JP5953423B2 - 発電電動ユニット、動力出力機関、および車両 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/1807—Rotary generators
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    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
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Description

本発明は、発電電動ユニット、動力出力機関、および車両に関する。
本願は、２０１３年３月８日に出願された日本国特願２０１３−０４６９９７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、エンジン始動時にはスタータモータとして機能し、エンジンの始動後は発電機として機能してバッテリの充電を行う始動発電機を有する始動発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、発電機とスタータモータが統合されたモータは、ＡＣＧ（Alternating Current Generator）スタータと称されることがある。ＡＣＧスタータは、例えばエンジンの回転出力軸であるクランクシャフトと同軸上に設置され、クランクシャフトにロータ（回転子）が連結される。ＡＣＧスタータを用いることにより、従来のセルモータ式スタータを備える必要が無くなる。このため、重量やコストを低減することができ、セルモータ式スタータとクランクシャフトを連結する減速ギヤによるノイズの発生を無くすことができる。また、近年増加しているアイドリングストップを行う車両においても、ＡＣＧスタータは好適に用いられる。
日本国特許第４４１０６８０号 日本国特開２０１０―２２３１３６号
ＡＣＧスタータは、減速ギヤを介さずにクランクシャフトに連結される。そのため、エンジン始動時において圧縮上死点を乗り越えるのに十分なトルクを、如何にしてクランクシャフトに作用させるかが課題となっている。ＡＣＧスタータとして大規模なものを用いると、通常走行時においてフリクションが大きくなり、走行フィーリングや燃費が悪化する可能性があるからである。
特許文献２には、アイドリングストップ制御におけるエンジン停止時に、エンジンの回転位置を、圧縮上死点後の所定の位置まで逆回転させ、圧縮上死点に到達するまでの助走期間をエンジンに与えるエンジン始動制御装置について記載されている。このような制御は、スイングバックと称されることがある。また、別の手法として、エンジン始動時に排気バルブを一定量開き、圧縮上死点を乗り越えるのに必要な力を低減する手法（デコンプ）が知られている。しかしながら、スイングバックやデコンプに頼らず、或いはこれらの制御で補完しながら、ＡＣＧスタータの特性（トルク出力性能や発電特性）に関しても何らかの工夫をすることが期待されている。
本発明の態様は、このような事情を考慮してなされたものであり、フリクションの増加を抑制しつつ、トルク出力性能を向上させることが可能な発電電動機等を提供することを目的の一つとする。
本発明に係る発電電動ユニットは、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
（１）本発明の一態様に係る発電電動ユニットは、磁石と、壁面から突出する磁性体とを備える回転子と、前記磁石に磁束を作用させることにより前記回転子にトルクを発生させる第１の固定子と、前記磁性体に磁束を作用させることにより前記回転子にトルクを発生させる第２の固定子であって、前記磁束を発生させるためのコイルへの通電を遮断することが可能なスイッチ部を備える第２の固定子と、を備える発電電動機と、前記回転子の回転方向にトルクを発生させるときには、前記第１の固定子および前記第２の固定子に磁束を発生させるように前記第１の固定子および前記第２の固定子のコイルへの通電を行い、前記回転子の回転により生じる電磁誘導の作用により発電するときには、前記第１の固定子のコイルへの通電を行うと共に前記スイッチ部をオフ状態にして前記第２の固定子のコイルへの通電を遮断する制御部と、を備える。
（２）上記（１）の態様において、前記磁石は、前記回転子における略円筒形状の部材の内周面に配置され、前記第１の固定子は、前記略円筒形状の部材の径内方向から前記磁石に磁束を作用させ、前記磁性体は、前記回転子における略円筒形状の部材の外周面に配置され、前記第２の固定子は、前記略円筒形状の部材の径外方向から前記磁性体に磁束を作用させてもよい。
