JP6641920B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータを駆動する電力変換装置に関する。

市場の省エネ要求の高まりに伴い、工場やビル等の動力源として多く用いられるモータの駆動制御システム（以下、モータ駆動システムという）では、モータの回転子の速度や出力を調整する機能を備えた電力変換装置が一般的に用いられている。この種のモータ駆動システムでは、電力変換装置の導入により高機能化が実現される一方、システムの複雑化が進んでいる。このため、電力変換装置自体もしくは付随する周辺装置の故障によって、モータの暴走や事故等が発生する可能性が増しており、これらの暴走や事故を防止することが強く求められている。そこで、国際標準規格であるＩＥＣ６１５０８やＩＳＯ１３８４９のような安全規格が定められており、これらの安全規格に準拠した安全機能が電力変換装置に設けられるようになってきている。例えばモータを駆動制御する電力変換装置のための安全機能に関しては、国際標準規格であるＩＥＣ６１８００−５−２において、安全トルクオフ、安全減速といった安全機能の仕様が規定されている。各電力変換装置メーカーは、この安全機能の仕様に基づいて、電力変換装置を開発している。

これらの安全機能のうち安全減速機能については、モータの回転子の速度を監視し、電力変換装置に減速指令信号が入力された時点から規定された時間までに規定された速度までモータを減速させることを要求される。そして、減速がなされない場合や規定された速度を超過した場合などのように正常に減速されない場合には、電力変換装置の出力を強制的に遮断することを要求される。このような安全減速機能などを実現するためには、モータの回転子の速度や位置（以下、単にモータの速度や位置という）を正確に検出する手段が必要である。一般に、モータの速度や位置の検出には、エンコーダが用いられる。

ここで、エンコーダが故障すると、モータの速度や位置を正常に検出することができなくなり、安全機能を正常に機能させることができなくなる。このため、エンコーダの故障の有無を診断し、エンコーダの出力の信頼性を確保する技術が提案されている。

エンコーダの故障の有無を診断する技術の一例として、特許文献１に開示されたエンコーダがある。特許文献１のエンコーダは、３系統の検出回路とＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とを有する。このエンコーダのＣＰＵは、３系統の検出回路の各々から出力される検出信号を互いに比較し、いずれの検出信号を採択すべきかを多数決原理に基づいて決定する。これにより、特許文献１のエンコーダでは、３系統の検出回路のうちの故障している検出回路を特定することができる。

しかし、検出回路の故障に比べ故障の頻度は少ないが、エンコーダ内のＣＰＵにおいて故障が発生する虞もある。そこで、このような故障も考慮し、エンコーダの出力の信頼性をさらに高くすることも行われる。その一例として、エンコーダ内のＣＰＵの二重化が行われる。例えば、エンコーダには、２系統の検出回路と２個のＣＰＵが設けられる。２個のＣＰＵの各々は、２系統の検出回路の各々から出力される検出信号の比較を独立して行い、各ＣＰＵにおける比較結果を相互に診断する。また、他の例として、モータに複数個のエンコーダを取り付けるようなエンコーダの二重化が行われる。この場合、エンコーダとは異なる他の装置が各エンコーダの出力の比較を行うことで、エンコーダの故障の有無が診断される。

特開２０１０−１９５７５号公報

しかし、特許文献１のエンコーダでは、少なくとも３系統の検出回路が必要であり、検出回路が２系統以下のエンコーダに比べて、エンコーダにかかるコストが高くなる。

また、ＣＰＵを二重化したエンコーダでは、複数個のＣＰＵが必要であり、ＣＰＵが１個のエンコーダに比べて、エンコーダにかかるコストが高くなる。

また、モータに複数個のエンコーダを取り付ける態様では、複数個のエンコーダが必要であり、モータにエンコーダを１個だけ取り付ける態様に比べ、エンコーダにかかるコストが高くなる。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、モータ駆動システムにおいて要求される安全性能を満たしつつ、モータ駆動システムのエンコーダにかかるコストを抑えることが可能な技術を提供することを目的とする。

この発明による電力変換装置は、入力された電力を変換して出力することでモータを駆動制御する装置である。この発明による電力変換装置は、モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第１の伝送信号と、第１の伝送信号が出力されるエンコーダから出力される第２の伝送信号とに基づいてエンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有する。

