JP5037945B2 - エレベータブレーキおよびブレーキ制御回路 - Google Patents

Description

詳細な説明

本発明は、請求項１の前段に記載の電気機械エレベータブレーキの制御回路、および請求項１２の前段に記載の電気機械エレベータブレーキに関するものである。

エレベータの電気機械ブレーキの動作は、ブレーキコイルに電流が流れていないときには、機械的圧力手段、たとえばスプリングにより発生した力によってブレーキパッドがブレーキ表面に圧接されて、ブレーキは閉鎖状態になっている。ブレーキコイルに十分な電流が流れているときには、このように生じる磁界によって発生した力が、圧力部材から伝わる力とは逆方向にブレーキパッドに対して作用してブレーキを開放して、トラクションシーブの回転およびエレベータの運行が可能となる。ブレーキの開放に必要なブレーキコイル電流、いわゆる動作電流は、保持電流より大きく、それは、ブレーキをすでに開放された後で開放状態に保つために要するものである。ブレーキは、開放時には通電状態にあると称し、同様にして、閉鎖時には非通電状態にあると称する。運行上の安全のためには、必要な場合に、ブレーキを非通電状態にする可能性を有することが不可欠であり、それはブレーキコイルへの電流供給を遮断することによって確実に実行され得る。

電気機械エレベータブレーキへの給電を制御するために、ブレーキを制御する直流回路に接続されたコンタクタが、通常、使用される。直流電圧は、たとえば整流器を用いて交流回路から得られる。コンタクタは、直流側で動作するので、相対的に大きくなければならない。また、コンタクタは、時間とともに消耗する機械部材である。直流回路におけるコンタクタの故障が危険な状況をもたらさないことを確実にするためには、ブレーキは、交流側に接続されたコンタクタによって付加的に制御されるが、それは比較的遅い処理である。従来技術によるブレーキは、動作して、エレベータが停止するときに、エレベータ駆動の制御ユニットが直流側のスイッチを制御して、ブレーキのブレーキングを開始させ、その後に制御ユニットがエレベータモーターのトルクを取り除くようにする。その後、交流側のコンタクタが開放される。もし直流側の制御が動作せず、またはスイッチが損傷されていれば、エレベータは停止する際にバウンドし、これは安全上の危険を含み、エレベータの乗客に不快感を与える。さらに、エレベータ駆動制御システムは、ブレーキ制御に関するいかなるフィードバック情報をも受け取ることはない。

従来技術によるエレベータブレーキ制御回路には、直流回路におけるコンタクタがトランジスタなどの被制御半導体スイッチに置き換えられるものがある。この種の電磁ブレーキ制御用の制御回路が、特開2001-278554号の明細書に記載されている。それには、ブレーキコイルを含む直流回路、それに直列された電流測定回路、およびブレーキコイルを制御するトランジスタから成る制御回路が記載されている。その直流回路は、整流器を介して交流網から電圧を受け取る。この明細書では、ブレーキコイル電流を参照値と比較し、これにより得られた比較値を用いてトランジスタを制御することによって、ブレーキが制御される。この装置は、ブレーキシステムのノイズ、損失およびコストの低減がはかられている。当該明細書によるブレーキシステムの欠点は、ブレーキ回路が１つのトランジスタのみを含むことで、これは、トランジスタの故障が安全上の危険性を伴うことを意味する。さらに、そのトランジスタの動作状態は、チェックすることができない。

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、従来のブレーキよりも信頼性の高いエレベータブレーキ、およびスイッチのあり得る故障を検出して、これによりスイッチの故障の場合でさえもブレーキを確実に閉鎖することができる新規のエレベータブレーキ制御回路を生成することである。

本制御回路は、請求項１の特徴部分に示されるものを特徴とする。本発明のブレーキは、請求項１２の特徴部分に示されるものを特徴とする。本発明の他の実施例は、他の請求項に示されるものを特徴とする。また、本発明による実施例は、本願に添付された明細書部分および図面に示される。また、本願に示される本発明の内容は、特許請求の範囲において定義する以外の方法で定義することもできる。また、本発明の内容は、いくつかの別個の発明から構成することができ、とくに、本発明は、明示の、もしくは言外の下位機能に照らして、または達成される利点もしくは一連の利点に関して考慮する場合がある。このような場合、特許請求の範囲に含まれる特性のいくつかを、個々の発明の概念の観点から不要にしてもよい。本発明の個々の実施例の特性は、他の実施例を基本的な発明の概念の構成に関連付けて適用することができる。

