JP5166002B2 - 電子制御システムおよびこれに用いるロータリエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、被検出軸の回転に伴いＡ相信号とＢ相信号とを生成出力するロータリエンコーダと、上記Ａ、Ｂ相両信号に基づいて被検出軸の回転動作を制御する電子制御装置とを備えた電子制御システムおよびこれに用いるロータリエンコーダに関するものである。

図７を参照して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を説明すると、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からの検出信号であるＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置１３に入力する（例えば特許文献１参照）。電子制御装置１３では、マイクロコンピュータを内蔵しており、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によるエレベータの制御内容はその他種々あるが、その説明は略する。

以上の電子制御システムにおいて、電子制御装置１３側にＡ、Ｂ相両信号に基づいて上記被検出軸の回転動作の制御を行うシステム制御部に加えて、上記システム制御部のダウン時に上記Ａ、Ｂ相両信号に基づいて上記被検出軸の回転動作のバックアップ制御を行うバックアップ制御部を設けることが行われる場合がある。そしてこの場合、システム制御部だけにマイクロコンピュータを搭載するのではなくバックアップ制御部にもマイクロコンピュータを搭載することが行われた場合に、ロータリエンコーダ１１においても、この電子制御装置１３に対応することが要求されてくるようになる。

図８で示すように、ロータリエンコーダ１１は、一般的に、投光素子ＬＥＤと２つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２との間に、円周方向等間隔に投光素子ＬＥＤからの光を透過することができる複数のスリット（以下回転スリットと言う）を有する回転スリット板ＲＳと、この回転スリット板ＲＳの一方側に上記スリットと同様に投光素子ＬＥＤからの光を透過することができるスリット（以下固定スリットと言う）を有する固定スリット板ＦＳとを対向配置している。

この固定スリット板ＦＳの固定スリットは、投光素子ＬＥＤ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ＲＳの回転スリットを通過させて光信号を形成するようになっている。

図９で示すように、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２では検出部として上記光信号を受光し、この受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の受光出力を信号生成部としての比較回路ＣＰ１，ＣＰ２で基準電圧と比較することにより、比較回路ＣＰ１，ＣＰ２それぞれからは１８０度ごとに反転するＡ相信号と、Ａ相信号から９０度位相ずれし１８０度ごとに反転するＢ相信号とが生成出力され、図示略の出力部を介して、上記Ａ、Ｂ相両信号が電子制御装置１３に入力されるようになっている。電子制御装置１３ではＡ、Ｂ相両信号から被検出軸の回転状態すなわちその回転方向や回転速度を検出することができるようになっている。

このようなロータリエンコーダ１１では、電子制御装置１３側にシステム制御部とバックアップ制御部との双方にマイクロコンピュータを搭載して電子制御システムとしての安全性を図るようにしても、その安全性の基礎であるロータリエンコーダ１１側に異常等が存在していれば、上記安全性は容易に損なわれてしまうことが考えられる。そこで、電子制御システムのさらなる安全性の向上を期すべく、本出願人はロータリエンコーダ１１に対して自己診断機能を付加することを考え、鋭意研究を行った。
特開平０７−１３４０４８号公報

本発明により解決すべき課題は、ロータリエンコーダ出力により電子制御装置が安全にシステム運転を行うことを可能とした電子制御システムおよびこれに用いるロータリエンコーダを提供することである。

本発明による電子制御システムは、被検出軸の回転に伴いＡ相信号とＢ相信号とを生成出力するロータリエンコーダと、上記Ａ、Ｂ相両信号に基づいて被検出軸の回転動作を制御する電子制御装置とを備えた電子制御システムにおいて、上記ロータリエンコーダ側にそれぞれ上記Ａ、Ｂ相両信号を出力するメインとサブ２つのＡ、Ｂ相回路を設ける一方、電子制御装置側にそれぞれマイクロコンピュータ内蔵のシステム制御部とバックアップ制御部とを相互監視可能に設け、メインＡ、Ｂ相回路出力を電子制御装置のシステム制御部に、サブＡ、Ｂ相回路出力をシステムとバックアップ両制御部にそれぞれ出力する一方で、ロータリエンコーダ側で両Ａ、Ｂ相回路の正常、異常を自己診断し、その自己診断結果をフェイルセーフ信号として電子制御装置側のシステムとバックアップ両制御部に出力することを特徴とするものである。

