JP2636599B2

JP2636599B2 - リニアモータ式自動ドアの安全装置

Info

Publication number: JP2636599B2
Application number: JP3283640A
Authority: JP
Inventors: 隆也藤井; 直樹良知
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1991-10-02
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH0598867A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアモータ式自動ド
アが開閉端に高速でぶつかる事を防止するリニアモータ
式自動ドアの安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、多相ブラシレス直流リニア
モータの可動子とドアを機械的に連結して直接駆動にす
るリニアモータ式自動ドア開閉装置を他の出願人と共同
で先に発明した（特願平３−１６７７２１号）が、その
リニアモータ式自動ドアにおいて可動子に取付けられた
磁気検出センサあるいはその信号ラインに故障が発生す
ると、可動子と固定子レール磁石の相対位置及びドア位
置とドア速度の検出が不可能となり、正常な磁気検出セ
ンサ信号は、ドア移動により図３のＨＡ，ＨＢ，ＨＣの
ように変化するため、信号の変化する順序を監視するこ
とで、その信号系の異常を検出することができる。しか
しながら、ドアの動作中の上記異常を検出した際、リニ
アモータへの通電を停止しても、第１にはリニアモータ
はその構成により動作抵抗が非常に小さいこと、そして
第２には機械的拘束機構を持たないことにより、ドアが
高速で開閉端にぶつかってしまうことが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】磁気検出センサ信号が
異常な相励磁関係となる状態においては、リニアモータ
可動子を途中で電気的に拘束させ、ドアが開閉端にぶつ
かることを防ぎ得る方法を示す。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するためになされたものであり、本発明のリニア
モータ式自動ドアの安全装置は、磁気検出センサの信号
に相励磁関係異常が発生した時異常信号を発生する異常
検出手段と、前記異常検出手段から異常信号がはいると
拘束信号を一定時間発生する主制御手段と、前記主制御
手段の拘束信号が入力する間、前記可動子に加えるパル
スのパルス幅変調値を一定値に固定するパルス幅変調変
換手段と、前記主制御手段の拘束信号が入力する間可動
子通電用トランジスタをあらかじめ定められたオンオフ
設定状態に保持する駆動トランジスタ設定手段と、を備
えることを特徴とする。そして、本発明の構成によれ
ば、異常発生を検出したら磁気検出センサの状態にかか
わらず、一定時間は前進推力、後退推力、および可動子
拘束のいずれかの相励磁関係を維持する。これにより、
固定子レールに対しドアが動いている為いずれかの位置
で可動子に拘束力が発生する相対位置関係となり、リニ
アモータの可動子を拘束させ、ひいてはドアを停止させ
ることでドアの開閉端へのぶつかりを防止する。

【０００５】

【実施例】まず、本発明の実施例に用いる多相ブラシレ
ス直流リニアモータの構造と通電タイミングについて説
明する。そのリニアモータの構造は、本願人が特願平１
−１１０９５３号として出願済である。

【０００６】図５は、本発明のブラシレス直流リニアモ
ータ１を構成するコイルユニット２及び該コイルユニッ
ト２に一体的に付設されるセンサユニット３からなる可
動子３２の斜視図である。コイルユニット２は、同一
形状の３個の可動子コイル２ａ，２ｂ及び２ｃを組み込
む。また、センサユニット３には、３個のホール素子等
を用いた磁気検出センサ３ａ，３ｂ及び３ｃを組み込
み、各々の可動子コイル２ａ〜２ｃと磁気検出センサ３
ａ〜３ｃを個々に対応づける。各可動子コイル２ａ〜２
ｃへ通電するための給電線と各センサ３ａ〜３ｃの信号
線は、後述の制御回路３５と電線３６を用いて接続す
る。

【０００７】前記コイルユニット２及びセンサユニット
３は、図６の断面図に示すようにアウタレール１２，１
２とインナレール１３，１３とから形成される固定子レ
ール１１の走行部１１’に移動自在に架装されて、コイ
ル移動型の三相ブラシレス直流リニアモータ１を構成す
る。アウタレール１２，１２とインナレール１３，１３
間には、ヨーク１４，１４を介在させて等長の永久磁石
１５，１５を長手方向に複数個配置して磁石体１６を構
成するとともに、その極性を隣り合うもの及び向かい合
うものは逆極性とし、向かい合う磁石１５，１５間に一
様な磁界を形成する。この場合、磁石１５は片側のみで
他方はヨーク１４のみを配設して磁気回路を形成しても
よい。

