JPH11303968A

JPH11303968A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JPH11303968A
Application number: JP29592798A
Authority: JP
Inventors: Hansen Rin; 頒千林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 1999-11-02
Also published as: FR2777622A1; DE19843480A1; TW432174B

Abstract

(57)【要約】【課題】操作速度範囲全体について、静止起動速度を
含む最良の操作性能を実現し、かつ動力の回収再生が可
能な動力伝達装置を提供する。【解決手段】機械および／または電気的な動力を伝達
する動力伝達装置であって、動力伝達機構と伝達作用再
分配機構とを一体的に整合させるとともに、伝達作用再
分配機構により動力伝達機構の操作速度範囲全体のうち
性能が最も優れた範囲を再分配、あるいは動力伝達装置
の静止起動速度を含む操作速度範囲全体に再反映させ
て、操作速度範囲を最良な状態に調整できる構成とす
る。その機械方式においては、遊星歯車列を伝達作用再
分配機構として採用して機械から機械への動力伝達を処
理し、その電磁方式においては、回転整流子を伝達作用
再分配機構として採用して機械から機械、電気から機
械、機械から電気、電気から電気への１種類または多種
類の動力伝達を処理すると同時に、いずれも動力の回収
再生操作が行えるものとして構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力の伝達を制御
操作する装置に係り、特に、動力源から発生する機械ま
たは電気的な動力を最適な状態で負荷に伝達し、その伝
達する動力が操作速度範囲の全体にわたって負荷が必要
とする特定の機械あるいは電気的な動力特性を満足させ
ることができ、かつ動力の再生もできる動力伝達装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】動力（または仕事率）は、単位時間当た
りのエネルギー流量を計測する、あるいはそれが成した
仕事量を計測する１つの測定単位である。電気的な動力
は、一般に住宅、工場、そして、例えば電気鉄道の架空
電線において容易に入手することができ各種の用途に供
される動力である。また、例えば内燃機関などの原動機
（prime mover)が化石燃料（fossil fuel)を使用して原
動機動力(raw motive power)の形式で提供する機械的な
動力もまた極めて便利な動力源である。実際の使用状態
では、これらが現代社会で入手しやすい２種類の動力源
となっている。

【０００３】「動力」とは、ここでは一般的に機械的あ
るいは電気的な形式の動力を指している。本発明の説明
において、「動力の伝達」とは、機械的あるいは電気的
な動力を伝達して機械または電気的な動力となすことを
指している。従って、本発明において行う動力伝達の操
作および制御は、機械ならびに電気的な動力という２種
類の動力形式を包括するものとなっている。

【０００４】機械ならびに電気的な動力を考慮に入れる
時、併せて４種類の動力伝達形態（power transmission
modes）が可能なものとなる。一般的な用語として、例
えば車輌の動力系統のような機械から機械への動力伝達
を機械動力伝達と呼んでいる。電気から機械的への動力
伝達は、電動モーターを使用する時に、電気モーター動
力（electric motoring)と呼んでいる。反対に、発電機
を使用して機械的な動力を電気的な動力として伝達する
時は、電気的な動力の発電（electric power generatin
g)と呼んでいる。電気から電気への動力伝達では、一般
に、電圧および／または周波数などの調整変化が関係し
てくる。周波数がゼロとなる極端な状態においては、Ａ
Ｃ電力がＤＣ電力となる。

【０００５】動力伝達の必要性は、ごく簡単な理由に基
づいている。すなわち、動力源を提供する際に、電気的
あるいは機械的な動力のいずれであったとしても、動力
を使用する負荷が直接マッチングできない場合には、負
荷に適した動力に変換して伝達する必要性がでてくる。
通常、動力源と負荷との関連特性要素は、機械的な動力
においてはトルクおよび回転速度であり、電気的な動力
においては、周波数ならびに電圧である。機械および電
気的な動力の使用については、その効率がますます重要
な要素となってくる。例えば、全世界で使用されている
内燃機関エンジン駆動の車輌の膨大な数量を考えると、
たとえ車輌動力源ならびに伝達効率のわずかな進歩であ
ったとしても、化石燃料消費の大幅な削減につながる。
電気自動車のような極端な使用形態においては、バッテ
リー技術が電気駆動系統の効率を向上させる上でのネッ
クとなっており、その問題を解決することが最重要課題
となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関エンジンは、
変速機（transmission）によりトルクならびに回転速度
の調整を行って車輌の駆動輪の駆動ニーズに適合できる
ようになっている。従来の車輌内燃機関エンジンは、回
転速度がゼロの時には駆動トルクを提供できないもので
ありながら、車輌は静止速度からスタート加速して前進
する必要がある。これは限られた回転速度範囲だけ（ゼ
ロ回転速度を含まない）において操作できる内燃機関エ
ンジンが、操作速度範囲全体（ゼロ回転速度を含む）に
おいて負荷を駆動する必要があることを意味している。
自動車の変速機は、機械的な動力の伝達に使用されるも
のであると同時に、必要なトルクおよび回転速度の調整
転換に用いられる。しかし、多段歯車を配設したトルク
コンバーター（torque converter）を基本とする従来の
自動車変速機には、それなりの欠点があった。このよう
な自動車変速機は、精密で複雑な流体ロジックバルブメ
カニズム（fluid logic valve mechanism)を採用してト
ルクコンバーターと３〜４組の異なるギヤ比の歯車列中
の１組を切り換え結合しなければならないので、使用さ
れている１組の歯車のみが機能を発揮することができ、
その他の歯車列は使用されない。従って、車輌の総重量
を増大させるものとなっていたとともに、従来のトルク
コンバーターは低い操作回転速度範囲において効率が極
めて悪いものとなっていた。

【０００７】モーター形態（motoring mode)で動作する
電動機は、電動モーターが公知であるが、ゼロ回転速度
トルクを提供できるけれども、その際の効率は極めて低
いものであった。大出力のモーター駆動系統において
は、その起動回転速度での効率の低さから放熱の問題が
発生するので、その低速パワーを低下させて加熱により
電動機が致命的な損壊を受けないようにする必要があっ
た。もちろん、ＰＷＭ（Pulse-Width Modulation）のよ
うなパワー電子駆動（power electronics drives）系統
は、確かにモーターの操作速度範囲を拡大し、かつ全体
としての操作効率を向上させたが、このような電子駆動
系統は、複雑で設備コストが高いものとなっていた。

【０００８】発電形態（generating mode)において発電
機として動作する電動機も、また、その機械的な動力を
入力する回転速度範囲によって制限されるものとなって
いた。例えば、発電機を駆動する風力タービン（wind t
urbine）は、その操作が最低風速に制限されるものとな
っていた。この最低風速以下では、その発電系統は、発
電が不可能ではないにしても、家庭用途あるいは工業用
途に適合したＡＣ電力の生産は不可能であった。

【０００９】従って、機械的および／または電気的な動
力の伝達に使用することができる機器を広く検討する場
合、従来の駆動系統は、車輌用変速機、電動モータード
ライバー、発電機のいずれにおいても、低い操作速度範
囲での低いエネルギー効率特性という問題があることが
分かる。不都合なことに、低い操作速度は、これらの動
力駆動系統にとって回避することができない操作状況で
ある。交通渋滞時のような車輌用変速機の操作状況にお
いて、その低い回転速度での低い効率特性により、渋滞
に陥った膨大な数量の車輌を考えれば、空気汚染の問題
がますます深刻なものとなるろう。大部分の車輌用変速
機は、その操作回転速度範囲の一部分（通常は、高速回
転の一部分）で最良の操作効率を発揮するようにに調整
することができるが、操作回転速度範囲全体について最
良の効率特性を実現させることができなかった。デジタ
ル電子制御のパワー電子系統を採用した電動モータード
ライバーならば、確かに単純なモーターに比べて操作回
転速度範囲の全体を通じてトータルに性能を向上させる
ことができるが、パワー電子モーター制御系統は、シス
テムが複雑であり製造コストが高いものとなっていた。

【００１０】そこで、本発明の主要な目的は、その操作
回転速度範囲の全体について、最良の操作性能を実現す
ることができる動力伝達装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、その操作回転
速度範囲の全体について最良の操作性能を実現すること
ができる動力伝達装置に関し、電力伝達機構（power tr
ansmitting means）と、伝達作用再分配機構（transmis
sion interaction redistribution means)とを具備する
ものである。その電力伝達機構は、第１伝達作用要素お
よび第２伝達作用要素を備え、それを入力手段に連接
し、所定の入力角速度で外部からの動力を受け入れるも
のである。第１伝達作用要素および第２伝達作用要素
は、それぞれ第１角速度ならびに第２角速度で操作さ
れ、第１伝達作用要素および第２伝達作用要素間の伝達
作用を介して動力を伝達する。伝達作用再分配機構は、
電力伝達機構ならびに出力手段と一体となって機能す
る。動力伝達装置の電力伝達機構は、第１角速度および
第２角速度で操作される時に、動力伝達作用が、伝達作
用再分配機構により出力手段上に再分配され、出力手段
は、所定の出力角速度で動力を外部負荷へ送り出すもの
である。

【００１２】本発明にかかる機械方式による動力の伝達
においては、その動力伝達装置が、動力伝達機構と外擺
（はい）歯車列（epicyclic gear train）とを具備す
る。その動力伝達機構は駆動要素および被駆動要素を備
え、それを入力手段に連接し、所定の入力角速度で外部
からの機械的な動力を受け入れる。動力伝達機構の駆動
要素ならびに被駆動要素は、それぞれ第１角速度および
第２角速度で操作される時に、駆動要素ならびに被駆動
要素間の伝達作用を介して動力を伝達する。外擺歯車列
は、第１歯車、第２歯車、第３歯車を有し、第１歯車が
固定静止されて回転せず、第３歯車が駆動されて回転す
る時に第２歯車が第３歯車と同一方向に回転し、かつそ
の角速度が第３歯車より小さいものである。第３歯車が
動力伝達機構の駆動要素に連接され、第２歯車が動力伝
達機構の被駆動要素に連接され、第１歯車が出力手段
（たとえば出力軸）に連接される。駆動角速度および被
駆動角速度で操作される動力伝達機構の動力伝達作用
は、遊星歯車列により出力軸に再分配され、出力軸は所
定の出力角速度で機械的な動力を外部負荷に伝達する。

【００１３】本発明にかかる電磁方式による動力の伝達
においては、その動力伝達装置が、電磁動力伝達機構
と、回転整流子（rotary commutator)とを具備する。そ
の電磁動力伝達機構は、第１電磁要素および第２電磁要
素を備え、所定の入力角速度で外部からの動力を受け入
れる。そして、第１電磁要素ならびに第２電磁要素は、
それぞれ第１角速度および第２角速度で操作されて、第
１電磁要素および第２電磁要素間の伝達作用を介して動
力を伝達する。回転整流子は、第１電磁要素を磁化する
とともに、電磁動力伝達機構の第１電磁要素ならびに第
２電磁要素と一体的に機能する。回転整流子が、所定の
整流角速度で操作されて第１電磁要素を磁化して、第１
電磁要素中に第１回転磁場を形成し、その回転角速度が
第２電磁要素の形成する第２回転磁場の角速度に同期さ
れるものである。電磁動力伝達機構は、第１回転磁場お
よび第２回転磁場が同期となる角速度で操作されて、そ
の動力伝達電磁作用が回転整流子により出力手段に再分
配され、出力手段は所定の角速度で動力を電磁動力伝達
機構を介して外部負荷に伝達する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
の形態を図面に基づいて説明する。実施の形態の説明に
入る前に、先ず、基本的な概念を説明する。本発明にか
かる動力伝達装置は、入力手段と出力手段とを備える。
本発明にかかる動力伝達装置により動力の伝達を行う
時、その入力手段で外部の動力源を受け入れ、その出力
手段で動力を外部負荷に伝達することができる。用語
「動力の伝達」について言えば、本発明には広義の「動
力」を適用することができ、機械的な動力ならびに電気
的な動力を包括するものである。本発明に係わる各実施
の形態において、機械的あるいは電気的な動力は、外部
の動力源から動力伝達装置へ入力され、動力伝達装置か
ら機械的あるいは電気的な動力を外部負荷へ出力するこ
とができる。

【００１５】各実施の形態において、本発明にかかる動
力伝達装置は、その動力形式が機械あるいは電気形式の
いずれであっても、反対方向への動力の伝達ができるも
のである。すなわち、入力から出力方向への正常な動力
伝達操作のほかにも、反対方向へ動力を伝達することが
できるので、本発明にかかる動力伝達装置は、動力再生
操作をも実現するものである。例えば、鉄道の電気機関
車の駆動系統に適用できる電気的な動力から機械的な動
力への動力伝達装置においては、その反対方向への動力
伝達機能は、機関車においてエネルギー再生方式のブレ
ーキ操作として実現することができる。

【００１６】また、本発明において、ＤＣ電力は、多相
ＡＣ電力の１つの特殊な状況としてとらえている。つま
り、ＤＣ電力は周波数がゼロである単相ＡＣ電力であ
り、電位極性が変化しないＡＣ電力なのである。

【００１７】＜広義な動力伝達装置（Generalized Powe
r Transmission Apparatus）＞本発明にかかる動力伝達
装置は、動力伝達機構と伝達作用再分配機構とを利用し
て、両者の合体により構成されるものである。つまり、
伝達作用再分配機構の利用ならびに、その動力伝達機構
との結合方式において、２段階の基本概念が存在する。
まず、本発明にかかる動力伝達機構は、その機能要素間
の動力伝達作用が再分配されるということである。次
に、このような動力伝達作用の再分配により動力伝達機
構の操作範囲を最良性能範囲に限定することができる。
動力伝達機構の限定された操作範囲における再分配によ
って、本発明にかかる動力伝達装置は、その出力を静止
起動回転速度を含む出力回転速度範囲全体において実現
することができる。

【００１８】図１において、本発明にかかる広義な動力
伝達装置を示すと、動力伝達装置１００は、動力伝達機
構１１０と、伝達作用再分配機構１２０とを具備してい
る。なお、本発明にかかる各実施の形態を示す他の図面
において、等価機能を有する構成要素については同一の
符号を付しているが、もちろん、構成要素によっては、
機能が等価であっても構造の大きく異なるものも存在す
る。

【００１９】一般的に、動力伝達機構１１０は、少なく
とも２つの動力伝達の第１伝達作用要素１１１ならびに
第２伝達作用要素１１２から構成され、そのうち第１伝
達作用要素１１１が動力（図示せず）を第２伝達作用要
素１１２に伝達することで、その動力伝達作用を達成す
る。動力伝達機構１１０内部で伝達される動力は、動力
伝達装置１００の入力手段１３１を介して、外部動力源
１８１から受け入れられる。動力伝達機構１１０は、伝
達作用再分配機構１２０と一緒になって動力伝達装置１
００を構成する。動力伝達機構１１０が外部動力源１８
１から受け入れた動力は、伝達作用再分配機構１２０に
より再分配されて出力手段１３２に伝達されるととも
に、外部負荷１８２に伝達される。

【００２０】図１において、本発明にかかる動力伝達装
置１００は、機械ならびに電気的な２種類の動力形式を
処理することができる。動力伝達装置１００が受け入れ
る動力が機械的な動力である場合、入力手段１３１は回
転軸であり、機械的な連結方式で外部動力源１８１に結
合させることができる。その際、外部動力源１８１は機
械的な原動力を発生させることができる機械動力源であ
るから、入力カプラー１７１は機械的な結合器となる。
動力伝達装置１００が受け入れる動力が電気的な動力で
ある場合、入力手段１３１は導電線であり、電気的な連
結方式で外部動力源１８１に結合させることができる。
その際、外部動力源１８１は電気的な原動力を発生させ
ることができる電気動力源であるから、入力カプラー１
７１は電気的な結合器となる。

【００２１】出力端において、その出力される動力が機
械的な動力である時、動力伝達装置１００の出力手段１
３２は回転軸であり、機械的な連結方式により外部負荷
１８２と結合させることができる。この際、外部負荷１
８２は機械的な動力を使用する機械的な負荷であるか
ら、出力カプラー１７２は機械的な結合器となる。動力
伝達装置１００が出力する動力が電気的な動力である
時、その出力手段１３２は導電線であり、電気的な連接
方式により外部負荷１８２と結合させることができる。
この際、外部負荷１８２は電気的な動力を使用する電気
的な負荷であるから、出力カプラー１７２は機械電気的
な結合器となる。

【００２２】動力伝達装置１００内部において、動力伝
達機構１１０の構成要素と伝達作用再分配機構１２０と
の整合は、例えば、２つの結合要素１４１，１４２によ
って達成される。動力伝達装置１００の動力形式によ
り、これらの結合要素１４１，１４２は、機械的あるい
は電気的な結合要素となる。

【００２３】本発明の基本概念を実際に応用する時、実
施可能な方式が２種類ある。つまり、本発明にかかる動
力伝達装置１００の内部動作原理に基づけば、機械方式
ならびに電磁方式の２種類となる。本発明にかかる動力
伝達装置１００の機械方式においては、動力の受け入
れ、再分配、出力ともに機械作用によって達成される。
同様に、本発明にかかる動力伝達装置１００の電磁方式
においては、動力の受け入れ、再分配、出力ともに電磁
作用によって達成される。

【００２４】これら２種類の動力方式では、いずれも伝
達作用再分配機構１２０が使用されている。電磁方式で
は、本発明にかかる動力伝達装置１００の動力伝達機構
１１０は、電磁理論により動作する電動機を採用してい
るが、現在広範に使用されている従来の電動機とは構造
において若干異なるものがある。動力伝達機構１１０内
部の電磁作用は、伝達作用再分配機構１２０と一体とな
って、本発明にかかる動力伝達装置１００の機能を実現
する。

【００２５】次に、機械方式では、本発明にかかる動力
伝達装置１００の動力伝達機構１１０を各種の動力伝達
装置とすることができるが、その構造には従来のものと
比べて若干の違いがある。機械的な動力の伝達作用は、
機械的な作用力全体を利用する形で伝達作用再分配機構
１２０の機械作用力と一体となって出力手段１３２上に
再分配される。この機械方式に適用できる動力伝達機構
１１０としては電動機があり、そのまま機械的な動力伝
達機構とすることができ、機能的には液圧トルクコンバ
ーターが動力伝達機構１１０として使用される状況に類
似している。

【００２６】本発明にかかる動力伝達装置１００の機械
方式では、機械動力から機械動力への伝達形態を適用す
ることができる。本発明にかかる動力伝達装置１００の
電磁方式では、機械動力から機械動力へ、電気動力から
機械動力へ、電気動力から電気動力へという伝達形態を
それぞれ適用することができる。

【００２７】本発明にかかる動力伝達装置１００の機械
式動力伝達機構１１０として採用できるものには、さま
ざまなタイプがあって、すでに工業的に使用可能なこと
が実証されているものは、いずれも採用できる。例え
ば、液圧カプラー（fluid coupler)ならびにトルクコン
バーター（torque converter）などのような液圧装置
（hydraulic devices)、渦流クラッチ（eddy-current c
lutch)、発電機／モーターセット（generator-motor se
t)、永久磁石磁場要素を設けた誘導電動機（induction
machine with permanent magnet field element)などと
いった電磁装置がそうである。従来技術の機械式動力伝
達機構も修正を加えれば使用可能である。たとえば、従
来のトルクコンバーターに修正を加えて、その高速端に
最良の操作特性、つまり効率特性が出現するようにすれ
ば、本発明にかかる動力伝達装置に適用することが可能
である。高速性能を重視すれば、その低速性能がさらに
悪化する可能性があるが、このような修正されたトルク
コンバーターで構成された、本発明にかかる動力伝達装
置では、そのトルクコンバーターを低速範囲で操作する
必要がない。また、本発明にかかる動力伝達装置に適用
できる電磁動力伝達機構は、基本的に電磁学理論を基礎
としているので、発電ならびにモーター動力を発生する
電動機とすることができる。このような電動機には、Ａ
Ｃ誘導電動機、ＤＣモーター／発電機のような多くの現
行機種あるいは修正機種があって、いずれも本発明に適
用できるものである。

