JP4221999B2

JP4221999B2 - Generator motor

Info

Publication number: JP4221999B2
Application number: JP2002313924A
Authority: JP
Inventors: 秀年久須美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP2004153887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、小型化が可能な発電電動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されるエンジンを始動するとともに、バッテリを充電する始動兼充電装置が特開昭６３−２０２２５５号公報に開示されている。図４は、特開昭６３−２０２２５５号公報に開示されている始動兼充電装置を示す。図４を参照して、始動兼充電装置３００は、バッテリ３１０と、キースイッチ３２０と、電圧調整器３３０と、界磁コイル３４０と、クランク角度検出器３５０と、電機子電流切換回路３６０と、電機子コイル３８０とを備える。
【０００３】
バッテリ３１０は、直流電圧を出力する。キースイッチ３２０は、エンジン（図示せず）の始動時、ｅ端子側に接続され、エンジンの始動後、ｄ端子側に接続される。
【０００４】
電圧調整器３３０は、抵抗３３１〜３３３と、ツェナーダイオード３３４と、トランジスタ３３５，３３７と、フライホイールダイオード３３６とを含む。抵抗３３１，３３２は、バッテリ３１０の正母線ＰＬＥと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。
【０００５】
抵抗３３３およびトランジスタ３３５は、キースイッチ３２０のｄ端子と、接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。トランジスタ３３５は、コレクタが抵抗３３３およびトランジスタ３３７のベースに接続され、エミッタが接地ノードＧＮＤに接続され、ベースがツェナーダイオード３３４に接続される。
【０００６】
ツェナーダイオード３３４は、ノードＮ１とトランジスタ３３５のベースとの間に接続される。フライホイールダイオード３３６およびトランジスタ３３７は、正母線ＰＬＥと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。トランジスタ３３７は、コレクタが界磁コイル３４０の一方端に接続され、エミッタが接地ノードＧＮＤに接続され、ベースがトランジスタ３３５のコレクタに接続される。
【０００７】
フライホイールダイオード３３６は、トランジスタ３３７の開閉時に発生するサージを吸収する。
【０００８】
界磁コイル３４０は、一方端がトランジスタ３３７のコレクタに接続され、他方端がバッテリ３１０の正母線ＰＬＥに接続される。
【０００９】
このような回路構成によって電圧調整器３３０は、発電状態においてバッテリ３１０から出力される直流電圧を検出し、その検出した直流電圧の電圧値を所定の値に保つように界磁コイル３４０に流れる界磁電流を調整する。
【００１０】
クランク角度検出器３５０は、電機子コイル３８０の各相間のクランク角度を検出し、その検出したクランク角度を電機子電流切換回路３６０へ出力する。
【００１１】
電機子電流切換回路３６０は、電流切換制御回路３６１と、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２〜３６７と、ツェナーダイオード３６８〜３７３とを含む。電流切換制御回路３６１は、キースイッチ３２０のｅ端子に接続され、クランク角度検出器３５０からクランク角度を受ける。そして、電流切換制御回路３６１は、ｅ端子からの直流電圧により駆動され、クランク角度に基づいてＮ型ＭＯＳトランジスタ３６２〜３６７をオン／オフさせる信号を生成し、その生成した信号をＮ型ＭＯＳトランジスタ３６２〜３６７の各々に出力する。
【００１２】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２，３６３は、正母線ＰＬＥと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６４，３６５は、正母線ＰＬＥと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６６，３６７は、正母線ＰＬＥと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。
【００１３】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２，３６３は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６４，３６５およびＮ型ＭＯＳトランジスタ３６６，３６７と並列に正母線ＰＬＥと接地ノードＧＮＤとの間に接続される。また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２，３６４，３６６は、ドレイン端子が正母線ＰＬＥに接続され、ソース端子がＮ型ＭＯＳトランジスタ３６３，３６５，３６７のドレイン端子に接続される。さらに、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６３，３６５，３６７は、ドレイン端子がＮ型ＭＯＳトランジスタ３６２，３６４，３６６のソース端子に接続され、ソース端子が接地ノードＧＮＤに接続される。
【００１４】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２とＮ型ＭＯＳトランジスタ３６３との間のノードＮ２、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６４とＮ型ＭＯＳトランジスタ３６５との間のノードＮ３およびＮ型ＭＯＳトランジスタ３６６とＮ型ＭＯＳトランジスタ３６７との間のノードＮ４は、それぞれ、電機子コイル３８０の異なる相に接続される。
【００１５】
ツェナーダイオード３６８は、正母線ＰＬＥとノードＮ２との間にＮ型ＭＯＳトランジスタ３６２に並列に接続される。ツェナーダイオード３６９は、ノードＮ２と接地ノードＧＮＤとの間にＮ型ＭＯＳトランジスタ３６３に並列に接続される。
【００１６】
ツェナーダイオード３７０は、正母線ＰＬＥとノードＮ３との間にＮ型ＭＯＳトランジスタ３６４に並列に接続される。ツェナーダイオード３７１は、ノードＮ３と接地ノードＧＮＤとの間にＮ型ＭＯＳトランジスタ３６５に並列に接続される。
【００１７】
ツェナーダイオード３７２は、正母線ＰＬＥとノードＮ４との間にＮ型ＭＯＳトランジスタ３６６に並列に接続される。ツェナーダイオード３７３は、ノードＮ４と接地ノードＧＮＤとの間にＮ型ＭＯＳトランジスタ３６７に並列に接続される。
【００１８】
このような回路構成によって電機子電流切換回路３６０は、バッテリ３１０から電機子コイル３８０に流れる直流電流を切換える。
【００１９】
エンジンの始動時、キースイッチ３２０はｅ端子に接続され、電機子電流切換回路３６０は、クランク角度検出器３５０からのクランク角度に基づいてＮ型ＭＯＳトランジスタ３６２〜３６７をオン／オフさせ、バッテリ３１０から電機子コイル３８０に流れる直流電流を切換えてエンジンを始動する。
【００２０】
エンジンの始動後、キースイッチ３２０は、ｄ端子に接続され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２〜３６７は、全てオフされる。そして、始動兼充電装置３００は、発電機として動作し、電圧調整器３３０は、バッテリ３１０からの直流電圧の電圧値が所定の値になるように界磁コイル３４０に流す電流を調整し、電機子コイル３８０が発電した発電電力は、ツェナーダイオード３６８〜３７３によって直流に変換されてバッテリ３１０を充電する。
【００２１】
このように、始動兼充電装置３００は、エンジンの始動時、エンジンを駆動し、エンジンの始動後、発電機として動作する。そして、負荷遮断時のサージまたはエンジンの点火系のサージが電機子電流切換回路３６０に印加された場合、その印加されたサージは、ツェナーダイオード３６８〜３７３を通して流れる。したがって、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３６２〜３６７は、ツェナーダイオード３６８〜３７３によって保護される。
【００２２】
【特許文献１】
特開昭６３−２０２２５５号公報
【００２３】
【特許文献２】
特開昭６２−２６８３７０号公報
【００２４】
【特許文献３】
特開平２−２６６８５５号公報
【００２５】
【特許文献４】
特公昭６１−５４９４９号公報
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭６３−２０２２５５号公報に開示された始動兼充電装置において、界磁コイルおよび電機子コイルを備えるモータを駆動する制御回路は、６個のスイッチング素子と、６個のスイッチング素子に対応して設けられた６個のツェナーダイオードとを含むため、モータを駆動する制御回路をオルタネータの端部に設ける場合、制御回路の全体を小型化できないという問題がある。
【００２７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、コンパクトな制御回路を備える発電電動装置を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、発電電動装置は、モータと、制御回路とを備える。モータは、複数の相に対応して設けられた複数のコイルを含み、発電機および電動機として機能する。制御回路は、モータを制御する。
【００２９】
制御回路は、複数のアームと、第１のツェナーダイオードとを含む。複数のアームは、複数のコイルに対応して設けられ、プラス母線とマイナス母線との間に並列接続される。第１のツェナーダイオードは、プラス母線とマイナス母線との間に複数のアームに並列に接続される。
【００３０】
また、複数のアームの各々は、第１および第２のスイッチング素子と、第２のツェナーダイオードとから成る。第１および第２のスイッチング素子は、プラス母線とマイナス母線との間に直列に接続される。第２のツェナーダイオードは、第１のスイッチング素子とマイナス母線との間に第２のスイッチング素子に並列に接続される。
【００３１】
好ましくは、制御回路は、モータに一体的に設けられる。
好ましくは、モータは、車両に搭載されたエンジンを始動し、またはエンジンの回転力により発電する。
【００３２】
好ましくは、発電電動装置は、電子制御ユニットをさらに備える。電子制御ユニットは、制御回路に含まれる複数の第１および第２のスイッチング素子に制御信号を出力する。そして、第１のツェナーダイオードは、電子制御ユニットの近傍に配置される。
【００３３】
好ましくは、発電電動装置は、フューズをさらに備える。フューズは、第１のツェナーダイオードのプラス側結線よりも直流電源側に設けられる。
【００３４】
この発明による発電電動装置においては、第１のツェナーダイオードは、複数のアームの各々に含まれる第１のスイッチング素子を保護する。つまり、この発明による発電電動装置においては、１個のツェナーダイオードが複数のスイッチング素子を保護する。
【００３５】
したがって、この発明によれば、モータを制御する制御回路を小型化できる。その結果、制御回路をモータの端面に設置できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３７】
図１を参照して、この発明による発電電動装置１００は、バッテリ１０と、フューズＦＵ１，ＦＵ２と、制御回路２０と、オルタネータ５０と、回転角センサー６０とを備える。
【００３８】
以下においては、発電電動装置１００は、エンジンを車両停止に伴い自動停止制御し、次の発進時に自動的にエンジン始動を行なう、いわゆるエコラン（エコノミーランニングシステムまたはアイドルストップシステム）を採用する自動車に搭載されるものとして説明する。
【００３９】
制御回路２０は、ツェナーダイオード２１と、コンデンサ２２と、Ｕ相アーム２３と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２５と、電源２６と、ＭＯＳドライバ２７と、同期整流器２８と、制御部２９，３０と、ＭＯＳトランジスタ４０と、ダイオード４１とを含む。
【００４０】
オルタネータ５０は、Ｕ相コイル５１と、Ｖ相コイル５２と、Ｗ相コイル５３と、ロータコイル５４とを含む。
【００４１】
フューズＦＵ１は、バッテリ１０の正極と制御回路２０との間に接続される。つまり、フューズＦＵ１は、ツェナーダイオード２１よりもバッテリ１０側に配置される。このように、フューズＦＵ１をツェナーダイオード２１よりもバッテリ１０側に配置することにより、過電流検知が不要になり、制御回路２０を小型化できる。フューズＦＵ２は、バッテリ１０の正極と電源２６との間に接続される。
【００４２】
ツェナーダイオード２１およびコンデンサ２２は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に並列に接続される。
【００４３】
Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に並列に接続される。Ｕ相アーム２３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２とツェナーダイオードＤＴ１とからなる。Ｖ相アーム２４は、ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４とツェナーダイオードＤＴ２とからなる。Ｗ相アーム２５は、ＭＯＳトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６とツェナーダイオードＤＴ３とからなる。
【００４４】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に直列に接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ドレインが正母線Ｌ１に接続され、ソースがノードＮ５に接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ２は、ドレインがノードＮ５に接続され、ソースが負母線Ｌ２に接続される。ツェナーダイオードＤＴ１は、ノードＮ５と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ２に並列に接続される。
【００４５】
ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に直列に接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ３は、ドレインが正母線Ｌ１に接続され、ソースがノードＮ６に接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ４は、ドレインがノードＮ６に接続され、ソースが負母線Ｌ２に接続される。ツェナーダイオードＤＴ２は、ノードＮ６と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ４に並列に接続される。
【００４６】
ＭＯＳトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に直列に接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ５は、ドレインが正母線Ｌ１に接続され、ソースがノードＮ７に接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ６は、ドレインがノードＮ７に接続され、ソースが負母線Ｌ２に接続される。ツェナーダイオードＤＴ３は、ノードＮ７と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ６に並列に接続される。
【００４７】
オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３は、その一方端が中点に共通接続され、他方端は、それぞれ、異なるアームに接続される。すなわち、Ｕ相コイル５１の他方端は、Ｕ相アーム２３のノードＮ５に接続され、Ｖ相コイル５２の他方端は、Ｖ相アーム２４のノードＮ６に接続され、Ｗ相コイル５３の他方端は、Ｗ相アーム２５のノードＮ７に接続される。
【００４８】
ツェナーダイオード４０は、バッテリ１０の正極とノードＮ８との間に接続される。ダイオード４１は、ノードＮ８と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。
【００４９】
