(57)【要約】【課題】性能の低下を抑制しつつ回転子の渦電流損失を低減できる回転電機と、この回転電機を備えたエレベーター用巻上げ機システムを提供する。【解決手段】本発明による回転電機１００は、回転子鉄心３と複数の永久磁石５と回転軸８とを備えた回転子１と、回転子１の径方向外側に設けられた円筒形の固定子２とを備える。回転子鉄心３の表面部には、軸方向に並んで互いに接する複数の永久磁石５の群が、周方向に並んで配置されている。軸方向に並んだ複数の永久磁石５が互いに接する部分は、隣接部１０である。回転子鉄心３は、表面部で、永久磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置に、周方向に延伸する凹部１１を備える。【選択図】図４
2020129890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心と複数の永久磁石と回転軸とを備えた回転子と、
前記回転子の径方向外側に設けられた円筒形の固定子と、
を備え、
前記回転子鉄心の表面部には、軸方向に並んで互いに接する複数の前記永久磁石の群が、周方向に並んで配置され、
軸方向に並んだ複数の前記永久磁石が互いに接する部分は、隣接部であり、
前記回転子鉄心は、表面部で、前記永久磁石の前記隣接部に径方向で対向する位置に、周方向に延伸する凹部を備える、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記回転子鉄心の前記凹部は、軸方向の中心の位置が、前記永久磁石の前記隣接部の軸方向の位置と一致する、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記永久磁石は、形状が直方体である、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定子は、コイルを収納可能なスロットが内周部に設けられた固定子鉄心を備え、
（前記固定子の内径×π／前記スロットの数）をｓで表すと、
前記回転子鉄心の前記凹部は、径方向の深さｈが０．１ｓ以上である、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子鉄心は、表面部で、前記永久磁石の前記隣接部に径方向で対向する位置と、前記隣接部以外で前記永久磁石に径方向で対向する位置に、前記凹部を備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転子鉄心は、表面部で、前記永久磁石の前記隣接部に径方向で対向する位置と、周方向で互いに隣り合う２つの前記永久磁石の間の位置に対して径方向で対向する位置に、前記凹部を備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転子鉄心は、周方向で互いに隣り合う２つの前記永久磁石の間に、前記回転子鉄心の表面から径方向外側に突出する突部を備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記突部は、径方向において、外側の端部の位置が前記永久磁石の外側の端部の位置よりも内側にある、
請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転子鉄心は、軸方向に並んだ複数の前記突部を備える、
請求項７に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記突部は、前記回転子鉄心に設けられたネジで構成されている、
請求項７に記載の回転電機。
【請求項１１】
シーブを備える巻上げ機と、
前記シーブに接続した回転電機と、
を備え、
前記回転電機は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の回転電機である、
ことを特徴とするエレベーター用巻上げ機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子と固定子とを備えた回転電機、及びこの回転電機を備えたエレベーター用巻上げ機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベーター用の回転電機には、従来は誘導電動機が用いられてきたが、近年、永久磁石の低価格化や高性能なインバータの普及により、小型軽量化と高効率化が可能な永久磁石式の回転電機が採用されてきている。
【０００３】
エレベーターには、車や電車と同様に人が搭乗するため、乗り心地の良さが求められる。エレベーターの乗り心地を悪化させる要因の１つには、回転電機から発生するトルクリプル（トルクの脈動）が挙げられる。また、特に高速で大荷重用のエレベーターシステムでは、回転電機と変速ギアとが接続されるが、トルクリプルにより変速ギアの信頼性が低下する。トルクリプルを低減するために、回転子は、永久磁石が回転子鉄心の表面に配置された表面磁石型の構造を備える。
