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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-05
(45)【発行日】2024-11-13
(54)【発明の名称】エンジン始動装置
(51)【国際特許分類】
H02K 7/18 20060101AFI20241106BHJP
F02N 11/08 20060101ALI20241106BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20241106BHJP
F02N 11/04 20060101ALI20241106BHJP
F02D 29/02 20060101ALI20241106BHJP
【ＦＩ】
H02K7/18 B
F02N11/08 V
F02D45/00 362
F02N11/04 A
F02D29/02 321B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020200883
(22)【出願日】2020-12-03
(65)【公開番号】P2022088825
(43)【公開日】2022-06-15
【審査請求日】2023-09-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000002082
【氏名又は名称】スズキ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111202
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 周彦
(74)【代理人】
【識別番号】100139365
【弁理士】
【氏名又は名称】中嶋 武雄
(74)【代理人】
【識別番号】100150304
【弁理士】
【氏名又は名称】溝口 勉
(72)【発明者】
【氏名】刑部 鉄也
【審査官】三澤 哲也
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１５／０９３５７６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第０２／２７１８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１３５１０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１５２１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－３６６６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２９２００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０９７９１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１４２５７８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ７／１８
Ｆ０２Ｎ １１／０８
Ｆ０２Ｄ ４５／００
Ｆ０２Ｎ １１／０４
Ｆ０２Ｄ ２９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転シャフトおよび前記回転シャフトを回転可能に支持するケースを有するエンジンを始動させるエンジン始動装置であって、電動機、電磁ピックアップおよび制御回路を備え、
前記電動機は、
前記回転シャフトまたは前記回転シャフトに固定された部品に固定された回転体と、
前記回転体に固定され、前記回転シャフトの回転中心を中心とした第１の円に沿って配置された２ｍ個（ｍは２以上の整数）の永久磁石と、
前記ケースまたは前記ケースに固定された部品に固定されたコアと、
前記コアに設けられ、前記回転シャフトの周囲に前記第１の円と対向するように配置された３ｎ個（ｎは１以上の整数）のコイルと、
前記回転体に設けられ、前記回転シャフトの回転中心を中心とする第２の円に沿って配置された複数の指標部とを備え、
前記２ｍ個の永久磁石は、前記各コイルと対向する側の磁極がＮ極およびＳ極のうちの一方の磁極であるｍ個の第１の永久磁石、および前記各コイルと対向する側の磁極がＮ極およびＳ極のうちの他方の磁極であるｍ個の第２の永久磁石を含み、前記ｍ個の第１の永久磁石および前記ｍ個の第２の永久磁石は前記第１の円の周方向において１つずつ交互に等間隔に配置され、
前記３ｎ個のコイルはｎ個の第１相のコイル、ｎ個の第２相のコイルおよびｎ個の第３相のコイルを含み、前記ｎ個の第１相のコイル、前記ｎ個の第２相のコイルおよび前記ｎ個の第３相のコイルは前記第１の円の周方向において１つずつこの順番に並ぶように等間隔に配置され、
前記電磁ピックアップは、前記ケースまたは前記ケースに固定された部品に固定され、前記回転体の回転時に前記各指標部が所定の基準位置を通過したことを示す検出信号を出力し、
前記制御回路は、前記検出信号に基づいて前記各コイルに流す電流を制御することにより前記コアに対して前記回転体を回転させ、
前記複数の指標部は、形状、大きさ、または前記第２の円の周方向の一方の隣に配置された指標部からの距離が前記複数の指標部における他の指標部と異なる特異指標部を含み、
前記特異指標部が前記基準位置を通過した時点に、前記ｎ個の第１相のコイルのうちの少なくとも１つが前記ｍ個の第１の永久磁石のうちのいずれか１つと対向するように、前記基準位置および前記特異指標部の配置が定められていることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項2】
前記複数の指標部の個数は（２ｍー１）個であり、前記複数の指標部において、前記特異指標部は、前記回転体の一の回転方向において隣の指標部から（３６０／ｍ）度離れた位置に配置され、前記特異指標部以外の各指標部は、前記回転体の前記一の回転方向において隣の指標部から（１８０／ｍ）度離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項3】
前記特異指標部は、前記第２の円の周方向における長さが前記複数の指標部における他の指標部と異なることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン始動装置。
【請求項4】
前記制御回路は、前記回転体が停止しているときに、まず、前記検出信号に基づくことなく前記各コイルに所定のタイミングで電流を流すことによって前記回転体を回転させるオープンループ制御を行い、その後、前記特異指標部が前記基準位置を通過したことが前記検出信号に基づいて認識された時点に、前記回転体を回転させる制御を、前記オープンループ制御から、前記各コイルに電流を流すタイミングを前記検出信号に同期させて前記回転体を回転させるクローズドループ制御に切り換えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジン始動装置。
【請求項5】
前記制御回路は、前記回転体が停止しているときに、まず、前記オープンループ制御を行うことによって前記回転体を逆回転させ、その後、前記特異指標部が前記基準位置を通過したことが前記検出信号に基づいて認識された時点に、前記回転体を逆回転させる制御を前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に切り換え、その後、前記回転体の回転を逆回転から正回転に切り換えることを特徴とする請求項４に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動機によりクランクシャフトを回転させてエンジンを始動させるエンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンの始動時に、エンジンの始動のきっかけとなる回転力を電動機によりエンジンのクランクシャフトに与えるエンジン始動装置は、多くの車両に搭載されている。このようなエンジン始動装置における電動機として、例えば下記の特許文献１に記載されているように、エンジンの始動時には電動機として機能し、エンジンの始動後には発電機として機能する電動発電機が利用されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１８／１４２５７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
車両の走行を開始するに当たり、エンジンを迅速かつ円滑に始動させることができるようにすることは、車両の性能を向上させる上において1つの課題である。
【0005】
また、近年、例えば信号待ち等のために車両を短時間停止させる際にエンジンを自動的に停止させるアイドリングストップ機能を備えた車両が増加しつつある。例えば、信号待ちのためにエンジンを停止させた後、信号待ちを終えて車両を発進させる際には、エンジンを迅速かつ円滑に始動させる必要がある。そのため、アイドリングストップ機能を備えた車両に搭載されたエンジン始動装置には、エンジンの始動の迅速性および円滑性を高めることが要求される。
【0006】
