(57)【要約】【課題】トルクリプルを抑制できるとともに、回転子の永久磁石の破片が飛散するのを防止するカバーを永久磁石に応力を加えずに設置できる回転電機と、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】本発明の回転電機は、回転子鉄心３と、回転子鉄心３の表面部に周方向に設けられた複数の永久磁石５と、シャフト８とを備える回転子１と、回転子１の径方向外側に設けられた固定子２とを備える。回転子１は、回転子鉄心３の表面で、周方向で互いに隣り合う永久磁石５の間に、径方向外側に突出する突部１０を備える。突部１０は、径方向外側の端面１０ａが、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向外側に位置するとともに、周方向の端面１０ｂの一部が、永久磁石５の周方向の端面５ｂの少なくとも一部に接触する。突部１０は、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向外側において、周方向に延在する部分を備えない。【選択図】図２
2020043695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心と、前記回転子鉄心の表面部に周方向に沿って設けられた複数の永久磁石と、軸方向に延伸する回転軸であるシャフトとを備える回転子と、
前記回転子の径方向外側に設けられた固定子と、
を備え、
前記回転子は、前記回転子鉄心の表面で、周方向で互いに隣り合う前記永久磁石の間に、径方向外側に突出する突部を備え、
前記突部は、径方向外側の端面が、前記永久磁石の径方向外側の端面よりも径方向外側に位置するとともに、周方向の端面の一部が、前記永久磁石の周方向の端面の少なくとも一部に接触し、
前記突部は、前記永久磁石の径方向外側の端面よりも径方向外側において、周方向に延在する部分を備えない、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記突部は、径方向外側の端面が曲面である、
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】
前記回転子は、軸方向に沿って複数の前記突部を備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記突部は、前記永久磁石の径方向外側の端面よりも径方向外側において、軸方向に延在する部分を備える、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
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４に記載の回転電機。
【請求項７】
冷媒を軸方向に沿って流すファンを備え、
前記突部は、径方向外側の端面に、前記永久磁石を覆うカバーを備え、
前記ファンは、径方向位置が、前記カバーと前記永久磁石の間の空隙に対して軸方向に対向する位置である、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記突部は、径方向外側の端面に、前記永久磁石を覆うカバーを備え、
前記カバーは、前記永久磁石に接触している、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項９】
前記突部は、径方向外側の端面に、前記永久磁石を覆うカバーを備え、
前記カバーと前記永久磁石の間の空隙に充填部材を備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項１０】
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９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。また、回転子は、固定子との間のギャップに近い表面が曲面であるＤ字型や瓦型の形状の永久磁石を備えると、トルクリプルを低減することができる。
【０００４】
表面磁石型の回転子には、永久磁石が破損したときに永久磁石の破片が飛散しないように、回転子の径方向の最外部を覆う飛散防止用のカバーが設けられることがある。このカバーにより、永久磁石の破損による影響で固定子や回転子などの回転電機の部材が損傷するのを防止できる。
【０００５】
このように、エレベーター用の回転電機では、表面磁石型の回転子を備え、トルクリプルを低減しつつ、永久磁石の破損時の飛散を防止することが必要である。
【０００６】
