JP6345812B2 - 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電磁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しているため、動作音が昇降路を伝搬し乗客の不快感・不安感だけでなく、昇降路に近接した居住者への騒音問題につながる恐れがある。エレベータの動作音としては、主に、巻上機の駆動する音、ブレーキの動作音が上げられる。特にブレーキは乗りかごが停止してから動作すること、間欠的な衝突音であることから認識されやすく、静粛性が求められている。

エレベータ用ブレーキの構成は、本体とそれ自身に備えられた電磁コイルと制動ばね、可動子から構成されている。可動子には被制動体に接触し摩擦力により巻上機を停止するブレーキライニングが備えられている。制動時は電磁コイルの電力供給を遮断し、制動ばねの復元力によってブレーキライニングを被制動体に押付けて制動をかける。開放時は電磁コイルに電力を供給して可動子を電磁的に吸引してブレーキライニングを被制動体から離間する。この際、可動子が固定子もしくは被制動体に衝突することで動作音を発生する。

この衝突音を低減するブレーキ構造として、特許３７８７８６２号（特許文献１）に記載のものが知られている。この特許文献１に記載されている技術は、制動ばねの他に可動子への付勢力を与える手段を追加することで制動時の付勢力と電磁吸引力の増減率を近似している。これにより可動子への作用力を小さくすることで動作速度を低減し衝突音を低減することを提案している。

特許３７８７８６２号

図９Ａ及び図９Ｂは、一般的なエレベータ用電磁ブレーキの概略図を示したものである。なお、図９Ｂは図９ＡのＡ-Ａ断面図である。一般的な電磁ブレーキ１２６は、コイル１０１および制動ばね１０２を内蔵した本体１０３、本体１０３と被制動体１０４の間に配置された可動子１０５およびブレーキシュー１０８（固定部１０６とブレーキライニング１０７で構成）で構成されている。本体１０３は被制動体１０４と一定の間隔を保つように固定されている。ここで、ブレーキ動作について以下のように定義する。可動子１０５が制動状態（つまりブレーキライニング１０７が被制動体１０４と接触状態）から本体１０３へ移動する動作を吸引動作。逆に可動子１０５が本体１０３と接触状態から被制動体１０４へ移動する動作を釈放動作とする。

吸引動作（制動から非制動状態）は、コイル１０１に電圧を印加することで本体１０３が磁化され、可動子１０５が本体１０３側へ吸引される。一方、釈放動作（非制動から制動状態）は印加した電圧を遮断することで電磁力が低下し制動ばね１０２の作用力を下回ったところで可動子１０５が被制動体１０４側へ移動する。この時、電磁力が制動ばね力と比較し急激に変化するため可動子１０５に大きな力が作用することで加速度が発生し、可動子１０５が本体１０３もしくは被制動体１０４に衝突して音が発生する。

特許文献１には、弾性率の異なる制動ばね１０２を複数組み合わせる、もしくは荷重変位特性が非線形な特性を有するばね（例えば、円錐ばね）などを利用し、電磁力の増減率に近似することで可動子１０５に作用する力を低減することで動作音を低減する技術が記載されている。

特許文献１では、吸引時に付勢力が増加する構成になっている。そのため吸引状態を保持するために従来より大きな電流をながす必要があるためコイル温度の上昇率が高くなる。コイル温度の著しい上昇は絶縁性能の低下を引き起こす可能性があり、これを回避するためにコイル１０１自体の抵抗を下げる必要がある。コイル抵抗を低減する方策としては、コイル線長を短縮、もしくはコイル線径を太くするなどが挙げられるが、それぞれ以下の短所がある。コイル線長を短縮する場合は巻数が少なくなり起磁力が低下する、同等の起磁力を得るには電源容量を増やすなどの方策が必要となる。コイル線径を太くする場合はコイル１０１の大型化により、コイル１０１を内蔵する本体１０３が大型化する。つまりブレーキの大型化につながる可能性がある。

また吸引時に付勢力を増加する構成であり吸引力の余剰分（付勢力と吸引力の差）を利用して静音性能を確保している。コイル１０１吸引力の最大値は磁極面積（ブレーキの吸引面の面積）、起磁力（コイル巻数、電流値）から決まることからコイル吸引力とコイル体積は比例関係にある。つまり特許文献１の構成では吸引時に付勢力を増加する構成となっているためブレーキの小型化の余地を食いつぶして静音化を実現する構造となっている。

