(57)【要約】【課題】異常時に安全に停止させる速度制御を可能にする回転機の速度監視装置を提供する。【解決手段】回転機１の第１の速度演算値、第２の速度演算値および正転逆転情報を取得して、回転機を駆動させる速度制御器４０に速度情報を出力する回転機の速度監視装置３０であって、正転逆転情報を記憶する記憶部３１を備え、第１の速度演算値および正転逆転情報は、回転機の回転に応じてパルスジェネレータ１０から出力される互いに位相の異なる２つのパルスに基づいて４逓倍カウントを行うことにより生成され、第２の速度演算値は、２つのパルスの排他的論理和に基づいて逓倍カウントを行うことにより生成され、第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下であり第２の速度演算値が第２の閾値以上である場合に、第１の速度演算値および取得した正転逆転情報に代えて、調整した第２の速度演算値および記憶部に記憶された正転逆転情報を速度情報として出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の第１の速度演算値、第２の速度演算値および正転逆転情報を取得して、前記回転機を駆動させる速度制御器に速度情報を出力する前記回転機の速度監視装置であって、
前記正転逆転情報を記憶する記憶部を備え、
前記第１の速度演算値および前記正転逆転情報は、前記回転機の回転に応じてパルスジェネレータから出力される互いに位相の異なる２つのパルスに基づいて４逓倍カウントを行うことにより生成され、
前記第２の速度演算値は、前記２つのパルスの排他的論理和に基づいて逓倍カウントを行うことにより生成され、
前記第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下であり、かつ、前記第２の速度演算値が第２の閾値以上である場合に、前記第１の速度演算値および取得した前記正転逆転情報に代えて、調整した前記第２の速度演算値および前記記憶部に記憶された前記正転逆転情報を、前記速度情報として出力する、速度監視装置。
【請求項２】
前記第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下であり、かつ、前記第２の速度演算値が第２の閾値以上である場合に、警報器に異常を通知する、請求項１に記載の速度監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の速度監視装置に関する。本発明は、特にインバータ等の電力変換器によって駆動される回転機を備えるシステムにおいて、安全装置を構成するための速度演算値監視機能を備えた速度監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機（例えば電動機等）に取り付けられた回転軸の角度を検知するセンサ（例えばレゾルバ、エンコーダ等）の出力信号をフィードバックして回転機を可変速駆動するシステムが知られている。このようなシステムにおいて、センサの異常を検出する方法が提案されている。例えば、特許文献１は位相が９０°異なる２つのパルスを出力可能なパルスジェネレータを用いて断線を検出する方法を提案する。
【０００３】
特許文献１に記載された第1の方法は、エンコーダから出力されたＡ相パルス、Ｂ相パルスのうち、一方のパルスのエッジ毎に他方のパルスの状態に応じてアップまたはダウンするカウンタを設ける。第1の方法は、このカウンタの一定期間のカウント値が閾値以下である状態が所定回数連続した場合に、Ａ相パルス、Ｂ相パルスのうち少なくとも一方の信号線に断線が発生したことを検出する。
【０００４】
特許文献１に記載された第２の方法は、Ａ相パルスのエッジによりカウントアップしたカウント値をＢ相パルスのエッジによりリセットする機能を備える。また、第２の方法は、Ｂ相パルスのエッジによりカウントアップしたカウント値をＡ相パルスのエッジによりリセットする機能を備える。そして、第２の方法は、これらのカウント値を所定の閾値と比較して信号線の断線を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６９５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１が開示する第１の方法および第２の方法は、パルスジェネレータのＡ相パルスまたはＢ相パルスのいずれかの相の断線を検出することができる。しかし、回転機の速度制御を継続させること、特にゼロ速度付近まで回転機の速度制御を継続して安全に停止させることはできない。
