JP6079650B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、冷却用のファンを有する回転電機に関する。

スタータとして、スタータモータと、スタータモータの駆動を制御する電子制御装置とが一体的に組み付けられた機電一体の回転電機が知られている。電子制御装置はスイッチング素子であるパワー素子等によって構成されており、スタータモータの駆動に際して発熱する。また。スタータモータも、自身の回転によって発熱する。

回転電機は、スタータモータを構成するロータとともに回転するファンを有している。ファンはその回転によって外気を回転電機内に吸入し、回転電機におけるスタータモータと電子制御装置を空冷する。しかしながら、上記のファンはロータとともに回転するため、アイドルストップによってスタータモータの回転が停止するとファンの回転も停止する。このため、アイドルストップの状態ではファンによる空冷が行われない。よって、次のエンジン始動後において電子制御装置が許容温度を超過してしまう虞がある。

この問題を解決するため、特許文献１には、車両が停止して発電電動機（スタータモータを含むモータジェネレータ）への通電およびエネルギーの回生が停止した後も、エンジンを一定の時間アイドル状態とし、これによりスタータモータを回転させて、ファンによる空冷を継続させることが提案されている。

特開２００５−１７６４５９号公報

しかしながら、エンジンのアイドリングは燃費の悪化を招く。また、アイドル時の騒音被害を引き起こすこともある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンをアイドルさせることなく、スタータモータの回転が停止してもスタータモータおよび電子制御装置の空冷を適切に行うことを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、ステータ（２２０）と、ロータ（２３０）と、ロータと一体的にロータの回転軸（Ｌ）と同軸に回転する第１シャフト（２４１）と、を有し、内燃機関を始動させるためのスタータモータ（２１０）と、第１シャフトから動力が印加され、第１シャフトと同軸で回転する冷却ファン（２５１）と、スタータモータへの給電を制御する電子制御装置（３００）と、を備える回転電機であって、さらに、第２シャフト（２４２）を有し、スタータモータとは独立に駆動するサブモータ（２９０）と、第２シャフトと第１シャフトとを同軸に連結するとともに、第１シャフトに対する第２シャフトの回転方向を制限するワンウェイクラッチ部（２４３）と、を備え、冷却ファンは、回転軸と同軸に第２シャフトとともに回転し、電子制御装置は、少なくともスタータモータの停止時に、サブモータを回転駆動して、冷却ファンを回転させることを特徴としている。

これによれば、スタータモータにおける第１シャフトと、サブモータにおける第２シャフトと、がワンウェイクラッチ部で連結され、冷却ファンがサブモータにおける第２シャフトとともに回転する。このため、サブモータは、スタータモータとは独立に冷却ファンを回転させることができる。すなわち、スタータモータの停止後であっても、サブモータによって冷却ファンを回転させ、スタータモータや電子制御装置の冷却を継続することができる。したがって、エンジンをアイドルさせることなく、スタータモータおよび電子制御装置の空冷を行うことができる。

また、ひとつの冷却ファンを、スタータモータとサブモータとで共用し、スタータモータ停止後に回転させて空冷に用いることから、回転電機内に新たに冷却ファンを設ける必要がなく、例えば、別途冷却ファンを設ける場合に較べて省スペースを実現することができる。

第１実施形態に係る回転電機の概略構成を示す断面図である。 図１におけるII−II線に沿う断面図である。 シャフトの構成を示す斜視図である。 回転電機の回路構成を示す図である。 パワー素子の電流および温度の時間変化を示す図である。 第２実施形態に係る回転電機の回路構成を示す図である。 パワー素子の温度の時間変化を示す図である。 冷却ファンの駆動のための動作フローを示す図である。 その他の実施形態に係る回転電機の回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る回転電機の概略構成について説明する。

本実施形態に係る回転電機は、例えば車両に搭載されるスタータのスタータモータと、スタータモータを制御する電子制御装置が一体的に組み付けられており、エンジンに初動のための動力を提供するものである。図１に示すように、この回転電機１００は、モータ部２００と電子制御装置３００とを備えている。