例えば特許文献１には、このような回転電機（電動機）の例が記載されている。特許文献１に記載の電動機では、回転子は、Ｄ字型の永久磁石を備え、永久磁石間に略Ｔ字形状の突出部を備え、永久磁石の周方向の端面と突出部との間に空隙部を備える。略Ｔ字形状の突出部は、周方向の両側に向かって延在する被覆部であり、永久磁石の端部を覆う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−７９５７０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に記載の電動機では、回転子は、永久磁石間の略Ｔ字形状の突出部が永久磁石を覆う構造となっているため、永久磁石からの磁束は、ギャップに流れず、突出部を経由して磁石に戻る。すなわち、特許文献１に記載の電動機は、回転子の漏れ磁束が多い構造である。磁石の漏れ磁束が多いほどトルクリプルが増加するので、漏れ磁束が多い構造の回転子は、トルクリプルを抑制するのが難しい。また、特許文献１に記載の電動機では、回転子の永久磁石の形状がＤ字型であり、永久磁石の加工コストが多いことが懸念される。
【０００９】
回転子には、前述したように、永久磁石の破片の飛散防止用のカバーを設けるのが好ましい。カバーを設ける際には、永久磁石の破損を防ぐため、永久磁石に応力が加わらないようにする必要がある。従来の回転電機は、永久磁石に応力を加えずにカバーを設置できるような構成を備えず、カバーの設置時に永久磁石が破損する恐れがある。
【００１０】
本発明の目的は、トルクリプルを抑制できるとともに、回転子の永久磁石の破片が飛散するのを防止するカバーを永久磁石に応力を加えずに設置できる回転電機と、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である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による回転電機は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の表面部に周方向に沿って設けられた複数の永久磁石と、軸方向に延伸する回転軸であるシャフトとを備える回転子と、前記回転子の径方向外側に設けられた固定子とを備える。前記回転子は、前記回転子鉄心の表面で、周方向で互いに隣り合う前記永久磁石の間に、径方向外側に突出する突部を備える。前記突部は、径方向外側の端面が、前記永久磁石の径方向外側の端面よりも径方向外側に位置するとともに、周方向の端面の一部が、前記永久磁石の周方向の端面の少なくとも一部に接触する。前記突部は、前記永久磁石の径方向外側の端面よりも径方向外側において、周方向に延在する部分を備えない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、トルクリプルを抑制できるとともに、回転子の永久磁石の破片が飛散するのを防止するカバーを永久磁石に応力を加えずに設置できる回転電機と、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】
【００１３】
【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】回転子の２極分を示す断面図である。
【図３】回転子の突部の拡大図である。
【図４】周方向の長さが互いに異なる２つの部分を備える突部の拡大図である。
【図５】周方向の端面が永久磁石に接触する部分とテーパー部とを備える突部の拡大図である。
【図６】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７Ａ】本発明の実施例１における回転子の正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子の断面図である。
【図８Ａ】軸方向の全ての部分にわたって突部を設けた回転子の正面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子の断面図である。
【図９】図８Ａと図８Ｂに示した回転子と図７Ａと図７Ｂに示した回転子について、トルクとトルクリプルを比較したグラフである。
【図１０】突部の設置数を最小にした回転子の正面図である。
【図１１Ａ】実施例２における回転子１の正面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子の断面図である。
【図１２Ａ】実施例３における回転子１の正面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子の断面図である。
【図１３】本発明の実施例４による回転電機の軸方向に沿う断面図である。
【図１４】本発明の実施例５による回転電機の、回転子の２極分を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施例６による回転電機の、回転子の２極分を示す断面図である。
