JP5422566B2 - 制動力を印加する永久磁石バイアスを有するエレベータブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は一般にエレベータブレーキ装置に関する。

エレベータ装置は、乗客、貨物、またはこれらの両方を建物または構造物内のさまざまな階へと運ぶように垂直方向に移動するエレベータかごを備える。エレベータかごを昇降路内で移動させるとともに支持するさまざまな構成がある。大抵の装置は、エレベータかごを所望の位置で停止させ、保持するのに使用されるブレーキを備える。

トラクション方式のエレベータ装置では、例えば、エレベータ機械アッセンブリは、モータと、モータの作動を制御する駆動装置と、エレベータかごの所望の移動を生じさせるためにモータによって駆動されるトラクションシーブとを備える。荷重支持部材（例えば、丸形ロープ、平形ベルトなど）が、エレベータかごの重量を支持するとともに、トラクションシーブの動きがエレベータかごの対応する移動を生じさせるようにトラクションシーブに追随する。ブレーキは、トラクションシーブに結合されたブレーキロータディスクに作用して、シーブの回転速度を制御するとともに、特定の状況における要求に適合するようにシーブ（およびエレベータかご）の動きを防止する。

使用されてきたエレベータブレーキ装置にはさまざまなものがある。通常のブレーキは、軸方向に移動可能なプレートを、ブレーキライニング材料を有するブレーキロータに押し付ける機械ばねを備える。結果として生じる可動プレートとライニング材料の間の摩擦力によって、エレベータは所定の位置で停止され、保持される。可動プレートの係合は、当業技術内で「ブレーキの投下（ｄｒｏｐｐｉｎｇ）」として知られており、一般にデフォルト状態である。ブレーキの解除は、当業技術内で「ブレーキの持ち上げ（ｌｉｆｔｉｎｇ）」として知られている。通常の構成は、機械ばねのバイアスに抗する動きを生じさせて、係合から可動プレートを移動させるソレノイドを備える。ソレノイドが生じさせる力は、ばねの付勢力に打ち勝って、ブレーキロータから離れるように可動プレートを引っ張る。

可動プレートとその関連部材との間隙が変化する（例えば、可動プレートが移動して係合から外れたり、あるいは係合したりする）につれて加速が変化するので、可動プレートの移動にソレノイドを使用することには不安定さが内在する。磁界は、強磁性部品（例えば、可動プレートや、電磁石を支持するハウジングなど）が互いに近づくにつれて増加し、可動プレートの加速が増加する傾向がある。プレートは一般に、係合（すなわち投下）位置と非係合（すなわち持ち上げ）位置の間の約０．３ｍｍのエアギャップを移動する。ブレーキを投下するとき例えば磁界の減少が速すぎると、可動プレートはばねによって加速されてブレーキロータと接触する。エアギャップを通るプレートの加速が制御できず、その結果ブレーキロータまたはハウジングと接触することで、エレベータかご内でも聞こえる不快な騒音が発生し得る。

このような騒音を低減する試みには、動きを抑制し、衝撃を減少させ、騒音を低減するのにＯリングを使用することが含まれる。不都合なことには、Ｏリングは、クリープ、応力、緩和、老朽化を受ける。時間が経つと、これらの要因によってＯリングは劣化し、騒音が目立って増大するとともに、ブレーキを係合させる力が減少する。騒音の増大と係合力の減少によって最終的には、所望の作動や騒音の抑制特性を維持するためにブレーキトルクの再調整やＯリングの交換が必要となる。また、通常の構成では、その他万一の場合のＯリングの劣化を補うのに必要とされるより大きなトルクを最初に設定する必要がある。このようなエレベータブレーキの過剰設計によってさらに費用が必要になる。その他の既知の装置では、エラストマーバンパやパッドが使用されている。このような装置もまた、Ｏリングに関連するように寿命が不十分であるという欠点がある。

