(57)【要約】【課題】比較的小型のモータを用いて大きな出力を得ることができると共に、負荷の小さな使用条件では電力消費量を低減することのできるモータ装置を提供する。【解決手段】回転軸に固定されたロータを有するメインモータと、前記回転軸に対し相対回転自在に支持されたロータを有する補助モータと、これら両モータのロータの回転力を連結・分離することのできるクラッチ装置とを備え、両モータが接続状態となったときは両モータが一体回転し、両モータが分離状態となったときは、回転軸にメインモータの回転力だけが伝達されるように構成した。【選択図】図１
2012125126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されたロータを有するメインモータと、前記回転軸に対し相対回転自在に支持されたロータを有する補助モータと、これら両モータのロータの回転を連結・分離することのできるクラッチ装置とを備え、両モータが接続状態となったときは両モータが一体回転し、両モータが分離状態となったときはメインモータの回転力だけが回転軸に伝達されるように構成したことを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記クラッチ装置は、補助モータのロータとメインモータのロータとを電磁力により連結する電磁クラッチである請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記クラッチ装置は、回転軸に加わる負荷が所定値以上に大きくなったときに自動的に接続状態となるように構成されている請求項１または２に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行車両や産業機械等の動力源として使用するに適したモータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走行車両や産業機械等の動力装置として広く採用されている電動モータは、ロータに固定された回転軸の回転が直接または減速機を介して出力され、種々の機器を駆動するようになっている。また、近年は、電動モータを内燃機関と結合したハイブリット形の自動車も普及している。
【０００３】
一般に電動モータは、大きなトルクを得ようとすれば形状が大きくなり、また大きなトルク用の大型モータを小さなトルクで使用する場合はエネルギーロスが多く不経済であるという問題があった。
【０００４】
一方、二つのモータを動力源とする装置として、特許文献１に開示されているように、ステッピングモータと補助モータを連結した駆動モータが提案されている。この駆動モータは、ステッピングモータと補助モータの各トルクが所定の関係となったときに双方のモータを駆動させるようになっている。
【０００５】
また、特許文献２には、電動車両に走行用モータのほかに補助モータを設け、該補助モータによってぜんまいばねの弾性力をエネルギー備蓄機構として利用する電動車両が提案されている。さらに、特許文献３には、高速回転用クラッチモータと、低速回転用補助モータを併設した電動ミシンも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１４６６９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１００２００号公報
【特許文献３】特開平７−３０８４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献に記載のものを含め、従来の装置は、主たるモータと補助のモータを利用して、比較的小型ながら、必要に応じて大きなトルクを得ることのできるエネルギー効率のよいモータ装置についてはまったく記載されておらず、このような装置を示唆する記載を含む文献も見当たらない。そこで本発明は、電動モータを動力源とする動力装置において、比較的小型のモータを使用することが可能で、しかも必要に応じて大きなトルクを得ることができ、電力等の消費量が少なくてすむモータ装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の本発明に係るモータ装置は、回転軸に固定されたロータを有するメインモータと、前記回転軸に対し相対回転自在に支持されたロータを有する補助モータと、これら両モータのロータの回転を連結・分離することのできるクラッチ装置とを備え、両モータが接続状態となったときは両モータが一体回転し、両モータが分離状態となったときは、回転軸にメインモータの回転力だけが伝達されるように構成したことを特徴としている。
【０００９】
