JP3740704B2 - Automatic door opener - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はリニアモータを用いた自動ドア開閉装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動ドアとして、従来よりリニアモータを使用して開閉を行うものが提供されている。一例を図17以下に示す。ドア5の上端面には継鉄50が設けられているとともにドア枠6に設けられたレール60上を走行する車輪52が取り付けられている。ドア5の上記継鉄50上には間隔をおいて永久磁石51が固着されており、ドア枠6の上部枠の下面には電機子1が固着されている。この電機子1は、コイル12が巻回される磁極歯11を継鉄10から所定間隔毎に下方に突出させたもので、図示例においては、磁極歯11のピッチと永久磁石51のピッチとの比が1:1.5となるようにされている。また、永久磁石51はその上面の磁極が隣接するものの間で逆磁性となるようにされている。図18中の61は電機子1と永久磁石51との対向間隔(ギャップ)を一定に保つために上記車輪52をガイドするレールである。
【0003】
このものにおいて、ドア5の移動方向に並んでいる各コイル12に3相交流電流を相順に順次供給、あるいは相順を切り替えて図中の左方向または右方向の進行磁界を発生させれば、この進行磁界と永久磁石51との間に働く磁力により、ドア5を進行磁界と同じ速度で移動させる推進力が働く。従って、ドア5の位置、つまりは永久磁石51の位置を検出する検出手段を設けて、検出位置に応じて所定の方向に推進力が生じるように各コイル12への供給電流位相を制御すれば、ドア5はその方向に駆動される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここにおいて、この種の同期型リニアモータを用いたものにおいては、永久磁石51の磁力によるところの吸引力(ディテントトルク)が無励磁時においても電機子1の磁極歯11と永久磁石51との間に作用しているわけであるが、このディテントトルクの存在は、上記推進力にリップルを発生させて制御を困難とする上に、無励磁時のドア5の開閉の抵抗となり、停電時におけるドア5の手動開閉に力を要するものとなる。また、永久磁石51が存在するために、鉄屑などの粉塵が多い悪環境下では、この対策が困難であるとともにメンテナンスも困難となる。
【0005】
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは推進力にリップルが少なくて制御が容易である上に非常時にもドアの開閉を軽く行うことができる自動ドア開閉装置を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、コイルが巻回される磁極歯を所要のピッチで並べた電機子と、この電機子に対向するとともに電機子に向けて突出する突極が所要のピッチで並んでいる磁極部とからなるスイッチドリラクタンス型リニアモータを動力とし、このリニアモータの可動子が固着されているドアを上記リニアモータの固定子が設けられたドア枠に走行自在に配するとともに、固定子と可動子との間の位置関係を検出する位置検出センサーと、この位置検出センサーの出力に応じて上記電機子のコイルの通電制御を行う制御部とを備えていることに特徴を有している。
【0007】
上記電機子における各磁極歯として、磁極部側に対抗する先端を磁極歯が並ぶ方向において複数に分割したものを用いるとともに、磁極部側の歯も上記分割された磁極歯のピッチに対応して設けたものとしてもよい。
電機子と磁極部のうちの一方が他方を囲む円筒状としたり、ドアの両側面に電機子と磁極部との対を夫々設けたりしてもよく、特に後者においては、一方の電機子と磁極部との対を他方の電機子と磁極部との対に対して、ドアの移動方向に所定距離ずらして配設してもよい。
【0008】
位置検出センサーとしては、可動子側に配した明暗パターン縞のパターンを検出する光学素子にて形成したものを好適に用いることができる。
【0009】
【作用】
本発明によれば、スイッチドリラクタンス型のリニアモータを用いていることから、無励磁時の吸引力であるディテントトルクが少なく、これに伴ってドアに働く推進力にリップルが少なくなっているものである。
そして、上記電機子における各磁極歯として、磁極部側に対抗する先端を磁極歯が並ぶ方向において複数に分割したものを用いるとともに、磁極部側の歯も上記分割された磁極歯のピッチに対応して設けたものとするとトルクリップルの低減を図ることができる。
【0010】
電機子と磁極部のうちの一方が他方を囲む円筒状とした時には、両側励磁が容易となるとともにエアギャップの管理が容易となる。ドアの両側面に電機子と磁極部との対を夫々設けた場合にも、エアギャップの管理が容易となり、殊に一方の電機子と磁極部との対を他方の電機子と磁極部との対に対して、ドアの移動方向に所定距離ずらした時には、トルクリップルの低減を図ることができる。
【0011】
また位置検出センサーとして、可動子側に配した明暗パターン縞のパターンを検出する光学素子にて形成したものを用いれば、制御に必要な検出精度を少ない素子数にて得ることができる。
ここにおけるスイッチドリラクタンス型モータの基本構造を図15に示す。リング状の継鉄10の内面には所定間隔で磁極歯11が突設されているとともに、各磁極歯11にはコイル12が巻回されて、固定子Sである電機子1が形成されている。また、固定子で囲まれた回転自在となっている可動子Rはその外周面に所定間隔で突極21が突設されている。上記コイル12には、チョッピング動作により、直流方形波パルス電流が供給されて磁束を発生させる。なお、図示例は固定子Sと可動子Rとの磁極歯/突極数が8/6となっているが、ここでは簡略化のために、コイル12は1相分だけ示している。
