JP6418565B2 - 非接触給電装置、リニアモータ装置、及び、引き戸装置 - Google Patents

非接触給電装置、リニアモータ装置、及び、引き戸装置 Download PDF

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Description

本発明は、非接触給電装置、非接触給電装置を備えるリニアモータ装置、及び、リニアモータ装置を備える引き戸装置に関する。
従来、モーターにより引き戸を自動的に開閉する引き戸の開閉装置が知られている。このような引き戸の開閉装置として、ギアモータ式の開閉装置と、リニアモータ式の開閉装置とが知られている。特許文献1には、リニアモータ式の自動ドア開閉装置が開示されている。
特開平4−327671号公報
引き戸などに用いられるリニアモータ装置においては、消費電力の抑制が課題である。
本発明は、リニアモータ装置の消費電力を抑制することができる非接触給電装置、リニアモータ装置、及び、引き戸装置を提供する。
本発明の一態様に係る非接触給電装置は、電磁石及び前記電磁石を駆動する駆動装置が設けられた移動対象物を、永久磁石が設けられた構造物に対して移動させるリニアモータ装置において、前記駆動装置に非接触給電を行う非接触給電装置であって、インバータ回路と、前記インバータ回路が出力する交流電力を前記駆動装置に非接触で送る送電部と、前記移動対象物の移動状態を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記移動対象物の停止中に、前記移動対象物の移動中よりも少ない交流電力を前記インバータ回路に出力させる制御部とを備える。
本発明の一態様に係るリニアモータ装置は、前記非接触給電装置と、前記永久磁石と、前記電磁石と、前記駆動装置とを備える。
本発明の一態様に係る引き戸装置は、前記リニアモータ装置と、前記移動対象物である引き戸とを備える。
本発明によれば、リニアモータ装置の消費電力を抑制することができる。
図1は、実施の形態に係るリニアモータ装置の概略構成を示す模式図である。 図2は、第一取り付けユニットの構造を示す図である。 図3は、本体ユニットの筐体内の構造を示す第一の図である。 図4は、本体ユニットの筐体内の構造を示す第二の図である。 図5は、第二取り付けユニットの構造を示す図である。 図6Aは、実施の形態に係るリニアモータ装置の動作の概要を説明するための第一の図である。 図6Bは、実施の形態に係るリニアモータ装置の動作の概要を説明するための第二の図である。 図7は、実施の形態に係るリニアモータ装置の機能構成を示すブロック図である。 図8は、実施の形態に係るリニアモータ装置の、非接触給電装置及び駆動装置の回路構成を示す図である。 図9は、給電量の制御のフローチャートである。 図10は、第一のインバータ回路から出力される交流電力の波形を示す図である。 図11は、負荷変調のための回路構成を示す図である。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
また、以下の実施の形態においては、天井側を「上」、床面側を「下」のように表現する場合がある。
(実施の形態)
[リニアモータ装置の構成]
以下、実施の形態に係るリニアモータ装置の構成について図面を用いて説明する。図1は、実施の形態に係るリニアモータ装置の概略構成を示す模式図である。
図1に示されるように、実施の形態に係るリニアモータ装置100は、第一取り付けユニット101と、第二取り付けユニット102と、本体ユニット103とを備える。
リニアモータ装置100は、上枠20(鴨居)に設けられたレール部30であって、所定方向に延びるレール部30に沿って引き戸40を移動させる装置である。リニアモータ装置100は、電磁石41及び電磁石41を駆動する駆動装置50が設けられた引き戸40を、永久磁石31が設けられた上枠20に対して移動させる。上枠20は、構造物の一例である。
引き戸40は、移動対象物の一例である。引き戸40は、いわゆる上吊り式の引き戸であり、第一ローラー121及び第二ローラー122がレール部30に引っかかることにより、レール部30(上枠20)に吊り下げられる。
[第一取り付けユニット]
まず、第一取り付けユニット101について、図1に加えて図2をさらに参照しながら説明する。図2は、第一取り付けユニット101の構造を示す図である。
第一取り付けユニット101は、引き戸40をリニアモータ装置100に取り付けるためのユニットであり、第二取り付けユニット102とペアで使用されるユニットである。第一取り付けユニット101は、第一取り付け部材111と、第一ローラー121と、軸受け部121aと、駆動装置50と、複数の電磁石41と、軸体143aと、接続部材130とを備える。また、駆動装置50には、ピックアップコイル51が含まれる。
第一取り付け部材111は、下面が湾曲した略直方体状の部材である。第一取り付け部材111は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。また、第一取り付け部材111の内部には、空間があってもよい。
第一取り付けユニット101は、第一取り付け部材111が引き戸40の一方の端部に設けられた第一凹部141に嵌まることにより引き戸40の一方の端部に取り付けられる。第一凹部141は、より具体的には、引き戸40の一方の端部において、上方に位置する角部に設けられる。第一取り付け部材111は、例えば、所定方向におけるスライド挿入によって第一凹部141に嵌まるが、下方へのスライド挿入によって第一凹部141に嵌まってもよい。
また、詳細については図示されないが、第一取り付け部材111は、例えば、爪などの抜け止め構造を有し、当該抜け止め構造により、第一取り付け部材111が第一凹部141に嵌まった状態が維持される。なお、第一取り付け部材111は、第一凹部141に嵌まった状態で接着されてもよいし、第一凹部141に嵌まった状態でねじ止めされてもよい。
第一ローラー121は、引き戸40をレール部30に引っかけ、かつ、引き戸40をレール部30に対して滑らかに移動させるための車輪であり、レール部30の走行面を所定方向に転がる。第一ローラー121は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
第一ローラー121の回転軸は、軸受け部121aによって回転可能に支持されている。実施の形態では、第一取り付けユニット101は、第一ローラー121を複数備えるが、少なくとも1つ備えればよい。
軸体143aは、第一取り付け部材111と、第一ローラー121を接続して一体的に保持するための部材である。軸体143aは、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