【０００４】
回転電機自体の回転速度は、ギアと接続するため数百ｍｉｎ−１のオーダーであり、回転電機としては比較的低い。回転電機の出力は、角速度とトルクの積に依存する。低回転速度の回転電機は、高回転速度の回転電機と同程度の出力を得るには大きなトルクが必要であり、大きなトルクを得るために回転子が大径化する。通常、回転電機を構成する回転子と固定子は、電磁鋼板が積層されて構成される。しかし、径が大きい回転子と固定子は、円形状の電磁鋼板を積層して構成するのが困難である。このことから、一般に、固定子は、分割された電磁鋼板を積層することで構成される。回転子は、回転体であるため、信頼性の面から、固定子のように分割された電磁鋼板を積層して構成することは困難である。このため、回転子は、塊状鉄心で構成されるのが好ましい。
【０００５】
回転子は、塊状鉄心で構成されると、電磁鋼板の積層で構成されたものとは異なり、渦電流損失が発生する。塊状鉄心で構成された回転子は、渦電流損失により、効率の低下と温度の上昇が問題になる。このため、塊状鉄心で構成された回転子に対し、渦電流損失を低減する構造が検討されている。
【０００６】
特許文献１と特許文献２には、回転子の渦電流損失を低減する従来の回転電機の例が記載されている。特許文献１には、固めた磁性粉を焼結した焼結材で構成された回転子鉄心の、永久磁石が固定される面に複数の溝を備えるブラシレスモータが記載されている。特許文献２には、回転子鉄心の磁石取付面に、周方向に伸び軸方向に並んだ複数の溝を備える回転電機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９５４７６号公報
【特許文献２】特開２００７−７４７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の回転電機であるブラシレスモータは、回転子鉄心の永久磁石が固定される面の永久磁石に対向する位置に複数の溝を備えることで、渦電流損失を低減する。この複数の溝は、渦電流損失の低減には有効であるが、回転電機の性能を低下させる可能性がある。
【０００９】
永久磁石が回転子鉄心の表面に配置された表面磁石型の回転子では、永久磁石から発生する磁束の磁路中に、回転子と固定子の間のギャップ以外に溝のような空気部があることは好ましくない。これは、磁路中の空気部が磁束に対して磁気抵抗となり、回転電機の性能が低下するためである。また、特許文献１に記載の回転電機のように回転子鉄心の永久磁石が固定される面に複数の溝を設けると、永久磁石の中央部に対向する位置にも溝が設けられる。永久磁石の軸方向の磁束密度分布は、永久磁石の中央部で最も大きくなる。このため、特許文献１に記載の回転電機では、永久磁石の磁束密度分布が最も大きくなる位置に溝があるので、回転電機の性能（例えば、電圧とトルク）が大きく低下することが懸念される。また、溝の本数が多いと、渦電流損失を低減する効果が大きいが、回転電機の性能の低下も大きくなる。
【００１０】
特許文献２に記載の回転電機は、回転子鉄心の磁石取付面に、軸方向に並んだ複数の溝を備えることで、渦電流損失を低減する。この複数の溝は、永久磁石に対向する位置には設けられていない。しかし、永久磁石が軸方向に複数並んだ構成の回転子では、回転子鉄心の磁石取付面に複数の溝が軸方向に並んだ構成を備えると、溝の数が減り渦電流損失を低減する効果が減少する可能性や、特許文献１に記載の回転電機のように永久磁石の中央部に対向する位置にも溝が設けられて回転電機の性能が大きく低下する可能性がある。
【００１１】
以上説明したように、回転子鉄心に設けられた溝による渦電流損失を低減する効果と、回転電機の性能との間には、トレードオフの関係が成り立つ。このため、回転電機の性能の低下を抑制しつつ回転子の渦電流損失を低減するためには、永久磁石の磁束密度分布の特性に合わせて、回転子鉄心に設ける溝（凹部）の位置を定めることが重要である。
【００１２】
本発明は、性能の低下を抑制しつつ回転子の渦電流損失を低減できる回転電機と、この回転電機を備えたエレベーター用巻上げ機システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による回転電機は、回転子鉄心と複数の永久磁石と回転軸とを備えた回転子と、前記回転子の径方向外側に設けられた円筒形の固定子とを備える。前記回転子鉄心の表面部には、軸方向に並んで互いに接する複数の前記永久磁石の群が、周方向に並んで配置されている。軸方向に並んだ複数の前記永久磁石が互いに接する部分は、隣接部である。前記回転子鉄心は、表面部で、前記永久磁石の前記隣接部に径方向で対向する位置に、周方向に延伸する凹部を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、性能の低下を抑制しつつ回転子の渦電流損失を低減できる回転電機と、この回転電機を備えたエレベーター用巻上げ機システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１による回転電機の、軸方向に垂直な断面図である。
