JP6962401B2 - 回転機及び巻上機 - Google Patents

Description

本発明は、回転機及び巻上機に関し、特に、回転子が回転することで発生する風によりコイルエンドを冷却する自力通風式の回転機、及び自力通風式の回転機を用いたエレベータの巻上機に関する。

巻上機は、エレベータにおいて、かごとつり合い重りとを繋ぐロープの巻き上げを行う。巻上機においてロープを巻き上げるシーブは、回転機の一例であるモータによって回転駆動される。モータは駆動により発熱して効率低下等を生じる虞があるため、冷却するのが望ましい。モータを冷却するために別途送風設備を設けることが考えられるが、その分、装置が大型化してしまうという問題があった。

そこで従来、モータのロータによって回転する送風翼を設け、装置の大型化を避けようとした発明が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１６−１０５６６８号公報

特許文献１では、通風路が設けられているにすぎず、風を効率よく通風路に通すことについての検討はされておらず、冷却性能について改善の余地があった。

本発明は、冷却性能を改善した回転機及び巻上機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転機は、ステータとロータとを有する回転機であって、前記ステータ及び前記ロータを周方向全周に亘って径方向外側から覆う外枠部材と、前記外枠部材の軸方向他方側を覆うカバー部材と、前記ロータの回転に伴って回転する送風翼と、前記送風翼の回転によって通風入口から吸気した風を通風出口に案内する風案内部材と、を備え、前記通風入口は、前記カバー部材を軸方向に貫通する貫通孔であり、前記通風出口は、前記カバー部材を軸方向に貫通する貫通孔であり、前記風案内部材は、前記通風入口と前記通風出口との間で前記カバー部材の軸方向一方側の面から前記送風翼に向かって拡がり、前記風案内部材の軸方向一方側端部の径方向位置は、前記送風翼の径方向位置のうち前記送風翼で生じる風により受ける圧力が高圧と低圧の中間の圧力の位置である。

上記の一態様の回転機において、前記風案内部材の軸方向一方側端部の径方向位置は、前記送風翼の径方向外側端部と径方向内側端部との間の径方向の距離に対する、前記送風翼の径方向内側端部からの径方向の距離の比率が５５〜６５％の位置であってもよい。

上記の一態様の回転機において、前記送風翼の径方向外側端部と径方向内側端部との間の径方向の距離に対する、前記風案内部材と前記ステータとの最近接距離の比率は、２０〜３０％であってもよい。

上記の一態様の回転機において、中心軸を通り軸方向と平行な断面における、前記風案内部材と前記カバー部材とが成す角度は３５〜４５°であってもよい。

上記の一態様の回転機において、前記送風翼は、前記ロータの径方向外側と径方向内側とを繋ぐスポーク部から軸方向他方側に拡がり、前記ロータを補強するリブ部を兼ねてもよい。

エレベータの巻上機であって、かごとつり合い重りとを繋ぐロープを巻き付けるシーブと、前記シーブを回転させる、上記の一態様の回転機と、を備えてもよい。

本発明の一態様によれば、冷却性能を改善した回転機及び巻上機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る巻上機の斜視図である。 図１の巻上機１を＋Ｘ側から見た側面図である。 図２の巻上機１を、Ｘ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示す側断面図である。 図１の巻上機１のモータ１０について一部を切り欠いて示す斜視図である。 リブ部１２ｄの回転によって生じる下図の流れを説明する断面図である。 風案内部材１６を配置する位置の一例について説明する図である。 風案内部材１６を配置する位置の一例について説明する図である。 風案内角度を異ならせて通風量を求めた結果を示す図である。 ロータ１２の軸方向と直交する面が受ける風圧を数値解析で求めた結果を示す図である。 図６に示した例において数値解析した結果であって風の流れを示す図である。 図４に示したカバー部材１５とは別のカバー部材の例を示す斜視図である。 図４に示したロータ１２とは別のロータの例を示す斜視図である。 図１２のロータ１１２の側断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

なお、以下の説明において、図３に示す中心軸Ｊが延びる方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、軸方向において、図３での右側を一方側と呼び、図３での左側を他方側と呼ぶ。また、径方向において、中心軸Ｊに近い側を内側と呼び、中心軸Ｊから遠い側を外側と呼ぶ。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｙ軸方向は、中心軸Ｊと平行な方向であって、図２に示す側面図の左右方向とする。Ｚ軸方向は、Ｙ軸方向と直交する方向であって、図２に示す側面図の上下方向とする。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の何れにおいても、図中に示される矢印の向く側を＋側、反対側を−側とする。

