JPH06321470A - 昇降機の扉用リニアモーターシステム及び方法 - Google Patents

昇降機の扉用リニアモーターシステム及び方法

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JPH06321470A
JPH06321470A JP6040189A JP4018994A JPH06321470A JP H06321470 A JPH06321470 A JP H06321470A JP 6040189 A JP6040189 A JP 6040189A JP 4018994 A JP4018994 A JP 4018994A JP H06321470 A JPH06321470 A JP H06321470A
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elevator
force
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linear
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W Barrett David
ダブリュー．バーレット デイヴィッド
Richard E Peruggi
イー．ペラッジ リチャード
Louis Bialy
バイアリー ルイス
Ernest P Gagnon
ピー．ギャグノン アーネスト
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Otis Elevator Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リニアモーターで昇降機の扉を制御すると共
に好ましくない回転トルクを最小限に抑える。 【構成】 扉の移動に伴って大きさの変化する制御信号
を供給し、扉の重心を中心とした可変長モーメントアー
ムを介して作用する扉に加わる法線力によって生じる扉
の移動に伴って昇降機の扉の第１の回転トルクを中和す
る。制御信号に応答して、扉の重心を中心とした可変長
モーメントアームを介して作用する扉に加わる線形力の
大きさを変化させ、第１の回転トルクとは反対方向の第
２の回転トルクを発生させ、第１の回転トルクを中和す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は昇降機（エレベータ）に
関し、特に、昇降機の扉を動かすための手段および方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】昇降機扉系統（エレベータドアシステ
ム）は、一般に、自動的に開閉される１個または２個の
摺動式扉（スライディングドア）を含んでいる。
【０００３】扉パネルが水平面上で摺動して開くと中に
入れるようになり、閉じた状態では昇降機内の乗客の安
全を守る。従来、これらの自動操作システムは、図１に
示すように、回転トルクを供給する電動モーターによっ
て動作する。図示の機械リンクシステムは、モーターに
よって発生した回転力を扉を移動させるために必要な直
線力（リニアフォース）に変換する。現在使用されてい
る機械リンクの一般的な形は、２棒リンク（two-bar li
nage）とねじ切りした親捩子とを含む。
【０００４】本発明によって改良される概念は、回転モ
ーターとリンクとの組み合わせに替えて、電気式リニア
モーターを採用するものである。電気式リニアモーター
は、摺動式の扉や昇降機の扉を開くことに関する従来技
術で提案されている。
【０００５】例えば、米国特許第３，４６２，８８３号
は、有効可変減速度についていずれかの方向に移動する
扉によって順次動作状態となる複数のスイッチを含む制
御回路を有するリニア誘導モーターによって動作する摺
動式の扉を開示している。減速度を制御するために速度
検知も利用している。
【０００６】米国特許第４，０６７，１４４号および第
４，０９０，１１３号は、自動ドアアセンブリ内に取り
付けられたリニアモーターによって自動ドアアセンブリ
の扉を駆動するための方法を開示している。このドア
は、ドアのストロークの最終部分にきている間の通常の
推進力によって駆動され、ドアのストロークの最後に近
い部分での緩衝装置の作用力にまさる形になる。
【０００７】米国特許第３，８７２，６２２号は、一対
の摺動式扉を駆動するためのリニアモーターを開示して
いる。同特許において、扉のフレームに対してステータ
を固定し、その電機子を扉の開動作用に可動としたプー
リーおよびロープアセンブリに連結する。ロープの張力
を調節し、プーリーの配置を調節するために３つの面に
おけるプーリーの回転軸を調節するための手段を提供す
る。
【０００８】リニアモーターは、様々な形の扉用のもの
が知られている。例えば、米国特許第５，１３４，３２
４号、第４８５８，４５２号、第４，１８８，５５２
号、第３，７９３，９４４号、第４，３６５，４４２号
および第３，７０８，９１５号などである。
【０００９】様々なリニアモーター用速度制御および制
御回路も周知である。例えば、米国特許第３，８９１，
９０７号や英国特許明細書第１，１４８，１４４号など
に開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、駆動対
象となる扉の上部または下部にリニアモーターを配置す
るのは好ましいことであるが、水平力についてのモーメ
ントアームによって扉周辺に好ましくないトルクが発生
する。このモーメントアームは、水平力印加点と扉ユニ
ットの重心との間の距離であり、扉の移動距離全体で一
定である。この好ましくないトルクは本質的なものであ
