JP7254215B2 - 回転電機、及びエレベータの巻上機 - Google Patents

Description

この発明は、ティースを有する固定子を備えた回転電機、およびその回転電機を備えたエレベータの巻上機に関するものである。

従来、固定子における全てのティースの先端部に補助溝を設けることによってトルクリップルを低減するようにした回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－０９４９０１号公報

しかし、特許文献１に示されている従来の回転電機では、全てのティースの先端部に補助溝が設けられていることにより、全てのティースを通過する磁束量が低下する。このため、従来の回転電機では、トルク出力の低下が懸念されていた。

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、トルクリップルの低減を図りつつ、トルク出力の低下を抑制することができる回転電機、及びエレベータの巻上機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、軸線を中心に回転する回転子と、回転子の径方向において空隙を介して回転子と対向している固定子とを備え、回転子は、回転子コアと、回転子コアに設けられ、回転子の周方向へ並ぶ複数の磁極とを有しており、固定子は、固定子コアと、固定子コアに設けられた複数の巻線とを有しており、固定子コアは、バックヨークと、バックヨークから回転子に向けて突出する複数のティースとを有しており、複数のティースは、固定子の周方向へ互いに間隔をあけて配置されており、各ティースは、回転子と対向する先端部を有しており、巻線は、ティースに集中巻によって巻かれており、固定子の周方向へ連続して並ぶ３つのティースは、ティース組を構成しており、１つのティース組を構成する３つのティースには、同一相の巻線がそれぞれ巻かれており、ティース組では、３つのティースのうち、中央のティースを避けて外側の２つのティースのそれぞれの先端部に低透磁率部が設けられており、低透磁率部の透磁率は、固定子コアの透磁率に比べて低い。

この発明に係る回転電機、及びエレベータの巻上機によれば、トルクリップルの低減を図りつつ、トルク出力の低下を抑制することができる。

実施の形態１による回転電機を示す断面図である。 図１の固定子コアにおけるＵ相のティース組を含む部分を展開した状態を示す展開図である。 比較例１の回転電機を示す断面図である。 比較例２の回転電機を示す断面図である。 比較例１、比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルク出力の大きさを示すグラフである。 比較例１、比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルク出力の波形を示すグラフである。 比較例１、比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルクリップルの大きさを示すグラフである。 実施の形態１の回転電機におけるＵ相のティース組を含む部分の他の例を示す展開図である。 実施の形態１の回転電機におけるＵ相のティース組を含む部分の他の例を示す展開図である。 実施の形態２による回転電機を示す断面図である。 比較例１の回転電機、実施の形態２の正転時の回転電機及び実施の形態２の逆転時の回転電機のそれぞれにおけるトルク出力の大きさを示すグラフである。 比較例１の回転電機、実施の形態２の正転時の回転電機及び実施の形態２の逆転時の回転電機のそれぞれにおけるトルク出力の波形を示すグラフである。 比較例１の回転電機、実施の形態２の正転時の回転電機及び実施の形態２の逆転時の回転電機のそれぞれにおけるトルクリップルの大きさを示すグラフである。 実施の形態３による回転電機を示す断面図である。 実施の形態４による回転電機を示す断面図である。 実施の形態５による回転電機を示す断面図である。 実施の形態６による回転電機の固定子コアを示す分解斜視図である。 実施の形態６による回転電機の固定子コアの他の例を示す分解斜視図である。 実施の形態７によるエレベータの巻上機を示す縦断面図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転電機を示す断面図である。回転電機１は、回転子２と、固定子６とを備えている。回転子２及び固定子６は、共通の軸線を主軸線として有している。回転子２は、図示しないハウジングに回転可能に支持された回転軸３に固定されている。回転子２及び固定子６は、回転軸３と同軸に配置されている。回転子２は、主軸線を中心として回転軸３と一体に回転する。ここで、回転子２の半径に沿う方向を径方向とし、回転子２の回転方向に沿う方向を周方向とする。

固定子６は、回転子２の径方向において空隙を介して回転子２と対向している。固定子６は、回転子２の周囲を囲んでいる。固定子６の内周部は、回転子２の外周部と空隙を介して対向している。回転子２及び固定子６は、ハウジング内に収容されている。

回転子２は、回転軸３に固定された磁性体である回転子コア４と、回転子コア４に設けられた複数の磁極５とを有している。

回転子コア４は、主軸線に沿った方向に複数の薄板を積層して構成された円柱状の積層体である。回転子コア４を構成する複数の薄板としては、例えば電磁鋼板が用いられている。回転子コア４には、主軸線に沿った軸貫通孔が設けられている。回転軸３は、回転子コア４の軸貫通孔に挿入されている。

複数の磁極５は、回転子コア４の外周面に固定されている。複数の磁極５は、回転子コア４の周方向へ並んでいる。複数の磁極５は、回転子コア４の周方向へ等ピッチで配置されている。各磁極５は、永久磁石によって構成されている。複数の磁極５は、固定子６に対向する極性が回転子２の周方向に交互に異なるように回転子コア４の外周面に設けられている。従って、回転子２の周方向において互いに隣り合う２つの磁極５のうち、一方の磁極５のＮ極が固定子６に対向し、他方の磁極５のＳ極が固定子６に対向している。この例では、回転子２における磁極５の数が１０極となっている。

