发动机单元及车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提供在无需增大发电机的尺寸的情况下即使降低车辆停止时的曲柄轴的旋转速度也可高效率地确保发电量的发动机单元等。发动机单元包括：四冲程发动机本体；发电机，其在曲柄轴以空载转速旋转的旋转速度旋转时输出比设置到车辆的电池的电压低的电压；逆变器，其包括多个开关部；以及控制装置。在车辆停止且发电机输出的电压低于电池的电压的时间段的至少一部分期间，控制装置对设置到逆变器的多个开关部执行向量控制，从而将发电机输出的比电池的电压低的电压升高至比电池的电压高的电压，并且因而对电池进行充电。
【专利说明】
发动机单元及车辆
技术领域
[0001]本发明涉及发动机单元及装配有该发动机单元的车辆。
【背景技术】
[0002]通常由信息通信终端所代表的移动设备的普及例如产生了如下需求:将移动设备连接到车辆以从车辆获取电力，从而用于对移动设备进行操作或充电。如果移动设备连接到车辆，则车辆的电力消耗量会增加。此外，车辆在白天也有亮灯的需求。由于这些需求，车辆的电力消耗量有增加的倾向。
[0003]当车辆为停止且发动机停止时，消耗蓄积在电池中的电力。当蓄积在电池中的电力减少时，即使车辆停止，也需要驱动发动机对电池进行充电。
[0004]当车辆停止时驱动发动机不会有助于车辆的行驶。因此，从噪音较小及燃料消耗量较少的观点来看，期望在车辆停止时使发动机的曲柄轴以较低的旋转速度旋转。
[0005]专利文献I(PTLl)公开了包括发电控制装置的发动机。专利文献I中所公开的发动机的发电控制装置包括用于变更来自安装到发动机的发电体的电流的三相混合桥接电路。在专利文献I中的发电控制装置中，三相混合桥接电路用作整流调节器。
[0006]在专利文献I中，当车辆处于空载转速时(即，当车辆停止时)，旋转速度设为较低，以改善燃料消耗量。当车辆停止时，控制整流调节器以控制发电。
[0007]引用列表
[0008]专利文献
[0009]PTLl:日本专利申请特开N0.2009-261084
【发明内容】
[0010]发明所要解决的技术问题
[0011]在专利文献I中所公开的发动机单元中，为了确保来自发电体的充电电压同时降低曲柄轴的旋转速度，例如需要增大发电体的磁铁的数量或者增大绕组的线材的厚度。这涉及发电体尺寸的增大，从而使对车辆的安装性降低。此外，由于因高旋转速度所产生的过剩的发电电压需要进行调整，所以整体发电效率降低。
[0012]本发明的目的在于提供:在无需增大发电机的尺寸的情况下即使曲柄轴的旋转速度在车辆停止时降低也能够高效率地确保发电量的发动机单元以及装配有该发动机单元的车辆。
[0013]解决问题的技术手段
[0014]为了解决上述问题，本发明采用以下配置。
[0015](I)—种发动机单元，其安装到设置有电池的车辆，所述发动机单元包括:
[0016]发动机本体，其具有曲柄轴；
[0017]发电机，其通过与该曲柄轴的旋转连动地旋转而进行发电；
[0018]逆变器，其包括多个开关部，该多个开关部控制从该发电机供给至该电池的电流；以及
[0019]控制装置，其包括发电控制器和燃烧控制器，该发电控制器控制该逆变器中所包括的该多个开关部，以控制从该发电机供给至该电池的电流，并且该燃烧控制器控制该发动机本体的燃烧动作；
[0020]该控制装置配置为在该车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分期间对该逆变器中所包括的该多个开关部执行向量控制，以使该发电机输出的比该电池的电压低的电压升高至比该电池的电压高的电压，从而对该电池进行充电。
[0021]在(I)的发动机单元中，控制装置的燃烧控制器控制发动机本体的燃烧动作。发电机通过与发动机本体的曲柄轴的旋转连动地旋转而进行发电。在车辆停止且该发电机输出的电压低于电池的电压的时间段的至少一部分期间，控制装置对逆变器中所包括的多个开关部执行向量控制，以使发电机输出的比电池的电压低的电压升高至比电池的电压高的电压，从而对电池进行充电。
[0022 ]在向量控制下接通/断开开关部使得从发电机输出的比电池的电压低的电压升尚至比电池的电压高的电压。此外，向量控制使得控制发电机的电流和电压，以获得增大的功率系数。因此，即使比电池的电压低的电压从发电机输出，也可高效率地对电池进行充电。
[0023]因此，即使车辆停止且曲柄轴以使发电机的输出电压低于电池电压的旋转速度旋转，根据(I)的发动机单元也能够高效率地对电池进行充电。因此，根据(I)的发动机单元在无需增大发电机的尺寸的情况下即使曲柄轴的旋转速度在车辆停止时降低，也可高效率地确保发电量。
[0024]具有车辆停止且发电机的输出电压低于电池的电压的时间段的发动机单元的一个示例如下。即，根据(I)的发动机单元可为被设定为当车辆停止时发电机输出的电压低于电池的电压的发动机单元。即使曲柄轴的旋转速度在车辆停止时较低，根据(I)的发动机单元也可以较高的发电效率确保车辆停止时的发电量。在该情况下，也无需增大发电机的尺寸。根据(I)的发动机单元可包括大小(尺寸)为使得在车辆停止的状态下发电机输出的电压低于电池的电压的发电机。具有该配置的根据(I)的该发动机单元能够在无需增大发电机的尺寸的情况下，以较高的发电效率确保车辆停止时的发电量。在该情况下，也无需提高车辆停止时的旋转速度。此外，根据(I)的配置允许将车辆停止时的旋转速度设定得较低，从而在无需增大发电机的尺寸的情况下，以较高的发电效率确保车辆停止时的发电量。
[0025]“车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分”的非限制性的示例包括以下情况。“该车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分”可以是以下车辆的非暖机时间段，该车辆配置为使得在暖机期间与非暖机期间车辆停止时的曲柄轴的旋转速度不同。“该车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分”可以是车辆停止且电池剩余量不超过预定量的时间段。“该车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分”可以是车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的整个时间段。
[0026]当车辆行驶时，车辆反复行驶并停止，因此车辆停止的时间段多次发生。然而，控制装置并非必须在多个车辆停止的时间段的每一者期间执行上述(I)的控制。只要控制装置在于行驶模式下车辆停止的整个时间段的一部分期间执行上述(I)的控制即可。因此，“该车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分”指在行驶模式下车辆停止的整个时间段的至少一部分。在除“该车辆停止且该发电机输出的电压低于该电池的电压的时间段的至少一部分”之外的时间段期间，控制装置执行上述(I)的控制也是可接受的。
[0027](2)根据(I)的发动机单元，其中
[0028]在该发电机输出的电压高于该电池的电压的时间段的至少一部分期间，该控制装置通过执行用于提前或延迟使该逆变器中所包括的该多个开关部通电的时序的相位控制，而对该电池进行充电。
[0029]如果曲柄轴以比车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转，则发电机输出的电压增大。发电机输出的电压高于电池的电压。即使曲柄轴以比车辆停止时的旋转速度高的旋转速度旋转使得发电机输出比电池的电压高的电压，根据(2)的配置也可高效率地确保发电量，其中，在根据(2)的配置中，执行用于提前或延迟使该逆变器中所包括的该多个开关部通电的时序的相位控制。
[0030]“该发电机输出的电压高于该电池的电压的时间段的至少一部分”的非限制性的示例包括以下情况。“该发电机输出的电压高于该电池的电压的时间段的至少一部分”例如可以是在发动机进行动作的状态下曲柄轴的旋转速度或车辆的行驶速度超过预先规定的值的时间段。在该情况下，控制装置在曲柄轴的旋转速度或车辆的行驶速度超过预先规定的值的时间段期间执行上述(2)的控制。如果处于该情况下，控制装置可以在曲柄轴的旋转速度或车辆的行驶速度为预先规定的值的时间段期间执行上述(I)的控制。
