JPH0993864A - 電動機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 よりダイナミックレンジが広い回転機を提供
する。 【解決手段】 入力回転機の軸である入力軸１０と対象
に作用する軸である出力軸１２の間に出力電動機を設け
る。出力電動機のロータ１４は入力軸１０に、回転電機
子２０は出力軸に連結する。出力電動機の制御によっ
て、回転電機子２０をロータ１４に対し相対回転させる
ことにより、入力回転機より広いダイナミックレンジを
有する出力が、出力軸１２から得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力回転機と出力
軸の間に介在する電動機に関し、更にはその制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】回転出力を得ることができる装置として
は、空気圧、油圧等の流体圧を利用した回転機や、電動
機等が広く知られている（以下、これらを総称して単に
回転機と呼ぶ）。通常は回転機の回転軸をそのまま出力
軸として用いているが、そのような構成には、その性能
が回転機の特性又は性質により規定されてしまい優れた
性能を得にくい、という問題がある。特に、空気圧や油
圧を利用する回転機を用いているときには、一般に、応
答性、制御性、制御精度を改善するには大型の装置や制
御手段が必要になるという問題が発生する。そのような
問題を避けるためには、パラレルハイブリッド型の電気
自動車にて用いられてるように、回転機を電動機にて補
助する構成を用いればよい。この種の構成では、具体的
には、回転機たるエンジンの回転軸上に電動機のロータ
が、またロータを取り巻くようステータが、それぞれ配
設される。このように設けた電動機にてエンジンの出力
を補助すれば、回転数の精度、応答性及び制御性をある
程度改善できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成にて良好な精度、応答性及び制御性を得るために
は、大きな出力を有する電動機を使用しなければならな
い。また、回転数出力範囲（ダイナミックレンジ）が回
転機の特性により規定されてしまい、十分広いダイナミ
ックレンジを得にくいという問題点もある。本発明は、
このような問題点を解決することを課題としてなされた
ものであり、回転機と出力軸の間に介在する電動機の構
造を改善することにより、より小さな出力の電動機に
て、従来と同程度以上の高い精度、応答性及び制御性を
得ることができかつ従来よりも広いダイナミックレンジ
を得ることができるようにすることを目的とする。本発
明は、また、実質的な出力特性を改善することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第１の構成に係る電動機は、入力回
転機の回転に応じて軸芯回転する第１回転部材と、第１
回転部材に対し同軸配置されその回転により出力軸を回
転させる第２回転部材と、を備え、第１及び第２回転部
材のいずれか一方が電機子コイルを、他方が永久磁石、
励磁コイル等の励磁部材を、それぞれ有し、通電状態に
ある電機子コイルに励磁部材から励磁束を印加したとき
第２回転部材が第１回転部材に対し相対的に軸芯回転
し、第１回転部材の回転数と第１回転部材に対する第２
回転部材の相対回転数とを加算した回転数にて出力軸が
回転することを特徴とする。本構成においては、入力回
転機が電動機により補助されるため少なくとも従来パラ
レルハイブリッド車にて用いられていたものと同程度以
上の高い精度、応答性及び制御性が得られる。また、出
力軸の回転数が、第１回転部材の回転数に第１回転部材
に対する第２回転部材の相対回転数を加算した回転数に
なるから、出力軸の回転数の可変範囲（ダイナミックレ
ンジ）は、入力回転機の特性に応じて定まる第１回転部
材の回転数の可変範囲よりも広くなる。さらに、入力回
転機の回転を電動機にて加減速するわけではないから、
電動機も小出力ですむ。

【０００５】本発明の第２の構成に係る電動機は、第１
の構成において、第１及び第２回転部材を機械的に連結
することにより第１回転部材に対する第２回転部材の相
対回転を禁止する連結部材を備えることを特徴とする。
従って、本構成においては、補助用の電動機の特性が入
力回転機の出力特性より悪い領域であっても、連結部材
を動作させることにより、入力回転機の出力特性に従い
出力軸を駆動できる。その結果、入力回転機の出力特
性、例えば高トルク特性が最終的な出力特性に十分に生
かされる。

