JP2008531434A - ブレーキ調整用の形状変化材料を備えたエレベータブレーキアクチュエータ - Google Patents

Abstract

エレベータ巻上機（１０）は、シャフト（１４）を回転駆動するモータ（１２）を含む。エレベータブレーキ（２０）はシャフト（１４）に連結するディスク（２２）へ制動力をかけてシャフト（１４）の回転を減速させるか停止させる。１つの実施例では、エレベータブレーキ（２０）はバイアス部材（３８）を含み、これがキャリパ設備（３２）にバイアス力をかけ、ディスク（２２）へ制動力をもたらす。形状変化材料を含むブレーキアクチュエータ（４８）はバイアス力に逆らって動き、キャリパ設備（３２）とディスク（２２）との係合を調整する。コントローラ（２６）は、ブレーキアクチュエータ（４８）の形状変化材料への電気入力を調整して、ディスク（２２）へかかる制動力を選択的に変化させる。

Description

本発明は、一般的にエレベータのブレーキに関し、特に圧電ブレーキアクチュエータを含むエレベータ巻上機ブレーキに関する。

エレベータシステムは広く認知され使用されている。典型的な装置には、建物の各階を移動して、例えば建物の異なる階へ人や荷物を運搬するエレベータかごが含まれる。電動式のエレベータ巻上機は、一般的にかごの重量を支えているロープやベルトを動かし、これによりかごが昇降路内を移動する。

エレベータ巻上機はモータにより回転駆動するシャフトを含む。綱車はシャフト上に支持され、シャフトと共に回転する。ロープまたはベルトは一般的に綱車により牽引され、モータが綱車をある方向に回転させるとかごが下に降り、綱車をその逆方向に回転させるとかごは上に昇る。エレベータ巻上機は、通常、シャフトと共に回転するディスクまたはフランジへ係合して、かごが決められた階に停止する際に、シャフトと綱車の位置がずれないよう保持する電磁式ブレーキを含む。

操作上、電磁式ブレーキは、スイッチが入るとシャフトに付随するディスクまたはフランジへ係合し、切れると解放する。電磁式ブレーキのスイッチを入れたり切ったりすると、制動力をかけるためにブレーキがディスクやフランジに接触するので、しばしば不所望なノイズが生じる。また、電磁式ブレーキは非常に大きく高価であり、熱が過剰に発生し、さらに所望の操作レベルを達成するには付加的な補助部品が必要となる。補助部品の１つの例として、ブレーキ位置を決定するための近接センサが挙げられる。このような部品は公知の電磁式ブレーキに経費と整備を上乗せすることとなる。

より静穏で単純な小型のエレベータ巻上機ブレーキが必要とされている。本発明は、これらのニーズに対処し、特性を向上させると共に、従来技術の弱点および欠点を克服するものである。

エレベータシステムに有用なブレーキ装置の１つの実施例では、ブレーキ部材と回転部との係合を調整するブレーキアクチュエータの形状変化材料への作用を調整することにより、エレベータ巻上機の回転部へかかる制動力を選択的に変化させる。

エレベータ巻上機の１つの実施例には、シャフトを回転駆動させるモータが含まれる。エレベータ巻上機ブレーキは、シャフトに連結するディスクへ制動力をかけ、制動力がシャフトの回転を減速させたり停止させたりするのに応じてエレベータかごの動きを制御する。エレベータ巻上機ブレーキの１つの実施例には、ブレーキ部材とディスクを係合させるためにバイアス力を加えるバイアス部材が含まれる。ブレーキアクチュエータはバイアス力に逆らって働き、ディスクやシャフトを選択的に動かす。

１つの実施例では、ブレーキアクチュエータが複数の異なるブレーキ位置に動く。コントローラが複数の異なるブレーキ位置を決定し、ブレーキアクチュエータへの入力を制御する。

別の実施例では、ブレーキアクチュエータの位置は、ブレーキアクチュエータへ加えられる作用とブレーキアクチュエータからの電気出力の少なくとも一方を基に決定される。コントローラは電気入力、圧電スタックの検出電圧、またはその両方を利用して、例えばブレーキアクチュエータの位置を決定し、これによりブレーキ部材の回転部に対する位置が決定する。

