JP2008168981A - エレベーターブレーキ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な装置を追加することなく、ブレーキ動作時の電流のひずみやブレーキチェックスイッチの動作位置に影響されずに直流電磁ブレーキの異常を検出するエレベーターブレーキ制御装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキ１５と、前記直流電磁ブレーキ１５の各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂと、前記直流電磁ブレーキ１５の開閉を指令する主制御手段１２と、前記直流電磁ブレーキ１５のブレーキコイル８ａ、８ｂに流れる励磁電流を検出する電流検出手段１６とを備えたエレベーターブレーキ制御装置において、前記電流検出手段１５で検出した正常時の電流値を記憶しておく記憶手段１８を備え、かつ、前記正常時の電流値と異常時の電流値とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段１９を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、直流電磁ブレーキにおいて、ブレーキ用電磁石の励磁回路電流により、直流電磁ブレーキの異常検出を行うエレベーターブレーキ制御装置に関する。

この種の装置としては、直流電磁ブレーキの異常検出方法として、ブレーキの動作時の電流の経年変化を連続的に計測し、通電開始から可動コアが移動開始するまでの電流値の上昇速度と正常時における上昇速度を比較して異常を検出するもの（例えば、特許文献１参照）や、ブレーキ動作時の励磁電流の落ち込みが発生する時間を検出し、その時間を予め設定した正常時と異常時の落ち込み発生時間の範囲と比較することで、異常を検出するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特許番号第２７９５１５２号 特開平３−５５３４２号公報

直流電磁ブレーキは、ブレーキコイルに通電し、電磁力を発生させると、ライニングがドラム制動面から吸引され始め、ブレーキ電流がひずみ始める。そのため、複数のブレーキコイルに流れる電流を１つの電流検出手段で検出する装置構成の場合、電流の変化点がはっきりと落ち込むことがない場合がある。また、ギャップが小さくなった場合も起動時の電流の落ち込みが小さく検出が困難である。

従来の電流検出方法の経年変化を連続的に計測する方法では、ギャップが小さくなった場合の短時間の電流の変化を捉えるために高精度かつ高速の電流検出手段が必要で、落ち込みを検出する方法も高速で行う必要があった。

さらに、ブレーキチェックスイッチの動作位置がブレーキ電流の落ち込む点と完全に一致した位置に設置されていない場合は、個々のブレーキ装置によりブレーキチェックスイッチの動作位置が異なるため、正常なブレーキ開閉動作をしていてもブレーキチェックスイッチの動作時の電流が異なり、個々のブレーキを異常とする電流値または時間の範囲が異なる場合があった。

本発明の目的は、特別な装置を追加することなく、ブレーキ動作時の電流のひずみやブレーキチェックスイッチの動作位置に影響されずに直流電磁ブレーキの異常を検出するエレベーターブレーキ制御装置を提供するにある。

前記目的を達成するため、本願の請求項１では、少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキと、前記直流電磁ブレーキの各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチと、前記直流電磁ブレーキの開閉を指令する主制御手段と、前記直流電磁ブレーキのブレーキコイルに流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、前記主制御手段により前記ブレーキコイルに励磁電流を流すブレーキ回路を備えたエレベーターブレーキ制御装置において、前記電流検出手段で検出した正常時の電流値を記憶しておく記憶手段を備え、かつ、前記ブレーキチェックスイッチ動作時の正常時の電流値と異常時の電流値とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段を備えたことを特徴とする。

この請求項１では、ブレーキコイルの励磁電流を離散的に検出するため、励磁電流を連続的に計測する必要がなく、その結果、前記起動時の電流の落ち込みが小さく検出が困難という問題と前記高速で電流検出を行う必要があるという問題を解決できる。

また、請求項２では、少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキと、前記直流電磁ブレーキの各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチと、前記直流電磁ブレーキの開閉を指令する主制御手段と、前記直流電磁ブレーキのブレーキコイルに流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、前記主制御手段により前記ブレーキコイルに励磁電流を流すブレーキ回路を備えたエレベーターブレーキ制御装置において、前記主制御手段のブレーキ開閉指令から前記ブレーキチェックスイッチが動作するまでの時間を計測する時間計測手段と、この時間計測手段により計測された前記ブレーキチェックスイッチ動作時の正常時の時間を記憶して記憶手段と、前記時間計測手段で計測された異常時の時間と前記記憶されている正常時の時間とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段を備えたことを特徴とする。

