JP5089296B2 - エレベータ装置用ロータリエンコーダおよびエレベータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、巻上機を駆動するモータと、モータの回転軸に取り付けられたロータリエンコーダと、該ロータリエンコーダを用いて上記モータを電子制御する電子制御装置とを備えたエレベータ装置と、その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回転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からのＡ、Ｂ相両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Ａ、Ｂ相両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にエンコーダ側の異常状態をＡ、Ｂ相両信号の有無、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。また、エレベータ装置製造側とエンコーダ製造側とが分かれている場合等エレベータ装置製造側で上記判定プログラムの追加等を行うのはエンコーダの詳細が明確でない限りは困難である。まして、既に建屋等に設置済みのエレベータ装置においては、殆どの例では放置される状態となりかねない。

このような現状下で、エンコーダが突然的に異常になった場合、電子制御装置側では適切な処置を講じることができないので、現時点では異常ではなく継続運転が可能であるが異常発生が予測される前に適切な処置を講じることができるシステムが望まれる。
特開平０９−０７７４１２号公報

そこで、本発明により解決すべき課題は、ロータリエンコーダの状態を自己診断すると共に、その自己診断の内容に応じて、電子制御装置側で異常時ではシステム強制停止を可能とする一方で、異常を予知してシステムの運転継続を可能としつつ異常発生前に適切な処置を講じることを可能としシステムの安全性を構築する電子制御システムを提供することである。

本発明によるエレベータ装置用ロータリエンコーダは、巻上機を駆動して乗りかごを昇降させるモータの回転軸の回転状態を検出すると共にその検出出力を、上記モータを電子制御する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、自己診断用ＣＰＵを内蔵し、この自己診断用ＣＰＵは、ロータリエンコーダの状態を少なくとも重大と軽微２種類に区別すると共にこの状態が重大な状態であると診断するときは、電子制御装置側からモータへの電源供給線に設けられたスイッチを開く側に駆動するフェイルセーフ信号を出力してモータの回転動作を停止させる一方、軽微な状態であると診断するときは電子制御装置側に異常予知信号を入力する、ことを特徴とするものである。

本発明によるロータリエンコーダでは、ロータリエンコーダ内蔵の自己診断用ＣＰＵにより、ロータリエンコーダの状態が重大な状態であると自己診断するときはフェイルセーフ信号を出力して当該システムを停止させる。この場合、電子制御装置側では、ロータリエンコーダが例えばインクリメンタル型である場合、Ａ、Ｂ相両信号の「０」「１」の組み合わせで制御対象を制御するので、Ａ、Ｂ相両信号の組み合わせに「０」「０」の組み合わせがある場合、ロータリエンコーダが電源供給停止等の異常な状態にあっても、Ａ、Ｂ相両信号が、「０」「０」の位置で停止していると判断し、電子制御装置側では正常として制御対象を制御する可能性がある。このような場合、自己診断用ＣＰＵは自己診断によりロータリエンコーダの状態が重大であると自己診断し、フェイルセーフ信号を出力して当該システムを停止させるので、電子制御装置側では安全にシステムを制御することができる。

本発明によるエレベータ装置は、巻上機を駆動して乗りかごを昇降させるモータと、上記モータの回転軸に取り付けられたロータリエンコーダと、このロータリエンコーダからの検出信号から上記モータを駆動制御する制御用ＣＰＵを内蔵した電子制御装置と、を含み、ロータリエンコーダに、自己診断用ＣＰＵを内蔵し、この自己診断用ＣＰＵは、少なくとも上記検出信号の状態から当該ロータリエンコーダの状態を少なくとも重大と軽微２種類に区別する自己診断を行うと共にこの状態が重大な状態であると自己診断するときは、電子制御装置側からモータへの電源供給線に設けられたスイッチを開く側に駆動するフェイルセーフ信号を出力してモータの回転動作を停止させる一方、軽微な状態であると自己診断するときは電子制御装置側に異常予知信号を入力する、ことを特徴とするものである。

上記自己診断には、電源電圧監視、投光素子駆動電流監視、検出信号の有無、位相、デューティ、パルス数、等の各種があり、本発明はそれらに限定されるものではない。また、自己診断機能では、例えば電源電圧監視では電源電圧を比較回路で基準電圧と比較し、電源電圧が基準電圧超あるいは未満になれば電源電圧異常であると自己診断することができる。また、投光素子駆動電流監視では、駆動電流を比較回路で基準電流と比較し、駆動電流が基準電流超あるいは未満になれば駆動電流異常であると自己診断することができる。その他の自己診断機能も適宜に実施するとよい。

上記重大な状態とは、例えば、インクリメンタル型であれば検出信号であるＡ、Ｂ相両信号が共にあるいは一方が無い状態であり、この状態では、電子制御装置は駆動用モータを制御することができず、システムを安全に制御することができなくなる。軽微な状態とはベアリングのガタ、投光素子光量低下、回転スリット板等のごみ付着等を例示することができる。

