JP3724338B2 - 扉開閉装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを駆動源として扉を開閉する扉開閉装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、モータを駆動源として扉を開閉する扉開閉装置が種々提供されている。このような扉開閉装置においては、モータへの出力電流を可変することで扉を加速や減速あるいは等速移動させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、モータのコイルに電流を流すことでコイル並びにコイルへの出力電流を可変するコントローラ部分も発熱するが、扉の移動を繰り返しているとその発熱によってコイルが過熱し、コイル線の被覆が溶けて芯線が露出し、露出した芯線の短絡によって発火等の不具合が発生する虞があった。そこで、従来は過熱を防ぐためにモータのコイルに熱電対等から成る温度センサを取り付けてコイルの過熱を監視する方法や、コイルの電気抵抗と電流値から発熱量を計算して温度上昇を推定する等の方法が採られてきた。しかしながら、このような方法を採用した従来例では温度センサや電流センサが別途必要となって製造コストの増加を招いていた。
【0004】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、温度センサなどの追加の部品を使わずにモータの過熱保護が可能な扉開閉装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、モータを駆動源として扉を全開位置と全閉位置の間で移動させる扉開閉装置であって、駆動源としてのモータと、扉の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出結果に応じてモータへの出力電流を可変することで扉の移動を制御する制御手段とを備え、制御手段は、扉を全開位置と全閉位置の間で移動させた動作回数をカウントし所定の判定期間内の動作回数が予め設定された所定の制限値を越えるとモータへの電流出力を所定の出力停止期間だけ停止するとともに、当該出力停止期間を、判定期間内における最初の動作開始時点から制限値を越えた動作の終了時点までの時間を判定期間から減算した値とすることを特徴とし、出力停止期間内にモータのコイルの温度が低下し、温度センサなどを用いずにモータの過熱保護が可能になるとともに、予め設定された判定期間内に制限値以上に扉が動作することをなくし、且つ無駄な出力停止期間がなくなって待ち時間を短くすることができる。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、不揮発性の記憶手段を備え、制御手段は、モータへの電流出力を停止する前に出力停止中であることを示す出力停止データを記憶手段に書き込むとともに出力停止期間の経過後に記憶手段から出力停止データを消去し、電源投入時に記憶手段に出力停止データが記憶されている場合には所定時間だけモータへの電流出力を停止することを特徴とし、請求項1の発明の作用に加えて、出力停止状態で電源切断後、すぐに電源が再投入されるような場合でも所定時間はモータへ電流が出力されないため、モータのコイルへの通電による温度上昇が抑えられてモータの損傷を防ぐことができる。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、不揮発性の記憶手段を備え、制御手段は、モータへの電流出力を停止する際に出力停止期間の残時間を記憶手段に逐次書き込むとともに電源投入時に記憶手段に記憶されている出力停止期間の残時間だけモータへの電流出力を停止することを特徴とし、請求項1の発明の作用に加えて、出力停止状態で電源切断後、すぐに電源が再投入されるような場合でも所定時間はモータへ電流が出力されないため、モータのコイルへの通電による温度上昇が抑えられてモータの損傷を防ぐことができ、しかも、電源投入時に記憶手段に記憶されている出力停止期間の残時間だけモータへの電流出力を停止することから、無駄な出力停止期間がなくなって待ち時間を短くできる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、扉の駆動源として可動子が直進移動するリニアモータを用いて引き戸式の扉を開閉するようにした実施形態について説明する。但し、回転式のモータの回転運動をギアやベルト等の伝達機構を用いて直進運動に変換したものを駆動源としてもよい。
