WO2018134948A1 - 回転電機、及びその回転電機を備えるエレベータ用巻上機 - Google Patents

回転電機、及びその回転電機を備えるエレベータ用巻上機 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an axial gap type rotating electric machine in which a rotor and a stator face each other in the same direction as a central axis around which the rotor rotates, and an elevator hoisting machine including the rotating electric machine.
  • Rotational electric machine efficiency is proportional to the area of the teeth and the electrical load expressed by the product of the current value per unit length and the number of windings.
  • the length of the inner side of the teeth is shorter than the length of the outer side. Therefore, when the teeth are rectangular, a gap is generated on the outer peripheral side. Therefore, in order to reduce the gap between the teeth on the outer peripheral side, the teeth must be trapezoidal on the outer peripheral side. However, when the teeth are trapezoidal, the electric load is lowered on the outer peripheral side of the teeth.
  • the planar shape of the teeth is a trapezoid
  • the first winding is wound around the entire teeth
  • the second winding is wound so as to increase the number of windings on the outer peripheral side of the teeth.
  • the second winding has a large number of windings on the outer peripheral side of the teeth.
  • the first winding is wound around the first winding.
  • the second winding is wound at a position different from the first winding with the teeth being thicker in the central axis direction.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and in the stator coil, a structure is obtained in which the electrical load on the outer peripheral side of the teeth is not impaired without increasing the thickness of the teeth. is there.
  • a rotating electrical machine includes a stator and a rotor that is provided in the same direction as the central axis of the stator and rotates around the central axis, and the stator is disposed on the outer side of the inner teeth and the inner teeth.
  • the stator is disposed on the outer side of the inner teeth and the inner teeth.
  • outer teeth, inner layer windings, and outer layer windings are provided, the inner layer windings are wound around the outer teeth around the same direction as the central axis, and the outer layer windings are in the same direction as the central axis. As an axis, it is wound around the inner layer winding and the inner teeth.
  • FIG. 3 is a perspective view of the stator in FIG. 2 before winding.
  • FIG. 4 is a plan view of one stator taken out from the stator of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a plan view after the inner layer winding is applied to FIG. 4.
  • FIG. 6 is a plan view after the outer layer winding is applied to FIG. 5.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a modified example of the outer teeth in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a motor unit 100 of an elevator hoist according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the motor unit 100 is an axial gap type rotating electrical machine.
  • the housing 20 is provided with a stator 2. Opposite to the stator 2, the rotor 1 is provided above the stator 2. The rotor 1 rotates around the central axis C of the stator 2. The rotor 1 has a rotating body 10 and a permanent magnet 11. The permanent magnet 11 is provided on the lower surface of the rotating body 10.
  • FIG. 2 is a perspective view of the stator 2 in FIG.
  • the stator 2 has a plurality of slots 7 arranged in the circumferential direction around the central axis C.
  • One slot 7 has the inner teeth 3 on the side close to the central axis C in the radial direction, that is, on the inner peripheral side.
  • the slot 7 has the outer teeth 4 on the side far from the central axis C in the radial direction, that is, on the outer peripheral side.
  • the inner teeth 3 and the outer teeth 4 are substantially quadrangular prisms each having a trapezoidal shape, that is, a planar shape facing the rotor 1.
  • the stator 2 has an inner layer winding 5 and an outer layer winding 6.
  • the inner layer winding 5 is wound around the outer teeth 4 around the same direction as the central axis C.
  • the outer layer winding 6 is wound around the inner layer winding 5 and the inner teeth 3 with the same direction as the central axis C as the axis.
  • the inner layer winding 5 and the outer layer winding 6 may be connected in series or in parallel.
  • FIG. 2 A method for forming the stator 2 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. In these figures, the windings are hatched for easy viewing.
  • FIG. 3 is a perspective view before the stator 2 is wound.
