JP6050507B2 - ブレーキモニタリング - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、ブレーキのモニタリング、とりわけ電磁ブレーキのモニタリングに関するものである。

背景

巻上装置に使用するブレーキは、経済性と安全性の両方の点で巻上装置の運転にとって重要である。ブレーキの障害は積荷の落下につながることがあり、これによって巻上装置の他の部分が損傷することがあり、近くの作業者が負傷する危険性がある。

巻上装置に使用するブレーキは従来のディスクブレーキであるが、モータ軸とともに回転する円盤状摩擦材料がアンカープレートと摩擦板の間で押圧され、減速が生ずる。

減速中、摩擦面は摩耗する。摩擦面が摩滅すると、ブレーキの制動効果が著しく減少し、ブレーキはもはや、設計通りには機能できなくなる。こうして、ブレーキは故障する。

ブレーキの状態は、典型的には摩擦面の厚さをノギスで測定することによって手操作でモニタする。摩擦面を測定可能とするには、ブレーキケーシングがあれば、それを外す必要があり、測定と、必要があればブレーキの保守作業とをした後、ケーシングを再び閉じる必要がある。こうしてブレーキモニタリングは、工数を要しミスを招きやすい手作業を伴う。また、港湾用クレーンのようにブレーキが高所にある巻上装置では、保守員が墜落する危険があり、これを考慮すると、保守作業に必要な時間がさらに増えることがある。

巻上装置のブレーキの点検中は、ブレーキの装着された生産機械をその通常作業に使うことができない。そこで、例えばブレーキを保守中の港湾用クレーンは、ブレーキの点検中、運用から外す。しかし、経済上、港湾用クレーンのような高価な装置の休止は、できるだけ少なくし、また時間は短くしておくべきである。こうして生産機械の運転中断は、できるだけ短いことが望ましい。生産中断の工程を組むことによって、保守作業をより計画的にできるので、休止時間を短縮することができる。

安全性については、巻上装置ブレーキが摩耗すると、ブレーキ障害の確率が増すことで危険が生じ、これによって巻上装置もしくはその部品が破断したり、または巻上装置付近の要員が負傷したりし、または生産ラインもしくは他の施設に損傷が生じたりすれば、経済的損失が生ずることがある。例えば、ブレーキが係止しないと、巻上装置の積荷が落下することがある。別の例では、ブレーキが解放しないと、巻上装置のモータがブレーキに逆らって走行することがあり、ブレーキは過熱して爆発することがある。ブレーキに逆らって走行するとは、ブレーキの係合中にモータの電源を通常通り切ってもモータがブレーキと係合したまま走行することを言う。ブレーキに逆らって走行することは、ブレーキの係合後、モータが走行し続ける場合、ブレーキの正常使用でも起こることがある。

巻上装置では、扱い中の積荷を止めて静止させておくのに典型的にはブレーキをいくつか使用する。巻上装置では、積荷は、多くの異なる移動方向に移すことができる。例えば、港湾用クレーンでは、コンテナの隅部に連結された４本のロープを使ってコンテナを揚げ降ろしすることができる。各ロープのモータは、別々に減速できるが、これは、モータの台数に対応する個数、例えば４個のブレーキが必要であることを意味する。別の例では、橋型クレーンは、許容された移動方向に積荷をキャリッジ、ブリッジおよび巻上機によって動かすものである。このように、巻上装置で積荷を安全に動かすには、積荷を動かすブレーキがいくつか必要なことがある。複数のレーキの保守は、巻上装置にあるブレーキの台数および／または巻上装置の大きさが故に難題である。保守の難題はさらに、各ブレーキの違いによっても増し、この違いは、例えば各ブレーキが別々の製造業者で製造されたモデルであったり、または同じ製造業者でも異なったモデルであったりすると、それらのブレーキのモデルの違いに起因することがある。典型的には、同一製造業者のブレーキでも、大きさおよび／または電源電圧が互いに異なることがある。

実施例の簡単な説明

そこで本発明は、上述の問題点を解決する方法、装置、コンピュータプログラム製品および設備を提供することを目的とする。本発明の目的は、独立請求項に記載の事項を特徴とする方法、装置、コンピュータプログラム製品および設備によって達成される。本発明の好ましい実施例は、従属請求項に開示されている。

ある態様によれば、第１および第２の制動面と、供給される電流に応動して、制動面を制動面が互いに接続された閉鎖状態から制動面が互いに離れた開放状態へ動かすように調整された磁界を生成するように構成された励磁手段とを含むブレーキのモニタリング方法は、制動面が閉鎖状態から開放状態へ動き始める際のブレーキの電流を測定し、ブレーキの開放状態における励磁手段の最大電流を判定し、制動面が動き始める際に測定した電流から前記最大電流に対する電流比としてブレーキの状態を判定することを含む。

別の態様によれば、第１および第２の制動面と、供給される電流に応動して、制動面を制動面が互いに接続された閉鎖状態から制動面が互いに離れた開放状態へ動かすように調整された磁界を生成するように構成された励磁手段とを含む電磁ブレーキをモニタリングするように構成された装置は、制動面が閉鎖状態から開放状態へ動く際のブレーキの電流を測定し、ブレーキの開放状態における励磁手段の最大電流を判定し、制動面が動き始める際に測定した電流から前記最大電流に対する電流比としてブレーキの状態を判定するように構成されている。

別の態様によれば、装置にダウンロードされると、いずれかの態様による方法を装置に実行させるプログラム命令を含むコンピュータプログラム製品が構成される。

別の態様によれば、いずれかの態様による方法を実行する手段を含む装置が構成される。

別の態様によれば、いずれかの態様による装置を含む設備が構成される。

別の態様によれば、第１および第２の制動面と、供給される電流に応動して、制動面を制動面が互いに接続された閉鎖状態から制動面が互いに離れた開放状態へ動かすように調整された磁界を生成するように構成された励磁手段とを含む電磁ブレーキを含む巻上装置を更改する方法が構成され、本方法は、いずれかの態様による装置を電磁ブレーキに配設することを含む。

いくつかの実施例は、複数の異なるブレーキのモニタリング、ならびにそれらの状態の判定および／または保守の必要性を容易化することができる。さまざまなブレーキに対して同じ電流比閾値を設定でき、これによって複数のブレーキのモニタリングが単純化される。こうすれば、異なるブレーキを使用する装置でも長期間稼働状態を維持することができ、これも、保守費用の節減を意味する。更なる長所および／または利点を以下の記載で開示し、さまざまな実施例をより詳細に述べる。

ここで、好ましい実施例について添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
は、巻上装置のモータに装着され本実施例によってモニタ可能なブレーキの分解図である。 および は、ある実施例の異なる状態におけるブレーキを示す図である。 および は、いくつかの実施例によるブレーキの状態をモニタリングする装置を示す図である。 は、ある実施例によってモニタされる電磁ブレーキを有する巻上装置を示す図である。 は、ある実施例によってモニタされる電磁ブレーキを有する巻上装置を示す図である。 ブレーキモニタリングの機能ブロック図である。 は、ある実施例によってブレーキの状態をモニタリングする方法を示す図である。 は、電磁ブレーキの励磁手段から測定したさまざまな電流を時間の関数として、またある実施例により測定した電流の時間微分係数を示す図である。 は、電磁ブレーキの励磁手段から測定した電流およびそのブレーキについて算出した電流比によって、電磁ブレーキの状態を示す図である。 は、ある実施例による２つの異なるブレーキから測定したブレーキの電流比の変化を時間の関数として示す図である。 は、電流ブースタを有する回路から励磁手段へ電流が供給されるときに電磁ブレーキの励磁手段で測定した電流を示す図である。 は、電力ブースタを有する電磁ブレーキの電源回路を示す図である。 は、ブレーキの最大電流の温度によるレベル変化を示す図である。 は、ブレーキの正常動作におけるブレーキの解放電流のばらつきを示す図である。 は、ブレーキ障害時におけるブレーキの解放電流のばらつきを示す図である。

実施例の詳細な説明

以下にブレーキのモニタリングを説明する。ブレーキの状態をモニタリングすることによって、ブレーキの状態についての情報を得ることができる。こうすれば、ブレーキの保守作業は、ブレーキに障害が発生して故障してしまわないうちに工程を組むことができる。

本発明はとりわけ、電磁ディスクブレーキの状態のモニタリング用に適している。本発明によれば、固定的に設定されるモニタリング方法および装置を実現することができ、これを基に、例えば保守員用の携帯モニタリング装置を構成することもできる。本発明は、ブレーキの摩耗および／または障害を表示することができる。

