JP2006109668A - 自動ドアを開閉制御するｄｃブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＣブラシレスモータを使用した自動ドアの制御装置において、ドアが戸端に衝突してモータが逆転し、再度ドアが戸端に衝突するというハンチング現象を起こさない制御装置を得るのが課題である。
【解決手段】 このハンチング現象の原因となる信号の流れを検討すると、ドアが戸端に衝突して跳ね返り、モータが逆転したときに、この極性が反対となった速度帰還信号ｇを速度制御回路１に入力しなければ、電流を増加させるように作用しないので、反動によりモータに作用する逆転力が弱くなり、再度モータがドアを閉める方向に回転したときのモータの電流は少ないので、ドアを戸端に衝突させたときの反動は弱く逆転しないで停止するからハンチング現象は発生しない。ホール素子の信号よりモータの逆転を検出し、逆転直後から速度帰還信号を速度制御回路に入力しないように構成して解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータの制御回路と、これを用いた自動ドアの制御装置の改良に関する。

従来から実施されているＤＣブラシレスモータの制御回路と、これを用いた自動ドアの制御装置は、基本的なＤＣブラシレスモータの駆動回路の他に、モータを一定速度で回転させるための速度帰還信号回路、モータの電流を制御する電流帰還信号回路、そしてモータを正転・逆転させるための正転／逆転信号回路等で構成されている。そして、ドアの進路に沿ってドアの位置を検出する位置センサやドアが戸端に接近したことを検出し減速を指示する減速センサ等は設けられていない。
このような簡単な構成の制御回路では、ドアを開閉動作させたとき、ドアが戸端に衝突して跳ね返り逆走して、また閉じるという動作を繰り返しドアが完全に閉じることができない所謂ハンチング現象を繰り返すことがあった。

この改善策として、下記の特許文献が提案されている。
特許第３２８５３１８号

従来の技術での問題点は、このようなハンチングを防ぐ為に、従来は速度帰還信号回路の時定数を変更して対策していたが、充分でなく、また時定数を変更することによって、通常のドア開閉動作時の速度制御にも影響が出てくるという問題があった。
技術的解決の必要性は、通常ドアの開閉動作時の速度安定性を損なうことなく、戸端でのハンチング現象を防ぐ必要があった。

本発明の解決すべき課題は、スピードコントロールモータ等の安価な回路構成のまま、通常ドア開閉時の速度安定性と、戸端でのハンチング防止を両立させた制御回路を得ることである。

従来のブラシレスＤＣモータを使用した自動ドアの駆動装置について図２を用いて説明する。
図２は、従来のブラシレスＤＣモータを使用した自動ドアの駆動装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、従来のブラシレスＤＣモータの駆動回路は、多相巻線を備える固定子と永久磁石を備える回転子とよりなるブラシレスＤＣモータ３（以下モータと呼ぶ）を駆動制御素子２と、速度制御回路１と、回転速度検出手段１２及び電流検出手段１４により構成される。この場合、回転速度検出手段１２は、モータ３に内蔵された回転子磁極位置を検出するホール素子５と、このホール素子５の出力周波数を電圧信号である回転速度信号に変換するＦ／Ｖ変換器６により構成され、また電流検出手段１４は、モータ３に流れる電流を検出する電流検出素子４と、比較器８とで構成され、電流検出素子４からの入力信号とモータ３に流れる最大電流の制限値を設定する基準信号Ｊ２とを比較器８に入力して比較し、その比較信号を速度制御回路１に電流検出信号ｄを制御信号として与えている。なお、速度制御回路１には、この他にホール素子５からのホール素子信号ｈ及びＦ／Ｖ変換器６からの信号ｇも制御信号として入力されている。

以上の構成において、上位コントローラ１Ａから出力される回転速度指令ａ、起動/停止信号ｂ、回転方向信号ｃは速度制御回路１に入力され、速度制御回路１によりモータ３の回転速度を制御するための駆動制御素子２を駆動する通電信号ｅが出力される。ここで、例えば、起動／停止信号がオン、（起動）、上記電流検出手段１４からの電流検出信号ｄがオンのときは、上記通電信号ｅは、駆動制御素子２を介して、ブラシレスＤＣモータ３を駆動する。
ブラシレスＤＣモータ３に内蔵された回転子の磁極位置を検出する、上記回転速度検出手段１２のホール素子５の出力信号（以下、ホール素子信号ｈと記す）をＦ／Ｖ変換器６により回転速度信号ｇに変換し速度制御回路１へ入力する。また、速度制御回路１において、上位コントローラ１Ａからの回転速度指令ａに対応した通電信号ｅが生成される。その際、上記電流検出手段１４により生成される電流検出信号ｄにより、速度制御回路１は、設定された電流の制限値を超えないように制御している。
図２は従来から実施されている自動ドアを駆動するためのＤＣブラシレスモータの制御回路と、これを用いた自動ドアの制御装置の一例で、図 において、１５は減速ギヤボックス、１６は駆動側プーリ、１７は従動側プーリ、１８はベルト、１９は駆動されるドア、２０は戸端である。

