CN109969970A - 电梯、制动装置及制动异常检测方法 - Google Patents

电梯、制动装置及制动异常检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电梯，即使在制动电压指令值为恒定状态(额定最大值)的情况下，仍能检测制动相关的异常。本发明的一实施方式包括：通过解除对制动线圈的通电来将可动铁片按压至制动盘以进行制动的制动体；检测流过制动线圈的电流以作为制动电流的电流传感器；对流过制动线圈的电流进行控制的制动驱动电路部；以及在通过吸引而使得摩擦片远离制动盘的制动面的动作完成的吸引期间，对电流传感器所检测出的制动线圈的制动电流的上升波形进行监视，从而判断有无制动异常的异常判断部。

Description

电梯、制动装置及制动异常检测方法
技术领域
本发明涉及电梯、制动装置及制动异常检测方法，尤其涉及检测电梯异常制动的技术。
背景技术
以往，专利文献1中记载了一种用于检测电梯异常制动的技术。专利文献1中公开了一种电梯装置，基于制动线圈的电流值以及制动线圈的电阻值来算出电压指令计算值，将该电压指令计算值与从制动控制器输出的实际电压指令值进行比较，来检测出制动线圈及电流传感器的异常。专利文献1中记载的电梯装置中，根据制动线圈的电流值来控制电压指令值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008－150200号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，如制动吸引时、即进行使得电枢远离制动盘(使得制动器成为开放状态)的动作时那样，制动线圈的制动电流(反馈电流)达到目标值之前的情况下，制动电压的变化量始终为0。在制动吸引时，使电压指令值为额定最大值(恒定状态)并使得制动电流值上升，因此在制动吸引时制动电压指令值的变化为0，无法根据电流检测值来决定电压指令值。从而，以往无法根据制动吸引时的制动电流的检测值来检测制动异常。
专利文献1所记载的方法中，在将制动电压的指令值控制为任意值时(相当于后述图3的保持期间)检测异常，在制动电压指令值始终为恒定状态的情况下(相当于后述图3的吸引期间)，即使测定制动电流也无法检测异常。
根据上述情况，期望在制动电压指令值为恒定状态(额定最大值)的情况下，仍能检测制动相关的异常的方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的一实施方式的电梯包括：将用于使轿厢升降的钢丝绳进行曳引的曳引机的电动机；制动器，该制动器包含与该电动机的转轴相连结的制动盘以及根据对制动线圈的通电而被吸引使得摩擦片远离制动盘的制动面的可动铁片，通过解除对制动线圈的通电从而将可动铁片按压至制动盘，以进行制动；检测流过制动线圈的电流以作为制动电流的电流传感器；对流过所述制动线圈的电流进行控制的制动驱动电路部；对该制动驱动电路部进行控制的制动控制部；以及异常判断部，该异常判断部在执行通过吸引而使得摩擦片远离制动盘的制动面的动作的吸引期间，对电流传感器所检测出的制动电流的上升波形进行监视，从而判断有无制动异常。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，由于对制动电流的上升波形进行监视，因此即使在制动电压指令值为恒定状态(额定最大值)的情况下，也能检测出制动相关的异常。进而，通过在吸引期间对制动电流的上升波形进行监视，判断是否有制动异常，从而能在制动线圈有电流流过的初期阶段检测出异常。由此，能缩短异常电流流过制动线圈的期间。因此，能缩短制动异常持续的状态。上述以外的技术问题、结构以及效果通过以下实施方式的说明来进一步阐述。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的电梯的结构例的框图。
图2是表示本发明的一实施方式所涉及的制动器的概要结构例的剖视图。
