JP2008303014A - エレベータの制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制動動作時のかごへの衝撃を小さくすることができるとともに、かごの落下をより確実に阻止することができるエレベータの制動装置を得る。
【解決手段】かごに支持された支持枠１１には、かごガイドレール１に対して傾斜された傾斜部１８ａが設けられている。かごガイドレール１と傾斜部１８ａとの間には、楔１２が配置されている。楔１２は、アクチュエータ１３により、傾斜部１８ａに案内されながらかごガイドレール１に接離する方向へ変位される。支持枠１１には、かご２の減速度を検出する加速度センサ１４が設けられている。アクチュエータ１３の制御は、加速度センサ１４からの情報に基づいて、コントローラ１６により行われる。楔１２の楔角αは、かごガイドレール１と楔１２との間の最大及び最小の摩擦係数μ_ｍａｘ及びμ_ｍｉｎとの間にｔａｎα＝２μ_ｍｉｎμ_ｍａｘ／（μ_ｍｉｎ＋μ_ｍａｘ）の関係がほぼ成立するように設定されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、かごの移動を制動するエレベータの制動装置に関するものである。

従来のエレベータには、かごの落下を阻止するために、かごのガイドレールと、かごに設けられた案内板との間に楔を噛み込ませることにより、かごに対して制動力を発生させる非常止め装置が設けられている。非常止め装置の動作によって生じるかごの減速度は、楔の噛み込み量が同じであっても、かご内の荷重の変化や、ガイドレールと楔との間の摩擦係数の変化によって変動する。従って、従来では、かごの落下をより確実に阻止するために、かご内の荷重が最大で、かつガイドレールと楔との間の摩擦係数が最小である場合（かごが最も止まりにくい場合）であってもかごが停止するように非常止め装置が構成されている。従って、かご内の荷重が小さい場合や、ガイドレールと楔との間の摩擦係数が大きい場合には、非常止め装置が動作したときのかごの減速度が大きくなりすぎて、かごへの衝撃が大きくなってしまう。

従来、かごへの衝撃を小さくするために、内部に液体が封入された圧力容器を楔に連結した非常止め装置が提案されている。圧力容器内の液体は、楔の変位に応じて加圧される。従って、楔の変位速度は、液体の減衰効果により上昇しにくくなる。これにより、ガイドレールと案内板との間に楔が急激に噛み込むことが抑制され、かごへの衝撃が小さくなる。加圧容器内の液体の種類は、かごの仕様（例えばかご自体の重量等）に応じて選択される（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、かごへの衝撃を小さくするために、カウンタシューとガイドレールとの間へのブレーキウェッジの噛み込み量をアバットメントにより制限する安全制動装置が提案されている。ブレーキウェッジの噛み込み量の制限は、ブレーキウェッジがアバットメントに当接されることにより行われる。アバットメントの位置は、かご内の荷重の大きさに応じて調整される。これにより、ブレーキウェッジの噛み込み量がかご内の荷重の大きさに応じて調整される。従って、例えば乗客の乗降等によりかご内の荷重の大きさが変動した場合であっても、安全制動装置が動作したときのかごの減速度を調整することができ、かごへの衝撃を小さくすることができる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２３４２号公報 特表２００３−５３５７９１号公報

しかし、特許文献１に示された非常止め装置では、かご内の荷重の変化やガイドレールと楔との間の摩擦係数の変化と無関係に楔に対する減衰効果が発生するので、例えばかご内の荷重が大きくなった場合や、ガイドレールと楔との間の摩擦係数が小さくなった場合には、非常止め装置が動作してもかごが止まりにくくなるおそれがある。

また、特許文献２に示された安全制動装置では、ガイドレールとブレーキウェッジとの間の摩擦係数が変化しても、ブレーキウェッジの噛み込み量は変化しない。従って、例えばガイドレールとブレーキウェッジとの間の摩擦係数が小さくなった場合には、安全制動装置が動作してもかごが止まりにくくなるおそれがある。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、制動動作時のかごへの衝撃を小さくすることができるとともに、かごの落下をより確実に阻止することができるエレベータの制動装置を得ることを目的とする。

この発明に係るエレベータの制動装置は、かごを案内するガイドレールに対して傾斜された傾斜部が設けられ、かごに設けられた支持枠、ガイドレールと傾斜部との間に配置され、傾斜部に案内されながらガイドレールに接離する方向へ変位可能な楔、傾斜部に案内される方向へ楔を変位させるアクチュエータ、かごの減速度を検出するための減速度検出器、及び減速度検出器からの情報に基づいて、アクチュエータを制御するコントローラを備え、楔には、ガイドレールに接触する楔接触面と、案内部に沿った楔傾斜面とが設けられており、楔接触面と楔傾斜面とがなす楔角αは、ガイドレールと楔との間でそれぞれ想定される最大の摩擦係数μ_ｍａｘ及び最小の摩擦係数μ_ｍｉｎに対して、ｔａｎα＝２μ_ｍｉｎμ_ｍａｘ／（μ_ｍｉｎ＋μ_ｍａｘ）の関係がほぼ成立するように設定されている。

この発明に係るエレベータの制動装置では、楔を変位させるアクチュエータが減速度検出器からの情報に基づいてコントローラにより制御されるので、かごに発生する制動力を制動動作時に調整することができる。これにより、制動動作時のかごの減速度を調整することができ、かごの衝撃を小さくすることができる。また、かごの落下をより確実に阻止することもできる。さらに、楔の楔角αは、最小の摩擦係数μ_ｍｉｎ及び最大の摩擦係数μ_ｍａｘに対してｔａｎα＝２μ_ｍｉｎμ_ｍａｘ／（μ_ｍｉｎ＋μ_ｍａｘ）の関係が成立するように設定されているので、アクチュエータが楔を変位させるために必要な制御力を小さくすることができる。従って、アクチュエータが消費するエネルギ量を少なくすることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエレベータを示す構成図である。図において、昇降路内には、一対のかごガイドレール１及び一対の釣合おもりガイドレール（図示せず）が設けられている。各かごガイドレール１間にはかご２が昇降可能に配置され、各釣合おもりガイドレール間には釣合おもり３が昇降可能に配置されている。