【0011】
図2は本実施形態の全体構成を示しており、引き戸式の扉6の上部に永久磁石21を具備する可動子2を取り付け、外枠5の一部を構成して扉6の上部を保持する鴨居51に、可動子2と対向するように固定子1を設けている。また、鴨居51には後述する制御回路ブロック4が配設されている。なお、外枠5は鴨居51を上枠とし、鴨居51の両端部に設けられて縦枠となる方立52と、鴨居51と対向するように建物の床面に設置されて下枠となる敷居53とで構成される。而して、扉6は鴨居51と敷居53により長手方向に移動可能なように略保持され、鴨居51と2つの方立52と敷居53に四方を囲まれた範囲内で移動可能となる。
【0012】
ここで、扉6を移動させるリニアモータは、図3に示すように、コイル11及び鉄心12からなり進行方向に沿って複数個配列された電磁石、各電磁石を磁気的に結合する固定子ヨーク13で構成される固定子1と、進行方向に沿って複数の磁極が交互に異極となるように電磁石と対向して配設された永久磁石21、永久磁石21の磁極22同士を磁気的に結合する可動子ヨーク23で構成される可動子2と、固定子1に対する可動子2の相対的な位置を検出する複数の位置センサ31を具備した位置センサブロック3と、永久磁石21との相互作用により可動子2を移動させる推力を生じさせるように位置センサブロック3により検出した可動子2の位置に応じたタイミングで各コイル11への通電(出力電流)を制御する制御回路ブロック4とを備えている。
【0013】
固定子ヨーク13は軟磁性材料により可動子2の移動方向に沿った長尺形状に形成され、電磁石を固着するための複数の穴(図示せず)が一定間隔で列設されている。また、コイル11は合成樹脂等の絶縁性材料により形成されたコイルボビン14の周囲に巻回されており、このコイルボビン14の中央部に設けた円筒形の貫通穴に鉄心12を挿着することで電磁石が構成されている。そして、このように構成された複数個の電磁石を、固定子ヨーク13に設けた上記穴に鉄心12の一端側に突設した突起を嵌合し、かしめ等の適宜の方法で固着することによって固定子1が構成してある。なお、コイル11の相数は3相としてあり、これらのコイル11をY結線し、2相ずつ通電する方式を採用している。
【0014】
可動子2を構成する永久磁石21は移動方向において複数の磁極22が交互に異極になるように設けられており、隣接する磁極22の間の距離(間隔)は一定(=L〔mm〕)となっている。この可動子2は1つの磁性体に複数の磁極22ができるように着磁して形成するか、複数個の永久磁石を可動子ヨーク23に取り付けることによって形成される。なお、複数個の永久磁石を可動子ヨーク23に取り付けた構造においては、各永久磁石がそれぞれ1つの磁極を構成する。
【0015】
ここで、固定子1において隣接する一対の電磁石間の距離(間隔)を一定(=5L/3〔mm〕)として配列してあり、さらに可動子2の長さと移動距離に応じた一定間隔毎に、電磁石の間隔を上記一定距離5L/3よりも永久磁石21の磁極22の2極分(=2L)だけ広くした空間が設けてあって、この空間に位置センサブロック3が配置される(図3参照)。
【0016】
位置センサブロック3は、プリント基板32上に位置センサ31を3個配置してなり、絶縁材料製のスペーサ33を介して固定子ヨーク13にネジ止め等により固着されている。位置センサ31として、磁極22が切り替わる時点でホール素子のアナログ出力がハイレベルとローレベルに切り替えるようにした回路をホール素子に一体化したホールICを用いている。この位置センサブロック3はスペーサ33を介して固定子ヨーク13にネジ止め等により固着されており、スペーサ33によって鉄心12とほぼ同じ高さに配置されている。
【0017】