ブレーキの状態が劣化したことを検出すると、ブレーキに予知保全を適用することができる。予知保全は、装置の実際の状態に基づく保守方法である。装置またはその構成要素の状態は、部品の摩耗につれて変化する変数によって測定する。測定変数は、所望のように装置が機能する範囲を定める限界であり、この限界を超えると、その部品は保守または交換に供される。

以下の説明において、電流比とは、別々の時間に電磁ブレーキの励磁手段から測定した電流の比を言う。電流は、制動面がその閉鎖状態から開放状態へ動き始める際、また開放状態における励磁手段の最大電流に到るまで測定することができる。電流比は、動きが始まる際、測定した電流と最大電流の間の比から得られる。

図１は、巻上装置のモータに装着された電磁ブレーキの分解図であり、これは、本実施例によってモニタすることができる。図１はモータ102を示し、これは、その内部に収容されたブレーキ構体で減速される。ブレーキ構体は、ブレーキディスク106、摩擦板104およびブレーキ筐体108を含む。ブレーキ筐体108にはアンカープレート112が、例えばネジ114で緊締されている。ブレーキ構体は、ファン116およびファンハウジング118も含む。ブレーキ構体は、モータ102内でモータ軸103に装着してもよい。ブレーキハウジングは、ファンおよびブレーキ構体の両方を保護するように延伸させてもよい。

典型的な電磁ブレーキでは、摩擦板は、ブレーキが押圧されて閉じる際の相手側部材として機能する。ブレーキを使用する際、摩擦板の動きは小さく、または摩擦板は全く動かない。ブレーキディスクは摩擦面を含み、モータ軸に連結されている。こうすれば、ブレーキディスクは、ブレーキが開放状態にあるとモータで回転し、またブレーキが閉鎖状態にあると軸を回転させない。上述の典型的な運転は、ブレーキが正常で問題なく作動すると仮定している。

ブレーキのアンカープレートはブレーキ筐体に対抗している。閉鎖状態では、バネがアンカープレートをブレーキディスクおよび摩擦板の方へ押圧する。ブレーキは、ロールがアンカープレートをブレーキ筐体の方へ引くと解放され、これによってブレーキディスクは開放状態で自在に回転することができる。

ブレーキをモータ軸に装着する場合、ブレーキの制動面のうちの少なくとも１つ、例えばブレーキディスクは、モータ軸とともに回転するように装着してもよい。図１のブレーキで制動すると、制動面は互いに押圧し合い、これによってブレーキディスク106は、摩擦板104とアンカープレート112の間で押圧される。押圧力は、例えば図２ａおよび図２ｂにおけるバネ214および216で示すように、バネによって達成してもよい。

図２ａおよび図２ｂは、実施例によるブレーキの異なる状態を示す。ブレーキの状態は、その制動面の状態から判定できる。図２ａは、ある実施例によるブレーキが解放された状態のブレーキを示す。図２ｂは、実施例によるブレーキが係合した状態にあるブレーキを示す。

ここで図２ａおよび図２ｂを参照して、ブレーキのさまざまな状態を説明するが、このブレーキは、第１の制動面202、204および第２の制動面206、204と、励磁手段210とを含み、励磁手段は、供給される電流に応動して磁界を生成し、制動面を制動面が互いに接続された閉鎖状態から制動面202、204、206が互いに離れた開放状態へ動かすように構成されている。励磁手段で生成された磁界内に制動面があると、これに力が働いて各制動面を引き離す。そこで各制動面は、図２ａにおけるように開放される。制動面が図２ｂにおけるように閉鎖状態にあると、励磁手段により発生する磁界はなく、制動面は互いに押圧される。

励磁手段210は、コイル、磁石または何らかの他の装置、例えば直流などの電流が供給されると磁界を生成するものを含んでよい。励磁手段は、例えば支持構体208に装着してもよく、これは図１におけるようにブレーキ筐体108を含んでよい。

バネ214および216は制動面206に緊締されて、制動面206を制動面202および204の方へ押圧し、これによって各制動面は、励磁手段への電流が絶たれると互いに押圧し合い、励磁手段による生成磁界がなくなる。

図２ａでは、電流が励磁手段に供給されて励磁手段は磁界を生成し、この磁界は制動面に対して、バネ214、216の力に抗して制動面を互いに離隔しておく力を生成する。そこで制動面206は、支持構体208から距離ｒにある。バネ214および216は、支持構体208内へ埋め込むように構成してもよく、その場合、制動面206は支持構体208に対して動くことができる。開放状態では、制動面206は、支持構体、例えばブレーキ筐体に対抗している。制動面206の支持構体に対する距離ｒは、できるだけ小さく、r = 0にすることができる。

図２ｂにおいて、励磁手段には電流が供給されず、したがって磁界が発生しないため、制動面は互いに引き離されている。そこで制動面206、204、202はバネ214および216の力によって互いに押し合い、空隙ｂが制動面とブレーキ筐体208の間でアンカープレートからブレーキ筐体まで形成される。通常の空隙ｂは0.4〜1.2 mmの範囲にある。そこでブレーキは所望のように機能し、すなわちその制動効果は減少しない。ブレーキ内の空隙ｂが広がると、制動面が励磁手段から離れだし、励磁手段によって生成され制動面に向かう磁界の力が減少する。その結果、制動面を閉鎖状態から開放状態まで動かす力を制動面に与えるには、多くの電流を励磁手段に供給する必要がある。最悪の場合、空隙ｂが広がって制動面204、206が十分には開かなくなり、または全く開かなくなる。そうするとブレーキに抗する走行が可能になってしまう。空隙が広すぎると、コイルによってブレーキを引き開くことができないことがある。

空隙がブレーキ内の通常の空隙より広いと、ブレーキのブレーキディスクは摩耗しているので、ブレーキの所望の動作を達成するには、交換を必要とする。このときブレーキは障害状態と考えてよい。空隙が所期のレベルを超えると、ブレーキは、駆動中でさえ不本意な状態で接触することがある。これはエネルギー損失、ブレーキ材料摩耗および／または焼付き、ならびにブレーキ粉堆積につながる場合がある。

減速によってブレーキディスクの摩擦材料が摩耗し、したがってブレーキの空隙が広がる。ブレーキの空隙とは、ブレーキが係合した際のブレーキ内の空隙、ｂ、を言う。解放中、ブレーキの磁石によってアンカープレートはブレーキディスクから引き離され、したがってモータは自在に回転できる。空隙が広すぎると、励磁手段によってアンカープレートを励磁手段の方へ引き寄せることができず、ブレーキは解放されない。これも空隙の調整不良に起因することがある。

空隙は狭すぎることもある。空隙が狭すぎると、ブレーキは適切に解放できず、これによってブレーキに逆らう駆動が少なくともある程度生ずることがある。空隙が狭すぎることも空隙の調整不良に起因することがある。

ある実施例では、ブレーキの摩擦材料の摩耗をブレーキの励磁手段から測定した電流比より求めることができる。電流比の測定は後に詳細に説明する。例えば、図２ａにおいて、制動面204の摩耗は、ブレーキの空隙ｂの増加として検出できる。摩擦材料の厚さからはブレーキの状態を判定することができる。極端な場合、摩擦材料は摩滅することがあり、その場合、ブレーキは不具合を起こし、障害を発生する。そのとき、空隙は最大に広がり、ブレーキ内の通常の空隙の最大値、例えば1.2 mmを超えている。別の極端な例は、摩擦材料の厚さが最大になるとブレーキの状態が新しいか、新品同等であることである。その場合、空隙は最も狭く、例えば上述の通常の空隙の下限値である。

あるブレーキディスクの材料の厚さは、新品で11.15 mm、摩耗時には10.4 mmである。この材料の厚さとは、ブレーキディスクの鉄材料とその両側の摩擦材料の厚さの合計である。摩耗方向におけるこれらの材料厚の比(摩擦：鉄：摩擦)は、約1:1:1である。

ある実施例では、図１におけるように、制動面202は摩擦板104であり、制動面204はブレーキディスク106であり、制動面206はアンカープレート112であってよい。ブレーキディスクは、好ましくは高摩擦係数を有する材料で作られ、図２ｂにおいてブレーキが係合すると制動を発揮するようになっている。図２ｂにおいて制動面が閉鎖状態にあると、アンカープレートは摩擦板に対してブレーキディスクを押圧し、これによって全制動面が互いに押し合う。そこで、ブレーキディスクはアンカープレートと摩擦板の間で押圧され、こうしてアンカープレートと摩擦板の間の力を組み合わせる。

図２ｂの状態において、ブレーキの状態のモニタリングは、ブレーキの空隙ｂを隙間ゲージで測定することによる従来技術手段で可能である。空隙ｂはこの場合、制動面206とブレーキ筐体208の間の直接距離である。