【図１６】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１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による回転電機は、回転子の周方向に沿って設けられた永久磁石の間に、永久磁石の破片が飛散するのを防止するためのカバーを支持する突部を備える。突部は、永久磁石よりも径方向外側において周方向に延在する部分を備えないので、永久磁石からの漏れ磁束を低減でき、回転電機に発生するトルクリプルを抑制できる。カバーは、突部に支持されるので、永久磁石に応力を加えずに設置できる。
【００１５】
回転子の永久磁石間に設ける突部は、カバーの設置のために必要であるが、体積が大きいとトルクリプルを大きくさせる。本発明は、回転電機において、突部の形状が極めて重要であることに着目して得られたものである。本発明による回転電機は、トルクリプルが大きくならないような形状の突部を備えることで、トルクリプルを抑制できるとともに、カバーの設置による永久磁石の破損を防止でき、回転電機の信頼性を確保することができる。
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、回転子１の径方向外側に設けられ、固定子鉄心４と、固定子鉄心４に設けられたコイル６を備える。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。
【００２０】
図２は、回転子１の２極分を示す断面図である。回転子１は、複数の永久磁石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。複数の永久磁石５は、回転子鉄心３の表面部（径方向の表面部）に、周方向に沿って配置される。永久磁石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。
【００２１】
回転子１は、回転子鉄心３の表面で、周方向で互いに隣り合う永久磁石５の間に、径方向外側に突出する突部１０を備える。突部１０は、回転子鉄心３の製造時に回転子鉄心３に設けてもよく、回転子鉄心３の製造後に回転子鉄心３に設置してもよい。突部１０は、磁性材料（例えば、回転子鉄心３と同じ鉄）で構成してもよく、非磁性材料（例えば、ステンレス）で構成してもよい。突部１０は、任意の形状を備えることができるが、例えば角柱形状であると好ましい。
【００２２】
突部１０は、径方向外側の端面１０ａが、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向外側に位置する。突部１０は、周方向の端面１０ｂの一部が、永久磁石５の周方向の端面５ｂの少なくとも一部に接触する。
【００２３】
突部１０は、周方向の端面１０ｂが、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向内側に位置する部分（図２では、突部１０の周方向の端面１０ｂの、永久磁石５の周方向の端面５ｂに接する部分）から、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向外側に位置する部分（図２では、突部１０の周方向の端面１０ｂの、永久磁石５の周方向の端面５ｂに接しない部分）に向かって、径方向に沿って線形的（平面状）に変化する。すなわち、突部１０は、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向外側では、周方向に沿って延在する部分を備えず、永久磁石５を覆わないように構成されている。
【００２４】
永久磁石５は、突部１０が永久磁石５の周方向の端面５ｂに接触しているため、周方向にずれないように固定される。また、突部１０と永久磁石５とが面接触しているため、永久磁石５に集中応力が発生しにくくなり、永久磁石５の破損を防いで永久磁石５の信頼性を向上することができる。
【００２５】
突部１０は、径方向外側の端面１０ａに、永久磁石５の破片の飛散防止用のカバー１１を備えることができる。カバー１１は、永久磁石５を覆うような位置に、突部１０に設ける。突部１０は、カバー１１を支持する部材である。カバー１１は、永久磁石５を覆うように延在する部材であり、例えば、回転子１に嵌めて被せることができる円筒状で、既存のものを用いることができ、金属製や樹脂製である。カバー１１と永久磁石５の間には、空隙１９が形成されている。
【００２６】
回転子１は、カバー１１を設けることができる突部１０を備えるので、カバー１１によって永久磁石５の破片がギャップ７内に飛散することを防止でき、回転電機１００の信頼性を向上させることができる。また、回転子１は、突部１０を備えても、突部１０が周方向に延在せず永久磁石５を覆わない形状であるので、他の形状の突部を備える回転子よりも、永久磁石５からの漏れ磁束を低減することができ、トルクリプルも抑制できる。
