(57)【要約】【課題】滑らかな変速制御が可能な変速装置を提供する。【解決手段】変速制御部は、変速部の遊星ギア機構のリングギアの回動を、制御ギアを介して実行するモーターと、モーターの動作を制御するモーター制御部と、を備える。モーター制御部は、モーターの電磁コイルを駆動してリングギアの回転を所望の回転に制御する駆動制御部と、リングギアの回転を減速させる際に、モーターの電磁コイルからのエネルギーの回生を行う回生制御部と、を備える。回生制御部は、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の回生区間を設定して回生を実行する第１の回生モードと、誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間を設定して回生を実行する第２の回生モードと、を有し、第１の回生モードで回生されるエネルギー量が第２の回生モードで回生されるエネルギー量以下となるように第１と第２の回生区間の幅を設定する。【選択図】図１
2013121288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速部および変速制御部を有する変速装置であって、
前記変速部は、
中心軸を中心として回動可能に配置されたサンギアと、
前記サンギアの外周部に前記中心軸を中心として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前記サンギアの外周のギア歯および前記リングギアの内周のギア歯に噛み合うように配置されたプラネタリーギアと、
前記サンギアの外周および前記リングギアの内周に沿った前記プラネタリーギアの回動に応じて、前記中心軸を中心として回動するように前記プラネタリーギアを支持するプラネタリーキャリアと、を有する遊星ギア機構と、
前記リングギアの外周のギア歯に噛み合うように配置され、前記リングギアを回動可能に保持する制御ギアと、
を備え、
前記変速制御部は、
前記リングギアの回動を、前記制御ギアを介して実行するモーターと、
前記モーターの動作を制御するモーター制御部と、
を備え、
前記モーターは、
電磁コイルを有する第１の駆動部材と、前記第１の駆動部材に対して相対的に回転可能で、前記制御ギアに接続される第２の駆動部材と、
を備え、
前記モーター制御部は、
前記電磁コイルを駆動して前記第２の駆動部材を回転させることにより、前記リングギアの回転を所望の回転に制御する駆動制御部と、
前記リングギアの回転を減速させる際に、前記電磁コイルからのエネルギーの回生を行う回生制御部と、
を備え、
前記回生制御部は、
前記電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間を設定して回生を実行する第１の回生モードと、前記電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間を設定して回生を実行する第２の回生モードと、を有し、前記第１の回生モードで回生されるエネルギー量が前記第２の回生モードで回生されるエネルギー量以下となるように前記第１と第２の回生区間の幅を設定する、変速装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変速装置であって、
前記回生制御部は、前記第１又は第２の回生区間の幅が所定の第１の値以下となる場合には、前記第１の回生モードによる回生を実行し、前記第１又は第２の回生区間の幅が前記第１の値よりも大きな所定の第２の値以上となる場合には、前記第２の回生モードによる回生を実行する、変速装置。
【請求項３】
請求項２に記載の変速装置であって、
前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が増大してゆく際に前記第１の回生モードから前記第２の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの直前における前記第１の回生区間の幅よりも、前記切り換えの直後の前記第２の回生区間の幅を小さく設定する、変速装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の変速装置であって、
前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が減少してゆく際に前記第２の回生モードから前記第１の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの直前における前記第２の回生区間の幅よりも、前記切り換えの直後の前記第１の回生区間の幅を大きく設定する、変速装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の変速装置であって、
前記回生制御部は、前記第１の回生モードと前記第２の回生モードの切り換え時において、切り換え前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又は第２の回生区間の幅を設定する、変速装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれ一項に記載の変速装置であって、
前記リングギアの回転の減速の開始時には、前記第１の回生モードでの回生が実行される、変速装置。
【請求項７】
請求項６に記載の変速装置であって、さらに、
前記リングギアの回転の減速の終了時には、前記第１の回生モードでの回生が実行される、変速装置。
【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変速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変速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、無段階変速機能を有する変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星ギア機構を用い、リングギアに駆動ギアを介して接続されたモーターでリングギアの回転を制御することにより、入力回転数と出力回転数との関係を制御する装置として、下記の特許文献１，２に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１５４５００号公報
【特許文献２】特開平１０−２４６１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２の従来例には、モーターによる制御についての具体的な記載がなく、具体的な変速制御の提供という点で不十分である。また、変速制御としては、入力回転数の変動や所望する出力回転数の変動に応じて滑らかな変動制御が可能であることが望ましいが、この点についても具体的な記載がなく不十分である。
【０００５】
本発明は、変速装置の具体的な制御技術として滑らかな変速制御が可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
変速部および変速制御部を有する変速装置であって、前記変速部は、中心軸を中心として回動可能に配置されたサンギアと、前記サンギアの外周部に前記中心軸を中心として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前記サンギアの外周のギア歯および前記リングギアの内周のギア歯に噛み合うように配置されたプラネタリーギアと、前記サンギアの外周および前記リングギアの内周に沿った前記プラネタリーギアの回動に応じて、前記中心軸を中心として回動するように前記プラネタリーギアを支持するプラネタリーキャリアと、を有する遊星ギア機構と、前記リングギアの外周のギア歯に噛み合うように配置され、前記リングギアを回動可能に保持する制御ギアと、を備え、前記変速制御部は、前記リングギアの回動を、前記制御ギアを介して実行するモーターと、前記モーターの動作を制御するモーター制御部と、を備え、前記モーターは、電磁コイルを有する第１の駆動部材と、前記第１の駆動部材に対して相対的に回転可能で、前記制御ギアに接続される第２の駆動部材と、を備え、前記モーター制御部は、前記電磁コイルを駆動して前記第２の駆動部材を回転させることにより、前記リングギアの回転を所望の回転に制御する駆動制御部と、前記リングギアの回転を減速させる際に、前記電磁コイルからのエネルギーの回生を行う回生制御部と、を備え、前記回生制御部は、前記電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間を設定して回生を実行する第１の回生モードと、前記電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間を設定して回生を実行する第２の回生モードと、を有し、前記第１の回生モードで回生されるエネルギー量が前記第２の回生モードで回生されるエネルギー量以下となるように前記第１と第２の回生区間の幅を設定する、変速装置。