しかしながら、機械室レスエレベータの機器配置は、昇降路に巻上機、乗りかご、制御盤等を限られたスペースに格納するため、各機器は小型かつ高静粛性が求められる。

本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、エレベータ用巻上機を制動する電磁ブレーキ装置において、小型で静音性能（特に釈放動作音の低減）の優れるブレーキ構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にかかる電磁ブレーキは、乗りかごを昇降させる巻上機に備えられた被制動体に対して当接して制動するブレーキシューを備えた可動子と、前記可動子を前記被制動体に付勢して制動力を付与する制動ばね及び前記制動ばねのばね力に抗して前記可動子を吸引する電磁コイルを備えた本体よりなる巻上機用ブレーキ装置において、前記可動子が前記本体から前記被制動体に向かう変位に伴い、変位方向と逆方向に作用する力が前記本体から前記被制動体への変位に比例して増加するように前記可動子を付勢する金属付勢機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、エレベータ用巻上機を制動する電磁ブレーキ装置において、小型で静音性能（特に釈放動作音の低減）の優れるブレーキ構造を提供することができる。

本発明の一実施例である機械室レスエレベータにおける昇降路の斜視図。 本発明の一実施例である機械室レスエレベータにおける昇降路の断面図。 本発明の一実施例であるエレベータ用ブレーキの上面図。 本発明の一実施例である電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図（制動時）。 本発明の一実施例である電磁ブレーキ装置の動作を説明する断面図（非制動時）。 本発明の一実施例である電磁ブレーキ装置を示す断面図。 本発明の一実施例である電磁ブレーキ装置を示す断面図。 本発明の一実施例である可動子作用力と可動子位置の関係図。 本発明の一実施例である電磁ブレーキ装置を示す断面図。 本発明の一実施例である電磁ブレーキ装置を示す断面図。 本発明の一実施例である皿ばね部と制動ばねの変位荷重特性を示す図。 従来のエレベータ用ブレーキの上面図。 従来のエレベータ用ブレーキの断面図。

以下、本発明を実施例を用いて説明する。

図１及び図２に機械室レスエレベータの昇降路の機器配置の一例を示す。図１は本発明の一実施例である機械室レスエレベータにおける昇降路の斜視図である。乗りかご９は、巻上機１０の綱車１４に巻き掛けられた複数本からなるロープ１３を介して昇降動作する。綱車１４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。ブレーキドラムである被制動体１５は綱車１４と直結しており、被制動体１５をブレーキ装置２６で制動することにより、乗りかご９の停止状態を保持する。１２は釣り合い錘である。

図２は本発明の一実施例である機械室レスエレベータにおける昇降路の断面図である。このように機械室レスエレベータの機器配置は、昇降路に巻上機１０、乗りかご９、制御盤１１等を限られたスペースに格納した状態となっている。

図３は本発明の一実施例であるエレベータ用ブレーキの上面図である。本実施例における電磁ブレーキ装置２６は、コイル１および制動ばね２を内蔵した本体３の周縁に、金属付勢機構４を備えている。

図４Ａ、Ｂは、電磁ブレーキ装置の動作を説明する図３におけるＢ−Ｂ断面図である。図４Ａは電磁ブレーキ装置２６が巻上機１０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２の押圧力が可動子５を介してブレーキライニング７を被制動体１５に押し付けることで綱車１４を制動している。

図４Ｂは非制動時の状態を表している。非制動時には、コイル１に電流を印加することで本体３を磁化する。本体３が磁化されることで可動子５は本体３側へ吸引されブレーキライニング７は被制動体１５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２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９が停止する、フェールセーフ動作を実現している。

図５Ａ、Ｂは、本発明の実施例１の電磁ブレーキ装置２６を示す図３におけるＣ−Ｃ断面図である。実施例１の電磁ブレーキ装置２６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、釈放時に可動子５の変位に比例して作用力が増加する弾性体を備えている。前記弾性体は小型で弾性係数が大きいものが好ましく、例えば皿ばねなどが適している。可動子５と本体３に同軸上に挿通孔１６を有し、本体３には挿通孔１６と同心円状の孔１７を備えている。これらの孔内には可動子５側に頭部を配置したボルトが挿入され、本体３の上面へ突出したボルト１９の挿入側端部にはワッシャを介してナットが螺合されている。孔１７の穴径は皿ばね部１８の外径と略同一とする。図５Ａは非制動時のブレーキの状態を示す。この時皿ばね部１８の圧縮量はゼロまたは極めて小さい状態とする。

