JP3114368U

JP3114368U - 遮断棒制御装置

Info

Publication number: JP3114368U
Application number: JP2005005147U
Authority: JP
Inventors: 豊犬飼; 栄伊藤; 洋徳藤田
Original assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Current assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2015-07-01

Abstract

【課題】簡易かつ少ない消費電力によって遮断棒に対する積雪を確実に防止することが可能な遮断棒制御装置を提供する。
【解決手段】一般道において設置された遮断機にて車両を遮断するにあたり、遮断棒の一部を支持するとともに当該支持している部位を支点にして当該遮断棒を昇降できるように構成する。そして、遮断棒に対する積雪を防止するためにこの昇降のトルクを制御して、上記遮断棒の固有周期に同期した周期で当該遮断棒を振動（揺動）させる。
【選択図】図５

Description

本考案は、車両等の通行を遮断するための遮断棒制御装置に関する。

一般道において、車両等の通行を一時的に遮断するために遮断棒が利用されている。この遮断棒は、通常、通行路の脇に設置された装置によって駆動され、車両の通行を禁止する際に遮断棒を下降させ、車両の通行を遮断するために車両の高さ以下の高さで略水平に保持されている。このように、遮断棒が水平に保持されていると、降雪時に遮断棒に雪が積もり、多量の降雪があると遮断棒の駆動が阻害されるおそれがある。そこで、積雪時に融雪を行うための装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
登録実用新案第２５０８１４４号公報

上記従来技術においては、融雪のために熱風を生成する必要があり、大掛かりな装置が必要になるとともに多くの電力を消費していた。
本考案は、上記課題に鑑みてなされたもので、簡易かつ少ない消費電力によって遮断棒に対する積雪を確実に防止することが可能な遮断棒制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案では、遮断棒を振動させることによって遮断棒の上部に雪が積もることを防止することとし、このとき、遮断棒の固有周期に同期した周期で遮断棒を振動させる。従って、遮断棒に対してわずかな力を作用させるのみで遮断棒の先端に大きな揺動を生じさせ、容易に積雪を防止することができる。また、遮断棒に対する振動を常時発生する必要はなく、積雪が一定水準を超えないように、間欠的に振動させることができればよいので、少ない消費電力によって積雪を防止することができる。

遮断棒昇降手段においては、遮断棒を一部で支持し、支持している部位を支点にして昇降させ、車両の通行路にて車両の通行を遮断するように遮断棒を配設する状態と車両の通行を許可するように遮断棒を退避させる状態とを生成することができればよい。一般的には、遮断棒を略水平に配設することによって車両の通行を遮断する状態とし、遮断棒を上昇させて退避させることによって車両の通行を許可する状態とする。

また、支点においては、遮断棒を昇降可能に支持することができればよい。従って、遮断棒に対して略垂直に配向する回転軸と遮断棒とを連結することで支持部を構成することができる限りにおいて、種々の構成を採用可能である。遮断棒はその一部によって支持されればよく、その部位は特に限定されない。但し、遮断棒の一方側のみで車両の通行を遮断するのであれば、遮断棒の端部寄りの所定位置で遮断棒を支持すればよい。

さらに、遮断棒昇降手段においては、支点を回転中心として遮断棒を昇降させることができればよいので、支点に連結された回転軸を回転させることによって遮断棒を昇降させてもよいし、支点に連結された回転軸を自由に回転可能な状態として遮断棒の一方端を上下動させることにより他方端を昇降させてもよく、種々の構成を採用可能である。

振動制御手段は、遮断棒の固有周期に同期した周期で遮断棒を振動させることができればよい。すなわち、固有周期は、遮断棒を固有振動数で振動させる場合の周期であり、この周期に同期した周期で遮断棒を振動させると、わずかな力によって容易に大きな振動を発生させることができる。従って、わずかな力によって遮断棒の積雪を振り払うことができる。

本考案は、遮断棒に雪が積もることを防止することができればよいので、積雪が発生し得る場合に遮断棒を振動させることができればよい。そこで、振動制御手段に積雪の有無を判別するためのセンサを形成してもよい。このセンサによれば、その検出値によって積雪の有無を判定することで、積雪が生じ得る場合のみに遮断棒を振動させることができる。この結果、積雪を防止する必要がある場合にのみ遮断棒を振動させることができ、省電力化を図ることができる。

むろん、センサによって積雪を示す検出値が検出されている場合であっても、常に遮断棒を振動させることが必須という訳ではない。すなわち、積雪が検出されている場合に、一定時間ごとに遮断棒を振動させる構成を採用するなど、積雪を確実に防止するために必要十分なタイミングで遮断棒を振動させればよい。この結果、さらに省電力化を図ることができる。

