(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記モータ部における永久磁石と固定子との間に形成される空隙の中心と回転軸の中心軸との距離を空隙半径と定義し、上記各モータ部における回転軸の中心軸方向の長さである軸長と上記空隙半径との積を相互に等しくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転軸に固定されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記各モータ部の固定子および／または回転子は、上記回転軸周方向に複数個に分割されたものを溶接により接合して一体化した構造であり、上記固定子および／または回転子の溶接位置は、当該溶接個所が存在する部材における同一磁極に対する上記回転軸周方向位置が上記各モータ部で互いに同一となるようにし、上記モータ部における回転子及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部で互いに異なるようにしたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
２組のモータ部それぞれが三相交流の電源で駆動され、該モータ部の相対距離の差を位相差で表したとき、上記モータ部間の位相差が電気角で９０度の奇数倍であることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
モータ部における永久磁石と固定子との間に形成される空隙の中心と回転軸の中心軸との距離を空隙半径と定義し、各モータ部における回転軸の中心軸方向の長さである軸長と上記空隙半径との積を相互に等しくしたことを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
【請求項５】
固定子は、固定子を構成する固定子コアに形成されたティースそれぞれに巻線を集中的に巻回した、磁極集中巻型であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項６】
固定子を構成する固定子コアのティースは、個々に分割されている、またはティースのコイルを巻回する巻回部が隣合うティースとの間で広げることができるように接続されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項７】
固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して平行に配置されているラジアルギャップ型であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項８】
固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して垂直に配置されているアキシャルギャップ型であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
固定子に設けられた磁極、または回転子に設けられた磁極のいずれか一方または両方が回転軸の中心軸方向に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項７記載の回転電機。
【請求項１０】
固定子に設けられた磁極、または回転子に設けられた磁極のいずれか一方または両方が回転軸の径方向に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項８記載の回転電機。
【請求項１１】
回転軸に固定された滑車部と、該滑車部と一体に形成されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記各モータ部の固定子および／または回転子は、上記回転軸周方向に複数個に分割されたものを溶接により接合して一体化した構造であり、上記固定子および／または回転子の溶接位置は、当該溶接個所が存在する部材における同一磁極に対する上記回転軸周方向位置が上記各モータ部で互いに同一となるようにし、上記モータ部における回転子及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部で互いに異なるようにしたことを特徴とする滑車駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク特性及び低トルクリップルの要求が厳しい分野に用いられる回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレベータ用の回転電機等においては、トルク力に対して厳しい要求がある。限られたスペースにおいてこの要求されるトルク力を達成するためには、小型で大きなトルク力が得られる回転電機の開発が要求される。
【０００３】
また、トルク力に対する要求とともに、低トルクリップルに対しても厳しい要求がある。
例えば、誘導電動機などの回転電機においては、固定子あるいは回転子に、コイルを収めるための鉄心に打ち抜いた溝、いわゆるスロットが空隙部近傍に形成され、このスロット部と鉄心部との磁気抵抗の差異により、空隙部に形成される磁界の磁束密度には、疎密が生じる。このために空隙部の磁束分布に多くの高調波成分が含まれ、誘導電導機にトルクの大小が発生する。この誘導電導機に発生するトルクの大小は、いわゆるトルクリップル（トルク脈動）といわれるものであり、このトルクリップルの問題を解決することが必要になる。
