JP2001069734A - 電気エネルギ変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分離型誘導電動機において、小型形状で駆動
能力の向上を図る。 【解決手段】 駆動コイル１０３を、同心円状に２つの
駆動コイル列Ｒ１，Ｒ２を成すように均等配置する。駆
動コイル１０３は、各サークル毎に、駆動コイル１０３
を１つおきに使用して、その発生する磁束の向きが交互
に逆となるように直列接続し、一方をｓｉｎ側に、他方
をｃｏｓ側に夫々接続し、内外の各駆動コイル列を独立
に２相駆動する。駆動コイル１０３から発せられる磁束
が各駆動コイル１０３毎に鎖交する１ターンコイルが配
置されるように、内外２重の回転板１１１ａ，１１１ｂ
を一体的に形成した複合回転板１１１を使用する。これ
により、各駆動コイル列に対応する各発生トルクが、互
いに他の駆動コイル列による発生トルクの谷間を補うよ
うに駆動され、夫々によって生ぜしめられた発生トルク
が軸出力において加算され、平均的発生トルクが増大さ
れ、トルクムラが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気エネルギ変換器
に関し、より詳細には磁気発生機構部（ステーター側）
と回転機構部（ローター側）とが互いに分離可能に組み
立てられた誘導電動機などの電気エネルギ変換器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及び課題】電気エネルギを回転エネルギや
熱エネルギなどに変換する電気エネルギ変換器、例えば
誘導電動機や誘導加熱器などが種々の分野で広く利用さ
れている。

【０００３】また、今日では、従来一体的に構成されて
いた電動機の固定子（ステータ）および回転子（ロー
タ）を、固定子は磁気発生機構部内に収容し、また回転
子は回転機構部内に収容し、磁気発生機構部および回転
機構部を夫々分離独立した器具として構成し、両者が磁
気結合するように組み立てることにより、誘導電動機の
機能をさらに発展させて応用面の多様化を可能とした分
離型誘導電動機が提案されている（例えば特開平８−３
５６６４号、同１０−９８８６０号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
磁気空隙長を大きくするにつれ磁気結合度は低下し、低
トルク，高速回転という機械的出力特性を有し、そのま
までは非常に使い難いのが現状である。

【０００５】これを改善するには、例えば誘導電動機一
般の技術として知られている、駆動コイルの数を増やし
高密度に配置して、一回転角（一機械角）当たりの電気
角数を増やすことにより高トルク化を図る方法を適用す
ることが考えられる。

【０００６】しかしながら、１つの与えられた平面内に
現実的に配置できる駆動コイルの総数はサイズやコスト
などの制約から限度があり、高トルク化を図るにも限度
がある。

【０００７】また、回路基板上にパターンをコイル状に
形成する、いわゆるプリントコイル製法という方法を用
いれば、プリントコイルを複雑な形状にできるので、コ
イルを密集配置することは可能であるが、１層基板では
パターンを積み重ねるということはできず巻線数を増や
すには限界があるため、高トルク化が望まれる分離型電
動機のコイル形成方法としては適当でない。

【０００８】さらに同一円周上に多数の駆動コイルを並
べると、必然的に同相内の極間ピッチすなわちコイルピ
ッチが短くなり、磁気空隙長を長くすると、駆動コイル
から発せられる磁束を回転板の１ターンコイルに十分に
鎖交させることができず、駆動エネルギを十分に伝達す
ることができない。換言すれば、長い磁気空隙長を有す
る分離型電動機においては、ある程度の極間ピッチを確
保できるように適度な間隔をとって駆動コイルを配置し
ながら高トルク化を図ることが必要となるため、磁気発
生機構部が大きくなり小形の装置にできないという問題
がある。

【０００９】さらにまた、低トルク，高速回転のものを
高トルク，低速回転のものに変更するという機械出力特
性の変更方法として、歯車減速機構を設ける方法が考え
られる。ここで分離型誘導電動機に歯車減速機構を設け
るに際しては、軸受を含む機械出力部が回転機構部内で
完結していることが必要である。また、一層高トルク，
低速回転にするには、歯車減速機構を多段にしたり軸方
向に積み重ねてゆくことも望まれる。

【００１０】しかしながら、従来の分離型誘導電動機、
特に扁平の分離型誘導電動機は出力軸が回転する軸回転
方式であるため、分離ができ扁平であり薄型であるとい
う条件を満たしながら、歯車減速機構を多段にしたり、
軸方向に積み重ねてゆくことは困難である。

【００１１】このように、分離型誘導電動機を始めとす
る従来の電気エネルギ変換器においては、高効率、高ト
ルクのものを小形且つ簡易な構成で実現することは困難
であった。

【００１２】また、分離型であるため、磁気発生機構部
に回転機構部が搭載されていない状態で駆動コイルを駆
動するという状態が生じるが、このような駆動状態で
は、電流供給源（例えばインバータ回路）の出力トラン
ジスタに大電流が流れ、これを放置すると破壊に至ると
いう問題がある。

【００１３】以上述べたように、従来の電気エネルギ変
換器においては、高効率、高トルクのものを小形で簡易
な構成で実現することは難しく、また負荷変動による影
響を受けるなどの制約があることから、分離型であると
いう特徴を十分に発揮した装置を提供することが困難で
あり、その応用面が制約されていた。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、分離ができるという分離型の電気エネルギ変換器
の形状的特徴を損なうことなく、より小型な形状でもっ
て高トルク化を図ることができる電気エネルギ変換器を
提供することを目的とするものである。

【００１５】また負荷変動による影響を受けるという従
来の電気エネルギ変換器が有する問題点を解消すること
のできる電気エネルギ変換器を提供することを目的とす
るものである。

【００１６】さらに、分離型であるという特徴を十分に
発揮した装置への応用展開を提供することを目的とする
ものである。

【００１７】

【課題を解決する手段】本発明による電気エネルギ変換
器は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、こ
の電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発
生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を
有する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構
部とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空
隙を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回
転磁界を回転体に作用させて、この回転体を回転駆動す
る電気エネルギ変換器であって、磁気発生機構部が、径
の異なる円周上に夫々配された複数個の駆動コイルから
成る駆動コイル列を有するものであることを特徴とする
ものである。

【００１８】本発明による電気エネルギ変換器の電流供
給源は、各駆動コイルから発生される磁束により形成さ
れる回転磁界により回転体に生じる駆動コイル列に対応
する各発生トルクが、互いに他の駆動コイル列による発
生トルクの谷間を補うように、駆動コイルを駆動するも
の（後述する「独立リング対」に相当する）であること
が望ましい。

【００１９】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、この駆動コイル列、回転体および電流供給源からな
るトルク発生機構部を、複数有して成るものとしてもよ
い。

【００２０】さらに、本発明による電気エネルギ変換器
の電流供給源は、駆動コイル列の夫々を多相駆動の各相
に対応させて駆動することにより、回転体に全体として
１組の発生トルクを生ぜしめるもの（後述する「変形リ
ング対」に相当する）としてもよい。

【００２１】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、この駆動コイル列、回転体および電流供給源からな
るトルク発生機構部を、複数有して成るものとしてもよ
い。

【００２２】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、各駆動コイルから発生される磁束により形成される
回転磁界により回転体に生じる駆動コイル列に対応する
各発生トルクが、互いに他の駆動コイル列による発生ト
ルクの谷間を補うように、駆動コイルを駆動する電流供
給源、駆動コイル列および回転体からなる第１のトルク
発生機構部と、駆動コイル列の夫々を多相駆動の各相に
対応させて駆動することにより、回転体に全体として１
組の発生トルクを生ぜしめる電流供給源、駆動コイル列
および回転体からなる第２のトルク発生機構部とを混在
させて成るものとしてもよい。

【００２３】また、本発明による電気エネルギ変換器の
回転機構部を、固定された筐体に植立された固定軸と、
この固定軸に直接または間接に、独立回転可能に支持さ
れた複数の回転体とを備えたものとし、この回転体が、
回転力を出力し得る出力軸を夫々一体的に有して成るも
のとしてもよい。

【００２４】この場合、固定軸の他端側には、前記回転
力を取り出すための開口部を有する、該固定軸の他端を
支持する支持部材を設けるのが好ましい。

【００２５】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、回転体の回転数を検出する回転数検出手段をさらに
備え、電流供給源を、回転数検出手段の出力に基づい
て、回転体が回転中に該回転体の負荷が変動した場合に
おいても、常に回転数を一定に保つように制御する回転
数制御手段を有して成るものとするのが望ましい。

【００２６】また、本発明による電気エネルギ変換器の
回転機構部を、磁気発生機構部の両側に、固有の出力軸
を持つ回転体を夫々独立に配置して成るものとすること
ができる。

【００２７】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、複数の磁気発生機構部が、回転機構部の回転体に対
して、分離対面、または一体的対面と分離対面との混在
の内の何れかの状態で設けられているものとすることが
できる。

【００２８】ここで「回転体に対して、分離対面の状
態」とは、複数の磁気発生機構部夫々が、回転機構部と
分離可能に組み立てられると共に回転機構部内の回転体
と磁気的空隙を隔て対向配置された状態を意味する。こ
れに対して「回転体に対して、一体的対面の状態」と
は、複数の磁気発生機構部夫々が、回転機構部と一体的
（分離不可能）に組み立てられると共に回転機構部内の
回転体と磁気的空隙を隔て対向配置された状態を意味
し、「回転体に対して、一体的対面と分離対面との混在
の状態」とは、前記２つを混在させた状態、即ち、複数
の磁気発生機構部の少なくとも１つが回転機構部と分離
可能に組み立てられ且つ残りが回転機構部と一体的（分
離不可能）に組み立てられると共に、各磁気発生機構部
が回転機構部内の回転体と磁気的空隙を隔て対向配置さ
れることを意味する。

【００２９】また、本発明による電気エネルギ変換器の
回転体を、動的釣り合いが保たれた状態で、複数の切欠
部が設けられて成るものとし、磁気発生機構部を、該磁
気発生機構部に回転機構部が搭載時には夫々が同時に前
記切欠部であることを検出しないような位置に配設され
た、切欠部の有無を検出する複数のセンサを有して成る
ものとし、電流供給源を、センサの全ての出力が前記切
欠部であることを示すときには回転機構部が非搭載と見
なして駆動コイルの駆動を停止する駆動停止手段を有し
て成るものとするのが望ましい。

【００３０】また、本発明による電気エネルギ変換器の
回転体を、回転以外の機能を持つ部材の表面、例えば底
面，上面，外側面，斜面および内面などに、一体的に造
り込む，またははめ込むなどして取り外し自在に装着さ
れたものとし、磁気発生機構部を、磁気空隙を隔てて回
転体に対向して配置されたものとしてもよい。

【００３１】また、本発明による電気エネルギ変換器の
磁気発生機構部の主磁気回路を、Ｍｎ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｚ
ｎなどの軟磁性フェライト部材で形成されたものとし、
また、磁気発生機構部を構成する駆動コイルの巻線を、
細線を数多く束ねた撚り線を使用したものとし、これに
より磁気発生機構部が高周波駆動を可能とされたものと
するのが望ましい。ここでの「高周波」とは５ｋＨｚ〜
３０ｋＨｚ程度の周波数範囲である。

【００３２】また、本発明による電気エネルギ変換器の
電流供給源を、回転磁界と誘導加熱用の高周波交番磁界
とを選択的に発生させる切換手段を備えたものとし、回
転体を、高周波交番磁界が発生されたとき該高周波交番
磁界により誘導加熱されるものとすることもできる。特
に回転体には加熱特性の優れた部材との複合化も行われ
る。

【００３３】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、複数の回転体を備えた回転機構部とし、電流供給源
を、回転磁界と誘導加熱用の高周波交番磁界を同時に発
生させ得る手段を備えたものとし、複数の回転体に対向
して配置された磁気発生機構部から、独立に回転磁界お
よび高周波交番磁界を同時または選択的に発生させるも
のとすることができる。

【００３４】ここで「独立に回転磁界および高周波交番
磁界を同時または選択的に発生させる」とは、回転磁界
と高周波交番磁界の組合せが自由であり、且つ何れも同
時に発生させてもよく、また選択的に発生させてもよい
ことを意味する。「組合せ」とは、例えば２つの回転体
を備えるものの場合には、両者に対して回転磁界を作用
させる、両者に対して高周波交番磁界を作用させる、一
方に対して回転磁界を作用させ他方に対して高周波交番
磁界を作用させるといったことである。「選択的に発生
させる」とは、回転磁界或いは高周波交番磁界の発生
を、独立に交互にオンオフすることができることを意味
する。

【００３５】また、本発明による電気エネルギ変換器の
回転機構部を、固定した筐体に植立された固定軸と、該
固定軸周りに回転自在に軸支された回転体と、該回転体
の一部に同軸に一体的に形成された歯車と、該歯車と噛
合する遊星歯車を有して成る減速機構と、該減速機構の
出力部と一体的に形成された、固定軸に回転自在に軸支
された出力軸とを備えたものとすることが望ましい。な
お、このような構成を、固定軸の軸方向に多数積み重ね
るようにしてもよい。

【００３６】なお、軸支された出力軸側には、該出力軸
の回転力を取り出すための開口部を有する、固定軸の他
端を強固に筐体に保持すべき、鶴の首的支持部材や三脚
的支持部材を設けるのが好ましい。

