JPWO2010029623A1 - エレベータ用巻上機 - Google Patents

Abstract

少ない構成で発熱を効率よく冷却することができるエレベータ用巻上機を得ることを目的とする。この目的を達成するために、この発明のエレベータ用巻上機は、固定枠体の中心部に立設した主軸に、回転体が軸受を介して回転可能に支持されており、固定枠体に設けられたステータと、回転体に設けられ、ステータと対向して配置された界磁磁石とによって電動機が構成されている。そして、ヒートパイプが主軸の内部に設けられて、一部が主軸の外部に突出しており、この突出部に放熱フィンが設けられている。そして、冷却フィンがこの放熱フィンの周囲に配置されて回転体に設けられている。

Description

この発明は、内部に制動機を実装したエレベータ用巻上機の冷却構造に関するものである。

従来の巻上機は、閉塞構造の固定枠体であるハウジング内に設けられたステータと、ハウジング内に装備されて、ステータに対向して界磁磁石が配置され一側に駆動綱車が設けられた回転体であるロータと、このロータの内面側に配置された制動機とを備えている。また、ハウジングのステータに対向した側面を貫通して設けられた静止側ヒートパイプと、ロータのハウジング側に対向した側面に貫通して設けられた回転側ヒートパイプとを備えている。そして、静止側ヒートパイプでハウジング内の熱を外部へ放熱し、回転側ヒートパイプでロータ内の熱を外部へ放熱している。（特許文献１参照）

また、従来の永久磁石回転形電動機は、固定枠体に取り付けられたステータと、このステータに対向して界磁磁石が配置されたロータとを備えている。そして、ロータの内周面に冷却フィンを設けたり、ロータの周方向にヒートパイプを設けたりしている。そして、ロータの回転によって冷却フィンが回転することで冷却風が攪拌し、ステータから発生する熱を放熱している。また、ロータのヒートパイプによっても放熱している。（特許文献２参照）
また、他の従来の永久磁石回転形電動機は、固定枠体内に設けられたステータと、固定枠体に回転可能に支持された軸と、この軸に装備されて、ステータに対向して界磁磁石が配置されたロータとを備えている。また、軸の内部にヒートパイプが設けられ、このヒートパイプの一端を回転電動機の外部に突出させ、この突出部分に冷却フィンが具備されている。そして、冷却フィンに対向して電動送風機が設けられ、この電動送風機により、固定枠体とヒートパイプの冷却フィンを冷却している。これにより、回転電動機を冷却している。（特許文献３参照）

特開２００２−１０１６１５号公報（第２−３頁、第２図） 特開平８−２９８７３６号公報（第３頁、第１、２図） 特開２００１−８４１１号公報

以上のように、特許文献１のものは、ヒートパイプが静止側と回転側の両方に設けられており、部品点数が多く、また、自然空冷による冷却であるため送風などによる強制的な冷却方法よりは冷却性が低いといった問題があった。
また、特許文献２のものは、ステータから発生する熱を、ロータに設けられた冷却フィンやヒートパイプを介して放熱しているが、ステータが取り付けられた固定枠体自身を冷却するものはないので、冷却性が低いといった問題があった。
また、特許文献３のものは、ヒートパイプの冷却フィンを電動送風機で強制的に冷却しているが、電動送風機を設けなければならず、構成部品が多くなるといった問題があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、少ない構成で巻上機の発熱を効率よく冷却することを目的とする。

この発明に係るエレベータ用巻上機においては、固定枠体の中心部に立設した主軸に、回転体が軸受を介して回転可能に支持されており、固定枠体に設けられたステータと、回転体に設けられ、ステータと対向して配置された界磁磁石とによって電動機が構成されている。そして、ヒートパイプが主軸の内部に設けられて、一部が主軸の外部に突出しており、この突出部に放熱フィンが設けられている。そして、冷却フィンがこの放熱フィンの周囲に配置されて回転体に設けられている。

この発明は、巻上機から発生した熱がヒートピイプを介して放熱フィンに導かれ、回転体の回転による冷却フィンの回転によって冷却風が発生し、この冷却風が放熱フィンの熱を放熱し巻上機が冷却される。そのため、発熱を冷却するための送風機を別個に設ける必要がなく、少ない構成で巻上機の発熱を効率よく冷却することができる。

