JP2014180094A - 永久磁石回転電機およびエレベーター駆動巻上機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの上昇を抑えながらトルク脈動を低減する構造を備えた永久磁石回転電機を提供することにあり、更に、これによって製造コストの上昇を抑えながら円滑な昇降動作を行うことができるエレベーター駆動巻上機を提供することにある。
【解決手段】回転子を形成する複数の単位回転子鉄心の両側に永久磁石を配置し、この永久磁石の外周端よりも単位回転子鉄心が飛び出す飛び出し部分を単位回転子鉄心に設け、この飛び出し部分の一方の面には、一方の永久磁石が接触している面と同一の面として外周側に延びる平面部が形成され、また、この飛び出し部分の他方の面には、他方の永久磁石が接触している面に対して他方の永久磁石の外周部の一部を覆うように周方向に延びて突出する突出部が形成されている。また、回転子は回転シャフトの軸方向に２層に分離され、一方の回転子を構成する回転子鉄心の突出部と、他方の回転子を構成する回転子鉄心の突出部の突出方向は回転子の周方向で逆方向に突出されている。
【選択図】図５

Description

本発明は永久磁石回転電機に係り、特に回転子の磁石部と磁性材料部（回転子鉄心）が交互に放射状になるように配置された永久磁石回転電機、及びこれを用いたエレベーター駆動巻上機に関するものである。

一般に、種々の産業分野で使用される電動機としては永久磁石回転電機が比較的多く使用されている。この永久磁石回転電機は回転子の界磁(磁極)に永久磁石を使用した同期電動機である。ところで永久磁石回転電機の性能を向上するためには、使用されている永久磁石の磁力を強くすれば良いことが知られており、このため磁力の強い磁石としてネオジム磁石に代表される希土類磁石を使用することが多くなってきている。これによって、小形、高出力な永久磁石回転電機を得ることができる。

そして、このような回転電機が使用される代表的な産業分野としては、建築構造物に設置されているエレベーターシステムがある。このエレベーターシステムではエレベーター駆動巻上機に永久磁石回転電機を使用し、これによって乗客を搬送する乗りかごを巻き上げるように構成されている。

小形、軽量、低振動が要求されるエレベーター駆動巻上機は、高トルク密度と低トルク脈動を両立した永久磁石同期電動機が使用される。この永久磁石同期電動機には上述したように高いエネルギー密度を有するネオジム磁石が採用されている。ネオジム磁石の主原料であるネオジムと、ネオジム磁石の保磁力を高めるために使用されるジスプロシウムは希土類元素である。

しかしながら、昨今の希土類元素の高騰により、ネオジム磁石を使用した永久磁石回転電機の総コストに占める磁石コストの割合が増えていることから、近年、永久磁石回転電機に希土類元素の使用を少なくした永久磁石、或いは希土類元素を使用しない永久磁石を用いることが求められている。このため、ネオジム磁石に比べて希土類元素の含有量が少ないフェライト磁石が再び注目を集めている。

フェライト磁石の磁力はネオジム磁石の１／３程度である。ネオジム磁石からフェライト磁石に置き換えると、磁力の低下によるトルクの不足分を磁石表面積の増加で補う必要があるため、電動機全体の体格が大きくなる。これは、設置スペースが厳しく制限されているエレベーター駆動巻上機にとって極めて深刻な問題である。そこで、フェライト磁石のような低磁力の磁石で高トルク密度を実現できる永久磁石回転電機が求められている。

エレベーター駆動巻上機で使われる永久磁石回転電機は、主に、永久磁石を回転子の表面に貼り付けた表面磁石型（ＳＰＭ／Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）の回転電機である。しかしながら、この構造では磁石の表面積をエアギャップの面積（回転子と固定子の対向面積）以上に広げることができず、エアギャップ中の磁束密度を磁石の残留磁束密度以上にすることが困難であった。したがって、このような構造では、フェライト磁石のような低磁力の永久磁石を使って高トルク密度を実現することが困難であった。