この発明による電力変換装置は、同一のエンコーダから出力される第１の伝送信号と第２の伝送信号とに基づいてエンコーダの異常の有無を判断するため、エンコーダの個数を増やすことなくエンコーダの異常の有無を判断することができる。

好ましい態様において、第２の伝送信号は、第１の伝送信号を生成する過程で発生する信号である。本発明では、第１の伝送信号と、第１の伝送信号を生成する過程で生成されて出力される第２の伝送信号とに基づいてエンコーダの異常の有無を判断するため、第１の伝送信号を生成する過程で用いられるエンコーダ内のＣＰＵが正常であるか否かの判断を、エンコーダ内のＣＰＵを二重化することなく行うことができる。すなわち、本発明では、エンコーダ内のＣＰＵの個数を増やすことなくエンコーダの異常の有無を判断することができる。

従って、この発明の電力変換装置を用いれば、モータ駆動システムにおいて要求される安全性能を満たしつつ、モータ駆動システムのエンコーダにかかるコストを抑えることが可能である。

この発明の一実施形態によるモータ駆動システム１の構成を示すブロック図である。 同モータ駆動システム１の安全用マイコン１２２の機能を示すブロック図である。 同安全用マイコン１２２の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。

図１は、この発明の一実施形態によるモータ駆動システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、モータ駆動システム１は、電力変換装置１０とエンコーダ２０とを有する。

エンコーダ２０は、モータ３０の速度や位置などのモータ３０の動作を検出する装置である。エンコーダ２０は、円盤３２、第１の検出回路２１、第２の検出回路２２、ＣＰＵ２３、迂回伝送回路２４、外部出力端子４１および外部出力端子４２を有している。円盤３２は、モータ３０の回転軸３１に取り付けられ、モータ３０の回転に従って周方向に回転する。

第１の検出回路２１は、モータ３０の速度および位置を検出して検出結果を示す第１の検出信号を生成する検出回路である。第１の検出回路２１は、具体的には、光学式の検出回路であり、発光素子２１１と、受光素子２１２と、増幅回路２１３とを有する。円盤３２には、例えば、光の反射率が異なり円盤３２の角度に応じたコードパターンが描かれている。発光素子２１１は、このコードパターンに光を放射する。受光素子２１２は、このコードパターンによって反射される反射光を受光し、受光した光の強度に応じた電気信号を増幅回路２１３に出力する。増幅回路２１３は、受光素子２１２から供給される電気信号の振幅を増幅して第１の検出信号を生成する。このようにして生成された第１の検出信号は、円盤３２に描かれたコードパターンに応じて立ち上がるパルス列信号であり、アナログ信号である。なお、第１の検出回路２１の具体的な構成は上記の例に限らない。また、第１の検出回路２１は、円盤３２に描かれたコードパターンを読み取ることで回転子の回転角度（絶対位置）を検出する構成であるが、回転子の回転角度を検出する構成に限らない。また、第１の検出回路２１は、光学式の検出回路に限らない。

第２の検出回路２２は、モータ３０の速度および位置を検出して検出結果を示す第２の検出信号を生成する検出回路である。第２の検出回路２２は、具体的には、磁気式の検出回路であり、磁界を発生する磁石（図示略）と、磁気抵抗素子２２２と、増幅回路２２３とを有する。磁気抵抗素子２２２および磁石は、円盤３２の外周面に近接して配置される。円盤３２の外周面には金属の突起が外周に沿って複数個設けられており、円盤３２は歯車のようになっている。円盤３２の外周面の突起が磁気抵抗素子２２２に近づくと、磁気抵抗素子２２２が受ける磁界の強さが強くなり、磁気抵抗素子２２２の抵抗値が大きくなる。一方、円盤３２の外周面の突起が磁気抵抗素子２２２から遠ざかると、磁気抵抗素子２２２が受ける磁界の強さが弱くなり、磁気抵抗素子２２２の抵抗値が小さくなる。増幅回路２２３には、磁気抵抗素子２２２の抵抗値の変化の周期で振幅が増減する電気信号が供給される。増幅回路２２３は、磁気抵抗素子２２２から供給される電気信号の振幅を増幅して第２の検出信号として出力する。このようにして生成される第２の検出信号は、磁気抵抗素子２２２の抵抗値の変化に応じて振幅が増減する波形状の信号であり、アナログ信号である。なお、第２の検出回路２２の具体的な構成は上記の例に限らない。例えば、磁気抵抗素子２２２に代えて、磁界の変化に応じて誘導電圧を発生する検出用コイルを用いる構成にしても良い。また、第２の検出回路２２は、磁気式の検出回路に限らない。

