JP5043636B2 - ロータリエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、アブソリュート型やインクリメンタル型のロータリエンコーダにかかり、特に、当該ロータリエンコーダの状態を監視すると共にその監視結果を当該ロータリエンコーダの上位装置に伝えることができるロータリエンコーダに関するものである。

図５以降を参照して例えばインクリメンタル型のロータリエンコーダＲＥを説明すると、図５は、このロータリエンコーダＲＥの機構的な構成、図６はこのロータリエンコーダＲＥの電気的な構成、図７は、Ａ相信号、Ｂ相信号の信号波形を示す。

図５を参照して、ロータリエンコーダＲＥは、投光素子ＬＥＤと、複数（この例では２つ）の受光素子ＰＤａ、ＰＤｂ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。受光素子ＰＤａ、ＰＤｂで検出回路１０５として上記光信号を受光する。

図６を参照して、上記受光素子ＰＤａ、ＰＤｂそれぞれの出力は、比較器ＣＰａ，ＣＰｂからなるＡ相、Ｂ相判定回路１０６，１０８で基準値（ｒｅｆ）と比較され、図７（ａ）（ｂ）で示すようなＡ相、Ｂ相信号（パルス信号）が生成され、これにＡ相、Ｂ相信号はＡ相、Ｂ相出力回路１０７，１０９それぞれから出力されるようになっている。

以上の構成を備えたロータリエンコーダＲＥを、例えばエレベータを電子制御する電子制御システムに組み込む場合、その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ＲＥを取り付けると共にそのロータリエンコーダＲＥからのＡ相、Ｂ相信号をその上位装置である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ＲＥからのＡ相、Ｂ相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ＲＥ側の異常状態をＡ相、Ｂ相信号の有無、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、エレベータ製造側とエンコーダ製造側とが分かれていてエレベータ製造側で上記判定プログラムの追加等を行うのはロータリエンコーダＲＥの詳細が明確でない限り困難である。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、ロータリエンコーダＲＥが突然的に異常にならないよう、ロータリエンコーダＲＥ側でその状態を常時監視すると共に、その監視状態を上位装置である電子制御装置に即座に伝えることで当該電子制御装置側が所要の対応が迅速に行うことができるようにすることが望ましい。

そこで、本出願人は、ロータリエンコーダＲＥに監視用ＣＰＵを内蔵する一方、ロータリエンコーダＲＥの状態を監視する項目を多数想定し、各項目ごとの監視信号を監視用ＣＰＵに取り込ませ、この監視用ＣＰＵでロータリエンコーダＲＥ監視の処理結果を上位装置に送信することを考えている。

上記した監視項目には、主電源の状態、投光素子の状態、受光素子の状態、Ａ相、Ｂ相信号の出力回路等の内部回路の状態や、外部出力であるＡ相、Ｂ相信号のパルス信号の状態等、多数ある。この場合、内部回路監視では、ＣＰＵの内部割込みのタイミングで監視処理し、パルス信号では、外部割込みのタイミング（パルス信号の変化のタイミング）で監視処理しようとするが、監視用ＣＰＵには、過大な負担がかかるようになり、実際上、監視に影響してくる。そのため、ロータリエンコーダＲＥを組み込んだ上記電子制御システム全体に対してもその安全性や安定性に影響してくることになる。
特開平０９−０７７４１２号公報

そこで、本発明においては、ロータリエンコーダに監視用ＣＰＵを実装して、当該ロータリエンコーダの状態を監視する場合において、その監視用ＣＰＵの負担を軽減できるようにして、上記した電子制御システム全体の安全性、安定性の向上を図ることを、解決すべき課題とする。

本発明によるロータリエンコーダは、投光素子と、上記投光素子と対向配置された複数の受光素子と、上記投光素子と上記各受光素子との間に配置されて被検出軸と同期回転する円周方向複数の回転スリットと、上記回転スリットに対する上記投光素子からの投光の通過、遮断に応じた上記各受光素子の出力から上記回転状態検出に用いる信号を生成する検出回路と、上記検出回路の出力信号から各種相のパルス信号を生成出力する出力回路と、当該ロータリエンコーダ内部の状態監視を行う監視用ＣＰＵと、を備えたロータリエンコーダであって、上記監視用ＣＰＵは、その監視項目を回転停止中では内部割込みで監視する第１の監視項目に切り替えて上位装置に当該第１の監視項目が正常か異常かの監視結果を伝える制御を行い、回転動作中では外部割込みで監視する第２の監視項目に切り替えて上記上位装置に当該第２の監視項目が正常か異常かの監視結果を伝える制御を行うようになっていることを特徴とするものである。

本発明では、上記回転停止中では、第１の監視項目を内部割込みのタイミングで監視することができる監視項目に切り換えるので、外部割込みに影響されずに、確実に監視することができる。そして、上記回転動作中では、監視項目を外部割込みのタイミングで監視する第２の監視項目に切り換えるので、内部割込みに影響されずに、確実に監視することができる。

