JP5924721B2 - ドア駆動装置、ドア駆動方法およびエレベーターシステム - Google Patents

Description

本発明はドア駆動装置およびドア駆動方法に関し、特に、ドアの開閉におけるオープンループ駆動制御を行うためのドア駆動装置およびドア駆動方法に関するものである。

一般的に、エレベーターのドアやホーム柵や自動ドアなどのドアは、電動機によって発生させた駆動力を駆動ベルトを介してパネルを開閉する機構となっている。

ドアは、ドア毎に意匠等の違いで質量が異なり、自閉を保証するためのおもりやドアの自重を用いた機械的戸閉力が異なるのが一般的である。

また、ドアの開閉駆動を行う電動機は、一般に電流や角度をドライバや電動機の軸から測定し、コントローラでクローズドループ制御を行っている。クローズドループ制御では、ドアの質量や機械的戸閉力が異なっていても、速度と電流値とをフィードバックすることで、加減速を繰り返すドア駆動においても、正確に指令速度や指令電流値に追従できるように制御している。例えば、特許文献１にはステッピングモータを用いて、クローズドループ制御した場合のドア制御を行う技術が開示されている。

また、ステッピングモータの制御に関しては、例えば、特許文献２に、ステッピングモータを画像記録装置に適用し、オープンループ制御で、かつ、補正電流値を加えることでトルク変動を抑制制御する技術が開示されている。

特開２０００−１６７３０号公報 特開平１−１０７７００号公報

上記の特許文献１に示される技術を用いると、ステッピングモータを用いたドア制御は行えるが、電動機の角度を計測するセンサが必要となってしまうため、ドア駆動に通常用いられる直流モータや誘導モータや永久磁石同期モータでクローズドループの速度制御をする場合に比べて、ステッピングモータを用いるメリットが得られないという問題点があった。なお、クローズドループの速度制御では、ドアの質量の変動では速度・位置のフィードバックにより電流が自動的に調整されるため、最適な制御ゲインと異なるために生じる微小な振動が起こる以外、直流モータや誘導モータや永久磁石同期モータを用いることに特に問題はない。

また、上記の特許文献２に示されるオープンループ制御技術は、画像記録装置に適用させており、このような、質量の変動なく、一定速度の制御対象に対しては、角度センサが不要で、故障の恐れがなく、コストも安く、トルク変動を抑制制御することができる。しかしながら、ドアのように、質量や機械的戸閉力が異なり、かつ、速度も一定ではなく、加減速を繰り返す制御対象の場合には、上記の特許文献２に示されるオープンループ制御技術では、過剰な電流値となって振動が増えてしまったり、あるいは、電流が足りずに脱調してしまったりするという問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、各階床で質量や機械的戸閉力が異なり、かつ、加減速を繰り返すドアに対しても、トルク変動を抑制制御することが可能な、ドア駆動装置、ドア駆動方法およびエレベーターシステムを得ることを目的としている。

本発明は、出入口を開閉するドアを開閉駆動する電動機と、この電動機を駆動制御するドアコントローラとを有し、前記ドアを開閉駆動させるためのドア駆動装置であって、前記ドアの質量に関する情報及び機械的戸閉力に関する情報を予め記憶する記憶装置と、前記電動機の電気角に依存する前記電動機の静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器とを備え、前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記電動機に対する電流指令値を生成する電流指令値生成器を有してオープンループ制御を行い、前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化に合わせて設定され、前記電動機に対する電流指令値として、前記電流指令値生成器が生成した前記電流指令値に前記電流補償器が生成した前記補償電流値を加算した値が出力されるドア駆動装置である。

本発明は、出入口を開閉するドアを開閉駆動する電動機と、この電動機を駆動制御するドアコントローラとを有し、前記ドアを開閉駆動させるためのドア駆動装置であって、前記ドアの質量に関する情報及び機械的戸閉力に関する情報を予め記憶する記憶装置と、前記電動機の電気角に依存する前記電動機の静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器とを備え、前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記電動機に対する電流指令値を生成する電流指令値生成器を有してオープンループ制御を行い、前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化に合わせて設定され、前記電動機に対する電流指令値として、前記電流指令値生成器が生成した前記電流指令値に前記電流補償器が生成した前記補償電流値を加算した値が出力されるドア駆動装置であるので、質量や機械的戸閉力が異なり、かつ、加減速を繰り返すドアに対しても、トルク変動を抑制制御することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置のドアコントローラの構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置のドアコントローラが生成する電流指令値を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置における角速度とトルクの関係を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置のドアコントローラが生成する電流指令値を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置における角速度パターンの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置のドライブ回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るエレベーターのドア駆動装置のドアコントローラの構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るエレベーターのドア駆動装置のドライブ回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るエレベーターのドア駆動装置のドアコントローラの構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態４に係るエレベーターのドア駆動装置のドアコントローラの構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態４に係るエレベーターのドア駆動装置における角速度パターンの一例を示した図である。 本発明の実施の形態４に係るエレベーターシステムの全体図である。 本発明の実施の形態５に係るホーム柵のドア装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態５に係る自動ドアのドア装置の構成を示した構成図である。

実施の形態１．
図１および図２は、本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置の構成を示したものである。図１はエレベーターのかご側ドアを示した正面図、図２はエレベーターの乗り場側ドアを示した正面図である。

