JP2005048356A - 自動ドアの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドアの通常開閉動作に発生する振動、騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できる自動ドアの制御方法とする。
【課題を解決するための手段】ブラシレスモータのモータ２を用いてドア１を開閉動作する自動ドアにおいて、センサー３の検出信号によってドア１を通常開閉動作する場合にはモータ２を正弦波通電制御方式で通電制御して発生する振動・騒音を抑制し、ドア１の閉じ動作中にセンサー３の検出信号が入力してドア１を反転する場合にはモータ２の通電制御を矩形波通電制御方式に切換えて確実にモータ２を逆転してドア１を確実に反転動作できるようにする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の出入口等に設けられ、その出入口等を開閉するドアを、モータによって開閉動作する自動ドアの制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１、２に開示されたように、出入口に設けられ、その出入口を開閉するドアを、モータによって開閉動作する自動ドアが知られている。
このような自動ドアにおいては、そのドアを開閉動作するモータとして、耐久性や価格の面からブラシレスモータが多く用いられている。
このブラシレスモータは、無整流子電動機といわれるもので、電力変換の制御をモータの回転子磁極位置で行なうものである。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６０−１６４５８５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０２２８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のブラシレスモータは、回転子の磁極位置を検出する回転子磁極位置検出器を備え、この検出した回転子の磁極位置に基づいて電力変換を制御している。
この電力変換の制御は、矩形波通電制御方式と正弦波通電制御方式が知られている。
【０００５】
前述の矩形波通電制御方式は、検出した回転子の磁極位置検出信号によって電機子巻線に通電開始、通電終了すると共に、その通電電流がＯＮ、ＯＦＦで制御され、その電流の波形が矩形状となるので矩形波通電制御方式と呼ばれる。
例えば、回転子の磁極位置検出用として安価なホールセンサーがブラシレスモータの相数分取り付けられている。３相モータの場合、このホールセンサーは、電気角１２０゜毎の位相差をもつ出力信号を出力するように３つ配置され、その出力信号に応じて電機子巻線の通電相を１２０゜毎に切り換える。この場合には１２０゜通電制御方式と呼ばれる。
【０００６】
前述の正弦波通電制御方式は、検出した回転子の磁極位置信号によって電機子巻線に通電開始通電終了すると共に、その通電電流が順次増大して後に順次減少するように制御され、その電流波形が正弦波を描くので正弦波通電制御方式と呼ばれる。
例えば、前述した３相モータの場合、ホールセンサーが電気角１２０゜毎の位相差をもつ出力信号を出力するように３つ配置されているので、回転子の磁極位置検出が電気角６０゜に１回できるから、電気角６０゜毎に電流値を設定すると共に、その位置以外の部分についてはモータの速度から電流値を推測して通電電流を正弦波とする。
【０００７】
前述の矩波形通電制御方式は、回転子の磁極位置検出信号で電機子巻線への通電がＯＮ、ＯＦＦされるので、確実に回転制御できると共に、急激な正転、逆転の切り換えにも対応できる。
このことから、ブラシレスモータを用いた自動ドアにおいては前述の矩形波通電制御方式が主として実用化されている。
【０００８】
しかし、前述の矩形波通電制御方式は、通電する電機子巻線を切り換える時（通電相の切換時）にトルク変動（トルクの落ち込み）を生じ、ドア開閉動作時の騒音、振動の原因になっている。
【０００９】
このことを解消するために、前述の特許文献２に開示された自動ドアは、ブラシレスモータを用いると共に、正弦波通電制御方式を採用し、電機子巻線を切り換える時のトルク変動を小さくし、ドア開閉動作時の騒音、振動を抑制するようにしている。