さらに、遮断棒の固有周期に同期した振動を発生させるための具体的な構成として、固有周期に同期したトルク制御を行う構成を採用してもよい。すなわち、遮断棒昇降手段において支点に対してトルクを与えることによって遮断棒を揺動させる構成では、このトルクを制御することによって遮断棒を振動させることができる。遮断棒の固有周期は予め決定できるので、この固有周期の整数倍の周期で同じ揺動方向（支点においては回動方向）にトルクを作用させれば、固有周期に同期した振動を発生させることができる。尚、遮断棒に対してトルクを与えるための機構は種々の機構を採用可能である。例えば、モータのトルクを回転軸に対して直接的に与えてもよいし、減速機を介してモータのトルクを伝達してもよく、その機構は特に限定されない。

むろん、トルクの方向は遮断棒を上げるための上昇方向と遮断棒を下げるための下降方向とがあり、いずれか一方のみの方向で固有周期に同期したトルクを与えてもよいし双方の方向で固有周期に同期したトルクを与えてもよく、種々の構成を採用可能である。尚、固有周期は、遮断棒の物理的形状（長さや径等）や特性（剛性等）に基づいて算出すればよく、予め算出した固有周期を所定の記憶媒体に記憶し、遮断棒の振動制御に際して記憶媒体を参照する構成等を採用すればよい。

ここでは、下記の順序に従って本考案の実施の形態について説明する。
（１）遮断棒制御装置の構成：
（２）遮断棒制御処理：
（２−１）遮断棒の振動制御処理：
（３）他の実施形態：

（１）遮断棒制御装置の構成：
図１は、本考案の一実施形態にかかる遮断棒制御装置の概略構成を示し、図２は遮断棒制御装置の内部構造を概略ブロック図により示している。これらの図において、遮断棒１０は支持部１１を介して遮断機２０に連結されている。すなわち、支持部１１は、円筒状の部材１１ａに円柱状の部材１１ｂが連結された部材であり、遮断棒１０はその一方の端部からやや中央寄りにて上記円筒状の部材１１ａによって保持されている。

支持部１１において、円筒状の部材１１ａの中心軸と円柱状の部材１１ｂの中心軸とは互いに直交するような関係になっており、円柱状の部材１１ｂが回動することによって、円筒状の部材１１ａが矢印Ｒのように回動する。従って、円筒状の部材１１ａの回動に伴って、当該円筒状の部材１１ａに保持されている遮断棒１０が矢印ｒのように揺動する。尚、本実施形態において、遮断棒１０は外形が円柱状であり内部は中空であるが、遮断棒１０としては、車両の通行を規制することができる限りにおいて各種の構造、形状を採用可能である。

本実施形態において、遮断機２０は略矩形の筐体を備え、筐体の内部にモータ２１と減速機２２とを含む駆動機構と当該駆動機構の制御部２３とを備えている。モータ２１の回転軸と減速機２２の回転軸とはベルト２１ａを介してトルクを伝達可能に連結されている。また、減速機２２は図示しないギヤを備えており、ベルト２１ａによって伝達されたトルクの回転方向を変換し、上記円柱状の部材１１ｂに伝達する。従って、モータ２１を正転駆動あるいは逆転駆動することによって円筒状の部材１１ａを回動させ、遮断棒１０を昇降させることができる。

制御部２３は、水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂと制御プログラムメモリ２３ｃと外部入力部２３ｄとモータＩ／Ｆ２３ｅとタイマー２３ｆとメモリ２３ｇとＣＰＵ２３ｈとを備えており、バスを介して相互に接続されている。本実施形態において、制御プログラムメモリ２３ｃは、遮断棒１０の揺動を制御するためのプログラムを記憶した記憶媒体であり、ＣＰＵ２３ｈはメモリ２３ｇをワークエリアとして利用しながら当該制御プログラムを実行することができる。尚、本実施形態においては、当該制御プログラムメモリ２３ｃに遮断棒１０の固有周期を示すデータが記録されている。

遮断棒１０の制御に際して、ＣＰＵ２３ｈは２種の制御を行う。すなわち、ＣＰＵ２３ｈは、上記制御プログラムに従って、外部入力によって明示的に遮断棒１０の上昇を指示された場合の制御と、遮断棒１０に対する積雪を防止する場合の制御とを行う。水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとタイマー２３ｆとは、遮断棒１０を振動させるために備えられており、ＣＰＵ２３ｈは、水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとによる検出値によって積雪の有無を判別し、また、タイマー２３ｆの出力値によって所定のタイミングごとに振動を行うべきか否かを判別する。