【０００８】図１は、リニアモータ式自動ドア開閉装置
の構成図である。図１（Ａ），（Ｂ）において、１１は
リニアモータ固定子をなす固定子レールであり、ガイド
レール３８と一体化されている。リニアモータ可動子３
２は、連結金具３４によりドア３３と連結する。これに
より可動子３２の動作とドア３３の動作が完全に一致す
る。可動子３２は前述のコイルユニット２とセンサユニ
ット３よりなる。ガイドレール３８上にはドア３３に取
付けらけたローラ３７が走行する。制御回路３５は、人
体検出用センサ４４からの信号によりドア３３の開閉動
作をつかさどる。電線３６は、可動子３２への給電及び
可動子３２上の磁気検出センサ３ａ，３ｂ，３ｃ（図
２）信号のコントローラ３５への受け渡しを行う電線で
あり、可動子３２は電線３６を引張りながら動作する。

【０００９】図２および図３は、三相ブラシレス直流リ
ニアモータの構造と通電タイミングの概略を示す。リニ
アモータは、固定子レール内に長手方向に沿って永久磁
石１５を配置している。固定子レール内には前述の如く
可動子３２が配置されている。可動子３２には可動子コ
イル２ａ〜２ｃが設けてあり、該コイル２ａの巻き始め
を端子Ａ１、コイル２ｂの巻き終わりを端子Ｂ２、コイ
ル２ｃの巻き始めを端子Ｃ１として導出し、各コイル２
ａ〜２ｃの他端を接続してスター結線を施している。ま
た、可動子３２には磁気検出センサ３ａ，３ｂ，３ｃが
設けてあり、このセンサ３ａ〜３ｃと各コイル２ａ〜２
ｃの配置位置との間には、磁石１５のピッチｌに或る倍
数を掛け合せた関係があり、図３に示す通電タイミング
が得られるようにしてある。

【００１０】図４はシステム構成図である。リニアモー
タ可動子３２は、前述の如くドア３３と連結され、固定
子レール上を走行する。ドア３３の位置と可動子３２の
位置とが一致する為、可動子３２の速度及び位置により
ドア３３の速度及び位置が検出できる。リニアモータ可
動子３２には、可動子コイル２ａ，２ｂ，２ｃが内蔵さ
れており、また磁気検出センサ３ａ，３ｂ，３ｃが内蔵
されている。磁気検出センサ３ａ〜３ｃは可動子３２と
磁石１５との相対位置を検出する。制御回路３５は、人
体検出センサ４４の信号に応じて可動子３２を動作させ
る。主制御部４５は、人体検出センサ４４の信号に応じ
て、ドア３３を動作させる目標位置を出力する。目標速
度演算器４６は、主制御部４５から出力された目標位置
と、位置算出器４２からの現在位置との差、及び速度設
定器４３からの設定速度とにより、動作すべき目標速度
を算出する。出力演算器４７は、目標速度演算器４６か
らの目標速度と、速度算出器４１からの実速度との差に
より、可動子３２の出力（推力）及びその出力の方向を
演算する。ＰＷＭ変換器４８は、出力演算器４７により
演算された出力値をＰＷＭ値（パルス幅変調値）に変換
する。駆動トランジスタ設定器４９は、出力演算器４７
により示された出力（推力）の方向と、波形整形器５１
からの相励磁関係信号（可動子３２と固定子磁石１５と
の相対位置）とにより、通電すべき可動子コイル２ａ，
２ｂ，２ｃと通電方向を決定し、各駆動トランジスタＴ
ｒ１ａ〜Ｔｒ３ｂのＯＮ／ＯＦＦを設定する。可動子コ
イル通電器５０は、駆動トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１
ｂ，…Ｔｒ３ｂとトランジスタ駆動回路とからなる。そ
して、可動子コイル通電器５０は、駆動トランジスタ設
定器４９で示されたＯＮすべきトランジスタを、ＰＷＭ
変換器４８で示されたＰＷＭ値に従って駆動すること
で、駆動トランジスタ設定器４９で定められた出力（推
力）となるような電流を通電する。速度算出器４１は、
波形整形器５１からの相励磁関係信号の変化する間隔ｔ
₁から可動子３２の実速度を算出する（図３）。位置算
出器４２は、波形整形器５１からの相励磁関係の変化す
る方向により可動子３２の動作方向を検出し、相励磁関
係の変化ごとに方向に従いアップ又はダウンカウントす
ることで、可動子３２の位置を算出する。波形整形器５
１は、可動子３２内の磁気検出センサ（ホール素子）３
ａ〜３ｃからの信号の波形を方形波に整形する。人体検
出センサ４４は、人体等を無接触で検出するセンサ、あ
るいはタッチスイッチ、マットスイッチ等よりなる。速
度設定器４３は、ドアの開閉速度を設定する速度設定器
であり、あらかじめ定められた値又は人が必要な速度に
設定する。

