WO2015173972A1 - ドア開閉装置およびドア開閉方法 - Google Patents

ドア開閉装置およびドア開閉方法 Download PDF

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WO2015173972A1
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door opening
motor
closing
closing device
door
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Inventor
泰之 渡邉
小島　文人
Original Assignee
三井金属アクト株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
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    • B60J5/00—Doors
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/60—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators
    • E05F15/603—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/10—Electronic control
    • E05Y2400/32—Position control, detection or monitoring
    • E05Y2400/334—Position control, detection or monitoring by using pulse generators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Type of wing
    • E05Y2900/531—Doors

Definitions

  • the present invention relates to a door opening / closing device and a door opening / closing method.
  • Some vehicle back doors and slide doors can be opened and closed by a door opening and closing device in addition to manual opening and closing (see, for example, Patent Document 1).
  • a door opening / closing device that assists manual opening and closing to reduce the burden on the operator.
  • Such a door opening and closing device moves the door in the opening direction or the closing direction by controlling the rotation speed of the motor by PWM (Pulse Width Modulation) by the control unit.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at providing the door opening / closing apparatus with a small sound produced when opening / closing a door.
  • a door opening and closing device includes a motor and a control unit that controls the rotational speed of the motor by PWM control, and the power of the motor
  • a door opening and closing device for opening and closing a door wherein the control unit performs the PWM control of the motor at a PWM frequency set so as to be shifted from a resonance point of an object to be installed on the motor.
  • the mounted body includes a housing portion that houses the motor, a fixing unit that fixes the door opening / closing device to the vehicle, and the vehicle. It is characterized by that.
  • the PWM frequency is higher than the frequency of the resonance point.
  • the door opening and closing method according to the present invention is a door opening and closing method in which the number of rotations of a motor is controlled by PWM control, and a door of a vehicle is opened and closed by the power of the motor.
  • the PWM control of the motor is performed at a PWM frequency set so as to be shifted from the resonance point.
  • the mounted body includes a housing portion that houses the motor, a fixing unit that fixes the door opening and closing device to the vehicle, and the vehicle. It is characterized by that.
  • the PWM control is performed at the PWM frequency higher than the frequency of the resonance point.
  • the control unit performs the PWM control at the PWM frequency set so as to shift the resonance point between the motor and the mounted object on which the motor is installed, and thus occurs when the door is opened and closed.
  • a door opening / closing device with low noise can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a door opening and closing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing an installation example when the door opening and closing device of the present embodiment is used for opening and closing a back door.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing an installation example when the door opening and closing device of the present embodiment is used for opening and closing the back door.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing an installation example when the door opening and closing device of the present embodiment is used for opening and closing a back door.
  • FIG. 3B is a schematic diagram showing an installation example when the door opening and closing device of the present embodiment is used for opening and closing the back door.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the operation of the control unit of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the operation of the control unit of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the result of measuring the sound pressure when the door opening and closing device of the present embodiment is installed in a vehicle and opened and closed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an installation example when the door opening and closing apparatus of the present embodiment is used for opening and closing a sliding door.
  • FIG. 7 is a schematic diagram when FIG. 6 is viewed from above the vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a door opening and closing device according to an embodiment of the present invention.
  • the door opening and closing device of the present embodiment is for opening and closing a back door, a slide door, and the like of a vehicle electrically or assisting an operator to open and close.
  • the door opening / closing device 1 includes a motor 2, an output shaft 3, a transmission mechanism 4, and a control unit C.
  • the transmission mechanism 4 includes a first planetary gear mechanism 5, a sensor mechanism 6, a second planetary gear mechanism 7, and a third planetary gear mechanism 8.
  • the control unit C and the sensor mechanism 6 are supplied with electric power from a vehicle-mounted power source.
  • the motor 2 generates power for opening and closing the door, and a rotor, an electromagnet, and the like (not shown) are accommodated in a cylindrical motor case 201 as an accommodating portion.
  • the electromagnet is connected to the control unit C and is controlled by the control unit C by PWM control.
  • the output shaft 3 outputs power for opening and closing the door, and is connected to the rotating shaft of the motor 2 via the transmission mechanism 4.
  • the output shaft 3 is attached with an arm 9 for transmitting the power output for opening and closing the door to the door or the vehicle body via the opening and closing member.
  • the arm 9 is attached by inserting a bolt 901 with a spacer interposed in an attachment hole (not shown) and screwing the bolt 901 and an attachment hole (not shown) of the output shaft 3.
  • the motor case 201 accommodates the motor 2 and is made of, for example, resin, aluminum or the like.
  • the transmission mechanism 4 transmits the power of the motor 2 to the output shaft 3, and the first planetary gear mechanism 5, the sensor mechanism 6, the second planetary gear mechanism 7, and the third planetary gear mechanism from the motor 2 side. 8 are arranged in the axial direction of the rotation shaft of the motor 2.
  • the first planetary gear mechanism 5 is a first reduction mechanism that decelerates and outputs the power input from the motor 2.
