JPH07177795A

JPH07177795A - モーター装置

Info

Publication number: JPH07177795A
Application number: JP6262806A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Suzuki; 成人鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【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るモーター装
置を提供することを目的とする【構成】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、その差動装置は、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(２)と第２モ
ーターの回転軸(４)と駆動出力軸とは、各々、その３つ
の回転軸に固定されており、即ち、第１モーターの回転
軸（２）と第２モーターの回転軸（（４）とは差動装置
を介して接続され、該差動装置の差動回転軸(３)から駆
動出力を得ることを特徴とするモーター装置である。

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。特
に、乗り物用モーター装置に関する。更に、変速装置と
しても利用可能のモーター装置である。

【０００２】

【従来の技術】出力回転数、出力トルクが広く範囲にわ
たり変化する動力用モーターは、特に、車両等の駆動源
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。

【０００３】モーター装置は、電圧を高めたり低めた
り、或いはＯＮ−ＯＦＦすることにより、ある回転数に
おけるモーター出力変化が起こる。電圧を高めるに伴い
モーター出力が高まり、下げることでモーター出力が低
くなる。即ち、同一回路に流れる電流は電圧に比例して
変化する。従って、電圧を高めることにより電流量が多
くなる。また、同じ電圧でも抵抗が少なければ、より多
くの電流を流すことができ、モーターの出力を高めるこ
とができる。モーター装置で得られるトルクは電流に比
例する。また、モーターにかける電圧は回転数と電流の
双方に関係する。このため、平地を走っていて速度を上
げたければ電圧を上げれば良いし、坂道に差しかかった
時に同一の速度で走りたければ電圧を上げて、回転数を
維持したまま電流を増加させトルクを増やすことができ
る。このように、モーターにかける電圧を加減すること
により、速度とトルクの双方が互いに関連しあいながら
変化する。これは、アクセルを踏むことによりエンジン
の回転数とトルクの双方を変えることができるのと同じ
である。

【０００４】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１のＴ−Ｎカーブであり、トルクの増大に反
比例する形で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２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。

【０００５】すると、Ｉ＝Ｅ／Ｒであり、モーターに電
流が流れことにより発生する損失は、Ｗ＝ＲＩ²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、過熱し、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易い性質を
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過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な
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なくなるわけではな
いので、取り扱いが困難である。

【０００６】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、急激な外部負荷
の変化がある、例えば、むりやり逆回転させられたと
き、従来のモーターでは、過電流により破壊するか、電
源装置に負担が大きくかかる。電圧制御などにより、回
転速度及びトルクの制御が可能であるが、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、モーターを破壊するか、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。

【０００７】１つのモーター装置を発電機としても利用
して、回生制動するようにした構成の装置は、特開平４
−１８５２０５号に開示されている。即ち、電動機、駆
動回路、走行用蓄電池、補機用蓄電池、制御回路を有す
る回生制動装置であり、回生選択手段、電動機の回生電
力を走行用蓄電池に回生する手段、電動機の回生電力を
補機用蓄電池に回生する手段を有することを特徴とする
回生制動装置である。

【０００８】

【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。

【０００９】また、高性能のモーターほど、内部損失を
小さくするため、内部抵抗が小さい、そのため、回転
数”０”では、非常に過大な電流が流れ、モーターを破
損する。また、効率も悪くなる。従って、このような問
題を解決するモーターが望まれる。本発明は、電圧制御
などの電源制御に頼らず、機械的構造で、外部負荷の変
化に対応して、配分を調節でき、たとえ、出力軸が、む
りやり逆回転の方向に力を加えられても、モーターは運
転可能である。このため、熱対策や制御回路の誤動作に
よるモーターの破損を回避できる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のためになされたもので、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、そ
の差動装置は、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(２)と第２モーターの回転軸(４)と駆
動出力軸とは、各々、その３つの回転軸に固定されてお
り、即ち、第１モーターの回転軸（２）と第２モーター
の回転軸（（４）とは差動装置を介して接続され、該差
動装置の差動回転軸(３)から駆動出力を得ることを特徴
とするモーター装置を提供する。

【００１１】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つのケースに納
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、ホィ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ない、電力
の回生を行なうことが好適である。

【００１２】また、第１モーターを駆動モーターとして
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設し、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、
発電力は回生されないが、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
めて高効率の良いモーターとなる。

【００１３】更に、本発明は、第１モーターの回転軸
(２)と第２モーターの回転軸(４)が差動装置を介して接
続され、該差動装置の差動回転軸(３)から駆動出力を
得、該第１モーターの回転軸(２)と該第２モーターの回
転軸(４)とは差動回転し、該駆動出力の差動回転軸(３)
と該第１モーターの回転軸(２)の回転速度差分に比例し
た回転速度差が、該駆動出力の差動回転軸(３)と該第２
モーターの回転軸(４)に生じ、該回転速度差がない場
合、各々の回転軸(２)、(３)、(４)は、同じ回転速度と
なる構成であり、更に、第１及び第２モーターには、各
々、電源装置或いは回生装置との結合を転換する転換装
置を備え、所定パターンに従って、転換装置を操作し
て、第１及び第２モーターは、各々、駆動モーター或い
は発電モーターとして作動することを特徴とするモータ
ー装置を提供する。

【００１４】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。また、プラネタリーギアを用いた場
合、プラネタリーギアは、そのプラネタリーピニオンギ
アを、プラネタリーキャリアの両側に配し、該両側に配
置されたプラネタリーピニオンギアは、プラネタリーピ
ニオンシャフトに固定され、プラネタリーピニオンシャ
フトは、プラネタリーキャリアに回転可能に配置され
る。また、その差動装置として、差動歯車も利用でき、
左右２つのサイド歯車の軸が、各々、第１モーターの回
転軸(２)及び第２モーターの回転軸(４)に接続され、ピ
ニオン歯車よりなる公転する差動歯車の回転軸は、出力
軸(３)に接続されている構造にできる。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
配置することにより、モーター装置の構造にできる。

【００１５】電気乗り物用モーターの性能は回転数に対
するトルク、効率、出力等が重要であるが、車に積んで
走行するために、車重量に対するこれらの性能が重要で
ある。モーターの特性はその種類によりことなるが、本
発明のモーター制御処理は、どの種類のモーターにも適
用できるが、直流モーターは起動時のトルクが大きく、
電流入力に対して出力トルクが直線的に変化するなど車
を走らせるためのモーターとしてすぐれた特性を備えて
いるこの直流モーターのなかでも、ブラシ直流モーター
が最も単純であるので、本明細書では、主に、このモー
ターを例にして説明する。然し乍ら、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。

【００１６】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。

【００１７】

【作用】図３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６に示されるよう
に、回転数０の近い領域は、トルクの増大をカットして
ある。モーターにかける電圧をＶ、モーターの界磁の有
効面積が作る磁場の強さに界磁の有効面積をかけた総磁
束をφ、電機子の巻線数を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６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。

【００１８】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１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T₁とN₁とし、出力回転軸の出力トルクと回転数をT₂と
N₂とし、第２モーターの消費トルクと回転数をT₃とN₃と
すると、次のようになる。 (Ｘ＋１)T₁＝T₂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) (N₁−ＸN₃)／(Ｘ＋１) ＝N₂・・・・・・・・・・(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、T₁・N₁
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、T₃・N₃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、T₂・N₂で
ある。従って、 T₂・N₂＝T₁・N₁−T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(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N₂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、ＸT₁＝T₃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) とな
る。

【００１９】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、回転数トル
クは、回転数”０”のため、式(3)から, ０＝ T₁・N₁ − T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(A) 式(6)から T₁ ＝ T₃・・・・・・・・・・・・・・・・(B) (A),(B)の２つの条件を満たす回転数トルクでバランス
する。

【００２０】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２０００rpm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１０００rpmとする
と、第２モーターは、０rpmとなる。同様に、出力を０r
pmとすると、第２モーターは、逆回転の２０００rpmと
なる。図１で説明すると、出力回転軸(３)は、(２)軸と
(４)軸の回転数の間の(２)−(３)間と(３)−(４)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、(２)−(３)間回転数差と(３)−(４)間回転数差が
１：１になる回転数が出力される。

【００２１】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、モーターを破壊してしまう可能
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６の第１モーターでの曲線
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、一般的に行なわれている。即ち、図６
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
和などの関係して、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。

【００２２】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、高トルク低回転数では、銅
損失が大となり、エネルギー損失が大きくなる。

【００２３】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、第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
の状態では、アイドリング状態である。出力もトルクが
あまり発生しない。即ち、第２モーターのトルクの大き
さが、出力トルクになるので、第２モーターを、回転さ
せず、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”としてトルクは無視す
る。このアイドリング状態では、第１モーターはトルク
０の回転数に近い状態にある。従って、ここから、実際
に高トルクの０回転数からの発進駆動をバランス良く行
なうことができる。

【００２４】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、駆動出力の回転
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。

【００２５】即ち、出力の回転数”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。また、出力が回転数”０”の状態
から発進した場合、回転数”０”から回転数が上昇する
ことに伴い、第１モーターの回転数と第２モーターの回
転数の比率が一定であるために、第１モーターの回転数
と出力回転数との間に、回転数差が縮まるため、第２モ
ーターの回転数が下がる。すると、下がった状態の第２
モーターの回転数が下がったトルクと、第１モーターの
トルクがバランスした回転数で、自動的に安定する。

【００２６】従って、第１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、即ち、出力の回転数が”０”の場合、第１モーター
の出力はすべて第２モーターに消費される。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、差動装置により配分される。残りは、第２モーター
に配分される。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モーターの回転数を制限する、例
えば第１モーターを発電用ブレーキ、回生ブレーキとし
て使用することにより、第１モーター、第２モーター双
方からエネルギーを得ることも可能となる。この場合、
第２モーターの回転は逆回転でなく、順回転することと
なる。即ち、出力回転数が”０”の場合でも、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、駆動モーターと出力との回転速度差が発電モーター
と出力との回転速度差となり（差動比１：１の場合）、
発電モーターは発電を行ない、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、
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。

