JP4500449B2 - エレベータかごのロープレスガバナ機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明はエレベータかごの作動機構に関し、特に電磁式過速度ブレーキ作動機構に関する。
【０００２】
【背景技術】
エレベータシステムは通常、鋼などの鉄でできた一対のレールの間に案内され、該レールがまた緊急停止の際の制動面としても用いられる。通常の運転においては、エレベータのすべての動作および動作の停止は吊りロープで行われる。吊りロープはシーブによって上下動し、または固定位置に保持され、シーブの動作はシーブに機械的に連結されたエレベータ駆動モーターおよびマシンブレーキによって制御される。マシンブレーキは通常、ばねで制動位置に作動されてシーブに取り付けられたドラムまたはディスクを制動する。エレベータが動き出す際にブレーキを制動位置から解放するには電磁石が用いられる。これは電力または電子信号に関しては、フェールセーフな制動を提供する。
【０００３】
通常のエレベータシステムにおいては、ガバナロープがエレベータに取り付けられており、エレベータの直線速度に関連する回転速度でガバナを回転させる。ガバナにはフライウェートがあって、これは速度が増加すると共に遠心力によって外方に移動する。エレベータが所定の速度を数パーセント超過したときに、フライウェートは十分に外方に移動して、過速度スイッチを押す。するとラッチが解放され、ジョーがガバナロープを掴んでその動きを停止させる。停止したガバナロープによって、アクチュエータがエレベータかごに取り付けられた安全ロッドを引っ張り、安全ブレーキ（「セーフティ」とも呼ばれる）を作動させる。安全ブレーキは通常くさびであり、これが安全ブロックおよび対向するガイドレールの間に食い込んで、漸増する摩擦力を発生し、エレベータかごを急停止させる。
【０００４】
ドイツ特許第１９８，２５５号は、ケーブルが破断したとき、ケーブルの張力が緩んだとき、または所定速度を超過した時に、作動するエレベータ安全ブレーキとして、電磁石を用いることを提案した。制動作用はかごのガイドレールで発生する機械的摩擦と起電力との両方によっている。電池が用いられ、システムの作動能力はエレベータが停止するごとにスイッチによって試験される。類似の渦電流ブレーキが鉄道列車用に考案されている。その一つの例はクノル−ブレムセＧＭＢＨによって１９７５年に出版された、「渦電流ブレーキＷＳＢ」と題するパンフレットに示されている。これに記載されているシステムは、交互の極性配置となった電磁石を有し、該電磁石は鉄道車両の台車から直接垂下するキャリヤー上にあって、線路の長さ方向に分布している。磁石は、緊急制動を要するとき以外は、空気圧シリンダーによって線路から離された状態で垂下している。そして、空気圧が解放されると、ブレーキはレール上に落下し、電磁石のレールに対する電磁的吸引力によって摩擦制動作用を与えると同時に、交互の磁極に誘導されて線路の材料を流れる渦電流によって電磁力学的な制動を与える。
【０００５】
他の先行技術によるエレベータは、交互の磁極性の永久磁石を有する受動的な電磁力学的かご用安全ブレーキを用いている。磁石が鉄製の部材を通過すると、起電力電界が発生する。安全ブレーキは安全ロッドを作動させて、ブレーキシュー機構を引っ張り、制動面と係合させる。このようなシステムはエレベータかごのどちらの方向への移動に対しても、安全ブレーキ作用を与えることができる。この特定の実施例は、ロープアセンブリ式ガバナを要しない。
【０００６】
さらに他の先行技術による、ロープアセンブリ式ガバナを要しない過速度ブレーキは、エレベータに取り付けられた磁石を用いている。この磁石が導電性のベーンに渦電流を誘導し、この渦電流が磁石に電磁的反力を生じさせ、これによって磁石がブレーキを作動させる。よってエレベータかごを昇降路ターミナル間のどの場所でも制動することができる。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は移動中のエレベータかごの安全ブレーキを、ロープアセンブリ式ガバナを用いることなく作動させるための、改良された方法および装置である。
