JPH08308178A

JPH08308178A - モーター装置

Info

Publication number: JPH08308178A
Application number: JP7143799A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Suzuki; 成人鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 1996-11-22

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。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。【構成】第１、第２、第３モーターの３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、第２、
第３モーターの回転軸に接続される。即ち、該３つのモ
ーター回転軸は差動装置を介して接続されることにな
る。該３つのモーターは各々駆動または発電モーターと
して作動させ、その該３つのモーター回転軸の１つを出
力として取り出すことを特徴とするモーター装置。

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１
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。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、反力によ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、第２、第３モータ
ーの３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、第２、第３モーターの回転軸に接続され
る。即ち、該各々モーター回転軸は差動装置により他の
モーター回転軸と接続されることになる。該３つのモー
ターは各々駆動または発電モーターとして作動させ、そ
の該３つのモーター回転軸の１つを出力として取り出す
ことを特徴とするモーター装置を提供する。また、第
１、第２、第３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、第２、第３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。モーター回転を減速さ
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３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。モーター回転をロック（固定）さ
せるブレーキ機構を差動装置またはモーターの回転軸に
設けることができる。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騒動出力軸の２つを有す
ることになり、駆動入力軸と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】本発明のモーター装置は、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。本発明モーター装置の３つのモーター
は各々差動装置の３つの回転軸に接続され各々モーター
どうし差動回転する。差動装置の回転軸の回転差がない
場合は、３つの回転軸は同じ回転速度となる。この差動
装置の回転軸の１つを出力軸とし外部に出力させる。こ
のように構成されたモーター装置である。また、出力軸
以外の差動装置の回転軸を入力軸として、出力軸との回
転差を利用して無断変速装置としての利用もできる。３
つのモーターのうち１つは出力軸と同じ回転軸となる。
ここでは第３モーターがそれに当たる。第３モーターだ
けの場合は、従来の単体のモーターと同じであるが、本
発明モーター装置は差動装置を介して第１、第２モータ
ーが差動回転して出力軸に駆動力を与えている。これが
本発明モーター装置の大きな特徴となる。第１、第２モ
ーターの回転のしかたにより大きく２つの状態がある。
ここではモードと呼ぶことにし、モード１とモード２と
する。モード１は出力を停止状態から低中速回転で使用
する時のモードである。モード１は、１つのモーターを
発電モーターとして作動させ出力とは逆相回転させる。
ここでは第２モーターがそれに当たる。これにより出力
回転が０または低速回転でも第１モーターが高速で回転
可能であり、第２モーターが発電している電力を昇圧し
直接第１モーターに回生することでトルクアップおよび
省電力化が可能となる。また、このモード１は外部負荷
（キックバックなどの外部反力など）に対して強く、例
えば高トルクで回転開始したとき外部からの大きな力で
むりやり逆回転させられても、駆動モーターは高速で順
回転しているため運転続行が可能である。モード２は出
力を高速回転させる時のモードで３つのモーターは同相
回転となる。このモードは従来のモーターと何ら変わり
ないが、モード１との組み合わせにおいて技術的意味を
持つ、即ち、モード１は高速回転に向かない、それは、
出力回転が上がるとモード１での発電がされなくなり、
トルクを大きくできない、また出力回転数も駆動モータ
ー回転の１／２（差動比１：１の場合）以上には上がら
なくなる。また、発電モーターが利用されず遊んでしま
う。従って、出力が高回転での使用は出力回転が駆動モ
ーターの回転まで上げることが可能で発電モーターを駆
動モーターとして利用できるモード２が有効となる。こ
のように回転速度によりモードを選択し、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。

【０００７】第３モーターは、モード１（低速モード）
からモード２（高速モード）に移行するとき、すなわ
ち、第２モーターの回転方向が変わり第１モーターと同
じ方向にするときの、モーター回転方向逆転を円滑に行
うための駆動用モーターとして、また、該モード移行時
トルクの谷間ができるのを埋めるための駆動用として、
また、モード１で発電モーターの電圧が下がったときの
回生先の駆動モーターとして、また、モード２（高速モ
ード）の駆動源として使用される。

