(57)【要約】【課題】始動時や加速時において、大きな電流を要しない。【解決手段】電気機械装置であって、出力軸と、フライホイールを有し、動力源である第１の電動機と、前記第１の電動機と、前記出力軸と、の間に接続された電動無段階変速機構と、を備え、前記電動無段階変速機構は、機械式変速機構と、前記機械式変速機構に接続された第２の電動機と、を備える。【選択図】図１
2014161162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械装置であって、
出力軸と、
フライホイールを有し、動力源である第１の電動機と、
前記第１の電動機と、前記出力軸と、の間に接続された電動無段階変速機構と、
を備え、
前記電動無段階変速機構は、
機械式変速機構と、
前記機械式変速機構に接続された第２の電動機と、
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において、
前記機械式変速機構は、遊星ギア機構であり、
前記第１の電動機のローターに、前記遊星ギア機構のサンギアが形成され、
前記出力軸は、前記遊星ギア機構のプラネタリーキャリアに接続され、
前記第２の電動機のローターに、前記遊星ギア機構のアウターギアが形成されている、
電気機械装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電気機械装置において、
前記第１の電動機のローターは、前記フライホイールを構成する、電気機械装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電気機械装置において、
前記第１の電動機の回転軸回りの前記フライホイールの慣性モーメントは、前記遊星ギア機構のプラネタリーギアの慣性モーメントと前記プラネタリーキャリアの慣性モーメントの和よりも大きい、電気機械装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気機械装置において、
前記第１の電動機の回転軸を中心としたときの前記フライホイールの直径は、前記遊星ギア機構のアウターギアの内径よりも大きい、電気機械装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械装置において、
前記第１の電動機は、
電磁コイルと、
磁石と、を有し、
前記フライホイールの外周面前記磁石が設けられ、
前記磁石と対向して前記電磁コイルが設けられている、
電気機械装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電気機械装置において、
前記機械式変速機構はデファレンシャルギアであり、
前記デファレンシャルギアは、
仮想的な第１の軸心の周りにそれぞれ回転するように互いに対向配置された第１のギアおよび第２のギアと、
前記第１の軸心と直交する仮想的な第２の軸心を中心として前記第１のギアおよび第２のギアと噛合するように配置された少なくとも１つの第３のギアと、
前記第２の軸心に沿って配置され、前記第３のギアを回動自在に支持する支持軸と、
前記第１の軸心に沿って配置され、前記第１のギアに接続された第１の回転軸と、
前記第１の軸心に沿って配置され、前記第２のギアの中央部に設けられた貫通孔を介して前記支持軸に接続された第２の回転軸と、
を備え、
前記第１の電動機のローターに、前記第１の回転軸が接続形成され、
前記第２の回転軸は、前記出力軸であり、
前記第１の電動機のローターに、前記第２のギアが接続され、
前記第１の回転軸に前記フライホイールが接続されている、
電気機械装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電気機械措置において、
前記第１の軸心回りの前記第１の回転軸の慣性モーメントと前記フライホイールの慣性モーメントとの和は、前記第１の軸心回りの前記第２の回転軸の慣性モーメントと前記支持軸の慣性モーメントと前記第３のギアの慣性モーメントとの和よりも大きい、電気機械装置。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気機械装置を備える移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置、電気機械装置を備えたロボット、移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
変速機構を有する電気機械装置として、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。この電気機械装置は、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（アウターギア）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】
ところで、この電気機械装置を移動体やロボットに用いた場合、移動体やロボット動作が停止したり、動いたりする。そして、停止状態からの始動時や加速時においては、電気機械装置の特性上短時間ではあるが大きなトルクを要するため大きな電流を要していた。そして、電気機械装置は、上記の大きな電流に対応するために、制御回路に大電流、大容量の半導体が用いられていた。また、大電流での電気機械装置の銅損失により生じる熱を放熱するために、大容積の放熱部材が用いられていた。
【０００５】
本発明は、上述した従来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、始動時や加速時において、大きな電流を要しない構成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、以下の形態又は適用例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。この電気機械装置は、出力軸と、フライホイールを有し、動力源である第１の電動機と、前記第１の電動機と、前記出力軸と、の間に接続された電動無段階変速機構と、を備え、前記電動無段階変速機構は、機械式変速機構と、前記機械式変速機構に接続された第２の電動機と、を備える。電動機の出力を電気機械装置の出力軸に直結すると、電動機は、回転数ゼロの状態から始動すると、大きな電流が流れる。この形態の電気機械装置によれば、フライホイールを備えているので、第１の電動機の回転を維持しながら、出力軸への出力を０回転から始動させることが可能となり、第１の電動機に大きな電流が流れることを抑制することが可能となる。
【０００８】
（２）上記形態の電気機械装置において、前記機械式変速機構は、遊星ギア機構であり、前記第１の電動機のローターに、前記遊星ギア機構のサンギアが形成され、前記出力軸は、前記遊星ギア機構のプラネタリーキャリアに接続され、前記第２の電動機のローターに、前記遊星ギア機構のアウターギアが形成されている。この形態の電気機械装置によれば、第２の電動機により遊星ギア機構のアウターギアの回転数を制御することにより、プラネタリーキャリア（出力軸）の回転数、及びトルクを容易に制御することが可能となる。
【０００９】
（３）上記形態の電気機械装置において、前記第１の電動機のローターは、前記フライホイールを構成してもよい。この形態の電気機械装置によれば、第１の電動機のローターは、フライホイールを構成しているので、別途、フライホイール用の部材を設けなくてもよい。
【００１０】
（４）上記形態の電気機械装置において、前記第１の電動機の回転軸回りの前記フライホイールの慣性モーメントは、前記遊星ギア機構のプラネタリーギアの慣性モーメントと前記プラネタリーキャリアの慣性モーメントとの和よりもよりも大きくてもよい。この形態の電気機械装置によれば、第１の電動機の回転軸回りのフライホイールの慣性モーメントは、遊星ギア機構のプラネタリーギアの慣性モーメントと前記プラネタリーキャリアの慣性モーメントとの和よりも大きいので、出力軸の回転数を０回転から増速させるときに、第１の電動機の回転数の低下を抑制し易い。
【００１１】
（５）上記形態の電気機械装置において、前記第１の電動機の回転軸を中心としたときの前記フライホイールの直径は、前記遊星ギア機構のアウターギアの内径よりも大きくてもよい。この形態の電気機械装置によれば、フライホイールの慣性モーメントを、遊星ギア機構のプラネタリーギアの慣性モーメントとプラネタリーキャリアの慣性モーメントとの和よりも大きくしやすい。
【００１２】
（６）上記形態の電気機械装置において、前記第１の電動機は、電磁コイルと、磁石と、を有し、前記フライホイールの外周面に前記磁石が設けられ、前記磁石と対向して前記電磁コイルが設けられていてもよい。この形態の電気機械装置によれば、フライホイールの外周面に第１の電動機の磁石を備えるので、第１の電動機による回転トルクを大きくし、フライホイールを回転させやすい。
【００１３】
