JP5301814B2 - ロータリエンコーダおよび電子制御システム - Google Patents

Description

本発明は、アブソリュート型やインクリメンタル型のロータリエンコーダにおいて異常相出力機能に関するものである。

本発明のロータリエンコーダは、被検出軸と同期回転する円周方向複数の回転スリットを通過した投光素子からの光信号を複数の受光素子で受光し、この受光に応答して受光素子の受光出力から生成出力されるＡ、Ｂ相両信号から被検出軸の回転情報を得るエンコーダである。

図８を参照してインクリメンタル型のロータリエンコーダ１１は、一般的に、投光素子ＬＥＤと２つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２との間に、円周方向等間隔に投光素子ＬＥＤからの光を透過することができる複数のスリット（以下回転スリットと言う）を有する回転スリット板ＲＳと、この回転スリット板ＲＳの一方側に上記スリットと同様に投光素子ＬＥＤからの光を透過することができるスリット（以下固定スリットと言う）を有する固定スリット板ＦＳとを対向配置している（特許文献１）。

この固定スリット板ＦＳの固定スリットは、投光素子ＬＥＤ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ＲＳの回転スリットを通過させて光信号を形成するようになっている。受光素子ＰＤ１，ＰＤ２では上記光信号を受光し、制御手段ＣＰＵでは受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の受光出力から図９（ａ）（ｂ）で示すようなＡ相信号と、Ｂ相信号とを生成し、これらＡ相とＢ相信号から被検出軸の回転状態すなわちその回転方向や回転速度を検出することができるようになっている。

この回転方向の検出では、図９（ｃ）で示すようにＡ相とＢ相信号のバイナリーコードでＡ相信号「０」、Ｂ相信号「０」の組み合わせでは「０」、Ａ相信号「１」、Ｂ相信号「０」の組み合わせでは「２」、Ａ相信号「１」、Ｂ相信号「１」の組み合わせでは「３」、Ａ相信号「０」、Ｂ相信号「１」の組み合わせでは「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。バイナリーコードは「０」「２」「３」「１」「０」「２」…と変化し、信号レベル合計は「０」「１」「２」「１」「０」「１」…と変化する。

そして、上記Ａ相信号とＢ相信号のバイナリーコードの組み合わせでは「０」「０」の組み合わせが存在している。この場合、上記ロータリエンコーダでは図１０で示すように受光素子ＰＤ１，ＰＤ２が電源コモン端子ＣＴに共通に接続されているために、電源コモン端子ＣＴが受光素子ＰＤ１，ＰＤ２に未接続であるときも上記Ａ相信号とＢ相信号のバイナリーコードの組み合わせでは「０」「０」の組み合わせが成立することになる。受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の受光出力はそれぞれ比較回路ＣＰ１，ＣＰ２で比較され、Ａ相信号、Ｂ相信号が生成されるようになっている。

そのため従来のロータリエンコーダ１１では、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２が電源コモン端子ＣＴに未接続の場合では、被検出軸の回転状態を誤検出することになり、ロータリエンコーダを搭載した装置やシステムの信頼性を低下させてしまう要因となるという課題がある。

そして、本出願人は、上記電源コモン端子ＣＴに未接続の状態を検出可能とするために、１８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつＡ相信号とＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転する参照相信号を生成する信号生成手段と、少なくとも上記Ａ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）三者の信号レベルに基づいて上記電源コモン端子ＣＴが上記複数の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２に未接続であるか否かを判定する判定手段とを備えたロータリエンコーダを考えた（平成１９年５月１４日付け出願に係る特願２００７−１２７８５７号参照）。

ところで、ロータリエンコーダは、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共に電子制御システムに組み込まれる場合、上記ロータリエンコーダのＡ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）のうちのいずれかの相が故障している場合、故障の場合は例えば信号レベル「１」（＝ＯＮ）、正常の場合は例えば信号レベル「０」（＝ＯＦＦ）とするフェイルセーフ信号を電子制御装置側に出力するだけであり、電子制御装置側では、上記各相のいずれが故障したかが不明であるから、フェイルセーフ信号により電子制御システムの安全を図る見地から、システム運転を停止する以外に対応が困難であった。

また、フェイルセーフ信号の入力により電子制御装置側ではシステム運転停止等の非常措置を講じることはできても、フェイルセーフ信号の入力後即座にシステム運転停止等の非常措置を講じたのでは例えばエレベータの乗りかごが途中階である場合では不都合である。一方近傍階までは乗りかごを昇降させることが可能なようにシステム構築したとしても、それはあくまで緊急避難的措置であり、上記昇降中に停止する可能性の存在も否定し難い。そこで、本出願人は、鋭意研究をすすめた結果、Ａ、Ｂ相両信号生成側に異常があっても安全にシステム運転が可能なロータリエンコーダを発明することができた。
特開平０７−１３４０４８号公報

