JP4372003B2 - 単体型モータ／発電機二重機能装置 - Google Patents

Description

本発明は、二重機能モータ／発電機装置に係り、より詳細には、モータ及び発電機として使用することが可能な二重機能を有する単体装置に関する。

従来、エンジン又はモータは、電気を供給する補助出力システムを使用して装置を駆動する。そのようなエンジン及びモータによって達成される負荷の駆動は、通常、個々の発電機手段及び駆動装置を必要とする。したがって、それは、相当な空間が必要となり、高いコストが掛かるものでもある。更になお、それは、産業上の利用可能性に欠けている。

上述の問題を解決するため、１つの補助電機子とその表面の１つの補助巻線とを備え、切替え装置をも付随させたモータが、発電機機能をモータに追加すべく開発され製造されてきた。しかしながら、モータと発電機の回路の間における接続の変更が電気的問題を引き起こし、１つの補助電機子とその表面の１つの巻線とを備えたモータの製造は、複雑なものであり、製造に欠陥が生じ易く、製造コストを増大させる。結果として、モータ及び発電機の両方に使用することが可能である二重機能を有する単体装置を開発することが望まれてきた。

したがって、本発明の１つの目的は、上述の何れの課題をも解決して、モータ及び発電機として使用することが可能である二重機能を有する単体装置を設けることにある。本発明は、再充電可能電池と、切換え手段と、二重機能モータ／発電機手段と、少なくとも２つの伝動装置と、前記伝動装置と交互に噛合う前進／後退クラッチ手段とからなる単体型の構成要素共有型モータ／発電機二重機能装置を提供する。二重機能モータ／発電機手段がモータとして使用されるとき、出力が、切換え手段の制御下において前進／後退クラッチ手段によって選択される第１伝動装置を介して再充電可能電池からステータ又はロータ及び被駆動負荷に対して供給され、また発電機として使用されるときには、被駆動負荷に対して外力を加えることによって電池が再充電され、そしてその負荷が、第２伝動装置を駆動して、モータとして作動されるときの第１回転方向とは反対の方向にロータを回転させ、電池を再充電させるべくステータ及びロータの間における電磁結合を介して起電力を誘導する。

本発明のもう１つの目的は、再充電可能電池と、切換え手段と、ロータ及びステータを包含する二重機能モータ／発電機手段と、ロータ回転方向選択手段とを含み、ステータが永久磁石材料によって形成され、ロータがコイル巻線を有するようにした、単体型モータ／発電機二重機能装置を設けることにある。

更に、本発明のもう１つの目的は、ステータがコイル巻線により巻回される透磁性材料によって形成され、ロータが永久磁石材料によって形成されるようにした、上述の形式の単体型モータ／発電機二重機能装置を設けることにある。

本発明のもう１つの特徴に拠れば、ステータ及びロータが両者共にコイル巻線を巻回される透磁性材料によって形成され、当該装置が、少なくとも１つの起動スイッチと、フィードバック・スイッチと、整流器とを更に含むようにした、単体型モータ／発電機二重機能装置が設けられる。それらの２つのスイッチは、当該装置が発電機として使用されるとき、初めは同時に閉じられる。再充電可能電池は、起動スイッチを介してロータの巻線に電位を与え、その誘導電位が、更に、ステータ／ロータ構造の磁場に対しても貢献する。ロータがステータに相対して所定の方向に運動すると、磁場によって誘導される起電力の第１部分は、整流器及びフィードバック・スイッチを介してロータのコイル巻線にフィードバックされる。結果として、起動スイッチが開かれて起電力の主要部分は上述の切換え手段を介して電池を充電するために使用されるが、起電力の第１部分はロータの巻線に対してフィードバックされ続ける。起動スイッチは、起動の後、被駆動負荷に加えられる外力が停止するまでは、開かれたままになる。

本発明の更なる１つの特徴に拠れば、差動装置、トルク・コンバータ、及び／又は、トルク、速度、方向又はその他の必要な機能の変更を可能にする補助伝動装置をも更に包含するようにした、上述の形式の単体型モータ／発電機二重機能装置が設けられる。