以下、構成について説明する。図１に示すように、エレベーターのかご（図示省略）には、２枚のかご側ドア１が設けられている。かご側ドア１の上部には、駆動ベルト３６が設けられている。２つのかご側ドア１と駆動ベルト３６とは連結具によってそれぞれ連結されている。駆動ベルト３６は、無端状で水平方向に長い楕円形をしており、かご側ドア１の上部に設けられている２つの巻掛車の双方に巻き掛けられて張設されている。電動機５は２つの巻掛車の一方に対して設けられており、電動機５に取り付けられた巻掛車を、電動機５が回転駆動させることにより、駆動ベルト３６が回転し、左右のかご側ドア１が同時に開閉する構成となっている。

また、駆動ベルト３６および電動機５の上部には、記憶装置３とドアコントローラ４とが設けられている。ドアコントローラ４は、記憶装置３と電動機５に接続されている。記憶装置３は、かご側ドア１の質量に関する情報と、各階床ごとの乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力とに関する情報を、予め記憶している。ドアコントローラ４は、記憶装置３内のこれらのデータに基づいて、電動機５に流すべき電流指令値を求め、電動機５を駆動制御する。ドアコントローラ４の構成および動作についての詳細については後述する。

一方、図２に示すように、エレベーターの停止階の各階床の乗り場（図示省略）には、２枚の乗り場側ドア６が設けられている。乗り場側ドア６の上部には、かご側ドア１と同様に、駆動ベルト５０が設けられている。２つの乗り場側ドア６と駆動ベルト５０とは連結具によってそれぞれ連結されている。駆動ベルト５０は、無端状で水平方向に長い楕円形をしており、乗り場側ドア６の上部に設けられている２つの巻掛車の双方に巻き掛けられて張設されており、駆動ベルト５０が回転することにより、左右の乗り場側ドア６が同時に開閉する。

但し、乗り場側ドア６には電動機が設けられておらず、乗り場側ドア６は、エレベーターが停止階で停止したときに、かご側ドア１と係合されることにより、かご側ドア１に対して設けられた電動機５の駆動により、かご側ドア１と連動して開閉される。以下では、当該係合の構成について説明する。

図１に示すように、２枚のかご側ドア１の一方には、乗り場側ドア６を係合するための係合ベーン２が設置されている。それに対応するように、図２に示すように、乗り場側ドア６の２枚のうちの一方に係合ローラ７が設けられている。エレベーターのかご（図示省略）がある停止階で停止する際には、かご側ドア１に設置された係合ベーン２が、乗り場側ドア６に設置された係合ローラ７を挟み込んで把持する機構となっているため、係合ベーン２と係合ローラ７とにより、かご側ドア１と乗り場側ドア６とが係合される。このとき、上述したように、かご側ドア１に取り付けられた電動機５が駆動し、駆動ベルト３６を介してかご側ドア１を駆動すると、かご側ドア１と乗り場側ドア６とは係合されているので、かご側ドア１の開閉動作に連動して、乗り場側ドア６が同時に開閉動作する。これらの係合ベーン２と係合ローラ７はまとめて係合装置と呼ばれる。

ここで、電動機５の回転軸５ａは、図１の正面方向に向かって、軸方向を奥行方向（水平方向）に配置し、駆動ベルト３６が回転軸５ａを上下から挟み込む形で駆動しているが、その場合に限らず、電動機５の回転軸５ａは、軸方向を図１の上下方向（エレベーターにおける垂直方向）に配置し、駆動ベルト３６が回転軸５ａを前後から挟み込む形で駆動するようにしてもよい。電動機５が扁平薄型の場合は、図１に示すように、駆動ベルト３６が回転軸５ａを上下から挟み込むように設置する方がドアの厚みとスペースが共用でき有利であり、一方、電動機５が細長型の場合は、駆動ベルト３６が回転軸５ａを前後から挟み込む方がドアの厚みとスペースが共用でき有利である。従って、電動機５の形状に合わせて、回転軸５ａの配置する向きを適宜決定すればよい。

乗り場側ドア６は各階によって意匠が異なるため、質量が異なり、また、かご側ドア１と係合せずに乗り場側ドア６のみが開いてしまうという異常時に自閉できるよう付加される機械的戸閉力も各階床によって異なる。しかしながら、エレベーターのドア駆動装置は、乗り場側ドア６の質量や機械的戸閉力が違っていても、ほぼ同等に制御できる必要がある。

図３は、本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置に設けられたドアコントローラ４の内部構成を示したブロック図である。図３に示すよう、ドアコントローラ４はコントローラ基板８とドライブ基板１２とからなる。なお、コントローラ基板８とドライブ基板１２は、別体で構成してもよいが、一体化してもよい。なお、本実施の形態においては、オープンループ駆動制御を行うドアコントローラ４を例に挙げて説明する。

図３に示すように、コントローラ基板８には、電動機５のための角速度指令値を生成する角速度指令値生成器９と、角速度指令値から電流指令値を生成する電流指令値生成器１０とが設けられている。電流指令値生成器１０で生成された電流指令値はデューティー比（ＯＮとＯＦＦの時間の比）に変換されてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）出力１１として出力される。また、ドライブ基板１２には、ＰＷＭ出力１１に基づいて電動機５に電流を供給して電動機５を駆動するドライブ回路１３が設けられている。以下、これらの各構成要素について説明する。