【０００４】
従来は、この問題を解決するために、固定子または回転子に形成されたスロットを回転軸方向から斜めにずらす、いわゆる斜めスロットが採用される。また、実開平４−９７４５９号公報に開示された回転電機のように、１つの回転子に対して複数個の固定子を設けて、この複数個の固定子に形成されるスロットの位置を互いに回転方向にずらしたり、１つの固定子に対して回転子を複数個設けて、この複数個の回転子のスロットの位置を互いに回転方向にずらすとともに、スロット内に納められた各巻線を直列に接続したものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、誘導電動機などの回転電機において、トルク力を大きくするためには、回転軸の中心軸方向の軸長を長くする、あるいは回転子及び固定子の径を大径にして、回転子と固定子との間に形成される空隙の面積を大きくすることになり、トルク力の増大と小型化とは両立させるのが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、トルクリップルの問題を解決するために、斜めスロットを採用した回転電機あるいは実開平４−９７４５９号公報に開示された回転電機では、回転子の磁極と固定子の磁極との対向面積が減少する等のため、トルク力が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
特に、固定子を構成するコアに形成されたティースに巻線を集中的に巻回した、いわゆる磁極集中巻の回転電機においては、上記のような従来のトルクリップルの低減方法では、トルク力の低下が大きくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、限られた軸長においてトルク力を増大させることができる回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置を提供するものである。
【０００９】
また、トルク力を低下させることなく、トルクリップルを低減することができる回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の回転電機は、回転軸に固定されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記モータ部における永久磁石と固定子との間に形成される空隙の中心と回転軸の中心軸との距離を空隙半径と定義し、上記各モータ部における回転軸の中心軸方向の長さである軸長と上記空隙半径との積を相互に等しくしたものである。
【００１１】
本発明に係る第２の回転電機は、回転軸に固定されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記各モータ部の固定子および／または回転子は、上記回転軸周方向に複数個に分割されたものを溶接により接合して一体化した構造であり、上記固定子および／または回転子の溶接位置は、当該溶接個所が存在する部材における同一磁極に対する上記回転軸周方向位置が上記各モータ部で互いに同一となるようにし、上記モータ部における回転子及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部で互いに異なるようにしたものである。
【００１２】
本発明に係る第３の回転電機は、上記第２の回転電機において、２組のモータ部それぞれが三相交流の電源で駆動され、該モータ部の相対距離の差を位相差で表したとき、上記モータ部間の位相差が電気角で９０度の奇数倍であるものである。
【００１３】
本発明に係る第４の回転電機は、上記第２または第３の回転電機において、モータ部における永久磁石と固定子との間に形成される空隙の中心と回転軸の中心軸との距離を空隙半径と定義し、各モータ部における回転軸の中心軸方向の長さである軸長と空隙半径との積を相互に等しくしたものである。
【００１４】
本発明に係る第５の回転電機は、上記第１ないし第４のいずれかの回転電機において、固定子は、固定子を構成する固定子コアに形成されたティースそれぞれに巻線を集中的に巻回した、磁極集中巻型であるものである。
【００１５】
本発明に係る第６の回転電機は、上記第５の回転電機において、固定子を構成する固定子コアのティースは、個々に分割されている、またはティースのコイルを巻回する巻回部が隣合うティースとの間で広げることができるように接続されているものである。
【００１６】
本発明に係る第７の回転電機は、上記第１ないし第６のいずれかの回転電機において、固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して平行に配置されているラジアルギャップ型であるものである。
【００１７】
本発明に係る第８の回転電機は、上記第１ないし第６のいずれかの回転電機において、固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して垂直に配置されているアキシャルギャップ型であるものである。