更になお、本発明のもう１つの特徴に拠れば、回転方向選択手段が切換え手段と連動するか或いはそれから独立して制御されることが可能とされた、上述の形式の単体型モータ／発電機二重機能装置が設けられる。

本発明のその他の目的、特徴及び利点は、後述の詳細な説明から当業者において明白になるであろう。

図１は、本発明の第１実施例における単体型モータ／発電機二重機能装置の概略図である。図２は、本発明の第２実施例における単体型モータ／発電機二重機能装置の概略図である。図３は、本発明の第３実施例における単体型モータ／発電機二重機能装置の概略図である。

図１に示された単体型モータ／発電機二重機能装置は、二重機能モータ／発電機装置１と、モータモードと発電機モードの間を切換える切換え手段２と、再充電可能電池３と、第１伝動装置４Ａと、第２伝動装置４Ｂと、差動装置すなわち第３伝動装置４Ｃと、前進／後退クラッチ手段５とを包含する。二重機能モータ／発電機装置１は、永久磁石によって形成されるステータ１１と、コイル巻線を巻回されるロータ１２と、ブラシ１３と、整流子１４とを有する。ロータ１２のシャフト１５の両端は、第１伝動装置４Ａ及び第２伝動装置４Ｂのそれぞれを介して差動装置４Ｃと接続する。差動装置４Ｃは、ホイールのような負荷６と接続する。

切換え手段２は、スイッチを包含するものであり、好ましくは、連動制御装置（図示略）を介して前進／後退クラッチ手段５を制御する。すなわち、前進／後退クラッチ手段５は、切換え手段２がモータ駆動位置Ｂに位置するときに第２伝動装置４Ｂが連動制御装置を介して噛合うようにして、第１位置に変更される。前進／後退クラッチ手段５は、切換え手段２が発電機位置Ａに位置し、かつそれと同時に被駆動負荷６が回転するときに伝動装置４Ａが連動制御装置を介して噛合うようにして、第２位置に変更される。あるいは、切換え手段２及び前進／後退クラッチ手段５は、個々に操作されることも可能である。

整流器３Ａ及び電圧／電流調整器３Ｂは、再充電可能電池３の前に設置することが可能である。二重機能モータ／発電機装置１は、速度調整器７のような駆動制御装置に接続され、シャフト１５の速度を制御する。速度調整器７は、起動及び停止の制御、トルク調節、位相制御、電圧及び電流の制御などを含めたモータの駆動及び制御に必要なすべての機能を提供し得るものであるとよい。

切換え手段２がモータモードを選択するモータ駆動位置Ｂに位置するとき、再充電可能電池３は、速度調整器７、接続ワイヤＷ、ブラシ１３、及び整流子１４を介して二重機能モータ／発電機装置１のロータ１２のコイル巻線に出力を供給し、永久磁石１１の磁場との電磁結合の故にロータ１２を時計回り方向のような所定の第１方向に回転させる起電力を印加する。この段階では、フレミングの左手の法則に従って、二重機能モータ／発電機装置１は、モータとして使用され、シャフト１５によって伝動装置４Ｂを駆動し、その結果、差動装置４Ｃを介して被駆動負荷６をも駆動する。更に、差動装置４Ｃは、トルク、速度、方向又はその他の必要な機能を制御する機能を有しても良い。

切換え手段２が発電機モードを選択する発電機位置Ａに位置するとき、前進／後退クラッチ手段５は、それと同時に連動又はその他の操作によってもう１つの位置に変更される。被駆動負荷６は外力が加わると回転し、伝動装置４Ａがシャフト１５と噛合う。その結果、ロータ１２は位置Ｂの方向とは反対の第２方向に回転し、起電力が永久磁石１１の磁場とロータ１２のコイル巻線内に誘導される磁場との間の連結によって生成される。この段階では、フレミングの左手の法則に従って、二重機能モータ／発電機装置１は発電機として使用される。結果として生じる起電力は、整流子１４及びブラシ１３を介して連結され、ブラシ１３を介する電圧出力が、接続ワイヤＷ及び位置Ａにおける切換え手段２に対して供給され、続いて、整流器３Ａに対しても直接供給される。更に、電圧は、電圧／電流調整器３Ｂを介して安定した固有の電圧／電流に調節され、その後、再充電可能電池３を再充電させるべく印加される。

