起动发电装置、以及起动发电方法与流程

本发明涉及一种起动发电装置、以及起动发电方法。

背景技术：

以往，在车辆，特别是小型两轮车中，在发动机起动时作为起动发电机工作，并且在发动机起动后作为发电机工作的acg(ac发电机(generator))起动发电机(statermotor)被广泛使用(例如，参照专利文献1、专利文献2以及专利文献3)。

在这种acg起动电机中，有的是被设计为：在利用永久磁铁构成励磁的同时，使电枢的绕组规格满足发动机起动时所必要的扭矩特性(参照专利文献1、专利文献2)。在这种构成中，如果是仅将acg起动电机就此作为发电机来使用的话，其发电量就会超过电力组件的负载所必要的电能，从而产生出剩余电能。另外，这种acg起动电机还运用了：通过构成整流电路的半导体元件的短路控制来抑制发电电能的方式。在这种方式下，由于acg起动电机中的回流电流会流经acg起动电机的电枢绕组和驱动acg起动电机的功率元件，从而导致发热后产生电力损耗使车辆的油耗恶化的同时，还会使发动机磨损变得恶化。因此，在专利文献1以及专利文献2所记载的构成中，就设置了多个并联的acg起动电机电枢绕组，并且分别在作为acg起动电机利用时，与作为发电机利用时，控制所要使用的电枢绕组进行切换。

【先行技术文献】

【专利文献1】特开2003-83209号公报

【专利文献2】专利第4851184号公报

【专利文献3】专利第4329527号公报

然而，在专利文献1以及专利文献3所记载的构成中，存在有以下课题：首先，在专利文献1所记载的构成中，虽然电枢绕组是由四个并联的绕组所构成的，但在所有的绕组中的三相中有一相是被共通连接的。即，作为acg起动电机使用的绕组与作为发电机使用的绕组，都与共通的节点相连接，并没有被完全分离。另外，绕组的选择是通过继电器(relay)进行的，因此诸如像怠速停止控制(idlingstopcontrol)这样的需要频繁地将继电器起动(on)·关断(off)的使用方式就会导致接点寿命的下降。另外，在各个绕组的一相被共通连接的构成中，再将继电器替换为mosfet的情况下，还存在如下课题。即，虽然继电器能够通过关断接点在双方向上阻断电流，但如果是mosfet的话，即便是在关断接点的情况下由于在漏极·源极间的寄生二极管处流通电流，因此只能在一个方向上阻断电流。所以，为了将绕组分离，在使用mosfet而非继电器的情况下，就存在有：作为acg起动电机使用的绕组在未被分离的状态下，由acg起动电机的绕组提供的发电电能导致电能的过剩供给，从而导致电力损耗的增大的课题。

另外，在专利文献2的构成中，还存在有：由于是要对中性点进行控制，因此只能在电枢绕组为星形接线的情况下才能够使用，而在电枢绕组为三角形接线的情况下就无法进行对应的课题。由于三角形接线没有中性点，因此在考虑三角形接线与电枢绕组的组合接线时，就会增加个别继电器，从而就存在成本增大和使布线复杂化的问题。

再有，在专利文献3的构成中，acg起动电机是由两个电枢绕组所构成的，并且在当其作为acg起动电机使用时仅使用其中的一个电枢绕组，二当其作为发电机使用时则使用两个绕组。另外，与专利文献1以及专利文献2所记载的构成不同，在专利文献3所记载的构成中，励磁是使用绕组构成的。在该构成中，通常是使用电刷(brushes)来使励磁绕组流通电流。与使用永久磁铁来构成励磁相比，专利文献3所记载的构成难以实现装置的小型化，而且也不适合于专利文献2中图示般与曲轴的直接连接安装。

本发明的目的是提供一种能够解决上述课题的起动发电装置、以及起动发电方法。

技术实现要素：

本发明的一种形态所涉及的起动发电装置，其特征在于，包括：起动发电机，具备：电枢部，并联配置有由多相线圈组成的第一绕组部以及第二绕组部、以及励磁部，由永久磁铁组成；第一直流交流转换部，与所述第一绕组部相连接，并且在直流与交流间双方向地对电力进行转换；第二直流交流转换部，与所述第二绕组部相连接，并且在直流与交流间双方向地对电力进行转换；以及一个或多个开关元件，被插入于所述第一直流交流转换部的直流端子或第二直流交流转换部的直流端子中的至少一个直流端子与和电池相连接的规定的输入输出端子之间，并且将所述至少一个直流端子与所述输入输出端子连接以及分离。

