JP2022185949A - 回転電機、巻上機およびエレベータ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化と振動・騒音低減を両立した構造の回転電機およびエレベータ用の巻上機を提供する。【解決手段】内周側に固定子を嵌装した筒状のフレームと、該フレームの外周面上に並置形成された複数のフィンとを備えた回転電機であって、前記回転電機は、前記回転電機の回転軸方向９０が地面と略水平方向になるよう設けられ、前記フィン１２は、前記回転電機の回転軸方向９０に対して垂直方向に延在し、前記フレームの側面に並置形成されたことを特徴とするものである。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、モータ等の回転電機に関し、特に、軽量化が必要となるエレベータ用の巻上機を構成する回転電機に関するものである。

エレベータ駆動巻上機用のモータは、既存設備へのリプレース需要が多く、持ち運びの観点で軽量化が望まれている。

特許文献１には、「内周側に固定子コアを嵌装したケーシングのフレームに対し、その外周面上に軸方向に延在する多数条の放熱フィンを並置形成し、アウターファン，ファンカバーを経て軸方向に送風される図示矢印の冷却風を前記放熱フィンの相互間に画成された通風路に通風して冷却するようにした風冷方式の回転電気において、前記放熱フィンをフレームと一体に押出，ないし引抜成形するものとし、かつ各条の放熱フィンの先端側にはその長手に沿ってＴ字形に張り出す庇状の屈曲部を形成して、冷却風が通風経路の途中から周囲外方に逃げるのを抑制する。」（要約参照）と記載されている。

特開２０１４－１１８１５号公報

モータの軽量化のためには、モータ重量の最大50%程度を占めるフレーム部の軽量化が重要である。例えば、特許文献１に記載されるようなモータについて、軽量化のためにフレームの円筒形状部を薄肉化すると、モータの径方向の電磁加振力により振動と騒音が発生するようになる。このようなモータをエレベータに用いた場合、エレベータかご内の振動・騒音の要因となり、利用者の快適性を損なうことになる。また、このモータについては、フレーム外周部に回転軸水平方向に延伸したフィンを設けることで放熱面積を増やして、モータの放熱性を高めている。このフィンを削除して、軽量化を図ることは、モータ温度上昇の要因となり、効率低下、磁石減磁が発生するため、困難である。エレベータ駆動巻上機用のモータには、放熱性を損なわずに軽量化と振動・騒音低減を両立した構造が求められる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、軽量化と振動・騒音低減を両立した構造の回転電機およびエレベータ用の巻上機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための、本発明の「回転電機」の一例を挙げるならば、
内周側に固定子を嵌装した筒状のフレームと、該フレームの外周面上に並置形成された複数のフィンとを備えた回転電機であって、前記回転電機は、前記回転電機の回転軸方向が地面と略水平方向になるよう設けられ、前記フィンは、前記回転電機の回転軸方向に対して垂直方向に延在し、前記フレームの側面に並置形成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、薄肉円筒形状のフレーム側面に、直線形状フィンを回転軸方向に対して垂直方向に設け、モータの径方向の電磁加振力に対する剛性を高めることで、放熱性を損なわずに軽量化と振動・騒音低減を両立した構造の回転電機及びそれを用いたエレベータ用の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。

本発明の優位性を示すための、別形態の回転電機の分解斜視図である。 図１Ａの回転電機の組立斜視図である。 図１Ａの回転電機のＸ－Ｙ断面図である。 図１Ａの回転電機のＸ－Ｚ断面図である。 本発明の優位性を示すための、他の別形態の回転電機の組立斜視図である。 図２Ａの回転電機のＸ－Ｙ断面図である。 図２Ａの回転電機のＸ－Ｚ断面図である。 本発明の実施例１に係る回転電機の斜視図である。 図３Ａの回転電機のＸ－Ｙ断面図である。 図３Ａの回転電機のＸ－Ｚ断面図である。 本発明の実施例２に係る回転電機の組立途中の斜視図である。 本発明の実施例３に係る回転電機の組立途中の斜視図である。 本発明の実施例３に係る回転電機の組立後の斜視図である。 本発明の実施例４に係る回転電機の組立途中の斜視図である。 本発明の実施例４に係る回転電機の組立後の斜視図である。 本発明の実施例５に係る回転電機の組立途中の斜視図である。 本発明の実施例５に係る回転電機の組立後の斜視図である。 本発明の実施例６に係る巻上機の斜視図である。 本発明の実施例７に係るエレベータの概略図である。

