異常監視装置
【課題】従来技術では対応不可能な各種の異常を検出可能として信頼性を高め、マイコンが有する機能を利用して安価な異常監視装置を提供する。
【解決手段】エンコーダ１０からの二相の位置検出信号が、ケーブル２０等の配線系統を介しアナログ信号として制御装置３０に入力される。制御装置３０内のマイコン３３は、アナログ入力信号の電圧レベルが所定の範囲内に存在する場合に、エンコーダや配線系統の異常を検出するレベル異常検出手段３３３Ａ，３３３Ｂと、二相のアナログ入力信号に対応するディジタル信号のパルス数の差が所定の閾値以上である場合に、エンコーダ等の異常を検出するパルス数比較異常検出手段３３６と、二相のディジタル信号の合成信号のパルス幅が過去の制御周期のパルス幅と異なることによりエンコーダ等の異常を検出するパルス幅比較異常検出手段３３９と、を備える。
【解決手段】エンコーダ１０からの二相の位置検出信号が、ケーブル２０等の配線系統を介しアナログ信号として制御装置３０に入力される。制御装置３０内のマイコン３３は、アナログ入力信号の電圧レベルが所定の範囲内に存在する場合に、エンコーダや配線系統の異常を検出するレベル異常検出手段３３３Ａ，３３３Ｂと、二相のアナログ入力信号に対応するディジタル信号のパルス数の差が所定の閾値以上である場合に、エンコーダ等の異常を検出するパルス数比較異常検出手段３３６と、二相のディジタル信号の合成信号のパルス幅が過去の制御周期のパルス幅と異なることによりエンコーダ等の異常を検出するパルス幅比較異常検出手段３３９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばインバータやサーボシステム等の電動機を駆動する電力変換器において、パルスエンコーダ（以下、単にエンコーダともいう）の異常や配線系統の異常を検出し、安全機能を実現するための異常監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の出力軸に取り付けたパルスエンコーダの出力信号から電動機速度や回転子位置を演算し、この演算値をフィードバックして電動機を可変速駆動するインバータやサーボシステムが普及している。これらの装置において、エンコーダの出力信号に異常があると正常な運転が困難になるため、従来より、エンコーダの異常や配線系統の異常を検出して運転を停止する方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００８−２３２９７８号公報）には、異常監視のためにマイクロプロセッサの内部機能を利用することにより、部品数を少なくして回路を最小限化し、コストの低減を図った配線異常検出装置が開示されている。
この従来技術（便宜上、第１の従来技術という）では、まず、エンコーダの出力信号がアナログ信号として配線異常検出装置に入力される。そして、上記アナログ信号をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換し、変換後の電圧レベルが、過渡状態を除いて所定の中間電圧レベルになっている場合に、信号系統に不完全接触や短絡が生じていると判断して異常を検出している。
以下、図１６を参照しながら、この従来技術の回路構成及び動作を説明する。
【０００４】
図１６において、配線異常検出装置１００は、マイクロプロセッサ１２０と、プログラムメモリ１２１と、ＡＤ変換器１２３と、定電圧電源回路１３０と、バッファアンプ１３５と、直列抵抗１３１ａ，１３１ｂと、フィルタコンデンサ１３２ａ，１３２ｂと、プルダウン抵抗１３４ａ，１３４ｂと、を備えている。なお、１２２はマイクロプロセッサ１２０内のメモリである。
また、１１０は電動機（図示せず）の回転角度を検出するためのロータリーエンコーダであり、このエンコーダ１１０は、回転角度検出信号として二相（Ａ相，Ｂ相）の信号を出力する回転角度検出回路１１５と、Ａ相，Ｂ相信号出力用トランジスタとしてのセンサスイッチ１１１ａ，１１１ｂと、ドロッパダイオード１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂと、ブリーダ抵抗１１４ａ，１１４ｂとから構成されている。
【０００５】
更に、１０１は直流電源、１０２は電源スイッチ、１０３は接地線、１０４は電源線、１０５，１０６は信号線である。
また、エンコーダ１１０におけるＡ，ＢはＡ相信号，Ｂ相信号の出力端子であり、配線異常検出装置１００におけるＡ１，Ａ２はアナログ入力信号、マイクロプロセッサ１２０におけるＤ１，Ｄ２はセンサスイッチ１１１ａ，１１１ｂの開閉論理信号、Ｖｍは監視電圧を示している。
【０００６】
ロータリーエンコーダ１１０の動作としては、回転角度検出回路１１５の出力信号によりセンサスイッチ１１１ａ，１１１ｂがオンまたはオフすると、ドロッパダイオード１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ及びブリーダ抵抗１１４ａ，１１４ｂの作用により、電圧降下が発生する。この電圧降下による電圧をＡ相信号、Ｂ相信号として出力端子Ａ，Ｂから出力させ、信号線１０５，１０６を介して配線異常検出装置１００に入力することにより、以下に述べるような異常検出動作を行う。
【０００７】
図１７は、配線異常検出装置１００に入力されるＡ相，Ｂ相のアナログ入力信号Ａ１，Ａ２の特性を示している。以下では、Ａ相のアナログ入力信号Ａ１の特性について説明するが、Ｂ相のアナログ入力信号Ａ２についても全く同様の動作となる。
【０００８】
センサスイッチ１１１ａがオンすると、ドロッパダイオード１１２ａのオン電圧降下により、図１７の電圧レベルＶＬが検出される。一方、センサスイッチ１１１ａがオフすると、ブリーダ抵抗１１４ａ及びドロッパダイオード１１３ａの電圧降下により、電圧レベルＶＨが検出される。なお、実際には、ドロッパダイオード１１２ａ，１１３ａの特性のバラツキを考慮して、電圧レベルＶＬ，ＶＨを中心とした一定範囲内をそれぞれ正常「Ｌ」レベル、正常「Ｈ」レベルとしている。
上記のように、アナログ入力信号の電圧レベルが「Ｌ」レベルか「Ｈ」レベルかを判定することで、回転角度検出用のパルスの有無を検出している。
このとき、例えば信号線１０５に断線やグランドとの地絡が発生していると、上述した電圧降下成分が検出されず、アナログ入力信号はグランドレベルに固定されるため、異常発生を検出することができる。
【０００９】
また、エンコーダ１１０の出力端子Ａが正側電源Ｖｃｃと短絡した場合は、アナログ入力信号がＶＨよりも高い電圧レベルで固定されるため、同様に異常が発生したことを検出可能である。更に、正側電源Ｖｃｃとグランドとの不完全接触や他の信号線との接触が発生すると、アナログ入力信号は図１７の中間電圧レベル（論理判定レベル）Ｖｓ１またはＶｓ２として検出され、これらの中間電圧レベルＶｓ１またはＶｓ２が一定期間継続した場合も異常と判断する。
【００１０】
なお、センサスイッチ１１１ａのオン・オフの切り替え時に、直列抵抗１３１ａ及びフィルタコンデンサ１３２ａからなるローパスフィルタによってＡ相のアナログ入力信号Ａ１の電圧波形がフィルタリングされる。このため、サンプルタイミングによっては、正常時でも中間電圧レベルＶｓ１，Ｖｓ２が過渡的に検出されてしまい、結果として異常を誤検出するおそれがある。
上記の誤検出を防止するため、この従来技術では、中間電圧レベルＶｓ１，Ｖｓ２が検出された場合に、詳細判定を実行し、この中間電圧レベルＶｓ１，Ｖｓ２が過渡的に発生したものか一定期間継続して発生したものかを判断し、一定期間継続している場合には、前述した正側電源Ｖｃｃとグランドとの不完全接触や他の信号線との接触による異常と判断している。
【００１１】
なお、他の従来技術（便宜上、第２の従来技術という）として、エンコーダから出力される二相信号（位相が異なるＡ相信号及びＢ相信号）をＡ／Ｄ変換した後に個別のカウンタに入力して一定期間のパルス数をそれぞれカウントし、これらのパルス数に基づいて異常を検出する方法が知られている。
例えば、電動機が回転していると、その回転速度に応じたパルス数がＡ相信号、Ｂ相信号として計測されるが、一方の相の信号線が断線していたり電源線や接地線と接触していると、各相のパルス数に誤差が発生する。従って、各相のパルス数を比較することにより異常を検出することができる。また、各相のパルス数に相当する速度検出値を現在の速度指令値等と比較することで、一方の相だけでなく、二相の同時異常も検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２３２９７８号公報（段落［００１０］〜［００１７］、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
第１の従来技術によれば、電動機が停止している場合でも、配線異常検出装置１００に入力されるアナログ信号の電圧レベルに応じて配線異常を検出することができる。しかし、電動機の運転中には、配線異常の判断が困難になり、配線が正常な場合でも誤って異常と判断してしまうおそれがある。その理由は次の通りである。
【００１４】
一般にエンコーダは、電動機等の回転体の一機械周期（回転電動機の場合は一回転）当たりの出力信号数が決められており、高速になると出力信号の間隔が短くなる。一方、マイクロプロセッサ等の演算処理装置は、通常、一定周期で演算処理を行うため、エンコーダからの出力信号の間隔が演算処理装置の演算周期よりも大幅に短くなることが往々にしてある。
このとき、演算処理装置側のＡＤ変換器によるサンプルタイミングがエンコーダの出力信号変化時に偶然一致してしまうと、前述したような中間電圧レベルが連続的に検出されてしまい、配線系統が正常であるにもかかわらず誤って異常と判断する場合がある。
【００１５】
図１８は、上述した誤判断時におけるエンコーダ出力信号、ＡＤ変換サンプルタイミング、電源電圧Ｖｃ、アナログ入力信号の電圧レベルの検出値、及びグランドレベルを示すタイミングチャートである。
図示するように、ＡＤ変換サンプルタイミングの周期がエンコーダ出力信号の周期に対して特定倍になった時に、各サンプルタイミングにおける検出値が等しくなり、これによってアナログ入力信号の電圧レベルが中間電圧レベルで固定されている（すなわち異常である）と誤認する可能性がある。
このような誤判断を防いで装置の信頼性を高めるためには、サンプルタイミングの周期が短い高速なＡＤ変換器を用いることが有効であるが、高速のＡＤ変換器は一般に高価であるため、装置のコストが上昇するという問題がある。
【００１６】
これに対し、第２の従来技術では、二相のパルス数に基づいて異常を検出する原理上、電動機が停止している状態では異常検出が不可能である。従って、電動機停止時における異常検出手段を別途用意する必要があり、これがコスト上昇の原因となる。
【００１７】
また、第１の従来技術と第２の従来技術とを組み合わせれば、電動機運転時、停止時の両方に対応可能な異常検出装置を構成することも可能であるが、以下のようなケースに対しては異常検出が不可能である。
（１）エンコーダの二相の出力信号の位相が異常であるケース。
例えば、信号線が部分的に短絡することにより、二相の出力信号の間隔が一時的に変動する場合。
この場合は、電動機の運転によりエンコーダの出力信号が発生している時にしか異常を検出できず、また、第２の従来技術のように、単にパルスの数を比較するだけでは検出することができない。
（２）本来であれば異常によって二相のパルス数に差があるべきであるにもかかわらず、ノイズ等で出力信号が発振し、たまたま二相のパルス数が一致する場合。
上記以外にも、異常時に他の原因によってパルス数に差が生じないこともあるので、異常を検出できない場合がある。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、従来技術では対応不可能な各種の異常を検出可能とした信頼性の高い異常監視装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、マイクロコンピュータ（以下、単にマイコンともいう）等の演算処理装置が有する機能を利用して安価な異常監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明では、回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号をアナログ信号として制御装置に入力し、回転体の停止時に発生する異常をアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて検出する。また、回転体の回転時には、少なくとも二相のアナログ入力信号を変換してなるディジタル信号を用いて、各相の一定周期内のパルス数の差を所定の閾値と比較する。更に、位相が異なる二以上のディジタル信号を合成して得た合成信号のパルス幅、または、各相のディジタル信号のパルス幅をそれぞれ監視して異常を検出する。
【００２０】
すなわち、本発明に係る異常監視装置では、エンコーダから出力される例えば二相の位置検出信号が、ケーブル等の配線系統を介しアナログ信号として制御装置に入力される。
この制御装置は、エンコーダまたは配線系統の異常を検出するための第１，第２，第３の異常検出手段、または、第１，第２，第４の異常検出手段を備えており、これらの異常検出手段は、例えば演算処理装置としてのマイコンにより実現される。
【００２１】
第１の異常検出手段は、アナログ入力信号をＡ／Ｄ変換して得たディジタル信号からアナログ入力信号の電圧レベルを検出し、この電圧レベルが所定の範囲内に存在する場合に、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
第２の異常検出手段は、二相のアナログ入力信号に対応するディジタル信号のパルス数の差を求め、この差が所定の閾値以上である場合に、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
更に、第３の異常検出手段は、第２の異常検出手段で用いた二相のディジタル信号を合成し、この合成信号のパルス幅が過去のパルス幅と異なることをもってエンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
第４の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルス幅が、それぞれの過去のパルス幅と異なることにより、あるいは、他相のパルス幅と互いに異なることにより、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
【００２２】
第１の異常検出手段によれば、回転体の停止中における異常を検出することができ、第２，第３または第４の異常検出手段によれば、回転体の回転時における異常を検出することができる。
【００２３】
なお、制御装置は、アナログ入力信号の電圧レベルが、エンコーダの出力が「Ｈｉｇｈ」レベルの時には電源電圧からバイアス分を減算したアナログハイレベルとなり、かつ、エンコーダの出力が「Ｌｏｗ」レベルの時にはグランドレベルにバイアス分を加算したアナログローレベルとなるバイアス発生手段を備えている。このようなバイアス発生手段は、例えば電源線、信号線及び接地線の間に接続された複数の分圧抵抗により実現可能である。
そして、第１の異常検出手段は、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログハイレベルとアナログローレベルとの間に存在する場合には信号線または電源線の断線と判断する。また、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログハイレベルよりも電源電圧に近い場合には、信号線が電源線と短絡していると判断し、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログローレベルよりもグランドレベルに近い場合には、信号線が地絡していると判断する。
【００２４】
第２の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルスのエッジを検出してパルス数をそれぞれ求め、これらのパルス数の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出する。
また、第３の異常検出手段は、今回の制御周期における二相のディジタル信号の合成信号のパルス幅を、過去、例えば前回の制御周期におけるパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合に異常を検出する。
