JP4958931B2 - 電磁ブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、制動ばねで制動片を押圧して制動付加し、電磁石で制動解除する電磁ブレーキに関し、とくに二つの電磁コイル又はコイル部分からなる電磁石のコイル配置及び励磁方法に関する。

従来より、一つの電磁石を二つの電磁コイルで構成した電磁ブレーキが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、１個の電磁石を２個のコイルで構成し、それぞれの電磁コイルを個別の電源で励磁する方法（例えば、特許文献２参照）、１つの電源で二つの電磁コイルを励磁する方法（例えば、特許文献３参照）、１つの電源で二つの電磁コイルを切替えて励磁する方法（例えば、特許文献４参照）が開示されている。

特開平０４−２０３６２８号公報 特開２００８−１２０４６９号公報 特公昭４７−２６５４７号公報 実開昭６３−１４７９３７号公報

前記特許文献１に提案された電磁ブレーキの電磁石は、一つの電磁石に二つの電磁コイルで構成し、一つは常時用いる主コイル、他の一つは非常時に用いる補助コイルである。二つの電磁コイルの配置として、継鉄側に半径方向に並べる、又は軸方向に並べる、又は継鉄側と可動鉄片側に一つずつ設ける場合が開示されている。この特許文献１の従来方法は、常用の主コイルと非常用の補助コイルの配置であって、常時二つの電磁コイルを用いる場合ではない。さらに、制動解除動作のための二つの電磁コイルの配置と具体的な励磁方法との関係及び励磁電源容量の低減については開示されていない。

また、特許文献２に提案されたエレベーター用巻上機のブレーキ制御装置は、一つの電磁石に二つの電磁コイルを用いて、一方の制動解除保持用の電磁コイルはコイル収納部の底側に配置するとともにコイル電流を帰還した電流制御回路で電流を通流し、他方の制動解除促進用の電磁コイルはコイル収納部の磁極面側に配置するとともに抵抗制御した回路で接点の接続、遮断で通流する方法が開示されている（特許文献２の図２２乃至図２６）。しかし、この特許文献２の従来方法では、通電時間の長い主体的に活用する保持コイルが磁極面から離れた位置にあり、磁束の漏洩が大きく、損失が大きくなって、大きい容量の励磁電源が必要となる問題がある。

また、特許文献３に提案された電磁クラッチまたはブレーキは、一つの電磁石に二つの電磁コイルを用いて、一方の電磁コイルは保持コイルとしてコイル収納部の底側に配置するとともに電源で常時励磁され、他方の電磁コイルは吸引コイルとしてコイル収納部の磁極面側に配置するとともに前記電源でトランジスタにより吸引時にのみ励磁する方法が開示されている。しかし、前記特許文献２と同様な問題点があるとともに、電源電圧降下及びコイル自身の温度上昇でコイル抵抗が増大し、電流が低下することにより電磁石としての吸引保持ができなくなる問題がある。

また、特許文献４に提案された電磁クラッチ・ブレーキは、可動鉄片であるアーマチュアの吸引用コイルと保持用コイルを備え、この二つの電磁コイルの配置が前記特許文献３と同じで、１つの電源で可動鉄片であるアーマチュアの吸引状態によって前記２つのコイルへの通電を切替えるようになっている（特許文献４の図１、図２参照）。このため前記特許文献２、３と同様な問題点がある。

本発明の目的は、一つの電磁石に二つの電磁コイル又はコイル部分を軸方向に重ねて配置し、それぞれの電磁コイル又はコイル部分を個別の電源で励磁する場合に、制動解除の主体的に活用する保持コイルの励磁電源容量を低減できる電磁ブレーキを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１では、被制動体に対向する制動片に押圧力を制動ばねで与えて制動力を付加する制動付加手段と、電磁コイルと継鉄とからなる電磁石で前記制動片に連結された可動片を吸引して前記制動力を解除する制動解除手段とで構成され、前記電磁コイルは筒状の二つの電磁コイル又はコイル部分からなり、かつ筒状の軸方向に重なるように配置される電磁ブレーキにおいて、前記電磁コイル又はコイル部分を同一のコイル収納部に配置し、前記電磁コイル又はコイル部分の一方は保持コイルとして前記継鉄のコイル収納部の前記可動片と対抗する磁極面側に配置し、前記電磁コイル又はコイル部分の他方は促進コイルとして前記継鉄のコイル収納部の前記可動片と対抗する反磁極面側の底部に配置して、前記保持コイルは制動解除動作始めから制動付加まで電流を通流するとともに、前記促進コイルは制動解除動作始めの促進期間に電流を通流したことを特徴とする。