本発明では、ロータリエンコーダ側にメインとサブ２つのＡ、Ｂ相回路を設け、メインＡ、Ｂ相回路出力を電子制御装置のシステム制御部に、サブＡ、Ｂ相回路出力をシステムとバックアップ両制御部にそれぞれ出力する一方で、両Ａ、Ｂ相回路の正常、異常を自己診断し、その自己診断結果をフェイルセーフ信号として電子制御装置側のシステムとバックアップ両制御部に出力するようにしたので、電子制御装置側ではシステムとバックアップ両制御部にマイクロコンピュータを搭載して電子制御システムとしての安全性を図ることができる一方、その安全性の基礎であるロータリエンコーダ側ではメインとサブ両Ａ、Ｂ相回路の一方に異常等が存在しても、電子制御装置側には他方からＡ、Ｂ相両信号を入力して安全性を維持することができ、電子制御システム全体としてのさらなる安全性を図ることができるようになる。

また、ロータリエンコーダ側から電子制御装置側に対して上記故障等によりフェイルセーフ信号が出力された場合、電子制御装置側では、フェイルセーフ信号入力によりシステム運転を即座に停止する必要がなくなりシステム運転を安全に行うことができる。また、ロータリエンコーダ側でメインＡ、Ｂ相回路からサブＡ、Ｂ相回路に切り替わった場合では、メインＡ、Ｂ相回路に故障等が存在するので、システム管理者等はロータリエンコーダの故障等に対してメンテナンスを実施しその故障要因等を無くすことができる。

本発明では、電子制御装置側にシステムとバックアップ両制御部でシステム運転の安全性の向上を図る場合に、ロータリエンコーダ側でもメインＡ、Ｂ相回路に異常があっても、電子制御装置側では安全にシステム運転を継続することが可能となる。

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電子制御システムを詳細に説明する。実施の形態ではエレベータを制御する電子制御システムに適用しているが、他の電子制御システムにも適用することができる。

図１を参照して電子制御システムの概略構成を説明すると、ロータリエンコーダ１１は、メインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎと、サブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂと、マイクロコンピュータＭＣとを備える。電子制御装置１３は、システム制御部ＳＣと、バックアップ制御部ＢＣとを備える。

ロータリエンコーダ１１において、メインとサブの両Ａ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ，Ｓｕｂは、それぞれ、Ａ、Ｂ相両信号を生成出力する。マイクロコンピュータＭＣは、両Ａ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ，Ｓｕｂ出力から当該両Ａ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ，Ｓｕｂの正常、異常を自己診断により判定しその判定出力をフェイルセーフ信号としてシステム制御部ＳＣとバックアップ制御部ＢＣとに出力する。

電子制御装置１３において、システム制御部ＳＣは、図示略のマイクロコンピュータを内蔵し、メインとサブの両Ａ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ，Ｓｕｂのうち一方からのＡ、Ｂ相両信号に基づいて駆動用モータ５の回転動作のシステム制御を行ない、バックアップ制御部ＢＣは、図示略のマイクロコンピュータを内蔵し、システム制御部ＳＣのダウン時にサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂからのＡ、Ｂ相両信号に基づいて駆動用モータ５の回転動作のバックアップ制御を行う。両制御部ＳＣ，ＢＣではロータリエンコーダ１１からのフェイルセーフ信号によりロータリエンコーダ１１の状態を監視すると共に、システム制御部ＳＣがダウンしたときにバックアップ制御部ＢＣがサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂからのＡ、Ｂ相両信号に基づいて駆動用モータ５の回転動作をバックアップ制御するようになっている。システム制御部ＳＣとバックアップ制御部ＢＣは内蔵するマイクロコンピュータにより通信して相互監視可能であり、バックアップ制御部ＢＣはシステム制御部ＳＣがダウンしたか否かを監視している。

図２を参照してロータリエンコーダ１１は、単一の投光素子ＬＥＤ、単一の固定スリット板ＦＳ、単一の回転スリット板ＲＳを備える。投光素子ＬＥＤは電源と接地との間に電流制限抵抗Ｒ０、トランジスタＴＲ０と共に直列に挿入接続され、後述するマイクロコンピュータＭＣの制御出力でオンオフするトランジスタＴＲ０を通じて投光動作する。

