JP2014513781A - ブレーキおよびブレーキを作成する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電磁ブレーキ、および電磁ブレーキを作成する方法に関する。電磁ブレーキは、フレーム部(1)と、フレーム部に可動的に装着されて、磁心(3)を有する電機子部(2)と、前記電機子部(2)を前方に移動させてブレーキを作動させる１または複数のバネ要素(4)と、フレーム部(1)にはめ込まれ、前記１または複数のバネ要素(4)に逆らって前記電機子部(2)を引き戻すことでブレーキを解除するよう構成された電磁石(5)と、電機子部(2)が移動すると湾曲し、湾曲すると湾曲に抵抗する減衰力(Fd)を発生してブレーキノイズを減衰させる、平坦で弾性的に屈曲可能な減衰板(7)とを含む。

Description

発明の分野
本発明は、ブレーキノイズを減衰させる方式に関するものである。
発明の背景
例えば、エレベータ巻上機において一般的に使用される制動装置は、巻上機の回転部に機械的に係合する機械ブレーキである。機械ブレーキを、例えばドラムブレーキまたはディスクブレーキとして構成してよい。機械ブレーキは、ブレーキの電磁石への電流供給が中断されると作動する。機械ブレーキは、通常、バネを有し、このバネは、ブレーキが作動すると、ブレーキパッドを備えた電機子部を回転部の制動面に押し付けて、巻上機の回転部の動きを制動する。
ブレーキは、ブレーキの電磁石に電流が供給されると解除される。ブレーキの解除は、電磁石がバネのもたらす押力に逆らってブレーキパッドを巻上機の回転部の制動面から引き離すことで有効になる。エレベータの作動中、電磁石が電源に接続された状態にあるためブレーキは解除状態にあり、エレベータカーはエレベータ昇降路を上下動できる。エレベータブレーキは、例えば、同一の巻上機が2つ以上の機械ブレーキを備えるように実装してよい。
電磁石を流れる電流が落ちると、バネが作用させる力が最終的に電磁石の磁力を上回り、ブレーキが作動する。これらの力が不均衡になることで、ブレーキパッドが巻上機の回転部の制動面に当接する。ブレーキが解除されると、電磁石は再び電機子部にバネ力に対抗する力をかける。電磁石が電機子部に作用させる力がバネ力を超えるレベルに達すると、フレーム部と電機子部間の空隙が埋まり、電機子部がフレーム部に当接する。
ブレーキの作動または解除によって金属製のブレーキ部品間に生じる衝撃が雑音を発生させることがある。これまで、例えばフレーム部と電機子部間の空隙に独立したダンパーを設けて、ブレーキが解除状態にある場合、フレーム部および電機子部の金属表面同士が直接接触しないようにすることで騒音問題を解消する試みがなされてきた。ダンパーは、ゴムやポリウレタンなどの弾性材料で作成でき、また、上述の目的のために設計されたらせんばねまたはダイヤフラム・スプリングなどのバネとして実装することも可能である。
フレーム部と電機子部間の空隙は、例えばダンパーの製造上の公差に応じて変化することがある。電磁石の磁力は空隙が大きくなると低下するが、これは、ブレーキの解除／解除状態におけるブレーキの維持のために電流を増加させる必要があることを意味する。一般的に言えば、電磁石のコイルにおける電力損失は空隙の増大とともに大きくなり、電力損失が増大すると、ブレーキの作動温度も上昇する。
また、ダンパーが発生させる減衰力がブレーキの耐用年数の経過で低下する可能性があり、例えば、ポリウレタン製のダンパーの減衰力は、高温が原因となって徐々に低下し得る。さらにまた、バネの減衰力も、とりわけ疲労により低下する恐れがある。減衰力の低下は、ダンパーの機能的能力、すなわちブレーキの騒音を減衰させる能力の低下をもたらす。
発明の目的
本発明は、上述の欠点および後述の本発明の説明で示す欠点を解消する方法を提供することを目的とする。本目的を実現するために、本発明は、請求項１に係る電磁ブレーキ、請求項３に係るブレーキ、ならびに請求項13に係るブレーキを作成する方法を開示する。本発明の好適な実施形態は、下位請求項に記載されている。また、創意に富む実施例およびさまざまな実施例の創意に富む組み合わせについて、本願の明細部分および図面に示す。
