(57)【要約】【課題】簡単な構成でドアの閉方向の速度を抑制するドアクローザを得る。【解決手段】回転器５０のステータ５６に設けているコイル６０には、静電容量Ｃのコンデンサ６２が接続されて閉じられた共振回路６４が形成されている。回転器が設けられたドアクローザは、ドアが閉方向へ回転する場合に、ドアの速度に応じた回転速度で回転器のロータ５４を回転するように回転力が伝達される。回転器では、ロータが回転することでコイルに周期的に変化する誘導起電力に応じた逆起電力が生じ、回転器のロータに、回転速度を抑える方向へ回転力を付与する。これにより、ドアクローザは、ロータの回転速度が抑えられ、回転速度が抑えられたロータが、ドアを制動するように速度を抑制する。【選択図】図４
2015001126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制動対象に連結され該制動対象の移動速度に応じた回転速度で回転されるロータ、及び前記ロータの回転に同期した周期で前記回転速度に応じた誘導起電力を発生するコイルを有するステータを備えた回転器と、
前記コイル及び該コイルに接続したコンデンサにより閉じた回路として形成され、前記コイルに生じる逆起電力により前記ロータの回転速度を抑制する回転力を付与することで前記制動対象の移動を制動するための制動回路と、
を含む制動装置。
【請求項２】
前記コンデンサの静電容量が、予め設定した前記ロータの回転速度において、前記回転速度を抑制する回転力を最大とするように設定された、請求項１記載の制動装置。
【請求項３】
前記コンデンサの静電容量が、前記閉じた回路の共振周波数が、予め設定した前記ロータの回転速度に対応する周波数となるように設定した、請求項１又は請求項２記載の制動装置。
【請求項４】
前記コンデンサの静電容量が、前記閉じた回路のインピーダンスを、予め設定した前記ロータの回転速度において最も低くなるように設定した、請求項１から請求３の何れか１記載の制動装置。
【請求項５】
前記コイルと前記コンデンサとを接続し、前記閉じた回路の電流値を調整する電流調整手段を含む、請求項１から請求項４の何れか１項記載の制動装置。
【請求項６】
開口部を開閉するドアと、
前記ドアの開方向及び閉方向の回転に応じて回転される入力軸と、
前記入力軸が前記ドアの前記開方向へ回転されることで付勢力を蓄勢し、蓄勢した付勢力により前記入力軸を前記ドアの前記閉方向へ回転させる付勢部と、
前記入力軸に連結され該入力軸の回転速度に応じた回転速度で回転されるロータ、及び前記ロータの回転に同期した周期で前記回転速度に応じた誘導起電力を発生するコイルを有するステータを備えた回転器と、
前記コイル及び該コイルに接続したコンデンサにより閉じた回路として形成され、前記コイルに生じる逆起電力により前記ロータの回転速度を抑制する回転力を付与することで前記入力軸の回転を制動するための制動回路と、
を含むドアクローザ。
【請求項７】
前記コンデンサの静電容量が、予め設定した前記ロータの回転速度において、前記回転速度を抑制する回転力を最大とするように設定された、請求項６記載のドアクローザ。
【請求項８】
前記コンデンサの静電容量が、前記閉じた回路の共振周波数が、予め設定した前記ロータの回転速度に対応する周波数となるように設定した、請求項６又は請求項８記載のドアクローザ。
【請求項９】
前記コンデンサの静電容量が、前記閉じた回路のインピーダンスを、予め設定した前記ロータの回転速度において最も低くなるように設定した、
請求項６から請求８の何れか１記載の制動装置。
【請求項１０】
前記コイルと前記コンデンサとを接続し、前記閉じた回路の電流値を調整する電流調整手段を含む、請求項６から請求項９の何れか１項記載のドアクローザ。
【請求項１１】
前記入力軸と前記回転器の前記ロータとの間に、前記ドアの閉方向へ回転する前記入力軸の回転速度を増速して前記ロータに伝達する増速手段を含む請求項６から請求項１０の何れか１項記載のドアクローザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制動装置及びドアクローザに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ドアに取り付けられるドアクローザ（door  closer）は、ドアを開く際に入力軸が回転されることで、ドアの閉方向への付勢力を蓄勢する。これにより、ドアクローザは、蓄勢した付勢力によりドアを閉方向へ回転させ、ドアが自動的に閉じられる。また、ドアクローザは、ドアの閉方向への回転速度を緩和し、ドアを滑らか回転させて閉じる制動装置として機能し、風に煽られるなどしてドアが急に閉じてしまうのを防止している。
【０００３】
特許文献１は、磁石を有するロータ及びコイルを有するステータを備える発電調速手段を用い、ドアを定速で閉じさせるドアクローザを開示している。特許文献１のドアクローザは、ドアが閉方向へ回転した際に、このドアの回転に応じてロータが回転することでステータコイルに発生する誘導起電力を、充電用コンデンサに充電し、充電用コンデンサを用いた昇圧チョッパ回路により直流電力に変換して、回転制御回路を動作させる。
【０００４】