[0031]当车辆行驶时，车辆反复行驶和停止，因此车辆未停止的时间段多次发生。即，曲柄轴以比在车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转的状态多次发生。然而，控制装置并非必须在多个车辆未停止的状态的每一者中执行上述(2)的控制。只要控制装置在于行驶模式下车辆未停止的整个时间段的一部分期间执行上述(2)的控制即可。因此，“该发电机输出的电压高于该电池的电压的时间段的至少一部分”指在行驶模式下车辆未停止的整个时间段的至少一部分。在除“该发电机输出的电压高于该电池的电压的时间段的至少一部分”之外的时间段期间，控制装置执行上述(2)的控制也是可接受的。
[0032](3)根据(I)或(2)的发动机单元，其中
[0033]该发电机用作通过该电池的电力驱动该曲柄轴的马达，
[0034]在该曲柄轴的旋转停止的状态下，该控制装置通过控制该逆变器中所包含的该多个开关部以从该电池向该发电机供给电力，来启动该发动机本体。
[0035]在根据(3)的配置中，用作马达的发电机通过从电池供给的电力驱动曲柄轴，以启动发动机本体。
[0036]作为用于以较低的旋转速度来确保来自发电机的发电电压同时避免增大发动机尺寸的方法，例如考虑采用较细的线材用于绕组并增大绕组的匝数。然而，采用较细的线材和增加的匝数用于绕组的做法导致在发电机用作马达以通过电池的电力使曲柄轴旋转时驱动转矩降低。
[0037]当车辆停止时，即使曲柄轴的旋转速度降低使得发电机的输出电压变得低于电池的电压，根据(3)的发动机单元也可高效率地对电池进行充电。因此，在通过从电池供应的电力驱动曲柄轴的情况下，防止驱动转矩降低，同时在发电的情况下，即使车辆停止时曲柄轴的旋转速度降低也可高效率地确保发电量。
[0038](4)根据(3)的发动机单元，其中
[0039]在启动该发动机本体后的预先规定的时间段，该控制装置通过控制该逆变器中所包括的该多个开关部以从该电池向该发电机供给电力，来指示该发电机加速该曲柄轴的旋转。
[0040]在根据(4)的配置中，在发动机本体启动后，用作马达的发电机使曲柄轴的正转加速。因此，在该发动机本体的燃烧作用下旋转的曲柄轴的正转可以是稳定的。此外，在车辆加速时，在该发动机的燃烧作用下旋转的曲轴的正转能够更快地进行加速。
[0041](5)根据(4)的发动机单元，其中
[0042]该控制装置的控制模式在如下两种控制模式中转换，S卩:通过对该逆变器中所包括的该多个开关部执行向量控制以使该发电机输出的比该电池的电压低的电压升高至比该电池的电压高的电压，来对该电池进行充电的控制模式，以及通过对该逆变器中所包括的该多个开关部执行向量控制以提供使电力从该电池供给至该发电机的控制，来使该曲柄轴的旋转加速的控制模式。
[0043]在基于该向量控制对电池进行充电的控制模式与基于向量控制使曲柄轴的旋转加速的控制模式之间的控制模式的转换不涉及控制类型的变更，并且例如可通过改变诸如指令值等参数而迅速地实施。因此，在根据(5)的配置中，电池进行充电的状态与曲柄轴的旋转进行加速的状态之间(换句话说，在发电状态与全力运转状态之间)的转换可立即实施。
[0044]控制模式的转换包括如下转换，S卩，从通过对逆变器中所包括的多个开关部执行向量控制以使发电机输出的比电池的电压低的电压升高至比电池的电压高的电压而对电池进行充电的控制模式，向通过对逆变器中所包括的多个开关部执行向量控制而以从电池对发电机供给电力的方式进行控制，来使曲柄轴的旋转加速的控制模式转换。控制模式的转换还包括如下相反的转换，即，从通过对逆变器中所包括的多个开关部执行向量控制而以从电池对发电机供给电力的方式进行控制，来使曲柄轴的旋转加速的控制模式，向通过对逆变器中所包括的多个开关部执行向量控制而使发电机输出的比电池的电压低的电压升高至比电池的电压高的电压而对电池进行充电的控制模式转换。
[0045](6)根据(I)至(5)中任一项的发动机单元，其中
[0046]该发动机本体为在四冲程之间具有高负载区域和低负载区域的四冲程发动机，该高负载区域使该曲柄轴旋转的负载较大，该低负载区域使该曲柄轴旋转的负载小于该高负载区域的负载。
[0047]与其他类型的发动机相比，在具有高负载区域及低负载区域的四冲程发动机中，与区域对应的旋转速度的变动较大。如果与区域对应的旋转速度的变动较大，则当曲柄轴的旋转速度降低时旋转的稳定性容易降低。即使当车辆停止时曲柄轴的旋转速度较低，使得发电机输出比电池的电压低的电压，根据(4)的发动机单元也可对电池进行充电。对电池进行充电时发电机所发的电力(对应于施加到发动机本体的负载)在旋转速度相对较高的区域较大，并且在旋转速度相对较低的区域较小。即，负载以使旋转速度稳定的方式变动。因此，即使在车辆停止时曲柄轴的旋转速度较低，使得发电机输出比电池的电压低的电压，也可高效率地确保发电量，同时使曲柄轴的旋转速度稳定。
[0048](7)根据(I)至(6)中任一项的发动机单元，其中
[0049]该发动机本体具有多个气缸。
[0050]具有多个多气缸的发动机引起较小的负载的变动，因此提供稳定性较高的旋转。因此，能够进一步降低车辆停止时曲柄轴的旋转速度。即使车辆停止时曲柄轴的旋转速度进一步下降，也能够以较高的发电效率确保发电量。
[0051](8) —种车辆，其包括根据(I)至(7)中任一项的发动机单元。
[0052]根据(8)的车辆在无需增大发电机的尺寸的情况下即使旋转速度为车辆停止时的旋转速度，也可高效率地确保发电量。
[0053]发明的有益效果
[0054]本发明可提供在无需增大发电机的尺寸的情况下即使车辆停止时曲柄轴的旋转速度降低也可高效率地确保发电量的发动机单元及装配有该发动机单元的车辆。
【附图说明】
[0055]图1是示意性地示出根据本发明的实施例的发动机单元的概略配置的局部剖视图。
[0056]图2是示意性地示出发动机启动时曲柄角度位置与所需转矩的关系的说明图。
[0057]图3是放大示出图1中的发电机及其附近部分的放大剖视图。
[0058]图4是示出图3所示的发电机的与其旋转轴线J垂直的剖面的剖视图。
[0059]图5是示出图1所示的发动机单元的基本电气配置的框图。
[0060]图6是示出图5所示的发动机单元的状态的概略的状态转换图。
[0061]图7示出向量控制下的示例性电流及电压的波形。
[0062 ]图8示出相位控制下的示例性电流及电压的波形。
[0063]图9(a)是示意性地示出根据实施例的曲柄轴的旋转速度与发电电流的关系的曲线图，并且图9(b)是示意性地示出曲柄轴的旋转速度与发电效率的关系的曲线图。
[0064]图10是示出安装有发动机单元的车辆的外观图。
【具体实施方式】
[0065]以下，将参照附图基于优选的实施例对本发明进行描述。
[0066]图1示意性地示出本发明的实施例的发动机单元EU的概略配置的局部剖视图。
[0067]发动机单元EU设置在作为车辆的示例的机动车(参照图10)中。发动机单元EU包括四冲程发动机本体E及发电机SG。四冲程发动机本体E为单缸的四冲程发动机。在四冲程发动机本体E中，图2所示的关系建立在曲柄角度位置与所需转矩之间。
[0068]图2示意性地示出发动机启动时的曲柄角度位置与所需转矩的关系说明图。
[0069]四冲程发动机本体E在四冲程期间具有使曲柄轴5旋转的负载较大的高负载区域TH、及使曲柄轴5旋转的负载小于高负载区域TH的负载的低负载区域TL。以曲柄轴5的旋转角度为基准进行观察，低负载区域TL等于或宽于高负载区域TH。特别地，低负载区域TL比负载区域TH宽。换句话说，与低负载区域TL相对应的旋转角度区域比与高负载区域TH相对应的旋转角度区域宽。更详细而言，在旋转期间，四冲程发动机本体E反复进行四个冲程，即，进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、及排气冲程。如图2所示，压缩冲程包括在高负载区域TH中而未包括在低负载区域TL中。在本实施例的四冲程发动机本体E中，高负载区域TH为与压缩冲程大致重叠的区域，低负载区域TL为与进气冲程、膨胀冲程、及排气冲程大致重叠的区域。高负载区域TH及低负载区域TL的分界无需与上述各冲程的分界一致。
