永磁铁旋转电机和使用其的升降机装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种确保转子铁心与非磁性件的嵌合部的强度而不大幅降低永磁铁旋转电机的性能的永磁铁旋转电机，其特征在于，包括：定子；在定子的径向上隔着气隙相对的转子；和配置在转子的内周侧的第一非磁性件，转子具有在旋转周向上被分割成多个的转子铁心、和被分割成多个的永磁铁，多个转子铁心和多个永磁铁放射状地交替配置在转子的旋转周向上，多个转子铁心在第一非磁性件的外周部被嵌合在第一非磁性件，转子铁心具有在旋转轴向上贯通转子铁心的铁心孔，第一非磁性件具有在旋转轴向上贯通第一非磁性件的非磁性件孔，在转子的旋转轴向的两侧，设有两个第二非磁性件，两个第二非磁性件通过铁心孔和非磁性件孔连结。
【专利说明】永磁铁旋转电机和使用其的升降机装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁铁旋转电机和使用其的升降机(elevator)装置。
【背景技术】
[0002]具有轮辐(spoke)结构的转子的多极的永磁铁旋转电机为了降低转子内部的漏磁通和增加材料的成品率，而分割了转子铁心。因此，需要通过一些的方法来固定被分割的转子铁心。作为转子铁心的固定方法的一种，有在转子铁心的内周侧配置非磁性件并将转子铁心嵌合固定在非磁性件的外周部的方法。作为将转子铁心嵌合固定在非磁性件的外周部的技术，公开了专利文献I等技术。此外，专利文献I公开了如下技术:在转子铁心的外周部附近形成有孔，使插入到该孔的条(bar)与配置在旋转轴向的两端的板(plate)相连结，在径向上使板与轴相连结，从而固定转子铁心。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2013-34344号公报
【发明内容】
[0006]发明想要解决的技术问题
[0007]在转子铁心嵌合在非磁性件的外周部的情况下，在产生转矩时磁致应力(magnetic stress)在旋转周向上作用于各个转子铁心的外周部。而且，弯矩(bendingmoment)作用于转子铁心与非磁性件的嵌合部。特别地，在径向上转子铁心变细长的大径、多极的永磁铁旋转电机中，由于弯矩的力臂长，磁致应力大，因此嵌合部的塑性变形或屈曲(buckling)成为问题。因此，在大径、多极等的永磁铁旋转电机中确保嵌合部的强度很重要。
[0008]专利文献I的技术中，由于作用于转子铁心的外周侧的转矩经由转子铁心的外周部附近的孔中的条和轴向两端的板传递到轴，因此不会有大的弯矩作用于嵌合部。但是，条必须确保能够耐受转矩的传递的强度，因此需要增大条的宽度。其结果是，条的孔妨碍转子的磁通的流通，降低转矩。此外，在大径、多极的永磁铁旋转电机中，由于转子铁心在旋转周向上的尺寸无法设得很大，难以确保能够耐受转矩的传递的条的宽度。
[0009]由上，专利文献I的技术在兼顾转子铁心的固定与永磁铁旋转电机的性能方面有改善余地。本发明的目的在于，提供确保转子铁心与非磁性件的嵌合部的强度而不大幅降低永磁铁旋转电机的性能的永磁铁旋转电机。
[0010]用于解决问题的技术方案
[0011]用于解决上述问题的本发明的特征例如如下所述。
[0012]一种永磁铁旋转电机，其特征在于，包括:定子；在定子的径向上隔着气隙相对的转子；和配置在转子的内周侧的第一非磁性件，转子具有在旋转周向上被分割成多个的转子铁心、和被分割成多个的永磁铁，多个转子铁心和多个永磁铁放射状地交替配置在转子的旋转周向上，多个转子铁心在第一非磁性件的外周部被嵌合在第一非磁性件，转子铁心具有在旋转轴向上贯通转子铁心的铁心孔，第一非磁性件具有在旋转轴向上贯通第一非磁性件的非磁性件孔，在转子的旋转轴向的两侧，设有两个第二非磁性件，两个第二非磁性件通过铁心孔和非磁性件孔连结。
[0013]发明效果
[0014]通过本发明，能够提供确保转子铁心与非磁性件的嵌合部的强度而不大幅降低永磁铁旋转电机的性能的永磁铁旋转电机和使用其的升降机装置。上述以外的问题、结构和效果可通过以下实施方式的说明得以明确。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的第一实施方式的定子和转子的结构的旋转轴向的截面图。
[0016]图2是图1的主要部分放大图。
[0017]图3是本发明的第一实施方式的永磁铁旋转电机的径向的截面图。
[0018]图4是表示转子铁心的铁心孔对转矩性能产生的影响的计算中使用的变量的定义的图。
[0019]图5是表示图4的计算结果的图。
[0020]图6是表示本发明的第二实施方式的定子和转子的结构的旋转轴向的截面图。
[0021]图7是本发明的第二实施方式的永磁铁旋转电机的径向的截面图。
