JP2006177733A - 回転速度検出器の故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 片相片エッジでの回転体の速度検出器にも適用でき、また、広範な回転体の速度範囲において断線検出が可能な断線検出装置を提供することである。
【解決手段】 周波数信号５０に同期してカウントするとともに、該カウント値１３を周波数信号６０に同期してリセットするカウンタ４１と、周波数信号６０に同期してカウントするとともに、該カウント値２３を周波数信号５０に同期してリセットするカウンタ４２と、周波数信号５７に同期してカウントして、該カウント値６３を周波数信号５０に同期してリセットし且つ周波数信号６０に同期してリセットするカウンタ５４と、カウント値１３、２３のうち一方又は、カウント値６３が所定値を超えた場合に、回転速度検出器を故障と判定する判定手段５５とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータ等の回転体の回転方向及び回転速度を検出する回転速度検出器の故障検出装置に関する。

図８は、従来の回転速度検出器１０の概略構成を示すブロック図であって、回転速度検出器１０は、回転体（図示しない）の回転に同期して位相が９０度ずれた２相のパルス信号を出力するエンコーダ１と、その２相のパルス信号に基づいて回転体の回転方向を判断してその判断結果に基づいて回転に同期したアップ信号７０又はダウン信号８０を出力する方向弁別回路２と、そのアップ信号７０又はダウン信号８０をカウントするアップダウンカウンタ３と、を備え、アップダウンカウンタ３のカウント値の増減方向及び単位時間当たりの変化量に基づいて回転体の回転方向及び回転速度を検出するというものである（特許文献１参照）。

そして、かかる回転速度検出器１０の異常を検出するために断線検出装置９０が設けられている。断線検出装置９０は、アップダウンカウンタ３からカウント値が供給される断線判定部９１と、断線判定部９１の指示によりカウント値のカウントアップを行う断線検出カウンタ９２と、アップダウンカウンタ３のカウント値を一時的に格納するカウント値格納部９３と、を備え、断線判定部９１は、アップダウンカウンタ３のカウント値とカウント値格納部９３に格納されているカウンタ格納値とを比較し、両値の差の絶対値が２未満となった場合に断線検出カウンタ９２のカウント値のカウントアップを行い、そのカウント値が予め設定されている値以上となった場合に断線が発生したものと判定する。
特開平２００１−２４９１５４号公報 特公平４−２６０６７号公報

しかしながら、従来の断線検出装置９０においては、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０の一方の信号の変化時における他方の信号の状態に基づいて出力されたアップ信号７０又はダウン信号８０により断線の有無を判定している。よって、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０を用いた両相エッジでの回転体の速度検出器についての断線検出には用いることができるが、片相片エッジでの回転体の速度検出装器についての断線検出には適用することができないという問題がある。

また、断線判定部９１は、アップダウンカウンタ３のカウント値と、カウント値格納部９３に格納されているカウンタ格納値との差の絶対値が２未満である場合に断線が発生したと判断する。よって、回転体が低速で回転していて、一定期間にアップ信号７０又はダウン信号８０が１回しかカウントされないような場合においても、誤って断線と判定してしまい、断線検出が可能な回転体の速度範囲が限られてしまうという問題がある。
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、Ａ相信号及びＢ相信号を用いた速度検出器にその検出方式に無関係に適用でき、また、広範な回転体の速度範囲において断線検出が可能な断線検出装置を提供することである。

