JP2022093450A - コアレスモータ及び発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、モータ稼働時におけるコイルの過熱を抑制し、コイルに過剰な電流を供給して電動モータを高回転出力させることが可能なコアレスモータを提供する。【解決手段】密閉されているハウジングの中央で軸方向に伸びている回転中心軸と、前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されて前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記回転中心軸の円周方向に回転するロータと、前記ハウジング内に収容されていて、前記ロータの回転によって前記ハウジング内を流動し、前記円筒状コイルに接触する液状冷媒とを備えているコアレスモータ。【選択図】図１

Description

電動モータについては、通常運転時に電動モータを構成するコイル、マグネットなどの温度上昇に対して保証される使用限度が、一般的に、製造元から定格として表示される。定格は、所定の電圧で電動モータを、定格トルクまたは定格出力で稼働する際に、製造元が保証する独自基準で、一般的には、カタログや諸元表に記載されている。例えば、電動モータが所定の電圧で良好な特性を発揮しながら発生する最大出力が定格出力、定格出力で運転されているときの回転速度が定格回転速度、そのときのトルクが定格トルク、そのときの電流が定格電流として表示される。

本願出願人が市場に提供した電動モータとして、ハウジング内で回転中心軸に対して同心円状に配置され一方の側の端面がステータに支持されて回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、ハウジング内で回転中心軸に対して同心円状に配置され回転中心軸の円周方向に回転するロータとを備えている構造のものがある。

このコアレスモータの定格は、円筒状コイルの温度が許容上限温度１３０℃を超えない条件として、定格トルクＴ０＝０．２８Ｎｍ、定格電流Ｉ０＝９．７Ａｒｍｓ、定格回転速度ｎ０＝６５３７ｒｐｍ、定格出力Ｐ０＝１９１．６７Ｗであった。

このコアレスモータを用いて、定格を越える条件で駆動させて検討したところ、駆動開始後、僅か数十秒で円筒状コイルの許容上限温度１３０℃を超えることになった。このことから容易に想定され得る最悪の事態は、定格を越える条件で駆動させると、円筒状コイルが焼損し破壊されることである。また、たとえ破壊にまで至らなくとも、性能面から、コアレスモータの長時間の正常運転を期待することはできなくなるということである。

このように、電動モータは、始動時などに定格電流を瞬間的に超えることはあっても、通常、定格を超える状態で連続運転されることを想定していない。電動モータを過負荷の状態、つまり定格以上で連続運転すると、電流によって電動モータのコイルは想定以上に発熱する。

そこで、本願の発明者は、円筒状コイルを備えているコアレスモータに冷却機構を配備することで、円筒状コイルの発熱やマグネットの加熱に伴う電動モータの性能低下を防止したり、定格を超える負荷で稼働できるようにする提案を行っている（特許文献１、２）。

また、電動モータに冷却機能を付加することは、従来から種々提案されている（例えば、特許文献３、４、５、６）。

特許第５９４３３３３号公報 特許第６３９９７２１号公報 特開平４－３５９６５３号公報 特開２０１８－１５７６４５号公報 特開２０１４－９０５５３号公報 米国特許出願公開公報ＵＳ２０１４／０１７５９１７

この発明は、簡易な構造で、稼働時におけるコイルの過熱を抑制し、高出力可能なコアレスモータ及び発電機を提供することを目的にしている。

特に、回転中心軸と、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨークとアウターヨークとからなり前記インナーヨークの外側面あるいは前記アウターヨークの内側面に磁石を備えていて前記回転中心軸の円周方向に回転するロータとを備えている構成のコアレスモータ及び発電機において、稼働時におけるコイルの過熱を抑制し、高出力可能なコアレスモータ及び発電機を提供することを目的にしている。

密閉されているハウジングの中央で軸方向に伸びている回転中心軸と、前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されて前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨークと円筒状のアウターヨークとからなり、前記インナーヨークの外側面あるいは前記アウターヨークの内側面に磁石を備えていて前記回転中心軸の円周方向に回転するロータとを備えている構成のコアレスモータ及び発電機である。

前記ハウジング内に液状冷媒が収容されており、静止状態で前記軸方向に伸びる前記液状冷媒の液面が前記アウターヨークの外周面に接触する構造になっている。そして、前記ロータの回転によって前記液状冷媒が前記ハウジング内を流動し、前記円筒状コイルに接触するものである。

円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟むインナーヨークとアウターヨークとの間に形成されている断面ドーナッツ状の空間部に、ロータの回転によって液状冷媒を流入させ、発熱している円筒状コイルに液状冷媒を接触させ、円筒状コイルから熱を奪い、奪った熱量をハウジング内を流動する液状冷媒によってハウジングに移し、円筒状コイルよりも表面積が大きいハウジングの外周表面全体から放熱させる。

これによって、前記ロータを回転させる稼働によって発熱している円筒状コイルが前記液状冷媒によって冷却され、また発熱している円筒状コイルから熱を奪った前記液状冷媒が前記ハウジング内を流動することで前記ハウジングに熱を伝え、ハウジングの外側表面全体から放熱させる。これによって、コアレスモータ稼働時におけるコイルの過熱を抑制し、コイルに過剰な電流を供給してコアレスモータを高回転出力させることを可能にした。

