(57)【要約】【課題】変速機構を有する電気機械装置を小型化、高剛性化する。【解決手段】電気機械装置は、同一の中心軸を回転の中心とする、第１の電気機械機構部、変速機構部、第２の電気機械機構部、及び、変速機構部に負荷を接続する負荷接続部と、これらが収容される収容体と、を備える。第１の電気機械機構部に含まれる第１のローターの内周側には中心軸の軸方向の一方に開口する第１の収容空間が形成されている。第２の電気機械機構部に含まれる第２のローターの内周側には中心軸の軸方向の両側で開口する第２の収容空間が形成されている。変速機構部は第１の収容空間および第２の収容空間に収容されている。また、変速機構部は、第１のローターと一体に形成される回転入力部と、負荷接続部と一体に形成される回転出力部と、第２のローターと一体に形成され、回転入力部の回転数と回転出力部の回転数の関係を可変に制御する回転制御部と、を備える。【選択図】図３０
2014087170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械装置であって、
同一の中心軸を回転の中心とする、第１の電気機械機構部、変速機構部、第２の電気機械機構部、および、前記変速機構部に負荷を接続する負荷接続部と、
前記第１の電気機械機構部、前記変速機構部、前記第２の電気機械機構部、および、前記負荷接続部が収容される収容体と、
を備え、
前記第１の電気機械機構部に含まれる第１のローターの内周側には、前記中心軸の軸方向の一方に開口する第１の収容空間が形成されており、
前記第２の電気機械機構部に含まれる第２のローターの内周側には、前記中心軸の軸方向の両側で開口する第２の収容空間が形成されており、
前記変速機構部は、
前記第１の収容空間および前記第２の収容空間に収容されるとともに、
前記第１のローターと一体に形成される回転入力部と、
前記負荷接続部と一体に形成される回転出力部と、
前記第２のローターと一体に形成され、前記回転入力部の回転数と前記回転出力部の回転数の関係を可変に制御する回転制御部と、
を備え、
前記収容体と前記負荷接続部との間にはクロスローラーベアリングが設けられている、
電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構部は、
前記変速機構部の中心部に配置されたサンギアと、
前記変速機構部の外周部に配置されたリングギアと、
前記サンギアと前記リングギアとの間に配置されたプラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを接続されたプラネタリーキャリアと、
を有する遊星ギア機構を含み、
前記変速機構部は、前記サンギアと前記プラネタリーキャリアのうち一方が前記回転入力部であり、他方が前記回転出力部であり、前記リングギアが前記回転制御部である、電気機械装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構部は、
外縁にエピトロコイド平行曲線形状を有する曲線板であって、前記曲線板の中心に形成された第１の孔と前記第１の孔の周りに形成された複数の第２の孔とを有する曲線板と、
前記曲線板の前記エピトロコイド平行曲線と接するように配置される外ピンと、
前記第２の孔の中に配置される内ピンと、
前記第１の孔の中に配置される偏心体と、
を有するサイクロ機構を含み、
前記偏心体と前記内ピンのうち一方が前記回転入力部であり、他方が前記回転出力部であり、前記外ピンが前記回転制御部である、電気機械装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構部は、
前記中心軸の外周に沿って配列された第１の磁気変速ローター磁石を有する第１の磁気変速ローターと、
前記第１の磁気変速ローター磁石に対向するように配列された第２の磁気変速ローター磁石を有する第２の磁気変速ローターと、
前記第１の磁気変速ローターと前記第２の磁気変速ローターとの間に配列された磁極片と、
前記磁極片を支持するキャリアと、
を有する磁気変速機構を含み、
前記第１の磁気変速ローターと前記キャリアのうち一方が前記回転入力部であり、他方が前記回転出力部であり、前記第２の磁気変速ローターが前記回転制御部である、電気機械装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電気機械装置であって、
前記第２の電気機械機構部の動作を制御することにより前記変速機構部の動作を制御する変速機構制御部を備え、
前記変速機構制御部は、
前記第２のステーターに配置された電磁コイルを駆動して前記第２のローターを回転させることにより、前記回転制御部の回転を制御する駆動制御部と、
前記回転制御部の回転を減速させる際に、前記電磁コイルからのエネルギーの回生を行う回生制御部と、
を備え、
前記回生制御部は、
前記電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間を設定して回生を実行する第１の回生モードと、前記電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間を設定して回生を実行する第２の回生モードと、を有し、前記第１の回生モードで回生されるエネルギー量が前記第２の回生モードで回生されるエネルギー量以下となるように前記第１の回生区間の幅と第２の回生区間の幅とを設定する、電気機械装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電気機械装置であって、
前記回生制御部は、前記第１又は第２の回生区間の幅が所定の第１の値以下となる場合には、前記第１の回生モードによる回生を実行し、前記第１又は第２の回生区間の幅が前記第１の値よりも大きな所定の第２の値以上となる場合には、前記第２の回生モードによる回生を実行する、電気機械装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電気機械装置であって、
前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が増大してゆく際に前記第１の回生モードから前記第２の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの前における前記第１の回生区間の幅よりも、前記切り換えの後の前記第２の回生区間の幅を小さく設定する、電気機器装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の電気機械装置であって、
前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が減少してゆく際に前記第２の回生モードから前記第１の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの前における前記第２の回生区間の幅よりも、前記切り換えの後の前記第１の回生区間の幅を大きく設定する、電気機械装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の電気機械装置であって、
前記回生制御部は、前記第１の回生モードと前記第２の回生モードの切り換え時において、切り換え前の回生されるエネルギー量と切り換え後の回生されるエネルギー量とが同じ値となって連続するように、切り換え後の第１の回生区間の幅又は第２の回生区間の幅を設定する、電気機械装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれ一項に記載の電気機械装置であって、
前記回転制御部の回転の減速の開始時には、前記第１の回生モードでの回生が実行される、電気機械装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電気機械装置であって、さらに、
前記回転制御部の回転の減速の終了時には、前記第１の回生モードでの回生が実行される、電気機械装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の電気機械装置を備える移動体。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置、並びに、これを備える移動体およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星ギア機構を用いた変速機構を有するモーター装置として、例えば、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来例のモーター装置は、変速機構としての遊星ギア機構と、遊星ギア機構のサンギアに接続される第１のモーターと、遊星ギア機構のインターナルギアに接続される第２のモーターと、をそれぞれ単体で用意し、それぞれを接続することによって構成された動力発生装置であるが、装置の小型化の面で十分であるとは言えない。このような動力発生装置が組み込まれる装置全体の小型化のためには、従来例のモーター装置のような変速機構を有する動力発生装置である、電力と動力とを変換する電気機械装置が、よりコンパクトに構成されることが望ましい。また、動力発生装置の組み込まれる装置がロボットの場合、そのアームは様々な方向を向くため、アームを駆動するためのモーターは、あらゆる方向の荷重負荷に耐えられる高剛性を備えることが望ましい。
【０００５】
本発明は、変速機構を有する電気機械装置を小型化、高剛性化する技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、電気機械装置が提供される。この形態の電気機械装置は、同一の中心軸を回転の中心とする、第１の電気機械機構部、変速機構部、第２の電気機械機構部、および、前記変速機構部に負荷を接続する負荷接続部と；前記第１の電気機械機構部、前記変速機構部、前記第２の電気機械機構部、および、前記負荷接続部が収容される収容体と；を備える。前記第１の電気機械機構部に含まれる第１のローターの内周側には、前記中心軸の軸方向の一方に開口する第１の収容空間が形成されている。前記第２の電気機械機構部に含まれる第２のローターの内周側には、前記中心軸の軸方向の両側で開口する第２の収容空間が形成されている。前記変速機構部は、前記第１の収容空間および前記第２の収容空間に収容される。また、前記変速機構部は、前記第１のローターと一体に形成される回転入力部と；前記負荷接続部と一体に形成される回転出力部と；前記第２のローターと一体に形成され、前記回転入力部の回転数と前記回転出力部の回転数の関係を可変に制御する回転制御部と；を備える。前記収容体と前記負荷接続部との間にはクロスローラーベアリングが設けられている。この形態の電気機械装置によれば、第１の電気機械機構部から変速機構部に入力された回転運動は、第２の電気機械機構部による変速機構部の制御により回転制御されて、変速機構部から負荷接続部に伝達される。また、変速機構部が、第１の電気機械機構部の第１のローターの内周側に形成された第１の収容空間および第２の電気機械機構部の第２のローターの内周側に形成された第２の収容空間に収容され、第１の電気機械機構部の第１のローターおよび第２の電気機械機構部の第２のローターと、変速機構部とが、一体的に構成される。これにより、第１の電気機械機構部の第１のローターの内周側に存在する第１の収容空間および第２の電気機械機構部の第２のローターの内周側に存在する第２の収容空間を利用して変速機構部を配置することができるので、第１の電気機械機構部と変速機構部と変速機構部を制御するための第２の電気機械機構部とを有する電気機械装置を小型化することが可能である。また、負荷接続部が収容される収容体と、負荷接続部との間にクロスローラーベアリングが設けられているので、電気機械装置の高剛性化が可能である。
【０００８】
（２）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構部は、前記変速機構部の中心部に配置されたサンギアと；前記変速機構部の外周部に配置されたリングギアと；前記サンギアと前記リングギアとの間に配置されたプラネタリーギアと；前記プラネタリーギアを接続されたプラネタリーキャリアと；を有する遊星ギア機構を含み、前記変速機構部は、前記サンギアと前記プラネタリーキャリアのうち一方が前記回転入力部であり、他方が前記回転出力部であり、前記リングギアが前記回転制御部であるようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、変速機構部としての遊星ギア機構と、第１の電気機械機構部の第１のローターと、第２の電気機械機構部の第２のローターとが一体的に構成されるため、電気機械装置が小型化される。
【０００９】
（３）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構部は、外縁にエピトロコイド平行曲線形状を有する曲線板であって、前記曲線板の中心に形成された第１の孔と前記第１の孔の周りに形成された複数の第２の孔とを有する曲線板と；前記曲線板の前記エピトロコイド平行曲線と接するように配置される外ピンと；前記第２の孔の中に配置される内ピンと；前記第１の孔の中に配置される偏心体と；を有するサイクロ機構を含み、前記偏心体と前記内ピンのうち一方が前記回転入力部であり、他方が前記回転出力部であり、前記外ピンが前記回転制御部であるようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、変速機構部としてのサイクロ機構と、第１の電気機械機構部の第１のローターと、第２の電気機械機構部の第２のローターとが一体的に構成されるため、電気機械装置が小型化される。
【００１０】
（４）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構部は、前記中心軸の外周に沿って配列された第１の磁気変速ローター磁石を有する第１の磁気変速ローターと；前記第１の磁気変速ローター磁石に対向するように配列された第２の磁気変速ローター磁石を有する第２の磁気変速ローターと；前記第１の磁気変速ローターと前記第２の磁気変速ローターとの間に配列された磁極片と；前記磁極片を支持するキャリアと；を有する磁気変速機構を含み、前記第１の磁気変速ローターと前記キャリアのうち一方が前記回転入力部であり、他方が前記回転出力部であり、前記第２の磁気変速ローターが前記回転制御部であるようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、変速機構部としての磁気変速機構と、第１の電気機械機構部の第１のローターと、第２の電気機械機構部の第２のローターとが一体的に構成されるため、電気機械装置が小型化される。
【００１１】
（５）上記形態の電気機械装置において、前記第２の電気機械機構部の動作を制御することにより前記変速機構部の動作を制御する変速機構制御部を備え、前記変速機構制御部は、前記第２のステーターに配置された電磁コイルを駆動して前記第２のローターを回転させることにより、前記回転制御部の回転を制御する駆動制御部と、前記回転制御部の回転を減速させる際に、前記電磁コイルからのエネルギーの回生を行う回生制御部と、を備え、前記回生制御部は、前記電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間を設定して回生を実行する第１の回生モードと、前記電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間を設定して回生を実行する第２の回生モードと、を有し、前記第１の回生モードで回生されるエネルギー量が前記第２の回生モードで回生されるエネルギー量以下となるように前記第１の回生区間の幅と第２の回生区間の幅とを設定するようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、回生エネルギー量が小さいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を実行する。これにより、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化を滑らかに調整することでき、回生動作を滑らかに実行することができる。この結果、無段階で連続的かつ滑らかに変速動作を実現することが可能であり、これに伴って無段階で連続的かつ滑らかにトルクの伝達量を変化させることが可能である。
【００１２】
（６）上記形態の電気機械装置において、前記回生制御部は、前記第１又は第２の回生区間の幅が所定の第１の値以下となる場合には、前記第１の回生モードによる回生を実行し、前記第１又は第２の回生区間の幅が前記第１の値よりも大きな所定の第２の値以上となる場合には、前記第２の回生モードによる回生を実行するようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、回生区間が短く回生するエネルギー量が小さいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生区間が長く回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を行うので、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１３】