【図２】磁石の軸方向に沿う磁束密度分布を示す図である。
【図３】回転子の７極分の回転子鉄心と磁石を示す、軸方向に垂直な断面図である。
【図４】図３の切断線Ａ−Ａにおける回転子鉄心と磁石の断面図である。
【図５】図４に示した回転子鉄心と磁石の拡大図である。（凹部の軸方向の中心の位置が、磁石の隣接部の軸方向の位置と異なる。）
【図６】図４に示した回転子鉄心と磁石の拡大図である。（凹部の軸方向の中心の位置が、磁石の隣接部の軸方向の位置と一致する。）
【図７】永久磁石の形状の違いによる磁束密度の分布の違いを示す図である。
【図８】本発明の実施例２による回転電機の回転子と固定子の、図４と同様の断面図である。
【図９】凹部の径方向深さｈと、磁石と回転子鉄心の渦電流損失との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３による回転電機の回転子鉄心と磁石の、図４と同様の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例４による回転電機の回転子鉄心と磁石の、図３と同様の断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの部分Ａの拡大図である。
【図１２】突部の径方向高さと、回転子鉄心の渦電流損失との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例５による回転電機の回転子鉄心と磁石の、図３と同様の断面図である。
【図１４】図１３の切断線Ｂ−Ｂにおける回転子鉄心と磁石の断面図である。
【図１５】図１３の切断線Ｃ−Ｃにおける回転子鉄心と磁石の断面図である。
【図１６】回転子鉄心が周方向の全周に延在する凹部を備える構成において、図１３の切断線Ｃ−Ｃにおける回転子鉄心と磁石の断面図である。
【図１７Ａ】本発明の実施例６による回転電機の回転子鉄心と磁石を示す図であり、図１５と同様の断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施例６による回転電機の回転子鉄心と磁石を示す図であり、図１７Ａの回転子鉄心と磁石を矢印Ｄの方向から見た図である。
【図１８】本発明の実施例７によるエレベーター用巻上げ機システムを示す図である。
【図１９】本発明の実施例７による別のエレベーター用巻上げ機システムを示す図である。
【図２０】本発明の実施例３による別の回転電機の回転子鉄心と磁石の、図３と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明による回転電機は、回転子の渦電流損失を低減できるとともに、回転電機の性能の低下を抑制できる。回転子は、永久磁石が回転子鉄心の表面に配置された表面磁石型の構造を備えており、塊状鉄心で構成されるのが好ましい。本発明による回転電機では、回転子鉄心の表面には、軸方向に隣接した複数の永久磁石の群が、周方向に複数設けられている。
【００１７】
以下、本発明の実施例による回転電機とエレベーター用巻上げ機システムを、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。また、以下では、永久磁石を単に「磁石」とも称する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１による回転電機１００の、軸方向に垂直な断面図である。図１には、回転電機１００の周方向の１／４の部分を示している。回転電機１００は、出力が数百ｋＷで回転速度が数百ｍｉｎ−１クラスの回転電機（例えば電動機）であり、主にエレベーター用の巻上げ機システム、特に高速で大荷重用のエレベーターに設けられる。
【００１９】
回転電機１００において、回転軸の延伸する方向を「軸方向」と呼び、回転軸の回転方向を「周方向」と呼び、回転軸の半径方向を「径方向」と呼ぶ。
【００２０】
回転電機１００は、回転子１と固定子２を備える。回転子１は、回転子鉄心３と、回転子鉄心３に設けられた永久磁石５と、軸方向に延伸する回転軸であるシャフト８を備える。固定子２は、円筒形であり、回転子１の径方向外側に設けられ、固定子鉄心４と、スロット１５と、コイル６と、ティース１６を備える。スロット１５は、固定子鉄心４の内周部に設けられ、コイル６を収納する。ティース１６は、互いに隣り合う２つのスロット１５の間に位置する。回転子１と固定子２との間には、ギャップ７が設けられる。固定子鉄心４の内周部に沿って互いに隣り合う２つのスロット１５の間隔を、スロットピッチｓと呼ぶ。
【００２１】
