JPWO2018096636A1

JPWO2018096636A1 - 定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システム

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Publication number: JPWO2018096636A1
Application number: JP2017555733A
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Inventors: 学白木; 白木　　学; 修一大桃
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Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2018-11-22
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Abstract

電動モータは通常、それを定格出力以上で運転することを想定していない。電動モータを過負荷で常時運転すると、いかなる事態が起こるかが容易に理解されるからである。本発明は、定格負荷を超える負荷で常時運転する無鉄心回転電機機械、その駆動方法およびそれを含む駆動システムの実現を目指すものであり、より具体的には、通電可能な無鉄心の円筒コイルの端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、蓋型マウントに回転自在に対置される円筒型またはカップ型マウントで内周面に複数のマグネットが配備されているロータとでエアギャップを含む空隙を形成する無鉄心回転電気機械において、定格を超える負荷で稼働するときに、エアギャップを含む空隙に冷媒液を供給し、発熱する円筒コイルが冷媒液を気化し、冷媒液の気化潜熱で円筒コイルを冷却し、円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように、冷媒液の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにした無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムとして、実現された。

Description

本発明は、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムに関する。

本発明は、より具体的には、通電可能な無鉄心の円筒コイルの端面を固定する蓋型マウントからなるステータ（固定子）と、蓋型マウントに回転自在に対置される円筒型またはカップ型マウントで内周面に複数のマグネットが配備されているロータ（回転子）とでエアギャップを含む空隙を形成する無鉄心回転電気機械において、定格を超える負荷で稼働するときに、エアギャップを含む空隙に冷媒液を供給し、発熱する円筒コイルが冷媒液を気化し、冷媒液の気化潜熱で円筒コイルを冷却し、円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように冷媒液の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにした無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムに関する。

電動モータと発電機は同じ構造を有する回転電気機械である。回転電気機械について、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動モータを用いて説明する。電動モータは、磁界と電流の相互作用で発生する電磁力を出力させるものである。分類方法はさまざまであるが、大きくはブラシ付きのＤＣモータとブラシレスモータに区分され、前者は磁石をステータ（固定子）に、コイルをロータ（回転子）とし、後者は逆にコイルをステータ（固定子）に、磁石をロータ（回転子）としており、いずれも回転子より外部へ電磁力を出力するものである。一方磁界発生方法の違いにより巻線界磁型と永久磁石型にも区分され、コイルに鉄心（コア）が有るものとないものにも区分される。上記区分にしたがって、永久磁石界磁型の無鉄心ブラシレス電動モータが本発明の対象になる。

本発明は、永久磁石界磁型で無鉄心の円筒コイルからなるコアレスのブラシレスモータに関する。ステータの無鉄心の円筒コイルは、絶縁層で覆われた線状部を有する導電性金属シートの積層体から構成するか、または、絶縁層で覆われた線状導体から構成するかのいずれかである。

電動モータは、始動時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円筒コイルは想定以上に発熱する。

電動モータの構造および機能にもよるが、本発明に関連し試験用モータとして製作されたコアレスモータ（ＣＰ５０）を用いて冷媒液供給の制御部を作動させずに定格を超えた各条件で過負荷試験してみると、後述されるように、僅か数十秒で円筒コイルの許容上限温度１３０℃を超える。このことから容易に想定され得る最悪の事態は、円筒形コイルが焼損し破壊されることである。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。円筒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ぐため、電動モータに冷却機能を付加することは、いうまでもなく周知であり、慣用手段に過ぎない。

そうした冷却機能の有無に拘わらず、電動モータの通常運転時にコイルやマグネットの温度上昇に対して保証された使用限度が、製造元から定格として表示される（非特許文献１の４１頁）。定格は、製造元が保証する独自基準であるが、カタログや諸元表に記載される。それは、例えば、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になり、定格出力で運転されているときの回転速度は定格回転速度で、そのときのトルクＴが定格トルクであり、そのときの電流が定格電流である。使用を指定していない場合は、無期限に運転できる連続定格を定格としている。その他の定格として、運転期間を限定した短時間定格や、周期的に運転と停止を繰り返す反復定格などがある。

本発明は、過負荷で常時運転する発想に基づき開発された定格を超える負荷で稼働するためのコアレスモータに関する。ここでいう「定格」は、例えば、所定の電圧でコアレスモータを定格トルクまたは定格出力で稼働する場合を指す。

因みに、試験用モータとして製作されたコアレスモータ（ＣＰ５０）は、いわゆる電動モータである。詳細は後述されるが、ここでいう定格は、冷媒液の供給量はゼロにして、冷媒液供給の制御部を作動せずに連続運転を行い、かつ、円筒コイルの温度が許容上限温度１３０℃を超えない条件としたものであり、定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍ、定格電流Ｉ_０＝９．７Ａｒｍｓ、定格回転速度ｎ_０＝６５３７ｒｐｍ、定格出力Ｐ_０＝１９１．６７Ｗである（図１１）。

次に円筒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ぐための冷却機能を電動モータに付加することは周知である。このことは以下の従来技術から認識される。

特表２０１２−５２３８１７号公報（特許文献１）には、コイル周囲にコイルの作動温度よりも低い沸点を有する冷媒液を吸収し、コイルを濡らす拡散材料を配して沸騰する冷媒液の気化熱でコイルを冷却することが記載されている。

特開平１０−３３６９６８公報（特許文献２）には、ロータの遠心ポンプ作用と高低差を利用してラジエータを含む気液二相を冷媒循環させ、車両用回転電電機内を冷却するようにしたシステムが記載されている。

特開２００６−１４５２２号公報（特許文献３）には、発電機内に沸点温度が許容限度温度以下の冷媒を貯蔵し、発電機の運転時に冷媒を気化させて発電機内で液化することを交互に繰り返しながら効率的に発電機を冷却することが記載されている。

特開２００６−１５８１０５号公報（特許文献４）には、冷媒のリザーブタンクを含む自己循環経路において液相の冷媒をロータの発熱で気化し、気化冷媒で効率よく冷却することが記載されている。

特開２００９−１１８６９３号公報（特許文献５）には、ロータ冷却装置において、冷媒がロータの冷却壁面に偏在しないように、壁面に向けて少量ずつ連続的に供給し、気化潜熱で冷却する方法が記載されている。

特開２０１５−９５９６１号公報（特許文献６）には、モータの密閉ケース内で、該ケース内に封入された冷媒をステータのコイル熱で気化し、放熱部で液化し、密閉ケース内で循環するモータの冷却構造が記載されている。この冷却構造は、特許文献３や特許文献４に記載されたものと共通する。

特開２００９−１１８６８６号公報（特許文献７）には、マグネットの冷却とコイルの冷却とに対してそれぞれの冷媒流通経路を設け、それらが切り替え可能な手段を配した回転電機の冷却構造が記載されている。

特開２０１４−１７９６８号公報（特許文献８）には、ハイブリット車両に搭載される回転電機の冷却システムが記載されている。その回転電機は、電磁鋼板を多数枚積層したステータコアに巻装されたコイル部を含むものである。これに開示された鉄心を有する回転電機の冷却システムは、コイル部の巻線温度が１８０℃以上になることが１０回を超えると、コイル部の巻線周囲の絶縁被膜が蒸発または気化して消失し、放電耐圧性能を低下させてしまうので、そうならないように、特定部位の巻線周囲に冷媒の付着状態を形成するように冷媒の供給量を調整する制御部を配備するようにしたものである。

特開平６−２１７４９６号公報（特許文献９）には、発電機のロータの内側に蒸発凝縮室を設け、外部から冷却液を軸方向にジェット流で送り込み、遠心力を利用して蒸発凝縮室側に偏位して流動させる冷却液室に連接する液室に廃液用のインペラが設けられた発電機が記載されている。

特開平５−３０８７５２号公報（特許文献１０）には、ロータと該ロータを囲む環状のステータとが機密状態のハウジング内に収められたモータにおいて、作動流体が封入されたハウジング内の環状の空洞に連通するパイプと毛細管作用を有するウイットを配したモータの放熱構造が記載されている。

特開平８−１３０８５６号公報（特許文献１１）には、円筒形コアに巻かれたコイルからなる電気自動車用駆動装置モータにおいて冷却用オイルポンプから冷却油噴射部を介してコイルエンドに滴下する冷却回路が記載されている。

特表２０１２−５２３８１７号公報特開平１０−３３６９６８号公報特開２００６−１４５２２号公報特開２００６−１５８１０５号公報特開２００９−１１８６９３号公報特開２０１５−９５９６１号公報特開２００９−１１８６８６号公報特開２０１４−１７９６８号公報特開平６−２１７４９６号公報特開平５−３０８７５２号公報特開平８−１３０８５６号公報

『史上最強カラー図解最新モータ技術のすべてがわかる本』赤津観監修ナツメ出版企画株式会社（２０１３年７月２０日発行）

ステータとロータという部品の電磁気作用によって回転する電動モータに内在する技術的課題は、ステータに配備される電機子のコイルの発熱作用である。電動モータの能力や大小は、通常、電動モータの出力で表現される。その出力Ｐ_０は、回転速度ｎ（ｒｐｍ）とトルクＴ（Ｎ・ｍ）との積で表される。電動モータの入力電力Ｐ_１（Ｗ）とすると、入力電力Ｐ_１と出力Ｐ_０との差は熱損失Ｐ_Ｌとして熱エネルギーに変換されて周囲に放出される。これが電機子コイルの発熱作用であり、電動モータの避け難い技術的問題である。例えば、コアレスモータに限らず、電動モータは、定格を超える負荷で稼働し続けると、その発熱作用によって短時間で電機子コイルの許容上限温度を突破し、焼損し破壊されることは当業者にとって周知の事項である。それはまた、電機子コイルの発熱作用が電機子コイルの抵抗値を高め電動モータの出力変動を惹起するという問題を内在しており、したがって、電機子コイルを一定温度範囲に完全制御し出力変動を最小化することは、電動モータの究極的技術的課題でもある。

その課題解決は、電機子コイルの温度をいかに制御するかということになる。これまで見てきたように様々な提案がなされてきたが、電機子コイルを一定温度範囲に完全制御するという究極的課題に対する抜本的な課題解決には至っていない。

ところが、本発明者らは、過負荷で常時運転する発想に基づく電動モータの開発に挑戦し、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムを実現し、この技術的課題を解決するに至った。このことは、本発明の一実施形態に基づき製作されたコアレスモータ（ＣＰ５０）を用いた駆動試験から確認することができる。

コアレスモータ（ＣＰ５０）の電圧を２４Ｖに設定し、トルクを測定した。これが定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍである。本発明者らは、コアレスモータ（ＣＰ５０）に定格トルクＴ_０を超える負荷を連続的に付与しながら、電機子コイルである円筒コイルの発熱を完全に制御し、それにより、コアレスモータ（ＣＰ５０）の長時間運転が可能であることを確認した。

本発明の第１の態様は、図１の断面模式図および図２の破断斜視図に示される定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０である。
それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、蓋型マウント２００に回転自在に対置される円筒型マウント３００で円筒型マウント３００の内周面３１０に複数のマグネット４が配備されているロータ３とでエアギャップを含む空隙４０形成し、空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８をステータ２に設け、ステータ２に関連する制御部２０と、ロータ３に関連する駆動部３０と、を配備する、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０である。

それはまた、ステータ２に、経路８に連通する冷媒液容器８１を配備し、冷媒液容器８１と空隙４０との間を連通する循環手段８２をさらに配備することができる。

本発明の第１の態様から明らかなように、無鉄心回転電気機械１０は、駆動部３０を作動し、定格を超える負荷で稼働するときに、制御部２０を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給し、発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却し、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにしたことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態として、無鉄心回転電気機械１０は、それが定格を超える負荷で稼働されるときに、制御部２０が作動し、円筒コイル１００が許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように冷媒液８０の供給量を調整する動作と、該動作によって円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める動作とを繰り返すことによって、円筒コイル１００を許容上限温度ｔ _Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持することが、より好ましい。

本発明のもう一つの実施形態として、制御部２０は、図５の模式図に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、コイル温度検知センサ２１と連動して冷媒液８０を空隙４０に供給するポンプ２２と、ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３を含むことができる。

本発明のさらにもう一つの実施形態として、制御部２０は、図６の模式図に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、コイル温度検知センサ２１と連動して円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３を含むこともできる。

本発明の他の実施形態として、制御部２０は、図５または図６に示されるように、循環手段８２により冷媒液８０の気相８００を冷媒液容器８１に液相８０で回収するようにしてもよい。

本発明のさらに他の実施形態として、図１および図２に示されるように、駆動シャフト１０００が円筒型マウント３００の中心部３４０に固定し、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結するように配備された無鉄心回転電気機械１０にすることができる。

本発明の第２の態様は、図３の断面模式図および図４の破断斜視図に示される定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０である。
それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の一方の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、蓋型マウント２００に回転自在に対置されるカップ型マウント４００とからなるロータ３とによってエアギャップを含む第１空隙４０を形成し、ロータ３を構成するカップ型マウント４００は、一方は開放されており、他方は閉じられた底部４１０を有し、底部４１０に同心円のインナーヨーク４２０およびアウターヨーク４３０を一体化し、インナーヨーク４２０の外周面４２２および／またはアウターヨーク４３０の内周面４３１に複数のマグネット４を互いに円周方向に間隙４１を空けて配備し、間隙４１に対応するインナーヨーク４２０の位置にインナーヨーク４２０を貫通するスリット４２３を設けている。