【０００８】
本発明によれば、摩擦ブレーキがガイドレールの近傍でエレベータかごに取り付けられ、安全ブレーキの作動部材に連結される。過速度状態のような、安全ブレーキが必要とされる事態において、摩擦ブレーキがガイドレールに接触するように付勢され、抵抗力を発生する。抵抗力は摩擦ブレーキをエレベータかごに対して変位させ、同時に作動部材を変位させる。作動部材の変位が安全ブレーキをガイドレールに対して起動させ、エレベータかごを制動する。
【０００９】
本発明の一実施例においては、摩擦ブレーキは電磁石からなり、これがその発生する吸引力によってガイドレールと接触して、抵抗力を発生する。別の実施例においては、摩擦ブレーキは、コイル式のアクチュエータによって開位置に保たれるキャリパ型部材と、ブレーキライニングをガイドレールに付勢して抵抗力を発生させるためのばねと、を有する。
【００１０】
本発明の前述の、および、その他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明と添付の図面によって明らかとなるであろう。
【００１１】
【発明を実施するための最良の形態】
図１は、エレベータ安全ブレーキのための、本発明のロープレスガバナ３０の形をとるアクチュエータを示している。ロープレスガバナは、エレベータかご２に取り付けられており、エレベータかご２は、モーター（図示せず）に連結されたロープ６によって吊されて動かされるフレーム４に載っている。かごフレーム４は、エレベータかご２を載せる安全支持材８と、かごフレーム４の両側の二つの直立板１２と、上梁１０を含み、該上梁１０にロープ６が直接取り付けられている。フレーム４の両側にはガイドレール１４があり、かごフレーム４はその上にローラー１３を介して乗っている。
【００１２】
後により詳しく説明するが、エレベータかご２が過速度状態になった場合は、アクチュエータ、すなわちロープレスガバナ３０がレール１４に接触して引きずられ、力が発生し、ロッド４１が引っ張られる。ロッド４１は、くさび４２を垂直方向に引っ張ってガイドレール１４を挟むことによってブレーキ２６、２８を作動させる。安全ブレーキ即ちセーフティ２６、２８は、従来の安全ブレーキと同様に、挟み付ける力によってエレベータかご２の漸進的減速を引き起こすものである。エレベータかご２が下降中に過速度状態となった場合は、ロープレスガバナ３０の作動によって安全ロッド４１が上方へ引っ張られ、これによってかご２の底部にある安全ブレーキ２８を作動させる。エレベータかご２が上昇中に過速度状態となった場合は、ロープレスガバナ３０の作動によって安全ロッド４１が下方へ引っ張られ、これによってかご２の頂部にある安全ブレーキ２６を作動させる。したがって、ロープレスガバナ３０によって安全ロッド４１が上下どちらに動かされても、制動作用は有効である。当業者には、上述の作動ロッドおよびセーフティには、様々の歯止め機構、くさび型セーフティ、ローラー型セーフティおよびこれらの相当品を含めて、様々の形状があることが理解されるべきである。また、本発明は双方向セーフティに関して図示および説明されているが、一方向セーフティも同様の方法で本発明によって作動されてもよく、これも本発明の範囲内である。
【００１３】
図１および図２において、リンク３６が、エレベータかご２の両側の上部安全ブレーキ２６と下部安全ブレーキ２８をアクチュエータ３０に連結するのに用いられており、エレベータかご２に対するロープレスガバナの垂直方向の動きが、セーフティ２６またはセーフティ２８を起動して、エレベータかごを制動するようになっている。
【００１４】