図３は、回転子１の７極分の回転子鉄心３と磁石５を示す、軸方向に垂直な断面図である。回転子１は、複数の磁石５が回転子鉄心３の表面部に設けられた表面磁石型の回転子である。回転子鉄心３の表面部には、軸方向に並んで互いに接する複数の磁石５の群が、周方向に並んで配置される。磁石５は、形状が直方体、すなわち６つの平面で構成された平板型である。
【００２２】
図４は、図３の切断線Ａ−Ａにおける回転子鉄心３と磁石５の断面図である。回転子鉄心３の表面部（径方向の表面部）には、軸方向に並んで互いに隣接した複数の磁石５が設けられる。軸方向に並んだ複数の磁石５が互いに接する部分を、隣接部１０と呼ぶ。
【００２３】
既に述べたように、所望の出力を得るのに大きなトルクが必要な回転電機は、回転子１が大型化し、大きい磁石が必要である。しかし、磁石の生産性の観点から、回転子１には、大きい磁石を用いるよりも、互いに接した複数の磁石５を用いるのが好ましい。また、磁石に発生する渦電流損失を低減するためにも、互いに接した複数の磁石５を回転子１に用いることは有効である。
【００２４】
回転子鉄心３は、磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置に、凹部１１を備える。凹部１１は、周方向に延伸する空隙部（すなわち、溝）であり、回転子鉄心３の表面部に設けられる。凹部１１の大きさと形状は、任意に定めることができる。凹部１１の周方向の長さは、任意に定めることができ、例えば、磁石５の周方向の長さと同じでもよく、回転子鉄心３の周方向の全周に延在する長さでもよい。（実施例５にて説明する。）ただし、凹部１１の形状は、凹部１１の軸方向の中心に対して、軸方向に対称であるのが好ましい。
【００２５】
発生した渦電流の電流経路において凹部１１が抵抗となるため、回転子鉄心３には渦電流が流れにくくなる。このため、回転子１は、回転子鉄心３が凹部１１を備えることで、渦電流損失を低減できる。
【００２６】
図２は、磁石５の軸方向に沿う磁束密度分布を示す図である。図２では、矢印で磁石５の磁束を示しており、矢印の長さが磁束密度の大きさを表す。図２に示すように、磁石５の磁束密度は、磁石５の軸方向の端部（角部）では、磁石５の軸方向の中央部よりも小さい。（これは、磁石５を回転子１に設置する前の、周囲に磁性体が存在しない状態でも同じである。）言い換えれば、磁石５の軸方向の端部は、軸方向の中央部に比べ、磁石５としての機能を果たしていないとみなすことができる。
【００２７】
従って、磁石５の軸方向の端部である隣接部１０に径方向で対向する位置に、磁気抵抗となる凹部１１を設けても、磁石５の全体の磁束に与える影響は、磁石５の軸方向の中央部に径方向で対向する位置に凹部１１を設ける場合よりも小さい。このような理由から、回転子鉄心３に凹部１１を設ける位置は、軸方向に並んだ複数の磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置であるのが適切である。このような位置に凹部１１を設けることにより、回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失を低減できる。
【００２８】
図５は、図４に示した回転子鉄心３と磁石５の拡大図であり、凹部１１と隣接部１０を示す図である。図５に示した構成では、凹部１１の軸方向の中心１１ａの位置が、磁石５の隣接部１０の軸方向の位置と異なる。この構成では、磁束に対する磁気抵抗は、軸方向に並んだ複数の磁石５に対して不均一である。複数の磁石５に対して磁気抵抗が不均一であると、磁石５の磁束密度分布も不均一になり、電圧、電流、及びトルクに脈動成分を増やし、振動、騒音、及び損失を増やして、回転電機１００の性能を低下させる要因となる。
【００２９】
図６は、図４に示した回転子鉄心３と磁石５の拡大図であり、凹部１１と隣接部１０を示す図である。図６に示した構成では、凹部１１の軸方向の中心１１ａの位置が、磁石５の隣接部１０の軸方向の位置と一致する。このような位置に凹部１１を設けると、磁束に対する磁気抵抗は、軸方向に並んだ複数の磁石５に対して均一になり、回転電機１００の性能の低下を効果的に抑制できる。従って、凹部１１の軸方向の中心１１ａの位置は、磁石５の隣接部１０の軸方向の位置と一致するのが好ましい。
【００３０】
本実施例では、磁石５の形状が平板型であり、回転子１の極数が５６極である。表面磁石型の回転子１では、極数の多い方が、平板型の磁石５を用いてもトルクリプルを抑制しやすい。例えば、極数が４極や６極の回転子に平板型の磁石５を用いると、回転子自体が四角柱や六角柱のような形状になるため、回転子が回転したときに磁束密度分布の変化が大きくなり、トルクリプルが増加する。トルクリプルを抑制するため、一般的に、表面磁石型の回転子にはＤ字型の永久磁石や瓦型の永久磁石が用いられる。
【００３１】
