(57)【要約】【課題】  実際にモータがドアを駆動している状態でモータに過負荷が掛からないようにモータを保護する。【解決手段】  ドア２ａ、２ｂをモータ４が開閉する。ドア２ａ、２ｂの速度をロータリエンコーダ６の出力に基づいてＣＰＵ１４が測定する。測定したドアの速度が、設定された速度と一致するように、ＣＰＵ１４がモータ４を制御する。ＣＰＵ１４は、計測したドアの速度に応じて制限値を決定し、この制限値を超えない印加電圧で、モータ４を駆動する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドアを開閉するモータと、
前記ドアの速度を測定する計測部と、
前記測定したドアの速度が、設定された速度と一致するように、前記モータを駆動する制御部とを、
具備する自動ドア装置において、
前記制御部が、前記計測したドアの速度に応じて変化する制限値を超えない印加電圧で、前記モータを駆動することを特徴とする自動ドア装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動ドア装置において、前記制御部は、前記制限値を、前記モータに許容する許容トルクによって決まる値と、前記計測したドアの速度によって決まる値との和に基づいて設定する自動ドア装置。
【請求項３】
請求項１記載の自動ドア装置において、前記制御部は、前記モータへの印加電圧をパルス幅変調することにより、前記モータを駆動制御し、前記制限値を前記パルス幅のデューティ比で設定される自動ドア装置。
【請求項４】
請求項２記載の自動ドア装置において、前記モータまたは前記モータの駆動回路の周囲温度を測定する温度センサが設けられ、前記制御部は、前記許容トルクを前記温度センサで測定した周囲温度に応じて変化させる自動ドア装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動ドア装置に関し、特にドアを開閉するモータの保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動ドア装置では、一般にドアの開閉は、モータによって行われる。このモータに高い電圧が印加された状態において、モータの回転数によっては大電流が急激に流れ、モータやその駆動回路が損傷することがある。このモータや駆動回路の損傷を防止するための技術が、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１の技術では、モータがドアを回転させていないときに、モータの抵抗値を測定する。この抵抗値と、基準温度と、この基準温度におけるモータの抵抗値である基準抵抗値とを用いて、モータの温度を推定する。この推定温度が上昇している場合には、ドアの最高開閉速度や加速度を強制的に制限したり、ホールドタイマを延長したりすることによって以後の温度上昇を低減し、ジュール熱によるドア開閉動作の強制停止を未然に回避する。また、推定温度が許容値を超えた場合には強制的にモータを停止させ、モータやその駆動回路の焼損を未然に防止している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５４５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、モータがドアを駆動していないときに測定した抵抗値からモータの温度を推定している。そのため、次のような問題がある。自動ドア装置において、モータに高い電圧が印加された状態で、大電流が流れる場合として、ドアに風圧が掛かっている場合、ドアの重量が重い場合、ドアのガイドレールに走行を妨害する石等が詰まっている場合、障害物によりドアはほぼ停止しているがモータは回転しようとしている場合が、考えられる。またドアの走行速度が速い場合には高電圧が印加されており、障害物などに衝突してドアが止まった瞬間にも大電流が流れる可能性がある。これらの場合は、殆どモータがドアを実際に駆動している。しかし、上記特許文献１の技術では、実際にモータがドアを駆動しているときにモータの抵抗値を測定していないので、実際にモータに高電圧が印加され、高電流が流れた結果、モータが過負荷になっているときに、直ちに過負荷を検出して、モータやその駆動回路を保護することができない。
【０００５】
本発明は、実際にモータがドアを駆動している状態において、モータに過負荷がかからないようにモータを保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による自動ドア装置の一態様は、ドアを開閉するモータと、前記ドアの速度を測定する計測部と、前記測定したドアの速度が、設定された速度と一致するように、前記モータを駆動する制御部とを具備している。ドアとしては、引戸でも、回転ドア等の種々のドアを使用することができる。モータも直流モータ、パルスモータ、交流モータ等の種々のものを使用することができる。ドア速度の計測部も、実際にドアの速度を測定するものや、モータの単位時間当たりの回転数を測定するもの等種々のものを使用することができる。前記計測したドアの速度に応じて変化する制限値を決定し、この制限値を超えない印加電圧で、前記モータを駆動する。例えば制限値は、ドアの速度を引数とする増加関数として決定され、ドアの速度が速い場合には、制限値は大きく、ドアの速度が遅い場合には、制限値は小さく決定される。
