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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022057983
(43)【公開日】2022-04-11
(54)【発明の名称】エネルギー変換装置及び可変ゲイン機構
(51)【国際特許分類】
F16H 33/02 20060101AFI20220404BHJP
F16H 1/28 20060101ALI20220404BHJP
B25J 17/00 20060101ALN20220404BHJP
【ＦＩ】
F16H33/02 Z
F16H1/28
B25J17/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020166520
(22)【出願日】2020-09-30
(71)【出願人】
【識別番号】500352258
【氏名又は名称】ウインテスト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127384
【弁理士】
【氏名又は名称】坊野 康博
(72)【発明者】
【氏名】加賀 祐希
(72)【発明者】
【氏名】森田 寿郎
【テーマコード（参考）】
3C707
3J027
【Ｆターム（参考）】
3C707BS12
3C707CX03
3C707HT02
3C707HT25
3C707HT36
3C707KS21
3C707KX10
3J027FA07
3J027FB32
3J027GB03
3J027GC15
3J027GC22
3J027GD04
3J027GD08
3J027GE14
3J027GE21
(57)【要約】 （修正有）
【課題】力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用する。
【解決手段】エネルギー変換装置１は、トルク源１０と、無段変速機２０と、を備える。トルク源１０は、力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能である。無断変速機２０は、トルク源１０に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能である。無段変速機２０は、太陽歯車と、太陽歯車との噛み合い位置を相対移動可能な遊星歯車と、遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、遊星歯車と一体に回転するプーリと、プーリに巻き掛けられ、遊星歯車を太陽歯車に押し付けると共に、遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、索条部材に張力を与える張力調整部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】エネルギー変換装置１は、トルク源１０と、無段変速機２０と、を備える。トルク源１０は、力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能である。無断変速機２０は、トルク源１０に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能である。無段変速機２０は、太陽歯車と、太陽歯車との噛み合い位置を相対移動可能な遊星歯車と、遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、遊星歯車と一体に回転するプーリと、プーリに巻き掛けられ、遊星歯車を太陽歯車に押し付けると共に、遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、索条部材に張力を与える張力調整部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能なトルク源と、
前記トルク源に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能な可変ゲイン機構と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
前記トルク源に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能な可変ゲイン機構と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項2】
前記可変ゲイン機構は、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車と、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、前記太陽歯車との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車と、
前記遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、前記遊星歯車と一体に回転するプーリと、
前記プーリに巻き掛けられ、前記遊星歯車を前記太陽歯車に押し付けると共に、前記遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、
前記索条部材に張力を与える張力調整部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換装置。
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車と、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、前記太陽歯車との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車と、
前記遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、前記遊星歯車と一体に回転するプーリと、
前記プーリに巻き掛けられ、前記遊星歯車を前記太陽歯車に押し付けると共に、前記遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、
前記索条部材に張力を与える張力調整部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項3】
前記遊星歯車の公転軌道において、異なる位相に位置する前記プーリを前記太陽歯車に押し付ける複数の前記索条部材を備えることを特徴とする請求項２に記載のエネルギー変換装置。
【請求項4】
入力軸が前記可変ゲイン機構の出力軸に連結され、入力軸と複数の出力軸とにおいて力学的エネルギーを伝達する差動装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項5】
第１の前記差動装置の出力軸に、第２の前記差動装置が直列に連結されていることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー変換装置。
【請求項6】
前記トルク源は、位置エネルギー及び運動エネルギーの少なくともいずれかが変化する負荷に対するエネルギーの供給及び当該負荷からのエネルギーの蓄積を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項7】
前記トルク源は、往復動作を行う負荷の一方向の動作においてエネルギーを供給すると共に、他の方向の動作においてエネルギーを蓄積することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項8】
負荷を駆動する前記トルク源とは異なる駆動源を備え、
前記トルク源は、前記駆動源と協働して、または、単独で負荷を駆動することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
前記トルク源は、前記駆動源と協働して、または、単独で負荷を駆動することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項9】
前記トルク源は、負荷の動作を制動する際に負荷側から入力される回生エネルギーを蓄積することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項10】
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車と、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、前記太陽歯車との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車と、
前記遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、前記遊星歯車と一体に回転するプーリと、
前記プーリに巻き掛けられ、前記遊星歯車を前記太陽歯車に押し付けると共に、前記遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、
前記索条部材に張力を与える張力調整部と、
を備えることを特徴とする可変ゲイン機構。
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、前記太陽歯車との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車と、
前記遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、前記遊星歯車と一体に回転するプーリと、
前記プーリに巻き掛けられ、前記遊星歯車を前記太陽歯車に押し付けると共に、前記遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、
前記索条部材に張力を与える張力調整部と、
を備えることを特徴とする可変ゲイン機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、力学的エネルギーの変換を行うエネルギー変換装置及び可変ゲイン機構に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、省エネルギーの必要性が高まっており、種々の局面において、余剰エネルギーの有効活用が図られている。
例えば、ハイブリッド型の自動車や電車においては、制動時に発生するエネルギーをバッテリに回生する技術が用いられている。
ここで、特許文献１には、自動車の運動エネルギーをジェネレータによって電気的なエネルギーに変換して、バッテリに蓄積する技術が開示されている。
例えば、ハイブリッド型の自動車や電車においては、制動時に発生するエネルギーをバッテリに回生する技術が用いられている。
ここで、特許文献１には、自動車の運動エネルギーをジェネレータによって電気的なエネルギーに変換して、バッテリに蓄積する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－９９２４３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、運動エネルギーや位置エネルギー等の力学的エネルギーを蓄積する場合、電気的エネルギー等、力学的エネルギー以外の形態に変換すると、エネルギーの損失が大きくなり、回生されるエネルギーの効率が低下することとなる。
即ち、従来の技術においては、力学的エネルギーを効率的に蓄積及び利用することが困難であった。
即ち、従来の技術においては、力学的エネルギーを効率的に蓄積及び利用することが困難であった。
【0005】
本発明の課題は、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るエネルギー変換装置は、
力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能なトルク源と、
前記トルク源に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能な可変ゲイン機構と、
を備える。
力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能なトルク源と、
前記トルク源に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能な可変ゲイン機構と、
を備える。
【0007】
また、本発明の一態様に係る可変ゲイン機構は、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車と、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、前記太陽歯車との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車と、
前記遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、前記遊星歯車と一体に回転するプーリと、
前記プーリに巻き掛けられ、前記遊星歯車を前記太陽歯車に押し付けると共に、前記遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、
前記索条部材に張力を与える張力調整部と、
を備える。
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車と、
歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、前記太陽歯車との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車と、
前記遊星歯車の自転軸と同軸に設置され、前記遊星歯車と一体に回転するプーリと、
前記プーリに巻き掛けられ、前記遊星歯車を前記太陽歯車に押し付けると共に、前記遊星歯車の公転に対する固定部となる索条部材と、
前記索条部材に張力を与える張力調整部と、
を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係るエネルギー変換装置１の全体構成を示す模式図である。
【図2】無段変速機２０の具体的構成例を示す模式図（上面図）である。
