検知デバイス、およびエレベータ又はエスカレータの制御装置
本発明は、エレベータ及びエスカレータのセルフテスト機能を有する速度及び移動方向検知デバイスを開示する。検知デバイスは、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを生成するインクリメンタルエンコーダを含む。速度信号生成部は、エンコーダ信号を受信し、その周波数が入力信号の周波数に比例するパルス信号を生成する。エンコーダセルフテスト部は、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出し、方向検出部は、エンコーダパルスに基づいて方向信号を生成する。速度が０の場合であっても、この検知デバイスによって、セルフテストを実施することができる。耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスは、従来技術よりも高い信頼性を提供し、高い安全性及び保全性レベルが要求される運動制御システムに適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には、運動制御システム（エレベータ、エスカレータ、モータドライブ等）における速度及び移動方向検知に関し、より詳細には、電子部品を用いることによって、セルフテスト、エラーモニタリング及び診断機能を有する、耐故障性で高信頼性の改善された速度及び移動方向検知デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、従来技術を改良したものであり、高信頼性の速度及び移動方向検知に比べて、コスト効率の良好な解決策である。
【０００３】
運動制御システム（エレベータ、エスカレータ、モータドライブ）の場合の速度及び移動方向検知は、通常、図１に示されるように、２つのシフトした（９０度の電気角を有する）パルスを生成するインクリメンタルエンコーダ（光、磁気、誘導等）を用いて実行される。パルスの周波数を測定することによって、エレベータかご又はエスカレータの回転速度及び走行速度を調べることができる。移動方向は、種々の手法を用いて検出することができる。１つの手法は、（たとえば）信号Ａの立ち下がりエッジによって生成される事象において、信号Ｂの状態を調べることである。信号Ｂが論理１である場合には、移動方向は、時計回り（ＣＷ、すなわち前方）である。別の手法は、各エンコーダ状態に、図１に示される１０進状態（３、１、０及び２）を割り当てることである。米国特許第６，１２７，９４８号「Bidirectional synthesis of pseudorandom sequences for arbitrary encoding resolutions」に開示されるように、状態遷移が、図１に示されるように、３、１、０、２である場合には、移動方向は時計回り（すなわち、前方又は上方）である。状態遷移が逆である場合には（図１を参照）、移動方向は反時計回り（ＣＣＷ、すなわち後方又は下方）である。
【０００４】
異なるエンコーダ状態間の無効な遷移も図１に示されており、誤り検出のために用いることができる。しかしながら、２つのパルスを用いるエンコーダでは、主に、センサのうちの１つが機能しなくなる場合には、もはや移動方向を検出することができなくなるという不都合がある（移動方向を検出するためには、２つのシフトした信号が必要とされ、速度を測定する場合には、１つの信号が必要とされる）。さらに、現在の状態に無効状態が存在しないため、現在の状態に基づく誤り検出が不可能であるという不都合もある。無効状態遷移だけが存在し、これを誤り検出のために用いることができる。
【０００５】
一般的に、運動制御システムにおいて、特に、エレベータ及びエスカレータ業界では、速度及び移動方向検知の信頼性は、重要な課題である。さらに、いくつかの国におけるエレベータに関連付けられる現行の規制によれば、電子過速度調速機の使用が認められているが、課せられる安全性及び保全性のレベルによって、国際特許第ＷＯ２００７１２３５２２号「Rotary encoder with built-in-self-test」及び欧州特許第ＥＰ１１８６４３２号「Pinter having fault tolerant encoder wheel」によって開示されるような、セルフテスト及びモニタリング機能を有するシステムが必要とされる。別の手法は、比較機能を有する２つ以上のチャネルを有するシステムを使用することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２つのシフトしたパルス（図１に示される）を有するエンコーダを用いる速度及び移動方向検知の信頼性は、システム障害を検出する比較機能（付加的な論理回路）を有するデュアルチャネルシステムを検討することによって改善することができる。エレベータの用途に用いることができるデュアルチャネルシステムが、米国特許第６，１７０，６１４号「Electronic overspeed governor for elevator」によって開示されている。しかしながら、このようなシステムでは、同じシャフト上に２つの同じエンコーダを取り付ける必要があるため、システムのコストが著しく増大することになる。さらに、エンコーダの正確な位置合わせも確保されなければならない。
【０００７】
それゆえ、本発明において提案される検知デバイスは、これらの不都合な点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態１によれば、速度及び移動方向検知デバイスは、エンコーダを備えており、このエンコーダは、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットとのインターフェースである速度信号生成部、方向検出部及びエンコーダセルフテスト部のための信号を生成する。
【０００９】
エンコーダは、１２０度の電気角を成して等距離に配置される３つのセンサと、エレベータモータシャフト、調速機シャフト若しくは調速機シーブ、又はエスカレータモータシャフトに機械的に接続される、光学的、磁気的又は誘導的に非対称であるディスクとを有する。
【００１０】
しかしながら、エンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移が、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを用いるエンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移と同じである限り、パルス間のシフトは１２０度の（電気）角度とは異なることができる。１２０度の電気角で等距離に配置される３つのセンサを有するエンコーダのための状態及び状態遷移が、図３及び図４に示される。速度信号生成部がエンコーダ信号を受信し、パルス信号を生成し、そのパルス信号の周波数は、入力信号の周波数に等しい。方向検出部は、エンコーダパルスに基づいて方向信号を生成し、エンコーダセルフテスト部は、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出する。
【００１１】
エレベータ又はエスカレータ制御ユニットは、速度信号、方向信号及びエンコーダセルフテスト信号を受信し、入力／出力ポートを介して、外部とインターフェースし、エンコーダ／センサ障害の場合に安全システムを起動することができる。
【００１２】
本発明のエンコーダは、３つのシフトした信号に基づいて８つのエンコーダ状態を生成し、それによって、６つの有効エンコーダ状態及び２つの無効エンコーダ状態が生成される。エンコーダセルフテスト部が、現在のエンコーダ状態から無効状態を検出する場合には、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットにエンコーダエラーを報告する。エレベータ／エスカレータの現在の状態、及び入力／出力ポートを介して受信した信号に基づいて、制御ユニットは、エレベータ／エスカレータが運転休止状態になるか、エレベータが次の階に安全に移動するか、又は安全装置が起動されるかを判断する。
【００１３】
セルフテストは、現在のエンコーダ状態に基づくものであり、前の状態を知る必要がないため、主な利点は、エレベータ又はエスカレータが移動する前に、速度が０であってもエンコーダセルフテストを実行することができることである。
【００１４】
さらに、そのエンコーダは、３つのシフトした信号を与える。方向を検出するには２つのシフトした信号しか必要としないため、耐故障性の速度及び移動方向検知が可能である。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態２によれば、耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスは、１２０度の電気角で等距離に配置される３つのセンサと、可動部品のシャフト（すなわち、エレベータシャフト又はエスカレータモータシャフト、調速機シャフト又は調速機シーブ、モータドライブシャフト等）に機械的に接続される、光学的、磁気的又は誘導的に非対称であるディスクとを有する、エンコーダと、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出する、エンコーダセルフテスト部（本発明の第１の実施の形態と全く同じ）と、エンコーダ信号を受信し、入力信号に比例する周波数を有するパルス信号を生成する、速度信号生成部と、エンコーダ入力信号を合成し、３つの方向信号を生成する方向検出部と、エンコーダ信号障害を検出し、検出信号を選択する（適切な方向信号を選択する）信号、及び周波数分周器部において用いられる、適切な周波数分周比を選択する信号を生成する、エラーモニタリング及び診断部と、エラーモニタリング及び診断部によって提供される情報に基づいて、方向検出部から受信される適切な方向信号を選択する、方向信号選択部と、速度信号生成部からの信号の周波数を、エラーモニタリング及び診断部によって指定される周波数分周比で分周した後に速度信号を出力する、周波数分周器部とを備える。
【００１６】
エンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移が、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを用いるエンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移と同じである限り、パルス間のシフトは、１２０度の（電気）角度とは異なることができる。
【００１７】
１つのエンコーダ信号のみが機能しなかった場合には、検知デバイスは、マイナーエラーを報告し、有効な方向及び速度信号を与える（１つのエンコーダ信号障害の場合には、耐故障性がある）。２つ以上の信号が機能しなかった場合には、メジャーエラーが報告され、この場合には方向情報は、もはや有効ではなく、２つの信号が機能しなかった場合には、速度情報だけが有効である。
【００１８】
耐故障性を有する検知デバイスの主な利点は、マイナーエラー（１つのエンコーダ信号の機能不全）の場合には有効な速度及び方向情報を提供すること、及びシステムが運転休止状態になる前に、運動制御システムがそのタスクを継続又は終了することができるようにすること（すなわち、エンコーダ障害に起因して運転休止状態になる前に、エレベータシステムが安全に次の階に移動すること）である。
【００１９】
本発明の上記で説明された特徴及び利点、並びに他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面から、当業者によって評価及び理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エンコーダ状態及び状態遷移を示す、２つのシフトしたパルスを有するエンコーダに関連する説明図である。
【図２】システム構成要素及び相互接続を示す、エレベータ及びエスカレータにおいて適用されるセルフテスト機能を有する速度及び方向検知デバイスのブロック図である。
【図３】１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのセンサを有するエンコーダの有効状態及び状態遷移を示す図である。
【図４】マイナーエンコーダエラー及びメジャーエンコーダエラーの場合に、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのセンサを有するエンコーダの無効状態遷移を示す図である。
【図５】エンコーダセルフテスト部の論理関数記述であり、論理ゲートを用いる実施態様の一例示である。
【図６】システム構成要素及び相互接続を示す、セルフテスト、エラーモニタリング及び診断機能を有する耐故障性の速度及び方向検知デバイスのブロック図である。
【図７】耐故障性の速度及び方向検知デバイスに関連する、速度信号生成部、周波数分周器部及び方向検出部を示す図である。
【図８】状態遷移の軌道を示し、方向信号選択に用いられるエンコーダエラーモニタリング及び診断部の状態機械記述を示す図である。
【図９】周波数分周比選択に用いられるエンコーダエラーモニタリング及び診断部の状態機械記述を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
２つのセンサを備え、９０度だけシフトした２つのパルスを生成する、エンコーダの主な状態及び状態遷移の一例示（従来技術）が、本発明の背景技術において説明されており、図１に示される。
【００２２】
図１では、各エンコーダ状態、すなわち、１０進状態（３、１、０及び２）が割り当てられる。その状態遷移が、図１に示されるように、３、１、０、２である場合には、移動方向は時計回り（ＣＷ）であり、すなわち、前方又は上方である。状態遷移が逆である場合には（図１を参照）、移動方向は、反時計回り（ＣＣＷ）であり、すなわち、後方又は下方である。
【００２３】
図１には、種々の状態間の無効な遷移も示されており、誤り検出のために用いることができる（従来技術）。しかしながら、現在の状態に無効状態が存在しないため、現在の状態に基づく誤り検出が不可能である（無効状態遷移に基づいてのみ可能である）という主な不都合がある。
【００２４】
現在のエンコーダ状態に基づく誤り検出を容易にするために、セルフテスト機能を有する速度及び方向検知デバイスが、以下にさらに詳細に説明される。
【００２５】
図２は、システム構成要素及び相互接続を示す、セルフテスト機能を有する速度及び方向検知デバイスのブロック図である。１２０度の電気角で等距離に配置される３つのセンサ１１、１２、及び１３とディスク１４（光学的、磁気的又は誘導的に非対称）とを有するエンコーダ１０が、結合リンク１５を介して、エレベータモータシャフト又はエスカレータモータシャフト、調速機シャフト又は調速機シーブ７０に機械的に接続される。エンコーダ１０は、たとえば、１２０度の電気角だけシフトした３つのパルス１、２及び３を生成し、それらのパルスは、速度信号生成部２０、エンコーダセルフテスト部３０及び方向検出部４０によって受信される。
【００２６】
速度信号生成部２０は、パルス信号１、２及び３に基づいて、速度信号２１を生成する。速度を測定するには、１つの信号で十分であるため、速度信号生成部２０は、入力信号のうちの１つ（１又は２又は３）を通し、この場合には、速度信号（出力信号）２１の周波数は、入力信号の周波数に等しい。速度信号生成部２０の別の実現形態では、速度信号２１を生成するために、排他的論理和（ＸＯＲ）を用いて入力信号を合成する。すなわち、全ての３つの入力信号１、２及び３がＸＯＲ論理を用いて合成される場合には、速度信号２１の周波数は、入力信号の周波数の３倍になる。ＸＯＲ論理を用いて２つの信号だけが合成される場合には、速度信号２１の周波数は、入力信号の周波数の２倍になる。
【００２７】
エンコーダセルフテスト部３０は、入力信号（１、２及び３）を受信し、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダエラーを検出する。負の論理に従って、エンコーダエラー信号３１が生成され、すなわち、エンコーダエラーがある場合には、このエンコーダエラー信号３１は、論理０であり、エンコーダエラーがない場合には、論理１である。
【００２８】
方向検出部４０は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、そのうちのいずれか２つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の遷移状態に基づいて前記回転体の移動方向信号を生成することができる（方向を測定するには、２つの信号で十分であるため、）。従って、方向検出部４０は、入力信号のうちの２つのエンコーダ入力信号（たとえば、信号１及び信号２）を合成して、方向信号４１を生成する。
【００２９】
エレベータ又はエスカレータ制御ユニット５０は、速度信号２１、エンコーダエラー信号３１及び方向信号４１を受信する。エレベータ／エスカレータの現在の状態、及び入力／出力ポート５２を介して受信された信号に基づいて、制御ユニット５０は、エレベータ／エスカレータが運転休止状態になるか、エレベータが次の階に安全に移動するか、又は信号５１を介して安全装置６０を起動するかを判断する。
【００３０】
入力／出力ポート５２は、ソフトウエア更新、初期化、稼動状態、警告状態、及び制御ユニット５０と外部デバイスとの間のモニタリング機能を容易にする。
【００３１】
エンコーダセルフテスト部を説明するために、最初に、エンコーダ１０の有効状態及び無効状態、並びに状態遷移が以下で、より詳細に説明され、図３及び図４に示される。
【００３２】
図３を参照すると、その図は、エンコーダ１０の有効状態及び状態遷移を示す。エンコーダ１０の６つの有効状態がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６として符号化される。状態遷移が、Ｓ１からＳ２、又はＳ２からＳ３等である場合には、移動方向は、時計回り（すなわち、前方又は上方）である。一方、状態遷移が逆である場合には（図３を参照）、移動方向は、反時計回り（すなわち、後方又は下方）である。
【００３３】
図４を参照すると、その図は、エンコーダ１０の無効状態、及び無効状態遷移を示す。２つの無効状態がＳ０（０００）及びＳ７（１１１）に符号化され、無効状態Ｓ０に向かう無効状態遷移が示される（状態Ｓ７に向かう同様の遷移も示すことができる）。
【００３４】
状態Ｓ１からＳ０への遷移、状態Ｓ３からＳ０への遷移、状態Ｓ５からＳ０への遷移は、１つの信号障害に関連付けられる。状態Ｓ２からＳ０への遷移、状態Ｓ４からＳ０への遷移、状態Ｓ６からＳ０への遷移は、２つの同時の信号障害に関連付けられる。
【００３５】
例示として、本発明は、エンコーダセンサは、ｐｎｐ出力を有し、通常は、開いている（そのｐｎｐトランジスタは、出力をＨｉｇｈに切り替える）ものと仮定する。センサ障害、トランジスタ障害又は電源障害の場合に、その出力は、Ｌｏｗに切り替わり、Ｌｏｗのままになるであろう。ｐｎｐ出力を有し、通常閉じているセンサ、ｎｐｎ出力を有し、通常開いているか、又は閉じているセンサの場合にも、同様の遷移を定義することができる。
【００３６】
定義されたエンコーダの有効状態及び無効状態を用いて、エンコーダセルフテスト部３０が、以下に詳細に説明される。
【００３７】
図５を参照すると、エンコーダセルフテスト部３０の論理関数が示されている。無効エンコーダ状態は、エンコーダエラーとして報告される。エンコーダエラー信号３１は（すなわち、負の論理を考慮すると）、有効エンコーダ状態（エンコーダエラーなし）の場合には、論理１であり、無効エンコーダ状態（エンコーダエラー）の場合には、論理０である。上記の論理関数は、論理ゲート及び回路を用いて実装することができ、一例示が図５に示されている。さらに、必要とされる場合には、出力信号をＤラッチに格納することができる。
【００３８】
それゆえ、本発明の実施の形態１は、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットに接続される、セルフテスト機能を有する速度及び移動方向検知デバイスを説明する。エンコーダ１０が１２０度の電気角だけシフトした３つの信号を生成する。移動方向検知には、２つの信号のみが必要であり、速度検知には、１つの信号のみが必要であるため、耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスの実現が可能であり、本発明の実施の形態２において詳細に説明される。
【００３９】