この発明を実施するための実施の形態１における巻上機の正面図である。 図１の断面Ａ―Ａを示した図である。 この発明を実施するための実施の形態２における巻上機の正面図である。 図２の断面Ｂ―Ｂを示した図である。 冷却フィン２０の一部分を示した拡大図で、冷却風が発生する態様を説明する図である。 冷却フィン２０の一部分を示した拡大図で、冷却風が発生する態様を説明する図である。 この発明を実施するための実施の形態３における巻上機の正面図である。 この発明を実施するための実施の形態４における巻上機の側面の縦断面を示した図である。 図８の断面Ｃ−Ｃを示した図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における巻上機の正面図である。図２は図１の断面Ａ―Ａを示した図である。

図において、巻上機は、固定枠体１と、回転体２と、駆動綱車３と、回転体２の回転を制動する制動機４とを備えている。固定枠体１は一側が開口した椀状を呈し、中心部に主軸５が立設している。回転体２は、一側が開口した椀状を呈し、開口部端面２ａが固定枠体１の底面に対向して、固定枠体１の内側に配置されている。そして、回転体２は主軸５に軸受６を介して回転自在に支持されている。また、固定枠体１の内周面にステータ７が取り付けられている。そして、界磁磁石８がステータ７に対向して配置されて、回転体２の外周に取り付けられている。このステータ７と界磁磁石８とで電動機を構成している。制動機４は回転体２の内周側に配置されて固定枠体１に取り付けられている。この制動機４は、図示しない電磁石と押しばねによって、制動片４ａを制動面２ｂに対して進退させることによって、制動及び制動解除を行う。なお、制動機４は、回転体２の回転中心に対して両側に２個配置されている。

主軸５の内部に複数個のヒートパイプ９が挿入して設けられ、一部が主軸５の外部へ突出している。ヒートパイプ９が主軸５内に挿入されている部分が受熱部９ａ、主軸５の外部へ突出している部分が放熱部９ｂである。この放熱部９ｂに、複数個の円板状の放熱フィン１０が軸方向に配置されて取り付けられている。駆動綱車３は固定枠体１と反対側の回転体２の一側面に一体的に設けられている。そして、駆動綱車３の側面に冷却フィン１１が放熱フィン１０の周囲に配置されている。この冷却フィン１１は複数の平板１１ａで構成され、この平板１１ａが回転方向に間隔を有して回転中心から径方向へ放射状に配置されている。また、固定枠体１の開口縁部に保護カバー１２が取り付けられている。この保護カバー１２は板状を呈し、側面がステータ７を覆い、内周面が回転体２と隙間を有している。

次に、巻上機の動作について説明する。まず、巻上機が駆動する動作について説明する。ステータ７を通電し界磁磁石８が界磁されることにより、回転体２が回転する。このとき、制動機４の電磁石が通電されて押しばねの押付け力に抗して電磁力を発生するとともに、制動片４ａが制動面２ｂから離脱し制動を解除する。巻上機が停止する場合は、ステータ７の通電を遮断して電動機の駆動を停止する。このとき、制動機４の電磁石も通電を遮断して電磁力を解除して、押しばねによって制動片４ａが制動面２ｂを押圧し回転体２が制動される。以上のように、巻上機が駆動する場合、ステータ７及び制動機４の電磁石が通電されることで、通電による熱が発生する。また、回転体２の回転により、軸受６から回転による熱が発生する。

次に、巻上機が駆動することによって発生した熱が冷却する態様について説明する。ステータ７及び制動機４の発熱は、それぞれ固定枠体１の取り付け面より熱伝導され、熱が主軸５に伝播する。また、軸受６からの発熱も固定枠体１の主軸５に熱伝導される。このようにして主軸５に導かれた熱は、ヒートパイプ９の受熱部９ａから放熱部９ｂへ導かれ、放熱フィン１０へ熱伝導する。そして、回転体２の回転とともに冷却フィン１１が回転することで冷却風が発生し、この冷却風によって、放熱フィン１０の熱が巻上機の外部へ放熱される。