【０００８】モード１とモード２のトルク及び回転数の
関係式を以下に示す。第１モーターのトルクと回転数を
Ｔ_１とＮ_１とし、第２モーターの消費トルクと回転数を
Ｔ_２とＮ_２とし、第３モーターのトルクと回転数をＴ_３
とＮ_３とし、駆動出力のトルクと回転数をＴ_ＯＵＴとＮ
_ＯＵＴとした場合の各モードのトルク、回転数の関係式
は次のようになる。（減速機構はない場合とし、摩擦な
どの損失は考えないものとする）モード１の場合は、以下のようになる。第１、第２、第
３モーター及び駆動出力のトルクの関係は、Ｔ_１＋Ｔ_２＋Ｔ_３＝Ｔ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・・（１）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_２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）また、第１、第２モーター及び駆動出力の回転数の関係
は、（Ｎ_１−ＸＮ_２）／（Ｘ＋１）＝Ｎ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・（３）また、第３モーターは駆動出力と同じ回転数となる。Ｎ_３＝Ｎ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）第１モーターによる機械出力は、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_２・Ｎ_２
であり、第３モーターによる機械出力は、回転数（ｒｐ
ｍ）×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、（ｒｐｍ）×トルクとなり、
Ｔ_ＯＵＴ・Ｎ_ＯＵＴとすると、Ｔ_１・Ｎ_１＋Ｔ_３・Ｎ_３ − Ｔ_２・Ｎ_２＝Ｔ_ＯＵＴ・Ｎ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）となる。モード２の場合は、以下のようになる。第１、
第２、第３モーター及び駆動出力のトルクの関係は、Ｔ_１＋Ｔ_２＋Ｔ_３＝Ｔ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・（１）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_２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）また、第１、第２モーター及び駆動出力の回転数の関係
は、（Ｎ_１＋ＸＮ_２）／（Ｘ＋１）＝Ｎ_ＯＵＴ・・・・・・・・・（６）また、第３モーターは駆動出力と同じ回転数となる。Ｎ_３＝Ｎ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）第１モーターによる機械出力は、回転数（ｒｐｍ）×ト
ルクとなり、Ｔ_１・Ｎ_１であり、第２モーターも機械出
力となり、回転数（ｒｐｍ）×トルクで、Ｔ_２・Ｎ_２で
あり、第３モーターによる機械出力は、回転数（ｒｐ
ｍ）×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、（ｒｐｍ）×トルクとなり、
Ｔ_ＯＵＴ・Ｎ_ＯＵＴとすると、Ｔ_１・Ｎ_１＋Ｔ_３・Ｎ_３＋Ｔ_２・Ｎ_２＝Ｔ_ＯＵＴ・Ｎ_ＯＵＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）となる。

【０００９】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モーたーを駆動モーター、第２モ
ーターを発電モーターとして説明する、また第３モータ
ーは、駆動出力回転と同じため説明では扱わない）。数
値及びグラフはあくまで説明のためであり、数値及びグ
ラフ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。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３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４に示
す。更に、図５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５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。

【００１０】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、前式より第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（Ｐ１）を２倍した２０ｋ
ｇ・ｍ（Ｐ３）が発生する。（式、（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、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１０００ｒｐｍ（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、前式より、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（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３のＴ−Ｎ曲線）と発電モー
ター（図４のＴ−Ｎ曲線）と駆動出力（出力軸）がバラ
ンスして、図５のようなＴ−Ｎ曲線の出力が得られる。
また、モード２については、すべてのモーターが同一方
向に回転するため、１つのモーターと等価であり上記説
明は割愛する。

【００１５】本発明モーター装置の各モーターを減速機
構を使用して減速させての使用もなんら差し支えない。
また、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。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。本発明モーター装置の各
モーターにブレーキ装置（制動装置）を配設してモータ
ー回転をロックできるようにすることもできる。

【００１６】実際の動作の一例を図６を用いて説明す
る。あくまでも本発明モーター装置の一例であり、機能
を制限するものではない。図６に示される様に、第１、
第２、第３モーターには、各々、駆動回生回路１、２、
３を経由して、電源装置と接続されている。そして、駆
動回生回路１、２、３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、第２、第３モーター及び駆
動回生回路１、２、３と２つのモードの関係は次の表に
示される。

