JP7390688B2 - 電動開閉体 - Google Patents

Description

本開示は、開閉体技術に関し、電動により開閉される電動開閉体に関する。

電動シャッター装置には、シャッターに人等を誤って引き込まない仕組みが必要になる。つまり、シャッターカーテンの作動が障害物などにより妨げられると、モータが過負荷に陥り得るので、モータに負荷がかかり過ぎる過負荷状態を検知する装置が求められる。例えば、シャッターカーテンの位置情報と、モータの負荷状態に関する電流情報とが関連づけて記憶され、運用状態において計測した電流値が、そのときの位置情報に対応した電流情報を逸脱した場合に、過負荷状態が検出される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－３０７４７１号公報

モータにおいて過負荷が検出されると、モータへの電流の供給を停止することによってモータが停止される。その結果、シャッターカーテンの繰り下がりも停止される。電動シャッター装置のモータとして埋込磁石式モータが使用される場合、過負荷が検出されて埋込磁石式モータへの電流の供給を停止しても、ステータのコイルとロータの磁石との間にコギングトルクが発生すると、埋込磁石式モータの回転がさらに進む。その結果、シャッターカーテンの行き過ぎが発生しうる。

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、シャッターカーテンの行き過ぎを抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の電動開閉体は、シャッターカーテンを巻き取り可能な巻き取り軸に回転動力を出力する埋込磁石式モータと、埋込磁石式モータを回転させるための電流を制御する制御部と、制御部が埋込磁石式モータに電流を供給している状況において、シャッターカーテンの負荷変動を検出する負荷変動検出部とを備える。制御部は、負荷変動検出部が負荷変動を検出した場合、埋込磁石式モータに電流を供給したまま埋込磁石式モータの反転動作の要否を判定する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、またはコンピュータプログラムを記録した記録媒体などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、シャッターカーテンの行き過ぎを抑制できる。

図１（ａ）－（ｂ）は、実施例に係るシャッターシステムの構造を示す図である。 図１（ａ）－（ｂ）のシャッターシステムの内部構造を示す図である。 図１（ａ）－（ｂ）のシャッターシステムの構成を示すブロック図である。 図４（ａ）－（ｂ）は、図３の電動化ユニットの動作概要を示す図である。 図５（ａ）－（ｂ）は、比較対象の埋込磁石式モータにおける課題を示す図である。 図３の埋込磁石式モータと第１検出部の構成を示す図である。 図７（ａ）－（ｂ）は、図３の埋込磁石式モータによる動作概要を示す図である。 図３の制御部による処理概要を示す図である。 図３の電動化ユニットによる検出手順を示すフローチャートである。

本開示の実施例を具体的に説明する前に、本実施例の概要を説明する。実施例は、住宅等の施設の開口部に設置されるシャッターシステムに関する。シャッターシステムは電動シャッターであり、電動シャッターはシャッター動作を自動化する。電動シャッターは、一般的に、シャッターカーテンが開状態でユーザが「閉」ボタンを一度押すと、シャッターカーテンのスラットが最下部に到達するまで閉動作を続ける。電動シャッターは数十秒かけて自動的に閉動作を実行するので、ユーザは電動シャッターの閉動作を見ていないことが想定される。その際、電動シャッターが障害物を挟み込んでもユーザは気づかない。したがって、電動シャッターには「障害物を挟み込んだ場合にそのことを検出する」機能が望まれる。電動シャッターのようなモータ駆動製品では、モータ電流が増加した場合に障害物の挟み込みが検出される。具体的に説明すると、障害物が挟み込まれるとモータ負荷が増大することによって、モータ電流が増加する。このモータ電流の増加がしきい値を超えた場合に、挟み込みが発生したと判定される。挟み込みが発生したと判定されると、モータへのモータ電流の供給を停止して、モータの回転が停止される。

電動シャッターに使用されるモータの１つが埋込磁石式モータである。埋込磁石式モータでは、固定のステータの内部に回転可能なロータが配置される。ステータにはコイルが設けられ、ロータには磁石が埋め込まれる。埋込磁石式モータへのモータ電流の供給が挟み込みの発生によって停止されても、ステータのコイルとロータの磁石との間にコギングトルクが発生すると、埋込磁石式モータの回転が目標の停止位置より余分に進んでしまう。その結果、シャッターカーテンの行き過ぎが発生して、シャッターカーテンに挟み込まれたときの荷重が増加する。そのため、コギングトルクの影響を受けても、シャッターカーテンの行き過ぎを抑制することが望まれる。本実施例に係るシャッターシステムでは、挟み込みの発生を判定しても埋込磁石式モータへのモータ電流の供給を停止せずに、埋込磁石式モータの回転を反転させてからモータ電流の供給を停止する。

図１（ａ）－（ｂ）は、シャッターシステム１０００の構造を示す。図１（ａ）は、施設を屋外から見た場合の構成を示し、図１（ｂ）は、施設を屋内から見た場合の構成を示す。シャッターシステム１０００は、ガイドレール２０、シャッターカーテン３０、シャッターケース４０、通信線２００、コントローラ３００を含み、シャッターカーテン３０は、スラット３２を含む。ここで、ガイドレール２０、シャッターカーテン３０、シャッターケース４０はシャッターに含まれる。

図１（ａ）に示されるように、開閉体であるシャッターは、住宅やビル等の施設において内外を仕切る外壁に形成された開口部１０に設置される。開口部１０は、施設において内外を連通する空間である。２つのガイドレール２０は、上下方向に延びる形状を有するとともに、開口部１０の左右方向の両側に互いに離間して、開口部１０に設置されたサッシ等の枠材と外壁とに固定される。各ガイドレール２０は、横断面略コ字状の内部構造を有する中空状の部材であり、２つのガイドレール２０は、コ字状の開口が対向するように固定される。