【００２７】
カバー１１を回転子１に取り付ける方法として、例えば、金属管による圧入、焼嵌め、及び樹脂管による圧入等を挙げることができる。突部１０を備えない回転子１に、このような方法を用いてカバー１１を設けると、永久磁石５に直接、応力が加わる。永久磁石５は、硬くて脆い希土類磁石で構成されることが多く、破損しやすい。このため、突部１０を備えない回転子１は、カバー１１を回転子１に取り付けるときに発生する応力により永久磁石５が破損しやすいので、生産性が低下し、信頼性も低下する恐れがある。
【００２８】
本実施例による回転電機１００では、回転子１は、カバー１１を支持する部材である突部１０を備え、突部１０にカバー１１を設けることができるので、永久磁石５に応力を与えずにカバー１１を取り付けることができ、生産性と信頼性を向上させることができる。
【００２９】
図３は、回転子１の突部１０の拡大図である。図３には、カバー１１を示していない。突部１０は、径方向外側の端面１０ａが曲面である。例えば、端面１０ａは、径方向外側に向かって凸に湾曲する曲面である。
【００３０】
突部１０の端面１０ａが平面であると、カバー１１は、端面１０ａと周方向の端面１０ｂとが交わる角部で突部１０に接触するため、応力集中が発生して強度が低下する。突部１０の端面１０ａが曲面であると、円筒状のカバー１１が端面１０ａに接触しやすいため、カバー１１への応力集中を緩和できる。カバー１１の径方向内側の曲率と突部１０の端面１０ａの曲率とを同じにすると、カバー１１と突部１０が面同士で接触するため、カバー１１に発生する応力を最小にすることができ、カバー１１の強度の低下を防止できる。
【００３１】
図４と図５は、突部１０の拡大図であり、図３とは異なる形状の突部１０を示す図である。図４と図５には、カバー１１を示していない。図４に示す突部１０は、周方向の長さが互いに異なる２つの部分１０ｃ、１０ｄを備える。周方向の長さが長い部分１０ｃは、周方向の端面１０ｂが、永久磁石５の周方向の端面５ｂの一部に接触する。周方向の長さが短い部分１０ｄは、永久磁石５に接触しない。図５に示す突部１０は、周方向の端面１０ｂが永久磁石５の周方向の端面５ｂの一部に接触する部分１０ｅと、周方向の長さが径方向外側に向かって短くなるテーパー部１０ｆを備える。テーパー部１０ｆは、永久磁石５に接触しない。
【００３２】
突部１０が磁性材料（例えば、鉄）で構成されていれば、図４と図５に示す突部１０は、図３に示す突部１０よりも、突部１０を構成する磁性材料の量（体積）が少ない。このため、図４と図５に示す突部１０を持つ回転子１は、図３に示す突部１０を持つ回転子１よりも、永久磁石５からの漏れ磁束を低減することができ、トルクリプルも抑制できる。
【００３３】
図６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６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。
【００３４】
図６に示すように、永久磁石の形状の違いは、ギャップ７における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、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の中央部で最大となる分布を示す。
【００３５】
従来の表面磁石型の回転子では、トルクリプルを抑制するために、Ｄ字型の永久磁石１２や瓦型の永久磁石１３を備える。これは、ギャップ７での磁束密度の分布の形状を正弦波に近づけると、トルクリプルを抑制できるためである。しかし、Ｄ字型の永久磁石１２や瓦型の永久磁石１３を製造するには、平板型の永久磁石５を製造するのよりも、コストが増加する。特に、容量（出力）が大きい回転電機では、永久磁石の使用量が増加するため、コストが大きく増加して好ましくない。このため、回転子には、平板型の永久磁石５を備えるとともに、永久磁石５の漏れ磁束を可能な限り低減してトルクリプルを抑制することが望まれている。
【００３６】
本実施例による回転電機１００の回転子１が備える突部１０は、形状に特徴があるが、それでも永久磁石５からの漏れ磁束が発生する。そこで、永久磁石５からの漏れ磁束を可能な限り減らすには、突部１０を設ける位置をなるべく少なくすることが有効である。突部１０を設ける目的は、上述したように、カバー１１を支持するためと、永久磁石５の周方向位置を固定するためである。従って、回転子１は、軸方向の全てにわたって連続的に突部１０を備える必要はなく、軸方向に沿って断続的に複数の突部１０を備えることで、上述した２点の目的を達成できる。
【００３７】
図７Ａは、回転子１の正面図であり、図２のように回転子１の２極分の部分を示す図である。図７Ａでは、突部１０の位置が見えるように、カバー１１を示していない。