【００２７】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分配さ
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分配される。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なわれていたが、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。

【００２８】次に、実際に数値を挙げて、グラフで説明
する。数値はあくまで説明のためであり、数値自体に何
ら意味がない。説明を簡単にするために、差動歯車の回
転差の比を、１：１として説明する。即ち、第１モータ
ー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６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７に示す。更
に、図８は、第２モーターＢ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８に示すよ
うに、第２モーターを駆動するときは、回転上昇ととも
に、トルクが下がる。

【００２９】駆動出力軸の回転数は、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】 (但し、機械的損失は考えないものとする)この時、出力
軸のトルクは、第１モーターＡのトルク１０kg・m(Ｐ１)
を２倍した２０kg・mのトルク(Ｐ５)が発生する(式１、
(ｘ＋１)Ｔ₁＝Ｔ₂より)。

【００３１】また、第１モーター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済む(式Ａ、０＝Ｔ₁・Ｎ₁＋
Ｔ₃・Ｎ ₃より)。このとき、回転数”０”の高トルク２
０kg・m(Ｐ５)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。

【００３２】乗り物が発して、出力軸の回転数が１００
０rpm(Ｐ９)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)、(５)より、駆動モータ
ーは回転数３０００rpm、トルク５ｋｇ−ｍ(Ｐ７)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７ｋｇ−ｍ(Ｐ８)となる。この時
の出力軸のトルクは、駆動モーターのトルク５ｋｇ−ｍ
(Ｐ７)を２倍した１０ｋｇ−ｍのトルク(ｐ９)が得られ
る。同様に、駆動モーターが(Ｐ３)の場合は、発電モー
ターは、(Ｐ４)、出力は、(Ｐ６)となる。このようにし
て、常に駆動モーター(図６のＴ−Ｎ曲線)と発電モータ
ー(図７のＴ−Ｎ曲線)と駆動出力(出力軸)がバランスし
て、図８のようなＴ−Ｎ曲線の出力が得られる。

【００３３】図９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合わせて使用する場合
の構成を示す。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、一般的なモーター駆動装置として
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
力と効率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。

【００３４】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
にも構造的にも対称型であり、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もよく、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つのモーターについて、発進時に
効率的な駆動−発電の第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、ブレーキイング時には、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可能となる。

【００３５】図９に示されるに、第１モーターＡ、第２
モーターＢには、各々、駆動回生制御装置ＳＷＡとＳＷ
Ｂを介して、電源装置ＳＯＡとＳＯＢと接続され、ま
た、回生装置ＧＡとＧＢに接続されている。そして、駆
動回生制御装置ＳＷＡとＳＷＢは、各々、スイッチコン
トロールにより、コントロールされ、各々のモーターか
らの線が、電源装置に接続するか、回生装置に接続され
るかが、制御されている。即ち、各モーターの電気入力
端が、各駆動回生制御装置に接続されている。

【００３６】そして、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】

【００３７】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。このモードでは、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
ー効率が良い。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モーター共に同方向に回転され
るが、発電モーターとして働かせ、ブレーキイング状態
のときに、作用させる。

【００３８】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、異な
る方向に回転して、第１モーターのトルクと回転数をT₁
とN₁とし、駆動出力の回転軸の出力トルクと回転数をT₂
とN₂とし、第２モーターの消費トルクと回転数をT₃とN₃
とすると、次のようになる。 (Ｘ＋１)T₁＝T₂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) (N₁−ＸN₃)／(Ｘ＋１) ＝N₂・・・・・・・・・・(2)

【００３９】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、T₁・N₁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、T₃・N₃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、T₂・N₂である。従って、 T₂・N₂＝T₁・N₁−T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(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N₂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、ＸT₁＝T₃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) とな
る。モード１では、出力側の回転軸の回転を、(N₁−X
N₃)／(X+1)にまで上げることができ、トルクは、(X＋1)
T₁にまでに上がる。

【００４０】次に、モード２の場合、第１モーターと第
２モーターは、同方向に回転しており、 (N₁＋ＸN₃)／(Ｘ＋１) ＝N₂・・・・・・・・・・(4)となる。そ
して、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、T₁・N₁で
ある。従って、第２モーターの機械出力は、回転数(rp
m)×トルクとなり、T₃・N₃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、T₂・N₂であるので、 T₂・N₂＝T₁・N₁＋T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(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、ＸT₁＝T₃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) とな
る。

【００４１】また、モード３の場合、第１モーターと第
２モーターは、同方向に回転しておりが、両方とも発電
モーターである。 (N₁＋ＸN₃)／(Ｘ＋１) ＝N₂・・・・・・・・・・(4)となる。そ
して、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、T₁・N₁で
ある。従って、第２モーターの機械出力は、回転数(rp
m)×トルクとなり、T₃・N₃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、T₂・N₂であるので、 T₂・N₂＝−(T₁・N₁＋T₃・N₃)・・・・・・・・・・・・・(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。

【００４２】以上の式からも分かるように、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。従っ
て、モード２とモード３では、１つモーターを用いる機
構と等価であり、何ら技術的意味は見られない。然し乍
ら、モード１の運転と組合わせて、運転できることを考
えると、本発明のモーターの構成が、技術的意味を持つ
こととなる。即ち、モード１では、停止状態からの回転
開始まもなくでも、また、発進時でも高い効率を得るこ
とができる。

【００４３】即ち、本発明のモーター装置において、モ
ード１が最も技術的な意味があるが、モード２、３と組
合わせて、全体として、モーターを有効活用するに適す
る構成も本発明のモーター装置である。そして、このよ
うなモード切り替えは、図３の駆動回生制御装置ＳＷＡ
及びＳＷＢを制御して行なうが、これは、手動式でも良
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
速モードとなる。

【００４４】以上のモードを切り替える場合には、モー
ターの回転方向を変える必要があることがある。例え
ば、モード１から他のモード、即ち、モード２或いはモ
ード３に変えるとき、及び、モード２或いはモード３か
らモード１に変える場合には、一方のモーターの回転方
向を逆にする必要がある。モーターの回転軸は、駆動か
ら発電へ、或いは発電から駆動に転換し、回転方向が変
わるために、過大な電流が流れて、モーターを損失させ
る恐れがあるが、この状態を防止し、尚且つ切り替えを
円滑に行なわせるために、回転方向が替わるまで、該回
転方向が替わるモーターを電源から切り離された状態と
し、他方のモーターの回転力を変えることにより、モー
ターの回転方向を替えるようにする。このことにより、
切り替えが円滑に行なえる。

【００４５】その他の場合、即ち、モード２からモード
３へ転換する場合と、モード３からモード２に転換する
場合、回転方向は同じであるから、駆動回生制御装置Ｓ
ＷＡ及びＳＷＢのスイッチコントロールを駆動から回生
に、即ち、電源から回生装置に転換すれば、或いはその
逆に転換すれば、モード２から３或いはモード３から２
に転換することができる。図３は、本発明のモーター装
置の原理を説明するための図である。即ち、第１モータ
ー(Ａ)と差動装置(Ｃ)と第２モーター(Ｂ)から基本的に
構成され、第１モーターＡと第２モーターＢの差動出力
が、差動装置の出力軸(３)から、出力される。基本的に
は、第１モーターＡが駆動モーターとして、第２モータ
ーＢが発電モーターとして、そして、その両者に介在す
る差動装置Ｃが設けられることを示す。即ち、上記のモ
ード１の場合で、本発明の構成を示すものである。そし
て、図９は、本発明のモーター装置の制御方法を説明す
るための図である。図９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合わせて使用す
る場合の構成を示す。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、一般的なモーター駆動装置
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
適な駆動力と効率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。

【００４６】ここで、図３の構成図によるモーター装置
と図９の構成図によるモーター装置の差異を簡単に述べ
る。

【００４７】先ず．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
を、図１０に示す。図で、ＳＣは電源を表わす。１．第２モーター(Ｍ２)の電源端子に負荷抵抗を設け
る。即ち、発電側に負荷抵抗を入れたものである。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能)、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、出力のトルク特性を、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なわれていたが、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
変抵抗にしても良い。

【００４８】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
生することもできる。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。起電力Ｅと、回転数
Ｎと磁束Φの関係は、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回転時に、Ｍ１よりＭ２の回転を大
きくする。或いは、Ｍ１よりＭ２の磁束を大きくする。
或いは、別電源に充電し、充電電流を低くしておく。

【００４９】２．次に、図１１Ａ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。図で、ＳＣは電源を
表わす。

【００５０】３．次に、図１１Ｂ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Ｒ
Ｔ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など種々の半導体素子を
用いることができる。

【００５１】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、定電圧回路を設ける。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１２Ａに示される。そのための一番簡単な定
電圧回路の具体例を、図１２Ｂに示す。

【００５２】５．前記の２．３．４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の起電力
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１３Ａに示す。ここで、Ｍ１は直流又は交流モー
ターであり、Ｍ２も直流又は交流モーターである。この
ような制御回路のための昇圧回路の具体例を、図１３Ｂ
(Ｍ２が直流モーターの場合)、と図１３Ｃ(Ｍ２が交流
モーターの場合)に示す。図１３Ｂの回路では、チョッ
ピング信号活性器でチョッピング信号を発生させて、そ
れにより、発電電圧をチョッピングし、昇圧する。図１
３Ｃの回路では、昇圧トランスにより、Ｍ２からの発電
電圧を昇圧するものである。

【００５３】６．前記の２．３．４．５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、出力のトルクは下がり、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、出力の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１４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。

【００５４】逆流防止ダイオード又は整流器とＭ１又は
定電圧回路の間には、図１４の負荷回路を設ける。即
ち、図１４の回路が、制御回路２．３．４．５に負荷さ
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
電圧が高くなるので、スイッチングトランジスタはＯＦ
Ｆ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、負荷がＭ２にかかるようにで
きる。