【００１１】システム構成図（図４）は、本出願人の先
願（特願平３−１６７７２１）と基本的に同じである
が、以下の機能を追加する。つまり、本発明において
は、磁気検出センサ異常検出器５２を波形整形器５１と
主制御部４５との間に挿入している。前記異常検出器５
２が各相で検出する磁束ＨＡ，ＨＢ，ＨＣにおいて、正
常時の磁気検出センサ信号は、（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝（１，１，１），（０，１，
１，），（０，０，１）（０，０，０），（１，０，
０，），（１，１，０）の順に変化する（図３）。信号の変化方向はドアの実際
の動きによる。ここで、前記異常検出器５２は、波形整
形器５１からの信号が上記順序に従い変化するかを比較
チェックし、順番がとんだ場合、または上記にない信号
がはいってきた場合に異常と判断し、主制御部４５へ磁
気検出センサ異常を知らせる。主制御部４５は、基本的
には本出願人の上記先願と同様であるが下記機能を追加
する。つまり、前記異常検出器５２より主制御部４５に
磁気検出センサ異常信号が入ると、拘束信号Ｓ１を一定
時間オンする。その後、速度零信号Ｓ２を目標速度演算
器４６へ出力する。目標速度演算器４６は、速度零信号
Ｓ２が出力されると目標速度を零（＝０）にする。他
は、本出願人の上記先願と同様である。ＰＷＭ変換器４
８は、拘束信号Ｓ１がオフの場合は本出願人の上記先願
と同様であるが、拘束信号Ｓ１がオンの場合は、そのオ
ンの間ＰＷＭ値を一定値例えば許容される最大値に固定
する。これにより拘束力が増加する。駆動トランジスタ
設定器４９は、拘束信号Ｓ１がオンの場合は、その間ト
ランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ３ｂをあらかじめ定められた
オンオフ設定状態に保持する。オンするトランジスタが
あらかじめ定められた状態であるよう保持するか、或は
拘束信号Ｓ１がオンした時点のオンオフ設定状態に保持
するかのどちらでも可である。

【００１２】（本実施例装置の作動）図４において、波
形整形器５１→位置算出器４２→目標速度演算器４６→
出力演算器４７→可動子３２のループは位置フィードバ
ックループである。波形整形器５１→速度算出器４１→
出力演算器４７→可動子３２のループは速度フィードバ
ックループである。

【００１３】（位置フィードバックループの動作）目標
速度演算器４６は、主制御部４５からの目標位置と位置
算出器４２からの現在位置との差の極性により、動作方
向（目標速度の符号）を判定する。また、差が大きい場
合は、目標速度の大きさを速度設定器４３による設定速
度とし、差が所定値以内では目標位置に近づくに従い目
標速度の大きさを小さくし、一致した時点で零（＝０）
とする。この様に、可動子３２が目標位置へスムーズに
動作する様に目標速度を設定する。

【００１４】（速度フィードバックループの動作）出力
演算器４７は、目標速度演算器４６からの目標速度と、
速度算出器４１からの実速度との差の極性により推力方
向（出力値符号）を決定し、差の大きさによって出力値
を決定する。実速度が目標速度より小さい場合は動作方
向に対し正の推力とし、大きい場合は逆方向の推力とす
る。また、実速度と目標速度との差が大きいほど推力を
大きくする。これにより、可動子３２の実速度が目標速
度となる様に制御する。

