(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路開閉用の扉体を吊支する複数の支持部材の配置位置ごとにそれぞれ配設され、各支持部材を個別に動かす複数の駆動機構部と、
当該各駆動機構部で前記支持部材の変位を検出して電気的信号として出力する複数の位置検出器と、
当該各駆動機構部ごとに配設されて駆動機構部に駆動力を与える複数の電動機と、
当該各電動機に対応付けて配設され、前記位置検出器の出力信号に基づいて電動機をサーボ制御する複数の駆動制御部と、
前記各位置検出器の出力信号を監視して各電動機を同期運転させる制御指令を各駆動制御部に与える一又は複数の同期制御部とを備えることを
特徴とするゲート用開閉装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のゲート用開閉装置において、
前記駆動機構部で前記支持部材を直接駆動する最終段の出力軸が、中間の一又は複数の減速機構を介しつつ、前記電動機の出力軸と略同一軸線上に配置されることを
特徴とするゲート用開閉装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載のゲート用開閉装置において、
前記駆動機構部における前記減速機構が、差動歯車又は遊星歯車式の減速機であることを
特徴とするゲート用開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲート（水門）において扉体を動かし、水路を開閉するゲート用開閉装置に関し、特に、複数箇所でそれぞれ支持部材により吊下げ支持されるような大型幅広の扉体について、各支持部材の上下駆動を個別の駆動機構によりそれぞれ行う場合でも確実に同期運転させて扉体をスムーズに昇降動作させられるゲート用開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川や貯水池等から導水する水路に設けられ、開閉制御されて水の流れを調節するゲート（水門）は、近年、小型のものを除いて、電動機や油圧機構等で駆動される開閉装置を用いて扉体の開閉を行うのが一般的である。
【０００３】
大型のゲートの場合、幅広となる扉体を吊支するラックやスピンドル、チェーン、ワイヤ等の支持部材が扉体幅方向に複数配設されると共に、こうした支持部材を動かして扉体を上下させる駆動機構部を複数設置されるが、扉体各位置での移動を均一にする必要があるため、図４に例示するように、複数設置した駆動機構部１００、１０１を中間軸１０２で連結して連動状態とし、一つの駆動源（電動機）で各駆動機構部１００、１０１を駆動することで一様な開閉動作を行わせていた。このような従来のゲート用開閉装置の例として、特開平８−８５９３４号公報や特開平８−１６５６３４号公報に記載されるものがある。
【０００４】
従来のゲート用開閉装置では、図４に示すように、扉体１１０に連結された各支持部材１１１を動かす複数の駆動機構部１００、１０１のうち、駆動源である電動機１０３に隣接する駆動機構部１００が駆動側、これと中間軸１０１を介して連結されている駆動機構部１０１が従動側となる。
【特許文献１】特開平８−８５９３４号公報
【特許文献２】特開平８−１６５６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のゲート用開閉装置においては、前記特許文献に示すように、駆動側と従動側との中間軸による機械的な連結で、扉体を支持する各支持部材の一様な移動を確保し、扉体が適切に開閉動作を行えるようにしていたが、駆動側と従動側の各駆動機構部を適切に駆動力が伝達される状態で連結するためには、各駆動機構部の基台部分への取付精度が重要となる。加えて、扉体に取付けられる各支持部材同士が平行に配設される必要があり、支持部材の扉体への取付精度も確保する必要があり、こうした精度を確保するために取付や調整等の作業に手間がかかり、高コスト化につながっていた。
【０００６】
また、扉体が大型になればなるほど、駆動側から従動側の駆動機構部へ中間軸で伝達する駆動力も大きくなり、また、中間軸の長さも長くなる。ここで、中間軸の不必要な撓みや捻れ等による回転遅れが生じると各駆動機構部の動作のタイミングがずれ、支持部材を一様に移動させられず、扉体が平行に動かず傾いてスムーズに昇降できなくなることから、中間軸を捻れ等が生じない強度にすることと合わせて、中間軸を撓ませないよう軸中間位置での支持を行う必要がある。
【０００７】
中間軸の強度を高めるために軸を大型化すると、重量の増加した中間軸を回転させるのに必要な駆動力も増えることとなり、駆動装置の強化も必須となる。結果として、中間軸による駆動力伝達を採用した場合、ゲートが大型化すればするほど駆動系統各部の設置と運用にコストがかかってしまうという課題を有していた。