モータ部２００は、図１に示すように、ステータ２２０とロータ２３０とを有するスタータモータ２１０と、冷却ファン２５０と、スタータモータ２１０とは独立で駆動可能なサブモータ２９０と、を有している。

本実施形態におけるスタータモータ２１０は、内燃機関である後述のエンジン２８０を始動させるスタータとしての役割を有するとともに、回転のエネルギーを電力に変換するオルタネータを兼ねたモータジェネレータとして機能する。スタータモータ２１０は、ステータ２２０とロータ２３０とを有し、また、ロータ２３０と一体的に形成された第１シャフト２４１を有している。なお、以降、第１シャフト２４１と後述の第２シャフト２４２およびワンウェイクラッチ部２４３を、併せてシャフト２４０と示す。

ステータ２２０は、図２に示すように、円筒状のステータコア２２１と、ステータコア２２１の内壁から円筒の内側に向かって突出した複数の突極２２２を有し、それぞれの突極２２２にはステータコイル２２３が巻きつけられている。ステータコイル２２３には交流電流が流れるようになっており、ステータ２２０が電磁石として機能する。

ロータ２３０は、図２に示すように、ステータ２２０と同軸の円筒状の部材であり、ステータ２２０の内周側に配置されている。そして、ロータ２３０の軸を含む空洞部２３１に後述のシャフト２４０が挿入されている。また、ロータ２３０は、その内部にロータコイル２３２を有している。ステータ２２０により形成される磁場と、ロータコイル２３２に流れる電流により形成される磁場とが相互作用してロータ２３０に回転のモーメントが発生するようになっている。

シャフト２４０は、図１および図３に示すように、第１シャフト２４１と、第２シャフト２４２と、ワンウェイクラッチ部２４３と、を有している。

第１シャフト２４１は、図１に示すように、ロータ２３０に固定され、ロータ２３０と一体的に回転する。第１シャフト２４１の一端にはプーリ２６０が取り付けられている。プーリ２６０は、図４に示すように、ベルト２７０を介してエンジン２８０に接続されており、第１シャフト２４１の回転をエンジン２８０に伝達する。

第２シャフト２４２は、後述するサブモータ２９０に接続され、サブモータ２９０への電力供給によって回転する。また、第２シャフト２４２には、冷却ファン２５０が固定されている。すなわち、冷却ファン２５０は第２シャフト２４２とともに、軸Ｌを回転軸として回転する。

ワンウェイクラッチ部２４３は、図１および図３に示すように、第１シャフト２４１と第２シャフト２４２との間に介在され、第２シャフト２４２の、第１シャフト２４１に対する回転方向を制限するように構成されている。本実施形態では、ワンウェイクラッチ部２４３として、ラチェット機構を採用している。具体的には、図３に示すように、ワンウェイクラッチ部２４３は、略円筒の外側歯止部２４３ａと、外側歯止部２４３ａの内側に配置された歯車部２４３ｂを有している。外側歯止部２４３ａは爪２４３ｃを有し、歯車部２４３ｂは歯２４３ｄを有している。シャフト２４０の回転方向が図３に矢印で示すＲ方向であるとする。例えば歯車部２４３ｂが静止した状態で外側歯止部２４３ａが回転すると、爪２４３ｃと歯２４３ｄとが噛み合い、歯車部２４３ｂは外側歯止部２４３ａと同一の角速度で回転する。一方、歯車部２４３ｂが外側歯止部２４３ａよりも速い角速度でＲ方向に回転する場合には、爪２４３ｃと歯２４３ｄとが噛み合うことなく、歯車部２４３ｂは、外側歯止部２４３ａよりも相対的に速い角速度で回転する。

