(57)【要約】【課題】可変変速機構を有する電気機械装置の耐久性や信頼性、メンテナンス性を高める。【解決手段】電気機械装置は、第１の電気機械機構と、第１の電気機械機構に接続された変速機構と、変速機構の変速動作を制御する第２の電気機械機構と、変速機構に接続された回転接続部とを備える。第１の電気機械機構と変速機構と第２の電気機械機構とは、各々の回転の中心軸が同一の仮想直線上に配置される。第１の電気機械機構及び変速機構は第２の電気機械機構のローターの内側に配置される。変速機構は、第１の電気機械機構の回転の中心軸である回転軸に接続された第１の回転伝達部と、回転接続部に接続された第２の回転伝達部と、第２の電気機械機構のローターの内側でそのローターと一体に形成され、そのローターの回転動作に応じて第１の回転伝達部の回転数と第２の回転伝達部の回転数との関係を制御する回転制御部とを備える。【選択図】図１
2014176118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械装置であって、
第１のローター及び第１のステーターを有する第１の電気機械機構と、
前記第１の電気機械機構に接続された変速機構と、
第２のローター及び第２のステーターを有する第２の電気機械機構であって、前記変速機構の変速動作を制御する第２の電気機械機構と、
前記変速機構に接続された回転接続部と、
を備え、
前記第１の電気機械機構と前記変速機構と前記第２の電気機械機構とは、各々の回転の中心軸が同一の仮想直線上に配置され、
前記第１の電気機械機構及び前記変速機構は、前記第２の電気機械機構の前記第２のローターの内側に配置され、
前記変速機構は、
前記第１の電気機械機構の回転の中心軸である回転軸に接続された第１の回転伝達部と、
前記回転接続部に接続された第２の回転伝達部と、
前記第２の電気機械機構の前記第２のローターの内側で前記第２のローターと一体に形成され、前記第２のローターの回転動作に応じて前記第１の回転伝達部の回転数と前記第２の回転伝達部の回転数との関係を制御する回転制御部と、
を備える、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、
前記第２の電気機械機構および前記変速機構を収容するケーシングを備え、
前記第１の電気機械機構は、前記第２の電気機械機構の前記第２のローターの内側で前記ケーシングによって形成された空間に配置される、電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構は、
前記変速機構の中心部に配置されたサンギアと、
前記変速機構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が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、
前記変速機構は、前記サンギアが前記第１の回転伝達部であり、前記プラネタリーキャリアが前記第２の回転伝達部であり、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４】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構は、
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、
前記偏心体が前記第１の回転伝達部であり、前記内ピンが前記第２の回転伝達部であり、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５】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構部は
前記変速機構の中心部に配置されたウェーブジェネレーターと、
前記変速機構の外周部に配置されたサーキュラスプラインと、
前記ウェーブジェネレーターと前記サーキュラスプラインとの間に配置されたフレックススプラインと、
を有するハーモニックドライブ機構（「ハーモニックドライブ」は登録商標）を含み、
前記変速機構は、前記ウェーブジェネレーターが前記第１の回転伝達部であり、前記フレックススプラインが前記第２の回転伝達部であり、前記サーキュラスプラインが前記回転制御部である、電気機械装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置であって、
前記変速機構は、
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が前記第１の回転伝達部であり、前記キャリアが前記第２の回転伝達部であり、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７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電気機械装置であって、
前記第１の回転伝達部は、前記第１の電気機械機構の前記回転軸に直結されている、電気機械装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７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９】
請求項１ないし請求項７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（「電気機械装置」とも呼ばれる）として、例えば、下記の特許文献１には、内側モーターと外側モーターとが同軸に配置され、内側モーターの回転軸が遊星ギア機構のサンギアに接続され、外側モーターの回転軸が遊星ギア機構のリングギアに接続されたモーター装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４７４１０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では、内側モーターの回転軸に、遊星ギア機構のプラネタリーキャリアに接続された出力回転軸が内挿されているため、内側モーターの回転軸の軸ズレや軸振動等の問題が発生する可能性が大きく、耐久性や信頼性等の面で十分ではない。また、小型化のために、内側モーターおよび外側モーターが一体化された構造となっているため、メンテナンス性の面で十分ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
（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、第１のローター及び第１のステーターを有する第１の電気機械機構と；前記第１の電気機械機構に接続された変速機構と；第２のローター及び第２のステーターを有する第２の電気機械機構であって、前記変速機構の変速動作を制御する第２の電気機械機構と；前記変速機構に接続された回転接続部と；を備える。前記第１の電気機械機構と前記変速機構と前記第２の電気機械機構とは、各々の回転の中心軸が同一の仮想直線上に配置される。前記第１の電気機械機構及び前記変速機構は、前記第２の電気機械機構の前記第２のローターの内側に配置される。前記変速機構は、前記第１の電気機械機構の回転の中心軸である回転軸に接続された第１の回転伝達部と；前記回転接続部に接続された第２の回転伝達部と；前記第２の電気機械機構の前記第２のローターの内側で前記第２のローターと一体に形成され、前記第２のローターの回転動作に応じて前記第１の回転伝達部の回転数と前記第２の回転伝達部の回転数との関係を制御する回転制御部と；を備える。この形態の電気機械装置によれば、変速機構の変速動作を制御する第２の電気機械機構の第２のローターの内側に、第１の電気機械機構および変速機構が仮想直線に沿って配置されているので、第１の電気機械機構と変速機構と変速制御機構としての第２の電気機械機構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、第２の電気機器機構により回転制御部を制御することにより、第１の回転伝達部の回転数と第２の回転伝達部との関係を制御して、変速機構の変速動作を変化させることが可能である。また、従来例とは異なり、第１の電気機械機構の回転軸が変速機構の第１の回転伝達部に仮想直線上で接続されているので、第１の電気機械機構の回転軸内に、他の回転軸が内挿される構造を回避することができ、耐久性や信頼性等を向上させることが可能である。
【０００７】
（２）上記形態の電気機械装置において、前記第２の電気機械機構および前記変速機構を収容するケーシングを備え、前記第１の電気機械機構は、前記第２の電気機械機構の前記第２のローターの内側で前記ケーシングによって形成された空間に配置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、ケーシング内に収容された変速機構および第２の電気機械機構とは隔てた状態、および、変速機構の第１の回転伝達部に第１の電気機械機構の回転軸を接続した状態、で配置することができる。これにより、この電気機械装置では、第１の電気機械機構と、変速機構および変速制御機構としての第２の電気機械機構との分解および組み立てが容易となり、点検、交換等のメンテナンス性を高めることが可能である。
【０００８】
（３）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構部は、前記変速機構の中心部に配置されたサンギアと；前記変速機構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が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、前記サンギアが前記第１の回転伝達部であり、前記プラネタリーキャリアが前記第２の回転伝達部であり、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、第２の電気機械機構によって遊星ギア機構のリングギアの回転を制御するで、第１の回転伝達部としてのサンギアの回転数と第２の回転伝達部としてのプラネタリーキャリアの回転数との関係を容易に制御することが可能である。
【０００９】
（４）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構は、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、前記偏心体が前記第１の回転伝達部であり、前記内ピンが前記第２の回転伝達部であり、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、第２の電気機械機構によりサイクロ機構の回転制御部としての外ピンの回転を制御することにより、第１の回転伝達部としての偏心体の回転数と第２の回転伝達部としての内ピンの回転数との関係を容易に制御することが可能となる。
【００１０】
（５）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構部は、前記変速機構の中心部に配置されたウェーブジェネレーターと；前記変速機構の外周部に配置されたサーキュラスプラインと；前記ウェーブジェネレーターと前記サーキュラスプラインとの間に配置されたフレックススプラインと；を有するハーモニックドライブ機構（「ハーモニックドライブ」は登録商標）を含み、前記ウェーブジェネレーターが前記第１の回転伝達部であり、前記フレックススプラインが前記第２の回転伝達部であり、前記サーキュラスプライ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、第２の電気機械機構によりハーモニックドライブ機構の回転制御部としてのサーキュラスプラインの回転を制御することにより、第１の回転伝達部としてのウェーブジェネレーターの回転数と第２の回転伝達部としてのフレックススプラインの回転数との関係を容易に制御することが可能となる。
