TWI528680B

TWI528680B - Engine unit and vehicle

Info

Publication number: TWI528680B
Application number: TW103144929A
Authority: TW
Inventors: Takahiro Nishikawa; Haruyoshi Hino
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-04-01
Also published as: TW201534026A; EP3767095A1; WO2015093574A1; EP3064748A4; EP3064748A1; CN105874189B; JP2017031807A; CN105874189A; AP2016009306A0

Description

引擎單元及車輛

本發明係關於一種引擎單元及搭載有該引擎單元之車輛。

隨著資訊通信終端所代表之行動機器之普及，例如存在欲將行動機器連接於車輛而利用車輛之電力使用行動機器或對其進行充電之需求。若將行動機器連接於車輛，則車輛之電力之消耗量會增加。又，車輛亦有白天亮燈之需求。由於此種需求而使得車輛之電力消耗量有增加之傾向。

於車輛為停車狀態且引擎停止之情形時，消耗蓄積於電池之電力。若蓄積於電池之電力減少，則即便於車輛停車時，亦要求使引擎動作而對電池進行充電。

車輛停車時之引擎之動作不用於車輛之行駛。因此，就抑制噪音及燃料費用之觀點而言，較理想為降低車輛停車時之引擎之曲柄軸之旋轉速度。

專利文獻1中，揭示有具備發電控制裝置之引擎。專利文獻1中所揭示之引擎之發電控制裝置具備用以變更來自安裝於引擎的發電體之電流之三相混合橋接電路。專利文獻1中之發電控制裝置之三相混合橋接電路作為整流調節器發揮功能。

專利文獻1中，藉由降低怠速時即車輛停車時之旋轉速度而提高燃油經濟性。又，控制整流調節器而控制車輛停車時之發電。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2009-261084號公報

於如專利文獻1所示之引擎單元中，為了降低曲柄軸之旋轉速度，並且確保來自發電體之充電電壓，例如要求增大發電體之磁鐵之量、或使繞組之線材變粗。於此情形時，發電體大型化，從而向車輛之搭載性降低。又，因對高旋轉速度下之過剩之發電電壓進行調整而整體之發電效率降低。

本發明之課題在於提供一種於不使發電機大型化之情況下即便降低車輛停車時之曲柄軸之旋轉速度亦可高效率地確保發電量的引擎單元及搭載有該引擎單元之車輛。

為了解決上述課題，本發明採用以下構成。

(1)一種引擎單元，其係搭載於具備電池之車輛者，且包括：引擎本體，其具有曲柄軸；發電機，其藉由與上述曲柄軸之旋轉連動地旋轉而進行發電；反相器，其具備控制自上述發電機供給至上述電池之電流之複數個開關部；及控制裝置，其包括：發電控制部，其藉由控制上述反相器所具備之上述複數個開關部而控制自上述發電機供給至上述電池之電流；及燃燒控制部，其控制上述引擎本體之燃燒動作；且上述控制裝置於上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分，藉由進行上述反相器所具備之上述複數個開關部之向量控制，而使上述發電機輸出之低於上述電池之電壓的電壓升高至高於上述電池之電壓的電壓，而對上述電池進行充電。

於(1)之引擎單元中，控制裝置之燃燒控制部控制引擎本體之燃燒動作。發電機藉由與引擎本體之曲柄軸之旋轉連動地旋轉而進行發電。控制裝置於車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於電池之電壓的期間之至少一部分，藉由進行反相器所具備之複數個開關部之向量控制，而使發電機輸出之低於電池之電壓的電壓升高至高於電池之電壓的電壓，而對電池進行充電。

藉由利用向量控制進行之開關部之接通、斷開狀態之切換，使發電機輸出之低於電池之電壓的電壓升高至高於電池之電壓的電壓。又，可藉由向量控制以提高功率因數之方式控制發電機之電流與電壓。因此，即便自發電機輸出低於電池之電壓的電壓，亦可高效率地對電池進行充電。

因此，於(1)之引擎單元中，即便車輛停車且曲柄軸之旋轉速度為發電機之輸出電壓低於電池電壓之旋轉速度，亦可高效率地對電池進行充電。因此，根據(1)之引擎單元，於不使發電機大型化之情況下即便降低車輛停車時之曲柄軸之旋轉速度亦可高效率地確保發電量。

作為具有車輛停車且發電機之輸出電壓低於電池之電壓之期間之引擎單元，例如可列舉以下之例。即，(1)之引擎單元可為被設定為車輛之停車狀態下之發電機之輸出電壓小於電池之電壓之引擎單元。根據(1)之引擎單元，即便車輛之停車狀態下之曲柄軸之旋轉速度較低，亦可以較高之發電效率確保車輛之停車狀態下之發電量。於此情形時，亦無需使發電機大型化。又，(1)之引擎單元亦可具備車輛之停車狀態下之發電機之輸出電壓小於電池之電壓之程度之大小(尺寸)之發電機。此種根據(1)之引擎單元，可避免發電機之大型化，並且以較高之發電效率確保車輛之停車狀態下之發電量。於此情形時，亦無需提高車輛之停車狀態下之旋轉速度。進而，根據(1)之構成，可於不使發電機大型化之情況下一面以較高之發電效率確保車輛之停車狀態下之發電量，一面將車輛之停車狀態下之旋轉速度設定為較低。

又，「上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分」並無特別限定，例如包括以下情況。「上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分」可為於暖機運轉時與非暖機運轉時車輛之停車狀態下之曲柄軸之旋轉速度不同之車輛之非暖機運轉中之期間。又，「上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分」可為車輛之停車狀態下之期間中之電池剩餘量為特定量以下之期間。「上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分」可為車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓之整個期間。

又，於車輛之行駛中，因反覆行駛與停車而產生複數個停車狀態之期間。然而，控制裝置並非必須於複數個停車狀態之期間之各者中進行上述(1)之控制。控制裝置只要於車輛之行駛中之停車狀態之整個期間之至少一部分進行上述(1)之控制即可。即，所謂「上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分」，係指車輛之行駛中之停車狀態之整個期間之至少一部分。再者，控制裝置亦可於「上述車輛停車且上述發電機輸出之電壓低於上述電池之電壓的期間之至少一部分」以外之期間進行上述(1)之控制。

(2)如(1)之引擎單元，其中上述控制裝置於上述發電機輸出之電壓高於上述電池之電壓的期間之至少一部分，藉由進行提前或延遲上述反相器所具備之上述複數個開關部之通電時序之相位控制，而對上述電池進行充電。

若曲柄軸以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉，則發電機輸出之電壓增大。發電機輸出之電壓高於電池之電壓。根據(2)之構成，由於進行提前或延遲複數個開關部之通電時序之相位控制，因此，即便於曲柄軸以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉，發電機輸出高於電池之電壓的電壓之情況時，亦可高效率地確保發電量。

再者，「上述發電機輸出之電壓高於上述電池之電壓的期間之至少一部分」並無特別限定，例如包括以下情況。「上述發電機輸出之電壓高於上述電池之電壓的期間之至少一部分」例如可為引擎進行動作之期間中之曲柄軸之旋轉速度或車輛之行駛速度超過預先規定之值之期間。於此情形時，控制裝置於曲柄軸之旋轉速度或車輛之行駛速度超過預先規定之值之期間，進行上述(2)之控制。於此情形時，控制裝置亦可於曲柄軸之旋轉速度或車輛之行駛速度為預先規定之值以下之期間進行上述(1)之控制。

又，於車輛之行駛中，因行駛與停車狀態反覆而產生複數個非停車之狀態、即曲柄軸以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉之狀態。然而，控制裝置並非必須於複數個非停車之狀態之各者中進行上述(2)之控制。控制裝置只要於車輛之行駛中之非停車之狀態之整個期間之至少一部分進行上述(2)之控制即可。即，所謂「上述發電機輸出之電壓高於上述電池之電壓的期間之至少一部分」，係指車輛之行駛中之非停車之狀態之整個期間之至少一部分。再者，控制裝置亦可於「上述發電機輸出之電壓高於上述電池之電壓的期間之至少一部分」以外之期間進行上述(2)之控制。

(3)如(1)或(2)之引擎單元，其中上述發電機作為利用上述電池之電力驅動上述曲柄軸之馬達發揮功能，且上述控制裝置於上述曲柄軸之旋轉停止之狀態下，藉由以自上述電池對上述發電機供給電力之方式控制上述反相器所具備之上述複數個開關部而啟動上述引擎本體。

