專利名稱：外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)及使用其的電梯裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)及使用該外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電梯
裝置。
背景技術(shù)：
作為用于電梯驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)電機(jī)要求小型輕量、高效率等特性而逐漸使用永磁鐵旋 轉(zhuǎn)電機(jī)。特別是在最近成為主流的不使用齒輪等變速器的無齒輪的直接傳動方式中，該傾 向反映強(qiáng)烈，逐漸使用永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 在上述直接傳動的電梯用旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，要求盡可能減小使電梯的乘坐感覺變差的
轉(zhuǎn)矩脈動，有必要在達(dá)到約200%的超負(fù)荷條件為止將轉(zhuǎn)矩脈動抑制在幾％以下。 作為如上述的電梯驅(qū)動用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)造，通常使用在外周配置定子，在其內(nèi)周
配置永磁鐵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的所謂的內(nèi)轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)。對于與此相反，在內(nèi)周配置定子，
在其外周配置永磁鐵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的所謂的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為驅(qū)動電動機(jī)而利用
的結(jié)構(gòu)，也在專利文獻(xiàn)1及2中揭示。 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2000-134893號公報； 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007-159394號公報。 然而，專利文獻(xiàn)2中所記載的結(jié)構(gòu)由于永磁鐵的外周部的形狀為圓弧狀，因此，首
先，為加工成該磁鐵形狀必須進(jìn)行利用研磨的加工，在制作方面可能會變得高價。 其次，該磁鐵形狀的精度難以確保，可能會由磁鐵偏差引起轉(zhuǎn)矩脈動、噪音的產(chǎn)生。 進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)1或2的永磁鐵的極數(shù)和定子凸極的配合方面，對于齒槽轉(zhuǎn)矩或 振動的問題還有改良的空間。 另外，在專利文獻(xiàn)2中，在即使減小定子鐵心的凸極寬度、輸出轉(zhuǎn)矩也能得到最大 轉(zhuǎn)矩的問題上有改良的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)矩脈動少、低噪音、小型輕量、高效率、低價格的外
轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)及使用該外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電梯裝置。 本發(fā)明的一方面的特征在于，具有定子、轉(zhuǎn)子鐵心和永磁鐵轉(zhuǎn)子，其中，所述定子 包括環(huán)狀的磁軛部；定子鐵心，在其徑向外周具有凸極；定子線圈，其配置于所述定子鐵 心所形成的開口槽部，且集中地巻繞于所述凸極上，所述轉(zhuǎn)子鐵心為環(huán)狀且配置于定子的 外周，所述永磁鐵轉(zhuǎn)子通過將6面為矩形狀的長方體的永磁鐵與所述定子隔著適當(dāng)?shù)目障?配置于轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)周面而構(gòu)成，當(dāng)將永磁鐵的極數(shù)設(shè)為P，將定子的凸極數(shù)設(shè)為S，進(jìn)而 將P和S的最大公約數(shù)設(shè)為M、最小公倍數(shù)設(shè)為N時，最大公約數(shù)M為3以上，且最小公倍數(shù) N與最大公約數(shù)M之比N/M為13以上。 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式的特 在于，永磁鐵的極數(shù)P比定子的凸極數(shù)S多。