【００１８】
本発明に係る第９の回転電機は、上記第７の回転電機において、固定子に設けられた磁極、または回転子に設けられた磁極のいずれか一方または両方が回転軸の中心軸方向に対して斜めに配置されているものである。
【００１９】
本発明に係る第１０の回転電機は、上記第８の回転電機において、固定子に設けられた磁極、または回転子に設けられた磁極のいずれか一方または両方が回転軸の径方向に対して斜めに配置されているものである。
【００２０】
本発明に係る第１の滑車駆動装置は、回転軸に固定された滑車部と、該滑車部と一体に形成されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記各モータ部の固定子および／または回転子は、上記回転軸周方向に複数個に分割されたものを溶接により接合して一体化した構造であり、上記固定子および／または回転子の溶接位置は、当該溶接個所が存在する部材における同一磁極に対する上記回転軸周方向位置が上記各モータ部で互いに同一となるようにし、上記モータ部における回転子及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部で互いに異なるようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明における実施の形態１の構成を示す部分断面図である。図において、１は回転機部、２は回転機部１を駆動する駆動部である。回転機部１は概略回転対称であるため、回転軸の片側のみ示してある。
【００２２】
まず、回転機部１の構成について説明する。回転機部１には、モータＡ３及びモータＢ４が配置されている。回転子６は、円筒状のヨーク部（鉄心部）６ａの外周に永久磁石３ａが固定され、ヨーク部６ａの内周に永久磁石４ａが固定され、永久磁石３ａと永久磁石４ａが回転軸５の中心軸と垂直な方向に直列に配置されてなる。フレーム７には、永久磁石３ａに対向する固定子３ｂと永久磁石４ａに対向する固定子４ｂが固定され、永久磁石３ａと固定子３ｂが組をなしてモータＡ３を構成し、永久磁石４ａと固定子４ｂが組をなしてモータＢ４を構成している。すなわち、モータＡ３及びモータＢ４は、ヨーク部６ａを共有し、回転軸５の中心軸と垂直な方向に直列に配置された構成になっている。フレーム７及びブラケット８と回転軸５との間にはベアリング９が配置され、回転軸５を回転可能に支持している。
【００２３】
モータＢ４の固定子４ｂを固定するフレーム７の内側には空間が形成され、この空間に、回転位置検出装置として機能するエンコーダ１０が配置され、エンコーダ１０の回転部１０ａは回転軸５に固定され、エンコーダ１０の固定部１０ｂはフレーム７に固定されている。
【００２４】
次に、駆動部２との関係について説明する。回転機部１の駆動用として、電圧及び周波数を可変とする可変電源２ａ及び２ｂが設けられ、それぞれモータＡ３とモータＢ４に接続され、モータＡ３にはパワー部Ａより、また、モータＢ４にはパワー部Ｂよりそれぞれ電流が供給される。すなわち、モータＡ３とモータＢ４はそれぞれ独立の可変電源２ａ及び可変電源２ｂにより駆動される。エンコーダ１０から出力される回転位置信号は、可変電源２ｂのコントローラＢに伝えられ、このコントローラＢからさらに、可変電源２ａのコントローラＡに伝えられる。即ち、エンコーダ信号をコントローラＡ及びコントローラＢで共有する構成となっている。
【００２５】
次に、モータＡ３及びモータＢ４について説明する。モータＡ３及びモータＢ４は、永久磁石３ａ，４ａに対向する固定子３ｂ，４ｂが、電機子巻線と固定子コアを有する、いわゆる回転界磁型の同期電動機である。
【００２６】
図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ断面（ただし巻線省略）を示す図であり、図３は、図２の巻線の様子を説明するための部分拡大図であり、図４は、電機子巻線の結線を示す図であり、図５は、固定子コアを構成するティースを示す平面図である。これらの図を用いて、モータＡ３およびモータＢ４の構成を説明する。
【００２７】
本実施の形態では図２に示したように、回転子６のヨーク６ａに固定された永久磁石３ａ，４ａの極数を３２、固定子３ｂ，４ｂに形成されたスロット数を３６としている。また、図３に示したように、固定子３ｂ，４ｂに配置された電機子巻線３ｃ，４ｃは、それぞれの固定子コア３ｄ，４ｄのティース３ｆ，４ｆに集中的に巻回された、いわゆる磁極集中巻により構成されている。
【００２８】
固定子コア３ｄ，４ｄに形成されたティース３ｆ，４ｆは、１個ずつに分割され、巻線工程の後にリング状に形成される、分割構造のコアとなっている。この分割構造については、各ティース３ｆ，４ｆが完全に分離していてもよいし、例えば図５（ａ）に示したように、分割されたティース３ｆ，４ｆが薄肉部３ｈ，４ｈで連結された構造、あるいは図５（ｂ）に示したように、分割されたティース３ｆ，４ｆがジョイント部３ｊ，４ｊによりつながった構造でもよい。すなわち、各ティース３ｆ，４ｆのコイル巻回部３ｋ，４ｋの間隔をコイル巻回時には広げ、コイル巻回後に狭めて円形状にするための薄肉部３ｈ，４ｈあるいはジョイント部３ｊ，４ｊといった接続部を設けるものである。