一方、制御回路ブロック4は、図1に示すようにモータ電源からコイル11の各相(U相、V相、W相の3相)への通電経路を切り換えて出力電流を供給するモータドライバ42と、モータドライバ42を制御する制御部43と、扉6の位置や移動速度並びに移動に要する時間等のデータを記憶する揮発性メモリ(RAM)からなる第1の記憶部44と、後述するように動作回数や出力停止期間等のデータを記憶するための不揮発性メモリ(EEPROM)からなる第2の記憶部45とを備えている。モータドライバ42は、例えば逆起防止用ダイオードが逆並列に接続された6つのスイッチ素子のブリッジ回路で構成され、モータ電源からコイル11の各相(U相、V相、W相の3相)への通電を切り換えるものである。また、制御部43はCPUからなり、操作スイッチの操作信号や人感センサの人体検知信号等のトリガ信号が入力ポートに入力されると、位置センサ31からの位置検出信号を入力し、所定のプログラムに基づいてモータドライバ42を制御し、固定子1の3相のコイル11の内の2つの相のコイル11に常時電流を流すことにより、永久磁石21を有する可動子2との間で可動子2の長手方向に沿って移動する進行磁界を発生し、この進行磁界によって永久磁石21との間で大略直線的な長手方向に向けて移動し得る推力を得ることができる。
【0018】
ところで、位置センサブロック3は本来コイル11の各相を切り替えるタイミングを検出するためのものであって、図4(a)〜(c)に示すようにU,V,Wの各相に対応した3個の位置センサ31から出力されるパルス状の信号を検出信号として出力している。而して、各位置センサ31の検出信号のパターンがL/3〔mm〕毎に切り替わるため、制御部43においては何れかの相の検出信号の立ち上がりに同期して立ち上がるとともに何れかの相の検出信号の立ち下がりに同期して立ち下がるようなパルス信号を作成して位置検出信号としている(図4(d)参照)。すなわち、永久磁石21の隣接する磁極22の間隔は一定(=L〔mm〕)であるから、上記位置検出信号のパルス数をカウントすることにより基準位置(例えば、扉6の全開位置又は全閉位置)からの移動距離として扉6の位置を知ることができる。但し、何れの位置センサ31の検出信号も変化しない範囲では扉6の移動を知ることができないから、位置検出の精度はL/3〔mm〕となる。
【0019】
ところで、固定子1において位置センサブロック3に隣接する電磁石以外は、隣接する各一対の電磁石の間隔を一定として配列してあり、また、可動子2の磁極22の間隔も一定としてある。可動子2の磁極22の1極分の長さがL〔mm〕であり、電磁石を一定ピッチで配置してある部位における電磁石間の距離は、5L/3になるように構成してある。また、位置センサブロック3における隣接した位置センサ31同士の間隔を2L/3としてある。
【0020】
図3におけるU,V,Wの記号は各電磁石(コイル11)の相(励磁相)を示している。ここで、マイナス(−)が付加されている相のコイル11は、マイナスが付加されていない同相のコイル11と巻線方向が逆向きになっていることを意味している。例えば、Uに対応するコイル11に上から見て右回りに通電されるときは、−Uに対応するコイル11には左回りに通電される。つまり、コイル11の巻方向を同じ向きにしておけば、図示例ではコイル11をU,−V、W、−U、V、−Wの順で配列してあり、これらのコイル11を2相ずつ順次通電することにより、U,V→V,W→W,U→U,Vというように循環的に通電する。また、それぞれのコイル11はY結線されていることから、マイナスが付加されていないもの同士またはマイナスが付加されているもの同士の2相は逆向きに通電される。例えば、図3においてU,Wが励磁されるときに、Uに対応するコイル11とWに対応するコイル11とは逆向きに通電される。言い換えると、固定子1において隣接している2個ずつのコイル11が同時に同じ向きに通電され、通電されている2個のコイル11の組の左右に隣接しているコイル11には通電されず、通電されないコイル11を挟んで左右両側のコイル11の組は互いに逆向きに通電されることになる。
【0021】
ここで、制御部43の速度制御について簡単に説明する。例えば、第2の記憶部45には加速時、等速時、減速時等における移動速度の目標値(目標速度)が予め記憶させてあり、制御部43では、実際の扉6の移動速度が第2の記憶部45から読み出した目標速度に略一致するようにモータドライバ42が具備する各スイッチ素子のデューティ比を可変している。具体的には制御部43から与えられるデューティ指令値に応じてモータドライバ42が具備するスイッチ素子のデューティ比が決定される。すなわち、制御部43は位置検出信号のパルス幅t〔秒〕を計測し、このパルス幅tと位置検出信号のパターンの切り替わりピッチL/3〔mm〕からL/(3t)〔mm/秒〕として扉6の移動速度を算出し、算出した移動速度と目標速度との差(偏差)を求め、例えば、今回までのサンプリングで求めた偏差に対してそれぞれの偏差の値に応じた制御ゲイン(一般的なPI制御における比例ゲイン)を乗算した値を加算して得た新たなデューティ指令値に応じてモータドライバ42が具備するスイッチ素子のデューティ比を可変することにより、偏差を減少させて扉6の移動速度を目標速度に略一致させるように制御している。なお、各偏差に応じた制御ゲインは予め第2の記憶部45に記憶させてある。