本発明の様々な特徴および利点は、最新の好ましい実施態様に関する以下の詳細な記載から、当業者に明らかであろう。詳細な説明に付随する図面について後で簡単に記載する。

図１は実施例のエレベータ巻上機１０の断面図であり、これは、シャフト１４を軸１６を中心に回転駆動させるモータ１２を含む。綱車１８はシャフト１４と共に軸１６を中心に回転する。エレベータ巻上機ブレーキ２０は、シャフト１４の端部２４に連結されるディスク２２へ選択的に制動力をかけ、シャフト１４の回転を減速または停止させる。知られているように、このような装置（すなわちモータおよびブレーキ）は昇降路内でのエレベータかごの位置または動きを制御する。

コントローラ２６がモータ１２とエレベータ巻上機ブレーキ２０とを操作する。コントローラ２６は、エレベータ巻上機１０に組み込まれてもよく、あるいはエレベータ巻上機１０から離れて位置してもよい。１つの実施例では、コントローラ２６はモータへもたらされる動力を選択的に制御し、エレベータ巻上機ブレーキ２０がディスク２２にかける制動力を選択的に変化させる。

図２は、エレベータブレーキ２０の１つの実施例を示している。この実施例では、一般的に知られているキャリパ設備３２を支持するハウジング３０を含む。この実施例のエレベータブレーキ２０はブレーキパッド３４を含み、これがディスク２２上の第１制動面へ摩擦係合し、ディスク２２へ制動力をかける。キャリパ設備３２は、硬質キャリパアーム４０に取り付けられたばねのようなバイアス部材３８を含む。バイアス部材３８は、リンク機構４２へ連結されている。リンク機構４２は、キャリパブレーキパッド４４を含み、これがディスク２２上の第２制動面４６へ摩擦係合する。

リンク機構４２は、アクチュエータハウジング５０に少なくとも一部を支持されたブレーキアクチュエータ４８に作用的に連結されている。アクチュエータハウジング５０はブレーキアッセンブリつまり巻上機アッセンブリ５２の剛性の高い部分に取り付けられている。

バイアス部材３８はリンク機構４２へバイアス力をかけ、キャリパブレーキパッド４４を第２制動面４６へ押し付け且つディスク２２をブレーキパッド３４へ押し付けることで、ディスク２２の両面へ制動力がかかる。完全にブレーキがかかったときのブレーキ位置を図２に示す。

１つの実施例では、例えば電場、電流、電圧または磁場のような作用が、図３に示すように、ブレーキアクチュエータ４８を調整してバイアス力に逆らうようにリンク機構４２を動かし、ディスク２２へかかる制動力を減少または消滅させる。通常、バイアス力がディスク２２へ制動力をもたらす。ブレーキアクチュエータ４８に加わる作用を調整することでリンク機構の移動量が制御されるので、制動力の大きさも制御される。

例示のブレーキアクチュエータ４８は、選択された作用に応じて形状を変化させる形状変化材料として知られる材料を含む。形状変化とは必ずしも幾何学的な形状の変化とは限らない。むしろ、材料の結晶または分子構造が、公知の方法で印加される作用に応じて形状を変化させる。このような形状変化が、しばしば、アクチュエータ４８内で材料の伸び縮みを起こす。

１つの実施例では、ブレーキアクチュエータ４８の材料が印加される作用に応じて膨張することにより形状変化し、バイアス力に逆らってリンク機構４２を動かすので、ディスク２２にかかる制動力が減少または消滅する。作用を除くと材料が縮むので、バイアス力によりディスクへ制動力がかかる。

別の実施例では、材料が膨張して制動力がかかる。

１つの実施例では、ブレーキアクチュエータ４８の形状変化材料は、公知の圧電材料を含む。知られているように、圧電材料は電流または電圧のような電気入力に応じて形状が変化する。形状の変化は電気入力の量に比例し、変化は例えば電気入力の極性に応じた正の変化でも負の変化でもよい（すなわち、公称の方向（ｎｏｍｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）への膨張または公称の方向への収縮）。

別の実施例では、ブレーキアクチュエータ４８の形状変化材料は、公知の磁気ひずみ材料を含む。知られるように、磁気ひずみ材料は磁場に応じて形状を変化させる。形状の変化は、通常、磁場の強さに比例する。形状変化は、例えば磁場の方向に応じた正の変化でも負の変化でもよい（すなわち、公称の方向への膨張または公称の方向への収縮）。