また、メインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎは、投光素子ＬＥＤからの投光を回転スリット板ＲＳと、固定スリット板ＦＳとを介して受光素子ＰＤ１（ａ＋），ＰＤ１（ａ−），ＰＤ１（ｂ＋），ＰＤ１（ｂ−）で受光する。これら受光素子ＰＤ１（ａ＋），ＰＤ１（ａ−），ＰＤ１（ｂ＋），ＰＤ１（ｂ−）、それぞれの出力は比較回路ＣＰ１，ＣＰ２で比較され、比較回路ＣＰ１，ＣＰ２からのメインＡ相信号（Ａ）、比較回路ＣＰ２からはメインＢ相信号（Ｂ）が出力回路部ＲＤ１を介して電子制御装置１３に出力されると共に、メインＡ相信号、メインＢ相信号は制御手段であるマイクロコンピュータＭＣに入力される。

サブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂも同様に投光素子ＬＥＤからの投光を回転スリット板ＲＳと、固定スリット板ＦＳとを介して受光素子ＰＤ２（ａ＋），ＰＤ２（ａ−），ＰＤ２（ｂ＋），ＰＤ２（ｂ−）で受光する。これら受光素子ＰＤ２（ａ＋），ＰＤ２（ａ−），ＰＤ２（ｂ＋），ＰＤ２（ｂ−）、それぞれの出力は比較回路ＣＰ３，ＣＰ４で比較され、比較回路ＣＰ３，ＣＰ４からのメインＡ相信号（Ａ）、メインＢ相信号（Ｂ）が出力回路部ＲＤ２を介して電子制御装置１３に出力されると共に、メインＡ相信号、メインＢ相信号は制御手段であるマイクロコンピュータＭＣに入力される。

マイクロコンピュータＭＣでは、メインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎとサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂそれぞれからのメインとサブのＡ、Ｂ相両信号の正常、異常を判定すると共に、その判定に対応してフェイルセーフ信号を出力する。

図３、図４を参照して、実施の形態のロータリエンコーダ１１の機械的構成を説明する。図３では投光素子ＬＥＤ、固定スリット板ＦＳ、回転スリット板ＲＳ、受光素子ＰＤ１（ａ＋），ＰＤ１（ａ−），ＰＤ１（ｂ＋），ＰＤ１（ｂ−），ＰＤ２（ａ＋），ＰＤ２（ａ−），ＰＤ２（ｂ＋），ＰＤ２（ｂ−）を示す。投光素子ＬＥＤからの投光は固定スリット板ＦＳ、回転スリット板ＲＳ、を介して各受光素子で受光される。

図４（ａ）にメインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ、図４（ｂ）にサブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂに対応する構成を示すが、図４（ａ）、図４（ｂ）それぞれに示す回転スリット板ＲＳ、固定スリット板ＦＳは共に同一のものでもよい、図解の都合で図４（ａ）と図４（ｂ）に分けて示す。

図４（ａ）、図４（ｂ）において、ｒｓは回転スリット板ＲＳに円周方向等間隔に形成された回転スリットである。図中、回転スリット板ＲＳにおいて、回転スリットｒｓの部分は図解上は白抜きで、回転スリットｒｓ間は投光素子ＬＥＤの投光を遮光する部分であり、図解上はハッチングで示す。固定スリット板ＦＳはこの回転スリットｒｓに対向する固定スリットｆｓを有する。

固定スリットｆｓは説明の都合で、投光素子ＬＥＤの光を１８０度ごとに反転する光信号ａ＋を生成する固定スリットをｆｓ（ａ＋）、光信号ａ＋に対して電気角で１８０度ずれて１８０度ごとに反転する光信号ａ−を生成する固定スリットをｆｓ（ａ−）、投光素子ＬＥＤの光を光信号ａ＋に電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転する光信号ｂ＋を生成する固定スリットをｆｓ（ｂ＋）、光信号ｂ＋に対して電気角で１８０度ずれて１８０度ごとに反転する光信号ｂ−を生成する固定スリットをｆｓ（ｂ−）、と称する。固定スリットｆｓは説明ならびに図解の複雑化を避けるため、メインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ、サブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂそれぞれの受光素子共通の符号を用いている。

メインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎとサブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂそれぞれの受光素子もそれぞれの固定スリットｆｓ（ａ＋），ｆｓ（ａ−），ｆｓ（ｂ＋），ｆｓ（ｂ−）に合わせて、ＰＤ１（ａ＋），ＰＤ１（ａ−），ＰＤ１（ｂ＋），ＰＤ１（ｂ−），ＰＤ２（ａ＋），ＰＤ２（ａ−），ＰＤ２（ｂ＋），ＰＤ２（ｂ−）と称しており、それぞれの受光素子ＰＤ１（ａ＋），ＰＤ１（ａ−），ＰＤ１（ｂ＋），ＰＤ１（ｂ−），ＰＤ２（ａ＋），ＰＤ２（ａ−），ＰＤ２（ｂ＋），ＰＤ２（ｂ−）は、対応する固定スリットｆｓ（ａ＋）、ｆｓ（ａ−）、ｆｓ（ｂ＋）、ｆｓ（ｂ−）、を通過した光信号ａ＋，ａ−，ｂ＋，ｂ−，を受光する。

メインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎにおいて、光信号ａ＋、ａ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ１（ａ＋）とＰＤ１（ａ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ１で比較されてＡ相信号が生成され、光信号ｂ＋、ｂ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ１（ｂ＋）とＰＤ１（ｂ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ２で比較されてＢ相信号が生成される。

サブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂにおいて、光信号ａ＋、ａ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ２（ａ＋）とＰＤ２（ａ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ３で比較されてＡ相信号が生成され、光信号ｂ＋、ｂ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ２（ｂ＋）とＰＤ２（ｂ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ４で比較されてＢ相信号が生成される。

図５（ａ）〜（ｃ）を参照して上記メインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎ、サブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂそれぞれのＡ相信号とＢ相信号は出力回路部ＲＤ１，ＲＤ２内部で図５（ａ）、図５（ｂ）で示すデジタルのＡ相信号、Ｂ相信号に変換される。バイナリーコードではＡ相信号が「０」、Ｂ相信号が「０」のタイミングでは「０」、Ａ相信号が「１」、Ｂ相信号が「０」のタイミングでは「２」、Ａ相信号が「１」、Ｂ相信号が「１」のタイミングでは「３」、Ａ相信号が「０」、Ｂ相信号が「１」のタイミングでは「１」となり、この「０」「２」「３」「１」の順序では背景技術で説明したように回転方向が一方側例えば時計回り、逆順序では反時計回りと検出判定することができる。また、Ａ相信号等の単位時間当たりの数のカウントにより回転速度を検出することができる。

そして、マイクロコンピュータＭＣはメインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎとサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂそれぞれからＡ相信号、Ｂ相信号を入力すると共に、入力したＡ相信号、Ｂ相信号からこれらの正常、異常を判定し、その判定に対応したフェイルセーフ信号を出力する。

図６を参照して、ロータリエンコーダ１１のマイクロコンピュータＭＣを説明すると、このマイクロコンピュータＭＣは、相信号入力部Ｍ１と、投光素子駆動部Ｍ２と、フェイルセーフ信号出力部Ｍ３と、ＣＰＵＭ４と、メモリＭ５とを備える。これらは内部バスＭ６で相互接続されている。

マイクロコンピュータＭＣにおいて、相信号入力部Ｍ１はメインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎとサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂそれぞれのＡ相信号、Ｂ相信号を入力処理する。投光素子駆動部Ｍ２はトランジスタＴＲ０に駆動信号を出力する。フェイルセーフ信号出力部Ｍ３はロータリエンコーダ１１が動作異常であるときにフェイルセーフ信号を電子制御装置１３に出力する。電子制御装置１３はフェイルセーフ信号に応答して駆動用モータ５の回転を安全側に制御して電子制御システムの安全性を確保する。

メモリＭ５は、フラッシュメモリ、マスクＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種メモリで構成されている。メモリＭ５は、ＣＰＵＭ４がロータリエンコーダ１１全体の動作を実行するための実行プログラム、ＣＰＵＭ４が動作異常判定を行うための動作異常判定プログラム、その他のプログラムが格納されている。

