(57)【要約】【課題】Ｈブリッジ回路の使用を廃止し、スイッチング素子の数を減らし、更に貫通電流のおそれを解消する電動開閉装置を提供する。【解決手段】シャッターを開閉作動させる駆動力を発揮するモータ２０と、モータ２０を駆動させるモータ駆動回路２２とを有する。モータ駆動回路２２の切替手段３は、モータ２０の回転方向を切り替えることによりシャッターの作動方向を切り替える。速度制御手段４は、モータ２０に対して直列に接続されており、モータ電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御により、モータ２０の速度制御を行う。速度制御手段４は、唯一のスイッチング素子４０で形成することができる。唯一のスイッチング素子４０はモータ２０の正回転及び逆回転に共用されている。【選択図】図３
2005036545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉可能なシャッターと、
前記シャッターを開閉作動させる駆動力を発揮するモータと、
前記モータを駆動させるモータ駆動回路とを具備する電動シャッター開閉装置において、
前記モータ駆動回路は、
前記モータの回転方向を切り替えることにより前記シャッターの作動方向を切り替える切替手段と、
前記モータに対して直列に接続され且つ前記モータの正回転及び逆回転に共用され前記モータのモータ電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御により前記モータの速度制御を行う速度制御手段とを具備することを特徴とする電動シャッター開閉装置。
【請求項２】
請求項１において、前記切替手段は、前記モータの一方のモータ端子に電気的に繋がる第１接点をもつ第１リレーと、前記モータの他方のモータ端子に電気的に繋がる第２接点をもつ第２リレーとで構成されており、
前記第１リレーは、前記第１接点と電源線との導通により前記モータの正回転及び逆回転のうちのいずれか一方を実行し、
前記第２リレーは、前記第２接点と電源線との導通により前記モータの正回転及び逆回転のうちのうちのいずれか他方を実行することを特徴とする電動シャッター開閉装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記速度制御手段は、前記モータにモータ電流をオンオフさせると共に前記モータの正回転及び逆回転に共用されているスイッチング素子を有することを特徴とする電動シャッター開閉装置。
【請求項４】
請求項３において、前記モータ駆動回路は、前記第１リレー及び前記第２リレーの作動を設定した後に、前記スイッチング素子をオンオフさせることを特徴とする電動シャッター開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシャッターをモータで開閉させる電動シャッター開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動シャッター開閉装置として、開閉可能なシャッターと、シャッターを開閉作動させる駆動力を発揮するモータと、モータを駆動させるモータ駆動回路とを有するものが知られている（特許文献１）。このものによれば、モータが一方向に正回転すれば、シャッターは閉鎖及び開放のうちの一方の作動を行う。また、モータが他方向に逆回転すれば、シャッターは閉鎖及び開放のうちの他方の作動を行う。
【０００３】
このような電動シャッター開閉装置によれば、一電源方式で、モータの正回転及び逆回転を切り替えるため、一般的には、４個のトランジスタを使用するＨブリッジ回路が採用されている。このものによれば、モータの一方のモータ端子に第１トランジスタ、第２トランジスタが繋がり、モータの他方のモータ端子に第３トランジスタ、第４トランジスタが繋がる構成とされている。そしてモータを正回転させるときには、第２トランジスタ及び第３トランジスタをターンオフとしつつ、第１トランジスタ及び第４トランジスタをターンオンする。またモータを逆回転させるときには、第１トランジスタ及び第４トランジスタをターンオフとしつつ、第２トランジスタ及び第３トランジスタをターンオンする。このものによれば、一電源方式でモータの正回転、逆回転を切り替えることができる。