  • the stator 2 has an inner tooth 3 on the inner peripheral side and an outer tooth 4 on the outer peripheral side of the inner tooth 3.
  • FIG. 4 is a plan view of one of the slots 7, that is, one set of the inner teeth 3 and the outer teeth 4 taken out. As shown in FIG. 4, each of the inner teeth 3 and the outer teeth 4 has a trapezoidal plan shape, and the outer periphery is longer than the inner periphery.
  • the inner layer winding 5 is wound around the outer teeth 4 around the same direction as the central axis C.
  • the side surface 5s of the inner layer winding 5 wound around the outer teeth 4 is flush with the side surface 3s of the inner teeth 3. Therefore, the number of turns of the inner layer winding 5, the shape of the inner teeth 3, and the shape of the outer teeth 4 are determined.
  • the outer layer winding 6 is wound around the inner teeth 3 and the inner layer winding 5 with the same direction as the central axis C as the axis.
  • the outer layer winding 6 is wound around the outer peripheral surface 5c of the inner layer winding 5 so that the number of windings on the outer periphery 4a side of the outer teeth 4 is increased.
  • the stator 2 includes the inner teeth 3, the outer teeth 4 provided on the outer peripheral side of the inner teeth 3, the inner layer winding 5, and the outer layer winding 6.
  • the inner layer winding 5 is wound around the outer teeth 4 around the same direction as the central axis C.
  • the outer layer winding 6 is wound around the inner layer winding 5 and the inner teeth 3 with the same direction as the central axis C as the axis.
  • the outer layer winding 6 is wound from above the inner layer winding 5.
  • the side surface 5s of the inner layer winding 5 forms the same surface as the side surface 3s of the inner teeth 3 at adjacent positions. Therefore, it is possible to suppress the formation of a gap between the outer layer winding 6 and the inner layer winding 5 or the inner teeth 3, and to reduce the influence of magnetic flux leakage due to the gap.
  • the windings can be individually applied to the respective teeth.
  • the winding of the inner teeth 3 and the winding of the outer teeth 4 must be put in the gap 34 between the inner teeth 3 and the outer teeth 4.
  • the inner layer winding 5 and the outer layer winding 6 are applied as in the first embodiment, only the inner layer winding 5 enters the gap 34. Therefore, the gap 34 can be reduced. Therefore, the influence of magnetic flux leakage can be reduced, and a reduction in the area of the planar shape of the teeth can be suppressed.
  • the position of the gap 34 between the inner teeth 3 and the outer teeth 4 may be moved in the radial direction depending on the ratio between the number of turns of the inner layer winding 5 and the number of turns of the outer layer winding 6. Thereby, a highly efficient rotating electrical machine can be obtained.
  • the outer layer winding 6 is wound around the inner teeth 3 and is wound around the inner layer winding 5. Thereby, the number of turns of the outer layer winding 6 can be increased or decreased without increasing the thickness of the teeth.
  • the inner layer winding 5 is applied to all the outer teeth 4 and then the outer layer winding 6 is applied to all the slots 7.
  • the inner layer winding 5 and the outer layer winding 6 may be continuously applied to one slot 7, and this may be performed in order for all the slots 7.
  • the three-dimensional shape of the inner teeth 3 and the three-dimensional shape of the outer teeth 4 are different, but may be the same. Thereby, it is possible to reduce mold costs.
  • Embodiment 2 the rotating electrical machine according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the tooth is a substantially quadrangular prism, but in the second embodiment, the shape is different from that of the tooth of FIG.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the inner teeth 3 in the circumferential direction.
  • a tip portion 3t on the side facing the rotor 1 (not shown) of the inner tooth 3 has a protruding portion 3p having a triangular cross section in the circumferential direction. Further, the distal end portion 3t is longer than the proximal end portion 3g on the side not facing the rotor 1.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the outer teeth 4 in the circumferential direction.