并且，本發(fā)明優(yōu)選的實施方式的特征在于，定子凸極的表面磁極寬度為定子凸極 的間距的44% 54%。 進(jìn)而，本發(fā)明優(yōu)選的實施方式的特征在于，永磁鐵的極弧度為永磁鐵間距的0. 7 或O. 87。 進(jìn)而，本發(fā)明優(yōu)選的實施方式的特征在于，在永磁鐵和定子鐵心之間具有層疊鋼 板。 進(jìn)而，本發(fā)明優(yōu)選的實施方式的特征在于，作為永磁鐵安裝面的轉(zhuǎn)子內(nèi)周面，每個 永磁鐵安裝面在周向及軸向上均為平直面，在軸向上排列多個永磁鐵并使其在周向上錯開 配置。 進(jìn)而，在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，提供一種電梯裝置，其具有巻揚(yáng)機(jī)，所述巻揚(yáng) 機(jī)具有與如上所述特征的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，且?guī)喞@有吊索的繩輪。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，能夠提供一種轉(zhuǎn)矩脈動少、低噪音、小型輕量、高效
率、低價格的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)及將其作為驅(qū)動源的電梯裝置。 本發(fā)明的其他的目的和特征，在以下說明的實施方式中闡明。


圖1是本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的徑向截面概要圖。
圖2是圖1的主要部分放大圖。 圖3是將本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)以與軸平行的面剖 開的概要圖。 圖4是本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的表面磁極寬度所對 應(yīng)的轉(zhuǎn)矩特性圖。 圖5是本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的永磁鐵的極弧度所 對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩特性圖。 圖6是本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭斜結(jié)構(gòu)例圖。
圖7表示本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭斜特性。
圖8表示本發(fā)明的另一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭斜結(jié)構(gòu)。
圖9是本發(fā)明的另一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要部分放大圖。
圖10是將使用本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電梯巻揚(yáng)機(jī) 以與軸平行的面剖開的概要圖。 圖中1-外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)；2_定子；3_轉(zhuǎn)子；4_定子鐵心；41_定子磁芯； 42-定子凸極；43-槽；5-定子線圈；6-永磁鐵；7_轉(zhuǎn)子鐵心；71_轉(zhuǎn)子鐵心磁鐵安裝面；
72-轉(zhuǎn)子鐵心極間部；73-轉(zhuǎn)子鐵心的塊狀鐵心部；74-轉(zhuǎn)子鐵心的硅鋼板部；8-定子支承
板；9-繩輪；10-轉(zhuǎn)子支承部；11-電梯巻揚(yáng)機(jī)；12-軸；13_制動器；131_制動器的移動部；
132-制動器的固定部。
具體實施例方式
首先，利用圖1 3說明本發(fā)明的一實施方式所涉及的電梯的巻揚(yáng)機(jī)最適合的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
圖1是將本實施例的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)在徑向上剖開的概要圖。 圖2是圖1的主要部分(A0B部)放大圖，圖3是將該旋轉(zhuǎn)電機(jī)以與軸平行的平面
剖開的概要圖。 在圖1 圖3中，外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1由定子2和轉(zhuǎn)子3構(gòu)成。定子2主要 由定子鐵心4和定子線圈5構(gòu)成。定子鐵心4通過將硅鋼板根據(jù)模型進(jìn)行沖裁等而層疊構(gòu) 成。在定子鐵心4的內(nèi)周，由定子磁芯41和定子凸極42構(gòu)成，定子磁芯41構(gòu)成定子磁路， 定子凸極42由定子磁芯41向定子外周放射狀地延伸。如圖所示，由鄰接的定子凸極42間 和定子磁芯41構(gòu)成的空間為槽43，為收納定子線圈5的空間。在此，在各定子凸極42上， 如圖示在1極上巻繞一個定子線圈5。 另一方面，轉(zhuǎn)子3由塊狀的轉(zhuǎn)子鐵心7和永磁鐵6構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵心7配置于外周， 且如圖所示地配置在環(huán)上，永磁鐵6配置于轉(zhuǎn)子鐵心7的內(nèi)周面。 