JP2014223959A - エレベータ用巻上機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エレベータ用巻上機の騒音の要因となることを抑制できるエレベータ用巻上機の冷却装置を提供する。【解決手段】エレベータ用巻上機の冷却装置は、エレベータ用巻上機に用いられたモータ部のステータの外周を覆うステータカバーの外周面に設けられ、モータ部で発生した音響エネルギを冷熱変換し、冷熱変換された音響エネルギを前記モータ部に戻す熱音響冷却機構、を備えた。当該構成により、冷却装置がエレベータ用巻上機の騒音の要因となることはない。【選択図】図１

Description

この発明は、エレベータ用巻上機の冷却装置に関するものである。

排気風路に接続する換気ファンを用いて強制的に換気するエレベータ用巻上機の冷却装置が提案されている。当該冷却装置によれば、モータ内を冷却することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３３５７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、排気風路の途中の圧損流に伴う音、換気ファンの回転に伴う流体音、換気ファンの回転振動成分の音が発生する。当該音は、エレベータ用巻上機の騒音の要因となる。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたものである。すなわち、この発明の目的は、エレベータ用巻上機の騒音の要因となることを抑制できるエレベータ用巻上機の冷却装置を提供することである。

この発明に係るエレベータ用巻上機の冷却装置は、エレベータ用巻上機に用いられたモータ部のステータの外周を覆うステータカバーの外周面に設けられ、モータ部で発生した音響エネルギを冷熱変換し、冷熱変換された音響エネルギを前記モータ部に戻す熱音響冷却機構、を備えたものである。

この発明によれば、エレベータ用巻上機の騒音の要因となることを抑制できる。

この発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置を利用したエレベータ用巻上機の側面図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置を利用したエレベータ用巻上機の正面図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置に用いられる熱音響冷却機構の縦断面図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置の熱変換特性を説明するための図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置を利用したエレベータ用巻上機の側面図である。

図１において、建築構造体には、支持台座１が設けられる。支持台座１の上面には、エレベータ用巻上機２が設けられる。エレベータ用巻上機２は、ロープ巻上回転部３、モータ部４を備える。

ロープ巻上回転部３には、ロープ（図示せず）が巻き掛けられる。モータ部４の内部には、モータ（図示せず）が設けられる。モータの外周面を覆うように、ステータカバー５が設けられる。ステータカバー５は、円筒状に形成される。ステータカバー５に関し、ロープ巻上回転部３とは反対側は、吸込み面カバー６に覆われる。吸込み面カバー６の中央には、吸込み口７が保持される。ステータカバー５の外周面には、熱音響冷却機構８が設けられる。

当該エレベータにおいては、モータ部４の駆動力により、ロープ巻上回転部３が回転する。当該回転により、ロープの巻上げ又は巻下げが行われる。ロープが巻き上げられた場合、エレベータのかご（図示せず）が上昇する。ロープが巻き下げられた場合、かごが下降する。

モータ部４内において、モータの回転に伴い、モータ内の巻き線（図示せず）等は、熱を放射する。当該熱により、モータ部４内の温度が上昇する。

モータ部４内においては、モータの回転音が発生する。当該回転音は、モータの寸法、回転数等に影響される。当該回転音は、主に５００Ｈｚ以下の低周波数帯域の不快音である。当該回転音は、熱音響冷却機構８に伝搬する。熱音響冷却機構８は、当該回転音による音響エネルギを冷熱交換する。冷熱交換された音響エネルギは、モータ部４に戻される。その結果、モータ部４内が冷やされる。

次に、図２を用いて、熱音響冷却機構８の配置の一例を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置を利用したエレベータ用巻上機の正面図である。

図２に示すように、熱音響冷却機構８は、モータ部４を囲うように均等の間隔で設けられる。具体的には、第１の熱音響冷却機構８は、ステータカバー５の外周面の上部に設けられる。第２の熱音響冷却機構８は、ステータカバー５の外周面の下部の一側に設けられる。第３の熱音響冷却機構８は、ステータカバー５の外周面の下部の他側に設けられる。

次に、図３を用いて、熱音響冷却機構８の詳細を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置に用いられる熱音響冷却機構の縦断面図である。