この構成により、一つの電磁石に二つの電磁コイル又はコイル部分を軸方向に重ねて配置し、それぞれの電磁コイル又はコイル部分を個別の電源で励磁する場合に、制動解除の主たる保持コイルの励磁電源容量を低減できる電磁ブレーキが得られる。

また、請求項２では、請求項１において、前記二つの電磁コイル又はコイル部分の一方の保持コイルと他方の促進コイルとは巻方向が逆であることを特徴とする。

この構成により、請求項１と同様の効果が得られる。

また、請求項３では、請求項１又は２において、前記保持コイルは制動解除動作始めから制動付加まで、電流指令値に従って一定電流となるように制御されることを特徴とする。

この構成により、請求項１と同様の効果が得られる。

本発明によれば、一つの電磁石に二つの電磁コイル又はコイル部分を軸方向に重ねて配置し、それぞれの電磁コイル又はコイル部分を個別の電源で励磁する場合に、制動解除の主体的に活用する保持コイルの励磁電源容量を低減できる電磁ブレーキを得ることができる。

本発明の一実施形態になる例えばエレベーターの巻上機に適用した場合の電磁ブレーキの全体構成である。 二つの筒状の電磁コイルを軸方向に重ねて形成した電磁石で、図１の一対の電磁石の一方側（図１の左側）を示す側面図である。 図２の正面図でＡ−Ａ視図である。 図１の電磁コイルの励磁回路である。 ブレーキの動作及び電磁コイルの励磁を示すタイミング図である。 第２の実施形態で一つの電磁コイルで巻方向が異なる二つのコイル部分の保持コイル、促進コイルからなる図２相当図である。 図６の電磁コイル３０ａの励磁回路で図４相当図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１において、１はエレベーター巻上機の駆動シーブで、この駆動シーブ１に巻き掛けられた主ロープ２の一方側に乗かご３が、他方側につり合おもり４がつるべ式に吊り持ちされており、駆動シーブ１が巻上モータ５で駆動されて乗かご３及びつり合おもり４が昇降運転される。６は被制動体としてのブレーキドラムで、巻上モータ５と駆動シーブ１を結合する軸５ａ上に設置されている。このブレーキドラム６の制動面６ａには一対の制動片７が当接するようになっている。８は一対の制動腕で、前記制動片７を中間部８ｃに備え一端部８ａを可回転的に支持されている。９は一対の制動ばねで、前記制動片７が制動面６ａに押圧力を付加するように制動腕８の他端部８ｂに配置される。

１０ａ、１０ｂは固定される一対の電磁石で、前記制動ばね９の押圧力を解除するように、前記制動腕８の他端部８ｂ近辺に設けられる。この電磁石１０ａ、１０ｂはそれぞれ、二つのコイル部分の保持コイル１１ａ１、促進コイル１１ａ２からなる電磁コイル１１ａと継鉄１２ａ、二つのコイル部分の保持コイル１１ｂ１、促進コイル１１ｂ２からなる電磁コイル１１ｂと継鉄１２ｂとからなり、この電磁石１０ａ、１０ｂは磁極面１３ａ、１３ｂを有し、磁極面１３ａ、１３ｂに対向して可動片１４ａ、１４ｂが配置される。この可動片１４ａ、１４ｂは軸１５ａ、１５ｂの一端と結合し、この軸１５ａ、１５ｂの他端は前記制動腕８の他端部８ｂに連結されて制動腕８を駆動し、制動片７まで一体的に駆動するようになっており、前記軸１５ａ、１５ｂは継鉄１２ａ、１２ｂの中央部で摺動支持される。すなわち、左側の電磁石１０ａ、制動ばね９、制動片７系及び右側の電磁石１０ｂ、制動ばね９、制動片７系の電磁ブレーキとして独立に機能する二組で構成されている。