【特許文献１】特開２００１−４５７７８の図１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら電動シャッター開閉装置によれば、Ｈブリッジ回路を構成するためのトランジスタが４個も用いられているため、ノイズや故障等の影響で、４個のトランジスタのターンオン及びターンオフさせるタイミングがずれるおそれがある。この場合、貫通電流などにより回路が破損するおそれがある。また、若干の貫通電流は避けられないため、故障を防止すべく、貫通電流を想定した定格の大きいトランジスタを使用する必要があった。更にＨブリッジ回路を構成する定格が大きい高価なトランジスタを４個必要するため、コスト的にも不利となるおそれがある。殊に、電動シャッター開閉装置は外気と室内とを遮断させる用途に使用されることが多く、保護構造を採用しているとはいえ、予期せぬ天候の影響を受けることがある。信頼性の向上のため、このような苛酷な使用環境にも充分に対処する必要があるが、トランジスタの数が多いだけに、信頼性の向上にも限界がある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、Ｈブリッジ回路の使用を廃止してスイッチング素子の数を減らすことにより、貫通電流のおそれを解消し、故障の問題を低減または回避させ、信頼性を向上させるのに有利な電動シャッター開閉装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電動シャッター開閉装置は、開閉可能なシャッターと、シャッターを開閉作動させる駆動力を発揮するモータと、モータを駆動させるモータ駆動回路とを具備する電動シャッター開閉装置において、モータ駆動回路は、モータの回転方向を切り替えることによりシャッターの作動方向を切り替える切替手段と、モータに対して直列に接続され且つモータの正回転及び逆回転に共用されモータのモータ電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御によりモータの速度制御を行う速度制御手段とを具備することを特徴とするものである。
【０００７】
切替手段は、モータの回転方向（正回転及び逆回転）を切り替えることにより、シャッターの作動方向（開放方向及び閉鎖方向）を切り替える。速度制御手段はオンオフのスイッチング制御（デューティ制御）によりモータの速度制御を行ない、これによりシャッターの開閉方向の作動速度を制御することができる。速度制御手段はモータの正回転及び逆回転に共用されているため、シャッターの開放方向の作動速度、閉鎖方向の作動速度の双方は制御される。なおシャッターは開閉機能を有するものをいい、縦方向に開閉するもの、横方向に開閉するものでも良く、開口を完全に閉じるもの、隙間を形成しつつ開口を閉じるものでも良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電動シャッター開閉装置によれば、単一電源方式であっても、切替手段によりモータの回転方向（正回転及び逆回転）を切り替えることにより、シャッターの開放方向および閉鎖方向を切り替えることができる。更にモータのモータ電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御によりモータの速度制御を行う速度制御手段は、モータの正回転及び逆回転の双方に共用されているため、スイッチング素子の数を減らすことができる。従って、唯一のスイッチング素子とすることもできる。このように多くのスイッチング素子を用いずともよいため、スイッチング素子のターンオン及びターンオフさせるタイミングを誤るおそれを回避または低減することができ、制御の信頼性を高めることができる。殊に、使用環境が厳しいときであっても、制御の信頼性を高めることができる。故に、貫通電流などにより回路の破損防止に有利である。しかもスイッチング素子の数を減らすことができ、信頼性の向上、コストの面でも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
切替手段は、モータの一方のモータ端子に電気的に繋がる第１接点をもつ第１リレーと、モータの他方のモータ端子に電気的に繋がる第２接点をもつ第２リレーとで構成されている形態を採用することができる。第１リレーは、第１接点と電源線との導通によりモータの正回転及び逆回転のうちのいずれか一方を実行し、且つ、第２リレーは、第２接点と電源線との導通によりモータの正回転及び逆回転のうちのいずれか他方を実行する形態を採用することができる。