角速度指令値生成器９は、記憶装置３からのデータ入力を受け、当該データ入力に基づいて、電動機５のための角速度指令値を生成し、電流指令値生成器１０にその指令値を送信する。なお、記憶装置３には、上述したように、かご側ドア１の質量に関する情報、および、各階床ごとの乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力に関する情報が記憶されている。従って、角速度指令値生成器９は、かご側ドア１の質量に関する情報、および、各階床ごとの乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力に関する情報に基づいて、角速度指令値を生成する。これにより、各階床ごとに、乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力に応じた角速度指令値を生成することができる。なお、角速度指令値生成器９は、図５に示すように、角速度−トルク平面で、戸開もしくは戸閉できるよう、軌跡１９を選び、その角速度パターンは、ドアを開閉させるために常に可変速する図７に示す角速度パターン２０のような正弦波状になる。角速度指令値生成器９が生成する角速度指令値については、後述する。

電流指令値生成器１０は、角速度指令値生成器９からの角速度指令値に基づいて、図４の実線で示す電流指令値１４〜１７を生成する。ここでは、電動機５が、Ａ相、Ｂ相、Ａ’相、Ｂ’相の４相からなるユニポーラ駆動のステッピングモータである場合を例に挙げて、電流指令値１４〜１７の具体的な生成方法について説明する。電流指令値生成器１０は、まず、角速度指令値生成器９からの角速度指令値を積分して、電動機５の電気角の位相に変換し、図４に示すよう、０〜１８０ｄｅｇの場合はＡ相を励起し、９０〜２７０ｄｅｇの場合はＢ相を励起し、１８０〜３６０ｄｅｇの場合はＡ’相を励起し、２７０〜４５０ｄｅｇの場合はＢ’相を励起するための電流指令値を生成する。それぞれの励起パターンは正弦波状であり、Ａ−Ｂ−Ａ’−Ｂ’の順で各相励起を繰り返すことにより、電動機５をある方向（例えば、時計回り）に回転させる。逆方向（例えば、反時計回り）へ回転させる場合は、Ａ−Ｂ’−Ａ’−Ｂの順で各相励起させる。

電流指令値１４〜１７の振幅は、一定値ではなく、角速度指令値生成器９で生成した角速度指令値によって変動する。具体的には、角速度指令値生成器９が、図５に示すように、角速度−トルク平面で、戸開もしくは戸閉できるよう軌跡１９を選び、電動機５の仕様によって定まるプルアウトトルク１８を上回らないように、角速度指令値を生成する。電流指令値生成器１０は、当該角速度指令値に基づいて、電流指令値１４〜１７の振幅を設定する。ここで、プルアウトトルクとは脱出トルクとも呼ばれ、そのトルク値を越えると電動機５が脱調するしきい値のことである。また、電流値を大きくすると、プルアウトトルク１８は比例して大きくなるため、軌跡１９がプルアウトトルク１８を越えないよう、電流指令値１４〜１７の振幅を大きくする。なお、電流値は電動機５によって定められる定格値から上限が定まる。また、ドア駆動に必要な電流値に対して必要以上に大きなプルアウトトルクを設定した場合、余分な電力が必要となり、電力の効率が悪くなるだけでなく、その余分な電力がドアの振動の原因となる。そのため、トルク不足で脱調とならない範囲の最小限の電流値を、電流指令値１４〜１７として設定することが望ましい。実際のドア駆動において、角速度指令値が、常に可変速する図７に示すような角速度パターン２０となる場合、電流指令値１４〜１７の振幅２１は、図７に示すように、角速度パターン２０の角速度変化に合わせて設定される（すなわち、角速度パターン２０が上に凸型の波形であれば、それに合わせて、電流指令値１４〜１７の振幅２１の波形も上に凸型の波形となり、ピークになる時刻は一致する）。

なお、図６において、電流指令値１４〜１７は、電動機５がトルク不足で脱調とならない範囲の最小限の電流値として設定された電流指令値である。このとき、例えば、電流指令値１４〜１７の振幅２１を必要量より小さく設定すると、各電流指令値は、破線で示す指令値パターン群３３内の電流指令値となり、トルク不足で、通常駆動においても電動機５が脱調してしまう。一方、電流指令値１４〜１７の振幅２１を必要量より大きく設定すると、各電流指令値は、点線で示す指令値パターン群３４内の電流指令値となり、ドアに人や物が挟まったりあるいは敷居溝にゴミが詰まったりという外乱が加わっても、電動機５は脱調せず、ドアが停止しない。従って、電流指令値１４〜１７の振幅は、指令値パターン群３３よりも大きく、指令値パターン群３４よりも小さい値に設定し、通常駆動においては電動機５が脱調することなく、かつ、ドアに人や物が挟まったりゴミが詰まったりという外乱が加わった際には直ちに脱調となってドアが停止するという範囲になるように設定する。

また、上述したように、各階床での乗り場側ドア６のドア質量と機械的戸閉力は事前に計測されて記憶装置３に保存されている。従って、電流指令値生成器１０で生成される電流指令値は、各階床ごとの乗り場側ドア６のドア質量および機械的戸閉力に応じて、電流指令値１４〜１７の振幅２１を定める。ドアの質量と機械的戸閉力が大きくなると、電動機５の軸にイナーシャとして換算した時、その変換したイナーシャ値が大きくなり、もし若干でも角速度指令値からずれてしまうと、角速度指令値に追従させるための各相での力のアンバランスを戻す大きな力が働き、その瞬間に大きな電流値が必要となってしまう。そのため、ドアの質量と機械的戸閉力が大きくなった場合は、電流指令値１４〜１７の振幅２１を大きく設定する必要がある。

