JP2011026095A - 電動機の電磁ブレーキ装置及びこれを用いたエレベータの巻上機 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁ブレーキの数を増加した構造でありながら、漏れ磁束の増加に伴う軸受けの品質劣化を簡易且つ低コストで防止すること。
【解決手段】ブレーキディスク５、固定制動板６、可動制動板７、ブレーキ動作用のバネ８及びブレーキ開放用の電磁コイル９を備えた電磁ブレーキ４をモータ軸２の軸方向Ｃに少なくとも２個独立して並列配置する。各々独立した電磁コイル９,９への同時通電時に、電磁ブレーキ４の近傍位置でモータ軸２に支承される磁性材料からなる軸受け１１に対して一方の電磁コイル９からの漏れ磁束Ａが流れる方向と他方の電磁コイル９からの漏れ磁束Ｂが流れる方向とが互いに逆方向となるように、各電磁コイル９,９を電源１２に結線してなる電動機の電磁ブレーキ装置３である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機のモータ軸に制動をかける電磁ブレーキ装置に関し、さらにこの電磁ブレーキ装置を備えた電動機を用いてエレベータかごを昇降させるエレベータの巻上機に関するものである。

従来から、エレベータの巻上機に用いる電動機には、落下や一時停止、及び非常停止が必要な用途の電磁ブレーキが装備されている。

この種の電磁ブレーキとして、電動機のモータ軸と一体に回転するブレーキディスクと、ブレーキディスクを挟んで配置される固定制動板及び軸方向に移動自在な可動制動板と、可動制動板をブレーキディスクに向けて常時付勢するバネと、筒形のヨークに巻装されて通電時に上記可動制動板をバネの付勢力に抗して電磁吸引する電磁コイルとを備え、電磁コイルへの通電時に可動制動板がヨーク側に電磁吸引されてブレーキ開放状態となり、電磁コイルへの非通電時には電磁力が消失して可動制動板がバネの付勢力でブレーキディスクに圧接されてブレーキ動作状態となる電磁ブレーキ機構が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、従来の電磁ブレーキ機構では、電磁ブレーキの通電時における電磁コイルからの漏れ磁束が、電磁ブレーキの近傍に位置する磁性材料からなる軸受けを通ってモータ軸に流れ、モータ軸からさらに別の軸受けを通って電磁コイル側へ流れる磁気回路を形成するようになり、かかる場合、軸受けを構成する磁性材料部品が磁化されて部品同士が磁気的に吸引し合い、軸受けが抵抗となって劣化を招く原因となる。

その防止対策として、電磁ブレーキそのものの漏れ磁束量を低減したり、或いは、軸受けを電磁ブレーキから離して配置したり、或いは、軸受けを非磁性体で構成することが試みられているが、電磁ブレーキの構造が複雑化してコストアップとなったり、軸受けの取り付け位置や材料が制約されるといった問題がある。

さらに近年は、エレベータの安全確保に向けて、電動機に二重系ブレーキを装備することが法的に義務付けられるようになったことから、２個の電磁ブレーキを備えた電動機が多くなってきた。このため、電磁コイルからの漏れ磁束も２倍となり、軸受けへの影響が大きくなり、軸受けの劣化が加速するという問題がある。

特開平１１−３２５１２８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、電磁ブレーキの数を増加した構造でありながら、漏れ磁束の増加に伴う軸受けの品質劣化を簡易且つ低コストで防止できると共に、電磁ブレーキの構造の複雑化、軸受けの配置位置や構成材料の制約がなくなり、大型化を防止できる電動機の電磁ブレーキ装置を提供することにあり、さらに法的に義務付けられた二重系ブレーキを装備した安全性の高いエレベータの巻上機を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電動機１のモータ軸２と一体に回転するブレーキディスク５と、ブレーキディスク５の片面側に配置される固定制動板６と、ブレーキディスク５の他面側に配置されて軸方向Ｃに移動自在な可動制動板７と、可動制動板７をブレーキディスク５側に向けて常時付勢するブレーキ動作用のバネ８と、モータ軸２と同心状に配置した筒形のヨーク１０に巻装されて通電時に上記可動制動板７をバネ８の付勢力に抗して電磁吸引するブレーキ開放用の電磁コイル９とで電磁ブレーキ４が構成されている。上記電磁ブレーキ４,４を上記モータ軸２の軸方向Ｃに少なくとも２個独立して並列配置する。各電磁ブレーキ４,４におけるそれぞれ独立した電磁コイル９,９への同時通電時に、電磁ブレーキ４の近傍位置でモータ軸２に支承される磁性材料からなる軸受け１１に対して一方の電磁コイル９からの漏れ磁束Ａが流れる方向と他方の電磁コイル９からの漏れ磁束Ｂが流れる方向とが互いに逆方向となるように、各電磁コイル９,９を電源１２に結線してなることを特徴としている。

