(57)【要約】【課題】小型、薄型であっても制動力や発電量を大きくでき、かつ故障発生時の性能低下を抑制できる電磁変換機を提供する。【解決手段】発電装置３は、ゼンマイと、回転体と、発電ユニット３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを備えている。発電ユニット３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、それぞれロータ３５１とヨーク３５６と発電コイル３５３とを備えている。発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃは複数設けられる。発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃは、ロータ３５１の回転軸に直交する平面においてそれぞれ異なる位置に配置される。ロータ３５１はすべて同一のゼンマイから回転体に供給される運動エネルギーにより回転される。発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが複数あるので、個々の発電ユニットを薄型にでき、かつ制動力や発電量を大きくでき、１つの発電ユニットが故障しても性能低下を抑制できる。【選択図】図１
2004162556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される運動エネルギーによって巻き上げられて機械的エネルギーを蓄積するゼンマイと、
前記ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーによって回転される回転体と、
前記回転体の回転に連動して回転され磁性を有するロータ、前記ロータの回転にて発生する磁束を伝達するヨークおよび前記ヨークにて伝達される前記磁束により発電する発電コイルを有する発電ユニットと、を備え、
前記発電ユニットは複数設けられ、かつ、各発電ユニットは前記ロータの回転軸に直交する平面においてそれぞれ異なる位置に配置され、
前記ロータはすべて、同一の運動エネルギーにより回転されることを特徴とする電磁変換機。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁変換機において、
前記発電コイルを流れる電流値を制御して前記ロータを介して前記回転体に電磁ブレーキを与える制動手段を備えることを特徴とする電磁変換機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電磁変換機において、
前記各ロータの位相は、略等角度ずつずれていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電磁変換機において、
前記発電ユニットは３の倍数個設けられ、前記各ロータの位相は、略等角度ずつずれていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電磁変換機において、
前記ゼンマイは、少なくともいずれかの前記発電ユニットの厚み方向に重畳して配置されていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項６】
請求項５に記載の電磁変換機において、
前記回転体は、前記ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーによって発電ユニットに対して相対的に回転される回転軸を備え、この回転軸は前記発電ユニットのロータに回転エネルギーを供給する入力軸を兼用していることを特徴とする電磁変換機。
【請求項７】
請求項６に記載の電磁変換機において、
前記ゼンマイは、筒状のゼンマイ収納部内に配置され、その外周端がゼンマイ収納部に当接または固定され、かつ内周端は前記回転軸に固定され、
前記回転軸には、前記各発電ユニットのロータに直接または伝え車を介して回転エネルギーを供給する入力車と、外部の駆動体に対して運動エネルギーを供給する出力車とが固定されていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項８】
請求項６に記載の電磁変換機において、
前記各発電ユニットは前記回転軸に対して回転自在に支持されたケース内に保持され、
前記ゼンマイは、円筒状のゼンマイ収納部内に配置され、その外周端がゼンマイ収納部に当接または固定され、かつ内周端は前記回転軸に固定され、
前記ゼンマイ収納部は、前記ケースに固定されかつ外周面に歯車またはプーリが形成され、
前記回転軸には、前記各発電ユニットのロータに直接または伝え車を介して回転エネルギーを供給する入力車が固定されていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の電磁変換機において、
前記各発電ユニットは、前記回転軸から略等距離に配置されていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の電磁変換機において、
前記運動エネルギーを前記ロータに向かって伝達する増速輪列が設けられていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電磁変換機において、
前記増速輪列と前記発電コイルとは、前記ロータの回転軸に直交する平面においてそれぞれ異なる位置に配置されていることを特徴とする電磁変換機。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の電磁変換機を備えて構成され、前記電磁変換機の回転体の回転に連動して外部の駆動体を駆動することを特徴とする駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の駆動装置において、
前記電磁変換機の電磁ブレーキ量を制御するブレーキ制御手段を備えることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁変換機、電磁変換機を有する駆動装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
ゼンマイを利用した駆動機構が知られている（例えば、特許文献１）。この駆動機構は、ゼンマイの駆動力の変動を緩和する制動部を備え、ゼンマイから一定の駆動力を得られるようにしている。特許文献１には、制動部として、液体、粉体等の流動物質を設けたものの他に、コイルによる電磁ブレーキ力を利用したものが開示されている。
【０００３】
すなわち、制動部として、ロータ、ステータ、コイルというステップモータと同様の構成を備え、前記ロータをゼンマイからの動力によって回転させ、その際に、前記コイルに流れる発電電流を制御することなどによってロータの回転を妨げる電磁ブレーキ効果を加えることで制動をかけていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９５１４９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記駆動機構では、前記ロータ、ステータ、コイルからなる制動部は１組みしか設けられていないため、この制動部が故障した場合には、制動力がまったく無くなってしまうという問題がある。
また、ゼンマイからの駆動力に応じて大きな制動力が必要な場合には、コイルの巻数やステータの厚さを大きくする必要があり、ある程度の厚さ寸法が必要となって薄型化が困難であるという問題もある。
【０００６】
さらに、前記駆動機構のロータ、ステータ、コイルは発電機と同じ構成であるため、発電機としての利用も考えられる。すなわち、ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーによってロータを回転し、コイルで発電させるように構成すればよい。この場合も、前記制動部を働かせることで、ゼンマイが徐々に巻きほどけるように制御でき、ロータを一定の速度で長時間回転させることで、所定の発電量を所定時間維持させることができる。
【０００７】
このような発電装置として利用した場合も、前記制動部が故障すると、制動力が無くなり、ゼンマイが短時間で巻きほどけてしまい発電時間が非常に短くなるという問題が発生する。
さらに、発電装置の発電量を大きくするには、発電機のロータ、ヨークおよび発電コイルを大きくするなど発電装置自体を大型化することも考えられる。しかし、発電装置を単純に大きくすると、電子機器に組み込みにくいうえに、電子機器が大型化されてしまうという問題が生じる。
【０００８】