【００１０】
速度制御手段は、モータのモータ電流のオンオフを繰り返すスイッチング素子を有する形態を採用することができる。スイッチング素子は、モータの正回転及び逆回転の双方に共用されている。このようにスイッチング素子をモータの正回転及び逆回転に共用すれば、スイッチング素子の数を減らすことができる。第１リレー及び第２リレーの作動を設定してモータのモータ電流の流れの方向を切り替えた後に、スイッチング素子をオンオフさせる形態を採用することができる。この場合、第１リレー及び第２リレーの接点では、モータを流れるモータ電流のオン・オフのスイッチング制御を直接的には行わないため、第１リレー及び第２リレーの接点の損傷を抑えることができ、第１リレー及び第２リレーの長寿命化を図り得る。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の実施例１を図１〜図４を参照として具体的に説明する。本実施例は構造物の出入り用の開口を開閉する電動シャッター装置に適用したものである。図１はシャッター開閉装置１を模式的に示す。図１に示すように、シャッター開閉装置１は家屋、ビル、工場、車両（乗用車、トレーラー、トラック、列車を含む）、船体等の構造物に設けられており、人または車両などが出入りする開口１０を開閉するものである。シャッター開閉装置１は、開口１０に設けられた縦方向にのびる平行に並走された２本のガイドレール１１と、ガイドレール１１に沿って昇降され昇降に伴い開口を開閉させると共にストッパ１２ａをもつ開閉体としてのシャッター１２と、ガイドレール１１の上部側に設けられた横軸固定形の非回転の支軸１３と、支軸１３に支持され図略の連結部材を介して互いに連結された複数の回転可能なシャッター巻き付け用の従動輪１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）と、従動輪１４ａに対して離間して配置された回転可能な駆動輪１５（スプロケット）と、駆動輪１５と従動輪１４ａとの間に架設されたエンドレス状をなす伝達部材１６（チェーン）と、駆動輪１５を回転させるシャッター巻き上げ駆動装置２とを備えている。従動輪１４ａはスプロケット状をなしており、従動輪１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは円盤状をなしている。なお図１に示すように、ケース１ｃ内には、支軸１３、従動輪１４、駆動輪１５、伝達部材１６、シャッター巻き上げ駆動装置２が内蔵されている。
【００１２】
支軸１３には、ねじりコイルバネで形成された付勢部材１７が装備されている。付勢部材１７はシャッター１２を上向きに付勢する付勢力を有する。付勢部材１７の上向きの付勢力は、基本的には、シャッター１２の重量による下向きの負荷力と釣り合うように設定されている。このためシャッター１２を開放させるとき、付勢部材１７の上向きの付勢力はアシスト力として機能するため、シャッター１２を持ち上げて開放させる力としては小さくて済む。なお、図１に示すように、シャッター巻き上げ駆動装置２は支軸１３に対して離間した位置に支軸１３に沿って配置されている。従動輪１４ａの径は駆動輪１５の径よりも大きく設定されていると共に、従動輪１４ａの歯数は駆動輪１５の歯数よりも大きく設定されている。このため、従動輪１４ａ、駆動輪１５及び伝達部材１６により減速機構１９が構成されており、シャッター１２の昇降速度を減速することができる。
【００１３】
シャッター巻き上げ駆動装置２は、シャッター１２を開閉作動させる駆動部としてのモータ２０（図２参照）を有する。モータ２０は直流モータとされている。更に、モータ２０を駆動させるモータ駆動回路２２が設けられている。図２に示すように、モータ駆動回路２２は、モータ２０の回転方向を切り替えることによりシャッター１２の作動方向を切り替える切替手段３と、モータ２０に対して直列に接続されモータ２０の速度制御を行う速度制御手段４とを有する。速度制御手段４は、モータ２０のモータ電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御を行うものであり、モータ２０の正回転及び逆回転に共用されている。
【００１４】