なお、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，４０に並列に接続されているダイオードは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，４０と半導体基板との間に形成される寄生ダイオードである。
【００５０】
バッテリ１０は、たとえば、１２Ｖの直流電圧を出力する。ツェナーダイオード２１は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に発生したサージを吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、所定の電圧レベル以上のサージ電圧が正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に印加された場合、そのサージ電圧を吸収し、コンデンサ２２およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に印加される直流電圧を所定の電圧レベル以下にする。したがって、コンデンサ２２の容量およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを、サージ電圧を考慮して大きくしなくてもよい。その結果、コンデンサ２２およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を小型化できる。
【００５１】
コンデンサ２２は、入力された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５に供給する。ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号をゲートに受け、その受けた制御信号によりオン／オフされる。そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、コンデンサ２２から供給された直流電圧によってオルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に流れる直流電流を切換えてオルタネータ５０を駆動する。また、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、バッテリ１０を充電する。
【００５２】
ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３が発電するとき、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に過電圧が印加されるのを防止する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０の発電モード時、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５の下アームを保護する。
【００５３】
電源２６は、バッテリ１０から出力される直流電圧をフューズＦＵ２を介して受け、その受けた直流電圧を電圧レベルが異なる２つの直流電圧としてＭＯＳドライバ２７へ供給する。より具体的には、電源２６は、バッテリ１０から受けた１２Ｖの直流電圧に基づいて、たとえば、５Ｖの直流電圧を生成し、その生成した５Ｖの直流電圧と、バッテリ１０から受けた１２Ｖの直流電圧とをＭＯＳドライバ２７へ供給する。
【００５４】
ＭＯＳドライバ２７は、電源２６から供給される５Ｖおよび１２Ｖの直流電圧により駆動される。そして、ＭＯＳドライバ２７は、同期整流器２８からの同期信号に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成し、その生成した制御信号をＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。より具体的には、ＭＯＳドライバ２７は、同期整流器２８からの同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６に基づいて、オルタネータ５０の発電モードにおいてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成し、同期整流器２８からの同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６に基づいて、オルタネータ５０の駆動モードにおいてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成する。
【００５５】
同期整流器２８は、制御部３０から信号ＧＳを受けると、制御部２９からのタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６に基づいて同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６を生成し、その生成した同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６をＭＯＳドライバ２７へ出力する。また、同期整流器２８は、制御部３０から信号ＭＳを受けると、制御部２９からのタイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６に基づいて同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６を生成し、その生成した同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６をＭＯＳドライバ２７へ出力する。
【００５６】
制御部２９は、回転角センサー６０からの角度θ１，θ２，θ３を受け、その受けた角度θ１，θ２，θ３に基づいてオルタネータ５０に含まれるロータの回転数ＭＲＮを検出する。
【００５７】
角度θ１は、Ｕ相コイル５１によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度であり、角度θ２は、Ｖ相コイル５２によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度であり、角度θ３は、Ｗ相コイル５３によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度である。そして、角度θ１，θ２，θ３は、０度〜３６０度の範囲で周期的に変化する。したがって、制御部２９は、角度θ１，θ２，θ３が所定の期間に０度〜３６０度の範囲で周期的に変化する回数を検出して回転数ＭＲＮを検出する。
【００５８】
そして、制御部２９は、角度θ１，θ２，θ３に基づいて、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に誘起される電圧Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉのタイミングを検出し、その検出したタイミングに基づいて、Ｕ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に誘起された電圧Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉを直流電圧に変換するためにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするタイミングを示すタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６を生成する。
【００５９】
また、制御部２９は、角度θ１，θ２，θ３と、検出した回転数ＭＲＮとに基づいて、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるためにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするタイミングを示すタイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６を生成する。
【００６０】
そして、制御部２９は、生成したタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を同期整流器２８へ出力する。
【００６１】
制御部３０は、外部に設けられたエコランＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）（これについては後述する）から信号Ｍ／Ｇ、信号ＲＬＯおよび信号ＣＨＧＬを受け、信号ＣＨＧＬを外部に送る。また、制御部３０は、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に印加される電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを受ける。
【００６２】
制御部３０は、信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を発電機として動作させるか駆動モータとして動作させるかを判定し、発電機として動作させるとき信号ＧＳを生成して同期整流器２８へ出力する。一方、制御部３０は、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるとき、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、Ｕ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に電流を流す通電方式を決定し、その決定した通電方式でオルタネータ５０を駆動するための信号ＭＳを生成して同期整流器２８へ出力する。
【００６３】
また、制御部３０は、信号ＲＬＯに基づいて、オルタネータ５０が指令発電量を発電するためのロータ電流を演算し、その演算したロータ電流をロータコイル５４に流すための信号ＲＣＴを生成してＭＯＳトランジスタ４０のゲートへ出力する。
【００６４】
さらに、制御部３０は、信号ＣＨＧＬに基づいて、ＭＯＳトランジスタ４０の温度情報を信号化して外部へ出力する（ＣＨＧＬ）。
【００６５】
ＭＯＳトランジスタ４０は、制御部３０からの信号ＲＣＴに基づいて、バッテリ１０からロータコイル５４に供給されるロータ電流を所定値に設定する。ダイオード４１は、ロータオフ制御時の還流ダイオードである。
【００６６】
なお、同期整流器２８および制御部２９，３０は、カスタムＩＣ７０として形成される。
【００６７】
オルタネータ５０は、駆動モータまたは発電機として動作する。そして、オルタネータ５０は、駆動モータとして動作する駆動モードにおいて、エンジンの始動時、制御回路２０からの制御によって所定のトルクを発生し、その発生した所定のトルクによってエンジンを始動する。
【００６８】
さらに、オルタネータ５０は、発電機として動作する発電モードにおいて、ロータコイル５４に流れるロータ電流に応じた交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５へ供給する。
【００６９】
回転角センサー６０は、角度θ１，θ２，θ３を検出し、その検出した角度θ１，θ２，θ３を制御部２９へ出力する。
【００７０】
発電電動装置１００における全体動作について説明する。制御部３０は、エコランＥＣＵからの信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を発電機として動作させるか駆動モータとして動作させるかを判定し、発電機として動作させるとき信号ＧＳを生成して同期整流器２８へ出力する。また、制御部３０は、エコランＥＣＵからの信号ＲＬＯに基づいて信号ＲＣＴを生成してＭＯＳトランジスタ４０のゲートへ出力する。
【００７１】
そうすると、ＭＯＳトランジスタ４０は、バッテリ１０からロータコイル５４に供給されるロータ電流を信号ＲＣＴに応じて切換える。そして、オルタネータ５０のロータは、エンジンの回転力により回転し、オルタネータ５０は、指定発電量を発電してＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５へ供給する。
【００７２】
一方、制御部２９は、回転角センサー６０から角度θ１，θ２，θ３を受け、その受けた角度θ１，θ２，θ３に基づいて、上述した方法によってタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を生成して同期整流器２８へ出力する。
【００７３】
そうすると、同期整流器２８は、制御部３０からの信号ＧＳに基づいて、タイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６に同期した同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６を生成してＭＯＳドライバ２７へ出力する。ＭＯＳドライバ２７は、同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。
【００７４】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオン／オフされ、オルタネータ５０によって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。
【００７５】
この場合、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０によって発電された交流電圧にサージ電圧が重畳されていても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。また、ツェナーダイオード２１は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間の直流電圧にサージ電圧が重畳されていても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。
【００７６】
制御部３０は、信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を駆動モータとして駆動すると判定したとき、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５への通電方式を決定し、その決定した通電方式によってオルタネータ５０を駆動するための信号ＭＳを生成して同期整流器２８へ出力する。
【００７７】
制御部２９は、回転角センサー６０から角度θ１，θ２，θ３を受け、その受けた角度θ１，θ２，θ３に基づいて、上述した方法によってタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を生成して同期整流器２８へ出力する。
【００７８】
そうすると、同期整流器２８は、制御部３０からの信号ＭＳに基づいて、タイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６に同期した同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６を生成してＭＯＳドライバ２７へ出力する。ＭＯＳドライバ２７は、同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。
【００７９】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオン／オフされ、バッテリ１０からオルタネータ５０のＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５に供給する電流を切換えてオルタネータ５０を駆動モータとして駆動する。これにより、オルタネータ５０は、エンジンの始動時、エンジンのクランク軸に所定のトルクを供給する。
【００８０】
この場合、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６がオン／オフされることにより正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に発生したサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。また、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５がオンされてＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６にサージ電圧が印加されても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。
【００８１】
このように、ツェナーダイオード２１は、発電電動装置１００の発電モードおよび駆動モードの両方において、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧電圧以上の電圧が印加されるのを防止する。つまり、１つのツェナーダイオードで３つのＭＯＳトランジスタを保護する。したがって、制御回路２０を回路全体として小型化できる。
