CN1199336C - 永磁式电动机和电梯装置 - Google Patents

Abstract

本发明旨在通过减小啮合转矩和转矩波动来减小振动和噪声。卷扬机的电动机(23)包括内部组装有形成磁极用的永久磁铁(37)而成的转子铁心(33)。所述转子铁心(33)各磁极内周面构成为凸状，以便与定子铁心(26)间的空隙尺寸在磁极中央部小，在圆周方向两个端部大。具体来说，各磁极内周面当中使中央部为平面部(33a)，圆周方向两个端部为圆弧面部(33b)。因此，转子铁心(33)与定子铁心(26)之间的磁通密度分布非常接近正弦波形状，从而使啮合转矩减小。

Description

永磁式电动机和电梯装置

技术领域

本发明涉及永磁式电动机，具体来说，涉及适合组装到电梯装置卷扬机的永磁式电动机以及采用该永磁式电动机的电梯装置。

背景技术

图14示出一例现有永磁式电动机。该电动机例如是3相20极的无刷电动机，可旋转配置在定子1(图14中只示出定子铁心2，省略定子线圈)外周部的转子3，在转子铁心4各磁极形成部位设置的贯通孔5内部插入板状永久磁铁6构成。各永久磁铁6在径向磁化以便S极和N极处于圆周方向交替位置。

这种情况下，所述转子铁心4与所述定子铁心2之间的空隙尺寸构成沿整个圆周固定。因此，旋转角形成的磁阻变化小，铁心之间空隙中的磁通密度分布取决于永久磁铁6的配置。

因此，如图15所示，磁通密度分布成梯形波状，该分布随旋转角(机械角)变化大。即，啮合转矩变大，因而转矩波动增多，电动机效率下降，同时振动和噪声变大，存在问题。

因此，本发明的第一目的在于提供能减小啮合转矩和转矩波动从而达到振动和噪声减小的永磁式电动机，第2目的在于提供振动和噪声小而舒服的电梯装置。

发明内容

本发明第一方面的永磁式电动机，包括：具有卷绕有定子线圈的定子铁心的定子；以及配置于所述定子外周部、具有转子铁心的转子，该转子通过内部组装形成磁极用的永久磁铁而成，其特征在于，将所述转子铁心各磁极的内周面构成为平面状或凸状，以便就其与所述定子铁心间的空隙而言，磁极中央部比圆周方向两个端部小，转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为圆弧面状。

根据上述结构，定子铁心与转子铁心之间的空隙中的磁通密度分布近似于正弦波形，因而能减小啮合转矩，可减小转矩波动。

这种情况下，作为转子铁心各磁极的周面形状，最好圆周方向的中央部分构成平面状，圆周方向的两个端部构成圆弧面状。

本发明另一方面的电梯装置，其特征在于，包括：设置为可在升降通路内上下运动的轿厢；设置为可在所述升降通路内上下运动并具有平衡锤的平衡物装载部；以及包含上述各方面中任一永磁式电动机的卷扬机。

根据上述结构，能减小作为卷扬机驱动源的永磁式电动机的啮合转矩，因而能抑制振动和噪声的产生，提高乘坐的舒服感。

这种情况下，最好所述卷扬机设置在所述平衡物装载部。根据这种结构，卷扬机本身起平衡块的作用，因而能减少平衡物装载部所装平衡锤的量。即使不在升降通路上方处设置装卷扬机用的机械室也可，因而能使建筑物减少这部分所用的高度。

本发明中，“内部至少具有2个板状永久磁铁”的转子，是指永久磁铁其至少1个侧面不露出。

(发明效果)

利用本发明的永磁式电动机，则转子铁心各磁极的内周面对与所述定子铁心之间的空隙尺寸而言，构成平面状或凸状，使磁极的中央部小于圆周方向的两个端部，因而能减小啮合转矩，使转矩波动减少，可达到提高电动机效率并且减小振动和噪声。

