JPH08289503A

JPH08289503A - モーター装置

Info

Publication number: JPH08289503A
Application number: JP12200095A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Suzuki; 成人鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】モーターの優れたトルク・回転数の特性を生か
し、高トルクで、０又は低速回転時の過電流や損失を、
電源電圧制御によらないで、機械的構造でエネルギー損
失を少なくでき、駆動中、出力の回転が外部の負荷によ
り止められたり、逆回転させられても、回転力を維持し
ながら、運転が続行できるモーター装置を提供する。【構成】第１、第２の２つのモーターと、差動装置を備
え、差動回転する３つの回転軸を有し、第１モーターの
回転軸と第２モーターの回転軸とは差動装置を介して接
続される。その２つのモーターの１つを駆動または発電
モーターとして作動させ、他方のモーターも駆動または
発電モーターとして作動させる。２つのモーターは互い
に逆回転または順回転して、その差動出力が外部との機
械出力または機械入力となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動力用のモーターとして
広く産業全般に利用されるモーター装置に関する。ま
た、応用分野として、小型油圧駆動システムの代用とし
て油圧駆動される装置の油圧に替わる駆動装置として広
く産業全般に利用可能である。また、他の応用分野とし
て、機械的外部インターフェースの駆動入力と駆動出力
の回転差を利用して無段変速装置として利用可能であ
る。

【０００２】

【従来の技術】出力回転数、出力トルクが広範囲に変化
する動力用モーターは、特に、車両等の動力源としての
電気モーター装置は、変速器を用いずにダイレクトに駆
動するか変速器を用いるかしてして使用される。従来技
術で、電気モーターを変速器なしで、車軸にダイレクト
に結合して用いた場合、高性能モーターほど、内部抵抗
が小さいため低速での扱いが難しいものである。直流モ
ーターは回転数が０のときに最も大きなトルクを生じ
る。回転数が上昇するに伴いトルクは低下し、無負荷状
態で高回転になった場合、ほとんどトルクを発生せずに
０に近付く。このＴ−Ｎ関係をグラフにしたのが、図２
のＴ−Ｎカーブであり、トルクの増大に反比例する形で
がＮが減少する。これと同様に、モーター特性を知る上
で重要なものは、図３のＴ−Ｉカーブである。即ち、Ｔ
の増大に比例してＩが増大していく。つまりトルクが大
きくなる程電流の消費が高まり、同時に電流を高めるこ
とでトルクも高められる。そして、高性能のモーター
は、Ｔ−Ｎカーブの勾配が非常に急激であり、高性能の
モーターの最大トルクは定格トルクの４．５倍以上とい
う非常に大きなものになり、それだけ、大量の電流が流
れる。トルクは、Ｔ＝ＫＩで、即ち、Ｋはトルク定数、
Ｉは電流、Ｅは電流、モーター内の抵抗＝Ｒとする。す
ると、Ｉ＝Ｅ／Ｒであり、モーターに電流が流れること
により発生する損失はＷ＝ＲＩ^２で、これはコイル巻線
で発生する熱となる。高性能のモーターでは、最大トル
クのゼロ回転の場合、最大トルクを長時間維持すると大
きな電流が流れて、加熱し、やがてショートして煙を出
してしまう。特に、高性能モーターでは、電気的抵抗が
低いことにより電流が流れやすい性質を備えているの
で、低回転域での使用は困難である。また、電流がカッ
トされるべき回転数以下での使用は、渦電流や銅損によ
る損失と加熱が大きくなる高性能なモーターほど取り扱
いが困難である。その上回転数が下がった場合、一層大
きな電流が流れてしまう。従って、高性能モーターでは
負荷条件によって早く電流カットを行う必要がある。即
ち、モータードライバーには、電流を一定値以内に抑え
る制御回路が組み込まれる。従って、うまく電流をカッ
トできなかったり、電子回路にノイズが入って制御に失
敗したときなど、過大な電流が流れてモーターを破損し
てしまう可能性があり取り扱いが困難である。一般的
に、動力用モーターを広い回転範囲でしかも高負荷の状
態で使用する場合で、急激な外部負荷の変化があった場
合（例えば、むりやり逆回転させられたときなど）、従
来のモーターでは、過電流により破損するか、電源装置
に負担が大きくかかる。電圧制御などにより、回転速度
の制御は可能であるが、回転や電流を常に検出して制御
する必要があり、熱などにより制御装置が暴走した場合
もモーターを破損するか、電源装置に過負荷をかける
か、また制御応答性が悪いと、電力消費も高くなる。ま
た、大電力用モーターでは、電圧制御による高トル
ク、”０”回転時の運転が困難で、大電力を扱うので、
熱対策や装置が複雑になり、また、制御装置が高価にな
り、誤動作もしやすくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたもので、特に直流モーター
の場合は、モーターの優れたトルク・回転数の特性を生
かしつつ、短所である、高トルクで、０回転時又は低速
回転時の過電流や損失を、電源電圧制御によらないで、
機械的構造でエネルギー損失を少なくできるモーター装
置を提供することを目的とする。また、本発明は、モー
ター駆動中、出力の回転が外部の負荷により止められた
り、逆回転させられても、回転力を維持しながら、モー
ターの運転が続行できるモーター装置を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１モータ−、第２モー
ターの２つのモーターと、差動装置を備え、該差動装置
は、差動回転する３つの回転軸を有し、その３つの回転
軸は各々第１モーターの回転軸と第２モーターの回転
軸、駆動出力軸に接続され、即ち、第１モーターの回転
軸と第２モーターの回転軸とは差動装置を介して接続さ
れることになる。その２つのモーターの１つを駆動また
は発電モーターとして作動させ、他方のモーターも駆動
または発電モーターとして作動させる。該２つのモータ
ーの駆動または発電の組み合わせにより、互いに逆回転
または順回転して、その２つのモーターの差動出力が外
部との機械出力または機械入力となることを特徴とする
モーター装置を提供する。また、第１モーター、第２モ
ーター及び差動装置の回転軸を同軸上に配置し、１つの
ケースに収め、一体化することができる。そして、第１
モーター、第２モーター及び差動装置の回転軸を同軸上
に配置し、一体化したものを、ホイール内に納めたもの
を利用できる。その差動装置は、プラネタリーギアを用
いることができる。回転を減速させる減速機構を差動装
置とモーターの間に設けることができる。また、該２つ
のモーターにすでに減速機構が内蔵されていてもよい。
本発明のモーター装置で使用するモーターは、どの種類
のモーターも適用できるが、ブラシ直流モーターが最も
単純であるので、本説明書では、主に、このモーターを
例にして説明する。本発明は、その性質からどの種類の
モーターにも適用できることは明らかである。即ち、本
発明のモーター装置は、モーター装置自体の発明であ
り、その構造から電気乗り物用の動力源として最適であ
るが、当然モーター駆動装置として、あらゆる産業に利
用できる。また、本発明モーター装置の特徴である、０
回転で高トルクを連続運用でき、大きな外部負荷（外部
反力、キックバックなど）に対しても構造的に対応でき
る優れた特徴を有するため小型油圧駆動システムの代用
として油圧駆動されるあらゆる装置に利用可能である。
また、第１モーター或いは第２モーターの回転軸に駆動
入力軸を接続し外部からの機械入力ができるようにして
も良い、これにより機械的外部インターフェースが駆動
入力軸と駆動出力軸の２つを有することになり、駆動入
力軸は第１または第２モーターと同一回転となるため駆
動出力軸との間に回転差が生じる。この入力と出力の回
転差を利用して、本発明モーター装置を無段変速装置と
することも可能である。

