JP4108497B2 - ブラシレス直流電動機 - Google Patents

Description

【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、密封された隔壁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７は従来のスターリング冷凍機の一部断面図である。
【０００７】
図７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、該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、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、プラシレス直流モータの電機子（ステーター）と永久磁石よりなる回転子（ローター）の間に、ガス室を大気から密封するための隔壁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る隔壁内の回転子と隔壁外の電機子間の磁気的ギャップが増大されることになり、電機子コイルと鎖交する回転子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渦電流損を増大せしめ、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巻線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非磁性のカップ状カバー１０６からなる隔壁の厚みを薄くすると、高圧の差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】
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、しかも軽量な隔壁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】
そのために、本発明のブラシレス直流電動機においては、シャフトに設けられたメインローターマグネットと、該メインローターマグネットに対し前記シャフトの長さ方向に離間して対向配置された電機子コイルと、前記メインローターマグネットと前記電機子コイルとの間に設けられ、キャップと組み合わされて前記メインローターマグネットを密封する非磁性の隔壁をなすケーシングと、前記電機子コイルを介して前記メインローターマグネットと反対側に回動自在に設けられたサブローターマグネットとを有する。
そして、前記シャフトは、キャップ及びケーシング内において軸受によって回動自在に軸支される。
また、前記サブローターマグネットは、キャップ及びケーシング外において軸受によって回動自在に軸支される。
そして、前記メインローターマグネットと前記サブローターマグネットとは、磁路を形成するように配置される。
【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４にメインローターヨーク３を介して設けられたメインローターマグネット２と、メインローターマグネット２に対しシャフト４の長さ方向に離間して対向配置された電機子コイル７との間に、メインローターマグネット２をキャップ１６と組み合わせて密封する非磁性の隔壁をなすケーシング１を設けたブラシレス直流電動機において、電機子コイル７を介してメインローターマグネット２と反対側にサブロータマグネット８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の一方側を密封状態に封止するキャップ１６と、ケーシング１の他方側を保護するカバー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、略中央部に両側に突出する軸受収納部２２を有し、周辺にボルトを締着するフランジ部２３を備え、軸受収納部２２とフランジ部２３との間に電機子コイル７やメインローターマグネット２を隙間ありまたはなしで収納可能に構成されている。このケーシング１は、後述するメインローターマグネット２を含むメインマグネット回転子５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７側とを隔離するための密封構造の隔壁を構成する。ケーシング１は、非磁性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、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好ましく、他にチタンでも使用可能である。
【００２０】
図１の断面コ字状のキャップ１６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１５が設けられている。一方、ケーシング１における中央部の軸受収納部２２の一方には軸受１４が設けられている。
【００２１】
断面コ字状のキャップ１６には、両側に立ち上がり部１９を設けたので、長いボルトを使うことができ、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は、完全に渦電流損をゼロにはできないため、メインローターマグネット２とサブローターマグネット８により形成される磁束がケーシング１を貫通するのに応じて、渦電流による熱を発生するが、ケーシング１のフランジ部２３をキャップ１６の立ち上がり部１９に比較的広い面積で接触するように構成してあるので、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のフランジ部２３からキャップ１６を介して外気中へ放出することが可能となる。
【００２２】
メインローターヨーク３とコ字状のキャップ１６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２０を設けてある。
【００２３】
外部出力取出用のシャフト４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１５に回動自在に支持される。シャフト４には軟鋼製の略板状でリング状のメインローターヨーク３が設けられている。メインローターヨーク３のケーシング１側には、リング状で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２が貼着等により固着されている。
【００２４】
メインローターマグネット２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、周方向に交互に異極となるように着磁されている。
【００２５】
メインローターヨーク３は軟鋼製でメインローターマグネット２を収納する段部２４を有し、全体的にはリング状に形成されている。
【００２６】