（７）形態（１）の電気機械装置において、前記機械式変速機構はデファレンシャルギアであり、前記デファレンシャルギアは、仮想的な第１の軸心の周りにそれぞれ回転するように互いに対向配置された第１のギアおよび第２のギアと、前記第１の軸心と直交する仮想的な第２の軸心を中心として前記第１のギアおよび第２のギアと噛合するように配置された少なくとも１つの第３のギアと、前記第２の軸心に沿って配置され、前記第３のギアを回動自在に支持する支持軸と、前記第１の軸心に沿って配置され、前記第１のギアに接続された第１の回転軸と、前記第１の軸心に沿って配置され、前記第２のギアの中央部に設けられた貫通孔を介して前記支持軸に接続された第２の回転軸と、を備え、前記第１の電動機のローターに、前記第１の回転軸が接続形成され、前記第２の回転軸は、前記出力軸であり、前記第１の電動機のローターに、前記第２のギアが接続され、前記第１の回転軸に前記フライホイールが接続されていてもよい。この形態の電気機械装置によれば、入力軸あるいは出力軸となる第１と第２の回転軸を第１の軸心に沿って配置することができるので、電気機械装置の出力軸に垂直な方向の小型化が可能となる。
【００１４】
（８）形態（７）の電気機械装置において、前記第１の軸心回りの前記第１の回転軸の慣性モーメントと前記フライホイールの慣性モーメントとの和は、前記第１の軸心回りの前記第２の回転軸の慣性モーメントと前記支持軸の慣性モーメントと前記第３のギアの慣性モーメントとの和よりも大きくてもよい。この形態の電気機械装置によれば、第１の軸心回りの前記第１の回転軸の慣性モーメントと前記フライホイールの慣性モーメントの和は、第１の軸心回りの第２の回転軸の慣性モーメントと前記支持軸の慣性モーメントと第３のギアの慣性モーメントとの和よりも大きいので、第２の回転軸の回転数を０回転から増速するときに、第１の電動機の回転数の低下を抑制し易い。
【００１５】
（９）本発明の一形態によれば、上記形態（１）〜（８）に記載の電気機械装置を備えるロボットであってもよい。この形態のロボットによれば、停止状態から始動するときや加速するときに、第１の電動機に大きな電流が流れることを抑制できる。
【００１６】
（１０）本発明の一形態によれば、上記形態（１）〜（８）に記載の電気機械装置を備える移動体であってもよい。この形態の移動体によれば、速度ゼロの停止状態から発進するときや加速するときに、第１の電動機に大きな電流が流れることを抑制できる。
【００１７】
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、電気機械装置の他、電気機械装置を用いたロボット、移動体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】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の電気機械装置のブロック構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態の電気機械装置の内部構成を示す概略断面図である。
【図３】駆動モーター制御部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図４】ドライバー回路を示す説明図である。
【図５】位置検出部からのセンサー出力ＳＳＡ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６】ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図７】駆動モーター部の正転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】駆動モーター部の逆転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】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１０】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１１】変速制御モーター制御部の回生制御部と整流回路とを示す説明図である。
【図１２】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１３】変速制御モーター部の回生パターンと回生電流の関係を示す説明図である。
【図１４】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１５】磁気変速機構を有する電気機械装置の内部構成を示す概略断面図である。
【図１６】磁気変速機構を模式的に示す説明図である。
【図１７】第２の実施形態としての電気機械装置を示す概略断面図である。
【図１８】第１、第２の実施形態の電気機械装置を自動車に適用した例である。
【図１９】第１、第２の実施形態の電気機械装置をハイブリッド自動車に適用した例である。
【図２０】本実施形態の電気機械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２１】本実施形態の電気機械装置を利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図２２】本実施形態の電気機械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２３】本実施形態で説明した電気機械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２４】本実施形態で説明した電気機械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２５】本実施形態で説明した電気機械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】
【００１９】
第１の実施形態：
図１は、第１の実施形態の電気機械装置１００のブロック構成を示す説明図である。電気機械装置１００は、第１の電動機としての駆動モーター部１２０と、伝達機構としての変速機構部１３０と、第２の電動機としての変速制御モーター部１４０と、駆動モーター制御部１２７と、変速制御モーター制御部１４７と、制御部２００と、回生制御部２３０と、整流回路２５０と、を備える。駆動モーター部１２０には、ローター１２１が設けられている。ローター１２１は、フライホイールとしての機能を有している。変速機構部１３０は、ローター１２１に接続されている。また、変速機構部１３０は、負荷接続部１３６（出力軸）を備えている。変速制御モーター部１４０は、駆動モーター部１２０から変速機構部１３０を介した負荷接続部１３６への動力伝達を制御する。駆動モーター制御部１２７は、駆動モーター部１２０の動作を制御する。変速制御モーター制御部１４７は、変速制御モーター部１４０の動作を制御する。回生制御部２３０は、変速制御モーター部１４０からの電力の回生を制御する。整流回路２５０は、変速制御モーター部１４０からの回生電流を整流する。蓄電池２７０は、回生電力を蓄電する。これらの具体的構成については、後述する。
【００２０】
図２は、第１の実施形態の電気機械装置１００の内部構成を示す概略断面図である。この電気機械装置１００は、ケーシング１２２に収容されており、ケーシング１２２内に駆動モーター部１２０と、変速機構部１３０と、変速制御モーター部１４０と、を備える。
【００２１】
駆動モーター部１２０は、電気機械装置１００の動力源である。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ている。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ている。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、電気機械装置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。
【００２２】
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、その内部に駆動モーター部１２０および変速機構部１３０を収容可能な略円筒状の中空容体である。ケーシング部１２２ａの底面（図２の紙面右側）とは反対側の面（図２の紙面左側）は、開放されている。ケーシング部１２２ａの底面の中央には、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。そのため、中心軸１１０自体は回転しない。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る。ケーシング部１２２ａ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が形成されており、ケーシング部１２２ｂは、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、電気機械装置１００の軽量化が可能である。
【００２３】
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いる、慣性モーメントの大きな材料で形成されている。ローター１２１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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、ローター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、ローター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。