ＣＰＵＭ４は、Ａ相信号、Ｂ相信号が故障したかを検出する検出手段を構成する。例えば、ＣＰＵＭ４とフェイルセーフ信号出力部Ｍ３は、Ａ、Ｂ相両信号の相のうち、メインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎのＡ相が異常の場合、フェイルセーフ信号を「００」、サブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂのＡ相が異常の場合、フェイルセーフ信号を「０１」として電子制御装置１３側に出力し、メインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎのＢ相が異常の場合、フェイルセーフ信号を「１０」、サブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂのＢ相が異常の場合、フェイルセーフ信号を「１１」として電子制御装置１３側に出力する。電子制御装置１３では、フェイルセーフ信号の値からメインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎまたはサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂのいずれのＡ相、Ｂ相が異常か否かを把握することができる。

なお、実施の形態ではＣＰＵＭ４により上記異常か否かを自己診断するが、上記以外の異常の形態も含むことができる。

以上説明したように実施の形態では、電子制御装置１３側がシステム制御部ＳＣによりメインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎからのＡ、Ｂ相両信号に基づいて駆動用モータ５の回転動作を制御している途中等で、メインＡ、Ｂ相回路Ｍａｉｎに異常があった場合、フェイルセーフ信号によりその異常が分かるので、メインＡ、Ｂ相回路ＭａｉｎからのＡ、Ｂ相両信号の入力からサブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂからのＡ、Ｂ相両信号の入力に切り替えて駆動用モータ５の回転動作の制御に切り換える。そして、システム制御部ＳＣがダウンした場合、電子制御装置１３側ではバックアップ制御部ＢＣに切り替わると共に、バックアップ制御部ＢＣでは、サブＡ、Ｂ相回路ＳｕｂからのＡ、Ｂ相両信号によりバックアップ制御することができる。この場合、フェイルセーフ信号によりサブＡ、Ｂ相回路Ｓｕｂが異常であった場合、バックアップ制御を停止し、メンテナンスを行うことができる。

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は本発明の実施の形態に係る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３は投光素子、回転スリット、固定スリット、受光素子の対応関係の説明に供する図である。 図４は図３の要部を拡大して示す平面図である。 図５はＡ相信号、Ｂ相信号、その他を示す図である。 図６は実施の形態のロータリエンコーダのマイクロコンピュータと電子制御装置（ＥＣＵ）と駆動用モータとを示すブロック図である。 図７はエレベータ装置とロータリエンコーダと電子制御装置とを示す図である。 図８は従来の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９は従来の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。

符号の説明

１１ ロータリエンコーダ
１３ 電子制御装置
ＰＤ 受光素子
ＭＣ マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims (3)

1. 被検出軸の回転に伴いＡ相信号とＢ相信号とを生成出力するロータリエンコーダと、上記Ａ、Ｂ相両信号に基づいて被検出軸の回転動作を制御する電子制御装置とを備えた電子制御システムにおいて、
   上記ロータリエンコーダ側にそれぞれ上記Ａ、Ｂ相両信号を出力するメインとサブ２つのＡ、Ｂ相回路を設ける一方、電子制御装置側にそれぞれマイクロコンピュータ内蔵のシステムとバックアップの両制御部を相互監視可能に設け、メインＡ、Ｂ相回路出力を電子制御装置のシステム制御部に、サブＡ、Ｂ相回路出力を上記両制御部にそれぞれ出力する一方で、ロータリエンコーダ側で両Ａ、Ｂ相回路の正常、異常を自己診断し、その自己診断結果であるフェイルセーフ信号を電子制御装置側の上記両制御部に出力する、ことを特徴とする電子制御システム。
2. 上記ロータリエンコーダに、上記両Ａ、Ｂ相回路の正常、異常の自己診断を行うと共にその診断結果であるフェイルセーフ信号を上記電子制御装置側に出力するマイクロコンピュータ、を設けた、ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御システム。
3. 被検出軸の回転に伴いＡ相信号とＢ相信号とを生成出力するロータリエンコーダにおいて、上記Ａ、Ｂ相両信号を生成するメインとサブ少なくとも２つのＡ、Ｂ相回路と、上記両Ａ、Ｂ相回路の正常、異常の自己診断を行うと共にその診断結果であるフェイルセーフ信号を出力するマイクロコンピュータと、を設けてなり、請求項１に記載の電子制御システムに用いられる、ことを特徴とするロータリエンコーダ。

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