JP6696231B2 - 巻上機 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータ等に使用する、アウタロータ・ギヤレス巻上機の冷却構造に関する技術である。

永久磁石式同期電動機を使用したギヤレス巻上機に、アウタロータ方式のモータを使用した場合には、回転子の内径側に固定子を配置する構造になる。回転子には永久磁石が配置され、固定子には固定子巻線が配置される。固定子巻線には電流が流れるため、固定子の発熱量は多い。このように発熱量の多い固定子が回転子の内周側に配置される構造になるため、電動機の冷却性が低下する傾向になる。
具体的には、電動機のうち外部と接して冷却に寄与する面積が小さいこと、及び、スペースが小さく大きな送風ファンが取り付けられないこと等の理由により、十分な冷却ができない可能性がある。その結果、冷却不足により、仮に温度が許容値を越えると、コイルの焼損や永久磁石の減磁等の問題が生ずる恐れがある。

このようなアウタロータ形巻上機の冷却技術として、特許文献１（特開２００５−１０４６２０号公報）に示されるものがある。この特許文献１には、次のような技術が示されている。
（１）固定子の内周側に複数の放熱フィンを設け、固定子で発生する熱を放熱フィンに伝導して放熱させる技術。なお、冷却は自然対流により行う（第１の技術）。
（２）固定子の内周側に外部と連通する開口部を設けると共に、綱車のリブに通風口を設け、開口部から通風口を通る通風経路を形成する（第２の技術）。
（３）固定子の内周側に設けた放熱フィンと、綱車のリブとの間に、送風ファンを設ける（第３の技術）。

なお特許文献２（特開２００８−１８７７９２号公報）や特許文献３（実開昭５４−１１１０８１号公報）には、電動機や綱車の外部に送風機を備えて冷却をする技術が開示されている。

特開２００５−１０４６２０号公報 特開２００８−１８７７９２号公報 実開昭５４−１１１０８１号公報

しかし、更なるモータの小形・軽量化を行うためには、更に冷却性を向上させる必要があり、特許文献１の発明では、下記の点で改良の余地がある。
（１）第１の技術は、冷却ファンを取り付けず、自然対流による冷却方式であり、冷却性は低い。
（２）第２の技術では、外気に直接触れる効果的な放熱部は、固定子鉄心の内径部分のみであり、モータ全体の表面積に対する放熱部の割合が小さい。したがって、小型・大容量のモータに適用した場合には、十分な冷却ができない恐れがある。
（３）第３の技術では、モータと比較して小さな送風ファンしか取り付けることができないこと、また、送風による冷却が期待できるのは固定子鉄心の内径部に限られること、から効果が限定的である。

本発明は、上記従来技術に鑑み、冷却性能をより向上させた巻上機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、
予め決めた間隔を空けて配置したブレーキスタンドとモータスタンドと、
円筒状の外周側のリムと前記リムの内周側に同心状に配置された円筒状のボスを有しており、前記ブレーキスタンドとモータスタンドの間に配置されて回転自在に支持された駆動綱車と、
前記駆動綱車の前記リムのうち前記モータスタンド側の端面に直結された回転子と、この回転子の内周側に配置されて前記モータスタンドに取り付けられた固定子とを有するアウタロータ形の電動機と、
を備えた巻上機であって、
前記駆動綱車は、
前記駆動綱車の前記リムのうち、前記ブレーキスタンド側の端面と前記電動機の回転子との間の予め決めた位置において、前記リムの内周面と前記ボスの外周面との間に配置されており、前記リムの内周面と前記ボスの外周面との間の空間を前記ブレーキスタンド側の空間と前記モータスタンド側の空間に区画するように半径方向に沿い広がったリング状板材であり、前記リムと前記ボスとを連結する１枚のリング状リブと、
前記リング状リブの外周部分において周方向の複数箇所に形成された通風孔と、
前記モータスタンド側の空間において、前記空間を複数箇所に区切るように周方向の複数箇所で半径方向及び軸方向に沿い広がった板材であり、前記リムと前記ボスとを連結する複数枚の放射状リブと、
を有し、
前記モータスタンドは、
前記回転子の外周側に配置した外周カバー部と、前記固定子の内周側に配置した内周カバー部と、前記電動機のうち前記駆動綱車とは反対側に配置した端面カバー部とからなるモータカバー部と、
前記内周カバー部の外周側面において周方向の複数箇所から外周側に伸びて前記固定子の内周面を支持することにより、前記内周カバー部と前記固定子の内周面との間に空間である通風路を形成する複数の固定子保持部材と、
前記端面カバー部の外周側であり前記電動機と対向する位置に形成した吸入孔と、
を有し、
前記通風孔の内径寸法は、前記通風路の外径寸法よりも大きくしていることを特徴とする。