利用本发明的电梯装置，则通过用能减小啮合转矩的永磁式电动机构成卷扬机，能减小振动和噪声，谋求提高乘坐舒服度。

附图说明

图1示出本发明第1实施例，是永磁式电动机的部分俯视图。

图2是卷扬机的侧视剖面图。

图3是示出电梯装置总体结构的立体图。

图4示出的是铁心间空隙中磁通密度分布图。

图5用于说明转子铁心各磁极内周面形状与磁通密度分布的关系，是内周面整个构成平面状永磁式电动机的部分俯视图。

图6是与图4相当的图。

图7说明转子铁心各磁极内周面形状与磁通密度分布的关系，是内周面整个构成圆弧状面时永磁式电动机的部分俯视图。

图8是图4相当的图。

图9示出本发明第2实施例，是与图1相当的图。

图10是与图4相当的图。

图11是本发明第3实施例所涉及永磁电动机的部分俯视图。

图12是本发明第3实施例的变换例所涉及永磁电动机的部分俯视图。

图13是本发明第3实施例的变换例所涉及永磁电动机的部分平面图。

图14是现有例的永磁电动机的部分平面图。

图15是现有例的铁心间空隙中磁通密度分布图。

附图中，11是升降通路，12是轿厢，13是平衡物装载部，17是卷扬机，18是平衡锤，21是缆绳轮，23是无刷电动机(永磁式电动机)，25是定子，26是定子铁心，27是定子线圈，33是转子铁心，37表示永久磁铁。

具体实施例

下面参照图1至图8说明本发明用于电梯装置卷扬机的第1实施例。首先，图3示出电梯装置的概略结构。该图3中，升降通路11内构成轿厢12和平衡物装载部13分别沿第1和第2导轨14和15升降。所述轿厢12的下部固定装有2个动滑轮16。

所述重量装载部13的上部设置卷扬机17，下部安装平衡锤18。所述卷扬机17收装在所述平衡物装载部13上部设置的盒13a内。

另一方面，所述升降通路11顶部附近设置中间滑轮19，所述中间滑轮19上挂有缆绳20，所述缆绳20的一端部固定在导轨14的顶上附近，另一端部固定在所述第2导轨15的顶上。而且，所述缆绳20中一端部与所述中间滑轮19之间通过所述动滑轮16支持所述轿厢12。所述缆绳20的另一端部与所述中间滑轮19之间通过所述卷扬机17的缆绳轮21以上下可动的方式支持所述平衡物装载部13。

与此相对应，如图2所示，所述卷扬机17构成在矩形板状的支承板22上安装直接旋转驱动所述缆绳轮21的无刷电动机23。所述支承板22在其中央部具有圆形开口部22a，所述开口部22a的周边部固定装有往图2中右方延伸的大致圆筒状套筒24。所述套筒24的外周固定装有所述电动机23的定子25。所述定子25由叠层矽钢片所组成定子铁心26和绕在所述铁心26的线圈27构成。

这种情况下，所述定子铁心26具有例如63个齿26a及槽26b(都仅在图1中示出)。所述槽26b装有30个线圈27，成为以3个槽的间隔形成1个线圈的分布线圈(因而U相、V相和W相的线圈分别有10个)。这时所述各线圈27按照错开1个槽的方式配置U相、V相和W相。

所述套筒24的内周部上通过球轴承28以可旋转的方式支持转子29。所述转子29的组成部分包括与所述球轴承28的内轮28a嵌合的圆筒状轴部30、在该轴部30的右端部形成一体的圆板状基座部31、在该基座部31的周边部形成一体的支架部32以及固定在该支架部32的内周部分的叠层钢片所组成的转子铁心33。所述轴部30的左端部装有支持所述球轴承28的内轮28a的轴承盖34。

所述转子29的轴部30，在其内部还插入所述缆绳轮21的安装轴部21a。所述轴部30与所述安装轴部21a之间插入键35，构成由所述键35使所述转子29与所述缆绳轮21一体地旋转。所述缆绳轮21中所述轴部30靠图中左方伸出的部分，其外周部形成多条沟槽21b，所述沟槽21b上悬挂所述缆绳20。

现参阅图1说明所述转子29的结构。如图1所示，所述转子铁心33的内部形成例如20个梯形的贯通孔36，各贯通孔36收装并固定分别形成矩形板状的磁极形成用的永久磁铁37。各永久磁铁37在半径方向磁化，配置成S极和N极交叉位于圆周方向。这时，对所述贯通孔36中的内周方向两端部，在所述转子铁心33的内部形成为三角形截面的空间部36a，并使永久磁铁37不位于该部。