本實施例的永磁鐵6的形狀的特征在于，其為6面且為矩形的長方體。如圖所示， 該形狀特征在于，永磁鐵6的內(nèi)周面、外周面均由平直面構(gòu)成。因此，作為永磁鐵的安裝面 的轉(zhuǎn)子鐵心3的內(nèi)周面不僅相對于軸向且相對于周向為平直面。轉(zhuǎn)子鐵心3的內(nèi)周面具有 該平直的永磁鐵的安裝面71和位于永磁鐵6的極間的部分的轉(zhuǎn)子鐵心極間部72。在此，轉(zhuǎn) 子鐵心極間部72的形狀相對于周向可以為直線也可以為弧狀，但從磁鐵保持、定位的角度 考慮優(yōu)選從轉(zhuǎn)子鐵心7向內(nèi)周側(cè)突起的形狀。在此，永磁鐵6通過粘著劑等固定粘著于定 子鐵心的磁鐵安裝面71。 在圖1 3所示的本發(fā)明的一實施例中，永磁鐵6的極數(shù)P為42，定子鐵心的凸極 數(shù)S為36。在該結(jié)構(gòu)中，永磁鐵6的極數(shù)P和定子鐵心4的凸極數(shù)S的最大公約數(shù)M為6， 最小公倍數(shù)N為252。最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比N/M為252/6，等于42。
該最大公約數(shù)M = 6與圖2中示出的60度內(nèi)的結(jié)構(gòu)，即永磁鐵的極數(shù)P = 7、定子 鐵心4的凸極數(shù)S = 6重復(fù)6次的結(jié)構(gòu)一致，且比值N/M = 42超過表示本發(fā)明的范圍所示 的13。 因此，在本發(fā)明中，在具有6面均為矩形的長方體的永磁鐵6，且將永磁鐵6的極 數(shù)P與定子的凸極數(shù)S的最大公約數(shù)設(shè)為M，最小公約數(shù)設(shè)為N時，采用使最大公約數(shù)M為 3以上，且最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比N/M為13以上的結(jié)構(gòu)。 在專利文獻(xiàn)2所述的第一例中公開了將永磁鐵的極數(shù)P和定子鐵心的凸極數(shù)S的 比設(shè)為3 :2或3 :4。從而，如在本發(fā)明的一實施例中選擇地，在定子鐵心的凸極S = 36為 固定時，在專利文獻(xiàn)2中選擇為永磁鐵的極數(shù)P = 24或P = 48。這時，兩者的最大公約數(shù) M均為12，最小公倍數(shù)N分別為72、 144，最小公倍數(shù)N與最大公倍數(shù)M之比N/M分別為6或 12，不會如本發(fā)明為13以上。 另一方面，在專利文獻(xiàn)2中公開的另一實施例為下述組合將永磁鐵6的極數(shù)P和 定子鐵心的凸極S的關(guān)系設(shè)定為S = 6n、P = 6n士2(n為1以上的整數(shù))的關(guān)系，對于上述 組合進(jìn)行討論。這時，若將定子鐵心4的凸極數(shù)S與本發(fā)明相同地設(shè)為36，則永磁鐵6的極 數(shù)為36士2，永磁鐵6的極數(shù)為34或38。 因此，兩者的最大公約數(shù)M均為2，最小共倍數(shù)N分別為612、684，最小公倍數(shù)N與 最大公約數(shù)M之比分別為306、342。
這時，最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比變大，但最大公約數(shù)M為2而較小，不能 如本發(fā)明為3以上。 在永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，當(dāng)將永磁鐵的極數(shù)設(shè)為P，將定子的凸極數(shù)設(shè)為S，進(jìn)而將P 和S的最大公約數(shù)設(shè)為M、最小公倍數(shù)設(shè)為N時，最大公約數(shù)M為規(guī)定旋轉(zhuǎn)電機(jī)的振動模式 (mode)的值。在外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的情況下，轉(zhuǎn)子鐵心7受電磁性應(yīng)力而規(guī)定進(jìn)行 環(huán)狀模式的振動時的模式數(shù)(周向的振動周期)，通過使其變大而減小振動，能夠?qū)崿F(xiàn)低振 動的電動機(jī)。 在專利文獻(xiàn)2中首次公開的最大公約數(shù)M = 2，為2次的振動模式，半周量的電 磁力的積分作用于位于其中央位置的轉(zhuǎn)子鐵心，因此在轉(zhuǎn)子鐵心7上引起大的橢圓狀的振動。 另一方面，最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比N/M為旋轉(zhuǎn)1周除以最大公約數(shù)M 所得的范圍的定子鐵心4的凸極數(shù)與在此所占的永磁鐵6的極數(shù)的最小公倍數(shù)。該比值為 規(guī)定齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù)的數(shù)值，其中齒槽轉(zhuǎn)矩是根據(jù)上述范圍的定子鐵心4的凸極數(shù)S和 永磁鐵6的極數(shù)P而產(chǎn)生的。