図３に示すように、熱音響冷却機構８は、音響管９を備える。音響管９の断面形状は、任意に設定される。音響管９の径は、モータ部４の大きさに応じて設定される。音響管９の全長λは、共鳴空間が形成されるように設定される。具体的には、音響管９の全長λは、モータ部４内で発生する音響特性の最も高い音圧レベルの周波数ｆに対応した波長と同程度に設定される。すなわち、全長λは、音速Ｃと周波数ｆとを用いて次の（１）式で設定される。

λ＝Ｃ／ｆ （１）
ただし、Ｃ＝３３１．４５＋０．６０７ｔ（ｍ／Ｓ）である。ｔは温度（℃）である。

例えば、モータ部４内の空気の温度が８０℃の場合は、λ＝３．８ｍとなる。この際、音響管９内は、共鳴空間となる。この場合、共鳴空間において、音圧レベルの粗密波（位相の腹と節の部分）は１／４波長毎に２個ずつ発生する。例えば、音の周波数が１００Ｈｚの場合は、粗密波は０．９５ｍ毎に発生する。

音響管９の前部は、導入路９ａからなる。導入路９ａは、長手方向を鉛直方向にして配置される。導入路９ａの下端は、ステータカバー５に連結される。音響管９の中央部は、第１管路９ｂからなる。第１管路９ｂは、長手方向を水平方向にして配置される。第１管路９ｂの長さは、二点破線で示す気柱共鳴に伴う位相状態が発生し得るように形成される。すなわち、第１管路９ｂは、一次の気柱共鳴による腹の部分が略中央付近となるように形成される。具体的には、第１管路９ｂの長さは、音圧レベルの粗密波の波長の半分に設定される。第１管路９ｂの前端は、導入路９ａの上端に連結される。音響管９の後部は、第２管路９ｃからなる。第２管路９ｃは、長手方向を鉛直方向にして配置される。第２管路９ｃの上端は、第１管路９ｂの後端に連結される。第２管路９ｃの下端は、ステータカバー５に連結される。

第１管路９ｂの略中央の内壁には、熱交換部１０が密着固定される。熱交換部１０は、セラミック、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を焼結して成型される。熱交換部１０は、複数本の極小口径の細管を備える。

熱交換部１０の長手方向の寸法Ｗは、冷熱変換する際の変換温度量に応じて実験的に求められる。例えば、１００Ｈｚの音放射を利用して、空気の温度を３０度から−２０度まで低下させる場合、寸法Ｗは約４００ｍｍに設定される。例えば、音圧レベルが８０ｄＢの際に空気の温度を−１０度低下させる場合、寸法Ｗは５０ｍｍ前後に設定される。例えば、音圧レベルが８０ｄＢの際に空気の温度を−２０度低下させる場合、寸法Ｗは１００ｍｍ前後に設定される。

細管の口径は、音放射が突入した際の通過音の周波数が聴感的に聞えにくい周波数帯域となるように設定される。例えば、通過音の周波数は、１８ｋＨｚ以上となるように設定される。細管の口径は、音響的な信号成分が当該細管内で逆相とならないように波長の半分の長さに設定される。例えば、通過音の周波数が１８ｋＨｚに設定された場合、細管の口径は、（１）式の音速Ｃを用いて０．００９５ｍに設定される。

第２管路９ｃの下端側には、ファン構造体１１が保持される。ファン構造体１１において、ファンは、シロッコ、プロペラファン等からなる。ファンは、音響管９に導入された音の周波数に対応しない回転数で回転するように設けられる。

熱音響冷却機構８においては、導入路９ａは、１００Ｈｚ前後の音響エネルギの圧力波が導入路９ａに導入される。当該音響エネルギは、熱交換部１０の細管内を通過する。当該音響エネルギにより、熱交換部１０が振動する。当該振動により、摩擦熱が発生する。当該摩擦熱により、熱交換部１０が暖まる。すなわち、音響エネルギの一部は、熱エネルギに変換される。当該熱エネルギは、音響管９に伝播される。

音響エネルギの残りは、熱交換部１０を通過する。当該音響エネルギの熱容量は小さい。このため、当該音響エネルギは、第１管路９ｂの後部内の空気を冷やす。当該空気は、第２管路９ｃ内に放射される。当該空気は、ファン構造体１１に吸い込まれる。当該空気は、モータ部４内に流し込まれる。当該空気により、モータ部４内が冷やされる。