【００１１】
（６）上記形態の電気機械装置において、前記変速機構は、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が前記第１の回転伝達部であり、前記キャリアが前記第２の回転伝達部であり、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、第２の電気機械機構により磁気変速機構の回転制御部としての第２の磁気変速ローターの回転を制御することにより、第１の回転伝達部としての磁気変速ローターの回転数と第２の回転伝達部としてのキャリアの回転数との関係を容易に制御することが可能となる。
【００１２】
（７）上記形態の電気機械装置において、前記第１の回転伝達部は、前記第１の電気機械機構の前記回転軸に直結されてい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の回転伝達部と第１の電気機械機構の回転軸との接続強度を容易に高めることができ、回転の伝達損失を低減することができる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】第１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２】変速機構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】変速制御モーター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４】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５】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６】センサー出力の波形とＰＷＭ部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７】ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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】変速制御モーター制御部の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１４】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１５Ａ】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１５Ｂ】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１６Ａ】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１６Ｂ】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１６Ｃ】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１６Ｄ】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１７】変速機構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】負荷接続部に取り付けられる回転軸の種類を例示する概略説明図である。
【図１９】第１実施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２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２１】サイクロ機構を模式的に示す説明図である。
【図２２】第３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２３】ハーモニックドライブ機構を模式的に示す説明図である。
【図２４】第４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２５】磁気変速機構を模式的に示す説明図である。
【図２６】第５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２７】第６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２８】動力発生装置を利用した移動体の一例である自動車を示す説明図である。
【図２９】動力発生装置を利用した移動体の一例であるハイブリッド自動車を示す説明図である。
【図３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】動力発生装置を利用した鉄道車両の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施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る。この動力発生装置１００は、駆動機構として用いた第１の電気機械機構としての駆動モーター１１０と、変速機構１３０と、変速制御機構として用いた第２の電気機械機構としての変速制御モーター１４０と、を備える。駆動モーター１１０の中心軸と変速機構１３０の中心軸と変速制御モーター１４０の中心軸とが、それぞれ、同一の仮想直線Ｊｃ上に配置されている。変速機構１３０および変速制御モーター１４０は、ケーシング１２０に収容されている。なお、中心軸は、装置の中心に備えらえる回転軸だけでなく、装置の中心あるいは回転の中心を示す直線（中心線）を含む。
【００１６】
駆動モーター１１０は、仮想直線Ｊｃを回転中心とする回転軸１１２と、回転軸１１２に接続された図示しないローターと、ローターに対応するステーターと、を有する円柱形状の電動モーターである。この電動モーターは、鉄損失（渦電流損、ヒステリシス損等）を抑制するとともに、高トルクを発生することが可能なブラシレスコアレスモーターを用いることが好ましい。駆動モーター１１０は、駆動モーター１１０として用いた電動モーターの構造に応じた制御を行う制御回路（不図示）によって駆動および回生が制御される。
【００１７】
ケーシング１２０は、主に、３つのケーシング部分１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃで構成されている。第１のケーシング部分１２０ａは、仮想直線Ｊｃを軸心とする略円筒状の中空体であり、一方の側面１２２ａ（図１の紙面右側）は中央部に開口部１２４ａが形成されるとともに、反対側の側面（図１の紙面左側）は全体が解放されている。第２のケーシング部分１２０ｂは、仮想直線Ｊｃを軸心として第１のケーシング部分１２０ａの中空領域内に配置される略円筒状の中空体であり、開口部１２４ａ側の側面は開口部１２４ａに対応して全体に解放されており、反対側の側面１２２ｂには中央に駆動モーター１１０の回転軸１１２を挿通するための貫通孔１２４ｂが形成されている。第２のケーシング部分１２０ｂは、第１のケーシング部分１２０ａの側面１２２ａの内側（第１のケーシング部分１２０ａの中空領域側）に固定用ボルト１２６で固定的に取り付けられる。第３のケーシング部分１２０ｃは、第１のケーシング部分１２０ａの側面１２２ａとは反対側の側面の外側に固定用ボルト１２６で固定的に取り付けられる。ケーシング１２０は、例えば、金属鋼板等の金属材料によって構成される。また、ケーシング１２０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。
【００１８】
第１のケーシング部分１２０ａの中空領域のうち、第２のケーシング１２０ｂの内側の中空領域は、駆動モーター１１０が配置される領域となり、第２のケーシング１２０ｂの外側で第１のケーシング１２０ａとともに形成される領域は変速機構１３０および変速制御モーター１４０が配置される領域となる。駆動モーター１１０は、第２のケーシング部分１２０ｂの側面１２２ｂに固定用ボルト１２６で固定される。駆動モーター１１０と変速機構１３０とは、仮想直線Ｊｃの方向に沿って順に並べて配置されている。
【００１９】
変速機構１３０は遊星ギア機構で構成される。遊星ギア機構は、円形状の外周に沿って外歯を有するサンギアと、円形状の内周に沿って内歯を有する円環状のリングギア（「アウターギア」とも呼ぶ）と、円形状の外周に沿って外歯を有する複数のプラネタリーギアと、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と、を備える。リングギアは、その中心軸がサンギアの中心軸と一致するようにサンギアの外周に配置されている。各プラネタリーギアは、プラネタリーギアの外歯がサンギアの外歯およびリングギアの内歯と噛み合うように、サンギアの外周およびリングギアの内周に沿って等間隔で配置される。各プラネタリーギアは、リングギアの回転状態に応じて、サンギアの外周に沿って等間隔で移動する回転（「公転」とも呼ばれる）、あるいは、サンギアの外周に沿って移動せずにその場で回転（「自転」とも呼ばれる）する。プラネタリーキャリアは、各プラネタリーギアの公転に伴って、サンギアの回転軸と一致する中心軸を中心として回転する。遊星ギア機構は、リングギアの回転状態に応じて、サンギアの回転とプラネタリーギアの公転に相当するプラネタリーキャリアの回転との関係が変化する変速機構である。
【００２０】
変速機構１３０は、サンギア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、リングギア１３４と、を備える。なお、図１では便宜上、２個のプラネタリーギア１３２のみを上下に配置した状態で図示してある。
【００２１】
サンギア１３１は、仮想直線Ｊｃが軸心となるように配置されている。サンギア１３１には、仮想直線Ｊｃに沿って貫通孔１３１１が設けられており、貫通孔１３１１に駆動モーター１１０の回転軸１１２を挿入固定することにより、駆動モーター１１０の回転軸１１２に直結されている。駆動モーター１１０の仮想直線Ｊｃに沿った回転軸１１２が直結される。これにより、サンギア１３１と回転軸１１２とは一体に回転する。
【００２２】
リングギア１３４は、内壁面にギア歯１３４ｔが設けられた略円環状のギアであり、後述する変速制御モーター１４０のローター１４１の内周側の空間部１４１２に収容されるとともに、ローター１４１の空間部１４１２の側壁面で一体的に形成されている。また、リングギア１３４の内周面と、サンギア１３１の外周面との間には、３個のプラネタリーギア１３２が、サンギア１３１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１３４のギア歯１３４ｔおよびサンギア１３１のギア歯１３１ｔとが互いに噛み合うことにより、これら３種のギア１３１，１３２，１３４は連結される。
【００２３】
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は、変速制御モーター１４０のローター１４１の空間部１４１２において、駆動モーター１１０とは反対側に配置される（図１の紙面左側）。プラネタリーキャリア１３３の駆動モーター１１０側の側面（図１の紙面右側）には、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。
