(57)【要約】【課題】ロータリエンコーダを組み込んだ制御システムでのさらなる安全性向上を図ること。【解決手段】被検出軸の回転に伴い、電気角で１８０度ごとに反転するＡ相信号と、Ａ相信号より電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転するＢ相信号と、を出力するロータリエンコーダ２と、このロータリエンコーダ２から上記両信号を入力すると共に上記両信号に基づいて上記被検出軸の回転動作を電子制御する電子制御装置３８と、を備えた制御システムにおいて、ロータリエンコーダ２に当該ロータリエンコーダ２自体を自己診断する機能と、その自己診断結果に従い制御システムのフェイルセーフ信号を出力する機能とを備えた構成。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出軸の回転に伴い、電気角で１８０度ごとに反転するＡ相信号と、Ａ相信号より電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転するＢ相信号と、を出力するロータリエンコーダと、
上記ロータリエンコーダから上記両信号を入力すると共に上記両信号に基づいて上記被検出軸の回転動作を電子制御する電子制御装置と、
を備えた制御システムにおいて、
上記ロータリエンコーダに当該ロータリエンコーダ自体を自己診断する機能と、その自己診断結果に従い制御システムのフェイルセーフ信号を出力する機能とを備えた、
ことを特徴とするロータリエンコーダを用いた制御システム。
【請求項２】
上記ロータリエンコーダは、上記フェイルセーフ信号によりフェイルセーフ動作を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
上記フェイルセーフ動作は、被検出軸への駆動電源の供給を遮断制御する動作である、ことを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
上記フェイルセーフ動作は、上記電子制御装置への作動電源の供給を遮断する動作である、ことを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の制御システムに用いるロータリエンコーダであって、
当該ロータリエンコーダは、
少なくとも、自己診断用のデータを出力するデータ生成手段と、
上記データ生成手段から入力する自己診断用データにより自己診断すると共にその自己診断結果を制御システムのフェイルセーフ信号として出力する自己診断手段と、
を備えることを特徴とする自己診断機能付きロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出軸の回転に伴い、電気角で１８０度ごとに反転するＡ相信号と、Ａ相信号より電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転するＢ相信号とを出力することができるロータリエンコーダを用いた制御システムおよびこの制御システムに組み込まれる、アブソリュート型やインクリメンタル型の自己診断機能付きロータリエンコーダに関するものである。
【０００２】
本発明のロータリエンコーダは、円周方向等間隔で複数の回転スリットを設けた回転スリット板に対してＡ相信号用、Ｂ相信号用等の固定スリットを介して投光素子から光を当てて上記両スリットを通過した光信号を受光素子で受光し、この受光に応答して受光素子から出力される信号から被検出軸の回転速度や回転方向等の回転情報を得るエンコーダである。
【背景技術】
【０００３】
図３を参照してロータリエンコーダ２は、一般的に、投光素子（発光ダイオード等）４と受光素子（受光ダイオード等）６，８との間の光路上に、円周方向等間隔に投光素子４からの光を透過することができる複数のスリット（回転スリット）を有する回転スリット板１０と、この回転スリット板１０の一方側に上記スリットと同様に投光素子４からの光を透過することができるスリット（固定スリット）を有する固定スリット板１２とを対向配置している（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この固定スリット板１２の固定スリットは、投光素子４からの光を電気角で順次９０度ずつずれさせて回転スリット板１０の回転スリットを通過させてＡ相とＢ相の光信号を形成すると共に、受光素子６，８では電気角で９０度ずつずれた上記Ａ相とＢ相の光信号を受光しこれらＡ相とＢ相の光信号を図４（ａ）（ｂ）で示すような電気的な信号に変換するようになっている。