[0022]图8是表示本发明的第三实施方式的第二非磁性件的第一变形例的结构的旋转轴向的截面图。
[0023]图9是表示本发明的第三实施方式的第二非磁性件的第二变形例的结构的旋转轴向的截面图。
[0024]图10是表示本发明的第三实施方式的第二非磁性件的第三变形例的结构的旋转轴向的截面图。
[0025]图11是表示配备本发明的永磁铁旋转电机的升降机装置的结构的径向的截面图。
[0026]附图标记说明
[0027]1:永磁铁旋转电机
[0028]2:定子
[0029]3:转子
[0030]4:气隙
[0031]5:架
[0032]6:轴承
[0033]7:编码器
[0034]21:定子铁心
[0035]22:定子绕组
[0036]23:定子铁心后部
[0037]24:定子凸极
[0038]25:槽
[0039]31:转子铁心
[0040]32:转子磁极
[0041]33:磁铁插入空间
[0042]34:永磁铁
[0043]35:轴
[0044]36:第一非磁性件
[0045]37:铁心孔
[0046]38:非磁性件孔
[0047]39:侧板
[0048]100:第二非磁性件
[0049]110:销
[0050]120、121:螺栓
[0051]201:旋转体
[0052]202:制动器
[0053]203:制动鼓
[0054]204:绳轮
[0055]300:第二一非磁性件
[0056]310:第二二非磁性件
[0057]400:升降机装置
【具体实施方式】
[0058]下面，利用附图等，对本发明的实施方式进行说明。以下的说明示出了本发明的内容的具体例，本发明并不限定于这些说明，本领域技术人员能够在本说明书中公开的技术思想范围内进行各种变更和修正。此外，在用于说明本发明的所有附图中，有时，对具有相同功能的部分附以相同附图标记并省略其重复说明。
[0059]【实施例1】
[0060]首先，利用图1?图5对本发明的第一实施方式的永磁铁旋转电机的结构进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式的定子和转子的结构的旋转轴向的截面图。图2是图1的旋转周向的1/6区域的主要部分放大图。图3是本发明的第一实施方式的永磁铁旋转电机的径向的截面图。图4是表示本发明的转子铁心的铁心孔对转矩性能产生的影响的计算中使用的变量的定义的图。图5是表示图4的计算结果的图。
[0061]在图1中，永磁铁旋转电机I包括定子2、转子3和第二非磁性件100。
[0062]在图2中定子2包括定子铁心21和定子绕组22。定子铁心21由利用冲裁模(punch cutting die)等冲裁得到的电磁钢板在旋转轴向上层叠而构成。定子铁心21包括设于定子2的外周部的构成定子2的磁路的定子铁心后部(core back) 23、和以规定角节距(pitch)放射状地从定子铁心后部23向定子2的内周延伸设置的定子凸极(statorsalient pole) 24。如图2所示，由相邻的一对定子凸极24之间和定子铁心后部23构成的空间为槽25，其为收纳定子绕组22的空间。在此，在各定子凸极24中，一个极上卷绕一个定子绕组22。
[0063]另一方面，转子3在定子2的径向上隔着气隙4相对地配置。轴(shaft) 35连结到转子3。在轴35的外周面，转子3的内周侧配置有第一非磁性件36。转子3设于第一非磁性件36的外周面，包括在旋转周向上被分割成多个的转子铁心31、和在旋转周向上被分割成多个的永磁铁34。永磁铁34和转子铁心31分别向转子3的外周放射状地交替配置在旋转周向上。转子铁心31例如由利用冲裁模等冲裁得到的电磁钢板在旋转轴向上层叠而构成。如图所示，转子铁心31在旋转周向上按每个极分割，沿转子3的旋转周向以规定角节距排列设置。转子铁心31作为构成转子3的磁路的转子磁极32发挥作用。
[0064]如图所示，由相邻的一对转子磁极32和第一非磁性件36构成的空间，即磁铁插入空间33中收纳有永磁铁34。此时的永磁铁34的磁化朝向与转子3的径向成直角的方向，配置成转子磁极32沿转子3的旋转周向交替地成NSNS……。永磁铁34通过粘接剂等固着在磁铁插入空间33。
[0065]转子铁心31在第一非磁性件36的外周部被嵌合在所述第一非磁性件36。第一非磁性件36利用轴35的外周面的键槽(keyway)(未图示)固定。第一非磁性件36具有减少转子磁极32的内周侧的漏磁通的效果。作用于转子铁心31的转矩经由第一非磁性件36传递到轴35。转子铁心31具有在转子3的旋转轴向上贯通转子铁心31的铁心孔37，第一非磁性件36具有在转子3的旋转轴向上贯通第一非磁性件36的非磁性件孔38。在本实施例中，作用于转子铁心31的外周侧的转矩按照转子铁心31 —转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部一第一非磁性件36 —轴35的顺序传递。本实施例的情况下，转矩的主要传递路径不是条(bar)，因此与现有技术相比可以不增大条。