【００２８】図２において、本発明にかかる伝達作用再
分配の概念を説明する前に、標準化角速度と等価ギア比
との関係を示す。図２の座標において、横軸がｘ軸で、
動力伝達機構の等価ギア比を表わし、縦軸がｙ軸で、動
力伝達機構の組成作用要素の標準化角速度を表わしてお
り、機械式あるいは電磁式に関わりない回転それ自体を
示している。動力伝達機構の等価ギア比は、その出力の
角速度を入力の角速度で割って得られた商と定義され
る。また、動力伝達機構の任意の機能要素の標準化角速
度は、当該特定要素の角速度を所定の参考角速度で割っ
て得られた商と定義される。

【００２９】そこで、トルクコンバーターの羽根車（im
peller）について言えば、その標準化角速度は、羽根車
の角速度を駆動トルクコンバーターの内燃機関エンジン
の１つの選定された参考角速度で割って得たものを利用
することができる。内燃機関エンジンの選定された参考
角速度は、例えば、その定格の出力動力とすることがで
きる。もしもエンジンがトルクコンバーターの羽根車を
直接駆動するのであれば、羽根車の標準化角速度が１と
なり、単位標準化角速度の１種類とすることができる。
また、このトルクコンバーターのタービン（turbine)
は、その同一の参考角速度において計測して得られた標
準化角速度は常に１よりも小さい。ＡＣ電動機の回転子
について言えば、その標準化角速度は、回転子の角速度
をその供給されるＡＣ電源の周波数で換算して得られた
角速度で割って得られる商である。大部分の商用電力網
においては、一般に、その電源周波数は６０ないしは５
０ヘルツ（Ｈｚ）である。

【００３０】本発明にかかる動力伝達装置自体が、１つ
の動力伝達機構であることに注目すれば、その特性もま
た図２によって説明することができる。そこで、外部動
力源が、図２の水平入力速度線１０１に示したように、
１つの固定した１００％の定格角速度で動力伝達機構の
入力手段に動力を伝えるが、この動力伝達機構の出力
は、横軸の等価ギア比を変数として座標中に標記するこ
とができる。出力の角速度は、出力速度線１０２で表わ
すことができ、動力伝達機構のギア比の関数として標記
することができる。例えば、等価ギア比が０．５であれ
ば、出力は入力の５０％の速度で動作するから、出力速
度線１０２上の点１０５で表わすことができる。なお、
出力が入力される角速度より大きい状態で操作される
時、そのギア比もまた１よりも大きいものとなり、ある
いは出力の回転方向が入力とは反対となる時には、その
ギア比もまたマイナス値となることに注意する必要があ
る。

【００３１】機械式動力伝達系統として使用される一般
の動力伝達機構において、その機能を出力の被駆動要素
とすることによって初めて１つの完璧な速度範囲におい
て動作させることができるようになることがしばしばあ
る。車輌駆動（vehicle propulsion）において実際的に
使用できるようにするために、その完璧な速度範囲は、
通常、静止起動速度（stall speed)を含む必要があり、
それは図２に示したギア比がゼロとなる点である。従っ
て、液圧トルクコンバーターに依存する自動車変速機で
は、コンバーター・タービンの速度範囲を静止起動点ま
で下げて、車輌が静止状態から起動発進できるようにす
る必要がある。残念ながら、周知のように、一般的なト
ルクコンバーターについて言えば、低いタービン回転速
度では低いエネルギー効率しか得られない。

【００３２】本発明にかかる動力伝達装置として適用で
きる動力伝達機構には、いずれも駆動要素と、被駆動要
素とが必要である。動作時に、その駆動要素は、２要素
間の伝達作用を利用して被駆動要素を駆動する。本発明
にかかる機械方式では、その動力伝達機構をトルクコン
バーターのような機械摩擦力に依存して動作する動力伝
達機構とすることができるし、あるいは、誘導電動機の
ような電磁結合原理により動作する動力伝達機構とする
こともできる。本発明にかかる電磁方式では、モーター
ならびに発電機の原理で動作する、ある種の電動機とす
ることができる。いずれにしても、この動力伝達機構が
伝達作用再分配機構と一体的に結合して動力の伝達作用
を再分配することで、本発明にかかる動力伝達装置に特
有な動力伝達特性を実現することができる。

【００３３】動力伝達機構は、本発明にかかる動力伝達
装置中に組み込まれる時、その操作速度範囲のうち一定
の選択された狭い範囲で操作されるように構成すると同
時に、本発明にかかる動力伝達装置の出力が、静止起動
速度を含む操作速度範囲全体をカバーし得るものとす
る。このような一定の狭い範囲を選択できる機能により
動力伝達機構が操作効率の悪い低速部分（静止起動速度
を含む）を回避することができる。また、本発明にかか
る動力伝達装置は、動力伝達作用を再分配する機構を備
えているが、その構成ならびに機能については後述す
る。

【００３４】図１と図３とにおいて、本発明にかかる広
義な動力伝達装置の標準化角速度と等価ギア比との関係
を示す。図２と同様に、その縦軸で動力伝達装置１００
の機能要素の角速度を表わし、その横軸で等価ギア比を
表わしている。入力速度線１０１は動力伝達装置１００
の入力速度を表わしているが、外部動力源１８１が１０
０％の定格角速度でこの動力伝達装置１００の入力手段
１３１に対して動力を提供するものと仮定している。動
力伝達装置１００の出力手段１３２は、出力速度線１０
２で示すように、静止起動速度を含む操作速度範囲の全
体をカバーする必要がある。動力伝達装置１００の合理
的かつ実際的な全操作速度範囲は、出力速度線１０２上
のＡ点からＢ点の間であり、横軸（ｘ軸）上のゼロから
１のギア比範囲である。

【００３５】図１の広義な動力伝達装置１００におい
て、その入力構造の違いによって、入力手段１３１が動
力伝達機構１１０の駆動要素１１１または被駆動要素１
１２に直接連接される。図１の動力伝達装置１００は、
その機械方式において、その動力伝達機構１１０の駆動
要素１１１が入力手段１３１に直接連接されると仮定し
ている。この駆動要素１１１は、図３の水平な入力速度
線１０１に示した固定速度により入力される動力を受け
入れ、被駆動要素１１２は被駆動要素速度線１０３上の
速度によって駆動される。図３の出力速度線１０２は、
動力伝達装置１００の出力手段１３２（機械方式では出
力軸１３２）の角速度を表わしている。

【００３６】同じく、図１と図３とにおいて、動力伝達
装置１００の機械方式における出力手段１３２が、出力
速度線１０２上のＡ点からＢ点に示したように、ゼロか
ら１の全速度範囲で操作できるようにするためには、動
力伝達機構１１０の被駆動要素１１２が被駆動要素速度
線１０３上のＣ点からＢ点に表わした対応する速度範囲
で動作しなければならない。動力伝達装置１００の出力
速度線１０２上のＡ点からＢ点に示した出力速度範囲
は、入力手段１３１に加える入力速度をゼロから１まで
の完全な出力速度範囲とするためである。この完全な出
力速度範囲に対応して、動力伝達機構１１０の被駆動要
素１１２は、例えば駆動要素１１１の速度の７５〜１０
０％というより狭い速度範囲で動作すればよい。このよ
うな機能を実現するために動力伝達作用再分配機構１２
０は、動力伝達機構１１０と結合して、速度範囲の再分
配、すなわち速度範囲の再調整を行わなければならな
い。

【００３７】図１と図３と図４とにおいて、図４は、広
義な動力伝達装置１００のうち、異なる構造を備えるも
のであって、図３の動力伝達機構１１０の駆動要素１１
１が入力手段１３１に直接連接されているのとは異なっ
て、図４では、動力伝達機構１１０の駆動要素１１１は
入力手段１３１に直接連接されておらず、逆に、被駆動
要素１１２に直接連接されている。この場合、被駆動要
素１１２の被駆動要素速度線１０３が表わしているの
は、動力伝達機構１１０の入力速度線である。動力伝達
機構１１０の狭い操作速度範囲が動力伝達装置１００の
操作速度範囲全体に対して再分配されるという概念は、
図３の説明と同様であるが、被駆動要素１１２が一定の
操作速度に保持され、駆動要素１１１が動力伝達装置１
００の等価ギア比の変動によって速度を変更するという
点だけが異なっている。

【００３８】対照的に、電磁方式においては、動力伝達
装置１００の入力手段１３１は、常に電磁動力伝達機構
１１０の駆動要素１１１と連接するものとなっている。
図１の広義な動力伝達装置１００のうち、ある種の電磁
方式においては、電動機方式の電磁動力伝達機構１１０
は、装置出力の等価ギア比のいかんに関わらず、その駆
動要素１１１および被駆動要素１１２は、いずれも同一
の角速度で操作される。従って、動力伝達装置１００の
電磁方式において、伝達作用を再分配するという概念
は、狭い範囲の速度ではなく、動力伝達機構１１０の１
つの特定操作速度を動力伝達装置１００の操作速度範囲
全体に対して再分配するものとなる。機械方式と同様
に、電磁方式の動力伝達機構１１０の特定操作速度もま
た最良操作状態となる速度を選択することができる。

【００３９】例えば、電磁動力伝達機構１１０の駆動要
素１１１は、回転磁場を形成することができる電動機の
磁場要素（field element)とすることができる。また、
その被駆動要素１１２は、電機子（armature）とするこ
とができ、駆動要素１１１と同一角速度で回転する別な
回転磁場を形成することができる磁化再分配電磁コイル
とすることができる。この場合、図３において、被駆動
要素速度線１０３が、入力速度線１０１と重なることに
なる。言い換えれば、入力速度線１０１は、この時、本
発明にかかる動力伝達装置１００の電磁動力伝達機構１
１０を構成する駆動要素１１１ならびに被駆動要素１１
２の角速度を表わすものとなる。出力速度線１０２は、
やはり動力伝達装置１００の出力手段１３２の角速度を
表わしており、電磁方式において被駆動要素速度線１０
３は存在しないことになる。この場合、図３は、実質的
に図２のように簡略化されたものとなるので、図２によ
り電磁方式を説明することができる。

【００４０】本発明にかかる動力伝達装置１００の電磁
方式について言えば、駆動要素１１１および被駆動要素
１１２それぞれの回転磁場は、一般のＡＣ同期モーター
における状況と同様に、相互干渉する必要がある。ある
種のＡＣ同期モーターにおいて、その永久磁石回転子ま
たは、それと等価である電磁石回転子は、磁場コイルに
より形成される回転磁場に同期する速度で回転しなけれ
ばならない。両者間で、もしも同期しない場合には、モ
ーターの回転子がロックしてしまう。反対に、本発明に
かかる動力伝達装置１００の機械方式では、その動力伝
達機構１１０の駆動要素１１１および被駆動要素１１２
間では、トルクコンバーターがそうであるように、滑り
（slip）の存在が不可欠であるから、通常、被駆動要素
１１２は駆動要素１１１速度の１００％を達成すること
はできない。

【００４１】なお、電気的な動力を伝達する動力伝達装
置１００においては、図２と図３とに示した横軸（ｘ
軸）で入力あるいは出力のＡＣ電気動力の周波数比率を
表わすことができる。その等価ギア比が、つまりＡＣ出
力および入力動力の周波数間の比率であり、横軸で表わ
すことができる。

【００４２】＜動力伝達装置の機械方式（Mechanical I
mplementation)＞図１に示した、本発明にかかる広義な
動力伝達装置１００は、その操作速度範囲全体のうち低
速部分に良好な性能を付与することができる。例えば、
機械から機械への動力伝達を行う機械方式において、あ
るいは、電気から機械への動力伝達を行う電磁方式にお
いて、車輌駆動系統に適用する場合、その良好な低速性
能により車輌の駆動系統（drive train)の構造複雑性を
低減することができるとともに、良好な低速効率を達成
することができる。次に、本発明にかかる動力伝達装置
の機械方式による好適な実施例を説明する。

【００４３】本発明にかかる動力伝達装置の機械方式
は、動力伝達機構と、機械動力伝達用の伝達作用再分配
機構とを採用し、かつ両者を結合したものと定義でき
る。これら２つの構成要素は、本発明の概念に基づいて
一体的に整合されることにより、機械から機械への動力
伝達を行うことができる動力伝達系統を構築するもので
ある。その機械動力伝達用の伝達作用再分配機構は、シ
ンプルな外擺歯車列とすることができる。この外擺歯車
列は、リング歯車を有する標準的な遊星歯車列（planet
ary gear train 遊星歯車機構ともいう）、もしくはリ
ング歯車を有さない平歯車遊星歯車列（all-spur plane
tary gear train)、あるいは差動歯車列（differential
gear train)とすることができる。動力伝達作用を機械
方式により再分配するために、これらの歯車列（歯車
列）はいずれも外擺歯車列とすることができる。

【００４４】機械方式の伝達作用再分配機構としての標
準的な遊星歯車列は、キャリアフレームワーク（carrie
r framework)により多数個の遊星歯車を搭載した歯車列
を採用したものであり、このようなキャリアで遊星歯車
を搭載する構造には、リング歯車と太陽歯車とがキャリ
アに対して回転するものが含まれる。同様に、平歯車遊
星歯車列もまたキャリアフレームワークを採用して多数
個のダブルピニオン（double pinion)を搭載した歯車列
であり、そのキャリアにより大小の太陽歯車がキャリア
に対して回転するものが含まれる。同様に、差動歯車列
はキャリアフレームワークを採用して多数個の遊星歯車
を搭載する歯車列であり、そのキャリアにより２つの傘
歯車がキャリアに対して回転するものが含まれる。以下
の説明において、遊星歯車のキャリアフレームワークを
便宜的にキャリア歯車という。

【００４５】本発明にかかる動力伝達装置の機械方式に
おける独特で、不可欠な特性としては、動力を伝達する
時に、伝導作用再分配機構として使用される外擺歯車列
の全ての歯車ならびに遊星キャリアが、いずれも回転し
ているということがあげられる。標準的な遊星歯車列と
平歯車遊星歯車列と差動歯車列とは、構造的に異なった
ものであるけれども、幾何学構造においては等価（ｔｏ
ｐｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）であ
る。本発明にかかる動力伝達装置において伝達作用の再
分配という機能を達成するために、３種類の歯車列のキ
ャリア歯車がいずれも遊星歯車を利用して、いずれも別
な２つの歯車、すなわち標準的なリング歯車および太陽
歯車、または平歯車遊星歯車列の大小２つの太陽歯車、
あるいは差動歯車列の２つの傘歯車が、すべて遊星歯車
と噛み合うことにより各歯車列の幾何学構造に基づいて
決定された速度と方向とで回転する。

【００４６】図５と図６と図７とにおいて、標準的な遊
星歯車列および平歯車遊星歯車列ならびに差動歯車列に
つき、図１に示した動力伝達装置１００の機械方式によ
る伝達作用再分配機構１２０を構成する時のそれぞれの
角速度とギア比とを示す。それぞれ横軸（ｘ軸）が動力
伝達装置１００の出力に対する入力のギア比を表わし、
縦軸（ｙ軸）が歯車が標準化された後の角速度を表わ
す。

【００４７】図５、図６、図７それぞれの歯車列におけ
る各歯車要素間の速度関係は、外擺歯車列の運動方程式
で表示することができ、この方程式は、各歯車列の歯車
の大きさならびに幾何学構造から導かれる。例えば、図
５の標準的な遊星歯車列においては、そのリング歯車の
半径をＲ、その太陽歯車の半径をＳとする。もしリング
歯車の角速度が図５に示した入力速度線１０１に標準化
された単位速度に維持されれば、太陽歯車が横軸（ｘ
軸）方向の出力速度線１０２に沿って、Ａ点のギア比ゼ
ロ速度点からＢ点の１対１の単位ギア比速度点まで線形
にその速度を変化させるので、縦軸（ｙ軸）により標記
される太陽歯車の角速度がω_ｓ＝ｘとなり、変数ｘが
ギア比を表わすものとなる。この場合、キャリア歯車は
速度線１０３で表される角速度ω_cとなり、次の数式１
により決定される。

【００４８】

【数１】

【００４９】太陽歯車がＡ点の静止起動状態にある時、
キャリア歯車のＣ点の速度は、Ｒ／（Ｒ＋Ｓ）により決
定される。また、太陽歯車がＢ点のリング歯車の速度に
まで駆動される時、キャリア歯車はリング歯車および太
陽歯車と同一速度で回転する。実際に、Ｂ点の単位ギア
比の状態では、３つの全ての歯車が同一の角速度で回転
する。

【００５０】ほか２つの歯車列についても、類似した速
度関係が存在している。例えば、図６の平歯車遊星歯車
列を例にとると、その太陽歯車の半径をＳ_L、その小さ
い太陽歯車の半径をＳ_Sとする。もしもキャリア歯車の
角速度が入力速度線１０１で示した標準化された単位速
度に維持されれば、小さい太陽歯車は横軸（ｘ軸）方向
の出力速度線１０２に沿って、Ａ点のギア比ゼロ速度点
からＢ点の単位ギア比速度点まで線形にその速度を変化
させるので、縦軸（ｙ軸）により標記される太陽歯車の
角速度がω_ss＝ｘとなる。この時、大きい太陽歯車の角
速度は、速度線１０３角速度により、次の数式２で決定
される。

【００５１】

【数２】

【００５２】小さい太陽歯車がＡ点の静止起動状態にあ
る時、大きい太陽歯車のＣ点における速度は、（Ｓ_L ²
−Ｓ_S ²）／Ｓ_L ²となる。

【００５３】図７において、２つの対称で大きさが同一
な傘歯車による差動歯車列では、もし１つの傘歯車の角
速度が入力速度線１０１で示した標準化された単位速度
に維持され、もう１つの傘歯車の角速度が横軸（ｘ軸）
方向で出力速度線１０２に沿って、Ａ点のギア比ゼロか
らＢ点の単位ギア比速度まで線形にその速度を変化させ
た場合、縦軸（ｙ軸）で標記される出力傘歯車の角速度
は、ω_B1＝ｘとなる。この時、キャリア歯車の速度線１
０３で示す角速度ω_cとなり、ω_c＝（ｘ＋１）／２と
なる。出力側の傘歯車がＡ点で静止起動状態にある時、
キャリア歯車のＣ点における速度は、第１傘歯車速度の
半分となる。

【００５４】ここで、図１１において、本発明にかかる
動力伝達装置の広義な機械方式につき、その構成例を説
明する。図中の動力伝達装置２００は、機械式の動力伝
達機構２１０と、機械式の伝達作用再分配機構として使
用される外擺歯車列２２０とを具備している。なお、こ
の図１１では、動力伝達機構２１０ならびに外擺歯車列
２２０間の歯車素子の構造的な結合関係を示す細部は図
示していない。素子間の結合は関係説明にとどめてお
り、動力伝達機構２１０および外擺歯車列２２０間の相
互関係を説明するだけのものである。それらの構造的な
結合関係の細部は、実装サイズによって決定されるた
め、相互結合関係の条件を詳細に説明すれば、その結合
状況が理解されやすいものとなろう。