また、以下の説明において、軸方向に延びる又は拡がる、とは、厳密に軸方向（Ｙ軸方向）に延びる又は拡がる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる又は拡がる場合も含む。また、以下の説明において、径方向に延びる又は拡がる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向に延びる又は拡がる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる又は拡がる場合も含む。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る巻上機の斜視図である。本実施形態は、本発明を、エレベータのかごとつり合い重りとを繋ぐロープを巻き上げる巻上機に適用した場合の例である。本発明は、エレベータの巻上機以外に適用することも可能である。図１の巻上機１は、巻き上げ対象のロープを巻き付けるシーブ２０を有する。図２は、図１の巻上機１を＋Ｘ側から見た側面図である。図３は、図２の巻上機１を、Ｘ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示す側断面図である。

巻上機１は、シーブ２０の他に、中心軸Ｊを回転軸としてシーブ２０を回転させるための駆動力を発生するモータ１０と、モータ１０が発生した駆動力をシーブ２０に伝達するシャフト２２と、シーブ２０よりも軸方向他方側でシャフト２２を回転可能に軸支する第２軸受５１を有する第２軸受部５０と、シーブ２０よりも軸方向一方側でシャフト２２を回転可能に軸支する第１軸受４１を有する第１軸受部４０と、シーブ２０の回転を制動する制動装置３０と、を備える。第１軸受４１及び第２軸受５１としては、例えば自動調心ころ軸受を用いることが出来る。図３では、第１軸受４１及び第２軸受５１の内部構成の詳細の図示を省略している。第１軸受４１及び第２軸受５１としては、既知の他の種類の軸受を用いてもよい。なお、第２軸受５１は、モータ１０よりも軸方向他方側に配置してもよい。モータ１０は、回転機の一例である。

モータ１０は、ステータ１１と、ロータ１２と、ケーシング１３と、カバー部材１４と、カバー部材１５と、風案内部材１６と、を備える。モータ１０は、シーブ２０よりも軸方向他方側に配置される。ケーシング１３は、外枠部材の一例である。ケーシング１３は、ステータ１１及びロータ１２を周方向全周に亘って径方向外側から覆う。カバー部材１４は、ケーシング１３の軸方向一方側を覆う。カバー部材１５は、ケーシング１３の軸方向他方側を覆う。風案内部材１６は、カバー部材１５の軸方向一方側に配置される。

ステータ１１は、コイルエンド１１ａ及び１１ｂを有する。ロータ１２は、径方向内側に配置された円環状のハブ部１２ａと、径方向外側に配置された円環状のリム部１２ｃと、ハブ部１２ａから放射状に延びてハブ部１２ａとリム部１２ｃとをつなぐスポーク部１２ｂと、スポーク部１２ｂから軸方向他方側に拡がってロータ１２を補強するリブ部１２ｄと、を備える。リム部１２ｃは、ステータ１１と対向する位置に磁石を有する。

ケーシング１３は、脚部１０２を有する。脚部１０２は、例えばボルトによって土台部材２００に固定される。ステータ１１は、ケーシング１３に固定される。ロータ１２は、ステータ１１との間に空隙を設けて配置される。シャフト２２の軸方向他方側の端部は、例えば圧入によってロータ１２のハブ部１２ａに固定される。モータ１０は、通電によって、中心軸Ｊを回転軸としてロータ１２を回転させる。シャフト２２は、ロータ１２の回転に伴って中心軸Ｊを回転軸として回転する。

第２軸受部５０は、第２軸受５１を備える。第２軸受部５０は、脚部１０１を有する。脚部１０１は、例えばボルトによって土台部材２００に固定される。

第１軸受部４０は、第１軸受４１を備える。第１軸受部４０は、脚部１００を有する。脚部１００は、例えばボルトによって土台部材２００に固定される。

土台部材２００は、巻上機１の外部の部材である。土台部材２００は、例えば、エレベータ機械室の床、側壁又は天井に固定される。

シーブ２０は、例えば圧入によって、シャフト２２に固定される。シーブ２０は、軸方向に貫通する貫通孔を有する円筒形状のロープ巻取部２１を有する。ロープ巻取部２１は、その外周面にロープ巻取面２１ａを有する。巻上機１は、ロープとロープ巻取面２１ａとの摩擦によりロープの巻上を行う。

