永磁式旋轉電機及電梯驅動提升的制造方法
永磁式旋轉電機及電梯驅動提升的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供能夠在抑制電源容量的增加的基礎上實現(xiàn)高轉矩密度的永磁式旋轉電機及電梯驅動提升機。本實用新型的永磁式旋轉電機，包括：定子，由定子鐵芯和配置在定子鐵芯的槽內的定子繞組構成；轉子，與定子隔著徑向的氣隙相對，并且在該轉子中，層疊有轉子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的永磁鐵交替地呈輻射狀地配置，在槽的開口部的最小寬度為a，轉子鐵芯的磁極前端寬度為b時，滿足a≥b。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及永磁式旋轉電機以及使用該永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機。 永磁式旋轉電機及電梯驅動提升機
【背景技術】
[0002] 要求小型、輕量、低振動的電梯驅動提升機使用高轉矩密度且低轉矩脈動的永磁 式同步電動機。該電動機中采用具有高能量密度的釹磁鐵。但由于近年來追求永磁式旋轉 電機的少稀土族化/無稀土族化，與釹磁鐵相比稀土族元素含量更少的鐵氧體磁鐵再次受 到關注。
[0003] 鐵氧體磁鐵的磁力為釹磁鐵的1/3左右。如果從釹磁鐵換到鐵氧體磁鐵，由于需 要通過增加磁鐵表面積來彌補磁力的下降導致的轉矩不足，電動機的體積增大。這對于設 置空間限制嚴格的電梯驅動提升機是一大問題。因此，追求能夠以鐵氧體磁鐵那樣的低磁 力磁鐵實現(xiàn)高轉矩密度的永磁式旋轉電機。
[0004] 電梯驅動提升機中使用的永磁式旋轉電機主要為將永磁鐵貼附在轉子表面的表 面磁鐵型（SPM，Surface Permanent Magnet :表面式永磁）。但該構造無法將磁鐵表面積增 大至超過氣隙的面積（轉子與定子的相對面積），難以使氣隙中的磁通密度成為磁鐵的剩 余磁通密度以上。因此，在這樣的構造中，難以使用鐵氧體磁鐵那樣的低磁力永磁鐵實現(xiàn)高 轉矩密度。
[0005] 另一方面，作為實現(xiàn)了高轉矩密度的永磁式旋轉電機，有專利文獻1中公開的無 刷式DC電動機。該電動機的轉子中磁鐵部和磁性材料部交替地成輻射狀地配置。
[0006] 現(xiàn)有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開2000-217286號公報 實用新型內容
[0009] 通過如專利文獻1所述那樣配置磁鐵，由于能夠沿徑向擴大磁鐵的表面積，能夠 增大轉子與定子間的氣隙中的磁通密度。因此，通過優(yōu)化轉子鐵芯的縱橫比，使氣隙中的磁 通密度超過磁鐵的剩余磁通密度變得可能。因此，在使用鐵氧體磁鐵那樣的低磁力的磁鐵 的情況下，也能夠實現(xiàn)與釹磁鐵相同程度的轉矩密度。
[0010] 然而，在過載時需要輸出比較大的轉矩（數(shù)百?數(shù)千Nm)的電梯驅動提升機的情 況下，經(jīng)過本
【發(fā)明者】等的研究，在專利文獻1中記載的永磁式旋轉電機中因泄露磁通導致 電源容量的大幅增加。即，在專利文獻1中記載的永磁式旋轉電機中，如果轉子的磁極與定 子的槽相對，則由定子繞組產生的磁通經(jīng)過轉子的磁極表面回到定子側，成為對轉矩沒有 貢獻的泄露磁通。進一步地，該泄露磁通成為在過載時定子齒的磁飽和的原因，永磁鐵的磁 通因齒的磁飽和的影響而不進入定子側，成為轉矩相對于電流增加而飽和的原因。這在過 載時需要輸出比較大的轉矩（數(shù)百?數(shù)千Nm)的電梯驅動提升機的情況下導致電源容量的 大幅度增加。 toon] 如上，專利文獻1的永磁式旋轉電機用作類似電梯驅動提升機那樣的要求高轉矩 密度的機器的旋轉電機的情況下，在兼顧高轉矩密度與低電源容量兩方面有改善的余地。
[0012] 本實用新型的目的為提供能夠在抑制電源容量的增加的基礎上實現(xiàn)高轉矩密度 的永磁式旋轉電機和使用其的電梯驅動提升機。
[0013] 用于解決課題的手段
[0014] 本實用新型的第一方面的永磁式旋轉電機，其特征在于，包括：定子，由定子鐵芯 和配置在定子鐵芯的槽內的定子繞組構成；和轉子，與定子隔著徑向的氣隙相對，交替地輻 射狀配置轉子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的永磁鐵，其中，令槽的開口部的最小寬度為 a，轉子鐵芯的磁極前端寬度為b時，滿足a > b。
[0015] 本實用新型的第二方面的永磁式旋轉電機，其在第一方面的永磁式旋轉電機中， 所述永磁鐵的形狀為矩形，在磁化方向的厚度為c時，滿足b > c。
[0016] 本實用新型的第三方面的永磁式旋轉電機，其在第一方面的永磁式旋轉電機中， 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
[0017] 本實用新型的第四方面的永磁式旋轉電機，其在第二方面的永磁式旋轉電機中， 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
[0018] 本實用新型的第五方面的永磁式旋轉電機，其在第四方面的永磁式旋轉電機中， 在所述定子鐵芯的定子凸極的前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0019] 本實用新型的第六方面的永磁式旋轉電機，其在第五方面的永磁式旋轉電機中， 在所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0020] 本實用新型的第七方面的永磁式旋轉電機，其在第六方面的永磁式旋轉電機中， 所述定子鐵芯的定子凸極的前端被施以倒角。
[0021] 本實用新型的第八方面的永磁式旋轉電機，其在第七方面的永磁式旋轉電機中， 所述轉子鐵芯的磁極前端被施以倒角。
[0022] 本實用新型的第九方面的永磁式旋轉電機，其在第八方面的永磁式旋轉電機中， 所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側分別與跨所述永磁鐵相鄰的轉子鐵芯的磁極前端的側端 相連結。
[0023] 本實用新型的第十方面的永磁式旋轉電機，其在第九方面的永磁式旋轉電機中， 具備被固定在所述永磁式旋轉電機的旋轉軸上的環(huán)狀的非磁性體，在所述非磁性體的外周 側形成有燕尾槽，在所述轉子鐵芯的內周側形成有從軸向嵌入到所述燕尾槽的燕尾榫。
[0024] 本實用新型的第十一方面的永磁式旋轉電機，其在第一至第十方面的永磁式旋轉 電機中，所述永磁鐵使用鐵氧體磁鐵。
[0025] 本實用新型的第十二方面的電梯驅動提升機，該電梯驅動提升機使用本實用新型 的第十一方面的永磁式旋轉電機，所述定子被固定在所述電梯驅動提升機的機架上，所述 轉子被固定在所述電梯驅動提升機的具備繩輪的旋轉體上。
[0026] 實用新型效果
[0027] 通過本實用新型，能夠抑制電源容量的增加，實現(xiàn)高轉矩密度。
[0028] 上述之外的研究問題、結構和效果通過以下實施方式的說明可明了。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1是本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型的半徑方向的剖 面概覽圖。
[0030] 圖2是將本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的半徑方向剖面展開后 的示意圖。
