JP6704533B1 - 電磁ブレーキ装置および巻上機 - Google Patents

Abstract

この発明は、制動指令から制動開始までの時間を短縮できる電磁ブレーキ装置および巻上機を得る。この発明による電磁ブレーキ装置は、可動子と、ヨークと、上記可動子と上記ヨークとの間に設置され、上記可動子を上記ヨークから離す方向に押す制動バネと、上記ヨークに配置されて、上記制動バネのばね力に抗して上記可動子を磁気吸引する複数のコイルと、制動解除時には、上記複数のコイルのそれぞれに同じ向きの電流を通電し、制動開始時には、上記複数のコイルのなかの一部のコイルに、制動解除時に通電されていた電流と逆向きの電流を通電し、残るコイルへの通電を停止する制御部と、を備える。

Description

この発明は、電磁ブレーキ装置および当該電磁ブレーキ装置を備えた巻上機に関するものである。

従来の電磁ブレーキ装置は、ロータと一体に回転するブレーキディスクと、このブレーキディスクの軸方向の一側に設けられた固定プレートと、軸方向にブレーキディスクを挟んで固定プレートと相対して、かつ軸方向に移動可能に設けられた磁性板と、磁性板をブレーキディスク側に押し付けるバネ部材と、磁性板をバネ部材の押付力に抗して電磁吸引するコイルと、コイルを固定するヨークと、を備え、コイルは、径の異なる環状の２つのコイルを互いに離して同心状に配置した内外２重コイルとしていた（例えば、特許文献１参照）。

実開平６−７４０６６号公報

従来の電磁ブレーキ装置では、制動指令を受けて２重コイルへの通電を停止したときに、磁性板を電磁吸引するように作用する残留磁束が生じる。これにより、制動指令から制動開始までの時間が長くなるという課題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、制動指令から制動開始までの時間を短縮できる電磁ブレーキ装置および巻上機を得ることを目的とする。

この発明による電磁ブレーキ装置は、可動子と、ヨークと、上記可動子と上記ヨークとの間に設置され、上記可動子を上記ヨークから離す方向に押す制動バネと、上記ヨークに配置されて、上記制動バネのばね力に抗して上記可動子を磁気吸引する複数のコイルと、制動解除時には、上記複数のコイルのそれぞれに同じ向きの電流を通電し、制動開始時には、上記複数のコイルのなかの一部のコイルに、制動解除時に通電されていた電流と逆向きの電流を通電し、残るコイルへの通電を停止する制御部と、を備える。

この発明によれば、可動子を磁気吸引するように作用する残留磁束が消失するので、制動指令から制動開始までの時間を短縮できる電磁ブレーキ装置および巻上機を実現できる。

この発明の実施の形態１に係るエレベータ装置の全体構成を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る巻上機の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置における回路図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置における制動解除状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置におけるコイルへの通電停止直後の状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置における制動開始時の状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁ブレーキ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁ブレーキ装置を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエレベータ装置の全体構成を説明する模式図、図２は、この発明の実施の形態１に係る巻上機の要部を示す断面図、図３は、この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置における回路図である。

図１および図２において、エレベータ装置１００は、昇降路１の上部の機械室２内に設置された巻上機３と、巻上機３の綱車４に巻き掛けられて昇降路１内に垂下されたワイヤーロープ５と、ワイヤーロープ５の両端に連結されたかご６およびつり合いおもり７と、を備える。そして、巻上機３が駆動されて、かご６がかご用ガイドレール８に案内されて昇降路１内を昇降する。つり合いおもり７は、かご６の昇降に連動して、図示されていないおもり用ガイドレールに案内されて昇降する。巻上機３の駆動を制御するエレベータ制御装置９が、機械室２内に設置されている。

巻上機３は、綱車４と、モータ部の駆動力を綱車４に伝達する出力軸３ａと、出力軸３ａの回転に連動して回転するブレーキディスク１２と、ブレーキディスク１２に制動力を作用させる電磁ブレーキ装置２０と、を備える。出力軸３ａは、鋼材１０の上面に取り付けられた支持台１１に両端部を回転可能に支持されている。綱車４は、出力軸３ａに固定されている。ブレーキディスク１２は、綱車４の側面にボルトなどにより固定されて、綱車４と一体に回転可能となっている。ブレーキディスク１２の綱車４と反対側の面が制動面１２ａとなる。電磁ブレーキ装置２０は、支持台１１に支持されて、ブレーキディスク１２の綱車４と反対側に、出力軸３ａを挟んで設置されている。