【００５５】通常、機械式の動力伝達機構２１０は、少
なくとも２つの伝達要素２１１，２１２を備える。２つ
の伝達要素のうち、１つは駆動要素であり、駆動角速度
により操作されるとともに、機械的な動力をもう１つの
伝達要素、つまり被駆動角速度により操作される被駆動
要素に与える。駆動要素２１１および被駆動要素２１２
間の伝達作用によって、機械式の動力伝達機構２１０に
動力伝達機能を付与する。機械式の動力伝達機構２１０
内部で伝達される機械的な動力は、動力伝達装置２００
の入力回転軸２３１を介して外部動力源（図示せず）か
ら受け入れる。機械式の動力伝達機構２１０は、機械式
の伝達作用再分配機構２２０と一体的に整合して、本発
明にかかる動力伝達装置２００を構成する。機械式の動
力伝達機構２１０が外部動力源から受け入れた機械的な
動力は、機械式の伝達作用再分配機構２２０により出力
回転軸２３２に再分配されて、機械的な外部負荷（図示
せず）に送られる。

【００５６】機械式の伝達作用再分配機構２２０は、外
擺歯車列であり、第１歯車２２１と、第２歯車２２２
と、第３歯車２２３とを備える。第１歯車２２１が固定
されて静止し回転せず、第３歯車２２３が駆動されて回
転する時、第２歯車２２２は、第３歯車２２３と同一方
向に回転するとともに、その角速度が第３歯車２２３よ
り小さくなる。伝達作用再分配機構２２０の歯車素子間
のこのような角速度の関係は、図５から図７および図８
から図１０に示した３種類の角速度／ギア比の関係図に
おいて、異なる入力による異なる歯車列の歯車素子間の
角速度関係として図示されている。各図において、もし
も第１歯車、第２歯車、第３歯車がそれぞれ各速度線１
０２，１０３，１０１に示したものであれば、各図のＡ
点からＢ点までのギア比範囲は、上記した速度関係の条
件に適合したものとなる。

【００５７】機械式の動力伝達機構２１０および外擺歯
車列よりなる伝達作用再分配機構２２０が一体的に整合
して、本発明にかかる動力伝達装置２００の機械方式を
構築するために、伝達作用再分配機構２２０の第３歯車
２２３は、動力伝達機構２１０の駆動要素２１１に連接
され、第２歯車２２２は、動力伝達機構２１０の被駆動
要素２１２に連接され、第１歯車２２１は、出力回転軸
２３２に連接される。図１１に示した動力伝達機構２１
０の被駆動要素２１２は、結合手段２４２により伝達作
用再分配機構２２０の第２歯車２２２、つまりキャリア
歯車２２２に連接される。また、駆動要素２１１は、結
合手段２４１で伝達作用再分配機構２２０の第３歯車２
２３、すなわちリング歯車２２３に連接される。その入
力回転軸２３１および出力回転軸２３２の中心軸線であ
る縦軸について言えば、動力伝達機構２１０ならびに伝
達作用再分配機構２２０が対称となっており、２つの結
合手段２４１，２４２も縦軸を中心として対称となって
いる。しかし、後述するように、図示した直接結合方式
以外の別な結合方式も可能である。

【００５８】機械式の動力伝達機構２１０は、それぞれ
駆動角速度と被駆動角速度とで操作される駆動要素２１
１および被駆動要素２１２を備えており、両者間の動力
伝達作用は、伝達作用再分配機構２２０の歯車列により
出力回転軸２３２に再分配され、出力回転軸２３２を介
して所定の角速度で機械的な動力を外部負荷（図示せ
ず）に伝達する。

【００５９】上記したように、標準的な遊星歯車列、平
歯車遊星歯車列、差動歯車列は、本発明において機械式
の伝達作用再分配機構２２０として使用される時、いず
れも外擺歯車列の一種である。従って、図１１に示した
動力伝達装置２００の機械方式の実施の形態において、
外擺歯車列よりなる伝達作用再分配機構２２０は、標準
的な遊星歯車列または平歯車遊星歯車列あるいは差動歯
車列とすることができる。本発明にかかる動力伝達装置
の機械方式による外擺歯車列の幾何学構造上の特性に基
づいて、動力伝達機構と伝達作用再分配機構との整合関
係は、それぞれ異なる構造により構成されるものとな
る。しかしながら、両者間の結合関係が、それぞれ特性
に基づいて若干異なるにしても、本発明の原則に適合す
る必要がある。いずれにしても、どのような構成も前記
した歯車列の歯車素子間における速度条件に適合したも
のでなければならない。もう少し詳しく言えば、本発明
の機械方式において伝達作用再分配機構として使用され
る外擺歯車列につき、第１歯車が固定されて回転せず、
第３歯車が回転する時、その第２歯車の回転方向が第３
歯車と同一で、その回転速度が第３歯車よりも小さいと
いう条件である。

【００６０】従って、標準的な遊星歯車列を伝達作用再
分配機構として採用する時、その構造は太陽歯車と、リ
ング歯車と、適当な数量の遊星歯車を搭載するキャリア
歯車とを有するものとなる。図１１に示した動力伝達装
置２００においては、出力回転軸２３２となる標準的な
遊星歯車列の第１歯車２２１が太陽歯車となる。動力伝
達機構２１０の被駆動要素２１２に連接された第２歯車
２２２がキャリア歯車となり、駆動要素２１１に連接さ
れた第３歯車２２３がリング歯車となる。別な構造にお
いては、出力回転軸２３２となる第１歯車２２１がリン
グ歯車となり、動力伝達機構２１０の被駆動要素２１２
に連接された第２歯車２２２がキャリア歯車となり、駆
動要素２１１に連接された第３歯車２２３が太陽歯車と
なる。

【００６１】同様に、平歯車遊星歯車列においては、出
力回転軸２３２となる歯車列２２０中の第１歯車２２１
が小さい太陽歯車となり、動力伝達機構２１０の被駆動
要素２１２に連接された第２歯車２２２が大きい太陽歯
車となり、駆動要素２１１に連接された第３歯車２２３
がキャリア歯車となる。別な構造では、出力回転軸２３
２となる歯車列中の第１歯車２２１が小さいキャリア陽
歯車となり、動力伝達機構２１０の被駆動要素２１２に
連接された第２歯車２２２が大きい太陽歯車となり、駆
動要素２１１に連接された第３歯車２２３が小さい太陽
歯車となる。

【００６２】差動歯車列が図１１の伝達作用再分配機構
２２０となる時には、１対の傘歯車と、適当な数量の遊
星歯車を搭載するキャリア歯車とを備えるものとなる。
この差動歯車列が対称構造を有するもの、すなわち２つ
の傘歯車の大きさが同一である時、その動力伝達装置２
００は、有効な整合方式をが１種類しか存在しない。つ
まり、出力回転軸２３２となる差動歯車列２２０中の第
１歯車２２１が１つの傘歯車となり、動力伝達機構２１
０の被駆動要素２１２に連接された第２歯車２２２がキ
ャリア歯車となり、駆動要素２１１に連接された第３歯
車２２３がもう１つの傘歯車となる。

【００６３】本発明にかかる動力伝達装置の性能特性を
考える時、上記した３種類の外擺歯車列につき、それぞ
れ実質的な整合方式に差異が存在するのは、各歯車列の
歯車サイズに違いがあるからである。すなわち、標準的
な遊星歯車列におけるリング歯車と太陽歯車との相対的
なサイズの大きさ、ならびに平歯車遊星歯車列における
小さい太陽歯車と大きい太陽歯車との相対的なサイズの
大きさにより、それぞれ動力伝達装置の性能特性が決定
される。

【００６４】図１１に示した機械方式において、動力伝
達機構２１０と伝達作用再分配機構２２０との間での構
造的な結合は、直接的な同軸結合あるいはデフレクト平
行軸結合を採用することができる。同軸結合構造につい
ては、動力伝達装置２００の入力回転軸２３１および出
力回転軸２３２が同一軸線にあり、比較的コンパクトな
構造とすることができる。平行軸結合については、可変
ピッチ円錐ベルト車駆動（variable pitch cone pulley
drive）のような、異なる入力回転軸ならびに出力回転
軸を採用することができる。平行軸構造は、後に説明す
るように、異なる最終調整ギア比を使用する必要のある
動力伝達装置に適合するものである。図１２と図１３と
において、同軸構造と平行軸構造とをそれぞれ示す。

【００６５】図１２において、図１１に示した動力伝達
装置２００の機械方式のうち、同軸結合構造を採用した
実施の形態を説明する。動力伝達機構２１０は、例えば
液圧カプラーであり、伝達作用再分配機構２２０は標準
的な遊星歯車列である。なお、図１２では、歯車素子の
噛み合い等の細部を図示していないとともに、各回転素
子を支持するベアリング等も図示しておらず、動力伝達
機構２１０ならびに遊星歯車列を利用した伝達作用再分
配機構２２０の相互関係のみを示している。

【００６６】このような同軸結合構造において、動力伝
達機構２１０ならびに伝達作用再分配機構２２０の対称
となる中心軸線は相互に重なり合っており、入力回転軸
２３１および出力回転軸２３２の中心軸線も一致してい
る。液圧カプラーからなる動力伝達機構２１０の駆動要
素２１１は、羽根車２１１であり、結合フレーム２４１
を利用して伝達作用再分配機構２２０である遊星歯車列
２２０のリング歯車２２３に直接固定されている。被駆
動要素２１２であるタービン２１２は、遊星歯車列２２
０中の遊星歯車２２４を搭載したキャリア歯車２２２に
直接連結されている。キャリア歯車２２２は、結合軸２
４２を介して被駆動要素２１２に連接されている。な
お、この実施の形態において、キャリア歯車２２２は、
他のどのような歯車とも噛み合わせる必要がないので、
歯車の形態でなくともよい。このような同軸結合方式で
は、液圧カプラー２１０の羽根車２１１は、遊星歯車列
２２０のリング歯車２２３に同期して回転し、タービン
２１２は、キャリア歯車２２２と同期して回転する。

【００６７】図１２と図１３とにおいて、平行軸構造を
採用した実施の形態を示す。図１３の機械方式は図１２
に示したものと同様であり、また、同じく歯車の噛み合
いやベアリングといった細部は図示していない。液圧カ
プラー２１０の羽根車２１１とタービン２１２とは、適
当な機械的な結合手段を利用して、それぞれ遊星歯車列
２２０のリング歯車２２３とキャリア歯車２２２とに連
接される。なお、図示していないが、図１３において、
各素子の外周表面に歯形を形成して、相互に連結する素
子間において歯車による噛み合わせを実現することがで
きる。もし空間的に離れていれば、遊び歯車（idler ge
ar）を利用するか、あるいは、ベルトによる機械的な連
接を実現することもできる。

【００６８】図１２と図１４とにおいて、駆動ベルト２
１３を採用して動力の伝達を行う可変ピッチ円錐ベルト
車を動力伝達機構２１０とする動力伝達装置２００の実
施の形態を示す。このようなベルト車構造によって、動
力伝達機構２１０の被駆動要素である被駆動ベルト車２
１２は、駆動要素である駆動ベルト車２１１の軸心２４
１と平行な支持軸２４２上に取り付けられる。駆動ベル
ト車２１１は、軸心２４１を介して遊星歯車列２２０の
リング歯車２２３に直接連接される。被駆動ベルト車２
１２は、ベルト２４３を利用した第２のベルト伝動器２
４０を介して遊星歯車列２２０のキャリア歯車２２２に
連結されている。簡素化のために、第２のベルト伝動器
２４０を、ベルト車２４５，２４６を採用した固定ピッ
チベルト伝動器としている。ベルト車２４６は、遊星歯
車列２２０のキャリア歯車２２２に直接連結されてい
る。また、別な実施例として、第２のベルト伝動器２４
０を使用しない場合として、遊び歯車を使用して等価な
機械的な連結を構成することができる。なお、図１４中
には、駆動ベルト車２１１および／または被駆動ベルト
車２１２のピッチ調整手段が図示されていない。

【００６９】図１２から図１４に示した実施の形態にお
いて、その用途ならびに必要に応じて、適当なケース体
（図示せず）により動力伝達装置２００全体をカバーす
ることができる。また、伝達作用再分配機構である遊星
歯車列などの外擺歯車列を密閉ケースに収納して潤滑性
を維持することが望ましい。

【００７０】図１３の非同軸、つまり平行軸構造におい
て、歯車を利用して動力伝達機構２１０の構成要素およ
び伝達作用再分配機構２２０間で機械的な連接を行う必
要がある場合、組み合わされるギア比が１対１、すなわ
ち単位ギア比である必要はない。同様な状況は、ベルト
結合を採用した図１４の平行軸構造にもあてはまる。こ
の場合、２つのベルト車のピッチ比がギア比に相当す
る。組み合わされるギア比における差異は、本発明にか
かる動力伝達装置の最終ギア比を調整する１つの制御要
素として利用することができる。図１５において、この
ような平行軸構造の角速度とギア比との関係を示す。例
えば、図１３に示した平行軸構造において、液圧カプラ
ーまたはトルクコンバーターをして動力伝達機構２１０
としているが、その被駆動要素２１２は、駆動要素２１
１と遊星歯車列２２０の第３歯車２２３との組み合せギ
ア比よりも小さいギア比により第２歯車２２２と連接し
ている。

【００７１】図１３と図１５とにおいて、図１３に示し
た平行軸構造は、液圧カプラー２１０の羽根車２１１が
入力速度線１０１に沿って１対１のギア比で遊星歯車列
２２０のリング歯車２２３に連接された場合、両者は同
一の角速度で回転する。同時に、タービン２１２は３対
２のギア比でキャリア歯車２２２に連接されて、タービ
ン２１２の角速度がキャリア歯車２２２の３分の２だけ
となる。また、遊星歯車列２２０のリング歯車２２３と
太陽歯車とのギア比を３対１と仮定すると、動力伝達装
置２００の出力軸２３２、つまり遊星歯車列２２０の太
陽歯車２２１は、速度線１０２に沿って約３の最終ギア
比による回転を達成する。図１５中、動力を伝達する液
圧カプラー２１０は加速過程において速度線１０３_A上
のＣ点の約５０％の等価ギア比からＤ点の約１００％ま
でに達した時、出力軸２３２は、それに対応する速度線
１０２上の静止速度点であるＡ点から入力軸２３１の約
３倍の速度となるＢ点の間の速度範囲で操作できるもの
となる。これは、３倍の回転速度の最終ギア比に等しい
ものとなる。

【００７２】図１３と図１６とにおいて、図１３の動力
伝達装置２００につき、別な速度関係を示す。液圧カプ
ラー２１０のタービン２１２が１対１の単位ギア比で遊
星歯車列２２０のキャリア歯車２２２に連接されて、両
者が同一の角速度で回転する。また、羽根車２１１が８
対７のギア比でリング歯車２２３に連接されて、羽根車
２１１の角速度が速度線１０１_Aに沿ってリング歯車２
２３の８分の７（０．８７５）となり、速度線１０１と
比較して７対８の減速ギア比となる。さらに、遊星歯車
列２２０のリング歯車２２３と太陽歯車とのギア比を３
対１と仮定すると、出力軸２３２、つまり太陽歯車２２
１は、０．５に等しい最終ギア比の回転速度となる。従
って、液圧カプラー２１０は、速度線１０３上のＣ点に
おける８５．７％（０．７５対０．８７５）の等価ギア
比から、Ｄ点の約１００％にまで達する時、出力軸２３
２は、出力速度線１０２上の静止速度点Ａから入力軸２
３１の半分の速度となるＢ点までの対応速度範囲で操作
される。これは、０．５倍の回転速度の最終ギア比に等
しいものとなる。

【００７３】従って、図１５と図１６とにおいて説明し
たように、動力伝達機構と伝達作用再分配機構との間を
異なるギア比で連接する構造を採用することによって、
同軸構造の動力伝達装置を機能的に等価なものとなると
ともに、最終ギア比調整の機能を追加することができ
る。もちろん、平行軸は、同軸構造と比べて複雑な構造
となるが、その出力速度範囲と入力速度範囲とが同一で
はない時、平行軸構造により余分な歯車を追加して加減
速を行う必要がなく、最終ギア比の調整を簡単に行うこ
とができる。

【００７４】本発明にかかる動力伝達装置は、動力伝達
機構と外擺歯車列とを結合して構築した機械方式におい
て、動力伝達機構の駆動要素あるいは被駆動要素のいず
れであっても入力手段として、外部の動力源からの機械
的な動力を受け入れることができる。どちらを入力手段
とするかによって、動力伝達装置の出力特性に微妙な差
異がでてくる。もしも図５〜７に示した外擺歯車列の歯
車素子間の角速度関係と、図８〜１０に示した対応する
関係とを比較して見ると、その差異が明確になる。その
微妙な差異は、入力軸を一定の角速度に維持する時の基
準によって発生する。

【００７５】図６から図７において、それぞれの外擺歯
車列の第３歯車が動力伝達機構の駆動要素に連接されて
動力伝達装置の入力手段となり、外部からの機械的な動
力を受け入れておりそれは各入力速度線１０１で表わさ
れている。対照的に図８から図１０では、それぞれの歯
車列が動力伝達機構の被駆動要素に連接された第２歯車
を入力手段として外部からの機械的な動力を受け入れて
おり、それは各入力速度線１０３で表わされている。こ
れら３種類の外擺歯車列を比較して見ると、動力伝達機
構が各２種類の構造形態において駆動要素および被駆動
要素の異なる角速度で操作される時に、動力伝達装置の
性能が微妙にシフトするものとなる。

【００７６】外擺歯車列の第１歯車、第２歯車、第３歯
車を定義する時に、３つの歯車の指定が、次の特定条件
に適合するものでなければならない。すなわち、第１歯
車が固定されて静止し回転しない時、もし第３歯車が回
転すれば、第２歯車の回転方向は第３歯車と同一である
とともに、その回転速度が第３歯車より小さいものでな
ければならないという条件である。図１１に示した広義
な機械方式による６種類の構造において、図５から図７
および図８から図１０で説明したように、２種類の外擺
歯車列の構造形態が、上述した特定の速度関係を満たす
２組の構造形態に適合している。これら３種類の外擺歯
車列の構造形態もまた各２組が前記したギア速度関係を
満たすものとなっている。

【００７７】その１組目は、図５から図７に対応するも
ので、これら３種類の各構造において、速度線１０１，
１０２で表わされる歯車素子を相互に入れ換えて獲得す
ることができる。その２組目は、図８から図１０に対応
するもので、速度線１０１，１０２で表わされる歯車素
子を相互に入れ換えて獲得することができる。例えば、
図５から図８において、それぞれ速度線１０１，１０２
で表わされるリング歯車、太陽歯車は、両者を入れ換え
て、速度線１０１が太陽歯車を表わし、速度線１０２が
リング歯車を表すものとすることができる。入れ換えた
後の構造形態において、速度線１０３で表す歯車の速度
方程式もＣ点が縦軸（ｙ軸）上を移動することにより変
更される。

【００７８】再び、図１２において、動力伝達機構２１
０を液圧カプラーとし、伝達作用再分配機構２２０を遊
星歯車列とすると、各回転要素間の角速度関係もまた図
５で説明したものとなる。液圧カプラー２１０の駆動要
素である羽根車２１１がリング歯車２２３に連接され、
被駆動要素であるタービン２１２がキャリア歯車２２２
に連接される。また、伝達作用再分配機構２２０の太陽
歯車２１１が、動力伝達装置２００の出力軸２３２に連
接されている。外部動力源からの機械的な動力の入力
が、駆動要素２１１または被駆動要素２１２に加えられ
て、リング歯車２２３あるいはキャリア歯車２２２に伝
達することができる。つまり、動力伝達機構は、駆動要
素または被駆動要素のいずれであっても動力伝達装置２
００への入力を行うことができる。