この適用例によれば、回生エネルギー量が小さいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を実行する。これにより、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化を滑らかに調整することでき、回生動作を滑らかに実行することができる。この結果、無段階で連続的かつ滑らかに変速動作を実現することが可能であり、これに伴って無段階で連続的かつ滑らかにトルクの伝達量を変化させることが可能である。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の変速装置であって、前記回生制御部は、前記第１又は第２の回生区間の幅が所定の第１の値以下となる場合には、前記第１の回生モードによる回生を実行し、前記第１又は第２の回生区間の幅が前記第１の値よりも大きな所定の第２の値以上となる場合には、前記第２の回生モードによる回生を実行する、変速装置。
この適用例によれば、回生区間が短く回生するエネルギー量が小さいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧のゼロクロス点を中心とした第１の回生区間で回生を行い、回生区間が長く回生エネルギー量が大きいときは、電磁コイルに生じる誘起電圧の極大点を中心とした第２の回生区間で回生を行うので、回生時において滑らかに動作させることができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２に記載の変速装置であって、前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が増大してゆく際に前記第１の回生モードから前記第２の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの直前における前記第１の回生区間の幅よりも、前記切り換えの直後の前記第２の回生区間の幅を小さく設定する、変速装置。
この適用例によれば、第１の回生モードから第２の回生モードへの切り換えるときに、切り換え前後の回生エネルギーの変化を少なくすることができるので、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例２または適用例３に記載の変速装置であって、前記回生制御部は、回生されるエネルギー量が減少してゆく際に前記第２の回生モードから前記第１の回生モードへの切り換えを行うとともに、前記切り換えの直前における前記第２の回生区間の幅よりも、前記切り換えの直後の前記第１の回生区間の幅を大きく設定する、変速装置。
この適用例によれば、第２の回生モードから第１の回生モードへの切り換えるときに、切り換え前後の回生エネルギーの変化を少なくすることができるので、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１１】
［適用例５］
適用例３又は適用例４に記載の変速装置であって、前記回生制御部は、前記第１の回生モードと前記第２の回生モードの切り換え時において、切り換え前後の回生されるエネルギー量が同じ値となるように、切り換え直後の第１又は第２の回生区間の幅を設定する、変速装置。
この適用例によれば、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、回生時において滑らかに動作させることができる。
【００１２】
［適用例６］
適用例１ないし適用例６のいずれ一項に記載の変速装置であって、前記リングギアの回転の減速の開始時には、前記第１の回生モードでの回生が実行される、変速装置。
この適用例によれば、減速の開始時において、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化の割合を小さくすることができるので、減速の開始動作を滑らかにすることができる。
【００１３】
［適用例７］
適用例６に記載の変速装置であって、さらに、前記リングギアの回転の減速の終了時には、前記第１の回生モードでの回生が実行される、変速装置。
この適用例によれば、減速の終了時において、回生エネルギー量に対する回生エネルギーの変化の割合を小さくすることができるので、減速の終了動作を滑らかにすることができる。
【００１４】
［適用例８］
適用例１ないし適用例７のいずれか一つに記載の変速装置を備える移動体。
【００１５】
［適用例９］
適用例１ないし適用例７のいずれか一つに記載の変速装置を備えるロボット。
【００１６】
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、変速装置の他、変速装置の制御方法、移動体、ロボット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】
【００１７】
【図１】第１実施例の変速装置を示す説明図である。
【図２】遊星ギア機構２００および制御ギア２７０を入力軸２５０側から見た模式図である。
【図３】モーター３２を模式的に示す説明図である。
【図４】制御回路ユニット３４の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図５】ドライバ回路４４０（図４）に含まれるＡ相ドライバ回路４４０ＡとＢ相ドライバ回路４４０Ｂの構成を示している。
【図６】駆動制御部４２０（図４）の内部構成と動作を示す説明図である。
【図７】センサー出力波形と駆動信号波形の対応関係を示す説明図である。
【図８】ＰＷＭ部５３０（図６）の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図９】モーター正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】モーター逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１２】符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。
【図１３】モーターの駆動波形を示す説明図である。
【図１４】図６に示した回生制御部４３０と整流回路４５０の内部構成を示す説説明図である。
【図１５】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１６Ａ】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１６Ｂ】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１７Ａ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１７Ｂ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１７Ｃ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１７Ｄ】ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。
【図１８】変速部２０の遊星ギア機構２００を構成する各ギアの回転数の関係を示す説明図である。
【図１９】第２実施例の変速装置を示す説明図である。
【図２０】駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーター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】駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図２２】駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。
【図２３】駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーター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】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例の変速装置を示す説明図である。この変速装置１０は、変速機構を構成する変速部２０と、変速部２０の動作を制御する変速制御部３０と、を備えている。なお、変速部２０は、変速機構の概略断面を示している。
【００１９】
Ａ１．変速部の構成：
変速部２０は、中空容体のケーシング２１に収容された遊星ギア機構２００と制御ギア２７０と、を備えている。遊星ギア機構２００は、サンギア２１０と、リングギア２２０と、複数のプラネタリーギア２３０と、プラネタリーキャリア２４０と、入力軸２５０と、出力軸２６０と、を備えている。図２は、遊星ギア機構２００および制御ギア２７０を入力軸２５０側から見た模式図である。ただし、図２では、便宜上、各ギアのギア歯の図示は省略されている。
【００２０】
