(57)【要約】【課題】  速度センサの出力信号に基づいてモータの駆動制御を行うシステムにおいて、使用する速度センサが変わる可能性がある状況においても速度センサの出力信号の処理のアルゴリズムの変更を不要にする。【解決手段】  エンコーダ４の出力信号に基づいて、エンコーダ４の故障診断を行うエンコーダ診断部３４と、エンコーダ４の出力信号に基づいて、エンコーダ４の種類を判定し、その判定結果である種類に応じたエンコーダ診断部３４の故障診断アルゴリズムを切り換えるエンコーダ種類判定部３３をモータの駆動制御を行うプロセッサ内のプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３に設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度センサの出力信号に基づいて、前記速度センサの種類を判定し、その判定結果である速度センサの種類に応じて前記速度センサの出力信号に対する処理のアルゴリズムを切り換えるセンサ種類判定手段を具備することを特徴とする速度センサインタフェース回路。
【請求項２】
前記速度センサの出力信号を所定の形式の信号に変換する変換手段を具備し、前記センサ種類判定手段は、前記変換手段の出力信号に基づいて、前記速度センサの種類を判定することを特徴とする請求項１に記載の速度センサインタフェース回路。
【請求項３】
前記変換手段は、前記速度センサの出力信号に基づく処理を行うプロセッサの外部に設けられ、前記センサ種類判定手段は前記プロセッサの内部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の速度センサインタフェース回路。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記変換手段の出力信号に基づいて前記速度センサの故障診断を行う診断手段を具備し、
前記センサ種類判定手段は、前記故障診断のアルゴリズムを切り換えることを特徴とする請求項３に記載の速度センサインタフェース回路。
【請求項５】
前記変換手段は、前記速度センサの出力信号を所定の振幅の矩形波信号である第１の信号に変換するコンパレータと、前記速度センサの出力信号を同じ波形の所定の振幅の第２の信号に変換するレベル変換部とを具備することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１の請求項に記載の速度センサインタフェース回路。
【請求項６】
前記センサ種類判定手段は、前記第１の信号の立ち上がり時または立ち下がり時の少なくとも一方における前記第２の信号の信号値に基づき、前記速度センサの種類を判定することを特徴とする請求項５に記載の速度センサインタフェース回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等に設けられる速度センサの出力信号を処理する速度センサインタフェース回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動制御では、モータの回転速度を検出するために速度センサが一般的に使用される。ここで、速度センサには様々な種類があり、速度センサの種類によりその出力信号の形式も異なる。このため、様々な種類の速度センサの出力信号を共通の形式に変換する回路やＩＣを使用し、使用する速度センサの種類に影響されることなく、モータの駆動制御を行うプロセッサのインタフェースを統一する方法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１８９６５９号
【特許文献２】特許第５７２０７６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の機能安全の考え方の普及に伴い、モータの駆動制御を行うドライブ機器の分野では、機器自らが各部の故障を検知するとともに、故障検知時にはドライブ機器のシステムを安全に停止させる技術の導入が要請されている。従って、ドライブ機器に速度センサの出力信号を変換する回路やＩＣを使用するとなると、例えばドライブ機器のモータ制御用のプロセッサがこの変換回路やＩＣの故障を検出する必要がある。
【０００５】
ここで、速度センサの出力信号の変換を行う回路やＩＣの故障を検出するための方法としては、この変換を行う回路やＩＣの入力信号と出力信号とを比較し、両者が所定の関係を満たすか否かを判定する方法が一般的である。しかしながら、この変換を行う回路やＩＣへの入力信号の形式は、当該入力信号の出力を行う速度センサの種類により異なったものとなる。従って、速度センサの出力信号の変換を行う回路やＩＣの故障を検出する処理をプロセッサに行わせるとなると、プロセッサに接続する速度センサの種類に合わせてプロセッサが実行する故障検出アルゴリズムを書き換える必要がある。これでは速度センサの出力信号を共通の形式に変換する回路やＩＣを設ける意味がない。
【０００６】
