JP6125381B2

JP6125381B2 - エレベータの電磁ブレーキ装置

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Publication number: JP6125381B2
Application number: JP2013187956A
Authority: JP
Inventors: 智久早川; 浅井　大輔; 大輔浅井; 哲志小野; 清弥伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: JP2015054741A; CN104418258A; CN104418258B

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ブレーキ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、および乗りかごの過速度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、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、従来機械室に配置する巻上機、制御装置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、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で乗りかご断面に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に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巻上機が必要であり、いわゆる薄型巻上機が使用される。

上記薄型巻上機に関しては、ブレーキドラムに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、エレベータの巻上機において、ブレーキドラム外周面を押圧して制動する電磁ブレーキ装置として、たとえば特許文献１に記載のものがある。また、エレベータ巻上機において、ブレーキドラムの内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２に記載のものがある。

また、電磁力の高出力化を目的とした電磁石装置として、特許文献３に記載のものがある。

国際公開ＷＯ１１／００４４６８号公報特開２００２−２８４４８６号公報特開２００１−２３７１１８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の断面図を示す。薄型の巻上機３は、乗りかご１と昇降路壁Ｗの間の数百ｍｍの隙間に配置され、さらに横側に釣り合い錘２が配置される。このように薄型巻上機は、乗りかご１、昇降路壁Ｗ、釣り合い錘２に四方を囲まれて配置されることが多い。

よって、巻上機３を小型化することにより昇降路面積を縮小することができ、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。

特許文献２では、薄型巻上機の幅方向寸法縮小の施策としてブレーキドラムの内面を押圧して制動する。しかし、ブレーキをブレーキドラム内側に配置するため巻上機３の寸法は縮小できるが、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に示すように巻上機３を昇降路の頂部に配置した場合には、巻上機３の保守は、保守員が乗りかご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に対向するように電磁ブレーキ装置４を配置すると、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、巻上機下面に配置された電磁ブレーキ装置４の作業スペースの確保が難しく保守性が悪い。一方、電磁ブレーキ装置をブレーキドラムの水平方向に対向した位置に配置すると、巻上機の幅寸法が拡大してしまう。

また、幅寸法の縮小のために電磁ブレーキ装置を薄型化すると、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する。そこで、特許文献３に示す様な電磁石の高吸引化構造が提案されている。しかしながら、特許文献３では、コイル中央の鉄心とコイルの間に非磁性体を介していることから、小型化を進めた場合、非磁性体の分だけ中央鉄心の断面積が小さくなり磁気抵抗が高くなり吸引力が低下する。

本発明の目的は、電磁ブレーキ装置に関する、上記課題に鑑み、ブレーキドラムの外周面を押圧して巻上機を制動する小型で高吸引力を持つ電磁ブレーキ装置において、製造による性能のばらつきを低減し、製造性の向上を図る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、ブレーキドラムと、ブレーキドラムに対し相対運動を行なわない固定鉄心と、ブレーキドラムに対して相対運動を行なう可動鉄心と、固定鉄心と可動鉄心の間に位置するコイルを備えたエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記可動鉄心および前記固定鉄心は各々凹部を有し、前記可動鉄心および前記固定鉄心の前記凹部は互いに対向して位置しており、前記コイルは磁性体からなるコイル巻付部の周囲に巻かれ、前記コイル巻付部に前記コイルを巻き付けた状態で、前記可動鉄心および前記固定鉄心双方の前記凹部内に配置され、ブレーキドラムの回転軸とコイルの中心軸を垂直に配置し、固定鉄心と可動鉄心の凹部が対向した状態で、コイルの中心軸方向においてコイルと固定鉄心、およびコイルと可動鉄心との間に非磁性体からなる板を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、製造による性能のばらつきを低減し、製造性の向上を図るブレーキ構造を提供することができる。

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。電磁ブレーキ装置の平面図。図４ＡのＡＡ線断面図。電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図。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。本発明の実施例２の電磁ブレーキ装置を示す分解斜視図。本発明の実施例３の電磁ブレーキ装置を示す分解斜視図。従来例の中心磁束φcと外磁極磁束φoの位置を示した模式図。本発明の実施例１の中心磁束φcと外磁極磁束φoの位置を示した模式図。本発明の実施例２の中心磁束φcと外磁極磁束φoの位置を示した模式図。従来例と本発明実施例の磁界解析の結果を示した説明図。本発明実施例における突起部の形状を示した底面図。図１１ＡにおけるＢＢ線断面図。薄型巻上機に本発明を適用した応用例を示す正面図。図１２の側面図。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。