本発明の実施例を説明する前に、従来の回転電機を説明する。図１Ａ～１Ｄに、本発明の優位性を示すための、従来型構造の内転型回転電機を示す。図１Ａは従来型構造の内転型回転電機１００の分解斜視図であり、図１Ｂは従来型構造の内転型回転電機１００の組立斜視図である。内転型回転電機１００は、固定子フレーム８の中に、回転子３と固定子６を収めた後、両端部をエンドブラケット９で固定することによって、組み立てられる。図１Ｃは内転型回転電機１００の中心部におけるX-Y断面図である。前記内転型回転電機１００は、回転子コア１と永久磁石２により構成された回転子３と、前記回転子３の外径側に所定の間隙を設けて配置され、固定子コア４とコイル５により構成された固定子６を備える。前記回転子３は回転軸９０を中心軸として回転可能に配置されている。前記コイル５は、スロット７に挿入され、集中巻または分布巻により前記固定子コア４に取り付けられる。固定子コア４の外側には固定子フレーム８がある。固定子フレーム８は、円筒部１１と、地面等に据え付けるための脚１０と、円筒部１１及び脚１０の側面に備えられた複数個のフィン１２とで構成されている。フィン１２は回転軸に沿って水平方向に延伸している。図１Ｄは内転型回転電機１００の中心部におけるX-Ｚ断面図である。回転電機１００の駆動時には、回転子３と固定子６の間に径方向の電磁加振力７０が発生し、振動・騒音の要因となるが、固定子フレーム８の円筒部１１が厚肉であることで、振動・騒音を抑制することができる。しかしながら、この円筒部に厚みがあることで、重量が重くなっている。以下で述べる本発明の実施例１～５についても、固定子フレーム８、フィン１２、脚１０以外の部位の形状は、図１Ａ～１Ｄと同じである。

図２Ａ～２Ｃに、本発明の優位性を示すための、従来型構造の内転型回転電機の別形態を示す。図２Ａは従来型構造の内転型回転電機１００の斜視図であり、図２Ｂは内転型回転電機１００の中心部におけるX-Y断面図である。図１と比べて、図２の異なる点は、固定子フレーム８の円筒部１１が薄肉にして、軽量化されていることである。図２Ｃは内転型回転電機１００の中心部におけるX-Ｚ断面図である。回転電機１００の駆動時には、回転子３と固定子６の間に径方向の電磁加振力７０が発生したとき、固定子フレーム８の円筒部１１が薄いことで剛性が低い。これによりX方向、すなわち水平方向に変形することが、振動・騒音の要因となる。なお、径方向の電磁加振力７０は、垂直方向であるY方向にも働くが、Y方向は片側の回転電機下部が地面等と接していることで振動の節点が拘束されており、Y方向の変形は小さく、振動・騒音への影響は小さい。

本発明では、軽量化と振動・騒音低減を両立した構造の回転電機を提供する。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし主旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

本発明は内転型回転電機を対象としている。コイルの巻き方は集中巻でも分布巻でも良い。回転子は磁石を回転子コア表面に貼り付けることで形成した表面磁石型でも良いし、回転子コアが複数の磁石挿入孔を有し、前記磁石挿入孔に磁石を挿入することで形成した埋込磁石型の回転子であっても良い。また、磁石を用いない誘導モータや、シンクロナスリラクタンスモータ、スイッチドリラクタンスモータでも良い。

