JP5997585B2 - エレベータの電磁ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータの乗りかごを制動する電磁ブレーキ装置に係り、特に機械室レスエレベータに好適な薄型電磁ブレーキ装置に関するものである。

一般に、エレベータの乗りかごを昇降させるための巻上機や制御装置および乗りかごが過速を検出する調速機は、建物の上部に設けられた機械室に設置されている。しかし、昇降行程が短く、乗りかごの昇降速度が比較的遅いエレベータにおいては、独立した機械室を持たない機械室レスエレベータも普及している。

機械室レスエレベータの場合、従来機械室に配置していた巻上機、制御装置、調速機などの機器を昇降路内に配置する。また、昇降路のスペースは限られており、巻上機の形状や設置方法は様々である。たとえば、昇降路の最下部または最上部に乗りかご断面と巻上機が重なるように配置するもの、あるいは乗りかご断面と巻上機が重ならないように配置するものがある。通常、乗りかごと昇降路の隙間は数百ｍｍ程度しかないため、その隙間に巻上機を設置するためには、偏平形状のいわゆる薄型巻上機が使用される。

上記薄型巻上機においては、ブレーキドラムにブレーキライニングを押し付ける直動式の電磁ブレーキ装置が広く採用されている。たとえば、ブレーキドラムの内周面を押圧して制動する電磁ブレーキ装置としては特許文献１に記載のものがある。また、ブレーキドラムの外周面を押圧して制動する電磁ブレーキ装置としては、たとえば特許文献２に記載のものがある。

特開２００７−２３８２９７号公報 ＷＯ２０１１／００４４６８号公報

図１は、従来の機械室レスエレベータにおける昇降路Ｓの断面図である。巻上機３は乗りかご１と昇降路Ｓの壁面との間の数百ｍｍの間隙に配置され、さらに横側に釣り合い錘２が配置される。このように巻上機３は、乗りかご１、昇降路壁と釣り合い錘２に四方を囲まれて配置されることが多い。

従って、巻上機を小型化することにより昇降路断面積を縮小することができ、また昇降路内に設置する機器のレイアウトの自由度を拡大することができるため、薄型巻上機の軸方向寸法と幅方向の寸法の縮小は機械室レスエレベータにおける重要な課題のひとつである。

上記特許文献１では、電磁ブレーキをブレーキドラム内側に配置するため巻上機の寸法を縮小できるが、電磁ブレーキ装置の保守、修理のためには分解を余儀なくされるため、保守時間の増大が懸念される。

図２は、従来の機械室レスエレベータにおける昇降路の概略図である。図２に示すように、ブレーキドラム７の外周面を押圧して制動する巻上機において、巻上機３を昇降路Ｓの頂部に配置した場合、巻上機３の保守は乗りかご１の上面に乗っておこなわなければならない。巻上機３の垂直方向にブレーキドラム７に対向して電磁ブレーキ装置４を上下に配置すると、巻上機３は昇降路天井に近接して設置されるため、隙間が狭くなり巻上機３の上下面に配置された電磁ブレーキ装置４の保守性が悪い。

そこで、電磁ブレーキ装置４をブレーキドラム７の水平方向に対向した位置に配置すると、巻上機３の幅寸法が拡大してしまう。幅寸法の縮小のために電磁ブレーキ装置４を薄型化すると、電磁コイルの小型化、磁気抵抗の増加により電磁吸引力が低下し所定の制動力が得られないという課題があった。

本発明の目的は、ブレーキドラムの外周面を押圧して巻上機を制動する電磁ブレーキ装置に関して、上記課題に鑑み、電磁ブレーキ装置の吸引力の向上を図り、保守性に優れた薄型の電磁ブレーキ構造を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、固定鉄心と、固定鉄心に設けられ通電により磁束を形成する電磁コイルと、磁束により前記固定鉄心側に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に設けられ可動鉄心の吸引時にブレーキドラムから離間して電磁ブレーキ装置を解放状態とするブレーキライニングを備えた電磁ブレーキ装置において、固定鉄心および可動鉄心を互いに開口部を有するコ字状に形成するとともに、固定鉄心および可動鉄心の二つの開口部内に電磁コイルを設け、固定鉄心は、電磁コイルの内側に囲まれた内磁極ＩＰと、電磁コイルの外側に位置する外磁極ＯＰを有し、内磁極ＩＰは、電磁コイルを巻き付けられたコイル巻きつけ部からなり、固定鉄心に別体に設けられ、固定鉄心に固定されることを特徴とする。

