JP6382366B2 - 電磁ブレーキ装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えばエレベータの巻上機を制動する電磁ブレーキ装置およびその制御方法に関する。

乗客や荷物を搬送する例えばエレベータは、モータの動力で吊り篭を上下動させる巻上機を備えるとともに、この巻上機を必要に応じて制動する電磁ブレーキ装置を備える。

電磁ブレーキ装置は、制動対象である巻上機の回転軸に固定されたブレーキディスク、その回転軸上を摺動自在なアマーチュア、このアマーチュアをブレーキディスクに押し当てるスプリング、上記アマーチュアをスプリングの偏倚力に抗してブレーキディスクから引き離す電磁コイルを含み、制動をかける場合に電磁コイルを消勢し、制動を解除する場合に電磁コイルを付勢する。

電磁コイルが消勢されると、電磁コイルからアマーチュアへの磁気的な吸引作用がなくなり、スプリングの偏倚力を受けているアマーチュアがブレーキディスクに当たって摺接する。これにより、巻上機の回転が制止される。

電磁コイルが付勢されると、電磁コイルからアマーチュアへの磁気的な吸引作用が働き、アマーチュアがスプリングの偏倚力に抗してブレーキディスクから離れる。これにより、制止が解除されて巻上機の回転が許容される。

特開２００８−１６８９８１号公報

上記電磁ブレーキ装置では、アマーチュアとブレーキディスクとの接触に伴い、アマーチュアが摩耗し、その摩耗により生じる金属の微粉がアマーチュアの周辺に飛散する。飛散した金属粉はアマーチュアと回転軸との摺動部分に入り込んで抵抗となり、アマーチュアの動きが徐々に悪くなる。このまま電磁ブレーキ装置の使用が続くと、制動力が低下したり、アマーチュアが動かなくなる故障に至る可能性がある。

アマーチュアが動かなくなる故障が生じた場合、修理の要請を受けた保守・点検の作業員がエレベータの設置現場にかけつけ、作業員による修理が実施される。作業員は、先ずエレベータの運転を停止し、エレベータの全体にわたって点検を行い、故障を見つけた段階で修理に着手する。このため、修理に多くの手間と時間がかかる。長い時間にわたってエレベータの運転が停止するので、利用者に多大な迷惑がかかってしまう。

本発明の目的は、アマーチュアの動きの異常を故障に至る前に知らせることができる電磁ブレーキ装置およびその制御方法を提供することである。

実施形態の電磁ブレーキ装置は、制動対象であるエレベータの巻上機の回転軸に固定されたブレーキディスクと、前記回転軸上をその軸方向に沿って摺動自在なアマーチュアと、このアマーチュアを前記ブレーキディスク側に摺動させて同ブレーキディスクに押し当てるスプリングと、前記アマーチュアを前記スプリングの偏倚力に抗して前記ブレーキディスクから引き離す電磁コイルと、制動をかける場合に前記電磁コイルを消勢し、制動を解除する場合に前記電磁コイルを付勢する制御部と、を備える。制御部は、前記電磁コイルの付勢に際し同電磁コイルに流れる電流の値と予め定めた理論値との差を積算し、この積算値が予め定めた設定値以上の場合に前記アマーチュアの動きが段階的な引っかかりをもつ異常と判定する。

一実施形態のアマーチュアおよびその周辺の構成を断面して示しかつ電気系統の構成を機能ブロックとして示す図。 同実施形態のアマーチュアが１段引きでスムーズに動く状態を示す図。 図２のようにアマーチュアが動く場合の励磁電流の波形を示す図。 同実施形態のアマーチュアが２段引きで段階的に動く状態を示す図。 図４に続くアマーチュアの動きを示す図。 図４・図５のようにアマーチュアが動く場合の励磁電流の波形を示す図。 同実施形態のアマーチュアが３段引きで段階的に動く状態を示す図。 図７に続くアマーチュアの動きを示す図。 図８に続くアマーチュアの動きを示す図。 図７〜図９のようにアマーチュアが動く場合の励磁電流の波形を示す図。 同実施形態における制御部の制御を説明するためのフローチャート。