ロープレスガバナ３０が作動すると、安全ロッド４１が垂直方向に動いて、くさび型のセーフティ２６またはセーフティ２８を起動する。いったん起動されると、くさび型安全ブレーキ２６、２８はガイドレール１４に接触し、上述のようにエレベータかご２の制動を引き起こす。制動作用は安全ロッド４１が上下どちらに動かされても有効である。
【００１５】
ここで図２を参照すると、在来型の安全ブレーキ２６が示されており、これは電磁石３１および作動ロッド４１を介して、なんらかの一般的な手段によってロープレスガバナ３０に連結されている。電磁石３１は、電磁摩擦ブレーキとして機能し、磁極３２、３３はレール１４のステム１５と接触する。磁極３２、３３は、好ましくは磁性材料であって摩擦面として働く、表面の鉄またはその他のブレーキライニング材料をかぶせてあってもよい。レール１４とステム１５は好ましくは鉄または磁性材料でできている。後に詳しく説明するが、過速度状態においてロープレスガバナの磁石３１が作動すると、磁極３２、３３はレール１４のステム１５に引きつけられて接触し、左側の作動ロッド４１（図２で見て）をエレベータかごの移動方向に応じて上方または下方に動かす。リンク４３、４４、４５を介して、右側の作動ロッド４１も同様に動かされ、かごの移動方向に応じてセーフティ２６またはセーフティ２８（図１）のくさび４２を引っ張る。これに加えて、エレベータかご２の反対側の安全ブレーキ２６、２８もまた、リンク４４およびリンク３６を介して、上述のように作動される。
【００１６】
図２および図３を参照すると、ロープレスガバナ３０は、直立板１２の脚部１６に、スロット１７を通して配置されたガイドピン３４を介して取り付けられている。ばね３５が、脚部１６と調整ナット３６との間でガイドピン３４上に配されて、電磁石３１をステム１５から遠ざける方向に付勢しており、これによって磁極３２、３３とステム１５との間には符号３７で示される所定のギャップが保たれている。
【００１７】
図２および図３に示される本発明の実施例によれば、ギャップ３７はガイドピン３４とばね３５とによって保たれ、かつナット３６によって約２ｍｍないし約６ｍｍに調整されており、ばね３５のばね定数は１０Ｎ／ｍｍのオーダーにある。図２を参照すると、作動ロッド４１を動かすのに要する力は約４００Ｎである。磁極３２、３３およびステム１５の鋳鉄の摩擦係数を０．２と仮定すれば、磁極とステムの間には約２０００Ｎの力が要求される。この力は、以下に述べるような繰り返し計算処理によって、ギャップ３７を保ちながら、電磁石３１を用いて達成される。計算のためのＭＡＴＬＡＢコンピューターコードは次の通りであり、これは短時間間欠動作のための強力吊り上げ型電磁石に関するものである。磁石の寸法は、磁束密度Ｂ０＝０．８１７テスラで示されている。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【表３】

【００２１】
【表４】

【００２２】
【表５】

【００２３】
【表６】

【００２４】
（注：表１〜表６は一連のコンピュータコードである）
図４、図５および図６に示される関係は，上記のコンピューターコード計算を用いて得られたものであり、図２および図３の実施例の設計に用いられた。電磁石３１はＵ型の電磁石からなり、磁極３２、３３（図２）で得られる力は電流（磁石に供給される電流）の二乗に比例して変化し、またギャップ３７の二乗に反比例して変化する。上記の計算において、磁石は励起されるときにレール面から６ｍｍ離れており、磁極面がレールと接触しているときに０．５ｍｍの有効エアギャップがある、と仮定した。これは磁石の材料は知られているように固有の透磁率がある、という事実によっている。
【００２５】