【００７９】図５の角速度とギア比との関係図から分か
るように、リング歯車２２３が単位速度に維持される
時、太陽歯車２１１（すなわち動力伝達装置の出力軸２
３２）がゼロからギア比１対１までの速度範囲で操作で
きるならば、キャリア歯車２２２は、Ｒ／（Ｒ＋Ｓ）か
らギア比１対１までの速度範囲で操作するだけでよい。
太陽歯車とリング歯車とのギア比が１対３の典型的な遊
星歯車列において、これはリング歯車の角速度の７５
（＝３／（３＋１））％〜１００％の速度範囲に相当す
る。言い換えれば、動力伝達機構２１０の駆動要素２１
１が単位速度で駆動される時、被駆動要素２１２は駆動
要素２１１の７５〜１００％の速度範囲で操作されるだ
けで、出力軸２３２を入力軸２３１のゼロから１００％
までの入力角速度の全速度範囲で操作することができ
る。別な言い方をすれば、動力伝達機構２１０（液圧カ
プラー）の静止起動速度を含まない７５〜１００％の速
度範囲により動力伝達装置２００の静止起動速度を含む
全速度範囲で再分配あるいは反映させることができる。

【００８０】本発明にかかる動力伝達装置が採用したも
のは、その被駆動要素の角速度が正常な動力伝達操作が
できず、駆動要素の動力伝達機構を超過した時、本装置
が正常な状況においてゼロから１対１のギア比範囲のみ
で操作できるものとして、機械的な動力を入力軸から出
力軸に伝達するという構成である。これは、動力伝達機
構の駆動要素および被駆動要素が対応する外擺歯車列の
歯車素子との間で同一なギア比で連接されている状況を
想定している。これは、これらの動力伝達機構におい
て、機械的な動力が高速操作される素子から相対的に低
速操作される素子にしか伝達することができないためで
ある。

【００８１】このようなギア比範囲において、本発明に
かかる動力伝達装置は、その入力軸により機械的な動力
を動力伝達機構の駆動要素または被駆動要素を介して受
け入れるとともに、その出力軸から出力することができ
るので、機械的な動力の伝達を達成することができる。
ゼロから１対１のギア比範囲において、動力伝達装置全
体として加速という自然傾向をともなっており、このよ
うな傾向は機械的な負荷を担当する出力軸を静止から１
対１のギア比方向へ加速することによっている。入力軸
が外部の動力源から機械的な動力を受け入れて、動力伝
達機構の駆動要素、例えば液圧カプラーの羽根車が被駆
動要素であるタービンと一緒にその負荷をともなった回
転速度である時、このような自然傾向が発生する。図５
に示した速度関係において、このような自然傾向によ
り、駆動要素と被駆動要素との間の滑り率が小さくなる
方向へ変化する。つまり、図５の出力速度線１０２のＡ
点からＢ点への方向である。

【００８２】本発明が採用した可変ピッチ円錐ベルト車
など、その他の動力伝達機構において、動力伝達装置の
等価ギア比範囲は、ゼロから１対１のギア比範囲に限定
されるものではない。動力伝達機構自体のギア比は、動
力伝達装置の有効ギア比を決定する一要素を構成する。
もしも動力伝達機構自体により被駆動要素の角速度が駆
動要素より速いものとなるギア比を提供できれば、図５
から図７および図８から図１０において明確に示されて
いるように、動力伝達装置自体のギア比は１対１の値を
超えてしまう。

【００８３】実際上、それら２つの作用要素は実質的に
対称的なものであり、液圧カプラーなどのような動力伝
達機構において、速い角速度で駆動作用を行う要素が羽
根車と呼ばれ、もう一つの遅い角速度で駆動される要素
がタービンである。しかし、場合によっては、その駆動
および被駆動の状態が反転することがあり、この時、速
度関係が反転されるために、定義により、もとの羽根車
がタービンとなり、もとのタービンが羽根車となる。動
力伝達装置の正常な動力フロー方向での操作状況と比較
して、このような速度関係の反転により動力フローを反
転することができる。

【００８４】再び、図１２に示した動力伝達装置２００
において、例えば、動力伝達機構を液圧カプラー２１０
とし、伝達作用再分配機構を遊星歯車列２２０とし、さ
らに液圧カプラー２１０の羽根車２１１をリング歯車２
２３に連接し、もう１つのタービン２１２をキャリア歯
車２２２に連接する。外部の機械的な動力源が動力伝達
装置２００、例えば液圧カプラー２１０のリング歯車２
２３に連接された羽根車２１１に入力される時、この動
力伝達装置２００は、機械的な動力を太陽歯車２２１に
連結された出力軸２３２へ伝達する。

【００８５】動力源を内燃機関エンジンとして、図５に
示した入力速度線１０１に沿って入力軸２３１を駆動す
るとともに、出力軸２３２の角速度を出力線１０２上の
高速端であるＥ点にまで持ってくると仮定すると、この
Ｅ点はゼロから１対１のギア比の速度範囲にある。さら
に、この時の動力源の角速度が比較的低いエンジン回転
速度、つまり縦軸（ｙ軸）上の速度線１０１_Rにまで低
下したと仮定すると、この速度はもとの太陽歯車２２１
のＥ点における速度より低いものとなる。このような状
況において、図５中のもとの座標での出力速度点である
Ｅ点が装置の元の状態を表わし、縮尺された座標におい
ては１対１のギア比の１点を超過するものとなるが、そ
の１対１のギア比が共同出力線１０２上のＢ_R点として
標記される。

【００８６】このような状況において、羽根車２１１に
連接された、もとは羽根車２１１のリング歯車２３２を
駆動していた角速度が低減したエンジン速度線１０１_R
上のＦ点にまで低下する。このＦ点での羽根車２１１の
角速度が、もともとタービンを駆動していた羽根車２１
１に連接されるキャリア歯車２２２の低減したキャリア
速度線１０３Ｒ上の対応する速度点であるＧ点と比べて
も、まだ遅いものとなる。この時、液圧カプラー２１０
の羽根車２１１およびタービン２１２の役割が入れ換
る。もとは駆動要素であった羽根車２１１が、今度はタ
ービンの役割を果たすものとなって相対的に遅い速度と
なるので、もとはタービンであった別な羽根２１２によ
って駆動され、相対的に速い速度で羽根２１１と駆動し
て羽根車となる。このように、装置における機械的な動
力の伝達方向が反転されて、遊星歯車列２２０の太陽歯
車２２１から入力し、リング歯車２２３から出力するも
のとなる。車輌駆動系統への応用においては、このよう
な反転状況はエンジンブレーキとなる。ハイブリッドカ
ー（hybrid vehicle）や電気自動車において使用されて
いるようなエネルギー回収装置を利用すれば、車輌用の
再生ブレーキ（regenerative braking）機能を提供する
ことができる。

【００８７】伝達作用再分配機構として使用される遊星
歯車列において、その中心軸はキャリア歯車への適当な
ベアリング配置による回動可能な各遊星歯車を利用し
て、バランスレバーシステムを確立する必要があり、そ
のうち、太陽歯車とリング歯車とは、遊星歯車の回動中
心点を挟んだ両側に噛み合わされなければならない。図
１７に示した遊星歯車列中のバランスレバーシステム
は、液圧カプラーなどの動力伝達機構が機械的な動力を
受け入れ、装置の太陽歯車を介して出力するためのもの
である。

【００８８】図１７において、点線で示したのは、１つ
の遊星歯車２２４により構成されるバランスレバー２２
５であり、バランスレバー２２５の両端においてリング
歯車２２３および太陽歯車２２１とそれぞれ噛み合って
いる。外部の動力源が図示のような時計回り方向である
と仮定すると、遊星歯車列２２０のリング歯車２２３を
図示のように固定することを介して機械的な動力を伝達
する。動力伝達機構２１０は、キャリア歯車２２２上の
被駆動要素２１２に固定されて、時計回り方向へ駆動さ
れる。キャリア歯車２２２が図示のようなバランスレバ
ー２２５を駆動して、遊星歯車２２４全体を駆動させ、
時計回り方向へ駆動する。全体が動作している時に、遊
星歯車２２４自体もまたキャリア歯車２２２のフレーム
に対して回転するので、符号２２６で示したベアリング
で回転可能に支持される。バランスレバー２２５の外端
（図上側）でリング歯車と噛み合って反作用力を提供し
て、動力伝達機構２１０をその内端（図下側）の歯車で
噛み合わせて、外部の動力源から受け入れた機械的な動
力を太陽歯車２２１に伝達する。かくして、太陽歯車２
２１が駆動されて時計回り方向へ回転するとともに、受
け取った動力を外部負荷に伝達する。

【００８９】図５に示した角速度とギア比との関係を参
考にすれば、図１７のバランスレバーシステムは、動力
伝達機構２１０の駆動または被駆動要素の角速度で受け
入れた機械的な動力を太陽歯車２２１により出力軸に再
分配することができる。表面的な現象から見ると、遊星
歯車２２４と太陽歯車２２１との間の噛み合いは、歯車
列全体のキャリア歯車２２２の角速度により、太陽歯車
２２１の円周面上で行われ、太陽歯車２２１自体が、キ
ャリア歯車２２２とは異なる角速度で回転している。

【００９０】図１８において、遊星歯車列のバランスレ
バーシステムを示すと、機械的な動力は図１７とは反対
方向への動力フロー方向となっている。平歯車遊星歯車
列ならびに差動歯車列について言えば、いずれも外擺歯
車列であって幾何学構造上は等価であるので、類似した
状況がみられる。標準的な遊星歯車列でバランスレバー
によるバランスを説明したが、上記した説明は、歯車遊
星歯車列ならびに差動歯車列を含む、あらゆる形式の外
擺歯車列に適用できるものである。

【００９１】本発明にかかる動力伝達装置を構築する機
械方式において、多種多様な公知の装置を使用すること
ができる。例えば、上述した実施の形態で説明したトル
クコンバーターや液圧カプラーなどの液圧動力伝達手段
のほかにも、その他の非液圧手段もまた外擺歯車列と一
体的に結合させて、本発明にかかる動力伝達装置の機械
方式とすることができる。発電機モーターセットなどの
ような電磁式動力伝達機構もまた駆動ならびに被駆動要
素を備えた動力伝達手段の１つであるから適用すること
ができる。

【００９２】図１９において、誘導電動機を動力伝達機
構とする機械方式を示す。この動力伝達装置２００は誘
導電動機２１０を備え、永久磁石より形成される磁場素
子２１１と公知の誘導電動モーターに使用されるよう
な、かご形素子２１２とを有して相互作用を行うように
なっている。磁場素子２１１は、少なくとも１対の永久
磁石２１６をフレームまたは回転子とするとともに、か
ご形素子２１２もそれに対応して回転子あるいはフレー
ムとすることができる。また、誘導電動機２１０は、外
擺歯車列である遊星歯車列２２０と上記したような方式
で一体的に結合することができる。つまり、駆動要素で
ある永久磁石を含む磁場素子２１１は、連結されたフレ
ーム２４１を利用して遊星歯車列２２０のリング歯車２
２３に連接され、被駆動要素であるかご形素子２１２
は、結合軸２４２を利用してキャリア歯車２２２に連接
される。もしも、十分な磁束量密度を備える永久磁石２
１６を使用して適切なモーターレベルを達成することが
できれば、このような動力伝達装置２００は、小型内燃
機関駆動車輌の変速機として利用することができる。

【００９３】また、渦流カプラーおよびその他の電磁作
用を基礎とする動力伝達機構も採用することができる。
図１１に示したような動力伝達装置２００に組み込まれ
る場合、全ての動力伝達機構２１０は、構造ならびに機
能において、ほぼ類似したものであって、いずれも駆動
要素と被駆動要素とを備えて機械的な動力の伝達を行う
ものである。

【００９４】＜動力伝達装置の電磁方式（Electromagne
tic Implementation）＞出力操作速度範囲の全体におい
て低速領域での良好な性能を提供することができる広義
な動力伝達装置は、以上に述べた機械方式のほかにも、
電磁方式のものがある。以下、本発明にかかる電磁方式
について説明する。図１に示した、本発明にかかる広義
な動力伝達装置は、入力手段１３１から外部の動力を受
け入れるとともに、出力手段１３２から負荷に対して動
力を出力することができるものである。そこで、本発明
にかかる動力伝達装置の電磁方式は、電磁動力伝達機構
と、電磁方式で伝達作用の再分配を行う電子式伝達作用
再分配機構とを採用したものである。電子式伝達作用再
分配機構は、電磁動力伝達機構の機能要素の電気的な動
力の供給をコントロールして、電磁動力伝達作用の再分
配を行うものであり、両者を一体的に結合することで、
本発明にかかる動力伝達装置を構築するものである。な
お、その動力伝達機構を電磁方式に限定しているが、そ
の実用性においては、機械方式よりも更に多種多様なも
のとすることができる。電磁方式という特性により、機
械から機械へ、電気から機械へ、機械から電気へ、電気
から電気への動力の伝達が可能となる。しかも、上述し
たように、この電磁方式により反対方向への動力の伝達
が可能となる場合が多いので、動力の再生（power rege
neration）が可能となる。

【００９５】本発明にかかる動力伝達装置の電磁方式に
おいて、その動力の伝達は、機械的あるいは電気的な動
力の違いにかかわらず、いずれも電磁動力伝達機構の機
能素子間の電磁作用に依存している。典型的な電磁動力
伝達機構は、通常は公知の電動機あるいはカプラーであ
って、一般に磁場フレームおよび回転子という形式の機
能素子として構成される。本発明にかかる電磁動力伝達
機構において、２つの機能素子間の電磁伝達作用を再分
配して出力することは、２つの機能素子がそれぞれ形成
する磁場を利用して機能素子自体が回転することによっ
て達成されるものである。相互に回転することで２つの
機能素子間に実質的な角速度の差異が発生するが、この
差異は２つの機能素子の磁場により相互補正されて相互
作用を行うことができるので、動力伝達装置の出力がそ
の角速度における操作によって行えるものとなる。相互
に回転する角速度を調整する度合は、動力伝達装置の出
力の角速度に対応している。本発明にかかる動力伝達装
置が相互回転を調整できる機能は、伝達作用再分配機構
により提供されるものであるが、その詳細については後
述する。電磁動力伝達機構のもう１つの機能素子は、単
純に励磁されるだけで磁場を形成して、整流された素子
（commutated element）が形成する磁場との相互作用を
発生させる。そして、本発明にかかる伝達作用再分配機
構は、回転整流子（rotary commutator)である。この回
転整流子は、電磁動力伝達機構の２つの機能素子うちの
１つ、すなわち被整流素子のコイルに対して励磁を行
う。被整流素子に対して提供される励磁は、切換方式で
行われることにより、電磁作用を再分配する効果を獲得
することができる。被整流素子は、その磁場が回転整流
子によりコントロールされた励磁で形成されるものであ
るので、もう１つの素子、つまり整流されていない素子
の磁場と相互作用を発生させて、電磁動力伝達機構にお
いて動力の伝達をおこなうことができる。

【００９６】本発明にかかる動力伝達装置の電磁方式の
独特かつ必要不可欠な特性とは、動力伝達機構の被整流
素子コイルを励磁する回転整流子が、その操作時に回転
するということである。被整流素子中のコイルは、回転
整流子の切換による励磁を受けて虚数整流指向ベクトル
（imaginary commutation orientation vector）を形成
することができるが、このベクトルにより整流される電
磁素子が形成する角度位置を指示することができる。本
発明においては、整流子自体が回転するので、この指向
ベクトルも回転し、それによって動力を伝達することが
できる。

【００９７】なお、ＤＣ励磁が回転整流子を介して被整
流素子に提供される時、それが形成する磁場も被整流素
子に対して回転しているように見える。しかし、ＡＣ励
磁による場合、被整流素子が形成する磁場自体が虚数整
流指向ベクトルに対して回転する、つまり回転整流子に
対して回転する。従って、その磁場の角速度は、回転整
流子の回転とＡＣ励磁周波数との総和である。前述した
ように、ＤＣ電流は、実際上、ＡＣ電流の特殊な状態で
あって、周波数変動のないＡＣ電流ということができ
る。

【００９８】回転整流子は、機械式のものと、電子式の
ものとの２種類が使用可能である。機械式回転整流子に
おいては、１対または複数対の導電性カーボンブラシが
カーボンブラシフレームに搭載され、操作時に整流子全
体がカーボンブラシフレームの回転にともなって回転す
る。回転整流子の回転により励磁電力を切り換えながら
動力伝達機構の被整流素子に印加する。パワー電子式の
回転整流子においては、一定数量の半導体パワー電子切
換スイッチがシーケンス制御によって切り換えられて、
励磁電力を切り換えながら動力伝達機構の被整流素子に
印加する。電子式の切換動作も実質的には機械式回転整
流子と類似した方式で行われる。実際に、パワー電子式
の回転整流子は、整流される電磁素子のコイルに対し
て、機械式回転整流子が行う切換制御と同一な制御を行
うことができる。

【００９９】図２０において、本発明にかかる動力伝達
装置の電磁方式は、先に説明した機械方式と同様に、入
力される動力が、標準化された単位角速度を示す入力速
度線１０１に沿うものと仮定し、所定の角速度で入力手
段（図示せず）を駆動する。出力は出力速度線１０２に
沿って推移しており、本発明にかかる動力伝達装置が異
なるギア比により外部負荷（図示せず）を駆動すること
を示している。そして、出力速度が入力速度を超えた
時、ギア比が１対１を超えた状況、あるいは出力の回転
が入力に対して反転した時に、マイナス値のギア比とな
ることができる。また、電磁方式の応用は、機械的な動
力と電気的な動力との２種類の動力伝達方式に関わって
くるので、縦軸（ｙ軸）上では標準化する前では周波数
単位であるＨｚを使う。実際に回転する機械的な動力を
考える必要がでてきた時には、この単位は、簡単に毎分
の回転数（ＲＰＭ）といった回転軸の回転速度に変換す
ることができる。そして、Ｈｚ自体がＡＣ電気動力の１
つの重要な特性パラメーターでもある。

【０１００】図２１において、本発明にかかる広義な電
磁方式による動力伝達装置３００は、電磁動力伝達機構
３１０と、電磁伝達作用再分配機構である回転整流子３
２０とを備える。電磁動力伝達機構３１０は、２つの電
磁作用素子を有し、うち１つの素子が駆動角速度で操作
される第２電磁要素３１２であり、もう１つの素子が被
駆動角速度で操作される第１電磁要素３１１であって、
回転整流子３２０により制御調整されるシーケンスにお
いて、両者の間で電磁動力の伝達を行う。図中、点線で
示した第１電磁要素３１１は、第２電磁要素３１２の内
部に収納されている。電磁動力伝達機構３１０内部で伝
達される動力は、入力手段３３１_Mまたは３３１_Eを介
して外部動力源３８１から受け入れる。電磁動力伝達機
構３１０は、電磁伝達作用再分配機構である回転整流子
３２０と一体的に結合して、本発明にかかる動力伝達装
置３００を構成する。電磁動力伝達機構３１０が外部動
力源３８１から受け取った動力は、回転整流子３２０に
より出力手段３３２_Mまたは３３２_E上に再分配される
とともに、外部負荷３８２へ送られる。電磁伝達作用再
分配機構である回転整流子３２０は、被整流素子となる
第１電磁要素３１１を磁化するとともに、電磁動力伝達
機構３１０の第２電磁要素および第１電磁要素３１２，
３１１と一体的に結合しているが、所定の角速度操作に
よって、第１電磁要素３１１を磁化して第１回転磁場を
形成する。この第１回転磁場は、整流していない第２電
磁要素３１２が形成する第２回転磁場の角速度と同期と
なっている。２つの回転磁場の同期した角速度により操
作される電磁動力伝達機構３１０の電磁的な動力伝達作
用は、回転整流子３２０により出力手段３３２_Mまたは
３３２_E上に再分配され、所定の出力角速度で動力を外
部負荷３８２へ出力する。なお、入力手段３３１_Mまた
は３３１_Eおよび出力手段３３２_Mまたは３３２_Eとし
ているのは、本発明にかかる動力伝達装置３００の出入
力が、いずれも機械的な動力としても電気的な動力とし
ても処理可能だからである。もし、機械的な動力を出入
力するならば、その出入力手段を回転軸とすることがで
きるし、もし、電気的な動力を出入力するならば、その
出入力手段を導電線とすることができる。本発明にかか
る多種多様な実施の形態において、その出入力手段とし
て回転軸ならびに導電線を同時に使用できるものとする
ことができる。