本实施例中，对所述转子铁心33与所述定子铁心26之间的空隙尺寸而言，将所述转子铁心33的各磁极内周面构成凸状，使磁极的中央部小于圆周方向的两个端部。

尤其在本实施例，所述转子铁心33的各磁极内周面中，中央部构成平面状(以下将此部分称为平面部33a)，圆周方向的两个端部则构成圆弧状(以下将此部分称为圆弧面部33b)。具体而言，设磁极内部面中，圆周方向中心为P，圆周方向的端部为Q，平面部33a与圆弧面部33b的边界为R，则连接中心P与转子29的旋转中心的平面和连接边界R与转子29的旋转中心的平面之间的角度θ1设定为约5度，连接边界R与转子29的旋转中心的平面和连接端部Q与转子29的旋转中心的平面之间的角度θ2设定为4度。

所述圆弧面部33b的中心在从边界R往外与所述平面部33a垂直的方向延伸的延伸面上，其距离设定为(2πr×n/360×2～2πr×n/360)。n为极数(本实施例中n＝20)，r为转子29的半径。

下面，说明将所述转子铁心33的各磁极内周面形成上述形状的理由。

如本发明要解决的课题一节中所述，转子铁心与定子铁心之间的空隙尺寸固定，则铁心间的空隙中形成的磁通密度分布为矩形波形状，因而啮合转矩变大，转矩波动增大。

因此，本发明人为了找出铁心间的空隙中磁通密度分布近似于正弦波形状的转子铁心33的内周面形状，对各形状的模型进行磁通分析，推定铁心间空隙的磁通密度分布。

图5示出一例模型，该模型使转子铁心33的各磁极的整个内周面构成平面状。而且，图6示出该模型的铁心间空隙中磁通密度分布。从图6可知，磁通密度分布近似于正弦波形状。

图7示出模型的另一例子，该模型使转子铁心33的各磁极的整个内周面形成圆弧面状。而且，图8示出该模型的铁心间空隙中的磁通密度分布。这种情况下，圆弧面的半径设定为(2πr×n/360×2～2πr×n/360)。从图8可知，磁通密度分布近似于正弦波形状。

比较图6和图8，则磁通密度分布顶点的高度(即机械角为9度时磁通密度的大小)在图6中较低。也就是说，图5的模型在转子铁心33的各磁极的中央附近(即机械角9度附近)，其磁通密度变化小。另一方面，若观察圆周方向两个端部附近的磁通密度分布，与图7模型相比，图5的模型存在变化大的部分。因此，本发明人研究了使转子铁心33各磁极的中央附近构成平面状、圆周方向的两个端部构成圆弧面状的模型。这时，转子铁心33的各磁极内周面对应的平面状部分(即平面部33a)所占的比率设为m，则平面部33a的角度θ1可用下式表示：

θ1＝{(360/n)×(m/2)}°

这里θ1表示为从磁极圆周方向的中心P到一方的边界R的角度。因此，实际的平面部33a的角度范围是θ1的2倍。

虽然未画出具体的图，但从将m设定为各种值进行磁通分析的结果可知，m＝0.56时，即如上文所述那样将θ1设定为约5度时，能使铁心间空隙中的磁通密度分布非常接近正弦波形状。图4示出这时的磁通密度分布。又根据分析结果，本实施例的电动机23与现有电动机相比，啮合转矩减小一半，转矩波动减少40％。

图4示出这时的磁通密度分布。这样，使磁通密度分布近似于正弦波形状，同时绕在各齿的3相线圈流通3相正弦波状电流，从而能使旋转转矩理想地保持恒定，即啮合转矩可为零。分析的结果，本实施例的电动机23与现有电动机相比，啮合转矩减小一半，转矩波动减少40％。

根据上述本实施例，构成转子铁心33的各磁极的形状，使铁心间空隙中的磁通密度分布近似于正弦波形状，因而能达到啮合转矩减小和转矩波动减少。

因此，本实施例中，利用上述电动机23构成电梯装置的卷扬机17，能将该卷扬机17驱动时发生的振动和噪声抑制得较小，因而能提高乘坐舒服感。

尤其是本实施例中，将上述卷扬机17设置在平衡物装载部13，因而不需要在升降通路11的顶上附近设置专用机械室。而且，还具有能减少平衡物装载部13所设平衡锤18的量的效果。

图9和图10示出本发明第2实施例，说明与第1实施例的不同点。与第1实施例相同的部分标注相同的符号。即，本第2实施例在所述转子铁心33的各磁极内周面中，使圆周方向的两个端部构成倾斜面状(以下将该部分称为倾斜面部33c)。这时，所述倾斜面部33c构成连接第1实施例所示边界R与端部Q的平面状。

