JP6419285B1 - エンジンの始動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記発電電動機は、3相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、直流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、3相各相に対応して3セット設けたインバータ回路と、
第1相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第1相の巻線、又は前記始動用電動機の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子の一端に切り替えて接続する第1切換えスイッチと、を備え、
前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記第1切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第1相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第1切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記発電電動機に交流電力を供給するものである。
実施の形態1に係るエンジンの始動装置10について、図面を参照して説明する。図1は、エンジンの始動装置10を搭載した車両の概略構成図である。図2は、エンジンの始動装置10の概略回路図である。
発電電動機2は、発電機の機能及び電動機の機能の双方を有している。発電電動機2は、3相巻線41、42、43を有する交流機とされている。本実施の形態では、発電電動機2は、巻線界磁式の同期機とされており、ロータには、界磁巻線44が設けられ、ステータには、3相巻線41、42、43が設けられている。ロータの回転軸は、ベルト及びプーリ機構12によりクランク軸11に常時連結されている。発電(回生)のときは、エンジン1の回転駆動力を用いて、発電電動機2が発電し、バッテリ4に充電する。力行のときは、バッテリ4の電力を用いて、発電電動機2が力行し、エンジン1を回転駆動する。エンジン1の始動時は、発電電動機2が力行し、始動完了後は、発電電動機2が発電する。また、始動完了後において、エンジン1のトルクを補助する時は、発電電動機2が力行する場合もある。
始動用電動機3は、3相巻線51、52、53を有する交流機とされている。本実施の形態では、発電電動機2は、永久磁石界磁式の同期機とされており、ロータには、永久磁石が設けられ、ステータには、3相巻線51、52、53が設けられている。なお、始動用電動機3は、3相誘導機とされてもよい。始動用電動機3は、ロータの回転軸に連結され、軸方向に移動可能なピニオンギヤ31と、ピニオンギヤ31をエンジン1のリングギヤ13側に押し出して噛み合わせる電磁ソレノイド32と、を有している。
図2に示すように、電力供給装置21は、バッテリ4の直流電力を交流電力に変換して3相巻線に供給するインバータ回路60を備えている。インバータ回路60は、バッテリ4の正極に接続される正極側のスイッチング素子(上アーム)と、バッテリ4の負極に接続される負極側のスイッチング素子(下アーム)と、が直列接続された直列回路(レッグ)を、3相各相の巻線に対応して3セット設けている。各スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されている。本実施の形態では、U相を第1相とし、V相を第2相とし、W相を第3相として説明する。なお、U相を第2相又は第3相としてもよく、V相を第1相又は第3相としてもよく、W相を第1相又は第2相としてもよい。
電力供給装置21は、各スイッチング素子、各切換えスイッチ等を制御する制御装置22を備えている。制御装置22は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置、記憶装置、演算処理装置に外部の信号を入力する入力回路、演算処理装置から外部に信号を出力する出力回路、及びエンジン制御装置5等の外部装置とデータ通信を行う通信装置等を備えている。入力回路は、ロータの回転角度センサ、電流センサ、電圧センサ等のセンサの出力信号を演算処理装置に入力するA/D変換器等からなる。出力回路は、各スイッチング素子のゲート端子のオンオフ駆動信号を出力するゲート駆動回路、各切換えスイッチのコイル、電磁ソレノイド32への通電をオンオフする駆動回路等からなる。通信装置は、通信線を介してCAN(Controller Area Network)等に基づくデータ通信を行う。制御装置22の各制御は、演算処理装置が、記憶装置に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置、入力回路、出力回路、通信装置等の制御装置22の他のハードウェアと協働することにより実現される。本実施の形態では、発電電動機2、電力供給装置21、及び制御装置22は、一体的に構成されている。なお、図2(後述する図4、図5も同様)において、制御装置22と、各スイッチング素子、各コイルとを接続する接続線の図示を省略している。
次に、実施の形態2に係るエンジンの始動装置10について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態では、発電電動機2は、実施の形態1と同様の3相巻線を有する交流機であるが、始動用電動機3は、実施の形態1とは異なり直流機とされている。それに伴って、電力供給装置21の構成が異なる。図3は、本実施の形態に係るエンジンの始動装置10を搭載した車両の概略構成図である。図4は、本実施の形態に係るエンジンの始動装置10の概略回路図である。
始動用電動機3は、実施の形態1と異なり、直流機とされている。本実施の形態では、始動用電動機3は、直流整流子電動機とされている。ステータには、永久磁石が設けられ、ロータには、巻線34が設けられている。また、ステータには、直流電力が供給される一対のブラシが設けられ、ロータには、巻線34に電力を供給する整流子が設けられている(不図示)。始動用電動機3は、外部の直流電源が接続される一対の直流電力供給端子33を設けており、直流電力供給端子33とブラシとが接続されている。始動用電動機3は、ロータの回転軸に連結され、軸方向に移動可能なピニオンギヤ31と、ピニオンギヤ31をエンジン1のリングギヤ13側に押し出して噛み合わせる電磁ソレノイド32と、を有している。
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
Claims (9)
- エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置であって、
共通のバッテリの電力を、前記始動用電動機又は前記発電電動機に切り替えて供給する電力供給装置を備え、