なお、図３は正確には固定子３ｂ、即ち対向面よりも半径方向外側に固定子がある場合の図であるが、固定子４ｂについても考え方は同様であるため併せて記述した。
【００２９】
また、図４に示したように、電機子巻線３ｃ，４ｃの結線については同相の集中巻きコイルが３つずつ直列につながったものがさらに４組並列につながった三相星型結線としている。
【００３０】
本実施の形態では、上記のように構成したので、ある定められた回転軸５の軸長に対し、トルクを発生する空隙面を２箇所設けることになり、その結果、回転軸５の中心軸方向の厚みが薄く、かつトルクの大きい回転電機が得られる。
【００３１】
また、２つのモータＡ３及びモータＢ４はいずれも回転界磁型の永久磁石式同期電動機とすることによって、回転子６側へ給電する必要がなく、ブラシや整流子、スリップリングなどが不要で信頼性の高いモータとすることができる。
【００３２】
また、固定子３ｂ，４ｂは磁極集中巻とすることによって、コイルエンド部の長さが短くなり、回転軸５方向の長さを短くすることができる。
【００３３】
さらに、分割コアとすることによって、占積率も高くなり、さらにモータＡ３及びモータＢ４の回転軸の中心軸方向長さである軸長を短くすることができる。
【００３４】
実施の形態２．
図６は、本発明における実施の形態２の構成を示す断面図であり、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面を示している。
【００３５】
同図に示したように、モータＡ３及びモータＢ４の回転子６のヨーク６ａに固定された永久磁石３ａ，４ａは、同一の極性の磁極が回転軸５の周方向における同一位置に配置され、モータＡ３の固定子３ｂの磁極（＋Ｕ１）とモータＢ４の固定子４ｂの磁極（＋Ｕ１）は、回転軸５の周方向の位置をずらして配置している。例えば、ある基準位置θを定めたときに、回転子６に固定された永久磁石３ａ，４ａのＮ極中心が、モータＡ３及びモータＢ４の双方においてθ＝０゜の位置にきている。一方、固定子３ｂ，４ｂについては、モータＡ３における１つのＵ相巻線軸の中心がθ＝０゜の位置に置かれるが、モータＢ４における同じＵ相巻線軸の中心がθ＝５．６２５°の位置に置かれている。すなわち、回転子６の永久磁石３ａ，４ａは回転軸５に対して回転軸５の周方向が同じ位置に取り付けられているのに対し、固定子３ｂ，４ｂの設置角度は機械角で５．６２５°の位相差が生じるようにしている。本実施の形態では３２極機なので、設置角度のずれは、後述するように電気角５．６２５×（３２／２）＝９０°に相当する。このように、本発明では、モータ部Ａ３，Ｂ４における回転子６及び固定子３ｂ，４ｂの同一磁極の回転軸５の周方向における相対距離を、モータ部Ａ３，Ｂ４で互いに異なるようにするものである。
【００３６】
次に、モータＡ３及びモータＢ４に発生するトルクリップルについて説明する。永久磁石モータにおいては、永久磁石が形成する磁界分布に含まれる空間高調波成分に起因してトルクリップル（トルクの脈動）が発生することが知られている。本実施の形態のように三相星型結線により駆動されるモータにおいては、３ｎ次高調波磁束（ｎ＝１，２，３…）に起因する誘起電圧はキャンセルされるので、５次、７次、１１次、１３次、…の誘起電圧高調波成分が発生する。この誘起電圧と電流との積がトルクになるが、三相巻線の機械的な配置を考慮すると、一般にトルクは次式（１）であらわされる。
Ｔ＝Ｔ＿０＋Ｔ＿６・ｃｏｓ（６・ω・ｔ＋δ＿６）＋Ｔ＿１２・ｃｏｓ（１
２・ω・ｔ＋δ＿１２）＋…      （１）
ただし、Ｔ＿０は平均トルク、ωは電源電流の角周波数、Ｔ＿ｎはｎ次のトルク脈動成分の振幅、δ＿ｎはｎ次成分トルクリップルの初期位相である。
【００３７】
一般に、このようなトルクリップルの中で、より低次の成分のほうが絶対値が大きいことが知られており、実用上問題となるのは６次成分である。
【００３８】
次に、固定子に工作誤差がある場合、一般に２ｎ次のトルクリップルが発生することが知られている。すなわち、この時のトルクＴは、次式（２）とあらわされ、式の中で、特に２次の成分の値が大きい。
Ｔ＝Ｔ＿０＋Ｔ＿２・ｃｏｓ（２・ω・ｔ＋δ＿２）＋Ｔ＿４・ｃｏｓ（４・
ω・ｔ＋δ＿４）＋Ｔ＿６・ｃｏｓ（６・ω・ｔ＋δ＿６）＋Ｔ＿８・ｃ
ｏｓ  （８・ω・ｔ＋δ＿８）＋Ｔ＿１０・ｃｏｓ（１０・ω・ｔ＋
δ＿１０）＋Ｔ＿１２・ｃｏｓ（１２・ω・ｔ＋δ＿１２）＋…    （２）
ただし、Ｔ＿０は平均トルク、ωは電源の角周波数、Ｔ＿ｎはｎ次のトルク脈動成分の振幅、δ＿ｎはｎ次成分トルクリップルの初期位相である。
【００３９】
上記式（１）及び（２）のように、永久磁石の作る高調波に起因する成分と、固定子の工作誤差に起因する成分とが合成されて、トルクリップルが発生し、そのうち、特に、２次と６次の成分が大きくなる。
【００４０】
工作誤差に起因するトルクリップルの要因としては、各相巻線のアンバランス、偏心、固定子内径歪などが挙げられる。これらの要因のうち、特に、分割構造のコアを用いた場合において、固定子の内径の歪がトルクリップルに対して大きく影響する。
【００４１】