昇降路の上部には、かご２及び釣合おもり３を昇降させる巻上機（駆動装置）４と、巻上機４に対して間隔を置いて配置されたそらせ車５とが設けられている。巻上機４は、モータを含む巻上機本体６と、巻上機本体６により回転される駆動シーブ７とを有している。

そらせ車５及び駆動シーブ７には、主索８が巻き掛けられている。かご２及び釣合おもり３は、主索８により昇降路内に吊り下げられている。かご２及び釣合おもり３は、駆動シーブ７の回転により昇降路内を昇降される。

かご２の上部及び下部には、各かごガイドレール１に案内される複数のガイド装置９がそれぞれ設けられている。また、かご２の下部には、各かごガイドレール１に対向する一対の制動装置である非常止め装置１０が設けられている。各非常止め装置１０は、かご２の速度が所定の過速度に達したときに制動動作を行う。各非常止め装置１０の制動動作により、かご２に対する制動力が発生する。

なお、この例では、かごガイドレール１に沿った方向をＺ軸方向とし、かご２の奥行き方向（各かごガイドレール１を含む平面に対して垂直な方向）をＹ軸方向とし、かご２の幅方向（Ｚ軸方向及びＹ軸方向のいずれにも垂直な方向）をＸ軸方向としている。

図２は、図１の非常止め装置１０を示す構成図である。図において、非常止め装置１０は、支持枠１１と、支持枠１１に対して変位可能な楔１２と、楔１２を変位させるアクチュエータ１３と、かご２の減速度を検出するための加速度センサ（減速度検出器）１４と、楔１２の支持枠１１に対する変位を検出するための変位センサ（変位検出器）１５と、加速度センサ１４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報に基づいて、アクチュエータ１３を制御するコントローラ１６とを有している。

支持枠１１は、かご２に支持されている。また、支持枠１１は、かご２に対してＹ軸方向へ変位可能になっている。支持枠１１には、かごガイドレール１を挟むように対向して配置された受け部材１７及び案内部材１８が設けられている。案内部材１８には、かごガイドレール１に対して傾斜された傾斜部１８ａが設けられている。傾斜部１８ａとかごガイドレール１との間隔は、下方から上方に向かって連続的に狭くなっている。

受け部材１７は、支持枠１１のかご２に対するＹ軸方向への変位により、かごガイドレール１に接離する。支持枠１１とかご２との間には、受け部材１７がかごガイドレール１から開離された状態になるように支持枠１１を保持する保持ばね２５が設けられている。保持ばね２５は、受け部材１７がかごガイドレール１に接触する方向への支持枠１１の変位に逆らう付勢力を発生する。

楔１２は、かごガイドレール１と傾斜部１８ａとの間に配置されている。また、楔１２は、案内部材１８に保持されながら傾斜部１８ａに沿って変位可能になっている。さらに、楔１２は、傾斜部１８ａに沿って変位されることにより、かごガイドレール１に接離される。即ち、楔１２は、傾斜部１８ａに案内されながらかごガイドレール１に接離する方向へ変位可能になっている。

楔１２には、かごガイドレール１に接触する楔接触面１２ａと、傾斜部１８ａに沿った楔傾斜面１２ｂとが設けられている。また、楔１２は、かごガイドレール１に接触しながらかごガイドレール１と案内部材１８との間に挿入されることにより、かごガイドレール１と案内部材１８との間を押し広げるようになっている。支持枠１１は、かごガイドレール１と案内部材１８との間が楔１２で押し広げられることにより、保持ばね２５の付勢力に逆らって、受け部材１７がかごガイドレール１に接触する方向（図２の右方向）へ変位される。楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間を押し広げながら受け部材１７がかごガイドレール１に接触することにより、かごガイドレール１は楔１２及び受け部材１７間で把持される。かごガイドレール１の把持により、かご２に対する制動力が発生する。かご２に対する制動力は、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間を押し広げる方向（噛み込む方向、即ち上方）へ変位されることにより増大し、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間から外れる方向（噛み込みが外れる方向、即ち下方）へ変位されることにより低減する。

アクチュエータ１３は、支持枠１１に設けられている。また、アクチュエータ１３は、Ｚ軸方向への制御力を発生可能になっている。アクチュエータ１３は、制御力を楔１２に与えることにより、傾斜部１８ａに案内される方向へ楔１２を変位させる。即ち、楔１２は、アクチュエータ１３からＺ軸方向への制御力を受けることにより、案内部材１８に保持されながら傾斜部１８ａに沿って変位される。

加速度センサ１４は、支持枠１１に設けられている。また、加速度センサ１４は、かご２のＺ軸方向への減速度に応じた信号を減速度信号として発生する。

変位センサ１５は、支持枠１１に設けられている。また、変位センサ１５は、楔１２と支持枠１１との間に配置されている。さらに、変位センサ１５は、楔１２の支持枠１１に対するＺ軸方向についての変位に応じた信号を相対変位信号として発生する。

加速度センサ１４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報は、コントローラ１６へ送られる。コントローラ１６は、加速度センサ１４からの情報（減速度信号）に基づいて、楔１２をかご２の減速度に応じて変位させる制御をアクチュエータ１３について行う。また、コントローラ１６は、変位センサ１５からの情報（変位信号）に基づいて、かごガイドレール１と案内部材１８との間に楔１２が急激に引き込まれることを防止するための制御、即ち楔１２の変位を安定化させる制御をアクチュエータ１３について行う。

支持枠１１には、コントローラ１６への給電を行うバッテリ２６が停電時のバックアップとして設けられている。従って、コントローラ１６は、停電時であっても、バッテリ２６からの給電を受けることによりアクチュエータ１３の制御が可能となる。

