JP4049111B2 - 車両用ドア駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ドアを駆動する電動機と、この電動機に電力を供給するインバータ及び電源回生用の昇圧コンバータとを備えた車両用ドア駆動制御装置に関するものである。

従来の車両用ドア駆動制御装置として、下記の非特許文献１に記載されているように、ドアの開閉指令に従い、車両用分電盤からインバータが直流電力の供給を受け、このインバータにより電動機を駆動してドアを開閉するものが知られている。
佐藤芳彦、外３名，「通勤電車用リニアモータ駆動ドアシステムの開発」，平成１１年電気学会産業応用部門大会論文集，社団法人電気学会，平成１１年，ｐ．３５９〜３６２

上述した従来技術では、インバータの最大出力電圧は車両分電盤からの電源電圧に比例するため、電源電圧が低下すると、インバータから電動機に供給できる最大電圧が低下する。また、所定のモータ出力を得るためにはモータの定格電流も大きくせざるを得ず、インバータから電動機に給電する電線の径が大きくなって電線重量が増加し、これが車両の軽量化を妨げる原因となっていた。
そこで本発明は、電源電圧をコンバータにより昇圧してインバータに供給することにより、電源電圧の変動の影響を受けずにインバータの最大出力電圧を電動機に供給可能とし、モータの定格電流を小さく抑制しながらも所定のモータ出力を確保して給電用の電線の径を減少させ、電線重量の低減、車両の軽量化を図ると共に、消費電力の低減をも可能にした車両用ドア駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
連結された車両用ドアに駆動力を与えてこのドアを開閉する電動機と、
この電動機に電力を供給するためのインバータと、
直流電源電圧を昇圧して前記インバータに供給し、かつ、前記電動機から前記インバータを介して供給される電力を前記直流電源に回生する機能を有するコンバータと、
ドア開閉指令に従って前記コンバータ及びインバータの運転を制御する駆動制御部と、
を備えたものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１において、
ドアを閉状態で機械的に固定するための施錠装置と、ドアの閉位置を検知するための戸閉め位置検知器と、ドアの位置を検出する位置演算手段とを備え、
前記施錠装置及び戸閉め位置検知器または位置演算手段の出力により、ドアが全閉状態または全開状態であることを検出した時に、前記インバータ及びコンバータの運転を停止させ、
前記インバータ及びコンバータの運転が停止した状態で、ドアの開閉指令が変化し、かつ、ドアが全閉状態または全開状態ではないことを検出した時に、前記コンバータ及びインバータの運転を再開し、ドアを開閉指令に従って駆動するものである。

請求項３記載の発明は、請求項２において、
ドアが全閉状態または全開状態であることを検出した時に、インバータの運転を停止させてから所定時間経過後にコンバータの運転を停止させるものである。

請求項１の発明によれば、直流電源電圧をコンバータにより昇圧することで、電源電圧の変動によらず、インバータの最大出力電圧を所望の値にすることが可能となる。このため、電源電圧によりインバータの最大出力電圧が決まっていた従来技術に比べ、定格電圧を高くして同じ定格出力を得るための定格電流値を小さくすることが可能となり、その結果、インバータから電動機までの電線の径を小さくして電線重量の軽減、ひいては車両の軽量化が可能となる。
また、ドアの減速時に発生するドアの運動エネルギーを、インバータを介してコンバータにより直流電源に回生するので、消費電力の低減に効果的である。
請求項２の発明によれば、インバータ及びコンバータをドアの開閉動作時にのみ運転することで、電力の浪費を防止することができる。

更に、請求項３の発明によれば、インバータを停止させた後も一定時間、コンバータの運転を継続することにより、緊急時にインバータを運転してドアを駆動する必要が生じた場合にも、コンバータの出力によってインバータの直流電圧を確保することが可能である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。図１において、１はバッテリー等の直流電源、２は直流電源１の電圧を直流−直流変換して所定値に昇圧する電流可逆昇圧コンバータ、３はコンバータ２の出力電圧を検出する電圧検出器、４はコンバータ２の出力電圧を平滑する電解コンデンサ、５は電解コンデンサ４の直流電圧を所定の交流電圧に変換してリニアモータに供給するインバータ、６は車両用ドア７を駆動するリニアモータ、５ａはインバータ５からリニアモータ６に給電するための電線、８はドア７にリニアモータ６の推力を伝えてリニアモータ６の可動部とドア７とを連動させるための連結部、９はリニアモータ６の可動部の位置を検出するエンコーダである。
また、１０はコンバータ２及びインバータ５を制御する駆動制御部であり、この駆動制御部１０は、ドア開閉指令に従ってドア７を動かすためにコンバータ２とインバータ５とに動作指令を与えるドア駆動演算器１１と、ドア駆動演算器１１及び電圧検出器３の出力からコンバータ２を運転するための演算を行うコンバータ駆動演算器１２と、エンコーダ９の出力からリニアモータ５の可動部及びドア７の位置を演算する位置演算器１３と、ドア駆動演算器１１、電圧検出器３及び位置演算器１３の出力からインバータ５を運転するための演算を行うインバータ駆動演算器１４とから構成されている。

