JP4722813B2 - 電磁ブレーキ装置、エレベータ用巻上機 - Google Patents

電磁ブレーキ装置、エレベータ用巻上機 Download PDF

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Description

この発明は、電磁ブレーキ装置、特にエレベータ用巻上機の電磁ブレーキ装置の構造に関するものである。
従来のエレベータ巻上機のブレーキ装置として、エレベータの巻上モータに連動して回転するブレーキドラムと、このブレーキドラムに接触して回転制動をかけるブレーキシューと、このブレーキシューとブレーキドラムとを押圧して接触させるブレーキバネと、エレベータの起動若しくは走行時にはこのブレーキバネの押圧力と対向する力を発生させるブレーキコイルと、ブレーキシューに加えられるブレーキドラムからの圧力を検出する圧力センサと、ブレーキコイルへの動作命令及び圧力センサからの検出結果の判断を行う制御盤を備えたものがあった。または、ブレーキコイルの電磁力によって動くブレーキレバーの動きをスイッチにより検出していた(例えば、特許文献1参照)。
また、制動面とブレーキシュー間のブレーキ動作時の変位を、レバーなどのリンク機構で大きな変位に変換し、その変位を非接触式の変位計などで検知しているものがあった(例えば、特許文献2参照)。
また、ブレーキストローク量の調整や良否判定にあたって、実際にギャップを計測したり、専用にストローク判定装置を設けたりして行っていた(例えば、特許文献3参照)。
さらに、ブレーキの制動音を、ブレーキコイルに流れる電流を検知してブレーキ電圧を制御することにより低減しているものがあった(例えば、特許文献4参照)。
特開平5−213567号公報([請求項1]、[0006]、図1、図3) 特開昭61−6437号公報([請求項3]、[0002]、図3) 特開平5−280965号公報([請求項1]、図1) 特開2003−83372号公報([請求項1]、図1)
上記従来の技術においては、例えば特許文献1に示すように、ブレーキの制動及び開放状態を接触式のスイッチや圧力センサで検出するようにした場合、当該スイッチや圧力センサの取付によっては検出精度が低下するため、その取付調整作業に手間がかかる。
また、特許文献2では、ブレーキシューと制動面の隙間は微小(0.2mm程度)であり、ブレーキの制動及び開放状態の変位が非常に小さいため、ブレーキ動作を容易に検出するために、レバー等のリンク機構を用いて、制動面とブレーキシュー間のブレーキ動作時の変位を大きな変位に変換して検知している。そのため、ブレーキ装置自体が複雑で大きくなり、重量も増すという問題点があった。
また、従来のブレーキ装置においては、ブレーキのストローク調整や良否判定は、定期点検によるギャップの実測により実施しているため、手間がかかるという問題があった。また、特許文献3のように専用にストローク判定装置を設けて行う場合でも、ブレーキ装置が複雑で大きくなり、重量が増すという問題点があった。
さらに、特許文献4では、ブレーキコイルに流れる電流を検知してブレーキ電圧を制御することによりブレーキの制動音を低減しているので、複雑な制御装置を必要とし複雑な制御なしでは制動音を低減することができないという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ブレーキの状態及び動作を非接触、小型でかつ高感度に検出すると共に、ストローク調整や良否判定、さらにはブレーキの制動音低減を可能とする電磁ブレーキ装置を提供することを目的としている。
この発明に係る電磁ブレーキ装置は、回転体の制動面に対向して配置されるブレーキシューと、ブレーキシューに連結され、ブレーキシューを制動面に接離させる方向へ往復動可能なアーマチュアと、電磁コイルを有し、電磁コイルの励磁時にアーマチュアを吸引してブレーキシューを制動面から開離させる電磁フィールドと、電磁コイルの非励磁時にブレーキシューを制動面に押し付ける弾性部材と、電磁フィールド又はアーマチュアのいずれか一方に配設され、電磁フィールド又はアーマチュアのいずれか他方との間において第1の磁路を生成すると共に、電磁フィールド又はアーマチュアのいずれか他方と反対側に第2の磁路を生成する永久磁石、永久磁石が生成する第2の磁路の磁束密度を検出する磁気センサを有する検出部とを備える。
この発明の電磁ブレーキ装置によれば、電磁フィールドとアーマチュアの間隙を検出する検出部を、永久磁石と磁気センサで構成したことにより、ブレーキの状態・動作を非接触に検出することができ、検出部の検出精度、信頼性及び寿命が向上する。また、検出部の取付作業が容易となる。
また、本発明の検出部は、永久磁石によるバイアス磁界を用いてブレーキの状態・動作を磁界の変化として磁気センサにより検出するため、磁石をグレードの高いものを利用すれば、レバー等のリンク機構を用いることなく、小型でかつ高感度にブレーキの状態・動作の検出が可能となる。
そして、ブレーキのストローク調整や良否判定においても、検出部の出力をモニタすることで、専用の装置を用いることなく容易に行うことができる。
