JP2009533301A - 永久磁石式エレベータディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

ブレーキアセンブリ（１８）はブレーキディスク（２２）に締め付け力を加える方向に第一の磁界（５２）を発生させる永久磁石（３６）を含む。電磁石（３８）は第一の磁界（５２）に対向する第二の磁界（５４）を発生させるように適当な極性の電流に励磁される。電流の印加される割合および大きさにより二つの磁界（５２，５４）の間に制御された反発力がつくり出され、ブレーキディスク（２２）を外す。永久磁石（３６）と電磁石（３８）との距離が増大すると、磁界強度の差は釣合い位置が得られるまで減少する。永久磁石（３６）から発生する第一の磁界に対する第二の磁界（５４）の強度を変化させることにより制御する方法でブレーキが印加、解放される。

Description

本発明は概してエレベータシステムに関する。特に本発明はエレベータブレーキシステムに関する。

エレベータシステムはエレベータかごを所望の位置に停止させ固定するブレーキシステムを含む。一般的にブレーキシステムは、軸方向可動プレートを、ブレーキライニング材を有するブレーキロータに付勢するスプリングを含む。その結果として可動プレートとライニング材との間に生じる摩擦力がエレベータを定位置に停止させ固定する。可動プレートの係合はブレーキの引き下げ（ｄｒｏｐｐｉｎｇ）として公知であり、一般的にデフォルト状態である。可動プレートは電磁石によって生成される磁界によりブレーキライニングから外される。磁界により生成される引力がスプリングの力に打ち勝ち、可動プレートをブレーキロータから引き離す。これはブレーキの引き上げ（ｌｉｆｔｉｎｇ）として公知である。

磁界の生成に利用される電磁石は、可動プレートがハウジングに向かって係合から離れるに従い、その電磁石によって生成される引力が増大する点で、本質的に不安定である。一般的に可動プレートは係合位置と非係合位置の間の約０．３ｍｍのエアギャップ間を移動する。このエアギャップの間の可動プレートの移動と、それに伴うブレーキロータもしくはハウジングとの接触により、エレベータかご内で聞こえる不快な騒音が生じる。磁界は強磁性部品が互いに近づくに従い増大し、ブレーキの引き上げの際に不快な騒音を発生しうる可動プレートの加速を引き起こす傾向がある。

ブレーキを引き下げる際に磁界の減衰が早すぎると、可動プレートはスプリングによりブレーキロータに対して加速され、ブレーキハウジングもまた騒音を発生させる。ブレーキを引き下げる際に磁界の崩壊を遅らせるためのダイオードサーキットを用いることによりブレーキの騒音は幾分低減される。しかしながら、騒音の低減は不十分であると同時に、このような装置はブレーキの係合時の望ましくない遅延を生じさせるおそれがある。

可動プレートと電磁石ハウジングとの間の接触によって発生する騒音を低減しようとするその他の装置として、例えばＯ−リングなどの弾性緩衝部材の使用が挙げられる。Ｏ−リングは衝撃を低減するように動きを抑え、騒音を低減する。不都合なことに、Ｏ−リングはクリープ、応力緩和、及びエージングを起こしやすい。次第にこれらの要因はブレーキと係合する力の低下に加え、Ｏ−リングを劣化させて著しい騒音の増加をもたらす。騒音の増加と係合力の低下により結局ブレーキトルクの再調整が必要となり、所望の騒音低減特性を維持するためにＯ−リングの交換が必要となる。その他の周知の装置には、弾性緩衝器すなわちパッドの使用が挙げられる。こうした装置はＯ−リングに関連して耐用年数に限界がある。

従って、望ましくない衝撃を防ぎ不快な騒音を低減するように安定して制御された所望の固定力および停止力を提供し、耐久性を高め、耐用年数を延ばす改善されたブレーキシステムが必要とされる。

概して、本発明は、ブレーキの適用を安定化するように永久磁石と電磁石とを利用するエレベータシステム用のブレーキアセンブリである。本発明により設計された一例のシステムは、ブレーキディスクに締め付け力を加える方向に第一の磁界を発生させる永久磁石を含む。固定された電磁石ハウジングとプレートとの間に配置されたスプリングにより、付加的な付勢力とプレートに印加される力の調節が得られる。一例のブレーキアセンブリでは、ブレーキが引き下げ位置すなわち適用位置にあるとき、永久磁石の引力とコイルスプリングの付勢力とにより、固定ハウジングと軸方向可動プレートとの間でブレーキディスクが締め付けられる。

