JP5540023B2 - ブレーキトルクコントロール - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキトルクコントロールに関する。

エレベータシステムは幅広く使用されている。エレベータシステムは、例えば、ビル内の異なる階に乗客を移動させるために有用である。通常のエレベータシステムは、所望のエレベータサービスを提供するためにエレベータかごの移動および位置を制御するモータおよびブレーキを含む。

エレベータかごが乗場に停車しているとき、所望の位置にエレベータかごを保持するようにブレーキが使用される。ブレーキを解放する種々の制御方法が周知である。

例えば、エレベータかごの揺れや衝突を防止するように、エレベータの運転開始時でブレーキの解放前に、マシンのモータに事前にトルク（プレトルク：ｐｒｅ−ｔｏｒｑｕｅ）を与えることが知られている。エレベータかごに対する負荷は、例えば、乗客の乗降により変化する。そのため、エレベータかごが乗場から出発しようとするときに、エレベータかごの負荷がカウンタウェイトと不均衡となる場合が生じ得る。このような不均衡により、ブレーキが解放されたときに、かごがモータの動きから独立して垂直方向に移動してしまうことがある。これにより、エレベータかご内の乗客は、かごの揺れや振動を感じることとなる。

上記の状況に対処し、運転開始時における望ましくないかごの移動を回避するため、
エレベータかごマシンモータにプレトルクを与える技術が周知である。そのような技術の一例が、米国特許第４，９９５，４７８号明細書に開示されている。このような技術は、通常、エレベータかごに対する乗客の負荷を測定又は検知することに依存する。このような技術にはいくつかの欠点があることが分かっている。他の例としては、米国特許第６，３１８，５０５号明細書に記載の発明がある。当該明細書に記載の技術は、マシンブレーキと異なり、ガイドレールに直接適用されるブレーキに係るものである。

米国特許第４，９９５，４７８号明細書 米国特許第６，３１８，５０５号明細書

当業者は、改善を図るべく常に努力を行っている。エレベータかごに対する負荷の測定に依存することなく、エレベータマシンブレーキのトルク量を制御することは非常に有益である。

例示的なブレーキ装置は、対応する構成要素の回転に抵抗するように制動力を適用するように構成されたブレーキエレメントを備える。取付部材は、ブレーキ装置を静止面に取り付けるように構成される。取付部材は、ブレーキ装置に対するトルクに応じた前記静止面に対して少なくとも部分的に移動可能である。センサは、トルクに応じた静止面に対する取付部材の移動に対応する力の指標を提供する。

例示的なエレベータマシンは、フレームを備える。モータはフレームにより少なくとも部分的に支持される。トラクションシーブはモータにより選択的に移動可能となる。ブレーキエレメントはトラクションシーブの回転に選択的に抵抗する。取付部材はフレームに取付けられ、該取付けは、ブレーキエレメントがトラクションシーブの回転に抵抗することによりブレーキエレメントに対するトルクに応じてフレームに対して部分的に移動可能なようになされる。センサはフレームに対する取付部材の移動に対応する力の指標を提供する。

例示的なブレーキ監視方法は、対応する静止面に対してブレーキ取付部材を移動させる力を検知するステップを含む。該方法は、検知された力がブレーキに対するトルクの許容量に対応する範囲内にあるか否かを判断するステップを含む。該方法は、少なくとも前記力が前記範囲外にあるか否かの指標を提供するステップを含む。

本発明の種々の特徴および利点は、以下の発明を実施するための形態により当業者に明らかになる。以下、図面の簡単な説明について記載する。

本発明の実施例により設計されたブレーキ装置を有するエレベータシステムの一部を示す概略図。 例示的なブレーキ装置の斜視図。 図２の実施例の一部の断面を示す斜視図。 図２の実施例の一部の斜視図。 例示的な制御方法を示すグラフ。

開示した実施例では、一例として、ブレーキトルクの監視および制御の機能をエレベータシステムの中で利用する。以下の記述は、単に説明のためにエレベータシステムを用いている。開示したトルクの制御および監視は、これに必ずしも限定されるものではない。