また、前記ハウジング内で高速で回転するロータによってハウジング内で液状冷媒を高速で流動させることで液状冷媒を微細化、微粒子化させる。これによって、噴霧状態になった液状冷媒がハウジング内を高速で流動する。また、この流動する液状冷媒の一部が発熱しているコイルに接触することで気化する。これらによって、ハウジング内部の雰囲気を気液混在状態にする。ハウジング内部の雰囲気が噴霧状態になった液状冷媒が存在している気液混在状態になることで、通電によって発熱しているコイルからハウジングへの熱伝導が向上する。この結果、ハウジングの温度を、発熱しているコイルと同程度の温度にまで効率よく昇温させ、ハウジングの外側表面全体から放熱させる構成にした。これによって、コアレスモータ稼働時におけるコイルの過熱を抑制し、コイルに過剰な電流を供給してコアレスモータを高回転出力させることを可能にした。

[１]
密閉されているハウジングの中央で軸方向に伸びている回転中心軸と、
前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されて前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、
前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記回転中心軸の円周方向に回転するロータであって前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨークと円筒状のアウターヨークとからなり、前記インナーヨークの外側面あるいは前記アウターヨークの内側面に磁石を備えているロータと、
前記ハウジング内に収容されている液状冷媒であって、静止状態で前記軸方向に伸びる液面が前記アウターヨークの外周面に接触している液状冷媒と
を備えていて、
前記ロータの回転によって前記液状冷媒が前記ハウジング内を流動し、前記円筒状コイルに接触する
コアレスモータ。

[２]
前記アウターヨークは、前記アウターヨークを半径方向に貫通する孔を備えている[１]のコアレスモータ。

[３]
密閉されているハウジングの中央で軸方向に伸びている回転中心軸と、
前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されて前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、
前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記回転中心軸の円周方向に回転するロータであって前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨークと円筒状のアウターヨークとからなり、前記インナーヨークの外側面あるいは前記アウターヨークの内側面に磁石を備えているロータと、
前記ハウジング内に配備されていて、前記回転中心軸を中心とする前記ロータの回転運動を回転運動出力部の回転運動に伝達する遊星歯車機構からなる減速機と、
前記ハウジング内に収容されている液状冷媒であって、静止状態で前記軸方向に伸びる液面が前記アウターヨークの外周面に接触している液状冷媒と
を備えていて、
前記ロータの回転によって前記液状冷媒が前記ハウジング内を流動し、前記円筒状コイルに接触する
コアレスモータ。

[４]
前記減速機は、前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状のギアケース内に収容されており、当該ギアケースは、当該ギアケースを半径方向に貫通する孔を備えている[３]のコアレスモータ。

[５]
前記静止状態における前記液状冷媒の前記軸方向に伸びる液面が前記遊星歯車機構の半径方向における最も外周縁に接触している
[３]又は[４]のコアレスモータ。

[６]
上述した[１]～[５]のコアレスモータの構成、構造を備えている発電機

この発明によれば、簡易な構造で、モータ稼働時におけるコイルの過熱を抑制し、コイルに過剰な電流を供給して電動モータを高回転出力させることが可能なコアレスモータを提供することができる。またそのような構造の発電機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るコアレスモータの内部構造を説明する一部を省略した拡大断面図。 図１図示の実施形態のコアレスモータの他の実施形態の内部構造を説明する一部を省略した拡大断面図。 図１図示の実施形態のコアレスモータの他の実施形態における液状冷媒撹拌手段の他の実施形態を説明する概念図。 本発明の他の実施形態に係るコアレスモータの内部構造を説明する一部を省略した拡大断面図。 図４図示の実施形態のコアレスモータの他の実施形態の内部構造を説明する一部を省略した拡大断面図。 図５図示の実施形態に採用されている円筒状のギアケースの側面図。 図５図示の実施形態に採用されている円筒状のギアケースの斜視図。 図４図示の実施形態のコアレスモータの他の実施形態の斜視図。 図８図示のコアレスモータの内部構造を説明する一部を破切し、一部を省略して表した斜視図。 図８図示のコアレスモータの内部構造を説明する一部を省略して表した断面図。 （ａ）は、図１、図２図示の実施形態でハウジング内に収容されている液状冷媒の静止状態における液面の高さ位置を説明する一部を省略した断面図、（ｂ）は、液状冷媒の静止状態における液面の高さ位置が図１１（ａ）図示の場合よりも高い場合を説明する一部を省略した断面図である。 図４図示の実施形態でハウジング内に収容されている液状冷媒の静止状態における液面の高さ位置の一例を説明する一部を省略した断面図である。

（実施の形態１）
図１図示のコアレスモータ１は、密閉されているハウジング４と、ハウジング４の中央で軸方向（図１における左右方向）に伸びている回転中心軸５とを備えている。

図１図示の実施形態では、回転中心軸５はハウジング４に回転可能に支持されており、回転中心軸５がコアレスモータ１における回転運動出力部になっている。

図示の実施形態では、密閉されているハウジング４は、円筒状ケーシング２と、円筒状ケーシング２の図１中の右端側開口部を閉鎖する円板状の蓋部３とからで構成されている。

円筒状ケーシング２は、円板状部２ｂと円筒状部２ａとを備えている。円筒状ケーシング２を構成する円筒状部２ａの図１中の右端部は、パッキン７ａ、７ｂを介して、円板状の蓋部３に圧着されている。回転中心軸５は蓋部３の半径方向内側で、シール付きベアリング６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを介して、ハウジング４に回転可能に支持されている。シール付きベアリング６ａ、等としては、例えば、オイルシール付きベアリングを採用することができる。以下、本明細書にて、シール付きベアリング６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを、単に、べアリング６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと記載することがある。