  • a tip portion 4t of the outer teeth 4 on the side facing the rotor 1 (not shown) has a protruding portion 4p having a triangular cross section in the circumferential direction. Further, the distal end portion 4t is longer than the proximal end portion 4g on the side not facing the rotor 1.
  • the length L4 of the tip 4t of the outer teeth 4 is longer than the length L3 of the tip 3t of the inner teeth 3. Thereby, the increase in magnetic flux leakage by winding the inner layer winding 5 and the outer layer winding 6 can be prevented.
  • outer teeth 4 may take a cross-sectional shape as shown in FIG.
  • the teeth are divided into two pieces, that is, the inner teeth 3 and the outer teeth 4, but may be divided into three or more pieces.

Abstract

本発明の回転電機は、ステータと、ステータの中心軸線と同じ方向に対向して設けられ、中心軸線の回りに回転するロータとを有する。ステータは、内側ティースと、内側ティースの外周側に設けられる外側ティースと、内層巻線と、外層巻線とを有する。内層巻線は、中心軸線と同じ方向を軸として、外側ティースに巻かれ、外層巻線は、中心軸線と同じ方向を軸として、内層巻線と内側ティースとに巻かれている。

Description

回転電機、及びその回転電機を備えるエレベータ用巻上機
　この発明は、ロータとステータとが、ロータが回転する中心軸と同じ方向において対向しているアキシャルギャップ型の回転電機、及びその回転電機を備えるエレベータ用巻上機に関するものである。
　近年、回転電機の小型化、高効率化が求められている。アキシャルギャップ型の回転電機も、その要求に応えることができる一つの選択肢である。
　回転電機の効率は、ティースの面積、および単位長さあたりの電流値と巻線の数との積で表される電気装荷に比例する。アキシャルギャップ型の回転電機では、ティースの内周側の辺の長さは外周側の辺の長さより短い。したがって、ティースを長方形にすると、外周側に空隙が生じる。そこで、外周側でのティース間の空隙を減らすためには、ティースを、外周側が長い台形としなければならない。しかし、ティースを台形にすると、ティースの外周側で電気装荷が下がる。
　特許文献１においては、ティースの平面形状を台形とし、ティース全体に第１の巻線を巻き、ティースの外周側で巻線の数が多くなるように、第２の巻線を重ねて巻くことで、ティースの外周側での電気装荷を高めるステータの構造が記載されている。
特開２００５－２８７２１６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されたステータの構造では、図１（ｂ）および図３に示されるように、ティースの外周側では、第２の巻線は、巻線の数が多くなるように、第１の巻線に重ねて巻かれている。一方、ティースの内周側では、第２の巻線は、ティースを中心軸方向に厚くして、第１の巻線とは異なる位置に巻かれている。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ステータのコイルにおいて、ティースの厚みを増すことなく、ティースの外周側での電気装荷が損なわれない構造を得るものである。
　この発明による回転電機は、ステータと、ステータの中心軸線と同じ方向に対向して設けられ、中心軸線の回りに回転するロータとを有し、ステータは、内側ティースと、内側ティースの外周側に設けられる外側ティースと、内層巻線と、外層巻線とを有し、内層巻線は、中心軸線と同じ方向を軸として、外側ティースに巻かれ、外層巻線は、中心軸線と同じ方向を軸として、内層巻線と内側ティースとに巻かれている。