図６を参照すると、本発明の実施の形態２、すなわち、セルフテスト、エラーモニタリング及び診断の機能を有する耐故障性の速度及び方向検知デバイスのブロック図であり、システム構成要素及び相互接続が示されている。
【００４０】
本発明の実施の形態２の構成要素及び相互接続が、以下に詳細に説明される。
【００４１】
本発明の実施の形態１と同様に、エンコーダ１０は、１２０度の電気角だけシフトしたパルス信号（１、２及び３）を生成し、それらのパルス信号は、速度信号生成部２２、エンコーダセルフテスト部３０（本発明の実施の形態１と同様）、方向検出部４２、及びエラーモニタリング部及び診断部８０によって受信される。
【００４２】
速度信号生成部２２は、ＸＯＲ論理によって入力信号（１、２及び３）を合成することによって出力信号２３（信号Ｆ）を生成する。
【００４３】
エンコーダセルフテスト部３０は、本発明の実施の形態１と全く同じようにして、出力信号３１を生成する。
【００４４】
方向検出部４２は、エンコーダ入力信号を対にして（すなわち、１及び２、２及び３、３及び１を）合成し、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３によって示される３つの方向信号を生成する。
【００４５】
エラーモニタリング及び診断部８０は、エンコーダ部１０から入力を受信し、Ｓ（ｎ）によって表される現在のエンコーダ状態、並びにＳ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ−２）及びＳ（ｎ−３）によって表される前（過去）のエンコーダ状態に基づいて、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びメジャーエラーによって表される出力信号（８１、８２、８３及び８４）を生成する。
【００４６】
信号８１（Ｐ１）及び信号８２（Ｐ２）は、方向信号部４３を介して、適切な方向信号４１を選択する。信号８３（Ｐ３）は、１つの信号障害の場合に無効状態遷移をモニタし、信号８４（メジャーエラーで表される）は、メジャーエンコーダエラー（２つ以上のエンコーダ信号障害）をモニタする。
【００４７】
方向信号選択部４３は、エラーモニタリング及び診断部８０によって生成される信号８１（Ｐ１）及び信号８２（Ｐ２）の関数によって、入力信号（Ｄ１、Ｄ２又はＤ３）のうちの１つを選択（多重化）することによって、方向出力信号４１を生成する。
【００４８】
周波数分周器部２４は、速度信号生成部２２から入力信号２３を受信し、エンコーダエラー状態に応じて、一定の係数で入力信号の周波数を分周する。一定の分周比は、信号８３（Ｐ３）及び８４（メジャーエラー）によって規定される。エンコーダエラーがない（信号障害がない）場合には、入力信号の周波数を３分周する。マイナーエンコーダエラーが生じた（１つの信号が機能しなかった）場合には、入力信号の周波数は２分周される。メジャーエンコーダエラーが生じた（２つ以上の信号が機能しなかった）場合には、入力信号の周波数は変更されないままである。
【００４９】
本発明の実施の形態２による信号３３（マイナーエラー）は、静的エラーモニタリング（エンコーダセルフテスト部３０）及び動的エラーモニタリング（エラーモニタリング及び診断部８０）を合成する、信号３１と信号８３（Ｐ３）との間の論理ＡＮＤ合成として演算部３２によって生成される。静的エラーモニタリングは、エンコーダの現在の状態に関連付けられ、動的エラーモニタリングは、エンコーダ状態遷移に関連付けられる。
【００５０】
速度信号生成部２２、方向検出部４２及び周波数分周器部２３は、以下に、より詳細に説明される。
【００５１】
図７を参照すると、速度信号生成部２２を示す図であり、出力信号２３が、入力信号１、２及び３のＸＯＲ合成として生成される。出力信号２３は、周波数分周器部２４によって受信され、周波数分周器部２４は、信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）によって選択された周波数分周比１、２又は３で周波数を分周し、それによって出力速度信号２１を生成する。方向検出部４２は、２つのシフトしたパルスを有するエンコーダの場合のように、Ｌ１によって表される既知の方向検出論理を用いて、エンコーダ入力信号を対にして（すなわち、１及び２、２及び３、３及び１を）合成し、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３によって表される２つの方向信号を生成する。
【００５２】
エンコーダエラーモニタリング及び診断は、エラーモニタリング及び診断部８０において行われ、方向信号選択のための出力信号８１（Ｐ１）及び８２（Ｐ２）が、以下に詳細に説明される状態機械に従って生成される。
【００５３】
図８を参照すると、本発明の実施の形態２による方向信号選択に用いられる、エンコーダエラーモニタリング及び診断部８０の状態機械記述を示す図である。図８に示されるように、現在のエンコーダ状態遷移及び前の（過去２回分の）エンコーダ状態遷移に基づいて、いずれのエンコーダ信号が機能していないかを検出することができる。エンコーダ信号の状態（障害なし、又は障害あり）は、図８に従って、方向信号を選択するために用いられる出力信号８１（Ｐ１）及び８２（Ｐ２）に符号化され、方向信号選択部４３のための選択信号を表す。この図８の状態遷移表においては、マイナーエラー（１つのエンコーダ信号が機能しなかった）に関連付けられる（があったか否かを判断するための）有効遷移及び無効遷移が示される。方向検出のためには、少なくとも２つの有効エンコーダ信号が必要とされるため、メジャーエラー（２つ以上の信号が機能しなかった）の場合には、方向検出は、もはや不可能である。
【００５４】
周波数分周比は、信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）によって指定され、エラーモニタリング及び診断部８０の出力信号を表す。エラーがない場合、周波数分周比は、３であるべきであり、マイナーエラーの場合には（１つのエンコーダ信号が機能しなかった）、２であるべきであり、メジャーエラーの場合には（２つ以上のエンコーダ信号が機能しなかった）、１であるべきである。エラー検出及び診断、並びに信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）の生成は、状態機械記述を用いて、以下に詳細に説明される。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態２による、周波数分周比選択に用いられる、エンコーダエラーモニタリング及び診断部８０の状態機械記述を示す図である。現在のエンコーダ状態遷移及び前の（過去３回分の）エンコーダ状態遷移（状態遷移表に示される）を用いて、エンコーダ信号障害が検出される。１つのエンコーダ信号障害は、出力信号８３（Ｐ３）によってモニタされ、２つのエンコーダ信号障害は、信号８４（メジャーエラー）によってモニタされる。速度信号生成部２２に従って、エンコーダ信号障害がない場合には、出力信号２３の周波数は、入力信号の周波数の３倍になる（信号１、２及び３は同じ周波数を有する）。１つのエンコーダ信号が機能しなくなる場合には、出力信号２３の周波数は、入力信号の周波数の２倍になる。２つのエンコーダ信号が機能しなくなる場合には、出力信号２３の周波数は、入力信号の周波数に等しくなる。
【００５６】
それゆえ、信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）によって選択される周波数分周比（すなわち、図９の状態遷移表の分周ファクタ）は、エラーなしの場合には３であり、マイナーエラー（１つの信号が機能しなかった）の場合には２であり、メジャーエラー（２つの信号が機能しなかった）の場合には１であるべきである。
【００５７】
耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスによって生成される出力信号２１（速度）、４１（方向）、３３（マイナーエラー）及び８４（メジャーエラー）を、運動制御ユニットに送信することができる。
【００５８】
本発明の実施の形態１は、エレベータ及びエスカレータのセルフテスト機能を有する速度及び移動方向検知デバイスを開示する。検知デバイスは、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを生成するインクリメンタルエンコーダを含む。しかしながら、エンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移が、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを有するエンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移と同じである限り、パルス間のシフトは、１２０度の（電気）角度とは異なることができる。
【００５９】
速度信号生成部は、エンコーダ信号を受信し、その周波数が入力信号の周波数に比例するパルス信号を生成する。
【００６０】
エンコーダセルフテスト部は、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出し、方向検出部は、エンコーダパルスに基づいて方向信号を生成する。
【００６１】
速度信号、エンコーダセルフテスト信号及び方向信号は、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットに送信される。速度が０の場合であっても、この検知デバイスによって、セルフテストを実施することができるようになる。すなわち、エレベータ又はエスカレータが移動する前に、エンコーダエラー（障害）を検出することができ、これは従来技術と比べて、利点となる。
【００６２】
本発明の実施の形態２は、速度及び移動方向を検知するセルフテスト、モニタリング及び診断機能を有する耐故障性エンコーダを開示する。マイナーエンコーダエラーの場合（１つのエンコーダ信号が機能しなかった場合）において、検知デバイスは、正確な速度及び移動方向情報を提供する。また、メジャーエンコーダエラーの場合（２つ以上のエンコーダ信号が機能しなかった場合）において、検知デバイスは、メジャーエラーを報告し、２つのエンコーダ信号が機能しなかった場合において、正確な速度情報を提供することができる。
【００６３】
耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスは、従来技術よりも高い信頼性を提供し、高い安全性及び保全性レベルが要求される運動制御システムに適用することができる。
【００６４】
上述したように、本発明の実施の形態１によれば、１８０度の電気角ごとにＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス信号を、１２０度の電気角だけシフトした３種のパルス信号として出力するエンコーダを備えている。これにより、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、８つのエンコーダ状態を生成することができる。さらに、この８つのエンコーダ状態は、６つの有効エンコーダ状態及び２つの無効エンコーダ状態に区別することができる（図３、図４参照）。
【００６５】
従って、エンコーダセルフテスト部３０（静的エラー診断部に相当）は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、２つの無効エンコーダ状態（図４におけるＳ０、Ｓ７の状態に相当）が発生することを監視することで、エンコーダエラー状態を静的に検出できる（図４、図５参照）。
【００６６】
また、速度信号生成部２０は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、そのうちのいずれか１つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の周波数に比例するパルス信号を速度信号として生成することができる（図３参照）。
【００６７】
また、方向検出部４０は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、そのうちのいずれか２つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の遷移状態に基づいて前記回転体の移動方向信号を生成することができる（図３参照）。
【００６８】
また、上述したように、本発明の実施の形態２によれば、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、３つのパルス信号の現在の状態、及び現在の状態に至るまでの所定の遷移状態をモニタリングすることで、３つのパルス信号の中で状態が遷移しないパルス信号を特定することができる（図８、図９参照）。
【００６９】
従って、エラーモニタリング部及び診断部８０（動的エラー診断部に相当）は、現在及び過去３回分のデータに基づいて、３つのパルス信号の遷移状態をモニタリングすることで、第２のエンコーダエラー状態を動的に検出できる（図６、図８、図９参照）。また、３つのパルス信号のうち、どの信号でエラーが発生しているかを特定できる。さらに、２つ以上のパルス信号で異常が発生しているメジャーエンコーダエラー信号と、１つのパルス信号のみで異常が発生しているマイナーエンコーダエラー信号とを、区別して出力することができる（図９参照）。
【００７０】
また、演算部３２は、エンコーダセルフテスト部３０（静的エラー診断部に相当）によるエラー検出結果と、エラーモニタリング部及び診断部８０（動的エラー診断部に相当）によるエラー検出結果との論理ＡＮＤ合成をとることで、マイナーエンコーダエラーを出力することができる（図６参照）。
【００７１】
また、速度信号生成部２２及び周波数分周器部２４は、エラーモニタリング部及び診断部８０によるメジャーエンコーダエラー信号及びマイナーエンコーダエラー信号を含むエンコーダエラー状態の検出結果に基づいて、３つのパルス信号の中から、正常に動作している１つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の周波数に比例するパルス信号を速度信号として生成することができる（図６、図９参照）。
【００７２】
また、速度信号生成部２２は、３つのパルス信号の排他的論理和を合成信号として求めることができる（図７参照）。そして、周波数分周器部２４は、エラーモニタリング部及び診断部８０によるエンコーダエラー状態の検出結果に基づいて、以下の３通りの方法により、速度信号を生成することができる（図７、図９参照）。
【００７３】
（１）エンコーダエラー状態信号を受信しない場合には、合成信号の周波数を３分周して速度信号を生成する。
（２）マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、合成信号の周波数を２分周して速度信号を生成する。
（３）メジャーエンコーダエラー信号を受信した場合には、合成信号の周波数のままで分周せずに速度信号を生成する。
【００７４】
また、方向検出部４２は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、３種類の１対の信号を生成することができる（図７参照）。さらに、方向信号選択部４３は、エラーモニタリング部及び診断部８０によるマイナーエンコーダエラー信号を含むエンコーダエラー状態の検出結果に基づいて、３種類の１対の信号の中から、正常に動作している２つのパルス信号からなる１対の信号を選択し、移動方向信号を生成することができる（図６、図８参照）。
【００７５】
なお、３つのシフトしたパルス信号の、それぞれのパルス信号間のシフトは、必ずしも１２０度の電気角である必要はない。上述した方法により、静的なエラー検出、動的なエラー検出、速度信号検出、及び移動方向検出を行うことができれば、１２０度以外の電気角でシフトしていても構わない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には、運動制御システム（エレベータ、エスカレータ、モータドライブ等）における速度及び移動方向検知に関し、より詳細には、電子部品を用いることによって、セルフテスト、エラーモニタリング及び診断機能を有する、耐故障性で高信頼性の改善された速度及び移動方向検知デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、従来技術を改良したものであり、高信頼性の速度及び移動方向検知に比べて、コスト効率の良好な解決策である。
【０００３】
運動制御システム（エレベータ、エスカレータ、モータドライブ）の場合の速度及び移動方向検知は、通常、図１に示されるように、２つのシフトした（９０度の電気角を有する）パルスを生成するインクリメンタルエンコーダ（光、磁気、誘導等）を用いて実行される。パルスの周波数を測定することによって、エレベータかご又はエスカレータの回転速度及び走行速度を調べることができる。移動方向は、種々の手法を用いて検出することができる。１つの手法は、（たとえば）信号Ａの立ち下がりエッジによって生成される事象において、信号Ｂの状態を調べることである。信号Ｂが論理１である場合には、移動方向は、時計回り（ＣＷ、すなわち前方）である。別の手法は、各エンコーダ状態に、図１に示される１０進状態（３、１、０及び２）を割り当てることである。米国特許第６，１２７，９４８号「Bidirectional synthesis of pseudorandom sequences for arbitrary encoding resolutions」に開示されるように、状態遷移が、図１に示されるように、３、１、０、２である場合には、移動方向は時計回り（すなわち、前方又は上方）である。状態遷移が逆である場合には（図１を参照）、移動方向は反時計回り（ＣＣＷ、すなわち後方又は下方）である。
【０００４】
異なるエンコーダ状態間の無効な遷移も図１に示されており、誤り検出のために用いることができる。しかしながら、２つのパルスを用いるエンコーダでは、主に、センサのうちの１つが機能しなくなる場合には、もはや移動方向を検出することができなくなるという不都合がある（移動方向を検出するためには、２つのシフトした信号が必要とされ、速度を測定する場合には、１つの信号が必要とされる）。さらに、現在の状態に無効状態が存在しないため、現在の状態に基づく誤り検出が不可能であるという不都合もある。無効状態遷移だけが存在し、これを誤り検出のために用いることができる。
【０００５】
一般的に、運動制御システムにおいて、特に、エレベータ及びエスカレータ業界では、速度及び移動方向検知の信頼性は、重要な課題である。さらに、いくつかの国におけるエレベータに関連付けられる現行の規制によれば、電子過速度調速機の使用が認められているが、課せられる安全性及び保全性のレベルによって、国際特許第ＷＯ２００７１２３５２２号「Rotary encoder with built-in-self-test」及び欧州特許第ＥＰ１１８６４３２号「Pinter having fault tolerant encoder wheel」によって開示されるような、セルフテスト及びモニタリング機能を有するシステムが必要とされる。別の手法は、比較機能を有する２つ以上のチャネルを有するシステムを使用することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２つのシフトしたパルス（図１に示される）を有するエンコーダを用いる速度及び移動方向検知の信頼性は、システム障害を検出する比較機能（付加的な論理回路）を有するデュアルチャネルシステムを検討することによって改善することができる。エレベータの用途に用いることができるデュアルチャネルシステムが、米国特許第６，１７０，６１４号「Electronic overspeed governor for elevator」によって開示されている。しかしながら、このようなシステムでは、同じシャフト上に２つの同じエンコーダを取り付ける必要があるため、システムのコストが著しく増大することになる。さらに、エンコーダの正確な位置合わせも確保されなければならない。
【０００７】
それゆえ、本発明において提案される検知デバイスは、これらの不都合な点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態１によれば、速度及び移動方向検知デバイスは、エンコーダを備えており、このエンコーダは、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットとのインターフェースである速度信号生成部、方向検出部及びエンコーダセルフテスト部のための信号を生成する。