軸体143aの一方の端部には、第一取り付け部材111が接続され、軸体143aの他方の端部には、第一ローラー121が接続される。軸体143aは、筐体150の底板に設けられたスリットを通る。第一ローラー121は、レール部30の上方(天井側)に位置し、第一取り付け部材111は、レール部30の下方(床面側)に位置する。
接続部材130は、平面視形状が矩形の板状部材であり、第一ローラー121と、軸受け部121aと、駆動装置50(ピックアップコイル51)と、複数の電磁石41とを一体的に保持するための部材である。接続部材130は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
接続部材130は、一方の主面(下面)がレール部30と対向し、長手方向が所定方向に沿うように配置される。接続部材130の他方の主面(上面)には、複数の電磁石41及び駆動装置50(より詳細には、ピックアップコイル51を除いた駆動装置50)が、所定方向に並んで配置される。接続部材130の他方の主面においては、駆動装置50のほうが、複数の電磁石41よりも第一ローラー121(軸受け部121a)の近くに配置されている。複数の電磁石41は、接続部材130の上面に所定方向に並んで配置されている。
接続部材130の長手方向の一端に位置する側面(端面)には、第一ローラー121の軸受け部121aが接続される。接続部材130の短手方向の一端に位置する側面(端面)には、ピックアップコイル51のコイルボビン51aが接続されている。なお、接続部材130の長手方向の他端に位置する側面(端面)には、別のローラー(別のローラーの軸受け部)がさらに接続されてもよい。
なお、軸体143a及び接続部材130は、一例であり、第一取り付け部材111、第一ローラー121、駆動装置50、及び、複数の電磁石41を一体的に保持するためにその他の態様の部材が用いられてもよい。
複数の電磁石41は、複数の永久磁石31の磁力を用いて引き戸40を移動させるために、接続部材130の上面に所定方向に沿って配置される。図1及び図2では、電磁石41の形状及び配置が模式的に図示されている。複数の電磁石41は、実際には、駆動装置50と電気的に接続されている。複数の電磁石41の個数は、3つであるが、複数の電磁石41の個数は3つに限定されない。
電磁石41は、具体的には、磁性材料により形成された芯材に、通電電流量を制御可能な電線が巻きつけられることによって形成される。芯材は、例えば、鉄であり、電線は、例えば、銅の芯線がエナメルで絶縁被覆されたエナメル線であるが、芯材として採用される材料及び電線として採用される材料は、特に限定されない。また、芯材の形状なども特に限定されない。
駆動装置50(駆動回路)は、非接触給電装置60から供給される電力を用いて複数の電磁石41を駆動する。駆動装置50は、具体的には、ピックアップコイル51を有し、ピックアップコイル51を介して得られる電力を用いて、複数の電磁石41のそれぞれの極性を順次切り替える。駆動装置50の具体的構成については、後述する。
なお、駆動装置50は、一部または全部が第一取り付け部材111内の空間に収容されてもよい。この場合、駆動装置50と複数の電磁石41とは、例えば、リード線などで電気的に接続される。
ピックアップコイル51は、受電部の一例であって、ライン型コイル65によって送電された交流電力を受電する。ピックアップコイル51は、コイルボビン51aに電線51bが巻きつけられることによって形成される。コイルボビン51aは、例えば、樹脂により形成され、電線51bは、例えば、銅の芯線がエナメルで絶縁被覆されたエナメル線である。
ピックアップコイル51は、上方から見た場合に、電線51bの巻回軸の方向がライン型コイル65の長手方向(レール部30が延びる方向)と垂直に交差するように配置される。このような配置により、ピックアップコイル51は、電磁誘導によってライン型コイル65から交流電力を受電することができる。
ピックアップコイル51は、引き戸40に取り付けられているため、引き戸40の移動に伴って移動する。このときピックアップコイル51が、ライン型コイル65に沿って移動するため、引き戸40の移動により給電が途絶えることはない。
[本体ユニット]
次に、本体ユニット103について図1及び図2に加えて図3及び図4を参照しながら説明する。図3及び図4は、本体ユニット103の筐体150内の構造を示す図である。なお、図4では、第一取り付けユニット101も図示されている。
図1〜図4に示されるように、本体ユニット103は、複数の永久磁石31と、非接触給電装置60と、レール部30を含む筐体150(図1及び図2に図示)とを有する。非接触給電装置60には、ライン型コイル65が含まれる。
筐体150は、複数の永久磁石31、及び、非接触給電装置60を収容し、引き戸40の上方に位置する上枠20などの構造物に取り付けられる筐体である。筐体150は、上枠20に内蔵されてもよい。なお、図4に示されるように、リニアモータ装置100の完成状態においては、第一取り付けユニット101の一部(第一ローラー121、駆動装置50(ピックアップコイル51)、複数の電磁石41)も筐体150に収容される。また、図示されないが、リニアモータ装置100の完成状態においては、第二取り付けユニット102の一部(第二ローラー122)も筐体150に収容される。
筐体150は、所定方向に長い略直方体状である。筐体150の底板の部分は、レール部30である。筐体150の底板の部分には、第一取り付けユニット101および第二取り付けユニット102を所定方向に移動させるために、所定方向に長いスリットが設けられている。
筐体150は、具体的には、アルミニウムなどの金属により形成されるが、樹脂によって形成されてもよい。筐体150が金属により形成される場合、当該筐体150は、磁気シールドとしても機能する。
筐体150の内部には、非接触給電装置60と、複数の永久磁石31との間にスペーサ160(図1に図示)が設けられる。スペーサ160は、ライン型コイル65を固定するための構造部品であり、複数の永久磁石31及び非接触給電装置60の位置(境界)を定めるための板状部材である。スペーサ160は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。なお、スペーサ160は、筐体150と一体形成されてもよい。
レール部30は、筐体150の底板により形成される、所定方向に延びるレールである。レール部30の上面は、走行面であり、第一ローラー121及び第二ローラー122は、当該走行面を所定方向に転がる。なお、レール部30は、筐体150とは別に設けられてもよい。この場合、レール部30は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
