CN102148556B

CN102148556B - 旋转电机及使用该旋转电机的电梯装置

Info

Publication number: CN102148556B
Application number: CN201110036468.2A
Authority: CN
Inventors: 江夏秀俊; 菊地聪
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP5193239B2; CN102148556A; JP2011166873A

Abstract

本发明目的在于提供一种能够减少发热量本身的结构的旋转电机及使用该旋转电机的电梯装置。一种旋转电机，包括：定子，其具有定子铁心和卷绕在该定子铁心上且进行了F级绝缘的定子绕组；转子，其具有永磁体，具有当定子的旋转轴方向的厚度为Lc、定子齿部的周向的宽度为Wt时，构成定子铁心的磁性部件的尺寸为0.25≤Wt/Lc≤1.0的结构。

Description

旋转电机及使用该旋转电机的电梯装置

技术领域

本发明涉及旋转电机，尤其是涉及具有降低由定子产生的热量的结构的旋转电机及使用该旋转电机的电梯装置。

背景技术

尤其是在永磁体旋转电机中，由定子线圈产生的热量引起的线圈的绝缘劣化成为问题，但作为用于减少旋转电机的发热的方法，广泛采用例如专利文献1公开所示通过风扇对旋转电机的发热进行冷却的做法。

专利文献1：日本特开2009-5533号公报

作为对旋转电机进行冷却的方法，利用风扇非常有效，通常被广泛采用。然而，由于需要设置用于确保空气的流路的空间，因此在难以确保空气流路的用途的旋转电机中无法采用。

作为典型的事例，在期望薄型化的无机械室的电梯用旋转电机中难以适用风扇。而且，在外侧旋转型的旋转电机中，由于定子线圈配置在内侧，因此空气的流路确保更加困难。

因此，作为不依赖于风扇而使线圈的温度不升高的方法，需求一种抑制发热的技术。也就是说，需求一种不在发热后使用风扇进行冷却而减少发热量本身的技术。

以下，详细说明典型的旋转电机和发热的问题。

首先，使用图3的径向横剖视图和图2的表示定子的结构的立体图来说明通常使用的永磁体旋转电机的基本结构。

永磁体旋转电机1具备：定子2，其产生旋转磁场；转子3，其与定子2对置配置成在与定子2的磁作用下进行旋转并能够隔着空隙在定子2的外周侧旋转。将图3的结构称为外侧旋转型的永磁体旋转电机。

另一方面，虽然内侧旋转型的永磁体旋转电机与外侧旋转型同样地具备定子和转子，但定子与转子的对置配置相反，转子与定子对置配置成能够隔着空隙在定子的内周侧旋转。在图3中示出了外侧旋转型的永磁体旋转电机，但也能够同样理解在内侧旋转型的永磁体旋转电机中的发热的问题。

定子2具备：定子铁心4，其构成定子侧的磁路；定子绕组5，其在通电的作用下产生磁通。

定子铁心4具备：圆筒状的磁轭部41(或称为铁心背承部(日语原文：コアバツク部))；从磁轭部41的外周表面向径向外侧突出并沿磁轭部41的外周面沿轴向延伸的多个定子突极42(或称为齿部)；定子突极42的前端的周向突起43。其结果是，在相邻的定子突极42之间构成槽44，利用槽44的空间而在定子突极42上卷绕绕组5。此外，定子突极42沿磁轭部41的外周面在周向上等间隔配置。而且，定子铁心4将沿轴向冲裁板状的磁性部件而形成的多个板状的成型部件沿轴向层叠而形成。

图2是将在定子突极42上卷绕有绕组5时的结构进行立体放大后的立体图。如该图所示，在定子突极42上隔着绝缘部件(未图示的绕组绕线管)集中卷绕有定子绕组5的对应的相绕组。该集中卷绕是相对于定子突极42的铁心片的四个侧面将绕组导体卷绕多圈的绕组方式。将相绕组的两个直线部连接的线圈端部从定子铁心4的轴向两端向轴向外侧突出。此外，定子绕组5的各相绕组也可以采用联结成Y字状的星形联结或联结成△状的三角形联结方式的任一种。

图3所示的转子3具备：构成旋转侧的磁路的转子铁心7；构成旋转磁极的永磁体6；构成旋转轴的轴8。

转子铁心7是将沿轴向冲裁板状的磁性部件形成的多个板状的成型部件沿轴向层叠的部件或铸铁，与轴8隔着定子2的轴向的侧面侧结合。永磁体6是沿转子铁心7的内周面在轴向上延伸且在径向上形成有N极和S极的磁极的半圆锥状(日语原文：蒲鉾状)的部件，沿转子铁心7的内周面在周向上等间隔配置。在周方向上相邻的永磁体6的极性彼此为相反极性。作为永磁体6使用有助于永磁体旋转电机的小型化、高效率化的稀土类系磁铁。