図７は、永久磁石の形状の違いによる磁束密度の分布の違いを示す図である。図７には、本実施例による回転電機１００の回転子１が備える平板型の永久磁石５と、Ｄ字型の永久磁石１２と、瓦型の永久磁石１３について、それぞれの形状と周方向に沿う磁束密度の分布を示している。Ｄ字型の永久磁石１２は、径方向外側の面が径方向外側に向かって湾曲する曲面であり、径方向内側の面が平面である。瓦型の永久磁石１３は、径方向外側の面と径方向内側の面が径方向外側に向かって湾曲する曲面である。図７に示すように、永久磁石の形状の違いは、磁束密度の分布に現れる。平板型の永久磁石５では、磁束密度は、周方向に沿ってほぼ一様な分布を示す。Ｄ字型の永久磁石１２と瓦型の永久磁石１３では、磁束密度は、永久磁石１２、１３の周方向の中央部で最大となる分布を示す。
【００３２】
本実施例による回転電機１００は、回転子１の極数が多いため、平板型の永久磁石５を用いても、回転子１が回転したときの磁束密度分布の変化が小さく、トルクリプルを抑制できる。また、本実施例による回転電機１００は、Ｄ字型の永久磁石１２や瓦型の永久磁石１３を用いても、トルクリプルを抑制できる。
【００３３】
従って、本実施例による回転電機１００では、回転子鉄心３に設けられた永久磁石がどのような形状であっても、回転子鉄心３が、軸方向に並んだ複数の永久磁石の隣接部１０に径方向で対向する位置に凹部１１を備えることにより、トルクリプルを抑制して回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失を低減できる。
【００３４】
回転子鉄心３は、塊状鉄心のような鋳物で構成するのが好ましい。回転子鉄心３が鋳物で構成されると、電磁鋼板で構成された回転子鉄心３よりも、凹部１１を形成しやすく組立て工数を削減でき、コストの低減効果を期待できる。なお、本実施例による回転電機１００は極数が５６でスロット１５の数が７２であるが、極数とスロット１５の数がこれと異なる回転電機に対しても、本実施例を適用することができ、本実施例と同様の効果が得られる。また、コイル６は、集中巻で構成されても、その他の巻線方式で構成されてもよい。
【実施例２】
【００３５】
図８は、本発明の実施例２による回転電機１００の回転子１と固定子２の、図４と同様の断面図である。回転子鉄心３に設けられた凹部１１は、径方向の深さがｈである。
【００３６】
本実施例では、凹部１１の径方向深さｈと、磁石５と回転子鉄心３の渦電流損失との関係について説明する。
【００３７】
図９は、凹部１１の径方向深さｈと、磁石５と回転子鉄心３の渦電流損失との関係を示すグラフである。このグラフは、本実施例による回転電機１００をモデルとする電磁界解析によって得られた。横軸は、径方向深さｈとスロットピッチｓとの比（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）を表し、縦軸は、磁石５と回転子鉄心３の渦電流損失を表す。スロットピッチｓは、（固定子２の内径×π／スロット１５の数）で表される。
【００３８】
図９のグラフにおいて、磁石５と回転子鉄心３の渦電流損失は、（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）がゼロのときの値を１．０に規格化している。（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）がゼロのときとは、径方向深さｈがゼロであり、回転子鉄心３が凹部１１を備えない場合である。
【００３９】
図９に示すように、（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）がゼロから０．０４付近まで増えていくと、渦電流損失は、急激に減少していく。（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）が０．０４を超えて０．０８付近まで増加すると、渦電流損失は、緩やかに減少する。（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）が０．１を超えると、渦電流損失は、ほぼ変化しない。
【００４０】
図９に示した関係から、渦電流損失を確実に低減するには、（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）が０．１以上であると有効であると言える。すなわち、凹部１１の径方向深さｈは、０．１ｓ以上であるのが好ましい。これは、スロットピッチｓが渦電流損失に与える影響が大きいためである。
【００４１】
渦電流損失を低減するには、（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）≧０．１であるのが好ましい。径方向深さｈの値は、スロットピッチｓの値に応じて決めればよく、必要以上に大きくしなくてもよい。回転子鉄心３に凹部１１を形成するときには、回転子鉄心３に必要最小限の深さｈの凹部１１を形成するように、回転子鉄心３を加工すればよい。
