JP5762132B2 - エレベータ用巻上機のブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータ用巻上機のブレーキ装置に関するものである。

エレベータは、上下に延びる昇降路と、その中を移動可能に設けられたかごとを備えている。かごにはロープ等の吊り下げ部材が接続されており、その吊り下げ部材が巻上機によって駆動されることにより、かごは昇降路内を昇降移動する。

巻上機にはブレーキ手段が設けられている。例えば、特許文献１に開示された巻上機のブレーキ装置では、１つの電磁マグネット（フィールド）につき１つの電磁コイルが設けられており、電磁コイルの内極には、アーマチュアを付勢するばねが配置されている。また、特許文献２に開示された巻上機の電磁ディスクブレーキにおいても、１つの電磁マグネット（フィールド）につき１つの電磁コイルが設けられている。さらに、電磁コイルの外極（電磁コイルの外側）には、アーマチュアを付勢するばねやアーマチュアを支持する支持軸が配置され、電磁コイルの内極は、制動円板の回転軸で占められている。

しかし、前述した特許文献１の装置では、１つの電磁コイルを通る磁束量が多いため、磁気飽和しないように肉厚のフィールド、アーマチュアが必要であり、それに伴って磁路長が大きくなって磁束を通すための起磁力（アンペアターン＝電流×巻数）の増大を招いていた。特にレバーを使用しない直動式ブレーキではギャップが小さく、フィールドとアーマチュアで消費される起磁力の割合が比較的大きくなるので、その影響は顕著であった。さらに、内極には、ばねがあるため、磁路断面積を確保するにはその分余計にコイル周長やコイル抵抗が大きくなり、消費電力の増大を招いていた。

また、特許文献２の装置では、内極の内側に制動円板の回転軸が配置されるため、その分の面積を電磁マグネットとして利用できず、特許文献１の場合と同様、消費電力の増大につながる問題がある。さらに、電磁コイルが１つなので磁束の流れは１つであり、フィールドとアーマチュアはその磁束を通すための厚みが必要であった。

特開２００４−０７６８９９号公報 特開２００２−１２２１６４号公報

本発明は、上述した従来のブレーキ装置の問題を解消するためになされたものであり、フィールドコアやアーマチュアの肉厚化を抑えると共に、消費電力の増大を抑えることができる、エレベータ用巻上機のブレーキ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明のエレベータ用巻上機のブレーキ装置は、コア材よりなる少なくとも一つのフィールドコアと、一つの前記フィールドコアに対し複数設けられた電磁コイルと、前記電磁コイルの電磁力を介して前記フィールドコアに向けて引き寄せられるアーマチュアとを備え、前記フィールドコアは、前記複数の電磁コイルのそれぞれに関し内側磁路となる複数の内極と、前記電磁コイルの外側磁路となる外極とを含み、前記複数の内極それぞれが、穴が生じないように前記コア材で満たされている。

本発明のエレベータ用巻上機のブレーキ装置によれば、フィールドコアやアーマチュアの肉厚化を抑えると共に、消費電力の増大を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係るエレベータ用巻上機のブレーキ装置の全体構成を示す図である。 図１のＩ−Ｉ線に沿う端面図である。 本実施の形態１の磁界の様子と比較例の磁界の様子とを示す図である。 本発明の実施の形態２に関する図２と同態様の図である。

以下、本発明に係るエレベータ用巻上機のブレーキ装置の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係るエレベータ用巻上機のブレーキ装置の全体構成を示す図である。エレベータ用巻上機のブレーキ装置１は、フィールドコア３と、電磁コイル５と、アーマチュア７とを備える。フィールドコア３は少なくとも一つ設けられており、電磁コイル５は、１つのフィールドコア３に複数（本実施の形態では２つ）の割合で、対応するフィールドコア３に設けられている。各フィールドコア３は、エレベータの巻上機ハウジング９に固定されている。すなわち、本実施の形態では、１つのフィールドコア３と、２つの電磁コイル５とで、１つの電磁マグネットが構成されている。

アーマチュア７は、対応するフィールドコア３と対面するように配置されており、そのフィールドコア３と接近・離隔する方向に移動可能に設けられている。アーマチュア７におけるフィールドコア３との反対側には、ライニング１１が貼られたシュー１３が取り付けられている。アーマチュア７は、電磁コイル５の電磁力によってフィールドコア３に近づくように引き寄せられる。

