专利名称：异常监视装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在例如逆变器(inverter)和伺服系统等对电机进行驱动的电力变换 器中，用于对脉冲编码器(下面，也简称为编码器)的异常和配线系统的异常进行检测，实 现安全功能的异常监视装置。
背景技术：
根据安装在电机的输出轴上的脉冲编码器的输出信号，运算电机速度和转子位 置，反馈该运算值从而对电机进行可变速驱动的逆变器和伺服系统正在普及。在这些装置 中，如果编码器的输出信号存在异常，则难以进行正常的运转，因此历来提案有各种检测编 码器的异常和配线系统的异常而将运转停止的方法。例如，在专利文献1 (日本特开2008-232978号公报)中，公开有如下的配线异常 检测装置为了进行异常监视而利用微处理器的内部功能，由此减少部件数量而使电路最 小限度化，实现费用的降低。在该现有技术(为了便于说明，称为第一现有技术)中，首先，将编码器的输出信 号作为模拟信号输入配线异常检测装置。然后，对上述模拟信号进行A/D (模拟/数字)转 换，在转换后的电压电平除去过渡状态成为规定的中间电压电平的情况下，判断在信号系 统发生了不完全接触或短路而检测出异常。下面，参照图23，对该现有技术的电路结构和动作进行说明。在图23中，配线异常检测装置100包括微处理器120、程序存储器121、AD转换 器123、定电压电源电路130、缓冲放大器135、串联电阻131a、131b、滤波电容器132a、132b、 和下拉电阻134a、134b。此外，122是微处理器120内的存储器。此外，110是用于对电机(未图示)的旋转角度进行检测的旋转编码器。该编码器 110由以下部分构成作为旋转角度检测信号输出两相(A相、B相)的信号的旋转角度检测 电路115 ；作为A相、B相信号输出用晶体管的传感器开关llla、lllb ；吊线二极管(dropper diode) 112a、112b、113a、113b ；和分泄电阻(bleeder resistor) 114a、114b。进一步，101是直流电源，102是电源开关，103是接地线，104是电源线，105、106是 信号线。此外，编码器110中的A、B是A相信号、B相信号的输出端子。配线异常检测装置 100中的Al、A2表示模拟输入信号，微处理器120中的Dl、D2表示传感器开关11 la、11 lb 的开闭逻辑信号，Vm表示监视电压。作为旋转编码器110的动作，当传感器开关llla、lllb根据旋转角度检测电路115 的输出信号而接通或者断开时，由于吊线二极管112a、112b、113a、113b和分泄电阻114a、 114b的作用，发生电压下降。通过使该电压下降的电压作为A相信号、B相信号从输出端子 A、B输出，经信号线105、106输入配线异常检测装置100，进行如下所述的异常检测动作。图24表示输入配线异常检测装置100的A相、B相的模拟输入信号A1、A2的特性。 下面，对A相的模拟输入信号A1的特性进行说明，B相的模拟输入信号A2也为完全相同的
5动作。当传感器开关111a接通时，由于吊线二极管112a的接通电压下降，使得检测出图 24的电压电平\。另一方面，当传感器开关111a断开时，由于分泄电阻114a和吊线二极管 113a的电压下降，检测出电压电平VH。另外，实际上，考虑吊线二极管112a、113a的特性的 偏差，将以电压电平\、VH为中心的一定范围内分别作为正常“L”电平、正常“H”电平。如上所述，通过判定模拟输入信号的电压电平是为“L”电平还是为“H”电平，检测 旋转角度检测用的脉冲的有无。此时，例如如果在信号线105上发生断线或信号线105与地面接地，则不能检测出 上述的电压下降成分，模拟输出信号被固定为接地电平，因此能够检测出异常的发生。另外，在编码器110的输出端子A与正侧电源V。。短路的情况下，模拟输入信号被 固定在比VH高的电压电平，因此同样地能够检测出发生异常的情况。进一步，当发生正侧 电源V。。与地的不完全接触、或与其他信号线的接触时，模拟输入信号作为图24的中间电压 电平(逻辑判定电平)Vsl或者Vs2被检测出，在这些中间电压Vsl或者Vs2在一定期间持续 存在的情况下也判断为异常。