  • Each member constituting the speed reduction mechanism of the first planetary gear mechanism 5 is accommodated in a gear case 501 connected to the motor case 201.
  • the gear case 501 has a bracket B1 as a fixing means for fixing the door opening / closing device 1 to the vehicle main body or the door.
  • the power input to the first planetary gear mechanism 5 is decelerated and output to the sensor mechanism 6.
  • the sensor mechanism 6 is a mechanism for detecting the driving status of the door opening and closing device 1.
  • the sensor mechanism 6 includes a magnet shaft, a magnet ring, and a GMR (Giant Magneto Resistance effect) sensor (not shown) housed in sensor cases 601 and 602 fixed to the motor case 201 with bolts 603.
  • GMR Gate Magneto Resistance effect
  • the magnet shaft is fixed with a magnet ring.
  • the magnet ring is a flat ring member, and is magnetized so that S poles and N poles are alternately arranged along the circumference.
  • the GMR sensor is fixed to the sensor case 602.
  • the magnet shaft is rotated by the power input from the first planetary gear mechanism 5.
  • the magnet shaft and the magnet ring rotate together.
  • the GMR sensor detects the magnetic flux density from the magnet ring and generates a pulse signal. By detecting the pulse signal generated in this way by a pulse sensor, it is possible to detect the driving state of the door opening / closing device 1, particularly the rotational speed and direction.
  • the power input to the sensor mechanism 6 is output from the magnet shaft to the second planetary gear mechanism 7.
  • Each member constituting the reduction mechanism of the two-stage planetary gear mechanism is housed in gear cases 701 and 801.
  • the power input to the second planetary gear mechanism 7 is decelerated and output to the output shaft 3.
  • the gear cases 701 and 801 are inserted in a bracket B2 as a fixing means for fixing the door opening / closing device 1 to the vehicle body or the door, and are fixed to the sensor case 602 by bolts 802.
  • FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 3A, and FIG. 3B are schematic views showing an installation example when the door opening and closing device of the present embodiment is used for opening and closing a back door.
  • 2A and 2B show a state where the back door is closed
  • FIGS. 3A and 3B show a state where the back door is open.
  • 2A and 3A are general views of the rear of the vehicle
  • FIGS. 2B and 3B are partially enlarged views of FIGS. 2A and 3A, respectively. As shown in FIGS.
  • the door opening / closing device 1 of the present embodiment is fixed to the ceiling of the vehicle 100 by brackets B ⁇ b> 1 and B ⁇ b> 2 as fixing means in a state of being horizontal in the width direction of the vehicle 100.
  • brackets B ⁇ b> 1 and B ⁇ b> 2 as fixing means in a state of being horizontal in the width direction of the vehicle 100.
  • one end of a rod R as an opening / closing member is connected to the arm 9 connected to the door opening / closing device 1.
  • a hinge 102 as an opening / closing member is connected to the other end of the rod R.
  • One end of the hinge 102 is fixed to the ceiling of the vehicle 100 by a bracket B3. The other end of the hinge 102 is fixed to the back door 101.
  • the control unit C When the control unit C is supplied with electric power from the in-vehicle power source and inputs a pulse current having a predetermined frequency (PWM frequency) and a predetermined duty ratio to the motor 2, the motor 2 is driven to rotate at a rotation speed corresponding to the duty ratio. To do. At this time, when the duty ratio of the pulse current is increased, the rotational speed of the motor 2 is increased, and when the duty ratio is decreased, the rotational speed of the motor 2 is decreased. Thereby, the motor 2 is PWM-controlled. The power of the driven motor 2 is transmitted to the output shaft 3 through the transmission mechanism 4, and the output shaft 3 rotates. When the output shaft 3 rotates, as shown in FIGS.
  • PWM frequency a predetermined frequency
  • the arm 9 turns around the output shaft 3, and the rod R and the hinge 102 rotate in conjunction with each other to open and close the back door 101.
  • the rotation direction of the motor 2 is switched depending on whether the back door 101 is opened or closed. Switching of the rotation direction of the motor 2 is realized by switching the direction in which the pulse current flows.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the operation of the control unit of the present embodiment.
  • the control unit C performs PWM control of the motor 2 in accordance with an ECU (Electronic Control Unit) C1, an MPU (Micro Processing Unit) C2 that is a part of the ECUC1, and a control signal from the ECUC1.
  • ECU Electronic Control Unit
  • MPU Micro Processing Unit
  • MPUC2 includes an operation determination unit C21, a rotation speed calculation unit C22, and a rotation direction switching unit C23.
  • the control circuit C3 includes a switching element for PWM control of the motor 2 and a relay circuit for switching the rotation direction of the motor 2 by switching the direction in which the pulse current flows.
  • the ECU C1 receives electrical signals from a pulse sensor S1 connected to the sensor mechanism 6, a rotation sensor S2 that is an angular velocity sensor attached to the back door 101, and a temperature sensor S3.
  • the rotation sensor S2 attached to the back door 101 detects the position, moving speed, and moving direction of the door.
  • the rotation sensor S2 outputs an electrical signal corresponding to each detected information.