【０００６】本発明の第３の構成に係る制御方法は、要
求出力が入力電動機の出力特性範囲内にあるときに、出
力電動機における第１回転部材に対する第２回転部材の
相対回転を電磁気的に又は機械的に禁止させた上で、出
力電動機の出力軸から要求出力が得られるよう入力電動
機を回転駆動する第１ステップと、要求出力が入力電動
機の出力特性範囲外にありかつ入力電動機及び出力電動
機合計の出力特性範囲内にあるときに、出力電動機の出
力軸から要求出力が得られるよう入力電動機及び出力電
動機双方を回転駆動する第２ステップと、を有し、上記
入力回転機である入力電動機を駆動する際、第１又は第
２の構成に係る電動機である出力電動機にて補助するこ
とを特徴とする。従って、本構成においては、出力電動
機にて入力電動機の出力特性を実質的に拡張でき、高ト
ルク高速回転の特性が得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【０００８】図１には、本発明の一実施形態に係る出力
電動機及びその制御回路の構成が示されている。この出
力電動機の第１の特徴は、入力軸１０と出力軸１２の間
に介在していることである。入力軸１０は図示しない入
力回転機、例えばコンプレッサや電動機等の回転機の回
転軸であり、他方、出力軸１２は作用対象に回転出力を
供給するための軸である。このように、本実施形態に係
る出力電動機は、入力回転機の出力を補助する電動機で
あり、高い精度、応答性及び制御性の実現に寄与してい
る。例えば出力軸１２の回転数Ｎを変化させる際には、
まず出力電動機の相対回転数Ｎｏを変化させることによ
り直ちにかつ正確に目標回転数に移行しその上で徐々に
入力軸１０の回転数Ｎｉを変化させていけばよい。従っ
て、入力回転機の軸をそのまま出力軸１２として用いて
いた従来技術に比べ、入力回転機の構成の複雑化や入力
回転機用コントローラの機能の複雑化なしに精度や応答
性を改善でき、ひいては装置の小形安価化を実現でき
る。これは、加速時も減速時も同様である。さらに、出
力電動機の特性設定次第で、出力軸１２におけるトルク
回転数特性を任意の特性にすることができる。

【０００９】この出力電動機の第２の特徴は、従来のイ
ンナーロータ型電動機におけるステータに相当する部材
が回転し得ることである。まず、出力電動機のロータ１
４はカップリング１６を介して入力軸１０に連結されて
おり、入力軸１０が回転するとロータ１４も回転する。
但し、製造工程上可能である場合には、入力軸１０とロ
ータ１４を一体の部材として製造することにより、カッ
プリング１６を廃止できる。ロータ１４の表面には励磁
束を発生させる永久磁石１８が配設されており、従って
入力軸１０の回転に応じ出力電動機内部で励磁束が交番
する。ロータ１４は、微小なギャップを介して回転電機
子２０と対向している。回転電機子２０には電機子コイ
ル２２が捲回されている。回転電機子２０及び電機子コ
イル２２は、それぞれ、従来のインナーロータ型電動機
であればステータ又はステータコイルに相当する部材で
ある。すなわち、電機子コイル２２に通電すると、この
通電により生じる磁束と永久磁石１８からの励磁束との
鎖交によりトルクが発生する。このトルクは、従来のイ
ンナーロータ型電動機であればロータ１４を回転させる
トルクとなるが、本実施形態においては逆に回転電機子
２０及び電機子コイル２２やこれらが固定されている回
転ハウジング２４を、ロータ１４に対して相対回転させ
るトルクとなる。これは、図上明らかなように、ロータ
１４に対し相対回転できるよう、回転ハウジング２４が
ベアリング等を介し支持されていることによる。このよ
うにいわばステータ側も回転させることが可能であるた
め、出力電動機は小出力で足りる。なお、ここでは従来
のインナーロータ型電動機との対比において本実施形態
の第２の特徴を説明したが、従来のアウターロータ型電
動機との対比においても、本実施形態の第２の特徴を把
握できる。すなわち、本実施形態は、従来のアウターロ
ータ型電動機におけるロータ（ここでは回転電機子２０
に相当）をステータ（ここではロータ１４に相当）に対
し相対回転可能にした構成ともいえる。また、本発明
は、永久磁石型同期電動機に限らず、誘導電動機等とし
ても実現できる。

