JP4819658B2 - 巻上機のブレーキ装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータ用等の巻上機のブレーキ装置に関するものである。

従来の巻上機では、左右一対の電磁ブレーキがブレーキドラムの内周面に１８０°対向して配置されている。電磁ブレーキは、ブレーキドラムに内蔵された内部拡張型のブレーキ装置であり、電磁石の固定鉄心と可動鉄心からなり、可動鉄心の先端にはブレーキシューが取付けられている。固定鉄心に内蔵したコイルに通電して可動鉄心を吸引することによって制動を解放する。

また、コイルへの通電を遮断して吸引を解除し、固定鉄心に内蔵したバネの力でブレーキシューをブレーキドラムに押付けることによって、巻上機を制動する。バネは、固定鉄心のヨークに設けた固定穴に挿入されて保持される。通常、バネは、対称な位置に２個挿入されている。また、固定鉄心には調整バネが設けられ、ブレーキの動作状態をモニタするために、可動鉄心を一定の方向に傾けながら押し出すようになっている。（例えば、特許文献１、２参照）

特開２００３−１７６８４２号公報（第４頁、図３） 特開２００３−３０１８７６号公報（第３−４頁、図１）

従来から用いられているブレーキの構成では、可動鉄心の開放時の姿勢を安定に保つために調整バネが設けられているが、調整バネを固定する穴を固定鉄心に設ける必要があり、磁束を低下させる一因となって、必要以上に電力を消費する問題があった。また、部品点数が多くなりコストが高くなる問題があった。

この発明に係る巻上機のブレーキ装置は、コイル、上記コイルが絶縁性のボビンを介して巻線されたヨーク、及び固定穴に固定されたバネを有し、ロータの中心軸と同軸に配置された固定鉄心と、上記固定鉄心に電磁吸引されるとともに上記バネと当接して上記バネの押圧力を受ける可動鉄心と、上記可動鉄心と連結部材を介して連結され、上記ロータと連結されたブレーキドラムの内周面に当接して上記ロータを制動するシューとを備えた一対の内部拡張型の電磁ブレーキを配置した巻上機のブレーキ装置において、
上記ヨークは上記固定鉄心の上記ロータの中心軸方向と平行な面の略中央部に設けられ、
上記固定穴は、上記固定鉄心の上記コイル外周の外側における上記ロータの中心軸方向の中心からずれた位置に上記中心軸方向の中心に対して対称に対をなして設けられ、
上記コイル内周の内側には上記固定穴及びバネを有せず、
上記可動鉄心を上記固定鉄心に対して、上記可動鉄心と上記固定鉄心との隙間が上記ロータの中心軸方向で変化する向きに傾斜させる機能を有するものである。

本発明に係る巻上機のブレーキ装置によれば、ブレーキの動作を調整するための調整バネを可動鉄心を押付けるためのバネで代用することが可能となり、部品点数を減らして、製造コストを低減することができ、また、固定鉄心に設けた調整用バネを固定する穴が不要になり、磁束の発生を妨げることがなく、効率が高いブレーキを得ることができる。

また、固定鉄心のバネの固定穴をコイルの外側に設けるようにしたので、コイルの内側のヨークの面積を小さくすることができ、使用するコイルの長さを短くして軽量化することができ、また、コイルを巻線するボビンの寸法を小さくできるので、製造コストを低減できる効果がある。また、消費電力を低減でき、さらに効率が高いブレーキを得ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態１を示す正面図である。内拡式の電磁ブレーキ１は、ロータ２と連結されたブレーキドラムの内周側にロータ２と同軸に配置される。電磁ブレーキ１はコイル３が内蔵された固定鉄心４と可動鉄心５を有し、可動鉄心５には連結部材６を介して、シュー７が取付けられ、シュー７にはライニング８が固着されている。また、電磁ブレーキ１の一対が、１８０°回転した位置でハウジング９に固定される。コイル３は、図示していないボビンに巻線され、このボビンが固定鉄心４のコイル３の内側のヨーク１１の周囲に固定される。