メインローターマグネット２とメインローターヨーク３とシャフト４の３者によりメインマグネット回転子５を構成する。メインローターマグネット２は、その磁極の挟角を後述する電機子コイル７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。リング状のメインローターマグネット２とメインローターヨーク３の半径方向長さおよびそのシャフト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２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、且つ、メインローターマグネット２の回転を抑制することのない空隙（ギャップ）を設ける。
【００２８】
メインローターマグネット２に対向し、ケーシング１のメインローターマグネット２とは反対側の外側面の段部２５にはプリント基板６を介して電機子コイル７を含む固定電機子２１が貼着固定されている。電機子コイル７は、平面上で扇形に整列巻きされると共にトルクに有効なコイル部分の挟角が、電気角で１８０度より大きくされた扁平なコイルに形成されている。固定電機子２１は、電機子コイル７を平面内で放射状にかつその外側部が互いに隣接するように等しいピッチで配設し、樹脂で固化して構成する。固定電機子２１は全体でリング状に形成される。この結果、ケーシング１はリング状の固定電機子２１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。
【００２９】
リング状の固定電機子２１と僅かな空隙を介してリング状のサブローターマグネット８がシャフト４の長さ方向に対向配置される。この僅かな空隙はメインローターマグネット２と隔壁となるケーシング１との間に設けた前記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８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、周方向に交互に異極となるように着磁されている。前記サブローターマグネット８の磁極の数およびその挟角は前記メインローターマグネット２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２とこれに対向配置されるサブローターマグネット８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。たとえば外側のサブローターマグネット８の対向面が順にＮ−Ｓ−Ｎ−・・・極に、内側のメインローターマグネット２の対向面が反対に順にＳ−Ｎ−Ｓ−・・・極に着磁される場合に、外側から内側方向へまた逆に内側から外側方向へ磁界が生じる。
【００３０】
サブローターヨーク９は軟鋼製でサブローターマグネット８を収納する段部２６を有し全体的にリング状に形成されている。
【００３１】
サブローターマグネット８は、サブローターヨーク９の段部２６に貼着される。サブローターヨーク９はケーシング１における軸受収納部２２の他方に設けられている２連の軸受１３によって軸支される。サブローターマグネット８とサブローターヨーク９によりサブマグネット回転子１８を構成する。サブローターマグネット８の外周面に対向して、微小空隙を介してホールＩＣ（インテグレートサーキット）１１を配置する。ホールＩＣ１１はホールＩＣホルダー１２を有する。ホールＩＣ１１およびホールＩＣホルダー１２はカバー１０に取り付けられている。ホールＩＣ１１によって界磁磁極の位置を検出する。ホールＩＣ１１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２またはサブローターマグネット８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】
カバー１０には、リード線導出孔１７が設けられている。リード線導出孔１７には、電機子コイル７からのリード線やホールＩＣ１１からのリード線が配線される。
【００３３】
電機子コイル７からのリード線には、図示しない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】
ケーシング１は、基本的には、中央部に軸受収納部２２を設け、その一方の軸受収納部の周囲にプリント基板６を介して固定電機子２１を収納するリング状平面からなる段部２５を設け、他方の軸受収納部の周囲にメインローターマグネット２を回動可能に収容できるリング状の段部２７を設け、周縁部にフランジ部２３を設けることにより構成可能である。
【００３５】
メインローターマグネット２とサブローターマグネット８とを磁力の強いものとすれば、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。
メインローターマグネット２の例えば８分割した１磁極、例えばＮ極から放出された磁束が、ケーシング１、電機子コイル７を貫通して、サブローターマグネット８の同様に８分割した１磁極、例えばＳ極に流入し、さらに、サブローターマグネット８のＮ極から、電機子コイル７、ケーシング１を貫通してメインローターマグネット２のＳ極に帰る磁束ループが形成され、この状態で、電機子コイル７に駆動電流を供給し、回転磁界を発生させることによって、メインローターマグネット２とサブローターマグネット８に回転力が作用し、メインマグネット回転子５とサブマグネット回転子１８が同期回転する。
【００３６】
この結果、従来のような漏洩磁束の発生を抑制し有効に推力発生に利用できる。また、コミュテーションなしにメインマグネット回転子５とサブマグネット回転子１８の回転が可能となる。また、メインローターマグネット２とサブローターマグネット８に強磁性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５とサブマグネット回転子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。
【００３７】
このようにメインローターマグネット２とサブローターマグネット８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、トルク効率を向上できる。また、損失はケーシング１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、出力トルクの低下を補うための電機子コイルの電流増加を抑制することもできる。
【００３８】
本発明のブラシレス直流電動機は、回転制御を行うために、メインマグネット回転子５またはサブマグネット回転子１８の界磁磁極の位置をホールＩＣ１１等の位置センサで検出し、電機子コイル７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５を、隔壁となるケーシング１とキャップ１６によって、コンタミの発生源となる電機子コイル７を含む固定電機子２１から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２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２とで電機子コイル７を貫通する磁路を形成するためのサブローターマグネット８を設ける構成としたので、メインローターマグネット２と、その磁路を閉じるためのサブローターマグネット８との間の磁束の漏洩を極少にして駆動トルクを増加できるとともに、ケーシング１の鉄損のみに近似できるものとなり、前記「【発明が解決しようとする課題】」における第１の課題を解決する。