シャッターカーテン３０は、ガイドレール２０の長手方向に沿って上下に移動し、開口部１０を開閉する。具体的には、シャッターカーテン３０の左右方向両端部がガイドレール２０に挿入されることによって、シャッターカーテン３０の左右方向両端部は、ガイドレール２０によって上下方向に移動可能である。シャッターカーテン３０は、複数のスラット３２の組合せによって構成される。各スラット３２は、開口部１０の左右方向に沿って延在する板状の部材であって、例えば、スチール、ステンレス、アルミニウム等により形成される。各スラット３２の上端部と下端部にカール部（図示せず）が設けられており、隣接する２つのスラット３２のうち、上側のスラット３２の下端部のカール部と、下側のスラット３２の上端部のカール部とは、回転自在に連結される。

シャッターケース４０は、開口部１０およびガイドレール２０の上方に設けられる縦断面略矩形状の収容体である。シャッターケース４０は内部に収納空間を有するとともに、シャッターケース４０の下面に設けられた貫通孔を介して収納空間は外部につながる。収納空間には、貫通孔を介してシャッターカーテン３０を巻き取ったり、あるいは繰り出したりするための巻き取り機構が設けられる。ここで、「巻き取り」とは、シャッターカーテン３０がガイドレール２０に沿って上昇し、開口部１０が開放されることであり、「繰り出し」とは、シャッターカーテン３０がガイドレール２０に沿って降下し、開口部１０が閉鎖されることである。

図１（ｂ）に示されるように、開口部１０を囲むようにサッシ１２が取り付けられる。図１（ａ）のシャッターケース４０に接続された通信線２００は、サッシ１２の内部に埋没されて屋内まで延びる。屋内の壁面にはコントローラ３００が設置され、コントローラ３００に通信線２００が接続される。このように通信線２００は、屋外に設置された電動化ユニット１００と、屋内に設置されたコントローラ３００とを接続する。

図２は、シャッターシステム１０００の内部構造を示す。シャッターシステム１０００は、シャッターカーテン３０、シャッターケース４０、巻き取り軸６０を含む。シャッターカーテン３０は、スラット３２、ねじ３４を含み、シャッターケース４０は、ブラケット４２と総称される第１ブラケット４２ａ、第２ブラケット４２ｂ、支持軸４４と総称される第１支持軸４４ａ、第２支持軸４４ｂを含む。巻き取り軸６０は、回転枠６２と総称される第１回転枠６２ａ、第２回転枠６２ｂ、従動輪６４、巻き取りばね６６、固定部７２、電動化ユニット８０を含み、電動化ユニット８０は、本体８２、駆動輪８４を含み、本体８２は、埋込磁石式モータ８６、制御部８８、減速機９０、通信線２００を含む。

ここでは、シャッターケース４０の内部構造を示すためにシャッターケース４０が透明にして示される。シャッターケース４０には、図１（ａ）のガイドレール２０の左右の方向に延びる筒状の支柱である巻き取り軸６０が配置される。巻き取り軸６０には複数の固定部７２が設けられており、複数のねじ３４を使用して複数の固定部７２にシャッターカーテン３０が固定される。そのため、巻き取り軸６０は、シャッターカーテン３０を巻き取り可能な軸であるといえる。

シャッターケース４０の収納空間の左側端部と右側端部には、巻き取り軸６０を左右から挟むように、ブラケット４２と総称される第１ブラケット４２ａと第２ブラケット４２ｂが設けられる。具体的には、巻き取り軸６０の左側には第１ブラケット４２ａが配置され、巻き取り軸６０の右側には第２ブラケット４２ｂが配置される。第１ブラケット４２ａは、巻き取り軸６０の左側端部を回転可能に支持する支持部であり、第２ブラケット４２ｂは、巻き取り軸６０の右側端部を回転可能に支持する支持部である。巻き取り軸６０の左側端部を「第１端部」と呼ぶ場合、巻き取り軸６０の右側端部は「第２端部」と呼ばれる。

第１ブラケット４２ａの右側面には、右側に向かって突出する第１支持軸４４ａが設けられる。第１支持軸４４ａは筒形状を有し、第１支持軸４４ａの側面には第１回転枠６２ａが嵌合される。第１回転枠６２ａは、巻き取り軸６０の左側端部に配置されるとともに、第１支持軸４４ａの側面を囲む形状を有する。このような構造により、第１ブラケット４２ａに固定された第１支持軸４４ａを中心にして、第１回転枠６２ａが回転する。第２ブラケット４２ｂの左側面には、左側に向かって突出する第２支持軸４４ｂが設けられる。第２支持軸４４ｂは筒形状を有し、第２支持軸４４ｂの側面には第２回転枠６２ｂが嵌合される。第２回転枠６２ｂは、巻き取り軸６０の右側端部に配置されるとともに、第２支持軸４４ｂの側面を囲む形状を有する。このような構造により、第２ブラケット４２ｂに固定された第２支持軸４４ｂを中心にして、第２回転枠６２ｂが回転する。さらに、第１回転枠６２ａと第２回転枠６２ｂの回転によって巻き取り軸６０も回転する。

巻き取り軸６０の内部の右側領域には、保持部（図示せず）が配置され、保持部に電動化ユニット８０が取り付けられる。電動化ユニット８０は、巻き取り軸６０に回転動力を出力する電動装置（電動部）である。電動化ユニット８０は、筒形状を有する本体８２と、本体８２の左側に配置される駆動輪８４を含む。このような駆動輪８４は、電動化ユニット８０において巻き取り軸６０の中央側を向いているともいえる。本体８２の内部には埋込磁石式モータ８６、制御部８８、減速機９０が搭載されており、埋込磁石式モータ８６の回転によって減速機９０と駆動輪８４も回転する。制御部８８は埋込磁石式モータ８６の回転を制御する。特に、制御部８８は、電動化ユニット８０の埋込磁石式モータ８６を回転させるための電流の値を制御する。

