(57)【要約】【課題】本発明は、トルク脈動の少ない、低騒音、小形軽量、高効率、低価格の外転型永久磁石回転電機及びそれを備えたエレベータ装置を提供する。【解決手段】リング状のヨーク部と、その径方向外周に突極を有した固定子鉄心と、前記固定子鉄心が形成するオープンスロット部に配置され、前記突極に集中的に巻回する固定子巻線とからなる固定子と、その外周に配置したリング状の回転子鉄心と、回転子鉄心の内周面に矩形状の永久磁石を前記固定子と適当な空隙を介して直接配置した永久磁石回転子とを有し、永久磁石の極数をＰ、固定子の突極数をＳとし、さらにＰとＳの最大公約数Ｍ、最小公倍数Ｎとしたとき、最大公約数Ｎを３以上とし、かつ最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｓを１３以上とした。【選択図】図１
2010178442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状のヨーク部と、その径方向外周に突極を有した固定子鉄心と、前記固定子鉄心が形成するオープンスロット部に配置され、前記突極に集中的に巻回する固定子巻線とからなる固定子と、その外周に配置したリング状の回転子鉄心と、回転子鉄心の内周面に６面が矩形状で直方体の永久磁石を前記固定子と適当な空隙を介して配置した永久磁石回転子とを有し、永久磁石の極数をＰ，固定子の突極数をＳとし、さらにＰとＳの最大公約数をＭ、最小公倍数をＮとしたとき、最大公約数Ｍを３以上とし、かつ最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍを１３以上としたことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項２】
請求項１において、永久磁石の極数Ｐを固定子の突極数Ｓより多くしたことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項３】
請求項１において、固定子突極の表面磁極幅を固定子突極ピッチの４４〜５４％にしたことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項４】
請求項１において、永久磁石の極弧度を永久磁石ピッチの０．７または０．８７としたことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項５】
請求項１において、永久磁石と固定子鉄心の間に積層鋼板を備えたことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項６】
請求項１において、永久磁石取付け面である回転子内周面を、永久磁石取付け面毎に、周方向および軸方向に平直面とし、軸方向に複数の永久磁石を並べ周方向にずらして配置したことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項７】
請求項６において、周方向へのずらす永久磁石の個数を３としたことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項８】
請求項１において、永久磁石取付け面である回転子内周面を、永久磁石取付け面毎に、周方向および軸方向に平直面とし、この平直面内で、軸方向に対して永久磁石を傾けて配置したことを特徴とする外転型永久磁石回転電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの外転型永久磁石回転電機を用い、その外転型回転子に連なり、ロープを巻きかけたシーブを有する巻上機を備えたことを特徴とするエレベータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外転型永久磁石回転電機およびそれを用いたエレベータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータ駆動に使用される回転電機としては、小型軽量、高効率等の特性が要求され、永久磁石回転電機が用いられるようになってきた。特に、最近主流となってきたギヤ等の変速機を使用しないギヤレスのダイレクトドライブ方式では、この傾向が強く反映され、永久磁石回転電機を用いるようになってきている。
【０００３】
上記ダイレクトドライブのエレベータ用回転電機には、エレベータの乗り心地を悪くするトルクリプルを極力小さくすることが求められ、約２００％に至る過負荷条件に至るまでトルク脈動を数％以下に抑制する必要がある。
【０００４】