このような構成とすることで、電磁ブレーキ４,４の数の増加に伴い、軸受け１１を通過する各電磁コイル９,９からの漏れ磁束Ａ,Ｂが増加した場合であっても、軸受け１１において各電磁コイル９,９からの漏れ磁束Ａ,Ｂが互いに打ち消されるため、軸受け１１を構成する磁性材料部品１１ａ,１１ｂ,１１ｃ…間で吸着現象が発生しなくなる。しかも、軸受け１１に対する漏れ磁束Ａ,Ｂの方向が互いに逆向きとなるように各電磁コイル９,９を電源１２に結線するだけで、漏れ磁束Ａ,Ｂの増加に伴う軸受け１１の品質劣化を簡易且つ低コストで防止できるようになる。

また請求項２に係る発明は、エレベータかご２０に主ロープ２１を連結し、該主ロープ２１を上下動させて該エレベータかご２０を昇降路２２に沿って垂直方向に昇降移動させるエレベータの巻上機であって、請求項１記載の電磁ブレーキ装置３を備えた電動機１を用いてエレベータかご２０を昇降移動させることを特徴としている。

このような構成とすることで、巻上機２３の電動機１に設けられる電磁ブレーキ４,４近傍の軸受け１１の劣化がなく、電磁ブレーキ４,４を独立して２個設けたこととあいまって、エレベータの安全確保を十分に高めることができる。

本発明の電動機の電磁ブレーキ装置は、電磁ブレーキの数を増設した構造でありながら漏れ磁束増加に伴う軸受けの品質劣化を簡易且つ低コストで防止でき、軸受けの品質トラブルを大幅に低減できるものである。この結果、従来のように電磁ブレーキの漏れ磁束量を低減するための複雑な構造を採用したり、或いは軸受けを電磁ブレーキから所定距離以上離して配置したり、或いは軸受けを非磁性体の特殊な材料を用いて形成したりする必要もないものであり、さらに独立した少なくとも２個の電磁ブレーキをモータ軸の軸方向に並列配置することで、電磁ブレーキ装置の大型化を防止することができる。

本発明のエレベータの巻上機は、少なくとも２個の電磁ブレーキを内蔵する電磁ブレーキ装置を備えた電動機を使用することで、法的に義務付けられた二重系ブレーキを装備した安全性の高い巻上機が得られるものである。

本発明の一実施形態に用いる電磁ブレーキ装置の一例であり、（ａ）はブレーキ動作状態の説明図であり、（ｂ）はブレーキ開放状態の説明図である。 同上の電磁ブレーキ装置に設けられる独立した２個の電磁コイルと電源との結線状態の一例を示す回路図である。 同上の電磁ブレーキ装置を備える電動機の一部破断した側面図である。 同上の電磁ブレーキ装置の斜視図である。 同上の電磁ブレーキ装置を備えた電動機をエレベータの巻上機に用いる場合のエレベータシステム全体の斜視図である。 同上のエレベータシステムの下部付近を後方から見た斜視図である。 同上のエレベータシステムの下部に設けられる巻上機の斜視図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１（ａ）（ｂ）は、本実施形態の電磁ブレーキ装置３に内蔵される２個の電磁ブレーキ４,４のブレーキ動作状態とブレーキ開放状態の一例を示しており、図２は独立した２個の電磁コイル９,９の結線状態を示しており、図３は電磁ブレーキ装置３を備える電動機１の一例を示しており、図４は電磁ブレーキ装置３の外観斜視図を示している。

この電磁ブレーキ装置３は、例えばエレベータの巻上機２３用の二重系ブレーキとして使用されるもので、電動機１のモータ軸２の軸方向Ｃに沿って並列配置される２個の電磁ブレーキ４,４を内蔵している。これらの電磁ブレーキ４,４は機械的に独立したものであり、個々にブレーキ動作及びブレーキ開放の機能を有している。

電動機１に近い一方の電磁ブレーキ４（図１（ａ）の左側）を説明すると、電動機１のモータハウジング２４から外部に突出するモータ軸２に対してブレーキディスク５が固定されている。ブレーキディスク５の片面側には、モータハウジング２４の外壁面に固定した固定制動板６が配置されており、固定制動板６のブレーキパッド６ａをブレーキディスク５の片面側の被制動面５ａに対向させてある。