【表２】次に２つのモード及びモード遷移について動作の説明を
行う。モード１（低速）Ａ（順方向）は、出力回転が発
進（０回転時）から低速時のモードである。表２からも
分かるようにモード１Ａの制御は、駆動回生回路１のＳ
Ｗ１から順回転駆動信号を与え該駆動回生回路１を順回
転駆動回路として作動させ第１モーターを順回転する駆
動モーターとして機能させる。また、駆動回生回路２の
ＳＷ２から回生信号を与え該駆動回生回路２を回生回路
として作動させ第２モーターを発電モーターとして機能
させる。該回生された発電力は駆動回生回路１を通して
第１モーターの供給電力となる。また、駆動回生回路３
のＳＷ３からＯＦＦ信号を与え該駆動回生回路３をＯＦ
Ｆ状態として第３モーターをフリー状態（空転）とす
る。このようにＳＷ信号を制御して各モーターを駆動ま
たは発電とすることでモード１（低速）Ａとなる。出力
回転が逆方向の場合は、駆動回生回路１と２の制御を逆
にし駆動の回転方向も逆にする。すなわち、第１モータ
ーを発電、第２モーターを逆回転の駆動にすることで出
力の回転方向が逆転する。モード１（中速）Ｂ（順方
向）は、出力回転が低速時から中速時のモードである。
表２からも分かるようにモード１Ｂの制御は、駆動回生
回路１のＳＷ１から順回転駆動信号を与え該駆動回生回
路１を順回転駆動回路として作動させ第１モーターを順
回転する駆動モーターとして機能させる。また、駆動回
生回路２のＳＷ２から回生信号を与え該駆動回生回路２
を回生回路として作動させ第２モーターを発電モーター
として機能させる。該回生された発電力は駆動回生回路
３を通して第３モーターの供給電力となる。また、駆動
回生回路３のＳＷ３から順回転駆動信号を与え該駆動回
生回路３を順回転駆動回路として作動させ第３モーター
を順回転する駆動モーターとして機能させる。このよ
うにＳＷ信号を制御して各モーターを駆動または発電と
することでモード１（低速）Ｂとなる。出力回転が逆方
向の場合は、駆動回生回路１と２の制御を逆にし駆動の
回転方向も逆にする。すなわち、第１モーターを発電、
第２、第３モーターを逆回転の駆動にすることで出力の
回転方向が逆転する。モード１のＡとＢの相違は、第３
モーターを駆動用に使用するかしないかの違いであり、
モード１で出力回転が上がると第２（発電）モーターの
回転が下がる回生回路で昇圧しても直接第１（駆動）モ
ーターに回生できなくなる。この下がった回生電圧を有
効に回生させるために第３モーターがある。第３モータ
ーの回転は出力回転と同じであるため第１モーターより
もはるかに低い回転となる。よって低い回生電圧でも第
３モーターであれば供給できる。モード１は出力回転速
度と発電モーターの回転速度が反比例する。即ち、停止
状態から低い回転速度までは回生回路で昇圧などにより
第１（駆動）モーターに十分回生できるが、さらに回転
速度が上がると、回生電圧が下がり、第１モーターに回
生できなくなる。そこで第１モーターでなく第３モータ
ーに直接回生させるのがモード１のＢである。モード遷
移（順方向）はモード１からモード２へ遷移する移行時
だけの、即ち、モード過移が完了するまでの一時的なモ
ードである。表２からも分かるようにモード遷移の制御
は、駆動回生回路１のＳＷ１から回生信号を与え該駆動
回生回路１を回生回路として作動させ第１モーターを発
電モーターとして一時的に機能させる。該回生された発
電力は駆動回生回路３を通して第３モーターの供給電力
となる。また、駆動回生回路３のＳＷ３から順回転駆動
信号を与え該駆動回生回路３を順回転駆動回路として作
動させ第３モーターを順回転する駆動モーターとして機
能させる。また、駆動回生回路２のＳＷ２からＯＦＦ信
号を与え該駆動回生回路２をＯＦＦ状態として第２モー
ターをフリー状態（空転）とする。このようにＳＷ信号
を制御して一時的に第１モーターを駆動から発電とする
ことで第１モーターの回転速度がさがり駆動されている
第３モーターと回転速度が同じか近くなった時点でモー
ド遷移は完了する。即ち、差動装置によりフリーとなっ
ている第２モーターの回転方向が逆転し３つのモーター
の方向と速度がほぼ同じになるためである。（第１、第
３モーターの回転差を縮めることは、第２モーターの回
転差も同様に縮まるため）。このモード遷移によりモー
ド１からモード２へのスムーズな移行ができる。モード
遷移を行わずモード１からモード２へ直接移行させる
と、第２モーターの回転方向が変わる時（モード１は逆
回転、モード２は順回転となる）の立ち上がりに無駄な
電力やモーター負荷が大きくなる。これを防ぎすばやい
移行を行わせるための動作である。出力回転が逆方向の
場合のモード遷移は、駆動回生回路１と２の制御を逆に
し駆動の回転方向も逆にする。即ち、第１モーターをフ
リーとし、第２モーターを逆回転の発電モーターとし、
第３モーターを逆回転の駆動モーターとする。モード２
（高速）（順方向）は、出力回転が高速時のモードであ
る。表２からも分かるようにモード２の制御は、駆動回
生回路１、及び２、３のＳＷ１、及び２、３から順回転
駆動信号を与え該駆動回生回路１、及び２、３を順回転
駆動回路として作動させ第１、第２、第３モーターを順
回転する駆動モーターとして機能させる。このようにＳ
Ｗ信号を制御して各モーターを全て駆動にすることでモ
ード２（高速）となる。出力回転が逆方向の場合は、
駆動の回転方向を逆にする。すなわち、第１、第２、第
３モーターを逆回転の駆動にすることで出力の回転方向
が逆転する。但し、モード２の順回転から逆回転にす
るにはモード１Ｂ順回転、１Ａ順回転、１Ａ逆回転、１
Ｂ逆回転、に順番に移行してから行う。（表３参照）このようにＳＷ信号を制御して各モーターを駆動または
発電とすることで各モードを作り出すことができる。ま
た、表３に出力の回転速度と各モードの関係を示す。各
モード間の切り替えは出力回転速度を検出しながら自動
で切り替える制御装置を設けても良いし、速度をみなが
ら手動で切り替えても良い。本発明モーター装置の出力
の回転速度と各モードの関係は以下の表３の通り。