[0031] 圖3是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分的放大圖。
[0032] 圖4是圖1所示的永磁式旋轉電機的定子鐵芯的部分放大圖。
[0033] 圖5是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子鐵芯的部分放大圖。
[0034] 圖6是圖1所示的永磁式旋轉電機和比較例的永磁式旋轉電機的電流一轉矩特性 的模擬結果。
[0035] 圖7是本實用新型的第二實施方式的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分 的放大圖。
[0036] 圖8是本實用新型的第三實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型的半徑方向的剖 面概覽圖。
[0037] 圖9是使用圖8所示的永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機的軸向剖面概覽圖。
【具體實施方式】
[0038] 以下利用【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的實施例。
[0039] 【實施例1】
[0040] 利用圖1?6說明本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機。
[0041] 圖1是本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型（在周向上分割 成6部分后的一個部分）的半徑方向的剖面概覽圖。
[0042] 如圖1所示，永磁式旋轉電機1由定子2和轉子3構成。定子2包括定子鐵芯4 和定子繞組5。定子鐵芯4通過層疊多個由沖切模具沖切的電磁鋼板而構成。定子鐵芯4 由設于外周部的、構成定子磁路的環(huán)狀定子芯背41 ;和以規(guī)定角度間隔從定子芯背41向定 子內周輻射狀地延伸設置的定子凸極（定子齒）42構成。如圖1所示，相鄰的一對定子凸 極42之間與定子芯背41所構成的空間為槽部43,為容納定子繞組5的空間。在此，如圖1 所示，在各定子凸極42的每一個極卷繞有一個定子繞組5。
[0043] 另一方面，轉子3由轉軸10、配置在轉軸10的外周面的非磁性體9、設置于非磁性 體9的外周面的轉子鐵芯7、和永磁鐵6構成，與定子2隔著徑向的氣隙8配置在內周側。
[0044] 如圖1所示，永磁鐵6和定子鐵芯7分別向著轉子外周輻射狀地配置。轉子鐵芯 7通過層疊多個由沖切模具等沖切的電磁鋼板而構成，如圖所示，每個極分離并沿著轉子3 的周向以規(guī)定角度間隔排列設置。轉子鐵芯7作為構成轉子磁路的轉子磁極71發(fā)揮作用。
[0045] 如圖1所示，在相鄰的一對轉子磁極71與非磁性體9所構成的空間即磁鐵插入空 間72中容納了永磁鐵6。此時永磁鐵6的磁化相對于轉子3的徑向垂直，轉子磁極71沿著 轉子的周向以NSNS…交替的方式配置。永磁鐵6使用鐵氧體磁鐵。此外，永磁鐵6的形狀 期望為矩形。由于磁鐵的加工負擔減少，能夠降低磁鐵成本。
[0046] 永磁鐵6通過粘合劑等固定在磁鐵插入空間72中。非磁性體9具有減少轉子磁 極71的內周側的泄露磁通的效果。作用于轉子鐵芯7的轉矩通過非磁性體9傳遞到轉軸 10。作為非磁性體使用SUS304CJIS標準）等非磁性的奧氏體（austenite)不銹鋼。作為 非磁性體，也可以使用非磁性的鋁合金等。
[0047] 此外，作為非磁性體9的替代能夠設置空隙。此時，在轉軸10的軸向端部相對地 設置一對圓盤，將轉子鐵芯7通過螺栓固定在該圓盤，作用于轉子鐵芯7的轉矩通過圓盤傳 遞到轉軸10。
[0048] 圖2是將本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的半徑方向剖面展開后 的示意圖。
[0049] 在圖2中，令槽部43的開口部的最小寬度為a、轉子磁極71的前端寬度為b、永磁 鐵6的磁化方向厚度為c、定子凸極42相對于徑向垂直的方向上的最小寬度為d時，本實施 例中 a、b、c、d 滿足 a > b、b > c、b < d。
[0050] 圖3是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分的放大圖。
[0051] 如圖3所示，通過滿足a > b，在槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài)下，不存在轉子 磁極71與定子凸極42在徑向上重疊的部分。這樣，在槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài) 下，如果不存在轉子磁極71與定子凸極42重疊的部分，則在定子凸極42 -氣隙8 -轉子 磁極71的表面一氣隙8-相鄰的定子凸極42這一磁通路徑的磁阻增大。由此，定子繞組 5的磁通的泄露成分Π 變小，能夠緩和過載時定子凸極42的磁飽和。此外，也能夠緩和轉 矩相對于電流增加的飽和。但在極端地增大a或者極端地減小b的情況下，雖然減少泄露 磁通的效果較大，但由于定子凸極42和轉子磁極71磁飽和，轉矩密度降低。因此，通過使 a與b實質上相等（盡可能地相等）能夠兼顧泄露磁通的減少和高轉矩密度兩者。
[0052] 此外，以往的永磁式旋轉電機中，為了減少氣隙中的磁阻的變化，降低噪聲，可認 為期望槽部43的開口部的最小寬度a盡可能地?。榱司砝@定子繞組所需的最小寬度）。 在本實用新型中，為了抑制電源容量的增加，實現(xiàn)高轉矩密度，經(jīng)研究之后的結果為，與以 往的使槽部43的開口部的最小寬度a減小的想法相反，獲得了增大槽部43的開口部的最 小寬度a更佳的想法，發(fā)現(xiàn)如上所述期望滿足a彡b這一點。
[0053] 而在滿足a彡b的永磁式旋轉電機中，進一步地，通過滿足b彡c，定子凸極42 - 氣隙8 -轉子磁極71 -永磁鐵6 -相鄰的轉子磁極71 -氣隙8 -相鄰的定子凸極42這 一磁通路徑的磁阻變小。換而言之，在滿足a > b的永磁式旋轉電機中，為了減小定子凸極 42 -氣隙8 -轉子磁極71 -永磁鐵6 -相鄰的轉子磁極71 -氣隙8 -相鄰的定子凸極42 這一磁通路徑的磁阻，在圖3所示的槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài)以外，需要增大定子 凸極42與轉子磁極71相對的區(qū)域。為了實現(xiàn)這點，只需滿足b>c即可。由此，定子繞組 5產生的磁通易于進入轉子3內部，泄露磁通減少，有助于轉矩的有效的磁通增加。但在極 端地增大b或者極端地減小c的情況下，雖然增加了有助于轉矩的有效的磁通，但永磁鐵6 的抗消磁性降低，容易發(fā)生不可逆消磁。因此，通過使b與c實質上相等（盡可能地相等） 能夠在確保永磁鐵的抗消磁性的同時兼顧泄露磁通的減少和高轉矩密度兩者。