それはさらに、円筒コイル１００の他方の端面１０２をカップ型マウント４００の底部４１０との間で隙間４１１を残して円筒コイル１００を第１空隙４０に浮かせて配置し、カップ型マウント４００の一方の端面４０１と蓋型マウント２００との間に円筒コイル１００の内周側１１０に第２空隙５０が形成され、円筒コイル１００の外周側１２０に第３空隙６０が形成され、第１空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８がステータ２に設けられ、ステータ２に関連する制御部２０と、ロータ３に関連する駆動部３０と、が配備される、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０である。

それはまた、ステータ２に、経路８に連通する冷媒液容器８１を配備し、冷媒液容器８１と第１空隙４０との間を連通する循環手段８２をさらに配備することができる。

本発明の第２の態様から明らかなように、無鉄心回転電気機械１０は、駆動部３０を作動し、定格を超える負荷で稼働するときに、制御部２０を作動し、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、スリット４２３を介して円筒コイル１００に送られる冷媒液８０を発熱する円筒コイル１００が気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却し、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように冷媒液８０の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにしたことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態として、無鉄心回転電気機械１０は、それが定格を超える負荷で稼働されるときに、制御部２０が作動し、円筒コイル１００が許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように冷媒液８０の供給量を調整する動作と、該動作によって円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように第１空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める動作とを繰り返すことによって、円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持することが、より好ましい。

本発明のもう一つの実施形態として、制御部２０は、図５の模式図に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、コイル温度検知センサ２１と連動して第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給するポンプ２２と、ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３を含むことができる。

本発明のさらにもう一つの実施形態として、制御部２０は、図６の模式図に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、コイル温度検知センサ２１と連動して円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３を含むこともできる。

本発明のさらに他の実施形態として、図３および図４に示されるように、駆動シャフト１０００がカップ型マウント４００の中心部３４０に固定し、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結するように配備された無鉄心回転電気機械１０にすることができる。

本発明の第１および第２の態様における一つの実施形態として、円筒コイル１００は、絶縁層で覆われた軸方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成されるものか、または、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成されるものの、いずれかであることが好ましい。

本発明の第１および第２の態様における他の実施形態として、冷媒液８０は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかであることが好ましい。

本発明の第３の態様は、図１および図２に示される定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０の駆動方法である。
それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、蓋型マウント２００に回転自在に対置される円筒型マウント３００で内周面３１０に複数のマグネット４が配備されているロータ３とによってエアギャップを含む空隙４０を形成し、空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８をステータ２に設け、ステータ２に関連する制御部２０、ロータ３に関連する駆動部３０と、を配備する、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０の駆動方法である。

なお、本発明の駆動方法において、無鉄心回転電気機械１０は、ステータ２に、経路８に連通する冷媒液容器８１を配備し、冷媒液容器８１と空隙４０との間を連通する循環手段８２をさらに配備することができる。

発明の第３の態様から明らかなように、それは、駆動部３０を作動し、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働する工程と、制御部２０を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給する工程と、発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却する工程と、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態として、それはさらに、制御部２０を作動し、円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める工程を含み、該工程と空隙４０に冷媒液８０を供給する工程とを繰り返すことによって、円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持する工程をさらに含むことが、より好ましい。

本発明のもう一つの実施形態として、それはまた、制御部２０が、図５に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、冷媒液８０を供給するポンプ２２と、ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３をさらに含み、コイル温度検知センサ２１を作動し、円筒コイル１００の温度を検出する工程と、該工程に連動してコントローラ２３がポンプ２２を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給する工程および冷媒液８０の供給量を調整する工程と、を含む駆動方法とすることができる。

本発明のさらにもう一つの実施形態として、それはまた、制御部２０が、図６に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、コイル温度検知センサ２１と連動して円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３とを含み、コイル温度検知センサ２１を作動し、円筒コイル１００の温度を検出する工程と、該工程に連動してコントローラ２３が電磁弁２４を作動し、冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液を供給する工程および冷媒液８０の供給量を調整する工程と、を含む駆動方法でもよい。

本発明の他の実施形態として、それはさらに、図５または図６に示されるように、制御部２０が循環手段８２を作動し、冷媒液８０の気相８００を冷媒液容器８１に液相８０で回収する工程をさらに含む駆動方法とすることもできる。

本発明のもう一つの他の実施形態として、それはさらに、駆動シャフト１０００が円筒型マウント３００の中心部３４０に固定され、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結された無鉄心回転電気機械１０の駆動方法とすることができる。

本発明の第４の態様は、図３および図４に示される定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０の駆動方法である。
それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の一方の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、蓋型マウント２００に回転自在に対置されるカップ型マウント４００とからなるロータ３とによってエアギャップを含む第１空隙４０を形成し、ロータ３を構成するカップ型マウント４００は、一方は開放されており、他方は閉じられた底部４１０を有し、底部４１０に同心円のインナーヨーク４２０およびアウターヨーク４３０を一体化し、インナーヨーク４２０の外周面４２２および／またはアウターヨーク４３０の内周面４３１に複数のマグネット４を互いに円周方向に間隙４１を空けて配備し、間隙４１に対応するインナーヨーク４２０の位置にインナーヨーク４２０を貫通するスリット４２３を設けている。

それはさらに、円筒コイル１００の他方の端面１０２をカップ型マウント４００の底部４１０との間で隙間４１１を残して円筒コイル１００を前記第１空隙４０に浮かせて配置し、カップ型マウント４００の一方の端面４０１と蓋型マウント２００との間に円筒コイル１００の内周側１１０に第２空隙５０が形成され、円筒コイル１００の外周側１２０に第３空隙６０が形成され、第１空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８がステータ２に設けられ、ステータ２に関連する制御部２０と、ロータ３に関連する駆動部３０と、が配備される、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０の駆動方法である。

なお、本発明の駆動方法において、無鉄心回転電気機械１０は、ステータ２に、経路８に連通する冷媒液容器８１を配備し、冷媒液容器８１と第１空隙４０との間を連通する循環手段８２をさらに配備することができる。

本発明の第４の態様から明らかなように、それは、駆動部３０を作動し、定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械１０を稼働する工程と、制御部２０を作動し、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、スリット４２３を介して発熱する円筒コイル１００に冷媒液８０を送る工程と、発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却する工程と、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態として、それはさらに、制御部２０を作動し、円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように第１空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める工程を含み、該工程と第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給しスリット４２３を介して発熱する円筒コイル１００に冷媒液８０を送る工程とを繰り返すことによって、円筒コイル１００を許容上限温度ｔ _Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持する工程をさらに含むことが好ましい。

本発明のもう一つの実施形態として、それはまた、制御部２０が、図５に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、冷媒液８０を供給するポンプ２２と、ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３をさらに含み、コイル温度検知センサ２１を作動し、円筒コイル１００の温度を検出する工程と、該工程に連動してコントローラ２３がポンプ２２を作動し、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、スリット４２３を介して発熱する円筒コイル１００に冷媒液８０を送る工程および冷媒液８０の供給量を調整する工程と、を含む駆動方法とすることができる。

本発明のさらにもう一つの実施形態として、それはまた、制御部２０が、図６に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、コイル温度検知センサ２１と連動して円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から冷媒液８０を第１空隙４０に供給する電磁弁２４と、電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３とを含み、コイル温度検知センサ２１を作動し、円筒コイル１００の温度を検出する工程と、該工程に連動してコントローラ２３が電磁弁２４を作動し、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、スリット４２３を介して発熱する円筒コイル１００に冷媒液８０を送る工程および冷媒液８０の供給量を調整する工程と、含む駆動方法とすることもできる。

本発明のもう一つの他の実施形態として、それはさらに、駆動シャフト１０００がカップ型マウント４００の中心部４４０に固定され、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結された無鉄心回転電気機械１０の駆動方法とすることができる。

本発明の第３および第４の態様における一つの実施形態として、円筒コイル１００は、絶縁層で覆われた軸方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成されるものか、または、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成されるものの、いずれかであることが好ましい。

本発明の第３および第４の態様における他の実施形態として、冷媒液８０は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかであることが好ましい。

本発明の第５の態様は、図１および図２の無鉄心回転電気機械１０の模式図と図５および図６の駆動システム１の模式図とよって示される、無鉄心回転電気機械１０を、定格を超える負荷で稼働するための駆動システム１である。

それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、蓋型マウント２００に回転自在に対置される円筒型マウント３００で円筒型マウント３００の内周面３１０に複数のマグネット４が配備されているロータ３とによってエアギャップを含む空隙４０を形成し、ステータ２に空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８を有する無鉄心回転電気機械１０と、ロータ３と連動して作動する無鉄心回転電気機械１０を駆動する駆動装置３０と、ステータ２に配備される円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と連動して空隙４０に冷媒液８０を供給する制御装置２０とからなる、無鉄心回転電気機械１０を、定格を超える負荷で稼働するための駆動システム１である。

なお、本発明の駆動システム１において、無鉄心回転電気機械１０は、ステータ２に、経路８に連通する冷媒液容器８１を配備し、冷媒液容器８１と第１空隙４０との間を連通する循環手段８２をさらに配備することができる。

本発明の第５の態様から明らかなように、駆動システム１は、駆動装置３０を作動し、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するときに、制御装置２０を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給し、発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却し、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するようにしたことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態として、駆動システム１はさらに、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するときに、制御装置２０を作動し、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように空隙４０に冷媒液８０を供給する動作と、該動作によって円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める動作とを繰り返すことによって、円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持することが、より好ましい。

本発明のもう一つの実施形態として、制御装置２０が、図５に示されるように、冷媒液８０を供給するポンプ２２と、ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３とを含み、コイル温度検知センサ２１に連動してコントローラ２がポンプ２２を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給すると共に冷媒液８０の供給量を調整する駆動システム１とすることができる。

本発明のさらにもう一つの実施形態として、制御装置２０が、図６に示されるように、冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３とを含み、コイル温度検知センサ２１と連動して電磁弁２４を作動し、円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液８０を供給すると共に冷媒液８０の供給量を調整する駆動システム１とすることもできる。

本発明の他の実施形態として、それはさらに、図５または図６に示されるように、制御装置２０が循環手段８２を作動し、冷媒液８０の気相８００を冷媒液容器８１に液相８０で回収する駆動システム１とすることができる。

本発明のもう一つの他の実施形態として、それはさらに、駆動シャフト１０００を円筒型マウント３００の中心部３４０に固定し、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結するように配備された無鉄心回転電気機械１０からなる駆動システム１とすることもできる。

本発明の第６の態様は、図３および図４の無鉄心回転電気機械１０の模式図と図５および図６の駆動システム１の模式図とよって示される、無鉄心回転電気機械１０を定格を超える負荷で稼働するための駆動システム１である。

それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の一方の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、蓋型マウント２００に回転自在に対置されるカップ型マウント４００とからなるロータ３とによってエアギャップを含む第１空隙４０を形成し、ロータ３を構成するカップ型マウント４００は、一方は開放され他方は閉じられた底部４１０を有し、底部４１０に同心円のインナーヨーク４２０およびアウターヨーク４３０を一体化し、インナーヨーク４２０の外周面４２２および／またはアウターヨーク４３０の内周面４３１に複数のマグネット４を互いに円周方向に間隙４１を空けて配備し、間隙４１に対応するインナーヨーク４２０の位置にインナーヨーク４２０を貫通するスリット４２３を設けている。

それはさらに、円筒コイル１００の他方の端面１０２を、カップ型マウント４００の底部４１０との間で隙間４１１を残して円筒コイル１００を第１空隙４０に浮かせて配置し、カップ型マウント４００の一方の端面４０１と蓋型マウント２００との間に円筒コイル１００の内周側１１０に第２空隙５０が形成され、円筒コイル１００の外周側１２０に第３空隙６０が形成され、ステータ２に第１空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８を有する無鉄心回転電気機械１０と、ロータ３と連動して作動する無鉄心回転電気機械１０を駆動する駆動装置３０と、ステータ２に配備されるコイル温度検知センサ２１と連動して第１空隙４０に冷媒液８０を供給する制御装置２０とからなる、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するための駆動システム１である。

本発明の第６の態様から明らかなように、駆動システム１は、駆動装置３０を作動し、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するときに、制御装置２０を作動し、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、発熱する円筒コイル１００がスリット４２３を介して円筒コイル１００に送られる冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却し、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整することを特徴とする。

本発明の一つの実施形態として、駆動システム１はさらに、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するときに、制御装置２０を作動し、円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給する動作と、該動作によって円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように第１空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める動作とを繰り返すことによって、円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持することが、より好ましい。

本発明のもう一つの実施形態として、制御装置２０が、図５に示されるように、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給するポンプ２２と、ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３とを含み、コイル温度検知センサ２１に連動してコントローラ２３がポンプ２２を作動し、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、スリット４２３を介して発熱する円筒コイル１００に冷媒液８０を送ると共に冷媒液８０の供給量を調整する駆動システム１とすることができる。

本発明のさらにもう一つの実施形態として、制御装置２０が、図６に示されるように、第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３とを含み、コイル温度検知センサ２１と連動してコントローラ２３が電磁弁２４を作動し、円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から第１空隙４０のインナーヨーク４２０の内側４２１に冷媒液８０を供給し、スリット４２３を介して発熱する円筒コイル１００に冷媒液８０を送ると共に冷媒液８０の供給量を調整する駆動システム１とすることもできる。

本発明のもう一つの他の実施形態として、駆動シャフト１０００をカップ型マウント４００の中心部４４０に固定し、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結するように配備された無鉄心回転電気機械１０からなる駆動システム１とすることもできる。

本発明の駆動システム１において、無鉄心回転電気機械１０の円筒コイル１００は、絶縁層で覆われた長手方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成されるものか、または、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成されるものの、いずれかであることが好ましい。

本発明の駆動システム１において、冷媒液８０は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかであることが好ましい。