複数の永久磁石31は、例えば、筐体150内の天板側に、所定方向に沿ってN極とS極とがそれぞれ一定の長さを有して交互に配置される。複数の永久磁石31は、本体ユニット103が上枠20に内蔵または外付けされることにより、当該上枠20に所定方向に沿って配置される。複数の永久磁石31は、筐体150内の、所定方向における中央部分にのみ設けられればよく、所定方向における端部には設けられなくてもよい。
永久磁石31としては、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、または、ネオジム磁石などが採用されるが、永久磁石31を形成する磁性材料は、特に限定されない。なお、図面においてはN極は、「N」と記載され、S極は、「S」と記載される。また、以下の実施の形態においては1つの永久磁石31は、N極とS極とを有するものとする。つまり、図中では、「N」と「S」とで1つの永久磁石31が構成される。なお、永久磁石31の個数は、特に限定されない。
非接触給電装置60(非接触給電回路)は、筐体150内の、所定方向における端部に配置され、第一取り付けユニット101が有する駆動装置50に非接触給電を行う回路である。非接触給電装置60は、本体ユニット103が上枠20に内蔵または外付けされることにより、上枠20に配置される。図3及び図4に示されるように、非接触給電装置60は、レール部30の上面に配置されてもよいが、第一ローラー121または第二ローラー122の走行を妨げないように、第一ローラー121及び第二ローラー122よりも上方に配置され、筐体150の一部等によって保持されていてもよい。
非接触給電装置60は、具体的には、ライン型コイル65を有し、ライン型コイル65を通じて駆動装置50に非接触給電を行う。つまり、非接触給電装置60は、コイルを用いた電磁誘導方式の非接触給電を行う。ライン型コイル65のループの間(ループの中)には、ピックアップコイル51のみが配置され、駆動装置50及び電磁石41は配置されない。これにより、ライン型コイル65のループの間で生じる磁界(磁場)の、駆動装置50及び電磁石41に与える影響を低減できる。非接触給電装置60の具体的な回路構成については後述する。
ライン型コイル65は、送電部の一例であって、交流電力を駆動装置50に非接触で送電する。ライン型コイル65は、レール部30に沿う方向に長い長尺環状のコイルであり、ピックアップコイル51の上方にピックアップコイル51に接触しないように近接して配置される。ライン型コイル65は、複数の永久磁石31から発せられる磁界の影響を低減するために、複数の永久磁石31を避けて配置される。ライン型コイル65は、具体的には、鉛直方向においても水平方向においても複数の永久磁石31とは重ならない位置に配置される。これにより、電力の伝送効率の低下を抑制することができる。
ライン型コイル65は、例えば、銅の芯線がエナメルで絶縁被覆されたエナメル線により形成されるが、他の電線により形成されてもよい。なお、ライン型コイル65に供給される交流電力の周波数は、例えば、100kHz程度である。
[第二取り付けユニット]
次に、第二取り付けユニット102について、図1に加えて図5を参照しながら説明する。図5は、第二取り付けユニット102の構造を示す図である。
第二取り付けユニット102は、引き戸40をリニアモータ装置100に取り付けるためのユニットであり、第一取り付けユニット101とペアで使用されるユニットである。第二取り付けユニット102は、第二取り付け部材112と、第二ローラー122と、軸受け部122aと、軸体143bとを備える。
第二取り付け部材112は、下面が湾曲した略直方体状の部材である。第二取り付け部材112は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。また、第二取り付け部材112の内部には、空間があってもよい。
第二取り付けユニット102は、第二取り付け部材112が引き戸40の他方の端部に設けられた第二凹部142に嵌まることにより引き戸40の他方の端部に取り付けられる。第二凹部142は、より具体的には、引き戸40の他方の端部において、上方に位置する角部に設けられる。第二取り付け部材112は、例えば、所定方向におけるスライド挿入によって第二凹部142に嵌まるが、下方へのスライド挿入によって第二凹部142に嵌まってもよい。
また、詳細については図示されないが、第二取り付け部材112は、例えば、爪などの抜け止め構造を有し、当該抜け止め構造により、第二取り付け部材112が第二凹部142に嵌まった状態が維持される。なお、第二取り付け部材112は、第二凹部142に嵌まった状態で接着されてもよいし、第二凹部142に嵌まった状態でねじ止めされてもよい。
第二ローラー122は、引き戸40をレール部30に引っかけ、かつ、引き戸40をレール部30に対して滑らかに移動させるための車輪であり、レール部30の走行面を所定方向に転がる。第二ローラー122は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
第二ローラー122の回転軸は、軸受け部122aによって回転可能に支持されている。実施の形態では、第二取り付けユニット102は、第二ローラー122を複数備えるが、少なくとも1つ備えればよい。
軸体143bは、第二取り付け部材112と、第二ローラー122とを接続して一体的に保持するための部材である。軸体143bは、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
軸体143bの一方の端部には、第二取り付け部材112が接続され、軸体143bの他方の端部には、第二ローラー122が接続される。軸体143bは、筐体150の底板に設けられたスリットを通る。第二ローラー122は、レール部30の上方(天井側)に位置し、第二取り付け部材112は、レール部30の下方(床面側)に位置する。
[リニアモータ装置の動作の概要]
リニアモータ装置100の動作の概要について説明する。図6A及び図6Bは、リニアモータ装置100の動作の概要を説明するための図である。
図6Aに示されるように、駆動装置50は、まず、各電磁石41の極性を当該電磁石41とほぼ対向する永久磁石31の極性と同じ極性にする。そうすると、図6Aにおいて矢印で示されるように、極性が異なる永久磁石31と電磁石41と間に吸引力が生じ、この吸引力により引き戸40が移動する。
ここで、図6Bに示されるように。引き戸40がある程度移動したところで、駆動装置50は、各電磁石41の極性の切り替えを行う。そうすると、図6Bにおいて矢印で示されるように、永久磁石31と電磁石41と間に吸引力が生じ、引き戸40の移動が継続される。
駆動装置50は、このような電磁石41の極性の切り替えの繰り返しにより、引き戸40を移動させることができる。
