JPH08280158A

JPH08280158A - モーター装置

Info

Publication number: JPH08280158A
Application number: JP7115349A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Suzuki; 成人鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1996-10-22

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、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。【構成】第１モーター１、第２モーター３の２つのモー
ターと、差動装置２を備え、該差動装置は、差動回転す
る３つの回転軸を有し、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、モーター
の１つを駆動モーターとして作動させ、他方のモーター
を発電機として作動させる。２つのモーターは互いに逆
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【課題を解決するための手段】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つを駆動モー
ターとして作動させ、他方のモーターを発電モーターと
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。
また、第１モーターを駆動用モーターとして電源装置と
結合し、第２モーターを発電モーターとして発電回生装
置と結合し、該発電モーターから得られる発電力を、該
発電回生装置が昇圧及び発電量の制御を行い、電力の回
生を行うことが好適である。また、第１モーターを駆動
用モーターとして電源装置と結合し、第２モーターを発
電モーターとして利用し電源端子間に負荷抵抗器を配線
し、該負荷抵抗器で、消費させる構成とすることもでき
る。この場合、発電回生装置の代用として、該負荷抵抗
を用いることで、発電量は回生されないが、最も簡単な
回路構成であり、汎用的に利用可能となる。また、第２
モーターの発電力を、電圧を上げる回生装置により、第
１モーターへ直接回生、駆動することができる。この場
合は、駆動モーターの余分な出力は、発電力として回生
されるため、きわめて効率の良いモーターとなる。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。

