(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の電流を出力する多相交流の電流供給源と、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１ターンコイル群の良導体と背面の良軟磁性材とによる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であって、
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空間的位相配置を持つ複数個の駆動コイルから成る駆動コイル列を有し、
前記電流供給源が、各駆動コイル列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、該駆動コイル列と直接的に対面する前記回転体内の１ターンコイル鎖列との間に生じる夫々の発生トルクが、互いに他の駆動コイル列による発生トルクを補うように、前記駆動コイルを駆動するか、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り、
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。
【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８−３５６６４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多相交流の電流供給源と、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１ターンコイル群の良導体と背面の良軟磁性材とによる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空間的位相配置を持つ複数個の駆動コイルから成る駆動コイル列を有し、電流供給源が、各駆動コイル列から発生される磁束により形成される回転磁界により、駆動コイル列と直接的に対面する前記回転体内の１ターンコイル鎖列との間に生じる夫々の発生トルクが、互いに他の駆動コイル列による発生トルクを補うように、前記駆動コイルを駆動するか、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り、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。
【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−Ｚｎ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。
【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、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、Ｍｎ−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。
【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１０３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。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，１１１ｂ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１６個の駆動コイル１０３を有して成る、駆動コイル列Ｒ１，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１０３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大きく且つサークル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Ｒ３，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（φ２３２ｍｍ×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２０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２００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２０３ａ、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２０３ａ−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（ｃｏｓ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２２２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２３１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２１２ａ，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（φ２３２ｍｍ×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ｓｉｎ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，ｈ２＝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２８１，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Ｒ１，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２６０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２９０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３００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３００」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１００Ｖ，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３１０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３５１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、ＡＣからＤＣ，ＤＣからＡＣへのコンバータ即ちＡＣ−ＡＣ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３２３，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ＰＷＭ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ＺＯＵＴ  の実効部分Real（ＺＯＵＴ  ）（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。
【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ＺＳ０の実効部分Real（ＺＳ０）（実効抵抗）は、インバータ回路３００の出力インピーダンスＺｏｕｔ  の実効抵抗Real（ＺＯＵＴ  ）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（ＺＳ０）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（ＺＳ０）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３２４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９０°遅延させてｃｏｓ相信号とし、パルス幅変調回路３２８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３２３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３００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３００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１５０，１５１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３４３，３４４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（ＴＩ）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、本例の電動機の磁気発生機構部は、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φ２３２ｍｍとしており、これにより機器全体のサイズをφ３００ｍｍ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３０ｃｍ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（熱動併給）
２）Ｃｏ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（多機能化）
３）Ｕｎｄｅｒ Ｓｐｅｃｉａｌ−Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（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、「熱動併給」，「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動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。
【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
【図１】
0004337961.tif 000002
【図２】
0004337961.tif 000003
【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】
0004337961.tif 000009
【図９】
0004337961.tif 000010
【図１０】
0004337961.tif 000011
【図１１】
0004337961.tif 000012
【図１２】
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