本发明的另一种形态所涉及的起动发电方法，在包括：起动发电机，具备：电枢部，并联配置有由多相线圈组成的第一绕组部以及第二绕组部、以及励磁部，由永久磁铁组成；第一直流交流转换部，与所述第一绕组部相连接，并且在直流与交流间双方向地对电力进行转换；第二直流交流转换部，与所述第二绕组部相连接，并且在直流与交流间双方向地对电力进行转换；以及一个或多个开关元件，被插入于所述第一直流交流转换部的直流端子或第二直流交流转换部的直流端子中的至少一个直流端子与和电池相连接的规定的输入输出端子之间，并且将所述至少一个直流端子与所述输入输出端子连接以及分离的起动发电装置中，其特征在于：包含有将所述多个开关元件控制为开启或关断的步骤。

发明效果

根据本发明，就能够请以提升诸如降低电力损耗等的起动发电装置的控制特性。

简单附图说明

图1是展示本发明的一个实施方式中构成例的结构图。

图2是展示图1中的起动发电装置1构成例的模式图。

图3是展示电力转换部6与绕组部11以及12的电路图。

图4是展示电力转换部6的通电模式的示例图。

图5是图3中电力转换部6的通电模式的示例图。

图6是展示图1所示的控制部7运作例的流程图。

具体实施方式

【半导体装置】

以下，将参照附图对本发明的一种实施方式进行说明。图1是展示本发明的一个实施方式中起动发电控制系统(起动发电装置)100构成例的结构图。图1所示的起动发电控制系统100包含：起动发电机(acg起动电机)1、发动机2、曲轴3、旋转角度传感器4、发动机水温计5、电力转换部6、控制部7、起动开关8、以及电池9。

起动发电机1与曲轴3直接连接，从而与发动机2同步旋转。起动发电机1通过电力转换部6的控制，从而作为起动电机运行或作为acg运作。起动发电机1具备绕组部11、绕组部12、以及图2所示的励磁部15。绕组部11具备构成星形接线三相线圈(多相线圈)的线圈11u、11v、以及11w。绕组部12具备构成星形接线三相线圈的线圈12u、12v、以及12w。中性点11n为构成绕组部11的星形接线的中性点。中性点12n为构成绕组部12的星形接线的中性点。线圈11u～11w与线圈12u～12w为卷绕在未图示的同一电枢铁芯上的一组电气绝缘电枢绕组。绕组部11与绕组部12以及未图示的电枢铁芯构成了电枢部。另外，绕组部11与绕组部12不仅限于星形接线，也可以由三角形接线构成。

图2是从轴方向上观看起动发电机1的绕组部11、绕组部12、以及励磁部15时的模式图。在图2中仅标明了线圈11u和线圈12u。在图2所示的构成例中，起动发电机1为一个由多组n极永久磁铁15n以及s极永久磁铁15s构成励磁部15的外转子型无刷电机。线圈11u由未图示的相对于电枢铁芯的每隔120度配置的三个绕组所构成。线圈11u的三个绕组中各有一端与中性点11n共通连接，其他各端与端子11u2共通连接。线圈12u由相对于未图示的电枢铁芯的每隔120度并且与线圈11u错开60度配置的三个绕组所构成。线圈12u的三个绕组中各有一端与中性点12n共通连接，其他各端与端子12u2共通连接。

在图1中，发动机2例如为搭载于小型两轮车上的发动机。曲轴3为发动机2的构成部件，其将发动机2具备的未图示的活塞的往复运动转换为旋转运动。旋转角度传感器4对曲轴3的旋转角度(曲柄角)进行检测。发动机水温计5对冷却水的温度进行检测。