一実施形態について図面を参照して説明する。
図１および図２に示すように、制御対象である例えばエレベータの巻上機の回転軸（駆動軸ともいう）１に、その軸方向に沿ってブレーキディスク２およびアマーチュア３が順次に配置されている。巻上機は、モータを動力源とし、乗客や荷物が載る吊り篭を回転軸１の回転により上下動させる。

ブレーキディスク２は、中心部が回転軸１に固定され、回転軸１が回転するとそれに伴い回転する。アマーチュア３は、ブレーキディスク２より径の大きい円板状の磁性体で形成され、回転軸１が通る挿通孔３ａを中心部に有し、後述する固定用ボルト５が通る挿通孔３ｂを周縁部の複数個所に有する。

挿通孔３ａの径は回転軸１の径よりもわずかに大きく、各挿通孔３ｂの径も固定用ボルト５の径よりもわずかに大きい。よって、アマーチュア３は、回転軸１の回転の影響を受けることなく回転軸１上をその軸方向に沿って摺動することができ、その摺動によりブレーキディスク２への摺接および離間が自在である。

回転軸１上において、ブレーキディスク２を挟んでアマーチュア３と対向する位置に、ディスク受け板（サイドプレートともいう）４が配置される。ディスク受け板４は、アマーチュア３とほぼ同じ径の円板状に形成され、回転軸１が通る挿通孔４ａを中心部に有し、固定用ボルト５が通る挿通孔４ｂを周縁部の複数個所に有する。挿通孔４ａの径は回転軸１の径よりもわずかに大きく、各挿通孔４ｂの径は固定用ボルト５の径とほぼ同じである。挿通孔４ａの径が回転軸１の径よりもわずかに大きいので、回転軸１とディスク受け板４との接触は生じない。

ディスク受け板４の各挿通孔４ａおよびアマーチュア３の各挿通孔３ａに固定用ボルト５がそれぞれ挿通され、これら固定用ボルト５の先端部がコア（コイルケースともいう）１０およびそのコア１０の取付け基板６にねじ込み固定される。このねじ込み固定により、ディスク受け板４およびアマーチュア３がコア１０および取付け基板６に固定される。ブレーキディスク２とコア１０との間にはアマーチュア３の摺動を許容するための所定の間隙が確保される。

コア１０は、アマーチュア３とほぼ同じ径の円板状の磁性体で形成され、回転軸１の先端部を回転自在に受け入れる凹部１０ａを中心部に有する。また、コア１０は、アマーチュア３と対向する側の面において、凹部１０ａを囲む位置に円環状のコイル収容穴１０ｂを有し、そのコイル収容穴１０ｂを囲む位置に複数のスプリング収容穴１０ｃを有する。

コイル収容穴１０ｂには、円環状に巻回された電磁コイル１１が埋設されている。各スプリング収容穴１０ｃにはそれぞれスプリング１２が収容され、これらスプリング１２の先端部がスプリング収容穴１０ｃから突出してアマーチュア３の一方面に固定されている。各スプリング１２は、アマーチュア３をブレーキディスク２側に摺動させて同ブレーキディスク２に押し当てる方向の偏倚力を発する。

電磁コイル１１は、アマーチュア３を各スプリング１２の偏倚力に抗してブレーキディスク２から引き離すための磁界を発するもので、通電用の電線２１を介して駆動部２０に電気的に接続されている。駆動部２０は、電磁コイル１１を付勢するための励磁電流（直流電流）を出力する。励磁電流が出力されると、電磁コイル１１から磁界が発せられてコア１０が電磁石となり、その磁気的な吸引作用がアマーチュア３に働く。これにより、アマーチュア３が各スプリング１２の偏倚力に抗してブレーキディスク２から離れる。

