JP2002010602A - 永久磁石形モータ及びエレベータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コギングトルク及びトルクリップルを低減し
て振動及び騒音の低減を図る。 【解決手段】 巻上機のモータ２３は、内部に磁極形成
用の永久磁石３７が組み込まれてなる回転子鉄心３３を
備えている。前記回転子鉄心３３の各磁極の内周面は、
固定子鉄心２６との間の空隙寸法が磁極の中央部で小さ
く、周方向両端部で大きくなるように凸状に構成されて
る。具体的には、各磁極の内周面のうち中央部を平面部
３３ａに、周方向の両端部を円弧面部３３ｂとする。こ
の結果、回転子鉄心３３と固定子鉄心２６との間の磁束
密度分布が非常に正弦波形状に近似し、コギングトルク
が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石形モータ
に係り、特には、エレベータ装置の巻上機に組み込むの
に好適な永久磁石形モータ及びこの永久磁石形モータを
用いたエレベータ装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】図１１は従来の永久磁
石形モータの一例を示している。前記モータは、例えば
３相２０極のブラシレスモータで、固定子１（尚、図１
１では固定子鉄心２のみを示しており、固定子巻線は省
略している）の外周部に回転可能に配設された回転子３
は、回転子鉄心４の各磁極の形成部位に設けられた貫通
孔５の内部に板状の永久磁石６が挿入されて構成されて
いる。各永久磁石６は、Ｓ極とＮ極とが周方向に交互に
位置するように径方向に着磁されている。

【０００３】この場合、前記回転子鉄心４と前記固定子
鉄心２との空隙寸法は、全周に渡って一定に構成されて
いる。このため、回転角による磁気抵抗の変化は小さく
なり、鉄心間空隙における磁束密度分布は永久磁石４の
配置に依存することになる。従って、図１２に示すよう
に、磁束密度分布が台形波形状となり、回転角（機械
角）によって磁束密度が大きく変化することになる。即
ち、コギングトルクが大きくなるため、トルクリップル
が増加して、モータ効率が低下すると共に振動及び騒音
が大きくなるという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明の第１の目的は、コギング
トルク及びトルクリップルを低減して振動及び騒音の低
減を図ることができる永久磁石形モータを提供するにあ
り、第２の目的は、振動及び騒音を低減して乗り心地の
良いエレベータ装置を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の永久
磁石形モータは、固定子巻線が巻装された固定子鉄心を
有する固定子と、前記固定子の外周部に配設され、内部
に磁極形成用の永久磁石が組み込まれてなる回転子鉄心
を有する回転子とを備えた永久磁石形モータであって、
前記回転子鉄心の各磁極の内周面を、前記固定子鉄心と
の間の空隙寸法について磁極の中央部が周方向両端部よ
りも小さくなるように、平面状ないし凸状に構成したと
ころに特徴を有する。

【０００６】上記構成によれば、固定子鉄心と回転子鉄
心との間の空隙における磁束密度分布が正弦波形状に近
似するようになるため、コギングトルクを小さくでき、
トルクリップルを低減できる。

【０００７】この場合、回転子鉄心の各磁極の内周面の
形状として、周方向の中央部分を平面状に構成し、周方
向両端部を円弧面状に構成すると良い（請求項２の発
明）。また、回転子鉄心の各磁極の内周面のうち周方向
の中央部分を平面状に構成し、周方向両端部を中央部か
ら端部に向かって外周部に傾斜する平面状に構成するこ
とも良い構成である（請求項３の発明）。さらに、回転
子鉄心の各磁極の内周面を円弧面状に構成しても良い
（請求項４の発明）。

【０００８】また、本発明の請求項５のエレベータ装置
は、昇降路内を上下動可能に設けられたかごと、前記昇
降路内を上下動可能に設けられカウンタウェイトを有す
るウェイト装着部と、請求項１ないし４のいずれかに記
載の永久磁石形モータを有する巻上機とを備えたところ
に特徴を有する。