特許文献１の回転制御回路は、ロータの回転速度が高くなることでコイルの誘導電圧が高くなると、コイルに接続している電界効果トランジスタのオンデューティを高くして、ロータの回転に対する制動力を大きくし、ドアが定速で閉じられるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３０００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ドアの回転により発生する誘導起電力を充電用コンデンサに充電して得られる電力を、ロータの回転を制御する回転制御回路の電力として用いるためには、回路の構成が複雑となり、かつ回転制御も複雑化してしまう。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みて成されたものであり、簡単な構成で所望の制動力が得られる制動装置及びドアクローザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の制動装置は、制動対象に連結され該制動対象の移動速度に応じた回転速度で回転されるロータ、及び前記ロータの回転に同期した周期で前記回転速度に応じた誘導起電力を発生するコイルを有するステータを備えた回転器と、前記コイル及び該コイルに接続したコンデンサにより閉じた回路として形成され、前記コイルに生じる逆起電力により前記ロータの回転速度を抑制する回転力を付与することで前記制動対象の移動を制動するための制動回路と、を含む。
【０００９】
本発明のドアクローザは、開口部を開閉するドアと、前記ドアの開方向及び閉方向の回転に応じて回転される入力軸と、前記入力軸が前記ドアの前記開方向へ回転されることで付勢力を蓄勢し、蓄勢した付勢力により前記入力軸を前記ドアの前記閉方向へ回転させる付勢部と、前記入力軸に連結され該入力軸の回転速度に応じた回転速度で回転されるロータ、及び前記ロータの回転に同期した周期で前記回転速度に応じた誘導起電力を発生するコイルを有するステータを備えた回転器と、前記コイル及び該コイルに接続したコンデンサにより閉じた回路として形成され、前記コイルに生じる逆起電力により前記ロータの回転速度を抑制する回転力を付与することで前記入力軸の回転を制動するための制動回路と、を含む。
【００１０】
本発明の制動装置及びドアクローザは、制動回路として回転器のコイルにコンデンサを接続した閉じた回路を形成し、ロータの回転速度に応じた逆起電力を生じさせ、この逆起電力によりロータの回転速度を抑制する。
【００１１】
コイル及びコンデンサを含む閉じた回路は、電源を含まず、かつ電力が入力されない回路を示す。コイル及びコンデンサを含む閉じた回路は、ＬＣ共振回路を含む。
【００１２】
前記コンデンサの静電容量は、予め設定した前記ロータの回転速度において、前記回転速度を抑制する回転力を最大とするように設定することができる。
【００１３】
また、前記コンデンサの静電容量が、前記閉じた回路の共振周波数が、予め設定した前記ロータの回転速度に対応する周波数となるように設定することができる。
【００１４】
また、前記コンデンサの静電容量は、前記閉じた回路のインピーダンスを、予め設定した前記ロータの回転速度において最も低くなるように設定することができる。
【００１５】
さらに、本発明の制動装置及びドアクローザは、前記コイルと前記コンデンサとを接続し、前記閉じた回路の電流値を調整する電流調整手段を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の制動装置発明によれば、回転器のロータに設けているコイルにコンデンサを接続する簡単な構成で、制動対象の移動を制動することができる。
【００１７】
また、本発明のドアクローザは、回転器のロータに設けているコイルにコンデンサを接続する簡単な構成で、ドアを閉じる際の回転を的確に制動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は、本実施形態に係るドアの要部を示す正面図、（Ｂ）は、ドアの開閉を示す概略平面図である。
【図２】クローザ本体を示す概略構成図である。
【図３】（Ａ）はクローザ本体の要部を示す概略平面図、（Ｂ）はクローザ本体の要部を示す概略断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る制動回路を示す概略構成図である。
【図５】第１の実施形態に係る制動回路におけるコンデンサの静電容量に応じたロータの回転速度に対する制動トルクの計測結果を示す線図である。
【図６】第２の実施形態に係る制動回路を示す概略構成図である。
【図７】第２の実施形態に係る制動回路におけるコンデンサの静電容量に応じたロータの回転速度に対する制動トルクの計測結果を示す線図である。
【図８】第３の実施形態に係る制動回路を示す概略構成図である。
【図９】第４の実施形態に係る制動回路を示す概略構成図である。
【図１０】可変抵抗回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
【００２０】
図１（Ａ）には、第１の実施形態に係るドア（開き戸）１０の要部を示す。ドア１０は、建造物等の壁部１２に設けられた扉枠（以下、ドア枠とする）１４に取り付けられる。ドア１０は、幅方向（図１（Ａ）の紙面左右方向）の一端側が、複数のヒンジ１６を介してドア枠１４に連結されて取り付けられ、ヒンジ１６を軸に回転し、ドア枠１４によって形成される壁部１２の開口部（図示省略）を開閉する。