次に、図４を用いて、熱音響冷却機構８の最適設計で得られた熱変換特性を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用巻上機の冷却装置の熱変換特性を説明するための図である。図４の横軸は時間（ｓ）である。図４の縦軸はモータ部４内の温度（℃）である。

図４に示すように、エレベータ用巻上機２の回転に伴って、音波が発生すると、数十秒で、モータ部４内の温度がプラス域からマイナス域に移る。巻上機２が回転している間、熱変換効率は変動しない。このため、モータ部４内の温度はマイナス域に維持される。巻上機２の停止と同時に、モータ部４内の温度は上昇する。その後、モータ部４内の温度はプラス域に移る。

例えば、大型ビル等に用いるエレベータ用巻上機２等においては、かごの昇降に伴い、モータの回転時間が長くなる。このため、モータ部４内において、音の発生の継続時間が長くなる。その結果、熱音響冷却機構８による冷却時間も長くなる。

例えば、商業ビル等の利用客が集中する時間帯においては、かごが頻繁に昇降する。当該昇降に伴い、モータも頻繁に回転する。このため、モータ部４内において、音が断続的に発生する。このため、熱音響冷却機構８による冷却時間が累積される。

以上で説明した実施の形態１によれば、モータ部４は、自らが発生させた音響エネルギで冷やされる。このため、大型の冷却ファン等が不要となる。その結果、冷却装置がエレベータ用巻上機２の騒音の要因となることを抑制できる。当該抑制により、エレベータ用巻上機２に近接した部屋内に騒音が伝播することを抑制できる。その結果、部屋内の居住者等に騒音を浴びせることを抑制できる。また、エレベータ用巻上機２全体の消費電力を削減することができる。

また、熱交換部１０は、第１管路９ｂ内の気柱共鳴の腹の位置に設けられる。このため、非常に高い音圧レベルの音響エネルギが熱交換部１０を通過する。その結果、熱変換を効率的に行うことができる。

また、熱交換部１０は、圧電材料で形成される。このため、熱変換をより効率的に行うことができる。

また、熱交換部１０の直径は、１８ｋＨｚ以上の周波数帯域に対応した波長の半分に設定される。このため、音放射が突入した際の通過音を聞こえにくくすることができる。

また、ファン構造体１１のファンは、導入路９ａに導入された音の周波数に対応しない回転数で回転する。このため、ファンの動作が不安定となることを抑制できる。

なお、音響管９は、必要な共鳴空間による粗密波が形成されるように設定されていればよい。この場合、音響管９において、音響エネルギが伝播される。このため、ファン構造体１１は、熱変換された音響エネルギによる冷気を引く能力さえ持っていればよい。すなわち、ファン構造体１１のファンの風量は小さくてよい。

１ 支持台座、 ２ エレベータ用巻上機、 ３ ロープ巻上回転部、 ４ モータ部、 ５ ステータカバー、 ６ 吸込み面カバー、 ７ 吸込み口、 ８ 熱音響冷却機構、 ９ 音響管９、 ９ａ 導入路、 ９ｂ 第１管路、 ９ｃ 第２管路、 １０ 熱交換部、 １１ ファン構造体

Claims (5)

1. エレベータ用巻上機に用いられたモータ部のステータの外周を覆うステータカバーの外周面に設けられ、モータ部で発生した音響エネルギを冷熱変換し、冷熱変換された音響エネルギを前記モータ部に戻す熱音響冷却機構、
   を備えたエレベータ用巻上機の冷却装置。
2. 前記熱音響冷却機構は、
   前記モータ部で発生した音響エネルギによる圧力波を導入するように設けられた導入路と、
   前記導入路に導入された圧力波の波長の半分の長さに設定された管路と、
   前記管路内の気柱共鳴の腹の位置に設けられた熱交換部と、
   前記熱交換部に冷熱変換された圧力波を前記モータに送るファンと、
   を備えた請求項１に記載のエレベータ用巻上機の冷却装置。
3. 前記熱交換部は、圧電材料で形成され、前記管路の内壁面に密着した請求項２に記載のエレベータ用巻上機の冷却装置。
4. 前記熱交換部は、１８ｋＨｚ以上の周波数帯域に対応した波長の半分の直径で形成された請求項２又は請求項３に記載のエレベータ用巻上機の冷却装置。
5. 前記ファンは、前記管路に導入された圧力波の周波数に対応しない回転数で回転する請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載のエレベータ用巻上機の冷却装置。

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