固定子６は、磁性体である固定子コア７と、固定子コア７に設けられた複数の巻線１０とを有している。

固定子コア７は、主軸線に沿った方向に複数の薄板を積層して構成された積層体である。固定子コア７を構成する複数の薄板としては、例えば電磁鋼板が用いられている。また、固定子コア７は、円環状のバックヨーク９と、バックヨーク９から回転子２に向けて径方向内側に突出する複数のティース８とを有している。

複数のティース８は、固定子６の周方向へ互いに間隔をあけて配置されている。複数のティース８は、固定子６の周方向へ等ピッチで配置されている。この例では、９つのティース８が固定子コア７に含まれている。各ティース８は、空隙を介して回転子２と対向する先端部８３を有している。固定子コア７には、複数のティース８の間にそれぞれ形成された空間がスロットとして設けられている。

複数の巻線１０は、各ティース８に１つずつ集中巻によって巻まかれている。これにより、各スロットには、巻線１０の一部が収まっている。この例では、９つの巻線１０が固定子６に含まれている。

複数の巻線１０は、図示しない電力線を介して交流電源に接続される。これにより、複数の巻線１０には、三相交流電力が供給される。三相交流電力には、電気的な位相が１２０°ずつ互いに異なるＵ相、Ｖ相及びＷ相の電力が含まれている。固定子６には、複数の巻線１０に三相交流電力が供給されることにより回転磁界が発生する。回転子２には、固定子６に発生する回転磁界と複数の磁極５との磁気的な相互作用によってトルクが発生する。これにより、回転子２は、回転軸３と一体に固定子６に対して回転する。

固定子コア７では、固定子６の周方向へ連続する３つのティース８がティース組８１を構成している。この例では、９つのティース８が固定子コア７に含まれていることから、Ｕ相のティース組８１、Ｖ相のティース組８１及びＷ相のティース組８１が３つのティース組８１として固定子コア７に存在している。

１つのティース組８１を構成する３つのティース８のそれぞれに巻かれた各巻線１０には、同一相の電力が供給される。即ち、１つのティース組８１を構成する３つのティース８のそれぞれには、同一相の巻線１０が巻かれている。

これにより、３つのティース組８１のうち、Ｕ相のティース組８１を構成する各ティース８に巻かれている巻線１０は、Ｕ相の電力が供給されるＵ相の巻線となっている。Ｖ相のティース組８１を構成する各ティース８に巻かれている巻線１０は、Ｖ相の電力が供給されるＶ相の巻線となっている。Ｗ相のティース組８１を構成する各ティース８に巻かれている巻線１０は、Ｗ相の電力が供給されるＷ相の巻線となっている。

各ティース組８１では、外側の２つのティース８にそれぞれ巻かれた巻線１０の巻き方向が正方向となっており、中央のティース８に巻かれた巻線１０の巻き方向が逆方向となっている。

本実施の形態では、巻線１０の巻き方向の区別を明確にするために、Ｕ相の巻線１０については、巻き方向が正方向である場合に「Ｕ相」として表し、巻き方向が逆方向である場合に「Ｕｉ相」として表す。同様に、Ｖ相の巻線１０については、巻き方向が正方向である場合に「Ｖ相」として表し、巻き方向が逆方向である場合に「Ｖｉ相」として表す。Ｗ相の巻線１０については、巻き方向が正方向である場合に「Ｗ相」として表し、巻き方向が逆方向である場合に「Ｗｉ相」として表す。

ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３には、低透磁率部８２が設けられている。ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、中央のティース８の先端部８３には、低透磁率部８２は設けられていない。即ち、各ティース組８１では、３つのティース８のうち、中央のティース８を避けて外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３に低透磁率部８２が設けられている。低透磁率部８２の透磁率は、固定子コア７の透磁率よりも低い。

各ティース組８１における外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３には、溝８２１が設けられている。溝８２１によって形成された空間部が低透磁率部８２となっている。

溝８２１は、ティース８の先端部８３から回転子２側へ開放されている。また、溝８２１は、主軸線に沿った方向に配置されている。溝８２１は、主軸線に沿った方向における固定子コア７の全範囲にわたって配置されている。各ティース組８１では、外側の２つのティース８に溝８２１が１つずつ設けられている。主軸線に直交する平面におけるティース８の断面では、溝８２１によって形成された低透磁率部８２の形状が矩形状となっている。

図２は、図１の固定子コア７におけるＵ相のティース組８１を含む部分を展開した状態を示す展開図である。バックヨーク９は、円環状に並ぶ複数のバックヨーク部材９１を有している。この例では、９つのバックヨーク部材９１がバックヨーク９に含まれている。各バックヨーク部材９１は、バックヨーク部材９１の幅方向を固定子６の周方向に沿わせて配置されている。

複数のバックヨーク部材９１には、ティース８が１つずつ設けられている。ティース８は、バックヨーク部材９１の幅方向中央部から突出している。

各バックヨーク部材９１の幅方向両端部には、突き当て面５０がそれぞれ形成されている。複数のバックヨーク部材９１が円環状に並べられた円環状態では、互いに隣り合う２つのバックヨーク部材９１の突き当て面５０同士が接触している。互いに隣り合う２つのバックヨーク部材９１同士は、ティース８とは反対側の角部において連結部６０を介して繋がっている。固定子コア７の状態は、各バックヨーク部材９１が連結部６０を中心として回転することにより、円環状態から展開状態へ変化する。固定子コア７の展開状態では、各突き当て面５０が互いに離れて複数のバックヨーク部材９１が一列に並んでいる。