そして、ワンウェイクラッチ部２４３における外側歯止部２４３ａは第１シャフト２４１と一体的に構成され、歯車部２４３ｂは第２シャフト２４２と一体的に構成されている。すなわち、第１シャフト２４１のＲ方向への回転運動は第２シャフト２４２に伝達されるが、第２シャフト２４２の、第１シャフト２４１よりも相対的に速い回転は、第１シャフトに伝達されることなく、第２シャフト２４２が独立に回転できるようになっている。

冷却ファン２５０は、シャフト２４０の回転にともなって回転し、モータ部２００および電子制御装置３００の空冷に用いられる。本実施形態では、図１に示すように、第２シャフト２４２に一体的に固定された第１ファン２５１と、第１シャフト２４１およびロータ２３０に一体的に固定された第２ファン２５２とを有している。第１ファン２５１、第２ファン２５２ともに、軸Ｌを回転軸として回転するように構成されている。なお、特許請求の範囲における冷却ファンとは、第２シャフト２４２とともに回転するものであり、本実施形態における冷却ファン２５０のうち、第１ファン２５１に相当する。

サブモータ２９０は、図１に示すように、第２シャフト２４２に接続されている。第２シャフト２４２はサブモータ２９０の駆動によって回転するようになっている。サブモータ２９０の回転機構は一般的に知られたものを採用することができる。具体的には、図１に示すように、サブモータ２９０は、第２シャフト２４２に固定された磁石２９１と、ステータコイル２９２とを有している。ステータコイル２９２は、ステータコイル２９２に電流が流れることにより電磁石として機能し、磁石２９１の磁場と相互作用して第２シャフト２４２にトルクを与えることができるようになっている。なお、本実施形態のサブモータ２９０は、図４に示すように、スタータモータ２１０と共通の電源４００から電流が供給されるようになっている。より詳しくは、スタータモータ２１０におけるステータコイル２２３と、サブモータ２９０におけるステータコイル２９２には、共通の電源４００から電流が供給されている。また、サブモータ２９０は、エンジン２８０の初動を担うスタータモータ２１０に比べて、同じ回転数を得るために必要なエネルギーが小さくなっており、消費電力が低く抑えられている。

なお、スタータモータ２１０、サブモータ２９０および冷却ファン２５０は、図１に示すように、モータケース２０１に収容されている。モータケース２０１には、回転軸Ｌに沿ってシャフト２４０を挿通するための挿通孔２０２が形成されている。挿通孔２０２には、シャフト２４０が歳差運動しないように軸受２０３が配置されている。

電子制御装置３００は、回転軸Ｌに沿う方向において、モータ部２００に隣接して配置され、図１および図４に示すように、インバータ３１０と、制御部３２０とを有し、これらによってモータ部２００の駆動を制御する。

制御部３２０は、所謂エンジンＥＣＵであり、図１に示すように、プリント基板３２１に実装されている。制御部３２０はプリント基板３２１とともに内側筐体３２２に収容されている。内側筐体３２２は、さらに外側筐体３３０に収容されている。外側筐体３３０には収容物が発する熱を放熱するための放熱フィン３３１が形成されている。放熱フィン３３１は、モータ部２００と電子制御装置３００とに挟まれた空間であって、冷却ファン２５０の回転によって生じる冷却風の通風路となる位置に形成されている。

一方、インバータ３１０は、後述するように、スイッチングに伴う発熱のため、制御部３２０に比べて発熱量が大きい。このため、効率よく放熱する目的で、内側筐体３２２の外側であって外側筐体３３０の内側に配置されて、放熱フィン３３１の近傍に配置されている。