この制御回路と自動ドアの制御装置の動作概要は、３相の固定子巻線と空隙を介して永久磁石を備える回転子が回転自在に支承され、該永久磁石の磁極位置を検出するホール素子５が固定子に配置されたモータと、３個のホール素子５の出力が速度制御回路１の分配回路に入力され３相切替信号に変換され、次段の通電信号発生回路に送られ、更に次段の駆動制御素子２に送られ固定子巻線に通電するようになっている。
一方ホール素子６の出力は逓倍回路（図示せず）でパルス数を逓倍され、Ｆ／Ｖ変換回路６により回転速度に比例した電圧に変換され、速度制御回路１に速度帰還信号ｇとして入力され、上位コントローラ１Ａから回転速度指令信号ａ、回転方向指令信号ｃ、起動／停止信号指令ｂ、が入力され、指令信号と帰還信号を合成した通電信号ｅが速度制御回路１から出力し、駆動制御素子２からモータ３の固定子巻線に適宜通電して回転子を指示した方向に回転駆動して、ギヤボックス１５を介してプーリ１６を駆動しベルト１８を駆動してドア１９を駆動するように構成されている。

今、上位コントローラ１Ａの指令によりドアを閉じる方向に微速で動かし戸端に衝突させると、反動でドアが反対方向に押し戻されるのでモータが反対方向に回転させられ、Ｆ／Ｖ変換回路６から発生する速度帰還信号ｇの極性が反対になるので、速度制御回路１の中で電流を減少させるように作用する。一方電流帰還信号ｄにより駆動電流を増加させるように通電信号ｅが出力し、反動により逆転したモータが再度閉じる方向に回転を始めるとモータの駆動力を増加して再度ドアを閉じるように作用するので、戸端に衝突して跳ね返り、モータが逆転し……ということを繰り返してハンチング現象を起こしていた。

そこで、このハンチング現象の原因となる信号の流れを検討すると、ドアが戸端に衝突して跳ね返り、モータが逆転したときに、この極性が反対となった速度帰還信号ｇを速度制御回路１に入力しなければ、電流を増加させるように作用しないので、反動によりモータに作用する逆転力が弱くなり、再度モータがドアを閉める方向に回転したときのモータの電流は少ないので、ドアを戸端に衝突させたときの反動は弱く逆転しないで停止するからハンチング現象は発生しない。

そこで、ドアが戸端に衝突して跳ね返り逆転したことを検出し、逆転している間は速度帰還信号ｇを、速度制御回路１に入力させなければ、電流を増加させる信号が発生しないから次の正方向のモータ駆動電流を増加させることがないので、再度ドアが衝突する力が弱くなり跳ね返ることなく戸端に押し付けられて停止するからハンチング現象は起こらない。

こときにはモータは完全に停止しているので、モータの発生する力即ちドアを戸端に押し付ける力はモータの電流に比例するから、モータの駆動電流検出手段で電流制限回路の設定値を調節し、ドアを押し付けるに必要な最小トルクとなるように電流の値を設定する。

本発明の実施により、ドアを戸端に押し付け停止させるのに充分なトルクを発生可能な小容量のＤＣブラシレスモータを簡単な制御回路により駆動することが実現できる。

図１は本発明の制御回路の一実施例を示す回路図である。

図１において、図２に示す従来技術の回路でＦ／Ｖ変換回路６と速度制御回路１とを接続して速度帰還信号ｇを速度制御回路１に送る線路を直接に接続せず、ホール素子５の出力を回転方向検出回路２２に接続し、該回転方向検出回路２２の出力と、上位コントローラ１Ａの回転方向指令信号ｃとを回転方向弁別回路２１に入力し、一方、Ｆ／Ｖ変換回路６の出力と、速度制御回路１の速度帰還信号端子とをスッチ回路２３に入力し、該回転方向弁別回路２１の出力を前記スッチ回路２３の制御端子に接続する。