【００２６】
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。なお、永久磁石１２３の回転に伴う鉄損を生じさせないために、電磁コイル１２４は、空芯のコアレス構造であることが好ましい。
【００２７】
ケーシング部１２２ａの底面には、永久磁石１２３のＮ極、Ｓ極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駆動モーター制御部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、駆動モーター制御部１２７と信号線を介して接続されている。
【００２８】
駆動モーター制御部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、駆動モーター制御部１２７は、電磁コイル１２４と電気的に接続されている。駆動モーター制御部１２７は、位置検出部１２６が出力する検出信号を電気機械装置１００の駆動を制御する制御部２００（図１）に送信する。また、駆動モーター制御部１２７は、制御部２００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、駆動モーター制御部１２７は、制御部２００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。
【００２９】
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２では便宜上、２個のプラネタリーギア１３２を模式的に図示してある。
【００３０】
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１２１３，１３２，１３１は連結される。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。軸受け部１３５は、クロスローラーベアリングにより構成されていても良い。クロスローラーベアリングは、中心軸１１０の曲げ方向の力（曲げモーメント荷重）、中心軸１１０軸のラジアル方向の力（ラジアル荷重）、中心軸１１０のスラスト力（軸の長手方向の荷重）のいずれの方向の力に対しても強いので、高い剛性を実現することが可能となる。
【００３４】
プラネタリーキャリア１３３の外側の底面（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。
【００３５】
なお、ローター１２１は、密度７×１０3ｋｇ／ｃｍ3以上を有する重量のある材料、例えば鉄（密度７．８５×１０3ｋｇ／ｃｍ3）で形成されていてもよい。ローター１２１と磁石１２３とを合わせたものの慣性モーメントは、変速機構部１３０からリングギア１３１を除いたものの慣性モーメント（プラネタリーギア１３２の慣性モーメントと、プラネタリーキャリア１３３の慣性モーメントと、サンギアとしてのローターギア１２１３の慣性モーメントと、を合わせた慣性モーメント）よりも大きいことが好ましい。このように構成することにより、ローター１２１と磁石１２３とを合わせたものは、フライホイールとしての機能を有する。また、ローター１２１の直径は、リングギア１３１の直径よりも大きいことが好ましい。ローター１２１の直径をリングギア１３１の直径よりも大きくすることにより、慣性モーメントを大きくすることが可能となる。また、永久磁石１２３をローターの外縁に備えるので、駆動モーター部１２０によるローター１２１の回転トルクを大きくすることが可能となる。
【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変速制御モーター制御部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、ホール素子と温度補償回路と増幅器回路とを用いたホールＩＣ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、変速制御モーター制御部１４７と信号線を介して接続されている。
【００３９】
変速制御モーター制御部１４７には、電力線と制御線（通信線）とを複合した導電線束２５から分岐した導電線が接続されている。また、変速制御モーター制御部１４７は、電磁コイル１４４と電気的に接続されている。変速制御モーター制御部１４７は、位置検出部１４６が出力する検出信号を、導電線束２５を介して電気機械装置１００の駆動を制御する制御部（図示せず）に送信する。そして、変速制御モーター制御部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、変速制御モーター制御部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。これによって電気機械装置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の内部を気密にシールする。これによって、気流による電気機械装置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２の紙面右側）およびプラネタリーキャリア１３３の外側（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、駆動モーター制御部１２７（図１）の内部構成と動作を示す説明図である。駆動モーター制御部１２７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、駆動モーター制御部１２７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。図３（Ａ）では、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、図示の便宜上、Ａ相用の回路構成のみ描かれ、Ｂ相用の回路構成については、図示が省略されているが、Ｂ相用についても、Ａ相用と同じ構成要素が駆動モーター制御部１２７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。
【００４３】
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３）を生成する。この動作については後述する。
【００４４】
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正逆方向指示値ＲＩがＣＰＵ２１０によって設定される。本実施形態では、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルのときに駆動モーター部１２０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。
【００４５】
Ａ相用のホールＩＣのセンサー出力ＳＳＡは、位置検出部１２６（図１）から得られ、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、駆動モーター部１２０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。
【００４８】
図３（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３（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３（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。Ｂ相についても動作はＡ相と同様であり、同様に駆動信号ＤＲＶＢ１、ＤＲＶＢ２が得られる。
【００４９】
図４は、ドライバー回路２４０を示す説明図である。ドライバー回路２４０は、Ａ相用のドライバー回路２４０Ａと、Ｂ相用のドライバー回路２４０Ｂと、を備える。Ａ相ドライバー回路２４０Ａは、Ａ相用の電磁コイル１２４Ａ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り、４つのＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ１ＡからＴｒ４Ａ）を備えている。Ｈ側のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ１Ａ、Ｔｒ３Ａ）は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであり、Ｌ側のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ２Ａ、Ｔｒ４Ａ）は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ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。なお、負論理の信号名には、負論理を示す「／」を付加している。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相用のドライバー回路２４０Ｂの構成もＡ相ドライバー回路２４０Ａの構成と同じである。Ｈ側のトランジスターを、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴとすると、いわゆる閾値落ちがないため、Ａ相用の電磁コイル１２４Ａに掛かる電圧をＶＤＤ、あるいは−ＶＤＤと、フルスイングさせることが可能となる。一方、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。また、同じトランジスターサイズであれば、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴの方が、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴよりも電流を流す能力が大きいので、全体として回路を小さくすることが可能となる。