【００２１】
ドア１０には、ドアクローザ２０が取り付けられている。ドアクローザ２０は、クローザ本体２２、ブラケット２４、第１アーム２６及び第２アーム２８を含む。ドアクローザ２０は、クローザ本体２２が、例えば、ドア１０の室内側上端部に取り付けられ、ブラケット２４が、ドア枠１４の上縁に取り付けられる。
【００２２】
クローザ本体２２には、上面に入力軸３０が突出されており、クローザ本体２２は、入力軸３０に第１アーム２６の一端が一体回転するように連結されている。第１アーム２６は、他端にピン３２が設けられ、第１アーム２６は、ピン３２に第２アーム２８の一端が回転自在に連結されている。また、ブラケット２４には、ピン３４が設けられ、このピン３４に、第２アーム２８の他端（第１アームと反対側の端部）が回転自在に連結されている。
【００２３】
これにより、ドアクローザ２０は、ヒンジ１６により連結されたドア１０とドア枠１４との間に、第１アーム２６及び第２アーム２８を用いてリンク機構を形成する。また、ドアクローザ２０は、ドア１０の開閉動作の際のドア１０の開方向及び閉方向の回転に応じて入力軸３０が正逆回転すると共に、ドア１０の開閉速度に応じた回転速度で入力軸３０が回転する。
【００２４】
図１（Ｂ）に示すように、ドア１０は、破線で示す閉位置と、一点鎖線で示す開位置（例えば、閉位置に対して開度が９０°となる位置）との間を、ヒンジ１６を軸に、開方向（矢印Ｄｏ方向）、及び閉方向（矢印Ｄｃ方向）へ回転操作される。ドアクローザ２０には、第１リンク２６と第２リンク２８との間、又はブラケット２４と第２リンク２６との間等にドア１０の回転範囲を制限する機構が設けられている。このようなドアクローザ２０の構成は、公知の一般的構成を適用することができる。
【００２５】
図２に示すように、クローザ本体２２は、ケーシング３６を備え、ケーシング３６から入力軸３０の先端部が突出されている。入力軸３０は、例えば、先端部の軸直角方向の断面が四角形等の非円形に形成され、この先端部に第１アーム２６が連結されることで、入力軸３０が第１アーム２６と一体回転する。
【００２６】
クローザ本体２２には、ケーシング３６の内部に、付勢部３８、ギア部４０及び制動部４２が設けられている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、付勢部３８の一例を示している。なお、図３（Ａ）は、入力軸３０の軸方向から見た付勢部３８の概略平面図を示し、図３（Ｂ）には、入力軸３０の軸方向に沿う付勢部３８の要部の概略断面を示している。
【００２７】
図２及び図３（Ａ）に示すように、クローザ本体２２は、入力軸３０が付勢部３８を貫通するように配置されている。また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、付勢部３８には、付勢手段の一例として渦巻きばね４４が設けられている。図３（Ｂ）に示すように、渦巻きばね４４は、外周端４４Ａがケーシング３６の内面の所定位置に係止され、内周端４４Ｂが入力軸３０に係止されている。渦巻きばね４４は、入力軸３０が、ドア１０の開方向の回転により巻き締められ、入力軸３０をドア１０の閉方向へ回転する付勢力を蓄積する（蓄勢）。また、渦巻きばね４４は、蓄勢した付勢力により入力軸３０をドア１０の閉方向へ回転するように付勢する。
【００２８】
ドアクローザ２０は、付勢部３８によるドア１０の閉方向への付勢力により入力軸３０を回転させて、この入力軸３０の回転を、第１アーム２６及び第２アーム２８を介してブラケット２４に伝達し、ヒンジ１６を軸にドア１０を閉方向に回転する。これにより、ドア１０は、ドアクローザ２０により自動的に閉じられる。なお、付勢部３８に用いる付勢手段としては、渦巻きばね４４に限らず、例えば、コイルばねなどの他の付勢手段を用いることができる。また、付勢部３８としては、入力軸３０のドア１０の開方向への回転により蓄勢し、蓄勢力により入力軸３０をドア１０の閉方向へ回転する任意の構成を適用できる。
【００２９】
図２に示すように、付勢部３８を貫通している入力軸３０の先端部（下端部）は、ギア部４０に達している。ギア部４０は、複数のギアによる歯車列が形成されており、入力軸３０の回転速度を増速して出力する。
【００３０】
ギア部４０は、一例として大径のギア４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、及び小径のギア４６Ｄ、４６Ｅ、４６Ｆを含む。なお、大径のギア４６Ａ〜４６Ｃは、小径のギア４６Ｄ〜４６Ｆより直径が大きくかつ歯数が多くなっている。
【００３１】
ギア部４６は、大径のギア４６Ａが入力軸３０に連結されて入力軸３０と一体で回転する。このギア４６Ａには、小径のギア４６Ｄが噛み合わせられている（歯合）。また、ギア４６Ｄは、ギア４６Ｂと同軸上に配置されて、ギア４６Ｄとギア４６Ｂとが一体に回転する。ギア４６Ｅは、シャフト４８に設けられて、ギア４６Ｂに歯合されている。また、シャフト４８には、ギア４６Ｃが取り付けられて、ギア４６Ｅの回転に応じてギア４６Ｃが回転可能となっている。さらに、ギア４６Ｃには、ギア４６Ｆに歯合されており、ギア４６Ｃの回転に応じてギア４６Ｆが回転する。