ブレーキディスク５の他面側には、可動制動板７が対向配置されている。可動制動板７のブレーキパッド７ａをブレーキディスク５の被制動面５ｂに対向させてある。可動制動板７は、ガイド部材２６を介して電磁ブレーキ４のケーシング２５側に支持されている。ガイド部材２６は、ケーシング２５に取り付けられるガイドシャフト２６ａとガイドシャフト２６ａに沿って移動自在なガイド板２６ｂとからなり、ガイド板２６ｂに可動制動板７を取り付けることで、可動制動板７はモータ軸２の軸方向Ｃに移動自在に支持された状態となっている。

上記可動制動板７のブレーキディスク５側とは反対側の面には、モータ軸２を周回する位置に円筒形のヨーク１０が配置されている。ヨーク１０は上記電磁ブレーキ４のケーシング２５に対して固定されており、ヨーク１０と可動制動板７との間にはシャフト５０（図３）に装着されたブレーキ動作用のバネ８が介在されており、このバネ８によって可動制動板７はブレーキディスク５側に向けて常時付勢されている。なお、バネ８は円筒形のヨーク１０の周方向に間隔をあけて例えば６個設けられており、各バネ８が働くブレーキ動作状態（図１（ａ））では可動制動板７とヨーク１０間のギャップＧは例えば０．２〜０．３５ｍｍ程度とされる。

上記円筒形のヨーク１０の内部には電磁コイル９が巻回されて電磁石が構成されており、電磁コイル９への通電時に可動制動板７をバネ８の付勢力に抗して電磁吸引してブレーキ開放状態とするものである。

電動機１から遠い他方の電磁ブレーキ４（図１（ａ）の右側）は、前記一方の電磁ブレーキ４と同じ構造をしており、対応する部位には同一の符号を付しておく。なお本例では、一方の電磁ブレーキ４のヨーク１０の外側面に、他方の電磁ブレーキ４のブレーキディスク５に接触可能なブレーキパッド６ａが取り付けられており、これにより、一方の電磁ブレーキ４のヨーク１０が他方の電磁ブレーキ４の固定制動板６を兼用している。

さらに、電磁ブレーキ４のケーシング２５の外側面には、図３に示すように、モータ軸２の回転角を磁気的に検出するエンコーダ２７が取り付けられている。このエンコーダ２７は軸受け１１´を介してモータ軸２に支承されている。

ここで、モータ軸２には、上記エンコーダ２７の軸受け１１´以外に、電磁ブレーキ装置３のモータハウジング２４を支承する軸受け１１が設けられている。この軸受け１１（１１´も同様）は、例えば図１（ａ）に示すように外輪１１ａと内輪１１ｂとの間に複数のローラー１１ｃが保持器（図示せず）にて等間隔で保持された状態で介装されたものであり、これら各部品１１ａ,１１ｂ,１１ｃ…は磁性材料で構成されている。

上記モータ軸２に支承される軸受け１１,１１´の磁化を防止するために、本発明では、図２に示すように、ＤＣ電源１２の両極側に両電磁コイル９の一端９ａをそれぞれ結線し、両電磁コイル９の他端９ｂ同士を直列に結線した回路構造を採用する。図中の２８は入切スイッチである。そして、モータ軸２から見て一方の電磁コイル９の一端から他端に流れる電流の向きａ（モータ軸２を中心とする時計回り方向）と、他方の電磁コイル９の一端から他端に流れる電流の向きｂ（モータ軸２を中心とする反時計回り方向）とが互いに逆向きとなるように、つまり、両電磁コイル９,９からの漏れ磁束Ａ,Ｂ（図１（ｂ））の方向が互いに逆向きとなるように、両電磁コイル９,９をそれぞれモータ軸２を周回するように配置してある。

しかして、上記構成の独立した２個の電磁ブレーキ４,４の非通電時には、可動制動板７がバネ８によって図１（ａ）の矢印方向ｅに付勢されてブレーキが動作状態となり、２個の電磁ブレーキ４,４への同時通電時には可動制動板７が図１（ｂ）の矢印方向ｄに電磁吸引されてブレーキが開放状態となる。この同時通電時において、モータ軸２から見て一方の電磁コイル９に流れる電流の方向ａ（図２）と他方の電磁コイル９に流れる電流の方向ｂ（図２）とが互いに逆方向となり、これに伴い、一方の電磁コイル９からの漏れ磁束Ａ（図１（ｂ））と他方の電磁コイル９からの漏れ磁束Ｂ（図１（ｂ））とがモータハウジング２４の軸受け１１（エンコーダ２７の軸受け１１´も同様）において互いに逆向きとなって互いに打ち消される。これにより、軸受け１１を構成する磁性材料部品１１ａ,１１ｂ,１１ｃ…間の吸着現象が発生しなくなり、漏れ磁束Ａ,Ｂの増加に伴う軸受け１１の品質劣化を防止できるものである。