【０００５】

【作用】図１は、本発明のモーター装置の２つのモータ
ーを、駆動用又は発電用に組み合わせて使用する場合の
構造を示す。その構造は、電気乗り物の駆動源として最
適であるが、また、一般的なモーター装置としても利用
できる。即ち、第１モーターと第２モーターの２つのモ
ーターを差動装置を介して直結されて、各モーターを、
駆動用モーターだけでなく、発電用モーターとしても利
用し、運転状態、走行状態に対して最適な駆動力を得よ
うとするものである。そして、効率的な運転状態を確保
する。次に、実際に数値を上げてモード１の動作を説明
する。モード１とは、第１モーターを駆動用に使用し、
第２モーターを発電用に使用して（第１、第２モーター
の駆動、発電が逆でも良い）、お互いのモーターが逆回
転してその差動出力を機械出力とするモードである。
（ここでは、第１モーターを駆動モーター、第２モータ
ーを発電モーターとして説明する）数値はあくまで説明のためであり、数値自体になんら意
味はない。説明を簡単にするために、差動歯車の回転の
比を、１：１として説明する。即ち、第１モーターのト
ルク−回転数の曲線を、説明のためのみ用いたＴ−Ｎ曲
線として示す図４として、第２モーターの発電時の必要
となるトルクと回転数を説明のためのみ用いた消費トル
ク一回転数の曲線として示す図５に示す。更に、図６
は、駆動出力軸のトルク−回転数の曲線を示す。図示の
ように、第１モーターは、回転数の上昇とともにトルク
は減少し、第２モーターは、回転上昇とともにトルクは
増大する。そして、図６に示すように駆動出力軸は、回
転上昇とともにトルクが下がる。駆動出力の回転数は、
左から右へと上昇する。各Ｐ点は、各グラフで示す点に
相当している。

