(57)【要約】【課題】コストの増加の抑制及び永久磁石の漏れ磁束の低減を図ることができ、製造を容易にすることができる回転電機、及びエレベータ用巻上機を得る。【解決手段】回転電機１において、回転子３の回転子鉄心１２は、径方向について固定子２に対向し周方向に配置された複数の回転子磁極部１６を有している。回転子鉄心１２には、各回転子磁極部１６間に形成されているとともに固定子２側が開放され、第１の永久磁石１３が収容された複数の磁石用溝１７と、周方向について各回転子磁極部１６の位置に合わせて形成されているとともに回転子磁極部１６よりも固定子２から離れた位置に形成され、第２の永久磁石１４が収容された複数の磁石用穴１８とが設けられている。共通の回転子磁極部１６に隣接した第１及び第２の永久磁石１３，１４は、共通の回転子磁極部１６に同一の極性を向けて配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向へ並べられた複数の固定子巻線を有する固定子、及び
回転子鉄心と、上記回転子鉄心にそれぞれ設けられた複数の第１の永久磁石及び複数の第２の永久磁石とを有し、上記固定子に対して回転可能な回転子
を備え、
上記回転子鉄心は、径方向について上記固定子に対向し周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の回転子磁極部を有し、
上記回転子鉄心には、各上記回転子磁極部間に形成されているとともに上記固定子側が開放され、上記第１の永久磁石がそれぞれ収容された複数の磁石用溝と、周方向について各上記回転子磁極部の位置に合わせて形成されているとともに上記回転子磁極部よりも上記固定子から離れた位置に形成され、上記第２の永久磁石がそれぞれ収容された複数の磁石用穴とが設けられており、
共通の上記回転子磁極部に隣接した上記第１の永久磁石及び上記第２の永久磁石は、共通の上記回転子磁極部に同一の極性を向けて配置されている回転電機。
【請求項２】
上記第１の永久磁石の全体は、上記回転子磁極部の上記固定子に対する対向面よりも上記固定子から離れた位置に配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記第１の永久磁石の断面形状は、矩形及び円形のいずれかとされ、
上記磁石用溝の断面形状は、上記第１の永久磁石の断面形状に合わせた形状とされている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記第２の永久磁石の断面形状は、矩形及び円形のいずれかとされ、
上記磁石用穴の断面形状は、上記第２の永久磁石の断面形状に合わせた形状とされている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記回転子鉄心は、鋳鉄で構成されている請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の回転電機、及び
上記回転電機の上記回転子と一体に回転される綱車
を備えているエレベータ用巻上機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子に永久磁石が設けられている回転電機、及びこの回転電機を有するエレベータ用巻上機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳物材であるヨーク部の表面に永久磁石を取り付けて構成した回転子を環状の固定子の内側に回転可能に配置した表面磁石型回転電機が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、回転子鉄心の外周面に近い部分に第１の磁石用穴を設けるとともに、回転子鉄心の外周面から径方向内側へ離れた部分に第２の磁石用穴を設け、保持力の異なる２種類の永久磁石を第１及び第２の磁石用穴に挿入することにより、複数の永久磁石を回転子鉄心内に埋めた埋め込み磁石型回転電機も知られている。この従来の埋め込み磁石型回転電機では、第１及び第２の磁石用穴内で永久磁石の両端部に空洞を形成することにより、トルクの向上が図られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、従来、回転子鉄心内に埋められた永久磁石の断面形状を円弧状にするとともに、永久磁石の円弧状の両端部と固定子との間に広い空間を形成することにより、永久磁石の漏れ磁束を低減させてトルクの向上を図っている埋め込み型回転電機も知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
また、従来、回転子コアを複数のコア片に分割し、複数のコア片間に永久磁石を配置した回転電機も知られている（例えば特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７８１７０６号公報