り、扉を高速で加速させると扉の重心付近で扉の揺動
（オシレーション）や回転（ローテーション）を発生さ
せる原因となる。図１に示すように、従来技術では、こ
の扉の高速加速の問題を扉の真ん中付近または重心付近
に保持点をおき、この保持点がなければ大きくなる回転
トルクの問題を最小限に抑えていた。
【００１１】また、所望の水平力に加え、リニアモータ
ーでは、モーターのプライマリとセカンダリとの間に引
き付け力も発生する。例えば通路にそって昇降機を上昇
させるために用いられるリニアモーター等、扉システム
とは無関係の従来技術では、この引き付け力はプライマ
リ部に配置されたローラまたは軸受けなどによって抗さ
れ、モーターのセカンダリ部品とプライマリ部品との間
で必要なエアギャップを維持している。
【００１２】本発明の目的は、リニアモーターで昇降機
の扉を制御すると共に好ましくない回転トルクを最小限
に抑えることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、リニア
モーターのプライマリとセカンダリの間の引き付け力を
利用し、扉の重心以外の場所で扉の駆動によって生じる
トルクと釣り合いをとる。
【００１４】また、本発明によれば、リニアモーターを
使用し、扉の移動に伴って大きさの変化する制御信号を
供給し、昇降機の重心付近で可変長モーメントアームを
介して動作する扉に加わる法線力によって生じる昇降機
の扉に作用する第１の回転力を中和することによって昇
降機の扉を移動させ、この制御信号に応答して、扉の重
心を中心とした可変長モーメントアームを介して作用す
る扉に加わる線形力の大きさを変化させ、第１の回転ト
ルクとは反対方向の第２の回転トルクを発生させ、第１
の回転トルクを中和する。
【００１５】さらに、本発明によれば、ドアの開閉動作
時に、可変長モーメントアームの長さがぜるになる点で
可変長腕の長さがゼロになるにつれて第１および第２の
回転トルクは減少し、その後、扉の開閉動作が終了する
まで可変長モーメントアームの長さが長くなるにつれて
第１および第２の回転トルクも増加する。
【００１６】さらに、本発明によれば、第１および第２
の回転トルクはドア位置と共に線形的に増減される。
【００１７】また、本発明によれば、相対力および速度
プロファイルを利用して扉の全移動距離についてバラン
スをとる。また、本発明によれば、扉の開閉動作時に、
主軸の片側上のほぼ楕円形の特性曲線において扉の水平
速度を変化させる。
【００１８】本発明によれば、法線力を利用して扉を浮
揚させ、水平扉移動ガイド手段に作用する重力を小さく
する。
【００１９】さらに、本発明によれば、法線力を一定に
維持する。法線力は、扉の部分磁性浮揚を達成し、扉の
ローラやその他の懸架装置にかかる重力荷重を小さくす
るよう選択し、ローラや懸架装置の寿命を延ばすととも
に耳障りな音をなくす。
【００２０】さらに、本発明によれば、検知扉位置信号
に応答して１つ以上の制御信号を供給する。リニアモー
タの法線力の制御は、より一層完璧なトルクバランスを
とるためのデジタル技術によって達成する。扉の位置を
検知し、モーターの駆動周波数を調節することによって
この制御を行い、所望の法線力と線形力とを同時に得
る。特定の力と速度プロファイルを選択し、扉の全移動
距離についてトルクバランスをとるようにしてもよい。
【００２１】また、本発明によれば、扉の開または閉コ
マンド信号に応答して開ループ的に制御信号を供給して
もよい。
【００２２】
【実施例】図２には、一対１０の昇降機扉１２、１４が
閉じた状態で示されている。本発明によれば、リニアモ
ーターアクチュエータ１６、１８を頭上懸架部（オーバ
ーヘッドサポート）２０と扉１２、１４との両方に取り
付け、図１に示す周知の装置における開閉動作と同じよ
うに往復的に扉１２、１４を開閉する。
【００２３】図３を参照すると、図２に示す左側の扉１
２にドアハンガー２４が取り付けられている。このドア
ハンガー２４は、第２のローラ３２とローリング接触す
るように形成したドアトラック３０の上昇位置２８上を
転がって移動するローラ２６を有する。なお、ドアトラ
ック３０は、図２の懸架部２０に取り付けておくことも
できる。ドアハンガー２４は、例えば取り付け具３８等
によって懸架部２０上に取り付けられたプライマリ３６
を別に含むリニアモーターのセカンダリとも呼ばれる反
応板３４を支持するために使用してもよい。ダストカバ
ー４０は、図２と図３とに示されている。
【００２４】図示の実施例のプライマリを懸架部２０に
取り付け、セカンダリをドアに取り付けてプライマリに
対して移動させるようにしてもよいことは、図２および
図３から明らかである。このプライマリは、比較的小さ
なコイルのパッケージの形をとっており、１つ以上の時
間変化電気信号によって励起され、セカンダリをプライ
マリに対して移動させる時間変化電磁界（time-varying
electromagnetic fields）を発生させる。
【００２５】このようなリニアモーターは、リニアモー
ターの動きを調節するリニアダイレクトドライブと共に
Ｋｒａｕｓｓ Ｍａｆｆｅｉによって提供されている。
型番ＬＴＭ−Ｅというシリアルシングルカムリニアモー
ターのＫｒａｕｓｅ Ｍａｆｆｅｉの生産ラインではこ
のようなことが分かる。このシリーズについて記載した
パンフレットは米国のＫｒａｕｓｓ Ｍａｆｆｅｉ Ａ
Ｇの代表、すなわち米国コネクチカット州のＳｉｍｓｂ
ｕｒｙ， Ｔｕｎｘｉｓ Ｒｏａｄ1番のＡｕｔｏｍａ
ｔｉｏｎ ＆ Ｓｅｒｖｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ
ｓ， Ｉｎｃ．から入手できる。これらの駆動装置およ
びモーターは周知の特性を持ち、ここに開示の昇降機な
どの用途にも適用できる。一般に、制御システムは、ガ
イダンスシステムから供給される制御信号に応答し、例
えばプライマリのコイルに３パルス電力を供給するトラ
ンジスタパルス制御ＡＣインバータを有する。このガイ
ダンスシステムは設定点に応答し、例えばセカンダリに
沿ったプライマリの相対移動量を示す大きさの検知位置
信号に応答する閉ループの一部でもある。Ｋｒａｕｓｓ
Ｍａｆｆｅｉによれば、このようなリニア測定に適し
たリニア測定システムが備えられている。しかしなが
ら、このような制御システムには閉ループは必要なく開
ループでよいことは理解できよう。同様に、位置制御ル
ープに組み込む必要はなく、速度調節ドライブ、一軸位
置決めドライブ、位置調節ドライブ、リニアパワーアク
チュエータまたはその他の所望の形状のものに組み込ん
でおけばよい。
【００２６】例えば、これに限定されるものではない
が、図４に高精度扉システムのドライブブロック図を示
す。コンピュータ制御システム５０は、作動コマンドお
よびライン５２上の検知位置信号、ライン５４上の故障
検出信号、ライン５６上の移動限界信号、ライン５８上
の逆ＥＭＰ検知信号、ライン６０上の力／荷重検知信号
を含む複数の検知信号のいくつかまたは全てに応答し、
ライン６２を介してモーター制御装置６４に制御信号を
供給する。モーター制御装置６４は、ライン５８上の逆
ＥＭＰ検知信号に応答する。コンピュータ制御システム
５０は、状態情報（ステータスインフォメーション）を
ライン６６に供給する。コンピュータ制御システムは、
他の昇降機や建物内システム、サブシステムなどからラ
イン５１を介して作動コマンドを受信し、扉システムの
様々な作動機能（例えば、開、閉、停止、反転等）を行
う。上述したように、コンピュータ制御システム５０
は、ライン６０を介してその他のシステムに扉システム
の状態を示す状態情報を供給する。コンピュータ制御シ
ステムは、様々なセンサからの入力を受信し、内部に格
納されたアルゴリズムに基づいて、コンピュータ制御シ
ステムは扉用の移動プロファイルを生成する、モーター
駆動位相や電流を算出する、扉位置や速度、加速度を制
御（開ループ制御または閉ループ制御）する、扉システ
ムの性能をモニタリングする、その他扉システムの所望
の作動性能を達成するのに必要な機能などの機能を実行
する。
【００２７】もし、位置に基づく閉ループシステムに利
用する場合、ライン５２上の位置センサ５２ａの信号を
コンピュータ（図示せず）に供給し、ライン５１上また
はコンピュータ制御システム５０内の生成された位置コ
マンド信号と比較する（いずれの場合も図示せず）。比
較器は、比例制御、比例プラス積分制御、比例プラス積
分プラス微分制御用などの補償ネットワーク、またはそ
の他の必要な補償ネットワークへの差信号（偏差信号）
を供給する。この補償ネットワークは、ライン６２に制
御信号を供給する。もちろん、比較器の代わりに、上述
したような形と多少なりとも似た形で、全処理を汎用プ
ロセッサ内の離散要素（ディスクリートコンポーネン
ト）やソフトウェアなどによってデジタル的に実行して
もよい。この制御システムアルゴリズムについては当業
者間で周知のものである。
【００２８】モーター制御装置６４は、適当なタイミン
グ位相関係を生成してリニアモーターに所望の力（線形
および／または法線）を発生させる回路６８を備える。
電力ドライバ（パワードライバ）７０は、位相およびタ
イミングロジックからのライン７２上の信号を増幅し、
適当な電力をライン７４を介してリニアモーターのプラ
イマリ巻線（windings）７６に供給する。もちろん、ラ
イン７４上の信号は、モーターコイル電流センサ７８に
よって検知してよいものであり、この電流センサ７８は
所望の形状の電流センサであればよい。モータコイル電
流センサ７８は、位置センサ５２ａで上述したような閉
ループフィードバック用に、図示せぬ検知信号をコンピ
ュータ制御システム５０にフィードバックする。ここに
開示のセンサに、その他の検知信号を利用して扉を制御
するための閉ループ制御システムを形成してもよいこと
は理解されたい。このように、モーター制御６４は、予
め規定されたパターンに基づく開ループでも動作できる
し、このようなパターンだけでなく任意のモーターコイ
ル電流センサおよび／または任意の扉位置センサ、その
他のセンサなどからのフィードバックに基づいて、速度
ベースフィードバックループ、さらに他のパラメータに
基づくフィードバックループなどを利用した閉ループで
も動作できる。
【００２９】もちろん、図４に示すリニアモーターは２
つの部分からなる。プライマリ７６は多数の極からな
り、その周囲にはモーターコイルが配置されている。セ
カンダリ８０は、プライマリにより発生した磁界に応答
してプライマリに対して垂直な線形方向に移動する構造
からなる。上述したベンダーすなわちＫｒａｕｓｓ−Ｍ
ａｆｆｅｉによって提供されるセカンダリは、効率を高
めるようにセグメント化して構成されている。このセグ
メント化されたセカンダリは、セカンダリの背面鉄（バ
ックアイアン）に形成した溝（スロット）内に電気コン
ダクタを埋設した、一般的な回転式誘導モータの形をと
っている。しかしながら、本発明の技術によれば、銅や
アルミニウムのシートなど電気的に導電性の層で被覆し
た磁気的に透過性の材料（鉄やスチールの棒など）から
なる固体のセカンダリを利用すると好ましい。このよう
にすることで振動を抑えることができ、結果として扉雑
音を少なくできる。これは、用途によっては、効率より
も大切なことである。永久磁石のセカンダリを使用する