以下、このモータ駆動回路２２について説明を加える。図２に示すように、切替手段３はモータ２０の回転方向を切り替えるものであり、第１切替手段として機能する正回転用の第１リレー３１と、第２切替手段として機能する逆回転用の第２リレー３２とで構成されている。第１リレー３１は有接点式であり、モータ２０の一方のモータ端子に繋がる第１接点３１ａと、電源線５０につながる接点３１ｂと、スイッチング素子４０のドレンＤに繋がる接点３１ｃと、接点３１ｂ及び接点３１ｃを切り替える可動接片３１ｄとをもつ。また、第２リレー３２は有接点式であり、モータ２０の他方のモータ端子に繋がる第２接点３２ａと、電源線５０につながる接点３２ｂと、スイッチング素子４０のドレンＤに繋がる接点３２ｃと、接点３２ｂ及び接点３２ｃを切り替える可動接片３２ｄとをもつ。第１リレー３１は、モータ２０側の第１接点３１ａと電源線５０側の接点３１ｂとを導通させることにより、モータ２０の正回転及び逆回転のうちのいずれか一方を実行する。第２リレー３２は、モータ２０側の第２接点３２ａと電源線５０側の接点３２ｂとを導通させることにより、モータ２０の正回転及び逆回転のうちのいずれか他方を実行する。
【００１５】
速度制御手段４は、モータ２０に流れるモータ電流をオンオフさせてモータ２０をスイッチング制御（デューティ制御）するものであり、唯一の（１個の）スイッチング素子４０（半導体スイッチング素子）で構成されている。スイッチング素子４０はＦＥＴとされている。このスイッチング素子４０はモータ２０の正回転及び逆回転の双方に共用される。従って、図２に示すように、スイッチング素子４０のドレンＤは、第１リレー３１の接点３１ｃ及び第２リレー３２の接点３２ｃに並列的に繋がる。スイッチング素子４０のゲートＧはＰＷＭ信号発生回路５５に繋がれている。ＰＷＭ信号発生回路５５からＰＷＭパルス信号Ｓ１がスイッチング素子４０のゲートＧに入力される。ＰＷＭパルス信号Ｓ１がＨｉのとき、スイッチング素子４０がオンとなり、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が導通する。これに対してＰＷＭパルス信号Ｓ１がＬｏｗのとき、スイッチング素子４０がオフとなり、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が非導通となる。これによりスイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）が規定され、モータ２０はデューティ制御される。シャッター１２の要請される作動速度が速いときには、デューティ比が高いＰＷＭパルス信号が入力される。シャッター１２の要請される作動速度が遅いときには、デューティ比が低いＰＷＭパルス信号が入力される。
【００１６】
モータ２０において電流が矢印Ｘ１方向に流れるときを正回転（シャッター１２の閉鎖方向の作動）、矢印Ｘ２方向に流れるときを逆回転（シャッター１２の開放方向の作動）と仮定する。シャッター１２が停止しているときには、図２に示すように、第１リレー３１の可動接片３１ｄは接点３１ｃ側に存在し、電源線５０側の接点３１ｂに非導通状態に維持され、且つ、第２リレー３２の可動接片３２ｄは接点３２ｃ側に存在し、電源線５０側の接点３２ｂに非導通状態に維持されている。これによりモータ２０は電源線５０から遮断されている。なお、図２に示す状態において、第１リレー３１及び第２リレー３２を介してモータ２０のモータ端子同士を繋ぐ閉回路が形成されており、外部からのシャッター操作に対するブレーキ作用を営むことができる。
【００１７】
モータ２０を正回転させるときには、図３に示すように、第１リレー３１の可動接片３１ｄを動作させ、モータ２０側の第１接点３１ａと電源線５０側の接点３１ｂとを導通させる。この場合、第２リレー３２については、これの可動接片３２ｄを動作させず、電源線５０側の接点３２ｂとモータ２０側の第２接点３２ａとを非導通とさせておく。これにより図３に示すように、モータ２０の一方向のモータ端子が第１リレー３１を介して電源線５０に繋がると共に、モータ２０の他方向のモータ端子が第２リレー３２、Ｐ３点、スイッチング素子４０を介してＧＮＤ線５１に繋がる。このため電源線５０からの電流は、図３に示すよう、に、矢印Ｂ１、矢印Ｂ２、矢印Ｂ３、矢印Ｂ４方向に流れ、即ち、第１リレー３１の接点３１ｂ→第１接点３１ａ→モータ２０（矢印Ｘ１方向）→第２リレー３２の第２接点３２ａ→接点３２ｃ→Ｐ３点→スイッチング素子４０の順に流れることになる。