  • the temperature sensor S3 outputs an electric signal corresponding to the outside air temperature of the vehicle 100.
  • each electrical signal output from each sensor is input to the operation determination unit C21 of the MPUC2.
  • the operation determination unit C21 determines how much rotational speed the motor 2 is driven, and determines whether the motor 2 is rotated in the opening direction or the closing direction.
  • the operation determination unit C21 may detect the outside air temperature of the vehicle 100 from the electric signal input from the temperature sensor S3, and determine the rotational speed according to the outside air temperature.
  • the operation determination unit C21 inputs the determination result to the rotation speed calculation unit C22 and the rotation direction switching unit C23.
  • the rotation speed calculation unit C22 is operated from the current driving state (rotation speed and rotation direction) of the door opening / closing device 1 input from the pulse sensor S1, and from the operation determination unit C21. From the input determination result, the number of rotations of the motor 2 necessary for obtaining a predetermined moving speed of the back door 101 is calculated. Further, the rotation speed calculation unit C22 calculates a duty ratio of PWM control for realizing the rotation speed.
  • the PWM frequency is set to a predetermined value to be described later, and the information is stored in, for example, the storage unit of the rotation speed calculation unit C22.
  • the ECU C1 outputs the duty ratio calculated by the rotation speed calculation unit C22 and the set PWM frequency to the control circuit C3 as a PWM control signal.
  • the rotation direction switching unit C23 outputs a relay circuit control signal for rotating the motor 2 in a predetermined direction based on the determination result input from the operation determination unit C21.
  • the control circuit C3 supplies a pulse current having a predetermined duty ratio and frequency that flows in a predetermined direction to the motor 2 by the input PWM control signal and relay circuit control signal. As a result, the motor 2 is driven and a desired door opening / closing operation is performed.
  • the mounted body includes a motor case 201 as a housing part, brackets B1 and B2 as a fixing means, a vehicle 100, and the like, and these parts or the whole may resonate. Resonance occurs when the PWM frequency in the PWM control of the motor 2 is close to the natural frequency determined by the rigidity and mass of the installation object.
  • the control unit C performs PWM control of the motor 2 at a PWM frequency set so as to be shifted from the resonance point of the mounted object on which the motor 2 is installed. . Thereby, the sound generated when the back door 101 is opened and closed is reduced.
  • FIG. 5 is a diagram showing the result of measuring the sound pressure when the door opening and closing device of the present embodiment is installed in a vehicle and opened and closed.
  • the horizontal axis represents the PWM frequency (kHZ) of the PWM control
  • the vertical axis represents the sound pressure (dB-A) when the door opening / closing device 1 is opened / closed.
  • the sound pressure (dB-A) is a sound pressure excluding a high frequency outside the human audible range.
  • the measurement was performed by attaching a low-pass filter that cuts high-frequency sound of 15 kHz or higher to a measuring instrument that measures sound pressure.
  • a noise meter (model number: LA511) manufactured by Ono Sokki Co., Ltd. was used as a sound pressure measuring instrument.
  • a low-pass filter (model number: NS-5150) manufactured by Ono Sokki Co., Ltd. was used as the low-pass filter.
  • the measurement in FIG. 5 was performed by actually attaching the door opening / closing device 1 to the vehicle 100 and opening / closing the back door 101.
  • the measurement was performed during the opening operation and the closing operation, respectively, when the motor case 201 was an aluminum case and when the motor case 201 was a resin case.
  • the resonance point at which the sound pressure was highest was 15 kHz. Therefore, when an aluminum case is used as the motor case 201, the PWM frequency is set so as to be shifted from 15 kHz. Thereby, the door opening / closing apparatus 1 with which the sound produced when opening / closing operation
  • the resonance point was 14 kHz.
  • the PWM frequency is set so as to be shifted from 14 kHz.
  • the door opening / closing device 1 performs PWM control of the motor 2 at the PWM frequency set so as to be shifted from the resonance point of the mounted object on which the motor 2 is installed.
  • the door opening and closing device 1 is a door opening and closing device that generates less noise when opening and closing.
  • the set PWM frequency is preferably higher than the frequency at the resonance point, and more preferably 15 kHz or more. This is because human hearing is less sensitive at higher frequencies and is outside the audible range by humans at 15 kHz or higher.
  • the amount of heat generated by the ECUC1 may increase.
  • the measurement was performed by changing the material of the motor case 201.
  • the resonance is not only the motor case 201 but also the brackets B1 and B2 connected to the motor case 201, the vehicle 100, and the like. It may occur in the installation body. Therefore, the resonance point may be different for each vehicle to which the door opening / closing device 1 is attached. Therefore, it is preferable to measure the sound pressure when the door opening and closing device 1 is actually attached to the vehicle for each vehicle to be attached and the door is opened and closed.
  • the resonance point is detected from the measurement result, the resonance point and the PWM frequency are set so as to be shifted, and the sound generated when the opening / closing operation is performed by storing in the storage unit of the control unit, preferably the rewritable storage unit.
  • a small door opening and closing device can be realized.
  • the vehicle since the vehicle is composed of substantially the same parts for each vehicle type, it is also effective to set an optimum PWM frequency for each vehicle type.
