(57)【要約】【課題】出力トルクが大きく、高速時でも高効率で、量産の容易な、しかも軽量な隔室構造を持つブラシレス直流電動機を提供することを目的とする。【解決手段】ブラシレス直流電動機は、隔壁となる非磁性の縁部を有するカップ状ケーシング１と、前記縁部を有するカップ状ケーシング１の開口側を覆うキャップ１５と、メインローターマグネット４を有し、前記縁部を有するカップ状ケーシング１内に回動自在に収納され、前記縁部を有するカップ状ケーシング１と前記キャップ１５によって軸支されるメインマグネット回転子１７と、前記縁部を有するカップ状ケーシング１の外側面に設けられる円筒状の固定電機子２と、前記固定電機子２の外側に前記メインローターマグネット４に対向して設けられ、前記メインローターマグネット４とで磁路を形成する円筒状の磁性体とからなり、前記縁部を有するカップ状ケーシング１を隔壁として前記メインマグネット回転子１７と前記固定電機子２および前記磁性体とを隔離する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁となる非磁性の縁部を有するカップ状ケーシングと、前記縁部を有するカップ状ケーシングの開口側を覆うキャップと、メインローターマグネットを有し、前記縁部を有するカップ状ケーシング内に回動自在に収納され、前記縁部を有するカップ状ケーシングと前記キャップによって軸支されるメインマグネット回転子と、前記縁部を有するカップ状ケーシングの外側面に設けられる円筒状の固定電機子と、前記固定電機子の外側に前記メインローターマグネットに対向して設けられ、前記メインローターマグネットとで磁路を形成する円筒状の磁性体とからなり、前記縁部を有するカップ状ケーシングを隔壁として前記メインマグネット回転子と前記固定電機子および前記磁性体とを隔離することを特徴とするブラシレス直流電動機。
【請求項２】
前記円筒状の磁性体を、サブローター回転子の円筒状のサブローターマグネットとしたことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流電動機。
【請求項３】
前記円筒状の磁性体を、円環状の珪素鋼板を積層したヨークとしたことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流電動機。
【請求項４】
前記メインマグネット回転子または前記サブローター回転子の界磁磁極の位置を検出して、電機子電流を制御する電機子電流制御装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のブラシレス直流電動機。
【請求項５】
前記隔壁となる非磁性の縁部を有するカップ状ケーシングをステンレス製としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のブラシレス直流電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル磁束の有効利用を図りながら、密封される隔室の構成が必要な産業機器の動力源として利用するために、回転軸まわりを隔壁によって隔離密封するように構成し、軽量で高速時高効率特性を達成するようにした隔壁構造を持つブラシレス直流電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種資料や各種材料の極低温の保存技術の開発が急務になっており、特にスターリング冷凍機などの冷凍装置は注目されている。
【０００３】
極低温の発生に用いるスターリング冷凍機等のガス圧縮／膨張機からなる冷凍装置においては、製造及び組立時に混入したり、或いは連続運転時に作動ガスや構成部品等から発生する水分、不純物ガス、例えば二酸化炭素等のコンタミ（不純物）を完全に除去することができなかった。このため、冷凍装置本体内のコンタミが金属メッシュ部材等からなる蓄冷材を通過する際に集積・凝固して、金属メッシュ部材等に目詰まりを引き起こしていた。この結果、作動ガスが蓄冷材を通過する際に圧力損出が生じて、膨張空間での膨張仕事が減少すると共に、蓄冷材での熱交換効率の低下を引き起こし、冷凍特性が大きく低下することになる。
【０００４】
また、駆動源に電動機を用いる場合には、冷却ガスの漏洩を防止するために電動機も含めてクランクケースを密封することが行われている。しかし、電動機には金属材料以外の各種材料からなるコイル巻線等が用いられているため、このコイル巻線が主にコンタミを発生することになる。
【０００５】
これらコンタミによる悪影響を抑制するために、電動機内に、コイル巻線とローターとの間をガス密に隔離するカップ状の隔壁を設け、該隔壁とクランクケースを相互に連通するように一体に連結する先行例（例えば、特許文献１参照）が既に提案されている。