【図3】無段変速機２０の具体的構成例を示す模式図（側面図）である。
【図4】第１実施形態における太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂを構成する傘歯車Ｇの構造例を示す模式図である。
【図5】無段変速機２０を構成するための条件（１）を充足しない遊星歯車の設置例を示す模式図である。
【図6】無段変速機２０を構成するための条件（１）を充足しない遊星歯車の設置例を示す模式図である。
【図7】無段変速機２０を構成するための条件（２）を充足しない遊星歯車の設置例を示す模式図である。
【図8】無段変速機２０を構成するための条件（２）を充足しない遊星歯車の設置例を示す模式図である。
【図9】差動装置３０の具体的構成例を示す模式図である。
【図10】定トルクばねを用いた場合のエネルギー変換装置１の出力特性を示す模式図である。
【図11】通常のばね（定トルクばねではないばね）を用いた場合のエネルギー変換装置１の出力特性を示す模式図である。
【図12】エネルギー変換装置１の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図13】エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００の構成例を示す模式図である。
【図14】エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００の機能的構成を示すブロック図である。
【図15】エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００の構成例を示す模式図である。
【図16】エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００の機能的構成を示すブロック図である。
【図17】エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００の構成例を示す模式図である。
【図18】エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００の機能的構成を示すブロック図である。
【図19】差動装置３０を直列に複数設置したエネルギー変換装置１の構成例を示す模式図である。
【図20】負荷を挟んで対称にエネルギー変換装置１を設置したエネルギー変換装置４００の構成例を示す模式図である。
【図21】差動装置３０の入力軸と出力軸との相対回転速度を無段変速機２０の速度可変機能によって制御する場合のエネルギー変換装置１の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
本実施形態に係るエネルギー変換装置は、弾性エネルギーを蓄積するトルク源、無段変速機及び差動装置を備え、無段変速機において、トルク源からの出力をゲイン可変として差動装置に出力すると共に、差動装置において、無段変速機の出力を複数の負荷に分配して伝達する。また、本実施形態に係るエネルギー変換装置は、複数の負荷からの入力を差動装置に入力し、差動装置において、複数の負荷からの入力を統合して無段変速機に入力すると共に、無段変速機において、差動装置からの入力をゲイン可変としてトルク源に入力する。
［第１実施形態］
本実施形態に係るエネルギー変換装置は、弾性エネルギーを蓄積するトルク源、無段変速機及び差動装置を備え、無段変速機において、トルク源からの出力をゲイン可変として差動装置に出力すると共に、差動装置において、無段変速機の出力を複数の負荷に分配して伝達する。また、本実施形態に係るエネルギー変換装置は、複数の負荷からの入力を差動装置に入力し、差動装置において、複数の負荷からの入力を統合して無段変速機に入力すると共に、無段変速機において、差動装置からの入力をゲイン可変としてトルク源に入力する。
【0011】
そのため、トルク源からの出力にゲインを与えて大きさを調整しながら、調整された出力を差動装置によって複数の負荷に分配することができる。また、複数の負荷からの入力を差動装置によって統合し、統合された入力にゲインの逆数を与えてトルク源に入力することができる。
したがって、トルク源からの出力を全体として適切な出力に調整しつつ、複数の負荷それぞれに応じた出力を加えることができる。
また、複数の負荷からの入力を統合して、入力されたエネルギーをトルク源に回収することができる。
したがって、トルク源からの出力を全体として適切な出力に調整しつつ、複数の負荷それぞれに応じた出力を加えることができる。
また、複数の負荷からの入力を統合して、入力されたエネルギーをトルク源に回収することができる。
【0012】
即ち、トルク源に蓄積されているエネルギーを負荷における力学的エネルギーとして出力することができると共に、負荷からの力学的エネルギーを回生エネルギーとしてトルク源に蓄積することができる。
このように、本実施形態におけるエネルギー変換装置によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
ただし、負荷が単一である場合等、差動装置による出力の分配及び入力の統合が必要ない場合には、差動装置を備えることなく、トルク源及び無段変速機によってエネルギー変換装置を構成することができる。即ち、トルク源からの出力をゲイン可変として負荷に出力すると共に、負荷からの入力をゲイン可変としてトルク源に入力することで、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能である。
なお、本実施形態に係るエネルギー変換機構は、力学的エネルギーの入出力を行う各種機構を適用対象とすることができる。例えば、ロボットの関節、自動車やドローンといった移動体の駆動機構や他の可動部、エレベータや立体駐車場等の昇降装置、自動ドア等を対象とすることができる。
このように、本実施形態におけるエネルギー変換装置によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
ただし、負荷が単一である場合等、差動装置による出力の分配及び入力の統合が必要ない場合には、差動装置を備えることなく、トルク源及び無段変速機によってエネルギー変換装置を構成することができる。即ち、トルク源からの出力をゲイン可変として負荷に出力すると共に、負荷からの入力をゲイン可変としてトルク源に入力することで、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能である。
なお、本実施形態に係るエネルギー変換機構は、力学的エネルギーの入出力を行う各種機構を適用対象とすることができる。例えば、ロボットの関節、自動車やドローンといった移動体の駆動機構や他の可動部、エレベータや立体駐車場等の昇降装置、自動ドア等を対象とすることができる。
【0013】
［構成］
図１は、本実施形態に係るエネルギー変換装置１の全体構成を示す模式図である。
図１に示すように、エネルギー変換装置１は、トルク源１０と、無段変速機２０と、差動装置３０と、を備えている。なお、ここでは、一例として、エネルギー変換装置１に２つの負荷Ｌ１，Ｌ２が接続されているものとして説明する。
トルク源１０は、例えば、定トルクばねあるいはカウンタウェイト機構（カウンタウェイトに作用する重力を定トルクとして出力する機構）等によって構成され、負荷の状態に関わらず一定のトルクを出力する。また、トルク源１０は、力学的エネルギーを負荷に対して供給すると共に、負荷から入力された力学的エネルギーを蓄積する。
図１は、本実施形態に係るエネルギー変換装置１の全体構成を示す模式図である。
図１に示すように、エネルギー変換装置１は、トルク源１０と、無段変速機２０と、差動装置３０と、を備えている。なお、ここでは、一例として、エネルギー変換装置１に２つの負荷Ｌ１，Ｌ２が接続されているものとして説明する。
トルク源１０は、例えば、定トルクばねあるいはカウンタウェイト機構（カウンタウェイトに作用する重力を定トルクとして出力する機構）等によって構成され、負荷の状態に関わらず一定のトルクを出力する。また、トルク源１０は、力学的エネルギーを負荷に対して供給すると共に、負荷から入力された力学的エネルギーを蓄積する。
【0014】
無段変速機２０は、入力に対して無段階にゲインを与えて出力する装置であり、入力されたトルク及び回転速度に設定されたゲインを加えて出力する。無段変速機２０は、入力側（トルク源１０側）からの入力に設定されたゲインを与えて出力側（差動装置３０側）から出力すると共に、出力側からの入力に対して、設定されたゲインの逆数を与えて入力側から出力する。本実施形態における無段変速機２０は、後述するように、非回転状態で変速比を変更可能な構成を有している。
差動装置３０は、例えば、デファレンシャル・ギア等の機構によって構成され、入力側（無段変速機２０）からの入力を複数の出力側（負荷Ｌ１，Ｌ２）に分配して伝達すると共に、出力側からの入力を統合して入力側に伝達する。なお、差動装置３０は、出力の分配及び入力の統合が必要な場合に適宜設置することが可能な構成要素である。
差動装置３０は、例えば、デファレンシャル・ギア等の機構によって構成され、入力側（無段変速機２０）からの入力を複数の出力側（負荷Ｌ１，Ｌ２）に分配して伝達すると共に、出力側からの入力を統合して入力側に伝達する。なお、差動装置３０は、出力の分配及び入力の統合が必要な場合に適宜設置することが可能な構成要素である。
【0015】
［無段変速機２０の構成］
次に、無段変速機２０の具体的構成について説明する。
図２及び図３は、無段変速機２０の具体的構成例を示す模式図であり、図２は無断変速機２０の上面図、図３は無断変速機２０の側面図である。
図２及び図３に示すように、本実施形態における無段変速機２０は、遊星歯車機構の一種として構成され、太陽歯車２１と、遊星歯車２２ａ，２２ｂと、歯付きアイドラ２３と、キャリア２４ａ，２４ｂと、入力側支持部材２５と、出力側支持部材２６と、タイミングベルト２７ａ，２７ｂと、張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄと、を備えている。
次に、無段変速機２０の具体的構成について説明する。
図２及び図３は、無段変速機２０の具体的構成例を示す模式図であり、図２は無断変速機２０の上面図、図３は無断変速機２０の側面図である。
図２及び図３に示すように、本実施形態における無段変速機２０は、遊星歯車機構の一種として構成され、太陽歯車２１と、遊星歯車２２ａ，２２ｂと、歯付きアイドラ２３と、キャリア２４ａ，２４ｂと、入力側支持部材２５と、出力側支持部材２６と、タイミングベルト２７ａ，２７ｂと、張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄと、を備えている。
【0016】
太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂは、回転軸方向の位置によって回転半径が異なる歯車（即ち、歯筋に沿う方向においてピッチ面の直径が異なる歯車）によって構成され、回転軸方向の位置（即ち、歯筋に沿う方向の位置）において、歯車のモジュールが変化する形状（即ち、歯数が同一でピッチ円の直径が異なる形状）を有している。本実施形態において、太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂは、回転軸方向の一端から他端に近づくほど、モジュールが小さくなる構造となっている。
【0017】
図４は、本実施形態における太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂを構成する歯車Ｇの構造例を示す模式図である。
図４に示すように、本実施形態における太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂを構成する歯車Ｇは、底面側（回転半径が大きい側）から頂点側（回転半径が小さい側）にわたり、外周面に歯が形成されており、底面側のモジュールは大きく、頂点側に近づくほどモジュールが小さくなる構造となっている。
図４に示すように、本実施形態における太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂを構成する歯車Ｇは、底面側（回転半径が大きい側）から頂点側（回転半径が小さい側）にわたり、外周面に歯が形成されており、底面側のモジュールは大きく、頂点側に近づくほどモジュールが小さくなる構造となっている。
【0018】
歯車Ｇによって太陽歯車２１及び遊星歯車２２ａ，２２ｂを構成した場合、回転軸からの半径をｒ、噛み合い高さをｈとすると、無段変速機２０の変速比αは、歯車Ｇの半径ｒ及び噛み合い高さｈの関数として、式（１）のように表すことができる。ただし、噛み合い高さｈは、歯車Ｇの回転軸方向における底面から頂点までの正規化された距離（０～１）である。
【0019】
【数1】
【0020】
本実施形態の無断変速機２０において、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとは、回転軸が平行で、転置された状態（歯車が逆向きの状態）で配置されている。また、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとは、後述するタイミングベルト２７ａ，２７ｂの拘束力によって歯の噛み合いを維持した状態で、互いに回転軸方向に移動可能（即ち、歯筋に沿って移動可能）となっている。
【0021】
そのため、遊星歯車２２ａ，２２ｂと太陽歯車２１との歯の噛み合い位置が底面側に近づくほど（噛み合い高さｈが小さいほど）、噛み合い位置の半径ｒが大きくなり、遊星歯車２２ａ，２２ｂと太陽歯車２１との歯の噛み合い位置が頂点側に近づくほど（噛み合い高さｈが大きいほど）、噛み合い位置の半径ｒが小さくなる。
したがって、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとの歯の噛み合い位置を変化させることで、無段変速機２０の入力と出力とにおける変速比αを変化させることができると共に、変速比αに反比例してトルク伝達比を変化させることができる。
図２及び図３に示す無段変速機２０は、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとを歯筋に沿って相対移動させることで変速比を変化させることができるため、非回転状態で変速比を変更可能な構成となっている。