【表１】発進時、出力回転数は’０’である。このときの第１モ
ーターと第２モーターの回転数とトルクは、（Ｘ＝１）
のとき、後述する式（Ａ）、（Ｂ）より第１、第２モー
ターとも同じトルク同じ回転数Ｐ１，Ｐ２でバランスす
る。（但し、機械的損失は考えないものとする）このと
き、出力軸は、第１モーターのトルク１０ｋｇ・ｍ（Ｐ
１）を２倍した２０ｋｇ・ｍ（Ｐ３）が発生する。（式
１、（Ｘ＋１）Ｔ_１＝Ｔ_２より）。また、この時出力回
転は’０’なので第１モーターの駆動エネルギーは、第
２モーターの発電用エネルギーとなるために、エネルギ
ー損失も少なくてすむ。（式Ａ、０＝Ｔ_１・Ｎ_１−Ｔ_３
・Ｎ_３より）。このとき、回転数”０”の高トルク２０
ｋｇ・ｍ（Ｐ３）のトルクが発生していても、実際第１
モーターは回転しているので、過電流にならず、通常に
運転できる。乗り物が発進して、出力軸の回転数が１０
００ｒｐｍ（Ｐ６）になった場合、駆動モーターと発電
モーターの回転数とトルクは、差動歯車の比が、１：１
のとき、駆動モーター、発電モーターとも同じトルク
で、バランスするため、式（１）、（２）、（６）よ
り、駆動モーターは回転数３０００ｒｐｍ、トルク５ｋ
ｇ−ｍ（Ｐ４）で、発電モーターは回転数（駆動モータ
ーとは逆回転となる）１０００ｒｐｍ、トルク５ｋｇ−
ｍ（Ｐ５）となる。このとき出力軸のトルクは、駆動モ
ーターのトルク５ｋｇ−ｍ（Ｐ４）を２倍した１０ｋｇ
−ｍのトルク（Ｐ６）が得られる。同様に、駆動モータ
ーが（Ｐ７）の場合は、発電モーターは、（Ｐ８）、出
力は（Ｐ９）となる。このようにして、常に駆動モータ
ー（図４のＴ−Ｎ曲線）と発電モーター（図５のＴ−Ｎ
曲線）と駆動出力（出力軸）がバランスして、図６のよ
うなＴ−Ｎ曲線の出力が得られる。２つのモーターを減
速機構を使用して減速させての使用もなんら差し支えな
い。この場合、駆動用のモーターのみ減速でも、発電用
のモーターのみ減速でも同様である。図１３は、モータ
ーと差動装置の間に減速装置を設けた場合の概略図であ
る。減速装置は、減速ギアでもよく、プラネタリーギア
でも、減速ベルトを使用しても何ら差し支えない。本発
明のモーター装置においては、第１モーターと第２モー
ターとは、差動装置から見て、機能的に対称型であり、
どちらのモーターを駆動用としてもよく、また、発電用
としてもよい。また、両方のモーターを駆動用として、
即ち、両方のモーターを同じ方向に回転させる。また、
両方のモーターを発電用として、即ち、両方同じ方向に
回転させて、回生ブレーキとして利用することもでき
る。本発明のモーター装置は、従って、２つのモーター
は、発進時に効率的な駆動−発進の第１モードとして、
また、高速運転時には、駆動−駆動の第２モードとし
て、減速時即ち、ブレーキング時には、発電−発電の第
３モードとして運転することができる。このような３つ
のモードを組み合わせて、走行状態、運転状態に応じて
切り替えることにより、その走行状態、運転状態におけ
る最適な駆動力と効率を得ることができる。図１に示さ
れる様に、第１モーター、第２モーターには、各々、駆
動回生装置１と２を経由して、電源装置と接続されてい
る。そして、駆動回生装置１と２は、各々、スイッチン
グコントロール（ＳＷ１，ＳＷ２）により、コントロー
ルされ、各々のモーターを駆動するか、発電させるか、
ＯＦＦ状態にするか制御される。第１モーターと第２モ
ーターと３つのモードの関係は、次の表に示される。