（３）上記（２）の態様において、前記磁石と前記磁性体は、前記回転子における同じ略円筒形状の部材の内周面と外周面に、それぞれ配置されてもよい。
（４）上記（３）の態様において、前記磁石は、前記略円筒形状の周方向に関して間隔をもって配置され、前記磁石の間を前記第１の固定子および前記第２の固定子が発生させる磁束が通過してもよい。
（５）上記（１）の態様において、前記回転子は、軸が共通する第１円筒部材と第２円筒部材とを備え、前記磁石は、前記第１円筒部材と第２円筒部材のうち一方の内周面に配置され、前記磁性体は、前記第１円筒部材と第２円筒部材のうち他方の外周面に配置されてもよい。
（６）上記（１）の態様において、前記磁石は、前記回転子における略円筒形状の部材の外周面に配置され、前記第１の固定子は、前記略円筒形状の部材の径外方向から前記磁石に磁束を作用させ、前記磁性体は、前記回転子における略円筒形状の部材の内周面に配置され、前記第２の固定子は、前記略円筒形状の部材の径内方向から前記磁性体に磁束を作用させてもよい。
（７）本発明の一態様に係る動力出力機関は、上記（１）の発電電動ユニットと、回転駆動力を出力する内燃機関と、を備え、前記内燃機関の回転出力軸に前記回転子が連結されている。
（８）上記（７）の態様において、前記制御部は、前記内燃機関を始動するときには、前記第１の固定子および前記第２の固定子に磁束を発生させるように前記第１の固定子および前記第２の固定子のコイルへの通電を行い、前記内燃機関の出力する動力を用いて発電するときには、前記第１の固定子に磁束を発生させるように前記第１の固定子のコイルへの通電を行うと共に前記スイッチ部をオフ状態にして前記第２の固定子のコイルへの通電を遮断させてもよい。
（９）上記（７）または上記（８）の動力出力機関であって、前記第２の固定子は、前記内燃機関のカバー部に固定されてもよい。
（１０）本発明の一態様に係る車両は、上記（７）の動力出力機関と、加速操作子とを有する車両であって、前記制御部は、前記加速操作子が操作された場合に、前記第２の固定子のコイルへの通電を行うことによって、前記回転子の回転方向に対して正のトルクを発生させる。
（１１）本発明の一態様に係る車両は、上記（７）または上記（８）の動力出力機関と、減速操作子とを有する車両であって、前記制御部は、前記減速操作子が操作された場合に、前記第２の固定子のコイルへの通電を行うことによって、前記回転子の回転方向に対して負のトルクを発生させる。
上記（１）、（７）、（８）の態様によれば、フリクションの増加を抑制しつつ、トルク出力性能を向上させることができる。
上記（１０）の態様によれば、良好な加速性能を得ることができる。
上記（１１）の態様によれば、良好な制動性能を得ることができる。
本発明の実施形態に係るＡＣＧスタータ（発電電動機）が搭載された自動二輪車の全体構成の一例を示す構成図である。 図１のＡ−Ａ断面に対応するエンジンユニットの展開断面図である。 第１実施形態に係るＡＣＧスタータの断面図の一例である。 第１実施形態に係る発電電動ユニットのモデル図である。 第１実施形態に係るＡＣＧスタータをエンジン側から見た平面図である。 第１のステータおよび第２のステータが三相制御されることによってロータが回転駆動される様子を模式的に示す図である。 第２実施形態に係る発電電動ユニットのモデル図である。 マグネット間を通過する磁束によりトルクを発生させる様子を示す図である。 マグネット間を通過する磁束によりトルクを発生させる様子を示す図である。 第２実施形態に係るＡＣＧスタータの断面の一例である。 第２実施形態に係るロータの外観形状を示す斜視図である。 第４実施形態に係るＡＣＧスタータの第１のステータおよび第２のステータが三相制御されることによってロータが回転駆動される様子を模式的に示す図である。
以下、図面を参照し、本発明の発電電動機、発電電動ユニット、および動力出力機関の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
［自動二輪車の構成］
図１は、本発明の実施形態に係るＡＣＧスタータ（発電電動機）６０が搭載された自動二輪車１の全体構成の一例を示す構成図である。自動二輪車１では、エンジンユニット２が車体前後方向の中央に搭載され、エンジンユニット２の後部上方に乗員が着座するシート３が設けられ、シート３の下方に燃料タンク４が設けられている。
前輪Ｗｆは、フロントフォーク５に回転可能に支持される。フロントフォーク５の上部に操舵ハンドル６が設けられている。操舵ハンドル６の右側には、ブレーキレバーＢＬとスロットルグリップＳＧが配置されている。また、後輪Ｗｒは、スイングアーム７を介して車体フレームに揺動可能に支持されている。