巻き取り軸６０の内部において、保持部の左側の領域、つまり電動化ユニット８０に対して巻き取り軸６０の中央側の領域には、従動輪６４が設けられる。従動輪６４は、駆動輪８４の左側に配置されており、駆動輪８４と組み合わされた場合に駆動輪８４の回転によって回転する。また、従動輪６４の回転によって巻き取り軸６０も回転する。その結果、巻き取り軸６０は、電動化ユニット８０からの回転動力により回転するといえる。一方、駆動輪８４と従動輪６４とが組み合わされていない場合、巻き取り軸６０は、電動化ユニット８０からの回転動力ではなく、手動の回転動力により回転する。手動による巻き取り軸６０の回転については説明を省略する。

ここで、保持部は、本体８２の側面の一部分、例えば、本体８２の側面のうち、下側を含む部分を保持する。また、保持部の右側端部は第２支持軸４４ｂに接続される。この接続により保持部は第２ブラケット４２ｂに固定されるので、巻き取り軸６０が回転する場合であっても、保持部に保持される本体８２は回転しない。

さらに詳細に説明すると、電動化ユニット８０の本体８２では、制御部８８による制御によって埋込磁石式モータ８６が回転する。減速機９０は、埋込磁石式モータ８６の回転動力のトルクを増幅させる。減速機９０には公知の技術が使用されればよいが、例えば、太陽歯車を中心として、複数の遊星歯車が自転しつつ公転する構造を有する。減速機９０の回転により駆動輪８４が回転すると、駆動輪８４と組み合わされた従動輪６４も回転し、巻き取り軸６０が回転する。

図１（ａ）のようにシャッターカーテン３０が開口部１０を閉鎖した全閉状態から、巻き取り軸６０が巻き取りの方向に回転すると、シャッターカーテン３０は、巻き取り軸６０の外周面に沿って巻き取られながら開口部１０を開放する。この回転が継続すると、シャッターカーテン３０は、１周目の回転において巻き取られたシャッターカーテン３０上に積層されながら巻き取られ、開口部１０の全域を開放する。また、シャッターカーテン３０が開口部１０を開放した全開状態から、巻き取り軸６０が繰り出しの方向に回転すると、巻き取り軸６０の外周面に積層されたシャッターカーテン３０が順次繰り出される。この回転が継続すると、シャッターカーテン３０は開口部１０の全域を閉鎖する。

図３は、シャッターシステム１０００の構成を示すブロック図である。シャッターシステム１０００は、電動化ユニット８０、通信線２００、コントローラ３００を含む。電動化ユニット８０は、埋込磁石式モータ８６、制御部８８を含み、制御部８８は、第１接続部４１０、第１有線通信部４１２、位置制御部４１４、第１検出部４１６、速度制御部４１８、微分部４２０、電流制御部４２２、第２検出部４２４、第３検出部４２８を含む。コントローラ３００は、操作部３１０、操作制御部３１２、第２有線通信部３１４、第２接続部３１６を含む。

コントローラ３００の操作部３１０は、複数のボタンを有するユーザインターフェイスであり、ユーザの操作を受けつける。コントローラ３００の表面には、開ボタン、停止ボタン、閉ボタンが設けられる。開ボタン、停止ボタン、閉ボタンは例えば平面スイッチで構成される。開ボタンは、開口部１０を開放するようにシャッターカーテン３０を移動させるための指示（以下、「開放指示」という）を受けつけるボタンである。停止ボタンは、移動しているシャッターカーテン３０を停止させるための指示（以下、「停止指示」という）を受けつけるボタンである。閉ボタンは、開口部１０を閉鎖するようにシャッターカーテン３０を移動させるための指示（以下、「閉鎖指示」という）を受けつけるボタンである。開ボタン、停止ボタン、閉ボタンのうちの１つが押し下げられることによって、開放指示、停止指示、閉鎖指示のうちの１つに応じた操作信号が操作部３１０から操作制御部３１２に出力される。

操作制御部３１２は、操作部３１０から操作信号を受けつける。操作制御部３１２は、操作信号において示された開放指示、停止指示、閉鎖指示のうちの１つが含まれた指示信号を生成する。第２有線通信部３１４は、操作制御部３１２から指示信号を受けつけ、第２接続部３１６、通信線２００を介して指示信号を電動化ユニット８０に送信する。

第２接続部３１６は、コントローラ３００に通信線２００を接続するためのインターフェイスである。また、電動化ユニット８０の第１接続部４１０も通信線２００を接続するためのインターフェイスである。第２接続部３１６に通信線２００が接続されるとともに、第１接続部４１０に通信線２００が接続されることによって、通信線２００は、コントローラ３００と電動化ユニット８０とを接続する。このような接続によって、コントローラ３００から電動化ユニット８０に向かって、通信線２００は、指示信号を伝送する。コントローラ３００は屋内に設置され、電動化ユニット８０は屋外に設置されるので、屋内から屋外に指示信号が送信される。

第１有線通信部４１２は、第２接続部３１６、通信線２００、第１接続部４１０を介して、第２有線通信部３１４からの指示信号を受信する。第１有線通信部４１２は、指示信号に含まれた開放指示、停止指示、閉鎖指示のうちの１つを位置制御部４１４に出力する。位置制御部４１４は、開放指示、停止指示、閉鎖指示のうちの１つを第１有線通信部４１２から受けつける。

