JP2007159394A - トルクリップルを低減する回転電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリップルを低減した永久磁石回転電気機械を提供する。
【解決手段】ロータ側に凸状の端面を有するティース（４）及びティースに巻き付けられたコイル（５）を有する集中巻ステータ（２）と、円筒面を規定する電機子（１２）並びに電機子の円筒面の形状に合致した円筒の一部を構成する内面及びステータに対向する平面の外面を備える永久磁石（１４）を有するロータ（３）とを有し、またステータティースは軸端にたいして角度オフセットを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電気機械に関し、特に限定するわけではないがエレベータキャビンを駆動するために使用される回転電気機械に関する。

仏国特許ＦＲ２８０２７２４によれば、ステータ側に凸状の面を有する永久磁石を備えるインナーロータと、インナーロータ側に凹状の端面を有するティースを備えるステータとを製造することが知られている。

その従来の特許が開示している回転機械において、ティースの端面はロータ側に凸状であり、永久磁石のステータ側の端面は回転軸を中心とする円筒形状である。

欧州特許出願ＥＰ１３４９２６１は、エレベータ用のモータを開示しており、そのモータにおいて、ステータは磁極増大部材（pole enlargements）（すなわち「磁極片」）を備えるティースを有し、ロータは永久磁石を有する。
仏国特許出願公開第２８０２７２４号明細書 欧州特許出願公開第１３４９２６１号明細書

振動はエレベータキャビンに伝わりやすく、エレベータに乗っている人の快適さを阻害するため、エレベータキャビンを駆動するために使用される電気モータにとって、振動をできるだけ小さくすることが望ましい。

例えば、エレベータを取り付けやすくするために、モータの外形寸法を小さくすることが要求される。

その目的を達成するための解決策は、第一に、歯車装置なしで又は比較的小さい減少率でモータを使用することにあり、第二に、ロータをより早く回転させることにある。

あいにく、公称速度が増加すると、公称速度での動作時と起動中及び減速段階との両方で、共振周波数に直面するリスクが増加する。

その結果、比較的小さい外形寸法で、ノイズと振動を低減しながら比較的早い速度で回転が可能な回転電気機械の実現が要求される。

本発明の１つの態様において、ロータ側にある凸状の端面を有するティース及びティースに巻き付けられたコイルを有するステータと、ステータに対向する平面を有する永久磁石を含むロータと、を備えた回転電気機械を提供する。

いくつかの典型的な実施の形態において、本発明の回転電気機械は、トルクを比較的高くしつつ、トルクリップルを比較的低くすることができる。

ロータは、アウターロータであっても良い。これにより、永久磁石が分離されるというリスクを制限しながら、ロータを比較的早い速度で回転することを可能にし、また、エレベータケーブルを駆動しやすくする。変形例として、ロータはインナーロータであっても良い。

永久磁石は、単体で構成されても良い。

永久磁石の平面は、回転軸を通り且つ永久磁石の中間で交差する半径に垂直に、有利に配置される。

一例として、ティースの端面は、ティースの先端と回転軸との間の距離より小さい曲率半径を持つ円筒部分である。

ロータの磁極数Ｐは、例えば８〜３２の範囲内であり、ステータのティースの数Ｓは、例えば、１２〜４８の範囲内である。ロータの磁極数とステータのティースの数との関係は、例えば下記の関係の１つを満たしても良い。
・Ｓ／Ｐ＝３／２ 又は Ｓ／Ｐ＝３／４
・Ｓ＝６ｎ Ｐ＝６ｎ±２ ｎは１以上の整数
・Ｓ＝３（２ｎ＋１） 且つ Ｐ＝２（４ｎ＋３） ｎは１以上の整数
・Ｓ＝３ｎ 且つ Ｐ＝（３±１）ｎ ｎは１以上の整数
・Ｓ＝２ｎ 且つ Ｐ＝２（２ｎ±１） ｎは２以上の整数
・Ｓ＝１０ｎ 且つ Ｐ＝２（５ｎ±１）
・Ｓ＝６ｎ 且つ Ｐ＝２（３ｎ±３）