【０００９】
エンコーダは、１２０度の電気角を成して等距離に配置される３つのセンサと、エレベータモータシャフト、調速機シャフト若しくは調速機シーブ、又はエスカレータモータシャフトに機械的に接続される、光学的、磁気的又は誘導的に非対称であるディスクとを有する。
【００１０】
しかしながら、エンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移が、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを用いるエンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移と同じである限り、パルス間のシフトは１２０度の（電気）角度とは異なることができる。１２０度の電気角で等距離に配置される３つのセンサを有するエンコーダのための状態及び状態遷移が、図３及び図４に示される。速度信号生成部がエンコーダ信号を受信し、パルス信号を生成し、そのパルス信号の周波数は、入力信号の周波数に等しい。方向検出部は、エンコーダパルスに基づいて方向信号を生成し、エンコーダセルフテスト部は、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出する。
【００１１】
エレベータ又はエスカレータ制御ユニットは、速度信号、方向信号及びエンコーダセルフテスト信号を受信し、入力／出力ポートを介して、外部とインターフェースし、エンコーダ／センサ障害の場合に安全システムを起動することができる。
【００１２】
本発明のエンコーダは、３つのシフトした信号に基づいて８つのエンコーダ状態を生成し、それによって、６つの有効エンコーダ状態及び２つの無効エンコーダ状態が生成される。エンコーダセルフテスト部が、現在のエンコーダ状態から無効状態を検出する場合には、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットにエンコーダエラーを報告する。エレベータ／エスカレータの現在の状態、及び入力／出力ポートを介して受信した信号に基づいて、制御ユニットは、エレベータ／エスカレータが運転休止状態になるか、エレベータが次の階に安全に移動するか、又は安全装置が起動されるかを判断する。
【００１３】
セルフテストは、現在のエンコーダ状態に基づくものであり、前の状態を知る必要がないため、主な利点は、エレベータ又はエスカレータが移動する前に、速度が０であってもエンコーダセルフテストを実行することができることである。
【００１４】
さらに、そのエンコーダは、３つのシフトした信号を与える。方向を検出するには２つのシフトした信号しか必要としないため、耐故障性の速度及び移動方向検知が可能である。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態２によれば、耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスは、１２０度の電気角で等距離に配置される３つのセンサと、可動部品のシャフト（すなわち、エレベータシャフト又はエスカレータモータシャフト、調速機シャフト又は調速機シーブ、モータドライブシャフト等）に機械的に接続される、光学的、磁気的又は誘導的に非対称であるディスクとを有する、エンコーダと、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出する、エンコーダセルフテスト部（本発明の第１の実施の形態と全く同じ）と、エンコーダ信号を受信し、入力信号に比例する周波数を有するパルス信号を生成する、速度信号生成部と、エンコーダ入力信号を合成し、３つの方向信号を生成する方向検出部と、エンコーダ信号障害を検出し、検出信号を選択する（適切な方向信号を選択する）信号、及び周波数分周器部において用いられる、適切な周波数分周比を選択する信号を生成する、エラーモニタリング及び診断部と、エラーモニタリング及び診断部によって提供される情報に基づいて、方向検出部から受信される適切な方向信号を選択する、方向信号選択部と、速度信号生成部からの信号の周波数を、エラーモニタリング及び診断部によって指定される周波数分周比で分周した後に速度信号を出力する、周波数分周器部とを備える。
【００１６】
エンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移が、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを用いるエンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移と同じである限り、パルス間のシフトは、１２０度の（電気）角度とは異なることができる。
【００１７】
１つのエンコーダ信号のみが機能しなかった場合には、検知デバイスは、マイナーエラーを報告し、有効な方向及び速度信号を与える（１つのエンコーダ信号障害の場合には、耐故障性がある）。２つ以上の信号が機能しなかった場合には、メジャーエラーが報告され、この場合には方向情報は、もはや有効ではなく、２つの信号が機能しなかった場合には、速度情報だけが有効である。
【００１８】
耐故障性を有する検知デバイスの主な利点は、マイナーエラー（１つのエンコーダ信号の機能不全）の場合には有効な速度及び方向情報を提供すること、及びシステムが運転休止状態になる前に、運動制御システムがそのタスクを継続又は終了することができるようにすること（すなわち、エンコーダ障害に起因して運転休止状態になる前に、エレベータシステムが安全に次の階に移動すること）である。
【００１９】
本発明の上記で説明された特徴及び利点、並びに他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面から、当業者によって評価及び理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エンコーダ状態及び状態遷移を示す、２つのシフトしたパルスを有するエンコーダに関連する説明図である。
【図２】システム構成要素及び相互接続を示す、エレベータ及びエスカレータにおいて適用されるセルフテスト機能を有する速度及び方向検知デバイスのブロック図である。
【図３】１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのセンサを有するエンコーダの有効状態及び状態遷移を示す図である。
【図４】マイナーエンコーダエラー及びメジャーエンコーダエラーの場合に、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのセンサを有するエンコーダの無効状態遷移を示す図である。
【図５】エンコーダセルフテスト部の論理関数記述であり、論理ゲートを用いる実施態様の一例示である。
【図６】システム構成要素及び相互接続を示す、セルフテスト、エラーモニタリング及び診断機能を有する耐故障性の速度及び方向検知デバイスのブロック図である。
【図７】耐故障性の速度及び方向検知デバイスに関連する、速度信号生成部、周波数分周器部及び方向検出部を示す図である。
【図８】状態遷移の軌道を示し、方向信号選択に用いられるエンコーダエラーモニタリング及び診断部の状態機械記述を示す図である。
【図９】周波数分周比選択に用いられるエンコーダエラーモニタリング及び診断部の状態機械記述を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
２つのセンサを備え、９０度だけシフトした２つのパルスを生成する、エンコーダの主な状態及び状態遷移の一例示（従来技術）が、本発明の背景技術において説明されており、図１に示される。
【００２２】
図１では、各エンコーダ状態、すなわち、１０進状態（３、１、０及び２）が割り当てられる。その状態遷移が、図１に示されるように、３、１、０、２である場合には、移動方向は時計回り（ＣＷ）であり、すなわち、前方又は上方である。状態遷移が逆である場合には（図１を参照）、移動方向は、反時計回り（ＣＣＷ）であり、すなわち、後方又は下方である。
【００２３】
図１には、種々の状態間の無効な遷移も示されており、誤り検出のために用いることができる（従来技術）。しかしながら、現在の状態に無効状態が存在しないため、現在の状態に基づく誤り検出が不可能である（無効状態遷移に基づいてのみ可能である）という主な不都合がある。
【００２４】
現在のエンコーダ状態に基づく誤り検出を容易にするために、セルフテスト機能を有する速度及び方向検知デバイスが、以下にさらに詳細に説明される。
【００２５】
図２は、システム構成要素及び相互接続を示す、セルフテスト機能を有する速度及び方向検知デバイスのブロック図である。１２０度の電気角で等距離に配置される３つのセンサ１１、１２、及び１３とディスク１４（光学的、磁気的又は誘導的に非対称）とを有するエンコーダ１０が、結合リンク１５を介して、エレベータモータシャフト又はエスカレータモータシャフト、調速機シャフト又は調速機シーブ７０に機械的に接続される。エンコーダ１０は、たとえば、１２０度の電気角だけシフトした３つのパルス１、２及び３を生成し、それらのパルスは、速度信号生成部２０、エンコーダセルフテスト部３０及び方向検出部４０によって受信される。
【００２６】
速度信号生成部２０は、パルス信号１、２及び３に基づいて、速度信号２１を生成する。速度を測定するには、１つの信号で十分であるため、速度信号生成部２０は、入力信号のうちの１つ（１又は２又は３）を通し、この場合には、速度信号（出力信号）２１の周波数は、入力信号の周波数に等しい。速度信号生成部２０の別の実現形態では、速度信号２１を生成するために、排他的論理和（ＸＯＲ）を用いて入力信号を合成する。すなわち、全ての３つの入力信号１、２及び３がＸＯＲ論理を用いて合成される場合には、速度信号２１の周波数は、入力信号の周波数の３倍になる。ＸＯＲ論理を用いて２つの信号だけが合成される場合には、速度信号２１の周波数は、入力信号の周波数の２倍になる。
【００２７】
エンコーダセルフテスト部３０は、入力信号（１、２及び３）を受信し、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダエラーを検出する。負の論理に従って、エンコーダエラー信号３１が生成され、すなわち、エンコーダエラーがある場合には、このエンコーダエラー信号３１は、論理０であり、エンコーダエラーがない場合には、論理１である。