さらに、ブレーキの動作を直接検出部で検知し、ブレーキ電圧を制御することにより、ブレーキの制動音を複雑な制御を必要とすることなく低減することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による電磁ブレーキ装置を備えたエレベータ用巻上機を示す正面図(図2の矢印I方向から見た図)、図2は同じくエレベータ用巻上機を示したものであり、図1のII−II線断面図である。
図1及び図2において、エレベータ用巻上機1は、椀状部2aを有するロータ2と、ロータ2を軸受6を介して回転自在に支持している主軸5と、ロータ2を制動させるための電磁ブレーキ装置11と、ハウジング7に固定されたステータ8を備えている。ロータ2の椀状部2aの底面側(図2の上側)には、巻上機1の綱車部4がロータ2と一体的に形成されている。ハウジング7に固定されたステータ8にはコイルが巻回され、ステータ8と対向するロータ2の外周には永久磁石(図示せず)が装着されている。また、ロータ2の椀状部2aの内周面には、電磁ブレーキ装置11のブレーキシュー12(後述)が当接する制動面3が形成されている。
電磁ブレーキ装置11は、ロータ2の椀状部2aの内周側に配設されている。電磁ブレーキ部11は、ブレーキシュー12と、ブレーキシュー12を連結している磁性体から成るアーマチュア13と、その内部に電磁コイル14を含む磁性体から成る電磁フィールド15を備えている。電磁フィールド15は、弾性部材(圧縮バネ:図3に図示)16を介して半径方向に往復動可能なアーマチュア13を連結している。アーマチュア13はブレーキシュー12と連結されており、ブレーキシュー12はアーマチュア13の往復動と連動して制動面3に接離するようになっている。すなわち、電磁ブレーキ部11は、電磁コイル14の非励磁により、アーマチュア13及びブレーキシュー12を外方向に進出させて、ブレーキシュー12をロータ2の制動面3に押し当てることにより、ロータ2の回転を制動させるように構成されている。
電磁ブレーキ装置11の電磁フィールド15には、半径方向の穴24が設けられており、穴24の内部のアーマチュア13と接する面側に検出部22が取り付けられている。そして、検出部22は、引出線23により制御部21と連結されている。
図3は電磁ブレーキ装置11の動作を説明するための部分断面図であり、図3(a)はブレーキ開放状態を示す図、図3(b)はブレーキ制動状態を示す図である。図3(a)に示すように、電磁コイル14を励磁することにより、アーマチュア13を弾性部材(圧縮バネ)16に抗して電磁フィールド15へ吸引して、ブレーキシュー12をロータ2の制動面3から開離させる。そして、図3(b)に示すように、電磁コイル14を非励磁にすることにより、弾性部材(圧縮バネ)16によりアーマチュア13を電磁フィールド15から引き離し、ブレーキシュー12を制動面3に押し付け、ロータ2を制動させる。ここで、図3(b)に示すように、ブレーキ制動時には、アーマチュア13と電磁フィールド15の間には、間隙17が形成される。
図4は電磁ブレーキ装置11の検出部22を示す部分拡大断面図である。電磁ブレーキ装置11の検出部22は、アーマチュア13側に配置された永久磁石32と、永久磁石32のアーマチュア13と反対側に配置された磁気センサ31と、永久磁石32及び磁気センサ31を挟んでそれらの両側に配置された磁性体33により構成されている。永久磁石32は、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面と略平行な方向(矢印B)に配向・着磁されている。そして、磁気センサ31は、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面と略平行な方向(矢印A)の磁界を検知する向きに配置されている。また、永久磁石32、磁気センサ31及び磁性体33からなる検出部22は、筒状のセンサホルダ34内に収納され、樹脂モールド35により一体に形成されている。
図5は電磁ブレーキ装置11の検出部22の取付方法を説明する図である。まず、図5(a)に示すように、電磁フィールド15とアーマチュア13の間の間隙17に、電磁フィールド15のアーマチュア13側の面15aに密着するように、磁性体の平板で構成された取付調整板41を配置する。次に、図5(a)の状態で、検出部22を電磁フィールド15の穴24にアーマチュア13と反対側から挿入する。そして、図5(b)に示すように、検出部22が取付調整板41に近づくと、永久磁石32と磁性体33及び取付調整板41に矢印Lに示す磁路が発生し、検出部22は矢印Fに示す向きに吸い寄せられる。そして、図5(c)に示すように、検出部22は取付調整板41と密着し、この状態で検出部22を電磁フィールド11の穴24に接着等により固定する。すなわち、検出部22のアーマチュア13側の面と電磁フィールド15のアーマチュア13側の面が同一平面となるように、検出部22を電磁フィールド15に設置することができる。これにより、フィールド15とアーマチュア13間の間隙17が、検出部22とアーマチュア13間の間隙と等しくすることができる。
また、図5(c)に示すように、センサホルダ34の外径D1と電磁フィールド15の穴24の径D2とすると、D1がD2よりわずかに小さく、D1≒D2となるように構成することで、検出部22が穴24内でずれて電磁フィールド15に固定されることを防ぐことができる。