位置制御部４１４は、受けつけた開放指示、停止指示、閉鎖指示のうちの１つに応じて、シャッターカーテン３０の位置（下端の位置）の目標値を更新する。例えば、位置制御部４１４は、開放指示を受けつけている場合に、これまでの目標値を高くするように更新する。また、位置制御部４１４は、第１検出部４１６からシャッターカーテン３０の位置の帰還値を受けつける。第１検出部４１６における位置の帰還値の検出方法については後述する。ここで、シャッターカーテン３０の位置は埋込磁石式モータ８６の回転の角度として示されてもよいが、以下では説明を明瞭にするために角度も位置に含める。位置制御部４１４は、目標値と帰還値の少なくとも１つが上限位置あるいは下限位置に達するまで、あるいは停止指示があるまでは非ゼロの一定速度で動作させるための速度の目標値を出力する。

微分部４２０は、第１検出部４１６からシャッターカーテン３０の位置の帰還値を受けつけ、位置の帰還値を微分することによって、速度の帰還値を導出する。微分部４２０は速度の帰還値を速度制御部４１８に出力する。速度制御部４１８は、位置制御部４１４から速度の目標値を受けつけ、微分部４２０から速度の帰還値を受けつける。速度制御部４１８は、速度の目標値から速度の帰還値を減じることによって速度偏差を導出してから、比例・積分制御等の速度ループ処理を行ってトルク（電流）の目標値を導出する。

電流制御部４２２は、速度制御部４１８からトルク（電流）の目標値を受けつける。また、電流制御部４２２から埋込磁石式モータ８６に出力される電流の大きさ、つまり電動化ユニット８０の埋込磁石式モータ８６に供給される総電流の値は第２検出部４２４において検出され、電流制御部４２２は、検出された電流の帰還値を受けつける。第２検出部４２４は例えばシャント抵抗により構成される。電流制御部４２２は、電流の帰還値がトルク（電流）の目標値に近づくように、埋込磁石式モータ８６に出力すべき電流の大きさを決定する。これは、埋込磁石式モータ８６を回転させるための電流を制御することに相当し、この決定には公知の技術が使用されればよい。つまり、速度制御部４１８と電流制御部４２２は、第１検出部４１６において検出した位置の変化、つまり速度に応じて、埋込磁石式モータ８６を回転させるための電流の値を決定する。

電流制御部４２２から出力される電流の値に応じた速度で埋込磁石式モータ８６が回転する。埋込磁石式モータ８６は、巻き取り軸６０に回転動力を出力する。埋込磁石式モータ８６が３相ブラシレスモータである場合、電流制御部４２２からは３相の直流電流が出力される。

このような構成により、制御部８８は、制御信号が開放指示に相当する場合、巻き取り軸６０が巻き取りの方向に回転するように埋込磁石式モータ８６を回転させ、制御信号が閉鎖指示に相当する場合、巻き取り軸６０が繰り出しの方向に回転するように埋込磁石式モータ８６を回転させる。これらにおいて埋込磁石式モータ８６の回転方向は逆方向である。一方、制御部８８は、制御信号が停止指示に相当する場合、埋込磁石式モータ８６の回転を停止させる。埋込磁石式モータ８６は制御部８８に応じて回転し、開口部１０を開閉するシャッターカーテン３０、巻き取り軸６０等に動力を供給する。

埋込磁石式モータ８６の回転方向に応じてシャッターカーテン３０が開閉される場合に、シャッターカーテン３０の位置は第１検出部４１６で検出される。第１検出部４１６は、例えば、埋込磁石式モータ８６の側部に設けられ、埋込磁石式モータ８６の回転数を機械的にカウントして開閉位置あるいは上下限位置を検出するカウンタ式リミットスイッチにより構成される。また、第１検出部４１６は、埋込磁石式モータ８６に設けられたエンコーダによりパルスをカウントすることによって、シャッターカーテン３０の開閉位置あるいは上下限位置を検出する構成であってもよい。また、第１検出部４１６は、埋込磁石式モータ８６の電流検出回路で構成され、埋込磁石式モータ８６に加わる負荷変動に対応した電流値変化から開閉位置あるいは上下限位置を検出する構成であってもよい。さらに、第１検出部４１６は、ガイドレール２０の上下に設けられてシャッターカーテン３０の開閉位置あるいは上下限位置を直接検出する機械的あるいは電気的なリミットスイッチであってもよい。第１検出部４１６において検出された位置は、位置制御部４１４、微分部４２０に出力される。

以下では、コントローラ３００の閉ボタンが押し下げられて、シャッターカーテン３０が繰り出されている状況において、シャッターカーテン３０による障害物の挟み込みが発生する状況を説明する。図４（ａ）－（ｂ）は、電動化ユニット８０の動作概要を示す。図４（ａ）は、埋込磁石式モータ８６に出力される電流の大きさ、つまり第２検出部４２４において検出される電流の大きさの時間変化を示す。時間０からＴ１まで、シャッターカーテン３０による障害物の挟み込みが発生していない。そのため、埋込磁石式モータ８６の負荷がほぼ一定であるので、電流の大きさもほぼ一定である。このような状態においてシャッターカーテン３０が繰り出される。

時間Ｔ１においてシャッターカーテン３０による障害物の挟み込みが発生すると、埋込磁石式モータ８６の負荷が増加する。例えば、埋込磁石式モータ８６の負荷は時間Ｔ１から時間Ｔ２に向かって増加する。これは、障害物の挟み込みの発生によって、シャッターカーテン３０が繰り出されない状況であるといえる。時間Ｔ１においてシャッターカーテン３０による障害物の挟み込みが発生すると、電流が増加する。これは、埋込磁石式モータ８６の負荷が増加している状況において、シャッターカーテン３０を繰り出すための制御がなされるので、埋込磁石式モータ８６に出力する電流が増加するからである。