（７）上記形態の電気機械装置において、前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が増大してゆく際に前記第１の回生モードから前記第２の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの前における前記第１の回生区間の幅よりも、前記切り換えの後の前記第２の回生区間の幅を小さく設定するようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、第１の回生モードから第２の回生モードへの切り換えるときに、切り換え前後の回生エネルギーの変化を少なくすることができるので、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１４】
（８）上記形態の電気機械装置において、前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が減少してゆく際に前記第２の回生モードから前記第１の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの前における前記第２の回生区間の幅よりも、前記切り換えの後の前記第１の回生区間の幅を大きく設定するようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、第２の回生モードから第１の回生モードへの切り換えるときに、切り換え前後の回生エネルギーの変化を少なくすることができるので、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１５】
（９）上記形態の電気機械装置において、前記回生制御部は、前記第１の回生モードと前記第２の回生モードの切り換え時において、切り換え前の回生されるエネルギー量と切り換え後の回生されるエネルギー量とが同じ値となるように、切り換え後の第１の回生区間の幅又は第２の回生区間の幅を設定するようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、第１の回生モードと第２の回生モードの切り換え時において、切り換え前後の回生されるエネルギー量が同じ値となるように、切り換えるので、切り換え前後の回生エネルギー量が連続し、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１６】
（１０）上記形態の電気機械装置において、前記回転制御部の回転の減速の開始時には、前記第１の回生モードでの回生が実行されるようにしてもよい。この電気機械装置によれば、減速の開始時において、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化の割合を小さくすることができるので、減速の開始動作を滑らかにすることができる。
【００１７】
（１１）上記形態の電気機械装置において、さらに、前記回転制御部の回転の減速の終了時には、前記第１の回生モードでの回生が実行されるようにしてもよい。この形態の電気機械装置によれば、減速の終了時において、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化の割合を小さくすることができるので、減速の終了動作を滑らかにすることができる。
【００１８】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、動力発生装置や発電装置などの電気機械装置、それを用いた移動体、ロボット、電気機械装置の制御方法等様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１参考形態としての動力発生装置の内部構成を示す概略断面図である。
【図２】第１参考形態としての動力発生装置の各構成部を分解して示す概略分解断面図である。
【図３】第１参考形態の動力発生装置の変速機構部によって回転駆動力が伝達される機構を説明するための模式図である。
【図４】動力発生装置の動作を制御する制御部について示すブロック図である。
【図５】変速制御モーター制御部のドライバー回路の構成を示す説明図である。
【図６】変速制御モーター制御部の駆動制御部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図７】センサー出力波形と駆動信号波形の対応関係を示す説明図である。
【図８】ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図９】モーター正転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】モーター逆転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】励磁区間設定部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１２】符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。
【図１３】変速制御モーター部の駆動波形を示す説明図である。
【図１４】変速制御モーター制御部に含まれる回生制御部および整流回路の内部構成を示す説明図である。
【図１５】Ａ相ＰＷＭ制御部における回生区間設定部の内部構成を示す説明図である。
【図１６Ａ】回生区間の幅が大きいときに実行される回生モードにおけるエネルギーの回生パターンを示す説明図である。
【図１６Ｂ】回生区間の幅が小さいときのエネルギーの回生パターンを示す説明図である。
【図１７Ａ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１７Ｂ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１７Ｃ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１７Ｄ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１８】変速機構部を構成する各ギアの回転数の関係を示す説明図である。
【図１９】第１参考形態の他の構成例としての動力発生装置の構成を示す概略断面図である。
【図２０】第１参考形態の他の構成例としての動力発生装置の構成を示す概略断面図である。
【図２１】第２参考形態としての動力発生装置の内部構成を示す概略断面図である。
【図２２】第２参考形態としての動力発生装置の各構成部を分解して示す概略分解断面図である。
【図２３】サイクロ機構を模式的に示す説明図である。
【図２４】第３参考形態としての動力発生装置の構成を示す概略断面図である。
【図２５】永久磁石と電磁コイル群の構成を示す説明図である。
【図２６】第４参考形態としての動力発生装置の構成を示す概略断面図である。
【図２７】エンコーダーの構成の一例を示す説明図である。
【図２８】第５参考形態としての動力発生装置の内部構成を示す概略断面図である。
【図２９】磁気変速機構を模式的に示す説明図である。
【図３０】一実施形態としての動力発生装置の内部構成を示す概略断面図である。
【図３１】クロスローラーベアリングの構成を示す説明図である。
【図３２】動力発生装置を利用した移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図３３】動力発生装置を利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図３４】動力発生装置を利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。
【図３５】動力発生装置を利用した垂直多関節ロボットの一例を示す説明図である。
【図３６】動力発生装置を利用した双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。
【図３７】動力発生装置を利用した鉄道車両を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の説明では、本発明の実施形態の説明を容易にするため、まず、前提となる参考形態について説明し、その後で本発明の実施形態について説明することとする。
【００２１】
Ａ．第１参考形態：
Ａ１．動力発生装置の構成：
図１は、第１参考形態としての動力発生装置１００の内部構成を示す概略断面図であり、図２は、第１参考形態としての動力発生装置１００の各構成部を分解して示す概略分解断面図である。この動力発生装置１００は、ケーシング１２２に収容されており、中心軸１１０と、駆動機構としての駆動モーター部１２０と、変速機構としての変速機構部１３０と、変速制御機構としての変速制御モーター部１４０と、を備える。
【００２２】
駆動モーター部１２０と変速機構部１３０とは、後述するように、互いに嵌合して一体化するように配置され、中心軸１１０は、一体化された駆動モーター部１２０と変速機構部１３０の中央を貫通するように配置される。中心軸１１０は、軸方向（図中一点鎖線で示す方向）に延びる貫通孔１１１を有しており、貫通孔１１１には、動力発生装置１００に電力や制御信号を送信するための導電線の束である導電線束２５が挿通されている。
【００２３】
ケーシング１２２は、２つのケーシング部１２２ａ，１２２ｂで構成されている。一方のケーシング部１２２ａは、駆動モーター部１２０および変速機構部１３０を収容可能に、その底面（図１および図２の紙面右側）とは反対側の面（図１および図２の紙面右側）が開放された略円筒状の中空容体であり、底面の中央には、中心軸１１０を挿通するための貫通孔１２２１が形成されている。ケーシング部１２２ａと中心軸１１０とは互いに固定的に取り付けられる。他方のケーシング部１２２ｂは、一方のケーシング部１２２ａの開放面を覆うための蓋体であり、その中央部には、後述する負荷接続部１３６が挿通される開口１２２２が形成された円環板形状を有している。このケーシング部１２２ｂは、一方のケーシング部１２２ａに固定用ボルト１１４で固定的に取り付けられる。ケーシング１２２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ；carbon fiber reinforced plastics）などの樹脂材料によって構成されるものとしても良い。これによって、動力発生装置１００の軽量化が可能である。
【００２４】
駆動モーター部１２０は、ローター１２１と、ステーター１２４とを備える。駆動モーター部１２０は、以下に説明するように、ラジアルギャップ型の構成を有している。ローター１２１の本体部は略円盤形状を有しており、その本体部の側壁の外周面には、永久磁石１２３が円筒形に配列されている。永久磁石１２３の磁束の方向は、放射方向である。なお、永久磁石１２３の裏側の面（ローター１２１の側壁側の面）には、磁力効率を向上させるための磁石バックヨーク１２５が配置されている。
【００２５】
ローター１２１は、その中央に中心軸１１０を挿通させるための貫通孔１２１１を有している。なお、貫通孔１２１１の内壁面と、中心軸１１０の外周面との間には、ローター１２１が中心軸１１０を中心に回転可能とするための軸受け部１１２が配置されている。軸受け部１１２は、例えば、ボールベアリングによって構成することができる。
【００２６】
ローター１２１の変速機構部１３０と対向する側の面には、貫通孔１２１１を中心とする略円環状の溝として形成された凹部１２１２が設けられている。貫通孔１２１１と凹部１２１２とを隔てる略円筒状の隔壁１２１３の外側の壁面には、ギア歯１２１ｔが形成されている。以後、このローター１２１の中央に設けられたギア歯１２１ｔを有する隔壁１２１３を「ローターギア１２１３」とも呼ぶ。後述するように、本参考形態におけるローターギア１２１３は、後述する遊星ギア機構のサンギアとして機能する。なお、このローターギア１２１３は、隔壁１２１にギア歯１２１ｔが一体成型されることにより形成されていてもよく、また、隔壁１２１にギア歯１２１ｔを接続固定することにより一体に形成されていてもよい。
【００２７】
ケーシング部１２２ａの内周面には、ステーター１２４としての電磁コイル（以下、「電磁コイル１２４」とも呼ぶ）が、ローター１２１の永久磁石１２３と間隔を有しつつ対向するように円筒形に配列されている。即ち、駆動モーター部１２０では、ステーターとしての電磁コイル１２４が、中心軸１１０を中心としてローター１２１を回転させる。なお、電磁コイル１２４とケーシング部１２２ａとの間には、磁力効率を向上させるためのコイルバックヨーク１２８が配置されている。
【００２８】
ケーシング部１２２ａの底面には、永久磁石１２３の位置を検出する位置検出部１２６と、ローター１２１の回転を制御するための回転制御回路１２７が設けられている。位置検出部１２６は、例えば、ホール素子と温度補償回路と増幅器回路を用いたホールＩＣによって構成され、永久磁石１２３の周回軌道の位置に対応するように配置されている。位置検出部１２６は、回転制御回路１２７と信号線を介して接続されている。
【００２９】
回転制御回路１２７には、導電線束２５から分岐した導電線が接続されている。また、回転制御回路１２７は、電磁コイル１２４と電気的に接続されている。回転制御回路１２７は、位置検出部１２６が出力する検出信号を動力発生装置１００の駆動を制御する制御部（図示せず）に送信する。また、回転制御回路１２７は、制御部からの制御信号に従って、電磁コイル１２４に電力を供給して磁界を発生させ、ローター１２１を回転させる。また、回転制御回路１２７は、制御部からの制御信号に従って、ローター１２１の回転に応じて電磁コイル１２４に発生した誘起電力を出力し、ローター１２１の回転を減速させる。
【００３０】
変速機構部１３０は、ローター１２１のローターギア１２１３とともに遊星ギア機構を構成する。遊星ギア機構は、外歯のサンギアと、サンギアと同一中心軸上に配置された内歯のリングギアと、サンギアとリングギアの間に配置された複数の外歯のプラネタリーギアと、から構成される機構である。そして、遊星ギア機構は、複数のプラネタリーギアが、サンギアの外周およびリングギアの内周に沿って自転しつつ公転し、複数のプラネタリーギアを支持するプラネタリーキャリアによって複数のプラネタリーギアの公転運動を拾う構造を有する機構である。変速機構部１３０は、サンギアとしてのローターギア１２１３と、リングギア１３１と、３個のプラネタリーギア１３２と、プラネタリーギア１３２を支持するプラネタリーキャリア１３３とを備える。なお、図１および図２では便宜上、２個のプラネタリーギア１３２のみを図示してある。
【００３１】
リングギア１３１は、内壁面にギア歯１３１ｔが設けられた略円環状のギアであり、ローター１２１の凹部１２１２に収容される、また、リングギア１３１は、凹部１２１２の外側でプラネタリーキャリア１３３の外周に配置された略円筒状のリングキャリアに支持されるように一体的に形成されている。また、リングギア１３１の内周面と、ローターギア１２１３の外周面との間には、３個のプラネタリーギア１３２が、ローターギア１２１３の外周に沿って、ほぼ等間隔で配置される。なお、プラネタリーギア１３２のギア歯１３２ｔと、リングギア１３１のギア歯１３１ｔおよびローターギア１２１３のギア歯１２１ｔとが互いに噛み合うことにより、これら３種のギア１２１３，１３２，１３１１は連結される。
【００３２】
プラネタリーキャリア１３３は、３つのプラネタリーギア１３２を支持する略円筒状の部材である。プラネタリーキャリア１３３の底面の中央には、中心軸１１０を挿通する貫通孔１３３１が設けられている。貫通孔１３３１の内壁面と、中心軸１１０の外周面との間には、プラネタリーキャリア１３３が中心軸１１０を中心に回転可能とするための軸受け部１１２が配置されている。なお、プラネタリーキャリア１３３に取り付けられた軸受け部１１２と、ローター１２１に取り付けられた軸受け部１１２との間には、スペーサー１１５が配置される。
【００３３】
ここで、リングキャリア１３１２の中央部には、リングギア１３１の内周空間に連通する略円形形状の開口部１３１３が形成されており、プラネタリーキャリア１３３は、その開口部１３１３に配置される。プラネタリーキャリア１３３の駆動モーター部１２０側の底面（図３および図４の紙面右側）には、ローター１２１の凹部１２１２に収容されたプラネタリーギア１３２の回転軸１３２ｓを回転可能に保持するための軸孔１３３２が形成されている。
【００３４】
プラネタリーキャリア１３３の外周面と、リングキャリア１３１２の開口部１３１３の側壁面との間には、プラネタリーキャリア１３３とリングキャリア１３１２とが中心軸１１０を中心に互いに独立して回転可能とするための軸受け部１３５が配置されている。
【００３５】
プラネタリーキャリア１３３の外側の底面（図１および図２の紙面左側）には、軸受け部１３５を保持固定するための負荷接続部１３６が固定用ボルト１１４によってプラネタリーキャリア１３３と一体となるように接続固定されている。なお、この負荷接続部１３６には、図示しない負荷の回転軸が図示しないボルトによって固定される。なお、この負荷固定用のボルトとして、固定用ボルト１１４を兼用するようにしてもよい。
【００３６】
変速制御モーター部１４０は、ローター１４１と、ステーター１４４と、を備える。変速制御モーター部１４０も、以下で説明するように、ラジアルギャップ型の構成をしている。ローター１４１は変速機構部１３０のリングキャリア１３１２であり、リングキャリア１３１２の外周面には、永久磁石１４３が円筒形に配列されている。永久磁石１４３の磁束の方向は、放射方向である。永久磁石１４３の裏側の面（リングキャリア１３１２の外周面）には、磁力効率を向上させるための磁石バックヨーク１４５が配置されている。なお、このローター１４１とリングキャリア１３１２とは一体成型されることにより形成されてもよく、ローター１４１とリングキャリア１３１２とを接続固定することにより一体に形成されてもよい。