各ティース８は、固定子６の径方向に沿った中心線を有している。主軸線に直交する平面における固定子コア７の断面では、主軸線を通りかつティース８の幅方向の中心位置を通る直線がティース８の中心線となっている。固定子コア７の状態が展開状態である場合、各ティース組８１では、中央のティース８の中心線ＣＬと、一方の外側のティース８の中心線ＣＬ１と、他方の外側のティース８の中心線ＣＬ２とが互いに平行となっている。また、固定子コア７の状態が展開状態である場合、中央のティース８の中心線ＣＬと一方の外側のティース８の中心線ＣＬ１との距離と、中央のティース８の中心線ＣＬと他方の外側のティース８の中心線ＣＬ２との距離とが、互いに等しい距離τ０となっている。

溝８２１によって形成された各低透磁率部８２は、低透磁率部８２が設けられたティース８の中心線ＣＬ１，ＣＬ２と平行な中心線を有している。ここで、各ティース組８１における２つの低透磁率部８２のうち、中心線ＣＬ１を有するティース８に設けられた低透磁率部８２の中心線をＣＬ１１とし、中心線ＣＬ２を有するティース８に設けられた低透磁率部８２の中心線をＣＬ２１とする。固定子コア７の状態が展開状態である場合、各ティース組８１では、中心線ＣＬ１１から中心線ＣＬまでの距離と、中心線ＣＬ２１から中心線ＣＬまでの距離とが、互いに等しい距離τとなっている。また、固定子コア７の状態が展開状態である場合、τ＞τ０の関係が成立している。

従って、各ティース組８１では、中心線ＣＬ１を有するティース８に設けられた低透磁率部８２が中心線ＣＬ１よりも中心線ＣＬから遠い位置に配置されている。また、各ティース組８１では、中心線ＣＬ２を有するティース８に設けられた低透磁率部８２が中心線ＣＬ２よりも中心線ＣＬから遠い位置に配置されている。即ち、低透磁率部８２は、当該低透磁率部８２が設けられたティース８の中心線ＣＬ１，ＣＬ２よりも固定子６の周方向において中央のティース８の中心線ＣＬから遠い位置に配置されている。また、外側の２つのティース８にそれぞれ設けられた低透磁率部８２は、中心線ＣＬに対して幾何学的に対称となる位置に設けられている。外側の２つのティース８に設けられた各低透磁率部８２の形状は、互いに同一の形状である。

次に、実施の形態１による回転電機１と比較するための比較例１及び比較例２のそれぞれの回転電機について説明する。図３は、比較例１の回転電機を示す断面図である。比較例１の回転電機２００では、全てのティース８の先端部８３に溝８２１が設けられていない。比較例１の他の構成については、実施の形態１と同様である。

図４は、比較例２の回転電機を示す断面図である。比較例２の回転電機３００では、固定子コア７に含まれている全てのティース８の先端部８３に低透磁率部８２が設けられている。比較例２では、実施の形態１と同様の溝８２１によって形成された空間部が低透磁率部８２として各ティース８に設けられている。また、比較例２では、低透磁率部８２が各ティース８に２つずつ設けられている。比較例２の他の構成は、比較例１と同様である。

図５は、比較例１、比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルク出力の大きさを示すグラフである。図５には、比較例１、比較例２及び実施の形態１において、回転子２を同一の回転速度によって回転させた場合の回転電機のトルク出力の大きさが示されている。図５では、比較例１におけるトルク出力の大きさを基準値「１００」として設定し、設定した比較例１の基準値によって比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルク出力の大きさを規格化している。

図６は、比較例１、比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルク出力の波形を示すグラフである。図６には、比較例１、比較例２及び実施の形態１において、同一の電流の大きさによって複数の巻線１０を励磁した場合の回転電機のトルク出力の波形が示されている。図６では、比較例１におけるトルク出力の波形が実線によって示され、比較例２におけるトルク出力の波形が破線によって示され、実施の形態１におけるトルク出力の波形が一点鎖線によって示されている。トルクリップルは、トルク出力の波形の最大値と最小値との差によって算出される。

図７は、比較例１、比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルクリップルの大きさを示すグラフである。図７には、図６のトルク出力の波形から算出されるトルクリップルの成分のうち、電気角３６０°に対する６次の成分が示されている。図７では、比較例１におけるトルクリップルの大きさを基準値「１００」として設定し、設定した比較例１の基準値によって比較例２及び実施の形態１のそれぞれにおけるトルクリップルの大きさを規格化している。

図５から、実施の形態１の回転電機１のトルク出力は、比較例２の回転電機３００のトルク出力に比べて大きいことがわかる。これは、各ティース組８１における中央のティース８に低透磁率部８２が設けられていないことにより、中央のティース８における磁気抵抗の増大が抑制され、各ティース８を通過する有効磁束量の減少が抑えられているためである。また、図６および図７から、実施の形態１の回転電機１のトルクリップルは、比較例１の回転電機２００のトルクリップルと比べて小さくなっていることがわかる。これは、各ティース組８１における外側の２つのティース８に低透磁率部８２がそれぞれ設けられていることによる効果であると考えられる。さらに、図７から、実施の形態１の回転電機１におけるトルクリップルの大きさは、比較例２の回転電機３００におけるトルクリップルの大きさと同程度であることもわかる。従って、実施の形態１の回転電機１では、トルクリップルの低減を図ることができるとともに、トルク出力の低下を抑制することができることが確認できた。