【０００７】
このように構成すると、例えば風圧が大きい場合、ドア重量が大きい場合、ガイドレールに石などが詰まっている場合、或いは障害物によってドアが停止している場合のようにドアの速度が遅くなっている場合には、制限値が小さくなる。この制限値を越えないようにモータへの印加電圧が制御されるので、モータやその駆動回路に高電圧が印加されることが無く、高電流も流れないので、モータやその駆動回路を焼損することを未然に防止することができる。よって、モータ等の破損による通行不能を回避することができる。なお、上述したようにして決定された制限値と、ドアの速度を設定された速度になるようにモータに供給しようとしている電圧とを比較し、この制限値が供給している電圧よりも小さくなっているときに、制限値を越えないようにモータへの印加電圧を制御することが望ましい。
【０００８】
前記制御部は、前記制限値を、前記モータに許容する許容トルクによって決まる値と、前記計測したドアの速度によって決まる値との和に基づいて設定することができる。
【０００９】
モータのトルクは、モータに印加された電圧とモータの回転数とによって定まる。従って、モータの許容トルクを予め定めると、この許容トルクとモータの回転数とによって定まる電圧（制限値）以下の電圧しかモータに印加しないと、モータは許容トルクよりも大きいトルクを発生することがない。従って、モータや駆動回路を破損することがなく、ドアを開閉することができる。しかも、許容トルクに近いトルクでモータを回転させることも可能であるので、モータの能力を最大限に活用することもできる。
【００１０】
さらに、前記モータまたは前記モータの駆動回路の周囲温度を測定する温度センサを設けることもできる。この場合、前記制御部は、前記許容トルクを前記温度センサで測定した周囲温度に応じて変化させる。例えばモータの温度が上昇した場合、モータの抵抗値も上昇する。モータの抵抗値が上昇すると、モータの許容トルクは小さくなる。従って、モータや駆動回路が放熱しにくく、モータが温度上昇しやすい場合には、温度上昇に応じて許容トルクを小さくすることが望ましい。そこで、温度センサを設けて、モータ等の周囲温度を測定し、それに応じて許容トルク、ひいては制限値を変化させることによって、より確実にモータやその駆動回路の劣化や損傷を防止することができる。
【００１１】
また、制御部は、前記モータへの印加電圧をパルス幅変調することにより、前記モータを駆動制御することができる。この場合、前記制限値を前記パルス幅のデューティ比で設定することもできる。モータをパルス幅変調によって動作させると、モータを効率よく回転させることができる。従って、モータの効率を上げつつ、モータやその駆動回路の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、自動ドアを開閉するモータやその駆動回路を、実際にモータがドアを駆動している状態において、モータの速度に応じて変化する制限値を越えないようにモータに印加する電圧を制御しているので、モータやその駆動回路が劣化したり、焼損したりすることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の１実施形態の自動ドア装置は、図１に示すように、ドア２ａ、２ｂを有している。ドア２ａ、２ｂは、ドア開口を完全に閉じた閉位置と、ドア開口を完全に開いた開位置との間を直線路に沿ってスライディング運動する。そのため、ドア２ａは、ベルト３の上部に結合され、ドア２ｂはベルト３の下部に結合されている。ベルト３は、従動プーリ５ａと駆動プーリ５ｂとの間に張架されている。駆動プーリ５ｂは、モータ、例えば直流モータ４によって正逆転駆動される。この駆動によってドア２ａ、２ｂが閉位置から開位置、または開位置から閉位置に直線的に移動する。
【００１４】
ドア２ａ、２ｂは、制御装置１によって開閉制御される。制御装置１は、制御手段、例えばＣＰＵ１４を有している。ドア２ａ、２ｂの移動方向と、ドア２ａ、２ｂの位置を検出するために、モータ４にエンコーダ６が取り付けられている。エンコーダ６からの信号は、ＣＰＵ１４にＩ／Ｏユニット７を介して供給される。また、ドア２ａ、２ｂの近辺に通行者等の物体が近づいたことを検出するためにセンサ１２が設けられている。センサ１２が物体を検知したとき、センサ１２が発生する検知信号もＩ／Ｏユニット１３を介してＣＰＵ１４に供給される。