したがって、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとの歯の噛み合い位置を変化させることで、無段変速機２０の入力と出力とにおける変速比αを変化させることができると共に、変速比αに反比例してトルク伝達比を変化させることができる。
図２及び図３に示す無段変速機２０は、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとを歯筋に沿って相対移動させることで変速比を変化させることができるため、非回転状態で変速比を変更可能な構成となっている。
【0022】
なお、本実施形態における遊星歯車２２ａ，２２ｂの底面側には、底面のピッチ円と同半径の円筒部Ｃが備えられている。この円筒部Ｃは、後述するように、タイミングベルト２７ａ，２７ｂが掛け回されるプーリの機能を有しており、無段変速機２０では、一般的な遊星歯車機構における内歯車の機能を円筒部Ｃ及び歯付きアイドラ２３に掛け回されたタイミングベルト２７ａ，２７ｂによって実現している。
【0023】
図２及び図３に戻り、歯付きアイドラ２３は、タイミングベルト２７ａ，２７ｂの張り調整のために設置される歯付きのプーリであり、太陽歯車２１の周囲において、遊星歯車２２ａ，２２ｂが存在しない位置に配置される。歯付きアイドラ２３は、遊星歯車２２ａ，２２ｂにおける円筒部Ｃがタイミングベルト２７ａ，２７ｂに接する位置の回転半径と同等の半径でタイミングベルト２７ａ，２７ｂに張りを与えるように設置される。歯付きアイドラ２３は、キャリア２４ａ，２４ｂによって、太陽歯車２１の周囲における遊星歯車２２ａ，２２ｂとの位相（回転方向の位置）が固定された状態で、遊星歯車２２ａ，２２ｂと共に太陽歯車２１の周囲を公転する。なお、歯付きアイドラ２３は、キャリア２４ａ，２４ｂを介して遊星歯車２２ａ，２２ｂと同様に入力側支持部材２５及び出力側支持部材２６に連結されているため、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転半径の拡大及び縮小に対応して歯付きアイドラ２３の公転半径も変化する。
【0024】
キャリア２４ａ，２４ｂは、無段変速機２０の入力軸側及び出力軸側において、遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３それぞれの自転の回転中心と公転の回転中心とを連結する部材である。具体的には、キャリア２４ａは、遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３それぞれの自転軸の入力側と入力側支持部材２５とをヒンジによって支持し、遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３それぞれの公転半径を可変に連結している。同様に、キャリア２４ｂは、遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３それぞれの自転軸の出力側と出力側支持部材２６とをヒンジによって支持し、遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３それぞれの公転半径を可変に連結している。
【0025】
入力側支持部材２５は、無段変速機２０の入力軸（太陽歯車２１の入力軸）に回転可能に支持されていると共に、軸方向に移動可能に設置され、ヒンジを介してキャリア２４ａを支持している。なお、入力側支持部材２５が無段変速機２０の入力軸方向に移動すると、ヒンジによってキャリア２４ａの入力側支持部材２５に対する連結角度が変化し、キャリア２４ａと無段変速機２０の入力軸との交差角度（無断変速機２０の入力軸に対するキャリア２４ａの開閉度合い）が変化する。また、本実施形態において、入力側支持部材２５は、ボールねじを介してアクチュエータ（不図示）に駆動されることで、入力軸に沿って移動される。
【0026】
出力側支持部材２６は、太陽歯車２１の回転軸を回転可能に支持していると共に、無段変速機２０の出力軸に固定して（即ち、相対回転不可能に）設置され、ヒンジを介してキャリア２４ｂを支持している。なお、ヒンジによってキャリア２４ｂの出力側支持部材２６に対する連結角度が変化すると、キャリア２４ｂと無段変速機２０の出力軸との交差角度（無断変速機２０の入力軸に対するキャリア２４ｂの開閉度合い）が変化する。
【0027】
タイミングベルト２７ａ，２７ｂは、遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃ及び歯付きアイドラ２３に掛け回される環状のベルト部材であり、遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３の公転に対してタイミングベルト２７ａ，２７ｂ自体は回転しないよう固定されている。具体的には、タイミングベルト２７ａは、遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃ及び歯付きアイドラ２３と、張力調整用プーリ２８ａ，２８ｂとに掛け回され、タイミングベルト２７ａ自体が回転しないよう固定されている。また、タイミングベルト２７ｂは、遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃ及び歯付きアイドラ２３と、張力調整用プーリ２８ｃ，２８ｄとに掛け回され、タイミングベルト２７ｂ自体が回転しないよう固定されている。即ち、遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃ及び歯付きアイドラ２３に掛け回されたタイミングベルト２７ａ，２７ｂによって形成される環状閉路は、一般的な遊星歯車機構における固定された内歯車（固定部）に相当する機能を構成している。
【0028】
なお、タイミングベルト２７ａ，２７ｂは、遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃ及び歯付きアイドラ２３の公転位置の変化に応じて、遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃと、歯付きアイドラ２３との一方または両方に掛け回される状態を遷移する。
張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄは、タイミングベルト２７ａ，２７ｂにおける張力を一定とするように調整する。例えば、張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄは、ボールねじによって太陽歯車２１との距離を変化されることにより、タイミングベルト２７ａ，２７ｂにおける張力を一定に調整する。これにより、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとの噛み合い位置が変化しても、タイミングベルト２７ａ，２７ｂが遊星歯車２２ａ，２２ｂを太陽歯車２１に押し付ける作用を維持できると共に、タイミングベルト２７ａ，２７ｂが固定部となり遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転が実現される。
張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄは、タイミングベルト２７ａ，２７ｂにおける張力を一定とするように調整する。例えば、張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄは、ボールねじによって太陽歯車２１との距離を変化されることにより、タイミングベルト２７ａ，２７ｂにおける張力を一定に調整する。これにより、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとの噛み合い位置が変化しても、タイミングベルト２７ａ，２７ｂが遊星歯車２２ａ，２２ｂを太陽歯車２１に押し付ける作用を維持できると共に、タイミングベルト２７ａ，２７ｂが固定部となり遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転が実現される。
【0029】
上述のように、本実施形態において、入力側支持部材２５は、ボールねじを介してアクチュエータに駆動されることで、入力軸に沿って移動される。そのため、遊星歯車２２ａ，２２ｂと太陽歯車２１との噛み合い位置を変化させる場合、入力側支持部材２５の入力軸における位置が変化され、これに対応してキャリア２４ａ，２４ｂが遊星歯車２２ａ，２２ｂ及び歯付きアイドラ２３を連結する角度（キャリア２４ａ，２４ｂの無段変速機２０の入出力軸に対する開閉度合い）が変化する。即ち、遊星歯車２２ａ，２２ｂと太陽歯車２１との噛み合い位置の変化に応じて、歯付きアイドラ２３の公転半径が遊星歯車２２ａ，２２ｂと同様に変化する。すると、タイミングベルト２７ａ，２７ｂによって構成される環状閉路（固定部）の周方向の長さが変化し、無段変速機２０の出力軸の入力軸に対する回転比（即ち、太陽歯車２１の自転速度と遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転速度との比）が変化する。
このような機構により、無段変速機２０の入力軸と出力軸とにおける変速比の変更が実現される。
このような機構により、無段変速機２０の入力軸と出力軸とにおける変速比の変更が実現される。
【0030】
［無段変速機２０の構成条件］
本実施形態における無段変速機２０は、図４に示す構造例として実現可能であるが、非回転状態で変速比を変更可能な無段変速機を実現可能であれば、各種構造例を採用することが可能である。
このとき、無段変速機２０を構成するための条件は、例えば、以下のように定義することができる。
条件（１）：タイミングベルト１つの掛け回しを見たときに、どのような公転状態においても、タイミングベルトに接触している遊星歯車間に少なくとも１つの張力調整用プーリが配置されている構成、または、遊星歯車がタイミングベルトから完全に離れている構成となっている。
条件（２）：遊星歯車が公転したいずれの位相においても、少なくとも１つの遊星歯車が少なくとも１つのタイミングベルトと接触している。
本実施形態における無段変速機２０は、図４に示す構造例として実現可能であるが、非回転状態で変速比を変更可能な無段変速機を実現可能であれば、各種構造例を採用することが可能である。
このとき、無段変速機２０を構成するための条件は、例えば、以下のように定義することができる。
条件（１）：タイミングベルト１つの掛け回しを見たときに、どのような公転状態においても、タイミングベルトに接触している遊星歯車間に少なくとも１つの張力調整用プーリが配置されている構成、または、遊星歯車がタイミングベルトから完全に離れている構成となっている。
条件（２）：遊星歯車が公転したいずれの位相においても、少なくとも１つの遊星歯車が少なくとも１つのタイミングベルトと接触している。
【0031】
図５及び図６は、条件（１）を充足しない遊星歯車の設置例を示す模式図である。
なお、図５及び図６においては、条件（１）を充足しない遊星歯車の正面図（負荷側から見た図）及び背面図（トルク源１０側から見た図）をそれぞれ示している。
図５に示すように、遊星歯車を３つ設置した場合、歯筋に沿って太陽歯車と各遊星歯車とを相対移動させて図６の状態とする場合、隣り合う遊星歯車に掛け回されたタイミングベルトが伸縮しなければ、遊星歯車が移動できないこととなる（図６における破線部分）。タイミングベルトは伸縮しないため、このような太陽歯車と各遊星歯車との相対移動は不可能であり、無段変速機２０の構成としては採用することができない。
なお、図５及び図６においては、条件（１）を充足しない遊星歯車の正面図（負荷側から見た図）及び背面図（トルク源１０側から見た図）をそれぞれ示している。
図５に示すように、遊星歯車を３つ設置した場合、歯筋に沿って太陽歯車と各遊星歯車とを相対移動させて図６の状態とする場合、隣り合う遊星歯車に掛け回されたタイミングベルトが伸縮しなければ、遊星歯車が移動できないこととなる（図６における破線部分）。タイミングベルトは伸縮しないため、このような太陽歯車と各遊星歯車との相対移動は不可能であり、無段変速機２０の構成としては採用することができない。
【0032】
図７及び図８は、条件（２）を充足しない遊星歯車の設置例を示す模式図である。
図７に示すように、タイミングベルトが１つの場合、２つの遊星歯車が１８０度位相をずらした位置に配置されている構成であるとすると、遊星歯車が図８の状態となったときに、いずれの遊星歯車もタイミングベルトと接触していない状態となる。
この場合、遊星歯車の回転（公転）が出力軸に伝達されなくなるため、無段変速機２０の構成としては採用することができない。
図７に示すように、タイミングベルトが１つの場合、２つの遊星歯車が１８０度位相をずらした位置に配置されている構成であるとすると、遊星歯車が図８の状態となったときに、いずれの遊星歯車もタイミングベルトと接触していない状態となる。
この場合、遊星歯車の回転（公転）が出力軸に伝達されなくなるため、無段変速機２０の構成としては採用することができない。
【0033】
［差動装置３０の構成］
図９は、差動装置３０の具体的構成例を示す模式図である。
図９に示すように、差動装置３０は、ケース３１と、入力軸３２と、入力側傘歯車３３と、環状歯車３４と、第１出力軸３５と、第１出力側傘歯車３６と、差動傘歯車３７と、第２出力軸３８と、第２出力側傘歯車３９と、を備えている。
ケース３１は、第１出力軸３５、第１出力側傘歯車３６、差動傘歯車３７、第２出力軸３８及び第２出力側傘歯車３９を収容するケース部材である。また、ケース３１の外周には、環状歯車３４が設置されていると共に、ケース３１の内部には、差動傘歯車３７がケース３１に回転可能に支持されている。
図９は、差動装置３０の具体的構成例を示す模式図である。
図９に示すように、差動装置３０は、ケース３１と、入力軸３２と、入力側傘歯車３３と、環状歯車３４と、第１出力軸３５と、第１出力側傘歯車３６と、差動傘歯車３７と、第２出力軸３８と、第２出力側傘歯車３９と、を備えている。
ケース３１は、第１出力軸３５、第１出力側傘歯車３６、差動傘歯車３７、第２出力軸３８及び第２出力側傘歯車３９を収容するケース部材である。また、ケース３１の外周には、環状歯車３４が設置されていると共に、ケース３１の内部には、差動傘歯車３７がケース３１に回転可能に支持されている。