この請求項２により、ブレーキチェックスイッチが動作するまでの時間によって異常を検出できるため、簡単な構成で異常を検出できる。

また、請求項３では、少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキと、前記直流電磁ブレーキの各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチと、前記直流電磁ブレーキの開閉を指令する主制御手段と、前記直流電磁ブレーキのブレーキコイルに流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、前記主制御手段により前記ブレーキコイルに励磁電流を流すブレーキ回路を備えたエレベーターブレーキ制御装置において、前記電流検出手段で検出した正常時の電流値を記憶しておく記憶手段と、前記主制御手段のブレーキ開閉指令から前記ブレーキチェックスイッチが動作するまでの時間を計測する時間計測手段と、この時間計測手段により計測された正常時の時間と前記電流検出手段で検出した正常時の電流値とを記憶する記憶手段と、前記時間計測手段で計測された前記ブレーキチェックスイッチ動作時の異常時の時間及び電流値と前記記憶されている正常時の時間及び電流値とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段を備えたことを特徴とする。

この請求項３では、より正確な異常検出を行うことができる。

また、請求項４では請求項１乃至３記載において、前記直流電磁ブレーキのストロークと、前記ブレーキチェックスイッチが動作したときの前記ブレーキコイルに流れる電流値の関係を線形近似することによって、ストロークの長さを推定することを特徴とする。

この請求項４では、ブレーキ装置のストロークを推定できるので、ブレーキ装置の異常検出時に、どのような異常なのか（ライニング磨耗か異物混入か）の判断ができる。

また、請求項５では請求項１乃至３記載において、前記ブレーキコイルの時定数よりも遅く立ち上がるようにブレーキ電流を制御することによって、前記ブレーキチェックスイッチ動作時の電流値、動作時間を検出、計測することを特徴とする。

この請求項５では請求項１乃至３記載において、ブレーキコイルの時定数に影響されないので、ブレーキチェックスイッチが動作したときの励磁電流をより正確に検出することができることからストロークの変化を精度よく推定できるばかりか、ブレーキ電流指令をゆっくり時間をかけて行うことによって、電流変化が緩やかになるため、高速の電流検出手段を必要としない。

また、請求項６では請求項１乃至３記載において、前記直流電磁ブレーキ装置の状態を診断し、経年変化または異常状態を管制センターに発信する通信手段を備えたことを特徴とする。

この請求項６では、ブレーキ装置の異常検出時に通信手段によって異常検出を発信するので、ブレーキ装置の故障によるエレベーターサービス停止を未然に防ぐことができる。

本発明によれば、特別な装置を追加することなく、ブレーキ動作時の電流のひずみやブレーキチェックスイッチの動作位置に影響されずに直流電磁ブレーキの異常を検出することができる。

以下、本発明の一実施形態を図に基き説明する。

図１はブレーキチェックスイッチを設置したブレーキ装置の構成（釈放時）を説明した図、図２はブレーキチェックスイッチを設置したブレーキ装置の構成（吸引時）を説明した図、図３は本発明の全体構成図、図４はブレーキ装置の電気回路図を示した図、図５はブレーキ電流応答、ブレーキチェックスイッチ動作タイミングの例を示した図、図６はライニングが磨耗したときの直流電磁ブレーキの図、図７はブレーキ電流とストロークの関係を示した図、図８はブレーキチェックスイッチ起動時のブレーキ起動電流とストロークの関係を示した図である。

図１において、直流電磁ブレーキ１５はモータ軸1に連結されるドラム2と、コア７ａ、７ｂに取り付けられた吸引力を発生させるブレーキコイル８ａ、８ｂと、このブレーキコイル８ａ、８ｂに通電することによって吸引されるアマチュア５ａ、５ｂと、このアマチュア５ａ、５ｂの吸引によりドラム2から離隔する方向に移動するシュー４ａ、４ｂと、このシュー４ａ、４ｂに取り付けられたライニング３ａ、３ｂと、アマチュア５ａ、５ｂに復帰力を付与するバネ６ａ、６ｂと、アマチュア５ａ、５ｂが吸引されたことを検出するブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂとを備えている。

図１の例では、ブレーキが左右二箇所に設置されており、それぞれにブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂが備えられている。

