JP6995564B2

JP6995564B2 - 外転型回転電機及びエレベータ用巻上機

Info

Publication number: JP6995564B2
Application number: JP2017210081A
Authority: JP
Inventors: 雅寛堀; 努三好; 直之大畠
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: JP2019083638A

Description

本発明は、外転型回転電機及びエレベータ用巻上機に関する。

近年、エレベータ用巻上機の小型化のニーズにより、機構（シーブ、筐体）とブレーキ、回転電機が一体となった構造が主流となっている。そのため、回転電機においても小型化（高トルク密度化）が求められる。

回転電機の高トルク密度化の手段の一つとして、外転型回転電機がある。外転型回転電機は、回転子が固定子の外周側に配置されており、回転子と固定子との間の間隙（ギャップ）の半径を大きくできる。さらに、回転子が外側にあるため１極分の周長が長くなり大きな磁石を配置できる。このため、外転型回転電機は、内転型回転電機に対し高トルク密度化が可能となる。

しかし、回転電機の主な発熱源であるコイルが内径側に位置するため、コイルの配置スペースが小さくなることで放熱面積も小さくなり、回転電機の機内温度が高くなる。よって、小型・軽量のためには外転型回転電機の冷却性能の向上が必要となる。

外転型回転電機の冷却性能の向上策として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１の外転型回転電機は、ステータコアの内周側に位置しかつ複数の羽根を有し、ロータの回転に伴って回転する送風翼を備えている。この構造により、全閉構造を維持したまま冷却性能を向上させている。

特開２０１７－０５０９０８号公報

特許文献１では、ステータの内周側にフィンを設けているが、フィンの取り付け方法については言及されていない。

例えば、フィンをボルト等で固定する場合、ステータの内径側にネジ穴を加工する必要があるが、ステータの内径側は円筒形状であるため位置決めが難しい。また、スペースに制約があるため大きな工具が使用できない。このため、フレームの加工が困難であり、作業工数が増えコストが増加してしまう。

しかしながら、フィンのフレームへの加圧が不十分であると、フィンとフレームとの間に空気層が形成され、熱抵抗が大きくなり十分な冷却性能を得られない。

本発明の目的は、フレームを加工することなく外転型回転電機の冷却性能を向上させることにある。

本発明の一態様の外転型回転電機は、回転軸と回転子フレームを介して接続され、回転子コアと前記回転子コアの内径側に配置された永久磁石とにより形成される回転子と、前記回転子の内径側に所定の空隙を介して配置される固定子コアに設けられた複数個のスロット内にコイルが施された固定子と、前記固定子に接続された固定子フレームと、前記固定子フレームの内径側に設けられたフィンと、前記フィンを前記固定子フレームの方向に押し付ける力を付与する押付け力付与機構とを有することを特徴とする。

本発明の一態様のエレベータ用巻上機は、かごにつながるロープを巻き上げる動力として外転型回転電機を有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、フレームを加工することなく外転型回転電機の冷却性能を向上させることができる。

実施例１の外転型回転電機の外観斜視図である。実施例１の外転型回転電機の外観軸方向断面図の斜視図である。実施例１の外転型回転電機の回転電機部外観の斜視図である。実施例１の外転型回転電機の２次元に投影した軸方向断面図である。フィンの径方向断面図である。実施例２の外転型回転電機の構成を示す図である。実施例３の外転型回転電機の構成を示す図である。実施例４の外転型回転電機の構成を示す図である。実施例５の外転型回転電機の構成を示す図である。実施例６の外転型回転電機の構成を示す図である。実施例７の外転型回転電機の構成を示す図である。実施例８のエレベータ用巻上機の軸方向断面図である。

実施形態の外転型回転電機は、回転軸と回転子フレームを介して接続され回転子コアと回転子コアの内径側に配置された永久磁石とにより形成される回転子と、回転子の内径側に所定の空隙を介して配置される固定子コアに設けられた複数個のスロット内にコイルが施された固定子と、固定子に接続された固定子フレームと、固定子フレームの内径側に設けられたフィンと、フィンを固定子フレームの方向に押し付ける力を付与する押付け力付与機構とを有する。