  • the door opening / closing device 1 of the present embodiment is not limited to the back door 101 but can also be used for opening / closing a sliding door provided on a side portion of the vehicle 100.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an installation example when the door opening and closing device of the present embodiment is used for opening and closing a sliding door.
  • FIG. 7 is a schematic diagram when FIG. 6 is viewed from above the vehicle.
  • the sliding door 103 moves in the vehicle front-rear direction along a guide rail 104 provided in the vehicle 100.
  • the door opening and closing device 1 of the present embodiment is used for opening and closing the sliding door 103, for example, the door opening and closing device 1 is installed inside the sliding door 103 as shown in FIG.
  • the door opening / closing device 1 is installed such that the direction of the rotation axis of the output shaft 3 is the vehicle vertical direction, and the first rotation drum 902a is attached to the output shaft 3.
  • the first rotating drum 902a is attached so as to rotate around the rotation axis of the output shaft 3.
  • the cable 105 provided along the guide rail 104 is wound and sent out by the first rotating drum 902a and the second rotating drum 902b.
  • the slide door 103 moves along the guide rail 104.
  • the opening / closing operation is performed by setting the PWM frequency so as to be shifted from the resonance point of the installation object on which the motor 2 is installed. It is possible to realize a door opening and closing device that generates less noise when operated.
  • the door opening and closing device 1 is a door opening and closing device that generates a small amount of sound when opening and closing.
  • the PWM control of the motor 2 by the control unit C when the door opening / closing device 1 assists manual door opening / closing has been described.
  • the door opening / closing device 1 opens / closes the door without manual opening / closing operation. It can also be applied in the case of performing.
  • the user transmits an instruction signal instructing opening / closing of the door using a remote control key or the like.
  • the control unit C receives the instruction signal, and the operation determination unit C21 determines at what rotational speed the motor 2 is driven and whether the motor 2 is rotated in the opening direction or the closing direction. judge.
  • first planetary gear mechanism 5, the second planetary gear mechanism 7, and the third planetary gear mechanism 8 are not limited to the configurations described above, and may have other configurations.
  • the speed reduction mechanism connected to the motor 2 is not limited to the planetary gear mechanism, but may be a cycloid speed reduction mechanism or a speed reduction mechanism using a spur gear.
  • the speed reduction mechanism is not limited to three stages, and may be 0 to 2 stages, or a plurality of stages including four or more stages.
  • the door opening / closing device 1 may include a clutch mechanism.
  • the clutch mechanism is, for example, an electromagnetic clutch, but may have other configurations.