【0034】
入力軸３２は、無段変速機２０の出力軸と連結され、入力軸３２を介して無段変速機２０との間で入出力の伝達が行われる。
入力側傘歯車３３は、入力軸３２の一端に設置された傘歯車であり、環状歯車３４と噛み合っている。無段変速機２０（入力軸３２）から入力側傘歯車３３への入力は、環状歯車３４に伝達される。また、負荷側からケース３１への入力は、環状歯車３４を介して入力側傘歯車３３（入力軸３２）に伝達される。
入力側傘歯車３３は、入力軸３２の一端に設置された傘歯車であり、環状歯車３４と噛み合っている。無段変速機２０（入力軸３２）から入力側傘歯車３３への入力は、環状歯車３４に伝達される。また、負荷側からケース３１への入力は、環状歯車３４を介して入力側傘歯車３３（入力軸３２）に伝達される。
【0035】
環状歯車３４は、ケース３１の外周に設置された傘歯車であり、入力側傘歯車３３と噛み合っている。環状歯車３４はケース３１と一体的に回転するため、入力側傘歯車３３からの入力をケース３１に伝達すると共に、負荷側からケース３１への入力を入力側傘歯車３３に伝達する。
第１出力軸３５は、負荷Ｌ１と連結され、ケース３１に回転可能に支持されている。また、第１出力軸３５は、差動装置３０の出力を負荷Ｌ１に伝達すると共に、負荷Ｌ１からの入力を差動装置３０に伝達する。
第１出力軸３５は、負荷Ｌ１と連結され、ケース３１に回転可能に支持されている。また、第１出力軸３５は、差動装置３０の出力を負荷Ｌ１に伝達すると共に、負荷Ｌ１からの入力を差動装置３０に伝達する。
【0036】
第１出力側傘歯車３６は、第１出力軸３５の一端に設置された傘歯車であり、ケース３１内において差動傘歯車３７と噛み合っている。
差動傘歯車３７は、ケース３１の内部において、ケース３１に回転可能に支持されている。また、差動傘歯車３７は、第１出力側傘歯車３６及び第２出力側傘歯車３９と噛み合っており、差動傘歯車３７が回転することによって、第１出力側傘歯車３６と第２出力側傘歯車３９とに入出力の差を生じさせる。
差動傘歯車３７は、ケース３１の内部において、ケース３１に回転可能に支持されている。また、差動傘歯車３７は、第１出力側傘歯車３６及び第２出力側傘歯車３９と噛み合っており、差動傘歯車３７が回転することによって、第１出力側傘歯車３６と第２出力側傘歯車３９とに入出力の差を生じさせる。
【0037】
第２出力軸３８は、負荷Ｌ２と連結され、ケース３１に回転可能に支持されている。また、第２出力軸３８は、差動装置３０の出力を負荷Ｌ２に伝達すると共に、負荷Ｌ２からの入力を差動装置３０に伝達する。
第２出力側傘歯車３９は、第２出力軸３８の一端に設置された傘歯車であり、ケース３１内において差動傘歯車３７と噛み合っている。
このような構成により、差動装置３０においては、無段変速機２０からの入力を負荷Ｌ１，Ｌ２に適応的に分配することができると共に、負荷Ｌ１，Ｌ２からの入力を統合し、無段変速機２０に出力することができる。
第２出力側傘歯車３９は、第２出力軸３８の一端に設置された傘歯車であり、ケース３１内において差動傘歯車３７と噛み合っている。
このような構成により、差動装置３０においては、無段変速機２０からの入力を負荷Ｌ１，Ｌ２に適応的に分配することができると共に、負荷Ｌ１，Ｌ２からの入力を統合し、無段変速機２０に出力することができる。
【0038】
［エネルギー変換装置１の設計条件］
本実施形態に係るエネルギー変換装置１は、トルク源１０からの出力トルクに無段変速機２０によってゲインを加え、負荷に対するトルクを出力する。
そのため、トルク源１０の出力トルクをＴ０、無段変速機２０が付与可能なゲインの最小値をＧｍｉｎ、最大値をＧｍａｘとすると、エネルギー変換装置１を構成する場合、目標とする出力トルクの範囲(以下、「目標出力範囲Ｔｒ」と称する。）に対して、
Ｔ０×Ｇｍｉｎ≦Ｔｒ≦Ｔ０×Ｇｍａｘ
となることが設計条件となる。
この設計条件を実現する場合、有効なエネルギー変換装置１の出力トルクＴ０を広範な変位において確保することが重要となる。
本実施形態に係るエネルギー変換装置１は、トルク源１０からの出力トルクに無段変速機２０によってゲインを加え、負荷に対するトルクを出力する。
そのため、トルク源１０の出力トルクをＴ０、無段変速機２０が付与可能なゲインの最小値をＧｍｉｎ、最大値をＧｍａｘとすると、エネルギー変換装置１を構成する場合、目標とする出力トルクの範囲(以下、「目標出力範囲Ｔｒ」と称する。）に対して、
Ｔ０×Ｇｍｉｎ≦Ｔｒ≦Ｔ０×Ｇｍａｘ
となることが設計条件となる。
この設計条件を実現する場合、有効なエネルギー変換装置１の出力トルクＴ０を広範な変位において確保することが重要となる。
【0039】
図１０は、定トルクばねを用いた場合のエネルギー変換装置１の出力特性を示す模式図である。また、図１１は、通常のばね（定トルクばねではないばね）を用いた場合のエネルギー変換装置１の出力特性を示す模式図である。
図１０に示すように、定トルクばねを用いた場合の出力特性は、無段変速機２０で必要なゲインを付与することで、変位ｘの全般に渡って一定範囲のトルクを出力可能であるため、目標とする出力トルクを容易に得ることができる。
一方、図１１に示すように、通常のばねを用いた場合の出力特性は、ばねの出力が変位によって大きく変動するため、変位ｘの限られた範囲でしか目標とする出力トルクを得ることができない。
そのため、エネルギー変換装置１を構成する場合には、出力トルクが一定のトルク源である定トルクばね（あるいはカウンタウェイト機構等）を用いることが好適である。
図１０に示すように、定トルクばねを用いた場合の出力特性は、無段変速機２０で必要なゲインを付与することで、変位ｘの全般に渡って一定範囲のトルクを出力可能であるため、目標とする出力トルクを容易に得ることができる。
一方、図１１に示すように、通常のばねを用いた場合の出力特性は、ばねの出力が変位によって大きく変動するため、変位ｘの限られた範囲でしか目標とする出力トルクを得ることができない。
そのため、エネルギー変換装置１を構成する場合には、出力トルクが一定のトルク源である定トルクばね（あるいはカウンタウェイト機構等）を用いることが好適である。
【0040】
［動作］
次に、エネルギー変換装置１の動作を説明する。
エネルギー変換装置１は、例えば、複数の負荷を駆動するトルクを出力すると共に、これら複数の負荷の合計トルクが変化する作業等に適用することができる。
ここでは、説明の便宜のため、エネルギー変換装置１が２つの負荷Ｌ１，Ｌ２を駆動すると共に、負荷Ｌ１，Ｌ２の合計トルクが第１のトルクＴ１である第１の動作と、負荷Ｌ１，Ｌ２の合計トルクが第２のトルクＴ２である第２の動作とを切り替えながら、繰り返し実行する場合を例に挙げて説明する。
次に、エネルギー変換装置１の動作を説明する。
エネルギー変換装置１は、例えば、複数の負荷を駆動するトルクを出力すると共に、これら複数の負荷の合計トルクが変化する作業等に適用することができる。
ここでは、説明の便宜のため、エネルギー変換装置１が２つの負荷Ｌ１，Ｌ２を駆動すると共に、負荷Ｌ１，Ｌ２の合計トルクが第１のトルクＴ１である第１の動作と、負荷Ｌ１，Ｌ２の合計トルクが第２のトルクＴ２である第２の動作とを切り替えながら、繰り返し実行する場合を例に挙げて説明する。
【0041】
図１２は、エネルギー変換装置１の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
なお、図１２においては、エネルギー変換装置１が、原点位置から動作を開始し、所定の動作を行った後、原点位置に復帰する動作を実行する場合を例として示している。
図１２に示すように、エネルギー変換装置１が動作する場合、初めに、ステップＳ１において、トルク源１０に力学的エネルギーが蓄積される。
このとき、エネルギー変換装置１が実行する一連の動作（原点位置から始まり、原点位置に復帰するまでの動作）で必要とされる最大のエネルギー以上のエネルギーが蓄積される。
なお、図１２においては、エネルギー変換装置１が、原点位置から動作を開始し、所定の動作を行った後、原点位置に復帰する動作を実行する場合を例として示している。
図１２に示すように、エネルギー変換装置１が動作する場合、初めに、ステップＳ１において、トルク源１０に力学的エネルギーが蓄積される。
このとき、エネルギー変換装置１が実行する一連の動作（原点位置から始まり、原点位置に復帰するまでの動作）で必要とされる最大のエネルギー以上のエネルギーが蓄積される。
【0042】
ステップＳ２において、無段変速機２０が第１の動作のために変速される。無断変速機２０の変速は、エネルギー変換装置１の利用形態に応じて自動または手動で実行することが可能である。
ステップＳ３において、エネルギー変換装置１は、第１のトルクＴ１で第１の動作を実行する。このとき、エネルギー変換装置１の動作速度は、第１の速度Ｖ１となる。
ステップＳ４において、無段変速機２０が第２の動作のために変速される。
ステップＳ５において、エネルギー変換装置１は、第２のトルクＴ２で第２の動作を実行する。このとき、エネルギー変換装置１の動作速度は、第２の速度Ｖ２となる。
ステップＳ３において、エネルギー変換装置１は、第１のトルクＴ１で第１の動作を実行する。このとき、エネルギー変換装置１の動作速度は、第１の速度Ｖ１となる。
ステップＳ４において、無段変速機２０が第２の動作のために変速される。
ステップＳ５において、エネルギー変換装置１は、第２のトルクＴ２で第２の動作を実行する。このとき、エネルギー変換装置１の動作速度は、第２の速度Ｖ２となる。
【0043】
ステップＳ６において、エネルギー変換装置１は、第１の動作及び第２の動作で出力したエネルギーをトルク源１０に回収しながら、第２の動作を実行した後の位置から、第１の動作を実行する前の位置（元の位置）に復帰する。
ステップＳ６の後、処理はステップＳ２に移行する。
ステップＳ６の後、処理はステップＳ２に移行する。
【0044】
このような動作を行うことにより、エネルギー変換装置１は、必要なトルクが異なる第１の動作及び第２の動作を切り替えて実行することができると共に、これらの動作で供給したエネルギーをトルク源１０に回収することができる。
したがって、エネルギー変換装置１においては、一連の動作で必要となる力学的エネルギーをほぼ損失することなく、目的とする動作を行うことができる。
即ち、エネルギー変換装置１によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
したがって、エネルギー変換装置１においては、一連の動作で必要となる力学的エネルギーをほぼ損失することなく、目的とする動作を行うことができる。
即ち、エネルギー変換装置１によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
【0045】
［具体的適用例］
次に、エネルギー変換装置１の具体的な適用例について説明する。
エネルギー変換装置１は、力学的エネルギーの変換を伴う種々の対象に適用することが可能であるが、エネルギー変換装置１の適用対象は、大別して、以下の３つの形態に分類することができる。
次に、エネルギー変換装置１の具体的な適用例について説明する。
エネルギー変換装置１は、力学的エネルギーの変換を伴う種々の対象に適用することが可能であるが、エネルギー変換装置１の適用対象は、大別して、以下の３つの形態に分類することができる。
【0046】
［力学的エネルギー型］
エネルギー変換装置１は、３次元的（即ち、水平方向及び鉛直方向)に位置変化可能な対象に適用することができる。
３次元的に位置変化可能な対象にエネルギー変換装置１を適用した形態を、以下、「力学的エネルギー型」と称する。
エネルギー変換装置１は、３次元的（即ち、水平方向及び鉛直方向)に位置変化可能な対象に適用することができる。
３次元的に位置変化可能な対象にエネルギー変換装置１を適用した形態を、以下、「力学的エネルギー型」と称する。
【0047】
力学的エネルギー型のエネルギー変換装置１では、その動作において、運動エネルギー及び位置エネルギーの両方が変化する。
そして、力学的エネルギー型のエネルギー変換装置１では、動作に必要な力学的エネルギーをトルク源１０から供給してエネルギー変換装置１を動作させると共に、動作終了までの過程において放出される力学的エネルギーをトルク源１０に回収することができる。回収された力学的エネルギーは、再度、動作のためのエネルギーとして供給することができる。
力学的エネルギー型のエネルギー変換装置１は、例えば、産業用ロボット、ヒューマノイドロボット、パワーアシストスーツ、ジェットコースター、モータグライダー、潜水艦等として構成することができる。
力学的エネルギー型の形態の一例として、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボットの構成について説明する。
そして、力学的エネルギー型のエネルギー変換装置１では、動作に必要な力学的エネルギーをトルク源１０から供給してエネルギー変換装置１を動作させると共に、動作終了までの過程において放出される力学的エネルギーをトルク源１０に回収することができる。回収された力学的エネルギーは、再度、動作のためのエネルギーとして供給することができる。
力学的エネルギー型のエネルギー変換装置１は、例えば、産業用ロボット、ヒューマノイドロボット、パワーアシストスーツ、ジェットコースター、モータグライダー、潜水艦等として構成することができる。
力学的エネルギー型の形態の一例として、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボットの構成について説明する。
【0048】
図１３は、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００の構成例を示す模式図である。
また、図１４は、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００の機能的構成を示すブロック図である。
図１３に示すように、産業用ロボット１００は、６軸の関節を有する垂直多関節ロボットであり、複数の関節のうち、鉛直軸周りにアーム全体を回転させる第１関節Ｊ１と、鉛直方向にアーム全体を揺動させる第２関節Ｊ２にエネルギー変換装置１が適用されている。即ち、産業用ロボット１００において、第１関節Ｊ１及び第２関節Ｊ２が、エネルギー変換装置１の負荷となる対象関節である。なお、産業用ロボット１００の他の関節にエネルギー変換装置１を適用することも可能である。