本発明は例えば上述したような課題および要求を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、エンジンの始動の迅速性および円滑性を高めることができるエンジン始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明のエンジン始動装置は、回転シャフトおよび前記回転シャフトを回転可能に支持するケースを有するエンジンを始動させるエンジン始動装置であって、電動機、電磁ピックアップおよび制御回路を備え、前記電動機は、前記回転シャフトまたは前記回転シャフトに固定された部品に固定された回転体と、前記回転体に固定され、前記回転シャフトの回転中心を中心とした第１の円に沿って配置された２ｍ個（ｍは２以上の整数）の永久磁石と、前記ケースまたは前記ケースに固定された部品に固定されたコアと、前記コアに設けられ、前記回転シャフトの周囲に前記第１の円と対向するように配置された３ｎ個（ｎは１以上の整数）のコイルと、前記回転体に設けられ、前記回転シャフトの回転中心を中心とする第２の円に沿って配置された複数の指標部とを備え、前記２ｍ個の永久磁石は、前記各コイルと対向する側の磁極がＮ極およびＳ極のうちの一方の磁極であるｍ個の第１の永久磁石、および前記各コイルと対向する側の磁極がＮ極およびＳ極のうちの他方の磁極であるｍ個の第２の永久磁石を含み、前記ｍ個の第１の永久磁石および前記ｍ個の第２の永久磁石は前記第１の円の周方向において１つずつ交互に等間隔に配置され、前記３ｎ個のコイルはｎ個の第１相のコイル、ｎ個の第２相のコイルおよびｎ個の第３相のコイルを含み、前記ｎ個の第１相のコイル、前記ｎ個の第２相のコイルおよび前記ｎ個の第３相のコイルは前記第１の円の周方向において１つずつこの順番に並ぶように等間隔に配置され、前記電磁ピックアップは、前記ケースまたは前記ケースに固定された部品に固定され、前記回転体の回転時に前記各指標部が所定の基準位置を通過したことを示す検出信号を出力し、前記制御回路は、前記検出信号に基づいて前記各コイルに流す電流を制御することにより前記コアに対して前記回転体を回転させ、前記複数の指標部は、形状、大きさ、または前記第２の円の周方向の一方の隣に配置された指標部からの距離が前記複数の指標部における他の指標部と異なる特異指標部を含み、前記特異指標部が前記基準位置を通過した時点に、前記ｎ個の第１相のコイルのうちの少なくとも１つが前記ｍ個の第１の永久磁石のうちのいずれか１つと対向するように、前記基準位置および前記特異指標部の配置が定められている。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、エンジンの始動の迅速性および円滑性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１の実施例のエンジン始動装置が設けられたエンジンを示す断面図である。
【図3】本発明の第１の実施例のエンジン始動装置における電動発電機の分解図である。
【図4】本発明の第１の実施例のエンジン始動装置の電動発電機における永久磁石、コイルおよび凸部等の位置関係、並びに電動発電機の電気的・磁気的構造を電磁ピックアップと共に示す模式図である。
【図5】本発明の第１の実施例のエンジン始動装置において、電磁ピックアップから出力された検出信号、凸部および永久磁石を示す説明図である。
【図6】本発明の第１の実施例のエンジン始動装置における駆動制御回路、および駆動制御回路に接続されたコイル等を示す回路図である。
【図7】エンジンにおけるクランク角とシリンダ内の圧力との関係を示すグラフである。
【図8】本発明の第１の実施例のエンジン始動装置によるエンジン始動処理を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第２の実施例のエンジン始動装置を示す模式図である。
【図10】本発明の第３の実施例のエンジン始動装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施形態のエンジン始動装置は、回転シャフトおよび回転シャフトを回転可能に支持するケースとを有するエンジンを始動させる装置である。本実施形態のエンジン始動装置は、電動機、電磁ピックアップおよび制御回路を備えている。
【0011】
電動機は、回転体、回転体に設けられた２ｍ個（ｍは２以上の整数）の永久磁石、コア、コアに設けられた３ｎ個（ｎは１以上の整数）のコイル、および複数の指標部を備えている。電動機は例えば３相ブラシレスモータの構造を有している。
【0012】
回転体は、回転シャフト、または回転シャフトに固定された部品に固定されている。２ｍ個の永久磁石は、回転体に固定され、回転シャフトの回転中心を中心とした第１の円に沿って配置されている。また、２ｍ個の永久磁石は、各コイルと対向する側の磁極がＮ極およびＳ極のうちの一方の磁極であるｍ個の第１の永久磁石、および各コイルと対向する側の磁極がＮ極およびＳ極のうちの他方の磁極であるｍ個の第２の永久磁石を含んでいる。また、ｍ個の第１の永久磁石およびｍ個の第２の永久磁石は第１の円の周方向において１つずつ交互に等間隔に配置されている。
【0013】
コアは、エンジンのケース、または当該ケースに固定された部品に固定されている。３ｎ個のコイルは、コアに設けられ、回転シャフトの周囲に上記第１の円と対向するように配置されている。また、３ｎ個のコイルは、ｎ個の第１相のコイル、ｎ個の第２相のコイルおよびｎ個の第３相のコイルを含んでいる。また、ｎ個の第１相のコイル、ｎ個の第２相のコイルおよびｎ個の第３相のコイルは第１の円の周方向において１つずつこの順番に並ぶように等間隔に配置されている。
【0014】
複数の指標部は、回転体に設けられ、回転シャフトの回転中心を中心とする第２の円に沿って配置されている。複数の指標部は各永久磁石の位置を示す指標として機能する。
【0015】
電磁ピックアップは、エンジンのケースまたは当該ケースに固定された部品に固定されている。電磁ピックアップは、回転体の回転時に、各指標部が所定の基準位置を通過したことを検出し、各指標部が所定の基準位置を通過したことを示す検出信号を出力する。制御回路は、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて各コイルに流す電流を制御することにより、コアに対して回転体を回転させる。回転体の回転に伴い、回転シャフトが回転する。その後、エンジンが燃焼ガスの熱エネルギーに基づく作動を開始する。
【0016】
また、複数の指標部には特異指標部が含まれている。特異指標部は、形状または大きさが、複数の指標部における他の指標部と異なるものとすることが好ましい。また、特異指標部を、上記第２の円の周方向の一方の隣に配置された指標部からの距離が複数の指標部における他の指標部と異なるものとしてもよい。また、上記基準位置および特異指標部の配置は、特異指標部が上記基準位置を通過した時点に、ｎ個の第１相のコイルのうちの少なくとも１つがｍ個の第１の永久磁石のうちのいずれか１つと対向するように定められている。
【0017】
このような構成を有する本実施形態のエンジン始動装置において、電磁ピックアップは各指標部が所定の基準位置を通過したことを示す検出信号を出力する。複数の指標部のうち、特異指標部は、形状もしくは大きさ、または上記第２の円の周方向の一方の隣に配置された指標部からの距離が他の指標部とは異なっている。したがって、特異指標部が上記基準位置を通過したときと、特異指標部以外の指標部が上記基準位置を通過したときとで、電磁ピックアップから出力される検出信号の波形または検出信号の出力間隔が異なる。それゆえ、制御回路は、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて、特異指標部が上記基準位置を通過したことを認識することができる。さらに、本実施形態のエンジン始動装置において、上記基準位置および特異指標部の配置は、特異指標部が上記基準位置を通過した時点に、ｎ個の第１相のコイルのうちの少なくとも１つがｍ個の第１の永久磁石のうちのいずれか１つと対向するように定められている。したがって、制御回路は、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて特異指標部が上記基準位置を通過したことを認識することにより、少なくとも１つの第１相のコイルが第１の永久磁石と対向していることを認識することができる。
【0018】
例えば、永久磁石の個数が４つであり、コイルの個数が３つである場合には、制御回路は、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて特異指標部が上記基準位置を通過したことを認識することにより、１つの第１相のコイルが１つの第１の永久磁石と対向していることを認識することができる。また、例えば、永久磁石の個数が４つであり、コイルの個数が６つである場合には、制御回路は、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて特異指標部が上記基準位置を通過したことを認識することにより、２つの第１相のコイルが２つ第１の永久磁石とそれぞれ対向していることを認識することができる。また、例えば、永久磁石の個数が１２個であり、コイルの個数が１８個である場合には、制御回路は、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて特異指標部が上記基準位置を通過したことを認識することにより、６つの第１相のコイルが６つ第１の永久磁石とそれぞれ対向していることを認識することができる。
【0019】
