(57)【要約】【課題】  エレベータ用の巻上機において、稼働中に軸の回転によって発生する摩擦熱を抑制して、軸受の温度上昇が少ない巻上機を得る。【解決手段】  モータの軸を回転可能に支持する二つの軸受と、二つの軸受の外周をそれぞれ支持する二つの軸受支持部と、モータおよび二つの軸受支持部を支持する支持台と、モータの運転状態を制御する制御装置とを備え、さらに、二つの軸受のうちモータから遠い側の軸受の外輪の温度または該軸受を支持する軸受支持台の温度を測定する温度測定器と、支持台に設置されて支持台を加熱する台加熱装置とを備え、制御装置は、温度測定器の測定値をもとに台加熱装置を動作させる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子、回転子および軸を備えるモータと、
前記軸を回転可能に支持する二つの軸受と、
前記二つの軸受の外周をそれぞれ支持する二つの軸受支持部と、
前記モータおよび前記二つの軸受支持部を支持する支持台と、
前記モータの運転状態を制御する制御装置と、
を備える巻上機であって、
前記二つの軸受のうち前記モータから遠い側の軸受の外輪の温度または該軸受を支持する軸受支持台の温度を測定する温度測定器と、
前記支持台に設置されて前記支持台を加熱して前記支持台を前記軸の方向に熱膨張させる台加熱装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記温度測定器の測定値をもとに前記台加熱装置を動作させることを特徴とする巻上機。
【請求項２】
前記支持台は四辺を有する枠体を備え、
前記二つの軸受支持部は前記枠体の対向する二辺で支持され、
前記対向する二辺のそれぞれに前記台加熱装置が備えられている請求項１に記載の巻上機。
【請求項３】
周囲の気温を測定する気温測定器をさらに備え、
前記制御装置は前記気温測定器の測定値を用いて前記台加熱装置を動作させることを特徴とする請求項１または２に記載の巻上機。
【請求項４】
前記支持台は前記二つの軸受支持部のうち前記モータから遠い側の軸受支持部を支持する中間台座を備え、
前記中間台座は前記支持台に固定された固定部を備えるとともに前記固定部より前記モータから遠い側において該軸受支持部を支持し、
前記中間台座に前記台加熱装置が設置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の巻上機。
【請求項５】
前記支持台は前記中間台座を支持する転がり要素を備える請求項４に記載の巻上機。
【請求項６】
前記二つの軸受のうち、前記モータから遠い側の軸受の外輪側を加熱する外輪加熱装置を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の巻上機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エレベータ用の巻上機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型エレベータ用の巻上機においては、稼働中に軸受の温度が上昇するため軸受を損傷することがあり、その対策が必要である。軸受の温度上昇の要因の１つに軸受の機械損失があり、軸の回転によって軸受に摩擦熱が発生して軸受の温度が上昇する。
【０００３】
従来のエレベータ用巻上機においては、稼働中の温度上昇に起因する軸受の損傷を防止する手法として、冷媒を用いて軸と回転子を冷却する手法がある。例えば、回転子の軸端を軸受で支持し、軸受箱を構成してこの軸受箱に冷媒室を設け、さらに回転軸の内部に軸方向の穴を設けるなどの方法が検討されている（特許文献１参照）。このように構成することによって、軸受と回転子を冷媒で冷却することにより、軸受の損傷を防止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-336646号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受の損傷を防止するために冷媒を用いて冷却を行う場合、回転軸に冷媒の流路を確保する必要があり流路を確保するための穴加工などが必要となり、冷媒を貯蔵するための部品も必要である。このような特殊な冷却機構が必要になるのは、エレベータ用巻上機の場合、積載量（容量）が大きく高速で駆動する機種であり、大型の部品に対して複雑な加工を施すには、多大な加工時間が必要となる。
【０００６】