【作用】図１は、本発明のモーター装置の２つのモータ
ーを、第１モーターは駆動用、第２モーターは発電用に
利用して、２つのモーターが、互いに逆回転し、その差
動出力を差動装置から得て出力とする場合の構成を示
す。その構造は、一般的に汎用動力用モーターとして最
適であるが、電気乗り物用としても、利用できる。次
に、モーターの動作曲線との関係で説明すると、次のよ
うになる。例えば、直流モーターでは図４に示されるよ
うに、回転数０の近い領域は、トルクの増大が著しくこ
れに比例して電流も増大するため電流制限してあるか使
用しない。モーターにかける電圧をＶ，モーターの界磁
の有効面積が作る地場の強さに界磁の有効面積をかけた
総磁束をφ、電気子の巻線数をＺ、抵抗をＲとすると回
転数の最大値Ｎ_ｍａｘ＝Ｖ／φＺで、トルクの最大値Ｔ
_ｍａｘ＝φＺＶ／Ｒとなる。図４の曲線で、回転数の軸
上でＮ_ｍａｘの点と回転数軸上でＴ_ｍａｘの点を結んだ
線が、このモーターの回転数−トルク特性である。図示
のように、トルクは回転数とともに低下する。Ｖは電池
の電圧に相当し、電圧が２倍になると、最大トルク、最
高回転数ともに２倍に増える。φは強い磁石であればあ
るほど、そして大きなモーターであればあるほど大きく
なる。同じサイズのモーターであれば巻線数を変えるこ
とにより最大トルクや最高回転数を変化させることがで
きる。一方、トルクＴは前述のように、電流Ｉが小さい
ときには、電流に比例する。その比例定数はφとＺをか
けた値である。電流が大きくなるとトルクの伸びは次第
に小さくなる。即ち、飽和現象がある。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。第モーター側Ｘで、第２モーター側
１としてある。第１モーターのトルクと回転数をＴ_１と
Ｎ_１とし、出力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_３Ｎ_３
とすると、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、摩擦等による
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、回転数（ｒｐｍ）
×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、その回転数は、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
ーの回転数の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）そして、第２モーターからの電気出力の増減により、消
費トルクが変化するため、ここでは負荷抵抗は一定とす
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バラ
ンスする。即ち、第１モーターと第２モーターを差動装
置を介して、接続し、差動装置から駆動出力を得る。第
１モーターと第２モーターは、差動回転し、駆動出力と
第１、モーターの回転速度差分に比例した回転速度差
が、駆動出力と第２モーターにも生じる。例えば、第１
モーターが２０００ｒｐｎで回転しているとして、差動
装置の比率を、１：１として、出力を１０００ｒｐｎと
する。第２モーターは、０ｒｐｎとなる。同様に、出力
を０ｒｐｎとすると、第２モーターは、逆回転のｒｐｎ
となる。図１で説明すると、出力回転軸（６）は、
（４）軸と（５）軸の回転数の間の（４）−（６）間と
（５）−（６）間で一定の比率、即ち、このように差動
装置の比率が１：１では、（４）−（６）間回転数と
（５）−（６）間回転数差が１：１になる回転数が出力
される。電気モーター、特に高性能の直流モーターの場
合、内部抵抗が小さいために、”０”回転数のときで
は、過大電流が流れ、モーターを破損してしまう可能性
がある。また、電力の損失も大きい。通常では、電流を
制限してしまう。即ち、図４での曲線ａでなく、曲線ｂ
のようになるように、電流をカットしてしまうことが、
一般的に行われている。即ち、図４に示されるように回
転数０に近付くと、トルクは無限に大きくなるが、回転
数Ｐ１の点より低い範囲で、磁気飽和などの影響や過電
流によるモーター破損を防止するため、図示のように、
電流を制限して操作している。この場合、最大トルク
は、回転数Ｐ１で発生しており、それより更に回転数を
下げても、トルクは上がらない。従って、従来のモータ
ー装置では、リニアなトルク特性が得られなく、理論的
には電流〜トルク上昇となるべきが、磁気飽和してしま
う。また、電流が過大に流れて、モーターを破損する可
能性がある。或いは、電流を制限してしまうために、ト
ルク特性に制限があり、効率的でない。また、高トルク
回転数では、銅損失が大となり、エネルギー損失が大き
くなる。本発明のモーター装置では第１モーターを定常
回転まで回転させ、このとき、大２モーターの負荷を少
なくするために、電力は取り出さないでおく。この状態
をアイドリング状態と呼ぶことにする。この状態では、
第２モーターが空転状態なので、機械的な抵抗によるト
ルクが多少発生する状態である。ここでの出力回転は”
０”とする。このアイドリング状態では、第１モーター
はトルク０の最高回転数に近い状態にある。従って、す
でに２つのモーターは回転しているので高トルクの０回
転数からの発進駆動を円滑に行うことができる。アイド
リング状態では、出力回転を”０”とすると第２モータ
ーは、逆回転している。この第２モーターから電力を取
り出すことにより第２モーターに大きなトルクが発生す
る。即ち、第１モーターは、第２モーターを回すための
トルクになるまで、回転数が下がる。第２モーターのト
ルクと第１モーターのトルクが、バランスした回転数で
安定する。このときの第１モーターの回転数とトルク
は、第２モーターの発電に利用される。駆動出力は、回
転数”０”のため、駆動出力に回転数は、”０”でも、
トルクは第２モーターの回転数、消費トルクと第１モー
ターのトルクを加算したトルクが発生している。即ち、
出力回転数”０”の状態では、トルクは、加算した値が
得られ、大きな始動トルクを得ることができる。しか
も、この状態で第１モーターは、効率の良い回転数にな
るように調整することができる。且つ、第２モーターで
電力を同時に生み出しているという優れた特性を有す
る。従って、第２モーターの回転数は、出力の負荷と回
転数と、第２モーターのトルクと回転数が互いに関連し
あいながら変化する。そして、停止している状態、すな
わち、出力の回転数が０の場合、駆動モーターは高い回