根據(3)之構成，作為馬達發揮功能之發電機藉由利用電池之電力驅動曲柄軸而啟動引擎本體。

作為一面避免發電機之大型化，一面以較低之旋轉速度確保來自發電機之發電電壓之方法，例如考慮有一面使繞組之線材變細一面增大卷數之方法。然而，若一面使繞組之線材變細一面增大卷數，則於使發電機作為馬達發揮功能而藉由電池之電力使曲柄軸旋轉時，驅動轉矩降低。

於(3)之引擎單元中，於車輛之停車狀態下，即便以發電機之輸出電壓變得低於電池之電壓之方式使曲柄軸之旋轉速度降低，亦可高效率地對電池進行充電。因此，於一面抑制藉由電池之電力驅動曲柄軸之情形時之驅動轉矩之降低一面進行發電之情形時，即便使車輛停車時之曲柄軸之旋轉速度降低亦可高效率地確保發電量。

(4)如(3)之引擎單元，其中上述控制裝置於啟動上述引擎本體後，於預先規定之期間以自上述電池對上述發電機供給電力之方式控制上述反相器所具備之上述複數個開關部，藉此使上述發電機加速上述曲柄軸之旋轉。

根據(4)之構成，引擎本體啟動後，藉由作為馬達發揮功能之發電機使曲柄軸之正轉加速。因此，可使藉由引擎本體之燃燒之曲柄軸之正轉穩定化。又，於車輛加速時，可更加迅速地進行藉由引擎本體之燃燒之曲柄軸之正轉之加速。

(5)如(4)之引擎單元，其中上述控制裝置於如下兩種控制態樣之間轉移控制態樣，即：藉由進行上述反相器所具備之上述複數個開關部之向量控制而使上述發電機輸出的低於上述電池之電壓的電壓升高至高於上述電池之電壓的電壓來對上述電池進行充電的控制態樣；及藉由進行上述反相器所具備之上述複數個開關部之向量控制，而以自電池對上述發電機供給電力之方式進行控制，藉此使上述曲柄軸之旋轉加速的控制態樣。

藉由進行向量控制而對電池進行充電之控制態樣與藉由進行向量控制而使曲柄軸之旋轉加速之控制態樣之間之控制態樣的轉移並不伴隨控制之種類之變更，例如可藉由指令值等參數之變更而迅速地執行。因此，根據(5)之構成，可迅速地進行電池之充電之狀態、即發電狀態與曲柄軸之旋轉之加速之狀態、即全力運轉狀態之間之轉移。

控制態樣之轉移中包括如下轉移，即，自藉由進行反相器所具備之複數個開關部之向量控制而使發電機輸出之低於電池之電壓的電壓升高至高於電池之電壓的電壓而對電池進行充電的控制態樣，向藉由進行反相器所具備之複數個開關部之向量控制而以自電池對發電機供給電力之方式進行控制，籍此使曲柄軸之旋轉加速的控制態樣轉移。又，相反，控制態樣之轉移中包括如下轉移，即，自藉由進行反相器所具備之複數個開關部之向量控制而以自電池對發電機供給電力之方式進行控制，藉此使曲柄軸之旋轉加速的控制態樣，向藉由進行反相器所具備之複數個開關部之向量控制而使發電機輸出之低於電池之電壓的電壓升高至高於電池之電壓的電壓而對電池進行充電的控制態樣轉移。

(6)如(1)~(5)中任一項之引擎單元，其中上述引擎本體係於4衝程之間具有使上述曲柄軸旋轉之負載較大之高負載區域、及使上述曲柄軸旋轉之負載小於上述高負載區域之負載的低負載區域之4衝程引擎。

具有高負載區域及低負載區域之4衝程引擎與其他類型之引擎相比，與區域對應之旋轉速度之變動較大。若與區域對應之旋轉速度之變動較大，則使曲柄軸之旋轉速度降低之情形時之旋轉之穩定性容易降低。(4)之引擎單元中，即便車輛之停車狀態下之曲柄軸之旋轉速度較低，自發電機輸出低於電池之電壓的電壓，亦可對電池進行充電。對電池進行充電時發電機所發之電力、即施加於引擎本體之負載於旋轉速度相對較高之區域較大，於旋轉速度相對較低之區域較小。即，負載以使旋轉速度穩定之方式變動。因此，即便車輛之停車狀態下之曲柄軸之旋轉速度較低，自發電機輸出低於電池之電壓的電壓，亦可一面使曲柄軸之旋轉速度穩定化，一面高效率地確保發電量。

(7)如(1)~(6)中任一項之引擎單元，其中上述引擎本體具有複數個氣缸。

具有複數個多氣缸之引擎由於負載之變動較小，因此旋轉之穩定性較高。因此，可進一步降低車輛停車時之曲柄軸之旋轉速度。即便車輛停車時之曲柄軸之旋轉速度進一步下降，亦可以較高之發電效率確保發電量。

(8)一種車輛，其包括如(1)~(7)中任一項之引擎單元。

(8)之車輛可於不使發電機大型化之情況下高效率地確保車輛之停車狀態下之旋轉速度下之發電量。

根據本發明，可提供一種於不使發電機大型化之情況下即便降低車輛停車時之曲柄軸之旋轉速度亦可高效率地確保發電量的引擎單元及搭載有該引擎單元之車輛。

1‧‧‧曲柄軸箱(引擎箱)

2‧‧‧氣缸

3‧‧‧活塞

4‧‧‧連桿

5‧‧‧曲柄軸

5a‧‧‧曲柄軸之一端部

5b‧‧‧曲柄軸之另一端部

5c‧‧‧公螺紋部

6‧‧‧氣缸頭

7‧‧‧軸承

14‧‧‧電池

16‧‧‧啟動開關

20‧‧‧主皮帶盤

21‧‧‧固定皮帶輪

22‧‧‧可動皮帶輪

29‧‧‧火星塞

30‧‧‧外轉子

31‧‧‧外轉子本體部

32‧‧‧筒狀凸座部

32a‧‧‧錐狀插入孔

32b‧‧‧大徑部

32c‧‧‧凸緣部

33‧‧‧底壁部

33a‧‧‧孔部

34‧‧‧背軛部

35‧‧‧螺母

36‧‧‧鉚釘

37‧‧‧永久磁鐵部

37a‧‧‧磁極面

37p‧‧‧磁極面之對

38‧‧‧被檢測部

40‧‧‧內定子

41‧‧‧孔部

43‧‧‧齒部

50‧‧‧轉子位置檢測裝置

51‧‧‧檢測用繞組

52‧‧‧檢測用磁鐵

53‧‧‧鐵心

61‧‧‧反相器

62‧‧‧啟動發電控制部

63‧‧‧燃燒控制部

101‧‧‧車體

102‧‧‧車輪

103‧‧‧車輪

611‧‧‧開關部

612‧‧‧開關部

613‧‧‧開關部

614‧‧‧開關部

615‧‧‧開關部

616‧‧‧開關部

621‧‧‧相位控制部

622‧‧‧向量控制部

623‧‧‧接通、斷開動作記憶部

624‧‧‧初始動作部

A‧‧‧車輛

B‧‧‧皮帶

CT‧‧‧控制裝置

CVT‧‧‧無段變速機

E‧‧‧4衝程引擎本體

EU‧‧‧引擎單元

F‧‧‧冷卻風扇

Fa‧‧‧葉片部

Fb‧‧‧螺栓

J‧‧‧旋轉軸線

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

S31‧‧‧步驟

S32‧‧‧步驟

S4‧‧‧步驟

SG‧‧‧發電機

SL‧‧‧槽

ST‧‧‧定子鐵心

W‧‧‧定子繞組

X‧‧‧軸線方向

Y‧‧‧直徑方向

圖1係模式性地表示本發明之一實施形態之引擎單元之概略構成的局部剖視圖。

圖2係模式性地表示引擎啟動時之曲柄角度位置與所需轉矩之關係之說明圖。

圖3係將圖1中之發電機及其附近部分放大而表示之放大剖視圖。

圖4係表示圖3所示之發電機之與旋轉軸線J垂直之剖面之剖視圖。

圖5係表示圖1所示之引擎單元之電氣基本構成之方塊圖。

圖6係表示圖5所示之引擎單元之狀態之概略之狀態轉變圖。

圖7係表示向量控制下之電流及電壓之波形之例之圖。

圖8係表示相位控制下之電流及電壓之波形之例之圖。

圖9(a)係模式性地表示一實施形態中之曲柄軸之旋轉速度與發電電流之關係之曲線圖，(b)係模式性地表示曲柄軸之旋轉速度與發電效率之關係之曲線圖。

圖10係表示搭載有引擎單元之車輛之外觀圖。

以下，基於較佳之實施形態，一面參照圖式一面說明本發明。

圖1係模式性地表示本發明之一實施形態之引擎單元EU之概略構成的局部剖視圖。

引擎單元EU設置於作為車輛之一例之機車(參照圖10)。引擎單元EU具備4衝程引擎本體E、及發電機SG。4衝程引擎本體E為單氣缸之4衝程引擎。4衝程引擎本體E具有圖2所示之曲柄角度位置與所需轉矩之關係。