本発明の電気機械エレベータブレーキは、少なくともブレーキコイル、圧力部材、その圧力部材によりブレーキ表面に圧接されるブレーキパッドであってブレーキコイルを流れる電流により生じる磁界によって発生する力効果により移動可能となるブレーキパッド、およびブレーキコイルに供給される電流を制御するために使用されるブレーキ制御回路を含む。機械的構造に関しては、本ブレーキは、たとえば欧州特許出願公開第EP1294632号に示されるブレーキと同様のものでよい。ブレーキ制御回路は、直流電圧回路に接続された２つの半導体スイッチを有し、かつブレーキコイル電流は、直流電圧回路に接続された単独で機能する半導体スイッチにより、他のスイッチの動作状態に拘らず、完全にスイッチをオフにすることができる。

電気機械エレベータブレーキを制御する本発明の制御回路は、少なくともブレーキコイル、直流電源、半導体スイッチ装置および制御ユニット、ならびに制御ユニットに入力可能な電流データを発生する電流測定ユニットを有する。半導体スイッチの数量は、少なくとも２つであり、これらは、直流回路を流れる電流を測定して半導体スイッチの動作を監視することによってエレベータ駆動制御ユニットにより制御される。各ブレーキコイルの電流は、２つの半導体スイッチにより制御される。スイッチは、制御ユニットにより交互に制御することができて、電流測定により得られたフィードバックデータを利用することにより各スイッチの動作状態を順番にチェックすることができるようにする。ブレーキは、直流回路における半導体スイッチの故障に拘らず確実に非通電とすることができる。ブレーキの電流状態は、回路から収集された測定データを利用することにより連続的に決定することができる。

ブレーキ制御回路における半導体スイッチは、整流器を介して直流回路に給電する交流回路で測定された電流に基づいて制御し、それらの状態を監視することができ、またブレーキコイルの状態をより正確に決定できるようにするために、必要ならば、ブレーキコイルの電圧またはそれを通じて流れる電流に関する情報を制御回路に別個に供給することもできる。また、半導体スイッチは、供給電圧により制御することもできて、たとえば安全回路が遮断されたときにスイッチが開かれる。このように、半導体スイッチの動作は、電流測定および供給電圧の両方を介して制御することができる。ブレーキコイル当たり２つの半導体スイッチを使用して、半導体スイッチの故障の際の回路動作を保証することができ、これにより、本発明の制御回路では、直流回路に接続された一方の半導体スイッチを用いることにより、ブレーキを制御する他の半導体スイッチが損傷した後でも、各ブレーキコイルへの電流供給が、完全に遮断され得る。

本発明の制御回路の詳細な特徴は、特許請求の範囲に示す。

上述のものに加えて、本発明は、下記の利点を提供する：
− 制御回路は、磨耗がなく、簡単で信頼のある回路であり、半導体スイッチを使用するために、コンタクタを使用した制御回路よりも静かである。
− 制御回路の半導体スイッチの故障は、非常に迅速に検出することができ、ブレーキおよびその制御回路は、使用上、信頼があり安全である。
− 電流測定で得られた情報を使用して、スイッチの動作の監視も、ブレーキの動作の監視も、スイッチの動作の制御もすることできる。
− ブレーキコイルの抵抗が温度により変化するので、電圧データに基づくよりも電流測定データに基づいてブレーキをより信頼性高く調整して、ブレーキの動作状態を決定することができる。
− ブレーキ閉鎖は、２つの異なるスピードで実行することができる。
− 制御回路は、現行の制御回路と互換性を持つことができる。
− いくつかのブレーキを制御するために、同じ制御回路を使用することができる。

以下に、本発明は、実施例および添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、直流回路を有するエレベータのブレーキ制御回路を示し、それは、ブレーキコイルL1、230Vの安全回路のような交流電源網AC1に接続される整流ブリッジ回路BR1、ならびに別個のチャンネルCH1およびCH2をそれぞれ介してエレベータ駆動制御ユニットCO1により制御されるIGBT(Insulated-Gate
Bipolar Transistor)のような半導体スイッチSW1およびSW2を含む。さらに、直流回路は、フライホイールダイオードD1およびD2を含み、これらを通じて、一方の半導体スイッチのみが導通状態のときに、ブレーキコイルのインダクタンスにより供給される電流が流れる。さらに、本回路は、抵抗器R1およびダイオードD3からなる直列接続部を含み、それはブレーキコイルL1に並列に接続されて、それを通じて、ブレーキング状況においてコイルL1の大きなインダクタンスによって発生する電流を通すことができる。