電磁石は、第一の磁界に対向する第二の磁界を発生させるように適当な極性の電流で励磁されるコイルを含む。コイルに印加される電流の割合および強度により、制御された変動する第二の磁界が生成される。第二の磁界は、第一の磁界に対する反発力を生み出し、永久磁石ハウジングを電磁石ハウジングから離すように駆動させる。永久磁石ハウジングと電磁石ハウジングとの距離が増大すると、釣合い位置が得られるまで二つの磁界の強度の差は減少する。

そして永久磁石ハウジングが電磁石ハウジングに近づくに従い、その永久磁石ハウジングの動きを調節するように電磁電流の量を減少させることにより、ブレーキを制御しながら印加することができる。コントローラはコイルへの電流を低下させ、釣合い位置を徐々に固定された電磁石ハウジングへと近づけて引き下げ位置へと移動させる。

従って、実施例のブレーキは、摩損し交換が必要な制動体を使用することなく騒音を減少させるブレーキの制御された移動や適用を提供する。さらに、実施例のブレーキアセンブリにより安定した耐久性の高いブレーキアセンブリを提供する。

本発明の様々な特徴および利点は、以下の好ましい実施形態を詳述することによって当業者に明らかとなろう。

図１は昇降路１４内を移動可能なエレベータかご１２を含むエレベータシステム１０を概略的に示す。モータ１６はエレベータかご１２を周知の方法で移動させる。ブレーキアセンブリ１８は電磁石と協働する永久磁石を利用して動作を安定させる。ブレーキアセンブリ１８は、エレベータかご１２を昇降路１４内の所望の位置に停止させ固定するようにモータ１６に隣接して取り付けられる。

図２を参照すると、例示のブレーキアセンブリ１８がブレーキの適用位置すなわち引き下げ位置にあることを概略的に示す。モータ１６がシャフト２８を軸３０の周りで駆動させる。軸２８はモータ１６からブレーキアセンブリ１８内へと延在する。ブレーキアセンブリ１８は固定されたハウジング２０、軸方向可動ディスク２２および軸方向可動プレート２６を含む。ディスク２２は、引き下げ位置にあるときにハウジング２０およびプレート２６の双方と係合する摩擦材２４を含む。さらに、ディスク２２が周知の方法でシャフト２８に適合されて軸方向の移動は可能とされるがシャフト２８に対しての回転移動は防止される。ディスク２２の適合特徴部は周知の通りであり、例えばキー溝のキーによって適合され、もしくはディスク２２およびシャフト２８上の接合スプラインによって適合される。

プレート２６がピン４６によって永久磁石ハウジング３４に取り付けられている。ピン４６は固定電磁石ハウジング３２内の開口部４８を通して延びる。永久磁石ハウジング３４内の永久磁石３６は、電磁石ハウジング３２に対して引力を及ぼす第一の磁界５２を矢印に示す方向に発生させる。永久磁石３６は、第一の磁界５２の方向を横切る面３５を含む。

図２を参照しながら図３を参照すると、面３５は、Ｎ極部（ｎｏｒｔｈ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）６１およびＳ極部（ｓｏｕｔｈ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）６２を含む。永久磁石３６は第一の磁場５２を発生させるように配置される。Ｎ極部およびＳ極部６１，６２はシャフト２８の周りに配置される。Ｎ極部およびＳ極部６１，６２はシャフト２８の周りに環状に配置され楕円形状をとる。楕円形状により永久磁石面３５のＮ極部およびＳ極部６１，６２の面積を最大化する。Ｎ極部およびＳ極部６１，６２は、反発磁力を指向し磁界の強度を減衰させる可能性のある漏れを防ぐように面３５の表面から距離３９だけ突出している。

第一の磁場５２は、矢印５２で示すように電磁石ハウジング３２の方へ永久磁石ハウジング３４を駆動させる引力を及ぼす。永久磁石ハウジング３４の動きはピン４６を介してのプレート２６の動きに変換される。次いでディスク２２がハウジング２０とプレート２６との間に締め付けられてシャフト２８の回転を防ぐブレーキ力を生成する。