ステータのティースは、第１の軸端と、第１の軸端に対して角度オフセットを持つ第２の軸端とを有しても良い。

このようなオフセットにより、集中巻ステータのように、ティースが磁極片を備えなくてもトルクリップルを低減できる。

角度オフセットは、０．９×２π／３Ｐ以上であっても良い。好ましくは、２π／３Ｐである。ここで、Ｐは、ロータの磁極数を示す。

角度オフセットは、０．９×π／Ｓ以上であっても良い。好ましくは、π／Ｓである。ここで、Ｓは、ステータのスロット数を示す。π／Ｓは２π／３Ｐより大きい。

本発明の他の態様において、エレベータキャビンの駆動方法を提供する。その方法は、歯車装置を用いずに又は４以下の減少ギア比で、上述した回転電気機械を使用する。

また、本発明は、エレベータキャビンを駆動するために、上述した回転電気機械を含むエレベータを提供する。

本発明は、実施形態に限定されない下記の詳細な説明を読み、添付の図を見ることにより、よりよく理解できるであろう。

図１に示す回転電気機械１は、インナーステータ２と回転軸Ｘを中心に回転可能なアウターロータ３とを有する。

ステータ２は、コイル５が巻き付けられた複数のティース４、例えば１８個のティース４を備える。ステータ２は、例えば集中巻タイプである。

ティース４は、磁極片を持たない。

一例として、コイル５は、別々に作られた後、ティース４に取り付けられる。

ステータ２は、コイル５を収容するスロット６を閉じるためのシム（図示せず）を含んでも良い。

上述した例では、ティース４は環状のヨーク８に接続される。

一例として、ティース４とヨーク８は、ニス塗りの磁石の薄板の積層を含む。各薄板は、例えば、ステータと同数のスロットとティースを含む。変形例として、ティース４は、ともに組み立てられる扇形部材（"sectors"）上で支持される。

ティース４は、図５及び図６に示されるように、好ましくは傾斜している。

ティース４において、第１の軸端４ａは、反対側にある第２の軸端４ｂに対して、回転軸Ｘに対して角度オフセットを有する。

一例として、角度オフセットθは、２π／３Ｐである。ここで、Ｐは、ロータの磁極数である。

必要に応じて、例えば、正確な同心から幾何学的に離れた形状の影響を軽減するために、この値はπ／Ｓまで増やすことができる。ここで、Ｓはステータのスロット数を示し、π／Ｓは２π／３Ｐより大きい。

ステータのティース４の傾斜は、磁極片がない場合のトルク振動をさらに減少する。

本発明の一つの態様において、ティース４は、ロータ３側に凸状の端面１０を有する。一例として、これらの端面は、円柱の一部の形状を有し、軸Ｘと平行の発電線と、軸Ｘとティース４の先端との間の距離ｄより小さい曲率半径とを持っている。曲率半径は、例えば、この距離ｄの０．５〜０．７倍である。

ロータ３は、図示されていない軸受の中で回転する。

ロータ３は、半径方向内側に、永久磁石１４、例えば１６個の永久磁石が取り付けられた面１３を持つ環状の電機子１２を備える。

一例として、電機子１２は、ニス塗りの磁石の薄板の積層で構成されている。

一例として、電機子１２の半径方向内側の面１３は、軸Ｘを中心とする円筒であり、永久磁石１４の内面１６は、その電機子１２の半径方向内側の面１３の形状に実質的に適合する形状を持つ円筒の一部である。一例として、永久磁石は、接着手段により、それらの面１６が電機子１２に接着される。

永久磁石の円筒面１６により、比較的大きな接着領域が得られ、良好な機械的強度が得られる。

図示された例では、各永久磁石１４は、ステータに対向する平面の外面１７を有する。永久磁石１４の外面１７は、軸Ｘを通って、永久磁石１４の中間点で永久磁石１４に交差する半径に垂直である。

示された例では、永久磁石１４は単体であるが、例えば、誘導電流による損失を低減するために、永久磁石１４が断片化されても、本発明の範囲を超えない。

永久磁石１４は、実質的に半径方向に磁化され、永久磁石１４の極性は、円周方向に交互に変化する。永久磁石の長手方向Ｌは、例えば、ティース４の幅ｌの１．５〜２．５倍の範囲内である。

端面１０と外面１７との間のエアギャップの幅を変化させることで、トルクのリップルを低減しながら、比較的高いトルクを実現することができる。

その結果、機械により発生するノイズと振動は、比較的低いレベルになる。

例えば、少なくとも１つの滑車溝がアウターロータに形成され、すなわち、ロータが滑車に連結されれば、１以上のエレベータケーブルは、歯車装置なしで駆動できる。変形例として、ロータは、例えば１〜４の比較的小さい減少率の減速装置を介して、滑車を駆動しても良い。