図３ａおよび図３ｂはそれぞれ、ある実施例によるブレーキの状態をモニタリングする装置を示す。両装置とも１台として示されているが、別々のモジュールおよびメモリで１台以上の論理装置が実現可能である。

図３ａの装置300は、処理装置302、メモリ310、および電磁ブレーキの励磁手段から電流を受ける手段304を含む。全装置が電気的に相互接続されている。メモリは、処理装置で実行可能な１つ以上のプログラムを含んでよい。処理装置は、メモリに蓄積されたプログラム命令の制御の下に動作し、電磁ブレーキの励磁手段に流れる電流に関する情報を受け取って、ブレーキの状態を判定することができる。このようにして、処理装置、メモリ、および電磁ブレーキの励磁手段から電流を受け取る手段は、電磁ブレーキの状態を判定する手段を形成することができる。

電磁ブレーキの励磁手段から電流を受ける手段304は、受けた電流の大きさについての情報を電気信号として処理装置302へ送る。処理装置は、受け取った電気信号からその受けた電流の大きさを電気的量として求めることができる。求める電気的量は、例えば電圧または電流でよい。

ある実施例では、電磁ブレーキの励磁手段から電流を受ける手段は、ブレーキの励磁手段に電気を供給するコイルなどのガルバニック結合回路を含む。別の実施例では、電磁ブレーキの励磁手段から電流を受ける手段は、ブレーキの励磁手段で発生する磁界からエネルギーを受ける手段を含む。ブレーキの磁界は、ブレーキの近くに移動してブレーキの磁界によって内部に電流が誘導される装置によって、検出することができる。好ましくは、電磁ブレーキの励磁手段から電流を受ける手段は、ブレーキのコイルなどの励磁手段に電気を供給する非ガルバニック結合回路を含む。この種の装置は、例えば、磁界のエネルギーを受ける検出器であり、ブレーキの励磁手段に電流を供給する導体の周囲に配設される。こうして、導体を流れる電流は、その生成磁界に基づいて測定することができる。

処理装置は、１組のレジスタ、論理演算装置および制御装置を含んでよい。制御装置は、メモリから処理装置へ送られるプログラム命令シーケンスによって制御される。制御装置は、基本機能用の多数のマイクロ命令を含んでよい。マイクロ命令の実現形態は、処理装置の構成に応じて変えてもよい。プログラム命令は、プログラミング言語でエンコードすることができ、これは、Ｃ言語もしくはJavaなどの高レベルプログラミング言語、または機械言語もしくはアセンブラなどの低レベルプログラミング言語でよい。メモリは、EEPROM、ROM、PROM、RAM、DRAM、SRAM、ファームウエアおよびプログラム可能論理回路などの揮発性メモリもしくは不揮発性メモリでよい。

図３ｂの装置320は、電磁ブレーキをモニタリングする装置322、例えば図３ａの装置300を含む。情報を送信および／または受信するデータ伝送手段324は、電磁ブレーキをモニタリングする装置322に電気的に接続されている。データ伝送手段は、例えばネットワークと装置320の間でデータ伝送を行なう変復調装置を含んでもよい。ネットワークは、ネットワークの無線周波帯域で情報を無線伝送する無線通信網でよい。そこでデータ伝送手段は、無線周波数データ伝送に必要な手段、例えばアンテナを含んでよく、無線周波帯域と基底帯域の間にて情報を伝送する。

ある実施例では、コンピュータプログラムが配布用媒体で提供され、これは、電子装置へダウンロードされると本発明による実施例を処理装置に実行させるプログラム命令を含む。

コンピュータプログラムは、ソースコードフォーマット、オブジェクトコードフォーマットまたは中間フォーマットであってよく、転送媒体に蓄積することができ、転送媒体は、プログラムを蓄積可能な何らかの構成要素もしくは装置でよい。この種の転送媒体は例えば、蓄積媒体、コンピュータメモリ、読出し専用メモリ、電気的搬送波、データ通信信号およびソフトウエア配布パッケージを含む。

装置300も、特定用途向け集積回路すなわちASICなどの１つ以上の集積回路で実現できる。個別論理回路要素からなる回路などの他の実現形態も可能である。これらの異なる実現形態の混成も可能である。論理構成要素からなる回路の例は、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)回路である。

当業者に明らかなように、図３ａおよび図３ｂに示す装置は、上述した以外の部品も含んでよいが、これらは、本発明にとって本質的でなく、したがって開示を明瞭にするために省略してある。

ある実施例では、図３ａおよび図３ｂの装置は、LCD(液晶表示素子)画面などの表示装置を含んでよい。表示装置はタッチスクリーンを含んでよく、その場合、ユーザからの命令は、画面を通して入力できる。他のデータ入力手段も表示装置とともに使用できる。入力するデータは例えば、１つ以上のブレーキについての電流比の閾値を含んでよい。入力された閾値についての情報はメモリに蓄積され、ブレーキのモニタリングに使用できる。

表示装置は、例えば電気的接続を通して処理装置に接続することができ、処理装置は、この接続を通して画面を制御し、１つ以上のブレーキの状態についての情報を表示することができる。ブレーキの状態についての情報は、ブレーキの状態レベルおよび／またはブレーキから測定した電流比を含んでよく、これは、例えばメモリに蓄積された命令に従って処理装置が計算したものでよく、また電流比の閾値を含んでもよい。さらに、ブレーキの電流比から処理装置はブレーキの保守時期を計算してもよく、これは、ブレーキの耐用期間を含んでもよい。ブレーキの電流比の履歴データおよび電流比の将来値についての推定を保守時間の算出に使用してもよい。耐用期間は、例えば減速回数、日付、日数またはそれらの組合せとして求めることができる。減速回数は、例えば以前の保守から累積的に計算してもよく、またはブレーキの保守を要するまでの残り減速回数を算出することもできる。減速回数に似ているが、日数は、以前の保守から起算した累積値、または保守までの残存日数として計算することができる。日付は保守日を含むものでよい。

図４ａは、一実施例によってモニタされる電磁ブレーキ402を有する巻上機構400を示す。図４ａの巻上機構では、ロープドラムなどの積荷昇降手段410が動力伝動手段405、408によって電磁ブレーキ402に機能的に接続されている。

巻上機構のモータ404は機械的回動を発生し、これが動力伝動手段を通してロープドラム410へ伝達される。動力伝動手段405は、例えばモータ軸405を含んでよく、これによってモータ軸の回動に連動する動力がモータから伝達される。モータ軸が回転すると、モータ軸の回動は、これに連結されたロープドラム410などの装置へ伝達される。モータがロープドラムをこのように駆動すると、ロープドラムに連結された積荷が動く。

ある実施例では、動力伝動手段はモータ軸405および伝動歯車408を含み、これによってモータからの動力は、積荷昇降手段410を駆動して積荷を上昇または下降させるように設定できる。また、モータは、積荷昇降手段が積荷を動かす速度の調整に使用できる。

巻上機構400は継手406を含んでもよく、これによってモータは伝動歯車408に連結できる。モータが伝動歯車に連結されてしまえば、モータの動力はロープドラム410に伝達され、積荷を動かすことができる。

ある実施例では、巻上機構はモータに連結されたブレーキ402を含み、これによってブレーキは、モータもしくは積荷昇降手段から動力伝動手段へ伝達される機械的動きを減速および／または停止させることができる。ブレーキは、図１に示すように例えばモータ軸に連結してもよく、その場合、ブレーキディスクはモータ軸に装着される。そのような場合、制動中は制動面が図２ｂに示す閉鎖状態に移行し、これによってブレーキはモータ軸から伝達される動きに抗する。

ある例では、動力伝動手段の動きは、モータが回転してモータ軸の機械的回動が発生するとモータから生成することができる。この動きは、例えば伝動歯車を通してモータ軸に連結されこれに機械的力を与える巻上機構から、生成してもよく、この力の大きさは、巻上機構に接続した積荷の質量によって決まる。モータが走行しブレーキが係合したまま動力伝動手段を走行させると、モータはブレーキに逆らって走行すると言える。

ある実施例では、巻上機構400はブレーキの状態をモニタリングするモニタリング装置412を含んでもよい。モニタリング装置は、例えば図３ａおよび図３ｂに示すモニタリング装置でよい。