[0070]如图1所示，发动机单元EU包括发电机SG。发电机SG为三相无刷发电机。在发动机启动时，发电机SG用作驱动曲柄轴5旋转以使四冲程发动机本体E启动的启动马达。发电机SG为启动发电机。以下，将启动发电机简称为发电机SG。
[0071]在四冲程发动机本体E启动后的至少一部分时间段期间，发电机SG通过由曲柄轴5驱动旋转而用作发电机。即，发电机SG在发动机的燃烧开始后并非必须始终用作发电机。例如也可以在发动机的燃烧开始后，发电机SG不立即用作发电机，而在满足预定条件的情况下，发电机SG用作发电机。预定条件的示例包括曲柄轴5的旋转速度达到预定速度的条件或者在发动机的燃烧开始后经过预定时间段的条件。在发动机的燃烧开始后，存在发电机SG用作发电机的期间及发电机SG用作马达(例如车辆驱动用马达)的期间也是可接受的。
[0072]发电机SG附装到四冲程发动机本体E的曲柄轴5。在本实施例中，发电机达SG在未经由动力传递机构(例如皮带、链、齿轮、减速机、增速机等)的情况下附装到曲柄轴5。然而，在本发明中，只要发电机SG配置为使得发电机SG的旋转引起曲柄轴5的旋转。因此，发电机SG也可经由动力传递机构而附装到曲柄轴5。在本发明中，优选发电机SG的旋转轴线与曲柄轴5的旋转轴线大致一致。优选发电机SG在未经由动力传递机构的情况下附装到曲柄轴5，如该实施例所示。
[0073]四冲程发动机本体E包括曲轴箱I(发动机箱I)、气缸2、活塞3、连杆4及曲柄轴5。气缸2布置为沿预定的方向(例如斜上方)从曲轴箱I突起。活塞3往复自由移动地设置在气缸2内。曲柄轴5可旋转地设置在曲轴箱I内。连杆4的一端部(例如上端部)连结到活塞3。连杆4的另一端部(例如下端部)连结到曲柄轴5。气缸2的端部(例如上端部)附装有气缸盖6。曲柄轴5经由一对轴承7以自由旋转的方式被支撑在曲轴箱I上。曲柄轴5的一端部5a(例如右端部)从曲轴箱I向外侧突出。曲柄轴5的一端部5a附装有发电机SG。
[0074]曲柄轴5的另一端部5b(例如左端部)从曲轴箱I向外侧突出。曲柄轴5的另一端部5b附装有无级变速器CVT(Continuously Variable Transmiss1n)的主皮带盘20。主皮带盘20具有固定皮带轮21及可动皮带轮22。固定皮带轮21以与曲柄轴5—同旋转的方式固定在曲柄轴5的另一端部5b的前端部分。可动皮带轮22花键联接在曲柄轴5的另一端部5b。因此，可动皮带轮22可沿轴线方向X移动并且以可动皮带轮22与固定皮带轮21之间的间隔可变化的方式与曲柄轴5—同旋转。在主皮带盘20与次级皮带盘(未示出)上挂有皮带B。曲柄轴5的旋转力传递至机动车(参照图8)的驱动轮。
[0075]图3是放大示出图1中的发电机SG及其附近区域的放大剖视图。图4是示出图3所示的发电机SG的与旋转轴线J垂直的剖面的剖视图。
[0076]发电机SG具有外转子30及内定子40。外转子30具有外转子主体部31。外转子主体部31例如包括强磁性材料。外转子主体部31呈具有底部的筒状。外转子主体部31具有筒状凸起部32、盘状底壁部33及筒状的背轭部34。筒状凸起部32在曲柄轴5的一端部5a容纳在筒状凸起部32的状态下固定在曲柄轴5。固定到筒状凸起部32的底壁部33呈沿曲柄轴5的径向Y延伸的盘形形状。背轭部34呈从底壁部33的外周缘向曲柄轴5的轴线方向X延伸的筒形形状。背轭部34朝曲轴箱I延伸。
[0077]底壁部33及背轭部34例如通过对金属板压制成形而一体地形成。然而，在本发明中，底壁部33与背轭部34作为独立的部件形成也是可接受的。更具体地，在外转子主体部31，背轭部34可与外转子主体部31的其他部分一体地形成，或者可以与外转子主体部31的其他部分分离地形成。在背轭部34与其他部分分离地形成的情况下，只要背轭部34由强磁性材料制成即可，并且其他部分也可由除强磁性材料以外的材料制成。
[0078]筒状凸起部32具有用于容纳曲柄轴5的一端部5a的锥状容纳孔32a。锥状容纳孔32a沿曲柄轴5的轴线方向X延伸。锥状容纳孔32a具有与曲柄轴5的一端部5a的外周面对应的锥角。在将曲柄轴5的一端部5a进入容纳孔32a时，一端部5a的外周面与容纳孔32a的内周面接触，并且曲柄轴5固定到容纳孔32a。结果，凸起部32相对于曲柄轴5的轴线方向X定位。在该情况下，将螺母35旋入至形成在曲柄轴5的一端部5a的前端部分的公螺纹部5c。以这种方式，筒状凸起部32固定到曲柄轴5。
[0079]筒状凸起部32具有大径部32b，该大径部32b设置在筒状凸起部32的近端部(图3中筒状凸起部32的右部)。筒状凸起部32具有形成在大径部32b的外周面上的凸缘部32c。凸缘部32c径向向外延伸。筒状凸起部32的大径部32b容纳在形成于外转子主体部31的底壁部33的中央部的孔部33a中。在该状态下，凸缘部32c与底壁部33的外周面(图3中的右侧面)相接触。筒状凸起部32的凸缘部32c与外转子主体部31的底壁部33通过铆钉36—起固定于外转子主体部31的圆周方向的多个部位。铆钉36贯通凸缘部32c和底壁部33。
[0080]发电机SG为永久磁铁式发电机。外转子主体部31的背轭部具有设置在背轭部34的内周面的多个永久磁铁部37。各个永久磁铁部37以S极和N极沿发电机SG的径向依次布置的方式设置。
[0081 ]多个永久磁铁部37以N极与S极交替出现的方式沿发电机SG的圆周方向布置。在本实施例中，与内定子40相对的外转子30的磁极数为24个。所谓外转子30的磁极数指的是与内定子40相对的磁极数。与定子铁芯ST的齿部43相对的永久磁铁部37的磁极面的数量相当于外转子30的磁极数。外转子30所具有的每个磁极的磁极面相当于与内定子40相对的永久磁铁部37的磁极面。永久磁铁部37的磁极面由布置在永久磁铁部37与内定子40之间的非磁体材料(未示出)覆盖。在永久磁铁部37与内定子40之间未设置有磁体。非磁体并无特别限定，并且其示例包括不锈钢材料。在本实施例中，永久磁铁部37为铁氧体磁铁。在本发明中，永久磁铁部可采用包括钕粘接磁铁、钐钴磁铁、钕磁铁等先前公知的磁铁。永久磁铁部37的形状并无特别限定。外转子30为将永久磁铁部37埋入在磁性材料的内嵌永久磁铁型(IPM(Inter1r Permanent Magnet)型)也是可接受的，但优选外转子30为具有从磁性材料露出的永久磁铁部37的表面永久磁铁型(SPM( Surf ace Permanent Magnet)型)，如本实施例所图示。
[0082]如上所述，附装到曲柄轴5以与曲柄轴5—同旋转的外转子30为用于增加曲柄轴5的惯量的旋转体。具有多个叶片部Fa的冷却风扇F设置到外转子30的底壁部33的外周面(图1及图3中的右侧面)。冷却风扇F借助于固定件(多个螺栓Fb)固定在底壁部33的外周面。
[0083]内定子40具有定子铁芯ST及多相定子绕组W。定子铁芯ST例如通过将薄板状的硅钢板沿轴线方向积层而获得。定子铁芯ST在其中心部具有内径大于外转子30的筒状凸起部32的外径的孔部41。定子铁芯ST具有径向向外一体地延伸的多个齿部43(参照图4)。在本实施例中，总计18个齿部沿圆周方向间隔布置。换句话说，定子铁芯ST总共具有沿圆周方向间隔布置的18个槽SL(参照图4)。齿部43沿圆周方向大致等间隔地布置。
[0084]发电机SG为三相发电机。定子绕组W卷绕在各个齿部43上。多相定子绕组W以通过槽SL的方式设置。多相定子绕组W的每一者属于U相、V相、W相中的任一者。定子绕组W例如以按U相、V相、W相的顺序布置。
[0085]如图3所示，内定子40具有沿发电机SG的径向形成在内定子40的中央部分的孔部41。曲柄轴5及外转子30的筒状凸起部32布置在孔41中，其中，确保在它们与限定孔41的(内定子40的)壁面之间具有间隙。在该状态下，内定子40附装到四冲程发动机本体E的曲轴箱
I。内定子40的齿部43布置为使得齿部43与外转子30的永久磁铁部37的磁极面(内周面)隔开间隔。在该状态下，外转子30与曲柄轴5的旋转连动地旋转。外转子30与曲柄轴5—体地旋转。即，外转子30的旋转速度与曲柄轴5的旋转速度相同。