エレベータキャビンを駆動するために、回転の公称速度は、例えば回転毎分４８〜３５５（ｒｐｍ）の範囲内である。

また、ロータ３は、図４に示すようにインナーロータであっても良い。この場合、各永久磁石１４のステータ側の外面１７は、実質的に平面で、且つロータの回転軸を通り、永久磁石の中間点で永久磁石に交差する半径に垂直である。永久磁石１４のステータから遠い側の内面１６は、回転電機子１２の形状に合致した凹状を有する。

本発明は、上述した例に限らず、例えば、ロータが他の数の磁極を持っても良いし、同様にステータが他の数のティースを備えても良い。

回転電気機械は、モータとしてだけでなく、例えばエネルギーの回収を目的とする発電機として使用することもできる。回転電気機械は、エレベータキャビンの駆動以外に応用されても良い。

「有する（"comprising a"）」という用語は、それと反対のことに特定されない限りは、「少なくとも１つを有する（"comprising at least one"）」と同じことを表していることは、理解されるべきである。

本発明は、ここで特定の実施形態を参照して記述されたけれども、当然のことながら、これらの実施形態は、本発明の原理と応用の単なる例である。従って、多数の変形が可能であり、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の処理が考案されることは、理解されるべきである。

本発明の回転電気機械の概略図 図１に示す回転電気機械の断片的及び概略的な図 図１に示す回転電気機械の断片的及び概略的な図 本発明の変形の実施形態を示す、図２に類似の図 ステータを示す斜視図 ステータを示す平面図

Claims (20)

1. ロータ側に凸状の端面（１０）を有する、磁極片を持たないティース（４）と、前記ティースに巻き付けられたコイル（５）とを有する、集中巻ステータ（２）と、
   円筒面（１３）を規定する電機子（１２）と、前記電機子（１２）の円筒面（１３）の形状に合致した円筒の一部を構成する内面（１６）及び平面で前記ステータに対向する外面（１７）を有する永久磁石（１４）と、を有するロータ（３）と、
   を有する回転電気機械。
2. 前記ロータ（３）は、アウターロータであることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
3. 前記ロータ（３）は、インナーロータであることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
4. 前記永久磁石（１４）は、単体であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
5. 前記ティースの端面（１０）は、円筒部を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
6. 前記円筒部は、前記ティースの先端と回転軸（Ｘ）との間の距離ｄより小さい曲率半径を有することを特徴とする請求項５に記載の回転電気機械。
7. 前記曲率半径は、０．５ｄから０．７ｄの範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の回転電気機械。
8. 前記永久磁石の実質上平面の外面（１７）は、回転軸を通り且つ前記永久磁石（１４）の中間点で永久磁石と交差する半径に、実質的に垂直であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
9. 前記ロータの磁極数は、８〜３２の範囲内である請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
10. 前記ステータのティースの数は、１２〜４８の範囲内である請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
11. 前記ステータのティースは、第１の軸端（４ａ）と、前記第１の軸端に対して角度オフセットを持つ第２の軸端（４ｂ）とを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
12. 前記角度オフセットは、０．９×２π／３Ｐ（Ｐはロータの磁極数）以上であることを特徴とする請求項１１に記載の回転電気機械。
13. 前記角度オフセットは、２π／３Ｐであることを特徴とする請求項１１に記載の回転電気機械。
14. 前記角度オフセットは、０．９×π／Ｓ（Ｓは、ステータのスロット数）以上であり、π／Ｓは２π／３Ｐ（Ｐはロータの磁極数）より大きいことを特徴とする請求項１１に記載の回転電気機械。
15. 前記角度オフセットは、π／Ｓであることを特徴とする請求項１４に記載の回転電気機械。
16. 前記永久磁石の内面は、接着剤により前記電機子（１２）の円筒面（１３）に接着されることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかの請求項に記載の回転電気機械。
17. 請求項１から請求項１６のいずれかに記載の回転電気機械を用いた、エレベータキャビンの駆動方法。
18. 前記回転電気機械は、歯車装置を用いずに使用されることを特徴とする請求項１７に記載の駆動方法。
19. 前記回転電気機械は、４以下の減少ギア比を用いて使用されることを特徴とする請求項１７に記載の駆動方法。
20. 請求項１から請求項１６のいずれかに記載の回転電気機械により駆動されるキャビンを有するエレベータ。

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