図6は電磁ブレーキ装置11の検出部22の動作原理を説明する図であり、図6(a)はブレーキ開放状態を示す図であり、図6(b)はブレーキ制動状態を示す図である。図6(a)に示すように、電磁ブレーキ装置11のブレーキ開放時には、アーマチュア13は電磁フィールド15へ吸引され、アーマチュア13と電磁フィールド15との間隙17は小さくなる。このとき、検出部22とアーマチュア13間の間隙も小さくなり、永久磁石32から発生する磁束の大部分は、アーマチュア13側に生成される第1の磁路(矢印C0)を通り、磁気センサ31側には磁束はほとんど鎖交せず、磁気センサ31による検出出力は小さくなる。
一方、図6(b)に示すように、電磁ブレーキ装置11のブレーキ制動時には、アーマチュア13と電磁フィールド15間の間隙17が大きくなり、検出部22とアーマチュア13間の間隙も大きくなる。間隙17による磁気抵抗の増加により、永久磁石32から発生する磁束は、アーマチュア13側に生成される第1の磁路(矢印C1)と、磁気センサ31側に生成される第2の磁路(矢印C2)に2分される。このとき、磁気センサ31に大きな磁束が鎖交し、検出出力が大きくなる。
ここで、検出部22の永久磁石32として、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の高グレードな永久磁石を用いることにより、間隙17の変化に対する磁気センサ31に鎖交する磁束の変化が大きくなり、検出部22の検出感度が増す。
また、図6では、ブレーキの制動又は開放状態での検出動作原理を説明したが、開放状態から制動状態に切り替わる途中でも、電磁フィールド15とアーマチュア13の間隙17が変化すれば、検出部22とアーマチュア13間の間隙も同様に変化するので、それに伴って出力が変化する。この原理によって、検出部22はブレーキの間隙17の値を検知することができる。
以上のように本実施の形態によれば、電磁フィールド15に配設され、アーマチュア13との間において第1の磁路を形成する永久磁石32と、永久磁石32からアーマチュア13の反対側に生成される第2の磁路の磁束密度を検出する磁気センサ31とを有する検出部22を備えたので、ブレーキの状態・動作を非接触に検出することができ、検出精度が向上する。また、検出部22を小型で簡単な構造とすることができ、接触式に比較して検出部22に応力が加わらないので信頼性や寿命もよい。
また、永久磁石32は、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面と略平行な方向に配向・着磁され、磁気センサ31は、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面と略平行な方向の磁界を検知するように構成されているので、ブレーキ動作時に電磁フィールド15内のコイルに励磁した際に発生する磁界の影響を受けにくく、検出部22の誤動作を防ぐことができる。
また、永久磁石32及び磁気センサ31を挟んでそれらの両側に磁性体33を配置したので、検出部22による検出感度を向上することができる。
また、検出部22に永久磁石32を設けたことにより、検出部22と取付調整板41の吸引力を用いることで容易に、電磁フィールド15とアーマチュア13間の間隙17が、検出部22とアーマチュア13間の間隙と等しくなるように設置することができ、取付作業性を向上することができる。また、高グレードな永久磁石32を用いることで、検出感度を増すことができる。
そして、このようにブレーキの間隙17を検知することができれば、検出部22の出力値を利用して、ブレーキのストローク調整を行うことができる。また、ストロークの良否を、専用の良否判定装置を設けることなく、検出部22の出力をモニタすることで判定することができ、ストローク調整の時期を点検者に容易に知らせることができる。
さらに、ブレーキ動作時の間隙17の量を検出部22により出力し、電磁コイル14に流す電流を間隙17の量に合わせて制御することで、容易かつ正確にブレーキ動作時の騒音を低減することができる。
上記の説明では、検出部22の取付位置を電磁フィールド15の中央位置に配置した場合を示したが、例えば、図7に示すように、電磁フィールド15の電磁コイル14より外側に穴24を設け、その穴24内に検出部22を設置してもよい。
また、上記では、検出部22を電磁フィールド15側に設置した例を示したが、図8に示すように、アーマチュア13側に穴25を設け、その穴25内に検出部22を設置しても良い。この場合、検出部22の永久磁石32は、電磁フィールド15側に配置され、磁気センサ31は永久磁石32の電磁フィールド15と反対側に配置される。そして、永久磁石32は、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面と略平行な方向に配向・着磁され、磁気センサ31は、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面と略平行な方向の磁界を検知する向きに配置される。このように構成すれば、上記と同様の効果を得ることができる。
また、制御部21の配置は、図1に示す位置に限ったものではなく、例えば、図9に示すように、検出部22のすぐ近くに配置して、検出部22と制御部21をモールド35により一体に形成してもよい。