本発明のうち請求項１に係る回転速度検出器の故障判定装置は、回転体の回転周波数に比例した第１の周波数信号と、該第１の周波数信号と同一の周波数であって前記第１の周波数信号に対して所定の位相差を有する第２の周波数信号とに基づいて前記回転体の回転方向及び回転速度を検出する回転速度検出器の故障検出装置において、前記第１の周波数信号に同期してカウントするとともに、該カウント値を前記第２の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第１のカウンタと、前記第２の周波数信号に同期してカウントするとともに、該カウント値を前記第１の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第２のカウンタと、前記両カウント値のうちどちらか一方が所定値を超えた場合に、前記回転速度検出器を故障と判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係る回転速度検出器の故障判定装置は、回転体の回転周波数に比例した第１の周波数信号と、該第１の周波数信号と同一の周波数であって前記第１の周波数信号に対して所定の位相差を有する第２の周波数信号とに基づいて前記回転体の回転方向及び回転速度を検出する回転速度検出器の故障検出装置において、前記第１の周波数信号に同期してカウントするとともに、該第１のカウント値を前記第２の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第１のカウンタと、前記第２の周波数信号に同期してカウントするとともに、該第２のカウント値を前記第１の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第２のカウンタと、一定周期の第３の周波数信号に同期してカウントするとともに、該第３のカウント値を前記第１の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントし且つ第２の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第３のカウンタと、前記第１のカウント値若しくは第２のカウント値のうちどちらか一方が所定値を超えた場合、又は、前記第３のカウント値が所定値を超えた場合に、前記回転速度検出器を故障と判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明のうち請求項３に係る回転速度検出器の故障判定装置は、請求項１記載の回転速度検出器の故障検出装置において、前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号がパルス信号であり、前記第１のカウンタ及び第２のカウンタは、前記カウント及び前記リセット又はデクリメントを、前記パルス信号のエッジ部にて行うことを特徴とする。
また、本発明のうち請求項４に係る回転速度検出器の故障判定装置は、請求項２記載の回転速度検出器の故障検出装置において、前記第１の周波数信号、第２の周波数信号及び第３の周波数信号がパルス信号であり、前記第１のカウンタ、第２のカウンタ及び第３のカウンタは、前記カウント及び前記リセット又はデクリメントを、前記パルス信号のエッジ部にて行うことを特徴とする。

本発明によれば、第１の周波数信号及び第２の周波数信号を直接用いて回転速度検出器の故障を判定するという構成により、Ａ相信号及びＢ相信号を用いた回転体の速度検出器における断線検出において、その速度検出の方式に関係なく適用可能となる。
特に、請求項２、４に係る発明によれば、一定周期の第３の周波数信号を用いて回転速度検出器の故障を判定するという構成により、回転体が低速で回転している場合においても適切に故障を判定することもでき、故障の判定が可能な回転体の速度範囲を拡張することができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、回転速度検出器に備えられた本発明の第１の実施形態に係る回転速度検出器の故障検出装置の概略構成を示すブロック図であり、回転速度検出器１０は、回転体（図示しない）の回転に同期して位相がずれた２相のパルス信号を出力するエンコーダ１と、その２相のパルス信号に基づいて回転体の回転方向を判断してその判断結果に基づいて回転に同期したアップ信号７０又はダウン信号８０を出力する方向弁別回路２と、そのアップ信号７０又はダウン信号８０をカウントするアップダウンカウンタ３と、を備え、アップダウンカウンタ３のカウント値の増減方向及び単位時間当たりの変化量に基づいて回転体の回転方向及び回転速度を検出している。

この場合において、エンコーダ１は、２相のパルス信号として位相が９０度ずれたＡ相信号５０及びＢ相信号６０を出力しており、回転体が順回転している場合には、Ｂ相信号６０がＡ相信号５０よりも９０度位相が遅れ、逆回転している場合には、Ａ相信号５０がＢ相信号６０よりも９０度位相が遅れるような位相関係となるように、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０を出力する。

故障検出装置４は、図１に示すように、カウンタ４１と、カウンタ４２と、断線判定部４３と、を備えている。
カウンタ４１は、Ａ相信号５０の立ち上がり及び立下り両エッジ部をカウント信号１１として生成し、これをカウントしてカウント値１３をカウントアップするとともに、Ｂ相信号６０の立ち上がり及び立下り両エッジ部をリセット信号１２として生成し、カウント値１３をリセット（ゼロクリア）している。

カウンタ４２は、Ｂ相信号６０の立ち上がり及び立下り両エッジ部をカウント信号２１として生成し、これをカウントしてカウント値２３をカウントアップするとともに、Ａ相信号５０の立ち上がり及び立下り両エッジ部をリセット信号２２として生成し、カウント値２３をリセットしている。
断線判定部４３は、カウンタ４１及びカウンタ４２からカウント値１３及びカウント値２３を受信して、カウント値１３又はカウント値２３が予め任意に定められたしきい値（所定値）以上になった場合に断線と判定して、断線検出信号（図示しない）を出力する。

ここで、断線判定のしきい値を任意に定めることができるようにしたことにより、回転体が低速で回転していて、一定期間にカウント信号１１、２１が１回しかカウントされないような場合又は、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０のパルス割れの場合等においても断線と判定してしまうことを容易に避けることができる。