これにより、制御回路は、回転体が停止しているときに、まず、電磁ピックアップからの検出信号に基づくことなく、それぞれのコイルに所定のタイミングで電流を流すオープンループ制御を行うことによって回転体の回転を開始させ、その後、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて、特異指標部が上記基準位置を通過したことを認識した時点に、回転体を回転させる制御を、オープンループ制御から、それぞれのコイルに電流を流すタイミングを電磁ピックアップから出力される検出信号に同期させるクローズドループ制御に迅速かつ円滑に切り換えることができる。すなわち、制御回路は、第１相のコイルが第１の永久磁石と対向した状態となるタイミングを、電磁ピックアップから出力された検出信号に基づいて正確に認識することができ、そのタイミングで、回転体を回転させる制御をオープンループ制御からクローズドループ制御に切り換えることによって、オープンループ制御からクローズドループ制御への移行を迅速かつ円滑に行うことができる。そして、クローズドループ制御により回転体の回転を早期に安定させることができる。
【0020】
したがって、本実施形態のエンジン始動装置によれば、エンジンの始動時に、回転シャフトの回転トルクおよび回転数（回転速度）を、エンジンが燃焼ガスの熱エネルギーに基づく作動を開始するのに必要な回転トルクおよび回転数まで、迅速かつ円滑に引き上げることができる。よって、エンジンの始動の迅速性および円滑性を高めることができる。
【実施例1】
【0021】
（エンジン始動装置）
図１は、本発明の第１の実施例のエンジン始動装置１１が設けられたエンジン１を示している。図１において、エンジン１は、４ストロークのエンジンであり、例えば鞍乗型車両等の車両に搭載される。エンジン１は、図１中の上側が車両の前方を向くように車両に取り付けられる。エンジン１は、クランクケース２、シリンダ３およびシリンダヘッド４を備えている。シリンダ３内にはピストン５が往復動可能に設けられている。クランクケース２にはクランクシャフト６が回転可能に支持されている。ピストン５はコネクティングロッド７を介してクランクシャフト６に接続されており、クランクシャフト６は、エンジン１の作動時において、ピストン５の往復動に応じて回転する。なお、クランクケース２はケースの具体例であり、クランクシャフト６は回転シャフトの具体例である。
図１は、本発明の第１の実施例のエンジン始動装置１１が設けられたエンジン１を示している。図１において、エンジン１は、４ストロークのエンジンであり、例えば鞍乗型車両等の車両に搭載される。エンジン１は、図１中の上側が車両の前方を向くように車両に取り付けられる。エンジン１は、クランクケース２、シリンダ３およびシリンダヘッド４を備えている。シリンダ３内にはピストン５が往復動可能に設けられている。クランクケース２にはクランクシャフト６が回転可能に支持されている。ピストン５はコネクティングロッド７を介してクランクシャフト６に接続されており、クランクシャフト６は、エンジン１の作動時において、ピストン５の往復動に応じて回転する。なお、クランクケース２はケースの具体例であり、クランクシャフト６は回転シャフトの具体例である。
【0022】
エンジン始動装置１１は、電動発電機１２、電磁ピックアップ３２および駆動制御回路３５を備えている。電動発電機１２は、エンジン１の始動時には、クランクシャフト６を回転させる電動機（具体的にはブラシレスモータ）として機能し、エンジン１の始動後には、エンジン１の作動によるクランクシャフト６の回転を利用して発電を行う発電機として機能する。電動発電機１２は、クランクケース２内の右部に収容され、クランクシャフト６の右端側部分に接続されている。なお、電動発電機１２は電動機の具体例である。
【0023】
電磁ピックアップ３２は、電動発電機１２に設けられた永久磁石２１Ａ～２４Ｌの位置を検出する機能を有している。電磁ピックアップ３２は、クランクケース２内の右部であってロータケース１４の外周面と対向する位置に配置されている。また、電磁ピックアップ３２は、クランクケース２、またはクランクケース２に固定された部品（例えばブラケット）に固定されている。
【0024】
駆動制御回路３５は、電動発電機１２の駆動を制御する回路である。エンジン１およびエンジン始動装置１１が設けられた車両が鞍乗型車両である場合には、駆動制御回路３５は、例えば、保護ケースに収容され、鞍乗型車両のシートの下側、フロントカウルの内側等、鞍乗型車両において雨等が当たり難い箇所に配置されている。なお、図１では、電磁ピックアップ３２および駆動制御回路３５を模式的に示している。また、駆動制御回路３５は制御回路の具体例である。
【0025】
また、クランクケース２内において、電動発電機１２の右方には、エンジン１を冷却するための冷却風を発生させるファン８が設けられている。ファン８はクランクシャフト６に接続されており、クランクシャフト６と共に回転する。また、クランクシャフト６の左端側部分には変速機９のドライブプーリ１０が接続されている。
【0026】
（電動発電機）
図２は電動発電機１２を示している。図３は電動発電機１２を分解した状態を示している。図４は、電動発電機１２における永久磁石２１Ａ～２１Ｌ、コイル３１および凸部２４Ａ～２４Ｋ等の位置関係、並びに電動発電機１２の電気的・磁気的構造を電磁ピックアップ３２と共に模式的に示している。なお、図２および図４では、電動発電機１２を図１中の左側から見た状態を示している。
図２は電動発電機１２を示している。図３は電動発電機１２を分解した状態を示している。図４は、電動発電機１２における永久磁石２１Ａ～２１Ｌ、コイル３１および凸部２４Ａ～２４Ｋ等の位置関係、並びに電動発電機１２の電気的・磁気的構造を電磁ピックアップ３２と共に模式的に示している。なお、図２および図４では、電動発電機１２を図１中の左側から見た状態を示している。
【0027】
電動発電機１２は、図２に示すように、ロータ１３およびステータ２５を備えている。ロータ１３はクランクシャフト６に固定され、クランクシャフト６と共に回転する。一方、ステータ２５はクランクケース２に固定されている。
【0028】
ロータ１３は、図３に示すように、ロータケース１４、複数の永久磁石２１Ａ～２１Ｌ、および磁石支持部材２３を備えている。
【0029】
ロータケース１４は、例えば鉄鋼等の磁性材料により、底壁部１５および周壁部１６を有する有底円筒状に形成されている。ロータケース１４の底壁部１５の中心部はクランクシャフト６の右端側部分に固定される。具体的には、底壁部１５の中央には孔が形成され、その孔には、例えば金属材料により円筒状に形成されたボス部１７が挿入されている。ボス部１７は底壁部１５に固定されている。ボス部１７の内側にはクランクシャフト６の右端側部分が挿入される。ボス部１７とクランクシャフト６とは、例えば、ボス部１７の内周面に形成されたキー溝１８とクランクシャフト６の外周面に形成されたキー溝との間にキーを嵌合することにより固定される。なお、ロータケース１４は回転体の具体例である。
【0030】
ロータ１３は２ｍ個の永久磁石、本実施例においては例えば１２個の永久磁石２１Ａ～２１Ｌを備えている。永久磁石２１Ａ～２１Ｌは、図４に示すように、クランクシャフト６の回転中心Ａを中心とした第１の円Ｂに沿って配置されている。具体的には、永久磁石２１Ａ～２１Ｌは、ロータケース１４内の外周側に全周に亘ってそれぞれ等しい角度間隔（３０度）を持って配置されている。また、永久磁石２１Ａ～２１Ｌはロータケース１４に固定されている。具体的には、永久磁石２１Ａ～２１Ｌは、図３に示すように、４枚の磁石板２２Ａ～２２Ｄをロータケース１４内に挿入し、４枚の磁石板２２Ａ～２２Ｄが挿入されたロータケース１４に磁石支持部材２３を挿入し、磁石支持部材２３をロータケース１４に固定することにより、ロータケース１４の周壁部１６の内面側に固定されている。磁石支持部材２３は金属等の磁性材料により円筒状に形成されている。
【0031】
各磁石板２２Ａ～２２Ｄは例えばフェライト磁石またはネオジム磁石であり、円弧状に湾曲した板状に形成されている。機能的に見て、各磁石板２２Ａ～２２Ｄには３つの永久磁石が形成されている。すなわち、磁石板２２Ａは、その両端側部分の内周側がそれぞれＳ極となるように着磁され、中央部分の内周側がＮ極となるように着磁されている。磁石板２２Ａと対向するように配置される磁石板２２Ｃも磁石板２２Ａと同様に着磁されている。また、磁石板２２Ｂは、その両端側部分の内周側がそれぞれＮ極となるように着磁され、中央部分の内周側がＳ極となるように着磁されている。磁石板２２Ｂと対向するように配置される磁石板２２Ｄも磁石板２２Ｂと同様に着磁されている。
【0032】
４枚の磁石板２２Ａ～２２Ｄをロータケース１４内に周方向に磁石板２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの順番に配置することにより、機能的に見て、１２個の永久磁石２１Ａ～２１Ｌがロータケース１４内において周方向に、互いに隣り合う２つの永久磁石の磁極の方向が互いに反対となるように配置される。すなわち、内周側がＮ極となるように磁極の方向が設定された永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋと、内周側がＳ極となるように磁極の方向が設定された永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌとがロータケース１４内の周方向（第１の円Ｂの周方向）において１つずつ交互に配置される。以下、内周側がＮ極となるように磁極の方向が設定された永久磁石を「Ｎ極の永久磁石」といい、内周側がＳ極となるように磁極の方向が設定された永久磁石を「Ｓ極の永久磁石」という。
【0033】