图3是表示本发明的一实施方式所涉及的制动电压波形与制动电流波形的示例的说明图。
图4是表示本发明的一实施方式所涉及的制动装置的制动控制开始到异常检测为止的流程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对用于实施本发明的方式(以下记作“实施方式”)的示例进行说明。在本说明书及附图中，对具有实质上相同的功能或结构的构成要素标注相同的标号，并省略重复说明。
[电梯及制动装置的结构]
参照图1及图2对本发明的一实施方式所涉及的电梯及制动装置的结构进行说明。图1是表示一实施方式所涉及的电梯的结构例的框图。图2是一实施方式所涉及的制动器的概要结构例的剖视图。
图1所示的电梯20包括：对一端安装于轿厢的钢丝绳进行曳引的曳引机的电动机M，其中，该轿厢在建筑物的电梯井内移动；对电动机M的旋转的制动及制动解除进行控制的制动装置10；以及对整个电梯20进行控制的电梯控制装置11。在钢丝绳的另一端安装有对重装置，钢丝绳在与曳引机的动作联动旋转的滑轮处吊下。电梯控制装置11通过通信网络与监视中心12相连，该监视中心12对电梯20的状态进行远程监视。
(制动器的结构)
如图2所示，设置于电梯20的电动机M的制动器30具备制动盘31(旋转体的一示例)，该制动盘31通过轮毂与电动机M的转轴部38相连结。另外，制动器30具备：产生吸引力的制动线圈5；以及包含电枢32的可动体33，该电枢32被通过使电流流过该制动线圈5而产生的吸引力(箭头方向)吸引。电枢为与制动线圈5一并构成磁回路的可动铁片。可动体33上设有与制动盘31的制动面31a相对的第1摩擦片34。第1摩擦片34由于电枢32的吸引而朝向远离制动盘31的制动面31a的方向移动。第1摩擦片34也被称为制动靴等，通过将该摩擦片34按压至制动盘31的制动面31a来获得按压摩擦力。
进而，制动器30具备可动体35，该可动体35通过使包含电枢32的可动体33被吸引至制动线圈5，从而朝向可动体33的移动方向的反方向(箭头方向)移动。制动线圈5设置于可动体35。另外，可动体35还设有制动部件36，该制动部件36对包含电枢32的可动体33提供回复力(朝向制动盘31的作用力)。制动部件36使用弹簧等弹性部件。此外，可动体35设有与制动盘31的制动面31b相对的第2摩擦片37，该制动面31b位于制动盘31的与第1摩擦片34相对的制动面31a的相反侧。以下，有时分别将第1摩擦片34与第2摩擦片37记作摩擦片34、摩擦片37。
图2所示的制动器30在向制动线圈5通电前(解除通电时)或刚开始通电后，摩擦片34、37与制动盘31的制动面31a、31b接触，从而处于对制动盘31的旋转进行制动的状态。然后，通过对制动线圈5流过电流，从而克服制动部件36的作用力，使得包含电枢32的可动体33的第1摩擦片34远离制动盘31的制动面31a，进而包含制动线圈5的可动体35的第2摩擦片37也联动地远离制动盘31的制动面31b。由此，对制动盘31的旋转即对电动机M的旋转的制动解除，电梯能运行。在电梯运行时，摩擦片34、37相对于该制动盘31维持分开状态。
此外，制动器的结构并不限于图2所示的示例，当然可以使用其它结构。例如，也可以构成为不设置在制动吸引时按压制动盘31的制动面31b的第2摩擦片37。
此外，作为制动装置20的控制对象即制动器的结构，对盘式制动结构进行了说明，但并不局限于该示例，当然也可以使用圆筒式制动结构或其它制动结构来作为控制对象。
[制动装置的结构]
图1所示的电梯20的制动装置10包括：制动控制部1、制动驱动电路部2、开关元件3、电源4、制动器30的制动线圈5、电流传感器6以及异常判断部7。制动控制部1根据来自对整个电梯20进行总控制的电梯控制装置11的指令，对制动驱动电路部2输出制动线圈5的电流指令。该电流指令是用于进行控制使得制动线圈5的制动电流成为目标值的指令。
