JP2004242500A

JP2004242500A - 車両用ドアの開閉装置の制御方法

Info

Publication number: JP2004242500A
Application number: JP2004081840A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakiyama; 貴史崎山; Kenji Yada; 賢治矢田
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】永久磁石と電機子コイルとからなるリニア同期モータなどから構成される電車用ドアの開閉装置の制御方法を提供する。
【解決手段】ドア部１０，リニア同期モータ４０，制御回路１００から構成した電車用ドアの開閉装置において、電車用ドア１０の開閉装置の電源が遮断されたときに、リニア同期モータ４０の可動子コイル２２の各相の端子間を短絡することにより、リニア同期モータ４０がドア本体１１の移動に対して制動作用を行なわせる。
【選択図】図１

Description

この発明は、永久磁石と電機子コイルと速度・磁極位置検出器とからなり電車用ドアと機械的に結合されたリニア同期モータと、このリニア同期モータの制御を行う制御回路とから構成される電車用ドアの開閉装置の制御方法に関する。

図１０は、この種の電車用ドアの開閉装置の模式的構成図を示している。

図１０において、１０はドア部、２０はリニア同期モータ、３０は制御回路を示し、またドア部１０はドア本体１１，レール１２，戸車１３，継手１４などから構成され、さらにリニア同期モータ２０は永久磁石などから形成される固定子２１、電機子コイルを形成する可動子コイル２２、可動子コイル２２と固定子２１の磁極との位置関係を示す磁極位置および可動子コイルの速度・位置検出を検出すべくスリット板とホトインタラプタなどからなるセンサ２３などから構成されている。

この電車用ドアの開閉装置の構成において、リニア同期モータ２０の推力は、可動子コイル２２から駆動アーム（図示の太破線）とドア部１０の継手１４とを介してドア本体１１に直接伝達され、駆動力として作用している。

このとき、ドア本体１１の荷重はレール１２と戸車１３とで支えるようにし、可動子コイル２２と継手１４とはフリー結合にして、ドア本体１１の荷重はリニア同期モータ２０の可動子コイル２２には殆どかからない構造としている。

制御回路３０は、乗務員からの指令に基づきドア本体１１の開閉動作をする際のリニア同期モータ２０に所定の移動位置設定値を出力する設定値演算回路３１と、この移動位置設定値とセンサ２３から得られる検出位置との偏差からリニア同期モータ２０の速度設定値を演算する位置調節器３２と、この速度設定値とセンサ２３から得られる検出速度との偏差からリニア同期モータ２０の推力設定値を演算する速度調節器３３と、この推力設定値とセンサ２３から得られる検出磁極とからリニア同期モータ２０の可動子コイル２２の各相に対応した電流設定値に変換する信号変換器３４と、この各相の電流設定値と電流検出器３５から得られた各相の検出電流とのそれぞれの偏差から各相の駆動信号を演算する電流調節器３６と、入力の直流電源（例えばＤＣ１００ボルト）から該各相の駆動信号に基づいて所望の電圧，周波数の電力を可動子コイル２２の各相に供給する半導体スイッチ素子などからなり、いわゆるインバータと称される電力変換器３７とから構成されている。

従来の電車用ドアの開閉装置の制御方法を、図１０の構成図を参照しつつ、以下に説明をする。

先ず、ドア本体１１の開動作のためには、設定値演算回路３１から所定の移動位置設定値が出力され、この移動位置設定値とセンサ２３から得られる検出位置との偏差を位置調節器３２で演算して所定の速度設定値（高速）が出力され、ドア本体１１が全閉位置から開動作を開始する。ドア本体１１が走路の特定の位置を通過したことを図示しない近接スイッチなどで検知すると、位置調節器３２の出力は速度設定値（低速）に切り替わり、この速度設定値（低速）に基づいてドア本体１１が全開位置まで移動すると、前記移動距離設定値とセンサ２３から得られる検出位置とは一致した状態となり、ドア本体１１の開動作は完了する。