【００５５】次に、第１モーター(Ｍ１)を駆動用又は発
電用として、第２モーター(Ｍ２)を発電用又は駆動用と
して利用する場合を、説明する。図１５に、そのための
制御回路の概要を示す。図１５において、モーターＭ１
を制御する駆動回生制御１を制御するパターン制御信号
と、モーターＭ２を制御する駆動回生制御２を制御する
パターン制御信号があり、パターン制御信号により、駆
動制御が、ＯＮ状態となり、この状態を順回転時の状態
とすると、逆回転時の状態は、駆動制御１はＯＦＦ状態
で回生制御１はＯＮ状態で、駆動制御２はＯＮ状態で、
回生制御２はＯＦＦ状態となる。順回転のとき、駆動制
御１がＯＮ状態で、即ち、モーターＭ２が発電モーター
として働き、このとき、モーターＭ１とモーターＭ２は
逆回転している。順回転している出力の回転方向は、駆
動側即ち、モーターＭ１と同じ方向で回転する。

【００５６】Ｍ１には、Ｍ１を制御する駆動回生制御１
が設けられる。それは、以下のような３パターンの制御
で行なわれる。１．駆動状態：Ｍ１に電力供給を行なう；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モーター電気回路を開いた状態に
する；即ち、Ｍ１電源切断である。

【００５７】Ｍ２には、Ｍ２を制御する駆動回生制御２
が設けられる。それは、以下のように、５パターンによ
り駆動回生制御２を制御する。１．駆動状態(順回転)：Ｍ１と同相回転となるようにＭ
２に電力供給を行なう；以下Ｍ２順駆動とする。２．駆動状態(順回転)：Ｍ１と逆相回転となるようにＭ
２に電力供給を行なう：以下Ｍ２逆駆動とする。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．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；Ｍ２逆回生とする。５．ＯＦＦ状態：Ｍ２モーター電気回路を開いた状態に
する；電源切断；以下Ｍ２切断とする。

【００５８】図１５の駆動回生制御１と駆動回生制御２
の制御パターンを組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。この組合わせで
は、単純に組合わせを考えると、３パターン×５パター
ンで、１５通りの組合わせが可能である。但し、矛盾又
は意味のない組合わせもあるので(即ち、例えば、Ｍ１
駆動で、Ｍ２逆回転駆動は不可能である)、実際に利用
する組合わせは以下の表２及び４に示されるようにな
る。また、その組合わせの制御において、どのような特
徴があるか簡単に表２に記述する。

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】

【００６１】次に、Ｍ２の回転方向が変わるときのイン
ターバル制御(回転方向遷移制御)を説明する。前記制御
２は、Ｍ２の回転方向がパターンにより変わる。この回
転方向の変わり目で、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。これを防止し、スムーズに
回転方向を切り替えることができるようにした制御回路
のブロック図を、図１６に示す。即ち、制御１パターン
信号入力と制御２パターン信号入力が、各々、本発明に
よる回転方向遷移制御回路に入り、各々、パターン信号
変更回路１と同回路２に入力し、各々、回転方向変更ト
リガー出力からのトリガーパルスにより、変成されて、
各々制御１パターン信号及び制御２パターン信号とし
て、各々、制御１（即ち、駆動回生制御１）及び制御２
（駆動回生制御２）に入力し、モーターＭ１、Ｍ２を制
御する。

【００６２】図１６のブロック図において、回転方向変
更トリガー出力では、次のような制御２のパターン信号
入力により、１パルスだけでトリガー出力となる。(従
って、パルス幅は、任意に設定できる) １．制御２パターン信号が、Ｍ２逆回生からＭ２順駆動
に変わるとき．２．制御２パターン信号が、Ｍ２順回生からＭ２逆駆動
に変わるとき、そして、パターン信号変更回路１は、回
転方向変更トリガー出力からのトリガー信号が来る間だ
け、制御１パターン信号入力を、以下のように変化させ
る。１．Ｍ１駆動の場合、Ｍ１回生にする。２．Ｍ１回生の場合、Ｍ１駆動にする。そして、パターン信号変更回路２は、回転方向変更トリ
ガー出力からのトリガーパルスが来る間だけ、制御２パ
ターン信号入力を、Ｍ２切断に変更する。

【００６３】次に、具体的な制御について、両方のモー
ターとも、ＤＣブラシモーターのときと、両方とも、Ｄ
Ｃブラシレスモーターについて、説明する。Ｍ１、Ｍ２
にＤＣブラスモーターを使用した場合、制御１、制御２
の回路に、以下のもの(図１７Ａ及び１７Ｂ)を利用す
る。

【００６４】図１７Ａの制御１回路では、トランジスタ
ＴＲ１とＴＲ２によりスイッチングを行なう。即ち、１．Ｍ１駆動のとき、ＴＲ２をＯＦＦにし、ＴＲ１をＯ
Ｎにする。モーターＭ１に、電圧を掛けて、駆動する。２．Ｍ１回生のとき、ＴＲ１をＯＦＦにし、ＴＲ２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。３．Ｍ１切断のとき、ＴＲ１、ＴＲ２の両方とも、ＯＦ
Ｆにする。

【００６５】図１７Ｂの制御２回路では、４つのトラン
ジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ３と４つのダイオ
ードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により、第２モーターＭ２
に対してスイッチングを行なう。即ち、１．Ｍ２順駆動のとき、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＦＦ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。２．Ｍ２逆駆動のとき、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＮにし、Ｔ
Ｒ１、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。３．Ｍ２順回生のとき、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＦ
Ｆ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。４．Ｍ２逆回生のとき、ＴＲ１、ＴＲ３、ＴＲ４をＯＦ
Ｆ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。５．Ｍ１切断のとき、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４
のすべてを、ＯＦＦにする。

【００６６】次に、Ｍ１、Ｍ２ともにＤＣブラシレスモ
ーターを使用した場合、図１８Ａの制御回路を用いる。
図１８Ａの制御１（駆動回生制御１）でも、制御２（駆
動回生制御２）でも、モーターに対して、回転センサー
で、回転位置検出して、パターン制御信号を送り、正確
に制御することができる。そして、図１８Ｂは、ＤＣブ
ラシレスモーターの駆動装置で、図１８Ａの駆動装置の
詳細である。

【００６７】図１８Ａの制御１（駆動回生制御１）で
は、３種類のパターンで制御する。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)。２．Ｍ１回生：Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をＯＦＦにして、Ｓ
２、Ｓ４、Ｓ６をチョッピングして、電圧を昇圧し、Ｄ
１、Ｄ３、Ｄ５を通して、電源に回生させる。３．Ｍ１切断：Ｓ１からＳ６まで全てＯＦＦにする。

【００６８】同様の制御２（駆動回生制御２）では、５
種類のパターンで制御する。１．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と同相の回転力を与える(通常のブラシレスモータ
ーの制御と同様である)。２．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３．Ｍ２順回生：Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をＯＦＦにして、Ｓ
２、Ｓ４、Ｓ６をチョッピングして、電圧を昇圧し、Ｄ
１、Ｄ３、Ｄ５を通して、電源に回生させる。４．Ｍ２逆回生：Ｍ２順回生と同様。５．Ｍ２切断：Ｓ１〜Ｓ６まで全てＯＦＦにする。

【００６９】出力が順回転時の制御駆動回路をＯＮにし
モーターを駆動し、回生回路はＯＦＦとする。これによ
りモーターは駆動モーターとして機能する。駆動制御回
路をＯＦＦにしモーターに電力供給を行なわないで、回
生回路をＯＮにし、モーターの回転(モーターＭ１の駆
動力による回転がモーターＭ２に逆回転の回転力として
生じる)により発生した起電力を、回生回路でチョッピ
ング信号を出して、チョッピングブースト型の昇圧を行
ない、昇圧された回生電流をダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ
５を通して、電源に回生するとともに、モーターの供給
電力にもなる。このとき、駆動回路はＯＦＦにする。そ
して、出力が逆回転時の制御は、駆動制御回路をＯＮに
し、モーターを駆動し、回生回路はＯＦＦとし、モータ
ーは駆動モーターとして機能し、他のモーターの回生回
路をＯＮにし、そのモーターの回転により発生した起電
力を回生回路でチョッピング信号を駆動回路Ｍ１のＳ
１、Ｓ３、Ｓ５により、チョッピングブースト型の昇圧
を行ない、昇圧された回生電流をダイオードＤ２、Ｄ
４、Ｄ６を通して、電源に回生する。

【００７０】以上、一般的なブ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制御回路を示し
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、ＧＴＯ、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。

【００７１】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、その自動
走行について、図１９に、基づいて説明する。電子的に
制御する方式について、図１９のブロック図で説明す
る。

【００７２】即ち、本発明のモーター装置は、例えば、
自動車の駆動装置として用いる場合、図１９のブロック
図に示すような走行命令信号により、本発明のモーター
装置が制御されて、適切に運転される。その場合の命令
入力信号と、モーター装置のモードの関係を、図２０の
表に示す。ブレーキＯＮ、ＯＦＦの２通り、アクセルＯ
Ｎ、ＯＦＦの２通り、車速：高速、中速、低速の３通り
で、２×２×３＝１２通りについて、検討した。また、
Ｐは駐車、Ｂはバック、Ｎはニュ−トラルで、Ｄはドラ
イブ等である。ところで、ブレーキＯＮ、アクセルＯＮ
は無意味であり、また、高速、中速でのＰ、Ｂは意味な
い。本発明のモーター装置は、制御調整できる機構であ
る。

【００７３】次に、本発明のモーター装置を具体的に実
施例により説明するが、本発明はそれらによって限定さ
れるものではない。

【００７４】

【実施例１】図４は、本発明のモーター装置の差動装置
の１例を模式的に示す断面図である。第１モーターＡの
回転軸(２)の差動装置の回転軸は、サイドギア７の回転
で、ピニオンギア９、１０を回転させ、ピニオンギア
９、１０にはピニオンシャフト(６)が貫通していて、ケ
ースとともにピニオンシャフト６が矢印のように、或い
は矢印と逆の回転に、回転する。この回転出力が、駆動
出力(Ｂ)となる。即ち、ピニオンシャフト６には、ピニ
オンギア９、１０が組み込まれ、このピニオンギア９、
１０はピニオンシャフト６とともに同回転(公転)する
が、図示のように自転することができる。そして、サイ
ドギア８と噛み合わされ、サイドギア８を回転させるこ
とができる。サイドギア８は、第２モーターＢの回転軸
(４)に直結される。