このような障害物を検出するために、図３の第３検出部４２８は次の処理を実行する。第３検出部４２８は、第２検出部４２４から電流値を受けつける。また、第３検出部４２８は、図４（ａ）に示されるしきい値を設定する。第３検出部４２８は、電流値がしきい値を超えた場合、障害物の挟み込み、つまりシャッターカーテン３０の負荷変動を検出する。しきい値は、実験あるいはシミュレーションにより決定されてもよいし、シャッターシステム１０００を設置してから設定されてもよい。つまり、第３検出部４２８は、電流制御部４２２が埋込磁石式モータ８６に電流を供給している状況において、シャッターカーテン３０の負荷変動を検出する。

シャッターシステム１０００を長期間にわたって使用すると、ガイドレール２０が変形することもありえる。ガイドレール２０が変形することによって、障害物が挟み込まれていない通常時においても、第２検出部４２４において検出される電流値が大きくなる。そのような状況において、図４（ａ）に示されるしきい値では、負荷変動の検出精度が悪化する。図４（ｂ）は、ガイドレール２０の変形等が生じた場合の埋込磁石式モータ８６に出力される電流の大きさ、つまり第２検出部４２４において検出される電流の大きさの時間変化を示す。図４（ｂ）では、図４（ａ）と同様に、時間０からＴ１まで、シャッターカーテン３０による障害物の挟み込みが発生せず、時間Ｔ１においてシャッターカーテン３０による障害物の挟み込みが発生している。電流値の時間変化は図４（ａ）と同様であるが、通常時、つまり時間０からＴ１までの電流値は図４（ａ）と比較して大きくなる。

このような状況における負荷変動の検出精度の悪化を抑制するために、第３検出部４２８は、第２検出部４２４において検出した電流値の移動平均を計算する。図４（ｂ）において移動平均の結果は平均値として示される。また、第３検出部４２８は、図４（ａ）に示したしきい値に平均値を加算することによって、新たなしきい値を導出する。新たなしきい値は図４（ｂ）においてしきい値と示される。つまり、第３検出部４２８は、第２検出部４２４において検出した電流値をもとにしきい値を更新する。しきい値の更新は、例えば定期的になされる。第３検出部４２８は、更新したしきい値を使用して、負荷変動を検出する。

第３検出部４２８において負荷変動が検出された場合、シャッターカーテン３０の繰り出しは停止されるべきである。シャッターカーテン３０の繰り出しを停止するために、埋込磁石式モータ８６における回転は停止される。以下では、埋込磁石式モータ８６における回転を停止させる場合に生じうる課題と、それを解決するための本実施例の構成を順に説明する。

図５（ａ）－（ｂ）は、比較対象の埋込磁石式モータ１８６における課題を示す。図５（ａ）は埋込磁石式モータ１８６の構造を示す。埋込磁石式モータ１８６は、ステータ６００、ロータ６１０を含む。ステータ６００は固定される部材であり、ステータ６００の内部には空洞部が設けられる。ステータ６００の空洞部には、コイル６０２と総称される第１コイル６０２ａから第６コイル６０２ｆが設けられる。ロータ６１０は、ステータ６００の空洞部に、回転可能に配置される。ロータ６１０の内部には、磁石６１２と総称される第１磁石６１２ａから第４磁石６１２ｄが矩形配置で埋め込まれる。このような構造により埋込磁石式モータ１８６は、磁石トルクとリラクタンス・トルクにより回転する。磁石トルクは、コイル６０２と磁石６１２の吸着力および反発力によって発生するトルクであり、リラクタンス・トルクは、磁気抵抗の大きな表層の磁石６１２が磁路を妨げたり、磁石６１２が奥まっているときには磁路をさえぎらなかったりするインダクタンスの変化によって発生するトルクである。また、図５（ａ）においてロータ６１０が右回りに回転する場合に、シャッターカーテン３０の繰り出しがなされ、ロータ６１０が左回りに回転する場合に、シャッターカーテン３０の巻き取りがなされる。

シャッターカーテン３０を繰り出すために、ロータ６１０が右回りに回転する場合において、第３検出部４２８が負荷変動を検出したとき、つまり障害物の挟み込みを検出したとき、ロータ６１０の回転を停止させる必要がある。ここでは、ロータ６１０の回転を停止させるための目標の位置を目標位置６５０として示す。第３検出部４２８が目標位置６５０において埋込磁石式モータ１８６への電流の供給を停止する。目標位置６５０において、図５（ａ）のように第１コイル６０２ａと第１磁石６１２ａとが配置される場合、第１コイル６０２ａと第１磁石６１２ａとの間に、矢印で示されるようなコギングトルクが発生する。コギングトルクとは、コイル６０２とロータ６１０との磁気的吸引力が回転角度に依存して細かく脈動する現象におけるトルクである。コギングトルクにより、第１磁石６１２ａが第１コイル６０２ａに近づくようにロータ６１０は、目標位置６５０を超えてさらに回転する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に続く状態であり、ロータ６１０の回転が実際位置６５２において停止した状態を示す。つまり、障害物の挟みこみが検出された場合に、ロータ６１０は目標位置６５０で停止せずに、実際位置６５２まで行き過ぎでしまう。これは、障害物の挟みこみを検出した状態においてもさらに繰り出される現象に相当する。

埋込磁石式モータ１８６のロータ６１０が行き過ぎてしまうことを抑制するために、本実施例に係るシャッターシステム１０００は埋込磁石式モータ８６に対して次の処理を実行する。図３の第３検出部４２８は負荷変動を検出した場合、負荷変動の検出を電流制御部４２２に通知する。電流制御部４２２は、負荷変動の検出の通知を第３検出部４２８から受けつけた場合、第３検出部４２８を介して第１検出部４１６から、シャッターカーテン３０の位置の情報を受けつける。ここで、図１（ａ）に示されるようにシャッターカーテン３０の位置に対して、第１領域５００と第２領域５０２が規定される。第２領域５０２は、第１領域５００の下側に配置される領域、例えば、地面から上に１０ｃｍの領域である。