また、ロータケース１４の周壁部１６の外面には、図４に示すように、複数の凸部２４Ａ～２４Ｋが設けられている。各凸部２４Ａ～２４Ｋは永久磁石２１Ａ～２１Ｌの位置を示す指標として機能する。凸部２４Ａ～２４Ｋは、クランクシャフト６の回転中心Ａを中心とする第２の円Ｃに沿って配置されている。各凸部２４Ａ～２４Ｋはロータケース１４の周壁部１６の外面から径方向に突出している。各凸部２４Ａ～２４Ｋは、例えばプレス加工または成形等によりロータケース１４の周壁部１６と一体形成されている。なお、例えば磁性材料からなる複数の円柱状の小片をロータケース１４の周壁部１６に溶接またはねじ止め等の手段で取り付けることにより凸部２４Ａ～２４Ｋを形成してもよい。また、凸部２４Ａ～２４Ｋは指標部の具体例である。
【0034】
凸部２４Ａ～２４Ｋの個数は永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数よりも１つ少ない個数、すなわち（２ｍ－１）個であり、本実施例においては１１個である。１１個の凸部２４Ａ～２４Ｋは次の規則に従って配置されている。すなわち、凸部２４Ａ～２４Ｋのうち、１つの凸部２４Ａは、ロータ１３の逆回転方向、すなわち、図４中の矢印Ｄが示す方向において隣の凸部２４Ｋから６０度離れた位置に配置されている。この６０度という角度の値は、３６０度を永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数（１２個）で除した値の２倍の値であり、次の数式により算出することができる。
（３６０／２ｍ）×２、すなわち、３６０／ｍ
一方、凸部２４Ａ～２４Ｋのうち、凸部２４Ａを除く、各凸部２４Ｂ～２４Ｋは、ロータ１３の逆回転方向において隣の凸部から３０度離れた位置に配置されている。この３０度という角度の値は、３６０度を永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数で除した値であり、永久磁石２１Ａ～２１Ｌの配置の角度間隔に等しく、次の数式により算出することができる。
３６０／２ｍ、すなわち、１８０／ｍ
また、各凸部２４Ａ～２４Ｋは、永久磁石２１Ａ～２１Ｌにおいて互いに隣り合う２つの永久磁石の境界に対向する位置に配置されている。また、凸部２４Ａは、Ｎ極の永久磁石と、ロータ１３の逆回転方向において当該Ｎ極の永久磁石の隣に配置されたＳ極の永久磁石との境界に対向する位置に配置されている。本実施例においては、例えば、凸部２４Ａは、Ｎ極の永久磁石２１ＡとＳ極の永久磁石２１Ｌとの境界に対向する位置に配置されている。また、凸部２４Ｋは、Ｓ極の永久磁石と、ロータ１３の正回転方向（矢印Ｄが示す方向と反対の方向）において当該Ｓ極の永久磁石の隣に配置されたＮ極の永久磁石との境界に対向する位置に配置されている。本実施例においては、例えば、凸部２４Ｋは、Ｓ極の永久磁石２１ＪとＮ極の永久磁石２１Ｋとの境界に対向する位置に配置されている。
（３６０／２ｍ）×２、すなわち、３６０／ｍ
一方、凸部２４Ａ～２４Ｋのうち、凸部２４Ａを除く、各凸部２４Ｂ～２４Ｋは、ロータ１３の逆回転方向において隣の凸部から３０度離れた位置に配置されている。この３０度という角度の値は、３６０度を永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数で除した値であり、永久磁石２１Ａ～２１Ｌの配置の角度間隔に等しく、次の数式により算出することができる。
３６０／２ｍ、すなわち、１８０／ｍ
また、各凸部２４Ａ～２４Ｋは、永久磁石２１Ａ～２１Ｌにおいて互いに隣り合う２つの永久磁石の境界に対向する位置に配置されている。また、凸部２４Ａは、Ｎ極の永久磁石と、ロータ１３の逆回転方向において当該Ｎ極の永久磁石の隣に配置されたＳ極の永久磁石との境界に対向する位置に配置されている。本実施例においては、例えば、凸部２４Ａは、Ｎ極の永久磁石２１ＡとＳ極の永久磁石２１Ｌとの境界に対向する位置に配置されている。また、凸部２４Ｋは、Ｓ極の永久磁石と、ロータ１３の正回転方向（矢印Ｄが示す方向と反対の方向）において当該Ｓ極の永久磁石の隣に配置されたＮ極の永久磁石との境界に対向する位置に配置されている。本実施例においては、例えば、凸部２４Ｋは、Ｓ極の永久磁石２１ＪとＮ極の永久磁石２１Ｋとの境界に対向する位置に配置されている。
【0035】
図２に示すように、ステータ２５は、コア２６および複数のコイル３１を備えている。コア２６は、例えば金属材料により円板状に形成されたベース部２７を備えている。ベース部２７はクランクケース２に固定されている。ベース部２７の中央には、ロータケース１４に固定されたボス部１７を挿入するための挿入孔２８が形成されている。また、ベース部２７の外周側には、例えば、鉄鋼等の磁性材料により形成された１８個のティース２９が設けられている。各ティース２９はベース部２７の外周側からベース部２７の径方向に突出している。１８個のティース２９はベース部２７の外周の全周に亘ってそれぞれ互いに等しい角度間隔を持って配置されている。
【0036】
ステータ２５は３ｎ個のコイル３１、本実施例においては例えば１８個のコイル３１を備えている。これら１８個のコイル３１は、１８個のティース２９に巻線を施すことにより形成されている。１８個のコイル３１は、図４に示すように、クランクシャフト６の周囲に第１の円Ｂと対向するように配置されている。具体的には、１８個のコイル３１は、ロータ１３の回転時における１２個の永久磁石２１Ａ～２１Ｌの軌道の内周側に位置し、当該軌道と対向するように、それぞれ等しい角度間隔（２０度）を持って配置されている。
【0037】
１８個のコイル３１は３相のコイルを形成している。すなわち、電動発電機１２は、１８個のコイル３１のうち、６つのコイルにＵ相の駆動電流を流し、他の６つのコイルにＶ相の駆動電流を流し、残りの６つのコイルにＷ相の駆動電流を流すことにより駆動される。以下、コイル３１につき、駆動電流の位相を区別して説明する場合には、１８個のコイル３１のうち、Ｕ相の駆動電流を流すコイルには３１Ｕの符号を付し、Ｖ相の駆動電流を流すコイルには３１Ｖの符号を付し、Ｗ相の駆動電流を流すコイルには３１Ｗの符号を付す。これらコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗは、ロータ１３の逆回転方向、すなわち図４中の矢印Ｄが示す方向において、コイル３１Ｕ、コイル３１Ｖ、コイル３１Ｗの順番に配置されている。
【0038】
また、図２に示すように、ステータ２５はロータ１３と同軸に配置されている。具体的には、ステータ２５は、ロータケース１４内において、ボス部１７と永久磁石２１との間に配置されている。また、コア２６のベース部２７に形成された挿入孔２８内には、ロータケース１４に固定されたボス部１７が挿入されている。ステータ２５は、ボス部１７、ロータケース１４、磁石支持部材２３および各永久磁石２１のいずれからも離れている。すなわち、挿入孔２８の直径はボス部１７の外径よりも大きく、ボス部１７の外周面は挿入孔２８の内周面から離れている。また、コア２６および各コイル３１は、ロータケース１４の底壁部１５から離れている。また、各ティース２９の先端部は、磁石支持部材２３および各永久磁石２１から離れている。
【0039】
（電磁ピックアップ）
電磁ピックアップ３２は、図４に示すように、ロータケース１４の外周側に、ロータケース１４から所定距離離れた位置に配置されている。また、電磁ピックアップ３２は、ロータ１３の回転時における凸部２４Ａ～２４Ｋの軌道の外側に位置し、当該軌道と対向するように配置されている。電磁ピックアップ３２は、上述したように、クランクケース２、またはクランクケース２に固定された部品に固定されている。
電磁ピックアップ３２は、図４に示すように、ロータケース１４の外周側に、ロータケース１４から所定距離離れた位置に配置されている。また、電磁ピックアップ３２は、ロータ１３の回転時における凸部２４Ａ～２４Ｋの軌道の外側に位置し、当該軌道と対向するように配置されている。電磁ピックアップ３２は、上述したように、クランクケース２、またはクランクケース２に固定された部品に固定されている。
【0040】
電磁ピックアップ３２は、ロータ１３の回転時に各凸部２４Ａ～２４Ｋが所定の基準位置Ｅを通過したことを検出する。基準位置Ｅは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうちの特定の相のコイルの中のいずれか１つのコイルの中心に設定されている。本実施例においては、例えば、特定の相としてＵ相が選択され、基準位置Ｅは、図４に示すように、６つのＵ相のコイル３１Ｕのうちの１つのコイル３１Ｕの中心に設定されている。電磁ピックアップ３２は、各凸部２４Ａ～２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことを検出することが可能となるように、基準位置Ｅと対向する位置に配置されている。
【0041】
上述したように、凸部２４Ａは、Ｎ極の永久磁石２１Ａと、ロータ１３の逆回転方向において当該Ｎ極の永久磁石２１Ａの隣に配置されたＳ極の永久磁石２１Ｌとの境界に対向する位置に配置されている。したがって、ロータ１３が逆回転している間においては、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したことが電磁ピックアップ３２により検出された時点に、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来る。また、凸部２４Ｋは、Ｓ極の永久磁石２１Ｊと、ロータ１３の正回転方向において当該Ｓ極の永久磁石２１Ｊの隣に配置されたＮ極の永久磁石２１Ｋとの境界に対向する位置に配置されている。したがって、ロータ１３が正回転している間においては、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことが電磁ピックアップ３２により検出された時点に、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来る。