以上のように、制動部の作用で駆動力や発電量を制御できる駆動機構や発電装置として利用される電磁変換機においては、小型、薄型化が難しく、かつ故障発生時に性能が大幅に低下するという共通する問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、小型、薄型であっても制動力や発電量を大きくでき、かつ故障発生時の性能低下を抑制できる電磁変換機およびこの電磁変換機を有する駆動装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁変換機は、外部から供給される運動エネルギーによって巻き上げられて機械的エネルギーを蓄積するゼンマイと、前記ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーによって回転される回転体と、前記回転体の回転に連動して回転され磁性を有するロータ、前記ロータの回転にて発生する磁束を伝達するヨークおよび前記ヨークにて伝達される前記磁束により発電する発電コイルを有する発電ユニットと、を備え、前記発電ユニットは複数設けられ、かつ、各発電ユニットは前記ロータの回転軸に直交する平面においてそれぞれ異なる位置に配置され、前記ロータはすべて、同一の運動エネルギーにより回転されることを特徴とするものである。
ここで、同一の運動エネルギーにより回転されるとは、各ロータが同一の回転体の回転エネルギー（運動エネルギー）によって回転されることを意味し、通常は１つの入力車から直接または輪列を介して各ロータが接続され、入力車の回転に連動して各ロータが回転することを意味する。
【００１１】
このような構成によれば、外部から与えられる運動エネルギーによりゼンマイが巻き上げられて機械的エネルギーが蓄積される。そして、この機械的エネルギーにより回転体が回転され、連動してロータが回転される。ロータの回転により生じる磁束変動がヨークによって発電コイルに伝達され、発電コイルに誘導起電力が生じる。
電磁変換機を発電装置として利用する場合には、この誘起起電力を外部に出力すればよい。この場合、発電ユニットが複数（２以上）設けられているので、その分発電量を大きくできる。このため、消費電力が大きい電子機器であっても、この発電装置を組み込むことにより、外部からの運動エネルギーで作動させることができ、電池や商用電源を必要としない電子機器とすることができる。
なお、前記回転体は、ゼンマイからの機械的エネルギーを出力してロータを回転するためのみに利用してもよいが、ゼンマイの巻き上げに利用してもよい。
【００１２】
また、電磁変換機を駆動装置として利用する場合には、前記コイルに接続された抵抗値（インピーダンス）を可変したり、コイルの両端を断続的に短絡することで、電磁変換機の電磁ブレーキ量を制御すればよい。この場合も、発電ユニットが複数（２以上）設けられているので、その分電磁ブレーキ量を大きくできる。すると、ゼンマイのトルクが大きい駆動装置であっても、この電磁変換機を組み込むことにより、そのトルクを確実に制御できて所定の装置を適切に駆動することができる。
なお、電磁変換機を駆動装置として利用する場合も、前記発電ユニットではロータが回転することで発電は行われている。従って、この発電電力を二次電池等に蓄電したりして駆動装置を電気回路の電源としても利用してもよい。
【００１３】
さらに、発電ユニットが二つ以上設けられているところ、この発電ユニットは平面的に異なる位置に配置されて互いに重ならないので、発電量や制動力が大きいながらも電磁変換機を薄型に構成することができる。
１つの運動エネルギーを二つ以上の発電ユニットに分散させることにより、個々の発電ユニットを小型化することができる。例えば、発電ユニットを１つにして発電量や制動力を大きくしようとすれば、一つのヨークに多量の磁束を流さなければならないため、ヨークを大きく厚いものとしなければならない。同様に発電ユニットを１つにしようとすれば、発電コイルも大きくしなければならない。しかし、本発明では、発電ユニットが二つ以上であることにより、個々のヨークや発電コイルは分散された磁束を利用する大きさでよいことから、小型、薄型とすることができ、その結果、電磁変換機を小型化、薄型化することができる。
【００１４】
また、すべてのロータが同一の運動エネルギーで回転されること、例えば、１つの回転体の回転に連動して各ロータが回転されるようにすれば、運動エネルギーを供給する手段を１つとすることができ、それぞれのロータに運動エネルギーを供給する手段を別個に設けることに比べて電磁変換機を小型化することができる。その上、各ロータの位相を適宜初期設定すれば、各ロータは連動して回転するためにその位相を常時維持することができる。従って、本発明の電磁変換機を三相交流発電機等として構成することができる。
さらに、複数の発電ユニットが設けられており、それらの発電ユニットのすべてが故障する確率は非常に小さいため、仮に１つの発電ユニットが故障しても、他の発電ユニットを作動させ続けることができる。このため、発電量や制動力は、故障した発電ユニットの分が減少するだけであり、作動している発電ユニットの数に応じた分を確保できるため、発電装置や制動機能付きの駆動装置としての機能を保持することができ、故障発生時の性能低下を抑えることができる。
【００１５】
電磁変換機において、個々の発電ユニットの配置は自由であるので、例えば、この電磁変換機を組み込む電子機器や駆動装置内のスペースに応じて適宜発電ユニットの配置を変更すれば、空間利用効率を向上させることができる。
それぞれの発電ユニットが独立しており、個々にロータ、ヨークおよび発電コイルを有しているので、個々の発電ユニットの磁束が干渉し合うことがなく、個々の発電ユニットでの発電効率を高く維持することができる。また、各発電ユニットが互いに干渉し合うことがないように配置できるので、個々の発電ユニットで位相、周期、電圧等が異なる電力を発電することができ、この異なる電力を別々に利用することができ、例えば、異なる電気回路に別々に送電することができる。
【００１６】
本発明では、前記発電コイルを流れる電流値を制御して前記ロータを介して前記回転体に電磁ブレーキを与える制動手段を備えることが好ましい。
制動手段としては、前記コイルに接続された抵抗の抵抗値を変更することで前記電流値を制御するものや、前記発電コイルの両端を断続的に短絡してチョッピング操作を行うことで前記電流値を制御するものなどが利用できる。
発電コイルが接続される回路には、所定のインピーダンスがあるため、可変抵抗等を設けなくてもある一定の電磁ブレーキ量は得られる。従って、ゼンマイによるトルクと前記電磁ブレーキによる制動力とを予め設定しておくことで、ロータや回転体を所定の速度で駆動することができる。
一方、制動手段を備えることで、前記コイルを流れる電流値を自由に制御できるように構成すれば、制動力を可変でき、ロータや回転体の速度を自由に設定できる。
【００１７】
本発明では、前記各ロータの位相は、略等角度ずつずれていることが好ましい。このような構成において、ロータの位相、すなわち、ロータが発電コイルに対して有する位相が略等角度ずつずれていれば、各発電ユニットにおいて発電コイルからロータに作用する磁力抵抗は、電磁変換機全体でみると時間的に平滑化されるので、外部から与えられる運動エネルギーにより、各ロータが円滑に回転される。すると、各発電ユニットにおける発電効率を高く維持することができる。また、ロータの位相が略等角度ずつずれていれば、電磁変換機で発電される電力の出力波形が平滑化され、コンデンサ等を必要とせず回路構成を簡略化することができる。
なお、ほぼ等角度とは、各ロータの位相が等角度ずつずれている場合に限らず、等角度から僅かにずれた角度でずれていてもよいことを意味する。すなわち、前記磁力抵抗や出力波形の平滑化の点で許容できる程度の角度のずれは含む意味である。例えば、各ロータの位相が略１２０度毎にずれている場合、略１２０度とは、１２０度±５〜１０度程度までの範囲を意味する。
【００１８】
本発明では、前記発電ユニットは３の倍数個設けられ、前記各ロータの位相は、略等角度ずつずれていることが好ましい。
このような構成において、例えば、発電ユニットを３つとして、各発電ユニットごとにロータの位相を１２０°ずつずらすと、三相交流を得ることができる。すると、この三相交流をΔ結線あるいはＹ結線などで構成される整流回路を用いて整流すれば、回路構成が簡略化される。また、発電ユニットを６つとして各発電ユニットごとにロータの位相を６０°ずつずらすとすれば、位相が０°、１２０°、２４０°の組と、位相が６０°、１８０°、３００°の組とで三相交流の組が二組得られる。そこで、それぞれの組を整流回路で整流したのち合成すれば、回路構成が簡便で発電量の大きい発電装置とすることができる。ここで、「略等角度」は前述と同じ意味である。
【００１９】
ここで、外部から与えられる前記運動エネルギーにより回動されて前記運動エネルギーを回転エネルギーに変換するエネルギー変換手段を備え、この回転エネルギーを前記ゼンマイに供給するものでもよい。エネルギー変換手段としては、例えば、回転錘や揺動錘が利用できる。
【００２０】
このような構成によれば、エネルギー変換手段により外部から与えられた運動エネルギーが回転エネルギーに変換される。すると、この回転エネルギーによってゼンマイの内端が固定された巻真等を回転することで、ゼンマイを巻き上げて機械的エネルギーを蓄積することができる。つまり、外部から与えられる運動エネルギーをゼンマイの巻き上げに利用される回転エネルギーに直接変換することにより、エネルギー損失が少なく、与えられた運動エネルギーを効率よく機械的エネルギーに変換して蓄積することができる。また、回転エネルギーは、歯車列によって伝達することが容易であるので、歯車列を利用することによりゼンマイの配置を自由に設計変更できる。