また、冷媒を用いる場合には、冷媒の漏れを防ぐシールを施しておくことが前提となるが、通常、巻上機の設置場所の環境は塵埃も多く、シールが破れることもあるため、ある程度の漏れを想定しておく必要がある。そのため、メインテナンスが複雑になって品質を維持することが困難となる可能性がある。
【０００７】
さらに、巻上機の発熱量が大きい場合には、エレベータが運転していない状態でも冷媒を循環させることが必要になるため、冷媒を強制的に循環させる装置も必要になるなど、機器構成が複雑となって長期的な信頼性を確保することが困難となる。
【０００８】
また、冷却部のメインテナンスを実施する場合には、冷媒の密封性を確保するため、シール部品やシールを接触させるフランジ面を再加工する必要が生じることから、運転を開始するまでに多大の時間を要する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る巻上機においては、固定子、回転子および軸を備えるモータと、軸を回転可能に支持する二つの軸受と、二つの軸受の外周をそれぞれ支持する二つの軸受支持部と、モータおよび二つの軸受支持部を支持する支持台と、モータの運転状態を制御する制御装置とを備え、さらに、二つの軸受のうちモータから遠い側の軸受の外輪の温度または該軸受を支持する軸受支持台の温度を測定する温度測定器と、支持台に設置されて支持台を加熱する台加熱装置とを備え、制御装置は、温度測定器の測定値をもとに台加熱装置を動作させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、巻上機と軸受の台座に台加熱装置となるヒータを配置することによって、軸受の内外輪の温度差及び軸の軸方向の熱膨張に起因する、半径方向と軸方向の軸受すき間の変化を抑制することができる。このため、冷媒を用いた冷却機構を用いることなく軸受の過負荷を防止して軸受の損傷を防止するともに、軸受の寿命を長くすることができ、機器の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１を示す巻上機の断面模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す巻上機の側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】軸受の状態を示す断面模式図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す巻上機の断面模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示す巻上機の断面模式図である。
【図７】この発明の実施の形態３の変形例を示す巻上機の断面模式図である。
【図８】この発明の実施の形態３の変形例を示す支持台座の支持構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明を実施するための実施の形態１における巻上機１００の断面模式図であり、図２は図１の側面図である。巻上機１００のモータ１は、回転子２と固定子３で構成される。回転子２には軸４が固定されており、軸４は軸受５および軸受５ａで回転支持され、軸４には、軸受５と軸受５ａとの間に位置する綱車８が固定されており、綱車８にロープを巻きかけてエレベータのかごを上下させる。軸受５ａは、モータ側の軸受を支持する支持台座６に収納されており、軸受５は端部側の軸受を支持する支持台座７に収納されている。モータ１、支持台座６、支持台座７は支持枠９上に固定されている。支持枠９はＩ型鋼を四角形の枠状に組み合わせたもので、巻上機１００全体を支持する台であり、モータ１、支持台座６、支持台座７は枠内部を跨ぐように、支持枠９の軸４と平行な二辺上で支持されている。なお、図１の支持枠９は正面図として描かれている。
【００１３】
ヒータ１０ａは、モータ側軸受の支持台座６の表面に固定され、通電によって間接的に軸受５aを加熱する。ヒータ１０ｂは、端部軸受の支持台座７の表面に固定され、同様に通電によって間接的に軸受５を加熱する。ヒータ１０ｃは、支持枠９の軸４と平行な二辺上にそれぞれ設置されて、該二辺を直接加熱することができる。支持枠９に固定するヒータ１０ｃは、該二辺を加熱することにより支持枠９について軸４方向の熱膨張量を調節することを目的としている。
【００１４】