ここで、押付け力付与機構は、例えば、固定子フレームの端面に固定されたバネを有し、バネの反発力又は圧縮力によりフィンが固定子フレームの方向に押し付けられる機構である（以下の実施例１参照）。

あるいは、押付け力付与機構は、例えば、フィンを支持する支持部材と、固定子フレームの端面に設けられ支持部材を固定する固定部材と、支持部材と前記固定部材とを連結する連結ネジとを有する機構である（以下の実施例３参照）。

ただし、押付け力付与機構は、フィンを固定子フレームの方向に押し付ける力を付与することが可能な機構であれば、上記の機構以外の機構を採用しても良い。

以下、図面を参照して、実施例について説明する。

図１Ａ～図１Ｄを参照して、実施例１の外転型回転電機の構成について説明する。
ここで、図１Ａは外観の斜視図である。図１Ｂは外観の軸方向断面図の斜視図である。図１Ｃは回転電機部外観の斜視図である。図１Ｄは２次元に投影した軸方向断面図である。なお、図１Ｄでは回転する構成部品を斜線で示している。

図１Ａ～図１Ｄに示すように、実施例１の外転型回転電機１は、回転子コア２と永久磁石３により構成された回転子４と、回転子４の内径側に所定の間隙を設けて配置され固定子コア６とコイル７により構成された固定子８と、回転中心に設けられた回転軸２４と、回転子４と回転軸２４とを接続する回転子フレーム９と、固定子８と回転軸２４を軸受け１０を介して接続し回転子４と固定子８とを覆うように構成される固定子フレーム１１とを有する。

ここで、コイル７は、集中巻により固定子コアに取り付けられることが望ましい。これにより、コイル７の軸方向短部の長さが短くなり、外転型回転電機１の軸方向長さが短くなることで小型化が可能となる。また、軸受け１０は、固定子８の軸方向中心に対し片側に配置され、固定子フレーム１１の内径側に空間を設けるように構成される。

また、外転型回転電機１は、外部の空気を外転型回転電機１の内部に取り込まない全閉構造が望ましい。これにより、ごみや埃、鉄粉などが外転型回転電機１の内部に入ることを防ぎメンテナンス性が向上する。なお、フレームの隙間等からわずかな空気の出入りがあっても影響が少なく問題はない。

尚、軸受け１０の他に、回転軸２３を支える補助軸受け１２を用いているが、補助軸受け１２はなくてもよく、軸受け１０より固定子８の軸方向中心側に配置しても良い。

固定子フレーム１１の内径側には、フィン１３が設けられている。フィン１３の固定子フレーム１１との接触面は、固定フレーム１１の内径形状と略同形状としている。
フィン１３はバネ１４の反発力による押し付け力１６により、固定子フレーム１１に加圧しながら固定されている。このような構造により、フィン１３と固定子フレーム１１の密着度が高くなる。このため、フィン１３と固定子フレーム１１の熱伝達率が高くなり、外転型回転電機１の発熱を効果的に外部に放熱でき、温度上昇を低減できる。

バネ１４は固定子フレーム１１の端面（側面）に固定されることが望ましい。固定子フレーム１１の端面は、固定子フレーム１１の内径面に比べ加工が容易であるため、ネジ等によりバネを固定することができる。

なお、固定子コア６と固定子フレーム１１とを固定する通しボルトのボルト穴が、固定子フレーム１１の端面に設けられている場合、このボルト穴をバネ１４の固定に流用しても良い。これにより、バネ固定専用のボルト穴を設ける必要がなくなり、工数を低減できコストを低減できる。

さらに、固定子フレーム１１にバネ固定治具１５を設け、このバネ固定治具１５にバネ１４を設置しても良い。これにより、バネ１３をより強固に固定できるようになり安全性を向上できる。