[0086]参照图4给出对外转子30的进一步描述。永久磁铁部37沿发电机SG的径向设置在内定子40的外侧。背轭部34沿径向设置在永久磁铁部37的外侧。永久磁铁部37在与内定子40相对的表面上包括多个磁极面37a。磁极面37a沿发电机SG的圆周方向布置。磁极面37a的每一者具有N极或S极。N极与S极沿发电机SG的圆周方向交替地布置。永久磁铁部37的磁极面37a面对内定子40。在本实施例中，多个磁铁沿发电机SG的圆周方向布置，并且多个磁铁的每一者以S极与N极沿发电机SG的径向并排布置的方式配置。磁极面对37p包括沿圆周方向、彼此相邻的一个S极及一个N极。磁极面对37p的数量为磁极面37a的数量的1/2。在本实施例中，外转子30设置有与内定子40相对的24个磁极面37a，且外转子30所包括的磁极面对37p的数量为12个。在图4中示出与12个磁铁对相对应的12个磁极面对37p。为了清楚地观察图，附图标记37p仅指一对。发电机SG具有的磁极面37a的数量大于齿部43的数量的2/3。发电机SG具有的磁极面37a的数量等于或大于齿部43的数量的4/3。
[0087]外转子30在其外表面包括用于检测外转子30的旋转位置的多个被检测部38。多个被检测部38通过磁作用而被检测出。沿圆周方向间隔布置的多个被检测部38设置在外转子30的外表面。在本实施例中，沿圆周方向间隔布置的多个被检测部38设置在外转子30的外周面。多个被检测部38布置在筒状的背轭部34的外周面。多个被检测部38中的每一者沿发电机SG的径向Y从背轭部34的外周面向外突起。底壁部33、背轭部34及被检测部38例如通过对铁等金属板进行压制成形而一体地形成。即，被检测部381由强磁体支撑。关于被检测部38的布置的细节将在下文进行描述。
[0088]转子位置检测装置50是检测外转子30的位置的装置。转子位置检测装置50还用作检测曲柄轴5的旋转速度的速度检测单元。转子位置检测装置50设置在与多个被检测部38相对的位置。更具体而言，转子位置检测装置50布置在使得多个被检测部38相继与转子位置检测装置50相对的位置。转子位置检测装置50与被检测部38随着外转子30的旋转而通过的路径相对。转子位置检测装置50布置在远离内定子40的位置。在本实施例中，转子位置检测装置50布置为使得外转子30的背轭部34及永久磁铁部37沿曲柄轴5的径向位于转子位置检测装置50与具有定子绕组W的内定子40之间。转子位置检测装置50沿发电机SG的径向布置在外转子30的外侧。转子位置检测装置50面对外转子30的外周面。
[0089]转子位置检测装置50具有检测用绕组51、检测用磁铁52及铁芯53。检测用绕组51用作检测被检测部38的拾波线圈。铁芯53例如为铁制的、呈杆状的构件。检测用绕组51磁性地检测被检测部38。转子位置检测装置50在曲柄轴5的旋转开始之后，开始检测外转子30的旋转位置。除了由电动势产生的电压伴随被检测部38的通过而产生变化的上述配置以外，转子位置检测装置50也可以采用其它配置。转子位置检测装置50可采用的这些其它配置的示例包括始终对检测用绕组51通电并且通电电流根据伴随被检测部38的通过而产生的电感的变化而变化的配置。转子位置检测装置50并无特别限定，并且其可包括霍耳组件或MR组件。本实施例的发动机单元EU(参照图1)可包括霍耳组件或MR组件。
[0090]参照图4，将对外转子30的被检测部38的布置进行描述。在本实施例中，多个被检测部38设置在外转子30的外表面。多个被检测部38相对于相应的磁极面对37p具有相同的位置关系。转子位置检测装置50设置在与多个被检测部38相对的位置。转子位置检测装置50设置在于外转子30的旋转过程中与多个被检测部38的每一者相对的位置。转子位置检测装置50并非同时(一次)与多个被检测部38相对，而是与多个被检测部38中的一个相对。在图4中，点划线表示沿圆周方向的预先设定的特定位置。每个特定位置处于包括沿圆周方向彼此相邻的两个磁极(S极及N极)的磁极面对37p中的位置。在本实施例中，外转子30设置有11个被检测部38，该被检测部38的数量比规定位置的数量少一个。11个被检测部38分别设置在12个规定位置中的11个处。多个被检测部38例如可以形成为与背轭部34分离的部件。多个被检测部38例如可以形成为在圆周方向上具有交替地磁化为反极性的多个部分的单个部件。
[0091][电气配置]
[0092]图5是示出图1所示的发动机单元EU的电气基本配置的框图。
[0093]发动机单元EU包括四冲程发动机本体E、发电机SG及控制装置CT。发电机SG、火花塞29及电池14连接到控制装置CT。
[0094]控制装置CT与多相定子绕组W连接，且从设置在车辆中的电池14中对多相定子绕组W供给电流。
[0095]控制装置CT包括启动发电控制器62、燃烧控制器63及多个开关部611至616。在本实施例中，控制装置CT具有六个开关部611至616。开关部611至616构成三相桥式逆变器。多个开关部611至616与多相定子绕组W的各相连接。多个开关部611至616控制从发电机SG供给至电池14的电流。多个开关部611至616选择性地允许或者阻断电流通过多相定子绕组W与电池14之间。通过依次接通/断开开关部611至616，而对从发电机SG输出的三相交流的整流和电压进行控制。
[0096]开关部611至616的每一者均具有开关组件。开关组件例如为晶体管，更详细而言，为FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)。然而，开关部611至616除采用FET以外，也可采用例如闸流体及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
[0097]启动发电控制器62通过控制开关部611至616的每一者的接通/断开动作而控制发电机SG的动作。启动发电控制器62包括相位控制单元621、向量控制单元622、接通/断开动作存储单元623、和初始动作单元624。包括相位控制单元621和向量控制单元622的启动发电控制器62以及燃烧控制器63通过计算机(未示出)及由计算机执行的控制软件而实施。这里，包括相位控制单元621和向量控制单元622的燃烧控制器63和启动发电控制器62可部分或全部通过作为电子电路的硬件电路而实施。例如，启动马达控制器62及燃烧控制器63可以配置为相互隔开布置的单独的装置，或者替代地，它们可以一体地配置。
[0098]接通/断开动作存储单元623例如包括内存。接通/断开动作存储单元623存储与多个开关部611至616的接通/断开动作相关的数据。更具体地，接通/断开动作存储单元623存储在控制装置CT控制发电机SG及四冲程发动机本体E时使用的映射表和记载有信息的软件。
[0099]初始动作单元624由电子电路(布线逻辑)形成。初始动作单元624产生使多个开关部611至616进行接通/断开动作的电信号。控制装置CT既可使接通/断开动作存储单元623及初始动作单元624二者同时动作，也可使接通/断开动作存储单元623及初始动作单元624的一者动作。
[0100]燃烧控制器63指示火花塞29进行点火动作，从而控制四冲程发动机本体E的燃烧动作。在四冲程发动机本体E包括喷射燃料并产生混合气体的燃料喷射器的情况下，燃烧控制器63通过控制燃料喷射器的喷射，来控制四冲程发动机本体E的燃烧动作。
[0101]用于使四冲程发动机本体E启动的启动开关16连接到启动电机控制器62。由驾驶者操作启动开关16，以启动四冲程发动机本体E。控制装置CT的启动电机控制器62通过检测电池14的电压来检测电池14的充电状态。然而，对于电池14的充电状态的检测而言，检测电池14的电压以外的方法也是可采纳的。例如，可采用在充电状态下检测流过电池14的电流。
[0102]控制装置CT通过使逆变器61、启动发电控制器62和燃烧控制器63动作而控制发电机SG ο
[0?03][发动机单元的动作]
[0104]图6是表示图5所示的发动机单元EU的状态的概略的状态转换图。
[0105]在本实施例的发动机单元EU中，在曲柄轴5的旋转停止的状态下(SI)，当接收到启动指示时，控制装置CT转为启动控制状态(S2)。在启动控制状态(S2)下，控制装置CT指示发电机SG使曲柄轴5旋转，以启动四冲程发动机本体E (S2)。在曲柄轴5的旋转停止的状态下，控制装置CT控制逆变器61的多个开关部611至616，使得电力从电池14供给至发电机SG。即，在启动控制状态(S2)下，控制装置CT使发电机SG运转。控制装置CT以电流从电池14的正极供给至发电机SG的方式来进行控制。控制装置CT指示发电机SG用作马达。发电机SG通过电池14的电力驱动曲柄轴5 ο本实施例的控制状态对应于本发明中的控制模式。