如图3所示，电力转换部6包括：直流交流转换部61(第一直流交流转换部)、直流交流转换部62(第二直流交流转换部)、开关部63、以及输入输出端子64。直流交流转换部61包括六个n沟道mosfet(以下，表述为mosfet)(q1)～(q6),并且构成三相桥式直流交流转换电路。直流交流转换部61中直流输入输出线的正侧(高端(highside))具备直流端子611，负侧(低端(lowside))与电池9的负极相连接。直流交流转换部61处分别连接有绕组部11的线圈11u、线圈11w、以及线圈11v，并且在交流以及直流间进行双向电力转换。直流交流转换部62包括六个n沟道mosfet(以下，表述为mosfet)(q7)～(q12),并且构成三相桥式直流交流转换电路。直流交流转换部62中直流输入输出线的正侧(高端(highside))具备直流端子621，负侧(低端(lowside))与电池9的负极相连接。直流交流转换部62处分别连接有绕组部12的线圈12u、线圈12w、以及线圈12v，并且在交流以及直流间进行双向电力转换。

开关部63包括两个mosfet(q13)以及(q14)。mosfet(q13)被插入于直流交流转换部61的直流端子611与和电池9相连接的输入输出端子64之间，并且将直流端子611与输入输出端子64连接以及分离。mosfet(q14)被插入于直流交流转换部62的直流端子621与输入输出端子64之间，并且将直流端子621与输入输出端子64连接以及分离。此情况下，mosfet(q13)的寄生二极管d13的阴极与直流端子611相连接，该寄生二极管d13的阳极与输入输出端子64相连接。mosfet(q14)的寄生二极管d14的阴极与直流端子641相连接，该寄生二极管d14的阳极与输入输出端子64相连接。例如，通过将mosfet(q14)的寄生二极管d14按照图3中所示的朝向进行连接，就能够在关断mosfet(q14)的情况下，阻止来自于绕组部12的発电电力经由mosfet(q7)～(q12)的寄生二极管d7～d12从直流端子621处输出。另外，在开关部63中，也可以将mosfet(q13)或mosfet(q14)中的任意一个省略从而将直流端子611或621与输入输出端子64直接连接。输入输出端子64可以经由规定的导线与电池9相连接，也可以经由导线与熔断器以及开关等来连接。另外，电池9处还连接有未图示的电力组件等电气负载。

另外，电力转换部6还具备未图示的用于控制mosfet(q1)～(q14)开启·关断的驱动电路。该驱动电路按照由控制部7所传达的规定的通电模式控制mosfet(q1)～(q14)开启·关断。

控制部7是对发动机2进行点火控制的装置，其将旋转角度传感器4的输出、发动机水温计5的输出、以及起动开关8的输出进行输入。控制部7将mosfet(q1)～(q14)的通电模式向电力转换部6具备的未图示的驱动电路进行传达。控制部7在将起动发电机1作为发电机，或作为执行发动机起动的起动开关使用时，分别对应各自情况下的负载，选择使用绕组部11或绕组部12中的任意一个还是同时使用两个。在将起动发电机1作为起动电机使用时，控制部7会根据发动机水温计5的输出，以及旋转角度传感器4的输出等，并根据发动机2的冷却水水温或活塞的位置，选择使用绕组部11或绕组部12中的任意一个还是同时使用两个。例如，当冷却水水温低于规定的基准值时，发动机2处于冷却状态下，发动机油的粘度相对较高，起动发动机2时驱动曲轴3的扭矩相对变大。因此，在该情况下，控制部7则会使用绕组部11与绕组部12将起动发电机1作为电机来驱动。另外，例如在单气缸发动机中根据发动机2的活塞位置和阀门的开闭状态不同，起动发动机2时驱动曲轴3的扭矩会发生变化。但是该变化会根据发动机的冲程(stroke)数以及气缸数的不同而存在差异。控制部7例如会根据未图示的传感器的输出信号以及对发动机控制的处理内容，来检测到活塞位置和阀门的开闭状态，从而在当起动发动机2时是预测到驱动曲轴3的扭矩相对变大时，使用绕组部11与绕组部12将起动发电机1作为电机来驱动。

起动开关8是用户在起动发动机2时操作的开关。电池9为蓄电池。

接下来，将参照图4以及图5，对图3所示的电力转换部6的运作例进行说明。图4是展示将起动发电机1作为起动电机使用时的图3所示的电力转换部6的通电模式示例图。以下，将起动发电机1作为起动电机使用时的控制称为电机控制。图4(a)以及图4(b)中所示的各通电模式为180度通电模式。图4(a)以及图4(b)中展示的是电力转换部6内的各mosfet(q1)～(q14)开启或关断的运作组合。其中图4(a)展示的是一同使用绕组部11与绕组部12的情况。图4(b)展示的则是仅使用绕组部11的情况。