【００７５】従って、差動装置ケースごとに、同方向に
同回転する場合、第１モーターＡの回転軸(２)と第２モ
ーターＢの回転軸(４)と駆動出力軸(３)は、一緒に回転
する。そして、第２モーターＢの回転軸(４)を”０”回
転にすると、駆動出力(３)は、第１モーターＡの回転軸
(２)の回転数の半分の回転数で回転する(差動歯車の回
転差の比を、１：１とした場合)。駆動出力軸(２)が回
転数”０”とした場合、第２モーターＢの回転軸(４)
は、第１モーターＡの回転とは逆回転で、同回転数で回
転する。ここでは、差動歯車の回転差の比は、１：１と
なる。

【００７６】

【実施例２】図５は、プラネタリーギアを利用した本発
明のモーター装置を示す。プラネタリーギアを、差動装
置として用いたものである。即ち、サンギア２４を第１
モーター回転軸Ａに結合し、プラネタリーキャリヤ２１
を駆動出力回転軸(３)に結合し、インターナルギア２３
を第２モーター回転軸Ｃと結合してあるものである。サ
ンギア２４、プラネタリーキャリヤ(アーム)２１、イン
ターナルギア２３の３要素のうち、どれか１つを完全に
固定して、他の１つから入力すると、残った１つが減速
されたり、増速されたり、逆転する。即ち、図４での、
回転軸２が、サンギア２４に相当し、回転軸４が、イン
ターナルギア２３に相当し、回転駆動軸３が、プラネタ
リーキャリヤ２１に相当している。

【００７７】このプラネタリーギアを用いた本発明によ
るモーター装置の例を、図２７の断面図に示す。第１モ
ーターＡは、図示のようにモーター固定部(コイル)１６
とモーター回転部(磁石)１７よりなり、磁石１７を固定
した回転軸２が、ベアリング１０’を介して出力軸３の
周りを回転する。その回転軸２に固定されたサンギヤ１
４は、プラネタリーピニオンギア１２に係合して、回転
しおり、プラネタリーピニオンギア１２は、プラネタリ
ーアーム１１に固定されている。そして、プラネタリー
アーム１１は、出力軸３に固定されて、回転する。そし
て、プラネタリーピニオンギア１２の他の一端歯には、
インターナルギア１３の内歯が係合されている。

【００７８】そして、インターナルギア１３の背面に
は、磁石１８とコイル１９より基本的になる第２モータ
ーＢの磁石１８が固定されている。そして、このインタ
ーナルギア１３は、ベアリング１０”を介して出力軸３
の周りを回転する。従って、第１モーターＡのコイル１
６とモーターＢのコイル１９は、図示のように、このモ
ーター装置のフレームＤに固定されている。即ち、第１
及び第２のモーターは、ＤＣブラシレスモーターであ
る。

【００７９】

【実施例３】図２１は、図２７に示されるモーター装置
を簡単化して示したものである。図２１では、第１及び
第２のモーター２１１、２１１’の各々のローターシャ
フト２１２、２１２’の中に出力回転軸２１６が同軸上
に挿入され、出力軸２１６にはプラネタリーキャリア２
１５（プラネタリーピニオン腕）が固定される。このプ
ラネタリーキャリア２１５には、ピニオンシャフト２１
４’を通してプラネタリーピニオンギア２１４が回転可
能な状態で配設される。このプラネタリーキャリア２１
５は、ベアリング２１を介して、回転軸中心軸２１７に
配設される。

【００８０】このプラネタリーピニオンギア２１４と噛
み合うように、インターナルギア２１３’とサンギア２
１３が設けられる。サンギア２１３は、第１のモーター
のローターシャフト２１２に固定されている。そして、
インタ−ナルギアギア２１３’は、第２のモーターのロ
ーターシャフト２１２’に固定されている。

【００８１】サンギア２１３とインターナルギア２１
３’も、出力軸２１６を通すために中空である。２つの
モーター２１１と２１１’は、サンギア２１３とインタ
ーナルギア２１３’を中に向けた状態でプラネタリーピ
ニオンギア２１４を挾むように向かい合って組み立てら
れ、第１、第２のモーターを固定するケース２１０内に
納められる。また、出力回転軸２１６は、ケース２１０
の両端にベアリング２１’を介して回転可能なように固
定される。モーター２１１、２１１’は、ＤＣブラシモ
ーターでも、ＤＣブラスレスモーターでも交流モーター
でも良く、中空のローターシャフト２１２、２１２’に
したモーターである。また、ＤＣブラシレスモーターの
場合、単体のＤＣモーターに回転位置を検出する手段が
内蔵されているものが好適である。そして、第１モータ
ーと第２モーターは、必要により、入れ換えることもで
きる。

【００８２】

【実施例４】図２２の装置は、図２１の装置のプラネタ
リーピニオンギアを、２つのピニオンギア２２４、２２
４’で置き替えて、差動比の自由度を高め（１：１でも
可能）る構造のものである。即ち、図２２では、モータ
ー２２１、２２１’の各々のローターシャフト２２２、
２２２’の中に出力回転軸２２６が同軸上に挿入され、
出力軸２２６にはプラネタリーキャリア２２５が設けら
れる。このプラネタリーキャリア２２５は、出力軸２２
６に固定されている。プラネタリーキャリア２２５に、
プラネタリーピニオンギア２２４、２２４’のシャフト
２２４”が、回転可能な状態で配設される。このシャフ
ト２２４”の両端にプラネタリーピニオンギア２２４、
２２４’が、固定される。このプラネタリーピニオンギ
ア２２４’と噛み合うように、インターナルギア２２
３’が設けられ、プラネタリーピニオンギア２２４と噛
み合うように、サンギア２２３が設けられる。サンギア
２２３は、第１のモーターのローターシャフト２２２に
固定されている。そして、インターナルギアギア２２
３’は、第２のモーターのローターシャフト２２２’に
固定されている。

【００８３】サンギア２２３とインターナルギア２２
３’は、出力軸２２６を通すために中空である。２つの
モーター２２１、２２１’は、サンギア２２３とインタ
ーナルギア２２３’を中に向けた状態でプラネタリーピ
ニオンギア２２４、２２４’を挾むように向かい合って
組み立てられ、第１及び第２のモーター２２１、２２
１’を固定するケース２２０内に納められる。また、出
力軸２２６は、ケース２２０の両端にベアリング２２’
を介して回転可能なように固定される。第１と第２のモ
ーターは、ＤＣブラシモーターでも、ＤＣブラスレスモ
ーターでも、交流モーターでも良く、各々、中空のロー
ターシャフト２２２、２２２’に固定したモーターであ
る。また、ＤＣブラシレスモーターの場合、単体のＤＣ
モーターに回転位置を検出する手段が内蔵されているも
のが好適である。

【００８４】実施例３との違いは、プラネタリーピニオ
ンギアとして、歯数の違う２つの歯車２２４、２２４’
を用いた点である。そのために、第１モーターと第２モ
ーターとの伝達力の割合を変えることができる。即ち、
差動比の自由度を大きくとることができる。そして、第
１モーターと第２モーターは、必要により、入れ換える
こともできる。

【００８５】

【実施例５】図２３は、基本的に、図４の差動歯車を用
いた本発明によるモーター装置である。図２３では、第
１と第２のモーター２３１、２３１’の各々のローター
シャフト２３２、２３２’の中に出力回転軸２３６が同
軸上に挿入され、出力軸２３６にはピニオンシャフト２
３５が固定されており、このピニオンシャフト２３５に
は、その両端にピニオンギア２３４、２３４’が回転可
能に設けられ、そのピニオンギア２３４には、サイドギ
ア２３３、２３３’が噛み合わされて配置される。各々
のサイドギア２３３、２３３’は、第１、第２のモータ
ー２３１、２３１’の各々のローターシャフト２３２、
２３２’に固定されている。

【００８６】サイドギア２３３、２３３’も、出力軸２
３６を通すために中空である。２つのモーター２３１、
２３１’は、サイドギア２３３、２３３’を中に向けた
状態でピニオンギア２３４を挾むように向かい合って組
み立てられ、第１、第２モーター２３１、２３１’を固
定するケース２３０内に納められる。また、出力軸２３
６は、ケース２３０の両端にベアリング２３’を介して
回転可能なように固定される。第１、第２モーターは、
ＤＣブラシモーターでも、ＤＣブラスレスモーターで
も、交流モーターでも良く、各々中空のローターシャフ
ト２３２、２３２’に固定したモーターである。また、
ＤＣブラシレスモーターの場合、単体のＤＣモーターに
回転位置を検出する手段が内蔵されているものが好適で
ある。

【００８７】更に、以上の実施例３、４、５に対して、
各モーター装置に、更に、左右車輪に駆動出力を配分す
る差動歯車を同軸上に配設して、１つのケースに納めた
ものができる。このことにより、非常にコンパクトな自
動車駆動装置となる。従来の差動歯車ケースの位置に、
本発明のモーターを駆動装置として置くことができる。

【００８８】

【実施例６】図２４では、実施例２、図２１のモーター
装置で、差動装置２４２、２４３、２４３’を同軸に設
けたものである。即ち、出力回転軸２１６とプラネタリ
ーキャリア２１５’の間に、左右輪駆動力分配用差動装
置２４２、２４３、２４３’を内蔵する。これにより、
出力回転軸Ａと出力回転軸Ｂは、各々左右の駆動輪に直
結できる。差動装置２４２、２４３、２４３’は、駆動
軸Ａに固定されるサイドギア２４３と駆動軸Ｂに固定さ
れるサイドギア２４３’と噛み合っているピニオンギア
２４２よりなる。このピニオンギア２４２が回転可能に
配されているピニオンシャフト２４５は、プラネタリー
キャリア２１５に回転可能に固定されている。