由于齒槽轉(zhuǎn)矩隨著齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù)的增加而變小，因此可 以通過增大最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比而降低齒槽轉(zhuǎn)矩。 在本發(fā)明的一實施方式中，具有定子和配置于其外周的環(huán)狀的轉(zhuǎn)子鐵心，其中定 子具有環(huán)狀磁軛部；在徑向外周具有凸極的定子鐵心；定子線圈，其配置于定子鐵心的開 口槽部，且集中地巻繞于所述凸極上。在該轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)周面具有永磁鐵轉(zhuǎn)子，該永磁鐵轉(zhuǎn) 子通過將6面且為矩形狀的長方體的永磁鐵與所述定子隔著適當(dāng)空隙地配置在轉(zhuǎn)子鐵心 的內(nèi)周面。并且，本實施方式的特征在于，當(dāng)將永磁鐵的極數(shù)設(shè)為P，將定子的凸極數(shù)設(shè)為 S，進(jìn)而將P和S的最大公約數(shù)設(shè)為M、最小公約數(shù)設(shè)為N時，采用使最大公約數(shù)M為3以上， 且最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比N/M為13以上的結(jié)構(gòu)。 由此，能夠提供一種外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其降低無負(fù)荷時的齒槽轉(zhuǎn)矩及有負(fù) 荷時的振動、噪音，并且廉價。 這樣，無需采用專利文獻(xiàn)2所公開的"S = 6n，P = 6n士2(n為1以上的整數(shù))"的 結(jié)構(gòu)，齒槽轉(zhuǎn)矩也能夠足夠小，并且，由此，通過采用增加振動模式數(shù)的結(jié)構(gòu)，能夠充分地降 低振動噪音。 在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，定子鐵心4的凸極不采用如專利文獻(xiàn)1的在外周端 向周向擴(kuò)大的結(jié)構(gòu)，而采用開口型的槽結(jié)構(gòu)。作為電梯的巻揚(yáng)機(jī)，要求在達(dá)到200%左右的 負(fù)荷為止將轉(zhuǎn)矩脈動抑制為很小。并且，為進(jìn)行電梯裝置的保持試驗，通過定期試驗等來確 認(rèn)能夠產(chǎn)生進(jìn)而更大的轉(zhuǎn)矩。如專利文獻(xiàn)1所示，在凸極的外周側(cè)具有向周向擴(kuò)大的爪部 的、通常的半封閉型槽結(jié)構(gòu)中，對于與定子線圈5鏈接的磁通量，能夠利用爪部的集磁力， 使永磁鐵6的磁通增加。因此，在所述超負(fù)荷條件下，能夠利用爪部的集磁力增大轉(zhuǎn)矩。但 是，相反，由于在定子線圈5中流動的大的電流而產(chǎn)生的磁場，爪部產(chǎn)生部分性磁飽和，因 此導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩變動變大。這對于電梯裝置成為破壞乘坐感覺的主要原因。
通常，通過與永磁鐵6的磁通量鏈接而產(chǎn)生定子線圈5的感應(yīng)電壓為不包括高次 諧波的正弦波狀，通過對其施加正弦波形的電流可以使3相合成的轉(zhuǎn)矩成為脈動少的固定 的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。若采用半封閉型的槽形狀，則在大電流時由于該磁場的影響，感應(yīng)電壓變形， 可能使感應(yīng)電壓的高次諧波變大，由此，轉(zhuǎn)矩脈動變大。
另一方面，若采用如本發(fā)明優(yōu)選的實施方式的開口槽，則即使在超負(fù)荷條件下，由 于沒有產(chǎn)生局部性磁飽和的爪部，與轉(zhuǎn)矩略微降低相反，即使在超過200%的大負(fù)荷條件下 也能夠使轉(zhuǎn)矩脈動減小。 在該開口槽結(jié)構(gòu)中，極數(shù)的選擇對轉(zhuǎn)矩有很大影響。 例如，將定子鐵心4的凸極數(shù)S和永磁鐵6的極數(shù)P如圖1 、圖2所示地選擇36和 42的情況與定子鐵心4的凸極數(shù)S不變而永磁鐵6的極數(shù)P設(shè)為30的情況比較。通常，在 半閉合的槽形狀中，極數(shù)P = 42為多數(shù)的情況下，一個定子線圈5所巻繞的定子鐵心凸極 的表面的區(qū)域占電角210度。因此，包括磁通密度的負(fù)區(qū)域，定子鐵心凸極表面的平均磁通 密度減少，雖然頻率與永磁鐵6的極數(shù)P = 30比較增加，但成為產(chǎn)生感應(yīng)電壓沒有變化，相 同電流下的轉(zhuǎn)矩也基本沒有變化的結(jié)果。 在本發(fā)明所涉及的優(yōu)選的實施方式的開口槽構(gòu)造中，可以使一個定子線圈5所巻