これに対して、高トルク密度を実現した永久磁石回転電機として、例えば、代表的には特開２０００−２１７２８６号公報（特許文献１）、及び特開昭６３−１４０６４５号公報（特許文献２）に開示されているブラシレス直流電動機がある。この電動機の回転子の磁石部と磁性材料部（回転子鉄心）は交互に放射状になるように配置されている。すなわち、これらの特許文献の永久磁石回転電機は、回転子の磁石の磁化が径方向に対して直角に向くように、磁石を放射状に配置した構造になっている。このように磁石を配置することで、磁石の表面積を径方向に沿って広げることができるため、回転子と固定子間のエアギャップ中の磁束密度を大きくできるようになる。

上述したように、表面磁石型の回転子の場合、エアギャップ中の磁束密度は磁石の残留磁束密度を超えることはない。しかしながら、特許文献に開示されている永久磁石回転電機のエアギャップ中の磁束密度は、回転子鉄心のアスペクト比を適正化することで、磁石の残留磁束密度を超えることが可能である。したがって、フェライト磁石のような低磁力の磁石を使った場合でも、ネオジム磁石と同程度のトルク密度を実現することができるようになる。

特開２０００−２１７２８６号公報 特開昭６３−１４０６４５号公報

高トルク密度を実現した上述したような特許文献の永久磁石回転電機では、トルク脈動を低減するために回転子をスキューしている。回転子の軸方向両端において電気角（機械角と極対数の積）で３０度、或いはコギングトルクの半周期に対応した電気角の位相差を回転方向に付けることで脈動成分をキャンセルできることが一般に知られている。そのため、回転子を製造する上で電磁鋼板を回転方向にずらしながら積層していく必要がある。

特許文献１では、磁極形状が軸方向に滑らかになるように電磁鋼板を回転方向にずらしながら積層した、いわゆる連続スキュー型の回転子が開示されている。また、特許文献２では、回転子を軸方向に６段に分けて回転方向にずらしながら積層した、いわゆる段スキュー型の回転子が開示されている。

これらの回転子の課題として、構造が複雑になることから、回転子の製造が困難であることが挙げられる。特に、特許文献１の連続スキュー型は電磁鋼板の積層作業（作業性や組み立て等）への負担が大きく、更に、永久磁石の形状が複雑になり磁石の加工が困難になる。また、特許文献２の段スキュー型は永久磁石を軸方向に分割する必要があるため、部品点数が増えて組み立て作業への負担が大きくなる。これらはすべて製造コストの上昇につながるようになる。

このように、特許文献に記載されている永久磁石回転電機はトルク脈動の低減と製造コストの低減を両立する点でまだ改善する必要があるものである。また、このような永久磁石回転電機をエレベーター駆動巻上機に使用すると製造コストが高いものとなる。

本発明の目的は、製造コストの上昇を抑えながらトルク脈動を低減する構造を備えた永久磁石回転電機を提供することにあり、更に、これによって製造コストの上昇を抑えながら円滑な昇降動作を行うことができるエレベーター駆動巻上機を提供することにある。

本発明の特徴は、回転子を形成する複数の単位回転子鉄心の両側に永久磁石を配置し、この永久磁石の外周端よりも単位回転子鉄心が飛び出す飛び出し部分を単位回転子鉄心に設け、この飛び出し部分の一方の面には、一方の永久磁石が接触している面と同一の面として外周側に延びる平面部が形成され、また、この飛び出し部分の他方の面には、他方の永久磁石が接触している面に対して他方の永久磁石の外周部の一部を覆うように周方向に延びて突出する突出部が形成されている、ところにある。

また、少なくとも回転子は回転シャフトの軸方向に２層に分離され、一方の回転子を構成する回転子鉄心の突出部と、他方の回転子を構成する回転子鉄心の突出部の突出方向は回転子の周方向で逆方向に突出されている、ところにある。

本発明によれば、２つの回転子を共通した単位回転子鉄心で形成するようにしたので製造コストの上昇を抑えることができると共に、２つの回転子を構成する単位回転鉄心の突出部を逆方向に設定することでコギングトルクの脈動成分を効果的に打ち消すことができるようになる。