第４の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルス幅をそれぞれの過去のパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合や、ある相のディジタル信号のパルス幅を他相のパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合に異常を検出する。
【００２５】
本発明においては、マイコンが有するＡ／Ｄ変換やカウンタ機能、タイマ機能を利用することにより、第１〜第４の異常検出手段における主要な機能を実現することが望ましい。
【００２６】
更に、制御装置に複数のマイコンを内蔵して多重化し、各マイコンが各異常検出手段をそれぞれ備えると共に、各マイコンによる検出データを相互に送受信して自他の検出データを比較することにより、マイコン内部の通信機能等の異常を検出することも可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第１，第２，第３の異常検出手段または第１，第２，第４の異常検出手段により、電動機出力軸等の回転体の停止時及び回転時において、位置または速度検出用のエンコーダ自体の異常や配線系統の異常、更には、異常検出用に多重化された演算処理装置自体の異常等を検出することができる。特に、演算処理装置が有する諸機能を利用することで、異常監視装置のコストの低減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】図１における正常時のアナログ信号の電圧レベルを示す図である。
【図３】図１における正常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図４Ａ】異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。
【図４Ｂ】異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。
【図４Ｃ】異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。
【図５】図１における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図６】図１における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図７】図１における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図８】第１実施形態による異常検出処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図１１】図１０における正常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１０における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１０における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１０における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図１６】第１の従来技術に係る配線異常検出装置の回路図である。
【図１７】図１６における配線異常検出装置のアナログ入力信号の特性図である。
【図１８】第１の従来技術の問題点を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す回路図である。図１において、１０は位相が９０度異なる二相のアナログ信号を出力するエンコーダ、２０は電源線、信号線、接地線からなるケーブル、３０はエンコーダ１０の出力信号を処理してエンコーダ１０の異常やケーブル２０を含む配線系統の異常を検出する制御装置である。
【００３０】
エンコーダ１０は、電動機出力軸等の回転体の回転により、位相が９０度異なる二つの相対的な位置検出信号（Ａ相信号及びＢ相信号）を発生する光学センサを備えている。なお、これらの回転体や光学センサは図示を省略してある。
Ａ相信号及びＢ相信号は、コンプリメンタリ構成のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベースにそれぞれ入力されている。ここで、Ａ相信号及びＢ相信号の処理回路は同一の構成であり、本実施形態のコンプリメンタリ構成とする以外に、図１６の従来技術のようにオープンコレクタ構成としても良い。
【００３１】
一方のトランジスタＴｒ１のコレクタは電源端子Ｖｃ（電源電圧もＶｃと表記する）に接続され、他方のトランジスタＴｒ２のコレクタはグランド端子Ｍに接続されている。また、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２同士の接続点は、制限抵抗Ｒ１を介してＡ相信号端子Ａ、Ｂ相信号端子Ｂにそれぞれ接続される。
【００３２】
エンコーダ１０には、制御装置３０からケーブル２０を介して電源電圧Ｖｃが供給されており、エンコーダ１０の各部の電気信号は制御装置３０と共通の電位を基準としている。なお、制御装置３０内の電源回路は図示を省略する。
通常は、ノイズによる影響を防ぐために、図１におけるＡ相信号端子Ａ、Ｂ相信号端子Ｂ等でフォトカプラや絶縁アンプによりエンコーダ１０と制御装置３０とを電気的に絶縁することがあるが、この実施形態では、説明を簡単にするためにエンコーダ１０と制御装置３０とを同電位としている。
【００３３】
次に、制御装置３０において、電源端子Ｖｃ、Ａ相信号端子Ａ、グランド端子Ｍの相互間、及び、電源端子Ｖｃ、Ｂ相信号端子Ｂ、グランド端子Ｍの相互間には、バイアス発生手段としての分圧抵抗Ｒｘ，Ｒｙがそれぞれ接続されている。これらの分圧抵抗Ｒｘ，Ｒｙは、エンコーダ１０の内部の制限抵抗Ｒ１に対して適宜な値に設定すればよく、ダイオードのオン抵抗やツェナーダイオードを用いてもよい。
エンコーダ１０から出力されるＡ相信号が「Ｈ」（Ｈｉｇｈ）レベル（トランジスタＴｒ１がオンし、トランジスタＴｒ２がオフしている状態）の場合、制御装置３０により検出されるＡ相信号端子Ａのアナログ電圧Ｖａｄｅｔ（図１におけるアナログ信号ＳｉｇＡａｎａの電圧に相当）は、トランジスタＴｒ１のオン電圧降下を無視すると、数式１によって表される。
【００３４】
【数１】
【００３５】
一方、Ａ相信号が「Ｌ」（Ｌｏｗ）レベル（トランジスタＴｒ１がオフし、トランジスタＴｒ２がオンしている状態）の場合、Ａ相信号端子Ａのアナログ電圧Ｖａｄｅｔは、トランジスタＴｒ２のオン電圧降下を無視すると、数式２によって表される。
【００３６】
【数２】
【００３７】
すなわち、エンコーダ１０に故障がなくケーブル２０に断線や短絡、地絡等がない正常時には、図２に示すように、アナログ電圧Ｖａｄｅｔとして、Ａ相信号が「Ｈ」レベルの時には、電源電圧Ｖｃからバイアス分を減算したアナログハイレベル（Ｒｙ・Ｖｃ／（Ｒ１＋Ｒｙ）が検出される。また、Ａ相信号が「Ｌ」レベルの時には、グランド電圧にバイアス分を加算したアナログローレベル（Ｒ１・Ｖｃ／（Ｒ１＋Ｒｘ））が検出される。
なお、数式１，２は、Ｂ相信号端子Ｂのアナログ電圧についても同様に成立する。
【００３８】
再び図１において、Ａ相信号端子Ａのアナログ信号ＳｉｇＡａｎａとＢ相信号端子Ｂのアナログ信号ＳｉｇＢａｎａとは、制御装置３０内の演算処理装置であるマイコン３３内のアナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂにそれぞれ入力される。アナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂの出力信号はＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂによりディジタル信号に変換される。そして、これらのディジタル信号が入力される後続のレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂにおいて、アナログ電圧として前述のアナログハイレベルまたはアナログローレベルが検出されるか否かを判断することにより、異常が検出される。なお、詳細な異常検出方法については後述する。
上記構成において、アナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂ、ＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂ及びレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂは、請求項における第１の異常検出手段を構成している。
【００３９】
一方、図１におけるディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂは一種のＡＤ変換手段であり、コンパレータ等によりアナログ信号を閾値と比較してマイコン３３に入力するＡ相，Ｂ相のディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢを作成する。また、信号合成手段３２は、上記ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの排他的論理和を演算し、これを合成信号ＳｉｇＡＢとしてマイコン３３に入力する。
【００４０】
上記ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢ及び合成信号ＳｉｇＡＢは、マイコン３３に内蔵されたディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ，３３７にそれぞれ入力される。
ディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂの出力信号はカウンタ３３５Ａ，３３５Ｂを介してパルス数比較異常検出部３３６に入力され、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢのパルス数を比較することにより異常が検出される。
また、ディジタル入力部３３７の出力信号は、タイマ３３８を介してパルス幅比較異常検出部３３９に入力され、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルのパルス幅（または周期）に基づいて異常が検出される。
上記構成において、ディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ及びパルス数比較異常検出部３３６は請求項における第２の異常検出手段を構成し、信号合成手段３２、ディジタル入力部３３７、タイマ３３８及びパルス幅比較異常検出部３３９は第３の異常検出手段を構成している。
【００４１】
次に、図３は、正常時におけるディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂの出力信号（ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢ）、信号合成手段３２の出力信号（合成信号ＳｉｇＡＢ）、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ及びタイマ３３８の出力信号を示すタイミングチャートである。また、制御周期Ｔｓは、マイコン３３の一定の演算処理周期を示す。
【００４２】
Ａ相のカウンタ３３５Ａは、制御周期Ｔｓ間に検出されたディジタル信号ＳｉｇＡの立ち上がりエッジ数をカウントし、制御周期Ｔｓ毎に内部のメモリにカウント値を保存する。図３では、前回のカウント値ＣｏｕｎｔＡ０と、今回の制御周期Ｔｓ間に測定されたカウント値ＣｏｕｎｔＡ１が示されている。この例では、制御周期Ｔｓ間にディジタル信号ＳｉｇＡの立ち上がりエッジを４回検出したので、カウント値は４である。
また、Ｂ相のカウンタ３３５Ｂも、制御周期Ｔｓ間に検出されたディジタル信号ＳｉｇＢの立ち上がりエッジ数をカウントし、制御周期Ｔｓ毎に内部のメモリにカウント値を保存する。図３では、前回のカウント値ＣｏｕｎｔＢ０と、今回の制御周期Ｔｓ間に測定されたカウント値ＣｏｕｎｔＢ１が示されており、この例では、制御周期Ｔｓ間にディジタル信号ＳｉｇＢの立ち上がりエッジを５回検出したので、カウント値は５である。
【００４３】
タイマ３３８は、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅を測定する。なお、タイマ３３８を２チャンネル設け、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅と「Ｌ」レベルの幅とをそれぞれ測定して比較することもできる。図３の例では、合成信号ＳｉｇＡＢが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する毎に、測定した「Ｈ」レベルの幅をカウント値ＣｏｕｎｔＴｈｉｇｈとして内部メモリに保存する。
【００４４】
次に、本実施形態における異常検出方法について説明する。
始めに、マイコン３３に入力されるアナログ信号の電圧レベルを監視することにより、電動機出力軸等の回転体が停止している時でも異常を検出可能な異常検出方法について詳述する。
【００４５】
図４Ａ〜図４Ｃは、異常時におけるＡ相のアナログ信号ＳｉｇＡａｎａの電圧レベルを説明するための図である。なお、以下の説明は、異常時におけるＢ相のアナログ信号ＳｉｇＢａｎａの電圧レベルについても同様である。
図４Ａはケーブル２０（電源線、信号線または接地線）が断線した場合、図４ＢはＡ相の信号線が電源線（電源電圧Ｖｃ）と短絡した場合、図４ＣはＡ相の信号線が接地線と短絡（すなわち地絡）した場合を示している。
【００４６】
図４Ａのケーブル断線時において、回転体の停止等によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオンしない場合は、電源線、信号線、接地線のいずれの断線であっても、電流は分圧抵抗Ｒｘ，Ｒｙのみにしか流れない。このため、アナログ信号ＳｉｇＡａｎａの電圧Ｖａｄｅｔは数式３となる。なお、トランジスタＴｒ１またはＴｒ２がオンした場合には、前述の数式１または数式２の電圧となるはずである。
【００４７】
【数３】
【００４８】
つまり、ケーブルの断線によりアナログ電圧Ｖａｄｅｔは数式１と数式２との中間レベルになる。従って、数式１の右辺の電圧に下限値を設定すると共に数式２の右辺の電圧に上限値を設定しておき、図１のレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが、上記の下限値と上限値との間の値のアナログ電圧Ｖａｄｅｔを検出することにより、ケーブル２０が断線していると判断することができる。
【００４９】
次に、図４Ｂに示すようにＡ相の信号線と電源との短絡時には、トランジスタＴｒ１がオンした場合、分圧抵抗Ｒｘに電流が流れず、電流は短絡経路を通るため、電源電圧Ｖｃは分圧されない。また、トランジスタＴｒ２がオンした場合も、同様に分圧抵抗Ｒｘに電流が流れないので、電源電圧Ｖｃは分圧されない。よって、回転体の回転、停止にかかわらず、アナログ電圧Ｖａｄｅｔは数式４によって表される。
【００５０】
【数４】
【００５１】
すなわち、短絡時には、数式１の右辺の電圧よりも高い電圧がアナログ電圧Ｖａｄｅｔとして検出されるため、数式１の右辺の電圧に予め上限値を設定しておき、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが、この上限値よりも高いアナログ電圧Ｖａｄｅｔを検出した場合に、信号線と電源とが短絡していると判断することができる。
【００５２】
図４Ｃに示す地絡時には、トランジスタＴｒ１がオンした場合は分圧抵抗Ｒｙに電流が流れず、電流は短絡経路を通るため、電源電圧Ｖｃは分圧されない。また、トランジスタＴｒ２がオンした場合も、同様に分圧抵抗Ｒｙに電流が流れないため、電源電圧Ｖｃは分圧されない。よって、回転体の回転、停止にかかわらず、アナログ電圧Ｖａｄｅｔは数式５によって表される。
【００５３】
【数５】
【００５４】