  • the door opening / closing device 1 may include a brake mechanism.
  • the brake mechanism is, for example, a spring type, but may have other configurations.
  • the output shaft 3 is a universal joint that can convert rotation of the output shaft 3 into rotation in a direction different from the rotation axis of the output shaft 3, and rotates on a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the output shaft 3.
  • a configuration in which an axial direction conversion mechanism, a motion conversion mechanism that converts a rotational motion output from the output shaft 3 into a linear motion along the axial direction, or the like may be attached.
  • the door opening and closing device and the door opening and closing method according to the present invention are useful for reducing the sound generated when the vehicle door is opened and closed.

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Abstract

　ドア開閉装置は、モータとモータの回転数をＰＷＭ制御により制御する制御部とを有し、モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉装置であって、制御部は、モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたＰＷＭ周波数にてモータのＰＷＭ制御を行い、被設置体は、モータを収容する収容部と、当該ドア開閉装置を車両に固定する固定手段と、車両と、を含む。これにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を提供する。

Description

ドア開閉装置およびドア開閉方法
　本発明は、ドア開閉装置およびドア開閉方法に関するものである。
　車両のバックドアやスライドドア等には、手動による開閉に加え、ドア開閉装置による開閉が可能なものがある（たとえば、特許文献１を参照）。また、手動による開閉をドア開閉装置がアシストし、操作者の負担を軽減するものがある。このようなドア開閉装置は、モータの回転数を制御部によりＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、ドアを開方向又は閉方向に移動させる。
特開２００５－０８２０１９号公報
　このようなＰＷＭ制御により制御されるモータを備えるドア開閉装置によりドアを開閉させると、想定より大きな音が生じる場合がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ドアを開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るドア開閉装置は、モータと前記モータの回転数をＰＷＭ制御により制御する制御部とを有し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉装置であって、前記制御部は、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたＰＷＭ周波数にて前記モータの前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とする。
　また、本発明に係るドア開閉装置は、上記発明において、前記被設置体は、前記モータを収容する収容部と、当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、前記車両と、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係るドア開閉装置は、上記発明において、前記ＰＷＭ周波数は前記共振点の周波数より高いことを特徴とする。
　また、本発明に係るドア開閉方法は、モータの回転数をＰＷＭ制御により制御し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉方法であって、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定したＰＷＭ周波数にて前記モータの前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とする。
　また、本発明に係るドア開閉方法は、上記発明において、前記被設置体は、前記モータを収容する収容部と、当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、前記車両と、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係るドア開閉方法は、上記発明において、前記共振点の周波数より高い前記ＰＷＭ周波数にて前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とする。
　本発明によれば、制御部が、モータと当該モータが設置される被設置体との共振点をずらすように設定されたＰＷＭ周波数にてＰＷＭ制御を行うので、ドアを開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態であるドア開閉装置の構成を示す模式図である。 図２Ａは、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図２Ｂは、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図３Ａは、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図３Ｂは、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図４は、本実施の形態の制御部の動作を表すブロック図である。 図５は、本実施の形態のドア開閉装置を車両に設置し、開閉動作させた場合の音圧を計測した結果を表す図である。 図６は、本実施の形態のドア開閉装置をスライドドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図７は、図６を車両上方側から見た場合の模式図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係るドア開閉装置およびドア開閉方法の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態）