【0042】
また、電磁ピックアップ３２は、各凸部２４Ａ～２４Ｋが基準位置Ｅを通過したこと示す検出信号を出力する。すなわち、電磁ピックアップ３２は、磁石およびピックアップコイルを内蔵している。ロータ１３の回転時には、電磁ピックアップ３２に内蔵された磁石により形成された磁界が凸部２４Ａ～２４Ｋの接近、離間により変化し、それに伴ってピックアップコイルに電圧が発生する。電磁ピックアップ３２はその電圧に対応した信号を検出信号として出力する。電磁ピックアップ３２は駆動制御回路３５のマイクロコンピュータ４１に接続されている（図６参照）。電磁ピックアップ３２から出力された検出信号はマイクロコンピュータ４１に入力される。
【0043】
図５は、ロータ１３が逆回転しているときに電磁ピックアップ３２から出力される検出信号と、検出信号に対応する凸部２４Ａ～２４Ｋ（一部の凸部のみ図示）および永久磁石２１Ａ～２１Ｌ（一部の永久磁石のみ図示）を模式的に示している。なお、図５では、検出信号と凸部２４Ａ～２４Ｋとの対応関係を明示するために、凸部２４Ａ～２４Ｋおよび永久磁石２１Ａ～２１Ｌの配列方向を変更しているので注意されたい。すなわち、図５において、検出信号の時間軸の方向が図中の右方向であり、それに合わせるために、図５における凸部２４Ａ～２４Ｋおよび永久磁石２１Ａ～２１Ｌの配列方向は、図４に示すこれらの配列方向に対して逆になっている。
【0044】
ロータ１３が回転しているとき、電磁ピックアップ３２は、凸部２４Ａ～２４Ｋが基準位置Ｅを通過するごとに検出信号を出力する。図５中のＰは、ロータ１３が一定の速度で逆回転している間、凸部２４Ａ～２４Ｋが基準位置Ｅを順次通過したときに電磁ピックアップ３２から出力される検出信号を示している。凸部２４Ｂ～２４Ｋは３０度間隔に配置されているので、ロータ１３が一定の速度で逆回転している間に凸部２４Ｂ～２４Ｋが基準位置Ｅを順次通過した場合、検出信号Ｐの出力間隔Ｋはそれぞれ互いに等しくなる。一方、凸部２４Ａと凸部２４Ｋとの間の間隔は６０度であるので、ロータ１３が一定の速度で逆回転している間に凸部２４Ｋおよび凸部２４Ａが基準位置Ｅを順次通過した場合、凸部２４Ｋに対応する検出信号Ｐと凸部２４Ａに対応する検出信号Ｐとの出力間隔はＫの２倍、すなわち２Ｋになる。したがって、ロータ１３が逆回転している間においては、直前の検出信号Ｐとの間の出力間隔が２Ｋである検出信号Ｐが出力されたとき、その時点に、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したと認識することができる。一方、ロータ１３が正回転している間においては、直前の検出信号Ｐとの間の出力間隔が２Ｋである検出信号Ｐが出力されたとき、その時点に、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したと認識することができる。
【0045】
（駆動制御回路）
図６は駆動制御回路３５、および駆動制御回路３５に接続されたコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ等を示している。なお、図６において、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗについては電気的な観点から簡略化して示している。
図６は駆動制御回路３５、および駆動制御回路３５に接続されたコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ等を示している。なお、図６において、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗについては電気的な観点から簡略化して示している。
【0046】
駆動制御回路３５は、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗにそれぞれ流す駆動電流を制御することにより電動発電機１２を駆動する回路である。図６に示すように、駆動制御回路３５は、駆動電流供給回路３６およびマイクロコンピュータ４１を備えている。
【0047】
駆動電流供給回路３６の入力端子３７には、車両に搭載されたバッテリーから出力される例えば１２Ｖの直流電圧Ｖｂが印加され、これにより、駆動電流供給回路３６に直流電流が供給される。また、駆動電流供給回路３６の出力側には電流検出用抵抗３９を介してコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗが接続されている。また、駆動電流供給回路３６は、６個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３８Ａ～３８Ｆを備えている。ＦＥＴ３８Ａ～３８Ｆのオン、オフにより、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗに供給される駆動電流が切り換わる。
【0048】
マイクロコンピュータ４１には、駆動電流供給回路３６のＦＥＴ３８Ａ～３８Ｆのそれぞれのゲート端子Ｇ１～Ｇ６が接続されている。マイクロコンピュータ４１は、駆動電流供給回路３６のＦＥＴ３８Ａ～３８Ｆのオン、オフを切り換えることにより、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのそれぞれに流す駆動電流を制御し、ステータ２５に対するロータ１３の回転方向および回転数（回転速度）を制御する。また、マイクロコンピュータ４１には電磁ピックアップ３２が接続されている。また、マイクロコンピュータ４１は、車両に設けられたメインコントローラと接続されている。
【0049】
マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３を回転させる制御として、オープンループ制御およびクローズドループ制御の２通りの制御を行う。オープンループ制御は、予め設定された制御シーケンスに従ってＦＥＴ３８Ａ～３８Ｆのオン、オフを切り換えることにより、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのそれぞれに駆動電流を流すタイミングを制御するものである。オープンループ制御は、電磁ピックアップ３２からの検出信号に基づくことなく行われる制御であり、検出信号とは非同期の制御である。一方、クローズドループ制御は、例えばベクトル制御であり、電磁ピックアップ３２から出力された検出信号に基づいてＦＥＴ３８Ａ～３８Ｆのオン、オフを切り換えることにより、コイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのそれぞれに駆動電流を流すタイミングを制御するものである。クローズドループ制御は検出信号と同期した制御である。また、詳細な説明を省略するが、ロータ１３が回転しているとき、回転角度に応じて特定のコイル３１に無負荷誘起電圧が生じる。クローズドループ制御においては、電磁ピックアップ３２からの検出信号に加え、上記無負荷誘起電圧に基づいてコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのそれぞれに流す駆動電流が制御される。
【0050】
また、マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３が逆回転しているときには、電磁ピックアップ３２から出力される検出信号の出力間隔に基づいて、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したことを認識する。これにより、マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３が逆回転しているときに、Ｎ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１ＫがＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たことを認識することができる。一方、ロータ１３が正回転しているときには、マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２から出力される検出信号の出力間隔に基づいて、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことを認識する。これにより、マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３が正回転しているときに、Ｓ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１ＬがＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たことを認識することができる。
【0051】
また、駆動電流供給回路３６とコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗとの間には電流検出用抵抗３９が接続されている。詳細な説明は省略するが、マイクロコンピュータ４１は、電流検出用抵抗３９を用いてコイル３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのそれぞれを流れる駆動電流を検出することができる。
【0052】