サンギア２１０は、その軸中心に沿って入力軸２５０が一体的に設けられており、モーターやエンジン等の駆動部に接続された入力軸２５０の回転に応じて一体的に回転するようになっている。
【００２１】
リングギア２２０は、内周にギア歯（「内ギア歯」とも呼ぶ）２２０ｉｔが設けられており、その内ギア歯２２０ｉｔとサンギア２１０のギア歯２１０ｔとが対向するように、その軸中心がサンギア２１０の軸中心に一致するように配置されている。
【００２２】
サンギア２１０とリングギア２２０との間には、複数のプラネタリーギア（「ピニオンギア」とも呼ぶ）２３０がサンギア２１０の外周に沿ってほぼ等間隔に配置されている。図２の例では、３つのプラネタリーギア２３０が配置されている。ただし、図１では、図示の便宜上２つのプラネタリーギア２３０が上下に２つ配置されているものとして示している。各プラネタリーギア２３０のギア歯２３０ｔと、サンギア２１０のギア歯２１０ｔおよびリングギア２２０の内ギア歯２２０ｉｔとが互いに噛み合うことにより、サンギア２１０とプラネタリーギア２３０とリングギア２２０とが連結される。
【００２３】
プラネタリーキャリア２４０は、その軸中心に一致するように出力軸２６０が一体的に設けられた回転体であり、出力軸２６０の軸中心が入力軸２５０の軸中心に一致するように配置されている。プラネタリーキャリア２４０には、プラネタリーギア軸２３２を中心として回転（以下、「自転」とも呼ぶ）するプラネタリーギア２３０が、プラネタリーギア軸２３２を介して支持されている。プラネタリーギア２３０がサンギア２１０の周りを周回移動（以下、「公転」とも呼ぶ）した場合、これに応じてプラネタリーキャリア２４０が軸中心を中心として回転するとともに出力軸２６０が回転して、被駆動部が回転される。
【００２４】
なお、ケーシング２１と入力軸２５０との間には、ケーシング２１に対して入力軸２５０を回転可能とするためのボールベアリング等で構成される軸受け２８０が配置されている。同様に、ケーシング２１と出力軸２６０との間には、ケーシング２１に対して出力軸２６０を回転可能とするために軸受け２８０が配置されている。また、入力軸２５０とプラネタリーキャリア２４０との間にも、互いに回転可能とするために軸受け２８０が配置されている。
【００２５】
制御ギア２７０は、リングギア２２０の外周に設けられているギア歯（以下、「外ギア歯」とも呼ぶ）２２０ｏｔに、制御ギア２７０のギア歯２７０ｔが噛み合うように配置されている。制御ギア２７０の軸中心には制御軸２７２が一体的に設けられており、制御軸２７２には変速制御部３０のモーター３２の回転軸が接続されている。制御ギア２７０は、モーター３２の回転軸の回転に応じて一体的に回転する。
【００２６】
変速部２０の遊星ギア機構２００は、後述するように、モーター３２の駆動状態を制御して、制御ギア２７０を介してリングギア２２０の回転を制御することにより、サンギア２１０の回転に対して、プラネタリーギア２３０の公転、すなわち、プラネタリーキャリア２４０の回転を制御する。これにより、駆動部から入力軸２５０を介して伝達される入力の回転に対して、出力軸２６０を介して被駆動部へ伝達する出力の回転を制御する。
【００２７】
Ａ２．変速制御部の構成：
変速制御部３０（図１）は、モーター３２と、制御回路ユニット３４と、を備えている。制御回路ユニット３４は、入力軸２５０の回転に対応するサンギア２１０の回転、モーター３２の回転に対応する制御ギア２７０の回転、および、出力軸２６０の回転に対応するプラネタリーキャリア２４０の回転の回転数を検出する回転センサー（不図示）から得られる回転数に基づいて、モーター３２の動作を制御する。
【００２８】
（１）モーターの構成
図３は、モーター３２を模式的に示す説明図である。図３（Ａ）は、モーター３２を回転軸３１２と平行な面で切ったときの概略断面を示し、図３（Ｂ）は、モーター３２を回転軸３１２と垂直な切断線（図３（Ａ）のＢ−Ｂ）で切ったときの概略断面を示している。
【００２９】
モーター３２は、略円筒状のステーター３２０が外側に配置され、略円筒状のローター３１０が内側に配置されたラジアルギャップ構造のインナーローター型のコアレスモーターである。ステーター３２０は、ケーシング３４０の内周に沿って配置されたコイルバックヨーク３２４と、コイルバックヨーク３２４の内側に配列された複数の電磁コイル３２２Ａ，３２２Ｂと、を有している。本実施例では、２相の電磁コイル３２２Ａ，３２２Ｂを区別しない場合には、単に電磁コイル３２２と呼ぶ。ステーター３２０には、さらに、ローター３１０の位相を検出する位置センサーとしての磁気センサー３３２が、配置されている。この磁気センサー３３２は、回転軸３１２上に配置された永久磁石３１４により電磁コイル３２２から発生する誘起電圧で正規化された波形の変化と同じタイミングで同様に変化する近似波形を出力する位置に設置され、電気角０〜２π期間の位置検出として用いられている。従って、磁気センサー３３２としては、具体的には、Ａ相の電磁コイル３２２Ａ用の磁気センサー３３２Ａと、Ｂ相の電磁コイル３２２Ｂ用の磁気センサー３３２Ｂとが、それぞれに１つずつ設けられていることが好ましい。磁気センサー３３２は、回路基板３３０の上に固定されており、回路基板３３０は、ケーシング３４０に固定されている。なお、また、回路基板３３０は、図示しないコネクタおよび配線により外部の制御回路ユニット３４と接続されている。
【００３０】
ローター３１０は、中心に回転軸３１２を有し、その外周に複数の永久磁石３１４を有している。各永久磁石３１４は、回転軸３１２の中心から外部に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。なお、図３（Ｂ）において永久磁石３１４に付したＮ，Ｓの文字は、永久磁石３１４の電磁コイル３２２Ａ，３２２Ｂ側の極性を示している。永久磁石３１４と電磁コイル３２２とは、ローター３１０とステーター３２０の対向する円筒面に対向して配置されている。回転軸３１２は、ケーシング３４０の軸受け３１６で支持されている。本実施例では、ケーシング３４０の内側に、波バネ座金３１８を備えている。この波バネ座金３１８は、永久磁石３１４の位置決めを行っている。但し、波バネ座金３１８は別の構成部品で置き換えることも可能であり、また、省略可能である。
【００３１】
モーター３２の中心軸３１２は、変速部２０の制御ギア２７０に接続された制御軸２７２に図示しないカップリング等を介して一体的に接続されている。従って、後述するように、モーター３２の回転を制御する駆動制御状態の場合には、モーター３２は制御ギア２７０を介してリングギア２２０の回転の駆動源として動作する。また、モーター３２が回生制御状態の場合には、リングギア２２０の回転に応じてモーター３２の電磁コイル３２２に発生する誘起電圧を利用して電力を回収することにより、モーター３２はリングギア２２０の回転を制限する負荷として動作する。
【００３２】
（２）制御回路ユニットの構成
図４は、制御回路ユニット３４の内部構成の一例を示すブロック図である。この制御回路ユニット３４は、ＣＰＵ４１０と、駆動制御部４２０と、回生制御部４３０と、ドライバ回路４４０と、整流回路４５０と、を備えている。２つの制御部４２０，４３０は、バス４１２を介してＣＰＵ４１０と接続されている。駆動制御部４２０とドライバ回路４４０は、モーター３２に回転の駆動力を発生させる場合の制御を行う回路である。駆動制御部４２０とドライバ回路４４０とをまとめて「駆動回路」とも呼ぶ。また、回生制御部４３０と整流回路４５０は、モーター３２から電力を回生する場合の制御を行う回路である。回生制御部４３０と整流回路４５０とをまとめて「回生回路」とも呼ぶ。また、駆動制御部４２０を「駆動信号生成回路」とも呼ぶ。なお、制御回路ユニット３４の各回路には電源ユニットから各種の電源電圧が供給されるが、図４では、図示は省略されている。
【００３３】
（２−１）駆動回路の構成および動作
図５は、ドライバ回路４４０（図４）に含まれるＡ相ドライバ回路４４０ＡとＢ相ドライバ回路４４０Ｂの構成を示している。Ａ相ドライバ回路４４０Ａは、Ａ相電磁コイル３２２Ａ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相ドライバ回路４４０Ｂの構成もＡ相ドライバ回路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。
【００３４】
図６は、駆動制御部４２０（図４）の内部構成と動作を示す説明図である。駆動制御部４２０は、基本クロック生成回路５１０と、１／Ｎ分周器５２０と、ＰＷＭ部５３０と、正逆方向指示値レジスタ５４０と、乗算器５５０と、符号化部５６０と、ＡＤ変換部５７０と、電圧指令値レジスタ５８０と、励磁区間設定部５９０とを備えている。なお、駆動制御部４２０は、Ａ相用の駆動信号とＢ相用の駆動信号の両方を生成する回路であり、基本クロック生成回路５１０、１／Ｎ分周器５２０、および、正逆方向指示値レジスタ５４０は、Ａ相とＢ相とで共通で用いられている。Ａ相用とＢ相用とでそれぞれに存在するその他の構成要素は、図６（Ａ）では図示の便宜上、Ａ相用の回路構成のみとして描かれているが、Ｂ相用についても、Ａ相用と同じ構成要素が駆動制御部４２０内に設けられている。以下の説明では、Ａ相を例に説明することとする。