この直流電磁ブレーキ１５は、ブレーキコイル８ａ、８ｂに電流を流すことによりバネ６ａ、６ｂの制動力に打ち勝って各々のアマチュア５ａ、５ｂを吸引し、ライニング３ａ、３ｂをドラム2から離隔させ乗りかごの走行を可能とする。

図２のようにアマチュア５ａ、５ｂを完全に吸引すると、それぞれのブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂが機械的作用により独立に作動する。また、乗りかご停止時は、電流を遮断することによりアマチュア５ａ、５ｂを復帰し、ライニング３ａ、３ｂをドラム2に当接させて制動力を働かせるようになっている。

図３において、直流電磁ブレーキ15内のブレーキコイル８ａ、８ｂに接続された電流検出手段１６と、この電流検出手段１６からの電流帰還値を取り込むブレーキ制御器１１内の主制御手段１２と、この主制御手段１２に電流指令値を入力するエレベーター制御装置１０と、主制御手段１２から出力される電圧指令値を基に電源１３の電圧を変換させてブレーキコイル８ａ、８ｂに印加するスイッチング素子１４と、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの信号から動作時間を計測する時間計測手段１７と、その動作時間と電流検出手段１６によって検出された電流値を記憶する記憶手段１８と、その動作時間と電流値からブレーキ装置の状態を診断する診断手段１９と、管制センター２１と通信する通信手段２０から構成される。

図４において、図中のRはブレーキ回路抵抗分で、ブレーキコイル８ａ、８ｂは電源１３に対して並列に接続され、電流検出手段１６は電源１３に対して直列に接続される。

したがって、電流検出手段１６はそれぞれのブレーキコイル８ａ、８ｂに流れる励磁電流の合計値を検出する。

なお、電流検出手段１６には、一般的なホール素子を用いた非接触の電流センサーを用いて、巻き線をセンサーに貫通させて電流検出を行うことができる。

図５(a)の実線で表されるのは、直流電磁ブレーキ１５が正常である時のブレーキ電流の応答とブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作タイミングの例である。

ステップ状の電流指令I^*に対して、ブレーキコイル８ａ、８ｂの励磁電流は，正常時図５(a)の実線のように、ブレーキコイル８ａ、８ｂのインダクタンスに起因する時定数によって遅れを伴って電流指令に追従しようとする。

しかし、ライニング３ａ、３ｂがドラム2の制動面から吸引され始めると、図５（ａ）のt₁時点に示すように電流がひずみ始め、吸引が完全に終わるとブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂが作動し、電流は再び指令値に追従するように増加する。

このとき、２つのブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作タイミングにずれが生じているのは、各々のブレーキのわずかなブレーキチェックスイッチの取り付け誤差などの機械的な動作遅れによって発生する場合がある。

各々のブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの信号は、ブレーキ制御器１１内の時間計測手段１７に入力され、そのタイミングとブレーキ開閉信号が入力されたタイミングの時間差をとることで、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの起動時間t₁、t₂が得られ、そのときのブレーキ起動電流I₁、I₂とともに記憶手段１８に記憶される。

図６は、図１の直流電磁ブレーキ１５において、ライニング３ｂのみが磨耗したときの図で、図６のように、ライニング３ｂが磨耗した右側ブレーキのアマチュア５ｂとコア７ｂ間のストローク２２ｂは、ライニング３ａが正常である左側ブレーキのアマチュア５ａとコア７ａ間のストローク２２ａよりも長くなる。

このように、ストローク２２ｂが長くなった場合、アマチュア５ｂとコア７ｂ間の磁気回路定数が変化し、結果として、時定数が大きくなるので、より多くの電磁吸引力を必要とし、ブレーキチェックスイッチが動作する時のブレーキコイル８ｂに流れる電流は，正常時よりも大きくなり，また時定数が大きくなるためブレーキ電流の立ち上がりが遅くなる。したがって，ブレーキを吸引するまでにより大きな電流を必要とし，ブレーキ電流の応答時間が変化する。

ライニング３ｂが磨耗した右側ブレーキのブレーキチェックスイッチ９ｂの動作時間t’₂は、正常時の動作時間t₂と大きく異なり、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作タイミングは図５(a)の異常時の破線のようになる。これは、前述のようにストローク２２ｂが長くなり、アマチュア５ｂを吸引し始めるまでに時間を要するためであり、ブレーキ起動電流I’₂も正常時のブレーキ起動電流I’₂より大きくなっている。