次に、ドア本体１１の閉動作のためには、設定値演算回路３１から所定の移動位置設定値が出力され、この移動位置設定値とセンサ２３から得られる検出位置との偏差を位置調節器３２で演算して所定の速度設定値（高速）が出力され、ドア本体１１が全開位置から閉動作を開始する。ドア本体１１が走路の特定の位置を通過したことを図示しない近接スイッチなどで検知すると、位置調節器３２の出力は速度設定値（低速）に切り替わり、この速度設定値（低速）に基づいてドア本体１１が全閉位置まで移動すると、前記移動距離設定値とセンサ２３から得られる検出位置とは一致した状態となり、ドア本体１１の閉動作は完了する。

上述のドア本体１１の閉動作中に、ドア本体１１の走路に乗客または異物が介在してドア本体１１の走行が停止したときには、乗務員の指令により制御回路３０は、一旦ドア本体１１の開動作を行わせ、再度閉動作を行うようにしていた。

また、この電車用ドアの開閉装置において、入力電源が遮断されたときには、図示しない機械式ブレーキによりドア本体１１が動かないようにしていた。

上述の従来の電車用ドアの開閉装置の制御方法によると、電車用ドアの開閉装置の電源が遮断されたときの乗客の安全を確保するために上述の機械式ブレーキを各電車用ドアに装備する必要があった。

この発明の目的は、上記問題点を解決する電車用ドアの開閉装置の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は、永久磁石と電機子コイルと速度・磁極位置検出器とからなり電車用ドアと機械的に結合されたリニア同期モータと、このリニア同期モータの制御を行う制御回路とから構成される電車用ドアの開閉装置において、前記電車用ドアの開閉装置の電源が遮断されたときに、前記電機子コイルの端子間を短絡するものである。

上記発明によれば、リニア同期モータの各相の電機子コイルの端子間を電源遮断中は短絡することにより、リニア同期モータが電車用ドアの移動に対して制動作用を行なわせることができ、万一の安全が確保される。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、この発明の実施の形態を示す電車用ドアの開閉装置の模式的構成図であり、図１０に示した従来例と同一機能を有するものには、同一符号を付してその説明を省略する。

この電車用ドアの開閉装置において、リニア同期モータ４０には従来例と同一機能の固定子２１，可動子コイル２２と、可動子コイル２２と固定子２１の磁極との位置関係を示す磁極位置および可動子コイルの速度を、いわゆるＡ，Ｂ相のパルス列信号で検出すべくスリット板とホトインタラプタなどからなるセンサ４１とを備えている。

また、制御回路１００には、従来例と同一機能の信号変換器３４，電流検出器３５，電流調節器３６，電力変換器３７の他に、乗務員からの指令および後述の状態監視制御回路８０からの速度切替指令に基づきドア本体１１の開閉動作をする際のリニア同期モータ４０の所定の速度設定値を出力する設定値演算回路５０と、この速度設定値とセンサ４１のＡ，Ｂ相のパルス列信号から得られる検出速度との偏差を後述の状態監視制御回路８０からの演算切替指令に基づき比例・積分演算または比例演算を行ってリニア同期モータ４０の推力指令値を演算する速度調節器６０と、この推力指令値を後述の状態監視制御回路８０からの制限値切替指令に基づき所定の制限値以下にされた推力設定値として出力する制限値切替器７０と、前記Ａ，Ｂ相のパルス列信号，移動速度設定値，推力設定値などを入力して論理演算を行い、前記速度切替指令，演算切替指令，制限値切替指令などを出力する状態監視制御回路８０とを備えている。

なお、リニア同期モータ４０の可動子コイル２２に電力変換器３７から供給される電流は、周知の如く制限値切替器７０から出力されるリニア同期モータ４０の推力設定値に対応した値となっている。

図２は、図１に示した設定値演算回路５０の詳細回路構成図である。

なお、以下の説明において、ドア本体１１の閉方向の速度設定値および推力設定値それぞれ値は正極性とし、ドア本体１１の開方向の速度設定値および推力設定値それぞれ値は負極性とする。