図４ｂは、一実施例によりモニタされる電磁ブレーキを有する巻上装置450を示す。図４ｂに示す巻上装置の例は図示の運用環境における橋型クレーンであり、この例では倉庫470内にある。橋型クレーンは頂部にキャリッジ472が装着されたブリッジ476を含んでいる。キャリッジは積荷を昇降する巻上機構400を含んでいる。巻上機構は、図４ａに示すように、例えば、図３ａおよび図３ｂに示すようなモニタリング装置480が内部に備えられている。キャリッジは倉庫の両壁の間を移動可能である。ブリッジは倉庫の上下方向に移動可能である。こうして、橋型クレーンに連結された積荷474は、巻上機構400、キャリッジおよび／またはブリッジによってその走行方向に移動させることができる。図４ａについて上述したように、巻上機構400はブレーキを含んでいる。巻上機構のブレーキの他に、橋型クレーンはブレーキ477も含み、これは、係合するとブリッジの動きを止める。橋型クレーンはさらにブレーキ473を含み、これは、係合するとキャリッジの動きを止める。上述のブレーキはすべて、モニタリング装置480でモニタする電磁ブレーキでよい。巻上機構、ブリッジおよびキャリッジの各ブレーキは、それぞれの部分の動きを減速する。

ある実施例では、複数の電磁ブレーキ402、477、473を同じ電流比閾値に基づいてモニタする。電流比は、図５に示すようにブロック508で求めることができる。複数のブレーキのモニタリングでは、図５のブロック510に記載のようにブレーキの状態レベルに対応した電流比閾値などの同一電流比閾値を使うことができるので、巻上装置の各ブレーキをモニタすることは容易である。ブレーキの状態レベルはブレーキごとに保守条件を定義し、これによって巻上装置における異なる複数のブレーキのモニタリングが容易になる。

図５はブレーキをモニタリングする動作ブロック図を示す。ブレーキは、例えば図２ａおよび図３ｂに示す実施例に記載の電磁ブレーキでよい。

ブレーキのモニタリングは、制動面の摩耗に基づくブレーキの状態のモニタリングを含んでよい。制動面の摩耗の結果、制動面206とブレーキ筐体208の間の空隙ｂは、ブレーキの閉鎖状態でも広がってしまう。

ある実施例では、ブレーキの状態のモニタリングは、ブレーキに供給される電流の適切さを電流比に基づいてモニタリングすることを含む。電流比は、ブレーキの開放状態において制動面の動きが始まるときに測定した電流の励磁手段の最大電流に対する比として求めることができる。

ある実施例では、図４ｂに示すような巻上装置は、図３ａおよび図３ｂに記載のモニタリング装置で、またはモニタリング装置の機能を実現するコンピュータソフトウエアを使って、更新される。モニタリング装置は、図４ａに示すように巻上装置に搭載することができる。巻上装置がブレーキを複数有する場合は、それらを個々にモニタするモニタリング装置を別々に設けてもよい。コンピュータソフトウエアは巻上装置のメモリに蓄積してもよく、これによって常時走行、または選択した時刻での時限走行をさせることができる。こうして、既使用の旧設備および巻上装置を本発明によってモニタすることができる。

図５に示すブロック図は、例えば図３ａおよび図３ｂの装置によって実現でき、これは、ブレーキの励磁手段から電流を受ける手段を含み、したがって処理装置は、これに接続された各装置の与える情報を基に図５におけるブロック図の動作を行なうことができる。

ブロック502において、ブレーキの励磁手段の最大電流は、開放状態において求まる。最大電流は、ブレーキが図２ｂの閉鎖状態から図２ａの開放状態へ動いた時の励磁手段の最大電流として求めることができる。最大電流を求めるために、モニタリング装置は、励磁手段の回路に流れる電流についての情報を受けるように接続されている。この接続は、図３ａについて説明したように、ガルバニックもしくは非ガルバニックのいずれで実現してもよい。励磁手段の電流の測定は、ブレーキに制御コマンドが与えられて解放されるのと同時に開始することができる。この測定には例えば１秒かけてもよく、その時間で標準的なブレーキは解放する。測定中に検出される最大電流値は、例えばアンペア(A)で、そのブレーキの最大電流を画成する。

ブロック504では、制動面が閉鎖状態から開放状態へ動き始める時にブレーキの励磁手段に供給される電流の値が求まる。値は、例えばアンペア(A)で示すことができる。動きの開始時点は、例えばブレーキの振動からセンサによって求めてもよい。

ある実施例では、制動面の閉鎖状態から開放状態への動きの開始は、ブレーキの励磁手段から測定した電流の時間微分係数に基づいて判別する。時間微分係数は電流の変化を時間の関数として定義する。制動面の動きの結果、励磁手段への供給電流とは反対の電流が励磁手段に誘起される。そこで、励磁手段から測定した電流の増加が緩慢になり、停止し、電流の値が減少さえしてしまう。

図２ａの状況に示すように、ブレーキが解放されると、制動面の動きが停止する。この後、電流の値は、その最大値に達するまで連続的に増加する。電流増加の緩慢、停止および減少は、電流の時間微分係数から時間微分係数の極小点に基づいて求めることができる。制動面の動きの開始は、好ましくは電流の時間微分係数の極小点に基づいて定義できる。電流の時間微分係数の測定は、さまざまなブレーキおよび／または１つのブレーキの摩耗度とは無関係である。このように、異なる摩耗度を有するさまざまなブレーキの状態のモニタリングは、単純である。

制動面が動いた結果、電流が減少すると、図７ａの時刻t12の後の曲線702におけるように、電流のピーク値が時刻t12で形成されて、その後に電流値の減少と時刻t13における電流の時間微分係数の最小点が続く。

制動面が動いた結果、曲線706におけるように電流の増加が緩慢になり、または停止すると、時刻t21の後で時刻t22における時間微分係数708の極小点より前では、時間微分係数の極小の時刻t22で電流のピーク値が形成される。なお、電流の増加が停止し、および／またはほとんど同じに留まると、電流の時間微分係数はその停止に相当する期間、最小になり、その場合、電流のピーク値はその期間における時間微分係数のピーク値として求まる。

図５を参照すると、ブロック504で求まる電流のブロック502で求まる最大電流に対する比は、ブロック508および506で求まる。この比は、ブロック502で求めた最大電流の逆数をブロック506において算出し、ブロック506で算出したこの逆数にブロック504で求めた電流を乗ずることによって508で求めることができる。

ブロック508はこの電流比を出力し、これに基づいてブレーキへの供給電流の適切度が510で求まる。

ある実施例において、ブレーキに供給されてブレーキを解放する電流の適切度は、ブロック510で求める。

ある実施例において、ブレーキに供給される電流の適切度は、ブロック510において１つ以上の閾値に基づいて求める。閾値はブレーキの状態レベルを定義できる。ブレーキは状態レベルをいくつか有してよく、その場合、各状態レベルごとに１つの閾値が対応する。状態レベルは、例えば次のレベル、すなわち「正常」、「要保守」、「障害」を含んでよい。電流比が閾値を超えると、その閾値thに対応する状態レベルがブレーキの状態を示す。

図７ａは、ある実施例において電磁ブレーキの励磁手段から測定したさまざまな電流を時間の関数として、その測定した電流の時間微分係数とともに示す。この電流は、例えば図３ａまたは図３ｂの装置で測定できる。前記図において、曲線702、706および709は、さまざまなブレーキから測定した電流、または同じブレーキを異なる摩耗度で測定した電流を示し、曲線704、708および710は、曲線702、706および709のそれぞれの時間微分係数を示す。曲線702、706および709において、電流は、制動面が図２ｂの閉鎖状態から図２ａの開放状態へ動いた時に測定したものである。時刻t11、t21およびt31より前の時間内は、制動面を動かす電流がブレーキの励磁手段に供給されない。時刻t11、t21、t31以降は励磁手段に電流が供給される。

時刻t12において、電流の曲線702はそこで、電流の値が減少し始めるはるか前にその最高値に到達する。時刻t12における電流の最高値は、時刻t13における曲線702の時間微分係数の極小値に達する前に到達している。

曲線706は、この曲線に対応する時間微分係数708が０以上であれば、時刻t21とt22の間で増加し続ける。曲線の微分係数の極小値の時刻t21から時刻t22までの曲線706の最高値は、微分係数の極小値の時刻t22で得られる。

時間微分係数の極小は、時間微分係数の一連の値の変化に基づいて得ることができる。時間微分係数の一連の値は、例えば時間微分係数を標本化することで得られ、その場合、極小は、時間的に続く３つの標本値のうちの中央のものが最初と最後の標本値より小さくなる時点で得ることができる。図の704および708において、時間微分係数の極小は、時間微分係数曲線のピークpi、p2、p3、p4の間の時点にある。時間微分係数曲線704の極小は時刻t13にあり、この時、時間微分係数の値は、時刻t13の前または後の標本値、例えば極小より前のピークp1および極小の後のピークp2より小さい。時間微分係数曲線708の極小は時刻t22にあり、この時、時間微分係数の値は、時刻t22の前または後の標本値、例えば極小より前のピークp3および極小の後のピークp4より小さい。