また、図5において説明した様に、検出部22の取付方法を取付調整板41を利用して行った例を示したが、電磁フィールド15とアーマチュア13間の間隙17を零とした状態で、検出部22の永久磁石32とアーマチュア13の吸引力を利用して設置することにより、同様に、検出部22のアーマチュア13側の面と電磁フィールド15のアーマチュア13側の面が同一平面となるように設置することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では接着により検出部22を電磁フィールド15に固定する例を示したが、本実施の形態に示すように、検出部22を電磁フィールド15にネジにより固定するようにしても良い。すなわち、本実施の形態では、図10(a)に示すように、電磁フィールド15に穴24を設け、穴24のアーマチュア13の反対側にネジ26を切っている。また、検出部22は、検出部22のセンサホルダ34と取付棒50が接着等で一体に構成されている。取付棒50は、穴24の径D2とほぼ等しくかつわずかに小さい外径D3(つまり、D3≒D2かつD3<D2)の当接部51と、ネジ26に係合するように設けられたネジ部52が形成されている。また、取付棒50内部には引出線23を通す穴53が設けられている。
そして、図10(a)に示すように、検出部22を、当接部51と穴24とが当接した状態で、アーマチュア13と反対側から電磁フィールド15の穴24内に挿入していく。そして、ネジ部52とネジ26が係り合うまで挿入して、その後ネジを締めることにより検出部22と実施の形態1で説明した取付調整板41が接するまで挿入する。さらに、図10(b)に示すように、例えば2個のナット54により、取付棒50を強固に電磁フィールド15に固定して設置する。なお、検出部22の挿入の際に、取付調整板41と検出部22の距離を検出部22の出力を見ながら調整して取り付ける。
以上のように本実施の形態の構成によれば、検出部22の固定を容易に行うことができる。また、検出部22を取替える必要が生じた場合にも、フィールド15から簡単に取り外すことができる。
また、取付調整板41と検出部22の距離を検出部22の出力を見ながら調整して取り付けることができるため、取付調整作業は容易に行うことができる。
さらに、当接部51と穴24を当接させながら設置するため、検出部22が傾いて設置されることを防ぐことができる。
実施の形態3.
上記で説明した巻上機1において、ブレーキ吸引時の電磁コイル14の励磁により発生するブレーキ磁界は、穴24内では電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面に対して垂直方向(図1の左右方向)となる。そのため、上記実施の形態1、2における検出部22は、図1の左右方向のブレーキ磁界の影響を受けないように、図4に示すように、電磁フィールド15とアーマチュア13の当接面に対して平行な方向(矢印A)に示す向きの磁界を検知する向きに磁気センサ31を配置している。
しかしながら、図11に示すように、検出部22の磁性体33を通るブレーキ磁界は、磁性体33の端部33a付近で矢印H1に示すように、磁路が膨らむように曲がる。このとき、磁気センサ31にブレーキ磁界の矢印A方向の成分が印加され、ブレーキ磁界が大きい場合、検出部22の出力に影響を及ぼす可能性がある。
そこで、本実施の形態では、図12に示すように、実施の形態2で示した取付棒50を磁性体で構成し、取付棒50のセンサホルダ34側の端部に嵌合部55を設け、取付棒50の嵌合部55をセンサホルダ34に圧入することで一体に形成している。
このように、構成することで、図12に示すように、磁性体33を通るブレーキ磁界は、磁性体33の端部33aから磁気センサ31側に向かうことなく、矢印H2に示すように、嵌合部55に向かう磁路を形成し、ブレーキ磁界が大きい場合でも検出部22の出力に影響を及ぼすことなく、正確に検知することができる。
また、センサホルダ34と取付棒50とを圧入により容易に一体化することができ、センサホルダ34が傾いて一体化されることを防ぐことができる。なお、より強固に一体化する場合には、図11の状態で接着等で固定してもよく。また、センサホルダ34と嵌合部55にネジを設け、ネジにより固定してもよい。
ここで、本実施の形態の検出部22では、磁性体33を通るブレーキ磁界の磁路を、図11の矢印H1から図12の矢印H2に示すような向きにするために、磁性体の取付棒50の嵌合部55を使用したが、別部材の磁性片を嵌合部55の代わりに配置することでも可能である。
また、本実施の形態では、図11の矢印H1に示すように、ブレーキ磁界が図の右から左に発生する場合を説明したが、逆に、ブレーキ磁界が図の左から右に発生する場合でも同様の効果を有する。