ヒータ１０a、ヒータ１０ｂ、ヒータ１０ｃ（以下、総称する際はヒータ１０と称する）は、リボンヒータを用いることができる他、板状やフィルム状のヒータを用いればよい。また、軸受周囲を加熱するため、軸受外周を取り巻く円環状のリボンヒータを用いてもよい。ヒータ１０は耐熱性の紐やワイヤで固定すればよく、ボルトなどで機械的に固定しても良い。また、ヒータ１０の固定を強固にしたい場合には、板状、棒状のヒータをモータ側軸受及び端部軸受の支持台座に埋め込んでも良い。
図３は、実施の形態１の制御系の構成を示すブロック図である。支持台座７には温度センサ１１が設置されており、温度を逐次測定する。温度センサ１１は熱電対で良い。巻上機１００には制御装置ＣＴが備えられており、温度センサ１１の温度データの収集、外気温度のデータ収集、ヒータ１０の通電制御を行っている。この制御装置は、モータの駆動制御装置に付随するシステムとして組み込まれていても良い。
【００１５】
図４は、軸４の端部側に位置する軸受５の状態を示す断面模式図であり、内輪５１、転動体５２、外輪５３の位置関係を模式的に示している。通常、軸受には、半径方向と軸方向に内部すき間が形成されており、図４（ａ）は内輪５１、転動体５２、外輪５３の位置が適切なすき間を持っている状態を示す。一方、軸４が回転している場合、軸受内で摩擦熱が発生することから、内輪５１と転動体５２、外輪５３の温度が上昇する。このとき、外輪側は大気にさらされて冷却されるため、内輪５１よりも温度が低くなる。このため、図４（ｂ）に示すように、内輪５１が軸４の半径方向に膨張する量と外輪５３の膨張する量の差が、軸受の内部すき間よりも大きくなると、内部すき間が消滅ないし小さくなる。これによって、軸の半径方向に摩擦による力が発生し、この分だけ軸受の負荷が増えることになる。
【００１６】
一方、軸受５の摩擦熱などにより、軸４の温度が上昇した場合、軸方向に軸４が伸びる。図４（ｃ）は軸４が伸びて、内輪５１と外輪５３の位置ずれが生じた状態を示す。通常、内輪５１は軸４に焼嵌めなどで強固に固定されるため、軸４に固定した内輪５１が軸４とともに軸方向に移動し、熱膨張量が軸受の軸方向のすき間よりも大きな値になると、軸方向に熱膨張による力が発生し、この分だけ軸受の負荷が増えることになる。これらの軸受の負荷増大は、外部の温度が極端に低くなったことによって、内輪５１と外輪５３との温度差が大きくなった場合にも生じる。図４（ｂ）および図４（ｃ）に示した状態になると、軸受５の負荷が増加して、軸受の寿命が短くなったり、軸受が損傷したりするなどの問題が生じる。
上記のような、内外輪の温度差や軸の温度上昇による熱膨張による軸受の過負荷を抑制するため、本実施の形態１においては、支持枠や軸受の支持台座を加熱することによって、軸受の負荷を適正な範囲に制御する。
【００１７】
軸受の状態を推定するため、予め運転時の回転数と、軸受の温度上昇との関係を計測して記録する必要がある。例えば、運転時に放射温度計を用いて、非接触で軸４と支持台座７の表面の温度を計測する。このとき、軸４の温度が軸受の内輪の温度に、台座の表面の温度が軸受の外輪の温度にほぼ等しいと考え、半径すき間Ｇが正常な状態から零になるときまでの温度差を実験的に算出しておく。同時に軸受の周囲環境の温度も計測しておいて基準とする。周囲温度に対する内輪の温度上昇量と、外輪の温度上昇量とを計測し、すき間が零になる温度差に到達するときの台座の温度上昇量を計測しておく。このデータを基準データとする。
【００１８】
運転時には、支持台座７表面の温度を温度センサ１１で連続的に測定し、巻上機の周囲環境と支持台座７の温度差をモニタリングする。運転前の周囲環境温度をＴＥ0、運転前の台座の温度をＴＤ0、運転中の周囲環境温度をＴＥ1、運転中の台座の温度をＴＤ1とすると、（ＴＤ1-ＴＤ0）-（ＴＥ1−ＴＥ0）の値が運転に伴う支持台座７の温度上昇となる。回転数と温度上昇値から、上記の基準データに対する、内輪と外輪の温度差ΔＴが適正であるかどうかを判断することができる。
すき間が零になる温度差ΔＴよりも小さな値を上限値としておき、ΔＴが上限値に到達したときにヒータ１０ｂに通電して加熱するようにする。そして、温度差が適正値とほぼ同じになった時点で、ヒータ１０ｂの通電を遮断する。
【００１９】
なお、モータからみて端部側の支持台座７について説明したが、モータ側の軸受台座６についても同様に、予め温度差を計測して、運転中の台座の温度をモニタリングしてヒータ１０ａに通電することによって、軸受の半径方向のすき間が小さくなることを抑制することができる。また、必ずしも両側の軸受に同様の構成をとる必要はなく、軸受の負荷状態、温度上昇などから、必要な箇所にのみヒータ等を設置すれば良い。