図５Ｂは制動時のブレーキの状態を示し、可動子５の変位分だけ皿ばね部１８が圧縮され荷重が発生している。この荷重により可動子５の動作速度を低減し動作音を低減することができる。この時の電磁力と可動子５に作用する力の関係を図６に示す。図６(ａ)が従来のブレーキ、図６(ｂ)が本実施例の可動子５作用力の変位特性を示している。Ｆｍは吸引時の電磁力特性、Ｆｍ´は釈放時の電磁力特性を示す。従来ブレーキでは、可動子５と本体３が密着する、もしくは開離する際に制動ばね２の付勢力Ｆｓと電磁力Ｆｍの差が大きく開く。一方、本実施例では、可動子５と本体３が密着状態から開離する際に可動子５の動作方向と対向する方向に皿ばね部１８の荷重が作用するため従来ブレーキと比較して可動子５に作用する力が小さくなることが分かる。さらに、この作用により吸引時の電磁力Ｆｍと付勢力の差が小さくなり、電磁力の上限値を下げることができるため小型化が可能であり、十分な静音性能を確保することができる。

図７Ａ、Ｂは、本発明の実施例２の電磁ブレーキ装置２６を示す断面図である。実施例２は、実施例１の皿ばね部１８と制動ばね２を直列に配置した構成となっている。即ち、図面の記載は省略するが、図３における制動ばね２の位置に金属付勢機構４も構成された状態となっている。制動ばね２はあらかじめ圧縮されるよう本体３に配された挿通孔２２と同軸上に同心円の孔２３を備える。孔２３の孔径は挿通孔２２よりも小さく、この径の差により境界部分には肩部２４が形成される。これらの孔内には可動子５側に頭部を配置したボルト１９が挿入され、本体３の上面へ突出したボルト１９の挿入側端部にはワッシャ２０を介して調整用と緩み防止のナット２１が螺合されている。制動バネ２は挿通孔２２内を移動可能であるが、孔２３には進入することができず、肩部２４にかかることであらかじめ圧縮することができる。ここで、皿ばね１８は可動子５の動きを妨げる作用をするため可動子５の変位が増大した場合、制動力が低下する恐れがある。しかし、本構成であれば皿ばね部１８が過圧縮になった場合、直列に配置された制動ばね２が撓むことで制動力が一定値以下に低下すること防止するリミッタ機能を備える。

図８は制動ばね２と皿ばね部１８の荷重変位特性を示している。図の縦軸は制動ばね２と皿ばね部１８の発生する荷重、横軸は可動子５と本体３の空隙距離つまり可動子５のストロークを示している。横軸の右端が制動状態、左端が非制動状態（吸引状態）を示している。実線が制動ばね２の荷重変位特性を、破線が皿ばね部の荷重変位特性をそれぞれ示している。吸引時に制動ばね２は圧縮状態にあり荷重は可動子５を被制動体１５に向かって付勢する力として作用する。一方で皿ばね部１８の下部は、ばね座２５aと接触しており、ばね座２５aは肩部２４に位置が規制されているため、制動ばね２の力は皿ばね部１８作用しない。したがって、皿ばね部１８には可動子５の変位による圧縮量に比例した荷重のみ発生することになる。しかし、図８に示す変位Ａに達すると、皿ばね部の反力と制動ばね２のばね力が釣合う。この状態では、皿ばね部１８、制動ばね２の力が相殺し、見かけ上、皿ばね部１８の作用力がゼロになる。したがって、この釣合い点を越えた位置からは皿ばね部１８は圧縮されず、制動ばね２のみ圧縮され、ばね座２５aと肩部２４の間にギャップが形成されることになり、ブレーキの動作に支障をきたすような過圧縮状態は発生することはない。つまり、制動力の低下は抑制される。これにより仮にライニング７が摩耗して可動子５の変位が大きくなったとしても、ブレーキの機能を失うことなく長期にわたって安定した静音性能を発揮することができる。

以上説明したように、本実施例１または本実施例２によれば、釈放時の可動子５の動作方向に対向する力を作用する弾性体の作用力により可動子５の動作速度を低減することで、動作音の低減を図ることができる。

また、本実施例１または本実施例２のように金属付勢機構４は複数の皿ばね１８を備え、複数の皿ばね１８は凸面と凸面及び凹面と凹面を向かい合わせて複数積層したものであれば、ゴムなどの弾性体を使用した場合と比較して小さい単位体積当たりの大きさでより大きな弾性係数を得やすくできる上、長寿命で安定した弾性係数を得ることができる。

さらに、本実施例１または本実施例２のように金属付勢機構４は本体３、可動子５及び皿ばね１８を挿通するボルト１９と、ボルト１９に螺合するナット２１から構成される構造であれば、簡易な構造で比較的小型にできるため、電磁ブレーキ装置２６に組み込む設計を行いやすく、汎用性を上げることが可能となる。

