JP2009058339A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】電子制御装置の制御用ＣＰＵの通信ポートに空きが無くても、ロータリエンコーダの複数の自己診断情報を簡素で安価な構成で伝送可能とすること。
【解決手段】ロータリエンコーダ１１の自己診断用ＣＰＵ２５からの自己診断結果をデューティ可変のフェイルセーフ信号として電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９の汎用ポートに出力することで該汎用ポートとは単一の信号線３６にて接続可能としたフェイルセーフ信号出力部３５を内蔵した構成。
【選択図】図６

Description

本発明は、被検出軸の回転状態を検出するロータリエンコーダにかかり、より詳しくは、被検出軸の回転状態を検出すると共にその検出出力を、制御対象を電子制御する制御用ＣＰＵを内蔵した電子制御装置に出力するロータリエンコーダに関するものである。

例えばエレベータ装置を電子制御する電子制御システムは、乗りかごを昇降駆動する駆動用モータのモータ軸にロータリエンコーダを取り付けると共にそのロータリエンコーダの検出信号を電子制御装置に入力する。電子制御装置はロータリエンコーダからの検出信号により駆動用モータを駆動制御して乗りかごを昇降制御するようになっている（例えば特許文献１参照）。この電子制御システムでは、主に、電子制御装置に内蔵する制御用ＣＰＵの制御動作により電子制御システムの安全性を図る。制御用ＣＰＵは、制御プログラムや各種制御定数や各種入力センサの動作状態に応答して各種の負荷を制御するようになっている。

以上の構成において、電子制御装置側では制御用ＣＰＵにロータリエンコーダ側の各種状態を検出信号の有無、信号波形等により一定の判定を行う判定プログラムを追加搭載することが考えられるが、そのような判定プログラムの追加搭載とその判定プログラムの実行は制御用ＣＰＵに負担増となるうえに電子制御速度の遅延化やコスト増をもたらす。
特開平０９−０７７４１２号公報

そこで、本出願人は、ロータリエンコーダ自体の状態を自己診断できるロータリエンコーダの開発を行っている。この場合、ロータリエンコーダから電子制御装置に自己診断信号を入力した時点でロータリエンコーダの状態が異常な状態にあった場合では、電子制御装置側としては、システム運転上、所要の措置を講じる時機を失しやすい。そこで、ロータリエンコーダの異常予兆を示す自己診断信号をロータリエンコーダ側から電子制御装置の制御用ＣＰＵに通信等により報知すると共にさらにその異常レベルがどの程度であるかも通信により電子制御装置側に報知できれば望ましいが、制御用ＣＰＵ側では通信のためのポートに余裕が無い場合がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものでありロータリエンコーダの状態を示す自己診断信号を電子制御装置の制御用ＣＰＵ側の汎用ポートに入力可能としたロータリエンコーダを提供することである。

本発明によるロータリエンコーダは、被検出軸の回転状態を検出すると共にその検出出力を、制御対象を電子制御する制御用ＣＰＵを内蔵した電子制御装置に出力するロータリエンコーダであって、当該ロータリエンコーダは、該ロータリエンコーダの状態を所定の自己診断項目ごとに自己診断する自己診断用ＣＰＵと、自己診断用ＣＰＵからの自己診断結果をデューティ可変のフェイルセーフ信号として上記制御用ＣＰＵの汎用ポートに出力することで当該汎用ポートとは単一の信号線にて接続可能としたフェイルセーフ信号出力部とを内蔵したことを特徴とするものである。

本発明のロータリエンコーダでは、電子制御装置の制御用ＣＰＵの通信ポートに空きが無くても、自己診断結果に対応してデューティを可変してフェイルセーフ信号としてフェイルセーフ信号出力部から電子制御装置の制御用ＣＰＵの汎用ポートに出力して自己診断情報を電子制御装置側に伝送することができることに加えて、フェイルセーフ信号出力部と電子制御装置の制御用ＣＰＵとは単一信号線で接続することができるので、ロータリエンコーダ側から電子制御装置に複数の自己診断情報を伝送するための信号線がわずか１本の配線という簡素で安価な構成で済む。

本発明のロータリエンコーダでは、電子制御装置の制御用ＣＰＵの通信ポートに空きが無くても、信号線がわずか１本の配線という簡素で安価な構成でロータリエンコーダの状態を示す複数の自己診断情報を電子制御装置の制御用ＣＰＵ側に伝送することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るエレベータ装置を制御する電子制御システムを詳細に説明する。実施の形態では制御対象をエレベータ装置に適用しているが、工作機械、コンベア、サーボモータ等他の制御対象にも適用することができることは勿論である。