すなわち、地絡時には、数式２の右辺の電圧よりも低い電圧がアナログ電圧Ｖａｄｅｔとして検出されるため、数式２の右辺の電圧に予め下限値を設定しておき、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが、この下限値よりも低いアナログ電圧Ｖａｄｅｔを検出した場合に、信号線が地絡していると判断することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂがアナログ入力信号の電圧レベルを検出することにより、回転体が停止している時の異常（ケーブル２０の断線、信号線と電源線との短絡、地絡等）を検出することができる。また、回転体が回転している場合でも、信号線と電源線との短絡、地絡を検出可能である。
なお、ケーブル２０の断線や短絡、地絡等と同じ現象がエンコーダ１０の内部で起こったり、制御装置３０の内部においてマイコン３３の入力側で起こったような場合も同様にして異常を検出することができる。
【００５６】
次に、マイコン３３に入力されるディジタル信号を監視することにより、回転体が回転している時の異常を検出するための異常検出方法について詳述する。
図５は、Ａ相のディジタル信号ＳｉｇＡ（ディジタル信号処理手段３１Ａの出力信号）に異常が発生した場合の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。なお、以下の説明はＢ相のディジタル信号ＳｉｇＢの異常時も同様である。
【００５７】
まず、Ａ相の信号線が電源線と短絡した等の理由によりＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡが「Ｈ」レベルで固定されると、図１のＡ相のカウンタ３３５Ａから出力されるパルスの数が減少し、Ｂ相のカウンタ３３５Ｂから出力されるパルスの数との間に誤差が発生する。従って、図１のパルス数比較異常検出部３３６が、制御周期Ｔｓごとに両カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂのカウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１を比較し、その差が所定の閾値より大きくなった場合に異常と判断する。
なお、制御周期Ｔｓのタイミングにより、正常時でも両カウント値に±１程度の誤差を生じるので、上記の閾値は２より大きい値とすることが望ましい。図５の例では、カウント値ＣｏｕｎｔＡ１が２、カウント値ＣｏｕｎｔＢ１が５であるため、例えば閾値を２に設定することにより、異常を検出することができる。
また、信号線と電源線との短絡以外に、ケーブルの断線や地絡等によりディジタル信号が「Ｌ」レベルで固定された場合も、同様な原理によって検出可能である。
【００５８】
図６は、Ａ相のディジタル信号ＳｉｇＡ及びＢ相のディジタル信号ＳｉｇＢの両方に異常が発生した場合の動作を示している。
図６の例では、カウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１が何れも２であるため、前記パルス数比較異常検出部３３６や、第２の従来技術では異常を検出することができない。
この場合、本実施形態では、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの排他的論理和である合成信号（信号合成手段３２の出力信号）ＳｉｇＡＢが、図６に示すように「Ｈ」レベルのままで固定されるので、「Ｈ」レベルの幅を測定するタイマ３３８が更新されなくなる。従って、図１のパルス幅比較異常検出部３３９が、今回のタイマ値（パルス幅）を前回の制御周期Ｔｓにおけるタイマ値と比較したり、あるいは周期測定タイマのオーバフローを検出する等の処理を実行すれば、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの両方に異常が発生したことを容易に検出可能である。
【００５９】
また、図７は、Ａ相のディジタル信号ＳｉｇＡの位相に異常が発生した場合を示す。このようなＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡの位相異常は、例えば、Ｂ相側と部分的に短絡する場合や、エンコーダ１０内のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の故障等が考えられる。
このような場合、例えば第２の従来技術では、各相のパルス数には変化がなく、部分的な異常であって既に正常状態に移行しているとみなしてしまい、異常検出が不可能である。
これに対し、本実施形態では、タイマ３３８が合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅を測定しているため、今回のタイマ値を前回の制御周期Ｔｓにおけるタイマ値と比較してその時間差を測定することにより、簡単に異常を検出することができる。
【００６０】
図８は、上述した異常判断のフローチャートを示している。
まず、回転体が回転中か停止中かを判断する（ステップＳ１）。例えば、回転体が電動機の出力軸であり、エンコーダを用いて電動機速度や回転子位置を検出する場合、エンコーダの出力パルスが一定期間内に１以上検出されるか否か、または、電動機の速度指令値や運転指令フラグ、電圧指令値、電流検出値等の情報を参考にすれば、回転中か停止中かの判断は容易である。
【００６１】
停止中であれば、アナログ信号の電圧レベルにより、前述したようにレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが異常判断を行い、検出したアナログ電圧Ｖａｄｅｔが数式１及び数式２に基づく閾値の範囲内にあるか否かにより異常の有無を判断する（ステップＳ１ Ｙｅｓ，Ｓ２，Ｓ３）。
回転中であれば、パルス数比較異常検出部３３６により、パルス数の差が閾値を超えたか否かによって異常の有無を判断する（ステップＳ１ Ｎｏ，Ｓ６，Ｓ７）。また、パルス数の差が閾値を超えない場合には、パルス幅比較異常検出部３３９によりタイマ値（パルス幅）を前回値等と比較して異常の有無を判断する（ステップＳ７ Ｎｏ，Ｓ９，Ｓ１０）。
【００６２】
上記の各判断ステップにおいて異常と判断された場合には（ステップＳ３ Ｙｅｓ、またはＳ７ Ｙｅｓ、またはＳ１０ Ｙｅｓ）、回転体すなわち電動機の運転を停止し、外部にアラームとして異常検出信号を出力する等、異常時の処理を実施する（ステップＳ４，Ｓ８，Ｓ１１）。異常なしと判断された場合には（ステップＳ３ ＮｏまたはＳ１０ Ｎｏ）、正常モード処理として通常の制御を行うことにより運転を継続する（ステップＳ５，Ｓ１２）。
なお、図３から明らかなように、タイマ３３８によるパルス幅の測定はパルス（合成信号ＳｉｇＡＢ）のエッジ毎に更新されるため、マイコン３３の内部の多重割り込み処理を利用して、パルス数測定と異なる割り込みレベルで実行することができる。このようにすると、制御周期Ｔｓ内の一部のみで位相異常が発生した場合にも、見逃すことなく検出することができる。
【００６３】
次いで、図９は本発明の第２実施形態を示す回路図である。
この第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、制御装置内のマイコンを二重化して相互監視することにより、異常監視装置としての信頼性を向上させた点である。第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００６４】
図９において、制御装置３００には二つのマイコン３０１Ｘ，３０１Ｙが内蔵されている。これらのマイコン３０１Ｘ，３０１Ｙは、図１と同様に、アナログ信号ＳｉｇＡａｎａ，ＳｉｇＢａｎａを処理するアナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂ、ＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂ、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂからなる第１の異常検出手段と、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢを処理するディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ、パルス数比較異常検出部３３６からなる第２の異常検出手段と、信号合成手段３２により作成した合成信号ＳｉｇＡＢを処理する信号ディジタル入力部３３７、タイマ３３８、パルス幅比較異常検出部３３９からなる第３の異常検出手段と、をそれぞれ備えている。
【００６５】
更に、一方のマイコン３０１Ｘには通信手段３０２Ｘ及びデータ比較手段３０３Ｘが設けられ、他方のマイコン３０１Ｙにも、通信手段３０２Ｙ及びデータ比較手段３０３Ｙが設けられている。
ここで、通信手段３０２Ｘ，３０２Ｙは、各マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙによる異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、合成信号の「Ｈ」レベルのパルス幅等の検出データを他方のマイコンとの間で相互に送受信するためのものである。また、データ比較手段３０３Ｘ，３０３Ｙは、自己が受信した相手方の上記検出データを自己の検出データと比較し、その結果に応じて異常検出信号１，異常検出信号２を出力するためのものである。
【００６６】
図９の例では、ディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂ及び信号合成手段３２の出力側でマイコン３０１Ｘ，３０１Ｙを二重化しているが、各マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙの入力側にディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂ及び信号合成手段３２をそれぞれ設けて二重化しても良い。
また、マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙ同士の通信形態は、同期式でも非同期式でもよく、特に限定されるものではない。
【００６７】
各マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙによる異常検出動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは詳述を省略する。
ただし、本実施形態では、相手方から受信したデータを、データ比較手段３０３Ｘ，３０３Ｙにより自己の異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、パルス幅と比較し、これらが互いに相違する場合や、電圧レベル、パルス数、パルス幅のそれぞれの差が所定の閾値を超えていた場合に異常検出信号１または異常検出信号２を出力する。これらの異常検出信号は、二重化以降の配線の異常や、マイコンの内部機能（ＡＤ変換部、カウンタ、タイマ等）または通信系統の異常とみなすことができるから、異常検出信号１または異常検出信号２により、マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙの機能を診断することができる。
なお、電圧レベル、パルス数、パルス幅の差と比較される上記閾値は、自由に設定可能であるが、マイコンの機能による異常が支配的であるので、誤検出のないように十分に余裕をもった値とすることが望ましい。
ここで、異常検出信号１、異常検出信号２には、本来のレベル異常検出、パルス数比較異常検出、パルス幅比較異常検出による異常検出結果を含めても良いのは勿論である。
【００６８】
以上のように、本実施形態によれば、エンコーダからマイコンに至るまでの異常、及びマイコンの内部機能の異常も検出することができ、第１実施形態に比べて、異常監視装置としての信頼性を一層向上させることができる。
【００６９】
次に、図１０は本発明の第３実施形態を示す回路図である。
前述した第１，第２実施形態において、パルス幅比較異常検出部３３９がタイマ値（パルス幅）に基づいて異常を検出する場合、信号合成手段３２により、位相の異なるＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢを合成して合成信号ＳｉｇＡＢを作成する必要がある。しかし、図３等から明らかなように、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルのパルス幅は元のディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルのパルス幅の１／２となる。このため、回転体が高速回転すると合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルのパルス幅が短くなり、マイコンのクロック分解能の制約から、上記パルス幅がタイマによる計時間隔より短くなると測定が不可能になる。加えて、第１，第２実施形態ではマイコン内部で合成信号を作成することができず、外部に論理回路を付加して信号合成手段３２を実現せざるを得ないので、これがコスト上昇の原因ともなる。
そこで、第３実施形態は、異常検出時の速度範囲を拡大し、しかもコストを一層低減するためになされたものである。
【００７０】
以下、この第３実施形態の回路構成を説明する。なお、第１，第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図１０において、３１０は制御装置であり、本実施形態では、前述した信号合成手段３２が不要である点、及び、マイコン３１１の内部構成が先の第１，第２実施形態と異なっている。すなわち、ディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂから出力されたＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢは、合成されることなくマイコン３１１内のディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂにそれぞれ入力されている。ディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂの出力側には、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を測定するタイマ３３８Ａ，３３８Ｂがそれぞれ接続され、タイマ３３８Ａ，３３８Ｂの出力側にパルス幅比較異常検出部３４０が接続されている。ここで、パルス幅比較異常検出部３４０は、Ａ相，Ｂ相のそれぞれについて、タイマ値（ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅）の前回値と今回値とを比較し、または、Ａ相のタイマ値とＢ相のタイマ値とを比較し、これらが所定の閾値を超える場合に異常を検出するものである。
上記構成において、ディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂ、タイマ３３８Ａ，３３８Ｂ及びパルス幅比較異常検出部３４０は、請求項における第４の異常検出手段を構成している。
【００７１】
次いで、この第３実施形態の動作を説明する。なお、回転体の停止時における異常検出はアナログ信号に基づいて行うため、以下では、回転体の回転時におけるＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢに基づいた異常検出動作について説明する。
図１１は、正常時におけるディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂの出力信号、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ及びタイマ３３８Ａ，３３８Ｂの出力信号を示すタイミングチャートである。なお、比較のために、第１実施形態における信号合成手段３２の出力信号（合成信号ＳｉｇＡＢ）も併せて表示してある。
【００７２】
図１１におけるカウンタ３３５Ａ，３３５Ｂの動作は図３と同一であるため、タイマ３３８Ａ，３３８Ｂの動作を説明する。