図３は、図２のコントローラ１６の処理を説明するための機能ブロック図である。図において、コントローラ１６は、第１減算器１９、基準力算出器２０、補償力算出器２１及び第２減算器２２を有している。エレベータ２３では、かご２の減速度が加速度センサ１４により検出されるとともに、楔１２の支持枠１１に対する変位が変位センサ１５により検出される。これにより、減速度信号ａが加速度センサ１４から第１減算器１９へ送られ、相対変位信号ｂが変位センサ１５から補償力算出器２１へ送られる。

第１減算器１９は、加速度センサ１４からの減速度信号ａと、目標減速度信号ｒとの差を減速度偏差信号として求め、求めた減速度偏差信号を基準力算出器２０へ送る。

基準力算出器２０は、第１減算器１９からの情報（減速度偏差信号）に基づいて、減速度偏差信号が小さくなる方向へ楔１２を変位させる基準力を求め、求めた基準力の信号を第２減算器２２へ送る。

補償力算出器２１は、変位センサ１５からの相対変位信号ｂに基づいて、楔１２の変位を安定化するための補償力を求め、求めた補償力の信号を第２減算器２２へ送る。

第２減算器２２は、基準力算出器２０からの基準力の信号と、補償力算出器２１からの補償力の信号との差を制御力として求め、求めた制御力の信号をアクチュエータ１３へ送る。アクチュエータ１３は、第２減算器２２からの情報（制御力の信号）に応じた制御力を発生することにより、エレベータ２３における楔１２を変位させる。

図４は、図３のコントローラ１６の制御によるシミュレーション結果の一例を示すグラフであり、図４（ａ）はかご２の速度と時間との関係を示すグラフ、図４（ｂ）はかご２の加速度と時間との関係を示すグラフである。この例では、かご２を自由落下させ、かご２の速度が１［ｍ／ｓ］に達したときに非常止め装置１０の制動動作を開始する場合のシミュレーションを行っている。また、この例では、目標減速度を−２［ｍ／ｓ^２］としている。

図に示すように、かご２の速度Ｖは、非常止め装置１０の制動動作により減速されることが分かる。また、かご２が減速されているときの減速度Ａ（図４（ｂ）の実線）は、目標減速度Ａ_０になった後、かご２が停止されるまで目標減速度Ａ_０（図４（ｂ）の破線）に維持されることが分かる。即ち、かご２の減速度が急激に大きくなることが防止されることが分かる。なお、かごガイドレール１と案内部材１８との間に楔１２を単に噛み込ませた場合には、かご２の減速度がこの実施の形態１の目標減速度に比べて数十倍にも達することが同様のシミュレーションにより確認されている。

次に、楔１２の楔接触面１２ａと楔傾斜面１２ｂとがなす楔角αの設定方法について説明する。図５は、図３の楔１２がかごガイドレール１に接触しているときの楔１２に加えられる力の釣り合いを示す模式図である。図において、Ｆ_ｍは楔１２がアクチュエータ１３から受ける制御力、Ｆ_ｃは楔１２が案内部材１８から受ける垂直抗力、Ｆ_ｎは楔１２がかごガイドレール１から受ける垂直抗力、Ｆ_ｂはかごガイドレール１と楔１２との間の摩擦力である。

このとき、Ｙ軸方向についての力の釣り合いは式（１）により表され、Ｚ軸方向についての力の釣り合いは式（２）により表される。

Ｆ_ｎ＝Ｆ_ｃｃｏｓα…（１）
Ｆ_ｂ＋Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｃｓｉｎα…（２）

また、かごガイドレール１と楔１２との間の摩擦係数をμとすると、Ｆ_ｂ＝μＦ_ｎであるので、式（１）及び式（２）により、摩擦力Ｆ_ｂと制御力Ｆ_ｍとの比は式（３）で表される。

Ｆ_ｂ／Ｆ_ｍ＝μ／（ｔａｎα−μ）…（３）

従って、ｔａｎαと摩擦係数μとをほぼ等しくすることにより、制御力Ｆ_ｍを小さくすることができるとともに、摩擦力Ｆ_ｂを大きくすることができる。しかし、かごガイドレール１と楔１２との間の摩擦係数μは、一般に、かごガイドレール１が大気中に曝されることにより経時的に大きく変化する。このことから、エレベータの設置当初におけるかごガイドレール１と楔１２との間の摩擦係数μに基づいて楔角αを設定したとしても、摩擦係数μの経時的な変化によって、所望の摩擦力Ｆ_ｂを発生させるために必要な制御力Ｆ_ｍが大きく変化することとなる。

図６は、図５のかごガイドレール１と楔１２との間の摩擦係数μが最小の摩擦係数μ_ｍｉｎである場合、及び最大の摩擦係数μ_ｍａｘである場合のそれぞれについて、必要な制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示すグラフである。図において、線２４は、摩擦係数μが想定される最小の摩擦係数μ_ｍｉｎになっているときの制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示す線である。また、線２５は、摩擦係数μが想定される最大の摩擦係数μ_ｍａｘであるときの制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示す線である。摩擦係数μが最小の摩擦係数μ_ｍｉｎになっているときの制御力Ｆ_ｍは、線２４により、ｔａｎα＝μ_ｍｉｎであるときに０となる。摩擦係数μが最大の摩擦係数μ_ｍａｘになっているときの制御力Ｆ_ｍは、線２５により、ｔａｎα＝μ_ｍａｘであるときに０となる。

楔角αは、摩擦係数μが最小の摩擦係数μ_ｍｉｎ及び最大の摩擦係数μ_ｍａｘのそれぞれであるときの制御力Ｆ_ｍの絶対値のうち、大きいほうの値に合わせて設定される。従って、最小の摩擦係数μ_ｍｉｎであるときの制御力Ｆ_ｍの絶対値と、最大の摩擦係数μ_ｍａｘであるときの制御力Ｆ_ｍの絶対値とが同一となるように楔角αを設定することにより、必要な制御力Ｆ_ｍの大きさを小さくすることができることが分かる。即ち、図６において、横軸（楔角αの軸）から線２４及び線２５のそれぞれへの距離が互いに同一になるときの楔角αの値Ｐが最適な楔角αとなることが分かる。