【００３７】
ケーシング部１２２ａの内周面には、駆動モーター部１２０のステーターとしての電磁コイル１２４の横に、ステーター１４４としての電磁コイル（以下、「電磁コイル１４４」とも呼ぶ）が、リングキャリア１３１２の永久磁石１４３と間隔を有しつつ対向するように円筒形に配列されている。即ち、変速制御モーター部１４０では、駆動モーター部１２０と同様に、ステーターとしての電磁コイル１４４が、中心軸１１０を中心としてローター１４１としてのリングキャリア１３１２およびリングギア１３１を回転させる。なお、電磁コイル１４４とケーシング部１２２ａとの間にも、磁力効率を向上させるためのコイルバックヨーク１４８が配置されている。
【００３８】
ケーシング部１２２ｂには、永久磁石１４３の位置を検出する位置検出部１４６と、ローター１４１としてのリングキャリア１３１２の回転を制御するための回転制御回路１４７が設けられている。位置検出部１４６は、駆動モーター部１２０の位置検出部１２６と同様に、例えば、ホール素子によって構成され、永久磁石１４３の周回軌道の位置に対応するように配置されている。位置検出部１４６は、回転制御回路１４７と信号線を介して接続されている。
【００３９】
回転制御回路１４７には、導電線束２５から分岐した導電線が接続されている。また、回転制御回路１４７は、電磁コイル１４４と電気的に接続されている。回転制御回路１４７は、位置検出部１４６が出力する検出信号を、導電線束２５を介して動力発生装置１００の駆動を制御する制御部（図示せず）に送信する。そして、回転制御回路１４７は、制御部から導電線束２５を介して供給される制御信号に従って、電磁コイル１４４に電力を供給して磁界を発生させ、ローター１４１を回転させる。また、回転制御回路１４７は、ローター１４１が回転することで電磁コイル１４４に発生する誘起電圧を、制御部（不図示）から導電線束２５を介して供給される制御信号に従って回生制御させることにより、ローター１４１の回転を制動させる。以下において、「回生」は「制動」を含むものとして説明する。以上のように、電磁コイル１４４に電力を供給する駆動制御と、電力を回生する回生制御とを組み合わせることで、ローター１４１の回転を時計方向、停止、反時計方向、フリー回転の状態で制御して、後述するように、変速機構部１３０の動作を制御することにより、駆動モーター部１２０からの回転運動を無段階で変速させることができる。
【００４０】
なお、ケーシング部１２２ｂの開口１２２２の内壁面には、挿通された負荷接続部１３６の外周面と接するようにシール部１５０が設けられている。このシール部１５０として、例えば、ブラシシール部を設けた場合には、ケーシング１２２内部にチリやホコリ等の侵入を抑制する。これによって動力発生装置１００の劣化を抑制することができる。また、ゴムシール部を設けた場合には、ケーシング１２２の内部を機密にシールする。これによって、気流による動力発生装置１００におけるギアやローターの回転損失を低減することができる。なお、このシール部１５０は必ずしも必要ではなく省略してもよい。
【００４１】
また、ケーシング部１２２ａの外側（図１および図２の紙面右側）およびプラネタリーキャリア１３３の外側（図１および図２の紙面左側）には、中心軸１１０の保持性を向上させるための軸受けリング１１３が嵌合的に取り付けられている。
【００４２】
図３は、第１参考形態の動力発生装置１００の変速機構部１３０によって回転駆動力が伝達される機構を説明するための模式図である。図３は、中心軸１１０の軸方向に沿って駆動モーター部１２０側から変速機構部１３０を見たときの、サンギアとしてのローターギア１２１３と、３個のプラネタリーギア１３２と、プラネタリーキャリア１３３と、リングギア１３１およびリングキャリア１３１２とが模式的に図示されている。なお、図３では、便宜上各ギアのギア歯は省略されている。
【００４３】
ここで、動力発生装置１００において、ローター１２１の回転にともなってサンギアであるローターギア１２１３が、一点鎖線の矢印で図示する方向（以下、「時計周り」と呼ぶ）に回転する場合を想定する。上述したとおり、リングキャリア１３１２は変速制御モーター部１４０のローター１４１として機能するので、リングギア１３１は、変速制御モーター部１４０の駆動状態に応じて破線の矢印で示すように時計周りや反時計周りに回転、あるいは、停止する。ローターギア１２１３の回転に伴って、各プラネタリーギア１３２は、自身の回転軸１３２ｓを中心に実線矢印で示す反時計周りに回転（「自転」とも呼ぶ）する。このとき、各プラネタリーギア１３２は、リングギア１３１の回転状態に応じて、ローターギア１２１３の周りを二点鎖線の矢印で示すように時計回りあるいは反時計周りに周回移動（「公転」とも呼ぶ）する。各プラネタリーギア１３２の周回移動に伴って、プラネタリーキャリア１３３が回転し、プラネタリーキャリア１３３に負荷接続部１３６を介して接続された図示しない負荷がプラネタリーキャリア１３３と一体的に回転する。すなわち、変速制御モーター部１４０によって制御されるローター１４１であるリングキャリア１３１２およびリングギア１３１の回転状態に応じて、負荷の回転が制御され、負荷に伝達される回転駆動力が制御されることになる。すなわち、変速機構部１３０において、リングギア１３１が回転制御部であり、サンギアとしてのローターギア１２１３が回転入力部であり、プラネタリーキャリア１３３が回転出力部である。なお、リングギア１３１の回転（「制御回転」とも呼ぶ）の状態に応じて制御される、サンギアとしてのローターギア１２１３の回転（「入力回転」とも呼ぶ）と、プラネタリーキャリア１３３の回転（「出力回転」とも呼ぶ）との関係については、後で詳述する。
【００４４】
Ａ２．動力発生装置の制御部の構成：
図４は、動力発生装置１００の動作を制御する制御部について示すブロック図である。この制御部２００は、上述したように導電線束２５を介して駆動モーター部１２０の回転制御回路１２７および変速制御モーター部１４０の回転制御回路１４７に接続されており、駆動モーター部１２０および変速制御モーター部１４０の動作を制御する。
【００４５】
制御部２００は、ＣＰＵ２１０と、駆動モーター制御部２２０と、変速制御モーター制御部２３０と、を備えている。駆動モーター制御部２２０と変速制御モーター制御部２３０は、バス２１２を介してＣＰＵ２１０と接続されている。
【００４６】
駆動モーター制御部２２０は、駆動制御部８２０およびドライバー回路８４０と、回生制御部８３０および整流回路８５０とを備えている。駆動制御部８２０は、位置検出部１２６に含まれる磁気センサー、本例では、２相の磁気センサー１２６Ａ，１２６Ｂから回転制御回路１２７を介して供給される信号に基づいて、ドライバー回路８４０を介して電磁コイル１２４、本例では、２相の電磁コイル１２４Ａ，１２４Ｂに磁界を発生させることにより、駆動モーター部１２０の回転を駆動する。また、回生制御部８３０は、２相の電磁コイル１２４Ａ，１２４Ｂから回転制御回路１２７を介し出力された誘起電力を、整流回路８５０を介して受け取って、駆動モーター部１２０から電力を回生する。
【００４７】
変速制御モーター制御部２３０も、駆動モーター制御部２２０と同様に、駆動制御部４２０およびドライバー回路４４０と、回生制御部４３０および整流回路４５０とを備えている。駆動制御部４２０は、位置検出部１４６に含まれる磁気センサー、本例では、２相の磁気センサー１４６Ａ，１４６Ｂから回転制御回路１４７を介して供給される信号に基づいて、ドライバー回路４４０を介して電磁コイル１４４、本例では、２相の電磁コイル１４４Ａ，１４４Ｂに磁界を発生させることにより、変速制御モーター部１４０の回転を駆動する。また、回生制御部４３０は、２相の電磁コイル１４４Ａ，１４４Ｂから回転制御回路１４７を介して出漁された誘起電力を、整流回路８５０を介して受け取って、変速制御モーター部１４０から電力を回生する。
【００４８】
なお、駆動制御部とドライバー回路とをまとめて「駆動回路」とも呼ぶ。また、回生制御部と整流回路とをまとめて「回生回路」とも呼ぶ。また、駆動制御部を「駆動信号生成回路」とも呼ぶ。
【００４９】
ここで、駆動モーター制御部２２０の内部構成および動作と、変速制御モーター制御部２３０の内部構成および動作とは、基本的に同じである。上述したように、変速機構部１３０の、サンギアとしてのローターギア１２１３の回転と、プラネタリーキャリア１３３の回転との関係は、リングギア１３１の回転の状態に応じて制御され、リングギア１３１の回転は、変速制御モーター部１４０の動作によって制御される。そこで、以下では、変速制御モーター部１４０の動作を制御する変速制御モーター制御部２３０の内部構成および動作を例に説明する。
【００５０】
（１）変速制御モーター制御部の駆動回路の構成および動作
図５は、変速制御モーター制御部２３０のドライバー回路４４０（図４）の構成を示す説明図である。Ａ相ドライバー回路４４０Ａは、Ａ相電磁コイル１４４Ａに、交流の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を供給するためのＨ型ブリッジ回路である。なお、駆動信号を示すブロックの端子部分に付されている白丸は、負論理であり信号が反転していることを示している。また、符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、Ａ１駆動信号ＤＲＶＡ１とＡ２駆動信号ＤＲＶＡ２によって流れる電流方向をそれぞれ示している。Ｂ相ドライバー回路４４０Ｂの構成もＡ相ドライバー回路４４０Ａの構成と同じである。なお、信号を反転させる負論理をなくし、Ｈ側のＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴを、Ｌ側と同様のＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴに変更すれば、周波数特性に優れた駆動を実現することもできる。
【００５１】
図６は、変速制御モーター制御部２３０の駆動制御部４２０（図４）の内部構成と動作を示す説明図である。駆動制御部４２０は、基本クロック生成回路５１０と、１／Ｎ分周器５２０と、ＰＷＭ部５３０と、正逆方向指示値レジスタ５４０と、乗算器５５０と、符号化部５６０と、ＡＤ変換部５７０と、電圧指令値レジスタ５８０と、励磁区間設定部５９０とを備えている。なお、駆動制御部４２０は、Ａ相用の駆動信号とＢ相用の駆動信号の両方を生成する回路であり、基本クロック生成回路５１０、１／Ｎ分周器５２０、および、正逆方向指示値レジスタ５４０は、Ａ相とＢ相とで共通で用いられている。Ａ相用とＢ相用とでそれぞれに存在するその他の構成要素は、図６（Ａ）では図示の便宜上、Ａ相用の回路構成のみとして描かれているが、Ｂ相用についても、Ａ相用と同じ構成要素が駆動制御部４２０内に設けられている。以下の説明では、Ａ相を例に説明することとする。
【００５２】
基本クロック生成回路５１０は、所定の周波数を有するクロック信号ＰＣＬを発生する回路であり、例えばＰＬＬ回路を含む周波数シンセサイザで構成される。１／Ｎ分周器５２０は、クロック信号ＰＣＬの１／Ｎの周波数を有するクロック信号ＳＤＣを発生する。Ｎの値は所定の一定値に設定される。このＮの値は、予めＣＰＵ２１０によって１／Ｎ分周器５２０に設定される。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、乗算器５５０から供給される乗算値Ｍａと、正逆方向指示値レジスタ５４０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、符号化部５６０から供給される正負符号信号Ｐａと、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａとに応じて、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図５）を生成する。この動作については後述する。
【００５３】
正逆方向指示値レジスタ５４０内には、モーターの回転方向を示す値ＲＩがＣＰＵ２１０によって設定される。本参考形態では、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルのときにモーターが正転し、Ｈレベルのときに逆転する。ＰＷＭ部５３０に供給される他の信号Ｍａ，Ｐａ，Ｅａは以下のように決定される。
【００５４】
Ａ相の磁気センサー１４６Ａの出力ＳＳＡは、ＡＤ変換部５７０に供給される。このセンサー出力ＳＳＡのレンジは、例えばＧＮＤ（接地電位）からＶＤＤ（電源電圧）までであり、その中位点（＝ＶＤＤ／２）が出力波形の中位点（正弦波の原点を通る点）である。ＡＤ変換部５７０は、このセンサー出力ＳＳＡをＡＤ変換して、センサー出力のデジタル値を生成する。ＡＤ変換部５７０の出力のレンジは、例えばＦＦｈ〜０ｈ（語尾の"ｈ"は１６進数であることを示す）であり、中央値８０ｈがセンサー波形の中位点に相当する。
【００５５】
符号化部５６０は、ＡＤ変換後のセンサー出力値のレンジを変換するとともに、センサー出力値の中位点の値を０に設定する。この結果、符号化部５６０で生成されるセンサー出力値Ｘａは、正側の所定の範囲（例えば＋１２７〜０）と負側の所定の範囲（例えば０〜−１２８）の値を取る。但し、符号化部５６０から乗算器５５０に供給されるのは、センサー出力値Ｘａの絶対値であり、その正負符号は正負符号信号ＰａとしてＰＷＭ部５３０に供給される。
【００５６】
電圧指令値レジスタ５８０は、ＣＰＵ２１０によって設定された電圧指令値Ｙａを格納する。この電圧指令値Ｙａは、後述する励磁区間信号Ｅａとともに、モーターの印加電圧を設定する値として機能するものであり、例えば０〜１．０の値を取る。仮に、非励磁区間を設けずに全区間を励磁区間とするように励磁区間信号Ｅａを設定した場合には、Ｙａ＝０は印加電圧をゼロとすることを意味し、Ｙａ＝１．０は印加電圧を最大値とすることを意味する。乗算器５５０は、符号化部５６０から出力されたセンサー出力値Ｘａと、電圧指令値Ｙａとを乗算して整数化し、その乗算値ＭａをＰＷＭ部５３０に供給する。
【００５７】
図６（Ｂ）〜（Ｅ）は、乗算値Ｍａが種々の値を取る場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＳＤＣの１周期の間に、デューティがＭａ／Ｎであるパルスを１つ発生させる回路である。すなわち、図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２のパルスのデューティが増加する。なお、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１は、センサー出力ＳＳＡが正のときにのみパルスを発生する信号であり、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２はセンサー出力ＳＳＡが負のときにのみパルスを発生する信号であるが、図６（Ｂ）〜（Ｅ）ではこれらを合わせて記載している。また、便宜上、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２を負側のパルスとして描いている。
【００５８】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、センサー出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Ｈｉｚ」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図６で説明したように、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２はセンサー出力ＳＳＡのアナログ波形をそのまま利用したＰＷＭ制御によって生成される。従って、これらの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を用いて、各コイルに、センサー出力ＳＳＡの変化と対応するレベル変化を示す実効電圧を供給することが可能である。
【００５９】
ＰＷＭ部５３０は、さらに、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａで示される励磁区間のみに駆動信号を出力し、励磁区間以外の区間（非励磁区間）では駆動信号を出力しないように構成されている。図７（Ｃ）は、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定した場合の駆動信号波形を示している。励磁区間ＥＰでは図７（Ｂ）の駆動信号パルスがそのまま発生し、非励磁区間ＮＥＰでは駆動信号パルスが発生しない。このように、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定するようにすれば、逆起電力波形の中位点近傍（すなわち、センサー出力の中位点近傍）においてコイルに電圧を印加しないので、モーターの効率をさらに向上させることが可能である。なお、励磁区間ＥＰは、逆起電力波形のピークを中心とする対称な区間に設定されることが好ましく、非励磁区間ＮＥＰは、逆起電力波形の中位点（中心点）を中心とする対称な区間に設定されることが好ましい。