このようなエレベータ駆動用回転電機の構造としては、外周に固定子を配置し、その内周を永久磁石回転子を配置する構成のいわゆる内転型の永久磁石回転電機が一般に使用されている。これとは逆に、内周に固定子を配置し、その外周に永久磁石回転子を配置する構成のいわゆる外転型永久磁石回転電機を駆動モータとして利用する構成についても、特許文献１および２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３４８９３号公報
【特許文献２】特開２００７−１５９３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のものは、永久磁石の外周部における形状が円弧状であるために、第１に、この磁石形状に仕上げるには研磨によって仕上げねばならず、製作の面で、高価になるおそれがある。
【０００７】
第２には、この磁石形状は精度の確保が難しく、磁石バラツキによるトルクリプル、騒音を生じるおそれがある。
【０００８】
更には、特許文献１や２の永久磁石の極数と固定子突極のコンビネーションでは、コギングトルクや振動に関する点で改良の余地がある。
【０００９】
また、特許文献２では、固定子鉄心の突極の幅が小さく、出力トルクに関しても最大トルクを得る点で改良の余地がある。
【００１０】
本発明の目的は、トルク脈動の少ない、低騒音、小形軽量、高効率、低価格の外転型永久磁石回転電機及びそれを備えたエレベータ装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はその一面において、リング状のヨーク部と、その径方向外周に突極を有した固定子鉄心と、前記固定子鉄心が形成するオープンスロット部に配置され、前記突極に集中的に巻回する固定子巻線とからなる固定子と、その外周に配置したリング状の回転子鉄心と、回転子鉄心の内周面に６面が矩形状の直方体の永久磁石を前記固定子と適当な空隙を介して配置した永久磁石回転子とを有し、永久磁石の極数をＰ、固定子の突極数をＳとし、さらにＰとＳの最大公約数Ｍ、最小公倍数Ｎとしたとき、最大公約数Ｍを３以上とし、かつ最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍを１３以上としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の望ましい実施態様においては、永久磁石極数Ｐを固定子突極数Ｓより多くしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の望ましい実施態様においては、固定子突極の表面磁極幅を、固定子突極のピッチの４４〜５４％にしたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の望ましい実施態様においては、永久磁石の極弧度を、永久磁石ピッチの０．７または、０．８７としたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の望ましい実施態様においては、永久磁石と回転子鉄心の間に積層鋼板を有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の望ましい実施態様においては、永久磁石取付け面である回転子内周面を、永久磁石取付け面毎に、周方向および軸方向に平直面とし、軸方向に複数の永久磁石を並べ周方向にずらして配置したことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の望ましい実施態様においては、以上のような特徴を持つ外転型永久磁石回転電機の回転子に連なり、ロープを巻きかけたシーブを有する巻上機を備えたエレベータ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の望ましい実施態様によれば、トルク脈動の少ない、低騒音、小形軽量、高効率、低価格の外転型永久磁石回転電機及びそれを駆動源とするエレベータ装置を提供することができる。
【００１９】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機の半径方向断面概要図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機を軸に平行な面で断面した概要図である。
【図４】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機の表面磁極幅に対するトルク特性図である。
【図５】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機の永久磁石の極弧度に対するトルク特性図である。
【図６】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機のスキュー構成例図である。