発明者らの実験により、固定子の歪は溶接位置でほぼ規定される傾向にあり、特に分割構造のコアの場合は、その傾向が顕著であることがわかっている。例えば、図７に例示（但し実際とティース数は異なる）したように、複数のティース部３ｆ，４ｆからなる２つのコアブロック３ｇ，４ｇを溶接することで円形のコアに仕上げた場合、図８に模式的に示したように２箇所の溶接部３ｙ，４ｙにより上下矢印の方向に歪が生じ、楕円形状に変形してしまう。溶接点数が異なる場合も同様である。従って、モータＡ３とモータＢ４において、溶接部３ｙ，４ｙの位置を同一としておけば、上記説明の位相差をモータＡ３とモータＢ４の間で設けることによって、安定に再現性よく、トルクリップルを低減することができる。
【００４２】
次に、モータＡ３とモータＢ４とを独立の可変電源２ａ，２ｂで駆動し、独立に制御した場合のトルクリップル抑制方法について説明する。
【００４３】
モータＡ３とモータＢ４の６次トルクリップルおよび２次トルクリップルの位相を反転させることによって、トルクリップルを相殺することが可能である。反転させるための角度は、６次トルクリップルについては、基本波成分（電源周波数）の１／６であるから、電気角で１８０／６＝３０°の奇数倍（３０°、９０°、１５０°、…）であればよい。また、２次トルクリップルについては、基本波成分（電源周波数）の１／２であるから、電気角で１８０／２＝９０°の奇数倍（９０°、２７０°、４５０°、…）であればよい。すなわち、これらの電気角度に共通する位相差として、電気角で９０°の奇数倍であれば、６次および２次の双方のトルクリップルを相殺することが可能である。
【００４４】
このときの駆動電流波形としては、モータＡ３，モータＢ４それぞれに最適な通電位相で通電されることになる。即ち、モータＡ３とモータＢ４とでは、通電タイミングが電気角９０°分だけずれるようになる。
【００４５】
以上の説明から明らかなように、固定子３ｂ，４ｂ、回転子６のヨーク部６ａ及びヨーク部６ａに固定された永久磁石３ａ，４ａの組からなるモータＡ３及びモータＢ４における、固定子３ｂ，４ｂと永久磁石３ａ，４ａの磁極の位置関係を互いに回転軸５の周方向にずらし、モータＡ３及びモータＢ４それぞれを独立に可変電源２ａ，２ｂで駆動することによって、トルク力が低下しないようにするとともに、トルクリップルを低減することができる。
【００４６】
特に、従来、トルクリップル対策によってトルク力の低下が大きくなった集中巻モータに対して、本実施の形態のモータＡ３及びモータＢ４を備えた場合、トルク力を低下させず、かつトルクリップルを抑制する効果が顕著になる。
【００４７】
また、モータＡ３及びモータＢ４それぞれが三相交流の可変電源で駆動される回転電機において、モータＡ３とモータＢ４との間の位相差を電気角で９０度の奇数倍とすることによって、高調波磁束に起因して発生するトルクリップル（電源周波数の６倍の周期）、及び固定子の工作誤差（回転子との対向面の歪、あるいは偏心など）に起因して発生するトルクリップル（電源周波数の２倍の周期）の両者を相殺することができる。
【００４８】
なお、上記本実施の形態の説明においては、２つのモータ部の位相関係を用いてトルクリップルを低減し、斜めスロット構成を採用しない場合について説明してきたが、さらに、それぞれのモータ部に斜めスロット（スキュー）構成を採用してもよい。スキュー構成を採用することによって、トルクリップルをより確実に除去できる。また、高調波磁束に起因して発生するトルクリップルおよび固定子の工作誤差に起因して発生するトルクリップル以外のトルクリップルをも除去することができる。
【００４９】
図９は、スキュー構成の一例として、回転子側の永久磁石（磁極）をスキュー構成とした例について示したものであり、図９（ａ）は、回転子と固定子の対向面が回転軸の軸方向と平行に配置されたラジアルギャップ型における回転子の永久磁石を平面展開図で示しており、図９（ｂ）は、後述のアキシャルギャップ型の回転子の永久磁石を示す平面図である。図９（ａ）において、永久磁石３ａ，４ａは回転軸の軸方向を示す矢印に対して斜めになるように設置されている。このように、永久磁石３ａ，４ａを軸方向に対して斜めになるように設置することによって、固定子に鎖交する磁束の位相が軸方向でずれることになり、その結果、トルクリップルを相殺することができる。
【００５０】
スキュー角は軸方向に対して斜めになっている割合であり、図９（ａ）中に示したａ（軸方向から傾けたときの下端のずれ量），ｂ（Ｓ＋Ｎ磁石の幅）を用いて定義すると、電気角で３６０×ａ／ｂ（ｄｅｇ）で表される。このスキュー角を適当に調整することで、以下のような効果を得ることができる。
すなわち、スキュー角を電気角で１８０°相当にすることによって、電源周波数の６倍の周期を持つ成分と、電源周波数の２倍の周期をもつ成分の両者を相殺することが可能となり、２つの独立したモータを設け、位相をずらすことと相俟って、より確実にトルクリップルを低減することができる。
【００５１】
また、スキュー角を電気角で１８０°以外の値にした場合であっても、上記電源周波数と関係した成分以外の成分が発生した場合に、この成分を相殺することも可能になる。例えば、回転子の工作誤差（界磁磁極の位置ずれ等）に起因して、１回転当りのスロット数と同数のトルク脈動（本実施の形態では１回転あたり３６回のトルク脈動となる）が発生する場合があるが、この場合、スキュー角を電気角で１６０°とすることによって、上記３６回のトルク脈動を低減することが可能になる。
【００５２】
