JP2016211316A - 自動ドア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最低限の制御情報で、安全性、堅牢性、低消費電力、そして低コストな自動ドア装置を提供する。
【解決手段】制御部２０４は、公知の正弦波駆動制御によるモータ１０４のＰＷＭ制御を行う。但し、その制御の根拠となる信号はモータ１０４に内蔵されるホール素子のみである。速度プロファイル５１０を作成したら、速度プロファイル５１０の下限値となる衝突検出速度プロファイル５１２と、速度プロファイル５１０の上限値に相当するトルクリミット電圧プロファイル５１１を作成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、自動ドア装置に関する。

周知のように、自動ドア装置は店舗や公共施設等、様々な建造物に設置されている。
なお、特許文献１には、簡単な構成で非常時にドアを適正に閉鎖することができるとともに、必要に応じて該ドアを容易かつ迅速に手動操作で開放できる自動ドア装置に関する技術が開示されている。

特開２０１２−３１６２４号公報

特に、自動ドア装置は人の往来が激しい施設に設置されることが多いことから、安全であること、長寿命であること、また昨今の電力事情からこれまで以上に低消費電力であることが求められる。更に、建造物所有者はこれまで以上に低コストな自動ドア装置を求めている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、最低限の制御情報で、安全性、堅牢性、低消費電力、そして低コストな自動ドア装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の自動ドア装置は、扉と、扉を開閉駆動する開閉機構と、開閉機構を駆動するモータと、モータの回転に伴いパルスを出力する位置センサと、モータに三相交流を供給して速度制御を行うモータ駆動制御装置とを具備する。モータ駆動制御装置は、扉を加速期間にて加速駆動し、次に高速期間にて高速駆動し、次に減速期間にて減速駆動し、次に低速期間にて低速駆動するものであり、加速期間及び高速期間において扉が所定の速度に至らないことを検出した場合に、扉を緊急停止させた後に反転駆動させると共に、減速期間及び低速期間において扉が所定の速度に至らないことを検出した場合に、扉を停止させる。

本発明により、最低限の制御情報で、安全性、堅牢性、低消費電力、そして低コストな自動ドア装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態の例である、自動ドア装置の全体構成を示す概略図である。 モータ駆動制御装置と、モータのブロック図である。 インバータの回路図である。 制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。 制御部のソフトウェア機能を示すブロック図である。 自動ドア装置の状態遷移図である。 速度プロファイルと、衝突検出速度プロファイルと、トルクリミット電圧プロファイルを示す図である。 制御部によるモータの速度制御を示すフローチャートである。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態の例である、自動ドア装置１０１の全体構成を示す概略図である。
自動ドア装置１０１は、扉１０２ａ、１０２ｂと、扉１０２ａ、１０２ｂを開閉駆動する開閉機構１０３と、開閉機構１０３を駆動するモータ１０４と、モータ１０４を駆動制御するモータ駆動制御装置１０５と、モータ駆動制御装置１０５に接続される光電スイッチ１０６等の人感センサよりなる。人感センサは赤外線スイッチ等も利用可能であるが、本発明に直接的には関係しないので、詳細な説明は割愛する。
なお、これ以降、扉１０２ａ及び１０２ｂは、特に区別しない場合、扉１０２と総称する。

モータ１０４は周知のブラシレス三相交流モータである。モータ１０４には回転角位相を検出するための、図２で後述する３個のホール素子２０６が内蔵されている。ホール素子２０６はモータ１０４の回転に伴ってパルスを出力する、位置センサとしての機能を有する。
モータ駆動制御装置１０５は、交流電源１０７から電力の供給を受けて、ＰＷＭ制御にて周波数及び電圧を可変した三相交流をモータ１０４に供給して、モータ１０４の回転速度を制御する。
図１中、モータ駆動制御装置１０５は、モータ１０４の回転速度制御に際し、人感センサと、ホール素子２０６以外にはセンサ類の情報を取得しない。

［モータ駆動制御装置１０５］
図２は、モータ駆動制御装置１０５と、モータ１０４の構成と接続関係を示すブロック図である。
交流電源１０７には周知のダイオードブリッジ２０１が接続される。交流電源１０７から生じる交流電圧はダイオードブリッジ２０１で全波整流された後、コンデンサＣ２０２によって脈流成分が平滑化され、直流電圧に変換される。
この直流電圧はインバータ２０３に供給され、三相交流ブラシレスモータであるモータ１０４を回転駆動する。インバータ２０３は周知のインテリジェントパワーモジュールである。インバータ２０３は、マイコンよりなる制御部２０４によって制御される。また、インバータ２０３には短絡検出部２０５が接続されている。
モータ１０４には、ｕ相を検出するホール素子２０６ｕ、ｖ相を検出するホール素子２０６ｖ、及びｗ相を検出するホール素子２０６ｗが内蔵されており、制御部２０４に位置情報を供給する。これ以降、ホール素子２０６ｕ、２０６ｖ及び２０６ｗを区別しない時はホール素子２０６と総称する。