【００２４】
プラネタリーキャリア１３３とローター１４１との間には、プラネタリーキャリア１３３とローター１４１とが仮想直線Ｊｃを中心に互いに独立して回転可能に支持するための軸受け部１３５が配置されている。軸受け部１３５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。なお、プラネタリーキャリア１３３には負荷接続部１３６を介して負荷が接続されるため、負荷からの大きな荷重に対して高い剛性を有することが好ましいため、軸受け部１３５は、特に、クロスローラーベアリングによって構成することが好ましい。
【００２５】
プラネタリーキャリア１３３の外側の側面（図１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１２６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、負荷接続部１３６には、図示しない負荷に回転を伝達するための回転軸やギア等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１２６を兼用するようにしてもよい。
【００２６】
変速制御モーター１４０は、鉄損失（渦電流損、ヒステリシス損等）を抑制するとともに、高トルクを発生することが可能なブラシレスコアレスモーターを用いることが好まく、本例では、以下で説明する構成を備える。変速制御モーター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１４０は、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、両側の側面（図１の紙面左側および右側）が解放された円筒形を有している。ローター１４１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、仮想直線Ｊｃに垂直な放射方向である。永久磁石１４３の裏側の面（リングギア１３４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とリングギア１３４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の内周面とリングギア１３４の外周面とを接続固定することにより一体に形成されてもよい。
【００２７】
ローター１４１の仮想直線Ｊｃの方向の両側の端部（図１の紙面左側および右側）には、ローター１４１とケーシング１２０ａとの間、および、ローター１４１とケーシング１２０ｂとの間で、ローター１４１を、仮想直線Ｊｃを中心として回転可能に支持するための軸受け部１４９が配置されている。軸受け部１４９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。そして、ローター１４１の外側の側面（図１の紙面左側）には、軸受け部１３５および軸受け部１４９を固定するための円環板形状の固定体１２８が固定用ボルト１２６で固定されている。また、ケーシング１２０ａの解放された側面（図１の紙面左側）にも、ローター１４１とケーシング１２０ａとの間の軸受け部１４９を固定するための円環板形状のケーシング部分１２０ｃが固定用ボルト１２６で固定されている。
【００２８】
ケーシング部分１２０ａの内周面には、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、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１４０では、ステーターとしての電磁コイル１４４が、仮想直線Ｊｃを中心としてローター１４１およびリングギア１３４を回転させる。なお、電磁コイル１４４とケーシング部分１２０ａ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１４８が配置されている。
【００２９】
ケーシング部分１２０ｂ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、例えば、ホール素子を含むホールＩＣを磁気センサーとして用いて構成され、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。
【００３０】
回転制御回路１４７には、外部と接続される外部接続のための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、外部接続導電線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１３０の動作を制御することにより、駆動モーター１１０からの回転運動を無段階で変速させることができる。
【００３１】
図２は、変速機構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２は、回転軸１１２の軸方向（図１の仮想直線Ｊｃに沿った方向）に沿って駆動モーター１１０側から変速機構１３０を見たときの、サンギア１３１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１３４（ローター１４１）とが模式的に図示されている。なお、図２では、便宜上各ギアのギア歯は省略されている。
【００３２】
ここで、動力発生装置１００において、回転軸１１２の回転にともなってサンギア１３１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、リングギア１３４は変速制御モーター１４０のローター１４１として機能するので、リングギア１３４は、変速制御モーター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。サンギア１３１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１３４の回転状態に応じて、サンギア１３１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１４０によって制御されるローター１４１であるリングギア１３４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１３０において、リングギア１３４が回転制御部であり、サンギア１３１が第１の回転伝達部であり、プラネタリーキャリア１３３が第２の回転伝達部である。また、負荷接続部１３６が回転接続部である。なお、リングギア１３４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１３１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。
【００３３】
図３は、変速制御モーター１４０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を介して変速制御モーター１４０の回転制御回路１４７に接続されており、変速制御モーター１４０の動作を制御する。
【００３４】
制御部２００は、ＣＰＵ２１０と、変速制御モーター制御部２３０と、を備えている。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。
【００３５】
変速制御モーター制御部２３０は、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１４０から電力を回生する。
【００３６】
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。
【００３７】
図４は、変速制御モーター制御部２３０のドライバー回路４４０（図３）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。
【００３８】
図５は、変速制御モーター制御部２３０の駆動制御部４２０（図３）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ー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ー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ー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５（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。
【００３９】
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ー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。
【００４０】
正逆方向指示値レジスター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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
電圧指令値レジスター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。
【００４４】
図５（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、デューティーが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５（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ーが増加する。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５（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。
【００４５】
図６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５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。
【００４６】
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６（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６（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。
【００４７】
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。
【００４８】
上述の説明から理解できるように、本実施形態では、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。
【００４９】
図７は、ＰＷＭ部５３０（図５）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。
【００５０】
図８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８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。
【００５１】
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８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。