【００３９】
また、モーター構成は、各部品をシャフト４の長さ方向に積み重ねて組立てる単純な構成となっており、さらに、２つのメインマグネット回転子５とサブマグネット回転子１８を同じ仕様として共用することも可能なのでその場合組立も簡単になり、前記「【発明が解決しようとする課題】」における第２の課題を解決する。
【００４０】
さらに、リング状に固化した固定電機子２１は、ケーシング１の一方の軸受収納部２２の周囲にプリント基板６を介して固定電機子２１を貼着固定するので、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「【発明が解決しようとする課題】」における第３の課題を解決する。
【００４１】
メインローターマグネット２とサブローターマグネット８の磁力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マグネットの厚さを縮小できるため、電動機のシャフト４方向の長さを小さくでき、前記「【発明が解決しようとする課題】」における第２の課題も解決する。
【００４２】
また、対になったマグネットによる固定電機子２１の周方向に交互に異極となる磁界中に、電機子機コイル７が配置されることにより、電機子機コイル７に、この電機子機コイル７と対向する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５とサブマグネット回転子１８の回転が可能となる。
【００４３】
ケーシング１のフランジ部２３により、ケーシング１で発生する鉄損に基づく熱をキャップ１６を介して外気中へ放出することが可能となる。
（第２実施例）
図２は本発明装置の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。
【００４４】
図２実施例は、図１の実施例と比べ、ケーシング１におけるプリント基板６を貼着固定した側に凹部を設け、この凹部に例えばステンレスＳＵＳ３１０からなる帯状の非磁性の珪素鋼板を渦巻き状に整形し樹脂で固化した円環を、その表面がケーシング１の面と同じになるように埋設固定した構成で異なるが、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前記第１実施例の説明を援用して、ここでは説明を省略する。
【００４５】
ケーシング１は、新たに凹部を設け、その凹部に珪素鋼板を渦巻き状に整形し樹脂で固化した円環３０を埋設固定するので、メインローターマグネット２とサブローターマグネット８とにより形成される磁路中のケーシング１の厚み（シャフト４の長さ方向の厚み）が、前記円環３０の厚み分だけ薄くなるので、鎖交磁束に基づく渦電流損は第１実施例の場合と比べかなり小さくなる。また、前記円環３０は幅の狭い鋼板が基本なので、前記鎖交磁束に基づく渦電流損は、広い面積部分では発生せず、その幅で制限されるため、円環３０の鉄損はケーシング１の部分と比べ極端に小さな値になる。
【００４６】
図３は本発明の第２実施例の薄い珪素鋼板を渦巻き状に巻回し固化した円環３０の断面図である。円環３０は珪素鋼板からなるが、非磁性なので、メインローターマグネット２とサブローターマグネット８との間に配置されているが、両マグネットで発生する磁束をトルク発生のために有効に使われないように、即ち漏洩磁束となるように偏倚することがない。
（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。
【００４７】
また、ケーシング１は鎖交磁束が貫通する部分の厚みが円環３０の厚み分だけ薄くできるので、鉄損を減少させることが可能になる。また、ケーシング１は円環３０を貼着固定するのでその分強度を増大できる。また、ケーシング１の薄くなった分を珪素鋼板の円環３０で補強することができる。この結果、第１、第３および第４の課題を解決する。
（第３実施例）
図４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３実施例の断面図である。また、図５は図４におけるＡ、Ｂ，Ｃで切った断面図を示す図である。
【００４８】
第３実施例は、第１実施例の変形実施例であり、第１実施例と比べ、以下の構成が主に異なる。
【００４９】
隔壁を成すケーシング５１は、メインマグネット回転子５２を収納可能にカップ状に形成されている。
【００５０】
メインマグネット回転子５２は、メインローターマグネット５３、メインローターヨーク５４、回転子５５およびシャフト５６からなり、リング状のメインローターマグネット５３をこれと同じ平面形状を有しかつ板状のメインローターヨーク５４を介して回転子５５の１側に形成したリング状の凹部５７に貼着固定してある。メインローターマグネット５２の平面形状は、図５（ａ）に示すように、平面内で放射状にかつその外側部が互いに隣接するように等しいピッチで略３角形に着磁され、これらＮ極またはＳ極が交互に全体でリング状に形成される。
【００５１】
サブマグネット回転子５８も同様に、リング状のサブローターマグネット５９をこれと同じ平面形状を有しかつ板状のサブローターヨーク６０を介して回転子６１の１側に形成したリング状の凹部６２に貼着固定してある。
固定電機子６３は、図５（ｂ）に示すように、電機子コイル６４を平面内で放射状にかつその外側部が互いに隣接するように等しいピッチで配設し、樹脂で固化して構成する。固定電機子６３は全体でリング状に形成される。
【００５２】
固定電機子６３は、電機子コイル６４を前記第１実施例のように巻回しリング状に組立た後樹脂で固化したものであるが、ホールＩＣ６５も一緒に組み込んである。
【００５３】
固定電機子６３はプリント基板６６に搭載された状態で、プリント基板６６側からカバー６７の段部６８によってケーシング５１の外側底面に押圧固定される。また、固定電機子６３は同時に接着剤によって貼着固定することも可能である。
【００５４】
第３実施例は、上記の相違点を除き、実質的に対応する第１実施例または第２実施例の構造、材料等の構成をそのまま援用しているので、これらについては説明を省略する。
（第３実施例の効果）
第１実施例または第２実施例と対応する構成については、同じ効果を奏するので説明を省略する。
メインローターヨーク５４およびサブローターヨーク６０を設けたので、大きな形状の両回転子５５および６１をメインローターヨーク５４およびサブローターヨーク６０と同じ磁性材で形成する必要が無くなるので、材料の選択範囲が広がる。
【００５５】
また、固定電機子６３をプリント基板６６で押圧固定するので、貼着固定するのと比べ剥離等がなく強固に固着できる。
（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。
【００５６】
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、前記第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を設ける構成としたので、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。
【００５７】