【００３８】
図７Ｂは、図７Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子１の断面図である。図７Ｂでは、シャフト８から径方向外側についての部分を示している。
【００３９】
回転子１では、図７Ａに示すように、軸方向に複数の永久磁石５が並んで配置されているとする。軸方向に並んだ複数の永久磁石５は、隣り合う永久磁石５と互いに接触して接続している。永久磁石５の周方向位置は、１個の永久磁石５の軸方向両端部に突部１０を設ければ、固定することが可能である。図７Ａと図７Ｂに示す回転子では、複数の永久磁石５の互いの接続部（永久磁石５の軸方向両端部）に突部１０を設けている。軸方向に並んだ複数の永久磁石５の互いの接続部に突部１０を設けることで、回転子１が備える突部１０の量（全体の体積）を低減できる。
【００４０】
図８Ａと図８Ｂは、軸方向の全ての部分にわたって突部１０を設けた回転子１を示す図である。図８Ａは、図７Ａに対応し、回転子１の正面図である。図８Ｂは、図７Ｂに対応し、図８Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子１の断面図である。図８Ｂにおいて、永久磁石５は、突部１０に隠れて実際には見えない。
【００４１】
以下では、図８Ａと図８Ｂに示した構成の回転子１（ＣＡＳＥ−１）と、図７Ａと図７Ｂに示した構成の回転子１（ＣＡＳＥ−２）について、突部１０の違いによるトルクとトルクリプルの違いを定量的に示す。
【００４２】
図９は、ＣＡＳＥ−１の回転子１とＣＡＳＥ−２の回転子１について、数値計算で求めたトルクとトルクリプルを比較したグラフである。図９において、トルクは、ＣＡＳＥ−１のトルクを１．０に規格化して示しており、トルクリプルは、トルクの脈動の最大振幅とトルクの比を示している。
【００４３】
図９に示すように、トルクは、ＣＡＳＥ−１とＣＡＳＥ−２でほとんど差が無い。これは、回転電機１００自体の体格を可能な限り低減しており、回転電機１００内の磁束密度が高い（磁束が飽和に近い）ためである。一方、トルクリプルは、ＣＡＳＥ−２がＣＡＳＥ−１よりも１．０ポイント小さい。このトルクリプルの減少は、突部１０の体積の差に起因する。つまり、ＣＡＳＥ−２は、ＣＡＳＥ−１よりも突部１０の量が少なく突部１０の全体の体積が小さいので、漏れ磁束（突部１０を流れる磁束）がＣＡＳＥ−１よりも少なく、トルクリプルが低減している。このことから、突部１０は、トルクリプルに密接に関係していると言える。
【００４４】
従って、カバー１１を支持するために突部１０を設けるが、トルクリプルの低減のためには必要最小量の突部１０を設ける必要がある。すなわち、突部１０は、１個当たりの大きさ（体積）を小さくしたり、設ける数を少なくしたりして、全体の体積を小さくする必要がある。
【００４５】
図１０は、図７Ａに対応する、回転子１の正面図であり、図２のように回転子１の２極分の部分を示す図である。図１０では、突部１０の位置が見えるように、カバー１１を示していない。図１０に示す回転子では、１個の永久磁石５に対して、３個の突部１０が設けられている。すなわち、１個の永久磁石５の周方向の一方の端面に２個の突部１０が設けられ、他方の端面に１個の突部１０が設けられ、一方の端面の２個の突部１０は、軸方向に並んだ複数の永久磁石５の互いの接続部（永久磁石５の軸方向両端部）に設けられ、他方の端面の１個の突部１０は、この端面の軸方向中央部に設けられている。
【００４６】
図１０に示すように突部１０を設けると、永久磁石５の周方向位置を固定することができるとともに、突部１０の設置数を最小にして、突部１０の全体の体積を小さくすることができ、トルクリプルを低減することができる。
【００４７】
本実施例では、永久磁石５が平板型であり、図９に示したグラフも平板型の永久磁石５を用いた場合の結果を示している。従来は、トルクリプルを抑制するために、平板型の永久磁石５よりも、Ｄ字型の永久磁石１２や瓦型の永久磁石１３が用いられる。しかし、図９に示したグラフからわかるように、突部１０の量（全体の体積）を減らすと、平板型の永久磁石５を用いても、トルクリプルを１％以下に抑制することが可能である。
【００４８】
また、平板型の永久磁石５を用いてもトルクリプルを抑制できる他の理由として、回転子１の極数が挙げられる。本実施例での回転子１は、極数が５６極である。表面磁石型の回転子では、極数の多い方が、平板型の永久磁石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永久磁石５を用いると、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。このため、上述したように、表面磁石型の回転子にはＤ字型の永久磁石１２や瓦型の永久磁石１３が用いられる。回転子の極数が多いと、平板型の永久磁石５を用いても、回転子が回転したときの磁束密度分布の変化が小さい。このため、例えば容量（出力）が大きい回転電機に用いられる、極数が数十極以上の回転子では、コストの増加を抑えるために平板型の永久磁石５を用いても、トルクリプルを抑制することができる。