また本発明は、前記モータカバー部には、前記吸入孔を通して前記モータカバー部内に空気を吹き込む冷却ファンが備えられていることを特徴とする。

また本発明は、前記電動機は、前記回転子に永久磁石を配置した永久磁石式同期電動機であることを特徴とする。

本発明によれば、駆動綱車が回ることにより送風冷却が可能になり、アウタロータ形の電動機を用いた場合であっても、良好な冷却効果を得ることができる。

本発明の実施例１に係る巻上機を正面側から示す一部断面図。 本発明の実施例１に係る巻上機を示す左側面図。 本発明の実施例１に係る巻上機を示す右側面図。 図２，図３のＡ−Ｏ−Ａ断面を示す断面図。 図４のＣ−Ｃ断面を示す断面図。 図４のＤ−Ｄ断面を示す断面図。 図４のＥ−Ｅ断面を示す断面図。 本発明の実施例２に係る巻上機を正面側から示す一部断面図。 本発明の実施例２に係る巻上機を示す左側面図。 図９のＢ−Ｏ−Ｂ断面を示す断面図。

以下、本発明に係る巻上機を、実施例に基づき詳細に説明する。

〔実施例１〕
本発明の実施例１に係るエレベータ用の巻上機１を、図１から図７を参照して説明する。
図１に示すように、巻上機１のベッド２上には、予め決めた間隔を空けて、ブレーキスタンド（一端側のスタンド）１０とモータスタンド（他端側のスタンド）２０が配置されている。
図１〜図３に示すように、回転軸３０の一端側（図１では右端側）は、軸受３１を介してブレーキスタンド１０により支持されており、回転軸３０の他端側（図１では左端側）は、軸受３２を介してモータスタンド２０により支持されている。このため、回転軸３０は、その軸心回りで回転自在に支持されている。

図１，図３，図７に示すように、駆動綱車４０は、円筒状のリム４１と、リム４１の内周側に同心状に配置された円筒状のボス４２と、リム４１の内周面とボス４２の外周面との間に配置されてリム４１とボス４２とを連結・結合する１枚のリング状リブ４３及び複数枚（本例では８枚）の放射状リブ４４により構成されている。
リム４１の外周面には、主索を巻き掛けるための綱溝４１ａが形成されている。ボス４２内には回転軸３０が緊密に同心状に挿通されており、ボス４２と回転軸３０とが固定・結合している。

図１，図３に示すように、リング状リブ４３は、この例では駆動綱車４０の軸方向の中央部において半径方向に沿い広がった１枚のリング状板材であり、リム４１の内周面とボス４２の外周面との間に配置されてリム４１とボス４２とを連結している。このように、駆動綱車４０（回転軸３０）の軸心に直交（交差する）面となっているリング状リブ４３により、リム４１の内周面とボス４２の外周面との間の空間は、右側空間（一端側空間）Ｒと左側空間（他端側空間）Ｌとに区画されている（図１，図４参照）。
リング状リブ４３には、その外周部分に、周方向に沿い等間隔に複数（本例では８個）の通風孔４３ａが形成されている（図３参照）。これら通風孔４３ａにより、左側空間Ｌと右側空間Ｒとが連通している。

