JPH07502878A

JPH07502878A - 交流機

Info

Publication number: JPH07502878A
Application number: JP5512026A
Authority: JP
Inventors: エカースリー，グレゴリー・ピーター
Original assignee: ボラル・ジョンズ・ペリー・インダストリーズ・プロプライエタリー・リミテッド
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1995-03-23
Also published as: EP0623254A1; CA2127873A1; KR950700628A; WO1993014551A1; EP0623254A4

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 □ 本発明は交流機、特にエレベータの箱（エレベータカー）をスムーズに昇降させる交流電動機に関する。

エレベータを操作する際に使用される交流電動機にあっては、エレベータカーの高さ調整を正確に制御して行い、乗客にスムーズな乗り心地を抱かせるため、電動機の低速作動について厳格な設計基準がある。そして、このような厳格にめられるスピードの制御は、通常固定子の極が多数、典型的には何口という単位、あって始めて行えるものである。

しかし、電動機にそのような多数の固定子極を組み入れるとなると、機械の設計は難しくなる。特に各固定子の極の周囲に二本ないしそれ以上の固定子巻線を巻き回せるスペースを確保しなければならない場合はそうである。そして、固定子の極が多数あるということは、巻線に必要な銅が多量に必要になるということであり、コストの問題も生ずる。さらに、このような設計の結果、導体のジュール熱損失のため電動機の冷却が必要になっており、電動機は太き（、重く、そしてコスト高になっている。

そのほか、従来の低速交流機においては、磁気回路の配置において妥協を余儀なくされることから、特にうず電流による熱損失の問題がある本発明は、低速での作動を改善した交流機に関するもので、機械配置を工夫したおかげで、必要な材料も節約することかできる。

本発明は、交流機であって、固定子の長さ方向を横断する方向に延びる固定子の極の対でこの極の対の長さ方向において互いに離隔された固定子の極の対を複数個含む固定子であって、固定子の各種の対はＮ極とＳ極がらなり、固定子の長さ全体にわたって互いに隣り合い、磁界は固定子の長さ全体にわたって連続的に延びる固定子と、回転子の長さ方向を横断する方向に延び、かつ回転子の長さ方向に離隔された複数の極を有する回転子であって、回転子の極は前記固定子の極の対と空気のギャップを挟んで一定の距離を保って離隔され、かつ回転子の極は固定子の極の８対の長さ全体にわたって拡がる回転子を備え、固定子の極の対における各種は、二個もしくはそれ以上のリムを含み、隣り合うリム同士は両者の開にスロットを形成し、各スロットは１本もしくはそれ以上の導体を保持し、各導体は固定子全体にわたってその長さ方向に延びる交流電動機を提供する。

本発明の交（Ａ機においては、導電体の数はスロット１個当り２本を越えないのが好ましく、各導電体は、固定子の電気的位相の一つに関係する。三相型交流機においては、各固定子は「Ｅ」字形にし、３本のリムと２つのスロットを与えるのが好ましい。

噴相もしくは二相型交流機においては、各固定子は「Ｃ」字形にし、２本のリムと１つのスロットを与えるのが好ましい。

隣り合う固定子対の間の間隔と隣り合う回転子対の間の間隔は、同じであるのが好ましい。

好ましくは、固定子の極と回転子の極は、それぞれ固定子および回転子全体の長さ方向に積み重ねられた積層体から構成される。この積層体構造は空気ギャップを横切って積層体をつなぐ磁束が各積層体の厚さに相当する最小の断面積に入射するのに有利で、この交流機におけるうず電流による損失を減らすことができる。