在电机控制的情况下当一同使用绕组部11与绕组部12时，控制部7会从图4(a)中所示的通电模式m1～m6中选择一个通电模式，并且将选择的通电模式传达给电力转换部6。即，控制部7根据旋转角度传感器4的输出，并依照励磁部15的角度重复地从图4(a)中所示的通电模式m1～m6中选择一个通电模式，并且将每次选择的通电模式传达给电力转换部6。此情况下，mosfet(q1)～(q6)以及(q7)～(q12)被控制切换为开启或关断。mosfet(q13)～(q14)则全部被控制为开启。

另外，在电机控制的情况下当仅使用绕组部11时，控制部7会从图4(b)中所示的通电模式m7～m12中选择一个通电模式，并且将选择的通电模式传达给电力转换部6。即，控制部7根据旋转角度传感器4的输出，并依照励磁部15的角度重复地从图4(b)中所示的通电模式m7～m12中选择一个通电模式，并且将每次选择的通电模式传达给电力转换部6。此情况下，mosfet(q1)～(q6)则被控制切换为开启或关断。mosfet(q7)～(q12)以及(q14)则全部被控制为关断。mosfet(q13)则被控制为开启。

接下来，将参照图5，对图3所示的将起动发电机1作为发电机使用时的电力转换部6的通电模式进行说明。以下，将起动发电机1作为发电机使用时的控制称为发电控制。图5是发电控制时图3所示的电力转换部6的通电模式示例图。图5(a)以及图5(b)中展示的是电力转换部6内的各mosfet(q1)～(q14)开启(on)或关断(off)的运作组合。其中，图5(a)展示的是仅使用绕组部11的情况。图5(b)展示的则是一同使用绕组部11以及绕组部12的情况。

在发电控制的情况下当仅使用绕组部11时，控制部7会从图5(a)中所示的通电模式g1～g6中选择一个通电模式，并且将选择的通电模式传达给电力转换部6。即，控制部7根据旋转角度传感器4的输出，并依照励磁部15的角度重复地从图5(a)中所示的通电模式g1～g6中选择一个通电模式，并且将每次选择的通电模式传达给电力转换部6。此情况下，mosfet(q1)～(q6)则被控制切换为开启或关断。mosfet(q7)～(q12)以及(q14)则全部被控制为关断。mosfet(q13)则被控制为开启。不过，在发电控制的情况下，电力转换部6会依据电池9的电压，在当该电压超过规定的调整电压时，适宜地使用mosfet(q1)～(q6)进行短路控制等对发电电压进行控制。

另一方面，在发电控制的情况下当一同使用绕组部11以及绕组部12时，控制部7会从图5(b)中所示的通电模式g7～g12中选择一个通电模式，并且将选择的通电模式传达给电力转换部6。即，控制部7根据旋转角度传感器4的输出，并依照励磁部15的角度重复地从图5(b)中所示的通电模式g7～g12中选择一个通电模式，并且将每次选择的通电模式传达给电力转换部6。此情况下，mosfet(q1)～(q6)以及(q7)～(q12)则被控制切换为开启或关断。mosfet(q13)～(q14)则全部被控制为开启。不过，在发电控制的情况下，电力转换部6会依据电池9的电压，在当该电压超过规定的调整电压时，适宜地使用mosfet(q1)～(q6)以及(q7)～(q12)进行短路控制等对发电电压进行控制。

接下来，将参照图6，对控制部7的运作例进行说明。例如，当未图示的点火开关被开启后，控制部7会以规定的间隔重复地实行图6所示的处理。首先，控制部7根据旋转角度传感器4的检测结果来判定发动机2是否在自力旋转(步骤st1)，如判定发动机2未处在自力旋转状态(步骤st1为“no”)，控制部7会判定起动开关8是否处于开启状态(步骤st2)。如判定动开关8未处在开启状态(步骤st2为“no”)，控制部7则结束图6所示的处理。如判定动开关8正处在开启状态(步骤st2为“yes”)，控制部7则会根据发动机水温计5的检测结果来判定水温是否未达到规定的水温基准值(步骤st3)。