　まず、本発明の実施の形態に係るドア開閉装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態であるドア開閉装置の構成を示す模式図である。本実施の形態のドア開閉装置は、車両のバックドアやスライドドア等を電動で開閉する、または、操作者の開閉をアシストするためのものである。ドア開閉装置１は、図１に示すように、モータ２と、出力軸３と、伝達機構４と、制御部Ｃとを備える。また、伝達機構４は、図１に示すように、第１の遊星歯車機構５と、センサ機構６と、第２の遊星歯車機構７と、第３の遊星歯車機構８とを備える。なお、制御部Ｃとセンサ機構６とには、車載電源から電力が供給されている。
　モータ２は、ドアを開閉する動力を発生させるものであり、収容部としての筒状のモータケース２０１内に図示しない回転子や電磁石等が収容されている。電磁石は、制御部Ｃに接続しており、制御部ＣによりＰＷＭ制御にて制御される。出力軸３は、ドアを開閉する動力を出力するものであり、伝達機構４を介してモータ２の回転軸に接続している。出力軸３には、ドアを開閉するために出力する動力を、開閉部材を介してドア又は車両本体に伝達するためのアーム９が取り付けられている。アーム９は、図示しない取り付け孔にスペーサを介在させてボルト９０１を挿通し、ボルト９０１と出力軸３の取り付け孔（図示せず）とを螺合させることにより取り付けられている。
　モータケース２０１は、モータ２を収容するものであり、たとえば樹脂、アルミ等からなる。
　伝達機構４は、モータ２の動力を出力軸３に伝達するものであり、モータ２側から第１の遊星歯車機構５、センサ機構６、第２の遊星歯車機構７、第３の遊星歯車機構８の順にモータ２の回転軸の軸線方向に並んでいる。
　第１の遊星歯車機構５は、モータ２から入力された動力を減速して出力する第１の減速機構である。この第１の遊星歯車機構５の減速機構を構成する各部材は、モータケース２０１に接続されたギアケース５０１内に収容されている。また、ギアケース５０１は、ドア開閉装置１を車両本体又はドアに固定するための固定手段としてのブラケットＢ１を有している。第１の遊星歯車機構５に入力された動力は、減速されてセンサ機構６に出力される。
　センサ機構６は、ドア開閉装置１の駆動状況を検出するための機構である。このセンサ機構６は、モータケース２０１にボルト６０３で固定されたセンサケース６０１、６０２内に収容された図示しないマグネットシャフト、マグネットリング、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔ）センサを備える。
　マグネットシャフトは、マグネットリングを嵌着され固定する。マグネットリングは、平板リング状の部材であって、周回りに沿ってＳ極とＮ極とが交互に配置するよう着磁されている。ＧＭＲセンサは、センサケース６０２に固定されている。
　マグネットシャフトは、第１の遊星歯車機構５から入力される動力により回転する。マグネットシャフトが回転すると、マグネットシャフトとマグネットリングとは一体となって回転する。マグネットリングが回転すると、ＧＭＲセンサがマグネットリングからの磁束密度を検出してパルス信号を発生する。このように発生したパルス信号をパルスセンサによって検出することにより、ドア開閉装置１の駆動状況、特に回転速度および回転方向を検出することができる。また、センサ機構６に入力された動力は、マグネットシャフトから第２の遊星歯車機構７に出力される。
　２段の遊星歯車機構で構成された第２の遊星歯車機構７および第３の遊星歯車機構８は、センサ機構６を介して第１の遊星歯車機構５から入力された動力を減速して出力する第２の減速機構である。この２段の遊星歯車機構の減速機構を構成する各部材は、ギアケース７０１、８０１内に収容されている。第２の遊星歯車機構７に入力された動力は、減速されて出力軸３に出力される。
　なお、ギアケース７０１、８０１は、ドア開閉装置１を車両本体又はドアに固定するための固定手段としてのブラケットＢ２を介挿され、ボルト８０２によりセンサケース６０２に固定されている。
　つぎに、本実施の形態のドア開閉装置１の設置例を説明する。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂは、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。図２Ａ、図２Ｂはバックドアが閉の状態、図３Ａ、図３Ｂはバックドアが開の状態を表す。また、図２Ａ、図３Ａは、車両後方の全体図を表し、図２Ｂ、図３Ｂは、それぞれ図２Ａ、図３Ａの部分拡大図である。図２Ａ、図３Ａに示すように、本実施の形態のドア開閉装置１は、車両１００の幅方向に水平となる状態で車両１００の天井に固定手段としてのブラケットＢ１、Ｂ２により固定されている。そして、図２Ｂ、図３Ｂに示すように、ドア開閉装置１に接続されたアーム９には開閉部材としてのロッドＲの一端が接続されている。また、ロッドＲの他端には開閉部材としてのヒンジ１０２が接続されている。ヒンジ１０２の一端は、ブラケットＢ３により車両１００の天井に固定されている。また、ヒンジ１０２の他端は、バックドア１０１に固定されている。
　制御部Ｃが、車載電源から電力を供給されて、モータ２に所定の周波数（ＰＷＭ周波数）、所定のデューティー比のパルス電流を入力すると、モータ２はそのデューティー比に応じた回転数で回転駆動する。このとき、パルス電流のデューティー比を大きくするとモータ２の回転数は大きくなり、デューティー比を小さくするとモータ２の回転数は小さくなる。これによりモータ２はＰＷＭ制御される。駆動したモータ２の動力は伝達機構４を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が回転する。そして、出力軸３が回転すると、図２Ｂ、図３Ｂに示すように、出力軸３を中心としてアーム９が旋回することになり、ロッドＲ、ヒンジ１０２が連動して回転しバックドア１０１を開閉動作する。なお、バックドア１０１を開動作するか閉動作するかによってモータ２の回転方向が切り替えられる。モータ２の回転方向の切り替えは、パルス電流を流す方向を切り替えることによって実現される。
　ここで、ドア開閉装置１が手動によるドアの開閉をアシストする場合における、制御部Ｃによるモータ２のＰＷＭ制御について説明する。図４は、本実施の形態の制御部の動作を表すブロック図である。図４に示すように、制御部Ｃは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）Ｃ１と、ＥＣＵＣ１の一部であるＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）Ｃ２と、ＥＣＵＣ１からの制御信号に応じてモータ２をＰＷＭ制御する制御回路Ｃ３と、を含む。ＭＰＵＣ２は、操作判定部Ｃ２１と、回転数演算部Ｃ２２と、回転方向切替部Ｃ２３とを含む。制御回路Ｃ３は、モータ２をＰＷＭ制御するためのスイッチング素子と、パルス電流を流す方向を切り替えてモータ２の回転方向を切り替えるためのリレー回路とを備えている。また、ＥＣＵＣ１には、センサ機構６に接続されたパルスセンサＳ１と、バックドア１０１に取り付けられた角速度センサである回転センサＳ２と、温度センサＳ３とから電気信号が入力される。