ブレーキ１の開放は、コイル３を励磁して可動鉄心５を固定鉄心４に吸引し、シュー７のライニング８を、ロータ２で構成したブレーキドラムから引き離して行う。また、ブレーキ１によるロータ２で構成したブレーキドラムの制動は、コイル３の電流を遮断して、可動鉄心５を固定鉄心４の固定穴１３に内蔵したバネ１２で押し出すことによって行う。シュー７のライニング８はロータ２で構成したブレーキドラムに押付けられて巻上機を停止させる。

シュー７がロータ２に押し付けられているときには、連結部材６にトルクが作用する。このとき、連結部材６に作用するトルクを低減するために、シュー７の側面に対向するハウジング９の箇所にトルク受け面９ａを配置して、必要以上に連結部材６が撓まないようにトルク受け面９ａでシュー７に作用するトルクを支持する。

図２は、図１の可動鉄心、固定鉄心、コイル及びヨークを含む断面図である。図２に示したように、ヨーク１１は固定鉄心４のロータの中心軸方向と平行な面の略中心部に設けられ、バネ１２は、固定鉄心４のヨーク１１にボビン１０を介して巻線されたコイル３の両外側に設けた固定穴１３に固定される。可動鉄心５には、バネ１２の力を調整するために、プレート１４が設けられ、ネジでプレート１４の位置を調整して、バネ１２の力を調整する。

ブレーキ１の調整時やシュー７の交換時には、バネ力を開放するために、常時可動鉄心５を固定鉄心４に押付けて作業を行う必要が生じるため、可動鉄心５を固定鉄心４に強制的に押付けるための押付用ネジ穴１６が設けられ、可動鉄心５の押付用穴１５から、固定鉄心４の押付用ネジ穴１６にネジを通して締め込むようになっている。

図３は、本発明の実施の形態１によるブレーキの要部を示す平面図である。バネ１２は、図３に示したように、コイル３の外側で固定鉄心４のロータの中心軸方向の中心から矢印方向（ロータの中心軸方向）にずらした位置に配置する。このように、バネ１２の位置を矢印方向にずらして、可動鉄心５がロータの中心軸方向の中心よりずれた位置（図の上部）で押付けられるようにしておくことにより、衝撃音を低減することができる。

図４は、従来の可動鉄心の動作状態を説明する平面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）、（ｃ）である。従来、可動鉄心５の動作状態を知る手段として、図４（ａ）に示したように、調整用バネ穴１７を設け、調整用バネ穴１７に調整バネ１８を挿入し、可動鉄心５の上部を押付けてすき間を調べる方法がある。同図（ｂ）に示したように、調整バネ１８が可動鉄心５の上部を押付けることにより、可動鉄心５がバネ１２で押し出されたときに、同図（ｃ）に示すように、固定鉄心４と可動鉄心５の上部ですき間が広く、下部で狭くなるようにしておく。ブレーキ１の動作状態は、可動鉄心５と固定鉄心４のすき間で判定する。即ち、すき間が零のときは、ブレーキ１が開放状態、すき間が空いているときは制動状態と判定する。すき間は固定鉄心４の上部に配置した検出器１９で測定する。すき間を検出する場合、同図（ｃ）のように、上部ですき間を広くして検出範囲を大きくしておくことによって、誤判定を防止するようにしている。

図４（ｃ）のように、可動鉄心５が傾斜しても、連結部材６はその先端が球形に加工されており、球面座２０と接触させて、連結部材６と球面座２０とは回転自在に連結することができる。また、球面座２０は、連結用板バネ２１で、連結部材６及びシュー７と連結されている。

従来は、このように調整バネ１８で、可動鉄心５の動きを規制してモニタリングしていた。このため、部品数が増えて、調整バネ１８のバネ力の管理も必要となり、組立に時間を要する問題があった。

このような、検出のための調整バネ１８は、バネ１２を図３に示した固定穴１３に配置することにより、削減することができる。同図で示したように、コイル３を巻線したボビン１０の外側で、固定鉄心４のロータ軸方向中心からずらした位置にバネ１２を配置することによって、可動鉄心５は厚さ方向の上部で押付けられて、図４（ｃ）で示したように移動することができる。