図４を参照すると、永久磁石３６は、矢印６０に示すようにプレート２６を引き下げ位置すなわちブレーキの適用位置に向けて駆動する引力を発生させる第一の磁場５２を連続的に生成する。磁界５２の強度は、ディスク２２を締め付けるための所望の力を発生させ、特定の応用例に要求されるブレーキ力を発生させるために必要な大きさである。

ブレーキアセンブリ１８が引き下げ位置にある状態では、電磁石３８は電源供給されていない状態のままである。電磁石ハウジング３２は、永久磁石３６と協働するように配置されて、第一の磁界５２の所望の強さを発生させるために必要な合わせ配置をとる。

図５を参照すると、電磁石３８は、一連のコイル４０がコア部材４１の周りに巻かれてシャフト２８の周囲に環状に配置された面１９を含む。コア４１は、面１９から外側へ距離４５だけ突出して（図２）所望の反発磁力を発生させる。電磁石３８によって生成される磁界の大部分はコア４１を通過する。コア４１は、永久磁石３６の面３５の極６１，６２と平行に揃うように配置される。電磁石面１９は、それらの間のエアギャップを横切る磁束量を減少させるように配置される。こうしたエアギャップを横切る磁束は反発力を及ぼす能力を制限する。

ある特定の配置が例証されるが、永久磁石３６によって発生される引力を最適化する特徴を含むその他の配置も本発明の範囲に含まれることは当業者にとって理解できるであろう。例えば、このような特徴は、所望のエアギャップ、および本願の特定要件の磁束経路を改良し最適化する接合構成要素を含みうる。

図６，７を参照すると、ブレーキアセンブリ１８が解放位置すなわち引き上げ位置にあることを示す。プレート２６は、引き上げ位置ではディスク２２と締め付け接触していない。締め付け接触の解放によりディスク２２の回転が可能となりそれによりシャフト２８の回転が可能となる。引き上げ位置は、永久磁石３６によって生成される第一の磁界５２に対向する第二の磁界５４を生成するように電磁石３８を作動させることによって与えられる。コントローラ５０（図６）から電磁石３８のコイル４０に電流を供給することにより第二の磁界５４が生成される。一つの例では、コイル４０に印加される電流の量により第二の磁界５４の強度の度合いが制御される。一つの例は、所望のように磁界を指向させるように電流の極性を制御することを含む。

第二の磁界５４は永久磁石３６によって生成される第一の磁界５２よりも大きい。第一及び第二の磁界５２，５４を組み合わせることにより永久磁石ハウジング３４を電磁石ハウジング３２から軸方向に遠ざけるように駆動する全体的な反発し合う力を生じさせる。永久磁石ハウジング３４の移動により、これに対応するピン４６及びプレート２６の軸方向の移動がもたらされる。プレート２６の軸方向の移動によりディスク２２が解放されてブレーキ力が適用されなくなる。

電磁石３８は、コントローラ５０からの印加電力に比例する強度の第二の磁界５４を発生させる。従って、電流の印加される量および割合を制御することにより永久磁石ハウジング３４の動きを制御する。電磁石ハウジング３２と永久磁石ハウジング３４との間の距離が変化するに従いこれに比例して電流が制御され、それに応じて不快な騒音を発生しうる制御されていない衝撃を防ぐように力を調整することができる。

図示の例では、コイルスプリング４２がプレート２６と軸方向に固定された電磁石ハウジング３２との間に設けられている。コイルスプリング４２はプレート２６を引き下げ位置の方へ付勢する。コイルスプリング４２を図示するが、ベルヴィル座金のようなその他のばね部材も本発明の範囲に含まれる。

コイルスプリング４２は永久磁石３６と同様の方向に付勢する力を加える。コイルスプリングはまた、電磁石３８により生成される力を永久磁石３６によって生成される力と釣り合わせる調節機能を果たす。一例のコイルスプリング４２はプレート２６内のスプリングポケット４３内部に部分的に配置される。各コイルスプリング４２に設けられたアジャスタ４４はスプリング４２により生成されるバイアス力を調節することができる。アジャスタ４４は、スプリングポケット４３の深さを変化させ、それにより対応するスプリング力を変化させるための例えばねじ切りプラグのような周知の構成である。図示の実施例では４つのコイルスプリング４２を含むが、本願の特定要件に望ましいプレート２６の力および動きを均衡化するように任意の数のコイルスプリング４２が利用されうる。