１６はコイル励磁電源で前記一対の電磁石１０ａ、１０ｂの電磁コイル１１ａ、１１ｂに通電し電流を制御する。１７は一対の前記電磁石１０ａ、１０ｂの電磁コイル１１ａ、１０ｂに通電、遮断する電磁接触器の接点である。

図２、図３において、前記図１での一対の電磁石１０ａ、１０ｂは同構造、同構成であるので左側の電磁石１０ａで説明する。前記電磁コイル１１ａは筒状であり、保持コイル１１ａ１と促進コイル１１ａ２とで構成される。すなわち、一方側のコイルで継鉄１２ａの凹部のコイル収納部１２ｃの磁極面１３ａ側に配置される制動解除の保持コイル１１ａ１と、他方側のコイルで前記コイル収納部１２ｃの磁極面１３ａと反対側の底部に配置される制動解除の促進コイル１１ａ２である。この保持コイル１１ａ１、促進コイル１１ａ２への励磁はそれぞれ制動解除の保持電源１８、制動解除の促進電源１９で行い、継鉄１２ａに発生する磁束１８ａ、１９ａの方向が同一になるように励磁される。なお、前記のように可動片１４ａは軸１５ａに支持され、この軸１５ａは継鉄１２ａの中央部の孔２０に設けられる軸受２１によって摺動支持される。

図４において、前記図１の左側の電磁コイル１１ａの保持コイル１１ａ１と右側の電磁コイル１１ｂの保持コイル１１ｂ１とが並列に接続され、保持電源１８で接点１７ａを介して励磁される。この際、保持電源１８は保持コイル１１ａ１、１１ｂ１に流す電流ｉ１を電流検出手段２２で検出し帰還して、電流指令値２３で指令する一定電流出力となるように制御される。前記保持電源１８は、例えばスイッチング素子で直流の可変電圧を生成し電流を調整するようになっている。同様に促進コイル１１ａ２、１１ｂ２とが並列に接続され、促進電源１９で接点１７ｂを介して励磁される。２４、２５は電流制限抵抗で、電流調整のために前記保持電源１８及び促進電源１９の回路に必要に応じて挿入される。なお、２６、２７は常閉接点でエレベーターの非常停止など非常時に開となる。また、ダイオード２８と抵抗２９とを直列接続したものがそれぞれ保持コイル１１ａ１、１１ｂ１及び促進コイル１１ａ２、１１ｂ２に並列に接続され、接点２６、２７が開いた時に保持コイル１１ａ１、１１ｂ１及び促進コイル１１ａ２、１１ｂ２の還流電流を消費させる。

次に、前記図４を参照し図５に基づいて、この実施形態の制動解除から制動付加までの動作、すなわち、Ｔ１時点からＴ４時点までの動作を説明する。

Ｔ１時点で電源供給の電磁接触器の接点１７ａ、１７ｂが接続して、ステップ状の電流指令により保持電源１８から一定電流ｉ１が流れ、保持コイル１１ａ１、１１ｂ１に回路の時定数に従って電流ｉａ１、ｉｂ１の一定値が流れるとともに、促進電源１９から電流ｉ２が流れ、促進コイル１１ａ２、１１ｂ２に回路の時定数に従って電流ｉａ２、ｉｂ２が流れる。Ｔ２時点で接点１７ｂが遮断して促進電源１９から促進コイル１１ａ２、１１ｂ２への電流ｉａ２、ｉｂ２が遮断され、回路の時定数に従って電流が減少し零となり、電磁コイル１１ａ、１１ｂに流れる電流は保持コイル１１ａ１、１１ｂ１の電流ｉａ１、ｉｂ１だけとなる。そしてＴ３時点で保持コイル１１ａ１、１１ｂ１の電流指令の遮断とともに接点１７ａが遮断して保持電源１８から保持コイル１１ａ１、１１ｂ１への電流ｉａ１、ｉｂ１が遮断され、回路の時定数に従って電流が減少しＴ４時点で消滅する。

