(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を特徴とする自動ドア開閉装置。
【請求項２】
電機子における各磁極歯は、磁極部側に対向する先端が磁極歯が並ぶ方向において複数に分割されており、磁極部側の歯は上記分割された磁極歯のピッチに対応して設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動ドア開閉装置。
【請求項３】
電機子と磁極部のうちの一方が他方を囲む円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の自動ドア開閉装置。
【請求項４】
ドアの両側面に電機子と磁極部との対が夫々設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動ドア開閉装置。
【請求項５】
一方の電機子と磁極部との対が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れて配設されていることを特徴とする請求項４記載の自動ドア開閉装置。
【請求項６】
位置検出センサーは、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されていることを特徴とする請求項１記載の自動ドア開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0003740704.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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