好ましくは、各固定子の極の対におけるＮ極とＳ極の間には磁界が挿入される。

また、磁界は固定子全体の幅方向に延びるようにし、固定子の空気ギャップとは反対側の上部に設けられる。

好ましくは、固定子と回転子は円筒形で、各固定子対と各回転子対が合わさって固定子と回転子それぞれの全体の周壁な構成する。

本発明はさらに、交流機であって、固定子の長さ方向を横断する方向に延びる固定子の極の対でこの極の対の長さ方向において互いに離隔された固定子の極の対を複数個含む固定子であって、固定子の各種の対はＮ極とＳ極がらなり、固定子の長さ全体にわたって互いに隣り合い、Ｆｆｉ界は固定子の長さ全体にわたって連続的に延びる固定子と、回転子の長さ方向を横断する方向に延び、かつ回転子の長さ方向に離隔された複数の極を有する回転子であって、回転子の極は前記固定子の極の対と空気のギャップを挟んで一定の距離を保って離隔され、かつ回転子の極は固定子の極の８対の長さ全体にわたって拡がる回転子を備え、固定子の極の対における各種は、二個もしくはそれ以上のリムを含み、隣り合うリム同士は両者の間に固定子の巻線を保持するスロットを形成し、各リムは互いに食い違って設置され、交流機の使用時には、進行する磁束を一つの極における先頭のリムから後尾のリムへ誘導し、さらに隣り合う固定子の極の先頭のリムに導いて、回転子の回転運動を滑らかにする交流機を提供する。

また、本発明においては、固定子の極を平板状にし、回転子の極はこの極を構成する各セグメントを回転子の長さ方向に沿って食い違わせ、進行する磁束を固定子の極のリムに対して相対的に誘導し、隣り合う回転子の極に導（ことにより、回転子の回転運動を滑らかにしてもよい。

好ましくは、前記固定子と回転子は円筒形で、各固定子と各回転子が合わさって固定子と回転子それぞれの全体の周壁を構成する。

本発明の好ましい態様は、以下に添付の図面を参照しながら、実施例を挙げてより詳しく説明する。

図１は１本発明の一態様にかかる交流機を示す図である。

図２は、固定子の極と三相交流機における巻線の模様を詳しく示す図である。

図３は、固定子の極と単相もしくは二相交流機における巻線の模様を詳しく示す図である。

ｋ４は、三相交流機における回転子と固定子巻線の相対的な配置を示す模式図である。

図５は、単相交流機における回転子と固定子巻線の相対的な配置を示す模式図である：図６は、本発明の他の態様にかかる交流機を示す図である１１図７は、図６の態様における回転子の極積層体の一つの層を示す図である。

図８ないし７１０は、交流機における種々の回転子／固定子／シーブの配置を示す図である１そしてＩＫＩＩないし１３は、永久磁石を用いた交流機における他の回転子／固定子／シーブの配置を示す図である。

本発明については２交流電動機の態様を述べるのが便利ではあるが、本発明は交流発電機にも＋１１用できるため１本発明の一般的な呼称としては、「交流機」の表現を使用する。

図１の交流電動機ｌＯは低速突出極を有する同期型と特徴づＣ−＋られる。電動機１０は三相型で、固定子３０によって囲まれた回転子２０を有する円筒構造をとる。回転子２０は、電動機１０の移動部分で、矢印で示す運動方向もしくは移行軸をもつ。電動機が周方向に延びるというよりは、むしろ所定の長さにわたって延びる線形タイプの場合も同様である。

固定子３０は、放射状に内側を向いて固定子全体の配列方向を横断する方向に延び、また固定子の配列方向において互いに離隔された固定子の極の対を複数個備える。各固定子の極の対は、Ｎ極３５とＳ極５５からなる。この固定子の配列方向において互いに隔てられた固定子の極の対は、２００＠のオーダーで設置される。

このような固定子の配置においては、Ｎ極３５は、固定子の配列部分全体にわたって互いに隣り合う。これは、Ｓ極５５についても同様である。このような固定子の極の配列は、隣り合う固定子の対はＮ極とＳ極が交互に織りなす従来の交流機とは好対照をなす。各固定子の極３５゜５５は、積層体構造をなす。図１においては、三相もしくはｒＥＪ字形の積層体が示しである。この積層体は、Ｎ極に３つのリム３６．３７゜３８、そしてＳ％にも３つのリム５６，５７．５８を設け、各種に２つの固定子スロット４０．４５と６０．６５をそれぞれ区画したものである。固定子のスロットは、固定子の周方向に延びる。隣り合う固定子極対の間の空隙は、スペーサ積層体３２によって占められる。