図３Ａ～３Ｃに、本発明の実施例１の内転型回転電機を示す。図３Ａは実施例１の内転型回転電機１００の組立斜視図であり、図３Ｂは内転型回転電機１００の中心部におけるX-Y断面図である。図３Ｃは内転型回転電機１００の中心部におけるX-Ｚ断面図である。図１及び図２に示す従来型構造との違いは、固定子フレーム８の円筒部１１の側面に複数個のフィン１２を有しており、フィン１２は回転軸９０に対して垂直方向に延伸していることにある。固定子フレーム８には、両側面から下方に向けて脚１０が設けられており、固定子フレーム８の側面から脚１０にフィン１２が配置されている。そして、固定子フレーム８の円筒部１１の上面や下面には、フィン１２は設けられていない。フィン１２の先端には、回転軸方向に延伸する鍔１４が設けられている。なお、符号１３は回転軸９０のシャフトである。

実施例１の回転電機では、フレーム８の円筒部１１を薄肉にして軽量化を図りつつ、円筒部１１の側面に回転軸９０に対して垂直方向に延伸した複数のフィン１２が設けられている。これにより振動の節点が拘束されて、径方向の電磁加振力７０に対して剛性が高くなっており、X方向、すなわち水平方向の変形が小さくなり、振動・騒音を抑制することができる。前述の通り、径方向の電磁加振力７０は、垂直方向であるY方向にも働くが、Y方向は片側の回転電機下部が地面等と接していることで振動の節点が拘束されており、Y方向の変形は小さく、振動・騒音への影響は小さい。よって、フィン１２を設けるのは円筒部１１の側面のみで良い。

また、フィン１２の先端に回転軸方向に延伸した鍔１４を設けることで、より剛性が高くなり、さらに振動・騒音を抑制することができる。鍔１４を設けることで固定子フレーム８の表面積が大きくなるため、放熱性の向上も期待できる。鍔１４は、剛性を高める形状であれば、どんな形状でもよく、図３Ｃではフィン１２と鍔１４の断面形状がＴ字状となっているが、L字状やＹ字状などの形状でもよい。

図４に、本発明の実施例２の内転型回転電機を示す。図４は実施例２の内転型回転電機１００の組立途中の斜視図である。実施例２の組立後の斜視図は、図３Ａと同様である。実施例１と異なる点は、固定子フレーム８とフィン１２とが別パーツ化されている点である。固定子フレーム８の円筒部１１の外周部には、回転軸９０に対して垂直方向に複数の凹部１５が設けられており、この凹部１５に別パーツ化したフィン１２の凸部１６を挿入することで、固定子フレーム８が構成されている。

フィン１２を別パーツ化することにより、固定子フレーム８の量産に用いる金型形状を単純化することができ、量産性の向上につながる。また、フィン１２が別パーツ化されていることによりフィン１２の形状の自由度が向上し、より剛性が高く、放熱性が高い構造などとすることが可能となる。また、固定子フレーム８とフィン１２とが別パーツ化されていることで、それぞれ別の材料とする自由度が向上する。例えば、固定子フレーム８には剛性が低いが軽い材料を用い、フィン１２には剛性が高く重い材料を用いることで、軽量化と振動・騒音の低減の両立を図ることが考えられる。凹部１５が設けられていることで、強固に固定することができ、位置決めも容易となる。これに限らず、凹部１５を設けずに、圧入や接着によってフィン１２を固定してもよい。

図５Ａおよび５Ｂに、本発明の実施例３の内転型回転電機を示す。図５Ａは実施例３の内転型回転電機１００の組立途中の斜視図であり、図５Ｂは組立後の斜視図である。実施例１、２と異なる点は、固定子フレーム８とフィン１２が別パーツ化されており、別パーツ化した複数個のフィン１２が短手方向端部で平板１７を介して一体化していることである。

フィン１２が一体化されていることで組立時の工程が減り、量産性を向上させることができる。また、フィン１２が一体化されていることで剛性が向上する。図５Ａでは、固定子フレーム８とフィン１２が別パーツ化されているが、剛性向上の観点から、実施例１のように固定子フレーム８とフィン１２が一体化した構造で、フィン１２の短手方向端部を平板１７を介してつなぐ構成も考えられる。図５Ａでは、凹部１５が設けられていることで、強固に固定することができ、位置決めも容易となっているが、凹部１５を設けずに、圧入や接着によって固定してもよい。