【００５２】
図９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８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。
【００５３】
なお、本実施形態において、変速制御モーター１４０の正転方向は、リングギア１３４（図１）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１３４を反時計周りに回転させる方向とする。
【００５４】
図１０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１０（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。
【００５５】
図１０（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１０（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。
【００５６】
図１１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５）を例にとり説明する。符号化部５６０は、ＡＤＣ部５７０（図５）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。
【００５７】
図１２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１２（Ａ）は、変速制御モーター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１２（Ｂ）は、変速制御モーター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１２（Ｃ）は、ＷＣ制御波形が図１２（Ｂ）に示すときの、変速制御モーター１４０に印加されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図１２（Ｄ）は、ＷＣ制御波形が図１２（Ｂ）に示すときの、変速制御モーター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１２（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１２（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１２（Ｂ）に示すように、図１２（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１２（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１２（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。
【００５８】
図１２（Ｅ）は、図１２（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１２（Ｆ）は、ＷＣ制御波形が図１２（Ｅ）に示すときの、変速制御モーター１４０に印加されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図１２（Ｇ）は、ＷＣ制御波形が図１２（Ｅ）に示すときの、変速制御モーター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１２（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１２（Ｄ）と図１２（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。
【００５９】
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１４０の駆動状態を制御することができる。
【００６０】
なお、図１２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１４０に印加する駆動波形を制御することを示したが、図５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１４０の駆動状態をより精細に制御することも可能である。
【００６１】
図１３は、変速制御モーター制御部２３０の回生制御部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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図１４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。Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａは、図５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１４（Ａ）に示すように、回生区間設定部５９０Ｒは、図１０（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５）に与えられる。
【００６５】
図１４（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１０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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図１５Ａ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１５Ａ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１３）からエネルギーを回生する。ＣＰＵ２１０は、変速機構１３０の入力回転（駆動モーター１１０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１４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。
【００７３】
図１５Ａ（Ａ）は、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１５Ａ（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１５Ａ（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１５Ａ（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１５（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１５Ａ（Ｅ）は、回生波形が高電圧の場合のＰＷＭ回生波形を示し、図１５Ａ（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。
【００７４】
図１５Ａ（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１５Ａ（Ｅ）と図１５Ａ（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。
【００７５】
ここで、回生区間ＲＥＰを誘起電圧波形（図１５Ａ（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１５Ａ（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。
【００７６】
図１５Ｂ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１５Ｂ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１５Ａと同じである。図１５Ｂ（Ａ）の誘起電圧波形は、図１５Ａ（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、「第１の回生区間」とも呼ぶ。
【００７７】
図１５Ｂ（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１５Ａ（Ｈ）と図１５Ｂ（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１５Ａ（Ｊ）と図１５Ｂ（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。
【００７８】
図１５Ｂ（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１５Ｂ（Ｅ）と図１５Ｂ（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
図１６Ａから図１６Ｄ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１６Ａ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１４０の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００８２】
図１６Ｂ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１４０の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００８３】
図１６Ｃ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。
【００８４】
また、図１６Ｃ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。
【００８５】
図１６Ｄに示す例は、図１６Ｂに示す例と、図１６Ｃに示す例の中間である。図１６Ｄ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１６Ｂ、図１６Ｃと同じである。図１６Ｂ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１６Ｃ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１６Ｄ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。
【００８６】
図１６Ｄ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。
【００８７】
図１６Ａ〜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１６Ｂ，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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