【００５０】
図５は、位置検出部１２６からのセンサー出力ＳＳＡ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５中、「ＨｉＺ」は電磁コイル１２４Ａ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３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、各電磁コイル１２４Ａ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。
【００５１】
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５（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５（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、駆動モーター部１２０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。
【００５２】
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。
【００５３】
上述の説明から理解できるように、駆動モーター部１２０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（図１）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とを駆動モーター制御部１２７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。
【００５４】
図６は、ＰＷＭ部５３０（図３）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンター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。
【００５５】
図７は、駆動モーター部１２０の正転時の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、カウンター５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンター５３１の出力信号Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力信号Ｓ２と、駆動波形形成部５３５の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンター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７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、カウンター５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンター５３１の出力信号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。
【００５６】
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。駆動モーター部１２０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の出力信号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、カウンター５３１の出力信号Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力信号Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。すなわち、カウンター５３１の出力信号Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力信号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、出力信号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７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。
【００５７】
図８は、駆動モーター部１２０の逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。駆動モーター部１２０の逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。他については、図７で説明したのと同様である。正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が動作するタイミングが、図７と入れ替わっており、この結果、駆動モーター部１２０が逆転することが理解できる。
【００５８】
図９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９（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。
【００５９】
図９（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の両端の電圧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、両端の電圧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の出力信号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の出力信号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９（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。
【００６０】
図１０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３）を例にとり説明する。符号化部５６０は、ＡＤＣ部５７０（図３）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。
【００６１】
図１１は、変速制御モーター制御部１４７の回生制御部２３０と整流回路２５０とを示す説明図である。変速制御モーター制御部１４７は、駆動モーター制御部１２７の構成に加えて、回生制御部２３０と整流回路２５０とを備える。以下、駆動モーター制御部１２７の構成と共通する部分については説明を省略し、駆動モーター制御部１２７の構成と異なる回生制御部２３０と整流回路２５０とについて説明する。
【００６２】
回生制御部２３０は、Ａ相回生制御部２３０ＡとＢ相回生制御部２３０Ｂと、を備えている。また、整流回路２５０は、Ａ相整流回路部２５０ＡとＢ相整流回路部２５０Ｂとを備えている。Ａ相回生制御部２３０ＡおよびＡ相整流回路２５０Ａの構成と、Ｂ相回生制御部２３０ＢとＢ相整流回路２５０Ｂ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。
【００６３】
Ａ相回生制御部２３０Ａ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。
【００６４】
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。
【００６５】
Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａについては、図９に示した励磁区間設定部５９０を回生区間設定部５９０Ｒに置き換えた点を除いて、駆動モーター制御部１２７の構成と同様の構成を用いることが可能である。
【００６６】