図９（ｂ）に示したアキシャルギャップ型の場合には、スキューなしの場合に比較して、永久磁石の回転軸径方向の角度をずらせばよく、このずらした角度がスキュー角であり、このスキュー角を調整することによって、図９（ａ）のラジアルギャップ型の場合と同様の効果が得られる。
【００５３】
なお、図９（ｃ）に示したように、永久磁石３ａ，４ａを２段に構成し、各段を横方向にずらすスキュー構成としても、図９（ａ）のように斜めにしたスキュー構成と同様の効果が得られる。
【００５４】
また、図９では、回転子側の磁極をスキュー構成にした例について示したが、固定子側の磁極をスキュー構成にしてもよく、また、回転子側および固定子側両方の磁極を互いに逆方向になるようなスキュー構成としてもよい。
【００５５】
実施の形態３．
図１０は、本発明における実施の形態３の構成を示す断面図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。また、回転機部１のみを示し、駆動部は省略している。
【００５６】
本実施の形態は、図に示したように、モータＡ３とモータＢ４との軸長を変えたものである。即ち、モータＡ３、モータＢ４における回転軸５の中心から永久磁石３ａ，４ａと固定子３ｂ，４ｂとの間に形成される空隙の中心までの距離を空隙径と定義し、モータＡ３の空隙径をＲａ、モータＢ４の空隙径をＲｂ、モータの回転軸５の中心軸方向の長さである軸長をモータＡ３ではＬａ、モータＢ４ではＬｂとしたとき、次式（３）の関係を満たすように軸長を調整している。
Ｒａ・Ｌａ＝Ｒｂ・Ｌｂ      （３）
【００５７】
上記のように、空隙径と軸長との積がモータＡ３とモータＢ４で互いに等しくなるように調整することによって、モータＡ３及びモータＢ４が同一のトルクを発生している状態において、各モータＡ３，Ｂ４の電流密度すなわち磁束密度をほぼ同等にすることができる。すなわち、磁気飽和の度合いがほぼ等しくなるため、トルク脈動の大きさが両者でほぼ等しくなり、トルクリップルの相殺をより容易に実現することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、２つのモータの場合について説明したが、３つ以上の場合についても同様に、空隙径と軸長との積が複数のモータで互いに等しくなるように調整すればよい。
【００５９】
実施の形態４．
図１１は、本発明における実施の形態４の構成を示す部分断面図であり、上記実施の形態１、２または３の回転電機を用いたモータ一体形の滑車駆動装置の例である。図において、実施の形態１，２及び３と同一符号は同一部分または相当部分を示し、その詳細説明は省略する。
【００６０】
図に示したように、巻上機１１は、モータＡ３及びモータＢ４の回転子６のヨーク部（鉄心部）６ａと滑車部１２とが一体に構成され、この一体構成されたものが回転軸５に固定されている。すなわち、ヨーク部６ａがヨーク部６ａと一体化された滑車部１２を介して回転軸５に固定されている。
【００６１】
巻上機１１を駆動する駆動部２には、実施の形態１，２及び３と同様、２つの可変電源２ａ，２ｂが設けられ、それぞれモータＡ３とモータＢ４に接続される。すなわち、モータＡ３とモータＢ４はそれぞれ独立した可変電源２ａ，２ｂによって駆動される。
【００６２】
本実施の形態においては、ヨーク部６ａの回転軸５に対する固定を回転軸５に固定された滑車部１２と一体化することによって行っているので、部品点数の削減により生産性が向上し、コンパクトになるほか、モータＡ３，Ｂ４で発生する回転トルクを、ヨーク６ａと一体化された滑車部１２に直接伝達することができ、機械強度を得やすいという利点がある。
【００６３】
なお、上記実施の形態１ないし４においては、図２に示したように、回転子６のヨーク部６ａに固定した永久磁石３ａ，４ａの同一磁極が回転軸５の周方向において同一位置になるように取り付け、固定子３ｂ，４ｂの磁極が回転軸５の周方向に電気角９０°ずれるようにした例について示したが、トルクリップル（トルク脈動）を相殺できる配置であればこれに限られるものではない。図１２はその一例であり、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示している。図１２に示したように、この例では固定子３ｂ，４ｂの同一の磁極が回転軸５の周方向における同一位置になるように取り付け、回転子６に固定された永久磁石３ａ，４ａの同一極性の磁極が回転軸５の周方向に電気角９０°ずれるように構成している。
【００６４】
また、回転子６の極数を３２、固定子３ｂ，４ｂのスロット数を３６とした例について示したが、これに限られるものではない。
【００６５】
また、回転位置検出装置としてエンコーダ１０を用いた例を示したが、これに限られるものではなく、レゾルバなどでもよい。
【００６６】
また、エンコーダ１０からの回転位置信号は、センサ信号のまま共有し、双方のコントローラにおいて演算処理を行っても良いし、マスタースレーブのようにして、一方（マスター側）のみで信号処理を行い、他方（スレーブ側）はスイッチングのタイミング情報のみをマスター側から受け取っても良い。
【００６７】