【特許文献２】特開２００６−２８０１９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１３６０１１号公報
【特許文献４】特開２０１２−１６５５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示されている従来の表面磁石型回転電機では、磁気抵抗の高い空気層を介して永久磁石の磁極が固定子に対向しているので、固定子の反磁界によって永久磁石が減磁されやすくなってしまう。また、固定子と永久磁石との距離が近いので、永久磁石は固定子からの熱によっても減磁を受けやすくなってしまう。さらに、永久磁石の減磁を防止するためには、保磁力を向上させた高価な永久磁石（例えば、ジスプロシウムが添加されたネオジム磁石等）を回転子に用いる必要があるので、回転電機の製造コストが増加してしまう。
【０００８】
また、特許文献２及び３に示されている従来の埋め込み磁石型回転電機では、固定子の反磁界による永久磁石の減磁は緩和されるが、永久磁石を挿入するための穴を回転子鉄心に設ける必要があるので、回転電機の製造に手間がかかってしまう。特に、特許文献２に示されている埋め込み磁石型回転電機では、回転子鉄心の外周面に近い部分に穴を形成するので、回転子鉄心に穴を形成する加工が難しくなってしまう。特許文献３に示されている埋め込み磁石型回転電機でも、永久磁石の断面形状が円弧状となっているので、永久磁石の成形や回転子鉄心に対する穴の加工が難しくなってしまう。また、特許文献２及び３に示されている従来の埋め込み磁石型回転電機では、回転子鉄心が鋳物である場合、回転子鉄心に対する穴の加工の手間が極端に大きくなってしまう。さらに、特許文献４に示されている従来の回転電機では、部品点数が増えてしまい、回転電機の製造の手間がさらにかかってしまう。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コストの増加の抑制及び永久磁石の漏れ磁束の低減を図ることができ、製造を容易にすることができる回転電機、及びエレベータ用巻上機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による回転電機は、周方向へ並べられた複数の固定子巻線を有する固定子、及び回転子鉄心と、回転子鉄心にそれぞれ設けられた複数の第１の永久磁石及び複数の第２の永久磁石とを有し、固定子に対して回転可能な回転子を備え、回転子鉄心は、径方向について固定子に対向し周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の回転子磁極部を有し、回転子鉄心には、各回転子磁極部間に形成されているとともに固定子側が開放され、第１の永久磁石がそれぞれ収容された複数の磁石用溝と、周方向について各回転子磁極部の位置に合わせて形成されているとともに回転子磁極部よりも固定子から離れた位置に形成され、第２の永久磁石がそれぞれ収容された複数の磁石用穴とが設けられており、共通の回転子磁極部に隣接した第１の永久磁石及び第２の永久磁石は、共通の回転子磁極部に同一の極性を向けて配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明による回転電機によれば、第１の永久磁石が収容された磁石用溝が各回転子磁極部間に形成され、第２の永久磁石が収容された磁石用穴が回転子磁極部よりも固定子から離れた位置に形成されているので、回転子鉄心の変形や破損が生じやすい回転子鉄心の表面に近い部分に穴を形成する加工作業をなくすことができ、回転電機の製造を容易にすることができる。また、共通の回転子磁極部に隣接する第１の永久磁石及び第２の永久磁石が共通の回転子磁極部に同一の極性を向けて配置されているので、保磁力を向上させた高価な永久磁石を用いずに、第１の永久磁石及び第２の永久磁石のそれぞれの減磁を抑制することができ、コストの増加の抑制を図ることができる。さらに、磁石用溝の固定子側が開放されているので、回転子の固定子側における各回転子磁極部間の磁気抵抗を大きくすることができ、第１の永久磁石の漏れ磁束の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機を示す縦断面図である。