【００８９】これに対して、実施例４に示す歯数の異な
る２つのプラネタリーピニオンギア２２４、２２４’を
用いることもできる。即ち、出力回転軸２２６とプラネ
タリーキャリア２２５’の間に、左右輪駆動力分配用差
動装置２４２、２４３、２４３’を内蔵する。これによ
り、出力回転軸Ａと出力回転軸Ｂは、各々左右の駆動輪
に直結できる。差動装置２４２、２４３、２４３’は、
駆動軸Ａに固定されるサイドギア２４３と駆動軸Ｂに固
定されるサイドギア２４３’と噛み合っているピニオン
ギア２４２よりなる。このピニオンギア２４２が回転可
能に配されているピニオンシャフト２４５は、プラネタ
リーキャリア２２５に回転可能に固定されている。プラ
ネタリーシャフト２４５を通して動力が伝達される。そ
して、サイドギア２４３、２４３’に各々タイヤホイ−
ルが固定され、動力は、左右にタイヤに伝達される。

【００９０】

【実施例７】図２５では、実施例５、図２３のモーター
装置で、差動装置２５２、２５３、２５３’を同軸に設
けたものである。即ち、出力回転軸２３６とピニオンシ
ャフト２３５の間に、左右輪駆動力分配用差動装置２５
２、２５３、２５３’を内蔵する。これにより、出力回
転軸Ａと出力回転軸Ｂは、各々左右の駆動輪に直結でき
る。差動装置２５２、２５３、２５３’は、駆動軸Ａに
固定されるサイドギア２５３と駆動軸Ｂに固定されるサ
イドギア２５３’と噛み合っているピニオンギア２５２
よりなる。このピニオンギア２５２が回転可能に配され
ているピニオンシャフト２３５、２５５は、ピニオンギ
ア２３４のピニオンシャフトにもなり、それより動力が
伝達される。そして、サイドギア２５３、２５３’に各
々タイヤホイ−ルが固定され、動力は、左右にタイヤに
伝達される。

【００９１】

【実施例８】図２６では、実施例４、図２２のモーター
装置を、車輪ホイール中に同軸に組み込んだものであ
る。第１と第２のモーター２２１、２２１’の各々のロ
ーターシャフト２２２、２２２’の中に出力回転軸２２
６が同軸上に挿入され、出力軸２２６にはプラネタリー
キャリア２２５’が設けられる。このプラネタリーキャ
リア２２５’は、出力軸２２６に固定されている。プラ
ネタリーキャリア２２５’に、プラネタリーピニオンギ
ア２２４、２２４’のシャフト２２４”が、回転可能な
状態で、に配設される。このシャフト２２４”の両端に
プラネタリーピニオンギア２２４、２２４’が、固定さ
れる。このプラネタリーピニオンギア２２４’と噛み合
うように、インターナルギア２２３’が設けられ、プラ
ネタリーピニオンギア２２４と噛み合うように、サンギ
ア２２３が設けられる。サンギア２２３は、第１のモー
ターのローターシャフト２２２に固定されている。そし
て、インターナルギアギア２２３’は、第２のモーター
のローターシャフト２２２’に固定されている。

【００９２】サンギア２２３とインターナルギア２２
３’は、出力軸２２６を通すために中空である。２つの
モーター２２１、２２１’は、サンギア２２３とインタ
ーナルギア２２３’を中に向けた状態でプラネタリーピ
ニオンギア２２２、２２２’を挾むように向かい合って
組み立てられ、第１及び第２のモーター２２１、２２
１’を固定するケース２２０内に納められる。また、出
力軸２２６は、ケース２２０の両端にベアリング２２’
を介して回転可能なように固定される。第１と第２のモ
ーターは、ＤＣブラシモーターでも、ＤＣブラスレスモ
ーターでも、交流モーターでも良く、各々、中空のロー
ターシャフト２２２、２２２’に固定したモーターであ
る。このプラネタリーシャフト２２５の最外周部にタイ
ヤ２６１を固定してある。

【００９３】即ち、駆動出力は、プラネタリーシャフト
２２５の外周輪の回転出力から取り出せるようにし、本
発明のモーター装置を、ケース２２０に納めてある。そ
して、出力外周をタイヤホイール２６１とし、その外側
外周にタイヤ２６１を装着することにより、タイヤ、ホ
イール、駆動モーターを一体とすることができる。特
に、二輪車等に利用すると、本発明のすぐれた特徴を、
生かしつつ非常にコンパクトな自動車駆動装置となる。
また、これは、二輪車に限るものでなく、広く電気乗り
物に利用できる。即ち、左右の車輪に各々、図２６の装
置を、独立して固定し、独立に制御するようにできる。
２つの本発明のモーターを対として、駆動装置として機
能させることができる。

【００９４】更に、実施例５、図２３のモーター装置
を、実施例８、図２６のように、ピニオンシャフトの外
周にタイヤを付けて、同様な一体化モーター駆動装置を
提供することができる。

【００９５】

【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、第
１に、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なうモ
ーター装置を提供した。即ち、高トルクの状態で車を発
進でき、運転を円滑に開始できる。即ち、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
力に分配され、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、即
ち、第１モーターと第２モーターが互いに逆回転させ、
第１モーターを駆動用、第２モーターを発電用にしたと
き、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あり、以下の効果をもたらす。即
ち、出力０回転からの高トルク発進や回転変動の大きい
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
であり、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。更に、出力が０回転或いは低速回転のとき、
高トルクで、長時間にわたり、状態維持が可能である。
モーター自体は定常回転で回転可能なためである。更
に、直流モーターの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なない。そして、直流モーターの
過電流防止回路等の電流制限の回路が不要にできる。ま
た、モーター運転中、外部負荷の変動により出力回転が
止められても、また、外部負荷で逆回転させられても影
響なく、モーターの運転が可能である。

【００９６】第３に、第１モーターと第２モーターが互
いに逆回転させたとき、第１モーターを駆動用、第２モ
ーターを発電用にし、発電用の第２モーターの発電量を
制御することにより、出力トルクを制御できることを意
味し、以下の効果をもたらす。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使用できること
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であれば、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、クラッチが切った状態を
つくりだせ、このことは、クラッチと同じ機能が提供で
きるものとなる。

【００９７】第４に、第１モーターと第２モーターが互
いに逆回転させたとき、第１モーターを駆動用、第２モ
ーターを発電用にし、発電用の第２モーターの発電力を
回生することにより、以下の効果をもたらす。即ち、出
力が発進(０回転時)及び低速回転域での発電側モーター
の発電力回生により電力節約ができる。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。第５に、２つのモータ
ーを差動装置で接続している構造のため、モーターの発
電又は駆動の状態と回転方向を組合わせることにより、
走行状態にあった以下に示す各種の走行駆動が可能にな
る。即ち、発進及び低〜中速走行に有効な駆動(低速モ
ード)：出力が高トルク０回転時の状態から低〜中速回
転域までは、第１モーターを駆動用、第２モーターを発
電用として、上記の効果を発揮させる。中〜高速走行に
有効な走行駆動(高速モード)：第１モーターを駆動用、
第２モーターを駆動用に使用しすることにより、中〜高
速回転域では、第２モーターも駆動用に使用することに
より、駆動力のアップと回転速度のアップが可能とな
る。減速時に有効な回生制動(減速モード)：第１モータ
ーを発電用に、第２モーターも発電用にする。走行エネ
ルギーを回生して電力を節約するとともにブレ−キング
作用により減速させる。バック発進を可能にする走行駆
動(バックモード)：第１モーターを発電用、第２モータ
ーを駆動用にする。これは、低速モードの第１、第２モ
ーターの駆動、発電を逆転させることだけで、バックさ
せることができる。第６に、直流モーターの磁気飽和を
防止できる。第７に、構造的に変速機能をも兼ねる。第
８に、クラッチとしての機能をも兼ねる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のモーターのＴ−Ｎ曲線を示すグラフ
である。

【図２】従来技術のモーターのＮ−Ｔ曲線と電流の関係
を示すグラフである。

【図３】本発明のモーター装置の１例の構成を示す。

【図４】本発明のモーター装置の１例の構造を説明する
ための断面図である。

【図５】本発明のモーター装置の他の例の差動装置を示
す説明図である。

【図６】本発明の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７】本発明の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８】本発明の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】本発明のモーター装置の１例の構成を示す。

【図１０】本発明のモーター装置の制御回路の１例を模
式的に示した図である。

【図１１】本発明の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１２】本発明のモーター装置の回生制御回路の例を
示した図である。

【図１３】本発明のモーター装置での、昇圧回路を設け
た回生制御回路例を示した図である。

【図１４】本発明のモーター装置での、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を示した
図である。

【図１５】本発明のモーター装置で駆動回生制御回路の
例を模式的に示した図である。

【図１６】本発明のモーター装置での、回転方向遷移制
御回路の例を示した図である。

【図１７】本発明のモーター装置での、ブラシモーター
のための駆動回生制御回路の例を示した図である。

【図１８】本発明のモーター装置での、ブラシレスモー
ターのための駆動回生制御回路の例を示した図である。

【図１９】本発明のモーター装置での自動走行のための
制御装置の例を示した図である。

【図２０】本発明のモーター装置での自動走行のための
制御モードを示した表である。

【図２１】本発明のモーター装置の１例を示す断面図で
ある。

【図２２】本発明のモーター装置の他の例を示す断面図
である。

【図２３】本発明のモーター装置の他の例を示す断面図
である。

【図２４】図２１のモーター装置に差動歯車を組み込ん
だ例を示す断面図である。

【図２５】図２３のモーター装置に差動歯車を組み込ん
だ例を示す断面図である。

【図２６】図２２のモーター装置を車輪のホイール内に
組み込んだ例を示す断面図である。

【図２７】本発明のモーター装置の１例の断面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ、Ｍ１、２１１、２２１、２３１、第１モータ
ー２、２１２、２２２、２３２、第１モータ
ー回転軸Ｃ、２１８、２２８、２３８差動装置３、２１６、２２６、２３６差動回転軸
(駆動出力軸) Ｂ、Ｍ２、２１１’、２２１’、２３１’ 第２モータ
ー４、２１２’、２２２’、２３２’ 第２モータ
ー回転軸９、１０、２３４、２４２．２５２ピニオンギ
ア７、８、２３３、２３３’．２４３、２４３’、２５
３、２５３’ サイドギア１１、２１、２１５、２２５、２２５’ プラネタリ
ーキャリヤ(アーム) １２、２２、２１４、２２４、２２４’ プラネタリ
ーピニオン２１４’、２２４” プラネタリ
ーピニオンシャフト１３、２３、２１３’、２２３’、インターナ
ルギア１４、２４、２１３、２２３サンギア６、２３５、２４５、２５５ピニオンシ
ャフト１６コイル(第
１モーター) １７磁石(第１
モーター) １８磁石(第２
モーター) １９コイル(第
２モーター) ２１０、２２０、２３０ケース１０’、１０”、２１’、２２’、２３’ 支持ベアリ
ング２６１タイヤ