インバータ３１０は、図４に示すように、直流の電源４００により供給される直流電流を交流電流に変換する。変換された電力はモータ部２００に供給されてスタータモータ２１０およびサブモータ２９０の回転運動に用いられる。インバータ３１０は、複数のパワー素子３１１と各パワー素子３１１に逆並列に接続された還流ダイオード３１２とを有している。パワー素子３１１はＭＯＳＦＥＴに代表されるスイッチング素子であり、適切なタイミングでオンオフ動作を繰り返す。これによって直流電流が交流電流に変換される。還流ダイオード３１２は負荷に相当するモータ部２００による誘導起電力からパワー素子３１１を保護するために接続されている。なお、図４に示す平滑コンデンサ５００は、インバータ３１０と並列に接続され、パワー素子３１１のスイッチング動作により生じる直流電圧の変動を抑制する。

パワー素子３１１はオン抵抗に起因して発熱するため、熱的信頼性を確保するために冷却が必要である。パワー素子３１１は、外側筐体３３０に形成された放熱フィン３３１の近傍に配置され、パワー素子３１１の発した熱は放熱フィン３３１を介して外部に放熱される。具体的には、伝熱により放熱フィン３３１に蓄積された熱が、冷却ファン２５０の回転により生じる冷却風によって奪われることにより冷却が行われる。

なお、本実施形態では、図４に示すように、共通の電源４００およびインバータ３１０に対して、２つの誘導性負荷、すなわち、スタータモータ２１０とサブモータ２９０が並列に接続されている。この２つの誘導性負荷２１０，２９０への給電の切り替えは、図４に示すように、スイッチ６００によって行われる。スイッチ６００は、接点ａ、接点ｂおよび接点ｃを有する３接点スイッチである。そして、接点ａがスタータモータ２１０のステータコイル２２３に、接点ｂがサブモータ２９０のステータコイル２９２に、接点ｃがインバータ３１０の出力端子に接続されている。このスイッチ６００は、各接点ａ，ｂ，ｃは任意の組み合わせで電気的に接続することができるようになっている。すなわち、ａ−ｃ間、ａ−ｂ間およびｂ−ｃ間を切り替えて接続できる。さらに、接点ａ，ｂ，ｃのすべてを接続することもできる。

次に、図５を参照して、本実施形態に係る回転電機１００の動作およびそれによる作用効果について説明する。

図５は、エンジン始動時の時刻をｔ０として、パワー素子３１１に流れる電流と、パワー素子３１１の温度の時間変化を示すグラフである。

まず、時刻ｔ０において、搭乗者がイグニッションスイッチをオンすると、制御部３２０は、インバータ３１０を構成するパワー素子３１１のオンオフを制御して、スタータモータ２１０を駆動させる。エンジン２８０が定常走行状態に至る時刻ｔ１まで、インバータ３１０はスタータモータ２１０の駆動を制御する。すなわち、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間においては、スイッチ６００がａ−ｃ間で接続されている。時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、エンジン２８０の始動のために比較的大きいな電流がパワー素子３１１を流れる。

続いて、時刻ｔ１から時刻ｔ２では、車両が定常走行する。この期間におけるスタータモータ２１０は、エンジン２８０のアシストを行うとともに、オルタネータを兼ねたモータジェネレータとして機能し、エネルギーの回生を行う。このため、インバータ３１０は、交流電流の整流器として機能する。この整流作用を維持するためにパワー素子３１１をスイッチング動作させるので、図５に示すように、パワー素子３１１に電流が供給されている。時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間においてパワー素子３１１に流れる電流は、エンジン２８０始動時の時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間に比べて小さいので、パワー素子３１１の温度は低下する。この期間でも、スイッチ６００はａ−ｃ間で接続されている。

続いて、時刻ｔ２から時刻ｔ３では、車両が減速走行する。この期間におけるスタータモータ２１０はオルタネータとして機能し、エネルギーの回生を行う。このため、インバータ３１０の動作は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間と同様である。このため、パワー素子３１１にも、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間と略同等の電流が流れている。