図３に機械室エレベータの昇降路の機器配置の一例を示す。乗りかご１は、巻上機３の鋼車６に巻き掛けられた複数本からなるロープ５を介して昇降動作する。鋼車６は図示しない駆動装置と直結されており、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をブレーキ装置４で制動することにより、乗りかご１の停止状態を保持する。２は釣り合い錘である。

以下、本発明を説明するに当たり、従来の電磁ブレーキ装置の構造と動作について説明する。図４Ａは、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、図４Ｂを用いて無励磁作動型ブレーキ装置の構造を説明する。

図４Ａ、図４Ｂにおいて、電磁ブレーキ装置４は、磁性体からなる固定鉄心８および可動鉄心９、コイル１０、制動ばね１１、調整ボルト１２ａ、１２ｂを有する隙間調整機構、およびブレーキシュー１３、ブレーキライニング１４を備えている。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。

図５Ａは、電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図、図５Ｂは、電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図である。

図５Ａは電磁ブレーキ装置４が巻上機３を制動している状態を示す。制動状態では、制動時は制動ばね１１の押圧力が可動鉄心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を制動している。

図５Ｂは非制動時の状態を表している。非制動時には、コイル１０に電流を印加することで固定鉄心８を磁化する。固定鉄心８が磁化されることで可動鉄心９は固定鉄心８側へ吸引されブレーキライニング１４はブレーキドラム７から離間され、押圧力が解除される。

上記に示すように、制動動作は制動ばね１１により機械的に実行され、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には乗りかご１が停止する、フェールセーフ動作を実現している。

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。実施例１の電磁ブレーキ装置の基本構成は従来の無励磁作動型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と、可動鉄心９の断面はコ字状で、互いに凹部１８と開口部を有しており、各々の開口部を対向するように配置している。さらに、前記開口部内にコイル１０を配置する。Ｃはコイル中心軸である。これにより、固定鉄心８と可動鉄心９の対向部からの漏洩磁束を従来の構造と比較し低減することができる。

さらに、引用文献３に比較し、コイル１０を磁性体からなるコイル巻付部１５に直接巻きつけることで磁気抵抗を低減することにより、コイル１０に電圧を印加した際に発生する磁束を従来構造と比較して向上することができる。

コイル１０をコイル巻付部１５に固定する方法としては、含浸や自己融着線を利用する、また、絶縁テープでコイル１０周囲を固定するなどが挙げられる。また、コイル巻付部１５を固定鉄心８に固定する方法は、たとえばボルト等の締結部材１７ａ、１７ｂで固定する方法があるが、これを溶接や接着で一体化しても問題はない。

さらに、コイル１０のコイル中心軸方向への投影形状と同一形状の非磁性体からなる板２２を、コイル１０と固定鉄心８の間、およびコイル１０と可動鉄心９の間に配置する。上記構成により、コイル１０と固定鉄心８および可動鉄心９の間に所定の隙間を保持することができる。

図７は、本発明の実施例２の電磁ブレーキ装置を示す分解斜視図である。実施例２は、非磁性体からなる板の具体的構造に関するものである。コイル巻付部１５は、図４Ａに示すような長円形状を有している。

図７において、コイル巻付部１５に突起部２３を設け、突起部２３と嵌合する凹部Ｒを備えた、非磁性体からなる板２６をコイル巻付部１５の上下に設けている。

板２６とコイル巻付部１５の突起部２３を嵌合し固定することで、固定鉄心８、可動鉄心９とコイル１０の間に、板２６の厚み分の非磁性体を構成する。ここでは、凹部Ｒを非磁性体からなる板２６に設け、突起部２３をコイル巻付部１５に有しているが、突起部を非磁性体からなる板２６の内側に設け、これと嵌合する凹部をコイル巻付部１５に設けてもよい。

コイル巻付部１５と非磁性体からなる板２６からなるボビン構造にコイルを巻きつけることでコイル１０の中心軸方向の両側面に非磁性体を設けた構成とすることができる。

また、実施例２の応用例として、図８に示すように突起部２３を磁性板２７に取付け、コイル巻付部１５と突起部２３を別体として構成すれば、コイル巻付部１５の製作をさらに容易にすることができる。
〔中心磁束φcと外磁極磁束φoの比較〕
次に、本発明の電磁ブレーキ装置の磁気回路について、従来例と、本発明の非磁性体からなる板の代わりに磁性体からなる板を用いた比較例と、本発明を対比して説明する。