図６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６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。
【００５８】
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。
【００５９】
前記ブラシレス直流電動機のメインマグネット回転子５をクランクケース３２内と連通する隔壁部分、例えば第１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７およびサブローターマグネット８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。
【００６０】
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）
ブラシレス直流電動機のロータはクランクケース３２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３８と接続することができ、巻線はクランクケース３２外に配設されるので、冷却手段をクランクケース３２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８を設ける構成としたので、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になると共に、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８をもメインマグネット回転子５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〕
前記第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。
【００６１】
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３９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６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４１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、前記第５実施例の赤外線カメラ以外に、ガスモニター、具体的には露点計がある。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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ブラシレス直流電動機においては、シャフトに設けられたメインローターマグネットと、該メインローターマグネットに対し前記シャフトの長さ方向に離間して対向配置された電機子コイルと、前記メインローターマグネットと前記電機子コイルとの間に設けられ、キャップと組み合わされて前記メインローターマグネットを密封する非磁性の隔壁をなすケーシングと、前記電機子コイルを介して前記メインローターマグネットと反対側に回動自在に設けられたサブローターマグネットとを有する。
そして、前記シャフトは、キャップ及びケーシング内において軸受によって回動自在に軸支される。
また、前記サブローターマグネットは、キャップ及びケーシング外において軸受によって回動自在に軸支される。
そして、前記メインローターマグネットと前記サブローターマグネットとは、磁路を形成するように配置される。
この場合、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の漏洩磁束を、極少に減少することができるだけでなく、ケーシングだけの鉄損に近似することができるようになる。したがって、出力トルクが大きく、高速時でも高効率であり、量産が容易であり、しかも、軽量な隔壁構造を有するブラシレス直流電動機を形成することができる。
【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】本発明の第２実施例の円環の斜視図である。
【図４】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３実施例の断面図である。
【図５】図４におけるＡ，Ｂ，Ｃで切った断面図である。
【図６】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７】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、５１ ケーシング
２、５３ メインローターマグネット
３、５４ メインローターヨーク
４、５６ シャフト
５、５２ メインマグネット回転子
６、６６ プリント基板
７、６４ 電機子コイル
８、５９ サブローターマグネット
９、６０ サブローターヨーク
１０、６７ カバー
１１、６５ ホールＩＣ
１２ ホールＩＣホルダー
１３、１４、１５ 軸受
１６ キャップ
１７ リード線導出孔
１８、５８ サブマグネット回転子
１９ 立ち上がり部
２０ 空間
２１、６３ 固定電機子
２２ 軸受収納部
２３ フランジ部
２４、２５、２６、２７、６８ 段部
３０ 円環
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 畜冷材
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
５５、６１ 回転子
５７、６２ 凹部
６６ プリント基板

Claims (4)

1. シャフトに設けられたメインローターマグネットと、該メインローターマグネットに対し前記シャフトの長さ方向に離間して対向配置された電機子コイルと、前記メインローターマグネットと前記電機子コイルとの間に設けられ、キャップと組み合わされて前記メインローターマグネットを密封する非磁性の隔壁をなすケーシングと、前記電機子コイルを介して前記メインローターマグネットと反対側に回動自在に設けられたサブローターマグネットとを有するとともに、前記シャフトは、キャップ及びケーシング内において軸受によって回動自在に軸支され、前記サブローターマグネットは、キャップ及びケーシング外において軸受によって回動自在に軸支され、前記メインローターマグネットと前記サブローターマグネットとは、磁路を形成するように配置されることを特徴とするブラシレス直流電動機。
2. 薄い珪素鋼板の帯を渦巻き状に巻回した円環が、前記ケーシングの前記電機子コイルに対向する箇所に形成された凹部に配置される請求項１に記載のブラシレス直流電動機。
3. 前記メインローターマグネット又は前記サブローターマグネット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有する請求項１又は２に記載のブラシレス直流電動機。
4. 前記非磁性の隔壁をなすケーシングはステンレス製である請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレス直流電動機。

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