図１は、例示のエレベータシステム２０の要部を示す説明図である。エレベータかご２２がカウンタウェイト２４と連係している。ローピング構成２６がエレベータかご２２およびカウンタウェイト２４を懸架しているとともに、トラクションシーブ２８の動きに応答して動き、エレベータかご２２に所望の移動を行わせる。

トラクションシーブ２８の動きを制御するために、マシン３０が設けられている。このマシン３０は、トラクションシーブ２８を選択的に回転させるモータ３２を含んでいる、コントローラ３４がモータ３２の動作を制御する。ブレーキ装置３６は、トラクションシーブ２８の回転に選択的に抵抗する。ブレーキ装置３６は、例えば、エレベータかご２２を所望の乗り場に停止させ、かつエレベータかご２２を所望の垂直高さ位置に保持するために、有用である。図示例では、ブレーキ装置３６およびモータ３２が、共通のマシンフレーム３８によって支持されている。

図２〜図４は、ブレーキ装置３６の一例を示す。取付部材４０は、ブレーキ装置３６の静止面への取付に寄与しており、上記静止面は、本実施例では、マシンフレーム３８上の面からなる。ブレーキアクチュエータ４２によってブレーキ部材４４がトラクションシーブ２８の回転に選択的に抵抗する。センサ４６は、ブレーキ装置３６のトルクに関連した力を検出する。この例では、センサ４６は、ブレーキ装置３６のトルクに応答したマシンフレーム３８静止面に対する取付部材４０の動きに関連して、力の指標を出力する。

図３に最もよく示されているように、例示の取付部材４０は、マシンフレーム３８に対して少なくとも部分的には弾性的に取り付けられており、取付部材４０がマシンフレーム３８に対して部分的には動き得るようになっている。トラクションシーブ２８の回転に抵抗するブレーキ装置３６に対応する負荷を支持する安定した配置を提供しつつ、力の監視を可能にするように、取付部材４０の動きは非常に限られた範囲内に制限されている。

図３に最もよく示されているように、本実施例は、弾性的な取付構成を含み、該構成において、ボルトなどのアンカー５０およびブッシング５２は、マシンフレーム３８に対する固定位置に弾性的に固定される。ブッシング５２は、取付部材４０の開口部５４内に受容される。ブッシング５２に対応する弾性部材５６は、トラクションシーブ２８の回転に抵抗するブレーキ部材４４に対応するブレーキ装置３６に対するトルクにより生じる取付部材４０に対するトルクに応じて変形（歪む）するか、少なくとも部分的に縮む。一実施例では、弾性部材５６はＯリングからなる。マシンフレーム３８に対する取付部材４０の僅かな移動又はある程度の偏向を可能にすることにより、センサ４６がブレーキ装置３６に対するトルクに対応する力の指標をもたらすことが可能となる。

図４に最もよく示されているように、図示した例示的なセンサ４６は、第１のセンサエレメント６０を含み、該エレメント６０は、取付部材４０とマシンフレーム３８との間の相対的な動きに伴う第１の方向への力の指標をもたらすように構成される。第２のセンサエレメント６２は、第１の方向への力と対向する第２の方向への力の指標をもたらす。図を参照すると、本実施例では、第１のセンサエレメント６０は、反時計回り方向の力の指標をもたらし、第２のセンサエレメント６２は、時計回り方向の力の指標をもたらす。

一実施例では、センサエレメントは、力を検出する抵抗器からなる。他の実施例では、センサエレメントは、圧電−抵抗センサからなる。別の実施例では、第１のセンサエレメント６０および第２のセンサエレメント６２として有用なセンサは、ストレイン（ひずみ）ゲージセンサ、容量センサ、誘導センサ、電位差センサ、圧力スイッチおよび精密マイクロスイッチを含み得る。取付部材４０とマシンフレーム３８との間における偏向又は相対的な移動の量は、非常に小さく、マシンフレーム３８に対する取付部材４０の非常に僅かな向きの変更に対応する力を検知することができるように第１のセンサエレメント６０および第２のセンサエレメント６２が選択される。