また、従来のブレーキ構造では、図４（ａ）に示したように、バネ１２がコイル３の内側のヨーク１１に内蔵される。電磁力はヨークの面積に比例するが、固定穴１３の箇所では磁束を発生しないために無駄な面積となる。この場合、電磁力を発生するヨーク１１の面積として、本来必要な面積に固定穴１３の面積を足し合わせた分が必要となる。ヨーク１１に固定穴１３を設けた場合には、固定鉄心４の厚さを一定とすると、ヨーク１１は長手方向（図３の矢印と垂直な方向）に長くなる。ヨーク１１が長くなると、周囲に巻線するコイル３が長くなり、また、コイル３を巻線するボビン１０の寸法が大きくなるため、製造コストが高くなる問題がある。

本発明のように、固定鉄心４の端部に固定穴１３を設けることによって、コイル３の内側のヨーク１１の面積を小さくすることができ、エネルギー変換効率が高いブレーキを得ることができる。

可動鉄心５が固定鉄心４に吸引されたとき、固定鉄心４と可動鉄心５を全面で接触させようとすると、接触面の全域に渡って高精度の平面度に加工する必要が生じて、加工コストが高くなる。安価に製造するため、固定鉄心４のヨーク１１の高さを、固定鉄心４のコイル１１の外側よりも低くしておくことによって、可動鉄心５は、固定鉄心４のコイル１１の外側とのみ接触させることができる。このように、固定鉄心４に、可動鉄心５と接触する面積を小さくするように段差を設けることによって、高精度に加工する領域を狭めることができ、安価なブレーキを得ることができる。

実施の形態２．
図３に示した例では、バネ１２を固定鉄心４の両端部に２個配置しているが、バネ定数を変えたバネ１２を、固定鉄心４の厚さ方向に配置することにより、可動鉄心５の姿勢を安定に保つことができる。

図５は、本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態２を示す平面図である。図５に示したように、固定鉄心５の４隅に設けた固定穴１３に４個のバネ１２を配置し、例えば、厚さ方向の上部の２個のバネ定数を下部の２個のバネ定数よりも大きくしておくことによって、可動鉄心５の上部が押し出されて、安定した姿勢で移動することができる。なお、バネ１２のバネ定数は、個数を増やした分に応じて小さくする。図５に示したように、バネ１２を配置にすることにより、ブレーキの動作状態を誤判定なくモニタすることができる。

なお、本実施の形態２では、バネ１２を４個としているが、個数は４個に限るものではなく、さらに本数を増やして、小さなバネ定数のバネ１２を多数用いて、低価格のバネを用いることも可能である。

このように、磁束の発生箇所でヨーク１１に磁束を妨げる部品を配置することがないので、効率が高いブレーキを得ることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態３を示す平面図である。コイル３の長さを短くして、効率を高めるために、図６に示したように、ヨーク１１を楕円形にすることもできる。実施の形態１では、ヨーク１１が四角形状であるが、ヨーク１１を楕円形状にすることにより、ヨーク１１の面積を同じにし、周長を短くすることができる。このように、ヨーク１１を楕円形状にすることにより、コイル３の使用量を減らすことが可能となり、製造コストを低減することができる。

また、実施の形態１では、固定鉄心４に配置したコイル３の上下端は開放されているため、磁束の漏れが比較的多い。図６に示した固定鉄心４では、コイル３は、図中の矢印で示した箇所以外は、鉄心で覆われており、コイル３が開放されている領域を小さくすることができ、磁束の漏れを小さくすることができる。また、コイル３の使用量を減らしたり、鉄心の重量を低減することができ、効率が高いブレーキを得ることができる。

また、図４（ａ）に示した従来のブレーキ１のボビン３は長方形状であるため、コイル３のボビン１０への巻線時に、長辺側でコイル３の張力が緩み、コイル３が整列しない問題が生じる。図７（ａ）のコイル３の巻き線状態を示す断面図のように、コイル３はボビン１０内で、コイル３間に大きなすき間が生じて、ボビン１０からはみ出したりしてコイル３の占積率が劣化する。コイル３が図７（ａ）に示したように、整列していない場合、通電時にコイル３の温度上昇が大きくなり、周辺機器に悪影響を及ぼすなどの問題が発生する。

一方、図６に示した例では、ボビン３が楕円形状であるために、コイル３の張力に緩みが発生することなく、図７（ｂ）に示したように、整列して配置することができ、製造ばらつきも低減することができ、高効率で品質が高いブレーキを得ることができる。