【００２０】
軸４の熱膨張に対しては、モニタリングしている軸受の台座の温度上昇量から軸４の熱膨張量を算出しておき、所定の温度上昇量に到達したときに、巻上機支持枠９に設置したヒータ１０ｃに通電し、初期の軸方向のすき間に近づいてΔＴが適正となったときにヒータ１０ｃの電流を遮断する。ヒータ１０ｃの制御を行うため、支持枠９に温度センサを設置してもよい。これらの温度制御のモデルについては、実際の巻上機の構成を踏まえて、適宜、作成すればよい。
【００２１】
以上のように、軸受の支持台座を加熱することによって、半径方向の軸受すき間が零に近くなって半径方向の負荷が増加することを防止する。また、同時に、巻上機の支持枠９を加熱することによって、軸方向の負荷の増大を防止することができる。これらの方法を用いて軸受の損傷を防止することによって、軸受の長寿命化を図ることができ、信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、本発明では、半径方向及び軸方向の軸受すき間が確保できるように構成してあるため、軸受の台座及び巻上機の支持枠に対してヒータを設置したり、温度を計測したりする構成にしてあるが、必ずしも２つの対策を行う必要はなく、例えば、半径方向の負荷に余裕がある場合には、軸受の支持台座に対してヒータ１０、温度センサ１１を設置する必要はない。
冷却機構によって軸受の発熱を防止する方法では、機器の構成が複雑になるのに対し、本発明の方法では、軸受の発熱に応じて台座を熱膨張させるだけで良いので、特殊な加工も不要である。すなわち、ヒータとセンサ、およびそれらの制御装置のみで、巻上機の熱膨張による軸受の過負荷を防止することができることから、安価な構成を用いて機器の信頼性を向上することができる。また、特別な冷却機構が不要なため、メインテナンスコストも抑制することができる。
【００２３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２の巻上機２００の断面模式図である。実施の形態１の巻上機では、軸受の軸方向のすき間を調整する手法として、巻上機の支持枠９にヒータ１０ｃを設置するようにしているが、本実施の形態２では、支持枠９と端部側軸受の支持台座７の間に、中間台座１２を配置し、中間台座１２にヒータ１０ｃを設置するように構成する。中間台座１２のモータ側端部はボルト１３ａで支持枠９に固定し、軸端部側に熱膨張し易いよう構成されている。ボルト１３ｂは、支持台座７を中間台座１２に固定している。
【００２４】
巻上機のサイズが大きい場合、その台座の寸法も大きくなり、ヒータ１０ｃで支持枠９全体を所定の温度まで上昇させるための、電力の消費量が大きくなる。また、所定の温度に達するまでの時間も増加し、軸受すき間が小さくなって、短期的に軸受に過負荷が生じる可能性がある。
【００２５】
そこで、熱膨張させる部材を中間台座１２に限定し、この箇所を熱膨張させるように構成することによって熱容量を低減し、制御に必要な熱量を抑えることが出来る。したがって、本実施の形態２を用いることで、制御に用いる電力量を抑えるとともに、比較的短時間に必要温度に到達させることができる。
【００２６】
以上の構成によれば、巻上機の容量が大きくなっても、ヒータ制御に用いる電力量を抑え、応答性の良い巻上機の支持構造を得ることができる。また、機構上も複雑な加工を必要としないことから、安価に製造することができる。
【００２７】
この中間台座１２は、巻上機と支持台座と同じ材料でも良いが、なるべく熱膨張量を大きくとりたい場合には、銅材や銅の合金材を用いても良い。また、軸受支持台座の重量に耐えることができるのであれば、アルミニウムや銅、それらのいずれかを含有する合金など、支持枠９に比べて熱膨張係数が大きい材料を用いれば、効果的に動作させることができる。中間台座１２の熱膨張係数が大きければ、比較的に短い時間で大きな膨張量を得ることができ、少ない電力で軸受すき間を調整し、軸受の損傷を抑制することができる。また、ヒータへの電流遮断時に短時間で温度を下げることができることから、巻上機の部材の収縮に対してもすばやく追随することができ、軸受の損傷を防止することによって、信頼性の高い巻上機を得ることができる。