【０００５】
そしてロータリエンコーダ２には、上記信号の単位時間当たりの数から回転速度、また、Ａ相とＢ相の信号のバイナリーコードで、図４（ｃ）で示すように、Ａ相信号「０」、Ｂ相信号「０」では「０」、Ａ相信号「１」、Ｂ相信号「０」では「２」、Ａ相信号「１」、Ｂ相信号「１」では「３」、Ａ相信号「０」、Ｂ相信号「１」では「１」としそのバイナリーコードの変化順序から回転方向を判定することができる。
【０００６】
以上のロータリエンコーダ２は、図５で示すような回路ブロック構成となっている。ロータリエンコーダ２は、電源端子（Ｖｃｃ）１４、接地端子（０Ｖ）１６、電源回路１８と、投光素子（ＬＥＤ）駆動回路２０と、内部電源２２と、Ａ相とＢ相の検出回路２４と、Ａ相判定回路２６と、Ｂ相判定回路２８と、Ａ相出力回路３０、Ｂ相出力回路３２と、Ａ相信号出力端子３４と、Ｂ相信号出力端子３６とを備える。電源端子１４と接地端子１６との間に外部電源が供給される。電源回路１８は上記外部電源からロータリエンコーダ用電源を生成する。投光素子（ＬＥＤ）駆動回路２０は図示略の制御手段に制御されて投光素子４を発光駆動する。この発光駆動の電源は例えば電源回路１８から供給される。内部電源２２は電源回路１８からの電源を内部電源電圧例えば５Ｖに変換してその変換した電源電圧をロータリエンコーダ２の５Ｖで作動する検出回路２４等の内部回路に供給する。検出回路２４はＡ相用とＢ相用の受光素子６，８に対応した受光出力を出力する。Ａ相判定回路２６は検出回路２４からのＡ相出力を図示略の比較回路で比較判定してＡ相信号を出力する。Ｂ相判定回路２８は検出回路２４からのＢ相出力を図示略の比較回路で比較判定してＢ相信号を出力する。Ａ相出力回路３０はＡ相信号をＡ相信号出力端子３４に出力する。Ｂ相出力回路３２はＢ相信号をＢ相信号出力端子３６に出力する。
【０００７】
上記構成を備えたロータリエンコーダ２では、図６で示す制御システムに組み込まれて使用される場合がある。すなわち、図６に示す制御システムは、ロータリエンコーダ２と、電子制御装置（ＥＣＵ）３８と、被検出軸の一例であるモータ軸を有するモータ４０とから構成されている。このモータ軸に直接的にまたは減速機構等を介在して間接的に上記ロータリエンコーダ２の回転スリット板１０が取り付けられる。
【０００８】
この制御システムでは、ロータリエンコーダ２のＡ相信号出力端子３４とＢ相信号出力端子３６それぞれから電子制御装置（ＥＣＵ）３８にＡ相信号とＢ相信号とを出力する。電子制御装置３８では入力したＡ相信号とＢ相信号とから各種の機械装置を駆動するためのモータ４０の回転速度や回転方向を検出し、当該モータ４０を制御することができるようになっている。
【０００９】
従来の上記制御システムでは、主に、電子制御装置（ＥＣＵ）３８の制御動作により制御システムの安全性を図ることができるが、その安全性の基礎であるロータリエンコーダ２側に異常等が存在していれば、電子制御装置（ＥＣＵ）３８ではその異常か否かの機能を追加することが考えられるが、限界があり、また、コスト的にも難しい。
【００１０】
そこで、制御システムのさらなる向上を期すべく、本出願人はロータリエンコーダ２に対して自己診断機能を付加することを考え、鋭意研究を行った。この場合、本出願人は、電子制御装置（ＥＣＵ）３８側に多大な形状変更や機能追加等の負担を要求する必要なく、自己診断機能を付加したロータリエンコーダ２を開発することができ、そのロータリエンコーダ２を制御システムに組み込むようにした。
【特許文献１】特開平０７−１３４０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
すなわち、本発明では、ロータリエンコーダに自己診断機能を備える一方で、この自己診断機能付きロータリエンコーダを電子制御装置（ＥＣＵ）側に形状変更や機能追加等の負担を要求することなく現状通りのままで制御システムとしてのさらなる安全性向上を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による制御システムは、被検出軸の回転に伴い、電気角で１８０度ごとに反転するＡ相信号と、Ａ相信号より電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転するＢ相信号と、を出力するロータリエンコーダと、上記ロータリエンコーダから上記両信号を入力すると共に上記両信号に基づいて上記被検出軸の回転動作を電子制御する電子制御装置と、を備えた制御システムにおいて、上記ロータリエンコーダに当該ロータリエンコーダ自体を自己診断する機能と、その自己診断結果に従い制御システムのフェイルセーフ信号を出力する機能とを備えた、ことを特徴とするものである。