すなわち、水分センサ２３ａは、図１に示すように遮断棒１０の先端に取り付けられており、降雪時に遮断棒１０に付着する水分を検出したときに水分の存在を示す検出値を出力する。また、温度センサ２３ｂは、図１に示すように遮断機２０の上面に取り付けられており、遮断機２０の周囲の温度を検出し、検出した温度を示す検出値を出力する。尚、水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとは図示しないＩ／Ｆを介して上記制御部２３のバスに接続されており、各検出値はバスを介してメモリ２３ｇに蓄積される。

ＣＰＵ２３ｈは、これらの検出値に基づいて積雪の有無を判別する。本実施形態においては、周囲の温度が０度以下であり、水分が検出されているときに積雪があると判別する。従って、本実施形態においては水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとの双方の検出値を利用して積雪の有無を判別しており、これらのセンサが積雪の有無を判別するためのセンサを構成する。

タイマー２３ｆは、時間経過を計測するための回路であればよく、例えば、一定タイミングで出力される信号の数によって時間経過を計測すればよい。本実施形態において、ＣＰＵ２３ｈは、一定のタイミングごとに上記水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとによる積雪の有無の判別を行っており、各タイミングで積雪があると判別された場合に、遮断棒１０の固有周期と同期した周期でトルクを発生させる。すなわち、モータＩ／Ｆ２３ｅに所定の制御信号を出力することによってモータ２１による発生トルクを制御する。この処理の詳細は後述する。

一方、本実施形態においては、外部入力に従って車両通行の遮断と許可とを実施するようになっており、外部入力部２３ｄは遮断棒１０の昇降を指示するための信号をバスに介して出力し、ＣＰＵ２３ｈが当該信号を検出すると、モータＩ／Ｆ２３ｅに所定の制御信号を出力して遮断棒１０の上昇あるいは下降させるためのトルクを発生させる。尚、外部入力部２３ｄに対して遮断棒１０の昇降を指示するための構成は種々の構成を採用可能であり、遮断機２０を監視する監視員が入力する信号に基づいて行ってもよいし、料金等の支払いに基づいて行ってもよく、種々の構成を採用可能である。

（２）遮断棒制御処理：
次に、上記構成において積雪を防止するために遮断棒１０を振動させる際の制御処理を説明する。図３、図４は遮断棒１０の制御処理を示すフローチャートである。遮断棒１０が下降した状態において遮断機２０が駆動されると、上記ＣＰＵ２３ｈが上記制御プログラムを実行し、この結果、図３に示す処理が開始される。この処理においては、まず、上記外部入力部２３ｄによって遮断棒１０を上昇させるための信号が出力されたか否かを判別する（ステップＳ１）。

このステップＳ１において、遮断棒１０を上昇させるための信号が出力されたと判別された場合、ＣＰＵ２３ｈは、その信号に従って遮断棒１０を上昇させるための制御信号をモータＩ／Ｆ２３ｅに出力する（ステップＳ２）。この結果、モータ２１では当該制御信号に従ってモータ２１を駆動するので、減速機２２を介して当該モータ２１のトルクが支持部１１に伝達され、遮断棒１０が上昇する。

一方、上記ステップＳ１において、遮断棒１０を上昇させるための信号が出力されたと判別されない場合、ＣＰＵ２３ｈは上記タイマーによって１０分間のウェイト処理を行う。具体的には、まず上記タイマー２３ｆによるカウント値Ｔを０に初期化し（ステップＳ３）、上記外部入力部２３ｄによって遮断棒１０を上昇させるための信号が出力されたか否かを判別する（ステップＳ４）とともに、カウント値Ｔが１０分を示す値になっているか否かを判別する（ステップＳ５）。なお、タイマー２３ｆの時間設定は、気象状況に応じて任意に行えばよい。

ステップＳ４において、遮断棒１０を上昇させるための信号が出力されたと判別されたときにはウェイト処理を抜けてステップＳ２の処理を実行し、遮断棒１０を上昇させるための信号が出力されたと判別されないときにはステップＳ５の処理を実行する。ステップＳ５において、ウェイト処理を１０分行ったと判別されないときには、上記ステップＳ４に戻ってウェイト処理を続ける。

ステップＳ５において、ウェイト処理を１０分行ったと判別したときには、ステップＳ６以降の処理を実行する。従って、本実施形態においては、１０分間のウェイト処理を行い、１０分間の間に一回も遮断棒１０が上昇されなかったときに、ウェイト処理を抜けて次の処理を行うようになっている。ステップＳ６においてＣＰＵ２３ｈは、上記水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとの検出値を取得し、周囲の温度が０度以下であり、水分が検出されているか否かを判別することによって遮断棒１０に雪が付着しているか否かを判定する。