発明の簡単な説明
本発明に係る電磁ブレーキは、フレーム部と、フレーム部に可動的に装着された、磁心を有する電機子部と、前記電機子部を前方に動かしてブレーキを作動させる１または複数のバネ要素と、フレーム部に取り付けられて、前記磁心を引っ張ることで前記１または複数のバネ要素に抵抗して電機子部を引き戻す電磁石とを備え、さらに、静止位置にあるときは平面形状となる、弾性的に屈曲可能な減衰板を備え、減衰板は、電機子部を動かす力の作用によって湾曲するように取り付けられる。減衰板はさらに、電機子部を動かす力が減衰板を湾曲させる際にブレーキノイズを減衰させる減衰力によって、屈曲に抵抗するように取り付けられる。
また、本発明はブレーキに関するものであり、本ブレーキは、フレーム部と、フレーム部に可動的に装着された電機子部と、フレーム部および電機子部の互いに面する対向面間に設けられた空隙とを備え、さらに、空隙内に取り付けられた、静止位置にあるときは平面形状となる弾性的に屈曲可能な減衰板を備えている。この減衰板は、ブレーキノイズを減衰させる減衰力によって屈曲に抵抗するように取り付けられる。上述の対向面の少なくとも一方は、減衰板を屈曲させるよう設計された非平面形状を有する。
本発明の減衰板は湾曲するように取り付けられるのが好ましく、これにより、減衰板の縁端部は減衰板の中央部に対して湾曲する。本発明に係る、静止位置では平面形状となる減衰板によって、減衰力をブレーキの領域全体にわたって均等に加えることができるため、電機子部の動きを、従来技術による方式よりも、正確且つ少ない公差で制御できる。なお、減衰力の均等分散とは、点状の減衰力が低減され、減衰力の大きさが増し、電機子部の動きが非常に短くなるようにブレーキを設計できるということである。電機子部の動きが短いことで、電機子部の動きの運動エネルギーを低減でき、運動エネルギーが低減すると、ブレーキノイズも減衰する。さらに、本発明の減衰板は、減衰板の総体的な湾曲部が小さくても、減衰板が湾曲すると減衰力が急速に増加するように設計できる。総体的な湾曲部が小さいおかげで、湾曲が繰り返されても、例えばばね鋼からなる減衰板に起きる疲労は少ない。つまり、減衰板の使用時間、ひいてはブレーキの耐用年数がきわめて長くなる。
本発明の好適な一実施形態において、減衰力は、減衰板の湾曲部の大きさに比例する。本発明の好適な実施形態では、ブレーキが解除されると、電機子部がブレーキのフレーム部に近づくにつれて減衰力は強度を増し、電機子部の運動エネルギーを効果的に放散させて、フレーム部と電機子部の接触に対する抵抗を生み出すことができる。
本発明の好適な一実施形態において、減衰板は、フレーム部および電機子部の、互いに対して面している対向面間の空隙に取り付けられる。本発明の好適な実施形態では、減衰板は磁化材料、好ましくはばね鋼で形成される。このような減衰板はブレーキの磁性領域の有効空隙を縮小させるため、電磁石と磁心の間に必要となる磁力を、電磁石の低減された磁化電流によって発生させることができる。同時に、電磁石の電力損失も減少し、その一方で、励磁コイルの大きさの削減、例えば励磁コイルの銅線の量の削減が可能となる。
本発明の好適な一実施形態において、上述の対向面の一方は、減衰板を曲げる凹状部を有する。凹状の対向面にするために、対向面に例えば切削等の機械加工を施すことができ、その深さに応じて減衰板の湾曲部の大きさが決まる。本発明の好適な実施形態では、上述の対向面の一方は、減衰板を曲げる凸状部を有する。凸状の対向面にするために、対向面に例えば隆起または傾斜等の機械加工を施すことができ、これらの高さ／傾斜角に応じて減衰板の湾曲部の大きさが決まる。減衰力の作用する範囲だけでなく、電機子部が動く経路に対する大きさも、１または複数の対向面の外形から正確に規定できるため、実現される減衰方式は、製造公差および調整公差のどちらに関してもきわめて正確である。よって、電機子部の動きを短くできると同時に、対向面間の空隙を小さくできる。
本発明に係るブレーキは、好ましくは、エレベータ、エスカレータ、または動く歩道用の機械ブレーキである。