そこで、速度センサの出力信号の変換を行う回路やＩＣを特に設けず、速度センサの出力信号をそのままモータ制御用のプロセッサに供給する構成を採用することが考えられる。その場合、速度センサの故障を検出する機能がプロセッサに必要になる。ここで、速度センサの故障を検出するための方法としては、速度センサの出力信号の示す値が正常範囲内にあるか否か等を判定するのが一般的である（特許文献１および２参照）。
【０００７】
しかし、この速度センサの故障を検出するためのアルゴリズムは、速度センサの種類により異なったものとなる。従って、各種の速度センサがモータ制御用のプロセッサに接続される可能性がある場合には、同プロセッサに接続する速度センサの種類に応じて、プロセッサに使用する故障診断用アルゴリズムを変更する必要があるという問題がある。
【０００８】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、速度センサの出力信号に基づいてモータの駆動制御を行うシステムにおいて、使用する速度センサが変わる可能性がある状況でも、速度センサの出力信号の処理のアルゴリズムの変更を不要にする技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、速度センサの出力信号に基づいて、前記速度センサの種類を判定し、その判定結果である速度センサの種類に応じて前記速度センサの出力信号に対する処理のアルゴリズムを切り換えるセンサ種類判定手段を具備することを特徴とする速度センサインタフェース回路を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、速度センサの種類に応じて、速度センサの出力信号に対する処理のアルゴリズムが切り換えられるので、速度センサに合わせて処理のアルゴリズムを変更するする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の一実施形態である速度センサインタフェース回路１の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態において正弦波出力のエンコーダ４から出力される信号の波形を示す図である。
【図３】同実施形態において矩形波出力のエンコーダ４から出力される信号の波形を示す図である。
【図４】同実施形態においてプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３が実行する処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態において矩形波出力のエンコーダ４が使用された場合のデジタル入力部３１およびＡＤ変換部３２に対する入力信号の波形を示す図である。
【図６】同実施形態において正弦波出力のエンコーダ４が使用された場合のデジタル入力部３１およびＡＤ変換部３２に対する入力信号の波形を示す図である。
【図７】同実施形態における矩形波出力用診断処理の内容を示す図である。
【図８】同実施形態における正弦波出力用診断処理の内容を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１はこの発明の一実施形態である速度センサインタフェース回路（以下、インタフェースをＩ／Ｆと略す）１の構成を示すブロック図である。図１には、速度センサＩ／Ｆ回路１に加えて、速度センサであるエンコーダ４が図示されている。この速度センサＩ／Ｆ回路１は、サーボやインバータ等、モータの駆動制御を行うドライブ機器に設けられ、エンコーダ４の出力信号を処理する。図１に示すように、速度センサＩ／Ｆ回路１は、モータの駆動制御を行うプロセッサの内部のプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３と、同プロセッサの外部のセンサ側Ｉ／Ｆ回路２とを有する。
【００１４】
エンコーダ４は、モータの回転軸の回転に応じて波形が変化する信号をセンサ側Ｉ／Ｆ回路２に出力する。このエンコーダ４には、正弦波出力や矩形波出力のエンコーダ等、種々の出力仕様のエンコーダが用いられる。例えば、エンコーダ４として矩形波出力のエンコーダを用いた場合、図３に示すように、各々位相が９０度ずれた矩形波のＡ相信号およびＢ相信号がエンコーダ４から出力される。また、エンコーダ４として正弦波出力のエンコーダを用いた場合には、図２に示すように、位相が互いに９０度ずれた正弦波信号からなるＡ相信号および余弦波信号からなるＢ相信号がエンコーダ４から出力される。
【００１５】