励磁電流検知用の電流検知器２２が電線２１に配置され、その電流検知器２２の検知結果が制御部３０に供給される。そして、制御部３０に、上記駆動部２０、記憶部３１、報知器３２が接続されている。

制御部３０は、駆動部２０および報知器３２を制御するもので、主要な機能として次の（１）〜（６）の手段を有する。

（１）回転軸１に制動をかける場合に駆動部２０の駆動を停止して電磁コイル１１を消勢し、回転軸１への制動を解除する場合に駆動部２０を駆動して電磁コイル１１を付勢する制御手段。

（２）上記制御手段による電磁コイル１１の付勢に際し、電磁コイル１１に流れる励磁電流を電流検知器２２を介して計測する計測手段。

（３）上記計測手段で計測した励磁電流の値と予め定めた理論値との差（残差という）を検出する検出手段。理論値は、当該電磁ブレーキ装置が搭載されるエレベータの出荷時の試験や同エレベータの定期点検時に電磁コイル１１の付勢を繰返し、その付勢ごとに電磁コイル１１に流れる励磁電流を計測し、これら計測値を平均化した値であり、図３に破線で示すように時間の経過に伴い変化する。この理論値が記憶部３１に記憶されている。

（４）上記検出手段で検出した残差を積算する積算手段。

（５）上記積算手段の積算値が予め定めた設定値以上の場合に、アマーチュア３の動きが異常であると判定する判定手段。設定値は、記憶部３１に予め記憶されている。

（６）上記判定手段が異常を判定した場合に、その異常の旨を報知器３２の動作により報知する報知手段。報知器３２は、保守・点検の管理センタに通信線やネットワークを介してつながる通信ユニット、音を発する電子ブザー、光を発するランプや発光ダイオード、報知情報を文字や画像で表示するディスプレイなどである。

上記ブレーキディスク２、アマーチュア３、ディスク受け板４、固定用ボルト５、取付け基板６、コア１０、電磁コイル１１、各スプリング１２、駆動部２０、電線２１、電流検知器２２、制御部３０、記憶部３１、報知器３２などにより、巻上機の回転軸１を制動する電磁ブレーキ装置が構成されている。この電磁ブレーキ装置が巻上機と共にエレベータに搭載されている。

つぎに、電磁ブレーキ装置の動作について説明する。
制御部３０は、回転軸１に制動をかける場合、電磁コイル１１への通電を遮断して電磁コイル１１を消勢する。

電磁コイル１１が消勢されると、コア１０からアマーチュア３への磁気的な吸引作用がなくなる。これに伴い、複数のスプリング１２の偏倚力により、図１に示すようにアマーチュア３がブレーキディスク２の一方面の外縁部に当たって摺接する。これにより、回転軸１の回転が制止される。

この制動に際し、アマーチュア３とディスク受け板４との間にブレーキディスク２が挟み込まれた状態となる。この両面からの挟み込みにより、制動力が増加する。

制動を解除する場合、制御部３０は、電磁コイル１１に励磁電流を供給して電磁コイル１１を付勢する。

電磁コイル１１が付勢されると、コア１０からアマーチュア３へ磁気的な吸引作用が働く。これに伴い、図２に示すように、アマーチュア３が各スプリング１２の偏倚力に抗してブレーキディスク２から引き離され、アマーチュア３の一方面がコア１０に面接触する。これにより、上記制止が解除されて回転軸１の回転が許容される。

アマーチュア３がブレーキディスク２に摺接すると、アマーチュア３が徐々に摩耗し、その摩耗により生じる金属の微粉がアマーチュア３の周辺に飛散する。飛散した金属粉は、アマーチュア３と回転軸１との摺動部分である挿通孔３ａおよび回転軸１の周面との間に入り込んで摺動抵抗となり、アマーチュア３の動きを徐々に悪くしてしまう。このまま電磁ブレーキ装置の使用が続くと、制動力が低下したり、アマーチュア３が動かなくなる故障に至る可能性がある。