本発明が適用される永久磁石回転電機の径方向の断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態になる永久磁石回転電機の径方向の断面を一部だけ切り取って拡大した拡大断面図である。 図２に示す回転子鉄心の断面を一部だけ切り取って拡大した拡大断面図である。 図３に示す回転子鉄心に形成した突出部の適切な長さを説明するための拡大断面図である。 図２に示す永久磁石回転電機の回転子を一部だけ切り取って斜めから見た拡大斜視図である。 本発明の第１の実施形態の永久磁石回転電機のコギングトルクのシミュレーション結果を示す特性図である。 図６のコギングトルク波形をフーリエ級数展開した結果を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態になる永久磁石回転電機の回転子を一部だけ切り取って斜めから見た拡大斜視図である。 本発明の第３の実施形態になる永久磁石回転電機の径方向の断面を一部だけ切り取って拡大した拡大断面図である。 本発明になる永久磁石回転電機を用いたエレベーター駆動巻上機の軸方向の断面図である。 従来の永久磁石回転電機の回転子を一部だけ切り取って斜めから見た拡大斜視図である。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

本発明の第１の実施形態を図１乃至図７を用いて説明するが、図１は永久磁石回転電機の径方向の断面を示す断面図であり、図２は図１に示す永久磁石回転電機の径方向の断面を一部だけ切り取って拡大した拡大断面図であり、図３は図２に示す回転子鉄心の断面を一部だけ切り取って拡大した拡大断面図であり、図４は図３に示す回転子鉄心に形成した突出部の適切な長さを説明するための拡大断面図であり、図５は図２に示す永久磁石回転電機の回転子を一部だけ切り取って斜めから見た拡大斜視図である。

図１において、一般に永久磁石回転電機１は固定子２と回転子３とから構成されており、固定子２と回転子３とは所定のエアギャップＧを介してその表面が周状に対向している。そして、固定子２には所定角度毎に複数の固定子突極４２が設けられており、個々の固定子突極４２には固定子巻線５が巻回されている。

また、回転子３には中空の回転シャフト１０と、この回転シャフト１０の周囲に配置された非磁性体リング９、及びこの外周に固定された環状の回転子鉄心７を備え、この回転子鉄心７には放射状に所定角度毎に複数の永久磁石６が設けられている。固定子巻線５に電力を供給するとこれに応じて回転子３が回転を始めて所定の回転トルクを回転シャフト１０に与えるものである。このような回転電機の基本的な構成と動作は既によく知られているのでこれ以上の説明は省略する。

次に、永久磁石回転電機の径方向の断面を一部だけ切り取って拡大した図２に基づき本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。

図２において、固定子２は固定子鉄心４と固定子巻線５とを備えている。固定子鉄心４は打ち抜き金型等により打ち抜いた電磁鋼板を積層して構成されている。固定子鉄心４は外周部に位置して固定子磁路を形成する固定子コアバック４１と、固定子コアバック４１より固定子２の内周に向かって放射状に、所定角度ピッチで延設される固定子突極（固定子ティース）４２とから構成されている。隣り合った固定子突極４２の間と固定子コアバック４１とで構成される空間はスロット４３であり、固定子巻線５を収納する空間である。ここで、各固定子突極４２には１極に１個の固定子巻線５が巻回されるものであり、図２においては、１個のスロット４３内に隣り合う固定子突極４２に使用される固定子巻線５が夫々配置される構成となっている。

一方、回転子３は、シャフト１０と、シャフト１０の外周面に配置されたステンレスのような非磁性体リング９と、非磁性体リング９の外周面に固定的に設けられ、回転子３を形成する単位回転子鉄心（以下、単に回転子鉄心という）７と、隣り合った一対の回転子鉄心７の間に配置された永久磁石６で構成されている。そして、この回転子３は図示しない軸受によって軸支されて固定子２の内周に径方向のエアギャップＧを介して回転可能に配置されている。ここで、永久磁石６と回転子鉄心７は、夫々回転子２の外周に向かって所定角度ピッチで放射状に配置されている。

回転子鉄心７は、打ち抜き金型等により打ち抜いた電磁鋼板を積層して構成されており、極毎に分離され、かつ回転子３の周方向に沿って所定角度ピッチで並べて配置されており、この回転子鉄心７の外側先端は回転子磁路を構成する回転子磁極７１として機能する。