図１２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１２（Ａ）に示すように、回生区間設定部５９０Ｒは、図９（Ａ）に示される励磁区間設定部５９０の構成に加えて、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の出力が回生区間信号ＲＥａとして、励磁区間信号Ｅａの代わりにＰＷＭ部５３０（図３）に与えられる。
【００６７】
図１２（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９に示した場合と同様に、回生区間信号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。
【００６８】
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ＮＲＥＰ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。
【００６９】
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（ＩＮＶ：１）となり、回生電力の回収を実行し、変速制御モーター部４０の回転を制動する場合には、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。
【００７０】
Ａ相整流回路２５０Ａ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。
【００７１】
電力回生時にＡ相電磁コイル４２０Ａ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。
【００７２】
以上の説明から理解できるように、変速制御モーター制御部１４７は、回生制御部２３０と整流回路２５０を用いて、回生電力を回収し、変速制御モーター部１４０の動作を制動することが可能である。また、回生制御部２３０と整流回路２５０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、これによって変速制御モーター部１４０による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、電気機械装置１００の負荷接続部１３６の回転を調整することが可能である。
【００７３】
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と回生区間信号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と回生区間信号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。
【００７４】
図１３は、変速制御モーター部１４０の回生パターンと回生電流の関係を示す説明図である。図１３（Ａ）は、変速制御モーター部１４０の誘起電圧波形を示す。誘起電圧波形は、電気角０、π、２πでゼロとなり、電気角π／２、３π／２で極大となる略正弦波である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の誘起電圧波形をＰＷＭ波形に変換したものである。誘起電圧波形における電圧が高いほど、誘起ＰＷＭ波形のパルス幅が太くなっている。
【００７５】
図１３（Ｃ）は、電気角π／２，３π／２（誘起電圧波形の極大）を回生区間ＲＥＰの中心とした場合の回生区間信号ＲＥａを示す説明図である。回生区間ＲＥＰは、図１２の回生区間設定部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可能である。図１３（Ｄ）は、回生区間ＲＥＰを電気角π／２，３π／２を中心とした場合の回生信号を示す説明図である。回生信号は、図１３（Ｂ）に示される誘起ＰＷＭ波形と、図１３（Ｃ）に示される回生区間ＲＥＰの論理積である。図１３（Ｅ）は、回生区間ＲＥＰを電気角π／２，３π／２を中心とした場合の回生電流を示す説明図である。
【００７６】
図１３（Ｆ）は、電気角０、π、２π（誘起電圧波形ののゼロクロス点）を回生区間ＲＥＰの中心とした場合の回生区間信号ＲＥａを示す説明図である。回生区間を、誘起電圧波形の極大を中心とするか、誘起電圧波形のゼロクロス点を中心とするかは、図１２に示される回生区間切換信号ＩＮＶにより設定可能である。例えばＣＰＵ２１０は、回生区間ＲＥＰの幅が大きいときには、誘起電圧波形の極大を中心とした回生区間を有する回生区間信号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区間信号ＲＥａを生成してもよい。図１３（Ｇ）は、回生区間ＲＥＰを電気角電気角０、π、２πを中心とした場合の回生信号を示す説明図である。回生信号は、図１３（Ｂ）に示される誘起ＰＷＭ波形と、図１３（Ｆ）に示される回生区間ＲＥＰの論理積である。図１３（Ｈ）は、回生区間ＲＥＰを電気角電気角０、π、２πを中心とした場合の回生電流を示す説明図である。
【００７７】
図１４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１４に示すように、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）
【００７８】
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。
【００７９】
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１４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。
【００８０】
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。
【００８１】
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１４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。
【００８２】
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１４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。
【００８３】
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１４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。
【００８４】
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１４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。
【００８５】
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。
【００８６】
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１３）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（電気角で０、π、２π）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（電気角でπ／２、３π／２）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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
以上、第１の実施形態によれば、電気機械装置１００の駆動モーター部１２０は、フライホイール１２１を備えている。そのため、電気機械装置１００の駆動モーター部１２０は、負荷が接続されても、駆動モーター部１２０の回転数を維持させ易い。また、駆動モーター部１２０は、負荷が掛かる前から一定回転数で回転しており、ゼロ回転からのスタートではなく、回転数の大きな低下の起こり難いので、駆動モーター部１２０には、大きな電流が流れない。また、変速制御モーター部１４０を制御することにより、変速制御モーター部１４０がない場合の負荷接続部１３６の回転数Ｍに比べてより高速に負荷接続部１３６を回転させることが可能となる。
【００９０】
第１の実施形態によれば、電気機械装置１００は、機械式変速機構として遊星ギア機構を備えており、駆動モーター部１２０のローター１２１にサンギアとしてのローターギア１２１３が形成され、負荷接続部１３６は、プラネタリーキャリア１３２に接続され、変速制御モーター部１４０のローター１４１に、遊星ギア機構のアウターギア（リングギア１３１２）が形成されており、変速制御モーター部１４０の回転を制御することにより、負荷接続部１３６の回転数、及びトルクを容易に制御することが可能となる。
【００９１】
第１の実施形態によれば、ローター１２１は、フライホイールを構成しているので、別途、フライホイール用の部材を設けなくてもよい。
【００９２】
第１の実施形態によれば、中心軸１１０回りのフライホイールであるローター１２１の慣性モーメントは、プラネタリーギア１３２の慣性モーメントと、プラネタリーキャリア１３３の慣性モーメントとの和よりも大きいので、負荷接続部１３６の回転数を０回転から増速させるときに、駆動モーター部１２０の回転数の低下を抑制し易い。