［アマーチュア３の１段引き］
電磁ブレーキ装置の使用初期や定期点検により電磁ブレーキ装置が清掃された直後は、金属粉が少ないので、アマーチュア３と回転軸１との摺動抵抗は小さい。摺動抵抗が小さい場合、電磁コイル１１の付勢に際し、アマーチュア３は図１から図２の状態へと引っかかりなくスムーズに動くいわゆる１段引きの状態でコア１０にスムーズに吸引されてコア１０に面接触する。

電磁コイル１１に流れる励磁電流は、図３に示すように、付勢の開始に合わせて零から立ち上がり、磁気的な吸引作用が生じてアマーチュア３が動き始めたところでコア１０およびアマーチュア３の磁気的なインピーダンスが変化することにより下降方向に変化し、アマーチュア３の一方面がコア１０に面接触したところで磁気的なインピーダンスが回復することにより下降から上昇に転じ、そこから上昇量が徐々に減少して平坦となる。

アマーチュア３と回転軸１との摺動抵抗が増えると、励磁電流の上昇に遅れが生じるようになる。この励磁電流の遅れは、図３に示すように、理論値とのずれ量となって現われる。アマーチュア３が引っかかりなく１段引きでスムーズに動く場合には、励磁電流の実測値と理論値とのずれ量は小さい。

［アマーチュア３の２段引き］
アマーチュア３と回転軸１との摺動抵抗が増えてくると、電磁コイル１１の付勢に際し、アマーチュア３が図４に示すように回転軸１に対し傾斜した状態でブレーキディスク２から離れ、アマーチュア３の一方面の上部のみが先にコア１０に当接する。この当接に続き、図５に示すように、アマーチュア３の一方面の全体がコア１０に面接触する。すなわち、アマーチュア３は、段階的な引っかかりを伴ういわゆる２段引きの状態でコア１０に吸引される。

電磁コイル１１に流れる励磁電流は、図６に示すように、付勢の開始に合わせて零から立ち上がり、磁気的な吸引作用が生じてアマーチュア３が動き始めたところでコア１０およびアマーチュア３の磁気的なインピーダンスが変化することにより下降方向に変化し、アマーチュア３の一方面の上部がコア１０に当接したところで磁気的なインピーダンスが回復することにより下降から上昇に転じる。この後、励磁電流は、アマーチュア３のさらなる動きに伴う磁気的なインピーダンスの変化により再び下降方向に変化し、アマーチュア３の一方面の全体がコア１０に面接触したところで磁気的なインピーダンスが回復することにより下降から上昇に転じ、そこから上昇量が徐々に減少して平坦となる。

このように、アマーチュア３が２段引きの状態でコア１０に吸引される場合の励磁電流は、アマーチュア３が１段引きの状態でコア１０にスムーズに吸引される場合の励磁電流よりも、理論値とのずれ量が大きくなる。

［アマーチュア３の３段引き］
アマーチュア３と回転軸１との摺動抵抗がさらに増えると、電磁コイル１１の付勢に際し、アマーチュア３が図７〜図９に示すようないわゆる３段引きの状態でコア１０に吸引されるようになる。

まず、アマーチュア３は、図７に示すように、回転軸１に対して傾斜した状態でブレーキディスク２から離れる。このときの傾斜が大きいと、アマーチュア３がコア１０に到達する前に、アマーチュア３の各挿通孔３ｂの一部たとえば上部の挿通孔３ｂの開口縁が固定用ボルト５の周面に当たって引っかかる。次に、この引っかかり部分を支点とする動きがアマーチュア３に生じ、アマーチュア３の一方面の下部のみが先にコア１０に当接するようになり。続いて図９に示すようにアマーチュア３の一方面の全体がコア１０に面接触する。

