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公開番号2019140707
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190822
出願番号2018018774
出願日20180206
発明の名称巻上機
出願人株式会社日立製作所
代理人個人
主分類H02K 5/18 20060101AFI20190726BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】巻上機は小型化すると表面積が減り放熱性能が低下する。アウターロータタイプの巻上機では最も温度があがるステータが内周部にあるため、熱を外気に放熱しにくく、巻上機の温度上昇が課題となる。
【解決手段】前記課題を解決するために、本発明は筐体内周部に当接して設けられる放熱フィンを設けることを特徴とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲約 1,300 文字を表示【請求項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ることを特徴とする巻上機。
【請求項2】
請求項1に記載の巻上機において、
前記放熱フィンは、前記固定軸方向から見た際にC字形状であることを特徴とする巻上機。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
請求項5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。
【請求項7】
請求項5に記載の巻上機において、
前記放熱フィンは、前記固定軸方向から見た際にC字形状であり、
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
請求項5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。
【請求項10】
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。
【請求項11】
請求項5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。

発明の詳細な説明約 7,900 文字を表示【技術分野】
【0001】
本発明は、巻上機に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2005−104620
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【0012】
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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【実施例】
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【実施例】
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【実施例】
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【符号の説明】
【0057】
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

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