【００３５】
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ＣＰＵ４１０によって１／Ｎ分周器５２０に設定される。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、乗算器５５０から供給される乗算値Ｍａと、正逆方向指示値レジスタ５４０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、符号化部５６０から供給される正負符号信号Ｐａと、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａとに応じて、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図５）を生成する。この動作については後述する。
【００３６】
正逆方向指示値レジスタ５４０内には、モーターの回転方向を示す値ＲＩがＣＰＵ４１０によって設定される。本実施例では、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。
【００３７】
Ａ相の磁気センサー３３２Ａ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。
【００３８】
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。
【００３９】
電圧指令値レジスタ５８０は、ＣＰＵ４１０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。
【００４０】
図６（Ｂ）〜（Ｅ）は、乗算値Ｍａが種々の値を取る場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＳＤＣの１周期の間に、デューティがＭａ／Ｎであるパルスを１つ発生させる回路である。すなわち、図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２のパルスのデューティが増加する。なお、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１は、センサー出力ＳＳＡが正のときにのみパルスを発生する信号であり、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２はセンサー出力ＳＳＡが負のときにのみパルスを発生する信号であるが、図６（Ｂ）〜（Ｅ）ではこれらを合わせて記載している。また、便宜上、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２を負側のパルスとして描いている。
【００４１】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、センサー出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Ｈｉｚ」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図６で説明したように、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２はセンサー出力ＳＳＡのアナログ波形をそのまま利用したＰＷＭ制御によって生成される。従って、これらの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を用いて、各コイルに、センサー出力ＳＳＡの変化と対応するレベル変化を示す実効電圧を供給することが可能である。
【００４２】
ＰＷＭ部５３０は、さらに、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａで示される励磁区間のみに駆動信号を出力し、励磁区間以外の区間（非励磁区間）では駆動信号を出力しないように構成されている。図７（Ｃ）は、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定した場合の駆動信号波形を示している。励磁区間ＥＰでは図７（Ｂ）の駆動信号パルスがそのまま発生し、非励磁区間ＮＥＰでは駆動信号パルスが発生しない。このように、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定するようにすれば、逆起電力波形の中位点近傍（すなわち、センサー出力の中位点近傍）においてコイルに電圧を印加しないので、モーターの効率をさらに向上させることが可能である。なお、励磁区間ＥＰは、逆起電力波形のピークを中心とする対称な区間に設定されることが好ましく、非励磁区間ＮＥＰは、逆起電力波形の中位点（中心点）を中心とする対称な区間に設定されることが好ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
上述の説明から理解できるように、本実施例のモーターでは、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとの両方を利用して印加電圧を調整することが可能である。望ましい印加電圧と、電圧指令値Ｙａ及び励磁区間信号Ｅａとの関係は、予め制御回路ユニット３４（図６）内のメモリ（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、制御回路ユニット３４が、外部から望ましい印加電圧の目標値を受信したときに、ＣＰＵ４１０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。
【００４５】
図８は、ＰＷＭ部５３０（図６）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５３１と、ＥＸＯＲ回路５３３と、駆動波形形成部５３５とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００４６】
図９は、モーター正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、正逆方向指示値ＲＩと、励磁区間信号Ｅａと、乗算値Ｍａと、正負符号信号Ｐａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、駆動波形形成部５３５の出力信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンタ５３１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍａに設定される。なお、図９では、図示の便宜上、乗算値Ｍａとして負の値も描かれているが、カウンタ５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとＬレベルに立ち下がる。
【００４７】
ＥＸＯＲ回路５３３は、正負符号信号Ｐａと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モーターが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐａと同じ信号となる。駆動波形形成部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２がＬレベルの期間の信号を第１の駆動信号ＤＲＶＡ１として出力し、出力Ｓ２がＨレベルの期間の信号を第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力する。なお、図９の右端部付近では、励磁区間信号ＥａがＬレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
【００４８】
図１０は、モーター逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。モーター逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図９から入れ替わっており、この結果、モーターが逆転することが理解できる。
【００４９】
なお、本実施例において、モーターの正転方向は、図２に示したリングギア２２０を、制御ギア２７０を介して時計周りに回転させる方向とし、逆転方向は、リングギア２２０を反時計周りに回転させる方向とする。
【００５０】
図１１は、励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。図１１（Ａ）に示すように、励磁区間設定部５９０は、電子可変抵抗器５９２と、電圧比較器５９４，５９６と、ＯＲ回路５９８とを有している。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、ＣＰＵ４１０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。