【００１０】
前述のように、正弦波通電制御方式によってブラシレスモータを駆動した場合、モータを一定速度で駆動してドアを一定速度で開閉動作したり、モータを加速して停止しているドアを開閉動作開始したり、モータを減速して開閉動作しているドアを停止開始する際は問題がないが、モータの回転方向を急激に変えてドアを反転動作する際に問題が生じる。
前述のドアの反転動作とは、ドアが開いた状態から閉じ動作中に人（物）を感知すると、直ちにモータを逆転してドアを開き動作してドアが人（物）に衝突することを防止する動作である。
【００１１】
前述の問題とは、正弦波通電制御方式でブラシレスモータを駆動制御している自動ドアにおいて、前述のようにドアを反転動作しようとすると、モータが正しく逆転せずにドアを正しく反転動作できないことがある、ということである。
すなわち、モータを一度完全に停止してから逆転すれば問題がないが、前述したように反転動作時には、モータを停止させずに回転し続けている状態で、そのモータを逆転するから、その回転し続けているモータの回転子の磁極位置に基づいて逆転時の回転子の位置を推測し、それに基づいて逆転時の通電電流の正弦波を推測することになり、推測している正弦波に誤差が生じる。
このように、推測している正弦波に誤差が生じ、回転子の推定位置と回転子の実際の位置とが違うと、モータを回転させることができず、その結果モータが停止したり、反転できないことがある。さらに、反転動作をせず、そのまま閉じ動作を継続することもある。
また、モータが反転したとしても、振動や騒音を発生する原因となる。
【００１２】
本発明は、前述の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ドアの通常開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できるようにした自動ドアの制御方法及び制御装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ブラシレスモータを用いてドアを開閉動作する自動ドアにおいて、
通常の開閉動作時には正弦波通電制御方式によってモータに通電制御し、ドア反転動作時には矩形波通電制御方式によってモータに通電制御するようにしたことを特徴とする自動ドアの制御方法である。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明においてドア反転動作時におけるドアの閉じ方向のモータの回転速度が設定速度以下の時に、モータの通電制御を矩形波通電制御方式に切換し、かつドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上の時に、モータの通電制御を正弦波通電制御方法に切換えるようにした自動ドアの制御方法である。
【００１５】
第３の発明は、ドア１と、このドア１を開閉動作するブラシレスモータであるモータ２と、ドア１に人等が接近したことを検出するセンサー３と、前記モータ２を駆動制御する制御部４を備え、
前記制御部４は、センサー３の検出信号によってドア１が通常開閉動作するようにモータ２に正弦波通電制御方式で通電制御する機能と、ドア１を閉じ動作している時にセンサー３から検出信号が入力されるとドア１を反転動作するようにモータ２に矩形波通電制御方式で通電制御する機能を有することを特徴とする自動ドアの制御装置である。
【００１６】
第４の発明は、制御部４は、ドア１を閉じ動作している時にセンサー３から検出信号が入力されるとモータ２をブレーキ動作し、ドア１の閉じ方向のモータ２の回転速度が設置速度以下となった時にモータ２に矩形波通電制御方式で通電制御して反転動作し、ドア１の開き方向のモータ２の回転速度が設定速度以上となった時にモータ２に正弦波通電制御方式で通電制御する機能を有する自動ドアの制御装置である。
【００１７】
【作 用】
第１の発明によれば、通常開閉動作時にはモータが正弦波通電制御方式で通電制御されるから通常開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制でき、反転動作時にはモータが矩形波通電制御方式で通電制御されるから、ドアを確実に反転動作できる。