【０００７】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、異常時に安全に停止させる速度制御を可能にする回転機の速度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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る回転機の速度監視装置は、回転機の第１の速度演算値、第２の速度演算値および正転逆転情報を取得して、前記回転機を駆動させる速度制御器に速度情報を出力する前記回転機の速度監視装置であって、前記正転逆転情報を記憶する記憶部を備え、前記第１の速度演算値および前記正転逆転情報は、前記回転機の回転に応じてパルスジェネレータから出力される互いに位相の異なる２つのパルスに基づいて４逓倍カウントを行うことにより生成され、前記第２の速度演算値は、前記２つのパルスの排他的論理和に基づいて逓倍カウントを行うことにより生成され、前記第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下であり、かつ、前記第２の速度演算値が第２の閾値以上である場合に、前記第１の速度演算値および取得した前記正転逆転情報に代えて、調整した前記第２の速度演算値および前記記憶部に記憶された前記正転逆転情報を、前記速度情報として出力する。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る回転機の速度監視装置は、前記第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下であり、かつ、前記第２の速度演算値が第２の閾値以上である場合に、警報器に異常を通知してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、異常時に安全に停止させる速度制御を可能にする回転機の速度監視装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る速度監視装置を用いるシステムの構成を示す図である。
【図２】正常時の２つのパルスおよびカウント値等の一例を示す図である。
【図３】正常時の２つのパルスおよびカウント値等の別の例を示す図である。
【図４】異常時の２つのパルスおよびカウント値等の一例を示す図である。
【図５】一実施形態に係る速度監視装置の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（システム構成）
図１は本実施形態に係る速度監視装置３０を用いるシステムの構成を例示する図である。図１のシステムは、速度監視装置３０の他に、回転機１、電力変換器７、パルスジェネレータ１０、第１の速度演算器２１、第２の速度演算器２２、速度制御器４０、警報器５０を備える。また、図１のシステムは、第２の速度演算器２２への入力信号の生成に用いられる排他的論理和回路３２を備える。また、速度監視装置３０は、記憶部３１を備える。
【００１３】
回転機１は、速度監視装置３０によって回転の速度が監視される対象である。本実施形態において、回転機１は電動機（モータ）である。電動機の種類は特に限定されない。また、回転機１は電動機に限定されない。
【００１４】
パルスジェネレータ１０は回転機１の軸に取り付けられ、回転機１の回転数に比例した周波数で位相が９０°異なるＡ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂを出力する。後述するように、速度監視装置３０はパルスジェネレータ１０からのＡ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂに基づいて、回転機１の速度の監視および異常検知を行う。
【００１５】
第１の速度演算器２１はＡ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂを取得する。第１の速度演算器２１は、これらの２つのパルスに基づいて、第１の速度演算値および正転逆転情報を出力する。第１の速度演算器２１が実行する速度演算処理の詳細については後述する。
【００１６】
第２の速度演算器２２は排他的論理和回路３２からの出力パルスＰｅを取得する。図１に示すように、出力パルスＰｅは、排他的論理和回路３２によってＡ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂから生成される。第２の速度演算器２２は、排他的論理和回路３２の出力パルスＰｅに基づいて、第２の速度演算値を出力する。第２の速度演算器２２が実行する速度演算処理の詳細については後述する。
【００１７】
速度監視装置３０は、回転機１の第１の速度演算値、第２の速度演算値および正転逆転情報を取得して、回転機１を駆動させる速度制御器４０に速度情報を出力する。上記のように、第１の速度演算値および正転逆転情報は、第１の速度演算器２１によって、回転機１の回転に応じてパルスジェネレータ１０から出力される互いに位相の異なる２つのパルス（Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂ）に基づいて生成される。また、第２の速度演算値は、第２の速度演算器２２によって、排他的論理和回路３２の出力パルスＰｅに基づいて生成される。速度監視装置３０が出力する速度情報は、第１の速度演算器２１から取得した第１の速度演算値および正転逆転情報である。しかし、異常が生じた場合には、速度監視装置３０が出力する速度情報は、第２の速度演算器２２から取得した第２の速度演算値に基づく値および記憶された正転逆転情報である。速度監視装置３０が実行する異常か否かの判定処理については後述する。
【００１８】