図３は、インバータ２０３及び短絡検出部２０５の回路図である。
プラス側電源端子には、Ｐ側Ｕ相ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）３０１ＰＵ、Ｐ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＰＶ及びＰ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＰＷのコレクタがそれぞれ接続されている。
Ｐ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＰＵのエミッタには、Ｎ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵのコレクタが接続されている。同様に、Ｐ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＰＶのエミッタにはＮ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶのコレクタが、Ｐ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＰＷのエミッタにはＮ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷのコレクタが接続されている。
Ｐ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＰＵのエミッタとＮ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵのコレクタとの接続点は、モータ１０４のｕ相端子に接続される。同様に、Ｐ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＰＶのエミッタとＮ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶのコレクタとの接続点は、モータ１０４のｖ相端子に、Ｐ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＰＷのエミッタとＮ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷのコレクタとの接続点は、モータ１０４のｗ相端子に接続される。すなわち、Ｐ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＰＵのエミッタとＮ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵのコレクタとの接続点、Ｐ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＰＶのエミッタとＮ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶのコレクタとの接続点及びＰ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＰＷのエミッタとＮ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷのコレクタとの接続点から、三相交流が生成される。

Ｐ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＰＵのゲート、Ｐ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＰＶのゲート及びＰ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＰＷのゲートは、Ｐ側ゲート駆動回路３０２Ｐに接続される。すなわち、Ｐ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＰＵ、Ｐ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＰＶ及びＰ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＰＷは、Ｐ側ゲート駆動回路３０２Ｐによってオンオフ制御される。
Ｎ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵのゲート、Ｎ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶのゲート及びＮ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷのゲートは、Ｎ側ゲート駆動回路３０２Ｎに接続される。すなわち、Ｎ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵ、Ｎ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶ及びＮ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷは、Ｎ側ゲート駆動回路３０２Ｎによってオンオフ制御される。
Ｎ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵのエミッタとマイナス側電源端子との間には、Ｕ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｕが接続されている。同様に、Ｎ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶのエミッタとマイナス側電源端子との間には、Ｖ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｖが、Ｎ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷのエミッタとマイナス側電源端子との間には、Ｗ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｗが接続されている。

Ｎ側Ｕ相ＩＧＢＴ３０１ＮＵのエミッタとＵ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｕの接続点は、Ｕ相コンパレータ３０４Ｕのマイナス側入力端子が接続されている。同様に、Ｎ側Ｖ相ＩＧＢＴ３０１ＮＶのエミッタとＶ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｖの接続点は、Ｖ相コンパレータ３０４Ｖのマイナス側入力端子が、Ｎ側Ｗ相ＩＧＢＴ３０１ＮＷのエミッタとＷ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｗの接続点は、Ｗ相コンパレータ３０４Ｗのマイナス側入力端子が接続されている。
Ｕ相コンパレータ３０４Ｕのプラス側入力端子、Ｖ相コンパレータ３０４Ｖのプラス側入力端子、Ｗ相コンパレータ３０４Ｗのプラス側入力端子には、それぞれ参照電圧源３０５が接続されている。Ｕ相コンパレータ３０４Ｕの出力端子、Ｖ相コンパレータ３０４Ｖの出力端子、Ｗ相コンパレータ３０４Ｗの出力端子は、それぞれＮＮＡＮＤゲート３０６の入力端子に接続されている。Ｕ相コンパレータ３０４Ｕ、Ｖ相コンパレータ３０４Ｖ及びＷ相コンパレータ３０４Ｗの何れか一つでも論理が偽（低電位）になった場合、ＮＡＮＤゲート３０６の論理が真（高電位）になり、保護回路３０７がこれを検出して、Ｎ側ゲート駆動回路３０２Ｎを停止制御する。
また、保護回路３０７の出力信号は、制御部２０４に出力される。