ＣＰＵ２３は、具体的には、マイコンやＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。ＣＰＵ２３は、第１の検出回路２１から出力されるアナログの第１の検出信号と、第２の検出回路２２から出力されるアナログの第２の検出信号とに信号処理を施して、エンコーダ２０の出力信号の１つである速度位置デジタル信号を生成して出力する検出信号処理手段である。以後、速度位置デジタル信号のことを第１の伝送信号と呼ぶことがある。ＣＰＵ２３は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２３１、Ａ／Ｄ変換器２３２、信号処理器２３３および外部伝送回路２３４を有する。

Ａ／Ｄ変換器２３１は、第１の検出回路２１によって生成された第１の検出信号のパルスをカウントする回路である。パルスのカウント結果は、円盤３２の回転角度（すなわちモータ３０の回転子の位置）を示しており、デジタル値である。パルスのカウント結果は、信号処理器２３３に引き渡される。

Ａ／Ｄ変換器２３２は、第２の検出回路２２によって生成された第２の検出信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する回路である。Ａ／Ｄ変換器２３２によってデジタル信号に変換された第２の検出信号は、信号処理器２３３に引き渡される。

信号処理器２３３は、Ａ／Ｄ変換器２３１の処理結果とＡ／Ｄ変換器２３２の処理結果とから速度位置デジタル信号を生成する回路である。具体的には、信号処理器２３３は、Ａ／Ｄ変換器２３１の処理結果である第１の検出信号のパルスのカウント結果が示すモータ３０の回転子の位置を時間微分して速度を算出する。また、信号処理器２３３は、Ａ／Ｄ変換器２３２の処理結果であるデジタル信号に変換された第２の検出信号が表す波形の周期から速度を算出する。信号処理器２３３は、第１の検出信号に基づいて得られた速度と第２の検出信号に基づいて得られた速度とを比較して、第１の検出回路２１および第２の検出回路２２の異常の有無を判断する。そして、信号処理器２３３は、第１の検出信号のパルスのカウント結果である回転子の位置データと、第１の検出信号に基づいて得られた回転子の速度データと、各検出回路の異常の有無を表す状態データとをペイロードに格納したフレームを生成する。このように生成されたフレームは、外部伝送回路２３４に引き渡される。なお、信号処理器２３３の具体的な処理はこの例に限らない。

外部伝送回路２３４は、信号処理器２３３により生成されたフレームを速度位置デジタル信号として外部出力端子４１から出力する回路である。外部伝送回路２３４は、ＲＳ４８５に基づいたシリアル通信に従って数Ｍｂｐｓ程度の伝送速度で電力変換装置１０と通信する。例えば、外部伝送回路２３４は、電力変換装置１０からリクエスト信号が格納されたフレームを受信すると、速度データ、位置データおよび状態データが格納されたフレームを信号処理器２３３に生成させて、そのフレームを電力変換装置１０へ送信する。なお、外部伝送回路２３４と電力変換装置１０との通信は、シリアル通信に限らず、パラレルバス通信や無線通信であっても良い。

迂回伝送回路２４は、当該エンコーダ２０が速度位置デジタル信号を生成する過程で発生する信号を迂回速度アナログ信号として外部出力端子４２から出力する回路である。具体的には、迂回伝送回路２４は、第１の検出回路２１により生成される第１の検出信号をＣＰＵ２３を介さずに迂回速度アナログ信号として出力する。迂回速度アナログ信号は、エンコーダ２０の他の出力信号であり、速度位置デジタル信号とは別個に出力される信号である。以後、迂回速度アナログ信号を第２の伝送信号と呼ぶことがある。迂回速度アナログ信号は、例えば、ＡＢパルス方式の信号やｓｉｎ／ｃｏｓ方式の信号などである。ＡＢパルス方式は、モータ３０の速度に応じた周期を有し、モータの回転方向に応じた位相差を持った２相（Ａ相およびＢ相）のパルス信号を出力する方式である。