[0054] 并且，在滿足a彡b、或者滿足a彡b和b彡c的永磁式旋轉電機中，進一步地，通 過滿足b < d，轉子磁極71 -氣隙8 -定子凸極42 -定子芯背41 一相鄰的定子凸極42 - 氣隙8 -相鄰的轉子磁極71這一磁通路徑71的磁阻減小。換而言之，在滿足a > b、或者 滿足a 和b > c的永磁式旋轉電機中，為了減小轉子磁極71 -氣隙8 -定子凸極42 - 定子芯背41 一定子凸極42 -氣隙8 -轉子磁極71這一磁通路徑的磁阻，不僅在圖3所示 的槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài)，還需要增大定子凸極42與轉子磁極71相對的區(qū)域。 為了實現(xiàn)這點，只需滿足b < d即可。由此，永磁鐵6產生的磁通易于進入定子2內部，增 加有助于轉矩的有效的磁通。但在極端地減小b或者極端地增大d的情況下，由于轉子磁 極71磁飽和，經(jīng)由定子凸極42的表面返回到轉子的永磁鐵6的磁通的泄露成分增加，轉矩 密度降低。因此，通過使b與d實質上相等（盡可能地相等）能夠兼顧泄露磁通的減少和 高轉矩密度兩者。
[0055] 尤其根據(jù)本
【發(fā)明者】等的研究，本實用新型的實施例中期望的a、b、c、d比例大致為 0.9:0. 9:0. 7:1.0(圖 1 的形狀）。
[0056] 圖4是圖1所示的永磁式旋轉電機的定子鐵芯的部分放大圖。
[0057] 如圖4所示，在定子凸極42的前端的兩側分別設有向周向突出的突起44,突起44 防止定子繞組5脫離到氣隙8中。進一步地，通過定子凸極42的前端的兩側的倒角45,減 少圖3所示的泄露磁通Π 。即，在圖3的狀態(tài)下，由于能夠增大定子凸極42的前端的側端 部與轉子磁極71的前端的側端部之間的氣隙8,定子凸極42 -氣隙8 -轉子磁極71的表 面一氣隙8 -相鄰的定子凸極42這一磁通路徑的磁阻增大，能夠減少泄露磁通Π 。此外， 通過定子凸極42的前端的兩側的倒角45,能夠減少氣隙8的磁通密度的空間高次諧波成 分，降低轉矩脈動。
[0058] 圖5是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子鐵芯的部分放大圖。
[0059] 如圖5所示，轉子磁極71的前端的兩側分別設有向周向突出的突起73,突起73防 止永磁鐵6因離心力而飛出到氣隙8中。進一步地，通過轉子磁極71的前端的兩側的倒角 74,能夠減少氣隙8的磁通密度的空間高次諧波成分，降低轉矩脈動。
[0060] 圖6中表示本實用新型的實施例的永磁式旋轉電機（a、b、c、d的比例為 0.9:0.9:0.7:1.0)的電流一轉矩特性的模擬（基于棱邊元有限元法的磁場分析）結果。 此外，作為比較例，同時展示了 a、b、c、d比例為0. 3:1. 5:0. 8:1. 0的永磁式旋轉電機（模 擬以往的永磁式旋轉電機）的電流一轉矩特性的模擬結果。轉矩利用過載轉矩、電流利用 過載轉矩時的最大電流加以標準化。此外，所使用的永磁鐵為在常溫下約0. 45T左右的鐵 氧體磁鐵。
[0061] 在比較例的構造中，定子繞組產生的磁通經(jīng)過轉子的磁極表面回到定子側，不貢 獻轉矩的泄露磁通Π 變大。進一步地，該泄露磁通成為在過載時定子齒的磁飽和的原因， 永磁鐵的磁通因齒部的磁飽和的影響而不進入定子側，如圖6中實線所示成為轉矩相對于 電流的增加而飽和的原因。這在過載時需要輸出比較大的轉矩（數(shù)百?數(shù)千Nm)的電梯驅 動提升機的情況下，導致電源容量的大幅度增加。
[0062] 另一方面，通過本實用新型的實施例的永磁式旋轉電機的結構來降低泄露磁通， 如圖6所示，可知以過載轉矩時的最大電流到達過載轉矩。此外，可知能夠緩和轉矩相對于 電流的增加的飽和。即，通過本實用新型的實施例的永磁式旋轉電機的構造，可獲得接近理 想特性的電流一轉矩特性。因此，能夠抑制電源容量的增加，實現(xiàn)使高轉矩密度和低轉矩脈 動成為可能的永磁式旋轉電機。并且通過將該永磁式旋轉電機應用于電梯驅動提升機，能 夠實現(xiàn)使用鐵氧體磁鐵這樣的低磁力的磁鐵的電梯驅動提升機。
[0063] 【實施例2】
[0064] 利用圖7針對本實用新型的第二實施方式的永磁式旋轉電機的構造進行說明。
[0065] 圖7是本實用新型的第二實施方式的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分 的放大圖。對于與圖1和圖3所示的第一實施方式相同的部分附以同一附圖標記并省略說。 [0066] 如圖7所示，轉子磁極71的前端的兩側通過橋部75與跨永磁鐵6相鄰的轉子鐵 芯7相連結。由此，能夠提高轉子鐵芯7的外徑圓度，能夠減小因制造誤差產生的齒槽轉 矩。此外，橋部75防止永磁鐵6因離心力向氣隙8中飛出。但如果橋部75的徑向厚度過 厚，永磁鐵6的磁通流過橋部75成為泄露磁通，轉矩降低。相對地，如果橋部75的徑向厚 度過薄，由于橋部75被施加于永磁鐵6上的離心力破壞，因此需要以橋部75的強度優(yōu)先 來考慮橋部75的徑向厚度。
[0067] 在本實施例中也與第一實施方式相同，a、b、c、d以滿足a彡b、b彡c、b<d的方 式構成，能夠實現(xiàn)與第一實施方式相同的效果。
[0068] 【實施例3】
[0069] 利用圖8?圖9針對本實用新型的第三實施方式的永磁式旋轉電機以及使用其的 電梯驅動提升機的構造進行說明。
[0070] 圖8是本實用新型的第三實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型（在周向上分割 成6部分后的一個部分）的半徑方向的剖面概覽圖。圖9是使用圖8所示的永磁式旋轉電 機的電梯驅動提升機的軸向剖面概覽圖。對于與圖1所示的第一實施方式相同的部分附以 同一附圖標記并省略說。圖8所不的永磁式旋轉電機中也與第一實施方式相同，a、b、c、d 以滿足a>b、b>c、b<d的方式構成。
[0071] 如圖8所示，構成轉子3的非磁性體9的外周側形成有燕尾槽91。將轉子鐵芯的 燕尾榫76從軸向嵌入到該燕尾槽91中，將轉子鐵芯7固定于非磁性體9。由此，能夠將作 用于轉子磁極71的轉矩傳遞到非磁性體。進一步地，通過利用燕尾榫將轉子鐵芯固定于非 磁性體，能夠提高轉子鐵芯的外徑圓度，減小因制造誤差產生的齒槽轉矩。
[0072] 在非磁性體9設置有用于利用螺栓93固定在后述的旋轉體103上的螺栓孔92。 由此，能夠將傳遞到非磁性體的轉矩傳遞到外部。同樣地，對定子鐵芯4由于也產生反作用 轉矩，因此設有用于利用螺栓將定子鐵芯固定在外部（后述的機架101)上的螺栓孔46。不 必在所有的螺栓孔中嵌入螺栓，在能夠維持螺栓的機械強度的范圍內決定螺栓個數(shù)即可。
[0073] 圖9是使用圖8所示的永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機的軸向剖面概覽圖。如 圖9所示，永磁式旋轉電機的定子鐵芯4通過螺栓47在軸向上被固定在機架101。機架101 被固定于升降通道內的基座（machine base)或最上層的機械室的基座。如上所述地連接 的轉子鐵芯7和非磁性體9通過螺栓93在軸向上被固定于旋轉體103中。機架101與旋 轉體103之間插設有軸承105。旋轉體103包括：用于承受（接觸）外周側的制動器106的 制動蹄片（shoe)的制動鼓104;用于將轉矩產生的力傳遞到繩纜的繩輪102;和用于進行 永磁式旋轉電機的控制的編碼器107。制動器106配置在機架101的外周側。
[0074] 通過使用圖8所示的永磁式旋轉電機構成電梯驅動提升機，能夠實現(xiàn)使高轉矩密 度和低轉矩脈動成為可能的薄型提升機。
[0075] 此外，本實用新型的永磁式旋轉電機并不限定于電梯驅動提升機中，可應用于伺 服器或電動助力轉向器等要求高轉矩密度和低轉矩脈動的旋轉電機。
[0076] 總結上述的本實用新型如下。
[0077] (1) -種永磁式旋轉電機，其特征在于，包括：定子，其包括層疊有多個電磁鋼板 的定子鐵芯和配置在上述定子鐵芯的槽中的定子繞組；和轉子，其與上述定子隔著徑向的 氣隙相對，并且在該轉子中，層疊有多個電磁鋼板的轉子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的 永磁鐵交替地呈輻射狀地配置，在上述槽的開口部的最小寬度為a，上述轉子鐵芯的磁極前 端寬度為b時，滿足a彡b。