繞的定子鐵心凸極的表面的區(qū)域的電角為180度以下，由此，能夠除去包括磁通密度的負(fù)
部分在內(nèi)的低的部分。由此，定子鐵心凸極表面的平均磁通密度增加，與P = 30比較增加。
在驗算例中，相對于P = 30極，通過選擇P = 42極而提高10%的轉(zhuǎn)矩。 極數(shù)的增加意味著頻率的增加，由于電感引起電壓下降變大，功率因數(shù)變差，需要
使進(jìn)行驅(qū)動的逆變器容量增加，這成為一缺點(diǎn)。但是，作為電梯裝置，為了保持試驗，必須通
過定期試驗等來確認(rèn)能夠產(chǎn)生進(jìn)而更大的轉(zhuǎn)矩的情況。 在這種情況下，通過將上述的轉(zhuǎn)矩增加變大，使永磁鐵的極數(shù)P比定子的凸極數(shù)S 多，從而能夠?qū)⒂来朋w旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的體積減小，或能夠?qū)⑿D(zhuǎn)電機(jī)的溫度上升降低，在這一 點(diǎn)成為能夠彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 返回圖l，對永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的定子鐵心2的凸極付以如圖示的記號。表示巻繞 分別由U、V、W相構(gòu)成的定子線圈5的凸極。例如，U1+表示在U相所屬的線圈向+向巻繞 的第一個凸極。另外，在圖2中，對定子線圈5付以如圖示的記號。例如^++表示向定子 鐵心2的凸極Ul+巻繞，進(jìn)而，末尾的+表示從紙面上的背面向表面巻繞，-則表示與其相 反。在圖1中，表示將定子鐵心2的凸極P為12極，永磁鐵2的極數(shù)P為14極作為基本單 位結(jié)構(gòu)的3倍結(jié)構(gòu)，在圖2中表示上述基本單位的1/2。 作為其他的定子鐵心凸極數(shù)S和永磁鐵的極數(shù)P的配合，可以考慮以定子鐵心4 的凸極S為9極、永磁鐵6的極數(shù)P為8極或10極為基本單位，重復(fù)其三倍以上。因此，可 以舉出以定子鐵心4的凸極S為27極，永磁鐵6的極數(shù)P為24極或30極為基本單位的例 子。 通常在將永磁鐵的極數(shù)設(shè)為P，定子的凸極數(shù)設(shè)為S，進(jìn)而P和S的最大公約數(shù)設(shè) 為M、最小公倍數(shù)設(shè)為N時，通常使最大公約數(shù)M為3以上，且最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M 之比N/M為13以上，因此可以發(fā)揮本發(fā)明的效果。 以上，以3相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但并不局限于此，將3相結(jié)構(gòu)的線圈分別按電角錯
開30度的結(jié)構(gòu)也可以，另外還可以采用多相結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1通過逆變器來驅(qū)動。 通常，3相的變換器具有電流檢測器、轉(zhuǎn)子的磁極位置檢測器，根據(jù)轉(zhuǎn)子3的位置 使正弦波狀的電流通電，且由逆變器驅(qū)動，該變換器具有通過對逆變器的轉(zhuǎn)矩指令改變該 電流大小的控制功能。根據(jù)需要，在高速旋轉(zhuǎn)時使電流的相位前進(jìn)，從而能夠進(jìn)行磁場減弱
7控制。 在作為本發(fā)明對象的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，定子鐵心4的定子凸極的永磁鐵 面的周向?qū)挾?表面磁極寬度)對轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生很大影響。 因此，將圖2所示的定子凸極42的表面磁極寬度設(shè)為9 a，定子凸極42間的間距 設(shè)為9s，對它們之比9a/9s給轉(zhuǎn)矩特性帶來的影響進(jìn)行了計算。計算條件為當(dāng)使定子 凸極42的表面磁極寬度9a變化時，假設(shè)槽內(nèi)的磁動力與表面磁極寬度9a變化所對應(yīng)的 槽43的面積增減多少成比例地增減。由此，假設(shè)槽內(nèi)的電流密度一定。以計算條件為永磁 鐵的極數(shù)P為30，定子的凸極數(shù)S為36，永磁鐵的極寬與永磁鐵間距之比大約為80%左右 的條件根據(jù)有限元法進(jìn)行了磁場計算。 在此，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動為評價的對象。對其產(chǎn)生影響的因素有定子凸極42的表面 磁極寬度9a。還有一個為通過將定子凸極42的永磁鐵面的兩端面的半徑與定子凸極42 的永磁鐵面的中心面的半徑相比僅減小Tl，則能夠使定子凸極42的永磁鐵面變圓而降低 轉(zhuǎn)矩脈動，從而將該Tl作為參數(shù)進(jìn)行計算。