【００１８】
第２の発明によれば、ドアを反転動作する時に、そのドアの閉じ方向のモータの回転速度が設定速度以下となるとモータの通電制御が矩形波通電制御方式に切換り、ドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上となるとモータの通電制御が正弦波通電制御方式に再び切換る。
よって、ドアの反転動作がスムーズにできる。
また、設定速度以下でのみ矩形波通電制御方式とするので、騒音・振動が発生しにくい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、ドア１と、このドア１を開閉動作するモータ２と、そのドア１の近くに人（物）が接近したことを検出するセンサー３と、制御部４で自動ドアの制御装置を構成している。
前記ドア１は開きエンドと閉じエンドとに亘って開閉動作することで、出入口５を開閉する。
前記モータ２はブラシレスモータで、その出力側が駆動プーリ６に連結し、この駆動プーリ６と従動プーリ７にベルト８が巻掛けてあり、そのベルト８にドア１が連結してある。
前記センサー３は、マットスイッチ、タッチセンサ、光電センサなどで、ドア１の近く（出入口５）に人（物）が接近したことを検出し、検出信号を出力する。
【００２０】
前記制御部４は、前記センサー３の検出信号とドア速度とドア位置に基づいて予じめ設定した開閉動作パターンでドア１が通常開閉動作するように、前記モータ２に通電制御する。
例えば、図２に実線Ａで示すように、ドア１が閉じエンドに位置した状態で検出信号が入力されると、高速開動作し、高速開ブレーキ点に到達したら高速開ブレーキ動作して減速することで、低速開動作し、低速開ブレーキ点に到達したら低速開ブレーキ動作をしてドア１を開きエンドに待機する。
この後に、図２に実線Ｂで示すように、高速閉動作し、高速閉ブレーキ点に到達したら高速閉ブレーキ動作して減速することで低速閉動作をしてドア１を閉じエンドとする。
前述の通常開閉動作の場合には、モータ２への通電制御は正弦波通電制御方式によって行なわれる。
【００２１】
前述のように、ドア１が閉じ動作している時にセンサー３から検出信号が制御部４に入力されると、制御部４はドア１が反転動作するようにモータ２に通電制御する。
前述の反転動作とは、図１（ａ）に示すようにドア１が開きエンドから閉じ動作している時に、図１（ｂ）に示すように人ａがドア１に接近し、センサー３が検出信号を出力するとモータ２を逆転して図１（ｃ）に示すようにドア１を開き動作してドア１が人ａに衝突しないようにすることである。
【００２２】
例えば、図２に点線Ｃで示すように、ドア１が高速閉動作している時に検出信号が入力されると、高速閉ブレーキ動作してドア１を減速し、モータ２を逆転してドア１を高速開動作する。
図２に点線Ｄで示すように、ドア１が低速閉動作している時に検出信号が入力されると、低速閉ブレーキ動作してドア１を減速し、その後にモータ２を逆転し、ドア１を高速開動作する。
このドア１の反転動作時にはモータ２の通電制御は、矩形波通電制御方式で行なわれる。好ましくは、反転動作時にドア１の閉じ方向のモータ２の回転速度が設定速度以下となった時に矩形波通電制御方式に切換え、ドア１が高速開動作してドア１の開き方向のモータ２の回転速度が設定速度以上となった時には正弦波通電制御方式に切換える。つまり、設定速度以下の範囲Ｅだけ矩形波通電制御によってモータ２に通電する。好ましくは、モータ２の回転速度が３００ｒｐｍ以下で切換える。
【００２３】
前述したように、通常開閉動作時に正弦波通電制御方式でモータ２に通電制御し、反転動作時に矩形波通電制御方式でモータ２に通電制御することで、ドアの開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できる。
なお、反転動作時にドア１の閉じ方向のモータ２の回転速度が設定速度以下に低下した時に矩形波通電制御方式とし、モータ２が逆転してドア１の開き方向のモータ２の回転速度が設定速度以上となった時に再び正弦波通電制御方式とすることで、ドアの反転動作をスムーズにできる。