図示した実施例では、センサエレメント６０，６２は、マシンフレーム３８に対して移動しないセンサブロック６６の対応する反応面６４に対して設置される。本実施例では、マシンフレーム３８はセンサブロック６６を支持する。他の実施例では、センサブロック６６は、マシンフレーム３８の一部からなる。設置部材７０は、マシンフレーム３８に対する取付部材４０の移動に対してセンサエレメントが圧縮されるようにセンサエレメント６０，６２を固定する。図示した実施例には、センサエレメントに対応する弾性クッション部材７２が含まれ、該クッション部材は、負荷を設置部材７０からセンサエレメントの適当な部分に亘って均等に分配する。

センサエレメント６０，６２からの指標は、センサ４６により検知される力に関する指標を提供するトルクモジュール８０（図１に示す）によって解釈される。

図５に一実施例における例示的なブレーキ装置３６を含む制御方法を示す。エレベータかご２２は、乗場に停止している。カウンタウェイト２４とエレベータかご２２の間の負荷が不均衡となっている。その結果、ブレーキ装置３６に符号９０で示すようにトルクが生じる。モータ３２への動力が断たれ、そのため、モータ３２のトルクは符号９２で示すようにゼロとなる。このような状況下では、第１のセンサエレメント６０は、符号９０で示すトルクレベルに対応する力の指標を提供する。

エレベータかごが加速し始めたときに静止位置からスムーズな移行を実現すべく、エレベータかごが停止階を出発する前にブレーキのトルクを軽減することが望ましい。コントローラ３４は、線９４に沿って概略的に示すように、モータ３２に電流を供給してモータトルクを増加させる。モータ３２は、通電され、第１のセンサエレメント６０により示されたトルクに対抗する力を付与する。換言すると、モータ３２は、第１のセンサエレメント６０により検出された力を軽減する方向（すなわち、示された力の方向と対向する方向）にトラクションシーブ２８を回転させる。その結果、第１のセンサエレメント６０により検知された力により示されたトルクは、線９６で概略的に示すように減少する。ブレーキトルクが符号９８で示すゼロの値に達すると、ブレーキ装置３６のトルクは完全に軽減されたこととなる。一実施例では、センサ４６は、この指標をトルクモジュール８０に提供する。コントローラ３４は、トルクモジュール８０から対応する出力を受ける。

一実施例には、符号９８に示すゼロトルク値を達成するようにモータ３２を制御することが含まれる。図５の実施例は、符号９８に示すゼロトルク値についての許容差バンド（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｂａｎｄ）を可能にする。本実施例は、センサ４６により示された力が許容範囲（符号１００で概略的に示す）内にあるときに判断を行うことを含む。

一実施例では、トルクモジュール８０は、第１のセンサエレメント６０により示された力が許容範囲１００外から該範囲内へ移行したときを判断する。この移行点を符号１０２で示す。一実施例では、ブレーキ装置３６のトルクが許容範囲１００内にあるという出力をトルクモジュール８０が提供するとすぐに、モータ３２はトラクションシーブ２８のトルク量を維持する。

一実施例は、第２のセンサエレメントにより検知された力が許容範囲１００の対応する閾値を超えたことを第２のセンサエレメント６２が示すまでモータトルクを増加させ続けることを含む。これを図５において符号１０４として示す。モータトルクは、所定の点を検知するように継続的に調節され、該点において、センサ４６により示される力は許容範囲１００内と当該範囲外との間を移行する。

移行点１０２，１０４の各々は、符号１０６，１０８で示す対応するモータ電流を有する。一実施例では、トルクモジュール８０と協働してコントローラ３４は、符号１０６，１０８における電流値を判断する。この２つの電流値は、次いで、ブレーキ装置３６のブレーキを解放つまり解除する前に、モータ３２に供給されるプレトルク（ｐｒｅ−ｔｏｒｑｕｅ）電流を判断するように平均化される。移行点１０６，１０８における電流値の平均を利用することにより、符号９８で示すゼロトルク点を正確に見つけることを常に試みる場合に比べて、より容易な判断が可能となる。このような平均化を利用することにより、例えば、システムの潜在的なヒステリシスおよびセンサ４６の構成要素の潜在的な摩耗に対応することができる。