図２において、５１は閉動作時の微速の速度設定器、５２〜５５はそれぞれドア本体１１の閉動作時の高速の速度設定器，閉動作時の低速の速度設定器、開動作時の高速の速度設定器、開動作時の低速の速度設定器を示す。５６は制御回路１００に備える図示しない電源監視回路からの電源投入時に所定の時間出力される電源投入信号によって閉路するスイッチを示す。５７は乗務員からの指令に基づき動作するスイッチで、ドア本体１１の閉動作時にはスイッチ５７ａが閉路をし、開動作時にはスイッチ５７ｂが閉路をする。５８は状態監視制御回路８０からの速度切替指令に基づき動作する切替スイッチで、切替スイッチ５８ａ，５８ｃはドア本体１１が閉動作中に、ドア本体１１の走路の所定の位置を通過すると、図示の接点側とは反対の接点側に切り替わり、切替スイッチ５８ｂはドア本体１１が開動作中に、ドア本体１１の走路の所定の位置を通過すると、図示の接点側とは反対の接点側に切り替わる。５９は乗務員からの再開閉動作指令に基づき動作する切替スイッチで、通常時は図示の接点側になっており、再開閉動作指令が入力されると所定の時間、図示の接点側とは反対の接点側に切り替わり、再度図示の接点側に切り替わる。

図３は、図１に示した速度調節器６０の詳細回路構成図である。

図３において、６１は移動速度設定値と検出速度の偏差を演算する加算演算器、６２はこの偏差の比例演算をする増幅器、６３は増幅器６２の出力の積分演算をする積分器、６４は加算演算器を示し、通常時の加算演算器６４の出力は前記偏差の比例・積分演算値であり、状態監視制御回路８０から演算切替指令が発せられると、積分器６３は演算動作を中断し演算出力を零とすることにより、速度調節器６０の出力は前記偏差の比例・積分演算値から比例演算値に切り替わる。

図４は、図１に示した制限値切替器７０の動作説明図であり、速度調節器６０の出力である推力指令値が入力され、この推力指令値の値が、後述の状態監視制御回路８０からの制限値切替指令に基づいた制限値を越えているときには、この制限値以内の値にし、これを推力設定値として出力する。

図５は、図１に示した状態監視制御回路８０の詳細回路構成図である。

図５において、８１はドア本体１１の閉動作が開始され設定値演算回路５０の出力である速度設定値が所定のしきい値を越えると動作する比較器、８２は制限値切替器７０の出力である推力設定値が所定のしきい値を越えると動作する比較器、８３は比較器８２が動作している状態で、所定の時間経過してから動作をする遅延動作のタイマ、８４は比較器８１とタイマ８３とが共に動作しているときに論理Ｈ信号を出力するアンド素子、８５はアンド素子８４が論理Ｈ信号を出力している期間動作し、所定の周期の方形波を出力する方形波発振器、８６はインバータ素子、８７はインバータ素子の出力が論理Ｌ信号から論理Ｈ信号に変化した直後の所定の期間、速度調節器６０に演算切替信号を出力するワンショット動作のタイマである。

また、８８はリニア同期モータ４０のセンサ４１からＡ，Ｂ相のパルス列信号の発生数を計測する可逆カウンタであり、Ａ，Ｂ相のパルス列信号の位相関係に基づいて可逆カウンタ８８の現在値から加減算を行い、アンド素子８４が論理Ｈ信号を出力している状態で、前記電源投入信号が所定の期間出力されたときに、この期間の終わりのタイミングで全開位置データ８９の値が可逆カウンタ８８にプリセットされる。

さらにデジタル比較器９０〜９３それぞれは、可逆カウンタ８８の計測値が全閉位置，全開位置，閉動作減速開始位置，開動作減速開始位置に対応する値に達したとき又は通過したときにドア本体１１の動作状態に応じて制限値切替指令，速度切替指令を出力する。

この発明の電車用ドアの開閉装置の制御方法を、図１〜図５を参照しつつ、以下に説明する。

一般に、電車が車庫などに退避している状態では、この電車用ドア１１は全開位置にあり、電車用ドアの開閉装置の入力電源は遮断されている。

この発明の制御方法に対応した動作として、先ず、この電車用ドアの開閉装置の入力電源が投入されると、制御回路１００に備える図示しない電源監視回路からの電源投入時に所定の時間出力される電源投入信号が発せられ、設定値演算回路５０のスイッチ５６が閉じて、微速の速度設定器５１の設定値が設定値演算回路５０から速度設定値として出力され、ドア本体１１は全閉位置までゆっくりした速度（微速）で移動する。