【0022】
ところで従来技術で説明したように、扉開閉装置においては駆動源たるモータのコイルの過熱を防止する必要があることから、本実施形態の制御回路ブロック4では扉6を全開位置と全閉位置の間で移動させた動作回数をカウントし、所定の判定期間T〔秒〕内の動作回数が予め設定された所定の制限値N〔回〕を越えるとモータドライバ42からコイル11への電流出力を所定の出力停止期間Ts〔秒〕だけ停止することにより、出力停止期間Ts内にコイル11やモータドライバ42の温度を低下させ、温度センサなどを用いずに駆動源となるリニアモータの過熱保護を可能としている。
【0023】
本実施形態においては、上記判定期間T及び動作回数の制限値Nが予め第2の記憶部45に設定されており、制御部43は判定期間T〔秒〕内に扉6を制限値N〔回〕以上動作させると出力停止期間Ts〔秒〕だけモータドライバ42を停止させてコイル11への出力電流を略ゼロとする。ここで、本実施形態の制御部43では扉6を全閉位置から全開位置又は全閉位置から全開位置まで移動させる動作を1回としてカウントしている。但し、移動中の扉6が障害物に衝突した場合、制御部43においては全開位置又は全閉位置から障害物に衝突するまでの動作と、衝突位置から扉6を強制的に逆方向(例えば全開位置から全閉位置への移動中に衝突した場合ならば全開方向)へ移動させる動作とをそれぞれ1回の動作としてカウントしている。なお、制御部43による扉6と障害物との衝突は、例えば障害物に衝突した扉6が衝突前と逆方向へ跳ね返されたことを位置センサ31によって検出することで判定している。また、判定期間T及び制限値Nは、実験によってコイル11やモータドライバ42等の実際の温度上昇を測定し、測定結果に応じて過熱状態とならないような値に設定すればよい。
【0024】
次に図5のフローチャートを参照して本実施形態における具体的な過熱防止動作について説明する。なお、(n−1)回前の動作終了時点からn回前の動作終了時点までの時間間隔(以下、「動作時間間隔」という)を保存する変数t[N]を制限値N分(t[0],……,t[N−1])だけ第1の記憶部44に配置しておく。
【0025】
制御部43は1回の動作が終了するとタイマtをリセット(t=0)して上記動作時間間隔を計測しており、1回の動作が終了する毎に動作回数の制限判定処理を開始する(ステップ1)。まず、制御部43では現在のタイマ値tを最終の動作時間間隔を示すデータとして変数t[0]に代入し(ステップ2)、過去N回分の動作時間間隔の合計t[0]+t[1]+…+t[N−1]と判定時間Tを比較する(ステップ3)。そして、上記動作時間の合計値が判定時間Tを越えていれば、すなわち、判定時間T内の動作回数が制限値Nを越えていないということであるから、制御部43はモータドライバ42を停止させずにタイマをクリアして新たに動作時間間隔の計測を開始する(ステップ4)。また、1回の動作が終了したことから過去N回分の動作時間間隔のデータを1つずつずらして、つまりt[0]〜t[N−2]の値をt[1]〜t[N−1]の変数にコピーして(ステップ5)、動作回数の制限判定処理を終了する(ステップ6)。
【0026】
一方、上記動作時間の合計値が判定時間Tを越えていなければ、すなわち、判定時間T内の動作回数が制限値Nを越えているということであるから、制御部43はコイル11への出力電流を停止して過熱保護の処理を行う。まず、第2の記憶部45の所定アドレスに設定されたフラグ(出力停止データ)をオンとし(ステップ7)、出力停止期間Tsであることを記録した後にモータドライバ42を停止して出力電流を停止する。この出力停止状態では、例えば押釦スイッチ等によるトリガ信号が入力されても制御部43は出力停止状態を保持したままとなる。ここで、制御部43は判定期間Tから過去N回分の動作時間間隔の合計t[0]+t[1]+…+t[N−1]を減算した残時間(=T−t[0]+t[1]+…+t[N−1])を出力停止期間Tsとし、この出力停止期間Tsだけモータドライバ42を停止して出力電流を停止する(ステップ8)。