[0106]例如当操作启动开关16时，启动指令从启动开关16被输入至控制装置CT。在发动机单元EU具有空载转速终止功能的情况下，控制装置CT通过判定预先确定的发动机启动条件而自行执行再启动指令。预先确定的发动机启动条件的达成包括在启动指令的输入中。预先确定的发动机启动条件例如为加速操作器(未示出)的操作。预先确定的发动机启动条件例如为蓄积在电池14中的电力低于特定的阈值。特定的阈值例如为启动四冲程发动机本体E所需的电力的下限值。特定的阈值可以为使安装到车辆的装置动作所需的电力的下限值。
[0107]在启动控制状态(S2)下，控制装置CT指示发电机SG使曲柄轴5旋转。如果曲柄轴5的旋转速度超过预定的可点火的旋转速度，则控制装置CT使四冲程发动机本体E的燃烧动作开始。更详细而言，控制装置CT的燃烧控制器控制火花塞29，从而控制四冲程发动机本体E的燃烧动作。在四冲程发动机本体E包括喷射燃料并生成混合气体的燃料喷射装置的情况下，燃烧控制器63还控制燃料喷射装置的喷射，以控制四冲程发动机本体E的燃烧动作。四冲程发动机本体E的燃烧动作的启动还包括评估燃烧动作是否成功。燃烧动作是否成功例如通过如下方法进行判定:当曲柄轴5旋转多次时，测定曲柄轴5的旋转速度，并且评估所测定的旋转速度是否超过定义为在燃烧动作成功的条件下所获得的值的值。
[0108]在启动四冲程发动机本体E后得预定时间段，发电机SG使曲柄轴5的旋转加速
(S2)。具体而言，在使四冲程发动机本体E的包括确认燃烧动作是否成功的动作的燃烧动作开始后，发电机SG继续加速曲柄轴5的旋转。更具体而言，在燃烧动作开始后的预先规定的时间段内，控制装置CT控制逆变器61的多个开关部611至616，使得电力从电池14供给至发电机SG ο即，控制装置CT使发电机SG全力运转。这使曲柄轴5的旋转速度与当没有电力从电池14供给至发电机SG时的情况相比加快。因此，曲柄轴5的旋转与仅通过四冲程发动机本体E的燃烧动作而旋转的情况相比加速。控制装置CT通过利用对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制来执行控制，使得从电池14对发电机SG供给电力，以使曲柄轴5的旋转加速。向量控制基于180度通电。
[0109]四冲程发动机本体E开始燃烧动作后，曲柄轴5的旋转的稳定性有时较低。四冲程发动机本体的燃烧开始后，发电机SG使曲柄轴5的旋转持续加速，使得在四冲程发动机本体的燃烧作用下旋转的曲柄轴5的旋转稳定。这里，预先规定的时间段设定为足以使曲柄轴5的旋转稳定的时间长度(时间的期间)。例如，预先规定的时间段设定为足以使曲柄轴5的旋转速度达到空载转速的时间长度。
[0110]自四冲程发动机本体E的燃烧动作开始起经过预先规定的时间段之后，发电机SG与曲柄轴5的旋转连动地旋转，以用作产生对电池14进行充电的电流的发电机。控制装置CT转为发电控制状态(S3)。
[0111]在发电控制状态(S3)下，控制装置CT通过发电机SG的输出而指示对电池14进行充电。控制装置CT通过控制逆变器61的多个开关部611至616而控制从发电机SG供给至电池14的电流。控制装置CT以电流从发电机SG向电池14的正极流动的方式进行控制。
[0112]—旦接收到停止指示，则控制装置CT从发电控制状态(S3)转换至停止状态(SI)。停止状态(SI)为四冲程发动机本体E停止的状态。
[0113]在发电控制状态(S3)下，一旦要求加速曲柄轴5的旋转，则控制装置CT转为加速控制状态(S4)。即，在启动四冲程发动机本体E后的预先规定的时间段，控制装置CT使曲柄轴5的旋转加速。更具体而言，在预先规定的时间段，控制装置CT通过以从电池14对发电机SG供给电力的方式控制逆变器61的多个开关部611至616，而使曲柄轴5的旋转加速。即，控制装置CT使发电机SG全力运转。
[0114]例如，如果在发电机SG发电时要求车辆加速，控制装置CT将发电机SG的状态从发电切换为加速(全力运转)，以使曲柄轴5的正转加速。例如，当要求车辆加速时，通过发电机SG来协助由四冲程发动机本体E的燃烧动作激励的曲柄轴5的旋转加速。这使曲柄轴5的旋转与没有从电池14对发电机SG供给电力的情况相比加速。因此，曲柄轴5的旋转与仅由四冲程发动机本体E的燃烧动作激励的旋转的情况相比加速。控制装置CT对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制，使得从电池14对发电机SG供给电力，以使曲柄轴5的旋转加速。具体而言，控制装置CT的向量控制单元622对多个开关部611至616执行向量控制。
[0115]在加速控制状态(S4)下，一旦经过预先规定的时间段，则控制装置CT转为发电控制状态(S3)。
[0116]在本实施例中，控制装置CT中的发电控制状态(S3)具有向量控制状态(S31)及相位控制状态(S32)。在发电控制中，控制装置CT在向量控制与相位控制之间切换。因此，控制装置CT包括在向量控制与相位控制之间切换的切换单元。
[0117]在发电机SG输出的电压低于电池14的电压的时间段的至少一部分期间，控制装置CT执行向量控制(S31)。更详细而言，控制装置CT的向量控制单元622执行向量控制。在发电机SG输出的电压高于电池14的电压的时间段的至少一部分期间，控制装置CT进行相位控制(S32)。更详细而言，控制装置CT的相位控制部621执行相位控制。发电机SG输出的电压是定子绕组W的输出电压。发电机SG输出的电压是输出的交流电压的振幅。电池14的电压是控制被切换的时间点所得到的电压。
[0118]更详细而言，控制装置CT根据曲柄轴5的旋转速度切换发电控制状态。如果曲柄轴5的旋转速度超过预先规定的第一速度阈值，则控制装置CT切换为相位控制状态，以执行相位控制(S32)。如果曲柄轴5的旋转速度低于预先规定的第二速度阈值，则控制装置CT切换为向量控制状态，以执行向量控制(S31)。第一速度阈值大于第二速度阈值。由于第一速度阈值大于第二速度阈值，所以响应于速度的变化的控制状态的转换具有滞后性，这有助于使状态稳定。然而，第一速度阈值与第二速度阈值设定为相同的值是可接受的。
[0119]在车辆停止且发电机SG输出的电压低于电池14的电压的时间段期间，曲柄轴5的旋转速度小于第二速度阈值。
[0120]在发电控制状态(S3)下且在车辆停止的状态下，发电机SG输出的电压低于电池14的电压。在该情况下，控制装置CT转为发电控制状态(S3)中的向量控制状态(S31)。更详细而言，如果曲柄轴5的旋转速度小于第二速度阈值，控制装置CT转为发电控制状态(S3)中的向量控制状态(S31)。
[0121]在车辆停止且发电机SG输出的电压低于电池14的电压的时间段的至少一部分期间，控制装置CT使发电机SG输出的比电池14的电压低的电压升高至比电池14的电压高的电压，以对电池14进行充电(S31)。通过对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制，控制装置CT将发电机SG输出的电压升高至比电池14的电压高的电压，以对电池14进行充电。
[0122]向量控制是将发电机SG的电流分尚为d轴分量和q轴分量的控制方法，其中，d轴分量对应于磁铁的磁通方向，并且q轴分量以电角度计与磁通方向垂直。q轴分量是影响发电机SG的转矩负载的分量。向量控制为在没有通电暂停的情况下对多相定子绕组W的各相进行通电的控制。向量控制为以使正弦波的电流流过多相定子绕组W的各相的方式进行通电的控制。通过基于向量控制的时序对多个开关部611至616进行接通/断开动作的做法使正弦波的电流流过多相定子绕组W的各者。为了基于向量控制实现发电，例如向该感应电压的方向引出与定子绕组W的感应电压的正弦波同步的电流而实现。这里，正弦波电流及正弦波电压指呈正弦波状的电流及电流。正弦电流例如包含由开关部的接通/断开动作引起的畸变(distort1n)及涟波(ripple)。