さらに、本回路は、駆動制御ユニットに入力される電流データを発生する直流電流測定ユニットIM1、ならびに整流器に接続された電圧レギュレーターVREG1および電圧データを発生する電圧測定ユニットVM1を含み、それらは、半導体スイッチを制御するために使用することができる。

図１に示す回路は、下記のように動作する。スイッチSW1およびSW2が開かれるとき、直流回路に電流は流れておらずブレーキは閉鎖されている。このことは電流測定ユニットIM1によって確認することができる。ブレーキを開放するときにはスイッチSW1およびSW2が閉じられる。本発明の本回路では、直流電源BR1からブレーキコイルへの電流供給は、一方のスイッチが開いていれば完全に遮断される。したがって、ブレーキを開放する前に、スイッチを交互に瞬間的に閉じて、本回路に電流が流れていないことを電流測定ユニットを介して確立することによってスイッチの動作状態を確認することができる。一方のスイッチ（たとえばSW1）が閉じた後で、すでに電流測定ユニットが電流を検出しているとすれば、このとき、他方のスイッチ（SW2）は損傷し、エレベータは出発する許可が与えられない。

ブレーキは、開放された後で、コイルに保持電流を供給することにより通電状態に保たれる。コイルに供給する電流は、スイッチSW1およびSW2を用いて交互にスイッチをオフにすることにより制御されて、一方のスイッチが非導通状態にあるときにも、電流がフライホイールダイオードD1またはD2を介して流れる。電流測定データが用いられて、ブレーキコイルに供給する電流の実値をブレーキの通電状態が確立できることに基づいて決定し、またスイッチが制御にしたがって動作していることを確認する。したがって、スイッチの状態監視は、連続的な処理であり、スイッチの動作状態は、ブレーキが開放状態であるときおよび閉鎖状態であるときの両方において、電流測定データに基づいてチェックすることができる。

エレベータを停止するときには、スイッチSW1およびSW2を同時に開くことによってコイルインダクタンスに蓄積されたエネルギーを抵抗器R1で消費させ、かつブレーキコイル電流を急速に低下させる高速制御ルーチンによるか、またはブレーキコイル電流をより遅く低下させる低速制御ルーチンにより、ブレーキが閉鎖される。この場合、まず、一方のスイッチ、たとえばSW1が開かれ、この結果コイルインダクタンスに蓄積されたエネルギーは、L1-SW2-D2-IM1-L1の経路で電流を流す。また、次に、スイッチSW2がオフに切り替えられ、電流はL1-R1-D3-L1の経路で流れる。低速制御ルーチンを用いることにより、ブレーキの機械的ノイズは、高速制御ルーチンを使用するときよりも低いレベルに減少することができる。電流遮断は、電流測定を介して再度確立する。この後、制御ユニットCO1によりモーターからトルクが取り除かれる。

さらに、チャンネルCH1およびCH2を介して伝送される制御コマンドを用いて、スイッチSW1およびSW2を、電圧測定ユニットVM1により発生された供給電圧によって制御することができる。電圧の制御が動作してもよく、たとえば配電系の障害または安全回路の遮断のために、電圧が非常に低い値に達するときに、たとえばスイッチが常に開かれるようにする。

あるいは、本回路は、電圧レギュレーターVREG1を用いて供給電圧をブレーキの所望の状態に応じた値に設定することによりブレーキコイルに供給する電流が制御されるようにして使用することができる。この場合、スイッチの動作状態は、ブレーキの閉鎖および開放に関して順次テストすることができる。たとえば、エレベータを停止させるとき、まず、スイッチ、たとえばSW1が開かれた後に電流測定IM1が電流の低下の開始を指示する。さらにスイッチSW2が開かれたとき、電流は完全に遮断される。次の再度のブレーキング状況では、スイッチSW2は、まず制御信号が送られて、スイッチSW1はこの後にのみであり、換言すれば、連続する制御サイクルごとに、各スイッチの機能は、電流フィードバックデータを用いることにより交互にテストすることができる。この場合も、ブレーキングを、２つの異なるスピードで実行することができ、低い機械的ノイズを発生する低速の通常状況と、高速の故障状況とがある。スイッチは、通常、低速停止方法により制御することができるが、交流電源側の安全回路が遮断されると、その場合には電圧測定ユニットから受け取る電圧データはなく、したがって、ブレーキングは、高速方法により実行される。