本発明の実施形態である、円筒コイルを含む蓋型マウントからなるステータに回転自在に対置される円筒型マウントからなるロータを備えた無鉄心回転電気機械の断面模式図である。図１に示される無鉄心回転電気機械の一部を切欠いた斜視図である。本発明の他の実施形態である、円筒コイルを含む蓋型マウントからなるステータに回転自在に対置されるカップ型マウントからなるロータを備えた無鉄心回転電気機械の断面模式図である。図３に示される無鉄心回転電気機械の一部を切欠いた斜視図である。図１または図３に示される無鉄心回転電気機械のステータに関して配備されるポンプによる冷媒液の流量を制御する制御部または制御装置、および、ロータに関連して配備される駆動部または駆動装置、を含む無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムを表す模式図である。図１または図３に示される無鉄心回転電気機械のステータに関して配備される電磁弁による冷媒液の流量を制御する制御部または制御装置、および、ロータに関連して配備される駆動部または駆動装置、を含む無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムを表す模式図である。円筒コイルを含む蓋型マウントからなるステータに回転自在に対置されるカップ型マウントからなるロータを備えた無鉄心回転電気機械の被測定モータ（ＣＰ５０）の駆動試験の概要図である。図７に示される被測定モータ（ＣＰ５０）の寸法を表す詳細図である。被測定モータ（ＣＰ５０）の印加電圧を２４Ｖに設定し、円筒コイルに冷媒液（純水）を供給することなく被測定モータ（ＣＰ５０）を稼働しても、円筒コイルが許容される上限温度ｔ_Ｍ（＝１３０℃）を超えないトルクを被測定モータ（ＣＰ５０）の定格トルクとした場合の時間（秒）と負荷トルクおよび円筒コイルの温度ｔの推移を始動開始から７２０秒（１２分）間抜粋したものである。図７に示されるトルクセンサを介した発電機の可変負荷で被測定モータ（ＣＰ５０）の負荷を増大させ、許容上限温度ｔ_Ｍを超えずに、かつ、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭めるように稼働させ、印加電圧を２４Ｖに設定したときの最大トルクと冷媒液流量を測定する冷媒液供給の制御フローである。被測定モータ（ＣＰ５０）が定格トルクを超える負荷トルクＴ（Ｔ_１＝０．３３Ｎｍ、Ｔ_２＝０．３６Ｎｍ、Ｔ_３＝０．３９Ｎｍ、Ｔ_４＝０．４２Ｎｍ）のそれぞれで駆動させたときの電流（Ａｒｍｓ）、回転数（ｒｐｍ）、出力（Ｗ）、ポンプ搬送量（ｍｌ/ｍｉｎ）、１０分間におけるポンプ稼働時間合計（ｓｅｃ）、１０分間における冷媒（純水）量（ｍｌ）を表にしたものである。図１１の表の負荷トルクＴに対する電流（Ａｒｍｓ）及び１０分間における冷媒（純水）量（ｍｌ）をグラフにしたものである。負荷トルクＴ＝０．３３Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのタイミングの推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクＴ＝０．３６Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクＴ＝０．３９Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクＴ＝０．４２Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍ（３００秒）⇒Ｔ_４＝０．４２Ｎｍ（３００秒）⇒Ｔ_１＝０．３３Ｎｍ（１２０秒）とした場合の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、始動から１８０〜４２０秒間のコイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。図１７に示された負荷トルクを変化させた測定モータ（ＣＰ５０）を冷媒液の供給開始温度ｔ_Ｌ１＝１１０℃（これを超える温度ｔで冷媒液を供給し）、冷媒液の停止温度ｔ_Ｌ２＝９０℃（これを下回る温度ｔで冷媒液の供給を止めるよう）に設定したときの温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、始動から１８０〜４２０秒間のコイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。代表的冷媒液の融点℃、沸点℃、気化熱ｋＪ／ｋｇの一覧表である。被測定モータ（ＣＰ５０）を用いた駆動試験において、フッ素系冷媒を負荷トルクＴ＝０．３１７Ｎｍで冷却無と冷却有の場合の円筒コイルの温度ｔの推移を表す。（参考図）無鉄心回転電気機械の第２空隙のみに冷媒液に供給する構成を有する無鉄心回転電気機械である。

本発明者らは、コアレスモータ（ＣＰ５０）に定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍを超える負荷を連続的に付与しながら、電機子コイルである円筒コイルの温度を完全に制御し、それにより、コアレスモータ（ＣＰ５０）の連続運転が可能であることを確認した。

本発明の円筒コイル１００を含むステータ２を備えた無鉄心回転電気機械１０（以下、「コアレスモータ１０」と称する。）の基本構造の特徴は、第１に、ステータ２に一端を固定された電機子コイルとして、絶縁層で覆われた長手方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体、または、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に成形された円筒コイル１００を用いたことである。それは、通電可能な無鉄心の円筒コイルであって、好ましくは、２層または４層からなる厚さが５ｍｍ以下の一定の剛性を有するものである。

基本構造の特徴の第２は、円筒コイル１００の一方の端面を、ステータ２を構成する蓋型マウント２００の内周面によって閉鎖し、円筒コイル１００の開放された他方の端面を、磁性体からなるロータ３の円筒型マウント３００またはカップ型マウント４００の底部と複数のマグネット（永久磁石）４が配備された円筒型マウント３００の内周面またはカップ型マウント４００のアウターヨーク４３０とによって磁界が形成されるエアギャップを含む空隙または第１空隙４０に浮かせた状態で挿入配置する構造を有するコアレスモータ１０であることである。

そうなると、円筒コイル１００の内面またはカップ型マウント４００からなるロータ３のインナーヨーク４２０の内側に冷媒液８０を送り込むことによって、冷媒液８０は、磁界が形成されたエアギャップを通るときに発熱する円筒コイル１００の内面で気化される。それにより、円筒コイル１００は、気化潜熱で内面が冷却され、熱伝達により外面を含む円筒コイル全体が瞬時に冷却される。これが本発明のコアレスモータの冷却構造の特徴の一つである。

基本構造の特徴の第３は、定格を超える負荷でコアレスモータ１０を稼働するときに作動する制御部または制御装置２０をステータ２に関連付けて配置し、それは稼働中の円筒コイル１００の温度上昇を検知するコイル温度検知センサ２１を含むことである。この特徴は、制御部または制御装置２０が、コイル温度検知センサ２１に連動して円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整することである。そのことにより、定格を超える負荷で連続稼働するコアレスモータ１０が実現される。本発明のコアレスモータ１０について、図１３から図１８、および、図２０に示されるように、様々な過負荷状態を想定した駆動試験を行った。

図７は、円筒コイル１００を含む蓋型マウント２００からなるステータ２に回転自在に対置されるカップ型マウント４００からなるロータ３を備えた無鉄心回転電気機械１０の一実施形態に基づく被測定モータ（ＣＰ５０）の駆動試験装置の概要図である。図８は、被測定モータ（ＣＰ５０）の実測構造の詳細図である。

図７から明らかなように、被測定モータ（ＣＰ５０）であるコアレスモータ１０の直径Φ＝６ｍｍの出力軸１０００にトルク計３５（UNIPULSE TM301）を接続したトルクセンサ３４（UNIPULSE UTM II-5Nm）を介して発電機３２（m-link CPH80-E）連結させる。発電機３２が発電する電力を可変負荷３３（m-link VL300）で消費させ、コアレスモータ１０に任意の負荷を与えて駆動させる。コアレスモータ１０の電流は、駆動部または駆動装置３０（三相PWM方式 m-link MLD750-ST）とコアレスモータ１０との間に電力計３１（HIOKI PW3336）を入れて測定した。電力計３１により電流Ｉ（Ａ）、電圧Ｖ（Ｖ）、電力Ｐｉ（Ｗ）を測定することができる。

次にＣＰＵを含む制御部または制御装置２０（m-link TH300）は、円筒コイル１００に設置されるコイル温度検知センサ２１による温度ｔおよび電圧を記録する装置（GRAPHTEC
GL-100）を介して、温度ｔおよび電圧が入力される。制御部または制御装置２０は、適宜設定された温度ｔで冷媒液供給ポンプ２２（NITTO UPS-112）を作動し、さらに停止動作を行い、冷媒液容器８１からコアレスモータ１０の第１空隙４０に冷媒液８０を供給する。冷媒液８０の流量は、制御部または制御装置２０に関連付けて配備される冷媒流量可変装置２６（TOKYO-RIKOSHA TYPE RSA-5）によって冷媒液供給ポンプ２２の駆動電圧を可変することにより調整するようにした。コアレスモータ１０はさらに、パイプ８２を含む経路８、および、ロータ３のインナーヨーク４２０に軸方向に複数のスリット４２３を設ける。

図８に示される被測定モータであるコアレスモータ１０の寸法について概説する。ステータ２に連結固定しロータ３に回転自在に連結する出力軸の軸方向の長さはＬ＝８１．７ｍｍである。ステータ２の矩形底部の一辺はｘ＝５０ｍｍ、ロータ３のアウターヨークの外径はΦ＝４６．３ｍｍ、内径はΦ＝４０ｍｍ、厚みはΔ＝３．１５ｍｍである。ロータ軸部の直径はΦ＝２２．５ｍｍ、これはインナーヨーク４２０の内径Φに相当する。外径はΦ＝２７．５ｍｍであり、厚みはΔ＝２．５ｍｍである。アウターヨーク４３０の内面に配備された４個のマグネット４の厚みはΔ＝３．５ｍｍである。インナーヨーク４２０とアウターヨーク４３０で形成されるエアギャップの幅はΨ＝２．７５ｍｍであり、エアギャップに浮かせた状態に配備される円筒コイル１００の厚さは、Δ＝１．５０ｍｍである。

被測定モータ（ＣＰ５０）であるコアレスモータ１０を用いた駆動試験は、円筒コイル１００に直接冷媒液である純水８０を散布し、純水８０の気化潜熱で発熱する円筒コイル１００を冷却する作用効果、および、その冷却作用により、定格を超える負荷条件においても、コアレスモータ１０の連続運転が可能であることを検証するためである。

コアレスモータ１０の試験手順は、以下の通りである。図７に示される駆動部または駆動装置３０（三相PWM方式 m-link MLD750-ST）（以下「駆動装置３０」という。）に印加電圧を電圧Ｖ_０＝２４（Ｖ）に設定した。電圧Ｖ_０を２４（Ｖ）より高い３６（Ｖ）や４８（Ｖ）に設定し、仕事量を同じで試験することも可能であるが、勿論、それぞれの場合で異なる結果になることはいうまでもない。

次に、発電機３２の可変負荷３３でコアレスモータ１０に与える負荷トルクＴを増大させていく。負荷トルクＴの設定に合わせるように冷媒液（純水）８０の流量は、制御部または制御装置２０（以下「制御装置２０」という。）に関連付けて配備される冷媒液流量可変装置２６によって冷媒液供給ポンプ２２の駆動電圧を可変することにより調整する。コアレスモータ１０で用いられる円筒コイル１００の許容上限温度は１３０℃である。したがって、調整は、ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、かつ、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭めるように稼動し、そのときの負荷トルクＴおよび冷媒液（純水）８０の流量を測定した。

図１０は、図７に示されるトルクセンサ３４を介した発電機３２の可変負荷３３でコアレスモータ（ＣＰ５０）１０の負荷を増大させ、許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃の超えずに、かつ、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭めるように稼動するための制御フローである。

図１０から明らかなように、コイル温度検知センサ２１を読み込み（第１読込）、円筒コイル１００の温度ｔ_Ｌ１＝１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液を供給する場合に冷媒液供給ポンプ２２を稼働される。さらにコイル温度検知センサ２１を読み込み（第２読込）、気化潜熱で発熱する円筒コイル１００が冷されて温度ｔがｔ_Ｌ２＝１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液の供給を止める場合に冷媒液供給ポンプ２２を停止する。その間に、円筒コイルの温度ｔがこれらの設定温度に至らないときは、コイル温度検知センサ２１の第１読込、および、第２読込が繰り返される。

このように、コアレスモータ１０の駆動装置３０への印加電圧を２４Ｖに設定したときの最大トルクＴ_Ｍを測定し、そのときの冷媒液（純水）８０の毎分の流量Ｌ_Ｍを測定した。冷媒液供給ポンプ２２の作動条件は、以下の通り。
（１）冷却開始温度ｔ_Ｌ１＝１２３℃（第１読込）
（２）冷却停止温度ｔ_Ｌ２＝１２２℃（第２読込）
（１）および（２）の読み込みで冷媒液供給ポンプ２２を切り替え、コアレスモータ１０を作動させたときに、トルクＴ_Ｍ＝０．４２Ｎｍ、流量Ｌ_Ｍ＝１．１４１ｍｌ／ｍｉｎであった。

最大トルクＴ_Ｍおよび最大流量Ｌ_Ｍとした技術的根拠は、トルクＴが０．４２Ｎｍを超えて稼働すると、冷媒液８０の流量も増大する。ところが、冷媒液８０の増大に伴い、冷媒液８０が円筒コイル１００で気化されずに霧状（液相）のままコアレスモータ１０の外部に放出されることを確認した。したがって、トルクＴ_Ｍ＝０，４２Ｎｍは、コアレスモータ１０を定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍを超える負荷で連続運転できる限界トルクになる。

図９は、円筒コイル１００に冷媒液である純水８０を供給することなく、円筒コイル１００が許容限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えずに、連続運転可能なトルクを表す。コアレスモータ１０を負荷トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍで連続運転したとき、図９から明らかなように、円筒コイル１００の温度は、５０秒で１００℃に達し、３００秒（５分）で１２０℃を超える。７２０秒（１２分）で１２７℃に達し、その後、許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃以下で温度平衡となる。図９は、端的には、冷媒液が供給されないときの連続運転可能な定格トルクがＴ_０＝０．２８Ｎｍであることを表している。

