイル９Ｕとステータコイル９Ｖ若しくは９Ｗとに蓄積されたエネルギーがフリーホイールダイオード１５Ｕを介して放出され、以て、昇圧された電圧がコンデンサ２３に印加される。この場合、電圧の昇圧率は、ＰＷＭ信号のデューティで決定されるものであり、ＰＷＭ信号のデューティが大になるほど昇圧率も大になる。マイクロコンピュータ３３は、バッテリ１０の端子間電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティを決定するようになっており、これによりコンデンサ２３はバッテリ１０の充電にに適した電圧に充電される。
【００２８】
インバータ回路１２のトランジスタ１４Ｖおよび１４Ｗがオンオフされることによる昇圧の原理は、上述したトランジスタ１４Ｕのオンオフのときと同様であり、従って、このときには、インバータ回路１２は、ステータコイル９Ｕないし９Ｗをリアクトルとする昇圧チョッパとして機能するのである。
【００２９】
このように本実施例によれば、ブラシレスモータ９のシャフトをエンジン２の出力軸に直結して、このブラシレスモータ９を、エンジン２の始動時にはエンジン２を駆動するスタータとして動作させ、エンジン２の始動後はエンジン２により駆動されてバッテリ１０を充電するための発電機として動作させるようにしたので、１つのブラシレスモータ９にエンジン２のスタータとバッテリ１０の充電用の発電機とを兼用させることができ、従って、スタータと発電機の２つを搭載するようにした従来に比し、自動車１の搭載スペースを小さくすることができ、しかも、エンジン２の出力軸とブラシレスモータ９のシャフトとの間には従来のようなクラッチを設ける必要がないので、自動車１の搭載スペースを一層小さくすることができる。そして、ブラシレスモータ９をスタータとして動作させる場合には、ブラシレスモータ９をマイクロコンピュータ３３によって制御されるインバータ回路１２により駆動するようにしたので、バッテリ１０とブラシレスモータ９との間に、従来のようなスタータリレーのリレースイッチを接続する必要がなく、従って、大形なスタータリレーを設ける必要もない。
【００３０】
ここで、ブラシレスモータ９をスタータとして動作させる場合において、バッテリ１０の端子間電圧が定格電圧であるときには、チョッパ回路２４を非動作状態にしてバッテリ１０の端子間電圧によりコンデンサ２３を充電させ、バッテリ１０の端子間電圧が定格電圧より低いときには、リアクトル２９とともにチョッパ回路２４を昇圧チョッパとして動作させることによりバッテリ１０の端子間電圧を昇圧してコンデンサ２３を充電させるようにした。逆に、ブラシレスモータ９を発電機として動作させる場合において、ブラシレスモータ９の発電電圧がバッテリ１０の定格電圧より高いときには、インバータ回路１２を非動作状態にし、チョッパ回路２４を降圧チョッパとして動作させてバッテリ１０を充電させ、ブラシレスモータ９の発電電圧がバッテリ１０の定格電圧より低いときには、チョッパ回路２４を非動作状態（但し、正側のトランジスタ２５はオン）にし、インバータ回路１２をブラシレスモータ９のステータコイル９Ｕないし９Ｗとともに昇圧チョッパとして動作させてバッテリ１０を充電させるようにした。
【００３１】
以上のような構成とすることにより、スタータとして動作すべく大トルクを有するブラシレスモータ９であっても、バッテリ１０を充電させるための発電機として動作させることができるものであり、逆に、バッテリ１０の電圧が低下しても昇圧により大トルクのブラシレスモータ９を始動させることができる。
【００３２】
図３ないし図５は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して示し、以下異なる部分についてのみ説明する。
図３は要部のみの電気回路を示すもので、図示されていない部分は図１と同一構成である。もう１つのチョッパ回路３６は、チョッパ回路２４と同様に、２つスイッチング素子としてのＮＰＮ形のトランジスタ３７，３８およびダイオード３９，４０を有するもので、そのトランジスタ３７において、コレクタは直流母線２０に接続され、エミッタはトランジスタ３８のコレクタに接続され、そのトランジスタ３８のエミッタは直流母線２１に接続され、トランジスタ３７，３８の夫々のコレクタ，エミッタ間にはダイオード３９，４０が接続されている。そして、チョッパ回路３６の中性点は、リアクトル４１を介してバッテリ１０の正端子に接続されている。すなわち、チョッパ回路３６は、チョッパ回路２４に並列に接続されている。そして、リアクトル２９および４１は、１つのコアに２つのコイルを巻装して構成されている。
【００３３】
次に、この第２の実施例の作用につき、図４および図５をも参照しながら説明する。
チョッパ回路２４および３６を昇圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２６および３８を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせる。この場合、昇圧率を小にするときには、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２６および３８のオン時間をオフ時間より短くし、昇圧率を大にするときには、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２６および３８のオン時間をオフ時間より長くする。
【００３４】
また、チョッパ回路２４および３６を降圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２５および３７を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせる。この場合、降圧率を大にするときには、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２５および３７のオン時間をオフ時間より短くし、降圧率を小にするときには、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、トランジスタ２５および３７のオン時間をオフ時間より長くする。
【００３５】