【００９３】
第１の実施形態によれば、フライホイールとしてのローター１２１の直径は、前記遊星ギア機構のアウターギア（リングギア１３１２）の内径よりも大きいので、フライホイールとしてのローター１２１の慣性モーメントを、プラネタリーギア１３２の慣性モーメントとプラネタリーキャリア１３３の慣性モーメントとの和よりも大きくしやすい。
【００９４】
第１の実施形態によれば、駆動モーター部１２０の磁石１２３は、ローター１２１の外側に設けられているので、駆動モーター部１２０の回転トルクを大きくし、フライホイールとしてのローター１２１を回転させやすい。
【００９５】
第１の実施形態では、変速機構部１３０として、遊星ギア機構が用いられているが、遊星ギア機構の代わりに、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）やサイクロ機構、磁気変速機構が用いられても良い。
【００９６】
図１５は、磁気変速機構を有する電気機械装置１００Ｇの内部構成を示す概略断面図である。この電気機械装置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。電気機械装置１００Ｇは、以下の点が第１実施例の電気機械装置１００（図１）と異なる。すなわち、この電気機械装置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。
【００９７】
図１６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１２１３Ｇと、第１の磁気変速ローター１２１３Ｇ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１２１３Ｇ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。
【００９８】
第１の磁気変速ローター１２１３Ｇ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１２１３Ｇ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。
【００９９】
第１の磁気変速ローター１２１３Ｇ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。
【０１００】
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１２１３Ｇ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。
【０１０１】
まず、本実施例における磁気変速機構の動作を説明する前提として、図１６（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１２１３Ｇ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１２１３Ｇ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１２１３Ｇ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１２１３Ｇ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。
【０１０２】
磁気変速機構を用いた本実施例の変速機構部１３０Ｇでは、図１６（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１２１３Ｇ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、第２の磁気変速ローター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１２１３Ｇ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１２１３Ｇ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。
【０１０３】
なお、本実施例では、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。
【０１０４】
第２の実施形態：
図１７は、第２の実施形態としての電気機械装置を示す概略断面図である。この電気機械装置１０は、ケーシング２０に収容されており、変速機構部３０と、駆動モーター部６０と、変速制御モーター部４０と、駆動モーター部６０からの出力を変速機構部３０に伝達する入力軸１２と、変速機構部３０からの出力を被駆動部へ伝達する出力軸１４と、を備えている。入力軸１２と出力軸１４は同一の軸心Ｓｘ上に設けられている。
【０１０５】
変速機構部３０は、いわゆるディファレンシャル機構を利用して構成されている。具体的には、変速機構部３０は、軸心Ｓｘと直交するように設けられた軸心Ｓｙのピニオン軸３１０の両側に回動自在に取り付けられた二つで一対の第１，第２のサイドギア３２０，３３０と、この一対の第１，第２のサイドギア３２０，３３０のギア歯３２０ｔ，３３０ｔに噛合するギア歯３４０ｔ，３５０ｔを有し、軸心Ｓｘを中心とする二つで一対の第３，第４のサイドギア３４０，３５０と、を備えている。対向する第１，第２のサイドギア３２０，３３０と、ピニオン軸３１０との間には、第１，第２のサイドギア３２０，３３０がピニオン軸３１０の軸心Ｓｙを中心に回動自在とするための軸受け部３１２が配置されている。軸受け部３１２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。４つのサイドギア３２０、３３０、３４０、３５０は、例えば、かさ歯車で構成されている。第３のサイドギア３４０には、入力軸１２が固定接続または一体に形成されている。なお、以下では、「固定接続または一体に形成されている」なる記載を、簡単に「一体的に形成されている」と記載することとする。第４のサイドギア３５０には、その中央に出力軸１４を挿通させるための貫通孔３５２が形成されている。貫通孔３５２に挿通された出力軸１４は、ピニオン軸３１０の中点で一体的に形成されている。なお、本実施形態において、かさ歯以外のギア、例えばハイポイドギアを用いることも可能であり、ハイポイドギアを用いることにより、より安定した動力伝達を実現することができる。
【０１０６】
ここで、軸心ｓＸ回りの入力軸１２の慣性モーメントとフライホイール６２１の慣性モーメントとの和は、軸心Ｓｘ回りの出力軸１４の慣性モーメントとピニオン軸３１０の慣性モーメントと第１のサイドギア３２０の慣性モーメントと、第２のサイドギア３３０の慣性モーメントとの和よりも大きいことが好ましい。
【０１０７】
変速制御モーター部４０は、ラジアルギャップ型のモーターであり、ローター４１０と、ステーター４２０と、を備えている。ローター４１０は、第４のサイドギア３５０と一体的に形成された略円筒形状を有しており、その中央部には、第４のサイドギア３５０と同様に、出力軸１４を挿通させるための貫通孔４１１を有している。ローター４１０の貫通孔４１１の壁面と、出力軸１４との間には、出力軸１４とローター４１０とを互いに独立して回転させるための軸受け部４１２が配置されている。この軸受け部４１２も、例えばボールベアリングで構成することができる。
【０１０８】
ローター４１０の外周面には、永久磁石（ローター磁石）４１３が円筒形に配列されている。永久磁石４１３の磁束の方向は、放射方向である。なお、永久磁石４１３の裏側の面（ローター４１０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４１５が配置されている。
【０１０９】
ローター４１０を覆うケーシング２０の内周面には、ステーター４２０としての電磁コイル（以下、「電磁コイル４２０」とも呼ぶ）が、ローター４１０の永久磁石４１３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４０では、ステーターとしての電磁コイル４２０が、軸心Ｓｘを中心としてローター４１０及びこれに接続された第４のサイドギア３５０を回転させる。なお、電磁コイル４２０とケーシング２０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４２８が配置されている。
【０１１０】
ケーシング２０には、永久磁石４１３の位置を検出する位置検出部４１６と、位置検出部４１６を実装した回路基板４１７が設けられている。位置検出部４１６は、例えば、ホール素子と温度補償回路と増幅器回路とを内蔵したアナログ出力又はデジタル出力可能なホールＩＣによって構成され、永久磁石４１３の周回軌道の位置に対応するように配置されている。
【０１１１】