【０００９】上記構成によれば、巻上機の駆動源である
永久磁石形モータのコギングトルクトルクを低減するこ
とができるので、振動、騒音の発生を抑えることがで
き、乗り心地が向上する。

【００１０】この場合、前記巻上機は、前記ウェイト装
着部に設けることが好ましい（請求項６の発明）。この
ような構成によれば、巻上機自身が重りとして機能する
ため、ウェイト装着部に装着されるカウンタウェイトの
量を少なくすることができる。また、巻上機を設置する
ための機械室を昇降路の上方部に設けなくても済むの
で、その分、建物の高さ寸法を小さくすることができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明をエレベータ装置の
巻上機に適用した第１の実施例を図１ないし図８を参照
しながら説明する。まず、図３はエレベータ装置の概略
構成を示している。この図３において、昇降路１１内に
は、かご１２及びウェイト装着部１３がそれぞれ第１及
び第２のガイドレール１４及び１５に沿って昇降するよ
うに構成されている。前記かご１２の下部には、２個の
動滑車１６が固定されている。また、前記ウェイト装着
部１３の上部には巻上機１７が配設されており、下部に
はカウンタウェイト１８が装着されている。前記巻上機
１７は、前記ウェイト装着部１３の上部に設けられたケ
ース１３ａ内に収容されている。

【００１２】一方、前記昇降路１１の頂上付近には中間
滑車１９が設置されており、前記中間滑車１９にはロー
プ２０が引っ掛けられている。前記ロープ２０の一端部
は前記第１のガイドレール１４の頂上付近に、他端部は
前記第２のガイドレール１５の頂上付近にそれぞれ固定
されている。そして、前記ロープ２０のうち一端部と前
記中間滑車１９との間には、前記かご１２が前記動滑車
１６を介して支持されている。また、前記ロープ２０の
他端部と前記中間滑車１９との間には、前記ウェイト装
着部１３が前記巻上機１７の綱車２１（図２参照）を介
して上下動可能に支持されている。

【００１３】これに対して、図２に示すように、前記巻
上機１７は、矩形板状の支持板２２に、前記綱車２１を
直接的に回転駆動するブラシレスモータ２３が取り付け
られて構成されている。前記支持板２２は、その中央部
に円形状の開口部２２ａを有しており、前記開口部２２
ａの周縁部には、図２中右方へ延びる略円筒状のスリー
ブ２４が固定されている。前記スリーブ２４の外周部に
は、前記モータ２３の固定子２５が固定されている。前
記固定子２５は、積層されたケイ素鋼板からなる固定子
鉄心２６と、前記固定子鉄心２６に巻装されたコイル２
７とから構成されている。

【００１４】この場合、前記固定子鉄心２６は、例えば
６３個のティース２６ａ及びスロット２６ｂ（いずれも
図１にのみ示す）を有している。前記スロット２６ｂに
は、３スロットピッチで１コイルを形成する分布巻きと
なるように３０個のコイル２７（従ってＵ相，Ｖ相，Ｗ
相の各コイルは１０個ずつ）が納められている。このと
き、前記各コイル２７は、１スロット分ずつずれるよう
にＵ相，Ｖ相，Ｗ相が配置されている。

【００１５】また、前記スリーブ２４の内周部には、玉
軸受２８を介して回転子２９が回転可能に支持されてい
る。前記回転子２９は、前記玉軸受２８の内輪２８ａに
嵌合された円筒状の軸部３０と、この軸部３０の右端部
に一体成形された円板状のベース部３１と、このベース
部３１の周縁部に一体成形された円筒状のヨーク部３２
と、このヨーク部３２の内周部に固定された積層鋼板か
らなる回転子鉄心３３とから構成されている。前記軸部
３０の左端部には、前記玉軸受２８の内輪２８ａを支持
する軸受押え３４が取り付けられている。