【００３２】
これにより、ギア部４０は、入力軸３０が回転することにより、入力軸３０の回転がギア４６Ａから最終段のギア４６Ｆに伝達可能となっている。ギア部４０は、ギア４６Ａに入力される回転速度（入力軸３０の回転速度）がギア４６Ｆに伝達される場合、ギア４６Ａ〜ギア４６Ｆの各々の歯数に応じて、入力軸３０の回転速度が増速されて最終段のギア４６Ｆが回転される。
【００３３】
ここで、ギア部４０は、大径のギア４６Ｃにワンウエイクラッチ機構（図示省略）を設けている。ワンウエイクラッチ機構は、シャフト４８がドア１０の閉方向へ回転する場合、この回転をギア４６Ｃに伝達するが、シャフト４８がドア１０の開方向へ回転する場合、ギア４６Ａとシャフト４８とを相対回転させる。
【００３４】
これにより、ギア部４０は、ドア１０が開かれる場合に最終段のギア４６Ｆが回転を停止し、ドア１０が閉じられる場合に最終段のギア４６Ｆが回転する。なお、ギア４６Ｃに設けるワンウエイクラッチ機構は、公知の構成を適用することができ、ここでは、詳細な説明を省略する。また、ワンウエイクラッチ機構は、ギア４６Ｃに限らず、ギア４６Ａ〜４６Ｆの何れに設けても良く、また、ギア部４０は、入力軸３０がドア１０の閉方向へ回転される場合に、最終段のギア４６Ｆが回転する構成で有れば任意の構成を適用することができる。
【００３５】
図２及び図４に示すように、制動部４２は、回転器５０及び制動回路５２（図４参照）を備える。図２に示すように、回転器５０は、ロータ５４及びステータ５６を備え、ロータ５４のロータ軸５４Ａにギア部４０のギア４６Ｆが連結されている。これにより、制動部４２の回転器５０は、ドア１０が閉じられる場合に、ドア１０の回転速度に応じた回転速度でロータ５４が回転する。
【００３６】
ロータ５４には、ロータ軸５４Ａに複数対の永久磁石５８Ｎ、５８Ｓが取り付けられている。また、ステータ５６には、複数のコイル６０が設けられている。回転器５０は、ロータ５４が回転することで、ステータ５６のコイル６０の各々に誘導起電力が生じる。このような回転器５０としては、同期電動機及び同期発電機などの同期機を用いることができる。第１の実施形態では、一例として、同期電動機の一種であるステッピングモータを用いている。なお、図４に示すように、第１の実施形態に適用した回転器５０（ステッピングモータ）は、ステータ５６にコイル６０Ａ、６０Ｂを備えた所謂２相モータとしている。以下では、コイル６０Ａ、６０Ｂを総称する場合、コイル６０と表記する。
【００３７】
図４に示すように、制動回路５２は、回転器５０のコイル６０の各々について、コンデンサ６２を設けている。制動回路５２は、コイル６０の両端子を、コンデンサ６２により接続することで、コイル６０とコンデンサ６２を含む閉じた回路が形成されている。閉じた回路は、外部からの電力の入力がなく、かつ外部への電力の出力もない回路をさす。なお、以下では、この閉じた回路を共振回路６４とする。また、第１の実施形態では、コイル６０Ａ側とコイル６０Ｂ側とを同等の構成としており、以下では、区別せずにコイル６０として説明する。
【００３８】
共振回路６４の各々は、コイル６０（コイル６０Ａ、６０Ｂ）に誘導起電力が発生することで、コンデンサ６２が充電される。また、共振回路６４は、コイル６０に発生する誘導起電力の極性が変化することで、コンデンサ６２に充電された電力が放電される。この際に、共振回路６４が閉じられた回路となっていることで、コイル６０に逆起電力が生じる。このコイル６０に生じる逆起電力は、回転器５０のロータ５４の回転速度を抑える方向への回転力（トルク）を付与する。
【００３９】
回転器５０は、入力軸３０からロータ５４に入力される回転力が、コイル６０に生じるロータ５４を反対方向へ回転する回転力（以下、制動トルクとする）を上回っていることで、入力軸３０と共にロータ５４が回転する。この際、回転器５０は、制動トルクによってロータ５４の回転速度が抑えられることで、入力軸３０の回転速度を抑制する。
【００４０】
すなわち、回転器５０においては、ロータ５４に生じるトルクは、コイル６０を流れる電流値ｉに応じて変化し、電流値ｉが減少することで回転トルクが減少し、電流値ｉが増加することで回転トルクが増加する。従って、ロータ５４を回転させる際に必要なトルクは、電流値ｉに応じて変化し、ロータ５４を回転させる際の制動トルクとして作用する。なお、回転器５０において、電流値ｉは、ロータ５４の回転速度に応じた周期で変化しており、以下では、電流値の平均値を電流値ｉとして説明する。
【００４１】
一般に、図１（Ｂ）に示すように、ドア１０を閉方向へ回転する場合の角速度をｒ（rad／sec）、ドア１０の幅Ｗ（ｍ）とすると、ドア１０の先端が閉方向へ移動する速度ｖ（ｍ／sec）は、ｖ＝Ｗ・ｒとなる。
【００４２】
ドア１０が閉じられる場合、第１アーム２６及び第２アーム２８を介すことで、ドア１０に取り付けられたドアクローザ２０の入力軸３０は、ドア１０の動きに応じた回転速度で回転する。また、ドアクローザ２０に設けている回転器５０のロータ５４は、入力軸３０の回転速度に応じた回転速度（単位時間当たりの回転数、ｒｐｍ）で回転する。回転器５０に生じる制動トルクは、ロータ５４の回転速度を抑える。