図１，図４，図７に示すように、複数枚（本例では８枚）の板状の放射状リブ４４は、リム４１の内周面とボス４２の外周面との間の空間のうちの左側空間Ｌにおいて放射状に配置されている。つまり放射状リブ４４は、周方向の複数箇所で、半径方向に及び軸方向に沿い広がった板材である。このため左側空間Ｌは、複数枚の放射状リブ４４により周方向の複数箇所（本例では８箇所）で区切られることにより、複数個（本例では８個）の小空間Ｌ１〜Ｌ８に区画されている（図７参照）。

図１に示すように、駆動綱車４０の一端面（右端面）には、ブレーキディスク１５が固定されている。このブレーキディスク１５は、ブレーキスタンド１０に装着される制動装置（図示省略）のディスクである。

図１，図４に示すように、永久磁石式同期電動機（以下「電動機」と称する）５０は、概略的には、駆動綱車４０の他端側（左側）に配置されている。
更に詳述すると、アウタロータ形の回転子５１は、駆動綱車４０の他端面（左端面）に直結して取り付けられている。回転子５１は、駆動綱車４０及び回転軸３０と同心状態に配置されている。回転子５１の内周面には永久磁石５２が取り付けられている。
固定子鉄心５６に固定子巻線５７を備えてなる固定子５５は、回転子５１の内周側に位置した状態でモータスタンド２０に取り付けられている。固定子５５は、駆動綱車４０及び回転軸３０と同心状態に配置されている。

ここで、モータスタンド２０の詳細構造、及び、固定子５５（固定子鉄心５６）をモータスタンド２０に取り付ける取付構造の詳細を説明する。

図１，図２に示すように、モータスタンド２０は、ベッド２に固定されるスタンド部２１と、スタンド部２１に支持されて電動機５０を覆うモータカバー部２２を有している。

図１，図４に示すように、モータカバー２２は、電動機５０の回転子５１の外周側に配置した外周カバー部２２ａと、固定子５５（固定子鉄心５６）の内周側に配置した内周カバー部２２ｂと、電動機５０の他端側（左端側）に配置した端面カバー部２２ｃにより構成されている。この例では、外周側カバー部２２ａと回転子５１との間の隙間（径方向の隙間）は小さいが、内周側カバー部２２ｂと固定子鉄心５６の内周面との間の隙間（径方向の隙間）は大きくしている。

端面カバー部２２ｃの外周側部分には、周方向に沿い等間隔に複数（本例では６個）の吸入孔Ｈが形成されている（図２参照）。つまり、吸入孔Ｈは、電動機５０の他端面（左端面）に対向する位置に形成されている（図１，図４参照）。

図５，図６に示すように、内周カバー部２２ｂの外周側面（固定子５５側の面）には、周方向に沿う複数箇所（本例では６箇所）から外周側に伸びた固定子保持部材２３が配置されている。この固定子保持部材２３は、半径方向に及び軸方向に沿い広がった板材である。
このようにして放射状に配置された固定子保持部材２３の径方向の長さは、この例では、内周カバー部２２ｂから外周カバー部２２ａまでの径方向長さの略半分にしている。そして各固定子保持部材２３の先端（外周端面）に、固定子鉄心５６の内周面を固定して取り付けている。このため、固定子鉄心５６の内周面と内周カバー部２２ｂの外周面との間に空間を確保することができ、この空間が通風路Ｖとなる。つまり固定子鉄心５６の内周側に通風路Ｖが形成されている。

図１，図３，図６に示すように、通風孔４３ａの内径寸法βは、通風路Ｖの外径寸法（固定子鉄心５６の内径寸法）αよりも大きくしている。つまり、β＞αとなるように、通風孔４３ａの形成位置や、固定子保持部材２３の半径方向長さ（固定子鉄心５６の内径寸法）を設定している。
この結果、半径方向で見たときに、通風路Ｖは通風孔４３ａよりも内周側に位置している。また通風路Ｖは吸入孔Ｈよりも内周側に位置している。