另外，在传感器开关111a的接通、断开的切换时，A相的模拟输入信号A1的电压 波形被由串联电阻131a和滤波电容器132a构成的低通滤波器滤波。因此，根据取样定时 的不同，即使在正常情况下也过渡地检测出中间电压电平Vsl、Vs2，结果是，存在误检测出异 常的可能。为了防止上述误检测，在该现有技术中，在检测出中间电压电平Vsl、Vs2的情况下， 进行详细判定。于是，判断该中间电压电平Vsl、vs2是过渡地产生的还是在一定期间持续地 产生的，在一定期间持续存在的情况下，判断为由上述的正侧电源V。。与地的不完全接触或 与其他信号线的接触引起的异常。另外，作为另一个现有技术(为了便于说明，称为第二现有技术)，已知有如下方 法将从编码器输出的两相信号(相位不同的A相信号和B相信号)进行A/D转换之后输 入个别的计数器，分别对一定期间的脉冲数进行计数，根据这些脉冲数对异常进行检测。例如，在电机旋转时，与其旋转速度相应的脉冲数作为A相信号、B相信号被测量， 但如果一方的相的信号线断线或者与电源线或接地线接触，则各相的脉冲数产生误差。因 此，通过比较各相的脉冲数，能够检测异常。此外，通过将与各相的脉冲数相当的速度检测 值与现在的速度指令值等相比较，不仅能够检测一方的相的异常，还能够检测两相的同时 异常。接着，对这些现有技术所存在的问题进行说明。根据第一现有技术，即使在电机停止的情况下，也能够根据输入配线异常检测装 置100的模拟信号的电压电平检测配线异常。但是，在电机的运转中，难以判断配线异常， 存在即使在配线正常的情况下也错误地判断为异常的问题。其理由如下所述。一般而言，在编码器中，电机等旋转体的每一机械周期(在为旋转电机的情况下 为一旋转)的输出信号数已被决定，当成为高速时输出信号的间隔变短。另一方面，微处理 器等运算处理装置通常以一定的周期进行运算处理，因此来自编码器的输出信号的间隔往 往与运算处理装置的运算周期相比大幅变短。此时，存在如下情况如果运算处理装置侧的AD转换器的取样定时在编码器的输出信号变化时偶然一致，则会连续地检测到上述那样的中间电压电平，即使配线系统正常 也错误地判断为异常。图25是表示上述的误判断时的编码器输出信号、AD转换取样定时、电源电压V。、 模拟输入信号的电压电平的检测值、和接地电平的时序图。如图所示，当AD转换取样定时的周期相对于编码器输出信号的周期变为特定倍 时，各取样定时的检测值变得相等，由此存在误认为模拟输入信号的电压电平被固定在中 间电压电平(即，为异常)的可能性。为了防止这样的误判断而提高装置的可靠性，使用取样定时的周期短的高速的AD 转换器是有效的，但高速的AD转换器一般高价，因此存在装置的费用上升这样的问题。对此，在第二现有技术中，在根据两相的脉冲数来检测异常的原理上，在电机停止 的状态下不能够进行异常检测。因此，需要另外准备电机停止时的异常检测单元，这成为费 用上升的原因。此外，如果将第一现有技术和第二现有技术组合，能够构成能应对电机运转时、停 止时两种情况的异常检测装置，但在下面这样的情况下不能进行异常检测。(1)编码器的两相的输出信号的相位异常的情况。例如，由于信号线部分短路，导致两相的输出信号的间隔暂时变动的情况。在此情况下，只有在由于电机的运转而产生编码器的输出信号时能够检测异常， 此外，如第二现有技术那样，仅比较脉冲的数量不能检侧异常。(2)本来由于异常而应该在两相的脉冲数之间存在差异，但因噪声等导致输出信 号振荡，偶尔两相的脉冲数一致的情况。除上述情况以外，还存在如下情况由于在异常时也存在由于其他的原因而导致 脉冲数没有产生差异的情况，因此存在不能检测异常的情况。
发明内容