【００６０】
なお、前述したように、電圧指令値Ｙａを１未満の値に設定すれば、乗算値Ｍａが電圧指令値Ｙａに比例して小さくなる。従って、電圧指令値Ｙａによっても、実効的な印加電圧を調整することが可能である。
【００６１】
上述の説明から理解できるように、本参考形態のモーターでは、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとの両方を利用して印加電圧を調整することが可能である。望ましい印加電圧と、電圧指令値Ｙａ及び励磁区間信号Ｅａとの関係は、予め制御部２００内のメモリー（不図示）にテーブルとして格納されていることが望ましい。こうすれば、制御部２００が、望ましい印加電圧の目標値を受信したときに、ＣＰＵ２１０がその目標値に応じて、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとを駆動制御部４２０に設定することが可能である。なお、印加電圧の調整には、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａの両方を利用する必要はなく、いずれか一方のみを利用するようにしてもよい。
【００６２】
図８は、ＰＷＭ部５３０（図６）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５３１と、ＥＸＯＲ回路５３３と、駆動波形形成部５３５とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００６３】
図９は、モーター正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、正逆方向指示値ＲＩと、励磁区間信号Ｅａと、乗算値Ｍａと、正負符号信号Ｐａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、駆動波形形成部５３５の出力信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンタ５３１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍａに設定される。なお、図９では、図示の便宜上、乗算値Ｍａとして負の値も描かれているが、カウンタ５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとＬレベルに立ち下がる。
【００６４】
ＥＸＯＲ回路５３３は、正負符号信号Ｐａと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モーターが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐａと同じ信号となる。駆動波形形成部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２がＬレベルの期間の信号を第１の駆動信号ＤＲＶＡ１として出力し、出力Ｓ２がＨレベルの期間の信号を第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力する。なお、図９の右端部付近では、励磁区間信号ＥａがＬレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
【００６５】
図１０は、モーター逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。モーター逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図９から入れ替わっており、この結果、モーターが逆転することが理解できる。
【００６６】
なお、本参考形態において、モーターの正転方向は、リングギア１３１（図１〜３）を、時計周りに回転させる方向とし、逆転方向は、リングギア１３１を反時計周りに回転させる方向とする。
【００６７】
図１１は、励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。図１１（Ａ）に示すように、励磁区間設定部５９０は、電子可変抵抗器５９２と、電圧比較器５９４，５９６と、ＯＲ回路５９８とを有している。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、ＣＰＵ２１０によって設定される。電子可変抵抗器５９２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧比較器５９４，５９６の一方の入力端子に与えられている。電圧比較器５９４，５９６の他方の入力端子には、センサー出力ＳＳＡが供給されている。電圧比較器５９４，５９６の出力信号Ｓｐ，Ｓｎは、ＯＲ回路５９８に入力されている。ＯＲ回路５９８の出力は、励磁区間と非励磁区間とを区別するための励磁区間信号Ｅａである。
【００６８】
図１１（Ｂ）は、励磁区間設定部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器５９２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。センサー出力ＳＳＡが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器５９４の出力ＳｐがＨレベルとなり、一方、センサー出力ＳＳＡが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器５９６の出力ＳｎがＨレベルとなる。励磁区間信号Ｅａは、これらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和を取った信号である。従って、図１１（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、ＣＰＵ２１０が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。
【００６９】
図１２は、符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。ここでは、Ａ相用の符号化部５６０（図６）を例にとり説明する。符号化部５６０は、ＡＤＣ部５７０（図６）からＡＤＣ信号を受け取り、センサー出力値Ｘａと正負符号信号Ｐａを生成する。ここで、センサー出力値Ｘａは、ＡＤＣ信号を＋１２７〜−１２８にシフトし、その絶対値を取った値である。また、正負符号信号Ｐａについては、ＡＤＣ信号の値が０よりも小さい場合に正負符号信号ＰａをＨ、ＡＤＣ信号の値が０よりも大きい場合に正負符号信号ＰａをＬとしている。なお、正負符号信号Ｐａの正負は、逆であってもよい。
【００７０】
図１３は、変速制御モーター部の駆動波形を示す説明図である。図１３（Ａ）は、変速制御モーター部１４０の回転動作に伴ってＡ相の電磁コイル１４４Ａに発生する誘起電圧波形に対応するＡ相の磁気センサー１４６Ａのセンサー出力ＳＳＡの波形を示している。図１３（Ｂ）は、変速制御モーター部１４０の駆動のための励磁区間ＥＰを規定する励磁区間信号Ｅａの波形（以下、「ＷＣ制御波形」とも呼ぶ）を示している。図１３（Ｃ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｂ）に示すときの、変速制御モーター部１４０に印加されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図１３（Ｄ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｂ）に示すときの、変速制御モーター部１４０に印加されるＰＷＭ駆動波形（デジタル）を模式的に示している。図１３（Ａ）に示すように、誘起電圧波形に対応するセンサー出力波形は、ほぼ正弦波である。ＷＣ制御波形の活性期間（励磁区間ＥＰ）の中心は、図１３（Ａ）に示す誘起電圧波形が最大値を示す位相と同じである。図１３（Ｂ）に示すように、図１３（Ａ）の誘起電圧波形がほぼゼロになる位相では、ＷＣ制御波形は非活性期間（非励磁区間ＮＥＰ）となる。従って、図１３（Ｃ）に示すアナログのＰＷＭ駆動波形は、励磁区間ＥＰでは誘起電圧波形とほぼ相似となり、非励磁区間ＮＥＰ、すなわち、図１３（Ａ）の誘起電圧波形がほぼゼロになる位相ではほぼゼロになっている。
【００７１】
図１３（Ｅ）は、図１３（Ｂ）に示すＷＣ制御波形の活性期間を狭めた波形を示している。図１３（Ｆ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｅ）に示すときの、変速制御モーター部１４０に印加されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図１３（Ｇ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｅ）に示すときの、変速制御モーター部１４０に印加されるＰＷＭ駆動波形（デジタル）を模式的に示している。図１３（Ｆ）に示すＰＷＭ駆動波形は、ＷＣ制御波形が非活性の状態（非励磁区間ＮＥＰ）では、ゼロとなっている。また、図１３（Ｄ）と図１３（Ｆ）を比較すれば明らかなように、ＷＣ制御波形の活性期間（励磁区間ＥＰ）が短いほど、パルスの数が少なくなっている。
【００７２】
以上のように、励磁区間ＥＰの幅を制御することにより、変速制御モーター部１４０に印加するＰＷＭ駆動波形を制御することができ、これに応じて変速制御モーター部１４０の駆動状態を制御することができる。
【００７３】
なお、図１３は、励磁区間ＥＰの幅を制御することにより、変速制御モーター部１４０に印加する駆動波形を制御することを示したが、図６において説明したように、乗算値Ｍａを制御することによってもＰＷＭ駆動波形を制御することができ、これに応じて変速制御モーター部１４０の駆動状態を制御することができる。また、両方を組み合わせて制御することにより、変速制御モーター部１４０の駆動状態をより精細に制御することも可能である。
【００７４】
（２）変速制御モーター制御部の回生回路の構成および動作
図１４は、変速制御モーター制御部２３０に含まれる回生制御部４３０および整流回路４５０（図４）の内部構成を示す説明図である。回生制御部４３０は、Ａ相回生制御部４３０ＡとＢ相回生制御部４５０Ｂと、を備えている。また、整流回路４５０は、Ａ相整流回路部４５０ＡとＢ相整流回路部４３０Ｂとを備えている。Ａ相回生制御部４３０ＡおよびＡ相整流回路４５０Ａの構成と、Ｂ相回生制御部４３０ＢとＢ相整流回路４５０Ｂの構成とは同じであるので、以下では、Ａ相を例にとり説明する。
【００７５】
Ａ相回生制御部４３０Ａは、バス２１２に接続されたＡ相充電切換部４３２Ａと、Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａと、Ａ相ＮＡＮＤ回路４３６Ａと、を備えている。Ａ相ＮＡＮＤ回路４３６Ａの３つの入力端子には、Ａ相充電切換部４３２Ａの出力と、Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａの出力ＭＰａと、ＣＰＵ２１０から出力される回生許可信号ＥＲと、が与えられる。
【００７６】
Ａ相充電切換部４３２Ａは、Ａ相電磁コイル１４４Ａからの回生電力を回収する場合には「１」レベル（Ｈレベル）の信号を出力し、回収しない場合には「０」レベル（Ｌレベル）の信号を出力する。
【００７７】
Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａは、図６に示した駆動制御部４２０の励磁区間設定部５９０を回生区間設定部５９０Ｒに置き換えた点を除いて同様の構成を用いることができる。図１５は、Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａにおける回生区間設定部５９０Ｒの内部構成を示す説明図である。図１５（Ａ）に示すように、回生区間設定部５９０Ｒは、図１１（Ａ）の励磁区間設定部５９０に加えてＥＸＯＲ回路５９９を備えている。ＥＸＯＲ回路５９９の入力端子には、ＯＲ回路５９８の出力（励磁区間信号Ｅａ）と、ＣＰＵ２１０からの回生区間切換信号ＩＮＶとが与えられる。ＥＸＯＲ回路５９９の出力が回生期間信号ＲＥａとして、励磁区間信号Ｅａの代わりにＰＷＭ部５３０（図６）に与えられる。
【００７８】
図１５（Ｂ）に示すように、回生区間切換信号ＩＮＶがＬレベル（：０）の場合には、図１１に示した場合と同様に、回生期間信号ＲＥａは、センサー出力ＳＳＡがピークとなる位相を中心とする期間が回生の活性区間としての回生区間ＲＥＰとなり、センサー出力ＳＳＡが０となる位相を中心とする期間が回生の非活性区間としての非回生区間ＮＲＥＰとなる。これに対して、回生区間切換信号ＩＮＶがＨレベル（：１）の場合には、センサー出力ＳＳＡが０となる位相を中心とする期間が回生区間ＲＥＰとなり、センサー出力ＳＳＡがピークとなる位相を中心とする期間が非回生区間ＮＲＥＰとなる。
【００７９】
従って、Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａでは、後述するように、回生区間切換信号ＩＮＶに応じて、回生区間ＲＥＰと非回生区間ＮＥＰの位相が切り換えられ、Ａ相ＰＷＭ駆動波形ＭＰａの出力期間が切り換えられる。
【００８０】
Ａ相ＮＡＮＤ回路４３６Ａの入力端子には、上記したように、Ａ相充電切換部４３２Ａの出力、回生許可信号ＥＲ、および、Ａ相ＰＷＭ駆動制御部４３４Ａの出力であるＡ相ＰＷＭ駆動波形ＭＰａが与えられている。従って、Ａ相ＮＡＮＤ回路４３６Ａは、回生許可信号ＥＲおよびＡ相充電切換部４３２Ａの出力がＨレベル（：１）となり、回生電力の回収を実行する場合には、Ａ相ＰＷＭ駆動波形ＭＰａに対応するＡ相マスク信号ＭＳＫＡを出力する。
【００８１】
Ａ相整流回路４５０Ａは、Ａ相電磁コイル用の回路として、複数のダイオードを含む全波整流回路４５１と、２つのゲートトランジスター４６１，４６２と、バッファー回路４７１と、インバーター回路４７２（ＮＯＴ回路）とを有している。なお、Ｂ相用にも同じ回路が設けられている。ゲートトランジスター４６１，４６２は、回生用の電源配線４８０に接続されている。また、複数のダイオードとしては、低Ｖｆ特性に優れたショットキーダイオードを用いることが好ましい。
【００８２】
電力回生時にＡ相電磁コイル１４４Ａで発生した交流電力は、全波整流回路４５１で整流される。ゲートトランジスター４６１，４６２のゲートには、Ａ相電磁コイル用のＡ相マスク信号ＭＳＫＡとその反転信号が与えられており、これに応じてゲートトランジスター４６１，４６２がオン／オフ制御される。従って、Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａから出力されたＡ相ＰＷＭ駆動波形ＭＰａのＨレベルの期間では回生電力が電源配線４８０に出力され、一方、Ａ相ＰＷＭ駆動波形ＭＰａのＬレベルの期間では電力の回生が禁止される。
【００８３】
以上の説明から理解できるように、回生制御部４３０と整流回路４５０を用いて、回生による制動以外にも回生電力を回収することも可能である。また、回生制御部４３０と整流回路４５０は、Ａ相電磁コイル用のマスク信号ＭＳＫＡ及びＢ相電磁コイル用のマスク信号ＭＳＫＢに応じて、Ａ相電磁コイル１４４ＡとＢ相電磁コイル１４４Ｂからの回生電力を回収する期間を制限し、これによって回生電力の量を調整することが可能である。この回生電力の量を調整することにより、回転力を制限し回転を減速させることができる。
【００８４】
なお、上記したように、回生制御は回生区間ＲＥＰで実行され、この回生区間ＲＥＰは回生区間切換信号ＩＮＶにより切り換えられる。すなわち、回生制御には２つのモードが設けられている。ＣＰＵ２１０は、回生区間切換信号ＩＮＶを生成し、回生制御モードを切り換える。回生区間切換信号ＩＮＶがＬレベルのとき、励磁区間信号Ｅａと回生期間信号ＲＥａとは同じ論理である。このとき、ＣＰＵ２１０は、電気角π／２、３π／２点の誘起電圧が大きな領域を中心に回生電流を流す。一方、回生区間切換信号ＩＮＶがＨの時、励磁区間信号Ｅａと回生区間ＲＥａの論理が逆であり、ＣＰＵ２１０は、電気角０、π点の誘起電圧が小さな領域を中心に回生電流を流す。このように、ＣＰＵ２１０は、回生区間切換信号ＩＮＶを用いて、励磁区間信号Ｅａの論理を維持または反転させることにより回生区間ＲＥＰを生成し、電気角０、π、２π（誘起電圧波形のゼロクロス点）を中心とする回生区間と、電気角π／２、３π／２（誘起電圧波形の極大）を中心とする回生区間とを切り換えることが出来る。Ｂ相についても同様である。
【００８５】
図１６Ａは、回生区間ＲＥＰの幅が大きいときに実行される回生モードにおけるエネルギーの回生パターンを示す説明図である。図１６Ａにおいて、ＥＰＷＭの値は、電気角２πの間の回生区間ＲＥＰの大きさの割合を示す。回生区間ＲＥＰの幅が大きいときには、誘起電圧波形のピークを中心とした回生区間を有する回生期間信号ＲＥａを生成し、回生区間ＲＥＰの幅が小さいときには、誘起電圧波形のゼロクロス点を中心とした回生区間を有する回生期間信号ＲＥａを生成し、電磁コイル１４４（図１４）からエネルギーを回生する。ＣＰＵ２１０は、変速機構部１３０の入力回転（駆動モーター部１２０の回転）や出力回転（プラネタリーキャリア１３３、すなわち、負荷接続部に接続された負荷の回転）、各種要求等に応じてＥＰＷＭの大きさや２つの回生モードを切り換え、様々な回生モードで回生を実行する。なお、ＥＰＷＭの大きさの変更は、ＣＰＵ２１０が、図１５に示す回生区間設定部５９０Ｒの電子可変抵抗器５９２の電気抵抗の大きさを変えることにより行うことが出来る。