コイルスプリング４２はプレート２６内のスプリングポケット４３内に配置される。しかしながら、スプリング４２は電磁石ハウジング３２内に取り付けられてもよい。アジャスタ４４は、スプリングポケット４３の深さを変化させ、それによりスプリング力を変化させるための例えばねじ切りプラグのような周知の構成である。この例では、磁界５４の強さはブレーキを引き上げるためにスプリング４２の付勢力および磁界５２に打ち勝つのに十分な強さである。

永久磁石ハウジング３４と電磁石ハウジング３２との間の距離が増大するに従い、２つの磁界の力の差は釣合い位置に達するまで減少する。釣合い位置では、永久磁石３６は固定された電磁石ハウジング３２に対する所望の位置に留まる。釣合い位置はコイル４０の電流レベルを変化させることにより調節できる。

そして永久磁石ハウジング３４が電磁石ハウジング３２に近づくに従い、その永久磁石ハウジング３４の動きを調節するように電流量を減少させることにより、ブレーキを制御しながらかけることができる。コントローラ５０はコイル４０への電流を低下させ、永久磁石３６を釣合い位置から徐々に固定された電磁石ハウジング３２へと近づけて引き下げ位置へと移動させる。

従って、実施例のブレーキアセンブリは、摩損し交換が必要な制動体を使用することなく騒音を低減させるブレーキの制御された動きや適用を提供する。さらに、実施例のブレーキアセンブリにより安定した耐久性の高いブレーキアセンブリを提供する。

本発明の上記の実施例は例示に過ぎない。種々の修正および変形例が本発明の真意を逸脱することなく考案されうることは当業者にとって理解できるであろう。このため本発明の真の範囲および意義を画定するために付記の特許請求の範囲を検討すべきである。

本発明による概略的なエレベータシステムの一例。 本発明により設計された一例のエレベータブレーキシステムの概略図。 本発明による一例の永久磁石の面の概略図。 永久磁石と電磁石との境界面が引き下げ位置にあることを概略的に示す図。 本発明による一例の電磁石の面の概略図。 一例のエレベータブレーキシステムが引き上げ位置にあることを概略的に示す図。 永久磁石と電磁石との境界面が引き上げ位置にあることを概略的に示す図。

Claims (20)