【０００８】
これに対し、複数の駆動機構部の中間軸による連結を行わず、各駆動機構部ごとにモータ等の駆動源を設けることも考えられるが、この場合、各駆動機構部の動作のタイミングがずれると、扉体が平行に動かず傾いて開閉動作が困難になるため、各機構部の動作を厳密に同期させる必要があるものの、各駆動機構部について同時に動作のＯＮ・ＯＦＦを行うような従来型の駆動制御では、各駆動機構部を同期させてスムーズに扉体の開閉動作を行わせるのは困難であるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、扉体を吊支する複数の支持部材に合わせて駆動機構部を個別に設けた場合に適切に同期制御を行い、各駆動機構部を同期動作させて扉体をスムーズに開閉動作させられると共に、駆動機構部の設置や取扱いも容易となるゲート用開閉装置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】
【００１０】
本発明に係るゲート用開閉装置は、水路開閉用の扉体を吊支する複数の支持部材の配置位置ごとにそれぞれ配設され、各支持部材を個別に動かす複数の駆動機構部と、当該各駆動機構部で前記支持部材の変位を検出して電気的信号として出力する複数の位置検出器と、当該各駆動機構部ごとに配設されて駆動機構部に駆動力を与える複数の電動機と、当該各電動機に対応付けて配設され、前記位置検出器の出力信号に基づいて電動機をサーボ制御する複数の駆動制御部と、前記各位置検出器の出力信号を監視して各電動機を同期運転させる制御指令を各駆動制御部に与える一又は複数の同期制御部とを備えるものである。
【００１１】
このように本発明によれば、扉体の各支持部材ごとの駆動機構部にそれぞれ駆動源となる電動機とその駆動制御部を配設し、且つ位置検出器を併用して電動機のサーボ制御を行わせる一方、電動機動作時の各位置検出器の出力信号を同期制御部でも監視し、この位置検出器の出力信号に基づいて同期制御部で各駆動機構部が同期して動作するように制御目標値をそれぞれ設定して各駆動制御部に指令し、各電動機を同期制御することにより、駆動源が独立した複数の駆動機構部で一つの扉体を適切に開閉駆動でき、扉体が大型化しても駆動機構部の数を増やして対応可能となり、駆動機構部間から中間軸等の連動用連結部材を排除してこれらによる諸問題の発生を防止でき、ゲート全体でコストダウンが図れる。また、各駆動機構部の機械的な連動がないことで、各駆動機構部ごとにそれぞれ対応する支持部材との位置関係の精度を確保すればよく、基台部分への駆動機構部の取付が容易且つ速やかに行え、設置の手間も軽減できる。
【００１２】
また、本発明に係るゲート用開閉装置は必要に応じて、前記駆動機構部で前記支持部材を直接駆動する最終段の出力軸が、中間の一又は複数の減速機構を介しつつ、前記電動機の出力軸と略同一軸線上に配置されるものである。
【００１３】
このように本発明によれば、駆動機構部において支持部材を駆動する出力軸が、電動機の出力軸と略同一軸線上に配置されることにより、入力から出力までの力の流れがシンプルなものとなり、駆動機構部全体の構造をコンパクト化できる。
【００１４】
また、本発明に係るゲート用開閉装置は必要に応じて、前記駆動機構部における前記減速機構が、差動歯車又は遊星歯車式の減速機とされるものである。
【００１５】
このように本発明によれば、駆動機構部の減速機構を差動歯車又は遊星歯車を用いた機構とし、入出力の切替えや減速比の調整が容易に行える仕組みとすることにより、電動機と非常時の手動との入力切換が簡略且つコンパクトな機構で実現できるなど、駆動機構部全体をコンパクトで軽量な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係るゲート用開閉装置を、図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るゲート用開閉装置の概略構成図、図２は本実施形態に係るゲート用開閉装置における駆動機構部の内部構造説明図、図３は本実施形態に係るゲート用開閉装置における制御系統のブロック図である。
【００１７】
前記各図において本実施形態に係るゲート用開閉装置は、扉体７０を吊支する複数の支持部材７１の配置位置ごとにそれぞれ配設され、各支持部材７１を個別に動かす複数の駆動機構部１０と、この駆動機構部１０で前記支持部材７１の変位を検出する位置検出器２０と、各駆動機構部１０ごとに配設されて駆動機構部１０に駆動力を与える複数の電動機３０と、この各電動機に対応付けて配設され、位置検出器２０の出力信号に基づいて電動機３０をサーボ制御する複数の駆動制御部４０と、各位置検出器２０の出力信号を監視して各電動機３０を同期させる制御指令を各駆動制御部４０に与える一又は複数の同期制御部５０とを備える構成である。