【0012】
今、特定相のコイル12に電流を流して磁束を発生させたならば、磁気回路のリラクタンス(磁気抵抗)が最小となるように、つまり固定子Sの電流が供給されているコイル12が巻回された磁極歯11に可動子Rの突極21が揃うように可動子Rを回転させるトルクが発生する。つまり、重要なのは磁気回路のリラクタンスであって、磁束の方向は一般の交流機と異なって単方向でよく、このために基本的には固定子Sのコイル電流は直流でよく、スイッチング回路の簡素化を図れる利点を有しているものである。
【0013】
可動子Rの位置をθ、磁気回路の随伴エネルギーをWとすると、トルクTは
T=dW/dθ
と表すことができ、第1次近似として磁化特性の非線形性を無視すると、磁気随伴エネルギーWはコイルのインダクタンスをLとする時、
W=1/2LI2
と表すことができるので、上記両式より
T=1/2I2 dL/dθ
の関係が得られ、トルクTはインダクタンスLの空間分布と密接な関係をもつことがわかる。そしてインダクタンスLは、磁極歯11と突極21とが対向する時に最大となり、磁極歯11と突極21とが最も離れている時に最小となる。この間、可動子Rの位置に対するインダクタンス変化を線形であると理想化したならば、図16に示すインダクタンスLの空間分布を得ることができ、図15に示すモータにおいては、可動子Rの1回転に対して、図16に示すインダクタンス変化が6回発生する。そして、図中のθ1 <θ<θ2 の領域において励磁直流電流を流せば、上記式から明らかなように、正トルクが発生し、θ3 <θ<θ4 の領域において励磁直流電流を流せば負トルクが発生する。他の相に対しても同様に可動子R位置に応じて励磁を切り替えていけば、連続的な回転トルクが得ることができる。このモータを展開したものがスイッチドリラクタンス型のリニアモータである。
【0014】
【実施例】
以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、図1〜図4において、ドア枠6に設けたレール60上を転動する車輪52を備えたハンガー53がドア5の上端に固着されてドア5が走行自在とされている。また、ハンガー53上には、スペーサ54を介して可動子Rである磁極部2が固着されている。ここにおける磁極部2は、所定間隔毎に上方へ突出する突極21を備えている。
【0015】
上記ドア枠6の下面で且つドア5の走行範囲の中間点には、固定子Sである電機子1が固着されている。この電機子1は、継鉄10と継鉄10の下面に所定間隔毎に突出する磁極歯11とこの磁極歯11に集中巻で巻回したコイル12とからなるもので、継鉄10及び磁極歯11はケイ素鋼板を積層したもので一体に形成されて左右一対のL字形フレーム66,66で挟まれてボルトで固定されることでドア枠6に固着されている。ドア5の長さとほぼ同じ長さとなっている磁極部2もケイ素鋼板を積層したもので形成されている。また、図示例では磁極歯11の数と突極21の数との比が3:2になっているとともに、この比に応じたピッチで図4に示すように磁極歯11及び突極21が並んでいる。図2中の55はレール60下面に微小間隔で対向する押さえ部材であり、電機子1と磁極部2との間のエアギャップを一定に保つ。前記スペーサ54は、エアギャップの調整のためのものである。
【0016】
更にドア枠6の側面には、可動子Rの側面に設けた3列の明暗パターン縞30から光学的に磁極歯11と突極21との相対位置関係を検出する位置検出センサー3を配設してある。上記3列の明暗パターン縞30は、図4に示すように、4つの磁極歯11図の間隔(極ピッチ)をτとする時、図6に示すように、τ/2間隔で明暗が変換しているパターン縞をτ/3ごとずらして3列設けたもので、位置検出センサー3はこの3列の明暗パターン縞30から検出した明暗の組み合わせにより、τ/6ごとの相対位置を検出することができるものとなっている。
【0017】
3相となっている電機子1のコイル12に通電する時、各相毎によって得られる静推進力は、ドア5の移動によって図5(a)に示すように変化するが、位置検出センサー3の出力を利用して、各相のコイル12への通電を図中P1,P2,P3のタイミングで切り換えれば、図5(b)に示す静推進力を得ることができるものであり、この時、前述のようにディテントトルクは作用しないために、リップルの少ない推進力を得ることができる。
【0018】
図7にシステム構成図を示す。主制御部42と速度制御部43、速度検出部44、電流分配部45とからなるコントローラ4は、人体検出センサー41の出力信号に応じてドア5を動作させる目標位置を出力するもので、速度制御部43は主制御部42からの速度指令値v*と、位置検出センサー3の出力信号が速度検出部44に入力されることで得られた現在の速度vrとの差からコイル12に流すべき電流指令値i*を算出し、電流分配部45は、速度制御部43からの出力信号と、位置検出センサー3からの相状態信号(固定子Sと可動子Rとの相対位置)とにより、通電すべきコイル12と通電方向を決定し、通電器46の各相のパワー素子のオンオフを決定する。上記人体検出センサー41は、人体などを無接触で検出するもの、あるいはタッチスイッチ、マットスイッチ等から構成されている。ドア5の開閉速度はあらかじめ定められた値、または人が必要な速度に主制御部42で設定する。
【0019】