[0078] (2)如（1)所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述永磁鐵的形狀為矩形，在磁 化方向的厚度為c時，滿足b > c。
[0079] (3)如（1)或（2)所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：在上述定子鐵芯的定子凸 極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
[0080] (4)如（1)?（3)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：在上述定子鐵芯的 定子凸極的前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0081] (5)如（1)?（4)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：在上述轉子鐵芯的 磁極前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0082] (6)如（1)?（5)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述定子鐵芯的定 子凸極的前端被施以倒角。
[0083] (7)如（1)?（6)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述轉子鐵芯的磁 極前端被施以倒角。
[0084] (8)如⑴?（7)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述轉子鐵芯的磁 極前端的兩側分別與跨上述永磁鐵相鄰的轉子鐵芯的磁極前端的側端相連結。
[0085] (9)如（1)?（8)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：具備被固定在上述 永磁式旋轉電機的旋轉軸上的環(huán)狀的非磁性體，在上述非磁性體的外周側形成有燕尾槽， 在上述轉子鐵芯的內周側形成有從軸向嵌入到上述燕尾槽的燕尾榫。
[0086] (10)如⑴?（9)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述永磁鐵使用 鐵氧體磁鐵。
[0087] (11) 一種使用⑴?（10)中任一項所述的永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機，其 特征在于：上述定子被固定在上述電梯驅動提升機的機架上，上述轉子被固定在上述電梯 驅動提升機的具備繩輪的旋轉體上。
[0088] 此外，本實用新型并不限定于上述的實施例，包含了各種變形例。例如，上述實施 例是為了使本實用新型易于理解而詳細地進行說明，并非限定于必須具備所說明的全部的 結構。此外，能夠將某實施例的結構的一部分替換成其它實施例的結構，并且在某實施例中 能夠添加其它實施例的結構。另外，針對各實施例的結構的一部分，能夠進行其它結構的追 力口、刪除、替換。
[0089] 符號說明：
[0090] 1 :永磁式旋轉電機
[0091] 2:定子
[0092] 3 :轉子
[0093] 4 :定子鐵芯
[0094] 41 :定子芯背
[0095] 42 :定子凸極
[0096] 43 :槽部
[0097] 44 :定子突起
[0098] 45 :定子倒角
[00"] 46 :螺栓孔
[0100] 47 :螺栓
[0101] 5:定子繞組
[0102] 6 :永磁鐵
[0103] 7 :轉子鐵芯
[0104] 71 :轉子磁極
[0105] 72 :磁鐵插入空間
[0106] 73 :轉子突起
[0107] 74 :轉子倒角
[0108] 75 :橋部
[0109] 76 :燕尾榫
[0110] 8:氣隙
[0111] 9 :非磁性體
[0112] 91 :燕尾槽
[0113] 92 :螺栓孔
[0114] 93 :螺栓
[0115] 10 :轉軸
[0116] 100 :電梯驅動提升機
[0117] 101 :機架
[0118] 102 :繩輪
[0119] 103:旋轉體
[0120] 104 :制動鼓
[0121] 105 :軸承
[0122] 106 :制動器
[0123] 107 :編碼器。
【權利要求】
1. 一種永磁式旋轉電機，其特征在于，包括： 定子，其包括層疊有多個電磁鋼板的定子鐵芯和配置在所述定子鐵芯的槽中的定子繞 組；和 轉子，其與所述定子隔著徑向的氣隙相對，并且在該轉子中，層疊有多個電磁鋼板的轉 子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的永磁鐵交替地呈輻射狀地配置， 在所述槽的開口部的最小寬度為a，所述轉子鐵芯的磁極前端寬度為b時，滿足a > b。
2. 如權利要求1所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述永磁鐵的形狀為矩形，在磁化方向的厚度為c時，滿足b > c。
3. 如權利要求1所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
4. 如權利要求2所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
5. 如權利要求4所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述定子鐵芯的定子凸極的前端的兩側具有向周向突出的突起。
6. 如權利要求5所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側具有向周向突出的突起。
7. 如權利要求6所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述定子鐵芯的定子凸極的前端被施以倒角。
8. 如權利要求7所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述轉子鐵芯的磁極前端被施以倒角。
9. 如權利要求8所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側分別與跨所述永磁鐵相鄰的轉子鐵芯的磁極前端的 側端相連結。
10. 如權利要求9所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 具備被固定在所述永磁式旋轉電機的旋轉軸上的環(huán)狀的非磁性體，在所述非磁性體 的外周側形成有燕尾槽，在所述轉子鐵芯的內周側形成有從軸向嵌入到所述燕尾槽的燕尾 榫。
11. 如權利要求1?10中的任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述永磁鐵使用鐵氧體磁鐵。
12. -種電梯驅動提升機，其特征在于： 該電梯驅動提升機使用權利要求11中記載的永磁式旋轉電機， 所述定子被固定在所述電梯驅動提升機的機架上，所述轉子被固定在所述電梯驅動提 升機的具備繩輪的旋轉體上。
【文檔編號】H02K1/27GK203896058SQ201420056597