制动驱动电路部2基于来自制动控制部1的电流指令，对开关元件3输出电压指令值V0(制动电压指令值)，对流过制动线圈5的电流进行控制。由此，与制动电压V1对应的制动电流(反馈电流)流过制动线圈5。电压指令值V0是开关元件3的栅极驱动控制信号，例如是使用脉冲的导通时间宽度以恒定频率变化的载波的脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation：PWM)信号。另外，制动驱动电路部2也读取电流传感器6所检测出的制动线圈5的电流反馈值(电流检测值X)。制动驱动电路部2将上述电流指令(指令电流值)及电流反馈值进行比较，对电压指令值V0进行修正并输出。
开关元件3基于电压指令值V0将电源4提供来的电压转换成制动电压V1并施加至制动线圈5。因此，制动电流流过制动线圈5，从而电枢32被吸引至制动线圈5一侧。开关元件3能够适用例如由电压驱动型半导体元件构成的开关元件。电压驱动型半导体元件可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金氧半场效晶体管)等。
电流传感器6与制动线圈5相连，将制动线圈5的反馈电流作为制动电流I1来获取，并将该电流值作为电流反馈值来转换成电流检测值X。
异常判断部7在由于吸引动作而使得摩擦片34、37远离制动盘31的制动面31a、31b的动作完成的吸引期间，对电流传感器6所检测出的制动电流I1(电流检测值X)的上升波形进行监视，从而判断有无制动异常。例如预先基于吸引期间中的至少正常时的制动电流的上升时间常数来设定并存储用于判断的阈值。
该异常判断部7由阈值保存部7a及比较部7b来构成。阈值保存部7a保存有预先基于从开始吸引到经过一定时间后的制动电流的上升时间常数而设定的阈值的范围。比较部7b将开始吸引到经过一定时间后由电流传感器6所检测出的制动电流值与阈值的范围进行比较，在制动电流的电流值不在阈值范围内的情况下，判断为产生制动异常。此处，在判断为产生制动异常的情况下，考虑是开关元件3、制动线圈5以及电流传感器6中的某个发生了异常。
[制动电压波形与制动电流波形]
接下来，对制动线圈5中流过的电流的波形进行说明。图3示出了施加至制动线圈5的制动电压波形及此时的制动电流波形的示例。
如上所述，制动器30主要具有吸引期间及保持期间这两个期间。吸引期间用于通过电流流过制动线圈5，从而如图2所说明的那样，使得包含电枢32的可动体33与包含制动线圈5的可动体35拉离制动盘31的制动面。在吸引期间，施加于制动线圈5的制动电压V1被固定在额定最大值。
另外，保持期间中，维持可动体33、35离开制动盘31的状态(保持状态)。吸引期间中，为了使得制动线圈5与包含电枢32的可动体35克服制动部件36的作用力来动作，吸引期间内流过的电流需要比保持状态要大，但在保持期间内能维持保持状态即可，因此较小的电流即可。在保持期间结束后，若将制动电压V1截止，则制动电流I1衰减并变为0。
各期间内的制动电流波形42、43及制动电压波形41如图3所示。图3中，横轴表示时间[秒]，纵轴表示制动电压V1及制动电流I1(电流检测值X)。吸引期间的制动电流I1在吸引开始后，通过瞬态响应以吸引用的电流指令值作为目标值，电流上升。在电流达到目标的电流值之前，制动电压V1基于电压指令值V0而施加电源4的供给电压最大值。制动电流上升时间常数τ基于RL串联电路的电路方程式通过制动线圈5的规格即线圈电阻R及电感L而求为τ＝L/R。
本实施方式的特征在于，在吸引期间的较早阶段检测出制动电流的电流值变为异常这一情况。如上所述，吸引期间内制动电流的上升是以恒定的时间常数来上升。利用该制动线圈5的特性，假定在制动线圈5的制动电流I1的上升过程中，吸引期间内的一定时间Tx[秒]过后，电流值变为S[A]。将该计算值作为制动异常检测阈值S。另外，将电流传感器6的电流检测值作为X[A]。
此外，本实施方式中，从开始吸引到经过时间Tx后，阈值S的下限值Smin＞电流检测值X的状态、或阈值S的上限值Smax＜电流检测值X的状态持续一定时间的情况下，判断为制动异常。由图1所示的异常判断部7的比较部7b来执行该制动异常的判断。图3所示的制动电流波形42中，经过时间Tx后的电流检测值X在阈值范围内，因此判断为正常。另一方面，制动电流波形43中，经过时间Tx后的电流检测值X小于阈值下限值Smin，因此判断为异常。