上記の説明においては、電流指令値１４〜１７の振幅２１を、ドア駆動に必要な必要最小限の値に設定する例について説明したが、その場合には、僅かな外乱でも脱調してしまう可能性がある。そうなると、その場合には、頻繁に脱調が発生して不便であるため、図４に示すように、必要最小限の電流指令値１４〜１７の振幅に、外乱検知幅３２を付加した、破線で示す電流指令値１４’〜１７’を電流指令値として設定するようにしてもよい。必要最小限の電流指令値１４〜１７の振幅値よりも、外乱検知幅３２の分だけ大きい振幅値を有する電流指令値１４’〜１７’を用いた場合には、頻繁な脱調の発生を回避しつつ、ドアに人や物が挟まったりゴミが詰まったりという外乱が加わることでドアを停止させる必要がある場合には、電動機５の脱調によって、外乱検知と同時にドアの開閉動作を直ちに停止させることが可能となる。外乱検知幅３２の値の決定方法としては、例えば、どの程度の大きさの外乱が付加された場合にドアの開閉動作を停止させるべきかを予め実験等により測定して外乱閾値として決定しておき、当該外乱閾値よりも大きい外乱が付加された場合にのみ電動機５が脱調するように、外乱検知幅３２の値を適宜決定する。外乱が付加されることで、電動機５の回転が阻害され、その速度変化で通常状態より大きな誘導電流が流れ、電動機５に流れる電流値が増加する。しかしながら、たとえ外乱が付加されても、それが僅かな外乱であって、当該電流の増加量が外乱検知幅３２以内である場合には（すなわち、電動機５に流れる電流値が、必要最小限の電流指令値１４〜１７の値に外乱検知幅３２を加えた値（すなわち、電流指令値１４’〜１７’の値）以下の場合には）、外乱として検知せず、一方、大きな外乱が付加されて、電動機５に流れる電流の増加量が外乱検知幅３２を超えた場合には（すなわち、電流指令値１４’〜１７’の値を超えた場合には）、電動機５に脱調が発生して、ドアの開閉動作がその時点で停止されることになる。従って、当該停止を検知することにより、ドアの開閉動作を停止すべきレベルの外乱が付加されたことを検知することができる。その意味で、外乱検知幅３２は、外乱検知装置としての役割を果たしている。具体的な外乱検知幅３２の値としては、例えば、電動機５の仕様、かご側ドア１の質量、および、各階床ごとの乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力に基づいて、電流指令値１４’〜１７’の振幅が、図６に示した指令値パターン群３３の振幅よりも大きく、かつ、指令値パターン群３４よりも小さくなるように、適宜設定すればよい。あるいは、外乱検知幅３２は、実験等により予め固定された値に設定してもよい。さらには、外乱検知幅３２は、各階床ごとに異なっていても、同じであってもよい。

こうして、電流指令値生成器１０は、各階床の乗り場側ドアの質量および機械的戸閉力に応じて、各階床ごとに振幅を変動させた電流指令値１４〜１７（あるいは、１４’〜１７’）を生成するが、実際に電動機５に流れる電流は、電流指令値１４〜１７（あるいは、１４’〜１７’）に一致するよう、デューティー比（ＯＮとＯＦＦの時間の比）に変換されてＰＷＭ出力１１で出力される。電動機５に流れる電流は、電動機５やドライブ回路１３の構成に従って変動するため、電流指令値生成器１０は、それに応じたデューティーの変換を行う。具体的には、デューティーの最大値に比例して電流のピーク値を定める。さらに、デューティーの入力に対して、電動機５とドライブ回路１３のインピーダンスによって定まる遅れ時間をもって、電流が流れるため、その遅れを考慮してデューティーの入力値を定める。

次に、ドライブ回路１３の構成について説明する。ドライブ回路１３の構成の詳細を図８に示す。ドライブ回路１３は、外部から供給されるＤＣ電源３５と、電動機５のＡ相コイル部２４を駆動するためのＦＥＴ２２と、Ａ’相コイル部２５を駆動するためのＦＥＴ２３と、ＦＥＴ２２，２３に並列に接続されたそれぞれの還流回路２６、２７とを有する。還流回路２６、２７は、ＦＥＴ２２、２３のサージ電圧を抑制し回路の破壊を防止する役割と、Ａ相駆動時はＡ’相で生じ、Ａ’相駆動時はＡ相で生じる、誘導電流によるブレーキトルクを抑制する役割を持つ。なお、図８では、Ａ相、Ａ’相に対応させた回路部分のみを記載しているが、実際には、ドライブ回路１３は、Ｂ相、Ｂ’相に関しても同等の回路を持ち、Ｂ相、Ｂ’相を駆動する。

ドライブ回路１３は、このような構成を有し、電流指令値生成器１０で生成されたＰＷＭ出力１１に従って、電動機５の各相Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’のコイルを駆動させる。

