JP7168787B2 - 内燃機関用発電電動機 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１９年７月２５日に日本に出願された特許出願第２０１９－１３７２８５号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。

この明細書における開示は、内燃機関用発電電動機に関する。

特許文献１は、内燃機関用回転電機を開示する。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特許第６２８６６１７号公報

特許文献１の内燃機関用回転電機は、電動機制御のためのセンサと、点火制御のためのセンサとの両方を有している。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、内燃機関用発電電動機にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、ひとつのセンサの信号が電動機制御と点火制御との両方に利用される内燃機関用発電電動機を提供することである。

ここに開示された第１発明の内燃機関用発電電動機は、極性が交互に交番する複数の界磁磁極と、基準位置を示す基準磁極とを有するロータ、界磁磁極と対向する磁極と、多相のステータコイルとを有するステータ、および、界磁磁極および基準磁極を検出してセンサ信号を生成する単センサを備え、さらに、センサ信号（ＳＧ）に基づいて、基準位置を検出し、内燃機関の点火を制御する点火制御部（６１）と、センサ信号に基づいて、ステータコイルへの通電を制御することによりロータを電動機として回転させる電動機制御部（６２、６３、６４、６５）とを備える電気回路（１１）を備え、電動機制御部は、内燃機関の始動指令を生成する始動スイッチ（６２）と、始動スイッチから始動指令を受けると、内燃機関のクランキングトルク（ＦＷＴＱ、ＲＶＴＱ）の極大値を越えないようにロータを回転させるスタンバイ位置制御部（６６）と、スタンバイ位置制御部によりロータが回転する期間においてロータを正方向に回転させるための通電パターンを取得する回転方向情報取得部（６７）と、回転方向情報取得部によって特定された通電パターンに基づいて、センサ信号に応じたクローズドループ制御によりステータコイルに供給する多相電力を転流する同期転流制御部（６８）とを備える。
ここに開示された第２発明の内燃機関用発電電動機は、極性が交互に交番する複数の界磁磁極（２６）と、基準位置を示す基準磁極（２７）とを有するロータ（２１）、界磁磁極と対向する磁極（３５）と、多相のステータコイル（３３）とを有するステータ（３１）、および、界磁磁極および基準磁極を検出して電動機制御と点火制御との両方に利用されるひとつのセンサ信号を生成するひとつの単センサ（３８）を備え、ロータは、複数の界磁磁極と、基準磁極とを備える永久磁石（２３）を備えており、基準磁極は、ひとつの界磁磁極の範囲内に形成されており、基準磁極は、周方向に関して前方または後方に偏って配置されており、さらに、センサ信号（ＳＧ）に基づいて、基準位置を検出し、内燃機関の点火を制御する点火制御部（６１）と、センサ信号に基づいて、ステータコイルへの通電を制御することによりロータを電動機として回転させる電動機制御部（６２、６３、６４、６５）とを備える電気回路（１１）を備え、電動機制御部は、内燃機関の始動指令を生成する始動スイッチ（６２）と、始動スイッチから始動指令を受けると、内燃機関のクランキングトルク（ＦＷＴＱ、ＲＶＴＱ）の極大値を越えないようにロータを回転させるスタンバイ位置制御部（６６）と、スタンバイ位置制御部によりロータが回転する期間においてロータを正方向に回転させるための通電パターンを取得する回転方向情報取得部（６７）と、回転方向情報取得部によって特定された通電パターンに基づいて、センサ信号に応じたクローズドループ制御によりステータコイルに供給する多相電力を転流する同期転流制御部（６８）とを備えている。

開示される内燃機関用発電電動機は、単センサからのセンサ信号により、基準位置に基づく内燃機関のための点火制御機能と、電動機としての電動機制御機能とを提供する。単センサにより両方の機能が実現されることにより、構造が簡単な信号系が構築される。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る内燃機関用回転電機の断面図である。 固定子の斜視図である。 回転センサの断面図である。 回転センサの信号波形を示す波形図である。 始動時の挙動を示す波形図である。 電気回路のブロック図である。 通電波形を示す波形図である。 電動機としての制御を示すフローチャートである。 電動機としての制御を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る回転センサの断面図である。 第３実施形態に係る回転センサの部分破断図である。 第４実施形態に係る固定子の斜視図である。 第５実施形態に係る固定子の斜視図である。 第６実施形態に係る固定子の斜視図である。 第７実施形態に係る内燃機関用回転電機の断面図である。 内燃機関用回転電機の平面図である。 第８実施形態に係る信号波形を示す波形図である。 第９実施形態に係る信号波形を示す波形図である。 第１０実施形態に係る信号波形を示す波形図である。 第１１実施形態に係る信号波形を示す波形図である。 第１２実施形態に係る信号波形を示す波形図である。

複数の実施形態が、図面を参照しながら説明される。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

図１において、内燃機関用回転電機は、回転電機１０と呼ばれる。回転電機１０は、内燃機関用発電電動機を提供する。回転電機１０は、発電電動機、または交流発電機スタータ（ＡＣ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｔａｒｔｅｒ）とも呼ばれる。回転電機１０は、発電機および電動機として機能することができ、それらのいずれかとして選択的に機能させられる。回転電機１０の用途の一例は、内燃機関１２の発電電動機である。内燃機関１２は、例えば、乗り物の動力源として利用される。乗り物は、車両、船舶、または航空機であり、典型的な一例は、鞍乗り型車両である。乗り物は、アミューズメント機器、または、シミュレーション機器を含む。さらに、内燃機関１２は、発電機、空調装置、または、揚水機など定置型機器の動力源としても利用可能である。内燃機関１２は、４サイクル機関である。

回転電機１０は、インバータ回路（ＩＮＶ）と制御装置（ＥＣＵ）とを含む電気回路１１と電気的に接続されている。回転電機１０と電気回路１１とは、後述のセンサ信号を伝達するための信号線１５によって接続されている。回転電機１０と電気回路１１とは、発電機としての出力電力、または、電動機としての入力電力を伝達するための電力線１６によって接続されている。電気回路１１は、多相の電力変換回路を提供する。

電気回路１１は、回転電機１０が発電機として機能するとき、出力される交流電力を整流し、バッテリを含む電気負荷に電力を供給する整流回路を提供する。電気回路１１は、回転電機１０から供給される点火制御用の基準位置信号を受信する信号処理回路を提供する。電気回路１１は、点火制御を実行する点火制御器を提供してもよい。電気回路１１は、回転電機１０を電動機として機能させる駆動回路を提供する。電気回路１１は、回転電機１０を電動機として機能させるための回転位置信号を回転電機１０から受信する。電気回路１１は、検出された回転位置に応じて回転電機１０への通電を制御することにより回転電機１０を電動機として機能させる。

回転電機１０は、内燃機関１２に組み付けられている。内燃機関１２は、ボディ１３と、ボディ１３に回転可能に支持され、内燃機関１２と連動して回転する回転軸１４とを有する。回転電機１０は、ボディ１３と回転軸１４とに組み付けられている。ボディ１３は、内燃機関１２のクランクケース、ミッションケースなどの構造体である。回転軸１４は、内燃機関１２のクランク軸、またはクランク軸と連動する回転軸である。回転軸１４は、内燃機関１２が運転されることによって回転する。

回転軸１４は、回転電機１０を発電機として機能させるように回転電機１０を回転させる。回転軸１４は、回転電機１０が電動機として機能するとき、回転電機１０の回転によって内燃機関１２を始動可能な回転軸である。また、回転軸１４は、回転電機１０が電動機として機能するとき、回転電機１０の回転によって内燃機関１２の回転を支援（アシスト）することができる回転軸である。

回転電機１０は、ロータ２１と、ステータ３１と、センサユニット３７とを有する。ロータ２１は、界磁子である。ステータ３１は、電機子である。以下の説明において、軸方向ＡＤの語は、ステータ３１を円筒体とみなした場合の中心軸の方向を意味する。径方向ＲＤの語は、ステータ３１を円筒体とみなした場合の直径方向を意味する。