その他の実施例では、制御可能な手段または周期的な手段による電気的作用に応じて変化する電歪材料を含む。この種の材料として様々なものが知られている。

実施例のブレーキアクチュエータ４８の１つの特徴であり利点として挙げられるのは、ブレーキアクチュエータ４８の大きさが電磁式アクチュエータと比べてかなり小さいことである。ブレーキアクチュエータ４８の大きさが小さいので、エレベータブレーキ２０内に要する設計空間は小さくなり、消費するエネルギは少なくなり、耐用年数は長くなる。さらに、ブレーキアクチュエータ４８は軽量なので、従来のエレベータブレーキと比べてエレベータブレーキ２０の総重量は軽くなる。

形状変化材料を含むアクチュエータは、従来のエレベータブレーキで使用される電磁式アクチュエータよりも優れた点を有する。例えば、形状変化材料を含むアクチュエータ４８は、選択的に正確な調整が可能なので、制動力の大きさを厳密に制御できる。これにより、これまでの装置において、ブレーキパッドをそれらの位置が段階的に変化するよう制御することなく、フルに係合させるかフルに解放させるかするために起きていたノイズを無くすことができる。形状変化材料、例えば圧電スタックに加えられる作用（すなわち電流）の量に応じてスタックサイズが変化する（すなわち、膨張または収縮する）ことが知られている。図２および図３の実施例では、コントローラ２６がアクチュエータ４８に印加される作用を正確に調整することで、制動力を厳密に制御している。

１つの実施例では、ブレーキアクチュエータ４８がリンク機構４２を複数の異なるブレーキ位置へ動かす。ブレーキアクチュエータ４８に印加される作用の違いにより複数の異なるブレーキ位置が生じる。１つの実施例では、コントローラ２６が、ブレーキをかけるのに要する初期制動力を決定し、ブレーキアクチュエータ４８へ相応の作用を印加してブレーキアクチュエータ４８を動かし、ディスク２２へ所望の制動力をもたらす。初期制動力では、かごが目的地に到着するまでにシャフト１４の回転を十分に減速または停止できない場合、コントローラは第２のより強力な制動力を決定し、その強力な制動力を得るために作用を変化させる。このような段階的なブレーキの印加がノイズを減らし乗客の快適さや乗り心地を良くするが、このような段階的なブレーキの印加は従来のアクチュエータでは実現不可能であった。

別の実施例では、コントローラ２６が制動力を選択的に変化させ、ディスク２２にかかる制動力を段階的に増加させたり減少させたりする。制動力の選択的な変化は、エレベータブレーキ２０のノイズを有利に減少させ、エレベータかごの静穏な移動を可能にする。

従来のエレベータブレーキと比べ、実施例のブレーキアクチュエータ４８を使用することによりブレーキパッド３４，４４とディスク２２上の制動面３６，４６との間の隙間５４が減少し、これにより更に“クランプ”ノイズが減少するが、そうでなければブレーキパッド３４，４４とディスク２２が係合する際に“クランプ”ノイズが生じてしまう。

別の実施例では、コントローラ２６が緊急事態に対処して制動力を選択的に変化させる。緊急事態とは例えばエレベータかごが自由落下する時などである。自由落下状態で、ブレーキアクチュエータ４８への選択的作用によりリンク機構４２をバイアス力の方向へ動かしてバイアス力を補い、ディスク２２へ緊急の付加的な制動力を段階的に付与する。従来の緊急停止装置では段階的な制動力の印加ができなかったが、例示のアクチュエータ４８であれば可能なので、このような制御により乗客の快適さは向上する。

ブレーキアクチュエータ４８への正または負の方向への印加を利用して、リンク機構４２を、例えば、係合位置または解放位置での固着状態から解放するように動かすことができる。例えば、ブレーキをかける間には正の電圧が印加される。ブレーキがブレーキのかかる位置に固着した場合には、負の電圧をかけて形状変化材料により逆方向に動かし、ブレーキ部品を離れさせることができる。この方法でアクチュエータ４８を使用すれば、手動メンテナンスの必要性を低減できる。