電流制御部４２２は、シャッターカーテン３０の位置が第１領域５００に含まれていれば、埋込磁石式モータ８６の反転動作の要否を判定せずに埋込磁石式モータ８６を反転動作させる。つまり、電流制御部４２２は、巻き取り軸６０が繰り出しの方向に回転するように埋込磁石式モータ８６を回転させていた場合に、巻き取り軸６０が巻き取りの方向に回転するように埋込磁石式モータ８６を回転させてから停止させる。一方、電流制御部４２２は、シャッターカーテン３０の位置が第２領域５０２に含まれていれば、埋込磁石式モータ８６に電流を供給したまま埋込磁石式モータ８６の反転動作の要否を判定する。

反転動作の要否を判定するための処理を説明するために、ここでは、図６も使用する。図６は、埋込磁石式モータ８６と第１検出部４１６の構成を示す。埋込磁石式モータ８６は、ステータ７００、ロータ７１０を含む。ステータ７００は、コイル７０２と総称される第１コイル７０２ａから第６コイル７０２ｆを含み、ロータ７１０は、磁石７１２と総称される第１磁石７１２ａから第４磁石７１２ｄを含む。ステータ７００、コイル７０２、ロータ７１０、磁石７１２は、前述のステータ６００、コイル６０２、ロータ６１０、磁石６１２と同一でよいので、ここでは説明を省略する。

第１検出部４１６は、磁界を検出可能なホール素子を含み、埋込磁石式モータ８６の近傍に配置される。埋込磁石式モータ８６の近傍とは、ロータ７１０内部に埋め込まれた磁石７１２による磁界を検出可能な位置である。第１検出部４１６は、磁界による磁力と磁石７１２の位置の対応関係を予め記憶し、検出した磁界による磁界をもとに、磁石７１２の位置を特定する。これは、検出した磁界をもとに磁石７１２の位置を推定することに相当する。図６に示されるように、第１検出部４１６は、第２磁石７１２ｂからの磁界による磁力をもとに、第１検出部４１６と第２磁石７１２ｂとの相対位置７６０を特定する。また、第１検出部４１６は、相対位置７６０とともに回転の方向を特定してもよい。第１検出部４１６は、相対位置７６０のような磁石７１２の位置の情報と、回転の方向の情報を逐次第３検出部４２８経由で電流制御部４２２に出力する。

電流制御部４２２は、磁石７１２の位置とコギングトルクの値との対応関係を予め記憶する。コギングトルクは、前述のごとく、磁石７１２の位置と磁石７１２の位置との関係に応じて変動しており、対応関係は、実験あるいはシミュレーションにより予め取得される。電流制御部４２２は、第１検出部４１６から受けつけた磁石７１２の位置の情報をもとに対応関係を参照することによって、コギングトルクの値を特定する。また、電流制御部４２２は、コギングトルクの値が予め定めた範囲よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定する。予め定めた範囲とは、コギングトルクが存在しても、図５（ｂ）に示した目標位置６５０と実際位置６５２との差が一定値よりも小さくなる範囲であり、一定値は任意に定められればよい。電流制御部４２２は、反転動作が必要であると判定した場合、コギングトルクの値が予め定めた範囲内になる位置まで、埋込磁石式モータ８６を反転動作させてから停止させる。一方、電流制御部４２２は、コギングトルクの値が予め定めた範囲に含まれる場合に、反転動作が不要であると判定し、埋込磁石式モータ８６を直ちに停止させる。

図７（ａ）－（ｂ）は、埋込磁石式モータ８６による動作概要を示す。図７（ａ）は、図５（ａ）と同様であり、ロータ７１０の回転を停止させるための目標の位置が目標位置７５０として示される。ロータ７１０の位置が目標位置７５０であるときに第３検出部４２８が障害物の挟みこみを検知し、かつシャッターカーテン３０が第２領域５０２に含まれ、かつ第１検出部４１６において推定した磁石７１２の位置によるコギングトルクの値が予め定めた範囲よりも大きい場合に、電流制御部４２２は、図７（ｂ）のように実際位置７５２まで戻るようにロータ７１０を反転動作させる。電流制御部４２２は、ロータ７１０の位置が実際位置７５２に到達すると、ロータ７１０の回転を停止させる。実際位置７５２は、コギングトルクの値が予め定めた範囲内になる位置に相当する。

以上の実施例において、第１検出部４１６が「位置検出部」、「磁気検出部」と呼ばれ、第２検出部４２４が「電流検出部」と呼ばれ、第３検出部４２８が「負荷変動検出部」と呼ばれ、電流制御部４２２が「制御部」と呼ばれてもよい。

これまで説明したシャッターシステム１０００における処理は、次のようになされてもよい。第１変形例では、反転動作の要否を判定するために、ホール素子が使用されなくてもよい。電流制御部４２２は、第２検出部４２４において検出した電流値を受けつける。電流制御部４２２は、受けつけた電流値の移動平均を計算する。移動平均の期間は、図４（ａ）に示された電流の短期変動の周期よりも長くされる。そのため、移動平均によって電流の短期変動の影響が低減される。電流制御部４２２は、受けつけた電流値から電流値の移動平均を減算する。減算結果は、電流の短期変動を示しており、ロータ７１０の回転角度に応じて変動する。ロータ７１０の回転角度に応じてコギングトルクも変動するので、減算結果はコギングトルクを示す。図８は、電流制御部４２２による処理概要を示し、ロータ７１０の回転角度に対するコギングトルクの変化を示す。回転角度に対するコギングトルクの値は、磁石７１２の数に応じた数の最大値（最小値）を有する周期関数となる。