電磁ブレーキ装置２０は、磁性材料で作製された可動子２１と、可動子２１の一方の面に固定されたブレーキパッド２２と、可動子２１の他方の面側に設置された磁性材料で作製されたヨーク２３と、ヨーク２３に装着され、励磁して磁気吸引力を発生させるコイル２４と、制動力を発生する制動バネ２５と、を備える。可動子２１は、ヨーク２３に装着され、ヨーク２３に近づく方向とヨーク２３から離れる方向とに往復移動可能となっている。そして、制動バネ２５が、可動子２１とヨーク２３との間に設置され、可動子２１をヨーク２３から離れる方向に押し付けている。なお、可動子２１、ヨーク２３、コイル２４および制動バネ２５が電磁石を構成する。

このように構成された電磁ブレーキ装置２０は、ボルトなどにより支持台１１に固定され、ブレーキパッド２２をブレーキディスク１２に向けて設置される。これにより、ブレーキパッド２２が、可動子２１の往復移動に連動して、制動面１２ａに接触、又は制動面１２ａから離れるようになっている。そして、コイル２４への通電が停止している時に、可動子２１が制動バネ２５のばね力によりブレーキディスク１２の方向に移動する。これにより、ブレーキパッド２２が制動面１２ａに押し当てられ、出力軸３ａに制動がかかる。その結果、巻上機３の駆動が制動される。電磁ブレーキ装置２０による制動を解除するには、コイル２４に通電し、磁界を発生させる。この磁界がヨーク２３に作用し、ヨーク２３が磁力を帯びる。これにより、可動子２１が制動バネ２５のばね力に抗してヨーク２３に引き寄せられ、ヨーク２３に接触する。これにより、ブレーキパッド２２がブレーキディスク１２の制動面１２ａから離れ、制動が解除される。

ここで、電磁ブレーキ装置２０の具体的な構造について図２に基づいて説明する。

ヨーク２３は、例えば、磁性材で直方体に作製されており、可動子２１側の面の中央部に環状の溝２６が形成されている。そこで、ヨーク２３は、溝２６の内側の円柱形状の内極部２３ａと、溝２６の外側の環状の外極部２３ｂと、内極部２３ａと外極部２３ｂとを、可動子２１と反対側で連結する底部２３ｃと、を備える。コイル２４は、同一の円筒形状に形成された第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとを備える。第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとは、溝２６内に、可動子２１の往復移動方向に２層に重なって同軸に収納されている。制動バネ２５は、例えば、ヨーク２３の可動子２１側の面の四隅に設けられた溝２７内に収納されて、ヨーク２３から離す方向に可動子２１を押している。

電磁ブレーキ装置２０は、図３に示されるように、第１コイル２４ａに電流を供給するための第１交流電源３１ａと、第２コイル２４ｂに電流を供給するための第２交流電源３１ｂと、を備える。電磁ブレーキ装置２０は、さらに、第１コイル２４ａと第１交流電源３１ａとの間の給電経路に設けられた第１スイッチ３２ａと、第２コイル２４ｂと第２交流電源３１ｂとの間の給電経路に設けられた第２スイッチ３２ｂと、第１スイッチ３２ａと第２スイッチ３２ｂとの動作を制御する制御部３０と、を備える。第１スイッチ３２ａは、第１交流電源３１ａから第１コイル２４ａに通電される電流の位相の切り替えと電流の遮断とを行う。第２スイッチ３２ｂは、第２交流電源３１ｂから第２コイル２４ｂに通電される電流の位相の切り替えと電流の遮断とを行う。制御部３０は、エレベータ制御装置９からの制動指令、又は制動解除指令に基づいて、第１スイッチ３２ａと第２スイッチ３２ｂとの切り替え動作を制御する。

つぎに、電磁ブレーキ装置２０の動作について図２から図６を参照しつつ説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置における制動解除状態を示す断面図、図５は、この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置におけるコイルへの通電停止直後の状態を示す断面図、図６は、この発明の実施の形態１に係る電磁ブレーキ装置における制動開始時の状態を示す断面図である。なお、図４から図６では、磁束の流れが見やすいようにハッチングを省略している。

まず、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに通電されていない状態では、制動バネ２５の押付力が可動子２１に作用する。これにより、図２に示されるように、ブレーキパッド２２がブレーキディスク１２の制動面１２ａに押し付けられる。その結果、巻上機３の出力軸３ａの回転が制動され、かご６の着床状態が維持される。