時間微分係数極小の時刻の算出は３標本値を使用したものを上述したが、時間微分係数を求める場合、これより多い数の標本値を使用することもでき、これによって測定信号の干渉に起因する誤判定を避けることができ、算出精度が向上する。例えば、極小の時刻は、前後の５標本値より小さい標本値がある時刻として求めることができる。

ある実施例では、曲線702および706は、さまざまな電磁ブレーキから測定した電流を示す。電磁ブレーキは、電気特性および／または磁気特性が異なってもよい。電気特性は、ブレーキに供給される電流の電圧(ボルト)、電流(アンペア)および／またはインピーダンス(オーム)が異なってもよい。磁気特性は、ブレーキ部品の材料および／または大きさが異なってもよい。これらの違いのため、電磁ブレーキが異なれば、制動面を動かす磁界を生成する電流の大きさも異なる必要がある。

一般に、電磁ブレーキの励磁手段から測定した電流の曲線は、ブレーキの制動面の摩耗につれ変化することがある。制動面が摩耗すると、電磁ブレーキ内の空隙が拡大する。制動面と励磁手段の間の距離も増加し、制動面を図２ｂの閉鎖位置から図２ａの開放位置へ動かすにはより強い磁界が必要となる。

図７ａにおいて、制動面が動き始める時点は時刻t12およびt22を基に判別する。制動面が閉鎖位置から開放位置に動き始めると、電磁ブレーキの励磁手段には正方向電流が誘起され、その被測定電流に対する影響は、時刻t13およびt22で最大になるが、この時、それぞれの電流曲線の時間微分係数が極小になっている。制動面の動きが終わると、励磁手段には最早、逆方向の電流が誘起されない。その結果、励磁手段から測定した電流は増加し、これは、曲線702および706において時間微分係数の極小t13、t22の後の電流増加として分かる。

曲線709は、時刻t31とt33の間で連続的に増加している。時刻t33において、曲線709は最大値に達する。曲線709の時間微分係数710は時刻t31とt33の間に極小値がなく、これは、曲線702および706の時刻t13およびt22における時間微分係数と対照的である。曲線709の時間微分係数に極小が形成されていないので、制動面が開かなかったと判定できる。極小がないが、時間微分係数は、時刻t31とt33の間にピークt32を１つだけ呈している。そこで、ブレーキを解放しても、制動面が動いた結果として励磁手段へ供給され励磁手段へ誘起される電流とは逆の電流は生じていない。この逆電流は、電流増加の緩和もしくは停止として、または時刻t31とt32の間の電流曲線部分における電流値の減少としてさえも、検出されてしまうものだった。曲線709およびその時間微分係数を基に、制動面は閉鎖状態から大きく、または全く動いていないと判定することができる。換言すれば、ブレーキは係合している。そこで、曲線709に相当するブレーキの場合、ブレーキの励磁手段に供給される電流は、ブレーキを解放するのに十分でない。曲線709およびその時間微分係数は摩耗したブレーキに典型的なものである。

曲線702で示すブレーキでは、制動面の動きは時刻t12とt13の間における電流の減少として検出できる。曲線706で示すブレーキでは、ブレーキ面の移動開始時点は、電流の時間微分係数が時刻t22で極小に達する前の電流増加の緩和として検出できる。曲線706の増加は、時刻t22の後、電流が最大値に達するまで続く。この移動開始時点は、電流の時間微分係数の極小値の前で電流が最高値に達した時、曲線702から判別できる。そこで、曲線702には電流の別のピークが見られ、ピーク値の時刻t12の両側の電流値はピーク値より小さい。

曲線706は、前後で電流値がピークにおける電流値より小さくなるような別のピークを呈していない。そこで、制動面の移動開始時点は時刻t22として求めることができ、この時、電流の時間微分係数は極小をとる。

ある実施例では、曲線702および706は、同じブレーキから測定した電流とその測定電流の微分係数704および708を示すことができる。そこで、曲線702および704は、制動面の摩耗前に同じブレーキから測定した曲線706および708よりも制動面が多く摩耗したブレーキを表わしている。ブレーキの摩耗の結果、時刻t12における電流の曲線702には別のピークが検出できる。

ある実施例では、曲線702および706は、さまざまなブレーキから測定した電流およびその測定電流の微分係数704および708を示すことができる。ブレーキは、例えば電気特性、磁気特性および／または大きさが異なってもよい。そこで典型的には、曲線702および704は大きい方のブレーキから測定した曲線を表わし、曲線706および708は小さい方のブレーキから測定した曲線を表わす。

図７ｂは、電磁ブレーキの励磁手段から測定した電流とそのブレーキについて算出した電流比とによって電磁ブレーキの状態を示す。電流比は、制動面が動き始めた時、ブレーキの開放状態における測定電流の最大電流に対する比として形成される。

図は、ブレーキの励磁手段から測定した電流を示し、曲線714は実質的に摩耗していない新品ブレーキなどのブレーキを表わす。曲線712は摩耗したブレーキを表わす。曲線712および714は連続的に増大し、その場合、連続的に測定した電流値は、大きさが互いに対して高いか、または実質的に同じである。そこで、曲線714の電流の微分係数は、図７ａにおける電流の曲線706およびその微分係数708のように常に正である。曲線712の時間微分係数は図７ａにおける曲線709の時間微分係数710を辿り、これは解放されていない摩耗ブレーキに典型的である。

ブレーキの摩耗は、ブレーキが摩耗した状態でそのブレーキから測定した電流で分かる。図７ｂは、ある実施例において電磁ブレーキの励磁手段から測定したさまざまな電流とそのブレーキのさまざまな摩耗の程度における電流比とを示す。30%電流比を示す曲線714はブレーキの最小の摩耗に相当し、80%電流比を示す曲線はブレーキの最大の摩耗に相当する。40%、50%および60%電流比の曲線は、ブレーキの摩耗の増大に相当する。30%、40%、50%、60%および80%電流比の曲線は、制動面が閉鎖位置から開放する際に第１のピーク値を迎える。各電流曲線に対応するピーク値、I30、I40、I50、I60およびI80は、図７ｂにおいて縦軸に示されている。こうしてブレーキの摩耗が増加すると、制動面を動かすのに必要な電流が増え、その場合、ピーク値I30、I40、I50、I60およびI80は、ブレーキの摩耗の結果、大きくなる。40%、50%、60%および80%電流比に相当する電流曲線とその微分係数は、図７ａの電流曲線702とその微分係数704の形状を辿り、時刻t12における電流のピークは、時刻t13における極小より前にある。時刻t12の後、制動面が動くと、制動面の移動で誘起される逆方向電流によって電流の値が減少する。電流の微分係数が時刻t13で最小になると、制動面の動きが停止する。この後、電流は電流の最大値に向かって増加する。

ある実施例では、ブレーキの移動開始時点は、ブレーキ電流の時間微分係数の極小の時刻または極小より前の時刻における電流の最大として求まる。この電流の値は、図５のブロック504で使用することができる。この極小は、図７ａの時刻t12およびt13およびt22から分かるようにブレーキの閉鎖状態から開放状態への動き始めを辿る。

ある実施例では、制動面が閉鎖状態から開放状態へ動き始めるにつれ、電流は、制動面の移動開始後、電流の時間微分係数が極小となった時点でブレーキの励磁手段から測定した電流の値として求まる。そこで、小さいブレーキ、新しいブレーキおよび／または摩耗ブレーキの電流比は、図７ａにおける曲線706および図７ｂの曲線714で示すように、動き始める結果として被測定電流が減少しなくても、求めることもできる。

電流の時間微分係数の極小を使えば、制動面が閉鎖状態から開放状態へ動き始める際の電流は容易に求まるようになる。こうして、最大電流も分かっていれば、制動面の移動開始時点の電流比を求めることができる。このようにすれば、ブレーキの電流が連続的に増加しても、ブレーキの電流比も求めることができ、図７ａの曲線706におけるように最大電流の前に別のピーク点が検出されることはない。

曲線702の電流の最大値は、時刻t13における時間微分係数の最小を辿って、時刻t14で到達する。t14とt13の間では、電流の曲線が連続的に増大する。

同様に、曲線706の電流の最大値は、時刻t22における時間微分係数の最小を辿って、時刻t23で到達する。t21とt23の間で、電流の曲線は連続的に増大する。

曲線709の電流の最大値は時刻t33で到達し、これは時刻t32で微分係数のピークを辿る。

ある実施例では、ブレーキの励磁手段の電流は、制動面が動き始める際、励磁手段の時間微分係数を基に求まる。制動面が動き始める時の電流の値は、図の704におけるように時間微分係数の極小より前の時間における最大電流の電流値、または図の708におけるように時間微分係数の極小における電流の値として、求まる。