図１を参照して、エレベータ装置１は、巻上機３を駆動用モータ５により駆動してロープ７を介して乗りかご９を昇降させる一方、被検出軸である駆動用モータ５のモータ軸１０（減速機構を介する場合を含む）に取り付けたロータリエンコーダ１１からの検出信号を電子制御装置１３に入力する。電子制御装置１３では、図１では図示略の制御用ＣＰＵを内蔵しており、ロータリエンコーダ１１からの検出信号により駆動用モータ５を駆動制御するようになっている。電子制御装置１３によるエレベータ装置１の制御内容はその他種々あるが、その説明は略する。なお、以下の説明では説明の都合でインクリメンタル型のロータリエンコーダに適用して説明するが、本発明はインクリメンタル型に限定されず、アブソリュート型等のロータリエンコーダに同様に適用することができる。

図２を参照してインクリメンタル型のロータリエンコーダ１１は図示略の機構に固定されたエンコーダハウジング１２を備え、軸方向一対の軸受１４によりモータ軸１０に支持されている。

図３を参照して、インクリメンタル型のロータリエンコーダ１１は、投光素子１５と受光素子１７，１９との間に、円周方向等間隔に投光素子１５からの光を透過することができる複数の回転スリットを有する回転スリット板２１と、この回転スリット板２１の一方側に上記回転スリットと同様に投光素子１５からの光を透過することができる固定スリットを有する固定スリット板２３とを対向配置している。

この固定スリット板２３の固定スリットは、投光素子１５からの光を電気角で順次９０度ずつずれさせて回転スリット板２１の回転スリットを通過させてＡ相とＢ相の光信号を形成すると共に、受光素子１７，１９では電気角で９０度ずつずれた上記Ａ相とＢ相の光信号を受光しこれらＡ相とＢ相の光信号を図４で示すような電気的な信号に変換するようになっている。

そしてロータリエンコーダ１１には、上記光信号の単位時間当たりの数から回転速度、また、Ａ相とＢ相の光信号のバイナリーコードでＡ相光信号「０」、Ｂ相光信号「０」の組み合わせでは「０」、Ａ相光信号「１」、Ｂ相光信号「０」の組み合わせでは「２」、Ａ相光信号「１」、Ｂ相光信号「１」の組み合わせでは「３」、Ａ相光信号「０」、Ｂ相光信号「１」の組み合わせでは「１」としそのバイナリーコードの変化順序から回転方向を判定することができる。

図５で示すように、ロータリエンコーダ１１においては、投光素子１５の投光光を、図５で略示した固定スリット板２３、回転スリット板２１を経て、受光素子１７，１９で受光させる回路構成を有し、受光素子１７，１９それぞれからのＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置１３に出力する一方で、Ａ、Ｂ相両信号をＡＤ変換ポートＡ／Ｄに入力するＣＰＵ２５を備える。このＣＰＵ２５は、その出力ポートＯＵＴから投光素子１５と直列に接続したトランジスタ２７のベースにＰＷＭ（パルス幅変調）制御パルスを印加することにより、投光素子１５をＯＮ、ＯＦＦ制御している。そして、投光素子１５をＯＮさせるパルス幅を制御することにより、投光素子１５の投光強度（単位時間当たりの投光光量）を制御している。

上記ＣＰＵ２５は以下で説明する自己診断用ＣＰＵと共用するようになっている。もちろん、このＣＰＵ２５は自己診断用ＣＰＵとは別のＣＰＵでもよい。

図６を参照して、実施の形態の電子制御システムのブロック構成を説明する。この電子制御システムは、制御対象がエレベータ装置１であり、ロータリエンコーダ１１と、電子制御装置１３と、駆動用モータ５と、を備える。電子制御装置１３は、制御用ＣＰＵ３９を内蔵している。

ロータリエンコーダ１１は、Ａ、Ｂ相信号出力部３１と、自己診断データ処理部３３と、上記ＣＰＵ（自己診断用ＣＰＵ）２５と、フェイルセーフ信号出力部３５と、を備える。

Ａ、Ｂ相信号出力部３１は、図４で示すＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置１３に出力する。電子制御装置１３はそれらＡ、Ｂ相両信号から駆動用モータ５の回転速度や回転方向を検出し、駆動用モータ５を制御することにより、乗りかご９の昇降位置や昇降速度等を制御する。

自己診断データ処理部３３は、電源電圧、投光素子１５の光量、受光素子１７，１９の出力信号、Ａ、Ｂ相両信号の有無、その周期、そのデューティ、Ａ、Ｂ相両信号のパルス数等の自己診断項目を処理する。例えば、電源電圧では、図示略の電源電圧監視回路で監視した電源電圧を自己診断用ＣＰＵ２５に入力する。