ついで、かご呼びが発生すると、エレベータ制御装置９から制動解除指令が制御部３０に送られる。そこで、制御部３０は、第１スイッチ３２ａと第２スイッチ３２ｂとのスイッチング動作を制御する。これにより、第１交流電源３１ａと第２交流電源３１ｂとから、同位相の交流電流が第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに通電される。

これにより、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとには、同じ向きの電流が流れ、図４中、内極部２３ａを右側に流れる磁束３５ａ，３５ｂが発生する。その結果、磁束３５ａ，３５ｂは、内極部２３ａから可動子２１に流れ、可動子２１から外極部２３ｂおよび底部２３ｃを経て、内極部２３ａに戻る磁路を流れる。これにより、図４に示されるように、可動子２１が制動バネ２５の押付力に抗してヨーク２３に磁気吸引され、ブレーキパッド２２がブレーキディスク１２の制動面１２ａから離れる。その結果、出力軸３ａの制動が解除される。そこで、巻上機３の出力軸３ａが回転駆動され、綱車４が出力軸３ａと同期して回転駆動され、かご６が昇降する。

ついで、かご６が着床すると、エレベータ制御装置９から制動指令が制御部３０に送られる。ここで、制御部３０が、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂへの通電を停止するように第１スイッチ３２ａと第２スイッチ３２ｂとを動作させた場合について説明する。この場合、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに同位相の電流が通電されていた状態から、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとへの通電を停止した状態に移行する。このとき、磁束は完全になくならず、一部の磁束が残留する。この残留磁束３６は、図５に示されるように、内極部２３ａから可動子２１に流れ、可動子２１から外極部２３ｂおよび底部２３ｃを経て、内極部２３ａに戻る磁路を流れる。この残留磁束３６がこの磁路を流れることにより、可動子２１を電磁吸引する力が発生し、制動動作を遅らせるように作用する。

実施の形態１では、制御部３０は、制動指令を受けると、第１コイル２４ａへの通電を停止するように、第１スイッチ３２ａを動作させる。また、制御部３０は、制動解除指令時に通電されていた電流とは逆位相の電流が第２コイル２４ｂに通電されるように、第２スイッチ３２ｂを動作させる。これにより、第２コイル２４ｂには、制動解除指令時に通電されていた電流とは逆向きの電流が流れ、図６に示されるように、内極部２３ａを左側に流れる磁束３７ｂが発生する。その結果、磁束３７ｂは、内極部２３ａから底部２３ｃに流れ、底部２３ｃから外極部２３ｂおよび可動子２１を経て、内極部２３ａに戻る磁路を流れる。この磁束３７ｂは、残留磁束３６と逆向きに流れるので、残留磁束３６が磁束３７ｂにより相殺される。これにより、制動動作を遅らせるように作用する残留磁束３６が消失し、制動指令から制動開始までの時間が短縮される。

また、制動解除時には、内極部２３ａを形成する溝２６内に溝深さ方向に重なって配置された第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに同位相の電流が通電されている。そこで、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとにより発生された磁束は、相殺されない。これにより、十分な制動の解除力を確保することができるので、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとを大型化する必要がない。

第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとが、それぞれ、第１スイッチ３２ａと第２スイッチ３２ｂとを介して、専用の第１交流電源３１ａと第２交流電源３１ｂとに接続されている。そして、制御部３０は、制動開始時に、第１スイッチ３２ａと第２スイッチ３２ｂとを切り替えて、第１コイル２４ａへの通電を停止し、第２コイル２４ｂに制動解除時に通電していた電流とは逆位相の電流を通電している。そこで、制御部３０は、残留磁束を消失できるように第２交流電源３１ｂの電流を調整するような煩雑な制御が不要となる。

なお、磁束３７ｂによる電磁吸引力は、制動解除時の磁束３５ａ，３５ｂによる電磁吸引力の半分であり、制動バネ２５のバネ力に比べて小さいので、電磁ブレーキ装置２０の制動力には影響を及ぼさない。そこで、第２コイル２４ｂへの逆位相の電流の通電は、制動時に通電し続けてもよいが、残留磁束３６が消失したときに通電を停止するようにすることが好ましい。つまり、第２コイル２４ｂへの逆位相の電流の通電は、制動開始時に制限することが好ましい。

また、実施の形態１では、第２コイル２４ｂのみに通電しているが、第１コイル２４ａのみに通電してもよい。
また、実施の形態１では、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに給電する電源を交流電源としているが、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに給電する電源を直流電源としてもよい。この場合、制動解除時には、第１コイル２４ａと第２コイル２４ｂとに同じ向きの電流を通電すればよい。そして、制動開始時には、第１コイル２４ａへの通電を停止し、制動解除時に通電していた電流と逆向きの電流を第２コイル２４ｂに通電すればよい。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る電磁ブレーキ装置を示す断面図である。