［制御部２０４］
図４は、制御部２０４のハードウェア構成を示すブロック図である。
周知のマイコンよりなる制御部２０４は、ＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、第一シリアルインターフェース（図３Ａ中「シリアルＩ／Ｆ」と略記、以下「シリアルＩ／Ｆ」と略す）４０４、そして第二シリアルＩ／Ｆ４０５が、バス４０６に接続されている。
第一シリアルＩ／Ｆ４０４には、モータ１０４に内蔵されているホール素子２０６と、インバータ２０３の保護回路３０７の出力信号が供給される。
第二シリアルＩ／Ｆ４０５には、インバータ２０３のＰ側ゲート駆動回路３０２Ｐ及びＮ側ゲート駆動回路３０２Ｎが接続される。図４中、「ｕ＋」、「ｖ＋」及び「ｗ＋」の端子はＰ側ゲート駆動回路３０２Ｐへ、「ｕ−」、「ｖ−」及び「ｗ−」の端子はＮ側ゲート駆動回路３０２Ｎへ、それぞれ接続される。

図５は、制御部２０４のソフトウェア機能を示すブロック図である。
ホール素子２０６からのパルスは、カウンタ５０１と速度算出部５０２に入力される。カウンタ５０１は、３個のホール素子２０６からのパルスを計数する。カウンタ５０１の値は、モータ１０４の回転量、転じて自動ドア装置１０１における扉１０２の移動量に相当する。
速度算出部５０２は、図示しないシステムクロック等でホール素子２０６からのパルスの周期を測定し、モータ１０４の回転速度を算出する。

速度算出部５０２が出力する速度情報と、カウンタ５０１が出力する計数値は、速度制御部５０３に入力される。速度制御部５０３は、現在のモータ１０４の移動量に対する目標速度を速度プロファイル５１０から得て、これに対する現在のモータ１０４の速度を比較して、モータ１０４の速度を目標速度に追従するように制御するための演算を行う。そして、速度制御部５０３が演算した制御情報はＰＷＭ制御部５０４に送られ、インバータ２０３を制御する。
速度制御部５０３は、図示しない速度電圧対応テーブルを内蔵する。速度制御部５０３は、目標速度に対して、目標速度に対応する電圧を出力するための情報を、ＰＷＭ制御部５０４に与える。

速度制御部５０３は、扉１０２を開ける時と閉める時、そして異常状態に基づいて緊急停止を行う時に稼働する。状態制御部５０５は、光電スイッチ１０６等の人感センサと、インバータ２０３の保護回路３０７から得られる短絡検出結果を受けて、速度制御部５０３に対する指示を実行する。また、状態制御部５０５はこの他にも、プロファイル演算部５０６、第一衝突検出部５０７、第二衝突検出部５０８及び停止検出部５０９に対して指示を行うと共に、第一衝突検出部５０７、第二衝突検出部５０８及び停止検出部５０９から検出結果を得る。

プロファイル演算部５０６は、状態制御部５０５から演算指示を受けた時点の、カウンタ５０１の計数値から目標計数値までの速度プロファイル５１０と、図７にて後述する、速度プロファイル５１０に基づくトルクリミット電圧プロファイル５１１及び衝突検出速度プロファイル５１２を算出する。

第一衝突検出部５０７は、タイマを内蔵し、所定時間以内にホール素子２０６のパルスが来ていないことを検出すると、扉１０２が何らかの障害物に衝突したと判断し、その旨の判定結果を出力する。
停止検出部５０９は、タイマを内蔵し、所定時間以内にホール素子２０６のパルスが来ていないことを検出すると、扉１０２が停止位置に衝突したと判断し、その旨の判定結果を出力する。

第二衝突検出部５０８は、速度算出部５０２から得たモータ１０４の現在速度が、カウンタ５０１から得たモータ１０４の現在位置から衝突検出速度プロファイル５１２に定められたモータ１０４の速度下限値未満であれば、扉１０２が何らかの障害物に衝突したと判断し、その旨の判定結果を出力する。

［状態遷移］
図６は、自動ドア装置１０１の状態遷移図である。
閉状態Ｓ６０１は、扉１０２が閉じている状態である。この閉状態Ｓ６０１において、制御部２０４は人感センサによる人の存在の有無を確認し続ける（Ｓ６０２）。
閉状態Ｓ６０１において、人感センサが人の存在を検出したら（Ｓ６０３）、制御部２０４は閉状態Ｓ６０１から扉１０２の開放駆動制御を行う、開動作状態Ｓ６０４に移行する。この開動作状態Ｓ６０４において、制御部２０４は図７で後述する速度プロファイル５１０及び衝突検出速度プロファイル５１２に基づき、扉１０２に対する衝突の検出（Ｓ６０５）及び停止の検出（Ｓ６０６）を続ける。
開動作状態Ｓ６０４において、扉１０２の停止を検出したら（Ｓ６０７）、制御部２０４はオープンタイマを起動して（Ｓ６０８）、扉１０２を開放し続ける、開状態Ｓ６０９に移行する。この開状態Ｓ６０９において、制御部２０４はオープンタイマのカウントを行う（Ｓ６１０）と共に、人感センサが人の存在を検出したら（Ｓ６１１）、オープンタイマをリセットする（Ｓ６１２）。つまり、扉１０２が開いた状態において、人が扉１０２近辺に存在し続ける限り、扉１０２は開いた状態を維持する。