ということについては検討されたことがあるが、昇降機
の通路という環境で金属粒子を制御できないという理由
で、実用対象外となっていた。
【００３０】図４に示すセンサは任意に設けたものであ
り、所望の制御や情報を駆動システムの他の部分に供給
するために、図４の電子駆動部に含ませてもよいことは
理解されたい。上述したように、一般的なセンサは、扉
が前後に移動する際にその位置を測定するフィードバッ
クデバイス５２ａに含まれている。リニアモーターのプ
ライマリのコイルを流れる電流を測定するセンサ７８も
プライマリに対する電力駆動制御やモニター用に利用す
ることができる。移動限界センサ５６ａ、５６ｂを使用
して扉移動の離散位置（ディスクリートポジション）を
検知する。逆ＥＭＦセンサ５８ａを使用してリニアモー
ターの動きの速度をモニターする。故障検出器５４ａ
は、扉の駆動システム内に備えられ、扉の軌道に故障が
ないかどうかを検知する。このようにすることで、コン
ピュータ制御装置は、故障を回避できる制御アルゴリズ
ムを選択することができるようになる。力および／また
は荷重センサ６０ａ、６０ｂは駆動システムに備えら
れ、線形力（リニアフォース）と法線力（ノーマルフォ
ース）、さらにはリニアモーターに作用する荷重をモニ
ターする。これらのセンサはいずれも実際に組み込んで
使用される有用なデバイスの例であり、必ず必要という
ものではない。
【００３１】図５は、扉１０６、１０８の対１０４の一
方を駆動するモーターと共に備えられた２つのリニアモ
ーター１００、１０２を有する中央開式昇降機扉を示す
図である。扉１０６は閉じた状態で示されており、扉１
０８は開いた状態で示されている。もちろん、これは通
常は発生しない状態である。両方の扉は普通は共に開い
ているか閉じているかのどちらかだからである。各リニ
アモーターのプライマリは小さな（約１００×１５０ｍ
ｍ）電動プライマリ１１０、１１２からなる。これらの
電動プライマリは、図２、図３に示す懸架部２０などの
各かご枠にしっかりと取り付けられている。電気的に受
動のセカンダリ１１４、１１６すなわち反応板（約７６
０×１００ｍｍ）は、図２および図３を用いて説明した
ように可動扉に取り付けられている。図５において、か
ごの最上部に取り付けられたリニア駆動システムが備え
られているが、これは本発明の絶対的に必要な要素では
ない。もちろん、本発明は図５に示す一対１０４の移動
扉ではなく１枚扉にも適用できることは理解されたい。
【００３２】再び図３を参照すると、同図に示すセカン
ダリすなわち反応板３４は、現存のかごのドアハンガー
（car door hanger）２４をＬ型に延長させただけのも
のである。図５に示すセカンダリも同様である。図３に
も上述したプライマリ用のヒンジ（浮動）取り付け部が
示されている。ここに開示したように最上部への取り付
けを選択すると、底部に取り付けた場合に比べてリニア
駆動システムを用いる環境を比較的すっきりさせること
ができる。図３に示す埃カバー４０をアセンブリ全体に
被せれば反応板の汚れをさらに防止することができる。
【００３３】図３に示す方法を採用したプライマリモー
ターは、プライマリの垂直面での移動は自由であるが水
平面での動きは制限される浮動装架状態にある。しかし
ながら、これだけが唯一の方法ではない。別の方法とし
て、リニアモーターのプライマリの動きを水平と垂直の
両方の面において制限する固定装架方法にすればより好
ましい。固定装架の利点は後述する。
【００３４】リニアモーターの性能を一定に保つための
主要な要因の１つに、モーターのプライマリ要素とセカ
ンダリ要素との間のエアギャップクリアランスを正確に
維持するということがある。通常動作状態のリニアモー
ターは、所望の線形推進力だけでなく、図６および図７
に示すようにモーターのプライマリ要素とセカンダリ要
素との間に引き付け力を発生させる。図７からも分かる
ように、図５の右側の扉開状態では、リニアモーターの
プライマリは扉の左側の端でゆっくりと移動している。
この引き付け力をここでは「法線力」と呼ぶ。リニアモ
ーターでの法線力はモーターの設計形状および電気特性
に左右されるが、一般に、生成される所望の線形力の
０．５〜１０倍程度である。この力はリニアモーターの
プライマリ要素とセカンダリ要素を一緒に引っ張ってし
まうことが多いので、２つの要素間に一定のエアギャッ
プを維持するように制御しなければならない。上述した
２つのプライマリを取り付ける方法に別の方法を使用し
てエアギャップを制御する。
【００３５】浮動プライマリ取り付けは、図６に示すよ
うに、セカンダリ要素と同一の取り付け具に取り付けら
れた一組のローラを使用したエアギャップ制御によって
達成することができる。プライマリは垂直面内では自由
に移動するため、全法線力荷重はローラを介して制限さ
れ、一定のエアギャップを維持することができる。この
場合、法線力を扉に作用する釣り合いトルクとして利用
することはできない。垂直方向浮動プライマリを利用し
たこのシステムは、プライマリの構成要素によってエア
ギャップを維持し、温度、応力、摩耗などによるかご／
扉の形状の若干の変化には影響されないという点で自己
調節型である。
【００３６】一方、プライマリをかご枠に固定してしま
うという取り付け方法では、扉の重量と懸架系統を利用
して法線力を制限し、一定のエアギャップを維持してい
る。このシステムでは、かご／扉の形状の変化を一定の
エアギャップ維持の際に考慮しなければならない。しか
しながら、この取り付け方法は、法線力を利用してトル
クを相殺できるという利点があり、本発明においては好
ましい方法である。