【表３】図７は、図６の本発明モーター装置の第１、第２モータ
ーにブレーキ装置（制動装置）を配設してモーター回転
をロックできるようにした図である。図７の制動装置
（ブレーキ装置）を設けることで、モード１の場合で出
力回転が上がって発電モーターの回転数が減少しほとん
ど回転しない状態の時、この時発電モーターではほとん
ど電力は回生されない状態で負荷があまり発生せず、前
式より出力のトルクが大きくとれない。これを該制動装
置８、９により発電側モーター回転をロック（固定）す
ることにより、駆動側モーターの駆動力をロスすること
なく出力回転軸に伝達することが可能となる。２つのモ
ーターのどちらが発電モーターになっても対応できるよ
うに２つのモーター各々に制動装置が設けられ、第１モ
ーターが発電モーターとして制御されているときは、第
１モーター側の制動装置をロックし、第２モーターが発
電モーターとして制御されているときは、第２モーター
側の制動装置をロックするようにできる。また、制動装
置を差動装置とモーターの間でもモーターの外側でも機
能が等価であればどこに配設しても良い。図８、図９
は、図６、図７の本発明モーター装置の第１、第２モー
ターに減速装置を配設した図である。図１０、図１１に
示すように機能が等価であれば、減速装置、制動装置を
どのように配設しても良い。

【００１７】

【実施例１】図１２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
３は、プラネタリーギア（図１２）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３２とピニオンギア３３該ピニオンギアを支持する
プラネタリーアーム３１、インターナルギア３４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２３が接合され、減速ギア３０と噛み合わされ
る。該減速ギア３０はサンギア３２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３２の回転
となる。第２モーター２１のローターシャフトに減速ギ
ア２４が接合され、減速ギア２９と噛み合わされる。該
減速ギア２９はインターナルギア３４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
３４の回転となる。該サンギア３２と該インターナルギ
ア３４の間に内接されるピニオンギア３３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
３の公転が、これを支持するプラネタリーアーム３１の
回転となり、該プラネタリーアーム３１と接合されてい
る駆動出力軸２７の出力回転となる。第３モーター２２
のローターシャフトに減速ギア２５が接合され、減速ギ
ア２８と噛み合わされる。該減速ギア２８は駆動出力軸
２７と結合されている。即ち駆動出力軸２７には、減速
ギア２８と２５を介して第３モーター２２と接続される
ことになり、第３モーターの回転は、駆動出力回転とな
る。また、第１モーター側に駆動入力軸２６を設けるこ
とにより、該駆動入力軸と駆動出力軸２７との回転差を
利用して変速装置とすることも可能となる。図１４は、
図１３の第１、第２モーター２０、２１に各々ブレーキ
ディスク３５、３６、ブレーキ装置３７、３８を設けた
場合の図である。該ブレーキ装置により第１、第２モー
ター回転のロック（固定）を行う。