また、隣り合った一対の回転子鉄心７と非磁性体スペーサ７５とで形成される空間、すなわち磁石挿入スペース７４には、例えば、フェライト磁石よりなる永久磁石６が収納されている。このときの永久磁石６の磁化は回転子３の径方向に対して直角を向き、回転子鉄心７が回転子３の周方向に沿ってＮ-Ｓ-Ｎ-Ｓ・・・と交互になるように配置されている。これらの永久磁石６は、エポキシ樹脂のような接着剤によって磁石挿入スペース７４に固着されている。非磁性体リング９と非磁性体スペーサ７５は、回転子鉄心７の内周側と外周側への漏れ磁束を小さくするために設けられている。

固定鉄心２の固定子巻線５に電流を流すと回転子鉄心７には回転力が生じ、回転子鉄心７に作用するトルクは、非磁性体リング９を介して回転シャフト１０へ伝達される。尚、非磁性体リング９の代わりに空隙を設けても良いものである。この場合、回転シャフト１０の軸方向端部に対向して一対の円盤を設け、この円盤に回転子鉄心７をボルトで締結して、回転子鉄心７に作用するトルクを回転シャフト１０へ伝達することが必要である。

そして、本実施例では回転鉄心７の形状に特徴を有しているものである。図２にあるように、１個の回転子鉄心７の両側には永久磁石６が配置されており、永久磁石６の外周端よりも回転子鉄心７の磁極７１の先端が飛び出している。

この飛び出した部分の一方の面は、一方の永久磁石６が接触している面と同一の面として外周側に延びる平面部７３が形成されている。また、この飛び出した部分の他方の面は、他方の永久磁石６が接触している面に対して他方の永久磁石６の外周部の一部を覆うように周方向に延びて突出する突出部７２が形成されている。

また、本実施例においては、回転子３はコギングトルクの脈動を低減するために、回転シャフト１０の軸方向に２つの回転子３として、図５にあるように２層に分離して重ねられている。一方の回転子３を形成する回転子鉄心７に設けた突出部７２の突出方向と、他方の回転子３を形成する回転子鉄心７に設けた突出部７２の突出方向は逆方向に延びるように形成されている。尚、回転子鉄心７の突出部７２の先端側の上面角部はベべリング（面取り）７７が施されて丸みが形成されている。このベべリング７７は、エアギャップＧ中の磁束密度の空間高調波成分を低減してトルク脈動の低減を図る機能を備えている。

このように、本実施例になる回転子鉄心７は打ち抜き金型等により打ち抜いた、上述した突出部７２と平面部７３を有する電磁鋼板を積層して構成するだけなので、製造コストの上昇を抑えることが可能である。また、本実施例では２層の回転子３が必要とされるが、もう一方の回転子３は回転子鉄心７を裏返して使用することができるので、この点でも製造コストの上昇を抑えることができる。尚、トルク脈動（コギングトルク）の低減方法とその効果については図５乃至図７を用いて後ほど説明する。

次に、本実施例になる回転子鉄心７の更に詳細な構成につい図３乃至図５に基づき説明する。図３において、回転子鉄心７は、回転シャフト１０の回転中心から回転子鉄心７の周方向の中点を通るように伸ばした基準線Ａ−Ａを境にして、非対称になるように回転子磁極７１の片側には周方向に伸びる突起部７２を有している。

つまり、突出部７２は回転子鉄心７と永久磁石６とが接触する面に対して永久磁石６の外周側の一部を覆うように周方向に延びている。この突出部６２の突出量は、基準線Ａ−Ａから見て永久磁石６の周方向の中心線Ｏ−Ｏを越えない範囲に決められている。尚、この範囲の好ましい値については後述する。一方、この突出部７２の反対側は、永久磁石６が接触している面と同一の面として外周側に延びる平面部７３が形成されている。

ここで、基準線Ａ−Ａは、回転シャフト１０の中心から永久磁石６の磁化方向厚みの半分の位置Ｐに向かって引いた中心線Ｏ-Ｏを磁極ピッチτｐ（=２π／Ｐ、Ｐ：磁極数）の１／２の角度（τｐ/２）で回転方向に回転させたものと等価である。

更に、突出部７２の突出量は基準線Ａ−Ａから見て永久磁石６の周方向の中心線Ｏ−Ｏを越えない範囲に決められていると述べたが、突出部７２の突出量についてより適切な値について説明する。図４にあるように、基準線Ａ−Ａから見て磁極ピッチ角（回転子鉄心７を挟む２個の永久磁石６の間の開き角）の半分の角度を角度ａとし、基準線Ａ−Ａから見て突出部７２の先端の開き角を角度ｂとし、基準線Ａ−Ａから見て突出部７２の根元（永久磁石との接触面）の開き角を角度ｃとすると、（１）ｂ/ａ≒０．７５と（２）ｃ/ｂ≒０．７１の条件を満足することが望ましい。