図７において、可動子２１Ａとヨーク２３Ａは、電磁鋼板からなる磁性薄板４０ａを可動子２１Ａの移動方向に積層して構成されている。

実施の形態２では、磁性材料の塊状体で構成されている可動子２１およびヨーク２３に替えて、磁性薄板４０ａの積層体で構成されている可動子２１Ａおよびヨーク２３Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。したがって、実施の形態２において、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態２では、可動子２１Ａおよびヨーク２３Ａが磁性薄板４０ａの積層体で構成されている。そこで、可動子２１Ａおよびヨーク２３Ａにおける渦電流の発生が抑制されるので、渦電流により発生する磁束が少なくなり、制動指令から制動開始までの時間がより短縮される。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る電磁ブレーキ装置を示す断面図である。

図８において、可動子２１Ｂとヨーク２３Ｂは、電磁鋼板からなる磁性薄板４０ｂを可動子２１Ｂの移動方向と直交する方向に積層して構成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態２と同様に構成されている。

実施の形態３では、可動子２１Ｂおよびヨーク２３Ｂの磁性薄板４０ｂの積層方向が、可動子２１Ａおよびヨーク２３Ａの磁性薄板４０ａの積層方向と異なる点を除いて、上記実施の形態２と同様に構成されている。したがって、実施の形態３において、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

ここで、上記実施の形態２，３では、可動子とヨークとが磁性薄板を同じ方向に積層させた積層体で構成されているが、可動子の磁性薄板の積層方向とヨークの磁性薄板の積層方向とが異なる積層体で構成されてもよい。また、可動子とヨークとの一方が、塊状体で構成され、他方が積層体で構成されてもよい。

なお、上記各実施の形態では、２つのコイルが、ヨークの可動子側の面に、可動子の移動方向に重なって配置されているが、可動子の移動方向に重なって配置されるコイルの個数は３つ以上でもよい。この場合、制動解除時には、コイルのそれぞれに専用の電源から同じ向きの電流を通電し、制動開始時には、例えば１つのコイルに逆向きの電流を通電し、他のコイルへの通電を停止すればよい。

また、上記各実施の形態では、第１コイルと第２コイルとが、同形状の環状に構成されて、ヨークの可動子側の面に、可動子の移動方向に重なって同軸に配置されているが、第１コイルと第２コイルとが、径の異なる環状に構成されて、ヨークの可動子側の面に互いに接近して同心状に配置されてもよい。

また、上記各実施の形態では、電磁ブレーキ装置がディスクブレーキ式の巻上機に適用されるものとして説明しているが、電磁ブレーキ装置は、ドラムブレーキ式の巻上機に適用されてもよい。
また、上記各実施の形態では、電磁ブレーキ装置がエレベータ装置の巻上機に適用されるものとして説明しているが、電磁ブレーキ装置は、他の用途のモータの制動に適用されてもよい。

３ 巻上機、２０ 電磁ブレーキ装置、２１、２１Ａ，２１Ｂ 可動子、２３、２３Ａ，２３Ｂ ヨーク、２４ コイル、２４ａ 第１コイル、２４ｂ 第２コイル、２５ 制動バネ、３０ 制御部、４０ａ，４０ｂ 磁性薄板。

Claims (5)

1. 可動子と、
   ヨークと、
   上記可動子と上記ヨークとの間に設置され、上記可動子を上記ヨークから離す方向に押す制動バネと、
   上記ヨークに配置されて、上記制動バネのばね力に抗して上記可動子を磁気吸引する、同軸に設けられた複数のコイルと、
   制動解除時には、上記複数のコイルのそれぞれに同じ向きの電流を通電し、制動開始時には、上記複数のコイルのなかの一部のコイルに、制動解除時に通電されていた電流と逆向きの電流を通電し、残るコイルへの通電を停止する制御部と、を備える電磁ブレーキ装置。
2. 上記複数のコイルのそれぞれに専用の電源をさらに備える請求項１記載の電磁ブレーキ装置。
3. 上記ヨークは、磁性薄板の積層体で構成されている請求項１又は請求項２記載の電磁ブレーキ装置。
4. 上記可動子は、磁性薄板の積層体で構成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電磁ブレーキ装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電磁ブレーキ装置を備えた巻上機。

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