図２は、Ａ相信号及びＢ相信号の両信号線が断線していない場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図であり、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０に断線がない場合には、Ａ相信号５０とＢ相信号６０は位相が９０度ずらされているため、Ａ相信号５０とＢ相信号６０のエッジ部は交互に現れる。よって、カウンタ４１及びカウンタ４２は、カウント信号１１又はカウント信号２１とリセット信号１２又はリセット信号２２が交互に生成する。この結果、カウンタ４１及びカウンタ４２のカウント値１３及びカウント値２３は、カウント値１へのカウントアップとカウント値０へのリセットが交互に行われ、カウント値は０又は１を取ることとなる。

図３は、Ｂ相信号の信号線が断線している場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図であり、Ｂ相信号６０が断線している場合には、Ｂ相信号６０からはエッジ部を検出することができないため、カウント信号２１及びリセット信号１２は生成されない。よって、カウンタ４２は、カウント信号２１は生成しない一方でＡ相信号５０の各エッジ部におけるリセット信号２２を生成するため、カウント値２３はリセットされた状態の０を取り続けることとなる。また、カウンタ４１は、カウント信号１１を生成する一方、Ｂ相信号６０の各エッジ部におけるリセット信号１２は生成しないため、カウント値１３はリセットされることなくカウントアップされ続けることとなる。

図４は、Ａ相信号の信号線が断線している場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図であり、Ａ相信号５０が断線している場合においても、カウント信号１１及びリセット信号２２が生成されないため、カウンタ４１のカウント値１３は０を取り続ける一方、カウンタ４２のカウント値２３はカウントアップされ続けることとなる。
そして、カウンタ４１及びカウンタ４２のカウント値１３及びカウント値２３を受信した断線判定部４３は、カウント値１３又はカウント値２３の値が所定の値（本実施形態においては２）以上となった場合には、Ｂ相信号６０又はＡ相信号５０が断線していると判定して、断線検出信号を出力する。

このように、故障検出装置４は、エンコーダ１の出力信号（Ａ相信号５０、Ｂ相信号６０）を直接用いて断線を判定しているため、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０の両相両エッジでの速度検出器に限定されることなく、その速度検出の方式に関係なく適用することができる。
また、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０としてパルス信号を用い、カウンタ４１及びカウンタ４２は、カウント及びリセット又はデクリメントを、パルス信号の両エッジ部にて行うことにより、公知の回路を利用した簡易な構成で細かな故障検出も可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。
図５は、回転速度検出器に備えられた本発明の第２の実施形態に係る回転速度検出器の故障検出装置の概略構成を示すブロック図であり、故障検出装置５は、カウンタ４１と、カウンタ４２と、断線判定部４３と、ＯＲ回路５６と、カウンタ５４と、断線判定部５５と、を備えている。

なお、第１の実施形態において図１を用いて説明したものと同様の構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。
ＯＲ回路５６は、エンコーダ１よりＡ相信号５０及びＢ相信号６０が入力され、Ａ相信号５０の立ち上がり及び立下り両エッジ部並びに、Ｂ相信号６０の立ち上がり及び立下り両エッジ部の全てのエッジ部において、リセット信号６１を生成しカウンタ５４に対して出力するようになっている。

カウンタ５４は、クロック信号のような、Ａ相信号５０、Ｂ相信号６０に比べて十分に周波数の高い一定周期のパルス信号５７が入力され、パルス信号５７の立ち上がり及び立下り両エッジ部をカウント信号６２として生成し、これをカウントしてカウント値６３をカウントアップするとともに、ＯＲ回路５６から入力されるリセット信号６１によりカウント値６３をリセットする。

断線判定部５５は、カウンタ５４のカウント値６３を受信して、カウント値６３が予め設定された任意のしきい値（所定値）以上になった場合に断線と判定して、断線検出信号（図示しない）を出力する。
本実施形態においては、断線判定のしきい値として、回転体への速度指令に基づき、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０のうち片相が正常である場合にカウンタ５４がカウントする値の最大値よりも少し大きい値を設定している。

図６は、Ａ相信号及びＢ相信号の両信号線が断線していない場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図であり、Ａ相信号５０、Ｂ相信号６０に断線がない場合には、カウンタ５４は、リセット信号６１を一定の間隔で受信する。その結果、カウンタ５４のカウント値６３は、一定の範囲内における数値を繰り返し取る（０、１、２、０、１、２・・・という具合）こととなる。