次に、駆動装置３０への印加電圧を２４Ｖに設定したときのコアレスモータ１０に定格トルクＴ_０を超える負荷トルクＴを付与する。そうすると、図１２から明らかなように、負荷トルクＴの増大に比例して電流は増加し、それに伴う円筒コイル１００の発熱によって、冷媒液（純水）８０の供給量が増加する。このことから、駆動システム１が正しく制御された結果、過負荷状態の連続運転が可能であることが確認できる。

具体的には、定格トルクＴ_０を超える負荷でコアレスモータ１０を連続運転する負荷トルクＴをＴ_１＝０．３３Ｎｍ、Ｔ_２＝０．３６Ｎｍ、Ｔ_３＝０．３９Ｎｍ、Ｔ_４＝Ｔ_Ｍ＝０．４２Ｎｍに設定し、さらにＴ_４＝０．４２ＮｍからＴ_１＝０．３３Ｎｍに低く設定した後に再度Ｔ_４＝０．４２Ｎｍに戻すように設定した５ケースについて、コアレスモータ１０を作動させた。

コアレスモータ１０は、制御装置２０が、冷却開始温度ｔ_Ｌ１＝１２３℃（第１読込）で、これを超える温度ｔで冷媒液を供給し、冷却停止温度ｔ_Ｌ２＝１２２℃（第２読込）で、これを下回る温度ｔで冷媒液の供給を止めるように、冷媒液供給ポンプ２２を切り替え、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭めるように制御することにより、定格トルクＴ_０を超えるいずれの設定トルクにおいても、正常な連続運転が可能であることを確認した。

冷媒液供給ポンプ２２の作動条件は、冷却開始（第１読込）温度ｔ_Ｌ1＝１２３℃とした。これは冷却開始時のオーバーシュートによる温度上昇分を担保し、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えない設定値である。また、冷却停止（第２読込）温度ｔ_Ｌ２＝１２２℃とした。これは冷却停止時のオーバーシュートによる温度下降分を担保し、更に冷却開始（第１読込）温度ｔ_Ｌ1＝１２３℃とのヒステリシスを１℃とすることで外来ノイズ等による誤動作を防止しシステムを安定的に動作させる設定値である。この作動条件によって制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭め、熱衝撃による円筒コイルへのストレスを軽減し円筒コイルの電気抵抗値変化を狭めることが可能となる。

以下、同一設備、同一制御条件下にて負荷トルクＴを変えて確認した結果について説明する。それぞれの結果は図１３〜図１７に示される。

図１３は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１３（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．３３Ｎｍに維持したまま、冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。より詳細には、円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、１００秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ1＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０がインナーヨークに貫通するスリットを経由し円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１１１℃から１２５℃の範囲で推移する。図１３（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

図１３（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる上昇後の温度は２℃以内程度で直後に反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１１から７℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２５℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１４℃となる。したがって、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１４は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_２＝０．３６Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１４（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．３６Ｎｍに維持したまま、冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、９０秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ１＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１１３℃から１２８℃の範囲で推移する。図１４（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

コアレスモータ１０の稼働試験中、冷却液供給開始から１０分間のポンプ稼動時間の合計は、トルクＴ_１の場合は５６秒間であったが、トルクＴ_２の場合は８５．５秒間である。その間の冷媒液の供給量もトルクＴ_１の場合は３．６２ｍｌであるのにトルクＴ_２の場合は５．５３ｍｌで、トルクＴ_１の場合の１．５倍である（図１１、図１２）。

図１４（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる温度上昇は５℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は９から５℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_２＝０．３６Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２８℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１３℃、_Δｔ＝１５℃となる。トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍのときに比べパルス間隔は短くなる。このケースにおいても、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ _Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１５は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_３＝０．３９Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１５（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．３９Ｎｍに維持したまま、冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、５０秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ１＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１０９℃から１２８℃の範囲で推移する。図１５（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

コアレスモータ１０の稼働試験中、冷却液供給開始から１０分間のポンプ稼動時間の合計は、トルクＴ_１の場合は５６秒間であったが、トルクＴ_３の場合は１２８秒間である。その間の冷媒液の供給量もトルクＴ_１の場合３．６２ｍｌであるのに比してトルクＴ_３の場合８．２８ｍｌで、トルクＴ_１の場合の２．３倍である（図１１、図１２）。

図１５（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる温度上昇は５℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１３から５℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_３＝０．３９Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２８℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０９℃、_Δｔ＝１９℃となる。トルクＴ_２＝０．３６Ｎｍのときに比べパルス間隔はさらに短くなる。このケースにおいても、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１６は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１６（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．４２Ｎｍに維持した冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、４０秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ１＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１０７℃から１２７℃の範囲で推移する。図１６（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

コアレスモータ１０の稼働試験中、冷却液供給開始から１０分間のポンプ稼動時間の合計は、トルクＴ_１の場合は５６秒間であったが、トルクＴ_４の場合は１７６．５秒間である。その間の冷媒液の供給量もトルクＴ_１の場合３．６２ｍｌであるのに比してトルクＴ _４の場合１１．４１ｍｌで、トルクＴ_１の場合の３．２倍である（図１１、図１２）。

図１６（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる温度上昇は４℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１５から７℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２７℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０７℃、_Δｔ＝２０℃となる。トルクＴ_３＝０．３９Ｎｍのときに比べパルス間隔はさらに短くなる。このケースにおいても、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１３〜図１６から明らかなように、コアレスモータ１０に定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍを超える負荷トルクＴ_１〜Ｔ_４（０．３３〜０．４２Ｎｍ）を連続的に付与しながら、円筒コイル１００の温度を制御し、それにより、コアレスモータ１０の連続運転が可能であることを確認した。この試験結果からＴ_１〜Ｔ_４のいずれの場合においても、コアレスモータ１０は、円筒コイル１００が供給される冷媒液（純水）８０を気化し、その気化潜熱で、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍを超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００の最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差 _Δｔを狭めるように、円筒コイル１００の温度を制御することによって、正常な連続運転が可能であることを確認した。

４ケースの過負荷状態のコアレスモータ１０は、円筒コイル１００への冷媒液（純水）８０の供給量を調整することによって、最大温度ｔ_ｃ１＝１２５℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１４℃（Ｔ_１）、最大温度ｔ_ｃ１＝１２８℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１３℃、_Δｔ＝１５℃（Ｔ_２）、最大温度ｔ_ｃ１＝１２８℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０９℃、_Δｔ＝１９℃（Ｔ_３）、最大温度ｔ_ｃ１＝１２７℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０７℃、_Δｔ＝２０℃（Ｔ_４）のように、円筒コイル１００を適正温度範囲に完全な制御状態で連続運転可能であることが検証された。

４ケースの過負荷状態のコアレスモータ１０の駆動試験による検証を補強するための更なる駆動試験を行った。それは、発電機３２の可変負荷３３で設定される負荷トルクをＴ _１＝０．３３Ｎｍに設定してコアレスモータ１０の始動から３００秒（５分）まで駆動し、次の３００秒から６００秒（さらに５分）間には負荷トルクをＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定してコアレスモータ１０を駆動し、次の６００秒から７２０秒（さらに２分）間には負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍに再設定してコアレスモータ１０を駆動した試験である。

図１７は、コアレスモータ１０を、トルクＴ_１で５分、トルクＴ_４で５分、さらに再度トルクＴ_１で２分間、連続的に駆動した試験結果である。図１７（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定してコアレスモータ１０の始動から３００秒（５分）まで駆動し、次の３００秒から６００秒（さらに５分）間には負荷トルクをＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定した条件においても冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１０９℃から１２６℃の範囲に推移する。図１７（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後も同様の負荷変動においてもほぼ同様に推移することは確認済みである。

冷媒液供給ポンプ２２の作動条件は、これまでのケースと同様に、冷却開始（第１読込）温度ｔ_Ｌ１＝１２３℃を超えたときである。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止（第２読込）温度ｔ_Ｌ２＝１２２℃を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。

図１７（ｂ）は、負荷トルクをＴ_１＝０．３３ＮｍからＴ_４＝０．４２Ｎｍに瞬時に変化させている部分の詳細である。具体的には始動時から１８０秒（３分）から４２０秒（７分）の４分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。より詳細には、１８０秒（３分）から３００秒（５分）の負荷トルクＴ_１は０．３３Ｎｍであるので、急冷却と緩慢な温度上昇は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、温度上昇は１℃以内程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１１から７℃程度低下する。具体的には負荷トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定された始動時から１８０秒（３分）から３００秒（５分）の２分間の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２４℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１３℃となり、図１３の結果である最大温度ｔ_ｃ１＝１２５℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１４℃とほぼ合致する。

３００秒（５分）から４２０秒（７分）の間の負荷トルクＴ_４は０．４２Ｎｍであるので、温度の急冷却と急上昇は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、温度上昇は４℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１３から１０℃程度まで低下する。具体的には負荷トルクＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定された３００秒（５分）から４２０秒（７分）の間の２分間の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２６℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０９℃、_Δｔ＝１７℃となり、図１６の結果である最大温度ｔ_ｃ１＝１２７℃、最小温度ｔ _ｃ２＝１０８℃、_Δｔ＝１９℃とほぼ合致する。これによりコアレスモータ１０稼動中にトルク０．４２Ｎｍを上限とする負荷変動においても正しく制御され連続運転が可能であることが確認できた。

図１８は、図１７に示された負荷トルクと同一条件で円筒コイル１００の冷却開始温度ｔ_Ｌ１と冷却停止温度ｔ_Ｌ２を変化させたときの実験結果である。コアレスモータ１０を始動し、円筒コイル１００がｔ_Ｌ１＝１１０℃のときを冷却開始温度に設定し、さらにｔ _Ｌ２＝９０℃のときを冷却停止温度に設定し、トルクＴ_１で５分、トルクＴ_４で５分、再度トルクＴ_１で２分間、連続的にコアレスモータ１０を駆動した試験結果である。冷却開始温度のｔ_Ｌ１及び冷却停止温度のｔ_Ｌ２の設定値を変更した場合においても、駆動システム１は、正常に作動することを確認することができた。

以上の駆動試験は、冷媒液を図１９の表に記載された気化熱２２５７ｋＪ／ｋｇの純水を用いて行ったものである。図１９は純水８０を含む冷媒液の融点℃、沸点℃、気化熱ｋＪ／ｋｇの一覧表である。そこで、冷媒液８０として、融点−１２３℃、沸点３４℃、気化熱１４２ｋＪ／ｋｇのフッ素系液体を用い、負荷トルクＴ＝０．３１７Ｎｍに設定したコアレスモータ１０で、冷媒無の場合と冷媒有の場合の駆動試験を行った。

図２０は、冷媒液８０にフッ素系冷媒を用い、冷媒液供給ポンプ２２の作動条件を、冷却開始温度ｔ_Ｌ１＝５４℃（第１読込）と冷却停止温度ｔ_Ｌ２＝５２℃（第２読込）に設定し、円筒コイル１００に供給しながら駆動された場合と、供給されない場合との駆動試験における円筒コイル１００の温度ｔの推移を表す。この駆動試験によって、稼働されるコアレスモータ１０において、フッ素系冷媒液８０が供給された場合には円筒コイル１００を５０℃〜６０℃の間で推移させることができる一方で、フッ素系冷媒液８０が供給されない場合には、円筒コイル１００は１０分程度で１３０℃を超えることが確認された。

駆動試験の結果は、フッ素系冷媒液８０であっても、円筒コイル１００に供給され、円筒コイル１００で気化された気化潜熱による円筒コイル１００に対する冷却動作が制御装置２０によって適正に制御されることを明らかにした。それはまた、純水以外の他の冷媒液８０を用いるコアレスモータ１０において、円筒コイル１００に対する冷却動作が適正制御できれば、コアレスモータ１０の連続運転が可能であることを検証するものであり、冷媒を変更することでコイルの温度制御領域を変更することが可能であることを確認することができた。

図８のコアレスモータ１０を用いた本駆動試験から明らかなように、本発明は、定格負荷を超える負荷で連続運転する無鉄心回転電機機械、その駆動方法およびそれを含む駆動システムであって、少なくとも以下の構成を有するものである。

無鉄心回転電機機械は、典型的には、円筒型マウントの内周面に複数のマグネットが配備されたロータか、または、底部に同心円のインナーヨークおよびアウターヨークを一体化させたカップ型マウントのインナーヨークの外周面および／またはアウターヨークの内周面に複数のマグネットを互いに円周方向に間隙を空けて配備し、該間隙に対応するインナーヨークの位置にインナーヨークを貫通するスリットを有するロータか、そのいずれかを一方の構成要件とするものであり、ロータに対応する他方の構成要件であるステータは、通電可能な無鉄心の円筒コイル有し、該円筒コイルの一方の端面が固定される蓋型マウントとからなるものである。

それはさらに、図１および図２と図３および図４から明らかなように、ステータに固定された円筒コイルの内側とロータおよびステータの中心部とで形成される空間に冷媒液を供給する経路を有しており、駆動部または駆動装置によって駆動されるときに制御部または制御装置を作動し、発熱する円筒コイルの温度を適宜検知することによって、該経路を介して円筒コイルの内周面に直接送る冷媒液の供給量を調整する構成を有するものである。このことは、駆動システムを表す図５および図６から容易に理解されることである。

本発明の無鉄心回転電機機械、その駆動方法、およびそれを含む駆動システムは、定格を超える様々な負荷条件に適用可能であることは、駆動試験概要図である図７の発電機３２における可変負荷３３から容易に推定することができる。しかも、駆動試験に用いたコアレスモータと同じ構成を有するものであれば、その大小は問わないことはいうまでもない。