本発明により解決すべき課題は、電子制御装置側では安全にシステム運転を行うことを可能としたロータリエンコーダを提供することである。

本発明によるロータリエンコーダは、投光素子からの投光を被検出軸と同期回転する回転スリットを介して受光する複数の受光素子を備え、上記複数の受光素子の受光出力から上記被検出軸の回転情報を含む検出信号を生成するロータリエンコーダにおいて、上記受光素子を複数備え、かつ、これら複数の受光素子それぞれの受光出力に基づき、上記検出信号として電気角で１８０度ごとに反転するＡ相信号と、上記Ａ相信号より電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転するＢ相信号とを生成するメイン系回路と、上記受光素子を複数備え、かつ、これら複数の受光素子それぞれの受光出力に基づき、上記検出信号として上記メイン系回路とは別回路構成にて上記Ａ相信号と、上記Ｂ相信号とを生成するサブ系回路と、上記メイン系回路が正常か異常かを判定すると共に正常判定時は上記メイン系回路からＡ、Ｂ相両信号を出力制御し、異常判定時は上記サブ系回路からＡ、Ｂ相両信号を出力する側に切替制御する制御手段と、を含むことを特徴とするものである。

本発明では、メイン系回路からＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置側に出力している途中等で、上記両相のいずれかが故障した場合、マイクロコンピュータがサブ系回路に切り換えるので、電子制御装置側ではシステム運転を継続することができる。また、ロータリエンコーダ側から電子制御装置側に対して上記故障等によりフェイルセーフ信号が出力された場合、電子制御装置側では、ロータリエンコーダ側の故障原因が不明であっても、フェイルセーフ信号入力によりシステム運転を即座に停止する必要がなくなりシステム運転を安全に行うことができる。また、サブ系回路に切り替わった場合では、メイン系に故障等が存在するので、システム管理者等はロータリエンコーダの故障等に対してメンテナンスを実施しその故障要因等を無くすことができる。

本発明の好ましい一態様は、１８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつＡ相信号とＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転する参照相信号を生成する参照相信号生成回路を備え、上記制御手段は、少なくともＡ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）三者の信号レベルに基づいて上記複数の受光素子が電源コモン端子に共通に接続されているか、接続されていないかを判定すると共に、接続されていないときはフェイルセーフ信号を出力制御する、ことである。

この態様に関して説明すると、Ａ相信号とＢ相信号のバイナリーコードの組み合わせで「０」「０」の組み合わせのタイミングでは、Ａ相信号とＢ相信号二者の信号レベルの合計はゼロであるが、参照相信号の信号レベルが立ち上がり側に反転すると、Ａ相、Ｂ相、参照相三者の信号レベルの合計はゼロにはならないから、受光素子は電源コモン端子に接続されていると判定することができる。一方、Ａ相信号とＢ相信号のバイナリーコードの組み合わせでは「０」「０」の組み合わせのタイミングではＡ相信号とＢ相信号二者の信号レベルの合計はゼロである。そして、このタイミングで電源コモン端子が受光素子に接続されていない場合では、参照相信号の信号レベルが立ち上がり側に反転せず、参照相信号の信号レベルはゼロであり、Ａ相、Ｂ相、参照相三者の信号レベルの合計はゼロとなって、受光素子が電源コモン端子に未接続状態であると判定することができる。その結果、本発明のロータリエンコーダではそれを搭載した装置やシステムは上記判定から稼動前にその挙動を制御することができるのでその信頼性が向上することになる。

本発明の好ましい一態様は、１８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつＡ相信号とＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転する参照相信号を生成する参照相信号生成回路を備え、上記制御手段は、少なくとも上記Ａ相信号、Ｂ相信号、参照相信号からなる三者の信号のいずれが故障したかを検出すると共に、この検出に基づき、三者の信号のうちのいずれの相が異常であるかを特定するデータとして、複数のビット信号の組み合わせデータ、単一信号の１周期内のデューティの組み合わせデータ、および通信データのうちのいずれか１つを出力制御する、ことである。

この態様では、上記データから、Ａ相信号、Ｂ相信号、参照相信号のうちのいずれの相が異常であるかが、電子制御装置側に分かるので、電子制御装置側では、例えばＡ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）のうち、参照相（ｒｅｆ）のみが異常相である場合、システムを運転停止せず、Ａ相、Ｂ相の信号でシステム運転を継続することができ、また、Ａ相のみまたはＢ相のみが異常相の場合、被検出軸の正転、逆転の判断を電子制御装置側はできないが、正常なＡ相またはＢ相の信号でシステムを暫定的に運転することができ、Ａ相、Ｂ相が共に異常相の場合、参照相（ｒｅｆ）の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