冷却フィン１１の回転による冷却風は、次のようにして発生する。冷却フィン１１が回転することで、回転方向に隣合う平板１１ａの空間の空気も回転しようとする。この空気は、回転することで遠心力が作用し、径方向へ流れるようとする。これによって、冷却フィン１１が隣合う平板１１ａの空間の空気を押し出すような形となって、冷却風が図の矢印Ｘのように放熱フィン１０から径方向へ流れる気流で発生する。そして、放熱フィン１０の熱が冷却風の気流に伴って巻上機の外側へ放熱される。また、冷却フィン１１自体も回転することで冷却される。

以上のように構成された、この発明の実施の形態１における巻上機は、次に述べる効果を奏する。
実施の形態１における巻上機は、固定枠体１の中心部に立設した主軸５に、回転体２が軸受６を介して回転可能に支持されており、固定枠体１に設けられたステータ７と、回転体２に設けられ、ステータ７と対向して配置された界磁磁石８とによって電動機が構成されている。そして、ヒートパイプ９が主軸５の内部に設けられて、一部が主軸５の外部に突出しており、この突出部に放熱フィン１０が設けられ、冷却フィン１１が放熱フィン１０の周囲に配置されて回転体２に設けられている。これによって、巻上機から発生した熱がヒートピイプ９を介して放熱フィン１０に導かれ、冷却フィン１１の回転によって冷却風が発生し、この冷却風が放熱フィン１０の熱を放熱し、巻上機が冷却される。そのため、発熱を冷却するための送風機を別個に設ける必要がなく、少ない構成で巻上機の発熱を効率よく冷却することができる。

また、冷却フィン１１自体も回転することで冷却されるので、回転体２にも導かれた熱も放熱され、さらに効率よく冷却される。
また、冷却フィン１１は複数の平板１１ａで構成され、この平板１１ａが回転方向に間隔をおいて回転中心から径方向へ放射状に配置されているので、いたって簡単な構造で巻上機の発熱を冷却することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明を実施するための実施の形態２における巻上機の正面図である。図４は図３の断面Ｂ―Ｂを示した図である。
実施の形態２における巻上機は、実施の形態１に対して、回転体２に設けられた冷却フィンを変更したものである。
駆動綱車３の側面に冷却フィン２０が放熱フィン１０の周囲に配置されている。この冷却フィン２０は複数の円弧状の板２０ａで構成され、円弧状の板２０ａは回転体２と同心円の円弧状を呈し、回転方向及び径方向に間隔を有して配置されている。そして、円弧状の板２０ａは、回転体２の回転中心における同一の中心角に対応した円弧となっている。また、回転方向にそれぞれ隣合う円弧状の板２０ａは、同心円上に配置されている。その他の点は実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。また、実施の形態１と同符号のものは相当部分を示す。

次に、実施の形態２における巻上機が冷却する態様について説明する。
巻上機に発生した熱は、実施の形態１と同様に、ヒートパイプ９の受熱部９ａから放熱部９ｂへ導かれ、放熱フィン１０へ熱伝導する。そして、回転体２の回転とともに冷却フィン２０が回転することで冷却風が発生し、この冷却風によって、放熱フィン１０の熱が巻上機の外側へ放熱される。

次に、冷却フィン２０の回転による冷却風の発生する態様について、図５、６を用いて説明する。
図５、６は、冷却フィン２０の一部分を示した拡大図で、冷却風が発生する態様を説明する図である。図において、回転中心から近い位置から、径方向に隣合うフィン２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３と、これらと回転方向に隣合うフィン２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｃ１、２０ｃ２、２０ｃ３とが配置されている。冷却フィン２０が回転することで、径方向に隣合う冷却フィンの空間の空気も回転しようとする。特に、冷却フィンの近傍の空気が回転しようとする。例えば、フィン２０ａ１と放熱フィン１０との径方向の空間におけるフィン２０ａ１の空気２１が、フィン２０ａ１の回転によって回転しようとする。このとき、この空気２１は、回転することで遠心力が作用し、図５（ａ）の矢印のように回転しながら径方向へ流れるようとする。

また、この空気２１は、回転方向に遮るものがなく空間を有しているので、フィン２０ａ１と一緒に回転せずに、留まろうとする。そして、フィン２０ａ１が回転し、空気２１の径方向の空間がフィン２０ａ１とフィン２０ｂ１の回転方向の間隔２２に差し掛かったとき、空気２１が遠心力の作用によって、図５（ｂ）のように径方向に流れる。そして、冷却フィン２０がさらに回転し、図６（ａ）のように、空気２１が１段外側の径方向に隣合う冷却フィンの空間内、即ち、フィン２０ｂ１とフィン２０ｂ２の径方向の空間内に入る。