参考図として例示した図２１の無鉄心回転電気機械は、冷媒液に供給する構成が、図３および図４に示された冷媒液が供給される位置が第１空隙ではなく、第２空隙に位置した実施例である。この実施例においても、第２空隙に送られる冷媒液が発熱する円筒コイルに達し、冷媒液をそこで気化し、その気化潜熱で円筒コイルの冷却が十分にでき、それにより、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械とすることができるものと考える。ただし、この構成に基づくコアレスモータの駆動試験は実施されていない。

本発明は、好ましい実施形態に関連して記載されたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、均等物がそれについての要素に代替され得ることが理解されるであろう。したがって、本発明を実施するために考慮された最良の実施態様として開示された特定の実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲に属する全ての実施形態を含むものである。

１駆動システム
２ステータ（固定子）
３ロータ（回転子）
４マグネット
８冷媒液を供給する経路
１０無鉄心回転電気機械またはコアレスモータ
２０制御部または制御装置
２１コイル温度検知センサ
２２ポンプ
２３コントローラ
２４電磁弁
２５温度・電圧記録装置
２６冷媒液流量可変装置

３０駆動部または駆動装置
３１電力計
３２発電機
３３可変負荷
３４トルクセンサ
３５トルク計

４０エアギャップを含む空隙または第１空隙
４１マグネット相互の間隙
５０第２空隙
６０第３空隙

８０冷媒液または液相
８００冷媒液の気相
８１冷媒液容器
８２循環手段または循環搬送パイプ

１００円筒コイル
１０１円筒コイルの一方の端面
１０２円筒コイルの他方の端面
１１０円筒コイルの内周側
１２０円筒コイルの外周側

２００ステータ２を構成する蓋型マウント
２４０蓋型マウントの中心部

３００ロータ３を構成する円筒型マウント
３１０円筒型マウントの内周面
３４０円筒型マウントの中心部

４００ロータ３を構成するカップ型マウント
４０１カップ型マウントの一方の端面
４１０カップ型マウントの底部
４２０カップ型マウント４００を構成するインナーヨーク
４２１インアーヨーク４２０の内側
４２２インアーヨーク４２０の外周面
４２３インアーヨーク４２０を貫通するスリット
４３０カップ型マウント４００を構成するアウターヨーク
４３１アウターヨークの外周面

１０００駆動シャフト

本発明は、より具体的には、通電可能な無鉄心の円筒コイルの端面を固定する蓋型マウントからなるステータ（固定子）と、蓋型マウントに回転自在に対置される円筒型マウントで内周面に複数のマグネットが配備されているロータ（回転子）とでエアギャップを含む空隙を形成する無鉄心回転電気機械において、定格を超える負荷で稼働するときに、エアギャップを含む空隙に冷媒液を供給し、発熱する円筒コイルが冷媒液を気化し、冷媒液の気化潜熱で円筒コイルを冷却し、円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように冷媒液の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにした無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムに関する。

因みに、試験用モータとして製作されたコアレスモータ（ＣＰ５０）は、いわゆる電動モータである。詳細は後述されるが、ここでいう定格は、冷媒液の供給量はゼロにして、冷媒液供給の制御部を作動せずに連続運転を行い、かつ、円筒コイルの温度が許容上限温度１３０℃を超えない条件としたものであり、定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍ、定格電流Ｉ_０＝９．７Ａｒｍｓ、定格回転速度ｎ_０＝６５３７ｒｐｍ、定格出力Ｐ_０＝１９１．６７Ｗである（図９）。

本発明の第１の態様は、図１の断面模式図および図２の破断斜視図に示される定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０である。
それは、
通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、
蓋型マウント２００に回転自在に対置される円筒型マウント３００で円筒型マウント３００の内周面３１０に複数のマグネット４が配備されているロータ３と
によって
エアギャップを含む空隙４０を形成し、
空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８を前記ステータ２に設け、
ステータ２に関連する制御部２０と、
ロータ３に関連する駆動部３０と、
を配備する、
定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０である。

無鉄心回転電気機械１０は、
駆動部３０を作動し、
定格を超える負荷で稼働するときに、制御部２０を作動し、
空隙４０に前記冷媒液８０を供給し、
発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、
冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却し、
円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、
冷媒液８０の供給量を調整することによって、
定格を超える負荷で稼働するようにしたことを特徴とする。

無鉄心回転電気機械１０はまた、ステータ２に、経路８に連通する冷媒液容器８１を配備し、冷媒液容器８１と空隙４０との間を連通する循環手段８２をさらに配備することができる。

本発明の実施形態の一つとして、
無鉄心回転電気機械１０は、それが定格を超える負荷で稼働されるときに、
制御部２０が作動し、
円筒コイル１００が許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように冷媒液８０の供給量を調整する動作と、
該動作によって円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める動作と
を繰り返すことによって、
円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持することが、より好ましい。

本発明の実施形態のもう一つとして、
制御部２０は、図３の模式図に示されるように、
円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、
コイル温度検知センサ２１と連動して冷媒液８０を空隙４０に供給するポンプ２２と、
ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３と
を含むことができる。

本発明の実施形態のさらにもう一つとして、
制御部２０は、図４の模式図に示されるように、円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、
コイル温度検知センサ２１と連動して円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、
電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３と
を含むこともできる。

本発明の他の実施形態の一つとして、制御部２０は、図３または図４に示されるように、循環手段８２により冷媒液８０の気相８００を冷媒液容器８１に液相８０で回収するようにしてもよい。

本発明の他の実施形態のもう一つとして、図１および図２に示されるように、駆動シャフト１０００が円筒型マウント３００の中心部３４０に固定し、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結するように配備された無鉄心回転電気機械１０にすることができる。

本発明の他の実施形態のさらにもう一つとして、円筒コイル１００は、絶縁層で覆われた軸方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成されるものか、または、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成されるものの、いずれかであることが好ましい。

本発明のさらに別の実施形態として、冷媒液８０は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかであることが好ましい。

本発明の第２の態様は、図１および図２に示される定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０の駆動方法である。
それは、
通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、
蓋型マウント２００に回転自在に対置される円筒型マウント３００で円筒型マウント３００の内周面３１０に複数のマグネット４が配備されているロータ３と、によって
エアギャップを含む空隙４０を形成し、
空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８を前記ステータ２に設け、
ステータ２に関連する制御部２０と、
ロータ３に関連する駆動部３０と、
を配備する、
定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械１０の駆動方法である。

それは、
駆動部３０を作動し、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働する工程と、
制御部２０を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給する工程と、
発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却する工程と、
円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態の一つとして、それは、
制御部２０を作動し、円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める工程をさらに含み、
該工程である空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める工程と
空隙４０に冷媒液８０を供給する工程と
を繰り返すことによって、
円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持する工程
をさらに含むことが、より好ましい。

本発明の実施形態のもう一つとして、それはまた、
制御部２０が、図３に示されるように、
円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、
冷媒液８０を供給するポンプ２２と、
ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３と
をさらに含み、
コイル温度検知センサ２１を作動し、円筒コイル１００の温度を検出する工程と、
該工程に連動してコントローラ２３がポンプ２２を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給する工程および冷媒液８０の供給量を調整する工程と、
を含む駆動方法とすることができる。

本発明の実施形態のさらにもう一つとして、それはまた、
制御部２０が、図４に示されるように、
円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と、
コイル温度検知センサ２１と連動して円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、
電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３と
を含み、
コイル温度検知センサ２１を作動し、円筒コイル１００の温度を検出する工程と、
該工程に連動してコントローラ２３が電磁弁２４を作動し、冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液を供給する工程および冷媒液８０の供給量を調整する工程と、
を含む駆動方法でもよい。

本発明の他の実施形態の一つとして、それはさらに、図３または図４に示されるように、制御部２０が循環手段８２を作動し、冷媒液８０の気相８００を冷媒液容器８１に液相８０で回収する工程をさらに含む駆動方法とすることもできる。

本発明の他の実施形態のもう一つとして、それはさらに、駆動シャフト１０００が円筒型マウント３００の中心部３４０に固定され、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結された無鉄心回転電気機械１０の駆動方法とすることができる。

本発明の第３の態様は、図１および図２の無鉄心回転電気機械１０の模式図と図３および図４の駆動システム１の模式図とよって示される、無鉄心回転電気機械１０を、定格を超える負荷で稼働するための駆動システム１である。

それは、
通電可能な無鉄心の円筒コイル１００の端面１０１を固定する蓋型マウント２００からなるステータ２と、
蓋型マウント２００に回転自在に対置される円筒型マウント３００で円筒型マウント３００の内周面３１０に複数のマグネット４が配備されているロータ３と、
によって
エアギャップを含む空隙４０を形成し、
ステータ２の空隙４０に冷媒液８０を供給する経路８を有する無鉄心回転電気機械１０と、
ロータ３と連動して作動する無鉄心回転電気機械１０を駆動する駆動装置３０と、
ステータ２に配備される円筒コイル１００の温度を検出するコイル温度検知センサ２１と連動して空隙４０に冷媒液８０を供給する制御装置２０と
からなる、
無鉄心回転電気機械１０を、定格を超える負荷で稼働するための駆動システム１である。

それは、
駆動装置３０を作動し、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するときに、制御装置２０を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給し、
発熱する円筒コイル１００が冷媒液８０を気化し、冷媒液８０の気化潜熱で円筒コイル１００を冷却し、
円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整する
ことによって、
定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するようにしたことを特徴とする。

本発明の実施形態一つとして、それはさらに、
定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械１０を稼働するときに、制御装置２０を作動し、
円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように空隙４０に冷媒液８０を供給する動作と、
該動作によって円筒コイル１００が少なくとも冷媒液８０が気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らないように空隙４０に対する冷媒液８０の供給を止める動作と
を繰り返すことによって、
円筒コイル１００を許容上限温度ｔ_Ｍと下限温度ｔ_Ｎとの範囲に維持することが、より好ましい。

本発明の実施形態もう一つとして、
制御装置２０が、図３に示されるように、
冷媒液８０を供給するポンプ２２と、
ポンプ２２に対するオン・オフ指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３と
を含み、
コイル温度検知センサ２１に連動してコントローラ２がポンプ２２を作動し、空隙４０に冷媒液８０を供給すると共に冷媒液８０の供給量を調整する
駆動システム１とすることができる。

本発明の実施形態のさらにもう一つとして、
制御装置２０が、図４に示されるように、
冷媒液８０を供給する電磁弁２４と、
電磁弁２４に対する開閉指令によって冷媒液８０の供給量を調整するコントローラ２３と
を含み、
コイル温度検知センサ２１と連動して電磁弁２４を作動し、
円筒コイル１００より高い位置に配置された冷媒液容器８１から空隙４０に冷媒液８０を供給する
と共に
冷媒液８０の供給量を調整する
駆動システム１とすることもできる。

本発明の他の実施形態の一つとして、それはさらに、図３または図４に示されるように、制御装置２０が循環手段８２を作動し、冷媒液８０の気相８００を冷媒液容器８１に液相８０で回収する駆動システム１とすることができる。

本発明の他の実施形態のもう一つとして、それはさらに、駆動シャフト１０００を円筒型マウント３００の中心部３４０に固定し、蓋型マウント２００の中心部２４０に回転自在に連結するように配備された無鉄心回転電気機械１０からなる駆動システム１とすることもできる。

本発明の実施形態である、円筒コイルを含む蓋型マウントからなるステータに回転自在に対置される円筒型マウントからなるロータを備えた無鉄心回転電気機械の断面模式図である。図１に示される無鉄心回転電気機械の一部を切欠いた斜視図である。図１に示される無鉄心回転電気機械のステータに関して配備されるポンプによる冷媒液の流量を制御する制御部または制御装置、および、ロータに関連して配備される駆動部または駆動装置、を含む無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムを表す模式図である。図１に示される無鉄心回転電気機械のステータに関して配備される電磁弁による冷媒液の流量を制御する制御部または制御装置、および、ロータに関連して配備される駆動部または駆動装置、を含む無鉄心回転電気機械、その駆動方法、および、それを含む駆動システムを表す模式図である。円筒コイルを含む蓋型マウントからなるステータに回転自在に対置される円筒形のマウントからなるロータを備えた無鉄心回転電気機械の被測定モータ（ＣＰ５０）の駆動試験の概要図である。図５に示される被測定モータ（ＣＰ５０）の寸法を表す詳細図である。被測定モータ（ＣＰ５０）の印加電圧を２４Ｖに設定し、円筒コイルに冷媒液（純水）を供給することなく被測定モータ（ＣＰ５０）を稼働しても、円筒コイルが許容される上限温度ｔ_Ｍ（＝１３０℃）を超えないトルクを被測定モータ（ＣＰ５０）の定格トルクとした場合の時間（秒）と負荷トルクおよび円筒コイルの温度ｔの推移を始動開始から７２０秒（１２分）間抜粋したものである。図５に示されるトルクセンサを介した発電機の可変負荷で被測定モータ（ＣＰ５０）の負荷を増大させ、許容上限温度ｔ_Ｍを超えずに、かつ、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭めるように稼働させ、印加電圧を２４Ｖに設定したときの最大トルクと冷媒液流量を測定する冷媒液供給の制御フローである。被測定モータ（ＣＰ５０）が定格トルクを超える負荷トルクＴ（Ｔ_１＝０．３３Ｎｍ、Ｔ_２＝０．３６Ｎｍ、Ｔ_３＝０．３９Ｎｍ、Ｔ_４＝０．４２Ｎｍ）のそれぞれで駆動させたときの電流（Ａｒｍｓ）、回転数（ｒｐｍ）、出力（Ｗ）、ポンプ搬送量（ｍｌ/ｍｉｎ）、１０分間におけるポンプ稼働時間合計（ｓｅｃ）、１０分間における冷媒（純水）量（ｍｌ）を表にしたものである。図９の表の負荷トルクＴに対する電流（Ａｒｍｓ）及び１０分間における冷媒（純水）量（ｍｌ）をグラフにしたものである。負荷トルクＴ＝０．３３Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのタイミングの推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクＴ＝０．３６Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクＴ＝０．３９Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクＴ＝０．４２Ｎｍの場合において、円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、および、始動から１８０〜３６０秒間の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍ（３００秒）⇒Ｔ_４＝０．４２Ｎｍ（３００秒）⇒Ｔ_１＝０．３３Ｎｍ（１２０秒）とした場合の円筒コイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、始動から１８０〜４２０秒間のコイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。図１５に示された負荷トルクを変化させた測定モータ（ＣＰ５０）を冷媒液の供給開始温度ｔ_Ｌ１＝１１０℃（これを超える温度ｔで冷媒液を供給し）、冷媒液の停止温度ｔ_Ｌ２＝９０℃（これを下回る温度ｔで冷媒液の供給を止めるよう）に設定したときの温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移、始動から１８０〜４２０秒間のコイル温度ｔ、ポンプのｏｎ／ｏｆｆのパルス推移を表す。代表的冷媒液の融点℃、沸点℃、気化熱ｋＪ／ｋｇの一覧表である。被測定モータ（ＣＰ５０）を用いた駆動試験において、フッ素系冷媒を負荷トルクＴ＝０．３１７Ｎｍで冷却無と冷却有の場合の円筒コイルの温度ｔの推移を表す。（参考図）無鉄心回転電気機械の第２空隙のみに冷媒液に供給する構成を有する無鉄心回転電気機械である。