次に、トルク脈動（コギングトルク）の低減方法とその効果について図５乃至図７を用いて説明する。

図５において、回転子鉄心７の形状が回転シャフト１０の軸方向で変化するように、一方の回転子３において、突出部７２aがこの回転子３の回転方向（右回り方向）に伸びる第１の回転子鉄心７aと、他方の回転子３において、突出部７２ｂが回転子３の回転方向とは逆方向（左回り方向）に伸びる第２の回転子鉄心７ｂが回転シャフト１０の軸方向に積層されている。これらの回転子鉄心７aと回転子鉄心７ｂには夫々磁極７１aと磁極７１ｂが形成される。また、回転子鉄心７aと回転子鉄心７ｂの軸方向の厚さは実質的に同じ厚さに決められている。また、重要なことは、永久磁石６は回転子鉄心７aと回転子鉄心７ｂに共通して用いられる構成となっている。

このように回転子３を構成することで、回転子３の軸方向両端において電気角（機械角と極対数の積）で３０度、或いはコギングトルクの半周期に対応した電気角の位相差を回転方向に付けることができ、コギングトルクの脈動成分を効果的に打ち消すことができるようになる。

また、第１の回転子鉄心７aと第２の回転子鉄心７ｂは同じものを使用できる、すなわち、第１の回転子鉄心７aを裏返したものを第２の回転子鉄心７bとして用いることができるので、第１の回転子鉄心７aと第２の回転子鉄心７ｂを制作するための電磁鋼板の金型が一つで済むことで効率的である。更に、永久磁石６を軸方向に分割することなく、第１の回転子鉄心７aと第２の回転子鉄心７ｂで共用できるので部品点数が増えることなく、製造コストの上昇を抑えることができるようになる。

尚、第１の回転子鉄心７aと第２の回転子鉄心７ｂは積層したものを示したが、積層しない塊状鉄心を用いることもできるものである。この場合の適用される回転電機は低速回転型で渦損が少ないものに適しているもので、塊状鉄心としては圧粉鉄心等を用いることができる。

本実施例の効果を示すために、図５に示す構造の回転子３を有する永久磁石回転電機と図１１に示す従来構造の回転子３を有する永久磁石回転電機のコギングトルクを比較した。ここで、図１１に示すように回転子３は回転子鉄心７の磁極７１の周方向に一対の突出部７２を軸方向全体に形成したものである。

図６は永久磁石回転電機のコギングトルクのシミュレーション結果を示すものであり、図７はコギングトルク波形をフーリエ級数展開した結果を示すものである。コギングトルクの計算には辺要素有限要素法による磁界解析を使用した。計算条件として、回転子３を外部から電気角３６０度（機械角１１．２度）で回転したときのトルクを出力するようにした。計算対象の永久磁石回転電機は磁極数が６４、突極数が４８であることから、コギングトルクが誘起電圧の周期の１／６で発生する。

図６の計算結果より、コギングトルクの周期が電気角６０度であることから、本計算結果はおおよそ妥当であるといえる。本実施例のような構成を採用することで、従来の永久磁石回転電機に対して本実施例になる永久磁石回転電機ではコギングトルクが大きく低減していることがわかる。また、図７に示すように各次数の振幅を見ると、コギングトルクの基本波成分である６次成分をおよそ１／４まで低減できている。このことから、本実施例になる永久磁石回転電機の有用性が明らかである。

以上に説明した本実施例においては、図５に示すように回転子鉄心７aと第２の回転子鉄心７bの永久磁石６を共用できるので、部品点数の増加を抑制でき、製造コストの低減を図ることができる。

また、図２に示すように回転子鉄心７の磁極７１にベベリング７７を施すことで、エアギャップ８中の磁束密度の空間高調波成分を低減でき、トルク脈動の低減を図ることができる。

また、図３に示すように、回転子７の磁極７１に形成し突出部７２と永久磁石６を接触させることで、回転時に遠心力によって永久磁石６が飛散するのを防ぐこともできるため、永久磁石６と回転子鉄心７を固着する接着剤の削減を図ることができる。