【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のためになされたもので、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、そ
の差動装置は、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(２)と第２モーターの回転軸(４)と駆
動出力軸とは、各々、その３つの回転軸に接続されてお
り、即ち、第１モーターの回転軸（２）と第２モーター
の回転軸（４）とは差動装置を介して接続され、該差動
装置の差動回転軸(３)から駆動出力を得ることを特徴と
するモーター装置を提供する。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】モーター装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００８】

【０００９】また、高性能のモーターほど、内部損失を
小さくするため、内部抵抗が小さい、そのため、回転
数”０”では、非常に過大な電流が流れ、モーターを破
損する。また、効率も悪くなる。従って、このような問
題を解決するモーターが望まれる。本発明は、電圧制御
などの電源制御に頼らず、機械的構造で、外部負荷の変
化を吸収でき、たとえ、出力軸が、むりやり逆回転の方
向に力を加えられても、モーターは運転可能にできる。
このため、熱対策や制御回路の誤動作や過電流によるモ
ーターの破損を回避できる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のためになされたもので、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、そ
の差動装置は、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(２)と第２モーターの回転軸(４)と駆
動出力軸とは、各々、その３つの回転軸に固定されてお
り、即ち、第１モーターの回転軸（２）と第２モーター
の回転軸（４）とは差動装置を介して接続され、該差動
装置の差動回転軸(３)から駆動出力を得ることを特徴と
するモーター装置を提供する。

【００１２】また、第１モーターを駆動モーターとして
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設し、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、
発電力は回生されないが、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。

【００１４】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。また、プラネタリーギアを用いた場
合、プラネタリーギアは、そのプラネタリーピニオンギ
アを、プラネタリーキャリアの両側に配し、該両側に配
置されたプラネタリーピニオンギアは、プラネタリーピ
ニオンシャフトに固定され、プラネタリーピニオンシャ
フトは、プラネタリーキャリアに回転可能に配置され
る。また、その差動装置として、差動歯車も利用でき、
左右２つのサイド歯車の軸が、各々、第１モーターの回
転軸(２)及び第２モーターの回転軸(４)に接続され、ピ
ニオン歯車よりなる公転する差動歯車の回転軸は、出力
軸(３)に接続されている構造にできる。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
配置することにより、モーター装置をよりコンパクトな
構造にできる。

【００１５】電気乗り物用モーターの性能は回転数に対
するトルク、効率、出力等が重要であるが、車に積んで
走行するために、車重量に対するこれらの性能が重要で
ある。モーターの特性はその種類によりことなるが、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、本明細書では、主に、このモーターを例
にして説明する。然し乍ら、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。

【００１７】

【作用】図３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６に示されるよう
に、回転数０に近い領域は、トルクの増大がいちじるし
くこれに比例して電流も増大するため、通常電流制限し
てあるが使用しない。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磁場の強さに界磁の有効面
積をかけた総磁束をφ、電機子の巻線数を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６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。

【００１９】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
モーターの回転数トルクは、出力回転数が”０”のた
め、式(3)から,０＝T₁・N₁−T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(A) 式(6)から XT₁＝ T₃・・・・・・・・・・・・・・・・(B) (A),(B)の２つの条件を満たす回転数トルクでバランス
する。

【００２０】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２０００rpm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１０００rpmとする
と、第２モーターは、０rpmとなる。同様に、出力を０r
pmとすると、第２モーターは、逆回転の２０００rpmと
なる。図３で説明すると、出力回転軸(３)は、(２)軸と
(４)軸の回転数の間の(２)−(３)間と(３)−(４)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、(２)−(３)間回転数差と(３)−(４)間回転数差が
１：１になる回転数が出力される。

【００２１】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、モーターを破壊してしまう可能
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６の第１モーターでの曲線
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、一般的に行なわれている。即ち、図６
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は、磁気
飽和などの影響や過電流によるモーター破そんを防止す
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。

【００２３】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、第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出力は、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なうこと
ができる。

【００２５】即ち、出力の回転数”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。

【００２６】従って、第１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、即ち、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、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、第１モーターの出力はすべ
て第２モーターに消費される。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、差動装置
により配分される。残りは、第２モーターに配分され
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モーターの回転数を制限する、例えば第１モ
ーターを発電用ブレーキ、回生ブレーキとして使用する
ことにより、第１モーター、第２モーター双方からエネ
ルギーを得ることも可能となる。この場合、第２モータ
ーの回転は逆回転でなく、順回転することとなる。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。

【００２８】次に、実際に数値を挙げて、グラフで説明
する。数値はあくまで説明のためであり、数値自体に何
ら意味はない。説明を簡単にするために、差動歯車の回
転差の比を、１：１として説明する。即ち、第１モータ
ー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６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７に示す。更
に、図８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８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。

【表１】発進時出力回転数は”０”である。この時の第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)この時、出力軸のトルク
は、第１モーターＡのトルク１０kg・m(Ｐ１)を２倍した
２０kg・mのトルク(Ｐ５)が発生する(式１、(ｘ＋１)Ｔ₁
＝Ｔ₂より)。

【００３１】また、この時出力回転は”０”なので第１
モーター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
済む(式Ａ、０＝Ｔ₁・Ｎ₁−Ｔ₃・Ｎ₃より)。このとき、
回転数”０”の高トルク２０kg・m(Ｐ５)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。

【００３２】乗り物が発進して、出力軸の回転数が１０
００rpm(Ｐ９)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(Ｐ７)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(Ｐ８)となる。この時
の出力軸のトルクは、駆動モーターのトルク５ｋｇ−ｍ
(Ｐ７)を２倍した１０ｋｇ−ｍのトルク(ｐ９)が得られ
る。同様に、駆動モーターが(Ｐ３)の場合は、発電モー
ターは、(Ｐ４)、出力は、(Ｐ６)となる。このようにし
て、常に駆動モーター(図６のＴ−Ｎ曲線)と発電モータ
ー(図７のＴ−Ｎ曲線)と駆動出力(出力軸)がバランスし
て、図８のようなＴ−Ｎ曲線の出力が得られる。

【００３５】図９に示される様に、第１モーターＡ、第
２モーターＢには、各々、駆動回生制御装置Ａ（ＳＷ
Ａ）とＢ（ＳＷＢ）を介して、電源装置ＳＯＡとＳＯＢ
と接続され、また、回生装置ＧＡとＧＢに接続されてい
る。そして、駆動回生制御装置Ａ（ＳＷＡ）とＢ（ＳＷ
Ｂ）は、各々、スイッチコントロールにより、コントロ
ールされ、各々のモーターからの線が、電源装置に接続
するか、回生装置に接続されるかが、制御されている。
即ち、各モーターの電気入力端が、各駆動回生制御装置
に接続されている。

【表２】

【００３９】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、T₁・N₁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、T₃・N₃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、T₂・N₂である。従って、 T₂・N₂＝T₁・N₁−T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(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N₂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、ＸT₁＝T₃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) とな
る。モード１では、出力側の回転軸の回転を、(N₁−X
N₃)／(X+1)にまで上げることができ、トルクは、(X＋1)
T₁にまでに上がる。

【００４０】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、 (N₁＋ＸN₃)／(Ｘ＋１) ＝N₂・・・・・・・・・・(4)となる。そ
して、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、T₁・N₁で
ある。従って、第２モーターの機械出力は、回転数(rp
m)×トルクとなり、T₃・N₃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、T₂・N₂であるので、 T₂・N₂＝T₁・N₁＋T₃・N₃・・・・・・・・・・・・・(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、ＸT₁＝T₃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) とな
る。

【００４１】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、 (N₁＋ＸN₃)／(Ｘ＋１) ＝N₂・・・・・・・・・・(4)となる。そ
して、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、T₁・N₁で
ある。従って、第２モーターの機械出力は、回転数(rp
m)×トルクとなり、T₃・N₃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、T₂・N₂であるので、 T₂・N₂＝−(T₁・N₁＋T₃・N₃)・・・・・・・・・・・・・(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。

【００４２】以上の式からも分かるように、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。

【００４３】そして、このようなモード切り替えは、図
９の駆動回生制御装置ＳＷＡ及びＳＷＢを制御して行な
うが、これは、手動式でも良く、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は減速モードとなる。

【００４４】以上のモードを切り替える場合には、モー
ターの回転方向を変える必要があることがある。例え
ば、モード１から他のモード、即ち、モード２或いはモ
ード３に変えるとき、及び、モード２或いはモード３か
らモード１に変える場合には、一方のモーターの回転方
向を逆にする必要がある。モーターの回転軸は、駆動か
ら発電へ、或いは発電から駆動に転換し、回転方向が変
わるために、過大な電流が流れて、モーターを損失させ
る恐れがあるが、この状態を防止し、尚且つ切り替えを
円滑に行なわせるために、回転方向が変わるまで、該回
転方向が変わるモーターを電源から切り離された状態と
し、他方のモーターの回転力を変えることにより、モー
ターの回転方向を変えるようにする。このことにより、
切り替えが円滑に行なえる。