図２にフィン１３の径方向断面図を示す。
図２に示すように、フィン１３の両端にバネ１４による押し付け力１６を与えている。これにより、２点でフィン１３を固定できるため、安定した設置が可能となる。しかし、十分に安定に設置できるのであればバネ１３の個数は１つでも良く、また、３つ以上とすることでより安定に設置することもできる。

なお、フィン１３を面で固定できるようになるため、バネ１４を板バネで形成することが好ましい。しかし、フィン１３を十分に加圧し固定できるのであれば、他の種類のバネを用いても同様の効果が得られる。また、バネの反発力を用いてフィン１３を固定しているが、バネの伸縮力を用いて固定する形状でも同様の効果が得られる。また、必要な冷却性能を得られれば、フィン１３の数には限定はない。

図３を参照して、実施例２の外転型回転電機１の構成について説明する。
実施例１では、フィン１３をバネ１４で直接固定していたが、図３に示すように、フィン１３にフィン固定用治具１７を設け、このフィン固定用治具１７をバネ１４で固定しても良い。この構造により、フィン１３を広い面積で固定できるため、より安定した固定が可能となる。なお、バネ１４を、バネ固定用治具１８を介して固定子フレーム１１に設置しても良い。

図４を参照して、実施例３の外転型回転電機１の構成について説明する。
実施例１、２では、バネを用いてフィン１３を固定する構造を示したが、実施例３では、ネジを用いて固定する構造を示す。

図４に示すように、固定子フレーム１１に取付け治具１９を配置し、フィン１３に取付け治具２０を配置する。ここで、取付け治具２０は、フィン１３よりも軸方向の取付け治具１９側に長い形状となっている。取付け治具１９は、取付け治具２０よりも径方向外側に配置されている。ここで、取付け治具１９と取付け治具２０をネジ２１で固定することで、フィン１３を固定子フレーム１１に加圧しながら固定することができる。

なお、フィン１３と取付け治具１９は、ネジ２１により固定してもよいが、複数の止めネジ２２により、フィン１３を固定子フレーム１１に押し付けられる構造とすることが望ましい。各止めネジ２２の締めトルクを調整することで、固定子フレーム１１の寸法公差を補正することができる。さらに、フィン１３と固定子フレーム１１との間の空気層を低減することができ熱伝達率を向上できる。

図５を参照して、実施例４の外転型回転電機１の構成について説明する。
図５に示すように、フィン１３を、底面が平坦なフィン部２３と、固定子フレーム１１の内径形状と略同形状部を有する台座部２５とに分割しても良い。この構造により、フィン部２３に市販のフィンを用いることができるため、コスト低減が可能となる。なお、前記フィン部２３と前記台座２５は、ネジ等により着脱自在に固定すればよい。

図６を参照して、実施例５の外転型回転電機１の構成について説明する。
図６に示すように、フィン１３と固定子フレーム１１との間に伝熱グリスや放熱シートなどの熱伝導性が良く、柔軟性がある物質２６を配置しても良い。

これにより、前記フィン１３と固定子フレーム１１との間に空気層が形成されることを防ぐことができるため、熱伝達率が改善し、冷却性能を向上できる。

なお、実施例４（図５参照）に示したフィン部２３と台座２５との間にも同様に、伝熱グリスや放熱シートを配置しても熱伝達率を改善することができる。

図７を参照して、実施例６の外転型回転電機１の構成について説明する。
図７に示すように、フィン２７を固定子フレーム１１の端面（側面）と反対側のほうが厚くなるように傾斜を持たせた構成としても良い。

フィン１３は、固定子フレーム１１の端面側から固定しているため、反対側に力が伝わりにくく、フィン１３と固定子フレーム１１との間に空気層が生じる可能性がある。そこで、図７に示す構造とすることで、固定子フレーム１１の端面と反対側に力が加わりやすくなるため、空気層の発生を防ぐことができる。

図８を参照して、実施例７の外転型回転電機１の構成について説明する。
図８に示すように、フィン１３の内径側に、固定子フレーム１１の内径側の空間を分割する仕切り部３２を設け、その内径側にファン２８を設けている。このファン２８により、固定子フレーム１１の内径側のスペースに空気の流れを作ることで、フィン１３に冷却風を当てることができるようになる。これにより、冷却性能を向上できる。