【０１０１】本発明にかかる電磁方式において、第１電
磁要素３１１を回転整流子３２０で整流を行う磁化再分
配電磁コイルとし、整流しない第２電磁要素３１２をコ
イルよりなる電磁ユニットとする。後に図面にもとづい
て説明するように、第１電磁要素３１１の被整流コイル
は、２種類の可能な構造のうち１種類を採用し、第２電
磁要素３１２の電磁コイルは、３種類の可能な構造のう
ち１種類を採用することができる。電磁伝達作用再分配
機構と結合される時、これら２種類の電磁素子の可能な
組み合せは、それぞれ機械および電気２種類の動力形態
にかかわる４種類の可能な動力伝達形態に適用すること
ができる。

【０１０２】第１電磁要素３１１の磁化再分配コイルと
して、ＤＣ励磁を使用する場合、一般のＤＣ電動機のＤ
Ｃ励磁電機子に類似したＤＣ電機子構造とすることがで
きる。あるいは、ＡＣ励磁を使用する場合、第１電磁要
素３１１を多重整流のＡＣ電機子として、１対以上の整
流カーボンブラシを利用するか、もしくは回転整流子の
パワー電子など等価物により励磁を行うことができる。
いずれの場合においても、これらのコイルは回転整流子
３２０により励磁されて、第１回転磁場を形成すること
ができる。また、第２電磁要素３１２は、ＤＣ電力を利
用して励磁を行うことができるとともに、電磁石を使用
した電磁石コイルとすることができるし、多相ＡＣ電力
で励磁する多相コイルとすることもできる。あるいは、
さらに簡単には１つ、または多数個の永久磁石コイルか
ら構成して、磁場を形成できる永久磁石ユニットとする
こともできる。

【０１０３】図２２から図２７において、それぞれ電磁
方式の実施の形態を示すが、おのおの前記した３種類の
電磁素子ならびに２種類の磁化再分配コイルの電磁動力
伝達機構を基礎とするものである。各動力伝達装置３０
０の基礎構造は、いずれも機械および電気的な動力の４
種類の動力伝達形態のうち全部あるいは一部の形態にか
かわるものであって、実際の応用状況にあわせて適宜選
択されるものである。なお、出入力手段として回転軸と
導電線とが同時に使用されることは、４種類の動力伝達
形態のうち、いくつかの形態では不必要なものである。
ある形態では、導電線により電磁素子の特定コイルに対
する励磁電源を提供して、機械的な動力の入力あるいは
出力を達成するが、これらの電力は主要な動力の出入力
とは見なされない。これらの励磁電力は、通常、システ
ム全体の電気的な動力の数パーセントを消費するに過ぎ
ないものであるから、実際の機械装置が避けることので
きない補助的な消費に分類されるものである。同様に、
電気的な動力を出入力する装置においても、回転軸が採
用される場合もある。いずれにしても、詳細な説明はし
ていないが、本発明にかかわる技術分野に詳しい当業者
なら理解できるように、もし必要であれば、本発明の電
磁方式においては、機械ならびに電気２種類の動力の入
力および／または出力を同時に処理するものとすること
ができる。

【０１０４】図２２において、図２１で説明した広義な
電磁方式の実施の形態を示すと、その電磁素子は多相コ
イルであり、その磁化再分配コイルはＡＣ電機子であ
る。この動力伝達装置３００は、４種類の動力伝達形態
に適用することができるが、機械から電気への動力伝達
形態にかかわっている。この実施の形態において、電磁
動力伝達機構の整流される磁化再分配電磁コイルとして
の第１電磁要素３１１はＡＣ電機子３１１である。この
ＡＣ電機子３１１は、複数個の電気的に切り換え可能な
ＡＣコイル３１８を有して、各ＡＣコイル３１８が、い
ずれも回転整流子３２０により順序立った方式により切
換供給される多相ＡＣ電流で励磁されて、第１回転磁場
を形成する。多相ＡＣ電力をＡＣ電機子３１１を供給す
るために、回転整流子３２０には１対以上の導電カーボ
ンブラシまたは等価物であるパワー電子素子を配設して
いる。また、整流しない第２電磁要素３１２は多相コイ
ルであって、多相ＡＣ電流により励磁されるコイル３１
７を有して、第２回転磁場を形成する。図示していない
が、回転整流子３２０の虚数整流指向ベクトルは、その
角速度が第２電磁要素３１２の形成する第２回転磁場の
角速度とは同期していない。つまり、指向ベクトルの角
速度は、第２回転磁場の角速度と回転整流子３２０が第
１電磁要素３１１に供給する多相ＡＣ電流の角速度との
差に等しい。

【０１０５】図２２に示した電磁方式において、機械か
ら機械への動力伝達を行う時、第２電磁要素３１２は、
回転軸３３１_Mを介して外部動力源３８１（図２１参
照）から機械的な動力を受け入れて回転する。この時、
導電線３３１Ｅは、第２電磁要素３１２に励磁電力を供
給して磁場を形成させる。この第２電磁要素３１２は、
駆動により回転しているので、ＡＣまたはＤＣ励磁電力
を供給して磁場を形成させることができる。その励磁状
況を符号３５０で視覚化したが、カーボンブラシならび
にスリップリング３５２よりなる未整流励磁手段には、
外部から励磁電源が供給される。１つ１つの固定カーボ
ンブラシ３５１は、それぞれ対応するスリップリングに
接触しており、第２電磁要素３１２と一緒に回転する。
第２電磁要素３１２の内部に固定あるいは埋設された電
力供給回路３５３は、励磁電力を第２電磁要素３１２の
コイル３１７に供給することができる。もしも、第２電
磁素子である第２電磁要素３１２がＤＣ励磁されるもの
であれば、それが形成する磁場の角速度は、外部の機械
的な動力源から入力回転軸３３１_Mを介して入力される
入力回転角速度に等しいものとなる。もしも、ＡＣ励磁
されるものであれば、この磁場の角速度は、外部の機械
的な動力源の角速度とＡＣ励磁の角速度との総和に等し
いものとなる。

【０１０６】また、整流される第１電磁要素３１１を出
力軸３３２_Mに連接して、外部負荷３８２を駆動するこ
とができる。第１電磁要素３１１は、回転整流子３２０
の導電線３３２_Eを介して励磁される。この励磁は、別
なカーボンブラシならびにスリップリング機構３６０の
外部励磁電源を使用することにより発生する。符号３５
０と同様に、カーボンブラシならびにスリップリング機
構３６０は、固定されたカーボンブラシ３６１およびス
リップリング３６２を採用して第１電磁要素３１１へ励
磁電源を供給する。虚数整流指向ベクトルは回転ベクト
ルであるため、カーボンブラシならびにスリップリング
機構３６０のスリップリング３６２が回転整流子３２０
のカーボンブラシフレーム３２２上に固定されている。
その詳細な構造は図示していないが、カーボンブラシフ
レーム３２２上に付設され、シーケンス制御により回転
される回転整流子３２０のカーボンブラシ３２１が外部
から励磁される電気的な動力を受け入れることができ
る。第１電磁要素３１１内部に固定または埋設される電
気的動力供給回路３６３により、励磁した電力を第１電
磁要素３１１のコイル３１８へ送ることができる。第１
電磁要素３１１は、本発明にかかる動力伝達装置３００
の操作によって回転することで機械的な動力を伝達する
が、動力伝達装置３００の操作において制御すべき虚数
整流指向ベクトルの角速度は、出力軸３３２_Mおよびそ
の励磁という２つの角速度によって決めることができ
る。第１電磁要素３１１に供給されるものがＤＣ励磁で
あるとすれば、整流指向ベクトルが必要とする角速度
は、第２電磁要素３１２が形成する磁場の角速度に等し
いものとなる。なお、図２２において、必要な部位に適
当なベアリング手段３３３を配設して、動力伝達機構３
１０および伝達作用再分配機構である回転整流子３２０
の各構成要素間における円滑な回転運動を保証する。

【０１０７】図２２に示した動力伝達装置３００は、電
気から機械への動力伝達に使用することができる。この
場合、第２電磁要素３１２は固定されて回転しないもの
となり、導電線３３１_Eが外部動力源に電気接続されて
第２電磁要素３１２に主要な電力を供給し、その駆動磁
場を形成する。励磁動力は、カーボンブラシならびにス
リップリング機構３５０を介して提供されるか、また
は、第２電磁要素３１２が固定されて回転しないもので
あるので、簡略化された配電系統により供給される。こ
の第２電磁要素３１２が回転せずに静止状態を保持して
いいるため、その励磁による形成される磁場の角速度
は、そのまま電気的な動力により励磁される周波数によ
って決定される。同時に、第１電磁要素３１１が出力軸
３３２_Mに連接されるとともに、外部の機械的な負荷を
駆動できるようになっている。第１電磁要素３１１は、
回転整流子３２０のに接続された導電線３３２_Eを介し
て、その励磁を受け入れることができる。励磁動力は、
カーボンブラシならびにスリップリング機構３６０を介
して供給される。機械から機械への動力伝達と同様に、
第１電磁要素３１１が回転して動力を伝達するので、制
御すべき虚数整流指向ベクトルの角速度は、出力軸３３
２_Mおよびその励磁という２つの角速度によって決定さ
れる。第１電磁要素３１１に供給されるものがＤＣ励磁
であるとすれば、整流指向ベクトルが必要とする角速度
は、第２電磁要素３１２が形成する磁場の角速度に等し
いものとなる。

【０１０８】図２２の動力伝達装置３００は、機械から
電気への動力伝達にも適用することができる。この場
合、第２電磁要素３１２は、その回転軸３３１_Mを介し
て外部動力源により駆動される。導電線３３１_Eで第２
電磁要素３１２に電磁動力を供給して、その磁場を形成
させる。第２電磁要素３１２は駆動により回転するが、
その励磁はＡＣあるいはＤＣ電力により供給することが
できる。カーボンブラシならびにスリップリング機構３
５０により、第２電磁要素３１２のコイル３１７へ電力
を提供する。もしＤＣ励磁を採用すれば、この第２電磁
要素３１２が形成する磁場の角速度は、単純に外部動力
源の入力回転速度と等しいものになる。もしＡＣ励磁を
採用すれば、この磁場の回転速度は、機械的な外部動力
源およびＡＣ励磁という２つの角速度の総和に等しいも
のとなる。同時に、第１電磁要素３１１が固定されて回
転せず、回転整流子３２０に接続された導電線３３２_E
を介して外部の電気的な負荷を駆動することができる。
このカーボンブラシならびにスリップリング機構３６０
を簡単な電力収集手段として、発生した電力を収集する
ことができる。回転整流子３２０の切り換え、ならびに
第１電磁要素３１１のコイル３１８内部の電流により、
１つの磁場が形成されて、第２電磁要素３１２が形成す
る磁場との相互作用によって、機械から電気への動力伝
達を達成することができる。

【０１０９】図２２の動力伝達装置３００は、電気から
電気への動力伝達にも適用することができる。この場
合、第２電磁要素３１２は固定されて回転せず、その導
電線３３１_Eが外部の電気的な動力に電気接続されて第
２電磁要素３１２へ主要な電力を提供し、その駆動磁場
を形成する。第２電磁要素３１２が固定されて回転しな
いので、動力の励磁により第２電磁要素３１２内部に形
成される磁場の角速度はそのまま電力の周波数により決
定される。また、第１電磁要素３１１もまた固定されて
回転せず、回転整流子３２０に連接された導電線３３２
_Eを介して外部の電気的な負荷を駆動することができ
る。回転整流子３２０の切り換え、ならびに第１電磁要
素３１１内部の電流によって１つの磁場が形成されて、
第２電磁要素３１２が形成する磁場との相互作用によ
り、電気から電気への動力伝達を達成することができ
る。そして、第１電磁要素３１１および第２電磁要素３
１２は、いずれも固定されて回転しないので、電気的な
動力の伝達に使用されるカーボンブラシならびにスリッ
プリング機構３５０，３６０を簡略化することができ
る。

【０１１０】図２３において、本発明にかかる動力伝達
装置３００の広義な電磁方式の実施の形態を示すが、図
２２において示したものとは若干の差異がある。特に、
電磁動力伝達機構３１０の第１電磁要素３１１がＤＣ電
機子であって、ＡＣ電機子ではなく、所定数量の電気的
に切換可能なコイル３１９を備えていることが異なって
いる。第２電磁要素３１２は、図２２と類似した多相コ
イルである。上記したように、ＤＣはＡＣの特殊な形態
であるから、この実施の形態も特殊な形態ということが
でき、図２２に示した動力伝達装置３００が簡略化され
たものと言うことができる。ＤＣ電力をコイル３１９に
切換入力するために、回転整流子３２０に１対の導電性
のカーボンブラシ３２１あるいはそのパワー電子が等価
であるものを設けるだけでよい。動力伝達装置３００を
操作するために、回転整流子３２０の虚数整流指向ベク
トルの角速度は、電磁動力伝達機構３１０の第２電磁要
素３１２が形成する第２回転磁場の角速度に同期しなけ
ればならない。つまり、指向ベクトルの角速度が第２磁
場の角速度と等しくなければならない。これは、操作切
換シーケンスによる制御で維持かつ駆動されるカーボン
ブラシ３２１のカーボンブラシフレーム３２２の角速度
によって達成することができる。このように、電気から
機械あるいは機械から電気への任意の動力伝達におい
て、第１電磁要素３１１の励磁を簡単なＤＣ電力とすれ
ば、虚数整流指向ベクトルの制御は第２電磁要素３１２
が形成する回転磁場に同期させるだけで達成できるもの
となる。なお、電気から電気への動力伝達において、回
転整流子３２０の虚数整流指向ベクトルが動力を提供す
る第２電磁要素３１２の形成する磁場の回転に同期され
るならば、その出力手段、すなわち回転整流子３２０に
連接された導電線３３２_EからはＤＣ動力のみが発生す
る。しかし、指向ベクトルが駆動する磁場に同期するよ
うに制御されるならば、発生する電気的な動力はＡＣ動
力となる。このＡＣ動力の周波数は、入力電力の角速度
と指向ベクトルと差で決定される。

【０１１１】図２４において、図２３に基づいた電磁方
式の別な実施の形態を示すと、その差異は第２電磁要素
３１２の多相コイル３１７を電磁石３１７に置き換えた
点にあり、この電磁石３１７はＤＣ電動機の固定子コイ
ルに類似するとともに、電磁石と同様に、励磁される
時、回転しない磁場を形成することができる。このよう
な構成は、機械から機械へ、機械から電気への動力伝達
に適しており、第２電磁要素３１２の励磁がＤＣである
ことを除けば、その操作も図２２に類似している。第２
電磁要素３１２が固定されて回転しない場合、電気から
機械への動力伝達に最適なものとはならずに、一般のＤ
Ｃモーターと同様なものとなってしまう。また、もしも
電磁石である第２電磁要素３１２およびＡＣ電機子がい
ずれも固定されて回転しないものであれば、装置中に変
圧器（transformer)が存在しないので、電気から電気へ
の動力伝達には適用できない。これは、第２電磁要素３
１２が形成する磁場がＡＣ電機子である第１電磁要素３
１１に対して回転しないためである。

【０１１２】図２５において、電磁方式による更に別な
実施の形態を示すと、図２４と異なる点は、その電磁伝
達作用再分配機構である第１電磁要素３１１がＤＣ電機
子であって、ＡＣ電機子ではないことにある。従って、
その基本的な特性は、図２４の実施の形態と同じであ
る。図２４のＡＣ電機子３１１に対する励磁は、多相の
ＡＣ電力が最適であるが、この実施例のＤＣ電機子３１
１にはＤＣ励磁を使用する必要がある。

【０１１３】図２６において、電磁方式による別な実施
の形態を示すと、図２４の電磁石３１７を永久磁石３１
６に置き換えた以外は、実質的に図２４と同じであり、
第２電磁要素３１２に対する励磁を必要としないから、
動力伝達装置３００の電気系統が簡略化されたものとな
る。しかし、図２４の電磁石３１７だと永久磁石３１６
よりも強大な磁場密度を有する磁場を提供することがで
きるので、励磁する電力も増大するが、図２６の動力伝
達装置３００では、出力できる電力が永久磁石３１６の
性能に左右されるものとなる。

【０１１４】図２７において、電磁方式による実施の形
態で図２６より更に簡略化されたものを示すと、図２６
のＤＣ電機子３１１をＡＣ電機子３１１に置き換えたも
のであって、ＤＣ励磁を行う以外は、図２４の操作特性
と実質的に同じである。

【０１１５】図２２から図２７に示した実施の形態は、
機械から機械への動力伝達において、速度とトルクとを
組合わせた機械的な動力の入力を別な組合せの機械的な
動力の出力に転換する動力伝達装置とすることができ、
機能的には従来技術の機械動力伝達装置、例えば液圧ト
ルクコンバーター、自動車、ディーゼル電気機関車（di
esel - electric locomotive）などに使用される発電機
／モーターセット（generator - motor set)と等価なも
のである。しかし、本発明にかかる動力伝達装置３００
の低速特性が、これらの実施の形態の説明で述べたよう
に、結合されて使用する動力伝達電磁手段が回転整流子
で最適化された速度範囲に制限されるので、高い効率の
ものとなる。

【０１１６】電気から機械への動力伝達において、各実
施の形態は、電磁原理により動作する新しい電動モータ
ーとなるので、電気駆動系統に直接適用することができ
るとともに、ＰＷＭのような複雑なパワー電子系統を必
要としない。そして、各実施の形態が良好な低速性能を
提供できるものであり、それは回転整流子が結合する電
磁動力伝達機構を従来のモーターの最適化された速度範
囲で操作できるからであって、その電磁動力伝達機構は
従来の電動機を改善するものと言える。

【０１１７】機械から電気への動力伝達において、各実
施の形態は、電磁原理で動作する新しい発電機というこ
とができる。そして、各実施の形態が良好な低速性能を
提供できるものであり、それは回転整流子が結合する電
磁動力伝達機構を従来の発電機の最適化された速度範囲
で操作できるからであって、その電磁動力伝達機構は従
来の発電機を改善するものと言える。

【０１１８】図２２から図２７に示した実施の形態にお
いて、機械から電気へ、電気から機械への動力伝達を行
う場合、動力伝達機構の２つの作用要素がそれぞれ形成
する磁場間の位相角（phase angle)が、動力伝達効率を
制御する１つのパラメーターとなる。通常、電磁的な第
２電磁要素３１２の駆動磁場は、伝達する動力に比例し
た所定角度で第１電磁要素３１１の駆動される磁場をリ
ードする。言い換えれば、リードする位相角が大きけれ
ば大きいほど、伝達する動力が大きくなる。もしもリー
ドしていた電磁的な第２電磁要素がリードされるように
なると、動力の伝達方向が反転して、エネルギー再生が
行われる。