前記クラッチ装置は、請求項２に記載のように、補助モータのロータとメインモータのロータとを電磁力により連結する電磁クラッチであるのが好ましい。さらに、請求項３に記載のように、前記クラッチ装置は、回転軸に加わる負荷が所定値以上に大きくなったときに自動的に接続状態となるように構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータ装置は、メインモータと補助モータを備え、メインモータのロータは出力軸となる回転軸に固定され、補助モータのロータは前記回転軸に対し相対回転自在であるから、補助モータのロータを切り離しておくことにより、メインモータの回転だけで回転力を出力することができるとともに、クラッチ装置を作動させて補助モータの回転力をメインモータの回転力に連結することにより、メインモータの回転力に補助モータの回転力を付加して、回転軸から出力することができ、負荷が小さい条件ではメインモータの出力だけを利用し、負荷が大きい条件では補助モータの出力を付加して全体的な出力を増大することができる。このため、メインモータの大きさは補助モータの出力分だけ小型化することができ、コンパクトな装置とすることができる。また、負荷が小さい条件では補助モータを空回りもしくは停止させておくことにより、電力の消費量を低減できる。
【００１１】
さらに、上記クラッチ装置としては、機械的クラッチ、電気的クラッチ等公知の種々のクラッチを使用することができるが、請求項２に記載のように、上記クラッチ装置として、補助モータを支持する回転ドラムと、メインモータ側に固定され前記回転ドラムの内周部に近接して回転する電磁石とで構成される電磁クラッチを使用すれば、制御が容易で、摩擦による発熱や騒音の発生が少ないので好ましい。さらに、請求項３に記載のように、前記クラッチ装置を、回転軸に加わる負荷が所定値以上に大きくなったときに自動的に接続状態となるように構成しておけば、実用上円滑な制御をおこなうことができるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明のモータ装置の１例を表す断面図である。
【図２】図２は、メインモータの要部を表す正面図である。
【図３】図３は、クラッチ装置の要部を表す正面図である。
【図４】図４は、補助モータの要部を表す正面図である。
【図５】図５は、クラッチ装置の切替方法を表すブロック図である。
【図６】図６は、クラッチの別の切替方法を表すブロック図である。
【図７】図７は、走行車両に利用する場合のブロック図である。
【図８】図８は、走行車両の走行制御のフローチャートである。
【図９】図９は、上記と異なる実施形態を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１は、本発明のモータ装置の１実施形態を表すもので、このモータ装置１は、ケーシング２の中心部に回転軸３が設けられ、ベアリングによって回転自在に支持されている。この回転軸３に沿ってメインモータ（第１のモータ）４と補助モータ（第２のモータ）５が並べて設けられている。上記ケーシング２は第１のケース２ａ、第２のケース２ｂおよび第３のケース２ｃで構成されている。
【００１４】
メインモータ４のロータ８は、図２に示すように、複数個（図示例では３個）の電磁石を備え、前記回転軸３に圧着等の手段で固定されており、その外周部には複数個（図示例では２個）に分割されたステータ９が第２のケース２ｂの内側に固定されている。図２中の８ａは鉄芯、８ｂは巻き線である。上記メインモータ４のロータ８の右端面部には回転軸３と一体に回転する円板１０が設けられ、これにクラッチ用電磁石１１が固着されている。
【００１５】
第３のケース２ｃには、補助モータ支持ケース１２がボルトで固着されており、その筒部１２ａに回転ドラム１３の筒部１３ａが軸受けメタル１４を介して回転自在に外嵌されている。回転ドラム１３の前端部はカップ状の拡径部１３ｂとなっている。前記クラッチ用電磁石１１は、図３にも示すように、この拡径部１３ｂの内周部に僅かの隙間をおいた状態で隣接している。図３中の１１ａは鉄芯、１１ｂは巻き線である。これら拡径部１３ｂとクラッチ用電磁石１１は補助モータの回転力をメインモータに連結・分離する電磁クラッチ装置（以下「クラッチ」と略称することもある）Ｋを構成している。電磁石１１に通電すれば、その吸引力により、磁性材（例えば鉄）製の補助モータ５を保持する回転ドラムが該補助モータ５とともに連れ回りする。
【００１６】
前記回転ドラム１３の筒部１３ａの外周側には図４に示すように、補助モータ５のロータ１５が固着されている。補助モータのロータ１５は複数個（図示例では３個）の電磁石を備え、その外周部には複数個（図示例では２個）に分割されたステータ１６が前記補助モータ支持ケース１２の内面側に固定された状態で配置されている。図４中の１５ａは鉄芯、１５ｂは巻き線である。
【００１７】
なお、図１中の２０は回転ドラムストッパー、２１はリング状の接続端子、２２は通電用金具、２３は前記接続端子２１に摺接するブラシである。また、２４，２５はそれぞれ前記クラッチ用ソレノイド１１に接続された端子、２６は、２７はこれら端子に接触して通電する通電用金具である。さらに、３０は補助モータ用の端子、３１はその通電用金具である。
【００１８】
このモータ装置１は、第１のモータであるメインモータ４と第２のモータである補助モータ５に通電して使用する。負荷の小さい使用条件では、クラッチＫは接続状態とせず、メインモータ４と補助モータ５をそれぞれ独立して回転させる。この場合、メインモータ４の回転力は回転軸３に伝達され該回転軸に取り付けられた装置を回転駆動する。このとき、補助モータ５は空回り状態となっている。