本発明に係るブレーキの作成方法は、ブレーキ用のフレーム部およびフレーム部に可動的に支持される電機子部を形成すること、フレーム部および電機子部に互いに向い合せで配される対向面を形成すること、静止位置においては平坦な形状となり、屈曲すると屈曲に抵抗する力を発生させてブレーキノイズを減衰する、弾性的に屈曲可能な減衰板を形成すること、および減衰板をブレーキの対向面間の空隙にはめ込むことを含む。
本発明の好適な一実施形態において、上述の対向面の一方を、減衰板を湾曲させるために凹状に形成する。
本発明の好適な一実施形態において、上述の対向面の一方を、減衰板を湾曲させるために凸状に形成する。
本発明の好適な一実施形態において、減衰板は電機子部とフレーム部の間にはめ込まれて取り付けられて、減衰板が曲がる。減衰板は、電機子部が動く距離の全長にわたって電機子部とフレーム部の両方に接触してもよく、逆に、減衰板は電機子部の移動範囲の一部において電機子部および／またはフレーム部から離れてもよい。
減衰板はさまざまな形状にでき、例えば、減衰板は円形（円板状）または四角形でもよい。減衰板の剛性、ならびにその剛性によって得られる、減衰板の湾曲に逆らう力は、材料の選択に関係なく調整でき、また、例えば減衰板の厚みを変えることで調整することも可能である。減衰板は、減衰板の縁端部のあらゆる場所が中央部に対して同程度曲がるように湾曲させることができ、また反対に、減衰板の対向する２つの縁端部のみが減衰板の中央部に対して曲がるように湾曲させてもよい。減衰板は、好ましくは、金属などの非圧縮性材料で形成する。
上述の概要、ならびに後述の本発明の付加的特徴および利点については、以下に述べる本発明のさまざまな実施形態により、よりよく理解できるであろう。ただし、実施形態に関する説明は、本発明の適用分野を限定するものではない。
本発明に係るエレベータ巻上機の機械ブレーキを示す。 図１の機械ブレーキの上面図を示す。 図１および図２の機械ブレーキで使用されるブレーキ減衰板を示す。 、 、および 本発明の電磁ブレーキの対向面の実現可能ないくつかの幾何学的設計をより詳細に示す。 減衰力Fdを減衰板の湾曲部xの関数として視覚的に示したグラフである。
発明の好ましい実施形態の詳細な説明
図１では、図２に示すエレベータ巻上機の機械ブレーキの、線A-Aに沿った断面図を示す。機械ブレーキのフレーム部１は取り付け突起14によって巻上機の定置式機械フレームに固定される。フレーム部１は電磁石を備え、これは励磁コイル５および鉄製のコイル芯６を含む。機械ブレーキの電機子部２は、フレーム部１にボルト15およびボルト15を取り囲むスリーブ12によって可動的に固定されるため、電機子部２はフレーム部１に対して所定の経路に沿って移動可能である。スリーブ12をボルト15に沿って動かすことで電機子部２の移動距離も調整でき、これにより、電機子部２とフレーム部１間の空隙10を調整できる。バネ４が押力をフレーム部１と電機子部２間にかけて、バネ４が電機子部２を巻上機の回転部のブレーキドラム13に押し付けると、ブレーキが作動して巻上機の回転部の動きを制動する。バネ４の作用範囲は、バネ４により生じる押力が電機子部２の経路に対して一定となるように、あるいは、電機子部２の位置が変わると押力にわずかな変化が現れるように決められる。ブレーキは、電流を電磁石の電磁コイル５に供給して解除され、コイル５を流れる電流は、コイル芯６と電機子部の磁化材からなる磁心３の間に磁力を発生させるため、バネ４の押力が打ち消されて、電機子部２とブレーキドラム13との接触が切られる。
ブレーキが解除され、電機子部２がフレーム部１に向かって動き出すと、電磁石によって電機子部２にかかる磁力が大きくなり始める。これは、ブレーキ磁気回路のコイル芯６と磁心３間の空隙10が同時に縮小し始めるためである。問題は、増大する磁力によって、電機子部２の運動エネルギーは大きくなる傾向があり、その結果、ブレーキのフレーム部１に電機子部２の騒音の影響が及ぶ恐れがあることである。