【００５１】
図１１（Ｂ）は、励磁区間設定部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器５９２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。センサー出力ＳＳＡが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器５９４の出力ＳｐがＨレベルとなり、一方、センサー出力ＳＳＡが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器５９６の出力ＳｎがＨレベルとなる。励磁区間信号Ｅａは、これらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和を取った信号である。従って、図１１（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、ＣＰＵ４１０が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。
【００５２】
図１２は、符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。ここでは、Ａ相用の符号化部５６０（図６）を例にとり説明する。符号化部５６０は、ＡＤＣ部５７０（図６）からＡＤＣ信号を受け取り、センサー出力値Ｘａと正負符号信号Ｐａを生成する。ここで、センサー出力値Ｘａは、ＡＤＣ信号を＋１２７〜−１２８にシフトし、その絶対値を取った値である。また、正負符号信号Ｐａについては、ＡＤＣ信号の値が０よりも小さい場合に正負符号信号ＰａをＨ、ＡＤＣ信号の値が０よりも大きい場合に正負符号信号ＰａをＬとしている。なお、正負符号信号Ｐａの正負は、逆であってもよい。
【００５３】
図１３は、モーターの駆動波形を示す説明図である。図１３（Ａ）は、モーター３２の回転動作に伴ってＡ相の電磁コイル３２２Ａ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３３２Ａのセンサー出力ＳＳＡの波形を示している。図１３（Ｂ）は、モーター３２の駆動のための励磁区間ＥＰを規定する励磁区間信号Ｅａの波形（以下、「ＷＣ制御波形」とも呼ぶ）を示している。図１３（Ｃ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｂ）に示すときの、モーター３２に印加されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図３（Ｄ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｂ）に示すときの、モーター３２に印加されるＰＷＭ駆動波形（デジタル）を模式的に示している。図１３（Ａ）に示すように、誘起電圧波形に対応するセンサー出力波形は、ほぼ正弦波である。ＷＣ制御波形の活性期間（励磁区間ＥＰ）の中心は、図１３（Ａ）に示す誘起電圧波形が最大値を示す位相と同じである。図１３（Ｂ）に示すように、図１３（Ａ）の誘起電圧波形がほぼゼロになる位相では、ＷＣ制御波形は非活性期間（非励磁区間ＮＥＰ）となる。従って、図１３（Ｃ）に示すアナログのＰＷＭ駆動波形は、励磁区間ＥＰでは誘起電圧波形とほぼ相似となり、非励磁区間ＮＥＰ、すなわち、図１３（Ａ）の誘起電圧波形がほぼゼロになる位相ではほぼゼロになっている。
【００５４】
図１３（Ｅ）は、図１３（Ｂ）に示すＷＣ制御波形の活性期間を狭めた波形を示している。図１３（Ｆ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｅ）に示すときの、モーター３２に印加されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図１３（Ｇ）は、ＷＣ制御波形が図１３（Ｅ）に示すときの、モーター３２に印加されるＰＷＭ駆動波形（デジタル）を模式的に示している。図１３（Ｆ）に示すＰＷＭ駆動波形は、ＷＣ制御波形が非活性の状態（非励磁区間ＮＥＰ）では、ゼロとなっている。また、図１３（Ｄ）と図１３（Ｆ）を比較すれば明らかなように、ＷＣ制御波形の活性期間（励磁区間ＥＰ）が短いほど、パルスの数が少なくなっている。
【００５５】
以上のように、励磁区間ＥＰの幅を制御することにより、モーター３２に印加するＰＷＭ駆動波形を制御することができ、これに応じてモーター３２の駆動状態を制御することができる。
【００５６】
なお、図１３は、励磁区間ＥＰの幅を制御することにより、モーター３２に印加する駆動波形を制御することを示したが、図６において説明したように、乗算値Ｍａを制御することによってもＰＷＭ駆動波形を制御することができ、これに応じてモーター３２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、モーター３２の駆動状態をより精細に制御することも可能である。
【００５７】
（２−２）回生回路の構成および動作
図１４は、図４に示した回生制御部４３０と整流回路４５０の内部構成を示す説説明図である。回生制御部４３０は、Ａ相回生制御部４３０ＡとＢ相回生制御部４３０Ｂ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４５０Ｂ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。
【００５８】
Ａ相回生制御部４３０Ａは、バス４１２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、ＣＰＵ４１０から出力される回生許可信号ＥＲと、が与えられる。
【００５９】
Ａ相充電切換部４３２Ａは、Ａ相電磁コイル３２２Ａ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。
【００６０】
Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａは、図６に示した駆動制御部４２０の励磁区間設定部５９０を回生区間設定部５９０Ｒに置き換えた点を除いて同様の構成を用いることができる。図１５は、Ａ相ＰＷＭ制御部４３４Ａにおける回生区間設定部５９０Ｒの内部構成を示す説明図である。図１５（Ａ）に示すように、回生区間設定部５９０Ｒは、図１１（Ａ）の励磁区間設定部５９０に加えてＥＸＯＲ回路５９９を備えている。ＥＸＯＲ回路５９９の入力端子には、ＯＲ回路５９８の出力（励磁区間信号Ｅａ）と、ＣＰＵ４１０からの回生区間切換信号ＩＮＶとが与えられる。ＥＸＯＲ回路５９９の出力が回生期間信号ＲＥａとして、励磁区間信号Ｅａの代わりにＰＷＭ部５３０（図６）に与えられる。
【００６１】
図１５（Ｂ）に示すように、回生区間切換信号ＩＮＶがＬレベル（：０）の場合には、図１１に示した場合と同様に、回生期間信号ＲＥａは、センサー出力ＳＳＡがピークとなる位相を中心とする期間が回生の活性区間としての回生区間ＲＥＰとなり、センサー出力ＳＳＡが０となる位相を中心とする期間が回生の非活性区間としての回生区間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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
電力回生時にＡ相電磁コイル３２２Ａ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。
【００６６】
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、回生電力を回収することが可能である。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３２２ＡとＢ相電磁コイル３２２Ｂ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。
【００６７】
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。ＣＰＵ４１０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、ＣＰＵ４１０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、ＣＰＵ４１０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、ＣＰＵ４１０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。
【００６８】