制動装置３０は、ブレーキディスク３１と、ブレーキディスク３１の制動面にブレーキパッドを押しつけて摩擦により制動を行うブレーキクランパ３２と、を有する。ブレーキディスク３１は、軸方向と直交する方向に拡がる制動面を有する円板状部材である。ブレーキディスク３１は、シーブ２０に固定される。ブレーキディスク３１は、シーブ２０の回転に伴って中心軸Ｊの軸回りに回転する。ブレーキクランパ３２は、第１軸受部４０を介して土台部材２００に固定される。ブレーキクランパ３２により、ブレーキディスク３１の制動面にブレーキパッドを押しつけることで、シーブ２０の回転を制動する。

図４は、図１の巻上機１のモータ１０について一部を切り欠いて示す斜視図である。図４では、ロータ１２以外について、Ｘ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示している。図４に示すように、本実施形態では、ロータ１２は、周方向に等間隔で配置した６個のスポーク部１２ｂを有する。ロータ１２は、６個のスポーク部１２ｂのそれぞれに対して、ハブ部１２ａからリム部１２ｃに亘り、スポーク部１２ｂから軸方向他方側に拡がるリブ部１２ｄを有する。このため、本実施形態では、ロータ１２は、６個のリブ部１２ｄを有する。スポーク部１２ｂ及びリブ部１２ｄの数は、６個以外であってもよい。スポーク部１２ｂの数とリブ部１２ｄの数は、同じでなくてもよい。ロータ１２は、あるスポーク部１２ｂと隣接するスポーク部１２ｂとの間に、軸方向に貫通する貫通孔を有する。

本実施形態では、６個のリブ部１２ｄのそれぞれは、径方向と平行な面を、回転方向の前側及び回転方向の後側に有する。リブ部１２ｄの径方向と平行な面の形状は、ほぼ四角形である。リブ部１２ｄは、径方向及び軸方向に拡がる平板形状である。ロータ１２が中心軸Ｊの軸回りに回転すると、６個のリブ部１２ｄも中心軸Ｊの軸回りに回転する。リブ部１２ｄは、回転することで送風を行う。リブ部１２ｄは、送風翼の一例である。本実施形態では、リブ部１２ｄの軸方向他方側の端部は、コイルエンド１１ａの軸方向他方側の端部よりも軸方向一方側に位置する。コイルエンド１１ａは、ステータ１１のコイルエンドのうち軸方向他方側のコイルエンドである。

カバー部材１５は、リブ部１２ｄよりも軸方向他方側に位置する。カバー部材１５は、周方向に等間隔で配置した８個の貫通孔１５aを有する。貫通孔１５aは、カバー部材１５を軸方向に貫通する。風案内部材１６は、円筒状部材であり、軸方向他方側から軸方向一方側に行くにつれて徐々に径が縮小していく。風案内部材１６は、カバー部材１５と一体であっても良いし、別部材であってもよい。本実施形態では、風案内部材１６の軸方向他方側の端部が、カバー部材１５の軸方向一方側の面に、例えばボルトによって固定される。貫通孔１５aは、風案内部材１６の軸方向他方側の端部よりも径方向外側の位置から径方向内側の位置まで達する。本実施形態では、貫通孔１５aのうち風案内部材１６の軸方向他方側の端部よりも径方向内側の貫通孔は、通風入口１５ａａ（図５参照）である。また本実施形態では、貫通孔１５aのうち風案内部材１６の軸方向他方側の端部よりも径方向外側の貫通孔は、通風出口１５ａｂ（図５参照）である。風案内部材１６は、通風入口１５ａａと通風出口１５ａｂとの間でカバー部材１５の軸方向一方側の面からリブ部１２ｄに向かって拡がる。

図５は、リブ部１２ｄの回転によって生じる下図の流れを説明する断面図である。カバー部材１４は、コイルエンド１１ｂと軸方向に対向する位置に貫通孔１４ｂを有する。貫通孔１４ｂは、カバー部材１４を軸方向に貫通する。コイルエンド１１ｂは、ステータ１１のコイルエンドのうち軸方向一方側のコイルエンドである。図５に示すように、モータ１０内においては、カバー部材１５の通風入口１５ａａから貫通孔１４ｂへと流れる風の流れと、カバー部材１５の通風入口１５ａａからカバー部材１５の通風出口１５ａｂへと流れる風の流れがある。風案内部材１６を設けない場合には、カバー部材１５の通風入口１５ａａと通風出口１５ａｂとの間で空気が滞留してステータ１１の冷却性能が低下してしまう。本実施形態によれば、風案内部材１６により、カバー部材１５の通風入口１５ａａから通風出口１５ａｂへと風を案内することが出来、通風量を向上し、ステータ１１の冷却性能を改善することが出来る。