于是，本发明的目的在于，提供一种可靠性高的异常监视装置，其能够检测出在现 有技术中不能应对的各种异常。此外，本发明的另一个目的在于，提供一种廉价的异常监视装置，其利用微型计算 机(下面，简称为微机)等运算处理装置所具有的功能。为了实现上述目的，在本发明中，将对旋转体的位置进行检测的编码器的输出信 号作为模拟信号输入控制装置，根据模拟输入信号的电压电平对在旋转体停止时发生的异 常进行检测。此外，在旋转体的旋转时，使用转换至少两相(two phases)的模拟输入信号 而得的数字信号，将各相的一定周期内的脉冲数的差与规定的阙值比较。进一步，分别对将 相位不同的两个以上的数字信号合成而得的合成信号的脉冲宽度、或者各相的数字信号的 脉冲宽度进行监视而检测异常。即，在本发明的异常监视装置中，从编码器输出的例如两相的位置检测信号，经由 电缆等配线系统作为模拟信号被输入到控制装置。该控制装置，包括用于对编码器或配线系统的异常进行检测的第一、第二、第三 异常检测单元、或者第一、第二、第四异常检测单元，这些异常检测单元例如通过作为运算 处理装置的微机被实现。
第一异常检测单元，根据对模拟输入信号进行A/D转换而得的数字信号检测出模 拟输入信号的电压电平，在该电压电平位于规定的范围内的情况下，判断编码器或配线系 统存在异常。第二异常检测单元，求取与两相的模拟输入信号对应的数字信号的脉冲数的差， 在该差为规定的阙值以上的情况下，判断编码器或配线系统存在异常。 进一步，第三异常检测单元，将在第二异常检测单元使用的两相数字信号合成，根 据该合成信号的脉冲宽度与过去的脉冲宽度不同的情况，判断编码器或配线系统存在异
堂
巾o第四异常检测单元，根据两相数字信号的脉冲宽度与各自的过去的脉冲宽度不同 的情况，或者与另一相的脉冲宽度相互不同的情况，判断编码器或配线系统存在异常。根据第一异常检测单元，能够检测旋转体停止期间的异常，根据第二、第三或第四 异常检测单元，能够检测旋转体旋转时的异常。另外，控制装置具有偏压产生单元，在编码器的输出为“高(High) ”电平时，模拟输 入信号的电压电平成为从电源电压减去偏压量而得的模拟高电平，并且，在编码器的输出 为“低(Low)，，电平时，模拟输入信号的电压电平成为在接地电平上加上偏压量而得的模拟 低电平。这样的偏压产生单元，例如能够通过连接在电源线、信号线和接地线之间的多个分 压电阻实现。此外，第一异常检测单元，在模拟输入信号的电压电平位于模拟高电平与模拟低 电平之间的情况下，判断信号线或电源线断线。此外，在模拟输入信号的电压电平比起接近 模拟高电平更接近电源电压的情况下，判断信号线与电源线短路，在模拟输入信号的电压 电平比起接近模拟低电平更接近接地电平的情况下，判断信号线接地。第二异常检测单元，对两相数字信号的脉冲的边缘进行检测，分别求取脉冲数，在 这些脉冲数的差为规定的阙值以上的情况下检测出异常。此外，第三异常检测单元，将此次的控制周期中的两相数字信号的合成信号的脉 冲宽度与过去例如上次的控制周期中的脉冲宽度相比较，在这些脉冲宽度不同的情况下检 测出异常。第四异常检测单元，在将两相数字信号的脉冲宽度与各自的过去的脉冲宽度相比 较，这些脉冲宽度不同的情况下或者在将某相的数字信号的脉冲宽度与其他相的脉冲宽度 相比较，这些脉冲宽度不同的情况下，检测异常。在本发明中，优选通过利用微机所具有的A/D转换和计数器功能、计时器功能， 实现第一 第四的异常检测单元的主要的功能。进一步，在控制装置中内置多个微机而进行多重化，各微机分别包括各异常检测 单元，并且相互发送接收各微机的检测数据而对自己和其他微机的检测数据进行比较，由 此也能够检测微机内部的通信功能等异常。另外，本发明也能够构成如下方式的异常监视装置相位不同的多个信号经包括 电源线和信号线的配线系统分别作为一组差动信号被输入到控制装置，该控制装置对差动 信号进行处理而检测编码器或配线系统的异常，其中，该相位不同的多个信号是对旋转体 的位置进行检测的编码器的输出信号。在此情况下，控制装置包括下述的第一异常检测单元、第二异常检测单元、和第三异常检测单元。S卩，第一异常检测单元，将多组差动信号分别转换为以控制装置的接地电位为基 准的数字信号，根据这些数字信号的脉冲数检测编码器或配线系统的异常。第二异常检测 单元，根据多个数字信号的脉冲宽度检测编码器或配线系统的异常。此外，第三异常检测单 元，利用电平测量单元将至少一组差动信号转换为规定电平的模拟信号，根据转换该模拟 信号而得的数字信号检测模拟信号的电压电平，从而检测编码器或配线系统的异常。