実施の形態４．
また、実施の形態１では、バネ１２だけをコイル３の外側に配置するようにしたが、さらに、ヨーク１１の面積を減らすために、可動鉄心５を固定鉄心４に強制的に押付けるための、押付用ネジ穴１６もコイル３の外側に配置することができる。

図８は、本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態４を示す平面図である。図８（ａ）に示したように、押付用ネジ穴１６を固定鉄心５の端部に１箇所ずつ設けることによって、ヨーク１１をネジ穴の面積に相当する分、小さくすることができる。押付用ネジ穴１６のネジ径は、本数を増やした分小さくすることができる。

固定鉄心４に可動鉄心５を強制的に押付けるときの作業は、２箇所のネジを締付ける分だけ増えるが、コイル３を短くして、ボビン１０を小さくできるので、消費電力を低減し、高効率のブレーキを得ることができる。

また、バネ１２の固定穴１３と押付用ネジ穴１６を厚さ方向の同じ位置に設けてあるが、図８（ｂ）に示したように、固定穴１３と押付用ネジ穴１６を厚さ方向に並べることにより、ネジ穴を配置する面積に相当する分、固定鉄心４の長さを縮めることができ、その結果、ブレーキ１を軽量化することが可能となる。

図８に示したように、バネ１２を４個用いる場合でも、押付用ネジ穴１６を固定穴１３の間に配置することにより、固定鉄心４の長さを縮めることができる。

本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態１を示す正面図である。 図１の可動鉄心、固定鉄心、コイル及びヨークを含む断面図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキの要部を示す平面図である。 従来の可動鉄心の動作状態を説明する平面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）、（ｃ）である。 本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態２を示す平面図である。 本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態３を示す平面図である。 コイルの巻き線状態を示す断面図である。 本発明に係る巻上機のブレーキ装置の実施の形態４を示す平面図である。

符号の説明

１ ブレーキ、２ ロータ、３ コイル、４ 固定鉄心、５ 可動鉄心、
６ 連結部材、７ シュー、８ ライニング、９ ハウジング、９ａ トルク受け面、
１０ ボビン、１１ ヨーク、１２ バネ、１３ 固定穴、１４ プレート、
１５ 押付用穴、１６ 押付用ネジ穴、１７ 調整用バネ穴、１８ 調整用バネ、
１９ 検出器。

Claims (4)

1. コイル、上記コイルが絶縁性のボビンを介して巻線されたヨーク、及び固定穴に固定されたバネを有し、ロータの中心軸と同軸に配置された固定鉄心と、上記固定鉄心に電磁吸引されるとともに上記バネと当接して上記バネの押圧力を受ける可動鉄心と、上記可動鉄心と連結部材を介して連結され、上記ロータと連結されたブレーキドラムの内周面に当接して上記ロータを制動するシューとを備えた一対の内部拡張型の電磁ブレーキを配置した巻上機のブレーキ装置において、
   上記ヨークは上記固定鉄心の上記ロータの中心軸方向と平行な面の略中央部に設けられ、
   上記固定穴は、上記固定鉄心の上記コイル外周の外側における上記ロータの中心軸方向の中心からずれた位置に上記中心軸方向の中心に対して対称に対をなして設けられ、
   上記コイル内周の内側には上記固定穴及びバネを有せず、
   上記可動鉄心を上記固定鉄心に対して、上記可動鉄心と上記固定鉄心との隙間が上記ロータの中心軸方向変化する向きに傾斜させる機能を有することを特徴とする巻上機のブレーキ装置。
2. 上記固定穴は、上記ロータの中心軸方向の異なる位置に少なくとも二対設けられ、各対の固定穴に設けられたバネのバネ定数は同一であり、異なる対の固定穴に設けられたバネのバネ定数は異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の巻上機のブレーキ装置。
3. 上記固定鉄心のヨークの形状を楕円形状にしたことを特徴とする請求項１記載の巻上機のブレーキ装置。
4. 上記可動鉄心を上記固定鉄心に強制的に押し付けるための押付用ネジ穴が上記固定鉄心における上記コイル外周の外側に設けられていることを特徴とした請求項１記載の巻上機のブレーキ装置。

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