図示の実施形態では、パッキン７ａ、７ｂ、ベアリング６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの存在によってハウジング４の密閉が図られている。

コアレスモータ１は、ハウジング４の内側に円筒状コイル８、ロータ１２を備えている。

円筒状コイル８は、回転中心軸５に対して同心円状に配置され、一方の側の端面（図１の実施形態では、右側端面）がハウジング４に支持されているステータに支持されて回転中心軸５が伸びる方向に伸びている。

円筒状コイル８は通電可能な無鉄心コイルである。図示の実施形態では、図１中、回転中心軸５が伸びる方向である長手方向に複数の離間された線状部と絶縁層を介して重畳により形成される導電性金属シートの積層体構造によって円筒状に形成されている。半径方向における厚みは、例えば、５ｍｍ以下で、所定の剛性を備えている。このような円筒状のコイルは、例えば、日本国特許第３７０４０４４号に記載されている製造方法によって製造される。

ロータ１２は、回転中心軸５に対して同心円状に配置され、径方向の中心側で回転中心軸５に支持されている。図１図示の実施形態では、ロータ１２は、円筒状コイル８を半径方向で互いの間に挟むインナーヨーク９とアウターヨーク１０とからで構成されている。アウターヨーク１０はインナーヨーク９に対向する半径方向内側面に磁石１１を備えている。これによって、円筒状コイル８を互いの間に挟む、半径方向内側面に磁石１１を備えているアウターヨーク１０と、インナーヨーク９との間に断面ドーナッツ状の磁界が形成され、磁気回路が形成されている。

図１図示の実施形態では、アウターヨーク１０の半径方向内側面に磁石１１が配備されているが、これに替えて、インナーヨーク９の半径方向外側面に磁石１１が配備されている形態にすることもできる。

密閉されているハウジング４内には、液状冷媒２０が収容されている。図１図示の実施形態では、ハウジング４の円板状の蓋部３が、栓１５によって密封される開口部１４を備えている。

栓１５を開口部１４から取り外し、所定の量の液状冷媒２０をハウジング４内に入れた後、再び、栓１５で開口部１４を塞ぐことで、ハウジング４の密閉状態を維持している。

液状冷媒２０としては、機械動作部の潤滑に使用されるオイルや、不凍液、水などを採用することができる。

図１図示のコアレスモータ１において、インナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に断面ドーナッツ状の磁界が形成されている下で円筒状コイル８に所定の電流を供給することによりロータ１２は回転中心軸５の円周方向に回転する。ロータ１２を構成しているインナーヨーク９の半径方向内側は回転中心軸５に支持されており、これによって、回転中心軸５も図１に矢印２１で示す周方向に回転運動する。

図１、図１１（ａ）図示のように、ハウジング４内に収容されている液状冷媒２０は、静止状態で軸方向に伸びる液面がアウターヨーク１０の外周面に接触する構造になっている。

ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に回転すると、アウターヨーク１０の外周面に接触している液状冷媒２０は、アウターヨーク１０の外周面に連れられてアウターヨーク１０が回転する円周方向に流動し、アウターヨーク１０の外周面上を円周方向に上昇する。ハウジング４内でアウターヨーク１０の外周面上を円周方向に上昇した液状冷媒４は、その後、その重さによって、アウターヨーク１０の外周面に沿って図１図示の水平状態におけるハウジング４底面側にまで落下する。ロータ１２の回転運動によって液状冷媒２０がこのような流動動作を繰り返す中で、円筒状コイル８を半径方向で互いの間に挟むインナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に形成されている断面ドーナッツ状の空間部に、図１における左右の端部から液状冷媒２０の一部が流入する。流入した液状冷媒２０は稼働によって温度が上昇し始めた円筒状コイル８に接触する。

こうして液状冷媒２０の中の一部が発熱している円筒状コイル８に接触することで円筒状コイル８が冷却される。また、発熱している円筒状コイル８から熱を奪った液状冷媒２０がハウジング４内を流動することで液状冷媒２０を介してハウジング４に熱が伝えられ、ハウジング４の温度が上昇し、ハウジング４の外側表面全体から放熱が行われる。これによって、コアレスモータ稼働時におけるコイルの過熱が抑制され、コイルに過剰な電流を供給してコアレスモータ１を高回転出力させることが可能になる。

密閉されているハウジング４の中央で軸方向に伸びている回転中心軸５と、ハウジング４内で、回転中心軸５に対して同心円状に固定配置されて回転中心軸５が伸びる方向に伸びている円筒状コイル８と、回転中心軸５に対して同心円状に配置され、円筒状コイル８を半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨーク９とアウターヨーク１０とからなり、インナーヨーク９の外側面あるいはアウターヨーク１０の内側面に磁石１１を備えていて回転中心軸５の円周方向に回転するロータ１２とを備えている構成のコアレスモータで、ハウジング４内に液状冷媒２０が収容されていて、図１図示の静止状態で軸方向に伸びる液状冷媒２０の液面がアウターヨーク１０の外周面に接触し、ロータ１２の回転によって液状冷媒１２がハウジング４内を流動して円筒状コイル８に接触する構成でモータ稼働時におけるコイルの過熱を抑制したのである。