次に、ドア本体１１は全閉位置に達し、制御回路１００からの推力設定値に対応する値のリニア同期モータ４０の推力が出力されている状態、すなわち状態監視制御回路８０のアンド素子８４が論理Ｈ信号を出力している状態で、前記電源投入信号の発生期間が終わると、状態監視制御回路８０において、この期間の終わりのタイミングで全開位置データ８９の値が可逆カウンタ８８にプリセットされることで、この電車用ドアの開閉装置の通常の開閉動作に対する前準備が完了する。

この完了時以降は、制御回路１００からの推力設定値は、状態監視制御回路８０のデジタル比較器９０の動作に基づいて全閉位置当て止め推力設定値となり、この当て止め推力設定値に対応する値のリニア同期モータ４０の推力が出力されている状態に移る。

図６は、この発明の実施例の動作を説明する波形図である。

図６において、上述の制御方法によりこの電車用ドアの開閉装置の通常の開閉動作に対する前準備が完了した状態で、乗務員からドア本体１１の開動作指令が与えられると、設定値演算回路５０のスイッチ５７ｂが閉路をし、開動作時の高速の移動速度設定器５４の設定値に対応する値が設定値演算回路５０から速度設定値として出力され、ドア本体１１が開動作を開始し、この開動作中に、リニア同期モータ４０のセンサ４１からの前記パルス列信号の発生数を状態監視制御回路８０の可逆カウンタ８８が計測し、この計測値がデジタル比較器９３の比較値を通過すると、状態監視制御回路８０より速度切替指令が発せられて、設定値演算回路５０の切替スイッチ５８ｃが開動作時の低速の移動速度設定器５５側に切り替わり、この移動速度設定器５５の設定値に対応する値の速度設定値が設定値演算回路５０から出力され、この速度でドア本体１１が開動作を継続して全開位置まで移動し、ドア本体１１が全開位置に達すると、制御回路１００からの推力設定値は、状態監視制御回路８０のデジタル比較器９１の動作に基づいて全開位置当て止め推力設定値となり、この当て止め推力設定値に対応する値のリニア同期モータ４０の推力が出力されている状態に移ることで開動作が完了する（図６の丸１の波形参照）。

同様にまた、乗務員からドア本体１１の閉動作指令が与えられると、閉動作時の高速の移動速度設定器５２の設定値に対応する値が設定値演算回路５０から速度設定値として出力されてドア本体１１が閉動作を開始し、この閉動作中に、可逆カウンタの計測値がデジタル比較器９２の比較値を通過すると、状態監視制御回路８０より速度切替指令が発せられて、低速の移動速度設定器５３の設定値に対応する値の速度設定値が設定値演算回路５０から出力され、この速度でドア本体１１が閉動作を継続して全閉位置まで移動し、ドア本体１１が全閉位置に達すると、制御回路１００からの推力設定値は、状態監視制御回路８０のデジタル比較器９０の動作に基づいて全閉位置当て止め推力設定値となり、この止め推力設定値に対応する値のリニア同期モータ４０の推力が出力されている状態に移ることで閉動作が完了する（図６の丸２の波形参照）。

上記実施例によれば、従来必要であった電車用ドアの走路の特定の複数の位置の近接スイッチとインクリメンタル形センサ、或いはアブソリュート形のセンサの代わりに、単純なＡ，Ｂ相のパルス列信号を出力するインクリメンタル形のセンサをリニア同期モータに備え、このＡ，Ｂ相のパルス列信号を公知の技術で４倍パルスに変換することにより、安価な分解度の粗いインクリメンタル形のセンサにより位置の管理が行える。また、上記に加えて、電車用ドアが全開位置または全閉位置ではリニア同期モータの推力を弱めることにより、電車用ドアの開閉装置の消費電力の省エネルギが計られる。

図７は、この発明の実施例の動作を説明する波形図である。

図７において、上述の制御方法によるドア本体１１が閉動作中に、このドア本体１１に乗客が挟まれたこと又は挟まれそうになったことを乗務員が検知したときに、この乗務員からの再開閉動作指令に基づいて、設定値演算回路５０の切替スイッチ５９が動作し、設定値演算回路５０の出力は移動速度設定器５４または移動速度設定器５５の設定値に対応する速度設定値に切り替わり、ドア本体１１が所定の時間後退させた後、再度、当初設定された速度設定値で当初の位置（指令が発せられる直前の可逆カウンタ８８の計測値）に戻る動作を行う。なお、図示の丸１の波形の例では、状態監視制御回路８０のデジタル比較器９２が動作していない高速走行中の動作を示し、また丸２の波形の例では、デジタル比較器９２が動作した低速走行中の動作を示している。