タイマ３３８Ａは、Ａ相ディジタル信号ＳｉｇＡの立ち上がりで動作を開始し、立ち下がりでタイマ値を保存することにより、このタイマ値からＡ相ディジタル信号ＳｉｇＡの「Ｈ」レベルの幅を測定する。同様に、タイマ３３８Ｂは、Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＢの立ち上がりで動作を開始し、立ち下がりでタイマ値を保存することにより、このタイマ値からＢ相ディジタル信号ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を測定する。なお、図１１において、ＴＡ０，ＴＡ１，……，ＴＢ０，ＴＢ１，……はタイマ値（ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅）を示す。
パルス幅比較異常検出部３４０は、Ａ相，Ｂ相のタイマ値の前回値と今回値とをそれぞれ比較し、図１１の例では前回値と今回値とが等しいことから正常と判断する。
【００７３】
図１２は、Ａ相ディジタル信号ＳｉｇＡに異常が発生した場合のタイミングチャートである。Ａ相の信号線が電源線と短絡した等の理由によりＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡが「Ｈ」レベルで固定されると、前述した図５と同様に、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂによるカウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１の差が所定の閾値（例えば２）より大きくなった場合に異常と判断する。ケーブルの断線や地絡等によりＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡが「Ｌ」レベルで固定された場合や、Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＢに異常が発生した場合も、同様な原理によって異常を検出可能である。
【００７４】
図１３は、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの両方に異常が発生した場合のタイミングチャートである。
この場合、図１３の例では、カウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１が何れも２であるため、パルス数比較異常検出部３３６では異常を検出することができない。そこで、本実施形態では、Ａ相，Ｂ相のタイマ値の前回値と今回値とをそれぞれ比較する。
すなわち、図１３において、Ａ相，Ｂ相共に、異常が発生する直前のディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅（つまりタイマ値）ＴＡ１，ＴＢ１を測定するが、異常発生によりタイマ値を保存するためのディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの立ち下がりエッジが現れないので、異常発生後はＡ相，Ｂ相共にタイマ値が加算されていく。そこで、所定のタイミングでＡ相，Ｂ相について今回加算中のタイマ値ＴＡ１，ＴＢ１を前回のタイマ値ＴＡ０，ＴＢ０とそれぞれ比較すれば、ＴＡ１とＴＡ０との間、ＴＢ１とＴＢ０との間にはそれぞれ大きな差があるため、これらの差が所定の閾値を超えた場合にＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの両方に異常が発生したことが検出される。
【００７５】
また、図１４は、Ａ相ディジタル信号ＳｉｇＡの位相に異常が発生した場合のタイミングチャートである。図７において説明したように、このような位相異常は、Ｂ相側との部分的な短絡やエンコーダ１０内のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の故障等に起因するものである。
この場合、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢのパルス数には閾値（例えば２）以上の差はないが、異常であるＡ相のタイマ値と正常なＢ相のタイマ値との間、つまりＴＡｅｒｒ１とＴＢ１との間、ＴＡｅｒｒ２とＴＢ２との間にはそれぞれ差が生じている。更に、例えばＡ相ディジタル信号ＳｉｇＡの今回のタイマ値ＴＡｅｒｒ１と前回のタイマ値ＴＡ１との間にも差が生じている。
【００７６】
そこで、本実施形態では、パルス幅比較異常検出部３４０が、タイマ値ＴＡｅｒｒ１とＴＢ１との差、またはタイマ値ＴＡｅｒｒ２とＴＢ２と差、あるいはタイマ値ＴＡｅｒｒ１とＴＡ１との差が所定の閾値よりも大きいことをもってＡ相ディジタル信号ＳｉｇＡの異常を検出する。
なお、図１３や図１４に示した異常は、例えば第１実施形態によっても検出可能であるが、第３実施形態では、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を測定するため、この幅は、第１実施形態の測定対象である合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅に対して２倍である。従って、同じクロック周波数のマイコンを使用した場合には、第１実施形態と比べて２倍の回転速度まで測定可能であり、速度範囲を拡大することができる。
更に、第３実施形態によれば、第１，第２実施形態における信号合成手段３２としての論理回路が不要になるので、回路構成の簡略化による小型化及びコストの低減が可能になる。
【００７７】
第３実施形態による異常判断のフローチャートは、基本的に前述した図８と同様であるが、第３実施形態では、図８のパルス幅計測ステップ（Ｓ９）及び異常判断ステップ（Ｓ１０）において、合成信号ＳｉｇＡＢを対象とするのではなく、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を個別に測定して異常判断を行う点が異なっている。
【００７８】
次に、図１５は本発明の第４実施形態を示す回路図である。この第４実施形態は、第３実施形態における制御装置内のマイコンを二重化することにより、相互監視を可能にしたものである。
すなわち、図１５において、制御装置３２０は２台のマイコン３１１Ｘ，３１１Ｙを備えている。これらのマイコン３１１Ｘ，３１１Ｙは、図１０に示したマイコン３１１と同一の検出ブロック（アナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂ、ＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂ、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂ、ディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ、パルス数比較異常検出部３３６、ディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂ，タイマ３３８Ａ，３３８Ｂ、パルス幅比較異常検出部３４０からなる）を備えている。また、一方のマイコン３１１Ｘは通信手段３１２Ｘ及びデータ比較手段３１３Ｘを備え、他方のマイコン３１１Ｙも通信手段３１２Ｙ及びデータ比較手段３１３Ｙを備えている。
【００７９】
通信手段３１２Ｘ，３１２Ｙは、各マイコン３１１Ｘ，３１１Ｙによる異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数及び「Ｈ」レベルのパルス幅等の検出データを他方のマイコンとの間で相互に送受信する。また、データ比較手段３１３Ｘ，３１３Ｙは、自己が受信した相手方の上記検出データを自己の検出データと比較し、その結果に応じて異常検出信号１，異常検出信号２を出力するためのものである。
なお、マイコン３１１Ｘ，３１１Ｙを二重化する位置やマイコン３１１Ｘ，３１１Ｙ同士の通信形態については、図９の第２実施形態と同様に任意に選択可能である。
【００８０】
本実施形態においても、通信手段３１２Ｘ，３１２Ｙが相手方のマイコンから受信したデータを、データ比較手段３１３Ｘ，３１３Ｙが、自己の異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、パルス幅と比較する。そして、これらのデータが互いに相違する場合や、電圧レベル、パルス数、パルス幅のそれぞれの差が所定の閾値を超えていた場合に、異常検出信号１または異常検出信号２を出力する。これにより、マイコン３１１Ｘ，３１１Ｙの機能を診断することができる。
なお、異常検出信号１、異常検出信号２には、本来のレベル異常検出、パルス数比較異常検出、パルス幅比較異常検出による異常検出結果を含めても良い。
本実施形態によれば、エンコーダからマイコンに至るまでの異常、及びマイコンの内部機能の異常も検出することができるため、第３実施形態に比べて、異常監視装置としての信頼性を一層向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、電動機ばかりでなく、各種の回転体の回転速度や位置（角度）を検出するエンコーダ及びその配線系統の異常監視に利用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１０：エンコーダ
２０：ケーブル
３０，３００，３１０，３２０：制御装置
３１Ａ，３１Ｂ：ディジタル信号処理手段
３２：信号合成手段
３３，３０１Ｘ，３０１Ｙ，３１１，３１１Ｘ，３１１Ｙ：マイコン
３０２Ｘ，３０２Ｙ，３１２Ｘ，３１２Ｙ：通信手段
３０３Ｘ，３０３Ｙ，３１３Ｘ，３１３Ｙ：データ比較手段
３３１Ａ，３３１Ｂ：アナログ入力部
３３２Ａ，３３２Ｂ：ＡＤ変換部
３３３Ａ，３３３Ｂ：レベル異常検出部
３３４Ａ，３３４Ｂ：ディジタル入力部
３３５Ａ，３３５Ｂ：カウンタ
３３６：パルス数比較異常検出部
３３７，３３７Ａ，３３７Ｂ：ディジタル入力部
３３８，３３８Ａ，３３８Ｂ：タイマ
３３９，３４０：パルス幅比較異常検出部
Ｔｒ１，Ｔｒ２：トランジスタ
Ｒ１：制限抵抗
Ｒｘ，Ｒｙ：分圧抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばインバータやサーボシステム等の電動機を駆動する電力変換器において、パルスエンコーダ（以下、単にエンコーダともいう）の異常や配線系統の異常を検出し、安全機能を実現するための異常監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の出力軸に取り付けたパルスエンコーダの出力信号から電動機速度や回転子位置を演算し、この演算値をフィードバックして電動機を可変速駆動するインバータやサーボシステムが普及している。これらの装置において、エンコーダの出力信号に異常があると正常な運転が困難になるため、従来より、エンコーダの異常や配線系統の異常を検出して運転を停止する方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００８−２３２９７８号公報）には、異常監視のためにマイクロプロセッサの内部機能を利用することにより、部品数を少なくして回路を最小限化し、コストの低減を図った配線異常検出装置が開示されている。
この従来技術（便宜上、第１の従来技術という）では、まず、エンコーダの出力信号がアナログ信号として配線異常検出装置に入力される。そして、上記アナログ信号をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換し、変換後の電圧レベルが、過渡状態を除いて所定の中間電圧レベルになっている場合に、信号系統に不完全接触や短絡が生じていると判断して異常を検出している。
以下、図１６を参照しながら、この従来技術の回路構成及び動作を説明する。
【０００４】
図１６において、配線異常検出装置１００は、マイクロプロセッサ１２０と、プログラムメモリ１２１と、ＡＤ変換器１２３と、定電圧電源回路１３０と、バッファアンプ１３５と、直列抵抗１３１ａ，１３１ｂと、フィルタコンデンサ１３２ａ，１３２ｂと、プルダウン抵抗１３４ａ，１３４ｂと、を備えている。なお、１２２はマイクロプロセッサ１２０内のメモリである。
また、１１０は電動機（図示せず）の回転角度を検出するためのロータリーエンコーダであり、このエンコーダ１１０は、回転角度検出信号として二相（Ａ相，Ｂ相）の信号を出力する回転角度検出回路１１５と、Ａ相，Ｂ相信号出力用トランジスタとしてのセンサスイッチ１１１ａ，１１１ｂと、ドロッパダイオード１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂと、ブリーダ抵抗１１４ａ，１１４ｂとから構成されている。
【０００５】
更に、１０１は直流電源、１０２は電源スイッチ、１０３は接地線、１０４は電源線、１０５，１０６は信号線である。
また、エンコーダ１１０におけるＡ，ＢはＡ相信号，Ｂ相信号の出力端子であり、配線異常検出装置１００におけるＡ１，Ａ２はアナログ入力信号、マイクロプロセッサ１２０におけるＤ１，Ｄ２はセンサスイッチ１１１ａ，１１１ｂの開閉論理信号、Ｖｍは監視電圧を示している。
【０００６】
ロータリーエンコーダ１１０の動作としては、回転角度検出回路１１５の出力信号によりセンサスイッチ１１１ａ，１１１ｂがオンまたはオフすると、ドロッパダイオード１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ及びブリーダ抵抗１１４ａ，１１４ｂの作用により、電圧降下が発生する。この電圧降下による電圧をＡ相信号、Ｂ相信号として出力端子Ａ，Ｂから出力させ、信号線１０５，１０６を介して配線異常検出装置１００に入力することにより、以下に述べるような異常検出動作を行う。
【０００７】
図１７は、配線異常検出装置１００に入力されるＡ相，Ｂ相のアナログ入力信号Ａ１，Ａ２の特性を示している。以下では、Ａ相のアナログ入力信号Ａ１の特性について説明するが、Ｂ相のアナログ入力信号Ａ２についても全く同様の動作となる。
【０００８】
センサスイッチ１１１ａがオンすると、ドロッパダイオード１１２ａのオン電圧降下により、図１７の電圧レベルＶＬが検出される。一方、センサスイッチ１１１ａがオフすると、ブリーダ抵抗１１４ａ及びドロッパダイオード１１３ａの電圧降下により、電圧レベルＶＨが検出される。なお、実際には、ドロッパダイオード１１２ａ，１１３ａの特性のバラツキを考慮して、電圧レベルＶＬ，ＶＨを中心とした一定範囲内をそれぞれ正常「Ｌ」レベル、正常「Ｈ」レベルとしている。
上記のように、アナログ入力信号の電圧レベルが「Ｌ」レベルか「Ｈ」レベルかを判定することで、回転角度検出用のパルスの有無を検出している。
このとき、例えば信号線１０５に断線やグランドとの地絡が発生していると、上述した電圧降下成分が検出されず、アナログ入力信号はグランドレベルに固定されるため、異常発生を検出することができる。
【０００９】
また、エンコーダ１１０の出力端子Ａが正側電源Ｖｃｃと短絡した場合は、アナログ入力信号がＶＨよりも高い電圧レベルで固定されるため、同様に異常が発生したことを検出可能である。更に、正側電源Ｖｃｃとグランドとの不完全接触や他の信号線との接触が発生すると、アナログ入力信号は図１７の中間電圧レベル（論理判定レベル）Ｖｓ１またはＶｓ２として検出され、これらの中間電圧レベルＶｓ１またはＶｓ２が一定期間継続した場合も異常と判断する。
【００１０】
なお、センサスイッチ１１１ａのオン・オフの切り替え時に、直列抵抗１３１ａ及びフィルタコンデンサ１３２ａからなるローパスフィルタによってＡ相のアナログ入力信号Ａ１の電圧波形がフィルタリングされる。このため、サンプルタイミングによっては、正常時でも中間電圧レベルＶｓ１，Ｖｓ２が過渡的に検出されてしまい、結果として異常を誤検出するおそれがある。
上記の誤検出を防止するため、この従来技術では、中間電圧レベルＶｓ１，Ｖｓ２が検出された場合に、詳細判定を実行し、この中間電圧レベルＶｓ１，Ｖｓ２が過渡的に発生したものか一定期間継続して発生したものかを判断し、一定期間継続している場合には、前述した正側電源Ｖｃｃとグランドとの不完全接触や他の信号線との接触による異常と判断している。
【００１１】
なお、他の従来技術（便宜上、第２の従来技術という）として、エンコーダから出力される二相信号（位相が異なるＡ相信号及びＢ相信号）をＡ／Ｄ変換した後に個別のカウンタに入力して一定期間のパルス数をそれぞれカウントし、これらのパルス数に基づいて異常を検出する方法が知られている。