実施に形態１による回転電機１では、各ティース組８１において、中央のティース８を避けて外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３に低透磁率部８２が設けられている。このため、トルクリップルの低減を図りつつ、トルク出力の低下を抑制することができる。

また、各ティース組８１では、主軸線に垂直な断面において、外側の２つのティース８にそれぞれ設けられた低透磁率部８２が、中央のティース８の中心線ＣＬに対して幾何学的に対称となる位置に設けられている。このため、回転子２の回転方向が時計回りの方向あるいは反時計回りの方向のいずれの方向となる場合でも、回転電機１のトルク出力の波形を同一とすることができる。従って、回転電機１の騒音及び振動の発生状況が回転子２の回転方向の違いによって異なるという状態を防ぐことができる。

また、低透磁率部８２は、当該低透磁率部８２が設けられたティース８の中心線ＣＬ１，ＣＬ２よりも固定子６の周方向において中央のティース８の中心線ＣＬから遠い位置に配置されている。このため、トルクリップルの低減を図りつつ、トルク出力の低下をさらに確実に抑制することができる。

また、低透磁率部８２は、ティース８の先端部８３に設けられた溝８２１によって形成された空間部である。このため、ティース８の先端部８３に低透磁率部８２を容易に設けることができる。

また、各低透磁率部８２の断面形状は、互いに同一の形状である。このため、電気角３６０°に対してトルクリップルの２次の成分が発生することを抑制することができる。ただし、トルクリップルの２次の成分の発生が許容範囲内であれば、各低透磁率部８２の断面形状を互いに異なる形状としてもよい。

また、固定子６の周方向へ連続して並ぶ３つのティース８に同一相の巻線１０がそれぞれ巻かれている。このため、同一相の巻線１０を３つのティース８に連続的に巻くことができる。これにより、各ティース８に巻線１０を巻く巻線工程にかかる時間を短縮することができ、回転電機１の製造時間の短縮化を図ることができる。

なお、実施の形態１では、中心線ＣＬ１，ＣＬ２を有するティース８にそれぞれ設けられた低透磁率部８２がティース８の中心線ＣＬ１，ＣＬ２よりも固定子６の周方向において中央のティース８の中心線ＣＬから遠い位置に配置されている。しかし、中心線ＣＬ１を有するティース８に設けられた低透磁率部８２は、中心線ＣＬ１と同じ位置に配置されていてもよいし、中心線ＣＬ１よりも中心線ＣＬに近い位置に配置されていてもよい。また、中心線ＣＬ２を有するティース８に設けられた低透磁率部８２は、中心線ＣＬ２と同じ位置に配置されていてもよいし、中心線ＣＬ２よりも中心線ＣＬに近い位置に配置されていてもよい。即ち、τ＝τ０の関係が成立していてもよいし、τ＜τ０の関係が成立していてもよい。このようにしても、回転電機１のトルクリップルの低減を図りつつ、回転電機１のトルク出力の低下を抑制することができる。

また、実施の形態１では、溝８２１によって形成された低透磁率部８２の断面形状が矩形状である。しかし、低透磁率部８２の断面形状は、矩形状に限定されない。例えば、図８に示すように、溝８２１によって形成された低透磁率部８２の断面形状を半円形状としてもよい。さらに、図９に示すように、溝８２１によって形成された低透磁率部８２の断面形状を三角形状としてもよい。

実施の形態２
図１０は、実施の形態２による回転電機１を示す断面図である。実施の形態２では、ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、中央及び一方の外側のそれぞれのティース８を避けて他方の外側のティース８の先端部８３に低透磁率部８２が設けられている。即ち、各ティース組８１では、３つのティース８のうち、中央及び一方の外側のそれぞれのティース８に低透磁率部８２が設けられておらず、他方の外側のティース８の先端部８３のみに低透磁率部８２が設けられている。低透磁率部８２は、実施の形態１と同様の溝８２１によって形成された空間部である。実施の形態２における他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１０では、回転電機１の正転時に回転子２の回転方向が反時計回りの方向となり、回転電機１の逆転時に回転子２の回転方向が時計回りの方向となる。従って、各ティース組８１では、３つのティース８のうち、回転電機１の正転時に回転子２の回転方向の後ろ側になるティース８に低透磁率部８２が設けられている。

図１１は、図３に示した比較例１の回転電機、実施の形態２の正転時の回転電機及び実施の形態２の逆転時の回転電機のそれぞれにおけるトルク出力の大きさを示すグラフである。図１１には、回転子２を同一の回転速度によって回転させた場合の各回転電機のトルク出力の大きさが示されている。図１１では、比較例１におけるトルク出力の大きさを基準値「１００」として設定し、設定した比較例１の基準値によって実施の形態２の正転時及び逆転時のそれぞれにおけるトルク出力の大きさを規格化している。