其結(jié)果如圖4所示。 圖4表示根據(jù)上述的計算條件，使脈動轉(zhuǎn)矩一定時的定子凸極42的表面磁極寬度 9a與定子凸極間距9s之比所對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩的值。通過使定子凸極42的表面磁極寬
度9a為定子凸極42間的間距9s的大約l/2，由于脈動轉(zhuǎn)矩一定，可以觀察到能夠?qū)⑤敵?br> 轉(zhuǎn)矩最大化的結(jié)果。并且，若將定子凸極42的表面磁極寬度9a和定子凸極42間的間距 9 s所對應(yīng)的比設(shè)定在44 54%的范圍內(nèi)，則能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩下降相對于最大轉(zhuǎn)矩抑制在5%以內(nèi)。 接下來，在圖5中表示本發(fā)明的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的永磁鐵的極弧度所對應(yīng) 的特性。圖中表示平均的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動。圖中進(jìn)而一起表示在轉(zhuǎn)矩脈動中，表示轉(zhuǎn) 矩脈動的峰值的tpp，轉(zhuǎn)矩脈動的電角的第六次分量t6，及其第十二次分量t12。第六次分 量t6相對較小，由第十二次分量t12決定脈動轉(zhuǎn)矩的峰值。并且，通過將能夠減小該第十二 次分量t12的永磁鐵的極間距所占的極寬度(極弧度)設(shè)定為0. 7或0. 87，可以觀察到脈 動轉(zhuǎn)矩的減小。 通過采用本結(jié)構(gòu)能夠得到轉(zhuǎn)矩脈動小的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1。并且，永磁鐵的 極間距所占的極寬在相對于0. 7或0. 87的±2%的范圍，即0. 68 0. 72或0. 85 0. 89 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩脈動足夠小，可以稱為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 另外，在此若永磁鐵的極間距所占的極寬選擇為0. 7，則根據(jù)附圖永磁鐵的使用量 所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生量的比變大，若永磁鐵的極間距所占的極寬選擇為0. 87，則能夠使產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩的絕對值變大。 圖6為本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭斜(Skew)結(jié)構(gòu)例 圖。如上所示，為同時達(dá)成高轉(zhuǎn)矩化、低轉(zhuǎn)矩脈動化，扭斜是不可缺的。圖6(a)表示將永磁 鐵6配置于轉(zhuǎn)子鐵心磁鐵安裝面71的中心部的示例。圖6 (b)表示將永磁鐵6配置于轉(zhuǎn)子 鐵心磁鐵安裝面71的右側(cè)的示例。圖6 (c)表示將永磁鐵6配置于轉(zhuǎn)子鐵心磁鐵安裝面71 的左側(cè)的示例。 在此，e d表示相對于圖6 (a)的將永磁鐵6配置于轉(zhuǎn)子鐵心磁鐵安裝面71的中 心部的情況，圖6 (b)、圖6 (c)中所示的永磁鐵6的配置的移動量。
8
通過在軸向改變以上的圖6 (a) 、 (b)及(c)的配置，能夠進(jìn)行扭斜。
圖7表示本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭斜特性。在此， tpp2表示在軸向上將永磁鐵二分割，如圖6(b)、圖6(c)配置時的轉(zhuǎn)矩脈動。另外，tpp3表 示在軸向上將永磁鐵三分割，各永磁鐵如圖6(a)、 (b)、 (c)地錯開配置時的轉(zhuǎn)矩脈動。
軸向二分割的特征在于，在9 d的小范圍內(nèi)能夠得到極小的轉(zhuǎn)矩脈動，另一方面， 軸向三分割的特征在于，能夠使轉(zhuǎn)矩脈動的最小值比二分割結(jié)構(gòu)更小。其原理是，軸向二分 割對應(yīng)于電角十二次分量變小，與此相對，軸向三分割能夠使電角十二次分量和六次分量 同時變小地工作。由以上的結(jié)構(gòu)能夠容易地得到扭斜的效果。 圖8表示本發(fā)明的另一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭斜結(jié)構(gòu)。