図７は、Ａ相信号の信号線及びＢ相信号の信号線が断線している場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図であり、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０が断線している場合には、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０からはエッジ部を検出することができないため、ＯＲ回路５６からリセット信号６１は出力されない。よって、カウンタ５４は、リセット信号６１は受信されない一方で、パルス信号５７のエッジ部におけるカウント信号６２を生成するため、カウント値６３はリセットされることなくカウントアップされ続けることとなる。

そして、カウンタ５４のカウント値６３を入力した断線判定部５５は、カウンタ５４のカウント値６３が、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０のうち片相が正常である場合にカウンタ５４がカウントする値の最大値よりも少し大きい値となった場合には、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０の両相が断線していると判定して、断線検出信号（図示しない）を出力する。

このように、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０の片相が断線した場合のみではなく、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０の両相が断線した場合にも断線検出が可能となる。
また、断線判定部５５の断線判定のしきい値は、回転体への速度指令又は速度推定値に基づき設定することが可能であるため、例えば、回転体が低速で回転していて一定期間にカウント信号６２が１回しかカウントされないような場合又は、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０のパルス割れの場合等においても断線と判定してしまうことを容易に避けることができるとともに、回転体の回転速度に応じた適切な検出時間において断線を検出することも容易に可能となる。

また、パルス信号５７並びにＡ相信号５０及びＢ相信号６０としてパルス信号を用い、カウンタ４１、カウンタ４２及びカウンタ５４は、カウント及びリセットを、パルス信号の全エッジ部にて行うことにより、公知の回路を利用した簡易な構成で細かな故障検出が可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更、改良を行うことができる。

例えば、本発明に係る回転速度検出器の故障検出装置は、本実施例においてはＡ相信号５０及びＢ相信号６０の両相両エッジでの速度検出器に適用されているが、これに限られることはなく、片相片エッジでの速度検出器にも適用することができる。
また、本実施形態においては、Ａ相信号５０、Ｂ相信号６０及びパルス信号５７としてパルス信号が用いられているが、これに限られることはなく、正弦波信号等の周波数信号であってもよい。

また、本実施形態においては、カウント信号１１、２１及びリセット信号１２、２２は、Ａ相信号５０及びＢ相信号６０の立ち上がり及び立下り両エッジ部において生成しているが、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０と同期していれば任意のタイミングで生成することができる。
また、カウンタ４１及びカウンタ４２はカウント信号１１、２１又はリセット信号１２、２２を交互に生成し、カウント値１３及びカウント値２３は、カウント値１へのカウントアップとカウント値０へのリセットが交互に行われるようになっているが、カウント信号１１、２１又はリセット信号１２、２２がＡ相信号５０又はＢ相信号６０と同期していれば、カウント値１３、２３をカウント信号１１、２１により一定の範囲内の数値にカウントアップしてからリセット信号１２、２２により０にリセットすることもできる。

同様に、本実施形態においては、パルス信号５７の各エッジ部においてカウント信号６２を生成し、Ａ相信号５０の立ち上がり及び立下り両エッジ部並びに、Ｂ相信号６０の立ち上がり及び立下り両エッジ部の全てのエッジ部において、リセット信号６１を生成するようになっているが、カウント信号６２又はリセット信号６１はパルス信号５７、Ａ相信号５０又はＢ相信号６０と同期していれば任意のタイミングで生成することができる。また、カウンタ５４は、リセット信号６１を一定の間隔で受信し、カウンタ５４のカウント値６３は、一定の範囲内における数値を繰り返し取ることとなっているが、カウンタ５４がカウント信号６２の生成とリセット信号６１の受信を交互に行うようにし、カウント値６３がカウント値１へのカウントアップとカウント値０へのリセットが交互に行うように構成することもできる。

さらに、本実施形態においては、カウンタ４１、４２がリセット信号１２，２２を生成し、及びカウンタ５４がリセット信号６１を受信するとカウント値１３、２３及び６３を０にリセットする構成となっているが、リセット信号１２，２２又は６１を生成又は受信する毎により、カウント値１３、２３及び６３をデクリメント（１だけカウントダウン）する構成にすることもできる。