図６は、風案内部材１６を配置する位置の一例について説明する図である。発明者らは、モータ１０内を通ってステータ１１を冷却する風の通風量について数値解析を行い、通風量を多くする風案内部材１６の配置位置について求めた。数値解析の結果、図６に示すように風案内部材１６を配置することにより通風量を多くすることが出来ることが分かった。

図６に示すように、風案内部材１６の軸方向一方側端部の径方向位置は、リブ部１２ｄの径方向外側端部（位置Ｂ）と径方向内側端部（位置Ａ）との間の径方向の距離に対する、リブ部１２ｄの径方向内側端部（位置Ａ）からの径方向の距離の比率が５５〜６５％の位置であるのがよい。さらに、中心軸Ｊを通り軸方向と平行な断面における、風案内部材１６とカバー部材１５とが成す角度（以下「風案内角度」という）は３５〜４５°であるのがよい。風案内角度を異ならせて通風量を求めた結果を図８のグラフに示す。図８を参照してわかるように、風案内角度は３５〜４５°であるのがよい。風案内角度が４５°よりも大きな角度の場合は、通風出口１５ａｂから流入する風によって排気が阻害されるため、通風量が低下してしまう。また風案内角度が３５°よりも小さな角度の場合は、風案内部材１６とコイルエンド１１ａ最近接距離が短くなり、流路の断面積が縮小され、通風量が低下してしまう。

図７は、風案内部材１６を配置する位置の一例について説明する図である。図７は、図６と同様に数値解析によって求めたものである。図７に示すように、風案内部材１６の軸方向一方側端部の径方向位置は、リブ部１２ｄの径方向外側端部（位置Ｂ）と径方向内側端部（位置Ａ）との間の径方向の距離に対する、リブ部１２ｄの径方向内側端部（位置Ａ）からの径方向の距離の比率が５５〜６５％の位置であるのがよい。さらに、リブ部１２ｄの径方向外側端部（位置Ａ）と径方向内側端部（位置Ｂ）との間の径方向の距離に対する、風案内部材１６とステータ１１との最近接距離（図７では風案内部材１６とコイルエンド１１ａとの最近接距離）の比率は、２０〜３０％であるのがよい。ロータ１２とステータ１１との間のエアギャップの半径（中心軸Ｊからエアギャップまでの距離）が変更された場合であっても、図７に示すように風案内部材１６とコイルエンド１１ａとの最近接距離の比率を定めて風案内部材１６を配置することで、冷却性能を改善することが出来る。

図９は、ロータ１２の軸方向と直交する面が受ける風圧を数値解析で求めた結果を示す図である。図９では、シャフト２２の図示を省略している。図９では、色が濃いほど低圧であることを示している。風案内部材１６の軸方向一方側端部の径方向位置が、リブ部１２ｄの径方向位置のうちリブ部１２ｄで生じる風により受ける圧力が高圧と低圧の中間の圧力の位置であることが、風案内部材１６によって通風入口１５ａａと通風出口１５ａｂを仕切るのに適している。これは、高圧と低圧との間で仕切ることで吸気と排気とを分けることが出来るためである。従って、風案内部材１６の軸方向一方側端部の径方向位置は、リブ部１２ｄの径方向位置のうちリブ部１２ｄで生じる風により受ける圧力が高圧と低圧の中間の圧力の位置であるのがよい。高圧と低圧の中間の圧力の位置は、リブ部１２ｄの径方向外側端部（位置Ｂ）と径方向内側端部（位置Ａ）との間の径方向の距離に対する、リブ部１２ｄの径方向内側端部（位置Ａ）からの径方向の距離の比率が５５〜６５％の位置に相当する。

図１０は、図６に示した例において数値解析した結果であって風の流れを示す図である。風案内部材１６を設けることで、通風入口１５ａａ及び通風出口１５ａｂのどちらにおいても風案内部材１６を境にして吸気と排気とが分断されており、スムーズな通風が成される。