電磁コイル１１に流れる励磁電流は、図１０に示すように、付勢の開始に合わせて零から立ち上がり、磁気的な吸引作用が生じてアマーチュア３が動き始めたところでコア１０およびアマーチュア３の磁気的なインピーダンスが変化することにより下降方向に変化し、挿通孔３ｂの開口縁が固定用ボルト５の周面に当たって引っかかったところで磁気的なインピーダンスが回復することにより下降から上昇に転じる。この後、励磁電流は、アマーチュア３のさらなる動きに伴う磁気的なインピーダンスの変化により再び下降方向に変化し、アマーチュア３の一方面の下部がコア１０に当接したところで磁気的なインピーダンスが回復することにより下降から上昇に転じる。そして、励磁電流は、アマーチュア３の動きが続くことによる磁気的なインピーダンスの変化により再び下降方向に変化し、アマーチュア３の一方面の全体がコア１０に面接触したところで磁気的なインピーダンスが回復することにより下降から上昇に転じ、そこから上昇量が徐々に減少して平坦となる。

このように、アマーチュア３が３段引きで状態でコア１０に吸引される場合の励磁電流は、アマーチュア３が２段引きの状態でコア１０にスムーズに吸引される場合の励磁電流よりも、理論値とのずれ量が大きくなる。

［制御部３０の制御］
制御部３０の制御を図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
電磁コイル１１の付勢時（ステップＳ１のＹＥＳ）、制御部３０は、電磁コイル１１に流れる励磁電流を電流検知器２２を介して計測し（ステップＳ２）、計測した励磁電流の値と理論値との差である残差を図３・図６・図１０に縦細線で示す細かい周期で逐次に検出する（ステップＳ３）。そして、制御部３０は、検出した残差を積算し（ステップＳ４）、電磁コイル１１の付勢を続ける間（ステップＳ５のＮＯ）、上記ステップＳ１からの同様の処理を繰り返す。

電磁コイル１１を消勢したとき（ステップＳ５のＹＥＳ）、制御部３０は、残差の積算値と設定値とを比較する（ステップＳ６）。

アマーチュア３が図２のように１段引きの状態でスムーズに動いた場合、励磁電流の実測値と理論値とのずれ量は図３のように小さいので、残差の積算値は設定値に達しない。

残差の積算値が設定値未満の場合（ステップＳ６のＮＯ）、制御部３０は、異常なしとの判断の下に、ステップＳ１に戻って次の付勢に備える。そして、次の付勢に際し（ステップＳ１のＹＥＳ）、制御部３０は、ステップＳ３の残差検出およびステップＳ４の積算をそれぞれ零に初期化した状態で初めから行う。

アマーチュア３が図４および図５のように２段引きの状態で段階的に動いた場合、励磁電流の実測値と理論値とのずれ量が図６のように増えるので、残差の積算値が設定値以上となる。アマーチュア３が図７〜図９のように３段引きの状態で段階的に動いた場合も、励磁電流の実測値と理論値とのずれ量が図１０のように大きくなるので、残差の積算値が設定値以上となる。

残差の積算値が設定値以上の場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部３０は、アマーチュア３の動きが異常であると判定する（ステップＳ７）。そして、制御部３０は、アマーチュア３の動きが異常である旨を報知器３２により報知する（ステップＳ８）。この報知は、保守・点検の作業員に伝わる。

以上のように、励磁電流の実測値と理論値との残差を逐次に検出して積算し、その積算値と設定値との比較によってアマーチュア３の動きの異常を判定することにより、電磁ブレーキ装置の制動力が低減する前に、かつアマーチュア３が動かなくなる故障に至る前に、アマーチュア３の動きが段階的な引っかかりをもつ異常であることを電磁ブレーキ装置の外部に知らせることができる。