回路基板４１７には、位置検出部４１６だけでなく、電磁コイル４２０とも電気的に接続されている。回路基板４１７は、外部に設けられた制御部（不図示）と導電線を介して電気的に接続されており、位置検出部４１６が出力する検出信号を制御部に送信する。また、回路基板４１７は、制御部からの制御信号に従って、電磁コイル４２０に電力を供給して磁界を発生させ、ローター４１０を回転させる。また、回路基板４１７は、制御部からの制御信号に従って、ローター４１０の回転に応じて電磁コイル４２０に発生した誘起電力を出力し、ローター４１０の回転を制動させる。
【０１１２】
変速制御モーター部４０は、変速機構部３０の第４のサイドギア３５０が、上記したように、変速制御モーター部４０のローター４１０に一体的に形成されているので、ローター４１０の回転に応じて変速機構部３０の第４のサイドギア３５０の回転を制御することができる。
【０１１３】
ケーシング２０と入力軸１２との間、および、ケーシング２０と出力軸１４との間には、入力軸１２および出力軸１４を回動可能に支持するための軸受け部２２が配置されている。軸受け部２２も例えばボールベアリングを用いて構成することができる。
【０１１４】
駆動モーター部６０は、軸心Ｓｙを中心として、変速制御モーター部４０とほぼ対称に設けられている。駆動モーター部６０は、電気機械装置１０の第３のサイドギア３４０の円盤状の本体部の側壁の外周面に永久磁石６１３および磁石バックヨーク６１５を備え、第３のサイドギア３４０をローター６１０とし、ローター６１０を覆うケーシング２０の内周面に、電磁コイル６２０をステーターとしてコイルバックヨーク６２８を介して配置し、第３のサイドギア３４０に、駆動モーター部６０を一体的に形成している。入力軸１２の外には、フライホイール６２１が設けられている。フライホイール６２１の大きさは、永久磁石６１３が形成する円筒の内側に収まることが好ましい。なお、フライホイール６２１を設ける代わりに、入力軸１２を、密度７×１０3ｋｇ／ｃｍ3以上を有する重量のある材料、例えば鉄で構成し、出力軸１４の慣性モーメントよりも大きな慣性モーメントを持たせても良い。これらの形態によれば、電気機械装置１０を小型にすることが可能となる。
【０１１５】
なお、駆動モーター部６０は、変速制御モーター部４０と同様に、ケーシング２０に、永久磁石６１３の位置を検出する位置検出部６１６と、位置検出部６１６を実装した回路基板６１７が設けられている。位置検出部６１６は変速制御モーター部４０の位置検出部４１６と同様に、ホール素子によって構成され、永久磁石６１３の周回軌道の位置に対応するように配置されている。回路基板６１７には、位置検出部６１６だけでなく、電磁コイル６２０とも電気的に接続されている。回路基板６１７は、外部に設けられた制御部２００（図１）と導電線を介して電気的に接続されており、位置検出部６１６が出力する検出信号を制御部に送信する。また、回路基板６１７は、制御部２００からの制御信号に従って、電磁コイル６２０に電力を供給して磁界を発生させ、ローター６１０を回転させる。また、回路基板６１７は、制御部からの制御信号に従って、ローター６１０の回転に応じて電磁コイル６２０に発生した誘起電力を出力し、ローター６１０の回転を制動させる。
【０１１６】
この構成の場合には、駆動モーター部６０を動力発生部として、入力軸１２に駆動力を伝達し、第３のサイドギア３３０から伝達される出力回転を、変速制御モーター部４０を用いて、減速あるいは増速させることができるので、変速機構部３０によるに変速に加えて、さらに、減速あるいは増速させることが可能となる。
【０１１７】
以上、第２の実施形態によれば、入力軸１２あるいは出力軸１４を軸心Ｓｘに沿って配置することができるので、電気機械装置１０の出力軸１４に垂直な方向の小型化が可能となる。
【０１１８】
また、第２の実施形態によれば、電気機械装置１０の駆動モーター部６０は、フライホイール６２１を備えている。そのため、電気機械装置１０の駆動モーター部６０は、一定回転数で回転し易い。また、第１の実施形態と同様に、変速制御モーター部４０の回生制御、駆動制御により、駆動モーター部６０に大きな電流を流さずに、回転数ゼロから、駆動モーター部６０の回転数よりも大きな回転数で、出力軸１４を回転させることが可能となる。
【０１１９】
第２の実施形態によれば、軸心ｓＸ回りの入力軸１２の慣性モーメントとフライホイール６２１の慣性モーメントとの和は、軸心Ｓｘ回りの出力軸１４の慣性モーメントとピニオン軸３１０の慣性モーメントと第１のサイドギア３２０の慣性モーメントと、第２のサイドギア３３０の慣性モーメントとの和よりも大きいので、出力軸１４の回転数を０回転から増速するときに、入力軸１２の回転数、すなわち駆動モーター部６０の回転数の低下を抑制し易い。
【０１２０】
第３の実施形態：
図１８は、第１、第２の実施形態の電気機械装置を自動車１０００に適用した例である。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、１０３０ＲＬ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、第１の実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは、第２の実施形態で説明した電気機械装置１０を用いることが可能である。後輪１０３０ＲＲ、１０３０ＲＬは、ボディ１０１０の後部に車軸１０５０を介して接続されている。
【０１２１】
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、１０３０ＲＬの回転数差を容易に緩和することが可能となる。
【０１２２】
図１９は、第１、第２の実施形態の電気機械装置をハイブリッド自動車１１００に適用した例である。ここでは、第３の実施形態の自動車１０００と異なる構成について説明する。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、第１の実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは、第２の実施形態で説明した電気機械装置１０を用いることが可能である。例えば、第１の実施形態で説明した電気機械装置１００を用いる場合、内燃機関１１１０は、電気機械装置１００の駆動モーター１２０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１２０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、電動無段変速装置１１２０（第１の実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは、第２の実施形態で説明した電気機械装置１０）は、ハイブリッド自動車にも適用することが可能である。
【０１２３】
上記実施形態で説明した電気機械装置は、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に接続された変速装置や動力発生装置として適用することが可能である。
【０１２４】
図２０は、本実施形態の電気機械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、駆動部としてのモーターの出力に本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０で構成された変速装置付モーター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。変速装置付モーター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、ブレーキ時には変速装置付モーター３３１０のモーター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、変速装置付モーター３３１０のモーター部分の駆動と回生、および、変速装置部分の変速を制御する回路である。
【０１２５】
図２１は、本実施形態の電気機械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、変速装置付モーター３４３０とを有している。この変速装置付モーター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。なお、この変速装置付モーター３４３０としては、本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０を用いても良い。
【０１２６】
図２２は、本実施形態の電気機械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、手首関節等の各関節部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としては、本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０を用いても良い。
【０１２７】