この問題を解決するために、図１に示すように、これまで、ばね鋼からなる減衰板７がコイル芯６と磁心３間の空隙10に取り付けられてきた。コイル芯６の空隙10に隣接する対向面８は若干窪んでいて、これに対応して、電機子部の磁心３の空隙に隣接する対向面９は若干凸状になっている。そのため、ブレーキが解除されて電機子部２がフレーム部１に向かって動くと、減衰板７は湾曲しやすくなり、減衰板の縁端部16が中央部分17に対して湾曲する。図５に示すように、減衰板は、湾曲部ｘの大きさに比例する力Fdによる湾曲に抵抗する。湾曲が大きくなるにしたがって力Fdが急速に大きくなり、電機子部２がフレーム部に近づく。また、力は電機子部２の動きと逆の方向にも作用するため、力Fdによってフレーム部１および電機子部２の各対向面8、9が接触しにくくなり、その結果、電機子部２とフレーム部１間に生じる衝撃によって発生する雑音が効果的に減衰される。
図３は、図１および図２における機械ブレーキに使用される円形の減衰板７を上部から見た図を示す。図１に示すように、減衰板７の直径は実質的に、フレーム部１および電機子部２の空隙10に隣接する各対向面8、9の直径Dに等しい。減衰板７は、減衰板の縁部16が中央部分17に対して湾曲するように、曲がる。そのため、減衰板７がもたらす力Fdは縁部16の全長に均等に分散され、これに反して、減衰板の中央部分17では、力は最大面積全体に不均等に分散される。そのため、減衰板７が湾曲した際、互いに押し付けられた対向面にかかる圧力は小さいままである。また、減衰板７は、フレーム部１と電機子部２と間の空隙10の大部分をふさいでいる。減衰板７は磁化材料で形成されているため、ブレーキの磁性領域の有効空隙が縮小し、磁性領域の磁気抵抗が低減して、励磁コイル５の電流要求も減少する。減衰板７には穴11が設けられ、そこにボルト15およびスリーブ12が取り付けられていて、これらは減衰板７を圧迫するバネ４とともに、減衰板７を空隙10内の所定位置の中心にもっていく。
図４ａ、図４ｂ、および図４ｃは幾何学的設計のいくつかを可視化したものであり、これらの設計はブレーキのコイル芯６および磁心３の空隙に隣接する対向面8、9の形状に適用できる。これらの図では、対抗面の凸状部／凹状部といった特定の特徴を強調して示し、動作原理を可視化している。
図４ａに示す方式では、コイル芯６の空隙10に隣接する対向面８は凹形状に傾斜し、磁心３の空隙10に隣接する対向面９は凸形状に傾斜していて、斜角aはどちらの対向面も同じである。図４ｂに示す方式では、コイル芯６の空隙10に隣接する対向面８は凹形状に傾斜しているのに対し、磁心３の空隙10に隣接する対向面９は平坦であるが、この場合、磁心３の対向面９の直径D′は、実質的に、コイル芯６の対向面８の直径Dおよび減衰板７の直径よりも小さい。図４ｃに示す方式では、減衰板７が静止位置にあるときからあらかじめ張力をかけておくことで、ブレーキが作動状態にあっても、減衰板７はわずかに湾曲した状態である。したがって、減衰板７の「静止位置」とは、減衰板７が曲がっていない状態を指す（図４ａおよび図４ｂを参照のこと）。
また、図４ａ−図４ｃの方式を逆にして実行してもよく、磁心３の空隙10に隣接する対向面９が凹状であり、図４ａおよび図４ｃの実施形態におけるコイル芯６の空隙10に隣接する対向面８が凸状である機構、および図４ｂの実施形態におけるコイル芯６の空隙10に隣接する対向面８が平坦であり、且つ、その直径が磁心３の空隙10に隣接する対向面９および減衰板７の直径Dよりも小さい機構を適用できる。
当業者には明白なことであるが、本発明のさまざまな実施形態は上述の例に限定されるものではなく、本願特許請求項の範囲内で変更してもよい。
また、本発明の減衰方式は、ドラムブレーキおよびディスクブレーキのどちらにも適用可能であることも、当業者には明白である。

Claims (15)

  1. フレーム部(1)と、
    該フレーム部に可動的に装着され、磁心(3)を有する電機子部(2)と、
    該電機子部(2)を前方に移動させてブレーキを作動させる１または複数のバネ要素(4)と、
    前記フレーム部(1)にはめ込まれ、該１または複数のバネ要素(4)に逆らって前記電機子部(2)を引き戻すことで前記ブレーキを解除するよう構成された電磁石(5)とを含む電磁ブレーキにおいて、