[0066]图3中，定子2经由定子铁心后部23在旋转轴向上固定在架(frame) 5,与转子3连结的轴35经由轴承6安装在架5。此外，在转子3，在旋转轴向上连接有用于进行永磁铁旋转电机I的控制的编码器(encoder) 7。轴35连结到转子3。侧板39连结到轴35。在两个第二非磁性件100的旋转轴向的一侧配置有侧板。
[0067]在转子3的旋转轴向的两侧设有两个第二非磁性件100，两个第二非磁性件100通过铁心孔37和非磁性件孔38在旋转轴向上连结。
[0068]如以上的结构所示，通过利用第二非磁性件100固定转子铁心31的外周侧，能够减弱因作用于转子铁心31的外周面的磁致应力的旋转周向分量而产生的、转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的弯矩，能够确保转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的强度。此外，由于还具有抑制转子铁心31的电磁振荡的作用，因此可以实现低噪声化。另外，在转子铁心31使用铁氧体磁铁(ferrite magnet)的情况下,通过抑制转子铁芯31的振动能够防止铁氧体磁铁的破损，能够防止磁铁的磁粉飞出到气隙4中。
[0069]转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的径向的深度较浅，在转子铁心31的内周侧的前端形状较尖的情况下，在制造转子3时，转子铁心31的定位变困难，转子3的外径圆度(ixnmdness)变差，难以实现低转矩脉动。于是，如本实施例所示，通过使转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部为燕尾(dovetail)结构，转子铁心31的定位变容易，能够提高转子3的外径圆度，因此能够实现低转矩脉动。
[0070]图4和图5表示转子铁心31的铁心孔37对转矩性能带来的影响。如图所示，在转子铁心31的径向的对称轴上，令连结相邻的一对永磁铁34的外周侧和内周侧的角的两条线之间的距离为a，令从永磁铁34的内周侧的线到铁心孔37的中心点的距离为b。利用基于棱边元有限元法(edge-element finite element method)的磁场分析,计算使a为定值且使b变化时的转矩的变化。
[0071 ] 在本实施例中，设想产生转矩为数千Nm级别，因此估计了与此相应的磁致应力，令铁心孔37的大小相应于(对应于)M6、M8螺栓。在图5中以实线表示开出与M6螺栓相应的铁心孔37时的转矩降低率，以虚线表示开出与M8螺栓相应的铁心孔37时的转矩降低率。根据图中的结果可知，铁心孔37的位置越在外周侧则转矩越小，铁心孔37越大则降低率越小。在此，在转矩的降低率允许至3%的情况下，与M6螺栓相应的铁心孔37的位置能够配置成直至95% (以b/aX 100的值表示)左右，与M8螺栓相应的铁心孔37的位置能够配置成直至75%左右。如果铁心孔37的位置不足50%，则转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的弯矩的减弱效果变小，因此期望铁心孔37的位置为50%以上、95%以下，优选为70%以上、95%以下，进一步优选为90%以上、95%以下。此外，在铁心孔37的位置的范围中，在转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的弯矩的减弱效果最大的铁心孔37的位置95%上，与M6螺栓相应的铁心孔37在旋转周向上的宽度为通过该铁心孔37的中心的转子铁心31在旋转周向上的宽度的30%左右，因此期望铁心孔37的旋转周向宽度为通过该铁心孔37的中心的转子铁心31的周向的宽度的35%以下，优选为28%以上、32%以下。
[0072]在轴35的外周面难以制作键槽的情况下，可以使两个第二非磁性件100通过非磁性件孔连结到与轴35连结的侧板39，经由侧板39将转矩传递到轴35。由此，能够同时实现转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的强度确保和向轴35的转矩传递。
[0073]【实施例2】
[0074]利用图6和图7，对本发明的第二实施方式的永磁铁旋转电机的结构进行说明。图6是表示本实施例的定子和转子的结构的旋转轴向的截面图。图7是本实施例的永磁铁旋转电机的径向的截面图。