【００１８】
ここで本実施例によれば、第１リレー３１の可動接片３１ｄ、第２リレー３２の可動接片３２ｄを切替動作させた後に、シャッター１２の要請される作動速度に応じたデューティ比をもつＰＷＭパルス信号Ｓ１がＰＷＭ信号発生回路５５からスイッチング素子４０のゲートＧに入力される。このため、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が導通し、モータ２０が正回転する。この場合、スイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）、つまりデューティ比により、モータ２０を流れるモータ電流の平均電流が変化し、モータ２０に要請される回転速度に応じて、モータ２０の速度は制御され、ひいてはシャッター１２の作動速度が制御される。
【００１９】
モータ２０を逆回転させるときには、図４に示すように、第２リレー３２の可動接片３２ｄを動作させ、第２リレー３２の電源線５０側の接点３２ｂとモータ２０側の第２接点３２ａとを導通させる。この場合、第１リレー３１の可動接片３１ｄを動作させず、電源線５０側の接点３１ｂとモータ２０側の第１接点３１ａとを非導通とさせておく。これにより図４に示すように、モータ２０の他方向のモータ端子が第２リレー３２を介して電源線５０に繋がると共に、モータ２０の一方向のモータ端子が第１リレー３１、Ｐ２点、Ｐ３点及びスイッチング素子１０を介してＧＮＤ線５１に繋がる。このため電源線５０からの電流は、図４に示す矢印Ｃ１、矢印Ｃ２、矢印Ｃ３、矢印Ｃ４、矢印Ｃ５、矢印Ｃ６方向に流れ、即ち、Ｐ１点→第２リレー３２の接点３２ｂ→第２リレー３２の第２接点３２ａ→モータ２０（矢印Ｘ２方向）→第１リレー３１の第１接点３１ａ、接点３１ｃ→Ｐ２点→Ｐ３点→スイッチング素子４０の順に流れることになる。
【００２０】
ここで本実施例によれば、第１リレー３１の可動接片３１ｄ、第２リレー３２の可動接片３２ｄを切替作動させた後に、シャッター１２に要請される作動速度に応じたデューティ比をもつＰＷＭパルス信号Ｓ１がＰＷＭ信号発生回路５５からスイッチング素子４０のゲートＧに入力される。このため、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が導通し、モータ２０が正回転する。この場合、スイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）、つまりデューティ比により、モータ２０を流れるモータ電流の平均電流が変化し、モータ２０に要請される回転速度に応じて、モータ２０の速度は制御され、ひいてはシャッター１２の作動速度が制御される。
【００２１】
本実施例によれば、電源線５０とスイッチング素子４０との間には、フライホィールダイオードとして機能するダイオード５７がモータ２０と並列に設けられている。ダイオード５７は、ＰＷＭパルス信号Ｓ１がオフ（Ｌｏｗ）とされたとき、つまり、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が非導通とされたとき、モータ２０のインダクタに蓄えられたエネルギをモータ２０に電流として流し、モータ電流を滑らかにするものである。即ち、モータ２０の正回転時（図３参照）にスイッチング素子４０がオフとされたとき、モータ２０のインダクタに蓄えられたエネルギを電流として、第２リレー３２の接点３２ａ、３２ｃ、ダイオード５７のアノードＡからカソードＫを経て、更に、第１リレー３１の接点３１ｂ、３１ａを経てモータ２０に電流を流す。またモータ２０の逆回転時（図４参照）にスイッチング素子４０がオフとされたとき、モータ２０のインダクタに蓄えられたエネルギを電流として、第１リレー３１の接点３１ａ、３１ｃ、ダイオード５７のアノードＡからカソードＫを経て、更に、Ｐ１点、第２リレー３２の接点３２ｂ、３２ａを経てモータ２０に電流を流す。
【００２２】