本発明は、エレベータの乗りかごを吊り下げるロープを駆動する鋼車に同軸で接続されたブレーキドラムを制動する電磁ブレーキであって、固定鉄心と、ブレーキドラムと離間および接触する方向に移動可能な可動鉄心と、固定鉄心に設けられ可動鉄心を吸引する電磁コイルと、固定鉄心に設けられ可動鉄心をブレーキドラムに押圧する制動ばねと、可動鉄心に配置されるとともにブレーキドラムを制動するブレーキシュー及びブレーキライニングを備えたエレベータの電磁ブレーキ装置において、
固定鉄心および可動鉄心は互いに開口部を有するコ字状であり、固定鉄心および前記可動鉄心の二つの開口部内に前記電磁コイルを設けたことにより、固定鉄心および可動鉄心で形成される磁気回路における漏洩磁束量が低減し、電磁コイルの吸引力が向上することにより、従来と同等の制動力を持つ電磁ブレーキ装置の薄型化が可能となる。これにより電磁ブレーキを巻上機ブレーキドラムの外周のいずれの位置に配置しても作業用の隙間を確保することができて保守性が向上する。

従来の機械室レスエレベータにおける昇降路の断面図。 従来の機械室レスエレベータにおける昇降路の概略図。 本発明の機械室レスエレベータにおける昇降路の斜視図。 従来例の電磁ブレーキ装置の平面図。 図４ＡのＡＡ線断面図。 従来例の電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図。 従来例の電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図。 本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置を示す断面図。 従来例の電磁ブレーキ装置の磁界解析結果を示す磁束密度ベクトル図。 従来例の電磁ブレーキ装置の磁界解析結果を示す拡大磁束密度ベクトル図。 本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置の磁束密度ベクトル図。 本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置の拡大磁束密度ベクトル図。 従来例の電磁ブレーキ装置における磁束の流入出位置を示す模式図。 本発明の電磁ブレーキ装置における磁束の流入出位置を示す模式図。 本発明の実施例１の応用例を示す模式図。 本発明の実施例１の他の応用例を示す模式図。 本発明の実施例２を示す断面図。 薄型巻上機に本発明を適用した応用例を示す正面図。 薄型巻上機に本発明を適用した他の応用例を示す側面図。 薄型巻上機に本発明を適用した他の応用例を示す正面図。

以下に本発明を実施例について説明する。

図３は、本発明の機械室レスエレベータにおける昇降路の斜視図である。図３において、乗りかご１は、鋼車（シーブ）６に巻き掛けられたロープ５（図示しないが一般的には複数本）を介して昇降動作する。鋼車６は図示しない駆動装置によって駆動される。ブレーキドラム７は鋼車６と直結しており、ブレーキドラム７を制動することでロープ５及び乗りかご１の動作を制御する。

図４Ａは従来例の電磁ブレーキ装置の平面図、図４Ｂは図４ＡのＡＡ線断面図である。図４Ａ、４Ｂを用いて無励磁作動型の電磁ブレーキ装置の構造を説明する。電磁ブレーキ装置４は、主に固定鉄心８、可動鉄心９、電磁コイル１０、制動ばね１１、隙間調整機構としての調整ボルト１２、およびブレーキライニング１４で構成されている。制動ばね１１はあらかじめ自由長から圧縮した状態で取り付けられている。

固定鉄心８は電磁コイル１０の内側に囲まれた内磁極ＩＰと、電磁コイル１０の外側に位置する外磁極ＯＰからなる。

図５Ａは、従来例の電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図、図５Ｂは、従来例の電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図である。図５Ａ、図５Ｂを用いて電磁ブレーキ装置４の動作を説明する。図５Ａは電磁ブレーキ装置４が巻上機３を制動時の状態、図５Ｂは巻上機３を非制動時の状態を示している。電磁ブレーキ４は無励磁作動型の電磁ブレーキであり、制動時は制動ばね１１の押圧力により、可動鉄心９を介してブレーキライニング１４をブレーキドラム７に押し付けることで鋼車６を制動している。

非制動時は、電磁コイル１０に電流を印加することで固定鉄心８を磁化し可動鉄心９を固定鉄心８側へ吸引することにより、ブレーキライニング１４がブレーキドラム７から離間され、ブレーキライニング１４のブレーキドラム７への押圧力が解除される。