つまり、正弦波通電制御方式で通電制御している時に減速してモータ２を低速とすることで、その正弦波と矩形波の段差が、減速せずにセンサー３の検出信号の入力と同時に矩形波通電制御方式に切換える場合の段差よりも小さく、スムーズに反転動作できる。
【００２４】
図２に示す実線Ａ、Ｂ、点線Ｃ、Ｄはドア１の速度を示し、反転動作時の通電制御方式の切換えはモータ２の回転速度で説明しているが、ドア１の速度とモータ２の回転速度は比例関係にあるので、前述のように図２にドアの速度を示し、通電制御方式の切換えをモータ２の回転速度で説明しても問題がない。
【００２５】
また、モータ２の回転速度によって通電制御方式を切換えしたが、ドア１の速度によって通電制御方式を切換えるようにしても良い。
例えば、モータ２の回転速度からドア１の開・閉速度を算出し、ドア１の閉じ速度が設定速度以下の時に矩形波通電制御方式に切換え、ドア１の開き速度が設定速度以上の時に正弦波通電制御方式に切換える。
この場合の設定速度は、５ｃｍ／ｓ以下が好ましい。
【００２６】
次に、本発明の具体例を説明する。
前記モータ２は、図３に示すように３相４極のブラシレスモータで、その電機子巻線にゲート駆動回路２０で通電制御して回転駆動される。このモータ２は回転子の磁極位置及び回転速度を検出するための手段、例えば３つのホールセンサー２１，２２，２３を備えている。
この３つのホールセンサー２１，２２，２３は電気角６０゜毎に出力信号が変化する。
【００２７】
前記制御部４は、モータ制御部４０、ドア制御部４１、回転子磁極位置検出部４２、速度検出部４３、ドア位置検出部４４を備えている。
前記モータ制御部４０は、正弦波ＰＷＭ算出部４５と矩形波ＰＷＭ算出部４６と正弦波と矩形波の切換部４７を備えている。
【００２８】
前記回転子磁極位置検出部４２は、第１・第２・第３ホールセンサー２１，２２，２３の出力信号の組み合せで電気角６０゜毎の位置を検出する。
前記速度検出部４３は、第１・第２・第３ホールセンサー２１，２２，２３の出力信号の変化時間で回転子（モータ）の回転速度を検出する。
前記ドア位置検出部４４は、第１・第２・第３ホールセンサー２１，２２，２３の出力信号の組合せで回転子（モータ２）の位置を検出し、その回転子の位置からドア１の位置を算出する。例えば、電気角６０゜毎に位置を検出するから、１２回の位置検出でモータ２が１回転となるので、モータ２の１回転によるドア１の移動距離を設定することで、位置の検出回数によってドア１の位置を算出することができる。
【００２９】
前記正弦波ＰＷＭ算出部４５は、回転子磁極位置検出部４２からの位置検出信号と速度検出部４３からの速度とから、次に磁極を検出するまでの間の磁極の位置を推測し、さらにドア制御部４１からの指令信号によって正弦波ＰＷＭのパルス幅を算出する。つまり、正弦波ＰＷＭ波形を作る。
前記矩形波ＰＷＭ算出部４６も同様に、回転子磁極位置検出部４２からの位置検出信号と速度検出部４３からの速度と、さらにドア制御部４１からの指令信号によって、矩形波ＰＷＭのパルス幅を算出する。つまり、矩形波ＰＷＭ波形を作る。
【００３０】
前述の正弦波ＰＷＭと矩形波ＰＷＭは切換部４７に送られ、ドア制御部４１からの切換指令によって切換部４７がどちらかを選択してゲート駆動回路２１に出力する。または、切換部４７の切換指令後に正弦波ＰＷＭまたは矩形波ＰＷＭのパルス幅を算出して、ゲート回路２１に出力しても良い。
この正弦波ＰＷＭ、矩形波ＰＷＭは３つの電機子巻線毎、例えばＵ上、Ｖ上、Ｗ上、Ｕ下、Ｖ下、Ｗ下それぞれ作られ、ゲート駆動回路２１を通り、ＦＥＴやトランジスタ等を駆動することによりモータ２を回転させる。
【００３１】
前記ドア制御部４１には、例えば図２に示すようなドア１の通常動作パターン、反転動作パターンが入力され、速度とドア位置とセンサー３の検出信号に基づいてモータ制御部４０に指令を出力し、モータ制御部４０がドア１が入力されたパターンに沿って開閉動作するようにモータ２を制御する。
【００３２】
次に、ドア１の反転動作の一例を図４に示す動作フローチャートに基づいて説明する。
ドア１が高速閉じ動作している時にセンサー３から検出信号が入力されると、高速閉じブレーキ動作してモータ２を減速することによってドア１の閉じ速度を遅くする。