【００１９】
メインモータ４の負荷が所定の大きさに増加したときは、クラッチＫを接続状態に切り替えて補助モータとメインモータを連結状態とする。この切替は、クラッチ用電磁石１１に通電することにより行われる。これにより、補助モータ５の回転力がメインモータ４の回転力に付加されるので、回転軸３に大きな回転力が付与され、負荷に必要な回転力が得られることになる。なお、回転力増強効果を高めるため、連結前の補助モータ５は、メインモータ４よりも回転速度が大きく、例えば数倍の回転速度で高速回転させておく。負荷が小さくなれば、再度クラッチＫを切り操作して補助モータ５を停止（通電切断）もしくは空回り状態とすればよい。
【００２０】
上記クラッチＫの切替は手動でおこなってもよいが、負荷を検出するセンサを設けておき、このセンサの検出結果に応じて自動的に切り替えるようにしておけば便利である。
【００２１】
図５はこの方法の実施形態を例示するもので、この例ではセンサＳとして、フォトセンサが採用され、回転軸３に取り付けたマークＭの回転速度を検出するようになっている。負荷が増大すると回転軸３の回転速度が低下するので、これをセンサＳで検出し、回転速度が所定値以下となると、前記クラッチＫを入り状態に自動的に切り替えて、補助モータ５をメインモータ４に連結する。負荷が低減した場合は、補助モータへの通電を停止するか、クラッチＫを切り状態に切り替えて、補助モータ５を空回り状態とすればよい。
【００２２】
また、図６は上記と異なる例を表すもので、この例では、被駆動装置の負荷を大小切替可能とした装置に利用するに適したもので、負荷切替手段Ｃ（例えば切替スイッチ）で高負荷・低負荷に切替使用するように構成している。例えば、一つのモータ装置で２組の装置を同時に、又はいずれか一方を選択して駆動する場合等に高負荷・低負荷の切替が必要となる。この例では、この負荷切替手段ＣとクラッチＫとを接続して、負荷切替手段Ｃの切替に対応させてクラッチＫを自動的に切り替えるようにしている。すなわち、負荷切替手段Ｃを操作して高負荷とするときはクラッチＫを接続状態とし、低負荷とするときはクラッチＫを断絶状態とするようになっている。
【００２３】
つぎに、図７は本発明のモータ装置を走行車両に利用する例を表すもので、この例では、クラッチＫと負荷の大きさを検出するセンサ（この例では速度センサ）ＳがＣＰＵに接続され、負荷の大きさに応じてクラッチＫがＣＰＵによって自動的に切替制御されるようになっている。この走行車両の制御は、図８に例示するとおりである。まず、走行車両の始動時には、オペレータがメインモータ４を起動し、スイッチ操作で出力を増大（通電量増大）させて行く。補助モータ５は、停止させておいてもよく、空回りさせておいてもよい。
【００２４】
車両が所定の走行速度に達したら、その速度で安定走行を行う。この安定走行時に、例えば上り坂に達した場合等には負荷が増大するが、その負荷の増大量が所定の値に達したら、ＣＰＵの指令によりクラッチＫが接続され、補助モータ５がメインモータ４に自動的に連結される。負荷増大前に補助モータ５が回転しない通電停止状態にあった場合は、補助モータ５に通電しメインモータ４よりも高速回転させるとともに、クラッチＫが接続される。
【００２５】
この操作により、所定の速度で走行が維持されるが、例えば下り坂に達した場合等、負荷が所定値に減少（走行速度が上昇）した場合は、上記と逆にクラッチＫが切断されメインモータ４の出力のみで走行が行われるようになる。このようにして、メインモータ４と補助モータ５との連結・分離が自動的に行われ、安定した円滑な走行が維持されるのである。
【００２６】
なお、上記クラッチＫでは、非接触式クラッチとなっているが、接触式としてもよい。また、クラッチＫとしては、摩擦力を利用するクラッチや、ばねと鋼球を利用して嵌脱するクラッチ等、機械的クラッチを採用することも可能である。しかしながら、騒音や摩擦熱の発生を防ぐためには、電磁クラッチを使用するのが好ましい。電磁クラッチは、機械的クラッチに比べて制御も比較的容易である。さらに、負荷を検出するセンサとしては、回転数を検出するセンサ以外の他の適当なセンサを採用してもよい。
【００２７】
このモータ装置１は、各種機械装置の動力源として使用するに適したもので、付加が小さい状態では、メインモータ４だけの出力で回転駆動し、補助モータ５は空回りもしくは停止させておくだけであるから、常時大出力のモータを使用する場合に比べて電力消費量がすくなく経済的である。
【００２８】
一方、使用条件により付加が増大したときは、空回り状態の補助モータ５をメインモータに連結し、両モータの出力で機械装置を駆動することにより、付加の大きさに対応した回転力を得ることができる。このため、メインモータとして、不必要に大型のモータを使用しなくてもよく、コンパクト化に対応しやすい。
【００２９】