なお、リニアモータ装置100は、例えば、ユーザが引き戸40を開け始めたとき、または、ユーザが引き戸40を閉め始めたときに、ユーザの引き戸40の開閉をアシストするように上記の動作を開始する。ユーザが引き戸40を開け始めたとき、または、ユーザが引き戸40を閉め始めたときは、例えば、ドアセンサによって検出される。
しかしながら、リニアモータ装置100は、人感センサを備え、人感センサが人を検知すると自動的に引き戸40を開け、所定時間の経過後に閉じてもよい。つまり、リニアモータ装置100は、自動ドアに適用されてもよい。
なお、図6A及び図6Bの例においては、簡略化のため、複数の電磁石41の極性の切り替えタイミングが同時であるように説明された。しかしながら、後述されるように、3つの電磁石41は、例えば、120度ずつ位相がずれたタイミングで極性が切り替えられる。
以上説明したように、リニアモータ装置100では、複数の永久磁石31は、上枠20に取り付けられ、複数の電磁石41は、引き戸40に取り付けられる。
複数の永久磁石31が引き戸40に取り付けられる従来の構成においては、引き戸40の幅を超えて複数の永久磁石31を数多く配置することができない。これに対し、複数の永久磁石31が上枠20に取り付けられる場合は、複数の永久磁石31を引き戸40の幅を超えて広範囲に多数配置できる。したがって、複数の永久磁石31の数を増やして上枠20に広範囲に配置すれば、リニアモータ装置100に使用される電磁石41の個数を減らすことができる。
一般に、永久磁石31は、電磁石41よりも部品コストが低い。したがって、リニアモータ装置100に使用される電磁石41の個数が減ることによって、部品コストを低減することができる。
また、永久磁石31には駆動装置(駆動回路)は不要であるため、リニアモータ装置100に使用される電磁石41の個数が減ることによって、リニアモータ装置100における回路規模(制御コスト)を低減することができる。
[回路構成]
次に、非接触給電装置60及び駆動装置50の具体的な回路構成について、図7及び図8を用いて説明する。図7は、リニアモータ装置100の機能構成を示すブロック図である。図8は、非接触給電装置60及び駆動装置50の回路構成を示す図である。なお、図7では、上枠20、引き戸40、及び、複数の永久磁石31も模式的に図示されている。
まず、上枠20に設けられる非接触給電装置60について説明する。図7及び図8に示されるように、非接触給電装置60は、第一のAC−DC変換回路61と、第一のDC−DC変換回路62と、第一のインバータ回路63と、第一制御部64と、ライン型コイル65と、検出部68とを有する。図7及び図8では、非接触給電装置60に交流電力を供給する交流電源70も図示されている。交流電源70は、例えば、商用系統(電力系統)であり、交流電源70から得られる交流電力は、周波数が50Hzまたは60Hzであり、かつ、実効値が100Vである。
第一のAC−DC変換回路61は、交流電源70から得られる交流電力を直流電力に変換して出力する。第一のAC−DC変換回路61は、交流電力を全波整流して直流電力を出力する4つのダイオードからなるブリッジ型の全波整流回路と、整流回路で整流された電力を平滑化する平滑コンデンサとからなる。なお、第一のAC−DC変換回路61の具体的な構成は、このような構成に限定されず、交流電力を直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。
第一のDC−DC変換回路62は、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を第一のインバータ回路63に適した直流電力に変換して出力する。第一のDC−DC変換回路62は、第一制御部64によってトランジスタS0が高速にオン及びオフされることにより、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を降圧させるチョッピング式のDC−DCコンバータである。
なお、第一のDC−DC変換回路62の具体的な構成は、このような構成に限定されず、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を第一のインバータ回路63に適した直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。また、第一のDC−DC変換回路62は、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を変換する必要がない場合は、省略されてもよい。
第一のインバータ回路63は、第一のAC−DC変換回路61から出力され、かつ、第一のDC−DC変換回路62によって変換された直流電力を交流電力にさらに変換して出力する。第一のインバータ回路63は、トランジスタS1及びトランジスタS2が第一制御部64によって交互にオン及びオフされるハーフブリッジ型のインバータ回路であるが、フルブリッジ型のインバータ回路であってもよく、特に限定されない。
第一制御部64は、制御部の一例であって、トランジスタS0、トランジスタS1、及び、トランジスタS2をオン及びオフするための制御信号を出力する。第一制御部64は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、または、専用回路などにより実現される。
また、第一制御部64は、検出部68の検出結果を取得し、取得した検出結果に基づいて、給電量の制御を行う。給電量の制御は、引き戸40の停止中に、引き戸40の移動中よりも少ない交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる制御である。このような給電量の制御の詳細については後述する。
ライン型コイル65は、第一のインバータ回路63から出力される交流電力を駆動装置50に非接触で送る。なお、コンデンサ66は、ライン型コイル65と、ピックアップコイル51との共振周波数を調整し、電力の利用効率を高めるために挿入されており、必要でなければ省略されてよい。
抵抗67は、検出部68が引き戸40の移動状態を検出するためにライン型コイル65と直列に挿入されている。なお、検出部68が抵抗67を用いずに引き戸40の移動状態を検出する場合には、抵抗67は不要である。
検出部68は、引き戸40の移動状態を検出する。検出部68は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、または、専用回路などにより実現される。検出部68の動作の詳細については後述する。引き戸40の移動状態には、引き戸40が移動中の状態、引き戸40が停止中の状態、及び、引き戸40が動き始めようとする状態などが含まれる。引き戸40が移動中の状態とは、言い換えれば、複数の永久磁石31と複数の電磁石41との相対的な位置関係が変化している状態である。引き戸40が停止中の状態とは、言い換えれば、複数の永久磁石31と複数の電磁石41との相対的な位置関係が変化していない状態である。