　まず、ユーザ操作が行われてバックドア１０１が開動作または閉動作され、バックドア１０１の位置が移動すると、ヒンジ１０２、ロッドＲおよびアーム９を介して動力が伝達され出力軸３が回転する。出力軸３が回転すると、ドア開閉装置１内の各機構により動力が伝達し、センサ機構６のマグネットリングが回転する。マグネットリングが回転すると、ＧＭＲセンサがマグネットリングからの磁束密度を検出してパルス信号を発生する。発生したパルス信号はパルスセンサＳ１に検出され、パルスセンサＳ１は検出したパルス信号に応じた電気信号を出力する。
　また、ユーザ操作が行われてバックドア１０１の位置が移動すると、バックドア１０１に取り付けられた回転センサＳ２がドアの位置、移動速度、移動方向を検出する。回転センサＳ２は、検出した各情報に対応する電気信号を出力する。
　また、温度センサＳ３は、車両１００の外気温に応じた電気信号を出力する。
　つぎに、各センサから出力された各電気信号はＭＰＵＣ２の操作判定部Ｃ２１に入力される。操作判定部Ｃ２１は、モータ２をどれだけの回転速度で駆動させるかを判定し、また、モータ２を開方向、閉方向のいずれの方向に回転させるかを判定する。なお、操作判定部Ｃ２１は、温度センサＳ３から入力される電気信号から車両１００の外気温を感知し、この外気温に応じて回転速度の判定を行うようにしてもよい。
　続いて、操作判定部Ｃ２１は、その判定結果を回転数演算部Ｃ２２と回転方向切替部Ｃ２３とに入力する。回転数演算部Ｃ２２は、バックドア１０１を所定の移動速度で動作させるため、パルスセンサＳ１から入力された現在のドア開閉装置１の駆動状況（回転速度および回転方向）と、操作判定部Ｃ２１から入力された判定結果とから、所定のバックドア１０１の移動速度を得るために必要なモータ２の回転数を演算する。さらに、回転数演算部Ｃ２２は、その回転数を実現するためのＰＷＭ制御のデューティー比を演算する。なお、ＰＷＭ周波数は後述する所定の値に設定されており、その情報はたとえば回転数演算部Ｃ２２の記憶部に記憶されている。そして、ＥＣＵＣ１は、回転数演算部Ｃ２２により算出されたデューティー比および設定されたＰＷＭ周波数をＰＷＭ制御信号として制御回路Ｃ３に出力する。
　回転方向切替部Ｃ２３は、操作判定部Ｃ２１から入力された判定結果から、モータ２を所定の方向に回転させるためのリレー回路制御信号を出力する。
　制御回路Ｃ３は、入力されたＰＷＭ制御信号およびリレー回路制御信号により、モータ２に所定の方向に流れる所定のデューティー比および周波数のパルス電流を供給する。その結果、モータ２が駆動し所望のドアの開閉動作が行われる。
　ここで、ＰＷＭ制御によりモータ２を制御する場合、モータ２が設置される被設置体が共振することにより、ドア開閉装置１を開閉動作させる際に生じる音が想定される音量よりも大きくなる場合がある。なお、被設置体とは、収容部としてのモータケース２０１や、固定手段としてのブラケットＢ１、Ｂ２、車両１００等を含み、これらの各部またはこれら全体が共振する場合がある。共振は、モータ２のＰＷＭ制御におけるＰＷＭ周波数と、被設置体の剛性や質量によって定まる固有振動数とが近い場合に生じる。
　なお、固有振動数は、たとえば以下の式で表される。
　（固有振動数）＝（モータ２の被設置体への支持上限等で決まる係数）
　　　　　　　　　×√（剛性／質量）
　そこで、本実施の形態のドア開閉装置１では、制御部Ｃは、モータ２が設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたＰＷＭ周波数にてモータ２のＰＷＭ制御を行っている。これにより、バックドア１０１を開閉動作させる際に生じる音が小さくなる。
　図５は、本実施の形態のドア開閉装置を車両に設置し、開閉動作させた場合の音圧を計測した結果を表す図である。図５において、横軸はＰＷＭ制御のＰＷＭ周波数（ｋＨＺ）であり、縦軸はドア開閉装置１を開閉動作させた場合の音圧（ｄＢ－Ａ）である。なお、音圧（ｄＢ－Ａ）は、人間の可聴域を外れる高周波を除いた音圧である。具体的には音圧を測定する測定器に１５ｋＨｚ以上の高周波の音をカットするローパスフィルタを取り付けて測定を行った。なお、音圧の測定器として小野測器社製の騒音計（型番：ＬＡ５１１）を用いた。また、ローパスフィルタとして小野測器社製のローパスフィルタ（型番：ＮＳ－５１５０）を用いた。
　図５の測定は、実際にドア開閉装置１を車両１００に取り付けてバックドア１０１を開閉動作させて行った。また、測定は、モータケース２０１がアルミケースの場合と、モータケース２０１が樹脂ケースの場合において、それぞれ開動作時、閉動作時において行った。図５に示すように、アルミケースの場合、音圧が最も大きくなる共振点は１５ｋＨｚであった。したがって、モータケース２０１としてアルミケースを用いる場合、ＰＷＭ周波数を１５ｋＨｚからずらして設定する。これにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置１が実現される。また、樹脂ケースの場合、共振点は１４ｋＨｚであった。したがって、モータケース２０１として樹脂ケースを用いる場合、ＰＷＭ周波数を１４ｋＨｚからずらして設定する。これにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置１が実現される。
　このように、本実施の形態に係るドア開閉装置１は、モータ２が設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたＰＷＭ周波数にてモータ２のＰＷＭ制御を行っている。その結果、ドア開閉装置１は、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置となっている。
　なお、設定されるＰＷＭ周波数は、共振点の周波数より高いことが好ましく、１５ｋＨｚ以上であることがより好ましい。これは、人間の聴覚は高周波ほど感度が弱く、１５ｋＨｚ以上で人により可聴域を外れるためである。
　また、ＰＷＭ周波数が高い場合、ＥＣＵＣ１の発熱量も大きくなることがある。このような場合には、ドア開閉装置１を放熱性の高い構成とする等の、ＥＣＵＣ１に対するハードウェア的な放熱対策を施すことが好ましい。
　ここで、図５の測定においては、モータケース２０１の材料を変えて測定を行ったが、共振は、モータケース２０１だけでなく、それと接続するブラケットＢ１、Ｂ２や、車両１００等を含めた被設置体で生じる場合がある。そのため、ドア開閉装置１を取り付ける車両ごとに共振点が異なる場合がある。したがって、取り付ける車両ごとに実際にドア開閉装置１をその車両に取り付け、ドアを開閉動作させた場合の音圧を測定することが好ましい。そして、その測定結果から共振点を検出し、共振点とＰＷＭ周波数とをずらすように設定し、制御部の記憶部、好ましくは書き換え可能な記憶部に記憶させることにより開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を実現することができる。