図１２は、比較例１の回転電機、実施の形態２の正転時の回転電機及び実施の形態２の逆転時の回転電機のそれぞれにおけるトルク出力の波形を示すグラフである。図１２には、比較例１、実施の形態２の正転時及び実施の形態２の逆転時において、同一の電流の大きさによって複数の巻線１０を励磁した場合の回転電機のトルク出力の波形が示されている。図１２では、比較例１におけるトルク出力の波形を実線によって示され、実施の形態２の正転時におけるトルク出力の波形が破線によって示され、実施の形態２の逆転時におけるトルク出力の波形が一点鎖線によって示されている。トルクリップルは、トルク出力の波形の最大値と最小値との差によって算出される。

図１３は、比較例１の回転電機、実施の形態２の正転時の回転電機及び実施の形態２の逆転時の回転電機のそれぞれにおけるトルクリップルの大きさを示すグラフである。図１３には、図１２のトルク出力の波形から算出されるトルクリップルの成分のうち、電気角３６０°に対する６次の成分が示されている。図１３では、比較例１におけるトルクリップルの大きさを基準値「１００」として設定し、設定した比較例１の基準値によって実施の形態２の正転時及び逆転時のそれぞれにおけるトルクリップルの大きさを規格化している。

図１１から、実施の形態２による回転電機１のトルク出力の大きさは、正転時及び逆転時のいずれのときでも同程度であることがわかる。また、実施の形態２による回転電機１のトルク出力の大きさは、比較例１の回転電機２００のトルク出力の大きさよりも小さくなっている。しかし、図１１及び図５を比べると、実施の形態２による回転電機１のトルク出力の大きさは、図４に示した比較例２の回転電機３００のトルク出力の大きさよりも大きくなっていることがわかる。これは、各ティース組８１における３つのティース８のうち１つのティース８にのみ低透磁率部８２が設けられていることにより、各ティース８を通過する有効磁束量の減少が比較例２の回転電機３００における有効磁束量の減少よりも抑制されるためである。

図１２および図１３から、実施の形態２の回転電機１の正転時および逆転時のトルクリップルは、比較例1の回転電機２００のトルクリップルよりも小さくなっていることがわかる。特に実施の形態２における正転時のトルクリップルの大きさは、比較例１のトルクリップルよりも大幅に小さくなっている。一方、図１３及び図７をみると、実施の形態２における逆転時のトルクリップルの大きさは、比較例２のトルクリップルよりも大きくなっている。従って、ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、回転子２の回転方向の後ろ側に位置するティース８にのみ低透磁率部８２を設けることにより、トルクリップルの低減を効果的に図りつつ、トルク出力の低下を抑制することができる。このことから、回転電機１の回転方向を一定方向に制限して使用する場合については、回転子２の回転方向の後ろ側のティース８に低透磁率部８２を設けることが有効である。

以上のように、実施の形態２による回転電機１では、各ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、中央及び一方の外側のそれぞれのティース８を避けて他方の外側のティース８の先端部８３に低透磁率部８２が設けられている。このため、回転子２の回転方向を一定の方向に制限することにより、トルクリップルの低減を図りつつトルク出力の低下を抑制することができる。即ち、回転子２の回転方向を一定方向に制限することにより、ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、回転子２の回転方向の後ろ側に位置するティース８にのみ低透磁率部８２が設けられるようにすることができる。これにより、ティース組８１を構成する３つのティース８のうち、回転子２の回転方向に対してトルクリップルを効果的に低減させるティース８に低透磁率部８２を設けることができる。また、トルク出力に寄与する有効磁束量の低下もさらに抑えることができる。従って、トルクリップルの低減を図りつつ、トルク出力の低下を効果的に抑制することができる。

なお、低透磁率部８２は、当該低透磁率部８２が設けられたティース８の中心線と同じ位置に配置されていてもよいし、ティース８の中心線よりも中央のティース８の中心線に近い位置に配置されていてもよい。このようにしても、回転電機１のトルクリップルの低減を図りつつ、回転電機１のトルク出力の低下を抑制することができる。

実施の形態３．
図１４は、実施の形態３による回転電機１を示す断面図である。各ティース組８１では、３つのティース８のうち、中央のティース８を避けて外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３に貫通穴８２４が主軸線に沿った方向へ設けられている。各ティース組８１では、貫通穴８２４によって形成された空間部が低透磁率部８２となっている。中央のティース８には、低透磁率部８２が設けられていない。

貫通穴８２４の断面形状は、円形状である。固定子６の周方向における貫通穴８２４の位置は、実施の形態１の溝８２１の位置と同じ位置となっている。従って、低透磁率部８２は、当該低透磁率部８２が設けられたティース８の中心線ＣＬ１，ＣＬ２よりも固定子６の周方向において中央のティース８の中心線ＣＬから遠い位置に配置されている。また、各ティース組８１では、外側の２つのティース８にそれぞれ設けられた低透磁率部８２が、中央のティース８の中心線ＣＬに対して幾何学的に対称となる位置に設けられている。実施の形態４における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、ティース８の先端部８３に貫通穴８２４に設けることによっても、貫通穴８２４によって形成された空間部を低透磁率部８２としてティース８の先端部８３に設けることができる。従って、ティース８の先端部８３に低透磁率部８２を容易に設けることができる。

なお、実施の形態３では、貫通穴８２４によって形成された低透磁率部８２の断面形状が円形状となっている。しかし、貫通穴８２４によって形成された低透磁率部８２の断面形状は、これに限定されない。貫通穴８２４によって形成された低透磁率部８２の断面形状を矩形状、三角形状などの形状にしてもよい。