この発明の実施の形態1による電磁ブレーキ装置を備えたエレベータ用巻上機を示す正面図である。 図1のII−II線断面図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の動作を説明するための部分断面図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の検出部を示す部分拡大断面図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の検出部の取付方法を説明する図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の検出部の動作原理を説明する図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の検出部の別の例を示す部分断面図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の検出部の別の例を示す部分断面図である。 実施の形態1の電磁ブレーキ装置の検出部の別の例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態2の電磁ブレーキ装置の検出部を示す部分拡大断面図である。 図1の検出部22のブレーキ磁界による影響を説明するための図である。 実施の形態3の電磁ブレーキ装置の検出部の効果を説明するための図である。
符号の説明
1 巻上機、2 ロータ、2a 椀状部、3 制動面、4 綱車部、5 主軸、
6 軸受、7 ハウジング、8 ステータ、11 電磁ブレーキ装置、
12 ブレーキシュー、13 アーマチュア、14 電磁コイル、
15 電磁フィールド、16 弾性部材、17 間隙、21 制御部、22 検出部、
24,25 穴、26 ネジ、31 磁気センサ、32 永久磁石、33 磁性体、
34 センサホルダ、35 樹脂モールド、50 取付棒、51 当接部、
52 ネジ部、53 穴、55 嵌合部。

Claims (8)

  1. 回転体の制動面に対向して配置されるブレーキシューと、
    上記ブレーキシューに連結され、上記ブレーキシューを上記制動面に接離させる方向へ往復動可能なアーマチュアと、
    電磁コイルを有し、上記電磁コイルの励磁時に上記アーマチュアを吸引して上記ブレーキシューを上記制動面から開離させる電磁フィールドと、
    上記電磁コイルの非励磁時に上記ブレーキシューを上記制動面に押し付ける弾性部材と、
    上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか一方に配設され、上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか他方との間において第1の磁路を生成すると共に、上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか他方と反対側に第2の磁路を生成する永久磁石、上記永久磁石が生成する第2の磁路の磁束密度を検出する磁気センサを有する検出部と、
    を備えた電磁ブレーキ装置。
  2. 上記永久磁石は、上記電磁フィールドと上記アーマチュアの当接面と略平行な方向に配向・着磁され、上記磁気センサは、上記電磁フィールドと上記アーマチュアの当接面と略平行な方向の磁界を検知する向きに配置されている請求項1に記載の電磁ブレーキ装置。
  3. 上記永久磁石及び上記磁気センサを挟んでそれらの両側に磁性体を配置した請求項2に記載の電磁ブレーキ装置。
  4. 上記検出部は、非磁性体のホルダ内に収納され、樹脂モールドにより一体に形成されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電磁ブレーキ装置。
  5. 上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか一方には穴が形成され、上記検出部は上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか他方の反対側から上記穴に挿入され、上記電磁フィールドと上記アーマチュアの間隙に配置された磁性体の取付調整板に密着した状態で上記検出部を上記穴内部に固定する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電磁ブレーキ装置。
  6. 上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか一方には穴が形成され、上記穴の上記電磁フィールド又は上記アーマチュアのいずれか他方の反対側にネジを切っており、上記検出部には取付棒が連結され、上記取付棒は上記穴の径とほぼ等しい当接部と、上記ネジに係合するネジ部が形成されている請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電磁ブレーキ装置。
  7. 上記磁性体は、上記磁性体を通るブレーキ磁界を上記磁気センサ側に向かわせることのない磁路を形成する磁性体が連結されている請求項3に記載の電磁ブレーキ装置。
  8. 綱車部が一体的に形成されている回転体と、回転体を回転自在に支持している主軸と、回転体を制動させるための請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電磁ブレーキ装置と、回転体の外周に配置されたステータとを備え、上記回転体が上記ステータの回りに回転駆動されるエレベータ用巻上機。
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