另外，第三异常检测单元也可以构成为，作为电平测量单元包括被输入差动信 号的双电源方式的模拟运算单元，或者被输入差动信号，为单电源方式且叠加偏移电压 (offset voltage)而成的模拟运算单元，在从这些模拟运算单元输出的模拟信号的电压电 平位于正侧的正常范围外或者负侧的正常范围外时，检测编码器或配线系统的异常。进一 步，也可以在旋转体旋转时，利用第一或第二异常检测单元检测异常，而在旋转体停止时， 利用第三异常检测单元检测异常。由此，即使在使用线路驱动器型的编码器的情况下，在第三异常检测单元中，利用 电平测量单元将一组差动信号转换为规定电平的模拟信号，根据其电压电平，能够检测旋 转体停止时的编码器自身或配线系统的异常。此外，在旋转体旋转时，利用第一或第二异常 检测单元，根据对模拟信号进行转换而得的数字信号能够检测异常。特别是，由于不需要增加设置AD转换部，因此不必担心装置的空间和费用增加， 并且能够检测两条差动信号的信号线中的仅一条的断线，能够提高异常检测精度。
图1是表示本发明的第一实施方式的电路图。图2是表示图1中正常时的模拟信号的电压电平的图。图3是表示图1中正常时的各部分的输出信号的时序图。图4A是异常时的模拟信号的电压电平的说明图。图4B是异常时的模拟信号的电压电平的说明图。图4C是异常时的模拟信号的电压电平的说明图。图5是表示图1中异常时的各部分的输出信号的时序图。图6是表示图1中异常时的各部分的输出信号的时序图。图7是表示图1中异常时的各部分的输出信号的时序图。图8是表示第一实施方式的异常检测处理的时序图。图9是表示本发明的第二实施方式的电路图。图10是表示本发明的第三实施方式的电路图。图11是表示图10中正常时的各部分的输出信号的时序图。图12是表示图10中异常时的各部分的输出信号的时序图。图13是表示图10中异常时的各部分的输出信号的时序图。图14是表示图10中异常时的各部分的输出信号的时序图。图15是表示本发明的第四实施方式的电路图。图16是表示本发明的第五实施方式的电路图。图17是表示图16中的电平测量单元的变形例的电路图和动作说明图。
图18是第五实施方式的正常时的动作说明图。图19是第五实施方式的异常时的动作说明图。图20是第五实施方式的异常时的动作说明图。图21是第五实施方式的异常时的动作说明图。图22是表示第五实施方式的异常检测动作的流程图。图23是第一现有技术的配线异常检测装置的电路图。图24是图23中的配线异常检测装置的模拟输入信号的特性图。图25是用于说明第一现有技术的问题的时序图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式的电路图。在图1中，10是输出相位90度不同 的两相模拟信号的编码器，20是包括电源线、信号线、接地线的电缆，30是控制装置，该控 制装置对编码器10的输出信号进行处理从而检测编码器10的异常、和包括电缆20的配线 系统的异常。编码器10具有光学传感器，该光学传感器通过电机输出轴等旋转体的旋转，产生 相位90度不同的两个相对的位置检测信号(A相信号和B相信号)。另外，这些旋转体和光 学传感器省略图示。A相信号和B相信号被分别输入到互补(complementary)结构的晶体管Tri、Tr2 的基极(base)。此处，A相信号和B相信号的处理电路是相同的结构，除了采用本实施方式 的互补结构以外，也可以如图23的现有技术那样采用开路集电极(open collector)结构。一个晶体管Tri的集电极与电源端子V。(电源电压也记为V。)连接，另一个晶体管 Tr2的集电极与接地端子M连接。此外，晶体管Tri、Tr2彼此的连接点，分别通过限制电阻队 与A相信号端子A、B相信号端子B连接。从控制装置30经由电缆20向编码器10供给电源电压V。，编码器10的各部分的 电信号与控制装置30以相同的电位为基准。另外，控制装置30内的电源电路省略图示。通常，为了防止由噪声引起的影响，存在如下情况在图1中的A相信号端子A、B 相信号端子B等处利用光耦和器、绝缘放大器使编码器10与控制装置30电绝缘，在本实施 方式中，为了使说明简单，使编码器10与控制装置30为相同电位。