例えば、電動機が回転していると、その回転速度に応じたパルス数がＡ相信号、Ｂ相信号として計測されるが、一方の相の信号線が断線していたり電源線や接地線と接触していると、各相のパルス数に誤差が発生する。従って、各相のパルス数を比較することにより異常を検出することができる。また、各相のパルス数に相当する速度検出値を現在の速度指令値等と比較することで、一方の相だけでなく、二相の同時異常も検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２３２９７８号公報（段落［００１０］〜［００１７］、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
第１の従来技術によれば、電動機が停止している場合でも、配線異常検出装置１００に入力されるアナログ信号の電圧レベルに応じて配線異常を検出することができる。しかし、電動機の運転中には、配線異常の判断が困難になり、配線が正常な場合でも誤って異常と判断してしまうおそれがある。その理由は次の通りである。
【００１４】
一般にエンコーダは、電動機等の回転体の一機械周期（回転電動機の場合は一回転）当たりの出力信号数が決められており、高速になると出力信号の間隔が短くなる。一方、マイクロプロセッサ等の演算処理装置は、通常、一定周期で演算処理を行うため、エンコーダからの出力信号の間隔が演算処理装置の演算周期よりも大幅に短くなることが往々にしてある。
このとき、演算処理装置側のＡＤ変換器によるサンプルタイミングがエンコーダの出力信号変化時に偶然一致してしまうと、前述したような中間電圧レベルが連続的に検出されてしまい、配線系統が正常であるにもかかわらず誤って異常と判断する場合がある。
【００１５】
図１８は、上述した誤判断時におけるエンコーダ出力信号、ＡＤ変換サンプルタイミング、電源電圧Ｖｃ、アナログ入力信号の電圧レベルの検出値、及びグランドレベルを示すタイミングチャートである。
図示するように、ＡＤ変換サンプルタイミングの周期がエンコーダ出力信号の周期に対して特定倍になった時に、各サンプルタイミングにおける検出値が等しくなり、これによってアナログ入力信号の電圧レベルが中間電圧レベルで固定されている（すなわち異常である）と誤認する可能性がある。
このような誤判断を防いで装置の信頼性を高めるためには、サンプルタイミングの周期が短い高速なＡＤ変換器を用いることが有効であるが、高速のＡＤ変換器は一般に高価であるため、装置のコストが上昇するという問題がある。
【００１６】
これに対し、第２の従来技術では、二相のパルス数に基づいて異常を検出する原理上、電動機が停止している状態では異常検出が不可能である。従って、電動機停止時における異常検出手段を別途用意する必要があり、これがコスト上昇の原因となる。
【００１７】
また、第１の従来技術と第２の従来技術とを組み合わせれば、電動機運転時、停止時の両方に対応可能な異常検出装置を構成することも可能であるが、以下のようなケースに対しては異常検出が不可能である。
（１）エンコーダの二相の出力信号の位相が異常であるケース。
例えば、信号線が部分的に短絡することにより、二相の出力信号の間隔が一時的に変動する場合。
この場合は、電動機の運転によりエンコーダの出力信号が発生している時にしか異常を検出できず、また、第２の従来技術のように、単にパルスの数を比較するだけでは検出することができない。
（２）本来であれば異常によって二相のパルス数に差があるべきであるにもかかわらず、ノイズ等で出力信号が発振し、たまたま二相のパルス数が一致する場合。
上記以外にも、異常時に他の原因によってパルス数に差が生じないこともあるので、異常を検出できない場合がある。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、従来技術では対応不可能な各種の異常を検出可能とした信頼性の高い異常監視装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、マイクロコンピュータ（以下、単にマイコンともいう）等の演算処理装置が有する機能を利用して安価な異常監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明では、回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号をアナログ信号として制御装置に入力し、回転体の停止時に発生する異常をアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて検出する。また、回転体の回転時には、少なくとも二相のアナログ入力信号を変換してなるディジタル信号を用いて、各相の一定周期内のパルス数の差を所定の閾値と比較する。更に、位相が異なる二以上のディジタル信号を合成して得た合成信号のパルス幅、または、各相のディジタル信号のパルス幅をそれぞれ監視して異常を検出する。
【００２０】
すなわち、本発明に係る異常監視装置では、エンコーダから出力される例えば二相の位置検出信号が、ケーブル等の配線系統を介しアナログ信号として制御装置に入力される。
この制御装置は、エンコーダまたは配線系統の異常を検出するための第１，第２，第３の異常検出手段、または、第１，第２，第４の異常検出手段を備えており、これらの異常検出手段は、例えば演算処理装置としてのマイコンにより実現される。
【００２１】
第１の異常検出手段は、アナログ入力信号をＡ／Ｄ変換して得たディジタル信号からアナログ入力信号の電圧レベルを検出し、この電圧レベルが所定の範囲内に存在する場合に、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
第２の異常検出手段は、二相のアナログ入力信号に対応するディジタル信号のパルス数の差を求め、この差が所定の閾値以上である場合に、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
更に、第３の異常検出手段は、第２の異常検出手段で用いた二相のディジタル信号を合成し、この合成信号のパルス幅が過去のパルス幅と異なることをもってエンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
第４の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルス幅が、それぞれの過去のパルス幅と異なることにより、あるいは、他相のパルス幅と互いに異なることにより、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
【００２２】
第１の異常検出手段によれば、回転体の停止中における異常を検出することができ、第２，第３または第４の異常検出手段によれば、回転体の回転時における異常を検出することができる。
【００２３】
なお、制御装置は、アナログ入力信号の電圧レベルが、エンコーダの出力が「Ｈｉｇｈ」レベルの時には電源電圧からバイアス分を減算したアナログハイレベルとなり、かつ、エンコーダの出力が「Ｌｏｗ」レベルの時にはグランドレベルにバイアス分を加算したアナログローレベルとなるバイアス発生手段を備えている。このようなバイアス発生手段は、例えば電源線、信号線及び接地線の間に接続された複数の分圧抵抗により実現可能である。
そして、第１の異常検出手段は、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログハイレベルとアナログローレベルとの間に存在する場合には信号線または電源線の断線と判断する。また、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログハイレベルよりも電源電圧に近い場合には、信号線が電源線と短絡していると判断し、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログローレベルよりもグランドレベルに近い場合には、信号線が地絡していると判断する。
【００２４】
第２の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルスのエッジを検出してパルス数をそれぞれ求め、これらのパルス数の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出する。
また、第３の異常検出手段は、今回の制御周期における二相のディジタル信号の合成信号のパルス幅を、過去、例えば前回の制御周期におけるパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合に異常を検出する。
第４の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルス幅をそれぞれの過去のパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合や、ある相のディジタル信号のパルス幅を他相のパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合に異常を検出する。
【００２５】
本発明においては、マイコンが有するＡ／Ｄ変換やカウンタ機能、タイマ機能を利用することにより、第１〜第４の異常検出手段における主要な機能を実現することが望ましい。
【００２６】
更に、制御装置に複数のマイコンを内蔵して多重化し、各マイコンが各異常検出手段をそれぞれ備えると共に、各マイコンによる検出データを相互に送受信して自他の検出データを比較することにより、マイコン内部の通信機能等の異常を検出することも可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第１，第２，第３の異常検出手段または第１，第２，第４の異常検出手段により、電動機出力軸等の回転体の停止時及び回転時において、位置または速度検出用のエンコーダ自体の異常や配線系統の異常、更には、異常検出用に多重化された演算処理装置自体の異常等を検出することができる。特に、演算処理装置が有する諸機能を利用することで、異常監視装置のコストの低減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】図１における正常時のアナログ信号の電圧レベルを示す図である。
【図３】図１における正常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図４Ａ】異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。
【図４Ｂ】異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。
【図４Ｃ】異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。
【図５】図１における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図６】図１における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図７】図１における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図８】第１実施形態による異常検出処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図１１】図１０における正常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１０における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１０における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１０における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図１６】第１の従来技術に係る配線異常検出装置の回路図である。
【図１７】図１６における配線異常検出装置のアナログ入力信号の特性図である。
【図１８】第１の従来技術の問題点を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す回路図である。図１において、１０は位相が９０度異なる二相のアナログ信号を出力するエンコーダ、２０は電源線、信号線、接地線からなるケーブル、３０はエンコーダ１０の出力信号を処理してエンコーダ１０の異常やケーブル２０を含む配線系統の異常を検出する制御装置である。
【００３０】
エンコーダ１０は、電動機出力軸等の回転体の回転により、位相が９０度異なる二つの相対的な位置検出信号（Ａ相信号及びＢ相信号）を発生する光学センサを備えている。なお、これらの回転体や光学センサは図示を省略してある。
Ａ相信号及びＢ相信号は、コンプリメンタリ構成のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベースにそれぞれ入力されている。ここで、Ａ相信号及びＢ相信号の処理回路は同一の構成であり、本実施形態のコンプリメンタリ構成とする以外に、図１６の従来技術のようにオープンコレクタ構成としても良い。
【００３１】
一方のトランジスタＴｒ１のコレクタは電源端子Ｖｃ（電源電圧もＶｃと表記する）に接続され、他方のトランジスタＴｒ２のコレクタはグランド端子Ｍに接続されている。また、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２同士の接続点は、制限抵抗Ｒ１を介してＡ相信号端子Ａ、Ｂ相信号端子Ｂにそれぞれ接続される。
【００３２】
エンコーダ１０には、制御装置３０からケーブル２０を介して電源電圧Ｖｃが供給されており、エンコーダ１０の各部の電気信号は制御装置３０と共通の電位を基準としている。なお、制御装置３０内の電源回路は図示を省略する。
通常は、ノイズによる影響を防ぐために、図１におけるＡ相信号端子Ａ、Ｂ相信号端子Ｂ等でフォトカプラや絶縁アンプによりエンコーダ１０と制御装置３０とを電気的に絶縁することがあるが、この実施形態では、説明を簡単にするためにエンコーダ１０と制御装置３０とを同電位としている。
【００３３】
次に、制御装置３０において、電源端子Ｖｃ、Ａ相信号端子Ａ、グランド端子Ｍの相互間、及び、電源端子Ｖｃ、Ｂ相信号端子Ｂ、グランド端子Ｍの相互間には、バイアス発生手段としての分圧抵抗Ｒｘ，Ｒｙがそれぞれ接続されている。これらの分圧抵抗Ｒｘ，Ｒｙは、エンコーダ１０の内部の制限抵抗Ｒ１に対して適宜な値に設定すればよく、ダイオードのオン抵抗やツェナーダイオードを用いてもよい。
エンコーダ１０から出力されるＡ相信号が「Ｈ」（Ｈｉｇｈ）レベル（トランジスタＴｒ１がオンし、トランジスタＴｒ２がオフしている状態）の場合、制御装置３０により検出されるＡ相信号端子Ａのアナログ電圧Ｖａｄｅｔ（図１におけるアナログ信号ＳｉｇＡａｎａの電圧に相当）は、トランジスタＴｒ１のオン電圧降下を無視すると、数式１によって表される。
【００３４】
【数１】
【００３５】
一方、Ａ相信号が「Ｌ」（Ｌｏｗ）レベル（トランジスタＴｒ１がオフし、トランジスタＴｒ２がオンしている状態）の場合、Ａ相信号端子Ａのアナログ電圧Ｖａｄｅｔは、トランジスタＴｒ２のオン電圧降下を無視すると、数式２によって表される。
【００３６】
【数２】
【００３７】
すなわち、エンコーダ１０に故障がなくケーブル２０に断線や短絡、地絡等がない正常時には、図２に示すように、アナログ電圧Ｖａｄｅｔとして、Ａ相信号が「Ｈ」レベルの時には、電源電圧Ｖｃからバイアス分を減算したアナログハイレベル（Ｒｙ・Ｖｃ／（Ｒ１＋Ｒｙ）が検出される。また、Ａ相信号が「Ｌ」レベルの時には、グランド電圧にバイアス分を加算したアナログローレベル（Ｒ１・Ｖｃ／（Ｒ１＋Ｒｘ））が検出される。
なお、数式１，２は、Ｂ相信号端子Ｂのアナログ電圧についても同様に成立する。
【００３８】
再び図１において、Ａ相信号端子Ａのアナログ信号ＳｉｇＡａｎａとＢ相信号端子Ｂのアナログ信号ＳｉｇＢａｎａとは、制御装置３０内の演算処理装置であるマイコン３３内のアナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂにそれぞれ入力される。アナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂの出力信号はＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂによりディジタル信号に変換される。そして、これらのディジタル信号が入力される後続のレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂにおいて、アナログ電圧として前述のアナログハイレベルまたはアナログローレベルが検出されるか否かを判断することにより、異常が検出される。なお、詳細な異常検出方法については後述する。