なお、本発明は、アブソリュート型のロータリエンコーダでもインクリメンタル型のロータリエンコーダにも適用することができる。

本発明では、Ａ、Ｂ相両信号生成側に異常があっても、電子制御装置側では安全にシステム運転を行うことを可能とするロータリエンコーダを提供することができる。

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およびこのロータリエンコーダを含む電子制御システムを詳細に説明する。実施の形態ではエレベータを制御する電子制御システムに適用しているが、他の電子制御システムにも適用することができる。

図１を参照して、エレベータ装置１は、巻上機３を駆動用モータ５により駆動してロープ７を介して乗りかご９を昇降させる一方、被検出軸である駆動用モータ５のモータ軸１０に取り付けたロータリエンコーダ１１からの検出信号であるＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置１３に入力する。電子制御装置１３では、ロータリエンコーダ１１からの検出信号により駆動用モータ５を駆動制御するようになっている。電子制御装置１３によるエレベータ装置１の制御内容はその他種々あるが、その説明は略する。

図２を参照してロータリエンコーダ１１は図示略の機構に固定されたエンコーダハウジング１２を備え、軸方向一対の軸受１４によりモータ軸１０に支持されている。

図３を参照して実施の形態のロータリエンコーダ１１の基本構成を説明すると、投光素子ＬＥＤは電源と接地との間に電流制限抵抗Ｒ０、トランジスタＴＲ０と共に直列に挿入接続され図示略の駆動回路出力でオンオフするトランジスタＴＲ０を通じて投光動作する。

受光素子側では、メイン系回路とサブ系回路とを備え、メイン系、サブ系共、Ａ相信号生成回路ＭａｉｎＡ，ＳｕｂＡ、Ｂ相信号生成回路ＭａｉｎＢ，ＳｕｂＢ，参照相信号生成回路ＭａｉｎＲ，ＳｕｂＲ、を有する。

メイン系回路ＭａｉｎＡ，ＭａｉｎＢ，ＭａｉｎＲにおいて、投光素子ＬＥＤからの投光を回転スリット板ＲＳと、固定スリット板ＦＳとを介して受光素子ＰＤ（ａ＋），ＰＤ（ａ−），ＰＤ（ｂ＋），ＰＤ（ｂ−），ＰＤ（ｒｅｆ＋），ＰＤ（ｒｅｆ−）で受光する。この受光素子ＰＤの（ａ＋）、…の意味は後述する。回転スリット板ＲＳ、固定スリット板ＦＳは図解の都合で略示している。これら受光素子ＰＤ（ａ＋），ＰＤ（ａ−），ＰＤ（ｂ＋），ＰＤ（ｂ−），ＰＤ（ｒｅｆ＋），ＰＤ（ｒｅｆ−）それぞれの出力は比較回路ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３で比較され、比較回路ＣＰ１からはメインＡ相信号（Ａ）、比較回路ＣＰ２からはメインＢ相信号（Ｂ）、比較回路ＣＰ３からはメイン参照相信号（ｒｅｆ）が出力される。これらメインＡ相信号、メインＢ相信号は出力回路部ＲＤ１，ＲＤ２を介して電子制御装置１３に出力されると共に、メインＡ相信号、メインＢ相信号と共にメイン参照相信号（ｒｅｆ）は出力回路部ＲＤ３を介して制御手段であるマイクロコンピュータＭＣに入力される。

サブ系各回路ＳｕｂＡ，ＳｕｂＢ，ＳｕｂＲにおいて、投光素子ＬＥＤからの投光を回転スリット板ＲＳと、固定スリット板ＦＳとを介して受光素子ＰＤ´（ａ＋），ＰＤ´（ａ−），ＰＤ´（ｂ＋），ＰＤ´（ｂ−），ＰＤ´（ｒｅｆ＋），ＰＤ´（ｒｅｆ−）で受光する。この受光素子ＰＤの（ａ＋）、…の意味は後述する。回転スリット板ＲＳ、固定スリット板ＦＳは図解の都合で略示している。これら受光素子ＰＤ´（ａ＋），ＰＤ´（ａ−），ＰＤ´（ｂ＋），ＰＤ´（ｂ−），ＰＤ´（ｒｅｆ＋），ＰＤ´（ｒｅｆ−）それぞれの出力は比較回路ＣＰ１´，ＣＰ２´，ＣＰ３´で比較され、比較回路ＣＰ１´からはサブＡ相信号（Ａ´）、比較回路ＣＰ２´からはサブＢ相信号（Ｂ´）、比較回路ＣＰ３´からはサブ参照相信号（ｒｅｆ´）が出力される。これらサブＡ相信号、サブＢ相信号は出力回路部ＲＤ１´，ＲＤ２´を介して電子制御装置１３に出力されると共に、サブＡ相信号、サブＢ相信号と共にサブ参照相信号（ｒｅｆ´）は出力回路部ＲＤ３´を介してマイクロコンピュータＭＣに切替入力される。