【表２】

【０００６】即ち、モード１では、第１モーターと第２
モーターとは逆方向に回転される。このモードは、停止
状態から高トルクが必要となる低速域運転でのモーター
の効率がよい。そして、モード２では、第１モーター、
第２モーターともに、電源からエネルギーが供給され、
同方向に回転され、即ち、駆動軸は、第１モーターと第
２モーターの合計の駆動回転で運転され、高速回転が可
能になる。即ち、出力回転が上がると、駆動モーターの
回転数も上がり、モード１の状態でなくても、モーター
の効率はある程度良くなる。従って、高い回転のとき
は、効率の差が少ないので、両モーターとも、駆動モー
ターとしての方がメリットが大きい。また、モード３で
は、第１モーター、第２モーターともに同方向に回転さ
れるが、発電モーターとして働かせ、ブレーキング状態
のときに、作用させる。本発明による差動装置におい
て、差動歯車の比率、即ち、差動比をＸとした。差動装
置の比率は、１：１ならＸ＝１で、２：１ならＸ＝２と
なる。第１モーター側Ｘで、第２モーター側１としてあ
る。そして、モード１のとき、第１モーターと第２モー
ターは、互いに逆方向に回転する。第１モーターのトル
クと回転数をＴ_１とＮ_１とし、駆動出力の回転軸の出力
トルクと回転数をＴ_２とＮ_２とし、第２モーターの消費
トルクと回転数をＴ_３とＮ_３とすると、モード１は次の
ようになる。（Ｘ＋１）Ｔ_１＝Ｔ_２………………………………（１）（Ｎ_１−ＸＮ_３）／（Ｘ＋１）＝Ｎ_２……………（２）従って、第１モーターによる機械出力は、摩擦などによ
る損失を考えないと、回転数（ｒｐｍ）×トルクとな
り、Ｔ_１・Ｎ_１であり、第２モーターからの機械入力
は、、回転数（ｒｐｍ）×トルクとなり、Ｔ_３・Ｎ_３で
ある。よって、差動装置の出力の機械出力は、（ｒｐ
ｍ）×トルクとなり、Ｔ_２・Ｎ_２である。従って、Ｔ_２・Ｎ_２＝Ｔ_１・Ｎ_１−Ｔ_３・Ｎ_３……………（３）となる。従って、駆動軸のトルクは、Ｘ＝１のときは、
駆動モーター（第１モーター）のトルクの２倍になる
が、その回転数Ｎ_２は、第２モーターの出力０のとき、
即ち、第２モーターが回転しないとき、第１モーターの
回転数１／２（Ｘ＝１）になる。また、第１モーターと
第２モーターの入出力トルクの関係は、ＸＴ_１＝Ｔ_３………………………………………（６）モード１では、出力側の回転軸の回転を、（Ｎ_１＝ＸＮ
_３）／（Ｘ＋１）にまで上げることができ、トルクは、
（Ｘ＋１）Ｔ_１にまで上がる。発進時（停止状態）で
の、第１、第２モーターの回転トルクは、出力回転数
が”０”のため、式（３）から、０＝Ｔ_１・Ｎ_１−Ｔ_３・Ｔ_３…………………（Ａ）式（６）からＴ_１＝Ｔ_３……………………………（Ｂ）（Ａ）、（Ｂ）２つの条件を満たす回転数トルクで２つ
のモーターはバランスする。次に、モード２の場合、第
１モーターと第２モーターは両方とも駆動モーターで、
同方向に回転しており、（Ｎ_１＋Ｎ_３）／（Ｘ＋１）＝Ｎ_２………………（４）
となる。そして、第１モーターによる機械出力は、摩擦などによ
る損失を考えないと、回転数（ｒｐｍ）×トルクとな
り、Ｔ_１・Ｎ_１である。従って、第２モーターの機械出
力は、回転数（ｒｐｍ）×トルクとなり、Ｔ_３・Ｎ_３で
ある。よって、差動装置の出力の機械出力は、第１モー
ターの出力と第２モーターの出力の合計であり、それ
は、回転数（ｒｐｍ）×トルクとなり、Ｔ_２・Ｎ_２であ
るので、Ｔ_２・Ｎ_２＝Ｔ_１・Ｎ_１＋Ｔ_３・Ｎ_３……………（５）となる。また、第１モーターと第２モーターの入出力ト
ルクの関係は、ＸＴ_１＝Ｔ_３………………………（６）となる。また、モード３の場合、第１モーターと第２モーター
は、両方とも発電モーターで同方向に回転しており、（Ｎ_１＋ＸＮ_３）／（Ｘ＋１）＝Ｎ_２…………………（４）となる。そして、第１モーターによる機械出力は、摩擦などによ
る損失を考えないと回転数、（ｒｐｍ）×トルクとな
り、Ｔ_１・Ｎ_１である。従って、第２モーターの機械出
力は、回転数（ｒｐｍ）×トルクとなり、Ｔ_３・Ｎ_３で
ある。よって、差動装置の出力の機械出力は、第１モー
ターの出力と第２モーターの出力の合計であり、それ
は、回転数（ｒｐｍ）×トルクとなり、Ｔ_２・Ｎ_２であ
るので、Ｔ_２・Ｎ_２＝−（Ｔ_１・Ｎ_１＋Ｔ_３・Ｎ_３）………………（７）となる。これは、機械出力がマイナスであり、機械入力
となり、発電力が発生することを示す。以上のことでも
分かるように、モード２及びモード３では、同一方向に
回転（順回転）するために、２つのモーターは、差動装
置を介して、それらの回転エネルギーはトルク×回転数
の合計となっている。そして、このようなモード切り替
えは、図１の駆動回生装置１及び２のＳＷ１及び２を制
御して行うが、これは、手動式でもよく、自動制御でも
良い。そして、モード１は、低速モードであり、モード
２は、高速モードであり、モード３は減速モードであ
る。