図６Ａおよび６Ｂに、本発明の実施例４の内転型回転電機を示す。図６Ａは実施例４の内転型回転電機１００の組立途中の斜視図であり、図６Ｂは組立後の斜視図である。実施例１、２、３と異なる点は、固定子フレーム８とフィン１２が別パーツ化されており、別パーツ化した両側の2個のフィン１２の長手方向端部が、円弧部１９を介して一体化していることである。

両側の２個のフィン１２が、円弧部１９を介して一体化されていることで組立時の工程が減り、量産性を向上させることができる。また、フィン１２が一体化されていることで剛性が向上する。図６Ａでは、固定子フレーム８とフィン１２が別パーツ化されているが、剛性向上の観点から、実施例１のように固定子フレーム８とフィン１２が一体化した構造で、フィン１２の長手方向端部を円弧部１９を介してつなぐ構成も考えられる。図６Ａでは、凹部１５が設けられていることで、強固に固定することができ、位置決めも容易となっているが、凹部１５を設けずに、圧入や接着によって固定してもよい。また、実施例３のようにフィン１２の短手方向端部を平板１７を介してつなぐことで、剛性を向上させることも考えられる。

図７Ａおよび7Ｂに、本発明の実施例５の内転型回転電機を示す。図７Ａは実施例５の内転型回転電機１００の組立途中の斜視図であり、図７Ｂは組立後の斜視図である。実施例１、２、３、４と異なる点は、固定子フレーム８とフィン１２が別パーツ化されており、別パーツ化した２個のフィン１２の長手方向端部が円弧部１９を介して一体化されており、さらに、この一体化したフィンの複数個が回転軸水平方向に延伸した梁２０を介して一体化していることである。

フィン１２が、円弧部１９および梁２０を介して一体化されていることで組立時の工程が減り、量産性を向上させることができる。また、フィン１２が一体化されていることで剛性が向上する。図７Ａでは、固定子フレーム８とフィン１２が別パーツ化されているが、剛性向上の観点から、実施例１のように固定子フレーム８とフィン１２が一体化した構造で、回転軸水平方向に延伸した梁２０を介してつなぐ構成も考えられる。図７Ａでは、凹部１５が設けられていることで、強固に固定することができ、位置決めも容易となっているが、凹部１５を設けずに、圧入や接着によって固定してもよい。また、実施例３のようにフィン１２の短手方向端部を平板１７を介してつなぐことで剛性を向上させることも考えられる。

回転子コア１及び固定子コア４の材質としては、鉄が主成分の電磁鋼板が考えられ、電磁鋼板からコア形状を打ち抜いたものを積層することで、前記回転子コア１及び前記固定子コア４を構成できる。前記回転子コア１及び前記固定子コア４は、コストの低減を図る観点から、電磁鋼板から打ち抜く際に無駄なく打ち抜くことができる分割コアとすることが考えられるが、一体型コアでも良い。分割コアは、分割部の隙間による磁束漏れにより、効率の低下が懸念される。一体型コアであれば、分割部の隙間による磁束漏れはないため、効率の向上が見込める。コイル５の材質としては、銅やアルミを用いることが考えられる。

上記各実施例では、フィン１２が回転軸に対して垂直方向を向いていて、鍔１４や平板１7、円弧部１９、梁２０が自然対流を阻害しないように配置されており、固定子フレーム８とフィン１２の表面積が同等の従来構造と比べて、放熱性の向上が期待できる。また、鍔１４や平板１7は表面積が広いことで、放熱性の樹脂やシートの塗布・貼付が容易であり、さらに放熱性を向上させることができる。

上記各実施例としては、磁石の極数１６、コイル数７２の３相駆動回転電機の例について説明をしたが、その他の極数・スロット数の組み合わせであっても良い。

図８に、本発明の内転型回転電機１００を用いた巻上機３０の実施例６を示す。巻上機３０は、内転型回転電機１００と、回転電機のシャフト１３に取り付けられた駆動シーブ３１と、駆動シープ３１に巻き回されるロープ３２で構成される。駆動シーブ３１は内転型回転電機１００とシャフト１３を介して回転可能に接続されており、内転型回転電機１００が回転すると駆動シーブ３１も回転する。駆動シーブ３１の外周部には複数本のロープ３２が巻き回されている。駆動シーブ３１が回転した時、ロープ３２と駆動シーブ３１の間に摩擦力が有ることで、ロープ３２は上下に移動するように構成されている。