このように、エンコーダ２０は、ＣＰＵ２３から出力される信号とＣＰＵ２３に供給される信号とを当該エンコーダ２０の出力信号として出力する。また、エンコーダ２０の２つの出力信号の伝送方式は、各々異なっている。
以上が、エンコーダ２０の構成である。

電力変換装置１０は、例えばインバータ装置などであり、交流電源４０から供給される電力を変換してモータ３０に供給し、モータ３０を駆動制御する装置である。電力変換装置１０は、制御回路１１、安全回路１２、インバータ主回路１３およびゲート駆動回路１４を有する。

インバータ主回路１３は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌｅｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子を有している。このスイッチング素子は、ゲート信号に応じてオン／オフする。インバータ主回路１３は、このスイッチング素子のオン／オフに従った電流をモータ３０に出力する。モータ３０は、インバータ主回路１３から供給される電流に応じて動作する。

制御回路１１は、記憶装置（図示略）に格納されているプログラムを実行することで、モータ３０を駆動制御するための演算等を行う回路である。制御回路１１は、指令信号用端子台１１１、モータ制御マイコン１１２およびＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）１１３を含んでいる。指令信号用端子台１１１は、上位コントローラ（図示略）から各種の指令信号（例えばトルク指令信号など）を受け取り、モータ制御マイコン１１２に引き渡す。モータ制御マイコン１１２は、指令信号用端子台１１１を介して供給された指令信号に基づいて演算を行って制御信号を生成する。ＬＳＩ１１３は、モータ制御マイコン１１２から供給される制御信号に基づいてキャリア信号をパルス幅変調してＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。生成されたＰＷＭ信号は、ゲート駆動回路１４に出力される。また、ＬＳＩ１１３は、エンコーダ２０の外部伝送回路２３４から速度位置デジタル信号を取得してＰＭＷ信号の生成に利用する。

ゲート駆動回路１４は、例えば、フォトカプラを有している。ゲート駆動回路１４は、ゲート停止信号が与えられていない状態では、フォトカプラの電源がオン状態となり、制御回路１１から供給されるＰＷＭ信号をゲート信号としてインバータ主回路１３に出力する。一方、ゲート駆動回路１４は、ゲート停止信号を受信すると、フォトカプラの電源がオフ状態となり、インバータ主回路１３へのゲート信号の出力を停止する。また、ゲート駆動回路１４は、ゲート信号の出力を停止しているか否かを表すゲート停止状態信号を安全回路１２に出力する。

安全回路１２は、モータ駆動システム１において異常の発生を検知した場合や作業者等による非常停止ボタンの押下操作を検知した場合などにおいて、ゲート停止信号を出力してゲート駆動回路１４にゲート信号の出力を停止させる安全制御を行う回路である。モータ駆動システム１における異常の一例として、エンコーダ２０の異常が挙げられる。安全回路１２は、エンコーダ２０のＣＰＵ２３から出力される速度位置デジタル信号（第１の伝送信号）とエンコーダ２０の迂回伝送回路２４から出力される迂回速度アナログ信号（第２の伝送信号）とを比較してエンコーダ２０の異常の有無を判断する手段である。このような異常の有無の判断は、安全回路１２が記憶装置（図示略）に格納されているプログラムを実行することで実現される。

電力変換装置１０において、安全回路１２と同じ構成の回路を追加して安全回路１２を二重化しても良い。この場合、２個の安全回路１２の各々は、エンコーダ２０から出力される速度位置デジタル信号と迂回速度アナログ信号の比較を独立して行い、各安全回路１２における比較結果を相互に診断する。

安全回路１２は、安全端子台１２１、安全用マイコン１２２および非常停止回路１２３を含んでいる。

安全端子台１２１は、外部回路（図示略）から非常停止信号（例えば、非常停止ボタンの押下操作により発生した信号）を受け取り、安全用マイコン１２２および非常停止回路１２３に引き渡す。

安全用マイコン１２２は、安全端子台１２１から出力される非常停止信号、ゲート駆動回路１４から出力されるゲート停止状態信号、エンコーダ２０から出力される速度位置デジタル信号および迂回速度アナログ信号を取得する。安全用マイコン１２２は、これらの各信号に基づいてモータ駆動システム１における異常の有無を判断し、異常があると判断した場合に非常停止指令を非常停止回路１２３に出力する回路である。