【０００７】次に、いくつかの本発明モーター装置の制
御例を示すが、本発明はそれらによって限定されるもの
ではない。図１において、第１モーター（以下Ｍ１とす
る）を制御する駆動回生装置１と、第２モーター（以下
Ｍ２とする）を制御する駆動回生装置２のＳＷ１，ＳＷ
２に何種類かのパターン制御信号１、２を与えることに
より、該駆動回生装置１、２を制御し、該当モーターを
駆動モーターまたは発電モーターとして作動させること
ができ、その組み合わせ（Ｍ１のパターンとＭ２のパタ
ーン）により出力の回転速度及び負荷にあったモードで
運転させることができる。Ｍ１を制御する駆動回生装置
１は、以下のような３パターンの制御で行われる。１．駆動状態：Ｍ１に電力供給を行う；即ち、Ｍ１駆動
である。２．回生状態：電源にＭ１の発電力を回生する；即ち、
Ｍ１回生である。３．ＯＦＦ状態：Ｍ１モーターの電気回路を開いた状態
にする；即ち、Ｍ１電源切断である。Ｍ２を制御する駆動回生装置２は、以下のように、５パ
ターンにより駆動回生装置２を制御する。１．回生状態（逆回転）：電源にＭ１と同相回転してい
るＭ２の発電力を回生する。；
以下Ｍ２逆回生とする。２．駆動状態（順回転）：Ｍ１と同相回転となるように
Ｍ２に電力供給を行う；以下Ｍ２順駆動とする。３．回生状態（順回転）：電源にＭ１と同相回転してい
るＭ２の発電力を回生する。；
以下Ｍ２順回生とする。４．駆動状態（逆回転）：Ｍ１と逆相回転となるように
Ｍ２に電力供給を行う；以下Ｍ２逆駆動とする。５．ＯＦＦ状態：Ｍ２モーター電気回路をひらいたじょ
うたいにする；電源切断。；
以下Ｍ２切断とする。図１の駆動回生装置１と駆動回生装置２の制御パターン
を組み合わせることにより、走行状態に適したモーター
駆動制御が可能になる。この組み合わせでは、単純に組
み合わせを考えると、３パターン×５パターンで、１５
通りの組み合わせが可能である。但し、矛盾又は意味の
ない組み合わせもあるので（即ち、例えば、Ｍ１駆動
で、Ｍ２逆回転駆動は意味がない）、実際に利用する組
み合わせは以下の表３および表４に簡単に記述する。表
で分かるとおり２つのモーターの制御パターンの組み合
わせで各モード（モード１、２、３、その他）の運転状
態が作り出せる。