このような第２の実施例によれば、チョッパ回路２４および３６を昇圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２６および３８を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるようにしたので、コンデンサ２３にリップルの少ない直流電源電圧を供給することができる。更に、チョッパ回路２４および３６を降圧チョッパとして動作させる場合には、マイクロコンピュータ３３によりベース駆動回路３５を介してトランジスタ２５および３７を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるようにしたので、降圧チョッパとして高速度でスイッチングする必要のある場合に、各トランジスタ２５および３７は、それぞれ半分の応答性を有するだけでよく、発熱を押さえることができる。そして、トランジスタ２５および３７が図５（ａ）および（ｂ）で示すようにオン期間が重複するように制御される場合には、トランジスタ２５および３７が電流分担をするようになる利点がある。
【００３６】
なお、上記第２の実施例においては、２個のトランジスタ３７および３８を設けるようにしたが、図６に示す本発明の第３の実施例のように、トランジスタ３７を省略した構成のチョッパ回路４２としてもよい。この場合には、降圧用はトランジスタ２５のみとなる。
【００３７】
その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、次のような変形，拡張が可能である。
第２の実施例において、降圧時にはトランジスタを２５および３７を同時にオンオフさせるようにしてもよい。
自動車に限らず、エンジンを搭載した車両全般に適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の記述で明らかなように、本発明のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置によれば、永久磁石モータをエンジンの出力軸に連繋して、この永久磁石モータを、エンジンの始動時にはエンジンを駆動するスタータとして動作させ、エンジンの始動後はエンジンにより駆動されてバッテリを充電するための発電機として動作させるようにしたので、１つの永久磁石モータにスタータと発電機とを兼用させることができ、従って、スタータと発電機の２つを搭載するようにした従来に比し、車両の搭載スペースを小さくすることができ、しかも、エンジンの出力軸と永久磁石モータとの間には従来のようなクラッチを設ける必要がないので、搭載スペースを一層小さくすることができる。
そして、永久磁石モータをスタータとして動作させる場合においては、チョッパ回路を非動作状態にし或いは昇圧チョッパとして動作させ、逆に、永久磁石モータを発電機として動作させる場合においては、チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させ或いは駆動回路を永久磁石モータのステータコイルとともに昇圧チョッパとして動作させるようにしたので、スタータとして動作すべく大トルクを有する永久磁石モータであっても、バッテリを充電させるための発電機として動作させることができるものであり、逆に、バッテリの電圧が低下しても昇圧により大トルクの永久磁石モータを始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す全体の電気的構成図
【図２】自動車の概略的構成説明図
【図３】本発明の第２の実施例を示す要部の電気的構成図
【図４】トランジスタのオンオフ波形図（その１）
【図５】トランジスタのオンオフ波形図（その２）
【図６】本発明の第３の実施例を示す図３相当図
【符号の説明】
図面中、１は自動車、２はエンジン、９はブラシレスモータ（永久磁石モータ）、１０はバッテリ（車両）、１１は制御装置、１２はインバータ回路（駆動回路）、１３Ｕないし１３Ｗおよび１４Ｕないし１４Ｗはトランジスタ（スイッチング素子）、１５Ｕないし１５Ｗおよび１６Ｕないし１６Ｗはフライホイールダイオード、１７Ｕないし１７Ｗはアーム、２３はコンデンサ、２４はチョッパ回路、２５および２６はトランジスタ（スイッチング素子）、２７および２８はダイオード、２９はリアクトル、３３はマイクロコンピュータ（制御手段）、３６はチョッパ回路、３７および３８はトランジスタ（スイッチング素子）、３９および４０はダイオード、４１はリアクトル、４２はチョッパ回路を示す。
Claims (4)
- 車両に搭載されたバッテリと、
エンジンの出力軸に連繋された永久磁石モータと、
フライホイールダイオードを有する２個のスイッチング素子を直列に接続してなるアームを１つ以上有し、入力端子がコンデンサに接続され、出力端子が前記永久磁石モータに接続されて、直流を交流に変換して前記永久磁石モータに供給するための駆動回路と、
前記バッテリ側に位置して前記コンデンサに並列に設けられ、ダイオードを並列に有する複数のスイッチング素子を直列接続してなるチョッパ回路と、
このチョッパ回路の中性点と前記バッテリとの間に接続されたリアクトルと、
前記駆動回路および前記チョッパ回路のスイッチング素子をオンオフ制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、
前記永久磁石モータをエンジンのスタータとして動作させる場合には、前記チョッパ回路を非動作若しくは昇圧チョッパとして動作させることにより前記駆動回路を介して前記永久磁石モータを駆動させ、
前記永久磁石モータを発電機として動作させる場合には、その永久磁石モータの発電電圧がバッテリの電圧より高いときは、前記駆動回路を非動作にして、前記チョッパ回路を降圧チョッパとして動作させることにより前記バッテリを充電させ、前記永久磁石モータの発電電圧が前記バッテリの電圧より低いときは、前記チョッパ回路を非動作にして、前記駆動回路の負側スイッチング素子をオンオフしてその駆動回路を昇圧チョッパをして動作させることにより前記バッテリを充電させるように構成されていることを特徴とするエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置。 - チョッパ回路に、ダイオードを並列に有する２個のスイッチング素子を直列接続してなるもう１つのチョッパ回路を並列に接続し、
そのチョッパ回路の中性点とバッテリとの間にリアクトルを接続するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置。 - 制御手段は、２つのチョッパ回路において、昇圧時には負側のスイッチング素子を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせ、降圧時には正側のスイッチング素子を１８０度のタイミング位相差をもってオンオフさせるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置。
- ２つのリアクトルは、１つのコアに２つのコイルを巻装して構成されていることを特徴とする請求項２記載のエンジンのスタータと発電機とを兼用した永久磁石モータの制御装置。
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