非常停止回路１２３は、安全端子台１２１から出力される非常停止信号または安全用マイコン１２２から出力される非常停止指令が供給された場合に、ゲート停止信号をゲート駆動回路１４に出力する回路である。

図２は、安全用マイコン１２２の機能を示すブロック図である。安全用マイコン１２２は、データ取得部５０１、通信異常監視部５０２、位置速度変換部５０３、速度比較部５０４、パルス計数・Ａ／Ｄ変換部５０５、速度単位変換部５０６、迂回速度信号監視部５０７、非常停止指令出力部５０８、モータ制御マイコン通信部５０９、非常停止信号監視部５１０、ゲート停止状態信号監視部５１１、自己診断処理部５１２、相互診断処理部５１３および初期化関連処理部５１４を有する。安全用マイコン１２２のこれら各部は、安全用マイコン１２２がプログラムを実行することにより実現される機能である。

図３は、安全用マイコン１２２の動作を示すフローチャートである。安全用マイコン１２２は、電源が投入されるとプログラムを読み出して、図２に示す各機能部として動作を行い、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理を順に行う。安全用マイコン１２２は、以後、このステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理を定期的に繰り返し行う。図２および図３を参照して、安全用マイコン１２２の動作を説明する。

まず、自己診断処理部５１２は、自分自身（すなわち安全用マイコン１２２）の暴走や異常が発生するか否かを自己診断する（ステップＳ１０１）。例えば、自己診断処理部５１２は、安全用マイコン１２２の温度を測定した結果を取得し、その温度測定結果が所定温度以上であるか否かを判断する。温度検出結果が所定温度以上である場合、安全用マイコン１２２が熱暴走して各種処理結果のエラーが増大する可能性が高いとして、自己診断処理部５１２は、非常停止指令を出力して非常停止回路１２３にゲート停止信号を出力させる（図３のフローチャートでは省略した）。また、安全用マイコン１２２が二重化されている場合、自己診断処理部５１２による自己診断に加え、安全用マイコン１２２の相互診断処理部５１３は、安全用マイコン１２２の異常の有無を他方の安全用マイコン１２２と相互に診断を行う（ステップＳ１０１）。いずれかの安全用マイコン１２２において異常があった場合、その異常を検出した相互診断処理部５１３は、非常停止指令を出力して非常停止回路１２３にゲート停止信号を出力させる（図３のフローチャートでは省略した）。

次に、データ取得部５０１は、エンコーダ２０のＣＰＵ２３から出力される速度位置デジタル信号（第１の伝送信号）を取得する（ステップＳ１０２）。データ取得部５０１は、エンコーダ２０の外部出力端子４１から安全用マイコン１２２へ至る通信線を介したデータ通信により速度位置デジタル信号を取得する。また、データ取得部５０１は、制御回路１１を介して速度位置デジタル信号を取得しても良い。

次に、通信異常監視部５０２は、デジタル信号である速度位置デジタル信号における単位やビットサイズの変更を行い、その後、速度位置デジタル信号の取得の際の通信に異常があるか否かの確認を行う（図３のフローチャートでは省略した）。例えば、通信異常監視部５０２は、巡回冗長符号を用いた巡回冗長検査（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ：ＣＲＣ）などを行う。通信に異常があった場合（具体的にはＣＲＣによって誤りを検出した場合）、通信異常監視部５０２は、通信に異常が発生した旨を表す値（例えば１）を異常フラグに格納した異常フラグ信号（以下、単に異常フラグ信号という）を非常停止指令出力部５０８に出力する。

通信異常監視部５０２において通信に異常がないと判断された場合（具体的にはＣＲＣによって誤りが検出されなかった場合）、位置速度変換部５０３は、速度位置デジタル信号に格納された位置データが表す位置を微分して速度を算出する（ステップＳ１０３）。これにより、デジタル通信によって取得された速度位置デジタル信号から比較対象となる一方の速度データ（以下、便宜的にデジタル速度信号と呼ぶ）が得られる。位置速度変換部５０３は、得られたデジタル速度信号を速度比較部５０４に出力する。なお、位置速度変換部５０３は、算出した速度を移動平均フィルタ等を用いて移動平均化しても良い。