【０００６】
図５は従来のスターリング冷凍機の一部断面図である。
【０００７】
図５のスターリング冷凍機は、クランクシャフト１０２、結合ロッド１０５を駆動する偏芯カム１０４、クランクケース１０１、クランクケース１０１に係止される非磁性カップ状カバー１０６を有し、非磁性カップ状カバー１０６は直接クランクシャフト１０２に連結されるモーターの回転子（ローター）１０７を収容している。ブラシレスモーターの電機子（ステーター）と位置センサ組立体１０８は、非磁性カップ状カバー１０６およびローター１０７上に同軸配置される。シリンダー１１１はヘッド１０３から突出配置される。
このようなスターリング冷凍機において、電機子からなる固定子組立体をガス雰囲気の外に配置する配置構成が、ガスの汚濁を妨ぎ、冷却機としての寿命を長くすることが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４７６９９９７号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この技術の欠点は、ブラシレス直流モータのステーターと永久磁石よりなるローターの間に、ガス室を大気から密封するための隔室として非磁性のカップ状カバーを設けている点にある。このカップ状カバーの厚みにより電機子と回転子との間の磁気的ギャップが増大されることになり、回転子と鎖交する電機子コイルの有効鎖交磁束が減少する。さらにカップ状カバーの材質が非磁性ではあるが金属などの場合には、その導電性のために鉄損を増大せしめ、その結果、出力トルクを低下させるとともに電機子コイルの電流を増加し、効率が劣化する不都合が発生する第１の課題がある。
【００１０】
また、出力トルクを増大するために電機子コイルの巻き数を多くすると、スロットルの容積が決まっているので、細線を使用せざるをえず、このため、抵抗が増大して効率が劣化する不都合があると同時に、コイルスロットヘ収納する工程、およびコイルエンドの処理の作業が煩雑となる第２の課題がある。
【００１１】
一方、有効鎖交磁束を増大するために前記カップ状のカバーからなる隔壁の厚みを薄くすると、高圧の作動ガスに対して耐圧強度が劣化するので、これを改善するためには隔壁の内径を小さくせねばならず、隔壁の内径を小さくするとマグネットローター径も小さくなり、マグネットローター径が小さくなると有効鎖交磁束が減少して出力トルクが減少する不都合が発生する第３の課題がある。
【００１２】
また、短形の電機子コイルを貫挿するようにマグネット回転子を設けているので、短形の電機子コイルの磁束を有効に閉じるために磁性体として珪素鋼板が使用されている。このため鉄損が多くなり、高速時の効率も劣化して、用途が制限されるという第４の課題がある。
【００１３】
本発明は、前記各課題に鑑み、損失を減少させて出力トルクを大きくし、高速時でも高効率で、量産の容易な、しかも軽量な隔室構造を持つブラシレス直流電動機を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために以下の解決手段を採用する。
（１）ブラシレス直流電動機において、隔壁となる非磁性の縁部を有するカップ状ケーシングと、前記縁部を有するカップ状ケーシングの開口側を覆うキャップと、メインローターマグネットを有し、前記縁部を有するカップ状ケーシング内に回動自在に収納され、前記縁部を有するカップ状ケーシングと前記キャップによって軸支されるメインマグネット回転子と、前記縁部を有するカップ状ケーシングの外側面に設けられる円筒状の固定電機子と、前記固定電機子の外側に前記メインローターマグネットに対向して設けられ、前記メインローターマグネットとで磁路を形成する円筒状の磁性体とからなり、前記縁部を有するカップ状ケーシングを隔壁として前記メインマグネット回転子と前記固定電機子および前記磁性体とを隔離することを特徴とする。
（２）前記（１）記載のブラシレス直流電動機において、前記円筒状の磁性体を、サブローター回転子の円筒状のサブローターマグネットとしたことを特徴とする。
（３）前記（１）記載のブラシレス直流電動機において、前記円筒状の磁性体を、円環状の珪素鋼板を積層したヨークとしたことを特徴とする。
（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１項記載のブラシレス直流電動機において、前記メインマグネット回転子または前記サブローター回転子の界磁磁極の位置を検出して、電機子電流を制御する電機子電流制御装置を設けたことを特徴とする。