また、図１４は、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００の機能的構成を示すブロック図である。
図１３に示すように、産業用ロボット１００は、６軸の関節を有する垂直多関節ロボットであり、複数の関節のうち、鉛直軸周りにアーム全体を回転させる第１関節Ｊ１と、鉛直方向にアーム全体を揺動させる第２関節Ｊ２にエネルギー変換装置１が適用されている。即ち、産業用ロボット１００において、第１関節Ｊ１及び第２関節Ｊ２が、エネルギー変換装置１の負荷となる対象関節である。なお、産業用ロボット１００の他の関節にエネルギー変換装置１を適用することも可能である。
【0049】
また、図１３及び図１４に示すように、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００は、トルク源１０と、無段変速機２０と、差動装置３０と、制御部１１０と、変速用アクチュエータ１２０と、第１関節Ｊ１と、第２関節Ｊ２と、を備えている。
これらのうち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０の構成は、図１に示す各部の構成と同様である。
これらのうち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０の構成は、図１に示す各部の構成と同様である。
【0050】
制御部１１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）あるいはプログラマブルコントローラ等の情報処理装置によって構成され、産業用ロボット１００の動作を制御する。具体的には、制御部１１０は、予め定義されたプログラムに従って、産業用ロボット１００の各関節を制御し、産業用ロボット１００に目的とする動作を実行させる。本実施形態において、制御部１１０は、変速用アクチュエータ１２０によって、無段変速機２０の変速比αを負荷の状態に応じて変化させ、第１関節Ｊ１及び第２関節Ｊ２のトルク（駆動時及びエネルギー回収時のトルク）を制御する。また、制御部１１０は、第１位置決め装置Ｐ１及び第２位置決め装置Ｐ２によって、第１関節Ｊ１及び第２関節Ｊ２を含む産業用ロボット１００の各関節を特定位置に位置決めする。
【0051】
変速用アクチュエータ１２０は、制御部１１０の指示に従って、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）を変化させる。
第１関節Ｊ１は、産業用ロボット１００のアーム全体を鉛直軸周りに回転させる関節である。第１関節Ｊ１には、回転軸周りの一方向にトルクのオフセットが付与されており、この一方向に第１関節Ｊ１が回転する場合、トルクのオフセットが駆動力となって回転する。また、回転軸周りの反対方向に第１関節Ｊ１が回転する場合、差動装置３０からの駆動トルクによって回転する。
第１関節Ｊ１は、産業用ロボット１００のアーム全体を鉛直軸周りに回転させる関節である。第１関節Ｊ１には、回転軸周りの一方向にトルクのオフセットが付与されており、この一方向に第１関節Ｊ１が回転する場合、トルクのオフセットが駆動力となって回転する。また、回転軸周りの反対方向に第１関節Ｊ１が回転する場合、差動装置３０からの駆動トルクによって回転する。
【0052】
具体的には、第１関節Ｊ１は、第１回転軸Ｒ１と、トルクオフセットばねＫと、第１位置決め装置Ｐ１と、第１ロータリーエンコーダＥ１と、を備えている。
第１回転軸Ｒ１は、産業用ロボット１００の下腕が鉛直方向に揺動する際の回転軸となる。
トルクオフセットばねＫは、定トルクばね等の弾性部材によって構成され、第１関節Ｊ１に対し、常に一方向（ここでは、上面視右回りの方向とする。）に回転するトルク（オフセットトルク）を付与する。
第１回転軸Ｒ１は、産業用ロボット１００の下腕が鉛直方向に揺動する際の回転軸となる。
トルクオフセットばねＫは、定トルクばね等の弾性部材によって構成され、第１関節Ｊ１に対し、常に一方向（ここでは、上面視右回りの方向とする。）に回転するトルク（オフセットトルク）を付与する。
【0053】
第１位置決め装置Ｐ１は、制御部１１０からの指示に従って、第１関節Ｊ１の位置（回転軸Ｒ１周りの回転角度）を特定位置に固定する。第１位置決め装置Ｐ１は、トルクオフセットばねＫからのオフセットトルクによって回転された第１関節Ｊ１を特定位置で停止させたり、差動装置３０からの駆動トルクによって回転された第１関節Ｊ１を特定位置で停止させたりする。
第１ロータリーエンコーダＥ１は、第１関節Ｊ１の位置（回転軸Ｒ１周りの回転角度）を検出する。第１ロータリーエンコーダＥ１は、検出した第１関節Ｊ１の位置を制御部１１０に送信する。
第１ロータリーエンコーダＥ１は、第１関節Ｊ１の位置（回転軸Ｒ１周りの回転角度）を検出する。第１ロータリーエンコーダＥ１は、検出した第１関節Ｊ１の位置を制御部１１０に送信する。
【0054】
第２関節Ｊ２は、産業用ロボット１００の下腕（ロアアーム）を鉛直方向に揺動させる関節であり、第２関節Ｊ２には、アーム全体及びアームが保持している負荷に働く重力に起因したトルクが作用する。
具体的には、第２関節Ｊ２は、第２回転軸Ｒ２と、第２位置決め装置Ｐ２と、第２ロータリーエンコーダＥ２と、を備えている。
第２回転軸Ｒ２は、産業用ロボット１００の下腕が鉛直方向に揺動する際の回転軸となる。
具体的には、第２関節Ｊ２は、第２回転軸Ｒ２と、第２位置決め装置Ｐ２と、第２ロータリーエンコーダＥ２と、を備えている。
第２回転軸Ｒ２は、産業用ロボット１００の下腕が鉛直方向に揺動する際の回転軸となる。
【0055】
第２位置決め装置Ｐ２は、制御部１１０からの指示に従って、第２関節Ｊ２の位置（回転軸Ｒ２周りの回転角度）を特定位置に固定する。第２位置決め装置Ｐ２は、差動装置３０からの駆動トルクによって回転された第２関節Ｊ２を特定位置で停止させたり、負荷に働く重力等に起因するトルクよって回転した第２関節Ｊ２を特定位置で停止させたりする。
第２ロータリーエンコーダＥ２は、第２関節Ｊ２の位置（回転軸Ｒ２周りの回転角度）を検出する。第２ロータリーエンコーダＥ２は、検出した第２関節Ｊ２の位置を制御部１１０に送信する。
第２ロータリーエンコーダＥ２は、第２関節Ｊ２の位置（回転軸Ｒ２周りの回転角度）を検出する。第２ロータリーエンコーダＥ２は、検出した第２関節Ｊ２の位置を制御部１１０に送信する。
【0056】
このような構成により、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００においては、鉛直軸周りにアーム全体を回転させる場合、第１の回転方向（ここでは、上面視左回りの方向）においては、トルク源１０から供給されるエネルギーによって、オフセットトルクに抗してアーム全体を回転させるための駆動トルクが与えられる。このとき、トルクオフセットばねＫには、トルク源１０からの駆動トルクによって発生した力学的エネルギーが蓄積される。一方、第２の回転方向（上面視右回りの方向）においては、トルクオフセットばねＫからのオフセットトルクによって、差動装置３０からの駆動トルクに抗してアーム全体が回転される。このとき、トルク源１０には、トルクオフセットばねＫからのオフセットトルクによって発生した力学的エネルギーが蓄積される。
【0057】
なお、鉛直軸周りの第１の回転方向にアーム全体を回転させる場合、オフセットトルクの大きさよりも大きい駆動トルクが第１関節Ｊ１に出力されるように、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）が設定される。また、鉛直軸周りの第２の回転方向にアーム全体を回転させる場合、オフセットトルクの大きさよりも小さい駆動トルクが第１関節Ｊ１に出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。
【0058】
また、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００においては、下腕を鉛直上方に揺動させる場合、トルク源１０から供給されるエネルギーによって駆動トルクが与えられる。また、下腕を鉛直下方に揺動させる場合、アーム及び負荷に働く重力に起因するトルクが与えられ、下腕の動作に伴い減少した位置エネルギーはトルク源１０に回収される。
なお、下腕を鉛直上方に揺動させる場合、アーム及び負荷に働く重力に起因するトルクの大きさよりも大きい駆動トルクが第２関節Ｊ２に出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。また、下腕を鉛直下方に揺動させる場合、アーム及び負荷に働く重力に起因するトルクの大きさよりも小さい駆動トルクが第２関節Ｊ２に出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。
なお、下腕を鉛直上方に揺動させる場合、アーム及び負荷に働く重力に起因するトルクの大きさよりも大きい駆動トルクが第２関節Ｊ２に出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。また、下腕を鉛直下方に揺動させる場合、アーム及び負荷に働く重力に起因するトルクの大きさよりも小さい駆動トルクが第２関節Ｊ２に出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。
【0059】
即ち、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００は、アーム全体における水平方向の動作に関して、第１の回転方向においては、トルク源１０からのトルクによって回転動作させると共に、トルクオフセットばねＫに力学的エネルギーを蓄積し、第２の回転方向においては、オフセットトルクによって回転動作させると共に、トルク源１０に力学的エネルギーを蓄積する。
【0060】
また、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００は、アーム及び負荷における鉛直方向の動作に関して、鉛直上方には、トルク源１０からエネルギーを供給して動作させると共に、位置エネルギーを増加させ、鉛直下方には、重力によって動作させると共に、トルク源１０に力学的エネルギーを蓄積する。
したがって、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
したがって、エネルギー変換装置１を組み込んだ産業用ロボット１００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
【0061】
［位置エネルギー型］
エネルギー変換装置１は、鉛直方向に位置変化可能な対象に適用することができる。
鉛直方向に位置変化可能な対象にエネルギー変換装置１を適用した形態を、以下、「位置エネルギー型」と称する。
エネルギー変換装置１は、鉛直方向に位置変化可能な対象に適用することができる。
鉛直方向に位置変化可能な対象にエネルギー変換装置１を適用した形態を、以下、「位置エネルギー型」と称する。
【0062】
位置エネルギー型のエネルギー変換装置１では、その動作において、主に位置エネルギーが変化する。
そして、位置エネルギー型のエネルギー変換装置１では、動作に必要な位置エネルギーをトルク源１０から供給してエネルギー変換装置１を動作させると共に、動作終了までの過程において減少する位置エネルギーをトルク源１０に回収することができる。回収された位置エネルギーは、再度、動作のためのエネルギーとして供給することができる。
位置エネルギー型のエネルギー変換装置１は、例えば、立体駐車場／駐輪場、クレーン、エレベータ、エスカレータ、階段昇降機、荷台昇降機、スカラ型ロボット、工作機械、水力発電設備（トルク源１０に余剰電力または貯水の放流でエネルギーを蓄積し、トルク源１０のエネルギーで揚水する設備）等として構成することができる。
位置エネルギー型の形態の一例として、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車場の構成について説明する。
そして、位置エネルギー型のエネルギー変換装置１では、動作に必要な位置エネルギーをトルク源１０から供給してエネルギー変換装置１を動作させると共に、動作終了までの過程において減少する位置エネルギーをトルク源１０に回収することができる。回収された位置エネルギーは、再度、動作のためのエネルギーとして供給することができる。
位置エネルギー型のエネルギー変換装置１は、例えば、立体駐車場／駐輪場、クレーン、エレベータ、エスカレータ、階段昇降機、荷台昇降機、スカラ型ロボット、工作機械、水力発電設備（トルク源１０に余剰電力または貯水の放流でエネルギーを蓄積し、トルク源１０のエネルギーで揚水する設備）等として構成することができる。
位置エネルギー型の形態の一例として、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車場の構成について説明する。
【0063】
図１５は、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００の構成例を示す模式図である。
また、図１６は、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００の機能的構成を示すブロック図である。
図１５に示すように、立体駐車装置２００は、昇降可能な複数のパレットを備える方式の立体駐車装置として構成され、複数のパレットの昇降にエネルギー変換装置１が適用されている。なお、説明の便宜のため、ここではパレットが２つ設置されている場合を例に挙げて説明する。パレットが２つ設置されている場合、一方または両方が昇降動作を行うこととなり、この昇降動作において、エネルギー変換装置１が位置エネルギーの供給及び回収を行う。
また、図１６は、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００の機能的構成を示すブロック図である。
図１５に示すように、立体駐車装置２００は、昇降可能な複数のパレットを備える方式の立体駐車装置として構成され、複数のパレットの昇降にエネルギー変換装置１が適用されている。なお、説明の便宜のため、ここではパレットが２つ設置されている場合を例に挙げて説明する。パレットが２つ設置されている場合、一方または両方が昇降動作を行うこととなり、この昇降動作において、エネルギー変換装置１が位置エネルギーの供給及び回収を行う。