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權日:2013年3月14日
【發(fā)明者】北村英樹, 北村正司, 小松遼, 二瓶秀樹 申請人:株式會社日立產機系統(tǒng)
【專利摘要】本實用新型提供能夠在抑制電源容量的增加的基礎上實現(xiàn)高轉矩密度的永磁式旋轉電機及電梯驅動提升機。本實用新型的永磁式旋轉電機，包括：定子，由定子鐵芯和配置在定子鐵芯的槽內的定子繞組構成；轉子，與定子隔著徑向的氣隙相對，并且在該轉子中，層疊有轉子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的永磁鐵交替地呈輻射狀地配置，在槽的開口部的最小寬度為a，轉子鐵芯的磁極前端寬度為b時，滿足a≥b。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及永磁式旋轉電機以及使用該永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機。 永磁式旋轉電機及電梯驅動提升機
【背景技術】
[0002] 要求小型、輕量、低振動的電梯驅動提升機使用高轉矩密度且低轉矩脈動的永磁 式同步電動機。該電動機中采用具有高能量密度的釹磁鐵。但由于近年來追求永磁式旋轉 電機的少稀土族化/無稀土族化，與釹磁鐵相比稀土族元素含量更少的鐵氧體磁鐵再次受 到關注。
[0003] 鐵氧體磁鐵的磁力為釹磁鐵的1/3左右。如果從釹磁鐵換到鐵氧體磁鐵，由于需 要通過增加磁鐵表面積來彌補磁力的下降導致的轉矩不足，電動機的體積增大。這對于設 置空間限制嚴格的電梯驅動提升機是一大問題。因此，追求能夠以鐵氧體磁鐵那樣的低磁 力磁鐵實現(xiàn)高轉矩密度的永磁式旋轉電機。
[0004] 電梯驅動提升機中使用的永磁式旋轉電機主要為將永磁鐵貼附在轉子表面的表 面磁鐵型（SPM，Surface Permanent Magnet :表面式永磁）。但該構造無法將磁鐵表面積增 大至超過氣隙的面積（轉子與定子的相對面積），難以使氣隙中的磁通密度成為磁鐵的剩 余磁通密度以上。因此，在這樣的構造中，難以使用鐵氧體磁鐵那樣的低磁力永磁鐵實現(xiàn)高 轉矩密度。
[0005] 另一方面，作為實現(xiàn)了高轉矩密度的永磁式旋轉電機，有專利文獻1中公開的無 刷式DC電動機。該電動機的轉子中磁鐵部和磁性材料部交替地成輻射狀地配置。
[0006] 現(xiàn)有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開2000-217286號公報 實用新型內容
[0009] 通過如專利文獻1所述那樣配置磁鐵，由于能夠沿徑向擴大磁鐵的表面積，能夠 增大轉子與定子間的氣隙中的磁通密度。因此，通過優(yōu)化轉子鐵芯的縱橫比，使氣隙中的磁 通密度超過磁鐵的剩余磁通密度變得可能。因此，在使用鐵氧體磁鐵那樣的低磁力的磁鐵 的情況下，也能夠實現(xiàn)與釹磁鐵相同程度的轉矩密度。
[0010] 然而，在過載時需要輸出比較大的轉矩（數(shù)百?數(shù)千Nm)的電梯驅動提升機的情 況下，經(jīng)過本
【發(fā)明者】等的研究，在專利文獻1中記載的永磁式旋轉電機中因泄露磁通導致 電源容量的大幅增加。即，在專利文獻1中記載的永磁式旋轉電機中，如果轉子的磁極與定 子的槽相對，則由定子繞組產生的磁通經(jīng)過轉子的磁極表面回到定子側，成為對轉矩沒有 貢獻的泄露磁通。進一步地，該泄露磁通成為在過載時定子齒的磁飽和的原因，永磁鐵的磁 通因齒的磁飽和的影響而不進入定子側，成為轉矩相對于電流增加而飽和的原因。這在過 載時需要輸出比較大的轉矩（數(shù)百?數(shù)千Nm)的電梯驅動提升機的情況下導致電源容量的 大幅度增加。 toon] 如上，專利文獻1的永磁式旋轉電機用作類似電梯驅動提升機那樣的要求高轉矩 密度的機器的旋轉電機的情況下，在兼顧高轉矩密度與低電源容量兩方面有改善的余地。
[0012] 本實用新型的目的為提供能夠在抑制電源容量的增加的基礎上實現(xiàn)高轉矩密度 的永磁式旋轉電機和使用其的電梯驅動提升機。
[0013] 用于解決課題的手段
[0014] 本實用新型的第一方面的永磁式旋轉電機，其特征在于，包括：定子，由定子鐵芯 和配置在定子鐵芯的槽內的定子繞組構成；和轉子，與定子隔著徑向的氣隙相對，交替地輻 射狀配置轉子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的永磁鐵，其中，令槽的開口部的最小寬度為 a，轉子鐵芯的磁極前端寬度為b時，滿足a > b。
[0015] 本實用新型的第二方面的永磁式旋轉電機，其在第一方面的永磁式旋轉電機中， 所述永磁鐵的形狀為矩形，在磁化方向的厚度為c時，滿足b > c。
[0016] 本實用新型的第三方面的永磁式旋轉電機，其在第一方面的永磁式旋轉電機中， 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
[0017] 本實用新型的第四方面的永磁式旋轉電機，其在第二方面的永磁式旋轉電機中， 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
[0018] 本實用新型的第五方面的永磁式旋轉電機，其在第四方面的永磁式旋轉電機中， 在所述定子鐵芯的定子凸極的前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0019] 本實用新型的第六方面的永磁式旋轉電機，其在第五方面的永磁式旋轉電機中， 在所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0020] 本實用新型的第七方面的永磁式旋轉電機，其在第六方面的永磁式旋轉電機中， 所述定子鐵芯的定子凸極的前端被施以倒角。
[0021] 本實用新型的第八方面的永磁式旋轉電機，其在第七方面的永磁式旋轉電機中， 所述轉子鐵芯的磁極前端被施以倒角。
[0022] 本實用新型的第九方面的永磁式旋轉電機，其在第八方面的永磁式旋轉電機中， 所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側分別與跨所述永磁鐵相鄰的轉子鐵芯的磁極前端的側端 相連結。
[0023] 本實用新型的第十方面的永磁式旋轉電機，其在第九方面的永磁式旋轉電機中， 具備被固定在所述永磁式旋轉電機的旋轉軸上的環(huán)狀的非磁性體，在所述非磁性體的外周 側形成有燕尾槽，在所述轉子鐵芯的內周側形成有從軸向嵌入到所述燕尾槽的燕尾榫。
[0024] 本實用新型的第十一方面的永磁式旋轉電機，其在第一至第十方面的永磁式旋轉 電機中，所述永磁鐵使用鐵氧體磁鐵。
[0025] 本實用新型的第十二方面的電梯驅動提升機，該電梯驅動提升機使用本實用新型 的第十一方面的永磁式旋轉電機，所述定子被固定在所述電梯驅動提升機的機架上，所述 轉子被固定在所述電梯驅動提升機的具備繩輪的旋轉體上。
[0026] 實用新型效果
[0027] 通過本實用新型，能夠抑制電源容量的增加，實現(xiàn)高轉矩密度。
[0028] 上述之外的研究問題、結構和效果通過以下實施方式的說明可明了。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1是本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型的半徑方向的剖 面概覽圖。