【００２１】
本発明では、前記ゼンマイは、少なくともいずれかの前記発電ユニットの厚み方向に重畳して配置されていることが好ましい。すなわち、発電ユニットとゼンマイとは発電ユニットの厚さ方向に重ねられて配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、ゼンマイの平面収納スペースを発電ユニットの収納スペースと同程度確保できるため、蓄積可能な機械的エネルギーの大きなゼンマイを組み込むことができる。すなわち、ゼンマイのエネルギーは、その幅より、厚みのパラメータが大きく影響する。従って、ゼンマイの平面収納スペースを大きくすることで、大きなゼンマイエネルギーを回転エネルギーに変換することが可能になる。
さらに、ゼンマイは、平面スペースを大きくできるため、その分、幅寸法を小さくでき、また、発電ユニットも小型化、薄型化されているので、ゼンマイと発電ユニットとが重畳されても、電磁変換機の厚みはそれほど厚くはならず、薄型に構成される。
【００２２】
本発明では、前記回転体は、前記ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーによって発電ユニットに対して相対的に回転される回転軸を備え、この回転軸は前記発電ユニットのロータに回転エネルギーを供給する入力軸を兼用していることが好ましい。
ゼンマイによって回転される回転軸が、直接ロータに回転エネルギーを供給する入力軸として機能しているので、エネルギーの損失が少なく効率的にエネルギーを伝達することができる。
【００２３】
本発明では、前記ゼンマイは、筒状のゼンマイ収納部内に配置され、その外周端がゼンマイ収納部に当接または固定され、かつ内周端は前記回転軸に固定され、前記回転軸には、前記各発電ユニットのロータに直接または伝え車を介して回転エネルギーを供給する入力車と、外部の駆動体に対して運動エネルギーを供給する出力車とが固定されていることが好ましい。
このような構成では、例えば、前記出力車を回転させることなどで回転軸を回転させるとゼンマイが巻き上げられる。なお、ゼンマイの外周端がゼンマイ収納部に当接されている場合には、スリッピングアタッチメント等を用いることで所定トルク以上の力が加わると外周端がゼンマイ収納部に対して摺動するように設定できるため、ゼンマイを巻き上げすぎることを防止できる。
なお、ゼンマイ収納部は、円筒状、角筒状等のものが利用できるが、特にスペース効率を向上できる点で円筒状のものが好ましい。
【００２４】
そして、出力車によるゼンマイの巻き上げを解除すると、ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーにより前記回転軸がゼンマイの巻き上げ方向とは逆方向に回転し、発電ユニットのロータも連動して回転する。ロータの回転に伴い、コイルに起電力が生じて発電される。また、この発電時の電磁ブレーキ効果で前記ロータも制動され、ほぼ所定の回転速度に維持される。従って、ロータ、回転軸を介してゼンマイの開放速度も制限されることになり、回転軸に固定された出力車によって駆動される駆動体の駆動速度も所定速度に制限されることになる。
このような構成の本発明では、ゼンマイの巻き上げや出力用の軸と、ロータを回転させるための軸とが共通化されるため、エネルギーの伝達ロスを非常に少なくできると共に、部品点数を少なくでき、電磁変換機をコンパクトに構成することができる。
【００２５】
本発明では、前記各発電ユニットは前記回転軸に対して回転自在に支持されたケース内に保持され、前記ゼンマイは、円筒状のゼンマイ収納部内に配置され、その外周端がゼンマイ収納部に当接または固定され、かつ内周端は前記回転軸に固定され、前記ゼンマイ収納部は、前記ケースに固定されかつ外周面に歯車またはプーリが形成され、前記回転軸には、前記各発電ユニットのロータに直接または伝え車を介して回転エネルギーを供給する入力車が固定されていることが好ましい。
【００２６】
このような構成では、例えば、前記回転軸を固定した状態で前記プーリに掛けたベルト等によりゼンマイ収納部を回転させると、回転軸およびゼンマイ収納部が相対的に回転し、ゼンマイが巻き上げられる。
プーリ等を介したゼンマイの巻き上げを解除すると、ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーにより発電ユニットが内蔵されたケースと、前記回転軸とが相対的に回転し、発電ユニットのロータも連動して回転する。例えば、回転軸を固定状態に維持したままであれば、回転軸に対して発電ユニットが内蔵されたケース、ゼンマイ収納部が回転し、それに伴い前記ロータも回転する。一方、ゼンマイ収納部（プーリ）側を固定状態にし、回転軸を回転可能状態にすれば、前記回転軸が回転してロータが回転する。このロータの回転に伴い、コイルに起電力が生じて発電される。また、この発電時の電磁ブレーキ効果で前記ロータも制動され、ほぼ所定の回転速度に維持される。従って、ロータ、回転軸を介してゼンマイの開放速度も制限されることになり、回転軸に固定された出力車によって駆動される駆動体の駆動速度も所定速度に制限されることになる。
このような構成の本発明においても、ゼンマイの巻き上げや出力用の軸と、ロータを回転させるための軸とが共通化されるため、エネルギーの伝達ロスを非常に少なくできると共に、部品点数を少なくでき、電磁変換機をコンパクトに構成することができる。
さらに、回転軸を固定状態および回転可能状態に切り替えることができれば、ゼンマイを巻き上げる入力系統と、ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーを出力する出力系統とを、前記回転軸およびプーリにそれぞれ別々に設定することができる。
また、ゼンマイ収納部の外周面にプーリを設ければ、プーリ径を大きくできるため、プーリに架け渡されるベルトの応力振幅を減少することができる。
【００２７】
本発明では、前記各発電ユニットは、前記回転軸から略等距離に配置されていることが好ましい。
本発明では、前記各発電ユニットは必ずしも回転軸から等距離に配置されていなくてもよいが、略等距離に配置されていれば、各発電ユニットが回転軸の周囲に円形状（円弧状）に配置されることから、１つの回転軸の回転エネルギーを複数の発電ユニットで利用しやすくなる。また、ゼンマイを納めるゼンマイ収納部は通常円筒状のものであるため、発電ユニットを円弧状に配置すれば、発電ユニットを収納するケースも円筒状に形成でき、スペース効率が高くなり電磁変換機が小型化される。
【００２８】
本発明では、前記運動エネルギーを前記ロータに向かって伝達する増速輪列が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、回転エネルギー等の運動エネルギーが増速輪列によって増速されてロータに伝達され、ロータが高速で回転される。ロータを高速で回転させることにより、ロータの回転で生じる磁束変化を大きくできるので、発電コイルでの発電量を大きくすることができる。ここで、発電ユニットを小型に構成しようとした場合、ロータも小型となり、ロータの磁力が小さくなる。この場合でも、増速輪列によって回転エネルギーを増速してロータに伝達してロータを高速回転させれば、十分な磁束変動を得ることができる。
さらに、本発明では、発電ユニットが複数設けられているので、コイル（発電ユニット）が一つの場合に比べて、同じ発電量を得るときに、各発電ユニットの発電量を小さくすることができる。例えば、３つの発電ユニットがある場合は各発電ユニットの発電量は発電ユニットが１つの場合に比べて１／３でよい。従って、各発電ユニットのロータの回転速度を低下させることが可能になり、その結果、増速比が少なくなり、歯車の段数も少なくできるため、輪列効率を向上させることができる。また、発電ユニットが複数設けられていることから、発電能力も向上しているので、入力エネルギーを増大させ、増速することによりロータを高速回転させ、より多くの発電量を得ることも可能になる。
【００２９】
本発明では、前記増速輪列と前記発電コイルとは、前記ロータの回転軸に直交する平面において異なる位置に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、発電コイルと増速輪列とが重ならないので、電磁変換機の厚みを薄くできる。特に、輪列の厚さ寸法が発電コイルの厚さよりも小さく、かつ輪列のロータ回転軸方向の配置位置が発電コイルの厚み内に配置されていれば、増速輪列及びコイル部分の厚さ寸法は、コイルの厚さ寸法分で納まるため、より薄型化することができる。
【００３０】
本発明の駆動装置は、上記のいずれかに記載の電磁変換機を備えて構成され、前記電磁変換機の回転体の回転に連動して外部の駆動体を駆動することを特徴とする。
このような構成によれば、ゼンマイの開放速度を前記電磁変換機によって電気的に制御できるため、ゼンマイに蓄積された機械的エネルギーによって駆動される駆動体の駆動速度や駆動時間を容易に調整することができる。