【表３】

【表４】Ｍ２の回転方向が逆相（逆回転）から同相（順回転）に
変わるとき、無駄な電力を消費したり、モーターに高負
荷をかけてしまうことがある。これを防止し、スムーズ
に回転方向を切り変えることができるように、切り替わ
るとき一時的にＭ２を切断し、Ｍ１の回転速度を下げる
様に制御（Ｍ１を回生させる）する。これによりＭ１の
回転速度が下がり、Ｍ２の回転が同相となる。Ｍ２が同
相となった時点で状態を復帰（モード２、及びモード３
の制御にもどす）させる。このような制御を行うことで
スムーズな状態遷移（モード切り替え）ができる。次
に、具体的な制御について、両方のモーターとも、ＤＣ
ブラシモーターの場合と、両方とも、ＤＣブラシレスモ
ーターの場合について説明するが、本発明はそれらによ
って限定されるものではない。Ｍ１、Ｍ２にＤＣブラシ
モーターを使用した場合、駆動回生装置１、２の回路
に、図７（Ａ）及び７（Ｂ）を利用する。図７（Ａ）の
回路では、トランジスタＴＲ１とＴＲ２によりスイッチ
ングを行う。これを、パターン毎に説明すると、パターン１．Ｍ１駆動のとき、ＴＲ２をＯＦＦにし、Ｔ
Ｒ１をＯＮにする。モーターＭ１に電圧を与えて駆動す
る。パターン２．Ｍ１回生のとき、ＴＲ１をＯＦＦにし、Ｔ
Ｒ２にチョッピングパルスをかけて、Ｍ１の起電力を昇
圧し、ダイオードＤ１を通して、電源装置に電力を回生
する。パターン３．Ｍ１切断のとき、ＴＲ１、ＴＲ２の両方と
も、ＯＦＦにする。図７（Ｂ）の回路では、４つのトランジスタＴＲ１、Ｔ
Ｒ２、ＴＲ３、ＴＲ４と４つのダイオードＤ１、Ｄ２、
Ｄ３、Ｄ４により、Ｍ２に対してスイッチングを行う。
これを、パターン毎に説明すると、パターン１．Ｍ２順駆動のとき、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＦ
Ｆにし、ＴＲ１、ＴＲ４をＯＮにする。モーターＭ２
に、電圧を掛けて、順方向回転に駆動する。パターン２．Ｍ２逆回転のとき、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＮ
にし、ＴＲ１、ＴＲ４をＯＦＦにする。モーターＭ２
に、逆電圧を掛けて、逆方向回転に駆動する。パターン３．Ｍ２順回生のとき、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ
３をＯＦＦにし、ＴＲ４にチョッピングパルスをかけ
て、Ｍ２の起電力を昇圧し、ダイオードＤ１を通して、
電源装置に電力を回生する。パターン４．Ｍ２逆回生のとき、ＴＲ１、ＴＲ３、ＴＲ
４をＯＦＦにし、ＴＲ２にチョッピングパルスをかけ
て、Ｍ２の起電力を昇圧し、ダイオードＤ２を通して、
電源装置に電力を回生する。パターン５．Ｍ１切断のとき、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ
３、ＴＲ４のすべてを、ＯＦＦにする。次に、Ｍ１、Ｍ２にＤＣブラシレスモーターを使用した
場合、駆動回生装置１、２の回路に、図８（Ａ）を利用
する。図８（Ｂ）は、ＤＣブラシレスモーターの駆動装
置（図８Ａ）の詳細である。図８（Ａ）の駆動回生装置
１では、３種類のパターンで制御する。パターン１．Ｍ１駆動：回転位置を検出して、該当位置
に対応する駆動装置のトランジスタをＯＮ、ＯＦＦ制御
して、回転力を与える。（通常のブラシレスモーターの
制御と同様である）。パターン２．Ｍ１回生：Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をＯＦＦし
て、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６をチョピングして、電圧を昇圧
し、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５をとおして、電源に回生させる。パターン３．Ｍ１切断：Ｓ１からＳ６まで全てＯＦＦに
する。図８（Ａ）の駆動回生装置２では、５種類のパターンで
制御する。パターン１．Ｍ２逆回生：Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をＯＦＦに
して、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６をチョピングして電圧を昇圧
し、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５を通して、電源に回生させる。パターン２．Ｍ２順駆動：回転位置を検出して、該当位
置に対応する駆動装置のトランジスタをＯＮ、ＯＦＦ制
御して、Ｍ１と同様の回転力を与える。（通常のブラシ
レスモーターの制御と同様である）。パターン３．Ｍ順回生：Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をＯＦＦにし
て、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６をチョピングして電圧を昇圧し、
Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５を通して、電源に回生させる。パターン４．Ｍ２逆駆動：回転位置を検出して該当位置
に対応する駆動装置のトランジスタをＯＮ、ＯＦＦ制御
して、Ｍ１と逆相の回転力を与える。パターン５．Ｍ２切断：Ｓ１〜Ｓ６まで全てＯＦＦにす
る。以上、一般的なプラシモーターと、一般的なＤＣブラシ
レスモーターの駆動回生装置の回路を示した。ここで
は、スイッチ素子として、トランジスタ素子を用いた
が、トランジスタ素子に限ることなく、サイリスタ、Ｇ
ＴＯ、ＩＧＢＴ，ＦＥＴ、などの種々の半導体素子やリ
レーを用いることができる。以上のモード即ち、低速モ
ード、高速モード、減速モードなどを手動で切り替えて
走行することができるし、自動制御することもできる。
次に、いくつかの本発明モーター装置の実施例を示す
が、本発明はそれらによって限定されるものではない。

【０００８】

【実施例１】図９は、差動装置にプラネタリーギアを使
用した場合の１例を模試的に示す断面図である。図１２
は、プラネタリーギア（図９）を差動装置に使用して、
減速ギアでモーター回転を減速して使用する場合の本発
明モーター装置の一例を示す。差動装置は主にサンギア
２７とピニオンギア２８該ピニオンギアを支持するプラ
ネタリーアーム２９、インターナルギア２２などから構
成される。第１モーター２０のローターシャフトに減速
ギア２１が接合され、該減速ギア２１は、減速ギア２６
と噛み合わされる。該減速ギア２６はサンギア２７と接
合され、該モーターの回転が減速されて差動装置のサン
ギア２７の回転となる。第２モーター２４のローターシ
ャフトに減速ギア２３が接合され、該減速ギア２３は、
減速ギア３０と噛み合わされる。該減速ギア３０はイン
ターナルギア２２と接合され、該モーターの回転が減速
されて差動装置のインターナルギア２２の回転となる。
該サンギア２７と該インターナルギア２２の間に内接さ
れるピニオンギア２８の公転が該２つのモーター回転の
差動出力となる。該ピニオンギア２８の公転が、これを
支持するプラネタリーアーム２９の回転となり、該プラ
ネタリーアーム２９と接合されている駆動出力軸２５の
出力回転となる。