以上のように、本実施の形態１に係るエレベーターのドア駆動装置は、エレベーターのかごの出入口を開閉するかご側ドア１と、各階床の乗り場の出入口を開閉する乗り場側ドア６と、かご側ドアを開閉駆動する電動機５と、かご側ドア１と乗り場側ドア６との間に設けられ、電動機５の開閉駆動によるかご側ドア１の開閉動作に連動して乗り場側ドア６を開閉動作させる係合装置２，７とを有するエレベーターのドアを駆動させるためのエレベーターのドア駆動装置であって、かご側ドア１の質量に関する情報と各階床ごとの乗り場側ドア６の質量及び機械的戸閉力に関する情報とを予め記憶する記憶装置３と、記憶装置３に記憶されたかご側ドア１の質量に関する情報と各階床ごとの乗り場側ドア６の質量及び機械的戸閉力に関する情報とに基づいて、電動機５に対する電流指令値を生成する電流指令値生成器１０とを備えた構成とした。エレベーターのドアは、各階床によって、乗り場側ドアの意匠が異なるため、その質量は変動し、オープンループ制御時に同じ電流指令値を用いた場合には、電流指令値が過剰であったり足りない場合があり、振動・騒音が発生したり脱調したりしてしまうことがあるが、本実施の形態においては、乗り場側ドア６の階床毎の質量を記憶装置３にデータベースとして持ち、階床毎に電流指令値の振幅を変動させるようにしたので、オープンループ制御においても、エレベーターの乗り場側ドア６の特徴である階床ごとの質量の違いに基づいて電動機５を駆動させる電流指令値の値を変動させることができるので、各階床ごとにドア駆動に必要な最小の電流で駆動でき、電力の無駄を削減し効率化を図るとともに、余分な電力により起こるドアの振動の発生も抑えることができる。

また、本実施の形態においては、エレベーターのドアに外乱が発生して電動機５に流れる電流値が増加して、当該電流値の増加量が閾値としての外乱検知幅３２を超えたときに電動機５が脱調するように設定しておき、電流指令値生成器１０は、電流指令値の振幅の値を決定する際に、かご側ドア１の質量に関する情報と各階床ごとの乗り場側ドア６の質量及び機械的戸閉力に関する情報とに基づいて、かご側ドア１および乗り場側ドア６の開閉に必要な必要最小限の電流指令値１４〜１７を求め、当該必要最小限の電流指令値１４〜１７の振幅に外乱検知幅３２を付加した値を電流指令値の振幅の値として決定する（すなわち、電動機５に対する電流指令値を、電流指令値１４〜１７よりも外乱検知幅３２だけ振幅が大きい電流指令値１４’〜１７’とする）ようにしたので、電動機５の脱調によって人や物が挟まれるあるいはゴミが詰まるといった外乱が発生したことを検知できるとともに、当該検知と同時に、ドアの開閉動作を直ちに停止できるという対応もとれて、エレベーターの乗客が安心して利用することができる。さらに、電動機５の電流値の増加量が外乱検知幅３２以内の場合には、電動機５が脱調しないので、頻繁に脱調することを回避することができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係るエレベーターのドア駆動装置に設けられたドアコントローラ４の内部構成を示したブロック図である。本実施の形態２に係るドアコントローラ４は、図９に示すように、上述した図３と同様に、コントローラ基板８とドライブ基板１２とから構成される。図９の構成において、図３の構成との違いは、図９においては電流補償器２８がコントローラ基板８側に追加されている点である。電流補償器２８は、電流指令値生成器１０に対して並列に接続されている。本実施の形態２に係るエレベーターのドア駆動装置の他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

本実施の形態においては、図９に示すように、図３の構成に電流補償器２８を付加した構成とすることで、ディテントトルクやリラクタンストルクなどの電動機５の電気角に依存する静的トルクを補償し、電動機５の出力トルクのバラつきを抑制する。電流補償器２８は、電動機５の電気角を角速度指令値生成器９が生成した角速度指令値から導出し、記憶装置３内のかご側ドア１の質量に関する情報、および、各階床ごとの乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力に関する情報を用いて、電動機５の静的トルクを打ち消す補償電流値を出力する。出力された補償電流値は、電流指令値生成器１０が生成した電流指令値に加算された後にＰＷＭ出力１１に変換され、ドライブ回路１３に向けて出力される。こうして、電流補償器２８を付加したことで、電動機５のトルク脈動を抑制できれば、ドアに伝わる振動が抑制され、騒音も抑制することができる。

以上のように、本実施の形態２においては、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、ドアコントローラ４が、角速度指令値生成器９が生成した角速度指令値に基づいて電動機５の電気角を求め、当該電気角に依存する電動機５の静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器２８をさらに備えた構成としたことで、電動機５のトルク脈動を抑制することができるので、ドアに伝わる振動が抑制され、騒音も抑制することができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係るエレベーターのドア駆動装置に設けられたドライブ回路１３の構成を示した図である。また、図１１は、本発明の実施の形態３に係るエレベーターのドア駆動装置に設けられたドアコントローラ４の内部構成を示したブロック図である。本実施の形態３に係るドライブ回路１３は、図１０に示すように、図８の回路構成に対して、電動機５に流れる電流を計測するための電流センサ２９が付加された構成となっている。電流センサ２９は、直列に接続された電動機５のＡ相コイル部２４とＡ’相コイル部２５との接続点とＤＣ電源３５との間に接続されている。他の構成は、図８と同じであるため、ここでは説明を省略する。なお、本実施の形態においても、図１０には、Ａ相，Ａ’相についてのみ図示しているが、ドライブ回路１３は、Ｂ相、Ｂ’相に関しても同等のドライブ回路を有し、Ｂ相、Ｂ’相を駆動する。また、本実施の形態３に係るドアコントローラ４は、図１１に示すように、上述した図３と同様に、コントローラ基板８とドライブ基板１２とから構成される。図１１の構成において、図３の構成との違いは、図１１においては電流制御器３０がコントローラ基板８側に追加されている点である。電流制御器３０は、電流指令値生成器１０とＰＷＭ出力１１との間に設けられている。なお、ドライブ回路１３に設けられた電流センサ２９からの出力は、電流制御器３０に入力される。本実施の形態３に係るエレベーターのドア駆動装置の他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

