[實用新型]永磁式旋轉電機及電梯驅動提升機

有效

• 申請號: 201420054415.2
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN203933187U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 北村英樹;北村正司;小松遼;二瓶秀樹
• 申請（專利權）人: 株式會社日立產機系統
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K16/02;B66B11/04
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本實用新型涉及永磁式旋轉電機，具體地涉及轉子的磁鐵部與磁性材料部(轉子鐵芯)交替地成放射狀配置的永磁式旋轉電機以及使用該永磁式旋轉電機的電梯驅動提升機。

背景技術

作為在各種工業領域中使用的電動機，一般較多地使用永磁式旋轉電機。該永磁式旋轉電機為在轉子的磁場(磁極)中使用永磁鐵的同步電動機。而為了提高永磁式旋轉電機的性能，已知只需增強所使用的永磁鐵的磁力，因此較多地使用以釹磁鐵為代表的稀土類磁鐵作為磁力強的磁鐵。由此能夠獲得小型、高輸出的永磁式旋轉電機。

而作為使用這樣的旋轉電機的代表性的工業領域有設置在建筑物內的電梯系統。該電梯系統以在電梯驅動提升機中使用永磁式旋轉電機、由其提升運送乘客的轎廂的方式構成。

要求小型、輕量、低振動的電梯驅動提升機使用高轉矩密度和低轉矩脈動兼顧的永磁式同步電機。如上所述該永磁式同步電機中采用具有高能量密度的釹磁鐵。作為釹磁鐵的主要原料的釹和為了提高釹磁鐵的矯頑力而使用的鏑為稀土元素。

然而，由于現在稀土類元素價格高漲，使用釹磁鐵的永磁式旋轉電機的總成本中磁鐵成本所占比例增加，近年來永磁式旋轉電機追求少使用稀土元素的永磁鐵或者不使用稀土元素的永磁鐵。因此，與釹磁鐵相比稀土元素含量更少的鐵氧體磁鐵再次受到關注。

鐵氧體磁鐵的磁力為釹磁鐵的1/3左右。如果從釹磁鐵換到鐵氧體磁鐵，由于需要通過增加磁鐵表面積的增加來彌補磁力的下降，電動機的體積增大。這對于設置空間限制嚴格的電梯驅動提升機是嚴重問題。因此，追求能夠以類似鐵氧體磁鐵的低磁力磁鐵實現高轉矩密度的永磁式旋轉電機。

電梯驅動提升機中使用的永磁式旋轉電機主要為將永磁鐵貼附在轉子表面的表面磁鐵型旋轉電機(SPM，Surface Permanent Magnet Motor)。但該構造無法將磁鐵表面積增大超過氣隙(air-gap)面積(轉子與定子的相向面積)，氣隙中磁通密度難以超過磁鐵的剩余磁通密度。因此，在這樣的構造中，難以使用類似鐵氧體磁鐵的低磁力永磁鐵實現高轉矩密度。

對此，作為實現了高轉矩密度的永磁式旋轉電機，代表性的例如有日本特開2000-217286號公報(專利文獻1)以及日本特開昭63-140645號公報(專利文獻2)中公開的無刷式直流電動機。該電動機的轉子中磁鐵部和磁性材料部(轉子鐵芯)交替地成放射狀地配置。即，這些專利文獻的永磁式旋轉電機為放射狀地配置磁鐵使得轉子磁鐵的磁化與徑向垂直的構造。通過這樣配置磁鐵，由于能夠沿徑向增大磁鐵表面積，能夠增大轉子與定子間的氣隙中的磁通密度。

如上所述，在表面磁鐵型的轉子的情況下，氣隙中的磁通密度無法超過磁鐵的剩余磁通密度。而通過優化轉子鐵芯的縱橫比(aspect ratio)，專利文獻中公開的永磁式旋轉電機的氣隙中的磁通密度超過磁鐵的剩余磁通密度變得可能。因此，在使用像鐵氧體這樣的磁鐵的低磁力的磁鐵的情況下，也能夠實現與釹磁鐵相同程度的轉矩密度。

已有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000-217286號公報

專利文獻2：日本特開昭63-140645號公報

實用新型內容

在實現了高轉矩密度的上述專利文獻的永磁式旋轉電機中，為了降低轉矩脈動而使轉子偏斜。一般地已知可通過在轉子軸向兩端，在旋轉方向附加電角度(機械角度與極對數的乘積)30度或對應齒槽轉矩(cogging torque)的半周期的電角度(electrical angle)的相位差來消除脈動成分。因此，在制造轉子時需要將電磁鋼板在旋轉方向上錯開地層疊。

專利文獻1中公開了將電磁鋼板在旋轉方向上錯開地層疊使得在 軸向上磁極形狀平滑的所謂連續偏斜型轉子。此外，專利文獻2中公開了將轉子在軸向上分成六段在并旋轉方向上錯開地層疊的所謂分段偏斜型轉子。

作為這些轉子的問題可列舉因構造復雜使得轉子制造困難的問題。具體地，專利文獻1的連續偏斜型對電磁鋼板的層疊作業(易操作性和組裝等)負擔較大，進一步地，永磁鐵的形狀變得復雜，磁鐵加工困難。此外，專利文獻2的分段偏斜型由于需要將永磁鐵在軸向上分割，部件數目增加，對組裝作業的負擔增大。這些都導致制造成本的上升。

如上，從兼顧轉矩脈動的降低和制造成本的降低方面，專利文獻中記載的永磁式旋轉電機仍有改善的需要。此外，如果將這樣的永磁式旋轉電機用于電梯驅動提升機則制造成本變高。