ロータ２１は、全体がカップ状である。ロータ２１は、その開口端をボディ１３に向けて位置付けられている。ロータ２１は、回転軸１４の端部に固定されている。ロータ２１と回転軸１４とは、キー嵌合などの回転方向の位置決め機構を介して連結されている。ロータ２１は、固定ボルト２５によって回転軸１４に締め付けられることによって固定されている。ロータ２１は、内燃機関１２に直結されている。ロータ２１は、回転軸１４とともに回転する。ロータ２１は、永久磁石によって界磁、すなわち回転界磁を提供する。

ロータ２１は、カップ状のロータコア２２を有する。ロータコア２２は、内燃機関１２の回転軸１４に連結される。ロータコア２２は、回転軸１４に固定される内筒と、内筒の径方向外側に位置する外筒と、内筒と外筒との間に拡がる環状の底板とを有する。ロータコア２２は、後述する永久磁石のためのヨークを提供する。ロータコア２２は、磁性金属製である。

ロータ２１は、ロータコア２２の内面に配置された永久磁石２３を有する。永久磁石２３は、外筒の内側に固定されている。永久磁石２３は、径方向内側に配置された保持カップ２４によって軸方向ＡＤおよび径方向ＲＤに関して固定されている。保持カップ２４は、薄い非磁性金属製である。保持カップ２４は、ロータコア２２に固定されている。

永久磁石２３は、複数のセグメントを有する。それぞれのセグメントは、部分円筒状である。永久磁石２３は、その内側に、複数のＮ極と複数のＳ極とを提供する。永久磁石２３は、少なくとも界磁を提供する。永久磁石２３は、１２個のセグメントによって、６対のＮ極とＳ極、すなわち１２極の界磁を提供する。磁極の数は、他の数でもよい。界磁は、発電用、または、電動機用の界磁磁極とも呼ばれる。永久磁石２３は、点火制御のための基準位置を示す基準磁極を提供する。基準磁極は、点火制御のための基準位置信号を提供する。基準磁極は、界磁のための磁極配列とは異なる部分的な磁極によって提供される。基準磁極は、特殊磁極、または、変則着磁部とも呼ばれる。

ステータ３１とボディ１３とは、固定ボルト３４を介して連結されている。ステータ３１は、複数の固定ボルト３４によってボディ１３に締め付けられることによって固定されている。ステータ３１は、ロータ２１とボディ１３との間に配置されている。ステータ３１は、ロータ２１の内面とギャップを介して対向する外周面を有する。ステータ３１は、ボディ１３に固定される。

ステータ３１は、ステータコア３２を有する。ステータコア３２は、内燃機関１２のボディ１３に固定されることによってロータ２１の内側に配置される。ステータコア３２は、複数のティースを有する。ひとつのティースは、ひとつの磁極を提供する。ステータコア３２は、外突極型の鉄心を提供する。

ステータ３１は、ステータコア３２に巻回されたステータコイル３３を有する。ステータコイル３３は、電機子巻線を提供する。ステータコア３２とステータコイル３３との間には電気絶縁性の樹脂製のインシュレータ３６が配置されている。インシュレータ３６は、ステータコイル３３のためのボビンを提供する。ステータコイル３３は、多相巻線である。ステータコイル３３は、三相巻線である。ステータコイル３３は、ロータ２１およびステータ３１を発電機または電動機として選択的に機能させることができる。

センサユニット３７は、内燃機関用回転位置検出装置を提供する。センサユニット３７は、内燃機関１２に連動する回転電機１０に設けられている。センサユニット３７は、回転電機１０のステータコア３２に設けられている。センサユニット３７は、ステータ３１に固定されている。センサユニット３７は、ステータコア３２の端面ＳＤ１に固定されている。センサユニット３７は、ステータコア３２とボディ１３との間に配置されている。センサユニット３７は、ロータ２１に設けられた永久磁石２３が供給する磁束を検出することによりロータ２１の回転位置を示す電気信号を出力する。センサユニット３７は、永久磁石２３が提供する基準磁極の位置によって点火制御のための基準位置を検出する。ロータ２１の回転位置は、回転軸１４の回転位置でもある。よって、ロータ２１の回転位置を検出することにより、点火制御のための基準位置信号を得ることができる。センサユニット３７は、永久磁石２３が提供する界磁磁極の交番によって電動機としての制御のための回転位置を検出する。

センサユニット３７は、単センサ３８を有する。単センサ３８は、隣接する２つの磁極３５の間に配置されている。単センサ３８は、永久磁石２３の磁束変化を検出することによりロータ２１の回転位置を検出する。単センサ３８は、永久磁石２３が提供する界磁磁極と、基準磁極との両方に反応する。単センサ３８は、電動機制御用のセンサと、点火制御用のセンサとの両方を提供する。単センサ３８は、ホール効果素子である。

センサユニット３７は、単センサ３８を収容するためのカバー４１を備える。カバー４１は、単センサ３８を保護する鞘を提供する。カバー４１は、センサユニット３７の本体から指状、または、棒状に突出している。

この明細書における電気回路１１は、制御装置を備える。制御装置は、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる場合がある。制御装置、または制御システムは、（ａ）ｉｆ－ｔｈｅｎ－ｅｌｓｅ形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または（ｂ）機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。

制御装置は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ（ハードウェアプロセッサ）を含む。ハードウェアプロセッサは、下記（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）により提供することができる。

（ｉ）ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＲＩＳＣ－ＣＰＵなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび／またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。

（ｉｉ）ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット（ゲート回路）を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＳｏＣ：Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ、ＰＧＡ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＣＰＬＤ：Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび／またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。

（ｉｉｉ）ハードウェアプロセッサは、上記（ｉ）と上記（ｉｉ）との組み合わせである場合がある。（ｉ）と（ｉｉ）とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、（ｉｉ）の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。

制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。

この開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

図２において、理解を助けるために、電力線１６は破線によって透視状態として図示されている。センサユニット３７は、ステータ３１の複数の磁極３５に沿って径方向に延在するように配置されている。センサユニット３７は、ゴム製またはエラストマ製のブッシュ３７ａを有する。信号線１５は、ブッシュ３７ａを通過して、センサユニット３７の中に引き込まれている。信号線１５は、センサユニット３７内の電気回路部品を経由して単センサ３８に接続されている。

回転電機１０は、信号線１５、および電力線１６を保持するための保持部材としてのブラケット５１を有する。ブラケット５１は、ステータ３１に固定されている。ブラケット５１は、曲げ加工された金属板によって提供されている。ブラケット５１は、樹脂製でもよい。ブラケット５１は、例えば、樹脂成形品によって提供することができる。ブラケット５１は、信号線１５だけ、または、電力線１６だけを保持してもよい。

図３において、センサユニット３７は、電気回路部品としての基板４２と、基板４２に実装された電気素子、および電線などを含む。単センサ３８は、リード線４３を有するスルーホールマウントデバイス（ＴＭＤ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）である。単センサ３８は、リード線４３を介して基板４２に接続されている。基板４２は、信号線１５に接続されている。基板４２は、プリント基板、または、フレキシブル基板によって提供されている。

図４において、ロータ２１は、永久磁石２３を備える。永久磁石２３は、複数の磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備える。永久磁石２３は、ステータ３１に向けて対向する面（径方向内面）における着磁態様が異なる３種類の磁石を含む。永久磁石２３は、Ｓ極としての界磁磁極２６を提供する複数の磁石２３ａを備える。磁石２３ａは、第１磁石とも呼ばれる。永久磁石２３は、Ｎ極としての界磁磁極２６を提供する複数の磁石２３ｂを備える。磁石２３ｂは、第２磁石とも呼ばれる。さらに、永久磁石２３は、磁石２３ｃを備える。磁石２３ｃは、第３磁石とも呼ばれる。磁石２３ｃは、Ｓ極としての界磁磁極２６と、基準磁極２７との両方を提供する。基準磁極２７は、ひとつの界磁磁極２６の範囲内に形成されている。基準磁極２７は、磁石２３ｃの径方向内面に島状にあらわれている。基準磁極２７の全周囲は、界磁磁極２６によって囲まれている。よって、基準磁極２７は、ひとつの界磁磁極２６の中に形成され、あらわれている。基準磁極２７は、少なくとも周方向に関して、磁石２３ｃの径方向内面における中央部に位置している。言い換えると、周方向に関して、基準磁極２７の両側にひとつの界磁磁極の極性があらわれている。基準磁極２７は、軸方向に関しても、磁石２３ｃの径方向内面における中央部に位置している。界磁磁極２６および基準磁極２７は、ステータ３１と対向する径方向内面に形成されている。