減算結果とロータ７１０の回転角度とコギングトルクの値は互いに対応しているので、電流制御部４２２は、減算結果とコギングトルクとの間の対応関係を予め記憶する。対応関係は、実験あるいはシミュレーションにより予め取得される。電流制御部４２２は、算出した減算結果をもとに対応関係を参照することによって、コギングトルクの値を特定する。また、電流制御部４２２は、コギングトルクの値に対して範囲８００を規定する。範囲８００は、コギングトルクが存在しても、図５（ｂ）に示した目標位置６５０と実際位置６５２との差が一定値よりも小さくなる範囲であり、一定値は任意に定められればよい。電流制御部４２２は、コギングトルクの値が範囲８００よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定する。これは、第２検出部４２４において検出した電流の値に応じた埋込磁石式モータ８６のコギングトルクが範囲８００よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定することに相当する。一方、電流制御部４２２は、コギングトルクの値が範囲８００に含まれる場合に、反転動作が不要であると判定する。

第２変形例では、第２検出部４２４において検出される電流値が、トルク成分であってもよい。埋込磁石式モータ８６が３相ブラシレスモータである場合、３相ブラシレスモータに出力される３相の直流電流は、ｕ相、ｖ相、ｗ相と示される。また、各相の電流ベクトルの合成ベクトルが周期的に角度を変化することによって、３相ブラシレスモータは回転する。

第２検出部４２４は、ｕ相、ｖ相、ｗ相の電流ベクトルを受けつけ、これらに対してｑ軸、ｄ軸への２軸変換を実行する。このような変換には公知の行列演算が実行されればよいので、ここでは説明を省略する。ここで、ｄ軸は励磁成分を示しｑ軸はトルク成分を示す。合成ベクトルは、２軸変換により、ｄ軸方向の励磁ベクトルとｑ軸方向のトルクベクトルの組合せに変換される。これは、３相ブラシレスモータにおける３相の電流を、励磁成分とトルク成分との組合せに変換することに相当する。励磁成分とトルク成分のうち、トルク成分は外力による負荷に比例する特性がある。つまり、トルク成分には、合計荷重のトルクの変化が反映される。

本開示における装置、システム、または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における装置、システム、または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

以上の構成によるシャッターシステム１０００の動作を説明する。図９は、電動化ユニット８０による検出手順を示すフローチャートである。第３検出部４２８が埋込磁石式モータ８６の負荷変動を検出した場合（Ｓ１０のＹ）、シャッターカーテン３０の位置が第１領域５００であれば（Ｓ１２のＹ）、電流制御部４２２は埋込磁石式モータ８６に反転動作を実行させる（Ｓ１６）。シャッターカーテン３０の位置が第１領域５００でない場合（Ｓ１２のＮ）、電流制御部４２２は、反転動作が必要である判定すれば（Ｓ１４のＹ）、埋込磁石式モータ８６に反転動作を実行させる（Ｓ１６）。第３検出部４２８が埋込磁石式モータ８６の負荷変動を検出しない場合（Ｓ１０のＮ）、あるいは電流制御部４２２が、反転動作が必要であると判定しなければ（Ｓ１４のＮ）、処理は終了される。

本実施例によれば、負荷変動を検出した場合、埋込磁石式モータ８６に電流を供給したまま埋込磁石式モータ８６の反転動作の要否を判定するので、シャッターカーテン３０の行き過ぎの発生を抑制できる。また、シャッターカーテン３０の行き過ぎの発生が抑制されるので、安全な停止動作を実現できる。また、シャッターカーテン３０の行き過ぎの発生が抑制されるので、シャッターカーテン３０が停止指示後に余分に動作することを防止できる。また、反転動作が必要であると判定した場合、埋込磁石式モータ８６を反転動作させてから停止させるので、シャッターカーテン３０に障害物が挟み込まれた場合に、障害物に加わる荷重を緩和した状態でシャッターカーテン３０を停止できる。

また、シャッターカーテン３０の位置が第１領域５００に含まれば、埋込磁石式モータ８６の反転動作の要否を判定せずに埋込磁石式モータ８６を反転動作させるので、シャッターカーテン３０を安全にかつ迅速に停止できる。また、シャッターカーテン３０の位置が第２領域５０２に含まれば、埋込磁石式モータ８６の反転動作の要否を判定するので、コギングトルクの大きさに応じた制御を実行できる。また、ホール素子を使用して推定した磁石７１２の位置とコイル７０２の位置とによるコギングトルクが予め定めた範囲よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定するので、判定精度を向上できる。また、電流値をもとにコギングトルクを推定するので、ホール素子を不要にできる。また、電流の値がトルク成分であるので、電流値を正確に検出できる。また、電流値が正確に検出されるので、負荷変動の検出精度を向上できる。また、電流値をもとにしきい値を更新するので、負荷変動の検出精度を向上できる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の電動開閉体（１０００）は、シャッターカーテン（３０）を巻き取り可能な巻き取り軸（６０）に回転動力を出力する埋込磁石式モータ（８６）と、埋込磁石式モータ（８６）を回転させるための電流を制御する制御部（４２２）と、制御部（４２２）が埋込磁石式モータ（８６）に電流を供給している状況において、シャッターカーテン（３０）の負荷変動を検出する負荷変動検出部（４２８）とを備える。制御部（４２２）は、負荷変動検出部（４２８）が負荷変動を検出した場合、埋込磁石式モータ（８６）に電流を供給したまま埋込磁石式モータ（８６）の反転動作の要否を判定する。