【００３７】扉の懸架荷重について、本発明では、重心
からではなく最上部から昇降機扉を駆動し、さらに他の
力を懸架部に作用させる。一般的な昇降機扉１２０にお
ける力関係図を図７に示す。この扉が加速されると、図
７のモーメントアームＨcgによって扉面にトルクが発生
する。一般に、このトルクは、力Ｆ１、Ｆ２として示す
２つの扉懸架ローラ１２２、１２４上の荷重の差によっ
て抗せるものでなければならない。しかしながら、固定
取り付け方式を採用したリニアモーターシステムでは、
モーターによって発生する法線力（Ｆn）を利用してこ
れと反対の他のトルクを発生させ、加速度トルクを小さ
くしたりなくしたりする。
【００３８】このように、リニアモーター駆動システム
を利用すると、図７に示すように開位置で扉パネルに作
用する一次力（プライマリフォース）は２つある。これ
らの力は、一次推進力Ｆlinと図７においてＦnで示すプ
ライマリとセカンダリとの間の引き付け力である。図に
おいて示されるように、リニアモーターのプライマリは
扉の左端の上で中心に位置決めされている。したがっ
て、線形力によって扉の重心付近にトルクが発生する。
このトルクの大きさはＦlin×Ｈcgになる。リニアモー
ターに存在する法線力によっても扉の重心付近にトルク
が発生する。このトルクの大きさはＦn×Ｘcgになり、
線形力によって発生したトルクと逆向きになる。したが
って、もし、Ｆlin×Ｈcg＝Ｆn×Ｘcgであると仮定する
と、最終的に発生する力は扉の重心を通り、アンバラン
スなトルクは全く残らない。
【００３９】逆方向について、所望の力Ｆlinを逆にす
ると、結果として生じるトルクの方向も逆になる。しか
しながら、扉の動きによる法線力の方向は変わらないの
で、モーメントアームの方向は逆になり、逆方向のトル
クが発生する。繰り返すが、上述した式が成り立ち、結
果として生じる力は効率良く扉の重心を通るため、ここ
でもアンバランスなトルクは全く残らない。
【００４０】重心駆動、上部装架駆動、浮動リニア駆動
と上部装架固定リニア駆動での懸架荷重を比較したもの
を図８および図９に示す。このデータについての試験ケ
ースは、移動軌道６０９ｍｍで１２９０ｍｍ／秒2で加
速される１枚扉についてのものである。最大扉速度は７
００ｍｍ／秒とする。最初の０．６２秒の間の加速プロ
ファイル、一定速度範囲および０．８秒の時点で減速が
開始されるという結果が得られる。全体としての扉の動
作時間は１．４秒である。この例において、扉の重量は
６８ｋｇである。
【００４１】図１に示すような重心駆動方式では、トル
クは全く発生せず、懸架荷重（図７のＦ１およびＦ２）
は３４ｋｇ／ローラの一定値に維持される。
【００４２】浮動プライマリ装架では、リニア駆動によ
って発生するトルクに扉のローラによって抗しなければ
ならない。ローラに作用する荷重を図８において時間の
関数として示す。同図から扉の回転を防止するためには
＋７２〜−４ｋｇの力が必要であることが分かる。加速
方向が逆になればトルク要件も逆になることに注意され
たい。また、ローラのうち一方は動作時間の殆どにおい
て負の力を生成しなければならないことに注意された
い。この負の力（ネガティブフォース）は、ローラの力
によって扉を下に押さなければならないということを意
味している。
【００４３】固定プライマリ装架方式（リジッドプライ
マリマウンティング）を利用した場合に必要な力プロフ
ァイルを図９に示す。このプロファイルでは、法線力対
線形力の比は５．０であると仮定し、リニアモーターの
プライマリ部は初期位置で扉の重心から３０４．６ｍｍ
の所に位置していると仮定している。前縁ローラ（リー
ディングエッジローラ）から必要とされる力の範囲（Ｆ
１）は−２５〜＋１５ｋｇであり、後縁ローラ（トレイ
リングローラ）（Ｆ２）では−５〜−４０ｋｇとなる。
速度が一定の間は、周知の法線力が発生すると仮定でき
る。この場合、移動中の殆どにおいて所望の力は負であ
り、このことからも法線力によって扉を浮動させている
ことが分かる。ローラに作用する力を小さくすること
で、雑音レベルも小さくすることができる。
【００４４】図７において扉移動軌道の両端でトルクが
完全に相殺されることについて説明したが、さらにここ
ではその他の移動範囲におけるトルクの相殺について検
討する。扉の移動範囲全般にわたって法線力は一定であ
るとし、発生するトルクは扉の動きによる法線力のモー
メントアームの変化によって変わると仮定する。扉の端
に取り付けられたモーターのプライマリ部および扉幅に
等しい扉の移動距離についてみると、扉が移動軌道のち
ょうど真ん中にあって扉位置がゼロの時には法線力によ
って発生するトルクは線形的に変化するが、最大値に達
して移動距離の両端にくると正弦状に異なっている。
【００４５】ここに開示の技術によれば、力ＦLINEARに
よって発生するトルクの線形変化を生じる、扉を駆動す
るための力プロファイルは、ＦLINEARによって発生する
トルクと正確に釣り合う。この具体的な力プロファイル
は、移動範囲の両端の点で大きさが最大になり、移動の
中心ではゼロになる距離での力の線形変化である。
【００４６】このように、ここに開示の技術による具体
的な力プロファイルは、数学的に以下のように表すこと
ができる。
【００４７】
【数１】 ＦLINEAR＝ＦLINEARMAX×（１−（２×Ｘ／Ｄ）） ここで、ＦLINEARMAXはＦLINEARの最大値で所望の加速
度によって設定、Ｘ＝扉の現在の位置、Ｄ＝扉の最終所
望位置である。
【００４８】この力プロファイルは対称であり、初期状
態（Ｘ＝０）で最大位置値となり、最終状態（Ｘ＝Ｄ）
で最大負値となり、さらには移動の中心（Ｘ＝Ｄ／２）