例示的なエレベータブレーキ装置は永久磁石を備える。コアが永久磁石を支持する。第１のプレートがコアの１つの側面の近くに配置され、第１の間隙が第１のプレートとコアの間にある。第２のプレートがコアのもう１つの側面の近くに配置され、第２の間隙が第２のプレートとコアの間にある。第１および第２のプレートは、互いに固定されたままであり、コアとそれぞれのプレートの間で相対移動が可能となるように配置されている。電磁石がブレーキの制動力を制御するように、第１および第２の間隙に亘ってそれぞれ所定量の磁束を選択的に作用させる。

制動力を印加する永久磁石と、コアにより支持された電磁石とを有するエレベータブレーキであって、第１のプレートがコアの第１の側面の近くに配置され、第２のプレートがコアの第２の側面の近くに配置され、間隙がそれぞれのプレートとコアの間にあるエレベータブレーキを制御する例示的な方法は、制動力を印加するように各間隙内にそれぞれ第１の磁束密度を生じさせることを含む。制動力を解除するように各間隙内にそれぞれ第２の磁束密度を生じさせる。

開示された実施例のさまざまな特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。詳細な説明に付随する図面は以下のように簡単に説明可能である。

本発明の実施例により設計されたブレーキ装置を含む例示的なエレベータ機械アッセンブリを示す概略図。 例示的なエレベータブレーキ装置の斜視図。 図２の例示的な実施例の選択された部分の部分断面図。 図２の例示的なブレーキ装置の例示的な作動状態の概略図。 図２の例示的なブレーキ装置の例示的な別の作動状態の概略図。

図１は、エレベータ機械アッセンブリ２０を概略的に示している。フレーム２２が、モータ部分２４と、トラクションシーブ２６とを支持している。モータ２４がトラクションシーブ２６を回転させ、荷重支持部材２８（例えば、ロープまたは平形ベルト）の移動を生じさせて、関連するエレベータかごの所望の移動を生じさせる。ブレーキ装置３０が、トラクションシーブ２６の動きを遅くしあるいは停止させて、例えば、関連するエレベータかごの所望の速度または位置を維持する。

図２、図３を参照すると、例示的な一実施例のブレーキ装置３０が、制動力を印加してブレーキロータディスク３２の回転を制御し、ブレーキロータディスク３２は、トラクションシーブ２６と、ブレーキロータディスク３２とが一緒に回転するようにトラクションシーブ２６に結合されている。取り付け部材３４が、ブレーキ装置３０をフレーム２２の一部に固定する。取り付け部材３４によって、ブレーキ装置３０は、フレーム２２に対して回転することなく、確実にディスク３２の回転を制御する。

例示された実施例は、ブレーキパッド３６を有するキャリパー型の構成を含み、ブレーキパッド３６は、ディスク３２の両側に係合して、ブレーキパッド３６をディスク３２に押圧するのに使用される力の量に相当する量の抵抗をディスク３２の回転に与える。この実施例は、ディスク３２に作用する２つのキャリパー部分を有する。他の実施例には、１つのキャリパー部分を有するものもあれば、３つ以上のキャリパー部分を有するものもある。

永久磁石（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）（ＰＭ）４０が、制動力を印加する磁界バイアスを与える。すなわち、ＰＭ４０がブレーキ装置３０を投下状態にする。ＰＭ４０は、コア４２によって支持される。この実施例では、ＰＥＭ４０は、コア４２の対応する部分に収容されるリングを含む。コア４２は、強磁性材料から成る。

第１のプレート４４が、コア４２の１つの側面の近くに配置される。第１のプレート４４は、強磁性材料から成り、一実施例では、コア４２と同じ材料から成る。第１のプレート４４は、第１のプレート４４とコア４２の間に第１の間隙４６が生じるようにコア４２から離間している。

第２のプレート４８が、コア４２の反対の側面の近くに配置される。第２のプレート４８は、強磁性材料から成り、一実施例では、コア４２および第１のプレート４４と同じ材料から成る。この実施例では、ブレーキパッド３６のうちの一方が第２のプレート４８に支持されると同時に、もう一方は、フレーム２２に対して静止したまま配置されている。例示された実施例では、もう一方のブレーキパッド３６は、取り付け部材３４に支持されている。