【００８２】
図２は、発電電動装置１００の制御回路２０をオルタネータ５０の端面に設置した場合の平面図を示す。図２を参照して、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３および基板８４がオルタネータ５０の端面に形成される。電極板８１は、略Ｕ字形状を有し、オルタネータ５０の回転軸５０Ａの周囲に設けられる。電極板８２Ａ〜８２Ｃは、電極板８１の外側に電極板８１を取り囲むように設けられる。そして、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、所定の間隔を空けて配置される。電極板８３は、回転軸５０Ａからの距離が電極板８２Ａ〜８２Ｃとほぼ同じ位置に配置される。そして、電極板８３の一部は、電極板８２Ａ〜８２Ｃの下に配置される。基板８４は、電極板８１の略Ｕ字形状の切欠部に配置される。
【００８３】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、電極板８１上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ２およびツェナーダイオードＤＴ１は、電極板８２Ａ上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ４およびツェナーダイオードＤＴ２は、電極板８２Ｂ上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ６およびツェナーダイオードＤＴ３は、電極板８２Ｃ上に配置される。
【００８４】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースが電極板８２Ａに接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ２は、ドレインが電極板８２Ａに接続され、ソースが電極板８３に接続される。ツェナーダイオードＤＴ１は、一方端子が電極板８２Ａに接続され、他方端子が電極板８３に接続される。そして、電極板８２Ａは、Ｕ相コイル５１の一方端５１Ａに接続される。
【００８５】
ＭＯＳトランジスタＴｒ３は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースが電極板８２Ｂに接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ４は、ドレインが電極板８２Ｂに接続され、ソースが電極板８３に接続される。ツェナーダイオードＤＴ２は、一方端子が電極板８２Ｂに接続され、他方端子が電極板８３に接続される。そして、電極板８２Ｂは、Ｖ相コイル５２の一方端５２Ａに接続される。
【００８６】
ＭＯＳトランジスタＴｒ５は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースが電極板８２Ｃに接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ６は、ドレインが電極板８２Ｃに接続され、ソースが電極板８３に接続される。ツェナーダイオードＤＴ３は、一方端子が電極板８２Ｃに接続され、他方端子が電極板８３に接続される。そして、電極板８２Ｃは、Ｗ相コイル５３の一方端５３Ａに接続される。
【００８７】
したがって、電極板８１は、正母線Ｌ１の機能を果たし、その一方端は、端子８７に接続される。そして、電極板８１は、バッテリ１０からの直流電圧を端子８７を介して受ける。また、電極板８３は、負母線Ｌ２の機能を果たし、接地ノードＧＮＤに接続される。さらに、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、それぞれ、ノードＮ５〜Ｎ７の機能を果たす。
【００８８】
基板８４は、セラミック基板からなる。そして、電源２６、カスタムＩＣ７０およびＭＯＳドライバ２７は、基板８４上に配置される。また、端子８４Ａ〜８４Ｄが基板８４上に設けられる。
【００８９】
端子８４Ａは、信号Ｍ／Ｇを受け、その受けた信号Ｍ／Ｇを配線８５Ａを介してカスタムＩＣ７０に含まれる制御部３０へ出力する。端子８４Ｂは、信号ＲＬＯを受け、その受けた信号ＲＬＯを配線８５Ｂを介してカスタムＩＣ７０に含まれる制御部３０へ出力する。端子８４Ｃは、信号ＣＨＧＬを受け、その受けた信号ＣＨＧＬを配線８５Ｃを介してカスタムＩＣ７０に含まれる制御部３０へ出力する。端子８４Ｄは、バッテリ１０から出力された直流電圧を受け、その受けた直流電圧を配線８５Ｄを介して電源２６へ供給する。
【００９０】
ＭＯＳドライバ２７は、配線８６Ａ〜８６Ｆを介してそれぞれＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ制御信号を出力する。そして、配線８６Ａ〜８６Ｆは、基板８４から電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに到るまでの経路上では、回転軸５０Ａを取り囲む円周に沿って配置される。
【００９１】
ツェナーダイオード２１は、基板８４と電極板８１，８３との間の空間部に配置され、電極板８１と電極板８３との間に接続される。また、コンデンサ２２は、基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間の空間部に配置され、電極板８１と電極板８３との間に接続される。なお、図１に示すＭＯＳトランジスタ４０およびダイオード４１は、基板８４の裏側に配置される。
【００９２】
このように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、オルタネータ５０の端面に設けられた電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ上に配置されるが、このような配置は、ツェナーダイオード２１，ＤＴ１〜ＤＴ３を設けることにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に過電圧が印加されるのを防止し、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを小さくしたことによって実現される。そして、特に、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を１個のツェナーダイオード２１によって保護するようにしたため、基板８４と電極板８１，８３との間の空間部を利用して、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を保護するツェナーダイオード２１を配置することが可能になった。
【００９３】
また、ツェナーダイオード２１は、コンデンサ２２に過電圧が印加されることも防止するため、コンデンサ２２の容量を小さくできる。その結果、コンデンサ２２を基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間の空間部に配置することが可能になった。
【００９４】
これらの要因によって、制御回路２０は、その全体サイズを小型化でき、オルタネータ５０の端面に配置され得る。
【００９５】
図３は、発電電動装置１００を備えるエンジンシステム２００のブロック図を示す。図３を参照して、エンジンシステム２００は、バッテリ１０と、制御回路２０と、オルタネータ５０と、エンジン１１０と、トルクコンバータ１２０と、オートマチックトランスミッション１３０と、プーリ１４０，１５０，１６０と、電磁クラッチ１４０ａと、ベルト１７０と、補機類１７２と、スタータ１７４と、電動油圧ポンプ１８０と、燃料噴射弁１９０と、電動モータ２１０と、スロットルバルブ２２０と、エコランＥＣＵ２３０と、エンジンＥＣＵ２４０と、ＶＳＣ（ＶｅｈｉｃｌｅＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌ）−ＥＣＵ２５０とを備える。
【００９６】
オルタネータ５０は、エンジン１１０に近接して配置される。制御回路２０は、上述したようにオルタネータ５０の端面に配置される。
【００９７】
エンジン１１０は、オルタネータ５０またはスタータ１７４によって始動され、所定の出力を発生する。より具体的には、エンジン１１０は、エコノミーランニングシステム（「エコラン」とも言う。）における停止後の始動時、オルタネータ５０によって始動され、イグニッションキーによる始動時、スタータ１７４によって始動される。そして、エンジン１１０は、発生した出力をクランク軸１１０ａからトルクコンバータ１２０またはプーリ１４０へ出力する。
【００９８】
トルクコンバータ１２０は、クランク軸１１０ａからのエンジン１１０の回転をオートマチックトランスミッション１３０に伝達する。オートマチックトランスミッション１３０は、自動変速制御を行ない、トルクコンバータ１２０からのトルクを変速制御に応じたトルクに設定して出力軸１３０ａへ出力する。
【００９９】
プーリ１４０は、電磁クラッチ１４０ａを内蔵しており、電磁クラッチ１４０ａを介してエンジン１１０のクランク軸１１０ａに連結される。また、プーリ１４０は、ベルト１７０を介してプーリ１５０，１６０と連動する。
【０１００】
電磁クラッチ１４０ａは、エコランＥＣＵ２３０からの制御によってオン／オフされ、プーリ１４０をクランク軸１１０ａに連結／遮断する。ベルト１７０は、プーリ１４０，１５０，１６０を相互に連結する。プーリ１５０は、補機類１７２の回転軸に連結される。
【０１０１】
プーリ１６０は、オルタネータ５０の回転軸に連結され、オルタネータ５０またはエンジン１１０のクランク軸１１０ａによって回動される。
【０１０２】
補機類１７２は、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプおよびエンジン冷却用ウォータポンプの１つまたは複数からなる。そして、補機類１７２は、オルタネータ５０からの出力をプーリ１６０、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して受け、その受けた出力により駆動される。
【０１０３】
オルタネータ５０は、制御回路２０により駆動される。そして、オルタネータ５０は、エンジン１１０のクランク軸１１０ａの回転力をプーリ１４０、ベルト１７０およびプーリ１６０を介して受け、その受けた回転力を電気エネルギーに変換する。つまり、オルタネータ５０は、クランク軸１１０ａの回転力により発電する。なお、オルタネータ５０が発電する場合には、２つの場合がある。１つは、エンジンシステム２００が搭載されたハイブリッド自動車の通常走行時にエンジン１１０が駆動されることによりクランク軸１１０ａの回転力を受けて発電する場合である。もう１つは、エンジン１１０は駆動されないが、ハイブリッド自動車の減速時に駆動輪の回転力がクランク軸１１０ａに伝達され、その伝達された回転力を受けて、オルタネータ５０が発電する場合である。
【０１０４】
また、オルタネータ５０は、制御回路２０によって駆動され、所定の出力をプーリ１６０へ出力する。そして、所定の出力は、エンジン１１０を始動するとき、ベルト１７０およびプーリ１４０を介してエンジン１１０のクランク軸１１０ａへ伝達され、補機類１７２を駆動するとき、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して補機類１７２へ伝達される。
【０１０５】
バッテリ１０は、上述したように、１２Ｖの直流電圧を制御回路２０へ供給する。
【０１０６】
制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によって、上述したように、バッテリ１０からの直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によってオルタネータ５０を駆動する。また、制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によって、オルタネータ５０が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧によってバッテリ１０を充電する。
【０１０７】
スタータ１７４は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によってエンジン１１０を始動する。電動油圧ポンプ１８０は、オートマチックトランスミッション１３０に内蔵され、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によって、オートマチックトランスミッション１３０の内部に設けられた油圧制御部に対して作動油を供給する。なお、この作動油は、油圧制御部内のコントロールバルブにより、オートマチックミッション１３０内部のクラッチ、ブレーキおよびワンウェイクラッチの作動状態を調整し、シフト状態を必要に応じて切替える。
【０１０８】
エコランＥＣＵ２３０は、電磁クラッチ１４０ａのオン／オフの切替え、オルタネータ５０および制御回路２０のモード制御、スタータ１７４の制御およびバッテリ１０の蓄電量制御を行なう。なお、オルタネータ５０および制御回路２０のモード制御とは、オルタネータ５０が発電機として機能する発電モードと、オルタネータ５０が駆動モータとして機能する駆動モードとを制御することを言う。そして、エコランＥＣＵ２３０は、発電モードおよび駆動モードを制御する制御信号として信号Ｍ／Ｇを生成して制御回路２０へ出力する。また、エコランＥＣＵ２３０からバッテリ１０への制御線は図示されていない。
【０１０９】
また、エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０に内蔵された回転角センサー６０からの角度θ１，θ２，θ３に基づく回転数ＭＲＮ、エコランスイッチからの運転者によるエコランシステムの起動有無、その他のデータを検出する。
【０１１０】
燃料噴射弁１９０は、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によって、燃料の噴射を制御する。電動モータ２１０は、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によってスロットルバルブ２２０の開度を制御する。スロットルバルブ２２０は、電動モータ２１０によって所定の開度に設定される。
【０１１１】
エンジンＥＣＵ２４０は、エンジン冷却用ウォータポンプを除く補機類１７２のオン／オフ制御、電動油圧ポンプ１８０の駆動制御、オートマチックトランスミッション１３０の変速制御、燃料噴射弁１９０による燃料噴射制御、電動モータ２１０によるスロットルバルブ２２０の開度制御、およびその他のエンジン制御を行なう。
【０１１２】
また、エンジンＥＣＵ２４０は、水温センサーからのエンジン冷却水温、アイドルスイッチからのアクセルペダルの踏み込み有無状態、アクセル開度センサーからのアクセル開度、舵角センサーからのステアリングの操舵角、車速センサーからの車速、スロットル開度センサーからのスロットル開度、シフト位置センサーからのシフト位置、エンジン回転数センサーからのエンジン回転数、エアコンスイッチからのオン／オフ操作有無、およびその他のデータを検出する。
【０１１３】
ＶＳＣ−ＥＣＵ２５０は、ブレーキスイッチからのブレーキペダルの踏み込み有無状態、およびその他のデータを検出する。
【０１１４】
エコランＥＣＵ２３０、エンジンＥＣＵ２４０およびＶＳＣ−ＥＣＵ２５０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、内部のＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）に書き込まれているプログラムに応じてＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）が必要な演算処理を実行し、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。これらの演算処理結果および検出されたデータは、エコランＥＣＵ２３００、エンジンＥＣＵ２４０およびＶＳＣ−ＥＣＵ２５０間で相互にデータ通信が可能となっており、必要に応じてデータを交換して相互に連動して制御を実行することが可能である。
【０１１５】
エンジンシステム２００の動作について説明する。エコランＥＣＵ２３０は、自動停止処理、エンジン停止時モータ駆動処理、自動始動処理、モータ駆動発進始動処理、走行時モータ制御処理および減速時モータ制御処理を行なう。
【０１１６】
まず、自動停止処理について説明する。エンジンＥＣＵ２４０は、エンジン冷却水温ＴＨＷ、アイドルスイッチ、バッテリ電圧、ブレーキスイッチ、および車速ＳＰＤ等を受ける。そして、エンジンＥＣＵ２４０は、アイドルスイッチからアクセルペダルの踏み込み有無を検出し、ブレーキスイッチからブレーキペダルの踏み込み有無を検出する。