【実施例２】図９は、差動装置にプラネタリーギアを使
用した場合の１例を模試的に示す断面図である。図１１
は、プラネタリーギア（図９）を差動装置に使用して、
モーター及び差動装置を同軸上に配設する場合の本発明
モーター装置の一例を示す。差動装置は主にサンギア３
２とピニオンギア３４該ピニオンギアを支持するプラネ
タリーアーム３６、インターナルギア３５などから構成
される。第１モーターのローターシャフト８０は差動装
置のサンギア３２と直接接合され、第２モーターのロー
ターシャフト４０は差動装置のインターナルギア３５に
直接接合される。該サンギア３２と該インターナルギア
３５の間に内接されるピニオンギア３４の公転が、該２
つのモーター回転の差動出力となる。該ピニオンギア３
４の公転が、これを支持するプラネタリーアーム３６の
回転となり、該プラネタリーアーム３６と接合されてい
る駆動出力軸３９の出力回転となる。

【実施例３】図９は、差動装置にプラネタリーギアを使
用した場合の１例を模試的に示す断面図である。図１０
は、プラネタリーギア（図９）を差動装置及び減速装置
に使用して、モーター回転をプラネタリーギアで減速し
て、モーター及び差動装置、減速装置を同軸上に配設す
る場合の本発明モーター装置の一例を示す。差動装置は
主にサンギア５７とピニオンギア５８該ピニオンギアを
支持するプラネタリーアーム６０、インターナルギア５
９などから構成される。第１モーターの減速装置は主に
サンギア５２とピニオンギア５４該ピニオンギアを支持
するプラネタリーアーム５６、インターナルギア５５な
どから構成される。第２モーターの減速装置は主にサン
ギア５３とピニオンギア６３該ピニオンギアを支持する
プラネタリーアーム６１、インターナルギア６２などか
ら構成される。第１モーターのローターシャフト６８に
減速装置のサンギア５２が接合され、該サンギア５２と
ケース６４に固定されたインターナルギア５５の間に内
接されるピニオンギア５４の公転が該モーター回転の減
速出力となる。該ピニオンギア５４の公転がプラネタリ
ーアーム５６の回転となる。該プラネタリーアーム５６
は差動装置のサンギア５７と接合され、該モーターの回
転が減速されて差動装置のサンギア５７の回転となる。
第２モーターのローターシャフト６９に減速装置のサン
ギア５３が接合され、該サンギア５３とケース６４に固
定されたインターナルギア６２の間に内接されるピニオ
ンギア６３の公転が該モーター回転の減速出力となる。
該ピニオンギア６３の公転がプラネタリーアーム６１の
回転となる。該プラネタリーアーム６１は差動装置のイ
ンターナルギア５９と接合され、該モーターの回転が減
速されて差動装置のインターナルギア５９の回転とな
る。該サンギア５７と該インターナルギア５９の間に内
接されるピニオンギア５８の公転が該２つのモーター回
転の差動出力となる。該ピニオンギア５８の公転が、こ
れを支持するプラネタリーアーム６０の回転となり、該
プラネタリーアーム６０と接合されている駆動出力軸６
７の出力回転となる。

【０００９】

【発明の効果】本発明のモーター装置は、図示のような
構造により、次のごとき技術的効果があった。即ち、直
流モーターのすぐれたトルク−回転数特性を生かしつつ
欠点である高トルクで”０”回転数のときの過電流防止
や、発電回生による消費電力の節約を行うモーター装置
を提供した。出力回転が０でも、モーターは回転してい
る。このことは回転していない場合に比べてモーターの
効率が良いことになる。モーターの駆動出力は差動装置
を介して発電モーターと出力に配分され、出力回転が０
の場合、すべて発電モーターに分配されるため発電モー
ターの起電力を回生させることにより極めて消費電力が
少なくてすむ。第２に、駆動用の第１モーターを中〜高
速回転を維持したまま、出力の回転範囲が０回転から中
速回転まで変動して利用することが可能でなので、出力
回転変動の大きい場合でも、バッテリー及び制御回路の
負担が軽減でき、駆動モーターの回転数の変動が少ない
ので、電流変動が少なくてすむ。また、モーターの許容
回転数範囲が狭くても、その狭い範囲を利用して０回転
からの使用が可能となり、交流モーターなどの低速で低
トルクのモーターでも最高のトルクと効率の回転数の範
囲で運転することができる。第３に、出力が０回転或い
は低速回転の高トルク（負荷）使用ができる。モーター
自体は定常回転で回転可能なためである。更に、磁気飽
和を防止でき、モーター自体は低速回転にする必要はな
い。そして、直流モーターの場合、通電流防止回路など
の電流制限の回路が不要にできる。第４に、モーター運
転中、大きな外部負荷によるモーター破損の危険が少な
い。大きな反力やキックバックなどにより出力回転が止
められても、また、多少外部要因で出力回転が逆回転さ
せられても影響なく、回転力を維持しながらモーターの
運転が可能である。第５に、発電用のモーターの発電量
を制御することにより、出力トルクを制御することがで
きる。これは次の効果をもたらす。モーターの種類を選
ばず、トルク制御が可能となり、電圧制御できないモー
ターでも、磁束制御できないモーターでもトルク制御で
きることになる。これは、交流でも直流でもモーター本
来の機能である駆動又は発電ができるモーターがあれ
ば、トルク制御が可能となる。また、第２モーターの発
電量を０にすることにより、発電による負荷トルクはな
くなり、発電側は空回り状態として、駆動用モーターの
駆動力が出力に伝達されない状態となり（慣性トルクが
あるのでその分だけは伝達される）、丁度、クラッチを
切った状態を作り出せ、クラッチと同じ機能が提供でき
る様になる。第６に、発電用のモーターの発電力を回生
することにより、出力が発進時（０回転時）及び低速回
転域での電力の節約ができる。また、発電力を駆動側に
直接回生させることにより、発進及び低速回転域での出
力トルクを増強できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモーター装置の１例の構成を示す。