【００２８】
方向検出部４０は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、そのうちのいずれか２つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の遷移状態に基づいて前記回転体の移動方向信号を生成することができる（方向を測定するには、２つの信号で十分であるため、）。従って、方向検出部４０は、入力信号のうちの２つのエンコーダ入力信号（たとえば、信号１及び信号２）を合成して、方向信号４１を生成する。
【００２９】
エレベータ又はエスカレータ制御ユニット５０は、速度信号２１、エンコーダエラー信号３１及び方向信号４１を受信する。エレベータ／エスカレータの現在の状態、及び入力／出力ポート５２を介して受信された信号に基づいて、制御ユニット５０は、エレベータ／エスカレータが運転休止状態になるか、エレベータが次の階に安全に移動するか、又は信号５１を介して安全装置６０を起動するかを判断する。
【００３０】
入力／出力ポート５２は、ソフトウエア更新、初期化、稼動状態、警告状態、及び制御ユニット５０と外部デバイスとの間のモニタリング機能を容易にする。
【００３１】
エンコーダセルフテスト部を説明するために、最初に、エンコーダ１０の有効状態及び無効状態、並びに状態遷移が以下で、より詳細に説明され、図３及び図４に示される。
【００３２】
図３を参照すると、その図は、エンコーダ１０の有効状態及び状態遷移を示す。エンコーダ１０の６つの有効状態がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６として符号化される。状態遷移が、Ｓ１からＳ２、又はＳ２からＳ３等である場合には、移動方向は、時計回り（すなわち、前方又は上方）である。一方、状態遷移が逆である場合には（図３を参照）、移動方向は、反時計回り（すなわち、後方又は下方）である。
【００３３】
図４を参照すると、その図は、エンコーダ１０の無効状態、及び無効状態遷移を示す。２つの無効状態がＳ０（０００）及びＳ７（１１１）に符号化され、無効状態Ｓ０に向かう無効状態遷移が示される（状態Ｓ７に向かう同様の遷移も示すことができる）。
【００３４】
状態Ｓ１からＳ０への遷移、状態Ｓ３からＳ０への遷移、状態Ｓ５からＳ０への遷移は、１つの信号障害に関連付けられる。状態Ｓ２からＳ０への遷移、状態Ｓ４からＳ０への遷移、状態Ｓ６からＳ０への遷移は、２つの同時の信号障害に関連付けられる。
【００３５】
例示として、本発明は、エンコーダセンサは、ｐｎｐ出力を有し、通常は、開いている（そのｐｎｐトランジスタは、出力をＨｉｇｈに切り替える）ものと仮定する。センサ障害、トランジスタ障害又は電源障害の場合に、その出力は、Ｌｏｗに切り替わり、Ｌｏｗのままになるであろう。ｐｎｐ出力を有し、通常閉じているセンサ、ｎｐｎ出力を有し、通常開いているか、又は閉じているセンサの場合にも、同様の遷移を定義することができる。
【００３６】
定義されたエンコーダの有効状態及び無効状態を用いて、エンコーダセルフテスト部３０が、以下に詳細に説明される。
【００３７】
図５を参照すると、エンコーダセルフテスト部３０の論理関数が示されている。無効エンコーダ状態は、エンコーダエラーとして報告される。エンコーダエラー信号３１は（すなわち、負の論理を考慮すると）、有効エンコーダ状態（エンコーダエラーなし）の場合には、論理１であり、無効エンコーダ状態（エンコーダエラー）の場合には、論理０である。上記の論理関数は、論理ゲート及び回路を用いて実装することができ、一例示が図５に示されている。さらに、必要とされる場合には、出力信号をＤラッチに格納することができる。
【００３８】
それゆえ、本発明の実施の形態１は、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットに接続される、セルフテスト機能を有する速度及び移動方向検知デバイスを説明する。エンコーダ１０が１２０度の電気角だけシフトした３つの信号を生成する。移動方向検知には、２つの信号のみが必要であり、速度検知には、１つの信号のみが必要であるため、耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスの実現が可能であり、本発明の実施の形態２において詳細に説明される。
【００３９】
図６を参照すると、本発明の実施の形態２、すなわち、セルフテスト、エラーモニタリング及び診断の機能を有する耐故障性の速度及び方向検知デバイスのブロック図であり、システム構成要素及び相互接続が示されている。
【００４０】
本発明の実施の形態２の構成要素及び相互接続が、以下に詳細に説明される。
【００４１】
本発明の実施の形態１と同様に、エンコーダ１０は、１２０度の電気角だけシフトしたパルス信号（１、２及び３）を生成し、それらのパルス信号は、速度信号生成部２２、エンコーダセルフテスト部３０（本発明の実施の形態１と同様）、方向検出部４２、及びエラーモニタリング部及び診断部８０によって受信される。
【００４２】
速度信号生成部２２は、ＸＯＲ論理によって入力信号（１、２及び３）を合成することによって出力信号２３（信号Ｆ）を生成する。
【００４３】
エンコーダセルフテスト部３０は、本発明の実施の形態１と全く同じようにして、出力信号３１を生成する。
【００４４】
方向検出部４２は、エンコーダ入力信号を対にして（すなわち、１及び２、２及び３、３及び１を）合成し、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３によって示される３つの方向信号を生成する。
【００４５】
エラーモニタリング及び診断部８０は、エンコーダ部１０から入力を受信し、Ｓ（ｎ）によって表される現在のエンコーダ状態、並びにＳ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ−２）及びＳ（ｎ−３）によって表される前（過去）のエンコーダ状態に基づいて、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びメジャーエラーによって表される出力信号（８１、８２、８３及び８４）を生成する。
【００４６】
信号８１（Ｐ１）及び信号８２（Ｐ２）は、方向信号部４３を介して、適切な方向信号４１を選択する。信号８３（Ｐ３）は、１つの信号障害の場合に無効状態遷移をモニタし、信号８４（メジャーエラーで表される）は、メジャーエンコーダエラー（２つ以上のエンコーダ信号障害）をモニタする。
【００４７】
方向信号選択部４３は、エラーモニタリング及び診断部８０によって生成される信号８１（Ｐ１）及び信号８２（Ｐ２）の関数によって、入力信号（Ｄ１、Ｄ２又はＤ３）のうちの１つを選択（多重化）することによって、方向出力信号４１を生成する。
【００４８】
周波数分周器部２４は、速度信号生成部２２から入力信号２３を受信し、エンコーダエラー状態に応じて、一定の係数で入力信号の周波数を分周する。一定の分周比は、信号８３（Ｐ３）及び８４（メジャーエラー）によって規定される。エンコーダエラーがない（信号障害がない）場合には、入力信号の周波数を３分周する。マイナーエンコーダエラーが生じた（１つの信号が機能しなかった）場合には、入力信号の周波数は２分周される。メジャーエンコーダエラーが生じた（２つ以上の信号が機能しなかった）場合には、入力信号の周波数は変更されないままである。
【００４９】
本発明の実施の形態２による信号３３（マイナーエラー）は、静的エラーモニタリング（エンコーダセルフテスト部３０）及び動的エラーモニタリング（エラーモニタリング及び診断部８０）を合成する、信号３１と信号８３（Ｐ３）との間の論理ＡＮＤ合成として演算部３２によって生成される。静的エラーモニタリングは、エンコーダの現在の状態に関連付けられ、動的エラーモニタリングは、エンコーダ状態遷移に関連付けられる。
【００５０】
速度信号生成部２２、方向検出部４２及び周波数分周器部２３は、以下に、より詳細に説明される。
【００５１】
図７を参照すると、速度信号生成部２２を示す図であり、出力信号２３が、入力信号１、２及び３のＸＯＲ合成として生成される。出力信号２３は、周波数分周器部２４によって受信され、周波数分周器部２４は、信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）によって選択された周波数分周比１、２又は３で周波数を分周し、それによって出力速度信号２１を生成する。方向検出部４２は、２つのシフトしたパルスを有するエンコーダの場合のように、Ｌ１によって表される既知の方向検出論理を用いて、エンコーダ入力信号を対にして（すなわち、１及び２、２及び３、３及び１を）合成し、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３によって表される２つの方向信号を生成する。
【００５２】
エンコーダエラーモニタリング及び診断は、エラーモニタリング及び診断部８０において行われ、方向信号選択のための出力信号８１（Ｐ１）及び８２（Ｐ２）が、以下に詳細に説明される状態機械に従って生成される。
【００５３】
図８を参照すると、本発明の実施の形態２による方向信号選択に用いられる、エンコーダエラーモニタリング及び診断部８０の状態機械記述を示す図である。図８に示されるように、現在のエンコーダ状態遷移及び前の（過去２回分の）エンコーダ状態遷移に基づいて、いずれのエンコーダ信号が機能していないかを検出することができる。エンコーダ信号の状態（障害なし、又は障害あり）は、図８に従って、方向信号を選択するために用いられる出力信号８１（Ｐ１）及び８２（Ｐ２）に符号化され、方向信号選択部４３のための選択信号を表す。この図８の状態遷移表においては、マイナーエラー（１つのエンコーダ信号が機能しなかった）に関連付けられる（があったか否かを判断するための）有効遷移及び無効遷移が示される。方向検出のためには、少なくとも２つの有効エンコーダ信号が必要とされるため、メジャーエラー（２つ以上の信号が機能しなかった）の場合には、方向検出は、もはや不可能である。
【００５４】