開状態Ｓ６０９において、オープンタイマが所定時間を計時したら（Ｓ６１３）、制御部２０４は開状態Ｓ６０９から扉１０２の閉鎖駆動制御を行う、閉動作状態Ｓ６１４に移行する。この閉動作状態Ｓ６１４において、制御部２０４は開動作状態Ｓ６０４と同様の、図７で後述する速度プロファイル５１０及び衝突検出速度プロファイル５１２に基づき、扉１０２に対する衝突の検出（Ｓ６１５）及び停止の検出（Ｓ６１６）を続ける。また、閉動作状態Ｓ６１４ではこれに加え、人感センサによる人の存在の有無（Ｓ６１７）を確認し続ける。
閉動作状態Ｓ６１４において、扉１０２の停止を検出したら（Ｓ６１８）、制御部２０４は扉１０２が閉じている状態の閉状態Ｓ６０１に移行する。

開動作状態Ｓ６０４において、扉１０２の衝突を検出したら（Ｓ６１９）、制御部２０４は第一の緊急停止動作状態Ｓ６２０に移行する。この第一の緊急停止動作状態Ｓ６２０において、制御部２０４は扉１０２の停止の検出を続ける（Ｓ６２１）。
第一の緊急停止動作状態Ｓ６２０において、扉１０２の停止を検出したら（Ｓ６２２）、制御部２０４はオープンタイマを起動して（Ｓ６２３）、扉１０２を緊急停止位置に留め続ける、第一の緊急停止状態Ｓ６２４に移行する。この第一の緊急停止状態Ｓ６２４において、制御部２０４はオープンタイマのカウントを行う（Ｓ６２５）と共に、人感センサが人の存在を検出したら（Ｓ６２６）、オープンタイマをリセットする（Ｓ６２７）。つまり、扉１０２が緊急停止位置で停止している状態において、人が扉１０２近辺に存在し続ける限り、扉１０２は緊急停止位置に留まり続ける。
第一の緊急停止状態Ｓ６２４において、オープンタイマが所定時間を計時したら（Ｓ６２８）、制御部２０４は第一の緊急停止状態Ｓ６２４から扉１０２の閉鎖駆動制御を行う、閉動作状態Ｓ６１４に移行する。

閉動作状態Ｓ６１４において、人感センサが人の存在を検出したか、または扉１０２の衝突を検出したら（Ｓ６２９）、制御部２０４は第二の緊急停止動作状態Ｓ６３０に移行する。この第二の緊急停止動作状態Ｓ６３０において、制御部２０４は扉１０２の停止の検出を続ける（Ｓ６３１）。
第二の緊急停止動作状態Ｓ６３０において、扉１０２の停止を検出したら（Ｓ６３２）、制御部２０４は１秒タイマを起動して（Ｓ６３３）、扉１０２を緊急停止位置に留め続ける、第二の緊急停止状態Ｓ６３４に移行する。この第二の緊急停止状態Ｓ６３４において、制御部２０４は１秒タイマのカウントを行う（Ｓ６３５）。
第二の緊急停止状態Ｓ６３４において、１秒タイマが１秒を計時したら（Ｓ６３６）、制御部２０４は第二の緊急停止状態Ｓ６３４から扉１０２の開放駆動制御を行う、開動作状態Ｓ６０４に移行する。

［速度プロファイル５１０］
図７は、速度プロファイル５１０と、衝突検出速度プロファイル５１２と、トルクリミット電圧プロファイル５１１を示す図である。図７は扉１０２を閉状態Ｓ６０１から開状態Ｓ６０９に至るまでの速度プロファイル５１０等を示す図であり、横軸は左から右へ、カウンタ５０１の計数値が０から所定の値まで増大する。しかしながら、この図７に示す速度プロファイル５１０等は、扉１０２を開状態Ｓ６０９から閉状態Ｓ６０１に至るまでの速度プロファイル５１０等も全く同じである。その際、横軸は左から右へ、カウンタ５０１の計数値の最大値から０まで減少する。