具体的には、モータ２は正弦波通電制御方式で通電制御されて一方向に回転駆動されることによってドア１を高速閉じ動作している。
この状態でセンサー３の検出信号が入力されると通電電流を順次ピッチの長い正弦波で、かつ電流値を制御することでモータ２の回転速度を順次遅くし、ドア１の閉じ速度を遅くする。
つまり、前述の正弦波ＰＷＭを順次小さくする。
【００３３】
速度検出部４３で検出したドアの閉じ方向のモータ２の回転速度が前述の設定速度以下となると、モータ２への通電制御を正弦波通電制御方式から矩形波通電制御方式に切換える。
例えば、ドア制御部４１に設定速度を入力しておき、この設定速度と検出したモータ２の回転速度を比較し、モータの回転速度が設定速度よりも遅い場合にはドア制御部４１から切換部４７に切換信号を出力し、切換部４７が矩形波ＰＷＭをゲート駆動回路２１に出力することで、モータ２を矩形波通電制御方式で制御する。
【００３４】
前記モータ２が逆転されるとドア１は開き動作する。
この開き動作時のモータの回転速度、つまりドア１の開き方向のモータ２の回転速度が設定速度以上となると、モータ２への通電制御を矩形波通電制御方式から正弦波通電制御方式に切換える。
例えば、ドア制御部４１に設定速度を入力しておき、この設定速度と検出したモータ２の回転速度を比較し、モータ２の回転速度が設定速度よりも速くなった時にドア制御部４１から切換部４７に切換信号を出力し、切換部４７が正弦波ＰＷＭをゲート駆動回路２１に出力することで、モータ２を正弦波通電制御方式で制御する。
これ以降は通常の開閉動作を行なう。
この時の設定速度は前述の設定速度と同じでも良いし、異なる速度でも良い。
【００３５】
前述の反転動作においては設定速度以下となった時に矩形波通電制御方式に切換えしたが、閉じ動作中にセンサー３の検出信号が入力されると直ちに矩形波通電制御方式に切換えしても良い。この場合には、設定速度以上となった時、例えば通常の高速開き動作時のモータ回転速度となった時に正弦波通電制御方式に切換える。
【００３６】
次に、前述した反転動作時にモータ２に流れる電流について図５に基づいて説明する。
図５において、π、２π、３πなどは電気角を示し、Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは第１・第２・第３ホールセンサー２１，２２，２３の信号でＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗはモータ２に流れる電流である。
図５において、左側のπの位置と右側の一πの位置が切換点で、このπの位置までと、一πの位置以降はモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの波形は正弦波で正弦波通電制御である。そして、前述のπの位置から一πの位置までの間のモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの波形は矩形波で１２０゜通電制御で、πの位置〜３πの位置の間が閉動作から開動作とするために、モータ２を逆転しようとしている区間であり、この時のモータ２の回転方向は閉動作の時と同じである。３πの位置でモータ２の回転方向が逆転し、３πの位置から一πの位置の間が開き方向のときの１２０゜通電制御を表わしている。
切換点は、第１・第２・第３ホールセンサー２１，２２，２３の出力信号の組み合せで検出される電気角６０゜の位置で切換える。
【００３７】
図５において、第１・第２・第３ホールセンサー２１，２２，２３の信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、３πの位置（回転方向が逆転する位置）を境として対称となる。これはモータ２が逆転（つまり、反転）するからである。
これによって、矩形波も３πの位置を境として対称となる。
【００３８】
また、図５は見やすくするため、角度間を等間隔として表しているが、実際はモータ２の速度によって、その間隔は変化する。例えば、速度が遅くなってくると、間隔は広く、速くなると、間隔が狭くなる。