以上説明したように、非接触給電装置60は、電磁誘導方式で非接触給電を行う。なお、非接触給電装置60は、電磁共鳴結合器(電磁界共鳴結合器)を利用した電磁界共鳴方式で非接触給電を行ってもよいし、電力を電磁波に変換しアンテナを介して送受信する電波方式で非接触給電を行ってもよい。つまり、送電部及び受電部のそれぞれは、電磁共鳴結合器であってもよいし、アンテナであってもよい。
次に、駆動装置50について説明する。駆動装置50は、ピックアップコイル51と、第二のAC−DC変換回路52と、第二のDC−DC変換回路53と、第二のインバータ回路54と、第二制御部55とを備える。
ピックアップコイル51は、ライン型コイル65によって送電された交流電力を受電する。なお、コンデンサ56は、ライン型コイル65と、ピックアップコイル51との共振周波数を調整し、電力の利用効率を高めるために挿入されており、必要でなければ省略されてよい。
第二のAC−DC変換回路52は、ピックアップコイル51によって受電された交流電力を直流電力に変換する。第二のAC−DC変換回路52は、交流電力を全波整流して直流電力を出力する4つのダイオードからなるブリッジ型の全波整流回路と、整流回路で整流された電力を平滑化する平滑コンデンサとからなる。なお、第二のAC−DC変換回路52の具体的な構成は、このような構成に限定されず、交流電力を直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。
第二のDC−DC変換回路53は、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を第二のインバータ回路54に適した直流電力に変換して出力する。第二のDC−DC変換回路53は、第二制御部55によってトランジスタが高速にオン及びオフされることにより、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を降圧させるチョッピング式のDC−DCコンバータである。
なお、第二のDC−DC変換回路53の具体的な構成は、このような構成に限定されず、第二のDC−DC変換回路53から出力される直流電力を第二のインバータ回路54に適した直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。また、第二のDC−DC変換回路53は、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を変換する必要がない場合は、省略されてもよい。
第二のインバータ回路54は、第二のAC−DC変換回路52によって変換された直流電力であって、かつ、第二のDC−DC変換回路53によって変換された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を複数の電磁石41に与える。第二のインバータ回路54は、120度ずつ位相のずれた交流電力を出力する3相インバータ回路であるが、特に限定されない。第二のインバータ回路54から出力される3つの交流電力のそれぞれは、対応する1つの電磁石41に印加される。
なお、第二のインバータ回路54は、3つのハイサイドスイッチ(トランジスタ)と、3つのローサイドスイッチ(トランジスタ)とを有し、一のハイサイドスイッチと組になるローサイドスイッチには、当該一のハイサイドスイッチに印加される制御信号と位相が反転した制御信号が印加される。また、3つのハイサイドスイッチのそれぞれには、120度ずつ位相がずれた制御信号が印加される。3つのローサイドスイッチについても同様である。
第二制御部55は、第二のDC−DC変換回路53が有するトランジスタ、並びに、第二のインバータ回路54に含まれる、3つのハイサイドスイッチ及び3つのローサイドスイッチをオン及びオフするための制御信号を出力する。つまり、第二制御部55は、複数の電磁石41の駆動制御を行う。第二制御部55は、駆動制御部の一例である。第二制御部55は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、または、専用回路などにより実現される。
[給電量の制御]
次に、第一制御部64が行う給電量の制御について説明する。リニアモータ装置100は、住宅などに一度設置されると長期間そのまま使用されることが予想される。したがって、リニアモータ装置100は、設置当初からなるべく消費電力が低いことが望まれる。つまり、リニアモータ装置100においては、消費電力の抑制が課題となる。
ここで、消費電力を抑制するために、引き戸40の停止中に、非接触給電装置60の給電を停止することにより、消費電力を抑制することが考えられる。しかしながら、例えば、人感センサまたはドアセンサ等の検知部の検知結果に基づいて、駆動装置50が有する第二制御部55が起点となって引き戸40の移動が開始されるような場合がある。例えば、検知部が人感センサであって人を検知したとき、及び、検知部がドアセンサであって、引き戸40をユーザが開け始めたことを検知したときに、第二制御部55によって引き戸40の移動が開始される場合などである。このような場合、第二制御部55を常に動作させておく必要があるため、引き戸40が停止中であっても、駆動装置50への給電が維持される必要がある。また、引き戸40に電力を用いて動作する装置(例えば、上記検知部など)が設けられるような場合も、引き戸40の停止中に引き戸40側への給電が必要な場合がある。
そこで、リニアモータ装置100では、第一制御部64は、引き戸40の停止中に、引き戸40の移動中よりも少ない量(ただし、ゼロよりも大きい量)の交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる。これにより、引き戸40に設けられた装置等の最低限の動作を確保しながら、消費電力を抑制することができる。以下、このような給電量の制御について、図7及び図8に加えて図9を参照しながら説明する。図9は、給電量の制御のフローチャートである。
まず、検出部68は、引き戸40の移動状態を検出する(S11)。検出部68は、例えば、引き戸40が動き始めようとする状態を検出する。駆動装置50が引き戸40の移動を開始しようとすると、ライン型コイル65には大きな電流が流れ始める。よって、検出部68は、ライン型コイル65に流れる電流を検出することによって、引き戸40が動き始めようとする状態を検出することができる。