[0030] 圖2是將本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的半徑方向剖面展開后 的示意圖。
[0031] 圖3是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分的放大圖。
[0032] 圖4是圖1所示的永磁式旋轉電機的定子鐵芯的部分放大圖。
[0033] 圖5是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子鐵芯的部分放大圖。
[0034] 圖6是圖1所示的永磁式旋轉電機和比較例的永磁式旋轉電機的電流一轉矩特性 的模擬結果。
[0035] 圖7是本實用新型的第二實施方式的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分 的放大圖。
[0036] 圖8是本實用新型的第三實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型的半徑方向的剖 面概覽圖。
[0037] 圖9是使用圖8所示的永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機的軸向剖面概覽圖。
【具體實施方式】
[0038] 以下利用【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的實施例。
[0039] 【實施例1】
[0040] 利用圖1?6說明本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機。
[0041] 圖1是本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型（在周向上分割 成6部分后的一個部分）的半徑方向的剖面概覽圖。
[0042] 如圖1所示，永磁式旋轉電機1由定子2和轉子3構成。定子2包括定子鐵芯4 和定子繞組5。定子鐵芯4通過層疊多個由沖切模具沖切的電磁鋼板而構成。定子鐵芯4 由設于外周部的、構成定子磁路的環(huán)狀定子芯背41 ;和以規(guī)定角度間隔從定子芯背41向定 子內周輻射狀地延伸設置的定子凸極（定子齒）42構成。如圖1所示，相鄰的一對定子凸 極42之間與定子芯背41所構成的空間為槽部43,為容納定子繞組5的空間。在此，如圖1 所示，在各定子凸極42的每一個極卷繞有一個定子繞組5。
[0043] 另一方面，轉子3由轉軸10、配置在轉軸10的外周面的非磁性體9、設置于非磁性 體9的外周面的轉子鐵芯7、和永磁鐵6構成，與定子2隔著徑向的氣隙8配置在內周側。
[0044] 如圖1所示，永磁鐵6和定子鐵芯7分別向著轉子外周輻射狀地配置。轉子鐵芯 7通過層疊多個由沖切模具等沖切的電磁鋼板而構成，如圖所示，每個極分離并沿著轉子3 的周向以規(guī)定角度間隔排列設置。轉子鐵芯7作為構成轉子磁路的轉子磁極71發(fā)揮作用。
[0045] 如圖1所示，在相鄰的一對轉子磁極71與非磁性體9所構成的空間即磁鐵插入空 間72中容納了永磁鐵6。此時永磁鐵6的磁化相對于轉子3的徑向垂直，轉子磁極71沿著 轉子的周向以NSNS…交替的方式配置。永磁鐵6使用鐵氧體磁鐵。此外，永磁鐵6的形狀 期望為矩形。由于磁鐵的加工負擔減少，能夠降低磁鐵成本。
[0046] 永磁鐵6通過粘合劑等固定在磁鐵插入空間72中。非磁性體9具有減少轉子磁 極71的內周側的泄露磁通的效果。作用于轉子鐵芯7的轉矩通過非磁性體9傳遞到轉軸 10。作為非磁性體使用SUS304CJIS標準）等非磁性的奧氏體（austenite)不銹鋼。作為 非磁性體，也可以使用非磁性的鋁合金等。
[0047] 此外，作為非磁性體9的替代能夠設置空隙。此時，在轉軸10的軸向端部相對地 設置一對圓盤，將轉子鐵芯7通過螺栓固定在該圓盤，作用于轉子鐵芯7的轉矩通過圓盤傳 遞到轉軸10。
[0048] 圖2是將本實用新型的第一實施方式的永磁式旋轉電機的半徑方向剖面展開后 的示意圖。
[0049] 在圖2中，令槽部43的開口部的最小寬度為a、轉子磁極71的前端寬度為b、永磁 鐵6的磁化方向厚度為c、定子凸極42相對于徑向垂直的方向上的最小寬度為d時，本實施 例中 a、b、c、d 滿足 a > b、b > c、b < d。
[0050] 圖3是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分的放大圖。
[0051] 如圖3所示，通過滿足a > b，在槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài)下，不存在轉子 磁極71與定子凸極42在徑向上重疊的部分。這樣，在槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài) 下，如果不存在轉子磁極71與定子凸極42重疊的部分，則在定子凸極42 -氣隙8 -轉子 磁極71的表面一氣隙8-相鄰的定子凸極42這一磁通路徑的磁阻增大。由此，定子繞組 5的磁通的泄露成分Π 變小，能夠緩和過載時定子凸極42的磁飽和。此外，也能夠緩和轉 矩相對于電流增加的飽和。但在極端地增大a或者極端地減小b的情況下，雖然減少泄露 磁通的效果較大，但由于定子凸極42和轉子磁極71磁飽和，轉矩密度降低。因此，通過使 a與b實質上相等（盡可能地相等）能夠兼顧泄露磁通的減少和高轉矩密度兩者。
[0052] 此外，以往的永磁式旋轉電機中，為了減少氣隙中的磁阻的變化，降低噪聲，可認 為期望槽部43的開口部的最小寬度a盡可能地?。榱司砝@定子繞組所需的最小寬度）。 在本實用新型中，為了抑制電源容量的增加，實現(xiàn)高轉矩密度，經(jīng)研究之后的結果為，與以 往的使槽部43的開口部的最小寬度a減小的想法相反，獲得了增大槽部43的開口部的最 小寬度a更佳的想法，發(fā)現(xiàn)如上所述期望滿足a彡b這一點。
[0053] 而在滿足a彡b的永磁式旋轉電機中，進一步地，通過滿足b彡c，定子凸極42 - 氣隙8 -轉子磁極71 -永磁鐵6 -相鄰的轉子磁極71 -氣隙8 -相鄰的定子凸極42這 一磁通路徑的磁阻變小。換而言之，在滿足a > b的永磁式旋轉電機中，為了減小定子凸極 42 -氣隙8 -轉子磁極71 -永磁鐵6 -相鄰的轉子磁極71 -氣隙8 -相鄰的定子凸極42 這一磁通路徑的磁阻，在圖3所示的槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài)以外，需要增大定子 凸極42與轉子磁極71相對的區(qū)域。為了實現(xiàn)這點，只需滿足b>c即可。由此，定子繞組 5產生的磁通易于進入轉子3內部，泄露磁通減少，有助于轉矩的有效的磁通增加。但在極 端地增大b或者極端地減小c的情況下，雖然增加了有助于轉矩的有效的磁通，但永磁鐵6 的抗消磁性降低，容易發(fā)生不可逆消磁。因此，通過使b與c實質上相等（盡可能地相等） 能夠在確保永磁鐵的抗消磁性的同時兼顧泄露磁通的減少和高轉矩密度兩者。
[0054] 并且，在滿足a彡b、或者滿足a彡b和b彡c的永磁式旋轉電機中，進一步地，通 過滿足b < d，轉子磁極71 -氣隙8 -定子凸極42 -定子芯背41 一相鄰的定子凸極42 - 氣隙8 -相鄰的轉子磁極71這一磁通路徑71的磁阻減小。換而言之，在滿足a > b、或者 滿足a 和b > c的永磁式旋轉電機中，為了減小轉子磁極71 -氣隙8 -定子凸極42 - 定子芯背41 一定子凸極42 -氣隙8 -轉子磁極71這一磁通路徑的磁阻，不僅在圖3所示 的槽部43與轉子磁極71相對的狀態(tài)，還需要增大定子凸極42與轉子磁極71相對的區(qū)域。 為了實現(xiàn)這點，只需滿足b < d即可。由此，永磁鐵6產生的磁通易于進入定子2內部，增 加有助于轉矩的有效的磁通。但在極端地減小b或者極端地增大d的情況下，由于轉子磁 極71磁飽和，經(jīng)由定子凸極42的表面返回到轉子的永磁鐵6的磁通的泄露成分增加，轉矩 密度降低。因此，通過使b與d實質上相等（盡可能地相等）能夠兼顧泄露磁通的減少和 高轉矩密度兩者。