また、ゼンマイの駆動を制限する制限部（ダンパー）として液体の粘性を利用したオイル式のものが知られているが、このオイル式ダンパーを組み込んだ駆動装置に比べて薄型化できるとともに、オイルのような温度特性、オイル充填率によるばらつきが無いため、安定性を向上できる。その上、電磁変換機で発生する電力を利用できるため、駆動体の駆動制御のみならず、電力を供給する電源としても機能できる。
また、この電力によって電磁変換機を制御するＩＣ等の制御装置を駆動することもでき、この場合、外部電源や電池を不要にでき、特に携帯機器に組み込む際に有利である。すなわち、外部から与えられる運動エネルギーから電磁変換機で発電することができるので、駆動装置は、電池や商用電源を必要としない。よって、この駆動装置は、電池交換の手間がなく、電磁変換機が故障しない限りは半永久的にメンテナンス不要である。また、商用電源を引き込むケーブルなどを必要としないため、持ち運びに便利であり、電源がとれない山でも海でも使用できる。また、電磁変換機は小型かつ薄型であることから電子機器に組み込んでも電子機器の大きさに影響を与えることがない。また、発電能力も大きいことから、消費電力が大きい電子機器に組み込んでも電子機器の電力を賄うことができる。
【００３１】
ここで、駆動装置は、前記電磁変換機の電磁ブレーキ量を制御するブレーキ制御手段を備えることが好ましい。ブレーキ制御手段を備えていれば、電磁ブレーキ量を可変することができ、駆動体の負荷等に応じた制御を容易に行うことができる。
また、駆動体を、カバーや扉等の開閉機器等の動力源として用いた場合、開閉のいずれか一方は、ゼンマイを巻上げるために外部から力を与える必要がある。従来のオイル式の制動手段の場合、力を与える際も、負荷が働いていたが、電磁ブレーキを用いる場合は、力を与える際は、コイル間の抵抗を無限大（∞）にすることにより、電磁ブレーキを「０」にすることができる。すなわち、力を与える際は、制動手段の負荷を「０」にすることが可能になる。また、電気的に制動負荷を変更できるので、使用者の設定により簡単に負荷量を可変できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、電磁変換機を発電装置として用いた実施形態である。なお、発電装置は、腕時計、携帯電話等の各種携帯機器や、非常用ラジオ、懐中電灯等の電源として利用可能である。
【００３３】
図１に本実施形態の発電装置３の平面図、図２にその要部の断面図を示す。なお、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
発電装置３は、外部から供給される運動エネルギーにより回転される回転体１００と、この回転体１００の回転による回転エネルギーを伝達する増速輪列としての輪列部３４と、輪列部３４により伝達された回転エネルギーにより発電する発電ユニット３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃと、輪列部３４や発電ユニット３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃが内蔵されたケース３００と、ゼンマイ２００とを備えて構成されている。
【００３４】
回転体１００は、歯車１０１と、この歯車１０１に固定された回転軸１０２とを備えて構成されている。この回転体１００は、図示しない回転錘、揺動錘等の回転エネルギー変換手段や、巻き上げ操作摘み等によって回転されるように構成されている。例えば、回転錘等の回転エネルギー変換手段を歯車１０１に接続した場合には、発電装置３が配置されたケースや機器に振動を与えると、この振動による運動エネルギーによって回転錘が回転されて回転エネルギーが発生し、増速輪列等を介して回転体１００が回転される。
【００３５】
輪列部３４は、回転軸１０２に固定されて回転軸１０２と一体に回転する入力車３４Ｆと、入力車３４Ｆにそれぞれ噛合された複数（３個）の伝え車３４Ｇとを備えて構成されている。この輪列部３４により、回転体１００の回転がさらに増速されて伝達される。
【００３６】
ゼンマイ２００は、うずまき状に巻かれた弾性を有する鋼板等で構成される公知のものである。このゼンマイ２００は、中空円筒状のゼンマイ収納部２０１内に配置され、その内周端は前記回転軸１０２に固定され、外周端はゼンマイ収納部２０１の内周面に固定あるいはスリッピングアタッチメント等を介して当接されている。
【００３７】
発電ユニットとしては、発電ユニット３５Ａ、発電ユニット３５Ｂ、発電ユニット３５Ｃの３つが設けられている。
各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃは、回転体１００の回転が伝達された入力車３４Ｆの回転により回転される二極に着磁されたロータ３５１と、ロータ３５１の回転により生じる磁界変動により発電する発電コイル３５３と、ロータ３５１の磁束を発電コイル３５３に伝えるヨーク３５６とを備えて構成されている。
【００３８】
各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃは同じ構成であって、入力車３４Ｆの円周に１２０°間隔で配置されることにより３つ設けられている。発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃは、ロータ３５１の回転軸に直交する平面上において異なる位置に配置され、回転軸１０２の軸方向には互いに重なり合わないで配置されている。発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが３つであることにより、発電ユニットが１つである場合に比べて発電される電気エネルギーが増大される。
【００３９】
ロータ３５１は、円板状であり、同軸に設けられたカナ車３５２を有している。ロータ３５１およびカナ車３５２は、ケース３００内に設けられた受板３０１，３０２により軸受部２１を介して回転自在に軸支されている。
そして、カナ車３５２が伝え車３４Ｇに噛合され、伝え車３４Ｇのカナ車３４１が入力車３４Ｆに噛合され、入力車３４Ｆの回転が各伝え車３４Ｇを介して各ロータ３５１に増速されて伝達される。
【００４０】
ロータ３５１は、二極に着磁された永久磁石でありヨーク３５６に対して回転自在である。
ロータ３５１は、このロータ３５１を有する発電ユニットの発電コイル３５３に対してＮ極からＳ極に向かう磁気的分極方向がそれぞれ１２０°ずつずれて配置されている。これは、組み立て工程の際に、発電コイル３５３に対して磁気的分極方向が１２０°ずつずれた状態で伝え車３４Ｇのカナ車３４１を入力車３４Ｆに噛合させることにより行われる。例えば、発電コイル３５３の軸方向に直交する方向が互いに１２０°で交差している状態で発電装置３の外から一方向の磁界をかけてすべてのロータ３５１の方向を揃えてやれば、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃごとにロータ３５１の位相が１２０°ずつずれることとなる。このようにロータ３５１の位相が１２０°ずつずれた位置関係を保つことにより、各発電コイル３５３で発電される交流電流の位相が１２０°ずつずれたものとなる。
【００４１】
発電コイル３５３は、発電コイル３５３の軸に直交する延長線（直線）ＬＡ〜ＬＣがそれぞれ互いに１２０°で交差する位置に互いに配置され、それぞれに発生する磁束が隣接する発電コイル３５３に干渉しにくい構成とされている。発電コイル３５３は、コイル芯３５４に巻かれており、コイル芯３５４は、ネジ３５５によりヨーク３５６にネジ止めされている。
【００４２】
ヨーク３５６は、扁平な板状であってロータ３５１の回転による磁束変化を発電コイル３５３に導くように発電コイル３５３の両端を挟む形状である。なお、ヨーク３５６の厚みは十分に薄いものであり、例えば、３つの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃで生じる起電力を１つの発電ユニットで賄う場合に用いられるヨークの厚みに比して略３分の１の厚みである。
ロータ３５１の厚み方向とヨーク３５６の厚み方向は平行に互いの薄い方向を揃えて配置され、発電ユニットとしての厚みは非常に薄く形成されている。
各ヨーク３５６は、互いに重なり合うことなく配置され、また、各底面が略同一平面上つまり回転軸１０２の軸方向の高さ位置が略同一となるように配置されている。
【００４３】
このような発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃにおいて、回転体１００の回転が輪列部３４により伝達されて入力車３４Ｆに続いて伝え車３４Ｇが回転されると、この伝え車３４Ｇの回転によりロータ３５１が回転される。すると、ロータ３５１の回転により生じる磁束の変化がヨーク３５６により発電コイル３５３に伝達される。この磁束変化により発電コイル３５３に起電力が誘起される。
各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃで発電された電力は、それぞれの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのコイル３５３に電気的に接続されたケーブル（図示せず）にて伝送されたのち適宜な整流手段で整流されて合成される。