図６は実施例によるブレーキの状態のモニタリング方法を示す。本方法は、図３ａおよび図３ｂに示すブレーキの状態のモニタリング装置で実行することができる。モニタするブレーキは上述の実施例に示した電磁ブレーキでよい。

本方法は工程602で開始され、モニタリング装置はブレーキに接続されてブレーキの励磁手段への供給電流を受け取る。モニタリング装置は、電流を供給する回路、例えばある回路の導体に接続することができる。この接続はガルバニックまたは非ガルバニックでよい。ガルバニック接続は、例えばシャント抵抗で実現してもよい。非ガルバニック接続は導体の周囲に装着された磁界検出器で実現してもよい。

工程604は、制動面が閉鎖状態から開放状態へ動き始める際に求めた電流のブレーキ開放状態における励磁手段の最大電流に対する比を求める。これは、例えば図５においてブロック508および506に記載したように行うことができる。電流を求める場合、ブレーキの励磁手段に供給される電流は、ブレーキが解放している適当な時間、例えば１秒の間測定することができる。測定した電流の値はさらに、電流の最大電流、電流比および時間微分係数を求める当業者に公知の方法で標本化し、処理することができる。

電流の比は、閾値thと比較606することができる。閾値は、電流比の閾値、例えば80%を含むことでよい。閾値は、例えば電気特性および／または磁気特性の異なる複数のブレーキについて同じでもよい。このように閾値は、ブレーキの大きさに依存せず、例えばパーセンテージであり、大きさが異なり製造業者の異なるブレーキに同じパーセンテージを使用できる。閾値は顧客、例えば港湾用クレーンの使用者が設定でき、その場合、同じ閾値を港湾用クレーンの全ブレーキに使用する。工程604で求めた電流比が閾値thを超えると、本方法は工程608に移行する。閾値を超えない606と、本方法は工程604に移ることができ、ここでブレーキの電流比をさらにモニタすることができる。

工程608ではブレーキの状態を判定する。ブレーキの状態は、工程604で求めた電流比に基づいて判定できる。ブレーキの状態は、図５のブロック510に記載のように求めることができる。ブレーキの状態を判定する610と、本方法は終了する。本方法は、例えばブレーキ保守計画の設定に応じて続けてもよい。これはブレーキの状態に基づいて行なうことができる。保守計画は、ブレーキの保守時期の設定、保守サイクルの設定および／または耐用年数の計算を含んでよい。

なお、上では１つのブレーキについて本方法を述べたが、本方法は、互いに異なることのあるいくつかのブレーキをモニタリングするのに用いることもできる。その場合、本方法は各ブレーキごとに別々に使用することができる。

ある実施例では、工程604で測定した電流比はブレーキの制動面の空隙を表わす。その場合、電流比の閾値thを超えること606は、ブレーキの状態レベルとそれに対応する空隙を表わすことができる。

ブレーキが異なれば、ブレーキの状態、すなわちブレーキが保守を要するか、または故障、したがって障害状態にあるかを表わす空隙も異なることがある。ある実施例では、複数のブレーキについて状態レベルおよび対応する空隙を表わす電流比ごとに閾値を定義する。状態レベルは、例えば「要保守」でよく、その場合、空隙は、それぞれのブレーキごとに許容される最も広いものでよい。異なるブレーキの電流比と空隙の間の対応関係は、図７ｃに示されている。

図７ｃは、ある実施例において異なる２つのブレーキで測定したブレーキの電流比の変化を時間の関数として示す。各ブレーキの電流比は、それぞれの曲線732および734に示されている。これらのブレーキの閾値を定義する電流比がこれらのブレーキについて定義されている。閾値は、ブレーキが保守を必要とするか、または障害状態にある空隙を表わしている。

ブレーキの電流比曲線732および734は時刻738までの電流比の測定値を含み、その後、各ブレーキの将来の電流比を推定する。この推定は、例えば、測定結果に最も良く対応する数学関数を定義し、定義した関数を測定結果に適用することによって、行なうことができる。この推定によって、推定した電流比曲線が電流比の閾値と交差する時点における保守時期740、742をそれぞれのブレーキごとに求めることができる。

曲線732は時刻740で電流比の閾値736に達し、曲線734は時刻742で電流比の閾値736に達する。時刻740において、曲線732に対応するブレーキは上記ブレーキの保守を要する空隙に達する。両ブレーキとも電流比の閾値に同じものを使用してブレーキの制動面の空隙を求めることができる。

電流比の閾値736は、ブレーキが保守を必要とし、または障害状態にあることを示す閾値を定義してもよい。

なお、ブレーキの保守時期の推定は必須でない。ブレーキから測定した電流比がそれ用に設定された閾値736に達した時に、上述の実施例にて示したやり方でブレーキの電流比を求めて、ブレーキの状態を判定することもできる。

ある実施例では、ブレーキの耐用期間は１つ以上の電流比を基に算出される。電流比の測定値に基づいて、電流比の将来値を推定732、734することができ、その場合、電流比推定値732、734がその電流比の設定閾値に達する時点がそのブレーキの耐用期間である。例えば、閾値が100%の場合、残りの全耐用期間が得られ、その後、ブレーキは作動不能になる。その場合、ブレーキの状態レベルは「障害」である。耐用期間は、例えばブレーキの状態レベル「正常」から状態レベル「要保守」までの耐用期間のように、次回の保守および／または次の状態レベルまでとしても計算することができる。

耐用期間は、電流比の閾値に達するまでの減速回数または日数として求めることができる。さらに、耐用期間は、特定の日について、例えば耐用期間から日数として、また現在の日付から日付を算出することによって求めることもできる。ブレーキの耐用期間は、ブレーキの保守条件を検出できた時の日数、減速回数および日付の組合せとしても求めることができ、また電流比の推定値が何らかの日数または減速回数および日付に対する閾値を超えた時を保守の時期と決めることもできる。

ブレーキの電流比曲線732は、異なるブレーキまたは同様のブレーキから測定することができ、曲線734に対応するブレーキは緩やかに摩耗する。緩やかな摩耗は、使用が少ないためのことが多い。

図８ａは、電流ブースタ付の回路から電流が励磁手段へ供給される場合に電磁ブレーキの励磁手段で測定した電流852を示す。電流ブースタを使用すれば、電流を昇圧してブレーキの励磁手段へ供給できる。例えば、制動面が互いに離れているとき制動面を図２ｂにおける状態から図２ａにおける状態へ、または図２ａに示す状態に近づくまで動かすことよって、ブレーキを解放する際、通常、電流ブースタを昇圧電源に使用する。空隙がブレーキ内に形成されていると、図２ａにおける制動面206は、図２ｂに示す場合よりも励磁手段210に近く、ブレーキに供給される電流は、電流ブースタを切ることで減少させることができる。これは、遅くともブレーキが十分に解放されたときに行なうことができる。こうして励磁手段へ供給されるこの少ない電流は、ブレーキを解放しておくのに十分である。

図８ａの曲線852はフィルタリングした電流曲線を示す。典型的には、電流の曲線形状は、商用電源の周波数に依存する振動波形を含んでいる。典型的には、電流ブースタの使用中、この振動の周波数は、商用電源の周波数の２倍であり、電流ブースタを切った後は商用電源の周波数となる。電流ブースタを使用しないブレーキでは、この波形は、典型的には、常に商用電源の周波数で振動している。使用するアルゴリズムに応じて、この振動は、電流曲線の記述子から除去する必要があり、典型的には低域通過フィルタリングをこれに使用する。フィルタリングは、図８ａの曲線852および図７ａおよび図７ｂの波形に用いられている。

電流の曲線852は図７ａの曲線702に対応しているが、ブレーキの励磁手段から測定した最大電流、例えば図７ａにおける時刻t14で測定した電流が時刻856の後で低いレベル854に減少する点が異なる。この電流の減少は、電流ブースタを切った結果である。電流供給に擾乱があると、これは、電流が最大レベル、例えば図８ａにおける電流減少852より前の電流の最大レベルに到達しないことから検出できることが多い。これは、例えば電源の障害の結果であることがあり、全波整流電流でなく半波整流電流が供給されてしまう。