上記構成において、アナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂ、ＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂ及びレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂは、請求項における第１の異常検出手段を構成している。
【００３９】
一方、図１におけるディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂは一種のＡＤ変換手段であり、コンパレータ等によりアナログ信号を閾値と比較してマイコン３３に入力するＡ相，Ｂ相のディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢを作成する。また、信号合成手段３２は、上記ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの排他的論理和を演算し、これを合成信号ＳｉｇＡＢとしてマイコン３３に入力する。
【００４０】
上記ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢ及び合成信号ＳｉｇＡＢは、マイコン３３に内蔵されたディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ，３３７にそれぞれ入力される。
ディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂの出力信号はカウンタ３３５Ａ，３３５Ｂを介してパルス数比較異常検出部３３６に入力され、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢのパルス数を比較することにより異常が検出される。
また、ディジタル入力部３３７の出力信号は、タイマ３３８を介してパルス幅比較異常検出部３３９に入力され、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルのパルス幅（または周期）に基づいて異常が検出される。
上記構成において、ディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ及びパルス数比較異常検出部３３６は請求項における第２の異常検出手段を構成し、信号合成手段３２、ディジタル入力部３３７、タイマ３３８及びパルス幅比較異常検出部３３９は第３の異常検出手段を構成している。
【００４１】
次に、図３は、正常時におけるディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂの出力信号（ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢ）、信号合成手段３２の出力信号（合成信号ＳｉｇＡＢ）、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ及びタイマ３３８の出力信号を示すタイミングチャートである。また、制御周期Ｔｓは、マイコン３３の一定の演算処理周期を示す。
【００４２】
Ａ相のカウンタ３３５Ａは、制御周期Ｔｓ間に検出されたディジタル信号ＳｉｇＡの立ち上がりエッジ数をカウントし、制御周期Ｔｓ毎に内部のメモリにカウント値を保存する。図３では、前回のカウント値ＣｏｕｎｔＡ０と、今回の制御周期Ｔｓ間に測定されたカウント値ＣｏｕｎｔＡ１が示されている。この例では、制御周期Ｔｓ間にディジタル信号ＳｉｇＡの立ち上がりエッジを４回検出したので、カウント値は４である。
また、Ｂ相のカウンタ３３５Ｂも、制御周期Ｔｓ間に検出されたディジタル信号ＳｉｇＢの立ち上がりエッジ数をカウントし、制御周期Ｔｓ毎に内部のメモリにカウント値を保存する。図３では、前回のカウント値ＣｏｕｎｔＢ０と、今回の制御周期Ｔｓ間に測定されたカウント値ＣｏｕｎｔＢ１が示されており、この例では、制御周期Ｔｓ間にディジタル信号ＳｉｇＢの立ち上がりエッジを５回検出したので、カウント値は５である。
【００４３】
タイマ３３８は、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅を測定する。なお、タイマ３３８を２チャンネル設け、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅と「Ｌ」レベルの幅とをそれぞれ測定して比較することもできる。図３の例では、合成信号ＳｉｇＡＢが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する毎に、測定した「Ｈ」レベルの幅をカウント値ＣｏｕｎｔＴｈｉｇｈとして内部メモリに保存する。
【００４４】
次に、本実施形態における異常検出方法について説明する。
始めに、マイコン３３に入力されるアナログ信号の電圧レベルを監視することにより、電動機出力軸等の回転体が停止している時でも異常を検出可能な異常検出方法について詳述する。
【００４５】
図４Ａ〜図４Ｃは、異常時におけるＡ相のアナログ信号ＳｉｇＡａｎａの電圧レベルを説明するための図である。なお、以下の説明は、異常時におけるＢ相のアナログ信号ＳｉｇＢａｎａの電圧レベルについても同様である。
図４Ａはケーブル２０（電源線、信号線または接地線）が断線した場合、図４ＢはＡ相の信号線が電源線（電源電圧Ｖｃ）と短絡した場合、図４ＣはＡ相の信号線が接地線と短絡（すなわち地絡）した場合を示している。
【００４６】
図４Ａのケーブル断線時において、回転体の停止等によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオンしない場合は、電源線、信号線、接地線のいずれの断線であっても、電流は分圧抵抗Ｒｘ，Ｒｙのみにしか流れない。このため、アナログ信号ＳｉｇＡａｎａの電圧Ｖａｄｅｔは数式３となる。なお、トランジスタＴｒ１またはＴｒ２がオンした場合には、前述の数式１または数式２の電圧となるはずである。
【００４７】
【数３】
【００４８】
つまり、ケーブルの断線によりアナログ電圧Ｖａｄｅｔは数式１と数式２との中間レベルになる。従って、数式１の右辺の電圧に下限値を設定すると共に数式２の右辺の電圧に上限値を設定しておき、図１のレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが、上記の下限値と上限値との間の値のアナログ電圧Ｖａｄｅｔを検出することにより、ケーブル２０が断線していると判断することができる。
【００４９】
次に、図４Ｂに示すようにＡ相の信号線と電源との短絡時には、トランジスタＴｒ１がオンした場合、分圧抵抗Ｒｘに電流が流れず、電流は短絡経路を通るため、電源電圧Ｖｃは分圧されない。また、トランジスタＴｒ２がオンした場合も、同様に分圧抵抗Ｒｘに電流が流れないので、電源電圧Ｖｃは分圧されない。よって、回転体の回転、停止にかかわらず、アナログ電圧Ｖａｄｅｔは数式４によって表される。
【００５０】
【数４】
【００５１】
すなわち、短絡時には、数式１の右辺の電圧よりも高い電圧がアナログ電圧Ｖａｄｅｔとして検出されるため、数式１の右辺の電圧に予め上限値を設定しておき、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが、この上限値よりも高いアナログ電圧Ｖａｄｅｔを検出した場合に、信号線と電源とが短絡していると判断することができる。
【００５２】
図４Ｃに示す地絡時には、トランジスタＴｒ１がオンした場合は分圧抵抗Ｒｙに電流が流れず、電流は短絡経路を通るため、電源電圧Ｖｃは分圧されない。また、トランジスタＴｒ２がオンした場合も、同様に分圧抵抗Ｒｙに電流が流れないため、電源電圧Ｖｃは分圧されない。よって、回転体の回転、停止にかかわらず、アナログ電圧Ｖａｄｅｔは数式５によって表される。
【００５３】
【数５】
【００５４】
すなわち、地絡時には、数式２の右辺の電圧よりも低い電圧がアナログ電圧Ｖａｄｅｔとして検出されるため、数式２の右辺の電圧に予め下限値を設定しておき、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが、この下限値よりも低いアナログ電圧Ｖａｄｅｔを検出した場合に、信号線が地絡していると判断することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂがアナログ入力信号の電圧レベルを検出することにより、回転体が停止している時の異常（ケーブル２０の断線、信号線と電源線との短絡、地絡等）を検出することができる。また、回転体が回転している場合でも、信号線と電源線との短絡、地絡を検出可能である。
なお、ケーブル２０の断線や短絡、地絡等と同じ現象がエンコーダ１０の内部で起こったり、制御装置３０の内部においてマイコン３３の入力側で起こったような場合も同様にして異常を検出することができる。
【００５６】
次に、マイコン３３に入力されるディジタル信号を監視することにより、回転体が回転している時の異常を検出するための異常検出方法について詳述する。
図５は、Ａ相のディジタル信号ＳｉｇＡ（ディジタル信号処理手段３１Ａの出力信号）に異常が発生した場合の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。なお、以下の説明はＢ相のディジタル信号ＳｉｇＢの異常時も同様である。
【００５７】
まず、Ａ相の信号線が電源線と短絡した等の理由によりＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡが「Ｈ」レベルで固定されると、図１のＡ相のカウンタ３３５Ａから出力されるパルスの数が減少し、Ｂ相のカウンタ３３５Ｂから出力されるパルスの数との間に誤差が発生する。従って、図１のパルス数比較異常検出部３３６が、制御周期Ｔｓごとに両カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂのカウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１を比較し、その差が所定の閾値より大きくなった場合に異常と判断する。
なお、制御周期Ｔｓのタイミングにより、正常時でも両カウント値に±１程度の誤差を生じるので、上記の閾値は２より大きい値とすることが望ましい。図５の例では、カウント値ＣｏｕｎｔＡ１が２、カウント値ＣｏｕｎｔＢ１が５であるため、例えば閾値を２に設定することにより、異常を検出することができる。
また、信号線と電源線との短絡以外に、ケーブルの断線や地絡等によりディジタル信号が「Ｌ」レベルで固定された場合も、同様な原理によって検出可能である。
【００５８】
図６は、Ａ相のディジタル信号ＳｉｇＡ及びＢ相のディジタル信号ＳｉｇＢの両方に異常が発生した場合の動作を示している。
図６の例では、カウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１が何れも２であるため、前記パルス数比較異常検出部３３６や、第２の従来技術では異常を検出することができない。
この場合、本実施形態では、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの排他的論理和である合成信号（信号合成手段３２の出力信号）ＳｉｇＡＢが、図６に示すように「Ｈ」レベルのままで固定されるので、「Ｈ」レベルの幅を測定するタイマ３３８が更新されなくなる。従って、図１のパルス幅比較異常検出部３３９が、今回のタイマ値（パルス幅）を前回の制御周期Ｔｓにおけるタイマ値と比較したり、あるいは周期測定タイマのオーバフローを検出する等の処理を実行すれば、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの両方に異常が発生したことを容易に検出可能である。
【００５９】
また、図７は、Ａ相のディジタル信号ＳｉｇＡの位相に異常が発生した場合を示す。このようなＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡの位相異常は、例えば、Ｂ相側と部分的に短絡する場合や、エンコーダ１０内のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の故障等が考えられる。
このような場合、例えば第２の従来技術では、各相のパルス数には変化がなく、部分的な異常であって既に正常状態に移行しているとみなしてしまい、異常検出が不可能である。
これに対し、本実施形態では、タイマ３３８が合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅を測定しているため、今回のタイマ値を前回の制御周期Ｔｓにおけるタイマ値と比較してその時間差を測定することにより、簡単に異常を検出することができる。
【００６０】
図８は、上述した異常判断のフローチャートを示している。
まず、回転体が回転中か停止中かを判断する（ステップＳ１）。例えば、回転体が電動機の出力軸であり、エンコーダを用いて電動機速度や回転子位置を検出する場合、エンコーダの出力パルスが一定期間内に１以上検出されるか否か、または、電動機の速度指令値や運転指令フラグ、電圧指令値、電流検出値等の情報を参考にすれば、回転中か停止中かの判断は容易である。
【００６１】
停止中であれば、アナログ信号の電圧レベルにより、前述したようにレベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂが異常判断を行い、検出したアナログ電圧Ｖａｄｅｔが数式１及び数式２に基づく閾値の範囲内にあるか否かにより異常の有無を判断する（ステップＳ１ Ｙｅｓ，Ｓ２，Ｓ３）。
回転中であれば、パルス数比較異常検出部３３６により、パルス数の差が閾値を超えたか否かによって異常の有無を判断する（ステップＳ１ Ｎｏ，Ｓ６，Ｓ７）。また、パルス数の差が閾値を超えない場合には、パルス幅比較異常検出部３３９によりタイマ値（パルス幅）を前回値等と比較して異常の有無を判断する（ステップＳ７ Ｎｏ，Ｓ９，Ｓ１０）。
【００６２】
上記の各判断ステップにおいて異常と判断された場合には（ステップＳ３ Ｙｅｓ、またはＳ７ Ｙｅｓ、またはＳ１０ Ｙｅｓ）、回転体すなわち電動機の運転を停止し、外部にアラームとして異常検出信号を出力する等、異常時の処理を実施する（ステップＳ４，Ｓ８，Ｓ１１）。異常なしと判断された場合には（ステップＳ３ ＮｏまたはＳ１０ Ｎｏ）、正常モード処理として通常の制御を行うことにより運転を継続する（ステップＳ５，Ｓ１２）。
なお、図３から明らかなように、タイマ３３８によるパルス幅の測定はパルス（合成信号ＳｉｇＡＢ）のエッジ毎に更新されるため、マイコン３３の内部の多重割り込み処理を利用して、パルス数測定と異なる割り込みレベルで実行することができる。このようにすると、制御周期Ｔｓ内の一部のみで位相異常が発生した場合にも、見逃すことなく検出することができる。
【００６３】
次いで、図９は本発明の第２実施形態を示す回路図である。
この第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、制御装置内のマイコンを二重化して相互監視することにより、異常監視装置としての信頼性を向上させた点である。第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００６４】
図９において、制御装置３００には二つのマイコン３０１Ｘ，３０１Ｙが内蔵されている。これらのマイコン３０１Ｘ，３０１Ｙは、図１と同様に、アナログ信号ＳｉｇＡａｎａ，ＳｉｇＢａｎａを処理するアナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂ、ＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂ、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂからなる第１の異常検出手段と、ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢを処理するディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ、パルス数比較異常検出部３３６からなる第２の異常検出手段と、信号合成手段３２により作成した合成信号ＳｉｇＡＢを処理する信号ディジタル入力部３３７、タイマ３３８、パルス幅比較異常検出部３３９からなる第３の異常検出手段と、をそれぞれ備えている。