【００２８】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３の巻上機の断面模式図である。実施の形態２では、中間台座を用いて短時間で所定の温度に達する構成しているが、さらに短時間で軸受すき間を調整する方法として、端部軸受の支持台座７と中間台座１２ａの間に転がり要素１４を配置した構成とする。この構成により、例えば、非常時に急激に軸４の温度が上昇して、軸４が熱膨張して伸びた場合においても、軸受すき間を適正に保つことが可能となる。
【００２９】
転がり要素１４として円柱を複数個、平行に配置しておくことにより、軸受の支持台座７は転がり要素１４が軸方向に転がる動きによって、軸方向に容易に移動できるようになる。中間台座１２ａには、抑え板Ｐが両端に設けられており、支持台座７の移動量を規制している。なお、抑え板Ｐに代わって、中間台座１２ａには転がり要素１４が移動する範囲を規定する溝が形成されていてもよい。
【００３０】
軸長が数メートルの巻上機であっても、瞬時の軸方向の移動量は1ｍｍ以下と予想されるので、転がり要素１４で瞬時に追随できる軸方向の変位量は1ｍｍ程度で十分であり、それ以上の変位量に対しては、中間台座１２を熱膨張させて、軸４の伸びに追随させるようにする。また、ヒータ１０ｃで加熱した場合には、周囲の温度によっては、モータ側軸受の支持台座６及び端部軸受の支持台座７と巻上機支持台座９の間で滑りを生じて、ボルトに緩みが発生する可能性も想定されるが、転がり要素１４を配置することによって、上記の滑りの問題が軽減されるため巻上機の信頼性を向上することができる。
【００３１】
図７は、本発明の実施の形態３の巻上機の変形例を示す断面模式図である。図６に示した例では、転がり要素１４として円柱を用いているが、この形状に限る必要はなく、図７に示すような断面が扇形の柱状体の転がり要素１４ａを配置しても良い。図７は、扇形の柱状体の転がり要素１４ａが３個、平行に配置されているものである。図７に示す形状をとることによって、転がり要素１４ａと端部支持台座７の接触点の位置は変化しないため、転がり要素１４ａが端部軸受の支持台座７と中間台座１２ａの間で相対位置がずれを生じなくなり、転がり要素１４ａ同士が接触して動作が不安定になることなく、長期の信頼性を確保することができる。
【００３２】
図８は、本実施の形態３の他の変形例を示す支持台座の支持構造を示す模式図である。この支持構造は、円柱状の転がり要素１４ｂの中間台座１２ｂ側の相手面として、転がり要素１４ｂが緩く位置決めされる曲面を有する溝を設けている点が特徴である。図６、図７に示した例では、転がり要素１４は中間台座上の平面と接触した形態であるが、図８に示すように転がり要素１４ｂを配置しておけば、転がり要素１４ｂ同士が接触することなく、長期の信頼性を確保することができる。また、図８の転がり要素１４ｂの上方の支持台座７側にも曲面を有する溝を設けて、転がり要素１４ｂの滑りを抑制してもよい。同様の変形は、図６や図７の構成においても適用可能である。
【００３３】
以上の構成により、瞬時の温度上昇が発生して、ヒータ１０の加熱による中間台座１２ｂの熱膨張が追従できない場合でも、転がり要素１４で軸４の伸びを吸収することで、軸受５に過大な負荷が掛かることを防ぐことが可能となるため、巻上機の信頼性を向上させることができる。
上述の例では、転がり要素１４と中間台座１２は交換可能な部品であり、長期にわたって使用する上で、部材の硬さを、軸受の支持台座＞転がり要素≧中間台座 としておけば、摩耗に対しても機器を損傷することなく、長期にわたって信頼性を確保することができる。
また、ヒータで急激に台座を加熱しようとすると、使用する電力量が増大するが、転がり要素を配置することによって短時間で台座を移動することができ、電力消費量を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、エレベータの巻上機のみならず、ホイスト、農機具などに用いられる巻上機にも活用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  モータ
２  回転子
３  固定子
４  軸
５，５ａ  軸受
８  綱車
６  支持台座
７  支持台座
９  支持枠
１０，１０a，１０ｂ，１０ｃ  ヒータ
１１  温度センサ
１２  中間台座
１４  転がり要素
５１  内輪
５２  転動体
５３  外輪
ＣＴ  制御装置
【図３】
2016208574.tif 000003
【図４】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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