その結果、本発明では、監視用ＣＰＵは、ロータリエンコーダの状態を安定かつ確実に監視制御すると共に、上位装置に対しては、その監視結果を安定して伝えることができるようになる。

本発明において好ましい態様は、上記内部割込みでの上記第１の監視項目は、内部回路の状態に関する項目である。

本発明において好ましい態様は、上記外部割込みでの上記第２の監視項目は、パルス信号の状態である。

本発明では、ロータリエンコーダに監視用ＣＰＵを実装して、当該ロータリエンコーダの状態を監視する場合において、その監視用ＣＰＵの負担を軽減できるようにして、上記した電子制御システム全体の安全性、安定性の向上を図ることができる。

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ロータリエンコーダを詳細に説明する。図１は、実施の形態のロータリエンコーダＲＥの回路ブロック構成、図２は同ロータリエンコーダＲＥの電気的なハードウェア構成を示す。これらの図において、１０１は、外部端子Ｖｃｃ，０Ｖから電源の供給を受け、ロータリエンコーダＲＥの内部電源１０４を生成する電源回路、１０２は、電源回路１０１の電源を監視する電源電圧監視回路、１０３は、電源回路１０１からの電源で投光素子ＬＥＤを駆動する投光素子駆動回路、１０５は、受光素子ＰＤａ、ＰＤｂを含む検出回路である。検出回路１０５はａ相、ｂ相、ｒｅｆ相の信号を出力する。ａ相信号は受光素子ＰＤａの出力、ｂ相信号は受光素子ＰＤｂの出力、ｒｅｆ相信号は、基準信号である。１０６は、比較器ＣＰａで構成されてａ相信号とｒｅｆ相信号とを比較することでＡ相信号のＨ又はＬを判定するＡ相判定回路、１０７はＡ相判定回路１０６の出力を出すＡ相出力回路、１０８は、比較器ＣＰｂで構成されてｂ相信号とｒｅｆ相信号とを比較することでＢ相信号のＨ又はＬを判定するＢ相判定回路、１０９はＢ相判定回路１０８の出力を出すＢ相出力回路、１１０は、検出回路１０５出力から受光素子ＰＤａ、ＰＤｂの動作を判定する受光素子動作判定回路である。

そして、１１１は監視用ＣＰＵであり、この監視用ＣＰＵ１１１のＡＤ変換ポートＡ／Ｄには、電源電圧監視回路１０２から電源電圧監視信号（１）、投光素子ＬＥＤの駆動回路監視信号（２）、受光素子ＰＤａのａ相信号（３）、受光素子ＰＤｂのｂ相信号（４）、ｒｅｆ相信号（５）が入力され、汎用ポートＩ／Ｏには、Ａ相信号の判定信号（６）、Ｂ相信号の判定信号（７）、Ａ相出力回路１０７の出力信号ＯＵＴ Ａ（８）、Ｂ相出力回路１０８の出力信号ＯＵＴ Ｂ（９）が入力され、割り込みポートＩＮＴには、同じくＡ相出力回路１０７の出力信号ＯＵＴ Ａ（８）、Ｂ相出力回路１０８の出力信号ＯＵＴ Ｂ（９）が入力される。

監視用ＣＰＵ１１１は、図３で示す監視項目表に従いロータリエンコーダＲＥを監視する。この監視項目表において、ロータリエンコーダＲＥの監視項目を内部回路監視と、パルス信号監視とに大きくわける。そして内部回路の監視項目をさらに電源電圧異常、投光素子電流異常、受光素子出力異常、出力回路異常に細分し、パルス信号監視をさらに、デューティ異常、高速異常に分ける。

内部回路監視において、投光素子ＬＥＤでは図外の定電流回路の電圧監視信号（２）により判定し、受光素子では受光素子動作判定回路１１０からの信号（３）−（５）により、例えば、受光素子ＰＤａ，ＰＤｂの電源コモン端子ＣＴが接続されているか否かとか、受光素子ＰＤａ，ＰＤｂのワイヤボンディングが切断されているか否かとか、投光素子ＬＥＤの初期故障等を判定する。また、出力回路では、各相判定回路１０６，１０８の判定信号（６）（７）と、出力回路１０７，１０９の出力信号（８）（９）との比較で判定する。

パルス信号監視において、回転スリット板ＲＳが回転動作している場合でＡ相信号、Ｂ相信号の出力周期をカウントし、そのカウント結果からＡ相信号、Ｂ相信号のデューティの正常、異常を判定する。このデューティ異常では、Ａ相信号、Ｂ相信号のデューティが規定範囲か否かにより判定する。また、カウント結果より想定以上の回転動作（高速回転）をしている場合、高速異常として判定する。