【０１１９】これらの実施の形態の機械から機械への動
力伝達において、２つの磁場間の位相角は、入力と負荷
との状況によって決定される１つの角度となる。電気か
ら電気への動力伝達において、第１電磁要素がＤＣ電機
子である場合、もしも虚数整流指向ベクトルが制御され
て電磁要素の動力磁場に同期して回転するならば、その
位相角は発生されるＤＣ電力の出力電圧を制御するもの
となる。また、もしも指向ベクトルが動力磁場に同期し
ないものであれば、単相のＡＣ動力だけを発生させる。
これは、そのＤＣ電機子が１対の発生される電力を吸収
する整流子カーボンブラシ、またはパワー電子の等価構
成要素しか具備していないと仮定した場合である。この
ような位相角の制御を達成するためには、適当な制御手
段を設けて、回転整流子と相互に結合させなければなら
ない。

【０１２０】電気から電気への動力伝達において、図２
２から図２７に示した適用可能な実施の形態は、変圧器
の原理で動作する周波数コンバーター（frequency conv
erter)となる。回転整流子３２０の虚数整流指向ベクト
ルの角速度が制御パラメーターとなって、出力されるＡ
Ｃ電力の周波数を決定する。もしも指向ベクトルが制御
されて、第２電磁要素３１２の駆動磁場の回転に同期す
れば、回転整流子３２０に接続された導電線３３２_Eか
ら出力される電力が周波数ゼロのＡＣ電力、つまりＤＣ
電力となる。しかし、虚数整流指向ベクトルが制御され
て第２電磁要素３１２の回転磁場よりも速いか遅い角速
度で回転する時には、回転整流子３２０が第１電磁要素
３１１から吸収するＡＣ動力の周波数は、両者間の差と
なる。この場合、入力周波数を有する多相ＡＣ動力を入
力周波数と異なる周波数を有する別な電力に変換できる
ものとなる。

【０１２１】図２１に示した動力伝達装置３００、すな
わち図２２から図２７に示した各実施の形態は、機械か
ら機械および電気から機械への動力伝達において、受け
入れる機械的あるいは電気的な動力を自動加速すること
ができる。外部の動力源により一定の角速度（図２０の
入力速度線１０１）で動力伝達装置３００を駆動した場
合、受け入れた動力が伝達されて外部の機械的な負荷へ
出力されるが、負荷は、図２０に示した出力速度線１０
２に沿って加速される。電気から機械への動力伝達にお
いて、これは有利な特性であって、車輌ならびに工業用
の電気駆動という用途に適用することができる。機械か
ら機械への動力伝達においても、前記した機械方式の状
況に類似した利点を有している。

【０１２２】図２２から図２７に示した実施の形態にお
いて、電磁動力伝達機構と結合する回転整流子は、機械
式あるいはパワー電子式の回転整流子とすることができ
る。機械式の回転整流子は構造が比較的簡単なので、容
易に動力伝達機構と整合することができ、かつ操作も極
めて容易である。しかし、カーボンブラシと整流子リン
グとの間の摩擦接触を利用して動作する機械式の回転整
流子は定期的なメンテナンスを行って、短絡による故障
を防止または減少させる必要がある。また、半導体パワ
ー電子切換回路によるパワー電子式の回転整流子は装置
との整合が少し複雑なものとなる。但し、パワー電子式
の回転整流子はデジタル制御システムとの結合が容易で
あるから、動力伝達装置をデジタル制御方式で操作でき
るものとなる。更に、パワー電子式の回転整流子にはカ
ーボンブラシが摩耗するという問題が存在しない。図２
８と図２９とに示した電磁方式において、機械式回転整
流子の構造ならびにパワー電子式回転整流子の構造を図
示している。

【０１２３】図２８において、図２２から図２７の実施
の形態のように、電磁動力伝達機構に整合する機械式回
転整流子の要部を示すと、機械式回転整流子３２０_Mは
一定数量、例えば３対のカーボンブラシおよびカーボン
ブラシフレームを備えたものであり（図示は１つのカー
ボンブラシ３２１のみ）、カーボンブラシフレーム３２
２の内周面に固定されている。カーボンブラシ対の数量
は、図２２から図２７に示した実施の形態の磁化伝達作
用再分配機構である第１電磁要素３１１の電機子の構造
により決定される。もし整流される第１電磁要素３１１
の電機子がＤＣ励磁であれば、１対のカーボンブラシ３
２１で十分である。もし整流される第１電磁要素３１１
の電機子がＡＣ励磁であれば、１対以上のカーボンブラ
シ３２１が必要となる。また、カーボンブラシフレーム
３２２は、カーボンブラシ３２１を搭載するキャリアで
あって、例えば、中空な円筒形構造を採用して、各カー
ボンブラシ３２１をその内周面上の所定位置に配設する
が、例えばキャップ３２３を利用してカーボンブラシフ
レーム３２２に取り付けることができる。このキャップ
３２３内部にはバネなどの弾性部材（図示せず）を付設
して、カーボンブラシ３２１の表面を電機子である第１
電磁要素３１１の整流子リング３１５に押圧させるの
で、カーボンブラシ３２１が長時間の使用により次第に
摩耗してきても、一定の範囲では弾性部材によりカーボ
ンブラシ３２１を押し出すことができる。そして、カー
ボンブラシフレーム３２２の中空となった空間に、電機
子である第１電磁要素３１１の軸３３２Ｍおよび整流子
リング３１５を挿入することができ、適切に組立てられ
れば、カーボンブラシフレーム３２２に搭載された各カ
ーボンブラシ３２１が整流子リング３１５の表面に所定
角度ならびに所定位置で押圧される。

【０１２４】外部の電気的な動力が電機子である第１電
磁要素３１１を励磁する時、各カーボンブラシ３２１の
キャップ３２３がカーボンブラシフレーム３２２の外周
面の対応するスリップリング３６２と電気的に接続され
るが、図示のように、カーボンブラシフレーム３２２の
円筒壁面を貫通するコネクター３６４で接続される。ス
リップリング３６２を使用するのは回転整流子３２０_M
が回転するからであり、カーボンブラシフレーム３２２
が装置本体に対して回転するからである。対応する複数
のカーボンブラシ３２１とキャップ３２３とスリップリ
ング３６２とによって形成された導電性経路を利用し
て、外部の励磁動力源をコイル３１８から第１電磁要素
３１１の整流子リング３１５へ励磁動力として供給する
ことができる。

【０１２５】回転整流子３２０_Mのカーボンブラシフレ
ーム３２２の回転速度は、本発明にかかる動力伝達装置
３００の構造に基づいて決定されたシーケンス制御によ
り決められる。この回転速度は、動力の伝達形態および
ＡＣ動力の周波数などによって決まる。回転整流子３２
０_Mを回転させ、その１対のカーボンブラシにより決定
される虚数整流指向ベクトルの回転を、図２８には図示
していないが、電磁要素が発生させる磁場に同期させな
い時、通常は駆動器によりカーボンブラシフレーム３２
２を駆動することで、速度に基づいて制御するシーケン
スにより回転させることができる。また、回転整流子３
２０_Mが未整流要素である第２電磁要素３１２に同期し
て回転する特別な状況においては、カーボンブラシフレ
ーム３２２を第２電磁要素３１２上に単純に固定するこ
とにより、両者を同期して回転させることができる。例
えば、図２７の実施の形態において、第２電磁要素３１
２の永久磁石３１６で第１磁場を形成する場合、そのカ
ーボンブラシフレーム３２２を第２電磁要素３１２のケ
ース体上に直接固定することができる。

【０１２６】図２９において、本発明にかかる電磁方式
による実施の形態は、図２２から図２７に示した実施の
形態のように、パワー電子式回転整流子３２０_Eの回路
を示しており、半導体スイッチアレイ３２５と、制御ロ
ジック３２８とを備えている。このパワー電子式回転整
流子３２０_Eが第１電磁要素３１１（図２２から図２７
を参照）上に搭載されて、半導体スイッチ３２５_1A−３
２５_1D，３２５_2A−３２５_2D，…および３２５_NA−３２
５_NDがコイルアレイ３１９を構成するコイル３１９₁，
３１９₂，…ならびに３１９_Nに連接され、必要な励磁
切換シーケンスを実行できるようにしている。第１電磁
要素３１１中に合計Ｎ個のコイルがあるとすれば、この
半導体スイッチアレイ３２５によりコイル３１９₁，３
１９₂，…ならびに３１９_Nに対して励磁電力の供給を
行うことになる。この励磁に使用される動力源が外部か
ら提供される時は、１対のスリップリング３６２，３６
２により対応するカーボンブラシ３６１を介して外部動
力源３８１から励磁動力を受け入れるようにすることが
できる。半導体スイッチアレイ３２５により実施される
切換シーケンスは、制御ロジック３２８により制御され
る。制御ロジック３２８は、非整流電磁要素である第２
電磁要素３１２が形成する磁場の角速度と角度位置とに
基づいて、その制御シーケンスを実施する。第２電磁要
素３１２の形成する磁場の角速度と角度位置とは、セン
サー３２７によって検知されるものであり、例えば光電
結合方式により制御ロジック３２８に接続されて、検知
したデータを入力する。

【０１２７】図２９に示した実施の形態において、パワ
ー電子式回転整流子３２０_Eは、１対のカーボンブラシ
を備えてＤＣ励磁を受ける、図２８に示した機械式回転
整流子３２０_Mと機能的には等価である。外部のＤＣ動
力源３８１は、スリップリング３６２を介して対応する
カーボンブラシ３６１との回転摩擦接触を通じて励磁に
必要な電気的な動力を提供する。半導体スイッチアレイ
３２５中の半導体スイッチは、２組、すなわち正（ポジ
ティブ）グループ３２５_Pと負（ネガティブ）グループ
３２５_Nとに分かれ、各グループがそれぞれ半数を占め
る。第１電磁要素３１１の各コイル３１９₁，３１
９₂，…ならびに３１９_Nは、ＤＣ動力源３８１に切換
接続される両端をそれぞれ有している。その各端は、制
御ロジック３２８によって管理されるシーケンスに基づ
いて、それぞれＤＣ動力源３８１の正負端に切換接続さ
れる。もしもＳＣＲ（silicon - controlled rectifier
シリコン制御整流子）を半導体スイッチとして採用す
るならば、第１電磁要素３１１のコイルの各端には２つ
のＳＣＲを使用する必要があり、いずれもＤＣ動力源３
８１の正負端に順次接続して完全な回路とし、励磁が順
調に行われるようにしなければならない。従って、コイ
ルアレイ３１９中の合計Ｎ個のコイルについて言えば、
半導体スイッチアレイ３２５中に合計４Ｎ個のＳＣＲを
必要とする。例えば、コイルアレイ３１９中の３１９₁
を例に取れば、その両端の１つである３１９_1Aは、ＳＣ
Ｒ３２５_1A，３２５_1Cを介して、それぞれＤＣ動力源３
８１の正負端に接続されている。もう１つの３１９
_1Bは、ＳＣＲ３２５_1B，３２５_1Dを介して、それぞれＤ
Ｃ動力源３８１の正負端に接続されている。励磁シーケ
ンスにおいてコイル３１９₁の一端３１９_1Aが正端に接
続され、他端３１９_1Bが負端に接続される時、制御ロジ
ック３２８がトリガー信号バス３２６を介して、これら
２つのＳＣＲに対応するゲート信号を出力してＳＣＲ３
２５_1AおよびＳＣＲ３２５_1Dを同時にオンとする。コイ
ル端３１９_1Aを負端に接続し、コイル端３１９_1Bを正端
に接続する時は、ＳＣＲ３２５_1CおよびＳＣＲ３２５_1B
が同時にオンとなる。コイルアレイ３１９中のその他の
コイル３１９₂〜３１９_Nは、類似した制御シーケンス
に基づいて対応するＳＣＲに接続される。もちろん、コ
イルアレイ３１９において１つ以上のコイルが同時に励
磁されるように回路構成することも可能であり、いずれ
にせよ、制御ロジック３２８による適切なシーケンス制
御のもとでは、半導体スイッチアレイ３２５中の全ての
ＳＣＲが適切にオンオフの切換動作を行うことができ
る。

【０１２８】本発明にかかる機械方式と同様に、特定の
構造においては、電磁動力伝達機構の２つの第１電磁要
素ならびに第２電磁要素の役割を反転することができ
る。動力伝達装置の通常な入力から出力へと向かう動力
フローにおいて、このような反転により動力を反対方向
へ伝達することができる。このような反転状況は、公知
の電動機の同様な原理においても可能であり、機械的な
動力を伝達する回転軸を負荷により駆動する回転軸に変
えれば、モーターを容易に発電機に転換することができ
る。例えば、図２３で示した電磁方式による電気から機
械への動力伝達において、第２電磁要素３１２は、固定
されて回転しないケース体上に巻き付けられた多相コイ
ルであり、その磁化伝達作用再分配機構である第１電磁
要素３１１は、ＤＣ電機子であって、回転整流子３２０
により励磁されてるから、回転整流子３２０が１対のカ
ーボンブラシを備えた機械式の回転整流子であると仮定
すれば、励磁動力が外部の電気的な動力源から第２電磁
要素３１２の多相コイルに供給されると、その回転の角
速度が外部電力源の周波数に等しい磁場を形成する。こ
の磁場が、第１電磁要素３１１から回転整流子３２０を
介して励磁により形成された磁場へフィードバックさ
れ、両者間で第１電磁要素３１１を駆動することにな
る。回転整流子３２０の虚数整流指向ベクトルは、カー
ボンブラシの直径方向の軸線により決まる場合は、第２
電磁要素３１２の磁場に同期して回転する。つまり、外
部の電気的な動力源の周波数に基づいて変換された角速
度で同期して回転する。前記したように、出力軸３３２
_M、すなわち第１電磁要素３１１の回転軸は、図２０の
ギア比座標軸上の任意の速度で外部の負荷を駆動するこ
とができる。

【０１２９】そこで、機械的な負荷を機械的な動力源に
変換して第１電磁要素３１１の回転軸３３２_Mを駆動す
る時、第２電磁要素３１２の多相コイル３１７が多相Ａ
Ｃ動力を発生させることができるようになり、それに電
気接続された電気的な負荷を駆動できる。その際に第１
電磁要素３１１の回転軸３３２_M上に発生する機械的な
動力の角速度には関わりなく、再生されたＡＣ電力は、
もとの電気的な動力源と同一な周波数となるように制御
されている。これは、虚数整流指向ベクトルを元の電気
的な動力源の特定角速度に制御することで、簡単に実現
することができる。虚数整流指向ベクトルが対応する元
の動力源の回転磁場における必要な位相角となるように
制御することで、再生されるＡＣ動力は、元の外部の電
気的な動力源と同じ位相を備えたものとすることさえで
きる。このようなＡＣ電力を再生する能力は、大部分の
工業ならびに輸送分野において有効に活用できるものと
なる。例えば、図２３で説明した電磁方式が、通常の電
気から機械への動力伝達形態における鉄道機関車の駆動
モーターに応用することができる。その再生駆動ユニッ
トの電気系統を図３０に示す。

【０１３０】図３０において、第２電磁要素３１２の多
相コイルが回転しない固定子ケース体上の２相システム
（two-phase system）に巻き付けられ、電磁伝達作用再
分配機構であるＤＣ電機子としての第１電磁要素３１１
が回転子上に取り付けられている。図示では、ＤＣ電機
子としての第１電磁要素３１１が１つの歯車列により鉄
道車輌の駆動輪に連結されているように概略的に示して
おり、この駆動輪が機械的な負荷３８２である。電車は
パンタグラフ３８６を介して架線３８５から電気的な動
力源３８１の供給を受けるが、それは単相ＡＣであり、
必要とするのは９０度位相のずれた第２相である。この
ような第２相電源は、単相ＡＣ電源である電気的な動力
源３８１に対して１対１の供給を行う変圧器３８７を使
用することで容易に獲得できる。このような鉄道駆動系
統は、上述した電気から機械への動力伝達において、電
力会社の単相電源線から動力を得て、列車の加速または
登坂を行う。

【０１３１】そこで、列車の減速あるいは下り坂の場合
には、第１電磁要素３１１が列車の運動エネルギーまた
は位置エネルギーにより駆動されることになるので、系
統制御ロジック３８０を利用して、動力方向を反転した
操作を行うことができるようになる。つまり、機械的な
動力を電気的な動力として収集した後に架線３８５へパ
ンタグラフ３８６を介して直接送り返すことができる。
周波数、位相、電圧といったＡＣ動力の全てのパラメー
ターは、いずれも電力会社が発電し、配電する電力網に
蓄積された電力と一致するように制御することができる
ので、このようなエネルギーを回収して制動を行うこと
は充分に実現可能である。また、図３０に示したような
電磁方式は、廃熱発電（cogeneration）および風力ター
ビン発電などのような用途にも適用することができる。
廃熱発電設備では蒸気タービンから、風力発電設備では
風力タービンから発生する機械的な動力が、減速または
下り坂にある列車と同様に、類似した性質を有してい
る。もちろん、このように再生したＡＣ電力が商用電力
網の電力に適合したものでなければならず、もし高い周
波数の調波を商用電力網へ送り込めば、設備や部品を損
傷することになる。

【０１３２】なお、本発明にかかる電磁方式は、廃熱発
電や風力発電に適用される時、通常は１つの動力伝達方
向、つまり機械から電気への方向にだけ適用することが
できるものであって、基本的に図３０に示した装置構成
に類似したものとなる。更には、ここでは詳細な説明を
していないが、本発明にかかる電磁方式を利用した簡略
な再生制御の利点には、他にも多くの用途がある。そし
て、実用性という見地から、本発明の各実施の形態で
は、動力伝達機構中の１つ、または２つの電磁要素を動
力伝達装置と直接結合するものとしている。例えば、Ｄ
Ｃ電磁動力源は、その定格パワーが、通常、主要な動力
源より遥かに小さいので、動力伝達装置内部のＤＣ発電
機から提供するものとしている。従来の電動機と同じよ
うに、本発明にかかる電磁方式は、円筒形の中空ケース
体と、円柱形の回転子とから構成されるものが最適であ
る。組み立てに際して、円柱形の回転子を円筒形の中空
ケース体内部に挿入することができるので、図２１に示
した電磁方式のように、円筒形の中空ケース体を有する
第２電磁要素３１２と、円柱形の回転子である第１電磁
要素３１１として構築することができる。２つの構成要
素が縦の軸線で対称となるように取り付けられて、縦の
軸線を中心に相互回転する。このような構成が、機械式
回転整流子を採用する場合には好ましいものとなる。ま
た、もしも図２１の実施の形態において、動力方向を反
転できる動力伝達装置３００とするも可能である。磁化
伝達作用分配機構である第１電磁要素３１１を円筒形の
中空ケース体とし、第２電磁要素３１２を円柱形の回転
子とすればよい。すなわち、中空ケース体を回転整流子
により整流する要素に変える訳である。このような構造
は、本発明にかかるパワー電子式の回転整流子を採用し
た電磁方式に適したものとなる。