検出部68は、具体的には、ライン型コイル65に直列接続された抵抗67の両端の電圧を検出することにより、ライン型コイル65に流れる電流を検出する。検出部68は、例えば、抵抗67の両端の電圧(電圧の平均値)が閾値以上であるときにハイレベルとなり、抵抗67の両端の電圧が閾値未満であるときにローレベルとなる検出信号を第一制御部64に送信する。
次に、第一制御部64は、検出部68によって出力された検出信号に基づいて、引き戸40が停止中であるか否かを判定する(S12)。検出部68によって出力された検出信号がハイレベルであるときには、第一制御部64は、引き戸40が移動中である(停止中でない)と判定する(S12でNo)。そうすると、第一のインバータ回路63は、第一制御部64の制御に基づいて、所定量の交流電力を出力する(S13)。
一方、検出部68によって出力された検出信号がローレベルであるときには、第一制御部64は、引き戸40が停止中であると判定する(S12でYes)。そうすると、第一のインバータ回路63は、第一制御部64の制御に基づいて、所定量よりも少ない交流電力を出力する(S14)。
[給電量の制御の具体例]
次に、給電量の具体的な制御方法について説明する。第一制御部64は、例えば、第一のインバータ回路63から交流電力が出力される期間を調整することにより、給電量を制御する。図10は、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の波形を示す図である。
図10の(a)に示されるように、第一制御部64は、例えば、上記ステップS13においては、第一のインバータ回路63に交流電力を連続的に出力させる。つまり、第一制御部64は、引き戸40が移動中であると判定されている間中、第一のインバータ回路63を常に動作させる。
一方、図10の(b)に示されるように、第一制御部64は、上記ステップS14においては、第一のインバータ回路63に交流電力を間欠的に出力させる。つまり、第一制御部64は、引き戸40が停止中であると判定されている間は、第一のインバータ回路63を断続的に停止させ、第一のインバータ回路63から交流電力が出力される期間を短縮する。
このように、第一制御部64は、引き戸40の移動中には、第一のインバータ回路63に交流電力を連続的に出力させ、引き戸40の停止中には、第一のインバータ回路63に交流電力を間欠的に出力させる。これにより、リニアモータ装置100の消費電力が抑制される。
また、第一制御部64は、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の周波数を変更することにより、給電量を制御してもよい。以下、このような給電量の制御の第二具体例について説明する。
上述のように、ライン型コイル65の共振周波数は、100kHzである。したがって、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の周波数は、通常は、100kHzである。ここで、第一制御部64が第一のインバータ回路63を制御することにより、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の周波数を、共振周波数と異なる周波数(例えば、500kHz)に変更することにより、有効電力を減らす(無効電力を増やす)ことができる。つまり、第一制御部64は、給電量を減らすことができる。
この場合、第一制御部64は、例えば、上記ステップS13においては、所定の共振周波数である100kHzの交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる。つまり、引き戸40の移動中には、所定の共振周波数の交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる。
一方、第一制御部64は、上記ステップS14においては、所定の共振周波数である100kHzと異なる周波数の交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる。つまり、第一制御部64は、引き戸40の停止中には、所定の共振周波数と異なる周波数の交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる。
これにより、リニアモータ装置100の消費電力が抑制される。なお、所定の共振周波数と異なる周波数は、一定量の給電が維持される範囲に定められるとよい。所定の共振周波数と異なる周波数は、所定の共振周波数よりも高くてもよいし、低くてもよい。
また、第一制御部64は、引き戸40の停止中に第一のインバータ回路63から出力される交流電力の振幅を、引き戸40の移動中よりも小さくしてもよい。以下、このような給電量の制御の第三の具体例について説明する。
第一制御部64は、例えば、上記ステップS13においては、第一のDC−DC変換回路62に所定の直流電力を出力させる。
一方で、第一制御部64は、上記ステップS14においては、第一のDC−DC変換回路62に所定の直流電力よりも低い直流電力(直流電圧)を出力させる。具体的には、第一制御部64は、第一のDC−DC変換回路62のチョッピング制御において、トランジスタS0のオン期間(オンデューティ)を、第一のDC−DC変換回路62に所定の直流電力を出力させるときよりも短くする。
これにより、第一のDC−DC変換回路62からは、所定の直流電力よりも低い直流電力が出力される。言い換えれば、第一のインバータ回路63には、所定の直流電力よりも低い直流電力が入力される。そうすると、第一のインバータ回路63からは、所定の直流電力が入力されるときよりも、振幅の小さい交流電力が出力される。つまり、第一制御部64は、給電量を減らすことができる。
このように、第一制御部64は、引き戸40の停止中に、第一のインバータ回路63から出力される交流電力(交流電圧)の振幅を引き戸40の移動中よりも小さくしてもよい。具体的には、第一制御部64は、引き戸40の停止中に、第一のインバータ回路63に入力される直流電力(直流電圧)を移動対象物の移動中よりも低下させてもよい。
これにより、リニアモータ装置100の消費電力が抑制される。なお、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の振幅を小さくする方法は、第一のインバータ回路63に入力される直流電力を低下させる方法に限定されず、その他の方法が用いられてもよい。
以上、給電量の制御の具体例について説明した。なお、引き戸40の停止中にどの程度の給電を行うか(停止中に、移動中に比べてどの程度給電量を抑制するか)は、経験的または実験的に適宜定められればよい。例えば、引き戸40の停止中には、駆動装置50が引き戸40を動かすために最低限必要な量の電力が供給されればよい。あるいは、後述のように第二制御部55が引き戸40の移動状態の検出に寄与するような場合は、第二制御部55の動作に最低限必要な量の電力が供給されればよい。つまり、引き戸40の停止中においても、第二制御部55が動作可能な状態にされればよい。