図１に示す本発明の一実施例の動作について説明する。上位コントローラ１Ａには、ドアの速度指令信号ａと開閉方向指令信号ｂと起動／停止指令信号ｃとが発信するようになっており、速度指令信号ａにより所定のパターンの速度指令信号と、開閉方向信号ｂと起動／停止信号ｃが速度制御回路１に送られドアの開閉操作を行う場合の動作を説明する。

上位コントローラ１Ａより速度指令信号により選択された所定の速度パターンに従った速度指令信号ａと、開閉方向の指示信号ｂが速度制御回路１に送られ、モータが起動し、指定の速度パターンに従い回転して停止位置に接近すると、減速して微速の状態でドアが戸端に接近し戸端に衝突すると、衝突の反動でドアが逆走して、モータが逆回転してホール素子６の信号の相回転が逆となる。
上位コントローラ１Ａの出力信号ｃと、回転方向検出回路２２の出力とを回転方向弁別回路２１で比較し逆転を検出し、前記回転方向検出回路２２の出力と回転方向の不一致の結果を検出してスイッチ回路２３の制御端子に入力し、スッチ回路２３がＯＦＦとなり、Ｆ／Ｖ変換回路６は、出力信号の極性の反対な速度帰還信号ｇが速度制御回路１に入力しなくなり、電流帰還信号による電流増加の信号は発生しない。

衝突の反動で逆転したモータは逆転制動が作用してやがて停止し、反転してドアを閉じる方向に微速で駆動されているので再度ドアを閉める方向に駆動しドアが戸端に衝突するが、そのときの駆動電流は小さいのでトルクは小さく反動で跳ね返ることなく戸端で停止しドアを戸端に押し付ける。
このときのドアの押し付ける力はモータの電流に比例するので電流制限回路の設定で調整できる。

本発明になるＤＣブラシレスモータの制御回路を使用して自動ドアの制御装置を構成することは、どのような形式の自動ドアの制御にも使用可能で、特に質量の軽いものに適し、エレベータ用ドアの駆動等にも使用可能である。

図１は本発明を実施したＤＣブラシレスモータの制御回路とこれを使用した自動ドアの制御装置の一実施例である。 図２は従来から実施されているＤＣブラシレスモータの制御回路とこれを使用した自動ドアの制御装置の一実施例である。

符号の説明

１： 速度制御回路
２： 駆動制御素子
３： ＤＣブラシレスモータ
４： 電流検出素子
５： ホール素子
６： Ｆ／Ｖ変換回路
８： 比較器
１２： 速度検出手段
１４： 電流検出手段
１５： 減速ギヤボックス
１６： 駆動側プーリ
１７： 従動側プーリ
１８： ベルト
１９： 駆動されるドア
２０： 戸端
２１： 回転方向弁別回路
２２： 回転方向検出回路
２３： スイッチ回路

Claims (1)

1. 複数相の巻線を備えた固定子と、該固定子と空隙を介して対向し、回転自在に支承され永久磁石を備える回転子と、該回転子の永久磁石の位置を検出するための磁気検出器（以下ホール素子と称する）と、該ホール素子の出力より通電信号を発生させる分配回路と、ホール素子の出力パルス数を増加させるための逓倍回路と、該逓倍回路の出力より回転速度に比例した電圧を得るＦ／Ｖ変換回路と、速度制御回路と、通電制御素子と、速度帰還信号回路と電流帰還信号回路と上位コントローラより構成されたＤＣブラシレスモータの制御回路において、
   ホール素子の出力信号より回転子の回転方向を検出する回転方向検出回路と、上位コントローラの回転方向指令出力とを比較してモータの回転方向を検出する回転方向弁別回路と、Ｆ／Ｖ変換回路と速度制御回路の速度帰還信号入力端子の間に前記回転方向弁別回路の出力により制御されるスイッチ回路とを備え、前記回転方向弁別回路の出力が、上位コントローラの指令回転方向に対し回転方向検出回路の出力する回転方向が逆となったとき、前記スイッチ回路をＯＦＦとし逆転直後の速度帰還信号が、速度制御回路に入力されないように構成されていることを特徴とするＤＣブラシレスモータの制御回路と、それを用いた自動ドアの制御装置。