本発明の円筒コイル１００を含むステータ２を備えた無鉄心回転電気機械１０（以下、「コアレスモータ１０」と称する。）の基本構造の特徴は、第１に、ステータ２に一端を固定された電機子コイルとして、絶縁層で覆われた長手方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体、または、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に成形された円筒コイル１００を用いたことである。それは、通電可能な無鉄心の円筒コイル１００であって、好ましくは、２層または４層からなる厚さが５ｍｍ以下の一定の剛性を有するものである。

基本構造の特徴の第２は、円筒コイル１００の一方の端面を、ステータ２を構成する蓋型のマウントの内周面によって閉鎖し、円筒コイル１００の開放された他方の端面を、磁性体からなるロータ３の円筒型のマウントの底部と複数のマグネット（永久磁石）４が配備された円筒型のマウントの内周面とによって磁界が形成されるエアギャップを含む空隙４０に浮かせた状態で挿入配置する構造を有するコアレスモータ１０であることである。

そうなると、円筒コイル１００の内面に冷媒液８０を送り込むことによって、冷媒液８０は、磁界が形成されたエアギャップを通るときに発熱する円筒コイル１００の内面で気化される。それにより、円筒コイル１００は、気化潜熱で内面が冷却され、熱伝達により外面を含む円筒コイル全体が瞬時に冷却される。これが本発明のコアレスモータの冷却構造の特徴の一つである。

基本構造の特徴の第３は、定格を超える負荷でコアレスモータ１０を稼働するときに作動する制御部または制御装置２０をステータ２に関連付けて配置し、それは稼働中の円筒コイル１００の温度上昇を検知するコイル温度検知センサ２１を含むことである。この特徴は、制御部または制御装置２０が、コイル温度検知センサ２１に連動して円筒コイル１００が定格運転時の許容上限温度ｔ_Ｍを超えないように、冷媒液８０の供給量を調整することである。そのことにより、定格を超える負荷で連続稼働するコアレスモータ１０が実現される。本発明のコアレスモータ１０について、図１１から図１６、および、図１８に示されるように、様々な過負荷状態を想定した駆動試験を行った。

図５は、円筒コイル１００を含む蓋型のマウントからなるステータ２に回転自在に対置される円筒型のマウントからなるロータ３を備えた無鉄心回転電気機械１０の一実施形態に基づく被測定モータ（ＣＰ５０）の駆動試験装置の概要図である。図６は、被測定モータ（ＣＰ５０）の実測構造の詳細図である。

図５から明らかなように、被測定モータ（ＣＰ５０）であるコアレスモータ１０の直径Φ＝６ｍｍの出力軸１０００にトルク計３５（UNIPULSE TM301）を接続したトルクセンサ３４（UNIPULSE UTM II-5Nm）を介して発電機３２（m-link CPH80-E）連結させる。発電機３２が発電する電力を可変負荷３３（m-link VL300）で消費させ、コアレスモータ１０に任意の負荷を与えて駆動させる。コアレスモータ１０の電流は、駆動部または駆動装置３０（三相PWM方式 m-link MLD750-ST）とコアレスモータ１０との間に電力計３１（HIOKI PW3336）を入れて測定した。電力計３１により電流Ｉ（Ａ）、電圧Ｖ（Ｖ）、電力Ｐｉ（Ｗ）を測定することができる。

図６に示される被測定モータであるコアレスモータ１０の寸法について概説する。より具体的には、一方は開放され他方は閉じられた底部を有し、該底部に同心円のインナーヨークおよびアウターヨークを一体化し、該アウターヨークの内周面に複数のマグネット４を互いに円周方向に間隙を空けて配備し、該間隙に対応するインナーヨークの位置に円筒コイル１００に通じるインナーヨークに貫通するスリットを設けた構造からなり、ステータ２に連結固定しロータ３に回転自在に連結する出力軸の軸方向の長さはＬ＝８１．７ｍｍである。ステータ２の矩形底部の一辺はｘ＝５０ｍｍ、ロータ３のアウターヨークの外径はΦ＝４６．３ｍｍ、内径はΦ＝４０ｍｍ、厚みはΔ＝３．１５ｍｍである。ロータ軸部の直径はΦ＝２２．５ｍｍ、これはインナーヨークの内径Φに相当する。外径はΦ＝２７．５ｍｍであり、厚みはΔ＝２．５ｍｍである。アウターヨークの内面に配備された４個のマグネット４の厚みはΔ＝３．５ｍｍである。インナーヨークとアウターヨークで形成されるエアギャップの幅はΨ＝２．７５ｍｍであり、エアギャップに浮かせた状態に配備される円筒コイル１００の厚さは、Δ＝１．５０ｍｍである。

コアレスモータ１０の試験手順は、以下の通りである。図５に示される駆動部または駆動装置３０（三相PWM方式 m-link MLD750-ST）（以下「駆動装置３０」という。）に印加電圧を電圧Ｖ_０＝２４（Ｖ）に設定した。電圧Ｖ_０を２４（Ｖ）より高い３６（Ｖ）や４８（Ｖ）に設定し、仕事量を同じで試験することも可能であるが、勿論、それぞれの場合で異なる結果になることはいうまでもない。

図８は、図５に示されるトルクセンサ３４を介した発電機３２の可変負荷３３でコアレスモータ（ＣＰ５０）１０の負荷を増大させ、許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃の超えずに、かつ、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と制御時の円筒コイルの最小温度ｔ_ｃ２の温度差_Δｔを狭めるように稼動するための制御フローである。

図８から明らかなように、コイル温度検知センサ２１を読み込み（第１読込）、円筒コイル１００の温度ｔ_Ｌ１＝１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液を供給する場合に冷媒液供給ポンプ２２を稼働される。さらにコイル温度検知センサ２１を読み込み（第２読込）、気化潜熱で発熱する円筒コイル１００が冷されて温度ｔがｔ_Ｌ２＝１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液の供給を止める場合に冷媒液供給ポンプ２２を停止する。その間に、円筒コイルの温度ｔがこれらの設定温度に至らないときは、コイル温度検知センサ２１の第１読込、および、第２読込が繰り返される。

図７は、円筒コイル１００に冷媒液である純水８０を供給することなく、円筒コイル１００が許容限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えずに、連続運転可能なトルクを表す。コアレスモータ１０を負荷トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍで連続運転したとき、図７から明らかなように、円筒コイル１００の温度は、５０秒で１００℃に達し、３００秒（５分）で１２０℃を超える。７２０秒（１２分）で１２７℃に達し、その後、許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃以下で温度平衡となる。図７は、端的には、冷媒液が供給されないときの連続運転可能な定格トルクがＴ_０＝０．２８Ｎｍであることを表している。

次に、駆動装置３０への印加電圧を２４Ｖに設定したときのコアレスモータ１０に定格トルクＴ_０を超える負荷トルクＴを付与する。そうすると、図１０から明らかなように、負荷トルクＴの増大に比例して電流は増加し、それに伴う円筒コイル１００の発熱によって、冷媒液（純水）８０の供給量が増加する。このことから、駆動システム１が正しく制御された結果、過負荷状態の連続運転が可能であることが確認できる。

以下、同一設備、同一制御条件下にて負荷トルクＴを変えて確認した結果について説明する。それぞれの結果は図１１〜図１５に示される。

図１１は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１１（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．３３Ｎｍに維持したまま、冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。より詳細には、円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、１００秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ1＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０がインナーヨークに貫通するスリットを経由し円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１１１℃から１２５℃の範囲で推移する。図１１（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

図１１（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる上昇後の温度は２℃以内程度で直後に反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１１から７℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２５℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１４℃となる。したがって、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１２は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_２＝０．３６Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１２（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．３６Ｎｍに維持したまま、冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、９０秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ１＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１１３℃から１２８℃の範囲で推移する。図１２（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

コアレスモータ１０の稼働試験中、冷却液供給開始から１０分間のポンプ稼動時間の合計は、トルクＴ_１の場合は５６秒間であったが、トルクＴ_２の場合は８５．５秒間である。その間の冷媒液の供給量もトルクＴ_１の場合は３．６２ｍｌであるのにトルクＴ_２の場合は５．５３ｍｌで、トルクＴ_１の場合の１．５倍である（図９、図１０）。

図１２（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる温度上昇は５℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は９から５℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_２＝０．３６Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２８℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１３℃、_Δｔ＝１５℃となる。トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍのときに比べパルス間隔は短くなる。このケースにおいても、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１３は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_３＝０．３９Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１３（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．３９Ｎｍに維持したまま、冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、５０秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ１＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１０９℃から１２８℃の範囲で推移する。図１３（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

コアレスモータ１０の稼働試験中、冷却液供給開始から１０分間のポンプ稼動時間の合計は、トルクＴ_１の場合は５６秒間であったが、トルクＴ_３の場合は１２８秒間である。その間の冷媒液の供給量もトルクＴ_１の場合３．６２ｍｌであるのに比してトルクＴ_３の場合８．２８ｍｌで、トルクＴ_１の場合の２．３倍である（図９、図１０）。

図１３（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる温度上昇は５℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１３から５℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_３＝０．３９Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２８℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０９℃、_Δｔ＝１９℃となる。トルクＴ_２＝０．３６Ｎｍのときに比べパルス間隔はさらに短くなる。このケースにおいても、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１４は、発電機３２の可変負荷３３で負荷トルクＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定されたコアレスモータ１０の駆動試験の結果である。図１４（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、トルクＴ_１は０．４２Ｎｍに維持した冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作によって円筒コイル１００を一定の温度領域に維持するように、コアレスモータ１０は作動される。円筒コイル１００の温度ｔは、コアレスモータ１０の始動後、４０秒前後で冷却開始温度（ｔ_Ｌ１＝１２３℃）を上回る。このときに冷媒液（純水）８０が円筒コイルに直接供給される。次に気化潜熱によって円筒コイル１００が冷却されて冷却停止温度（ｔ_Ｌ２＝１２２℃）を下回るときに、冷媒液（純水）８０の供給が停止される。これらのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１０７℃から１２７℃の範囲で推移する。図１４（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後もほぼ同様に推移することは確認済みである。

コアレスモータ１０の稼働試験中、冷却液供給開始から１０分間のポンプ稼動時間の合計は、トルクＴ_１の場合は５６秒間であったが、トルクＴ_４の場合は１７６．５秒間である。その間の冷媒液の供給量もトルクＴ_１の場合３．６２ｍｌであるのに比してトルクＴ_４の場合１１．４１ｍｌで、トルクＴ_１の場合の３．２倍である（図９、図１０）。

図１４（ｂ）は、冷却開始後である、始動時から１８０秒（３分）から３６０秒（６分）の３分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。急冷却する状態は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、オーバーシュートによる温度上昇は４℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１５から７℃程度低下する。具体的には、負荷トルクＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定された制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２７℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０７℃、_Δｔ＝２０℃となる。トルクＴ_３＝０．３９Ｎｍのときに比べパルス間隔はさらに短くなる。このケースにおいても、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍ＝１３０℃を超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００が制御時の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように制御することによって、正常な連続運転が可能になることを確認した。

図１１〜図１４から明らかなように、コアレスモータ１０に定格トルクＴ_０＝０．２８Ｎｍを超える負荷トルクＴ_１〜Ｔ_４（０．３３〜０．４２Ｎｍ）を連続的に付与しながら、円筒コイル１００の温度を制御し、それにより、コアレスモータ１０の連続運転が可能であることを確認した。この試験結果からＴ_１〜Ｔ_４のいずれの場合においても、コアレスモータ１０は、円筒コイル１００が供給される冷媒液（純水）８０を気化し、その気化潜熱で、円筒コイル１００の許容上限温度ｔ_Ｍを超えず、冷媒液（純水）の気化する下限温度ｔ_Ｎを下回らない状態で、円筒コイル１００の最大温度ｔ_ｃ１と最小温度ｔ_ｃ２の差_Δｔを狭めるように、円筒コイル１００の温度を制御することによって、正常な連続運転が可能であることを確認した。