【００８６】
図１６Ａ（Ａ）、電磁コイル１４４に生じる誘起電圧波形を示す。なお、この誘起電圧波形は、ＥＰＷＭの値に依存しない。図１６Ａ（Ｂ）は、ＥＰＷＭが９５％の時における回生期間信号ＲＥａの波形（以下、「ＷＣ制御波形」とも呼ぶ）を示している。回生区間ＲＥＰ（Ｈレベル）において、エネルギーの回生を行うことが出来る。本例において回生区間ＲＥＰは、誘起電圧波形（図１６Ａ（Ａ））のピーク（極大値）を中心とした区間である。この区間を、「第２の回生区間」とも呼ぶ。図１６Ａ（Ｃ）は、回生エネルギーをアナログ電圧で示した回生波形を示す。図１６（Ｄ）は、ＰＷＭ回生のためにゲートトランジスター４６１，４６２に与えられるＰＷＭパルスを含むマスク信号ＭＳＫを示す。本参考形態では、エネルギーの回生をＰＷＭパルスを利用して行っている。図１６（Ｅ）は、回生波形が高電圧の場合のＰＷＭ回生波形を示し、図１６（Ｆ）は、回生波形が低電圧の場合のＰＷＭ回生波形を示している。
【００８７】
図１６Ａ（Ｇ）〜（Ｋ）は、それぞれ、ＥＰＷＭが４０％以上の時のＷＣ制御波形、回生波形、マスク信号、ＰＷＭ回生波形（高電圧）、ＰＷＭ回生波形（低電圧）を示す。回生区間ＲＥＰを短くする（ＥＰＷＭの値を小さくする）と、図１６Ａ（Ｅ）と図１６Ａ（Ｊ）との比較で分かるように、ＰＷＭ回生波形の細いパルスから消失していく。このように、ＰＷＭ回生波形において、細いＰＷＭパルスから消失していく場合、細いＰＷＭパルスが消失しても、回生エネルギーの大きな変動は起こり難い。すなわち、回生において、動作が、ぎくしゃくし難い。
【００８８】
ここで、回生区間ＲＥＰを誘起電圧波形（図１６Ａ（Ａ））のピーク（極大値）を中心とした区間を維持したままＥＰＷＭの値がさらに小さくされると、誘起電圧波形（図１６Ａ（Ａ））のピーク近傍の大きなＰＷＭパルスが消失することになる。かかる場合、回生エネルギーの大きな変動がおこるため、回生において、動作がぎくしゃくする場合がある。また、逆に、回生区間ＲＥＰを誘起電圧波形のピークを中心とした区間を維持したままＥＰＷＭの値を大きくしていった場合、回生区間ＲＥＰの幅が０から少し大きくした状態でも、大きなＰＷＭパルスが発生することになり、回生エネルギーの大きな変動がおこるため、回生において、動作がギクシャクする場合がある。そこで、ＥＰＷＭの値が小さく、回生区間ＲＥＰの幅が小さい場合には、以下で説明するようにして回生制御を行なうことが好ましい。
【００８９】
図１６Ｂは、回生区間ＲＥＰの幅が小さいときのエネルギーの回生パターンを示す説明図である。図１６Ｂにおいて、ＥＰＷＭの値は、電気角２πの間の回生区間ＲＥＰの大きさの割合を示すのは、図１６Ａと同じである。図１６Ｂ（Ａ）の誘起電圧波形は、図１６（Ａ）の誘起電圧波形と同じである。本例では、ＥＰＷＭの値が小さい値となると、回生区間ＲＥＰの中心を、誘起電圧波形のゼロクロス点とする。ここで、ゼロクロス点を中心とした回生区間ＲＥＰを、請求項では、「第１の回生区間」と呼んでいる。
【００９０】
図１６Ｂ（Ｂ）〜（Ｆ）は、それぞれ、ＥＰＷＭが３０％の時のＷＣ制御波形、回生波形、マスク信号、ＰＷＭ回生波形（高電圧）、ＰＷＭ回生波形（低電圧）を示す。図１６Ａ（Ｈ）と図１６Ｂ（Ｃ）とを比較すると分かるように、ＥＰＷＭが４０％以上の時は、誘起電圧波形のピーク中心に回生波形が生じているのに対し、ＥＰＷＭが３０％の時は、誘起電圧波形のゼロクロス点を中心に回生波形が生じている。次に、図１６Ａ（Ｊ）と図１６Ｂ（Ｅ）とを比較すると分かるように、ＥＰＷＭが４０％以上の時は、誘起電圧波形のゼロクロス点に近い細いＰＷＭパルスが消失しているのに対し、ＥＰＷＭが３０％の時は、誘起電圧波形のピーク中心に近い太いＰＷＭパルスが消失している。
【００９１】
図１６Ｂ（Ｇ）〜（Ｋ）は、それぞれ、ＥＰＷＭが５％の時のＷＣ制御波形、回生波形、ＰＷＭ回生波形（高電圧）、ＰＷＭ回生波形（低電圧）を示す。図１６Ｂ（Ｅ）と図１６Ｂ（Ｊ）とを比較すると分かるように、ＥＰＷＭが３０％から５％に小さくなると、誘起電圧波形のピーク中心に近い太いＰＷＭパルスと誘起電圧波形のゼロクロス点に近い細いＰＷＭパルスとの間のほぼ中間の大きさのＰＷＭパルスから消失している。
【００９２】
以上をまとめると、ＥＰＷＭが４０％以上のときは、ＥＰＷＭの値が小さくなるにつれて、誘起電圧波形のゼロクロス点に近い細いＰＷＭパルスから順番にほぼ中間の大きさのＰＷＭパルスまで消失する。そして、ＥＰＷＭが３０％以下の時は、ＥＰＷＭの値が小さくなるにつれて、中間の大きさのＰＷＭパルスから誘起電圧波形のゼロクロス点に近い細いＰＷＭパルスの順番にＰＷＭパルスが消失していく。
【００９３】
以上説明したように、ＥＰＷＭが小さくなるときに、細いＰＷＭパルスから順に中間の大きさのＰＷＭパルスまでを消失させ、ＷＣ制御波形の活性中心を切り替えた後は、中間の大きさのＰＷＭパルスから順に細い大きさのＰＷＭパルスまでを消失させていくので、ＥＰＷＭの大きさが変化したときの回生エネルギーの変化、およびこれに伴う負荷の変化を小さくすることができる。その結果、回生の動作や、これに伴う負荷変動がぎくしゃくすることを抑制することができる。なお、ＥＰＷＭを大きくしていく場合も同様である。すなわち、細いＰＷＭパルスから中間の大きさまでのＰＷＭパルスが付加されていくので、この場合においても、回生の動作や、これに伴う負荷変動がぎくしゃくすることを抑制することができる。
【００９４】
図１７Ａから図１７Ｄは、ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。図１７Ａに示す例は、ＣＰＵ２１０は、回生期間の全領域を、ゼロクロス点を中心としたＷＣ制御波形の回生区間（第１の回生区間）で構成した例である。ＥＰＷＭが１００％の時は、ゼロクロス点を中心とし場合の回生区間と、誘起電圧波形のピークを中心とした回生区間（第２の回生区間）は同じとなる。本例によれば、回生エネルギーが小さいときは、回生区間が変化したときの回生エネルギー量の変化が小さく、回生エネルギー量が大きいときは、回生区間が変化したときの回生エネルギー量の変化が大きい。すなわち、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化の割合（変化率）を、回生区間によらずほぼ一定とすることができるので、変速制御モーター部１４０の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００９５】
図１７Ｂに示す例は、ＣＰＵ２１０は、ＥＰＷＭの値がｘ１になったときに、第１の回生区間と、第２の回生区間を切り替える。切り替え時の回生エネルギーの回収率は、第１の回生区間ではｙ２１であり、第２の回生区間では、ｙ２２である。切り替え時の回生エネルギーの変化は、｜ｙ２１−ｙ２２｜である。｜ｙ２１−ｙ２２｜の値が小さければ、第１の回生区間と第２の回生区間が切り替わっても、回生の動作がぎくしゃくしない。また、回生制御部４３０は、回生エネルギー量が小さいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を行うので、変速制御モーター部１４０の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００９６】
図１７Ｃに示す例は、ＥＰＷＭを大きくしていくときにおいて、ＣＰＵ２１０は、ＥＰＷＭの値がｘ２になったときに、第１の回生区間から第２の回生区間に切り替え、ＥＰＷＭを小さくしていくときにおいて、ＥＰＷＭの値がｘ１になったときに、第２の回生区間から第１の回生区間に切り替える。ここで、第１の回生区間と第２の回生区間との切り替え時において、回生エネルギーの回収率は、ｙ２１であり、回生エネルギーは、連続している。このように、回生エネルギーを連続させると、より滑らかに回生を行うことが出来る。
【００９７】
また、図１７Ｃの例によれば、回生制御部４３０は、回生期間が短く回生するエネルギー量が小さいときは、電磁コイル１４４に生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生期間が長く回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイル１４４に生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を行うので、変速制御モーター部１４０の回生時において滑らかに動作させることができる。また、回生制御部４３０は、第１の回生モードと前記第２の回生モードの切り換え時において、切り換え前後の回生されるエネルギー量が同じ値となるように、切り換えるので、切り換え前後の回生エネルギー量が連続し、電気機械装置の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００９８】
図１７Ｄに示す例は、図１７Ｂに示す例と、図１７Ｃに示す例の中間である。図１７Ｄに示す例では、ＣＰＵ２１０は、ＥＰＷＭを大きくしていくときにおいて、ＥＰＷＭの値がｘ２になったときに、第１の回生区間から第２の回生区間に切り換える。ここまでは、図１７Ｂ、図１７Ｃと同じである。図１７Ｂに示す例では、ＣＰＵ２１０は、第１の回生区間から第２の回生区間に切り替える時に、ＥＰＷＭの大きさをｘ２のまま変えずにエネルギーの回収率をｙ２１からｙ２２に上げている。また、図１７Ｃに示す例では、ＣＰＵ２１０は、第１の回生区間から第２の回生区間に切り替える時に、回生エネルギーの回収率をｙ２１のまま変えずに、ＥＰＷＭの大きさをｘ２からｘ１に大きくしている。これに対し、図１７Ｄに示す例では、ＣＰＵ２１０は、ＥＰＷＭの大きさをｘ２からｘ３（ｘ３＞ｘ１）に小さくすると共に、回生エネルギーの回収率をｙ２１からｙ３２（ｙ３２＜ｙ２２）に上げている。このようにしても第１の回生区間と第２の回生区間との間に回生エネルギーの差が小さいので、回生の動作がぎくしゃくしない。なお、ＣＰＵ２１０は、ＥＰＷＭの値を小さくしていくときは、ＥＰＷＭの値がｘ３に達したときに、第２の開始慧区間から第１の回生区間に切り替える。このとき、新たなＥＰＷＭの値をｘ２とし、回生エネルギーの回収率をｙ３２からｙ２１に減少させる。
【００９９】
図１７Ｄの例によれば、回生期間が短く回生するエネルギー量が小さいときは、電磁コイル１４４に生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生期間が長く回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイル１４４に生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を行うので、変速制御モーター部１４０の回生時において滑らかに動作させることができる。また、第１の回生モードから第２の回生モードへの切り換えるときに、切り換え前後の回生エネルギーの変化を少なくすることができるので、電気機械装置の回生時において滑らかに動作させることができる。
【０１００】
図１７Ａ〜Ｄに示すように、ＥＰＷＭと回生エネルギーの回収率の間には、様々なパターンを採用することができる。なお、第１の回生区間と第２の回生区間の切り換えは、回生区間切換信号ＩＮＶの値により行うことができる。図１７Ｂ，Ｄにおいて、第１の回生区間と第２の回生区間が重なっている場合には、第１，第２のどちらの回生モード、回生区間を用いてもよい。
【０１０１】
なお、上記説明では、ＥＰＷＭの値から回生エネルギーの回生を考えたが、逆に回生エネルギーから、第１の回生区間と第２の回生区間とを切り換えるＥＰＷＭの値を考えてもよい。例えば、ＣＰＵ２１０は、回生エネルギーの回収率が１００％〜５０％までのときは、第２の回生区間でエネルギーを回生し、回生エネルギーの回収率が５０％〜０％までのときは、第１の回生区間でエネルギーを回生してもよい。
【０１０２】
以上説明したように、ＥＰＷＭの値が小さいとき、あるいは、回生エネルギーの回収率が小さいときには、第１の回生区間によりエネルギーの回生を行い、ＥＰＷＭの値が大きいとき、あるいは、回生エネルギーの回収率が大きいときには、第２の回生区間によりエネルギーの回生を行うと、エネルギーの回生時において、ぎくしゃくした動作を抑制することができる、なお、ＥＰＷＭや回生エネルギーの回収率の具体的な値は、一例であり、個々のモーターにおいて、その特性に応じて様々な値を採用することが出来る。また、全区間を第１の回生区間によりエネルギーの回生を行ってもよい。
【０１０３】
Ａ３．動力発生装置の変速制御動作：
図１８は、変速機構部１３０を構成する各ギアの回転数の関係を示す説明図である。図１８に示すように、変速機構部１３０（図１，３）のサンギアとしてのローターギア１２１３の回転数（「入力回転数」とも呼ぶ）と、プラネタリーキャリア１３３の回転数（「出力回転数」とも呼ぶ）と、リングギア１３１の回転数（「制御回転数」とも呼ぶ）との関係は、いわゆる「共線図」で表され、直線で結ばれる関係にある。この関係は、ローターギア１２１３の回転数をＮｓ、リングギア１３１の回転数をＮｒ、プラネタリーキャリアの回転数をＮｃとし、ローターギア１２１３のギア歯１２１ｔの歯数をｍｓ、リングギア１３１のギア歯１３１ｔの歯数をｍｒとすると、下記の（１），（２）式で表される。なお、Ｎｓ，Ｎｒ，Ｎｃは回転方向を特に規定していない。ただし、以下の説明において、回転方向を規定する場合において時計周りの回転方向については符号「＋」を付加し、反時計周りの回転方向については符号「−」を付加して示すこととする。
Ｎｃ＝Ｎｓ・（ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ））＋Ｎｒ・（ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））  …（１）
Ｎｒ＝（（ｍｒ＋ｍｓ）／ｍｓ）・（Ｎｃ−Ｎｓ・（ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ））  …（２）
【０１０４】
上記（１）式からわかるように、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃは、サンギアであるローターギア１２１３（以下、「サンギア１２１３」とも呼ぶ）の回転数Ｎｓとリングギア１３１の回転数Ｎｒとを、ｍｓ：ｍｒで直線補間したものである。従って、以下で説明するように、サンギア１２１３の回転が回転数Ｎｓで一定であるとすると、プラネタリーキャリア１３３の回転は、リングギア１３１の回転状態に応じて無段階で制御されることになる。
【０１０５】
リングギア１３１の回転が停止状態（Ｎｒ＝０）である場合には、変速機構部１３０の各ギアの回転数の関係は図１８の二点鎖線で示す直線の関係となる。このとき、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃは、上記（１）式から求められる回転数、すなわち、サンギア１２１３の回転数Ｎｓを減速比Ｋ０（＝出力／入力＝ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ））で減速した大きさの回転数＋Ｎｃ０（＝Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ））で時計周りに回転する。すなわち、この場合には、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転は、変速機構部１３０によって減速比Ｋ０で減速されて、負荷接続部１３６に接続された負荷に伝達される。
【０１０６】
ここで、変速機構部１３０のリングギア１３１の回転の停止状態は、サンギア（ローターギア）１２１３からプラネタリーギア１３２を介してリングギア１３１に伝達される回転力に応じてリングギア１３１に発生する反時計周りの回転力を、相殺するための時計周りの回転力がリングギア１３１に加えられるように、変速制御モーター部１４０を駆動制御することによって実現される。なお、変速制御モーター部１４０の制御は、上述したように駆動回路および回生回路によって実行される。
【０１０７】
リングギア１３１が回転数Ｎｒ＝−Ｎｒｆ（Ｎｒｆ＝Ｎｓ・ｍｓ／ｍｒ）でサンギア１２１３とは逆の反時計周りに回転している場合には、変速機構部１３０の各ギアの回転数の関係は図１８の太い実線で示す直線の関係となる。このとき、サンギア１２１３の時計周りの回転（回転数Ｎｓ）に対して、リングギア１３１は回転数Ｎｒ＝−Ｎｒｆ（＝−Ｎｓ・（ｍｓ／ｍｒ）で反時計周りに回転し、プラネタリーキャリア１３３の回転は、回転数Ｎｃ＝０となって停止される。この場合には、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転は、負荷接続部１３６に接続された負荷に伝達されることはなく、変速機構部１３０によって伝達が遮断される。なお、このプラネタリーキャリア１３３の回転(出力回転)が停止される状態におけるリングギア１３１の回転状態を、「フリー回転状態」とも呼ぶ。このリングギア２２０のフリー回転状態は、変速制御モーター部１４０による回生制御や駆動制御が実行されない状態とすることにより実現される。
【０１０８】