上記構成となっている巻上機１の動作を説明する。
駆動綱車４０は、軸受３１，３２により回転自在に支持された回転軸３０に固定されており、回転軸３０と共に軸心回りに回転自在である。つまり、駆動綱車４０は、ブレーキスタンド１０とモータスタンド２０の間に配置されて、回転自在に支持されている。
ブレーキが作動していない状態で、電動機５０に電源を入れ回転駆動させると、回転子５１のトルクが駆動綱車４０に伝達され、巻上機１の駆動綱車４０が回転する。また、ブレーキを作動させるとブレーキトルクが働き、巻上機１の駆動綱車４０の回転が固定される。

巻上機１の駆動綱車４０が回転すると、放射状リブ４４が回転して遠心ファンの作用が働き、図４の矢印で示した空気の流れが発生する。

つまり、駆動綱車４０が回転すると、小空間Ｌ１〜Ｌ８（図７参照）の空気は遠心力により外周側に押し込まれる。このとき、各小空間Ｌ１〜Ｌ８（左側空間Ｌ）の他端面側（図１では左端面側）には電動機５０が配置されているのに対して、一端面側（図１では右端面側）には、通風孔４３ａ（図３参照）が開いているので、小空間Ｌ１〜Ｌ８（図７参照）の外周側に押し込まれた空気は、通風孔４３ａを通って右側空間Ｒに流入する。

このように、小空間Ｌ１〜Ｌ８（図７参照）の外周側に押し込まれた空気が、通風孔４３ａを通って左側空間Ｌから右側空間Ｒに流入する作用に伴い、次のような空気流が発生する。
即ち、外部の空気は吸入口Ｈから吸い込まれ、固定子鉄心５６と固定子巻線５７の他端側（図１では左端側）、固定子鉄心５６の内径側の通風路Ｖ、固定子鉄心５６と固定子巻線５７の一端側（図１では右端側）に沿って流れ、更に、左側空間Ｌから通風孔４３ａを通って右側空間Ｒに流れ、外部に出ていく。
また、空気の一部は、エアーギャップ（回転子５１と固定子５５との間の空間）を一端側から他端側に流れる。

つまり本例では、吸入孔Ｈが端面カバー部２２ｃの外周側部分に形成され、通風孔４３ａの内径側寸法βは、通風路Ｖの寸法（固定子鉄心５６の内径側寸法）αよりも大きくしているため、換言すると、通風路Ｖは吸入孔Ｈ及び通風孔４３ａよりも内周側に位置しているため、吸入孔Ｈから取り込まれた空気は、軸方向に沿って（図１では左側から右側に向かって）流れるにつれて、先ず内周側に寄って固定子鉄心５６の内周側の通風路Ｖを通り、その後は外周側に広がってから、通風孔４３ａを通過して流れていく。

このように、固定子５５（固定子鉄心５６，固定子巻線５７）の他端面、内周面及び一端面に沿い主流の空気が流れるため、発熱量の多い固定子５５を効果的に冷却することができ、ひいては電動機５０全体を効果的に冷却することができる。

巻上機１が停止すると、放射状リブ４４による空気の流れは停止する。

実施例１においては、上記のように空気が流れる結果（図４参照）、広範囲に効果的な送風冷却ができ、小型・大容量のモータを採用した場合においても、温度上昇を許容値限度内に抑えられる。更に、固定子５５から永久磁石５２への熱伝達が軽減し、永久磁石５２の温度上昇が抑えられるので永久磁石５２の減磁を防止することができる。

〔実施例２〕
次に本発明の実施例２に係る巻上機１Ａを、図８〜図１０を参照して説明する。この巻上機１Ａでは、モータカバー部２２の端面カバー部２２ｃに形成した吸入孔Ｈの部分に、冷却ファン取付座２２ｄを設けている。この冷却ファン取付座２２ｄに冷却ファン６０を備えている。冷却ファン６０は、駆動すると（電気が供給されると）、モータカバー部２２内に空気を吹き込むものである。

他の部分の構成は実施例１の巻上機１と同様であるので、同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

上記構成となっている巻上機１Ａの動作は次の通りである。
巻上機１Ａが回転している場合には、実施例１と同様に放射状リブ４４による遠心ファンの作用による送風に加えて、冷却ファン６０による送風が加わり、送風量が増加する。このため、冷却効果が増加し、実施例１より温度上昇を抑える効果が更に高くなる。