在以上的图2的旋转电机中，定子的旋转轴方向的厚度定义为Lc，定子齿部的周向的宽度定义为Wt，定子外径定义为φD。

以上是本发明适用的通常的永磁体旋转电机1的主要结构。下面，研究作为本发明的课题的发热，发热的主要原因是绕组的铜损(电阻)和定子铁损(磁滞损耗+涡流)。

其中求出铁损的磁场解析复杂，对于抑制铁损寄希望于电磁钢板的层叠结构，以往主要以基于铜损的发热抑制为对策。铜损能够通过尽可能地减小定子齿部的周向的宽度Wt(增加定子侧的极数)而减少。也就是说，尽可能确保定子绕组的占有面积，尽可能增大绕组直径而减小绕组电阻，进而减小铜损。其结果是，定子齿部的周向的宽度Wt相对于定子的旋转轴方向的厚度Lc的比率(Wt/Lc)为0.25以下，具体来说为稍大于0.2的程度。

相对于此，从期望薄型化的无机械室的电梯用旋转电机的观点出发，试着研究了铁损，首先，薄型与定子外径φD相对于定子的旋转轴方向的厚度Lc的比率(φD/Lc)相关，通常为8至15的范围。此时的旋转电机的容量为40几千瓦，转速为100rpm，极数为60时，旋转电机的基本频率为极数/2×转速，处于基本频率越大则铁损(磁滞损耗+涡流损耗)越大的关系。

从薄型电梯中的上述的铜损(电阻)与定子铁损(磁滞损耗+涡流)的关系可知，作为铜损对策，处于越尽可能减小定子齿部的周向的宽度Wt(越增加定子侧的极数)则旋转电机的基本频率就越大、铁损(磁滞损耗+涡流损耗)就越增加的这一互相矛盾的关系。这种情况意味着尤其是在薄型电梯中，仅进行铜损对策行不通，而必须也从铁损的观点出发来研究发热抑制。

发明内容

根据以上情况，本发明目的在于提供一种能够减少发热量自身的结构的旋转电机及使用该旋转电机的电梯装置。

根据以上情况，本发明涉及一种旋转电机，包括：定子，其具有定子铁心和卷绕在该定子铁心上且进行了F级绝缘的定子绕组；转子，其具有永磁体，其中，当定子的旋转轴方向的厚度为Lc、定子齿部的周向的宽度为Wt时，构成定子铁心的磁性部件的尺寸为0.25≤Wt/Lc≤1.0。

另外，优选，当定子外径为φD、定子的旋转轴方向的厚度为Lc时，8≤φD/Lc≤15。

另外，优选，转子配置为比定子靠外径侧。

另外，优选，永磁体的极数为18极至60极。

此外，本发明涉及一种电梯装置，该电梯装置使用旋转电机，该旋转电机包括：定子，其具有定子铁心和卷绕在该定子铁心上且进行了F级绝缘的定子绕组；转子，其具有永磁体，其中，当定子的旋转轴方向的厚度为Lc、定子齿部的周向的宽度为Wt时，构成定子铁心的磁性部件的尺寸为0.25≤Wt/Lc≤1.0。

另外，优选，转子配置为比定子靠外径侧。

另外，优选，永磁体的极数为18极至60极。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够抑制温度上升且由于电动机的小型化及廉价的线圈线材的适用而实现了成本降低的永磁体旋转电机。

附图说明

图1是示出作为本发明依据的温度上升值特性的图。

图2是示出定子的结构的立体图。

图3是示出永磁体旋转电机的结构的径向横剖视图。

图4是示出永磁体旋转电机的结构的横剖视图。

图5是示出电梯的卷扬机的结构的纵剖视图。

符号说明：

1永磁体旋转电机

2定子

3转子

4定子铁心

5定子绕组

5a上层线圈

5b下层线圈

6永磁体

7转子铁心

8轴

9卷扬机

10绳轮

11制动器

12壳体

13轴承

41磁轭(铁心背承)

42、42a、42b定子突极(齿部)

44定子槽

具体实施方式

基于附图，详细说明本发明的实施例。

[实施例]

在本发明中，尤其是在薄型电梯中，由于仅进行铜损对策行不通而必须也从铁损的观点出发来研究发热抑制，因此综合地研究了发热。其结果由图1的图形显示。

图1在横轴使用与铜损相关的指标，即，定子齿部的周向的宽度Wt相对于定子的旋转轴方向的厚度Lc的比率(Wt/Lc)。此外需要说明的是，以往为了减少铜损而优选为稍大于0.2的值以下。在图1的纵轴以F级绝缘(155度)为单位表示温度上升值。也就是说，直线A表示F级绝缘的容许温度155度，在该温度以下时，以F级绝缘可对应。本图形是以在气氛温度20℃下产生了最大转矩的条件进行计算所得。而且，以18极以上的多极型及8≤φD/Lc≤15的电动机进行计算。