すなわち、Ｔ１からＴ３の期間が制動解除動作で、このうちＴ１からＴ２の期間が制動解除の促進期間で制動解除の動作を速めるために前記保持電源１８及び促進電源１９の両方を有効にする。これにより保持電源１８の電流ｉａ１、ｉｂ１及び促進電源１９の電流ｉａ２、ｉｂ２で発生する磁束が加算されるので、前記図２に示した電磁石１０ａに大きな電磁吸引力が発生し可動片１４ａを吸引して制動解除の動作を速める。このＴ１からＴ２の時間はエレベーターの走行開始時の数秒程度である。

Ｔ２からＴ３の期間が制動解除の保持期間で前記保持電源１８だけが有効で制動解除状態を保持する。つまり、可動片１４ａを吸着すると空隙が小さくなり磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので、電流を小さくしても可動片１４ａの吸着維持ができる。このＴ２からＴ３の時間はエレベーターがほぼ定速走行し停止するまでである。前記制動解除の促進期間は数秒程度で、制動解除の保持期間と比較すると非常に短時間であり、制動解除の全期間からするとほとんど無視し得る場合が多い。従って、電流制御されること、通電時間の長さ、電力供給量からしても保持コイルの方が主体的に活用するコイルである。

Ｔ３時点以降が制動付加動作で保持電源１８側の保持イル１１ａ１、１１ｂ１の電流ｉａ１、ｉｂ１が消滅して、前記図１の制動ばね９により制動片７の押圧力が復帰して制動付加状態となる。

保持コイル１１ａ１、１１ｂ１を一定電流制御するのは、建物への引込み電源の電圧変動とくに電圧降下及び通電による温度上昇でコイルの抵抗値が増大して電流値が低下する。これによって制動解除が維持できなくなり、制動片７が半開状態となってブレーキドラム６と擦って回転し、制動片７が磨耗し制動性能が低下する。このためにエレベーター走行中は制動解除を確実に維持する必要がある。

要するに、前記保持電源１８は、Ｔ１からＴ３まで一段の広幅パルス状の電流指令により、指令した電流値となるように連続的に制御して保持コイル１１ａ１、１１ｂ１にコイル電流ｉａ１、ｉｂ１を流す。また、前記促進電源１９は制動解除初期のＴ１からＴ２までの短時間、促進コイル１１ａ２、１１ｂ２に電流ｉａ２、ｉｂ２を流す。そして、前記保持電源１８と促進電源１９との両方で制動解除を速くするコイル電流に設定し、前記保持電源１８で制動解除を保持する電流に設定している。

また、保持コイル１１ａ１をコイル収納部１２ｃの磁極面側に配置するのは、漏洩磁束が少なく効率が良いからである。つまり、一定電流制御し、主体的に活用する方の保持コイル１１ａ１を磁極面側に配置すると高効率で励磁電源容量を低減でき、効果大である。

すなわち、一つの電磁石に二つの電磁コイル部分を軸方向に重ねて配置する場合に、本実施形態ではのコイル部分の主体的に活用される保持コイルを継鉄のコイル収納部の磁極面側に配置して、前記コイル部分の他方の促進コイルは反磁極面側であるコイル収納部の底側に配置する。この構成により、保持コイルの漏洩磁束を少なくして励磁電源容量を低減できる効果が得られる。

なお、前記保持コイル１１ａ１と促進コイル１１ａ２は巻方向が逆であっても良い。その場合は後述の第２の実施形態で示すように、励磁電源１８、１９の励磁方向を逆にすれば良い。また、促進コイル１１ａ２の方は電流制御無で説明したが、前記保持コイル１１ａ１と同様に電流帰還して前記図５のＴ１からＴ２の 制動解除の促進期間に一定電流が流れるように制御しても良い。

次に、第２の実施例を図６乃至図７に基き説明する。この実施例が前記第１の実施例と異なるのは、１本の巻線で巻回し途中から巻方向を逆にして連続的に巻回し、巻方向の異なる二つのコイル部分を形成し一つの電磁コイルとした場合である。