第２の間隙５０が、第２のプレート４８とコア４２の間にある。この実施例では、第２の間隙５０は、非磁性材料から成るスペーサ５２と空の空間とから成り、間隙５０に亘る非磁性空間の大きさが、第２のプレート４８とコア４２の間の何も占有されていない空気の空間より大きいものとなっている。

この実施例では、第２の間隙５０に亘る非磁性空間は、第１の間隙４６のものより大きい。しかしながら、第２の間隙５０内の何も占有されていない空気の空間（例えば、機械的距離）は、第１の間隙４６のものと同じかそれより小さい。非磁性スペーサ５２は、間隙５０内に物理的に占有された非磁性空間を形成し、これによって、第１、第２の間隙４６、５０の大きさの間のこのような関係が可能となる。

コイル５４もコア４２によって支持される。コイル５４およびコア４２は、電磁石として作用し、この電磁石は、ブレーキ装置３０がどの程度の大きさの制動力を印加するかを制御するように、各間隙４６、５０内に磁束密度を作用させる。この実施例では、コイル５４は、各間隙４６、５０内に磁束密度を選択的に作用させ、それ以外の磁束密度は、ＰＭ４０の磁界から生じるものである。この実施例では、電磁石（例えば、コイル５４、コア４２、第１のプレート４４、および第２のプレート４８）が励磁される量（例えば、コイル５４のワイヤに供給される電流量）が、電磁石がどの程度間隙４６、５０内に磁束密度を選択的に作用させるかを制御し、従って、ブレーキ装置３０が印加する制動力を制御する。

第１のプレート４４および第２のプレート４８は、互いに固定されたままである。ブレーキ装置３０は、コア４２と、プレート４４、４８との間の相対移動を考慮して設計される。この実施例では、コア４２は、取り付け部材３４と接続されているので、フレーム２２に対して固定されたままである。プレート４４、４８は共にコア４２に対して移動可能である。別の実施例では、取り付け部材３４およびブレーキパッド３６と共にコア４２は、プレートに対して移動可能であるが、これらのプレートはフレーム２２に対して固定された位置のままである。

例示された実施例では、ロッド５６が第１のプレート４４を第２のプレート４８に接続している。ロッド５６は、少なくとも部分的にコア４２内に収容されており、プレート４４、４８とコア４２との間の相対移動の際にコア４２に対して摺動する。これらのプレートおよびロッドは、ブレーキ装置３０のプランジャとみなすことができる。この実施例では、軸受５８が、コア４２に対するロッド５６の摺動を容易にする。別の実施例は、このような摺動を容易にするブシュを備える。

ＰＭ４０の磁界およびコア４２に対するプレート４４、４８の配置によって、ロータディスク３２の回転を阻止する制動力を印加するようにブレーキ装置３０の部材にバイアスが掛けられる。この実施例では、コイル５４が励磁されていないときに、ブレーキパッド３６をバイアスさせてロータディスク３２と係合させる。すなわち、コイル５４が励磁されていないとき、ブレーキ装置３０は、投下状態にある。

図４は、ブレーキ装置３０の選択された部分のそのような作動状態を概略的に示している。コイル５４は、励磁されていず（例えば、コイル５４のワイヤに電流が流れていず）、ＰＭ４０の磁界は、各間隙４６、５０に亘る各磁束密度を生じる。この実施例では、磁界分布線６０は、第２の間隙５０に亘る１つの磁界に対応する。磁界線６２は、第１の間隙４６に亘る別の磁束に対応する。この状態では、間隙の大きさの割合（例えば、第２の間隙５０に亘る非磁性空間が、第１の間隙４６に亘る非磁性空間より大きいこと）によって、第２の間隙５０内の磁束密度は、第１の間隙４６内の磁束密度より小さくなる。結果として生じる、第２のプレート４８をコア４２の方へ引き付ける力Ｆ２は、結果として生じる、第１のプレート４４をコア４２の方へ引き付ける力Ｆ１より小さくなる。Ｆ１がＦ２より大きくかつプレート４４、４８が互いに固定されたままなので、ＰＭ４０の磁界から生じる全体の力によって、第２のプレート４８および付随するブレーキパッド３６はコアから離れるように（例えば図の左側へと）移動し、ロータディスク３２と係合して、ディスク３２およびトラクションシーブ２６の回転を阻止する制動力を印加する。