続いて、時刻ｔ３から時刻ｔ４では、車両が停止してエンジン２８０も停止している。これに伴って、ベルト２７０で連結されたスタータモータ２１０も回転を停止する。このため、従来のように、冷却ファン２５０がスタータモータ２１０の回転にともなって回転するような構成では、この期間でパワー素子３１１およびスタータモータ２１０の冷却を行うことができない。なお、図５では、従来構成の、時刻ｔ３から時刻ｔ４におけるパワー素子３１１の電流変化および温度変化を一点鎖線で示している。パワー素子３１１の温度について、従来の構成では、冷却ファン２５０の停止後にスタータモータ２１０からの伝熱や輻射熱を受けてパワー素子３１１の温度が上昇してしまうため、時刻ｔ４においてエンジン２８０を再始動する場合に、パワー素子３１１の許容温度を超えてしまう虞がある。

これに対して、本実施形態では、エンジン２８０が停止する時刻ｔ３において、制御部３２０が、スイッチ６００の接続を、ａ−ｃ間接続からｂ−ｃ間接続に切り替える。すなわち、電源４００からインバータ３１０を介してサブモータ２９０に電力を供給する。制御部３２０はインバータ３１０の駆動を継続し、サブモータ２９０を回転させる。これにより、サブモータ２９０に固定された第２シャフト２４２が回転する。そして、第２シャフト２４２に固定された第１ファン２５１が回転し、電子制御装置３００およびモータ部２００を空冷する。このとき、第１シャフト２４１は回転していない。

上記したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間でもパワー素子３１１に通電するため、図５に示すように、パワー素子３１１に電流が流れる。サブモータ２９０はスタータモータ２１０に比べて消費電力が小さいから、この期間におけるパワー素子３１１の電流値を、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間よりも小さくすることができる。したがって、例えば、従来構成において、エンジン２８０停止後に、冷却のためだけにスタータモータ２１０の駆動を継続するようにした場合よりも、消費電力を抑制することができ、燃費を向上することができる。

そして、パワー素子３１１の温度について、本実施形態における時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間では、冷却ファン２５０が回転を継続するから、図５の実線に示すように、パワー素子３１１を冷却することができる。したがって、従来構成に較べて、エンジン２８０の再始動時（時刻ｔ４）におけるパワー素子３１１の温度が低く抑えることができる。

続いて、時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間ではエンジン２８０の再始動を行う。時刻ｔ４において、制御部３２０は、スイッチ６００の接続を、ｂ−ｃ間接続からａ−ｃ間接続に切り替える。すなわち、電源４００からインバータ３１０を介してスタータモータ２１０に電力を供給する。そして、プーリ２６０およびベルト２７０を介してエンジン２８０を始動させる。このとき、パワー素子３１１は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間と同様に発熱し、図５に示すようにパワー素子３１１の温度が上昇する。ただし、本実施形態では、従来構成に較べて、エンジン２８０の再始動時（時刻ｔ４）におけるパワー素子３１１の温度が低くされている。このため、エンジン２８０の再始動動作が終了する時刻ｔ５におけるパワー素子３１１の温度を、従来構成に較べて低くすることができる。したがって、パワー素子３１１の許容温度に対して、マージンを確保することができ、熱的信頼性を向上することができる。

上記してきたように、本実施形態に示す構成を採用することによって、エンジン２８０をアイドルさせることなく、スタータモータ２１０の回転が停止してもスタータモータ２１０および電子制御装置３００の空冷を適切に行うことができる。

また、ひとつの冷却ファン（第１ファン２５１）を、スタータモータ２１０とサブモータ２９０とで共用し、スタータモータ２１０停止後に回転させて空冷に用いることから、回転電機１００内に新たに冷却ファンを設ける必要がなく、例えば、別途冷却ファンを設ける場合に較べて省スペースを実現することができる。

（変形例１）
図４に示すような第１実施形態と同様の構成を採用し、時刻ｔ２から時刻ｔ３に至る期間において、スイッチ６００の接続を、ａ−ｃ間接続からａ−ｂ間接続に切り替えるようにすることもできる。