例示的なセンサ４６によりもたらされる他の例示的な監視機能は、ブレーキのドラッギング（ｄｒａｇｇｉｎｇ）状態を検知することである。通常のエレベータシステムは、エレベータの運転開始時点でブレーキが非係合であることを示す専用のブレーキスイッチを含む。ブレーキスイッチは、ブレーキが全運転中に非係合であるかを示すものとなっている。このようなブレーキスイッチは、該スイッチがブレーキアクチュエータの移動を測定するだけであり、アクチュエータブレーキトルクの指標を提供しないという短所を有する。このようなスイッチを備えていても、生じ得るブレーキのドラグが検知されない。

例示的なセンサ４６では、ブレーキのドラグが直接測定される。例えば、エレベータの移動中に、ブレーキエレメントがドラッギング状態の場合、センサ４６はブレーキのトルクを示す出力を提供する。一実施例では、ブレーキドラグの指標が許容範囲内にあるときは、トルクモジュール８０は対応する出力を提供し、これにより、保守管理者がこの状況に対処することができる。ブレーキドラグに対応する、示されたトルクが所定量を超えた場合、トルクモジュール８０は、コントローラ３４に警告出力を提供する。一実施例では、コントローラ３４は、そのような警告を、通常のエレベータシステム運転を中断する必要があるものと解釈して、かごドアを開けることができ乗客がエレベータかごから降りることができる適切な乗場にエレベータかご２２を移動させる。次いで、保守管理者がブレーキ装置３６の運転状態を検証するまで、エレベータかごのサービスが停止される。

開示した実施例の１つの特徴は、ブレーキにおける正確なトルクの測定を必要としないことである。その代わりに、マシンフレーム３８に対する取付部材４０の限定的な移動量に対応する力を測定するだけでよい。センサ４６は、エレベータかごの負荷を検知せず、代わりに、取付部材４０とマシンフレーム３８の相対的な動きに対応する力を検知する。開示した実施例の他の特徴は、モータ３２のプレトルク値を計算することを目的としてエレベータかごの負荷を測定する必要がないことである。開示した実施例では、従来技術と比較してより便利でかつ信頼性のある方法で、モータトルクを使用し、エレベータの運転開始時にブレーキを解放する前にブレーキの負荷を軽減することができる。さらに、従来のブレーキスイッチを排除し、開示したブレーキドラグの監視を利用し得る。

上記説明は例示的なものであり、限定的なものではない。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、開示した実施例に対して種々の変更や修正をなし得ることを理解されるであろう。本発明に付与される法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによって決定される。

Claims (22)