なお、本実施例において、ロータ１３が逆回転する場合に、Ｎ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋがそれぞれ第１の永久磁石に当たり、Ｓ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌがそれぞれ第２の永久磁石に当たり、Ｕ相のコイル３１Ｕが第１相のコイルに当たり、凸部２４Ａが特異指標部に当たる。また、ロータ１３が正回転する場合には、Ｓ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌがそれぞれ第１の永久磁石に当たり、Ｎ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋがそれぞれ第２の永久磁石に当たり、Ｕ相のコイル３１Ｕが第１相のコイルに当たり、凸部２４Ｋが特異指標部に当たる。
【0053】
（エンジン始動処理）
エンジン始動装置１１は、エンジン１を始動させるエンジン始動処理を行う。また、エンジン始動装置１１は、エンジン始動処理において、スイングバック制御を行う。スイングバック制御とは、エンジン１の始動時にクランクシャフト６を一旦逆回転させてから正回転させることで、クランクシャフト６が電動発電機１２の動力により圧縮上死点を乗り越えるための助走距離をかせぐ制御である。
エンジン始動装置１１は、エンジン１を始動させるエンジン始動処理を行う。また、エンジン始動装置１１は、エンジン始動処理において、スイングバック制御を行う。スイングバック制御とは、エンジン１の始動時にクランクシャフト６を一旦逆回転させてから正回転させることで、クランクシャフト６が電動発電機１２の動力により圧縮上死点を乗り越えるための助走距離をかせぐ制御である。
【0054】
図７は、スイングバック制御を説明するための図であり、クランク角とシリンダ３内の圧力との関係を示している。図７において、スイングバック制御では、まず、クランク角Ｐ１で停止しているクランクシャフト６を、電動発電機１２により、圧縮上死点Ｐ３を乗り越えることができない程度の小さめのトルクで逆回転させる。その後、クランク角が圧縮上死点Ｐ３の手前の位置Ｐ２に達したとき、クランクシャフト６は圧縮上死点Ｐ３を乗り越えることができずに停止するので、そのタイミングを見計らって、クランクシャフト６の回転を逆回転から正回転に切り換える。その後、電動発電機１２により、クランクシャフト６に、圧縮上死点Ｐ０を乗り越えるのに十分なトルクを与え、クランクシャフト６がエンジン１における燃焼ガスの熱エネルギーによって正回転を継続することが可能となるまで、クランクシャフト６を正回転させる。
【0055】
図８は、エンジン始動装置１１によるエンジン始動処理を示している。エンジン１が停止し、クランクシャフト６およびロータ１３が停止している状態において、例えば、車両に設けられたメインコントローラからマイクロコンピュータ４１にエンジン始動信号が出力されたとき、図８に示すエンジン始動処理が開始され、上述したスイングバック制御が実行される。具体的には、マイクロコンピュータ４１が、まず、オープンループ制御により、電動発電機１２のロータ１３を逆回転させる（ステップＳ１）。
【0056】
ロータ１３が逆回転を開始すると、電磁ピックアップ３２から検出信号が出力されるようになる。マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２からの検出信号の出力間隔に基づいて、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したか否かを判断する（ステップＳ２）。
【0057】
マイクロコンピュータ４１は、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したことを認識したとき（ステップＳ２：ＹＥＳ）、その時点に、ロータ１３を逆回転させる制御をオープンループ制御からクローズドループ制御に切り換える（ステップＳ３）。上述したように、電動発電機１２においては、ロータ１３が逆回転しているときに凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点において、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置が定められている。したがって、マイクロコンピュータ４１は、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したことを認識することによって、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たことを正確に認識することができる。よって、マイクロコンピュータ４１は、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したことを認識した時点に、ロータ１３を逆回転させる制御をオープンループ制御からクローズドループ制御に切り換えることにより、オープンループ制御からクローズドループ制御への移行を円滑に行うことができる。
【0058】
ロータ１３を逆回転させる制御をオープンループ制御からクローズドループ制御に切り換えた後、マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３の回転数を検出する（ステップＳ４）。マイクロコンピュータ４１は、この回転数の検出を、ロータ１３の回転数の移動平均を算出することにより行う。
【0059】
続いて、マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３の回転数の検出結果に基づき、ロータ１３の回転数が減少したか否かを判断する（ステップＳ５）。すなわち、ロータ１３の逆回転に伴い、クランクシャフト６はシリンダ３内の圧力に抗して逆回転している。図７に示すように、クランクシャフト６が逆回転し、クランク角が圧縮上死点Ｐ３付近に接近すると、シリンダ３内の圧力が高くなるため、クランクシャフト６の回転数が減少し、それに伴ってロータ１３の回転数が減少する。マイクロコンピュータ４１は、クランク角が圧縮上死点Ｐ３付近に接近したことにより、ロータ１３の回転数が減少したことを検出する。
【0060】
ロータ１３の回転数が減少したことが検出されない間（ステップＳ５：ＮＯ）、マイクロコンピュータ４１は、クローズドループ制御によりロータ１３を逆回転させながら、ロータ１３の回転数の検出を継続する。一方、ロータ１３の回転数が減少したことが検出されたとき（ステップＳ５：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ４１は、ステップＳ４で検出されたロータ１３の回転数に基づき、ロータ１３の回転数の減少が検出された時点から、ロータ１３が停止するまでの推定所要時間を決定する（ステップＳ６）。すなわち、スイングバック制御では、図７に示すように、クランク角が圧縮上死点Ｐ３に接近し、シリンダ３内の圧力に抗し切れずにクランクシャフト６およびロータ１３が停止したときに、クランクシャフト６およびロータ１３の回転方向を反転させる。ロータ１３の回転数が減少すると、電磁ピックアップ３２からの検出信号が弱くなるので、電磁ピックアップ３２からの検出信号に基づいてロータ１３の停止位置を認識することは困難である。そこで、マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２から十分な強さの検出信号が出力され、その検出信号に基づいてクローズドループ制御が行われている間のロータ１３の回転数に基づき、ロータ１３の回転数の減少が検出された時点からロータ１３が停止するまでの推定所要時間を決定する。この推定所要時間の決定は、例えば、クローズドループ制御が行われている間のロータ１３の回転数と、ロータ１３の回転数が減少を開始した時点からロータ１３が停止するまでの所要時間との関係を実験等により調べて記述したデータテーブルまたは計算式等を用いて行う。
【0061】
続いて、マイクロコンピュータ４１は、ロータ１３の回転数の減少が検出された時点から上記推定所要時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ７）。そして、ロータ１３の回転数の減少が検出された時点から上記推定所要時間が経過したとき（ステップＳ７：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ４１は、オープンループ制御により、ロータ１３の回転方向を反転させ、ロータ１３を正回転させる（ステップＳ８）。
【0062】
クランク角が圧縮上死点Ｐ３に接近してクランクシャフト６およびロータ１３が停止したときには、電磁ピックアップ３２から検出信号が出力されなくなるが、その後、ロータ１３が正回転を開始すると、電磁ピックアップ３２から検出信号が出力されるようになる。マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２からの検出信号の出力間隔に基づいて、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したか否かを判断する（ステップＳ９）。
【0063】
マイクロコンピュータ４１は、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことを認識したとき（ステップＳ９：ＹＥＳ）、その時点に、ロータ１３を正回転させる制御をオープンループ制御からクローズドループ制御に切り換える（ステップＳ１０）。上述したように、電動発電機１２においては、ロータ１３が正回転しているときに凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過した時点に、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ｋの配置が定められている。したがって、マイクロコンピュータ４１は、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことを認識することによって、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たことを正確に認識することができる。よって、マイクロコンピュータ４１は、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことを認識した時点に、ロータ１３を正回転させる制御をオープンループ制御からクローズドループ制御に切り換えることにより、オープループ制御からクローズドループ制御への移行を円滑に行うことができる。
