JP5118090B2

JP5118090B2 - 電磁ブレーキ

Info

Publication number: JP5118090B2
Application number: JP2009066361A
Authority: JP
Inventors: 正信伊藤; 章智五十嵐; 清弥伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Mito Engineering Service Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mito Engineering Service Co Ltd
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: JP2010216616A

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）。

特開平０４−２０３６２８号公報

本発明の課題は、保持コイルの励磁電源容量低減である。すなわち、電磁コイルの所要起磁力Ｕ＝巻数Ｎ×コイル電流Ｉ_Ｃであり、コイル電流Ｉ_Ｃ＝励磁電圧Ｅ_Ｃ／コイル抵抗Ｒ_Ｃであるから、所要巻数に対してコイル径が大きいと線長が長くなって自己抵抗が大きくなるので、所要電流を流すために高い電圧を発生する電源が必要となる。また、コイルの消費電力Ｗ_Ｃは、Ｗ_Ｃ＝Ｉ_Ｃ ^２×Ｒ_Ｃであるから、コイル径が大きいと自己抵抗が大きく消費電力も大きくなる。

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具体的な励磁方法及び励磁電源容量の低減については開示されていない。

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半径方向に重ねて配置し、それぞれのコイルを個別の電源で励磁する場合に、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、前記電磁コイルは二つのコイル部分からなり、かつ半径方向に重なるように配置される電磁ブレーキにおいて、前記コイル部分は、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すると共に前記継鉄の同一のコイル収納部に配置され、前記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半径方向の内側に配置し、前記コイル部分の他方は促進コイルとして前記保持コイルの半径方向外側に配置し、かつ、前記保持コイルは直流の可変電圧の電源で電流を調整して、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を半径方向に重ねて配置する場合に、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。

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半径方向に重ねて配置し、それぞれのコイルを個別の電源で励磁する場合に、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半径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、本発明の電磁ブレーキの実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施例１に係る発明を、図１乃至図５に基づいて説明する。

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、一方側のコイルで径が小さい制動解除の保持コイル１１ａ１と、他方側のコイルで径が大きく前記保持コイル１１ａ１の半径方向の外側に重なる制動解除の促進コイル１１ａ２であり、前記継鉄１２ａの凹部のコイル収納部１２ｃに配置される。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。

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、及びコイルに通電すると発熱し自己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。

ところで、前記保持電源１８は一定電流制御を行うために高価になる。出力電圧、電流が大きい高容量のものは一層高価になる。従って、できるだけ容量の小さい電源を用いるようにすることが重要である。前記保持コイル１１ａ１、１１ｂ１の起磁力、巻数、電流、電圧、抵抗、電力の関係は次の(1)乃至(4)式の通りである。

すなわち、電磁石１０ａの電磁吸引力を決定する所要起磁力Ｕは(1)、(2)式から、巻数Ｎ、励磁電圧Ｅ_Ｃ、コイル抵抗Ｒ_Ｃで決まる。コイル抵抗Ｒ_Ｃは巻線の断面積、固有抵抗が一定であれば、(4)式の通り、コイル長さｌ_Ｃが長いほど大きくなる。つまり、巻数Ｎが一定であればコイル抵抗Ｒ_Ｃが大きいと、大きい励磁電圧Ｅ_Ｃが必要となる。そして、コイル消費電力Ｗ_Ｃは(3)式の通り、コイル抵抗Ｒ_Ｃが大きいと、大きくなる。

要するに、コイル抵抗Ｒ_Ｃが小さいほど、低電圧、低電源容量となるばかりでなく、温度上昇も低減できる。従って、保持コイル１１ａ１、１１ｂ１はコイル収納部１２ｃの内側に設けて径の小さい、つまり、所要巻数に対してコイル長さｌ_Ｃを短くすることが有効である。

すなわち、一つの電磁石に二つの電磁コイル部分を半径方向に重ねて配置する場合に、本実施形態では一定電流制御するコイル部分の保持コイルを継鉄のコイル収納部半径方向の内側に配置して、もう一つの促進コイルは前記保持コイルの半径方向外側に配置する。この構成により、保持コイルのコイル長さを短くして、励磁電圧及び電源容量を低減できる効果が得られる。

なお、促進電源１９については電流制御無で説明したが、保持電源１８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しても良い。

次に、第２の実施例を図６乃至図７を用いて説明する。この実施例が前記第１の実施例と異なるのは、巻方向が異なる二つのコイル部分を１本の巻線から形成し、一つの電磁コイルとした場合である。

図６は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相当図であり、図７は図６の電磁コイルの励磁回路で図４相当図である。図２、図４と同一部分については同符号を付し説明を省略する。

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。前記電磁コイル３０ａは円筒状であり、一つの電磁コイル３０ａで巻線が例えば右巻きの径が小さい保持コイル３０ａ１と逆の左巻きで径が大きく、前記保持コイル３０ａ１の外径側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。

この実施例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、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
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

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、前記電磁コイルは二つのコイル部分からなり、かつ半径方向に重なるように配置される電磁ブレーキにおいて、
前記コイル部分は、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すると共に前記継鉄の同一のコイル収納部に配置され、前記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半径方向の内側に配置し、前記コイル部分の他方は促進コイルとして前記保持コイルの半径方向外側に配置し、かつ、前記保持コイルは直流の可変電圧の電源で電流を調整して、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。