図２は、図１のＡ−Ａ断面に対応するエンジンユニット２の展開断面図である。エンジンユニット２は、内燃機関であるレシプロ式のエンジン１０と、多段式の変速機１１とが一体ブロックとして構成されている。エンジン１０と変速機１１が遠心クラッチ８とミッションクラッチ１２を介して動力伝達可能に構成されている。
エンジン１０は、シリンダブロック１３のシリンダボア内にピストン１４が摺動自在に嵌装されている。ピストン１４は、コンロッド１５を介してクランク軸１６に連結されている。このエンジン１０は、図１に示すように、シリンダブロック１３がクランク軸１６に対して車体前方に延出する略水平姿勢で車両に搭載される。
クランク軸１６は、シリンダブロック１３の基端部に結合されたクランクケース１７に軸受１８を介して回転可能に支持されている。また、シリンダブロック１３の先端部には、ピストン１４との間で燃焼室１９を形成するシリンダヘッド２０が取り付けられている。
なお、図２における符号２１は、燃焼室１９内に臨むようにシリンダヘッド２０に設置された点火装置である。また、符号２２は、シリンダヘッド２０の先端側に設けられ、クランク軸１６と連動して図示しない吸排気バルブを開閉駆動する動弁装置であり、ヘッドカバー２０Ｃによって覆われている。また、図２の符号２３は、クランク軸１６上のコンロッド１５との連結部（クランクピン）の軸方向両側に設けられたクランクウェブである。また、符号１７ａは、クランク軸１６のほぼ全域を収容するクランクケース１７内のクランク室である。
クランク軸１６の軸方向の一端部（図２の紙面右側の端部、以下、右端部と呼ぶ）の外周（クランクウェブ２３よりも軸方向外側の外周）には、遠心クラッチ８が設けられている。遠心クラッチ８は、クランク軸１６の右端部に一体に固定されたクラッチインナ２４と、クランク軸１６の右端部の外周に回転可能に支持されたクラッチアウタ２５と、クラッチインナ２４と一体に回転してクラッチインナ２４とクラッチアウタ２５を遠心力によって接続状態にする遠心ウェイト２６と、を備えている。遠心クラッチ８は、クランク軸１６の回転速度が所定速度以上に達したときに、クランク軸１６の回転動力をクラッチアウタ２５に出力する。
また、クラッチアウタ２５には、ミッションクラッチ１２に一体化される入力ギヤ２７と噛合する出力ギヤ２８が一体回転可能に結合されている。クランクケース１７内のクランク軸１６の回転中心Ｏよりも車両後方側位置には、変速機１１のメイン軸２９とカウンタ軸３０がクランク軸１６と平行に設けられている。
メイン軸２９とカウンタ軸３０はそれぞれ離間して配置された一対の軸受を介してクランクケース１７内に回転可能に支持される。また、メイン軸２９はクランク軸１６の車両後方側に隣接する位置に配置され、カウンタ軸３０はメイン軸２９の車両後方側に隣接する位置に配置されている。
変速機１１のメイン軸２９上には、メイン変速ギヤ群Ｍ１が配設されている。カウンタ軸３０上には、メインギヤ群Ｍ１と噛合するカウンタギヤ群Ｍ２が配設されている。メイン軸２９の軸方向の一端部（図２の紙面右側の端部、以下、右端部と呼ぶ）には、クランク軸１６側の出力ギヤ２８に噛合される前記の入力ギヤ２７とミッションクラッチ１２とが設けられている。
入力ギヤ２７は、メイン軸２９の外周上に回転可能に支持されている。また、カウンタ軸３０の軸方向の他端部（図２の紙面左側の端部）には出力スプロケット３３が取り付けられている。出力スプロケット３３には動力伝達用のチェーン（図示せず）が掛け回され、当該チェーンを介してカウンタ軸３０の回転が駆動輪である後輪Ｗｒに伝達されるようになっている。
変速機１１では、クランクケース１７内に設けられたシフトドラム（不図示）の回動操作によってメインギヤ群Ｍ１とカウンタギヤ群Ｍ２の駆動伝達ギヤが選択され、それによってニュートラルを含む任意の変速ギヤ段（ギヤポジション）が設定される。
ミッションクラッチ１２は、クラッチアウタ３５と、クラッチインナ３６と、複数の駆動摩擦板３７と、複数の従動摩擦板３８と、クラッチスプリング（図示せず）と、操作板４０と、を備えている。クラッチアウタ３５は、入力ギヤ２７と一体に結合された状態でメイン軸２９上に回転可能に支持された有底円筒状の形状を有する。クラッチインナ３６は、メイン軸２９にスプライン嵌合された略円盤状の形状を有する。複数の駆動摩擦板３７は、クラッチアウタ３５に一体回転可能に係止されている。複数の従動摩擦板３８は、クラッチインナ３６に一体回転可能に係止され駆動摩擦板３７と摩擦接触する。クラッチスプリングは、駆動摩擦板３７と従動摩擦板３８を圧接方向に付勢する。操作盤４０は、駆動摩擦板３７と従動摩擦板３８の間に作用するクラッチスプリングの付勢力を解除操作する。