【０１１７】
そして、自動停止処理が開始されると、エンジン冷却水温ＴＨＷ、アクセルペダルの踏み込み有無、バッテリ１０の電圧、ブレーキペダルの踏み込み有無、および車速ＳＰＤ等がエコランＥＣＵ２３０内部のＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）の作業領域に読み込まれる。エコランＥＣＵ２３０は、これらのデータに基づいて自動停止条件が満たされているか否かを判定する。なお、自動停止条件は、たとえば、エンジン冷却水温ＴＨＷが下限値から上限値までの間にあること、および車速ＳＰＤが０ｋｍ／ｈであること等が全て満たされた場合に成立する。
【０１１８】
そして、エコランＥＣＵ２３０は、自動停止条件が満たされていると判定したとき、エンジン停止処理を行なう。より具体的には、エコランＥＣＵ２３０は、エンジンＥＣＵ２４０に対して燃料カットの指示を行ない、エンジンＥＣＵ２４０は、燃料カットの指示に応じて燃料噴射を停止するように燃料噴射弁１９０を制御し、スロットルバルブ２２０を全閉状態にする。これにより、燃料噴射弁１９０は、燃料噴射を停止し、エンジン１１０の燃焼室内での燃焼が停止してエンジン１１０の運転は停止する。
【０１１９】
次に、エンジン停止時モータ駆動処理について説明する。エンジン停止時モータ駆動処理が開始されると、エコランＥＣＵ２３０は、電磁クラッチ１４０ａをオンし、オルタネータ５０の回転数をアイドル目標回転数に設定してオルタネータ５０を駆動するように制御回路２０を制御する。より具体的には、エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるための信号Ｍ／Ｇを制御回路２０へ出力する。そうすると、制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの信号Ｍ／Ｇに基づいて、上述した方法によって、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させ、回転数がアイドル目標回転数になるようにオルタネータ５０を駆動する。これにより、オルタネータ５０の回転軸５０Ａが回転し、プーリ１６０も回転する。
【０１２０】
プーリ１６０に伝達された回転力は、ベルト１７０およびプーリ１４０を介してクランク軸１１０ａへ伝達され、クランク軸１１０ａがアイドル目標回転数で回転する。そして、エコランＥＣＵ２３０は、エンジン１１０がアイドル目標回転数で回転する状態を一定時間維持したことを確認する。
【０１２１】
このように、エンジン１１０の停止時にオルタネータ５０の出力により、エンジン１１０をアイドル回転と同等の回転数で回転させることにより、スロットルバルブ２２０が全閉状態のエンジン１１０の気筒内圧力を十分に低下させることができる。そして、燃焼していないエンジン１１０の工程間の負荷トルクの差が小さくなり、回転におけるトルク変動が減少する。その結果、停止時の振動を抑制でき、エンジン１１０の自動停止時において運転者に違和感を与えることがない。
【０１２２】
その後、エコランＥＣＵ２３０は、補機類１７２の駆動要求があるか否かを判定し、補機類１７２の駆動要求があると判定したとき、電磁クラッチ１４０ａをオフし、オルタネータ５０を駆動モードにする。そして、この場合も、上述した動作によって、オルタネータ５０は、アイドル目標回転数で回転され、その回転力は、プーリ１６０、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して補機類１７２へ伝達される。
【０１２３】
これにより、エアコン用コンプレッサおよびパワーステアリングポンプが駆動される。この場合、電磁クラッチ１４０ａはオフされているので、エンジン１１０のクランク軸１１０ａは回転せず、無駄な電力消費を防止して、燃費を向上させることができる。
【０１２４】
このように、エコランＥＣＵ２３０は、エンジン１１０の停止中に、オルタネータ５０を駆動して、エンジン１１０のクランク軸１１０ａを回転させて振動低減処理を行ない、または補機類１７２を駆動する。
【０１２５】
次に、自動始動処理について説明する。自動始動処理が開始されると、エコランＥＣＵ２３０は、自動停止処理時に読み込んだデータと同じデータを読み込んで自動始動条件が成立するか否かを判定する。より具体的には、エコランＥＣＵ２３０は、自動停止条件の１つでも満足されなかった場合に自動始動条件が成立したと判定する。
【０１２６】
そして、エコランＥＣＵ２３０は、自動始動条件が成立したと判定したとき、エンジン停止時モータ駆動処理を停止する。これにより、自動始動処理が終了する。
【０１２７】
次に、モータ駆動発進始動処理について説明する。モータ駆動発進始動処理が開始されると、エコランＥＣＵ２３０は、エンジンＥＣＵ２４０に対してエアコンのオンを禁止する指示を与える。そして、エンジンＥＣＵ２４０は、エアコンがオンされていれば、エアコンの駆動を停止する。これにより、オルタネータ５０に生じる負荷を軽減できる。
【０１２８】
そして、エコランＥＣＵ２３０は、電磁クラッチ１４０ａをオンし、オルタネータ５０を駆動モードにする。そうすると、上述した動作と同じ動作によって、オルタネータ５０の回転力は、プーリ１６０、ベルト１７０およびプーリ１４０を介してクランク軸１１０ａへ伝達され、クランク軸１１０ａは、アイドル目標回転数で回転される。
【０１２９】
そうすると、エコランＥＣＵ２３０は、エンジン１１０の回転数がアイドル目標回転数に達したか否かを判定し、エンジン１１０の回転数がアイドル目標回転数に達すると、燃料噴射開始の指示をエンジンＥＣＵ２４０に与える。そして、エンジンＥＣＵ２４０は、燃料を噴射するように燃料噴射弁１９０を制御し、燃料噴射弁１９０は、燃料の噴射を開始する。これにより、エンジン１１０は、始動し、運転を開始する。
【０１３０】
なお、この場合、エンジン１１０は、アイドル目標回転数での燃料噴射となるので、迅速に始動されるとともに、早期に安定したエンジン回転に到達する。また、燃料噴射に到るまでは、オルタネータ５０の出力によりエンジン１１０のクランク軸１１０ａが回転されるので、オルタネータ５０の出力トルクが十分に高いものであれば、非ロックアップ状態のトルクコンバータ１２０により生じるクリープ力により発進を開始できる。
【０１３１】
このように、モータ駆動発進始動処理時、オルタネータ５０が駆動モードにより駆動される。
【０１３２】
次に、走行時モータ制御処理について説明する。走行時モータ制御処理が開始されると、エコランＥＣＵ２３０は、モータ駆動発進始動処理によってエンジン１１０の始動が完了したか否かを判定し、エンジン１１０の始動が完了していると判定したとき、モータ駆動発進始動処理を停止する。そして、エコランＥＣＵ２３０は、エアコンのオンを許可する指示をエンジンＥＣＵ２４０に与える。これにより、エンジンＥＣＵ２４０は、エアコンのスイッチがオンされていれば、エアコン用コンプレッサがプーリ１５０の回転に連動するように切り替えて、エアコンを駆動できる。
【０１３３】
その後、エコランＥＣＵ２３０は、車両減速時か否かを判定する。ここで、車両減速時とは、たとえば、走行時にアクセルペダルが完全に戻された状態、すなわち、走行時にアイドルスイッチがオンである場合を言う。したがって、エコランＥＣＵ２３０は、アイドルスイッチがオフされていれば、車両減速時以外と判定し、電磁クラッチ１４０ａをオンし、オルタネータ５０を発電モードに設定する。より具体的には、エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０を発電モードで動作させるための信号Ｍ／Ｇを制御回路２０へ出力する。そして、制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの信号Ｍ／Ｇに応じて、上述した方法によってオルタネータ５０を発電モードで駆動する。
【０１３４】
そうすると、エンジン１１０のクランク軸１１０ａの回転力は、プーリ１４０、ベルト１７０およびプーリ１６０を介してオルタネータ５０の回転軸に伝達される。そして、オルタネータ５０は発電し、交流電圧を制御回路２０へ出力する。制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御に従って、交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。これにより、走行時モータ制御処理が終了する。
【０１３５】
このように、通常走行時、オルタネータ５０は発電モードにより駆動され、エンジン１１０の回転力が電気エネルギーに変換される。
【０１３６】
一方、エコランＥＣＵ２３０が車両減速時であると判定したとき、減速時モータ制御処理が行われる。最後に減速時モータ制御処理について説明する。減速時モータ制御処理が開始されると、エコランＥＣＵ２３０は、車両減速時の燃料カットが終了したか否かを判定する。車両減速時であると判定される条件下では、エンジンＥＣＵ２４０が実行する減速時燃料カット処理により、エンジン１１０の回転数が燃料噴射復帰を判定する復帰基準回転数（すなわち、アイドル目標回転数）に低下するまでは、エンジン１１０への燃料噴射が停止される。
【０１３７】
そして、エンジンの回転数が復帰基準回転数まで低下すると、トルクコンバータ１２０がロックアップ状態から非ロックアップ状態に切り替えられるとともに、燃料噴射を再開してエンジン回転数の落ち込みによるエンジンストールが防止される。
【０１３８】
車両減速時の燃料カット中であれば、エコランＥＣＵ２３０は、電磁クラッチ１４０ａをオンして、通常の発電電圧よりも高い発電電圧での発電にオルタネータ５０を設定する。これにより、エンジン１１０は運転されていないが、車輪の回転によりエンジン１１０のクランク軸１１０ａが回転され、このクランク軸１１０ａの回転がプーリ１４０、ベルト１７０およびプーリ１６０を介してオルタネータ５０に伝達される。そして、オルタネータ５０は交流電圧を発電する。したがって、車両の走行エネルギーが電力として回収される。すなわち、この場合のオルタネータ５０の発電モードは、回生モードに該当する。
【０１３９】
エンジン回転数が復帰基準回転数まで低下すると、エンジンＥＣＵ２４０は、燃料カット処理を終了する。そして、エコランＥＣＵ２３０は、エンジン回転数がエンジンストール基準回転数よりも小さいか否かを判定する。エンジンストール基準回転数は、復帰基準回転数よりも小さい値である。また、このエンジン回転数がエンジンストール基準回転数よりも小さいか否かの判定は、燃料噴射再開にもかかわらず、エンジン回転数が大きく低下してエンジンストールに至るおそれのある状況を判定するためである。
【０１４０】
エコランＥＣＵ２３０は、エンジン回転数がエンジンストール基準回転数よりも大きいと判定したとき、オルタネータ５０は停止される。一方、エコランＥＣＵ２３０は、エンジン回転数がエンジンストール基準回転数よりも小さいと判定したとき、電磁クラッチ１４０ａをオンし、エンジン回転数がアイドル目標回転数になるようにオルタネータ５０を駆動する。
【０１４１】
これにより、オルタネータ５０の回転力は、プーリ１６０、ベルト１７０およびプーリ１４０を介してクランク軸１１０ａに伝達され、クランク軸１１０ａが回転する。そして、エコランＥＣＵ２３０は、エンジン回転数がアイドル目標回転数に達したと判定したとき、オルタネータ５０は停止される。
【０１４２】
このように、減速時の燃料カット処理後に、エンジン１１０が燃料カットからエンジン運転に復帰することが困難となった場合には、オルタネータ５０によりエンジン回転数を持ち上げることにより、エンジンストールを防止する。
【０１４３】
なお、エンジン冷間始動時には、エコランＥＣＵ２３０は、運転者イグニッションスイッチの操作に応じてスタータ１７４を制御し、スタータ１７４がエンジン１１０の始動を行なう。また、エンジンシステム２００が搭載された車両が発進した後の通常走行時、エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるための信号Ｍ／Ｇを制御回路２０へ出力し、制御回路２０は、信号Ｍ／Ｇに応じて、上述した動作によってオルタネータ５０を駆動モータとして駆動する。そして、オルタネータ５０が発生したトルクは、プーリ１６０、ベルト１７０、プーリ１４０、クランク軸１１０ａ、トルクコンバータ１２０、オートマチックトランスミッション１３０および出力軸１３０ａを介して、エンジンシステム２００が搭載された車両の駆動輪に伝達される。
【０１４４】
上述したように、エンジンシステム２００においては、オルタネータ５０を制御する制御回路２０は、オルタネータ５０の端面に設けられ、エコランＥＣＵ２３０からの指示に従ってオルタネータ５０を駆動モータまたは発電機として駆動する。
【０１４５】
なお、ＭＯＳドライバ２７、同期整流器２８および制御部２９，３０は、「電子制御ユニット」を構成する。
【０１４６】
また、オルタネータ５０は、発電機または電動機として機能する「モータ」を構成する。
【０１４７】
この発明の実施の形態によれば、発電機または電動機として機能するオルタネータの駆動を制御する制御回路は、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子にサージ電圧が印加されるのを防止する１個のツェナーダイオードとを含むので、制御回路の全体サイズを小型化できる。その結果、制御回路をオルタネータの端面に設置可能である。
【０１４８】
なお、本実施の形態においては、エコランＥＣＵとエンジンＥＣＵとを別体としていたが、それらの機能を統合して１つのエンジン制御ＥＣＵとして構成できることは言うまでもない。また、本実施の形態のトランスミッションは、ＡＴ（いわゆる自動変速機）に限らず、ＣＶＴやＭＴであってもよい。
【０１４９】
さらに、本実施の形態においては、電磁クラッチ１４０ａを用いて補機駆動を行なう機能を有しているが、補機駆動機能を省略し、システムを簡素化してもよい（電磁クラッチ１４０ａを設けなくてもよくなる）。
【０１５０】
さらに、本実施の形態では、エコランシステムであるが、モータにて大きな駆動力を発生できるハイブリッド自動車に適用できる。オルタネータ５０については、他にも周知の発電電動機（モータジェネレータとも呼ぶ）に置換えても本発明を成立できる。車両の駆動やエンジンの始動に必要なトルクを与えられるような発電電動機を適宜選定すればよいことは言うまでもない。
【０１５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による発電電動装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す制御回路をオルタネータの端面に配置する場合の平面図である。
【図３】図１に示す発電電動装置を備えるエンジンシステムの概略ブロック図である。
【図４】従来の始動兼充電装置の回路図である。
【符号の説明】
１０，３１０バッテリ、２０制御回路、２１，ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３，３３４，３６８〜３７３ツェナーダイオード、２２コンデンサ、２３Ｕ相アーム、２４Ｖ相アーム、２５Ｗ相アーム、２６電源、２７ＭＯＳドライバ、２８同期整流器、２９，３０制御部、４０，Ｔｒ１〜Ｔｒ６ＭＯＳトランジスタ、４１，３３６ダイオード、５０オルタネータ、５０Ａ回転軸、５１Ｕ相コイル、５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ一方端、５２Ｖ相コイル、５３Ｗ相コイル、５４ロータコイル、６０回転角センサー、７０カスタムＩＣ、８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３電極板、８４基板、８４Ａ〜８４Ｄ端子、８５Ａ〜８５Ｄ，８６Ａ〜８６Ｆ配線、１００発電電動装置、１１０エンジン、１１０ａクランク軸、１２０トルクコンバータ、１３０オートマチックトランスミッション、１３０ａ出力軸、１４０，１５０，１６０プーリ、１７０ベルト、１７２補機類、１７４スタータ、１８０電動油圧ポンプ、１９０燃料噴射弁、２００エンジンシステム、２１０電動モータ、２２０スロットルバルブ、２３０エコランＥＣＵ、２４０エンジンＥＣＵ、２５０ＶＳＣ−ＥＣＵ、３００始動兼充電装置、３２０キースイッチ、３３０電圧調整器、３３１〜３３３抵抗、３３５，３３７トランジスタ、３４０界磁コイル、３５０クランク角検出器、３６０電機子電流切換回路、３６１電流切換制御回路、３６２〜３６７Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、３８０電機子コイル、ＦＵ１，ＦＵ２フューズ、Ｌ１正母線、Ｌ２負母線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a generator-motor apparatus that can be miniaturized.