記憶部３１は正転逆転情報を記憶する。記憶部３１に記憶された正転逆転情報は、速度監視装置３０がＡ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂの異常を検知した場合に、第１の速度演算器２１からの正転逆転情報に代えて、速度情報として出力される。
【００１９】
速度制御器４０は制御信号を出力して回転機１を所望の速度で駆動させる。速度制御器４０は速度指令および速度監視装置３０からの速度情報（回転機１の実際の回転速度の情報）を取得する。速度制御器４０は、速度指令と速度情報とを比較して、制御信号を生成して出力する。
【００２０】
電力変換器７は、速度制御器４０からの制御信号を、回転機１を運転させる適切な信号に変換して出力する。例えば回転機１が三相の交流モータである場合に、電力変換器７は公知の構成の三相ＰＷＭインバータであってもよい。
【００２１】
警報器５０は、速度監視装置３０が検出したＡ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂの異常を、例えばシステムの管理者等に知らせるための装置である。警報器５０は、速度監視装置３０から異常を通知された場合に（例えば異常発生信号を取得した場合に）、オフからオンに変わる。オン状態になった警報器５０は、警告音、光および警告表示の少なくとも１つを出力する。
【００２２】
（速度演算処理）
図２および図３は、正常時の２つのパルス（Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂ）、出力パルスＰｅ、第１の速度演算器２１および第２の速度演算器２２が有するカウンタの値等の例を示す。Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂはデューティ比が０．５の矩形波である。
【００２３】
図２は回転機１が正転（正回転）している場合の例である。このとき、Ａ相パルスＰａに対してＢ相パルスＰｂは位相が９０°遅れている。
【００２４】
第１の速度演算器２１は、Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂを受け取り、４逓倍カウントを行う。４逓倍カウントは、Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂのそれぞれの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジでカウントする手法である。図２の第１のカウント値は、回転機１が正転をしている場合の４逓倍カウントの例を示す。図２に示すように、第１のカウント値は、Ａ相パルスＰａの立ち上がりエッジで＋１カウントアップする。第１のカウント値は、Ｂ相パルスＰｂの立ち上がりエッジでさらに＋１カウントアップする。第１のカウント値は、次に入力されるＡ相パルスＰａの立ち下がりエッジでさらに＋１カウントアップする。そして、第１のカウント値は、次に入力されるＢ相パルスＰｂの立ち下がりエッジでさらに＋１カウントアップする。そして、第１の速度演算器２１は上記のカウントアップを継続する。第１の速度演算器２１は、単位時間当たりのカウント数を単位時間で除することによって、第１の速度演算値を求める。
【００２５】
４逓倍カウントでは、Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂの位相差に基づいて、回転機１の回転方向を判別可能である。第１の速度演算器２１は、Ｂ相パルスＰｂがＡ相パルスＰａから９０°遅れた位相を有することを検知して、正転であるとの正転逆転情報を生成できる。本実施形態において、正転逆転情報は第１のカウント値および第１の速度演算値の符号である。回転機１が正転する場合には第１のカウント値および第１の速度演算値の符号は正である。また、回転機１が逆転する場合には第１のカウント値および第１の速度演算値の符号は負である。
【００２６】
第２の速度演算器２２は、Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂの排他的論理和（排他的論理和回路３２の出力パルスＰｅ）を受け取り、逓倍カウントを行う。逓倍カウントは、出力パルスＰｅの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジでカウントする手法である。図２の第２のカウント値は、回転機１が正転をしている場合の逓倍カウントの例を示す。図２に示すように、第２のカウント値は、出力パルスＰｅの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで＋１カウントアップする。第２の速度演算器２２は、１つの出力パルスＰｅを受け取り、回転機１の回転方向を判別しない。第２の速度演算器２２は、単位時間当たりのカウント数を単位時間で除することによって、第２の速度演算値を求める。
【００２７】
図３は回転機１が逆転（逆回転）している場合の例である。このとき、Ｂ相パルスＰｂに対してＡ相パルスＰａは位相が９０°遅れている。換言すると、Ａ相パルスＰａに対してＢ相パルスＰｂは位相が９０°進んでいる。
【００２８】