また、図５の第１の回転子鉄心７aと第２の回転子鉄心７bを塊状鉄心にすることで、コアのかしめ作業を省略でき、製造コストの削減を図ることができる。

本実施例を総括すると、回転子鉄心７は突出部７２と平面部７３を有する電磁鋼板を積層して構成して同じ形状の回転鉄心７ａ、７ｂを夫々反対にして使用すれば良いので、製造コストの上昇を抑えることが可能である。

また、突出部７２と平面部７３を有する電磁鋼板を反対に取り付け、これらを２層の回転鉄心７ａ、７ｂとすることで、回転子３の軸方向両端において電気角で３０度、或いはコギングトルクの半周期に対応した電気角の位相差を回転方向に付けることができ、コギングトルクの脈動成分を効果的に打ち消すことができるようになる。

このように、本実施例によれば製造コストの上昇を抑えながら高トルク密度と低トルク脈動を実現する構造を備えた永久磁石回転電機を提供することができるようになる。

次に本発明の第２の実施形態になる永久磁石回転電機の構成について図８に基づき説明する。図８において、回転子鉄心７は、第１の回転子鉄心７a、第２の回転子鉄心７ｂ、第３の回転子鉄心７ｃ、及び第４の回転子鉄心７ｄよりなり、これらは夫々４層に重ねられている。

そして図８において、最下側の回転子鉄心７aの突出部７２ａと最上側の回転子鉄心７ｄの突出部７２ｄは回転子３の回転方向と一致する方向に突出しており、その間に位置する回転子鉄心７ｂの突出部７２ｂと回転子鉄心７ｃの突出部７２ｃは回転子３の回転方向と逆の方向に突出している。

このような構成によって、回転子３の回転トルクを大きくすることができると共に、回転子７の磁極７１の形状が連結面に対して左右対称になるように連結することで、回転子３に作用するスラスト力を低減できるようになる。これによって製造時の負担を緩和することができる。尚、このような構成の回転子３の連結方法として、回転子鉄心にボルト穴を空けてボルトで軸方向に締結する方法や、回転子鉄心７に形成したダブテール（蟻接ぎ）で、その内周側の非磁性体リング９と固定して締結する方法がある。いずれの固定方法を採用するかは永久磁石回転電機の仕様によって適切に選択されれば良いものである。

次に本発明の第３の実施形態になる永久磁石回転電機の構成について図９に基づき説明するが、この実施例は回転子鉄心７の固定方法や、非磁性体リング９、固定鉄心４の固定方法等を提案するものである。

図９において、回転子鉄心７は非磁性体リング９の外周側のダブテールスロット９１に回転子鉄心７のダブテール７６を軸方向に嵌め込み、非磁性体リング９に固定した。これにより、回転子磁極７１に作用するトルクを非磁性体リング９に効率的に伝達することができるようになる。更に、ダブテール７６を介して回転子鉄心７を非磁性体リング９に固定することで回転子鉄心７の外径側の真円度を向上できるので製造誤差で発生するコギングトルクを小さくできる効果も期待できる。

また、非磁性体リング９にはボルト９３を嵌めるためのボルト穴９２を設けている。これにより、非磁性体リング９に伝わった回転トルクをボルト９３によって外部に伝えることができる。同様に、固定子鉄心４にも反作用トルクが発生するため、固定子鉄心４をボルト４５で外部に固定するためのボルト穴４４を設けている。これによって固定子鉄心４が反作用トルクによって移動するのを有効に抑えることができるようになる。尚、全てのボルト穴４４、９２にボルト４５、９３を嵌める必要はなく、ボルト４５、９３の機械強度が維持できる範囲でボルト本数を決めれば良いものである。

次に本発明の第４の実施形態になる永久磁石回転電機を用いたエレベーター駆動巻上機の構成について図１０に基づき説明する。

エレベーター駆動巻上機１００においては、筐体本体１０１の中心部に固定主軸が形成され、この固定主軸の自由端側に綱車１０２がベアリング１０５によって回転可能に支持されている。また、筐体本体１０１の外周側に位置する円環状の収納凹部には電動機部を構成する固定子鉄心４及び固定子巻線５等の電機部品が収納されている。この固定子鉄心４はボルト４５によって筺体本体１０１に固定されている。