実施の形態４．
図１５は、実施の形態４による回転電機１を示す断面図である。各ティース組８１では、３つのティース８のうち、中央のティース８を避けて外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３に実施の形態１と同様の溝８２１によって形成された空間部が設けられている。溝８２１によって形成された空間部には、充填材８２５が低透磁率部８２として充填されている。即ち、低透磁率部８２は、溝８２１によって形成された空間部に充填された充填材８２５である。充填材８２５としては、非磁性体である樹脂などが用いられている。中央のティース８には、低透磁率部８２が設けられていない。実施の形態４における他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態４による回転電機１では、ティース８の先端部８３に設けられた空間部に充填材８２５が低透磁率部８２として充填されている。このため、溝８２１によって形成された空間部を充填材８２５によって埋めることができ、主軸線に沿った方向に充填材８２５を連結することができる。これにより、ティース８の剛性を高めることができる。従って、回転電機の共振周波数を高めることができ、機械的な騒音及び振動が発生することを抑制することができる。

なお、充填材８２５は、樹脂に限定されるものではない。例えば、固定子コア７の透磁率よりも低い透磁率を有する金属を充填材８２５として用いてもよい。

また、実施の形態４では、実施の形態１においてティース８の先端部８３に設けられた空間部に充填材８２５が充填されている。しかし、実施の形態２及び３においてティース８の先端部８３に設けられた空間部に充填材８２５を充填してもよい。

実施の形態５．
図１６は、実施の形態５による回転電機を示す断面図である。各ティース組８１では、３つのティース８のうち、中央のティース８を避けて外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３にかしめ部８２６が低透磁率部８２として設けられている。かしめ部８２６は、固定子コア７において積層された複数の薄板同士を接合する部分である。ティース８の先端部８３に設けられたかしめ部８２６は、主軸線と平行に配置されている。

固定子コア７は、積層された複数の原料板を互いに接合することにより作製されている。複数の原料板は、機械的加工によって部分的に変形することにより互いに接合されている。原料板のうち、機械的加工によって変形した部分は、複数の原料板同士を接合するかしめ部８２６として固定子コア７に形成される。一方、原料板のうち、かしめ部８２６以外の部分は、薄板として固定子コア７の一部となる。かしめ部８２６は、機械的加工による原料板の変形によって固定子コア７よりも磁気的に劣化している。従って、かしめ部８２６の透磁率は、固定子コア７の透磁率よりも低くなっている。

かしめ部８２６の形状は、円形状となっている。かしめ部８２６の位置は、実施の形態２の貫通穴８２４の位置と同じ位置となっている。実施の形態５における他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態５による回転電機１では、ティース８の先端部８３に設けられたかしめ部８２６が低透磁率部８２となっている。このため、積層された複数の原料板に機械的加工によってかしめ部を形成するだけで、複数の原料板同士を接合することができるとともに、低透磁率部８２をティース８の先端部８３に設けることができる。即ち、低透磁率部８２の形成と、複数の原料板の接合とを１つの工程によって行うことができる。これにより、固定子コア７の製造工程の簡素化を図ることができ、回転電機の製造を容易にすることができる。また、ティース８の先端部８３に空間部が形成されないため、回転電機１の騒音及び振動の増大を抑制することもできる。

実施の形態６．
図１７は、実施の形態６による回転電機の固定子コア７を示す分解斜視図である。固定子コア７は、少なくとも１つの第１コア構造部７０と、少なくとも１つの第２コア構造部７１とを複数のコア構造部として有している。

第１コア構造部７０は、全てのティース８の先端部８３に低透磁率部８２が設けられていないコア構造部である。第２コア構造部７１は、各ティース組８１における３つのティース８のうち、中央のティース８を避けて外側の２つのティース８のそれぞれの先端部８３に低透磁率部８２が設けられているコア構造部である。

第２コア構造部７１の構成は、実施の形態１における固定子コア７の構成が適用されている。従って、第２コア構造部７１では、溝８２１によって形成された空間部が低透磁率部８２となっている。低透磁率部８２は、主軸線に沿った方向において第２コア構造部７１の全範囲に設けられている。また、低透磁率部８２は、主軸線と平行に設けられている。

固定子コア７では、第１コア構造部７０と第２コア構造部７１とが主軸線に沿った方向へ交互に重なっている。この例では、２つの第１コア構造部７０と１つの第２コア構造部７１とが３つのコア構造部として固定子コア７に含まれている。一方の第１コア構造部７０、第２コア構造部７１及び他方の第１コア構造部７０は、主軸線に沿った方向へ順次重なっている。また、主軸線に沿った方向における各第１コア構造部７０及び第２コア構造部７１のそれぞれの寸法は、互いに同じ寸法となっている。

固定子コア７では、主軸線に沿った方向において、第１コア構造部７０が配置された範囲に低透磁率部８２が存在せず、第２コア構造部７１が配置された範囲に低透磁率部８２が存在している。従って、低透磁率部８２が設けられたティース８では、低透磁率部８２が主軸線に沿った方向に部分的に存在している。実施の形態６における他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態６による回転電機１では、低透磁率部８２が主軸線に沿った方向に部分的に存在している。このため、主軸線に沿った方向における固定子コア７の全範囲に低透磁率部８２が存在する場合に比べて、トルク出力に寄与する有効磁束量の低下を抑えることができる。これにより、トルク出力の低下をさらに確実に抑制することができる。