【００１０】本実施形態の第３の特徴は、第１の特徴と
第２の特徴の組合せによりダイナミックレンジを拡大し
また入力軸１０と出力軸１２を機構上分離している点に
ある。まず、回転ハウジング２４と連結され又は一体形
成されている出力軸１２の回転数Ｎは、入力軸１０の回
転数Ｎｉと、ロータ１４に対する回転電機子２０の相対
回転数Ｎｏと、の和であるから、入力回転機の軸を出力
軸１２として用いた従来の構成に比べ、出力軸１２の回
転数Ｎの値がＮｉからＮｉ＋Ｎｏに変化する。従って、
出力軸１２の回転数Ｎのダイナミックレンジ、すなわち
可変範囲に関していえば、従来はＮｉ単独のダイナミッ
クレンジであったものが、Ｎｉのダイナミックレンジ＋
Ｎｏのダイナミックレンジに広がることとなる。また、
仮に出力軸１２に外部から回転衝撃が加わったとして
も、この衝撃は回転ハウジング２４側で一時的に吸収さ
れ、入力軸１０側に直ちに影響を与えることはない。逆
にいえば、電気進角を最大トルク角からずらす等の制御
を行いロータ１４と回転電機子２０の磁気的結合を弱め
ることにより、出力軸１２から大きな慣性エネルギを取
り出すことができる。これは、例えばナットランナ（動
力捩子締め装置）等のように瞬時的に大きなエネルギを
必要とする用途に適している。

【００１１】本実施形態の第４の特徴は、ロータ１４に
対する回転電機子２０の相対回転を停止させることがで
きる点にある。例えば図２に示されるようにロータ１４
内部に回転アクチュエータ２６を配設しておき、必要に
応じ回転アクチュエータ２６によりウオームギア２８を
駆動し、ウオームギア２８にてロータ径方向にロックピ
ン３０をスライドさせ、ロックピン３０と回転電機子２
０を係合させる。これにより、ロータ１４に対する回転
電機子２０の相対回転を停止させることができ、後述す
るように入力回転機の特性が出力電動機の特性より優れ
ている領域（例えば高トルク領域）にて、入力回転機の
特性を有効利用可能になる。また、ロータ１４に対する
回転電機子２０の相対回転数Ｎｏは、電機子コイル２２
への通電にて制御できるから、相対回転数Ｎｏが０とな
るよう電機子コイル２２の電流を制御すれば、ロータ１
４に対する回転電機子２０の相対回転を電磁気的に停止
させることができる（サーボロック）。その際、ロータ
１４に対する回転電機子２０の位置保持力を適宜設定す
ることにより、出力電動機をいわゆるトルクリミッタと
して用いることも可能になる。