図２において示された図面は、本発明における第２実施例の説明図である。要素に関する同じ符号は、図１において示されたものと同じ意味を有する。この実施例では、ステータが磁気透過性材料１１Ｂに被せて巻回されるコイル巻線１１Ａを包含し、ロータが永久磁石によって形成され、コイル巻線１１Ａが整流子及びブラシを欠いてワイヤＷに対して直接に接続されることを除けば、すべての要素が同じである。

切換え手段２がモータ駆動位置Ｂに位置するとき、再充電可能電池３は、速度調整器７を介してステータのコイル巻線１１Ａに電力を供給して、磁場を生成し、その磁場が、ロータ１２の永久磁石の磁場と連結し、それによって、伝動装置４Ｂを駆動させるべくロータを回転させる。結果として、被駆動負荷６が、差動装置４Ｃを介して回転する。

切換え手段２が発電機位置Ａに位置するとき、前進／後退クラッチ手段５は第２位置に変更される。その後、負荷６が外力を加えることによって回転されるとき、ロータ１２は、実施例１の場合と同じ様式において、伝動装置４Ａの回転によってモータ駆動方向とは反対の第２方向に回転し、永久磁石１１Ａの磁場をコイル巻線の磁場と連結させることによって誘導される起電力を生成する。結果として、その起電力が、再充電可能電池３を再充電させる。

図３において示された図面は、本発明における第３実施例であり、ステータの構造は実施例２のものと同じであり、ロータは磁気透過性材料１２Ｃに被せて位置するコイル巻線１２Ｂで巻回される。更に、この実施例は整流器８及び起動スイッチ９をも包含する。ステータのコイル巻線１１Ｂは、第１ワイヤＷＲ１を介して整流器８の入力と接続する。整流器８の出力は、第２ワイヤＷＲ２を介して起動スイッチ９と接続する。起動スイッチ９は起動スイッチＳＷ１とフィードバック・スイッチＳＷ２とによって構成され、それらのスイッチが起動電力線ＷＳを介してブラシ１３と接続する。

モータとして使用されるとき、上述の実施例の場合と同じ様式において、再充電可能電池３は速度調整器７を介してステータのコイル巻線１１Ａに電力を供給して磁場を生成し、その磁場がロータ１２のコイル巻線及び磁気透過性材料の中に誘導される磁場と連結する。その結果、ロータは伝動装置４Ｂを駆動させるべく所定の第１方向に回転する。

しかしながら、モータ／発電機装置が発電機として使用されるとき、切換え手段２は、位置Ａに設定され、それと同時に、初めはスイッチＳＷ１及びＳＷ２を閉じる。再充電可能電池３は、起動電力線ＷＳ、ブラシ１３及び整流器１４を介してロータのコイル巻線１２Ｂに電圧を供給し、その結果、磁場を生成する。したがって、ロータは、第１方向とは反対の所定の第２方向に回転し、ステータの中に磁場を誘導する。結果として生じるステータ及びロータの磁場の連結は、ステータの巻線１１Ａの中に起電力を生成させる。結果として生じる起電力の一部が、第１ワイヤＷＲ１を介して整流器８に伝えられ、第２ワイヤＷＲ２、スイッチＳＷ２及び起動ワイヤＷＳを介してロータ１２Ｂにフィードバックされるので、電力は連続して生成される。この段階において、起動スイッチＳＷ１は、開いても良い。その一方で、フィードバック・スイッチは閉じた状態のままロータに電力を供給し続け、出力の主要部分は被駆動負荷６に加わる外力が停止されるまで切換え手段２を介して電池に供給され、その後起動スイッチＳＷ１は、再スタートの間に再び閉じられる。

上述の実施例の説明に拠れば、本発明に従った技術的なコンセプトは、モータは一方の方向に回転するが発電機は反対方向に回転するという本質的な原理を使用することによって、再充電可能電池と、切換え手段と、伝動装置と、前進／後退クラッチ手段と、被駆動負荷とを含む単体型モータ／発電機二重機能装置を設けることにある。