擾乱が起こると、電流比が階段状に変化するリープ効果を有し、例えば30%が45%に変化することがあるが、これは、電流比の計算における分母、すなわち最大電流が急激に減少するからである。減速が何回か続けば障害として検出でき、減速の電流比同士を比較すると、この減速に基づいてリープ状変化が検出できる。障害は、１本の減速の電流曲線からも検出できるが、これは、そうでなければ信頼性のある信号、すなわち電流ブースタの使用もしくは使用予定についての情報が得られる場合である。そこで障害は、電流ブースタの使用において電流減少がないことに基づいて検出できる。この場合、最大電流の測定時点は、電流減少854も観測可能な時点であると仮定している。

図８ｂは電力ブースタ874を有する電磁ブレーキ882の電源回路を示す。電源回路は、ブレーキ882に電流をさまざまな電力で供給するように構成されている。電圧源870から得られる低電力の電流は、昇圧なしでブレーキ882に供給される。昇圧を起動しない場合、電圧源は電流ブースタに接続されず、スイッチ873は開放されている。

電圧源から得られる電圧は、グラフ876で示すように典型的には交流電圧である。低電力を得るには、電圧源から得られる交流電圧を整流器872で整流する。整流器872は、例えば半波整流器でよい。整流した電圧は、ブレーキの励磁手段を使うことによってブレーキへ供給され、その場合、ブレーキは、制動面が、例えば図２ｂの状態から図２ａの状態へ動くにつれて解放することができる。スイッチ873が開くと、整流器872からの電圧のみが加算器878を通してブレーキ882へ加わる。

スイッチ873が閉じると、電流ブースタとして機能する整流器874は電圧源から電圧を受け取る。そこで整流器874は、受け取った電圧を整流電圧に変換する。そこで、整流器872および874の両方から得た電圧は、加算器878を通してブレーキ882へ加わる。こうして、ブレーキへの電流供給は昇圧される。スイッチ873が閉じると、両整流器はともに作動して、電圧源から得る電圧の全波整流器を形成することができる。

整流器874および872は、例えば半波整流器として実現できる。両整流器が電流をブレーキ882に供給すると、グラフ880に従う出力電圧が加算器878から得られる。ブレーキの励磁手段で形成される最大電流は、図８ａならびに図７ａの曲線702および706に示すような状態になる。整流器がスイッチ873により電圧源870から切断されると、ブレーキの励磁手段に形成される電流は低いレベル854に低下852する。

ブレーキを解放する際、通常は電流ブースタを使って、ブレーキの閉鎖状態から開放状態への動きを増倍させる。ブレーキの制動面が開放またはそれに近い位置まで動くと、制動面はブレーキの励磁手段に近づき、図２ａにおけるように制動面206が励磁手段210に近づく。制動面は、制動面が閉鎖位置にある場合よりも開放位置における方が励磁手段に近いので、制動面は、閉鎖位置から開放位置へ動かすのに必要な電流より少ない電流で開放位置に維持することができ、電流ブースタを切ることができる。

なお、図８ｂの電源回路も電圧源なしで実現でき、その場合、電源回路は、電圧源に代わって電源への接続線を含む。

図９は、ブレーキにおける温度に基づく最大電流レベルの変化を示す。電流比の値に対する温度の影響は、最大電流レベルの変化として現れる。同図の例では、ブレーキは冷間で使用するが、使用中、暖かくなり始める。同図は、さまざま温度Ｔにおける制動電流の有様を示す。冷えたブレーキコイルの抵抗は、暖まったブレーキコイルのそれより小さく、その場合、電流の最大値は、暖まったブレーキの場合より冷えたブレーキの場合の方が高い。同図において、温度はT1、T2、T3、T4、T5の順に高くなる。

そこで温度依存性はブレーキの最大電流で検出され、電源電圧のばらつきも最大電流に影響を与える。電源電圧が増加すると、最大電流が増加する。これらは両方とも最大電流の変動に相乗することがある。しかし本発明は、これらの現象にも無関係に機能するが、それは、最大電流が電流比の値の計算にも同じく含まれているからである。例えば、ブレーキが高温(この状況は、ブレーキおよび安全性の点でさらに深刻となる)であると、最大電力が低く留まり、電流比の値が高くなる。こうして、電流比の値がすぐ臨界に近づき、すなわち状況は巻上装置のブレーキおよび安全性の点でより安全になる。

上述のやり方では、ブレーキの温度が最大電流に影響を及ぼし、したがって温度が変化するにつれ電流比の値が変化する。その代り、ブレーキの解放電流レベルに何らかの重要な影響を与えるような温度は、検出されない。ある実施例によれば、一連の、もしくはそれに近い測定値の間の解放電流のばらつきの判定およびモニタリングは、ブレーキの状態を表示することが多い。

ブレーキの解放電流は、例えば異なる測定時刻間のブレーキディスク位置のわずかな変化で生ずる自然のばらつきを有する。これによって解放電流のばらつきが生ずる。ばらつきの大きさはブレーキの大きさに依存し、このばらつきは、典型的には最大電流の+/-0.5%、例えば+/-0.25 mAの範囲の範囲にある。減速と減速の間でばらつきが急激に増加することは、ブレーキ作動の変化を示している。図１０ａは正常に機能するブレーキの解放電流のばらつきVar(l)aを示し、図１０ｂは障害ブレーキの解放電流のばらつきVar(l)bを示す。なお、両図に示すばらつきは、両者間で尺度が同じでない。障害状態では、ばらつきは正常状態より８倍大きい。ばらつきの増加は、例えば摩擦材料の剥離および破損を表わすことがあり、これはブレーキの緊急保守を必要とする。他の原因は、ブレーキのアンカープレートの動きが制限された場合であることがあり、これは、ブレーキディスクの摩耗で生じ堆積した物理的障害物、異物粒子もしくは塵埃に起因する。この非正常作動は検出可能であり、したがってブレーキの障害についての通知を生成することができる。

ある実施例では、ブレーキのモニタリングは、ブレーキ電流のばらつきの変化の測定を含み、解放電流のばらつきが一連の、もしくはそれに近い測定値について限界値を超えると、ブレーキは障害であると判定できる。この判定は、上述のモニタリング装置で行なうことができ、モニタリング装置は、例えばデータ伝送手段を通してメッセージを送信することにより警報または警告を出すことができる。警報または警告は、モニタリング装置に接続されたインタフェースを通して与えてもよい。警報または警告を与えることになる限界値は、上述のように障害および正常作動ブレーキのばらつきの違いに基づいて設定できる。

図５および図６に記載の工程および機能の時間的順序は絶対的でなく、いくつかの工程および／または機能は同時に、または上述と異なる順序で行なってもよい。他の機能は、上述の各工程および／または各機能の間で行なってもよく、または上述の工程および／または機能に含めてもよい。いくつかの工程および／または機能は、除外してもよく、または相応の工程および／または機能と置き換えてもよい。モニタリング装置の機能は、１つもしくは複数の物理的装置または論理単位で実現してもよい。

本発明は、いずれのモニタリング装置、荷扱い装置、巻上装置、クレーン、橋型クレーン、港湾用クレーン、ストラドルキャリア、または制動面を開放もしくは閉鎖状態にできる電磁ディスクブレーキを有するさまざまな装置のいずれの組合せにも適用可能である。

ある実施例では、上述の実施例によるモニタリング装置は、保守センタに接続された巻上装置に適用される。したがってモニタリング装置は、ブレーキの状態を判定し、それに関する情報を保守センタに送ることができる。保守センタとの接続は、例えば図３ｂに記載の装置のデータ伝送手段324によって実現できる。なお、保守センタへ送る情報は、モニタリング装置から、またはモニタリング装置より得た電流比に基づいて巻上装置から求めたブレーキの状態レベルを含んでもよい。保守センタへ送られる情報は、ブレーキから求めた電流比を含むことも可能であり、これによってブレーキの状態レベルを判定することが可能になる。こうすれば、状態レベルの判定は、モニタリング装置で行なう必要がなく、モニタリング装置の実現はより単純になる。さらに、複数の巻上装置から情報を受信する保守センタで状態レベルを判定する場合、さまざまな巻上装置およびブレーキからの電流比の値を比較し、状態レベルをより正確に判定できる。