【0064】
ロータ１３およびクランクシャフト６が圧縮上死点を乗り越えて正転を継続し、エンジン１が始動したとき、車両に設けられたメインコントローラからマイクロコンピュータ４１に、エンジン１が始動したことを知らせる信号が出力される。これに応じ、マイクロコンピュータ４１は、電動発電機１２の制御を発電制御に切り換える（ステップＳ１１：ＹＥＳ、ステップＳ１２）。これにより、エンジン始動処理は終了する。
【0065】
以上説明した通り、本発明の第１の実施例のエンジン始動装置１１においては、ロータ１３が逆回転しているときに、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点において、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来るように、基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置が定められている。この構成により、ロータ１３の逆回転を開始させるときに、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たタイミングをマイクロコンピュータ４１に正確に認識させることができる。そして、このタイミングで、ロータ１３を逆回転させるため制御をオープンループ制御からクローズドループ制御へ切り換えるようにすることで、当該制御の切換を迅速かつ円滑に行うことができ、ロータ１３の逆回転を早期に安定させることができる。したがって、エンジン１の始動時のスイングバック制御において、クランクシャフト６を迅速かつ円滑に逆回転させることができる。
【0066】
また、本実施例のエンジン始動装置１１によれば、ロータ１３が正回転しているときに、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過した時点において、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来るように、基準位置Ｅおよび凸部２４Ｋの配置が定められている。この構成により、ロータ１３の正回転を開始させるときに、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たタイミングをマイクロコンピュータ４１に正確に認識させることができる。そして、このタイミングで、ロータ１３を正回転させるため制御をオープンループ制御からクローズドループ制御へ切り換えるようにすることで、当該制御の切換を迅速かつ円滑に行うことができ、ロータ１３の正回転を早期に安定させることができる。したがって、エンジン１の始動時に、クランクシャフト６の回転トルクおよび回転数を、エンジン１が燃焼ガスの熱エネルギーに基づく作動を開始するのに必要な回転トルクおよび回転数まで、迅速かつ円滑に引き上げることができ、エンジン１の始動の迅速性および円滑性を高めることができる。
【0067】
また、本実施例のエンジン始動装置１１の電動発電機１２において、凸部２４Ａ～２４Ｋの個数は永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数よりも１つ少ない個数であり、凸部２４Ａは、ロータ１３の逆回転方向において隣の凸部２４Ｋから６０度（３６０度を永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数で除した角度の２倍の角度）離れた位置に配置され、各凸部２４Ｂ～２４Ｋは、ロータ１３の逆回転方向において隣の凸部から３０度（３６０度を永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数で除した角度）離れた位置に配置されている。この構成により、ロータ１３を回転させるためのクローズドループ制御を電磁ピックアップ３２からの検出信号に基づいて高精度に行うことができ、かつ電磁ピックアップ３２からの検出信号の出力間隔に基づいて、ロータ１３の逆回転時には凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過したことをマイクロコンピュータ４１に正確に認識させることができ、ロータ１３の正回転時には凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過したことマイクロコンピュータ４１に正確に認識させることができる。
【0068】
また、各凸部２４Ａ～２４Ｋは、永久磁石２１Ａ～２１Ｌにおいて互いに隣り合う２つの永久磁石の境界に対向する位置に配置されている。したがって、ロータ１３の逆回転時においても正回転時においても、互いに隣り合う２つの永久磁石の境界が基準位置Ｅを通過したときに、電磁ピックアップ３２から検出信号が出力される。よって、ロータ１３を逆回転させるためのクローズドループ制御とロータ１３を正回転させるためのクローズドループ制御との共通化を図ることができ、電動発電機１２の駆動制御を簡素化することができる。
【0069】
また、本実施例のエンジン始動装置１１は、凸部２４Ａ～２４Ｋおよび電磁ピックアップ３２により永久磁石２１Ａ～２１Ｌの位置を検出する構成を備えているので、電動発電機１２は、永久磁石２１Ａ～２１Ｌの位置を検出する手段としてホールセンサを備えていない。したがって、電動発電機１２をエンジン１のクランクケース２内のクランクシャフト６に容易に設けることができる。すなわち、従来、ブラシレスモータ等、整流子を持たない電動機は、電動機のロータに設けられた永久磁石の位置（ロータの位置）を検出するためのホールセンサ（ホール素子）を備えている。ホールセンサの耐熱温度はおよそ１２０度である。電動機をエンジンのクランクケース内のクランクシャフトに取り付けた場合、電動機にエンジンオイルがかかり、または電動機がエンジンオイルに浸かる。エンジンオイルの温度は、エンジンの駆動時には、ホールセンサの耐熱温度である１２０度を超える。したがって、ホールセンサを備えた電動機をクランクケース内のクランクシャフトに取り付ける場合には、エンジンオイルの熱からホールセンサを保護するための対策を検討しなければならない。これに対し、電動発電機１２はホールセンサを備えていないので、このような対策は不要である。また、電磁ピックアップ３２の耐熱温度は、エンジン駆動時におけるエンジンオイルの温度よりも十分に高い。それゆえ、電動発電機１２をエンジン１のクランクケース２内のクランクシャフト６に容易に設けることができ、また、電動発電機１２の近傍に電磁ピックアップ３２を容易に設けることができる。
【実施例2】
【0070】
図９は本発明の第２の実施例のエンジン始動装置５１を示している。図４に示す第１の実施例のエンジン始動装置１１の電動発電機１２においては、永久磁石２１Ａ～２１Ｌにおいて互いに隣り合う２つの永久磁石の境界と対向する位置に凸部２４Ａ～２４Ｋが配置されている。これに対し、第２の実施例のエンジン始動装置５１の電動発電機５２においては、図９に示すように、永久磁石２１Ａ～２１Ｌのそれぞれにおいて、第１の円Ｂの周方向における中央と対向する位置に凸部２４Ａ～２４Ｋが配置されている。
【0071】
本実施例においては、ロータ１３が逆回転しているとき、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点、または凸部２４Ａが基準位置Ｅと対向した時点において６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置が定められている。このような構成の場合、ロータ１３が正回転しているときには、凸部２４Ｋが基準位置Ｅを通過した時点、または凸部２４Ｋが基準位置Ｅと対向した時点において６つのＮ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕと対向する位置に来る。
【0072】
このような構成を有する本発明の第２の実施例のエンジン始動装置５１によっても、本発明の第１の実施例のエンジン始動装置１１と同様の作用効果が得られる。
【実施例3】
【0073】
図１０は本発明の第３の実施例のエンジン始動装置６１を示している。図４に示す第１の実施例のエンジン始動装置１１の電動発電機１２において、ロータケース１４の周壁部１６の外面には凸部２４Ａ～凸部２４Ｋが設けられ、これら凸部２４Ａ～２４Ｋの形状および大きさはそれぞれ互いに同じである。これに対し、第３の実施例のエンジン始動装置６１の電動発電機６２においては、ロータケース１４の周壁部１６の外面に、図１０に示すような凸部６４Ａ～６４Ｋが設けられている。
【0074】
凸部６４Ａ～６４Ｋの個数は、永久磁石２１Ａ～２１Ｌの個数よりも１つ少ない個数、すなわち１１個であり、凸部６４Ａと凸部６４Ｋとの間の角度間隔は、永久磁石２１Ａ～２１Ｌの角度間隔の２倍の角度間隔（６０度）であり、凸部６４Ａ～６４Ｋのそれぞれの角度間隔のうち、凸部６４Ａと凸部６４Ｋとの間の角度間隔を除く角度間隔は、永久磁石２１Ａ～２１Ｌの角度間隔と等しい角度間隔（３０度）である。また、各凸部６４Ａ～６４Ｋは、永久磁石２１Ａ～２１Ｌにおいて互いに隣り合う２つの永久磁石の境界と対向する位置に配置されている。