　これにより、ステータのコイルにおいて、ティースの厚みを増すことなく、ティースの外周側の電気装荷が損なわれない構造を得ることができる。
この発明の実施の形態１によるエレベータ用巻上機のモータ部の断面を模式的に示した図である。 図１におけるステータの斜視図である。 図２におけるステータの、巻線を施す前の斜視図である。 図３のステータにおいて、１個のスロットを取り出した平面図である。 図４に内層巻線を施した後の平面図である。 図５に外層巻線を施した後の平面図である。 この発明の実施の形態２における内側ティースの断面図である。 この発明の実施の形態２における外側ティースの断面図である。 実施の形態２における外側ティースの変形例の断面図である。
　以下、この発明の回転電機の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１によるエレベータ用巻上機のモータ部１００の模式的な断面図である。モータ部１００は、アキシャルギャップ型の回転電機である。
　図１に示すように、ハウジング２０には、ステータ２が設けられている。ステータ２に対向して、ステータ２の上方に、ロータ１が設けられている。ロータ１は、ステータ２の中心軸線Ｃの回りに回転する。ロータ１は、回転体１０および永久磁石１１を有している。永久磁石１１は、回転体１０の下面に設けられている。
　図２は、図１におけるステータ２の斜視図である。ステータ２は、中心軸線Ｃを中心にして、円周方向に並べられた複数のスロット７を有している。１個のスロット７は、径方向において中心軸線Ｃに近い側、すなわち内周側に内側ティース３を有している。また、スロット７は、径方向において中心軸線Ｃから遠い側、すなわち外周側に外側ティース４を有している。内側ティース３および外側ティース４は、それぞれ、ロータ１に対向する面の形状、すなわち平面形状が台形である略四角柱である。
　また、ステータ２は、内層巻線５および外層巻線６を有している。内層巻線５は、中心軸線Ｃと同じ方向を軸として、外側ティース４に巻かれている。また、外層巻線６は、中心軸線Ｃと同じ方向を軸として、内層巻線５と内側ティース３とに巻かれている。内層巻線５と外層巻線６とは、直列接続でもよいし、並列接続でもよい。
　図２に示したステータ２の形成方法について、図３から図６を用いて説明する。これらの図では、見やすいように、巻線にハッチングを施している。
　図３は、ステータ２に巻線が施される前の斜視図である。ステータ２は、内周側に内側ティース３、内側ティース３の外周側に外側ティース４を有している。このうちの１個のスロット７、すなわち１組の内側ティース３および外側ティース４を取り出した平面図が図４である。図４に示すように、内側ティース３および外側ティース４は、それぞれ、平面形状が台形であり、外周辺が内周辺よりも長い。
　まず、図５に示すように、内層巻線５を、中心軸線Ｃと同じ方向を軸として、外側ティース４に巻く。外側ティース４に巻かれた内層巻線５の側面５ｓは、内側ティース３の側面３ｓと面一である。このようにするため、内層巻線５の巻数、内側ティース３の形状、および外側ティース４の形状を決めておく。
　次に、図６に示すように、外層巻線６を、中心軸線Ｃと同じ方向を軸として、内側ティース３および内層巻線５に巻く。外層巻線６は、外側ティース４の外周辺４ａの側で巻線の巻数が多くなるように、内層巻線５の外周側の面５ｃに重ねて巻く。
　このように、ステータ２は、内側ティース３と、内側ティース３の外周側に設けられる外側ティース４と、内層巻線５と、外層巻線６とを有している。内層巻線５は、中心軸線Ｃと同じ方向を軸として、外側ティース４に巻かれている。また、外層巻線６は、中心軸線Ｃと同じ方向を軸として、内層巻線５と内側ティース３とに巻かれている。外層巻線６は、内層巻線５の上から巻かれている。
　これにより、ステータ２のコイルにおいて、ティースの厚みを増すことなく、ティースの外周側の電気装荷が損なわれない構造を得ることができる。
　また、外層巻線６を巻く際に、内層巻線５の側面５ｓは、隣り合う位置にある内側ティース３の側面３ｓと同一面を形成している。これにより、外層巻線６と、内層巻線５あるいは内側ティース３との間に空隙ができることを抑制し、空隙による磁束漏れの影響を小さくすることができる。