（５）前記（１）乃至（４）のいずれか１項記載のブラシレス直流電動機において、前記隔壁となる非磁性の縁部を有するカップ状ケーシングをステンレス製としたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施例）
図１は本発明の２マグネットローター方式ブラシレス直流電動機の第１実施例の断面図である。
【００１７】
本発明の第１実施例は、シャフト５に設けられたメインローターマグネット４と、その半径方向外側に同軸配置された電機子コイル３との間に、両者間を隔離密封する非磁性の隔壁を設けたブラシレス直流電動機において、前記電機子コイル３の半径方向外側にサブローターマグネット７を回動自在に設けることを特徴とする。詳細を図１に示す。
【００１８】
電動機筐体は、ケーシング１と、ケーシング１の一方開口側を密封状態に封止するキャップ１５と、ケーシング１の他方開口側をカバーするカバー１０からなり、それらは相互にボルトで固着されている。
【００１９】
ケーシング１は、後述するメインマグネット回転子１７側とコンタミの主な発生源となる後述する電機子コイル３側とを隔離するための密封構造の隔壁を構成する。
【００２０】
ケーシング１の形状は、図１に示すように、全体ではカップ状部とその縁部とからなり、概略カップの縁に縁部を設けた形状となっている。
「カップ状部」は、カップの側壁部を構成するメインローターマグネット４と固定電機子２との間の円筒部１ｂと、カップの底部を構成する略円板状の底部１ａとからなる。
「縁部」は、カップの縁に設けた部分で、前記円筒部１ｂに連なるリング状の延長縁部１ｃ、この延長縁部１ｃに連なる円筒状の折り返し縁部１ｄ、この折り返し縁部１ｄに連なり取付用フランジとなる取付縁部１ｅとからなり、折り返し縁部１ｄと取付縁部１ｅは適宜省略することが可能である。底部１ａの内側には軸受１３を収納している。
【００２１】
ケーシング１は、非磁性の金属であれば基本的に使用可能であるが、主にＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１４およびＳＵＳ３１６などのオーステナイト系の非磁性ステンレス鋼の内の一種並びにＮｉまたはＣｒ残Ｆｅを主成分とし、Ｍｎ、Ｍｏ，ＮおよびＡｌの少なくとも一種を添加した非磁性ステンレス鋼が好ましく、この内特にステンレスＳＵＳ３１０は、加工を施したとしても比誘磁率が１から殆ど変化せず、他の部材からの磁束を通したり、着磁を起こしたりすることがなく、高い熱膨張係数を示すので、最も好ましく、他にはチタンでも使用可能である。
【００２２】
図１の断面コ字状のキャップ１５の中央部には貫通孔が設けられ、その貫通孔の回りには軸受１４が設けられる。一方、ケーシング１における底部中央には凹部が設けられ、凹部に軸受１３が設けられる。
【００２３】
断面コ字状のキャップ１５には、両側に立ち上がり部１９を設けたので、長いボルト２０を使うことができ、ケーシング１等を必要な強度で固定することができる。また、ケーシング１に延長縁部１ｃに連なる折り返し縁部１ｄを設けたので、ケーシング１で発生する渦電流損による熱を、ケーシング１の折り返し縁部１ｄからキャップ１５を介して外気中へ放出することが可能となる。
【００２４】
ケーシング１の延長縁部１ｃとキャップ１５との間には、回転部分の摩耗に伴う金属粉を収納すると共に冷却ガスを収容する空間２３を設けてある。
【００２５】
外部出力取出用のシャフト５は、長さ方向に離間した位置に設けた左右の軸受１４および軸受１３に回動自在に支持される。シャフト５の同軸外側には軟鋼からなる円筒状のローターヨーク６が設けられる。ローターヨーク６の同軸外側には、同じ軸方向長さを有し、円筒状の回転界磁発生用のマグネットとなるメインローターマグネット４が貼着固定されている。メインローターマグネット４は、例えば希土類系磁石などの保持力の大きな磁性材料が用いられ、例えば、周方向に同極となるように半径方向に着磁されている。
【００２６】
メインローターマグネット４とローターヨーク６とシャフト５の３者により一体に回転するメインマグネット回転子１７を構成する。メインローターマグネット４は、その磁極の挟角を後述する電機子コイルにおける複数のコイルの挟角との関係で決まる角度に設定されている。メインローターマグネット４とローターヨーク６の軸方向長さおよびその半径方向の幅は必要な特性を得るように適宜設計される。
【００２７】
メインローターマグネット４と隔壁となるケーシング１との間には僅かな空隙、即ち、両者が接触することなく、磁気抵抗が最も少なく、且つ、メインローターマグネット４の回転を抑制することのない空隙（ギャップ）を設ける。
【００２８】