クラッチアウタ３５側の駆動摩擦板３７とクラッチインナ３６側の従動摩擦板３８は、軸方向に交互に配置され、クラッチスプリングの付勢力を受けて相互に押し付けられる。これにより、クラッチアウタ３５とクラッチインナ３６の間の動力伝達が可能となる。また、操作板４０によってクラッチスプリングの付勢力が解除操作されることにより、クラッチアウタ３５とクラッチインナ３６の間の動力伝達が遮断される。
本実施形態では、操作板４０は、シフトペダル（不図示）の操作に連動して軸方向に進退移動可能に構成される。操作板４０は、シフトペダルの操作がなされた際に、変速ギヤが噛み合う前に所定期間だけ駆動摩擦板３７と従動摩擦板３８の間に作用するクラッチスプリングの付勢力を解除し、それによってクラッチアウタ３５とクラッチインナ３６の間の動力伝達を遮断する。そして、変速ギヤの噛み合い後に駆動摩擦板３７と従動摩擦板３８とが噛み合った状態とする。
また、クランクケース１７の後部下側には、キックスタータ４１のキックスピンドル４２が回動可能に取り付けられている。このキックスピンドル４２は、キックペダル４３の踏み降ろしがあった場合にのみ、その回転をクランク軸１６に伝達するようになっている。
一方で、クランク軸１６の軸方向の他端部（図２の紙面左側の端部、以下、左端部と呼ぶ）は、クランクケース１７の側壁（壁部）に形成された円形状の開口１７ｂを通過してクランクケース１７の側壁から外側に突出している。このクランクケース１７の開口１７ｂから突出したクランク軸１６の左端部側には、交流発電機とエンジン１０の始動モータとを兼ねるＡＣＧスタータ６０が取り付けられている。また、クランク軸１６の左端部は、クランクケース１７の側壁にボルト締結等によって取り付けられる凹状のエンジンカバー５１によって覆われている。
エンジンカバー５１は、底壁部５１ａと、側壁部５１ｂ（カバー部）と、を備えている。底壁部５１ａは、左側からクランク軸１６の左端部を覆っている。側壁部５１ｂは、底壁部５１ａの外周縁から立ち上がるように延びて、その先端でクランクケース１７の側壁に当接して、クランクケース１７に結合している。
［ＡＣＧスタータの構成および制御］
図３は、第１実施形態に係るＡＣＧスタータ６０の断面図の一例である。また、図４は、第１実施形態に係る発電電動ユニットのモデル図である。
ＡＣＧスタータ６０は、制御部７０によって駆動されるスイッチング素子群である。ＡＣＧスタータ６０は、第１のステータ６５に接続されたスイッチング素子群７２と、第２のステータ６８に接続されたスイッチング素子群（スイッチ部）７４とによって制御される。各スイッチング素子群は、トランジスタ、ＩＣ（Integrated Circuit）、半導体スイッチなど、如何なるスイッチを用いてもよい。制御部７０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としたマイクロコンピュータである。バッテリ８０は、ＡＣＧスタータ６０を駆動するための電力や、その他の電装品（例えばヘッドランプなど）が動作するための電力を供給すると共に、ＡＣＧスタータ６０が発電した電力によって充電される。
制御部７０は、スイッチング素子群７２のうち各相のスイッチング素子のゲート端子に対して、ロータ６１の回転角に応じたＰＷＭ（パルス幅変調）信号を印加し、ロータ６１を回転させる。また、制御部７０は、スイッチング素子群７４に対してロータ６１の回転角に応じた信号を印加し、ロータ６１の回転をアシストさせる。
図５は、第１実施形態に係るＡＣＧスタータ６０をエンジン１０側から見た平面図である。図５において「Ｓ」と表されたマグネット６２は、径方向内側がＳ極、外側がＮ極のマグネットである。また、図５において「Ｎ」と表されたマグネット６２は、径方向内側がＮ極、外側がＳ極のマグネットである。
ＡＣＧスタータ６０は、クランク軸１６と一体回転するロータ（回転子）６１と、第１のステータ（固定子）６５と、第２のステータ６８とを備える。
ロータ６１は、略円筒状の形状を有しており、底壁部６１Ａが円盤面をなすと共に、底壁部６１Ａの反対側が開口してクランク軸１６を導入する。ロータ６１の側壁部６１Ｂの内周面６１Ｂａには、内周面６１Ｂａを内側から覆うようにマグネット６２が、取り付けまたは形成されている。ロータ６１の側壁部６１Ｂの外周面６１Ｂｂには、外周面６１Ｂｂ（壁面）から突出するように磁性体６３が、取り付けまたは形成されている。磁性体６３は、外周面６１Ｂｂから内方または外方に向けて突出して設けられる。
第１のステータ６５は、例えば、クランクケース１７に連結され、ロータ６１の径方向に関して内側に収容される。第１のステータ６５は、ロータ６１方向に突出し、コイルが巻回された複数の外歯状のステータコア６６を備える。ステータコア６６は、コイル通電することによって発生する磁束をマグネット６２に作用させることにより、ロータ６１にトルクを発生させる。また、第１のステータ６５は、自動二輪車１の走行に伴うロータ６１の回転により生じる電磁誘導の作用により発電する。第１のステータ６５が発電した電力は、バッテリ８０（後述）に蓄えられる。