でゼロになる。これについて図１２に示す。
【００４９】一般的な電動式扉に利用される標準的な力
プロファイルについて図１２に実線で示す。通常使用さ
れる力プロファイルは不連続であり、最大力は移動範囲
の最初の半分で印加され、移動範囲の後半では最大負力
が印加される。この力プロファイルを利用すると、図１
３において実線で示すような三角速度プロファイルが得
られる。この速度プロファイルの鋭利な頂点が従来例に
おいて雑音や扉の粗い動きの原因となっていた。これに
対して、図１２に点線で示すトルク釣り合い力プロファ
イルからは、図１３に示すような頂点の丸い速度プロフ
ァイルが得られる。
【００５０】要するに、扉を駆動するＦLINEAR力は扉の
重心付近にトルクを発生させ、このトルクは本願明細書
中に記載のようにＦLINEAR力の変化によって扉の位置の
変化と共に線形に変化する。引き付け力ＦNORMALによっ
て、ある意味ではＦLINEARとは逆方向の力が発生する。
この力もモーメントアームの変化によって扉の位置と共
に変化する。ＦNORMAL力と扉加速度Ａの値を適宜選択す
れば、完全なトルクバランスを扉の移動範囲のあらゆる
点で達成することができる。
【００５１】上述したように、本発明の中心主題は扉の
移動軌道範囲に沿って磁界を変化させ、重心で扉を駆動
せずに発生したトルクの一部または全部に正確に抗する
ということである。このようなトルクに抗する力の分散
は、図１０に示す技術を利用して、扉の移動範囲全般に
わたってＸCGモーメントアームとＦNORMAL力との積をＹ
CGとＦLINEARの積に等しくすれば達成できる。これは図
７において説明した概念と同じものである。ＸCGモーメ
ントアームは扉の重心と静置状態のプライマリとの間の
水平距離を示し、この水平距離は扉の位置によって変わ
るので、本発明ではこの長さが変化するモーメントアー
ムを考慮して線形力（ＦLINEAR）を算出し、これを扉が
移動する際に水平方向に扉に印加する。扉の全動作範囲
において図１０に示す式すなわちＦNORMAL×ＸCG＝Ｆ
LINEAR×ＹCGを満足するためには、（水平のモーメント
アーム（ＸCG）は扉の位置に応じて変化するため）上述
の式が成り立つように水平方向の線形力（ＦLINEAR）を
変化させる必要がある。このようにして、従来には必ず
発生していた回転トルクを相殺する。
【００５２】トルクに抗するこのような力の分散は、以
下のように行うこともできる。
【００５３】Ａ．一連のアルゴリズムを図４のコンピュ
ータ制御システム５０にプログラミングするか、または
扉に加わる水平力を（扉開コマンドまたは扉閉コマンド
の後に）常に決定でき、水平力の変化による補正トルク
を算出できる同様のシステムを利用する。この方法は、
予めプログラミングした情報でコンピュータ制御システ
ム（またはこれに類似の制御システム）による全システ
ムのシミュレーションを効果的に表す必要があるため、
力は開ループ的に制御される。
【００５４】Ｂ．扉の力および／または位置加速度また
は速度の測定およびこの情報のプロファイル発生コマン
ドとの比較に検知情報を利用する閉ループシステムにお
けるコンピュータ制御システム５０（またはこれに類似
の制御システム）へのフィードバックによる所望の補正
値の随時算出。
【００５５】実施例において上述したような一定に維持
されるが様々なモーメントアームを有する法線力によっ
て、さらには図１０において示すようなモーメントアー
ムは一定だが力の異なる線形力によって、本発明による
図１２に点線で示すような力プロファイルは扉の位置と
共に線形的に変化し、図１１に示すように扉の移動範囲
全体に亘ってトルクを相殺する。図１に示す従来例と同
じ動作時間を維持するためには、リニアモーターのプロ
ファイル（点線）の最大力を従来の固定力プロファイル
（実線）の場合よりもいくらか大きくすればよいことは
図１２から理解できよう。
【００５６】同様に、図１３において示すように、図１
２の線形力を利用した速度プロファイル（点線）は図示
のように図１２の従来の固定力プロファイルを使用した
実線のプロファイルよりもかなり滑らかになっている。
【００５７】図１２の線形力プロファイルによる図１３
の速度曲線（点線）は次のようになる。すなわち、
【００５８】
【数２】Ｖ＝［２ａｘ（１−ｘ／ｘT）］1/2 ここで、ａ＝扉の加速度、ｘT＝開動作または閉動作に
よってまかなわれる全距離、ｘ＝全距離ｘTにおいて選
択されたゼロ点からのプラスマイナスの大きさの増加と
共に測定される現在位置である。
【００５９】上述したように、本発明は、リニアモータ
ーによって発生する上述したような磁気斥力または引き
付け力を利用して扉システムに作用する重力に完全また
は部分的に抗することに関するものである。
【００６０】標準的な扉ローラタイヤは通常の扉重量下
で約０．２５ｍｍ圧縮される。この扉が０．１０ｍｍ持
ち上げられると、扉ローラに加わる荷重は扉重量の約６
０％減少する。リニアモーターの法線力成分は、扉のバ
ランスをとるための揚力となり、法線力の大きさはプラ
イマリとセカンダリの間のギャップによって調節でき
る。
【００６１】従って、扉ローラに加わる扉重量の分数は
所望の扉水平加速度に関係する。本願発明者らはこれを
利用してトルクバランス法線力に対する必須要件による
部分磁気懸架式扉を考案した。
【００６２】モーターギャップを図１４に示す。本願発
明者らは、バランスのとれた加速度は図１５に示すよう
に初期ギャップの関数であることを見出だした。図１５
に完全なトルク相殺のためのギャップを加速度の関数と
して示す。このデータは、昇降機扉系統の密封モデルか
ら得たものである。
【００６３】問題の扉システムの自由動シミュレーショ