[0002]
[Prior art]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-202255 discloses a starting and charging device for starting an engine mounted on a vehicle and charging a battery. FIG. 4 shows a starting and charging apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-202255. Referring to FIG. 4, starting and charging apparatus 300 includes a battery 310, a key switch 320, a voltage regulator 330, a field coil 340, a crank angle detector 350, an armature current switching circuit 360, An armature coil 380.
[0003]
The battery 310 outputs a DC voltage. The key switch 320 is connected to the e terminal side when the engine (not shown) is started, and is connected to the d terminal side after the engine is started.
[0004]
Voltage regulator 330 includes resistors 331 to 333, a Zener diode 334, transistors 335 and 337, and a flywheel diode 336. Resistors 331 and 332 are connected in series between positive bus PLE of battery 310 and ground node GND.
[0005]
Resistor 333 and transistor 335 are connected in series between the d terminal of key switch 320 and ground node GND. Transistor 335 has a collector connected to resistor 333 and the base of transistor 337, an emitter connected to ground node GND, and a base connected to Zener diode 334.
[0006]
Zener diode 334 is connected between node N 1 and the base of transistor 335. Flywheel diode 336 and transistor 337 are connected in series between positive bus PLE and ground node GND. Transistor 337 has a collector connected to one end of field coil 340, an emitter connected to ground node GND, and a base connected to the collector of transistor 335.
[0007]
The flywheel diode 336 absorbs a surge generated when the transistor 337 is opened and closed.
[0008]
Field coil 340 has one end connected to the collector of transistor 337 and the other end connected to positive bus PLE of battery 310.
[0009]
With such a circuit configuration, the voltage regulator 330 detects the DC voltage output from the battery 310 in the power generation state, and the field flowing through the field coil 340 so as to keep the voltage value of the detected DC voltage at a predetermined value. Adjust the magnetic current.
[0010]
The crank angle detector 350 detects the crank angle between the phases of the armature coil 380 and outputs the detected crank angle to the armature current switching circuit 360.
[0011]
Armature current switching circuit 360 includes a current switching control circuit 361, N-type MOS transistors 362 to 367, and Zener diodes 368 to 373. The current switching control circuit 361 is connected to the e terminal of the key switch 320 and receives the crank angle from the crank angle detector 350. The current switching control circuit 361 is driven by a DC voltage from the e terminal, generates a signal for turning on / off the N-type MOS transistors 362 to 367 based on the crank angle, and the generated signal is used as the N-type MOS transistor. It outputs to each of 362-367.
[0012]
N-type MOS transistors 362 and 363 are connected in series between positive bus PLE and ground node GND. N-type MOS transistors 364 and 365 are connected in series between positive bus PLE and ground node GND. N-type MOS transistors 366 and 367 are connected in series between positive bus PLE and ground node GND.
[0013]
N-type MOS transistors 362 and 363 are connected between positive bus PLE and ground node GND in parallel with N-type MOS transistors 364 and 365 and N-type MOS transistors 366 and 367. N-type MOS transistors 362, 364 and 366 have drain terminals connected to positive bus PLE and source terminals connected to drain terminals of N-type MOS transistors 363, 365 and 367. Further, N-type MOS transistors 363, 365, and 367 have drain terminals connected to the source terminals of N-type MOS transistors 362, 364, and 366, and source terminals connected to ground node GND.
[0014]
Node N2 between N-type MOS transistor 362 and N-type MOS transistor 363, node N3 between N-type MOS transistor 364 and N-type MOS transistor 365, and between N-type MOS transistor 366 and N-type MOS transistor 367 The nodes N4 are respectively connected to different phases of the armature coil 380.
[0015]
Zener diode 368 is connected in parallel to N-type MOS transistor 362 between positive bus PLE and node N2. Zener diode 369 is connected in parallel to N-type MOS transistor 363 between node N2 and ground node GND.
[0016]
Zener diode 370 is connected in parallel to N-type MOS transistor 364 between positive bus PLE and node N3. Zener diode 371 is connected in parallel to N-type MOS transistor 365 between node N3 and ground node GND.
[0017]
Zener diode 372 is connected in parallel to N-type MOS transistor 366 between positive bus PLE and node N4. Zener diode 373 is connected in parallel to N-type MOS transistor 367 between node N4 and ground node GND.
[0018]
With such a circuit configuration, the armature current switching circuit 360 switches the direct current flowing from the battery 310 to the armature coil 380.
[0019]
When the engine is started, the key switch 320 is connected to the e terminal, and the armature current switching circuit 360 turns on / off the N-type MOS transistors 362 to 367 based on the crank angle from the crank angle detector 350, and the battery 310 The direct current flowing through the armature coil 380 is switched to start the engine.
[0020]
After the engine is started, the key switch 320 is connected to the d terminal, and the N-type MOS transistors 362 to 367 are all turned off. The starter / charge device 300 operates as a generator, and the voltage regulator 330 adjusts the current flowing through the field coil 340 so that the voltage value of the DC voltage from the battery 310 becomes a predetermined value. The generated power generated by the child coil 380 is converted into direct current by the Zener diodes 368 to 373 to charge the battery 310.
[0021]
Thus, the starter / charge device 300 drives the engine when the engine is started, and operates as a generator after the engine is started. When a surge at the time of load interruption or a surge in the engine ignition system is applied to the armature current switching circuit 360, the applied surge flows through the Zener diodes 368-373. Therefore, the N-type MOS transistors 362 to 367 are protected by the Zener diodes 368 to 373.
[0022]
[Patent Document 1]
JP 63-202255 A
[0023]
[Patent Document 2]
JP-A-62-268370
[0024]
[Patent Document 3]
JP-A-2-266855
[0025]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Publication No. 61-54949
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the starting and charging apparatus disclosed in JP-A-63-202255, a control circuit for driving a motor including a field coil and an armature coil includes six switching elements and six switching elements. Since it includes six Zener diodes provided correspondingly, when the control circuit for driving the motor is provided at the end of the alternator, there is a problem that the entire control circuit cannot be reduced in size.
[0027]
Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a generator-motor apparatus including a compact control circuit.
[0028]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
According to the present invention, the generator-motor apparatus includes a motor and a control circuit. The motor includes a plurality of coils provided corresponding to a plurality of phases, and functions as a generator and an electric motor. The control circuit controls the motor.
[0029]
The control circuit includes a plurality of arms and a first Zener diode. The plurality of arms are provided corresponding to the plurality of coils, and are connected in parallel between the plus bus and the minus bus. The first Zener diode is connected in parallel to the plurality of arms between the positive bus and the negative bus.
[0030]
Each of the plurality of arms includes first and second switching elements and a second Zener diode. The first and second switching elements are connected in series between the positive bus and the negative bus. The second Zener diode is connected in parallel with the second switching element between the first switching element and the negative bus.
[0031]
Preferably, the control circuit is provided integrally with the motor.
Preferably, the motor starts an engine mounted on the vehicle or generates electric power by the rotational force of the engine.
[0032]
Preferably, the generator motor device further includes an electronic control unit. The electronic control unit outputs control signals to a plurality of first and second switching elements included in the control circuit. The first Zener diode is disposed in the vicinity of the electronic control unit.
[0033]
Preferably, the generator motor device further includes a fuse. The fuse is provided on the DC power supply side with respect to the positive side connection of the first Zener diode.
[0034]
In the generator motor apparatus according to the present invention, the first Zener diode protects the first switching element included in each of the plurality of arms. That is, in the generator motor apparatus according to the present invention, one Zener diode protects a plurality of switching elements.
[0035]
Therefore, according to the present invention, the control circuit for controlling the motor can be reduced in size. As a result, the control circuit can be installed on the end face of the motor.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[0037]
Referring to FIG. 1, a generator motor apparatus 100 according to the present invention includes a battery 10, fuses FU 1 and FU 2, a control circuit 20, an alternator 50, and a rotation angle sensor 60.
[0038]
In the following, the generator-motor apparatus 100 is installed in a vehicle that employs a so-called eco-run (economy running system or idle stop system) that automatically controls the engine when the vehicle stops and automatically starts the engine at the next start. It will be described as being done.
[0039]
The control circuit 20 includes a Zener diode 21, a capacitor 22, a U-phase arm 23, a V-phase arm 24, a W-phase arm 25, a power supply 26, a MOS driver 27, a synchronous rectifier 28, a control unit 29, 30, a MOS transistor 40, and a diode 41.
[0040]
Alternator 50 includes a U-phase coil 51, a V-phase coil 52, a W-phase coil 53, and a rotor coil 54.
[0041]
The fuse FU 1 is connected between the positive electrode of the battery 10 and the control circuit 20. That is, the fuse FU1 is disposed closer to the battery 10 than the Zener diode 21 is. As described above, by disposing the fuse FU1 closer to the battery 10 than the Zener diode 21, overcurrent detection becomes unnecessary, and the control circuit 20 can be downsized. Fuse FU 2 is connected between the positive electrode of battery 10 and power supply 26.
[0042]
Zener diode 21 and capacitor 22 are connected in parallel between positive bus L1 and negative bus L2.
[0043]
U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 25 are connected in parallel between positive bus L1 and negative bus L2. The U-phase arm 23 includes MOS transistors Tr1 and Tr2 and a Zener diode DT1. V-phase arm 24 includes MOS transistors Tr3 and Tr4 and a Zener diode DT2. W-phase arm 25 includes MOS transistors Tr5 and Tr6 and a Zener diode DT3.
[0044]
MOS transistors Tr1 and Tr2 are connected in series between positive bus L1 and negative bus L2. MOS transistor Tr1 has a drain connected to positive bus L1 and a source connected to node N5. MOS transistor Tr2 has a drain connected to node N5 and a source connected to negative bus L2. Zener diode DT1 is connected in parallel to MOS transistor Tr2 between node N5 and negative bus L2.
[0045]
MOS transistors Tr3 and Tr4 are connected in series between positive bus L1 and negative bus L2. MOS transistor Tr3 has a drain connected to positive bus L1 and a source connected to node N6. MOS transistor Tr4 has a drain connected to node N6 and a source connected to negative bus L2. Zener diode DT2 is connected in parallel to MOS transistor Tr4 between node N6 and negative bus L2.
[0046]
MOS transistors Tr5 and Tr6 are connected in series between positive bus L1 and negative bus L2. MOS transistor Tr5 has a drain connected to positive bus L1 and a source connected to node N7. MOS transistor Tr6 has a drain connected to node N7 and a source connected to negative bus L2. Zener diode DT3 is connected in parallel to MOS transistor Tr6 between node N7 and negative bus L2.
[0047]
One end of U-phase coil 51, V-phase coil 52, and W-phase coil 53 of alternator 50 is commonly connected to the middle point, and the other end is connected to a different arm. That is, the other end of U-phase coil 51 is connected to node N5 of U-phase arm 23, the other end of V-phase coil 52 is connected to node N6 of V-phase arm 24, and the other end of W-phase coil 53 is , Connected to node N7 of W-phase arm 25.
[0048]
Zener diode 40 is connected between the positive electrode of battery 10 and node N8. Diode 41 is connected between node N8 and ground node GND.
[0049]
The diode connected in parallel to the MOS transistors Tr1 to Tr6, 40 is a parasitic diode formed between the MOS transistors Tr1 to Tr6, 40 and the semiconductor substrate.
[0050]
The battery 10 outputs a DC voltage of 12V, for example. Zener diode 21 absorbs a surge generated between positive bus L1 and negative bus L2. That is, the Zener diode 21 absorbs the surge voltage when a surge voltage higher than a predetermined voltage level is applied between the positive bus L1 and the negative bus L2, and is applied to the capacitor 22 and the MOS transistors Tr1 to Tr6. DC voltage to be below a predetermined voltage level. Therefore, the capacitance of the capacitor 22 and the sizes of the MOS transistors Tr1 to Tr6 need not be increased in consideration of the surge voltage. As a result, the capacitor 22 and the MOS transistors Tr1 to Tr6 can be reduced in size.