[0075]在图6和图7中，两个第二非磁性件100利用销110通过转子铁心31的铁心孔37在旋转轴向上连结，利用螺栓120通过第一非磁性件36的非磁性件孔38在旋转轴向上连结，与侧板39连结。
[0076]如本实施例所示的多极的永磁铁旋转电机中，由于具有多个转子铁心31，铁心孔37的数目变多，若要将它们全部利用螺栓120连结，则存在生产前置时间(lead time)大幅度增加的问题。对此，通过使用销110，能够同时进行多个连结作业，因此能够缩短生产前置时间。销110的形状不仅可以为图中的圆形，还可以为多边形。不过，在长方形的情况下，通过使长边的方向朝向径向侧配置，能够不妨碍磁通的流通地连结两个第二非磁性件100。
[0077]另一方面，由于第一非磁性件36的非磁性件孔38的数目比铁心孔37的数目少，因此即使使用螺栓120也不会大幅度增加生产前置时间。于是，能够在第一非磁性件36的非磁性件孔38中使用螺栓120，同时实现转子铁心31的保持和转矩的传递。此外，为了将转矩从第二非磁性件100传递到侧板39，需要确保第一非磁性件36、第二非磁性件100和侧板39的旋转轴向上的紧固力，因此相比于使用销110，使用螺栓120更能够确保旋转轴向上的紧固力，能够进行稳定的转矩传递。
[0078]在本实施例中示出了在旋转周向的全周上在铁心孔37和非磁性件孔38中使用销11和螺栓120的例子，但不必全都使用。在转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的强度有裕度(富余)的情况下，例如可采用在旋转周向上每隔一个使用销110和螺栓120的方法。
[0079]【实施例3】
[0080]利用图8?图10，对本发明的第三实施方式的永磁铁旋转电机进行说明。图8是表示本发明的第三实施方式的第二非磁性件的第一变形例的结构的旋转轴向的截面图。图9是表示本发明的第三实施方式的第二非磁性件的第二变形例的结构的旋转轴向的截面图。图10是表示本发明的第三实施方式的第二非磁性件的第三变形例的结构的旋转轴向的截面图。
[0081]在图8中，两个第二非磁性件100在旋转周向上被分割，被分割的各个第二非磁性件100上具有两处通过第一非磁性件36的非磁性件孔38连结的部分。
[0082]通过在旋转周向上分割第二非磁性件100，能够提高材料的成品率。此外，通过使被分割的第二非磁性件100具有两处以上的通过第一非磁性件36的非磁性件孔38连结的部分，能够降低第二非磁性件100的内周侧产生的电磁振荡，实现低噪声化。
[0083]作为进一步提高第二非磁性件100的材料成品率的对策，有图9和图10的结构。图9中被分割的第二非磁性件100有在旋转轴向上覆盖铁心孔37和非磁性件孔38的形状的第二一非磁性件300和在旋转轴向上覆盖铁心孔37并使非磁性件孔38露出的第二二非磁性件310两种。换而言之，第二二非磁性件310呈仅覆盖铁心孔37附近的形状。在旋转周向上交替地配置第二一非磁性件300和第二二非磁性件310两种，第二一非磁性件300通过铁心孔37和非磁性件孔38连结，而第二二非磁性件310仅通过铁心孔37连结。
[0084]图10为第二二非磁性件310比第二一非磁性件300多的结构。由此能够减少第二非磁性件100的使用量。
[0085]由于有力在旋转周向上作用于第二二非磁性件310，所以经由在旋转周向上相邻的第二二非磁性件310将力传递到第二一非磁性件300，由此能够确保连结到第二二非磁性件310的转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的强度。
[0086]在图9和图10的结构的情况下，由于转子3的不平衡重量(unbalance weight),转子3的振动成为问题。于是，通过使两个第二非磁性件100的一侧在旋转周向上错开一定角度进行连结，从而将不平衡重量分散，能够防止转子3的振动。在图9的情况下，仅使两个第二非磁性件100的一侧在旋转周向上错开60度进行连结即可。在图10的情况下，仅使两个第二非磁性件100的一侧在旋转周向上错开90度进行连结即可。
[0087]【实施例4】
[0088]利用图11，对配备本发明的一实施方式的永磁铁旋转电机的升降机装置的结构进行说明。图11是表示配备本发明的一实施方式的永磁铁旋转电机的升降机装置的结构的径向的截面图。
[0089]在图11中，升降机装置400包括永磁铁旋转电机1、旋转体201、制动器202、制动鼓(brake drum) 203、绳轮(drive pulley) 204o图11中，定子2在旋转轴向上经由定子铁心后部23用螺栓121固定在架5，与转子3连结的轴35经由轴承6安装在架5。此外，转子3在旋转轴向上连接有用于进行永磁铁旋转电机I的控制的编码器7。旋转体201包括用于承受配置在外周侧的制动器202的闸瓦(shoe)的制动鼓203和用于将力传递到绳缆(rope)的绳轮204。架5固定在升降路(hoistway)内的机座(machine base)或者建筑物最上层的机房的机座上。