センサ側Ｉ／Ｆ回路２は、エンコーダ４の出力信号をプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３が扱える所定の形式に変換して出力する変換手段である。図１に示すように、センサ側Ｉ／Ｆ回路２は、コンパレータ２１とレベル変換部２２とを有する。ここで、コンパレータ２１は、エンコーダ４の２相の出力信号を所定の閾値と比較することにより所定レベルの２相の矩形波信号ＤＡおよびＤＢをプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３に出力する。レベル変換部２２は、エンコーダ４の２相の出力信号の振幅を調整し、所定レベルの２相の信号ＡＡおよびＡＢとしてプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３に出力する。エンコーダ４の出力信号の振幅は、エンコーダ４の種類により異なるので、エンコーダの種類に応じた複数のセンサ側Ｉ／Ｆ回路２が用意されている。そして、これらのうちモータの速度検出を行うエンコーダ４の種類に応じたセンサ側Ｉ／Ｆ回路２が速度センサＩ／Ｆ回路１に用いられる。
【００１６】
プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３は、デジタル入力部３１と、ＡＤ変換部３２と、エンコーダ種類判定部３３と、エンコーダ診断部３４とを有する。プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３は、センサ側Ｉ／Ｆ回路２を接続するためのインタフェース（図中点線部の「Ｉ／Ｆ」参照）を有する。
【００１７】
デジタル入力部３１は、コンパレータ２１から矩形波であるＡ相信号ＤＡおよびＢ相信号ＤＢを受け取り、それぞれＡ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１として、エンコーダ種類判定部３３とエンコーダ診断部３４の各々に与える。ＡＤ変換部３２は、レベル変換部２２から振幅調整されたエンコーダ４の出力信号であるＡ相信号ＡＡとＢ相信号ＡＢを受け取って、ＡＤ変換を行い、デジタル形式のＡ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２として、エンコーダ種類判定部３３とエンコーダ診断部３４の各々に与える。
【００１８】
エンコーダ種類判定部３３は、Ａ相信号ＳＡ１およびＳＡ２と、Ｂ相信号ＳＢ１およびＳＢ２とを受け取ると、各信号を基にエンコーダ４の種別を判定し、その判定結果をエンコーダ診断部３４に与えるセンサ種類判定手段である。
【００１９】
エンコーダ診断部３４は、速度センサであるエンコーダ４の出力信号の処理を行う手段である。より具体的には、エンコーダ診断部３４は、所定の形式に変換されたエンコーダ４の出力信号であるＡ相信号ＳＡ１およびＳＡ２とＢ相信号ＳＢ１およびＳＢ２を用いて、上記判定結果であるエンコーダ４の種類に対応した故障診断アルゴリズムに従ってエンコーダ４の故障診断を行い、その診断結果を出力する。
以上が、速度センサＩ／Ｆ回路１の詳細である。
【００２０】
次にプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３の動作について説明する。図４は、プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３が実行する処理の内容を示すフローチャートである。デジタル入力部３１は、コンパレータ２１から出力されるＡ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１をエンコーダ種類判定部３３に出力し、ＡＤ変換部３２は、レベル変換部２２から出力されるＡ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２をエンコーダ種類判定部３３に出力する（ステップＳ１００）。エンコーダ種類判定部３３は、Ａ相信号ＳＡ１およびＳＡ２と、Ｂ相信号ＳＢ１およびＳＢ２とを受け取ると、エンコーダ４の種類の判定を行う（ステップＳ１１０）。
【００２１】
図５は、矩形波出力のエンコーダ４が使用された場合にデジタル入力部３１に入力される信号ＤＡおよびＤＢと、ＡＤ変換部３２に入力される信号ＡＡおよびＡＢの各信号波形を示す図である。図６は、正弦波出力のエンコーダ４が使用された場合にデジタル入力部３１に入力される信号ＤＡおよびＤＢと、ＡＤ変換部３２に入力される信号ＡＡおよびＡＢの各信号波形を示す図である。本実施形態において、デジタル入力部３１は、図５または図６に示す信号ＤＡおよびＤＢと同じ波形のＡ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１を出力する。また、ＡＤ変換部３２は、図５または図６に示す信号ＡＡおよびＡＢをＡＤ変換したＡ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２を出力する。
【００２２】
上記ステップＳ１１０の判定において、エンコーダ種類判定部３３は、Ａ相信号ＳＡ１の信号波形の立ち上がりおよび立ち下がりを検出する度にＡ相信号ＳＡ２の信号レベルを検出する処理と、Ｂ相信号ＳＢ１の信号波形の立ち上がりおよび立ち下がりを検出する度にＢ相信号ＳＢ２の信号レベルを検出する処理を実行する。