【図２】モーターのＴ−Ｎ曲線を表すグラフである。

【図３】モーターのＴ−Ｉ曲線を表すグラフである。

【図４】本発明モーター装置での第１モーターのトルク
−回転数の関係を示すグラフである。

【図５】本発明モーター装置での第２モーターのトルク
−回転数の関係を示すグラフである。

【図６】本発明モーター装置での出力軸のトルク−回転
数の関係を示すグラフである。

【図７】本発明モーター装置の駆動回生装置の回路の一
例を示した図である。

【図８】本発明モーター装置の駆動回生装置の回路の一
例を示した図である。

【図９】本発明モーター装置の差動装置の遊星歯車を使
用した１例を示す断面図である。

【図１０】本発明モーター装置に遊星歯車による減速機
構を配設し、モーターおよび差動装置、減速機構を同軸
に配設した場合の１例を示す断面図である。

【図１１】本発明モーター装置のモーターおよび差動装
置を同軸に配設した場合の１例を示す断面図である。

【図１２】減速機構を有する本発明モーター装置の１例
を示す断面図である。

【図１３】本発明モーター装置に減速装置を設ける場合
の例を示した概略図である。

【符号の説明】１、Ｍ１、２０第１モーター４、第１モーター
回転軸２、差動装置６、２５、３９、６７差動出力軸
（駆動出力軸）３、Ｍ２、２４第２モーター５、第２モーター
回転軸１４、２９、３６、５６、６０、６１プラネタリー
キャリア（アーム）１３、２８、３４、５４、５８、６３ピニオンギア１１、２２、３５、５５、５９、６２インターナル
ギア１２、２７、３２、５２、５３、５７サンギア３３、５０コイル（第１
モーター）３１、５１磁石（第１モ
ーター）３７、６５コイル（第２
モーター）４１、６６磁石（第２モ
ーター）４０、６８、６９、８０モーターのロ
ーターシャフト３８、６４ケース９、１０減速装置２１、２３減速ギア（モ
ーターシャフト側）２６、３０減速ギア（差
動装置側）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１モーター、第２モーターの２つのモー
ターと、差動装置を備え、該差動装置は、差動回転する
３つの回転軸を有し、その３つの回転軸は各々第１モー
ターの回転軸と第２モーターの回転軸、駆動出力軸に接
続され、即ち、第１モーターの回転軸と第２モーターの
回転軸とは差動装置を介して接続されることになる。そ
の２つのモーターの１つを駆動または発電モーターとし
て作動させ、他方のモーターも駆動または発電モーター
として作動させる。該２つのモーターは互いに逆回転ま
たは順回転して、その２つのモーターの差動出力が外部
との機械出力または機械入力となることを特徴とするモ
ーター装置。
【請求項２】該差動装置は、プラネタリーギア（遊星歯
車）であり、そのサンギアとインターナルギアの回転軸
が、各々第１、第２モーターの回転軸に接続され、公転
するピニオンギアを支持するプラネタリーアームの回転
軸が駆動出力となることを特徴とする請求項１に記載の
モーター装置。
【請求項３】該２つ或いは片方のモーターの回転を減速
させる減速装置を、該２つ或いは片方のモーター回転軸
に接続し、該差動装置の回転軸とは減速装置を介して接
続されることを特徴とする請求項１に記載のモーター装
置。
【請求項４】第１モーター或いは第２モーターの回転軸
に駆動入力軸を接続し外部からの機械入力ができるよう
にし、駆動入力軸と駆動出力軸の２つの機械的外部イン
ターフェースを有することを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載のモーター装置。