速度プロファイル５１０は、周知のいわゆる台形速度制御に準ずる。すなわち、加速期間、高速期間、減速期間を有する。本実施形態の制御部２０４は、減速期間に加えて、モータ１０４を低速度で駆動する低速期間を設けている。
モータ１０４が停止状態である位置ｐ０から、モータ１０４が最高速度に至る位置ｐ１までは、一定の加速度でモータ１０４の回転速度が増加する加速期間である。
モータ１０４が最高速度に至った位置ｐ１から位置ｐ２までは、モータ１０４の回転速度が最高速度を維持したまま推移する高速期間である。
位置ｐ２から、モータ１０４が低速度に至る位置ｐ３までは、一定の加速度でモータ１０４の回転速度が減少する減速期間である。
モータ１０４が低速速度に至った位置ｐ３から位置ｐ４までは、モータ１０４の回転速度が低速速度を維持したまま推移する低速期間である。

このような速度プロファイル５１０に対し、一定の速度差を以って、位置ｐ０からｐ２まで、衝突検出速度プロファイル５１２が設けられている。すなわち、モータ１０４の位置に対し、現在のモータ１０４の回転速度がこの衝突検出速度プロファイル５１２に定義される衝突検出回転速度未満であった場合には、扉１０２が何らかの障害物に衝突したと判断する。この、衝突検出速度プロファイル５１２に基づく衝突検出処理を実施する機能が、第二衝突検出部５０８である。

衝突検出速度プロファイル５１２は、速度プロファイル５１０から所定の速度差を差し引いて作成されるが、これだけではモータ１０４の位置ｐ０から所定の位置（図７中の位置Ｐ７０１）まで、衝突検出速度プロファイル５１２が０以下の値になってしまう位置が生じてしまう。そこで、モータ１０４が停止状態である位置ｐ０からモータ１０４の回転速度が所定の回転速度に至るまでは、モータ１０４が回転しているか否かを検出するためのタイマを別途設ける。この、タイマを用いたモータ１０４の衝突検出処理を実施する機能が、第一衝突検出部５０７である。

衝突検出速度プロファイル５１２が設定されている範囲は、位置ｐ０から位置ｐ２までである。これ以降の位置ｐ２から位置ｐ４までは、扉１０２が何らかの障害物に衝突したとしても、衝突とは検出せずに、扉１０２が停止したものとして扱う。この、タイマを用いたモータ１０４の停止検出処理を実施する機能が、停止検出部５０９である。

このような速度プロファイル５１０に対し、一定の速度差に相当する電圧差を以って、位置ｐ１からｐ４まで、トルクリミット電圧プロファイル５１１が設けられている。すなわち、速度制御部５０３は、モータ１０４の現在位置に対し、現在モータ１０４に与えている電圧がこのトルクリミット電圧プロファイル５１１に定義される電圧を超えないように、ＰＷＭ制御部５０４へ制御情報を出力する。
例えば、モータ１０４が高速速度において５０Ｖで駆動される場合、トルクリミット電圧はモータ１０４の最大許容電圧未満の、例として７０Ｖと設定する。
もし、トルクリミット電圧プロファイル５１１を設けないと、モータ１０４が経年劣化によって、印加される電圧に対して期待する速度を得られなくなると、速度制御部５０３は際限なくモータ１０４に高い電圧を印加してしまい、モータ１０４が焼損する虞がある。トルクリミット電圧プロファイル５１１を設定することで、このような事故を防止できる。