ケーシング１の外側面のメインローターマグネットに対向する箇所には電機子コイル３を備えた固定電機子２が設けられている。電機子コイル３は、短形に巻回されると共にトルクに有効な導体部の挟角が、メインローターマグネット４の磁極の挟角より設計により設定した角度だけ大きくして鞍型に整形される。
【００２９】
円筒状の固定電機子２は、非磁性で絶縁性の円筒状基材の同心円筒面に、電機子コイル３を互いに離間して等しいピッチで重畳することなく、貼着固定し、樹脂を充填固化して構成する。円筒状の固定電気子２は、その内径部がケーシング１の円簡外壁に接するように配置される。この結果、ケーシング１は円筒状の固定電機子２によって補強される形になるので、実質的にケーシング１の対剪断強度を増大せしめることになる。
【００３０】
円筒状の固定電機子２と僅かな空隙を介して円筒状のサブローターマグネット７が同軸配置される。この僅かな空隙はメインローターマグネット４と隔壁となるケーシング１との間に設けた僅かな空隙と同趣旨の構成とする。サブローターマグネット７は、例えば希土類系磁石などの保持力の大きな磁性材料が用いられ、例えば、周方向に同極となるように半径方向に着磁されている。サブローターマグネット７の磁極の数およびその挟角はメインローターマグネット４の磁極の数およびその挟角と同じに構成する。メインローターマグネット４とこれに対向配置されるサブローターマグネット７は、異極間の磁気的吸引力で対向させ、同期回転せしめる構成とする。例えば、外側のサブローターマグネット７の内周面が全てＮ極に、内側のメインローターマグネット４の外周面が全てＳ極に着磁される場合には、外側から内側方向への磁界が生じる。
【００３１】
サブローターマグネット７は、内側に段部２１を有する略円筒状のサブローターヨーク８に貼着される。段部２１は、ケーシング１におけるカップ状部の底部１ａの円筒状外側面に、軸方向に離間して軸受１１および軸受１２によって軸支される。サブローターマグネット７とサブローターヨーク８によりサブローター回転子１８を構成する。サブローターマグネット７の長さ方向端面に対向して、微小空隙を介してホールＩＣ（インテグレートサーキット）９を配置する。ホールＩＣ９はケーシング１に取り付けられる。ホールＩＣ９によって界磁磁極の位置を検出する。ホールＩＣの計測位置は、上記の位置に限らずメインローターマグネット４またはサブローターマグネット７のいずれかの界磁磁極の位置を検出するように設ければよい。また、界磁磁極の位置を検出するものであればホール素子以外の素子でも適用可能である。
【００３２】
ケーシング１には、リード線導出孔１６が設けられている。リード線導出孔１６には、電機子コイル３からのリード線やホールＩＣ９からのリード線が配線される。
【００３３】
電機子コイル３からのリード線には、電機子電流を制御する電機子電流制御装置が接続される。
【００３４】
第１実施例では、サブローターヨーク８の長さ方向の一方側において２個の軸受１１、１２で回動自在に支持される。
【００３５】
ケーシング１は、基本的には、内側に略円柱状のメインマグネット回転子１７を回動自在に収納すると共に、外側に円筒状の固定電機子２を装着するカップ状部の底部１ａおよび円筒部１ｂと、該カップ状部をキャップ１５に取り付けるためのリング状の縁部、具体的には、延長縁部１ｃ、折り返し縁部１ｄおよび取付縁部１ｅにより構成可能である。なお、延長縁部１ｃと折り返し縁部１ｄは省略可能である。
【００３６】
以上の構成において、さらに、メインマグネット回転子１７の外径を小さく、その分カップ状のサブローター回転子１８のマグネット厚みを増大せしめることにより、モーター特性を劣化させずにケーシング１の内径を縮小できるため、相対的にケーシング１の厚みを小さくでき、鉄損を大幅に滅少させることも可能である。
【００３７】
さらに、メインマグネット回転子１７とカップ状のサブローター回転子１８との空間距離を拡大することでコイルの巻き数と線径を大きくでき、特性を劣化させないでモーター長を小さくすることも可能である。これによって、用途に応じた設計の自由度が大きくできる。
【００３８】
また、電機子コイル３はメインローターマグネット４とサブローターマグネット７の磁界の影響を直接受ける。これによって電機子コイル３に同一方向のトルクを発生させ、相対的にメインマグネット回転子１７と円筒状のサブローター回転子１８とを所定の方向へ回転させる。
【００３９】