なお、補助モータ５を逆回転可能としておき、必要により逆回転させつつクラッチＫを接続状態としてメインモータ４に連結することにより、メインモータ４を減速ないし停止させるブレーキとして利用することも可能である。
【００３０】
次に、図９は上記と若干異なる実施形態を表すもので、このモータ装置５０は、メインモータ（第1のモータ）５４と補助モータ（第2のモータ）５５と、両者を連結するクラッチＫを備えている。この実施形態では、モータはブラシレスモータであり、外側が回転するアウターロータタイプのモータである。メインモータ５４及び補助モータ５５は、ステータ側の電磁石５８と、ロータ側の永久磁石59を備え、ステータ側の電磁石５８には、リード線６０を通して通電される。
【００３１】
上記リード線に通電される電力は、図示を省略した回路から供給され、これによって永久磁石側が回転する。電磁石５８が固定されているステータは他のフレームに固定して回転しないが、永久磁石５９が固着されている外側のケーシングはクラッチＫのケーシング６４とボルトＢで固定されていて、さらにボルトＦで回転軸３に固定されているので、ケーシングが回転すれば回転軸３も回転する。
【００３２】
一方、クラッチＫは、電磁石６１とスチールプレート６２を備え、電磁石６１を取り付けたフレーム６７は補助モータ５５のケーシングとボルトＢで固定され、スチールプレート６２を取り付けたケーシング６４は、上記のとおり、メインモータ５４のケーシングとボルトＢで固定されている。電磁石６１には、接点ユニット６６を介して通電される。なお、クラッチの電磁石６１とスチールプレート６２との間には僅かな隙間しかないため、電磁石６１に通電されると、両者が一体的に付きまわりする。これによって補助モータ５５の回転力がメインモータ５４の回転力に付加されるのである。
【００３３】
なお、上記スチールプレート６２は電磁石６１に吸引される磁性体であればよい。また、モータの種類としては、上記のとおり種々のモータ、例えばブラシ付きのモータ、ブラシレスモータ、インナーロータタイプのモータ、アウターロータタイプのモータ、三相モータ等を採用できる。また、クラッチＫとしては、機械的クラッチ、電磁クラッチ等、動力を入り切りできる適当なクラッチを使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この電動モータ装置は、走行車両や各種産業機械の動力源として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１      電動モータ装置
２      ケーシング
３      回転軸
４      メインモータ
５      補助モータ
８      ロータ
９      ステータ
１０    円板
１１    電磁石
１２    回転ドラム支持ケース
１３    回転ドラム
Ｋ    クラッチ
【図１】
2012125126.tif 000003
【図２】
2012125126.tif 000004
【図３】
2012125126.tif 000005
【図４】
2012125126.tif 000006
【図５】
2012125126.tif 000007
【図６】
2012125126.tif 000008
【図７】
2012125126.tif 000009
【図８】
2012125126.tif 000010
【図９】
2012125126.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月1日(2012.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されたロータを有するメインモータと、前記回転軸に対し相対回転自在に支持されたロータを有する補助モータと、これら両モータのロータの回転を連結・分離することのできるクラッチ装置を備え、両モータが接続状態となったときは両モータが一体回転し、両モータが分離状態となったときはメインモータの回転力だけが回転軸に伝達されるとともに、補助モータは常時回転していることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記クラッチ装置は、補助モータのロータとメインモータのロータとを電磁力により連結する電磁クラッチである請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記クラッチ装置は、回転軸に加わる負荷が所定値以上に大きくなったときに自動的に接続状態となるように構成されている請求項１又は２に記載のモータ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の本発明に係るモータ装置は、回転軸に固定されたロータを有するメインモータと、前記回転軸に対し相対回転自在に支持されたロータを有する補助モータと、これら両モータのロータの回転を連結・分離することのできるクラッチ装置を備え、両モータが接続状態となったときは両モータが一体回転し、両モータが分離状態となったときはメインモータの回転力だけが回転軸に伝達されるとともに、補助モータは常時回転していることを特徴としている。