在圖8的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1中，表示在軸向沒有進(jìn)行磁鐵分割的結(jié)構(gòu)。通 過使轉(zhuǎn)子鐵心磁鐵安裝面71的周向?qū)挾缺扔来盆F6的寬度大，將永磁鐵6如圖示地傾斜配 置，從而能夠得到連續(xù)的扭斜。并且，永磁鐵6由于不必在軸向上進(jìn)行分割，因此制作、涂 裝、操作等容易，能夠降低成本。 并且，在所述圖7中，將在圖8所示的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的扭斜情況下的轉(zhuǎn) 矩脈動的計算值作為tcont —起表示。除低成本化之外，示出了作為扭斜的效果能夠比所 述二分割、三分割的扭斜更大并能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動的結(jié)果。 圖9為本發(fā)明的另一實施方式所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要部分放大 圖。 在此，特征在于將轉(zhuǎn)子鐵心7的中心分成由硅鋼板構(gòu)成的硅鋼板部74和由塊狀鐵 心構(gòu)成的塊狀鐵心部73。所述轉(zhuǎn)子鐵心7的轉(zhuǎn)子鐵心磁鐵部71的機(jī)械加工消耗制作時間。 因此，可能會導(dǎo)致高價。另外，如圖1所示，若塊狀鐵心73與定子鐵心4直接對置，則由定子 線圈5產(chǎn)生的磁場使塊狀鐵心中產(chǎn)生渦電流，由此可能導(dǎo)致永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的效率降低。
根據(jù)本實施例的結(jié)構(gòu)，通過如圖示設(shè)置硅鋼板部74，能夠簡單地制作轉(zhuǎn)子鐵心磁 鐵安裝面71的形狀。并且，可能使轉(zhuǎn)子鐵心7內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的脈動磁通通過層疊硅鋼板 內(nèi)，能夠?qū)u流損耗的產(chǎn)生抑制到最小。對于集中繞組永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的永磁鐵內(nèi)的渦電 流，可以通過已經(jīng)進(jìn)行的永磁鐵的分割抑制為較小。通過螺栓等能夠容易地將轉(zhuǎn)子鐵心7 的硅鋼板部74固定到軸向或徑向的塊狀鐵心部73上。 接下來，利用圖10對適用以上說明的本發(fā)明的實施例所涉及的永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1 的電梯巻揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。 圖10為將使用本發(fā)明的一實施例所涉及的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電梯巻揚(yáng)機(jī) 以與軸平行的面剖開的概要圖。為外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1和繩輪9成為一體的結(jié)構(gòu)。電 梯巻揚(yáng)機(jī)11具有產(chǎn)生動力的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1和將所述外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1 產(chǎn)生的動力傳遞到吊索(未圖示)的繩輪9。另外，具有對轉(zhuǎn)子3的外周施加制動力的制 動器12，支承具有旋轉(zhuǎn)體的軸8的轉(zhuǎn)子支承部IO，支承它們的定子支承板8。在此，制動器 13由制動器的移動部131和制動器的固定部132構(gòu)成，制動器的移動部131與轉(zhuǎn)子3的外 周相接且產(chǎn)生制動力，制動器的固定部132使移動部131能夠移動地進(jìn)行支承。
通過以上的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、低振動的電梯巻揚(yáng)機(jī)11。 通過將本發(fā)明的一實施方式所涉及的永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)1適用于電梯巻揚(yáng)機(jī)11上， 從額定轉(zhuǎn)矩時到最大轉(zhuǎn)矩的廣泛的區(qū)域內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)低轉(zhuǎn)矩脈動，有助于傳遞到電梯轎廂上的振動及電梯機(jī)構(gòu)的噪音的降低。進(jìn)而，通過使轉(zhuǎn)子3扭斜，能夠?qū)崿F(xiàn)更低轉(zhuǎn)矩脈動化、提 高轉(zhuǎn)矩。進(jìn)而，通過將定子凸極的表面磁極寬度9a設(shè)定在定子凸極間距98的50%左右 (44% 54% )，從而實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩化。由此，能夠提供一種振動少、價格低、小型化的電梯巻 揚(yáng)機(jī)。 工業(yè)上的可利用性 此外，以上示出了本發(fā)明的永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)適用于電梯巻揚(yáng)機(jī)的情況的結(jié)構(gòu)，但 本發(fā)明不局限于以上結(jié)構(gòu)。例如，在電動車輛，特別是如輪內(nèi)馬達(dá)一樣搭載于車輪中的外轉(zhuǎn) 型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)中也能夠發(fā)揮同樣的效果，由此，能夠提供低噪音、低振動且乘坐感覺良 好、耗油量少的電動車輛。