　なお、車両は、車種ごとに略同一の部品から構成されているものであるから、車種ごとに最適なＰＷＭ周波数を設定することも有効である。
　さらに、本実施の形態のドア開閉装置１は、バックドア１０１に限らず、車両１００の側部に設けられるスライドドアの開閉に用いることも可能である。　
　図６は、本実施の形態のドア開閉装置をスライドドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。図７は、図６を車両上方側から見た場合の模式図である。スライドドア１０３は、車両１００に設けたガイドレール１０４に沿って車両前後方向に移動する。本実施の形態のドア開閉装置１をスライドドア１０３の開閉に用いる場合、たとえば、図６に示すように、スライドドア１０３の内部にドア開閉装置１を設置する。ドア開閉装置１は、出力軸３の回転軸線の方向が車両上下方向になるように設置し、出力軸３には第１の回転ドラム９０２ａを取り付ける。第１の回転ドラム９０２ａは出力軸３の回転軸線で回転するように取り付ける。ドア開閉装置１を用いてスライドドア１０３を開閉するときには、第１の回転ドラム９０２ａおよび第２の回転ドラム９０２ｂにより、ガイドレール１０４に沿って設けられたケーブル１０５を巻き取る一方で送り出す。これにより、スライドドア１０３がガイドレール１０４に沿って移動する。
　このように、本実施の形態に係るドア開閉装置１をスライドドア１０３に設置する場合においても、モータ２が設置される被設置体の共振点からずらすようにＰＷＭ周波数を設定することにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を実現することができる。
　以上のように、本実施の形態に係るドア開閉装置１は、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置である。
　なお、上記では、ドア開閉装置１が手動によるドアの開閉をアシストする場合における、制御部Ｃによるモータ２のＰＷＭ制御について説明したが、手動による開閉動作無しにドア開閉装置１がドアの開閉を行う場合にも適用できる。この場合は、たとえばユーザはリモコンキー等でドアの開閉を指示する指示信号を送信する。このとき、制御部Ｃは指示信号を受け付け、操作判定部Ｃ２１が、モータ２をどれだけの回転速度で駆動させるか、および、モータ２を開方向、閉方向のいずれの方向に回転させるかを判定する。
　また、第１の遊星歯車機構５、第２の遊星歯車機構７、第３の遊星歯車機構８は、上述したような構成に限らず、他の構成であってもよい。たとえば、モータ２に接続する減速機構は、遊星歯車機構に限らず、サイクロイド減速機構であってもよく、平歯車を用いた減速機構を用いてもよい。また、減速機構は３段に限られず、０～２段、または４段以上の複数段であってもよい。
　また、ドア開閉装置１はクラッチ機構を備えていてもよい。クラッチ機構は、たとえば電磁クラッチであるが、他の構成であってもよい。また、ドア開閉装置１はブレーキ機構を備えていてもよい。ブレーキ機構は、たとえばスプリング式であるが、他の構成であってもよい。
　また、出力軸３には、出力軸３の回転を出力軸３の回転軸線とは異なる方向の回転軸線での回転に変換できるユニバーサルジョイント、出力軸３の回転軸線と直交する回転軸線で回転する軸線方向変換機構、出力軸３から出力する回転運動を軸心方向に沿った直線運動に変換する運動変換機構等を取り付ける構成であってもよい。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係るドア開閉装置およびドア開閉方法は、車両のドアを開閉動作させる際に生じる音を小さくするのに有用である。
　１　ドア開閉装置
　１００　車両
　１０１　バックドア
　１０２　ヒンジ
　１０３　スライドドア
　１０４　ガイドレール
　１０５　ケーブル
　２　モータ
　２０１　モータケース
　３　出力軸
　４　伝達機構
　５　第１の遊星歯車機構
　５０１、７０１、８０１　ギアケース
　６　センサ機構
　６０１、６０２　センサケース
　６０３、８０２、９０１　ボルト
　７　第２の遊星歯車機構
　８　第３の遊星歯車機構
　９　アーム
　９０２ａ　第１の回転ドラム
　９０２ｂ　第２の回転ドラム
　Ａ　シャフトロッド
　Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３　ブラケット
　Ｃ　制御部
　Ｃ１　ＥＣＵ
　Ｃ２　ＭＰＵ
　Ｃ２１　操作判定部
　Ｃ２２　回転数演算部
　Ｃ２３　回転方向切替部
　Ｃ３　制御回路
　Ｓ１　パルスセンサ
　Ｓ２　回転センサ
　Ｓ３　温度センサ

Claims (6)

  1. 　モータと前記モータの回転数をＰＷＭ制御により制御する制御部とを有し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉装置であって、
    　前記制御部は、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたＰＷＭ周波数にて前記モータの前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とするドア開閉装置。
  2. 　前記被設置体は、
    　前記モータを収容する収容部と、
    　当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、
    　前記車両と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のドア開閉装置。
  3. 　前記ＰＷＭ周波数は前記共振点の周波数より高いことを特徴とする請求項１または２に記載のドア開閉装置。
  4. 　モータの回転数をＰＷＭ制御により制御し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉方法であって、
    　前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定したＰＷＭ周波数にて前記モータの前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とするドア開閉方法。
  5. 　前記被設置体は、
    　前記モータを収容する収容部と、
    　当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、
    　前記車両と、を含むことを特徴とする請求項４に記載のドア開閉方法。
  6. 　前記共振点の周波数より高い前記ＰＷＭ周波数にて前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とする請求項４または５に記載のドア開閉方法。
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