図１７は、変速機構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１７に示すように、変速機構１３０（図１，２）のサンギア１３１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１３４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、サンギア１３１の回転数をＮｓ、リングギア１３４の回転数をＮｒ、プラネタリーキャリア１３３の回転数をＮｃとし、サンギア１３１のギア歯１３１ｔの歯数をｍｓ、リングギア１３４のギア歯１３４ｔ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）
【００９１】
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１３１の回転数Ｎｓとリングギア１３４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１３１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１３４の回転状態に応じて無段階で制御されることになる。
【００９２】
リングギア１３４の回転が停止状態（Ｎｒ＝０）である場合には、変速機構１３０の各ギアの回転数の関係は図１７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１３１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１１０の回転軸１１２の回転は、変速機構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。
【００９３】
ここで、変速機構１３０のリングギア１３４の回転の停止状態は、サンギア１３１からプラネタリーギア１３２を介してリングギア１３４に伝達される回転力に応じてリングギア１３４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１３４に加えられるように、変速制御モーター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。
【００９４】
リングギア１３４が回転数Ｎｒ＝−Ｎｒｆ（Ｎｒｆ＝Ｎｓ・ｍｓ／ｍｒ）でサンギア１３１とは逆の反時計周りに回転している場合には、変速機構１３０の各ギアの回転数の関係は図１７の太い実線で示す直線の関係となる。このとき、サンギア１３１の時計周りの回転（回転数Ｎｓ）に対して、リングギア１３４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１１０の回転軸１１２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１３４の回転状態を、「フリー回転状態」とも呼ぶ。このリングギア１３４のフリー回転状態は、変速制御モーター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。
【００９５】
リングギア１３４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１３０の各ギアの回転数の関係は図１７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１３３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１１０の回転軸１１２の回転は、変速機構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１３４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１３４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。
【００９６】
リングギア１３４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１３０の各ギアの回転数の関係は図１７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１３４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１１０の回転軸１１２の回転を変速機構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１４０の駆動によって制御されたリングギア１３４の回転を変速機構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１３４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１４０の回転を反時計回りで駆動制御すればよい。
【００９７】
リングギア１３４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１３０の各ギアの回転数の関係は図１７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１３４の回転数−Ｎｒ３の大きさに応じて回転数ッ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１１０の回転軸１１２の回転を変速機構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１４０の駆動によって制御されたリングギア１３４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１３４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１３４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１３４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１４０の回転を駆動制御すればよい。
【００９８】
変速機構１３０では、上記のように、リングギア１３４の回転を変速制御モーター１４０によって制御することにより、駆動モーター１１０の回転軸１１２の回転、すなわち、サンギア１３１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。
【００９９】
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１３４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を用いる。具体的には、図１６Ｂ〜図１６Ｄのそれぞれに示すように、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（ＷＣ制御波形の活性期間ＥＰＷＭに対応）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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
本実施形態の動力発生装置１００では、変速制御機構として用いた第２の電気機械機構としての変速制御モーター１４０の円筒状のローター１４１の内側の空間（空間部１４１２）を利用して、駆動機構として用いた第１の電気機械機構としての駆動モーター１１０および変速機構１３０が収容（配置）されている。これにより、この動力発生装置１００では、小型・軽量な構成が可能となる。従って、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。
【０１０３】
また、この動力発生装置１００の構成では、駆動モーター１１０として、ローター径が小さな高回転モーターを利用することが可能である。これにより、動力発生装置１００としては、イナーシャが小さく応答性を向上させることが可能であり、瞬発性の高い特性とすることが可能である。
【０１０４】
また、この動力発生装置１００では、ケーシング１２０によって、変速制御モーター１４０のローター１４１の内側の空間に、ケーシング１２０内に収容された変速機構１３０および変速制御モーター１４０とは隔てた状態、および、変速機構１３０のサンギア１３１に駆動モーター１１０の回転軸１１２を直結した状態、で駆動モーター１１０を配置することができる。これにより、この動力発生装置１００では、駆動モーター１１０と、変速機構１３０および変速制御モーター１４０との分解および組み立てが容易となり、点検、交換等のメンテナンス性を高めることが可能である。
【０１０５】
また、動力発生装置１００は、変速機構１３０が遊星ギア機構によって構成されており、遊星ギア機構のサンギア１３１が駆動モーター１１０の回転軸１１２に直結され、遊星ギア機構のプラネタリーキャリア１３３に負荷接続部１３６が接続され、遊星ギア機構のリングギア１３４が変速制御モーター１４０のローター１４１に形成されている。従って、この動力発生装置１００では、変速制御モーター１４０の回転を制御することにより、負荷接続部１３６の回転数、及びトルクを、無段階で連続的かつ滑らかに容易に制御することが可能となる。
【０１０６】
なお、負荷接続部１３６には、負荷に接続するための種々の回転軸を取り付けることも可能である。図１８は、負荷接続部に取り付けられる回転軸の種類を例示する概略説明図である。図１８（Ａ）の回転軸１３８ａは、先端側（紙面左側）の外表面に直線状のギア歯１３８ｔａが設けられており、スパーギア（平歯車）として機能する。図１８（Ｂ）の回転軸１３８ｂは、先端側に螺旋状に延びるギア歯１３８ｔｂが設けられており、スクリューギア（螺旋歯車）として機能する。図１８（Ｃ）の回転軸１３８ｃは、先端側にテーパー状のギア歯１３８ｔｃが設けられており、ベベルギアとして機能する。このように、負荷接続部１３６には、種々の回転軸を取り付け可能であり、動力発生装置１００は、種々の装置の動力発生装置として適用が可能である。また、回転軸と負荷接続部とを一体成型構造としてもよい。さらにまた、プラネタリーキャリアと回転軸と負荷接続部とを一体成型構造としてもよい。
【０１０７】
図１９は、第１実施形態の他の構成例としての動力発生装置１００Ｂ，１００Ｃの構成を示す概略断面図である。図１９（Ａ）の動力発生装置１００Ｂは、熱交換フィン１５０が設けられている点以外は、図１と同じである。熱交換フィン１５０は、変速制御モーター１４０を覆うケーシング部分１２０ａの外表面に設けられている。これによって、変速制御モーター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る。また、ケーシング部分１２０ｂおよびケーシング部分１２０ａを介して駆動モーター１１０の発熱を冷却することも可能である。この結果、この動力発生装置１００Ｂでは、駆動モーター１１０および変速制御モーター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１５０と、電磁コイル１４４のためのコイルバックヨーク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１４４の発熱に対する放熱効果を向上させることができる。
【０１０８】