図３の第１のカウント値は、回転機１が逆転をしている場合の４逓倍カウントの例を示す。図３に示すように、第１のカウント値は、Ａ相パルスＰａの立ち上がりエッジで−１カウントダウンする。第１のカウント値は、Ｂ相パルスＰｂの立ち下がりエッジでさらに−１カウントダウンする。第１のカウント値は、次に入力されるＡ相パルスＰａの立ち下がりエッジでさらに−１カウントダウンする。そして、第１のカウント値は、次に入力されるＢ相パルスＰｂの立ち上がりエッジでさらに−１カウントダウンする。そして、第１の速度演算器２１は上記のカウントダウンを継続する。
【００２９】
図３の第２のカウント値は、回転機１が逆転をしている場合の逓倍カウントの例を示す。図３に示すように、第２のカウント値は、出力パルスＰｅの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで＋１カウントアップする。
【００３０】
速度監視装置３０は、回転機１の第１の速度演算値、第２の速度演算値および正転逆転情報を取得する。速度監視装置３０は、正常時に（Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂの異常を検知しない場合に）、取得した正転逆転情報を記憶部３１に記憶する。また、速度監視装置３０は、正常時に、速度情報として第１の速度演算値および正転逆転情報を出力する。上記のとおり、本実施形態においては、正転逆転情報は第１の速度演算値の符号である。よって、速度監視装置３０は、正常時に、取得した第１の速度演算値の符号を記憶部３１に記憶し、符号付きの第１の速度演算値を速度制御器４０に出力する。ここで、図２および図３に示すように、正常時において、第１のカウント値の絶対値と第２のカウント値とは同じになる。よって、正常時において、第１の速度演算値の絶対値と第２の速度演算値とは同じになる。
【００３１】
図４は、Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂに異常が生じた場合における、２つのパルス（Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂ）、出力パルスＰｅ、第１の速度演算器２１および第２の速度演算器２２が有するカウンタの値等の例を示す。図４の例では、Ｂ相パルスＰｂ側に断線が生じおり、Ｂ相パルスＰｂがゼロレベルのままになっている。
【００３２】
第１の速度演算器２１は、Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂのいずれかが入力されない場合に、入力された相のパルス（図４の例ではＡ相パルスＰａ）の立ち上がりエッジで第１のカウント値を＋１カウントアップする。また、第１の速度演算器２１は、入力された相のパルス（図４の例ではＡ相パルスＰａ）の立ち下がりエッジで第１のカウント値を−１カウントダウンする。つまり、４逓倍カウントでは、続いて別の相のパルスのエッジを検出した場合には同じカウント動作（例えばカウントアップ）を行い、続いて同じ相のパルスのエッジを検出した場合には逆のカウント動作（例えばカウントダウン）を行う。Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂのいずれか入力されない場合には、第１のカウント値はゼロ付近（−１、ゼロ、＋１）となる。よって、第１の速度演算値はゼロ付近（ゼロに近い値）となる。
【００３３】
ここで、図４の例では、出力パルスＰｅは、第１の速度演算器２１に入力されるＡ相パルスＰａと同じ波形になる。第２の速度演算器２２は、出力パルスＰｅの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジでカウントアップする。ただし、第２の速度演算器２２は、Ａ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂのうち１相分しか入力されない。そのため、単位時間当たりのカウント数は正常時の２分の１となる。よって、第２の速度演算値は実速度の２分の１となる。
【００３４】
図２〜図４に例示したように、正常時と異常時とで、第１の速度演算値および第２の速度演算値が大きく異なる。速度監視装置３０は、第１の速度演算値の絶対値と第２の速度演算値とが同じ値であればＡ相パルスＰａとＢ相パルスＰｂが正常に入力されていると判断することができる。そして、速度監視装置３０は、正常時に、符号（正転逆転情報に対応）付きの第１の速度演算値を速度制御器４０に出力する。一方、速度監視装置３０は、第１の速度演算値の絶対値がゼロ付近（例えば第１のカウンタ値が−１、ゼロ、＋１であることに相当する速度以下）で、かつ、第２の速度演算値がゼロ付近でない場合に（例えば第２のカウンタ値が２以上であることに相当する速度以上）、異常が生じたと判断する。そして、速度監視装置３０は、調整した第２の速度演算値および記憶部３１に記憶された正転逆転情報を速度情報として速度制御器４０に出力する。ここで、本実施形態において、正転逆転情報は記憶部３１に符号（正または負）として記憶されている。速度監視装置３０は、異常時において、調整した第２の速度演算値に記憶部３１に記憶された符号を付して速度制御器４０に出力してもよい。ここで、上記のように、Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂのいずれかが入力されない場合には、第２の速度演算値は実速度の２分の１となる。速度監視装置３０は、取得した第２の速度演算値を２倍した値を調整した第２の速度演算値としてもよい。また、速度監視装置３０は、異常時に警報器５０をオン状態にしてもよい。