【図７】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機のスキュー特性を示す
【図８】本発明の他の実施例による外転型永久磁石回転電機のスキュー構成を示す。
【図９】本発明の他の実施例による外転型永久磁石回転電機の要部拡大図である。
【図１０】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機を用いたエレベータ巻上機を軸に平行な面で断面した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、図１〜３を用いて、本発明の一実施例によるエレベータの巻上機に最適な外転型永久磁石回転電機について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例の外転型永久磁石回転電機を半径方向に断面した概要図である。
【００２３】
図２は、図１の要部（ＡＯＢ部）拡大図、図３は、その回転電機を軸に平行な面で断面した概要図である。
【００２４】
図１〜３において、外転型永久磁石回転電機１は固定子２と回転子３とから構成されている。固定子２は、大きくは固定子鉄心４と固定子巻線５とで構成される。固定子鉄心４は、硅素鋼板を型による打ち抜き等により、積層して構成される。固定子鉄心４の内周には、固定子磁路を構成する固定子コア４１と、固定子コア４１より固定子外周に向かって放射状にのびる固定子突極４２とから構成されている。図示のように、隣り合った固定子突極４２間と固定子コア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、図示のように１極に１個の固定子巻線５を巻回するものとする。
【００２５】
一方、回転子３は、外周に配置され、図示のようにリング上に配置された塊状の回転子鉄心７と、回転子鉄心７の内周面に配置された永久磁石６とで構成される。
【００２６】
本実施例の永久磁石６の形状の特徴は、６面ともに矩形の直方体としたことにある。図示のように、永久磁石６の内周面、外周面ともに平直面で構成したことが特徴である。従って、永久磁石の取付け面となる回転子鉄心３の内周面は、軸方向だけでなく、周方向に対しても平直面をなす。回転子鉄心３の内周面は、この平直な永久磁石の取付け面７１と、永久磁石６の極間の位置する部分の回転子鉄心極間部７２とがある。ここで、回転子鉄心極間部７２の形状は、周方向に対して直線でも弧状でも良いが、磁石保持、位置決めの点からは回転子鉄心７から内周側に突起となる形状にすることが望ましい。ここで、永久磁石６は、接着剤等によって固定子鉄心の磁石取付け面７１に固着されている。
【００２７】
図１〜３に示す本発明の一実施例においては、永久磁石６の極数Ｐは４２、固定子鉄心の突極数Ｓは３６である。この構成では、永久磁石６の極数Ｐと固定子鉄心４の突極数Ｓの最大公約数Ｍは６、最小公倍数Ｎは２５２となる。最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍとの比Ｎ／Ｍは、２５２／６で４２となる。
【００２８】
この最大公約数Ｍ＝６は、図２で示した６０度内での構成、すなわち、永久磁石の極数Ｐ＝７、固定子鉄心４の突極数Ｓ＝６の６回の繰り返し構成と一致するとともに、比Ｎ／Ｍ＝４２は、本発明の範囲を示す１３を越えたものである。
【００２９】
従って、本発明では、６面ともに矩形の直方体の永久磁石６を備え、永久磁石６の極数Ｐと固定子の突極数Ｓとの最大公約数をＭ、最小公倍数をＮとしたとき、最大公約数Ｍを３以上とし、かつ最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍを１３以上の構成としている。
【００３０】
特許文献２に述べられた第１の例では、永久磁石の極数Ｐと固定子鉄心の突極数Ｓの比を３：２、もしくは３：４にすることを開示している。したがって、本発明の一実施例で選択したように、固定子鉄心の突極Ｓ＝３６に固定した場合、特許文献２においては、永久磁石の極数Ｐ＝２４、もしくはＰ＝４８に選択することとなる。この場合、最大公約数Ｍは、両者とも１２となるが、最小公倍数Ｎはそれぞれ７２，１４４となり、最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍは、それぞれ、６あるいは１２となり、本発明のように、１３以上とはならない。
【００３１】
一方、特許文献２に開示されている他の実施例である永久磁石６の極数Ｐと固定子鉄心の突極Ｓとの関係を、Ｓ＝６ｎ，Ｐ＝６ｎ±２（ｎは１以上の整数）の関係にした組み合わせについて検討する。この場合、固定子鉄心４の突極数Ｓが本発明と同じに３６とすると、永久磁石６の極数は３６±２となり、永久磁石６の極数は３４もしくは３８となる。