4衝程引擎本體E於4衝程之間具有使曲柄軸5旋轉之負載較大之高負載區域TH、及使曲柄軸5旋轉之負載小於高負載區域TH之負載的低負載區域TL。若以曲柄軸5之旋轉角度為基準進行觀察，則低負載區域TL較寬，而為高負載區域TH以上。更詳細而言，低負載區域TL寬於高負載區域TH。換言之，相當於低負載區域TL之旋轉角度區域寬於相當於高負載區域TH之旋轉角度區域。更詳細而言，4衝程引擎本體E係一面反覆進行進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程、及排氣衝程之4步驟一面旋轉。如圖2所示，壓縮衝程包含於高負載區域TH而不包含於低負載區域TL。於本實施形態之4衝程引擎本體E中，高負載區域TH為與壓縮衝程大致重疊之區域，低負載區域TL為與進氣衝程、膨脹衝程、及排氣衝程大致重疊之區域。然而，高負載區域TH及低負載區域TL之各自之分界無需與上述各衝程之分界一致。

如圖1所示，引擎單元EU具備發電機SG。發電機SG為三相無刷發電機。發電機SG於引擎啟動時作為使曲柄軸5旋轉而啟動4衝程引擎本體E之啟動馬達發揮功能。發電機SG為啟動發電機。以下，將啟動發電機簡稱為發電機SG。

又，發電機SG係於4衝程引擎本體E啟動後的期間之至少一部分藉由曲柄軸5而旋轉，從而作為發電機發揮功能。即，引擎開始燃燒後，並非必須始終作為發電機發揮功能。例如亦可為於引擎開始燃燒後，發電機SG不立即作為發電機發揮功能，而於滿足特定之條件之情形時作為發電機發揮功能。作為該特定之條件，例如可列舉：曲柄軸5之旋轉速度達到特定速度、於自引擎之燃燒開始起經過特定時間等。又，於引擎之燃燒開始後，亦可包含發電機SG作為發電機發揮功能之期間與發電機SG作為馬達(例如車輛驅動用馬達)發揮功能之期間。

發電機SG安裝於4衝程引擎本體E之曲柄軸5。本實施形態中，發電機SG於未經由動力傳遞機構(例如皮帶、鏈條、齒輪、減速機、增速機等)之情況下安裝於曲柄軸5。但是，於本發明中，只要發電機SG構成為藉由發電機SG之旋轉使曲柄軸5旋轉即可。因此，發電機SG亦可經由動力傳遞機構而安裝於曲柄軸5。再者，於本發明中，較佳為發電機SG之旋轉軸線與曲柄軸5之旋轉軸線大致一致。又，較佳為如本實施形態般，發電機SG於未經由動力傳遞機構之情況下安裝於曲柄軸5。

4衝程引擎本體E具備曲柄軸箱1(引擎箱1)、氣缸2、活塞3、連桿4、及曲柄軸5。氣缸2係以自曲柄軸箱1朝向特定方向(例如斜上方)突出之態樣設置。活塞3往返移動自如地設置於氣缸2內。曲柄軸5可旋轉地設置於曲柄軸箱1內。連桿4之一端部(例如上端部)與活塞3連結。連桿4之另一端部(例如下端部)與曲柄軸5連結。於氣缸2之端部(例如上端部)安裝有氣缸頭6。曲柄軸5經由一對軸承7以旋轉自如之態樣被支持於曲柄軸箱1。曲柄軸5之一端部5a(例如右端部)自曲柄軸箱1向外側突出。於曲柄軸5之一端部5a安裝有發電機SG。

曲柄軸5之另一端部5b(例如左端部)自曲柄軸箱1向外側突出。於曲柄軸5之另一端部5b安裝有無段變速機CVT(Continuously Variable Transmission)之主皮帶盤20。主皮帶盤20具有固定皮帶輪21及可動皮帶輪22。固定皮帶輪21以與曲柄軸5一同旋轉之方式固定於曲柄軸5之另一端部5b之前端部分。可動皮帶輪22花鍵聯接於曲柄軸5之另一端部5b。因此，可動皮帶輪22可沿軸線方向X移動，且以可變更與固定皮帶輪21之間隔之態樣與曲柄軸5一同旋轉。於主皮帶盤20與次皮帶盤(未圖示)掛有皮帶B。曲柄軸5之旋轉力被傳遞至機車(參照圖8)之驅動輪。

圖3係將圖1中之發電機SG及其附近部分放大而表示之放大剖視圖。又，圖4係表示圖3所示之發電機SG之與旋轉軸線J垂直之剖面的剖視圖。

發電機SG具有外轉子30、及內定子40。外轉子30具有外轉子本體部31。外轉子本體部31例如包含強磁性材料。外轉子本體部31具有有底筒狀。外轉子本體部31具有筒狀凸座部32、圓板狀之底壁部33、及筒狀之背軛(back yoke)部34。筒狀凸座部32以被曲柄軸5之一端部5a插入之狀態固定於曲柄軸5。底壁部33固定於筒狀凸座部32，具有沿曲柄軸5之直徑方向Y擴展之圓板形狀。背軛部34具有自底壁部33之外周緣向曲柄軸5之軸線方向X延伸之筒形狀。背軛部34向接近曲柄軸箱1之方向延伸。

底壁部33及背軛部34係例如藉由對金屬板進行壓製成形而一體地形成。再者，於本發明中，亦可分開地構成底壁部33與背軛部34。即，於外轉子本體部31，背軛部34可與構成外轉子本體部31之其他部分一體地構成，亦可與構成外轉子本體部31之其他部分分開地構成。於背軛部34與其他部分分開地構成之情形時，只要背軛部34包含強磁性材料即可，其他部分亦可包含除強磁性材料以外之材料。

於筒狀凸座部32，沿曲柄軸5之軸線方向X形成有用以插入曲柄軸5之一端部5a之錐狀插入孔32a。錐狀插入孔32a具有與曲柄軸5之一端部5a之外周面對應之錐角。於將曲柄軸5之一端部5a插入至錐狀插入孔32a時，一端部5a之外周面與錐狀插入孔32a之內周面接觸，從而將曲柄軸5固定於錐狀插入孔32a。藉此，將凸座部32相對於曲柄軸5之軸線方向X定位。於該狀態下，將螺母35旋入至形成於曲柄軸5之一端部5a之前端部分之公螺紋部5c。藉此，將筒狀凸座部32固定於曲柄軸5。

筒狀凸座部32係於筒狀凸座部32之基端部(圖中筒狀凸座部32之右部)具有大徑部32b。筒狀凸座部32係於大徑部32b之外周面具有朝向直徑方向外側延伸之凸緣部32c。於形成在外轉子本體部31之底壁部33之中央部的孔部33a插入有筒狀凸座部32之大徑部32b。於該狀態下，凸緣部32c接觸於底壁部33之外周面(圖中右側面)。筒狀凸座部32之凸緣部32c與外轉子本體部31之底壁部33係利用貫通凸緣部32c及底壁部33之鉚釘36而一體地固定於外轉子本體部31的圓周方向之複數個部位。

發電機SG為永久磁鐵式發電機。於外轉子本體部31之背軛部34，在背軛部34之內周面設置有複數個永久磁鐵部37。各永久磁鐵部37以S極與N極沿發電機SG之直徑方向排列之方式設置。

複數個永久磁鐵部37以交替地配置N極與S極之方式設置於發電機SG之圓周方向。本實施形態中，與內定子40對向之外轉子30之磁極數為24個。所謂外轉子30之磁極數，係指與內定子40對向之磁極數。與定子鐵心ST之齒部43對向之永久磁鐵部37之磁極面的數量相當於外轉子30之磁極數。外轉子30所具有之每個磁極之磁極面相當於與內定子40對向之永久磁鐵部37的磁極面。永久磁鐵部37之磁極面藉由設置於永久磁鐵部37與內定子40之間之非磁性體(未圖示)覆蓋。於永久磁鐵部37與內定子40之間未設置磁性體。作為非磁性體，並無特別限定，例如可列舉不鏽鋼鋼材。於本實施形態中，永久磁鐵部37為鐵氧體磁鐵。但是，於本發明中，作為永久磁鐵，可採用釹系黏結磁鐵、釤鈷磁鐵、釹磁鐵等先前周知之磁鐵。永久磁鐵部37之形狀並無特別限定。再者，外轉子30既可為永久磁鐵部37埋入於磁性材料中之埋入磁鐵型(IPM(Interior Permanent Magnet)型)，亦可如本實施形態般為永久磁鐵部37自磁性材料露出之表面磁鐵型(SPM(Surface Permanent Magnet)型)。