このことから、最適な楔角αであるときには、式（３）より、式（４）の関係が導出される。

Ｆ_ｂ（ｔａｎα−μ_ｍａｘ）／μ_ｍａｘ＝−Ｆ_ｂ（ｔａｎα−μ_ｍｉｎ）／μ_ｍｉｎ…（４）

式（４）を整理すると、式（５）となる。

α＝ａｒｃｔａｎ（２μ_ｍａｘμ_ｍｉｎ／（μ_ｍａｘ＋μ_ｍｉｎ））…（５）

即ち、楔角αが式（５）の関係を満たすように設定されることにより、必要な制御力Ｆ_ｍが小さくなる。従って、このようにすれば、アクチュエータ１３の負担が小さくなり、アクチュエータ１３で消費される電力量が小さくなる。

なお図６から分かるように、この楔角αの制御力Ｆ_ｍに対する関係は式（５）が成立する点において急激に変化するわけではない。従って、式（５）の関係が厳密に成り立たなくても、例えば±10％程度の誤差があっても十分効果は得ることができる。従って、楔角αに対して過度な加工精度が要求されることはない。

なお、式（３）及び式（５）は図５に示すような静的な釣り合いの関係から導出された式であるが、動的にも、上記の式により求めた値とほぼ近い値が制御力になることがシミュレーションにより確認されている。また、制御力により楔１２を変位させてかごガイドレール１と案内部材１８との間に噛み込ませる方式によれば、かごガイドレール１にブレーキパッドを制御力で押し付ける方式と比較して、必要な制御力の大きさが数十分の一でよいことが確認されている。

次に、動作について説明する。かご２が下降しているときに何らかの原因でかご２の速度が異常になると、コントローラ１６の制御によりアクチュエータ１３の制御力が発生する。これにより、楔１２は、傾斜部１８ａに案内されながら上方へ変位され、かごガイドレール１に接触する。かご２が下降しているので、楔１２がかごガイドレール１に接触すると、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間にさらに引き込まれる。これにより、支持枠１１がかご２に対して水平に変位され、受け部材１７がかごガイドレール１に接触する。これにより、かごガイドレール１が把持され、かご２が減速される。

このとき、アクチュエータ１３が発生する制御力の大きさは、加速度センサ１４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報に基づいて、コントローラ１６により制御される。これにより、楔１２がかご２の減速度に応じて変位されるとともに、かごガイドレール１と案内部材１８との間への楔１２の急激な引き込みが防止される。これにより、かご２は、所定の減速度で減速されて停止される。

このようなエレベータの非常止め装置１０では、楔１２を変位させるアクチュエータ１３が加速度センサ１４からの情報に基づいてコントローラ１６により制御されるので、かご２に発生する制動力を制動動作時に調整することができる。これにより、制動動作時のかご２の減速度を調整することができ、かご２の衝撃を小さくすることができる。また、かご２の落下をより確実に阻止することもできる。さらに、楔１２の楔角αは、最小の摩擦係数μ_ｍｉｎ及び最大の摩擦係数μ_ｍａｘとの間に上記の式（５）の関係が成立するように設定されているので、アクチュエータ１３が楔１２を変位させるために必要な制御力を小さくすることができる。従って、アクチュエータ１３が消費する電力量（エネルギ量）を少なくすることができる。

また、コントローラ１６は、加速度センサ１４からの情報とともに、変位センサ１５からの情報に基づいて、アクチュエータ１３を制御するので、非常止め装置１０の制動動作時に楔１２の微小な変位を調整することができ、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間に引き込まれることを防止することができる。これにより、かご２への急激な制動力の発生を防止することができ、かご２の衝撃を小さくすることができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２によるエレベータの非常止め装置を示す構成図である。図において、楔１２と支持枠１１との間には、楔１２がかごガイドレール１に接触する方向へ楔１２を付勢する押圧ばね（付勢体）３１が設けられている。押圧ばね３１は、支持枠１１に対して水平方向へ楔１２を付勢する。

アクチュエータ１３は、コントローラ１６からの給電を受けることにより、押圧ばね３１の付勢力に逆らう制御力を発生する。また、アクチュエータ１３の制御力の発生は、アクチュエータ１３への給電が停止されることにより停止する。

楔１２は、アクチュエータ１３の制御力の調整により、傾斜部１８ａに案内されながら、かごガイドレール１に接触する方向及びかごガイドレール１から離れる方向のいずれかへ選択的に変位可能になっている。アクチュエータ１３が発生する制御力の大きさは、加速度センサ１４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報に基づいて、コントローラ１６により制御される。

通常時には、アクチュエータ１３への給電が行われることにより、楔１２がかごガイドレール１から開離されている。かご２が下降しているときにかご２の速度の異常が発生すると、コントローラ１６の制御により、アクチュエータ１３の制御力が低下する。アクチュエータ１３の制御力が低下すると、楔１２は押圧ばね３１の付勢力により傾斜部１８ａに案内されながら変位され、楔１２がかごガイドレール１に接触する。この後、かご２の下方への移動により、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間を押し広げ、受け部材１７がかごガイドレール１に接触する。このとき、アクチュエータ１３の制御力がコントローラ１６の制御により調整され、かごガイドレール１と案内部材１８との間への楔１２の急激な引き込みが防止される。この後、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間に噛み込むことにより、かごガイドレール１が楔１２と受け部材１７との間で把持される。これにより、かご２に制動力が発生する。

また、停電が発生したときには、アクチュエータ１３の制御力の発生が停止する。これにより、楔１２が押圧ばね３１の付勢力により変位されてかごガイドレール１に接触し、かご２の下方への移動により、楔１２がかごガイドレール１と案内部材１８との間に引き込まれる。このとき、アクチュエータ１３の制御力が調整されることはない。この後、受け部材１７がかごガイドレール１に接触し、かごガイドレール１が楔１２と受け部材１７との間で把持される。これにより、かご２に制動力が発生する。