【００３２】
従って、最大公約数Ｍは、両者とも２となり、最小公倍数Ｎは６１２，６８４となり、最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比は、それぞれ３０６と、３４２となる。
【００３３】
この場合、最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比は大きくなるが、最大公約数Ｍが２と小さく、本発明のように、３以上とはならない。
【００３４】
永久磁石回転電機で、永久磁石の極数をＰ、固定子の突極数をＳとし、さらにＰとＳの最大公約数Ｍ、最小公倍数Ｎとしたとき、最大公約数Ｍは、回転電機の振動モードを規定する値となる。外転型永久磁石回転電機１の場合に、回転子鉄心７が電磁気的な応力を受けて円環モードの振動をする場合のモード数（周方向の振動サイクル）を規定し、これを大きくすることによって、振動は少なくなり、低振動のモータとすることができる。
【００３５】
特許文献２に当てはめて示した最大公約数Ｍ＝２は、２次の振動モードとなり、半周分の電磁力の積分がその中央に位置する回転子鉄心にかかるため、大きな楕円状の振動を回転子鉄心７に引き起こしてしまう。
【００３６】
一方、最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍは、１回転を最大公約数Ｍで割った範囲の固定子鉄心４の突極数と、そこに占める永久磁石６の極数の最小公倍数である。これは、上記の範囲の固定子鉄心４の突極数Ｓと永久磁石６の極数Ｐとによって発生するコギングトルクのサイクル数を規定するものである。コギングトルクは、コギングトルクのサイクル数の増加に応じて小さくなるので、最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比を大きくすることで、コギングトルクを低減することができる。
【００３７】
本発明の一実施形態においては、リング状ヨーク部と、その径方向外周に突極を持つ固定子鉄心と、固定子鉄心のオープンスロット部に配置され、前記突極に集中的に巻回する固定子巻線を備えた固定子と、その外周に配置したリング状の回転子鉄心を備えている。この回転子鉄心の内周面に、６面ともに矩形状の直方体の永久磁石を前記固定子と適当な空隙を介して配置した永久磁石回転子を備えている。そして、永久磁石の極数をＰ、固定子の突極数をＳとし、さらにＰとＳの最大公約数をＭ、最小公倍数をＮとしたとき、最大公約数Ｍを３以上とし、かつ最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍを１３以上の構成にしたことを特徴とする。
【００３８】
これによって、無負荷時のコギングトルク、負荷時の振動、騒音を低減すると共に、安価な外転型永久磁石回転電機を提供できる。
【００３９】
コギングトルクは、特許文献２に開示された「Ｓ＝６ｎ，Ｐ＝６ｎ±２（ｎは１以上の整数）」の構成にまでしなくとも、十分小さくでき、かつそれによって、振動モード数を多くした構成とすることによって、振動騒音を十分に低減することができる。
【００４０】
本発明の望ましい実施形態では、固定子鉄心４の突極を、特許文献１のように外周端で周方向に広がる構成とはせずに、オープン型のスロット構成とした。エレベータの巻上機としては、２００％程度の負荷に至るまでトルク脈動を小さく抑制することが要求される。また、エレベータ装置の保持試験のために、更にそれより大きいトルクを発生できることを、定期試験等で確認している。特許文献１に開示されているように、突極の外周側に周方向に広がる爪部を有する一般のセミクローズ型のスロット構成では、固定子巻線５と鎖交する磁束量を、永久磁石６の磁束を爪部の集磁力を利用して増加させることができる。このため、前記過負荷条件下では、爪部の集磁力を利用して、トルクを増大させることができる。しかし、反面、固定子巻線５に流れる大きな電流による磁界によって、爪部の部分的な磁気飽和が発生し、これによってトルク変動を大きくしてしまう結果となる。これは、エレベータ装置にとって、乗り心地を損ねる要因となる。
【００４１】
一般には、永久磁石６の磁束と鎖交することによって発生する固定子巻線５の誘起電圧を、高調波分を含まない正弦波状とし、これに、正弦波状の電流を印加することによって３相合成のトルクを脈動の少ない一定の駆動トルクとすることができる。セミクローズ型のスロット形状では、大電流時にその磁界の影響によって、誘起電圧を歪ませ、誘起電圧の高調波を大きくすると考えることができ、これによって、トルク脈動が大きくなる。
【００４２】