接着，在控制装置30中，在电源端子V。、A相信号端子A、接地端子M的相互之间、 以及电源端子V。、B相信号端子B、接地端子M的相互之间，分别连接有作为偏压产生单元的 分压电阻Rx、Ry。这些分压电阻Rx、Ry相对于编码器10的内部的限制电阻队设定为适当的 值即可，也可以使用二极管的接通电阻或齐纳二极管(Zener diode)。在从编码器10输出的A相信号为“H” (高High)电平(晶体管Tri接通，晶体管 Tr2断开的状态)的情况下，如果忽略晶体管Tri的接通电压下降，则由控制装置30检测的 A相信号端子A的模拟电压Vadrt (相当于图1中的模拟信号SigAana的电压)，由数学式1 表不。[数学式1]
10<formula>formula see original document page 11</formula>另一方面，在A相信号为“L”(低Low)电平(晶体管Tr1断开，晶体管Tr2接通的 状态)的情况下，如果忽略晶体管Tr2的接通电压下降，则A相信号端子A的模拟电压Vadrt 由数学式2表示。[数学式2]<formula>formula see original document page 11</formula>S卩，在编码器10没有故障且电缆20没有断线、短路、接地等，为正常时，如图2所 示，作为模拟电压Vadrt，在A相信号为“H”电平时，检测出从电源电压V。减去偏压量而得的 模拟高电平(RyIcZ(R^Ry))15此外，在A相信号为“L”电平时，检测出在接地电压上加上 偏压量而得的模拟低电平(R1 · VcZ(R^Rx))。另外，数学式1、2对于B相信号端子B的模拟电压也同样成立。另外，在图1中，A相信号端子A的模拟信号SigAana和B相信号端子B的模拟信 号SigBana，分别被输入到控制装置30内的作为运算处理装置的微机33内的模拟输入部 331A、331B。模拟输入部331A、331B的输出信号由AD转换部332A、332B转换为数字信号。 并且，在被输入这些数字信号的后续的电平异常检测部333A、333B中，通过判断作为模拟 电压上述的模拟高电平或模拟低电平是否被检测出，能够检测出异常。其中，详细的异常检 测方法在后面叙述。在上述结构中，模拟输入部331A、331B、AD转换部332A、332B和电平异常检测部 333A、333B，构成第一异常检测单元。另一方面，图1中的数字信号处理单元31A、31B是一种AD转换单元，利用比较器 等将模拟信号与阙值比较而制作输入到微机33的A相、B相的数字信号SigA、SigB。此外， 信号合成单元32进行上述数字信号SigA、SigB的“异”运算，将其作为合成信号SigAB输 入到微机33。上述数字信号SigA、SigB和合成信号SigAB，分别被输入到内置于微机33的数字 输入部 334A、334B、337。数字输入部334A、334B的输出信号通过计数器335A、335B被输入到脉冲数比较异 常检测部336，通过对数字信号SigA、SigB的脉冲数进行比较能够检测出异常。另外，数字输入部337的输出信号，经计时器338被输入到脉冲宽度比较异常检测 部339，根据合成信号SigAB的“H”电平的脉冲宽度(或者周期)能够检测出异常。在上述结构中，数字输入部334A、334B、计数器335A、335B和脉冲数比较异常检出 部336构成第二异常检出单元，信号合成单元32、数字输入部337、计时器338和脉冲比较 异常检测部339构成第三异常检测单元。接着，图3是表示正常时的数字信号处理单元31A、31B的输出信号(数字信号 SigA、SigB)、信号合成单元32的输出信号(合成信号SigAB)、计数器335A、335B和计时器 338的输出信号的时序图。此外，控制周期Ts表示微机33的一定的运算处理周期。A相的计数器335A，对在控制周期Ts期间检测出的数字信号SigA的上升沿边缘数进行计数，在每个控制周期Ts在内部存储器中保存计数值。在图3中，表示有上次的计数值 CoimtAci、和在这次的控制周期Ts之间测定到的计数值CoimtAlt5在该例子中，由于在控制周 期Ts期间4次检测出了数字信号SigA的上升沿边缘，因此计数值为4。