【００３７】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、回転機構部が、固定された筐
体に植立された固定軸と、固定軸に直接または間接に独
立回転可能に支持された複数の回転体とを備え、該回転
体が、回転力を出力し得る出力軸を夫々独立にして一体
的に有して成るものとすることができる。

【００３８】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、回転体の回転数を検出する回
転数検出手段をさらに備えたものとし、電流供給源が、
回転数検出手段の出力に基づいて、回転体が回転中に該
回転体の負荷が変動した場合においても、常に回転数を
一定に保つように制御する回転数制御手段を有して成る
ものとすることができる。

【００３９】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、回転機構部が、磁気発生機構
部の両側に、固有の出力軸を持つ回転体を夫々独立に配
置して成るものとすることができる。

【００４０】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、回転体を、動的釣り合いが保
たれた状態で、複数の切欠部が設けられて成るものと
し、磁気発生機構部が、該磁気発生機構部に回転機構部
が搭載時には夫々が同時に前記切欠部であることを検出
しないような位置に配設された、切欠部の有無を検出す
る複数のセンサ（例えば磁気センサなど）を有して成る
ものとし、電流供給源を、センサの全ての出力が前記切
欠部であることを示すときには回転機構部が非搭載と見
なして駆動コイルの駆動を停止する駆動停止手段を有し
て成るものとすることができる。

【００４１】また、このセンサを、回転体の回転数を検
出する回転数検出手段を兼ねるものとすることもでき
る。

【００４２】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、回転機構部の回転体を、回転
以外の機能を持つ部材の表面に取り外し自在に装装着さ
れたものとし、磁気発生機構部を、磁気空隙を隔てて回
転体に対向して配置されているものとすることができ
る。

【００４３】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、複数の回転体を備えた回転機
構部とし、電流供給源を、回転磁界と誘導加熱用の高周
波交番磁界を同時に発生させ得る手段を備え、複数の回
転体に対向して配置された複数の磁気発生機構部から、
独立に回転磁界および高周波交番磁界を同時または選択
的に発生させるものとすることができる。

【００４４】ここで「独立に回転磁界および高周波交番
磁界を同時または選択的に発生させる」および「選択的
に発生させる」とは、上述と同じ意味である。

【００４５】また、本発明による電気エネルギ変換器
は、所定の周波数の電流を出力する電流供給源と、この
電流供給源により駆動され回転磁界を発生する磁気発生
機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回転体を有
する回転機構部とを備え、磁気発生機構部と回転機構部
とが互いに分離可能に組み立てられ、両者が磁気的空隙
を隔て対向配置され、磁気発生機構部から発生する回転
磁界を回転体に作用させて該回転体を回転駆動する電気
エネルギ変換器であって、回転機構部を、固定した筐体
に植立された固定軸と、該固定軸周りに回転自在に軸支
された回転体と、該回転体の一部に同軸に一体的に形成
された歯車と、該歯車と噛合する遊星歯車を有して成る
減速機構と、該減速機構の出力部と一体的に形成され
た、固定軸に回転自在に軸支された出力軸とを備えたも
のとすることができる。

【００４６】なお、軸支された出力軸側には、該出力軸
の回転力を取り出すための開口部を有する、固定軸の他
端を強固に筐体に保持すべき、鶴の首的支持部材や三脚
的支持部材を設けるのが好ましい。

【００４７】

【発明の効果】本発明による電気エネルギ変換器によれ
ば、駆動コイルを径の異なる円周上に配置する、すなわ
ち多重配置するようにしたので、小型の磁気発生機構部
にでき、ひいては同じ発生トルク量のものを小型の装置
で実現することができるようになる。これにより、例え
ば出力パワー約５００Ｗ以下の分離型電気エネルギ変換
器のサイズを、人が両手で簡単に扱い得る商品のサイズ
（立方体の一辺がそれぞれ最大約３０ｃｍ程度）に収め
ることが可能となり、サイズマッチング性に優れた機器
を提供することが可能となる。

【００４８】また各駆動コイル列に対応する各発生トル
クが、互いに他の駆動コイル列による発生トルクの谷間
を補うように、駆動コイルを駆動すれば、平均的発生ト
ルクを増大したりトルクムラを低減することができ、特
に最小発生トルクの改善に大きく寄与することができ
る。

【００４９】また駆動コイル列の夫々を多相駆動の各相
に対応させて駆動し、回転体に全体として１組の発生ト
ルクを生ぜしめるようにすれば、従来の１重配置の電流
供給源をそのまま利用して駆動コイルを多重配置するこ
とができる。

【００５０】また、独立リング対のトルク発生機構や変
形リング対のトルク発生機構を複数有するようにした
り、これらを混在させたりすることにより、簡単に高ト
ルク化を一層図ることができる。また独立リング対と変
形リング対の相互間の変更は回転板と駆動コイルの結線
態様の変更で済み容易であるから、必要とする機械出力
特性に応じて、トルク発生機構を自由に組み合わせるこ
とができる。

【００５１】また、夫々が独立の出力軸を有する回転体
を、固定軸に独立回転可能に支持すれば、小型で複数軸
出力構成の電気エネルギ変換器にすることができる（こ
のような構成を「多軸出力機構」という）。

【００５２】この場合、固定軸の他端側には、回転力を
取り出すための開口部を有する支持部材であって、固定
軸の他端を支持する支持部材を設けるようにすれば、回
転体の回転につれて、固定軸の他端が振動したり倒れた
りする虞れもない。

【００５３】また、回転体の回転数を検出し、常に回転
数を一定に保つように制御すれば、負荷変動に影響され
ることなく、常に一定回転で回転させることができる
（このような構成を「回転数一定制御機構」という）。

【００５４】また、磁気発生機構部の両側に、固有の出
力軸を持つ回転体を夫々独立に配置したものとすれば、
それぞれの回転体の負荷に応じて自己調整設定された回
転動力を各出力軸から独立に取り出すことができ、例え
ば回転体を２つとした双回転子（TWIN ROTOR）構成のも
のとすることにより、回転板自体がディスクブレーキを
も兼ねる電動３輪自転車などを実現することができる。

【００５５】この際、電力整合をとるようにしたり、磁
気発生機構部の交流分抵抗を電流供給源の出力インピー
ダンスの実効抵抗の約１／１０以下とすれば、小型で十
分な駆動能力を有する装置（例えば電動３輪自転車）を
構成することができる。

【００５６】また、複数の磁気発生機構部を、回転機構
部の回転体に対して、分離対面、または一体的対面と分
離対面との混在の内の何れかの状態で設けられているも
のとすれば、例えば、２つの回転体の１ターンコイル鎖
列を有する軟磁性金属板同志を貼り合わせて、見かけ上
１つの回転体を有する回転機構部とし、この回転体の両
側に、２つの磁気発生機構部を配する双固定子構成とす
ることもできる。これにより、例えば隠れた戸などに配
された回転機構部に錠の機能を持たせ、分離された磁気
発生機構部（固定子）に鍵の機能を持たせることができ
る。

【００５７】また、動的釣り合いが保たれた状態で、複
数の切欠部を回転体に設け、回転機構部搭載時この切欠
部を同時に検出しないような位置に複数のセンサを設
け、センサの全ての出力が切欠部であることを示すとき
には駆動コイルの駆動を停止するようにすれば、回転機
構部非搭載時に駆動コイルを駆動することによる装置破
壊を防止することができる（このような構成を「非搭載
保護機構」という）。センサとして磁気センサを使用す
れば、金属物である回転板を有する回転機構部の搭載の
有無を非接触でも確実に検知することができる。また、
このセンサを、回転数検出手段を兼ねるものとすれば、
回転数検出手段を別途設ける必要がない。

【００５８】また、回転体を、回転以外の機能を持つ部
材の表面に装着し、磁気発生機構部を、磁気空隙を隔て
て回転体に対向して配置すれば、例えば、円盤状なり、
帯状なりの１ターンコイル鎖列を、鍋，皿，漏斗などの
底面，斜面，側面などに挟め込み、それに対向するよう
に駆動コイルを多面分割配置することができ、部材の多
機能化を図ることが可能となる（このような構成を「装
着機構」という）。具体的には、漏斗に回転板を填め込
み、これを水中で一体的に回転させると、水流ポンプと
して作用させることができるなどである。なお、鍋など
が非磁性部材のときは、磁性金属板付き１ターンコイル
鎖列を用いる。

【００５９】また、磁気発生機構部の主磁気回路を、Ｍ
ｎ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｚｎなどの軟磁性フェライト部材で形
成して高周波駆動が可能なようにすれば、本発明による
電気エネルギ変換器をミリサイズのマシンに適用するこ
とが可能となる。

【００６０】また、電流供給源を、回転磁界と誘導加熱
用の高周波交番磁界とを切り換えて発生するものとすれ
ば、回転体自体が回転駆動されたり誘導加熱されたり
と、切り換えて使用することがでができるので、例え
ば、回転調理器具をそのまま加熱調理器具として使用す
ることができる。特に加熱特性の優れた部材で複合化を
図った回転体とすることにより、より加熱効果を高める
こともできる。

【００６１】また、複数の回転体を備えた回転機構部と
するとともに、回転磁界と高周波交番磁界を同時に発生
させ得る磁気発生機構部とし、独立に回転磁界や高周波
交番磁界を同時または選択的に発生させるようにすれ
ば、夫々の回転体が誘導回転作用と誘導加熱作用を独立
に行うことができるようになり、電気エネルギ変換器の
応用範囲を拡大することができ、特に主として回転主体
構成のものや、主として加熱主体構成のものなど専用化
もできる（このような構成を「独立回転体機構」とい
う）。例えば、一方の回転体に対して回転磁界を作用さ
せ、他方の回転体に対して交番磁界を作用させると、熱
研磨やバリ取り研磨などに活用することができる。

【００６２】また、固定した筐体に固定軸を植立して、
この固定軸周りに回転体を回転自在に軸支すると共に、
この回転体の一部に同軸に一体的に歯車を形成し、この
歯車に遊星歯車を噛合させて減速するようにし、その出
力部と一体的に形成された出力軸を、固定軸周りに回転
自在に軸支するようにすれば、高トルク化を一層進める
ことができ、力の極めて強い電気エネルギ変換器にする
ことができる（このような構成を「減速機構」とい
う）。

【００６３】例えば、回転機構部筐体にその両端を強固
に支持された回転軸の出力側に多段減速された出力歯車
を支持部材の開口部を経て、高トルク・低回転の回転出
力を取り出すことにより、身体障害者入浴用水中補助椅
子の動力源などに利用することが可能となる。

【００６４】また、上述の「多軸出力機構」と組み合わ
せることも可能であり、そうすれば、電気エネルギ変換
器の応用範囲を一層拡大することができる。

【００６５】上述の本発明による効果は、いずれも駆動
コイルを多重配置したものを基本とする電気エネルギ変
換器に適用したものに関するが、該多重配置に適用した
種々の改良態様は、多重配置構成の電気エネルギ変換器
にのみ限定されるものではない。特に、上述の「多軸出
力機構」、「回転数一定制御機構」、「双回転子構
成」、「双固定子構成」、「非搭載保護機構」、「装着
機構」、「独立回転体機構」および「減速機構」は、分
離型の電気エネルギ変換器であればどのような態様のも
のにでも適用することができ、上述した効果を同様に発
揮できる。

【００６６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００６７】本発明による分離型の電気エネルギ変換器
は、磁気発生機構部が、径の異なる円周上に夫々配され
た複数個の駆動コイルから成る駆動コイル列を有するよ
うにしたものであり、端的に言えば、駆動コイルを多重
配置したことを特徴とする。最初に、ｓｉｎ／ｃｏｓの
２相駆動用であって、駆動コイルを２重に配置した、基
本的な構成例について説明する。

【００６８】図１〜図５は、本発明の実施の形態による
電気エネルギ変換器の一態様である誘導電動機に使用さ
れる、磁気発生機構部の駆動コイルの平面配置図
（Ａ）、これに対応する回転機構部の回転体としての回
転板の平面図（Ｂ）、および駆動コイルの電気的接続図
（Ｃ）である。

【００６９】図１は、駆動コイル総数が８個で、１相当
たりの１機械角に対する電気角数すなわち磁極の対数ｐ
が２である態様を示す。同様に図２は駆動コイル総数８
個，１電気角の態様を示し、図３は駆動コイル総数１２
個，３電気角の態様を示し、図４は駆動コイル総数１６
個，４電気角の態様を示し、図５は駆動コイル総数１６
個，２電気角の態様を示す。

【００７０】以下、これらに共通した基本となる事項に
ついて説明する。なお、図１〜図５中、同等の要素には
同番号を付し、それらについての説明は纏めて行う。

【００７１】磁気発生機構部１００には、磁芯１０４を
有し、ボビンに巻かれた駆動コイル１０３を、磁気発生
機構部筐体の底面に埋設された磁気台座１０１上に、同
心円状に２つの駆動コイル列を成すように均等配置す
る。図中細線で示す、内外に形成されるサークルを夫々
サークルＲ１，Ｒ２という。