【００１５】
ハンディターミナル１６から、ドア２ａ、２ｂを動作させるために必要な種々のパラメータがＣＰＵ１４にＩ／Ｏユニット１７を介して供給される。これらパラメータは、記憶手段、例えばメモリユニット１８に記憶される。これらパラメータを基に、ＣＰＵ１４が演算を行い、方向信号とＰＷＭ信号とをＩ／Ｏユニット１１を介してモータドライブユニット１０に供給する。
【００１６】
方向信号は、正方向信号と逆方向信号とがある。正方向信号は、ドア２ａ、２ｂを開く方向にモータ４を回転させることをモータドライブユニット１０に指示するものである。逆方向信号は、ドア２ａ、２ｂを閉じる方法にモータ４を回転させることをモータドライブユニット１０に指示するものである。ＰＷＭ信号は、１周期のうちＨレベルが占める割合（デュティ比）が変化するもので、このＨレベルの期間、モータドライブユニット１０はモータ４を駆動し、Ｌレベルの期間、モータドライブユニット１０はモータ４を制動する。デュティ比が大きくなればなるほど、モータ４の速度が増加する。
【００１７】
ＣＰＵ１４は、例えばドア２ａ、２ｂを閉位置から開位置に移動させる場合、図２に示すように加速域、高速域、減速域、低速域の４つの領域に分けて、ドア２ａ、２ｂの速度制御を行う。ドア２ａ、２ｂを開位置から閉位置に移動させる場合も同様である。
【００１８】
センサ１２から検知信号がＣＰＵ１４に供給されたときに、加速域の制御が開始され、ＰＷＭ信号におけるデュティ比が予め定めた増分ずつ所定時間の経過ごとに増加させられる。その結果、ドア２ａ、２ｂの速度が図２に示すように増加していく。その結果、予め定めた時間が経過したとき、ドア２ａ、２ｂの速度は予め定めた速度となる。なお、所定時間の計測は、例えばクロック信号発生器２０が発生するクロック信号をカウントすることによって行われる。
【００１９】
加速域の制御の終了後、高速域での制御が行われる。この高速域での制御では、上述したパラメータの１つとして設定されている開速度パラメータに従ってＣＰＵ１４が開高速域目標速度Ｖｏｈを決定する。この開高速域目標速度Ｖｏｈに、ドア２ａ、２ｂの速度が一致するようにＣＰＵ１４がフィードバック制御を行う。即ち、ＣＰＵ１４がモータドライブユニット１０に所定時間経過ごとに供給するＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ）は、前回に供給したＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ−１）と速度指令値Ｖｃｍに基づく印加電圧増加分をデュティ比に換算した値との代数和である。速度指令値Ｖｃｍは、ドア２ａ、２ｂの現在の速度Ｖｘと開高速域目標速度Ｖｏｈとの差に所定の係数Ｋ１を乗算し、モータ４に供給する必要のある電圧の増加分に比例した値を算出する。この速度指令値Ｖｃｍに適当な係数を乗算して、デュティ比に換算している。更に速度指令電圧値Ｖｃは、ＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ）に適当な係数を乗算して求めている。速度Ｖｘは、エンコーダ６からの信号に基づいてＣＰＵ１４が決定する。即ち、エンコーダ６、ＣＰＵ１４が計測部として機能する。
【００２０】
この高速域での制御は、減速域制御を開始する位置までドア２ａ、２ｂが移動するまで継続される。減速域制御では、ＣＰＵ１４がまず複数の開減速域目標速度を定める。各開減速域目標速度は、減速域制御を開始するときのドア２ａ、２ｂの速度から予め定めた低速域目標速度まで順に小さくなる。開減速域目標速度のステップ数は予め定められている。ステップごとにドア２ａ、２ｂの速度が、そのステップに対応する開減速域目標速度となるようにＣＰＵ１４がフィードバック制御を行う。即ち、モータドライブユニット１０に所定時間経過ごとにＣＰＵ１４から供給されるＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ）は、前回に供給されたＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ−１）と速度指令値Ｖｃｍに基づく印加電圧増加分をデュティ比に換算したものとの代数和である。速度指令値Ｖｃｍは、ドア２ａ、２ｂの現在の速度Ｖｘと開減速域目標速度との差に上記係数Ｋ１を乗算した値である。更に速度指令電圧値Ｖｃは、ＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ）に適当な係数を乗算して求めている。
【００２１】