【００２３】
ここで、エンコーダ４が矩形波出力のエンコーダであり、ＡＤ変換部３２が出力する信号波形が矩形波である場合（図５参照）、Ａ相信号ＳＡ１の立ち上がり時におけるＡ相信号ＳＡ２の信号レベルはＡ相信号ＳＡ１の立ち上がりエッジのジッタの影響によりＨｉレベルまたはＬｏｗレベルとなり、Ａ相信号ＳＡ１の立ち下がり時におけるＡ相信号ＳＡ２の信号レベルもＡ相信号ＳＡ１の立ち下がりエッジのジッタの影響によりＬｏｗレベルまたはＨｉレベルとなる。Ｂ相信号ＳＢ１およびＳＢ２についても同様である。このようにエンコーダ４が矩形波出力のエンコーダである場合、Ａ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１の立ち上がりおよび立ち下がりに応じて、Ａ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２の信号レベルは、ＨｉレベルまたはＬｏｗレベルとなる。エンコーダ種類判定部３３は、このようなＡ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２の挙動を検出すると、エンコーダ４が矩形波出力のエンコーダであると判定し（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、その旨をエンコーダ診断部３４に通知する。
【００２４】
一方、エンコーダ４が正弦波出力のエンコーダであり、ＡＤ変換部３２が出力する信号波形が正弦波である場合（図６参照）、Ａ相信号ＳＡ１の立ち上がり時および立ち下がり時に、Ａ相信号ＳＡ２の零クロス点付近の信号値を検出する。このようにして検出される信号値は、ＨｉレベルとＬｏｗレベルの略中央の値となり、Ａ相信号ＳＡ１の立ち上がり時に検出される信号値と立ち下がり時に検出される信号値とで大きな差はない。Ｂ相信号ＳＢ１およびＳＢ２についても同様である。エンコーダ種類判定部３３は、このようなＡ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２の挙動を検出すると、エンコーダ４が正弦波出力のエンコーダであると判定し（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、その旨をエンコーダ診断部３４に通知する。
【００２５】
エンコーダ診断部３４は、ステップＳ１２０の判定結果に応じて、次のような処理を実行する。ステップＳ１２０の判定結果がＹｅｓの場合、エンコーダ診断部３４は、エンコーダ種類判定部３３から上記通知を受け取ったことを契機として、矩形波出力用診断処理を実行する（ステップＳ１３０）。
【００２６】
図７は、矩形波出力用診断処理の内容を示す図である。この矩形波出力用診断処理では、エンコーダ診断部３４は、Ａ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１の例えば立ち上がりエッジを検出する度に、Ａ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１の各パルス数をカウントするとともに、各カウント値を比較する。
【００２７】
また、エンコーダ診断部３４は、Ａ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１の例えば立ち上がりエッジを検出する度に、Ａ相信号ＳＡ１およびＢ相信号ＳＢ１の各パルスが交互に発生しているか否かを判定する。
【００２８】
また、エンコーダ診断部３４は、Ａ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２を受け取る度に、Ａ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２の各々のＨｉ側およびＬｏｗ側の信号レベルを測定し、測定結果が正常範囲内に収まっているか否かを判定する。
【００２９】
また、エンコーダ診断部３４は、Ａ相信号ＳＡ１およびＳＡ２と、Ｂ相信号ＳＢ１およびＳＢ２の各々を基に、モータの回転速度を算出し、算出結果を正常値と比較する。
【００３０】
そして、エンコーダ診断部３４は、上述した比較結果および判定結果が全て正常であると判断した場合には、エンコーダ４が正常である旨の診断結果を出力し、何れか１項目でも異常があると判断した場合には、エンコーダ４が異常である旨の診断結果を出力する（ステップＳ１５０）。
【００３１】
一方、ステップＳ１２０の判定結果がＮｏの場合、エンコーダ診断部３４は、エンコーダ種類判定部３３から上記通知を受け取ったことを契機として、正弦波出力用診断処理を実行する（ステップＳ１４０）。
【００３２】
図８は、正弦波出力用診断処理の内容を示す図である。この正弦波出力用診断処理では、エンコーダ診断部３４は、以下の処理を除いて、矩形波出力用診断処理と同様の処理を実行する。
【００３３】