    該ブレーキは、前記電機子部(2)を動かす力が該減衰板(7)を湾曲させると、ブレーキノイズを減衰する減衰力(Fd)による湾曲に抵抗するよう取り付けられた、平坦で弾性的に屈曲可能な減衰板(7)を含むことを特徴とするブレーキ。
  2. 請求項１に記載のブレーキにおいて、前記減衰板(7)は、前記フレーム部(1)および前記電機子部(2)の、互いに面する対向面(8、9)間に設けられた空隙(10)内に取り付けられることを特徴とするブレーキ。
  3. フレーム部(1)と、
    該フレーム部に可動的に装着された電機子部(2)と、
    前記フレーム部(1)および前記電機子部(2)の、互いに面する対向面(8、9)間に設けられた空隙(10)とを含むブレーキにおいて、
    該ブレーキは、前記空隙(10)内に取り付けられて、ブレーキノイズを減衰する減衰力(Fd)による湾曲に抵抗する平坦で弾性的に屈曲可能な減衰板(7)を含み、
    前記対向面(8、9)の少なくとも１つは、該減衰板(7)を湾曲させるために平坦ではないことを特徴とするブレーキ。
  4. 前記請求項のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記減衰力(Fd)は、前記減衰板(7)の湾曲部(x)の大きさに比例することを特徴とするブレーキ。
  5. 前記請求項のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記減衰板(7)は、該ブレーキを解除する際に湾曲するように取り付けることを特徴とするブレーキ。
  6. 前記請求項のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記減衰板(7)により生ずる前記減衰力(Fd)を作用させて、前記フレーム部(1)と前記電機子部(2)との対向面が接触しにくくすることを特徴とするブレーキ。
  7. 請求項２ないし６のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記対向面(8、9)のうちの一方は、前記減衰板(7)を湾曲させるために凹状に形成されることを特徴とするブレーキ。
  8. 請求項７に記載のブレーキにおいて、前記対向面(8、9)のうちの一方は、前記減衰板(7)を湾曲させるために凸状に形成されることを特徴とするブレーキ。
  9. 前記請求項のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記減衰板(7)はばね鋼からなることを特徴とするブレーキ。
  10. 前記請求項のいずれかに記載のブレーキにおいて、該ブレーキはエレベータ、エスカレータ、または動く歩道用の機械ブレーキであることを特徴とするブレーキ。
  11. 前記請求項のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記減衰板(7)は、該減衰板(7)を所定位置の中心に置くための穴(11)を備えることを特徴とするブレーキ。
  12. 請求項２ないし１１のいずれかに記載のブレーキにおいて、前記減衰板(7)の直径は、実質的に、前記対向面(8、9)の直径(D)と同じであることを特徴とするブレーキ。
  13. −ブレーキ用のフレーム部(1)および該フレーム部に可動的に支持される電機子部(2)を形成し、
    −互いに向かい合う対向面(8、9)を前記フレーム部(1)および前記電機子部(2)に形成するブレーキを作成する方法において、
    −湾曲すると、湾曲に抵抗する力(Fd)を発生してブレーキノイズを減衰する平坦で弾性的で屈曲可能な減衰板(7)を形成し、
    −該減衰板(7)は、前記ブレーキの前記対向面(8、9)間の空隙(10)に取り付けることを特徴とする方法。
  14. 請求項１３に記載の方法において、
    −前記対向面(8、9)の一方を凹状に形成して前記減衰板(7)を湾曲させることを特徴とする方法。
  15. 請求項１４に記載の方法において、
    −前記対向面(8、9)の一方を凸状に形成して前記減衰板(7)を湾曲させることを特徴とする方法。
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