1. ブレーキ装置であって、
   対応する構成要素の回転に抵抗するように制動力を適用するように構成されたブレーキエレメントと、
   ブレーキ装置を静止面に取り付けるように構成され、ブレーキ装置に対するトルクに応じた前記静止面に対して少なくとも部分的に移動可能な取付部材と、
   センサと、
   を備え、
   前記センサは、トルクに応じた前記静止面に対する前記取付部材の移動に対応する力の指標を提供するように前記取付部材に近接する位置に配置されていることを特徴とするブレーキ装置。
2. 静止面に対する取付部材の第１の方向への移動に対応する力の指標を提供する第１のセンサエレメントと、
   静止面に対する取付部材の第２の方向への移動に対応する力の指標を提供する第２のセンサエレメントと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
3. 第１および第２のセンサエレメントの一方により示された力が所定の閾値を超えたときを判断するトルクモジュールを備えることを特徴とする請求項２記載のブレーキ装置。
4. トルクモジュールは、第１および第２のセンサエレメントに基づきブレーキ装置に対するトルクがゼロトルク範囲にあることを判断し、ブレーキ装置に対するトルクがゼロトルク範囲外にあることを示す出力を提供することを特徴とする請求項３に記載のブレーキ装置。
5. 取付部材は、取付部材を静止面に対して固定するように構成された少なくとも部分的に弾性的なブッシングを含み、少なくとも部分的に弾性的なブッシングは、ブレーキエレメントに対するトルクに応じて少なくても部分的に歪むことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
6. ブッシングは弾性的なＯリングを含むことを特徴とする請求項５に記載のブレーキ装置。
7. センサは、力抵抗センサおよび圧電−抵抗センサの少なくとも一方からなることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
8. フレームと、
   フレームにより少なくとも部分的に支持されたモータと、
   モータにより選択的に移動可能なトラクションシーブと、
   トラクションシーブの回転に選択的に抵抗するブレーキエレメントと、
   フレームに取付けられた取付部材であって、ブレーキエレメントがトラクションシーブの回転に抵抗することによりブレーキエレメントに対するトルクに応じてフレームに対して部分的に移動可能なように取り付けられた取付部材と、
   センサと、
   を備え、
   前記センサは、前記フレームに対する前記取付部材の移動に対応する力の指標を提供するように前記取付部材に近接する位置に配置されていることを特徴とするエレベータマシン。
9. センサからの指標に基づきブレーキエレメントに対するトルクが所定の範囲内にあるか否かを判断するトルクモジュールを備えることを特徴とする請求項８に記載のエレベータマシン。
10. センサは、
    フレームに対する取付部材の第１の方向への移動に対応する力の指標を提供する第１のセンサエレメントと、
    フレームに対する取付部材の第２の方向への移動に対応する力の指標を提供する第２のセンサエレメントと、
    を備え、
    トルクモジュールは、第１および第２のセンサエレメントの一方により示された力が所定の閾値を超えたときを判断することを特徴とする請求項９に記載のエレベータマシン。
11. トルクモジュールは、第１および第２のセンサエレメントに基づきブレーキ装置に対するトルクがゼロトルク範囲にあることを判断し、ブレーキ装置に対するトルクがゼロトルク範囲外にあることを示す出力を提供することを特徴とする請求項１０に記載のエレベータマシン。
12. フレームは、面を有し、この面に対してセンサエレメントが取付部材に対するトルクに応じて付勢されることを特徴とする請求項１０に記載のエレベータマシン。
13. ブレーキエレメントに対するトルクを軽減するようにトルクモジュールの出力に応じてモータにより付与されるトルクを調節するモータコントロールを備えることを特徴とする請求項９に記載のエレベータマシン。
14. トルクモジュールの出力は、トラクションシーブの所望の移動中のブレーキのドラッギング状態の指標を含むことを特徴とする請求項９に記載のエレベータマシン。
15. 取付部材は、取付部材をフレームに対して固定するように構成された少なくとも部分的に弾性的なブッシングを含み、少なくとも部分的に弾性的なブッシングは、ブレーキエレメントに対するトルクに応じて少なくても部分的に歪むことを特徴とする請求項８に記載のエレベータマシン。
16. ブッシングは弾性的なＯリングを含むことを特徴とする請求項１５に記載のエレベータマシン。
17. センサは、力抵抗センサおよび圧電−抵抗センサの少なくとも一方からなることを特徴とする請求項８に記載のエレベータマシン。
18. 対応する静止面に対してブレーキ取付部材を移動させる力を検知するステップと、
    検知された力がブレーキに対するトルクの許容量に対応する範囲内にあるか否かを判断するステップと、
    少なくとも前記力が前記範囲外にあるか否かの指標を提供するステップと、
    を含み、
    前記検知するステップは、前記取付部材に近接する位置に配置されたセンサによって行われることを特徴とするブレーキ監視方法。
19. エレベータかごが停止したときに第１の方向への力を検知するステップと、
    第１の方向への力が前記範囲内となるまで、第１の方向に対向する第２の方向への反作用力を付与するステップと、
    検知された力が前記範囲内にある間にブレーキを解放するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１８に記載のブレーキ監視方法。
20. 力が前記範囲内にあるときに対応するモータの運転条件を判断するステップと、
    ブレーキを解放する前にモータを前記運転条件に設定するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載のブレーキ監視方法。
21. 第１の方向への力に前記範囲内への移行をもたらす前記反作用力に対応する第１のモータ電流を判断するステップと、
    第２の方向への力の量が前記範囲外となるまで第２の方向への反作用力をさらに提供するステップと、
    前記範囲外に移行する第２の方向への力に対応する第２のモータ電流を判断するステップと、
    第１のモータ電流および第２のモータ電流の平均電流を判断するステップと、
    ブレーキを解放するときに、マシンブレーキに対応するモータに対して前記平均電流を供給するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載のブレーキ監視方法。
22. ブレーキに対応するエレベータかごが移動し、ブレーキが非係合となるときにおける力の検知に応じてブレーキのドラッギング状態の指標を提供するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載のブレーキ監視方法。

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