転数を維持しながら順回転している。このため、駆動モ
ーターは回転速度低下による過電流の防止が可能であ
り、消費電力の増大を防ぐことができる。また、出力の
回転数が０の場合は、第１モーターの出力はすべて差動
装置により第２モーターの発電に消費される。この発電
された電力を回生することによりきわめて効率の良いモ
ーター装置となる。また、その電力を直接駆動モーター
に回生すれば、発進時及び低速走行時のトルクアップが
可能となる。また、発進時は、出力の負荷と回転数に応
じた第１モーターの出力が、差動道装置により配分され
る。残りは、第２モーターの配分される。また、減速時
も同様で、第１モーターの出力が差動装置により配分さ
れる。更に、減速時又は下り坂などの場合、出力の負荷
がマイナスになる場合もある。この場合は、第１モータ
ーへの供給電力よりも第２モーターの発電出力の方が大
きくなる。また、構造から出力の回転速度の変動を発電
モーターの回転速度で吸収して駆動モーターの回転速度
を定常回転範囲内に納めることも可能であり、また、逆
に駆動モーターの回転速度で吸収して発電モーターの回
転速度を一定にすることも可能である。即ち、発電量の
制御によりトルクが制御できるためである。本発明のモ
ーター装置は、駆動モーターの駆動力を差動装置により
出力と発電モーターとに配分され、駆動モーターの機械
出力と出力軸の機械出力の差がすべて発電モーターに配
分される。この回生電力の量を制御することにより出力
のトルク特性を、強弱制御することができる。このトル
ク特性は電流Ｉと磁束φに比例するため、トルク制御は
従来、電流を制御するか、磁束を変化させるかして行わ
れていたが、本発明では、回生される電力の量により制
御が可能となる。次に、実際に数値を上げて、グラフで
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Ａ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
Ｂ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−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Ａは、回転数の上
昇とともにトルクは減少し、第２モーターＢ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）
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Ａのトクク１０ｋｇ・ｍ（Ｐ１）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Ａの駆動エネルギーは、第２モー
ターＢ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２０ｋｇ
・ｍ（Ｐ３）のトルクが発生していても、実際第１モー
ターＡ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１００
０ｒｐｍ（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５ｋｇ−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（Ｐ
５）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１２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。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。ここ
では、第１モーター（Ｍ１）を駆動用として、第２モー
ター（Ｍ２）を発電用として使用する場合の制御例を示
す。例１．第２モーター（Ｍ２）の電源端子に負荷抵抗
を設けるだけの、本発明モーター装置の最も簡単な制御
例を図７に示す。発電側に負荷抵抗を入れたことにより
出力トルクを発生させ、該抵抗値の大きさで出力トルク
の大きさを制御させるものである。発電による電力は、
抵抗により消費され損失は大きいが回路が単純で汎用性
があり、（小型駆動モーターなどあらゆる分野のモータ
ー装置として利用可）、また、モーターの種類（交流、
直流）を問わない。また、本発明の特徴である出力０回
転時からの使用が可能である。このため、駆動側が直流
モーターの場合、回転中に外部からの機械的負荷により
出力回転が止められても、駆動側モーターにかかる負担
は大きくならないので、過電流防止策を講じなくてもよ
い。これに対し、駆動側が交流モーターの場合、駆動モ
ーターのトルクの高い回転域の範囲内で、出力０回転時
からの使用が可能となる。また、本発明のモーター装置
においては、モーターの回生電力の量（負荷）を制御す
ることにより、出力トルクの特性を、強弱制御すること
ができる。従来、トルク制御は、電流を制御するか磁束
を変化させるかして行われていたが、本発明のモーター
装置では、回生される電力の量により制御が可能とな
る。このため、負荷抵抗の値を変えることにより、トル
クの値も変えられる。勿論、負荷抵抗を可変抵抗にして
もよい。例２．次に、発電力を回生させる場合の制御方
法について説明する。昇圧回路を設けないで、発電力を
回生させることもできる。そのためには、充電電圧又は
駆動側供給電圧よりも高い電圧になるように、第２モー
ター（Ｍ２）の磁束を大きくするか、又は、回転速度を
上げるための差動比の調整が必要となる。Ｅ［Ｖ］＝Ｋ・Ｎ・Φ である。（但し、Ｋは係数である。）従って、以下の方法により昇圧しなくても回生すること
ができる。先ず、差動比を変えて出力０回転のときに、
Ｍ１よりＭ２の回転を大きくする。或いは、Ｍ１よりＭ
２の磁束を大きくする。或いは、別電源に充電し、充電
電圧を低くしておく。次に、図８Ａに示す、逆流防止ダ
イオードＤ１を介して駆動モーター（Ｍ１）に直接回生
する回路である。Ｍ１、Ｍ２とも直流モーターである。
ダイオードＤ１は、逆流防止用のダイオードであり、回
生電流を直接駆動モーターに供給させる。例３．次に、
図８Ｂに、Ｍ２が交流モーターの場合の、逆流防止ダイ
オードが整流器ＲＴに置き換えた回路を示す。Ｍ１は直
流モーターである。整流器ＲＴとしては、トランジスタ
素子を用いることができるが、トランジスタ素子に限る
ものではなく、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ，ＦＥＴ
など主主の半導体素子を用いることができる。例４．回