開示される実施例の別の特徴は、アクチュエータ４８がブレーキ部品の位置通知をすることである。このため付加的な位置検出装置は必要ない。

ブレーキアクチュエータ４８の状態、すなわちリンク機構４２およびブレーキパッドのディスク２２に対する位置は、１つの実施例では、ブレーキアクチュエータ４８にかけられる選択された作用またはブレーキアクチュエータ４８からの測定可能な出力の少なくとも一方を基に決定される。１つの実施例では、ブレーキアクチュエータ４８が圧電材料を含み、コントローラ２６はディスク２２に対するリンク機構４２の位置を決定するために、電気的作用または電気出力、例えば圧電材料由来の電圧レベルを利用する。すなわち、所定の入力値または出力値は、所定の圧電材料の状態および相当するブレーキ位置に対応しているので、実際の入力または出力に対して、ブレーキアクチュエータ４８の位置が決定できる。この記載から、当業者は、特定のブレーキ装置の位置決めに関し、前述の情報をいかに活用すべきかを十分に理解するであろう。

別の実施例では、コントローラ２６は、ブレーキパッドの磨耗を監視し調整するために、圧電アクチュエータからの出力電圧を利用する。圧電アクチュエータからの出力電圧は制動力をかけるための所定の位置と対応しているので、コントローラ２６は、実際の入力による実際の位置が（出力電圧で決められた）予測位置と異なる場合にブレーキパッドの磨耗を感知する。１つの実施例では、実際の位置が予測位置と異なることをコントローラ２６が感知した場合（すなわち、ブレーキパッドの磨耗を感知した場合）、コントローラ２６は、所望の制動力が得られるように制御パラメータを自動調整したり、感知されたブレーキパッドの磨耗を表示したり、あるいはその両方を行う。

別の実施例では、コントローラ２６は、ブレーキアクチュエータ４８の形状変化材料が制動力をかける効力を有するかどうかを判断し、制動力が働く間モータ１２が確実に駆動しないようにするために、位置通知を利用する。

図５は、ディスクブレーキ部材１３２を含むエレベータブレーキの別の態様を示す図である。バイアス部材１３８は硬質のバイアスプレート１４０に取り付けられている。バイアス部材１３８はブレーキパッド１４４を含むブレーキディスク１４２に押し付けられ、ディスク２２へ制動力をかける。リンク機構１４５がブレーキアクチュエータ１４８に付属し、これがブレーキアクチュエータ１４８とほぼ同様に機能してディスク２２へ選択的に制動力をかける。この実施例では、ブレーキアクチュエータ１４８がバイアス部材１３８のバイアス力に逆らってディスクブレーキ部材１３２を動かす。

図４は、バイアス部材３８を含まない別の実施例のエレベータブレーキ２０を示す図である。この実施例では、コントローラ２６はブレーキアクチュエータ４８の形状変化材料へ選択的に作用し、ブレーキパッド３４，４４をディスク２２から解放させる。形状変化材料にかけられる作用が除かれた時、例えばコントローラが電圧を印加しない時または電源異常中、ブレーキパッド３４，４４がディスク２２へ係合し、制動力が生まれる。従って、コントローラ２６は、機械的ばねのような別個のバイアス部材なしに、ブレーキアクチュエータ４８のみを利用して制動力を調整できる。代替として、コントローラ２６は形状変化材料へ選択的に作用して材料を収縮させ、ディスク２２に制動力をかけることもできる。公知の形状変化材料のスタックを利用する実施例では、積み重なる層間の強度が十分なので、制動力の印加と解除の繰り返しに耐え得る。

実施例のエレベータブレーキ２０はバイアス部材３８を含まず、これが利点を生むと考えられるが、１つの特徴として更に大きさの利点が挙げられる。バイアス部材３８を含まないので、剛性のキャリパアーム４０の大きさは小さくて済む（すなわち、剛性のキャリパアーム４０はディスク２２へ近接する）。ブレーキの圧電アクチュエータ４８が小型なので、エレベータブレーキ２０内に要する設計空間は小さくなるであろう。また、バイアス部材３８と付随する支持用構造部品が存在しないため軽量なので、従来のエレベータブレーキと比べてエレベータブレーキ２０の総重量は軽く、コストは安くなる。