電磁石３１の所要電流は、Ａ／ｍｍ²（図４）で表される電流密度（Ｊ）として表される。上記の計算において、電磁石３１は０．９２ｍｍ²の断面積を有する電線を４８４回巻いており、パッキング係数は０．５である。電磁石３１の設計上の力は０．８１７テスラの磁束密度において６５０Ｎに設定された。ギャップ３７を約６ｍｍに設定すれば、摩擦とばね３５の付勢力に打ち克って電磁石３１をステム１５に向かって初動させるには２０Ｎの力が必要である。力（Ｆ）をニュートンで、電力（Ｐ）をワットで表すならば、電磁石３１の力定数（Ｋ１）および電力定数（Ｋ２）は、計算と図４、５および６に示されるグラフのデータとから、次のように導かれる。
【００２６】
Ｆ＝Ｋ１×（Ｊ／Ｇ）²、および、
Ｐ＝Ｋ２×Ｊ²
ここでＧはギャップ３７であり、Ｊは上述の電流密度である。
【００２７】
Ｇ＝２ｍｍ、Ｊ＝５．８Ａ／ｍｍ²およびＰ＝６５Ｗを上の関係式に代入すれば次の値が得られる。
【００２８】
Ｋ１＝７７．３ および Ｋ２＝１．９３
Ｇ＝６ｍｍかつＦ＝２０において電磁石３１を初動させるに必要な電流密度はＪ＝３．０５Ａ／ｍｍ²である。これに伴う電力はＰ＝１８Ｗである。
【００２９】
作動ロッド４１を引っ張るのに必要な保持電流密度および電力は、Ｇ＝０．５ｍｍかつＦ＝２０００Ｎとして、Ｊ＝２．５４Ａ／ｍｍ²およびＰ＝１２．５Ｗである。所要の電流密度および電力を知れば、示された実施例の磁束密度（Ｂ）を推定することができる。磁束密度は次のように力に比例して変化する。
【００３０】
Ｂ＝Ｋ３×Ｆ
上述したようにＦ＝６５０Ｎにおいて磁束密度はＢ＝０．８１７テスラである。かくして、上記計算の繰り返しの初回において、磁束密度定数Ｋ３＝１．２６ｅ−３が得られ、よって、Ｆ＝２０００Ｎに対する磁束密度Ｂ＝２．５２テスラが得られる。磁束密度２．５２テスラは異常に高い値なので、磁束密度をほぼ２テスラ以下またはそれに近い値として、本発明の実施例を工業的に達成可能とするために、計算の第２回の繰り返しが必要である。第２回の繰り返しでは、駆動電流を、前回に用いたものの約２倍に設定する実施例が得られた。この実施例においては標準の力は１６００Ｎであり、電流密度は約５Ａ／ｍｍ²、対応する電力は４８Ｗである。このような磁石の重量は約２．５ｋｇで、比較的安価である。
【００３１】
本発明はエレベータかご２の両側に配置されたアクチュエータ３０の使用を含んでおり、さらにエレベータかご２の両側に配置された一対のロープレスガバナを含んでいる。この場合それぞれのロープレスガバナが一つの作動ロッドを動かす。これに加えて、どんな型のセーフティでも作動させるに十分な力を発生するために、周期的構造の多重Ｕ型磁石を用いることも、本発明の範囲内である。
【００３２】
ここで図７を参照すると、ロープレスガバナ３０の別の実施例が示されている。本実施例ではロープレスガバナはキャリパの形をしており、該キャリパはガイドピン５２を有する取り付けブラケット５０を介して直立板１２に取り付けられており、コイル作動のアクチュエータ５２とばね５６とを含んでおり、該アクチュエータとばねは協力してブレーキライニング５８，６０をレール１４のステム１５に対して押し付けたり、解放したりする。ガイドピン５２は、コッターピン５３、またはなんらかの相当品によって取り付けブラケット５０内の位置に保持されており、コッターピンとブラケットとの間には座金５４が入れられている。エレベータかご２の通常の運転においては、アクチュエータ５２に電力が供給され、アーマチュアプレート６６を磁石ブロック５５に向けて付勢することによって、ブレーキライニング５８、６０を、ステム１５から所定の距離つまりギャップ６２を保つように保持している。過速度状態に際しては、アクチュエータ５２への電力が切られ、ばね５６がアーマチュアプレート６６に対して付勢力を発揮し、ブラケット５０とエンドプレート６４にも反力を及ぼし、これによって、ブレーキライニング５８，６０の形態をなす摩擦面を、ステム１５に対して付勢する。ばね５６は、前述した別の実施例と同様に、ロッド４１を移動させてセーフティ２６，２８（図１）を働かせるのに十分な力を与えるように寸法が決められている。作動ロッド４１はロープレスガバナ３０に直接取り付けてもよく、またブラケット６８のような適当な手段を介してもよい。