図６において、前記図２と同様に、前記図１の左側の電磁石１０ａで説明する。この電磁石１０ａの電磁コイル３０ａは円筒状であり、巻線が例えば右巻きの保持コイル３０ａ１と、逆の左巻きで前記保持コイル３０ａ１と軸方向に重なる促進コイル３０ａ２との二つのコイル部分となるように、１本の巻線で連続的に巻回し、一つの電磁コイル３０ａとして形成される。保持コイル３０ａ１、促進コイル３０ａ２への励磁はそれぞれ保持電源１８、促進電源１９で行う。保持コイル３０ａ１に対して、促進コイル３０ａ２の電流方向を逆にすると、それぞれの保持コイル３０ａ１、促進コイル３０ａ２で発生する磁束３１ａ１、３１ａ２の方向は同一となり、磁束の加算となって電磁石１０ａの電磁吸引力が増大する。

図７において、前記図４と同様に、電磁コイル３０ａの保持コイル３０ａ１と電磁コイル３０ｂの保持コイル３０ｂ１とが並列に接続され保持電源１８で接点１７ａを介して励磁される。この際、保持電源１８は保持コイル３０ａ１、３０ｂ１に流す電流ｉ１を電流検出手段２２で検出し帰還して、電流指令値２３の一定電流出力となるように制御される。同様に促進コイル３０ａ２、３０ｂ２とが並列に接続され促進電源１９で接点１７ｂを介して励磁される。電磁コイル３０ａ、３０ｂの巻方向が逆になる中間点３２ａ、３２ｂが保持電源１８及び促進電源１９の同一極性となるように接続される。そして、電流ｉ１が保持コイル３０ａ１、３０ｂ１にそれぞれ電流ｉａ１、ｉｂ１が流れ、電流ｉ２が促進コイル３０ａ２、３０ｂ２にそれぞれ電流ｉａ２、ｉｂ２が流れる。この結果、電磁コイル３０ａには電流ｉａ１とｉａ２による磁束が発生し、電磁コイル３０ｂには電流ｉｂ１とｉｂ２による磁束が発生することになる。

なお、保持コイル３０ａ１、３０ｂ１及び促進コイル３０ａ２、３０ｂ２の励磁の時間的経過は、前記図５と同様であり、それぞれ保持コイル１１ａ１、１１ｂ１及び促進コイル１１ａ２、１１ｂ２に相当する。また、第１の実施形態と同様に、促進電源１９を電流制御しても良い。

この実施形態による効果は前記の第１の実施形態と同様であるとともに、第１の実施形態のように、二つの個別コイルを用いることなく、１本のコイルで巻回して一つの電磁コイルを成形できるので電磁コイルの部品数を少なくできる効果が得られる。

７ 制動片
９ 制動ばね
１０ａ、１０ｂ 電磁石
１１ａ、１１ｂ 電磁コイル
１１ａ１、１１ｂ１ 保持コイル
１１ａ２、１１ｂ２ 促進コイル
１２ａ、１２ｂ 継鉄
１２ｃ コイル収納部
１３ａ、１３ｂ 磁極面
２３ 電流指令値
３０ａ、３０ｂ 電磁コイル
３０ａ１、３０ｂ１ 保持コイル
３０ａ２、３０ｂ２ 促進コイル

Claims (3)

1. 被制動体に対向する制動片に押圧力を制動ばねで与えて制動力を付加する制動付加手段と、電磁コイルと継鉄とからなる電磁石で前記制動片に連結された可動片を吸引して前記制動力を解除する制動解除手段とで構成され、前記電磁コイルは筒状の二つの電磁コイル又はコイル部分からなり、かつ筒状の軸方向に重なるように配置される電磁ブレーキにおいて、
   前記電磁コイル又はコイル部分を同一のコイル収納部に配置し、前記電磁コイル又はコイル部分の一方は保持コイルとして前記継鉄のコイル収納部の前記可動片と対抗する磁極面側に配置し、前記電磁コイル又はコイル部分の他方は促進コイルとして前記継鉄のコイル収納部の前記可動片と対抗する反磁極面側の底部に配置して、前記保持コイルは制動解除動作始めから制動付加まで電流を通流するとともに、前記促進コイルは制動解除動作始めの促進期間に電流を通流したことを特徴とする電磁ブレーキ。
2. 前記二つの電磁コイル又はコイル部分の一方の保持コイルと他方の促進コイルとは巻方向が逆であることを特徴とする請求項１記載の電磁ブレーキ。
3. 前記保持コイルは制動解除動作始めから制動付加まで、電流指令値に従って一定電流となるように制御されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁ブレーキ。

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