以上により、監視用ＣＰＵ１１１では、内部回路の監視に関しては、回転停止中（図３表の○印）に、パルス信号の監視に関しては、回転動作中（図３表の×印）に監視する。そして、監視用ＣＰＵ１１１は、回転停止中には、内部回路の監視項目に切り替えて上位装置である電子制御装置２０７に当該内部回路が正常か異常かの監視結果を伝える制御を行い、回転動作中ではパルス信号が正常に出力されているか否かの監視項目に切り替えて電子制御装置２０７にパルス信号が正常か異常かの監視結果を伝える制御を行う。この場合、監視用ＣＰＵ１１１は、フェイル（ＦＡＩＬ）出力回路１１２を介して電子制御装置２０７に、上記監視結果を例えばフェイル信号として出力する。

図４を参照して実施の形態のロータリエンコーダＲＥを組み込んだ電子制御システムを説明する。この電子制御システムは、エレベータ装置を制御するシステムであり、エレベータ装置２０１は、巻上機２０２を駆動用モータ２０３により駆動してロープ２０４を介して乗りかご２０５を昇降させる一方、被検出軸である駆動用モータ２０３の回転軸２０６に取り付けた実施の形態のロータリエンコーダＲＥからの検出信号であるＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置２０７に入力する。電子制御装置２０７は、制御用ＣＰＵを内蔵しており、ロータリエンコーダＲＥからの検出信号により駆動用モータ２０３を駆動制御するようになっている。電子制御装置２０７は、制御用ＣＰＵ２０８を内蔵していて、ロータリエンコーダＲＥからの信号を処理するようになっている。

そして、実施の形態のロータリエンコーダＲＥの場合、監視用ＣＰＵ１１１は、回転停止中では、汎用ポートＩ／Ｏに取り込んだ信号（６）（７）や、ＡＤ変換ポートＡ／Ｄに取り込んだ信号（１）−（５）で上記図３の表に従う正常、異常の判定処理すると共に、その判定結果を電子制御装置２０７に伝える一方、回転動作中では、外部割り込み端子ＩＮＴに取り込んだ信号（８）（９）で上記図３の表に従う正常、異常の判定処理すると共に、その判定結果を電子制御装置２０７に伝える。

以上のように本実施の形態では、ロータリエンコーダＲＥの監視項目を回転停止中では内部割込みで信号処理する監視項目（図３表の内部回路監視）に、回転動作中では外部割込みで信号処理する項目（図３表のパルス信号監視）に切り換えるようにしたので、回転動作中において、内部割込みによる監視項目が外部割込みに影響されずに安定した異常判定を行うことができるようになる一方、回転停止中には、ロータリエンコーダＲＥの各内部回路の状態を監視しているので、制御対象となる装置が可動する前にロータリエンコーダＲＥの異常を伝えることができ、回転動作中はロータリエンコーダＲＥのパルス信号を監視するので、電子制御システム全体の安全性を図ることができる。

図１は本発明の実施の形態に係るロータリエンコーダの概略構成を示す図である。 図２はロータリエンコーダの電気的な構成を示すである。 図３は監視用ＣＰＵによる監視項目を示す表図である。 図４は実施の形態のロータリエンコーダを組み込んだ電子制御システムの構成を示す図である。 図５はロータリエンコーダの一般的な構成を示す図である。 図６は従来のロータリエンコーダの電気的な構成を示す図である。 図７はＡ相信号、Ｂ相信号の信号波形を示す図である。

符号の説明

１０１ 電源回路
１０２ 電源電圧監視回路
１０３ 投光素子駆動回路
１０４ 内部電源
１０５ 検出回路
１０６ Ａ相判定回路
１０７ Ａ相出力回路
１０８ Ｂ相判定回路
１０９ Ｂ相出力回路
１１１ 監視用ＣＰＵ
２０１ エレベータ装置
２０３ 駆動用モータ
２０７ 電子制御装置（上位装置）

Claims (3)

1. 投光素子と、
   上記投光素子と対向配置された複数の受光素子と、
   上記投光素子と上記各受光素子との間に配置されて被検出軸と同期回転する円周方向複数の回転スリットと、
   上記回転スリットに対する上記投光素子からの投光の通過、遮断に応じた上記各受光素子の出力から上記回転状態検出に用いる信号を生成する検出回路と、
   上記検出回路の出力信号から各種相のパルス信号を生成出力する出力回路と、
   当該ロータリエンコーダ内部の状態監視を行う監視用ＣＰＵと、を備えたロータリエンコーダであって、
   上記監視用ＣＰＵは、その監視項目を
   回転停止中では内部割込みで監視する第１の監視項目に切り替えて上位装置に当該第１の監視項目が正常か異常かの監視結果を伝える制御を行い、
   回転動作中では外部割込みで監視する第２の監視項目に切り替えて上記上位装置に当該第２の監視項目が正常か異常かの監視結果を伝える制御を行うようになっている、ロータリエンコーダ。
2. 上記内部割込みで監視する上記第１の監視項目は、内部回路の状態に関する項目である、請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. 上記外部割込みで監視する上記第２の監視項目は、パルス信号の状態に関する項目である、請求項１または２に記載のロータリエンコーダ。

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