一方、本発明の望ましい実施形態のようなオープンスロットでは、過負荷条件下においても、部分的な磁気飽和を生ぜしめる爪部が無いために、トルクは若干低下する反面、２００％を越える大きな負荷条件下でもトルク脈動を小さくすることができる。
【００４３】
このオープンスロット構成では、極数の選択がトルクに大きな影響を与える。
【００４４】
例えば、固定子鉄心４の突極数Ｓと永久磁石６の極数Ｐを図１，図２で示したように３６と４２に選択する場合と、固定子鉄心４の突極数Ｓを変えずに永久磁石６の極数Ｐを３０にした場合を比較する。一般に、セミクローズのスロット形状では、極数Ｐ＝４２と多い場合には、一つの固定子巻線５が巻回する固定子鉄心突極の表面の領域が電気角で２４０度を占める。このため、磁束密度の負領域まで含むことになり、固定子鉄心突極表面の平均磁束密度が減少し、周波数は永久磁石６の極数Ｐ＝３０に比較して増加するが、発生誘起電圧に変わりが無く、同じ電流におけるトルクもあまり変わらない結果となる。
【００４５】
本発明の望ましい実施形態によるオープンスロット構造では、一つの固定子巻線５が巻回する固定子鉄心突極の表面の領域は、電気角で１８０度以下にでき、それによって、磁束密度の負の部分を含めて低い部分を除くことができる。したがって、固定子鉄心突極表面の平均磁束密度が増加し、Ｐ＝３０に比較して増加させることができる。試算例では、Ｐ＝３０極に対して、Ｐ＝４２極の選択によって１０％のトルク向上となる。
【００４６】
極数の増加は周波数の増加となって、インダクタンスによる電圧降下を大きくするため、力率が悪くなり、駆動するインバータ容量を増加させる必要があり、これは欠点となる。しかし、エレベータ装置としては、保持試験のために、更にそれより大きいトルクを発生できることを、定期試験等で確認しなければならない。
【００４７】
この場合には、上記のトルクアップは大きく、永久磁石の極数Ｐを固定子の突極数Ｓより多くすることによって、永久磁石回転電機１の体格を小さくできる点、あるいは回転電機の温度上昇を低くできる点で、上記の欠点を補い得るメリットがある。
【００４８】
図１に戻って、永久磁石回転電機１の固定子鉄心２の突極には、図示のような記号を付記した。それぞれ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からなる固定子巻線５を巻回した突極を示す。例えば、Ｕ１＋はＵ相に属する巻線で＋に巻回した１番目の突極を示している。また、図２には、固定子巻線５について、図示のような記号を付記した。例えば、Ｕ１＋＋では、固定子鉄心２の突極Ｕ１＋に巻回することを示し、さらに、末尾の＋は紙面上、裏面より表面に巻回されていることを示し、−の場合にはその逆を示している。図１では、固定子鉄心２の突極Ｐが１２極、永久磁石２の極数Ｐが１４極を基本単位とする構成の３倍構成を示しており、図２には上記基本単位の１／２分を図示している。
【００４９】
この他の、固定子鉄心突極数Ｓと、永久磁石の極数Ｐのコンビネーションとしては、固定子鉄心４の突極Ｓが９極、永久磁石６の極数Ｐが８極もしくは１０極を基本単位とし、その３倍以上の繰り返しが考えられる。したがって、固定子鉄心４の突極Ｓが２７極で、永久磁石６の極数Ｐが２４極もしくは３０極を基本単位とすること等が挙げられる。
【００５０】
一般的には、永久磁石の極数をＰ、固定子の突極数をＳとし、さらにＰとＳの最大公約数Ｍ、最小公倍数Ｎとしたとき、最大公約数Ｍを３以上とし、かつ最小公倍数Ｎと最大公約数Ｍの比Ｎ／Ｍを１３以上の構成とすることで、本発明の効果が発揮できる。
【００５１】
以上、３相構成で説明したが、これに限定されるものではなく、３相構成の巻線をそれぞれ、電気角で３０度ずらした構成のものでも良く、また、多相構成とすることも可能である。
【００５２】
本発明の外転型永久磁石回転電機１は、インバータによって駆動されるものである。
【００５３】
一般には、３相のインバータで、電流検出器、回転子の磁極位置検出器を備え、回転子３の位置に応じて正弦波状の電流を通電させると共に、インバータへのトルク指令によってその電流の大きさを変える制御を持ったインバータで駆動される。必要に応じて、高速回転時には電流の位相を進ませて、弱め界磁制御等を行うことも可能である。
【００５４】
本発明の対象とする外転型永久磁石回転電機では、固定子鉄心４の固定子突極の永久磁石面の周方向幅（表面磁極幅）がトルク発生に大きな影響を与える。
【００５５】
そこで、図２で示した固定子突極４２の表面磁極幅をθａ、固定子突極４２間のピッチをθｓとしたとき、その比θａ／θｓがトルク特性に与える影響について計算した。計算条件は、固定子突極４２の表面磁極幅θａを変化させたとき、それに応じてスロット４３の面積が増減した分、スロット内の起磁力が比例して増減するとの仮定で行った。したがって、スロット内の電流密度は一定と仮定している。計算条件は、永久磁石の極数Ｐを３０、固定子の突極数Ｓを３６、永久磁石の極幅と永久磁石ピッチの比は約８０％程度の条件で有限要素法による磁界計算により行った。