[0051]
Capacitor 22 smoothes the input DC voltage and supplies the smoothed DC voltage to U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 25. MOS transistors Tr1 to Tr6 receive a control signal from MOS driver 27 at their gates and are turned on / off by the received control signal. The MOS transistors Tr1 to Tr6 drive the alternator 50 by switching the direct current flowing through the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 of the alternator 50 by the DC voltage supplied from the capacitor 22. Also, the MOS transistors Tr1 to Tr6 convert the AC voltage generated by the U-phase coil 51, V-phase coil 52 and W-phase coil 53 of the alternator 50 into a DC voltage according to a control signal from the MOS driver 27, and charge the battery 10. To do.
[0052]
Zener diodes DT1 to DT3 prevent overvoltage from being applied to MOS transistors Tr2, Tr4, and Tr6, respectively, when U-phase coil 51, V-phase coil 52, and W-phase coil 53 of alternator 50 generate power. That is, Zener diodes DT1 to DT3 protect lower arms of U-phase arm 23, V-phase arm 24, and W-phase arm 25 when alternator 50 is in the power generation mode.
[0053]
The power supply 26 receives the DC voltage output from the battery 10 via the fuse FU2, and supplies the received DC voltage to the MOS driver 27 as two DC voltages having different voltage levels. More specifically, the power supply 26 generates, for example, a 5 V DC voltage based on the 12 V DC voltage received from the battery 10, and the generated 5 V DC voltage and the 12 V DC received from the battery 10. The voltage is supplied to the MOS driver 27.
[0054]
The MOS driver 27 is driven by DC voltages of 5V and 12V supplied from the power supply 26. Then, the MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in synchronization with the synchronization signal from the synchronous rectifier 28, and sends the generated control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6. Output. More specifically, the MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in the power generation mode of the alternator 50 based on the synchronization signals SYN1 to SYN6 from the synchronous rectifier 28, Based on the synchronization signals SYNM1 to SYNM6 from the rectifier 28, control signals for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in the drive mode of the alternator 50 are generated.
[0055]
When receiving the signal GS from the control unit 30, the synchronous rectifier 28 generates the synchronization signals SYNG 1 to SYNG 6 based on the timing signals TG 1 to TG 6 from the control unit 29, and sends the generated synchronization signals SYNG 1 to SYNG 6 to the MOS driver 27. Output. Further, when the synchronous rectifier 28 receives the signal MS from the control unit 30, the synchronous rectifier 28 generates synchronous signals SYNM1 to SYNM6 based on the timing signals TM1 to TM6 from the control unit 29, and the generated synchronous signals SYNM1 to SYNM6 are MOS drivers. To 27.
[0056]
The control unit 29 receives the angles θ1, θ2, and θ3 from the rotation angle sensor 60, and detects the rotational speed MRN of the rotor included in the alternator 50 based on the received angles θ1, θ2, and θ3.
[0057]
The angle θ1 is the angle between the direction of the magnetic force generated by the U-phase coil 51 and the direction of the magnetic force generated by the rotor coil 54, and the angle θ2 is the direction of the magnetic force generated by the V-phase coil 52 and the rotor coil. The angle θ3 is an angle between the direction of the magnetic force generated by the W-phase coil 53 and the direction of the magnetic force generated by the rotor coil 54. The angles θ1, θ2, and θ3 change periodically in the range of 0 degrees to 360 degrees. Therefore, the control unit 29 detects the number of rotations MRN by detecting the number of times the angles θ1, θ2, and θ3 periodically change in the range of 0 degrees to 360 degrees in a predetermined period.
[0058]
Then, the control unit 29 detects the timing of the voltages Vui, Vvi, and Vwi induced in the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 of the alternator 50 based on the angles θ1, θ2, and θ3. Based on the detected timing, the MOS transistors Tr1 to Tr6 are turned on / off in order to convert the voltages Vui, Vvi, Vwi induced in the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 into a DC voltage. Timing signals TG1 to TG6 indicating timing are generated.
[0059]
Further, the control unit 29 is a timing signal indicating the timing for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in order to operate the alternator 50 as a drive motor based on the angles θ1, θ2, θ3 and the detected rotational speed MRN. TM1 to TM6 are generated.
[0060]
Then, the control unit 29 outputs the generated timing signals TG1 to TG6 and TM1 to TM6 to the synchronous rectifier 28.
[0061]
Control unit 30 receives signal M / G, signal RLO and signal CHGL from an eco-run ECU (Electrical Control Unit) (which will be described later) provided outside, and sends signal CHGL to the outside. Control unit 30 receives voltages Vu, Vv, and Vw applied to U-phase coil 51, V-phase coil 52, and W-phase coil 53 of alternator 50.
[0062]
Based on the signal M / G, the control unit 30 determines whether the alternator 50 is operated as a generator or a drive motor, generates a signal GS when the generator 50 is operated as a generator, and outputs the signal GS to the synchronous rectifier 28. . On the other hand, when operating the alternator 50 as a drive motor, the control unit 30 determines an energization method for passing a current through the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 based on the voltages Vu, Vv, and Vw. Then, a signal MS for driving the alternator 50 by the determined energization method is generated and output to the synchronous rectifier 28.
[0063]
Further, the control unit 30 calculates a rotor current for the alternator 50 to generate a command power generation amount based on the signal RLO, generates a signal RCT for flowing the calculated rotor current to the rotor coil 54, and generates a MOS signal. Output to the gate of the transistor 40.
[0064]
Further, the control unit 30 converts the temperature information of the MOS transistor 40 into a signal based on the signal CHGL and outputs the signal to the outside (CHGL).
[0065]
MOS transistor 40 sets the rotor current supplied from battery 10 to rotor coil 54 to a predetermined value based on signal RCT from control unit 30. The diode 41 is a free wheeling diode at the time of rotor off control.
[0066]
The synchronous rectifier 28 and the control units 29 and 30 are formed as a custom IC 70.
[0067]
The alternator 50 operates as a drive motor or a generator. The alternator 50 generates a predetermined torque under the control of the control circuit 20 when starting the engine in the drive mode operating as a drive motor, and starts the engine with the generated predetermined torque.
[0068]
Further, in the power generation mode operating as a generator, alternator 50 generates an AC voltage corresponding to the rotor current flowing through rotor coil 54, and the generated AC voltage is used as U-phase arm 23, V-phase arm 24, and W-phase arm. 25.
[0069]
The rotation angle sensor 60 detects the angles θ1, θ2, and θ3, and outputs the detected angles θ1, θ2, and θ3 to the control unit 29.
[0070]
The overall operation of the generator motor 100 will be described. Based on the signal M / G from the eco-run ECU, the control unit 30 determines whether the alternator 50 is operated as a generator or a drive motor, and generates a signal GS when operating as a generator to generate a synchronous rectifier To 28. The control unit 30 generates a signal RCT based on the signal RLO from the eco-run ECU and outputs it to the gate of the MOS transistor 40.
[0071]
Then, MOS transistor 40 switches the rotor current supplied from battery 10 to rotor coil 54 in accordance with signal RCT. The rotor of the alternator 50 is rotated by the rotational force of the engine, and the alternator 50 generates a specified power generation amount and supplies it to the U-phase arm 23, the V-phase arm 24 and the W-phase arm 25.
[0072]
On the other hand, the control unit 29 receives the angles θ1, θ2, and θ3 from the rotation angle sensor 60, and generates timing signals TG1 to TG6, TM1 to TM6 by the above-described method based on the received angles θ1, θ2, and θ3. And output to the synchronous rectifier 28.
[0073]
Then, the synchronous rectifier 28 generates synchronous signals SYNG 1 to SYNG 6 synchronized with the timing signals TG 1 to TG 6 based on the signal GS from the control unit 30 and outputs the synchronous signals SYNG 1 to SYNG 6 to the MOS driver 27. The MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in synchronization with the synchronization signals SYNG1 to SYNG6, and outputs the control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6.
[0074]
Then, the MOS transistors Tr 1 to Tr 6 are turned on / off by a control signal from the MOS driver 27, and the AC voltage generated by the alternator 50 is converted into a DC voltage to charge the battery 10.
[0075]
In this case, the Zener diodes DT1 to DT3 absorb the surge voltage even if the surge voltage is superimposed on the AC voltage generated by the alternator 50. That is, the Zener diodes DT1 to DT3 prevent a voltage higher than the withstand voltage from being applied to the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6. Zener diode 21 absorbs the surge voltage even if the surge voltage is superimposed on the DC voltage between positive bus L1 and negative bus L2. That is, the Zener diode 21 prevents a voltage higher than the withstand voltage from being applied to the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5.
[0076]
When it is determined that the alternator 50 is driven as a drive motor based on the signal M / G, the control unit 30 moves to the U-phase arm 23, the V-phase arm 24 and the W-phase arm 25 based on the voltages Vu, Vv and Vw. And a signal MS for driving the alternator 50 is generated and output to the synchronous rectifier 28.
[0077]
The control unit 29 receives the angles θ1, θ2, and θ3 from the rotation angle sensor 60, generates the timing signals TG1 to TG6, TM1 to TM6 by the above-described method based on the received angles θ1, θ2, and θ3, and synchronizes them. Output to the rectifier 28.
[0078]
Then, the synchronous rectifier 28 generates synchronous signals SYNM 1 to SYNM 6 synchronized with the timing signals TM 1 to TM 6 based on the signal MS from the control unit 30, and outputs them to the MOS driver 27. The MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in synchronization with the synchronization signals SYNM1 to SYNM6, and outputs the control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6.
[0079]
Then, MOS transistors Tr1 to Tr6 are turned on / off by a control signal from MOS driver 27, and the current supplied from battery 10 to U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 25 of alternator 50 is switched. 50 is driven as a drive motor. Thereby, the alternator 50 supplies a predetermined torque to the crankshaft of the engine when the engine is started.
[0080]
In this case, the Zener diode 21 absorbs a surge voltage generated between the positive bus L1 and the negative bus L2 when the MOS transistors Tr1 to Tr6 are turned on / off. That is, the Zener diode 21 prevents a voltage higher than the withstand voltage from being applied to the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5. The Zener diodes DT1 to DT3 absorb the surge voltage even when the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are turned on and a surge voltage is applied to the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6. That is, the Zener diodes DT1 to DT3 prevent a voltage higher than the withstand voltage from being applied to the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6.
[0081]
Thus, the Zener diode 21 prevents the voltage exceeding the withstand voltage from being applied to the three MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 in both the power generation mode and the drive mode of the generator motor 100. That is, three MOS transistors are protected by one Zener diode. Therefore, the control circuit 20 can be miniaturized as a whole circuit.
[0082]
FIG. 2 is a plan view when the control circuit 20 of the generator-motor apparatus 100 is installed on the end face of the alternator 50. Referring to FIG. 2, electrode plates 81, 82 A to 82 C, 83 and a substrate 84 are formed on the end face of alternator 50. The electrode plate 81 has a substantially U shape and is provided around the rotation shaft 50 A of the alternator 50. The electrode plates 82 A to 82 C are provided outside the electrode plate 81 so as to surround the electrode plate 81. And electrode plate 82A-82C is arrange | positioned at predetermined intervals. The electrode plate 83 is disposed at a position where the distance from the rotation shaft 50A is substantially the same as that of the electrode plates 82A to 82C. And a part of electrode plate 83 is arrange | positioned under electrode plate 82A-82C. The substrate 84 is disposed in a substantially U-shaped cutout portion of the electrode plate 81.
[0083]
MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are disposed on electrode plate 81, MOS transistor Tr2 and Zener diode DT1 are disposed on electrode plate 82A, and MOS transistor Tr4 and Zener diode DT2 are disposed on electrode plate 82B. The MOS transistor Tr6 and the Zener diode DT3 are disposed on the electrode plate 82C.
[0084]
The MOS transistor Tr1 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the electrode plate 82A. The MOS transistor Tr2 has a drain connected to the electrode plate 82A and a source connected to the electrode plate 83. Zener diode DT1 has one terminal connected to electrode plate 82A and the other terminal connected to electrode plate 83. Electrode plate 82 A is connected to one end 51 A of U-phase coil 51.
[0085]
The MOS transistor Tr3 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the electrode plate 82B. The MOS transistor Tr4 has a drain connected to the electrode plate 82B and a source connected to the electrode plate 83. Zener diode DT2 has one terminal connected to electrode plate 82B and the other terminal connected to electrode plate 83. Electrode plate 82B is connected to one end 52A of V-phase coil 52.
[0086]
The MOS transistor Tr5 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the electrode plate 82C. The MOS transistor Tr6 has a drain connected to the electrode plate 82C and a source connected to the electrode plate 83. Zener diode DT3 has one terminal connected to electrode plate 82C and the other terminal connected to electrode plate 83. Electrode plate 82 C is connected to one end 53 A of W-phase coil 53.