巻上機１Ａが回転していない場合、放射状リブ４４による遠心ファンの作用による送風は無いが、冷却ファン６０による送風があり、巻上機１Ａの停止時においても送風冷却が可能であり、実施例１より温度上昇を抑える効果が更に高くなる。

〔変形例〕
なお上記実施例１及び実施例２では、ブレーキスタンド１０及びモータスタンド２０に対して回転自在に回転軸３０を配置しているが、ブレーキスタンド１０及びモータスタンド２０に回転しない支持軸を固定し、この支持軸に対して、駆動綱車４０のボス４２を回転自在に支持した巻上機であっても、本発明を適用することができる。

本発明は、エレベータ用の巻上機の他、各種分野の巻上機にも適用することが可能である。

１，１Ａ 巻上機
２ ベッド
１０ ブレーキスタンド
１５ ブレーキディスク
２０ モータスタンド
２１ スタンド部
２２ モータカバー部
２２ａ 外周カバー部
２２ｂ 内周カバー部
２２ｃ 端面カバー部
２２ｄ 冷却ファン取付座
２３ 固定子保持部材
３０ 回転軸
３１，３２ 軸受
４０ 駆動綱車
４１ リム
４１ａ 綱溝
４２ ボス
４３ リング状リブ
４３ａ 通風孔
４４ 放射状リブ
５０ 永久磁石式同期電動機（電動機）
５１ 回転子
５２ 永久磁石
５５ 固定子
５６ 固定子鉄心
５７ 固定子巻線
６０ 冷却ファン
Ｒ 右側空間
Ｌ 左側空間
Ｌ１〜Ｌ８ 小空間
Ｈ 吸入孔
Ｖ 通風路

Claims (3)

1. 予め決めた間隔を空けて配置したブレーキスタンドとモータスタンドと、
   円筒状の外周側のリムと前記リムの内周側に同心状に配置された円筒状のボスを有しており、前記ブレーキスタンドとモータスタンドの間に配置されて回転自在に支持された駆動綱車と、
   前記駆動綱車の前記リムのうち前記モータスタンド側の端面に直結された回転子と、この回転子の内周側に配置されて前記モータスタンドに取り付けられた固定子とを有するアウタロータ形の電動機と、
   を備えた巻上機であって、
   前記駆動綱車は、
   前記駆動綱車の前記リムのうち、前記ブレーキスタンド側の端面と前記電動機の回転子との間の予め決めた位置において、前記リムの内周面と前記ボスの外周面との間に配置されており、前記リムの内周面と前記ボスの外周面との間の空間を前記ブレーキスタンド側の空間と前記モータスタンド側の空間に区画するように半径方向に沿い広がったリング状板材であり、前記リムと前記ボスとを連結する１枚のリング状リブと、
   前記リング状リブの外周部分において周方向の複数箇所に形成された通風孔と、
   前記モータスタンド側の空間において、前記空間を複数箇所に区切るように周方向の複数箇所で半径方向及び軸方向に沿い広がった板材であり、前記リムと前記ボスとを連結する複数枚の放射状リブと、
   を有し、
   前記モータスタンドは、
   前記回転子の外周側に配置した外周カバー部と、前記固定子の内周側に配置した内周カバー部と、前記電動機のうち前記駆動綱車とは反対側に配置した端面カバー部とからなるモータカバー部と、
   前記内周カバー部の外周側面において周方向の複数箇所から外周側に伸びて前記固定子の内周面を支持することにより、前記内周カバー部と前記固定子の内周面との間に空間である通風路を形成する複数の固定子保持部材と、
   前記端面カバー部の外周側であり前記電動機と対向する位置に形成した吸入孔と、
   を有し、
   前記通風孔の内径寸法は、前記通風路の外径寸法よりも大きくしていることを特徴とする巻上機。
2. 請求項１において、
   前記モータカバー部には、前記吸入孔を通して前記モータカバー部内に空気を吹き込む冷却ファンが備えられていることを特徴とする巻上機。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記電動機は、前記回転子に永久磁石を配置した永久磁石式同期電動機であることを特徴とする巻上機。

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