図１１は、図４に示したカバー部材１５とは別のカバー部材の例を示す斜視図である。図１１に示すカバー部材１１５は、ケーシング１３の軸方向他方側を覆う。風案内部材１６は、カバー部材１１５の軸方向一方側に配置される。カバー部材１１５は、風案内部材１６との接触部分に帯部１５５ａを有する。本発明は、カバー部材１１５を用いる場合にも適用可能である。ただし、帯部１５５ａがある分だけ、通風入口及び通風出口が小さくなり、吸気と排気がスムーズさを欠く場合がある。

図１２は、図４に示したロータ１２とは別のロータの例を示す斜視図である。図１２に示すロータ１１２は、径方向内側に配置された円環状のハブ部１１２ａと、径方向外側に配置された円環状のリム部１１２ｃと、ハブ部１１２ａから放射状に延びてハブ部１１２ａとリム部１１２ｃとをつなぐスポーク部１１２ｂと、スポーク部１１２ｂから軸方向他方側に拡がってロータ１１２を補強するリブ部１１２ｄと、を備える。図１３は、図１２のロータ１１２の側断面図である。

図１２のロータ１１２のリブ部１１２ｄは、図４のロータ１２のリブ部１２ｄと形状が異なる。ロータ１１２のほかの点は、ロータ１２と同じである。リブ部１１２ｄは、径方向と平行な面の形状は、ほぼ三角形である。リブ部１１２ｄは、径方向及び軸方向に拡がる平板形状である。ロータ１１２が中心軸Ｊの軸回りに回転すると、リブ部１１２ｄも中心軸Ｊの軸回りに回転する。リブ部１１２ｄは、回転することで送風を行う。リブ部１１２ｄは、送風翼の一例である。

上記実施形態では、本発明を、エレベータの巻上機に適用した場合の構成例について説明した。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。本発明は、ロープを巻き上げる巻上機であれば、如何なる用途の巻上機にも適用可能である。また本発明は、ロータの回転に伴い送風翼を回転させるモータであれば如何なるモータにも適用可能である。本発明はインナーロータ型モータにも、アウターロータ型モータにも適用可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…巻上機、１０…モータ、１６…風案内部材、２０…シーブ、３０…制動装置、４０…第１軸受部、５０…第２軸受部、２２…シャフト

Claims (6)

1. ステータとロータとを有する回転機であって、
   前記ステータ及び前記ロータを周方向全周に亘って径方向外側から覆う外枠部材と、
   前記外枠部材の軸方向他方側を覆うカバー部材と、
   前記ロータの回転に伴って回転する送風翼と、
   前記送風翼の回転によって通風入口から吸気した風を通風出口に案内する風案内部材と、
   を備え、
   前記通風入口は、前記カバー部材を軸方向に貫通する貫通孔であり、
   前記通風出口は、前記カバー部材を軸方向に貫通する貫通孔であり、
   前記風案内部材は、前記通風入口と前記通風出口との間で前記カバー部材の軸方向一方側の面から前記送風翼に向かって拡がり、
   前記風案内部材の軸方向一方側端部の径方向位置は、前記送風翼の径方向位置のうち前記送風翼で生じる風により受ける圧力が高圧と低圧の中間の圧力の位置である、
   回転機。
2. 前記風案内部材の軸方向一方側端部の径方向位置は、前記送風翼の径方向外側端部と径方向内側端部との間の径方向の距離に対する、前記送風翼の径方向内側端部からの径方向の距離の比率が５５〜６５％の位置である、
   請求項１に記載の回転機。
3. 前記送風翼の径方向外側端部と径方向内側端部との間の径方向の距離に対する、前記風案内部材と前記ステータとの最近接距離の比率は、２０〜３０％である、
   請求項１又は２に記載の回転機。
4. 中心軸を通り軸方向と平行な断面における、前記風案内部材と前記カバー部材とが成す角度は３５〜４５°である、
   請求項１又は２に記載の回転機。
5. 前記送風翼は、前記ロータの径方向外側と径方向内側とを繋ぐスポーク部から軸方向他方側に拡がり、前記ロータを補強するリブ部を兼ねる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転機。
6. エレベータの巻上機であって、
   かごとつり合い重りとを繋ぐロープを巻き付けるシーブと、
   前記シーブを回転させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の前記回転機と、
   を備える、
   巻上機。

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