ンの平面３度（a planar 3 degreeof freedom dynamic
simulation）を開発し、ここに開示の発明の理論と構成
を開発するために利用した。
【００６４】図１６は、扉の垂直位置および回転につい
てのシミュレーション結果を示し、図１７は扉の動きを
示す。図１８には、図１０を参照して上述したリニアモ
ーターの力を示す。図１９は上述したローラ力を示す図
である。
【００６５】図１６から扉に作用するトルクはバランス
がとれている（回転＝０）ことや、この場合は法線力に
よって扉が若干（約０．０３ｍｍ）浮揚していることが
分かる。この浮揚は、リニアモーターの法線力によって
扉ローラに加わる重量の減少量に相当する。一般に、扉
で認められる浮揚量は、定められたローラの強度、扉の
重量、加速度の関数になる。
【００６６】図１７に示す加速度、速度および移動軌道
は、上述した、
【００６７】
【数３】Ｆ＝ＦMAX（１−２Ｘ／Ｄ） のプロファイルに相当する。ここで、ＦMAXは１，７０
７ｍｍ／秒2の加速度が得られるように選択する。これ
らのプロファイルは、上述したように図１７では距離で
はなく時間の関数として示されていることに注意された
い。図１８は、ＦNORMALとＦLINEAR力の各例との関係を
示す図である。
【００６８】ここに開示の本発明による設計形状、力の
レベル、加速度、速度、位置などの詳細については、当
業者であれば解析および実験などによって容易に再現で
きるものである。
【００６９】以上、本発明の実施例について説明した
が、上述した本発明の特徴については本発明の趣旨およ
び範囲を逸脱することなく様々に変更、削除、追加など
が可能であることは当業者によって容易に理解できよ
う。
【００７０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１．移動部品の数を大幅に減らし、扉動作系統の信頼性
を高めると共に摩耗を抑えることができる、２．リンク
機構の重量と扉の懸架荷重を減らすことで、なめらかで
静かな動作を達成できる、３．組み立ておよび製造が簡
単なため費用面で削減できる、４．故障時にもシステム
の性能をあまり損ねずにすむ、などの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】モーターの回転運動をリンク機構によって線形
運動に変換する従来の動作を示す図である。
【図２】リニアモーターによって駆動される本発明によ
る一対の昇降機扉を示す図である。
【図３】本発明による扉モーター取り付け方法を説明す
るための側面図である。
【図４】本発明による制御システムを示す図である。
【図５】本発明によるリニアモーター駆動式昇降機扉を
示す図である。
【図６】モーターによって発生する線形力すなわち扉の
推進力に加えて、プライマリとセカンダリとの間に（推
進力の約０．５〜１０倍の）有意な法線引き付け力を発
生させ、これを利用して扉を浮揚させ、水平扉移動ガイ
ド手段に作用する重力を減らして好ましくないトルクを
相殺するリニアモーターを示す概略図である。
【図７】本発明による扉力成分の制御について説明する
ための図である。
【図８】浮揚プライマリ装架時のローラに加わる荷重を
時間の関数として示した図である。
【図９】固定プライマリ装架時のローラ力を示す図であ
る。
【図１０】本発明によるトルクの相殺を説明するための
図である。
【図１１】本発明における線形力によるトルクと法線力
によるトルクとの釣り合いを示す図である。
【図１２】扉の位置と共に線形的に変化し、扉の移動全
般にわたってトルクを相殺する本発明による力プロファ
イルを示す図である。
【図１３】本発明による速度プロファイルを示す図であ
る。
【図１４】図６に示すリニアモーターを詳細に示した図
であり、本発明によるバランスのとれた加速を達成する
ために必要なモーターギャップについて説明するための
図である。
【図１５】本発明によるトルクの釣り合いに必要な初期
ギャップと加速度との関係を扉試験モデルについて示す
図である。
【図１６】理論的な扉の垂直位置と回転を時間の関数と
してプロットした図であり、本発明によって扉が実際に
若干浮揚していることを示す図である。
【図１７】本発明による加速度、速度、位置を含む扉の
動きを時間の関数としてプロットした図である。
【図１８】法線磁気力および線形力を含む線形モーター
力を時間の関数としてプロットした図である。
【図１９】本発明による前縁ローラーおよび後縁ローラ
ーを含むローラー力、さらにローラー力の合計を時間の
関数としてプロットし、前縁と後縁のローラー力は等し
く完全なトルク相殺ができることを示す図である。
【符号の説明】
５０…コンピュータ制御システム ６８…位相＆タイミング制御回路 ７６…プライマリ ８０…セカンダリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード イー．ペラッジ アメリカ合衆国，コネチカット，グラスト ンベリー，ハールバート ストリート 153 (72)発明者 ルイス バイアリー アメリカ合衆国，コネチカット，シムスベ リー，ハースストーン ドライブ 15 (72)発明者 アーネスト ピー．ギャグノン アメリカ合衆国，コネチカット，マンチェ スター，ラルフ ロード 151

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リニアモーターを使用して昇降機の扉を
    動かすための方法であって、 扉の重心を中心とした可変長モーメントアームを介して
    作用する扉に加わる法線力によって生じる扉の移動に伴