更に、上述したように固定主軸の自由端側にはベアリング１０５を介して綱車１０２と一体に形成された綱車ハウジング１０３が回転可能に支持され、この綱車ハウジング１０３は綱車１０２や電動機部を構成する回転子鉄心７等の電機部分と一体的に構成されている。回転子鉄心７に固定された非磁性体リング９はボルト９３によって綱車ハウジング１０３に固定され、更に非磁性体リング９は回転シャフト１０に圧入されている。

そして、上述したように、固定子鉄心４に所定のギャップを介して回転子鉄心７が対向配置されておりしており、この回転子鉄心７の内周面には複数の永久磁石６が固定されている。ここで、綱車ハウジング１０３の外周はブレーキドラム１０４が一体的に形成されており、このブレーキドラム１０４はブレーキ装置１０６によって制動される構成となっている。また筺体本体１０１には回転シャフト１０の回転を検出するエンコーダ１０７が備えられている。

そして、この回転子３に回転力が発生すると綱車ハウジング１０３を介して綱車１０２に伝達され、綱車１０２に巻き掛けられた複数本の主索を駆動して乗りかごを上下に昇降することになる。尚、図１０ではブレーキ装置１０４の詳細を示していないが、乗りかごを昇降運行させるときは図示していない制御装置からの信号によってブレーキライニングをレーキドラム１０４から離間して制動動作を解除し、乗りかごを停止してその位置を維持するときは制御装置からの信号によってブレーキライニングをブレーキドラム１０４に押圧してブレーキドラム１０４に制動力を与えて制動動作を行うものである。尚、本実施例では常温でおよそ０．４５Ｔ程度のフェライト磁石を使用する構成としている。

このように構成されたエレベーター駆動巻上機においては、特に実施例１で説明した永久磁石回転電機が使用されることよって、回転子鉄心７は突出部７２と平面部７３を有する電磁鋼板を積層して構成して同じ形状の回転鉄心７ａ、７ｂを夫々反対にして使用すれば良いので、製造コストの上昇を抑えることが可能であることと、突出部７２と平面部７３を有する電磁鋼板を反対に取り付け、これらを２層の回転鉄心７ａ、７ｂとすることで、回転子３の軸方向両端において電気角で３０度、或いはコギングトルクの半周期に対応した電気角の位相差を回転方向に付けることができ、コギングトルクの脈動成分を効果的に打ち消すことができることから、製造コストの上昇を抑えながら円滑な昇降動作を行うエレベーター駆動巻上機とすることができる。

以上述べたように、本発明によれば製造コストの上昇を抑えながらトルク脈動を低減する構造を備えた永久磁石回転電機を提供することができ、更に、これによって製造コストの上昇を抑えながら円滑な昇降動作を行うことができるエレベーター駆動巻上機を提供することができる。

尚、本実施例では永久磁石回転電機とこれを用いたエレベーター駆動巻上機について示したが、この他にサーボ系や電動パワー・ステアリングなどの高トルク密度と低トルク脈動が要求される永久磁石回転電機への応用が可能であることを付記する。

１…永久磁石回転電機、２…固定子、３…回転子、４…固定子鉄心、４１…固定子コアバック、４２…固定子突極、４３…スロット、４４…ボルト穴、４５…ボルト、５…固定子巻線、６…永久磁石、７…回転子鉄心、９…非磁性体リング、１０…シャフト、７１…回転子磁極、７２a、７２b、７２c、７２d…突出部、７３…平面部、７４…磁石挿入スペース、７５…非磁性体スペーサ、７６…ダブテール、７７…べべリング、９１…ダブテールスロット、９２…ボルト穴、９３…ボルト、１００…エレベーター駆動巻上機、１０１…筺体本体、１０２…綱車、１０３…綱車ハウジング、１０４…ブレーキドラム、１０５…ベアリング、１０６…ブレーキ装置、１０７…エンコーダ。Ｇ…エアギャップ。

Claims (13)