以如上方式安裝於曲柄軸5且以與曲柄軸5一同旋轉之方式安裝之外轉子30係用以增加曲柄軸5之慣量的旋轉體。又，於構成外轉子30之底壁部33之外周面(圖1及圖3中之右側面)，設置有具有複數個葉片部Fa之冷卻風扇F。冷卻風扇F藉由固定具(複數根螺栓Fb)而固定於底壁部33之外周面。

內定子40具有定子鐵心ST及複數相定子繞組W。定子鐵心ST例如藉由將薄板狀之矽鋼板沿軸線方向積層而形成。於定子鐵心ST於定子鐵心ST之中心部，具有內徑大於外轉子30之筒狀凸座部32之外徑之孔部41。又，定子鐵心ST具有朝向直徑方向外側一體地延伸之複數個齒部43(參照圖4)。於本實施形態中，合計18個齒部43隔開間隔而設置於圓周方向。換言之，定子鐵心ST具有隔開間隔而形成於圓周方向之合計18個之槽SL(參照圖4)。齒部43以等間隔配置於圓周方向。

發電機SG為三相發電機。於各齒部43之周圍，捲繞有定子繞組W。複數相定子繞組W係以通過槽SL之方式設置。複數相定子繞組W之各者屬於U相、V相、W相中之任一者。定子繞組W例如以按U相、V相、W相之順序排列之方式配置。

如圖3所示，於內定子40，於發電機SG之直徑方向之中央部分形成有孔部41。於孔部41內，自孔部41之壁面(內定子40)隔開間隔而配置有曲柄軸5及外轉子30之筒狀凸座部32。於該狀態下，內定子40安裝於4衝程引擎本體E之曲柄軸箱1。內定子40之齒部43之端部(前端面)自構成外轉子30之永久磁鐵部37之磁極面(內周面)隔開間隔而配置。於該狀態下，外轉子30與曲柄軸5之旋轉連動地旋轉。外轉子30與曲柄軸5一體地旋轉。換言之，外轉子30之旋轉速度與曲柄軸5之旋轉速度相同。

參照圖4，進一步對外轉子30進行說明。永久磁鐵部37設置於發電機SG之直徑方向上之內定子40之外側。背軛部34設置於直徑方向上之永久磁鐵部37之外側。永久磁鐵部37於與內定子40對向之面具備複數個磁極面37a。磁極面37a沿發電機SG之圓周方向排列。磁極面37a之各者為N極或S極。N極與S極沿發電機SG之圓周方向交替地配置。永久磁鐵部37之磁極面37a與內定子40對向。本實施形態中，複數個磁鐵配置於發電機SG之圓周方向，複數個磁鐵之各者以S極與N極沿發電機SG之直徑方向排列之姿態配置。藉由圓周方向上相鄰之1 個S極與1個N極構成磁極面之對37p。磁極面之對37p之數量為磁極面37a之數量的1/2。本實施形態中，於外轉子30，設置有與內定子40對向之24個磁極面37a，外轉子30之磁極面之對37p之數量為12個。再者，於圖中表示有對應於12個磁鐵對之12個磁極面之對37p。然而，為了容易觀察圖，37p之符號僅指1個對。發電機SG具有多於齒部43之數量之2/3之磁極面37a。發電機SG具有齒部43之數量之4/3以上之數量的磁極面37a。

於外轉子30之外表面，具備用以檢測外轉子30之旋轉位置之複數個被檢測部38。複數個被檢測部38藉由磁性作用而被檢出。複數個被檢測部38沿圓周方向隔開間隔而設置於外轉子30之外表面。於本實施形態中，複數個被檢測部38沿圓周方向隔開間隔而設置於外轉子30之外周面。複數個被檢測部38配置於筒狀之背軛部34之外周面。複數個被檢測部38之各者自背軛部34之外周面向發電機SG之直徑方向Y上之外側突出。底壁部33、背軛部34、及被檢測部38係例如藉由對鐵等金屬板進行壓製成形而一體地形成。即，被檢測部38係由強磁性體形成。關於被檢測部38之配置之詳細情況，將於下文進行說明。

轉子位置檢測裝置50係檢測外轉子30之位置之裝置。轉子位置檢測裝置50亦作為檢測曲柄軸5之旋轉速度之速度檢測部發揮功能。轉子位置檢測裝置50設置於與複數個被檢測部38對向之位置。即，轉子位置檢測裝置50配置於如複數個被檢測部38依次與轉子位置檢測裝置50對向般之位置。轉子位置檢測裝置50與被檢測部38隨著外轉子30之旋轉而通過之路徑對向。轉子位置檢測裝置50配置於與內定子40隔開之位置。於本實施形態中，轉子位置檢測裝置50以於曲柄軸5之直徑方向上外轉子30之背軛部34及永久磁鐵部37位於轉子位置檢測裝置50與內定子40及定子繞組W之間之方式配置。轉子位置檢測裝置50配置於較發電機SG之直徑方向上之外轉子30更靠外側，且面向外轉子 30之外周面。

轉子位置檢測裝置50具有檢測用繞組51、檢測用磁鐵52及鐵心53。檢測用繞組51作為檢測被檢測部38之拾波線圈發揮功能。鐵心53例如為鐵製之呈棒狀延伸之構件。檢測用繞組51磁性地檢測被檢測部38。轉子位置檢測裝置50於曲柄軸5開始旋轉後開始外轉子30之旋轉位置之檢測。再者，轉子位置檢測裝置50亦可採用除上述之藉由伴隨被檢測部38之通過之電動勢而產生的電壓變化之類型以外之構成。例如，轉子位置檢測裝置50亦可採用始終對檢測用繞組51通電，且藉由伴隨被檢測部38之通過所產生之電感的變化而引起通電電流變化之類型的構成。又，轉子位置檢測裝置50並無特別限定，亦可具備霍耳元件或MR(Magnetic Resistance，磁阻)元件。本實施形態之引擎單元EU(參照圖1)亦可具備霍耳元件或MR元件。

此處，參照圖4對外轉子30中之被檢測部38之配置進行說明。本實施形態中之複數個被檢測部38設置於外轉子30之外表面。複數個被檢測部38之各者相對於該各者所對應之磁極面之對37p而具有相互相同之相對位置關係。又，轉子位置檢測裝置50設置於與複數個被檢測部38對向之位置。轉子位置檢測裝置50設置於在外轉子30之旋轉中與複數個被檢測部38之各者對向之位置。轉子位置檢測裝置50並非同時(一次)與複數個被檢測部38對向，而是與複數個被檢測部38中之1個對向。圖4中，以一點鏈線表示包含於圓周方向上相鄰之2個磁極(S極及N極)之磁極面之對37p中的預先規定之圓周方向之規定位置。再者，本實施形態中，於外轉子30設置有較規定位置之數量少1個之11個被檢測部38。11個被檢測部38分別設置於12處規定位置中之11處。再者，複數個被檢測部38亦可例如與背軛部34分開地構成。又，複數個被檢測部38亦可例如由在圓周方向上具有交替地被磁化為反極性之複數個部分之1個物體形成。

[電氣構成]

圖5係表示圖1所示之引擎單元EU之電氣基本構成之方塊圖。

引擎單元EU具備4衝程引擎本體E、發電機SG、及控制裝置CT。於控制裝置CT連接有發電機SG、火星塞29、及電池14。

控制裝置CT與複數相定子繞組W連接，自車輛所具備之電池14對複數相定子繞組W供給電流。

控制裝置CT具備啟動發電控制部62、燃燒控制部63、及複數個開關部611~616。本實施形態中之控制裝置CT具有6個開關部611~616。開關部611~616構成三相橋接反相器61。複數個開關部611~616與複數相定子繞組W之各相連接。複數個開關部611~616控制自發電機SG供給至電池14之電流。複數個開關部611~616切換複數相定子繞組W與電池14之間之電流的通過/阻斷。藉由依次切換開關部611~616之接通、斷開，而進行自發電機SG輸出之三相交流之整流及電壓之控制。