磁極歯11と突極21の数比を図8(a)に示すように6:4としたり、あるいは8:6としたりすれば、トルクリップルが更に少なくなる。また、コイル12が巻回された磁極歯11の磁極部2との対向部を図8(b)に示すように2つに分割したり、図8(c)に示すように3つに分割したりするとともに、これに応じて磁極部2の突極21の数を増やす(ピッチを小さくする)ようにしても、やはりトルクリップルの低減を図ることができる。なお、磁極歯11と突極21との数比や形状はこれら実施例に限定されるものではない。
【0020】
他の実施例を図9及び図10に示す。ここでは軸方向に並ぶ環状の突極21を外周面に備えた円筒状の磁極部2を、やはり円筒状に形成した電機子1で囲んだものとしている。この場合、両側励磁が容易となるとともにエアギャップの管理も容易となる。
図11に示す実施例においては、ハンガー53の両側面に夫々磁極部2を設けるとともに、ドア枠6の両側内面に各磁極部2と対向する電機子1,1を夫々設けている。このようにした時には、推進力が増加する上に、電機子1,1による吸引力が両側から働いて互いに相殺されることからエアギャップの管理が容易となり、またドア枠6の高さを低減することができる。
【0021】
更に、電機子1と磁極部2の対を2組設けるにあたり、図12に示すように、両組をドア5の移動方向において所定の距離(図示例においてはτ/6)だけずらして配置すれば、スイッチドリラクタンス型モータにおける欠点、つまり吸引力による推進力しか得られないために、最小の推進力値がきわめて小さくなるという欠点を、2組における推進力分布を所要の電気角(図示例では60°)だけずらすことによって補うことができ、これに伴い、トルクリップルの低減を図ることができる。
【0022】
図13及び図14は相対位置検出のための位置検出センサー3と明暗パターン縞30との他例を示しており、図13に示すものにおいては、「明」「明」「暗」の3つを規則的に並べた明暗パターン縞30をτ/6ずらして2列配置したものを用いた場合を、図14は上記明暗パターン縞30を1列だけ用いるとともに、位置検出センサー3として光学的検出素子33を上記パターンが並ぶ方向において所定の間隔(x=τ+nτ/3(n≠3の倍数))で設けたものを用いた場合を示している。位置検出センサー3としては、このほか、ホール素子などを用いたものであってもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、スイッチドリラクタンス型のリニアモータを用いていることから、無励磁時の吸引力であるディテントトルクが少なく、これに伴ってドアに働く推進力にリップルが少なくなっているものであり、ドアの高精度な開閉制御が容易となっているほか、高温や鉄屑等の埃の多い悪環境に強く、且つ安価に提供することができる。しかも、上記ディテントトルクが少ないことから、無励磁時、特に停電等の非常時にもドアの開閉を軽く行うことができるものである。
【0024】
そして、上記電機子における各磁極歯として、磁極部側に対抗する先端を磁極歯が並ぶ方向において複数に分割したものを用いるとともに、磁極部側の歯も上記分割された磁極歯のピッチに対応して設けたものとするとトルクリップルの低減を図ることができる上に、トルク/電流比の向上を図ることができる。
また、電機子と磁極部のうちの一方が他方を囲む円筒状とした時には、両側励磁が容易となるとともにエアギャップの管理が容易となり、ドアの両側面に電機子と磁極部との対を夫々設けた場合にも、エアギャップの管理が容易となり、殊に一方の電機子と磁極部との対を他方の電機子と磁極部との対に対して、ドアの移動方向に所定距離ずらした時には、スイッチドリラクタンス型モータにおける欠点である最小推力値がきわめて低いという欠点を補うことができるとともに、トルクリップルの低減を図ることができる。
【0025】
また位置検出センサーとして、可動子側に配した明暗パターン縞のパターンを検出する光学素子にて形成したものを用いれば、制御に必要な検出精度を少ない素子数にて得ることができて低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例を示すもので、(a)は正面図、(b)はリニアモータの斜視図である。
【図2】同上の横断面図である。
【図3】 (a)(b)は夫々同上の一部拡大正面図である。
【図4】同上の磁極歯と磁極部との関係の説明図である。
【図5】 (a)(b)は同上の駆動力の説明図である。
【図6】同上の位置検出センサーの動作説明図である。
【図7】同上のブロック回路図である。
【図8】 (a)(b)(c)は夫々他例を示す概略図である。
【図9】他の実施例を示す斜視図である。
【図10】同上の縦断面図である。
【図11】別の実施例の横断面図である。
【図12】同上の他例の水平断面図である。
【図13】位置検出センサーの他例の説明図である。
【図14】位置検出センサーの別の例の説明図である。
【図15】スイッチドリラクタンス型モータの説明図である。
【図16】同上の動作説明図である。
【図17】従来例の正面図である。
【図18】同上の断面図である。
【図19】同上の部分拡大正面図である。
【符号の説明】
1 電機子
2 磁極部
3 位置検出センサー
5 ドア
6 ドア枠
11 磁極歯
12 コイル
21 突極[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an automatic door opening and closing device using a linear motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an automatic door that opens and closes using a linear motor has been provided. An example is shown in FIG. A
