JP2009127347A - 自動ドア駆動装置及び自動ドア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダの出力信号に異常が生じた場合にも安全にドアの開閉が行える自動ドア駆動装置を提供する。
【解決手段】ドア１の開閉を行うモータ２と、前記モータ２の回転速度を検出するためのエンコーダ３と、前記エンコーダ３からの信号によりモータ２を制御する制御部４と、制御部４からの信号によりモータ２を駆動する駆動回路５により構成された自動ドア駆動装置において、エンコーダ３の出力信号の異常検出手段と、異常検出によってモータの速度を低下させる制御手段を設けた。エンコーダ３の出力信号の異常検出後、エンコーダ３の出力パルスから計測される時間に制限を設けてモータ２の速度を略一定の割合で低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動ドア駆動装置とこれを用いた自動ドア装置に関するものである。

従来の自動ドア駆動装置は、ドアの開閉を行うモータと、このモータの回転速度を検出するためのエンコーダと、このエンコーダからの信号を基にモータを制御する制御部と、制御部からの信号によりモータを駆動する駆動回路で構成されている。制御部はエンコーダからの信号によりモータの回転方向と速度を算出し、ドアの動作ストローク長に合った加速、定速、減速、徐行するようにモータの速度を制御し、その制御信号を受けて駆動回路によりモータが回転する。このフィードバック制御において、エンコーダからの信号に異常があるとドアの駆動を停止する技術が、例えば特許文献１に開示されている。
特許第３３５２９１１号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、エンコーダの出力信号に異常があるとドアの動作を停止してしまうので、もし通行人がある時にドアが停止すると通行人がドアに衝突してしまう恐れがある。エンコーダの出力信号に異常があってもドアの開閉が行えるのであれば、全閉位置か全開位置まで動作する方が望ましい。しかし、エンコーダの出力信号が異常な状態でモータを駆動すると、正常なドアの開閉速度を超えた速度でドアが動作して通行人への衝突やドアの破損の恐れがある。

本発明の目的は、エンコーダの出力信号に異常が生じた場合にも安全にドアの開閉が行える自動ドア駆動装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、ドア１の開閉を行うモータ２と、前記モータ２の回転速度を検出するためのエンコーダ３と、前記エンコーダ３からの信号によりモータ２を制御する制御部４と、制御部４からの信号によりモータ２を駆動する駆動回路５により構成された自動ドア駆動装置において、エンコーダ３の出力信号の異常検出手段と、異常検出によってモータの速度を低下させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、エンコーダ３の出力信号の異常検出後、エンコーダ３の出力パルスから計測される時間に制限を設けてモータ２の速度を略一定の割合で低下させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、制御部４にはあらかじめエンコーダ信号から算出されたドア１の動作ストローク長を記憶したメモリ６が設けられ、前記動作ストローク長を基にモータ２の速度を制御する制御部４が、エンコーダ３の出力信号の異常検出時に前記メモリ６に記憶された動作ストローク長より短いストローク長を基にモータ２の速度制御を行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の自動ドア駆動装置を備えたことを特徴とする自動ドア装置である。

請求項１の発明によれば、エンコーダの出力信号の異常検出手段を設け、異常検出によってモータの速度を低下させるので、エンコーダの出力信号に異常が生じた場合に安全にドアの開閉を行うことができる。

請求項２の発明によれば、エンコーダの出力信号の異常検出後、エンコーダ出力のパルスから計測される時間に制限を設けてモータの速度を略一定の割合で低下させるので、安全性がさらに向上する。

請求項３の発明によれば、制御部にはあらかじめエンコーダ信号から算出されたドアの動作ストローク長を記憶したメモリが設けられ、前記動作ストローク長を基にモータの速度を制御する制御部が、エンコーダの出力信号の異常検出時に前記メモリに記憶された動作ストローク長より短いストローク長を基にモータの速度制御を行うので、エンコーダの出力信号の異常発生がドアの動作ストロークのどの位置で起こっても通行人への衝突やドアの破損を防止することができる。