【００５６】
ここで、トルクとトルク脈動が評価の対象となる。これに影響を与える因子としては、固定子突極４２の表面磁極幅θａがある。もう一つは、固定子突極４２の永久磁石面の両端面の半径を、固定子突極４２の永久磁石面の中心面の半径よりＴ１だけ小さくすることで、固定子突極４２の永久磁石面を丸めてトルク脈動を低減することができるので、このＴ１をパラメータとして計算した。
【００５７】
その結果を図４に示す。
【００５８】
図４は上記の計算条件から、脈動トルクを一定とした場合の固定子突極４２の表面磁極幅θａと固定子突極ピッチθｓの比に対する出力トルクの値を示す。固定子突極４２の表面磁極幅θａを固定子突極４２間のピッチθｓのほぼ１／２にすることで、脈動トルク一定で、出力トルクを最大化することができる結果を見いだした。なお、固定子突極４２の表面磁極幅θａと固定子突極４２間のピッチθｓに対する比を、４４〜５４％の範囲に設定すれば、最大トルクに対して約５％以内にトルク低下を押さえることができる。
【００５９】
次に、図５には、本発明の外転型永久磁石回転電機の永久磁石の極弧度に対する特性を示した。平均的な出力トルクとトルクリプルとを示している。図では更に、トルクリプルのうち、トルクリプルのピーク−ピーク値を示すｔｐｐ、トルクリプルの電気角での第６次成分ｔ６、及びその１２次成分ｔ１２とを合わせて示した。第６次成分ｔ６は比較的小さく、第１２次成分ｔ１２によって、脈動トルクのピーク−ピーク値がきまる。そして、この第１２次成分ｔ１２を小さくできる永久磁石の極ピッチに占める極幅（極弧度）を、０．７または０．８７とすることによって、脈動トルクを小さくできることを見いだした。
【００６０】
本構成とすることにより、トルクリプルの小さい外転型永久磁石回転電機１を得ることができる。なお、永久磁石の極ピッチに占める極幅を、０．７または０．８７に対して±２％の範囲、すなわち、０．６８〜０．７２または、０．８５〜０．８９の範囲において、十分トルクリプルが小さく本発明の範囲内といえる。
【００６１】
なお、ここで、永久磁石の極ピッチに占める極幅が０．７の選択では、図から永久磁石の使用量に対するトルクの発生量の比が大きく、永久磁石の極ピッチに占める極幅が０．８７の選択では、発生トルクの絶対値を大きくできる選択といえる。
【００６２】
図６は、本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機のスキュー（Skew）構成例図である。これまで示したように、高トルク化、低トルクリプル化とを同時に達成するためには、スキューが不可欠である。図６（ａ）には永久磁石６を回転子鉄心磁石取付け面７１の中心部に配置した例を示す。図６（ｂ）には永久磁石６を回転子鉄心磁石取付け面７１の右側に配置した例を示す。図６（ｃ）には永久磁石６を回転子鉄心磁石取付け面７１の左側に配置した例を示す。
【００６３】
ここで、θｄは、図６（ａ）の永久磁石６を回転子鉄心磁石取付け面７１の中心部に配置した場合に対して、図６（ｂ），図６（ｃ）で示した永久磁石６の配置の移動量示すものである。
【００６４】
以上の図６の（ａ），（ｂ），および（ｃ）の配置を、軸方向で変えることでスキューを行うことができる。
【００６５】
図７は、本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機のスキュー特性を示す。ここで、ｔｐｐ２は永久磁石を軸方向に２分割し、図６（ｂ），図６（ｃ）のように配置したときのトルクリプルを示す。また、ｔｐｐ３は、永久磁石を軸方向に３分割し、それぞれの永久磁石を図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ）のようにずらして配置したときのトルクリプルを示す。
【００６６】
軸方向２分割はθｄの小さい範囲でトルクリプルの極小を得られるのが特徴であり、一方、軸方向３分割はトルクリプルの最小値を２分割構成よりも小さくできるのが特徴である。この原理は、軸方向２分割が電気角１２次成分に対応して小さくなるのに対して、軸方向３分割は、電気角１２次成分と６次成分とが同時に小さくなるように働くことができるからである。以上の構成で、簡単にスキューの効果を得ることができる。
【００６７】
図８は、本発明の他の実施例による外転型永久磁石回転電機のスキュー構成を示す。
【００６８】