[0123]在向量控制中，多个开关部611至616的各者通过脉宽调变(PWM，Pulse WidthModulat1n)信号予以控制。脉宽调变中的脉冲的周期短于定子绕组W的各相的感应电压的周期。即，控制装置CT根据周期短于发电机SG的定子绕组W的感应电压的周期的脉冲信号而控制多个开关部611至616的接通/断开。
[0124]在向量控制中，控制装置CT的向量控制单元622包括来自多相定子绕组W的电流及外转子30的位置的d轴分量与q轴分量，其中，电流由传感器(未示出)检测，并且外转子30的位置由转子位置检测装置50检测。控制装置CT基于根据目标值修正的分量，而控制多个开关部611至616的接通/断开的时序。
[0125]在能用于控制的一些方法中，也可仅检测一部分的相的定子绕组的中电流，或者省略由转子位置检测装置50执行的位置检测。在能用于控制的其它方法中，也可在不检测任一相的定子绕组的电流的情况下控制多个开关部611至616。在该情况下，控制装置CT基于由转子位置检测装置50所检测出的外转子30的位置而评估与定子绕组W的感应电压的正弦波同步的电流，且将用于使所评估的电流流动的电压施加至定子绕组W。例如，控制装置CT使用表示外转子30的位置与脉冲的周期的对应关系的映射表(设定表)，以基于外转子30的位置控制多个开关部611至616。该映射表初步通过针对外转子30的位置而评估用于使与感应电压的正弦波同步的电流流动的电压予以设定。
[0126]在能用于控制接通/断开的时序的一些方法中，例如，可以利用所接收的信息计算公式，或者读出并参照存储在接通/断开动作记忆单元623的映射表(设定表)。公式或映射表也可包含在程序中。控制装置CT通过利用配置为电子电路(布线逻辑)的初始动作单元624执行控制。
[0127]图7示出向量控制中的示例性电流及电压的波形。
[0128]在图7中，Vu表示发电机SG的多相定子绕组W中的与U相对应的定子绕组W的感应电压。Iu表示与U相对应的定子绕组W的电流。在图7中，Iu中的正值表示电流从开关部611,612流动到定子绕组Wt3Iu中的负值表示电流从定子绕组W流动到开关部611、612。
[0129]Vsup及Vsun表示多个开关部611至616中的与对应于U相的定子绕组W相连接的两个开关部611、612的控制信号。Vsup表示布置在对应于U相的定子绕组W与电池14的正极之间的用于正侧开关部611的控制信号。Vsup表示布置在对应于U相的定子绕组W与电池14的负极之间的用于负侧开关部612的控制信号。Vsup及Vsun中的H位表示开关部611、612的接通状态。L位表示断开状态。Idc表示流过电池14的电流。Idc的负值(即图7中的低于“O”的值)表示发电机SG发电，使得对电池14进行充电。
[0130]如开关部611、612的控制信号Vsup、Vsun所示，正侧开关部611与负侧开关部612在接通状态与断开状态下处于相反的状态。
[0131]控制装置CT控制开关部611、612的接通/断开的占空比，使得正弦波电流流过定子绕组W的各相。控制装置CT控制开关部611、612，使得开关部611、612的接通/断开的占空比的变化周期对应于定子绕组W的感应电压的周期。定子绕组W的感应电压为正弦波，其重复中央值“O” (时序11、t5)、正的最大值(时序t2)、中央值“O” (时序t3)、及负的最大值(时序t4) ο
[0132]在向量控制中，控制装置CT以如下方式控制开关部611、612。在定子绕组W的感应电压Vu为正的最大值或负的最大值的时序(t2、t4)时正侧开关部611的占空比与负侧开关部612的占空比的差大于在感应电压Vu为中央值(“O”)的时序(tl、t3、t5)时正侧开关部611的占空比与负侧开关部612的占空比的差。
[0133]例如，在与U相对应的定子绕组W的感应电压Vu为中央值(“O”)的时序(tl、t3、t5)时，例如与时序(t2、t4)所得到的占空比相比，正侧开关部611的占空比及负侧开关部612的占空比的两者接近50 %。因此，正侧开关部611的占空比与负侧开关部612的占空比的差较小。结果，与U相对应的定子绕组W的电流变小。
[0134]开关部611、612的占空比直接影响到从电池14供给至定子绕组W的电压。由定子绕组W的电感成分，在电压与电流之间产生延迟。因此，在占空比的变化与电流的变化之间产生微小偏差。然而，向量控制可提高流过定子绕组W的电流Iu与感应电压Vu的功率因数。
[0135]上述对于U相的说明也适用于V相及W相。V相和W相与U相之间以电角度计具有相当于120度的时间差。
[0136]在向量控制中，开关部611至616被具有比感应电压的频率高的频率的HVM脉冲接通并断开，这对流过定子绕组W的电流产生较强的切断作用。结果，发电机SG输出的电压升高至比电池14的电压高的电压，使得对电池14进行充电。向量控制能以相对于感应电压Vu提高功率因子的方式控制流过定子绕组W的电流，如图7所示。因此，即使发电机SG输出的电压低于电池的电压，也可高效率地确保发电量。
[0137]由于发电机SG的外转子30所具有的磁极面37a的数量多于齿部43的数量的2/3，故电角度中的角速度较高。因此，可更高效率地确保发电量。
[0138]本实施例的四冲程发动机本体E为具有高负载区域及低负载区域的四冲程发动机。曲柄轴5在低负载区域的旋转速度高于在高负载区城的旋转速度。在四冲程发动机本体E中，与区域对应的旋转速度的变动较大。如果与区域对应的旋转速度的变动较大，则当曲柄轴5的旋转速度降低时旋转的稳定性容易降低。
[0139]即使当车辆停止时曲柄轴5的旋转速度较低，使得从发电机SG输出比电池14的电压低的电压，本实施例的发动机单元EU也可对电池14进行充电。于对电池14进行充电时。发电机SG所发的电力与施加于发动机本体的负载相对应。该负载在旋转速度相对较高的区域较大，并且在旋转速度相对较低的区域较小。即，负载以使旋转速度稳定的方式变动。因此，即使当车辆停止时曲柄轴5的旋转速度较低，使得从发电机SG输出比电池14的电压低的电压，也能高效率地确保发电量，同时使曲柄轴5的旋转速度稳定。
[0140]在图6所示的相位控制状态(S32)下，控制装置CT执行相位控制。
[0141]相位控制是提前或延迟逆变器61的多个开关部611至616的通电时序的控制。相位控制是与上述向量控制不同的控制。在相位控制中，控制装置CT在与定子绕组W的感应电压的周期相等的周期对多个开关部611至616的各者执行接通/断开动作。在相位控制中，控制装置CT在与定子绕组W的感应电压的周期相等的周期逐次接通/断开多个开关部611至616的各者。控制装置CT针对定子绕组W的感应电压而控制多个开关部611至616各者的接通/断开动作的相位。
[0142]图8示出相位控制中的示例性电流及电压的波形。
[0143]在图8中，Vu、Iu、Vsup、Vsun及Idc与图7中的那些相同。然而，图8中的Vu、Iu及Idc的纵轴的标度与图7中的标度不同。在图8所示的示例中，曲柄轴5的旋转速度高于图7所示的示例。因此，感应电压Vu的周期短于图7所示的示例。
[0144]在相位控制中，控制装置CT根据与发电机SG的定子绕组W的感应电压的周期相等的周期的信号Vsup、Vsun控制多个开关部611至616的接通/断开。多个开关部611至616的接通/断开的占空比固定。多个开关部611至616中的正侧开关部611的接通/断开的占空比与负侧开关部612的接通/断开的占空比相等。多个开关部611至616各者的接通/断开的占空比为50%。
[0145]在相位控制中，控制装置CT提前或延迟多个开关部611至616的通电时序，以控制自定子绕组W流向电池14的电流。控制装置CT相对于感应电压Vu提前开关部611至616的接通/断开的相位，以使流过电池14的电流减少。控制装置CT相对于感应电压Vu延迟开关部611至616的接通/断开的相位，以使流过电池14的电流增大。在相位控制中，开关部611至616的接通/断开使从一相的定子绕组W输出的电流的路径在另一相的定子绕组W与电池14之间变换。