【００７２】具体的には、内側サークルＲ１に、コイル
総数のうちの半分の駆動コイル１０３を均等配置する。
また、外側サークルＲ２には、内側サークルＲ１に配置
された駆動コイル１０３の並び谷間、即ち中心から隣接
する各駆動コイル１０３の間（本例においては略中間）
を通過する図中放射線状に示した鎖線上で、且つ内側サ
ークルＲ１上の駆動コイル１０３に近接するように、駆
動コイル１０３を夫々配置する。この外側サークルＲ２
に配置する駆動コイル１０３や磁芯１０４の直径は、同
一の発生トルクを得るために、内側サークルＲ１に配置
するものと同じか、やや小さいのが好ましい。両サーク
ルに配置された各駆動コイル１０３を内外交互に且つ連
続的に結んで形成される１つの駆動コイル列を変形サー
クルＲ０と称する（図１，３，４参照）。なお図に示す
駆動コイル１０３には、変形サークルＲ０上を反時計方
向に、ａを起点とする小文字のローマ字で示すコイル番
号を付している。

【００７３】このように本発明によれば、内側サークル
Ｒ１と外側サークルＲ２とに分けて駆動コイル１０３を
配置するようにしたので、従来のように全ての駆動コイ
ルを同一円周上に並べるのに比べて、必要とする径を小
さくすることができるので、磁気発生機構部を小型にす
ることができ、電気エネルギ変換器全体の小型化を図る
ことができる。

【００７４】これにより、人が両手で簡単に扱い得る商
品のサイズ（立方体の一辺がそれぞれ最大約３０ｃｍ程
度）と、分離による必要な空隙長から与えられる分離型
電気エネルギ変換器の制約されたサイズ（実現可能なサ
イズであり、φ１００ｍｍ〜φ３００ｍｍ程度）とが、
都合良く、程良い一致を見せることとなり、結果的に良
い整合性（サイズマッチング）を与えることができ、マ
ンマシンインターフェース性に適した機器を提供するこ
とが可能となる。

【００７５】なお、本例では、内側サークルＲ１と外側
サークルＲ２に、同数の駆動コイルが、夫々の谷間に互
いに近接するように配置しているが、多重に配列する限
り、必ずしもこのような配置としなくともよい。例え
ば、内側と外側の駆動コイル数が異なっていてもよい。

【００７６】このように、両サークルＲ１，Ｒ２上に配
置された駆動コイル１０３、それに対応して磁気結合す
るように配置される回転板１１１の構造、および駆動コ
イル１０３の接続態様により、以下の２通りの組合わせ
によるトルク発生作用を得ることができる。すなわち、
内外の各駆動コイル列が共同して１つの作用を成し、全
体として１組のトルクを発生させる干渉型（図１，３，
４の場合）と、内外の各駆動コイル列は互いに干渉せず
に独立して回転板１１１に作用し、夫々によって生ぜし
められた発生トルクを回転機構部の軸出力において加算
する非干渉型（図２，５の場合）である。以下、夫々に
ついて説明する。

【００７７】図１，３，４に示す干渉型の場合、内側に
配置された各駆動コイル１０３から発せられる磁束の列
（内側磁束鎖列）と外側に配置された各駆動コイル１０
３から発せられる磁束の列（外側磁束鎖列）とでは、そ
の半径が異なる。これを、以下「両磁束鎖列は配置位置
差を有する」という（図２，５の場合も同様）。

【００７８】回転板１１１には駆動コイル１０３から発
せられる磁束が鎖交する１ターンコイルを各駆動コイル
に対応して配置する。１ターンコイルは、一般的には回
転板１１１に穴部または孔部を設けることにより形成す
る。この回転板１１１に形成された穴部１１２は、内側
サークルＲ１の駆動コイル１０３が対応したときも、そ
のコイルと隣接する、外側サークルＲ２の一方の駆動コ
イル１０３が対応したときも、その都度、夫々の駆動コ
イル１０３からの発生磁束と、もれなく鎖交して１つの
誘導磁極が形成されるように、その穴空き内面積が決め
られる。そして、総合的には磁束鎖列の配置位置差を吸
収するように、１つの変形サークルＲ０に対応する１つ
の１ターンコイルの列（１ターンコイル鎖列）が形成さ
れる。１ターンコイルの総数は駆動コイル１０３の総数
と同じである（図１，３，４の各（Ｂ）参照）。

【００７９】このように干渉型の場合には、変形サーク
ルＲ０上の内外の駆動コイル列が成す両磁束鎖列と、こ
の両磁束鎖列の配置位置差を吸収する１ターンコイル鎖
列とが、軸方向（偏平型誘導電動機の場合）に磁気的空
隙を隔てて配置され、両鎖列が干渉し合って、上下２つ
の鎖列で１対を成す、変形した１つのリング対（変形１
リング対）が形成される。

【００８０】変形１リング対の場合、内側の駆動コイル
１０３を、その発生する磁束の向きが交互に逆となるよ
うに直列接続し、同様に外側の駆動コイルも、その発生
する磁束の向きが交互に逆となるように直列接続する。
この直列接続された各駆動コイル列を夫々２相駆動の１
相分とし、一方をｓｉｎ側、他方をｃｏｓ側に夫々接続
し、インバータ回路１２０により２相駆動する（図１，
３，４の各（Ｃ）参照）。

【００８１】この２相駆動により、磁気発生機構部１０
０と回転機構部との間の磁気空隙内には回転磁界が生成
される。この回転磁界は、磁束鎖列の配置位置差と同じ
ように半径方向に変動成分を有するが、対向する回転板
１１１の１ターンコイル鎖列が磁束鎖列の配置位置差を
吸収するので、１ターンコイルに形成される誘導磁極に
は、回転磁界の変動成分に起因する変動は生じない。

【００８２】この干渉型の場合には、駆動コイルの接続
態様は、同一円周上に全ての駆動コイルを配置する従来
のものと同じであり、発生するトルクも略同じである。
したがって、この干渉型によれば、使用する駆動コイル
の総数が同じ場合には、装置形状を小型にしながら発生
トルクを同じにすることができる。換言すれば、装置サ
イズが同じ場合には、駆動コイル数を多くすること（多
極化）により、発生トルクを大きくすることができる、
つまり高トルク化を図ることができる。

【００８３】一方、図２，５に示す非干渉型の場合、上
述のように磁気発生機構部の内外の各駆動コイル列は互
いに干渉せずに独立して作用するものであり、駆動コイ
ル列（サークルＲ１，Ｒ２）が内外に２つ形成される。

【００８４】回転板１１１には、駆動コイル１０３から
発せられる磁束が各駆動コイル１０３毎に鎖交する１タ
ーンコイルを配置する。この際、内外２つの駆動コイル
列に対応する独立した１ターンコイルの列（１ターンコ
イル鎖列）が、径方向に２重に形成されるようにするの
が好ましい。例えば、内外２重に回転板１１１ａ，１１
１ｂを配置した複合回転板１１１とする（図２，５の各
（Ｂ）参照）。１ターンコイルの内外２重の総数は、駆
動コイル１０３の総数と同じであるのは勿論である。

【００８５】駆動コイル１０３は、各サークル毎に、駆
動コイル１０３を１つおきに使用して、その発生する磁
束の向きが交互に逆となるように直列接続する。これに
より内外夫々において駆動コイルの直列接続が２つ形成
される。起点は順次隣接する駆動コイルとなるようにす
る（本例での起点は、ａ，ｂ，ｃ，ｄとしている）。内
側の直列接続された２つの駆動コイル列を、夫々２相駆
動の１相分とし、一方をｓｉｎ側に、他方をｃｏｓ側に
夫々接続し、同様に外側の直列接続された２つの駆動コ
イル列も、夫々２相駆動の１相分とし、一方をｓｉｎ側
に、他方をｃｏｓ側に夫々接続する。つまり、各駆動コ
イル列がそれぞれ発生する回転磁界の回転方向が同じに
なるように、内外のｓｉｎ側同士およびｃｏｓ側同士で
並列接続する（図２，５の各（Ｃ）参照）。したがっ
て、各駆動コイル列が独立に２相駆動され、電気角は上
記干渉型の１／２になる。

【００８６】２相駆動により、磁気発生機構部１００と
回転機構部との間の磁気空隙内には回転磁界が生成され
るが、内側駆動コイル列の発生する磁束は内側の１ター
ンコイル鎖列とのみ鎖交し、外側駆動コイル列の発生す
る磁束は外側の１ターンコイル鎖列とのみ鎖交する誘導
電磁路を設けることにより、互いに全く干渉しない誘導
磁極が形成される。すなわち、内外の駆動コイル列が成
す各磁束鎖列と、内外の１ターンコイル鎖列が軸方向
（偏平型誘導電動機の場合）に磁気的空隙を隔てて配置
され、上下２つの鎖列が夫々独立に１対を成す、２つの
独立リング対が形成される（纏めて「独立２リング対」
という）。この結果、２組の電気角の位相が１８０°ず
れて、お互いに角度方向に、その発生トルクの谷間を補
い合うトルク発生機構が形成され、夫々によって生ぜし
められた発生トルクが軸出力において加算される。ま
た、これは平均的発生トルクの増大とトルクムラの低
減、特に最小発生トルクの改善に大きく寄与する。

【００８７】したがって、この干渉型によれば、装置を
小型にしながら、発生トルクの増大とトルクムラの低減
を同時に実現することができる。換言すると、装置サイ
ズが同じ場合には、高トルク化とトルクムラの低減を同
時に図ることができる。

【００８８】上述の回転板１１１は、材質的には鉄系な
ど従来の回転板に使用されているものであれば、何れの
ものも使用することができる。なお、電磁誘導による渦
電流を低抵抗で発熱を抑えながら誘起させて２次磁極を
発生させるために、特にアルミを使用したアルミ穴空き
板とするのが好ましい。また、夫々をアルマイト処理な
どの絶縁処理して複数枚を積層し数ターンコイルを成す
ようにしてもよい。そうすれば発生トルクを向上させる
ことができる。なお、この場合、数ターンコイルを直列
化する手段として、切欠部を有する１ターンコイルが積
層時上下接続される。

【００８９】なお、非干渉型の構成をより確実に動作さ
せるためには、２つのリング対が磁気的に結合しないよ
うにすることが大切である。そのためには、空隙と材料
の磁気異方性を積極的に活用するなどして、各リング対
が独立の閉磁路構成となるようにするとよい。

【００９０】具体的には、回転板１１１の１ターンコイ
ルに入り、鎖交した磁気発生機構部１００の発生する駆
動コイル１０３（例えばＮ極）の磁束を効果的にその駆
動コイル１０３の対極（前例の場合にはＳ極）となる駆
動コイル１０３に誘導し、閉磁気回路を構成するように
する軟磁性金属板を回転板１１１に積層した複合板とす
ればよい。

【００９１】この軟磁性金属板は、回転板１１１の穴部
１１２を完全に覆うものであれば、その形状は問わず、
例えば多角形的な形状であってもよい。また、その材質
は良軟磁性かつ良導体のＳＰＣ材や珪素鋼板などが好適
である。

【００９２】また、回転板１１１と軟磁性金属板とを積
層して閉磁路構成をとるに際しては、求められる機械出
力特性、並びに駆動周波数と回転板１１１の渦電流抵抗
との関連で、その駆動周波数において最大の回転数が得
られるように両者の材質や形状などを選定するのが望ま
しい。具体的には、その駆動周波数が実用可能な周波数
領域となるように、表皮効果の時間変化、運動による磁
気レイノルズ数、およびその複合状態などを考慮して回
転板１１１の材質，穴空きかご形状および中空面積を選
定するのが望ましい。さらに駆動周波数に対して磁気抵
抗や電気抵抗を調整するため、軟磁性金属板の最適化が
行われる。例えば、ケイ素鋼や軟磁性フェライトおよび
それらの複合材を使用したり、パンチング加工などする
とよい。また、出縁付Ｍｎ−Ｚｎフェライト円柱を磁芯
１０４に使用した駆動コイル１０３とすれば、より容易
且つ効果的に閉磁路を構成することができる。

【００９３】なお、このように閉磁路構成とする手法
は、非干渉型のものに限らず、干渉型のものに適用して
もよい。

【００９４】上記説明は、駆動コイル列を２重にした２
相駆動対応のものについて説明したものであるが、これ
に限らず、３相などの多相駆動対応のものにすることも
可能である。２重ではなく、さらに多重化できるのも勿
論である。これら変更に対応する方法について簡単に説
明する。

【００９５】変形リング構成については、次のようにす
る。電気角数ｎ、駆動相数ｍとしたとき、各列をなす駆
動コイル数ｋは２ｎとなる。多重化の数、すなわちコイ
ル列数は、駆動相数ｍと等しい。各列毎に、駆動コイル
の発生する磁束の向きが交互に逆となるように駆動コイ
ルを直列接続する。そして、この直列接続された駆動コ
イルを夫々１相分として、インバータ回路の各相の出力
端子に夫々接続する。回転板の構成は上述の例による。
これにより、ｍ相駆動、ｎ電気角、変形１リング対構成
とすることができる。

【００９６】独立リング対については、次のようにす
る。電気角数ｊ、駆動相数ｍとしたとき、各列をなす駆
動コイル数ｋは２ｊｍとなる。多重化の数、すなわちコ
イル列数は、駆動相数ｍと等しい。各列毎に、駆動コイ
ルを（ｍ−１）個おきに使用して、その発生する磁束の
向きが交互に逆となるように直列接続する。そして、こ
の直列接続された駆動コイルを夫々１相分として、イン
バータ回路の各相の出力端子に夫々接続する。これを他
の列についても同様に行う。回転板の構成は上述の例に
よる。これにより、ｍ相駆動、ｊ電気角、純正独立ｍリ
ング対構成とすることができる。

