JP7000182B2 - 巻上機 - Google Patents

Description

本発明は、巻上機に関する。

一般に、つるべ式エレベーターは、巻上機の出力軸に取り付けられるシーブ、前記シーブにかけられるロープ、さらに前記ロープに懸垂されたかごで構成されている。エレベーターの巻上機は建物の最上部にある機械室内もしくは昇降路内に設置されるが、これらの設置場所には寸法に制約があり、巻上機の小型化が求められている。

一方で、巻上機を小型化すると巻上機の表面積が減少し、十分な放熱性能を発揮することができず巻上機内部のモータ温度が上昇してしまう場合がある。エレベーターに用いられるモータは、ダイレクトドライブモータで高トルクが出力できるが、小型化した際には、コイルやコイルが巻きつけられるステータの温度が上昇する。

巻上機の冷却方法として、モータステータの冷却を目的として、アウターロータのモータでステータが固定される内周側に放熱フィンを設け、さらに、シーブに設けた通風口より巻上機の凹部に外気を放熱フィンに通風させ空冷する方法が知られている、例として特開２００５－１０４６２０がある。

特開２００５－１０４６２０

アウターロータタイプのモータでは、温度が上がるステータが、筐体において放熱表面積の少ない凹部（円筒部）側に配置される。そのため、ステータの熱が外気へ放熱されにくく、モータの温度が上昇するが、特許文献１のように放熱フィンを筐体凹部の内周面に設けることにより放熱表面積を増加させることで、モータ内の熱を外気に伝達（放熱）させている。

ここで、放熱フィンを筐体凹部に設置する方法として、筐体と一体で鋳物での製造が考えられる。

しかしながら、鋳物で筐体と一体で製造する場合、鋳物の抜き勾配や鋳型の関係で、放熱フィンの板厚やフィン部間の隙間が制約されてしまい、十分な面積の放熱表面積が得られない。

上記のように、筐体の円筒部に十分な放熱性能を持った放熱フィンが備えられた巻上機を提供することが課題である。

前記課題を解決するために、本発明は、筐体と、前記筐体に支持される固定軸と、前記固定軸に軸受を介し回転自在に取り付けられた綱車と、前記綱車における前記固定軸側の面に設けられる回転子と、前記筐体において前記回転子と対向する面に設けられる固定子と、を備えたアウターロータ型の巻上機において、前記筐体は、前記固定子が設けられる面の背面側に円筒部を有し、フィンベース部と、前記フィンベース部から複数突出するフィン部とからなる放熱フィンを更に備え、前記放熱フィンは、前記円筒部の内周面に前記フィンベース部が当接して設けられることを特徴とする。

本発明によれば、筐体の円筒部に十分な放熱性能を持った放熱フィンが備えられた巻上機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

アウターロータ型のエレベーター用巻上機の側面断面を示す図。 本発明の第１の実施例に係る巻上機の側面断面を示す図。 本発明の放熱フィンの形状を示す図。 図２に示す巻上機に取り付けられる放熱フィンの形状を示す図。 本発明の第２の実施例に係る巻上機に取り付けられる放熱フィンおよび押付部材の形状を示す図。 図５に示す巻上機の側面断面を示す図。 本発明の第３の実施例に係る巻上機に取り付けられる放熱フィンおよび押付部材の形状を示す図。 本発明の第４の実施例に係る巻上機の正面図。 図８に示す巻上機に取り付けられる放熱フィンおよび押付部材の形状を示す図。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

本発明では、図１のようなロータ（回転子）３がステータ（固定子）２よりも外側に設置されているアウターロータ型のモータ（巻上機）を対象とする。

本実施例におけるアウターロータ型のモータは、筐体１と、筐体１に支持される固定軸と、固定軸に軸受を介し回転自在に取り付けられた綱車５と、綱車５と一体となって回転するロータ３と、筐体１においてロータ３と対向する面に設けられるステータ２と、によって構成される。

このロータ３の内周側（ステータ２と対向する面側）には磁石４が取り付けられており、ステータ２に巻きかけられたコイルによって発生する磁界によりトルクが発生しロータ３が回転する。

また、エレベーター用の巻上機では、綱車５にシーブ６が固定されることで、シーブ６にトルクを伝達している。このシーブ６にはかごを懸垂しているロープが巻きかけられ、ロープを介してかごを駆動できる。

ここで、モータは運転時に銅損と鉄損によって発熱する。この熱は、ステータ２から筐体１のステータ２が設けられる面の背面側にある円筒部１４の内周面１５を介し筐体全体に熱が伝わり、筐体の表面から外気に熱が伝達する。

筐体１ではステータ２が固定される筐体１の凹部１４の内周が特に高温になる。したがって、高温である円筒部１４の内周を冷却することで、ステータ２の温度が高温になることを抑制できる。