また、モータＡ３とモータＢ４の２つの場合を示したが、３つ以上のモータとしてもよい。この場合も、２つのモータの場合と同様に、モータ部における回転子のヨーク部に固定された永久磁石及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部でずらすようにして設ければよい。
【００６８】
また、モータ部は全て、固定子３ｂ，４ｂと回転子６に固定された永久磁石３ａ，４ａの対向面が円筒面となった、いわゆるラジアルフラックス型のモータであるので、固定子３ｂ，４ｂと回転子６との間に働く電磁力を周方向で相殺し、ベアリング９に働く力を小さく抑えることができ、ベアリング寿命を延ばすことができるという効果がある。
【００６９】
実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５を示す断面図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。本実施の形態においては、図に示したように、モータＡ３，Ｂ４が、固定子３ｂ，４ｂと回転子６に固定された永久磁石３ａ，４ａの対向面が円筒面ではなく側面（すなわち平面部）になった、いわゆるアキシャルフラックス型のモータである。
【００７０】
本実施の形態では、固定子３ｂ，４ｂと永久磁石３ａ，４ａとの対向面にかかる電磁力に抗して空隙長を保持することが必要となるため、支持構造をより強固にする必要があるが、機械的な面精度は円筒面に比べて向上するので、面精度に起因するトルクリップルを低減させることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る第１の回転電機によれば、回転軸に固定されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記モータ部における永久磁石と固定子との間に形成される空隙の中心と回転軸の中心軸との距離を空隙半径と定義し、上記各モータ部における回転軸の中心軸方向の長さである軸長と上記空隙半径との積を相互に等しくしたものであるので、一定の軸長の回転電機に対してトルク力を増大させることができ、小型化とトルク力の増大とを両立させることができるとともに、複数のモータ部が同一のトルク力を発生している状態で、電流密度すなわち磁束密度を同等にでき、トルクリップルの相殺をより容易に実現することができる。
【００７２】
本発明に係る第２の回転電機によれば、回転軸に固定されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記各モータ部の固定子および／または回転子は、上記回転軸周方向に複数個に分割されたものを溶接により接合して一体化した構造であり、上記固定子および／または回転子の溶接位置は、当該溶接個所が存在する部材における同一磁極に対する上記回転軸周方向位置が上記各モータ部で互いに同一となるようにし、上記モータ部における回転子及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部で互いに異なるようにしたものであるので、一定の軸長の回転電機に対してトルク力を増大させることができ、小型化とトルク力の増大とを両立させることができるとともに、トルクを低下させることなく、安定に再現性よくトルクリップルを低減することができ、高性能な回転電機を提供することができる。
【００７３】
本発明に係る第３の回転電機によれば、２組のモータ部それぞれが三相交流の電源で駆動され、該モータ部の相対距離の差を位相差で表したとき、上記モータ部間の位相差が電気角で９０度の奇数倍であるので、高調波磁束に起因して発生するトルクリップル（電源周波数の６倍の周期）、及び固定子の工作誤差（回転子との対向面の歪、あるいは偏心など）に起因して発生するトルクリップル（電源周波数の２倍の周期）の両者を相殺できるという効果がある。
【００７４】
本発明に係る第４の回転電機によれば、モータ部における永久磁石と固定子との間に形成される空隙の中心と回転軸の中心軸との距離を空隙半径と定義し、各モータ部における回転軸の中心軸方向の長さである軸長と空隙半径との積を相互に等しくしたものであるので、複数のモータ部が同一のトルク力を発生している状態で、電流密度すなわち磁束密度を同等にでき、トルクリップルの相殺をより容易に実現することができる。
【００７５】
本発明に係る第５の回転電機によれば、固定子は、固定子を構成する固定子コアに形成されたティースそれぞれに巻線を集中的に巻回した、磁極集中巻型であるものであり、従来、トルクリップル対策によってトルク特性の低下が大きくなった集中巻モータに対して、トルク特性を低下させず、かつトルクリップルを抑制することができる。また、生産性が向上するという効果がある。
【００７６】
本発明に係る第６の回転電機によれば、固定子を構成する固定子コアのティースは、個々に分割されている、またはティースのコイルを巻回する巻回部が隣合うティースとの間を広げることができるように接続されているので、巻線時の生産性が向上することができ、また、各モータ部の軸長を短くすることができるという効果がある。
【００７７】
本発明に係る第７の回転電機によれば、固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して平行に配置されているラジアルギャップ型であるものであるので、固定子と回転子との間に働く電磁力を周方向で相殺し、ベアリングに働く力を小さく抑えることができ、ベアリング寿命を延ばすことができるという効果がある。