磁石２３ａ、磁石２３ｂ、および、磁石２３ｃは、界磁磁極２６の極性がロータ２１の周方向に沿って交互に交番するように配置されている。磁石２３ａと磁石２３ｂとが逆の極性をもつ界磁磁極２６を提供する場合、磁石２３ｃは、Ｎ極としての界磁磁極２６と、基準磁極２７とを提供する。複数の界磁磁極２６と、基準磁極２７とは、軌道２９に沿って配置されている。

単センサ３８は、ステータ３１に配置されている。単センサ３８は、界磁磁極２６と、基準磁極２７との両方を検出してセンサ信号を生成する。単センサ３８は、軌道２９に配置されている。ロータ２１は回転方向ＲＴに沿って回転移動する。ステータ３１は静止している。この結果、単センサ３８の上を、複数の界磁磁極２６と、ひとつの基準磁極２７とが順に通過する。単センサ３８は、複数の界磁磁極２６と、ひとつの基準磁極２７とに対応するセンサ信号ＳＧを出力する。

センサ信号ＳＧは、波形整形されたパルス波である。センサ信号ＳＧは、ハイＨとローＬとに交互に交番する。センサ信号ＳＧは、複数の界磁磁極２６に応答して交番している。センサ信号ＳＧは、複数の界磁磁極２６に対応する基本パルス期間Ｔ２６を規定している。基本パルス期間Ｔ２６は、３０（°ＣＡ）に相当する。さらに、センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に応答して交番している。センサ信号ＳＧは、基準磁極２７と、その前後における界磁磁極２６とに対応する短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の短パルス波形を含む。短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３に設定されている。センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に起因して期間が等しい複数の短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を含む。短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、基本パルス期間Ｔ２６より短い。よって、センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に起因して期間が異なる複数のパルスを含む（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＜Ｔ２６）。

電気回路１１は、基本パルス期間Ｔ２６と、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とを比較することにより、基準磁極２７の到来を検出する。基本パルス期間Ｔ２６と、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３との比率は、内燃機関１２の回転数が変動する期間においても、基準磁極２７の検出を可能とするように設定されている。比率は、例えば、内燃機関１２を始動するためのクランキング期間、および、内燃機関１２が自己の燃焼による回転を開始する起動期間においても、基準磁極２７の検出を可能とするように設定されている。

図５は、回転電機１０と内燃機関１２とがクランクシャフトにおいて直結されているシステムにおける回転電機１０と内燃機関１２との挙動を示している。横軸は、クランク角（°ＣＡ）である。縦軸は、内燃機関１２をクランキングする場合に要するトルクＣＬＴＱ（Ｎ・ｍ）を示す。一点鎖線は、ロータ２１の回転位置（回転角）を示す。ＲＥＦ－Ｐ、および、ＲＥＦ－Ｉは、基準磁極２７の立ち上がりエッジ、または、立ち下がりエッジによって規定される基準位置を示す。基準位置ＲＥＦ－Ｐ、ＲＥＦ－Ｉは、６０（°ＣＡ）付近と、４２０（°ＣＡ）付近とに設定されている。ＳＴＢＹは、停止位置目標範囲を示す。停止位置目標範囲は、スタンバイ範囲とも呼ばれる。

内燃機関１２は、２回転（７２０（°ＣＡ））で一連の行程を完了する。ピストンは、下降行程ＤＮと、上昇行程ＵＰとを繰り返す。燃焼行程ＰＯＷ、排気行程ＥＸＴ、吸気行程ＩＮＴ、および圧縮行程ＣＯＭは、内燃機関１２の吸排気弁の開閉タイミングによって規定されている。それらは、下降行程ＤＮおよび上昇行程ＵＰに対してやや進角している。

内燃機関１２を正回転させる場合、トルクＣＬＴＱは、実線で示す正方向トルクＦＷＴＱのように変動する。クランキングトルクＣＬＴＱは、正方向トルクＦＷＴＱにおいては、圧縮上死点に向かう過程において極大値を迎える。回転電機１０の正回転は、正方向トルクＦＷＴＱにおける極大値によって阻止され、回転電機１０は停止する場合がある。

内燃機関１２を逆回転させる場合、トルクＣＬＴＱは、破線で示す逆方向トルクＲＶＴＱのように変動する。クランキングトルクＣＬＴＱは、逆方向トルクＲＶＴＱにおいては、逆回転によって圧縮上死点に向かう過程において極大値を迎える。回転電機１０の逆回転は、逆方向トルクＲＶＴＱにおける極大値によって阻止され、回転電機１０は停止する場合がある。内燃機関１２を逆回転させる場合、燃焼行程ＰＯＷにおける下降行程ＤＮでは、ピストンが上昇するからである。言い換えると、内燃機関１２を始動させるための始動シーケンスにおける初期段階では、回転電機１０への通電量は、発生トルクがクランキングトルクＣＬＴＱの極大値を越えないように制限状態に制御される。この制限状態は、回転電機１０が正回転する場合も、逆回転する場合も同じである。始動シーケンスにおける終期段階では、回転電機１０への通電量は、発生トルクがクランキングトルクＣＬＴＱの極大値を越えるように制御される。さらに、基準位置ＲＥＦ－Ｐ、ＲＥＦ－Ｉは、正方向トルクＦＷＴＱの極大値と逆方向トルクＲＶＴＱの極大値との間において、少なくともひとつの基準位置が観測されるように設定されている。基準位置ＲＥＦ－Ｐ、ＲＥＦ－Ｉは、正方向トルクＦＷＴＱの極大値と逆方向トルクＲＶＴＱの極大値との間において、両方の基準位置が観測されるように設定されていることが望ましい。この実施形態では、初期段階は、スタンバイ位置制御によって提供される。

この実施形態では、内燃機関１２を始動させる場合、内燃機関１２は、一度は必ず停止位置目標範囲に回転するように制御される。この制御は、オープンループ（Ｏｐｅｎ Ｌｏｏｐ）制御である直流通電と、強制転流によって実行される。この制御は、スタンバイ位置制御である。スタンバイ位置制御の間に、回転方向情報が取得される。さらに、回転方向情報に基づいて、単センサ３８を利用したクローズドループ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ）制御である同期転流制御が実行される。

スタンバイ位置制御における回転電機１０の挙動（内燃機関１２の挙動）として、下記の４つの場合が考えられる。

（１）第１初期位置ＳＴ１＋正回転
回転電機１０が初期位置ＳＴ１から正回転する場合、回転電機１０は正方向トルクＦＷＴＱによって停止する。回転電機１０は、初期位置ＳＴ１から、中間位置ＳＴ３に到達する。この間に、回転方向情報が取得される。初期位置ＳＴ１と中間位置ＳＴ３との間において、基準位置ＲＥＦ－Ｉは観測されない。さらに、初期位置ＳＴ１と中間位置ＳＴ３との間においては、複数の界磁磁極２６を示す複数のエッジが観測される。

（２）第２初期位置ＳＴ２＋正回転
回転電機１０が初期位置ＳＴ２から正回転する場合、回転電機１０は正方向トルクＦＷＴＱによって停止する。回転電機１０は、初期位置ＳＴ２から、中間位置ＳＴ３に到達する。この間に、回転方向情報が取得される。初期位置ＳＴ２と中間位置ＳＴ３との間において、基準位置ＲＥＦ－Ｉが観測される。さらに、初期位置ＳＴ２と中間位置ＳＴ３との間においては、基準位置ＲＥＦ－Ｉが観測された後に、複数の界磁磁極２６を示す複数のエッジが観測される。