【実施例２】図１２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１２）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５４とピニオンギア５２該ピニオンギアを支持するプ
ラネタリーアーム５１、インターナルギア５３などから
構成される。第１モーターは主にケース５５に固定され
るモーターコイル４９と回転するモーターのローターシ
ャフト４３と該ローターシャフトに設けられるモーター
磁石５０などからなる。第２モーターは主にケース５５
に固定されるモーターコイル４７と回転するモーターの
ローターシャフト４４と該ローターシャフトに設けられ
るモーター磁石４８などからなる。第３モーターは主に
ケース５５に固定されるモーターコイル４５と回転する
モーターのローターシャフト４２と該ローターシャフト
に設けられるモーター磁石４６などからなる。第１モー
ターのローターシャフト４３は差動装置のサンギア５４
と直接接合され、第２モーターのローターシャフト４４
は差動装置のインターナルギア５３に直接接合される。
該サンギア５４と該インターナルギア５３の間に内接さ
れるピニオンギア５２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５２の公転がこれを
支持するプラネタリーアーム５１の回転となり、該プラ
ネタリーアーム５１と接合されている駆動出力軸４０の
出力回転となる。また、駆動出力軸４０と、第３モータ
ーのローターシャフト４２は直結されている。即ち第３
モーターの回転は駆動出力回転となる。また、第１モー
ター側に駆動入力軸４１を設けることにより、該駆動入
力軸と駆動出力軸４０との回転差を利用して変速装置と
することも可能となる。図１６は、図１５の第１、第２
モーターに各々ブレーキディスク５６、５７、ブレーキ
装置５８、５９を設けた場合の図である。該ブレーキ装
置により第１、第２モーター回転のロック（固定）を行
う。

【実施例３】図１２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
７は、プラネタリーギア（図１２）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７９とピニオンギア８０該ピニオンギ
アを支持するプラネタリーアーム９３、インターナルギ
ア８１などから構成される。第１モーターは主にケース
９２に固定されるモーターコイル９０と回転するモータ
ーのローターシャフト７３と該ローターシャフトに設け
られるモーター磁石９１などからなる。第２モーターは
主にケース９２に固定されるモーターコイル８８と回転
するモーターのローターシャフト７２と該ローターシャ
フトに設けられるモーター磁石８９などからなる。第３
モーターは主にケース９２に固定されるモーターコイル
８６と回転するモーターのローターシャフト７１と該ロ
ーターシャフトに設けられるモーター磁石８７などから
なる。第１モーターの減速装置は主にサンギア８３とピ
ニオンギア８４該ピニオンギアを支持するプラネタリー
アーム８２、インターナルギア８５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７５とピニ
オンギア７６該ピニオンギアを支持するプラネタリーア
ーム７８、インターナルギア７７などから構成される。
第１モーターのローターシャフト７３に減速装置のサン
ギア８３が接合され、該サンギア８３とケース９２に固
定されたインターナルギア８５の間に内接されるピニオ
ンギア８４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８４の公転がプラネタリーアーム８２の
回転となる。該プラネタリーアーム８２は差動装置のサ
ンギア７９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７９の回転となる。第２モーターの
ローターシャフト７２に減速装置のサンギア７５が接合
され、該サンギア７５とケース９２に固定されたインタ
ーナルギア７７の間に内接されるピニオンギア７６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
７６の公転がプラネタリーアーム７８の回転となる。該
プラネタリーアーム７８は差動装置のインターナルギア
８１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８１の回転となる。該サンギア７
９と該インターナルギア８１の間に内接されるピニオン
ギア７１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８０の公転が、これを支持するプラ
ネタリーアーム９３の回転となり、該プラネタリーアー
ム９３と接合されている駆動出力軸７０の出力回転とな
る。また、駆動出力軸７０と、第３モーターのローター
シャフト７１は直結されている。即ち第３モーターの回
転は駆動出力回転となる。また、第１モーター側に駆動
入力軸７４を設けることにより、該駆動入力軸と駆動出
力軸７０との回転差を利用して変速装置とすることも可
能となる。図１８は、図１７の第１、第２モーターに各
々ブレーキディスク９４、９５、ブレーキ装置９６、９
７を設けた場合の図である。該ブレーキ装置により第
１、第２モーター回転のロック（固定）を行う。

【００１８】

【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、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】モーターのＴ−Ｎ曲線を表すグラフである。