この場合に、メインローターマグネット４とサブローターマグネット７による磁極の強さが均一であると、メインローターマグネット４とサブローターマグネット７による磁界の中を電機子コイル３が動いても磁束は時間的に変化しないので、回転中に電機子コイル３に電圧が誘起されることがない。従って、従来のようなある回転数以上で誘起電圧の影響によりトルクが発生しなくなるという現象がなくなり、上限回転数を気にすることなくトルクを増すことができるので、メインローターマグネット４とサブローターマグネット７の強さに対応させてメインマグネット回転子１７とサブローター回転子１８の回転数を上昇させることができる。また、従来のようなコミュテーションなしにメインマグネット回転子１７とカップ状のサブローター回転子１８の回転が可能となる。また、メインローターマグネット４とサブローターマグネット７に磁気特性の強い材料を用いることにより、誘起電圧に依存する上限回転数を気にすることなくトルクを増すことができるので、メインマグネット回転子１７とサブローター回転子１８の高速化が可能となる。また、コギングの発生を抑制できる。
【００４０】
このようにメインローターマグネット４とサブローターマグネット７で磁路を形成するので、従来のローターマグネットのみの場合と比べ、漏洩磁束が極少に抑制され、電動機効率を向上できる。また、損失はケーシング１だけの鉄損のみに近似させることができるので、出力トルクの低下を抑制できると共に、電機子コイル３の電流増加を抑制することもできる。
【００４１】
本発明のブラシレス直流電動機は、回転制御するために、メインマグネット回転子１７またはサブローター回転子１８の界磁磁極の位置をホールＩＣ９等の位置センサで検出し、電機子コイル３の電機子電流を制御する電機子電流制御装置を備えている。
（第１実施例の効果）
第１実施例のブラシレス直流電動機は、メインマグネット回転子１７とコンタミの発生源となる電機子コイル３とを隔壁となるケーシング１で密封状態に分離遮蔽すると共に、メインローターマグネット４の発生磁束をトルク発生のために有効に利用するように、該メインローターマグネット４とで磁路を形成するサブローターマグネット７を設ける構成としたので、メインローターマグネット４と、その磁路を閉じるためのサブローターマグネット７との間には、磁束の漏洩は極少になるとともに、ケーシング１だけの鉄損のみに近似できるものとなり、前記「
【発明の解決しようとする課題】」における第１および第４の課題を解決する。
【００４２】
また、固定電機子２は，複数個の空心電機子コイル３を樹脂等により成型固化するので極めて作りやすく、マグネットワイヤーに損傷を与えることなく極めて信頼度の高い電機子となり、前記「
【発明の解決しようとする課題】」における第２の課題を解決する。
【００４３】
さらに、円筒状に固化した固定電機子２は、ケーシング１の円筒部外面に接して挿入された構成となるので、実質的にケーシング１の対剪断強度を増大せしめ、従ってその分、ケーシング１の肉厚を薄くすることができるため、ケーシング１の鉄損も大幅に縮小できることになり、前記「
【発明の解決しようとする課題】」における第３の課題を解決する。
【００４４】
また、メインマグネット回転子１７の外径を小さく、その分円筒状のサブローター回転子１８のマグネット厚みを増大せしめることにより、モーター特性を劣化させずにケーシング内径を縮小できるため、相対的にケーシングの厚みを小さくでき、鉄損を大幅に滅少させることもできるので、前記「
【発明の解決しようとする課題】」における第１の課題を解決する。
【００４５】
さらに、メインマグネット回転子１７とサブローター回転子１８との空間距離を拡大することでコイルの巻き数と線径を大きくでき、特性を劣化させないでモーター長を小さくすることもできるため、用途に応じた設計の自由度が大きく、前記「
【発明の解決しようとする課題】」における第２の課題も解決する。
【００４６】
一対のメインローターマグネット４とサブローターマグネット７による周方向に同極となる磁界中に、電機子コイル３が配置されることにより、電機子コイル３の外周部および内周部側に、この電機子コイル３と対向する同一磁極のマグネットによって同一方向の力を働かせることができるので、従来のようなコミュテーションなしにメインマグネット回転子１７とサブローター回転子１８の回転が可能となる。
【００４７】
第１実施例では、ケーシング１に折り返し縁部１ｄを設けたので、ケーシング１で発生する鉄損に基づく熱を、ケーシング１の折り返し縁部１ｄからキャップ１５を介して外気中へ放出することが可能となる。
【００４８】
サブローターヨーク８の長さ方向の他方側には、軸受がないので、組立時、図の左側からケーシング１に沿って帽着させるだけで簡単に軸受１１および軸受１２に取り付けることが可能になる。
【００４９】
一対のメインローターマグネット４とサブローターマグネット７による漏洩磁束の極めて少ない磁界中に、電機子コイル３が配置されることにより、電機子コイル３の外周部および内周部側に、この電機子コイル３と対向する同一磁極のメインローターマグネット４とサブローターマグネット７によって同一方向の力を働かせることができるので、従来のようなコミュテーションなしにメインマグネット回転子１７とカップ状のサブローター回転子１８の回転が可能となる。