[制动异常检测处理]
接着，示出制动装置10的制动异常检测处理的步骤。图4是表示制动装置10的制动控制开始到异常检测为止的流程的流程图。
首先，通过从制动控制部1向制动驱动电路部2发出电流指令，从而电梯20的制动控制开始(S1)。
接着，制动驱动电路部2对开关元件3输出电压指令值V0(S2)。由此，开关元件3基于电压指令值V0将电源4提供来的电压转换成制动电压V1并施加至制动线圈5。由此，与制动电压V1对应的制动电流(反馈电流)流过制动线圈5。
接着，电流传感器6以规定的采样周期获取制动线圈5的制动电流I1，检测出此时的电流检测值X，并输出至制动驱动电路部2及异常判断部7(S3)。
接着，异常判断部7的比较部7b在向制动线圈5开始施加电压(向制动线圈5吸引电枢32)后，经过规定时间Tx后(参照图3)，从阈值保存部7a读取阈值下限值Smin及阈值上限值Smax。然后，比较部7b判断电流传感器6的电流检测值X小于阈值下限值Smin的状态、或电流检测值X大于阈值上限值Smax的状态是否持续一定时间(S4)。此处，在电流检测值X处于阈值下限值Smin与阈值上限值Smax的范围内(Smin≦X≦Smax)或电流检测值X处于阈值下限值Smin与阈值上限值Smax的范围外的状态未持续一定时间的情况下，比较部7b判断为无制动异常，回到步骤S1的处理，并持续通常运行。
另一方面，在电流传感器6的电流检测值X处于阈值下限值Smin与阈值上限值Smax的范围外的状态持续了一定时间的情况下，比较部7b判断为制动异常(S5)。
接着，在比较部7b判断为制动异常的情况下，从异常判断部7向制动控制部1输出表示电梯20异常的信号(异常信号)。之后，从制动控制部1经由电梯控制装置11向监视中心12发送异常信号，使得监视员识别出制动异常的发生(S6)。此外，还进行如下等处理：电梯控制装置11自动使电梯20停止，或通过监视员的指示从监视中心12接收电梯停止指令从而由电梯控制装置11使电梯20停止。由此，确保电梯20的安全性。在步骤S6的处理结束后，制动异常检测处理结束。
在上述一实施方式中，根据吸引期间的制动电流以恒定时间常数来上升的特性计算出阈值，并将所算出的阈值预先保存到阈值保存部7a，读取来自电流传感器6的制动电流I1(电流检测值X)，由比较部7b来将其与阈值进行比较。
由此，通过对制动吸引时的制动电流波形进行监视，判断是否为正常的上升波形，从而能在制动线圈5有电流流过的初期阶段检测出异常。此外，通过在该阶段进行恰当的处理、例如解除对制动线圈5的通电等，从而能缩短异常电流流过制动线圈5的期间。因此，能缩短制动异常持续的状态。
另外，在判断为制动异常的情况下，从异常判断部7经由制动控制部1向对电梯20进行总控制的电梯控制装置11发送电梯20的异常信号，并使得对电梯20的运行进行控制的一侧识别出异常。从而能执行停止电梯20等处理，确保电梯20的安全性。
此外，在上述实施方式中，在检测电流值X不在阈值上限值Smanx与下限值Smin的范围内时，判断为制动异常，但并不限于该示例。例如，阈值也可以为上限值Smax或下限值Smin中的一方。该情况下，与既使用阈值上限值又使用阈值下限值的情况相比，制动异常的判断精度下降，但能检测出具有限定性的制动异常。
另外，本发明并不限于上述各实施方式的示例，勿容置疑地，只要在不脱离本发明权利要求所记载的本发明的技术思想，能获得其他各种应用例、变形例。
例如，为了易于理解上述实施方式的示例，对装置及系统的结构进行了详细且具体的说明，但并不限定为必须具备上述说明的全部构成要素。另外，也可以将某实施方式的一部分结构替换成其它实施方式的构成要素。另外，也可以对某实施方式的结构添加其它实施方式的构成要素。另外，也可以对各实施方式的示例的一部分结构添加、删除、替换其他构成要素。