マイクロコンピュータＭＣはメインＡ相信号、メインＢ相信号およびメイン参照相信号により電源コモン端子ＣＴが未接続であるか否かを判定することができるようになっている。また、マイクロコンピュータＭＣはメイン系各回路に故障があるかどうかを判定すると共に、故障がある場合はサブ系各回路に切り替え、サブＡ相信号、サブＢ相信号およびサブ参照相信号により電源コモン端子ＣＴが未接続であるか否かを判定することができるようになっている。

この場合、メイン回路ＭａｉｎＡ，ＭａｉｎＢ，ＭａｉｎＲは切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のノーマルクローズ接点ＮＣに、サブ回路ＳｕｂＡ，ＳｕｂＢ，ＳｕｂＲは切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のノーマルオープン接点ＮＯに接続され、各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３はマイクロコンピュータＭＣの制御指令に応答する接点切替駆動部ＣＣにより切替される。実施の形態では図解上の説明のためメイン系とサブ系の切り替えに切替スイッチを用いたが、これに限定される趣旨ではなんらない。

以上のロータリエンコーダ１１では、メイン系各回路ＭａｉｎＡ，ＭａｉｎＢ，ＭａｉｎＲが正常である場合、投光素子ＬＥＤ、回転スリットｒｓ、固定スリットｆｓ、受光素子ＰＤ（ａ＋），ＰＤ（ａ−），ＰＤ（ｂ＋），ＰＤ（ｂ−），ＰＤ（ｒｅｆ＋），ＰＤ（ｒｅｆ−）、比較回路ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３により、１８０度ごとに信号レベルが反転するメインＡ相信号と、Ａ相より電気角で９０度位相がずれて１８０度ごとに信号レベルが反転するメインＢ相信号と、１８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつメインＡ相信号とメインＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転するメイン参照相信号を生成される。また、メイン系各回路ＭａｉｎＡ，ＭａｉｎＢ，ＭａｉｎＲが故障等によりサブ系各回路ＳｕｂＡ，ＳｕｂＢ，ＳｕｂＲに切替られると、投光素子ＬＥＤ、回転スリットｒｓ、固定スリットｆｓ、受光素子ＰＤ´（ａ＋），ＰＤ´（ａ−），ＰＤ´（ｂ＋），ＰＤ´（ｂ−），ＰＤ´（ｒｅｆ＋），ＰＤ´（ｒｅｆ−）、比較回路ＣＰ１´，ＣＰ２´，ＣＰ３´により、１８０度ごとに信号レベルが反転するサブＡ相信号と、Ａ相より電気角で９０度位相がずれて１８０度ごとに信号レベルが反転するサブＢ相信号と、１８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつサブＡ相信号とサブＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転するサブ参照相信号とが生成される。

図４を参照して、実施の形態のロータリエンコーダの機械的構成を説明する。図４（ａ）にメイン系、図４（ｂ）にサブ系を示す。

図４（ａ）のメイン系において、ｒｓは回転スリット板ＲＳに円周方向等間隔に形成された回転スリットである。図中、回転スリット板ＲＳにおいて、回転スリットｒｓの部分は図解上は白抜きで、回転スリットｒｓ間は投光素子ＬＥＤの投光を遮光する部分であり、図解上はハッチングで示す。固定スリット板ＦＳはこの回転スリットｒｓに対向する固定スリットｆｓを有する。固定スリットｆｓは説明の都合で、投光素子ＬＥＤの光を１８０度ごとに反転する光信号ａ＋を生成する固定スリットをｆｓ（ａ＋）、光信号ａ＋に対して電気角で１８０度ずれて１８０度ごとに反転する光信号ａ−を生成する固定スリットをｆｓ（ａ−）、投光素子ＬＥＤの光を光信号ａ＋に電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転する光信号ｂ＋を生成する固定スリットをｆｓ（ｂ＋）、光信号ｂ＋に対して電気角で１８０度ずれて１８０度ごとに反転する光信号ｂ−を生成する固定スリットをｆｓ（ｂ−）、光信号ａ＋と光信号ｂ＋の信号レベルが共にゼロのタイミングで立ち上がり１８０度ごとに信号レベルが反転する光信号ｒｅｆ＋を生成する固定スリットをｆｓ（ｒｅｆ＋）、光信号ａ−と光信号ｂ−の信号レベルが共にゼロのタイミングで立ち上がり１８０度ごとに信号レベルが反転する光信号ｒｅｆ−を生成する固定スリットをｆｓ（ｒｅｆ−）と称する。