もし一方の半導体スイッチが故障しても、本回路は、正常に動作を続けて、ブレーキコイル電流を完全に遮断することができるが、一方のスイッチが機能していないために、両方のスイッチにより電流が切断されたときに発生する負の電圧パルスは除かれる。

図２は、１つのチャンネルCH11だけがエレベータ駆動制御ユニットからもたらされる状況で使用できる制御回路を示す。１つのチャンネルCH11だけがエレベータ駆動制御ユニットからもたらされるならば（図２）、そのとき、スイッチSW1およびSW2の制御は、独自のブレーキ制御器BO1における２つの異なる制御回路CH21とCH22とで制御機能を分けることにより実行することができる。本制御回路は、図１に示す回路と同じ原理で動作する。

図３は、本発明による制御回路を示し、ここでは、交流網AC1、整流器ブリッジBR1、半導体スイッチSW1およびSW2、制御チャンネルCH1およびCH2を有する制御ユニットCO1、フライホイールダイオードD1およびD2、抵抗器R1およびダイオードD3、ならびにブレーキコイルL1が、図１および２と同様に配置される。電流測定ユニットIM2が交流電圧網側に配置されて、直流回路に供給される交流回路電流を測定する。また、電流測定ユニットは、図１〜３に図示された手法とは違う手法で本回路に設置することができ、本回路は、１つ以上の電流測定点を有してよい。さらに、さまざまな電圧を本回路で測定してもよい。図３は、電流測定点の取り得る配置例として２つの点P1およびP2を示す。点P2に設置された場合には、電流がコイルインダクタンスに蓄積されたエネルギーにより発生し、また電流が抵抗器R1およびダイオードD3を通じて流れるときでさえ、電流測定ユニットは、ブレーキコイルを通じて流れる電流を測定する。また、図３は、ブレーキコイルにかかる電圧を測定するために配設された電圧測定ユニットVM2を示す。そのユニットにより発生する電圧データは、制御ユニットへと通され、各時点で優勢なブレーキコイルの状態が決定され得ることにも基づいて用いられる。さらに、図３は、安全回路SC1を示し、それは、整流器ブリッジに給電する交流網AC1をその一部に含むものでよい。スイッチSW1およびSW2の制御は、安全回路の遮断がスイッチを開くことをもたらすように配設することができる。

図４は、同時に２つのブレーキを制御するために使用される本発明による制御回路を示す。本回路は、第２のブレーキコイルL2と、それに並列に接続された抵抗器R2およびダイオードD5からなる直列接続部と、スイッチSW3とから成るブランチ回路を含み、前記ブランチ回路はブレーキコイルL1、抵抗器R1、ダイオードD3およびスイッチSW2から成る回路部と並列に接続される。コイルL2およびスイッチSW3の間の点から、フライホイールダイオードD4は、スイッチSW3が開かれたときにコイルL2のインダクタンスによって与えられる電流の経路を供給し、これはコイルL1の電流に対するフライホイールダイオードD1によって供給される経路に相当する。図４の本回路では、電流測定ユニットIM1が両方のブレーキコイルを通じて流れる電流を測定するようにして、電流の測定が配設されている。ブレーキ状態を個々に監視すべき場合には、ブレーキごとに別個の電流測定ユニットを設けることが可能であり、そのユニットから電流データを制御ユニットに通すことができる。これらは、たとえば点P3およびP4に設置することができる。抵抗器R1およびR2は、同一または異なる抵抗値を有してよく、後者の場合では、高速停止方法において、一方のブレーキはより速く動作し、他方はより遅い。

図４に示された本回路は、ブレーキコイルの電流をスイッチSW2およびSW3によって単に制御し、この場合に各ブレーキを他のブレーキの制御に拘らず単独で制御することができるようにして、使用することができる。スイッチSW2およびSW3の状態は、連続的に監視され、スイッチSW1の状態は、両方のブレーキが閉鎖状態のときに監視される。また、図中の破線で示されたダイオードD2が回路に追加された場合には、ブレーキコイルL1の電流は、スイッチSW1およびSW2によって制御可能であり、またブレーキコイルL2の電流はスイッチSW1およびSW3による。このように、３つのスイッチすべてを交互に制御して、各スイッチの動作状態をブレーキが通電状態のときおよび非通電状態のときのいずれにおいても電流測定ユニットIM1によってチェックできるようにする。さらに、ブレーキの状態は、相互に独立に選択することができるが、両方のブレーキの状態は、スイッチの制御において考慮される。各ブレーキコイルへの電流供給は、一方のコイルの電流をスイッチ制御することにより必要なとき、たとえば他方のスイッチが故障したときに、完全に遮断することができる。