此外，B相的计数器335B也对在控制周期Ts期间检测出的数字信号SigB的上升 沿边缘数进行计数，在每个控制周期Ts在内部存储器中保存计数值。在图3中，表示上次 的计数值CoimtBci、和在这次的控制周期Ts期间测定到的计数值CoimtB1,在此例子中，由于 在控制周期Ts期间5次检测出了数字信号SigB的上升沿边缘，因此计数值为5。计时器338对合成信号SigAB的“H”电平的宽度进行测定。其中，将计时器338 设置为2个信道(channel)，能够分别对合成信号SigAB的“H”电平的宽度和“L”电平的宽 度进行测定并进行比较。在图3的例子中，每当合成信号SigAB从“H”电平变化到“L”电 平时，将测定到的“H”电平的宽度作为计数值CoimtThigh保存到内部存储器。接着，对本实施方式的异常检测方法进行说明。首先，详细叙述通过对输入到微机33的模拟信号的电压电平进行监视，即使在电 机输出轴等旋转体停止时也能够检测异常的异常检测方法。图4A 图4C是用于说明异常时的A相的模拟信号SigAana的电压电平的图。另外，下面的说明对于异常时的B相的模拟信号SigBana的电压电平也相同。图4A表示电缆20 (电源线、信号线或接地线)断线的情况，图4B表示A相信号线 与电源线(电源电压 短路的情况，图4C表示A相的信号线与接地线短路(即接地)的 情况。在图4Α的电缆断线时，在晶体管TrpTr2由于旋转体停止等而没有接通的情况下， 即使电源线、信号线、接地线中的任一个断线，电流也仅在分压电阻Rx、Ry中流动。因此，模 拟信号SigAana的电压Vadet为数学式3。另外，在晶体管Tr1或Tr2接通的情况下，应该成 为上述的数学式1或数学式2的电压。[数学式3]<formula>formula see original document page 12</formula>
即，模拟电压Vadrt由于电缆的断线而成为数学式1与数学式2的中间电平。因此， 对数学式1的右边的电压设定下限值，并且对数学式2的右边的电压设定上限值，图1的电 平异常检测部333A、333B通过检测出上述的下限值与上限值之间的值的模拟电压Vadet，能 够判断为电缆20断线。接着，如图4B所示，在A相的信号线与电源短路时，在晶体管Tr1接通的情况下， 由于电流不流入分压电阻Rx，电流流经短路路径，因此电源电压V。不被分压。此外，在晶体 管Tr2接通的情况下，也同样地电流不在分压电阻Rx中流动，电源电压V。不被分压。因此， 不论旋转体是旋转还是停止，模拟电压Vadrt均由数学式4表示。[数学式4]<formula>formula see original document page 12</formula>
即，在短路时，作为模拟电压Vadrt检测出比数学式1的右边的电压高的电压，因此 对数学式1的右边的电压预先设定上限值，电平异常检测部333A、333B在检测出比该上限 值高的模拟电压Vadrt的情况下，能够判断为信号线与电源短路。
在图4C所示的接地时，在晶体管Tr1接通的情况下，电流不在分压电阻Ry中流动， 电流流经短路路径，因此电源电压V。不被分压。此外，在晶体管Tr2接通的情况下，同样地 电流不在分压电阻Ry中流动，因此电源电压V。不被分压。因此，不论旋转体是旋转还是停 止，模拟电压Vadrt均由数学式5表示。[数学式5]
<formula>formula see original document page 13</formula>