（３）第３初期位置ＳＴ３＋逆回転
回転電機１０が初期位置ＳＴ３から逆回転する場合、回転電機１０は逆方向トルクＲＶＴＱによって停止する。回転電機１０は、初期位置ＳＴ３から、スタンバイ位置ＳＢＰに到達する。この間に、回転方向情報が取得される。初期位置ＳＴ３とスタンバイ位置ＳＢＰとの間において、基準位置ＲＥＦ－Ｉが観測される。基準位置ＲＥＦ－Ｉが観測された後に、複数の界磁磁極２６を示す複数のエッジが観測される。さらに、スタンバイ位置ＳＢＰに到達する場合、基準位置ＲＥＦ－Ｐが最後に観測される。ただし、基準位置ＲＥＦ－Ｉが最後に観測された後は、界磁磁極２６を示すエッジは観測されないか、または制限された数のエッジだけが観測される。制限された数は、圧縮上死点と基準位置との間隔、および、ロータ２１の磁極数によって規定されている。この実施形態では、制限された数は、２である。

（４）第４初期位置ＳＴ４＋逆回転
回転電機１０が初期位置ＳＴ４から逆回転する場合、回転電機１０は逆方向トルクＲＶＴＱによって停止する。回転電機１０は、初期位置ＳＴ４から、スタンバイ位置ＳＢＰに到達する。この間に、回転方向情報が取得される。初期位置ＳＴ４とスタンバイ位置ＳＢＰとの間において、基準位置ＲＥＦ－Ｐが観測される。ただし、基準位置ＲＥＦ－Ｉが最後に観測された後は、界磁磁極２６を示すエッジは観測されないか、または制限された数のエッジだけが観測される。

（１）から（４）の挙動によって、回転電機１０が停止位置目標範囲に到達すると、回転電機１０は内燃機関１２を始動するために、スタンバイ位置ＳＢＰから正回転させられる。このとき、回転電機１０は、単センサ３８を利用したクローズドループ制御である同期転流制御によって駆動される。回転電機１０は、正方向トルクＦＷＴＱを乗り越え、内燃機関１２の始動を可能とする。

図６において、電気回路１１は、回転電機（Ｍ）１０と内燃機関（ＥＮＧ）１２とを制御する制御システムを提供している。制御システムは、回転電機１０によって内燃機関１２を逆回転させる。このような挙動は、スイングバッグ制御とも呼ばれる。回転電機１０は、内燃機関１２を停止位置目標範囲まで回転させる。停止位置目標範囲は、スタンバイ位置範囲とも呼ばれる。制御システムは、回転電機１０によって停止位置目標範囲に内燃機関１２を到達させた後、回転電機１０の回転方向を反転させて正回転にする。制御システムは、回転電機１０を正回転させ、停止位置目標範囲から、内燃機関１２を始動させる。言い換えると、制御システムは、回転電機１０によって内燃機関１２をクランキングするために、助走距離をとって、勢いをもって、圧縮上死点における高いクランキングトルクを乗り越えさせる。電気回路１１は、点火制御部６１を備える。点火制御部６１は、単センサ３８から信号線１５を介してセンサ信号ＳＧを入力し、内燃機関１２の点火を制御し、さらに点火時期を調節する。点火制御部６１は、センサ信号ＳＧに基づいて、基準位置を検出し、内燃機関１２の点火を制御する。点火制御部６１は、内燃機関１２の点火装置を制御する。

電気回路１１は、利用者の操作を入力することにより、内燃機関１２の始動指令を生成する始動スイッチ（ＳＴＳＷ）６２を備える。始動スイッチ６２は、スタータスイッチとも呼ばれる。電気回路１１は、始動スイッチ６２からの始動指令に応答して、予め設定された始動シーケンスを実行する制御部（ＣＮＴ）６３を備える。制御部６３は、単センサ３８から信号線１５を介してセンサ信号ＳＧを入力する。センサ信号ＳＧは、回転位置を示す三相信号のひとつとして入力される。センサ信号ＳＧは、例えば、Ｕ相信号として入力される。電気回路１１は、センサ信号ＳＧに基づいて、三相信号のうちの残る２相の信号を生成する信号生成部（ＳＧＧ）６５を備える。信号生成部６５からの二相と、単センサ３８からの一相とは、三相推定信号とも呼ばれる。信号生成部６５は、例えば、センサ信号ＳＧの２つの立ち上がりエッジと、立ち下がりエッジとに基づいて、周期を推定し、Ｕ相信号に基づいて、Ｖ相信号とＷ相信号とを生成する。制御部６３は、インバータ回路（ＩＮＶ）６４を制御する。インバータ回路６４は、回転電機１０を電動機として機能させる入力電力を生成する。生成された多相電力は、電力線１６を経由して、回転電機１０のステータコイル３３に供給される。始動スイッチ６２と、制御部６３と、インバータ回路６４と、信号生成部６５とは、センサ信号ＳＧに基づいて、ステータコイル３３への通電を制御することによりロータ２１を電動機として回転させる電動機制御部を提供する。

制御部６３は、単センサ３８による電動機制御を可能とするために、スタンバイ位置制御部（ＳＴＢＣ）６６と、回転方向情報取得部（ＲＤＩＣ）６７と、同期転流制御部（ＳＹＭＣ）６８とを備える。

スタンバイ位置制御部６６は、始動スイッチ６２から始動指令を受けると、内燃機関１２のクランキングトルクの極大値を越えないようにロータ２１を回転させる。スタンバイ位置制御部６６は、ブラシレスモータとしての回転電機１０を直流励磁と強制転流とによって起動する。さらに、スタンバイ位置制御部６６は、センサ信号ＳＧを含む三相推定信号に基づいて、回転電機１０を回転させる。スタンバイ位置制御部６６は、１２０度通電を実行する。このとき、スタンバイ位置制御部６６は、回転電機１０が制限されたトルクを出力するように入力電力を制限する制限部を提供する。制限された発生トルクは、内燃機関１２に直結された回転電機１０を先行圧縮上死点と後続圧縮上死点との間において回転させることを許容する。しかし、制限された発生トルクは、回転電機１０が、先行圧縮上死点と後続圧縮上死点とを乗り越えて回転することを禁止する。すなわち、制限された発生トルクは、内燃機関１２の複数の行程を含む一周期の中の一部においてのみ、回転電機１０の回転を許容する。制限された発生トルクは、複数の周期にまたがって回転電機１０が回転することを禁止する。

回転方向情報取得部６７は、スタンバイ位置制御部６６により回転電機１０が回転する期間において回転電機１０を正方向に回転させるための通電パターンを取得する。この実施形態では、回転方向情報取得部６７は、スタンバイ位置制御部６６による回転電機１０の挙動に基づいて、回転電機１０を正方向に回転させるための通電パターンを取得する。回転電機１０の挙動は、内燃機関１２のクランキングトルクＣＬＴＱによって規定されるロータ２１の停止位置と、ロータ２１の回転方向とを含む。言い換えると、回転方向情報取得部６７は、スタンバイ位置制御部６６によって回転電機１０が停止した位置から、回転電機１０を正方向に回転させるための通電パターンを特定する。回転方向情報取得部６７は、ロータ２１を停止位置目標範囲（スタンバイ範囲）ＳＴＢＹに向けて制御した通電パターンと逆の通電パターンを正回転に回転させるための通電パターンとして特定する。通電パターンは、ステータコイル３３に供給される多相電力を転流するパターンである。通電パターンは、転流シーケンスとも呼ばれる。