周方向に巻回される直流（ＤＣ）コイル８０（全体を断面で示す）は、各固定子の両極の間に入る。典型的には、この磁界コイルは、巻型に３００回巻回されて積み重ね構造を形成する。磁界コイル８０は、永久磁石でもよい。永久磁石を使うと１次のような利点が得られる。第一に、交流機が電動機として働かないときでも、発電機として働き、その結果固定子のコイルが短絡に近い状態になったり、抵抗器に切り替わったときでも、機械制動が可能になる。これは通常の機械制動に対して、きわめて有用なバックアップとなる。第二に、大きな磁界コイルが不要となるため、材料の銅を大幅に節約することができる。これは、電動機のコストを減らすのに役立つ。第三は、このような設計にすると、同じ永久磁石を使うにしても、従来のものより材料を減らすことができ、一層のコスト削減を図ることができる。永久磁石は普通きわめて高価なものだからである。

図２に示すように、スロット内の固定子のコイルは、電動機１０の周縁に沿って周方向に延びる。三相型における導体コイルは、単ケーブルとして示しであるが、１０本の平行なワイヤを束ねて一本の導体のように見せたものであってもよい。参照符号４４，４］で示す導体はＸ相、参照符号４３．４２で示す導体はＹ相、そして参照符号６２．６３で示す導体はＺ相のものである。

爾３は、単相もしくは二相型用の固定子コイルを示したもので、固定子の極は「Ｃ」字形に形成される。Ｎ極７５とＳ極８５の間には、磁界コイル８０が挿入される。各種のただ一つのスロットには、それぞれコイルの対７１．７２と８１．８２が周方向に巻回される。単相型においては、コイル７１と７２は、ともに一つの相のものであるが、互いに１８０°の位相差がある。これはコイル８１．８２についても当てはまる。二相型においては、コイル７２と８１が一つの相のもので、コイル７１と８２がもう一つの相のものである。

図２と図３の態様において、固定子のコイルは、電動機周縁の適当な箇所で終端させる。

三相型および単相型の双方において、回転子２０の極２５は、電動機の周方向を横断する方向に延びる。回転子の極２５と隣り合う回転子楔２５の間のスペーサ２８はともに、移行軸とは直角方向に配置される積層体構造をとる。回転子の極２５はみな、少なくとも固定子の全幅にわたって延び、固定子の極３５，５５の全長の影響下に入る。回転子２０と固定子３０の間の空気ギャップは、この種の交流機にとっては普通のことであるが、比較的狭い。このため電動機の製作および積層体の形成に当っては、交差の微調整が必要である。□図１に見られる固定子の極の配置は、極の各リムが回転子の各角度位置について食い違うようにした特別なものである。このような食い違い配置にすると、磁束の通路となる空間を確保でき、回転子の回転がスムーズになる。

図４は、一つの「Ｅ」字形積層固定子極の対におけるリムの相対的な角度位置を示す。参照符号「Ｂ」は、便宜的にリム３６を示す。固定子のスロットは、明瞭に把握することができる。極の対の半分（一つの極）においては、各相の間に１．２０’の位相差がある。そして、他の極における対応するリムとの間には、１８０°のずれがある。

図５は、各種に「Ｃ」字形積層体を採用した場合における１図４と同様のリムの相対的な角度位置を示す図である。この配置は単相のもので、Ｎ極のリムにおいては１８０°の位相差があり、またＳ極の対応するリムとの間には９０°の相対的なラグがある。

この交流機を作動させると、電流は、磁界８０の影響下に固定子のコイル４１〜４４および６１〜７４を流れ、磁気モーメントを発生させて、回転子２０を動かす。固定子の極におけるリムの食い違いのため、この回転子の回転は、その運動の変化について正確でゆるやかな制御を受けながら、隣の固定子の極まで容易に継続する。隣り合う固定子の極を順次跨ぎながら固定子の周縁に沿って巻回されるコイルの配置は、リムの周囲に巻回される相コイルを有する変圧器におけるコイルのそれに類似している。

電動機１０の設計においては、前述のように、固定子の積層体と回転子の積層体の双方が、移行軸に対して直角に配置される。各種（固定子および回転子の双方）の断面積は、空気ギャップを横切って極に入射する磁束のつながりの観点から、積層体の各層の厚さに制限される。このようにすると１ｇ１束に直交する断面積が大きい場合にみられる。損失の多いうず電流を生起することなしに、固定子の極から空気ギャップを横切って回転子の極に到る磁束の通路が、１秒あたり１００回の割合で変化できるという利点が得られる。このような利点があると、固定子および回転子の極の大きさをコンパクトにし、電動機全体のフレームの大きさも縮小できるようになる。