【００９７】ここで、「純正」と称したのは、独立ｍリ
ング対構成の場合には、上述したように、各列に対応す
る回転板を一体的に形成したときには、各列が成すトル
ク発生機構夫々によって生ぜしめられた発生トルクが軸
出力において加算され、結果として１つのトルク発生機
構を成すものであることを考慮したからである。

【００９８】したがって、各列に対応する回転板を一体
的に形成せずに、回転板毎に出力軸を独立に設ければ、
各列が成すトルク発生機構夫々によって生ぜしめられた
発生トルクによる回転出力を独立に取り出すこともでき
る。また、各列に対応する一部の回転板を組み合わせ
て、複合化することもできる。さらに、インバータ回路
との接続を逆にすれば回転方向を逆にすることもでき
る。

【００９９】例えば、３相駆動の場合には、純正独立３
リング対を１つ構成するのではなく、独立１リング系を
３つ、或いは独立１リング系と独立２リング系を各１つ
ずつ構成することもできる。上述した２相駆動の場合
に、独立１リング系を２つ構成できるのは勿論である。
また、４相駆動の場合には、独立２リング系を２つ構成
することもできる。

【０１００】さらに、上記説明は各列を同じ数の電気角
や相数で駆動するものについて説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではない。すなわち、各列毎に、駆
動相数や電気角数が異なるものであってもよい。

【０１０１】このように、駆動コイル総数を増やすとい
う多極化に際して、駆動コイルを多重に配置すること、
さらには、交互に位置角度的に補完し合う高密度駆動コ
イル配置とすることは、駆動コイルを容易に面展開でき
るということにつながり、これは、「偏平」な電気エネ
ルギ変換器を構成するのに非常に好都合である。そし
て、大幅なコスト増を招くことなく駆動コイルの多極化
を行うことができ、また要求される機械出力特性に応じ
て、トルク発生機構を任意に選択することもできる。

【０１０２】なお、今日のデジタルインバータ技術を使
用すれば、単相から多相を生成することは難しくない
が、多相にすればするほど、インバータ回路と電動機が
共に複雑になり、コストが上がる。一方、本発明による
分離型の電気エネルギ変換においては、分離しているこ
とに起因する制約があるけれども、大幅なコスト増を招
くことなく、例えば多軸出力化や減速機構の付与（後述
する）など多様な対応を実現できるという利点があり、
また、産業用より、むしろ民生分野に安価に価値複合化
（後述する）を提供し、また特殊な分野にも重ねて応用
すること（後述する）などを考慮すると、２相駆動を基
に多極化する構成を採用するのが好ましい。

【０１０３】ここで、干渉型或いは非干渉型などという
駆動コイルを多重配置した構成において大切なことは、
従来の１重の駆動コイル列とそれに対応する回転板とか
らなるトルク発生機構部に対して、本発明は駆動コイル
の総数を同じとしながら、例えば変形１リング対或いは
独立２リング対という単純な構成のトルク発生機構部を
形成することにより、何れの構成においても、装置サイ
ズが同じであれば、高トルク化を図ることができるとい
うことである。但し、駆動コイルを並列接続して多極化
を図ると、インバータ回路の出力端子と多数の駆動コイ
ルの端子とを接続しなければならず、端子処理が繁雑と
なるので、端子処理を考慮すれば、駆動コイルを直列接
続して多極化を図る方が好ましい。

【０１０４】また、この単純な構成のトルク発生機構部
を夫々１変換ユニットとして扱うことができるというこ
とも、本発明の特徴である。さらに、この変換ユニット
を専用或いは混在させて、同一面上に或いは多面的に増
設するということも簡単にできるから、大幅なコスト増
を招かずに、より高トルク化を図ることもできる。ま
た、分離型であるから、その取替え交換も極めて容易で
ある。ここで「専用」とは、変形１リング対のみを複
数、或いは独立リング対のみを複数という意味である。
「混在」とは、変形１リング対と独立リング対とを組み
合わせるという意味である。

【０１０５】このような変換ユニット化は、分離機能を
有する電気エネルギ変換器の１つの大きな特徴を利用し
た、回転機構部そのものが部材の型を成す場合に有用な
考え方であり、その部材の表面（例えば、底面以外側面
（斜面を含む）や天井面）に変換ユニットを増設してゆ
く場合に、極めて効果的である。

【０１０６】また、変形１リング対と独立リング対の違
いは、駆動コイルの接続方法と、回転板の１ターンコイ
ルを成す穴部の形状であり、相互間の変更は、接続方法
および回転板の変更という極めて簡単な処理で済む。し
たがって、高回転向きとか高トルク向きなど、必要とす
る機械出力特性に応じて、最適で高効率な回転機構部に
組み替えること、例えば変形１リング対を独立リング対
にして倍速化を目的としたり、逆に独立リング対を変形
１リング対にして高トルク化を目的とするなど、機械出
力特性の変更が容易であるという、従来のトルク発生機
構部が有しない特徴的な効果を有する点で、本発明が果
たす役割は非常に大きい。ここで「倍速化」とは、変形
１リング対の場合の回転速度に対して２倍の回転速度に
するという意味である。

【０１０７】上述の考えに基づき、２つのトルク発生機
構部を設けた構成例を図６に示す。この例は、同心円状
に４つの駆動コイル列（形成されるサークルを夫々内側
からサークルＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４という）を成すよ
うに、夫々８個の駆動コイルを磁気発生機構部１００の
磁気台座１０１上に均等配置したものであり、夫々が１
６個の駆動コイル１０３を有して成る、駆動コイル列Ｒ
１，Ｒ２および駆動コイル列Ｒ３，Ｒ４の２つのトルク
発生機構部を組み合わせたものである。各トルク発生機
構部は、変形１リング対と独立２リング対何れの構成の
ものであってもよい。

【０１０８】２つのトルク発生機構部を設けるに際して
は、隣接サークル上の各隣接駆動コイル１０３の間（本
例においては略中間）に、他方のサークル上の駆動コイ
ル１０３が配置されるようにする。また駆動コイル１０
３が高密度で配置されるように、サークルＲ２に配置す
る駆動コイル１０３の直径はサークルＲ１に配置するも
のより小さく、またサークルＲ３に配置するものはサー
クルＲ１に配置するものより小さく且つサークルＲ４に
配置するものはサークルＲ３に配置するものより小さく
するのが好ましい。

【０１０９】回転機構部（不図示）には、磁気発生機構
部のサークルＲ１，Ｒ２上に配置された駆動コイルと磁
気結合するように内側回転板を配置し、またサークルＲ
３，Ｒ４上に配置された駆動コイルと磁気結合するよう
に外側回転板を配置する。これら２つの回転板は、上述
の変形１リング対および独立２リング対何れの構成用の
ものであってもよい。

【０１１０】サークルＲ１，Ｒ２上に配置された駆動コ
イルは内側回転板に対応するように、またサークルＲ
３，Ｒ４上に配置された駆動コイルは外側回転板に対応
するように、夫々上述の図１（Ｃ）または図２（Ｃ）の
ように直列接続する。つまり、内側回転板および外側回
転板を何れも変形１リング対用のものとしたときには、
図１（Ｃ）に準じて直列接続する。これにより、全体と
しては、変形２リング対、４電気角のものとすることが
できる。また、内側回転板および外側回転板を何れも独
立２リング対用のものとしたときには、図２（Ｃ）に準
じて直列接続する。これにより、全体としては、独立４
リング対、２電気角のものとすることができる。さら
に、一方の回転板を変形１リング対用のものとし図１
（Ｃ）に準じて直列接続するとともに、他方の回転板を
独立２リング対用のものとし図２（Ｃ）に準じて直列接
続し、変形１リング対と独立２リング対を混在させた構
成としてもよい。

【０１１１】次に、上記思想に基づく磁気発生機構部，
回転機構部および電流供給源を使用し、さらに減速機
構、回転数制御、回転機構部から磁気発生機構部へ回生
利得（帰還）を付与する構成などを備えるようにした、
分離型誘導電動機のより具体的な態様について説明す
る。

【０１１２】図７は総駆動コイル数１６，２相駆動，独
立２リング対，２電気角用の磁気発生機構部２００（φ
２３２ｍｍ×ｈ４３ｍｍ）を示す図であり、夫々駆動コ
イルの配置を示す平面図（Ａ）、ＸＹ矢視方向の側断面
図（Ｂ）である。なお側断面図（Ｂ）は、右側半分のみ
を示す。この磁気発生機構部２００は、同一平面内，同
一円周上に現実的に配置できる駆動コイルの総数は計２
０個程度であり、安価な電流駆動源を念頭にして、２相
駆動且つ同一円周上に配置するコイル総数２０個以下と
し、効果的で高密度な駆動コイル配置として、高トルク
化、トルクムラ削減を図ることを考慮して設計されたも
のである。また、長い磁気空隙長下のもと、同相内の極
間ピッチ長は十分保つことが必要であるので、磁気空隙
長６ｍｍとした場合、自由空間での磁気発生機構部２０
０の駆動コイルの最短極間ピッチが５ｃｍ以上となるこ
とを設計目標値として設計したものである。

【０１１３】図７（Ａ）から明らかなように、磁気発生
機構部２００における駆動コイル２０３（内側配置を２
０３ａ、外側配置を２０３ｂとする）の配置は上述の図
５に示したものと同じである。すなわち、内側に全周均
等に配された内側駆動コイル列Ｒ１（コイル記号ｂ，
ｄ，ｆ，ｈ，ｊ，ｌ，ｎ，ｐの８個）とその外側で図示
のように、内側駆動コイル列Ｒ１の相隣合う駆動コイル
の谷間に、外側駆動コイル列Ｒ２（コイル記号ａ，ｃ，
ｅ，ｇ，ｉ，ｋ，ｍ，ｏの８個）を、半径の増大を抑え
るように近接させて配置する。

【０１１４】各駆動コイル２０３を、上述の図５（Ｃ）
に示すように、各列毎に、１つおきに接続する。すなわ
ち、内側駆動コイル列Ｒ１の駆動コイル２０３ａ−１
（ｂ，ｆ，ｊ，ｎ）を、それぞれの駆動コイル２０３ａ
−１が発生する磁束の向きが交互に逆となるように直列
接続する。同様に駆動コイル２０３ａ−２（ｄ，ｈ，
ｌ，ｐ）を、それぞれの駆動コイル２０３ａ−２が発生
する磁束の向きが交互に逆となるように直列接続する。
また、外側駆動コイル列Ｒ２についても、内側駆動コイ
ル列Ｒ１と同様に、駆動コイル２０３ｂ−１（ａ，ｅ，
ｉ，ｍ）並びに駆動コイル２０３ｂ−２（ｃ，ｇ，ｋ，
ｏ）を夫々直列接続する。

【０１１５】内側駆動コイル列Ｒ１の駆動コイル２０３
ａ−１と外側駆動コイル列Ｒ２の駆動コイル２０３ｂ−
１を同じ相（ｓｉｎ相）に接続する。同様に駆動コイル
２０３ａ−２と駆動コイル２０３ｂ−２を同じ相（ｃｏ
ｓ相）に接続する。これにより、内外の駆動コイル列を
成す各駆動コイル２０３が、お互い全く独立し、夫々２
電気角でもって２相駆動される。

【０１１６】これら駆動コイル列Ｒ１，Ｒ２は磁気発生
機構部２００の底面に埋設された２組の独立した磁気台
座円盤２０６（内側２０６ａ，外側２０６ｂ）の上面に
配される。磁気台座２０６は０．３ｍｍ厚のケイ素鋼板
をスパイラル状に巻いたリング形状である。なお、磁気
台座円盤２０６は、円形に限らず多角形でもよい。

【０１１７】この磁気発生機構部２００は成形樹脂など
で構成され、その上面を構成する天板２０７としては耐
熱，耐衝撃で非吸水性のフッ素樹脂コンパウンド材など
が適する。尚、この筐体の底面，側面には放熱用の空気
穴（不図示）が設けられる。

【０１１８】図８は磁気発生機構部２００に対応する回
転機構部２１０（φ２２６ｍｍ×ｈ１＝３５ｍｍ，ｈ２
＝５０ｍｍ）を示す図であり、回転機構部２１０に使用
される回転板２１１に着目した平面図（Ａ）および回転
機構部２１０のＸＹ矢視方向の側断面図（Ｂ）である。
なお平面図（Ａ）および側断面図（Ｂ）は、右側半分の
みを示す。

【０１１９】この回転機構部２１０は、軸固定方式の遊
星歯車減速機構付のものであって、固定した筐体（本例
では底板２２０）に植立された固定軸２２１と、この固
定軸２２１周りに回転自在に軸支された回転板２１１
と、回転板２１１の一部（本例では固定軸２２１近傍）
に同軸に一体的に形成された歯車２２２と、この歯車２
２２と噛合する、遊星歯車２３１を有して成る減速機構
と、減速機構の出力部（本例では外輪歯車２３４）と一
体的に形成された、固定軸２２１に回転自在に軸支され
た出力軸（出力歯車）２４０とを備えている。

【０１２０】この減速機構は、トルクを発生する回転板
２１１と一体的に形成された歯車２２２から、円周均等
に配置された４個の遊星歯車２３１（図（Ａ）で点線で
示す４個の円参照）を経て、最外周に配設された外輪歯
車２３４に減速伝達する１段の歯車減速機構を構成す
る。減速比は約１／３．８である。なお、遊星歯車２３
１は、４個に限らず、例えば３個であってもよい。