図１９（Ｂ）の動力発生装置１００Ｃは、熱交換フィン１５０Ｃが設けられている点以外は、図１および図１９（Ａ）と同じである。熱交換フィン１５０Ｃには、流路入口１５２Ｉから流路出口１５２Ｏまでを結ぶように、ケーシング部分１２０ａに周方向に沿って配置された流路１５２が形成されている。これにより、冷却装置（不図示）で冷却した冷却媒体が流路入口１５２Ｉから流路１５２へ流れこみ、流路１５２を通って流路出口１５２Ｏから排出された冷却媒体が、再び冷却装置へ戻され、冷却媒体が流路１５２に循環供給される。この結果、この動力発生装置１００Ｃでは、図１９（Ａ）の熱交換フィン１５０による放熱に加えて、冷却媒体による冷却が可能であり、変速制御モーター１４０の発熱および駆動モーター１１０の発熱をより効果的に冷却することが可能である。
【０１０９】
Ｂ．第２実施形態：
図２０は、第２実施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る。動力発生装置１００Ｄは、変速制御モーター１４０のローター１４１の内側の空間部１４１２にサイクロ機構による変速機構１３０Ｄを備えている点が、遊星ギア機構による変速機構１３０を備えている第１実施形態の動力発生装置１００（図１）と異なっている。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、および、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。
【０１１０】
図２１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。
【０１１１】
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。本実施形態では、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、本実施形態では、図２０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２１では、図示を容易にするため、一方の曲線板１８１のみを記載している。
【０１１２】
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、本実施形態では、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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
図２０に戻り、本実施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。偏心体１８０，１８５には、仮想直線Ｊｃ方向に沿って貫通孔１８００，１８０５が設けられており、貫通孔１８００，１８０５に駆動モーター１１０の回転軸１１２を挿入固定することにより、偏心体１８０，１８５が回転軸１１２に直結されている。外ピン１８２は、略円筒状の外ピンキャリア１８２０と一体に形成されており、外ピンキャリア１８２０は、変速制御モーター１４０のローター１４１の内周面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１８０，１８５が第１の回転伝達部であり、外ピン１８２が回転制御部であり、内ピン１８３が第２の回転伝達部である。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、第２の回転伝達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。
【０１１６】
内ピンキャリア１３３Ｄと、外ピンキャリア１８２０が一体に形成されたローター１４１との間には、動力発生装置１００（図１）と同様に、軸受け部１３５が配置されており、負荷接続部１３６および固定体１２４によって保持固定されている。
【０１１７】
以下では、変速機構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１４０のローター１４１は回転せず停止しているものとする。駆動モーター１１０の回転軸１１２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２１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が仮想直線Ｊｃを中心に回転することになる。ローター１４１、すなわち、外ピンキャリア１８２０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。
【０１１８】
上記説明では、変速制御モーター１４０のローター１４１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１４０を駆動制御することによりローター１４１は回転させることができる。ここで、外ピン１８２は、ローター１４１である外ピンキャリア１８２０に固定されているので、変速制御モーター１４０の駆動制御に応じて、仮想直線Ｊｃを中心として回転される。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実施形態の変速機構１３０Ｄも、第１実施形態の変速機構１３０（図１，２）と同様に、変速制御モーター１４０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。
【０１１９】
本実施形態の動力発生装置１００Ｄにおいても、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、小型・軽量な構成が可能となり、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。
【０１２０】
また、この動力発生装置１００Ｄの構成でも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、駆動モーター１１０として、ローター径が小さな高回転モーターを利用することが可能であり、イナーシャが小さく応答性を向上させることが可能であり、瞬発性の高い特性とすることが可能である。
【０１２１】
また、この動力発生装置１００Ｄでも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、駆動モーター１１０と、変速機構１３０Ｄおよび変速制御モーター１４０との分解および組み立てが容易となり、点検、交換等のメンテナンス性を高めることが可能である。
【０１２２】
また、動力発生装置１００Ｄでも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、変速制御モーター１４０の回転を制御することにより、負荷接続部１３６の回転数、及びトルクを、無段階で連続的かつ滑らかに容易に制御することが可能となる。
【０１２３】
Ｃ．第３実施形態：
図２２は、第３実施形態としての動力発生装置１００Ｅの内部構成を示す概略断面図である。動力発生装置１００Ｅは、変速制御モーター１４０のローター１４１の内側の空間部１４１２にハーモニックドライブ機構（「ハーモニックドライブ」は登録商標）による変速機構１３０Ｅを備えている点が、遊星ギア機構による変速機構１３０を備えている第１実施形態の動力発生装置１００（図１）と異なっている。
【０１２４】
ハーモニックドライブ機構を模式的に示す説明図である。ハーモニックドライブ機構は、ウェーブジェネレーター１６０と、フレックススプライン１６２と、サーキュラスプライン１６５と、を備える、波状歯車機構である。ウェーブジェネレーター１６０は、底面が略長円形形状を有する略楕円筒形状の部材であり、仮想直線Ｊｃが軸心となるように配置されている。フレックススプライン１６２は、ウェーブジェネレーター１６０の回転に合わせて変形可能なたわみを有する環状部材であり、その外周面にはギア歯１６２ｔが形成されている。また、フレックススプライン１６２の内周面には、ウェーブジェネレーター１６０の外周表面の弾性変形部１６００を介して、ウェーブジェネレーター１６０の回転を円滑にするためのベアリング１６１が配置されている。サーキュラスプライン１６５は、円環部材であり、内周面にフレックススプライン１６２のギア歯１６２ｔと噛み合うギア歯１６５ｔが形成されている。
【０１２５】
ウェーブジェネレーター１６０には、仮想直線Ｊｃに沿って貫通孔１６０１が設けられており、貫通孔１６０１に駆動モーター１１０の回転軸１１２を挿入固定することにより、ウェーブジェネレーター１６０が回転軸１１２に直結されている。これによって、ウェーブジェネレーター１６０は、回転軸１１２の回転に伴って回転する。フレックススプライン１６２は、略円筒状のフレックスキャリア１６６に接続形成されている。フレックスキャリア１６６には、負荷接続部１３６が接続されている。サーキュラスプライン１６５は、ローター１４１の内周面に一体形成されている。すなわち、ウェーブジェネレーター１６０が第１の回転伝達部であり、サーキュラスプライン１６５が回転制御部であり、フレックススプライン１６２が第２の回転伝達部である。
【０１２６】
図２３は、ハーモニックドライブ機構を模式的に示す説明図である。なお、図２３では、フレックススプライン１６２の内側に設けられたベアリング１６１については、図示が省略されている。駆動モーター１１０の回転（一点鎖線の矢印で図示）にともなって、ウェーブジェネレーター１６０が回転する（実線の矢印で図示）。
【０１２７】
ウェーブジェネレーター１６０は、その長円方向において、フレックススプライン１６２をサーキュラスプライン１６５側に押圧し、フレックススプライン１６２とサーキュラスプライン１６５とを接触させる。これによって、ウェーブジェネレーター１６０の長円方向において、フレックススプライン１６２のギア歯１６２ｔ（図示は省略）と、サーキュラスプライン１６５のギア歯１６５ｔ（図示は省略）とが互いに噛み合うこととなる。なお、ウェーブジェネレーター１６０の短円方向においては、フレックススプライン１６２と、サーキュラスプライン１６５とは非接触の状態である。
【０１２８】
ウェーブジェネレーター１６０の長円方向におけるフレックススプライン１６２とサーキュラスプライン１６５との連結により、ウェーブジェネレーター１６０の回転が、サーキュラスプライン１６５へと伝達される。なお、図２３では、サーキュラスプライン１６５の回転方向を二点鎖線の矢印で図示してある。
【０１２９】
本実施形態の動力発生装置１００Ｅにおいても、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、小型・軽量な構成が可能となり、動力発生装置１００Ｅ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。
【０１３０】
また、この動力発生装置１００Ｅの構成でも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、駆動モーター１１０として、ローター径が小さな高回転モーターを利用することが可能であり、イナーシャが小さく応答性を向上させることが可能であり、瞬発性の高い特性とすることが可能である。
【０１３１】
また、この動力発生装置１００Ｅでも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、駆動モーター１１０と、変速機構１３０Ｅおよび変速制御モーター１４０との分解および組み立てが容易となり、点検、交換等のメンテナンス性を高めることが可能である。
【０１３２】
また、動力発生装置１００Ｅでも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、変速制御モーター１４０の回転を制御することにより、負荷接続部１３６の回転数、及びトルクを、無段階で連続的かつ滑らかに容易に制御することが可能となる。また、変速機構１３０Ｅを構成するハーモニックドライブ機構は、一般に、バックラッシュを省略可能であるため、高精度な回転の伝達が可能である。