【００１２】上述した出力電動機を使用する際には、第
１に外部から電機子コイル２２へと通電可能でなければ
ならない。そのため、ロータ１４からみて入力軸１０側
の軸上に２個の動力用スリップリング３２及び３４が設
けられている。なお、ここでは、出力電動機として三相
電動機を用いているため動力用スリップリング３２及び
３４も三相であるが、本発明はこれらの相数に限定を要
するものではない。２個の動力用スリップリング３２及
び３４のうち入力側動力用スリップリング３２は回転ハ
ウジング２４の外側に、出力側動力用スリップリング３
４は内側に、それぞれ設けられている。入力側動力用ス
リップリング３２と出力側動力用スリップリング３４の
間は、軸内を貫通する軸内動力線３６にて電気的に接続
されている。そのため、ロータ１４に係る軸は一部中空
とされている。各相電機子コイル２２は、それぞれブラ
シ３８と出力側動力用スリップリング３４の摺動接触を
介して軸内動力線３６に電気的に接続されている。ま
た、インバータ回路４０の各相動力線４２は、それぞれ
ブラシ４４と入力側動力用スリップリング３２の摺動接
触を介して軸内動力線３６に電気的に接続されている。
従って、ロータ１４に対し回転電機子２０が相対回転し
ているにも拘らず、インバータ回路４０の各相出力を各
相電機子コイル２２に供給できる。なお、これらの構成
は、永久磁石でなく励磁コイルを用いている場合にこの
励磁コイルへの通電に応用することができる。

【００１３】また、回転数又は角度位置の推定等の制御
手法を採用するのでない限り、入力回転機や出力電動機
の回転数を制御するためには、入力軸１０の回転数Ｎｉ
（又は角度位置）やロータ１４に対する回転電機子２０
の相対回転数Ｎｏ（又は相対角度位置）を検出する必要
がある。この実施形態では、入力軸１０上又はロータ１
４に係る軸上に設けた入力側回転位置検出器４６及びこ
れに対応して設けられた入力軸用パルスカウンタ回路４
８によって、入力軸１０の回転数Ｎｉを検出している。
すなわち、入力側回転位置検出器４６は例えばロータリ
エンコーダから構成されており、入力軸１０の角度位置
の変化に応じてパルスを発生させる。入力軸用パルスカ
ウンタ回路４８はこのパルスを入力側信号線５０を介し
て入力し計数することにより、入力軸１０の回転数Ｎｉ
を求める。他方、ロータ１４に係る軸上回転ハウジング
２４の外側には位置信号用スリップリング５２が、内側
には出力側回転位置検出器５４が、それぞれ設けられて
いる。出力側回転位置検出器５４は例えばロータリエン
コーダから構成されており、回転ハウジング２４に固定
されたセンサ部分にてロータ１４に係る軸上に固定され
た回転部分の角度位置の変化を検出し、これに応じてパ
ルスを発生させる。出力側回転位置検出器５４は出力側
信号線５６を介してブラシ５８に接続されており、出力
側信号線５６はブラシ５８と位置信号用スリップリング
５２の摺動接触を介して出力側信号線６０に接続されて
いる。電動機用パルスカウンタ回路６２は、出力側信号
線６０を介して出力側回転位置検出器５４の出力パルス
を入力し計数することにより、ロータ１４に対する回転
電機子２０の相対回転数Ｎｏを求める。なお、出力側回
転位置検出器５４のセンサ部分は回転ハウジング２４に
固定されているから、出力側信号線５６は回転ハウジン
グ２４に設けた貫通孔等から出力電動機外部に引き出せ
ばよく、中空軸内配線を用いる必要はない。また、パル
スカウンタ回路４８及び６２としてレゾルバ等のセンサ
を用いることもできる。その際、使用するセンサの変更
に伴い制御回路の構成に変形を施す必要があるのは自明
である。