また、給電量の制御においては、上記の具体例1〜3の方法が、2つ以上組み合わされてもよい。
[移動状態の検出の変形例]
上述した検出部68による引き戸40の移動状態の検出方法は、一例である。そこで、引き戸40の移動状態の他の検出方法について説明する。
例えば、第二制御部55がピックアップコイル51のインピーダンスを変化させる負荷変調を行い、検出部68は、負荷変調によりライン型コイル65において生じる電流の変化を検出してもよい。図11は、負荷変調のための回路構成を示す図である。
図11に示される回路においては、トランジスタS3は、ピックアップコイル51に並列接続される。第二制御部55がトランジスタS3のオン及びオフを制御することにより、ピックアップコイル51と並列に接続される負荷の大きさが変わる。そうすると、トランジスタS3のオン及びオフをライン型コイル65とピックアップコイル51との共振状態が変化するため、ライン型コイル65には、トランジスタS3のオン及びオフに応じた電流の変化が生じる。そこで、検出部68は、このような電流の変化を検出してもよい。この場合、検出部68は、例えば、オペアンプが用いられた検出回路などにより実現される。
第二制御部55は、例えば、引き戸40の移動を開始しようとするときに、あらかじめ定められた第一パターンでトランジスタS3を経時的にオン及びオフする。また、第二制御部55は、引き戸40が移動状態から停止状態に変化したときには、あらかじめ定められた第二パターンでトランジスタS3を経時的にオン及びオフする。
これにより、検出部68は、第一パターンに応じた電流の変化を検出してから、第二パターンに応じた電流の変化を検出するまでの期間を、引き戸40が移動中である期間であると検出(認識)することができる。検出部68は、例えば、このような期間にハイレベルとなる検出信号を第一制御部64に送信する。
また、検出部68は、第二パターンに応じた電流の変化を検出してから、第一パターンに応じた電流の変化を検出するまでの期間を、引き戸40が停止中である期間であると検出(認識)することができる。検出部68は、例えば、このような期間にローレベルとなる検出信号を第一制御部64に送信する。
以上のように、検出部68は、第二制御部55によって行われる負荷変調により、引き戸40が移動中であるか停止中であるかを検出することができる。
なお、図11に示される回路構成は、一例である。このような回路構成以外に、例えば、トランジスタと抵抗とが並列接続された回路単位がピックアップコイル51に直列に挿入されてもよい。挿入されたトランジスタがオン及びオフされることにより、上記と同様の負荷変調を実現することができる。
以上説明したように、検出部68は、例えば、ライン型コイル65に流れる電流に基づいて、引き戸40の移動状態を検出することができる。つまり、検出部68は、送電用のライン型コイル65を利用して、引き戸40の移動状態を検出することができる。しかしながら、検出部68は、ライン型コイル65を用いずに、引き戸40の移動状態を検出してもよい。
例えば、駆動装置50及び非接触給電装置60の各々は、無線通信部(無線通信回路)をさらに備え、第二制御部55は、引き戸40の移動を開始しようとするときに、無線通信部を用いて通知を行ってもよい。この場合、駆動装置50が有する無線通信部が通知部として機能し、非接触給電装置60が有する無線通信部が検出部68として機能する。
また、検出部68は、引き戸40の移動を直接検出してもよい。この場合、検出部68は、例えば、赤外線、超音波、または、可視光(レーザ光)などにより引き戸40の移動(変位)を検出する測距センサなどである。
[効果など]
以上説明したように、非接触給電装置60は、電磁石41及び電磁石41を駆動する駆動装置50が設けられた引き戸40を、永久磁石31が設けられた上枠20に対して移動させるリニアモータ装置100において、駆動装置50に非接触給電を行う非接触給電装置である。引き戸40は、移動対象物の一例であり、上枠20は、構造物の一例である。
非接触給電装置60は、第一のインバータ回路63と、第一のインバータ回路63が出力する交流電力を駆動装置50に非接触で送るライン型コイル65と、引き戸40の移動状態を検出する検出部68と、第一制御部64とを備える。第一制御部64は、検出部68の検出結果に基づいて、引き戸40の停止中に、引き戸40の移動中よりも少ない交流電力を第一のインバータ回路63に出力させる。第一制御部64は、制御部の一例であり、ライン型コイル65は、送電部の一例である。
これにより、引き戸40の停止中に駆動装置50への給電量が抑制されるため、リニアモータ装置100の消費電力を抑制することができる。
また、第一制御部64は、引き戸40の移動中には、第一のインバータ回路63に交流電力を連続的に出力させ、引き戸40の停止中には、第一のインバータ回路63に交流電力を間欠的に出力させてもよい。
これにより、第一制御部64は、第一のインバータ回路63から交流電力が出力される時間を短くすることにより、引き戸40の停止中における給電量を抑制することができる。
また、送電部は、例えば、所定の共振周波数を有するコイルであるライン型コイル65である。このとき、第一制御部64は、引き戸40の移動中には、所定の共振周波数の交流電力を第一のインバータ回路63に出力させ、引き戸40の停止中には、所定の共振周波数と異なる周波数の交流電力を第一のインバータ回路63に出力させてもよい。
これにより、第一制御部64は、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の周波数を共振周波数と異ならせることにより、引き戸40の停止中における給電量を抑制することができる。なお、送電部は、ライン型コイル65以外の他のコイルであってもよい。
また、第一制御部64は、引き戸40の停止中に、第一のインバータ回路63に入力される直流電力を引き戸40の移動中よりも低下させてもよい。
これにより、第一のインバータ回路63から出力される交流電力の振幅を低下させることにより、引き戸40の停止中における給電量を抑制することができる。
また、検出部68は、ライン型コイル65に流れる電流に基づいて、引き戸40の移動状態を検出してもよい。
これにより、検出部68は、送電用のライン型コイル65を利用して、引き戸40の移動状態を検出することができる。
また、駆動装置50は、電磁石41の駆動制御を行う第二制御部55を備え、第一制御部64は、引き戸40の停止中に、引き戸40の移動中よりも少ない交流電力を第一のインバータ回路63に出力させることにより、第二制御部55を動作可能な状態にしてもよい。第二制御部55は、駆動制御部の一例である。