【0064】
図１５及び図１６に示すように、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００は、トルク源１０と、無段変速機２０と、差動装置３０と、制御部１１０と、変速用アクチュエータ１２０と、第１パレットＰＬ１と、第２パレットＰＬ２と、を備えている。
これらのうち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０の構成は、図１に示す各部の構成と同様である。
これらのうち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０の構成は、図１に示す各部の構成と同様である。
【0065】
制御部１１０は、ＰＣあるいはプログラマブルコントローラ等の情報処理装置によって構成され、立体駐車装置２００の動作を制御する。具体的には、制御部１１０は、予め定義されたプログラムに従って、立体駐車装置２００の昇降動作を制御する。本実施形態において、制御部１１０は、変速用アクチュエータ１２０によって、無段変速機２０の変速比αを負荷の状態に応じて変化させ、立体駐車装置２００の昇降動作におけるトルク（駆動時及びエネルギー回収時のトルク）を制御する。
【0066】
変速用アクチュエータ１２０は、制御部１１０の指示に従って、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）を変化させる。
第１パレットＰＬ１は、上段及び下段に自動車の格納スペースを有し、第１パレットＰＬ１全体を昇降させる昇降機構ＥＬ１を備えている。そして、第１パレットＰＬ１は、差動装置３０からの駆動トルクによって鉛直上方に移動されたり、第１パレットＰＬ１及び第１パレットＰＬ１に格納されている自動車に働く重力によって鉛直下方に移動されたりする。鉛直方向に昇降されることにより、上段または下段の格納スペースが地上の高さに移動され、自動車の入庫または出庫が可能となる。本実施形態において、第１パレットＰＬ１は、昇降方向の上限位置及び下限位置に設置されたストッパーにより、特定位置（予め定められた上段及び下段の高さ）に位置決めされる。
第１パレットＰＬ１は、上段及び下段に自動車の格納スペースを有し、第１パレットＰＬ１全体を昇降させる昇降機構ＥＬ１を備えている。そして、第１パレットＰＬ１は、差動装置３０からの駆動トルクによって鉛直上方に移動されたり、第１パレットＰＬ１及び第１パレットＰＬ１に格納されている自動車に働く重力によって鉛直下方に移動されたりする。鉛直方向に昇降されることにより、上段または下段の格納スペースが地上の高さに移動され、自動車の入庫または出庫が可能となる。本実施形態において、第１パレットＰＬ１は、昇降方向の上限位置及び下限位置に設置されたストッパーにより、特定位置（予め定められた上段及び下段の高さ）に位置決めされる。
【0067】
第２パレットＰＬ２は、上段及び下段に自動車の格納スペースを有し、第２パレットＰＬ２全体を昇降させる昇降機構ＥＬ２を備えている。そして、第２パレットＰＬ２は、差動装置３０からの駆動トルクによって鉛直上方に移動されたり、第２パレットＰＬ２及び第２パレットＰＬ２に格納されている自動車に働く重力によって鉛直下方に移動されたりする。鉛直方向に昇降されることにより、上段または下段の格納スペースが地上の高さに移動され、自動車の入庫または出庫が可能となる。本実施形態において、第２パレットＰＬ２は、昇降方向の上限位置及び下限位置に設置されたストッパーにより、特定位置（予め定められた上段及び下段の高さ）に位置決めされる。
【0068】
このような構成により、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００においては、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２を鉛直上方に移動させる場合、トルク源１０から供給されるエネルギーによって駆動トルクが与えられる。また、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２を鉛直下方に移動させる場合、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２あるいはこれらに格納されている自動車に働く重力に起因するトルクが与えられ、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２の昇降に伴い減少した位置エネルギーはトルク源１０に回収される。
【0069】
なお、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２を鉛直上方に移動させる場合、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２あるいはこれらに格納されている自動車に働く重力に起因するトルクの大きさよりも大きい駆動トルクが第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２の昇降機構ＥＬ１，ＥＬ２に出力されるように、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）が設定される。また、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２を鉛直下方に移動させる場合、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２あるいはこれらに格納されている自動車に働く重力に起因するトルクの大きさよりも小さい駆動トルクが第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２の昇降機構ＥＬ１，ＥＬ２に出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。
【0070】
即ち、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００は、第１パレットＰＬ１及び第２パレットＰＬ２における鉛直方向の動作に関して、鉛直上方には、トルク源１０からエネルギーを供給して動作させると共に、位置エネルギーを増加させ、鉛直下方には、重力によって動作させると共に、トルク源１０に力学的エネルギーを蓄積する。
したがって、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
したがって、エネルギー変換装置１を組み込んだ立体駐車装置２００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
【0071】
［運動エネルギー型］
エネルギー変換装置１は、水平方向に位置変化可能な対象に適用することができる。
水平方向に位置変化可能な対象にエネルギー変換装置１を適用した形態を、以下、「運動エネルギー型」と称する。
エネルギー変換装置１は、水平方向に位置変化可能な対象に適用することができる。
水平方向に位置変化可能な対象にエネルギー変換装置１を適用した形態を、以下、「運動エネルギー型」と称する。
【0072】
運動エネルギー型のエネルギー変換装置１では、その動作において、主に運動エネルギーが変化する。
そして、運動エネルギー型のエネルギー変換装置１では、動作に必要な運動エネルギーをトルク源１０から供給してエネルギー変換装置１を動作させると共に、動作終了までの過程において減少する運動エネルギーをトルク源１０に回収することができる。回収された運動エネルギーは、再度、動作のためのエネルギーとして供給することができる。
運動エネルギー型のエネルギー変換装置１は、例えば、自動車、自転車、バイク、列車、電動車椅子、パーソナルモビリティ、遊具のコーヒーカップあるいはメリーゴーランド、宇宙空間用マニピュレータ等として構成することができる。
運動エネルギー型の形態の一例として、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車の構成について説明する。
そして、運動エネルギー型のエネルギー変換装置１では、動作に必要な運動エネルギーをトルク源１０から供給してエネルギー変換装置１を動作させると共に、動作終了までの過程において減少する運動エネルギーをトルク源１０に回収することができる。回収された運動エネルギーは、再度、動作のためのエネルギーとして供給することができる。
運動エネルギー型のエネルギー変換装置１は、例えば、自動車、自転車、バイク、列車、電動車椅子、パーソナルモビリティ、遊具のコーヒーカップあるいはメリーゴーランド、宇宙空間用マニピュレータ等として構成することができる。
運動エネルギー型の形態の一例として、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車の構成について説明する。
【0073】
図１７は、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００の構成例を示す模式図である。
また、図１８は、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００の機能的構成を示すブロック図である。
図１７に示すように、自動車３００は、トルクアシストシステム及び回生ブレーキシステムを備える自動車として構成され、車輪の駆動及び制動にエネルギー変換装置１が適用されている。なお、自動車３００は、エンジンまたは電動モータ等の駆動源Ｍを備えており、エネルギー変換装置１は、駆動源Ｍからの駆動トルクに対し、アシストトルクを付与する。以下、説明の便宜のため、ここでは駆動輪が２つである場合を例に挙げて説明する。自動車３００において、駆動時には、一方または両方の車輪が駆動力を出力し、また、制動時には、一方または両方の車輪が制動力を出力する。そして、これら駆動及び制動の動作において、エネルギー変換装置１が運動エネルギーの供給及び回収を行う。
また、図１８は、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００の機能的構成を示すブロック図である。
図１７に示すように、自動車３００は、トルクアシストシステム及び回生ブレーキシステムを備える自動車として構成され、車輪の駆動及び制動にエネルギー変換装置１が適用されている。なお、自動車３００は、エンジンまたは電動モータ等の駆動源Ｍを備えており、エネルギー変換装置１は、駆動源Ｍからの駆動トルクに対し、アシストトルクを付与する。以下、説明の便宜のため、ここでは駆動輪が２つである場合を例に挙げて説明する。自動車３００において、駆動時には、一方または両方の車輪が駆動力を出力し、また、制動時には、一方または両方の車輪が制動力を出力する。そして、これら駆動及び制動の動作において、エネルギー変換装置１が運動エネルギーの供給及び回収を行う。
【0074】
図１７及び図１８に示すように、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００は、トルク源１０と、無段変速機２０と、逆転装置３１０と、差動装置３０と、制御部１１０と、変速用アクチュエータ１２０と、駆動源Ｍと、第１車輪ＷＨ１と、第２車輪ＷＨ２と、を備えている。
これらのうち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０の構成は、図１に示す各部の構成と同様である。
これらのうち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０の構成は、図１に示す各部の構成と同様である。
【0075】
逆転装置３１０は、無段変速機２０の出力軸と差動装置３０の入力軸との間に設置され、無段変速機２０の出力軸と差動装置３０の入力軸とにおける回転の伝達方向を切り替える。具体的には、逆転装置３１０は、無段変速機２０から差動装置３０に駆動トルクを出力する場合、無段変速機２０の出力軸と同方向に差動装置３０の入力軸を回転（正転）させる。また、逆転装置３１０は、差動装置３０から無段変速機２０に回生トルクを入力する場合、差動装置３０の入力軸と反対方向に無段変速機２０の出力軸を回転（逆転）させる。したがって、自動車３００が前方へ移動している際に、第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２に駆動トルクが与えられて自動車３００が加速する場合には、無段変速機２０の出力軸と差動装置３０の入力軸とが同方向に回転し、トルク源１０からエネルギーが供給される。一方、自動車３００が前方へ移動している際に、第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２から回生トルクが入力されて自動車３００が減速する（制動される）場合には、無段変速機２０の出力軸と差動装置３０の入力軸とが反対方向に回転し、トルク源１０にエネルギーが蓄積される。
【0076】
制御部１１０は、車載用コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、自動車３００の動作を制御する。具体的には、制御部１１０は、予め定義されたプログラムに従って、自動車３００の駆動及び回生制動を制御する。本実施形態において、制御部１１０は、変速用アクチュエータ１２０によって、無段変速機２０の変速比αを駆動時の負荷の状態（第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２において必要な駆動トルク）に応じて変化させる。即ち、制御部１１０は、自動車３００の加速時における駆動トルクを制御する。また、制御部１１０は、変速用アクチュエータ１２０によって、無段変速機２０の変速比αを制動時の負荷の状態（第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２において必要な制動トルク）に応じて変化させる。即ち、制御部１１０は、自動車３００の減速時における回生トルクを制御する。
変速用アクチュエータ１２０は、制御部１１０の指示に従って、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）を変化させる。