【０１３３】
Ｄ．第４実施形態：
図２４は、第４実施形態としての動力発生装置１００Ｆの内部構成を示す概略断面図である。この動力発生装置１００Ｆは、変速制御モーター１４０のローター１４１の内側の空間部１４１２に磁気減速機構を用いた磁気変速機構による変速機構１３０Ｆを備えている点が、遊星ギア機構による変速機構１３０を備えている第１実施形態の動力発生装置１００（図１）と異なっている。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１００Ｆは、以下の点が第１参考形態の動力発生装置１００（図１）と異なっている。
【０１３４】
図２５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、仮想直線Ｊｃ方向を軸心として配置された円柱状の第１の磁気変速ローター１７０と、第１の磁気変速ローター１７０の外周に設けられた円筒状の第２の磁気変速ローター１７２と、を備える。なお、図１に示すように、第１の磁気変速ローター１７０には、仮想直線Ｊｃに沿って貫通孔１７０１が設けられており、貫通孔１７０１に駆動モーター１１０の回転軸１１２を挿入固定することにより、第１の磁気変速ローター１７０が回転軸１１２に直結されている。これによって、第１の磁気変速ローター１７０は、回転軸１１２の回転に伴って回転する。第２の磁気変速ローター１７２は、変速制御モーター１４０のローター１４１の内周面に一体に形成されており、変速制御モーター１４０の回転運動が伝達される。
【０１３５】
第１の磁気変速ローター１７０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１７２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１７０の極数Ｎ１は、本例ではＮ１＝２に設定されている。同様に、第２の磁気変速ローター１７２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。
【０１３６】
第１の磁気変速ローター１７０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１７２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１３３Ｆに固定されている。このキャリア１３３Ｆは、変速制御モーター１４０のローター１４１の内周で、軸受け部１３５を介して仮想直線Ｊｃを軸心として回転自在に配置されている。キャリア１３３Ｆ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。
【０１３７】
以上説明からわかるように、変速機構１３０Ｆにおいて、第１の磁気変速ローター１７０が第１の回転伝達部（本例では、回転入力部となる）であり、第２の磁気変速ローター１７２が回転制御部であり、キャリア１３３Ｆに支持された磁極片１７５が第２の回転伝達部である。なお、以下では、キャリア１３３Ｆを、第２の回転伝達部（本例では、回転出力部となる）として説明する。
【０１３８】
まず、本実施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２５（Ａ）に示すように、キャリア１３３Ｆが固定されて複数の磁極片１７５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１７０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１７２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１７２にトルクが発生し、第２の磁気変速ローター１７２が回転することになる。そして、第１の磁気変速ローター１７０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１７２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１７０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１７２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１７０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１７２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。
【０１３９】
磁気変速機構を用いた本実施形態における変速機構１３０Ｆでは、図２５（Ｂ）に示すように、変速制御モーター１４０のローター１４１の回転を制御することにより、第２の磁気変速ローター１７２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１７０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１７２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１３３Ｆは回転せず固定される。これに対して、第２の磁気変速ローター（回転制御部）１７２の回転数を増減させることにより、キャリア（回転出力部）１３３Ｆを、第２の磁気変速ローター１７２（回転制御部）の回転数の増減に応じて、第１の磁気変速ローター１７０（回転入力部）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（回転制御部）としての第２の磁気変速ローター１７２の回転を制御することにより、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１７０の回転数に対して、出力ローター（回転出力部）としてのキャリア１３３Ｆ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。
【０１４０】
本実施形態の動力発生装置１００Ｆにおいても、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、小型・軽量な構成が可能となり、動力発生装置１００Ｆ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。
【０１４１】
また、この動力発生装置１００Ｆの構成でも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、駆動モーター１１０として、ローター径が小さな高回転モーターを利用することが可能であり、イナーシャが小さく応答性を向上させることが可能であり、瞬発性の高い特性とすることが可能である。
【０１４２】
また、この動力発生装置１００Ｆでも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、駆動モーター１１０と、変速機構１３０Ｅおよび変速制御モーター１４０との分解および組み立てが容易となり、点検、交換等のメンテナンス性を高めることが可能である。
【０１４３】
また、動力発生装置１００Ｆでも、第１実施形態の動力発生装置１００と同様に、変速制御モーター１４０の回転を制御することにより、負荷接続部１３６の回転数、及びトルクを、無段階で連続的かつ滑らかに容易に制御することが可能となる。また、変速機構１３０Ｆを構成する磁気変速機構は、非接触型の変速機構であるので、接触による摩耗等が無く耐久性の点で有利である。
【０１４４】
なお、本実施形態では、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】
Ｅ．第５実施形態：
図２６は、第５実施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。動力発生装置１００Ｇは、第１実施形態の動力発生装置１００（図１）に加えて、駆動モーター１１０の回転軸１１２の外側（図２６の紙面右側）に、フライホイール１１４が取り付けられている点が、動力発生装置１００と異なっている。
【０１４６】
本実施形態の動力発生装置１００Ｇは、第１実施形態の動力発生装置１００で説明した効果に加えて、以下で説明する効果を有する。すなわち、フライホイール１１４の直径は、動力発生装置１００の外径よりも大きいので、フライホイール１１４が取り付けられた駆動モーター１１０の回転軸１１２の慣性モーメントを高めることが可能であり、動力発生装置１００の回転の始動時に発生する駆動モーター１１０の回転トルクの不足を抑制することが可能である。
【０１４７】
Ｆ．第６実施形態：
図２７は、第６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。動力発生装置１００Ｈは、第１実施形態の動力発生装置１００（図１）に加えて、変速機構１３０Ｈを備えている点が、動力発生装置１００と異なっている。
【０１４８】
変速機構１３０Ｈは、第３実施形態で説明した変速機構１３０Ｅと同じハーモニックドライブ機構で構成されており、ウェーブジェネレーター１６０と、フレックススプライン１６２と、サーキュラスプライン１６５と、を備えている。ウェーブジェネレーター１６０には、仮想直線Ｊｃに沿って貫通孔１６０１が設けられており、貫通孔１６０１に、変速機構１３０のプラネタリーキャリア１３３に一体に形成された回転軸１３３Ｈが挿入固定されることにより、ウェーブジェネレーター１６０が回転軸１３３Ｈに直結されている。これによって、ウェーブジェネレーター１６０は、変速機構１３０の出力回転に伴って回転する。フレックススプライン１６２は、略円筒状のフレックスキャリア１６６に接続されており、フレックスキャリア１６６には、負荷接続部１３６が接続されている。サーキュラスプライン１６５は、第１のケーシング部分１２０ａに固定された略円筒状のケーシング部分１２０ｃＨの内側の側壁面に一体に形成されて固定されている。フレックスキャリア１６６Ｈとケーシング部分１２０ｃＨとの間には、フレックスキャリア１６６を仮想直線Ｊｃを中心として回転可能に支持するための軸受け部１６７が配置されている。軸受け部１６７は、負荷接続部１３６によって固定されている。軸受け部１６７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、特に、クロスローラーベアリングによって構成することが好ましい。
【０１４９】
変速機構１３０Ｈは、回転制御部としてのサーキュラスプライン１６５が固定されているので、一定の減速比を有する減速機として動作し、ウェーブジェネレーター１６０に入力された回転を、減速比に応じた低い回転数の回転に減速して、フレックスキャリア１６６に接続された負荷接続部１３６を介して出力する。
【０１５０】
本実施形態の動力発生装置１００Ｈは、第１実施形態の動力発生装置１００で説明した効果に加えて、以下で説明する効果を有する。すなわち、本実施形態の動力発生装置１００Ｈは、変速機構１３０に加えて、固定の変速比を有する変速機構１３０Ｈを備えているので、より大きな変速の範囲で、負荷接続部１３６の回転数、及びトルクを、無段階で連続的かつ滑らかに容易に制御することが可能となる。
【０１５１】