【００１４】この実施形態では、入力回転機を制御する
手段として入力回転機用コントローラ６４が、出力電動
機を制御する手段としてパルス発生回路６６、インバー
タ駆動回路６８及びインバータ回路４０が、それぞれ設
けられている。さらに、両制御を統合する手段として
は、動作指示に応じ制御演算を行う算術演算処理部を含
むＣＰＵ７０が設けられており、また使用者又は上位制
御装置からの動作指示をＣＰＵ７０に与えるための動作
指示入力回路７２が設けられている。すなわち、動作指
示入力回路７２によって出力軸の回転数Ｎの目標Ｎｔや
出力トルクの目標Ｔｔ等が与えられると、ＣＰＵ７０に
内蔵される算術演算処理部は、パルスカウンタ回路４８
及び６２から入力する回転数Ｎｉ及びＮｏを参照しなが
ら、入力回転機及び出力電動機に対する制御指令を生成
する。そのうち出力電動機に対する制御指令はまずパル
ス発生回路６６に供給され、パルス発生回路６６はこの
指令に応じパルス信号を発生させる。例えば、使用して
いるインバータ回路４０がＰＷＭインバータである場
合、パルス発生回路６６は指令されたトルク又は電流の
瞬時値に応じたパルス幅を有するＰＷＭ（パルス幅変
調）パルスを発生させる。発生したパルスは、制御回路
と電力回路の電気的分離や制御信号の増幅のためのイン
バータ駆動回路６８（例えばプリドライブ）を介し、イ
ンバータ回路４０を構成する各相電力スイッチング素子
に供給される。これにより、例えば相対回転数Ｎｏや出
力トルクが制御指令に応じて制御される。他方、入力回
転機に対する制御指令は入力回転機用コントローラ６４
に供給される。入力回転機が油圧、空気圧等を利用した
回転機である場合には、入力回転機用コントローラ６４
は、コンプレッサのオンオフやバルブの開閉等の制御を
この指令に応じて実行する。逆にいえば、出力電動機側
で回転数やトルクを制御できるため、入力回転機用コン
トローラ６４による制御動作は簡単な論理のものでよ
い。入力回転機が電動機等その出力を比較的容易に制御
可能な回転機である場合には、入力回転機用コントロー
ラ６４は、出力電動機側の制御回路（インバータ回路４
０等）と同様に動作する。これらの動作を通じ、回転数
Ｎの目標Ｎｔや出力トルクの目標Ｔｔ等が、入力回転機
と出力電動機の協働で実現される。

【００１５】上述のような構成を有する出力電動機及び
その制御回路を利用することにより、本実施形態では各
種の制御を実現できる。以下、そのうちの代表的な例と
して、高精度大ダイナミックレンジに亘る速度制御（回
転数制御）の手順と、高トルク高回転領域に亘る速度及
びトルク制御の手順とを説明する。

【００１６】図３に示されているのは、ＣＰＵ７０によ
り実行される高精度大ダイナミックレンジ速度制御手順
である。ＣＰＵ７０は、まず出力電動機に前述のサーボ
ロック（すなわち電磁気的な位置保持）を施した上で
（１００）、動作指示入力回路７２からの動作指示に応
じて入力回転機用コントローラ６４に対し入力回転機を
始動させる旨の制御指令を与える（１０２）。入力回転
機が始動し連続運転に移行した後は（１０４）、ＣＰＵ
７０は、パルスカウンタ回路４８及び６２から回転数Ｎ
ｉ及びＮｏを入力し（１０６，１０８）、両者を加算す
ることにより出力軸１２の回転数Ｎ＝Ｎｉ＋Ｎｏを検出
する（１１０）。

【００１７】ＣＰＵ７０は、出力軸１２の回転数Ｎがそ
の目標Ｎｔから外れているか否かを判定すべく、まず、
動作指示入力回路７２を介して与えられている目標Ｎｔ
とこの検出値Ｎとの差、すなわち速度誤差ΔＮ＝Ｎｔ−
Ｎを検出し（１１２）、検出した速度誤差ΔＮの絶対値
が許容バラツキ速度Ｎｗ以下であるか否かを判定する
（１１４）。｜ΔＮ｜＞Ｎｗである場合には、ＣＰＵ７
０は、出力軸１２の回転数Ｎがその目標Ｎｔから外れて
いるとみなし、サーボロックの解除によりロータ１４に
対する回転電機子２０の相対回転を可能にした上で（１
１６）、出力電動機に対する制御指令を発生させ相対回
転数Ｎｏを変化させる。より詳細には、速度誤差ΔＮが
正であるのか負であるのかにより出力電動機を正転させ
るべきか逆転させるべきかを判断し（１１８）、速度誤
差ΔＮの絶対値及びステップ１１８での判断結果に応じ
て速度補正に係る制御指令を生成し（１２０）、この制
御指令をパルス発生回路６６に与える（１２２）。その
後の動作はステップ１０６及び１０８に移行する。