図２は本発明の一実施例に係る巻上機の側面断面図を示す。図２に示すように筐体１の内周面１５に放熱フィン１０が設けられている。

ここで、放熱フィンの作製手段として、例えば放熱フィンを押し出しで製作することが考えられる。この場合、筐体１の内周面１５の曲面の形状に沿った形状にする必要があるが、フィンベース部１０ｂが厚みを持つため筐体表面粗さにより接触率が低下し、接触熱抵抗が増加しフィン部（放熱部）１０ａに熱が十分伝えられず、放熱性能が十分得られない場合が考えられる。

また、一般的に、接触部の面圧を高めることで接触熱抵抗を低減できることが知られているが、内周面１５は円周状のためボルト穴の加工が困難であり、発熱部側へのボルト等による押付固定ができない。したがって、ボルト等によって発熱部に直接押し付け力を与えることができず、接触熱抵抗の低減ができない場合が考えられる。

また、薄板で作製された放熱フィン１０を溶接で固定する場合が考えられるが、溶接での固定では熱疲労により接着部が破断し、発熱部との接触熱抵抗が増加し経年的に放熱性能が低下する場合が考えられる。

そこで、本実施例において、この放熱フィン１０は金属の薄板で作製され、図３に示すようなコルゲート形状（波形に折り曲げられた形状）の放熱フィンとしている。コルゲート形状のアスペクト比を高め先端側の曲げ距離を短くすることで、フィンベース部１０ｂの接触面積割合を増加させることができ、放熱効率を上げることができる。

また、薄板で作製されるコルゲート形状の放熱フィン１０はフィンベース部１０ｂの厚みが薄く湾曲するため、筐体表面の形状に追従しやすい。

この放熱フィン１０を図４に示すように、フィン部１０ａが内周側、フィンベース部１０ｂが外周側となるように円形状（Ｃ字形状）にする。このときの円形状の半径は筐体１の内周の半径以上の大きさとする。この径の大きさの違いにより、放熱フィン１０が外側（外周側）に広がろうとする力を発生し、この力が筐体１における円筒部１４の内周面１５へ放熱フィン１０を押し付ける押付力となる。この押付力は、放熱フィン１０の固定と、放熱フィン１０と筐体１との接触面の熱抵抗を下げる働きを持つ。

また、放熱フィン１０は金属の薄板で作製されることから、そのフィンベース部１０ｂが湾曲した際に元の状態に戻ろうとする復元力が発生し、バネのような特性を有している。したがって、放熱フィン１０を円形状にした際の半径を筐体１の内周の半径以上の大きさにした場合、筐体１の円筒部１４に放熱フィン１０を設置すると、放熱フィン１０のフィンベース部１０ｂが内周側へ湾曲し、外周側へ広がろうとする力を発生する。この力も筐体１の内周面１５へ放熱フィン１０を押し付ける力となる。

このように、前記形状により、放熱フィン１０自身によって筐体１の内周面１５への押付力を発生させるため、固定のためのボルトなどの部材が不要になり、内周面１５へのボルト穴等の加工が不要となる。また、放熱フィン１０自身に筐体１との接触面の面圧を持たせることが可能となる。

したがって、発熱部と放熱部の接触面圧が付与されることで、接触熱抵抗が低減される。なお、更に接触熱抵抗を下げるために、放熱グリースや放熱シートを筐体１と放熱フィン１０の間に設けてもよい。

また、上記の通り放熱フィン１０のフィンベース部１０ｂを板バネとみなすことが出来、その場合、円周上の各位置にかかる押付力が均等になるから、筐体１と放熱フィン１０との接触位置での接触熱抵抗が均等となる。すなわち、各位置での熱抵抗のバラつきを抑制できる。

さらに、熱膨張係数が筐体１以上の材料によって放熱フィン１０が作製されることで、特に冷却が必要な高温時において、放熱フィン１０の変形量が筐体１より大きくなり、常温時よりも高い面圧が発生する。

また、後付の構造で放熱フィン１０が薄板を折り曲げて製造することから、内周径が異なる巻上機に対しても最終円形状の径を変えるだけで、同じ放熱フィン１０を流用できる。

加えて、放熱フィン１０をＣ字形状とすることで、言い換えれば、固定軸を中心とした周方向において、内周面１５と当接するフィンベース部１０ｂの長さの合計値が、内周面１５の円周の長さより短い寸法としたことで、筐体１に放熱フィン１０を設置した際に隙間ができ、高温時の放熱フィン１０の熱膨張による体積の増加によって放熱フィン１０が変形しても、その変位は円周接線方向の変位になり、放熱フィン１０と内周面１５との接触面に隙間が発生するような変形を抑制できる。