メイン系受光素子ＰＤもそれぞれの固定スリットｆｓ（ａ＋），ｆｓ（ａ−），ｆｓ（ｂ＋），ｆｓ（ｂ−），ｆｓ（ｒｅｆ＋），ｆｓ（ｒｅｆ−）それぞれに合わせて、ＰＤ（ａ＋），ＰＤ（ａ−），ＰＤ（ｂ＋），ＰＤ（ｂ−），ＰＤ（ｒｅｆ＋），ＰＤ（ｒｅｆ−）と称しており、それぞれの受光素子ＰＤ（ａ＋），ＰＤ（ａ−），ＰＤ（ｂ＋），ＰＤ（ｂ−），ＰＤ（ｒｅｆ＋），ＰＤ（ｒｅｆ−）は、対応する固定スリットｆｓ（ａ＋）、ｆｓ（ａ−）、（ｂ＋）、ｆｓ（ｂ−）、ｆｓ（ｒｅｆ＋）、ｆｓ（ｒｅｆ−）を通過した光信号ａ＋，ａ−，ｂ＋，ｂ−，ｒｅｆ＋，ｒｅｆ−を受光する。光信号ａ＋、ａ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ（ａ＋）とＰＤ（ａ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ１で比較されてＡ相信号が生成され、光信号ｂ＋、ｂ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ（ｂ＋）とＰＤ（ｂ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ２で比較されてＢ相信号が生成され、光信号ｒｅｆ＋、ｒｅｆ−をそれぞれ受光した受光素子ＰＤ（ｒｅｆ＋）とＰＤ（ｒｅｆ−）それぞれの出力は上記したように比較回路ＣＰ３で比較されて参照相信号が生成される。

図４（ｂ）に示すサブ系は、図４（ａ）のメイン系と対応しているから、その説明は略する。実施の形態のロータリエンコーダ１１は、上記のようにメイン系とサブ系とを有するものであり、メイン系に異常があると、サブ系に切り替わるだけであり、メイン系とサブ系は同じである。

図５（ａ）〜（ｃ）を参照して上記メイン系、サブ系それぞれのＡ相信号（Ａ，Ａ´）とＢ相信号（Ｂ，Ｂ´）は出力回路ＲＤ１−ＲＤ３，ＲＤ１´−ＲＤ３´内部で図５（ａ）、図５（ｂ）で示すデジタルのＡ相信号、Ｂ相信号に変換される。バイナリーコードではＡ相信号が「０」、Ｂ相信号が「０」のタイミングでは「０」、Ａ相信号が「１」、Ｂ相信号が「０」のタイミングでは「２」、Ａ相信号が「１」、Ｂ相信号が「１」のタイミングでは「３」、Ａ相信号が「０」、Ｂ相信号が「１」のタイミングでは「１」となり、この「０」「２」「３」「１」の順序では背景技術で説明したように回転方向が一方側例えば時計回り、逆順序では反時計回りと検出判定することができる。また、Ａ相信号等の単位時間当たりの数のカウントにより回転速度を検出することができる。

そして、マイクロコンピュータＭＣはＡ相信号、Ｂ相信号および参照相信号の三者信号を入力すると共に、入力したＡ相信号、Ｂ相信号、参照相信号の三者の信号レベルがすべてゼロとなる場合には、電源コモン端子ＣＴが未接続と判定する。すなわち、マイクロコンピュータＭＣは、図５（ａ）〜図５（ｃ）で示すＡ相信号、Ｂ相信号、参照相信号（ｒｅｆ）ではいずれも同時にゼロになるタイミングにはなっていないので、電源コモン端子ＣＴが未接続ではないと判定する一方、図５（ａ）〜図５（ｃ）では示していないが、Ａ相信号（Ａ，Ａ´）、Ｂ相信号（Ｂ，Ｂ´）、参照相信号（ｒｅｆ，ｒｅｆ´）すべての信号レベルがゼロになるタイミングがあるときは、そのタイミングで電源コモン端子ＣＴが未接続であると判定する。