【００４９】
また、図７Ａ、図７Ｂ、及び図１０に示したように、複数の突部１０を軸方向に沿って断続的に備える回転子１では、回転子鉄心３を鋳物により製造し、鋳物によって突部１０を回転子鉄心３に設けてもよい。回転子鉄心３を鋳物により製造することで、電磁鋼板で製造する場合よりも組立て工数を減らすことができるため、更なるコスト低減の効果が期待できる。なお、本実施例による回転電機１００は極数が５６でスロット数が７２であるが、極数とスロット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】
【００５０】
図１１Ａと図１１Ｂは、本発明の実施例２による回転電機１００の回転子１を示す図である。図１１Ａは、図７Ａと同様に、回転子１の正面図であり、図２のように回転子１の２極分の部分を示す図である。図１１Ａでは、突部１０の位置が見えるように、カバー１１を示していない。図１１Ｂは、図７Ｂと同様に、図１１Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子１の断面図である。図１１Ｂでは、シャフト８から径方向外側についての部分を示している。
【００５１】
本実施例による回転電機１００は、回転子１がＴ字形状の突部１０を備える。突部１０は、径方向外側に突出する部分と、軸方向に延在する部分１０ｇとを備えるＴ字形状である。軸方向に延在する部分１０ｇは、永久磁石５の径方向外側の端面５ａよりも径方向外側に位置し、突部１０の径方向外側の端面１０ａを含んで軸方向の両側に延伸する部分である。
【００５２】
突部１０は、周方向で互いに隣り合う永久磁石５の間に設けられるが、周方向に延在する部分を備えないので、永久磁石５を覆わず、突部１０を流れる漏れ磁束の量が少ない。このため、回転子１は、永久磁石５からの漏れ磁束を低減することができ、トルクリプルも抑制できる。
【００５３】
更に、突部１０は、軸方向に延在する部分１０ｇを備えるＴ字形状であるので、軸方向に延在する部分１０ｇでカバー１１と接触することができ、カバー１１との接触面積が増加する。このため、カバー１１を回転子１に密着させて安定的に設置できるので、回転子１の信頼性を向上させることができる。
【実施例３】
【００５４】
図１２Ａと図１２Ｂは、本発明の実施例３による回転電機１００の回転子１を示す図である。図１２Ａは、図７Ａと同様に、回転子１の正面図であり、図２のように回転子１の２極分の部分を示す図である。図１２Ａでは、突部１０の位置が見えるように、カバー１１を示していない。図１２Ｂは、図７Ｂと同様に、図１２Ａの切断線Ａ−Ａにおける回転子１の断面図である。図１２Ｂでは、シャフト８から径方向外側についての部分を示している。
【００５５】
本実施例による回転電機１００では、突部１０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は、ネジ１４（突部１０）に起因する永久磁石５からの漏れ磁束を無くすことができ、トルクリプルを更に抑制することができる。
【実施例４】
【００５６】
図１３は、本発明の実施例４による回転電機１００の軸方向に沿う断面図である。図１３には、回転電機１００の回転軸であるシャフト８より上部を示している。
【００５７】
回転電機１００は、回転子１、固定子２、フレーム１５、エンドブラケット１６、軸受１７、及びファン１８を備える。フレーム１５とエンドブラケット１６は、回転子１と固定子２の外側に設置されている。回転子１は、シャフト８と回転子鉄心３と永久磁石５を備え、軸受１７に支持されて回転する。固定子２は、固定子鉄心４とコイル６を備え、フレーム１５に締結されている。回転子１と固定子２との間には、ギャップ７を備える。ファン１８は、冷媒２０を軸方向に沿って流す冷却用のファンであり、回転電機１００の軸方向の一端部、すなわち軸方向の一方のエンドブラケット１６に設けられている。
【００５８】
回転子１は、回転子鉄心３の表面に、径方向外側に突出する突部１０を備える。突部１０は、径方向外側の端面１０ａに、永久磁石５を覆うカバー１１を備える。カバー１１と永久磁石５の径方向の間には、空隙１９が形成されている。
【００５９】
