[实用新型]永磁式旋转电机及电梯驱动提升机

说明书

技术领域

本实用新型涉及永磁式旋转电机，具体地涉及转子的磁铁部与磁性材料部(转子铁芯)交替地成放射状配置的永磁式旋转电机以及使用该永磁式旋转电机的电梯驱动提升机。

背景技术

作为在各种工业领域中使用的电动机，一般较多地使用永磁式旋转电机。该永磁式旋转电机为在转子的磁场(磁极)中使用永磁铁的同步电动机。而为了提高永磁式旋转电机的性能，已知只需增强所使用的永磁铁的磁力，因此较多地使用以钕磁铁为代表的稀土类磁铁作为磁力强的磁铁。由此能够获得小型、高输出的永磁式旋转电机。

而作为使用这样的旋转电机的代表性的工业领域有设置在建筑物内的电梯系统。该电梯系统以在电梯驱动提升机中使用永磁式旋转电机、由其提升运送乘客的轿厢的方式构成。

要求小型、轻量、低振动的电梯驱动提升机使用高转矩密度和低转矩脉动兼顾的永磁式同步电机。如上所述该永磁式同步电机中采用具有高能量密度的钕磁铁。作为钕磁铁的主要原料的钕和为了提高钕磁铁的矫顽力而使用的镝为稀土元素。

然而，由于现在稀土类元素价格高涨，使用钕磁铁的永磁式旋转电机的总成本中磁铁成本所占比例增加，近年来永磁式旋转电机追求少使用稀土元素的永磁铁或者不使用稀土元素的永磁铁。因此，与钕磁铁相比稀土元素含量更少的铁氧体磁铁再次受到关注。

铁氧体磁铁的磁力为钕磁铁的1/3左右。如果从钕磁铁换到铁氧体磁铁，由于需要通过增加磁铁表面积的增加来弥补磁力的下降，电动机的体积增大。这对于设置空间限制严格的电梯驱动提升机是严重问题。因此，追求能够以类似铁氧体磁铁的低磁力磁铁实现高转矩密度的永磁式旋转电机。

电梯驱动提升机中使用的永磁式旋转电机主要为将永磁铁贴附在转子表面的表面磁铁型旋转电机(SPM，Surface Permanent Magnet Motor)。但该构造无法将磁铁表面积增大超过气隙(air-gap)面积(转子与定子的相向面积)，气隙中磁通密度难以超过磁铁的剩余磁通密度。因此，在这样的构造中，难以使用类似铁氧体磁铁的低磁力永磁铁实现高转矩密度。

对此，作为实现了高转矩密度的永磁式旋转电机，代表性的例如有日本特开2000-217286号公报(专利文献1)以及日本特开昭63-140645号公报(专利文献2)中公开的无刷式直流电动机。该电动机的转子中磁铁部和磁性材料部(转子铁芯)交替地成放射状地配置。即，这些专利文献的永磁式旋转电机为放射状地配置磁铁使得转子磁铁的磁化与径向垂直的构造。通过这样配置磁铁，由于能够沿径向增大磁铁表面积，能够增大转子与定子间的气隙中的磁通密度。

如上所述，在表面磁铁型的转子的情况下，气隙中的磁通密度无法超过磁铁的剩余磁通密度。而通过优化转子铁芯的纵横比(aspect ratio)，专利文献中公开的永磁式旋转电机的气隙中的磁通密度超过磁铁的剩余磁通密度变得可能。因此，在使用像铁氧体这样的磁铁的低磁力的磁铁的情况下，也能够实现与钕磁铁相同程度的转矩密度。

已有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-217286号公报

专利文献2：日本特开昭63-140645号公报

实用新型内容

在实现了高转矩密度的上述专利文献的永磁式旋转电机中，为了降低转矩脉动而使转子偏斜。一般地已知可通过在转子轴向两端，在旋转方向附加电角度(机械角度与极对数的乘积)30度或对应齿槽转矩(cogging torque)的半周期的电角度(electrical angle)的相位差来消除脉动成分。因此，在制造转子时需要将电磁钢板在旋转方向上错开地层叠。

专利文献1中公开了将电磁钢板在旋转方向上错开地层叠使得在 轴向上磁极形状平滑的所谓连续偏斜型转子。此外，专利文献2中公开了将转子在轴向上分成六段在并旋转方向上错开地层叠的所谓分段偏斜型转子。

作为这些转子的问题可列举因构造复杂使得转子制造困难的问题。具体地，专利文献1的连续偏斜型对电磁钢板的层叠作业(易操作性和组装等)负担较大，进一步地，永磁铁的形状变得复杂，磁铁加工困难。此外，专利文献2的分段偏斜型由于需要将永磁铁在轴向上分割，部件数目增加，对组装作业的负担增大。这些都导致制造成本的上升。

如上，从兼顾转矩脉动的降低和制造成本的降低方面，专利文献中记载的永磁式旋转电机仍有改善的需要。此外，如果将这样的永磁式旋转电机用于电梯驱动提升机则制造成本变高。