【００７８】
本発明に係る第８の回転電機によれば、固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して垂直に配置されているアキシャルギャップ型であるので、対向面の面精度を円筒面に比べて高めることができ、工作誤差に起因するトルクリップルを抑制できるという効果がある。
【００７９】
本発明に係る第９の回転電機によれば、固定子に設けられた磁極、または回転子に設けられた磁極のいずれか一方または両方が回転軸の軸方向に対して斜めに配置されているものであるので、より確実にトルクリップルを低減することができる。また、電源周波数の種々の成分と関係したトルクリップル、あるいは電源周波数の成分以外の成分が発生した場合に、この成分を相殺することも可能になる。
【００８０】
本発明に係る第１０の回転電機によれば、固定子に設けられた磁極、または回転子に設けられた磁極のいずれか一方または両方が回転軸の径方向に対して斜めに配置されているものであるので、より確実にトルクリップルを低減することができる。また、電源周波数の種々の成分と関係したトルクリップル、あるいは電源周波数の成分以外の成分が発生した場合に、この成分を相殺することも可能になる。
【００８１】
本発明に係る第１の滑車駆動装置は、回転軸に固定された滑車部と、該滑車部と一体に形成されたヨーク部と該ヨーク部に固定された永久磁石とからなる複数個の回転子が、上記回転軸の中心軸と垂直な方向に直列に配列され、上記複数個の回転子の永久磁石それぞれに固定子が対向配置されて構成された、回転子と固定子との組からなる複数のモータ部と、該複数のモータ部それぞれを独立に駆動する電源とを備え、上記各モータ部の固定子および／または回転子は、上記回転軸周方向に複数個に分割されたものを溶接により接合して一体化した構造であり、上記固定子および／または回転子の溶接位置は、当該溶接個所が存在する部材における同一磁極に対する上記回転軸周方向位置が上記各モータ部で互いに同一となるようにし、上記モータ部における回転子及び固定子の同一磁極の回転軸周方向における相対距離を、各モータ部で互いに異なるようにしたものであるので、一定の軸長の回転電機部に対してトルク力を増大させることができ、トルクを低下させることなく、安定に再現性よくトルクリップルを低減することができ、高性能で小型化とトルク力の増大とを両立させることが可能な滑車駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における実施の形態１の構成を示す部分断面図である。
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。
【図３】  本発明における実施の形態１の巻線の様子を説明するための部分拡大図である。
【図４】  本発明における実施の形態１の巻線の結線状態を説明する図である。
【図５】  実施の形態１における固定子コアのティースの接続状態を示す平面図である。
【図６】  本発明における実施の形態２を示す断面図である。
【図７】  実施の形態２におけるモータコアの溶接の様子を説明するための図である。
【図８】  実施の形態２におけるモータコア溶接時の固定子内径変形の様子を説明するための図である。
【図９】  本発明における回転子のスキュー構成を示す平面図である。
【図１０】  本発明における実施の形態３の構成を示す断面図である。
【図１１】  本発明における実施の形態４の構成を示す断面図である。
【図１２】  実施の形態２及び３の固定子と回転子の位置関係の別例を示す断面図である。
【図１３】  本発明における実施の形態５の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  回転機部、２  駆動部、２ａ，２ｂ  可変電源、３  モータＡ、
３ａ，４ａ  永久磁石、３ｂ，４ｂ  固定子、３ｃ，４ｃ  電機子巻線、
３ｄ，４ｄ  固定子コア、３ｆ，４ｆ  ティース、３ｇ，４ｇ  コアブロック、
３ｈ，４ｈ  薄肉部、３ｊ，４ｊ  ジョイント部、３ｋ，４ｋ  コイル巻回部、
３ｙ，４ｙ  溶接部、４  モータＢ、５  回転軸、６  回転子、６ａ  ヨーク部、
７  フレーム、８  ブラケット、９  ベアリング、１０  エンコーダ、１０ａ  回転部、１０ｂ  固定部、１１  巻上機、１２  滑車部。
【図１】
0004723118.tif 000002
【図２】
0004723118.tif 000003
【図３】
0004723118.tif 000004
【図４】
0004723118.tif 000005
【図５】
0004723118.tif 000006
【図６】
0004723118.tif 000007
【図７】
0004723118.tif 000008
【図８】
0004723118.tif 000009
【図９】
0004723118.tif 000010
【図１０】
0004723118.tif 000011
【図１１】
0004723118.tif 000012
【図１２】
0004723118.tif 000013
【図１３】
0004723118.tif 000014