    って昇降機の扉の第１の回転トルクを中和するための大
    きさの変化する第１の制御信号を供給するステップと、 制御信号に応答して、扉の重心を中心とした可変長モー
    メントアームを介して作用する扉に加わる線形力の大き
    さを変化させ、第１の回転トルクとは反対方向の第２の
    回転トルクを発生させ、第１の回転トルクを中和するス
    テップと、を含む昇降機扉の移動方法。
  2. 【請求項２】 開閉動作時に、可変長モーメントアーム
    の長さがゼロになる点で可変長腕の長さがゼロになるに
    つれて第１および第２の回転トルクは減少し、その後、
    扉の開閉動作が終了するまで可変長モーメントアームの
    長さが長くなるにつれて第１および第２の回転トルクも
    増加する請求項１記載の昇降機扉の移動方法。
  3. 【請求項３】 第１および第２の回転トルクは線形的に
    増減する請求項２記載の昇降機扉の移動方法。
  4. 【請求項４】 開閉動作用に、扉の水平速度（Ｖ）を、 Ｖ＝［２ａｘ（１−ｘ）／ｘT］1/2、（ここで、ａ＝扉
    の加速度、ｘT＝開動作または閉動作によってまかなわ
    れる全距離、ｘ＝全距離ｘTにおいて選択されたゼロ点
    からのプラスマイナスの大きさの増加と共に測定される
    現在位置）の関係に基づいて変化させる請求項１記載の
    昇降機扉の移動方法。
  5. 【請求項５】 扉を空中に浮揚させ、水平扉移動誘導手
    段に作用する重力を減少させるために法線力を供給する
    ステップを含む請求項１記載の昇降機扉の移動方法。
  6. 【請求項６】 法線力は一定に維持される請求項５記載
    の昇降機扉の移動方法。
  7. 【請求項７】 供給するステップは、検出扉位置信号に
    応答して実行される請求項１記載の昇降機扉の移動方
    法。
  8. 【請求項８】 扉の移動に伴って大きさの変化する制御
    信号を供給し、扉の重心を中心とした可変長モーメント
    アームを介して作用する扉に加わる法線力によって生じ
    る扉の移動に伴って昇降機の扉の第１の回転トルクを中
    和する手段と、 制御信号に応答して、扉の重心を中心
    とした可変長モーメントアームを介して作用する扉に加
    わる線形力の大きさを変化させ、第１の回転トルクとは
    反対方向の第２の回転トルクを発生させ、第１の回転ト
    ルクを中和する手段と、を含む昇降機扉の移動装置。
  9. 【請求項９】 可変長モーメントアームの長さがぜるに
    なる点で可変長腕の長さがゼロになるにつれて第１およ
    び第２の回転トルクは減少し、その後、扉の開閉動作が
    終了するまで可変長モーメントアームの長さが長くなる
    につれて第１および第２の回転トルクも増加するよう開
    閉動作用の制御信号が変化する請求項８記載の昇降機扉
    の移動装置。
  10. 【請求項１０】 制御信号は、第１および第２の回転ト
    ルクが線形的に増減するよう変化する請求項９記載の昇
    降機扉の移動装置。
  11. 【請求項１１】 扉の水平速度（Ｖ）を、 Ｖ＝［２ａｘ（１−ｘ）／ｘT］1/2、（ここで、ａ＝扉
    の加速度、ｘT＝開動作または閉動作によってまかなわ
    れる全距離、ｘ＝全距離ｘTにおいて選択されたゼロ点
    からのプラスマイナスの大きさの増加と共に測定される
    現在位置）の関係が生じるよう制御信号を変化させる請
    求項８記載の昇降機扉の移動装置。
  12. 【請求項１２】 第２の制御信号をリニアモーターに供
    給し、扉を空中に浮揚させて水平扉移動誘導手段に作用
    する重力を減少させるよう法線力を調節する請求項８記
    載の昇降機扉の移動装置。
  13. 【請求項１３】 法線力は一定に維持される請求項１２
    記載の昇降機扉の移動装置。
  14. 【請求項１４】 制御信号を供給するための手段は、第
    ２の位置信号に応答する請求項８記載の昇降機扉の移動
    装置。
  15. 【請求項１５】 昇降機扉を動作させるためのリニアモ
    ーターであって、プライマリーと、非セグメント化セカ
    ンダリとを備えるリニアモーター。
  16. 【請求項１６】 セカンダリは、導電性材料のシートに
    覆われた固体の透磁材料である請求項１５記載のリニア
    モーター。
  17. 【請求項１７】 セカンダリは昇降機の扉と一体または
    しっかりと取り付けられている請求項１５記載リニアモ
    ーター。
  18. 【請求項１８】 セカンダリは昇降機の扉と一体または
    しっかりと取り付けられている請求項８記載リニアモー
    ター。
  19. 【請求項１９】 プライマリは、扉の重心に対する法線
    力のモーメントアームを扉の位置と共に線形的に変化さ
    せ、扉がその移動範囲の端にきた時にはゼロにするよう
    昇降機の扉に取り付けられていることを特徴とする請求
    項１５記載のリニアモーター。
  20. 【請求項２０】 モーターのプライマリは、扉の重心に
    対する可変長モーメントアームを扉の位置と共に線形的
    に変化させ、扉がその移動範囲の端にきた時にはゼロに
    するよう昇降機の扉に取り付けられている請求項８記載
    のリニアモーター。
JP6040189A 1993-03-10 1994-03-10 昇降機の扉用リニアモーターシステム及び方法 Withdrawn JPH06321470A (ja)

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