リングギア１３１の回転がフリー回転状態〜停止状態までの間で回転数Ｎｒが任意の回転数−Ｎｒ１で反時計周りに回転している状態の場合には、変速機構部１３０の各ギアの回転数の関係は図１８の一点鎖線で示す直線の関係となる。このとき、プラネタリーキャリア１３３０の回転数Ｎｃは、上記（１）式から＋Ｎｃ１（＝Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）−Ｎｒ１・ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））となり、回転数−Ｎｒ１の大きさに応じて０〜＋Ｎｃ０の間の任意の値となる。すなわち、この場合には、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転は、変速機構部１３０によって、上記（１）式に従って表される回転数＋Ｎｃ１に減速された回転されて、負荷接続部１３６に接続された負荷に伝達される。なお、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃを０〜＋Ｎｃ０までの間の任意の回転数＋Ｎｃ１とするためには、リングギア１３１が上記（２）式から求められる回転数Ｎｒ＝−Ｎｒ１（＝（（ｍｒ＋ｍｓ）／ｍｓ）・（Ｎｃ１−Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）））で反時計周りに回転するように、より具体的には、リングギア１３１がＮｒ＝−Ｎｒｆで反時計周りに回転しようとするのに応じて時計周りに回転しようとする変速制御モーター部１４０の回転を回生制御により反時計周りに制動するようにすればよい。
【０１０９】
リングギア１３１の回転数Ｎｒが任意の回転数＋Ｎｒ２で時計周りに回転している状態の場合には、変速機構部１３０の各ギアの回転数の関係は図１８の破線で示す直線の関係となる。このとき、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃは、上記(１)式から＋Ｎｃ２（＝Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）＋Ｎｒ２・ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））となり、リングギア１３１の回転数＋Ｎｒ２の大きさに応じて＋Ｎｃ０以上の任意の値となる。この場合には、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転を変速機構部１３０によって減速比Ｋ０で減速した回転数の回転に、変速制御モーター部１４０の駆動によって制御されたリングギア１３１の回転を変速機構部１３０によって減速比Ｋ１（＝ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））で減速した回転数の回転が重ね合わされて、負荷接続部１３６に接続された負荷に伝達される。なお、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃを任意の回転数＋Ｎｃ２とするためには、リングギア１３１が上記（２）式から求められる回転数Ｎｒ＝＋Ｎｒ２（＝（（ｍｒ＋ｍｓ）／ｍｓ）・（Ｎｃ２−Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）））で時計周りに回転するように、変速制御モーター部１４０の回転を反時計回りで駆動制御すればよい。
【０１１０】
リングギア１３１の回転数Ｎｒがフリー回転状態の回転数−Ｎｒｆよりも大きい任意の回転数−Ｎｒ３で反時計周りに回転している状態の場合には、変速機構部１３０の各ギアの回転数の関係は図１８の実線で示す直線の関係となる。プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃは、上記(１)式から求められる−Ｎｃ３（＝Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）−Ｎｒ３・ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））となり、リングギア１３１の回転数−Ｎｒ３の大きさに応じて回転数―Ｎｒｆよりも大きい任意の回転数で反時計周りに回転する。この場合には、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転を変速機構部１３０によって減速比Ｋ０で減速した時計回りの回転の回転数よりも、変速制御モーター部１４０の駆動によって制御されたリングギア１３１の反時計周りの回転を減速比Ｋ１（＝ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））で減速した回転数の方が大きくなって、リングギア１３１の反時計周りの回転に応じた回転が負荷接続部１３６に接続された負荷に伝達される。なお、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃを反時計周りの回転数−Ｎｃ３とするためには、リングギア１３１が上記（２）式から求められる回転数Ｎｒ＝−Ｎｒ３（＝（（ｍｒ＋ｍｓ）／ｍｓ）・（−Ｎｃ３−Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）））で反時計周りに回転するように、より具体的には、リングギア１３１のＮｒ＝−Ｎｒｆでの反時計周りの回転に応じた時計周りの回転よりも更に高速に時計周りに回転するように変速制御モーター部１４０の回転を駆動制御すればよい。
【０１１１】
変速機構部１３０では、上記のように、リングギア１３１の回転を変速制御モーター部１４０によって制御することにより、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転、すなわち、サンギアとしてのローターギア１２１３の回転（入力回転）に対して、負荷接続部１３６に接続された負荷に伝達されるプラネタリーキャリア１３３の回転（出力回転）を無段階で連続的に変化させることができ、これに伴って負荷に対するトルクを無段階で連続的に変化させることができる。
【０１１２】
ここで、例えば、プラネタリーキャリア１３３の回転数Ｎｃを０から＋Ｎｃ０に変化させる場合には、リングギア１３１の回転数Ｎｒが−Ｎｒｆから０に減速するように変速制御モーター部１４０を回生制御すればよい。しかしながら、回生区間の幅を、減速の度合いに応じた負荷に対応する回生量が得られる大きさに設定して、回生を実行したとすると、急激な負荷変動によって急激な動作変動が発生することになり、動作がぎくしゃくしてしまう。そこで、本例では、上記で説明した回生制御動作（図１４〜図１７）を用いる。具体的には、まず、回生の初期段階では、第１の回生モードとし、回生区間ＲＥＰの幅を変化させても回生量の変化が小さな、誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行うこととし、回生区間ＲＥＰの幅を徐々に変化させて回生量を増やしていく。その後、第２の回生モードとして、誘起電圧のピーク点を中心とした第２の回生区間で回生を行うこととし、回生区間ＲＥＰの幅を徐々に変化させて回生量を増やしていくことにより、回生を実行する。この場合に、切り換えの直前における第１の回生区間の幅よりも、切り換えの直後の第２の回生区間の幅を小さく設定して、切り換え前後における回生量に差が発生しないようにするのが好ましい。特に、切り換え前後の回生されるエネルギー量が同じ値となって連続するように、切り換え直後の第２の回生区間の幅を設定することが好ましい。また、第２の回生モードで回生を実行している間に、徐々に回生量が減少していった場合には、第２の回生モードから第１の回生モードに切り換えを行うようにすればよい。この場合に、切り換えの直前における第２の回生区間の幅よりも、切り換えの直後の第１の回生区間の幅を大きく設定して、切り換え前後における回生量に差が発生しないようにするのが好ましい。特に、切り換え前後の回生されるエネルギー量が同じ値となって連続するように、切り換え直後の第１の回生区間の幅を設定することが好ましい。
【０１１３】
なお、上記説明は回生により回転を減速させる場合を例に説明したが、回転を増速させる場合においても、同様に、励磁区間の幅を徐々に変化させていき、滑らかに加速していくことが好ましい。
【０１１４】
以上のようにすれば、滑らかな負荷変動を実現することができ、滑らかな変速動作およびトルク変化を実現し、動作がぎくしゃくしてしまうことを防止することが可能である。
【０１１５】
Ａ４．効果：
通常のモーターでは、モーターの応答性を向上させるために、ローターの径を縮小し、そのイナーシャ（モーターイナーシャ）を低減させ、イナーシャ特性を向上させることが好ましい。これに対し、本参考形態の駆動モーター部１２０では、ローター１２１の径は、変速機構部１３０を収容可能な程度に拡大されており、モーターイナーシャが増大されている。しかし、本発明の発明者は、本参考形態のように、ローター１２１を大径化し、モーターイナーシャが増大した場合であっても、動力発生装置１００の制御に対する過渡応答性の低下は抑制されることを見出した。この理由は、以下のためである。
【０１１６】
即ち、本参考形態の動力発生装置１００では、ローター１２１の径の大型化に伴い、駆動モーター部１２０において発生するトルクが増大されており、ローター１２１の回転開始時、回転方向の切り替え時において、変速機構部１３０に伝達されるトルクが増大されている。従って、動力発生装置１００では、駆動モーター部１２０の回転の変化に対して即応的に変速機構部１３０を追従させることができ、動力発生装置１００の過渡応答性の低下が抑制される。即ち、動力発生装置１００では、駆動モーター部１２０におけるイナーシャ特性の低下が、ローター１２１の大径化に伴うトルク特性の向上によって補償されている。
【０１１７】
このように、本参考形態の動力発生装置１００では、ローター１２１にサンギア（ローターギア１２１３）が一体的に設けられ、ローター１２１に設けられた凹部１２１２に、プラネタリーギア１３２と、リングギア１３１とが収容されている。また、リングギア１３１に一体的に設けられたリングキャリア１３１２の外周に永久磁石１４３を設けて、リングキャリア１３１２をローター１４１とし、その外周に配置した電磁コイル１４４をステーターとして、リングギア１３１の回転を制御する変速制御モーター部１４０がリングギア１３１に一体的に設けられている。即ち、動力発生装置１００は、駆動機構と変速機構と変速制御機構とが、コンパクトに一体化された構成を有している。従って、この動力発生装置１００を利用した場合には、装置全体の小型化・軽量化が可能である。また、本参考形態の動力発生装置１００では、無段階で連続的かつ滑らかに変速動作を実現することが可能であり、これに伴って無段階で連続的かつ滑らかにトルクの伝達量を変化させることが可能である。
【０１１８】
Ａ５．他の構成例：
図１９は、第１参考形態の他の構成例としての動力発生装置１００Ａの構成を示す概略断面図である。この動力発生装置１００Ａは、熱交換フィン１６０が設けられている点以外は、図１とほぼ同じである。熱交換フィン１６０は、駆動モーター部１２０および変速制御モーター部１４０を覆うケーシング部１２２ａの外表面に設けられている。これによって、駆動モーター部１２０の電磁コイル１２４および変速制御モーター部１４０の電磁コイル１４４におけるコイル電流による発熱を効率的に冷却することができ、駆動モーター部１２０および変速制御モーター部１４０の出力トルクを増大させることができる。なお、熱交換フィン１６０と、電磁コイル１２４，１４４のためのコイルバックヨーク１２８，１４８とを直接的に接触するように配置するものとしても良い。これによって、電磁コイル１２４，１４４の発熱に対する放熱効果を向上させることができる。熱交換フィン１６０に換えて、ケーシング部１２２ａの外周に冷媒ジャケットを装着させるものとしても良い。
【０１１９】
図２０は、第１参考形態の他の構成例としての動力発生装置１００Ｂの構成を示す概略断面図である。この動力発生装置１００Ｂは、外部に設けられていた制御部２００（図４）と、制御部２００のＣＰＵ２１０と外部との間の通信を実行する通信部（不図示）とを含む制御回路２００Ｂが、ケーシング部１２２ａＢの内部に、設けられている点以外は、図１とほぼ同じである。この構成例では、制御回路２００Ｂによって、動力発生装置１００Ｂを、外部から送信されたコマンド指令に応じて駆動させることができる。
【０１２０】
Ｂ．第２参考形態：
図２１は、第２参考形態としての動力発生装置１００Ｄの内部構成を示す概略断面図であり、図２２は、第２参考形態としての動力発生装置１００Ｄの各構成部を分解して示す概略分解断面図である。この動力発生装置１００Ｄは、サイクロ機構を用いた変速機構と駆動機構と変速機構を制御する変速制御機構とを一体化した構成を有している。動力発生装置１００Ｄは、以下の点が第１参考形態の動力発生装置１００（図１，図２）と異なる。すなわち、この動力発生装置１００Ｄは、ローター１２１の凹部１２１２に、変速機構部１３０Ｄとして、サイクロ機構を備えている。サイクロ機構は、内歯車に円弧歯形を採用し、遊星歯車にエピトロコイド平行曲線を採用した内接式遊星歯車機構と、円弧歯形を持つ内歯車による等速度内歯車機構の２つの機構が組み合わされた変速機構である。
【０１２１】
図２３は、サイクロ機構を模式的に示す説明図である。サイクロ機構は、偏心体１８０，１８５と、曲線板（内接式遊星歯車機構の遊星歯車および等速度内歯車機構の遊星歯車に相当）１８１と、外ピン（内接式遊星歯車機構の内歯車に相当）１８２と、内ピン（等速度内歯車機構の内歯車に相当）１８３と、ベアリング１８１４と、を備える。曲線板１８１は、略円盤形状を有しており、中心部に中心孔１８１０を有し、中心孔１８１０の周りに８個の内ピン孔１８１１を有する。内ピン孔１８１１は、円周上に４５度間隔で配置されている。曲線板１８１の外周は、エピトロコイド平行線形状を有している。本参考形態では、エピトロコイド平行線形状の山の数は９個であり、４０度回転させるとエピトロコイド平行線形状が重なる。なお、本参考形態では、図２１に示すように、サイクロ機構は曲線板１８１を２つ備えており、１８０度ずれている。その結果、一方の曲線板１８１のエピトロコイド平行線形状の凸部が、他方の曲線板１８１のエピトロコイド平行線形状の凹部に位置する。なお、図２３では、図面が見難くなるため、一方の曲線板１８１のみを記載している。
【０１２２】
外ピン１８２は、曲線板１８１側が略円形に形成されている部材である。外ピン１８２は、円柱形の棒であってもよい。外ピン１８２は、本参考形態では、１０本あり、円周上に３６度間隔で配置されている。また、外ピン１８２は、曲線板１８１の外周に接するように配置されている。ここで、外ピン１８２のうちの外ピン１８２１が曲線板１８１のエピトロコイド平行線形状の凸部の頂点に接しているとき、外ピン１８２１の対称位置にある外ピン１８２２は、曲線板１８１のエピトロコイド平行線形状の凹部の底に接している。図２０、図２１では、外ピン１８２２と曲線板１８１をギア歯の凹凸として接触した図として記載している。
【０１２３】
内ピン１８３は、円柱形の棒である。内ピン１８３は、内ピン孔１８１１の数と同じ数（８本）あり、円周上に４５度間隔で配置されている。内ピン１８３の太さは内ピン孔１８１１の大きさよりも細く形成されており、内ピン１８３は内ピン孔１８１１の中に挿入されている。なお、内ピン１８３が配置される円周と、内ピン孔１８１１が配置される円周は、同じ大きさである。
【０１２４】
偏心体１８０，１８５は、それぞれ円柱形状を有している。偏心体１８０の中心１８０１は、偏心体１８０の回転中心１８０２とずれている。偏心体１８５の中心１８５１は、偏心体１８５の回転中心１８５２とずれている。なお、偏心体１８０の回転中心１８０２と偏心体１８５の回転中心１８５２は同じ点（軸）である。そして、偏心体１８０の中心１８０１と、偏心体１８５の中心１８５１の重心の位置に偏心体１８０の回転中心１８０２（偏心体１８５の回転中心１８５２）が位置している。偏心体１８０，１８５の太さは中心孔１８１０の大きさよりも細く形成されており、中心孔１８１０の中に挿入されている。中心孔１８１０と偏心体１８０，１８５との間には、中心孔１８１０と偏心体１８０、１８５との接触を滑らかにするためのベアリング１８１４が配置されている。偏心体１８０，１８５は、中心１８０１から見て回転中心１８０２，１８５２と反対側において、中心孔１８１０に配置されたベアリング１８１４と接触している。この点を接触点１８０３，１８５３と呼ぶ。
【０１２５】
図２１に戻り、第２参考形態におけるサイクロ機構の接続関係について説明する。第２参考形態では、偏心体１８０，１８５は、ローター１２１と一体に形成されている。外ピン１８２は、略円筒状の外ピンキャリア１８２２と一体に形成されている。内ピン１８３は、略円筒状の内ピンキャリア１３３Ｄと一体に形成されている。すなわち、偏心体１８０が回転入力部であり、外ピン１８２が回転制御部であり、内ピン１８３が回転出力部である。より具体的には、回転制御部としての外ピンは、外ピンキャリアを含むものとしてもよい。同様に、回転出力部としての内ピンは、内ピンキャリアを含むものとしてもよい。なお、外ピンキャリア１８２２は、内ピンキャリア１３３Ｄの外周に配置されている。
【０１２６】
内ピンキャリア１３３Ｄの外周面と、外ピンキャリア１８２２の内周面との間には、第１参考形態の動力発生装置１００（図１，２）と同様に、軸受け部１３５が配置されており、負荷接続部１３６によって保持固定されている。また、外ピンキャリア１８２２の外周面には、第１参考形態の動力発生装置１００のリングキャリア１３１２と同様に、永久磁石１４３および磁石バックヨーク１４５が配置されている。すなわち、外ピンキャリア１８２２が、第２参考形態における変速制御モーター部１４０Ｄのローター１４１Ｄとなる。