図８は、図７の楔１２がかごガイドレール１に接触しているときの楔１２に加えられる力の釣り合いを示す模式図である。図において、楔１２は、アクチュエータ１３からの制御力Ｆ_ｍ、案内部材１８からの垂直抗力Ｆ_ｃ、かごガイドレール１からの垂直抗力Ｆ_ｎ、かごガイドレール１からの摩擦力Ｆ_ｂに加えて、押圧ばね３１からの付勢力Ｆ_ｓを受けている。このとき、Ｙ軸方向についての力の釣り合いは式（６）により表される。なお、Ｚ軸方向についての力の釣り合いは式（２）と同様である。

Ｆ_ｎ＝Ｆ_ｓ＋Ｆ_ｃｃｏｓα…（６）

停電時には、アクチュエータ１３の制御力Ｆ_ｍが０となるので、停電時の付勢力Ｆ_ｓと摩擦力Ｆ_ｂとの関係は、Ｆ_ｂ＝μＦ_ｎ、式（６）及び式（２）により、式（７）で表される。

Ｆ_ｓ＝Ｆ_ｂ（１／μ−１／ｔａｎα）…（７）

ここで、非常止め装置の制動動作によりかご２に発生する制動力は、想定される全ての摩擦係数μに対して、かご２を最低限の減速度（所定の減速度）で減速させて停止させる目標最小減速力Ｆ_ｂｍｉｎ以上の大きさを有している必要がある。このためには、付勢力Ｆ_ｓは、目標最小減速力Ｆ_ｂｍｉｎとの間で、式（８）の関係を満たす必要がある。なお、目標最小減速力Ｆ_ｂｍｉｎは、かご２内の最大荷重や目標最小減速度等により決まる。

Ｆ_ｓ≧Ｆ_ｂｍｉｎ（１／μ_ｍｉｎ−１／ｔａｎα）…（８）

一般に付勢力Ｆ_ｓが大きすぎると、かご２内の荷重が軽い場合や、かごガイドレール１と楔１２との間の摩擦係数μが大きい場合には、かご２に大きな減速度が発生するので、付勢力Ｆ_ｓは、おおよそ式（９）を満たすようにするのが望ましい。

Ｆ_ｓ＝Ｆ_ｂｍｉｎ（１／μ_ｍｉｎ−１／ｔａｎα）…（９）

従って、ｔａｎα≒μ_ｍｉｎとなるように楔角αを設定することにより、付勢力Ｆ_ｓを小さくすることができることが分かる。なお、付勢力Ｆ_ｓは、楔１２をかごガイドレール１に押圧する方向へ発生することが必要であるので、正の値である。

また、非常止め装置では、通常時に、かごガイドレール１から開離された状態（開放状態）に楔１２を保持させておく必要がある。即ち、通常時には、アクチュエータ１３の制御力Ｆ_ｍにより、押圧ばね３１の付勢力Ｆ_ｓに逆らって、楔１２をかごガイドレール１から開離させておく必要がある。通常運転時には常に開放状態とする必要があるので、開放状態に保持するための制御力Ｆ_ｍは可能な限り小さいのが望ましい。

開放状態に保持するために必要な制御力Ｆ_{ｍｏｐｅｎ}は、押圧ばね３１のばね剛性をＫ、開放状態での楔１２とかごガイドレール１との間のＹ軸方向についてのギャップをｙ_０とすると、式（１０）で表される。

Ｆ_{ｍｏｐｅｎ}＝−（Ｆ_ｓ＋２Ｋｙ_０）ｔａｎα…（１０）

ここで、押圧ばね３１の付勢力Ｆ_ｓは、楔１２がかごガイドレール１に接触しているときの押圧ばね３１の縮み量をｄとすると、Ｆ_ｓ＝Ｋｄで表される。従って、制御力Ｆ_{ｍｏｐｅｎ}は、Ｆ_ｓ＝Ｋｄ、式（９）及び式（１０）より、式（１１）で表される。

Ｆ_{ｍｏｐｅｎ}＝−Ｆ_ｂｍｉｎ（ｔａｎα／μ_ｍｉｎ−１）（１＋２ｙ_０／ｄ）…（１１）

このように、開放状態の保持力を小さくする観点からも、ｔａｎα≒μ_ｍｉｎとなるように楔角αを設定するのがよい。

次に、かご２が減速しているときの制御力Ｆ_ｍの制御について説明する。摩擦力Ｆ_ｂと制御力Ｆ_ｍとの関係は、Ｆ_ｂ＝μＦ_ｎ、式（２）、式（６）より、式（１２）で表される。

Ｆ_ｍ＝（ｔａｎα−μ）Ｆ_ｂ／μ−Ｆ_ｓｔａｎα…（１２）

図９は、図８のかごガイドレール１と楔１２との間の摩擦係数μが最小の摩擦係数μ_ｍｉｎになっているとき、最大の摩擦係数μ_ｍａｘになっているとき、楔１２が開放状態に保持されるときのそれぞれにおける制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係をまとめて示すグラフである。図において、破線３２は、摩擦係数μが最小の摩擦係数μ_ｍｉｎになっているときの制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示す線である。即ち、破線３２は、式（９）を式（１２）に代入するとともに摩擦係数μを最小の摩擦係数μ_ｍｉｎとしたときの制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示す線である。また、破線３３は、摩擦係数μが最大の摩擦係数μ_ｍａｘになっているときの制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示す線である。即ち、破線３３は、式（９）を式（１２）に代入するとともに摩擦係数μを最大の摩擦係数μ_ｍａｘとしたときの制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係を示す線である。なお、破線３２及び破線３３のそれぞれがｔａｎα≒μ_ｍｉｎの関係を満たす点で折れ線となっているのは、付勢力Ｆ_ｓが正の値でなければならないという条件によるものである。

一点鎖線３４は、開放状態に保持するために必要な制御力Ｆ_{ｍｏｐｅｎ}と楔角αとの関係を示す線である。即ち、一点鎖線３４は、式（１１）による制御力Ｆ_{ｍｏｐｅｎ}と楔角αとの関係を示す線である。