また、本実施形態においては、カウンタ４１、４２内にカウント信号１１、２１及びリセット信号１２、２２を生成する回路が組み込まれ、また、カウンタ５４内にカウント信号６２を生成する回路が組み込まれている構成となっているが、カウント信号１１、２１、６２を生成する回路及びリセット信号１２、２２を生成する回路を独立して設ける構成としてもよい。また、本実施例においては、これらの回路はアナログ回路として構成さているが、ソフトとして構成してマイコン等により処理することによりデジタル処理として構成することもできる。

回転速度検出器に備えられた本発明の第１の実施形態に係る回転速度検出器の故障検出装置の概略構成を示すブロック図である。 Ａ相信号及びＢ相信号の両信号線が断線していない場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図である。 Ｂ相信号の信号線が断線している場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図である。 Ａ相信号の信号線が断線している場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図である。 回転速度検出器に備えられた本発明の第２の実施形態に係る回転速度検出器の故障検出装置の概略構成を示すブロック図である。 Ａ相信号及びＢ相信号の両信号線が断線していない場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図である。 Ａ相信号の信号線及びＢ相信号の信号線が断線している場合の各信号の状態を示すタイミングチャート図である。 特許文献１に記載されたエンコーダによる回転速度検出器に備えられた断線検出装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ エンコーダ
２ 方向弁別回路
３ アップダウンカウンタ
４ 故障検出装置
５ 故障検出装置
１０ 回転速度検出器
１１ カウント信号
１２ リセット信号
１３ カウント値
２１ カウント信号
２２ リセット信号
２３ カウント値
４１ カウンタ
４２ カウンタ
４３ 断線判定部
５０ Ａ相信号
５４ カウンタ
５５ 断線判定部
５６ ＯＲ回路
５７ パルス信号
６０ Ｂ相信号
６１ リセット信号
６２ カウント信号
６３ カウント値
７０ アップ信号
８０ ダウン信号
９０ 従来の断線検出装置
９１ 断線判定部
９２ 断線検出カウンタ
９３ カウント値格納部

Claims (4)

1. 回転体の回転周波数に比例した第１の周波数信号と、該第１の周波数信号と同一の周波数であって前記第１の周波数信号に対して所定の位相差を有する第２の周波数信号とに基づいて前記回転体の回転方向及び回転速度を検出する回転速度検出器の故障検出装置において、
   前記第１の周波数信号に同期してカウントするとともに、該カウント値を前記第２の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第１のカウンタと、
   前記第２の周波数信号に同期してカウントするとともに、該カウント値を前記第１の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第２のカウンタと、
   前記両カウント値のうちどちらか一方が所定値を超えた場合に、前記回転速度検出器を故障と判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする回転速度検出器の故障検出装置。
2. 回転体の回転周波数に比例した第１の周波数信号と、該第１の周波数信号と同一の周波数であって前記第１の周波数信号に対して所定の位相差を有する第２の周波数信号とに基づいて前記回転体の回転方向及び回転速度を検出する回転速度検出器の故障検出装置において、
   前記第１の周波数信号に同期してカウントするとともに、該第１のカウント値を前記第２の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第１のカウンタと、
   前記第２の周波数信号に同期してカウントするとともに、該第２のカウント値を前記第１の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第２のカウンタと、
   一定周期の第３の周波数信号に同期してカウントするとともに、該第３のカウント値を前記第１の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントし且つ第２の周波数信号に同期してリセット又はデクリメントする第３のカウンタと、
   前記第１のカウント値若しくは第２のカウント値のうちどちらか一方が所定値を超えた場合、又は、前記第３のカウント値が所定値を超えた場合に、前記回転速度検出器を故障と判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする回転速度検出器の故障検出装置。
3. 前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号がパルス信号であり、前記第１のカウンタ及び第２のカウンタは、前記カウント及び前記リセット又はデクリメントを、前記パルス信号のエッジ部にて行うことを特徴とする、請求項１記載の回転速度検出器の故障検出装置。
4. 前記第１の周波数信号、第２の周波数信号及び第３の周波数信号がパルス信号であり、前記第１のカウンタ、第２のカウンタ及び第３のカウンタは、前記カウント及び前記リセット又はデクリメントを、前記パルス信号のエッジ部にて行うことを特徴とする、請求項２記載の回転速度検出器の故障検出装置。

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