図１６Ａは、回生区間ＲＥＰの幅が大きいときに実行される回生モードにおけるエネルギーの回生パターンを示す説明図である。図１６Ａにおいて、ＥＰＷＭの値は、電気角２πの間の回生区間ＲＥＰの大きさの割合を示す。回生区間ＲＥＰの幅が大きいときには、誘起電圧波形のピークを中心とした回生区間を有する回生期間信号ＲＥａを生成し、回生区間ＲＥＰの幅が小さいときには、誘起電圧波形のゼロクロス点を中心とした回生区間を有する回生期間信号ＲＥａを生成し、電磁コイル３２２（図３）からエネルギーを回生する。ＣＰＵ４１０は、変速装置１０の入力回転数や出力回転数、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、ＣＰＵ４１０が、図１５に示す回生区間設定部５９０Ｒの電子可変抵抗器５９２の電気抵抗の大きさを変えることにより行うことが出来る。
【００６９】
図１６Ａ（Ａ）、電磁コイル３２２に生じる誘起電圧波形を示す。なお、この誘起電圧波形は、ＥＰＷＭの値に依存しない。図１６Ａ（Ｂ）は、ＥＰＷＭが９５％の時における回生期間信号ＲＥａの波形（以下、「ＷＣ制御波形」とも呼ぶ）を示している。回生区間ＲＥＰ（Ｈレベル）において、エネルギーの回生を行うことが出来る。本例において回生区間ＲＥＰは、誘起電圧波形（図１６Ａ（Ａ））のピーク（極大値）を中心とした区間である。この区間を、「第２の回生区間」とも呼ぶ。図１６Ａ（Ｃ）は、回生エネルギーをアナログ電圧で示した回生波形を示す。図１６（Ｄ）は、ＰＷＭ回生のためにゲートトランジスタ４６１，４６２に与えられるＰＷＭパルスを含むマスク信号ＭＳＫを示す。本実施例では、エネルギーの回生をＰＷＭパルスを利用して行っている。図１６（Ｅ）は、回生波形が高電圧の場合のＰＷＭ回生波形を示し、図１６（Ｆ）は、回生波形が低電圧の場合のＰＷＭ回生波形回生波形を示している。
【００７０】
図１６Ａ（Ｇ）〜（Ｋ）は、それぞれ、ＥＰＷＭが４０％以上の時のＷＣ制御波形、回生波形、マスク信号、ＰＷＭ回生波形（高電圧）、ＰＷＭ回生波形（低電圧）を示す。回生区間ＲＥＰを短くする（ＥＰＷＭの値を小さくする）と、図１６Ａ（Ｅ）と図１６Ａ（Ｊ）との比較で分かるように、ＰＷＭ回生波形の細いパルスから消失していく。このように、ＰＷＭ回生波形において、細いＰＷＭパルスから消失していく場合、細いＰＷＭパルスが消失しても、回生エネルギーの大きな変動は起こり難い。すなわち、回生において、動作が、ぎくしゃくし難い。
【００７１】
ここで、回生区間ＲＥＰを誘起電圧波形（図１６Ａ（Ａ））のピーク（極大値）を中心とした区間を維持したままＥＰＷＭの値がさらに小さくされると、誘起電圧波形（図１６Ａ（Ａ））のピーク近傍の大きなＰＷＭパルスが消失することになる。かかる場合、回生エネルギーの大きな変動がおこるため、回生において、動作が、ぎくしゃくする場合がある。また、逆に、回生区間ＲＥＰを誘起電圧波形のピークを中心とした区間を維持したままＥＰＷＭの値を大きくしていった場合、回生区間ＲＥＰの幅が０から少し大きくした状態でも、大きなＰＷＭパルスが発生することになり、回生エネルギーの大きな変動がおこるため、回生において、動作が、ギクシャクする場合がある。そこで、ＥＰＷＭの値が小さく、回生区間ＲＥＰの幅が小さい場合には、以下で説明するようにして回生制御を行なうことが好ましい。
【００７２】
図１６Ｂは、回生区間ＲＥＰの幅が小さいときのエネルギーの回生パターンを示す説明図である。図１６Ｂにおいて、ＥＰＷＭの値は、電気角２πの間の回生区間ＲＥＰの大きさの割合を示すのは、図１６Ａと同じである。図１６Ｂ（Ａ）の誘起電圧波形は、図１６（Ａ）の誘起電圧波形と同じである。本例では、ＥＰＷＭの値が小さい値となると、回生区間ＲＥＰの中心を、誘起電圧波形のゼロクロス点とする。ここで、ゼロクロス点を中心とした回生区間ＲＥＰを、請求項では、「第１の回生区間」と呼んでいる。
【００７３】
図１６Ｂ（Ｂ）〜（Ｆ）は、それぞれ、ＥＰＷＭが３０％の時のＷＣ制御波形、回生波形、マスク信号、ＰＷＭ回生波形（高電圧）、ＰＷＭ回生波形（低電圧）を示す。図１６Ａ（Ｈ）と図１６Ｂ（Ｃ）とを比較すると分かるように、ＥＰＷＭが４０％以上の時は、誘起電圧波形のピーク中心に回生波形が生じているのに対し、ＥＰＷＭが３０％の時は、誘起電圧波形のゼロクロス点を中心に回生波形が生じている。次に、図１６Ａ（Ｊ）と図１６Ｂ（Ｅ）とを比較すると分かるように、ＥＰＷＭが４０％以上の時は、誘起電圧波形のゼロクロス点に近い細いＰＷＭパルスが消失しているのに対し、ＥＰＷＭが３０％の時は、誘起電圧波形のピーク中心に近い太いＰＷＭパルスが消失している。
【００７４】
図１６Ｂ（Ｇ）〜（Ｋ）は、それぞれ、ＥＰＷＭが５％の時のＷＣ制御波形、回生波形、ＰＷＭ回生波形（高電圧）、ＰＷＭ回生波形（低電圧）を示す。図１６Ｂ（Ｅ）と図１６Ｂ（Ｊ）とを比較すると分かるように、ＥＰＷＭが３０％から５％に小さくなると、誘起電圧波形のピーク中心に近い太いＰＷＭパルスと誘起電圧波形のゼロクロス点に近い細いＰＷＭパルスとの間のほぼ中間の大きさのＰＷＭパルスから消失している。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
図１７Ａから図１７Ｄは、ＥＰＷＭの値と回生エネルギーの回収率のバリエーションを示す説明図である。図１７Ａに示す例は、ＣＰＵ４１０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、モーター３２の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００７８】
図１７Ｂに示す例は、ＣＰＵ４１０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、モーター３２の回生時において滑らかに動作させることができる。
【００７９】
図１７Ｃに示す例は、ＥＰＷＭを大きくしていくときにおいて、ＣＰＵ４１０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。
【００８０】
また、図１７Ｃの例によれば、回生制御部４３０は、回生期間が短く回生するエネルギー量が小さいときは、電磁コイル３２２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３２２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、電動モーター１０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。
【００８１】
図１７Ｄに示す例は、図１７Ｂに示す例と、図１７Ｃに示す例の中間である。図１７Ｄに示す例では、ＣＰＵ４１０は、ＥＰＷＭを大きくしていくときにおいて、ＥＰＷＭの値がｘ２になったときに、第１の回生区間から第２の回生区間に切り換える。ここまでは、図１７Ｂ、図１７Ｃと同じである。図１７Ｂに示す例では、ＣＰＵ４１０は、第１の回生区間から第２の回生区間に切り替える時に、ＥＰＷＭの大きさをｘ２のまま変えずにエネルギーの回収率をｙ２１からｙ２２に上げている。また、図１７Ｃに示す例では、ＣＰＵ４１０は、第１の回生区間から第２の回生区間に切り替える時に、回生エネルギーの回収率をｙ２１のまま変えずに、ＥＰＷＭの大きさをｘ２からｘ１に大きくしている。これに対し、図１７Ｄに示す例では、ＣＰＵ４１０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、ＣＰＵ４１０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。
【００８２】
図１７Ｄの例によれば、回生期間が短く回生するエネルギー量が小さいときは、電磁コイル３２２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３２２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、モーター３２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。
【００８３】
図１７Ａ〜Ｄに示すように、ＥＰＷＭと回生エネルギーの回収率の間には、様々なパターンを採用することができる。なお、第１の回生区間と第２の回生区間の切り換えは、回生区間切換信号ＩＮＶの値により行うことができる。図１７Ｂ，Ｄにおいて、第１の回生区間と第２の回生区間が重なっている場合には、第１，第２のどちらの回生モード、回生区間を用いてもよい。
【００８４】
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、ＣＰＵ４１０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。
【００８５】
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１０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。
【００８６】
Ａ３．変速制御動作：