ステップＳ６において遮断棒１０に雪が付着していると判別されないときには、ステップＳ３の処理に戻り、１０分のウェイト処理を繰り返す。ステップＳ６において遮断棒１０に雪が付着していると判別されたときには、遮断棒１０の振動制御処理を行って、遮断棒１０に対する積雪を防止する（ステップＳ７）。この処理は後述する。尚、上記ウェイトの間隔である１０分は一例であり、遮断棒１０に対する積雪を確実に防止することができる限りにおいて、必要十分な間隔を任意に設定することができる。

遮断棒１０の振動制御処理を行った後、ＣＰＵ２３ｈは、再度、上記水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとの検出値を取得し、周囲の温度が０度以下であり、水分が検出されているか否かを判別することによって遮断棒１０に雪が付着しているか否かを判定する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ８において遮断棒１０に雪が付着していると判別されたときには、ステップＳ７の処理に戻り、遮断棒１０の振動制御処理を繰り返す。ステップＳ８において遮断棒１０に雪が付着していると判別されないときには、上記ステップＳ１に戻って上述の処理を繰り返す。

（２−１）遮断棒の振動制御処理：
ステップＳ７に示す遮断棒１０の振動制御処理においては、図４に示すように、ＣＰＵ２３ｈが、まず振動制御のために用意されたカウントＣを０に初期化し（ステップＳ７１）、制御プログラムメモリ２３ｃに予め記録された固有周期Ｔを示すデータを読み出す（ステップＳ７２）。尚、本実施形態において固有周期Ｔは、下記の式（１）によって算出される値である。
Ｔ＝２π×（ｙ／ｇ）^1/2 …（１）

ここで、ｇは重力加速度、ｙは遮断棒１０の先端撓み量を示し、ｙは下記の式（２）にて与えられる。
ｙ＝ｗ×Ｌ⁴／（８ＥＩ） …（２）
ここで、ＥＩは遮断棒１０の曲げ剛性（kgf/mm²）であり、ｗは遮断棒１０の単位重量（kgf/mm）であり下記の式（３）によって算出される。
ｗ＝φ×π×ｄ×ρ／１０００ …（３）
ここで、φは遮断棒１０の内径（mm）、ｄは遮断棒１０の厚さ（mm）、ρは遮断棒１０の比重（gf/mm³）である。

ＣＰＵ２３ｈが、固有周期Ｔを示すデータを読み出すと、遮断棒１０の振動を制御するために利用する時間ｔを０に初期化して、時間のカウントを開始する（ステップＳ７３）。むろん、この時間計測は上記タイマー２３ｆ等を利用して計測すればよく、種々の構成を採用可能である。

本実施形態においては、まず、ＣＰＵ２３ｈが、遮断棒１０を下降させるため制御信号をモータＩ／Ｆ２３ｅに出力し、モータ２１にて当該遮断棒１０を下降させるためのトルクを発生させる（ステップＳ７４）。続いて、ＣＰＵ２３ｈは、上記タイマー２３ｆによる時間ｔのカウントを行って、固有周期Ｔの３／２に相当する時間が経過するまで保持する（ステップＳ７５）。

固有周期Ｔの３／２に相当する時間が経過すると、さらに、ＣＰＵ２３ｈが、遮断棒１０を上昇させるため制御信号をモータＩ／Ｆ２３ｅに出力し、モータ２１にて当該遮断棒１０を上昇させるためのトルクを発生させる（ステップＳ７６）。そして、ＣＰＵ２３ｈは、上記タイマー２３ｆによる時間ｔのカウントを行って、固有周期Ｔの３／２に相当する時間が経過するまで保持する（ステップＳ７７）。以上の処理によって、遮断棒１０は下降及び上昇させるためのトルクを各一回ずつ与えられることになる。

本実施形態においては、このようなトルクの付与を予め決められた回数だけ繰り返すようになっており、ＣＰＵ２３ｈは上記カウントＣをインクリメントして（ステップＳ７８）、当該カウントＣが１０に達しているか否かを判別する（ステップＳ７９）。ステップＳ７９でカウントＣが１０に達していると判別されないときには、ステップＳ７４以降の処理を繰り返す。また、ステップＳ７９でカウントＣが１０に達していると判別されたときには、遮断棒１０の振動制御処理を終了し、上記図３に示すフローに復帰する。