特許文献３～６で提案されている電動モータ用の従来の冷却機構には、このように、円筒状コイル８を半径方向で互いの間に挟むインナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に形成されている断面ドーナッツ状の空間部にロータ１２の回転によって液状冷媒を流入させ、発熱している円筒状コイル８に液状冷媒を接触させ、円筒状コイル８から熱を奪う機構は提案されていなかった。

また、この実施形態では、密封されているハウジング４内に収納されている液状冷媒２０が、上述したように、ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に高速で回転することで、微細化、微粒子化され、噴霧状態になってハウジング４内を高速で流動する。ハウジング４内を高速で流動する噴霧状態の液状冷媒２０は、磁石１１の半径方向内側と、円筒状コイル８の半径方向外側との間に形成されている断面ドーナッツ状の隙間及び、インナーヨーク９の半径方向外側と、円筒状コイル８の半径方向内側との間に形成されている断面ドーナッツ状の隙間に入り込む。

電流の供給を受けている円筒状コイル８は発熱しており、円筒状コイル８の半径方向内側面、半径方向外側面に接触した噴霧状態の液状冷媒２０の一部は、高温の円筒状コイル８によって気化される。

この結果、ハウジング４の内部空間は、高速回転するロータ１２によって微細化、微粒子化され、噴霧状態になった液状冷媒が存在している気液混在状態になる。この気液混在状態の密閉された雰囲気下でロータ１２が高速回転する。高速回転するロータ１２によって噴霧状態の気液混在物が密閉状態のハウジング４内を流動することで、ハウジング１内が気体だけである状態の時に比較して、通電によって発熱している円筒状コイル８からハウジング４への熱伝導が向上する。

これによって、円筒状コイル８への通電が開始されて、ロータ１２が回転開始し、円筒状コイル８の温度が上昇し始めると、ハウジング４を構成する円板状部２ｂ、円筒状部２ａの温度も上昇し始め、円板状部２ｂ、円筒状部２ａの温度は、次第に、円筒状コイル８の温度に近づいていく。こうして、円板状部２ｂ、円筒状部２ａの外側表面という広い放熱面積から放熱が行われる。

この結果、コアレスモータ１稼働時における円筒状コイル８の過熱を抑制し、円筒状コイル８に過剰な電流を供給してコアレスモータ１を高回転出力させることが可能になる。

図１図示の実施形態では密封されているハウジング４に収納されている液状冷媒２０はロータ１２の一部に接触する状態でハウジング４に収納されている。そこで、ロータ１２が回転すると、直ちに、液状冷媒２０は、ハウジング４内を流動開始するようになる。

図示していないが、ハウジング４に収納されている液状冷媒２０がロータ１２の一部に接触していない形態にすることもできる。この場合でも、ロータ１２がハウジング４で高速で回転することで、ハウジング４内にロータ１２の回転方向に高速の空気流が発生し、この空気流によって、液状冷媒２０は、ハウジング４内を流動開始するようになる。

図１図示の実施形態では、アウターヨーク８は、アウターヨーク８を半径方向に貫通する孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを備えている。

ロータ１２が回転すると、液状冷媒２０は孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを介してアウターヨーク１０の半径方向内側に向かって流動することが可能になる。

そこで、アウターヨーク１０の半径方向内側に位置している円筒状コイル８に効率よく接触し、発熱している円筒状コイル８から効率よく熱を奪い、流動によりハウジング４の内壁面に接触して効率よく熱をハウジング４に伝えることができる。

また、ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に高速で回転することで、ハウジング４内における液状冷媒２０の流動状態がより活性化され、より効率よく、上述したハウジング４内部空間の気液混在状態が生起されることになる。

上述したように、密封されているハウジング４に収納されている液状冷媒２０がロータ１２の一部に接触している、あるいは、接触していなくても、ロータ１２の高速回転によってハウジング４内部空間が気液混在状態になるが、ロータ１２が上述したように、半径方向に貫通する孔１３ａを備えていることで、より効率よく気液混在状態が生起され、発熱している円筒状コイル８からハウジング４へのより効率よい熱伝導が行われる。

図１図示の実施形態では、円筒状のアウターロータ１０の図１における左端側の円周方向に所定の間隔をあけて複数の孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されているが、孔の数や、孔が設けられている位置は図１図示のものに限られない。

また、この実施形態において、開口部１４、栓１５による密閉構造に替えて、後述する図４図示の実施形態で採用している弁体３６を採用する形態にし、ハウジング４内の圧力が所定の圧力を越えるときにハウジング４の内部から外部へ気体を噴出させ、ハウジング４内の圧力が前記所定の圧力を下回ると、再度、ハウジング４を密封、密閉する形態にすることもできる。

このように、ハウジング４の密封、密閉構造は、ロータ１２の回転によってハウジング４内に収容されている液状冷媒２０がハウジング４内を流動し、円筒状コイル８に接触して熱を奪い、ハウジング４に伝熱することを可能にする密閉状態が維持されればよいものである。

（実施の形態２）
図２は、密閉されているハウジング４内に収容されている液状冷媒２０を、ロータ１２の回転によって、より効率よくハウジング４内で流動させる実施形態の一例を説明するものである。