開關部611~616之各者具有開關元件。開關元件例如為電晶體，更詳細而言為FET(Field Effect Transistor，場效電晶體)。然而，開關部611~616除採用FET以外，亦可採用例如閘流體及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘雙極性電晶體)。

啟動發電控制部62藉由控制開關部611~616之各者之接通、斷開動作而控制發電機SG之動作。啟動發電控制部62包含相位控制部621、向量控制部622、接通、斷開動作記憶部623、及初始動作部624。包含相位控制部621及向量控制部622之啟動發電控制部62與燃燒控制部63藉由未圖示之電腦及利用電腦執行之控制軟體而實現。然而，包含相位控制部621及向量控制部622之啟動發電控制部62與燃燒控制部63之一部分或全部亦可藉由作為電子電路之硬體電路而實現。又，啟動發電控制部62及燃燒控制部63既可作為例如相互分開之裝置而構成於相互離開之位置，又，亦可一體地構成。

接通、斷開動作記憶部623例如包括記憶體。接通、斷開動作記憶部623記憶與複數個開關部611~616之接通、斷開動作相關之資料。更詳細而言，接通、斷開動作記憶部623記憶供控制裝置CT控制發電機SG及4衝程引擎本體E之映射表、以及記載有資訊之軟體。

又，初始動作部624包括電子電路(佈線邏輯)。初始動作部624產生使複數個開關部611~616進行接通、斷開動作之電信號。再者，控制裝置CT既可使接通、斷開動作記憶部623及初始動作部624之兩者動作，亦可使接通、斷開動作記憶部623及初始動作部624之一者動作。

燃燒控制部63藉由使火星塞29進行點火動作而控制4衝程引擎本體E之燃燒動作。於4衝程引擎本體E具備噴射燃料並生成混合氣體之燃料噴射裝置之情形時，燃燒控制部63藉由亦控制燃料噴射裝置之噴射，而控制4衝程引擎本體E之燃燒動作。

於啟動發電控制部62連接有用以啟動4衝程引擎本體E之啟動開關16。啟動開關16於4衝程引擎本體E啟動時由駕駛者操作。又，控制裝置CT之啟動發電控制部62藉由檢測電池14之電壓而檢測電池14之充電狀態。然而，關於電池14之充電狀態之檢測，除檢測電池14之電壓之構成以外，亦可採用例如檢測充電狀態下流過電池14之電流之構成。

控制裝置CT通過反相器61、啟動發電控制部62、及燃燒控制部63之動作控制發電機SG。

[引擎單元之動作]

圖6係表示圖5所示之引擎單元EU之狀態之概略之狀態轉變圖。

於本實施形態之引擎單元EU中，於曲柄軸5之旋轉停止之狀態下(S1)，若被輸入啟動指示，則控制裝置CT轉為啟動控制狀態(S2)。於啟動控制狀態(S2)下，控制裝置CT藉由使發電機SG及曲柄軸5旋轉而啟動4衝程引擎本體E(S2)。控制裝置CT於曲柄軸5之旋轉停止之狀態下，以自電池14對發電機SG供給電力之方式控制反相器61所具備之複數個開關部611~616。即，於啟動控制狀態(S2)下，控制裝置CT使發電機SG全力運轉。控制裝置CT以自電池14之正極對發電機SG供給電流之方式進行控制。控制裝置CT使發電機SG作為馬達發揮功能。發電機SG藉由電池14之電力驅動曲柄軸5。再者，本實施形態中之控制狀態相當於本發明中所謂之控制態樣之一例。

啟動指示例如於啟動開關16被操作之情形時自啟動開關16被輸入至控制裝置CT。又，於引擎單元EU具有怠速停止功能之情形時，控制裝置CT藉由判別預先規定之引擎啟動條件而自己執行再啟動之指示。預先規定之引擎啟動條件之達成包含於啟動指示之輸入。預先規定之引擎啟動條件例如為未圖示之加速器操作件之操作。又，預先規定之引擎啟動條件例如為蓄積於電池14之電力低於特定之閾值。特定之閾值例如為用以啟動4衝程引擎本體E之電力之下限值。特定之閾值亦可為用以使搭載於車輛之機器動作之電力之下限值。

於啟動控制狀態(S2)下，控制裝置CT使發電機SG及曲柄軸5旋轉。於曲柄軸5之旋轉速度超過特定之可點火之旋轉速度之情形時，控制裝置CT使4衝程引擎本體E之燃燒動作開始。更詳細而言，控制裝置CT之燃燒控制部63藉由控制火星塞29而控制4衝程引擎本體E之燃燒動作。於4衝程引擎本體E具備噴射燃料並生成混合氣體之燃料噴射裝置之情形時，燃燒控制部63藉由亦控制燃料噴射裝置之噴射而控制4衝程引擎本體E之燃燒動作。此處，4衝程引擎本體E之燃燒動作之開始中，亦包括確認燃燒動作是否正常進行之動作。燃燒動作是否正常進行係例如藉由如下方法判別：於曲柄軸5旋轉複數次之期間，測定曲柄軸5之旋轉速度，所測定之旋轉速度是否超過作為正常之燃燒動作之情形而設定之值。

發電機SG於啟動4衝程引擎本體E後，於預先規定之期間使曲柄軸5之旋轉加速(S2)。更詳細而言，發電機SG亦包括確認燃燒動作是否正常進行之動作，且於使4衝程引擎本體E之燃燒動作開始後，連續加速曲柄軸5之旋轉。具體而言，控制裝置CT於使燃燒動作開始後，於預先規定之期間以自電池14對發電機SG供給電力之方式控制反相器61所具備之複數個開關部611~616。即，控制裝置CT使發電機SG全力運轉。藉此，曲柄軸5之旋轉與自電池14對發電機SG供給電力之情形相比速度加快。即，曲柄軸5之旋轉與僅藉由4衝程引擎本體E之燃燒動作而旋轉之情形相比加速。控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制，而以自電池14對發電機SG供給電力之方式進行控制，使曲柄軸5之旋轉加速。向量控制為180度通電。

4衝程引擎本體E開始燃燒動作後，存在曲柄軸5之旋轉之穩定性較低之情況。4衝程引擎本體之燃燒開始後，藉由使藉由發電機SG之曲柄軸5之旋轉之加速連續，而使藉由4衝程引擎本體之燃燒之曲柄軸5之旋轉穩定化。預先規定之期間設定為足以使曲柄軸5之旋轉穩定化之期間(時間之期間)。作為預先規定之期間，例如設定為足以使曲柄軸5之旋轉速度達到怠速旋轉速度之期間。

自4衝程引擎本體E之燃燒動作開始起經過預先規定之期間之後，發電機SG藉由與曲柄軸5之旋轉連動地旋轉而作為用以發電對電池14進行充電之電流之發電機發揮功能。控制裝置CT轉為發電控制狀態(S3)。

於發電控制狀態(S3)下，控制裝置CT藉由發電機SG之輸出而對電池14進行充電。控制裝置CT藉由控制反相器61所具備之複數個開關部611~616，而控制自發電機SG供給至電池14之電流。控制裝置 CT以電流自發電機SG向電池14之正極流動之方式進行控制。

若被輸入停止之指示，則控制裝置CT自發電控制之狀態(S3)轉移至停止之狀態(S1)。停止之狀態(S1)為4衝程引擎本體E之停止狀態。

於發電控制狀態(S3)下，若要求加速曲柄軸5之旋轉，則控制裝置CT轉為加速控制狀態(S4)。即，控制裝置CT於啟動4衝程引擎本體E後，於預先規定之期間使曲柄軸5之旋轉加速。具體而言，控制裝置CT於預先規定之期間，藉由以自電池14對發電機SG供給電力之方式控制反相器61所具備之複數個開關部611~616，而使曲柄軸5之旋轉加速。即，控制裝置CT使發電機SG全力運轉。

控制裝置CT於發電機SG發電之狀態下，於例如要求車輛之加速之情形時，藉由將發電機SG之狀態自發電切換為加速(全力運轉)，而使曲柄軸5之正轉加速。於例如要求車輛之加速之情形時，利用發電機SG補助藉由4衝程引擎本體E之燃燒動作之曲柄軸5之旋轉之加速。藉此，曲柄軸5之旋轉與未自電池14對發電機SG供給電力之情形相比加速。即，曲柄軸5之旋轉與僅藉由4衝程引擎本體E之燃燒動作而旋轉之情形相比加速。控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制而以自電池14對發電機SG供給電力之方式進行控制，使曲柄軸5之旋轉加速。更詳細而言，控制裝置CT之向量控制部622進行複數個開關部611~616之向量控制。