【００１３】
上記被検出軸には例えばモータの回転軸がある。
【００１４】
本発明はアブソリュート型、インクリメンタル型のロータリエンコーダのいずれにも適用することができる。
【００１５】
また、本発明のロータリエンコーダでは投光素子と受光素子との光路上に回転スリット板と固定スリット板とが配置されたタイプだけではなく、この光路上に回転スリット板だけが配置されたタイプも含む。
【００１６】
上記自己診断には、電源電圧監視、投光素子駆動電流監視、Ａ相信号のデューティ、パルス数、受光素子動作判定、等の各種があり、本発明はそれらに限定されるものではない。この自己診断の内容をいずれにするかは、制御システムに応じて適宜に決定することができるからである。また、自己診断機能では、例えば電源電圧監視では電源電圧を比較回路で基準電圧と比較し、電源電圧が基準電圧超あるいは未満になれば電源電圧異常であると自己診断することができる。また、投光素子駆動電流監視では、駆動電流を比較回路で基準電流と比較し、駆動電流が基準電流超あるいは未満になれば駆動電流異常であると自己診断することができる。その他の自己診断機能も適宜に実施するとよい。
【００１７】
本発明では、ロータリエンコーダ自体がロータリエンコーダの状態が正常であるか、異常であるか、警告状態であるかなどの自己診断をすると共にその自己診断結果をフェイルセーフ信号として出力することができるようにしたので、例えば、そのフェイルセーフ信号の内容がロータリエンコーダの異常状態を示すものであれば、被検出軸である例えばモータへの電源供給の停止あるいは電子制御装置への電源供給の停止あるいは電子制御装置にロータリエンコーダ側からフェイルセーフ信号を入力することにより電子制御装置自体がフェイルセーフ動作を実行するようにすれば、制御システムとしての安全性が向上する。
【００１８】
好ましい態様の１つは上記ロータリエンコーダがフェイルセーフ信号によりフェイルセーフ動作を行うことである。このフェイルセーフ動作は、好ましくは被検出軸への駆動電源の供給を遮断制御する動作である。このフェイルセーフ動作は、好ましくは電子制御装置への作動電源の供給を遮断する動作である。好ましい態様の１つはロータリエンコーダがフェイルセーフ信号を電子制御装置に入力することである。
【００１９】
本発明による制御システムに用いるロータリエンコーダは、自己診断用のデータを出力するデータ生成手段と、上記データ生成手段から入力する自己診断用データにより当該ロータリエンコーダを自己診断すると共にその自己診断結果を制御システムのフェイルセーフ信号として出力する自己診断手段と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の制御システムでは、ロータリエンコーダ側で自己診断機能を備え、その自己診断結果をフェイルセーフ動作に利用可能としたから、制御システムとしてのさらなる安全性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るロータリエンコーダを備えた制御システムを詳細に説明する。実施の形態のロータリエンコーダの機械的構成は図３のそれとほぼ同様であるが、実施の形態のロータリエンコーダでは、図示を略するが、固定スリット板１２に参照相（ｒｅｆ）としての固定スリットを設け、参照相（ｒｅｆ）信号を出力することができるようにしている。
【００２２】
図１に当該ロータリエンコーダのブロック構成を示す。実施の形態のロータリエンコーダでは、電源電圧監視回路４２、電源電圧自己診断用データの出力端子４４、投光素子駆動電流自己診断用データの出力端子４６、Ａ相判定用データの出力端子４８、Ａ相出力用データの出力端子５０、Ｂ相判定用データの出力端子５２、Ｂ相出力用データの出力端子５４を備える。また、検出回路２４に参照相（ｒｅｆ）の検出機能を持たせている。この検出機能の追加に応じて参照相（ｒｅｆ）判定回路５８、参照相（ｒｅｆ）出力回路６０、参照相（ｒｅｆ）判定用データの出力端子６２、参照相（ｒｅｆ）信号データの出力端子６４、参照相（ｒｅｆ）信号データの出力端子６６、さらに、受光素子動作判定回路６８、Ａ相信号用受光素子６の受光出力データの出力端子７０、Ｂ相信号用受光素子８の受光出力データの出力端子７２、参照相（ｒｅｆ）用受光素子（図示略）の受光出力データの出力端子７４を備える。
【００２３】