なお、ファン２８は、回転軸２４に直結した自励ファンでも、他の電源によって駆動する他励ファンでも良い。また、ファン２８の形状は、プロペラ状の軸流ファンでも良く、径方向に風を吐き出すラジアルファンでも良い。さらに、吐き出しのファンでも吸い込みのファンでも良い。

図９に、実施例１の外転型回転電機１をエレベータ用巻上機に適応した実施例８を示す。
実施例８のエレベータ用巻上機は、かごにつながるロープを巻き上げる動力として、実施例１の外転型回転電機１を有する。

図７に示すように、外転型回転電機１にエレベータ巻上機用ロープ２９を巻きつけるシーブ３０と、回転を機械的にとめるブレーキ３１が取り付けられる。

実施例８によれば、冷却性能を向上させることで小型化した外転型回転電機を用いているため、エレベータ用巻上機の軽量化が可能となり設置にかかるコストを低減することができる。

１外転型回転電機
２回転子コア
３磁石
４回転子、
６固定子コア
７コイル
８固定子
９回転子フレーム
１０軸受け
１１固定子フレーム
１２補助軸受け
２４回転軸
１３フィン
１４バネ
１５バネ固定用治具
１８バネ固定用治具
１６押し付け力、
１７フィン固定用治具、
１９取付け治具
２０取付け治具
２１ネジ
２２止めネジ
２３フィン部
２５台座部
２６放熱シート、
２７フィン
３２仕切り部
２８ファン
２９ロープ
３０シーブ
３１ブレーキ

Claims

回転軸と回転子フレームを介して接続され、回転子コアと前記回転子コアの内径側に配置された永久磁石とにより形成される回転子と、
前記回転子の内径側に所定の空隙を介して配置される固定子コアに設けられた複数個のスロット内にコイルが施された固定子と、
前記固定子に接続された固定子フレームと、
前記固定子フレームの内径側に設けられたフィンと、
前記フィンを前記固定子フレームの方向に押し付ける力を付与する押付け力付与機構と、
を有し、
前記押付け力付与機構は、前記固定子フレームの端面に固定されたバネを有し、
前記押付け力付与機構は、前記フィンを固定する支持部材をさらに有し、
前記フィンは、前記支持部材に接触した状態で固定されており、
前記支持部材は、前記バネで固定されており、
前記バネの反発力又は圧縮力により、前記支持部材と共に、前記フィンが前記固定子フレームの方向に押し付けられることを特徴とする外転型回転電機。
前記フィンは、前記固定子フレームとの接触面が前記固定子フレームの内径形状と略同形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の外転型回転電機。
前記バネが、板バネにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の外転型回転電機。
前記固定子フレームと前記フィンとの間に設けられた空気よりも熱伝達率の高い物質を更に有することを特徴とする請求項１に記載の外転型回転電機。
前記フィンは、前記固定子フレームの端面の反対側が厚くなるような傾斜部を有する請求項１に記載の外転型回転電機。
前記フィンは、
前記固定子フレームに接触する台座部と、
前記台座部に着脱自在なフィン部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の外転型回転電機。
前記台座部と前記フィン部との間には空気よりも熱伝達率の高い物質が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の外転型回転電機。
前記フィンの内径側に設けられ、前記固定子の内径側の空間を径方向に２層に分け、前記２層に分けられた空間が軸方向軸受け側で繋がるように設けられた仕切り部と、
前記仕切り部の内径側に、ファンを更に有し、
前記ファンにより前記固定子の内部の空気を外部に吐き出すことを特徴とする請求項１に記載の外転型回転電機。
かごにつながるロープを巻き上げる動力として、請求項１に記載の外転型回転電機を有することを特徴とするエレベータ用巻上機。
前記外転型回転電機に、ロープを巻きつけるシーブと回転を機械的に止めるブレーキが取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載のエレベータ用巻上機。