図９Ａは、従来例の中心磁束φcと外磁極磁束φoの位置を示した模式図である。図９Ｂは、比較例の中心磁束φcと外磁極磁束φoの位置を示した模式図である。また、図９Ｃは、本発明の中心磁束φcと外磁極磁束φoの位置を示した模式図である。図９Ａ乃至図９Ｃに示した点線矢印は磁束の流れを示している。また、図１０は、従来例と本発明実施例の磁界解析の結果を示した説明図である。

中心磁束φcについて図９Ａの従来例と比較した場合に、図９Ｂに示す比較例の磁性体からなる板２５を追加しコイル巻付部１５をボビン構造とした構成では、中心磁束φｃが２３．６％増加する。また図９Ｃの本発明では中心磁束φｃが２９％増加する。

また、中心磁束φｃに対する外磁極磁束φｏの割合を比較すると、中心磁束φｃの方向を正として、板２５が磁性体のみからなる比較例では−５．２％であるのに対し、本発明の構成では−１．７％となり、本発明においてコイル１０の中心で発生した磁束φｃを有効に活用できていることがわかる。

比較例のように磁性体のみで板２５を構成する場合には、図９Ｂの磁路２８に示す磁気回路が形成され、コイル中心で発生した中心磁束φcが外磁極磁束φoだけでなく磁路２８の磁気回路で回流してしまうため、コイル１０の中心で発生した磁束φｃを有効に活用できない。

図１０では、従来構造の中心磁束φcを１として表記している。解析の結果では、本発明の構造では中心磁束が約３０％向上し、外磁極磁束φoの低減率も向上している。

このように、本発明は、中心磁束φcを有効に活用することで、最終的に電磁コイルの吸引力は従来例に比較して約２０％向上する。

このように、ブレーキドラムの回転軸とコイルの中心軸を垂直に配置し、固定鉄心と可動鉄心の凹部が対向して接触した状態で、コイルの中心軸方向においてコイルと固定鉄心、およびコイルと可動鉄心との間に非磁性体からなる板を設けたことにより、電磁ブレーキ装置内に形成される磁気回路の磁気抵抗を低減して磁束を増加させ、磁束を有効磁極面に効率的に流すことによりコイル吸引力を向上させ、エレベータの巻上機に用いられる電磁ブレーキ装置の薄型化を実現することができる。

一方、コイル１０の上面に磁性体を配した場合、固定鉄心８および可動鉄心９の外磁極磁束φoの流入断面近傍に磁性体があると、磁気回路が形成されコイル中心で発生した磁束が低減し有効に活用できない。これを踏まえて、磁性体からなる突起部２３の適切な形状と位置について検討する。突起部２３を固定鉄心８および可動鉄心９の凹部内壁の近傍に配すると、中心磁束φcが外磁極磁束φoだけでなく、突起部２３へ回流することになる。磁束は磁気回路において磁気抵抗の低い部分へ流れやすい特性を有している。磁気抵抗Rは以下の式で表される。

Ｒ：磁気抵抗［Ａ／Ｗｂ］、μ：透磁率、ｌ：磁路長さ［ｍ］、Ａ：磁路断面積［ｍ^２］
そこで、突起部２３の形状はコイル１０中心軸から離れるほど断面積が小さくなる形状とするのが良い。図１１Ａは、本発明の実施例３における突起部の形状を示した底面図である。図１１Ｂは、図１１ＡにおけるＢ−Ｂ線断面図である。

図１１Ａは非磁性体からなる板２６をコイル１０中心軸の投影面方向から見た図を示している。突起部２３は略四分円形状をしており、コイル１０中心軸から離れるほど断面積が小さくなる。

図１１Ａに示す様に、矩形状の固定鉄心８の長辺を３１、短辺を３２とする。又、固定鉄心８に設けられた長円状の凹部１８の凹部長径をＬo、凹部短径をＳ_Ｈとする。また、凹部１８と長辺３１間の長さをＬ１、凹部１８と短辺３２間の厚さをＬ２とする。