【００３５】
（フローチャート）
図５は本実施形態の速度監視装置３０を用いるシステムで実行される制御方法を示すフローチャートである。
【００３６】
ステップＳ１において、第１の速度演算器２１は、第１の速度演算（第１の速度演算値および正転逆転情報を求める演算）を実施する。
【００３７】
ステップＳ２において、第２の速度演算器２２は、第２の速度演算（第２の速度演算値を求める演算）を実施する。
【００３８】
ステップＳ３において、速度監視装置３０は、第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下か否かを判別する。速度監視装置３０は、第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下である場合に（ステップＳ３のＹｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。速度監視装置３０は、第１の速度演算値の絶対値が第１の閾値以下でない場合に（ステップＳ３のＮｏ）、ステップＳ７の処理に進む。ここで、第１の閾値は、例えば第１のカウンタ値が−１または＋１であることに相当する速度の絶対値であってもよい。
【００３９】
ステップＳ４において、速度監視装置３０は、第２の速度演算値が第２の閾値以上か否かを判別する。速度監視装置３０は、第２の速度演算値が第２の閾値以上である場合に（ステップＳ４のＹｅｓ）、ステップＳ５の処理に進む。速度監視装置３０は、第２の速度演算値が第２の閾値以上でない場合に（ステップＳ４のＮｏ）、ステップＳ７の処理に進む。ここで、第２の閾値は、例えば第２のカウンタ値が２以上の数（例えば２）である場合に相当する速度の値であってもよい。
【００４０】
ステップＳ５において、速度監視装置３０は、異常時である（Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂの異常を検知した）と判定して、警報器５０に異常を通知する。
【００４１】
ステップＳ６において、速度監視装置３０は、異常時であると判定した場合に、速度情報として調整した（例えば２倍にした）第２の速度演算値および記憶部３１に記憶した正転逆転情報を速度情報として速度制御器４０に出力する。出力後、一連の処理は終了する。
【００４２】
ステップＳ７において、速度監視装置３０は、正常時に（Ａ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂの異常を検知しない場合に）、速度情報として第１の速度演算値および正転逆転情報を速度制御器４０に出力する。上記のように、正転逆転情報は、例えば第１の速度演算値に付随する符号として出力されてもよい。
【００４３】
ステップＳ８において、速度監視装置３０は、正常時に、取得した正転逆転情報を記憶部３１に記憶する。記憶後、一連の処理は終了する。
【００４４】
以上に説明したように、本実施形態に係る速度監視装置３０は、例えばＡ相パルスＰａまたはＢ相パルスＰｂのいずれかが入力されてない（異常）と判断した場合には、正常と判断されていた状態での第１の速度演算値の極性（つまり符号、正転逆転情報に対応）と第２の速度演算値を２倍した値を例えば掛け合わせて、速度情報として速度制御器４０へフィードバックする。よって、速度監視装置３０は、異常を検知して直ちに回転機１を停止させるのではなく、回転機１が安全に停止できるようになるまで回転機１の速度情報を提供して継続動作を可能にする。よって、本実施形態に係る回転機１の速度監視装置３０は、異常時に安全に回転機１を停止させる速度制御を可能にする。
【００４５】
また、本実施形態に係る速度監視装置３０は、異常時であると判定した場合に、警報器５０に異常を通知する。警報器５０によって、例えばシステムの管理者は早期に回転機１を停止させるように速度指令を変更できる。よって、本実施形態に係る回転機１の速度監視装置３０は、警報器５０に異常を通知することによって、早期に安全に回転機１を停止させることを可能にする。
【００４６】
本発明を諸図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【符号の説明】
【００４７】
１  回転機
７  電力変換器
１０  パルスジェネレータ
２１  第１の速度演算器
２２  第２の速度演算器
３０  速度監視装置
３１  記憶部
３２  排他的論理和回路
４０  速度制御器
５０  警報器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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