另外，上述各构成要素、功能、处理部、处理单元等中的部分或全部可以通过例如设计成集成电路等以硬件的形式来实现。另外，上述各构成要素、功能等也可以解释为由CPU等处理器分别实现各功能的程序，通过执行程序以软件的形式来实现。实现各功能的程序、表格、文件等的信息可以存储在存储器或硬盘、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)等记录装置、或IC卡、SD卡、DVD等记录介质。上述实施方式中，也可以预先将实现比较部7b的功能的程序存储在阈值保存部7a。
标号说明
1…制动控制部、2…制动驱动电路部、3…开关元件、5…制动线圈、6…电流传感器、7…异常判断部、7a…判断保存部、7b…比较部、10…制动装置、11…电梯控制装置、12…监视中心、30…制动器、31…制动盘(旋转体)、34，37…摩擦片、32…电枢、33，35…可动体、41…制动电压波形、42…正常时的制动电流波形、43…异常时的制动电流波形、M…电动机。

Claims (5)

1.一种电梯，其特征在于，包括：
将用于使轿厢升降的钢丝绳进行曳引的曳引机的电动机；
制动器，该制动器包含与所述电动机的转轴相连结的制动盘以及根据对制动线圈的通电而被吸引使得摩擦片远离所述制动盘的制动面的可动铁片，通过解除对所述制动线圈的通电从而将所述可动铁片按压至所述制动盘，以进行制动；
检测流过所述制动线圈的电流以作为制动电流的电流传感器；
对流过所述制动线圈的电流进行控制的制动驱动电路部；
对所述制动驱动电路部进行控制的制动控制部；以及
异常判断部，该异常判断部在执行通过所述吸引而使得所述摩擦片远离所述制动盘的制动面的动作的吸引期间，对所述电流传感器所检测出的所述制动电流的上升波形进行监视，从而判断有无制动异常。
2.如权利要求1所述的电梯，其特征在于，
所述异常判断部将基于所述吸引期间的正常时的所述制动电流的上升时间常数而预先设定的阈值与在所述吸引期间由所述电流传感器所检测出的所述制动电流的电流值进行比较，基于比较结果来判断有无制动异常。
3.如权利要求2所述的电梯，其特征在于，所述异常判断部包括：
阈值保存部，该阈值保存部保存有预先基于从开始所述吸引到经过一定时间后的所述制动电流的上升时间常数而设定的阈值的范围；以及
比较部，该比较部将吸引开始到经过所述一定时间后由所述电流传感器所检测出的所述制动电流值与所述阈值的范围进行比较，在所述制动电流的电流值不在所述阈值范围内的情况下，判断为有制动异常。
4.一种制动装置，其特征在于，包括：
制动器，该制动器包含与电动机的转轴相连结的制动盘以及根据对制动线圈的通电而被吸引使得摩擦片远离所述制动盘的制动面的可动铁片，通过解除对所述制动线圈的通电从而将所述可动铁片按压至所述制动盘，以进行制动；
检测流过所述制动线圈的电流以作为制动电流的电流传感器；
对流过所述制动线圈的电流进行控制的制动驱动电路部；
对所述制动驱动电路部进行控制的制动控制部；以及
异常判定部，在执行通过所述吸引而使得所述摩擦片远离所述制动盘的制动面的动作的吸引期间，对所述电流传感器所检测出的所述制动电流的上升波形进行监视，从而判断有无制动异常。
5.一种系统的制动异常检测方法，其特征在于，所述系统包括：
制动器，该制动器包含与电动机的转轴相连结的制动盘以及根据对制动线圈的通电而被吸引使得摩擦片远离所述制动盘的制动面的可动铁片，通过解除对所述制动线圈的通电从而将所述可动铁片按压至所述制动盘，以进行制动；
检测流过所述制动线圈的电流以作为制动电流的电流传感器；
对流过所述制动线圈的电流进行控制的制动驱动电路部；以及
对所述制动驱动电路部进行控制的制动控制部，
所述制动异常检测方法包含如下步骤：
在执行通过所述吸引而使得所述摩擦片远离所述制动盘的制动面的动作的吸引期间，对所述电流传感器所检测出的所述制动电流的上升波形进行监视的步骤；以及
基于所述制动电流的上升波形来判断有无制动异常的步骤。
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