【０１２７】
以下では、変速機構部１３０Ｄの動作について説明する。まず、説明を容易にするため、変速制御モーター部１４０Ｄのローター１４１Ｄは回転せず停止しているものとする。ローター１２１（図２１）が回転すると、偏心体１８０も回転する。このとき偏心体１８０は、回転中心１８０２を中心に回転する。例えば、図２３に示すように、偏心体１８０が時計回りに回転したとする。このとき、接触点１８０３の位置も時計回りに回転する。すると、曲線板１８１は、偏心体１８０よりベアリング１８１４を介して力を受けて、外ピン１８２が配置された円周に沿って、反時計回りに公転すると共に、自転する。曲線板１８１が自転すると、内ピン孔１８１１の位置が、公転する。内ピン孔１８１１が公転すると、内ピン１８３を押すため、内ピン１８３は内ピン１８３が配置された円周に沿って公転し、これに対応して内ピンキャリア１３３Ｄが中心軸１１０を中心に回転することになる。ローター１４１Ｄ、すなわい、外ピンキャリア１８２２が停止して、外ピン１８２が回転移動しない場合には、偏心体１８０が一回転すると、曲線板１８１が１／９回転する。例えば、曲線板１８１のエピトロコイド平行線形状の凸部の数をｎ個、外ピンの数を（ｎ＋１）本とすると、偏心体１８０が一回転すると、曲線板１８１が１／ｎ回転する。したがって、極めて大きな減速比を得ることが出来る。また、外ピン１８２によって滑り接触が転がり接触に変換されるので、機械的損失が非常に小さく、極めて高いギア効率を得ることが可能となる。
【０１２８】
上記説明では、変速制御モーター１４０Ｄのローター１４１Ｄは回転せず停止しているものとして説明したが、変速制御モーター１４０Ｄを駆動制御することによりローター１４１Ｄは回転させることができる。ここで、外ピン１８２は、ローター１４１Ｄである外ピンキャリア１８２２に固定されているので、変速制御モーター部１４０Ｄの駆動制御に応じて、中心軸１１０を中心として回転御される。外ピン１８２が回転移動すると、曲線板１８１の自転量が制御されることになるため、内ピン１８３の公転、すなわち、内ピンキャリア１３３Ｄの回転も制御されることになる。すなわち、第２参考形態の変速機構部１３０Ｄも、第１参考形態の変速機構部１３０と同様に、変速制御モーター部１４０Ｄによって、内ピンキャリア１３３Ｄの回転（出力回転）を無段階で連続的かつ滑らかに変化させることができ、これに伴って負荷に対するトルクを無段階で連続的かつ滑らかに変化させることができる。
【０１２９】
以上説明したように、第２参考形態の動力発生装置１００Ｄにおいても、第１参考形態の動力発生装置１００と同様に、駆動機構と変速機構と変速制御機構とが、コンパクトに一体化された構成を有している。従って、この動力発生装置１００Ｄを利用した場合には、装置全体の小型化・軽量化が可能である。また、無段階で連続的かつ滑らかに変速動作を実現することが可能であり、これに伴って無段階で連続的かつ滑らかにトルクの伝達量を変化させることが可能である。
【０１３０】
Ｃ．第３参考形態：
図２４は、第３参考形態としての動力発生装置１００Ｅの構成を示す概略断面図である。第１参考形態で説明した動力発生装置１００は、駆動モーター部１２０および変速制御モーター部１４０がラジアルギャップ型モーターで構成されていたが、第３参考形態の動力発生装置１００Ｅでは、駆動モーター部１２０Ｅおよび変速制御モーター部１４０Ｅがアキシャルギャップ型モーターで構成されている点で異なっている。駆動モーター部１２０Ｅは、永久磁石１２３と、電磁コイル群１２４０とを備える。同様に、変速制御モーター部１４０Ｅは、永久磁石１４３と、電磁コイル群１４４０とを備える。駆動モーター部１２０Ｅおよび変速制御モーター部１４０Ｅの構成および動作は基本的に同じであるので、以下では駆動モーター部１２０Ｅを例に説明する。
【０１３１】
図２５は、永久磁石と電磁コイル群の構成を示す説明図である。図２５（Ａ）は、永久磁石の構成を示す説明図である。永久磁石１２３は、扇形をした複数の永久磁石１２３１が円盤形状に並べられて構成されている。各永久磁石１２３１の磁束の方向は、円盤形状の法線方向である。永久磁石１２３は２つあり、電磁コイル群１２４０を挟んでいる。
【０１３２】
図２５（Ｂ）は電磁コイル群の断面図の一部を示す説明図である。電磁コイル群１２４０は、Ａ相電磁コイル１２４０Ａと、Ｂ相電磁コイル１２４０Ｂと、回路基板１２４１と、を備える。回路基板１２４１は、Ａ相電磁コイル１２４０Ａと、Ｂ相電磁コイル１２４０Ｂとに挟まれるように配置されている。Ａ相電磁コイル１２４０Ａと、Ｂ相電磁コイル１２４０Ｂとは、それぞれ、永久磁石１２３と対向するように配置されている。
【０１３３】
図２５（Ｃ）は、Ａ相電磁コイルの平面図の一部を示す説明図である。図２５（Ｄ）は、Ｂ相電磁コイルの平面図の一部を示す説明図である。Ａ相電磁コイル１２４０Ａと、Ｂ相電磁コイル１２４０Ｂとは同じ構造をしているので、Ａ相電磁コイル１２４０Ａを例に取り説明する。Ａ相電磁コイル１２４０Ａは、複数の電磁コイル１２４２Ａを備える。各電磁コイル１２４２Ａは、扇形に巻かれており、円盤形状に並べられている。なお、電磁コイル１２４２ＡとＢ相の電磁コイル１２４２Ｂとは、電気角でπ／２だけずれて配置されている。電磁コイル１２４２Ａのうち１つの電磁コイルには、永久磁石１２３の磁束を検知するための磁気センサー１２６Ｂが配置されている。この磁気センサー１２６Ｂの出力は、電磁コイル１２４２Ａを駆動制御するために用いられる。同様に、電磁コイル１２４２Ｂのうち１つの電磁コイルには、永久磁石１２３の磁束を検知するための磁気センサー１２６Ａが配置され、この磁気センサー１２６Ａの出力は、電磁コイル１２４２Ｂを駆動制御するために用いられる。
【０１３４】
このように、動力発生装置は、駆動モーター部および変速制御モーター部として、ラジアルギャップ型モーターの他、アキシャルギャップ型モーターを用いることが可能である。また、駆動モーター部と変速制御モーター部のいずれか一方をラジアルギャップ型モーターとし、他方をアキシャルギャップ型モーターとするようにしてもよい。また、第３参考形態の動力発生装置１００Ｅでは、第１参考形態の動力発生装置１００と同様に、遊星ギア機構を用いた変速機構部１３０を備えているが、第２参考形態と同様にサイクロ機構を採用した変速機構部１３０Ｄを備えるようにしてもよい。
【０１３５】
Ｄ．第４参考形態：
図２６は、第４参考形態としての動力発生装置１００Ｆの構成を示す概略断面図である。図２７は、エンコーダーの構成の一例を示す説明図である。第４参考形態の動力発生装置１００Ｆは、第１参考形態の動力発生装置１００に加えて、エンコーダー１９０を備えている。エンコーダー１９０は、発光部１９１と、受光部１９２と、反射板１９３と、エンコーダー回路１９４と、を備える。発光部１９１と、受光部１９２と、エンコーダー回路１９４とは、ステーター（ケーシング部１２２ａＦ）に配置され、反射板１９３は、ローター１２１に配置されている。発光部１９１から照射された光は、反射板１９３で反射し、受光部１９２で検知される。ここで、エンコーダー１９０は反射板１９３を回転方向の円周に沿って複数列備え、各列の反射板１９３からの反射光が２進数を示し、ローター１２１の回転に伴って１つずつ該２進数が増加ないし減少するように構成されている。反射板１９３をこのように構成することにより、エンコーダー回路１９４は、ローター１２１の回転位置を正確に判断することができる。
【０１３６】
本参考形態では、駆動モーター部１２０のローター１２１の回転位置を判断するためにエンコーダー１９０を設けた場合を例に説明したが、同様に、変速制御モーター部１４０のローター１４１の回転位置を判断するためにエンコーダーを設けるようにしてもよい。
【０１３７】
Ｅ．第５参考形態：
図２８は、第５参考形態としての動力発生装置１００Ｇの内部構成を示す概略断面図である。この動力発生装置１００Ｇは、磁気減速機構を用いた磁気変速機構と駆動機構と変速機構を制御する変速制御機構とを一体化した構成を有している。動力発生装置１００Ｇは、以下の点が第１参考形態の動力発生装置１００（図１）と異なる。すなわち、この動力発生装置１００Ｇは、駆動モーター部１２０のローター１２１の凹部１２１２に、変速機構部１３０Ｇとして、磁気減速機構を用いた磁気変速機構を備えている。
【０１３８】
図２９は、磁気変速機構を模式的に示す説明図である。磁気変速機構は、中心軸１１０の周りに設けられた円筒状の第１の磁気変速ローター１２１３と、第１の磁気変速ローター１２１３の外周に設けられた円筒状の第２の磁気変速ローター１３１Ｇと、を備える。なお、この第１の磁気変速ローター１２１３は、駆動モーター部１２０のローター１２１の隔壁であり、駆動モーター部１２０による回転運動がダイレクトに伝達される。第２の磁気変速ローター１３１Ｇは、変速制御モーター部１４０のローター１４１に、側面側で一体に形成されており、変速制御モーター部１４０の回転運動が伝達される。
【０１３９】
第１の磁気変速ローター１２１３は、その外周面に、放射方向に着磁されて外周側がＮ極の永久磁石１７７（Ｎ）と外周側がＳ極の永久磁石１７７（Ｓ）とが交互に配列されたＳＰＭ型のローターである。同様に、第２の磁気変速ローター１３１Ｇは、その内周面に、放射方向に着磁されて内周側がＮ極の永久磁石１７１（Ｎ）と外周側がＳ極の永久磁石１７１（Ｓ）とが交互に配列されたＳＰＭ型のローターである。なお、ローターに配列された永久磁石の極数は、Ｎ極とＳ極の１対を極数１として定義することとし、第１の磁気変速ローター１２１３の極数Ｎ１は、本例ではＮ１＝２に設定されている。同様に、第２のローラー１３１Ｇに配列された永久磁石の極数Ｎ２は、Ｎ２＝２０に設定されている。
【０１４０】
第１の磁気変速ローター１２１３の外周に配列された永久磁石１７７（１７７Ｓ，１７７Ｎ）と、第２の磁気変速ローター１３１Ｇの内周に配列された永久磁石１７１（１７１Ｓ，１７１Ｎ）との間には、磁極片１７５が等間隔で円筒状に配列されており、キャリア１３３Ｇに固定されている。このキャリア１３３Ｇは、変速制御モーター部１４０のローター１４１の内周で、軸受け部１１２を介して中心軸１１０の回りに回転自在に配置されている。キャリア１３３Ｇには、負荷接続部１３６が接続される。
なお、磁極片１７５は、軟磁性体の積層鋼板により形成される。磁極片１７５の数Ｎｐは、Ｎｐ＝Ｎ２±Ｎ１に設定される。＋Ｎ１の場合は、後述する基本動作において、第１の磁気変速ローターの回転方向に対して第２の磁気変速ローターの回転方向を同方向とする場合であり、−Ｎ１の場合は逆方向とする場合である。なお、本例では、Ｎｐ＝２２に設定されており、基本動作において同方向の回転となるように設定されている。
【０１４１】
なお、以上説明からわかるように、変速機構部１３０Ｇにおいて、第１の磁気変速ローター１２１３が回転入力部であり、第２の磁気変速ローター１３１Ｇが回転制御部であり、キャリア１３３Ｇに指示された磁極片１７５が回転出力部である。なお、以下では、キャリア１３３Ｇを、回転出力部として説明する。
【０１４２】
まず、本参考形態における磁気変速機構の動作を説明する前提として、図２９（Ａ）に示すように、キャリア１３３Ｇが固定されて複数の磁極片７５の位置が固定されている場合の磁気減速機構について説明する。この場合において、入力ローターとしての第１の磁気変速ローター１２１３に配列されている永久磁石１７７の磁極に応じて、磁極片１７５が磁化される。例えば、Ｎ極の永久磁石１７７（Ｎ）に隣接している磁極片１７５は放射方向に向かってＮ→Ｓに磁化され、Ｓ極の永久磁石１７７（Ｓ）が隣接している磁極片１７５は放射方向に向かってＳ→Ｎに磁化される。これら磁化された磁極片１７５により発生する磁界と、第２の磁気変速ローター１３１Ｇに配列された永久磁石１７１との間で吸着作用および反発作用が発生して、第２の磁気変速ローター１３１Ｇにトルクが発生し、第２の磁気変速ローター１３１Ｇが回転することになる。そして、第１の磁気変速ローター１２１３は回転しているので、これに応じて、磁極片１７５の磁化状態は変化することになり、これに応じて第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転量も制御されることになる。この結果、入力ローターとしての第１の磁気変速ローター１２１３の回転量に対して出力ローターとしての第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転量が減速制御されることになる。なお、この場合、入力ローターとしての第１の磁気変速ローター１２１３の回転数に対する出力ローターとしての第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転数の比（減速比）Ｇは、第１の磁気変速ローターの極数Ｎ１に対する第２の磁気変速ローターの極数Ｎ２の比で表される。本例では、Ｎ１＝２，Ｎ２＝２０であるので、減速比Ｇは１０となる。
【０１４３】
磁気変速機構を用いた本参考形態の変速機構部１３０Ｇでは、図２９（Ｂ）に示すように、変速制御モーター部１４０のローター１４１（１３１２）の回転を制御することにより、第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転を変化させることができる。このとき、上記したように、入力ローター（回転入力部）としての第１の磁気変速ローター１２１３の回転数に対して減速比Ｇで減速された回転数となるように制御ローター（回転制御部）としての第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転を制御した場合には、出力ローター（回転出力部）としてのキャリア１３３Ｇは回転せず固定される。これに対して、制御ローター１３１Ｇの回転数を増減させることにより、出力ローターとしてのキャリア１３３Ｇは、制御ローターとしての第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転数の増減に応じて、入力ローターとしての第１の磁気変速ローター１２１３と同方向あるいは逆方向に回転させるととともに、回転量を変化させることができる。従って、制御ローターとしての第２の磁気変速ローター１３１Ｇの回転を制御することにより、入力ローターとしての第１の磁気変速ローター１２１３の回転数に対して、出力ローターとしてのキャリア１３３Ｇの回転数を無段階で変化させる、すなわち、無段階で変速させることができる。
【０１４４】
なお、本参考形態では、ＳＰＭ型のローターを用いた磁気変速機構を例に説明したが、ＨＢ型（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｔｙｐｅ）のローターを用いた磁気変速機構としてもよい。なお、ＨＢ型のローターは、軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を二枚の歯車鉄心で挟み込み、Ｎ極側の歯とＳ極側の歯の凹凸が逆になるようにした構造のローターである。
【０１４５】
Ｆ．実施形態：
図３０は、一実施形態としての動力発生装置１００Ｈの内部構成を示す概略断面図である。本実施形態の動力発生装置１００Ｈは、以下の点を除いて第１参考形態の動力発生装置１００（図１）の構成と同じである。すなわち、この動力発生装置１００Ｈは、ケーシング部１２２ｂの開口１２２２の内壁面と、負荷接続部１３６と、の間に、クロスローラーベアリング１３７が配置されている。クロスローラーベアリング１３７は、外輪１３７１と、内輪１３７２と、円筒コロ１３７３と、を備える。クロスローラーベアリング１３７の外輪１３７１はケーシング部１２２ｂに固定され、内輪１３７２は負荷接続部１３６に固定されている。
【０１４６】
図３１は、クロスローラーベアリングの構成を示す説明図である。クロスローラーベアリング１３７は、外輪１３７１と、内輪１３７２と、円筒コロ（ローラーに相当する）１３７３と、を備える。外輪１３７１と内輪１３７２は、それぞれ、９０°のＶ溝１３７１ａ，１３７２ａを有している。円筒コロ１３７３は、直径と高さが同じ大きさの円筒形をしており、Ｖ溝１３７１ａ，１３７２ａに、９０°の互い違いに配置されている。このような構成をとることにより、外輪１３７１、内輪１３７２と、円筒コロ１３７３との接触が点ではなく、線となるため、強い回転力を伝えることができるとともに、大きな荷重にも耐えられるようになる。しかも、軸の曲げ力（曲げモーメント荷重）、軸のラジアル方向の力（ラジアル荷重）、軸スラスト力（軸の長手方向の荷重）のいずれの方向に対しても強く、高い剛性を実現することが可能となる。
【０１４７】
以上の説明からわかるように、クロスローラーベアリングは、内リング（内輪）と外リング（外輪）の間にローラーが設けられており、各ローラーは軌道輪（レース）の表面と線接触になっており、かつ、９０℃の角度で相互にクロスするように配置されており、ラジアル方向、スラスト方向、モーメント等の様々な方向からの荷重に対して高い剛性を有する構造のベアリングである。
【０１４８】
本実施形態の動力発生装置１００Ｈにおいても、第１参考形態の動力発生装置１００と同様に、これを適用した装置全体の小型化・軽量化が可能である。また、無段階で連続的かつ滑らかに変速動作を実現することが可能であり、これに伴って無段階で連続的かつ滑らかにトルクの伝達量を変化させることが可能である。
【０１４９】