次に、パルス計数・Ａ／Ｄ変換部５０５は、エンコーダ２０の迂回伝送回路２４から出力される迂回速度アナログ信号（第２の伝送信号）を取得し、取得した迂回速度アナログ信号の電圧をオペアンプ等で調整した後、調整後の迂回速度アナログ信号のパルスをカウントする（ステップＳ１０４）。パルスのカウント結果は、モータ３０の回転子の位置を示しており、デジタル値である。パルス計数・Ａ／Ｄ変換部５０５は、このカウント結果を速度単位変換部５０６に出力する。また、パルス計数・Ａ／Ｄ変換部５０５は、オペアンプ等で調整後の迂回速度アナログ信号をデジタル信号に変換し、その後に周波数換算して得られた周波数を速度単位変換部５０６に出力しても良い。

次に、速度単位変換部５０６は、パルス計数・Ａ／Ｄ変換部５０５から受け取ったパルスのカウント結果（または周波数）を時間微分して速度を算出する（ステップＳ１０５）。これにより、アナログ通信によって取得された迂回速度アナログ信号から比較対象となる他方の速度データ（以下、便宜的にアナログ速度信号と呼ぶ。なお、アナログ速度信号は実際にはデジタルである。）が得られる。速度単位変換部５０６は、得られたアナログ速度信号を速度比較部５０４に出力する。すなわち、安全用マイコン１２２は、エンコーダ２０のＣＰＵ２３（具体的にはＡ／Ｄ変換器２３１および信号処理器２３３）が第１の検出信号に対して行う処理と同様の処理を迂回速度アナログ信号に対して行う。

また、パルス計数・Ａ／Ｄ変換部５０５が迂回速度アナログ信号を取得するのに合わせて、迂回速度信号監視部５０７も、迂回速度アナログ信号を取得する。図３のフローチャートでは省略したが、迂回速度信号監視部５０７は、迂回速度アナログ信号の取得の際の通信に異常があるか否かの確認を行う。迂回速度信号監視部５０７は、例えば、迂回速度アナログ信号が通信の途中で断絶したか否かの判断や、迂回速度アナログ信号が表す信号値が不定になったか否かの判断などを行う。通信に異常があった場合（具体的には、通信が断絶した場合や信号値が不定になった場合）、迂回速度信号監視部５０７は、異常フラグ信号を非常停止指令出力部５０８に出力する。

次に、速度比較部５０４は、位置速度変換部５０３から受け取ったデジタル速度信号（速度位置デジタル信号から得られた速度データ）と、速度単位変換部５０６から受け取ったアナログ速度信号（迂回速度アナログ信号から得られた速度データ）とを比較して、エンコーダ２０の異常の有無を判断する（ステップＳ１０６）。位置速度変換部５０３から受け取ったデジタル速度信号と速度単位変換部５０６から受け取ったアナログ速度信号とが一致していなかった場合、速度比較部５０４は、エンコーダ２０に異常が発生したとみなして（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、異常フラグ信号を非常停止指令出力部５０８に出力する。

非常停止指令出力部５０８は、速度比較部５０４から異常フラグ信号を受け取ると、非常停止指令を非常停止回路１２３に出力する（ステップＳ１０８）。また、非常停止指令出力部５０８は、通信異常監視部５０２および迂回速度信号監視部５０７から異常フラグ信号を受け取った場合も同様に、非常停止指令を出力する。非常停止指令出力部５０８は、非常停止指令の出力とともに、モータ駆動システム１に異常が発生した旨を表す診断信号をモータ制御マイコン通信部５０９に出力させる。モータ制御マイコン１１２は、モータ制御マイコン通信部５０９から出力された診断信号を受け取ることでモータ駆動システム１に異常が発生した旨を認識する。

一方、ステップＳ１０６において、位置速度変換部５０３から受け取ったデジタル速度信号と速度単位変換部５０６から受け取ったアナログ速度信号とが一致していた場合、速度比較部５０４は、エンコーダ２０に異常が発生していないと判断する（Ｓ１０６：Ｎｏ）。