【０１３３】本発明にかかる動力伝達装置につき、実施
の形態に基づいて詳細に説明したが、その外の方式も可
能である。例えば、本発明にかかる電磁方式において、
動力伝達機構として利用される電動機も薄い円盤状構造
を採用して、２つの電磁要素間の相互作用を円盤の表面
で発生させるものとして、中空ケース体の円周面に発生
させるものとは異なったものとすることができる。ま
た、本発明にかかる動力伝達装置の並行軸構造を採用し
た機械方式につき、遊星歯車列を整合させた可変速の動
力伝達装置を固定比率による結合に置き換えることもで
きる。このような固定比率結合のギア比が、図５から図
７ならびに図８から図１０の第１電磁要素の速度線１０
３のＣ点に近いものを選択した場合、構成される動力伝
達装置は、大減速ギア比を有する歯車列に変わる。この
ような大減速ギア比を有する固定ギア比による歯車動力
伝達機構の構築は、極めて簡単であるとともに、比較的
大きなパワーを処理することができる。従って、以上の
ごとく、本発明を好適な実施例により開示したが、当業
者であれば容易に理解できるように、本発明の技術思想
の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なさ
れうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許
請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定め
なければならない。

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる動
力伝達装置は、機械から機械へ、機械から電気へ、電気
から機械へ、電気から電気への動力伝達形態において、
動力伝達作用の再分配により動力伝達機構の操作範囲を
最良性能範囲に限定して、その出力を静止起動回転速度
を含む出力回転速度範囲全体において実現することがで
きるので、良好な低速特性を獲得することができるとと
もに、入力から出力への正常な動力伝達のほかにも、反
対方向へ動力を伝達することができるので、動力再生を
も実現することができる。従って、本発明は、産業上、
画期的な価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる広義な動力伝達装置を示す基本
構成図である。

【図２】本発明にかかる動力伝達装置の標準化された角
速度と等価ギア比との関係を示す平面座標図である。

【図３】図１の広義な動力伝達装置における標準化角速
度と等価ギア比との関係を示す平面座標図である。

【図４】図１の広義な動力伝達装置につき、異なる構造
における標準化角速度と等価ギア比との関係を示す平面
座標図である。

【図５】本発明にかかる広義な動力伝達装置を構成する
機械方式のうち、標準遊星歯車列で伝達作用再分配機構
を構成した場合の各歯車間の角速度関係を示す平面座標
図である。

【図６】本発明にかかる広義な動力伝達装置を構成する
機械方式のうち、平歯車遊星歯車列で伝達作用再分配機
構を構成した場合の各歯車間の角速度関係を示す平面座
標図である。

【図７】本発明にかかる広義な動力伝達装置を構成する
機械方式のうち、差動機構で伝達作用再分配機構を構成
した場合の各歯車間の角速度関係を示す平面座標図であ
る。

【図８】本発明にかかる広義な動力伝達装置を構成する
機械方式のうち、標準遊星歯車列で別な伝達作用再分配
機構を構成した場合の各歯車間の角速度関係を示す平面
座標図である。

【図９】本発明にかかる広義な動力伝達装置を構成する
機械方式のうち、平歯車遊星歯車列で別な伝達作用再分
配機構を構成した場合の各歯車間の角速度関係を示す平
面座標図である。

【図１０】本発明にかかる広義な動力伝達装置を構成す
る機械方式のうち、差動機構で別な伝達作用再分配機構
を構成した場合の各歯車間の角速度関係を示す平面座標
図である。