これによれば、時刻ｔ２から時刻ｔ３における車両が減速している期間で、スタータモータ２１０とサブモータ２９０が直接接続される。この期間では、スタータモータ２１０をオルタネータとして機能させることができるため、スタータモータ２１０により発電された回生エネルギーをサブモータ２９０の駆動に利用することができる。

（変形例２）
上記した第１実施形態および変形例１では、スタータモータ２１０におけるロータ２３０の極数、および、サブモータ２９０における磁石２９１の極数については言及していない。極数は、サブモータ２９０の極数がスタータモータ２１０の極数よりも多くなるようにすると良い。例えば、スタータモータ２１０の極数をｍとし、サブモータ２９０の極数をｎ（ｎ＞ｍ）とする。同一のスイッチング周期で同一のインバータ３１０を用いた場合、サブモータ２９０の回転に係る角速度は、スタータモータ２１０の角速度のｎ／ｍ倍となる。すなわち、極数が同一の場合に較べて、冷却ファン２５０の角速度を大きくすることができるから、より効率よくモータ部２００および電子制御装置３００の冷却を行うことができる。

（第２実施形態）
本実施形態における回転電機１００は、図６に示すように、第１実施形態の構成に加えて、温度検出部３４０および温度推定部３５０を有している。そして、電子制御装置３００は、温度検出部３４０および温度推定部３５０から得られる情報に基づいて、サブモータ２９０を駆動するか否かを判断する。なお、温度検出部３４０および温度推定部３５０を除く構成要素は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

温度検出部３４０は、例えば感温ダイオードであり、電子制御装置３００、詳しくはパワー素子３１１、の温度を検知することのできる素子である。本実施形態における温度検出部３４０は、パワー素子３１１とともに半導体基板に形成されるものである。勿論、温度検出部３４０として用いられる素子は感温ダイオードに限定されるものではなく、サーミスタ等を採用してもよい。

温度推定部３５０は、温度検出部３４０により得られたパワー素子３１１の温度に基づいて、エンジン２８０の再始動が完了した後のパワー素子３１１の温度を推定する。

以下、図７および図８を参照して、冷却ファン２５０の具体的な動作フローを説明する。なお、本実施形態におけるこのフローは、エンジン２８０の停止をトリガーとして開始され、エンジン２８０の再始動をトリガーとして停止する。

まず、図８におけるステップＳ１が実行される。ステップＳ１では、電子制御装置３００が、図示しない回転角センサにより、エンジン２８０が停止したことを認識する。このステップＳ１により、本動作フローは開始される。ステップＳ１は、図７に示す時刻ｔ３において実行される。なお、図７は図５におけるパワー素子３１１の温度変化の部分を抽出したものである。

次いで、ステップＳ２が実行される。ステップＳ２では、温度検出部３４０がパワー素子３１１の温度を検出する。そして、電子制御装置３００が、検出された温度を取得する。ステップＳ１は、図７に示す時刻ｔ３において実行され、検出された温度がＴ３であるとする。

次いで、ステップＳ３が実行される。ステップＳ３では、サブモータ２９０を駆動させない場合において、エンジン２８０の再始動後にパワー素子３１１が到達する温度の最大値（図７に示すＴ５ｂ）を、温度推定部３５０が算出する。

サブモータ２９０を駆動させず、冷却ファン２５０を回転させない場合、エンジン２８０の停止後、パワー素子３１１の温度は、図７の一点鎖線に示すように、極大値（図７に示すＴ４ｂ）を持つように変化する。エンジン２８０の停止後におけるパワー素子３１１の温度上昇は、モータ部２００からの受熱に起因するものである。パワー素子３１１の温度は、一旦極大値Ｔ４ｂを迎え、その後は自然冷却して温度が低下していく。なお、パワー素子３１１の温度が極大値Ｔ４ｂを迎えた時点でエンジン２８０が再始動される場合に、パワー素子３１１の到達温度がもっとも高くなる。