４ケースの過負荷状態のコアレスモータ１０の駆動試験による検証を補強するための更なる駆動試験を行った。それは、発電機３２の可変負荷３３で設定される負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定してコアレスモータ１０の始動から３００秒（５分）まで駆動し、次の３００秒から６００秒（さらに５分）間には負荷トルクをＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定してコアレスモータ１０を駆動し、次の６００秒から７２０秒（さらに２分）間には負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍに再設定してコアレスモータ１０を駆動した試験である。

図１５は、コアレスモータ１０を、トルクＴ_１で５分、トルクＴ_４で５分、さらに再度トルクＴ_１で２分間、連続的に駆動した試験結果である。図１５（ａ）から明らかなように、コアレスモータ１０の稼働試験中、負荷トルクをＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定してコアレスモータ１０の始動から３００秒（５分）まで駆動し、次の３００秒から６００秒（さらに５分）間には負荷トルクをＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定した条件においても冷媒液供給ポンプ２２のｏｎ／ｏｆｆのパルス動作の繰り返しによって円筒コイルの温度ｔは、一定の温度領域である１０９℃から１２６℃の範囲に推移する。図１５（ａ）は連続運転試験におけるコアレスモータ１０の始動開始から７２０秒（１２分）間を抜粋したものであり、７２０秒（１２分）経過後も同様の負荷変動においてもほぼ同様に推移することは確認済みである。

図１５（ｂ）は、負荷トルクをＴ_１＝０．３３ＮｍからＴ_４＝０．４２Ｎｍに瞬時に変化させている部分の詳細である。具体的には始動時から１８０秒（３分）から４２０秒（７分）の４分間の円筒コイル１００の温度波形を拡大した図である。より詳細には、１８０秒（３分）から３００秒（５分）の負荷トルクＴ_１は０．３３Ｎｍであるので、急冷却と緩慢な温度上昇は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、温度上昇は１℃以内程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１１から７℃程度低下する。具体的には負荷トルクＴ_１＝０．３３Ｎｍに設定された始動時から１８０秒（３分）から３００秒（５分）の２分間の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２４℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１３℃となり、図１１の結果である最大温度ｔ_ｃ１＝１２５℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１１１℃、_Δｔ＝１４℃とほぼ合致する。

３００秒（５分）から４２０秒（７分）の間の負荷トルクＴ_４は０．４２Ｎｍであるので、温度の急冷却と急上昇は、図から容易に判断される。第１読込温度ｔ_Ｌ１は１２３℃で、これを超える温度ｔで冷媒液８０を供給して冷却開始すると、温度上昇は４℃程度で反転する。反転後の第２読込温度ｔ_Ｌ２は１２２℃で、これを下回る温度ｔで冷媒液８０の供給を止めても、オーバーシュートで下降後の温度は１３から１０℃程度まで低下する。具体的には負荷トルクＴ_４＝０．４２Ｎｍに設定された３００秒（５分）から４２０秒（７分）の間の２分間の円筒コイルの最大温度ｔ_ｃ１＝１２６℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０９℃、_Δｔ＝１７℃となり、図１４の結果である最大温度ｔ_ｃ１＝１２７℃、最小温度ｔ_ｃ２＝１０８℃、_Δｔ＝１９℃とほぼ合致する。これによりコアレスモータ１０稼動中にトルク０．４２Ｎｍを上限とする負荷変動においても正しく制御され連続運転が可能であることが確認できた。

図１６は、図１５に示された負荷トルクと同一条件で円筒コイル１００の冷却開始温度ｔ_Ｌ１と冷却停止温度ｔ_Ｌ２を変化させたときの実験結果である。コアレスモータ１０を始動し、円筒コイル１００がｔ_Ｌ１＝１１０℃のときを冷却開始温度に設定し、さらにｔ_Ｌ２＝９０℃のときを冷却停止温度に設定し、トルクＴ_１で５分、トルクＴ_４で５分、再度トルクＴ_１で２分間、連続的にコアレスモータ１０を駆動した試験結果である。冷却開始温度のｔ_Ｌ１及び冷却停止温度のｔ_Ｌ２の設定値を変更した場合においても、駆動システム１は、正常に作動することを確認することができた。

以上の駆動試験は、冷媒液を図１７の表に記載された気化熱２２５７ｋＪ／ｋｇの純水を用いて行ったものである。図１７は純水８０を含む冷媒液の融点℃、沸点℃、気化熱ｋＪ／ｋｇの一覧表である。そこで、冷媒液８０として、融点−１２３℃、沸点３４℃、気化熱１４２ｋＪ／ｋｇのフッ素系液体を用い、負荷トルクＴ＝０．３１７Ｎｍに設定したコアレスモータ１０で、冷媒無の場合と冷媒有の場合の駆動試験を行った。

図１８は、冷媒液８０にフッ素系冷媒を用い、冷媒液供給ポンプ２２の作動条件を、冷却開始温度ｔ_Ｌ１＝５４℃（第１読込）と冷却停止温度ｔ_Ｌ２＝５２℃（第２読込）に設定し、円筒コイル１００に供給しながら駆動された場合と、供給されない場合との駆動試験における円筒コイル１００の温度ｔの推移を表す。この駆動試験によって、稼働されるコアレスモータ１０において、フッ素系冷媒液８０が供給された場合には円筒コイル１００を５０℃〜６０℃の間で推移させることができる一方で、フッ素系冷媒液８０が供給されない場合には、円筒コイル１００は１０分程度で１３０℃を超えることが確認された。

図６のコアレスモータ１０を用いた本駆動試験から明らかなように、本発明は、定格負荷を超える負荷で連続運転する無鉄心回転電機機械、その駆動方法およびそれを含む駆動システムであって、少なくとも以下の構成を有するものである。

それはさらに、図１および図２から明らかなように、ステータに固定された円筒コイルの内側とロータおよびステータの中心部とで形成される空間に冷媒液を供給する経路を有しており、駆動部または駆動装置によって駆動されるときに制御部または制御装置を作動し、発熱する円筒コイルの温度を適宜検知することによって、該経路を介して円筒コイルの内周面に直接送る冷媒液の供給量を調整する構成を有するものである。このことは、駆動システムを表す図３および図４から容易に理解されることである。

本発明の無鉄心回転電機機械、その駆動方法、およびそれを含む駆動システムは、定格を超える様々な負荷条件に適用可能であることは、駆動試験概要図である図５の発電機３２における可変負荷３３から容易に推定することができる。しかも、駆動試験に用いたコアレスモータと同じ構成を有するものであれば、その大小は問わないことはいうまでもない。

参考図として例示した図１９の無鉄心回転電気機械は、冷媒液に供給する構成が、図１および図２に示された冷媒液が供給される位置が第１空隙ではなく、第２空隙に位置した実施例である。この実施例においても、第２空隙に送られる冷媒液が発熱する円筒コイルに達し、冷媒液をそこで気化し、その気化潜熱で円筒コイルの冷却が十分にでき、それにより、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械とすることができるものと考える。ただし、この構成に基づくコアレスモータの駆動試験は実施されていない。

１駆動システム
２ステータ（固定子）
３ロータ（回転子）
４マグネット
８冷媒液を供給する経路
１０無鉄心回転電気機械またはコアレスモータ
２０制御部または制御装置
２１コイル温度検知センサ
２２ポンプ
２３コントローラ
２４電磁弁
２５温度・電圧記録装置
２６冷媒液流量可変装置