1. 係合位置と非係合位置との間を可動するブレーキ部材（２６）と、
   前記係合位置の方へ前記ブレーキ部材（２６）を付勢するように第一の磁界（５２）を発生させる永久磁石（３６）と、
   前記第一の磁界（５２）に対向する第二の磁界（５４）を発生させて、前記ブレーキ部材（２６）を前記係合位置から前記非係合位置のほうへ移動させるように作動可能な電磁石（３８）と、
   を備えたエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
2. 前記ブレーキ部材（２６）は、固定ハウジング（２０）と協働してブレーキ力を加え、前記電磁石（３８）は、前記ハウジング（２０）および前記永久磁石（３６）の動きに対して固定されており、前記ブレーキ部材（２６）と前記永久磁石（３６）とが一致して可動することを特徴とする請求項１に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
3. 前記永久磁石（３６）は、前記ブレーキ部材（２６）と前記永久磁石（３６）とが一致して可動するように前記ブレーキ部材（２６）と連関することを特徴とする請求項２に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
4. 前記電磁石（３８）は、ハウジング（３２）内に配置され、前記永久磁石（３６）は、前記ハウジング（３２）に対して可動することを特徴とする請求項１に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
5. 前記電磁石（３８）は、前記ハウジング（３２）内に配置されたコイル（４０）を備えるとともに、前記第二の磁界（５４）を選択的に制御された方法で発生させるように前記コイル（４０）に供給する電流を制御するコントローラ（５０）を含むことを特徴とする請求項４に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
6. 前記コントローラ（５０）は、前記ハウジング（３２）に対する前記永久磁石（３６）の位置に対応して電流を変化させることを特徴とする請求項５に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
7. 前記ハウジング（３２）は少なくとも一つの開口部（４８）を含み、前記永久磁石（３６）および前記プレート（２６）は、前記ハウジング（３２）内の前記少なくとも一つの開口部（４８）を通して少なくとも部分的に延在する少なくとも一つのピン（４６）によって互いに連結されることを特徴とする請求項４に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
8. 前記ハウジング（３２）に対する前記プレート（２６）の移動を調節するスプリング（４２）を含むことを特徴とする請求項４に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
9. 前記ハウジング（３２）と前記プレート（２６）との間の前記スプリング（４２）によって及ぼされる力を調節して、前記スプリング（４２）と前記第一の磁界（５２）との組み合わせにより発生するブレーキ力を釣り合わせるための調節装置（４４）を含むことを特徴とする請求項７に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
10. 摩擦ライニング（２４）を有するロータ（２２）であって、モータ（１６）とともに回転し、前記ブレーキ部材（２６）によって選択的に係合されるロータ（２２）を含むことを特徴とする請求項１に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
11. 前記電磁石（３８）は、前記永久磁石（３６）の面（１９）から突出した複数の対応するコア部材（４１）の周りに巻かれた複数のコイルアセンブリ（４０）を含むことを特徴とする請求項１に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
12. 前記永久磁石（３６）は、面（３７）から突出した複数のＮ極コア部（６１）と、これに対応する複数のＳ極コア部（６２）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のエレベータブレーキアセンブリ（１８）。
13. エレベータかご（１２）と、
    前記エレベータかご（１２）を移動させるモータアセンブリ（１６）と、
    ブレーキシステム（１８）と、
    を備えたエレベータシステム（１０）であって、
    前記ブレーキシステム（１８）は、前記モータアセンブリ（１６）によって駆動されるロータ（２２）と、前記ロータ（２２）と係合するように選択的に可動するブレーキ部材（２６）と、前記ブレーキ部材（２６）を前記ロータ（２２）と係合する方へ付勢する第一の磁界（５２）を発生させる永久磁石（３６）と、前記永久磁石（３６）を移動させるために前記第一の磁界（５２）に対向する反発磁界（５４）を発生させ、それにより前記ブレーキ部材（２６）の動きを制御する電磁石（３８）と、を備えることを特徴とするエレベータシステム（１０）。
14. 前記電磁石（３８）は、前記ブレーキ部材（２６）と前記ロータ（２２）の間の相対位置を制御するように選択された方法で前記反発磁界（５４）を発生させることを特徴とする請求項１３に記載のエレベータシステム（１０）。
15. 前記電磁石（３８）は、前記ブレーキ部材（２６）および前記永久磁石（３６）の動きに対して固定されたハウジング（３２）の内部に配置され、前記ブレーキ部材（２６）および前記永久磁石（３６）は、前記ハウジング（３２）内の開口部（４８）を通して少なくとも部分的に延在する少なくとも一つのピン（４６）によって連結されることを特徴とする請求項１４に記載のエレベータシステム（１０）。
16. 前記永久磁石（３６）は、前記ブレーキ部材（２６）から前記ハウジング（３２）の反対側に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のエレベータシステム（１０）。
17. 前記電磁石（３８）によって及ぼされる力を釣り合わせるように前記ハウジング（３２）と前記ブレーキ部材（２６）との間にスプリング（４２）を含むことを特徴とする請求項１５に記載のエレベータシステム（１０）。
18. ａ）ブレーキ力を印加するように永久磁石（３６）で第一の磁界（５２）を発生させるステップと、
    ｂ）ブレーキ力を解放するように電磁石（３８）で前記第一の磁界（５２）に対向する第二の磁界（５４）を発生させるステップと、
    を備えたエレベータブレーキシステムの制御方法。
19. 前記第二の磁界（５４）の強度を制御するように前記電磁石（３８）に印加する電流を選択的に制御することを含むことを特徴とする請求項１８に記載のエレベータブレーキシステムの制御方法。
20. 前記第一の磁界（５２）と、前記第二の磁界（５４）との強度の差を選択的に制御することによりブレーキシステムにおける可動部材間の相対位置を制御することを含むことを特徴とする請求項１８に記載のエレベータブレーキシステムの制御方法。

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