ロータ１２が、ハウジング４の円筒状部２ａの内周面側に向かって伸びる撹拌羽根１６、１６を備えている。その他の構造については、図１図示の実施形態と同一であるので、共通する部材には共通する符号をつけてその説明を省略する。

ロータ１２が、ハウジング４の円筒状部２ａの内周面側に向かって伸びる撹拌羽根１６、１６を備えていることで、ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に回転することで生起されるハウジング４内での液状冷媒２０の流動がより確実、強力に行われるようになる。

図２図示の実施形態では、撹拌羽根１６、１６は、ロータ１２の半径方向外側であって、なおかつ、図２中の右端面から、ハウジング４の円筒状部２ａの内周面側に向かう半径方向外側、かつ、ハウジング４の円板状部２ｂの内面側に向かって伸びている。

そこで、コアレスモータ１が、図１、図２図示の配置形態で、液状冷媒２０が図１、図２図示のように収容されているときも、また、図示していないが、コアレスモータ１が、ハウジング４の円板状部２ｂを下側にし、ハウジング４の外側に向かって伸びる回転中心軸５の先端が上側に向かっている配置形式で、ハウジング４内に収納されている液状冷媒２０が円板状部２ｂ側に位置しているときも、ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に回転することで生起されるハウジング４内での液状冷媒２０の流動がより確実、強力に行われるようになる。

（実施の形態３）
図３は、密閉されているハウジング４内に収容されている液状冷媒２０を、ロータ１２の回転によって、より効率よくハウジング４内で流動させる実施形態の他の一例を説明する概念図である。

円筒状コイル８が半径方向外側に向かって伸びる撹拌用の突起１７を備えている。

ロータ１２が回転すると、ロータ１２の回転で生じる遠心力で、円筒状コイル８の半径方向外側面に対向する箇所に、図３図示のように、液状冷媒２０が押しつけられることがある。

図３では、アウターヨーク１０の半径方向内側面に磁石１１が配備されていて、磁石１１の周囲に液状冷媒２０が入り込んで液体溜りが形成されている。

円筒状コイル８から半径方向外側に向かって伸びる撹拌用の突起１７が液体溜りに突入するので、ロータ１２が回転すると液体溜りが解消されて、液状冷媒２０は効率よくハウジング４内で流動するようになる。

（実施の形態４）
図１、図２図示の実施形態において、密閉されているハウジング４の中央で軸方向に伸びてハウジング４に回転可能に支持されていた回転中心軸が、図４図示の実施形態では、軸方向（図４における左右方向）に伸びる第一回転中心軸５ａ、第二回転中心軸５ｂ、第三回転中心軸５ｃによって構成されている。

また、図４図示の実施形態では、円筒状ケーシング２を構成する円筒状部２ａの図４における右端開口にベアリング６ａ、６ｂを介して、円板状の蓋部３が回転可能に取り付けられ、第三回転中心軸５ｃは円板状の蓋部３に固定されていて、円板状の蓋部３と共に回転するようになっている。

図１、図２の実施形態では、ロータ１２はその半径方向内側が回転中心軸５に支持されていて、ロータ１２の回転により、直接、回転中心軸５が回転していた。図４図示の実施形態では、回転中心軸を中心とするロータ１２の回転運動を回転運動出力部である第三回転中心軸５ｃの回転運動に伝達する遊星歯車機構からなる減速機がハウジング４内に配備されている。

図１、図２図示の実施形態では、回転中心軸５がコアレスモータ１における回転運動出力部になっていたが、上述した構成により、図４図示の実施形態では、第三回転中心軸５ｃがコアレスモータ１における回転運動出力部になっている。

図１、図２図示の実施形態では、ハウジング４の円板状の蓋部３が、栓１５によって密封される開口部１４を備えていて、栓１５を開口部１４から取り外し、所定の量の液状冷媒２０をハウジング４内に入れた後、再び、栓１５で開口部１４を塞いでハウジング４の密閉状態を維持していた。

これに対して、図４図示の実施形態では、密閉されているハウジング４が弁体３６を備えている。図４では、ハウジング４の円筒状部２ａに弁体３６が配備されている。弁体３６は円筒状部２ａに対して着脱自在であり、弁体３６を円筒状部２ａから取り外して、ハウジング４内に液状冷媒２０を入れた後、再度、弁体３６を図４図示のように、円筒状部２ａに取り付けてハウジング４を密封する構造になっている。

弁体３６は、ハウジング４の内部から外部への液体の漏出を防止する機能を備えている。また、ハウジング４内の圧力が所定の圧力を越えるときにハウジング４の内部から外部へ気体を噴出させ、ハウジング４内の圧力が前記所定の圧力を下回ると、再度、ハウジング４を密封する構造になっている。

その他の構成は基本的に図１、図２を用いて説明した実施の形態１、２と共通している。そこで、図１、図２図示の実施形態と共通する部材には図４で共通する符号をつけてその説明を省略する。

ロータ１２の半径方向内側を支持していて、図４中、右端がハウジング４の円板状部２ｂに回転可能に支持されている第一回転中心軸５ａの先端側（図４の左側）には、遊星歯車機構からなる減速機を構成する第一サンギヤ３０が固定されている。

ロータ１２の回転に応じて第一回転中心軸５ａ及び、第一サンギヤ３０が回転すると、この回転運動は、第一サンギヤ３０から、第一遊星ギヤ３１、第１キャリア３２を介して第二回転中心軸５ｂに伝えられ、第二回転中心軸５ｂが第一回転中心軸５ａと同一円周方向に回転する。