同期転流制御部６８は、回転方向情報取得部６７によって特定された通電パターンに基づいて、センサ信号ＳＧに応じたクローズドループ制御によりステータコイル３３に供給する多相電力を転流する。これにより、同期転流制御部６８はロータ２１を回転させる。同期転流制御部６８は、三相推定信号に基づいて回転電機１０をスタータモータとして回転させる。同期転流制御部６８は、回転電機１０が、圧縮上死点とを乗り越えて回転するように入力電力を制御する。同期転流制御部６８は、１８０度通電を実行する。言い換えると、同期転流制御部６８は、内燃機関１２を始動するための通電制御を実行する。

図７において、１２０度通電におけるＵ相電流と、１８０度通電におけるＵ相電流とが図示されている。１２０度通電は、１２０度矩形波通電とも呼ばれる。１８０度通電は、１８０度矩形波通電とも呼ばれる。１８０度通電に代えて、１８０度正弦波通電、または、１８０度疑似正弦波通電が実行されてもよい。

図８は、電気回路１１に含まれるプロセッサによって実行される制御処理１７０を示す。ステップ１７１では、準備処理が実行される。準備処理は、ステップ１７２と、ステップ１７３とを含む。ステップ１７２では、スタンバイ位置制御処理が実行される。ステップ１７２は、スタンバイ位置制御部６６を提供する。ステップ１７３では、回転方向情報取得処理が実行される。ステップ１７３では、スタンバイ位置制御に伴う回転電機１０の挙動に基づいて、ロータ２１の回転方向を示す情報が取得される。ステップ１７３では、例えば、基本パルス期間Ｔ２６と短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３との比較に基づいて、ロータ２１の回転方向を示す情報が取得される。ステップ１７３は、回転方向情報取得部６７を提供する。ステップ１７４では、ステップ１７３において取得された回転方向情報に基づいて、スタンバイ位置から回転電機１０を正回転させる通電パターンが特性される。ステップ１７５では、１８０度通電制御が実行される。この結果、回転電機１０は内燃機関１２を始動させるように力強く回転する。ステップ１７６では、内燃機関１２の始動が完了したか否かが判定される。ステップ１７６において、内燃機関１２が始動していない場合、ステップ１７５が繰り返される。ステップ１７６において、内燃機関１２の始動が完了した場合、処理を終了する。ステップ１７５、およびステップ１７６は、単センサ３８からのセンサ信号ＳＧに応じて実行される、ステップ１７５、およびステップ１７６は、同期転流制御部６８を提供する。

図９は、ステップ１７１の詳細を示す。ステップ１７１では、ステータコイル３３の三相巻線に対して、直流通電が実行される。直流通電は、限られた時間だけ、三相巻線のうち二相巻線に直流を通電する制御である。直流通電により、回転電機１０は正方向または逆方向へ回転する。この直流通電は、センサ信号ＳＧによって界磁磁極２６の切り替わりが検出されるまで繰り返される。

ステップ１８２では、三相推定信号を生成する処理が実行される。ここでは、センサ信号ＳＧをひとつの相として、所定の位相差をもつ残る二相が生成される。三相推定信号は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する。ステップ１８２は、信号生成部６５を提供する。ステップ１８３では、三相推定信号に基づいて複数の通電パターン（転流パターン）が生成される。複数の通電パターンは、正回転のための通電パターンと、逆回転のための通電パターンとを含む。ステップ１８４では、生成された複数の通電パターンのいずれかひとつが選択される。ここでは、すでに選択された通電パターンがある場合、通電パターンが切り替えられる。ステップ１８５では、選択された通電パターンに基づいて、１２０度通電が実施される。ステップ１８６では、センサ信号ＳＧから界磁磁極２６の切り換わりを示すエッジが検出されたか否かが判定される。エッジが検出されない場合、回転電機１０が回転していない。この場合、ステップ１８４へ戻り、通電パターンが切り替えられる。ステップ１８１－１８６の処理により、回転電機１０は、正方向または逆方向に向けて継続的に回転させられる。

ステップ１８７では、ロータ２１が停止したか否かが判定される。ステップ１８１－１８６によって提供される１２０度通電は、回転電機１０の出力トルクを制限する処理でもある。ステップ１８７は、回転電機１０が正方向トルクＦＷＴＱまたは逆方向トルクＲＶＴＱによって停止したか否かを判定する。ロータ２１が停止するまで、ステップ１８５による１２０度通電は継続される。ロータ２１が停止した場合、処理は、ステップ１８８へ進む。

ステップ１８８では、ステップ１８１－ステップ１８７の過程において基準磁極の波形が検出されたか否かが判定される。基準磁極が検出されてない場合、上述の「（１）第１初期位置ＳＴ１＋正回転」の場合であると判定できる。この場合、回転電機１０は、第３初期位置ＳＴ３にあると考えられる。この場合、処理は、ステップ１８２に戻る。ステップ１８４では、回転電機１０を逆回転させる通電パターンが選択される。この結果、回転電機１０は、第３初期位置ＳＴ３からスタンバイ位置ＳＢＰに回転させられる。ステップ１８８における判定がＹＥＳの場合、処理は、ステップ１８９に進む。

ステップ１８９では、エッジ数Ｎと閾値Ｐｔｈとが比較される。エッジ数Ｎは、ステップ１８１－ステップ１８７の過程において最後に検出された基準磁極の後に、さらに検出されたエッジ数Ｎである。閾値Ｐｔｈは、界磁磁極２６の数、および、基準磁極２７の位置に応じて設定される予め設定された数値である。基準磁極２７の位置は、回転電機１０が逆方向に回転した後に、適正な数のエッジが観測されるように設定されている。同時に、基準磁極２７の位置は、点火時期制御が高精度で実行されるように設定されている。この実施形態では、Ｐｔｈ＝２である。

エッジ数Ｎが、閾値Ｐｔｈを超える場合（Ｎ＞Ｐｔｈ）、上述の「（２）第２初期位置ＳＴ２＋正回転」の場合であると判定できる。この場合、回転電機１０は、第３初期位置ＳＴ３にあると考えられる。この場合、処理は、ステップ１８２に戻る。ステップ１８４では、回転電機１０を逆回転させる通電パターンが選択される。この結果、回転電機１０は、第３初期位置ＳＴ３からスタンバイ位置ＳＢＰに回転させられる。

エッジ数Ｎが、閾値Ｐｔｈ以下である場合（Ｎ＝Ｐｔｈ、Ｎ＜Ｐｔｈ）、上述の「（３）第３初期位置ＳＴ３＋逆回転」、または、「（４）第４初期位置ＳＴ４＋逆回転」の場合であると判定できる。この場合、回転電機１０は、スタンバイ位置ＳＢＰに到達していると考えられる。この場合、処理は、ステップ１７４に進む。ステップ１７４－ステップ１７６の処理により、回転電機１０はスタータモータとして高トルクを発生するように駆動され、内燃機関１２を始動させる。

電気回路１１が提供する制御装置は、以下の処理を実行する。まず、制御装置は、他のパルスより充分短いパルス信号（Ｈでも、Ｌでもよい）が単センサ３８から出力されると、基準位置信号、すなわち点火制御用のトリガ信号（点火トリガ）が発生したと判定する。制御装置は、一度でも点火トリガを認識すると、再度の点火トリガはカウンタを用いて発生させる。言い換えると、点火トリガの位置、すなわち基準磁極の位置は、カウンタに記憶させることができる。内燃機関１２が始動された後は、カウンタなどによって記憶されている点火トリガの位置に基づき点火制御を実行することができる。なお、このような場合であっても、基準磁極によって示される点火トリガの位置は、センサ信号ＳＧに基づいて定期的に確認されることが望ましい。確認方法は、点火トリガを示すパルス波の時間が、あらかじめ設定された値より短いことを確認する。また、確認方法は、点火トリガを示すパルス波以外の複数のパルス波の時間の変化率と、点火トリガを示すパルス波を含む時間の変化率とを比較してもよい。