次に、この実施形態の動作を説明する。
ここでは、ドア７が閉位置から開位置に移動して停止する場合の動作を考える。ドア７の開閉指令がドア閉指令からドア開指令になり、ドア駆動演算器１１が、コンバータ駆動演算器１２及びインバータ駆動演算器１４に動作指令を与える。
コンバータ駆動演算器１２は、電圧検出器３の出力を用いて直流電源１の電圧を所望の電圧値まで昇圧するようにコンバータ２を動作させる。また、インバータ駆動演算器１４は、位置演算器１３の出力であるドア７の位置を開位置まで変化させるべく、リニアモータ６の可動部を開方向に動かすようにインバータ５を動作させる。
ドア７が開位置付近に到達したことを位置演算器１３の出力を用いてインバータ駆動演算器１４が検知した場合、インバータ駆動演算器１４は、ドア７を停止させるためにリニアモータ６の可動部速度を減速させるようにインバータ５を制御する。

このリニアモータ６の減速に伴い、ドア７が持っていた運動エネルギーがインバータ５を介してコンバータ２に供給され、コンバータ２の電流可逆動作により直流電源１に回生される。
一般的に、ドアの開閉動作の駆動力として電動機を用いることで、制動時に電力を回生することが可能となる。
なお、電動機としてリニアモータを用いた場合には、回転型モータを使用していた時に比べると機構部分における損失が少ない。このため、減速時の運動エネルギーは機構部分の損失によりほとんど消費されることなく、電源に回生することが可能になる。
また、昇圧コンバータ２により直流電源１の電圧変動に影響されずにインバータ５にほぼ一定の直流電圧を供給し、常にインバータ５の最大出力電圧をリニアモータ６に供給することができるから、リニアモータ６の定格電圧を高くして所定の定格出力を得るための定格電流を減少させることができる。このため、インバータ５からリニアモータ６に給電する電線５ａの径を減少させることができ、電線重量ひいては車両の軽量化を図ることができる。

次に、図２は本発明の第２実施形態を示す構成図である。
この実施形態では、図１の第１実施形態に対し、ドア７を機械的かつ自動的に施錠する施錠装置１５と、ドア７が全閉状態にあることを検知する戸閉め位置検知器１６とがドア７の近傍に追加されている。なお、１０Ａは駆動制御部を示す。
図３は、この第２実施形態におけるドア駆動演算器１１の動作を示すフローチャートである。
ドア閉指令が入力されていて、ドア７が全閉状態になっている時には、施錠装置１５及び戸閉め位置検知器１６の両方に出力がある（Ｓ１ Ｙｅｓ，Ｓ２ Ｙｅｓ）。
ドア７の閉指令に代わり開指令が入ると（Ｓ１ Ｎｏ）、ドア駆動演算器１１は、位置
演算器１３の出力からドア７が全開位置にないことを判断し（Ｓ１４ Ｎｏ）、コンバー
タ駆動演算器１２によりコンバータ２をオンして昇圧動作を行うと共にオフタイマをクリアし（Ｓ１９〜Ｓ２１）、コンバータ２の出力電圧がインバータ５を動作させるのに必要な基準値に達してから（Ｓ２２ Ｙｅｓ）、インバータ駆動演算器１４によりインバータ
５をオンしてリニアモータ６を駆動し、ドア７の開動作を行う（Ｓ２３〜Ｓ２５）。