若於加速控制狀態(S4)下經過預先規定之期間，則控制裝置CT轉為發電控制狀態(S3)。

本實施形態之控制裝置CT中之發電控制狀態(S3)具有向量控制狀態(S31)及相位控制狀態(S32)。控制裝置CT於向量控制與相位控制之間切換發電之控制。即，控制裝置CT具有於向量控制與相位控制之間切換控制之切換部。

控制裝置CT於發電機SG輸出之電壓低於電池14之電壓的期間之至少一部分，進行向量控制(S31)。更詳細而言，控制裝置CT之向量控制部622進行向量控制。控制裝置CT於發電機SG輸出之電壓高於電池14之電壓的期間之至少一部分，進行相位控制(S32)。更詳細而言，控制裝置CT之相位控制部621進行相位控制。發電機SG輸出之電壓係定子繞組W之輸出電壓。發電機SG輸出之電壓係輸出之交流電壓之振幅。電池14之電壓係切換控制之時間點之電壓。

更詳細而言，控制裝置CT根據曲柄軸5之旋轉速度切換發電之控制狀態。若曲柄軸5之旋轉速度超過預先規定之第1速度閾值，則控制裝置CT轉為相位控制狀態，進行相位控制(S32)。若曲柄軸5之旋轉速度低於預先規定之第2速度閾值，則控制裝置CT轉為向量控制狀態，進行向量控制(S31)。第1速度閾值大於第2速度閾值。若第1速度閾值大於第2速度閾值，則對於速度之變化之控制狀態之轉變具有滯後性，因此狀態容易穩定。然而，亦可對第1速度閾值與第2速度閾值設定相同之值。

於車輛停車且發電機SG輸出之電壓低於電池14之電壓之期間，曲柄軸5之旋轉速度小於第2速度閾值。

於在發電控制狀態(S3)下車輛為停車狀態之情形時，發電機SG輸出之電壓低於電池14之電壓。於此情形時，控制裝置CT轉為發電控制狀態(S3)之向量控制狀態(S31)。詳細而言，於曲柄軸5之旋轉速度小於第2速度閾值之情形時，控制裝置CT轉為發電控制狀態(S3)之向量控制狀態(S31)。

控制裝置CT於車輛停車且發電機SG輸出之電壓低於電池14之電壓的期間之至少一部分，使發電機SG輸出之低於電池14之電壓的電壓升高至高於電池14之電壓的電壓，而對電池14進行充電(S31)。控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制，而使發電機SG輸出之電壓升高至高於電池14之電壓的電壓，而對電池14進行充電。

向量控制係將發電機SG之電流分離為對應於磁鐵之磁通方向之d軸成分、及於電氣角度中與磁通方向垂直之q軸成分而進行控制之方法。q軸成分係影響發電機SG之轉矩負載之成分。向量控制係無通電暫停期間即對複數相定子繞組W之各相進行通電之控制。向量控制係以使正弦波之電流流過複數相定子繞組W之各相之方式進行通電的控制。藉由複數個開關部611~616以藉由向量控制之時序進行接通、斷開動作，而使正弦波之電流流過複數相定子繞組W之各者。利用向量控制之發電係藉由例如以與定子繞組W之感應電壓之正弦波同步之方式向該感應電壓之方向引出電流而實現。再者，正弦波之電流及正弦波之電壓意指正弦波狀之電流及電流。正弦波之電流中，例如包含伴隨開關部之接通、斷開動作之漣波、及變形。

於向量控制中，複數個開關部611~616之各者以進行了脈寬調變(PWM，Pulse Width Modulation)之信號予以控制。脈寬調變中之脈衝之週期短於定子繞組W之各相之感應電壓之週期。即，控制裝置CT根據週期短於發電機SG之定子繞組W之感應電壓之週期的脈衝信號而控制複數個開關部611~616之接通、斷開。

於向量控制中，控制裝置CT之向量控制部622根據藉由未圖示之感測器所偵測出之複數相定子繞組W之電流、及藉由轉子位置檢測裝置50所偵測出之外轉子30之位置獲得d軸成分與q軸成分。控制裝置CT基於根據目標值予以修正之成分，而控制複數個開關部611~616之接通、斷開之時序。

再者，於控制中，亦可採用僅檢測一部分之相之定子繞組之電流之方法、或省略藉由轉子位置檢測裝置50進行位置檢測之方法。又，於控制中，亦可採用於不偵測任一相之定子繞組之電流的情況下控制複數個開關部611~616之方法。於此情形時，控制裝置CT係自藉由轉子位置檢測裝置50所偵測出之外轉子30之位置，而以與定子繞組W之感應電壓之正弦波同步的方式推斷電流，且將用以流動所推斷之電流之電壓施加至定子繞組W。例如，控制裝置CT使用表示外轉子30之位置與脈衝之週期之對應關係之映射表(設定表)，基於外轉子30之位置控制複數個開關部611~616。該映射表係藉由針對外轉子30之位置而推斷用以流動如與感應電壓之正弦波同步之電流之電壓予以設定。

關於接通、斷開之時序之控制，例如可採用利用所輸入之資訊而算出公式之方法、或讀出並參照記憶於接通、斷開動作記憶部623之映射表(設定表)之方法。公式或映射表亦可包含於程式中。又，控制裝置CT亦可利用包含電子電路(佈線邏輯)之初始動作部624進行控制。

圖7係表示向量控制中之電流及電壓之波形之例之圖。

圖7中，Vu表示發電機SG之複數相定子繞組W中之U相之定子繞組W之感應電壓。Iu表示U相之定子繞組W之電流。圖7中，Iu中之正值表示電流自開關部611、612流過定子繞組W。Iu中之負值表示電流自定子繞組W流過開關部611、612。

Vsup及Vsun表示複數個開關部611~616中之與U相之定子繞組W連接之2個開關部611、612之控制信號。Vsup係配置於U相之定子繞組W與電池14之正極之間之正側之開關部611之控制信號。Vsup係配置於U相之定子繞組W與電池14之負極之間之負側之開關部612之控制信號。Vsup及Vsun中之H位準表示開關部611、612之接通狀態。L位準表示斷開狀態。Idc為電池14中流過之電流。Idc中之負值、即低於圖中之「0」之值表示發電機SG發電並對電池14進行充電。

如開關部611、612之控制信號Vsup、Vsun所示，正側之開關部 611與負側之開關部612於接通狀態與斷開狀態下成為相互相反之狀態。

控制裝置CT以正弦波之電流流過定子繞組W之各相之方式控制開關部611、612之接通、斷開之占空比。控制裝置CT以開關部611、612之接通、斷開之占空比之變化週期成為定子繞組W的感應電壓之週期之方式，控制開關部611、612。定子繞組W之感應電壓為正弦波，且重複中央值「0」(時序t1、t5)、正之最大值(時序t2)、中央值「0」(時序t3)、及負之最大值(時序t4)。

於向量控制中，控制裝置CT以如下方式控制開關部611、612。即定子繞組W之感應電壓Vu成為正之最大值及負之最大值之時序(t2、t4)時之正側之開關部611之占空比與負側之開關部612之占空比的差大於感應電壓Vu成為中央值(「0」)之時序(t1、t3、t5)時之正側之開關部611之占空比與負側之開關部612之占空比之差。

例如，於U相之定子繞組W之感應電壓Vu成為中央值(「0」)之時序(t1、t3、t5)時，例如與時序(t2、t4)相比，正側之開關部611之占空比及負側之開關部612之占空比之兩者接近50%。因此，正側之開關部611之占空比與負側之開關部612之占空比之差較小。其結果，U相之定子繞組W之電流變小。

再者，開關部611、612之占空比直接影響到自電池14供給至定子繞組W之電壓。於電壓與電流之間，產生由定子繞組W之電感成分所致之延遲。因此，於占空比與電流之變化產生若干偏差。然而，藉由向量控制，可提高流過定子繞組W之電流Iu與感應電壓Vu之功率因數。

上述對於U相之說明亦適用於V相及W相。V相及W相與U相之間以電氣角度計具有相當於120度之時間差。

向量控制中，由於開關部611~616以高於感應電壓之頻率之頻率之PWM之脈衝接通及斷開，因此，對流過定子繞組W之電流產生較強之切斷作用。因此，使發電機SG輸出之電壓升高至高於電池14之電壓的電壓，而對電池14進行充電。根據向量控制，例如圖7所示般，能以相對於感應電壓Vu提高功率因數之方式控制流過定子繞組W之電流。因此，即便發電機SG輸出之電壓低於電池之電壓，亦可高效率地確保發電量。