エレベータ用の巻上機３０は、回転速度が遅く、巻上機のモータは自然空冷で冷却するのが適している。本発明の回転電機のように、固定子フレームの側面に、回転軸に対して垂直方向にフィンを配置することにより、自然空冷による空気の流れがスムーズになり良好にモータの冷却を行うことができる。

なお、本実施例の巻上機は、エレベータ用に限らず、例えばウインチ用の巻上機にも用いることができる。

図９に、本発明の実施例７の、巻上機３０を用いたエレベータ４０の概略図を示す。エレベータ４０は、昇降路４１の中に設置された人または物が乗るかご室３３と、重量のバランスをとるための釣合重り３４と、昇降路４１下部のピット４２に設置された巻上機３０とが、複数個のシーブ３１と複数本のロープ３２を介して接続されることで構成されており、ビルやマンションなどに設置される。ロープ３２の両端は昇降路４１上部の天井３５に固定されている。巻上機３０の内転型回転電機１００が回転した時、ロープ３２が上下に移動することでかご室３１が上下に移動する。これにより人または物がビルやマンションの各フロアに移動することが可能となる。

実施例では、巻上機３０がピット４２に設置されているが、天井３５の上部に機械室を設けて、巻上機３０を機械室に設置することも考えられる。

１ 回転子コア
２ 永久磁石
３ 回転子
４ 固定子コア
５ コイル
６ 固定子
７ スロット
８ 固定子フレーム
９ エンドブラケット
１０ 脚
１１ 円筒部
１２ フィン
１３ シャフト
１４ 鍔
１５ 凹部
１６ 凸部
１７ 平板
１９ 円弧部
２０ 梁
３０ 巻上機
３１ シーブ
３２ ロープ
３３ かご室
３４ 釣合重り
３５ 天井
４０ エレベータ
４１ 昇降路
４２ ピット
７０ 径方向の電磁加振力
７１ 挿入方向
９０ 回転軸
１００ 内転型回転電機

Claims (11)

1. 内周側に固定子を嵌装した筒状のフレームと、該フレームの外周面上に並置形成された複数のフィンとを備えた回転電機であって、
   前記回転電機は、前記回転電機の回転軸方向が地面と略水平方向になるよう設けられ、
   前記フィンは、前記回転電機の回転軸方向に対して垂直方向に延在し、前記フレームの側面に並置形成されたことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記フレームの下面および上面には、前記フィンが設けられていないことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記フレームには、両側面に、据え付けるための脚部を備え、
   前記フレームの側面と前記脚部に前記フィンが並置形成されていることを特徴とする回転電気。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記フィンの先端部には、回転軸方向に突出した鍔部が設けられていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記フレームと前記フィンとが別パーツ化され、前記フィンが前記フレームの側面に取り付けられることを特徴とする回転電気。
6. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記フレームの側面には複数個の凹部を有し、前記フィンを前記凹部に挿入することで前記フィンが取り付けられることを特徴とする回転電機。
7. 請求項５に記載の回転電機において、
   複数個の前記フィンを、短手方向端部に設けられた平板を介して繋いだことを特徴とする回転電機。
8. 請求項５に記載の回転電機において、
   回転電機径方向で向かい合う２つの前記フィン同士を、長手方向端部において円弧状部品を介して繋いだことを特徴とする回転電機。
9. 請求項８に記載の回転電機において、
   回転電機径方向で向かい合う２つの前記フィン同士を繋いだ複数の円弧状部品を、回転軸方向に延伸した複数個の梁で繋いだことを特徴とする回転電機。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の回転電機と、前記回転電機のシャフトに取り付けた駆動シーブを備える巻上機。
11. 請求項１０に記載の巻上機と、かご室と、前記巻上機の運転により前記かご室を上下に移動させるロープとを備えるエレベータ。

Images