[0087]
Therefore, electrode plate 81 functions as positive bus L 1, and one end thereof is connected to terminal 87. Electrode plate 81 receives a DC voltage from battery 10 via terminal 87. Electrode plate 83 functions as negative bus L2 and is connected to ground node GND. Further, the electrode plates 82A to 82C perform the functions of the nodes N5 to N7, respectively.
[0088]
The substrate 84 is made of a ceramic substrate. The power supply 26, custom IC 70, and MOS driver 27 are arranged on the substrate 84. Terminals 84 A to 84 D are provided on the substrate 84.
[0089]
The terminal 84A receives the signal M / G and outputs the received signal M / G to the control unit 30 included in the custom IC 70 via the wiring 85A. The terminal 84B receives the signal RLO and outputs the received signal RLO to the control unit 30 included in the custom IC 70 via the wiring 85B. Terminal 84C receives signal CHGL and outputs the received signal CHGL to control unit 30 included in custom IC 70 via wiring 85C. Terminal 84D receives the DC voltage output from battery 10, and supplies the received DC voltage to power supply 26 via wiring 85D.
[0090]
The MOS driver 27 outputs a control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6 via the wirings 86A to 86F, respectively. The wirings 86A to 86F are arranged along the circumference surrounding the rotation shaft 50A on the path from the substrate 84 to the electrode plates 81 and 82A to 82C.
[0091]
The Zener diode 21 is disposed in the space between the substrate 84 and the electrode plates 81 and 83, and is connected between the electrode plate 81 and the electrode plate 83. The capacitor 22 is disposed in a space portion between the substrate 84 and the electrode plates 81, 82 C, and 83, and is connected between the electrode plate 81 and the electrode plate 83. Note that the MOS transistor 40 and the diode 41 shown in FIG. 1 are arranged on the back side of the substrate 84.
[0092]
As described above, the MOS transistors Tr1 to Tr6 are arranged on the electrode plates 81 and 82A to 82C provided on the end face of the alternator 50. Such arrangement is achieved by providing the Zener diodes 21 and DT1 to DT3. This is realized by preventing an overvoltage from being applied to the MOS transistors Tr1 to Tr6 and reducing the size of the MOS transistors Tr1 to Tr6. In particular, since the three MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are protected by the single Zener diode 21, the three MOS transistors are used by utilizing the space between the substrate 84 and the electrode plates 81, 83. It has become possible to arrange a Zener diode 21 that protects Tr1, Tr3, and Tr5.
[0093]
In addition, the Zener diode 21 prevents the overvoltage from being applied to the capacitor 22, so that the capacity of the capacitor 22 can be reduced. As a result, the capacitor 22 can be disposed in the space between the substrate 84 and the electrode plates 81, 82C, 83.
[0094]
Due to these factors, the overall size of the control circuit 20 can be reduced, and the control circuit 20 can be disposed on the end face of the alternator 50.
[0095]
FIG. 3 shows a block diagram of an engine system 200 including the generator-motor apparatus 100. Referring to FIG. 3, engine system 200 includes a battery 10, a control circuit 20, an alternator 50, an engine 110, a torque converter 120, an automatic transmission 130, pulleys 140, 150, 160, and an electromagnetic clutch 140a. , Belt 170, auxiliary machinery 172, starter 174, electric hydraulic pump 180, fuel injection valve 190, electric motor 210, throttle valve 220, eco-run ECU 230, engine ECU 240, VSC (Vehicle Stability). Control) -ECU 250.
[0096]
Alternator 50 is disposed in proximity to engine 110. The control circuit 20 is disposed on the end face of the alternator 50 as described above.
[0097]
The engine 110 is started by the alternator 50 or the starter 174 and generates a predetermined output. More specifically, engine 110 is started by alternator 50 when starting after stopping in an economy running system (also referred to as “eco-run”), and is started by starter 174 when starting by an ignition key. Engine 110 then outputs the generated output from crankshaft 110 a to torque converter 120 or pulley 140.
[0098]
Torque converter 120 transmits rotation of engine 110 from crankshaft 110 a to automatic transmission 130. The automatic transmission 130 performs automatic shift control, sets the torque from the torque converter 120 to a torque corresponding to the shift control, and outputs the torque to the output shaft 130a.
[0099]
The pulley 140 incorporates an electromagnetic clutch 140a and is connected to the crankshaft 110a of the engine 110 via the electromagnetic clutch 140a. Further, the pulley 140 is interlocked with the pulleys 150 and 160 via the belt 170.
[0100]
The electromagnetic clutch 140a is turned on / off under the control of the eco-run ECU 230, and connects / disconnects the pulley 140 to / from the crankshaft 110a. The belt 170 connects the pulleys 140, 150, and 160 to each other. Pulley 150 is connected to the rotation shaft of auxiliary machinery 172.
[0101]
The pulley 160 is connected to the rotating shaft of the alternator 50 and is rotated by the alternator 50 or the crankshaft 110 a of the engine 110.
[0102]
The auxiliary machinery 172 includes one or more of an air conditioner compressor, a power steering pump, and an engine cooling water pump. Auxiliary machinery 172 receives the output from alternator 50 via pulley 160, belt 170 and pulley 150, and is driven by the received output.
[0103]
The alternator 50 is driven by the control circuit 20. Alternator 50 receives the rotational force of crankshaft 110a of engine 110 via pulley 140, belt 170, and pulley 160, and converts the received rotational force into electrical energy. That is, the alternator 50 generates power by the rotational force of the crankshaft 110a. There are two cases where the alternator 50 generates power. One is a case where the engine 110 is driven during normal driving of a hybrid vehicle equipped with the engine system 200 to generate power by receiving the rotational force of the crankshaft 110a. The other is the case where the engine 110 is not driven, but the rotational force of the drive wheels is transmitted to the crankshaft 110a when the hybrid vehicle is decelerated, and the alternator 50 generates electric power in response to the transmitted rotational force.
[0104]
The alternator 50 is driven by the control circuit 20 and outputs a predetermined output to the pulley 160. The predetermined output is transmitted to the crankshaft 110a of the engine 110 via the belt 170 and the pulley 140 when the engine 110 is started, and supplemented via the belt 170 and the pulley 150 when the auxiliary machinery 172 is driven. It is transmitted to the machinery 172.
[0105]
The battery 10 supplies a DC voltage of 12V to the control circuit 20 as described above.
[0106]
The control circuit 20 converts the DC voltage from the battery 10 into an AC voltage as described above under the control of the eco-run ECU 230, and drives the alternator 50 with the converted AC voltage. Further, the control circuit 20 converts the AC voltage generated by the alternator 50 into a DC voltage under the control of the eco-run ECU 230, and charges the battery 10 with the converted DC voltage.
[0107]
The starter 174 starts the engine 110 under the control of the eco-run ECU 230. The electric hydraulic pump 180 is built in the automatic transmission 130 and supplies hydraulic oil to a hydraulic control unit provided in the automatic transmission 130 under the control of the engine ECU 240. The hydraulic oil adjusts the operating states of the clutch, brake and one-way clutch in the automatic transmission 130 by a control valve in the hydraulic control unit, and switches the shift state as necessary.
[0108]
The eco-run ECU 230 performs on / off switching of the electromagnetic clutch 140 a, mode control of the alternator 50 and the control circuit 20, control of the starter 174, and charge amount control of the battery 10. The mode control of the alternator 50 and the control circuit 20 refers to controlling a power generation mode in which the alternator 50 functions as a generator and a drive mode in which the alternator 50 functions as a drive motor. Then, the eco-run ECU 230 generates a signal M / G as a control signal for controlling the power generation mode and the drive mode, and outputs the signal M / G to the control circuit 20. Further, a control line from the eco-run ECU 230 to the battery 10 is not shown.
[0109]
Further, the eco-run ECU 230 detects the rotational speed MRN based on the angles θ1, θ2, and θ3 from the rotation angle sensor 60 built in the alternator 50, whether the eco-run system is activated by the driver from the eco-run switch, and other data.
[0110]
The fuel injection valve 190 controls fuel injection under the control of the engine ECU 240. The electric motor 210 controls the opening degree of the throttle valve 220 by control from the engine ECU 240. The throttle valve 220 is set to a predetermined opening by the electric motor 210.
[0111]
The engine ECU 240 controls the on / off of the auxiliary machinery 172 except the engine cooling water pump, the drive control of the electric hydraulic pump 180, the shift control of the automatic transmission 130, the fuel injection control by the fuel injection valve 190, and the throttle by the electric motor 210. The opening degree control of the valve 220 and other engine control are performed.
[0112]
The engine ECU 240 also determines whether the engine coolant temperature from the water temperature sensor, the accelerator pedal depression state from the idle switch, the accelerator opening from the accelerator opening sensor, the steering angle from the steering angle sensor, and the vehicle speed from the vehicle speed sensor. Then, the throttle opening from the throttle opening sensor, the shift position from the shift position sensor, the engine speed from the engine speed sensor, the presence / absence of on / off operation from the air conditioner switch, and other data are detected.
[0113]
The VSC-ECU 250 detects whether or not the brake pedal is depressed from the brake switch and other data.
[0114]
The eco-run ECU 230, the engine ECU 240, and the VSC-ECU 250 are mainly configured of a microcomputer, and execute a calculation process that requires a CPU (Central Processing Unit) in accordance with a program written in an internal ROM (Read Only Memory). Various controls are executed based on the calculation results. These arithmetic processing results and detected data can be communicated with each other among the eco-run ECU 2300, the engine ECU 240 and the VSC-ECU 250. It is possible to execute.
[0115]
The operation of engine system 200 will be described. The eco-run ECU 230 performs an automatic stop process, an engine stop motor drive process, an automatic start process, a motor drive start start process, a travel motor control process, and a deceleration motor control process.
[0116]
First, the automatic stop process will be described. Engine ECU 240 receives engine coolant temperature THW, idle switch, battery voltage, brake switch, vehicle speed SPD, and the like. Then, engine ECU 240 detects whether or not the accelerator pedal is depressed from the idle switch, and detects whether or not the brake pedal is depressed from the brake switch.
[0117]
When the automatic stop process is started, the engine coolant temperature THW, the accelerator pedal depression / non-depression, the voltage of the battery 10, the brake pedal depression / non-depression, the vehicle speed SPD, etc. Read into the area. The eco-run ECU 230 determines whether or not the automatic stop condition is satisfied based on these data. The automatic stop condition is satisfied when, for example, the engine coolant temperature THW is between the lower limit value and the upper limit value, and that the vehicle speed SPD is 0 km / h, etc. are all satisfied.
[0118]
When it is determined that the automatic stop condition is satisfied, the eco-run ECU 230 performs an engine stop process. More specifically, the eco-run ECU 230 instructs the engine ECU 240 to cut the fuel, and the engine ECU 240 controls the fuel injection valve 190 to stop the fuel injection in response to the fuel cut instruction, and the throttle valve 220 is fully closed. Thereby, the fuel injection valve 190 stops fuel injection, combustion in the combustion chamber of the engine 110 stops, and the operation of the engine 110 stops.
[0119]
Next, the motor drive process when the engine is stopped will be described. When the engine stop motor driving process is started, the eco-run ECU 230 controls the control circuit 20 to turn on the electromagnetic clutch 140a, set the rotation speed of the alternator 50 to the idle target rotation speed, and drive the alternator 50. . More specifically, the eco-run ECU 230 outputs a signal M / G for operating the alternator 50 as a drive motor to the control circuit 20. Then, based on the signal M / G from the eco-run ECU 230, the control circuit 20 operates the alternator 50 as a drive motor by the method described above, and drives the alternator 50 so that the rotational speed becomes the idle target rotational speed. Thereby, the rotating shaft 50A of the alternator 50 rotates and the pulley 160 also rotates.
[0120]
The rotational force transmitted to the pulley 160 is transmitted to the crankshaft 110a via the belt 170 and the pulley 140, and the crankshaft 110a rotates at the idle target rotational speed. Then, the eco-run ECU 230 confirms that the state in which the engine 110 rotates at the idle target rotation speed is maintained for a certain period of time.
[0121]
As described above, when the engine 110 is stopped, the engine 110 is rotated at the same rotational speed as the idle rotation by the output of the alternator 50, thereby sufficiently reducing the in-cylinder pressure of the engine 110 in which the throttle valve 220 is fully closed. be able to. And the difference of the load torque between the processes of the engine 110 which is not combusting becomes small, and the torque fluctuation in rotation reduces. As a result, vibration at the time of stop can be suppressed, and the driver does not feel uncomfortable when the engine 110 is automatically stopped.