本実施の形態３においては、図８のドライブ回路１３の構成に電流センサ２９を付加して図１０の構成とすることで、電動機５に流れる電流を計測する。そして、図１１に示すように、電流制御器３０で、ドライブ回路１３の電流センサ２９で検出した電動機５の電流値を、電流指令値生成器１０から出力される電流指令値から差し引く構成としている。このように、電流制御器３０で、電流指令値生成器１０の出力から電流センサ２９により計測された電流値を差し引き、P制御やPI制御などのフィードバック制御を行うことで、電流指令値が指令通りに出力でき、ドアに伝わる振動が抑制され、騒音も抑制することができる。

以上のように、本実施の形態３によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態３においては、電動機５に流れる電流の値を計測する電流センサ２９と、電流センサ２９で計測した電流の値を、電流指令値生成器１０が出力する電流指令値に帰還させる帰還回路（フィードバック制御回路）としての電流制御器３０とをさらに備えるようにしたので、電流センサ２９で計測した実際の電動機５の電流値を用いてフィードバック制御できるため、電動機５に対する電流指令値の追従性が向上し、ドアに伝わる振動が抑制され、騒音も抑制することができる。

さらに、本実施の形態においても、図９に示した電流補償器２８をさらに備えるようにしてもよく、その場合には、実施の形態２と同様の手法を用いることで、静的トルクを打ち消すこともでき、さらなる振動・騒音抑制ができる。

さらに、コントローラ基板の出力を電流指令値生成器１０の出力とし、電流制御器３０からドライブ回路までをドライブ基板に移設してもよい。この構成にすることで、電流値をコントローラ基板に入力するための入力端子を無くすことが可能となる。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係るエレベーターのドア駆動装置に設けられたドアコントローラ４の内部構成を示したブロック図である。本実施の形態４に係るドアコントローラ４は、図１２に示すように、上述した図３と同様に、コントローラ基板８とドライブ基板１２とから構成される。図１２の構成において、図３の構成との違いは、図１２においては、外乱検知器３１がコントローラ基板８側に追加されている点である。外乱検知器３１は、ドライブ回路１３と角速度指令値生成器９との間に接続されている。外乱検知器３１は、かご側ドア１および乗り場側ドア６に人や物が挟まれるあるいはゴミが詰まるといった外乱が発生した場合に、当該外乱を検知するものである。また、本実施の形態４においては、角速度指令値生成器９を可変とした。さらに、本実施の形態４に係るドライブ回路１３は、上述の実施の形態３で示した図１０と同じ構成となっている。すなわち、本実施の形態４においても、ドライブ回路１３は、図８の回路構成に対して、電動機５に流れる電流を計測するための電流センサ２９が付加された構成となっている。本実施の形態４に係るエレベーターのドア駆動装置の他の構成および動作については、実施の形態１および３と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

エレベーターのドアの状態に異常なく正常に駆動されている場合は、電流値は図４のように滑らかな正弦波となるが、ドアに人が衝突したり、ゴミが詰まったりなどの外乱が加わった場合、電動機５の回転が阻害され、その速度変化で通常状態より大きな誘導電流が流れ、電流波形が歪み、平均電流値も上昇する。そのため、本実施の形態４では、外乱検知器３１においては、ドライブ回路１３に設けられた電流センサ２９で計測された電流値が入力され、その電流変化を記憶装置３内に予め記憶された正常時の電流値との比較で導出し、その出力を角速度指令値生成器９に入力する。角速度指令値生成器９は、入力された電流変化の変化量が閾値を超えたときに、生成する角速度指令値を、正常時の値とは変えて、外乱発生に対して対応させた外乱発生時用の角速度指令値に切り換える。具体的には、例えば、角速度指令値の値を０にして、エレベーターのドアの開閉動作を停止させたり、あるいは、角速度指令値により励起させる電動機５の各相の励起させる順を逆にして、エレベータードアの駆動方向（開方向または閉方向）を反転させたりする等の対応をとることができる。

以上のように、本実施の形態４によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、本実施の形態４においては、さらに、電動機５に流れる電流の値を計測する電流センサ２９と、電流センサ２９で計測した電流の値が閾値を超えたときに、外乱発生と判定する外乱検知器３１とをさらに備え、角速度指令値生成器９が、外乱検知器３１の判定結果に基づいて、外乱発生に対応するための外乱発生時用の角速度指令値を生成するようにしたので、外乱検知性能が向上し、外乱発生に対して適切に対応することができる。

乗り場側ドア６の質量と機械的戸閉力は各階床で異なる場合が多いが、仕様によっては各階床で同じものもあり、その場合は１つの制御方法で同等に制御できるため、記憶装置３を用いずにあらかじめ定数として、角速度指令値生成器９で保存した数値を用いてもよい。

電流指令値１４〜１７の振幅２１は、図７に示すように、角速度パターン２０の角速度変化に合わせて設定されるが、角速度パターンが図１３に示すように最大速にて一定速度部を持つ場合は、必要なトルクが減少するため、図１３に示すように、電流指令値１４〜１７の振幅２１を部分的に減少させてもよい（上記一定速度部に対応する部分の電流指令値１４〜１７の振幅２１を減少させる。