【００４４】
図３に、整流手段４の一例を示す。整流手段４は、それぞれの発電コイル３５３に対して接続されたブリッジ回路４１を備え、これらの三つのブリッジ回路４１で構成されている。ブリッジ回路４１は、四つのダイオード４２が矩形状に直列に接続されたものであり、矩形の対角線を境にして一方側と他方側とがそれぞれ発電コイル３５３に接続されている。そして、各ブリッジ回路４１にて整流された電流は直列つなぎで合成されている。図４に、各発電コイル３５３から出力される電圧の波形Ｗ１と、整流手段４で整流されたのちに合成された合成波形Ｗ２とを示す。各発電コイル３５３から出力される電圧の波形Ｗ１は、互いに等角度の位相ずつ、つまり１２０°ずつずれている。合成波形Ｗ２は、全体に平滑であり、その電圧値は各発電コイル３５３からの電圧値の略２倍である。
【００４５】
整流手段４で整流された電流は、発電装置３から出力され、発電装置３が組み込まれた電子機器の電源などに利用される。
各発電コイル３５３や整流手段４で構成される電気回路には、所定のインピーダンスが存在するため、各発電コイル３５３を流れる電流値もある値に制御され、ロータ３５１には所定の電磁ブレーキが加わる。このため、ゼンマイ２００からのトルクとのバランスで、ロータ３５１は略一定の速度に調速される。ロータ３５１は、伝え車３４Ｇ、入力車３４Ｆ、回転軸１０２を介してゼンマイ２００に連結されているため、ロータ３５１の回転速度を調速すれば、ゼンマイ２００の開放速度も調整される。このため、ゼンマイ２００に何ら制動を加えない場合に比べて、ゼンマイ２００の巻きほどける時間を長くでき、その分、長時間発電を継続することができる。
また、各発電コイル３５３からのケーブル部分に、可変抵抗器やコイル３５３の両端を短絡可能なスイッチを設け、各発電コイル３５３を流れる電流値を変更できるように構成すれば、ロータ３５１に所定の制動力の電磁ブレーキが加わり、ロータ３５１の回転速度、つまりゼンマイ２００の開放速度も調整される。
【００４６】
このような構成からなる発電装置３の使用および動作について説明する。
まず、発電装置３を所定の電子機器等に組み込み、回転錘や所定のゼンマイ巻き上げ用の摘み等を用いて、回転体１００に運動エネルギーを供給し、回転体１００を回転する。この回転体１００の回転に伴い、ゼンマイ２００が巻き上げられて機械的エネルギーが蓄積される。
ゼンマイ２００の巻上げを解除すると、ゼンマイ２００が巻きほどかれ、回転軸１０２が逆方向に回転する。この回転に伴い、入力車３４Ｆ、伝え車３４Ｇを介してロータ３５１が回転する。ロータ３５１の回転により生じる磁束変化はヨーク３５６を伝わって発電コイル３５３に伝達され、発電コイル３５３にて誘導起電力が生じる。発電コイル３５３からの電流は整流手段４にて整流されて出力され、例えば、二次電池やコンデンサ等の電気エネルギー蓄積手段に蓄えられて電源として利用される。
【００４７】
以上、このような構成からなる第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
【００４８】
（１）電磁変換機である発電装置３は、三つの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを備えて構成されている。よって、発電ユニットが１つの場合に比べて大きな電力を発電することができる。その結果、発電装置３で発電される電力のみで各種の電子機器を動作させることができ、バッテリー不要で商用電源不要の電子機器とすることができる。また、３つの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが設けられているので、仮に１つの発電ユニットが故障しても、他の２つの発電ユニットによる発電は継続できるため、全く発電が無くなってしまうことを防止でき、故障時の性能低下を抑えることができる。
また、発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが複数設けられていることから、発電能力も向上できる。すなわち、各発電ユニットは、入力エネルギーを増大させると発電量も増加するが、その発電量には限界があり、この限界量以上は、入力エネルギーを増大させても発電量を増加できない。一方、本願発明では、発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを複数設けており、入力したエネルギーも各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃに分散して入力されるため、１つの発電ユニットのみ設けた場合に限界となる入力エネルギーの発電ユニット数分まで入力エネルギーを高めることができ、結果的には入力エネルギーの増加に対して発電量も確実に増加させることができて入力エネルギーに対する発電効率を向上させることができる。従って、より強力なゼンマイ２００等を利用して運動エネルギーを大きくした場合でも、運動エネルギーを無駄なく電気エネルギーに変換することができる。
【００４９】
（２）さらに、複数の発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを備えているので、同じ電力を得る場合、１つの発電ユニットのみが設けられている場合に比べて各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのヨーク３５６やコイル３５３の厚みを薄くすることができる。このため、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを薄型化でき、かつ各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃは互いに重なり合わずに配置されているので、例えば、ヨーク３５６の底面を同一平面上に位置させて各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのロータ回転軸方向の高さ位置を揃えることなどで、発電装置３を薄型に構成できる。
【００５０】
（３）発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃはロータ３５１の磁気的分極方向が発電コイル３５３に対して１２０°ずつずれた位置関係にあるので、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからの電流は１２０°ずつ位相がずれた三相交流とすることができる。この三相交流をそれぞれ整流して合成することにより、平滑化された電流を得ることができる。ロータ３５１と発電コイル３５３との位相が１２０°ずつずれていれば、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのロータ３５１から回転軸１０２に作用する電磁ブレーキも均等に平滑化される。よって、ゼンマイ２００の機械的エネルギーで回転軸１０２が回転される際の制動力を安定して与え続けることができ、回転軸１０２も円滑に回転され、ゼンマイ２００の機械的エネルギーが効率よくロータ３５１を回転させる回転エネルギーに変換される。その結果、発電ユニットが１つの場合に比べて電磁ブレーキのばらつきによる影響が軽減されるため、発電装置３の発電効率を向上することができる。
【００５１】
（４）発電コイル３５３の軸に直交する直線の延長線が互いに１２０°で交差するように発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが配置されているので、発電コイル３５３からの磁束が互いに干渉しにくく、発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃによる発電効率を高いものとできる。
また、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃがそれぞれ独立にヨーク３５６を有しているので、各ロータ３５１から生じる磁束は各ヨーク３５６内にて閉ループを形成する。その結果、発電ユニット同士で磁束が干渉することがなく、発電効率が高く維持される。さらに、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃで磁束が干渉し合わないので、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからの電流の位相がそれぞれ独立したものでき、１２０°ずつ位相が異なる三相交流とすることができる。
【００５２】
（５）ゼンマイ２００の機械的エネルギーで回転される回転軸１０２が直接ロータ３５１を回転させるための回転エネルギーの入力軸とされているので、ゼンマイ２００の機械的エネルギーを回転エネルギーのまま回転軸１０２からロータ３５１に効率よく伝達することができる。その結果、ゼンマイ２００のエネルギーを発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃにて電気エネルギーに変換して高効率で発電することができる。