図６は１図１に似た図であるが、図１とは異なる態様の交流機１００を示す。図６の電動機は、回転子の極となる積層体が各セグメントから構成され、今度は平坦に構成される固定子の極との間で、必要な食い違いを与えるという点において図１の態様の電動機とは異なる。この態様は、この点以外においては図１の態様と同じである。この配置によると、図４に示した配置と比べ、固定子の極について相ごとに相対的には同じ角度変位が得られるという効果がある。図６はまた、固定子および回転子積層体の組立てが容易になるクランプの形式についても詳しく示している。

図７は、平坦な「Ｅ」字形固定子に対応する食い違いセグメントから構成される回転子楔の層の一つを示す。

これまで述べた態様は、どちらも周囲を取り囲む固定子の内部に回転子を設けたものであったが、これまでに開示した本発明の革新的なアイデアを＋１１用するものであるならば、他の配置も可能である。

図８，９および１０には、合わせて三つの電動機の配置を示す。図８の配置は、図１および６の態様を利用したもので、固定シャフトに外部固定子を取り付けている。回転子は、固定子の内部にあるが、シャフトを駆動させるというよりは、むしろベアリングを取り付けた、エレベータカーのロープを巻きつける車（ｓｈｅａｖｅ　；シーブ）に連結されている。この配置の利点は、固定子が回転子の大部分を覆うため、電動機の回転部分を保護するのが容易になることである。また回転子の下側（内側）に作用する制動機を配置するのも、比較的容易になる。

図９は、固定子が回転子の内部に配置された二つの変形例を示す。これら二つの態様においては、固定子と磁界スロットにコイルを巻きつけるのがきわめて容易になる。特に図９Ｂの態様においては、回転子はシャフトおよびシーブから取り外すことができるため、シーブやローブを外さなくても保守や修理が可能になる。

図１０は、パンケーキ型の設計になっている。すなわち、電動機の出力は、さらに固定子／回転子ユニットをつけ加えないし積み重ねていくことで増加させることができる。この電動機はセルフガード式で、固定子および磁界コイルを巻回するにもアクセスが改善されている。

これまで述べた態様は、磁界８０に電磁石を用いたが、図１１〜１３は、他の三つの磁界／固定子の配置（６ｆ１束の通路を含む）を示したものである。図１１においては、Ｎ極３５とＳ極５５の間に磁界８０を割り込ませている。磁束の通路は、鉄片９０と９５によって完成されている。図１２においては、Ｇｎ界８０は、固定子の各種の上方に二つ設けられ、！ｉｆｉ界の通路は、固定子の幅方向に延びる鉄片９０によって完成されている。図１３においては、磁界８０は、回転子の極２５の下に設けられる。

永久磁石を用いた磁界の配置は、これ以外にも多数ある。

当業者にとっては、これまで実施例について確証が得られた本発明の精神を逸脱しない範囲で多くの変形を生み出すことが可能なことは明らかであろう。

ｒＥＪ型コイル配置における固定子の極と回転子の極の相対位置１：ＩＥＬＡＴＩＶＥ　ＰＯＬＥ　ＰＯ５ＩＴＩＯＮＳ　ＯＦ　５ＴＡＴＯＲＡＮＤ　ＲＯＴＯＲ゛〔”Ｃ０ＩＬ　Ｃ０ＮＦＩＧＵＩ：ＩＡＴＩＯＮ補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の’ｉ！ｙＪ平成　６年　７月２１日