又，發電機SG之外轉子30所具有之磁極面37a的數量多於齒部43之2/3，因此，電氣角度中之角速度較高。因此，可更高效率地確保發電量。

又，本實施形態之4衝程引擎本體E為4衝程引擎，具有高負載區域及低負載區域。曲柄軸5之旋轉速度係低負載區域高於高負載區域。4衝程引擎本體E係與區域對應之旋轉速度之變動較大。若與區域對應之旋轉速度之變動較大，則使曲柄軸5之旋轉速度降低之情形時之旋轉之穩定性容易降低。

本實施形態之引擎單元EU中，即便車輛之停車狀態下之曲柄軸5之旋轉速度較低，且自發電機SG輸出低於電池14之電壓的電壓，亦可對電池14進行充電。於對電池14進行充電時，發電機SG所發之電力與施加於引擎本體之負載相應。該負載於旋轉速度相對較高之區域較大，於旋轉速度相對較低之區域較小。即，負載以使旋轉速度穩定之方式變動。因此，即便車輛之停車狀態下之曲柄軸5之旋轉速度較低，且自發電機SG輸出低於電池14之電壓的電壓，亦可一面使曲柄軸5之旋轉速度穩定化，一面高效率地確保發電量。

於圖6所示之相位控制狀態(S32)下，控制裝置CT進行相位控制。

相位控制係提前或延遲反相器61所具備之複數個開關部611~616之通電時序之控制。相位控制係與上述向量控制不同之控制。控制裝置CT於相位控制中使複數個開關部611~616之各者於與定子繞組W之感應電壓之週期相等之週期進行接通、斷開動作。控制裝置CT於相位控制中使複數個開關部611~616之各者於與定子繞組W之感應電壓之週期相等之週期逐次接通、斷開。控制裝置CT針對定子繞組W之感應電壓而控制複數個開關部611~616各者之接通、斷開動作之相位。

圖8係表示相位控制中之電流及電壓之波形之例之圖。

圖8中之Vu、Iu、Vsup、Vsun、及Idc與圖7相同。然而，圖8中之Vu、Iu、及Idc之縱軸之標度與圖7中之標度不同。又，圖8所示之例中，曲柄軸5之旋轉速度高於圖7所示之情形。因此，感應電壓Vu之週期短於圖7所示之情形。

於相位控制中，控制裝置CT根據與發電機SG之定子繞組W之感應電壓之週期相等之週期之信號Vsup、Vsun，而控制複數個開關部611~616之接通、斷開。複數個開關部611~616之接通、斷開之占空比固定。複數個開關部611~616中之正側之開關部611之接通、斷開之占空比與負側之開關部612之接通、斷開之占空比相等。複數個開關部611~616各者之接通、斷開之占空比為50%。

控制裝置CT於相位控制中，藉由提前或延遲複數個開關部611~616之通電時序，而控制自定子繞組W流向電池14之電流。控制裝置CT藉由相對於感應電壓Vu提前開關部611~616之接通、斷開之相位而使流過電池14之電流減少。控制裝置CT藉由相對於感應電壓Vu延遲開關部611~616之接通、斷開之相位而使流過電池14之電流增大。於相位控制中，藉由開關部611~616之接通、斷開，而自某一相之定子繞組W輸出之電流之路徑於另一相之定子繞組W與電池14之間切換。

若曲柄軸5以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉，則發電機SG輸出之電壓增大。發電機輸出之電壓變得高於電池14之電壓。於發電機輸出高於電池之電壓的電壓之期間，進行相位控制。相位控制中之開關部611~616之接通、斷開之週期長於向量控制之情形。即，相位控制中之開關部611~616之接通、斷開之頻率低於向量控制之情形。因此，開關部611~616之開關損耗得到抑制，故而可獲得較高之效率。

因此，根據本實施形態之引擎單元EU，即便於曲柄軸5以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉，發電機SG輸出高於電池14之電壓的電壓之情況下，亦可高效率地確保發電量。

圖9(a)係模式性地表示曲柄軸之旋轉速度與發電電流之關係之曲線圖。又，圖9(b)係模式性地表示曲柄軸之旋轉速度與發電效率之關係之曲線圖。於圖9(a)及圖9(b)中，粗實線(P1)表示本實施形態之引擎單元之特性。

又，細實線(R1)作為第一比較例，表示將構成與本實施形態之發電機SG相同之發電機連接於包含二極體之整流調節器之情形之特性。

又，虛線(R2)作為第二比較例，表示將與本實施形態中之發電機SG相比大型化之發電機連接於包含二極體之整流調節器之情形之特性。於第二比較例之發電機中，永久磁鐵大型化，定子繞組係使用粗線，並且卷數增大。因此，第二比較例之發電機與本實施形態中之發電機SG相比大型化。

本實施形態中之控制裝置CT中，於曲柄軸5以停車時之旋轉速度旋轉之情形時使用向量控制方式，於曲柄軸5以高於停車時之旋轉速度之旋轉速度旋轉之情形時使用相位控制方式。於圖9(a)及圖9(b)中，表示有停車時之曲柄軸5之旋轉速度之範圍。例如，將曲柄軸5之怠速旋轉速度設定於該範圍內。

本實施形態中之發電機SG於曲柄軸5以停車時之旋轉速度旋轉之情形時，輸出低於電池14之電壓的電壓。

於第一比較例中，構成與本實施形態中之發電機SG相同之發電機被連接至包含二極體之整流調節器。於該第一比較例之情形時，如圖9(a)之細實線R1所示，於停車時之旋轉速度下，電流未自發電機流向電池。即，未對電池進行充電。

相對於此，於本實施形態中，控制裝置CT藉由對複數個開關部611~616進行向量控制而使發電機SG輸出之電壓升高至高於電池14之電壓的電壓。因此，如圖9(a)之粗實線所示，於停車時之旋轉速度下，電流自發電機SG流向電池14。即，於停車時，即便發電機SG輸出低於電池14之電壓的電壓，亦可對電池14進行充電。

第二比較例中之發電機於曲柄軸5以停車時之旋轉速度旋轉之情形時，輸出低於電池之電壓的電壓。因此，如圖9(a)之虛線R2所示，於停車時之旋轉速度下，電流自發電機流向電池。然而，於第二比較例之發電機中，與本實施形態中之發電機SG相比，永久磁鐵大型化，定子繞組係使用粗線，並且卷數增大。因此，第二比較例之發電機與本實施形態中之發電機SG相比為大型。

相對於此，於本實施形態中，控制裝置CT藉由對複數個開關部611~616進行向量控制而使發電機SG輸出之電壓升高至高於電池14之電壓的電壓。因此，可於不使發電機SG大型化之情況下於停車時對電池14進行充電。

又，本實施形態中，控制裝置CT可藉由對複數個開關部611~616進行向量控制而以提高功率因數之方式控制發電機SG之電流與電壓。因此，如圖9(b)之粗實線P1所示，於停車時，即便自發電機SG輸出低於電池14之電壓的電壓，亦可高效率地對電池14進行充電。換言之，根據本實施形態，可於停車時對電池14進行充電而不會使發電機 SG大型化，並且能以自發電機SG輸出低於電池14之電壓的電壓的方式使曲柄軸5之旋轉速度降低。因此，可抑制停車時之噪音及燃料費用。

作為一面避免發電機之大型化，一面以較低之旋轉速度確保來自發電機之發電電壓之方法，例如考慮有一面使定子繞組W之線材變細一面增大卷數之方法。然而，若一面使定子繞組W之線材變細一面增大卷數，則藉由電池14之電力使曲柄軸5旋轉時之驅動轉矩降低。

於本實施形態之引擎單元EU中，即便以發電機SG之輸出電壓變得低於電池14之電壓之方式使曲柄軸5之旋轉速度使降低，亦可高效率地對電池14進行充電。因此，可一面抑制藉由電池14之電力驅動曲柄軸5之情形時之驅動轉矩之降低，一面即便於發電之情形時使車輛停車時之曲柄軸5之旋轉速度降低亦可高效率地確保發電量。

如此，根據本實施形態之引擎單元EU，於不使發電機SG大型化之情況下即便降低車輛停車時之曲柄軸5之旋轉速度亦可高效率地確保發電量。

若曲柄軸5以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉，則發電機SG輸出之電壓增大。發電機SG輸出之電壓變得高於電池之電壓。

於具有構成與本實施形態中之發電機SG相同之發電機之第一比較例中，自發電機輸出之電流隨著旋轉速度之增大而增大。自發電機輸出之電流中，對電池進行充電之電流以外之過大之電流於整流調節器中被以熱之形式消耗。