一例として、扉１０２が閉位置にある時にカウンタ５０１の計数値が０であり、扉１０２が開位置にある時にカウンタ５０１の計数値が３０００であるものとする。
扉１０２が閉位置から開位置へ開く、図６における開動作状態Ｓ６０４において、先ず、プロファイル演算部５０６は、制御モードの判定の際に必要になる、カウンタ５０１の計数値を演算する。
前述の通り、モータ１０４は加速期間（ｐ０〜ｐ１）、高速期間（ｐ１〜ｐ２）、減速期間（ｐ２〜ｐ３）、低速期間（ｐ３〜ｐ４）の順で制御モードが変わる。このうち、高速期間の終了位置かつ減速期間の開始位置であるｐ２と、低速期間の終了位置、すなわち扉１０２の停止位置であるｐ４は固定値であり、ＲＯＭ４０２に記憶されている。また、低速期間の開始位置であるｐ３は、実際には制御の動作中、考慮しない。つまり、速度制御部５０３はｐ３における速度のみを見ている。
プロファイル演算部５０６は、最初に、現在のカウンタ５０１の計数値（ｐ０）から、予めＲＯＭ４０２に記憶されている加速度に基づいて、加速期間の終了位置であるｐ１を算出する。こうして、プロファイル演算部５０６はｐ０、ｐ１、ｐ２及びｐ４から速度プロファイル５１０を作成する。そして、作成した速度プロファイル５１０から、プロファイル演算部５０６は衝突検出速度プロファイル５１２及びトルクリミット電圧プロファイル５１１を作成する。但し、速度制御部５０３が速度制御を開始すると、プロファイル演算部５０６は速度算出部５０２から得られた現在のモータ１０４の速度から、速度プロファイル５１０の、加速期間の終了位置であるｐ１を更新し、これに基づいて衝突検出速度プロファイル５１２をリアルタイムで更新する。このように衝突検出速度プロファイル５１２を更新し続けることで、モータ１０４や開閉機構１０３の劣化によって、扉１０２の速度が低下した状態を、第二衝突検出部５０８が衝突であると誤検出することを防止できる。
通常の開動作状態Ｓ６０４では、プロファイル演算部５０６は加速期間をカウンタ５０１の係数値が０から１５０、高速期間をカウンタ５０１の係数値が１５１から２７００、減速期間をカウンタ５０１の係数値が２７０１から２８５０、低速期間をカウンタ５０１の係数値が２８５１から３０００と算出する。そして、これらｐ０〜ｐ４に基いて、速度プロファイル５１０、トルクリミット電圧プロファイル５１１及び衝突検出速度プロファイル５１２を演算する。
但し、扉１０２が閉動作状態Ｓ６１４の途中で衝突を検出して（Ｓ６２９）、再び開動作状態Ｓ６０４に移行する場合、カウンタ５０１の初期値ｐ０は「０」ではない、扉１０２の現在位置の値になる。この時、プロファイル演算部５０６はカウンタ５０１の初期値（ｐ０）を以って速度プロファイル５１０、トルクリミット電圧プロファイル５１１及び衝突検出速度プロファイル５１２を演算する。

以上、図７にて説明した制御部２０４によるモータ１０４の速度制御は、ホール素子２０６が出力するパルス信号のみを用いている。電流を検出するためのＵ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｕ、Ｖ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｖ及びＷ相シャント抵抗Ｒ３０３Ｗは、モータ１０４に異常電流が流れたか否かを検出するのみであり、速度制御には全く用いていない。

［動作］
図８は、制御部２０４によるモータ１０４の速度制御を示すフローチャートである。図６における開動作状態Ｓ６０４の詳細である。
処理を開始すると（Ｓ８０１）、状態制御部５０５はプロファイル演算部５０６に速度プロファイル５１０、衝突検出速度プロファイル５１２及びトルクリミット電圧プロファイル５１１の演算を指示する。プロファイル演算部５０６は状態制御部５０５の命令に従い、現在のカウンタ５０１の計数値から、速度プロファイル５１０、衝突検出速度プロファイル５１２及びトルクリミット電圧プロファイル５１１を算出する（Ｓ８０２）。そして、状態制御部５０５は第一衝突検出部５０７に内蔵されている衝突検出タイマを起動して（Ｓ８０３）、速度制御部５０３にモータ１０４の速度制御を指示する。速度制御部５０３は状態制御部５０５の命令に従い、モータ１０４の速度制御を実行する（Ｓ８０４）。

速度制御部５０３は、カウンタ５０１から得られるモータ１０４の現在位置情報と、速度算出部５０２から得られるモータ１０４の回転速度と、速度プロファイル５１０を参照して、速度制御を行う。そして、状態制御部５０５は第一衝突検出部５０７のカウンタ５０１がモータ１０４の停止を検出したか否かを確認する（Ｓ８０５）。第一衝突検出部５０７が、モータ１０４が停止状態であると判定したならば（Ｓ８０５のＹＥＳ）、状態制御部５０５は内部のステータス情報を「緊急停止」に書き換える（Ｓ８０６）。そして速度制御部５０３は緊急停止処理を実行して（Ｓ８０７）、処理を停止する（Ｓ８０８）。

ステップＳ８０５において、第一衝突検出部５０７が、モータ１０４が停止状態でないと判定したならば（Ｓ８０５のＮＯ）、状態制御部５０５は次に、第二衝突検出部５０８がモータ１０４の停止を検出したか否かを確認する（Ｓ８０９）。第二衝突検出部５０８が、モータ１０４が停止状態であると判定したならば（Ｓ８０９のＹＥＳ）、状態制御部５０５は内部のステータス情報を「緊急停止」に書き換える（Ｓ８０６）。そして速度制御部５０３は緊急停止処理を実行して（Ｓ８０７）、処理を終了する（Ｓ８０８）。