このように、ブレーキ装置に異常が生じると、ブレーキ起動電流I₁、I₂とブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作時間t₁、t₂に変化が現れる。

したがって、診断手段１９において、予め設計値または正常な状態での測定値から求められる所定の動作時間、電流値と比較したり、経年変化を監視することによって、ブレーキ装置の異常を検出できる。

より正確にブレーキ装置の異常を検出するには、ブレーキ電流指令をランプ状にしてブレーキ電流、ブレーキチェックスイッチ動作時間を検出すればよい。

図５(b)の実線で表されるのはブレーキ電流指令をランプ状にしたときの、正常時におけるブレーキ電流応答、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作タイミングの例である。

このとき、ブレーキコイル８ａ、８ｂの時定数よりも遅く立ち上がるようなランプ状のブレーキ電流指令にすることによって、バネ６ａ、６ｂのバネ定数が変化していなければ、アマチュア５ａ、５ｂが吸引され始めるときに発生する電流のひずみが小さく、ステップ状のブレーキ電流指令のときよりも正確にブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂ動作時のブレーキ起動電流I_r1、I_r2を検出することができる。

図５(b)の破線で表されるのは、ブレーキ電流指令をランプ状にしたときの異常（ライニング3b磨耗）時におけるブレーキ電流応答、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作タイミング例である。

このとき、ブレーキ電流指令がブレーキコイル８ａ、８ｂの時定数よりも遅く、異常側のブレーキコイル８ｂにも必要以上の電流が流れないため、ブレーキチェックスイッチ９ａが作動するときのブレーキ起動電流I’_r1は正常時と等しい値となる。

図７はブレーキ電流とストロークの関係を示した図、この図７において、正常時の関係は実線で表され、アマチュア５ａ、５ｂを吸引するためにブレーキコイル８ａ、８ｂに電流を流すと、しばらくはバネ６ａ、６ｂの弾性力によってアマチュア５ａ、５ｂは移動しないが、あるところで移動し始め、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作位置を通過し、コア７ａ、７ｂに接触する。釈放時の電流とストロークの関係は吸引時と逆になり、図７に示すようなヒステリシス特性を持つ。

図７の破線はストロークが長くなった場合を示しており、アマチュア５ａ、５ｂを移動させるためのエネルギーが大きくなるので、電流が多く流れる。一点鎖線はストロークが短くなった場合を示しており、ストロークが長くなった場合とは逆に、より小さな電流でブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂが作動する。

したがって、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂが作動する時点での、ブレーキ起動電流とストロークの関係は図８に示すように、ストローク長をl、電流値をiとすると、
l = ai+b
のように線形近似することができる。ただし、a，bは定数である。

このように正常なブレーキ装置から，予めブレーキチェックスイッチ起動時の電流値とストロークの関係を数式化しておくことによって，測定された電流値からストロークを推定することができる。

また，予め図８に示すようにストロークのしきい値をXmin〜Xmaxとすることで，電流値のしきい値もImin〜Imaxと決まり，ブレーキチェックスイッチ動作時の電流値がこの範囲を超えたときに異常検出とすることができる。

この結果、ブレーキ電流指令がステップ状のときは、ブレーキチェックスイッチ９ａ、９ｂの動作時間と、そのときにおけるブレーキ起動電流を、予め設計値または正常な状態での測定値から求められる所定の動作時間、電流値と比較したり、経年変化を監視することによって、ブレーキ装置の異常を検出できる。

また、ブレーキ電流指令をランプ状にすることによって、より正確なブレーキ起動電流を検出でき、ストロークとブレーキ起動電流の関係からストロークを推定することができる。

これらのブレーキ装置の診断は、診断手段１９にて行い、異常検出時には通信手段２０から管制センター２１へ発信する。また、通常時もデータを監視することによって、経年変化を遠隔監視することができる。