【図２】モーターのＴ−Ｉ曲線を表すグラフである。

【図３】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４】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５】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６】本発明モーター装置の駆動回生回路を含めた概
略図の一例を示した図である。

【図７】ブレーキ装置（制動装置）を備えた本発明モー
ター装置の駆動回生回路を含めた概略図の一例を示した
図である。

【図８】減速装置を備えた本発明モーター装置の駆動回
生回路を含めた概略図の一例を示した図である。

【図９】ブレーキ装置（制動装置）と減速装置を備えた
本発明モーター装置の駆動回生回路を含めた概略図の一
例を示した図である。

【図１０】減速装置と制動装置を配設する位置の図９以
外のバリエーションの１例を示した部分概略図である。

【図１１】減速装置と制動装置を配設する位置の図９以
外のバリエーションの１例を示した部分概略図である。

【図１２】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１３】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１４】減速機構を有する本発明モーター装置の第
１、第２モーター各々に制動装置を設けた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、制動装置を同軸に配設した１例を示す断面図であ
る。

【図１６】本発明モーター装置のモーターおよび差動装
置、制動装置を同軸に配設し、第１、第２モーター各々
に制動装置を設けた１例を示す断面図である。

【図１７】本発明モーター装置に遊星歯車による減速機
構を有し、モーターおよび差動装置、減速機構を同軸に
配設した１例を示す断面図である。

【図１８】本発明モーター装置に遊星歯車による減速機
構を有し、モーターおよび差動装置、減速機構を同軸に
配設し、第１、第２モーターに制動装置を設けた１例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１、２０第１モーター４、４３、７３第１モーター
回転軸３差動装置６、２７、４０、７０駆動出力軸
（第３モーター回転軸）１５、２６、４１、７４駆動入力軸２、２１第２モーター５、４４、７２第２モーター
回転軸７、２２第３モーター６′、４２、７１第３モーター
回転軸４′ 第１モーター
減速回転出力５′ 第２モーター
減速回転出力８、９、３７、３８、５８、５９、９６、９７制動装
置（ブレーキ装置）３５、３６、５６、５７、９４、９５ブレーキディ
スク１０、１６減速装置１６第１又は第２
モーター１４、３１、５１、９３プラネタリー
キャリア（アーム）１３、３３、５２、８０ピニオンギア１１、３４、５３、８１インターナル
ギア１２、３２、５４、７９サンギア４９、９０コイル（第１
モーター）５０、９１磁石（第１モ
ーター）４７、８８コイル（第２
モーター）４８、８９磁石（第２モ
ーター）４５、８６コイル（第３
モーター）４６、８７磁石（第３モ
ーター）５５、９２ケース２３、２４、２５減速ギア（モ
ーターシャフト側）２８、２９、３０減速ギア（差
動装置側）７８、８２減速用プラネ
タリーキャリア７６、８４減速用ピニオ
ンギア７７、８５減速用インタ
ーナルギア７５、８３減速用サンギ
ア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１、第２、第３モーターの３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、第
２、第３モーターの回転軸に接続される。即ち、該３つ
のモーター回転軸は差動装置を介して接続されることに
なる。該３つのモーターは各々駆動または発電モーター
として作動させ、その該３つのモーター回転軸の１つを
出力として取り出すことを特徴とするモーター装置。
【請求項２】第１、第２、第３モーターの３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、第
２、第３モーターの回転軸に接続される。即ち、該３つ
のモーター回転軸は差動装置を介して接続されることに
なる。該３つのモーターは各々駆動または発電モーター
として作動させるための駆動回生回路を有し、該駆動回
生回路により該３つのモーターは制御され駆動または発
電モーターとなる。その該３つのモーター回転軸の１つ
を出力として取り出す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、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
軸が第３モーターの回転軸と接続され、該第３モーター
の回転軸が駆動出力となることを特徴とする請求項１或
いは２に記載のモーター装置。
【請求項４】第１、第２モーター回転軸のうちの１つに
駆動入力軸を設け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或いは２
に記載のモーター装置。
【請求項５】該３つのモーターの回転を減速させる減速
装置を、該３つのモーターのいずれか１つまたは２つ、
または３つの回転軸と該差動装置の間に設けることを特
徴とする請求項１〜４に記載のモーター装置。
【請求項６】該３つのモーターの回転をロック（回転固
定）させるブレーキ装置を、該３つのモーターのいずれ
か１つまたは２つ、または３つの回転軸に設けることを
特徴とする請求項１〜５に記載のモーター装置。