【０１２１】回転板２１１は、内外のコイル列に夫々独
立に対応する、アルミ穴空きかご円盤２１２と軟磁性金
属円盤２１３とが一体的に形成されたものである。

【０１２２】アルミ穴空きかご円盤２１２は、磁気発生
機構部２００の内外２組の独立した駆動コイル列Ｒ１，
Ｒ２に対応して、半径方向角度位置的に同位置に配され
た１ターンコイル鎖列を有する、２組の独立したかご円
盤２１２ａ，２１２ｂから成る。このかご円盤２１２
ａ，２１２ｂの、駆動コイルから見て反対側の面には、
それぞれのアルミ穴空きかご部を完全に覆う形で、２組
の独立した軟磁性金属円盤２１３ａ，２１３ｂが設けら
れる。なお、軟磁性金属円盤２１３ａ，２１３ｂは、円
盤状のものに限らず、多角形状のものでもよい。

【０１２３】この回転板２１１は、２組のアルミ穴空き
かご円盤２１２と２組の軟磁性金属円盤２１３とが、独
立して回転トルクを発生することができるように完全な
分割を保ちながら一体的に形成された構成とする。

【０１２４】回転機構部２１０の筐体２１０ａの、出力
歯車２４０の上面には、円周３等分された三脚を有する
と共に約１００°近い出力歯車２４０の開口部（不図
示）を３口持つ三脚型支持板２４１が、固定軸２２１の
上端面でネジ止めによって取り付けられ、筐体２１０ａ
と固定軸２２１の上端部とを固定支持するように構成さ
れている。なお、三脚型支持板２４１は、鶴の首の如
く、一脚でもよい。

【０１２５】この回転機構部２１０を、磁気発生機構部
２００の天板２０７に対して底板２２０が合わせ重なる
ように嵌合させ、各駆動コイル２０３を駆動すると回転
板２１１が回転する。これにより発生する回転板２１１
の回転力は、減速機構によって約１／３．８に減速され
て、出力歯車２４０を経て機械出力（回転出力）され
る。

【０１２６】尚、上記のような遊星歯車を使用した減速
機構に限らず、内歯と外歯の歯数が１ずれた減速機構
（例えばハーモニックドライブ社の減速機構）を使用す
ることも可能である。この場合には、内歯そのものを回
転板として兼用した構成とすることも可能である。

【０１２７】図９は総駆動コイル数１６，２相駆動，変
形１リング対，４電気角用の磁気発生機構部２５０（φ
２３２ｍｍ×ｈ４３ｍｍ）を示す図であり、夫々駆動コ
イルの配置を示す平面図（Ａ）、ＸＹ矢視方向の側断面
図（Ｂ）である。なお側断面図（Ｂ）は、左側半分のみ
を示す。

【０１２８】図９（Ａ）から明らかなように、磁気発生
機構部２５０における駆動コイル２５３の配置は、図７
（Ａ）に示した磁気発生機構部２００における配置と同
じである。

【０１２９】各駆動コイル２５３を、上述の図４（Ｃ）
に示すように、接続する。すなわち、内側駆動コイル列
Ｒ１の各駆動コイル２５３ａ（ｂ，ｄ，ｆ，ｈ，ｊ，
ｌ，ｎ，ｐ）を、それぞれの駆動コイル２５３ａが発生
する磁束の向きが交互に逆となるように直列接続する。
また、外側駆動コイル列Ｒ２についても、内側駆動コイ
ル列Ｒ１と同様に、駆動コイル２５３ｂ（ａ，ｃ，ｅ，
ｇ，ｉ，ｋ，ｍ，ｏ）を直列接続する。内側駆動コイル
列Ｒ１をｃｏｓ相に接続し、外側駆動コイル列Ｒ２をｓ
ｉｎ相に接続する。これにより、内外の駆動コイル列が
１つの変形コイル列をなし、４電気角でもって駆動され
る。

【０１３０】この内外の駆動コイル列は、磁気発生機構
部２５０の底面に埋設された磁気台座円盤２５６の上面
に配設される。なお、磁気台座円盤２５６は、円形に限
らず多角形でもよい。

【０１３１】図１０は磁気発生機構部２５０に対応する
回転機構部２６０（φ２２６ｍｍ×ｈ１＝５７ｍｍ，ｈ
２＝７２ｍｍ，ｈ３＝１１０ｍｍ）を示す図であり、回
転機構部２６０に使用される回転板２６１に着目した平
面図（Ａ）および回転機構部２６０のＸＹ矢視方向の側
断面図（Ｂ）である。なお平面図（Ａ）および側断面図
（Ｂ）は、左側半分のみを示す。

【０１３２】この回転機構部２６０は、上述の回転機構
部２１０に対して、もう１段遊星歯車減速機構を付加し
た軸固定方式の２段遊星歯車減速機構付のものである。
また軸受距離を十分保つために磁気発生機構部２５０の
底面まで固定軸２７１を延ばしている点が異なる。これ
により、回転機構部２６０の固定軸２７１が磁気発生機
構部２５０の底面まで入り込む嵌合形式となり、軸受間
距離が十分保たれ、耐荷重能力が向上している。

【０１３３】この回転機構部２６０は、その１段目が上
述の回転機構部２１０の歯車減速機構と同じ構成をなし
（各構成部材には上記と同じ引用番号を付す）、その２
段目が、１段目の出力歯車２４０をその内輪歯車とし、
以下１段目と同じ構成を成す歯車減速機構（遊星歯車２
８１，外輪歯車２８４）を構成し、歯車２２２の回転動
力が出力歯車２９０を経て機械出力（回転出力）される
ようになっている。減速比は１段当たり約１／３．８で
あり、全体で約１／１４である。

【０１３４】このように、本発明によれば、回転機構部
を軸固定方式とすることにより、多極化によることな
く、ユニット化された遊星歯車減速機構を１段，２段
（更に多段にすることも可能）と積み重ねることにより
高トルク化を図ることができるようになり、トルクアッ
プの手法の選択範囲を拡大し、電気エネルギ変換器の応
用範囲を拡大することができる。

【０１３５】回転板２６１は、磁気発生機構部２５０
の、全体として、１つの回転磁界を発生している駆動コ
イル列（変形リング）に対応する、アルミ穴空きかご円
盤２６２と軟磁性金属円盤２６３とが一体的に形成され
たものである。

【０１３６】アルミ穴空きかご円盤２６２は、内外２つ
の駆動コイル列の、その半径方向の配置位置差を吸収包
含するような形で配された１ターンコイル鎖列を有す
る。このアルミ穴空きかご円盤２６２の、駆動コイルか
ら見て反対側の面には、それぞれのアルミ穴空きかご部
を完全に覆う形で、軟磁性金属円盤２６３（多角形でも
よい）が設けられる。

【０１３７】これら変形して配された駆動コイル列Ｒ
１，Ｒ２とアルミ穴空きかご円盤２６２が磁気空隙を隔
て、上下２つのリングで１対をなし、１機械角（１回転
角）内に４つの極対を有する、即ち、変形１リング対４
電気角の駆動となる。

【０１３８】１段構成のものと同様に、回転機構部２６
０の筐体２６０ａの、出力歯車２９０の上面には、円周
３等分された三脚を有し、約１００°近い出力歯車２９
０の開口部（不図示）を３口持つ三脚型支持板２９１が
取り付けられている。なお、鶴の首の如く、一脚でもよ
い。

【０１３９】この回転機構部２６０を、磁気発生機構部
２５０の天板２５７に対して底板２７０が合わせ重なる
ように嵌合させ、各駆動コイル２５３を駆動すると回転
板２６１が回転する。これにより発生する回転板２６１
の回転力は、２段の減速機構によって約１／１４に減速
されて、出力歯車２９０を経て機械出力（回転出力）さ
れる。

【０１４０】このように、減速機構を備えるようにすれ
ば、力の極めて強い電気エネルギ変換器にすることがで
き、例えば浴室での取り外し自由な身体障害者入浴用補
助椅子の水中動力源として応用することができるように
なる。

【０１４１】なお、何れの回転機構部にも、発熱分を外
部に導くための対流穴（不図示）が筐体周辺に設けられ
ている。回転機構部の回転板に伝達されたエネルギは動
力分と発熱分とに分けられるが、負荷トルク状況に応じ
てその比率が異なる。この誘導電動機は、分離型である
という特徴を生かし、例えば回転機構部を湯内に配置し
て攪拌作用を成すと共に、この回転機構部の発熱分を対
流穴を介して湯に伝達して、保温に利用することができ
る。なお、この場合、軸受部には磁性流体による防水処
理などが施される（図示せず）。

【０１４２】次に磁気発生機構部２００，２５０を駆動
する電流供給源について説明する。本例の電流供給源３
００は、上述の総駆動コイル数１６の誘導電動機の動作
状態を維持，監視しながら磁気発生機構部を駆動するも
のであり、基本構成としてインバータ方式を採用してい
る。この電流供給源３００のブロック図を図１１に示
す。以下、この電流供給源３００を「インバータ回路３
００」という。なお、このインバータ回路３００は、上
述の総駆動コイル数１６の誘導電動機に限らず、本発明
による他の態様の電気エネルギ変換器に使用することが
できるのは勿論である。

【０１４３】このインバータ回路３００は、単相１００
Ｖ，５０／６０Ｈｚの商用電圧が入力され、倍電圧整流
された２系統のＤＣ電圧Ｖ１，Ｖ２を出力する電源部３
１０と、後述する各種制御を行うデジタル信号処理部
（ＤＳＰ）３２０と、所定周波数のｓｉｎ信号，ｃｏｓ
信号を磁気発生機構部２００，２５０に出力する出力部
３４０と、駆動停止手段３５０の一部を成すスイッチ３
５１とから成り、入力された単相信号を相変換および周
波数変換し、低電圧大電流の正弦波信号を出力する、Ａ
ＣからＤＣ，ＤＣからＡＣへのコンバータ即ちＡＣ−Ａ
Ｃインバータである。

【０１４４】電源部３１０は、倍電圧整流回路３１１お
よび力率改善回路３１２から成る。電源部３１０には、
商用電圧ＡＣ１００Ｖおよび起動信号Ｓ１が入力され
る。倍電圧整流回路３１１が、商用電圧ＡＣ１００Ｖを
倍電圧整流してＤＣ電圧Ｖ１，Ｖ２を出力する。力率改
善回路３１２が、商用電源に高調波ノイズがのらないよ
うに高調波を抑制するとともに、力率を改善する。

【０１４５】ＤＳＰ部３２０は、プロセッサ（ＣＰＵ）
３２１，駆動周波数可変発振器３２２，Ｆ／Ｖ変換器３
２３，出力比較回路３２４，三角波発振回路３２５，π
／２移相回路３２６，パルス幅変調回路３２７，３２８
および逆転制動回路３２９を有して成り、駆動周波数可
変発振器３２２から出力された所定周波数の正弦波信号
を２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換し、この
２相信号の夫々を高周波の三角波でパルス幅変調してＰ
ＷＭ波を出力部３４０に出力する。

【０１４６】ＤＳＰ部３２０には、回転機構部が磁気発
生機構部に搭載されているか否かを判定する、駆動停止
手段３５０の一部を成す判定回路３５２が設けられてい
る。

【０１４７】出力部３４０は、ハーフブリッジ型出力回
路３４１，３４２およびＰＷＭ搬送波を除去するフィル
タ回路３４３，３４４から成り、倍電圧整流されたＤＣ
電圧Ｖ１，Ｖ２を入力された２相のＰＷＭ波でスイッチ
ングして駆動出力を得、この駆動出力に含まれるＰＷＭ
搬送波を除去して、９０°位相差の２相信号を磁気発生
機構部２００，２５０の各駆動コイルに供給する。

【０１４８】インバータ回路３００の出力インピーダン
スＺ_ＯＵＴ の実効部分Real（Ｚ_{Ｏ ＵＴ} ）（実効抵
抗）は、駆動周波数１ｋＨｚ以下では、ハーフブリッジ
型出力回路３４１，３４２の出力用電流制御トランジス
タ（不図示）のＯＮ抵抗が支配的であり、一般には１Ω
〜３Ω程度である。

【０１４９】このインバータ回路３００には、磁気発生
機構部２００，２５０の各駆動コイルおよび回転機構部
２１０，２６０の回転板１１１，２６１を主要部とする
磁気回路が負荷回路として接続される。この負荷回路
は、全体の実効抵抗が小さく、損失がない誘導性負荷が
主体であることを特徴とする。本例においては、その２
端子等価インピーダンスの位相角は７０°以上である。

【０１５０】ところで、動力や発熱などの有効となる電
力（有効電力）は、回転機構部２１０，２６０の回転板
２１１，２６１（以下、これら回転板を一般的な表現と
して「回転体」という）の抵抗成分のみで消費される電
力である。その他の電力は、大きな磁気空隙を隔て、こ
の有効電力を損なうことなく回転体に伝送する、いわゆ
る磁束キャリアとして機能するものである。換言する
と、この磁束キャリアは、無効となる電力（無効電力ま
たは皮相電力という）から成り立っており、この無効電
力はインバータ回路３００の電源と負荷回路との間を往
復し、回転体に有効電力を搬送する、負荷回路には消費
されない磁束搬送波の役割を果たしていると解釈するこ
とが出来る。この無効電力は、動力や発熱として利用さ
れない、真の消費がないものではあるが、その値は、有
効電力と比較すると大きい。