【００４２】
図９から得られた（径方向深さｈ／スロットピッチｓ）≧０．１という関係を利用することで、凹部１１の径方向深さｈを適切な深さに設定することができる。これにより、凹部１１を形成する時間（加工時間）を短縮でき、渦電流損失を十分に低減することができる。
【００４３】
また、回転子鉄心３に設けられた凹部１１は、回転子鉄心３に発生する渦電流損失を低減するだけでなく、磁石５に発生する渦電流損失も低減する。磁束の脈動は磁石５自体にも伝わるが、凹部１１は、磁石５に径方向で対向する位置にあるので、磁石５に伝わる磁束の脈動に対して磁気抵抗となる。このため、凹部１１は、磁石５に発生する渦電流損失も低減することができる。
【実施例３】
【００４４】
図１０は、本発明の実施例３による回転電機１００の回転子鉄心３と磁石５の、図４と同様の断面図である。
【００４５】
本実施例による回転電機１００では、回転子鉄心３は、凹部１１を、実施例１と同様に磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置に備え、更に、この位置以外の位置にも備える。実施例１で示した位置以外の位置にも凹部１１を設けると、更に回転子１の渦電流損失を低減することができる。
【００４６】
図１０に示す例では、凹部１１は、回転子鉄心３の表面部で、磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置と、隣接部１０以外で磁石５に径方向で対向する位置に、設けられている。凹部１１は、１つの磁石５に対して、隣接部１０以外で磁石５に径方向で対向する位置に、３個設けられている。１つの磁石５に対して径方向で対向する位置に設けられる凹部１１の数は、渦電流損失を低減する量に応じて定めることができる。
【００４７】
また、凹部１１は、回転子鉄心３の表面部で、磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置に加えて、磁石５に径方向で対向しない位置にも設けることができる。磁石５に径方向で対向しない位置とは、例えば、周方向で互いに隣り合う２つの磁石５の間の位置に対して、径方向で対向する位置である。磁石５に径方向で対向しない位置に設けられる凹部１１の数は、渦電流損失を低減する量に応じて定めることができる。
【００４８】
図２０は、本発明の実施例３による別の回転電機１００の回転子鉄心３と磁石５の、図３と同様の断面図である。図２０の断面図は、磁石５の隣接部１０を通らない位置での、軸方向に垂直な断面を示している。回転子鉄心３は、表面部に、磁石５の隣接部１０に径方向で対向する位置と、周方向で互いに隣り合う２つの磁石５の間の位置に対して径方向で対向する位置に、凹部１１を備える。
【００４９】
本実施例のように、回転子鉄心３に多数の凹部１１を設けるときには、凹部１１同士の軸方向の間隔が一定であるのが好ましい。凹部１１同士の軸方向の間隔が互いに等しくないと、磁石５の磁束に対する磁気抵抗が軸方向に並んだ複数の磁石５に対して不均一になり、実施例１で図５を用いて説明したように、磁石５の磁束密度分布も凹部１１の磁気抵抗によって不均一になる。この影響により、電圧、電流、及びトルクに脈動成分が増え、振動、騒音、及び損失が増えて、回転電機１００の性能が低下することがある。このため、凹部１１同士の軸方向の間隔は、一定であるのが好ましい。
【００５０】
回転子鉄心３に多数の凹部１１を設けると、渦電流損失の低減効果は大きくなるが、回転電機１００の性能の低下が懸念される。そこで、凹部１１の数は、回転電機１００が必要な性能を維持できる範囲で多くするのが好ましい。
【００５１】
本実施例による回転電機１００では、回転子鉄心３がより多くの凹部１１を備えることで、回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失をより効果的に低減することができる。
【実施例４】
【００５２】
図１１Ａは、本発明の実施例４による回転電機１００の回転子鉄心３と磁石５の、図３と同様の断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａの部分Ａの拡大図であり、周方向で互いに隣り合う２つの磁石５の間を示す図である。
【００５３】
本実施例による回転電機１００では、回転子鉄心３は、周方向で互いに隣り合う２つの磁石５の間（磁極間）に、突部９を備える。突部９は、磁性材料（例えば、回転子鉄心３と同じ鉄）で構成されており、回転子鉄心３の表面から径方向外側に突出する。径方向において、突部９の外側の端部の位置は、磁石５の外側の端部の位置よりも内側にある。すなわち、突部９は、磁石５よりも径方向外側に突出せず、磁石５は、突部９よりも径方向外側に突出する。突部９は、磁石５の周方向端部に面接触する。