ＮｄＦｅＢである４０ＭＧＯｅの磁石を含む一実施例では、第１の間隙４６の大きさが約０．３ｍｍのとき、第２の間隙の５０の全体の大きさは、約２．１ｍｍであり、残りの寸法は、これらに応じた大きさであり、結果として印加される制動力は、約５１００ニュートンである。このような力は、多くのエレベータ装置でロータディスク３２の回転を防止するのに十分である。

エレベータかごの移動が望まれるとき、コイル５４のワイヤに電流を供給することで電磁石が励磁される。印加された電流によって回路内に、ブレーキを持ち上げまたはその係合を解除するようにＰＭ４０の磁界を効果的にそらす電磁界が発生する。図５は、例示的なブレーキ装置３０のそのような一作動状態を概略的に示している。図５では、コイル５４は励磁されて、ＰＭ４０の磁界に加えて、コア４２内に、および間隙４６、５０に亘って結果として生じる磁界を発生する。図５では、磁界線６０’で示される、間隙５０に亘る磁束密度は、磁界線６２’で示される、間隙４６に亘る磁束密度より大きい。従って、力Ｆ２は力Ｆ１より大きく、第２のプレート４８はコア４２の方へと押しやられる。これらの力の結果として、ディスク３２に印加されている制動力が、（プランジャが図の右の方へと移動するにつれて）解除される。

一実施例は、ＮｄＦｅＢである４０ＭＧＯｅの磁石を含み、第１の間隙４６は、０．３ｍｍであり、第２の間隙５０は、０．６ｍｍの何も占有されていない空気の空間と、１．５ｍｍのスペーサ５２とを含み、残りの寸法は、これらに応じた大きさである。約２．３アンペアの印加された電流によって、Ｆ１、Ｆ２間に１７６Ｎの差が生じ、大きい方の力は、（図によれば）Ｆ２の方向である。このような電流レベルは、このような実施例において制動力を解除するのに十分である。

一実施例では、持ち上げ位置にブレーキを保持するのに使用される電流を低減することで、エネルギーの節約や発熱の低減が可能である。例えば、第１の電流レベル（例えば２．３アンペア）がコイル５４のワイヤに印加されて、ディスク３２に印加された制動力が解除され、次いで、エレベータかごの移動の際に、より小さな電流が電磁石に印加されて、ブレーキが持ち上げ状態で維持される。

例示された実施例の特徴の一つは、第１の間隙４６、第２の間隙５０の配置と、コイル５４への電流の選択的な制御とによって、プランジャ（例えば、第２のプレート４８、および付随するブレーキパッド３６）の移動速度を制御して、プランジャの望ましくない加速を防止することや、防止されなければ第２のプレート４８とスペーサ５２の衝突、あるいは付随するブレーキパッド３６とロータディスク３２の衝突で生じるであろう騒音を防止することができる。すなわち、例示された実施例の構成によって、投下位置と持ち上げ位置との間でプランジャが移動する速度を選択的に制御して、ブレーキ装置３０の作動に付随する望ましくない騒音を低減または解消することができる。