【０１５１】インバータ回路３００は、有効電力以外
に、この大きな無効電力をも負荷回路に供給する必要が
ある。特に回転機構部が搭載されていないときには、そ
の値は約２ｋＶＡとなるので、インバータ回路３００が
扱う耐圧，耐電流には留意する必要がある。

【０１５２】次に、インバータ回路３００が供給する電
力を回転機構部２１０，２６０に効率よく伝達するため
の条件について考える。

【０１５３】磁気発生機構部に回転機構部が搭載されて
いない場合における、磁気発生機構部側の１相分の２端
子インピーダンスＺ_Ｓ０の実効部分Real（Ｚ_Ｓ０）（実
効抵抗）は、インバータ回路３００の出力インピーダン
スＺ_ｏｕｔ の実効抵抗Real（Ｚ_ＯＵＴ ）１Ω〜３Ω
に比べて十分低い値とすることが重要である。

【０１５４】駆動周波数ｆ≦１ｋＨｚであれば、インバ
ータ回路３００は、磁気発生機構部と回転機構部との磁
気的な結合を経て、無駄なく回転機構部に電力を供給す
ることができる。即ち、インバータ回路３００が供給す
る電力の一部は実効抵抗Real（Ｚ_Ｓ０）によって消費さ
れ、残りの電力が回転機構部に消費される。したがっ
て、インバータ回路３００が供給する電力を回転機構部
に効率よく伝達するためには、実効抵抗Real（Ｚ_Ｓ０）
の値が十分小さいこと、すなわち、駆動周波数におけ
る、磁気発生機構部の直流分抵抗を含む交流分抵抗を、
実現可能な範囲で徹底的に小さくすることが望ましく、
これにより、銅損による発熱を抑えることができ、また
効率を向上させることもできる。

【０１５５】ところで、本出願人は、本例の電動機のサ
イズと駆動周波数との関係は小型化になる程、分離化で
の効率は低下し、逆に一体化構成を必要とし、小型化と
共に駆動周波数も高い方に移行することを確認してい
る。

【０１５６】この駆動周波数を高い方に移行する対応と
して、先ず駆動コイルの線材を、細線を数多く束ねた撚
り線とすると共に、磁気発生機構部の主磁気回路を（さ
らに好ましくは回転機構部をも）、オーディオ磁気ヘッ
ドとして周知のＭｎ−ＺｎやＮｉ−Ｚｎ軟磁性フェライ
ト、さらにはこれらの複合材などにより形成して、その
高周波の駆動周波数における交流分抵抗を低減するのが
好ましい。なお、フェライト材の形状は、フェライト焼
成能力に関与するので、焼成容易なブロック片を組み合
わせた多角形などにするとよい。

【０１５７】これにより、高周波駆動が可能になり、本
発明による電気エネルギ変換を、ミリサイズマシーンな
どに適用することができるようになる。

【０１５８】また、この高周波駆動に対応して交流分抵
抗を低減させる設計法は、後述する誘導加熱用の高周波
交番磁界を発生させる場合にも適用できる。

【０１５９】さらに、この設計法は、多重配置構成の電
気エネルギ変換器に限らず、分離型の電気エネルギ変換
器であれば、何れの構成のものにも適用することができ
る。

【０１６０】本例におけるインバータ回路３００におい
ては、後述する近接センサ１５０，１５１（他の方法を
使用してもよい）を回転数検出手段として利用し、図中
点線で示すように、その出力をプロセッサ３２１に入力
し、回転数が最大になるように駆動周波数を制御するこ
とができるようになっている。なお、この場合には、駆
動周波数可変発振器３２２の出力は、出力比較回路３２
４を経由することなく、ｓｉｎ相信号として、直接にパ
ルス幅変調回路３２７と移相回路３２６とに入力される
（図中点線）。移相回路３２６によりｓｉｎ相信号を９
０°遅延させてｃｏｓ相信号とし、パルス幅変調回路３
２８に入力する。

【０１６１】なお、本電動機の動的応答性は、高慣性モ
ーメント，低回生利得により６〜８秒程度であり、換言
すれば、遮断周波数は０．１Ｈｚ前後である。このよう
な動的応答性を有する電動機に対して、上述の速度制御
を行って遮断周波数を１０Ｈｚ程度に改善するために
は、１００パルス／回転以上の回転情報を生成するこ
と、すなわち制御情報密度を高めることが必要である。
そのためには、前述のような近接センサ１５０，１５１
を利用して、１００パルス／回転以上の回転情報（回転
数）を検出する専用の手段を設けるとよい。例えば、回
転体の外縁近傍に１００個の切欠部を設け、これを検出
するなどである。

【０１６２】なお、本発明による電気エネルギ変換器は
分離型であることが大きな特徴であり、例えば電気コー
ドレスで堅牢な回転機構部を、水中や海中，また光の通
らない汚水中などの特殊環境下におくことができ、また
回転機構部を交換容易な形態とすることができる。従っ
て、回転情報検出手段を設けるに際しては、磁気発生機
構部から回転機構部に、電気的或いは光学的な細工を何
ら施すことなく、運転中の回転情報を、確実に検出する
ことが求められる。これに鑑みれば、長い磁気空隙長下
でも、回転体の金属の有無を検出することができる、例
えば磁気センサ（後述する近接センサなど）を使用する
のが好適である。この磁気センサは、金属の有無によ
る、主としてインダクタンスの変化を検出するものであ
る。

【０１６３】例えば近接センサ１５０，１５１（他の方
法を使用してもよい）を回転数検出手段として利用し、
該近接センサ１５０，１５１の出力をＦ／Ｖ変換回路３
２３に入力し、該Ｆ／Ｖ変換回路３２３の出力を設定電
圧と比較して、Ｖ１，Ｖ２の電圧を制御する速度制御ル
ープ（定速度制御ループ；不図示）を設けるとよい。こ
れにより、数Ｈｚまで応答性を高めることができる。

【０１６４】また、モータの立上り特性を改善するため
に、始動時過電圧（定格電圧の約１．５倍位）を負荷に
よって設定された時間（この数値は最大３分を目安とし
てプログラムデータとして与えられている）経過後、定
常電圧印加に戻して連続回転させる電気的強制キックス
タート機能を設けるとよい。このキックスタート機能の
付加により、回転体を短時間に所定回転数まで立ち上げ
ることができる。なお、この際には、何らかの条件で回
転体が拘束されている場合の駆動コイルの焼損を防ぐた
めに、駆動コイルへの過電圧の印加時間を制約する方式
（以下「強制短時間過電圧印加加速方式」という）を採
用するとよい。また、この高速、高慣性モーメントの回
転体を緊急停止させる手段の１つとして、駆動コイルを
逆回転モードに切り換えると共に、この過電圧を印加す
る方式（以下「強制過電圧印加制動方式」という）を採
用するとよい。この場合、回転数パルスが所定の設定パ
ルス数以下になると過電圧の印加が遮断されるようにす
る。本例では、図１１に示す回転制動回路３２９が、こ
の強制過電圧印加制動方式の機能を成す。

【０１６５】また、回転体の１ターンコイル鎖列のアル
ミ穴空きかご円盤を５０〜３００エルステット（Ｏｅ）
程度の半硬質磁性材料、例えばアルニコ材などに変える
と、上述した回転数を一定に維持する速度制御ループを
構成しなくても、自己同期した、定回転数の同期電動機
を簡易に構成することが出来る。

【０１６６】但し、この場合には、起動時に着磁機能を
備えるのが望ましい。このためには、インバータ回路の
プロセッサ部に内蔵されたプログラムに、起動時に直流
過電圧を駆動コイルに印加して回転体のアルニコを着磁
せしめ、回転体の停止後、必要に応じて消磁する機能を
持たせることにより実現することができる。本電動機
は、磁気発生機構部の電流容量が大きく、２０ｋＨｚ程
度まで低インピーダンスであるので、インバータ回路３
００に着磁消磁機能を容易に付加することができるとい
う大きな特徴を有する。また、回転体の停止後、その回
転体を拘束保持する必要のあるときは、その直流電圧を
駆動コイルに印加して行うこともできる。

【０１６７】インバータ回路３００には、上述した駆動
周波数制御や速度制御以外の機能も設けられている。以
下、他の機能について説明する。

【０１６８】上述したように、磁気発生機構部に回転機
構部が搭載されていないときには、インバータ回路３０
０が扱う耐圧，耐電流には留意する必要があり、本例で
はそのための安全対策が講じられる。

【０１６９】先ず、回転体の一部に、動的釣り合いが保
たれた状態で、複数の切欠部を設ける。本例では、回転
体の最外周で、その背面には閉磁路材の磁性金属板を有
しない領域の、円周を３等分する位置に、小片の切欠部
１２９を３個設けている（図８および図１０参照）。

【０１７０】次に、切欠部１２９の有無を検出する複数
のセンサを磁気発生機構部に設ける。その配置位置は、
夫々が同時に切欠部１２９であることを検出しないよう
な位置とする。即ち、回転機構部が搭載時は少なくとも
１つのセンサは非切欠部に位置するように配置する。本
例では、切欠部１２９による金属有無を無接触で検出す
ることができる磁気誘導式近接センサ１５０，１５１
を、円周２等分して、回転体の切欠部１２９と対接する
位置に夫々配置する（図７、図９参照）。

【０１７１】インバータ回路３００内に設けられた駆動
停止手段３５０の判定回路３５２が、近接センサ１５
０，１５１の出力状況に基づいて、全ての出力が切欠部
１２９であることを示すときには、スイッチ３５１をオ
フにする。

【０１７２】近接センサ１５０，１５１の出力が、何れ
も切欠部を示すときには、回転機構部が磁気発生機構部
に搭載されていない状態（非搭載状態）であることを表
すので、スイッチ３５１をオフにすることにより、この
状態では電源が投入されないようにする、すなわち非搭
載状態では駆動コイルの駆動を停止する、換言すれば、
搭載されて始めて主電源投入が可能な、安全対策が採ら
れた装置にできる。

【０１７３】なお、上述したように、回転体が回転中
は、近接センサ１５０，１５１の出力を回転数を示す信
号として利用することができる。

【０１７４】但し、近接センサ１５０，１５１は、天板
２０７，２５７上に金属物（例えばスプーンなど）が載
置されると回転機構部が搭載状態であると誤認すること
がある。これによる電源投入の誤動作を避けるために
は、回転機構部が実際に搭載されることによって始めて
押入される電気スイッチによる検出と、上述の近接セン
サ１５０，１５１による検出とを組み合わせて、すなわ
ち機構的検出と磁気的検出という２重の検出機構を設け
て、確実な安全対策（フェイルセーフシステム）を講じ
るのが好ましい。

【０１７５】なお、このように、回転機構部非搭載時の
安全対策を講じる手法は、多重配置構成の電気エネルギ
変換器に限らず、他の構成による分離型の電気エネルギ
変換器にも同様に適用することができる。

【０１７６】上述した駆動周波数制御や速度制御などの
各種処理は、出力回路３４１，３４２とフィルタ回路３
４３，３４４を除き、全てデジタル化された信号処理で
行うことができ、特にテキサツ・インスツルメンツ（Ｔ
Ｉ）社のモーター制御用ＤＳＰなどを有効に活用するこ
とにより、その処理プロセスを最適化するプログラム付
インバータとすることができる。これらは家庭内コンピ
ュータとも連携し、代理人的機能をも実行し得るもので
ある。

【０１７７】なお、出力５００Ｗ以下の小型電動機の分
野で、家庭内電源事情を加味した場合、電動機としての
基本的制約は磁気発生機構部の発熱，温度上昇である点
を考慮し、本例の電動機は、全て６０℃以内の温度上昇
値となるように設計されている。

【０１７８】また、磁気発生機構部のサイズをφ２３２
ｍｍとしており、これにより機器全体のサイズをφ３０
０ｍｍ以下とすることができ、人が両手で簡単に扱いう
る商品のサイズ（立方体の一辺がそれぞれ最大約３０ｃ
ｍ程度）と都合良く、程良い一致を見せており、結果的
に良い整合性を与えることができた。

【０１７９】次に、軸固定式であって、出力軸を夫々独
立に設けた複数の回転板を有する、多軸出力構成の回転
機構部について説明する。

【０１８０】図１２は、この多軸出力構成の回転機構部
を示す図であり、その側断面図（Ａ）およびＸＹ矢視方
向の断面図（Ｂ）である。対応する磁気発生機構部は上
述の図６に示すものを使用する。なお、使用する回転板
は、上述した独立リング対用或いは変形リング対用など
多重配置構成の電気エネルギ変換器用のものにも限定さ
れず、どのようなものであってもよい。それに対応する
構成の磁気発生機構部と電流供給源を使用するのは勿論
である。

【０１８１】先ず、回転機構部４００の固定した筐体
（本例では底板４０１）に固定軸４０２を植立する。

【０１８２】回転機構部４００内には、対応する磁気発
生機構部（図６参照）のサークルＲ１，Ｒ２上に配置さ
れた駆動コイルと磁気結合するように内側回転板４１０
を配置し、またサークルＲ３，Ｒ４上に配置された駆動
コイルと磁気結合するように外側回転板４１１を配置す
る。これら２つの回転板は、上述の変形１リング対およ
び独立２リング対何れの構成用のものであってもよい。
この２つの回転板夫々には、中心部に延在し、固定軸近
傍で立ち上がる専用の出力軸４２０，４２１を夫々設け
る。