その結果、ライニング交換についての適正な保全周期を設定したり、ブレーキ装置故障によるエレベーターサービス停止を未然に防ぐことができる。

ブレーキチェックスイッチを設置したブレーキ装置の構成（釈放時）を説明した図である。 ブレーキチェックスイッチを設置したブレーキ装置の構成（吸引時）を説明した図である。 本発明の全体構成図である。 ブレーキ装置の電気回路図を示した図である。 ブレーキ電流応答、ブレーキチェックスイッチ動作タイミングの例を示した図である。 ライニングが磨耗したときの直流電磁ブレーキの図である。 ブレーキ電流とストロークの関係を示した図である。 ブレーキチェックスイッチ起動時のブレーキ起動電流とストロークの関係を示した図である。

符号の説明

１ モータ軸
２ ドラム
３ａ、３ｂ ライニング
４ａ、４ｂ シュー
５ａ、５ｂ アマチュア
６ａ、６ｂ バネ
７ａ、７ｂ コア
８ａ、８ｂ ブレーキコイル
９ａ、９ｂ ブレーキチェックスイッチ
１０ エレベーター制御装置
１１ ブレーキ制御器
１２ 主制御手段
１３ 電源
１４ スイッチング素子
１５ 直流電磁ブレーキ
１６ 電流検出手段
１７ 時間計測手段
１８ 記憶手段
１９ 診断手段
２０ 通信手段
２１ 管制センター
２２ａ、２２ｂ ストローク長さ

Claims (6)

1. 少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキと、前記直流電磁ブレーキの各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチと、前記直流電磁ブレーキの開閉を指令する主制御手段と、前記直流電磁ブレーキのブレーキコイルに流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、前記主制御手段により前記ブレーキコイルに励磁電流を流すブレーキ回路を備えたエレベーターブレーキ制御装置において、
   前記電流検出手段で検出した正常時の電流値を記憶しておく記憶手段を備え、かつ、前記ブレーキチェックスイッチ動作時の正常時の電流値と異常時の電流値とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段を備えたことを特徴とするエレベーターブレーキ制御装置。
2. 少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキと、前記直流電磁ブレーキの各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチと、前記直流電磁ブレーキの開閉を指令する主制御手段と、前記直流電磁ブレーキのブレーキコイルに流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、前記主制御手段により前記ブレーキコイルに励磁電流を流すブレーキ回路を備えたエレベーターブレーキ制御装置において、
   前記主制御手段のブレーキ開閉指令から前記ブレーキチェックスイッチが動作するまでの時間を計測する時間計測手段と、この時間計測手段により計測された正常時の時間を記憶して記憶手段と、前記時間計測手段で計測された前記ブレーキチェックスイッチ動作時の異常時の時間と前記記憶されている正常時の時間とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段を備えたことを特徴とするエレベーターブレーキ制御装置。
3. 少なくとも２つ以上の直流電磁ブレーキと、前記直流電磁ブレーキの各々に設置されて、ブレーキの開閉状態を検出するブレーキチェックスイッチと、前記直流電磁ブレーキの開閉を指令する主制御手段と、前記直流電磁ブレーキのブレーキコイルに流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、前記主制御手段により前記ブレーキコイルに励磁電流を流すブレーキ回路を備えたエレベーターブレーキ制御装置において、
   前記電流検出手段で検出した正常時の電流値を記憶しておく記憶手段と、前記主制御手段のブレーキ開閉指令から前記ブレーキチェックスイッチが動作するまでの時間を計測する時間計測手段と、この時間計測手段により計測された正常時の時間と前記電流検出手段で検出した正常時の電流値とを記憶する記憶手段と、前記時間計測手段で計測された前記ブレーキチェックスイッチ動作時の異常時の時間及び電流値と前記記憶されている正常時の時間及び電流値とを比較し、前記直流電磁ブレーキの状態を診断する診断手段を備えたことを特徴とするエレベーターブレーキ制御装置。
4. 前記直流電磁ブレーキのストロークと、前記ブレーキチェックスイッチが動作したときの前記ブレーキコイルに流れる電流値の関係を線形近似することによって、ストロークの長さを推定することを特徴とする請求項１乃至３記載のエレベーターブレーキ制御装置。
5. 前記ブレーキコイルの時定数よりも遅く立ち上がるようにブレーキ電流を制御することによって、前記ブレーキチェックスイッチ動作時の電流値、動作時間を検出、計測することを特徴とする請求項１乃至３記載のエレベーターブレーキ制御装置。
6. 前記直流電磁ブレーキ装置の状態を診断し、経年変化または異常状態を管制センターに発信する通信手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３記載のエレベーターブレーキ制御装置。

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