第２のステータ６８は、例えば、エンジンカバー５１の側壁部５１ｂに連結され、ロータ６１の径方向に関して外側に設置される。第２のステータ６８は、ロータ６１方向に突出し、コイルが巻回された複数の内歯状のステータコア６９を備える。第２のステータ６８は、コイルに通電することによって発生する磁束を磁性体６３に作用させることにより、ロータ６１にトルクを発生させる。
図５に示すように、第１のステータ６５は、ステータコア６６を例えば１８極備え、Ｕ極、Ｖ極、Ｗ極が１つずつ順に配置された構造となっている。第１のステータ６５は、周知の三相制御によってロータ６１に配置されたマグネット６２に磁束を作用させ、ロータ６１にトルクを発生させる。
また、第２のステータ６８は、ステータコア６９を例えば１８極備え、ステータコア６９は、Ｕ＋極、Ｖ＋極、Ｗ＋極、Ｕ―極、Ｖ―極、Ｗ―極の順に３組、周方向に並べられて配置されている。第２のステータ６８は、Ｕ＋極からＵ―極、Ｖ＋極からＶ―極、Ｗ＋極からＷ―極に向けて磁束を発生させ、磁性体６３に作用させることで、ロータ６１にトルクを発生させる。
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、第１のステータ６５および第２のステータ６８が三相制御されることによってロータ６１が回転駆動される様子を模式的に示す図である。図６の例では、第２のステータ６８の各相が第１のステータの各相よりもロータ６１の回転方向に位相を２０［deg］進めて配置されている。図６（Ａ）に示すように、ロータ６１の回転角が０［deg］（基準位置）のときにはＵ相のステータコア６６、６９に通電される。図６（Ｂ）に示すように、ロータ６１の回転角が２０［deg］のときにはＶ相のステータコア６６、６９に通電される。図６（Ｃ）に示すように、ロータ６１の回転角が４０［deg］のときにはＷ相のステータコア６６、６９に通電される。第１のステータ６５は、ロータ６１を回転方向に押すようにトルクをかけ、第２のステータ６８はロータ６１を回転方向に引くようにトルクをかける。
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態に係る発電電動ユニットのモデル図である。第２実施形態に係る発電電動ユニットでは、マグネット６２は、ロータ６１の周方向にある程度の間隔をもって配置される。マグネット６２は、第１のステータ６５と第２のステータ６８の各相の＋極と―極が対向するように配置され、マグネット６２の間を第１のステータ６５と第２のステータ６８が発生させる磁束が通過する構造を有する。
これによって、より効率的にトルクを発生させることができる。この場合、磁束とマグネット６２の反発力を利用して、ＡＣＧスタータ６０を電磁ブレーキ（回生ブレーキ）として利用してもよい。図８Ａは、マグネット６２間を通過する磁束によりトルクを発生させる様子を示す図である。図８Ｂは、マグネット６２間を通過する磁束によりロータ６１を停止させるトルクを発生させる様子を示す図である。制御部７０は、例えば高速走行時においてスロットルグリップ（減速操作子）ＳＧが戻されて減速するときや、ブレーキレバー（減速操作子）ＢＬが所定量以上操作されたときに、ロータ６１の回転方向と逆向きのトルク（負のトルク）を発生させ、電磁的にブレーキをかけると共に、回生発電を行わせる。すなわち、制御部７０は、上記のような減速の操作がされた場合に、第２のステータ６８（第２の固定子）のコイルへの通電を行うことによって、ロータ６１（回転子）の回転方向に対して負のトルクを発生させることができる。
制御部７０は、イグニッションスイッチ（不図示）から入力される信号に従って、エンジン１０を始動させるためのトルクをＡＣＧスタータ６０に出力させる。この場合、制御部７０は、スイッチング素子群７２とスイッチング素子群７４の双方を制御することにより、ＡＣＧスタータ６０に大きいトルクを出力させる。また、制御部７０は、自動二輪車１の発進直後の低回転時における加速時（スロットルグリップ（加速操作子）ＳＧが所定量以上操作されたとき）など、クランク軸１６に強いトルク（発進の際のアシストトルク）が必要とされる場合にも、エンジン１０の始動時と同じ制御を行い、ロータ６１の回転方向と同じ向きのトルク（正のトルク）を発生させてよい。すなわち、制御部７０は、上記のように加速操作子が操作された場合に、第２のステータ６８（第２の固定子）のコイルへの通電を行うことによって、ロータ６１（回転子）の回転方向に対して正のトルクを発生させることができる。