上記実施例によれば、電車用ドアが閉動作中に走路に乗客や異物が介在したときに、所定の時間電車用ドアを後退させた後、再度当初の位置へ戻ることにより、乗客や異物が容易に除去でき、除去後の閉動作が速やか且つ滑らかに行われる。

図８は、この発明の実施例の動作を説明する波形図である。

図８において、前述の制御方法によるドア本体１１が閉動作中に、このドア本体１１の走路に乗客または異物が介在したことを状態監視制御回路８０の比較器８１，８２が検知し、アンド素子８４の出力が論理Ｈ信号になると、方形波発振器８５が起動して制限値切替指令が発せられ、制限値切替器７０を介してリニア同期モータ４０に与える推力を、前記乗客または異物が除去されるまでの間、当初の推力上限値に対応した値（図示の上限推力）と、この推力上限値より値の小さい推力制限値に対応した値（図示の下限推力）とを交互に方形波発振器８５が出力する所定の周期（図示の上限推力持続時間と下限推力持続時間の和）で繰り返す。

前記の制御方法に対応した動作として、上述の制御方法の動作により、前記乗客または異物が除去されると、状態監視制御回路８０のタイマ８７が起動して所定の期間、演算切替指令が発せられ、速度調節器６０の調節演算が比例・積分演算から比例演算に切り替わることにより、前記乗客または異物が除去された直後の速度調節器６０の出力が滑らかに変化し、その結果、ドア本体１１も滑らかに加速して、全閉位置まで走行する。

上記実施例によれば、電車用ドアが閉動作中に走路に乗客や異物が介在したときに、その位置でリニア同期モータの推力に周期的な強弱を付けることにより乗客や異物が容易に除去でき、除去後の閉動作が速やか且つ滑らかに行われる。

図９は、この発明の実施例の動作を説明する電車用ドアの開閉装置の部分回路図である。

すなわち、制御回路１００に備える図示しない電源監視回路が入力電源の遮断を検知すると、または単に入力電源で励磁される電磁接触器３８が無励磁になると、電磁接触器３８の電力変換器３７側の接点が開路し、対向する側の接点が閉路することにより、リニア同期モータ４０の可動子コイル２２の各相の端子間が短絡されることにより、周知の如く、リニア同期モータ４０がドア本体１１の移動に対して制動作用を行わせることができ、万一の安全が確保される。

この発明の実施の形態を示す電車用ドアの開閉装置の模式的構成図図１に示した設定値演算回路の詳細回路図図１に示した電圧調節器の詳細回路図図１に示した制限値切替回路の詳細回路図図１に示した状態監視制御回路の詳細回路図この発明の実施例を説明する動作波形図この発明の実施例を説明する動作波形図この発明の実施例を説明する動作波形図この発明の実施例を説明する部分回路図従来例を示す電車用ドアの開閉装置の模式的構成図

符号の説明

１０…ドア部、１１…ドア本体、１２…レール、１３…戸車、１４…継手、２０…リニア同期モータ、２１…固定子、２２…可動子コイル、２３…センサ、３０…制御回路、３１…設定値演算回路、３２…位置調節器、３３…速度調節器、３４…信号変換器、３５…電流検出器、３６…電流調節器、３７…電力変換器、３８…電磁接触器、４０…リニア同期モータ、４１…センサ、５０…設定値演算回路、６０…速度調節器、７０…制限値切替器、８０…状態監視制御回路、１００…制御回路。

Claims

永久磁石と電機子コイルと速度・磁極位置検出器とからなり電車用ドアと機械的に結合されたリニア同期モータと、このリニア同期モータの制御を行う制御回路とから構成される電車用ドアの開閉装置において、
前記電車用ドアの開閉装置の電源が遮断されたときに、前記電機子コイルの端子間を短絡することを特徴とする電車用ドアの開閉装置の制御方法。