また、回転軸１０２は１つであって、この１つの回転軸１０２からの回転エネルギーですべてのロータ３５１を回転させているので、各発電ユニットごとに回転軸を設ける場合に比べて発電装置３を小型に構成することができる。
【００５３】
（６）輪列部３４により、回転軸１０２の回転を増速してロータ３５１に伝達するので、ロータ３５１を高速回転させて発電装置３で効率よく発電することができる。よって、ロータ３５１を小さくしてロータ３５１の磁力が小さい場合でもロータ３５１の高速回転により発電コイル３５３に十分な磁束変化を与えることができ、発電コイル３５３での発電効率を高めることができる。
さらに、三つの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが設けられているので、発電ユニットが一つの場合と同じ発電量を得る場合には、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃでの発電量は１／３でよいことになる。従って、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのロータ３５１の回転速度を低下させることができ、その結果、増速比も少なくできる。このため、歯車の段数も少なくでき、エネルギーの伝達ロスを抑えることができて輪列効率を向上させることができる。
【００５４】
（７）三つの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃはすべて構成が同じであり、部品が共通化されることから、組み立て工程が簡略化され製造効率を向上させることができる。
【００５５】
（８）発電装置３は、ゼンマイ２００に蓄積された機械的エネルギーを用いて発電するため、回転体１００を回転させてゼンマイ２００を巻き上げる回転錘、操作摘み等を設けれるだけで発電することができる。このため、発電装置３を電子機器に組み込めば、電子機器は外部からの電力供給は全く必要とせず、例えば、電力供給のために別個にバッテリーを設ける必要がないので、バッテリーにみられる容量切れの問題や保守点検の手間などを必要としないメンテナンスフリーの電子機器とすることができる。あるいは、電力供給のために商用電源を引き込む必要がないので、ケーブル配線の手間が必要なく、配線可能な場所に設置場所を制限されることがない。その結果、電子機器をどこにでも設置でき、かばんなどに設置して携帯することもできる。
【００５６】
（９）ケース３００の内部に収納される発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃなどが扁平形状であることからケース３００を扁平形状の薄型とできる。よって、発電装置３が薄型となるので、発電装置３が組み込まれる電子機器なども薄型に形成できる。
【００５７】
（１０）整流手段４は、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの出力を直列接続しているので、出力電圧を発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの数や位相に応じて増加させることができる。このため、発電された電気エネルギーを二次電池等の電気エネルギー蓄積手段に蓄える場合、ゼンマイ２００の機械的エネルギーが小さくても大きな電圧が得られ、充電効率を向上できる。
【００５８】
（第２実施形態）
第２実施形態は、本発明の電磁変換機を駆動装置として利用したものである。図５には、この第２実施形態の電磁変換機を有する携帯型電子機器４００を示す。電子機器４００は、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）として利用されるものである。
電子機器４００は、入力部４１１、表示部４１２、ＣＰＵ等からなる処理部（図示せず）を備えた本体４１０と、前記入力部４１１を覆う駆動体としてのカバー４２０とを備えて構成されている。入力部４１１には、文字、数字、記号などを入力するための複数のキーが設けられている。表示部４１２は、液晶ディスプレイ等で構成され、所定の文字、数字等の情報を表示できるように構成されている。
【００５９】
本体４１０の内部には電磁変換機を用いた駆動装置１０が内蔵されている。駆動装置１０は、ゼンマイ機構モジュール５００と前記実施形態と同様の構成の発電装置（電磁変換機）３とを備えて構成されている。
ゼンマイ機構モジュール５００は、本体４１０の表面に一部が露出する回転体（出力車）としての歯車５０１を備えている。
一方、カバー４２０には、前記歯車５０１に噛み合うラック４２１が設けられている。そして、ゼンマイ機構モジュール５００の歯車５０１が回転すると、前記ラック４２１を介してカバー４２０がスライド移動し、入力部４１１を開閉するように構成されている。
【００６０】
なお、本実施形態では、歯車５０１とラック４２１の運動により、カバー４２０のスライド式の駆動動作を実現しているが、本発明の駆動装置は、このようなスライド式駆動動作に限定されるものではなく、ゼンマイ機構モジュール５００の出力車を直接、カバー（蓋）４２０に固定して蓋の駆動に用いることで、回動式の駆動機構も実現できる。
また、図５では、歯車５０１の回転軸線がカバー４２０の表面に対して平行に配置されているが、歯車５０１の回転軸線がカバー４２０の表面と垂直になるように配置されていてもよい。さらに、ラック４２１を本体４１０に設け、ゼンマイ機構モジュール５００をカバー４２０に取付けてもよい。また、ラック４２１と歯車５０１の代わりに、プーリとベルトを設けて前記開閉動作を実現してもよい。
【００６１】
ここで、カバー４２０は、本体４１０にスライド駆動可能に取付けられ、図５のＢ１とＢ２との間を往復駆動することが可能とされている。カバー４２０の上端がＢ１の位置にあるときをカバー４２０が閉まった状態、Ｂ２の位置にあるときをカバー４２０が開いた状態とする。また、カバー４２０がＢ２の位置に達したときに、カバー４２０が本体４１０から外れないように、図示しない外れ止めが設けられている。
また、本体４１０にはボタン４１３によって出没されるストッパー４１４が設けられている。カバー４２０を閉めた際には、前記ストッパー４１４がカバー４２０に係止し、ボタン４１３を押してストッパー４１４を解除しなければカバー４２０を開くことができないようにされている。
【００６２】
ゼンマイ機構モジュール５００の具体的な構成を図６に基づいて説明する。なお、図６はゼンマイ機構モジュール５００の分解斜視図である。
出力車である歯車５０１は、ゼンマイ機構モジュール５００の伝達手段である回転軸５０２と係合されており、その回転軸５０２が上蓋５０３及びゼンマイ収容部５０４中央に回転可能に保持されている。なお、図６では、歯車５０１の歯は一部のみ記載し、他は省略している。
【００６３】
ここで歯車５０１は、出力車であり、出力対象により、歯車の代わりにプーリなどを自由に選択することができる。また、出力車とかみ合う対象は、図５で示したラック４２１の他に、ベルトのように出力車に対応したものでもよい。
さらに、回転軸５０２を回転可能に保持する上蓋５０３と、ゼンマイ収容部５０４の軸受部５０６には、回転軸受や焼結軸受を設けたり、あるいは油を塗布し、非拡散処理等を行って流体潤滑にしてもよい。このように軸受を配することによって、摩擦による負荷の増大、および出力の低下を防ぐことができる。
【００６４】
さらに、ゼンマイ収容部５０４内にはゼンマイ２００が収容され、ゼンマイ２００の内端が回転軸５０２と接続し、外端がゼンマイ巻数規制手段（スリッピングアタッチメント）５０５と係合している。すなわち、回転軸５０２には内掛部５０２Ａが形成されており、その内掛部５０２Ａ内にゼンマイ２００の内端を挟み込みようにして、ゼンマイ２００と回転軸５０２とが係合されている。
また、この係合方法以外にも次のような方法を採用することもできる。例えば、回転軸５０２の外周に爪を設け、ゼンマイ２００の内端に穴を開け、その穴と爪が引掛かるようにしてもよい。その際、回転軸５０２の断面形状をアルキメデスの螺旋になるように設計すれば、ゼンマイ２００からより安定したトルクが引き出せるとともに、理論通り応力均一のまま隙間無く巻締めることができるので、応力集中の発生を抑止でき耐久性が向上する。
【００６５】
ゼンマイ巻数規制手段５０５は、ゼンマイ収容部５０４の内壁と接触しており、一定以上の力が加わればすべり、それ以下の場合はゼンマイ巻数規制手段５０５とゼンマイ収容部５０４は係合された、つまりゼンマイ収容部５０４に対してゼンマイ巻数規制手段５０５が固定された状態に維持される。
【００６６】
駆動装置１０の発電装置（電磁変換機）３は、前記第１実施形態と同じ構成である。すなわち、ケース３００内には、３つの発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃと、回転軸５０２に固定された入力車３４Ｆと、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃに対応して３つ設けられた伝え車３４Ｇとが設けられている。