【００１６】更に、前記回転子２９の軸部３０の内部に
は、前記綱車２１の取付軸部２１ａが挿入されている。
前記軸部３０と前記取付軸部２１ａとの間にはキー３５
が挿入されており、前記キー３５により前記回転子２９
と前記綱車２１とが一体に回転するように構成されてい
る。また、前記綱車２１のうち前記軸部３０よりも図２
中左方へ突出する部分の外周部には複数の溝２１ｂが形
成されており、前記溝２１ｂに前記ロープ２０が引っ掛
けられている。

【００１７】さて、図１を参照しながら前記回転子２９
の構成を説明する。この図１に示すように、前記回転子
鉄心３３の内部には、例えば２０個の台形状の貫通孔３
６が形成されており、各貫通孔３６にはそれぞれ矩形板
状をなす磁極形成用の永久磁石３７が収納固定されてい
る。各永久磁石３７は、半径方向に着磁されており、Ｓ
極とＮ極とが周方向に交互に位置するように配設されて
いる。このとき、前記貫通孔３６内のうち周方向両端部
には永久磁石３７が位置せず、断面三角形状の空間部３
６ａとして前記回転子鉄心３３の内部に形成される。

【００１８】また、本実施例においては、前記回転子鉄
心３３と前記固定子鉄心２６との間の空隙寸法につい
て、磁極の中央部が周方向両端部よりも小さくなるよう
に、前記回転子鉄心３３の各磁極の内周面が凸状に構成
されている。

【００１９】特に本実施例では、前記回転子鉄心３３の
各磁極の内周面のうち、中央部を平面状に（以下、この
部分を平面部３３ａと称する。）、周方向の両端部を円
弧面状に（以下、この部分を円弧面部３３ｂと称する）
構成している。具体的には、磁極の内周面のうち周方向
中心をＰ、周方向の端部をＱ、平面部３３ａと円弧面部
３３ｂとの境界をＲとすると、中心Ｐと回転子２９の回
転中心とを結ぶ平面と、境界Ｒと回転子２９の回転中心
とを結ぶ平面との間の角度θ１は約５°に、境界Ｒと回
転子２９の回転中心とを結ぶ平面と、端部Ｑと回転子２
９の回転中心とを結ぶ平面との間の角度θ２は約４°に
設定されている。

【００２０】また、前記円弧面部３３ｂの中心は、境界
Ｒから外方に向かって前記平面部３３ａと垂直な方向に
延ばした延長面上にあり、その距離は（２πｒ×ｎ／３
６０×２〜２πｒ×ｎ／３６０）に設定されている。
尚、ｎは極数（本実施例においてはｎ＝２０）、ｒは回
転子２９の半径である。

【００２１】ここで、前記回転子鉄心３３の各磁極の内
周面を上述した形状に形成した理由について以下に説明
する。

【００２２】発明が解決しようとする課題の項目で説明
したように、回転子鉄心と固定子鉄心との間の空隙寸法
が一定であると、鉄心間の空隙に形成される磁束密度分
布が矩形波形状となるため、コギングトルクが大きくな
りトルクリップルが増大する。

【００２３】そこで、発明者は、鉄心間の空隙の磁束密
度分布が正弦波形状に近似するような回転子鉄心３３の
内周面の形状を見出だすために、様々な形状のモデルに
ついて磁束解析を行い、鉄心間の空隙の磁束密度分布を
推定した。

【００２４】図５は、モデルの一例を示すものであり、
このモデルでは、回転子鉄心３３の各磁極の内周面全体
が平面状に構成されている。そして、図６はこのモデル
における鉄心間空隙の磁束密度分布を示している。この
図６から明らかなように、磁束密度分布は正弦波形状に
近似する。

【００２５】図７は、モデルの他の例を示すものであ
り、このモデルでは、回転子鉄心３３の各磁極の内周面
全体が円弧面状に構成されている。そして、図８はこの
モデルにおける鉄心間空隙の磁束密度分布を示してい
る。この場合、円弧面の半径は、（２πｒ×ｎ／３６０
×２〜２πｒ×ｎ／３６０）に設定されている。この図
８から明らかなように、磁束密度分布は正弦波形状に近
似する。