Claims

【特許請求の範囲】１．交流機であって、固定子の長さ方向を横断する方向に延びる固定子の極の対でこの極の対の長さ方向において互いに離隔された固定子の極の対を複数個含む固定子であって、固定子の各極の対はＮ極とＳ極からなり、固定子の長さ全体にわたって互いに隣り合い、磁界は固定子の長さ全体にわたって連続的に延びる固定子と、回転子の長さ方向を横断する方向に延び、かつ回転子の長さ方向に離隔された複数の極を有する回転子であって、回転子の極は前記固定子の極の対と空気のギャップを挟んで一定の距離を保って離隔され、かつ回転子の極は固定子の極の各対の長さ全体にわたって拡がる回転子を備え、固定子の極の対における各極は、二個もしくはそれ以上のリムを含み隣り合うリム同士は両者の間にスロットを形成し、各スロットは１本もしくはそれ以上の導体を保持し、各導体は固定子全体にわたってその長さ方向に延びる交流電動機。２．前記スロットには１個当り２本を越えない導電体が設けられ、各導電体は固定子の電気的位相の一つに関係する請求の範囲第１項記載の交流機。３．三祖型の前記交流機のため、各固定子の形状は「Ｅ」字形で、３本のリムと２つのスロットを与える請求の範囲第１項記載の交流機。４．単相もしくは二相型の前記交流機においては、各固定子の形状は「Ｃ」字形で、２本のリムと１つのスロットを与える請求の範囲第１項記載の交流機。５．前記隣り合う固定子対の間の間隔と隣り合う回転子対の間の間隔は同じである請求の範囲第１項記載の交流機。６．前記固定子の極と回転子の極は、それぞれ固定子および回転子全体の長さ方向に積み重ねられた積層体から構成され、この積層体構造は空気ギャップを横切って積層体をつなぐ磁束が各積層体の厚さに相当する最小の断面積に入射するのに有利で、これによってこの交流機におけるうず電流による損失を減らすことができる請求の範囲第１項記載の交流機。７．各固定子の極の対におけるＮ極とＳ極の間には磁界が挿入される請求の範囲第１項記載の交流機。８．磁界は固定子全体の幅方向に延びるようにし、固定子の空気ギャップとは反対側の上部に設けられる請求の範囲第１項記載の交流機。９．前記固定子と回転子は円筒形で、各固定子対と各回転子対がそれぞれ合わさって固定子と回転子それぞれの全体の周壁を構成する請求の範囲第１項記載の交流機。１０．交流機であって、固定子の長さ方向を横断する方向に延びる固定子の極の対でこの極の対の長さ方向において互いに離隔された固定子の極の対を複数個含む固定子であって、固定子の各極の対はＮ極とＳ極からなり、固定子の長さ全体にわたって互いに隣り合い、磁界は固定子の長さ全体にわたって連続的に延びる固定子と、回転子の長さ方向を横断する方向に延び、かつ回転子の長さ方向に離隔された複数の極を有する回転子であって、回転子の極は前記固定子の極の対と空気のギャップを挟んで一定の距離を保って離隔され、かつ回転子の極は固定子の極の各対の長さ全体にわたって拡がる回転子を備え、固定子の極の対における各種は、二個もしくはそれ以上のリムを含み隣り合うリム同士は両者の間に固定子の巻線を保持するスロットを形成し、各リムは互いに食い違って設置され、交流機の使用時には、進行する磁束を一つの極における先頭のリムから後尾のリムへ誘導し、さらに隣り合う固定子の極の先頭のリムに導いて、回転子の回転運動を滑らかにする交流機。１１．交流機であって、固定子の長さ方向を横断する方向に延びる固定子の極の対でこの極の対の長さ方向において互いに離隔された固定子の極の対を複数個含む固定子であって、固定子の各極の対はＮ極とＳ極からなり、固定子の長さ全体にわたって互いに隣り合い、磁界は固定子の長さ全体にわたって連続的に延びる固定子と、回転子の長さ方向を横断する方向に延び、かつ回転子の長さ方向に離隔された複数の極を有する回転子であって、回転子の極は前記固定子の極の対と空気のギャップを挟んで一定の距離を保って離隔され、かつ回転子の極は固定子の極の各対の長さ全体にわたって拡がる回転子を備え、固定子の極は平板状で、回転子の極はこの極を構成する各セグメントにより回転子の長さ方向に沿って食い違っており、進行する磁束を固定子の極のリムに対して相対的に誘導し、隣り合う回転子の極に導き、回転子の回転運動を滑らかにする交流機。１２．前記固定子と回転子は円筒形で、各固定子と各回転子がそれぞれ合わさって固定子と回転子それぞれの全体の周壁を構成する請求の範囲第１０項記載の交流機。１３．前記固定子と回転子は円筒形で、各固定子と各回転子がそれぞれ合わさって固定子と回転子全体の周壁を構成する請求の範囲第１１項記載の交流機。１４．各固定子の極の対におけるＮ極とＳ極の間には磁界が挿入される請求の範囲第１０項記載の交流機。１５．各固定子の極の対におけるＮ極とＳ極の間には磁界が挿入される請求の範囲第１１項記載の交流機。