パワー素子３１１の、モータ部２００からの受熱による温度上昇量は、パワー素子３１１の熱容量、モータ部２００が有する熱量から、予め計算しておくことができる。そして、ステップＳ２において、エンジン２８０停止時のパワー素子３１１の温度Ｔ３が分かっているから、温度推定部３５０は、パワー素子３１１の温度の極大値Ｔ４ｂを推定することができる。

また、エンジン２８０が始動する際に必要なエネルギーも予め求めておくことができ、これに伴うパワー素子３１１の温度上昇量（図７に示すΔＴ）も予め求めておくことができる。これにより、極大値Ｔ４ｂに基づいて、エンジン２８０の再始動後にパワー素子３１１が到達する温度の最大値Ｔ５ｂを推定することができる。具体的には、Ｔ５ｂ＝Ｔ４ｂ＋ΔＴのように計算することができる。

次いで、ステップＳ４が実行される。ステップＳ４は、電子制御装置３００が、ステップＳ３にて推定された最大値Ｔ５ｂと、パワー素子３１１の許容温度（図７に示すＴｍａｘ）とを比較するステップである。

Ｔ５ｂ＜Ｔｍａｘを満たす場合（図８に示すＹＥＳ判定）には、冷却ファン２５０を駆動しなくてもパワー素子３１１が許容温度に達することがないから、時刻ｔ３にてエンジン２８０が停止した後に冷却ファン２５０を駆動しない。すなわち、ステップＳ６に進む。

これに対して、Ｔ５ｂ＜Ｔｍａｘを満たさない場合（図８に示すＮＯ判定）には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５は、エンジン２８０を再始動した後のパワー素子３１１の温度が、パワー素子３１１の許容温度Ｔｍａｘを超えないように、電子制御装置３００が冷却ファン２５０を駆動するように制御するステップである。

冷却ファン２５０によるモータ部２００および電子制御装置３００に対する冷却能力は、冷却ファン２５０の回転数（角速度）と駆動時間により、予め求めておくことができる。時刻ｔ３から、少なくともパワー素子３１１の温度が極大を迎える時刻までに、エンジン２８０が始動しても温度が許容温度Ｔｍａｘを超えない温度まで、パワー素子３１１を冷却しておく必要がある。すなわち、電子制御装置３００は、図７に示すように、パワー素子３１１の温度が極大を迎える時刻よりも前に、パワー素子３１１の温度をＴ４ａまで冷却するように、冷却ファン２５０を駆動する。温度Ｔ４ａは、時刻ｔ５におけるパワー素子３１１の温度をＴ５ａとすると、Ｔｍａｘ＞Ｔ５ａ＝Ｔ４ａ＋ΔＴを満たす。

ステップＳ６は、電子制御装置３００がエンジン２８０を駆動させるステップである。ステップＳ６は、図７に示す時刻ｔ４の時点で実行される。

なお、時刻ｔ５におけるパワー素子３１１の温度Ｔ５ｂが、特許請求の範囲における到達温度に相当する。また、パワー素子３１１の許容温度が、特許請求の範囲における閾値に相当する。

これによれば、エンジン２８０が再始動した際に、パワー素子３１１の温度が許容温度を超えるか否かを判定した上で、冷却ファン２５０を駆動するか否かが決定される。このため、例えば、パワー素子３１１の温度が許容温度を超えないような条件下で冷却ファン２５０が駆動することを防止できる。これにより、冷却ファン２５０の無駄な駆動を抑制できるから、エンジン２８０停止後、常に冷却ファン２５０の駆動を継続する場合に較べて、省エネルギー化を実現することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