第二回転中心軸５ｂの先端側（図４の左側）には、遊星歯車機構からなる減速機を構成する第二サンギヤ３３が固定されている。

第二回転中心軸５ｂが回転することで第二サンギヤ３３が回転すると、この回転運動は、第二サンギヤ３３から、第二遊星ギヤ３４、第二キャリア３５を介して第三回転中心軸５ｃを固定的に支持している円板状の蓋部３に伝えられ、第三回転中心軸５ｃが第二回転中心軸５ｂと同一円周方向（例えば、矢印２１で示す方向）に回転する。

この実施形態においても、インナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に断面ドーナッツ状の磁界が形成されている下で円筒状コイル８に所定の電流を供給することによりロータ１２は第一回転中心軸５ａの円周方向に回転する。ロータ１２を構成しているインナーヨーク９の半径方向内側は第一回転中心軸５ａに支持されており、これによって、第一回転中心軸５ａも周方向に回転運動する。

この第一回転中心軸５ａの回転が、上述した遊星歯車機構からなる減速機を介して第三の回転中心軸５ｃに伝えられて出力される。

図４図示の実施形態では、上述した二段階の減速機構なっていて、ロータ１２の回転によるトルクが高められて第三回転出力軸５ｃから出力される。

以上に説明した構成からなる減速機は、回転中心軸である、第一回転中心軸５ａ、第二回転中心軸５ｂ、第三回転中心軸５ｃが伸びる方向に伸びている円筒状のギアケース１８に収容されている。

図４図示の実施形態のコアレスモータ１でも、密閉されているハウジング４内に収納されている液状冷媒２０は、上述したように、ロータ１２が第一回転出力軸５ａの円周方向に回転することで、ハウジング４内を流動する。

図４図示の実施形態では、ハウジング４内に収容されている液状冷媒２０は、静止状態で軸方向に伸びる液面がアウターヨーク１０の外周面に接触する構造になっている。

そこで、図１図示の実施形態で説明したのと同様に、ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に回転すると、アウターヨーク１０の外周面に接触している液状冷媒２０は、アウターヨーク１０の外周面に連れられてアウターヨーク１０が回転する円周方向に流動し、アウターヨーク１０の外周面上を円周方向に上昇する。ハウジング４内でアウターヨーク１０の外周面上を円周方向に上昇した液状冷媒４は、その後、その重さによって、アウターヨーク１０の外周面に沿って図１図示の水平状態におけるハウジング４底面側にまで落下する。ロータ１２の回転運動によって液状冷媒２０がこのような流動動作を繰り返す中で、図４における左右の端部からアウターヨーク１０の内側と円筒状コイル８の外側との間の空間部に流入する一部の液状冷媒２０は稼働によって温度が上昇し始めた円筒状コイル８に接触する。

こうして液状冷媒２０の中の一部が発熱している円筒状コイル８に接触することで円筒状コイル８が冷却される。また、発熱している円筒状コイル８から熱を奪った液状冷媒２０がハウジング４内を流動することで液状冷媒２０からハウジング４に熱が伝えられ、ハウジング４の温度が上昇し、ハウジング４の外側表面全体から放熱が行われる。これによって、コアレスモータ稼働時におけるコイルの過熱が抑制され、コイルに過剰な電流を供給してコアレスモータ１を高回転出力させることが可能になる。

また、液状冷媒２０がこのように流動することで、液状冷媒２０の一部は円筒状のギアケース１８内に流入する。そこで、液状冷媒２０として機械動作部の潤滑に使用されるオイルを使用すると、上述した、遊星歯車機構からなる減速機における各ギヤ部の潤滑を図ることができる。

また、ロータ１２が回転中心軸５の円周方向に高速で回転することで、上述したように、ハウジング４の内部空間が、気液混在状態となり、通電によって発熱する円筒状コイル８からハウジング４に効率よく熱伝導が行われ、コアレスモータ１稼働時における円筒状コイル８の過熱を抑制し、円筒状コイル８に過剰な電流を供給してコアレスモータ１を高回転出力させることが可能になることは実施の形態１、２で説明したものと同様である。

この実施の形態では、ハウジング４に上述した機能を有する弁体３６が配備されている。そこで、例えば、コアレスモータ１の高出力での可動が長時間になり、ハウジング４内の圧力が所定の圧力を越えるようになったときには、ハウジング４の内部から外部へ気体が噴出される。これによって、コアレスモータ１の高出力での可動が長時間になり、ハウジング４内の圧力が許容されている内部圧力以上になるときに、弁体３６による上述した噴出（排気）を行わせることで、ハウジング４内の圧力が許容されている内部圧力以上になることを防止できる。

この実施形態では、回転中心軸を中心とするロータ１２の回転運動を回転運動出力部である第三回転中心軸５ｃの回転運動に伝達する、上述した、遊星歯車機構からなる減速機がハウジング４内に配備されている。

液状冷媒２０として、機械動作部の潤滑に使用されるオイルを使用すると、上述した、遊星歯車機構からなる減速機における各ギヤ部の潤滑を図ることができる。

これにより図４図示の実施形態では遊星歯車機構からなる減速機がハウジング４内に配備されているが、回転運動する、互いに噛み合っている複数のギアの存在による音の発生を抑止し、静かに駆動されるコアレスモータとすることができる。適度な粘性のオイルが存在することで、減速機を構成する複数のギアからなる回転部が安定に維持される。