例示された実施例の別の特徴は、コイル５４が励磁されていないときに、ＰＭ４０の作動によって通常の制動力が与えられることである。また、第２のプレート４８および付随するブレーキパッド３６をディスク３２の方へ押しやるように力Ｆ１を増大させるよう電磁石を励磁することでより大きな制動力を印加することも可能である。一実施例では、図４に概略的に示された状態で使用される反対方向にコイル５４内のコイルに電流を印加することによって、第１の間隙４６に亘る磁束密度レベルが高くなる。これによって印加される制動力がよりいっそう大きくなる。この特徴によって、例示的なブレーキ装置３０は、（ＰＭ４０により与えられる制動力を用いる）通常の作動条件におけるエレベータの通常サービス用ブレーキとして、また、（ＰＭ４０およびコイル５４の磁界間の協同作用で生じる増大した制動力を用いる）緊急停止条件における緊急停止装置として使用できる。

一実施例では、与えられた電流の関数としてのブレーキトルクの理論特性は、直線に近い。所望の方向への電流が増加すると、対応する変化が制動力に生じる。第１の間隙４６内の磁束密度を増加させる方向に電流を直線的に増加させると、一実施例の制動力が対応して直線的に増大する。

例示的なブレーキ装置３０の特徴の一つは、ＰＭ４０の磁界から生じる制動力を解除することができ、また、ＰＭ４０の磁界から生じる制動力を超えて制動力を増大させることができることである。一実施例では、これらの両方が可能であり、また、これら両方が、他のブレーキ構成より全体の大きさが小さい構造で実現される。すなわち、例示された実施例では、ブレーキ装置の大きさの増大を必要とせずに、制動力の解除や制動力の増大が可能となる。これは、例示した種類の構成や、電磁石が第１、第２の間隙４６、５０それぞれに亘って磁束密度を作用させる仕方によって可能となる。

上述した説明は、本質的に限定ではなく例示的なものである。当業者には、開示された実施例に対する変更や修正が明らかに可能であるし、これらは必ずしも本発明の趣旨から逸脱しない。本発明に与えられる法律上の保護範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定可能である。

Claims (18)