【図２】図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図２の回転子を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による回転電機の回転子を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるエレベータ用巻上機を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を示す縦断面図である。また、図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。さらに、図３は、図２の回転子を示す断面図である。図において、モータ又は発電機として用いられる回転電機１は、円環状の固定子２と、固定子２の内側に配置され、固定子２に対して回転可能な回転子３と、固定子２及び回転子３を支持する筐体４とを有している。
【００１４】
筐体４は、固定子２を囲む円筒部４ａを有している。筐体４には、図１に示すように、筐体４の中心軸線上に配置された支軸５が固定されている。回転子３は、ベアリング６を介して支軸５に回転自在に取り付けられている。これにより、回転子３は、筐体４に回転自在に支持されている。
【００１５】
固定子２は、回転子３と同軸に配置されている。固定子２は、回転子３の外周を囲む円環状の固定子鉄心７と、固定子鉄心７にそれぞれ設けられ、固定子鉄心７の周方向へ並べられた複数の固定子巻線８と、固定子鉄心７に設けられ、固定子鉄心７と各固定子巻線８との間に介在するインシュレータ９とを有している。固定子２は、固定子鉄心７が円筒部４ａ内に嵌められた状態で筐体４に支持されている。また、各固定子巻線８と固定子鉄心７との間の絶縁状態は、インシュレータ９により確保されている。
【００１６】
固定子鉄心７は、支軸５の軸線方向に沿って積層された複数枚の鋼板（磁性体）により構成されている。また、固定子鉄心７は、円筒部４ａの内周面に沿った円環状のバックヨーク部１０と、バックヨーク部１０から径方向内側へそれぞれ突出し、固定子鉄心７の周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の磁極ティース部１１とを有している。各磁極ティース部１１は、固定子鉄心７の周方向について等間隔に配置されている。
【００１７】
固定子巻線８は、磁極ティース部１１に個別に設けられている。これにより、各固定子巻線８は、固定子鉄心７の周方向について互いに間隔を置いて設けられている。固定子２には、各固定子巻線８への通電により回転磁界が発生する。回転子３は、固定子２の回転磁界の発生により支軸５の軸線を中心に回転される。
【００１８】
回転子３は、回転子鉄心１２と、回転子鉄心１２にそれぞれ設けられた複数の第１の永久磁石１３及び複数の第２の永久磁石１４とを有している。
【００１９】
回転子鉄心１２は、支軸５と同軸に配置された円筒状の回転子本体１５と、回転子３の周方向について互いに間隔を置いて回転子本体１５の外周部にそれぞれ設けられた複数の回転子磁極部１６とを有している。回転子鉄心１２は、回転子３の径方向について各回転子磁極部１６を固定子２に対向させた状態で固定子２の内側に配置されている。この例では、各回転子磁極部１６が回転子３の周方向について等間隔に配置されている。また、この例では、回転子鉄心１２が鋳鉄で構成された鋳物とされている。
【００２０】
回転子鉄心１２には、各回転子磁極部１６間にそれぞれ形成されているとともに固定子２側が開放された複数の磁石用溝１７と、回転子３の周方向について各回転子磁極部１６の位置に合わせて形成されているとともに回転子磁極部１６よりも固定子２から離れた位置に形成された複数の磁石用穴１８とが設けられている。この例では、各磁石用溝１７及び各磁石用穴１８が回転子３の軸線方向に沿って回転子鉄心１２に設けられている。また、この例では、各磁石用溝１７が回転子３の周方向について等間隔に配置され、各磁石用穴１８が回転子３の周方向について等間隔に配置されている。
【００２１】
第１の永久磁石１３は各磁石用溝１７にそれぞれ収容され、第２の永久磁石１４は各磁石用穴１８にそれぞれ収容されている。この例では、第１の永久磁石１３の形状が回転子３の軸線に沿った直方体（平板）状とされ、第２の永久磁石１４の形状が回転子３の軸線に沿った円柱状とされている。即ち、この例では、第１の永久磁石１３の断面形状（回転子３の軸線に垂直な平面での第１の永久磁石１３の断面形状）が矩形とされ、第２の永久磁石１４の断面形状（回転子３の軸線に垂直な平面での第２の永久磁石１４の断面形状）が円形とされている。また、この例では、第１及び第２の永久磁石１３，１４のそれぞれの素材が同一素材とされている。
【００２２】
各磁石用溝１７の断面形状は第１の永久磁石１３の断面形状に合わせた形状とされ、各磁石用穴１８の断面形状は第２の永久磁石１４の断面形状に合わせた形状とされている。従って、この例では、各磁石用溝１７の断面形状が矩形とされ、各磁石用穴１８の断面形状が円形とされている。また、この例では、各磁石用溝１７の幅寸法（回転子３の周方向についての磁石用溝１７の寸法）が回転子３の径方向について同一となっていることから、回転子磁極部１６の幅寸法（回転子３の周方向についての回転子磁極部１６の寸法）が回転子３の径方向外側に向かって連続的に大きくなっている。