[0146]如果曲柄轴5以比在车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转，则发电机SG输出的电压增大。发电机输出的电压变得高于电池14的电压。在发电机输出比电池的电压高的电压的时间段期间，执行相位控制。相位控制中的开关部611至616的接通/断开的周期长于向量控制中的情况。即，相位控制中的开关部611至616的接通/断开的频率低于向量控制中的情况。因此，开关部611至616的开关损耗减小，这有助于较高的效率。
[0147]因此，即使曲柄轴5以比车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转，使得发电机SG输出比电池14的电压高的电压，本实施例的发动机单元EU也可高效率地确保发电量。
[0148]图9(a)是示意性地表示曲柄轴的旋转速度与发电电流的关系的曲线图。图9(b)是示意性地表示曲柄轴的旋转速度与发电效率的关系的曲线图。在图9(a)及图9(b)中，粗实线(PI)表示根据本实施例的发动机单元的特性。
[0149]细实线(Rl)表示第一比较例的特性，在该比较例中，具有与本实施例的发电机SG的配置相同的配置的发电机连接到包含二极管的整流调节器。
[0150]虚线(R2)表示第二比较例的特性，在该比较例中，与本实施例中的发电机SG相比尺寸较大的发电机连接到包含二极管的整流调节器。在根据第二比较例的发电机中，永久磁铁具有较大的尺寸，并且定子绕组使用粗线，并且匝数增大。因此，第二比较例的发电机具有比本实施例的发电机SG较大的尺寸。
[0151]本实施例的控制装置CT在曲柄轴5以与车辆停止时所得到的旋转速度相同的旋转速度旋转时使用向量控制方式，并且在曲柄轴5以比车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转时使用相位控制方式。图9(a)及图9(b)示出车辆停止时曲柄轴5的旋转速度的范围。例如，曲柄轴5的空载转速设定于该范围内。
[0152]如果曲柄轴5以与车辆停止时所得到的旋转速度相等的旋转速度旋转，本实施例的发电机SG输出比电池14的电压低的电压。
[0153]在第一比较例中，具有与本实施例中的发电机SG的配置相同的配置的发电机被连接至包含二极管的整流调节器。在该第一比较例中，如图9(a)的细实线Rl所示，车辆停止时的旋转速度不会使电流从发电机流向电池。即，未对电池进行充电。
[0154]在本实施例中，另一方面，控制装置CT对多个开关部611至616执行向量控制，使得发电机SG输出的电压升高至比电池14的电压高的电压。因此，如图9(a)的粗实线所示，车辆停止时的旋转速度使得电流从发电机SG流向电池14。即，当车辆停止时，即便发电机SG输出比电池14的电压低的电压，也可对电池14进行充电。
[0155]在第二比较例中，如果曲柄轴5以与车辆停止时所得到的旋转速度相同的旋转速度旋转，发电机输出比电池的电压低的电压。因此，如图9(a)的虚线R2所示，车辆停止时的旋转速度使得电流从发电机流向电池。然而，在第二比较例的发电机中，与本实施例的发电机SG相比，永久磁铁具有增大的尺寸，并且定子绕组采用粗线和数量增大的匝数。因此，第二比较例的发电机的尺寸比本实施例的发电机SG的尺寸大。
[0156]在本实施例中，另一方面，控制装置CT对多个开关部611至616执行向量控制，使得发电机SG输出的电压升高至比电池14的电压高的电压。这使得在不增大发电机SG的尺寸的情况下在车辆停止时对电池14进行充电。
[0157]在本实施例中，控制装置CT能够通过对多个开关部611至616执行向量控制，而控制发电机SG的电流与电压，以获得较高的功率因子。如图9(b)的粗实线Pl所示，这是在车辆停止时即便从发电机SG输出比电池14的电压低的电压也可高效率地对电池14进行充电的原因。换句话说，本实施例允许曲柄轴5的旋转速度降低，使得发电机SG输出比电池14的电压低的电压，同时允许在无需增大发电机SG的尺寸的情况下在车辆停止时对电池14进行充电。这实现了当车辆停止时噪音较小并且燃料消耗量较少。
[0158]作为用于以较低的旋转速度确保来自发电机的发电电压同时避免发电机的尺寸增大的方法，例如考虑采用较细的线材用于定子绕组W并且增加定子绕组W的匝数。然而，采用较细的线材和增加的匝数用于定子绕组W的做法导致当通过电池14的电力使曲柄轴5旋转时所得到的驱动转矩降低。
[0159]即使曲柄轴5的旋转速度降低，使得发电机SG的输出电压低于电池14的电压，本实施例的发动机单元EU也可高效率地对电池14进行充电。因此，在通过电池14的电力驱动曲柄轴5的情况下，防止驱动转矩降低，同时在发电的情况下，即使车辆停止时曲柄轴5的旋转速度降低也可高效率地确保发电量。
[0160]因此，本实施例的发动机单元EU在无需增大发电机SG的尺寸的情况下即使降低车辆停止时曲柄轴5的旋转速度也可高效率地确保发电量。
[0161]如果曲柄轴5以比车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转，则发电机SG输出的电压增大。发电机SG输出的电压变得高于电池的电压。
[0162]在采用具有与本实施例中的发电机SG的配置相同的配置的发电机的第一比较例中，当旋转速度增大时，从发电机输出的电流增大。在发电机输出的电流中，对电池进行充电的电流以外的过大的电流在整流调节器中以热的形式被消耗。
[0163]在本实施例中，控制装置CT对提前或延迟多个开关部611至616的通电时序执行相位控制。结果，从发电机SG输出的电流减小。因此，发电机SG输出的以热的形式被消耗的一部分电流减小。因此，即使在曲柄轴5以比车辆停止时所得到的旋转速度高的旋转速度旋转，使得发电机SG输出比电池14的电压高的电压的情况下，也可高效率地确保发电量，如图9(b)的粗实线Pl所示。
[0164]此外，在曲柄轴5以空载转速旋转的情况下以及在曲柄轴5以比空载转速高的旋转速度旋转的两种情况下，本实施例均能够高效率地确保发电量。
[0165]在图6所示的启动控制状态(S2)下，控制装置CT指示发电机SG使曲柄轴5旋转，以启动四冲程发动机本体E。在四冲程发动机本体E的燃烧动作开始后的预先规定的时间段期间，控制装置CT指示发电机SG使曲柄轴5的旋转加速。在启动控制状态(S2)下，控制装置CT对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制，使得从电池14对发电机供给电力，以使曲轴柄5的旋转加速。
[0166]自四冲程发动机本体E的燃烧动作开始起经过预先规定的时间段后，控制装置CT转为发电控制状态(S3)。此时，如果车辆停止且发电机SG的输出电压低于电池14的电压，控制装置CT转为发电控制状态(S3)中的向量控制状态(S31)。更具体而言，控制装置CT从基于向量控制使曲柄轴5的旋转加速的启动控制状态(S2)转为发电控制状态(S3)中的向量控制状态(S31)。在向量控制状态(S31)中，控制装置CT对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制，使得发电机S G输出的比电池14的电压低的电压升高至比电池的电压高的电压，以对电池14进行充电。
[0167]从基于向量控制使曲柄轴5的旋转加速的控制状态向基于向量控制对电池14进行充电的控制状态的控制状态的转换不涉及控制种类的变更。控制状态的转换例如可通过指令值等参数的变更而被迅速地实施。控制状态的转换例如通过使多相定子绕组W的电流的相位相对于感应电压的相位变更而被实施。例如，控制状态的转换能够通过将向量控制中所使用的控制值中的对转矩有用的q轴分量电流从正值变更为负值而被实施。
[0168]因此，从曲柄轴5的旋转加速的状态向对电池14进行充电的状态(即，从全力运转状态向发电状态)的转换能够被立即实施。
[0169]在向量控制状态(S31)下，控制装置CT对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制，使得发电机SG输出的比电池14的电压低的电压升高至比电池的电压高的电压，以对电池14进行充电。
[0170]在发电控制状态(S3)中的向量控制状态(S31)下，一旦要求加速曲柄轴5的旋转，则控制装置CT转为加速控制状态(S4)。在加速控制状态(S4)下，控制装置CT对逆变器61的多个开关部611至616执行向量控制，使得从电池14对发电机供给电力，以使曲柄轴5的旋转加速。