なお、実施の形態６では、２つの第１コア構造部７０と１つの第２コア構造部７１とが固定子コア７に含まれている。しかし、図１８に示すように、１つの第１コア構造部７０と２つの第２コア構造部７１とが固定子コア７に含まれるようにしてもよい。この場合、一方の第２コア構造部７１、第１コア構造部７０及び他方の第２コア構造部７１が主軸線に沿った方向へ順次重ねられる。このようにしても、低透磁率部８２が主軸線に沿った方向に部分的に存在するようにすることができ、トルク出力の低下をさらに確実に抑制することができる。

また、実施の形態６では、固定子コア７に含まれているコア構造部の数が３つとなっている。しかし、固定子コア７に含まれるコア構造部の数を２つ又は４つ以上としてもよい。この場合、固定子コア７では、第１コア構造部７０と第２コア構造部７１とが主軸線に沿った方向へ交互に重ねられる。

実施の形態７．
図１９は、実施の形態７によるエレベータの巻上機を示す縦断面図である。エレベータの巻上機１００は、回転電機１と、駆動シーブ１０１と、ハウジング１０２と、フレーム１０３と、ブレーキ装置１０４と、主軸１０５とを備えている。

回転電機１は、駆動シーブ１０１を回転させる駆動力を発生するモータである。回転電機１は、回転子２と、固定子６とを有している。回転子２及び固定子６は、共通の軸線を主軸線として有している。フレーム１０３には、主軸１０５と、円筒状のハウジング１０２とが固定されている。回転子２、固定子６及びハウジング１０２は、主軸１０５と同軸に配置されている。

駆動シーブ１０１は、ベアリング１０８を介して主軸１０５に回転自在に支持されている。これにより、駆動シーブ１０１は、主軸１０５と同軸に配置されている。駆動シーブ１０１には、回転子２が固定されている。

回転子２は、筒状の回転子コア４と、回転子コア４の外周面に設けられた複数の磁極５とを有している。筒状の回転子コア４は、駆動シーブ１０１と一体に形成されている。この例では、回転子コア４及び駆動シーブ１０１を構成する材料が鋳鉄とされている。固定子６は、ハウジング１０２の内周面に固定されている。回転電機１の他の構成は、実施の形態１の回転電機１の構成と同様である。

駆動シーブ１０１及び回転子２は、複数の巻線１０に三相交流電力が供給されることにより、主軸１０５及び固定子６に対して主軸線を中心に回転する。駆動シーブ１０１及び回転子２が回転するときには、駆動シーブ１０１及び回転子２の回転による反力をハウジング１０２が受ける。

駆動シーブ１０１は、主軸線に沿った方向において固定子６の範囲から外れた位置に設けられている。駆動シーブ１０１の外周面には、複数の主索溝１０７が駆動シーブ１０１の周方向に沿って設けられている。図示しないかご及び釣合おもりを吊り下げる複数の主索は、各主索溝１０７に沿って駆動シーブ１０１に巻き掛けられる。かご及び釣合おもりは、駆動シーブ１０１の回転により昇降路内を上下方向へ移動する。

ブレーキ装置１０４は、筒状の回転子コア４の内側に設けられている。ブレーキ装置１０４は、駆動シーブ１０１及び回転子２に対して制動力を与える装置である。ブレーキ装置１０４は、回転子コア４に対して回転子２の径方向へ変位可能な図示しないブレーキシューを有している。ブレーキ装置１０４は、ブレーキシューを回転子コア４の内周面に接触させることにより駆動シーブ１０１及び回転子２に制動力を与える。また、ブレーキ装置１０４は、ブレーキシューを回転子コア４から離すことにより駆動シーブ１０１及び回転子２に対する制動力を解除する。

実施の形態７によるエレベータの巻上機１００には、実施の形態１と同様の構成を有する回転電機１がモータとして含まれている。このため、実施の形態１と同様に、エレベータの巻上機１００のトルクリップルの低減を図りつつ、エレベータの巻上機１００のトルク出力の低下を抑制することができる。これにより、回転電機１のトルクリップルに起因するかごの振動を低減することができ、エレベータの運転時でのかごの揺れを小さくすることができる。

なお、実施の形態７では、回転子２が駆動シーブ１０１と一体に回転するようになっている。しかし、ギヤを含む減速機とモータとしての回転電機１とが一体となったギヤードモータを有する巻上機をエレベータの巻上機１００としてもよい。この場合、駆動シーブ１０１は、ギヤードモータの減速機から出力される回転力によって回転する。

また、実施の形態１による回転電機１ではなく、実施の形態２～６による回転電機１の構成をエレベータの巻上機１００のモータの構成として用いてもよい。

また、各上記実施の形態では、回転子２の磁極５の数が１０極で、かつ固定子コア７のスロットの数が９つである回転電機、即ち１０極９スロットの回転電機が回転電機１として用いられている。しかし、回転子２の磁極５の数が８極で、かつ固定子コア７のスロットの数が９つである回転電機、即ち８極９スロットの回転電機を回転電機１として用いてもよい。

また、各上記実施の形態では、１０極９スロットの組み合わせを一つの単位Ａとし、一つの単位Ａの整数ｎ倍、即ち１０ｎ極９ｎスロットの組み合わせを、回転子２の磁極５の数と、固定子コア７のスロットの数との組み合わせとしてもよい。この場合、巻線１０の数は、９ｎ個となる。また、８極９スロットの組み合わせを一つの単位Ｂとし、一つの単位Ｂの整数ｎ倍、即ち８ｎ極９ｎスロットの組み合わせを、回転子２の磁極５の数と、固定子コア７のスロットの数との組み合わせとしてもよい。この場合も、巻線１０の数は、９ｎ個となる。