图10示出这时铁心间空隙中的磁通密度分布。从图10与图4的比较可知，这时也能取得非常近似于正弦波状的磁通密度分布。

又设转子铁心33内周面中圆周方向两个端部为倾斜面33c，则与取为圆弧面33b时相比，具有制造方便的优点。

本发明不受上述实施例限制，可以例如按以下那样加以变换或扩充。

卷扬机也可设置在升降通路顶部附近所设机械室内。这时，挂在所述卷扬机缆绳轮的多根缆绳，其一端部连接轿厢，另一端部连接平衡物装载部。于是，驱动所述卷扬机使所述缆绳轮旋转时，所述轿厢和平衡物装载部上下运动。

转子铁心各磁极内周面中平面部所占比率m不限定为0.56，满足0≤m≤1即可。因此，各磁极的整个内周面可为平面状，或者各磁极的整个内周面也可为圆弧面状。

也就是说，只要m满足0≤m≤1，就能使铁心间空隙中的磁通密度分布充分接近正弦波形状，可达到减小啮合转矩和转矩波动。

接着，用附图说明本发明的第3实施例。图11示出本实施例所涉及永磁式电动机40的部分俯视图。这里，对具有与第1实施例相同功能的部分标注相同的符号，省略其说明。

第1实施例在转子铁心33的内周面42与定子铁心26(具有齿26a和槽26b)的距离方面有其特点，但本实施例还在转子铁心33的内周面42与穿入永久磁铁37的贯通孔36的距离方面具有特点。即，贯通孔36圆周方向中央部与转子铁心的内周面42的距离(图11中用a表示)长于贯通孔36的圆周方向端部与转子铁心33的内周面42的距离(图11中用x表示)。

如上文那样，永久磁铁37径向磁化，但通过采取这种结构，能使从永久磁铁37的N极出发，通过永久磁铁37与永久磁铁37之间的转子铁心33内部回到永久磁铁S极的磁通数量减少，从而增加有效磁通。

虽然希望x小，但为了整体制作转子，x不能为零，即不能使永久磁铁的端部露出。将用冲孔加工打穿贯通孔33a的钢片叠层，制造转子时，x以约一块钢片的厚度为极限。因此，设叠层钢片一块的厚度为b，则b、x、a的关系为b＜x＜a。

再用附图说明此第3实施例的变换例。图12示出该变换例所涉及永磁电动机的部分俯视图。该变换例在转子铁心33中形成的贯通孔36的形状方面具有特点。即，形成贯通孔36，使该孔略大于永久磁铁，同时其空隙部分靠近转子铁心33的内周面40，以便永久磁铁37插入贯通孔36时在圆周方向两端形成空隙36a。

由于采取这种结构，能使从永久磁铁37的N极出发，通过永久磁铁37与永久磁铁37之间的转子铁心内部回到永久磁铁37的S极的磁通磁路长且细。因此，该磁路的磁阻增大，进一步减少通过该磁路的磁通量，其结果能使有效磁通数量增多。

本实施例中，空隙部分36a的形状在俯视图上为梯形，但不限于本实施例，可如第1实施例所示，是转子铁心侧作为底边的三角形，也可以是其他形状，只要与现有例相比，该磁路的磁阻大即可。这种情况下，也能达到减少通过转子梯形内部的磁通量。

本实施例中，将定子铁心26的外侧设置转子33的外转子式电动机的情况作为例子进行说明，但定子内侧设置转子的内转子式电动机也适用本发明。图13示出这种情况的实施例。

如图13所示，内转子式电动机中，可形成与齿26a对置的转子铁心的外周面44，使永久磁铁37的圆周方向的中央部对应的外周面44与齿26a的距离短于永久磁铁37的圆周方向端部对应的外周面44与齿26a的距离。

进而，应用第3实施例，使插入永久磁铁37的贯通孔36的圆周方向中央部与转子铁心26的外周面44的距离长于贯通孔36的圆周方向端部与转子铁心26的外周面44的距离，则能使有效磁通数量增多。

此外，本实施例可在不改变宗旨的范围内进行种种变换。

Claims (16)

1.一种永磁式电动机，包括：具有卷绕有定子线圈的定子铁心的定子；以及配置于所述定子外周部、具有转子铁心的转子，该转子通过内部组装形成磁极用的永久磁铁而成，其特征在于，

所述转子铁心各磁极的内周面，构成为平面状或凸状，以便就其与所述定子铁心间的空隙而言，磁极中央部比圆周方向两个端部小，转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为圆弧面状。