權(quán)利要求
一種外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，具有定子、轉(zhuǎn)子鐵心和永磁鐵轉(zhuǎn)子，其中，所述定子包括環(huán)狀的磁軛部；定子鐵心，在其徑向外周具有凸極；定子線圈，其配置于所述定子鐵心所形成的開口槽部，且集中地卷繞于所述凸極上，所述轉(zhuǎn)子鐵心為環(huán)狀且配置于定子的外周，所述永磁鐵轉(zhuǎn)子通過將6面為矩形狀的長方體的永磁鐵與所述定子隔著適當(dāng)?shù)目障杜渲糜谵D(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)周面而構(gòu)成，當(dāng)將永磁鐵的極數(shù)設(shè)為P，將定子的凸極數(shù)設(shè)為S，進(jìn)而將P和S的最大公約數(shù)設(shè)為M、最小公倍數(shù)設(shè)為N時，最大公約數(shù)M為3以上，且最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比N/M為13以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 永磁鐵的極數(shù)P比定子的凸極數(shù)S多。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 定子凸極的表面磁極寬度為定子凸極間距的44% 54%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 永磁鐵的極弧度為永磁鐵間距的0. 7或0. 87。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 在永磁鐵和定子鐵心之間具有層疊鋼板。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，作為永磁鐵安裝面的轉(zhuǎn)子內(nèi)周面，每個永磁鐵安裝面在周向及軸向上均為平直面，在 軸向上排列多個永磁鐵并使其在周向上錯開配置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 在周向上錯開的永磁鐵的個數(shù)為3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，作為永磁鐵安裝面的轉(zhuǎn)子內(nèi)周面，每個永磁鐵安裝面在周向及軸向上均為平直面，在 該平直面內(nèi)，相對于軸向傾斜配置永磁鐵。
9. 一種電梯裝置，其特征在于，具有巻揚(yáng)機(jī)，所述巻揚(yáng)機(jī)使用權(quán)利要求1 8中任一項所述的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)， 并且具有與該外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的外轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)子相連且?guī)喞@有吊索的繩輪。
全文摘要
本發(fā)明提供轉(zhuǎn)矩脈動少、低噪音、小型輕量、高效率、低價格的外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)及具有其的電梯裝置。所述外轉(zhuǎn)型永磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有定子、轉(zhuǎn)子鐵心和永磁鐵轉(zhuǎn)子，其中，所述定子包括環(huán)狀的磁軛部；定子鐵心，在其徑向外周具有凸極；定子線圈，其配置于所述定子鐵心所形成的開口槽部，且集中地卷繞于所述凸極上，所述轉(zhuǎn)子鐵心為環(huán)狀且配置于定子的外周，所述永磁鐵轉(zhuǎn)子通過將6面為矩形狀的長方體的永磁鐵與所述定子隔著適當(dāng)?shù)目障杜渲糜谵D(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)周面而構(gòu)成，當(dāng)將永磁鐵的極數(shù)設(shè)為P，將定子的凸極數(shù)設(shè)為S，進(jìn)而將P和S的最大公約數(shù)設(shè)為M、最小公倍數(shù)設(shè)為N時，最大公約數(shù)M為3以上，且最小公倍數(shù)N與最大公約數(shù)M之比N/M為13以上。
文檔編號H02K1/27GK101795041SQ20101010815
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者二瓶秀樹, 北村正司, 北村英樹, 尾方尚文, 山崎政英, 田島文男 申請人:株式會社日立制作所