また、各上記実施の形態では、ティース８の先端部８３に設けられる低透磁率部８２の数が１つのティース８につき１つとされている。しかし、１つのティース８につき２つ以上の低透磁率部８２をティース８の先端部８３に設けてもよい。

また、各上記実施の形態では、円環状に並ぶ複数のバックヨーク部材９１がバックヨーク９に含まれている。しかし、バックヨーク９は、複数のバックヨーク部材に分割されずに一体に成形された環状体であってもよい。

また、各上記実施の形態では、回転子コア４の外周面に複数の磁極５が配置された表面磁石型（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）の回転電機が回転電機１として用いられている。しかし、回転子コア４の内部に複数の磁極５が埋め込まれた埋込磁石型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）の回転電機、又は永久磁石と磁性体突極とを周方向へ交互に配置したコンシクエントポール型の回転電機を回転電機１として用いてもよい。

また、各上記実施の形態では、環状の固定子６の内側に回転子２が配置されたインナ回転子構造の回転電機が回転電機１として用いられている。しかし、固定子６の外側に環状の回転子２が配置されたアウタ回転子構造の回転電機を回転電機１として用いてもよい。

１ 回転電機、２ 回転子、４ 回転子コア、５ 磁極、６ 固定子、７ 固定子コア、８ ティース、９ バックヨーク、１０ 巻線、８１ ティース組、８２ 低透磁率部、８２１ 溝、８２４ 貫通穴、８２５ 充填材、８２６ かしめ部、１００ エレベータの巻上機。

Claims (10)

1. 軸線を中心に回転する回転子と、
   前記回転子の径方向において空隙を介して前記回転子と対向している固定子と
   を備え、
   前記回転子は、回転子コアと、前記回転子コアに設けられ、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の磁極とを有しており、
   前記固定子は、固定子コアと、前記固定子コアに設けられた複数の巻線とを有しており、
   前記固定子コアは、バックヨークと、前記バックヨークから前記回転子に向けて突出する複数のティースとを有しており、
   前記複数のティースは、前記固定子の周方向へ互いに間隔をあけて配置されており、
   各前記ティースは、前記回転子と対向する先端部を有しており、
   前記巻線は、前記ティースに集中巻によって巻かれており、
   前記固定子の周方向へ連続して並ぶ３つの前記ティースは、ティース組を構成しており、
   １つの前記ティース組を構成する３つの前記ティースには、同一相の前記巻線がそれぞれ巻かれており、
   前記ティース組では、３つの前記ティースのうち、中央の前記ティースを避けて外側の２つの前記ティースのそれぞれの前記先端部に低透磁率部が設けられており、
   前記低透磁率部の透磁率は、前記固定子コアの透磁率に比べて低い、
   回転電機。
2. 前記ティース組では、前記軸線に垂直な断面において、外側の２つの前記ティースにそれぞれ設けられた前記低透磁率部が、中央の前記ティースの中心線に対して幾何学的に対称となる位置に設けられている、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 軸線を中心に回転する回転子と、
   前記回転子の径方向において空隙を介して前記回転子と対向している固定子と
   を備え、
   前記回転子は、回転子コアと、前記回転子コアに設けられ、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の磁極とを有しており、
   前記固定子は、固定子コアと、前記固定子コアに設けられた複数の巻線とを有しており、
   前記固定子コアは、バックヨークと、前記バックヨークから前記回転子に向けて突出する複数のティースとを有しており、
   前記複数のティースは、前記固定子の周方向へ互いに間隔をあけて配置されており、
   各前記ティースは、前記回転子と対向する先端部を有しており、
   前記巻線は、前記ティースに集中巻によって巻かれており、
   前記固定子の周方向へ連続して並ぶ３つの前記ティースは、ティース組を構成しており、
   １つの前記ティース組を構成する３つの前記ティースには、同一相の前記巻線がそれぞれ巻かれており、
   前記ティース組では、３つの前記ティースのうち、中央及び一方の外側のそれぞれの前記ティースを避けて他方の外側の前記ティースの前記先端部に低透磁率部が設けられており、
   前記低透磁率部の透磁率は、前記固定子コアの透磁率に比べて低い、
   回転電機。
4. 前記低透磁率部は、当該低透磁率部が設けられた前記ティースの中心線よりも前記固定子の周方向において中央の前記ティースの中心線から遠い位置に配置されている、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
5. 前記低透磁率部は、前記ティースの前記先端部に設けられた溝によって形成された空間部である、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
6. 前記低透磁率部は、前記ティースの前記先端部に設けられた貫通穴によって形成された空間部である、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
7. 前記低透磁率部は、前記ティースの前記先端部に設けられた空間部に充填された充填材である、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
8. 前記低透磁率部は、前記ティースの前記先端部に設けられたかしめ部である、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
9. 前記低透磁率部が設けられた前記ティースでは、前記低透磁率部が前記軸線に沿った方向に部分的に存在している、
   請求項１から請求項８の何れか一項に記載の回転電機。
10. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載の回転電機を備えている、エレベータの巻上機。

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