また、本実施例２のように金属付勢機構４、特に皿ばね部１８と制動ばね２を直列に配置し、非制動状態では前記制動ばね２の圧縮力は皿ばね部１８に作用せず、制動状態で制動ばね２と皿ばね部１８が発生する力が互いに作用するように構成することで、ブレーキの動作に支障をきたすような皿ばね部１８の過圧縮状態を発生させないリミッタとして機能させることができ、制動力の低下は抑制される。これにより仮にライニング７が摩耗して可動子５の変位が大きくなったとしても、ブレーキの機能を失うことなく長期にわたって安定した静音性能を発揮することができる。

また制動ばね２の弾性係数が、皿ばね部１８の付勢力の単位変位あたりの変化率より大きくすることにより、ブレーキの動作に支障をきたすような過圧縮状態の発生を防止でき、制動力の低下は抑制される。これにより仮にライニング７が摩耗して可動子５の変位が大きくなったとしても、ブレーキの機能を失うことなく長期にわたって安定した静音性能を発揮することができる。

また本実施例１または本実施例２においては皿ばね部１８及びそれを有する金属付勢機構を本体３の内部に備えた構成を説明したが、皿ばね部１８等を本体３の外部に設ける構成であっても実現可能である。ただし、皿ばね部１８等の金属付勢機構を本体内部に有する構成とすれば、電磁ブレーキ装置２６全体の小型化により一層寄与することが可能である。

１・・・コイル
２・・・制動ばね
３・・・本体
４・・・金属付勢機構
５・・・可動子
６・・・ブレーキライニング固定部
７・・・ブレーキライニング
８・・・ブレーキシュー
９・・・乗りかご
１０・・・巻上機
１１・・・制御盤
１２・・・釣合い重り
１３・・・ロープ
１４・・・綱車
１５・・・ブレーキドラム
１６・・・挿通孔
１７・・・孔
１８・・・皿ばね部
１９・・・ボルト
２０・・・ワッシャ
２１・・・ナット
２２・・・挿通孔
２３・・・孔
２４・・・肩部
２５ａ，ｂ・・・ばね座
２６・・・電磁ブレーキ装置

Claims (5)

1. 乗りかごを昇降させる巻上機に備えられた被制動体に対して当接して制動するブレーキシューを備えた可動子と、前記可動子を前記被制動体に付勢して制動力を付与する制動ばね及び前記制動ばねのばね力に抗して前記可動子を吸引する電磁コイルを備えた本体よりなる電磁ブレーキ装置において、
   前記可動子が前記本体から前記被制動体に向かう変位に伴い、変位方向と逆方向に作用する力が前記本体から前記被制動体への変位に比例して増加するように前記可動子を付勢する金属付勢機構を有し、
   前記金属付勢機構と前記制動ばねは直列に配置され、非制動状態では前記制動ばねの圧縮力は前記金属付勢機構に作用せず、制動状態で前記制動ばねと前記金属付勢機構が発生する力が互いに作用するように構成したことを特徴とする電磁ブレーキ装置。
2. 乗りかごを昇降させる巻上機に備えられた被制動体に対して当接して制動するブレーキシューを備えた可動子と、前記可動子を前記被制動体に付勢して制動力を付与する制動ばね及び前記制動ばねのばね力に抗して前記可動子を吸引する電磁コイルを備えた本体よりなる電磁ブレーキ装置において、
   前記可動子が前記本体から前記被制動体に向かう変位に伴い、変位方向と逆方向に作用する力が前記本体から前記被制動体への変位に比例して増加するように前記可動子を付勢する金属付勢機構を有し、
   前記金属付勢機構を前記本体内部に有することを特徴とする電磁ブレーキ装置。
3. 請求項１または２に記載の電磁ブレーキ装置において、前記金属付勢機構は複数の皿ばねを備え、前記複数の皿ばねは凸面と凸面及び凹面と凹面を向かい合わせて複数積層したことを特徴とする電磁ブレーキ装置。
4. 請求項３に記載の電磁ブレーキ装置において、前記金属付勢機構は前記本体、前記可動子及び前記皿ばねを挿通するボルトと、前記ボルトに螺合するナットから構成されていることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
5. 請求項１または２に記載の電磁ブレーキ装置において
   前記制動ばねの弾性係数が、前記金属付勢機構の付勢力の単位変位あたりの変化率より大きいことを特徴とする電磁ブレーキ装置。

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