2.一种永磁式电动机，包括：具有卷绕有定子线圈的定子铁心的定子；以及配置于所述定子外周部、具有转子铁心的转子，该转子通过内部组装形成磁极用的永久磁铁而成，其特征在于，

所述转子铁心各磁极的内周面，构成为平面状或凸状，以便就其与所述定子铁心间的空隙而言，磁极中央部比圆周方向两个端部小，

转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为中央部至端部倾斜到外周部的平面状。

3.一种电动机，为一内转子式电动机，包括：具有包含向中心伸出的多齿在内的环形定子铁心和各齿卷绕的定子线圈的定子；以及内部具有永久磁铁的转子，通过所述定子线圈流过电流产生磁场使所述转子旋转，其特征在于，

与所述齿对置的所述转子铁心的外周面，形成为所述永久磁铁圆周方向中央部对应的外周面与所述齿两者的距离短于所述永久磁铁圆周方向端部对应的外周面与所述齿两者的距离，

转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为圆弧面状。

4.如权利要求3所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁插入所述转子设置的贯通孔，同时该贯通孔形成为贯通孔圆周方向端部与所述转子铁心外周面两者的距离短于贯通孔圆周方向中央部与所述转子铁心外周面两者的距离。

5.如权利要求3所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁圆周方向端部与所述转子铁心之间形成有空隙。

6.一种电动机，为一内转子式电动机，包括：具有包含向中心伸出的多齿在内的环形定子铁心和各齿卷绕的定子线圈的定子；以及内部具有永久磁铁的转子，通过所述定子线圈流过电流产生磁场使所述转子旋转，其特征在于，

与所述齿对置的所述转子铁心的外周面，形成为所述永久磁铁圆周方向中央部对应的外周面与所述齿两者的距离短于所述永久磁铁圆周方向端部对应的外周面与所述齿两者的距离，

转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为中央部至端部倾斜到外周部的平面状。

7.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁插入所述转子设置的贯通孔，同时该贯通孔形成为贯通孔圆周方向端部与所述转子铁心外周面两者的距离短于贯通孔圆周方向中央部与所述转子铁心外周面两者的距离。

8.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁圆周方向端部与所述转子铁心之间形成有空隙。

9.一种电动机，为一外转子式电动机，包括：具有包含从中心以辐射状伸出的多齿在内的环形定子铁心和各齿卷绕的定子线圈的定子；以及内部具有永久磁铁的转子，通过所述定子线圈流过电流产生磁场使所述转子旋转，其特征在于，

与所述齿对置的所述转子铁心的内周面，形成为所述永久磁铁圆周方向中央部对应的内周面与所述齿两者的距离短于所述永久磁铁圆周方向端部对应的内周面与所述齿两者的距离，

转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为圆弧面状。

10.如权利要求9所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁插入所述转子设置的贯通孔，同时该贯通孔形成为贯通孔圆周方向端部与所述转子铁心外周面两者的距离短于贯通孔圆周方向中央部与所述转子铁心外周面两者的距离。

11.如权利要求9所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁圆周方向端部与所述转子铁心之间形成有空隙。

12.一种电动机，为一外转子式电动机，包括：具有包含从中心以辐射状伸出的多齿在内的环形定子铁心和各齿卷绕的定子线圈的定子；以及内部具有永久磁铁的转子，通过所述定子线圈流过电流产生磁场使所述转子旋转，其特征在于，

与所述齿对置的所述转子铁心的内周面，形成为所述永久磁铁圆周方向中央部对应的内周面与所述齿两者的距离短于所述永久磁铁圆周方向端部对应的内周面与所述齿两者的距离，转子铁心各磁极的内周面当中，圆周方向的中央部分构成为平面状，而圆周方向两个端部构成为中央部至端部倾斜到外周部的平面状。

13.如权利要求12所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁插入所述转子设置的贯通孔，同时该贯通孔形成为贯通孔圆周方向端部与所述转子铁心外周面两者的距离短于贯通孔圆周方向中央部与所述转子铁心外周面两者的距离。

14.如权利要求12所述的电动机，其特征在于，所述永久磁铁圆周方向端部与所述转子铁心之间形成有空隙。

15.一种电梯装置，其特征在于，包括：设置为可在升降通路内上下运动的轿厢；包含设置为可在所述升降通路内上下运动的平衡锤在内的平衡物装载部；以及包含权利要求1至14中任一项所述的永磁式电动机在内的卷扬机。

16.如权利要求15所述的电梯装置，其特征在于，所述卷扬机设置在所述平衡物装载部。

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