図１８は、変速部２０の遊星ギア機構２００を構成する各ギアの回転数の関係を示す説明図である。図１８に示すように、遊星ギア機構２００（図１）のサンギア２１０の回転数（「入力回転数」とも呼ぶ）と、プラネタリーキャリア２４０の回転数（「出力回転数」とも呼ぶ）と、リングギア２２０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２１０の回転数をＮｓ、リングギア２２０の回転数をＮｒ、プラネタリーキャリアの回転数をＮｃとし、サンギア２１０のギア歯２１０ｔの歯数をｍｓ、リングギア２２０の内ギア歯２２０ｉｔ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）
【００８７】
上記（１）式からわかるように、プラネタリーキャリア２４０の回転数Ｎｃは、サンギア２１０の回転数Ｎｓとリングギア２２０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２１０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２４０の回転は、リングギア２２０の回転状態に応じて無段階で制御されることになる。
【００８８】
リングギア２２０の回転が停止状態（Ｎｒ＝０）である場合には、遊星ギア機構２００の各ギアの回転数の関係は図１８の二点鎖線で示す直線の関係となる。このとき、プラネタリーキャリア２４０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２１０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、駆動部から入力軸２５０を介してサンギア２１０に伝達された回転は、減速比Ｋ０で減速されて出力軸２６０を介して被駆動部へ伝達される。なお、リングギア２２０の回転停止状態は、プラネタリーギア２３０を介して伝達されるサンギア２１０の回転力に応じて発生するリングギア２２０の反時計周りへの回転を止めるような正転方向への回転力が制御ギア２７０を介してリングギア２２０に加えられるように、モーター３２を駆動制御することによって実現される。
【００８９】
リングギア２２０が回転数Ｎｒ＝−Ｎｒｆ（Ｎｒｆ＝Ｎｓ・ｍｓ／ｍｒ）でサンギア２１０とは逆の反時計周りに回転している場合には、遊星ギア機構２００の各ギアの回転数の関係は図１８の太い実線で示す直線の関係となる。このとき、サンギア２１０の時計周りの回転（回転数Ｎｓ）に対して、リングギア２２０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２４０の回転は、回転数Ｎｃ＝０となって停止される。すなわち、この場合には、駆動部から入力軸２５０を介してサンギア２１０に伝達された回転は、出力軸２６０を介して被駆動部へ伝達されることはなく、伝達が遮断される。なお、この場合のリングギア２２０の状態はフリー回転状態であり、モーター３２の動作を回生制御や駆動制御を行わない状態とすることにより実現される。
【００９０】
リングギア２２０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、遊星ギア機構２００の各ギアの回転数の関係は図１８の一点鎖線で示す直線の関係となる。このとき、プラネタリーキャリア２４０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、駆動部から入力軸２５０を介してサンギア２１０に伝達された回転は、上記（１）式に従って表される回転数＋Ｎｃ１に減速された回転として出力軸２６０を介して被駆動部へ伝達される。なお、プラネタリーキャリア２４０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２２０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２２０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するモーター３２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。
【００９１】
リングギア２２０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、遊星ギア機構２００の各ギアの回転数の関係は図１８の破線で示す直線の関係となる。このとき、プラネタリーキャリア２４０の回転数Ｎｃは、上記(１)式から＋Ｎｃ２（＝Ｎｓ・ｍｓ／（ｍｒ＋ｍｓ）＋Ｎｒ２・ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））となり、回転数＋Ｎｒ２の大きさに応じて＋Ｎｃ０以上の任意の値となる。すなわち、この場合には、駆動部から入力軸２５０を介してサンギア２１０に伝達された回転を減速比Ｋ０で減速した回転数の回転に、モーター３２の駆動によって制御されたリングギア２２０の回転を減速比Ｋ１（＝ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））で減速した回転数の回転が重ね合わされて、出力軸２６０を介して被駆動部へ伝達される。なお、プラネタリーキャリア２４０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２２０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、モーター３２の回転を反時計周りで駆動制御すればよい。
【００９２】
リングギア２２０の回転数Ｎｒがフリー回転の回転数−Ｎｒｆよりも大きい任意の回転数−Ｎｒ３で反時計に回転している状態の場合には、遊星ギア機構２００の各ギアの回転数の関係は図１８の実線で示す直線の関係となる。プラネタリーキャリア２４０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、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、駆動部から入力軸２５０を介してサンギア２１０に伝達された回転を減速比Ｋ０で減速した回転数よりも、モーター３２の駆動によって制御されたリングギア２２０の反時計周りの回転を減速比Ｋ１（＝ｍｒ／（ｍｒ＋ｍｓ））で減速した回転数が大きくなって、リングギア２２０の反時計周りの回転に応じた回転が出力軸２６０を介して被駆動部へ伝達される。なお、プラネタリーキャリア２４０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２２０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２２０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モーター３２の回転を駆動制御すればよい。
【００９３】
変速部２０の遊星ギア機構２００では、上記のように、リングギア２２０の回転を制御することにより、入力軸２５０を介して駆動部からサンギア２１０に伝達される回転（入力回転）に対して、出力軸２６０を介して被駆動部に伝達されるプラネタリーキャリア２４０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、これに伴って無段階で連続的に伝達するトルクを変化させることができる。
【００９４】
ここで、例えば、プラネタリーキャリア２４０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２２０の回転数Ｎｒが−Ｎｒｆから０に減速するようにモーター３２を回生制御すればよい。しかしながら、回生区間の幅を、減速の度合いに応じた負荷に対応する回生量が得られる大きさに設定して、回生を実行したとすると、急激な負荷変動によって急激な動作変動が発生することになり、動作がぎくしゃくしてしまう。そこで、本例では、上記で説明した回生制御動作（図１４〜図１７）を用いる。具体的には、まず、回生の初期段階では、第１の回生モードとし、回生区間ＲＥＰの幅を変化させても回生量の変化が小さい、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。この場合に、前記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。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。
【００９５】
以上説明したように、本実施例の変速装置１０では、無段階で連続的かつ滑らかに変速動作を実現することが可能であり、これに伴って無段階で連続的かつ滑らかにトルクの伝達量を変化させることが可能である。
【００９６】
Ｂ．第２実施例：
図１９は、第２実施例の変速装置を示す説明図である。この変速装置１０Ｂは、第１実施例の変速装置１０の変速部２０を変速部２０Ｂとした点が異なっている。この変速部２０Ｂは、第１実施例の変速部２０の遊星ギア機構を第１段とし、第１段の遊星ギア機構２００の後段に第２段の遊星ギア機構１２００を備えている。
【００９７】