【００２６】図６と図８とを比較すると、磁束密度分布
の頂点の高さ（即ち機械角が９°のときの磁束密度の大
きさ）は図６の方が低い。即ち、図５のモデルの方が、
回転子鉄心３３の各磁極の中央付近（即ち、機械角が９
°付近）における磁束密度の変化が小さい。一方、周方
向両端部付近の磁束密度分布をみると、図７のモデルに
比べて図５のモデルの方が大きく変化する部分がある。
そこで、発明者は、回転子鉄心３３の各磁極の中央付近
を平面状に、周方向の両端部を円弧面状に構成したモデ
ルについて検討した。この場合、回転子鉄心３３の各磁
極の内周面に対する平面状の部分（即ち、平面部３３
ａ）が占める割合をｍとすると、平面部３３ａの角度θ
１は、次式で表される。

【００２７】θ１＝｛（３６０／ｎ）×（ｍ／２）｝° 尚、ここでは、θ１は、磁極の周方向の中心Ｐから一方
の境界Ｒまでの角度として示されている。従って、実際
の平面部３３ａの角度範囲はθ１の２倍である。

【００２８】具体的な図示はしないが、ｍを種々の値に
設定して磁束解析を行った結果、ｍ＝０．５６のとき、
即ち、上述したようにθ１を約５°に設定したときに、
鉄心間空隙の磁束密度分布を正弦波形状に非常に近付け
ることができることが分かった。このときの磁束密度分
布を図４に示す。また、解析の結果、本実施例のモータ
２３では、従来のモータに比べてコギングトルクは５０
％低減し、トルクリップルは４０％低減する。

【００２９】このような本実施例によれば、回転子鉄心
３３の各磁極の形状を、鉄心間空隙における磁束密度分
布が正弦波形状に近似するように構成したので、コギン
グトルクの低減及びトルクリップルの低減を図ることが
できる。

【００３０】従って、本実施例においては、エレベータ
装置の巻上機１７を上記モータ２３により構成すること
により、巻上機１７の駆動時に発生する振動、騒音を小
さく抑えることができるので、乗り心地が向上する。

【００３１】特に、本実施例では、前記巻上機１７をウ
ェイト装着部１３に設けたため、昇降路１１の頂上付近
に専用の機械室を設ける必要がない。また、ウェイト装
着部１３に設けるカウンタウェイト１８の量を少なくで
きるという効果もある。

【００３２】図９及び図１０は本発明の第２の実施例を
示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明す
る。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して
いる。即ち、この第２の実施例では、前記回転子鉄心３
３の各磁極の内周面のうち、周方向の両端部を傾斜面状
（以下、この部分を傾斜面部３３ｃと称する）に構成し
ている。この場合、前記傾斜面部３３ｃは、第１の実施
例で示した境界Ｒと端部Ｑとを結ぶ平面状に構成されて
いる。

【００３３】このときの鉄心間空隙の磁束密度分布を図
１０に示す。図１０と図４との比較から明らかなよう
に、この場合も、正弦波形状に非常に近似した磁束密度
分布を得ることができる。また、回転子鉄心３３の内周
面のうちの周方向両端部を傾斜面３３ｃとすると、円弧
面３３ｂとした場合に比べて製造しやすいという利点が
ある。

【００３４】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、例えば次のように変形または拡張するこ
とができる。巻上機は、昇降路の頂上付近に設けられた
機械室内に配設しても良い。この場合、前記巻上機の綱
車に掛けられた複数本のロープの一端部にはかごが接続
され、他端部にはウェイト装着部が接続される。そし
て、前記巻上機が駆動して前記綱車が回転されると、前
記かご及びウェイト装着部が上下動される。

【００３５】回転子鉄心の各磁極の内周面のうち平面部
の占める割合ｍは、０．５６に限らず、０≦ｍ≦１を満
たしていれば良い。従って、各磁極の内周面全体を平面
状にしても良く、或いは、各磁極の内周面全体を円弧面
状としても良い。