生電力を充電器に充電する場合について、説明する。逆
流防止ダイオード（Ｍ２が直流モーター）又は整流器
（Ｍ２が交流モーター）と充電器の間に、停電圧回路を
設ける。これは、Ｍ２で発電される電圧が一定でないた
めに、電圧変動を定電圧回路で一定にして充電器に充電
する。従って、このための制御回路の概略は、図９Ａに
示される。そのための１番簡単な定電圧回路の具体例
を、図９Ｂに示す。例５．前記の例２．例３．例４で十
分な起電力が得られず、回生できない場合では、昇圧回
路を、Ｍ２と逆流防止ダイオード又は整流器の間に設
け、Ｍ２の起電流を昇圧して回生することができる。こ
の制御回路の概略を、図１０Ａ、及び、図１０Ｂに示
す。例６．前記の例２．例３．例４．例５の場合、出力
の回転上昇に伴い、Ｍ２の回転速度が下がり、それに伴
い、発電電圧が下がるため、ある速度以上になると発電
力が回生されなくなる。この状態では、Ｍ２の負荷はか
からなくなるので、出力トルクは下がり、出力の速度も
上がらなくなる。これは、発電時の負荷と駆動側の負荷
とがバランスし、その負荷の和が出力トルクになるため
である。そこで、回生されなくなった場合でも、負荷ト
ルクを発生させて、出力トルクと回転速度を限界点近く
まで上昇可能にするための回路を、図１１に示す。ここ
で、限界点とは、差動比を１：１とした場合、最大出力
回転速度＝駆動側回転速度／２である。（即ち、発電側
の回転はない。）出力トルク＝駆動側トルク＋発電側
トルクとなる。逆流防止ダイオード又は整流器Ｍ１又は
定電圧回路の間には、図１１の負荷回路を設ける。即
ち、図１１の回路が、例２．例３．例４．例５の回路に
付加される。オペアンプでダイオードの入力点と出力点
との電圧を比較して、出力点の方が電圧が高い場合、回
生されていないと判断して、スイッチングトランジスタ
をＯＮにして、Ｍ２の回生電力が抵抗に流れるようにす
る。但し、ダイオードの電圧降下部分は考慮するものと
する。また、回生されている場合は、ダイオードの入力
点の方が高くなるので、スイッチングトランジスタはＯ
ＦＦのままで抵抗には流れないようにする。これによ
り、回生されていないときも、負荷はＭ２にかかるよう
にできる。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。

【実施例１】図１３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１
４は、プラネタリーギア（図１３）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２
５の出力回転となる。

【実施例２】図１３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１
５は、プラネタリーギア（図１３）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３２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３
５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３４の公転が、これを支持するプラネタリーアーム３
６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１３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１
６は、プラネタリーギア（図１３）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５９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５
５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６
８に減速装置のサンギア５２が接合され、該サンギア５
２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６
１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
６７の出力回転となる。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、過電流防
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９】本発明モーター装置の１例の構成を示す。

【図７】本発明モーター装置の最も簡単な制御回路の例
を示した図である。

【図８】本発明モーター装置の各モーターに対する制御
回路の例を示した図である。

【図９】本発明モーター装置の回生制御回路の例を示し
たものである。

【図１０】本発明モーター装置での、昇圧回路を設けた
回生制御回路の例を示した図である。

【図１１】本発明モーター装置での、回生可能電圧以下
でも発電トルクを維持できる回路を設けた例である。

【図１２】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。

【図１３】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１４】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１５】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１６】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。

【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）

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【手続補正書】

【提出日】平成７年７月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。

【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つを駆動モーターとして作動さ
せ、他方のモーターを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して、その２つのモー
ターの差動出力から駆動出力を得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。