【００２３】
各第１の永久磁石１３の厚さ寸法（回転子３の径方向についての第１の永久磁石１３の寸法）は、各磁石用溝１７の深さ寸法（回転子３の径方向についての磁石用溝１７の寸法）よりも小さくなっている。これにより、第１の永久磁石１３は、磁石用溝１７の開放部を残したまま磁石用溝１７内の一部にのみ配置されている。即ち、磁石用溝１７に収容された第１の永久磁石１３の全体は、回転子磁極部１６の固定子２に対する対向面（即ち、回転子鉄心１２の外周面）よりも回転子３の径方向について固定子２から離れた位置に配置されている。
【００２４】
各第１の永久磁石１３は、回転子３の周方向について両側に隣接する２つの回転子磁極部１６のうち、一方にＳ極を向け、他方にＮ極を向けて配置されている。また、回転子３の周方向について互いに隣り合う第１の永久磁石１３の極性の向き（Ｓ極及びＮ極の向き）は、互いに異なっている。これにより、回転子３の周方向について共通の回転子磁極部１６に隣接する２つの第１の永久磁石１３は、共通の回転子磁極部１６に同一の極性を向けて配置されている。また、共通の回転子磁極部１６に隣接する第２の永久磁石１４は、共通の回転子磁極部１６に向けられた第１の永久磁石１３の極性と同一の極性を共通の回転子磁極部１６に向けて配置されている。即ち、共通の回転子磁極部１６に隣接した第１の永久磁石１３及び第２の永久磁石１４は、共通の回転子磁極部１６に同一の極性を向けて配置されている。これにより、各回転子磁極部１６の極性は、回転子３の周方向について交互に異なる極性となっている。
【００２５】
このような回転電機１では、第１の永久磁石１３が収容された磁石用溝１７が各回転子磁極部１６間に形成され、第２の永久磁石１４が収容された磁石用穴１８が回転子磁極部１６よりも固定子２から離れた位置に形成されているので、回転子鉄心１２の変形や破損が生じやすい回転子鉄心１２の外周面に近い部分に穴を形成する加工作業をなくすことができる。これにより、回転子鉄心１２に磁石用溝１７及び磁石用穴１８を容易にかつ安定的に形成することができ、回転電機１の製造を容易にすることができる。また、共通の回転子磁極部１６に隣接する２つの第１の永久磁石１３及び１つの第２の永久磁石１４が共通の回転子磁極部１６に同一の極性を向けて配置されているので、第１の永久磁石１３及び第２の永久磁石１４のそれぞれについて固定子２の反磁界による減磁を抑制することができる。これにより、保磁力を向上させた高価な永久磁石を回転子３に用いる必要がなくなり、コストの増加の抑制を図ることができる。さらに、磁石用溝１７の固定子２側が開放されているので、回転子３の固定子２側における各回転子磁極部１６間の磁気抵抗を大きくすることができ、第１の永久磁石１３の漏れ磁束の低減を図ることができる。これにより、回転電機１をモータとして用いた場合、トルクの向上を図ることができる。
【００２６】
また、第１の永久磁石１３の全体は、回転子磁極部１６の固定子２に対する対向面よりも固定子２から離れた位置に配置されているので、固定子２と第１の永久磁石１３との間の距離を大きくすることができ、第１の永久磁石１３について、固定子２の反磁界による減磁の抑制だけでなく、固定子２からの熱による減磁の抑制も図ることができる。
【００２７】
また、回転子鉄心１２に対する磁石用溝１７及び磁石用穴１８の加工が容易になるので、加工の難しい鋳鉄で回転子鉄心１２が構成されている場合であっても、回転子３の製造を容易に行うことができる。即ち、加工の難しい鋳鉄で回転子鉄心１２が構成されている場合であっても、例えば回転子鉄心１２に対する径方向外側からのフライス加工等によって回転子鉄心１２に磁石用溝１７を容易に形成することができ、例えば回転子鉄心１２に対する軸線方向に沿ったドリル加工（穴あけ加工）等によって回転子鉄心１２に磁石用穴１８を容易に形成することができる。
【００２８】
また、第１の永久磁石１３の断面形状が矩形とされ、磁石用溝１７の断面形状が第１の永久磁石１３の断面形状に合わせて矩形とされているので、第１の永久磁石１３の形状を簡素化することができ、第１の永久磁石１３の仕上げ研磨を容易にすることができる。これにより、回転子３の製造をさらに容易にすることができ、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。
【００２９】
また、第２の永久磁石１４の断面形状が円形とされ、磁石用穴１８の断面形状が第２の永久磁石１４の断面形状に合わせて円形とされているので、第２の永久磁石１４の形状を簡素化することができ、第２の永久磁石１４の仕上げ研磨を容易にすることができる。これにより、回転子３の製造をさらに容易にすることができ、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。