速度比較部５０４がエンコーダ２０に異常が発生していないと判断した後、非常停止信号監視部５１０は、安全端子台１２１を介して非常停止信号が供給されたか否かを判断する（ステップＳ１０７）。非常停止信号が供給された場合、非常停止信号監視部５１０は、異常フラグ信号を非常停止指令出力部５０８に出力する。そして、非常停止信号監視部５１０から異常フラグ信号を受け取った非常停止出力部５０８は、非常停止指令を非常停止回路１２３に出力する（ステップＳ１０８）。また、非常停止信号監視部５１０は、非常停止信号の供給にかかる通信に異常があるか否かの確認も行う。非常停止信号監視部５１０は、非常停止信号の供給にかかる通信に異常があった場合、異常フラグ信号を非常停止指令出力部５０８に出力する。

非常停止信号が供給されなかった場合および非常停止信号の供給にかかる通信に異常がない場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、一連の処理を終了する。

また、図３のフローチャートでは省略したが、ステップＳ１０７における判断結果がＹｅｓである場合、ゲート停止状態信号監視部５１１は、ゲート停止状態信号の供給にかかる通信に異常があるか否かの確認を行っても良い。ゲート停止状態信号監視部５１１は、ゲート停止状態信号の供給にかかる通信に異常があった場合、異常フラグ信号を非常停止指令出力部５０８に出力する。ゲート停止状態信号監視部５１１から異常フラグ信号を受け取った非常停止出力部５０８は、非常停止指令を非常停止回路１２３に出力する。一方、ゲート停止状態信号の供給にかかる通信に異常がない場合、一連の処理を終了する。

また、初期化関連処理部５１４は、安全用マイコン１２２の各機能部において用いられる各種設定値の初期化を行う際に動作する機能部である。

以上のように、本実施形態のモータ駆動システム１の電力変換装置１０は、エンコーダ２０から出力される第１の伝送信号（速度位置デジタル信号）と、第１の伝送信号を生成する過程で生成されて出力される第２の伝送信号（迂回速度アナログ信号）とに基づいてエンコーダ２０の異常の有無を判断する。このため、モータ駆動システム１では、第１の伝送信号を生成する過程で用いられるエンコーダ２０内のＣＰＵ２３が正常であるか否かの判断を、エンコーダ２０内のＣＰＵ２３を二重化することなく行うことができる。すなわち、本モータ駆動システムでは、ＣＰＵ２３の個数を増やすことなくエンコーダ２０の異常の有無を判断することができる。また、モータ駆動システム１の電力変換装置１０は、同一のエンコーダ２３から出力される第１の伝送信号と第２の伝送信号とに基づいてエンコーダ２０の異常の有無を判断する。このため、モータ駆動システム１では、エンコーダ２０の個数を増やすことなくエンコーダ２０の異常の有無を判断することができる。

具体的には、電力変換装置１０は、エンコーダ２０のＣＰＵ２３において熱暴走や異常発振などの異常が発生したとしても、ＣＰＵ２３から出力される速度位置デジタル信号とＣＰＵ２３を迂回して伝送される正常な迂回速度アナログ信号と比較することでＣＰＵ２３の異常を検知することができる。また、電力変換装置１０は、迂回伝送回路２４において異常が発生したとしても、迂回伝送回路２４から出力される迂回速度アナログ信号とＣＰＵ２３から出力される正常な速度位置デジタル信号と比較することで迂回伝送回路２４の異常を検知することができる。また、電力変換装置１０は、速度位置デジタル信号または迂回速度アナログ信号のうちのいずれか一方の伝送信号における通信路の断線や短絡などが発生したとしても、他方の伝送信号に基づいて通信の異常を検知することができる。

従って、本実施形態のモータ駆動システム１を用いれば、モータ駆動システム１において要求される安全性能を満たしつつ、モータ駆動システム１のエンコーダ２０にかかるコストを抑えることが可能である。

また、デジタル信号を用いた通信では、ビットエラーなどのデジタル信号に特有の異常の発生の虞がある。このビットエラーなどは、アナログ信号を用いた通信では発生しない。一方、アナログ信号を用いた通信では、信号のクロストークなどのアナログ信号に特有の異常の発生の虞がある。このクロストークなどは、デジタル信号を用いた通信では発生しない。本実施形態のモータ駆動システム１では、デジタル信号を用いた通信とアナログ信号を用いた通信とを併用しているため、通信の途中においてデジタル信号またはアナログ信号に特有の異常が発生したとしても、速度位置デジタル信号の通信と迂回速度アナログ信号の通信の両方に同時に異常が発生する可能性は低い。このため、モータ駆動システム１では、エンコーダ２０と電力変換装置１０との通信における信頼性が低下することはない。