【００４３】
ドア１０の速度ｖに応じて回転器５０のロータ５４を回転させようとしたときに、回転器５０のロータ５４が制動トルクにより抑制された回転速度（以下、回転速度Ｎとする）で回転することで、ドア１０の速度ｖが制動される。
【００４４】
ここから、ドアクローザ２０では、ドア１０を閉じる際に、予め設定した速度ｖ（角速度ｒ）において、所望の制動トルクが得られるように、制動回路５２に設けるコンデンサ６２の静電容量Ｃを設定している。
【００４５】
以下に、ドアクローザ２０の動作、及びドアクローザ２０に設けた制動回路５２を説明する。
【００４６】
ドアクローザ２０は、ドア１０の開操作（開方向への回転操作）が行われると、ドア１０の開方向への回転に応じて入力軸３０が回転する。ドアクローザ２０は、ドア１０の開方向への入力軸３０の回転に伴い、渦巻きばね４４が巻き締めされる。これにより、ドアクローザ２０には、ドア１０を閉方向へ付勢する付勢力が蓄勢される。
【００４７】
この後、ドア１０の開操作を終了し、ドア１０から手を離すか、ドア１０の閉操作を行うことで、ドアクローザ２０は、付勢部３８に蓄勢された付勢力により、入力軸３０がドア１０の閉方向へ回転する。これにより、ドア１０は、ドアクローザ２０により閉方向へ回転され、自動的に閉じられる。
【００４８】
ところで、ドアクローザ２０には、制動部４２に回転器５０が設けられている。ドアクローザ２０は、ドア１０が開方向へ回転される場合、回転器５０のロータ５４の回転を停止させているが、ドア１０が閉方向へ回転すると、入力軸３０の回転がギア部４０を介して回転器５０のロータ５４に伝達され、ロータ５４をドア１０の閉方向への速度ｖに応じた回転速度で回転させようとする。
【００４９】
制動部４２には、制動回路５２が設けられ、制動回路５２に、回転器５０のステータ５４に設けられているコイル６０にコンデンサ６２を接続して閉じた回路（共振回路６４）が形成されている。
【００５０】
これにより、回転器５０のロータ５４が回転すると、回転器５０のコイル６０には、ロータ５４の回転速度に応じて誘導起電力が生じ、誘導起電力がロータ５４の回転に応じて周期的に変化することで逆起電力が生じる。この逆起電力は、ロータ５４の回転力を抑制する制動トルクとして作用する。
【００５１】
したがって、回転器５０のロータ５４は、制動トルクにより制動された回転速度Ｎで回転し、このロータ５４の回転速度でロータ５４が入力軸３０を回転させることで、入力軸３０の回転速度を抑える（入力軸３０の回転速度が制動される）。これにより、ドアクローザ２０は、入力軸３０に連結されたドア１０が閉じられる際の、ドア１０の速度ｖ（角速度ｒ）を制動する。
【００５２】
ここで、制動回路５２には、閉じた回路としてコイル６０にコンデンサ６２を接続した共振回路６４を形成し、ロータ５４の回転速度Ｎに応じてインピーダンスＺが変化するようにしている。共振回路６４は、インピーダンスＺが変化することで、コイル６０の電流値ｉが変化する。回転器５０は、コイル６０の電流値ｉが変化することで、制動トルクも変化する。
【００５３】
共振回路６４には、インダクタンスＬのコイル６０、静電容量（キャパシタンス）Ｃのコンデンサ６２、及びコイル６０の抵抗値等を含む抵抗値Ｒの抵抗器６６を有する。
【００５４】
この共振回路６４の出力インピーダンスＺは、一般に（１）式で求められる。また、インピーダンスＺの位相角θｚは、（２）式で表される。
【００５５】
【数１】
2015001126.tif 000003
【００５６】
電流値ｉは、インピーダンスＺを最小とすることで最小となる。電流値ｉを最小とするためには、位相角θｚを最小（θｚ＝０）とすれば良く、位相角θｚを最小とする角周波数ω（共振角周波数ω０）は、（３）式により得られる。
【００５７】
また、角周波数ω＝２πｆから、位相角θｚを最小とする共振周波数ｆ０（Ｈｚ）は、（４）式により得られる。
【００５８】
【数２】
2015001126.tif 000004
【００５９】
従って、位相角θｚを最小とするインピーダンスＺが得られるようにコンデンサ６２の静電容量Ｃを設定することで、共振角周波数ω０において大きな制動トルクが得られる。また、位相角θｚを最小とするコンデンサ６２の静電容量Ｃは、共振回路６４において周波数ｆを共振周波数ｆ０とする静電容量Ｃとなる。
【００６０】
共振回路６４の周波数ｆ（Ｈｚ）と、回転器５０のロータ５４の回転速度Ｎ（ｒｐｍ）との関係は、ロータ５４の極数（磁石５８Ｎ、５８Ｓの数）をＰとすると、Ｎ＝（１２０・ｆ）／Ｐとなる。また、ドア１０と回転器５０との間では、ドア１０の動き、及びギア部４０の増速比（ロータ５４側から見た減速比）等に応じた回転速度Ｎでロータ５４が回転される。
【００６１】
ここで、コンデンサ６２の静電容量Ｃに応じた回転器５０の回転速度Ｎに対する制動トルク計測結果を示す。ここで、制動トルクは、ロータ５４を回転させるのに必要な回転トルクとなる。
【００６２】
本計測は、測定対象の回転器５０として、極数Ｐ＝１００（Ｎ、Ｓ各極５０）の２相ステッピングモータを用いている。測定対象のステッピングモータは、各コイル（コイル６０）のインダクタンスＬ＝１．９５（ｍＨ）（ＬＣＲメータを用いて８３０Ｈｚで測定）、内部抵抗値が１．９（Ω）となっている。ここで、共振回路６４に抵抗値が１０（Ω）の抵抗器を接続して計測を行っている。