フィールドコア３には、アーマチュア７をフィールドコア３から離れる向きに付勢する制動力付与手段が設けられており、具体的には、制動力付与手段の一例として、コイルばね１５が設けられている。コイルばね１５は、フィールドコア３とアーマチュア７との間で圧縮されており、その反発力によって、アーマチュア７のシュー１３に貼られたライニング１１を、制動対象であるブレーキドラム１７に押し付け、ライニングの摩擦力によるブレーキ力をブレーキドラムに付与する。

巻上機１９が回転するときは電磁コイル５に通電し、その磁気吸引力によってアーマチュア７をフィールドコア３側に引き寄せ、ライニング１１をブレーキドラム１７から離すことでブレーキ力を解放する。

さらに、フィールドコアと電磁コイルの詳細について説明する。図２の（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線に沿う端面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。フィールドコア３は、強磁性の鋼材などのコア材より構成されている。フィールドコア３には、図２紙面上で上下一対の耳部２１が設けられており、各耳部２１には、取付用穴２３が形成されている。フィールドコア３は、これら取付用穴２３を貫通するボルトを介して、巻上機ハウジング９に固定されている。これら一対の耳部２１の間に存在する領域が、磁路として使用しているフィールドであり、その磁路となるフィールドの高さＨはアーマチュア７の高さと同じである。フィールドコア３において、耳部２１の間の磁路（磁気回路）となる領域は、複数の電磁コイル５のそれぞれに関し内側磁路となる複数の内極２５と、電磁コイル５の外側磁路となる外極２７とを含む。なお、２つの電磁コイル５が作る磁界の向きは例えば内極２５においてみて同じ向きとなるように構成されている。また、２つの電磁コイル５は、電気的に並列に接続されているものとする。

電磁コイル５はしかるべき絶縁処理を施した電線を巻いてできており、強い磁界を発生するものであり、電磁コイル５の内周は、ちょうど内極２５にはまるような寸法となっている。また、複数の内極２５それぞれには、例えば前述した制動力付与手段やアーマチュアを支える手段、さらには制動対象を支える手段等を配置または収容するための空間は形成されてなく、換言するならば、複数の内極２５それぞれが、穴、特に貫通穴が生じないようにコア材で満たされており、あるいは、複数設けられた電磁コイル５のそれぞれの内側は、コア材だけが配置されているといえる。なお、本実施の形態では、制動力付与手段であるコイルばね１５は、外極２７に配置されている。

図１に示すブレーキ作動時、フィールドコア３及びアーマチュア７の間には、ギャップ２９（図１参照）が形成されており、フィールドコア３におけるギャップ２９側の面のうち内極２５の面２５ａは、コア材による平坦な面で占められている。

これに対し、ギャップ２９側の面のうち外極２７の面２７ａ，２７ｂには、機能上いくつかの穴が設けられている。電磁コイル５と耳部２１との間に位置する面２７ａにはそれぞれ、図２紙面でみて左右一対のクッションゴム用穴３１が形成されている。クッションゴム用穴３１はそれぞれ、有底穴であり、その中に、ブレーキ解放時、アーマチュア７がフィールドコア３に接近した際の動作音を低減するクッションゴム（図示省略）が嵌め込まれる。反発力が平行に作用するようギャップ側投影端面が矩形であるフィールドコア３の四隅にクッションゴムが配置されるようになっている。フィールドコア３とアーマチュア７とがギャップを介して面している部分で磁気吸引力を発生するため、ギャップ側の面に穴が開いている部分では吸引力は発生しない。つまり、クッションゴム用穴３１は数ミリの浅い窪みであるが、その部分では磁気吸引力がほぼ発生しなくなる。

図２の（ａ）においてみてフィールドコア３のちょうど中心、すなわち、外極２７のうちでも、一対の電磁コイル５で挟まれた領域の面２７ｂの中心には、強制解放用穴３３が設けられている。この強制解放用穴３３は、貫通穴であり、この穴を通してアーマチュア７をフィールドコア３側にボルトで締め上げることができる。

外極２７の面２７ｂには、さらに、２つのばね穴３５が設けられている。これらばね穴３５は、制動力付与手段であるコイルばね１５を部分的に収容するための穴である。ばね穴３５は、圧縮バネを納めるための穴であり、大荷重のバネなので穴のサイズとしては最も大きくなる。一対のばね穴３５は、図２の（ａ）においてみて、強制解放用穴３３の左右両側に振り分けられるようにして配置されている。