上記において、
Ｌ１＝（短辺長さ−Ｓ_Ｈ）／２・・・・・・（２）
Ｌ２＝（長辺長さ−Ｌo）／２・・・・・・（３）
Ｌ２＞Ｌ１・・・・・・（４）
となる。このとき、略四分円状の突起部２３の直線部と曲線部の交わる頂点をＰとする。突起部２３の直線部および頂点Ｐを、厚さＬ１を持つ固定鉄心８の長辺（紙面上下方向）あるいは、矩形形状をもつ固定鉄心８の角部に配置すると、突起部２３から長辺３１に向かう磁束の流出を低減することができる。これは、可動鉄心９についても同様である。

突起部２３は、図１１Ｂに示すように先端を半月状断面にすることで、コイル１０中心から離れるほど断面積が減少するような形状としている。

ここで図示しないが、コイル巻付部１５および非磁性体からなる板２２、非磁性体からなる板２６、磁性板２７は絶縁処理を施していることが望ましい。例えば、図示しないが、コイル接触面に絶縁テープなどを貼り付けるのも有効な手段である。

図１２〜１４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１２は、薄型巻上機に本発明を適用した応用例を示す正面図である。図１３は、図１２の側面図である。図１４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。

固定鉄心８は固定部材２０、図中ではL字部材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・・・コイル
１１ａ、ｂ・・・制動ばね
１２ａ、ｂ・・・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
１８・・・凹部
２０・・・固定部材
２１・・・巻上機ベース
２２、２６・・・板（非磁性体からなる板）
２３・・・突起部
２４・・・コイルユニット
２５・・・板（磁性体からなる板）
２７・・・磁性板
２８・・・磁路
３１・・・長辺
３２・・・短辺
Ｃ・・・コイル中心軸
Ｌo・・・凹部長径
ＳＨ・・・凹部短径
Ｐ・・・頂点
Ｗ・・・昇降路壁

Claims

ブレーキドラムと、ブレーキドラムに対し相対運動を行なわない固定鉄心と、ブレーキドラムに対して相対運動を行なう可動鉄心と、前記固定鉄心と可動鉄心の間に位置するコイルを備えたエレベータの電磁ブレーキ装置において、
前記可動鉄心および前記固定鉄心は各々凹部を有し、前記可動鉄心および前記固定鉄心の前記凹部は互いに対向して位置しており、
前記コイルは磁性体からなるコイル巻付部の周囲に巻かれ、前記コイル巻付部に前記コイルを巻き付けた状態で、前記可動鉄心および前記固定鉄心双方の前記凹部内に配置され、
前記ブレーキドラムの回転軸と前記コイルの中心軸を垂直に配置し、前記固定鉄心と前記可動鉄心の前記凹部が対向した状態で、前記コイルの中心軸方向において前記コイルと前記固定鉄心、および前記コイルと前記可動鉄心との間に非磁性体からなる板を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。
請求項１に記載のエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記非磁性体からなる板または前記コイル巻付部のいずれか一方に、前記非磁性体からなる板を前記コイル巻付部に装着する突起部を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。
請求項１又は２に記載のエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記非磁性体からなる板は樹脂もしくは金属非磁性体からなることを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
請求項２または請求項２を引用する請求項３に記載のエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記コイル巻付部は、前記コイルが巻きつけられた巻付部と、前記突起部とが別体として構成されていることを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
請求項２，請求項２を引用する請求項３及び請求項４のいずれか一項に記載のエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記可動鉄心および固定鉄心は、前記コイルの中心軸方向における投影形状が長辺と短辺と角部を有する矩形をなしており、前記突起部の少なくともひとつが、前記可動鉄心および前記固定鉄心の角部に配置されていることを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
請求項２，請求項２を引用する請求項３，請求項４及び請求項５のいずれか一項に記載のエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記突起部は、前記コイルの中心軸と平行な断面における断面積が前記コイルの中心から離れるほど減少することを特徴とするエレベータの電磁ブレーキ装置。
請求項５又は請求項５を引用する請求項６に記載のエレベータの電磁ブレーキ装置において、前記突起部は、直線部と曲線部および両者の交点からなる頂点を有し、前記コイルの中心軸方向の投影面からみて、前記固定鉄心または前記可動鉄心の前記長辺と前記短辺のうち、前記固定鉄心および前記可動鉄心の前記凹部と前記長辺または前記短辺との厚みが最も小さい辺に、前記突起部の直線部および前記頂点を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。