[0090]通过使用本发明的一实施方式的永磁铁旋转电机1，能够确保转子铁心31与第一非磁性件36的嵌合部的强度，能够为产生大转矩的升降机装置提供高可靠性的升降机装置400。另外，能够提供低振动、低噪声的升降机装置400。另外，在本发明的一实施方式的永磁铁旋转电机I中，即使使用铁氧体磁铁也能够获得与钕磁铁一样的性能，因此能够提供不易受资源安全(security)影响的升降机装置400。
[0091]以上，针对配备本发明的永磁铁旋转电机的升降机装置进行了说明，但本发明能够用于要求高转矩和低转矩脉动的伺服或电动助力转向(electric power steering)的永磁铁旋转电机。
【权利要求】
1.一种永磁铁旋转电机,其特征在于,包括: 定子; 在所述定子的径向上隔着气隙相对的转子；和 配置在所述转子的内周侧的第一非磁性件， 所述转子具有在旋转周向上被分割成多个的转子铁心、和被分割成多个的永磁铁， 所述多个转子铁心和所述多个永磁铁放射状地交替配置在转子的旋转周向上， 所述多个转子铁心在所述第一非磁性件的外周部被嵌合在所述第一非磁性件， 所述转子铁心具有在旋转轴向上贯通所述转子铁心的铁心孔， 所述第一非磁性件具有在旋转轴向上贯通所述第一非磁性件的非磁性件孔， 在所述转子的旋转轴向的两侧，设有两个第二非磁性件， 所述两个第二非磁性件通过所述铁心孔和所述非磁性件孔连结。
2.如权利要求1所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述转子铁心通过燕尾槽嵌合在所述第一非磁性件的外周部。
3.如权利要求1或2所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述铁心孔在旋转周向上的宽度为通过所述铁心孔的中心的所述转子铁心在旋转周向上的宽度的35%以下。
4.如权利要求1所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 在所述转子铁心的径向的对称轴上，当令连结相邻的一对所述永磁铁的外周侧和内周侧的角的两条线之间的距离为a，从所述永磁铁的内周侧的线到所述铁心孔的中心点的距离为b时，b/a为50%以上、95%以下。
5.如权利要求1所述的永磁铁旋转电机，其特征在于，包括: 与所述转子连结的轴；和 与所述轴连结的侧板， 所述侧板配置在所述两个第二非磁性件的旋转轴向的一侧， 所述两个第二非磁性件通过所述非磁性件孔在旋转轴向上与所述侧板连结。
6.如权利要求1所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述两个第二非磁性件利用销通过所述铁心孔在旋转轴向上连结， 所述两个第二非磁性件利用螺栓通过所述非磁性件孔在旋转轴向上与所述侧板连结。
7.如权利要求1所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述两个第二非磁性件在旋转周向上被分割。
8.如权利要求7所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 在所述被分割的两个第二非磁性件，存在两处以上的通过所述非磁性件孔连结的部分。
9.如权利要求7或8所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述被分割的两个第二非磁性件包括:在旋转轴向上覆盖所述铁心孔和所述非磁性件孔的形状的第二一非磁性件、和在旋转轴向上覆盖所述铁心孔并使所述非磁性件孔露出的形状的第二二非磁性件， 第二一非磁性件通过所述铁心孔和所述非磁性件孔连结， 第二二非磁性件通过所述铁心孔连结。
10.如权利要求9所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述第二二非磁性件比所述第二一非磁性件多。
11.如权利要求9所述的永磁铁旋转电机，其特征在于: 所述两个第二非磁性件以所述两个第二非磁性件之任一者在旋转周向上错开的方式连结。
12.—种升降机装置，其特征在于: 配备权利要求1?11中任一项所述的永磁铁旋转电机。
【文档编号】H02K1/27GK104426314SQ201410382558
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】北村英树, 北村正司, 二瓶秀树 申请人:株式会社日立产机系统