そして、出力停止期間Tsが終了すれば、制御部43は第2の記憶部45のフラグをオフとして出力停止期間Tsが終了したことを記録するとともに(ステップ9)、出力停止期間Tsの終了後は動作終了から出力停止期間の終了までの時間が既に経過しているので、制御部43はタイマを出力停止期間Tsとし(t=Ts)、次の動作終了までの時間間隔を計測する(ステップ10)。また、1回の動作が終了したことから過去N回分の動作時間間隔のデータを1つずつずらして、つまりt[0]〜t[N−2]の値をt[1]〜t[N−1]の変数にコピーして(ステップ5)、動作回数の制限判定処理を終了する(ステップ6)。
【0027】
このように制御部43が扉6の動作回数をカウントして所定の判定期間T内の動作回数が予め設定された所定の制限値Nを越えるとコイル11への電流出力を所定の出力停止期間Tsだけ停止するようにしているので、出力停止期間Ts内にコイル11の温度が低下し、温度センサなどを用いて実際にコイル11等の温度を測定すること無しに開閉動作の際のコイル11への通電による温度上昇が抑制され、リニアモータの熱による損傷を防ぐことができる。また、判定期間T内における最初の動作開始時点から制限値Nを越えた動作の終了時点までの時間(t[0]+t[1]+…+t[N−1])を判定期間Tから減算した値を出力停止期間Tsとしているので、予め設定された判定期間T内に制限値N以上に扉6が動作することをなくし、且つ無駄な出力停止期間Tsがなくなって待ち時間を短くすることができるという利点がある。さらに、制御部43は判定期間Tが経過する毎に動作回数のカウント値を初期化するとともに、制限値Nを越えるまでの動作に要した時間に関係なく予め設定された出力停止期間Tsだけ電流出力を停止するので、毎回の動作時間を記憶する必要がなく、第1の記憶部44に容量の小さいものを用いることができるという利点がある。
【0028】
ところで、停電や誤操作あるいは点検等により電源供給が停止した後に再度電源を投入した場合の動作を図6のフローチャートを参照して説明する。電源が投入されると制御部43は第2の記憶部45のフラグのオン/オフを確認し(ステップ1)、フラグがオフであれば前回の電源断時には過熱保護のための出力停止期間Ts中ではなかったということであるから、通常通りの動作を開始する(ステップ2)。
【0029】
一方、フラグがオンであれば前回の電源断時には出力停止期間Ts中であったということであるから、制御部43は前回の電源断から今回の電源投入までの時間経過が測定不可であるために、安全性を考慮して出力停止期間Tsを最大値、すなわち判定期間Tに設定して出力電流を停止する(ステップ3)。そして、出力停止期間Ts(=T)が終了すれば、制御部43は第2の記憶部45のフラグをオフとし(ステップ4)、通常動作を開始する(ステップ2)。
【0030】
このように出力停止状態で電源が切断されれば、再び電源を投入した際も出力停止状態を継続するようにしているため、電源切断後、すぐに再投入されるような場合でもコイル11への通電による温度上昇が抑えられ、リニアモータの損傷を防ぐことができる。なお、制御部43が電流出力を停止する際に出力停止期間Tsの残時間を第2の記憶部45に逐次書き込むとともに電源投入時に第2の記憶部45に記憶されている出力停止期間Tsの残時間だけ電流出力を停止するようにしてもよい。このようにすれば、出力停止状態で電源切断後、すぐに電源が再投入されるような場合でも所定時間はコイル11へ電流が出力されないため、コイル11への通電による温度上昇が抑えられてリニアモータの損傷を防ぐことができ、しかも、電源投入時に第2の記憶部45に記憶されている出力停止期間Tsの残時間だけ電流出力を停止することから、無駄な出力停止期間がなくなって通常動作を開始するまでの待ち時間を短くできる。
【0031】
【発明の効果】