アーマチュア７の動作方向（電磁コイルの巻軸方向）に沿ってみて、すなわち、図２の（ａ）においてみて、電磁コイル５、内極２５、外極２７、クッションゴム用穴３１、強制解放用穴３３及びばね穴３５は、単一の中心軸ＣＬに関して対称的に配置・構成されている。特に、電磁コイル５、クッションゴム用穴３１及びばね穴３５が対象的に配置されていることから、アーマチュア７に作用する電磁力の一点等価でみた作用点と、アーマチュア７に作用するコイルばね１５からの付勢力（弾性力）の一点等価でみた作用点と、アーマチュア７に作用するクッション部材の反発力の一点等価でみた作用点とは、中心軸ＣＬという同軸上に揃っている。

さらに、内極２５と外極２７に関するギャップ側の面の面積関係について説明する。結局、アーマチュア７に対して磁気吸引力を発生する部分は、内極２５の２つの面２５ａと、外極２７における外側の２つの面２７ａと、外極２７における中心側の１つの面２７ｂという、５つの面である。

アーマチュア７側からみた外極２７の投影的な面積の合計つまり３つの面２７ａ，２７ｂの投影的な面積の合計を、外極総面積Ｓ０とし、
アーマチュア７側からみた内極２５の投影的な面積の合計つまり２つの面２５ａの投影的な面積の合計を、内極面積Ｓ１とし、
さらに、外極２７の面２７ａ，２７ｂのうち、ブレーキ解放時、アーマチュア７と接触する領域の面積の合計つまり外極総面積から４つのクッションゴム用穴３１、２つのばね穴３５及び１つの強制解放用穴３３の開口面積を差し引いた面積を、外極ギャップ面積Ｓ２としたとき、
フィールドコア３とアーマチュア７の磁気抵抗を無視し、磁束は、全て内極面積Ｓ１を通って外極ギャップ面積Ｓ２に入ると仮定すると、磁気吸引力Ｆは式１で表される。

ここで、μ０はギャップの透磁率、Ｂはギャップの磁束密度、φは磁束量、ＮＩはコイルの起磁力、ｇはギャップ長である。
式１から以下のことが言える。
（１） 内極面積Ｓ１と外極ギャップ面積Ｓ２は同じ方が最も磁気吸引力が大きくなる。
（２） 上記（１）の場合、外極ギャップ面積Ｓ２に比例して磁気吸引力が大きくなる。
実際には、フィールドコア３とアーマチュア７の磁気抵抗、漏れ磁束があるので、少し様子が変わってくる。外極２７には多くの穴が開いているが、いくつかは浅い穴となっているため、内極面積Ｓ１と外極ギャップ面積Ｓ２が同じなら内極２５と外極２７を通る磁束量は同じなので、フィールドコア３のクッションゴム用穴３１よりも深い部分での外極２７の磁束密度が内極２５に比べて低下することになる。電磁石を小型に設計しようとすると、外極はほとんど磁気飽和していなくても、内極の磁気飽和による磁気抵抗および起磁力損失が大きくなり、磁気吸引力が制限されてしまう。つまり、内極と外極の面積バランスが悪いと言える。一方、内極面積Ｓ１と外極総面積Ｓ０とを同じとすると、フィールドコア３のクッションゴム用穴３１よりも浅い部分で磁気飽和が強くなって、面積バランスが悪い。

以上のことから、最も少ない面積で大きな磁気吸引力を得る面積配分として、
外極ギャップ面積Ｓ２＜内極面積Ｓ１＜外極総面積Ｓ０
を満たすように各寸法を決めると面積バランスが良く、小型のブレーキが得られることとなる。

また、内極２５には、何も穴が開いていなかったが、これは電磁コイル５の周長を必要最低限に抑える効果がある。電磁コイルの周長が短ければ電磁コイルの抵抗値が小さくなるで、消費電力を抑えることができる。式１で示した通り、必要な吸引力が決まればギャップに面する内極の面積は決まる。従って、内極に穴が開いていればその分内極のサイズが大きくなり、内極の周りにある電磁コイルの周長が増すことになり、本実施の形態ではそれを回避している。

さらに、図３を用いて、本実施の形態の好ましい作用について説明する。図３は、本実施の形態の磁界の様子と比較例の磁界の様子とを示す図であり、（ａ）が本実施の形態のもの、（ｂ）が比較例のものである。比較例は、従来から見られた構成であり、図３の（ｂ）に示されるように、１つのフィールドコアに電磁コイルが１個であったので、特に図示のように縦長の場合（図の上下方向に長い場合）、電磁コイルによって発生する磁束のループ、つまり磁路長が大きくなる。磁路長が大きくなれば、フィールドコアとアーマチュアでの磁気抵抗が大きくなるため、磁気吸引力が低下する要因になる。また、１コイルあたりの磁束量が多いため、磁気飽和させずに磁束を通すために、フィールドコアのコアバック厚みとアーマチュア厚みが大きくなる。ひいては、巻上機の横幅（図１の左右方向）が大きくなってしまう。