【００６３】
また、計測は、駆動電圧に応じた回転数（回転速度）が得られる駆動モータを用い、駆動モータの駆動電圧を変えることで、駆動モータの回転数（回転速度）を変化させる。
【００６４】
制動トルクは、計測対象のロータ軸５４Ａと駆動モータの出力軸（ロータ軸）をトルクケーブルで接続し、非接触式回転計を用いてトルクケーブルの回転を計測して求める。また、制動トルクの計測は、コンデンサ６２の静電容量Ｃを、２０μＦ、３０μＦ、４０μＦ、及び４７μＦについて行っている。また、比較例として、コンデンサ６２を除いたＬＲ回路を形成して行っている。
【００６５】
図５に示すように、コンデンサ６２を用いていない比較例では、回転速度Ｎの上昇に応じて制動トルクが増加するが、比較的低い回転速度Ｎにおいて制動トルクが飽和し、制動トルクの上昇が止まる。また、比較例では、制動トルクの最大値も比較的低い値となっている。さらに、比較例では、電流に位相ずれが生じることで回転速度Ｎが高くなっても制動トルクが変化（増加）しない飽和状態が生じる。
【００６６】
すなわち、回転器５０のコイル６０の両端を短絡することで、誘導起電力及び逆起電力を生じさせることができるが、比較的低い回転速度で制動トルクが飽和し、かつ、制動トルクの最大値も比較的低い値となっている。このために、例えば、ドア１０の速度ｖが急に増加した場合、速度の増加を抑えられなくなることがある。
【００６７】
これに対して、コンデンサ６２を設けた共振回路６４を用いると、比較例に比べて制動トルクの最大値が大きくなる。また、コンデンサ６２を用いると、コンデンサ６２の静電容量Ｃが低くなるにしたがって、制動トルクの最大値が高くなる。
【００６８】
さらに、コンデンサ６２を用いると、コンデンサ６２の静電容量Ｃに応じて、制動トルクが最大値となる回転速度が変化し、静電容量Ｃが低くなるにしたがって、制動トルクの最大値が得られる回転速度Ｎが高くなる。また、低い回転速度Ｎでは、コンデンサ６２を用いることで、比較例に比較して制動トルクも低くなる。
【００６９】
回転器５０の回転速度Ｎに対する制動トルクの変化特性は、ドアクローザ２０の制動特性に対応し、コンデンサ６２を用いた共振回路６４を形成することで、回転速度Ｎが低い領域では、回転器５０の制動トルクを低くし、回転速度Ｎが高い領域では、大きな制動トルクが得られるようにすることができる。
【００７０】
従って、ドアクローザ２０は、ドア１０の制動を行う速度ｖの範囲のうちで最大の速度、及び当該速度における制動トルクを定め、これに基づいてコンデンサ６２の静電容量Ｃが設定されれば、ドア１０の速度ｖを、所望の状態に制動して、ドア１０を滑らかに閉止することができる。
【００７１】
なお、（１）式に示すように、インピーダンスＺは、抵抗値Ｒによっても変化し、（４）式に示すように、共振周波数ｆ０は、コイル６０のインダクタンスＬによっても変化する。従って、ドアクローザ２０は、共振回路６４のコンデンサ６２の静電容量Ｃに加え、抵抗値Ｒ、及びコイル６０のインダクタンスＬを含めてインピーダンスＺ及び共振周波数ｆ０を設定することで、ドア１０の速度ｖに対する制動特性の設定の自由度が広がる。
【００７２】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態を説明する。なお、第２の実施形態において、前記した第１の実施形態と同等の機能部品については、第１の実施形態と同一の符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
図６には、第２の実施形態に係る制動部７０の一例を示している。制動部７０は、制動部４２の回転器５０に替えて回転器７２を用いている。また、制動部７０は、制動部４２の制動回路５２に替えて制動回路７４を用いている。
【００７４】
回転器７２は、同期電動機の一例として３相交流モータを用いている。回転器７２のステータ５６には、Ｕ相のコイル７６Ｕ、Ｖ相のコイル７６Ｖ、及びＷ相のコイル７６Ｗ（以下、総称する場合、コイル７６とする）が設けられ、コイル７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗが所謂Ｙ接続（スター接続）されている。
【００７５】
制動回路７４は、３台のコンデンサ７８を備え、コンデンサ７８により回転器７２の、Ｕ相のコイル７６ＵとＶ相のコイル７６Ｖとの間、Ｖ相のコイル７６ＶとＷ相のコイル７６Ｗとの間、及びＵ相のコイル７６ＵとＷ相のコイルＷとの間の各々を接続している（所謂Δ接続）。
【００７６】
これにより、制動回路７４は、コイル７６Ｕとコイル７６Ｖとコンデンサ７８とが接続された閉じた回路、コイル７６Ｖとコイル７６Ｗとコンデンサ７８とが接続された閉じた回路、及びコイル７６Ｕとコイル７６Ｗとコンデンサ７８とが接続された閉じた回路（以下、共振回路とする）が形成されている。なお、各共振回路においては、各コイル７６が所定の抵抗値を有するが、図６では、コイル７６が有する抵抗値に対応する抵抗器の図示を省略している。
【００７７】