【図１１】本発明にかかる動力伝達装置の広義な機械方
式を示す基本構成図である。

【図１２】図１１の機械方式において同軸構造を採用し
た場合の斜視図である。

【図１３】図１１の機械方式において平行軸構造を採用
した場合の斜視図である。

【図１４】図１１の機械方式において可変ピッチ円錐ベ
ルト車駆動構造を採用した場合の斜視図である。

【図１５】図１３の機械方式のうち、異なるギア比の平
行軸構造の角速度とギア比との関係を示す平面座標図で
ある。

【図１６】図１３の機械方式のうち、異なるギア比の別
な平行軸構造の角速度とギア比との関係を示す平面座標
図である。

【図１７】図１３の機械方式のうち、入力された機械的
な動力を太陽歯車から出力する遊星歯車列のバランスレ
バーシステムを示す要部説明図である。

【図１８】図１３の機械方式のうち、図１７の動力の伝
達方向とは反対方向への動力伝達を行うバランスレバー
システムを示す要部説明図である。

【図１９】本発明にかかる機械方式のうち、誘導電動機
を採用した動力伝達機構を示す説明断面図である。

【図２０】本発明にかかる電磁方式のうち、動力伝達機
構および伝達作用再分配機構の等価角速度とギア比との
関係を示す平面座標図である。

【図２１】図１の動力伝達装置の広義な電磁方式にかか
る基本構成を示す斜視図である。

【図２２】図２１の広義な電磁方式のうち、電磁要素と
して多相コイルおよび電磁伝達作用再分配機構としてＡ
Ｃ電機子を採用した動力伝達装置を示す説明断面図であ
る。

【図２３】図２１の広義な電磁方式のうち、電磁要素と
して多相コイルおよび電磁伝達作用再分配機構としてＤ
Ｃ電機子を採用した動力伝達装置を示す説明断面図であ
る。

【図２４】図２１の広義な電磁方式のうち、電磁要素と
して電磁石および電磁伝達作用再分配機構としてＡＣ電
機子を採用した動力伝達装置を示す説明断面図である。

【図２５】図２１の広義な電磁方式のうち、電磁要素と
して電磁石および電磁伝達作用再分配機構としてＤＣ電
機子を採用した動力伝達装置を示す説明断面図である。

【図２６】図２１の広義な電磁方式のうち、電磁要素と
して永久磁石および電磁伝達作用再分配機構としてＡＣ
電機子を採用した動力伝達装置を示す説明断面図であ
る。

【図２７】図２１の広義な電磁方式のうち、電磁要素と
して永久磁石および電磁伝達作用再分配機構としてＤＣ
電機子を採用した動力伝達装置を示す説明断面図であ
る。

【図２８】本発明にかかる電磁方式のうち、機械式の回
転整流子を示す斜視図である。

【図２９】本発明の電磁方式のうち、パワー電子式の回
転整流子を示す斜視図である。

【図３０】本発明にかかる電磁方式のうち、電車に適用
されたエネルギー再生構造中の電気回路系統を示す構成
説明図である。

【符号の説明】

Ｒ遊星歯車列のリング歯車の半径Ｓ遊星歯車列の太陽歯車の半径Ｓ_L 平歯車遊星歯車列の大きな太陽歯車の半径Ｓ_S 平歯車遊星歯車列の小さな太陽歯車の半径ｘギア比ｙ標準化された角速度 ω 角速度１００広義な動力伝達装置１１０動力伝達機構１１１第１伝達作用要素１１２第２伝達作用要素１２０伝達作用再分配機構１３１入力手段１３２出力手段１８１外部動力源１８２外部負荷１０１入力速度線１０２出力速度線１０３被駆動要素速度線１０５５０％のギア比による出力速度点１０１_A 減速された入力速度線１０１_R 縮小されたエンジン速度線１０３_A 減速された被駆動要素入力速度線１０３_R 減速されたキャリア速度線２００機械方式の動力伝達装置２１０機械方式の動力伝達機構（液圧カプラー、誘導
電動機）２２０機械方式の伝達作用再分配機構（外擺歯車列、
遊星歯車列）２１１駆動要素（羽根車、駆動ベルト車、太陽歯車、
磁場素子）２１２被駆動要素（タービン、被駆動ベルト車、かご
形素子）２１３駆動ベルト２１６永久磁石２２５バランスレバー３００電磁方式の動力伝達装置３１０電磁方式の動力伝達機構３２０電磁方式の伝達作用再分配機構（回転整流子）３１１第１電磁要素（ＡＣ電機子、ＤＣ電機子）３１２第２電磁要素３１６永久磁石３２１カーボンブラシ３２２カーボンブラシフレーム３２５半導体スイッチアレイ３８０（電車の再生式駆動ユニットの）系統制御ロジ
ック３８１（電車の再生式駆動ユニットの）外部動力源３８２（電車の再生式駆動ユニットの）外部負荷３８５（電車の）架線３８６パンタグラフ３８７変圧器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部動力源からの動力を受け入れる入力
手段と、外部負荷に対して動力を伝達する出力手段とを
有し、第１伝達作用要素および第２伝達作用要素を備え、前記
入力手段に連接されて一定の入力角速度で外部からの動
力を受け入れ、かつ前記第１伝達作用要素および前記第
２伝達作用要素が、それぞれ第１角速度ならびに第２角
速度で操作され、前記第１伝達作用要素および前記第２
伝達作用要素間の作用により動力を伝達する動力伝達機
構と、前記動力伝達装置ならびに出力手段と一体的に結合され
て、前記動力伝達装置が第１角速度ならびに第２角速度
で操作される時の動力伝達作用を、前記出力手段に対し
て再分配した上で前記出力手段に伝達するとともに、前
記出力手段により一定の出力角速度で動力を前記外部負
荷に伝達する伝達作用再分配機構とを具備することを特
徴とする動力伝達装置。
【請求項２】前記入力手段が、回転軸であって、前記
外部動力源からの機械的な動力を受け入れることができ
るとともに、前記出力手段もまた回転軸であって、機械
的な動力を前記外部負荷に伝達することができることを
特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】前記入力手段が、導電線であって、前記
外部動力源からの電気的な動力を受け入れることができ
るとともに、前記出力手段が、回転軸であって、機械的
な動力を前記外部負荷に伝達することができることを特
徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項４】前記入力手段が、回転軸であって、前記
外部動力源からの機械的な動力を受け入れることができ
るとともに、前記出力手段が、導電線であって、電気的
な動力を前記外部負荷に伝達することができることを特
徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項５】前記入力手段が、導電線であって、前記
外部動力源からの電気的な動力を受け入れることができ
るとともに、前記出力手段が、導電線であって、電気的
な動力を前記外部負荷に伝達することができることを特
徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項６】前記伝達作用再分配機構が、機械装置で
あって、機械方式により前記動力伝達機構の動力伝達作
用を前記出力手段に再分配するとともに、前記動力伝達
機構の操作速度範囲中の所定選択範囲を、前記動力伝達
機構の静止起動速度を含む速度範囲全体に対応するよう
に再調整することを特徴とする請求項１記載の動力伝達
装置。
【請求項７】前記伝達作用再分配機構が、電気装置で
あって、電気方式により前記動力伝達機構の動力伝達作
用を前記出力手段に再分配するとともに、前記動力伝達
機構の操作速度範囲中の所定選択範囲を、前記動力伝達
機構の静止起動速度を含む速度範囲全体に対応するよう
に再調整することを特徴とする請求項１記載の動力伝達
装置。
【請求項８】外部動力源からの動力を受け入れる入力
軸と、外部負荷に対して動力を伝達する出力軸とを有
し、駆動要素および被駆動要素を備え、前記入力軸に連接さ
れて一定の入力角速度で外部からの動力を受け入れ、か
つ前記駆動要素および前記被駆動要素が、それぞれ第１
角速度ならびに第２角速度で操作され、前記駆動要素お
よび前記被駆動要素間の作用により動力を伝達する動力
伝達機構と、第１歯車、第２歯車、第３歯車を有し、前記第１歯車が
固定静止されて回転せずに前記第３歯車が駆動されて回
転する時に、前記第２歯車が、前記第３歯車と同一方向
に回転し、かつその角速度が前記第３歯車よりも小さ
く、前記第３歯車が、前記動力伝達機構の前記駆動要素
に連接され、前記第２歯車が前記動力伝達機構の前記被
駆動要素に連接され、前記第１歯車が前記出力軸に連接
される、駆動ならびに被駆動の角速度によって操作され
る前記動力伝達機構の動力伝達作用を再分配して前記出
力軸に伝達し、前記出力軸を介して一定の角速度で機械
的な動力を前記外部負荷に伝達する外擺（はい）歯車列
とを具備することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項９】前記外擺歯車列が、遊星歯車列である請
求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１０】前記外擺歯車列が、平歯車遊星歯車列
である請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１１】前記外擺歯車列が、差動歯車列である
請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１２】前記外擺歯車列が、遊星歯車列であっ
て、太陽歯車と、複数個の遊星歯車を搭載するキャリア
歯車と、リング歯車とを備え、前記外擺歯車列の前記第
１歯車および第２歯車ならびに第３歯車が、それぞれ遊
星歯車列の前記太陽歯車およびキャリア歯車ならびにリ
ング歯車、あるいは前記リング歯車およびキャリア歯車
ならびに太陽歯車である請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１３】前記外擺歯車列が、正歯車遊星歯車列
であって、第１太陽歯車と、複数個の遊星歯車を搭載す
るキャリア歯車と、第２太陽歯車とを備え、前記第１太
陽歯車が第２太陽歯車よりも小さく、かつ前記外擺歯車
列の前記第１歯車および第２歯車ならびに第３歯車がそ
れぞれ前記正歯車遊星歯車列の前記第１太陽歯車および
第２太陽歯車ならびにキャリア歯車、あるいは前記キャ
リア歯車および第２太陽歯車ならびに第１太陽歯車であ
る請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１４】前記外擺歯車列が、差動歯車列であっ
て、第１傘歯車と、第２傘歯車と、複数個の遊星傘歯車
を搭載するキャリア歯車とを備え、前記外擺歯車列の前
記第１歯車および第２歯車ならびに第３歯車がそれぞれ
前記第１傘歯車およびキャリア歯車ならびに第２傘歯車
である請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１５】前記外擺歯車列の前記第３歯車が、前
記動力伝達機構の前記駆動要素と同軸により直接連結さ
れて両者を同期で回転させ、前記外擺歯車列の前記第２
歯車が、前記動力伝達機構の上記被駆動要素と同軸によ
り直接連結されて両者を同期して回転させることを特徴
とする請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項１６】前記外擺歯車列の前記第３歯車が、前
記動力伝達機構の前記駆動要素と連結されて両者を同期
して回転させ、前記外擺歯車列の前記第２歯車が、前記
動力伝達機構の前記被駆動要素と連結されて両者を同期
して回転させることを特徴とする請求項８記載の動力伝
達装置。
【請求項１７】前記外擺歯車列の前記第３歯車および
第２歯車が、前記第１歯車ならびに前記第２歯車との接
合を利用して前記動力伝達機構の駆動要素および被駆動
要素と連結されることを特徴とする請求項８記載の動力
伝達装置。
【請求項１８】前記第１歯車および第２歯車の接合
が、同一の歯車比ならびに同一の接合回転方向を備える
ことを特徴とする請求項１７記載の動力伝達装置。
【請求項１９】前記外擺歯車列の前記第３歯車および
第２歯車が、第１ベルトドライバーならびに第２ベルト
ドライバーを利用して前記動力伝達機構の駆動要素およ
び被駆動要素と連結されることを特徴とする請求項８記
載の動力伝達装置。
【請求項２０】前記第１ベルトドライバーおよび第２
ベルトドライバーが、同一の歯車比ならびに同一の接合
回転方向を備えることを特徴とする請求項１９記載の動
力伝達装置。
【請求項２１】入力軸角速度およびそれに対応する入
力から入力軸ならびに負荷の状態により決定されるもの
は、静止から同一回転方向の入力軸回転速度の所定パー
センテージ範囲内の出力軸角速度について言えば、前記
動力伝達機構の前記駆動要素および被駆動要素の両者
が、いずれも非静止角速度により操作されることを特徴
とする請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項２２】前記入力軸が、前記動力伝達機構の前
記駆動要素または被駆動要素に連接されることを特徴と
する請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項２３】前記動力伝達機構が、液圧カプラーで
あることを特徴とする請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項２４】前記動力伝達機構が、トルクインバー
ターであることを特徴とする請求項８記載の動力伝達装
置。
【請求項２５】前記動力伝達機構が、発電機およびモ
ーターを備えた発電機モーターセットであって、前記駆
動要素が前記発電機であり、前記被駆動要素が前記モー
ターであることを特徴とする請求項８記載の動力伝達装
置。
【請求項２６】前記動力伝達機構が、誘導電動機であ
って、永久磁石磁場ユニットとかご形回転子とを備える
ことを特徴とする請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項２７】前記動力伝達機構が、誘導電動機であ
って、かご形磁場ユニットと永久磁石回転子とを備える
ことを特徴とする請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項２８】前記動力伝達機構が、渦流カプラーで
あることを特徴とする請求項８記載の動力伝達装置。
【請求項２９】外部動力源から機械的な動力を受け入
れることができる入力軸と、外部負荷に対して機械的な
動力を伝達することができる出力軸とを備え、入力軸角
速度に対応して、前記出力軸が静止から同一回転方向の
入力軸角速度の所定パーセンテージの速度範囲内で操作
され、駆動要素と被駆動要素とを備え、前記入力軸に連接さ
れ、かつ所定の入力角速度で外部からの機械的な動力を
受け入れて同期して回転するとともに、前記駆動要素お
よび被駆動要素が、それぞれ駆動角速度ならびに被駆動
角速度で操作され、前記駆動要素および被駆動要素間の
作用を経て機械的な動力を伝達する動力伝達機構と、リング歯車と、太陽歯車と、複数個の遊星歯車を搭載し
たキャリア歯車とを備え、前記リング歯車が前記動力伝
達機構の前記駆動要素に連接されて両者が同期して回転
し、前記キャリア歯車が前記動力伝達機構の前記被駆動
要素に連接されて両者が同期して回転し、前記太陽歯車
が前記出力軸に連接されるとともに、駆動角速度および
被駆動角速度により操作される前記動力伝達機構の動力
伝達作用が再分配されて前記出力軸に伝達され、前記出
力軸が所定の出力角速度で機械的な動力を前記外部負荷
に伝達すると同時に、所定の入力角速度およびその速度
範囲内での入力から入力軸ならびに負荷の状態によって
決定される対応する出力角速度については、前記動力伝
達機構の前記駆動要素および被駆動要素の両者が、いず
れも非静止角速度で操作される遊星歯車列とを具備する
ことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項３０】外部動力源から機械的な動力を受け入
れることができる入力軸と、外部負荷に対して機械的な
動力を伝達することができる出力軸とを備え、入力軸角
速度に対応して、前記出力軸が静止から同一回転方向の
入力軸角速度の所定パーセンテージの速度範囲内で操作
され、駆動要素と被駆動要素とを備え、前記入力軸に連接さ
れ、かつ所定の入力角速度で外部からの機械的な動力を
受け入れて同期して回転するとともに、前記駆動要素お
よび被駆動要素が、それぞれ駆動角速度ならびに被駆動
角速度で操作され、前記駆動要素および被駆動要素間の
作用を経て機械的な動力を伝達する動力伝達機構と、第１太陽歯車と、複数個の遊星歯車を搭載したキャリア
歯車と、第２太陽歯車とを備え、前記第１太陽歯車が前
記第２太陽歯車より小さく、前記キャリア歯車が前記動
力伝達機構の前記駆動要素に連接されて両者が同期して
回転し、前記第２太陽歯車が前記動力伝達機構の前記被
駆動要素に連接されて両者が同期して回転し、前記第１
太陽歯車が前記出力軸に連接されるとともに、駆動角速
度および被駆動角速度により操作される前記動力伝達機
構の動力伝達作用が再分配されて前記出力軸に伝達さ
れ、前記出力軸が所定の出力角速度で機械的な動力を前
記外部負荷に伝達すると同時に、所定の入力角速度およ
びその速度範囲内での入力から入力軸ならびに負荷の状
態によって決定される対応する出力角速度については、
前記動力伝達機構の前記した駆動要素および被駆動要素
の両者が、いずれも非静止角速度で操作される平歯車遊
星歯車列とを具備することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項３１】外部動力源から機械的な動力を受け入
れることができる入力軸と、外部負荷に対して機械的な
動力を伝達することができる出力軸とを備え、入力軸角
速度に対応して、前記出力軸が静止から同一回転方向の
入力軸角速度の所定パーセンテージの速度範囲内で操作
され、駆動要素と被駆動要素とを備え、前記入力軸に連接さ
れ、かつ所定の入力角速度で外部からの機械的な動力を
受け入れて同期して回転するとともに、前記駆動要素お
よび被駆動要素が、それぞれ駆動角速度ならびに被駆動
角速度で操作され、前記駆動要素および被駆動要素間の
作用を経て機械的な動力を伝達する動力伝達機構と、第１傘歯車と、第２傘歯車と、複数個の遊星歯車を搭載
したキャリア歯車とを備え、前記第２傘歯車が前記動力
伝達機構の前記駆動要素に連接されて両者が同期して回
転し、前記キャリア歯車が前記動力伝達機構の前記被駆
動要素に連接されて両者が同期して回転し、前記第１傘
歯車が前記出力軸に連接されるとともに、駆動角速度お
よび被駆動角速度により操作される前記動力伝達機構の
動力伝達作用が再分配されて前記出力軸に伝達され、前
記出力軸が所定の角速度で機械的な動力を前記外部負荷
に伝達すると同時に、所定の入力軸角速度ならびにその
速度範囲内において入力から入力軸および負荷の状態に
よって決定される対応した出力軸角速度については、前
記動力伝達機構の前記駆動要素ならびに被駆動要素がい
ずれも非静止角速度で操作されるものである差動歯車列
とを具備することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項３２】外部動力源からの動力を受け入れる入
力手段と、外部負荷に対して動力を伝達する出力手段と
を有し、第１電磁要素と第２電磁要素とを備え、所定の入力角速
度で外部からの動力を受け入れ、かつ前記第１電磁要素
および第２電磁要素がそれぞれ第１角速度ならびに第２
角速度で操作され、前記第１電磁要素および第２電磁要
素間の作用により動力を伝達する電磁動力伝達機構と、前記第１電磁要素を磁化できるとともに、前記第１電磁
要素および第２電磁要素と一体的に組み合わされる回転
整流子とを備えると同時に、前記回転整流子が、所定の転流角度速度で操作されて前
記第１電磁要素を磁化し、かつ前記第１電磁要素中に第
１回転磁場を形成して、その回転角速度が前記第２電磁
要素中に形成される第２回転磁場の角速度に同期される
と同時に、前記電磁動力伝達機構が前記第１回転磁場および第２回
転磁場の角速度で操作される時の動力伝達作用が、前記
回転整流子により再分配されて前記出力手段に伝達さ
れ、前記出力手段が所定の出力角速度で動力を前記電磁
動力伝達機構から前記外部負荷へ伝達することを特徴と
する動力伝達装置。
【請求項３３】前記電磁動力伝達機構の前記第１電磁
要素が、前記回転整流子の励磁で前記第１回転磁場を形
成できる磁化再分配電磁コイルであり、前記電磁動力伝
達機構の前記第２電磁要素が、励磁により前記第２回転
磁場を形成できる電磁コイルであることを特徴とする請
求項３２記載の動力伝達装置。
【請求項３４】前記磁化再分配電磁コイルが、交流電
機子であって、複数個の電気的に切り換え可能な交流コ
イルを備え、かつ各電気的に切り換え可能な交流コイル
がいずれも前記回転整流子により順次供給される多相交
流電源で励磁されて、前記第１回転磁場を形成するとと
もに、前記電磁コイルが、多相コイルであって、多相交流電源
で励磁されて前記第２回転磁場を形成するとともに、前記回転整流子の転流角度速度が、前記第２電磁要素に
より形成される第２回転磁場の角速度と非同期となり、
その転流角度速度が、前記第２回転磁場の角速度と前記
回転整流子が上記第１電磁要素に供給する多相交流電源
の角速度との差であることを特徴とする請求項３３記載
の動力伝達装置。
【請求項３５】前記磁化再分配電磁コイルが、直流電
機子であって、複数個の電気的に切り換え可能な直流コ
イルを備え、かつ各電気的に切り換え可能な直流コイル
がいずれも前記回転整流子により順次供給される直流電
源で励磁されて、前記第１回転磁場を形成するととも
に、前記電磁コイルが、多相コイルであって、多相交流電源
で励磁されて前記第２回転磁場を形成するとともに、前記回転整流子の転流角度速度が、前記第２電磁要素に
より形成される第２回転磁場の角速度と同期することを
特徴とする請求項３３記載の動力伝達装置。
【請求項３６】前記磁化再分配電磁コイルが、交流電
機子であって、複数個の電気的に切り換え可能な交流コ
イルを備え、かつ各電気的に切り換え可能な交流コイル
がいずれも前記回転整流子により順次供給される多相交
流電源で励磁されて、前記第１回転磁場を形成するとと
もに、前記電磁コイルが、電磁鉄コイルであって、直流電源に
より励磁されて前記第２回転磁場を形成するとともに、前記回転整流子の転流角度速度が、前記第２電磁要素に
より形成される第２回転磁場の角速度と非同期となり、
その転流角度速度が、前記第２回転磁場の角速度と前記
回転整流子が上記第１電磁要素に供給する多相交流電源
の角速度との差であることを特徴とする請求項３３記載
の動力伝達装置。
【請求項３７】前記磁化再分配電磁コイルが、直流電
機子であって、複数個の電気的に切り換え可能な直流コ
イルを備え、かつ各電気的に切り換え可能な直流コイル
がいずれも前記回転整流子により順次供給される直流電
源で励磁されて、前記第１回転磁場を形成するととも
に、前記電磁コイルが、電磁鉄コイルであって、直流電源に
より励磁されて前記第２回転磁場を形成するとともに、前記回転整流子の転流角度速度が、前記第２電磁要素に
より形成される第２回転磁場の角速度に同期することを
特徴とする請求項３３記載の動力伝達装置。
【請求項３８】前記磁化再分配電磁コイルが、交流電
機子であって、複数個の電気的に切り換え可能な交流コ
イルを備え、かつ各電気的に切り換え可能な交流コイル
がいずれも前記回転整流子により順次供給される多相交
流電源で励磁されて、前記第１回転磁場を形成するとと
もに、前記電磁コイルが、永久磁石コイルであって、駆動され
て回転する時に前記第２回転磁場を形成するとともに、前記回転整流子の転流角度速度が、前記第２電磁要素に
より形成される第２回転磁場の角速度と非同期となり、
その転流角速度が、前記第２回転磁場の角速度と前記回
転整流子が前記第１電磁要素に供給する多相交流電源の
角速度との差であることを特徴とする請求項３３記載の
動力伝達装置。
【請求項３９】前記磁化再分配電磁コイルが、直流電
機子であって、複数個の電気的に切り換え可能な直流コ
イルを備え、かつ各電気的に切り換え可能な直流コイル
がいずれも前記回転整流子により順次供給される直流電
源で励磁されて、前記第１回転磁場を形成するととも
に、前記電磁コイルが、永久磁石コイルであって、駆動され
て回転する時に前記第２回転磁場を形成するとともに、前記回転整流子の転流角度速度が、前記第２電磁要素に
より形成される第２回転磁場の角速度に同期することを
特徴とする請求項３３記載の動力伝達装置。
【請求項４０】前記回転整流子が、機械式回転整流子
であって、カーボンブラシフレームと、前記カーボンブ
ラシフレームで支持される複数組のカーボンブラシを備
えるとともに、前記カーボンブラシフレームが、前記電磁動力伝達機構
の前記第２電磁要素に連結され、かつ前記複数組のカー
ボンブラシが、駆動されて整流子角速度で回転し、電気
的切り換えによる励磁で前記第１電磁要素の前記磁化再
分配電磁コイル中に形成される第１回転磁場が、前記第
２電磁要素中に形成される第２回転磁場に同期して回転
することを特徴とする請求項３４〜３９のいずれか１項
記載の動力伝達装置。
【請求項４１】前記回転整流子が、半導体パワー電子
式の回転整流子であって、磁場角度位置センサーおよび
複数個の半導体スイッチを有するパワー電子スイッチ回
路を備えるとともに、前記各半導体スイッチが前記第１
電磁要素の前記磁化再分配コイル中の対応するコイルに
連接されるとともに、前記磁場角度位置センサーが、前記電磁動力伝達機構の
前記第２電磁要素と結合されて、形成された第２回転磁
場の角度位置を検出し、前記パワー電子スイッチ回路中
の各半導体スイッチが電気的に前記磁化再分配コイル中
の対応するコイルに結合されて、前記第２回転磁場の検
出された角度位置を代表する検出信号が前記パワー電子
スイッチ回路中の半導体スイッチのオンならびにオフ状
態の切り換えをトリガーするとともに、それにより形成
される第１回転磁場が、前記第２電磁要素が形成する第
２回転磁場に同期して回転することを特徴とする請求項
３７〜４２のいずれか１項記載の動力伝達装置。
【請求項４２】前記電磁動力伝達機構の前記第１電磁
要素が、前記動力伝達装置の入力手段に連接され、前記
電磁動力伝達機構の前記第２電磁要素が、前記動力伝達
装置の出力手段に連接されることを特徴とする請求項３
２記載の動力伝達装置。
【請求項４３】前記動力伝達装置が、外部負荷が動力
源に変わるとともに、前記動力伝達装置の入力手段に連
接されたエネルギー回収機構を駆動して前記外部負荷か
らエネルギーを回収する時に、反対方向の動力フローを
伝達することを特徴とする請求項４２記載の動力伝達装
置。
【請求項４４】前記電磁動力伝達機構の前記第２電磁
要素が、前記動力伝達装置の入力手段に連接され、前記
電磁動力伝達機構の前記第１電磁要素が、前記動力伝達
装置の出力手段に連接されることを特徴とする請求項３
２記載の動力伝達装置。
【請求項４５】前記動力伝達装置が、外部負荷が動力
源に変わるとともに、前記動力伝達装置の入力手段に連
接されたエネルギー回収機構を駆動して前記外部負荷か
らエネルギーを回収する時に、反対方向の動力フローを
伝達することを特徴とする請求項４４記載の動力伝達装
置。
【請求項４６】前記電磁動力伝達機構の前記第１電磁
要素が、実際上は、円柱体形の回転子であるとともに、
前記電磁動力伝達機構の前記第２電磁要素が、実際上
は、中空円柱体形のケース体であって、前記第１電磁要素および第２電磁要素が、両者の対称縦
軸に沿って相互に重合する方式で保持し合い、前記回転
子が前記ケース体の中空となった空間に配置されて、前
記回転子ならびにケース体の両者が重合した軸線に沿っ
て回転可能で、かつ、両者が相互に回転可能なことを特
徴とする請求項３２記載の動力伝達装置。
【請求項４７】前記電磁動力伝達機構の前記第２電磁
要素が、実際上は、円柱体形の回転子であるとともに、
前記電磁動力伝達機構の前記第１電磁要素が、実際上
は、中空円柱体形のケース体であって、前記第１電磁要素および第２電磁要素が、両者の対称縦
軸に沿って相互に重合する方式で保持し合い、前記回転
子が前記ケース体の中空となった空間に配置されて、前
記回転子ならびにケース体の両者が重合した軸線に沿っ
て回転可能で、かつ、両者が相互に回転可能なことを特
徴とする請求項３２記載の動力伝達装置。
【請求項４８】前記入力手段が、回転軸であって、前
記第１電磁要素に連接されて、前記外部動力源から機械
的な動力の入力を受け入れるとともに、前記出力手段
が、回転軸であって、前記第２電磁要素に連接されて、
前記外部負荷に対して機械的な動力を出力することを特
徴とする請求項３４〜３９のいずれか１項記載の動力伝
達装置。
【請求項４９】前記入力手段が、導電線であって、前
記第１電磁要素に連接されて、前記外部動力源から電気
的な動力の入力を受け入れるとともに、前記出力手段
が、回転軸であって、前記第２電磁要素に連接されて、
前記外部負荷に対して機械的な動力を出力することを特
徴とする請求項３４または３５記載の動力伝達装置。
【請求項５０】前記入力手段が、回転軸であって、前
記第１電磁要素に連接されて、前記外部動力源から機械
的な動力の入力を受け入れるとともに、前記出力手段
が、導電線であって、前記第２電磁要素に連接されて、
前記外部負荷に対して電気的な動力を出力することを特
徴とする請求項３４〜３９のいずれか１項記載の動力伝
達装置。
【請求項５１】前記入力手段が、導電線であって、前
記第１電磁要素に連接されて、前記外部動力源から電気
的な動力の入力を受け入れるとともに、前記出力手段
が、導電線であって、前記第２電磁要素に連接されて、
前記外部負荷に対して電気的な動力を出力することを特
徴とする請求項３４または３５記載の動力伝達装置。
【請求項５２】外部動力源からの機械的な動力を受け
入れる入力手段と、外部負荷に対して機械的な動力を伝
達する出力手段とを有し、直流電動機の電機子および永久磁石磁場ケース体を備
え、前記電機子が複数個のコイルと整流子ターリングと
を有し、前記永久磁石磁場ケース体がケース体内部表面
に固定された複数個の永久磁石により磁場を形成すると
ともに、所定の入力角速度で外部からの動力を受け入
れ、かつ前記電機子ならびに前記永久磁石磁場ケース体
がそれぞれ第１角速度および第２角速度で操作されて、
前記電機子ならびに前記永久磁石磁場ケース体がおのお
の形成する磁場間の作用を介して動力を伝達する電磁動
力伝達機構と、カーボンブラシフレームおよび前記カーボンブラシフレ
ームに搭載される１組のカーボンブラシを備えて、前記
電機子を磁化できるとともに、前記カーボンブラシフレ
ームが前記永久磁石磁場ケース体に連接され、前記１組
のカーボンブラシが前記回転整流子リングに接触して回
転駆動され、前記電機子の前記複数個のコイル中に第１
回転磁場を形成する回転整流子とを備えるとともに、第１角速度で回転する第１回転磁場が、永久磁石磁場ケ
ース体により形成される第２回転磁場の角速度に同期
し、前記１組のカーボンブラシが駆動されて前記第２回
転磁場に同期して回転し、前記電磁動力伝達機構が同期
する角速度で操作される前記第１回転磁場ならびに第２
回転磁場間に発生する動力伝達電磁作用を前記回転整流
子を介して前記出力手段に再分配し、前記出力手段が動
力を前記電磁動力伝達手段により所定の出力角速度で前
記外部負荷に伝達することを特徴とする機械動力伝達装
置。
【請求項５３】外部動力源からの機械的な動力を受け
入れる入力手段と、外部負荷に対して機械的な動力を伝
達する出力手段とを有し、磁化可能回転子および永久磁石磁場ケース体を備え、前
記磁化可能回転子が直流電動機の複数個のコイルを有
し、前記永久磁石磁場ケース体がケース体の内部表面に
固定された複数個の永久磁石を有して磁場を形成し、所
定の入力角速度で外部からの動力を受け入れ、前記磁化
可能回転子ならびに永久磁石磁場ケース体がそれぞれ第
１角速度および第２角速度で操作され、前記磁化可能回
転子および永久磁石磁場ケース体がおのおの形成する磁
場間の作用により動力を伝達する電磁動力伝達機構と、磁場角度位置センサーおよび複数個の半導体スイッチを
有するパワー電子スイッチ回路とを備え、前記磁化可能
回転子を磁化するとともに、前記永久磁石磁場ケース体
と結合されて形成された第２回転磁場の角度位置を検出
し、前記パワー電子スイッチ回路中の各半導体スイッチ
が前記磁化可能回転子中の対応するコイルと結合され
て、磁場の検出された角度位置を代表する検出信号が前
記パワー電子スイッチ回路中の半導体スイッチのオン・
オフ状態の切り換えをトリガーする半導体パワー電子式
回転整流子とを具備するとともに、形成された第１回転磁場が前記永久磁石磁場ケース体が
形成する第２回転磁場に同期して回転し、前記電磁動力
伝達機構が同期する角速度で操作される前記第１回転磁
場および第２回転磁場間に発生する動力伝達電磁作用が
前記半導体パワー電子式回転整流子により前記出力手段
に再分配され、前記出力手段が動力を前記電磁動力伝達
機構を介して所定の出力角速度で前記外部負荷に伝達す
ることを特徴とする機械動力伝達装置。
【請求項５４】外部動力源からの機械的な動力を受け
入れる入力手段と、外部負荷に対して機械的な動力を伝
達する出力手段とを有し、直流電動機の電機子および電磁場ケース体を備え、前記
電機子が複数個のコイルおよび整流子リングを有し、前
記電磁場ケース体が多相交流コイルならびに回転子と磁
場コイルとを有する交流電動機を有し、連接された磁場
コイルのコイルならびに多相コイル中に多相交流電流に
より磁場を形成するとともに、所定の入力角速度で外部
からの動力を受け入れ、前記電機子ならびに前記電磁場
ケース体がそれぞれ第１角速度および第２角速度で操作
されて、前記電機子ならびに前記電磁場ケース体がおの
おの形成する磁場間の作用を介して動力を伝達する電磁
動力伝達機構と、カーボンブラシフレームおよび前記整カーボンブラシフ
レームに搭載される１組のカーボンブラシを備え、前記
電機子を磁化できるとともに、前記カーボンブラシフレ
ームが前記電磁場ケース体に連接され、前記１組のカー
ボンブラシが前記整流子リングに接触して回転駆動さ
れ、前記電機子の前記複数個のコイル中に第１回転磁場
を形成する回転整流子とを備え、第１角速度で回転する
第１回転磁場が電磁場ケース体により形成される第２回
転磁場の角速度に同期される回転整流子とを設け、前記１組のカーボンブラシが駆動されて前記第２回転磁
場に同期して回転し、前記電磁動力伝達機構が同期する
角速度で操作される前記第１回転磁場ならびに第２回転
磁場間に発生する動力伝達電磁作用を前記回転整流子介
して出力手段に再分配し、前記出力手段が動力を前記電
磁動力伝達手段により所定の出力角速度で前記外部負荷
に伝達することを特徴とする機械動力伝達装置。
【請求項５５】外部動力源からの機械的な動力を受け
入れる入力手段と、外部負荷に対して機械的な動力を伝
達する出力手段とを有し、磁化可能回転子および電磁場ケース体を備え、前記磁化
可能回転子が直流電動機の複数個のコイルを有し、前記
電磁場ケース体が多相交流コイルならびに回転子と磁場
コイルとを有する交流電動機を有し、連接された磁場コ
イルのコイルならびに多相コイル中に多相交流電流によ
り磁場を形成し、所定の入力角速度で外部からの動力を
受け入れ、かつ前記電機子ならびに前記電磁場ケース体
がそれぞれ第１角速度および第２角速度で操作され、前
記磁化可能回転子ならびに前記電磁場ケース体がおのお
の形成する磁場間の作用を介して動力を伝達する電磁動
力伝達機構と、磁場角度位置センサーおよび複数個の半導体スイッチを
有するパワー電子スイッチ回路とを備え、前記磁化可能
回転子を磁化するとともに、前記電磁場ケース体と結合
されて形成された第２回転磁場の角度位置を検出し、前
記パワー電子スイッチ回路中の各半導体スイッチが前記
磁化可能回転子中の対応するコイルと結合されて、磁場
の検出された角度位置を代表する検出信号が前記パワー
電子スイッチ回路中の半導体スイッチのオン・オフ状態
の切り換えをトリガーする半導体パワー電子式回転整流
子とを具備し、形成された第１回転磁場が前記電磁場ケース体が形成す
る第２回転磁場に同期して回転し、前記電磁動力伝達機
構が同期する角速度で操作される前記第１回転磁場およ
び第２回転磁場間に発生する動力伝達電磁作用を前記半
導体パワー電子式回転整流子を介して前記出力手段に再
分配し、前記出力手段が動力を前記電磁動力伝達機構を
介して所定の出力角速度で前記外部負荷に伝達すること
を特徴とする機械動力伝達装置。