冷却フィン２０は回転し続けているので、図６（ｂ）のように、空気２１はさらに１段外側の冷却フィン２０の径方向の空間、即ちフィン２０ｃ２とフィン２０ｃ３の径方向の空間に流入し、最終的に、巻上機の外側へと流れ出る。その他、径方向に隣合う冷却フィンの空間の空気についても、同様に、回転しながら径方向へ流れ、巻上機の外側へと流れ出る。これによって、冷却風が、図３の矢印Ｙのように、放熱フィン１０から径方向及び回転方向へ流れる気流で発生する。そして、放熱フィン１０の熱が冷却風の気流に伴って巻上機の外側へ放熱される。また、冷却フィン２０自体も回転することで冷却される。

以上のように構成された、この発明の実施の形態２における巻上機は、実施の形態１と同様な効果を奏するとともに、次に述べる効果も奏する。
冷却フィン２０は、回転体２と同心円の円弧状を呈しているので、回転するときの空気抵抗が小さくてすむ。そのため、電動機の回転ロスも小さくなり、発熱が抑制され、冷却性がさらに向上する。

なお、冷却フィン２０は、円弧状としたが、回転体２の同心円に対してほぼ接線上の平板状でもよい。この形態でも、円弧状よりも空気抵抗はあるものの、実施の形態１と比べ回転ロスは小さい。
また、冷却フィン２０は、回転体２の回転中心における同一の中心角に対応した円弧としたが、同一の中心角に対応した円弧の長さでなくてもよい。円弧状の板が径方向及び回転方向に間隔を有して配置されていればよい。但し、同一の中心角に対応した円弧であれば、それぞれ径方向に隣合う冷却フィンの空間の空気が、同じタイミングで回転方向に隣合うフィンの間隔に差し掛かるので、同じタイミングで外側へと流れ出る。そのため、冷却風の乱流が抑制された状態で放熱できる。また、冷却フィンの放熱面積も大きくできるので、冷却フィン２０を同一の中心角に対応した円弧状とした形態が好ましい。

実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３における巻上機の正面図である。
実施の形態３における巻上機は、実施の形態２に対して、回転体２に設けられた冷却フィンを変更したものである。

駆動綱車３の側面に冷却フィン２５が放熱フィン１０の周囲に配置されている。この冷却フィン２５は複数の円弧状の板２５ａで構成され、円弧状の板２５ａは回転体２と同心円の円弧状を呈し、回転方向及び径方向に間隔を有して配置されている。そして、円弧状の板２５ａは、回転体２の回転中心における同一の中心角に対応した円弧となっている。また、回転方向にそれぞれ隣合う円弧状の板２５ａは、回転中心を中心とした異なる半径の円上に配置されている。その他の点は実施の形態２と同様であり、詳細な説明は省略する。また、実施の形態２と同符号のものは相当部分を示す

実施の形態３においても、冷却フィン２５の円弧状の板２５ａが、回転体２と同心円の円形状を呈し、回転方向及び径方向に間隔を有して配置されているので、実施の形態２と同様に、回転体２の回転とともに冷却フィン２５が回転することで冷却風が発生する。この冷却風によって、放熱フィン１０の熱が放熱され、巻上機の発熱を冷却する。

実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、冷却フィン２５が、回転体２と同心円の円弧状の板であるので、回転するときの空気抵抗が小さくてすむ。

実施の形態４．
図８は、この発明を実施するための実施の形態４における巻上機の側面の縦断面を示した図である。図９は図８の断面Ｃ−Ｃを示した図である。
実施の形態４における巻上機は、実施の形態１に対して、冷却の状態が異なるものである。
固定枠体３０は一側が開口した椀状を呈し、中心部が内側へ円筒状に凹んだ空間部３０ａを形成し、中心部に主軸５が空間部３０ａの反対側へ立設している。また、固定枠体３０には複数の通風穴３１が設けられている。この通風穴３１は、空間部３０ａから径方向へ放射状に固定枠体３０の内側へ貫通している。