【００５４】
突部９により、磁石５を回転子鉄心３に取り付けるときに、磁石５の周方向の位置を定めることができるとともに、磁石５の位置が周方向にずれないように固定することができるので、回転子１の生産性を向上することができる。また、突部９が磁石５に面接触しているため、磁石５に集中応力が発生しにくくなり、磁石５の信頼性を向上することができる。
【００５５】
ここで、突部９の径方向高さと渦電流損失との関係について説明する。
【００５６】
図１２は、突部９の径方向高さと、回転子鉄心３の渦電流損失との関係を示すグラフである。このグラフは、本実施例による回転電機１００をモデルとする電磁界解析によって得られた。横軸は、突部９の径方向高さとして、回転子１の回転中心から突部９の径方向外側の端部までの長さを表す。縦軸は、回転子鉄心３の渦電流損失を表す。横軸の突部９の径方向高さは、回転子鉄心３が突部９を備えない場合の値を１．０として規格化している。縦軸の回転子鉄心３の渦電流損失も、回転子鉄心３が突部９を備えない場合の値を１．０として規格化している。
【００５７】
図１２に示すように、回転子鉄心３が突部９を備えない場合（突部９の径方向高さが１．０の場合）に、最も回転子鉄心３の渦電流損失を低減できる。しかし、上述したように、回転子鉄心３に突部９を設けることにより、回転子１の生産性を向上することができる。このことから、突部９の径方向高さは、回転子１の渦電流損失の低減と回転子１の生産性の向上とを考慮し、できるだけ小さくするのが好ましい。
【００５８】
径方向において、突部９の外側の端部の位置が、磁石５の外側の端部の位置よりも外側にあると（すなわち、突部９が磁石５よりも径方向外側に突出していると）、ギャップ７に流れた磁石５の磁束は、突部９に集中する。すると、突部９は、磁性材料で形成されているので、磁束が飽和状態になり磁束密度が高くなる。回転子鉄心３の渦電流損失は、突部９の磁束が飽和状態になると、変化しにくく飽和状態になる。
【００５９】
径方向において、突部９の外側の端部の位置が、磁石５の外側の端部の位置よりも内側にあると（すなわち、突部９が磁石５よりも径方向外側に突出していないと）、磁石５の磁束が突部９に集中せず、回転子鉄心３の渦電流損失は、変化しやすく低減可能である。
【００６０】
以上のことから、突部９は、径方向において、外側の端部の位置が磁石５の外側の端部の位置よりも内側にある（すなわち、突部９は、磁石５よりも径方向外側に突出せず、磁石５は、突部９よりも径方向外側に突出する）のが好ましい。
【００６１】
なお、突部９は、非磁性材料（例えば、ステンレス）で構成してもよい。
【００６２】
本実施例による回転電機１００では、回転子鉄心３が突部９を備えることで、回転子１の生産性を向上することができ、回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失をより効果的に低減することができる。
【実施例５】
【００６３】
図１３は、本発明の実施例５による回転電機１００の回転子鉄心３と磁石５の、図３と同様の断面図である。本実施例による回転電機１００は、実施例４による回転電機１００（図１１Ａ）と同様に、回転子鉄心３が、周方向で互いに隣り合う２つ磁石５の間（磁極間）に突部９を備える。図１３において、切断線Ｂ−Ｂは、磁石５の周方向中心を通り、切断線Ｃ−Ｃは、突部９の周方向中心を通る。
【００６４】
図１４は、図１３の切断線Ｂ−Ｂにおける回転子鉄心３と磁石５の断面図である。図１４に示すように、回転子鉄心３は、軸方向に並んだ複数の突部９を備える。複数の突部９は、軸方向に沿って断続的に設けられている。
【００６５】
実施例４で図１２を用いて説明したように、回転子鉄心３が突部９を備えない方が、回転子鉄心３の渦電流損失を低減できる。しかし、実施例４で説明したように、突部９を設けることにより、回転子１の生産性を向上することができる。これらを考慮すると、突部９は、回転子鉄心３の軸方向の全てにわたって連続的に設ける必要はなく、軸方向に沿って断続的に複数設ければよい。回転子鉄心３が複数の突部９を軸方向に沿って断続的に備えることで、回転子１の生産性を向上することができ、回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失を効果的に低減することができる。
【００６６】
図１５は、図１３の切断線Ｃ−Ｃにおける回転子鉄心３と磁石５の断面図である。図１５に示すように、複数の突部９は、軸方向に沿って断続的に設けられている。
【００６７】
突部９の位置は、磁石５の隣接部１０（軸方向に並んだ複数の磁石５が互いに接する位置）と周方向で隣り合う位置であるのが好ましい。すなわち、突部９の軸方向の位置は、実施例１で説明した凹部１１の軸方向の位置と同じであるのが好ましい（図１４を参照）。突部９の軸方向の位置がこのような位置であると、軸方向に隣接する２つの磁石５に対し、軸方向では１つの突部９で周方向の位置を定めて固定することができる。すなわち、磁石５を固定する突部９の数を少なくすることができる。