回転電機１０の回転速度の変化は、点火トリガ以外のエッジ間の時間の変化率で認識することができる。内燃機関１２が始動される時のような、回転速度の上昇時において、他のパルスより充分短い基準磁極のパルスの識別は、回転開始後予め設定される回転速度の上昇加速度に伴う１パルス当たりの時間減少幅よりも短い時間の波形が入ったことをもって実行することができる。

回転電機１０の電動機としての制御は、単センサ３８からのセンサ信号ＳＧを基準波形として予め設定したひとつの相の通電を実行し、他の相は基準波形を演算処理して通電を実行する。例えば、センサ信号ＳＧにＵ相の通電を同期させた場合、他のＶ相とＷ相は、センサ信号ＳＧに対して電気角１２０度ずつずらした通電を実行する。なお、センサ信号ＳＧは、基準磁極を示すパルスを含んでいるので、このパルスに対応した転流を実行すると不具合を生じる場合がある。不具合は、例えば、電動機としての出力トルクの低下、および／または、出力トルクの脈動の増大を含む。制御装置は、基準磁極を示すパルスを判断できるので、基準磁極の位置では転流を禁止することが望ましい。

回転電機１０が基準磁極が検出される位置で停止している場合、界磁磁極２６が規定する本来の電動機としての通電位相と反対になることがある。これでは、電動機として機能させることができない。そこで、所定時間の通電でも回転電機１０が回転しない場合、つまりセンサ信号ＳＧが反転しない場合には、通電を一旦停止させて、逆位相の通電を実行することができる。

始動スイッチ６２から始動指令が入力されると、オープンループ制御による直流通電処理が実行される。始動スイッチ６２から始動指令が入力された時の単センサ３８のセンサ信号が観測される。このセンサ信号に対応する予め設定された通電パターンを用いて所定のごく短い時間だけ、回転電機１０に通電し回転力が付与された後、通電が遮断される。この処理が、直流通電処理である。オープンループ制御による回転方向は、不定である。回転電機１０が回転し、ロータ２１の慣性によってロータ２１がさらに回転する間、センサ信号がさらに観測される。単センサ３８が界磁磁極２６または基準磁極２７に到達すると、センサ信号に立ち下がり、または、立ち上がりのエッジ（Ｈ→Ｌ、または、Ｌ→Ｈ）が発生する。エッジの信号が入れば制御システムは、回転電機１０が回転し始めたことを認識する。制御システムは、単センサ３８によるセンサ信号ＳＧに基づいて、最初に観測されたエッジに応じた通電パターンに転流を行う。制御システムは、再度通電して回転電機１０に回転力を付与する。始動指令後の最初の通電と同じように、ごく短い時間だけ通電し、その後遮断することでロータ２１の慣性で回転が維持されて次のエッジが発生する。２つ目のエッジが観測されたことにより、先のエッジと、後のエッジとの間の時間から、次の転流タイミングを演算で求めることができる。よって通電後すぐ遮断する工程を終え、センサ信号ＳＧに同期した通電へと移行する。以後は、同期転流制御が実行される。

なお、回転電機１０は、必ずしも逆回転しているとは限らないので、回転方向の判断が必要となる。この実施形態では、基準磁極を示す波形が３６０（°ＣＡ）の範囲において一度は必ず観測される（条件１）。また、正回転において圧縮上死点に向かう所定範囲、および、逆回転において圧縮上死点に向かう所定範囲では、クランキングトルクが大きい。このため、直流通電、または、１２０度通電では、内燃機関１２は、圧縮上死点を乗り越えることができないから、停止する（条件２）。所定範囲は、例えば、正回転の場合も、逆回転の場合も、圧縮上死点前１２０（°ＣＡ）程度の範囲である。これら２つの条件（条件１および条件２）によって、正回転と、逆回転とを判定することができる。

例えば、この実施形態では、基準磁極は、上死点後６０（°ＣＡ）に設定することができる。この場合、以下のように考えることができる。回転電機１０は、クランキングトルクによって停止させられるまで回転させられる。この場合、最後の基準磁極が観測されてから、回転電機１０が停止するまでのエッジの数によって正回転と逆回転とが判定される。エッジの数が閾値Ｐｔｈ以下であれば逆回転である。エッジの数が閾値Ｐｔｈを超えれば正回転である。基準磁極が上死点後６０（°ＣＡ）に設定され、ロータ２１が１２極である場合、閾値Ｐｔｈは、２である。

以上に述べた実施形態によると、単センサ３８を備える内燃機関用回転電機が提供される。単センサ３８は、ステータ３１における専有面積が小さく、ステータ３１からの放熱性能向上に貢献する。単センサ３８は、信号線１５の小型にも貢献する。単センサ３８は、信号線１５を容易に敷設することを可能とする。単センサ３８は、信号線１５の保持を容易とする。

さらに、この実施形態により、単センサ３８によって、点火時期制御と、電動機としての制御との両方が提供される。しかも、界磁磁極２６の幅を維持したままで、界磁磁極２６の中に基準磁極２７を設けるから、電動機としての制御に利用しやすい波形が得られる。界磁磁極２６の幅を示す波形（エッジ）が得られることで、高い制度で電動機としての制御が実行される。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、単センサ３８は、ＴＭＤによって提供されている。これに代えて、単センサ３８は、ＳＭＤによって提供されてもよい。

図１０において、センサユニット３７は、電気回路部品としての基板２４２を有する。基板２４２は、その表面または内部に実装された電気素子、および電線などを含む。単センサ３８は、サーフェスマウントデバイス（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）である。単センサ３８は、基板２４２上に搭載されている。基板２４２は、カバー４１の内部に配置されている。この実施形態によると、単センサ３８がカバー４１の中に確実に保持される。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、センサユニット３７は、ステータ３１に沿って径方向に延在している。これに代えて、センサユニット３７は、カバー４１だけによって提供することができる。

図１１において、センサユニット３３７は、カバー４１だけによって提供されている。単センサ３８は、ＳＭＤである。この実施形態によると、小型のセンサユニット３３７が提供される。

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、センサユニット３７と信号線１５とは、固定的に接続されている。これに代えて、センサユニット３７と信号線１５とは、コネクタ４４５によって着脱可能に連結されていてもよい。

図１２において、センサユニット３７と信号線１５とは、コネクタ４４５によって接続されている。コネクタ４４５は、着脱可能である。この実施形態によると、センサユニット３７、または、信号線１５を配置する作業が容易な回転電機１０が提供される。

第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、センサユニット３７、３３７は、それ自体がステータ３１に固定されている。これに代えて、センサユニット３７、３３７は、ブラケット５１によってステータ３１に固定されていてもよい。

図１３において、ブラケット５１は、センサ保持部５５２を有する。センサ保持部５５２は、ブラケット５１から連続する突出片によって提供されている。ブラケット５１が金属板によって提供されている場合、突出片は金属板である。突出片は、補強リブを有する金属片によって提供されてもよい。ブラケット５１が樹脂製である場合、突出片は樹脂製である。センサ保持部５５２は、センサユニット５３７を保持している。センサユニット５３７は、カバー４１を有する。カバー４１は、単センサ３８を複数の磁極３５の間に保持している。この実施形態によると、ブラケット５１は、信号線１５、および／または、電力線１６を保持するとともに、単センサ３８を所定の位置に位置付ける。この実施形態によると、多機能のブラケット５１が提供される。ブラケット５１に複数の機能を集約することができる。さらに、ステータ３１上へ固定される部品数が抑制される。これにより、ステータ３１の上に広い露出面が提供される。また、別の観点では、製造が容易な回転電機１０が提供される。

第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、単センサ３８は、センサユニット３７、３３７、５３７によって保持されている。これに代えて、単センサ３８は、インシュレータ３６に保持されていてもよい。

図１４において、単センサ３８は、インシュレータ３６が提供するボビンの鍔部分６４１に配置されている。鍔部分６４１は、単センサ３８を保持するカバーを提供する。この実施形態によると、インシュレータ３６を利用して単センサ３８が配置される。さらに、ステータ３１上へ固定される部品数が抑制される。これにより、ステータ３１の上に広い露出面が提供される。また、別の観点では、製造が容易な回転電機１０が提供される。