【００３３】
図７および図８を参照すれば、ギャップ６２は、ボス７４内にはまり込んでいると同時にねじ付スペーサ７７の内面ねじと噛み合っている取り付けボルト７２からなるエアギャップ調整装置７０によって調整され、保持される。ねじ付スペーサ７７は、アーマチュア６６内に摺動可能に配置されており、エンドプレート６４の雌ねじと噛み合う雄ねじを有し、さらに前記雄ねじ上にねじ込んで配置されたロックナット７６を有する。ねじ付スペーサ７７が回転すると、アクチュエータ５２が励起されている開位置におけるギャップ６２が増減する。ギャップ６２が適当な大きさに調整されたならばロックナット７６がエンドプレート６４に対して締めつけられ、これによってコイル５２の励起状態におけるブレーキライニング５８，６０のステムに関する位置が固定される。
【００３４】
図１、図７および図９を参照すると、ロープレスガバナ３０がエレベータかご２とともに移動することが示されている。過速度状態が生じたならば、アクチュエータ５２への電力が切られ、ばね５６がブレーキライニング５８、６０をステム１５に対して付勢して、前述したようにロッド４１を作動させるに十分な、レール１４に対する抵抗作用を発生させる。図９に最もよく示されるように、ロープレスガバナ３０は抵抗作用によって引きずられて、取り付けスロット８０内で実線で示される位置から破線で示される位置に移動し、これによってまた作動ロッド４１も移動する。ロープレスガバナ３０がスロット８０内で移動すると、作動ロッド４１が引っ張られてセーフティ２６、２８を作動させる。図９の例はエレベータの上昇中に過速度状態が生じた場合を示しており、この場合ロープレスガバナ３０はスロット８０内で下方へ移動して作動ロッド４１を引っ張り、エレベータかご２の頂部に取り付けられたセーフティ２６のくさび４２を係合させる。ロープレスガバナ３０がスロット８０内で移動する距離は８２で示されており、これはくさび４２を作動させてセーフティ２６を完全に係合させるのに必要な距離に等しい。エレベータの下降中に過速度状態が発生した場合は、ロープレスガバナ３０はスロット８０内で上方へ移動する。
【００３５】
図７に最も良く示されているボール歯止め８４は、ロープレスガバナをスロット８０またはスロット１７（図２）の中程に位置させるための装置の例である。ボール歯止め８４はブラケット５０に取り付けられており、ボール８６を球面状のくぼみ８７（図８）の中に付勢しているばね８５を含んでいる。エレベータの通常運転中は、ボール歯止め８４はロープレスガバナ３０をスロット８０のなかで正しく位置決めし、振動やブレーキライニング５８、６０のステム１５に対する意図しない引きずりなどによって起こるセーフティ２６、２８（図１）の起動を防ぐ。他の静的位置決め装置として、ばねシステム、歯止め爪、またはその他の適当な相当品を用いることも本発明の範囲内である。
【００３６】
ロープレスガバナ３０の制御機構は、図１０に全体的に９０で示されている。マイクロプロセッサを有する安全制御装置９１は、電力モジュール９２からの電力と、速度センサー９３からの速度信号を受け取る。電力モジュール９２から送られた符号９４で示される電力は、標準のビルディング用電流と非常用電池を含むことができる。速度センサー９３はエレベータかご２の速度に対応する速度信号出力９５を発生する任意の既知の装置であってよい。安全制御装置９１は、ソフトウェア、コンパレータ、または他の相当手段を用いて、過速度状態が存在するかどうかを決定する。安全制御装置９１は速度信号９５を過速度状態に対応するしきい値電圧と比較する。例えば、通常のエレベータが１５ｍ／ｓの定格速度を有すると、過速度状態は通常、定格速度の１２０％±５％である。信号９５の電圧が所定の過速度値よりも大きいしきい値に相当しているときは、安全制御装置９１は符号９６で示される起動信号を出力してロープレスガバナ３０およびセーフティ２６、２８を、上述のように作動させる。停電が起こったときやビルディング用電力が切られたときは、安全制御装置９１が働いてロープレスガバナ３０を起動して、レール１４と係合させる。これには緊急停止を実行するのに要する時間のみがかかる。かご２が通常の停止距離で停止しないときや、かごが停止した後に動きだすような状況が起こったときは、ロープレスガバナシステムは上述したようにセーフティを係合させる。