本発明の好ましい形態を開示したが、当業者であれば、ある程度の修正が本発明の範疇であることを認識するであろう。従って、本発明の範囲および趣旨を理解するために以下の請求項を熟読すべきである。

実施例のエレベータ巻上機の断面図。 １つの操作状況における図１のエレベータ巻上機のエレベータブレーキ部分の選択された一部を示す部分断面図。 図２と同様であるが別の操作状況を示す部分断面図。 別の実施例のエレベータブレーキの選択された一部を示す部分断面図。 実施例のエレベータブレーキの別の実施態様において選択された一部を示す部分断面図。

Claims (22)

1. エレベータ巻上機の回転部と係合するブレーキ部材を有するエレベータ巻上機ブレーキを制御する方法であって、該方法が、ブレーキアクチュエータ材料への作用を調整することにより前記ブレーキ部材がかける制動力を選択的に制御するステップを含み、前記ブレーキアクチュエータ材料が、前記ブレーキ部材と前記エレベータ巻上機の回転部との係合を調整するための前記作用に応じて形状を変化させることを特徴とするエレベータ巻上機ブレーキを制御する方法。
2. 前記形状を変化させる材料に対して、電気的作用または電磁的作用の少なくとも一方を用いるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ブレーキ部材を対応する複数の異なるブレーキ位置へ動かすために前記作用の程度を変化させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記材料が、圧電材料、磁気ひずみ材料または電歪材料の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ブレーキ部材には前記回転部と係合できるようにバイアス力がかけられ、前記材料への選択的作用により、前記バイアス力に逆らって前記材料が形状変化するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記作用の程度または前記材料からの出力の程度の少なくとも一方を基に、前記回転部に対する前記ブレーキ部材の位置を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記回転部に対する前記ブレーキ部材の位置を決定するために、前記作用として電流を使用するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記回転部に対する前記ブレーキ部材の位置を決定するために、前記材料からの出力として電圧を使用するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. ブレーキ部材と、エレベータ巻上機に応じて回転する回転部と、の係合を調整するために選択された作用に応じて形状を変化させるブレーキアクチュエータ材料を有するエレベータ巻上機ブレーキを制御する方法であって、該方法が、前記作用と前記ブレーキアクチュエータ材料からの出力の少なくとも一方を基に前記回転部に対する前記ブレーキ部材の位置を決定するステップを含むことを特徴とするエレベータ巻上機のブレーキを制御する方法。
10. 前記回転部に対する前記ブレーキ部材の位置を決定するために、前記材料への作用として電流を使用するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記回転部に対する前記ブレーキ部材の位置を決定するために、前記材料からの出力として電圧を使用するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. ブレーキをかける間、前記ブレーキ部材と前記回転部との係合を調整するための前記材料への作用を調整することにより、前記ブレーキ部材がかける制動力を選択的に変化させるステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記材料が、圧電材料、磁気ひずみ材料または電歪材料の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. エレベータアッセンブリで使用する装置であって、該装置が、エレベータ巻上機の回転部へかかる制動力を調整するために選択された作用に応じて形状を変化させる材料を有するエレベータブレーキアクチュエータを含むことを特徴とするエレベータアッセンブリで使用する装置。
15. 前記形状変化として、前記材料の膨張による前記制動力の第１方向への変化と前記材料の収縮による前記制動力の逆方向への変化の少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記材料が、圧電材料、磁気ひずみ材料または電歪材料の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
17. 前記ブレーキアクチュエータが、複数の制動力に対応する複数のブレーキ位置に移動可能であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
18. 前記ブレーキアクチュエータが、前記エレベータ巻上機の回転部と係合するブレーキ部材を動かし、前記材料が前記ブレーキ部材の位置を調整することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
19. 前記作用を調整するために前記ブレーキアクチュエータと通信するコントローラを含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
20. 前記コントローラがブレーキ部材の位置を決定し、該ブレーキ部材が可動性で、前記作用に応じて前記エレベータ巻上機の回転部の回転を妨げることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 前記コントローラがブレーキ部材の位置を決定し、該ブレーキ部材が可動性で、前記材料からの電気出力に応じてエレベータ巻上機の回転部の回転を妨げることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
22. 前記作用が、電流、電場、電圧または磁場の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。

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