これにより、第一制御部64は、リニアモータ装置100の消費電力を抑制し、かつ、引き戸40の停止中も第二制御部55を動作させることができる。
また、リニアモータ装置100は、非接触給電装置60と、永久磁石31と、電磁石41と、駆動装置50とを備える。
このようなリニアモータ装置100においては、引き戸40の停止中に駆動装置50への給電量が抑制されるため、消費電力が抑制される。
(他の実施の形態)
以上、実施の形態に係る非接触給電装置及びリニアモータ装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、複数の磁石及び非接触給電装置は、上枠に取り付けられたが、下枠(敷居)に取り付けられてもよい。つまり、複数の磁石及び非接触給電装置は、床下に埋め込まれてもよい。
また、上記実施の形態では、引き戸は、住宅内に設置されるものとして説明されたが、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、ビルのエントランスに設けられたスライドドアなど、その他の引き戸を移動対象物とすることもできる。また、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、窓、カーテン、ブラインド、またはシャッターなどを移動対象物としてもよい。また、移動対象物は、屋内に設けられてもよいし、屋外に設けられてもよい。また、ユーザによって手動で移動可能な物品が移動対象物とされてもよい。
また、移動対象物の移動方向は、特に限定されず、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、移動対象物を水平方向に移動させてもよいし、鉛直方向(垂直方向)に移動させてもよい。また、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、移動対象物を直線的に動かすだけでなく、カーブさせてもよい。
また、上記実施の形態で説明された回路構成は、一例であり、本発明は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本発明の特徴的な機能を実現できる回路も本発明に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子(トランジスタ)、抵抗素子、又は容量素子等の素子を接続したものも本発明に含まれる。言い換えれば、上記実施の形態における「接続される」とは、2つの端子(ノード)が直接接続される場合に限定されるものではなく、同様の機能が実現できる範囲において、当該2つの端子(ノード)が、素子を介して接続される場合も含む。
また、上記実施の形態において、各構成要素(例えば、第一制御部及び第二制御部)は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、本発明の全般的または具体的な態様は、他の装置またはシステムとして実現されてもよい。例えば、本発明は、上記実施の形態に係るリニアモータ装置と、引き戸とを備える引き戸装置として実現されてもよい。
また、本発明は、非接触給電方法、または、リニアモータ装置の制御方法などの方法として実現されてもよいし、このような方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、または、当該プログラムが記録された(非一時的な)記録媒体として実現されてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
20 上枠(構造物)
31 永久磁石
40 引き戸(移動対象物)
41 電磁石
50 駆動装置
55 第二制御部(駆動制御部)
60 非接触給電装置
63 第一のインバータ回路
64 第一制御部(制御部)
65 ライン型コイル(送電部)
68 検出部
100 リニアモータ装置

Claims (8)

  1. 電磁石及び前記電磁石を駆動する駆動装置が設けられた移動対象物を、永久磁石が設けられた構造物に対して移動させるリニアモータ装置において、前記駆動装置に非接触給電を行う非接触給電装置であって、
    インバータ回路と、
    前記インバータ回路が出力する交流電力を前記駆動装置に非接触で送る送電部と、
    前記移動対象物の移動状態を検出する検出部と、
    前記検出部の検出結果に基づいて、前記移動対象物の停止中に、前記移動対象物の移動中よりも少ない交流電力を前記インバータ回路に出力させる制御部とを備える
    非接触給電装置。
  2. 前記制御部は、
    前記移動対象物の移動中には、前記インバータ回路に交流電力を連続的に出力させ、
    前記移動対象物の停止中には、前記インバータ回路に交流電力を間欠的に出力させる
    請求項1に記載の非接触給電装置。
  3. 前記送電部は、所定の共振周波数を有するコイルであり、
    前記制御部は、
    前記移動対象物の移動中には、前記所定の共振周波数の交流電力を前記インバータ回路に出力させ、
    前記移動対象物の停止中には、前記所定の共振周波数と異なる周波数の交流電力を前記インバータ回路に出力させる
    請求項1に記載の非接触給電装置。
  4. 前記制御部は、前記移動対象物の停止中に、前記インバータ回路に入力される直流電力を前記移動対象物の移動中よりも低下させる
    請求項1に記載の非接触給電装置。
  5. 前記送電部は、コイルであり、
    前記検出部は、前記コイルに流れる電流に基づいて、前記移動対象物の移動状態を検出する
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の非接触給電装置。
  6. 前記駆動装置は、前記電磁石の駆動制御を行う駆動制御部を備え、
    前記制御部は、前記移動対象物の停止中に、前記移動対象物の移動中よりも少ない交流電力を前記インバータ回路に出力させることにより、前記駆動制御部を動作可能な状態にする
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の非接触給電装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の非接触給電装置と、
    前記永久磁石と、
    前記電磁石と、
    前記駆動装置とを備える
    リニアモータ装置。
  8. 請求項7に記載のリニアモータ装置と、
    前記移動対象物である引き戸とを備える
    引き戸装置。
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