請求項1の発明は、モータを駆動源として扉を全開位置と全閉位置の間で移動させる扉開閉装置であって、駆動源としてのモータと、扉の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出結果に応じてモータへの出力電流を可変することで扉の移動を制御する制御手段とを備え、制御手段は、扉を全開位置と全閉位置の間で移動させた動作回数をカウントし所定の判定期間内の動作回数が予め設定された所定の制限値を越えるとモータへの電流出力を所定の出力停止期間だけ停止するとともに、当該出力停止期間を、判定期間内における最初の動作開始時点から制限値を越えた動作の終了時点までの時間を判定期間から減算した値とするので、出力停止期間内にモータのコイルの温度が低下し、温度センサなどを用いずにモータの過熱保護が可能となるとともに、予め設定された判定期間内に制限値以上に扉が動作することをなくし、且つ無駄な出力停止期間がなくなって待ち時間を短くすることができるという効果がある。
【0034】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、不揮発性の記憶手段を備え、制御手段は、モータへの電流出力を停止する前に出力停止中であることを示す出力停止データを記憶手段に書き込むとともに出力停止期間の経過後に記憶手段から出力停止データを消去し、電源投入時に記憶手段に出力停止データが記憶されている場合には所定時間だけモータへの電流出力を停止するので、請求項1の発明の効果に加えて、出力停止状態で電源切断後、すぐに電源が再投入されるような場合でも所定時間はモータへ電流が出力されないため、モータのコイルへの通電による温度上昇が抑えられてモータの損傷を防ぐことができるという効果がある。
【0035】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、不揮発性の記憶手段を備え、制御手段は、モータへの電流出力を停止する際に出力停止期間の残時間を記憶手段に逐次書き込むとともに電源投入時に記憶手段に記憶されている出力停止期間の残時間だけモータへの電流出力を停止するので、請求項1の発明の効果に加えて、出力停止状態で電源切断後、すぐに電源が再投入されるような場合でも所定時間はモータへ電流が出力されないため、モータのコイルへの通電による温度上昇が抑えられてモータの損傷を防ぐことができ、しかも、電源投入時に記憶手段に記憶されている出力停止期間の残時間だけモータへの電流出力を停止することから、無駄な出力停止期間がなくなって待ち時間を短くできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態を示す概略ブロック図である。
【図2】同上の全体構成図である。
【図3】同上の要部断面図である。
【図4】同上における位置検出信号の説明図である。
【図5】同上の動作説明用のフローチャートである。
【図6】同上の動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
3 位置センサブロック
4 制御回路ブロック
11 コイル
42 モータドライバ
43 制御部
44 第1の記憶部
45 第2の記憶部
Claims (3)
- モータを駆動源として扉を全開位置と全閉位置の間で移動させる扉開閉装置であって、駆動源としてのモータと、扉の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出結果に応じてモータへの出力電流を可変することで扉の移動を制御する制御手段とを備え、制御手段は、扉を全開位置と全閉位置の間で移動させた動作回数をカウントし所定の判定期間内の動作回数が予め設定された所定の制限値を越えるとモータへの電流出力を所定の出力停止期間だけ停止するとともに、当該出力停止期間を、判定期間内における最初の動作開始時点から制限値を越えた動作の終了時点までの時間を判定期間から減算した値とすることを特徴とする扉開閉装置。
- 不揮発性の記憶手段を備え、制御手段は、モータへの電流出力を停止する前に出力停止中であることを示す出力停止データを記憶手段に書き込むとともに出力停止期間の経過後に記憶手段から出力停止データを消去し、電源投入時に記憶手段に出力停止データが記憶されている場合には所定時間だけモータへの電流出力を停止することを特徴とする請求項1記載の扉開閉装置。
- 不揮発性の記憶手段を備え、制御手段は、モータへの電流出力を停止する際に出力停止期間の残時間を記憶手段に逐次書き込むとともに電源投入時に記憶手段に記憶されている出力停止期間の残時間だけモータへの電流出力を停止することを特徴とする請求項1記載の扉開閉装置。
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