【００４５】その他の場合、即ち、モード２からモード
３へ転換する場合と、モード３からモード２に転換する
場合、回転方向は同じであるから、駆動回生制御装置Ｓ
ＷＡ及びＳＷＢのスイッチコントロールを駆動から回生
に、即ち、電源から回生装置に転換すれば、或いはその
逆に転換すれば、モード２から３或いはモード３から２
に転換することができる。図３は、本発明のモーター装
置の原理を説明するための図である。即ち、第１モータ
ー(Ａ)と差動装置(Ｃ)と第２モーター(Ｂ)から基本的に
構成され、第１モーター（Ａ）第２モーター（Ｂ）の差
動出力が、差動装置の出力軸(３)から出力される。基本
的には、第１モーター（Ａ）が駆動モーターとして、第
２モーター（Ｂ）が発電モーターとして、そして、その
両者に介在する差動装置（Ｃ）が設けられることを示
す。即ち、上記のモード１の場合で、本発明の構成を示
すものである。そして、図９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合わせて使
用する場合の構成を示す。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、一般的なモーター駆動
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
最適な駆動力と効率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。

【００４７】先ず、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
を、図１０に示す。図で、ＳＣは電源を表わす。１．第２モーター(Ｍ２)の電源端子に負荷抵抗を設け
る。即ち、発電側に負荷抵抗を入れたものである。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能)、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、出力のトルク特性を、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なわれていたが、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
変抵抗にしても良い。

【００４８】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。起電力Ｅと、回転
数Ｎと磁束Φの関係は、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回転時に、Ｍ１よりＭ２の回転を大
きくする。或いは、Ｍ１よりＭ２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。

【００４９】２．次に、図１１Ａ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。図で、ＳＣは電源
を表わす。

【００５８】図１５の駆動回生制御１と駆動回生制御２
の制御パターンを組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。この組合わせで
は、単純に組合わせを考えると、３パターン×５パター
ンで、１５通りの組合わせが可能である。但し、矛盾又
は意味のない組合わせもあるので(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
る組合わせは以下の表２及び４に示されるようになる。
また、その組合わせの制御において、どのような特徴が
あるか簡単に表２に記述する。

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】

【００６２】図１６のブロック図において、回転方向変
更トリガー出力では、次のような制御２のパターン信号
入力により、１パルスだけでトリガー出力となる。(従
って、パルス幅は、任意に設定できる)１．制御２パタ
ーン信号が、Ｍ２逆回生からＭ２順駆動に変わるとき、
２．制御２パターン信号が、Ｍ２順回生からＭ２逆駆動
に変わるとき、そして、パターン信号変更回路１は、回
転方向変更トリガー出力からのトリガー信号が来る間だ
け、制御１パターン信号入力を、以下のように変化させ
る。１．Ｍ１駆動の場合、Ｍ１回生にする。２．Ｍ１回生の場合、Ｍ１駆動にする。そして、パターン信号変更回路２は、回転方向変更トリ
ガー出力からのトリガーパルスが来る間だけ、制御２パ
ターン信号入力を、Ｍ２切断に変更する。

【００６３】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、Ｄ
Ｃブラシレスモーターの場合について、説明する。Ｍ
１、Ｍ２にＤＣブラシモーターを使用した場合、制御
１、制御２の回路に、以下のもの(図１７Ａ及び１７Ｂ)
を利用する。

【００６４】図１７Ａの制御１回路では、トランジスタ
ＴＲ１とＴＲ２によりスイッチングを行なう。即ち、１．Ｍ１駆動のとき、ＴＲ２をＯＦＦにし、ＴＲ１をＯ
Ｎにする。モーターＭ１に、電圧をかけて、駆動する。２．Ｍ１回生のとき、ＴＲ１をＯＦＦにし、ＴＲ２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。３．Ｍ１切断のとき、ＴＲ１、ＴＲ２の両方とも、ＯＦ
Ｆにする。

【００６５】図１７Ｂの制御２回路では、４つのトラン
ジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４と４つのダイオ
ードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により、第２モーターＭ２
に対してスイッチングを行なう。即ち、１．Ｍ２順駆動のとき、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＦＦにし、
ＴＲ１、ＴＲ４をＯＮにする。モーターＭ２に、電圧を
かけて、順方向回転に駆動する。２．Ｍ２逆駆動のとき、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＮにし、Ｔ
Ｒ１、ＴＲ４をＯＦＦにする。モーターＭ２に、逆電圧
をかけて、逆方向回転に駆動する。３．Ｍ２順回生のとき、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３をＯＦ
Ｆ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。４．Ｍ２逆回生のとき、ＴＲ１、ＴＲ３、ＴＲ４をＯＦ
Ｆ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。５．Ｍ１切断のとき、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４
のすべてを、ＯＦＦにする。

【００６６】次に、Ｍ１、Ｍ２ともにＤＣブラシレスモ
ーターを使用した場合、図１８Ａの制御回路を用いる。
図１８Ａの制御１（駆動回生制御１）でも、制御２（駆
動回生制御２）でも、モーターに対して、回転センサー
で、回転位置を検出して、パターン制御信号を送り、正
確に制御することができる。そして、図１８Ｂは、ＤＣ
ブラシレスモーターの駆動装置で、図１８Ａの駆動装置
の詳細である。

【００６９】出力が順回転時の制御駆動回路をＯＮにし
モーターを駆動し、回生回路はＯＦＦとする。これによ
りモーターは駆動モーターとして機能する。駆動制御回
路をＯＦＦにしモーターに電力供給を行なわないで、回
生回路をＯＮにし、モーターの回転(モーターＭ１の駆
動力による回転がモーターＭ２に逆回転の回転力として
生じる)により発生した起電力を、回生回路でチョッピ
ング信号を出して、チョッピングブースト型の昇圧を行
ない、昇圧された回生電流をダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ
５を通して、電源に回生するとともに、モーターの供給
電力にもなる。このとき、駆動回路はＯＦＦにする。そ
して、出力が逆回転時の制御は、駆動制御回路をＯＮに
し、モーターを駆動し、回生回路はＯＦＦとし、モータ
ーは駆動モーターとして機能し、他のモーターの回生回
路をＯＮにし、チョッピング信号を出してチョッピング
ブースト型の昇圧を行ない、昇圧された回生電流をダイ
オードＤ２、Ｄ４、Ｄ６を通して、電源に回生する。

【００７４】

【実施例１】図４は、本発明のモーター装置の差動装置
の１例を模式的に示す断面図である。第１モーターＡの
回転軸(２)の差動装置の回転軸は、サイドギア７の回転
で、ピニオンギア９、１０を回転させ、ピニオンギア
９、１０にはピニオンシャフト(６)が貫通していて、ケ
ースとともにピニオンシャフト６が矢印のように、或い
は矢印と逆の回転に、回転する。この回転出力が、駆動
出力(Ｂ)となる。即ち、ピニオンシャフト６には、ピニ
オンギア９、１０が組み込まれ、このピニオンギア９、
１０はピニオンシャフト６とともに同回転(公転)する
が、図示のように自転することができる。そして、サイ
ドギア８と噛み合わされ、サイドギア８を回転させるこ
とができる。サイドギア８は、第２モーターＢの回転軸
(４)に接続される。

【００７６】

【実施例２】図５は、プラネタリーギアを利用した本発
明のモーター装置を示す。プラネタリーギアを、差動装
置として用いたものである。即ち、サンギア２４を第１
モーター回転軸Ａに結合し、プラネタリーキャリア２１
を駆動出力回転軸(３)に結合し、インターナルギア２３
を第２モーター回転軸Ｃと結合したものである。サンギ
ア２４、プラネタリーキャリア(アーム)２１、インター
ナルギア２３の３要素のうち、どれか１つを完全に固定
して、他の１つから入力すると、残った１つが減速され
たり、増速されたり、逆転する。即ち、図４での、回転
軸２が、サンギア２４に相当し、回転軸４が、インター
ナルギア２３に相当し、回転駆動軸３が、プラネタリー
キャリア２１に相当している。

【００７７】このプラネタリーギアを用いた本発明によ
るモーター装置の例を、図２７の断面図に示す。第１モ
ーターＡは、図示のようにモーター固定部(コイル)１６
とモーター回転部(磁石)１７よりなり、磁石１７を固定
した回転軸２が、ベアリング１０’を介して出力軸３の
周りを回転する。その回転軸２に固定されたサンギア１
４は、プラネタリーピニオンギア１２に係合して、回転
しおり、プラネタリーピニオンギア１２は、プラネタリ
ーアーム１１に固定されている。そして、プラネタリー
アーム１１は、出力軸３に固定されて、回転する。そし
て、プラネタリーピニオンギア１２の他の一端歯には、
インターナルギア１３の内歯が係合されている。

【００７８】そして、インターナルギア１３の背面に
は、第２モーターＢの磁石１８が固定されている。第２
モーターＢは、磁石１８とコイル１９よりなる。そし
て、このインターナルギア１３は、ベアリング１０”を
介して出力軸３の周りを回転する。従って、第１モータ
ーＡのコイル１６とモーターＢのコイル１９は、図示の
ように、このモーター装置のフレームＤに固定されてい
る。即ち、第１及び第２モーターは、ＤＣブラシレスモ
ーターである。

【００７９】

【実施例３】図２１は、図２７に示されるモーター装置
を簡略化して示したものである。図２１では、第１及び
第２モーター２１１、２１１’の各々のローターシャフ
ト２１２、２１２’の中に出力回転軸２１６が同軸上に
挿入され、出力軸２１６にはプラネタリーキャリア２１
５（プラネタリーピニオン腕）が固定される。このプラ
ネタリーキャリア２１５には、ピニオンシャフト２１
４’を通してプラネタリーピニオンギア２１４が回転可
能な状態で配設される。このプラネタリーキャリア２１
５は、ベアリング２１を介して、回転軸の中心軸２１７
に配設される。