少なくとも重大と軽微２種類は、重大な状態を１つないし複数の状態、軽微な状態を１つないし複数の状態に区別することも含む。

上記異常予知信号には診断結果の細目データを含ませることができる。例えば、投光素子駆動電流（投光素子の光量）の低下、検出信号であるＡ、Ｂ相両信号のデューティ異常、等である。例えば、エンコーダと同期回転する回転軸を支持する軸受の摩耗等によりデューティが異常になったり、投光素子の光量が減少し、将来的にＡ、Ｂ相両信号が無くなる可能性がある。

本発明の電子制御システムでは、上記ロータリエンコーダを備えるので、安全にシステムを制御することができる。

本発明の電子制御システムでは、ロータリエンコーダの状態が重大な状態ではなく軽微な状態であると自己診断するときはロータリエンコーダから電子制御装置の制御用ＣＰＵに異常予知信号を入力するが、この異常予知信号に診断結果の細目を伝達可能な情報を含めておけば、制御用ＣＰＵは、自己診断用ＣＰＵからの異常予知信号により制御対象を適切安全に制御することができる。

例えば、制御対象がエレベータ装置である場合、そのエレベータ装置の乗りかごが昇降中にその診断結果の細目の１つが投光素子の光量が劣化してきている場合では、制御用ＣＰＵはシステムを強制停止させるのではなく、乗りかごを途中直近の階まで昇降させて当該階に到着後、自動停止しエレベータ扉を開放すると共にアラームを鳴動させる制御を行う一方、エレベータ装置管理室等に報知することにより、作業員等は適切な処置を適確迅速に講じることが可能となる。

本発明はまた、制御用ＣＰＵに上記ロータリエンコーダの状態を監視するためのプログラムを実行させる必要がないから、電子制御装置側に機能追加等の負担を要求することなく診断結果の細目に対応した処置以外はほぼ現状通りにて電子制御システムとしてのさらなる安全性向上を期することができるようになる。

本発明の電子制御システムでは、ロータリエンコーダの状態を自己診断すると共に、その自己診断の内容に応じて、システムの強制停止や電子制御装置側での異常発生前に適切な処置を講じることを可能としたから、電子制御システムの安全性を向上させることができるようになる。

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を制御する電子制御システムを詳細に説明する。

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（ＥＣＵ）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、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、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の駆動用モータ５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、常閉のリレースイッチ２９と、を備える。電子制御装置１３は制御用ＣＰＵ３９を備えており、駆動用モータ５以外にも種々の信号を入出力するが、図６では図示を略する。

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、異常予知信号出力部３７と、を備える。

Ａ、Ｂ相信号出力部３１は、図４で示すＡ、Ｂ相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の駆動電流、受光素子１７，１９の出力信号、Ａ、Ｂ相信号の周期、デューティ、パルス数等の自己診断用データを処理する。

自己診断用ＣＰＵ２５は、自己診断データ処理部３３からの自己診断用データに基づいてロータリエンコーダ１１を自己診断する。もちろん、自己診断データ処理部３３はフェイルセーフ信号出力部３５と、異常予知信号出力部３７とも含めて機能的にはマイクロコンピュータとして自己診断用ＣＰＵ２５に含むことができるが、理解しやすくするために各ブロックにて示している。

この自己診断は、図７で示すように、ロータリエンコーダ１１の状態が重大であるか、または、軽微であるかであり、ロータリエンコーダ１１の状態が重大な場合の例は、Ａ、Ｂ相両信号無し、等であり、ロータリエンコーダ１１の状態が軽微な場合の例は、軸受１４のガタ、投光素子１５の光量劣化、回転スリット板２１や固定スリット板２３の各スリットへのごみ付着、等である。

自己診断用ＣＰＵ２５は、図示略の自己診断プログラムに従い、ロータリエンコーダ１１の状態を自己診断すると共にその診断によりロータリエンコーダ１１の状態が重大な状態か軽微な状態かを区別する。そして、ロータリエンコーダ１１の状態が重大な状態であると判定すると、フェイルセーフ信号出力部３５からリレースイッチ２９にフェイルセーフ信号を出力する。フェイルセーフ信号は、電子制御装置１３と駆動用モータ５とを接続する電源供給線に配置されたリレースイッチ２９を開く側に駆動する結果、駆動用モータ５には電源が供給されなくなり、駆動用モータ５は回転動作を停止するようになっている。これにより、電子制御システムが強制停止することによりその安全性が確保される。

また、自己診断用ＣＰＵ２５は、ロータリエンコーダ１１の状態が軽微な状態であると判定すると、異常予知信号出力部３７から電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９にその判定結果を異常予知信号として入力する。この判定結果は、ロータリエンコーダ１１の状態の細目であり、電子制御装置１３の制御用ＣＰＵ３９はその細目に従い駆動用モータ５やその他の制御を行う。