ファン１８の径方向位置について説明する。回転電機１００の損失により発熱する部分は、固定子２の固定子鉄心４とコイル６と、回転子１の永久磁石５である。本実施例による回転電機１００では、カバー１１と永久磁石５の間に空隙１９を備えるので、ファン１８の径方向位置は、空隙１９に対して軸方向に対向する位置、すなわち冷媒２０が空隙１９に流れやすい位置である。ファン１８の径方向位置は、ファン１８の径方向に占める範囲内に空隙１９が存在するような位置であるのが好ましい。ファン１８の径方向位置がこのような位置であると、ファン１８によって空隙１９に冷媒２０を積極的に流すことができるため、永久磁石５の温度を効果的に下げることができる。
【００６０】
本実施例による回転電機１００は、永久磁石５の温度を効果的に下げることができるため、温度上昇による永久磁石５の磁束量の低下を抑制でき、回転電機１００のトルクの低下も抑制できる。
【００６１】
なお、カバー１１と永久磁石５の間に空隙１９を備えない回転電機（例えば、空隙１９が充填部材で埋められている回転電機）では、ファン１８によって冷媒２０が永久磁石５に流れないため、ファン１８は、固定子２を積極的に冷却するように、径方向の最外部に設置すればよい。
【実施例５】
【００６２】
図１４は、本発明の実施例５による回転電機１００の、回転子１の２極分を示す断面図である。カバー１１は、突部１０の径方向外側の端面１０ａに、永久磁石５を覆うような位置に設けられている。本実施例による回転電機１００では、更に、カバー１１は、永久磁石５の径方向外側の端面５ａに接触している。カバー１１は、永久磁石５に接触することで、永久磁石５の径方向の動きを拘束することができ、永久磁石５が回転子鉄心３から外れるのを防止できる。なお、カバー１１は、永久磁石５にできるだけ応力が加わらない位置で永久磁石５に接触することが好ましい。
【実施例６】
【００６３】
図１５は、本発明の実施例６による回転電機１００の、回転子１の２極分を示す断面図である。本実施例による回転電機１００は、カバー１１と永久磁石５の間に充填部材２１を備え、カバー１１と永久磁石５の間の空隙１９が充填部材２１で埋められている。充填部材２１は、永久磁石５よりも柔らかい材料で構成され、例えば、樹脂製、ゴム製、またはシリコン製の部材で構成するのが好ましい。なお、永久磁石５は、金属製である。
【００６４】
カバー１１と永久磁石５の間に充填部材２１を備えることで、永久磁石５の径方向の動きを拘束することができ、永久磁石５が回転子鉄心３から外れるのを防止できる。また、充填部材２１が永久磁石５よりも柔らかいため、永久磁石５と充填部材２１の間に応力が生じた場合、永久磁石５ではなく充填部材２１の方に変形や破損が生じ、永久磁石５の破損を防止することができる。
【実施例７】
【００６５】
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のトルクリプルを抑制でき、回転子１の永久磁石５の破片が飛散するのを防止するカバー１１を永久磁石５に応力を加えずに回転電機１００に設置できる。
【００６６】
図１６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１６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。
【００６７】
図１７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１７に示す回転電機１００は、軸方向で、巻上げ機２２に近い側の軸受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１７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。
【００６８】
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】
【００６９】
１…回転子、２…固定子、３…回転子鉄心、４…固定子鉄心、５…永久磁石、５ａ…永久磁石の径方向外側の端面、５ｂ…永久磁石の周方向の端面、６…コイル、７…ギャップ、８…シャフト、１０…突部、１０ａ…突部の径方向外側の端面、１０ｂ…突部の周方向の端面、１０ｃ…突部の周方向の長さが長い部分、１０ｄ…突部の周方向の長さが短い部分、１０ｅ…突部の周方向の端面が永久磁石に接触する部分、１０ｆ…突部のテーパー部、１０ｇ…突部の軸方向に延在する部分、１１…カバー、１２…Ｄ字型の永久磁石、１３…瓦型の永久磁石、１４…ネジ、１５…フレーム、１６…エンドブラケット、１７…軸受、１８…ファン、１９…空隙、２０…冷媒、２１…充填部材、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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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１７】
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