周波数分周比は、信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）によって指定され、エラーモニタリング及び診断部８０の出力信号を表す。エラーがない場合、周波数分周比は、３であるべきであり、マイナーエラーの場合には（１つのエンコーダ信号が機能しなかった）、２であるべきであり、メジャーエラーの場合には（２つ以上のエンコーダ信号が機能しなかった）、１であるべきである。エラー検出及び診断、並びに信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）の生成は、状態機械記述を用いて、以下に詳細に説明される。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態２による、周波数分周比選択に用いられる、エンコーダエラーモニタリング及び診断部８０の状態機械記述を示す図である。現在のエンコーダ状態遷移及び前の（過去３回分の）エンコーダ状態遷移（状態遷移表に示される）を用いて、エンコーダ信号障害が検出される。１つのエンコーダ信号障害は、出力信号８３（Ｐ３）によってモニタされ、２つのエンコーダ信号障害は、信号８４（メジャーエラー）によってモニタされる。速度信号生成部２２に従って、エンコーダ信号障害がない場合には、出力信号２３の周波数は、入力信号の周波数の３倍になる（信号１、２及び３は同じ周波数を有する）。１つのエンコーダ信号が機能しなくなる場合には、出力信号２３の周波数は、入力信号の周波数の２倍になる。２つのエンコーダ信号が機能しなくなる場合には、出力信号２３の周波数は、入力信号の周波数に等しくなる。
【００５６】
それゆえ、信号８３（Ｐ３）及び信号８４（メジャーエラー）によって選択される周波数分周比（すなわち、図９の状態遷移表の分周ファクタ）は、エラーなしの場合には３であり、マイナーエラー（１つの信号が機能しなかった）の場合には２であり、メジャーエラー（２つの信号が機能しなかった）の場合には１であるべきである。
【００５７】
耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスによって生成される出力信号２１（速度）、４１（方向）、３３（マイナーエラー）及び８４（メジャーエラー）を、運動制御ユニットに送信することができる。
【００５８】
本発明の実施の形態１は、エレベータ及びエスカレータのセルフテスト機能を有する速度及び移動方向検知デバイスを開示する。検知デバイスは、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを生成するインクリメンタルエンコーダを含む。しかしながら、エンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移が、１２０度の（電気）角度だけシフトした３つのパルスを有するエンコーダに関連付けられる状態及び状態遷移と同じである限り、パルス間のシフトは、１２０度の（電気）角度とは異なることができる。
【００５９】
速度信号生成部は、エンコーダ信号を受信し、その周波数が入力信号の周波数に比例するパルス信号を生成する。
【００６０】
エンコーダセルフテスト部は、エンコーダ状態をモニタし、エンコーダ信号に基づいてエンコーダエラーを検出し、方向検出部は、エンコーダパルスに基づいて方向信号を生成する。
【００６１】
速度信号、エンコーダセルフテスト信号及び方向信号は、エレベータ又はエスカレータ制御ユニットに送信される。速度が０の場合であっても、この検知デバイスによって、セルフテストを実施することができるようになる。すなわち、エレベータ又はエスカレータが移動する前に、エンコーダエラー（障害）を検出することができ、これは従来技術と比べて、利点となる。
【００６２】
本発明の実施の形態２は、速度及び移動方向を検知するセルフテスト、モニタリング及び診断機能を有する耐故障性エンコーダを開示する。マイナーエンコーダエラーの場合（１つのエンコーダ信号が機能しなかった場合）において、検知デバイスは、正確な速度及び移動方向情報を提供する。また、メジャーエンコーダエラーの場合（２つ以上のエンコーダ信号が機能しなかった場合）において、検知デバイスは、メジャーエラーを報告し、２つのエンコーダ信号が機能しなかった場合において、正確な速度情報を提供することができる。
【００６３】
耐故障性の速度及び移動方向検知デバイスは、従来技術よりも高い信頼性を提供し、高い安全性及び保全性レベルが要求される運動制御システムに適用することができる。
【００６４】
上述したように、本発明の実施の形態１によれば、１８０度の電気角ごとにＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス信号を、１２０度の電気角だけシフトした３種のパルス信号として出力するエンコーダを備えている。これにより、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、８つのエンコーダ状態を生成することができる。さらに、この８つのエンコーダ状態は、６つの有効エンコーダ状態及び２つの無効エンコーダ状態に区別することができる（図３、図４参照）。
【００６５】
従って、エンコーダセルフテスト部３０（静的エラー診断部に相当）は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、２つの無効エンコーダ状態（図４におけるＳ０、Ｓ７の状態に相当）が発生することを監視することで、エンコーダエラー状態を静的に検出できる（図４、図５参照）。
【００６６】
また、速度信号生成部２０は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、そのうちのいずれか１つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の周波数に比例するパルス信号を速度信号として生成することができる（図３参照）。
【００６７】
また、方向検出部４０は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、そのうちのいずれか２つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の遷移状態に基づいて前記回転体の移動方向信号を生成することができる（図３参照）。
【００６８】
また、上述したように、本発明の実施の形態２によれば、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、３つのパルス信号の現在の状態、及び現在の状態に至るまでの所定の遷移状態をモニタリングすることで、３つのパルス信号の中で状態が遷移しないパルス信号を特定することができる（図８、図９参照）。
【００６９】
従って、エラーモニタリング部及び診断部８０（動的エラー診断部に相当）は、現在及び過去３回分のデータに基づいて、３つのパルス信号の遷移状態をモニタリングすることで、第２のエンコーダエラー状態を動的に検出できる（図６、図８、図９参照）。また、３つのパルス信号のうち、どの信号でエラーが発生しているかを特定できる。さらに、２つ以上のパルス信号で異常が発生しているメジャーエンコーダエラー信号と、１つのパルス信号のみで異常が発生しているマイナーエンコーダエラー信号とを、区別して出力することができる（図９参照）。
【００７０】
また、演算部３２は、エンコーダセルフテスト部３０（静的エラー診断部に相当）によるエラー検出結果と、エラーモニタリング部及び診断部８０（動的エラー診断部に相当）によるエラー検出結果との論理ＡＮＤ合成をとることで、マイナーエンコーダエラーを出力することができる（図６参照）。
【００７１】
また、速度信号生成部２２及び周波数分周器部２４は、エラーモニタリング部及び診断部８０によるメジャーエンコーダエラー信号及びマイナーエンコーダエラー信号を含むエンコーダエラー状態の検出結果に基づいて、３つのパルス信号の中から、正常に動作している１つのパルス信号を選択し、選択したパルス信号の周波数に比例するパルス信号を速度信号として生成することができる（図６、図９参照）。
【００７２】
また、速度信号生成部２２は、３つのパルス信号の排他的論理和を合成信号として求めることができる（図７参照）。そして、周波数分周器部２４は、エラーモニタリング部及び診断部８０によるエンコーダエラー状態の検出結果に基づいて、以下の３通りの方法により、速度信号を生成することができる（図７、図９参照）。
【００７３】
（１）エンコーダエラー状態信号を受信しない場合には、合成信号の周波数を３分周して速度信号を生成する。
（２）マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、合成信号の周波数を２分周して速度信号を生成する。
（３）メジャーエンコーダエラー信号を受信した場合には、合成信号の周波数のままで分周せずに速度信号を生成する。
【００７４】
また、方向検出部４２は、３つのシフトしたパルス信号に基づいて、３種類の１対の信号を生成することができる（図７参照）。さらに、方向信号選択部４３は、エラーモニタリング部及び診断部８０によるマイナーエンコーダエラー信号を含むエンコーダエラー状態の検出結果に基づいて、３種類の１対の信号の中から、正常に動作している２つのパルス信号からなる１対の信号を選択し、移動方向信号を生成することができる（図６、図８参照）。
【００７５】
なお、３つのシフトしたパルス信号の、それぞれのパルス信号間のシフトは、必ずしも１２０度の電気角である必要はない。上述した方法により、静的なエラー検出、動的なエラー検出、速度信号検出、及び移動方向検出を行うことができれば、１２０度以外の電気角でシフトしていても構わない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に取り付けられたセンサからのパルス出力信号に基づいて、前記回転体の速度、前記回転体の移動方向、及び前記パルス出力信号の異常状態、の各検出を行う検知デバイスであって、