駆動源Ｍは、エンジンまたは電動モータ等によって構成され、第１車輪ＨＷ１及び第２車輪ＷＨ２を回転させる駆動力を発生する。
変速用アクチュエータ１２０は、制御部１１０の指示に従って、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）を変化させる。
駆動源Ｍは、エンジンまたは電動モータ等によって構成され、第１車輪ＨＷ１及び第２車輪ＷＨ２を回転させる駆動力を発生する。
【0077】
このような構成により、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００においては、加速する場合、トルク源１０から第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２に駆動トルクが与えられ、自動車３００の運動エネルギーが増加する。また、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００においては、減速（制動）する場合、第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２からトルク源１０に回生トルクが入力され、自動車３００のトルク源１０にエネルギーが回収される。
【0078】
なお、自動車３００を加速させる場合、第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２それぞれの目標駆動トルクが出力されるように、無段変速機２０の変速比α（即ち、図４における歯車Ｇの噛み合い高さｈ）が設定される。また、自動車３００を減速させる（制動する）場合、第１車輪ＷＨ１及び第２車輪ＷＨ２それぞれの目標制動トルクが出力されるように、無段変速機２０の変速比αが設定される。
即ち、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００は、加速時には、トルク源１０からエネルギーを供給すると共に、運動エネルギーを増加させ、減速時には、運動エネルギーを減少させると共に、トルク源１０に力学的エネルギーを蓄積する。
即ち、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００は、加速時には、トルク源１０からエネルギーを供給すると共に、運動エネルギーを増加させ、減速時には、運動エネルギーを減少させると共に、トルク源１０に力学的エネルギーを蓄積する。
【0079】
したがって、エネルギー変換装置１を組み込んだ自動車３００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
なお、上述の説明では、エネルギー変換装置１は、駆動源Ｍからの駆動トルクに対し、アシストトルクを付与するものとして説明したが、これに限られず、例えば、発進時等にトルク源１０からの駆動トルクのみによって、自動車３００を加速させてもよい。
なお、上述の説明では、エネルギー変換装置１は、駆動源Ｍからの駆動トルクに対し、アシストトルクを付与するものとして説明したが、これに限られず、例えば、発進時等にトルク源１０からの駆動トルクのみによって、自動車３００を加速させてもよい。
【0080】
［変形例１］
上述の実施形態において、差動装置３０に２つの負荷を連結し、これらの負荷にトルク源１０からのトルクを分配すると共に、負荷からのトルクを統合してトルク源１０に入力するものとした。
これに対し、差動装置３０を直列に複数設置することで、種々の接続パターンで複数の負荷を連結することができる。
上述の実施形態において、差動装置３０に２つの負荷を連結し、これらの負荷にトルク源１０からのトルクを分配すると共に、負荷からのトルクを統合してトルク源１０に入力するものとした。
これに対し、差動装置３０を直列に複数設置することで、種々の接続パターンで複数の負荷を連結することができる。
【0081】
図１９は、差動装置３０を直列に複数設置したエネルギー変換装置１の構成例を示す模式図である。
図１９に示すように、エネルギー変換装置１は、差動装置３０を直列に複数設置することにより、任意の数の負荷（第１負荷～第ｎ負荷（ｎは２以上の整数））を連結することができる。
例えば、６軸の関節を有する産業用ロボットの全ての関節を負荷として、複数の差動装置３０によって６つの負荷を連結する構成とすることができる。
この場合、一例として、第１の差動装置３０の１つの出力軸に第２の差動装置３０、他の出力軸に第３の差動装置３０を連結し、第２の差動装置３０または第３の差動装置３０の４つ出力軸のいずれか１つに第４の差動装置３０、他の１つの出力軸に第５の差動装置３０を連結することができる。
このように、差動装置３０を直列に複数設置することにより、１つのトルク源１０によって、より多くの負荷にエネルギーを提供したり、より多くの負荷からエネルギーを回収したりすることができるため、装置の小型・軽量化あるいはエネルギー管理の容易化を図ることができる。
図１９に示すように、エネルギー変換装置１は、差動装置３０を直列に複数設置することにより、任意の数の負荷（第１負荷～第ｎ負荷（ｎは２以上の整数））を連結することができる。
例えば、６軸の関節を有する産業用ロボットの全ての関節を負荷として、複数の差動装置３０によって６つの負荷を連結する構成とすることができる。
この場合、一例として、第１の差動装置３０の１つの出力軸に第２の差動装置３０、他の出力軸に第３の差動装置３０を連結し、第２の差動装置３０または第３の差動装置３０の４つ出力軸のいずれか１つに第４の差動装置３０、他の１つの出力軸に第５の差動装置３０を連結することができる。
このように、差動装置３０を直列に複数設置することにより、１つのトルク源１０によって、より多くの負荷にエネルギーを提供したり、より多くの負荷からエネルギーを回収したりすることができるため、装置の小型・軽量化あるいはエネルギー管理の容易化を図ることができる。
【0082】
［変形例２］
上述の実施形態において、水平方向の動作（鉛直軸周りの回転動作等）を行う場合、一方向にオフセットトルクを付与し、この一方向に動作させる際にはオフセットトルクで動作させ、一方向とは反対方向に動作させる際には、トルク源１０からのトルクで動作させるものとして説明した。
これに対し、負荷を挟んで対称にエネルギー変換装置１を設置することにより、水平方向の動作において、双方向の駆動及びエネルギーの回収を行うことができる。
上述の実施形態において、水平方向の動作（鉛直軸周りの回転動作等）を行う場合、一方向にオフセットトルクを付与し、この一方向に動作させる際にはオフセットトルクで動作させ、一方向とは反対方向に動作させる際には、トルク源１０からのトルクで動作させるものとして説明した。
これに対し、負荷を挟んで対称にエネルギー変換装置１を設置することにより、水平方向の動作において、双方向の駆動及びエネルギーの回収を行うことができる。
【0083】
図２０は、負荷を挟んで対称にエネルギー変換装置１を設置したエネルギー変換装置４００の構成例を示す模式図である。
図２０に示すように、エネルギー変換装置４００は、エネルギー変換装置１Ａと、エネルギー変換装置１Ｂと、２つの負荷Ｌ１，Ｌ２と、を備えている。なお、負荷の数は、目的に応じて種々変更することが可能である。また、エネルギー変換装置１は、無段変速機２０の変速比αを制御する制御部や、負荷の位置を特定位置に固定する位置決め装置等を適宜備えることができる。
エネルギー変換装置１Ａ，１Ｂの構成は、図１に示すエネルギー変換装置１の構成と同様である。ただし、エネルギー変換装置１Ａにおける差動装置３０の出力軸の回転方向と負荷Ｌ１，Ｌ２の動作方向の関係は、エネルギー変換装置１Ｂにおける差動装置３０の出力軸の回転方向と負荷Ｌ１，Ｌ２の動作方向の関係と反対になるよう構成されている。
図２０に示すように、エネルギー変換装置４００は、エネルギー変換装置１Ａと、エネルギー変換装置１Ｂと、２つの負荷Ｌ１，Ｌ２と、を備えている。なお、負荷の数は、目的に応じて種々変更することが可能である。また、エネルギー変換装置１は、無段変速機２０の変速比αを制御する制御部や、負荷の位置を特定位置に固定する位置決め装置等を適宜備えることができる。
エネルギー変換装置１Ａ，１Ｂの構成は、図１に示すエネルギー変換装置１の構成と同様である。ただし、エネルギー変換装置１Ａにおける差動装置３０の出力軸の回転方向と負荷Ｌ１，Ｌ２の動作方向の関係は、エネルギー変換装置１Ｂにおける差動装置３０の出力軸の回転方向と負荷Ｌ１，Ｌ２の動作方向の関係と反対になるよう構成されている。
【0084】
即ち、エネルギー変換装置１Ａからエネルギーを供給する場合（エネルギー変換装置１Ａの差動装置３０の出力軸が第１の方向に回転する場合）に負荷Ｌ１，Ｌ２が第１の方向に動作するものとすると、エネルギー変換装置１Ｂからエネルギーを供給する場合（エネルギー変換装置１Ｂの差動装置３０の出力軸が第１の方向に回転する場合）に負荷Ｌ１，Ｌ２は、第１の方向とは反対の第２の方向に動作する。
例えば、負荷Ｌ１が鉛直軸周りに回転する関節である場合に、エネルギー変換装置１Ａからエネルギーを供給し、差動装置３０の出力軸が第１の方向に回転したとき、負荷Ｌ１が鉛直軸周りの上面視右回りに回転するものとする。
この場合、エネルギー変換装置１Ｂからエネルギーを供給し、差動装置３０の出力軸が第１の方向に回転したとき、負荷Ｌ１は鉛直軸周りの上面視左回りに回転する。
例えば、負荷Ｌ１が鉛直軸周りに回転する関節である場合に、エネルギー変換装置１Ａからエネルギーを供給し、差動装置３０の出力軸が第１の方向に回転したとき、負荷Ｌ１が鉛直軸周りの上面視右回りに回転するものとする。
この場合、エネルギー変換装置１Ｂからエネルギーを供給し、差動装置３０の出力軸が第１の方向に回転したとき、負荷Ｌ１は鉛直軸周りの上面視左回りに回転する。
【0085】
また、エネルギー変換装置４００において、エネルギー変換装置１Ａからエネルギーを供給し、負荷Ｌ１，Ｌ２が第１の方向に動作する場合、負荷Ｌ１，Ｌ２を駆動するトルクに加え、エネルギー変換装置１Ｂのトルク源１０にエネルギーを蓄積するトルクが併せて出力される。
同様に、エネルギー変換装置１Ｂからエネルギーを供給し、負荷Ｌ１，Ｌ２が第１の方向とは反対の第２の方向に動作する場合、負荷Ｌ１，Ｌ２を駆動するトルクに加え、エネルギー変換装置１Ａのトルク源１０にエネルギーを蓄積するトルクが併せて出力される。
同様に、エネルギー変換装置１Ｂからエネルギーを供給し、負荷Ｌ１，Ｌ２が第１の方向とは反対の第２の方向に動作する場合、負荷Ｌ１，Ｌ２を駆動するトルクに加え、エネルギー変換装置１Ａのトルク源１０にエネルギーを蓄積するトルクが併せて出力される。
【0086】
そのため、位置エネルギーの変化がない動作を行う負荷においても、エネルギー変換装置１Ａ，１Ｂが出力するトルクによって、エネルギーの供給及び回収を行いながら、往復動作を行うことができる。
したがって、エネルギー変換装置４００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
したがって、エネルギー変換装置４００によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することができる。
【0087】
［変形例３］
上述の実施形態において、無段変速機２０の出力軸と差動装置３０の入力軸とを連結し、無段変速機２０の速度可変機能と、差動装置３０のトルク統合・分配機能とを個別に発揮させるものとしたが、これに限られない。
即ち、無段変速機２０の入力軸を差動装置３０Ａの出力軸の一方と連動させることで、差動装置３０の入力軸と出力軸との相対回転速度を無段変速機２０の速度可変機能によって制御することができる。そして、差動装置３０の２つの出力軸のうち、無段変速機２０の入力軸と連動していない方の出力軸に、次段の差動装置３０を連結し、この差動装置３０の出力軸に負荷を連結することで、負荷の回転速度及びトルクを制御することが可能となる。
図２１は、差動装置３０の入力軸と出力軸との相対回転速度を無段変速機２０の速度可変機能によって制御する場合のエネルギー変換装置１の構成例を示す模式図である。
図２１に示すように、本変形例のエネルギー変換装置１では、無段変速機２０の出力軸に第１段の差動装置３０Ａが連結され、無段変速機２０の入力軸と差動装置３０Ａの出力軸の一方とが連動すると共に、差動装置３０Ａの出力軸の他方に、第２段の差動装置３０Ｂが連結されている。具体的には、無段変速機２０の出力軸が差動装置３０Ａの入力軸３２と連結されていると共に、無段変速機２０の入力軸と差動装置３０の出力軸の一方（ここでは、第１出力軸３５とする。）とが、タイミングベルト等の動力伝達部材によって連動する構成となっている。さらに、差動装置３０Ａの出力軸の他方（ここでは、第２出力軸３８とする。）が次段の無段変速機３０Ｂの入力軸３２と連結されている。
差動装置３０Ａ，３０Ｂは、入力軸３２の回転速度（即ち、ケース３１の回転速度）に対する一方の出力軸（例えば、第１出力軸３５）の回転速度によって、他方の出力軸（例えば、第２出力軸３８）の回転速度が変化する。
そのため、差動装置３０Ａ，３０Ｂにおいて、入力軸３２の回転速度と、一方の出力軸（例えば、第１出力軸３５）の回転速度とを制御することで、他方の出力軸（例えば、第２出力軸３８）を正方向に回転させたり、逆方向に回転させたり、非回転状態としたりすることができる。
このような特徴を利用して、逆転装置等を用いることなく、トルク源１０の出力軸の回転方向に対し、差動装置３０Ｂの出力軸に連結された負荷の回転方向を同方向あるいは逆方向に制御することが可能となる。
したがって、トルク源１０からエネルギーを出力する場合に、トルク源１０の出力軸の回転方向に対し、負荷を正方向及び逆方向に回転させることができる。
また、負荷からの入力により差動装置３０Ｂの出力軸がいずれの方向に回転した場合であっても、トルク源１０の出力軸をエネルギーが回収される方向に回転させること（即ち、エネルギーの回生）が可能となる。
上述の実施形態において、無段変速機２０の出力軸と差動装置３０の入力軸とを連結し、無段変速機２０の速度可変機能と、差動装置３０のトルク統合・分配機能とを個別に発揮させるものとしたが、これに限られない。
即ち、無段変速機２０の入力軸を差動装置３０Ａの出力軸の一方と連動させることで、差動装置３０の入力軸と出力軸との相対回転速度を無段変速機２０の速度可変機能によって制御することができる。そして、差動装置３０の２つの出力軸のうち、無段変速機２０の入力軸と連動していない方の出力軸に、次段の差動装置３０を連結し、この差動装置３０の出力軸に負荷を連結することで、負荷の回転速度及びトルクを制御することが可能となる。