破線３２、破線３３及び一点鎖線３４の比較により、アクチュエータ１３に必要な制御力Ｆ_ｍと楔角αとの関係は、実線３５として導かれる。実線３５では、アクチュエータ１３の制御力Ｆ_ｍの絶対値は、ｔａｎα＝μ_ｍｉｎの関係を満たす点で最小になっている。従って、アクチュエータ１３の制御力Ｆ_ｍが最小となる最適な楔角αは、式（１３）で表される。

α＝ａｒｃｔａｎ（μ_ｍｉｎ）…（１３）

また図９から分かるように、この楔角αの制御力Ｆ_ｍに対する関係は式（１３）が成立する点において急激に変化するわけではない。従って、式（１３）の関係が厳密に成り立たなくても、例えば±10％程度の誤差があっても十分効果は得ることができる点は実施例１の場合と同様である。従って、楔角αに対して過度な加工精度が要求されることはない。

この例では、楔角αがｔａｎα＝μ_ｍｉｎの関係を満たすように設定されている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようなエレベータの非常止め装置では、かごガイドレール１に接触する方向へ楔１２が押圧ばね３１により付勢されているので、停電等によりコントローラ１６やアクチュエータ１３への給電が停止した場合であっても、押圧ばね３１の付勢力により、かご２に制動力を発生させることができる。従って、かご２の落下をさらに確実に阻止することができる。

また、アクチュエータ１３の制御力の大きさの制御は、加速度センサ１４からの情報に基づいてコントローラ１６により行われるので、非常止め装置の制動動作時にかご２を所定の減速度で減速させることができる。従って、制動動作によって発生するかご２の衝撃を小さくすることができる。

また、楔１２の楔角αは、想定される最小の摩擦係数μ_ｍｉｎに対してｔａｎα＝μ_ｍｉｎの関係が成立するように設定されているので、かご２の減速度を調整するときや楔１２を開放状態に保持するときに必要なアクチュエータ１３の制御力Ｆ_ｍを小さくすることができる。従って、アクチュエータ１３が消費する電力量（エネルギ量）を少なくすることができる。特に、非常止め装置では異常時以外は常に開放状態に保持されるので、開放状態に保持するときの電力量を少なくすることにより、エレベータで消費される電力量を大幅に低減させることができる。なお、この例においても、かご２が所定の減速度（目標減速度）で減速されることが実施の形態１と同様のシミュレーションにより確認されている。

なお、上記実施の形態１及び２では、楔１２がかご２の下降によりかごガイドレール１と案内部材１８との間に引き込まれる非常止め装置（下降用の非常止め装置）がかご２に設けられているが、非常止め装置を上下逆にして、楔１２がかご２の上昇によりかごガイドレール１と案内部材１８との間に引き込まれる非常止め装置（上昇用の非常止め装置）をかご２に設けてもよい。

また、上記実施の形態１及び２では、楔１２の上部にのみ楔角αが形成されているが、楔の上部及び下部のそれぞれに楔角αを形成してもよい。この場合、楔が上下のいずれの方向へ変位されても楔がかごガイドレール１と案内部材との間に引き込まれるように構成される。このようにすれば、かご２が下降する場合及びかご２が上昇する場合のいずれの場合に対しても、非常止め装置の制動動作により制動力を発生することができるとともに、非常止め装置の小形化を図ることができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３によるエレベータの制動装置を示す構成図である。図において、制動装置４１は、巻上機４に設けられている。また、制動装置４１は、駆動シーブ７と一体に回転されるブレーキディスク（回転体）４２と、巻上機本体６に支持され、ブレーキディスク４２を囲む支持枠４３と、支持枠４３に対して変位可能な楔１２と、楔１２を変位させるアクチュエータ１３と、ブレーキディスク４２の回転の減速度を検出するためのエンコーダ（減速度検出器）４４と、楔１２の支持枠４３に対する変位を検出するための変位センサ（変位検出器）１５と、エンコーダ４４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報に基づいて、アクチュエータ１３を制御するコントローラ１６とを有している。楔１２、アクチュエータ１３、変位センサ１５及びコントローラ１６の構成は実施の形態１と同様である。

ブレーキディスク４２は、駆動シーブ７と巻上機本体６との間に配置されている。ブレーキディスク４２は、駆動シーブ７の回転軸に垂直に固定された円板である。即ち、ブレーキディスク４２は、かご２の移動に応じて回転される回転体である。

支持枠４３は、駆動シーブ７の回転軸に沿った方向へ巻上機本体６に対して変位可能になっている。支持枠４３には、ブレーキディスク４２を挟んで対向する受け部材１７及び案内部材１８が設けられている。案内部材１８には、ブレーキディスク４２に対して傾斜された傾斜部１８ａが設けられている。傾斜部１８ａとブレーキディスク４２との間隔は、かご２が下降するときのブレーキディスク４２の回転方向（図１０の矢印の方向）に向かって連続的に狭くなっている。

受け部材１７は、支持枠４３の巻上機本体６に対する変位により、ブレーキディスク４２に接離する。支持枠４３と巻上機本体６との間には、受け部材１７がブレーキディスク４２から開離された状態になるように支持枠４３を保持する保持ばね４５が設けられている。保持ばね４５は、受け部材１７がブレーキディスク４２に接触する方向への支持枠４３の変位に逆らう付勢力を発生する。

エンコーダ４４は、駆動シーブ７に設けられている。また、エンコーダ４４は、駆動シーブ７及びブレーキディスク４２の回転に応じた信号を発生する。ブレーキディスク４２の回転の減速度の算出は、エンコーダ４４からの情報に基づいて、コントローラ１６により行われる。また、コントローラ１６への給電は、巻上機本体６に設けられたバッテリ２６により行われる。他の構成は実施の形態１と同様である。