以上のように実施の形態では、メイン系でもサブ系でも受光素子が電源コモン端子ＣＴに未接続状態であると判定することができ、結果、実施の形態のロータリエンコーダではそれを搭載した装置やシステムの信頼性が向上することになる。

図６を参照して、実施の形態の電子制御システムのブロック構成を説明する。図６ではロータリエンコーダ１１ではマイクロコンピュータＭＣのみ示す。電子制御システムは、ロータリエンコーダ１１と、電子制御装置１３と、駆動用モータ５と、を備える。電子制御装置１３は図６以外にも種々の信号を入出力するが、図６では図示を略する。

ロータリエンコーダ１１のマイクロコンピュータＭＣは、相信号入力部Ｍ１と、投光素子駆動部Ｍ２と、フェイルセーフ信号出力部Ｍ３と、ＣＰＵＭ４と、メモリＭ５と、メイン系／サブ系回路切替部Ｍ７を備える。これらは内部バスＭ６で相互接続されている。

マイクロコンピュータＭＣにおいて、相信号入力部Ｍ１はメイン系とサブ系それぞれのＡ相信号、Ｂ相信号、参照相信号を入力処理する。投光素子駆動部Ｍ２はトランジスタＴＲ０に駆動信号を出力する。フェイルセーフ信号出力部Ｍ３はロータリエンコーダ１１が動作異常であるときにフェイルセーフ信号を電子制御装置１３に出力する。電子制御装置１３はフェイルセーフ信号に応答して駆動用モータ５の回転を安全側に制御して電子制御システムの安全性を確保する。

メモリＭ５は、フラッシュメモリ、マスクＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種メモリで構成されている。メモリＭ５は、ＣＰＵＭ４がロータリエンコーダ１１全体の動作を実行するための実行プログラム、ＣＰＵＭ４が動作異常判定を行うための動作異常判定プログラム、その他のプログラムが格納されている。

図７を参照して動作異常判定プログラムを説明する。

ＣＰＵＭ４は、Ａ相信号、Ｂ相信号、参照相信号のいずれが故障したかを検出する検出手段を構成する。ＣＰＵＭ４はまた、以下の（１）−（３）のいずれかによる異常相出力手段を構成することができる。

（１）ＣＰＵＭ４とフェイルセーフ信号出力部Ｍ３は、上記三者の信号のうちのいずれの相が異常相であるかを特定するデータとして、複数のビット信号の組み合わせデータを出力する異常相出力手段を構成する。

この異常相出力手段について図７（ａ）を参照して説明する。

フェイルセーフ信号出力部Ｍ３からは２つの第１、第２フェイルセーフ信号が出力される。これら第１、第２フェイルセーフ信号は上記ビット信号となる。

ＣＰＵＭ４は、参照相（ｒｅｆ）が異常相の場合では、図７（ａ）で第１フェイルセーフ信号を「０」、第２フェイルセーフ信号を「０」として電子制御装置１３側に第１、第２フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、上記両フェイルセーフ信号を２ビット信号としてとらえ、「００」の組み合わせにより、参照相（ｒｅｆ）が異常相であると把握することができ、システムを運転停止せず、Ａ相、Ｂ相の信号でシステム運転を継続することができる。

ＣＰＵＭ４は、Ａ相が異常相の場合、図７（ａ）で第１フェイルセーフ信号を「０」、第２フェイルセーフ信号を「１」として電子制御装置１３側に第１、第２フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、上記両フェイルセーフ信号を２ビット信号としてとらえ、「０１」の組み合わせにより、Ａ相が異常相であると把握することができ、モータ５の正転、逆転の判断を電子制御装置１３側はできないが、正常なＢ相の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

ＣＰＵＭ４は、Ｂ相が異常相の場合、図７（ａ）で第１フェイルセーフ信号を「１」、第２フェイルセーフ信号を「０」として電子制御装置１３側に第１、第２フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、上記両フェイルセーフ信号を２ビット信号としてとらえ、「１０」の組み合わせにより、Ｂ相が異常相であると把握することができ、モータ５の正転、逆転の判断を電子制御装置側はできないが、正常なＡ相の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

ＣＰＵＭ４は、Ａ相、Ｂ相が共に異常相の場合、図７（ａ）で第１フェイルセーフ信号を「１」、第２フェイルセーフ信号を「１」として電子制御装置１３側に第１、第２フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、上記両フェイルセーフ信号を２ビット信号としてとらえ、「１１」の組み合わせにより、Ａ相、Ｂ相が共に異常相であると把握することができ、参照相（ｒｅｆ）の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

（２）また、ＣＰＵＭ４とフェイルセーフ信号出力部Ｍ３は、上記三者の信号のうちのいずれの相が異常相であるかを特定するデータとして、単一信号の１周期内のデューティの組み合わせデータを出力する異常相出力手段を構成する。