この減速域制御は、ドア２ａ、２ｂの速度が低速域速度になるまで継続される。これについで、低速域制御が行われる。低速域制御では、ドア２ａ、２ｂの速度が、低速域速度を維持するようにフィードバック制御が行われる。即ち、モータドライブユニット１０に所定時間経過ごとに供給されるＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ）は、前回に供給されたＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ−１）と速度指令値Ｖｃｍに基づく印加電圧増加分をデュティ比に換算したものとの代数和である。速度指令値Ｖｃｍは、ドア２ａ、２ｂの現在の速度Ｖｘと低速域速度との差に上記係数Ｋ１を乗算した値である。更に速度指令電圧値Ｖｃは、ＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ）に適当な係数を乗算して求めている。この制御は、例えばドア２ａ、２ｂが開位置に到達するまで行われる。
【００２２】
上記の速度制御の説明は、モータ４が高電圧駆動され、モータ４に高電流が流れることによる、モータ４やモータドライブユニット１０の損傷を防止する対策を無視したものである。しかし、この実施の形態では、モータ４やモータドライブユニット１０に高電圧により生じた高電流による損傷、劣化が生じないように保護が行われている。
【００２３】
まず、図３を参照して、その保護の原理を説明する。モータ４に印加される電圧をＶ、モータ４に流れる電流をＩ、モータ４に誘起される電圧をＥ、モータ４の回転数をＮ、モータ４の抵抗値をＲ、モータ４のトルクをＴとする。電圧Ｖと電流Ｉと抵抗値Ｒと誘起電圧Ｅとの間には、
Ｖ＝Ｅ＋Ｒ＊Ｉ・・・（１）
の関係がある。また、誘起電圧Ｅと回転数Ｎとの間には、
Ｅ＝Ｋｅ＊Ｎ・・・（２）
の関係がある。Ｋｅは比例係数である。また、トルクＴと電流Ｉとの間には、
Ｔ＝Ｋｔ＊Ｉ・・・（３）
の関係がある。Ｋｔは比例定数である。式（２）、（３）を式（１）に代入すると、
Ｖ＝Ｋｅ＊Ｎ＋（Ｒ＊Ｔ／Ｋｔ）・・・（４）
が成立する。式（４）をＴについて整理すると、
Ｔ＝Ｋｔ／Ｒ（Ｖ−Ｋｅ＊Ｎ）・・・（５）
が成立する。Ｋｔ／Ｒ、Ｋｅは係数であるので、それぞれα、βとすると、式（５）は、
Ｔ＝α（Ｖ−β＊Ｎ）・・・（６）
となる。従って、モータ４への印加電圧Ｖとモータ４の回転速度Ｎとからモータ４のトルクを計算できる。このトルクが、モータ４において許容することができるトルクＴａを越えないようにするための印加電圧Ｖの制限値ＶＬは、
ＶＬ＝Ｔａ／α＋β＊Ｎ・・・（７）
となる。式７から制限値ＶＬは、モータ４の回転数に比例して増減する。例えばドア２ａ、２ｂに風圧が掛かっていない状態では、自動ドア２ａ、２ｂの速度、ひいてはモータ４の回転数が大きく、制限値ＶＬは大きな値であるが、風圧がドア２ａ、２ｂに掛かっている状態では、自動ドア２ａ、２ｂの速度は遅くなり、モータ４の回転数も小さくなる。その結果、制限値ＶＬは小さくなる。他の要因によってモータの回転数が変化する場合も、同様に制限値ＶＬがモータの回転数の変化に従って変化する。
【００２４】
このように自動ドア２ａ、２ｂが開閉動作しているときに、そのときのモータ４の回転数からモータ４に供給することが可能な制限値ＶＬを決定し、モータ４に印加される電圧が、制限値ＶＬを越えないようにＣＰＵ１４が制御している。
従ってモータ４にかかるトルクと比例関係にあるモータ４に流れる電流を直接測定して、モータ４の許容トルクを超えないようにする場合に比べ、モータ４に流れる電流を直接測定するセンサが不要となるだけでなく、許容トルクに近いトルクでモータを回転させることが可能となり、モータの能力を最大限に活用することができる。
すなわち、モータ４に流れる電流を直接測定する場合では、実際に目標の電圧をかけて電流を流す必要があるため、モータ４の破損を防止するため制限のためのしきい値を許容トルクからある程度低い値に設定する必要がある。一方、本方式の場合、実際にモータ４に目標とする電圧をかけて電流を流す前に、制限のためのしきい値以下であるか否かを確認できるので、モータ４にその電流が流れることは無く、そのしきい値を許容トルクにより近づけることができる。
【００２５】
即ち、図４に示すように、高速域制御、減速域制御及び低速域制御のいずれにおいても、ＣＰＵ１４は、モータ４の現在速度Ｖｘをロータリエンコーダ６の出力から決定する（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ１４は、現在速度Ｖｘと上述した各高速域制御、減速域制御または低速域制御における目標速度との差に所定の係数Ｋ１を乗算し、速度指令値Ｖｃｍを算出する（ステップＳ４）。そして速度指令値Ｖｃｍに適当な係数Ｋ２を乗じて印加電圧増加分を算出し（ステップＳ６）、更にこの印加電圧増加分に適当な係数Ｋ３を乗じたものと、前回供給したＰＷＭ信号のデュティ比Ｄｕ（ｘ−１）とを加算することによって新たなデュティ比Ｄｕ（ｘ）が算出される（ステップＳ８）。