なお、本明細書においてＣ字形状は、固定軸方向から見て、固定軸を中心に回転させた場合にＣ字形状になる形状も含む。

以上説明した通り、前記形状の放熱フィン１０を設けることにより図２に示すように発熱部であるステータ２の背面側にある筐体１の円筒部１４の内周面１５に放熱フィン１０が設置され、ステータ２の熱が内周面１５を通り放熱フィン１０から外気へと伝達され、巻上機の冷却が可能になる。

次に、図５及び図６を用いて本発明による実施例２を説明する。なお、図５及び図６において、図１乃至図４と同一符号は同一部品または構造を示すので、再度の説明は省略する。実施例２では、実施例１の構成に加え、筐体１の内周面１５に設けた円形状の放熱フィン１０のさらに内周側から筐体１側に押し付ける押付機構を設けている。

実施例１で示した放熱フィン１０だけでの押付力は、放熱フィン１０を構成する金属板の板厚の関係で、発生させられる面圧に限界がある。金属板の板厚を増やすことで放熱フィン１０の剛性を増やし、高い面圧を出すことは可能だが、フィンベース部１０ｂの板厚が増し、各フィン部１０ａ同士の間隔が狭まることで、放熱性能が低下してしまう場合がある。

そこで、本実施例２では、放熱フィン１０のフィンベース部１０ｂと筐体１の内周面１５との面圧を高めるために、放熱フィン１０を内周側から内周面１５へ押し付ける押付部材１１設けている。

押付部材１１の例として図５に示す円筒を用いて本実施例を説明するが、ジャッキや直動アクチュエータ、リンク機構等の筐体１の内周面側に放熱フィン１０を押し付けられる構造であれば円筒に限られない。

筐体１に設置される放熱フィン１０および押付部材１１の配置を図５で説明する。

まず、図面奥側に示す筐体１の内周面１５が最も外周側となり、放熱フィン１０は前記筐体１の円筒部１４に設けられる。次に、前記放熱フィン１０の内周側に押付部材１１が設けられる配置となっている。

ここで、押付部材１１の外周には、フィン部１０ａが挿入されるスリットが設けられている。なお、押付部材１１のスリットについて、図示上はスリットは片側の端部を貫通しているが、内側にスリットを設け、押付部材１１の軸方向の両端の端にはスリットが入っていない形状でもよい。

このような押付部材１１を設けることで、放熱フィン１０の筐体１への挿入後の筐体１側への面圧を補強できる。

また、押付部材１１の外径は筐体１の内周以上の半径とし、押付部材１１は筐体１との締め代により固定がされる寸法関係とする。このように締め代を大きくすることで押付部材１１と筐体１との間の面圧が高くなり、間に挟まれる放熱フィン１０と発熱部である筐体１の内周面１５の表面でも面圧が高くなるから、放熱フィン１０と筐体１の接触熱抵抗が下がる。

さらに、図６に示すように放熱フィン１０は内周側が押付部材１１、外周側が筐体１によって変位方向が制限される構成としたため、高温時に放熱フィン１０の体積が増加した際、放熱フィン１０の局所的な歪みを内周側および外周側からの押付により、円周方向の変位とすることができ、接触熱抵抗の増加が抑制できる。

加えて、放熱フィン１０のフィン部１０ａが入るスリットが押付部材１１に設けられることで、フィン部１０ａと外気との接触部分は押付部材１１により阻害されることがないから、外気への熱伝達に影響しない。

また、熱膨張係数が筐体１以上の材料によって押付部材１１が作製されることで、特に冷却が必要な高温時において、押付部材１１の変形量が筐体１より大きくなることで、押付部材１１と筐体１との間に挟まれる放熱フィン１０に対して、常温時よりも高い内周面１５への面圧を発生させることができる。

次に、図７を用いて本発明による実施例３を説明する。なお、図７において、図１乃至図６と同一符号は同一部品または構造を示すので、再度の説明は省略する。実施例３では、図７に示すように、押付部材１１の形状は、実施例２における円筒形状から一部が切り欠かれて隙間が形成された、固定軸方向から見た際に略Ｃ字となる形状としている。

筐体１に放熱フィン１０と押付部材１１とを設置する場合、押付部材１１の隙間の位置は放熱フィン１０の隙間の位置とほぼ同じ位置になるように設ける。すなわち、放熱フィン１０と押付部材１１とは、放熱フィン１０におけるＣ字の隙間と押付部材１１におけるＣ字の隙間との少なくとも一部が重なって筐体１に設置される。

ここで、この押付部材１１に設けられる隙間の部分を変位吸収部１２と呼ぶ。この変位吸収部１２があり、かつ上記の様に隙間が重なるように設置されることにより、高温時の放熱フィン１０と押付部材１１の熱膨張による体積の増加による変形が円周接線方向の変位になり、接触面に隙間が発生するような変形を抑制できる。