第２段の遊星ギア機構１２００は、基本的には、第１段の遊星ギア機構２００と同様に、サンギア１２１０と、リングギア１２２０と、複数のプラネタリーギア１２３０と、プラネタリーキャリア１２４０と、を備えている。
【００９８】
サンギア１２１０は、第１段の遊星ギア機構２００の出力軸２６０が入力軸として一体的に設けられており、第１段の遊星ギア機構２００の出力軸２６０の回転に応じて一体的に回転するようになっている。
【００９９】
サンギア１２１０とリングギア１２２０との間には、複数のプラネタリーギア１２３０がサンギア１２１０の外周に沿ってほぼ等間隔に配置されており、サンギア１２１０とプラネタリーギア１２３０とリングギア１２２０とが連結されている。
【０１００】
プラネタリーキャリア１２４０は、その軸中心に一致するように出力軸１２６０が一体的に設けられており、出力軸１２６０の軸中心が入力軸としての第１段の遊星ギア機構２００の出力軸２６０の軸中心に一致するように配置されている。
【０１０１】
なお、ケーシング２１と出力軸１２６０との間には、ケーシング２１に対して出力軸１２６０を回転可能とするための軸受け２８０が配置されている。また、入力軸としての第１の遊星ギア機構２００の出力軸２６０とプラネタリーキャリア１２４０との間にも、互いに回転可能とするために軸受け２８０が配置されている。
【０１０２】
上記第２段の遊星ギア機構１２００は、第１段の遊星ギア機構２００から出力軸２６０を介して伝達される回転を、サンギア１２１０およびリングギア１２２０のギア歯の歯数で決定される所定の減速比でさらに減速することができる。
【０１０３】
本実施例における変速装置１０Ｂでも、変速制御部３０のモーター３２の駆動制御および回生制御に応じて変速部２０Ｂの第１段の遊星ギア機構２００のリングギア２２０の回転を制御することにより、駆動部から入力軸２５０を介して伝達される回転に対して、出力軸１２６０を介して被駆動部へ伝達する回転の制御を無段階で連続的にかつ滑らかに実施することができ、伝達するトルクを無段階で連続的にかつ滑らかに変化させることができる。
【０１０４】
なお、本実施例では、第１段の遊星ギア機構２００のリングギア２２０に対して制御ギア２７０を設ける場合例に説明したが、第２段の遊星ギア機構１２００のリングギア１２２０に対して制御ギア２７０を設けるようにしてもよい。また、両方の遊星ギア機構に対してそれぞれ制御ギアを設けて、それぞれ変速制御を行うようにしてもよい。
【０１０５】
Ｃ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【０１０６】
（１）変形例１
上記実施例では、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。
【０１０７】
（２）変形例２
上記実施例では、遊星ギア機構のサンギアを入力軸に接続し、プラネタリーキャリアを出力軸に接続した場合を例に説明したが、サンギアを出力軸接続し、プラネタリーキャリアを入力軸に接続する構成としてもよい。
【０１０８】
（３）変形例３
上記実施例で説明した本発明の変速装置は、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として適用することが可能である。
【０１０９】
図２０は、駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーター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発明の変速装置が接続された変速装置付きモーター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。変速装置付きモーター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きモーター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、変速装置付きモーター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。
【０１１０】
図２１は、駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーター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、変速装置付きモーター３４３０とを有している。この変速装置付きモーター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。
【０１１１】
図２２は、駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３５９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。双腕７軸ロボット３４５０において、関節モーター３４６０あるいは把持部モーター３４７０として、上述した変速装置付きモーターを利用することが可能である。
【０１１２】
図２３は、駆動部としてのモーターの出力に本発明の変速装置が接続された変速装置付きモーター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、変速装置付きモーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。この変速装置付きモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、変速装置付きモーター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。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…変速装置
１０Ｂ…変速装置
２０…変速部
２０Ｂ…変速部
２１…ケーシング
３０…変速制御部
３２…モーター
３４…制御回路ユニット
２００…遊星ギア機構
２１０…サンギア
２１０ｔ…ギア歯
２２０…リングギア
２２０ｉｔ…内ギア歯
２３０…プラネタリーギア
２３０ｔ…ギア歯
２３２…プラネタリーギア軸
２４０…プラネタリーキャリア
２５０…入力軸
２６０…出力軸
２７０…制御ギア
２７０ｔ…ギア歯
２７２…制御軸
３００…コアレスモーター
３１０…ローター
３１２…回転軸（中心軸）
３１４…永久磁石
３１６…軸受け
３１８…波バネ座金
３２０…ステーター
３２２…電磁コイル
３２２Ａ…電磁コイル
３２２Ｂ…電磁コイル
３２４…コイルバックヨーク
３３０…回路基板
３３２…磁気センサー
３３２Ａ…磁気センサー
３３２Ｂ…磁気センサー
３４０…ケーシング
４１０…ＣＰＵ
４１２…バス
４２０…駆動制御部
４３０…回生制御部
４３２Ａ…Ａ相充電切換部
４３４Ａ…Ａ相ＰＷＭ制御部
４３２Ｂ…Ｂ相充電切換部
４３４Ｂ…Ｂ相ＰＷＭ制御部
４４０…ドライバ回路
４４０Ａ…Ａ相ドライバ回路
４４０Ｂ…Ｂ相ドライバ回路
４５０…整流回路
４５１…全波整流回路
４６１…ゲートトランジスタ
４７１…バッファー回路
４７２…インバーター回路
４８０…電源配線
５１０…基本クロック生成回路
５２０…１／Ｎ分周器
５３１…カウンタ
５３５…駆動波形形成部
５４０…正逆方向指示値レジスタ
５５０…乗算器
５６０…符号化部
５８０…電圧指令値レジスタ
５９０…励磁区間設定部
５９０Ｒ…回生区間設定部
５９２…電子可変抵抗器
５９４，５９６…電圧比較器
１２００…遊星ギア機構
１２１０…サンギア
１２２０…リングギア
１２３０…プラネタリーギア
１２４０…プラネタリーキャリア
１２６０…出力軸
３３００…自転車
３３１０…変速装置付きモーター
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…変速装置付きモーター
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…変速装置付きモーター
３５２０…車輪
３５９０…把持部
ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２…駆動信号
ＭＳＫ…マスク信号
ＭＳＫＡ…マスク信号
ＭＳＫＢ…マスク信号
Ｖ１，Ｖ２…電圧
Ｋ０…減速比
Ｋ１…減速比
Ｓ１，Ｓ２…出力
ＲＩ…正逆方向指示値
ＥＲ…回生許可信号
Ｍａ…乗算値
Ｐａ…正負符号信号
Ｘａ…センサー出力値
Ｙａ…電圧指令値
Ｓｎ，Ｓｐ…出力（出力信号）
Ｒｖ…可変抵抗値
ＩＡ１…符号
ＣＭ１…カウント値
ＳＤＣ…クロック信号
ＰＣＬ…クロック信号
ＳＳＡ…センサー出力
ＥＰ…励磁区間
ＮＥＰ…非励磁区間
ＲＥＰ…回生区間（活性区間）
ＮＲＥＰ…非回生区間（非活性区間）
ＩＮＶ…回生区間切換信号（回生モード切換信号）
ＲＥａ…回生期間信号
【図１】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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