【００６８】
このような構成によっても、回転子１の生産性を向上することができ、回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失を効果的に低減することができる。
【００６９】
凹部１１は、図１４に描かれているが、図１５には描かれていない。これは、凹部１１が、周方向には、回転子鉄心３の全周に延在するのではなく、磁石５の存在する部分にのみ設けられているからである。
【００７０】
図１６は、回転子鉄心３が周方向の全周に延在する凹部１１を備える構成において、図１３の切断線Ｃ−Ｃにおける回転子鉄心３と磁石５の断面図である。凹部１１が回転子鉄心３の周方向の全周に延在するため、突部９が存在する位置にも凹部１１が設けられている。なお、突部９は、凹部１１が存在するため、図１６に示すように、２つに分かれている。
【００７１】
回転子１の渦電流損失をより効果的に低減するためには、凹部１１が回転子鉄心３の周方向の全周に延在するのが好ましい。しかし、突部９が存在する位置に凹部１１を設けると、突部９は、強度が低下して変形や破損が発生しやすくなり、回転子１の信頼性が低下する可能性がある。このため、回転電機１００の運転条件や使用環境に応じて、凹部１１を回転子鉄心３の周方向の全周にわたって設けるか否かを決めるのが好ましい。
【００７２】
なお、実施例１（回転子鉄心３が突部９を備えない構成の回転電機１００）で説明したように、凹部１１の周方向の長さは、任意に定めることができる。従って、回転子鉄心３が突部９を備えなくても、凹部１１が回転子鉄心３の周方向の全周に延在することもできる。
【実施例６】
【００７３】
図１７Ａと図１７Ｂは、本発明の実施例６による回転電機１００の回転子鉄心３と磁石５を示す図である。図１７Ａは、図１５と同様の断面図である。図１７Ｂは、図１７Ａの回転子鉄心３と磁石５を矢印Ｄの方向から見た図である。
【００７４】
本実施例による回転電機１００では、突部９は、回転子鉄心３に設けられたネジ１４で構成されている。ネジ１４は、磁性材料で形成されてもよく、非磁性材料で形成されてもよい。ネジ１４が、例えばステンレス等の非磁性材料で形成されていると、回転子１の渦電流損失をより効果的に低減できる。
【実施例７】
【００７５】
本発明の実施例７では、本発明の実施例１から実施例６による回転電機１００を、エレベーター用巻上げ機システムに適用した例を示す。本実施例によるエレベーター用巻上げ機システムでは、回転電機１００の性能の低下を抑制しつつ、回転子１の渦電流損失を低減できる。
【００７６】
図１８は、本発明の実施例７によるエレベーター用巻上げ機システムを示す図である。本実施例によるエレベーター用巻上げ機システムは、回転電機１００と、巻上げ機２２と、カップリング２３を備える。回転電機１００は、実施例１から実施例６のいずれか１つの実施例による回転電機１００である。巻上げ機２２は、シーブを備える。回転電機１００は、巻上げ機２２のシーブにカップリング２３を介して接続し、巻上げ機２２を駆動する。なお、図１８に示す回転電機１００では、シャフト８を支持する軸受１７は、回転電機１００の軸方向の両端部に設けられている。
【００７７】
図１９は、本発明の実施例７による別のエレベーター用巻上げ機システムを示す図である。回転電機１００は、巻上げ機２２のシーブにカップリング２３を介して接続し巻上げ機２２を駆動するが、軸受１７が軸方向の一端部のみに設けられている。すなわち、図１９に示す回転電機１００は、軸方向で、巻上げ機２２に近い側（直結側）の軸受１７を備えず、巻上げ機２２から遠い側の軸受１７のみを備える。図１９に示すエレベーター用巻上げ機システムは、回転電機１００の軸方向の一端側を、巻上げ機２２が支持する構造である。このような構造にすることで、エレベーター用巻上げ機システムの大きさ（軸方向の長さ）を小さくすることができる。また、軸方向の一端側に軸受１７を備えないので、回転電機１００の部品数を低減するという効果も得られる。
【００７８】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１…回転子、２…固定子、３…回転子鉄心、４…固定子鉄心、５（平板型の）…永久磁石、６…コイル、７…ギャップ、８…シャフト、９…突部、１０…隣接部、１１…凹部、１１ａ…軸方向の中心、１２…Ｄ字型の永久磁石、１３…瓦型の永久磁石、１４…ネジ、１５…スロット、１６…ティース、１７…軸受、２２…巻上げ機、２３…カップリング、１００…回転電機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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