ステップＳ８０９において、第二衝突検出部５０８が、モータ１０４が停止状態でないと判定したならば（Ｓ８０９のＮＯ）、状態制御部５０５は次に、現在の扉１０２の位置、すなわちカウンタ５０１の計数値が、位置ｐ２に至ったか否かを確認する（Ｓ８１０）。未だ扉１０２の位置が位置ｐ２に至っていないのであれば（Ｓ８１０のＮＯ）、状態制御部５０５は再度ステップＳ８０５から衝突検出処理を繰り返す。
ステップＳ８０５からＳ８１０までは、加速期間と高速期間の処理である。すなわち、第一衝突検出部５０７と第二衝突検出部５０８が動作して、この期間における扉１０２の衝突を検出すると、緊急停止処理（Ｓ８０６及びＳ８０７）を行う。

ステップＳ８１０において、扉１０２の位置（カウンタ５０１の計数値）が位置ｐ２に至ったならば（Ｓ８１０のＹＥＳ）、状態制御部５０５は第一衝突検出部５０７のタイマを停止して、停止検出部５０９のタイマを起動する（Ｓ８１１）。
状態制御部５０５は次に、停止検出部５０９がモータ１０４の停止を検出したか否かを確認する（Ｓ８１２）。停止検出部５０９が、モータ１０４が停止状態であると判定したならば（Ｓ８１２のＹＥＳ）、状態制御部５０５は内部のステータス情報を「停止」に書き換える（Ｓ８１３）。そして速度制御部５０３は停止処理を実行して（Ｓ８１４）、処理を終了する（Ｓ８０８）。

ステップＳ８１２において、停止検出部５０９が、モータ１０４が停止状態でないと判定したならば（Ｓ８１２のＮＯ）、状態制御部５０５は次に、現在の扉１０２の位置、すなわちカウンタ５０１の計数値が最大値、すなわち位置ｐ４に至ったか否かを確認する（Ｓ８１５）。未だ扉１０２の位置が位置ｐ４に至っていないのであれば（Ｓ８１５のＮＯ）、状態制御部５０５は再度ステップＳ８１２から停止検出処理を繰り返す。
ステップＳ８１５において、扉１０２の位置（カウンタ５０１の計数値）が位置ｐ４に至ったならば（Ｓ８１５のＹＥＳ）、状態制御部５０５は内部のステータス情報を「停止」に書き換える（Ｓ８１３）。そして速度制御部５０３は停止処理を実行して（Ｓ８１４）、処理を停止する（Ｓ８０８）。
ステップＳ８１１からＳ８１５までは、減速期間と低速期間の処理である。すなわち、停止検出部５０９が動作して、この期間における扉１０２の衝突を検出すると、停止処理（Ｓ８１３及びＳ８１４）を行う。

図８に示すフローチャートは、図６における開動作状態Ｓ６０４を詳述したものであるが、閉動作状態Ｓ６１４でも同様の処理になる。但し、閉動作状態Ｓ６１４の場合、人感センサの検出処理がステップＳ８０５からＳ８１０の間に含まれる。また、ステップＳ８１５はカウンタ５０１が最小値に至ったか否かを検証することとなる。

本実施形態においては、自動ドア装置１０１を開示した。
制御部２０４は、公知の正弦波駆動制御によるモータ１０４のＰＷＭ制御を行う。但し、その制御の根拠となる信号はモータ１０４に内蔵されるホール素子２０６のみである。速度プロファイル５１０を作成したら、速度プロファイル５１０の下限値となる衝突検出速度プロファイル５１２と、速度プロファイル５１０の上限値に相当するトルクリミット電圧プロファイル５１１を作成する。
制御部２０４は、扉１０２の位置が減速期間に至るまでは、モータ１０４の回転速度が衝突検出速度プロファイル５１２で規定する回転速度を下回った場合に、モータ１０４が何らかの物体に衝突したものとして、緊急停止処理を行う。
一方で、扉１０２の位置が減速期間に至ったら、ホール素子２０６の信号が一定時間以内に来なかった場合に、扉１０２が停止位置に至ったものとして、制御部２０４は扉１０２の停止処理を行う。つまり、制御部２０４は仮に減速期間において扉１０２が何らかの異物に衝突したとしても、それを異物に衝突したものとは扱わず、あくまでも停止処理とする。
更に、制御部２０４は、モータ１０４や開閉機構１０３の経年劣化を考慮して、モータ１０４に印加する電圧がトルクリミット電圧プロファイル５１１を超えないようにＰＷＭ制御を行う。
このように、制御における「速度の下限」と「電圧の上限」を定めることで、本実施形態の自動ドア装置１０１は、簡素な制御でありながら、安全性を担保できる。