【0075】
また、凸部６４Ａ～６４Ｋにおいて、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋは、形状および大きさがそれぞれ互いに同じである。また、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊは、形状および大きさがそれぞれ互いに同じである。しかしながら、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋと、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊとは、形状または大きさがそれぞれ互いに異なる。具体的には、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋの第２の円Ｃの周方向における長さが、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊの第２の円Ｃの周方向における長さよりも長い。例えば、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋの第２の円Ｃの周方向における長さは、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊの第２の円Ｃの周方向における長さのおよそ２倍である。また、長い凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋと、短い凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊとは、第２の円Ｃの周方向において１つずつ交互に配置されている。
【0076】
また、ロータ１３が逆回転しているときに、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋのうちのいずれかが基準位置Ｅを通過した時点に、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来るように、基準位置Ｅおよび凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋの配置が定められている。また、このような配置の場合、ロータ１３が正回転しているときには、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋのうちのいずれかが基準位置Ｅを通過した時点に、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来る。
【0077】
凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋと、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊとは、第２の円Ｃの周方向における長さがそれぞれ互いに異なるので、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋが基準位置Ｅを通過したときと、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊが基準位置Ｅを通過したときとでは、電磁ピックアップ３２から出力される検出信号の波形が異なる。したがって、マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２から出力された検出信号に基づいて、基準位置Ｅを通過した凸部が、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋであるか、凸部６４Ｂ、６４Ｄ、６４Ｆ、６４Ｈ、６４Ｊであるかを識別することができる。
【0078】
また、ロータ１３が逆回転しているときに、マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２から出力された検出信号に基づいて、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋのうちのいずれかが基準位置Ｅを通過したことを認識することによって、６つのＮ極の永久磁石２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｉ、２１Ｋが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たことを認識することができる。また、ロータ１３が正回転しているときには、マイクロコンピュータ４１は、電磁ピックアップ３２から出力された検出信号に基づいて、凸部６４Ａ、６４Ｃ、６４Ｅ、６４Ｇ、６４Ｉ、６４Ｋのうちのいずれかが基準位置Ｅを通過したことを認識することによって、６つのＳ極の永久磁石２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆ、２１Ｈ、２１Ｊ、２１Ｌが６つのＵ相のコイル３１Ｕとそれぞれ対向する位置に来たことを認識することができる。
【0079】
このような構成を有する本発明の第３の実施例のエンジン始動装置６１によっても、本発明の第１の実施例のエンジン始動装置１１と同様の作用効果が得られる。
【0080】
なお、上記第１の実施例では、ロータ１３が逆回転しているときに、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点にＮ極の永久磁石がＵ相のコイル３１Ｕと対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置を定めたが、ロータ１３が逆回転しているときに、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点にＳ極の永久磁石がＵ相のコイル３１Ｕと対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置を定めてもよい。また、ロータ１３が逆回転しているときに、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点にＮ極（またはＳ極）の永久磁石がＶ相のコイル３１Ｖと対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置を定めてもよいし、ロータ１３が逆回転しているときに、凸部２４Ａが基準位置Ｅを通過した時点にＮ極（またはＳ極）の永久磁石がＷ相のコイル３１Ｗと対向する位置に来るように基準位置Ｅおよび凸部２４Ａの配置を定めてもよい。上記第２および第３の実施例においても同様の変更を行うことができる。
【0081】
また、本発明において、電動発電機のロータに設ける永久磁石の個数は１２個に限定されず、電動発電機のコアに設けるコイル（ティース）の個数は１８個に限定されない。また、凸部の個数は永久磁石の個数に応じて変更することができる。
【0082】
また、本発明において、電動発電機の中心側にロータを配置し、そのロータの外周側にコアを配置してもよい。この場合には、例えばロータケースを軸方向に長くし、ロータケースの周壁部の外面における複数の凸部の位置をコアの位置と軸方向においてずらすようにする。そして、複数の凸部の回転軌道の外側に当該回転軌道と対向するように電磁ピックアップを配置する。
【0083】
また、エンジン始動処理においてスイングバック制御を行わないようにしてもよい。上記各実施例では、エンジン始動装置１１が発電機能を有する電動発電機１２を備える場合を例にあげたが、エンジン始動装置が発電機能を有しない電動機を備える構成としてもよい。また、本発明は、アイドリングストップ機能を備えていない車両にも適用することができる。また、本発明は、エンジンを備えた鞍乗型車両以外の車両にも適用することができ、エンジンを備えた車両以外の装置にも適用することができる。
【0084】
また、上記第３の実施例において、凸部の個数を永久磁石の個数と同じとし、複数の凸部をロータケース１４の全周に亘ってすべて等しい角度間隔を持って配置してもよい。例えば、永久磁石２１Ａ～２１Ｌと同数の１２個の凸部をロータケース１４の周壁部１６の外面に３０度間隔で配置してもよい。
【0085】
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うエンジン始動装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【0086】
１ エンジン
２ クランクケース（ケース）
６ クランクシャフト（回転シャフト）
１１、５１、６１ エンジン始動装置
１２、５２、６２ 電動発電機（電動機）
１３ ロータ
１４ ロータケース（回転体）
２１Ａ～２１Ｌ 永久磁石
２４Ａ～２４Ｋ、６４Ａ～６４Ｋ 凸部（指標部）
２５ ステータ
２６ コア
３１ コイル
３２ 電磁ピックアップ
３５ 駆動制御回路（制御回路）
２ クランクケース（ケース）
６ クランクシャフト（回転シャフト）
１１、５１、６１ エンジン始動装置
１２、５２、６２ 電動発電機（電動機）
１３ ロータ
１４ ロータケース（回転体）
２１Ａ～２１Ｌ 永久磁石
２４Ａ～２４Ｋ、６４Ａ～６４Ｋ 凸部（指標部）
２５ ステータ
２６ コア
３１ コイル
３２ 電磁ピックアップ
３５ 駆動制御回路（制御回路）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】