図８の外転型永久磁石回転電機１では、軸方向で磁石分割を行わない構成を示す。回転子鉄心磁石取付け面７１の周方向幅を永久磁石６の幅より大きくし、永久磁石６を図示のように斜めに配置することによって、連続的なスキューとすることが可能である。かつ、永久磁石６は軸方向に分割する必要がないため、製作、塗装、取り扱いが容易であり、コストを低減できる。
【００６９】
なお、前述の図７の中に、図８で示した外転型永久磁石回転電機１のスキューでのトルクリプルの計算値をｔcontとして一緒に示した。低コスト化の他に、スキューの効果としても、前記の２分割、３分割のスキューより大きくトルクリプルを低減できる結果を示している。
【００７０】
図９は、本発明の他の実施例による外転型永久磁石回転電機の要部拡大図である。
【００７１】
ここでは、回転子鉄心７の中を珪素鋼板で構成する硅素鋼板部７４と塊状鉄心で構成される塊状鉄心部７３とに分けたことが特徴である。前述の回転子鉄心７の回転子鉄心磁石部７１の機械加工は製作時間がかかる。その分、高価になるおそれがある。また、図１で示したように、塊状鉄心７３が固定子鉄心４に直接対面すると、固定子巻線５の作る磁界によって塊状鉄心中に渦電流を発生させ、それによって永久磁石回転電機の効率を落とすおそれがある。
【００７２】
本実施例の構成によれば、図示のように硅素鋼板部７４を設けることによって、回転子鉄心磁石取付け面７１の形状を簡単に製作できる。また、回転子鉄心７内の渦電流を生ぜしめる可能性のある脈動磁束が積層珪素鋼板内を通過して、渦電流損の発生を最小に押さえてくれる。集中巻永久磁石回転電機の永久磁石内の渦電流については、既に行われている永久磁石の分割によって小さく押さえることができる。回転子鉄心７の珪素鋼板部７４は、軸方向または半径方向の塊状鉄心部７３にボルト等によって容易に固定することが可能である。
【００７３】
次に、これまで説明した本発明の実施例による永久磁石回転電機１を適用したエレベータ巻上機の構成について、図１０を用いて説明する。
【００７４】
図１０は、本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電機を用いたエレベータ巻上機を軸に平行な面で断面した概要図である。外転型永久磁石回転電機１とシーブ９が一体となった構成である。エレベータ巻上機１１は、動力を生み出す外転型永久磁石回転電機１と、前記外転型永久磁石回転電機１が生み出す動力をロープ（図示せず）に伝えるシーブ９を備えている。また、回転子３の外周に制動力を与えるブレーキ１２と、回転体を備えたシャフト８を支える回転子支持部１０と、これらを支える固定子支持板８とを備えている。ここで、ブレーキ１３は、回転子３の外周に接してブレーキ力を発生するブレーキの移動部１３１と、これを移動可能に支えるブレーキの固定部１３２とで構成される。
【００７５】
以上の構成で、コンパクトで、低振動のエレベータ巻上機１１を実現できる。
【００７６】
本発明の一実施形態による永久磁石回転電機１をエレベータ巻上機１１に適用することで、定格トルク時から最大トルクまでの幅広い領域における低トルク脈動が可能となり、かごに伝わる振動およびエレベータ機構の騒音の低減に寄与する。さらに、回転子３をスキューすることで、より低トルクリプル化、トルク向上が実現できる。さらに、固定子突極の表面磁極幅θａを固定子突極ピッチθｓの５０％近傍（４４〜５４％）にすることによって高トルク化ができる。これによって、振動の少ない、価格の安い、コンパクトなエレベータ巻上機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
なお、以上は本発明の永久磁石回転電機をエレベータ巻上機に適用した場合の構成について示したが、本発明は以上に限定されるものではない。例えば、電動車両、特にホイールインモータのように車輪の中に搭載される外転型永久磁石回転電機にも同様の効果を発揮することができ、これによって、低騒音、低振動で乗り心地、燃費の良い電動車両を供給することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１：外転型永久磁石回転電機、２：固定子、３：回転子、４：固定子鉄心、４１：固定子コア、４２：固定子突極、４３：スロット、５：固定子巻線、６：永久磁石、７：回転子鉄心、７１：回転子鉄心磁石取付け面、７２：回転子鉄心極間部、７３：回転子鉄心の塊状鉄心部、７４：回転子鉄心の珪素鋼板部、８：固定子支持板、９：シーブ、１０：回転子支持部、１１：エレベータ巻上機、１２：シャフト、１３：ブレーキ、１３１：ブレーキの移動部、１３２：ブレーキの固定部。
【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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