より詳細には、エンコーダ診断部３４は、Ａ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２を受け取ると、Ａ相信号ＳＡ２およびＢ相信号ＳＢ２の各々を基に、ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θの値を算出し、その算出結果が正常範囲内に収まっている否かを判定する。そして、エンコーダ診断部３４は、図８に示す各項目が全て正常であると判断した場合には、エンコーダ４が正常である旨の診断結果を出力し、何れか１個でも異常があると判断した場合には、エンコーダ４が異常である旨の診断結果を出力する。
【００３４】
以上、本実施形態によれば、プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３では、エンコーダ種類判定部３３がエンコーダ４の出力信号に基づいてエンコーダ４の種類を判定し、エンコーダ診断部３４はエンコーダ種類判定部３３の判断結果であるエンコーダ４の種類に対応した診断処理によりエンコーダ４の出力信号に基づく故障診断を行う。従って、本実施形態によれば、モータの速度検出に使用するエンコーダ４の種類に応じてプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３の故障診断プログラムを変更する必要がない。
【００３５】
また、本実施形態によれば、プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３とエンコーダ４との間に、複数種類のエンコーダを接続可能なセンサ側Ｉ／Ｆ回路２が介挿され、このセンサ側Ｉ／Ｆ回路２によって、エンコーダ４の出力信号の信号形式が、プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３が扱える信号形式に変換される。従って、エンコーダ４の種類に応じて、プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３のインタフェースを変更する必要がない。
【００３６】
また、本実施形態によれば、エンコーダ種類判定部３３がエンコーダ４の出力信号に基づいてエンコーダ４の種類を判定するので、プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３が搭載されたプロセッサでは、エンコーダ４の種類に応じてエンコーダ４の出力信号を適切に処理し、モータの駆動制御を適切に行うことができる。
【００３７】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば、以下の通りである。
【００３８】
（１）上記実施形態では、エンコーダ４の種類に応じた複数のセンサ側Ｉ／Ｆ回路２が用意されたが、このセンサ側Ｉ／Ｆ回路２の共通化を図ってもよい。具体的には、エンコーダ４からセンサ側Ｉ／Ｆ回路２に入力される信号の振幅を測定し、その測定結果に応じて、コンパレータ２１に与える閾値とレベル変換部２２のゲインを調整する機能をセンサ側Ｉ／Ｆ回路２を設ける。この機能が設けられたセンサ側Ｉ／Ｆ回路２によれば、エンコーダ４の出力信号の振幅がエンコーダ４の種類により変化する状況においても、共通の振幅を持った出力信号がセンサ側Ｉ／Ｆ回路２から得られる。従って、種類の異なるエンコーダ４の出力信号を共通のセンサ側Ｉ／Ｆ回路２により処理することが可能になる。
【００３９】
（２）上記（１）の機能が設けられたセンサ側Ｉ／Ｆ回路２を使用する場合、このセンサ側Ｉ／Ｆ回路２をプロセッサ側Ｉ／Ｆ回路３とともにモータの駆動制御を行うプロセッサ内に設けてもよい。
【００４０】
（３）上記実施形態において、エンコーダ種類判定部３３は、Ａ相信号ＳＡ１の立ち上がり時および立ち下がり時の両タイミングにおけるＡ相信号ＳＡ２の信号値に基づいてエンコーダ４の種類を判定した。しかし、そのようにする代わりに、Ａ相信号ＳＡ１の立ち上がり時におけるＡ相信号ＳＡ２の信号値のみに基づき、Ａ相信号ＳＡ１の立ち下がり時におけるＡ相信号ＳＡ２の信号値のみに基づき、エンコーダ４の種類を判定してもよい。
【００４１】
（４）上記実施形態では、速度センサの種類に応じて、速度センサの故障診断のアルゴリズムを切り換えたが、速度センサの出力信号に基づく故障診断以外の処理のアルゴリズムを切り換えてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…速度センサＩ／Ｆ回路、２…センサ側Ｉ／Ｆ回路、２１…コンパレータ、２２…レベル変換回路、３…プロセッサ側Ｉ／Ｆ回路、３１…デジタル入力部、３２…Ａ／Ｄ変換部、３３…エンコーダ種類判定部、３４…エンコーダ診断部、４…エンコーダ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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