[0003]
In this case, if a three-phase alternating current is sequentially supplied to the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Here, in this type of synchronous linear motor, even if the attractive force (detent torque) due to the magnetic force of the
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is an automatic door that can be easily opened and closed in an emergency in addition to being easy to control with little ripple in propulsive force. To provide a switchgear.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention provides an armature in which magnetic pole teeth around which a coil is wound are arranged at a required pitch, and a magnetic pole that faces the armature and protrudes toward the armature is arranged at a required pitch. The door is connected to the door frame on which the linear motor stator is provided, and is driven by a switched reluctance type linear motor composed of a motor. It is characterized by comprising a position detection sensor for detecting a positional relationship with the mover, and a control unit for performing energization control of the coil of the armature according to the output of the position detection sensor. .
[0007]
As each magnetic pole tooth in the above armature, the tip that opposes the magnetic pole part side is divided into a plurality in the direction in which the magnetic pole teeth are arranged, and the magnetic pole part side tooth also corresponds to the pitch of the divided magnetic pole teeth. It may be provided.
One of the armature and the magnetic pole part may have a cylindrical shape surrounding the other, or a pair of armature and magnetic pole part may be provided on both side surfaces of the door, respectively. The pair with the magnetic pole part may be arranged with a predetermined distance in the moving direction of the door with respect to the other armature and magnetic pole part pair.
[0008]
As the position detection sensor, a sensor formed by an optical element for detecting a pattern of light and dark pattern stripes arranged on the movable element side can be suitably used.
[0009]
[Action]
According to the present invention, since the switched reluctance type linear motor is used, the detent torque that is the attraction force at the time of non-excitation is small , and accordingly, the propulsive force acting on the door is less rippled It is.