【００１５】（駆動部の動作）モータ推力を発生させる
ためには、可動子３２の磁気検出センサ３ａ〜３ｃで検
出した相励磁関係（固定子磁石１５と可動子コイル２ａ
〜２ｃの位置関係）に応じて、コイル２ａ〜２ｃを励磁
すればよい。ここで、相励磁関係とコイル励磁の関係
は、推力の方向各々について１対１に定まる。これによ
り、通電器５０内に配置された駆動用トランジスタＴｒ
１ａ〜Ｔｒ３ｂのＯＮ／ＯＦＦと相励磁関係の関係は推
力方向各々について１対１に定まる。これを後述の如く
あらかじめテーブルとして通電器５０内にもつ。トラン
ジスタ設定器４９は、出力演算器４７からの推力方向と
波形整形器５１からの相励磁関係とによって、上記テー
ブルを参照してＯＮすべき駆動トランジスタＴｒ１ａ〜
Ｔｒ３ｂを決定する。また、可動子３２の動作による相
励磁関係の変化、及び出力演算器４７からの推力方向の
変化ごとに、上記テーブルを参照してＯＮすべき駆動ト
ランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ３ｂを変更する。ＰＷＭ変換
器４８は、出力演算器４７からの推力の大きさに対応す
るＰＷＭ値を設定する。通電器５０は、トランジスタ設
定器４９で指定されたトランジスタをＰＷＭ変換器４８
で示されたＰＷＭ値で動作させることにより、コイル２
ａ〜２ｃを通電する。この際、ａ側又はｂ側のどちらか
のトランジスタをＰＷＭ動作させればよい（図４、５０
部詳細）。

【００１６】（位置及び速度の検出）本実施例装置で
は、可動子３２とドア３３を機械的に結合している為、
可動子３２の速度及び位置を検出することによってドア
３３の動作を検出することができる。更に、使用するモ
ータは三相ブラシレス直流リニアモータであり、駆動用
磁気検出センサ３ａ〜３ｃを取付けていることから、こ
の磁気検出センサの信号を利用すれば、可動子３２の動
作を検出することができる。これにより、専用の位置セ
ンサ及び速度センサを必要とすることなく、ドア３３の
位置制御及び速度制御をすることができる。

【００１７】（位置の検出）本実施例のモータは直流３
相ブラシレス直流リニアモータであり、相励磁関係（図
４の波形整形器５１の出力）は、可動子３２の動作に応
じて磁気検出センサ３ａ，３ｂ，３ｃによる磁界の強さ
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの様に変化する（図３）。ここで、例
えば磁界強さＨＡのパルス長さｌは磁石１５の寸法と等
しくなる（図３）。これにより、相励磁関係の変化順番
を見ることで、可動子３２の動作方向を検出する。ま
た、あらかじめ原点をドア３３の閉位置（又は他の特定
位置）に定め、上記より磁界の強さＨＡ〜ＨＣで検出し
た動作方向に従い、カウントアップ又はダウンすること
で、磁石１５長さの１／３ピッチの分解能でドア３３の
位置を検出する。

【００１８】（速度の検出）相励磁関係の変化する時間
ｔ１（図３）を計測することで可動子３２の動作速度を
検出する。このとき、動作速度ｖは次式となる。ｖ＝（ｌ／３）／ｔ_１また、方向（極性）は上記位置検出時の動作方向と等
しくなる。

【００１９】（全体の動作）人体検出センサ４４がＯＮ
すると、主制御部４５は目標位置をドア開位置にセット
する。すると、前述の位置フィードバックループ（波形
整形器５１→位置算出器４２→目標速度演算器４６→出
力演算器４７→可動子３２）、及び速度フィードバック
ループ（波形整形器５１→速度算出器４１→出力演算器
４７→可動子３２）のはたらきにより、可動子３２（ド
ア）は開位置へ移動する。位置算出器４２を確認するこ
とで、ドア３３が開位置に達したことを確認後、人体検
出センサ４４により人がいないことを確認して、主制御
部４５は目標位置を閉位置に変える。これにより、ドア
３３は閉じる。閉動作中に、人体検出センサ４４が人を
検知した場合には、再度、目標位置を開位置とし、以上
の動作を繰り返えす。

【００２０】（拘束力の発生）表１は、図２のモータ構
成及び図４の５０部詳細に示すトランジスタ構成の場合
において、磁気検出センサ３ａ〜３ｃによる相励磁関係
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣとオンするトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔ
ｒ３ｂ及び発生推力方向の関係を示す。