[0171]从基于向量控制对电池14进行充电的控制状态向基于向量控制使曲柄轴5的旋转加速的控制状态的控制状态的转换并不涉及控制种类的变更。控制状态的转换例如可通过指令值等参数的变更而被迅速实施。
[0172]因此，从电池14进行充电的状态向曲柄轴5的旋转加速的状态(从发电状态向全力运转状态)的转换可被立即实施。
[0173][机动车]
[0174]图1O是示出安装有图1所示的的发动机单元EU的车辆的外观图。
[0175]图10所示的车辆A包括发动机单元EU、车体101、车轮102和103、及电池14。安装到车辆A的发动机单元EU经由离合器(未示出)驱动作为驱动轮的车轮103，使得车轮103旋转，以使车辆A行驶。当车辆A停止时离合器阻断从曲柄轴5向车轮103的旋转力的传递。
[0176]图10所示的装配有发动机单元EU的车辆A在无需增大发电机SG的尺寸的情况下，即使曲柄轴5的旋转速度为当车辆停止时的旋转速度，也能高效率地确保发电量。
[0177]图10所示的车辆A为机动车。然而，本发明的车辆并不限于机动车。本发明的车辆的示例包括速可达型机动车、轻型机动车、越野型机动车、和公路型机动车。除了机动车，骑乘式车辆也是可接受的。例如，ATV(A11-Terrain Vehicle，全地形车辆)是可接受的。本发明的车辆并不限于骑乘式车辆，例如也可为具有车室的四轮车辆。
[0178]本发明的车辆不限于配置为通过使用发动机的机械输出而驱动驱动轮的车辆。例如，本发明的车辆也可为配置成通过利用发动机的机械输出而驱动发电机并且指示与发电机不同的马达通过发电机的电力驱动驱动轮。
[0179]在本实施例中，对具有高负载区域及低负载区域的四冲程发动机本体E进行了描述。本实施例对四冲程发动机本体E为单气缸发动机的情况进行了说明。本发明的发动机本体并无特别限定。本发明的发动机本体可以为不具有低负载区域的发动机。例如，本发明的发动机可以为具有多个气缸的发动机。本发明的发动机例如可以为具有3个以上的气缸的发动机。
[0180]具有多个气缸的发动机使负载的变动较小，因此旋转稳定性较高。这允许进一步降低车辆停止时曲柄轴的旋转速度。即使车辆停止时曲柄轴的旋转速度进一步降低，也能够以较高的发电效率确保发电量。
[0181]在本实施例所示的示例中，在车辆停止且发电机SG输出的电压低于电池14的电压的时间段期间执行向量控制。然而，本发明的控制装置可以在发电机输出的电压低于电池的电压的时间段的一部分期间执行向量控制。本发明的控制装置在发电机输出的电压高于电池的电压的时间段期间执行向量控制也是可接受的。此外，本发明的控制装置即使在车辆行驶的时间段期间也能执行向量控制。
[0182]在本实施例中，作为车辆停止且发电机输出的电压低于电池的电压的时间段的示例，图示出曲柄轴5的旋转速度小于预先规定的第二速度阈值的时间段。然而，在本发明中，车辆是否停止例如可基于车轮的旋转状态来评估。此外，发电机输出的电压是否低于电池的电压也可通过直接或间接地测定发电机输出的电压及电池的电压而评估。
[0183]在本实施例所示的示例中，在发电机SG输出的电压高于上述电池14的电压的时间段期间执行相位控制。然而，本发明的控制装置可以不执行相位控制。例如，代替执行相位控制，控制装置可以使开关部的晶体管保持为断开状态，且借助于晶体管的二极管进行整流。
[0184]在本实施例所示的示例中，在启动四冲程发动机本体E后，控制装置CT在启动控制状态(S2)及加速控制状态(S4)使曲柄轴5的旋转加速预先规定的时间段。然而，本发明的控制装置可以不使曲柄轴的旋转加速。此外，曲柄轴的旋转的加速可在启动控制状态及加速控制状态的任一者下执行。
[0185]在以上描述中，控制装置在启动控制状态(S2)及加速控制状态(S4)下执行向量控制。这里，例如在开始曲柄轴5的旋转的情况及/或使旋转加速的情况下不执行向量控制也是可接收的。例如，基于120度通电方式使发电机全力运转是可行的。
[0186]应当理解，本文中所使用的术语及表达用于描述，且并非用于以限定的方式解释，并不排除本文中所示且所提及的特征的任何均等物，并且允许在本发明所要求保护的范围内进行各种修改。
[0187]本发明可以体现为多种不同的形式。本公开应被视为提供本发明的原理的示例。基于多个示例并非意图将本发明限定于本文所述和/或所图示的优选实施例的理解，在本文中描述多个图示性实施例。
[0188]虽然本文中描述了本发明的若干个图示性实施例，但本发明并不限于本文所述的各种优选实施例。本发明也包括本领域的技术人员基于本公开所想到的等同的要素、修改、删除、(例如跨越各种实施例的特征的)组合、改良及/或变更的所有实施例。权利要求书中的限制应基于该权利要求书中所使用的用语广义地解释，而不应限于本说明书或本申请的诉讼期间所述的示例，该示例应解释为非排他性的。例如，在本公开中，术语“优选”为非排他性的，并表示“优选但不限定于此”。
[0189]附图标记列表
[0190]A 车辆
[0191]CT控制装置
[0192]E四冲程发动机本体
[0193]EU发动机单元
[0194]SG发电机
[0195]5曲柄轴
[0196]62启动发电控制器
[0197]63燃烧控制器
[0198]61逆变器
[0199]611至616开关部
[0200]621相位控制单元
[0201]622向量控制单元
【主权项】
1.一种发动机单元，其安装到设置有电池的车辆，所述发动机单元包括: 发动机本体，其具有曲柄轴； 发电机，其通过与所述曲柄轴的旋转连动地旋转而进行发电； 逆变器，其包括多个开关部，所述多个开关部控制从所述发电机供给至所述电池的电流；以及 控制装置，其包括发电控制器和燃烧控制器，所述发电控制器控制所述逆变器中所包括的所述多个开关部，以控制从所述发电机供给至所述电池的电流，所述燃烧控制器控制所述发动机本体的燃烧动作； 所述控制装置配置为在所述车辆停止且所述发电机输出的电压低于所述电池的电压的时间段的至少一部分期间对所述逆变器中所包括的所述多个开关部执行向量控制，以使所述发电机输出的比所述电池的电压低的电压升高至比所述电池的电压高的电压，从而对所述电池进行充电。2.根据权利要求1所述的发动机单元，其中 在所述发电机输出的电压高于所述电池的电压的时间段的至少一部分期间，所述控制装置通过执行用于提前或延迟使所述逆变器中所包括的所述多个开关部通电的时序的相位控制，而对所述电池进行充电。3.根据权利要求1或2所述的发动机单元，其中 所述发电机用作通过所述电池的电力驱动所述曲柄轴的马达， 在所述曲柄轴的旋转停止的状态下，所述控制装置通过控制所述逆变器中所包含的所述多个开关部以从所述电池向所述发电机供给电力，来启动所述发动机本体。4.根据权利要求3所述的发动机单元，其中 在启动所述发动机本体后的预先规定的时间段，所述控制装置通过控制所述逆变器中所包括的所述多个开关部以从所述电池向所述发电机供给电力，来加速所述曲柄轴的旋转。5.根据权利要求4所述的发动机单元，其中 所述控制装置的控制模式在如下两种控制模式中转换，即:通过对所述逆变器中所包括的所述多个开关部执行向量控制以使所述发电机输出的比所述电池的电压低的电压升高至比所述电池的电压高的电压，来对所述电池进行充电的控制模式，以及通过对所述逆变器中所包括的所述多个开关部执行向量控制以提供使电力从所述电池供给至所述发电机的控制，来使所述曲柄轴的旋转加速的控制模式。6.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机单元，其中 所述发动机本体为在四冲程之间具有高负载区域和低负载区域的四冲程发动机，所述高负载区域使所述曲柄轴旋转的负载较大，所述低负载区域使所述曲柄轴旋转的负载小于所述高负载区域的负载。7.根据权利要求1至6中任一项所述的发动机单元，其中 所述发动机本体具有多个气缸。8.—种车辆，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的发动机单元。
【文档编号】F02D29/06GK105874189SQ201480070045
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】西川贵裕, 日野阳至
【申请人】雅马哈发动机株式会社