（第２実施例）
図２は本発明の２マグネットローター方式ブラシレス直流電動機の第２実施例の断面図である。
【００５０】
図２の第２実施例は、図１の第１実施例と比べ、サブローターヨーク８の軸受構造が異なるが、その他の構成要素は同じ構成をとる。同じ構成については第１実施例の説明を援用して、ここでは説明を省略する。
【００５１】
サブローターヨーク８の軸受構造は、固定電機子２およびサブローターマグネット７を跨ぐようにして、その長さ方向両端に１個づつ軸受を設けた構成をとる。一方の軸受１１は、第１実施例の軸受１１と同じく、ケーシング１の底部の外側部と略円筒状のサブローターヨーク８の一方側内側部とにわたって設けられる。他方の軸受２４は、ケーシング１の円筒部１ｂの延長縁部１ｃ近傍内側部と、サブローターヨーク８の他方側内側部とにわたって設けられる。
（第２実施例の効果）
第１実施例と同じ構成については、同じ効果を奏するので説明を省略する。
【００５２】
サブローターヨーク８の両端に軸受１１と２４を設けるので、サブローターヨーク８の回転が安定したものとなる。
【００５３】
ケーシング１に延長縁部１ｃに連なる折り返し縁部１ｄを設けたので、ケーシング１で発生する渦電流による熱を、ケーシング１の延長縁部１ｃに連なる折り返し縁部１ｄからキャップ１５を介して外気中へ放出することが可能となる。
（第３実施例）
図３は本発明の１マグネットローター方式ブラシレス直流電動機の第３実施例の断面図である。
【００５４】
第３実施例は、第１実施例および第２実施例と比べると、サブローターマグネットおよびサブローターヨークの代わりに、ステーターヨーク２５を設けた例である。
第１実施例および第２実施例では、メインローターマグネット４が発生する磁束の漏洩を抑制するために、サブローターマグネット７およびサブローターヨーク８を用いたが、第３実施例では、同じ目的のために、即ち、メインローターマグネット４が発生する磁束の漏洩を抑制するために、ステーターヨーク２５を用いることが特徴となる。
【００５５】
電機子コイル３は、その長さ方向に伸長させると共に、コイル厚みを相応に薄くした鞍型コイルを組み合わせて円筒状に配置して構成する。
コイルホルダー２６は、非磁性体で形成され、その内側面にケーシング１の円筒部１ｂの外側面に沿う面を有し、その外側面に電機子コイル３を搭載可能に構成されている。
【００５６】
ステーターヨーク２５は、該電機子コイル３の外面に円環状（リング状）に成型した珪素鋼板を約コイル長まで積層して円筒状に構成する。
【００５７】
電機子コイル３の外側面に絶縁カラー２７を介してステーターヨーク２５を設け、これらコイルホルダー２６、電機子コイル３、絶縁カラー２７およびステーターヨーク２５の４者を樹脂で一体固化して固定電機子として構成する。
【００５８】
この固定電機子は、ケーシング１のカップ状部の外側面および延長縁部１ｃと折り返し縁部１ｄの内側面に渡り貼着される。
【００５９】
ローターマグネット４で発生した磁束は、ステーターヨーク２５を用いることにより、漏洩磁束が極少に抑制される。このように、鎖交磁束の減少を抑制できるので、電動機効率の向上が期待できる。また、損失はケーシング１だけの鉄損のみに近似することができるので、出力トルクの低下を抑制できると共に、電機子コイルの電流増加を抑制することもできる。
（第３実施例の効果）
第１または第２実施例と同じ構成については、同じ効果を奏するので説明を省略する。
【００６０】
電機子コイル３を長さ方向に伸長させると共に、コイル厚みを相応に薄くした電機子コイル３を鞍型に円筒状に配置し、これら電機子コイル３の外面に円環状に成型した珪素鋼板を約コイル長まで積層して、これを樹脂で一体に固化して固定電機子として第１実施例および第２実施例の円筒状のサブローター回転子を除いた構成とすることもできるなど、用途に応じた設計の自由度が極めて大きくなるものである。
【００６１】
第１実施例および第２実施例に示すサブローター回転子の代わりに固定したステーターヨーク２５を用いるので、サブローターマグネットの構成およびその軸受部の構造を省略することができ、構造および調整を簡略化できる。
（第４実施例）
〔小型スターリング冷凍機〕
コンタミによる悪影響を抑制するために、電動機内に、コイル巻線とローターとの間をガス密に隔離するカップ状の隔壁を設け、該隔壁とクランクケースを相互に連通するように一体に連結する先行例（例えば、特許文献１参照）が既に提案されている。
【００６２】