また、２個の電磁コイル９,９に流れる電流の方向を互いに逆向きとなるように各電磁コイル９,９を結線するだけでよいため、従来のように電磁ブレーキの漏れ磁束量を低減するための複雑な構造を採用したり、或いは軸受けを電磁ブレーキから所定距離以上離したり、或いは軸受けを非磁性体の特殊な材料を用いて形成したりする場合と比較して、漏れ磁束Ａ,Ｂによる軸受け１１の品質劣化を簡易且つ低コストで防止できるようになる。

さらに独立した２個の電磁ブレーキ４,４をモータ軸２の軸方向Ｃに並べて並列配置することで、２個の電磁ブレーキ４,４がモータ軸２の径方向外方に大きく突出することがなく、電動機１の大型化を防止できる利点もある。

図５〜図７は、本発明の電磁ブレーキ装置３を備えた電動機１を、エレベータの巻上機２３に用いた場合の一例を示している。このエレベータは、エレベータかご２０に主ロープ２１を連結し、該主ロープ２１を巻上機２３により上下動させて該エレベータかご２０を昇降路２２に沿って垂直方向に昇降移動させるものである。本例の巻上機２３は、昇降路２２の下端部に配置されており、図７に示すように、本発明の２個の電磁ブレーキ４,４を内蔵する電磁ブレーキ装置３を備えた電動機１と、電動機１のモータ回転数をウォームギアで下げて目的のトルクを得る減速機３０と、電動機１に減速機３０を介して接続される駆動ドラム３１とを備えている。なお図５中の３２は乗場扉開閉装置、３３はかご扉開閉装置、３４は通常走行制御用電源制御盤、３５は巻上機２３の電動機１を入切りする電磁接触器である。

しかして、２個の電磁ブレーキ４,４を内蔵する電磁ブレーキ装置３をエレベータの巻上機２３の電動機１に用いることにより、前記実施形態と同様に漏れ磁束Ａ,Ｂの増加に伴う軸受け１１の品質劣化を防止できる効果に加えて、法的に義務付けられた二重系ブレーキを装備した安全性の高いエレベータの巻上機２３を実現できる効果がある。

１ 電動機
２ モータ軸
３ 電磁ブレーキ装置
４ 電磁ブレーキ
５ ブレーキディスク
６ 固定制動板
７ 可動制動板
８ バネ
９ 電磁コイル
１０ ヨーク
１１ 軸受け
１２ 電源
２０ エレベータかご
２１ 主ロープ
２２ 昇降路
２３ 巻上機
Ａ 一方の電磁コイルからの漏れ磁束
Ｂ 他方の電磁コイルからの漏れ磁束
Ｃ 軸方向

Claims (2)

1. 電動機のモータ軸と一体に回転するブレーキディスクと、ブレーキディスクの片面側に配置される固定制動板と、ブレーキディスクの他面側に配置されて軸方向に移動自在な可動制動板と、可動制動板をブレーキディスク側に向けて常時付勢するブレーキ動作用のバネと、モータ軸と同心状に配置した筒形のヨークに巻装されて通電時に上記可動制動板をバネの付勢力に抗して電磁吸引するブレーキ開放用の電磁コイルとで電磁ブレーキが構成されており、上記電磁ブレーキを上記モータ軸の軸方向に少なくとも２個独立して並列配置すると共に、各電磁ブレーキにおけるそれぞれ独立した電磁コイルへの同時通電時に、電磁ブレーキの近傍位置でモータ軸に支承される磁性材料からなる軸受けに対して一方の電磁コイルからの漏れ磁束が流れる方向と他方の電磁コイルからの漏れ磁束が流れる方向とが互いに逆方向となるように、各電磁コイルを電源に結線してなることを特徴とする電動機の電磁ブレーキ装置。
2. エレベータかごに主ロープを連結し、該主ロープを上下動させて該エレベータかごを昇降路に沿って垂直方向に昇降移動させるエレベータの巻上機であって、請求項１記載の電磁ブレーキ装置を備えた電動機を用いてエレベータかごを昇降移動させることを特徴とするエレベータの巻上機。
   

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