上述の実施例による装置の機能を実現するモニタリング装置、荷扱い装置、巻上装置、クレーン、橋型クレーン、港湾用クレーン、ストラドルキャリアなどの装置は、従来技術の手段のみならず、ブレーキの開放状態における励磁手段の最大電流を求め、制動面の移動開始時に測定した電流から最大電流に対する電流比としてブレーキの状態を判定する手段も含んでいる。より詳細には、このような装置は、上述の実施例に記載の装置の機能を実現する手段を含んでよく、それぞれ別の機能ごとに別々の手段を含んでもよく、または２つ以上の機能を遂行する手段を配設してもよい。公知の装置は、上述の実施例に記載の１つ以上の機能について利用可能な処理装置およびメモリを含む。例えば、モニタリング装置は、アプリケーションプログラム、または演算機能が可能なモジュールもしくはユニット、または例えば処理装置で実行可能なプログラム(付加もしくは更新されたソフトウエアルーチンを含む)を含んでよい。ソフトウエアは、ソフトウエア製品とも称することがあるが、プログラムルーチン、アプレットおよびマクロを含み、装置で読取り可能な何らかのデータ蓄積媒体に蓄積可能であり、特定のタスクを実行するプログラム命令を含む。本実施例の機能の実現に必要なすべての変更および構成は、付加もしくは更新されたソフトウエアルーチン、特定用途向け回路(ASIC)および／またはプログラム可能な回路のいずれかとして実現可能なルーチンによって実行してもよい。また、ソフトウエアルーチンは、上述の実施例による装置にダウンロードしてもよい。モニタリング装置などの装置は、コンピュータによって、または少なくとも演算操作用蓄積領域を提供するメモリと演算操作を実行する処理装置とを含むワンチップコンピュータ素子などのマイクロプロセッサとして実現してもよい。処理装置の例は中央処理装置(CPU)である。メモリは装置に着脱可能でよい。

ある実施例では、上述の１つ以上の実施例を実現するブレーキモニタリング装置が保守センタに遠隔接続されている。こうすれば、ブレーキの状態は保守センタに送ることができ、例えばブレーキの保守計画を作成して保守時期を決めることによってこれを実行することができる。さらに、ブレーキの保守計画は、港湾用クレーンのブレーキなどのブレーキを含む装置の保守計画に含めることができる。こうすれば、例えば両保守計画、それらの保守サイクルおよび時期の計画を立てて港湾用クレーンを作動し続けるようにすることができ、したがってその非稼働時間を短くしておくことができる。

当業者に分かるように、技術の進展とともに、本発明の基本思想は多くのさまざまなやり方で実現することができる。したがって本発明とその実施例は、上述の各例に限定されず、特許請求の範囲内で変更してもよい。

Claims (29)

1. 第１および第２の制動面と、
   供給される電流に応動して前記制動面を該制動面が互いに接続された閉鎖状態から該制動面が互いに離れた開放状態へ動かすように調整された磁界を生成するように構成された励磁手段とを含むブレーキの制動方法であって、
   前記制動面が前記閉鎖状態から前記開放状態へ動き始める際の前記ブレーキの電流を測定することを含む方法において、該方法は、
   前記ブレーキの制動面の前記開放状態における励磁手段の最大電流を判定し、
   前記制動面が動き始める際に測定した電流の前記最大電流に対する電流比として前記ブレーキの状態を判定することを特徴とするブレーキのモニタリング方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記電流比の算出について、前記制動面が前記閉鎖状態から前記開放状態へ動き始める際の前記ブレーキの電流は、ブレーキ電流の時間微分係数の極小の時刻または該極小より前の時刻において判定されるブレーキの電流の最大であることを特徴とするモニタリング方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記ブレーキに供給される電流の適切度は、前記電流比に基づいて判定することを特徴とするモニタリング方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１に記載の方法において、前記制動面の間の空隙は、前記電流比を基に判定することを特徴とするモニタリング方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１に記載の方法において、前記電流比は１回または複数回判定され、
   前記ブレーキの状態は、判定した１つ以上の電流比に基づいて判定することを特徴とするモニタリング方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１に記載の方法において、前記ブレーキの電源における擾乱は、複数回、例えば２回の一連のブレーキ解放から判定した前記電流比の変化を基に判定することを特徴とするモニタリング方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１に記載の方法において、前記ブレーキの状態は、該ブレーキの電流比が該電流比について設定された閾値を超えると判定されることを特徴とするモニタリング方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか１に記載の方法において、前記ブレーキの状態は、前記電流比と、例えば電気特性および／または磁気特性の異なる複数のブレーキについて定義された電流比閾値とを基に判定されることを特徴とするモニタリング方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか１に記載の方法において、同じ電流比閾値を用いることによって複数のブレーキをモニタすることを特徴とするモニタリング方法。
10. 請求項１ないし９のいずれか１に記載の方法において、前記ブレーキの耐用期間は１つ以上の電流比に基づいて算出され、該耐用期間は、例えば減速回数、日付、日数またはそれらの組合せを含むことを特徴とするモニタリング方法。
11. 請求項１ないし10のいずれか１に記載の方法において、前記ブレーキの耐用期間は１つ以上の電流比に基づいて算出され、該耐用期間は表示装置に表示されることを特徴とするモニタリング方法。
12. 請求項１ないし11のいずれか１に記載の方法において、一連の、もしくはそれに近い測定について開放電流のばらつきの増加が所定の限界を超えると警告または警報を与えることを特徴とするモニタリング方法。
13. 第１および第２の制動面と、供給される電流に応動して、該制動面を該制動面が互いに接続された閉鎖状態から該制動面が互いに離れた開放状態へ動かすように調整された磁界を生成するように構成された励磁手段とを含む電磁ブレーキのモニタリング装置であって、
    前記制動面が前記閉鎖状態から前記開放状態へ動き始める際の前記ブレーキの電流を測定する装置において、該装置は、
    前記ブレーキの制動面の前記開放状態における励磁手段の最大電流を判定し、
    前記制動面が動き始める際に測定した電流の前記最大電流に対する電流比として前記ブレーキの状態を判別することを特徴とするブレーキのモニタリング装置。
14. 請求項13に記載の装置において、前記電流比の算出について、前記制動面が前記閉鎖状態から前記開放状態へ動き始める際の前記ブレーキの電流は、ブレーキ電流の時間微分係数の極小の時刻または該極小より前の時刻において判定されるブレーキの電流の最大であることを特徴とするモニタリング装置。
15. 請求項13または14に記載の装置において、該装置は、前記ブレーキに供給される電流の適切度を前記電流比に基づいて判定するように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
16. 請求項13ないし15のいずれか１に記載の装置において、該装置は、前記電流比を基に前記制動面の間の空隙を判定するように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
17. 請求項13ないし16のいずれか１に記載の装置において、該装置は、
    １回または複数回測定した電流比を判定し、
    該判定した１つ以上の電流比を基に前記ブレーキの状態を判定するように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
18. 請求項13ないし17のいずれか１に記載の装置において、該装置は、複数回、例えば２回の一連のブレーキ解放から判定した電流比の変化を基に前記ブレーキの電源における擾乱を判定するように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
19. 請求項13ないし18のいずれか１に記載の装置において、該装置は、前記ブレーキの電流比が該電流比について設定された閾値を超えると前記ブレーキの状態を判定するように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
20. 請求項13ないし19のいずれか１に記載の装置において、該装置は、前記電流比と、例えば電気特性および／または磁気特性の異なる複数のブレーキについて判定された閾値とに基づいて前記ブレーキの状態を判定するように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
21. 請求項13ないし20のいずれか１に記載の装置において、該装置は、前記電流比の同じ閾値を用いることによって複数のブレーキをモニタするように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
22. 請求項13ないし21のいずれか１に記載の装置において、前記ブレーキの耐用期間は１つ以上の電流比に基づいて算出され、該耐用期間は、例えば減速回数、日付、日数またはそれらの組合せを含むことを特徴とするモニタリング装置。
23. 請求項13ないし22のいずれか１に記載の装置において、前記ブレーキの耐用期間は１つ以上の電流比に基づいて算出され、該耐用期間は表示装置に表示されることを特徴とするモニタリング装置。
24. 請求項13ないし23のいずれか１に記載の装置において、該装置は、一連の、もしくはそれに近い測定について開放電流のばらつきの増加が所定の限界を超えると警告または警報を与えるように構成されていることを特徴とするモニタリング装置。
25. 装置にダウンロードされると、請求項１ないし12の何れか１に記載の方法を該装置に実行させるプログラム命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
26. 請求項１ないし12のいずれか１に記載の方法を実行する手段を含むことを特徴とする装置。
27. 請求項13ないし24および26のいずれか１に記載の装置を含むことを特徴とする設備。
28. 請求項27に記載の設備において、該設備は、１つ以上の電磁ブレーキもしくは巻上装置、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする装置。
29. 第１および第２の制動面と、供給される電流に応動して、該制動面を該制動面が互いに接続された閉鎖状態から該制動面が互いに離れた開放状態へ動かすように調整された磁界を生成するように構成された励磁手段とを含む電磁ブレーキを含む巻上装置の更改方法において、該方法は、
    電磁ブレーキに関連して請求項13ないし24および26のいずれか１に記載の装置または請求項25に記載のコンピュータプログラム製品を配設することを特徴とする巻上装置の更改方法。

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