[0055] 尤其根據(jù)本
【發(fā)明者】等的研究，本實用新型的實施例中期望的a、b、c、d比例大致為 0.9:0. 9:0. 7:1.0(圖 1 的形狀）。
[0056] 圖4是圖1所示的永磁式旋轉電機的定子鐵芯的部分放大圖。
[0057] 如圖4所示，在定子凸極42的前端的兩側分別設有向周向突出的突起44,突起44 防止定子繞組5脫離到氣隙8中。進一步地，通過定子凸極42的前端的兩側的倒角45,減 少圖3所示的泄露磁通Π 。即，在圖3的狀態(tài)下，由于能夠增大定子凸極42的前端的側端 部與轉子磁極71的前端的側端部之間的氣隙8,定子凸極42 -氣隙8 -轉子磁極71的表 面一氣隙8 -相鄰的定子凸極42這一磁通路徑的磁阻增大，能夠減少泄露磁通Π 。此外， 通過定子凸極42的前端的兩側的倒角45,能夠減少氣隙8的磁通密度的空間高次諧波成 分，降低轉矩脈動。
[0058] 圖5是圖1所示的永磁式旋轉電機的轉子鐵芯的部分放大圖。
[0059] 如圖5所示，轉子磁極71的前端的兩側分別設有向周向突出的突起73,突起73防 止永磁鐵6因離心力而飛出到氣隙8中。進一步地，通過轉子磁極71的前端的兩側的倒角 74,能夠減少氣隙8的磁通密度的空間高次諧波成分，降低轉矩脈動。
[0060] 圖6中表示本實用新型的實施例的永磁式旋轉電機（a、b、c、d的比例為 0.9:0.9:0.7:1.0)的電流一轉矩特性的模擬（基于棱邊元有限元法的磁場分析）結果。 此外，作為比較例，同時展示了 a、b、c、d比例為0. 3:1. 5:0. 8:1. 0的永磁式旋轉電機（模 擬以往的永磁式旋轉電機）的電流一轉矩特性的模擬結果。轉矩利用過載轉矩、電流利用 過載轉矩時的最大電流加以標準化。此外，所使用的永磁鐵為在常溫下約0. 45T左右的鐵 氧體磁鐵。
[0061] 在比較例的構造中，定子繞組產生的磁通經(jīng)過轉子的磁極表面回到定子側，不貢 獻轉矩的泄露磁通Π 變大。進一步地，該泄露磁通成為在過載時定子齒的磁飽和的原因， 永磁鐵的磁通因齒部的磁飽和的影響而不進入定子側，如圖6中實線所示成為轉矩相對于 電流的增加而飽和的原因。這在過載時需要輸出比較大的轉矩（數(shù)百?數(shù)千Nm)的電梯驅 動提升機的情況下，導致電源容量的大幅度增加。
[0062] 另一方面，通過本實用新型的實施例的永磁式旋轉電機的結構來降低泄露磁通， 如圖6所示，可知以過載轉矩時的最大電流到達過載轉矩。此外，可知能夠緩和轉矩相對于 電流的增加的飽和。即，通過本實用新型的實施例的永磁式旋轉電機的構造，可獲得接近理 想特性的電流一轉矩特性。因此，能夠抑制電源容量的增加，實現(xiàn)使高轉矩密度和低轉矩脈 動成為可能的永磁式旋轉電機。并且通過將該永磁式旋轉電機應用于電梯驅動提升機，能 夠實現(xiàn)使用鐵氧體磁鐵這樣的低磁力的磁鐵的電梯驅動提升機。
[0063] 【實施例2】
[0064] 利用圖7針對本實用新型的第二實施方式的永磁式旋轉電機的構造進行說明。
[0065] 圖7是本實用新型的第二實施方式的永磁式旋轉電機的轉子與定子相對的部分 的放大圖。對于與圖1和圖3所示的第一實施方式相同的部分附以同一附圖標記并省略說。 [0066] 如圖7所示，轉子磁極71的前端的兩側通過橋部75與跨永磁鐵6相鄰的轉子鐵 芯7相連結。由此，能夠提高轉子鐵芯7的外徑圓度，能夠減小因制造誤差產生的齒槽轉 矩。此外，橋部75防止永磁鐵6因離心力向氣隙8中飛出。但如果橋部75的徑向厚度過 厚，永磁鐵6的磁通流過橋部75成為泄露磁通，轉矩降低。相對地，如果橋部75的徑向厚 度過薄，由于橋部75被施加于永磁鐵6上的離心力破壞，因此需要以橋部75的強度優(yōu)先 來考慮橋部75的徑向厚度。
[0067] 在本實施例中也與第一實施方式相同，a、b、c、d以滿足a彡b、b彡c、b<d的方 式構成，能夠實現(xiàn)與第一實施方式相同的效果。
[0068] 【實施例3】
[0069] 利用圖8?圖9針對本實用新型的第三實施方式的永磁式旋轉電機以及使用其的 電梯驅動提升機的構造進行說明。
[0070] 圖8是本實用新型的第三實施方式的永磁式旋轉電機的1/6模型（在周向上分割 成6部分后的一個部分）的半徑方向的剖面概覽圖。圖9是使用圖8所示的永磁式旋轉電 機的電梯驅動提升機的軸向剖面概覽圖。對于與圖1所示的第一實施方式相同的部分附以 同一附圖標記并省略說。圖8所不的永磁式旋轉電機中也與第一實施方式相同，a、b、c、d 以滿足a>b、b>c、b<d的方式構成。
[0071] 如圖8所示，構成轉子3的非磁性體9的外周側形成有燕尾槽91。將轉子鐵芯的 燕尾榫76從軸向嵌入到該燕尾槽91中，將轉子鐵芯7固定于非磁性體9。由此，能夠將作 用于轉子磁極71的轉矩傳遞到非磁性體。進一步地，通過利用燕尾榫將轉子鐵芯固定于非 磁性體，能夠提高轉子鐵芯的外徑圓度，減小因制造誤差產生的齒槽轉矩。
[0072] 在非磁性體9設置有用于利用螺栓93固定在后述的旋轉體103上的螺栓孔92。 由此，能夠將傳遞到非磁性體的轉矩傳遞到外部。同樣地，對定子鐵芯4由于也產生反作用 轉矩，因此設有用于利用螺栓將定子鐵芯固定在外部（后述的機架101)上的螺栓孔46。不 必在所有的螺栓孔中嵌入螺栓，在能夠維持螺栓的機械強度的范圍內決定螺栓個數(shù)即可。
[0073] 圖9是使用圖8所示的永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機的軸向剖面概覽圖。如 圖9所示，永磁式旋轉電機的定子鐵芯4通過螺栓47在軸向上被固定在機架101。機架101 被固定于升降通道內的基座（machine base)或最上層的機械室的基座。如上所述地連接 的轉子鐵芯7和非磁性體9通過螺栓93在軸向上被固定于旋轉體103中。機架101與旋 轉體103之間插設有軸承105。旋轉體103包括：用于承受（接觸）外周側的制動器106的 制動蹄片（shoe)的制動鼓104;用于將轉矩產生的力傳遞到繩纜的繩輪102;和用于進行 永磁式旋轉電機的控制的編碼器107。制動器106配置在機架101的外周側。
[0074] 通過使用圖8所示的永磁式旋轉電機構成電梯驅動提升機，能夠實現(xiàn)使高轉矩密 度和低轉矩脈動成為可能的薄型提升機。
[0075] 此外，本實用新型的永磁式旋轉電機并不限定于電梯驅動提升機中，可應用于伺 服器或電動助力轉向器等要求高轉矩密度和低轉矩脈動的旋轉電機。
[0076] 總結上述的本實用新型如下。
[0077] (1) -種永磁式旋轉電機，其特征在于，包括：定子，其包括層疊有多個電磁鋼板 的定子鐵芯和配置在上述定子鐵芯的槽中的定子繞組；和轉子，其與上述定子隔著徑向的 氣隙相對，并且在該轉子中，層疊有多個電磁鋼板的轉子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的 永磁鐵交替地呈輻射狀地配置，在上述槽的開口部的最小寬度為a，上述轉子鐵芯的磁極前 端寬度為b時，滿足a彡b。
[0078] (2)如（1)所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述永磁鐵的形狀為矩形，在磁 化方向的厚度為c時，滿足b > c。