前記発電電動機は、3相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、直流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、3相各相に対応して3セット設けたインバータ回路と、
第1相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第1相の巻線、又は前記始動用電動機の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子の一端に切り替えて接続する第1切換えスイッチと、を備え、
前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記第1切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第1相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第1切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記発電電動機に交流電力を供給するエンジンの始動装置。 - 前記電力供給装置は、
第2相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第2相の巻線、又は前記直流電力供給端子の他端に切り替えて接続する第2切換えスイッチを更に備え、
前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記第1切換えスイッチ及び前記第2切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第1相用の直列回路及び前記第2相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第1切換えスイッチ及び前記第2切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記発電電動機に交流電力を供給する請求項1に記載のエンジンの始動装置。 - 前記始動用電動機は、ロータの回転軸に連結されたピニオンギヤを前記エンジンのリングギヤ側に移動させる電磁ソレノイドを備え、
前記電力供給装置は、第3相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第3相の巻線、又は前記電磁ソレノイドに切り替えて接続する第3切換えスイッチを備え、
前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記第3切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第3相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記電磁ソレノイドに電力を供給する請求項1又は2に記載のエンジンの始動装置。 - 前記バッテリの定格電圧は、前記始動用電動機の定格電圧よりも高く、
前記電力供給装置は、前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記バッテリの定格電圧に対する前記始動用電動機の定格電圧の電圧比に応じたオンデューティ比で、前記直流電力供給端子に直流電力を供給する前記スイッチング素子をオンオフ制御する請求項1から3のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。 - エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置であって、
共通のバッテリの電力を、前記始動用電動機又は前記発電電動機に切り替えて供給する電力供給装置を備え、
前記発電電動機は、3相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、3相巻線を有する交流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、3相各相に対応して3セット設けたインバータ回路と、
第1相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第1相の巻線、又は前記始動用電動機の第1相の巻線に切り替えて接続する第1切換えスイッチと、
第2相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第2相の巻線、又は前記始動用電動機の第2相の巻線に切り替えて接続する第2切換えスイッチと、
第3相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第3相の巻線、又は前記始動用電動機の第3相の巻線に切り替えて接続する第3切換えスイッチと、を備え、
前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記第1切換えスイッチ、前記第2切換えスイッチ、及び第3切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第1切換えスイッチ、前記第2切換えスイッチ、及び前記第3切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記発電電動機に電力を供給するエンジンの始動装置。 - 前記始動用電動機は、ロータの回転軸に連結されたピニオンギヤを前記エンジンのリングギヤ側に移動させる電磁ソレノイドを備え、
前記電力供給装置は、前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記電磁ソレノイドに電力を供給する請求項5に記載のエンジンの始動装置。 - 前記電力供給装置は、前記エンジンの始動開始後、前記スタータ始動条件が成立していると判定して、前記始動用電動機に電力を供給し、前記エンジンの回転速度が予め設定された切換え回転速度以上になった場合に、前記スタータ始動条件が成立していないと判定し、前記発電電動機に電力を供給する請求項1から6のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。
- 前記発電電動機は、前記エンジンのクランク軸にベルト及びプーリ機構により常時連結されている請求項1から7のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。
- 前記電力供給装置は、前記発電電動機と一体になっている請求項1から8のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。
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