【表１】図７は、通電器５０におけるトランジスタのオンオフ設
定を（Ｔｒ１ａ，Ｔｒ１ｂ，Ｔｒ２ａ，Ｔｒ２ｂ，Ｔｒ
３ａ，Ｔｒ３ｂ）＝（０，１，０，０，１，０）に固定
した場合の可動子対固定子位置と発生推力の関係を示
す。図７において、相励磁関係（１，１，０，）と
（１，１，１，）の境界をなすＸ点より左側では右方向
推力、Ｘ点より右側（Ｘ−Ｙ間）では左方向推力となる
ことにより、トランジスタのオンオフ設定を固定するこ
とで、可動子３２はＸ点で拘束される。つまり、トラン
ジスタのオンオフ設定を固定すると、モータ動作の１周
期（＝磁石長ｌ×２）に必ず１点は拘束力を発生する点
が存在するといえる。このことは、表１中のどのオフオ
フ設定状態においても同様である。上記の様に、トラン
ジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ３ｂをある１つのオフオン設定状
態に固定すると、モータ動作の１周期の１点で可動子３
２に拘束力を発生する。

【００２１】（実施例装置の動作）図４において、可動
子３２の走行中に、磁気検出センサ３ａ〜３ｃに異常が
発生すると、波形整形器５１にて検出する相励磁関係の
順序がくるう。これを異常検出器５２で検出する。異常
検出器５２は主制御部４５に異常信号を送る。主制御部
４５はこの異常信号を受けると、ＰＷＭ変換器４８とト
ランジスタ設定器４９へ一定時間拘束信号Ｓ１を出力す
る。その後、主制御部４５は速度零信号Ｓ２を出力し、
可動子３２の目標速度を零（＝０）に保つ。拘束信号Ｓ
１がオンの間ＰＷＭ変換器４８のＰＷＭ値は最大とな
り、またトランジスタ設定器４９は特定のオンオフ設定
状態を保つ。これにより、先に説明した様に可動子３２
に拘束力が発生し、ドア３３は拘束力発生点で停止す
る。また、拘束力発生点は永久磁石１５のピッチｌに対
し、１周期＝２×ｌの間に１点は必ず存在する為、異常
発生の近くでドア３２は停止する。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のリニアモー
タ式自動ドアの安全装置は、トランジスタのオンオフ設
定状態を固定することで可動子に拘束力を発生させ，ド
アを停止させるため，ドア動作中に磁気検出センサ信号
の異常が発生しても安全にドアを停止させることができ
る。また、本発明は磁気検出センサ異常のみでなく、制
御回路をマイコンで構成した場合のプログラム暴走等の
異常検出時にも、同様に可動子に拘束力を発生させるこ
とで安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リニアモータ式自動ドア開閉装置の構成図であ
る。

【図２】多相ブラシレス直流リニアモータの構造の概略
を示す説明図である。

【図３】同リニアモータの通電タイミングの概略を示す
説明図である。

【図４】本実施例のシステム構成を示すブロック図であ
る。

【図５】コイルユニットとセンサユニットからなるリニ
アモータ可動子の斜視図である。

【図６】多相ブラシレス直流リニアモータの断面図であ
る。

【図７】通電器におけるトランジスタのオンオフ設定を
固定した場合の可動子対固定子位置を発生推力の関係を
示す説明図である。

【符号の説明】

３ａ〜３ｃ…磁気検出センサ、１１…固定子レール、
３２…可動子、３３…ドア、３５…制御回路、４
４…人体検出センサ、４５…主制御部、４８…パル
ス幅変調（ＰＷＭ）変換器、４９…駆動トランジスタ
設定器、５２…磁気検出センサ異常検出器。Ｓ１…拘
束信号、Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ３ｂ…可動子通電用トランジ
スタ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ドアの駆動源に多相ブラシレス直流リニ
アモータを用い、該リニアモータの可動子とドアを機械
的に連結して直接駆動にすると共に、可動子又は固定子
レール上の駆動の為の磁気検出センサの信号によってド
アの位置および速度を検出し、この信号を利用して制御
回路と人体検出センサとによりドアを開閉制御するリニ
アモータ式自動ドアにおいて、前記磁気検出センサの信号に相励磁関係異常が発生した
時異常信号を発生する異常検出手段と、前記異常検出手段から異常信号がはいると拘束信号を一
定時間発生する主制御手段と、前記主制御手段の拘束信号が入力する間、前記可動子に
加えるパルスのパルス幅変調値を一定値に固定するパル
ス幅変調変換手段と、前記主制御手段の拘束信号が入力する間可動子通電用ト
ランジスタをあらかじめ定められたオンオフ設定状態に
保持する駆動トランジスタ設定手段と、を備えることを特徴とするリニアモータ式自動ドアの安
全装置。