電流指令値１４〜１７の振幅２１は、記憶装置３に保存されている乗り場側ドア６のドア質量と機械的戸閉力、および、角速度パターン２０によって定めるが、その決定には記憶装置３と角速度パターン２０を２変数と考えて数式を用いる方法や、その２変数と出力事前に定め保存したテーブル状の結果を用いてもよい。

外乱検知幅３２は一定値を用いてもよいし、電流立ち上がり部は小さめに設定し、最大電流値付近では大きくしても良い。逆に電流立ち上がり部は大きめに設定し、最大電流値付近では小さくしても良い。

図１４に示されるように、エレベーターのドアシステム３６はシステムに１台だけあるかご側ドア１や電動機５、各階にある乗り場側ドア６などを含むドアシステムで、エレベーターの全体システム３７に含まれる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態１〜４で示したドアコントローラ４は、エレベータードアだけでなく、鉄道の駅に用いられるホーム柵、および、自動ドアのドア装置にも適用できる。

図１５は、本発明の実施の形態５に係るホーム柵のドア装置の構成を示した正面図である。鉄道の駅に用いられるホーム柵では、図１５に示すように、電動機３８で駆動力を発生させ、駆動ベルト３９を介してパネル４０を水平方向に駆動させる。パネル４０はパネル４０に取り付けられたレール４１と収納ケース４３に取り付けられたローラ４２で支えることで、その鉛直方向に作用する重力を支えている。図１５のように両側に対称的な機構を持ち、同期させて駆動させることで開閉する。

レール４１は、電源が切れた時でも自閉させるために、図１５のように、傾斜が付いたものもある。このような場合には、電動機３８に重力が作用するため駆動トルクが増加したり減少したりする。また、利便性のためにモータの角速度パターン２０が上に凸型の波形であったり、図１３のように最大速にて一定速であったりする。これらのパターンにおいても可変速部があるため、同様にトルク変動を抑制制御することが可能である。実施の形態１〜４で示したドアコントローラ４では、ドアの重量を記憶する記憶装置３を用いて電動機５に流すべき電流指令値が定められるため、意匠によって質量の異なるホーム柵の電動機３８でも同様に制御することが可能となる。

図１６は、本発明の実施の形態５に係る自動ドアのドア装置の構成を示した正面図である。自動ドアでは、図１６に示すように、電動機４４で駆動力を発生させ、駆動ベルト４５を介してパネル４６を水平方向に駆動させる。パネル４６は、パネル４６に取り付けられたハンガ４７に取り付けられたローラ４８と、桁部(図示せず)に取り付けられたレール４９とで支えることで、その鉛直方向に作用する重力を支えている。

レール４９は、図１６では水平方向に設けられているが、電源が切れた時でも自閉させるために傾斜が付いたものもある。このような場合には、電動機４４に重力が作用するため駆動トルクが増加したり減少したりする。また、自閉力を生み出すためにおもりやばねを用いるものもある。さらに、利便性のためにモータの角速度パターン２０が上に凸型の波形であったり、図１３のように最大速にて一定速であったりする。これらのパターンにおいても可変速部があるため、同様にトルク変動を抑制制御することが可能である。実施の形態１〜４で示したドアコントローラ４では、ドアの重量を記憶する記憶装置３を用いて電動機５に流すべき電流指令値が定められるため、意匠によって質量の異なる自動ドアの電動機４４でも同様に制御することが可能となる。

１ かご側ドア、２ 係合ベーン、３ 記憶装置、４ ドアコントローラ、５ 電動機、６ 乗り場側ドア、７ 係合ローラ、８ コントローラ基板、９ 角速度指令値生成器、１０ 電流指令値生成器、１１ ＰＷＭ出力、１２ ドライブ基板、１３ ドライブ回路、１４，１５，１６，１７ 電流指令値、１８ プルアウトトルク、１９ 軌跡、２０
角速度パターン、２１ 振幅、２２，２３ ＦＥＴ、２４ Ａ相コイル部、２５ Ａ’相コイル部、２６，２７ 還流回路、２８ 電流補償器、２９ 電流センサ、３０ 電流制御器、３１ 外乱検知器、３２ 外乱検知幅、３３，３４ 指令値パターン群、３５ ＤＣ電源。

Claims (14)