【００１８】サーボロックを解除している状態で上述の
動作を繰り返すと、いずれ、｜ΔＮ｜≦Ｎｗの条件が満
足される（１１４）。すなわち、出力軸１２の回転数Ｎ
がその目標Ｎｔに十分一致するに至る。但し、｜ΔＮ｜
≦Ｎｗの条件が満足され始めた直後においては、入力軸
１０の回転数Ｎがまだ目標Ｎｔに至っていないため、し
ばらくはサーボロックを解除し続ける必要がある。そこ
で、ＣＰＵ７０は、相対回転数Ｎｏの絶対値｜Ｎｏ｜が
出力電動機で出力可能な最低の速度Ｎｍｉｎ（但しＮｍ
ｉｎ＜Ｎｗ）以下になるまで上述の動作を繰り返しなが
ら待ち（１２４）、｜Ｎｏ｜≦Ｎｍｉｎに至った時点で
サーボロックを復帰させる（１２６）。この時点では、
出力軸１２の回転数Ｎがその目標Ｎｔに十分一致しかつ
出力電動機の相対回転数Ｎｏが実質的に０の状態とな
る。

【００１９】また、動作指示入力回路７２から新たな目
標Ｎａが与えられた場合には（１２８）その目標Ｎａが
Ｎｔに入力され（１３０）、同様の動作が実行される。
すなわち、本実施形態によれば、与えられた目標Ｎａと
なるよう出力軸の回転数Ｎを高精度で制御でき、また、
回転数Ｎのダイナミックレンジも拡張できる。入力回転
機として油圧や空気圧を利用する回転機を用いた場合に
は、特に、制御性、応答性等も著しく改善される一方
で、装置構成の小形化や安価化も実現される。

【００２０】図４に示されているのは、ＣＰＵ７０によ
り実行され高トルク高回転領域に亘る速度及びトルク制
御の手順である。この図の手順では、動作指示入力回路
７２からＣＰＵ７０にトルクの目標Ｔｔ及び回転数Ｎの
目標Ｎｔが与えられる（２００）。与えられた目標Ｔｔ
及びＮｔが入力回転機と出力電動機の合計の出力特性の
範囲内にない場合には（２０２）、ＣＰＵ７０はこれら
を再入力する（２０４）。範囲内にある場合には、ＣＰ
Ｕ７０は、目標Ｔｔ及びＮｔが、Ａ領域に属するのかそ
れともＢ領域に属するのかを識別する（２０６）。Ａ領
域に属する場合には、ＣＰＵ７０は、出力電動機をサー
ボロックした上で（２０８）、入力回転機にて目標Ｔｔ
及びＮｔが実現されるよう入力回転機への制御指令を生
成する（２１０）。但し、目標Ｎｔが後述のＮｍ以上で
あるときには、ステップ２１０においては出力電動機に
て入力回転機を増速方向に補助する。逆にＢ領域に属す
る場合には、ＣＰＵ７０は目標Ｎｔに基づき新たな目標
Ｎｎｅｗを生成した上で（２１２）、入力回転機及び出
力電動機の協働にて目標Ｔｔ及びＮｎｅｗが実現される
よう入力回転機及び出力電動機双方への制御指令を生成
する（２１４，２１６）。ステップ２１０、２１４又は
２１６の後、入力回転機及び出力電動機は連続運転を継
続し（２１８）、目標Ｔｔ及びＮｔの新たな入力を待つ
（２２０）。