また、本実施形態の動力発生装置１００Ｈは、開口１２２２の内壁面と、負荷接続部１３３と、の間にクロスローラーベアリング１３７を備えている。そのため、本実施形態の動力発生装置１００Ｈは、大きな荷重にも耐えられるようになる。さらに、軸の曲げ力（曲げモーメント荷重）、軸のラジアル方向の力（ラジアル荷重）、軸スラスト力（軸の長手方向の荷重）のいずれの方向に対しても強い高い剛性を実現することが可能となる。
【０１５０】
なお、本実施形態では、第１参考形態の動力発生装置１００の開口１２２２の内壁面と、負荷接続部１３３と、の間にクロスローラーベアリング１３７を備えた構成を例に説明しているが、他の参考形態の動力発生装置１００Ｂ〜１００Ｇにおいても、同様に、クロスローラーベアリングを備えた構成とすることができる。
【０１５１】
Ｇ．変形例：
（１）変形例１
上記参考形態および実施形態では、回生の初期段階では、第１の回生モードとし、回生区間ＲＥＰの幅を変化させても回生量の変化が小さい、誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行って、徐々に回生量を増やしていき、その後、第２の回生モードとして、誘起電圧のピーク点を中心とした第２の回生区間で回生を行うように回生を実行する場合を例に説明したが、第２の回生モードに切り換えることなく、第１の回生モードにおいて、ＥＰＷＭを０〜１００％の間で回生区間ＲＥＰの幅を変化させて回生量を変化させるようにしてもよい。
【０１５２】
（２）変形例２
上記参考形態および実施形態では、遊星ギア機構のサンギアやサイクロ機構の偏心体、磁気変速機構の第１の磁気変速ローターが回転入力部として駆動モーター部のローターに接続され、遊星ギア機構のプラネタリーキャリアやサイクロ機構の内ピンキャリア、磁気変速機構の磁極片が支持されたキャリアが回転出力部として負荷接続部に接続されているが、回転入力部と回転出力部とを入れ換えた構成としてもよい。
【０１５３】
（３）変形例３
上記参考形態および実施形態では、動力発生装置は、駆動モーター部で発生した回転駆動力を外部負荷へと伝達していた。しかし、動力発生装置は外部負荷から伝達された回転駆動力により、駆動モーター部に電力を発生させる発電装置として機能するものとしても良い。このように、本発明は、駆動機構と変速機構と変速制御機構とを有する動力発生装置に限らず、発電機構と変速機構と変速制御機構とを有する発電装置に適用するようにしてもよく、動力と電力を変換する電気機械機構と変速機構と変速制御機構とを有する電気機械装置に適用することが可能である。
【０１５４】
（４）変形例４
上記参考形態および実施形態で説明した本発明の動力発生装置は、以下に示すように、電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器の駆動装置として適用することが可能である。
【０１５５】
図３２は、動力発生装置を利用した移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、本発明の動力発生装置３３１０が前輪に設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。動力発生装置３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時には動力発生装置３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、動力発生装置３３１０の駆動モーター部の駆動と回生、および、変速制御モーター部の駆動と回生を制御することにより変速機構部の変速を制御する回路である。
【０１５６】
図３３は、動力発生装置を利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、動力発生装置３４３０とを有している。この動力発生装置３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。
【０１５７】
図３４は、動力発生装置を利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３４９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。双腕７軸ロボット３４５０において、関節モーター３４６０あるいは把持部モーター３４７０として、上述した動力発生装置を利用することが可能である。
【０１５８】
図３５は、動力発生装置を利用した垂直多関節ロボットの一例を示す説明図である。図３５に示すように、垂直多関節ロボット３６４０は、本体部３６４１、アーム部３６４２およびロボットハンド３６４５等から構成されている。本体部３６４１は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定されている。アーム部３６４２は、本体部３６４１に対して可動に設けられており、本体部３６４１にはアーム部３６４２を回転させるための動力を発生させる駆動部（不図示）や、駆動部を制御する制御部等が内蔵されている。この駆動部として、上述した動力発生装置を用いることが可能である。
【０１５９】
アーム部３６４２は、第１フレーム３６４２ａ、第２フレーム３６４２ｂ、第３フレーム３６４２ｃ、第４フレーム３６４２ｄおよび第５フレーム３６４２ｅから構成されている。第１フレーム３６４２ａは、回転屈折軸を介して、本体部３６４１に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム３６４２ｂは、回転屈折軸を介して、第１フレーム３６４２ａおよび第３フレーム３６４２ｃに接続されている。第３フレーム３６４２ｃは、回転屈折軸を介して、第２フレーム３６４２ｂおよび第４フレーム３６４２ｄに接続されている。第４フレーム３６４２ｄは、回転屈折軸を介して、第３フレーム３６４２ｃおよび第５フレーム３６４２ｅに接続されている。第５フレーム３６４２ｅは、回転屈折軸を介して、第４フレーム３６４２ｄに接続されている。アーム部３６４２は、制御部（図示せず）の制御によって、各フレーム３６４２ａ〜３６４２ｅが各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折して動くようになっている。
【０１６０】
アーム部３６４２の第５フレーム３６４２ｅのうち第４フレーム３６４２ｄが設けられた側と反対側には、ハンド接続部３６４３が接続されており、このハンド接続部３６４３にロボットハンド３６４５が取り付けられている。
【０１６１】
ロボットハンド３６４５は、基部３６４５ａと、基部３６４５ａに接続された指部３６４５ｂと、を備えている。基部３６４５ａと指部３６４５ｂの接続部および指部３６４５ｂの各関節部には、上述した各種の動力発生装置が組み込まれている。動力発生装置が駆動することによって、指部３６４５ｂが屈曲し、物体を把持することができる。この動力発生装置は、超小型モーターであって、小型でありながら確実に物体を把持するロボットハンド３６４５を実現することができる。これにより、小型、軽量のロボットハンド３６４５を用いて、複雑な動作が行なえる、汎用性の高いロボットを提供することができる。
【０１６２】
図３６は、動力発生装置を利用した双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。図３６に示すように、双腕キャスター付ロボット３７６２は車体部３７６３を備えている。車体部３７６３は車体本体３７６３ａを備え、車体本体３７６３ａの地面側には４つの車輪３７６３ｂが設置されている。そして、車体本体３７６３ａには車輪３７６３ｂを駆動する回転機構が内蔵されている。さらに、車体本体３７６３ａにはロボット３７６２の姿勢及び動作を制御する制御部３７６４が内蔵されている。
【０１６３】
車体本体３７６３ａ上には、本体回転部３７６５、本体部３７６６がこの順に重ねて設置されている。本体回転部３７６５には本体部３７６６を回転させる回転機構が設置されている。そして、本体部３７６６は鉛直方向を回転中心として回動する。本体部３７６６上には一対の撮像装置３７６７が設置され、撮像装置３７６７は双腕キャスター付ロボット３７６２の周囲を撮影する。そして、撮影した物と撮像装置３７６７との距離を検出することができる。
【０１６４】
本体部３７６６の側面のうち対向する２つの面には左腕部３７６８及び右腕部３７６９が設置されている。左腕部３７６８及び右腕部３７６９はそれぞれ可動部としての上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２を備えている。上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２は回動または屈曲可能に接続されている。そして、本体部３７６６には本体部３７６６に対して上腕部３７７０を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。上腕部３７７０には上腕部３７７０に対して下腕部３７７１を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。下腕部３７７１には下腕部３７７１に対してハンド部３７７２を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。さらに、下腕部３７７１には下腕部３７７１の長手方向を回転軸にして捻る回転機構３７７３が内蔵されている。
【０１６５】
ハンド部３７７２はハンド本体３７７２ａとハンド本体３７７２ａの先端に位置する一対の板状の可動部としての把持部３７７２ｂを備えている。ハンド本体３７７２ａには把持部３７７２ｂを移動しての把持部３７７２ｂ間隔を変更させる直動機構３７７４が内蔵されている。ハンド部３７７２は把持部３７７２ｂを開閉して被把持物を把持することができる。
【０１６６】
回転機構３７７３及び直動機構３７７４には上述した動力発生装置を備えている。従って、回転機構３７７３は回転方向を反転させるときにもガタツクことなくスムーズに回転方向を転換させることができる。そして、直動機構３７７４は移動方向を反転させるときにもガタツクことなくスムーズに移動方向を転換させることができる。従って、双腕キャスター付ロボット３７６２は左腕部３７６８及び右腕部３７６９を位置精度良く移動することができる。
【０１６７】
さらに、車輪３７６３ｂを回転させる回転機構と本体部３７６６を回転させる回転機構とは上記した動力発生装置を備えている。従って、双腕キャスター付ロボット３７６２は進行方向を変えるときにもガタツクことなく回動することができる。そして、双腕キャスター付ロボット３７６２は本体部３７６６の回転方向を変えるときにもガタツクことなく回動することができる。
【０１６８】
図３７は、動力発生装置を利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、動力発生装置３５１０と、車輪３５２０とを有している。この動力発生装置３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、動力発生装置３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。
【０１６９】
本発明は、上述の実施形態や参考形態、実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【０１７０】
２５…導電線束
１００…動力発生装置
１００Ａ…動力発生装置
１００Ｂ…動力発生装置
１００Ｄ…動力発生装置
１００Ｅ…動力発生装置
１００Ｆ…動力発生装置
１００Ｇ…動力発生装置
１００Ｈ…動力発生装置
１１０…中心軸
１１１…貫通孔
１１２…軸受け部
１１３…軸受けリング
１１４…固定用ボルト
１１５…スペーサー
１２０…駆動モーター部
１２０Ｅ…駆動モーター部
１２１…ローター
１２１ｔ…ギア歯
１２２…ケーシング
１２２ａ，１２２ｂ…ケーシング部
１２２ａＢ…ケーシング部
１２２ａＦ…ケーシング部
１２３…永久磁石
１２４…電磁コイル（ステーター）
１２４Ａ，１２４Ｂ…電磁コイル
１２５…磁石バックヨーク
１２６…位置検出部
１２６Ａ，１２６Ｂ…磁気センサー
１２７…回転制御回路
１２８…コイルバックヨーク
１３０…変速機構部
１３０Ｄ…変速機構部
１３１…リングギア
１３１ｔ…ギア歯
１３２…プラネタリーギア
１３２ｓ…回転軸
１３２ｔ…ギア歯
１３３…プラネタリーキャリア
１３３Ｄ…内ピンキャリア
１３５…シール部
１３６…負荷接続部
１３７…クロスローラーベアリング
１３７１…外輪
１３７２…内輪
１３７３…円筒コロ
１４０…変速制御モーター部
１４０Ｄ…変速制御モーター部
１４０Ｅ…変速制御モーター部
１４１…ローター
１４１Ｄ…ローター
１４３…永久磁石
１４４…電磁コイル（ステーター）
１４４Ａ，１４４Ｂ…電磁コイル
１４５…磁石バックヨーク
１４６…位置検出部
１４６Ａ，１４６Ｂ…磁気センサー
１４７…回転制御回路
１４８…コイルバックヨーク
１５０…シール部
１６０…熱交換フィン
１３１Ｇ…磁気変速ローター
１３３Ｇ…キャリア
１７１…永久磁石
１７５…磁極片
１７７…永久磁石
１８０，１８５…偏心体
１８１…曲線板
１８２…外ピン
１８３…内ピン
１９０…エンコーダー
１９１…発光部
１９２…受光部
１９３…反射板
１９４…エンコーダー回路
１９５…孔
２００…制御部
２００Ｂ…制御回路
２１０…ＣＰＵ
２１２…バス
２２０…駆動モーター制御部
２３０…変速制御モーター制御部
４２０…駆動制御部
４３０…回生制御部
４３２Ａ…Ａ相充電切換部
４３４Ａ…Ａ相ＰＷＭ制御部
４３２Ｂ…Ｂ相充電切換部
４３４Ｂ…Ｂ相ＰＷＭ制御部
４４０…ドライバー回路
４４０Ａ…Ａ相ドライバー回路
４４０Ｂ…Ｂ相ドライバー回路
４５０…整流回路
４５１…全波整流回路
４６１…ゲートトランジスター
４７１…バッファー回路
４７２…インバーター回路
４８０…電源配線
５１０…基本クロック生成回路
５２０…１／Ｎ分周器
５３１…カウンタ
５３５…駆動波形形成部
５４０…正逆方向指示値レジスタ
５５０…乗算器
５６０…符号化部
５８０…電圧指令値レジスタ
５９０…励磁区間設定部
５９０Ｒ…回生区間設定部
５９２…電子可変抵抗器
５９４，５９６…電圧比較器
８２０…駆動制御部
８３０…回生制御部
８４０…ドライバー回路
８５０…整流回路
１２１１…貫通孔
１２１２…凹部
１２１３…隔壁（ローターギア，サンギア，磁気変速ローター）
１２２１…貫通孔
１２２２…開口
１２３１…永久磁石
１２４０，１４４０…電磁コイル群
１２４１…回路基板
１２４２Ａ…電磁コイル
１２４２Ｂ…電磁コイル
１３１２…リングキャリア
１３１２Ｄ…外ピンキャリア
１３１３…開口部
１３３０…プラネタリーキャリア
１３３１…貫通孔
１３３２…軸孔
１８２１，１８２２…外ピン
１８０１，１８５１…中心
１８０２，１８５２…回転中心
１８０３…接触点
１８１０…中心孔
１８１１…内ピン孔
１８１４…ベアリング
３３００…自転車
３３１０…動力発生装置
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…動力発生装置
３４５０…双腕７軸ロボット
３４６０…関節モーター
３４７０…把持部モーター
３４８０…アーム
３４９０…把持部
３５００…鉄道車両
３５１０…動力発生装置
３５２０…車輪
３６４０…垂直多関節ロボット
３６４１…本体部
３６４２…アーム部
３６４２ａ…第１フレーム
３６４２ｂ…第２フレーム
３６４２ｃ…第３フレーム
３６４２ｄ…第４フレーム
３６４２ｅ…第５フレーム
３６４３…ハンド接続部
３６４５…ロボットハンド
３６４５ａ…基部
３６４５ｂ…指部
３７６２…双腕キャスター付ロボット
３７６３…車体部
３７６３ａ…車体本体
３７６３ｂ…車輪
３７６４…制御部
３７６５…本体回転部
３７６６…本体部
３７６７…撮像装置
３７６８…左腕部
３７６９…右腕部
３７７０…上腕部
３７７１…下腕部
３７７２…ハンド部
３７７２ａ…ハンド本体
３７７２ｂ…把持部
３７７３…回転機構
３７７４…直動機構
ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２…駆動信号
ＭＳＫ…マスク信号
ＭＳＫＡ…マスク信号
ＭＳＫＢ…マスク信号
Ｖ１，Ｖ２…電圧
Ｋ０…減速比
Ｋ１…減速比
Ｓ１，Ｓ２…出力
ＲＩ…正逆方向指示値
ＥＲ…回生許可信号
Ｍａ…乗算値
Ｐａ…正負符号信号
Ｘａ…センサー出力値
Ｙａ…電圧指令値
Ｓｎ，Ｓｐ…出力（出力信号）
Ｒｖ…可変抵抗値
ＩＡ１…符号
ＣＭ１…カウント値
ＳＤＣ…クロック信号
ＰＣＬ…クロック信号
ＳＳＡ…センサー出力
ＥＰ…励磁区間
ＮＥＰ…非励磁区間
ＲＥＰ…回生区間（活性区間）
ＮＲＥＰ…非回生区間（非活性区間）
ＩＮＶ…回生区間切換信号（回生モード切換信号）
ＲＥａ…回生期間信号
【図１】
2014087170.tif 000003
【図２】
2014087170.tif 000004
【図３】
2014087170.tif 000005
【図４】
2014087170.tif 000006
【図５】
2014087170.tif 000007
【図６】
2014087170.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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