前記回転体に取り付けられた前記センサであり、１８０度の電気角ごとにＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス信号を、１２０度の電気角だけシフトした３種のパルス信号として出力するエンコーダと、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号のうちのいずれか１つのパルス信号を選択し、選択した前記１つのパルス信号の周波数に比例するパルス信号を前記回転体の速度信号として生成する速度信号生成部と、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号のうちのいずれか２つのパルス信号を選択し、選択した前記２つのパルス信号の遷移状態に基づいて前記回転体の移動方向信号を生成する方向検出部と、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号の状態をモニタリングし、前記３種のパルス信号の全てがＯＮ状態、又は全てがＯＦＦ状態であることを検出した場合には、いずれかのパルス信号の状態が遷移しないエラー状態が発生していると判断し、エンコーダエラー状態信号を生成する静的エラー診断部と
を備える検知デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の検知デバイスにおいて、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号の現在の状態、及び前記現在の状態に至るまでの所定の遷移状態をモニタリングすることで、前記３種のパルス信号の中で状態が遷移しないパルス信号を特定して、第２のエンコーダエラー状態信号を生成する動的エラー診断部
をさらに備える検知デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の検知デバイスにおいて、
前記動的エラー診断部は、前記３種のパルス信号の中で特定の２つのパルス信号、又は３種全てのパルス信号の状態が遷移しない状態を検出した場合には、前記第２のエンコーダエラー状態信号として、メジャーエンコーダエラー信号を出力し、前記３種のパルス信号の中で特定の１つのパルス信号の状態が遷移しない状態を検出した場合には、前記第２のエンコーダエラー状態信号として、マイナーエンコーダエラー信号を出力する
検知デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の検知デバイスにおいて、
前記速度信号生成部は、前記動的エラー診断部による判定結果として前記メジャーエンコーダエラー信号又は前記マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記メジャーエンコーダエラー信号又は前記マイナーエンコーダエラー信号に基づいて、前記３種のパルス信号のうち、正常に動作している１つのパルス信号を選択し、選択した前記１つのパルス信号の周波数に比例するパルス信号を前記速度信号として生成する
検知デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の検知デバイスにおいて、
前記速度信号生成部は、受信した前記３種のパルス信号のうちのいずれか１つのパルス信号を選択する代わりに、前記３種のパルス信号の排他的論理和を合成信号として求め、前記動的エラー診断部による判定結果に基づいて、前記エンコーダエラー状態信号を受信しない場合には、前記合成信号の周波数を３分周して前記速度信号を生成し、前記マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記合成信号の周波数を２分周して前記速度信号を生成し、前記メジャーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記合成信号の周波数のままで分周せずに前記速度信号を生成する
検知デバイス。
【請求項６】
請求項３に記載の検知デバイスにおいて、
前記方向検出部は、前記動的エラー診断部による判定結果として前記マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記マイナーエンコーダエラー信号に基づいて、前記３種のパルス信号のうち、正常に動作している２つのパルス信号を選択し、選択した前記２つのパルス信号の遷移状態に基づいて前記移動方向信号を生成する
検知デバイス。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の検知デバイスと、
前記検知デバイスから、前記速度信号、前記移動方向信号、及び前記エンコーダエラー状態信号を受信し、受信結果に基づいてエレベータ又はエスカレータの制御を行う制御ユニットと
を備えたエレベータ又はエスカレータの制御装置。
【請求項１】
回転体に取り付けられたセンサからのパルス出力信号に基づいて、前記回転体の速度、前記回転体の移動方向、及び前記パルス出力信号の異常状態、の各検出を行う検知デバイスであって、
前記回転体に取り付けられた前記センサであり、１８０度の電気角ごとにＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス信号を、１２０度の電気角だけシフトした３種のパルス信号として出力するエンコーダと、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号のうちのいずれか１つのパルス信号を選択し、選択した前記１つのパルス信号の周波数に比例するパルス信号を前記回転体の速度信号として生成する速度信号生成部と、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号のうちのいずれか２つのパルス信号を選択し、選択した前記２つのパルス信号の遷移状態に基づいて前記回転体の移動方向信号を生成する方向検出部と、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号の状態をモニタリングし、前記３種のパルス信号の全てがＯＮ状態、又は全てがＯＦＦ状態であることを検出した場合には、いずれかのパルス信号の状態が遷移しないエラー状態が発生していると判断し、エンコーダエラー状態信号を生成する静的エラー診断部と
を備える検知デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の検知デバイスにおいて、
前記３種のパルス信号を受信し、受信した前記３種のパルス信号の現在の状態、及び前記現在の状態に至るまでの所定の遷移状態をモニタリングすることで、前記３種のパルス信号の中で状態が遷移しないパルス信号を特定して、第２のエンコーダエラー状態信号を生成する動的エラー診断部
をさらに備える検知デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の検知デバイスにおいて、
前記動的エラー診断部は、前記３種のパルス信号の中で特定の２つのパルス信号、又は３種全てのパルス信号の状態が遷移しない状態を検出した場合には、前記第２のエンコーダエラー状態信号として、メジャーエンコーダエラー信号を出力し、前記３種のパルス信号の中で特定の１つのパルス信号の状態が遷移しない状態を検出した場合には、前記第２のエンコーダエラー状態信号として、マイナーエンコーダエラー信号を出力する
検知デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の検知デバイスにおいて、
前記速度信号生成部は、前記動的エラー診断部による判定結果として前記メジャーエンコーダエラー信号又は前記マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記メジャーエンコーダエラー信号又は前記マイナーエンコーダエラー信号に基づいて、前記３種のパルス信号のうち、正常に動作している１つのパルス信号を選択し、選択した前記１つのパルス信号の周波数に比例するパルス信号を前記速度信号として生成する
検知デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の検知デバイスにおいて、
前記速度信号生成部は、受信した前記３種のパルス信号のうちのいずれか１つのパルス信号を選択する代わりに、前記３種のパルス信号の排他的論理和を合成信号として求め、前記動的エラー診断部による判定結果に基づいて、前記エンコーダエラー状態信号を受信しない場合には、前記合成信号の周波数を３分周して前記速度信号を生成し、前記マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記合成信号の周波数を２分周して前記速度信号を生成し、前記メジャーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記合成信号の周波数のままで分周せずに前記速度信号を生成する
検知デバイス。
【請求項６】
請求項３に記載の検知デバイスにおいて、
前記方向検出部は、前記動的エラー診断部による判定結果として前記マイナーエンコーダエラー信号を受信した場合には、前記マイナーエンコーダエラー信号に基づいて、前記３種のパルス信号のうち、正常に動作している２つのパルス信号を選択し、選択した前記２つのパルス信号の遷移状態に基づいて前記移動方向信号を生成する
検知デバイス。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の検知デバイスと、
前記検知デバイスから、前記速度信号、前記移動方向信号、及び前記エンコーダエラー状態信号を受信し、受信結果に基づいてエレベータ又はエスカレータの制御を行う制御ユニットと
を備えたエレベータ又はエスカレータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１２−５２９６２７（Ｐ２０１２−５２９６２７Ａ）
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２１１２（Ｐ２０１１−５５２１１２）
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０６２１６５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１５０４１６
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０６２１６５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１５０４１６
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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