【００２１】このような手順は、入力回転機として電動
機を使用している場合に適している。例えば、入力回転
機（図では入力側モータ）及び出力側電動機（図では出
力側モータ）の最大トルク対回転数特性（以下出力特性
と呼ぶ）が図５の左半分に示されるように同一の特性で
あったとする。また、両者の最大回転数がＮｍであった
とする。このとき、出力電動機をサーボロックした状態
で入力回転機を運転することにより、図５（ａ）中で
示される範囲、すなわち入力回転機単独での出力特性と
同等の特性に従う出力を得ることができる。さらに、入
力回転機の回転数（入力軸の回転数Ｎｉ）が最大回転数
Ｎｍを超えた後も、出力電動機にて加速することがで
き、また出力電動機の最大回転数（ロータ１４に対する
回転電機子２０の相対回転数Ｎｏの最大値）もＮｍであ
るから、図５（ａ）中で示されるように出力軸１２の
回転数Ｎを最大で２Ｎｍまで高めることができる。先の
説明に現れている“Ａ領域”とは、図５（ｂ）に示され
るように及びを合わせた範囲であり、ステップ２０
８及び２１０はこのＡ領域での制御を実現するステップ
である。加えて、入力回転機と共に出力電動機の出力ト
ルク及び回転数を制御することにより図５（ｂ）に示さ
れるＢ領域まで制御範囲を拡張でき、その際の発熱も小
さい。例えば、出力特性上で回転数がトルク制限領域
（低速域）とパワー制限領域（高速域）との境界にあり
かつ最大トルクの点Ｐ１及びＰ２にて入力回転機及び出
力電動機を運転することにより、弱め界磁制御にて増速
する際に比べ小さな発熱（銅損）で、出力軸１２からは
図５（ｂ）のＰ点に相当する出力が得られる。ステップ
２１２〜２１６はこのＡ領域での制御を実現するステッ
プである。

【００２２】但し、ステップ２１２にてＮｎｅｗ＝Ｎｔ
／２とするのは入力回転機及び出力電動機の出力特性が
同一特性のときであり、その他の場合には適宜案分すれ
ばよい。また、入力回転機と出力電動機とが同一の出力
特性でないときには、サーボロックのみだと、図６中
「ロックなし」の図に示されるように、出力トルクが小
さいほうの特性によって出力軸１２からの最大トルクが
制限されてしまう。これを避けるためには、ステップ２
０８において、出力電動機をサーボロックすることによ
りロックピン３０の位置とこれに係合すべき回転電機子
２０側の孔を位置合わせした上で、ロックピン３０を用
いて出力電動機のロータ１４と回転電機子２０を機械的
に結合固定すればよい。このようにすると、入力軸１０
と出力軸１２とが機械的に連結されることとなるから、
図６中「ロックあり」の図に示されるようにより大きな
最大トルクが得られる。なお、図６中のＮＬ及びＴＬは
入力回転機及び出力電動機のうちより低速のものの最大
回転数及び低速域最大トルクを、ＮＨ及びＴＨはより高
速のもののそれを、それぞれ表している。

【００２３】

【発明の効果】本発明の第１の構成によれば、入力回転
機の回転に応じて軸芯回転する第１回転部材とその回転
により出力軸を回転させる第２回転部材とを同軸配置
し、第２回転部材を第１回転部材に対し相対的に軸芯回
転可能としたため、第１回転部材の回転数と第１回転部
材に対する第２回転部材の相対回転数とを加算した回転
数にて出力軸を回転させることができる。すなわち、よ
り小出力の電動機にて、少なくとも従来と同程度以上の
高い精度、応答性及び制御性を得ながら、ダイナミック
レンジをより広くすることができる。