第７実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、単センサ３８は、径方向に関して永久磁石２３に対向して配置されている。これに代えて、単センサ３８は、軸方向に関して永久磁石２３に対向して配置されていてもよい。

図１５において、単センサ３８は、永久磁石２３の軸方向に配置されている。センサユニット３７は、単センサ３８を保持するためのカバー７４１を備える。カバー７４１は、ステータ３１から径方向に突出するように位置づけられている。カバー７４１は、単センサ３８を永久磁石２３の軸方向端面に対向するように位置づけている。

図１６において、図１５の矢印ＸＶＩ方向から見た平面図が図示されている。複数の磁石２３ａ、２３ｂは、部分円筒状の磁石の軸方向端面に界磁磁極２６ａ、２６ｂが現れるように着磁されている。磁石７２３ｃは、部分円筒状の磁石の軸方向端面に界磁磁極２６ａ、および、基準磁極２７があらわれるように着磁されている。この実施形態でも、基準磁極２７は、ひとつの界磁磁極２６の範囲内に形成されている。言い換えると、周方向に関して、基準磁極２７の両側にひとつの界磁磁極の極性があらわれている。界磁磁極２６および基準磁極２７は、軸方向端面に形成されている。複数の磁石２３ａ、２３ｂ、７２３ｃの径方向内面には、複数の界磁磁極２６ａ、２６ｂだけがあらわれている。ロータ２１が回転すると、複数の界磁磁極２６と基準磁極２７が単センサ３８を順に通過する。複数の界磁磁極２６と基準磁極２７とは、単センサ３８を通過する磁束を変化させる。この結果、単センサ３８は、センサ信号ＳＧを出力する。この実施形態によると、複数の磁石２３ａ、２３ｂ、７２３ｃの径方向内面には、複数の界磁磁極２６ａ、２６ｂだけがあらわれているから、界磁磁極２６ａ、２６ｂの面積を損なうことがない。

第８実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、界磁磁極２６の中央部分または端部に基準磁極２７が配置されている。これに代えて、基準磁極２７は、界磁磁極２６の中央部分を軸方向に延在していてもよい。

図１７において、磁石８２３ｃは、径方向内面に界磁磁極２６を有する。さらに、磁石８２３ｃは、径方向内面における軸方向一方の縁部から軸方向他方の縁部に基準磁極２７を有する。磁石８２３ｃにおいて、界磁磁極２６と基準磁極２７とは縞模様状にあらわれている。基準磁極２７に対して、周方向における両側には、界磁磁極２６が位置している。この実施形態でも、基準磁極２７は、ひとつの界磁磁極２６の範囲内に形成されている。言い換えると、周方向に関して、基準磁極２７の両側にひとつの界磁磁極の極性があらわれている。この実施形態でも、単センサ３８によってセンサ信号ＳＧが得られる。

第９実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、基準磁極２７は、周方向に関して、中央部分に配置されている。これに代えて、基準磁極２７は、周方向に関して前方または後方に偏って配置されていてもよい。

図１８において、磁石９２３ｃは、径方向内面に界磁磁極２６を有する。さらに、磁石９２３ｃは、径方向内面における、周方向に関して後方に偏って配置された基準磁極２７を有する。基準磁極２７は、その全周囲を界磁磁極２６に囲まれている。この結果、単センサ３８のセンサ信号ＳＧから、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が観測される。短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３に設定されている。センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に起因して期間が異なる複数のパルスを含む（Ｔ２６＞Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）。

短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の少なくとも２つを比較することにより、ロータ２１の回転方向が検出される。例えば、短パルス期間Ｔ１における経過時間と、短パルス期間Ｔ３における経過時間とを比較することにより、ロータ２１の回転方向が検出される。短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の差は、内燃機関１２の回転速度の変動量に応じて設定されている。短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、例えば、内燃機関１２がクランキングされる時に想定される回転加速度の下においても、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の差が観測可能となるように設定される。

この実施形態においては、図６の制御システムが構築され、図８の制御処理１７０が実行される。ステップ１７３では、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を観測することにより、ロータ２１の回転方向が特定される。ステップ１７４では、ステップ１７３における観測結果に基づいて正回転のための通電パターンが特定される。したがって、この実施形態でも、回転方向情報取得部６７は、スタンバイ位置制御部６６により回転電機１０が回転する期間において、回転電機１０を正方向に回転させるための通電パターンを取得する。回転方向情報取得部６７は、基準磁極２７に起因して生成される期間が異なる２つのパルス期間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ２６）に基づいて判定される回転方向と、そのときの通電パターンとに基づいて、正回転に回転させるための通電パターンを特定する。そして、同期転流制御部６８は、回転方向情報取得部６７によって特定された通電パターンに基づいて、センサ信号ＳＧに応じたクローズドループ制御によりステータコイル３３に供給する多相電力を転流する。

この実施形態でも、単センサ３８によってセンサ信号ＳＧが得られる。さらに、センサ信号ＳＧに基づいてロータ２１の回転方向を判定するための回転方向情報を取得することができる。

第１０実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３に設定されている。これに代えて、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３に設定されていてもよい。なお、短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ２＜Ｔ１＜Ｔ３、または、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２に設定されてもよい。

図１９において、磁石ＡＢ２３ｃは、径方向内面における、周方向に関して前方に偏って配置された基準磁極２７を有する。短パルス期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３に設定されている。センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に起因して期間が異なる複数のパルスを含む（Ｔ２６＞Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）。この実施形態でも、先行する実施形態と同様の効果が得られる。

第１１実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、界磁磁極２６の中央部分に基準磁極２７が配置されている。これに代えて、基準磁極２７は、界磁磁極２６の端部に配置されていてもよい。

図２０において、磁石Ｂ２３ｃは、径方向内面に界磁磁極２６を有する。さらに、磁石Ｂ２３ｃは、径方向内面における軸方向の縁部に基準磁極２７を有する。軌道２９に沿って、界磁磁極２６ａ、２６ｂにより極性が交互に交番する。さらに、磁石Ｂ２３ｃにおいては、基準位置を示すための基準磁極２７によって極性が交互に交番する。この実施形態でも、基準磁極２７は、ひとつの界磁磁極２６の範囲内に形成されている。ただし、基準磁極２７は、界磁磁極２６によって囲まれてはいない。言い換えると、周方向に関して、基準磁極２７の両側にひとつの界磁磁極の極性があらわれている。この実施形態でも、単センサ３８によってセンサ信号ＳＧが得られる。

第１２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、基準磁極２７は、周方向における前方と後方との両方に界磁磁極２６を有している。これに代えて、基準磁極２７は、周方向における前方、または、後方だけに、界磁磁極２６を有していてもよい。

図２１において、磁石Ｃ２３ｃは、径方向内面に界磁磁極２６を有する。さらに、磁石Ｃ２３ｃは、径方向内面における、周方向に関して後方の角部に配置された基準磁極２７を有する。よって、磁石Ｃ２３ｃにおいて、基準磁極２７は、周方向における前方だけに界磁磁極２６を有する。基準磁極２７が提供する極性は、隣接する他の磁石が提供する界磁磁極の極性と同じである。この実施形態でも、基準磁極２７は、ひとつの界磁磁極２６の範囲内に形成されている。ただし、基準磁極２７は、界磁磁極２６によって囲まれてはいない。言い換えると、周方向に関して、基準磁極２７の片側にひとつの界磁磁極の極性があらわれている。

界磁磁極２６と基準磁極２７とが単センサ３８によって観測されると、センサ信号ＳＧが得られる。センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に起因して、短パルス期間Ｔ１と、長パルス期間Ｔ４とを含む。短パルス期間Ｔ１は、基本パルス期間Ｔ２６より短い。長パルス期間Ｔ４は、基本パルス期間Ｔ２６より長い。よって、短パルス期間Ｔ１と長パルス期間Ｔ４とを比較することにより、ロータ２１の回転方向が検出される。しかも、長パルス期間Ｔ４は、基本パルス期間Ｔ２６より長いから、短パルス期間Ｔ１と基本パルス期間Ｔ２６との比較では得難い精度が得られる。センサ信号ＳＧは、基準磁極２７に起因して期間が異なる複数のパルスを含む（Ｔ４＞Ｔ２６＞Ｔ１）。この実施形態でも、先行する実施形態と同様の効果が得られる。