３０駆動部または駆動装置
３１電力計
３２発電機
３３可変負荷
３４トルクセンサ
３５トルク計

４０エアギャップを含む空隙
４１マグネット相互の間隙

８０冷媒液または液相
８００冷媒液の気相
８１冷媒液容器
８２循環手段または循環搬送パイプ

１００円筒コイル
１０１円筒コイルの一方の端面
１０２円筒コイルの他方の端面
１１０円筒コイルの内周側
１２０円筒コイルの外周側

２００ステータ２を構成する蓋型マウント
２４０蓋型マウントの中心部

３００ロータ３を構成する円筒型マウント
３１０円筒型マウントの内周面
３４０円筒型マウントの中心部

１０００駆動シャフト

Claims

通電可能な無鉄心の円筒コイルの端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、前記蓋型マウントに回転自在に対置される円筒型マウントで該円筒型マウントの内周面に複数のマグネットが配備されているロータとでエアギャップを含む空隙を形成し、前記空隙に冷媒液を供給する経路を前記ステータに設け、前記ステータに関連する制御部と、前記ロータに関連する駆動部と、を配備する、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械であって、
前記駆動部を作動し、定格を超える負荷で稼働するときに、前記制御部を作動し、前記空隙に前記冷媒液を供給し、発熱する前記円筒コイルが前記冷媒液を気化し、前記冷媒液の気化潜熱で前記円筒コイルを冷却し、前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように、前記冷媒液の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにしたことを特徴とする無鉄心回転電気機械。
定格を超える負荷で稼働するときに、前記制御部が作動し、前記円筒コイルが前記許容上限温度を超えないように前記冷媒液の供給量を調整する動作と、該動作によって前記円筒コイルが少なくとも前記冷媒液が気化する下限温度を下回らないように前記空隙に対する前記冷媒液の供給を止める動作とを繰り返すことによって、前記円筒コイルを前記許容上限温度と前記下限温度との範囲に維持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載された無鉄心回転電気機械。
前記制御部は、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記コイル温度検知センサと連動して前記冷媒液を前記空隙に供給するためのポンプと、前記ポンプに対するオン・オフ指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラを含むことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記経路に連通する冷媒液容器を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記制御部は、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記コイル温度検知センサと連動して前記円筒コイルより高い位置に配置された前記冷媒液容器から前記空隙に前記冷媒液を供給するための電磁弁と、前記電磁弁に対する開閉指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラを含むことを特徴とする請求項４に記載された無鉄心回転電気機械。
前記冷媒液容器と前記空隙との間を連通する循環手段を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記制御部は、前記循環手段により前記冷媒液の気相を前記冷媒液容器に液相で回収することを特徴とする請求項６に記載された無鉄心回転電気機械。
前記円筒型マウントの中心部に固定され、前記蓋型マウントの中心部に回転自在に連結される駆動シャフトを配備することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
通電可能な無鉄心の円筒コイルの一方の端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、前記蓋型マウントに回転自在に対置されるカップ型マウントとからなるロータとによってエアギャップを含む第１空隙を形成し、
前記ロータを構成する前記カップ型マウントは、一方は開放され他方は閉じられた底部を有し、前記底部に同心円のインナーヨークおよびアウターヨークを一体化し、前記インナーヨークの外周面および／または前記アウターヨークの内周面に複数のマグネットを互いに円周方向に間隙を空けて配備し、前記間隙に対応する前記インナーヨークの位置に前記インナーヨークに貫通するスリットを設けており、
前記円筒コイルの他方の端面を、前記カップ型マウントの前記底部との間で隙間を残して前記円筒コイルを前記第１空隙に浮かせて配置し、前記カップ型マウントの一方の端面と前記蓋型マウントとの間に前記円筒コイルの内周側に第２空隙が形成され、前記円筒コイルの外周側に第３空隙が形成され、前記第１空隙に冷媒液を供給する経路が前記ステータに設けられ、前記ステータに関連する制御部と、前記ロータに関連する駆動部と、が配備される、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械であって、
前記駆動部を作動し、定格を超える負荷で稼働するときに、前記制御部を作動し、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し、前記スリットを介して前記円筒コイルに送られる前記冷媒液を発熱する前記円筒コイルが気化し、前記冷媒液の気化潜熱で前記円筒コイルを冷却し、前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように、前記冷媒液の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で稼働するようにしたことを特徴とする無鉄心回転電気機械。
定格を超える負荷で稼働するときに、前記制御部が作動し、前記円筒コイルが前記許容上限温度を超えないように前記冷媒液の供給量を調整する動作と、前記動作によって前記円筒コイルが少なくとも前記冷媒液が気化する下限温度を下回らないように前記第１空隙に対する前記冷媒液の供給を止める動作とを繰り返すことによって、前記円筒コイルを前記許容上限温度と前記下限温度との範囲に維持するようにしたことを特徴とする請求項９に記載された無鉄心回転電気機械。
前記制御部は、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記コイル温度検知センサと連動して前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給するためのポンプと、該ポンプに対するオン・オフ指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラを含むことを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記経路に連通する冷媒液容器を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記制御部は、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記コイル温度検知センサと連動して前記円筒コイルより高い位置に配置された前記冷媒液容器から前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給するための電磁弁と、前記電磁弁に対する開閉指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラを含むことを特徴とする請求項１２に記載された無鉄心回転電気機械。
前記冷媒液容器と前記第１空隙との間を連通する循環手段を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項１２または１３のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記制御部は、前記循環手段により前記冷媒液の気相を前記冷媒液容器に液相で回収することを特徴とする請求項１４に記載された無鉄心回転電気機械。
前記カップ型マウントの中心部に固定され、前記蓋型マウントの中心部に回転自在に連結される駆動シャフトを配備することを特徴とする請求項９から１５のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記円筒コイルは、絶縁層で覆われた軸方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成される請求項１から１６のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記円筒コイルは、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成される請求項１から１６のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
前記冷媒液は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかである請求項１から１８のいずれかに記載された無鉄心回転電気機械。
通電可能な無鉄心の円筒コイルの端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、前記蓋型マウントに回転自在に対置される円筒型マウントで該円筒型マウントの内周面に複数のマグネットが配備されているロータとによってエアギャップを含む空隙を形成し、前記空隙に冷媒液を供給する経路を前記ステータに設け、前記ステータに関連する制御部と、前記ロータに関連する駆動部と、を配備する、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械の駆動方法であって、
前記駆動部を作動し、定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働する工程と、
前記制御部を作動し、前記空隙に前記冷媒液を供給する工程と、
発熱する前記円筒コイルが前記冷媒液を気化し、前記冷媒液の気化潜熱で前記円筒コイルを冷却する工程と、
前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように前記冷媒液の供給量を調整する工程と、
を含むことを特徴とする駆動方法。
前記制御部を作動し、前記円筒コイルが少なくとも前記冷媒液が気化する下限温度を下回らないように前記空隙に対する前記冷媒液の供給を止める工程を含み、該工程と前記空隙に前記冷媒液を供給する前記工程とを繰り返すことによって、前記円筒コイルを前記許容上限温度と前記下限温度との範囲に維持する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載された駆動方法。
前記制御部が、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記冷媒液を供給するポンプと、該ポンプに対するオン・オフ指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラを含み、
前記コイル温度検知センサを作動し、前記円筒コイルの温度を検出する工程と、
該工程に連動して前記コントローラが前記ポンプを作動し、前記空隙に前記冷媒液を供給する工程および前記冷媒液の供給量を調整する工程と
を含むことを特徴とする請求項２０または２１のいずれかに記載された駆動方法。
前記経路に連通する冷媒液容器を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載された駆動方法。
前記制御部が、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記コイル温度検知センサと連動して前記円筒コイルより高い位置に配置された前記冷媒液容器から前記空隙に前記冷媒液を供給する電磁弁と、前記電磁弁に対する開閉指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラとを含み、
前記コイル温度検知センサを作動し、前記円筒コイルの温度を検出する工程と、
該工程に連動して前記コントローラが前記電磁弁を作動し、前記冷媒液容器から前記空隙に前記冷媒液を供給する工程および前記冷媒液の供給量を調整する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２３に記載された駆動方法。
前記冷媒液容器と前記空隙との間を連通する循環手段を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項２３または２４のいずれかに記載された駆動方法。
前記制御部が前記循環手段を作動し、前記冷媒液の気相を前記冷媒液容器に液相で回収する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載された駆動方法。
前記円筒型マウントの中心部に固定され、前記蓋型マウントの中心部に回転自在に連結される駆動シャフトを配備することを特徴とする請求項２０から２６のいずれかに記載された駆動方法。
通電可能な無鉄心の円筒コイルの一方の端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、前記蓋型マウントに回転自在に対置されるカップ型マウントとからなるロータとによってエアギャップを含む第１空隙を形成し、
前記ロータを構成する前記カップ型マウントは、一方は開放され他方は閉じられた底部を有し、前記底部に同心円のインナーヨークおよびアウターヨークを一体化し、前記インナーヨークの外周面および／または前記アウターヨークの内周面に複数のマグネットを互いに円周方向に間隙を空けて配備し、前記間隙に対応する前記インナーヨークの位置に該インナーヨークに貫通するスリットを設けており、
前記円筒コイルの他方の端面を、前記カップ型マウントの前記底部との間で隙間を残して前記円筒コイルを前記第１空隙に浮かせて配置し、前記カップ型マウントの一方の端面と前記蓋型マウントとの間に前記円筒コイルの内周側に第２空隙が形成され、前記円筒コイルの外周側に第３空隙が形成され、前記第１空隙に冷媒液を供給する経路が前記ステータに設けられ、前記ステータに関連する制御部と、前記ロータに関連する駆動部と、が配備される、定格を超える負荷で稼働するための無鉄心回転電気機械の駆動方法であって、
前記駆動部を作動し、定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働する工程と、
前記制御部を作動し、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し、前記スリットを介して発熱する前記円筒コイルに前記冷媒液を送る工程と、
発熱する前記円筒コイルが前記冷媒液を気化し、前記冷媒液の気化潜熱で前記円筒コイルを冷却する工程と、
前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように、前記冷媒液の供給量を調整する工程と、
を含むことを特徴とする駆動方法。
前記制御部を作動し、前記円筒コイルが少なくとも前記冷媒液が気化する下限温度を下回らないように前記第１空隙に対する前記冷媒液の供給を止める工程をさらに含み、該工程と前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し、前記スリットを介して発熱する前記円筒コイルに前記冷媒液を送る前記工程とを繰り返すことによって、前記円筒コイルを前記許容上限温度と前記下限温度との範囲に維持する工程を含むことを特徴とする請求項２８に記載された駆動方法。
前記制御部が、コイル温度検知センサと、前記冷媒液を供給するためのポンプと、前記ポンプに対するオン・オフ指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラを含み、
前記コイル温度検知センサを作動し、前記円筒コイルの温度を検出する工程と、
該工程に連動して前記コントローラが前記ポンプを作動し、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し前記スリットを介して発熱する前記円筒コイルに前記冷媒液を送る工程および前記冷媒液の供給量を調整する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２８または２９のいずれかに記載された駆動方法。
前記経路に連通する冷媒液容器を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項２８から３０のいずれかに記載された駆動方法。
前記制御部が、前記円筒コイルの温度を検出するコイル温度検知センサと、前記コイル温度検知センサと連動して前記円筒コイルより高い位置に配置された前記冷媒液容器から前記冷媒液を前記第１空隙に供給するための電磁弁と、前記電磁弁に対する開閉指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラとを含み、
前記コイル温度検知センサを作動し、前記円筒コイルの温度を検出する工程と、
前記工程に連動して前記コントローラが前記電磁弁を作動し、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し前記スリットを介して発熱する前記円筒コイルに前記冷媒液を送る工程および前記冷媒液の供給量を調整する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載された駆動方法。
前記冷媒液容器と前記第１空隙との間を連通する循環手段を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項３１または３２のいずれかに記載された駆動方法。
前記制御部が前記循環手段を作動し、前記冷媒液の気相を前記冷媒液容器に液相で回収する工程をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載された駆動方法。
前記カップ型マウントの中心部に固定され、前記蓋型マウントの中心部に回転自在に連結される駆動シャフトを配備することを特徴とする請求項２８から３４のいずれかに記載された駆動方法。
前記円筒コイルは、絶縁層で覆われた長手方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成される請求項２０から３５のいずれかに記載された駆動方法。
前記円筒コイルは、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成される請求項２０から３５のいずれかに記載された駆動方法。
前記冷媒液は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかである請求項２０から３７のいずれかに記載された駆動方法。
通電可能な無鉄心の円筒コイルの端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、前記蓋型マウントに回転自在に対置される円筒型マウントで該円筒型マウントの内周面に複数のマグネットを内周面に配備されているロータとによってエアギャップを含む空隙を形成し、前記ステータに前記空隙に冷媒液を供給する経路を有する無鉄心回転電気機械と、前記ロータと連動して作動する前記回転電気機械を駆動する駆動装置と、前記ステータに配備されるコイル温度検知センサと連動して前記空隙に前記冷媒液を供給する制御装置とからなる、前記無鉄心回転電気機械を定格を超える負荷で稼働するための駆動システムであって、
前記駆動装置を作動し、定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働するときに、前記制御装置を作動し、前記空隙に前記冷媒液を供給し、発熱する前記円筒コイルが前記冷媒液を気化し、前記冷媒液の気化潜熱で前記円筒コイルを冷却し、前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように前記冷媒液の供給量を調整することによって、定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働することを特徴とする駆動システム。
定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働するときに、前記制御装置を作動し、前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように前記空隙に前記冷媒液を供給する動作と、該動作によって前記円筒コイルが少なくとも前記冷媒液が気化する下限温度を下回らないように前記空隙に対する前記冷媒液の供給を止める動作とを繰り返すことによって、前記円筒コイルを前記許容上限温度と前記下限温度との範囲に維持するようにしたことを特徴とする請求項３９に記載された駆動システム。
前記制御装置が、前記冷媒液を供給するポンプと、前記ポンプに対するオン・オフ指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラとを含み、前記コイル温度検知センサに連動して前記コントローラが前記ポンプを作動し、前記空隙に前記冷媒液を供給すると共に前記冷媒液の供給量を調整することを特徴とする請求項３９または４０のいずれかに記載された駆動システム。
前記経路に連通する冷媒液容器を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項３９から４１のいずれかに記載された駆動システム。
前記制御装置が、前記冷媒液を供給する電磁弁と、前記電磁弁に対する開閉指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラとを含み、前記コイル温度検知センサと連動して前記電磁弁を作動し、前記円筒コイルより高い位置に配置された前記冷媒液容器から前記空隙に前記冷媒液を供給すると共に前記冷媒液の供給量を調整することを特徴とする請求項４２に記載された駆動システム。
前記冷媒液容器と前記空隙との間を連通する循環手段を前記無鉄心回転電気機械の前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項４２または４３のいずれかに記載された駆動システム。
前記制御装置が、前記循環手段により前記冷媒液の気相を前記冷媒液容器に液相で回収することを特徴とする請求項４４に記載された駆動システム。
前記無鉄心回転電気機械は、前記円筒型マウントの中心部に固定され、前記蓋型マウントの中心部に回転自在に連結される駆動シャフトを配備することを特徴とする請求項３９から４５のいずれかに記載された駆動システム。
通電可能な無鉄心の円筒コイルの一方の端面を固定する蓋型マウントからなるステータと、前記蓋型マウントに回転自在に対置されるカップ型マウントとからなるロータとによってエアギャップを含む第１空隙を形成し、
前記ロータを構成する前記カップ型マウントは、一方は開放され他方は閉じられた底部を有し、前記底部に同心円のインナーヨークおよびアウターヨークを一体化し、前記インナーヨークの外周面および／または前記アウターヨークの内周面に複数のマグネットを互いに円周方向に間隙を空けて配備し、前記間隙に対応する前記インナーヨークの位置に該インナーヨークに貫通するスリットを設けており、
前記円筒コイルの他方の端面を、前記カップ型マウントの前記底部との間で隙間を残して前記円筒コイルを前記第１空隙に浮かせて配置し、前記カップ型マウントの一方の端面と前記蓋型マウントとの間に前記円筒コイルの内周側に第２空隙が形成され、前記円筒コイルの外周側に第３空隙が形成され、前記ステータに前記第１空隙に冷媒液を供給する経路を有する無鉄心回転電気機械と、前記ロータと連動して作動する前記回転電気機械を駆動する駆動装置と、前記ステータに配備されるコイル温度検知センサと連動して前記第１空隙に前記冷媒液を供給する制御装置とからなる、定格を超える負荷で無鉄心回転電気機械を稼働するための駆動システムであって、
前記駆動装置を作動し、定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働するときに、前記制御装置を作動し、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し、発熱する前記円筒コイルが前記スリットを介して前記円筒コイルに送られる前記冷媒液を気化し、前記冷媒液の気化潜熱で前記円筒コイルを冷却し、前記円筒コイルが定格運転時の許容上限温度を超えないように前記冷媒液の供給量を調整することを特徴とする駆動システム。
定格を超える負荷で前記無鉄心回転電気機械を稼働するときに、前記制御装置を作動し、前記円筒コイルが定格運転時の前記許容上限温度を超えないように前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給する動作と、該動作によって前記円筒コイルが少なくとも前記冷媒液が気化する下限温度を下回らないように前記第１空隙に対する前記冷媒液の供給を止める動作とを繰り返すことによって、前記円筒コイルを前記許容上限温度と前記下限温度との範囲に維持するようにしたことを特徴とする請求項４７に記載された駆動システム。
前記制御装置が、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給するポンプと、該ポンプに対するオン・オフ指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラとを含み、前記コイル温度検知センサに連動して前記コントローラが前記ポンプを作動し、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し、前記スリットを介して発熱する前記円筒コイルに前記冷媒液を送ると共に前記冷媒液の供給量を調整することを特徴とする請求項４７または４８のいずれかに記載された駆動システム。
前記経路に連通する冷媒液容器を前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項４７から４９のいずれかに記載された駆動システム。
前記制御装置が、前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給する電磁弁と、前記電磁弁に対する開閉指令によって前記冷媒液の供給量を調整するコントローラとを含み、前記コイル温度検知センサと連動して前記コントローラが前記電磁弁を作動し、前記円筒コイルより高い位置に配置された前記冷媒液容器から前記第１空隙の前記インナーヨークの内側に前記冷媒液を供給し、前記スリットを介して発熱する前記円筒コイルに前記冷媒液を送ると共に前記冷媒液の供給量を調整することを特徴とすることを特徴とする請求項５０に記載された駆動システム。
前記冷媒液容器と前記空隙との間を連通する循環手段を前記無鉄心回転電気機械の前記ステータにさらに配備することを特徴とする請求項５０または５１のいずれかに記載された駆動システム。
前記制御装置が、前記循環手段により前記冷媒液の気相を前記冷媒液容器に液相で回収することを特徴とする請求項５２に記載された駆動システム。
前記無鉄心回転電気機械は、前記円筒型マウントの中心部に固定され、前記蓋型マウントの中心部に回転自在に連結される駆動シャフトを配備することを特徴とする請求項４７から５３のいずれかに記載された駆動システム。
前記円筒コイルは、絶縁層で覆われた長手方向に離間する線状部を有する導電性金属シートの積層体で円筒形に形成される請求項３９から５４のいずれかに記載された駆動システム。
前記円筒コイルは、絶縁層で覆われた線状導体で円筒形に形成される請求項３９から５４のいずれかに記載された駆動システム。
前記冷媒液は、水、エタノール、アンモニア、液体窒素、液体ヘリウム、フッ素系液体のいずれかである請求項３９から５６のいずれかに記載された駆動システム。