【００２４】本発明の第２の構成によれば、第１及び第
２回転部材を機械的に連結することにより第１回転部材
に対する第２回転部材の相対回転を禁止する連結部材を
設けるようにしたため、入力回転機の出力特性、例えば
高トルク特性を、最終的な出力特性に十分に生かすこと
ができる。

【００２５】本発明の第３の構成によれば、要求出力が
入力電動機の出力特性範囲内にあるときには入力電動機
により、要求出力が入力電動機の出力特性範囲外にあり
かつ入力電動機及び出力電動機合計の出力特性範囲内に
あるときには入力電動機及び出力電動機双方により、要
求出力を得るようにしたため、出力電動機にて入力電動
機の出力特性を実質的に拡張でき、高トルク高速回転の
特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る電動機及びその制
御回路の構成を示すブロック図である。

【図２】ウオームギア及びロックピンを用いた機械的ロ
ック機構の構成を示す図であり、上半分は出力電動機の
部分縦断面を、下半分は横断面を、それぞれ示す図であ
る。

【図３】 ＣＰＵの動作手順の一例を示すフローチャー
トである。

【図４】 ＣＰＵの動作手順の一例を示すフローチャー
トである。

【図５】 同一特性の電動機を入力回転機及び出力電動
機として用いた場合の合成出力特性図である。

【図６】 異なる特性の電動機を入力回転機及び出力電
動機として用いた場合の合成出力特性を、図２の機構を
用いない場合と用いた場合とで比較する図である。

【符号の説明】

１０ 入力軸、１２ 出力軸、１４ ロータ、１８ 永
久磁石、２０ 回転電機子、２２ 電機子コイル、２４
回転ハウジング、２６ 回転アクチュエータ、２８
ウオームギア、３０ ロックピン、４０ インバータ回
路、６４ 入力回転機用コントローラ、６６ パルス発
生回路、６８ インバータ駆動回路、７０ ＣＰＵ、７
２ 動作指示入力回路、Ｎｉ 入力軸の回転数、Ｎｏ
ロータに対する回転電機子の相対回転数、Ｎ 出力軸の
回転数、Ｎｔ 出力軸の回転数の目標、ΔＮ 速度誤
差、Ｔｔ 出力トルクの目標。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力回転機の回転に応じて軸芯回転する
   第１回転部材と、第１回転部材に対し同軸配置されその
   回転により出力軸を回転させる第２回転部材と、を備
   え、 第１及び第２回転部材のいずれか一方が電機子コイル
   を、他方が永久磁石、励磁コイル等の励磁部材を、それ
   ぞれ有し、 通電状態にある電機子コイルに励磁部材から励磁束を印
   加したとき第２回転部材が第１回転部材に対し相対的に
   軸芯回転し、第１回転部材の回転数と第１回転部材に対
   する第２回転部材の相対回転数とを加算した回転数にて
   出力軸が回転することを特徴とする電動機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動機において、 第１及び第２回転部材を機械的に連結し互いに固定する
   ことにより第１回転部材に対する第２回転部材の相対回
   転を禁止する連結部材を備えることを特徴とする電動
   機。
3. 【請求項３】 要求出力が入力電動機の出力特性範囲内
   にあるときに、出力電動機における第１回転部材に対す
   る第２回転部材の相対回転を電磁気的に又は機械的に禁
   止させた上で、出力電動機の出力軸から要求出力が得ら
   れるよう入力電動機を回転駆動する第１ステップと、 要求出力が入力電動機の出力特性範囲外にありかつ入力
   電動機及び出力電動機合計の出力特性範囲内にあるとき
   に、出力電動機の出力軸から要求出力が得られるよう入
   力電動機及び出力電動機双方を回転駆動する第２ステッ
   プと、 を有し、 上記入力回転機である入力電動機を駆動する際、請求項
   １又は２記載の電動機である出力電動機にて補助するこ
   とを特徴とする制御方法。