また、電力変換装置１０の制御回路１１には、エンコーダ２０から出力される速度位置デジタル信号が供給される。制御回路１１は、速度位置デジタル信号に含まれる速度データおよび位置データを用いてモータ３０を駆動制御するため、電力変換装置１０は、従来の電力変換装置１０と同様にモータを駆動制御することができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）実施形態のモータ駆動システム１のエンコーダ２０は、２個の検出回路（第１の検出回路２１および第２の検出回路２２）を有していた。しかし、エンコーダ２０が有する検出回路の個数は２個に限らず、１個であっても良いし、３個以上であっても良い。例えば、エンコーダが検出回路を１個だけ有する態様では、ＣＰＵ２３は、その検出回路のアナログの検出信号に基づいてデジタルの第１の伝送信号（速度位置デジタル信号）を生成して出力すれば良い。また、この場合、その検出回路のアナログの検出信号を第２の検出信号（迂回速度アナログ信号）として出力すれば良い。この態様においても、実施形態のモータ駆動システム１と同様の効果が得られる。

（２）実施形態のエンコーダ２０の迂回伝送回路２４は、第１の検出回路２１の第１の検出信号を第２の伝送信号として出力していた。しかし、迂回伝送回路２４は、第２の検出回路２２の第２の検出信号を第２の伝送信号として出力しても良い。すなわち、エンコーダ２０が検出回路を複数有する場合、迂回伝送回路２４は、複数の検出回路のうちのいずれか１の検出回路の検出信号を第２の伝送信号として出力すれば良い。

１…モータ駆動システム、１０…電力変換装置、２０…エンコーダ、３０…モータ、４０…交流電源、１１…制御回路、１２…安全回路、１３…インバータ主回路、１４…ゲート駆動回路、１１１…指令信号端子台、１１２…モータ制御マイコン、１１３…ＬＳＩ、１２１…安全端子台、１２２…安全用マイコン、１２３…非常停止回路、２１…第１の検出回路、２２…第２の検出回路、２３…ＣＰＵ、２４…迂回伝送回路、３１…回転軸、４１，４２…外部出力端子、２１１…発光素子、２１２…受光素子、２１３，２２３…増幅回路、２２２…磁気抵抗素子、２３１，２３２…Ａ／Ｄ変換器、２３３…信号処理器、２３４…外部伝送回路。

Claims (3)

1. 入力された電力を変換して出力することでモータを駆動制御する電力変換装置であって、
   前記モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第１の伝送信号と、前記第１の伝送信号が出力される前記エンコーダから出力される第２の伝送信号とに基づいて前記エンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有し、
   前記エンコーダから出力される前記第１の伝送信号はデジタル信号であり、
   前記エンコーダから出力される前記第２の伝送信号はアナログ信号であり、
   前記安全回路は、
   前記第２の伝送信号をデジタル信号に変換し、
   前記第１の伝送信号と、デジタル信号に変換された前記第２の伝送信号とを比較する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 入力された電力を変換して出力することでモータを駆動制御する電力変換装置であって、
   前記モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第１の伝送信号と、前記第１の伝送信号が出力される前記エンコーダから出力される第２の伝送信号とに基づいて前記エンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有し、
   前記エンコーダは、
   前記モータの回転子の速度および位置を検出して検出結果を示す検出信号を各々生成する複数の検出回路と、
   前記複数の検出回路によって生成される各検出信号に信号処理を施して前記第１の伝送信号を生成して出力する検出信号処理手段と、
   前記複数の検出回路のうちのいずれか１の検出回路によって生成される検出信号を前記第２の伝送信号として出力する迂回伝送回路と、を有する
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 入力された電力を変換して出力することでモータを駆動制御する電力変換装置であって、
   前記モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第１の伝送信号と、前記第１の伝送信号が出力される前記エンコーダから出力される第２の伝送信号とに基づいて前記エンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有し、
   前記エンコーダは、前記第１の伝送信号を生成するのに用いた信号を前記第２の伝送信号として出力する
   ことを特徴とする電力変換装置。

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