上記のように、無励磁作動型の電磁ブレーキ装置４では、制動動作は制動ばね１１により機械的に行われ、制動力の解除は電気的に行われる。このように停電などにより電源の供給が絶たれた場合でも、乗りかご１が安全に停止するフェールセーフ構造となっている。

図６は、本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置を示す断面図である。図６を用いて本発明の実施例１を説明する。実施例１の基本構成は従来の電磁ブレーキ装置と同様であるが、図６に示すように固定鉄心８、可動鉄心９が互いに開口したコ字形状をしており、固定鉄心８と可動鉄心９の開口部を対向するように配置する。さらに開口部内に電磁コイル１０を配置する。これにより、固定鉄心８、可動鉄心９の対向部から空間への漏洩磁束を、従来構造と比較して大幅に低減することができる。

図７Ａは、従来例の電磁ブレーキ装置の磁界解析結果を示す磁束密度ベクトル図、図７Ｂは、従来例の電磁ブレーキ装置の磁界解析結果を示す拡大磁束密度ベクトル図である。

また、図８Ａは、本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置の磁束密度ベクトル図、図８Ｂは、本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置の拡大磁束密度ベクトル図である（左右対称構造のため電磁ブレーキ装置の右半分のみを図示する）。

固定鉄心８および可動鉄心９の側面の漏洩磁束ベクトルに注目すると、従来構造では図７Ａ、７Ｂに示す様に可動鉄心９の外側面から漏洩した磁束が空間領域を経由して、波を打つような経路を辿り固定鉄心８へ流入している。ここで、磁気抵抗は磁気経路に比例して大きくなるため、エネルギーロスをもたらし効率が低下する、従って磁気経路は短い方が好ましい。

一方、図８Ａ、８Ｂに示す本発明構造では、可動鉄心９の側面から漏洩した磁束は開口部を中心とした半円形状の経路を辿ってスムーズに固定鉄心８の側面へ流入しており、従来構造に比べ短距離で固定鉄心８へ流入していることがわかる。

図９Ａは、従来例の電磁ブレーキ装置における磁束の流入出位置を示す模式図、図９Ｂは、本発明の電磁ブレーキ装置における磁束の流入出位置を示す模式図である。

従来構造および本発明構造において図９Ａ、９Ｂに示す位置の磁束φ１、φ２を比較した。φ１は内磁極ＩＰを流れる磁束、φ２は外磁極ＯＰを流れる磁束と対応している。このときφ２は空隙を経由して減衰した後の磁束となるので、φ１とφ２の差分が無効磁束φｎ（φｎ＝φ１−φ２）となる。

同等の空隙距離にて従来構造と本発明構造での無効磁束φｎを比較すると、本発明の構造では、上述の様に磁気抵抗の少ないスムーズな磁気経路が構成されることにより、無効磁束φｎは従来構造に比較して、約３０％程度低減する。このような無効磁束の低減により固定鉄心８と可動鉄心９の間の空隙間の磁束密度が向上し、電磁吸引力に関しては、約１０％程度吸引力が向上する。

従って、電磁ブレーキ装置に従来と同等の電磁吸引力を与える場合には、従来よりも薄型化することが可能となる。

図１０は、本発明の実施例１の応用例を示す模式図である。固定鉄心８に設けられたコイル挿入部に電磁コイル１０を挿入する構造となっている。また、可動鉄心９の内側にもに電磁コイル１０が配置されるため、固定鉄心７と可動鉄心９による電磁コイル線の噛み込みを防止するためのコイル保護部材１６を配置する。コイル保護部材１６は、電磁コイル１０をカバーするものでもよいし、電磁コイル１０をコーティングするように直接塗布するのもよい。

また、固定鉄心８と可動鉄心９に生じる空隙部から異物が混入する可能性があるのでカバー１８を電磁ブレーキ装置４の外側に取り付ける。図１１は、本発明の実施例１の他の応用例を示す模式図である。図１１に示す様に、異物混入防止パッキン１９を固定鉄心８と可動鉄心９の開口部間に配置してもよい。

実施例１によれば、従来と同等の制動力を得る場合には従来よりも電磁ブレーキ装置を薄型化する事ができるため、巻上機のブレーキドラムに対向して電磁ブレーキ装置を鉛直方向上下に配置しても巻上機と昇降路天井の間に一定の隙間が確保でき、電磁ブレーキ装置の保守性を維持することができる。また、巻上機のブレーキドラムに対向して電磁ブレーキ装置を水平方向に配置しても、一定の隙間を確保でき、同様に電磁ブレーキ装置の保守性が維持できるという効果を奏する。