これに対して、本実施の形態では、図３の（ａ）から了解されるように、磁路長が短くなり、フィールドコアのコアバック厚みとアーマチュア厚みは比較例の場合に対して大幅に薄くでき巻上機の小型化につながる。比較例の構成と内極外極面積が同じだとすると、本実施の形態では、電磁コイルの起磁力が同じであってもより大きな磁気吸引力を得ることができる。特に図１のようにブレーキが直動式であると、シューとアーマチュアのストロークが同じであるため、アーマチュアとフィールドコアのギャップは０．５ｍｍ程度と小さい。つまり、小さなストロークで、大きな磁気吸引力が必要となる。その場合、大きな磁気吸引力を発生するために、電磁マグネットが比較的大きなものとなるため、磁路長が大きくなる。その結果、短いギャップの磁気抵抗に対して、フィールドコアとアーマチュアの磁気抵抗が比較的大きくなる。つまり、このような事情に鑑みると、図１のような直動式のブレーキでは、本実施の形態の効果は特に大きな利点となるものと言える。なお、電磁コイルが作る磁界の方向は、図３で示されるように同じである必要があり、そうでない場合には、図示の磁束の流れは得られず、想定した磁気吸引力も発生できない。

以上説明したように、本実施の形態に係るエレベータ用巻上機のブレーキ装置によれば、次のような優れた効果がある。電磁コイルを２つにして磁気回路を２つに分けることで、磁路長が短縮され磁気抵抗が低減する。それにより電流、ひいては消費電力を抑えることができる。さらに、電磁マグネットに必要な吸引力が決まれば、内極面積も決まるが、ここで本来ならばコイルを２つに分けることによってコイル周長およびコイル抵抗が増加する要素はありうるものの、２つの内極には何も配置しないことでそれらの増加を抑制でき、ひいては消費電力を抑えることができる。さらに、コイルを２つに分けることで磁束の流れも２つに分かれるため、フィールドとアーマチュアを薄型化できる。このようにして、本実施の形態では、フィールドコアやアーマチュアの肉厚化を抑えると共に、消費電力の増大を抑えることができる。なお、強制解放用穴やばね穴が内極ではなく外極にあることも、電磁コイルの周長の増加防止に寄与している。また、所要のブレーキトルクを得るために大きなバネ力そして磁気吸引力を必要とし、一見コンパクト化は困難であるようにみえるところ、本実施の形態によれば、コイルを２つに分けフィールドとアーマチュアを薄型化できるので、巻上機の横方向のブレーキ部分の張り出しを抑えることができ、つまり巻上機の横幅を最小限に抑えることができる。

１つのフィールドコアに対して２つ以上の電磁コイルを使用しているが、本実施の形態では、こられ２つの電磁コイル、２つのコイルばね、その他、クッションゴム用穴、強制解放用穴等を含む多数要素が、同一のフィールドコア内にまとめて配置されているので、上記利点を得ながらも、空間の利用効率が良好である利点もある。

また、内極と外極に関するギャップ側の面の面積関係を、外極ギャップ面積＜内極面積＜外極総面積を満たすように各寸法を決めることで、フィールドコアの体積および質量の低減を図ることができ、すなわち、面積バランスを良好にし、小型のブレーキを得ることができる。

また、電磁力の作用点と、コイルばねの弾性力の作用点と、クッション部材の反発力の作用点とが中心軸上に揃っており、コイルばねは中央の外極に配置されているので、シューの近くにコイルばねを配置することでアーマチュアにかかる応力を低減し、たわみの影響が少なく、さらに、複数の弾性力に若干の差があってもアーマチュアが傾きにくくなり、アーマチュアの移動動作・ブレーキ動作がより安定する。なお、このような力学的な利点を得るべく、コイルばねをフィールドコアの中心に配置しても、本実施の形態のフィールドコアの中心部は、内極ではなく外極であるので、内極の磁路断面積減少に伴うコイル周長やコイル抵抗の増加を招かずに済む。

また、複数の電磁コイルは、電気的に並列に接続されているので、万が一、一方の電磁コイルが断線したとしても、他方の電磁コイルが動作するので、突発的な断線に対しても信頼性を確保することが可能である。