1. 出入口を開閉するドアを開閉駆動する電動機と、この電動機を駆動制御するドアコントローラとを有し、前記ドアを開閉駆動させるためのドア駆動装置であって、
   前記ドアの質量に関する情報及び機械的戸閉力に関する情報を予め記憶する記憶装置と、
   前記電動機の電気角に依存する前記電動機の静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器とを備え、
   前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記電動機に対する電流指令値を生成する電流指令値生成器を有してオープンループ制御を行い、
   前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化に合わせて設定され、
   前記電動機に対する電流指令値として、前記電流指令値生成器が生成した前記電流指令値に前記電流補償器が生成した前記補償電流値を加算した値が出力されるドア駆動装置。
2. 出入口を開閉するドアを開閉駆動するステッピングモータと、このステッピングモータを駆動制御するドアコントローラとを有し、前記ドアを開閉駆動させるためのドア駆動装置であって、
   前記ドアの質量に関する情報と、機械的戸閉力に関する情報とを、予め記憶する記憶装置を備え、
   前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記ステッピングモータに対する電流指令値を生成する電流指令値生成器を有してオープンループ制御を行い、
   前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化に合わせて設定される
   ドア駆動装置。
3. 前記電流値の振幅は、前記ドアの角速度指令値が一定速度の場合に減少させる
   請求項１または２に記載のドア駆動装置。
4. エレベーターのかごの出入口を開閉するかご側ドアと、各階床の乗り場の出入口を開閉する乗り場側ドアと、前記かご側ドアと前記乗り場側ドアとの間に設けられ、前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗り場側ドアを開閉動作させる係合装置とを有するエレベーターのドアの前記かご側ドアを開閉駆動するステッピングモータ及びこのステッピングモータを制御するドアコントローラを有するエレベーターのドア駆動装置であって、
   前記かご側ドアの質量に関する情報と、各階床ごとの前記乗り場側ドアの質量及び機械的戸閉力に関する情報とを、予め記憶する記憶装置を備え、
   前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記エレベーターのドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記ステッピングモータに対する電流指令値を生成する電流指令値生成器を有してオープンループ制御を行い、
   前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化に合わせて設定されるエレベーターのドア駆動装置。
5. 前記電流値の振幅は、前記ドアの角速度指令値が一定速度の場合に減少させる
   請求項４に記載のエレベーターのドア駆動装置。
6. 前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化が小さいほど小さい
   請求項４または５に記載のエレベーターのドア駆動装置。
7. 前記電流指令値生成器は、前記電流指令値の振幅の値を決定する際に、前記最小限の電流値に外乱検知幅を付加した値を前記電流指令値として決定し、
   前記ステッピングモータに流れる電流値が、前記最小限の電流に前記外乱検知幅を付加したものを超えた時に脱調する
   請求項４から６までのいずれか１項に記載のエレベーターのドア駆動装置。
8. 前記ステッピングモータの電気角に依存する前記ステッピングモータの静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器をさらに備え、
   前記ステッピングモータに対する電流指令値として、前記電流指令値生成器が生成した前記電流指令値に前記電流補償器が生成した前記補償電流値を加算した値が出力される
   請求項４から７までのいずれか１項に記載のエレベーターのドア駆動装置。
9. 前記ステッピングモータに流れる電流の値を計測する電流センサと、
   前記電流センサで計測した前記電流の値が閾値を超えたときに、外乱発生と判定する外乱検知器とをさらに備え、
   角速度指令値生成器は、前記外乱検知器の判定結果に基づいて、外乱発生に対応するための外乱発生時用の角速度指令値を生成する
   請求項４から８までのいずれか１項に記載のエレベーターのドア駆動装置。
10. エレベーターのかごの出入口を開閉するかご側ドアと、各階床の乗り場の出入口を開閉する乗り場側ドアと、前記かご側ドアと前記乗り場側ドアとの間に設けられ、前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗り場側ドアを開閉動作させる係合装置とを有するエレベーターのドアの前記かご側ドアを開閉駆動する電動機及びこの電動機を制御するドアコントローラを有するエレベーターのドア駆動装置であって、
    前記かご側ドアの質量に関する情報と、各階床ごとの前記乗り場側ドアの質量及び機械的戸閉力に関する情報とを、予め記憶する記憶装置を備え、
    前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報と、前記エレベーターのドアの角速度指令値とに基づいて、前記エレベーターのドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記電動機に対する電流指令値を生成する電流指令値生成器と、
    前記電動機の電気角に依存する前記電動機の静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器とを有し、
    前記電動機に対する電流指令値として、前記電流指令値生成器が生成した前記電流指令値に前記電流補償器が生成した前記補償電流値を加算した値が出力される
    エレベーターのドア駆動装置。
11. 出入口を開閉するドアを開閉駆動する電動機を制御して前記ドアを開閉駆動させるドア駆動方法であって、
    前記ドアの質量に関する情報及び機械的戸閉力に関する情報を記憶装置に予め記憶するステップと、
    前記電動機の電気角に依存する前記電動機の静的トルクを補償するための補償電流値を生成するステップと、
    前記記憶装置に記憶された情報報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記電動機に対する電流指令値を生成するステップとを備え、
    前記電動機に対する電流指令値として、前記電流指令値を生成するステップが生成した前記電流指令値に前記電流値を生成するステップが生成した前記補償電流値を加算した値が出力される
    ドア駆動方法。
12. 出入口を開閉するドアを開閉駆動するステッピングモータを制御して前記ドアを開閉駆動させるドア駆動方法であって、
    前記ドアの質量に関する情報及び機械的戸閉力に関する情報を記憶装置に予め記憶するステップと、
    前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記ステッピングモータに対する電流指令値を生成してオープンループ制御するステップとを備え、
    前記電流値の振幅は、前記角速度指令値の変化に合わせて設定される
    ドア駆動方法。
13. 請求項４から請求項１０までのいずれか１項に記載のエレベーターのドア駆動装置を備えたエレベーターシステム。
14. 出入口を開閉するドアを開閉駆動する電動機と、この電動機を駆動制御するドアコントローラとを有し、前記ドアを開閉駆動させるためのドア駆動装置であって、
    前記ドアの質量に関する情報及び機械的戸閉力に関する情報を予め記憶する記憶装置と、
    前記電動機の電気角に依存する前記電動機の静的トルクを補償するための補償電流値を生成する電流補償器とを備え、
    前記ドアコントローラは、前記記憶装置に記憶された情報、ドアの角速度指令値及びこの角速度指令値の変化に基づいて、前記ドアの開閉に必要な最小限の電流値を求め、前記電動機に対する電流指令値を生成する電流指令値生成器を有し、
    前記電動機に対する電流指令値として、前記電流指令値生成器が生成した前記電流指令値に前記電流補償器が生成した前記補償電流値を加算した値が出力される
    ドア駆動装置。

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