図１０に示す実施例１の構造では、電磁コイル１０をコイル挿入部に挿入するため、加工精度を考慮し電磁コイル１０の内径と固定鉄心１０の内磁極部の外形に隙間を設ける必要があり、内磁極の面積が小さくなってしまう。

電磁吸引力は以下の式で表されるため、吸引力の向上には磁極面積の増大は欠かせない。

図１２は、本発明の実施例２を示す断面図である。図１２において、固定鉄心８にコイル巻付け部１５からなる内磁極ＩＰを別体に設け、固定鉄心８に締結部材１７にて締結固定する構造を示す。電磁コイル１０を直接コイル巻付け部１５に緊密に巻きつけた後に固定鉄心８に固定することにより、電磁コイル挿入のための空間を最小限にして、内磁極ＩＰの面積を最大限に大きくすることが可能となる。

次に、図１３〜１５を用いて、薄型巻上機に本発明を適用した構成を説明する。図１３は、薄型巻上機に本発明を適用した応用例を示す正面図、図１４は、図１３の側面図である。図１３において、鋼車６およびブレーキドラム７の鉛直方向上下に一対の電磁ブレーキが配置されている。

図１５は、薄型巻上機に本発明を適用した他の応用例を示す正面図である。図１５では、鋼車６およびブレーキドラム７の水平方向左右に一対の電磁ブレーキ４が配置されている。

電磁ブレーキが十分に小型化された場合は、ブレーキドラム７の全周に渡って等間隔に多数の電磁ブレーキを配置することによって、さらなる小型化が達成できる。

固定鉄心８はL字部材からなる固定部材２０を介して巻上機ベース２１に締結部材１７によって締結されることで固定される。このとき固定部材２０は非磁性体で構成されることが好ましい。

１・・・乗りかご
２・・・釣り合い錘
３・・・巻上機
４・・・電磁ブレーキ装置
５・・・ロープ
６・・・鋼車
７・・・ブレーキドラム
８・・・固定鉄心
９・・・可動鉄心
１０・・・電磁コイル
１１ａ、１１ｂ・・・制動ばね
１２ａ、１２ｂ・・・調整ボルト
１３・・・ブレーキシュー
１４・・・ブレーキライニング
１５・・・コイル巻付け部
１６・・・コイル保護部材
１７・・・締結部材
１８・・・カバー
１９・・・異物混入防止パッキン
２０・・・固定部材
２１・・・巻上機ベース
ＩＰ・・・内磁極
ＯＰ・・・外磁極

Claims (5)

1. エレベータの乗りかごを吊り下げるロープを駆動する鋼車に同軸で接続されたブレーキドラムを制動する電磁ブレーキ装置であって、固定鉄心と、ブレーキドラムと離間および接触する方向に移動可能な可動鉄心と、前記固定鉄心に設けられ、前記可動鉄心を吸引する電磁コイルと、前記固定鉄心に設けられ前記可動鉄心を前記ブレーキドラムに押圧する制動ばねと、前記可動鉄心に配置されるとともに前記ブレーキドラムを制動するブレーキシュー及びブレーキライニングを備えたエレベータの電磁ブレーキ装置において、
   前記固定鉄心および可動鉄心は互いに開口部を有するコ字状であり、前記固定鉄心および前記可動鉄心の二つの開口部内に前記電磁コイルを設け、
   前記固定鉄心は、前記電磁コイルの内側に囲まれた内磁極ＩＰと、前記電磁コイルの外側に位置する外磁極ＯＰを有し、
   前記内磁極ＩＰは、前記電磁コイルを巻き付けられたコイル巻きつけ部からなり、前記固定鉄心に別体に設けられ、前記固定鉄心に固定されることを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
2. 請求項１に記載されたエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記固定鉄心と、前記可動鉄心の開口部が対向した空隙部を覆う異物混入防止部材を、前記固定鉄心及び前記可動鉄心の側面に設けたことを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
3. 請求項１に記載されたエレベータの電磁ブレーキ装置において、コイル保護部材を前記電磁コイルの側面に設けたことを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
4. 請求項２又は３に記載されたエレベータの電磁ブレーキ装置において、異物混入防止部材を前記固定鉄心及び前記可動鉄心の対向部間に設けたことを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記電磁ブレーキ装置を複数、前記ブレーキドラム外周に均等間隔で配置したことを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。

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