【０１８３】内側回転板４１０の出力軸（内側出力軸）
４２０を、固定軸４０２に対して回転自在なように内側
軸受部４３０によって支持する。外側回転板４１１の出
力軸（外側出力軸）４２１を、内側出力軸４２０に対し
て回転自在なように外側軸受部４３１によって支持す
る。図中４４０は、三脚型固定軸支持板である。

【０１８４】これにより、両回転板が夫々独立に回転す
るように回転磁界を独立に付与すれば、２つの出力軸か
ら個別に回転出力を得たり、或いは差動化出力を得るこ
ともできる。例えば、変形１リング対，４電気角の出力
軸と、独立２リング対，２電気角の出力軸という２つの
異なる目的の機械出力特性を有する回転機構部を構成す
ることができる。

【０１８５】また、この多軸出力構成と、上述の遊星歯
車減速機構を多段に積み重ねた構成とを組み合わせるこ
とも可能であり、そうすれば、電気エネルギ変換器の応
用範囲を一層拡大することができる。

【０１８６】なお、このように多軸出力構成とする手法
は、多重配置構成の電気エネルギ変換器に限らず、他の
構成による分離型の電気エネルギ変換器にも同様に適用
することができる。

【０１８７】次に、磁気発生機構部の両側に、独立に回
転可能な回転体を設けた回転機構部について説明する。
なお、上述した、磁気発生機構部の片側に回転体を配置
したものを、単回転子構成の回転機構部という。

【０１８８】このような構成の回転機構部は、例えば２
つの回転板を有する双回転子構成のものとして適用する
ことができる。この双回転子構成の回転機構部とするに
は、例えば、磁気発生機構部に設けられる磁気台座を、
回転自在な回転体に置き換えて回転機構部内に組み込
み、１つの磁気発生機構部に対して、その両側に２つの
回転体を有する構造とするとよい。

【０１８９】このように、分離するために必要であった
１つの大きな磁気空隙長を２つの磁気空隙長に分け持つ
ように双回転子に振り分けて一体化構成とし、かつ回転
子それぞれが固有の出力軸を有する２出力軸構成とすれ
ば、それぞれの回転子の負荷に応じて自己調整設定され
た回転動力を各出力軸から独立に取り出すことができ
る。

【０１９０】これにより、特に筐体が曲がるときなどに
は、内，外輪の回転数差を自動的に自己調整する誘導機
本来の利点が生かされ、例えば回転体自体がディスクブ
レーキをも兼ねる電動３輪自転車などへ応用することが
できる。

【０１９１】なお、この両側配置の回転機構部に使用さ
れる回転体は、上述した独立リング対用或いは変形リン
グ対用など多重配置構成の電気エネルギ変換器用のもの
に限定されず、どのようなものであってもよい。それに
対応する構成の磁気発生機構部と電流供給源を使用する
のは勿論である。

【０１９２】また、この構成を効果的に発揮させるため
には、駆動周波数制御や速度制御を行うのが効果的であ
るのは勿論である。

【０１９３】次に、複数の磁気発生機構部が、回転体に
対して、分離対面、一体的対面およびその混在の内の何
れかの状態で設けられているものについて説明する。

【０１９４】このような構成のものとしては、例えば、
２つの回転体の１ターンコイル鎖列を有する軟磁性金属
板同志を貼り合わせて事実上１つの回転体とし、この回
転体の両側に、回転機構部に対して、両方共が分離し
て、または一方が一体的で他方が分離して、２つの磁気
発生機構部を配した双固定子構成のものとして適用する
ことができる。

【０１９５】この双固定子構成は、例えば、錠前に利用
することができる。この場合、回転機構部と一方の磁気
発生機構部とを分離してこの一方の磁気発生機構部をタ
バコサイズ程度の持ち運び自由な鍵と見なし、回転機構
部と他方の磁気発生機構部を一体的に構成すると共に両
者を非金属の戸や箱の内側に埋設配置することにより、
鍵となる一方の磁気発生機構部を非金属戸などを通して
回転機構部にほぼ嵌合して回転体を回して錠をはずし、
また一体化されている他方の磁気発生機構部を作動させ
て、例えば就寝時居間にいながら一斉に各扉を自動的に
施錠することができる。なお、分離されている回転機構
部のみでも、回転体を非金属戸や箱の内側に配して、施
錠や鍵開けを行う動力源に活用することもできることは
言うまでもない。

【０１９６】上述の説明は、磁気発生機構部が回転磁界
を発生するものであって、該回転磁界を回転体に作用さ
せて該回転体を誘導回転させる誘導電動機について説明
したものであるが、本発明による電気エネルギ変換器は
必ずしもこのような誘導電動機に限るものではなく、磁
気発生機構部が交番磁界を発生するものとし、該交番磁
界により誘導加熱を行うようにすることも可能である。
この場合、磁気発生機構部は、回転磁界と交番磁界とを
選択的に発生させる切換手段を備えたものとすることが
望ましい。

【０１９７】こうすれば、１つの磁気発生機構部を、回
転磁界発生用と交番磁界発生用に兼用することができ、
誘導回転と誘導加熱とを切り換えて使用できる電気エネ
ルギ変換器、例えば電気コードレスの回転調理器具（例
えばミキサやジューサなど）と他の金属調理鍋とを混在
利用できる、新しい厨房用調理テーブルを提供すること
ができる。

【０１９８】また、この場合、磁気発生機構部が発生す
る交番磁界を回転機構部の回転体に作用させ、該回転体
自体が誘導加熱されるようにしてもよいし、磁気発生機
構部と回転機構部とが取り外し自在なものとし、磁気発
生機構部の上に回転機構部の代わりに金属調理鍋を載置
して、該調理鍋が誘導加熱されるようにしてもよい。

【０１９９】また、この誘導加熱を行う場合、磁気発生
機構部の駆動コイル列が半径方向に多重に配置されてい
る分、加熱の局所集中が回避でき、発熱が分散均一化さ
れて、料理などには好ましい。

【０２００】また、このように磁気発生機構部を誘導回
転動力以外に誘導加熱にも兼用する場合は、誘導加熱用
駆動周波数は、概して２０〜３０ｋＨｚの可聴周波数領
域外の周波数が用いられ、この駆動周波数に対して十分
低損失な磁気発生機構部であることが望ましく、上述し
た高周波駆動に対応した設計法を適用するとよい。すな
わち、駆動コイルの線材は、細線を数多く束ねた撚り線
を線材とすると共に、駆動コイルの磁芯や磁気台座は、
その高周波の駆動周波数に対して十分低損失化が出来る
Ｍｎ−Ｚｎ系またはＮｉ−Ｚｎ系の軟磁性フェライト材
を用いるのが好ましい。

【０２０１】さらに、複数の回転体を備えた回転機構部
とするとともに、回転磁界と高周波交番磁界を同時に発
生させ得る磁気発生機構部とし、独立に回転磁界や高周
波交番磁界を同時または選択的に発生させるようにする
ことも可能である。そうすれば、例えば、一方の回転体
に対して回転磁界を作用させ、他方の回転体に対して交
番磁界を作用させると、熱研磨やバリ取り研磨などに活
用することができる。また、各回転体を互いに反対方向
に回転させたり、必要に応じて一方或いは両方で誘導加
熱を行うことも可能となるなど、電気エネルギ変換器の
利用範囲を一層拡大することができる。このような手法
は、多重配置構成の電気エネルギ変換器に限らず、他の
構成による分離型の電気エネルギ変換器にも同様に適用
することができるのは勿論である。

【０２０２】次に、本発明による電気エネルギ変換器の
新機能付与、すなわち他の利用態様（応用展開）につい
て説明する。この電気エネルギ変換器の新機能付与は、
多重配置構成の電気エネルギ変換器に限らず、他の構成
による分離型の電気エネルギ変換器にも同様に適用する
ことができるのは勿論である。尚、この付与される新機
能は主として回転機構部に付与されるが、磁気発生機構
部にもそれを助ける機能が付与されることもある。そし
てこの新機能は回転状態で付与されることもあり、また
回転と新機能が交互に行われることもある。

【０２０３】この新機能付与の考え方として、 １）Ｃｏ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（熱電併給） ２）Ｃｏ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（多機能化） ３）Ｕｎｄｅｒ Ｓｐｅｃｉａｌ−Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅ
ｎｔ（特殊環境下） があり、それらの複合形態としての新規応用が誕生す
る。その数例を以下に示す。

【０２０４】石油から発電し、その余熱を活用する基幹
産業での「熱電併給」が実用化されている。家庭などで
も電力から動力と、そして分離された回転機構部に発生
する熱を捨てるのではなく、保温に利用することによ
り、本発明による電気エネルギ変換器を浴室周りに活用
することができる。

【０２０５】扁平・分離構成の特徴を生かす応用として
以下の事例が考えられる。例えば、磁気発生機構部また
は回転機構部の内の何れか一方を必要なところに非金属
の隔離壁を隔てて埋設設置し、必要なとき、非埋設のも
う一方の機構部をその隔離壁を挟んで合体させて、１つ
の機能、ここでは実用となる回転動作を得ることができ
る。

【０２０６】具体的な応用事例としては、美しく表飾さ
れた、木材、ガラス、陶器などの非金属製の壁や戸の内
側に一方を埋設配置し、必要なとき、他方を合体させ
て、機能させ、目的を達することができるシステム、床
下換気扇、暑い夏場にのみ使用される換気扇や錠前シス
テムなどを構築することができる。

【０２０７】２つの機能を１つで具現化する「多機能
化」として以下の例を示す。回転体の形状は、上述した
回転板のように円盤状のものに限らず、筒状，中空で外
観が円錐状，球状などの幾何学形状から既存の商品例え
ば茶碗，皿，鍋や漏斗，釣り鐘などの商品の形状に合わ
せ込むなどして、任意の形状とすることが可能であり、
部材の多機能化を図ることが可能となる。具体的には、
漏斗に回転体を填め込み、これを浴槽内で一体的に回転
させると、湯循環ポンプとして機能させたり、或いは小
型生ゴミ処理機として機能させることができるなどであ
る。

【０２０８】また、コードレスで安全、堅牢で取り外し
自由な回転機構部、そして保守点検、交換が容易にでき
る回転機構部の特徴を生かして、かつ回転動力以外、そ
の回転体の発熱分まで有効活用することもできる。その
事例の１つとして、屋外、特に風雪地方での雪かぶり防
止機能付き「動く標識」「動く看板」がある。動く機能
に回転動力を、雪かぶり防止に回転板発熱分を活用した
り、誘導加熱を行ってもよい。また最近、家屋ガラス窓
清掃具の１つとして、室内から手の届かない外気に接す
るガラス面を清掃する装置がある。この装置は、ガラス
窓という磁気空隙を隔てて、内側（室内側）の電磁石ま
たは永久磁石により、外側（屋外側）に配置される軟磁
性金属片を落下させないように十分な吸引力で吸着させ
ながら、内側の永久磁石などを移動させ、外側に配置さ
れた軟磁性金属片に装着支持されたモップなどを永久磁
石につれて摺動させることにより、ガラス窓を清掃する
ものである。本発明をこの装置に適用して、磁気発生機
構部を室内側に配すると共に、ガラスを隔てて軟磁性金
属片をその周囲に持つモップ付き回転板を磁気発生機構
部と対向配置させることにより、回転板を回転摺動させ
てガラスを室内側より清掃する清掃モップにすることが
できる。また、交換可能なモップ付き回転板とすれば、
ビルなどの床掃除に利用することもできる。特に、電気
系との完全隔離が容易であるために、漏電事故を確実に
防ぐこともできる。

【０２０９】ここで非常に大切なことは、２つの機能を
それぞれのデバイスなどで行う場合、その単品としての
変換効率は６０〜８０％前後であるが、２つの機能の総
合では例えば３０〜４０％となる。本電動機の機械出力
による効率は３０％弱であるがその発熱分迄活用する複
合化（valuemix）での効率は５０％程度となり、遜色な
い値であり、省スペース，省資源の流れに乗るものであ
る。しかし、それぞれの機能の絶対値は低減する事は避
けられず、それを充たす用途の開拓が大切である。

【０２１０】さらに電気コードレスで安全，堅牢な回転
機構部は、水中，海中，浴槽内，汚れ物内，毒薬物内や
クリーンルーム内，クリーンベンチ内及び食品加工機
内，熱化学研磨やバリ取り研磨及び自動車，自転車など
の「特殊環境下」での回転動力の活用とともに、「熱電
併給」，「多機能化」の諸機能をも併せ付与した価値複
合化を推進することができる。

【０２１１】回転機構部の軸受摩耗による寿命交換は切
れた電球交換のように簡単に安価に行いうる点など安い
ランニングコストを提供することもできる。

【０２１２】以上説明したように、本発明による電気エ
ネルギ変換器は、分離型であるということに基づく出力
制約があり、その適用分野は出力約５００Ｗ以下の小型
電動機であるものの、例えば２００Ｗ用或いは５００Ｗ
用といったランク別の標準的な磁気発生機構部と、自由
に交換可能なランク別の標準回転機構部との組合せや、
上述した多機能化，複合価値の提供，また電力供給端末
での熱電併給の提供などを通して、省資源で、良いコス
トパフォーマンスを示すことができ、特に民生分野に安
価に複合化された価値を提供することができるようにな
った。