実施の形態２．
図４を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。本発明は、ギャップ側からみて電磁コイルが矩形であったり、あるいは、外極が複数に分離していたりする態様には限定されず、図４の図示構成は、そのような態様の一例である。図４は、本実施の形態２に関する図２と同態様の図であり、（ａ）は、ギャップ側の端面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様に構成されているものとする。

図４に示されるように、フィールドコア３には、上記実施の形態１と同態様で、２つの電磁コイル２０５が設けられており、各電磁コイル２０５は、巻軸方向に沿ってみて、円形をなしている。各電磁コイル２０５の内側もまた、円形の内極２２５で占められている。内極２２５には、何も穴が開いていない点は実施の形態１と同様である。フィールドコア３において、磁気回路となる領域は、２つの内極２２５と、電磁コイル２０５の外側磁路となる外極２２７とを含む。本実施の形態２では、外極２２７は分離せず電磁コイル２０５を取り巻くように連続してつながっている。本実施の形態２でも、外極ギャップ面積＜内極面積＜外極総面積を満たすように各寸法を決めると面積バランスが良く、小型のブレーキが得られることとなる。

このように構成された本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の利点が得られる。さらに、本実施の形態２では、電磁コイルが円形であるので、製造がより容易であり、同じ内極面積で最も電磁コイルの周長を短くできるため消費電力を抑えるために都合がよい。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

１ エレベータ用巻上機のブレーキ装置、３ フィールドコア、５，２０５ 電磁コイル、７ アーマチュア、１５ コイルばね、２５，２２５ 内極、２７，２２７ 外極、３１ クッションゴム用穴、３３ 強制解放用穴。

Claims (5)

1. コア材よりなる少なくとも一つのフィールドコアと、
   一つの前記フィールドコアに対し複数設けられた電磁コイルと、
   前記電磁コイルの電磁力を介して前記フィールドコアに向けて引き寄せられるアーマチュアとを備え、
   前記フィールドコアは、前記複数の電磁コイルのそれぞれに関し内側磁路となる複数の内極と、前記電磁コイルの外側磁路となる外極とを含み、
   前記複数の内極それぞれが、穴が生じないように前記コア材で満たされており、
   ブレーキ解放時、前記アーマチュアと接触する前記フィールドコアの前記外極の面積の合計を外極ギャップ面積とし、
   前記アーマチュア側からみた前記外極の投影的な面積の合計及び前記内極の投影的な面積の合計をそれぞれ外極総面積及び内極面積としたとき、
   外極ギャップ面積＜内極面積＜外極総面積
   を満たす
   エレベータ用巻上機のブレーキ装置。
2. コア材よりなる少なくとも一つのフィールドコアと、
   一つの前記フィールドコアに対し複数設けられた電磁コイルと、
   前記電磁コイルの電磁力を介して前記フィールドコアに向けて引き寄せられるアーマチュアとを備え、
   前記フィールドコアは、前記複数の電磁コイルのそれぞれに関し内側磁路となる複数の内極と、前記電磁コイルの外側磁路となる外極とを含み、
   前記複数の内極それぞれが、穴が生じないように前記コア材で満たされており、
   前記フィールドコアには、前記アーマチュアを前記フィールドコアから離れる向きに付勢する制動力付与手段が設けられており、
   前記制動力付与手段は、前記外極に配置されており、
   前記フィールドコアには、前記アーマチュアの動作音を低減するクッション部材が設けられており、
   前記アーマチュアに作用する前記電磁力の一点等価でみた作用点と、前記アーマチュアに作用する前記制動力付与手段からの付勢力の一点等価でみた作用点と、前記アーマチュアに作用する前記クッション部材の反発力の一点等価でみた作用点とは、同軸上に揃っており、前記制動力付与手段は、前記外極のうちでも、複数の電磁コイルで挟まれた領域に配置されている
   エレベータ用巻上機のブレーキ装置。
3. 前記複数設けられた電磁コイルのそれぞれの内側は、前記コア材だけが配置されている請求項１又は２のエレベータ用巻上機のブレーキ装置。
4. ブレーキ作動時、前記フィールドコア及び前記アーマチュアの間には、ギャップが形成されており、
   前記フィールドコアにおける前記ギャップ側の面のうち前記内極の面は、前記コア材による平坦な面で占められている
   請求項１乃至３の何れか一項のエレベータ用巻上機のブレーキ装置。
5. 前記複数の電磁コイルは、電気的に並列に接続されている請求項１乃至４の何れか一項のエレベータ用巻上機のブレーキ装置。

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