制御部（４２２）は、反転動作が必要であると判定した場合、埋込磁石式モータ（８６）を反転動作させてから停止させてもよい。

シャッターカーテン（３０）の位置を検出する位置検出部（４１６）をさらに備えてもよい。制御部（４２２）は、負荷変動検出部（４２８）が負荷変動を検出した場合、位置検出部（４１６）において検出した位置が第１領域（５００）に含まれていれば、埋込磁石式モータ（８６）の反転動作の要否を判定せずに埋込磁石式モータ（８６）を反転動作させ、位置検出部（４１６）において検出した位置が第１領域（５００）の下側の第２領域（５０２）に含まれていれば、埋込磁石式モータ（８６）に電流を供給したまま埋込磁石式モータ（８６）の反転動作の要否を判定してもよい。

埋込磁石式モータ（８６）のロータ内部に埋め込まれた磁石による磁界を検出する磁気検出部（４１６）をさらに備えてもよい。制御部（４２２）は、磁気検出部（４１６）において検出した磁界をもとに推定される磁石の位置と埋込磁石式モータ（８６）のステータのコイルの位置とによるコギングトルクが予め定めた範囲よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定してもよい。

制御部（４２２）が埋込磁石式モータ（８６）に供給する電流の値を検出する電流検出部（４２４）をさらに備えてもよい。制御部（４２２）は、電流検出部（４２４）において検出した電流の値に応じた埋込磁石式モータ（８６）のコギングトルクが予め定めた範囲よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定してもよい。

埋込磁石式モータ（８６）は、３相ブラシレスモータを構成し、負荷変動検出部（４２８）は、３相ブラシレスモータにおける３相の電流を、励磁成分とトルク成分との組合せに変換した場合のトルク成分がしきい値よりも大きい場合に、シャッターカーテン（３０）の負荷変動を検出してもよい。

負荷変動検出部（４２８）は、電流検出部（４２４）において検出した電流の値がしきい値よりも大きい場合に、シャッターカーテン（３０）の負荷変動を検出し、負荷変動検出部（４２８）は、電流検出部（４２４）において検出した電流の値をもとにしきい値を更新してもよい。

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ 開口部、 １２ サッシ、 ２０ ガイドレール、 ３０ シャッターカーテン、 ３２ スラット、 ３４ ねじ、 ４０ シャッターケース、 ４２ ブラケット、 ４４ 支持軸、 ６０ 巻き取り軸、 ６２ 回転枠、 ６４ 従動輪、 ６６ 巻き取りばね、 ７２ 固定部、 ８０ 電動化ユニット、 ８２ 本体、 ８４ 駆動輪、 ８６ 埋込磁石式モータ、 ８８ 制御部、 ９０ 減速機、 １８６ 埋込磁石式モータ、 ２００ 通信線、 ３００ コントローラ、 ３１０ 操作部、 ３１２ 操作制御部、 ３１４ 第２有線通信部、 ３１６ 第２接続部、 ４１０ 第１接続部、 ４１２ 第１有線通信部、 ４１４ 位置制御部、 ４１６ 第１検出部（位置検出部、磁気検出部）、 ４１８ 速度制御部、 ４２０ 微分部、 ４２２ 電流制御部（制御部）、 ４２４ 第２検出部（電流検出部）、 ４２８ 第３検出部（負荷変動検出部）、 ５００ 第１領域、 ５０２ 第２領域、 ７００ ステータ、 ７０２ コイル、 ７１０ ロータ、 ７１２ 磁石、 １０００ シャッターシステム。

Claims (8)

1. シャッターカーテンを巻き取り可能な巻き取り軸に回転動力を出力する埋込磁石式モータと、
   前記埋込磁石式モータを回転させるための電流を制御する制御部と、
   前記制御部が前記埋込磁石式モータに電流を供給している状況において、前記シャッターカーテンの負荷変動を検出する負荷変動検出部とを備え、
   前記制御部は、前記負荷変動検出部が負荷変動を検出した場合、前記埋込磁石式モータに電流を供給したまま前記埋込磁石式モータの反転動作の要否を判定する電動開閉体。
2. 前記制御部は、反転動作が必要であると判定した場合、前記埋込磁石式モータを反転動作させてから停止させる請求項１に記載の電動開閉体。
3. 前記シャッターカーテンの位置を検出する位置検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記負荷変動検出部が負荷変動を検出した場合、前記位置検出部において検出した位置が第１領域に含まれていれば、前記埋込磁石式モータの反転動作の要否を判定せずに前記埋込磁石式モータを反転動作させ、前記位置検出部において検出した位置が前記第１領域の下側の第２領域に含まれていれば、前記埋込磁石式モータに電流を供給したまま前記埋込磁石式モータの反転動作の要否を判定する請求項１または２に記載の電動開閉体。
4. 前記埋込磁石式モータのロータ内部に埋め込まれた磁石による磁界を検出する磁気検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記磁気検出部において検出した磁界をもとに推定される前記磁石の位置と前記埋込磁石式モータのステータのコイルの位置とによるコギングトルクが予め定めた範囲よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動開閉体。
5. 前記制御部が前記埋込磁石式モータに供給する電流の値を検出する電流検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記電流検出部において検出した電流の値に応じた前記埋込磁石式モータのコギングトルクが予め定めた範囲よりも大きい場合に、反転動作が必要であると判定する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動開閉体。
6. 前記埋込磁石式モータは、３相ブラシレスモータを構成し、
   前記負荷変動検出部は、前記３相ブラシレスモータにおける３相の電流を、励磁成分とトルク成分との組合せに変換した場合の前記トルク成分がしきい値よりも大きい場合に、前記シャッターカーテンの負荷変動を検出する請求項１から５のいずれか１項に記載の電動開閉体。
7. 前記負荷変動検出部は、前記電流検出部において検出した電流の値がしきい値よりも大きい場合に、前記シャッターカーテンの負荷変動を検出し、
   前記負荷変動検出部は、前記電流検出部において検出した電流の値をもとに前記しきい値を更新する請求項５に記載の電動開閉体。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の電動開閉体に実行させるためのプログラム。

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