この異常相出力手段を図７（ｂ）を参照して説明する。

フェイルセーフ信号出力部Ｍ３からはＡ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）それぞれの異常相に対応したデューティのフェイルセーフ信号が電子制御装置１３に出力される。

ＣＰＵＭ４は、参照相（ｒｅｆ）が異常相の場合では、図７（ｂ）でフェイルセーフ信号のデューティを５０％として電子制御装置１３側に当該フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、フェイルセーフ信号のデューティが５０％のときは、参照相（ｒｅｆ）が異常相であると把握することができ、システムを運転停止せず、Ａ相、Ｂ相の信号でシステム運転を継続することができる。

ＣＰＵＭ４は、Ａ相が異常相の場合、図７（ｂ）でフェイルセーフ信号デューティを３０％として電子制御装置１３側に当該フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、フェイルセーフ信号のデューティが３０％のとき、Ａ相が異常相であると把握することができ、モータ５の正転、逆転の判断を電子制御装置１３側はできないが、正常なＢ相の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

ＣＰＵＭ４は、Ｂ相が異常相の場合、図７（ｂ）でフェイルセーフ信号のデューティを２０％として電子制御装置１３側に当該フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、フェイルセーフ信号のデューティが２０％のとき、Ｂ相が異常相であると把握することができ、モータ５の正転、逆転の判断を電子制御装置１３側はできないが、正常なＡ相の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

ＣＰＵＭ４は、Ａ相、Ｂ相が共に異常相の場合、図７（ｂ）でフェイルセーフ信号のデューティを１０％として電子制御装置１３側に当該フェイルセーフ信号を出力する。電子制御装置１３では、フェイルセーフ信号のデューティが１０％のときＡ相、Ｂ相が共に異常相であると把握することができ、参照相（ｒｅｆ）の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

（３）また、ＣＰＵＭ４は、異常相出力手段として、上記三者の信号のうちのいずれの相が異常相であるかを特定するデータを電子制御装置（ＥＣＵ）１３側の図示略のＣＰＵとデータ通信する。ＣＰＵＭ４は、Ａ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）それぞれの異常相に対応したデータを含む通信信号を電子制御装置（ＥＣＵ）１３の図示略のＣＰＵに送信する。このデータ通信は、ロータリエンコーダ１１のＣＰＵＭ４と電子制御装置（ＥＣＵ）１３の図示略のＣＰＵとの間で互いの通信ポートを用いて例えばＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）等の通信方式により相互のデータを送受信することができる。あるいは上記ＵＡＲＴ方式に代えてＣＳＩ（Ｃｌｏｃｋｅｄ Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）方式等の簡易なものでもよい。このＣＳＩ方式ではロータリエンコーダ１１のＣＰＵＭ４と電子制御装置（ＥＣＵ）１３の図示略のＣＰＵそれぞれの信号端子を通じてクロック同期通信でデータの送受信を行う。

以上の実施の形態において、ＣＰＵＭ４は、メイン系のＡ相信号、Ｂ相信号、参照相信号を監視することにより、メイン系回路が異常であると判定した場合、メイン系／サブ系回路切替部Ｍ７を制御して切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をノーマルオープン接点ＮＯに切替える。これによって、サブ系各回路からＡ相信号（Ａ´）、Ｂ相信号（Ｂ´）、参照相信号（ｒｅｆ´）が入力される。また、ＣＰＵＭ４は同時にフェイルセーフ信号出力部Ｍ３からフェイルセーフ信号を電子制御装置１３側に出力する。

電子制御装置１３側では、メイン系各回路に故障等があっても、ロータリエンコーダ１１からはサブ系各回路からＡ相信号（Ａ´）、Ｂ相信号（Ｂ´）、参照相信号（ｒｅｆ´）が入力されるので、システム運転を継続することができると共に、フェイルセーフ信号からロータリエンコーダ１１に異常等があることを判定できると同時に、その異常がどの相異常によるかを判定することができる。

この場合、実施の形態のロータリエンコーダ１１と電子制御装置１３とを備えた電子制御システムでは、Ａ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）のうち、参照相（ｒｅｆ）のみが異常相である場合、システムを運転停止せず、Ａ相、Ｂ相の信号でシステム運転を継続することができ、また、Ａ相のみまたはＢ相のみが異常相の場合、モータ軸１０の正転、逆転の判断を電子制御装置１３側はできないが、正常なＡ相またはＢ相の信号でシステムを暫定的に運転することができ、Ａ相、Ｂ相が共に異常相の場合、参照相（ｒｅｆ）の信号でシステムを暫定的に運転することができる。