【００３０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子３を示す断面図である。実施の形態１では、第２の永久磁石１４の断面形状が円形となっているが、第２の永久磁石１４の断面形状を矩形としてもよい。
【００３１】
即ち、この例では、各第２の永久磁石１４の形状が回転子３の軸線に沿った直方体（平板）状とされ、第２の永久磁石１４の断面形状が矩形となっている。また、各磁石用穴１８の断面形状は、第２の永久磁石１４の断面形状に合わせて矩形とされている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３２】
このように、第２の永久磁石１４の断面形状を矩形としても、第２の永久磁石１４の形状を簡素化することができ、回転子３の製造を容易にすることができる。
【００３３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による回転電機の回転子３を示す断面図である。実施の形態１では、第１の永久磁石１３の断面形状が矩形となっているが、第１の永久磁石１３の断面形状を円形としてもよい。
【００３４】
即ち、この例では、各第１の永久磁石１３の形状が回転子３の軸線に沿った円柱状とされ、第１の永久磁石１３の断面形状が円形となっている。また、各磁石用溝１７の断面形状は、第１の永久磁石１３の断面形状に合わせて固定子２側が開放された円形とされている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３５】
このように、第１の永久磁石１３の断面形状を円形としても、第１の永久磁石１３の形状を簡素化することができ、回転子３の製造を容易にすることができる。また、第１の永久磁石１３及び第２の永久磁石１４のそれぞれの断面形状を同一にすることができ、同一形状の永久磁石を第１及び第２の永久磁石１３，１４として使用することができ、回転電機１の製造コストの低減化を図ることができる。
【００３６】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３による回転電機１をエレベータ用巻上機に適用してもよい。
【００３７】
図６は、この発明の実施の形態４によるエレベータ用巻上機を示す縦断面図である。図において、エレベータ用巻上機は、実施の形態１と同様のモータ（回転電機）２１と、モータの駆動力により回転される綱車２２とを有している。
【００３８】
綱車２２は、ベアリング６を介して支軸５に回転自在に支持されている。この例では、綱車２２は、回転子鉄心１２と一体の鋳物とされ、綱車２２及び回転子鉄心１２を構成する材料が鋳鉄とされている。綱車２２は、支軸５の軸線方向について、固定子２の範囲から外れた位置に設けられている。回転子３及び綱車２２は、固定子巻線８への通電により、支軸５の軸線を中心として一体に回転される。
【００３９】
円筒状の回転子本体１５の内側には、回転子３及び綱車２２に対して制動力を与えるブレーキ装置２３が設けられている。ブレーキ装置２３は、回転子本体１５に対して回転子３の径方向へ変位可能なブレーキシュー（図示せず）を有している。ブレーキ装置２３は、ブレーキシューを回転子本体１５の内周面に接触させることにより回転子３及び綱車２２に対して制動力を与え、ブレーキシューを回転子本体１５の内周面から離すことにより回転子３及び綱車２２に対する制動力を解除する。
【００４０】
このようなエレベータ用巻上機では、実施の形態１による回転電機１が用いられているので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、各上記実施の形態では、回転子鉄心１２が鋳鉄で構成されているが、複数枚の鋼板（磁性体）が積層されて構成された積層体を回転子鉄心１２としてもよい。
【００４２】
また、各上記実施の形態では、第１の永久磁石１３の断面形状が矩形又は円形とされ、第２の永久磁石１４の断面形状が矩形又は円形とされているが、第１及び第２の永久磁石１３，１４のそれぞれの断面形状は、これに限定されない。
【符号の説明】
【００４３】
１  回転電機、２  固定子、３  回転子、８  固定子巻線、１３  第１の永久磁石、１４  第２の永久磁石、１７  磁石用溝、１８  磁石用穴、２２  綱車。
【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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