図２３は、本実施形態の電気機械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２３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、本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０を用いても良い。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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、本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０が組み込まれている。これらの電気機械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。これらの電気機械装置は、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。
【０１３１】
図２４は、本実施形態で説明した電気機械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２４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には双腕キャスター付ロボット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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
回転機構３７７３及び直動機構３７７４には本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０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。
【０１３６】
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、本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０が組み込まれている。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。
【０１３７】
図２５は、本実施形態の電気機械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、変速装置付モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。この変速装置付モーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、変速装置付モーター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、変速装置付モーター３５１０としては、本実施形態で説明した電気機械装置１００あるいは電気機械装置１０を用いても良い。
【０１３８】
上記各実施形態では、電気機械装置１０は、２相が独立した２相独立結線構造である電気機械装置１０を例にして説明した。電気機械装置１０は、２相独立結線構造に限られず、３相独立結線、３相スター結線、３相デルタ結線構造であってもよい。
【０１３９】
以上、いくつかの実施形態に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１４０】
１０…電気機械装置    １２…入力軸    １４…出力軸    ２０…ケーシング    ２２…軸受け部    ２５…導電線束    ３０…変速機構部    ４０…変速制御モーター部    ６０…駆動モーター部    ７５…磁極片    １００…電気機械装置    １００Ｇ…電気機械装置    １１０…中心軸    １１１…貫通孔    １１２…軸受け部    １１３…リング    １１４…固定用ボルト    １１５…スペーサー    １２０…駆動モーター部    １２１…ローター    １２１ｔ…ギア歯    １２２…ケーシング    １２２ａ…ケーシング部    １２２ｂ…ケーシング部    １２３…永久磁石    １２４…ステーター（電磁コイル）    １２４Ａ…電磁コイル    １２５…磁石バックヨーク    １２６…位置検出部    １２７…駆動モーター制御部    １２８…コイルバックヨーク    １３０…変速機構部    １３０Ｇ…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    １３５…軸受け部    １３６…負荷接続部    １４０…変速制御モーター部    １４１…ローター    １４３…永久磁石    １４４…ステーター（電磁コイル）    １４５…磁石バックヨーク    １４６…位置検出部    １４７…変速制御モーター制御部    １４８…コイルバックヨーク    １５０…シール部    １７１…永久磁石    １７５…磁極片    １７７…永久磁石    ２００…制御部    ２１０…ＣＰＵ    ２１２…バス    ２２０…リングギア    ２３０…回生制御部    ２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ…ドライバー回路    ２５０…整流回路    ２７０…蓄電池    ３１０…ピニオン軸    ３１２…軸受け部    ３２０…第１のサイドギア    ３２０ｔ…ギア歯    ３３０…第２のサイドギア    ３４０…第３のサイドギア    ３４０ｔ…ギア歯    ３５０…第４のサイドギア    ３５２…貫通孔  ４１０…ローター    ４１１…貫通孔    ４１２…軸受け部    ４１３…永久磁石    ４１５…磁石バックヨーク    ４１６…位置検出部    ４１７…回路基板    ４２０…ステーター（電磁コイル）    ４２８…コイルバックヨーク    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    ５３１…カウンター    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…第１の電圧比較器    ５９６…第２の電圧比較器    ６１０…ローター    ６１３…永久磁石    ６１５…磁石バックヨーク    ６１６…位置検出部    ６１７…回路基板    ６２０…電磁コイル    ６２１…フライホイール    ６２８…コイルバックヨーク    １０００…自動車    １０１０…ボディ    １０２０Ｌ…電動無段変速装置    １０２０Ｒ…電動無段変速装置    １０３０ＬＦ…左前輪    １０３０ＲＦ…右前輪    １０３０ＲＲ、１０３０ＬＲ…後輪    １０４０Ｌ…駆動軸    １０４０Ｒ…駆動軸    １０５０…車軸    １１００…ハイブリッド自動車    １１１０…内燃機関    １１２０…電動無段変速装置    １１３０…デフ    １２１１…貫通孔    １２１２…凹部    １２１３…ローターギア（隔壁��サンギア）    １２１３Ｇ…第１の磁気変速ローター    １２２１…貫通孔    １２２２…開口    １３１２…リングキャリア    １３１３…開口部    １３３０…プラネタリーキャリア    １３３１…貫通孔    １３３２…軸孔    ３３００…自転車    ３３１０…変速装置付モーター    ３３２０…制御回路    ３３３０…充電池    ３４００…ロボット    ３４１０…第２のアーム    ３４２０…第２のアーム    ３４３０…変速装置付モーター    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…変速装置付モーター    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    ＣＭ１…カウント値    ＤＲＶＡ１…第１の駆動信号    ＤＲＶＡ２…第２の駆動信号    ＤＲＶＢ１…駆動信号    Ｅａ…励磁区間信号    ＥＰ…励磁区間    ＥＲ…回生許可信号    ＩＮＶ…回生区間切換信号    Ｋ０…減速比    Ｋ１…減速比    Ｍａ…乗算値    ＭＰａ…出力    ＭＳＫＡ…マスク信号    ＭＳＫＢ…マスク信号    Ｎｃ…回転数    Ｎｒ…回転数    Ｎｓ…回転数    ＮＥＰ…非励磁区間    ＮＲＥＰ…非回生区間    Ｐａ…正負符号信号    ＰＣＬ…クロック信号    ＲＥａ…回生区間信号    ＲＥＰ…回生区間    ＲＩ…正逆方向指示値    Ｒｖ…抵抗値    Ｓ１…出力信号    Ｓ２…出力信号    ＳＤＣ…クロック信号    Ｓｎ…出力信号    Ｓｐ…出力信号    ＳＳＡ…センサー出力    Ｓｘ…軸心    Ｓｙ…軸心    Ｖ１…第１の電圧    Ｖ２…第２の電圧    Ｘａ…センサー出力値    Ｙａ…電圧指令値
【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１５】
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【図１６】
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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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