なお、複数のギヤから減速機が構成されていることで、ギヤの回転による金属摩耗で金属粉が出て、液体冷媒２０として上述したオイルを使用するとオイル中に金属粉が混入し、オイルが汚れるおそれがある。

しかし、ロータ１２には、上述したように、磁石１１が配備されているので、金属粉は磁石１１に吸い付けられ、オイルが汚れることを防止できる。

遊星歯車機構からなる減速機を構成するギヤを合成樹脂製又はステンレス製にすることができる。このようにすれば冷媒として水を用いても錆びの発生が防げる。尚、冷媒にオイルを用いればギヤが鉄でも錆びの発生は防げるが、冷媒に水を用いて鉄錆びの発生を防ぐにはギヤ側に限らず冷媒の水に防錆剤を添加したり、所謂、還元水(電解水)を用いれば良い。ここで、遊星歯車機構からなる減速機が合成樹脂で形成されている構造にすると上述したギヤの回転による金属摩耗での金属粉発生の問題はなくなる。

モータには一般的にグリースを用いるが、グリースのような高粘性のものは回転に連れて遠心力を受けて塗布カ所から遠ざかっていく。これに対し本発明ではオイルを使うからグリースは不要となる。そもそも、歯車機構のギア部に潤滑のために用いられるグリースは、一般的に、８０℃程度で液状化してしまい、グリースを採用した効果が得られなくなる。このため、グリースをギア部の潤滑に用いる時は８０℃程度の温度にならないようにするのが一般的である。

本実施形態のコアレスモータでは、通電により発熱する円筒状コイル部の温度は１００℃を越える温度になることが一般的であり、この面からも、グリースの使用に適さないものである。

なお、弁体３６を採用する形態に替えて、実施の形態１で説明した、開口部１４、栓１５による密閉構造を採用することもできる。

（実施の形態５）
図５～図７は、実施の形態４（図４）の他の実施形態を説明するものである。実施の形態４（図４）では、上述したように、減速機は、回転中心軸である、第一回転中心軸５ａ、第二回転中心軸５ｂ、第三回転中心軸５ｃが伸びる方向に伸びている円筒状のギアケース１８に収容されている。

図５～図７図示の実施の形態５では、ギアケース１８が、ギアケース１８を半径方向に貫通する孔１９を備えている。

上述したように、ロータ１２が第一回転出力軸５ａの円周方向に回転することで、密閉されているハウジング４内に収納されている液状冷媒２０が、ハウジング４内を流動する。ハウジング４内を流動する液状冷媒２０の一部が、発熱している円筒状コイルに接触して気化することで、ハウジング４の内部空間が、気液混在状態となり、通電によって発熱する円筒状コイル８からハウジング４に効率よく熱伝導が行われる。

同時に、ハウジング４内を流動する液状冷媒２０は、遊星歯車機構からなる減速機における各ギヤ部の潤滑を図ることに活用される。

図５～図７図示の実施形態では、減速機を内部に収容している円筒状のギアケース１８が、ギアケース１８を半径方向に貫通する孔１９を備えていることで、液状冷媒２０が効率よく減速機に供給される。そこで、液状冷媒２０による各ギヤ部の潤滑がより効果的に行われるようになる。

なお、図１２図示のように、静止状態において、液状冷媒２０の軸方向に伸びる液面が遊星歯車機構４０の半径方向における最も外周縁に接触している状態にすることもできる。

このようにすれば、ロータ１２が回転運動開始すると直ちに液状冷媒２０が減速機に供給され、液状冷媒２０による各ギヤ部の潤滑がより効果的に行われることになる。

図５～図７図示の実施形態では、円筒状のギアケース１８の円周方向に所定の間隔をあけて、また、円筒状のギアケース１８の長手方向に所定の間隔をあけてそれぞれ複数個の孔１９が形成されている。

孔１９の数、形成される位置は種々に設定することができる。

（実施の形態６）
図８～図１０は、実施の形態４の他の実施形態を説明するものである。

なお、図８～図１０では、実施の形態１、実施の形態４で説明していた、開口部１４、栓１５によるハウジング４の密閉構造や、弁体３６によるハウジング４の密閉構造に関しては図示を省略している。

実施の形態４（図４）において、第一回転中心軸５ａ、第二回転中心軸５ｂ、第三回転中心軸５ｃによって構成されていた回転中心軸を、ハウジング４を貫通している固定軸５ｄにしている。ハウジング４は内部が密閉されている状態で、オイルシールを介して、固定軸５ｄに回転可能に支持されている。ハウジング４を構成する円筒状部２ａが回転運動出力部になっている。

図８～図１０の実施形態では、ロータ１２を構成するインナーヨークの半径方向中心側が固定軸５ｄに回転可能に支持されている。そして、この固定軸５ｄに回転可能に支持されているインナーヨークの半径方向中心側部分の外周９ａが、実施の形態４（図４）における第一サンギヤを構成している。

実施の形態４（図４）では、第一回転中心軸と共に回転する第一サンギヤの回転運動が、第一遊星ギヤ、第一キャリア、第二サンギヤ、第二遊星ギヤ、第三キャリアを介して回転運動出力部である第三回転出力軸に伝えられていた。