請求項４の発明によれば、本発明の自動ドア駆動装置を備えたことにより、エンコーダの出力信号に異常が生じた場合に安全な開閉が行える自動ドア装置を提供することができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１の自動ドア駆動装置のブロック構成図を図１に示す。モータ２には駆動プーリ８が取り付けられ、従動プーリ９との間にベルト１０が張られている。ベルト１０にはドア１が結合され、モータ２が正転すると閉じ位置に、逆転すると開き位置に移動する。モータ２は、ＤＣモータまたはＤＣブラシレスモータを使用することができ、永久磁石を備えた回転子の位置を検出するためにホール素子が取り付けられており、ホール素子の出力パルスをインターフェース１１を通して制御部４のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）７に接続されている。それぞれのモータ２に応じてエンコーダ３のホール素子は２相もしくは３相のパルス信号を出力する。

ＣＰＵ７にはメモリ部６が接続されている。このメモリ部６は、ドア１を動作させる各種パラメータが格納された不揮発性メモリで構成される。

ＣＰＵ７からの制御信号によりモータ駆動回路５が動作し、モータ２の回転を制御する。また、商用電源１２から制御部４、モータ２、エンコーダ３のそれぞれに電源を供給する電源部１３が接続されている。

自動ドア駆動装置にはドア１を通行する人を検出するセンサ１４が接続され、センサ１４が人を検出すると、センサ入力部１５を通して制御部４にドア開閉のための信号が入力され、ＣＰＵ７からモータ駆動回路５に制御信号が伝達され、モータ２を回転させる。モータ２の回転速度をエンコーダ３で検出してＣＰＵ７にフィードバックして、ドア１が開閉動作開始位置から開閉動作終了位置まで加速、定速、減速、徐行をしながら所定の速度で移動するように、ドア１の指令速度と検出されたモータ２の回転速度とからその差をなくすようモータ駆動回路５を制御するためのＰＷＭ信号を演算してモータ２に供給される電圧を制御する。

モータ２がＤＣブラシレスモータの場合、モータ２の回転速度は次のように算出する。図２に示すようにエンコーダ３のホール素子から３相の１２０°位相のずれたパルス信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃがインターフェース回路１１を通してＣＰＵ７に入力される。この各々の信号の立上りまたは立下りを検出し、その間隔をパルス間隔時間ＴとしてＣＰＵ７で計測する。モータ２の回転子の磁石の極数からパルス間隔の回転角が求まるので、モータ２の回転速度を求めることができる。さらに回転角からモータ２に接続されている駆動プーリ８の円周上の移動距離を算出できるので、ドア１の速度を算出できる。

まず、モータの回転方向を判別する。図３に示すように各相信号の立上りと立下り時にＣＰＵは割り込みを受け付ける（Ｓ１）。ホール素子からの出力パルスＨａ、Ｈｂ、Ｈｃがそれぞれハイレべル（１）、ローレベル（０）のパターンから、ＣＰＵでは１１０、０１０、…と６種類のパターンとしてホール素子の状態を読み込み（Ｓ２）、読み込んだホール素子の状態を記憶する（Ｓ３）。最新のホール素子の状態を読み込み（Ｓ４）、記憶しておいた前回の信号と最新の信号からモータの回転方向を判別する（Ｓ５）。

一方、図４に示すようにパルスの立上りまたは立下りから次のパルスの立上りまたは立下りまでの時間を計測して速度を算出する。ステップＳ１１において、パルスの立上り／立下りがあるか判別する。立上り／立下りがあればタイマでカウントされた時間をパルス間隔時間として記憶し（Ｓ１２）、タイマをリセット（Ｓ１３）した後、カウントを開始する（Ｓ１４）。この実測された速度を基にドアの速度を決定して、ＰＷＭ信号のデューティを設定してモータの回転速度を制御する。また、ホール素子と制御部までの接続が正常な場合、モータの回転方向の判別とＣＰＵに入力されるパルス数のカウントにより、ドアの動作ストロークの中での位置を知ることができる。自動ドア装置を施工した直後に低速でドアを一往復動作させることで動作ストロークを測定し、メモリ部にその値を格納し、以後の自動ドア動作はその動作ストロークから加速、定速、減速、徐行区間の時間を決定し、ドアの速度を制御する。