【００６５】
更に、一方のマイコン３０１Ｘには通信手段３０２Ｘ及びデータ比較手段３０３Ｘが設けられ、他方のマイコン３０１Ｙにも、通信手段３０２Ｙ及びデータ比較手段３０３Ｙが設けられている。
ここで、通信手段３０２Ｘ，３０２Ｙは、各マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙによる異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、合成信号の「Ｈ」レベルのパルス幅等の検出データを他方のマイコンとの間で相互に送受信するためのものである。また、データ比較手段３０３Ｘ，３０３Ｙは、自己が受信した相手方の上記検出データを自己の検出データと比較し、その結果に応じて異常検出信号１，異常検出信号２を出力するためのものである。
【００６６】
図９の例では、ディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂ及び信号合成手段３２の出力側でマイコン３０１Ｘ，３０１Ｙを二重化しているが、各マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙの入力側にディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂ及び信号合成手段３２をそれぞれ設けて二重化しても良い。
また、マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙ同士の通信形態は、同期式でも非同期式でもよく、特に限定されるものではない。
【００６７】
各マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙによる異常検出動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは詳述を省略する。
ただし、本実施形態では、相手方から受信したデータを、データ比較手段３０３Ｘ，３０３Ｙにより自己の異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、パルス幅と比較し、これらが互いに相違する場合や、電圧レベル、パルス数、パルス幅のそれぞれの差が所定の閾値を超えていた場合に異常検出信号１または異常検出信号２を出力する。これらの異常検出信号は、二重化以降の配線の異常や、マイコンの内部機能（ＡＤ変換部、カウンタ、タイマ等）または通信系統の異常とみなすことができるから、異常検出信号１または異常検出信号２により、マイコン３０１Ｘ，３０１Ｙの機能を診断することができる。
なお、電圧レベル、パルス数、パルス幅の差と比較される上記閾値は、自由に設定可能であるが、マイコンの機能による異常が支配的であるので、誤検出のないように十分に余裕をもった値とすることが望ましい。
ここで、異常検出信号１、異常検出信号２には、本来のレベル異常検出、パルス数比較異常検出、パルス幅比較異常検出による異常検出結果を含めても良いのは勿論である。
【００６８】
以上のように、本実施形態によれば、エンコーダからマイコンに至るまでの異常、及びマイコンの内部機能の異常も検出することができ、第１実施形態に比べて、異常監視装置としての信頼性を一層向上させることができる。
【００６９】
次に、図１０は本発明の第３実施形態を示す回路図である。
前述した第１，第２実施形態において、パルス幅比較異常検出部３３９がタイマ値（パルス幅）に基づいて異常を検出する場合、信号合成手段３２により、位相の異なるＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢを合成して合成信号ＳｉｇＡＢを作成する必要がある。しかし、図３等から明らかなように、合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルのパルス幅は元のディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルのパルス幅の１／２となる。このため、回転体が高速回転すると合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルのパルス幅が短くなり、マイコンのクロック分解能の制約から、上記パルス幅がタイマによる計時間隔より短くなると測定が不可能になる。加えて、第１，第２実施形態ではマイコン内部で合成信号を作成することができず、外部に論理回路を付加して信号合成手段３２を実現せざるを得ないので、これがコスト上昇の原因ともなる。
そこで、第３実施形態は、異常検出時の速度範囲を拡大し、しかもコストを一層低減するためになされたものである。
【００７０】
以下、この第３実施形態の回路構成を説明する。なお、第１，第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図１０において、３１０は制御装置であり、本実施形態では、前述した信号合成手段３２が不要である点、及び、マイコン３１１の内部構成が先の第１，第２実施形態と異なっている。すなわち、ディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂから出力されたＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢは、合成されることなくマイコン３１１内のディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂにそれぞれ入力されている。ディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂの出力側には、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を測定するタイマ３３８Ａ，３３８Ｂがそれぞれ接続され、タイマ３３８Ａ，３３８Ｂの出力側にパルス幅比較異常検出部３４０が接続されている。ここで、パルス幅比較異常検出部３４０は、Ａ相，Ｂ相のそれぞれについて、タイマ値（ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅）の前回値と今回値とを比較し、または、Ａ相のタイマ値とＢ相のタイマ値とを比較し、これらが所定の閾値を超える場合に異常を検出するものである。
上記構成において、ディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂ、タイマ３３８Ａ，３３８Ｂ及びパルス幅比較異常検出部３４０は、請求項における第４の異常検出手段を構成している。
【００７１】
次いで、この第３実施形態の動作を説明する。なお、回転体の停止時における異常検出はアナログ信号に基づいて行うため、以下では、回転体の回転時におけるＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢに基づいた異常検出動作について説明する。
図１１は、正常時におけるディジタル信号処理手段３１Ａ，３１Ｂの出力信号、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ及びタイマ３３８Ａ，３３８Ｂの出力信号を示すタイミングチャートである。なお、比較のために、第１実施形態における信号合成手段３２の出力信号（合成信号ＳｉｇＡＢ）も併せて表示してある。
【００７２】
図１１におけるカウンタ３３５Ａ，３３５Ｂの動作は図３と同一であるため、タイマ３３８Ａ，３３８Ｂの動作を説明する。
タイマ３３８Ａは、Ａ相ディジタル信号ＳｉｇＡの立ち上がりで動作を開始し、立ち下がりでタイマ値を保存することにより、このタイマ値からＡ相ディジタル信号ＳｉｇＡの「Ｈ」レベルの幅を測定する。同様に、タイマ３３８Ｂは、Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＢの立ち上がりで動作を開始し、立ち下がりでタイマ値を保存することにより、このタイマ値からＢ相ディジタル信号ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を測定する。なお、図１１において、ＴＡ０，ＴＡ１，……，ＴＢ０，ＴＢ１，……はタイマ値（ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅）を示す。
パルス幅比較異常検出部３４０は、Ａ相，Ｂ相のタイマ値の前回値と今回値とをそれぞれ比較し、図１１の例では前回値と今回値とが等しいことから正常と判断する。
【００７３】
図１２は、Ａ相ディジタル信号ＳｉｇＡに異常が発生した場合のタイミングチャートである。Ａ相の信号線が電源線と短絡した等の理由によりＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡが「Ｈ」レベルで固定されると、前述した図５と同様に、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂによるカウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１の差が所定の閾値（例えば２）より大きくなった場合に異常と判断する。ケーブルの断線や地絡等によりＡ相のディジタル信号ＳｉｇＡが「Ｌ」レベルで固定された場合や、Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＢに異常が発生した場合も、同様な原理によって異常を検出可能である。
【００７４】
図１３は、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの両方に異常が発生した場合のタイミングチャートである。
この場合、図１３の例では、カウント値ＣｏｕｎｔＡ１，ＣｏｕｎｔＢ１が何れも２であるため、パルス数比較異常検出部３３６では異常を検出することができない。そこで、本実施形態では、Ａ相，Ｂ相のタイマ値の前回値と今回値とをそれぞれ比較する。
すなわち、図１３において、Ａ相，Ｂ相共に、異常が発生する直前のディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅（つまりタイマ値）ＴＡ１，ＴＢ１を測定するが、異常発生によりタイマ値を保存するためのディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの立ち下がりエッジが現れないので、異常発生後はＡ相，Ｂ相共にタイマ値が加算されていく。そこで、所定のタイミングでＡ相，Ｂ相について今回加算中のタイマ値ＴＡ１，ＴＢ１を前回のタイマ値ＴＡ０，ＴＢ０とそれぞれ比較すれば、ＴＡ１とＴＡ０との間、ＴＢ１とＴＢ０との間にはそれぞれ大きな差があるため、これらの差が所定の閾値を超えた場合にＡ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの両方に異常が発生したことが検出される。
【００７５】
また、図１４は、Ａ相ディジタル信号ＳｉｇＡの位相に異常が発生した場合のタイミングチャートである。図７において説明したように、このような位相異常は、Ｂ相側との部分的な短絡やエンコーダ１０内のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の故障等に起因するものである。
この場合、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢのパルス数には閾値（例えば２）以上の差はないが、異常であるＡ相のタイマ値と正常なＢ相のタイマ値との間、つまりＴＡｅｒｒ１とＴＢ１との間、ＴＡｅｒｒ２とＴＢ２との間にはそれぞれ差が生じている。更に、例えばＡ相ディジタル信号ＳｉｇＡの今回のタイマ値ＴＡｅｒｒ１と前回のタイマ値ＴＡ１との間にも差が生じている。
【００７６】
そこで、本実施形態では、パルス幅比較異常検出部３４０が、タイマ値ＴＡｅｒｒ１とＴＢ１との差、またはタイマ値ＴＡｅｒｒ２とＴＢ２と差、あるいはタイマ値ＴＡｅｒｒ１とＴＡ１との差が所定の閾値よりも大きいことをもってＡ相ディジタル信号ＳｉｇＡの異常を検出する。
なお、図１３や図１４に示した異常は、例えば第１実施形態によっても検出可能であるが、第３実施形態では、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を測定するため、この幅は、第１実施形態の測定対象である合成信号ＳｉｇＡＢの「Ｈ」レベルの幅に対して２倍である。従って、同じクロック周波数のマイコンを使用した場合には、第１実施形態と比べて２倍の回転速度まで測定可能であり、速度範囲を拡大することができる。
更に、第３実施形態によれば、第１，第２実施形態における信号合成手段３２としての論理回路が不要になるので、回路構成の簡略化による小型化及びコストの低減が可能になる。
【００７７】
第３実施形態による異常判断のフローチャートは、基本的に前述した図８と同様であるが、第３実施形態では、図８のパルス幅計測ステップ（Ｓ９）及び異常判断ステップ（Ｓ１０）において、合成信号ＳｉｇＡＢを対象とするのではなく、Ａ相，Ｂ相ディジタル信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの「Ｈ」レベルの幅を個別に測定して異常判断を行う点が異なっている。
【００７８】
次に、図１５は本発明の第４実施形態を示す回路図である。この第４実施形態は、第３実施形態における制御装置内のマイコンを二重化することにより、相互監視を可能にしたものである。
すなわち、図１５において、制御装置３２０は２台のマイコン３１１Ｘ，３１１Ｙを備えている。これらのマイコン３１１Ｘ，３１１Ｙは、図１０に示したマイコン３１１と同一の検出ブロック（アナログ入力部３３１Ａ，３３１Ｂ、ＡＤ変換部３３２Ａ，３３２Ｂ、レベル異常検出部３３３Ａ，３３３Ｂ、ディジタル入力部３３４Ａ，３３４Ｂ、カウンタ３３５Ａ，３３５Ｂ、パルス数比較異常検出部３３６、ディジタル入力部３３７Ａ，３３７Ｂ，タイマ３３８Ａ，３３８Ｂ、パルス幅比較異常検出部３４０からなる）を備えている。また、一方のマイコン３１１Ｘは通信手段３１２Ｘ及びデータ比較手段３１３Ｘを備え、他方のマイコン３１１Ｙも通信手段３１２Ｙ及びデータ比較手段３１３Ｙを備えている。
【００７９】
通信手段３１２Ｘ，３１２Ｙは、各マイコン３１１Ｘ，３１１Ｙによる異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数及び「Ｈ」レベルのパルス幅等の検出データを他方のマイコンとの間で相互に送受信する。また、データ比較手段３１３Ｘ，３１３Ｙは、自己が受信した相手方の上記検出データを自己の検出データと比較し、その結果に応じて異常検出信号１，異常検出信号２を出力するためのものである。
なお、マイコン３１１Ｘ，３１１Ｙを二重化する位置やマイコン３１１Ｘ，３１１Ｙ同士の通信形態については、図９の第２実施形態と同様に任意に選択可能である。
【００８０】
本実施形態においても、通信手段３１２Ｘ，３１２Ｙが相手方のマイコンから受信したデータを、データ比較手段３１３Ｘ，３１３Ｙが、自己の異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、パルス幅と比較する。そして、これらのデータが互いに相違する場合や、電圧レベル、パルス数、パルス幅のそれぞれの差が所定の閾値を超えていた場合に、異常検出信号１または異常検出信号２を出力する。これにより、マイコン３１１Ｘ，３１１Ｙの機能を診断することができる。
なお、異常検出信号１、異常検出信号２には、本来のレベル異常検出、パルス数比較異常検出、パルス幅比較異常検出による異常検出結果を含めても良い。
本実施形態によれば、エンコーダからマイコンに至るまでの異常、及びマイコンの内部機能の異常も検出することができるため、第３実施形態に比べて、異常監視装置としての信頼性を一層向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、電動機ばかりでなく、各種の回転体の回転速度や位置（角度）を検出するエンコーダ及びその配線系統の異常監視に利用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１０：エンコーダ
２０：ケーブル
３０，３００，３１０，３２０：制御装置