図５は、以上の処理におけるトルクと固有周期Ｔとの関係を示す図である。同図において横軸は時間ｔ、縦軸は遮断棒１０が振動する際の位相を示している。尚、遮断棒１０の振幅はトルクを作用させる回数が増加するに従って増加する。上記図４に示すフローチャートのステップＳ７４において、時間ｔ＝０で遮断棒１０に下向きのトルクＴｄが作用すると、遮断棒１０の振動が開始される。ステップＳ７６においては、固有周期Ｔの３／２に相当する時間が経過した後に遮断棒１０に対して上向きのトルクＴｕを作用させる。

図４に示す処理においては、さらに固有周期Ｔの３／２に相当する時間が経過したとき遮断棒１０に下向きのトルクＴｄを作用させ、以降、固有周期Ｔの３／２を周期にしてこの処理を繰り返す。ここで、下向きのトルクＴｄのみを抜き出すと、固有周期Ｔの３倍を周期にしてトルクが発生し、上向きのトルクＴｕのみを抜き出しても同様に、固有周期Ｔの３倍を周期にしてトルクが発生する。

従って、本実施形態においては、固有周期Ｔに同期した周期で同じ回転方向へのトルクが与えられることになる。すなわち、図５に示すように、遮断棒１０が下方から上方に向けて揺動している状態で上昇させるためのトルクＴｕを作用させ、遮断棒１０が上方から下方に向けて揺動している状態で下降させるためのトルクＴｕを作用させる。この結果、遮断棒１０が固有振動を行うように振動させることができる。従って、小さなトルクＴｄ，Ｔｕによって遮断棒１０に大きな振動を与えることができ、省電力で確実に積雪を防止することができる。

（３）他の実施形態：
上記実施形態は一例であり、遮断棒の固有周期に同期した周期で遮断棒を振動させることができる限りにおいて、種々の構成を採用することができる。例えば、モータ２１にてトルクを作用させるタイミングは上述のタイミングに限られない。より具体的には、同じ方向に揺動させるためのトルクを作用させるタイミングが上記図５に示すように固有周期Ｔの３倍であることは必須でなく、整数倍であればよい。

また、トルクの発生タイミングが遮断棒の固有周期に同期していればよいので、遮断棒１０の振幅が０となるような位相でトルクを発生させることが必須という訳ではなく、他のタイミング、例えば、遮断棒１０の振幅が最大に達したときに遮断棒１０の振動を促進させるためのトルクを与える構成を採用してもよく、種々の構成を採用可能である。

さらに、上記水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとの取り付け位置は、上記図１に示す位置に限定されることはなく、各センサによって水分と温度とを検出できる限りにおいて、任意の位置に取り付けることができる。また、水分センサ２３ａと温度センサ２３ｂとの組み合わせによって積雪の有無を判別することが必須ではなく、他のセンサであってもよい。また、積雪の有無を判定するに際しては、誤判定を完全に排除する必要はなく、積雪の可能性があれば本考案による制御を実施することとしてもよい。

本考案の一実施形態にかかる遮断棒制御装置の概略構成を示す図である。遮断棒制御装置の内部構造を示す概略ブロック図である。遮断棒の制御処理を示すフローチャートである。遮断棒の振動制御処理を示すフローチャートである。トルクと固有周期Ｔとの関係を示す図である。

符号の説明

１０…遮断棒
１１…支持部
１１ａ…円筒状の部材
１１ｂ…円柱状の部材
２０…遮断機
２１…モータ
２１ａ…ベルト
２２…減速機
２３…制御部
２３ａ…水分センサ
２３ｂ…温度センサ
２３ｃ…制御プログラムメモリ
２３ｄ…外部入力部
２３ｅ…モータＩ／Ｆ
２３ｆ…タイマー
２３ｇ…メモリ
２３ｈ…ＣＰＵ

Claims

遮断棒の一部を支持するとともに当該支持している部位を支点にして当該遮断棒を昇降させる遮断棒昇降手段と、
上記遮断棒昇降手段を制御し、上記遮断棒の固有周期に同期した周期で当該遮断棒を振動させる振動制御手段とを備えることを特徴とする遮断棒制御装置。
上記振動制御手段は積雪の有無を判別するためのセンサを備え、当該センサの検出値が積雪を示す値であるときに上記遮断棒を振動させることを特徴とする上記請求項１に記載の遮断棒制御装置。
上記遮断棒昇降手段は上記支点に対して上記遮断棒を揺動させるためのトルクを与えるトルク付与部を備え、上記振動制御手段は上記遮断棒の固有周期の整数倍の周期で同じ揺動方向へのトルクを与えるように上記トルク付与部を制御することを特徴とする上記請求項１または請求項２のいずれかに記載の遮断棒制御装置。