自己診断用ＣＰＵ２５は、自己診断データ処理部３３から入力した電源電圧監視データから電源電圧が、正常、重大な異常（異常レベル大）、軽微な異常（異常レベル小）等、複数の段階に分類し、各段階それぞれに対応したオンデューティを持つパルス列からなる自己診断信号をフェイルセーフ信号出力部３５に出力する。

フェイルセーフ信号出力部３５は、その自己診断状態に応じた各段階の信号をデューティが可変したフェイルセーフ信号として電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９の汎用ポートに対して１本の信号線３６で伝送する。

電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９は、汎用ポートに入力したフェイルセーフ信号のオンデューティを読み取り、ロータリエンコーダ１１の状態を判断することができ、この判断に従い、駆動用モータ５やその他の制御対象を電子制御する。

以上説明した実施の形態では、自己診断用ＣＰＵ２５により、例えば、エレベータ装置の乗りかご９が昇降中に行った自己診断結果が投光素子の光量が劣化したとする結果である場合、ロータリエンコーダ１１からはフェイルセーフ信号出力部３５からその劣化の進捗を示すオンデューティ情報のフェイルセーフ信号を電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９に入力する。そして、制御用ＣＰＵ３９はフェイルセーフ信号が有するオンデューティ情報から投光素子１５の光量が異常レベル「大」つまり劣化程度が大きい重大な異常の場合では駆動用モータ５への電源供給を遮断したり、また、該投光素子１５の光量が異常レベル「中」の劣化程度である軽微な異常の場合では駆動用モータ５への電源供給は遮断させず、乗りかご９を途中直近の階まで昇降させて停止制御した後でエレベータ扉を開放側に制御すると共にアラームを鳴動制御したりエレベータ装置管理センターに通報する等の制御を行う。これにより、作業員等はメンテナンスやその他の処置を適確迅速に講じることが可能となる。

この場合、自己診断用ＣＰＵはロータリエンコーダの状態が例えば投光素子光量ゼロ等の重大な異常状態であれば、例えばロータリエンコーダからのＡ、Ｂ相両信号を無視し、モータの回転速度を安全な回転速度に自動制御し、また、投光素子光量がゼロでは無いものの、Ａ、Ｂ相両信号のデューティ等に軽微な異常等があれば、車両運転の継続は可能であるものの、運転者にその旨を迅速に報知し、運転者に早急な点検や補修等を促すことができる。

また、実施の形態の電子制御システムは、広く一般に、ロータリエンコーダと、電子制御装置と、を備えた電子制御システムに適用することができる。

以上から本実施の形態では、電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９の通信ポートに空きが無くても、自己診断結果に対応してデューティを可変してフェイルセーフ信号としてフェイルセーフ信号出力部３５から１本の信号線３６を介して制御用ＣＰＵ３９に伝送することができる。

また、本実施の形態では、フェイルセーフ信号出力部３５と制御用ＣＰＵ３９とを単一信号線３６で接続することができるので、ロータリエンコーダ１１側から電子制御装置１３に複数の自己診断情報を伝送する構成が簡素で安価な構成で済む。

図１は本発明の実施の形態に係る電子制御システムの概略構成を示す図である。 図２はロータリエンコーダがモータ軸に軸受で支持されている状態を示す図である。 図３はインクリメンタル型ロータリエンコーダの機構的な概略構成を示す図である。 図４はインクリメンタル型ロータリエンコーダによるＡ相とＢ相の関係を示す図である。 図５はロータリエンコーダの電気的な概略構成を示す図である。 図６は実施の形態の電子制御システムの概略ブロック構成を示す図である。

符号の説明

１ エレベータ装置
５ 駆動用モータ
１１ ロータリエンコーダ
２５ 自己診断用ＣＰＵ
３１ Ａ、Ｂ相信号出力部
３３ 自己診断データ処理部
３５ フェイルセーフ信号出力部
１３ 電子制御装置
３９ 制御用ＣＰＵ

Claims (1)

1. 被検出軸の回転状態を検出すると共にその検出出力を、制御対象を電子制御する制御用ＣＰＵを内蔵した電子制御装置に出力するロータリエンコーダであって、
   当該ロータリエンコーダは、該ロータリエンコーダの状態を所定の自己診断項目ごとに自己診断する自己診断用ＣＰＵと、自己診断用ＣＰＵからの自己診断結果をデューティ可変のフェイルセーフ信号として上記制御用ＣＰＵの汎用ポートに出力することで当該汎用ポートとは単一の信号線にて接続可能としたフェイルセーフ信号出力部とを内蔵した、ことを特徴とするロータリエンコーダ。

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