以上説明したように本実施例によれば、従来採用されているＨブリッジ回路と同様に単一電源方式（電源線５０）を採用しつつも、第１リレー３１及び第２リレー３２の切替作用により、モータ２０のモータ電流の方向を切り替えて、モータ２０の正回転及び逆回転を切り替えることができ、シャッター１２の作動方向を切り替えることができる。しかも４個のスイッチング素子を用いるＨブリッジ回路とは異なり、唯一（１個）のスイッチング素子４０は正回転及び逆回転において共用されており、スイッチング素子４０の数を減らすことができる。故に、定格が大きい高価なトランジスタを４個必要するＨブリッジ回路と異なり、複数のスイッチング素子のターンオン及びターンオフのタイミングがずれる不具合を防止することができ、制御の信頼性を高めることができる。しかも、複数のスイッチング素子を用いる場合に比較してコスト的にも有利である。
【００２３】
また本実施例によれば、第１リレー３１の可動接片３１ｄ、第２リレー３２の可動接片３２ｄがどのような状態にあろうとも、モータ２０を経ないで電源線５０からＧＮＤ線５１に直接に貫通電流が流れることが防止されている。更に本実施例によれば、モータ電流をオンオフするスイッチング制御は、無接点式のスイッチング素子４０により行われる方式が採用されている。即ち、第１リレー３１の可動接片３１ｄ、第２リレー３２の可動接片３２ｄを切替作動させた後に、スイッチング素子４０をＰＷＭパルス信号Ｓ１によりモータ２０のモータ電流のオンオフを繰り返すスイッチング制御を行う方式が採用されている。このため本実施例によれば、有接点式の第１リレー３１及び第２リレー３２における接片３１ｄ、３２ｄではモータ電流のオン・オフを繰り返すスイッチング制御を直接的に行わず、無接点式のスイッチング素子４０によりスイッチング制御を行うため、有接点式の第１リレー３１及び第２リレー３２のオンオフの回数は著しく低減され、第１リレー３１及び第２リレー３２の長寿命化を図り得る。なお、図３、図４に示す状態によれば、第１リレー３１及び第２リレー３２を介して、モータ２０のモータ端子同士をダイオード５７を介して繋ぐ閉回路が形成されている。
【００２４】
上記した既述によれば、モータ２０において電流が矢印Ｘ１方向に流れるときを正回転、矢印Ｘ２方向に流れるときを逆回転としたが、逆に、モータ２０において電流が矢印Ｘ２方向に流れるときを正回転、矢印Ｘ１方向に流れるときを逆回転としても良い。上記した実施例によれば、スイッチング素子４０としてＦＥＴが採用されているが、これに限らず、通常のトランジスタでも良く、ＩＧＢＴ等でもよく、要するにスイッチング素子４０はオンオフのスイッチング制御できるものであれば良い。上記した実施例によれば、モータ２０の駆動力は駆動輪１５、伝達部材１６を介して従動輪１４に伝達されるが、これに限らず、モータ２０の駆動力を従動輪１４に直接的に伝達させる方式としても良い。本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。発明の実施の形態、実施例に記載の語句は一部であっても、請求項に記載できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は家屋、ビル、工場、車両（乗用車、トレーラー、トラック、列車を含む）、船体等の構造物に装備される開閉体であるシャッターを開閉させる用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】電動シャッター開閉装置を模式的に示す斜視図である。（実施例１）
【図２】電動シャッター開閉装置に装備されているモータが非作動時の状態のモータ駆動回路の回路図である。（実施例１）
【図３】電動シャッター開閉装置に装備されているモータが一方向に回転している状態のモータ駆動回路の回路図である。（実施例１）
【図４】電動シャッター開閉装置に装備されているモータが他方向に回転している状態のモータ駆動回路の回路図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００２７】
１は電動シャッター開閉装置、２はシャッター巻き上げ駆動装置、１２はシャッター、２０はモータ、２２はモータ駆動回路、３１は第１リレー（切替手段）、３２は第２リレー（切替手段）、５０は電源線、５５はＰＷＭ信号発生回路、４はスイッチング素子（速度制御手段）を示す。
【図１】
2005036545.tif 000003
【図２】
2005036545.tif 000004
【図３】
2005036545.tif 000005
【図４】
2005036545.tif 000006