そして、上記各種データの出力端子４４，４６，４８，５０，５２，５４，６２，６６，７０，７２，７４はロータリエンコーダ２の制御手段であると同時にロータリエンコーダ２の自己診断手段であるＣＰＵ７６の対応する入出力ポートＩ／Ｏ、割り込みポートＩＮＴ、ＡＤ変換ポートＡ／Ｄに接続されている。ＣＰＵ７６は、上記ポートに入力される上記各種データに基づいてロータリエンコーダ２を自己診断すると共にその自己診断の結果をフェイルセーフ信号としてフェイルセーフ信号出力端子７８から出力することができるようになっている。
【００２４】
図２に、実施の形態の制御システムを示す。
【００２５】
この制御システムではロータリエンコーダ２、電子制御装置（ＥＣＵ）３８、およびモータ４０から構成されていると共に、エンコーダ２はフェイルセーフ信号出力端子７８がトランジスタのオープンコレクタで構成されていて、ロータリエンコーダ２が異常である場合は、このトランジスタがＯＮすることがフェイルセーフ信号の出力とされて、リレーコイル８０が通電されるようになっている。このリレーコイル８０が通電することにより、電子制御装置（ＥＣＵ）３８とモータ４０とを接続する電源供給線に配置された常閉リレースイッチ８２が開く側に駆動される結果、モータ４０には電源が供給されなくなり、モータ４０は回転動作を停止するようになっている。これにより、制御システムの安全性を向上することができる。
【００２６】
なお、ロータリエンコーダ２からのフェイルセーフ信号は電子制御装置（ＥＣＵ）３８に電源を供給する電源供給線に上記リレーコイル８０とリレースイッチ８２とを配置してもよいし、電子制御装置（ＥＣＵ）３８自体にフェイルセーフ信号を入力し、電子制御装置（ＥＣＵ）３８内部でフェイルセーフ動作を実行できるようにしてもよい。
【００２７】
以上のように制御システムに組み込まれるロータリエンコーダ２における自己診断について説明する。
【００２８】
（１）電源電圧監視
この電源電圧監視では、電源電圧監視回路４２で監視した電源電圧をデータ出力端子４４からＣＰＵ７６に入力する。ＣＰＵ７６では、データ出力端子４４から入力した電源電圧監視データから電源電圧が規定値超である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００２９】
（２）投光素子駆動電流監視
投光素子の駆動電流監視では、ＣＰＵ７６は駆動電流監視出力端子４６から与えられる駆動電流監視データに基づいてこの駆動電流が規定値超あるいは未満である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３０】
（３）Ａ相判定、Ａ相出力
このＡ相判定、Ａ相出力では、これらに対応するデータ出力端子４８，５０から入力されるデータに基づいてＡ相が規定外である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３１】
（４）Ｂ相判定、Ｂ相出力
このＢ相判定、Ｂ相出力では、これらに対応するデータ出力端子５２，５４から入力されるデータに基づいてＢ相が規定外である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３２】
（５）参照相（ｒｅｆ）判定、参照相（ｒｅｆ）出力
この参照相（ｒｅｆ）判定、参照相（ｒｅｆ）出力では、これらに対応するデータ出力端子６２，６６から入力されるデータに基づいて参照相（ｒｅｆ）が規定外である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３３】
（６）受光素子動作判定
受光素子動作判定では、これらに対応するデータ出力端子７０，７２，７４から入力されるデータに基づいて受光素子が異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３４】
（７）Ａ相周期確認
Ａ相周期確認では、データ出力端子５０，６６から入力されるデータに基づいてＡ相周期が異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。Ａ相周期が所定周期範囲内であれば、正常であるとするフェイルセーフ信号を出力し、所定周期範囲外であれば異常であるとするフェイルセーフ信号を出力する。
【００３５】
（８）Ｂ相周期確認
Ｂ相周期確認では、データ出力端子５４，６６から入力されるデータに基づいてＢ相周期が異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３６】
（９）参照相（ｒｅｆ）周期確認