【００３６】即ち、ｍが０≦ｍ≦１を満たしていれば、
鉄心間空隙の磁束密度分布を正弦波形状に十分近付ける
ことができ、コギングトルク及びトルクリップルの低減
を図ることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の永久磁石形モータによれば、回
転子鉄心の各磁極の内周面は、前記固定子鉄心との間の
空隙寸法について磁極の中央部が周方向両端部よりも小
さくなるように平面状ないし凸状に構成したので、コギ
ングトルクを低減してトルクリップルを小さくすること
ができ、モータ効率の向上並びに振動及び騒音の低減を
図ることができる。

【００３８】また、本発明のエレベータ装置によれば、
コギングトルクトルクを低減できる永久磁石形モータを
用いて巻上機を構成することにより、振動及び騒音を低
減して乗り心地の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すものであり、永久
磁石形モータの部分平面図

【図２】巻上機の縦断側面図

【図３】エレベータ装置の全体構成を示す斜視図

【図４】鉄心間空隙の磁束密度分布を示す図

【図５】回転子鉄心の各磁極の内周面の形状と磁束密度
分布との関係を説明するための図であり、内周面全体を
平面状に構成した場合の永久磁石形モータの部分平面図

【図６】図４相当図

【図７】回転子鉄心の各磁極の内周面の形状と磁束密度
分布との関係を説明するための図であり、内周面全体を
円弧面状に構成した場合の永久磁石形モータの部分平面
図

【図８】図４相当図

【図９】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図１０】図４相当図

【図１１】従来の永久磁石形モータを示す図１相当図

【図１２】図４相当図

【符号の説明】

図中、１１は昇降路、１２はかご、１３はウェイト装着
部、１７は巻上機、１８はカウンタウェイト、２１は綱
車、２３はブラシレスモータ（永久磁石形モータ）、２
５は固定子、２６は固定子鉄心、２７は固定子巻線、３
３は回転子鉄心、３７は永久磁石を示す。

フロントページの続き (72)発明者 永田 正人 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者 後藤 真也 東京都府中市東芝町１ 株式会社東芝府中 事業所内 Ｆターム(参考） 3F306 AA12 BA00 DA00 5H002 AA01 AA04 AB07 AE07 AE08 5H621 GA15 HH01 JK03 JK15 5H622 AA02 AA03 CA02 CA07 CA10 CB01 CB05 PP10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線が巻装された固定子鉄心を有
   する固定子と、前記固定子の外周部に配設され、内部に
   磁極形成用の永久磁石が組み込まれてなる回転子鉄心を
   有する回転子とを備えた永久磁石形モータにおいて、 前記回転子鉄心の各磁極の内周面は、前記固定子鉄心と
   の間の空隙寸法について磁極の中央部が周方向両端部よ
   りも小さくなるように平面状ないし凸状に構成されてい
   ることを特徴とする永久磁石形モータ。
2. 【請求項２】 回転子鉄心の各磁極の内周面のうち周方
   向の中央部分は平面状に構成され、周方向両端部は円弧
   面状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   永久磁石形モータ。
3. 【請求項３】 回転子鉄心の各磁極の内周面のうち周方
   向の中央部分は平面状に構成され、周方向両端部は中央
   部から端部に向かって外周部に傾斜する平面状に構成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モ
   ータ。
4. 【請求項４】 回転子鉄心の各磁極の内周面は円弧面状
   に構成されていることを特徴とする請求項１記載の永久
   磁石形モータ。
5. 【請求項５】 昇降路内を上下動可能に設けられたかご
   と、前記昇降路内を上下動可能に設けられカウンタウェ
   イトを有するウェイト装着部と、請求項１ないし４のい
   ずれかに記載の永久磁石形モータを有する巻上機とを備
   えたことを特徴とするエレベータ装置。
6. 【請求項６】 前記巻上機は、前記ウェイト装着部に設
   けられていることを特徴とする請求項５記載のエレベー
   タ装置。