制動部７０では、回転器７２のロータが回転される際に、逆起電力による制動トルクが生じる。制動部７０では、ドア１０の所望の速度ｖにおいて、適切な制動トルクが得られるように制動回路７４のコンデンサ７８の静電容量Ｃが設定される。
【００７８】
ここで、コンデンサ７８の静電容量Ｃに応じた、回転器７２の回転速度に対する制動トルクの計測結果を示す。
【００７９】
本計測は、測定対象の回転器７２として、極数Ｐ＝８（Ｎ、Ｓ各極４）の３相交流モータを用いている。測定対象の３相交流モータは、コイル７６Ｕとコイル７６Ｖとの間、コイル７６Ｖとコイル７６Ｗとの間、及びコイル７６Ｕとコイル７６Ｗとの間のインダクタンスＬ＝３．４（ｍＨ）（ＬＣＲメータを用いてＷ相とＵ相間を７０Ｈｚで測定）、内部抵抗値が１．９（Ω）（Ｗ相とＵ相間を計測）となっている。
【００８０】
また、計測は、前記した第１の実施形態と同一の方法で行っている。また、計測は、コンデンサ７８の静電容量Ｃを、２０００μＦ、１５００μＦ、１３００μＦ、及び１０００μＦについて行っている。また、比較例として、コンデンサ７８を除いた回路（Ｕ、Ｖ、Ｗの各相間を短絡させた回路）を形成して行っている。
【００８１】
図７に示すように、コンデンサ７８を用いていない比較例では、回転速度Ｎの上昇に応じて制動トルクが増加するが、比較的低い回転速度Ｎにおいて制動トルクが飽和し、制動トルクの上昇が止まり、また、制動トルクの最大値も比較的低い値となっている。
【００８２】
これに対して、コンデンサ７８を設けた制動回路７４を用いると、比較例に比べて制動トルクの最大値が大きくなる。また、コンデンサ７８を用いると、コンデンサ７８の静電容量Ｃが低くなるにしたがって、制動トルクの最大値が高くなる。
【００８３】
さらに、コンデンサ７８を用いると、コンデンサ７８の静電容量Ｃに応じて、制動トルクの最大値の回転速度が異なり、静電容量Ｃが低くなるにしたがって、制動トルクの最大値が得られる回転速度Ｎが高くなる。また、低い回転速度Ｎでは、コンデンサ７８を用いる場合、比較例に比較して制動トルクも低くなる。
【００８４】
このように、コンデンサ７８を用いた制動回路７４を形成することで、回転速度Ｎが低い領域では、回転器７２の制動トルクを低くし、回転速度Ｎが高い領域では、回転器７２により大きな制動トルクが得られるようにすることができる。
【００８５】
従って、ドアクローザ２０は、制動部４２に替えて制動部７０を用いても、ドア１０の制動を行う速度ｖの範囲及び当該範囲における制動トルクを定め、これに基づいてコンデンサ６２の静電容量Ｃを設定することで、ドア１０の速度ｖを、所望の状態に制動して、ドア１０を滑らか閉じることができる。
【００８６】
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態を説明する。なお、第３の実施形態の基本的構成は、前記した第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態と同様の機能部品については、第１の実施形態と同一の符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
図８には、第３の実施形態に係る制動部８０の一例を示している。制動部８０は、制動回路５２に替えて制動回路８２を用いている。制動回路８２は、抵抗器６６に替えて、抵抗可変回路８４を用いている。抵抗可変回路８４は、整流器８６を備え、整流器８６がコイル６０とコンデンサ６２との間に接続されている。なお、図８では、共振回路６４Ａにおいて、コイル６０が有する抵抗値に対応する抵抗器の図示を省略している。
【００８８】
整流器８６は、例えばダイオード８６Ａがブリッジ接続されて形成され、直流電圧を出力する。抵抗可変回路８４は、各コイル６０の整流器８６の出力側が互いに接続され、さらに、可変抵抗器８８が接続されている。可変抵抗器８８は、整流器８６の各々から、一端側に正電圧が入力され、他端側に負電圧が入力される。
【００８９】
このように形成している抵抗可変回路８６では、一つの可変抵抗器８８を操作することで、コイル６０Ａ、６０Ｂの各々の共振回路６４Ａの抵抗値Ｒを同時にかつ同等の抵抗値Ｒに変更することができる。
【００９０】
（１）式及び（２）式に示すように、インピーダンスＺ及び位相差θｚは、抵抗値Ｒに応じて変化する。
【００９１】
【数３】
2015001126.tif 000005
【００９２】
従って、抵抗値Ｒを変更することで、回転器５０の制動トルクの変化特性を変えることができる。この際、抵抗可変回路８６は、コイル６０Ａ側とコイル６０Ｂ側との間のバランスを保った状態で抵抗値Ｒを変更することができる。
【００９３】
〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態を説明する。なお、第４の実施形態の基本的構成は、前記した第２の実施形態と同様であり、第２の実施形態と同様の機能部品については、第２の実施形態と同一の符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