また、振幅についても一定としているが、その振幅の大きさで強さ（トルク）が変化し、速度が一定速度以下という条件では、加速が必要なので暫時的に振幅が大きくなり、反転した後も加速しているので振幅が大きくなる。モータ２の加速時はドアを動かす必要性からトルクを発生する必要があるので、振幅が大きくなり、また減速時も同様のことが言える。
高速での動作中はトルクはあまり必要ないので、振幅は加減速中に比べて小さいものになる。
上記の実施例では矩形波制御として１２０゜通電制御としたが、本発明は反転動作をスムーズに行うために矩形波制御を反転動作の時に使用するものであるから、矩形波制御を１８０゜通電制御としても良い。
上記の実施例ではブラシレスモータを３相４極としたが、これに限ることはない。例えば３相８極のブラシレスモータを用いても良い。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、通常開閉動作時にはモータが正弦波通電制御方式で通電制御されるから通常開閉動作時に発生する振動・騒音を抑制でき、反転動作時にはモータが矩形波通電制御方式で通電制御されるから、ドアを確実に反転動作できる。
【００４０】
請求項２に係る発明によれば、ドアを反転動作する時に、そのドアの閉じ方向のモータの回転速度が設置速度以下となるとモータの通電制御が矩形波通電制御方式に切換え、ドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上となるとモータの通電制御が正弦波通電制御方式に再び切換る。
よって、ドアの反転動作がスムーズにできる。
また、設定速度以下でのみ矩形波通電制御方式とするので、騒音・振動が発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動ドアの概略と反転動作の説明図である。
【図２】ドアの通常開動作パターンと反転動作パターンの説明図である。
【図３】自動ドアのモータと制御部の実施の形態を示す説明図である。
【図４】反転動作のフローチャート図である。
【図５】反転時の電流の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１…ドア、２…モータ（ブラシレスモータ）、３…センサー、４…制御部、２１…第１ホール素子、２２…第２ホール素子、２３…第３ホール素子、４０…モータ制御部、４１…ドア制御部、４２…回転子磁極位置検出部、４３…速度検出部、４４…ドア位置検出部。

Claims (4)

1. ブラシレスモータを用いてドアを開閉動作する自動ドアにおいて、
   通常の開閉動作時には正弦波通電制御方式によってモータに通電制御し、ドア反転動作時には矩形波通電制御方式によってモータに通電制御するようにしたことを特徴とする自動ドアの制御方法。
2. ドア反転動作時におけるドアの閉じ方向のモータの回転速度が設定速度以下の時に、モータの通電制御を矩形波通電制御方式に切換し、かつドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上の時に、モータの通電制御を正弦波通電制御方法に切換えるようにした請求項１記載の自動ドアの制御方法。
3. ドア１と、このドア１を開閉動作するブラシレスモータであるモータ２と、ドア１に人等が接近したことを検出するセンサー３と、前記モータ２を駆動制御する制御部４を備え、
   前記制御部４は、センサー３の検出信号によってドア１が通常開閉動作するようにモータ２に正弦波通電制御方式で通電制御する機能と、ドア１を閉じ動作している時にセンサー３から検出信号が入力されるとドア１を反転動作するようにモータ２に矩形波通電制御方式で通電制御する機能を有することを特徴とする自動ドアの制御装置。
4. 制御部４は、ドア１を閉じ動作している時にセンサー３から検出信号が入力されるとモータ２をブレーキ動作し、ドア１の閉じ方向のモータ２の回転速度が設定速度以下となった時にモータ２に矩形波通電制御方式で通電制御して反転動作し、ドア１の開き方向のモータ２の回転速度が設定速度以上となった時にモータ２に正弦波通電制御方式で通電制御する機能を有する請求項３記載の自動ドアの制御装置。

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