ドア７がドア全開位置に達したことをもってインバータ５を停止し（Ｓ１４ Ｙｅｓ，
Ｓ１５）、オフタイマ値が第２の設定時間を経過した後にコンバータ２を停止させる（Ｓ１６ Ｙｅｓ，Ｓ１７）。ここで、ドア７が全開状態の時に車両の傾斜やイタズラ等によ
りドア７が閉方向に動いた時に直ぐにドア７を駆動するために、第２の設定時間を十分長い時間とし、インバータ５の停止後でもコンバータ２の運転を停止させないようにすることが可能である。なお、オフタイマ値が第２の設定時間に達していない場合には、オフタイマ値を加算してこの制御周期を終了する（Ｓ１８）。
次に、ドア７が全開状態からドア閉指令に従って全閉状態になるまでの動作を説明する。
ドア開指令に代わりドア閉指令が入ると（Ｓ１ Ｙｅｓ）、施錠装置１５と戸閉め位置
検知器１６の両方の出力がないことからドアが全閉状態になっていないことを判断し（Ｓ２ Ｎｏ）、コンバータ駆動演算器１２によりコンバータ２をオンさせて昇圧動作を行う
と共にオフタイマをクリアする（Ｓ７〜Ｓ９）。

次いで、コンバータ２の出力電圧がインバータ５を動作させるのに必要な基準値に達してから（Ｓ１０ Ｙｅｓ）、インバータ駆動演算器１４によりインバータ５をオンしてリ
ニアモータ６を駆動し、ドア７の閉動作を行う（Ｓ１１〜Ｓ１３）。
施錠装置１５と戸閉め位置検知器１６の両方の出力が発生したことを検知して全閉状態と判断すると共に、インバータ駆動演算器１４によりインバータ５をオフさせ（Ｓ２ Ｙ
ｅｓ，Ｓ３）、コンバータ２も第１の設定時間経過後に停止させる（Ｓ４ Ｙｅｓ，Ｓ５
）。なお、オフタイマ値が第１の設定時間に達していない場合には、オフタイマ値を加算してこの制御周期を終了する（Ｓ６）。
このように本実施形態では、リニアモータ６によってドア７の開閉動作をしない時にはインバータ５及びコンバータ２の運転を停止させており（Ｓ２ Ｙｅｓ，Ｓ３〜Ｓ５、及
び、Ｓ１４ Ｙｅｓ，Ｓ１５〜Ｓ１７）、これによって消費電力の低減を可能にしている
。

本発明の第１実施形態を示す構成図である。 本発明の第２実施形態を示す構成図である。 第２実施形態におけるドア駆動演算器の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１：直流電源
２：電流可逆昇圧コンバータ
３：電圧検出器
４：電解コンデンサ
５：インバータ
５ａ：電線
６：リニアモータ
７：車両用ドア
８：連結部
９：エンコーダ
１０，１０Ａ：駆動制御部
１１：ドア駆動演算器
１２：コンバータ駆動演算器
１３：位置演算器
１４：インバータ駆動演算器
１５：施錠装置
１６：戸閉め位置検知器

Claims (3)

1. 連結された車両用ドアに駆動力を与えてこのドアを開閉する電動機と、
   この電動機に電力を供給するためのインバータと、
   直流電源電圧を昇圧して前記インバータに供給し、かつ、前記電動機から前記インバータを介して供給される電力を前記直流電源に回生する機能を有するコンバータと、
   ドア開閉指令に従って前記コンバータ及びインバータの運転を制御する駆動制御部と、
   を備えたことを特徴とする車両用ドア駆動制御装置。
2. 請求項１に記載した車両用ドア駆動制御装置において、
   ドアを閉状態で機械的に固定するための施錠装置と、ドアの閉位置を検知するための戸閉め位置検知器と、ドアの位置を検出する位置演算手段とを備え、
   前記施錠装置及び戸閉め位置検知器または位置演算手段の出力により、ドアが全閉状態または全開状態であることを検出した時に、前記インバータ及びコンバータの運転を停止させ、
   前記インバータ及びコンバータの運転が停止した状態で、ドアの開閉指令が変化し、かつ、ドアが全閉状態または全開状態ではないことを検出した時に、前記コンバータ及びインバータの運転を再開し、ドアを開閉指令に従って駆動することを特徴とする車両用ドア駆動制御装置。
3. 請求項２に記載した車両用ドア駆動制御装置において、
   ドアが全閉状態または全開状態であることを検出した時に、前記インバータの運転を停止させてから所定時間経過後に前記コンバータの運転を停止させることを特徴とする車両用ドア駆動制御装置。

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