【００３７】
好ましい実施例を図示し説明したが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および置換が可能である。したがって本発明についてなされた説明は本発明を限定するものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明を採用するエレベータシステムの斜視図である。
【図２】 図２は図１に示されるロープレスガバナとくさび型安全ブレーキの、部分的に断面で示した斜視図である。
【図３】 図３は図２に示されるロープレスガバナの、部分的に断面で示した上面図である。
【図４】 図４は本発明の一実施例の作動パラメータを示すグラフである。
【図５】 図５は本発明の一実施例の作動パラメータを示すグラフである。
【図６】 図６は本発明の一実施例の作動パラメータを示すグラフである。
【図７】 図７は図１に示されるロープレスガバナの別の実施例の、部分的に断面で示した上面図である。
【図８】 図８は図７に示されるロープレスガバナの側面図である。
【図９】 図９は図８に示されるロープレスガバナが取り付けブラケット中にある状態を部分的に断面で示した側面図である。
【図１０】 図１０は図１に示されるロープレスガバナの制御システムの概略図である。

Claims (4)

1. 昇降路中のガイドレール（１４）の間を垂直に動くエレベータかご（２）上で選択的に作動可能な安全ブレーキ装置であって、
   かごに配されて、非制動状態から制動状態に動かされたときにガイドレールの一つに対してくさび状に食い込むようにされた安全ブレーキ（２６、２８）と、
   かごに配されて、前記安全ブレーキを前記制動状態と非制動状態の間で動かすためのロッド（４１）と、
   前記ロッドに取り付けられて、前記ガイドレールの一つの近傍で前記かごに配され、レール係合位置とレール非係合位置との間で移動可能な摩擦ブレーキ（３１；５８、６０）であって、前記レール係合位置にあるときに、前記かごの同時的な動きと併せて、前記ロッドをかごの動きと反対の方向に動かし、これによって前記安全ブレーキを前記非制動状態から前記制動状態に動かす、摩擦ブレーキと、
   を具備する、安全ブレーキ装置であって、
   かごの動きの速度を示す速度信号（９５）を発生する速度センサー（９３）と、
   前記速度信号が表す速度を、過速度状態を示すしきい値信号が表す速度と比較し、前記過速度状態を越えることを示す前記速度信号に応答して起動信号（９６）を発生する、安全制御装置（９１）と、
   前記摩擦ブレーキを前記レール係合位置に付勢する弾性手段（３５、３６）と、
   通常は前記摩擦ブレーキを前記弾性手段の付勢力に抗して前記レール非係合位置に保持し、前記起動信号が存在するときは前記弾性手段が前記摩擦ブレーキを前記レール係合位置に動かすことを許容する電磁石（３１、５２）と、
   からなる改良を特徴とする、安全ブレーキ装置。
2. 前記摩擦ブレーキが一対のレール接触面（３２、３３；５８、６０）を有する、請求項１に記載の安全ブレーキ装置。
3. 前記レール接触面（３２、３３）が両方ともレールの同じ側にある、請求項２に記載の安全ブレーキ装置。
4. 前記レール接触面のひとつ（５８）が前記レールの一方の側にあり、前記レール接触面の他方（６０）が前記レールの他方の側にある、請求項２に記載の安全ブレーキ装置。

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