なお、磁石Ｃ２３ｃは、径方向内面における、周方向に関して前方の角部に配置された基準磁極２７を有していてもよい。この場合、磁石Ｃ２３ｃにおいて、基準磁極２７は、周方向における後方だけに界磁磁極２６を有する。この変形例でも、先行する実施形態と同様の効果が得られる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

上記実施形態では、始動スイッチ６２からの指令を受けた後に、スタンバイ位置制御が実行される。これに代えて、内燃機関１２が停止した際に、スタンバイ位置制御が実行されてもよい。この場合、ステップ１７１は、内燃機関１２に停止が指令された後の所定期間内において実行される。ステップ１７４以降は、内燃機関１２に始動が指令された際に実行される。回転電機１０を正回転させるための回転方向情報（スタンバイ位置から正回転させるための転流シーケンス）は、制御装置に記憶され、始動時にステップ１７４において利用される。

上記実施形態では、回転電機１０の一回転（３６０度）において１つの基準位置が検出されるように、ロータ２１は、ひとつの基準磁極２７を備える。これに代えて、ロータ２１は、２つ以上の複数の基準磁極２７を備えていてもよい。少なくともひとつの基準磁極２７は、点火制御のための基準位置を示すために利用される。また、残る他の基準磁極２７は、回転電機１０および内燃機関１２の回転方向を判定するための情報を取得するために利用される。この場合も、複数の基準磁極２７は、単センサ３８によって検出される。

上記実施形態では、始動スイッチ６２の操作によって回転電機１０は、スタータモータとして制御される。これに代えて、内燃機関１２がキックスタータなど人力始動装置を備える場合、人力始動装置が利用者によって操作された場合に、人力始動装置を支援するように内燃機関１２がスタータモータとして制御されてもよい。この場合も、始動スイッチ６２は、利用者による人力始動装置の操作を検出して始動指令を出力する。この場合も、ロータ２１は、人力始動装置を介して内燃機関１２に直結されていると言える。

上記実施形態では、内燃機関１２は、４サイクル機関である。これに代えて、内燃機関１２は、２サイクル機関でもよい。

Claims (11)

1. 極性が交互に交番する複数の界磁磁極（２６）と、基準位置を示す基準磁極（２７）とを有するロータ（２１）、
   前記界磁磁極と対向する磁極（３５）と、多相のステータコイル（３３）とを有するステータ（３１）、および、
   前記界磁磁極および前記基準磁極を検出してセンサ信号を生成する単センサ（３８）を備え、
   さらに、前記センサ信号（ＳＧ）に基づいて、前記基準位置を検出し、内燃機関の点火を制御する点火制御部（６１）と、
   前記センサ信号に基づいて、前記ステータコイルへの通電を制御することにより前記ロータを電動機として回転させる電動機制御部（６２、６３、６４、６５）とを備える電気回路（１１）を備え、
   前記電動機制御部は、
   前記内燃機関の始動指令を生成する始動スイッチ（６２）と、
   前記始動スイッチから始動指令を受けると、前記内燃機関のクランキングトルク（ＦＷＴＱ、ＲＶＴＱ）の極大値を越えないように前記ロータを回転させるスタンバイ位置制御部（６６）と、
   前記スタンバイ位置制御部により前記ロータが回転する期間において前記ロータを正方向に回転させるための通電パターンを取得する回転方向情報取得部（６７）と、
   前記回転方向情報取得部によって特定された前記通電パターンに基づいて、前記センサ信号に応じたクローズドループ制御により前記ステータコイルに供給する多相電力を転流する同期転流制御部（６８）とを備える内燃機関用発電電動機。
2. 前記ロータは、複数の前記界磁磁極と、前記基準磁極とを備える永久磁石（２３）を備えており、
   前記基準磁極は、ひとつの前記界磁磁極の範囲内に形成されている請求項１に記載の内燃機関用発電電動機。
3. 周方向に関して、前記基準磁極の両側、または片側にひとつの前記界磁磁極の極性があらわれている請求項２に記載の内燃機関用発電電動機。
4. 前記界磁磁極および前記基準磁極は、前記ステータと対向する径方向内面、または、軸方向端面に形成されている請求項２または請求項３に記載の内燃機関用発電電動機。
5. 前記センサ信号は、前記基準磁極に起因して期間が等しい複数のパルス（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）を含むか、または、前記基準磁極に起因して期間が異なる複数のパルス（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ２６）を含む請求項２から請求項４のいずれかに記載の内燃機関用発電電動機。
6. 極性が交互に交番する複数の界磁磁極（２６）と、基準位置を示す基準磁極（２７）とを有するロータ（２１）、
   前記界磁磁極と対向する磁極（３５）と、多相のステータコイル（３３）とを有するステータ（３１）、および、
   前記界磁磁極および前記基準磁極を検出して電動機制御と内燃機関の点火制御との両方に利用されるひとつのセンサ信号を生成するひとつの単センサ（３８）を備え、
   前記ロータは、複数の前記界磁磁極と、前記基準磁極とを備える永久磁石（２３）を備えており、
   前記基準磁極は、ひとつの前記界磁磁極の範囲内に形成されており、
   前記基準磁極は、周方向に関して前方または後方に偏って配置されており、
   さらに、前記センサ信号（ＳＧ）に基づいて、前記基準位置を検出し、前記内燃機関の点火を制御する点火制御部（６１）と、
   前記センサ信号に基づいて、前記ステータコイルへの通電を制御することにより前記ロータを電動機として回転させる電動機制御部（６２、６３、６４、６５）とを備える電気回路（１１）を備え、
   前記電動機制御部は、
   前記内燃機関の始動指令を生成する始動スイッチ（６２）と、
   前記始動スイッチから始動指令を受けると、前記内燃機関のクランキングトルク（ＦＷＴＱ、ＲＶＴＱ）の極大値を越えないように前記ロータを回転させるスタンバイ位置制御部（６６）と、
   前記スタンバイ位置制御部により前記ロータが回転する期間において前記ロータを正方向に回転させるための通電パターンを取得する回転方向情報取得部（６７）と、
   前記回転方向情報取得部によって特定された前記通電パターンに基づいて、前記センサ信号に応じたクローズドループ制御により前記ステータコイルに供給する多相電力を転流する同期転流制御部（６８）とを備えている内燃機関用発電電動機。
7. 周方向に関して、前記基準磁極の両側、または片側にひとつの前記界磁磁極の極性があらわれている請求項６に記載の内燃機関用発電電動機。
8. 前記界磁磁極および前記基準磁極は、前記ステータと対向する径方向内面、または、軸方向端面に形成されている請求項６または請求項７に記載の内燃機関用発電電動機。
9. 前記回転方向情報取得部は、
   前記ロータをスタンバイ範囲（ＳＴＢＹ）に向けて制御した通電パターンと逆の通電パターンを正方向に回転させるための通電パターンとして特定するか、または、
   前記基準磁極に起因して生成される期間が異なる２つのパルス期間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ２６）に基づいて判定される回転方向と、そのときの通電パターンとに基づいて、正方向に回転させるための通電パターンを特定する請求項１から請求項８のいずれかに記載の内燃機関用発電電動機。
10. 前記ステータコイルは、三相コイルであり、
    前記スタンバイ位置制御部は、１２０度通電により前記ロータを回転させ、
    前記同期転流制御部は、１８０度通電により前記ロータを回転させる請求項１から請求項９のいずれかに記載の内燃機関用発電電動機。
11. 前記ロータは、内燃機関（１２）に直結されている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の内燃機関用発電電動機。

Images