在该图形上显示了多条曲线，它们以与薄型相关的指标即定子外径φD相对于定子的旋转轴方向的厚度Lc的比率(φD/Lc)、和影响铁损的极数为参数。所述图形显示出以某范围为边界而在其两侧温度上升提高的倾向。此外，各曲线的参数如下所述。

B：φD/Lc＝15 极数＝18

C：φD/Lc＝15 极数＝60

D：φD/Lc＝8 极数＝18

E：φD/Lc＝8 极数＝60

在此，计算了由基于定子铁心的铜损、铁损而引起的温度上升。作为计算条件，使永磁体数与齿数的比率恒定。而且，任何条件下都输出同等程度的转矩，伴随于此向定子线圈供给的安培匝数也恒定。

其结果可知，若为0.25≤Wt/Lc≤1.0的范围，则能将温度上升抑制成较低，其理由如下所述。纵横尺寸比(aspect比)Wt/Lc减小时，极数增加，伴随于此，铁损增大。而且，纵横尺寸比Wt/Lc增大时，由于向每个线圈供给的安培匝数增大，因此铜损增大。然而可知当以适当的纵横尺寸比Wt/Lc进行设计时，能够将铁损+铜损抑制成最小限度，因此能够抑制温度上升值。

基于上述见解，本发明涉及一种永磁体旋转电机，包括：定子：其具有定子铁心和卷绕在所述定子铁心上的绕组，转子，其具有永磁体，该永磁体旋转电机的特征在于，当定子的旋转轴方向的厚度为Lc、定子齿部的周向的宽度为Wt时，构成定子铁心的磁性部件的尺寸为0.25≤Wt/Lc≤1.0。

接下来，使用图4说明为图1的永磁体旋转电机的结构且将线圈分为外径侧和内径侧进行卷绕的情况下的上述的本发明。

图4是示出此时的永磁体旋转电机的结构的横剖视图。是转子3的永磁体6的数目及定子2的槽44的数目的组合为20比12时的实施例。根据该组合结构，以3相构成线圈时，如图所示，成为排列成U相，-V相，W相，-U相，V相，-W相，U相，-V相，W相，-U相，V相，-W相的相结构。

在本实施例中，分成槽44的上层部5a及下层部5b而将绕组导体卷绕多圈。例如以将上层部的绕组卷绕于定子突极42a并将下层部的绕组卷绕于定子突极42b的方式，使在上层部和下层部卷绕绕组的定子突极42不同。由此，在永磁体旋转电机1的定子铁心4中，对于当定子突极42长时难以向槽44的底部压入线圈的问题，能够容易压入线圈并提高绕组的占空系数。

另外，作为永磁体6的形状，当使用矩形磁铁时，虽然转矩脉动上升，但磁铁的加工容易，有助于减少成本。

使用图5说明将以上说明的本发明的永磁体旋转电机1适用于电梯的卷扬机时的卷扬机9的结构。

图5是永磁体旋转电机1与绳轮10成为一体的卷扬机9。卷扬机9具备：产生动力的永磁体旋转电机1；将永磁体旋转电机1产生的动力向吊索传递的绳轮10；对转子3施加制动力的制动器11；对轴8进行支承的轴承13；对上述部件进行支承的壳体12。

通过适用本发明的永磁体旋转电机1，能够形成为抑制热量产生的结构，有助于电梯机构的高效率化。

工业实用性

根据本发明，由于能够减少发热因此适合使用于难以确保空气流路的旋转电机，尤其是能够期待在电梯用的卷扬机中的广泛利用。

Claims

1.一种旋转电机，包括：定子，其具有定子铁心和卷绕在该定子铁心上且进行了F级绝缘的定子绕组；转子，其具有永磁体，所述旋转电机的特征在于，

当所述定子外径为φD、定子的旋转轴方向的厚度为Lc时，8≤φD/Lc≤15，

所述永磁体的极数为18极至60极，

转子永磁体数：定子槽数＝20∶12，并且，

当定子的旋转轴方向的厚度为Lc、定子齿部的周向的宽度为Wt时，构成定子铁心的磁性部件的尺寸为0.25≤Wt/Lc≤1.0。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子配置为比所述定子靠外径侧。

3.一种电梯装置，该电梯装置使用旋转电机，该旋转电机包括：定子，其具有定子铁心和卷绕在该定子铁心上且进行了F级绝缘的定子绕组；转子，其具有永磁体，所述电梯装置的特征在于，

所述永磁体的极数为18极至60极，

转子永磁体数：定子槽数＝20∶12，并且，

4.根据权利要求3所述的电梯装置，其特征在于，

旋转电机的容量为40几千瓦。

5.根据权利要求3所述的电梯装置，其特征在于，

所述转子配置为比所述定子靠外径侧。