例えば、エレベータ装置１の乗りかご９が昇降中にその診断結果の細目の１つが投光素子の光量が劣化する場合等の異常予知信号入力のときは、制御用ＣＰＵ３９はその乗りかご９を途中直近の階まで昇降させて停止させる制御を行った後でエレベータ扉を開放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とにより、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。

なお、異常予知信号出力部３７から制御用ＣＰＵ３９にｎ（ｎは２以上の整数）本、例えば２本の出力線を接続することにより、各出力線それぞれを通じて「０」「１」のデジタル値を制御用ＣＰＵ３９に出力可能とする。これによって異常予知信号出力部３７から制御用ＣＰＵ３９に対しては、デジタル値として２ビットで例えば、「００」＝０、「０１」＝１、「１０」＝２、「１１」＝３の４種類の異常予知信号を出力することができる。

なお、ロータリエンコーダ１１の状態が重大か軽微かの区別に関して図８、図９を参照してその一例を説明する。まず図８を参照してロータリエンコーダ１１の自己診断用ＣＰＵ２５は、Ａ、Ｂ相両信号のデューティ（ｄｕｔｙ）を演算する（ステップｎ１）。その演算の結果がデューティが４０％以下か、６０％以上かを判定し（ステップｎ２）、４０％以下か、６０％以上でなければ、正常とし（ステップｎ３）、デューティが４０％以下か、６０％以上の場合であれば異常フラグ３をたてる（ステップｎ４）。ここで、図８の異常フラグ表に示すように、異常フラグ０〜３は軽微、４〜７は重大とするロータリエンコーダ１１の異常細目を示す。この例でＡ、Ｂ相両信号のデューティ異常フラグは「３」であり上記表中に「※１」で示す。

こうして異常フラグを「３」とすると、次の状態の細目に移行する（ステップｎ５）。こうしてロータリエンコーダ１１の各状態ごとに異常フラグを立てたり降ろしたりする。

図９を参照して、自己診断用ＣＰＵ２５は異常フラグを確認し（ステップｎ６）、異常フラグが０〜３か否かを判定し（ステップｎ７）、異常フラグが０〜３のいずれかであれば、ロータリエンコーダ１１の状態が軽微とし（ステップｎ８）、異常フラグが０〜３でなければ、次に異常フラグが４〜７か否かを判定し（ステップｎ９）で、異常フラグが４〜７のいずれかであれば、ロータリエンコーダ１１の状態が重大であるとする出力を行う（ステップｎ１０）。こうして次に移行し（ステップｎ１１）、ロータリエンコーダ１１の各状態について判定する。

この場合、自己診断用ＣＰＵはロータリエンコーダの状態が重大であれば、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制御し、軽微であれば、運転者にその旨を報知する等を講じることができる。

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。 図７はロータリエンコーダ内部の自己診断用ＣＰＵにより行われる自己診断の内容を示す図である。 図８はロータリエンコーダの状態についての判定フローチャートである。 図９はロータリエンコーダの状態を判定した結果、フェイルセーフ信号、異常予知信号の出力についての処理フローチャートである。

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
１３ 電子制御装置
３９ 制御用ＣＰＵ
２５ 自己診断用ＣＰＵ

Claims (2)

1. 巻上機を駆動して乗りかごを昇降させるモータの回転軸の回転状態を検出すると共にその検出出力を、上記モータを電子制御する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、自己診断用ＣＰＵを内蔵し、
   この自己診断用ＣＰＵは、ロータリエンコーダの状態を少なくとも重大と軽微２種類に区別すると共にこの状態が重大な状態であると診断するときは、電子制御装置側からモータへの電源供給線に設けられたスイッチを開く側に駆動するフェイルセーフ信号を出力してモータの回転動作を停止させる一方、軽微な状態であると診断するときは電子制御装置側に異常予知信号を入力する、ことを特徴とするエレベータ装置用ロータリエンコーダ。
2. 巻上機を駆動して乗りかごを昇降させるモータと、上記モータの回転軸に取り付けられたロータリエンコーダと、このロータリエンコーダからの検出信号から上記モータを駆動制御する制御用ＣＰＵを内蔵した電子制御装置と、を含み、
   ロータリエンコーダに、自己診断用ＣＰＵを内蔵し、
   この自己診断用ＣＰＵは、少なくとも上記検出信号の状態から当該ロータリエンコーダの状態を少なくとも重大と軽微２種類に区別する自己診断を行うと共にこの状態が重大な状態であると自己診断するときは、電子制御装置側からモータへの電源供給線に設けられたスイッチを開く側に駆動するフェイルセーフ信号を出力してモータの回転動作を停止させる一方、軽微な状態であると自己診断するときは電子制御装置側に異常予知信号を入力する、ことを特徴とするエレベータ装置。

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