[0122]
Thereafter, the eco-run ECU 230 determines whether or not there is a drive request for the auxiliary machinery 172, and when it is determined that there is a drive request for the auxiliary machinery 172, the electromagnetic clutch 140a is turned off and the alternator 50 is set to the drive mode. . Also in this case, the alternator 50 is rotated at the target idle speed by the above-described operation, and the rotational force is transmitted to the auxiliary machinery 172 via the pulley 160, the belt 170, and the pulley 150.
[0123]
As a result, the air conditioner compressor and the power steering pump are driven. In this case, since the electromagnetic clutch 140a is turned off, the crankshaft 110a of the engine 110 does not rotate, and wasteful power consumption can be prevented and fuel efficiency can be improved.
[0124]
As described above, the eco-run ECU 230 drives the alternator 50 while the engine 110 is stopped, rotates the crankshaft 110a of the engine 110 to perform vibration reduction processing, or drives the auxiliary machinery 172.
[0125]
Next, the automatic start process will be described. When the automatic start process is started, the eco-run ECU 230 reads the same data as the data read during the automatic stop process and determines whether or not the automatic start condition is satisfied. More specifically, the eco-run ECU 230 determines that the automatic start condition is satisfied when even one of the automatic stop conditions is not satisfied.
[0126]
When the eco-run ECU 230 determines that the automatic start condition is satisfied, the eco-run ECU 230 stops the motor drive process when the engine is stopped. Thereby, the automatic start process ends.
[0127]
Next, the motor drive start start process will be described. When the motor drive start start process is started, the eco-run ECU 230 instructs the engine ECU 240 to prohibit the air conditioner from being turned on. If the air conditioner is turned on, engine ECU 240 stops the driving of the air conditioner. Thereby, the load which arises in the alternator 50 can be reduced.
[0128]
Then, the eco-run ECU 230 turns on the electromagnetic clutch 140a and puts the alternator 50 into the drive mode. Then, the rotational force of alternator 50 is transmitted to crankshaft 110a through pulley 160, belt 170 and pulley 140 by the same operation as described above, and crankshaft 110a is rotated at the idle target rotational speed.
[0129]
Then, eco-run ECU 230 determines whether or not the number of revolutions of engine 110 has reached the target idle speed, and when the number of revolutions of engine 110 reaches the target idle speed, gives an instruction to start fuel injection to engine ECU 240. . Then, engine ECU 240 controls fuel injection valve 190 to inject fuel, and fuel injection valve 190 starts fuel injection. Thereby, the engine 110 starts and starts operation.
[0130]
In this case, the engine 110 is fuel-injected at the idle target speed, so that the engine 110 is started quickly and reaches a stable engine speed at an early stage. Since the crankshaft 110a of the engine 110 is rotated by the output of the alternator 50 until fuel injection is reached, if the output torque of the alternator 50 is sufficiently high, the torque converter 120 in a non-lock-up state is used. The start can be started by the generated creep force.
[0131]
Thus, during the motor drive start start process, the alternator 50 is driven in the drive mode.
[0132]
Next, the running motor control process will be described. When the running motor control process is started, the eco-run ECU 230 determines whether or not the engine 110 has been started by the motor drive start start process, and when it is determined that the engine 110 has been started, The drive start start process is stopped. Then, the eco-run ECU 230 gives an instruction to the engine ECU 240 to permit the air conditioner to be turned on. Thereby, if the switch of the air conditioner is turned on, engine ECU 240 can switch the air conditioner compressor so that the pulley 150 rotates and drive the air conditioner.
[0133]
Thereafter, the eco-run ECU 230 determines whether or not the vehicle is decelerating. Here, when the vehicle decelerates, for example, it means a state where the accelerator pedal is completely returned during traveling, that is, a case where the idle switch is on during traveling. Accordingly, if the idle switch is turned off, the eco-run ECU 230 determines that the vehicle is not decelerated, turns on the electromagnetic clutch 140a, and sets the alternator 50 to the power generation mode. More specifically, the eco-run ECU 230 outputs a signal M / G for operating the alternator 50 in the power generation mode to the control circuit 20. Then, the control circuit 20 drives the alternator 50 in the power generation mode by the method described above according to the signal M / G from the eco-run ECU 230.
[0134]
Then, the rotational force of crankshaft 110a of engine 110 is transmitted to the rotational shaft of alternator 50 through pulley 140, belt 170 and pulley 160. The alternator 50 generates power and outputs an alternating voltage to the control circuit 20. The control circuit 20 charges the battery 10 by converting an AC voltage into a DC voltage according to the control from the eco-run ECU 230. Thereby, the running motor control process ends.
[0135]
Thus, during normal travel, the alternator 50 is driven in the power generation mode, and the rotational force of the engine 110 is converted into electrical energy.
[0136]
On the other hand, when the eco-run ECU 230 determines that the vehicle is decelerating, a motor control process during deceleration is performed. Finally, the motor control process during deceleration will be described. When the motor control process during deceleration is started, the eco-run ECU 230 determines whether or not the fuel cut during vehicle deceleration has been completed. Under the condition that it is determined that the vehicle is decelerating, the engine speed of the engine 110 is set to the return reference engine speed (that is, the idle target engine speed) for determining the fuel injection return by the fuel cut process at the time of deceleration executed by the engine ECU 240. Until it decreases, the fuel injection to the engine 110 is stopped.
[0137]
When the engine speed decreases to the return reference engine speed, the torque converter 120 is switched from the lock-up state to the non-lock-up state, and fuel injection is resumed to prevent engine stall due to a drop in engine speed. .
[0138]
If the fuel is being cut at the time of deceleration of the vehicle, the eco-run ECU 230 turns on the electromagnetic clutch 140a and sets the alternator 50 for power generation at a power generation voltage higher than the normal power generation voltage. Thereby, although the engine 110 is not operated, the crankshaft 110a of the engine 110 is rotated by the rotation of the wheel, and the rotation of the crankshaft 110a is transmitted to the alternator 50 through the pulley 140, the belt 170, and the pulley 160. . The alternator 50 generates an alternating voltage. Therefore, the running energy of the vehicle is recovered as electric power. That is, the power generation mode of the alternator 50 in this case corresponds to the regeneration mode.
[0139]
When the engine speed decreases to the return reference speed, the engine ECU 240 ends the fuel cut process. Then, the eco-run ECU 230 determines whether or not the engine speed is smaller than the engine stall reference speed. The engine stall reference rotational speed is a value smaller than the return reference rotational speed. In addition, the determination as to whether or not the engine speed is smaller than the engine stall reference speed is to determine a situation where the engine speed may greatly decrease and the engine stall may occur despite the resumption of fuel injection. It is.
[0140]
When the eco-run ECU 230 determines that the engine speed is greater than the engine stall reference speed, the alternator 50 is stopped. On the other hand, when it is determined that the engine speed is smaller than the engine stall reference speed, the eco-run ECU 230 turns on the electromagnetic clutch 140a and drives the alternator 50 so that the engine speed becomes the idle target speed.
[0141]
Thereby, the rotational force of the alternator 50 is transmitted to the crankshaft 110a via the pulley 160, the belt 170, and the pulley 140, and the crankshaft 110a rotates. When the eco-run ECU 230 determines that the engine speed has reached the idle target speed, the alternator 50 is stopped.
[0142]
As described above, when it becomes difficult for the engine 110 to return from the fuel cut to the engine operation after the fuel cut process at the time of deceleration, the engine stall is prevented by increasing the engine speed by the alternator 50.
[0143]
At the time of engine cold start, eco-run ECU 230 controls starter 174 in accordance with the operation of the driver ignition switch, and starter 174 starts engine 110. Further, during normal travel after the vehicle on which the engine system 200 is mounted starts, the eco-run ECU 230 outputs a signal M / G for operating the alternator 50 as a drive motor to the control circuit 20. In accordance with the signal M / G, the alternator 50 is driven as a drive motor by the above-described operation. The torque generated by the alternator 50 is applied to the drive wheels of the vehicle on which the engine system 200 is mounted via the pulley 160, the belt 170, the pulley 140, the crankshaft 110a, the torque converter 120, the automatic transmission 130, and the output shaft 130a. Communicated.
[0144]
As described above, in the engine system 200, the control circuit 20 that controls the alternator 50 is provided on the end face of the alternator 50, and drives the alternator 50 as a drive motor or a generator in accordance with an instruction from the eco-run ECU 230.
[0145]
The MOS driver 27, the synchronous rectifier 28, and the control units 29 and 30 constitute an “electronic control unit”.
[0146]
The alternator 50 constitutes a “motor” that functions as a generator or an electric motor.
[0147]
According to the embodiment of the present invention, the control circuit that controls the drive of the alternator functioning as a generator or an electric motor includes a plurality of switching elements and one piece that prevents a surge voltage from being applied to the plurality of switching elements. Therefore, the overall size of the control circuit can be reduced. As a result, the control circuit can be installed on the end face of the alternator.
[0148]
In the present embodiment, the eco-run ECU and the engine ECU are separated, but it goes without saying that their functions can be integrated to form a single engine control ECU. Further, the transmission of the present embodiment is not limited to AT (so-called automatic transmission) but may be CVT or MT.
[0149]
Further, in the present embodiment, the auxiliary clutch drive function is provided using the electromagnetic clutch 140a. However, the auxiliary drive function may be omitted to simplify the system (without providing the electromagnetic clutch 140a). It will be better)
[0150]
Furthermore, although the eco-run system is used in the present embodiment, it can be applied to a hybrid vehicle that can generate a large driving force with a motor. As for the alternator 50, the present invention can be realized even if it is replaced with another known generator motor (also called a motor generator). It goes without saying that a generator motor that can provide a torque necessary for driving the vehicle and starting the engine may be appropriately selected.
[0151]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a generator-motor apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view when the control circuit shown in FIG. 1 is arranged on the end face of the alternator.
FIG. 3 is a schematic block diagram of an engine system including the generator-motor apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional starter / charger.
[Explanation of symbols]
10, 310 battery, 20 control circuit, 21, DT1, DT2, DT3, 334, 368-373 Zener diode, 22 capacitor, 23 U-phase arm, 24 V-phase arm, 25 W-phase arm, 26 power supply, 27 MOS driver, 28 synchronous rectifier, 29, 30 control unit, 40, Tr1-Tr6 MOS transistor, 41, 336 diode, 50 alternator, 50A rotating shaft, 51 U phase coil, 51A, 52A, 53A one end, 52 V phase coil, 53 W Phase coil, 54 rotor coil, 60 rotation angle sensor, 70 custom IC, 81, 82A to 82C, 83 electrode plate, 84 substrate, 84A to 84D terminal, 85A to 85D, 86A to 86F wiring, 100 generator motor apparatus, 110 engine 110a crankshaft, 120 torque converter, 30 Automatic transmission, 130a Output shaft, 140, 150, 160 Pulley, 170 Belt, 172 Auxiliaries, 174 Starter, 180 Electric hydraulic pump, 190 Fuel injection valve, 200 Engine system, 210 Electric motor, 220 Throttle valve, 230 Eco-run ECU, 240 Engine ECU, 250 VSC-ECU, 300 Start and charge device, 320 Key switch, 330 Voltage regulator, 331-333 Resistance, 335, 337 Transistor, 340 Field coil, 350 Crank angle detector, 360 Armature Current switching circuit, 361 Current switching control circuit, 362 to 367 N-type MOS transistor, 380 armature coil, FU1, FU2 fuse, L1 positive bus, L2 negative bus.

Claims

A motor including a plurality of coils provided corresponding to a plurality of phases, and functioning as a generator and a motor;
A control circuit for controlling the motor,
The control circuit includes:
A plurality of arms provided corresponding to the plurality of coils and connected in parallel between the plus bus and the minus bus;
A first Zener diode connected in parallel to the plurality of arms between the plus bus and the minus bus;
Each of the plurality of arms is
First and second switching elements connected in series between the plus bus and the minus bus;
Ri consists the first of the second second Zener diode connected in parallel to the switching element between the switching element and the minus bus bar,
The first Zener diode is provided in place of a Zener diode that can be connected in parallel to the first switching element between the plus bus and the second switching element in each of the plurality of arms. Electric device.

The generator motor apparatus according to claim 1, wherein the control circuit is provided integrally with the motor.

The generator motor according to claim 1 or 2, wherein the motor starts an engine mounted on a vehicle or generates electric power by a rotational force of the engine.

An electronic control unit that outputs a control signal to a plurality of first and second switching elements included in the control circuit;
The generator motor apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first Zener diode is disposed in the vicinity of the electronic control unit.

5. The generator-motor device according to claim 1, further comprising a fuse provided closer to a DC power supply side than a positive-side connection of the first Zener diode.