【００１８】
前記駆動機構部１０は、電動機３０から得た回転駆動力を減速機１２、１３を用いて減速しつつ支持部材７１の上下動の駆動力に変換して、この支持部材７１と連結した扉体７０を昇降（開閉）動作させる他、非常時における扉体７０の自重降下を許容するブレーキ機構１４や、手動ハンドル１１等の非常用駆動機構を備える構成である。この駆動機構部１０では、電動機３０と支持部材７１を直接駆動する最終段の出力軸１５との間の減速機構として、差動歯車や遊星歯車式の減速機１２、１３を用いることで、最終段の出力軸１５を電動機３０の出力軸３１と同一軸線上に配置しており、機構全体のコンパクト化を図っている。
【００１９】
なお、支持部材７１としてピンラックを用いる場合、この駆動機構部１０については、ピンラックに対してラックギヤ（ピニオン）１６を噛合させ、このラックギヤ１６を回転駆動してピンラックを上下動させ扉体７０を開閉する機構となるが、これに限定されるものではなく、支持部材がギヤラックやスピンドル、チェーン、ワイヤ等の場合には、それぞれに対応した適切な機構として用いられることは言うまでもない。
【００２０】
各駆動機構部１０は、基台部７２における支持部材７１の配置位置ごとに設置されるが、駆動機構部１０相互の機械的な連動がないため、設置時の精度確保が、対応する支持部材７１との相対位置精度のみ考慮すればよく、基台部７２への駆動機構部１０の設置が従来に比べ容易且つ速やかに行えることとなる。
【００２１】
前記位置検出器２０は、駆動機構部１０における減速機１３の出力側部分（出力軸１５と一体に回転する部分）に配設されて支持部材７１の変位を検出するもので、位置の変化を電気的変化に変換し、電気的信号として出力するエンコーダ等の公知のセンサである。この位置検出器２０は、駆動制御部４０に対し信号出力可能に接続され、この駆動制御部４０による電動機３０のサーボ制御に用いられると共に、駆動制御部４０を介して同期制御部５０にも接続され、変位の信号が同期制御に用いられる。
【００２２】
なお、この位置検出器２０は、駆動機構部１０の減速機１３出力側部分に電動機３０とは別個に配設するものとしているが、駆動機構部が電動機による駆動に限られる構成の場合、電動機の構成部品としてはじめから電動機と一体に設けられて外部にサーボ制御用の信号を出力するセンサ類を、そのまま位置検出器として利用するようにしてもかまわない。
【００２３】
前記電動機３０は、サーボ制御を行う駆動制御部４０と組で用いられるＡＣサーボモータであり、駆動機構部１０に連結配置され、駆動機構部１０の支持部材７１を昇降させる駆動力を発生させるものである。
【００２４】
前記駆動制御部４０は、位置検出器２０の出力信号から電動機３０の回転変位を演算取得し、これに基づいて電動機３０のサーボ制御を行う公知の制御手段であり、詳細な説明を省略する。この駆動制御部４０によるサーボ制御により、過負荷状態の検出等が容易に行え、従来のような出力軸等に併設したトルクスプリングと組のポテンショメータを用いて行う仕組みが不要となる。
【００２５】
駆動制御部４０では、位置検出器２０から出力された支持部材７１の変位信号から電動機３０の回転変位を演算取得することとなる。これは、電動機３０が動作している場合、位置検出器２０からは電動機３０の回転に同期した信号が出力されることによる。位置検出器２０からの出力信号は駆動制御部４０を介して同期制御部５０に送信される。
【００２６】
前記同期制御部５０は、各駆動機構部１０の駆動制御部４０とそれぞれケーブルによる有線通信、もしくは無線通信により相互に通信可能に配設され、各駆動機構部１０ごとの位置検出器２０の出力信号を受信して監視し、各電動機３０の同期ずれ状態を判別した上で、これを補正する制御指令を各駆動制御部４０に対し行い、これら各駆動制御部４０を介して各電動機３０を同期運転させる制御を行うものである。
【００２７】
この同期制御部５０は、外部で扉体開閉、停止等の操作入力を受けて各駆動機構部１０の動作指令信号を出力するコントロール部６０とも接続されており、同期制御部５０を介して駆動制御部４０に扉体７０の開閉動作に係る指令の信号が伝達され、電動機３０の駆動制御が行われる仕組みである。なお、コントロール部６０からの指令信号に基づいて、駆動制御部４０により電動機３０を作動状態とし、扉体７０を開閉動作させて所定の開度に到達させた後、駆動制御部４０により電動機３０を停止させるまでの、同期制御を含まない一連の基本的な動作制御については、公知の開度調整制御であり、詳細な説明を省略する。
【００２８】
次に、本実施の形態に係るゲート用開閉装置の同期運転動作について説明する。前提として、コントロール部６０から扉体７０の開又は閉指令信号が同期制御部５０に伝達され、同期制御部５０の制御下で、各駆動制御部４０は対応する電動機３０をそれぞれ起動状態とし、電動機３０が正常に起動して動作状態となり、駆動機構部１０に駆動力を与えているものとする。