各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの構成は前記第１実施形態と同じであるため、同一符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
このような構成の駆動装置１０は、ゼンマイ機構モジュール５００のゼンマイ収容部５０４の外壁を本体４１０に取り付けることなどで固定されている。この際、ゼンマイ収容部５０４に鍔を設け、その鍔を利用して本体４１０に固定してもよい。
【００６８】
次に、駆動装置１０の動作について具体的に説明する。
まず、手動等でカバー４２０を閉じると、カバー４２０の直線運動がラック４２１を介して回転運動に変換され歯車５０１に回転力が伝達される。この回転力が、回転軸５０２を介してゼンマイ２００に伝達され、ゼンマイ２００に機械的エネルギーが蓄積される。
カバー４２０が完全に閉じると、前記ストッパー４１４とカバー４２０が噛み合うことで、ゼンマイ２００の巻戻りによりカバー４２０が開くのを防止している。
【００６９】
カバー４２０を開く際は、ボタン４１３を押すことでストッパー４１４を本体４１０内に後退させる。カバー４２０がストッパー４１４から外れると同時に、ゼンマイ２００に蓄積されたエネルギーが回転軸５０２、歯車５０１、ラック４２１を介してカバー４２０に伝達され、カバー４２０はゼンマイ２００の機械的エネルギーで自動的に開く。
また、回転軸５０２の回転は、入力車３４Ｆ、伝え車３４Ｇを介してロータ３５１を回転し、前記実施形態と同様に、発電装置３は電磁ブレーキによってロータ３５１、回転軸５０２の回転速度を制御しながら発電する。
このため、カバー４２０のスライド移動速度も所定速度に抑えられ、カバー４２０が外れ防止のストッパー等に激しく衝突することも防止できる。
【００７０】
ここで、ゼンマイ２００の巻き締めとトルクとの関係について説明する。図５に示すように、カバー４２０の駆動区間はＢ１，Ｂ２間である。カバー４２０がゼンマイ２００により駆動するには、Ｂ１，Ｂ２間の全区間にわたり、駆動に必要なトルクがカバー４２０に加わるようにする必要がある。このようにするには、ゼンマイ２００がＢ１，Ｂ２の全区間にわたり必要なトルクが発生するように設定する必要がある。
【００７１】
図８に、一般的なゼンマイのトルクと巻数の関係を表すトルクカーブを示す。ゼンマイは巻締めの始めの区間１〜２では、巻数に対して急激にトルクが増加するが、次第に緩やかになり、区間２〜３では、巻数に対してトルクはほとんど増加しなくなり、最終的に最大トルク点４に達する。このようなゼンマイを使用するときには、トルクカーブのうち、緩やかな区間２〜３を用いる。また、最大トルク発生域、すなわち巻締完了寸前は応力的にも最大値となり、巻き締めすぎによるゼンマイの変形も発生するので、ゼンマイの耐久性に大きな影響を与える。そこで、実際使用する際は約１巻分だけ戻した点３を最大設定トルクとして利用する。
すなわち、この最大設定トルクが、図５に示すＢ１点で発生するトルクで、最小設定トルクが図５に示すＢ２点で発生するトルクとすればよい。従って、カバー４２０を締めた状態で、ゼンマイ機構モジュール５００を有する駆動装置１０を組込むには、ゼンマイ２００の巻数を図８の最大設定トルク時（点３）の巻数に予め巻締めておけばよい。
【００７２】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１１）ゼンマイ２００に蓄積される機械的エネルギーによってカバー４２０を開く際に、発電装置（電磁変換機）３によってその移動速度を制限できるため、カバー４２０をスムーズに開くことができ、カバー４２０の破損も防止できる。
特に、本実施形態では、複数の発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを配置しているので、仮に１つの発電ユニットが故障しても、他の発電ユニットによって応分の制動力を与えることができ、制動力が全く働かない状態を防止できる。
また、利用者がカバー４２０を閉めてゼンマイ２００を巻き上げる際に、コイル３５３間の抵抗を無限大（∞）にすることにより、電磁ブレーキを「０」にすることができる。このため、カバー４２０を閉める際に加わる負荷を軽減できて、カバー４２０を容易に閉めることができる。その上、電気的に制動負荷を変更できるので、使用者の設定により簡単に負荷量を可変でき、カバー４２０がゼンマイ２００で駆動される場合の移動速度等を適切に設定できる。
【００７３】
その他、発電装置３の効果等、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７４】
なお、本発明は前記各実施形態の構成に限らず、以下のような各変形例も含むものである。
（変形例１）
前記実施形態では、回転軸１０２，５０２とこれに固定された歯車１０１，５０１とで回転体１００を構成していたが、図９に示すように、入力車３４Ｆが固定された回転軸１０２をケース８００に固定し、この回転軸１０２に対してゼンマイ収納部２０１や発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが内蔵されたケース３００を回転可能に設け、これらを回転体としてもよい。
すなわち、図９に示す発電装置３では、ゼンマイ収納部２０１の外周面にワイヤやベルト２０２を巻き付ける凹部２０１Ａが形成され、ゼンマイ収納部２０１をプーリとして利用している。これにより、ワイヤやベルト２０２を介して外部から運動エネルギーを供給するとプーリであるゼンマイ収納部２０１が回転し、回転軸１０２が固定されているため、ゼンマイ２００が巻き上げられる。
一方、外部からの運動エネルギーの供給を停止すると、ゼンマイ２００に蓄積された機械的エネルギーによって回転軸１０２に対してゼンマイ収納部２０１が回転する。この際、ケース３００は、ゼンマイ収納部２０１に固定されているので、ゼンマイ収納部２０１と一体的に回転する。すると、入力車３４Ｆに噛み合う伝え車３４Ｇは遊星歯車のように回転し、ロータ３５１も回転し、コイル３５３で発電が行われる。
【００７５】
なお、凹部２０１Ａは、ゼンマイ収納部２０１の外周面ではなく、ケース３００の外周面に形成してもよい。
ワイヤやベルト等でプーリを回転させる場合、その応力振幅を下げる意味からプーリ径を大きくする必要がある。しかし、通常は、プーリ径を大きくすると、スペース的に不利になる。これに対し、本変形例では、ゼンマイ収納部２０１をプーリとしても兼用しているため、別途プーリを設ける必要が無く、省スペース化を図ることができる。
【００７６】
この際、回転軸１０２およびゼンマイ収納部２０１を回転可能状態と回転不能状態とに切替可能にしてもよい。このように構成すれば、例えば、ゼンマイ２００を巻き上げる際には、回転軸１０２またはゼンマイ収納部２０１の一方を固定し、他方を回転させるとともに、ゼンマイ２００からの機械的エネルギーを供給する際には、回転軸１０２またはゼンマイ収納部２０１の他方を固定し、一方を回転させることができる。この場合、ゼンマイ２００に機械的エネルギーを入力する部材と、ゼンマイ２００からの機械的エネルギーを出力する部材とを別々に設定でき、用途によっては構成を簡易にできる利点がある。
【００７７】
（変形例２）
整流手段４としては、前記実施形態の構成に限らず、図１０、図１１、図１２のような構成を採用してもよい。
すなわち、整流手段４としては、図１０に示すように、各発電コイル３５３に対して接続された３つのブリッジ回路４１を並列接続したものを採用してもよい。このように、各発電コイル３５３で発電された電流を整流して並列に接続すれば、電圧値は１つの発電ユニットで発電された場合と同じであるが電気エネルギーはユニット数倍（三倍）とすることができる。このため、小型機器のように、電子部品が小型であり、小さな耐電圧しか有さない場合でも、電圧を上昇させずに電気エネルギーを増大させることができ、電子部品を損傷することがない。
【００７８】
また、図１１に示される整流手段４は、三相交流の整流手段としてΔ結線を利用する例である。すなわち、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの発電コイル３５３が直列に接続され、それぞれの接続点の電流がダイオード４２により整流される。さらに、図１２に示される整流手段４は、三相交流の整流手段としてＹ結線を利用する例である。すなわち、各発電コイル３５３の一端を共通の接続点にまとめ、各発電コイル３５３の他端の電流がダイオードにより整流される。
これらの整流手段４によれば、ブリッジ回路４１を利用して整流する場合にはダイオード４２を１２個使用したのに対して、ダイオード４２が６個でよいので、回路構成が簡略化され、材料コストも低減される。
【００７９】
なお、発電装置３から発電される電流が、三相交流である場合には、図１１、図１２に示したΔ結線やＹ結線を利用した整流手段４を用いることが好ましい。一方、発電装置３から発電される電流を単純に合成すると打ち消しあってしまうような場合、例えば、発電ユニットが二つであって両位相が１８０°ずつずれている場合などには、各発電ユニットからの電流をブリッジ回路４１にてそれぞれ整流したのちに合成することが好ましい。