しかし、前記隔壁は強度を必要とするため金属で形成されている。このため渦電流損が発生し、電流増加をきたし、冷凍機効率が低いものとなっていた。これを解消するために、第１実施例から第３実施例に示した本発明のブラシレス直流電動機を適用すると、メインローターマグネットの他に、サブローターマグネットまたはステータヨークを設けた構成としたので、これらによって磁路を形成することができ、メインローターマグネットが発生する磁束の漏洩を抑制でき、電機子コイルによる両マグネットへの発生トルクを従来の漏洩磁束のある電動機と比べ増加することができ、これにより、電動機の駆動特性を向上させ、耐用年数を向上することが可能となる。
【００６３】
図４は本発明のブラシレス直流電動機を用いたスターリング冷凍機の概略断面図である。即ち、図４は本発明の隔壁を有するブラシレス直流電動機を、隔壁を必要とするスターリング冷凍機に合目的的に適用した実施例を示す概略図である。
【００６４】
スターリング冷凍機は、ピストン３１の作動端とクランクケース３２との間に圧縮室３３が形成され、ディスプレーサ３４の作動端とクランクケース３２との間には膨張室３５が形成され、ディスプレーサ３４の内部に蓄冷材３６を設けている。また、圧縮室３３と膨張室３５とはガス移送経路３７によって接続されている。ピストン３１とディスプレーサ３４とをクランクシャフト３８を介してブラシレス直流電動機によって同期駆動する。ブラシレス直流電動機のメインマグネット回転子１７をクランクケース内と連通する隔壁部分、例えば第１実施例から第３実施例のケーシング１の内側に収納し、その電機子コイル３およびサブローターマグネット７またはステーターヨーク２５をクランクケース３２に連設したケーシング１の外側に配設する。
【００６５】
運転時、圧縮室３３と膨張室３５とガス移送経路３７によって形成される密閉空間内にＨｅガス（作動ガス）を封入し、そのガスをピストン３１で圧縮した後に膨張室３５に送り込んでディスプレーサ３４で断熱膨張させ、膨張後に圧縮室３３に送り返して再度圧縮し、前記同じ行程を繰り返す。以上のサイクルを繰り返すことによって、膨張室３５を形成するケース端に極低温のコールドヘッド３９を形成する。
（第４実施例の効果）
電動機のローターはクランクケース内に収納されるので、ダイナミックシールなしでクランクシャフトと接続することができ、巻線はクランクケース外に配設されるので、冷却手段をクランクケース内に持ち込む必要がなくなる。また、本発明のブラシレス直流電動機を適用すると、メインローターマグネットの他に、サブローターマグネットまたはステーターヨークを設けた構成としたので、メインローターマグネットからの漏洩磁束を減少させ、電動機のトルク特性を向上することが可能となると共に、隔壁によって電機子コイルを含み追加したサブローターマグネットまたはステータヨークをもメインマグネット回転子と隔離密封することが可能となる。
（第５実施例）
〔小型スターリング冷凍機を使用した赤外線カメラ〕
第４実施例に示すようなスターリング冷凍機の適用対象として、そのコールドヘッドにおける極低温の温度特性から、赤外線カメラがある。コールドヘッドに設ける光導電形素子としては、ＩｎＳｂ（インジウム錫）、Ｇｅ（ゲルマニウム）やＳｉ（シリコン）等の半導体結晶、およびＧｅやＳｉにＡｕ（金）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｈｇ（水銀）等の重金属を添加した材料等を用いる。前記ＩｎＳｂは、一般に液体窒素以下の温度で使用され、動作温度が低いほど感度は増すが、応答速度は逆に遅くなる。一方、ＧｅやＳｉ等の半導体結晶、およびＧｅやＳｉにＡｕ、Ｚｎ、Ｈｇ等の重金属を添加した材料は、一般に液体窒素以下の温度で使用され、応答速度はマイクロ秒或いはそれ以下と速い。
【００６６】
これら光導電形素子をコールドヘッド３９に搭載して液体窒素以下の温度に冷却することにより、分光感度のダイナミックレンジを広くとることが可能となる。コールドヘッドに搭載した光導電形素子の出力は、素子アレイの面出力として、図４に示されるように、コンピュータ４０に取り込まれ、必要なＡ／Ｄ変換、直交変換、フィルタリング、画像変換等が施されて遠赤外域の画像等としてモニター４１に表示することが可能になる。コンピュータ４０を１チップまたはボード１枚のマイクロコンピュータとし、モニターをスモールサイズの液晶画面で構成することにより、携帯可能な赤外線カメラを構成できる。
（第６実施例）
〔小型スターリング冷凍機を使用したガスモニター〕
スターリング冷凍機の適用対象として、第５実施例の赤外線カメラ以外に、ガスモニターがある。コールドヘッドにはガスセンサーが設けられ、液体窒素近辺の温度まで冷却される。
【００６７】