当業者には明らかなように、本発明のさまざまな実施例は、例として上述した実施例には限定されず、本発明は、特許請求の範囲に示す発明思想の範囲内で多様に変更および応用することができる。

図１は、エレベータのブレーキを制御する本発明によるブレーキ制御回路を示す。 図２は、エレベータのブレーキを制御する本発明による第２のブレーキ制御回路を示す。 図３は、エレベータのブレーキを制御する本発明による第３のブレーキ制御回路を示す。 図４は、同じ回路が２つのブレーキの同時制御に使用される本発明による制御回路を示す。

Claims (11)

1. 少なくとも１つのブレーキコイル、直流電圧電源、半導体スイッチ装置および制御ユニットを含み、さらに直流回路および／または交流回路から該制御ユニットへと通すことができる電流データを発生する電流測定ユニットを含む、電気機械エレベータブレーキを制御するための制御回路において、該回路は、
   少なくとも２つの半導体スイッチと、
   抵抗器およびダイオードからなり、前記ブレーキコイルに並列に接続される直列接続部と、
   前記少なくとも２つの半導体スイッチの一方のみが導電状態のときに、ブレーキコイルのインダクタンスによって供給される電流が流れるフライホイールダイオードとを含み、
   前記ブレーキコイルへの電流供給が、直流回路に接続された前記少なくとも２つの半導体スイッチの一方により完全に遮断可能であり、
   前記少なくとも２つの半導体スイッチを、制御ユニットにより交互に制御して、各スイッチの動作状態を、電流測定で得られたフィードバックデータに基づいて連続的に順番にチェックすることを特徴とする制御回路。
2. 請求項１に記載の制御回路において、前記ブレーキコイルを通じて流れる電流が、前記電流測定ユニットにより測定可能であることを特徴とする制御回路。
3. 請求項１または２に記載の制御回路において、前記直流電圧電源は整流器ブリッジであり、かつ直流電圧ブリッジに供給される交流網の電流が前記電流測定ユニットにより測定可能であることを特徴とする制御回路。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の制御回路において、前記半導体スイッチの動作状態は、ブレーキが開放状態にあるときおよびブレーキが閉鎖状態にあるときのいずれの場合にも、電流測定データに基づき監視可能であることを特徴とする制御回路。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の制御回路において、該回路は、前記ブレーキコイルに並列に配設され、かつ前記制御ユニットへと通すことができるデータを発生する電圧測定ユニットを含むことを特徴とする制御回路。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の制御回路において、ブレーキ状態は、該回路から得られた測定データに基づき連続的に決定可能であることを特徴とする制御回路。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の制御回路において、前記半導体スイッチは、エレベータの安全回路が遮断されたときに開かれるように配設されていることを特徴とする制御回路。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の制御回路において、該回路は、前記半導体スイッチを制御するために使用可能なデータを発生する電圧測定ユニットを含むことを特徴とする制御回路。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の制御回路において、前記ブレーキは、２つの異なるスピードで閉鎖可能であることを特徴とする制御回路。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の制御回路において、該制御回路は、それに接続されたフライホイールダイオードを含むことを特徴とする制御回路。
11. 少なくとも１つのブレーキコイル、圧力部材、該圧力部材によりブレーキ表面に圧接されるブレーキパッドであって前記ブレーキコイルを流れる電流により生じる磁界の力効果の作用によって移動可能となる前記ブレーキパッド、およびブレーキ制御回路を含む電気機械エレベータブレーキにおいて、
    前記ブレーキコイルに供給される電流が、それに接続された少なくとも２つの半導体スイッチを備えた直流回路を有する制御回路によって制御可能であり、抵抗器およびダイオードからなる直列接続部が、前記ブレーキコイルに並列に接続され、前記少なくとも２つの半導体スイッチの一方のみが導電状態のときに、前記ブレーキコイルのインダクタンスによって供給される電流がフライホイールダイオードを介して流れ、前記ブレーキコイルの電流が、それを制御する前記少なくとも２つの半導体スイッチの一方により完全に遮断可能であり、
    前記ブレーキ制御回路はさらに、制御ユニットおよび該制御ユニットへと通される電流データを発生する電流測定ユニットを含み、
    前記制御ユニットは、前記少なくとも２つの半導体スイッチを交互に操作して、各スイッチの動作状態を、前記電流測定ユニットで得られたフィードバックデータに基づいて連続的に順番にチェックすることを特徴とする電気機械エレベータブレーキ。

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