図８～図１０図示の実施形態では、固定軸５ｄに回転可能に支持されているインナーヨークの半径方向中心側部分９ａの外周からなる第一サンギヤの回転運動が、第一遊星ギヤ、第一キャリア、固定軸５ｄに回転可能に支持されている第二サンギヤ、第二遊星ギヤ、第三キャリアを介して回転運動出力部である、ハウジング４を構成する円筒状部２ａの、固定軸５ｄを中心とする円周方向の回転運動に伝えられている。

その他の基本的な構造、機構は、実施の形態４（図４）で説明したものと共通している。

この実施形態でも、密閉されているハウジング４内に収納されている液状冷媒２０は、ロータ１２が固定軸５ｄの円周方向に回転することで、ハウジング４内を流動する。これによって、ハウジング４の内部空間が、気液混在状態となり、通電によって発熱する円筒状コイル８からハウジング４に効率よく熱伝導が行われ、コアレスモータ１稼働時における円筒状コイル８の過熱を抑制し、円筒状コイル８に過剰な電流を供給してコアレスモータ１を高回転出力させることが可能になることは実施の形態１、２で説明したものと同様である。

また、液状冷媒２０として、機械動作部の潤滑に使用されるオイルを使用することで、遊星歯車機構からなる減速機における各ギヤ部の潤滑を図ることができ、遊星歯車機構からなる減速機がハウジング４内に配備されているが、回転運動する、互いに噛み合っている複数のギアの存在による音の発生を抑止し、静かに駆動されるコアレスモータとすることができる。

（試験例）
本願出願人が市販しているコアレスモータ（ＣＰＨ８０Ｆ）を用いて試験を行った。このコアレスモータは、ハウジング内で回転中心軸に対して同心円状に配置され一方の側の端面がステータに支持されて回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、ハウジング内で回転中心軸に対して同心円状に配置され回転中心軸の円周方向に回転するロータとを備えている構造のものである。

試験に供した２台のコアレスモータ（ＣＰＨ８０Ｆ）をいずれも密閉構造にし、一台には内部に液状冷媒として水を入れ、他方の一台には水を入れない通常の状態で運転を行った。

試験運転は、２台とも２４Ｖｄｃ入力、トルク：１Ｎｍ、出力：３８０Ｗで同一の室内で、同時に行った。結果は以下の表１（実施例（液状冷媒（水）あり）、表２（比較例（液状冷媒（水）なし）の通りであった。

この試験結果から、密閉されているコアレスモータのハウジング内に液状冷媒を収容しておき、ロータの回転によって液状冷媒をハウジング内で流動させ、液状冷媒を発熱している円筒状コイルに接触させることで一部を気化させてハウジング内を気液混在状態にすることで、ハウジング内の熱伝導効率が向上し、ハウジングの温度が円筒状コイルの温度上昇に追随して上昇すること、これによって効率よく放熱が図られることを確認できた。

（発電機の実施形態）
上記ではコアレスモータの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。モータの構造は発電機の構造と基本的に同一である。コアレスモータの上述した構成、構造において、ロータが入力された回転力によって回転することで発電が行われるのが発電機である。そこで、本発明では、上述した構成、構造を有する発電機の実施形態にすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々に変更可能である。

Claims (5)

1. 密閉されているハウジングの中央で軸方向に伸びている回転中心軸と、
   前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されて前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、
   前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記回転中心軸の円周方向に回転するロータであって前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨークと円筒状のアウターヨークとからなり、前記インナーヨークの外側面あるいは前記アウターヨークの内側面に磁石を備えているロータと、
   前記ハウジング内に収容されている液状冷媒であって、静止状態で前記軸方向に伸びる液面が前記アウターヨークの外周面に接触している液状冷媒と
   を備えていて、
   前記ロータの回転によって前記液状冷媒が前記ハウジング内を流動し、前記円筒状コイルに接触する
   コアレスモータ。
2. 前記アウターヨークは、前記アウターヨークを半径方向に貫通する孔を備えている請求項１記載のコアレスモータ。
3. 密閉されているハウジングの中央で軸方向に伸びている回転中心軸と、
   前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されて前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、
   前記ハウジング内で、前記回転中心軸に対して同心円状に配置され、前記回転中心軸の円周方向に回転するロータであって前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟む円筒状のインナーヨークと円筒状のアウターヨークとからなり、前記インナーヨークの外側面あるいは前記アウターヨークの内側面に磁石を備えているロータと、
   前記ハウジング内に配備されていて、前記回転中心軸を中心とする前記ロータの回転運動を回転運動出力部の回転運動に伝達する遊星歯車機構からなる減速機と、
   前記ハウジング内に収容されている液状冷媒であって、静止状態で前記軸方向に伸びる液面が前記アウターヨークの外周面に接触している液状冷媒と
   を備えていて、
   前記ロータの回転によって前記液状冷媒が前記ハウジング内を流動し、前記円筒状コイルに接触する
   コアレスモータ。
4. 前記減速機は、前記回転中心軸が伸びる方向に伸びている円筒状のギアケース内に収容されており、当該ギアケースは、当該ギアケースを半径方向に貫通する孔を備えている請求項３記載のコアレスモータ。
5. 前記静止状態における前記液状冷媒の前記軸方向に伸びる液面が前記遊星歯車機構の半径方向における最も外周縁に接触している
   請求項３又は４記載のコアレスモータ。

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