1. 永久磁石と、
   永久磁石を支持するコアと、
   コアの１つの側面の近くに配置された第１のプレートであって、第１の間隙が第１のプレートとコアの間にある、第１のプレートと、
   前記１つの側面の反対側のコアのもう１つの側面の近くに配置された第２のプレートであって、第２の間隙が第２のプレートとコアの間にあり、第１および第２のプレートは、互いに固定されたままであり、コアと第１および第２のプレートとの間で相対移動が可能となるように第１および第２のプレートが配置されている、第２のプレートと、
   ブレーキ装置の制動力を制御するように、第１および第２の間隙に亘ってそれぞれ所定量の磁束密度を選択的に作用させる電磁石と、
   固定ブレーキパッドと、
   第１および第２の間隙それぞれに亘る磁束密度に対応して固定ブレーキパッドの方へと押しやられる可動ブレーキパッドと、
   固定ブレーキパッドと可動ブレーキパッドの間に配置されたブレーキロータディスクと、
   を備えるエレベータブレーキ装置であって、
   可動ブレーキパッドは、第２のプレートに支持されており、
   固定ブレーキパッドは、コアに対して静止したまま配置されていることを特徴とするエレベータブレーキ装置。
2. 第１の間隙は、第１のプレートとコアの間に第１の非磁性空間を含み、
   第２の間隙は、第２のプレートとコアの間に第２の非磁性空間を含み、
   第２の非磁性空間は、第１の非磁性空間より大きいことを特徴とする請求項１記載のエレベータブレーキ装置。
3. 永久磁石は、第１の間隙より第２の間隙に接近していることを特徴とする請求項２記載のエレベータブレーキ装置。
4. エレベータブレーキ装置は、第２の間隙内の何も占有されていない物理空間が第２の非磁性空間より小さくなるように第２の間隙内に非磁性スペーサを備えることを特徴とする請求項２記載のエレベータブレーキ装置。
5. 永久磁石は、第１および第２の間隙内に磁束密度を生じさせる、付随する磁界を有しており、電磁石が励磁されていないとき、第２のプレートをコアの方へ押しやる第２の力より大きい第１の力によって第１のプレートがコアの方へと押しやられるように、第１の間隙内の磁束密度は、第２の間隙内の磁束密度より大きいことを特徴とする請求項２記載のエレベータブレーキ装置。
6. 永久磁石によって、第１および第２のプレートおよびコアは、電磁石が励磁されていないときに制動力を印加するのに対応する位置に置かれることを特徴とする請求項５記載のエレベータブレーキ装置。
7. 制動力は、第１および第２の力の差に相当することを特徴とする請求項６記載のエレベータブレーキ装置。
8. 第１および第２のプレートおよびコアが互いに配置されてブレーキ装置が解除位置になるように、電磁石の第１の励磁状態に対応して第１の間隙内の磁束密度が減少し、第２の間隙内の磁束密度が増加することを特徴とする請求項５記載のエレベータブレーキ装置。
9. 第２の力が第１の力を上回ってブレーキ装置を解除位置に移動させるまで、第１の励磁状態によって、第２の間隙内の磁束密度が増加し、第１の間隙内の磁束密度が減少することを特徴とする請求項８記載のエレベータブレーキ装置。
10. 電磁石の第２の励磁状態は、ブレーキの解除位置を維持するように作用し、また、第２の励磁状態は、第１の励磁状態に付随する電流に比較して小さい、電磁石のコイル内の電流から成ることを特徴とする請求項９記載のエレベータブレーキ装置。
11. 第１の力より大きな増大された力によって第１のプレートがコアの方へと押しやられるように、第１の間隙内の磁束密度は、制動力を増大させる励磁状態にある電磁石に対応する、より高いレベルに増加することを特徴とする請求項５記載のエレベータブレーキ装置。
12. エレベータブレーキ装置は、第１のプレートを第２のプレートに接続する非磁性ロッドを備えており、このロッドとこれらのプレートは、コアに対して一緒に移動可能であることを特徴とする請求項１記載のエレベータブレーキ装置。
13. ロッドは、少なくとも部分的にコア内に収容されることを特徴とする請求項１２記載のエレベータブレーキ装置。
14. エレベータブレーキ装置は、コアに対するロッドの所望の移動を容易にするように、ロッドに隣接してブシュまたは軸受のうちの少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１３記載のエレベータブレーキ装置。
15. エレベータブレーキ装置は、
    第２の永久磁石と、
    第２のコアと、
    さらなる第１のプレートと、
    さらなる第２のプレートと、
    第２の電磁石と、
    を備えることを特徴とする請求項１記載のエレベータブレーキ装置。
16. コアに支持された永久磁石および電磁石と、コアの１つの側面の近くに配置された第１のプレートと、前記１つの側面の反対側のコアのもう１つの側面の近くに配置された第２のプレートとを有し、コアと第１および第２のプレートそれぞれとの間に間隙がある、エレベータブレーキの制御方法であって、
    制動力を印加するようにコアと第１および第２のプレートとの間の各間隙内にそれぞれ第１の磁束密度を生じさせ、
    制動力を解除するように前記各間隙内にそれぞれ第２の磁束密度を生じさせる、
    ことを含み、
    エレベータブレーキは、
    固定ブレーキパッドと、
    前記間隙それぞれに亘る磁束密度に対応して固定ブレーキパッドの方へと押しやられる可動ブレーキパッドと、
    固定ブレーキパッドと可動ブレーキパッドの間に配置されたブレーキロータディスクと、
    をさらに有しており、
    可動ブレーキパッドは、第２のプレートに支持されており、
    固定ブレーキパッドは、コアに対して静止したまま配置されていることを特徴とする、エレベータブレーキを制御する方法。
17. それぞれの第１の磁束密度は、永久磁石の磁界に対応し、
    それぞれの第２の磁束密度は、電磁石の磁界および永久磁石の磁界に対応する、
    ことを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 永久磁石および電磁石の組み合わされた磁界に対応する増大した制動力を印加するように前記各間隙内にそれぞれ第３の磁束密度を生じさせることを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。

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