図２１は、差動装置３０の入力軸と出力軸との相対回転速度を無段変速機２０の速度可変機能によって制御する場合のエネルギー変換装置１の構成例を示す模式図である。
図２１に示すように、本変形例のエネルギー変換装置１では、無段変速機２０の出力軸に第１段の差動装置３０Ａが連結され、無段変速機２０の入力軸と差動装置３０Ａの出力軸の一方とが連動すると共に、差動装置３０Ａの出力軸の他方に、第２段の差動装置３０Ｂが連結されている。具体的には、無段変速機２０の出力軸が差動装置３０Ａの入力軸３２と連結されていると共に、無段変速機２０の入力軸と差動装置３０の出力軸の一方（ここでは、第１出力軸３５とする。）とが、タイミングベルト等の動力伝達部材によって連動する構成となっている。さらに、差動装置３０Ａの出力軸の他方（ここでは、第２出力軸３８とする。）が次段の無段変速機３０Ｂの入力軸３２と連結されている。
差動装置３０Ａ，３０Ｂは、入力軸３２の回転速度（即ち、ケース３１の回転速度）に対する一方の出力軸（例えば、第１出力軸３５）の回転速度によって、他方の出力軸（例えば、第２出力軸３８）の回転速度が変化する。
そのため、差動装置３０Ａ，３０Ｂにおいて、入力軸３２の回転速度と、一方の出力軸（例えば、第１出力軸３５）の回転速度とを制御することで、他方の出力軸（例えば、第２出力軸３８）を正方向に回転させたり、逆方向に回転させたり、非回転状態としたりすることができる。
このような特徴を利用して、逆転装置等を用いることなく、トルク源１０の出力軸の回転方向に対し、差動装置３０Ｂの出力軸に連結された負荷の回転方向を同方向あるいは逆方向に制御することが可能となる。
したがって、トルク源１０からエネルギーを出力する場合に、トルク源１０の出力軸の回転方向に対し、負荷を正方向及び逆方向に回転させることができる。
また、負荷からの入力により差動装置３０Ｂの出力軸がいずれの方向に回転した場合であっても、トルク源１０の出力軸をエネルギーが回収される方向に回転させること（即ち、エネルギーの回生）が可能となる。
【0088】
以上説明したように、本発明に係るエネルギー変換装置１は、トルク源１０と、無段変速機２０と、を備える。
トルク源１０は、力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能である。
無断変速機２０は、トルク源１０に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能である。
これにより、エネルギー変換装置１は、必要なトルクが異なる複数の動作を切り替えて実行することができると共に、これらの動作で供給したエネルギーをトルク源１０に回収することができる。
したがって、エネルギー変換装置１においては、一連の動作で必要となる力学的エネルギーをほぼ損失することなく、目的とする動作を行うことができる。
即ち、エネルギー変換装置１によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
トルク源１０は、力学的エネルギーの供給及び蓄積が可能である。
無断変速機２０は、トルク源１０に入力軸が連結され、入出力軸が非回転状態で変速比を変更可能である。
これにより、エネルギー変換装置１は、必要なトルクが異なる複数の動作を切り替えて実行することができると共に、これらの動作で供給したエネルギーをトルク源１０に回収することができる。
したがって、エネルギー変換装置１においては、一連の動作で必要となる力学的エネルギーをほぼ損失することなく、目的とする動作を行うことができる。
即ち、エネルギー変換装置１によれば、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
【0089】
無断変速機２０は、太陽歯車２１と、遊星歯車２２ａ，２２ｂと、円筒部Ｃと、タイミングベルト２７ａ，２７ｂと、張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄと、を備える。
太陽歯車２１は、歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車である。
遊星歯車２２ａ，２２ｂは、歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、太陽歯車２１との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車である。
円筒部Ｃは、遊星歯車２２ａ，２２ｂの自転軸と同軸に設置され、遊星歯車２２ａ，２２ｂと一体に回転するプーリを構成する。
タイミングベルト２７ａ，２７ｂは、円筒部Ｃに巻き掛けられ、遊星歯車２２ａ，２２ｂを太陽歯車２１に押し付けると共に、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転に対する固定部となる。
張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄは、タイミングベルト２７ａ，２７ｂに張力を与える。
これにより、無段変速機２０の入力側からの入力にゲインを与えて出力側から出力することができると共に、出力側からの入力に対して、ゲインの逆数を与えて入力側から出力することができる。また、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとを歯筋に沿う方向に相対移動させることにより、非回転状態において、無段変速機２０のゲイン（変速比）を変更することが可能となる。
太陽歯車２１は、歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なる太陽歯車である。
遊星歯車２２ａ，２２ｂは、歯筋に沿う方向においてピッチ円の直径が異なると共に、太陽歯車２１との噛み合い位置を歯筋に沿って相対移動可能な遊星歯車である。
円筒部Ｃは、遊星歯車２２ａ，２２ｂの自転軸と同軸に設置され、遊星歯車２２ａ，２２ｂと一体に回転するプーリを構成する。
タイミングベルト２７ａ，２７ｂは、円筒部Ｃに巻き掛けられ、遊星歯車２２ａ，２２ｂを太陽歯車２１に押し付けると共に、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転に対する固定部となる。
張力調整用プーリ２８ａ～２８ｄは、タイミングベルト２７ａ，２７ｂに張力を与える。
これにより、無段変速機２０の入力側からの入力にゲインを与えて出力側から出力することができると共に、出力側からの入力に対して、ゲインの逆数を与えて入力側から出力することができる。また、太陽歯車２１と遊星歯車２２ａ，２２ｂとを歯筋に沿う方向に相対移動させることにより、非回転状態において、無段変速機２０のゲイン（変速比）を変更することが可能となる。
【0090】
エネルギー変換装置１は、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転軌道において、異なる位相に位置する遊星歯車２２ａ，２２ｂの円筒部Ｃを太陽歯車２１に押し付ける複数のタイミングベルト２７ａ，２７ｂを備える。
これにより、遊星歯車２２ａ，２２ｂが公転軌道におけるいずれの位置にある場合であっても、太陽歯車２１に遊星歯車２２ａ，２２ｂを押し付けることが可能となる。また、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転半径が変化した場合にも、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転に対する固定部の大きさ（周方向の長さ）を柔軟に変更することが可能となる。
これにより、遊星歯車２２ａ，２２ｂが公転軌道におけるいずれの位置にある場合であっても、太陽歯車２１に遊星歯車２２ａ，２２ｂを押し付けることが可能となる。また、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転半径が変化した場合にも、遊星歯車２２ａ，２２ｂの公転に対する固定部の大きさ（周方向の長さ）を柔軟に変更することが可能となる。
【0091】
入力軸が無段変速機２０の出力軸に連結され、入力軸と複数の出力軸とにおいて力学的エネルギーを伝達する差動装置３０を備える。
これにより、トルク源１０からのトルクを複数の負荷に分配することができると共に、複数の負荷からのトルクを統合してトルク源１０に入力することができる。
これにより、トルク源１０からのトルクを複数の負荷に分配することができると共に、複数の負荷からのトルクを統合してトルク源１０に入力することができる。
【0092】
第１の差動装置３０の出力軸に、第２の差動装置３０が直列に連結されている。
これにより、直列に連結する差動装置３０の数を選択することで、必要な数の負荷にトルクを分配することが可能となる。
これにより、直列に連結する差動装置３０の数を選択することで、必要な数の負荷にトルクを分配することが可能となる。
【0093】
トルク源１０は、位置エネルギー及び運動エネルギーの少なくともいずれかが変化する負荷に対するエネルギーの供給及び当該負荷からのエネルギーの蓄積を行う。
これにより、主に位置エネルギーが変化する負荷、主に運動エネルギーが変化する負荷、及び、主に位置エネルギーと運動エネルギーとが変化する負荷を対象として、エネルギーの供給及び蓄積を実現することが可能となる。
これにより、主に位置エネルギーが変化する負荷、主に運動エネルギーが変化する負荷、及び、主に位置エネルギーと運動エネルギーとが変化する負荷を対象として、エネルギーの供給及び蓄積を実現することが可能となる。
【0094】
トルク源１０は、往復動作を行う負荷の一方向の動作においてエネルギーを供給すると共に、他の方向の動作においてエネルギーを蓄積する。
これにより、負荷の往復動作で必要となるエネルギーの損失を抑制し、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
これにより、負荷の往復動作で必要となるエネルギーの損失を抑制し、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
【0095】
負荷を駆動するトルク源１０とは異なる駆動源Ｍを備える。
トルク源１０は、駆動源と協働して、または、単独で負荷を駆動する。
これにより、駆動源Ｍを備える対象に対し、エネルギー変換装置１を組み込んで、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
トルク源１０は、駆動源と協働して、または、単独で負荷を駆動する。
これにより、駆動源Ｍを備える対象に対し、エネルギー変換装置１を組み込んで、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
【0096】
トルク源１０は、負荷の動作を制動する際に負荷側から入力される回生エネルギーを蓄積する。
これにより、運動エネルギーの損失を抑制し、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
これにより、運動エネルギーの損失を抑制し、力学的エネルギーをより効率的に蓄積及び利用することが可能となる。
【0097】
なお、上記実施形態及び変形例において、太陽歯車２１の周囲に２つの遊星歯車２２ａ，２２ｂを設置する構造例について説明したが、これに限られない。即ち、遊星歯車機構を構成することができれば、太陽歯車２１の周囲に配置する遊星歯車の数は、１つまたは３つ以上とすることが可能である。
また、上述の実施形態及び変形例において、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０等のサイズや形状は一例を示したものであり、これに限られない。即ち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０等のサイズや形状は、エネルギー変換装置１の設置目的や負荷の種類あるいは大きさ等に応じて、種々変更することが可能である。
また、上述の実施形態及び変形例において、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０等のサイズや形状は一例を示したものであり、これに限られない。即ち、トルク源１０、無段変速機２０及び差動装置３０等のサイズや形状は、エネルギー変換装置１の設置目的や負荷の種類あるいは大きさ等に応じて、種々変更することが可能である。
【0098】
また、上記実施形態及び各変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能がエネルギー変換装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能がエネルギー変換装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
【0099】
なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0100】
１，１Ａ，１Ｂ，４００ エネルギー変換装置、１０ トルク源、２０ 無断変速機、２１ 太陽歯車、２２ａ，２２ｂ 遊星歯車、２３ 歯付きアイドラ、２４ａ，２４ｂ キャリア、２５ 入力側支持部材、２６ 出力側支持部材、２７ａ，２７ｂ タイミングベルト、２８ａ～２８ｄ 張力調整用プーリ、３０，３０Ａ，３０Ｂ 差動装置、３１ ケース、３２ 入力軸、３３ 入力側傘歯車、３４ 環状歯車、３５ 第１出力軸、３６ 第１出力側傘歯車、３７ 差動傘歯車、３８ 第２出力軸、３９ 第２出力側傘歯車、Ｌ１，Ｌ２ 負荷、Ｇ 歯車、Ｃ 円筒部、１００ 産業用ロボット、Ｊ１ 第１関節、Ｊ２ 第２関節、１１０ 制御部、１２０ 変速用アクチュエータ、Ｒ１ 第１回転軸、Ｋ トルクオフセットばね、Ｐ１ 第１位置決め装置、Ｅ１ 第１ロータリーエンコーダ、Ｒ２ 第２回転軸、Ｐ２ 第２位置決め装置、Ｅ２ 第２ロータリーエンコーダ、２００ 立体駐車装置、ＰＬ１ 第１パレット、ＰＬ２ 第２パレット、ＥＬ１，ＥＬ２ 昇降機構、３００ 自動車、３１０ 逆転装置、ＷＨ１ 第１車輪、ＷＨ２ 第２車輪
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】