如水温未处于未达到水温基准值的状态(步骤st3为“no”)，控制部7则判定发动机2的活塞负载是否处于大的状态(步骤st4)。发动机2的活塞负载，是指根据活塞的位置以及阀门的状态而变化的活塞驱动阻抗。而活塞负载大，是指活塞的驱动阻抗处在规定范围的大小上。控制部7例如根据发动机控制时使用的各种传感器的数值，来确认活塞的位置以及阀门的状态，并基于确认的结构来获取在圧缩行程等中增加的活塞驱动阻抗。然后，控制部7则会判定活塞驱动阻抗是否处在规定范围的大小上。如判定活塞负载不大(步骤st4为“no”)，控制部7则开始仅使用绕组部11的电机控制(步骤st5)。即，如水温达到或超过水温基准值(步骤st3为“no”)，或者活塞负载不大(步骤st4为“no”)，则控制部7开始仅使用绕组部11的电机控制或如已经开始电机控制则继续保持(步骤st5)。

如水温未达到水温基准值(步骤st3为“yes”)，或者活塞负载大(步骤st4为“yes”)，则控制部7开始一同使用绕组部11以及绕组部12的电机控制或如已经开始电机控制则继续保持(步骤st6)。

另外，在步骤st1中，如判定发动机2正处在自力旋转状态(步骤st1为“yes”)，控制部7则判定电池9的电压是否趋于下降(步骤st7)。电池9的电压趋于下降，是指电池9的电压实际低于规定的调整电压，或是几乎没有实行因短路控制等对发电电压进行抑制的时间比例(低于规定的基准值)。当判定电池9的电压趋于下降(步骤st7为“yes”)，则控制部7开始使用绕组部11以及绕组部12的发电控制或如已经开始发电控制则继续保持(步骤st8)。当判定电池9的电压未趋于下降(步骤st7为“no”)，则控制部7开始仅使用绕组部11的发电控制或如已经开始发电控制则继续保持(步骤st9)。

如上述般，本实施方式的特征在于，包括：起动发电机1(acg起动电机)，具备：电枢部，并联配置有由三相线圈(多相线圈)组成的绕组部11以及绕组部12、以及励磁部，由永久磁铁组成；直流交流转换部61，与绕组部11相连接，并且在直流与交流间双方向地对电力进行转换；直流交流转换部62，与绕组部12相连接，并且在直流与交流间双方向地对电力进行转换；以及一个或多个开关元件q13或(以及)q14(开关元件)，被插入于直流交流转换部61的直流端子611或直流交流转换部62的直流端子621中的至少一个直流端子与和电池9相连接的输入输出输出端子64之间，并且将至少一个直流端子611或621与输入输出端子64连接以及分离。根据此构成，就能够轻易提升诸如降低电力损耗等的起动发电机1(acg起动电机)的控制特性。

另外，如上述般，根据本实施方式，通过将绕组部一分为二，将一同使用两个与仅使用一个的情况区分开，就能够调整发电与电气负载之间的平衡。根据此构成，在将绕组规格被设计为满足起动电机的扭矩特性的电机作为发电机使用时，就能够降低因与电气负载之间的不平衡而产生剩余电能。即，能够减少绕组部的回流电流，并且较小绕组和功率元件的发热(电力损耗)。从而，就能够在不损失电机扭矩的情况下轻易地削减发电时的剩余电能。通过这样，就能够降低发动机2的油耗并减小磨损。

另外，在发动机2通过减少电机控制时所使用的绕组，就能够减低电池9的电力消耗。

另外，还能够相对降低在发电控制时所必要的通电角精度(进行输出的方向)。

另外，通过减少回流电流，还能够减少电枢绕组与功率元件的发热。

另外，通过使绕组部11与绕组部12在规格上(匝数、线径等)形成差异，就能够在电机控制时对产生的扭矩以及在发电控制时对发电的输出，例如在：使用绕组部11、使用绕组部12、以及同时使用绕组部11以及绕组部12这三种情况中进行选择。

本发明不仅限于上述的形态，也包含有不脱离本发明主旨的范围内的各种设计。

符号说明

100起动发电系统

1起动发电机

6电力转换部

7控制部

d7～d14寄生二极管

q1～q14mosfet

11、12绕组部

11u、11v、11w、12u、12v、12w、13u、13v、13w线圈(绕组)

15励磁部

61、62直流交流转换部

611、621直流端子

64输入输出端子