ここで、図５のようにドアが動作中、１相のホール素子が故障するか、制御部までの接続が外れて、１相のホール素子の出力が異常の場合、回転速度を算出するパルスとパルスの間の間隔時間Ｔが延びる区間が発生する。このパルス間隔時間から回転速度を求めると、ドアの速度は半分しか出ていないことになるので、ＣＰＵはドアの速度を上げるようＰＷＭ信号のデューティを増加してモータの速度を制御するため、正常な場合よりドアの動作速度が高くなってしまう。

このドアの異常速度を防止するため、図３のモータの回転方向を判別するステップＳ５において、ホール素子のパルスのパターンから回転方向の判別だけでなく異常も検出する。異常を検出すると、図６に示すように、まずドアの動作速度が最も速くなる定速区間であるか判断する（Ｓ２１）。定速区間であればホール素子のパルスが正常な場合と同様、パルスの立上り／立下りを検出し（Ｓ２２）、パルス間隔時間を計測する（Ｓ２３）。ここで、計測されたパルス間隔時間Ｔをあらかじめ設定された値Ａと比較（Ｓ２４）して、小さければ計測された時間をパルス間隔時間とし（Ｓ２５）、大きければ設定値Ａをパルス間隔時間とする（Ｓ２６）。ステップＳ２７、２８は図３のステップＳ１３、Ｓ１４と同様である。このフローで得られたパルス間隔時間を用いて回転速度を算出してモータの速度を制御することで、何もしない場合よりもドアの速度を低下させることができる。

（実施形態２）
実施形態１では、ドアの動作速度が最大の定速区間でホール素子からの出力パルスのパターンに異常が発生したとき、算出されたパルス間隔時間Ｔを所定値Ａと比較したが、本実施形態では、この判断を図７に示すように加速、減速、徐行区間においても行う（Ｓ３１、Ｓ４１、Ｓ５１）。各々の区間の処理は図６に示したフローと同様なので、重複する説明は省略する。

定速と徐行区間は一定速度のため、算出されたパルス間隔時間と比較する設定値は定数でよいが、加速、減速区間はパルス間隔時間が変化するので、図８に示すように加速、減速区間の異常判定の設定値はドアが動作し始めてからの時間ｔの一次関数で表した値になる。ホール素子からの出力パルスのパターンに異常が発生したと判断すると、動作区間に応じて算出されたパルス間隔時間をあらかじめ設定された上限値と比較して大きければ、上限の設定値を用いて回転速度を算出してモータの速度を制御する。

（実施形態３）
本発明の実施形態３では、実施形態１と同様の構成を有し、ホール素子の立上り／立下りのパルス数をカウントしてドアの移動距離を計測してドアが開閉動作する動作ストロークを測定し、その距離から加速、定速、減速、徐行区間の位置を決定し、ドアの速度を制御する。

ホール素子からの出力信号が正常な場合、図９に示すようにＣＰＵはドアを動作させる各種パラメータに従って決められた指令速度に基づいてモータの速度を制御する。ここで０〜ｘ１は加速区間、ｘ１〜ｘ２は定速区間、ｘ２〜ｘ３は減速区間、ｘ３〜ｘ４は徐行区間であり、距離ｘ４ではドアは全開位置もしくは全閉位置にあり、ドアの動作ストローク長に相当する。

図１０に定速区間でホール素子の出力の異常を検出したときの指令速度と、パルス間隔時間を示す。ホール素子の出力に異常が発生するとＣＰＵにより異常を検出し、ドアの指令速度を正常時の指令値より小さい設定値に変更する。例えば、正常時のドアの開閉速度の２／３になるように指令値を設定する。さらに、定速区間から減速区間に切替るｘ２’は、異常発生時の位置をｘａとすると（ｘ２−ｘａ）×２／３に設定する。同様に異常検出後の減速→徐行の切替位置ｘ３’と全開／全閉位置ｘ４’はそれぞれ（ｘ３−ｘａ）×２／３、（ｘ４−ｘａ）×２／３に設定してモータの速度を制御する。