図９には、第４の実施形態に係る制動部９０の一例を示している。制動部９０は、制動回路７４に替えて制動回路９２を用いている。制動回路９２は、Ｕ相の７６Ｕ、Ｖ相のコイル７６Ｖ、及びＷ相のコイル７６Ｗの各々にコンデンサ７８の一端が接続されている。また、制動回路９２は、抵抗可変回路９４を備え、コンデンサ７８の各々が抵抗可変回路９４に接続されている。なお、各コイル７６は、所定の抵抗値を有するが、図９では、対応する抵抗器の図示を省略している。
【００９５】
抵抗可変回路９４は、整流回路９６及び可変抵抗器８８を備える。整流回路９６は、ダイオード９６Ａによりコンデンサ７８の各々と可変抵抗器８８の両端とを接続している。整流回路９６は、コンデンサ７８の各々に接続されるダイオード９６Ａが、電流の向きが可変抵抗器８８の一端側と他端側とで異なるようになっており、可変抵抗器８８の一端側に正電圧を印加し、他端側に負電圧を印加する。
【００９６】
これにより、制動回路９２は、３台のコンデンサ７８が所謂Ｙ接続（スター接続）され、Ｕ相のコイル７６Ｕ、Ｖ相のコイル７６Ｖ、及びＷ相のコイル７６Ｗのうちの２つのコイルの組み合わせ毎に、２つのコンデンサ７８と可変抵抗器８８とによる閉じられた回路（共振回路）が形成されている。
【００９７】
このように形成している抵抗可変回路９４では、一つの可変抵抗器８８を操作することで、各共振回路の抵抗値Ｒを、各共振回路の間のバランスを保った状態で同時にかつ同等の抵抗値Ｒに変更することができる。
【００９８】
また、制動回路９０は、可変抵抗器８８の抵抗値Ｒが変更されることで、回転器７２の制動トルクの変化特性を変えることができる。
【００９９】
なお、第３及び第４の実施形態では、可変抵抗値８８を用いたが、ロータ５４の回転速度Ｎが高くなり大きな制動トルクが生じる場合、可変抵抗器８８の電流が増加する。
【０１００】
ここから、図１０には、可変抵抗器８８に替えて用いる可変抵抗回路１００を示す。この可変抵抗回路１００は、トランジスタ１０２及び可変抵抗器１０４を備える。可変抵抗回路１００は、トランジスタ１０２として、例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴが用いられる。トランジスタ１０２は、ドレインＤが整流器８６又は整流回路９６の正電圧側に接続され、ソースＳが負電圧側に接続される。可変抵抗器１０４は、抵抗素子がトランジスタ１０２のドレインＤとソースＳに接続され、摺動子がトランジスタ１０２のゲートＧに接続される。
【０１０１】
これにより、可変抵抗回路１００は、可変抵抗器１０４の摺動子の位置を操作することで、抵抗値Ｒが変えられる。この際、可変抵抗器１０４の抵抗値に応じてトランジスタ１０２で電流が流れ、可変抵抗回路１００の許容電流がトランジスタ１０２の許容電流により定まる。
【０１０２】
したがって、可変抵抗回路１００は、可変抵抗器１０４としてサーメットトリマ等の小型で小信号用（小電流用）の抵抗器を用いることができる。
【０１０３】
なお、ドアクローザ２０に設ける制動部には、回転器５０又は回転器７２を用いた電気的な制動機能に加え、遠心力を用いた摩擦ブレーキなどの機械的制動機能を合わせ持たせても良く、これにより、入力軸の回転速度の低い領域では、制動トルクを抑え、回転速度の上昇に伴って制動トルクを上昇させ、回転速度がさらに上昇した場合に、極めて大きな制動トルクが得られるようにすることができる。
【０１０４】
以上説明した本実施形態は、本発明を限定するものではない。本実施形態では、ドア１０を制動対象としたドアクローザ２０を例に説明したが、ドアに限らず、任意の制動対象の回転を制動する構成に適用することができる。この際、本実施形態では、ドア１０の閉方向という一方向の回転に対して制動をかけるようにしたがこれに限らず。入力軸の正転方向及び逆転方向の双方に対して制動をかけるように構成することもできる。この場合、ワンウエイクラッチ機構を省略すれば良い。
【０１０５】
また、本発明は、回転する制動対象に限らず、例えば、直線移動する制動対象に適用することもできる。この場合、制動対象の移動速度を入力軸又はロータ軸の回転速度に変換すれば良い。
【符号の説明】
【０１０６】
１０    ドア
２０    ドアクローザ
２２    クローザ本体
３０    入力軸
３８    付勢部
４０    ギア部
４２、７０、８０、９０    制動部
５０、７２    回転器
５２、７４、８２、９２    制動回路
５４    ロータ
５６    ステータ
６０（６０Ａ、６０Ｂ）、７６（７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ）    コイル
６２、７８    コンデンサ
６４、６４Ａ    共振回路
６６    抵抗器
８４、９４    抵抗可変回路
８８、１０４    可変抵抗器
１００    可変抵抗回路
【図１】
2015001126.tif 000006
【図２】
2015001126.tif 000007
【図３】
2015001126.tif 000008
【図４】
2015001126.tif 000009
【図５】
2015001126.tif 000010
【図６】
2015001126.tif 000011
【図７】
2015001126.tif 000012
【図８】
2015001126.tif 000013
【図９】
2015001126.tif 000014
【図１０】
2015001126.tif 000015