【０２１３】また、本発明による電気エネルギ変換器に
よれば、家庭用住宅設備機器への応用展開から、水中活
用や、特殊な殺菌処理、クリーンルーム内の動力源など
の特殊分野への適用、特に機械出力特性に応じたトルク
発生機構の選択、ユニット化された遊星歯車減速機構の
組み込みや、複数出力軸対応などによって、安価なラン
ニングコストと容易なリサイクル性を併せ持つ、現場適
応性を容易に発揮する、電気エネルギ変換の新規なプラ
ットフォームを提供することができた。

【０２１４】なお、本発明による電気エネルギ変換器に
おいて、固定子用のコイルを超伝導を利用した構成（絶
対０度近傍の極低温に保つ構造も含む）のものとすれ
ば、効率をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気エネルギ変換器の磁気発生機
構部の駆動コイルの平面配置図（Ａ）、これに対応する
回転機構部の回転板の平面図（Ｂ）、および駆動コイル
の電気的接続図（Ｃ）；駆動コイル総数８個、２電気角
の変形１リングの場合

【図２】本発明による電気エネルギ変換器の磁気発生機
構部の駆動コイルの平面配置図（Ａ）、これに対応する
回転機構部の回転板の平面図（Ｂ）、および駆動コイル
の電気的接続図（Ｃ）；駆動コイル総数８個、１電気角
の独立２リングの場合

【図３】本発明による電気エネルギ変換器の磁気発生機
構部の駆動コイルの平面配置図（Ａ）、これに対応する
回転機構部の回転板の平面図（Ｂ）、および駆動コイル
の電気的接続図（Ｃ）；駆動コイル総数１２個、３電気
角の変形１リングの場合

【図４】本発明による電気エネルギ変換器の磁気発生機
構部の駆動コイルの平面配置図（Ａ）、これに対応する
回転機構部の回転板の平面図（Ｂ）、および駆動コイル
の電気的接続図（Ｃ）；駆動コイル総数１６個、４電気
角の変形１リングの場合

【図５】本発明による電気エネルギ変換器の磁気発生機
構部の駆動コイルの平面配置図（Ａ）、これに対応する
回転機構部の回転板の平面図（Ｂ）、および駆動コイル
の電気的接続図（Ｃ）；駆動コイル総数１６個、２電気
角の独立２リングの場合

【図６】２つのトルク発生機構部を設けた構成例を示す
図

【図７】総駆動コイル数１６，２相駆動，独立２リング
対，２電気角用の磁気発生機構部を示す図；駆動コイル
の配置を示す平面図（Ａ）、ＸＹ矢視方向の側断面図
（Ｂ）

【図８】図７に示す磁気発生機構部に対応する回転機構
部を示す図；回転板に着目した平面図（Ａ）および１段
歯車減速機構を有する回転機構部のＸＹ矢視方向の側断
面図（Ｂ）

【図９】総駆動コイル数１６，２相駆動，変形１リング
対，４電気角用の磁気発生機構部を示す図；駆動コイル
の配置を示す平面図（Ａ）、ＸＹ矢視方向の側断面図
（Ｂ）

【図１０】図９に示す磁気発生機構部に対応する回転機
構部を示す図；回転板に着目した平面図（Ａ）および２
段歯車減速機構を有する回転機構部のＸＹ矢視方向の側
断面図（Ｂ）

【図１１】磁気発生機構部を駆動するインバータ回路
（電流供給源）のブロック図

【図１２】軸固定式、多軸出力構成の回転機構部の側断
面図（Ａ）およびＸＹ矢視方向の断面図（Ｂ）

【符号の説明】

１００，２００ 磁気発生機構部 １０３，２０３ 駆動コイル １１０，２１０，４００ 回転機構部 １１１，２１１，４１０，４１１ 回転板 １２０，３００ インバータ回路（電流供給源） １２９ 切欠部 １５０，１５１ 近接センサ（回転数検出手段） ３２１ ＣＰＵ（回転数制御手段、駆動周波数制御手
段として機能） ３５０ 駆動停止手段

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周波数の電流を出力する電流供給
   源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生する
   磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の回
   転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構部
   と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てられ、
   両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発生機
   構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させて該
   回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器において、 前記磁気発生機構部が、径の異なる円周上に夫々配され
   た複数個の駆動コイルから成る駆動コイル列を有するも
   のであることを特徴とする電気エネルギ変換器。
2. 【請求項２】 前記電流供給源が、各駆動コイルから発
   生される磁束により形成される前記回転磁界により前記
   回転体に生じる前記駆動コイル列に対応する各発生トル
   クが、互いに他の駆動コイル列による発生トルクの谷間
   を補うように、前記駆動コイルを駆動するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電気エネルギ変換器。
3. 【請求項３】 前記駆動コイル列、前記回転体および前
   記電流供給源からなるトルク発生機構部を、複数有して
   成ることを特徴とする請求項２記載の電気エネルギ変換
   器。
4. 【請求項４】 前記電流供給源が、前記駆動コイル列の
   夫々を多相駆動の各相に対応させて駆動することによ
   り、前記回転体に全体として１組の発生トルクを生ぜし
   めるものであることを特徴とする請求項１記載の電気エ
   ネルギ変換器。
5. 【請求項５】 前記駆動コイル列、前記回転体および前
   記電流供給源からなるトルク発生機構部を、複数有して
   成ることを特徴とする請求項４記載の電気エネルギ変換
   器。
6. 【請求項６】 各駆動コイルから発生される磁束により
   形成される前記回転磁界により前記回転体に生じる前記
   駆動コイル列に対応する各発生トルクが、互いに他の駆
   動コイル列による発生トルクの谷間を補うように、前記
   駆動コイルを駆動する前記電流供給源、前記駆動コイル
   列および前記回転体からなる第１のトルク発生機構部
   と、 前記駆動コイル列の夫々を多相駆動の各相に対応させて
   駆動することにより、前記回転体に全体として１組の発
   生トルクを生ぜしめる電流供給源、前記駆動コイル列お
   よび前記回転体からなる第２のトルク発生機構部とを混
   在させて成ることを特徴とする請求項１記載の電気エネ
   ルギ変換器。
7. 【請求項７】 前記回転機構部が、固定された筐体に一
   端が植立された固定軸と、該固定軸に直接または間接
   に、独立回転可能に支持された複数の回転体とを備え、 該回転体が、回転力を出力し得る出力軸を夫々一体的に
   有して成ることを特徴とする請求項１記載の電気エネル
   ギ変換器。
8. 【請求項８】 前記回転力を取り出すための開口部を有
   する、前記固定軸の他端を支持する支持部材が設けられ
   ていることを特徴とする請求項７記載の電気エネルギ変
   換器。
9. 【請求項９】 前記回転体の回転数を検出する回転数検
   出手段をさらに備え、 前記電流供給源が、前記回転数検出手段の出力に基づい
   て、前記回転体が回転中に該回転体の負荷が変動した場
   合においても、常に回転数を一定に保つように制御する
   回転数制御手段を有して成るものであることを特徴とす
   る請求項１記載の電気エネルギ変換器。
10. 【請求項１０】 前記回転機構部が、前記磁気発生機構
    部の両側に、固有の出力軸を持つ回転体を夫々独立に配
    置して成るものであることを特徴とする請求項１記載の
    電気エネルギ変換器。
11. 【請求項１１】 複数の前記磁気発生機構部が、前記回
    転体に対して、分離対面、または一体的対面と分離対面
    との混在の何れかの状態で設けられていることを特徴と
    する請求項２または４記載の電気エネルギ変換器。
12. 【請求項１２】 前記回転体が、動的釣り合いが保たれ
    た状態で、複数の切欠部が設けられて成るものであり、 前記磁気発生機構部が、該磁気発生機構部に前記回転機
    後部が搭載時には夫々が同時に前記切欠部であることを
    検出しないような位置に配設された、前記切欠部の有無
    を検出する複数のセンサを有して成るものであり、 前記電流供給源が、前記センサの全ての出力が前記切欠
    部であることを示すときには前記駆動コイルの駆動を停
    止する駆動停止手段を有して成るものであることを特徴
    とする請求項１記載の電気エネルギ変換器。
13. 【請求項１３】 前記回転機構部の回転体が、回転以外
    の機能を持つ部材の表面に装着されたものであり、 前記磁気発生機構部が、磁気空隙を隔てて前記回転体に
    対向して配置されていることを特徴とする請求項１記載
    の電気エネルギー変換駆動装置。
14. 【請求項１４】 前記磁気発生機構部の主磁気回路が、
    Ｍｎ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｚｎ等の軟磁性フェライト部材で形
    成されたものであり、 前記磁気発生機構部を構成する前記駆動コイルの巻線
    が、細線を数多く束ねた撚り線を使用したものであり、 これにより前記磁気発生機構部が高周波駆動を可能とさ
    れたものであることを特徴とする請求項１記載の電気エ
    ネルギ変換器。
15. 【請求項１５】 前記電流供給源が、前記回転磁界と誘
    導加熱用の高周波交番磁界とを選択的に発生させる切換
    手段を備え、 前記回転体が、前記高周波交番磁界が発生されたとき
    は、該高周波交番磁界により誘導加熱されるものである
    ことを特徴とする請求項１記載の電気エネルギ変換器。
16. 【請求項１６】 前記回転機構部が、複数の回転体を備
    えたものであり、 前記電流供給源が、前記回転磁界と誘導加熱用の高周波
    交番磁界を同時に発生させ得る手段を備え、前記複数の
    回転体に対向して配置された磁気発生機構部から、独立
    に前記回転磁界および前記高周波交番磁界を同時または
    選択的に発生させるものであることを特徴とする請求項
    １記載の電気エネルギ変換器。
17. 【請求項１７】 前記回転機構部が、固定した筐体に植
    立された固定軸と、該固定軸周りに回転自在に軸支され
    た回転体と、該回転体の一部に同軸に一体的に形成され
    た歯車と、該歯車と噛合する遊星歯車を有して成る減速
    機構と、該減速機構の出力部と一体的に形成された、前
    記固定軸に回転自在に軸支された出力軸とを備えたもの
    であることを特徴とする請求項１記載の電気エネルギ変
    換器。
18. 【請求項１８】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転機構部が、固定された筐体に植立された固定軸
    と、前記固定軸に直接または間接に独立回転可能に支持
    された複数の回転体とを備え、 該回転体が、回転力を出力し得る出力軸を夫々一体的に
    有して成ることを特徴とする電気エネルギ変換器。
19. 【請求項１９】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転体の回転数を検出する回転数検出手段をさらに
    備え、 前記電流供給源が、前記回転数検出手段の出力に基づい
    て、前記回転体が回転中に該回転体の負荷が変動した場
    合においても、常に回転数を一定に保つように制御する
    回転数制御手段を有して成るものであることを特徴とす
    る電気エネルギ変換器。
20. 【請求項２０】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転機構部が、前記磁気発生機構部の両側に、固有
    の出力軸を持つ回転体を夫々独立に配置して成るもので
    あることを特徴とする電気エネルギ変換器。
21. 【請求項２１】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転体が、動的釣り合いが保たれた状態で、複数の
    切欠部が設けられて成るものであり、 前記磁気発生機構部が、該磁気発生機構部に回転機構部
    が搭載時には夫々が同時に前記切欠部であることを検出
    しないような位置に配設された、前記切欠部の有無を検
    出する複数のセンサを有して成るものであり、 前記電流供給源が、前記センサの全ての出力が前記切欠
    部であることを示すときには前記駆動コイルの駆動を停
    止する駆動停止手段を有して成るものであることを特徴
    とする電気エネルギ変換器。
22. 【請求項２２】 前記センサが、磁気センサであること
    を特徴とする請求項２１記載の電気エネルギ変換器。
23. 【請求項２３】 前記センサが、前記回転体の回転数を
    検出する回転数検出手段を兼ねるものであることを特徴
    とする請求項２１または２２記載の電気エネルギ変換
    器。
24. 【請求項２４】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転機構部の回転体が、回転以外の機能を持つ部材
    の表面に装着されたものであり、 前記磁気発生機構部が、磁気空隙を隔てて前記回転体に
    対向して配置されていることを特徴とする電気エネルギ
    ー変換駆動装置。
25. 【請求項２５】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転機構部が複数の前記回転体を備えたものであ
    り、 前記電流供給源が、前記回転磁界と誘導加熱用の高周波
    交番磁界を同時に発生させ得る手段を備え、前記複数の
    回転体に対向して配置された磁気発生機構部から、独立
    に前記回転磁界および前記高周波交番磁界を同時または
    選択的に発生させるものであることを特徴とする電気エ
    ネルギ変換器。
26. 【請求項２６】 所定の周波数の電流を出力する電流供
    給源と、該電流供給源により駆動され回転磁界を発生す
    る磁気発生機構部と、回転自在の良導体で良軟磁性材の
    回転体を有する回転機構部とを備え、前記磁気発生機構
    部と前記回転機構部とが互いに分離可能に組み立てら
    れ、両者が磁気的空隙を隔て対向配置され、前記磁気発
    生機構部から発生する回転磁界を前記回転体に作用させ
    て該回転体を回転駆動する電気エネルギ変換器におい
    て、 前記回転機構部が、固定した筐体に植立された固定軸
    と、該固定軸周りに回転自在に軸支された回転体と、該
    回転体の一部に同軸に一体的に形成された歯車と、該歯
    車と噛合する遊星歯車を有して成る減速機構と、該減速
    機構の出力部と一体的に形成された、前記固定軸に回転
    自在に軸支された出力軸とを備えたものであることを特
    徴とする電気エネルギ変換器。