本実施形態の自動ドア装置１０１は、正弦波駆動制御を採用しながら、ホール素子２０６から得られる情報だけで扉１０２の衝突や停止位置を検出するため、制御に要する演算量は少なく、また安全性を確保するためのセンサの増設も不要である。また、制御部２０４は、モータ１０４には常にトルクリミット電圧プロファイル５１１で規定された最大電圧以上の電圧は印加されないように制御を行うため、モータ１０４が焼損するような事故が極めて起き難い。

更に、トルクリミット電圧プロファイル５１１を設けることで、モータ１０４や開閉機構１０３の経年劣化が容易に把握できる。また、衝突検出速度プロファイル５１２は、モータ１０４や開閉機構１０３等の故障や不具合の検出にも役立つ。制御部２０４をインターネットに接続して、保守サービスを行う業者のサーバと通信を行うことで、瞬時かつリアルタイムにこれら不具合の情報を把握して、迅速な保守サービスを提供することも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性あるいは不揮発性のストレージ、または、ＩＣカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１…自動ドア装置、１０２…扉、１０３…開閉機構、１０４…モータ、１０５…モータ駆動制御装置、１０６…光電スイッチ、１０７…交流電源、２０１…ダイオードブリッジ、２０３…インバータ、２０４…制御部、２０５…短絡検出部、４０１…ＣＰＵ、４０２…ＲＯＭ、４０３…ＲＡＭ、４０４…第一シリアルＩ／Ｆ、４０５…第二シリアルＩ／Ｆ、４０６…バス、５０１…カウンタ、５０２…速度算出部、５０３…速度制御部、５０４…ＰＷＭ制御部、５０５…状態制御部、５０６…プロファイル演算部、５０７…第一衝突検出部、５０８…第二衝突検出部、５０９…停止検出部、５１０…速度プロファイル、５１１…トルクリミット電圧プロファイル、５１２…衝突検出速度プロファイル

Claims (5)

1. 扉と、
   前記扉を開閉駆動する開閉機構と、
   前記開閉機構を駆動するモータと、
   前記モータの回転に伴いパルスを出力する位置センサと、
   前記モータに三相交流を供給して速度制御を行うモータ駆動制御装置と
   を具備する自動ドア装置であって、
   前記モータ駆動制御装置は、
   前記扉を加速期間にて加速駆動し、次に高速期間にて高速駆動し、次に減速期間にて減速駆動し、次に低速期間にて低速駆動するものであり、
   前記加速期間及び高速期間において前記扉が所定の速度に至らないことを検出した場合に、前記扉を緊急停止させた後に反転駆動させると共に、前記減速期間及び低速期間において前記扉が所定の速度に至らないことを検出した場合に、前記扉を停止させる、
   自動ドア装置。
2. 前記モータ駆動制御装置は、前記加速期間及び高速期間において、前記モータの回転速度の下限値を定める衝突検出速度プロファイルを、前記モータの目標速度を定める速度プロファイルに基いて作成する、
   請求項１に記載の自動ドア装置。
3. 前記モータ駆動制御装置は、
   前記位置センサが出力するパルスを計数するカウンタと、
   前記位置センサのパルスの周期から前記モータの回転速度を算出する速度算出部と、
   前記カウンタの計数値から前記モータの目標速度を定める速度プロファイルと、前記加速期間及び高速期間において前記モータの回転速度の下限値を定める衝突検出速度プロファイルを作成するプロファイル演算部と、
   前記加速期間及び高速期間において、前記パルスが所定時間以内に検出できたか否かを検出する第一衝突検出部と、
   前記加速期間及び高速期間において、前記カウンタの計数値から前記衝突検出速度プロファイルを参照して、前記モータの回転速度が前記モータの回転速度の下限値を下回っているか否かを検出する第二衝突検出部と、
   前記加速期間及び高速期間において、前記第一衝突検出部または前記第二衝突検出部の何れかが前記扉の衝突を検出した場合に、前記モータに対し、前記扉を緊急停止させる緊急停止速度制御を実行する速度制御部と
   を具備する、請求項１または２に記載の自動ドア装置。
4. 更に、
   前記モータ駆動制御装置は、
   前記減速期間及び低速期間において、前記パルスが所定時間以内に検出できたか否かを検出する停止検出部と
   を具備し、
   前記速度制御部は、前記減速期間及び低速期間において、
   前記加速期間及び高速期間において、前記停止検出部が前記扉の衝突を検出した場合に、前記モータに対し停止速度制御を実行する、
   請求項３に記載の自動ドア装置。
5. 前記プロファイル演算部は、前記モータに与える電圧の最大値を制限するトルクリミット電圧プロファイルを作成するものであり、
   前記速度制御部は、前記トルクリミット電圧プロファイルに従い、前記モータに印加する電圧を制限する、
   請求項４に記載の自動ドア装置。
   

Images