報知を受けた保守・点検の作業員は、アマーチュア３の動きが段階的な引っかかりをもつ異常であることを認識し、電磁ブレーキ装置が搭載されているエレベータの設置現場にかけつけ、エレベータの運転を停止してアマーチュア３の動きを改善する保守や修理を実施する。この場合、作業員は、アマーチュア３の動きに段階的な引っかかりがあることを認識しているので、アマーチュア３と回転軸１との摺動部に付着した金属粉を除去するなどの適切な保守および修理をすぐに開始することができる。したがって、保守および修理に要する手間と時間を軽減することができる。長い時間にわたってエレベータの運転を停止しなくて済むので、利用者に多大な迷惑がかからない。

［変形例］
上記実施形態では、エレベータの巻上機を制動する電磁ブレーキ装置を例に説明したが、制動対象について限定はなく、エレベータ以外の機器を制動する電磁ブレーキ装置についても同様に実施が可能である。

上記実施形態では、アマーチュア３の動きの異常を残差の積算値と１つの設定値との比較により判定する構成としたが、残差の積算値に対して互いに値が異なる複数の設定値を用意しておき、残差の積算値とこれら複数の設定値との比較により、アマーチュア３の動きの異常を２段引きの異常と３段引き以上の異常とに分けて判定する構成としてもよい。

その他、上記各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…回転軸、２…ブレーキディスク、３…アマーチュア、４…ディスク受け板、５…固定用ボルト、６…取付け基板、１０…コア、１０ａ…挿通孔、１０ｂ…コイル収容穴、１０ｃ…スプリング収容穴、１１…電磁コイル、１２…スプリング、２０…駆動部、２１…電線、２２…電流検知器、３０…制御部、３１…記憶部、３２…報知器

Claims (4)

1. 制動対象であるエレベータの巻上機の回転軸に固定されたブレーキディスクと、
   前記回転軸上をその軸方向に沿って摺動自在なアマーチュアと、
   前記アマーチュアを前記ブレーキディスク側に摺動させて同ブレーキディスクに押し当てるスプリングと、
   前記アマーチュアを前記スプリングの偏倚力に抗して前記ブレーキディスクから引き離す電磁コイルと、
   制動をかける場合に前記電磁コイルを消勢し、制動を解除する場合に前記電磁コイルを付勢する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電磁コイルの付勢に際し同電磁コイルに流れる電流の値と予め定めた理論値との差を積算し、この積算値が予め定めた設定値以上の場合に前記アマーチュアの動きが段階的な引っかかりをもつ異常と判定する、
   ことを特徴とする電磁ブレーキ装置。
2. 前記制御部は、前記異常を判定した場合にその異常の旨を報知する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁ブレーキ装置。
3. 前記ブレーキディスクを挟んで前記アマーチュアと対向する位置に設けられ、前記スプリングの偏倚力で前記アマーチュアが前記ブレーキディスクに押し当てられた際に、そのアマーチュアとの間に前記ブレーキディスクを挟み込むプレート、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁ブレーキ装置。
4. 制動対象であるエレベータの巻上機の回転軸に固定されたブレーキディスクと、
   前記回転軸上をその軸方向に沿って摺動自在なアマーチュアと、
   前記アマーチュアを前記ブレーキディスク側に摺動させて同ブレーキディスクに押し当てるスプリングと、
   前記アマーチュアを前記スプリングの偏倚力に抗して前記ブレーキディスクから引き離す電磁コイルと、
   を備え、制動をかける場合に前記電磁コイルを消勢し、制動を解除する場合に前記電磁コイルを付勢する電磁ブレーキ装置の制御方法であって、
   前記電磁コイルの付勢に際し同電磁コイルに流れる電流の値と予め定めた理論値との差を積算し、
   前記積算した値が予め定めた設定値以上の場合に前記アマーチュアの動きが段階的な引っかかりをもつ異常と判定する、
   ことを特徴とする電磁ブレーキ装置の制御方法。

Images