1. 径方向内周に向けて突出する複数の突極を有した電磁鋼板を積層して構成された固定子鉄心と、前記突極に巻回された固定子巻線とからなる固定子と、前記固定子の内周側にエアギャップを介して配置された、電磁鋼板を積層した複数の単位回転子鉄心と、前記単位回転子鉄心を挟むように配置された複数の永久磁石とからなる回転子と、前記回転子に固定された回転シャフトを備えた永久磁石回転電機において、
   前記永久磁石の外周端よりも前記単位回転子鉄心が飛び出す飛び出し部分を前記単位回転子鉄心に設け、前記飛び出し部分の一方の面には前記永久磁石が接触している面と同一の面として外周側に延びる平面部が形成され、前記飛び出し部分の他方の面には前記永久磁石が接触している面に対して前記永久磁石の外周部の一部を覆うように周方向に延びて突出する突出部が形成されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
2. 請求項１に記載の永久磁石回転電機において、
   前記永久磁石はフェライト磁石であることを特徴とする永久磁石回転電機。
3. 請求項１或いは請求項２に記載の永久磁石回転電機において、
   前記回転子は、少なくとも前記回転シャフトの軸方向に２層に分離され、一方の回転子を構成する前記単位回転子鉄心の前記突出部と、他方の回転子を構成する前記単位回転子鉄心の前記突出部の突出方向は前記回転子の周方向で逆方向に突出されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
4. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
   前記一方の回転子を構成する前記単位回転子鉄心と、前記他方の回転子を構成する前記単位回転子鉄心とに組み合わされる前記永久磁石は共通して使用されることを特徴とする永久磁石回転電機。
5. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
   前記一方の回転子を構成する前記単位回転子鉄心と、前記他方の回転子を構成する前記単位回転子鉄心は同じ形状であり、前記一方の回転子に使用される前記単位回転子鉄心に対して、前記他方の回転子に使用される前記単位回転子鉄心は裏返して使用されることを特徴とする永久磁石回転電機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の永久磁石回転電機において、
   前記単位回転子鉄心に形成した突出部の突出量は、前記突出部が延びる前記永久磁石の周方向長さの半分以下であることを特徴とする永久磁石回転電機。
7. 請求項６に記載の永久磁石回転電機において、
   前記単位回転鉄心の突出量は、前記単位回転子鉄心の周方向の中点と前記回転シャフトの中心を結ぶ基準線Ａ−Ａから見て磁極ピッチ角の半分の角度を角度ａとし、前記基準線Ａ−Ａから見て前記突出部の先端の開き角を角度ｂとし、前記基準線Ａ−Ａから見て前記突出部７２の根元（前記永久磁石との接触面）の開き角を角度ｃとした場合、ｂ/ａ≒０．７５とｃ/ｂ≒０．７１の条件を満足することを特徴とする永久磁石回転電機。
8. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
   前記突出部は前記永久磁石と接触していることを特徴とする永久磁石回転電機。
9. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
   前記突出部の先端側の上面角部はベべリング（面取り）が施されて丸みが形成されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
10. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
    前記回転子は、前記回転シャフトの軸方向に４層に分離され、最外端に位置する２つの回転子を構成する前記単位回転子鉄心の前記突出部と、前記最外端に位置する２つの回転子に挟まれた２つの回転子を構成する前記単位回転子鉄心の前記突出部の突出方向は前記回転子の周方向で逆方向に突出されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
11. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
    電磁鋼板が積層された前記単位回転子鉄心の代わりに、塊状単位回転鉄心を用いることを特徴とする永久磁石回転電機。
12. 請求項３に記載の永久磁石回転電機において、
    前記回転子鉄心と前記回転シャフトの間には非磁性体リングが固定されており、前記非磁性体リングにダブテールスロット形成する共に、前記ダブテールスロットに前記単位回転子鉄心に形成したダブテールを嵌め込んで前記単位回転子鉄心を非磁性体リングに固定することを特徴とする永久磁石回転電機。
13. 固定子と固定子巻線を収納した筐体本体と、前記筐体本体に一方を固定し、他方を自由端とした固定主軸と、前記固定主軸の自由端側に軸受を介して回転可能に取付けられ、主索が巻き掛けられる綱車と、前記綱車と一体に形成されて前記固定子と協働して電動機部を形成する回転子とを備えたエレベーター駆動巻上機において、
    前記電動機部を請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の永久磁石回転電機で構成したことを特徴とするエレベーター駆動巻上機。

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