一方、制御部７０は、ＡＣＧスタータ６０に発電させてバッテリ８０を充電する際には、スイッチング素子群７２のみを制御し、スイッチング素子群７４を全てオフ状態に維持する。これによって、ＡＣＧスタータ６０は、エンジン１０の始動時に出力するトルクとの関係で、相対的に小さい発電量で発電を行うことができる。この結果、ＡＣＧスタータ６０（発電電動機）の最大トルクと発電量の関係を良好にすることができる。
ここで、エンジン１０の始動には、圧縮上死点を乗り越えるために比較的大きいトルクが要求されるのが一般的である。このため、特に排気量が大きいエンジン１０の始動のために十分なトルクを発生させることが可能な大規模なマグネットモータをＡＣＧスタータとして備えた場合、発電量に余剰が生じると共に、フリクションが増える傾向にある。
これに対し本実施形態のＡＣＧスタータ６０および制御部７０（発電電動ユニット）によれば、エンジン１０の始動時には、スイッチング素子群７２とスイッチング素子群７４の双方を制御してＡＣＧスタータ６０に大きいトルクを出力させる。また、ＡＣＧスタータ６０の発電時にはスイッチング素子群７２のみを制御し、スイッチング素子群７４を全てオフ状態に維持する。そのため、最大トルクを大きくすると共に適度な発電量で発電を行うことができる。この結果、フリクションの増加を抑制しつつ、トルク出力性能を向上させることができる。
［まとめ］
以上説明した本実施形態の発電電動機、発電電動ユニット、および動力出力機関（エンジン１０、ＡＣＧスタータ６０、制御部７０）によれば、フリクションの増加を抑制しつつ、トルク出力性能を向上させることができる。
なお、上記説明したＡＣＧスタータ６０の各ステータの極数などは、あくまで一例であり、ＡＣＧスタータ６０が使用される場面に応じて任意に変更されてよい。
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係るＡＣＧスタータ９０について説明する。第２実施形態に係る自動二輪車は、ＡＣＧスタータ６０に代えてＡＣＧスタータ９０を搭載し、それ以外の部分については第１実施形態と同様である。そのため、ここではＡＣＧスタータ９０の構造についてのみ説明する。
図９は、第２実施形態に係るＡＣＧスタータ９０の断面の一例である。ＡＣＧスタータ９０は、クランク軸１６と一体回転するロータ（回転子）９１と、第１のステータ（固定子）９６と、第２のステータ９９とを備える。また、図１０は、第２実施形態に係るロータ９１の外観形状を示す斜視図である。
ロータ９１は、略円筒状の形状を有する第１円筒部材９２と、第２円筒部材９４とを備える。第２円筒部材９４は、第１円筒部材９２の底壁部（円盤面）９２Ａからロータ９１の回転軸方向（エンジン１０と反対の方向）に延出している。
第１円筒部材９２は、底壁部９２Ａの反対側が開口してクランク軸１６を導入する。第１円筒部材９２の側壁部９２Ｂの内周面９２Ｂａには、内周面９２Ｂａを覆うようにマグネット９３が取り付けまたは形成されている。また、第２円筒部材９４の外周面９４Ａには、外周面９４Ａ（壁面）から外側に突出するように磁性体９５が取り付けまたは形成されている。磁性体９５は、外周面９４Ａから内方または外方に向けて突出して設けられる。
第１のステータ９６は、例えば、クランクケース１７に連結され、第１円筒部在９２の径方向に関して内側に収容される。第１のステータ９６は、第１円筒部在９２が設けられている方向に向かって突出し、コイルが巻回された複数の外歯状のステータコア９７を備える。ステータコア９７は、コイル通電することによって発生する磁束をマグネット９３に作用させることにより、ロータ９１にトルクを発生させる。また、第１のステータ９６は、自動二輪車１の走行に伴うロータ９１の回転により生じる電磁誘導の作用により発電する。第１のステータ９６が発電した電力は、バッテリ８０に蓄えられる。
第２のステータ９９は、例えば、エンジンカバー５１の側壁部５１ｂに連結され、第２円筒部材９４の径方向に関して外側に設置される。第２のステータ９９は、第２円筒部材９４が設けられている方向に向かって突出し、コイルが巻回された複数の内歯状のステータコア１００を備える。第２のステータ９９は、コイルに通電することによって発生する磁束を磁性体９５に作用させることにより、ロータ９１にトルクを発生させる。
第１実施形態の図４に示すように、第１のステータ９６は、ステータコア９７を例えば１８極備え、Ｕ極、Ｖ極、Ｗ極が１つずつ順に配置された構造となっている。第１のステータ９６は、周知の三相制御によって第１円筒部材９２に配置されたマグネット９３に磁束を作用させ、ロータ９１にトルクを発生させる。
また、第２のステータ９９は、ステータコア１００を例えば１８極備える。ステータコア１００は、Ｕ＋極、Ｖ＋極、Ｗ＋極、Ｕ―極、Ｖ―極、Ｗ―極の順に３組、周方向に並べられて配置されている。第２のステータ９９は、Ｕ＋極からＵ―極、Ｖ＋極からＶ―極、Ｗ＋極からＷ―極に向けて磁束を発生させ、磁性体９５に磁束を作用させることで、ロータ９１にトルクを発生させる。