主軸５の内部に複数個のヒートパイプ３２が挿入して設けられ、一部が主軸５の外部の空間部３０ａへ突出している。ヒートパイプ３２が主軸５内に挿入されている部分が受熱部３２ａ、空間部３０ａへ突出している部分が放熱部３２ｂである。この放熱部３２ｂに、複数個の円板状の放熱フィン３３が軸方向に配置されて取り付けられている。なお、通風穴３１は、放熱フィン３３の周囲に配置されている。

回転体２の開口部端面２ａに冷却フィン３４が設けられている。この冷却フィン３４は、通風穴３１の径方向の延長上に配置されている。また、冷却フィン３４は、複数の平板で構成され、回転方向に間隔を有して回転中心から径方向へ放射状に配置されている。

次に、実施の形態４における巻上機が冷却する態様について説明する。巻上機の発熱は、実施の形態１と同様に、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａから放熱部３２ｂへ導かれ、放熱フィン３３へ熱伝導する。そして、回転体２の回転とともに冷却フィン３４が回転することで冷却風が発生し、この冷却風によって、放熱フィン３３の熱が放熱される。この冷却風は、実施の形態１と同様に、回転方向に隣合う冷却フィンの空間の空気が遠心力の作用により径方向へ流れる。これによって、冷却風が、図のＺのように、放熱フィン３３から通風穴３１を通って径方向へ流れる気流で発生する。そして、この気流は、固定枠体３０の内周面に当たってステータ７と界磁磁石８との隙間３５を通って外側へ流出される。そして、放熱フィン３３の熱が冷却風の気流に伴って、通風穴３１を通って固定枠体３０の内側に入り、ステータ７と界磁磁石８との隙間３５から巻上機の外側へ放熱される。また、放熱フィン３３から放熱された熱以外に、制動機４や固定枠体３０から内側に放熱された熱及び、ステータ７から内側に放熱された熱なども、この冷却風に伴って巻上機の外側へ放熱される。

以上のように、この発明の実施の形態４における巻上機も、実施の形態１と同様な効果を奏する。また、固定枠体３０の中心部が内側へ円筒状に凹んだ空間部３０ａを形成し、この空間部３０ａから径方向内側へ放射状に貫通する、複数の通風穴３１が設けられ、この通風穴３１の径方向の延長上に冷却フィン３４が配置されている。これにより、巻上機の内側に放熱された熱も巻上機の外側へ放熱され、さらに効率よく冷却できる。

以上のように、この発明にかかるエレベータ用巻上機は、エレベータのかごを昇降させてかごを乗場階に停止させる駆動装置にとして用いられるのに適している。

Claims (5)

1. 固定枠体と、
   該固定枠体の中心部に立設した主軸と、
   該主軸に軸受を介して回転可能に支持された回転体と、
   前記固定枠体に設けられたステータと、
   前記回転体に設けられ前記ステータと対向して配置されて前記ステータとによって電動機を構成する界磁磁石と、
   前記主軸の内部に設けられ一部が前記主軸の外部に突出したヒートパイプと、
   該ヒートパイプの突出部に設けられた放熱フィンと、
   前記放熱フィンの周囲に配置されて前記回転体に設けられた冷却フィンと、
   を備えたことを特徴とするエレベータ用巻上機。
2. 前記冷却フィンは、複数の平板で構成され、該平板が、回転方向に間隔をおいて、前記回転体の回転中心から径方向へ放射状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用巻上機。
3. 前記冷却フィンは、複数の円弧状若しくは平板状の板で構成され、該板が、前記回転体と同心円の略円弧状、若しくは同心円に対してほぼ接線上の平板状を呈し、回転方向及び径方向に間隔を有して配置ことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用巻上機。
4. 前記冷却フィンの前記板は、前記回転体の回転中心における同一の中心角に対応した円弧状の板であることを特徴とする請求項３に記載のエレベータ用巻上機。
5. 前記固定枠体は中心部が内側へ円筒状に凹んだ空間部を形成し、前記ヒートパイプは前記空間部に突出されて、この突出部に設けられた放熱フィンと、
   前記固定枠体に設けられ、前記空間部から径方向内側へ放射状に貫通し、前記放熱フィンの周囲に配置された通風穴と、
   前記回転体に設けられ、前記通風穴の径方向の延長上に配置された冷却フィンと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用巻上機。

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