３１Ａ，３１Ｂ：ディジタル信号処理手段
３２：信号合成手段
３３，３０１Ｘ，３０１Ｙ，３１１，３１１Ｘ，３１１Ｙ：マイコン
３０２Ｘ，３０２Ｙ，３１２Ｘ，３１２Ｙ：通信手段
３０３Ｘ，３０３Ｙ，３１３Ｘ，３１３Ｙ：データ比較手段
３３１Ａ，３３１Ｂ：アナログ入力部
３３２Ａ，３３２Ｂ：ＡＤ変換部
３３３Ａ，３３３Ｂ：レベル異常検出部
３３４Ａ，３３４Ｂ：ディジタル入力部
３３５Ａ，３３５Ｂ：カウンタ
３３６：パルス数比較異常検出部
３３７，３３７Ａ，３３７Ｂ：ディジタル入力部
３３８，３３８Ａ，３３８Ｂ：タイマ
３３９，３４０：パルス幅比較異常検出部
Ｔｒ１，Ｔｒ２：トランジスタ
Ｒ１：制限抵抗
Ｒｘ，Ｒｙ：分圧抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号が、電源線及び信号線を含む配線系統を介して制御装置にアナログ信号として入力され、前記制御装置が、アナログ入力信号を処理して前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する異常監視装置において、
前記制御装置は、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号から検出したアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第１の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス数に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第２の異常検出手段と、
第２の異常検出手段において得られた少なくとも二つのディジタル信号を合成し、この合成信号のパルス幅に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第３の異常検出手段と、
を備えたことを特徴とする異常監視装置。
【請求項２】
回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号が、電源線及び信号線を含む配線系統を介して制御装置にアナログ信号として入力され、前記制御装置が、アナログ入力信号を処理して前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する異常監視装置において、
前記制御装置は、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号から検出したアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第１の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス数に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第２の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス幅に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第４の異常検出手段と、
を備えたことを特徴とする異常監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載した異常監視装置において、
前記回転体の停止時には第１の異常検出手段により異常を検出し、前記回転体の回転時には、第２または第３の異常検出手段により異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項４】
請求項２に記載した異常監視装置において、
前記回転体の停止時には第１の異常検出手段により異常を検出し、前記回転体の回転時には、第２または第４の異常検出手段により異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した異常監視装置において、
前記制御装置のアナログ入力信号の電圧レベルが、前記エンコーダの出力が「Ｈｉｇｈ」レベルの時には電源電圧からバイアス分を減算したアナログハイレベルとなり、かつ、前記エンコーダの出力が「Ｌｏｗ」レベルの時にはグランドレベルにバイアス分を加算したアナログローレベルとなるバイアス発生手段を備え、
第１の異常検出手段は、
アナログ入力信号の電圧レベルが、前記アナログハイレベルと前記アナログローレベルとの間に存在する場合に信号線または電源線の断線と判断し、前記アナログハイレベルよりも電源電圧に近い場合に信号線と電源線との短絡と判断し、前記アナログローレベルよりもグランドレベルに近い場合に信号線の地絡と判断することを特徴とする異常監視装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載した異常監視装置において、
第２の異常検出手段は、少なくとも二つのアナログ入力信号からそれぞれ変換したディジタル信号のパルスのエッジを検出してパルス数をそれぞれ求め、これらのパルス数の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項７】
請求項１または３に記載した異常監視装置において、
第３の異常検出手段は、一定周期における前記合成信号のパルス幅を過去の同一周期におけるパルス幅と比較し、両パルス幅に差がある場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項８】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
第４の異常検出手段は、一定周期における前記アナログ入力信号を変換して得たディジタル信号のパルス幅を、過去の同一周期におけるディジタル信号のパルス幅と比較し、両パルス幅に差がある場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項９】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
第４の異常検出手段は、一定周期における二以上の前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス幅の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１０】
請求項１または３に記載した異常監視装置において、
前記制御装置は演算処理装置を備え、
この演算処理装置が、第１の異常検出手段におけるアナログ／ディジタル変換機能と、第２の異常検出手段におけるパルス数の測定機能と、第３の異常検出手段におけるパルス幅の測定機能とを有することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１１】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
前記制御装置は演算処理装置を備え、
この演算処理装置が、第１の異常検出手段におけるアナログ／ディジタル変換機能と、第２の異常検出手段におけるパルス数の測定機能と、第４の異常検出手段におけるパルス幅の測定機能とを有することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１２】
請求項１または３に記載した異常監視装置において、
複数多重化された前記演算処理装置が、第１の異常検出手段により検出したアナログ入力信号の電圧レベル、第２の異常検出手段により測定したパルス数、及び、第３の異常検出手段により測定したパルス幅を含むデータを相互に送受信し、各演算処理装置が、送受信した前記データを比較して演算処理装置の異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１３】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
複数多重化された前記演算処理装置が、第１の異常検出手段により検出したアナログ入力信号の電圧レベル、第２の異常検出手段により測定したパルス数、及び、第４の異常検出手段により測定したパルス幅を含むデータを相互に送受信し、各演算処理装置が、送受信した前記データを比較して演算処理装置の異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１】
回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号が、電源線及び信号線を含む配線系統を介して制御装置にアナログ信号として入力され、前記制御装置が、アナログ入力信号を処理して前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する異常監視装置において、
前記制御装置は、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号から検出したアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第１の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス数に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第２の異常検出手段と、
第２の異常検出手段において得られた少なくとも二つのディジタル信号を合成し、この合成信号のパルス幅に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第３の異常検出手段と、
を備えたことを特徴とする異常監視装置。
【請求項２】
回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号が、電源線及び信号線を含む配線系統を介して制御装置にアナログ信号として入力され、前記制御装置が、アナログ入力信号を処理して前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する異常監視装置において、
前記制御装置は、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号から検出したアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第１の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス数に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第２の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス幅に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第４の異常検出手段と、
を備えたことを特徴とする異常監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載した異常監視装置において、
前記回転体の停止時には第１の異常検出手段により異常を検出し、前記回転体の回転時には、第２または第３の異常検出手段により異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項４】
請求項２に記載した異常監視装置において、
前記回転体の停止時には第１の異常検出手段により異常を検出し、前記回転体の回転時には、第２または第４の異常検出手段により異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した異常監視装置において、
前記制御装置のアナログ入力信号の電圧レベルが、前記エンコーダの出力が「Ｈｉｇｈ」レベルの時には電源電圧からバイアス分を減算したアナログハイレベルとなり、かつ、前記エンコーダの出力が「Ｌｏｗ」レベルの時にはグランドレベルにバイアス分を加算したアナログローレベルとなるバイアス発生手段を備え、
第１の異常検出手段は、
アナログ入力信号の電圧レベルが、前記アナログハイレベルと前記アナログローレベルとの間に存在する場合に信号線または電源線の断線と判断し、前記アナログハイレベルよりも電源電圧に近い場合に信号線と電源線との短絡と判断し、前記アナログローレベルよりもグランドレベルに近い場合に信号線の地絡と判断することを特徴とする異常監視装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載した異常監視装置において、
第２の異常検出手段は、少なくとも二つのアナログ入力信号からそれぞれ変換したディジタル信号のパルスのエッジを検出してパルス数をそれぞれ求め、これらのパルス数の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項７】
請求項１または３に記載した異常監視装置において、
第３の異常検出手段は、一定周期における前記合成信号のパルス幅を過去の同一周期におけるパルス幅と比較し、両パルス幅に差がある場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項８】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
第４の異常検出手段は、一定周期における前記アナログ入力信号を変換して得たディジタル信号のパルス幅を、過去の同一周期におけるディジタル信号のパルス幅と比較し、両パルス幅に差がある場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項９】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
第４の異常検出手段は、一定周期における二以上の前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス幅の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１０】
請求項１または３に記載した異常監視装置において、
前記制御装置は演算処理装置を備え、
この演算処理装置が、第１の異常検出手段におけるアナログ／ディジタル変換機能と、第２の異常検出手段におけるパルス数の測定機能と、第３の異常検出手段におけるパルス幅の測定機能とを有することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１１】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
前記制御装置は演算処理装置を備え、
この演算処理装置が、第１の異常検出手段におけるアナログ／ディジタル変換機能と、第２の異常検出手段におけるパルス数の測定機能と、第４の異常検出手段におけるパルス幅の測定機能とを有することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１２】
請求項１または３に記載した異常監視装置において、
複数多重化された前記演算処理装置が、第１の異常検出手段により検出したアナログ入力信号の電圧レベル、第２の異常検出手段により測定したパルス数、及び、第３の異常検出手段により測定したパルス幅を含むデータを相互に送受信し、各演算処理装置が、送受信した前記データを比較して演算処理装置の異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【請求項１３】
請求項２または４に記載した異常監視装置において、
複数多重化された前記演算処理装置が、第１の異常検出手段により検出したアナログ入力信号の電圧レベル、第２の異常検出手段により測定したパルス数、及び、第４の異常検出手段により測定したパルス幅を含むデータを相互に送受信し、各演算処理装置が、送受信した前記データを比較して演算処理装置の異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２０３９０３（Ｐ２０１０−２０３９０３Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９３７５（Ｐ２００９−４９３７５）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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