しかしながら、詳細な説明及び特殊な具体例は、本発明の好適な実施例を示唆しているが、限定のためではなく説明のために提示されていると理解されるべきである。再充電可能電池３に対して電流インディケータを追加すること、過充電装置、電池などを任意選択的に包含させること、或いは伝動装置、接続手段などに関する任意の改良のような多くの変更及び改良は、本発明の範囲内であり、その意図するところから離れることなくなされ得るのであり、本発明は、そのようなすべての改良を含めるものとする。

本発明の第１実施例における単体型モータ／発電機二重機能装置の概略図である。 本発明の第２実施例における単体型モータ／発電機二重機能装置の概略図である。 本発明の第３実施例における単体型モータ／発電機二重機能装置の概略図である。

符号の説明

１ 二重機能モータ／発電機手段
２ 切換え手段
３ 再充電可能電池
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 伝動装置
５ 前進／後退クラッチ手段（回転方向選択装置）
６ 被駆動負荷
７ 速度調整器
８ 整流器
９ 起動スイッチ

Claims (6)

1. 再充電可能電池と、モータモードと発電機モードの間を切換える切換え手段と、ロータ及びステータを包含するロータ及びステータ構造と、少なくとも２つの伝動装置と、前記モードの選択されたものに応じて前記２つの伝動装置の１つを選択する前進／後退クラッチ手段とを含む単体型モータ／発電機二重機能装置であって、
   前記切換え手段が第１位置に位置するときには、前記ロータ及びステータ構造はモータとして使用され、出力が前記ロータ及びステータ構造と１つの伝動装置とを介して前記再充電可能電池から被駆動負荷に供給され、
   前記切換え手段が第２位置に位置するときには、前記ロータ及びステータ構造は発電機として使用され、そのとき電池は前記負荷に対して外力を加えることによって前記２つの伝動装置の他方を選択して再充電され、その負荷が当該伝動装置を駆動してロータを回転させかつ電池を再充電させる起電力を誘導し、
   前記ステータ及びロータは両者共にコイル巻線を巻回される透磁性材料によって形成され、前記装置は少なくとも１つの起動スイッチとフィードバック・スイッチと整流器とを更に含み、それらの２つのスイッチは当該装置が発電機として使用されて外力が負荷に加わるとき初めは同時に閉じられ、その時前記再充電可能電池は前記起動スイッチを介して前記ロータの巻線に電位を与えて前記ロータを前記ステータに相対して所定の方向に運動させ、前記ステータの巻線の中に誘導される起電力の第１部分は整流器及びフィードバック・スイッチを介して前記ロータのコイル巻線にフィードバックされ、結果として、前記起動スイッチが開かれ、前記起電力の主要部分は前記切換え手段を介して前記電池に供給され、また前記起電力の第１部分は、前記ロータのコイル巻線に対してフィードバックされ続け、前期負荷に加えられる外力が停止するまで誘導による電力を生成することを特徴とすることを特徴とする、
   前記単体型モータ／発電機二重機能装置。
2. 前記ステータが永久磁石材料によって形成され、前記ロータがコイル巻線を有することを特徴とする、請求項１に記載の単体型モータ／発電機二重機能装置。
3. 前記ステータがコイル巻線を巻回される透磁性材料によって形成され、前記ロータが永久磁石材料によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の単体型モータ／発電機二重機能装置。
4. トルク、速度、方向又はその他の必要な機能の変更を提供するための第３伝動装置を更に含み、該第３伝動装置は差動装置、トルク・コンバータ及び差動装置及びトルク・コンバータの組み合わせのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の単体型モータ／発電機二重機能装置。
5. 前記前進／後退クラッチ手段が、前記切換え手段と連動することを特徴とする、請求項１に記載の単体型モータ／発電機二重機能装置。
6. 前記前進／後退クラッチ手段が、前記切換え手段から独立して制御されることを特徴とする、請求項１に記載の単体型モータ／発電機二重機能装置。

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