　また、１個のスロット７のティースを、内側ティース３および外側ティース４の２個に分けた場合、巻線はそれぞれのティースに個別に施すことができる。しかし、この場合には、内側ティース３と外側ティース４との隙間３４に、内側ティース３の巻線および外側ティース４の巻線を入れなければならない。
　それに対して、この実施の形態１のように、内層巻線５および外層巻線６を施す場合には、隙間３４に入るのは内層巻線５のみとなる。したがって、隙間３４を小さくすることができる。そのため、磁束漏れの影響を小さくすることができるとともに、ティースの平面形状の面積の減少を抑えることができる。
　また、内側ティース３と外側ティース４との隙間３４の位置は、内層巻線５の巻数と外層巻線６の巻数との比率によって、径方向において移動させてもよい。このことにより、高効率の回転電機を得ることができる。
　また、外層巻線６は、内側ティース３に巻かれており、内層巻線５に重ねて巻かれている。これにより、ティースの厚みを増すことなしに、外層巻線６の巻数を増減することできる。
　また、実施の形態１では、内層巻線５を全部の外側ティース４に施した後に、外層巻線６を全部のスロット７に施すという手順をとっている。これに限らず、１個のスロット７に対して、内層巻線５および外層巻線６を連続して施し、これを全部のスロット７に順に行うという手順をとっても良い。
　また、実施の形態１では、内側ティース３の立体形状と、外側ティース４の立体形状とは違っているが、同じにしてもよい。これにより、金型費用を抑えることが可能となる。
　実施の形態２．
　次に、実施の形態２による回転電機について、図７および図８を用いて説明する。実施の形態１では、ティースが略四角柱であったが、実施の形態２では、図１のティースに対して形状が異なっている。
　図７に、内側ティース３の周方向の断面図を示す。内側ティース３の、図示していないロータ１に対向する側にある先端部３ｔは、周方向に、断面が三角形状の張り出し部３ｐを有している。また、先端部３ｔは、ロータ１に対向していない側にある基端部３ｇより長い。
　図８に、外側ティース４の周方向の断面図を示す。外側ティース４の、図示していないロータ１に対向する側にある先端部４ｔは、周方向に、断面が三角形状の張り出し部４ｐを有している。また、先端部４ｔは、ロータ１に対向していない側にある基端部４ｇより長い。
　図７および図８において、外側ティース４の先端部４ｔの長さＬ４は、内側ティース３の先端部３ｔの長さＬ３よりも長い。これにより、内層巻線５および外層巻線６が巻かれていることによる、磁束漏れの増加を防ぐことができる。
　また、外側ティース４は、図９に示すような断面形状をとってもよい。
　また、実施の形態１および２においては、ティースを内側ティース３および外側ティース４の２個に分割したが、３個以上に分割してもよい。
１　ロータ、２　ステータ、３　内側ティース、３ｓ　側面（第２の側面）、４　外側ティース、５，５１　内層巻線、５ｓ　側面（第１の側面）、６　外層巻線、１００　モータ部（回転電機）、Ｃ　中心軸線、Ｌ３，Ｌ４　長さ。

Claims (4)

  1. 　ステータと、前記ステータの中心軸線と同じ方向に対向して設けられ、前記中心軸線の回りに回転するロータとを有する回転電機であって、
    　前記ステータは、内側ティースと、
    　前記内側ティースの外周側に設けられる外側ティースと、
    　内層巻線と、
    　外層巻線とを有し、
    　前記内層巻線は、前記中心軸線と同じ方向を軸として、前記外側ティースに巻かれ、
    　前記外層巻線は、前記中心軸線と同じ方向を軸として、前記内層巻線と前記内側ティースとに巻かれている回転電機。
  2. 　前記外側ティースに巻かれた前記内層巻線は、第１の側面を有し、
    　前記内側ティースは、前記内層巻線の前記第１の側面と隣り合う位置に、第２の側面を有し、
    　前記第１の側面は、前記第２の側面と同一面を形成している請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記外側ティースの先端部の長さは、前記内側ティースの先端部の長さよりも長い請求項１または２に記載の回転電機。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機を備えるエレベータ用巻上機。
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