次に、動作について説明する。かご２が下降しているときにかご２の速度の異常が発生すると、コントローラ１６の制御によりアクチュエータ１３の制御力が楔１２に与えられる。これにより、楔１２は、傾斜部１８ａに案内されながらブレーキディスク４２の回転方向（図１０の矢印の方向）へ変位され、ブレーキディスク４２に接触する。かご２が下降する方向へブレーキディスク４２が回転しているので、楔１２がブレーキディスク４２に接触すると、楔１２がブレーキディスク４２と案内部材１８との間に引き込まれる。これにより、ブレーキディスク４２と案内部材１８との間が楔１２により押し広げられ、支持枠４３が駆動シーブ７の回転軸に沿った方向へ変位される。これにより、受け部材１７がブレーキディスク４２に接触し、ブレーキディスク４２が受け部材１７と楔１２との間で把持される。これにより、かご２に制動力が発生し、かご２が減速される。

このとき、アクチュエータ１３が発生する制御力の大きさは、エンコーダ４４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報に基づいて、コントローラ１６により制御される。これにより、楔１２がブレーキディスク４２の回転の減速度に応じて変位され、ブレーキディスク４２と案内部材１８との間への楔１２の急激な引き込みが防止される。これにより、かご２は、所定の減速度で減速され、停止される。

このようなエレベータの制動装置４１では、駆動シーブ７と一体に回転されるブレーキディスク４２に対して楔１２を接触させることにより、かご２に制動力を発生させるようになっているので、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、ブレーキディスク４２と楔１２との間の摩擦係数の管理を容易にすることができる。これにより、摩擦係数のばらつきを小さくすることができ、アクチュエータ１３が消費する電力量をさらに少なくすることができる。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４によるエレベータの制動装置を示す構成図である。図において、楔１２と支持枠４３との間には、楔１２がかごガイドレール１に接触する方向へ楔１２を付勢する押圧ばね（付勢体）５１が設けられている。押圧ばね５１は、駆動シーブ７の回転軸に沿った方向へ楔１２を付勢する。

アクチュエータ１３は、コントローラ１６からの給電を受けることにより、押圧ばね５１の付勢力に逆らう制御力を発生する。また、アクチュエータ１３の制御力の発生は、アクチュエータ１３への給電が停止されることにより停止する。

楔１２は、アクチュエータ１３の制御力の調整により、傾斜部１８ａに案内されながら、ブレーキディスク４２に接触する方向及びブレーキディスク４２から離れる方向のいずれかへ選択的に変位可能になっている。アクチュエータ１３が発生する制御力の大きさは、加速度センサ１４及び変位センサ１５のそれぞれからの情報に基づいて、コントローラ１６により制御される。

通常時には、アクチュエータ１３への給電が行われ、楔１２がブレーキディスク４２から開離されている。かご２の下降しているときにかご２の速度の異常が発生すると、コントローラ１６の制御により、アクチュエータ１３の制御力が低下する。アクチュエータ１３の制御力が低下すると、楔１２は押圧ばね５１の付勢力により傾斜部１８ａに案内されながら変位され、楔１２がブレーキディスク４２に接触する。この後、かご２が下降する方向へのブレーキディスク４２の回転により、楔１２がブレーキディスク４２と案内部材１８との間を押し広げ、受け部材１７がブレーキディスク４２に接触する。このとき、アクチュエータ１３の制御力がコントローラ１６の制御により調整され、ブレーキディスク４２と案内部材１８との間への楔１２の急激な引き込みが防止される。この後、楔１２がブレーキディスク４２と案内部材１８との間に噛み込むことにより、ブレーキディスク４２が楔１２と受け部材１７との間で把持される。これにより、かご２に制動力が発生する。

また、停電が発生したときには、アクチュエータ１３の制御力の発生が停止する。これにより、楔１２が押圧ばね５１の付勢力により変位されてブレーキディスク４２に接触し、かご２が下降する方向へのブレーキディスク４２の回転により、楔１２がブレーキディスク４２と案内部材１８との間に引き込まれる。このとき、アクチュエータ１３の制御力が調整されることはない。この後、受け部材１７がブレーキディスク４２に接触し、ブレーキディスク４２が楔１２と受け部材１７との間で把持される。これにより、かご２に制動力が発生する。なお、楔角αの設定方法は実施の形態２と同様である。また、他の構成は実施の形態３と同様である。

このようなエレベータの制動装置では、ブレーキディスク４２に接触する方向へ楔１２が押圧ばね５１により付勢されているので、実施の形態３と同様の効果を得ることができるとともに、停電等によりコントローラ１６やアクチュエータ１３への給電が停止した場合であっても、押圧ばね５１の付勢力により、かご２に制動力を発生させることができる。従って、かご２の落下をさらに確実に阻止することができる。

なお、上記実施の形態３及び４では、かご２が下降する方向へのブレーキディスク４２の回転により楔１２がブレーキディスク４２と案内部材１８との間に引き込まれる制動装置４１（下降用の制動装置）が巻上機４に設けられているが、楔１２が引き込まれる方向を逆にして、かご２が上昇する方向へのブレーキディスク４２の回転により楔１２がブレーキディスク４２と案内部材１８との間に引き込まれる制動装置（上昇用の制動装置）を巻上機４に設けてもよい。

また、上記実施の形態３及び４では、楔１２の一端部にのみ楔角αが形成されているが、楔の一端部及び他端部のそれぞれに楔角αを形成してもよい。この場合、かご２の上昇及び下降のいずれの方向へブレーキディスク４２が回転されても、楔がブレーキディスク４２と案内部材との間に引き込まれるように構成される。このようにすれば、かご２が下降する場合及びかご２が上昇する場合のいずれの場合に対しても、制動装置の制動動作により制動力を発生することができるとともに、制動装置の小形化を図ることができる。

また、上記実施の形態３及び４では、ブレーキディスク４２の回転がエンコーダ４４によって検出されるようになっているが、これに限定されず、例えばレゾルバ等によってブレーキディスク４２の回転を検出するようにしてもよい。

また、各上記実施の形態では、加速度センサ１４によってかご２の減速度が検出されるが、速度センサや変位センサによって検出されたかご２の速度やかご２の変位を微分することにより、かご２の減速度を検出するようにしてもよい。