And as each magnetic pole tooth in the above-mentioned armature, the tip that opposes the magnetic pole part side is divided into a plurality in the direction in which the magnetic pole teeth are arranged, and the magnetic pole part side teeth also correspond to the pitch of the divided magnetic pole teeth Therefore, torque ripple can be reduced.
[0010]
When one of the armature and the magnetic pole portion has a cylindrical shape surrounding the other, both-side excitation is facilitated and the air gap is easily managed. Even when armature and magnetic pole portions are provided on both sides of the door, the air gap can be easily managed, and in particular, one armature and magnetic pole portion is connected to the other armature and magnetic pole portion. When the door is shifted by a predetermined distance in the door movement direction, torque ripple can be reduced.
[0011]
If a position detection sensor formed of an optical element that detects the pattern of the light and dark pattern stripes arranged on the movable element side is used, the detection accuracy required for control can be obtained with a small number of elements.
The basic structure of the switched reluctance motor here is shown in FIG.
[0012]
If a current is passed through the
[0013]
Assuming that the position of the mover R is θ and the accompanying energy of the magnetic circuit is W, the torque T is T = dW / dθ
If the non-linearity of the magnetization characteristic is ignored as a first order approximation, the magnetic entrainment energy W is L when the coil inductance is L.
W = 1 / 2LI 2
From the above equations, T = 1 / 2I 2 dL / dθ
It can be seen that the torque T has a close relationship with the spatial distribution of the inductance L. The inductance L becomes maximum when the
[0014]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiment. In FIGS. 1 to 4, a
[0015]
An
[0016]
Further, a
[0017]
When the
[0018]
FIG. 7 shows a system configuration diagram. The controller 4 including the
[0019]
If the number ratio between the
[0020]
Another embodiment is shown in FIGS. Here, it is assumed that a cylindrical
In the embodiment shown in FIG. 11, the
[0021]
Further, when two pairs of
[0022]
FIGS. 13 and 14 show other examples of the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the switched reluctance type linear motor is used, the detent torque that is the attraction force at the time of non-excitation is small , and accordingly, the propulsive force acting on the door is reduced in ripple. In addition to facilitating high-precision opening / closing control of the door, the door can be provided at a low cost and is resistant to an adverse environment with a lot of dust such as high temperature and iron scrap. Moreover, since the detent torque is small , the door can be opened and closed lightly at the time of non-excitation, especially in the event of an emergency such as a power failure.
[0024]
And as each magnetic pole tooth in the above-mentioned armature, the tip that opposes the magnetic pole part side is divided into a plurality in the direction in which the magnetic pole teeth are arranged, and the magnetic pole part side teeth also correspond to the pitch of the divided magnetic pole teeth Thus, the torque ripple can be reduced and the torque / current ratio can be improved.
In addition, when one of the armature and the magnetic pole part has a cylindrical shape surrounding the other, both-side excitation is facilitated and the air gap is easily managed, and a pair of the armature and the magnetic pole part is provided on both sides of the door. Even when each of them is provided, the air gap can be easily managed, and in particular, the pair of one armature and the magnetic pole is shifted by a predetermined distance in the moving direction of the door with respect to the other armature and the magnetic pole. In this case, it is possible to make up for the disadvantage that the minimum thrust value, which is a drawback of the switched reluctance motor, is extremely low, and to reduce torque ripple.
[0025]
In addition, if the position detection sensor is an optical element that detects the pattern of light and dark pattern stripes arranged on the mover side, the detection accuracy required for control can be obtained with a small number of elements and low cost. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment, in which (a) is a front view and (b) is a perspective view of a linear motor.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the above.
FIGS. 3A and 3B are partially enlarged front views of the same.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the magnetic pole teeth and the magnetic pole part.
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams of the driving force of the above. FIG.
FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the position detection sensor of the above.
FIG. 7 is a block circuit diagram of the above.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are schematic diagrams illustrating other examples.
FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the same.
FIG. 11 is a cross-sectional view of another embodiment.
FIG. 12 is a horizontal sectional view of another example of the above.
FIG. 13 is an explanatory diagram of another example of the position detection sensor.
FIG. 14 is an explanatory diagram of another example of the position detection sensor.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a switched reluctance motor.
FIG. 16 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 17 is a front view of a conventional example.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the above.
FIG. 19 is a partially enlarged front view of the same.
[Explanation of symbols]
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