次に、ＣＰＵ１４は、制限値ＶＬを算出する（ステップＳ１０）。更に速度指令電圧値Ｖｃを、新たなデュティ比Ｄｕ（ｘ）に適当な係数Ｋ４を乗算して求める（ステップＳ１２）。そして、速度指令電圧値Ｖｃが制限値ＶＬよりも大きいかＣＰＵ１４は判断する（ステップＳ１４）。
もし、速度指令電圧値Ｖｃが、制限値ＶＬ以下であれば（ステップＳ１４の判断の答えがノー）、上記新たなデュティ比でモータ４やドライブユニット１０を作動させても、これらが損傷することがないので、上記新たなデュティ比を持つＰＷＭ信号がモータドライブユニット１０に出力される（ステップＳ１８）。
もし、速度指令電圧値Ｖｃの方が、制限値ＶＬよりも大きければ（ステップＳ１４の判断の答えがイエス）、上記新たなデュティ比でモータ４やドライブユニット１０を作動させると、これらが損傷する可能性があるので、そのときの制限値ＶＬに基づいて新たなデュティ比を再計算する（ステップＳ１６）。そして再計算された新たなデュティ比を持つＰＷＭ信号がモータドライブユニット１０に出力される（ステップＳ１８）。
【００２６】
図５は、ドア２ａ、２ｂを開または閉動作中の高速域において、ドア２ａ、２ｂが障害物に衝突して、ドア２ａ、２ｂが停止し、その後に障害物が除去されて、再び開または閉動作を再開した場合のドア２ａ、２ｂの速度、印加電圧、制限値の変化を示したものである。この図から明らかなように、障害物に衝突するまで、モータ４への印加電圧よりも制限値の方が大きく、速度指令値Ｖｃｍに基づく速度でモータ４は回転している。従来の制御方式ではドア２ａ、２ｂが障害物に衝突してモータ４の回転が遅くなると、印加電圧は上昇を始め、モータ４の回転が停止すると更に上昇する。このときモータ４に流れる電流も上昇することになる。しかし、本方式では図示したとおりモータ４の回転が遅くなったことに基づき、制限値が低下を始め、モータ４の回転が停止した状態では制限値は最も小さな値になっている。そして、印加電圧は、この制限値に等しい値となり、それ以上の値とはならないように制御される。従って、過大な電流が流れることが無いので、モータ４やドライバユニット１０が劣化したり、焼損したりすることはない。やがて、障害物が除去され、モータ４が再び回転を始めると、制限値は上昇し、ドア２ａ、２ｂは所定の速度で走行を再開する。
【００２７】
上記の説明では、制限値ＶＬを決定する因子である許容トルクＴａは、予め定められた一定値であるとした。しかし、モータ４やモータドライブユニット１０の設置場所によっては、放熱が充分に行われず、モータ４やモータドライブユニット１０の内部抵抗値が変化することがある。内部抵抗値が変化すると、許容トルクが変化する。そこで、モータ４やモータドライブユニット１０に温度センサ２２、２４を設け、これら温度センサ２２、２４によってモータ４やモータドライブユニット１０の温度を測定し、その温度に対応した許容トルクを決定し、この決定された許容トルクと回転数とに基づいて制限値ＶＬを決定することもできる。この場合、メモリユニット１８に、予めモータ４、モータドライブユニット１０の温度と許容トルクとのテーブルを用意しておき、温度センサ２２、２４の出力に対応する許容トルクをＣＰＵ１４が読み出すようにすることができる。なお、温度センサ２２、２４はいずれか一方だけ設けることも可能である。
【００２８】
上記の実施の形態では、印加電圧から変換したＰＷＭ信号をモータ４に供給して速度制御を行ったが、これに限ったものではなく、例えばモータ４に供給する電圧自体を直接に変化させることもできる。上記の実施の形態では、スライディングドアに本発明を実施したが、これに限ったものではなく、例えば回転ドアに本発明を実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の１実施形態の自動ドア装置のブロック図である。
【図２】図１の自動ドア装置における速度制御状態を示す図である。
【図３】図１の自動ドア装置におけるモータの保護の原理を説明する図である。
【図４】図１の自動ドア装置のモータ保護に関する動作のフローチャートである。
【図５】図１の自動ドア装置においてモータ保護が行われた場合の速度、制限値、印加電圧の変化状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  制御装置
２ａ、２ｂ  ドア
６  ロータリエンコーダ（計測部）
１４  ＣＰＵ（計測部、制御部）
【図１】
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【図２】
2006104781.tif 000004
【図３】
2006104781.tif 000005
【図４】
2006104781.tif 000006
【図５】
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