第２実施形態における制御部７０は、第１実施形態と同様、イグニッションスイッチ（不図示）から入力される信号に従って、エンジン１０を始動させるためのトルクをＡＣＧスタータ６０に出力させる。この場合、制御部７０は、スイッチング素子群７２とスイッチング素子群７４の双方を制御することにより、ＡＣＧスタータ６０に大きいトルクを出力させる。
また、制御部７０は、自動二輪車１の発進直後の低回転時における加速時（スロットルグリップＳＧが所定量以上操作されたとき）など、クランク軸１６に強いトルク（発進の際のアシストトルク）が必要とされる場合にも、エンジン１０の始動時と同じ制御を行い、ロータ６１の回転方向と同じ向きのトルク（正のトルク）を発生させてよい。
一方、制御部７０は、ＡＣＧスタータ６０に発電させてバッテリ８０を充電する際には、スイッチング素子群７２のみを制御し、スイッチング素子群７４を全てオフ状態に維持する。これによって、ＡＣＧスタータ６０は、エンジン１０の始動時に出力するトルクとの関係で、相対的に小さい発電量で発電を行うことができる。この結果、ＡＣＧスタータ６０（発電電動機）の最大トルクと発電量の関係を良好にすることができる。
以上説明した本実施形態の発電電動機、発電電動ユニット、および動力出力機関（エンジン１０、ＡＣＧスタータ６０、制御部７０）によれば、フリクションの増加を抑制しつつ、トルク出力性能を向上させることができる。
＜第４実施形態＞
また、上記実施形態では、ＡＣＧスタータ６０または９０の第１ステータがロータの円筒部材の内側から磁束を作用させ、第２ステータが外側から磁束を作用させるものとしたが、この関係が逆であってもよい。すなわち、ロータは、円筒部材の外周面にマグネットを取り付けまたは形成し、内周面に磁性体を取り付けまたは形成し、第１ステータは円筒部材の外側からマグネットに磁束を作用させ、第２ステータは円筒部材の内側から磁性体に磁束を作用させる。いわゆるインナーロータ型のマグネットモータのロータの内側に磁性体を取り付けまたは形成し、ロータの内側に第２ステータを配置する。
図１１は、第４実施形態に係るＡＣＧスタータ１２０の第１のステータ１２５および第２のステータ１２８が三相制御されることによってロータ１２１が回転駆動される様子を模式的に示す図である。第４実施形態に係るＡＣＧスタータ１２０は、内側に磁性体１２３が、外側にマグネット１２２が取り付けまたは形成されたロータ（インナーロータ）１２１と、ロータ１２１の外側からマグネット１２２に磁束を作用させてトルクを発生させる第１ステータ１２５と、ロータ１２１の内側から磁性体１２３に磁束を作用させてトルクを発生させる第２ステータ１２８とを備える。
＜変形等＞
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、ＡＣＧスタータ６０または９０が搭載される車両は、実施形態で説明した態様の自動二輪車に限らず、無段変速機を備えるスクーター、マニュアル式の自動二輪車、エンジン付自転車、軽自動車、普通自動車、大型車両などであってもよい。
また、上記実施形態では、ＡＣＧスタータ６０または９０は三相で駆動されるものとしたが、単相またはより多い相で駆動されてもよい。
また、制御部７０は、自動二輪車１の発進直後の低回転時における加速時に限らず、中〜高回転時における加速時にも、エンジン１０の始動時と同じ制御を行ってよい。また、制御部７０は、自動二輪車１の高速走行時における減速時に限らず、低〜中回転時における減速時にも、電磁ブレーキとしてＡＣＧスタータを動作させてよい。
また、運転者によって操作可能なスイッチを備え、このスイッチが操作され且つスロットルグリップＳＧが所定量以上操作されたときに、ＡＣＧスタータにロータの回転方向と同じ向きのトルク（正のトルク）を発生させてよい。
なお、上述の第１実施形態〜第４実施形態の技術は、それぞれ適宜に組み合わせて用いることができる。また、一部の構成要素が省略されてもよい。
１０ エンジン（内燃機関）
１６ クランク軸（内燃機関の回転出力軸）
１７ クランクケース
５１ エンジンカバー（カバー部）
６０、９０ ＡＣＧスタータ（発電電動機）
６１、９１ ロータ（回転子）
６２、９３ マグネット（磁石）
６３、９５ 磁性体
６５、９６ 第１のステータ（第１の固定子）
６６、６９、９７、１００ ステータコア
６８、９９ 第２のステータ（第２の固定子）
７０ 制御部
７２、７４ スイッチング素子群（スイッチ部）
８０ バッテリ
９２ 第１円筒部材
９４ 第２円筒部材

Claims (13)

  1. 磁石と、壁面から突出する磁性体とを備える回転子と、