ガスセンサーとしては、温度を室温から−８０度以下の任意の温度まで変えることができる反射鏡に被測定ガスを接触させ、そのガスが接触する反射鏡の部分に前記集光光線又はレーザー光を放射し、その反射鏡とそのガスとを接触前又はその反射鏡とそのガスとを接触させながら、その反射鏡の温度を除々に低下させ、その反射鏡上に露及び／又は霜を形成させ、結露点及び／又は結露点付近で露及び／又は霜を鏡面上から完全に昇華させない程度に反射鏡の温度を除々に加熱し、それによって散乱光の強さの極大となる温度及び／又は反射光の強さが極小となる温度、或はさらに反射鏡を冷却させて、散乱光の強さが極小となる温度及び／又は反射光の強さが極大とする温度を検出し、その極大温度及びその極小温度をそのガスの露点及び／又は霜点とすることを含む微量水分を含むガスの露点又は霜点を決定することにより、低水分量含有ガスを温度変化可能な反射鏡４に接触させ、反射鏡の温度を低下させ氷の層を形成し、その付近の温度で加熱及び冷却を繰返し、昇華点及び積層凝固点からそのガスの正確な露点及び／又は霜点を知るものがある。
【００６８】
これにより、本発明のスターリング冷凍機を用いたガスモニターは、携帯可能で使い勝手のよいものとなる。
（第７実施例）
〔小型スターリング冷凍機を使用した半導体放射線検出器〕
スターリング冷凍機の適用対象として、半導体放射線検出器がある。コールドヘッドには半導体放射線検出素子が設けられ、液体窒素近辺の温度まで冷却される。半導体放射線検出素子としては、Ｇｅ検出素子あるいはＳｉ検出素子等であり、例えばクローズドエンド型Ｇｅガンマ線検出素子が用いられる。
【００６９】
従来は液体窒素を入れた冷却槽によって半導体放射線検出素子を冷却していたため、液体窒素を使用の度に入手する必要があり、使用場所が限られていた。本発明のスターリング冷凍機を用いると、半導体放射線検出素子はコールドヘッドに設ければ良くなり、持ち運びが容易で使い勝手が良いものとなる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明のブラシレス直流電動機は、メインマグネット回転子とコンタミの発生源となる電機子コイルとを隔壁で密封状態に分離遮蔽すると共に、メインローターマグネットの発生磁束をトルク発生のために有効に利用するように、該メインローターマグネットとで磁路を形成するサブローターマグネットまたはステーターヨークを設ける構成としたので、メインマグネット回転子と、その磁路を閉じるためのサブローター回転子との間には、磁束の漏洩は極少になるとともに、ケーシングだけの鉄損のみに近似できるものとなり、損失が減少して出力トルクが大きく、高速時でも高効率で、量産の容易な、しかも軽量な隔室構造を持つブラシレス直流電動機とできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２マグネットローター方式ブラシレス直流電動機の第１実施例の断面図である。
【図２】本発明の２マグネットローター方式ブラシレス直流電動機の第２実施例の断面図である。
【図３】本発明の１マグネットローター方式ブラシレス直流電動機の第３実施例の断面図である。
【図４】本発明のブラシレス直流電動機を用いたスターリング冷凍機の概略断面図である。
【図５】従来のスターリング冷凍機の一部断面図である。
【符号の説明】
１    ケーシング
１ａ    底部
１ｂ    円筒部
１ｃ    延長縁部
１ｄ    折り返し縁部
１ｅ    取付縁部
２    固定電機子
３    電機子コイル
４    メインローターマグネット
５    シャフト
６    ローターヨーク
７    サブローターマグネット
８    サブローターヨーク
９    ホールＩＣ
１０    カバー
１１、１２、１３、１４、２４    軸受
１５    キャップ
１６    リード線導出孔
１７    メインマグネット回転子
１８    サブローター回転子
１９    立ち上がり部
２０    ボルト
２１    段部
２３    空間
２５    ステーターヨーク
２６    コイルホルダー
２７    絶縁カラー
２８    固定電機子
３１    ピストン
３２    クランクケース
３３    圧縮室
３４    ディスプレーサ
３５    膨張室
３６    冷却材
３７    ガス移送経路
３８    クランクシャフト
３９    コールドヘッド
４０    コンピュータ
４１    モニター
【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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