ホール素子の出力の異常を検出した区間が定速区間以外の場合、上記と同様に指令速度と各区間の切り替えの位置を変更し、変更後の値に基づいてモータの速度を制御する。

実施形態１、２では加速、定速、減速、徐行区間の切替を時間で、実施形態３ではドア位置により行ったが、それに限定されるものではない。同様にドアの速度を低下させる制御手段もパルス間隔時間を制御するか指令速度を制御するかどちらでも構わない。

（実施形態４）
実施形態１〜３の自動ドア駆動装置を備えた自動ドア装置の概略構成を図１１に示す。２１は自動ドアを構成するブロックを取り付けるエンジンケース、２２はドアの開閉を制御する自動ドア駆動装置を含む制御ブロック、２３はドアを駆動するモータブロックである。モータブロック２３はモータ２と駆動プーリ８を含んでなる。１０はモータブロックの動力を伝達するベルト、９はモータブロックとともにベルトの張力を調整する従動プーリ、２４はドアを吊るしモータブロックの動力によりドアを開閉するハンガーブロック、２５は制御ブロックの入力電源とセンサからの信号を電気ブロックに伝達させる端子台ブロック、２６はドアの開口幅を制限するストッパブロックで、図に示すように全閉位置と全開位置の２箇所に設置されている。２７は一方のドアのハンガーブロックをベルトに止めるベルト止めブロック、２８は他方のドアのハンガーブロックをベルトに止める引分け用ベルト止めブロック、２９はベルトが弛まないようにエンジンケースの中央付近に設置する中間ベルト受けブロックである。

本発明の実施形態１の自動ドア駆動装置のブロック構成図である。 同上のエンコーダ出力正常時のＣＰＵに入力される信号を示す波形図である。 同上のモータの回転方向を判別するフローチャートである。 同上のホール素子のパルス間隔時間を計測するフローチャートである。 同上のエンコーダ出力異常時のＣＰＵに入力される信号を示す波形図である。 同上の異常検出時の定速区間でパルス間隔時間を算出するフローチャートである。 本発明の実施形態２の異常検出時の各動作区間でパルス間隔時間を算出するフローチャートである。 同上の各動作区間のパルス間隔時間と異常判定値を示した図である。 本発明の実施形態３の各動作区間のパルス間隔時間と指令速度を示した図である。 同上の定速区間で異常検出時の指令速度と各区間の切り替え位置を示した図である。 本発明の実施形態４の自動ドア装置の概略構成図である。

符号の説明

１ ドア
２ モータ
３ エンコーダ
４ 制御部
５ 駆動回路
６ メモリ

Claims (4)

1. ドアの開閉を行うモータと、前記モータの回転速度を検出するためのエンコーダと、前記エンコーダからの信号によりモータを制御する制御部と、制御部からの信号によりモータを駆動する駆動回路により構成された自動ドア駆動装置において、エンコーダの出力信号の異常検出手段と、異常検出によってモータの速度を低下させる制御手段を設けたことを特徴とする自動ドア駆動装置。
2. 請求項１において、エンコーダの出力信号の異常検出後、エンコーダ出力のパルスから計測される時間に制限を設けてモータの速度を略一定の割合で低下させることを特徴とする自動ドア駆動装置。
3. 請求項１または２において、制御部にはあらかじめエンコーダ信号から算出されたドアの動作ストローク長を記憶したメモリが設けられ、前記動作ストローク長を基にモータの速度を制御する制御部がエンコーダの出力信号の異常検出時に前記メモリに記憶された動作ストローク長より短いストローク長を基にモータの速度制御を行うことを特徴とする自動ドア駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の自動ドア駆動装置を備えたことを特徴とする自動ドア装置。

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