以上説明したように実施の形態では、メイン系各回路からＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置１３側に出力している途中等で、上記両相のいずれかが故障した場合、マイクロコンピュータＭＣがサブ系各回路に切り換えてメイン系と同様のサブ系のＡ、Ｂ相両信号を電子制御装置１３に出力することができるので、電子制御装置１３側ではシステム運転を継続することができる。また、ロータリエンコーダ１１側から電子制御装置１３側に対して上記故障等によりフェイルセーフ信号が出力された場合、電子制御装置１３側では、ロータリエンコーダ１１側の故障原因が不明であっても、フェイルセーフ信号入力によりシステム運転を即座に停止する必要がなくなりシステム運転を安全に行うことができる。また、サブ系各回路に切り替わった場合では、メイン系に故障等が存在するので、システム管理者等はロータリエンコーダ１１の故障等に対してメンテナンスを実施しその故障要因等を無くすことができる。

図１は本発明の実施の形態に係る電子制御システムの概略構成を示す図である。 図２はロータリエンコーダがモータ軸に軸受で支持されている状態を示す図である。 図３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構成を示す図である。 図４は回転スリットと、固定スリットとの対応関係の説明に供する図である。 図５はＡ相信号、Ｂ相信号、参照相（ｒｅｆ）信号の信号レベルの関係を示す図である。 図６は実施の形態のロータリエンコーダのマイクロコンピュータと電子制御装置（ＥＣＵ）と駆動用モータとを示すブロック図である。 図７（ａ）は異常相を２つのフェイルセーフ信号の組み合わせで特定する例を示す図、図７（ｂ）は異常相をフェイルセーフ信号のデューティの組み合わせで特定する例を示す図である。 図８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９（ａ）はＡ相信号、図９（ｂ）はＢ相信号、図９（ｃ）はバイナリ−コードと信号レベル合計とを示す図である。 図１０は従来のロータリエンコーダの電気的な概略構成を示す図である。

符号の説明

１１ ロータリエンコーダ
１３ 電子制御装置
ＰＤ 受光素子
ＭＣ マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims (5)

1. 投光素子からの投光を被検出軸と同期回転する回転スリットを介して受光する複数の受光素子を備え、上記複数の受光素子の受光出力から上記被検出軸の回転情報を含む検出信号を生成するロータリエンコーダにおいて、
   上記受光素子を複数備え、かつ、これら複数の受光素子それぞれの受光出力に基づき、上記検出信号として電気角で１８０度ごとに反転するＡ相信号と、上記Ａ相信号より電気角で９０度ずれ１８０度ごとに反転するＢ相信号とを生成するメイン系回路と、
   上記受光素子を複数備え、かつ、これら複数の受光素子それぞれの受光出力に基づき、上記検出信号として上記メイン系回路とは別回路構成にて上記Ａ相信号と、上記Ｂ相信号とを生成するサブ系回路と、
   上記メイン系回路が正常か異常かを判定すると共に正常判定時は上記メイン系回路からＡ、Ｂ相両信号を出力制御し、異常判定時は上記サブ系回路からＡ、Ｂ相両信号を出力する側に切替制御する制御手段と、
   を含むことを特徴とするロータリエンコーダ。
2. １８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつＡ相信号とＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転する参照相信号を生成する回路を設け、
   上記制御手段は、少なくともＡ相、Ｂ相、参照相（ｒｅｆ）三者の信号レベルに基づいて上記複数の受光素子が電源コモン端子に共通に接続されているか、接続されていないかを判定すると共に、接続されていないときはフェイルセーフ信号を出力制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. １８０度ごとに信号レベルが反転するものでかつＡ相信号とＢ相信号それぞれの信号レベルが共にゼロのときのタイミングで立ち上がり側に反転する参照相信号を生成する回路を備え、
   上記制御手段は、少なくとも上記Ａ相信号、Ｂ相信号、参照相信号からなる三者の信号のいずれが故障したかを検出すると共に、この検出に基づき、三者の信号のうちのいずれの相が異常であるかを特定するデータとして、複数のビット信号の組み合わせデータ、単一信号の１周期内のデューティの組み合わせデータ、および通信データのうちのいずれか１つを出力制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
4. 上記制御手段をマイクロコンピュータにより構成した、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のロータリエンコーダ。
5. 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マイクロコンピュータ内蔵の電子制御装置と、
   を備えた電子制御システムにおいて、
   上記ロータリエンコーダに、請求項４に記載のロータリエンコーダを用いた、ことを特徴とする電子制御システム。

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