    前記磁石に磁束を作用させることにより前記回転子にトルクを発生させる第１の固定子と、
    前記磁性体に磁束を作用させることにより前記回転子にトルクを発生させる第２の固定子であって、前記磁束を発生させるためのコイルへの通電を遮断することが可能なスイッチ部を備える第２の固定子と、
    を備える発電電動機と、
    前記回転子の回転方向にトルクを発生させるときには、前記第１の固定子および前記第２の固定子に磁束を発生させるように前記第１の固定子および前記第２の固定子のコイルへの通電を行い、前記回転子の回転により生じる電磁誘導の作用により発電するときには、前記第１の固定子のコイルへの通電を行うと共に前記スイッチ部をオフ状態にして前記第２の固定子のコイルへの通電を遮断する制御部と、
    を備える発電電動ユニット。
  2. 請求項１に記載の発電電動ユニットであって、
    前記磁石は、前記回転子における略円筒形状の部材の内周面に配置され、
    前記第１の固定子は、前記略円筒形状の部材の径内方向から前記磁石に磁束を作用させ、
    前記磁性体は、前記回転子における略円筒形状の部材の外周面に配置され、
    前記第２の固定子は、前記略円筒形状の部材の径外方向から前記磁性体に磁束を作用させる、
    発電電動ユニット。
  3. 請求項２に記載の発電電動ユニットであって、
    前記磁石と前記磁性体は、前記回転子における同じ略円筒形状の部材の内周面と外周面に、それぞれ配置される、
    発電電動ユニット。
  4. 請求項３に記載の発電電動ユニットであって、
    前記磁石は、前記略円筒形状の周方向に関して間隔をもって配置され、前記磁石の間を前記第１の固定子および前記第２の固定子が発生させる磁束が通過する、
    発電電動ユニット。
  5. 請求項１に記載の発電電動ユニットであって、
    前記回転子は、軸が共通する第１円筒部材と第２円筒部材とを備え、
    前記磁石は、前記第１円筒部材と前記第２円筒部材のうち一方の内周面に配置され、
    前記磁性体は、前記第１円筒部材と前記第２円筒部材のうち他方の外周面に配置される、
    発電電動ユニット。
  6. 請求項１に記載の発電電動ユニットであって、
    前記磁石は、前記回転子における略円筒形状の部材の外周面に配置され、
    前記第１の固定子は、前記略円筒形状の部材の径外方向から前記磁石に磁束を作用させ、
    前記磁性体は、前記回転子における略円筒形状の部材の内周面に配置され、
    前記第２の固定子は、前記略円筒形状の部材の径内方向から前記磁性体に磁束を作用させる、
    発電電動ユニット。
  7. 請求項１に記載の発電電動ユニットと、
    回転駆動力を出力する内燃機関と、を備え、
    前記内燃機関の回転出力軸に前記回転子が連結された動力出力機関。
  8. 請求項７に記載の動力出力機関であって、
    前記制御部は、前記内燃機関を始動するときには、前記第１の固定子および前記第２の固定子に磁束を発生させるように前記第１の固定子および前記第２の固定子のコイルへの通電を行い、前記内燃機関の出力する動力を用いて発電するときには、前記第１の固定子に磁束を発生させるように前記第１の固定子のコイルへの通電を行うと共に前記スイッチ部をオフ状態にして前記第２の固定子のコイルへの通電を遮断する、
    動力出力機関。
  9. 請求項７に記載の動力出力機関であって、
    前記第２の固定子は、前記内燃機関のカバー部に固定される、
    動力出力機関。
  10. 請求項８に記載の動力出力機関であって、
    前記第２の固定子は、前記内燃機関のカバー部に固定される、
    動力出力機関。
  11. 請求項７に記載の動力出力機関と、
    加速操作子とを有する車両であって、
    前記制御部は、前記加速操作子が操作された場合に、前記第２の固定子のコイルへの通電を行うことによって、前記回転子の回転方向に対して正のトルクを発生させる、
    車両。
  12. 請求項７に記載の動力出力機関と、
    減速操作子とを有する車両であって、
    前記制御部は、減速の操作がされた場合に、前記第２の固定子のコイルへの通電を行うことによって、前記回転子の回転方向に対して負のトルクを発生させる、
    車両。
  13. 請求項８に記載の動力出力機関と、
    減速操作子とを有する車両であって、
    前記制御部は、減速の操作がされた場合に、前記第２の固定子のコイルへの通電を行うことによって、前記回転子の回転方向に対して負のトルクを発生させる、
    車両。
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