【００８０】
（変形例３）
前記実施形態では、発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを回転軸１０２，５０２の周囲に１２０°間隔で円周状に配置していたが、その配置に限定されず、少なくとも各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃが回転軸１０２，５０２の軸方向に重なって配置されていなければよい。このため、前記実施形態のように、発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃを回転軸１０２，５０２から等距離に配置せずに、異なる距離で配置してもよい。要するに、他の部品等との納まりなどを考慮して各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの配置を決定してもよい。
さらに、発電ユニットの個数も３個に限らず、２個または４個以上でもよく、要するに複数個設けられていればよい。
【００８１】
（変形例４）
前記実施形態では、入力車３４Ｆから伝え車３４Ｇを介してロータ３５１を回転させていたが、入力車３４Ｆを直接ロータ３５１のカナ車３５２に噛合し、増速輪列を介在させずに回転エネルギーを伝達してもよい。但し、伝え車３４Ｇのような増速輪列を介在させたほうが、ロータ３５１の回転周波数を向上できるため、発電面で有利であるとともに、小さな電磁ブレーキでも大きな制動力が得られる利点がある。
【００８２】
さらに、前記実施形態では、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃにおいて、入力車３４Ｆから伝え車３４Ｇを介してロータ３５１を回転させる際の増速比は同一であったが、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃ毎に歯車の数を変えたりして、増速比を異ならせてもよい。
このような構成により、入力車３４Ｆから各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのロータ３５１が異なる回転速度で回転される。すると、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの発電コイル３５３で発電される電流、電圧の位相、周期あるいは電力量等を異ならせることができる。
このような構成からなる発電装置３を電子機器に組み込んで、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの出力を別々に取り出せば、電子機器内の各電子部品に対してそれぞれ適切な周期あるいは電力量の電流、電圧を送電することができる。このため、電気的に独立した回路を容易に実現でき、他の回路の干渉を低減できて安定した回路駆動を実現できる。
【００８３】
（変形例５）
各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃのロータ３５１の各位相は、等角度ずつずれたものに設定していたが、各ロータ３５１の位相差をそれぞれ異なった角度としてもよい。
このような構成において、回転体１００を一方向に回転させると、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃから異なる位相で発電される。このときの各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからの電圧あるいは電流の波形Ｗ３の様子を図１３中に示す。
【００８４】
各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからは異なる位相で発電されることから、この各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからの電力を合成した波形は、図１３中Ｗ４で示されるように、時間順に追っていくと、中の山Ｗ４１、大の山Ｗ４２、小の山Ｗ４３の順で一周期を構成する周期的な波形となる。
また、逆に、回転軸１０２，５０２が他方向に回転されると、小の山Ｗ４３、大の山Ｗ４２、中の山Ｗ４１の順で一周期を構成する波形となる。
このような構成によれば、各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからの出力電力を所定の電力検出器に送り、各山の出力順やその出力間隔（周期）を検出することで、現在の回転軸１０２，５０２の回転方向つまりゼンマイ２００が巻き上げられているのか、ゼンマイ２００が巻き戻されているのかの状態と、回転軸１０２，５０２の回転速度等を検出することができ、それに応じた適切な制動制御を実行することができる。
また、前記電力検出器を各発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃからの出力電力で駆動することもでき、電池や商用電源などを必要としない電磁変換機を構成することができる。
【００８５】
尚、本発明の電磁変換機（発電装置）３、駆動装置１０は、前記実施形態や変形例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８６】
発電ユニット３５Ａ〜３５Ｃの数や配置は特に限定されるものではない。発電装置３を組み込む電子機器内のスペースに応じて自由に数や配置を調整してもよいことはもちろんである。
【００８７】
輪列部３４と発電コイル３５３とは、ロータ３５１の回転軸に直交する平面において一致する位置、つまり回転軸方向に輪列部３４とコイル３５３とが重なるように配置してもよいが、薄型化のためには前記実施形態のようにこれらが重ならない位置に配置することが好ましい。
【００８８】
本発明の電磁変換機や駆動装置が組み込まれる機器は、特に限定されない。例えば、電磁変換機を発電装置３として利用する場合には、特に電池を電源として駆動される各種の機器、例えば、懐中電灯、携帯電話、ラジオ、ＣＤプレーヤー、ＭＤプレーヤー、携帯テレビ等の電源として利用できる。
また、電磁変換機を駆動装置１０として利用する場合も、前記第２実施形態の携帯機器に限定されず、例えばドアのクローザー等の各種の駆動装置として利用できる。
特に、ドアやカバーのように往復駆動するものの駆動装置に適している。この場合、一方向の駆動は手動などの外部エネルギーで行い、他方向の駆動は前記一方向時にゼンマイ２００に蓄積された機械的エネルギーを利用して自動的に行うことができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の電磁変換機および駆動装置によれば、小型、薄型であっても制動力や発電量を大きくでき、かつ故障発生時の性能低下を抑制できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である電磁変換機の要部を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】第１実施形態における整流手段を示す回路図である。
【図４】第１実施形態における電磁変換機で発電された電力の波形を示す波形図である。
【図５】本発明の第２実施形態である駆動装置を組み込んだ携帯電子機器を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態における駆動装置のゼンマイ機構モジュールを示す分解斜視図である。
【図７】第２実施形態における駆動装置の断面図である。
【図８】第２実施形態におけるゼンマイの巻数およびトルクの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の変形例１として電磁変換機の要部を示す断面図である。
【図１０】本発明の変形例２の整流手段を示す回路図である。
【図１１】本発明の変形例２の整流手段を示す回路図である。
【図１２】本発明の変形例２の整流手段を示す回路図である。
【図１３】本発明の変形例５の電磁変換機の電力波形を示す波形図である。
【符号の説明】
３…発電装置、４…整流手段、１０…駆動装置、３４…輪列部、３４Ｆ…入力車、３４Ｇ…伝え車、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ…発電ユニット、４１…ブリッジ回路、１００…回転体、１０１…歯車、１０２…回転軸、２００…ゼンマイ、２０１…ゼンマイ収納部、２０２…ベルト、３００…ケース、３５１…ロータ、３５３…発電コイル、３５６…ヨーク、４００…携帯型電子機器、４２０…カバー（駆動体）、４２１…ラック、５００…ゼンマイ機構モジュール、５０１…歯車、５０２…回転軸、５０４…ゼンマイ収容部、５０５…ゼンマイ巻数規制手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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