[0079] (3)如（1)或（2)所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：在上述定子鐵芯的定子凸 極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
[0080] (4)如（1)?（3)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：在上述定子鐵芯的 定子凸極的前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0081] (5)如（1)?（4)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：在上述轉子鐵芯的 磁極前端的兩側具有向周向突出的突起。
[0082] (6)如（1)?（5)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述定子鐵芯的定 子凸極的前端被施以倒角。
[0083] (7)如（1)?（6)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述轉子鐵芯的磁 極前端被施以倒角。
[0084] (8)如⑴?（7)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述轉子鐵芯的磁 極前端的兩側分別與跨上述永磁鐵相鄰的轉子鐵芯的磁極前端的側端相連結。
[0085] (9)如（1)?（8)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：具備被固定在上述 永磁式旋轉電機的旋轉軸上的環(huán)狀的非磁性體，在上述非磁性體的外周側形成有燕尾槽， 在上述轉子鐵芯的內周側形成有從軸向嵌入到上述燕尾槽的燕尾榫。
[0086] (10)如⑴?（9)任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于：上述永磁鐵使用 鐵氧體磁鐵。
[0087] (11) 一種使用⑴?（10)中任一項所述的永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機，其 特征在于：上述定子被固定在上述電梯驅動提升機的機架上，上述轉子被固定在上述電梯 驅動提升機的具備繩輪的旋轉體上。
[0088] 此外，本實用新型并不限定于上述的實施例，包含了各種變形例。例如，上述實施 例是為了使本實用新型易于理解而詳細地進行說明，并非限定于必須具備所說明的全部的 結構。此外，能夠將某實施例的結構的一部分替換成其它實施例的結構，并且在某實施例中 能夠添加其它實施例的結構。另外，針對各實施例的結構的一部分，能夠進行其它結構的追 力口、刪除、替換。
[0089] 符號說明：
[0090] 1 :永磁式旋轉電機
[0091] 2:定子
[0092] 3 :轉子
[0093] 4 :定子鐵芯
[0094] 41 :定子芯背
[0095] 42 :定子凸極
[0096] 43 :槽部
[0097] 44 :定子突起
[0098] 45 :定子倒角
[00"] 46 :螺栓孔
[0100] 47 :螺栓
[0101] 5:定子繞組
[0102] 6 :永磁鐵
[0103] 7 :轉子鐵芯
[0104] 71 :轉子磁極
[0105] 72 :磁鐵插入空間
[0106] 73 :轉子突起
[0107] 74 :轉子倒角
[0108] 75 :橋部
[0109] 76 :燕尾榫
[0110] 8:氣隙
[0111] 9 :非磁性體
[0112] 91 :燕尾槽
[0113] 92 :螺栓孔
[0114] 93 :螺栓
[0115] 10 :轉軸
[0116] 100 :電梯驅動提升機
[0117] 101 :機架
[0118] 102 :繩輪
[0119] 103:旋轉體
[0120] 104 :制動鼓
[0121] 105 :軸承
[0122] 106 :制動器
[0123] 107 :編碼器。
【權利要求】
1. 一種永磁式旋轉電機，其特征在于，包括： 定子，其包括層疊有多個電磁鋼板的定子鐵芯和配置在所述定子鐵芯的槽中的定子繞 組；和 轉子，其與所述定子隔著徑向的氣隙相對，并且在該轉子中，層疊有多個電磁鋼板的轉 子鐵芯和與徑向成直角地被磁化的永磁鐵交替地呈輻射狀地配置， 在所述槽的開口部的最小寬度為a，所述轉子鐵芯的磁極前端寬度為b時，滿足a > b。
2. 如權利要求1所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述永磁鐵的形狀為矩形，在磁化方向的厚度為c時，滿足b > c。
3. 如權利要求1所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
4. 如權利要求2所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述定子鐵芯的定子凸極的與徑向成直角的方向上的最小寬度為d時，滿足b < d。
5. 如權利要求4所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述定子鐵芯的定子凸極的前端的兩側具有向周向突出的突起。
6. 如權利要求5所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 在所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側具有向周向突出的突起。
7. 如權利要求6所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述定子鐵芯的定子凸極的前端被施以倒角。
8. 如權利要求7所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述轉子鐵芯的磁極前端被施以倒角。
9. 如權利要求8所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述轉子鐵芯的磁極前端的兩側分別與跨所述永磁鐵相鄰的轉子鐵芯的磁極前端的 側端相連結。
10. 如權利要求9所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 具備被固定在所述永磁式旋轉電機的旋轉軸上的環(huán)狀的非磁性體，在所述非磁性體 的外周側形成有燕尾槽，在所述轉子鐵芯的內周側形成有從軸向嵌入到所述燕尾槽的燕尾 榫。
11. 如權利要求1?10中的任一項所述的永磁式旋轉電機，其特征在于： 所述永磁鐵使用鐵氧體磁鐵。
12. -種電梯驅動提升機，其特征在于： 該電梯驅動提升機使用權利要求11中記載的永磁式旋轉電機， 所述定子被固定在所述電梯驅動提升機的機架上，所述轉子被固定在所述電梯驅動提 升機的具備繩輪的旋轉體上。
【文檔編號】H02K1/27GK203896058SQ201420056597
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權日:2013年3月14日
【發(fā)明者】北村英樹, 北村正司, 小松遼, 二瓶秀樹 申請人:株式會社日立產機系統(tǒng)
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