この発明の実施の形態１によるエレベータを示す構成図である。 図１の非常止め装置を示す構成図である。 図２のコントローラの処理を説明するための機能ブロック図である。 図３のコントローラの制御によるシミュレーション結果の一例を示すグラフである。 図３の楔がかごガイドレールに接触しているときの楔に加えられる力の釣り合いを示す模式図である。 図５のかごガイドレールと楔との間の摩擦係数が最小の摩擦係数である場合、及び最大の摩擦係数である場合のそれぞれについて、必要な制御力と楔角との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２によるエレベータの非常止め装置を示す構成図である。 図７の楔がかごガイドレールに接触しているときの楔に加えられる力の釣り合いを示す模式図である。 図８のかごガイドレールと楔との間の摩擦係数が最小の摩擦係数になっているとき、最大の摩擦係数になっているとき、楔が開放状態に保持されるときのそれぞれにおける制御力と楔角との関係をまとめて示すグラフである。 この発明の実施の形態３によるエレベータの制動装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるエレベータの制動装置を示す構成図である。

符号の説明

１ かごガイドレール、２ かご、１１，４３ 支持枠、１２ 楔、１３ アクチュエータ、１４ 加速度センサ（減速度検出器）、１５ 変位センサ（変位検出器）、１６ コントローラ、１８ 案内部材、１８ａ 傾斜部、３１，５１ 押圧ばね（付勢体）、４２ ブレーキディスク（回転体）、４４ エンコーダ（減速度検出器）。

Claims (5)

1. かごを案内するガイドレールに対して傾斜された傾斜部が設けられ、上記かごに設けられた支持枠、
   上記ガイドレールと上記傾斜部との間に配置され、上記傾斜部に案内されながら上記ガイドレールに接離する方向へ変位可能な楔、
   上記傾斜部に案内される方向へ上記楔を変位させるアクチュエータ、
   上記かごの減速度を検出するための減速度検出器、及び
   上記減速度検出器からの情報に基づいて、上記アクチュエータを制御するコントローラ
   を備え、
   上記楔には、上記ガイドレールに接触する楔接触面と、上記案内部に沿った楔傾斜面とが設けられており、
   上記楔接触面と上記楔傾斜面とがなす楔角αは、上記ガイドレールと上記楔との間でそれぞれ想定される最大の摩擦係数μ_ｍａｘ及び最小の摩擦係数μ_ｍｉｎに対して、
   ｔａｎα＝２μ_ｍｉｎμ_ｍａｘ／（μ_ｍｉｎ＋μ_ｍａｘ）
   の関係がほぼ成立するように設定されていることを特徴とするエレベータの制動装置。
2. かごを案内するガイドレールに対して傾斜された傾斜部が設けられ、上記かごに設けられた支持枠、
   上記ガイドレールと上記傾斜部との間に配置され、上記傾斜部に案内されながら上記ガイドレールに接離する方向へ変位可能な楔、
   上記楔が上記ガイドレールに接触する方向へ上記楔を付勢する付勢体、
   上記付勢体の付勢力に逆らう制御力を発生可能なアクチュエータ、
   上記かごの減速度を検出するための減速度検出器、及び
   上記減速度検出器からの情報に基づいて、上記アクチュエータの上記制御力を制御するコントローラ
   を備え、
   上記楔には、上記ガイドレールに接触する楔接触面と、上記傾斜部に沿った楔傾斜面とが設けられており、
   上記楔接触面と上記楔傾斜面とがなす楔角αは、上記ガイドレールと上記楔との間で想定される最小の摩擦係数μ_ｍｉｎに対して、
   ｔａｎα＝μ_ｍｉｎ
   の関係がほぼ成立するように設定されていることを特徴とするエレベータの制動装置。
3. かごの移動に応じて回転される回転体、
   上記回転体に対して傾斜された傾斜部が設けられた支持枠、
   上記回転体と上記傾斜部との間に配置され、上記傾斜部に案内されながら上記回転体に接離する方向へ変位可能な楔、
   上記傾斜部に案内される方向へ上記楔を変位させるアクチュエータ、
   上記回転体の回転の減速度を検出するための減速度検出器、及び
   上記減速度検出器からの情報に基づいて、上記アクチュエータを制御するコントローラ
   を備え、
   上記楔には、上記回転体に接触する楔接触面と、上記傾斜部に沿った楔傾斜面とが設けられており、
   上記楔接触面と上記楔傾斜面とがなす楔角αは、上記回転体と上記楔との間でそれぞれ想定される最大の摩擦係数μ_ｍａｘ及び最小の摩擦係数μ_ｍｉｎに対して、
   ｔａｎα＝２μ_ｍｉｎμ_ｍａｘ／（μ_ｍｉｎ＋μ_ｍａｘ）
   の関係がほぼ成立するように設定されていることを特徴とするエレベータの制動装置。
4. かごの移動に応じて回転される回転体、
   上記回転体に対して傾斜された傾斜部が設けられた支持枠、
   上記回転体と上記傾斜部との間に配置され、上記傾斜部に案内されながら上記回転体に接離する方向へ変位可能な楔、
   上記楔が上記ガイドレールに接触する方向へ上記楔を付勢する付勢体、
   上記付勢体の付勢力に逆らう制御力を発生可能なアクチュエータ、
   上記回転体の回転の減速度を検出するための減速度検出器、及び
   上記減速度検出器からの情報に基づいて、上記アクチュエータの上記制御力を制御するコントローラ
   を備え、
   上記楔には、上記回転体に接触する楔接触面と、上記傾斜部に沿った楔傾斜面とが設けられており、
   上記楔接触面と上記楔傾斜面とがなす楔角αは、上記回転体と上記楔との間で想定される最小の摩擦係数μ_ｍｉｎに対して、
   ｔａｎα＝μ_ｍｉｎ
   の関係がほぼ成立するように設定されていることを特徴とするエレベータの制動装置。
5. 上記楔の上記支持枠に対する変位を検出するための変位検出器をさらに備え、
   上記コントローラは、上記減速度検出器のからの情報とともに、上記変位検出器からの情報に基づいて、上記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエレベータの制動装置。

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