なお、本実施形態では、第１実施形態の動力発生装置１００に２段目の変速機構１３０Ｈを加える構成を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の実施形態の動力発生装置に２段目の変速機構１３０Ｈを加える構成であってもよい。また、２段階目の変装機構１３０Ｈとしてハーモニックドライブ機構による変速機構を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の変速機構、例えば、遊星ギア機構による変速機構（第１実施形態の変速機構）、サイクロ機構による変速機構（第２実施形態の変速機構）、磁気変速機構による変速機構（第４実施形態の変速機構）等の種々の変速機構を用いるようにしてもよい。
【０１５２】
Ｇ．変形例：
（１）変形例１
上記第１実施形態の説明では、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。
【０１５３】
（２）変形例２
上記実施形態では、第１の回転伝達部としてのサンギア（第１実施形態）、偏心体（第２実施形態）、ウェーブジェネレーター（第３実施形態）、および、第１の磁気変速ローター（第４実施形態）に、第１の電気機械機構としての駆動モーターの回転軸が直結されていたが、これに限定されるものではなく、第１の回転伝達部と第１の電気機械機構の回転軸とが一体的に回転するように接続されていればよい。例えば、第１の回転伝達部の回転軸と、第１の電気機械機構の回転軸とを、カップリング等の接続機構を介して接続するようにしてもよい。
【０１５４】
（３）変形例３
上記各実施形態では、本発明の電気機械装置を、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する動力発生装置を例として説明していた。しかし、各実施形態の動力発生装置における外部負荷から伝達された回転駆動力により、駆動モーター部を発電機として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。
【０１５５】
（４）変形例４
上記各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、移動体や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。
【０１５６】
図２８は、動力発生装置を利用した移動体の一例である自動車１０００を示す説明図である。自動車１０００は、ボディ１０１０と、電動無段変速装置１０２０Ｒ，１０２０Ｌと、車輪１０３０ＲＦ，１０３０ＬＦ，１０３０ＲＲ，１０３０ＬＲと、駆動軸１０４０Ｒ、１０４０Ｌと、車軸１０５０と、を備える。電動無段変速装置１０２０Ｒは、ボディ１０１０の右側前部に固定され、駆動軸１０４０Ｒを介して右前輪１０３０ＲＦを駆動する。電動無段変速装置１０２０Ｌは、ボディ１０１０の左側前部に固定され、駆動軸１０４０Ｌを介して左前輪１０３０ＬＦを駆動する。電動無段変速装置１０２０Ｒ，１０２０Ｌとして、上記各実施形態で説明した動力発生装置を用いることが可能である。後輪１０３０ＲＲ，１０３０ＬＲは、ボディ１０１０の後部に車軸１０５０を介して接続されている。
【０１５７】
この形態の自動車１０００によれば、電動無段変速装置１０２０Ｒ，１０２０Ｌを用いて、左右の前輪を独立して駆動することが可能となる。また、電動無段変速装置１０２０Ｒ、１０２０Ｌを用いることにより、左右の車輪１０３０ＲＦ、１０３０ＬＦの回転数差を容易に緩和することが可能となる。
【０１５８】
図２９は、動力発生装置を利用した移動体の一例であるハイブリッド自動車１１００を示す説明図である。ハイブリッド自動車１１００は、自動車１０００と比べて、内燃機関１１１０と、電動無段変速装置１１２０と、デフ１１３０を備える点が異なる。電動無段変速装置１１２０として、上記各実施形態で説明した動力発生装置を用いることが可能である。例えば、第１実施形態の動力発生装置１００を用いる場合、内燃機関１１１０は、動力発生装置１００の駆動モーター１１０と接続されており、ハイブリッド自動車１１００の動力源となる。駆動モーター１１０は、内燃機関１１１０による駆動をアシストする。デフ１１３０は、電動無段変速装置１１２０の出力を左右に分配し、駆動軸１０４０Ｒを介して右前輪１０３０ＲＦを駆動し、駆動軸１０４０Ｌを介して左前輪１０３０ＬＦを駆動する。このように、上記各実施形態で説明した動力発生装置は、ハイブリッド自動車にも適用することが可能である。
【０１５９】
図３０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）３３００を示す説明図である。この自転車３３００は、上記各実施形態で説明した動力発生装置を用いた動力発生装置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。
【０１６０】
図３１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。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。動力発生装置３４３０としては、上記各実施形態で説明した動力発生装置を利用することが可能である。
【０１６１】
図３２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、肘、手首等の各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、上記各実施形態で説明した動力発生装置を利用することが可能である。
【０１６２】
図３３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。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、上記各実施形態で説明した動力発生装置を用いることが可能である。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
図３４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。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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
図３５は、動力発生装置を利用した鉄道車両の一例を示す説明図である。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。なお、動力発生装置３５１０としては、上記各実施形態で説明した動力発生装置が適用される。
【０１７３】
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】
【０１７４】
１００…動力発生装置    １００Ｂ…動力発生装置    １００Ｃ…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…駆動モーター    １１２…回転軸    １１４…フライホイール    １２０…ケーシング    １２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ…ケーシング部分    １２０ｃＨ…ケーシング部分    １２２ａ…側面    １２２ｂ…側面    １２４…固定体    １２４ａ…開口部    １２４ｂ…貫通孔    １２６…固定用ボルト    １２８…固定体    １３０…変速機構    １３６…負荷接続部    １３０Ｄ…変速機構    １３０Ｅ…変速機構    １３０Ｆ…変速機構    １３０Ｈ…変速機構    １３１…サンギア    １３１ｔ…ギア歯    １３２…プラネタリーギア    １３２ｓ…回転軸    １３２ｔ…ギア歯１３２    １３３…プラネタリーキャリア    １３３Ｄ…内ピンキャリア    １３３Ｆ…キャリア    １３３Ｈ…回転軸    １３４…リングギア    １３４ｔ…ギア歯    １３５…軸受け部１３５    １３６…負荷接続部    １３８ａ…回転軸    １３８ｂ…回転軸    １３８ｃ…回転軸    １３８ｔａ…ギア歯    １３８ｔｂ…ギア歯    １３８ｔｃ…ギア歯    １４０…変速制御モーター    １４１…ローター    １４３…永久磁石    １４４…ステーター…電磁コイル    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    １４９…軸受け部    １５０…熱交換フィン    １５０Ｃ…熱交換フィン    １５２…流路    １５２Ｉ…流路入口    １５２Ｏ…流路出口    １６０…ウェーブジェネレーター    １６１…ベアリング    １６２…フレックススプライン    １６２ｔ…ギア歯    １６５…サーキュラスプライン    １６５ｔ…ギア歯    １６６…フレックスキャリア    １６６Ｈ…フレックスキャリア    １６７…軸受け部    １７０…磁気変速ローター    １７１…永久磁石    １７２…磁気変速ローター    １７５…磁極片    １７７…永久磁石    １８０…偏心体    １８１…曲線板    １８２…外ピン    １８３…内ピン    １８５…偏心体    ２００…制御部    ２１０…ＣＰＵ    ２１２…バス    ２３０…変速制御モーター制御部    ４２０…駆動制御部    ４３０…回生制御部    ４４０…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ー    ５５０…乗算器    ５６０…符号化部    ５８０…電圧指令値レジスター    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    １０００…自動車    １０１０…ボディ    １０２０…電動無段変速装置    １０２０Ｌ…電動無段変速装置    １０２０Ｒ…電動無段変速装置    １０３０ＬＦ…左前輪（車輪）    １０３０ＲＦ…右前輪（車輪）    １０３０ＬＲ…後輪（車輪）    １０３０ＲＲ…後輪（車輪）    １０４０Ｌ…駆動軸    １０４０Ｒ…駆動軸    １０５０…車軸    １１００…ハイブリ��ド自動車    １１１０…内燃機関    １１２０…電動無段変速装置    １１３０…デフ    １３１１…貫通孔    １３３２…軸孔    １４１２…空間部    １６００…弾性変形部    １６０１…貫通孔    １７０１…貫通孔    １８００…貫通孔    １８０１…中心    １８０２…回転中心    １８０３…接触点    １８１０…中心孔    １８１１…内ピン孔    １８１４…ベアリング    １８２０…外ピンキャリア    １８２１，１８２２…外ピン    １８５１…中心    １８５２…回転中心    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    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    ３７７２ｂ間隔…把持部    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    Ｊｃ…仮想直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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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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