【００２９】
各電動機３０の運転が開始されると、位置検出器２０から出力された変位信号に基づいて駆動制御部４０がサーボ制御を実行する一方、各位置検出器２０からの変位信号が各駆動制御部４０を介して同期制御部５０にも入力される。入力された変位信号から、同期制御部５０で同期ずれを演算して各駆動制御部４０ごとの補正量が求められ、得られた補正量が各駆動制御部４０に送信され、これによって電動機３０の制御が行われ、一つの扉体７０を昇降させる複数の駆動機構部１０を同期させて動作させることとなる。
【００３０】
同期制御部５０における制御としては、例えば、接続された各駆動制御部４０をメインの一つとそれ以外のサブとの組に分け、メインの駆動制御部４０を介して受取った変位信号を基準とし、サブの駆動制御部４０を介して受取った変位信号を比較解析して各サブごとにメインとの偏差を求め、この偏差を解消する補正量を含む位置指令をサブの各駆動制御部４０に送信し、サブの各駆動制御部４０に各電動機３０をメイン側に同期させるように動作させる制御を実行させる、といった同期制御が行われる。
【００３１】
ただし、この同期制御部５０における同期制御は、サブとメインとの偏差を求めてサブにフィードバックする前記手法に限らず、各駆動制御部をメインとサブに分けることなく同様に取扱い、同期制御部５０で各電動機３０の変位や速度の差を演算取得し、この差について電動機ごとに所定の補正処理を行った上で、それぞれ補正量として各駆動制御部にフィードバックする制御や、同期制御部５０で各電動機３０の所定時間での変位量と運転指令に対応する理論変位量を求め、さらにこれらを比較して変位量の偏差を無くす補正量を求めて、各駆動制御部にフィードバックする制御等を用いることもできる。
【００３２】
こうして同期制御部５０で求められた補正量が、各駆動制御部４０においてサーボ制御対象の電動機３０との関係のみから得られた通常の制御値に加減算されて正規の制御値とされ、これに基づいて電動機３０の制御が行われることで、各駆動機構部１０における支持部材７１の変位に偏差が発生せず、扉体７０に傾き等が生じて昇降不能となるのを確実に防げ、扉体７０をスムーズに開閉動作させられる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係るゲート用開閉装置においては、扉体７０の各支持部材７１ごとの駆動機構部１０にそれぞれ駆動源となる電動機３０とその駆動制御部４０を配設し、且つ位置検出器２０を併用して電動機３０のサーボ制御を行わせる一方、電動機３０動作時の各位置検出器２０の出力信号を同期制御部５０でも監視し、この位置検出器２０の出力信号に基づいて同期制御部５０で各駆動機構部１０が同期して動作するように制御目標値をそれぞれ設定して各駆動制御部４０に指令し、各電動機３０を同期制御することから、駆動源が独立した複数の駆動機構部１０で一つの扉体７０を適切に開閉駆動でき、扉体７０が大型化しても駆動機構部１０の数を増やして対応可能となり、駆動機構部１０間からシャフト等の連動用連結部材を排除してこれらによる諸問題の発生を防止でき、ゲート全体でコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るゲート用開閉装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るゲート用開閉装置における駆動機構部の内部構造説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るゲート用開閉装置における制御系統のブロック図である。
【図４】従来のゲート用開閉装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０            駆動機構部
１１            手動ハンドル
１２、１３      減速機
１４            ブレーキ機構
１５            出力軸
１６            ラックギヤ
２０            位置検出器
３０、１０３    電動機
３１            出力軸
４０            駆動制御部
５０            同期制御部
６０            コントロール部
７０、１１０    扉体
７１、１１１    支持部材
７２            基台部
１００、１０１  駆動機構部
１０２          中間軸
【図１】
0004644702.tif 000002
【図２】
0004644702.tif 000003
【図３】
0004644702.tif 000004
【図４】
0004644702.tif 000005