【００８２】

【実施例４】図２２の装置は、図２１の装置のプラネタ
リーピニオンギアを、２つのピニオンギア２２４、２２
４’で置き換えて、差動比の自由度を高める（１：１で
も可能）構造のものである。即ち、図２２では、モータ
ー２２１、２２１’の各々のローターシャフト２２２、
２２２’の中に出力回転軸２２６が同軸上に挿入され、
出力軸２２６にはプラネタリーキャリア２２５が設けら
れる。このプラネタリーキャリア２２５は、出力軸２２
６に固定されている。プラネタリーキャリア２２５に、
プラネタリーピニオンギア２２４、２２４’のシャフト
２２４”が、回転可能な状態で配設される。このシャフ
ト２２４”の両端にプラネタリーピニオンギア２２４、
２２４’が、固定される。このプラネタリーピニオンギ
ア２２４’と噛み合うように、インターナルギア２２
３’が設けられ、プラネタリーピニオンギア２２４と噛
み合うように、サンギア２２３が設けられる。サンギア
２２３は、第１のモーターのローターシャフト２２２に
固定されている。そして、インターナルギアギア２２
３’は、第２のモーターのローターシャフト２２２’に
固定されている。

【００８５】

【００８７】更に、以上の実施例３、４、５に対して、
各モーター装置に、左右車輪に駆動出力を配分する差動
歯車を同軸上に配設して、１つのケースに納めたものが
できる。このことにより、非常にコンパクトな自動車駆
動装置となる。従来の差動歯車ケースの位置に、本発明
のモーターを駆動装置として置くことができる。

【００８８】

【００８９】これに対して、実施例４に示す歯数の異な
る２つのプラネタリーピニオンギア２２４、２２４’を
用いることもできる。即ち、出力回転軸２２６とプラネ
タリーキャリア２２５’の間に、左右輪駆動力分配用差
動装置２４２、２４３、２４３’を内蔵する。これによ
り、出力回転軸Ａと出力回転軸Ｂは、各々左右の駆動輪
に直結できる。差動装置２４２、２４３、２４３’は、
駆動軸Ａに固定されるサイドギア２４３と駆動軸Ｂに固
定されるサイドギア２４３’と噛み合っているピニオン
ギア２４２よりなる。このピニオンギア２４２が回転可
能に配されているピニオンシャフト２４５は、プラネタ
リーキャリア２２５に回転可能に固定されている。プラ
ネタリーシャフト２４５を通して動力が伝達される。そ
して、サイドギア２４３、２４３’に各々タイヤホイ−
ルが固定され、動力は、左右のタイヤに伝達される。

【００９０】

【００９１】

【００９５】

【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、第
１に、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なうモ
ーター装置を提供した。即ち、高トルクの状態で車を発
進でき、運転を円滑に開始できる。即ち、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
力に分配され、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、即
ち、第１モーターと第２モーターが互いに逆回転し、第
１モーターを駆動用、第２モーターを発電用にしたと
き、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あり、以下の効果をもたらす。即
ち、出力０回転からの高トルク発進や回転変動の大きい
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。更に、出力が０回転或いは低速回転のとき、
高トルクで、長時間にわたり、状態維持が可能である。
モーター自体は定常回転で回転可能なためである。更
に、直流モーターの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なない。そして、直流モーターの
過電流防止回路等の電流制限の回路が不要にできる。ま
た、モーター運転中、外部負荷の変動により出力回転が
止められても、また、外部負荷で逆回転させられても影
響なく、モーターの運転が可能である。

【００９６】第３に、第１モーターと第２モーターを互
いに逆回転させたとき、第１モーターを駆動用、第２モ
ーターを発電用にし、発電用の第２モーターの発電量を
制御することにより、出力トルクを制御できることを意
味し、以下の効果をもたらす。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であれば、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
た状態をつくりだせ、このことは、クラッチと同じ機能
が提供できるものとなる。

【００９７】第４に、第１モーターと第２モーターを互
いに逆回転させたとき、第１モーターを駆動用、第２モ
ーターを発電用にし、発電用の第２モーターの発電力を
回生することにより、以下の効果をもたらす。即ち、出
力が発進(０回転時)及び低速回転域での発電側モーター
の発電力回生により電力野節約ができる。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。第５に、２つのモー
ターを差動装置で接続している構造のため、モーターの
発電又は駆動の状態と回転方向を組合わせることによ
り、走行状態にあった以下に示す各種の走行駆動が可能
になる。即ち、発進及び低〜中速走行に有効な駆動(低
速モード)：出力が高トルク０回転時の状態から低〜中
速回転域までは、第１モーターを駆動用、第２モーター
を発電用として、上記の効果を発揮させる。中〜高速走
行に有効な走行駆動(高速モード)：第１モーターを駆動
用、第２モーターを駆動用に使用することにより、中〜
高速回転域では、第２モーターも駆動用に使用すること
により、駆動力のアップと回転速度のアップが可能とな
る。減速時に有効な回生制動(減速モード)：第１モータ
ーを発電用に、第２モーターも発電用にする。走行エネ
ルギーを回生して電力を節約するとともにブレ−キング
作用により減速させる。バック発進を可能にする走行駆
動(バックモード)：第１モーターを発電用、第２モータ
ーを駆動用にする。これは、低速モードの第１、第２モ
ーターの駆動、発電を逆転させるだけで、バックさせる
ことができる。第６に、直流モーターの磁気飽和を防止
できる。第７に、構造的に変速機能をも兼ね備える。第
８に、クラッチとしての機能をも兼ね備える。

【図面の簡単な説明】

【図３】本発明のモーター装置の１例の構成を示す。

【図９】本発明のモーター装置の１例の構成を示す。

【図１３】本発明のモーター装置での、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２７】本発明のモーター装置の１例の断面図であ
る。

【符号の説明】Ａ、Ｍ１、２１１、２２１、２３１第１モータ
ー２、２１２、２２２、２３２第１モータ
ー回転軸Ｃ、２１８、２２８、２３８差動装置３、２１６、２２６、２３６差動回転軸
(駆動出力軸) Ｂ、Ｍ２、２１１’、２２１’、２３１’ 第２モータ
ー４、２１２’、２２２’、２３２’ 第２モータ
ー回転軸９、１０、２３４、２４２、２５２ピニオンギ
ア７、８、２３３、２３３’、２４３、２４３’、２５
３、２５３’ サイドギア１１、２１、２１５、２２５、２２５’ プラネタリ
ーキャリア(アーム) １２、２２、２１４、２２４、２２４’ プラネタリ
ーピニオン２１４’、２２４” プラネタリ
ーピニオンシャフト１３、２３、２１３’、２２３’ インターナ
ルギア１４、２４、２１３、２２３サンギア６、２３５、２４５、２５５ピニオンシ
ャフト１６コイル(第
１モーター) １７磁石(第１
モーター) １８磁石(第２
モーター) 19 コイル(第２モーター) ２１０、２２０、２３０ケース１０’、１０”、２１’、２２’、２３’ 支持ベアリ
ング２６１タイヤ

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、その差動装置は、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(２)と
第２モーターの回転軸(４)と駆動出力軸とは、各々、そ
の３つの回転軸に固定されており、即ち、第１モーター
の回転軸（２）と第２モーターの回転軸（（４）とは差
動装置を介して接続され、該差動装置の差動回転軸(３)
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、公転するプラ
ネタリーピニオンギアを支持するプラネタリーピニオン
キャリアの回転軸が、駆動出力軸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】該差動装置は、差動歯車であり、左右２
つのサイド歯車の軸が、各々、第１モーターの回転軸
(２)及び第２モーターの回転軸(４)に接続され、ピニオ
ン歯車よりなる公転する差動歯車の回転軸が、出力軸
(３)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４】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つのケースに納め、一
体化した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。
【請求項５】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、車輪
ホィール内に納めた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。
【請求項６】第１モーターを電源装置と結合し駆動モ
ーターとして作動させ、第２モーターを回生装置と結合
し、発電モーターとして作動させ、該回生装置は、第２
モーターの発電力を回生させ、又は消費させる装置であ
り、第１モーターと第２モーターは、互いに逆回転し
て、出力の駆動力を得ることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載のモーター装置。
【請求項７】第２モーターから得られる発電出力を、
逆流防止回路を介して、直接第１モーターの電気入力と
する請求項６に記載のモーター装置。
【請求項８】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、その差動装置は、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(２)と
第２モーターの回転軸(４)と駆動出力軸とは、各々、そ
の３つの回転軸に固定されており、即ち、第１モーター
の回転軸（２）と第２モーターの回転軸（（４）とは差
動装置を介して接続され、該差動装置の差動回転軸(３)
から駆動出力を得、更に、第１及び第２モーターには、
各々、電源装置或いは回生装置との結合を転換する駆動
回生制御装置を備え、所定パターンに従って、駆動回生
制御装置を操作して、第１及び第２モーターは、各々、
駆動モーター或いは発電モーターとして作動することを
特徴とするモーター装置。
【請求項９】第１モーター、第２モーターのどちらか
を駆動モーターとした低速モードから、第１モーター、
第２モーターの両方を駆動モーターとした高速モードへ
移行するようにモード切り替えを行なうことを特徴とす
る請求項１０に記載のモーター装置。
【請求項１０】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、その差動装置は、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(２)
と第２モーターの回転軸(４)と駆動出力軸とは、各々、
その３つの回転軸に固定されており、即ち、第１モータ
ーの回転軸（２）と第２モーターの回転軸（（４）とは
差動装置を介して接続され、該差動装置の差動回転軸
(３)から駆動出力を得、更に、第１及び第２モーターには、各々、電源装置或い
は回生装置との結合を転換する駆動回生制御装置を備
え、所定パターンに従って、駆動回生制御装置を操作し
て、第１及び第２モーターは、各々、駆動モーター或い
は発電モーターとして作動し、ブレーキ信号、アクセル
信号、車速レベル信号及びレンジ信号を入力情報にして
該駆動回生制御装置をスイッチングするパターン信号を
発生する自動走行制御装置を設け、その各パターン信号
を、インターバル回路を中継して、その駆動回生制御装
置に制御信号として入力させ、該インターバル回路は、
第２モーターの回転方向が変わるときに、猶予時間をと
る回路であることを特徴とする請求項８に記載のモータ
ー装置。