参照相（ｒｅｆ）周期確認では、データ出力端子５０，５４，６６から入力されるデータに基づいて参照相（ｒｅｆ）周期が異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。これらはＡ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）の信号を相互比較し、いずれの信号が異常であるかを判定するようになっている。
【００３７】
（１０）Ａ相デューティ確認
このＡ相デューティ確認では、データ出力端子５０から入力されるデータに基づいてＡ相デューティが異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。このＡ相デューティ異常とはＡ相信号が１８０度ごとに反転する場合、デューティは５０％である。この５０％に対してＡ相信号が立ち上がっているデューティが８０％以上であるとか２０％以下である場合は、異常であるとするフェイルセーフ信号を出力するようにしてもよい。
【００３８】
（１１）Ｂ相デューティ確認
このＢ相デューティ確認では、データ出力端子５４から入力されるデータに基づいてＢ相デューティが異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００３９】
（１２）Ａ相パルス数確認
このＡ相パルス数確認では、データ出力端子５０から入力されるデータに基づいてＡ相パルス数が所定数超あるいは未満である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。Ａ相信号はＣＰＵ内部ではＡＤ変換されてパルス信号となっている。そして回転スリット板には円周方向等間隔に所定数の回転スリットが形成されているが、この回転スリットに目詰まりがあったりすると、上記Ａ相のパルス数が回転スリット板１回転に対して所定数以下となるので、このＡ相パルス数確認により、回転スリットの目詰まり等の異常が分かり、フェイルセーフ信号として出力する。
【００４０】
（１３）Ｂ相パルス数確認
このＢ相パルス数確認では、データ出力端子５４から入力されるデータに基づいてＢ相パルス数が所定数超あるいは未満である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００４１】
（１４）Ａ相１部分デューティ異常検出
このＡ相１部分デューティ異常検出では、データ出力端子５０から入力されるデータに基づいてＡ相１部分にデューティが異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００４２】
（１５）Ｂ相１部分デューティ異常検出
このＢ相１部分デューティ異常検出では、データ出力端子５４から入力されるデータに基づいてＢ相１部分にデューティが異常である場合は、フェイルセーフ信号出力端子７８からフェイルセーフ信号を出力する。
【００４３】
なお上記以外の自己診断項目もあるが、それらの説明は略する。
【００４４】
以上説明したように、実施の形態では、ロータリエンコーダ２自体にロータリエンコーダ２を自己診断すると共にその自己診断結果をフェイルセーフ信号として出力する一方、そのフェイルセーフ信号をモータ４０への電源供給を停止する信号やその他のフェールセーフに利用するので、制御システムとしての安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るロータリエンコーダの電気的な概略ブロック構成を示す図である。
【図２】図２は図１のロータリエンコーダを組み込んだ制御システムのブロック構成を示す図である。
【図３】図３は従来のロータリエンコーダの機構的な概略構成を示す図である。
【図４】図４は従来のロータリエンコーダによるＡ相とＢ相の関係を示す図である。
【図５】図５は従来のロータリエンコーダの電気的な概略ブロック構成を示す図である。
【図６】図６は図５のロータリエンコーダを組み込んだ制御システムのブロック構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
２  ロータリエンコーダ
４  投光素子
６，８  受光素子
１０  回転スリット板
１２  固定スリット板
【図１】
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【図２】
2008292176.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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