変形例２のように、スタータモータ２１０の極数をｍとし、サブモータ２９０の極数をｎ（ｎ＞ｍ）としつつ、スイッチ６００のすべての接点を電気的に接続するような構成でもよい。この場合、同一の電源４００を用い、同一のインバータ３１０によって、スタータモータ２１０およびサブモータ２９０の両方を同時に駆動できる。そして、サブモータ２９０の角速度は、スタータモータ２１０のｎ／ｍ倍であるから、サブモータ２９０のほうがスタータモータ２１０よりも回転数が多くなる。したがって、従来のように、冷却ファン２５０がスタータモータ２１０と同一の回転数で回転する場合に較べて、冷却能力を向上させることができる。

また、第２実施形態におけるステップＳ５では、パワー素子３１１の温度を図７に示すＴ４ａまで冷却するように、冷却ファン２５０を駆動する例を示した。しかしながら、パワー素子３１１の温度がＴ４ａまで冷却された後に冷却ファン２５０が停止されず、そのまま継続して回転するように制御してもよい。

また、上記した各実施形態および各変形例では、スタータモータ２１０およびサブモータ２９０を、共通のインバータ３１０および共通の電源４００に接続する構成について説明したが、これ例に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、スタータモータ２１０およびサブモータ２９０を、それぞれ別のインバータ３１０ａ，３１０ｂで駆動させてもよい。この場合、電源は共通であっても良いし、別途設けてもよい。ただし、上記した各実施形態および各変形例のように、インバータ３１０および電源４００を共通にすることにより、回転電機１００の部品点数を減らすことができるし、省スペースに貢献することができる。

また、上記した各実施形態および変形例においては、ワンウェイクラッチ部２４３として、ラチェット機構を採用したが、その他の機構を採用することができる。例えば、スプラグ式やカム式を採用することができる。

１００・・・回転電機
２００・・・モータ部，２１０・・・スタータモータ，２４０・・・シャフト，２４１・・・第１シャフト，２４２・・・第２シャフト，２４３・・・ワンウェイクラッチ部，２５０・・・冷却ファン，２９０・・・サブモータ
３００・・・電子制御装置，３１０・・・インバータ，３１１・・・パワー素子，３２０・・・制御部

Claims (6)

1. ステータ（２２０）と、ロータ（２３０）と、前記ロータと一体的に前記ロータの回転軸（Ｌ）と同軸に回転する第１シャフト（２４１）と、を有し、内燃機関を始動させるためのスタータモータ（２１０）と、
   前記第１シャフトから動力が印加され、前記第１シャフトと同軸で回転する冷却ファンと（２５１）、
   前記スタータモータへの給電を制御する電子制御装置（３００）と、を備える回転電機であって、
   さらに、第２シャフト（２４２）を有し、前記スタータモータとは独立に駆動するサブモータ（２９０）と、
   前記第２シャフトと前記第１シャフトとを同軸に連結するとともに、前記第１シャフトに対する前記第２シャフトの回転方向を制限するワンウェイクラッチ部（２４３）と、を備え、
   前記冷却ファンは、前記回転軸と同軸に前記第２シャフトとともに回転し、
   前記電子制御装置は、少なくとも前記スタータモータの停止時に、前記サブモータを回転駆動して、前記冷却ファンを回転させることを特徴とする回転電機。
2. 前記サブモータは、前記スタータモータよりも消費電力が小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記スタータモータは、オルタネータを兼ねたモータジェネレータを構成し、前記サブモータは、前記モータジェネレータの回生エネルギーにより駆動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記サブモータは、前記スタータモータと並列に、共通の前記電子制御装置に接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記サブモータの極数は、前記スタータモータの極数よりも多いことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転電機。
6. 前記電子制御装置は、
   前記電子制御装置の温度を検出する温度検出部（３４０）と、
   前記スタータモータの停止時における前記電子制御装置の温度に基づいて、前記スタータモータが再始動した後における前記電子制御装置の到達温度を推定する温度推定部（３５０）と、を有し、
   前記電子制御装置は、前記温度推定部により推定された前記到達温度が所定の閾値以上となる場合に、前記スタータモータの回転が停止した後も前記冷却ファンが回転するように前記サブモータを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。

Images