次に、図８及び図９を用いて本発明による実施例４を説明する。なお、図８及び図９において、図１乃至図７と同一符号は同一部品または構造を示すので、再度の説明は省略する。実施例４では、実施例３においてエレベーター用巻上機において、シーブにかかる懸垂荷重を支えるために、筐体１の円筒部１４にリブ１３が設けられる巻上機の場合を示す。

図８に示すように、放熱フィン１０や円筒１１をＣ字形状にした際の、Ｃ字の隙間の位置にリブ１３が位置するように、筐体１に放熱フィン１０や円筒１１を設置している。

さらに、巻上機の上部にもリブ１３がある場合は、図９のように放熱フィン１０や押付部材１１に切り欠きを設ける。このように薄板で放熱フィン１０を製作することで、リブ１３などが巻上機の円筒部１４に設けられるような場合でも、容易に加工出来、対応することが出来る。

また、例えば、放熱フィン１０をＣ字形状にした際、放熱フィン１０におけるＣ字の隙間にリブ１３が位置するように配置すると共に、リブ１３の側面を挟むように接触させて筐体１に設置することで、リブ１３を放熱フィン１０との間に摩擦が生じ、温度の上昇や下降による軸方向への抜けを抑制できる。さらに、押付部材１１をＣ字形状にした際、押付部材１１におけるＣ字の隙間にリブ１３が位置するように配置すると共に、リブ１３の側面を挟むように接触させて筐体１に設置した場合も同様に温度の上昇や下降による軸方向への抜けを抑制できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１…筐体、２…ステータ、３…ロータ、４…磁石、５…綱車、６…シーブ、７…軸、１０…放熱フィン、１１…押付部材、１２…変位吸収部、１４…円筒部、１５…内周面

Claims (10)

1. 筐体と、
   前記筐体に支持される固定軸と、
   前記固定軸に軸受を介し回転自在に取り付けられた綱車と、
   前記綱車において前記固定軸側の面に設けられる回転子と、
   前記筐体において前記回転子と対向する面に設けられる固定子と、
   を備えたアウターロータ型の巻上機において、
   前記筐体は、前記固定子が設けられる面の背面側に円筒部を有し、
   フィンベース部と、前記フィンベース部から複数突出するフィン部とからなる放熱フィンを更に備え、
   前記放熱フィンは、前記円筒部の内周面に前記フィンベース部が当接して設けられ、前記固定軸方向から見た際にＣ字形状であり、前記円筒部から取り外した状態におけるＣ字形状の半径が前記円筒部の内周の半径以上であることを特徴とする巻上機。
2. 請求項１に記載の巻上機において、
   前記固定軸を中心とした周方向において、前記内周面と当接する前記フィンベース部の長さの合計値は、前記内周面の円周の長さより短いことを特徴とする巻上機。
3. 請求項１に記載の巻上機において、
   前記放熱フィンは、コルゲート形状の金属板であることを特徴とする巻上機。
4. 請求項１に記載の巻上機において、前記放熱フィンを内周側から前記筐体へ押し付ける押付部材を設けたことを特徴とする巻上機。
5. 請求項４に記載の巻上機において、
   前記押付部材は、円周に前記フィン部が挿入されるスリットが設けられた円筒であることを特徴とする巻上機。
6. 請求項４に記載の巻上機において、
   前記押付部材は、前記固定軸方向から見た際にＣ字形状であって、
   前記放熱フィンと前記押付部材とは、前記放熱フィンにおけるＣ字の隙間と前記押付部材におけるＣ字の隙間との少なくとも一部が重なって前記筐体に設置されていることを特徴とする巻上機。
7. 請求項１に記載の巻上機において、
   前記筐体は、前記円筒部にリブを更に備え、
   前記放熱フィンは、前記リブが前記放熱フィンにおけるＣ字の隙間に位置するように配置され、前記リブの側面と接触していることを特徴とする巻上機。
8. 請求項４に記載の巻上機において、
   前記筐体は、前記円筒部にリブを更に備え、
   前記押付部材は、前記固定軸方向から見た際にＣ字形状であり、前記リブが前記押付部材におけるＣ字の隙間に位置するように配置され、前記リブの側面と接触していることを特徴とする巻上機。
9. 請求項１に記載の巻上機において、
   前記放熱フィンは、前記筐体よりも大きい熱膨張率の材料で作製されていることを特徴とする巻上機。
10. 請求項４に記載の巻上機において、
    前記押付部材は、前記筐体よりも大きい熱膨張率の材料で作製されていることを特徴とする巻上機。

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