相對於此，於本實施形態中，控制裝置CT進行提前或延遲複數個開關部611~616之通電時序之相位控制。藉此，自發電機SG輸出之電流得到抑制。因此，將自發電機SG輸出之電流以熱之形式消耗之量得到抑制。因此，即便於曲柄軸5以高於車輛之停車狀態下之旋轉速度之旋轉速度旋轉，而發電機SG輸出高於電池14之電壓的電壓之情況時，亦可如圖9(b)之粗實線P1所示般高效率地確保發電量。

又，根據本實施形態，可於曲柄軸5以怠速旋轉速度旋轉之情形及以高於怠速旋轉速度之旋轉速度旋轉之情形之兩種情形時，均高效率地確保發電量。

於圖6所示之啟動控制狀態(S2)下，控制裝置CT藉由使發電機SG及曲柄軸5旋轉而啟動4衝程引擎本體E。又，控制裝置CT於4衝程引擎本體E之燃燒動作開始後，於預先規定之期間使發電機SG及曲柄軸5之旋轉加速。於啟動控制狀態(S2)下，控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制而以自電池14對發電機供給電力之方式進行控制，而使曲柄軸5之旋轉加速。

自4衝程引擎本體E之燃燒動作開始起經過預先規定之期間後，控制裝置CT轉為發電控制狀態(S3)。此處，於車輛為停車狀態且發電機SG之輸出電壓低於電池14之電壓之情形時，控制裝置CT轉為發電控制狀態(S3)中之向量控制狀態(S31)。即，控制裝置CT自藉由向量控制使曲柄軸5之旋轉加速之啟動控制狀態(S2)轉為發電控制狀態(S3)中之向量控制狀態(S31)。向量控制狀態(S31)中，控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制使發電機SG輸出之低於電池14之電壓的電壓升高至高於電池之電壓的電壓，而對電池14進行充電。

自藉由進行向量控制而使曲柄軸5之旋轉加速之控制狀態向藉由進行向量控制而對電池14進行充電之控制狀態之控制狀態之轉移不伴隨控制之種類之變更。控制狀態之轉移例如可藉由指令值等參數之變更而被迅速地執行。控制狀態之轉移例如藉由使複數相定子繞組W之電流之相位相對於感應電壓之相位變更而被執行。例如，控制狀態之轉移係藉由將向量控制中之控制值中之對轉矩有用之q軸成分電流自正值變更為負值而被執行。

因此，可迅速地進行自曲柄軸5之旋轉之加速之狀態、即全力運轉狀態向電池14之充電之狀態、即發電狀態之轉移。

於向量控制狀態(S31)下，控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制，而使發電機SG輸出之低於電池14之電壓的電壓升高至高於電池之電壓的電壓，而對電池14進行充電。

於發電控制狀態(S3)之向量控制狀態(S31)下，若被要求加速曲柄軸5之旋轉，則控制裝置CT轉為加速控制狀態(S4)。於加速控制狀態(S4)下，控制裝置CT藉由進行反相器61所具備之複數個開關部611~616之向量控制，而以自電池14對發電機供給電力之方式進行控制，藉此使曲柄軸5之旋轉加速。

自藉由進行向量控制而對電池14進行充電之控制狀態向藉由進行向量控制而使曲柄軸5之旋轉加速之控制狀態之控制狀態之轉移並不伴隨控制之種類之變更。控制狀態之轉移例如可藉由指令值等參數之變更而被迅速地執行。

因此，可迅速地進行自電池14之充電之狀態、即發電狀態向曲柄軸5之旋轉之加速之狀態、即全力運轉狀態之轉移。

[機車]

圖10係表示搭載有圖1所示之引擎單元EU之車輛之外觀圖。

圖10所示之車輛A具備引擎單元EU、車體101、車輪102、103、及電池14。搭載於車輛A之引擎單元EU經由未圖示之離合器而驅動作為驅動輪之車輪103，使車輪103旋轉，藉此使車輛A。離合器於車輛A停車時阻斷自曲柄軸5向車輪103之旋轉力之傳遞。

由於圖10所示之車輛A搭載有上述引擎單元EU，因此，可於不使發電機SG大型化之情況下高效率地確保車輛之停車狀態下之曲柄軸5 之旋轉速度下之發電量。

圖10所示之車輛A為機車。然而，本發明之車輛不限定於機車。本發明之車輛例如可列舉速克達型、輕型、越野型、公路型之機車。又，作為跨坐型車輛，不限定於機車，例如亦可為ATV(All-Terrain Vehicle，全地形車輛)等。又，本發明之車輛不限定於跨坐型車輛，亦可為具有車室之4輪車輛等。

又，本發明之車輛不限定於藉由引擎之機械輸出而驅動驅動輪之車輛。本發明之車輛例如亦可為如下車輛，即一面藉由引擎之機械輸出而驅動發電機，一面藉由發電機之電力驅動與發電機分開之馬達及驅動輪。

於本實施形態中，對具有高負載區域及低負載區域之4衝程引擎本體E進行了說明。又，於本實施形態中，對4衝程引擎本體E為單氣缸引擎之情形進行了說明。但是，本發明之引擎本體並無特別限定。本發明之引擎本體亦可為不具有低負載區域之引擎。例如，本發明之引擎亦可為具有複數個氣缸之引擎。本發明之引擎例如亦可為具有3個以上之氣缸之引擎。

具有複數個氣缸之引擎由於負載之變動較小，而旋轉穩定性較高。因此，可進一步降低車輛之停車時之曲柄軸之旋轉速度。即便車輛之停車時之曲柄軸之旋轉速度進一步降低，亦能夠以較高之發電效率確保發電量。

於本實施形態中，對於在車輛停車且發電機SG輸出之電壓低於電池14之電壓之期間進行向量控制之例進行了說明。然而，本發明之控制裝置亦可於發電機輸出之電壓低於電池之電壓的期間之一部分進行向量控制。又，本發明之控制裝置亦可於發電機輸出之電壓高於電池之電壓之期間進行向量控制。又，本發明之控制裝置亦可於車輛行駛之期間進行向量控制。

又，於本實施形態中，作為車輛停車且發電機輸出之電壓低於電池之電壓之期間之例，說明了曲柄軸5之旋轉速度小於預先規定之第2速度閾值之情形。然而，本發明中之車輛之停車例如亦可藉由車輪之旋轉狀態而判定。又，發電機輸出之電壓低於電池之電壓亦可藉由直接或間接地測定發電機輸出之電壓及電池之電壓而判定。

於本實施形態中，對於在發電機SG輸出之電壓高於上述電池14之電壓之期間進行相位控制之例進行了說明。然而，本發明之控制裝置亦可不進行相位控制。例如，控制裝置亦可將開關部之電晶體維持為斷開狀態，且藉由隨附於電晶體之二極體進行整流而代替進行相位控制。

於本實施形態中，對控制裝置CT於啟動4衝程引擎本體E後，於啟動控制狀態(S2)及加速控制狀態(S4)下，於預先規定之期間使曲柄軸5之旋轉加速之例進行了說明。然而，本發明之控制裝置亦可不使曲柄軸之旋轉加速。又，曲柄軸之旋轉之加速可於啟動控制狀態及加速控制狀態之任一者下進行。

又，說明了於啟動控制狀態(S2)及加速控制狀態(S4)下，控制裝置進行向量控制之情況。然而，例如亦可於開始曲柄軸5之旋轉之情形及/或使旋轉加速之情形時不進行向量控制。例如，亦可藉由120度通電方式使發電機全力運轉。

本文中所使用之用語及表現係用於說明者，並非用於限定性解釋者。必須認識到並不排除於本文中所示且敍述之特徵事項之任何均等物，亦容許於本發明之申請專利範圍內之各種變化。

本發明能夠以多種不同之形態具體化。本揭示應被視為提供本發明之原理之實施例者。該等實施例並非意圖將本發明限定於本文中所記載且/或圖示之較佳之實施形態，基於該理解而於本文中記載多個圖示實施形態。

本文中記載有若干個本發明之圖示實施形態。本發明並不限定於本文中所記載之各種較佳之實施形態。本發明亦包含業者可基於本揭示認識到之均等之要素、修正、刪除、組合(例如跨越各種實施形態之特徵之組合)、改良及/或變更之所有實施形態。申請專利範圍之限定事項應基於該申請專利範圍中所使用之用語廣義地解釋，不應限定於本說明書或本案之訴訟中所記載之實施例。此種實施例應解釋為非排他性。例如，於本揭示中「較佳」之用語為非排他性者，意指「較佳但不限定於此」。