S卩，在接地时，作为模拟电压Vadrt检测出比数学式2的右边的电压低的电压，因此 对数学式2的右边的电压预先设定下限值，电平异常检测部333A、333B在检测出比该下限 值低的模拟电压Vadrt的情况下，能够判断为信号线接地。如上所述，根据本实施方式，电平异常检测部333A、333B通过对模拟输入信号的 电压电平进行检测，能够检测出旋转体停止时的异常(电缆20的断线、信号线与电源线的 短路、接地等)。此外，即使在旋转体旋转的情况下，也能够检测出信号线与电源线的短路、 接地。另外，在与电缆20的断线或短路、接地等相同的现象在编码器10的内部发生，或 者在控制装置30的微机33的输入侧发生那样的情况下，也同样能够检测出异常。接着，详细叙述用于通过对输入到微机33的数字信号进行监视，检测旋转体旋转 时的异常的异常检测方法。图5是表示在A相的数字信号SigA (数字信号处理单元31A的输出信号)发生异 常的情况下的各部分的输出信号的时序图。另外，下面的说明在B相的数字信号SigB异常 时也相同。首先，当由于A相的信号线与电源线短路等理由，A相的数字信号SigA被固定在 “H”电平时，从图1的A相的计数器335A输出的脉冲数减少，与从B相的计数器335B输出 的脉冲数之间产生误差。因此，图1的脉冲数比较异常检测部336，在每个控制周期Ts对两 计数器335A、335B的计数值C0ImtApC0ImtB1进行比较，在其差变得比规定的阙值大的情况 下判断为异常。另外，由于控制周期Ts的定时，即使在正常时也会在两计数值产生士 1左右的误 差，因此优选上述阙值为比2大的值。在图5的例子中，计数值CoimtA1为2、计数值CoimtB1 为5，因此例如通过将阙值设定为2，能够检测出异常。此外，在信号线和电源线短路以外，在由于电缆的断线、接地等数字信号被固定在 “L”电平的情况下，也能够根据相同的原理检测出异常。图6表示在A相的数字信号SigA和B相的数字信号SigB双方产生异常的情况下 的动作。在图6的例子中，由于计数值CountAp CountB1均为2，因此利用上述脉 冲数比较 异常检测部336或第二现有技术不能检测出异常。在此情况下，在本实施方式中，作为数字信号SigA、SigB的“异”的合成信号(信号 合成单元32的输出信号)SigAB，如图6所示，被固定在“H”电平不变，因此对“H”电平的宽 度进行测定的计时器338变得不被更新。因此，图1的脉冲宽度比较异常检测部339，如果 将这次的计时器值(脉冲宽度)与上次的控制周期Ts中的计时器值相比较，或者执行对周 期测定计时器的溢出(overflow)进行检测等的处理，就能够容易地检测出数字信号SigA、SigB双方发生了异常的情况。此外，图7表示A相数字信号SigA的相位发生了异常的情况。这样的A相数字信 号SigA的相位异常，例如能够认为是，A相侧与B相侧部分地短路的情况、或编码器10内 的晶体管TrpTr2发生了故障的情况。在这样的情况下，例如如果利用第二现有技术，则认为各相的脉冲数没有变化，是 部分的异常且已经转变为正常状态，不能检测出异常。对此，在本实施方式中，因为计时器338对合成信号SigAB的“H”电平的宽度进 行测定，所以通过将这次的计时器值与上次的控制周期Ts的计时器值相比较而测定其时间 差，能够简单地检测出异常。图8表示上述的异常判断的流程图。首先，判断旋转体是在旋转还是停止(步骤Si)。例如，旋转体是电机的输出轴， 在使用编码器对电机速度和转子位置进行检测的情况下，如果参考编码器的输出脉冲在一 定期间内是否被检测出一个以上，或者，参考电机的速度指令值或运行指令标记、电压指令 值、电流检测值等信息，就能够容易地判断是在旋转还是停止。如果是在停止，则如上所述电平异常检测部333A、333B根据模拟信号的电压电平 进行异常判断，根据检测到的模拟电压Vadrt是否处于基于数学式1和数学式2的阙值的范 围内来判断有无异常(步骤Sl是，S2，S3)。如果是在旋转，在由脉冲数比较异常检测部336根据脉冲数的差是否超过了阙值 来判断有无异常(步骤Sl否，S6，S7)。此外，在脉冲数的差没有超过阙值的情况下，利用脉 冲宽度比较异常检测部339将计时器值(脉冲宽度)与上次值等比较来判断有无异常(步 骤 S7 否，S9, S10)。在上述的各判断步骤中被判断为异常的情况下(步骤S3是，或S7是，或SlO是)， 实施异常时的处理，停止旋转体即电机停止运转，向外部输出异常检测信号作为警报等 (步骤S4、S8、S11)。在被判断为没有异常的情况下(步骤S3否或SlO否)，通过进行通常 的控制作为正常模式处理来使运转继续(步骤S5、S12)。另外，从图3明显可知，利用计时器338进行的脉冲宽度的测定，在每个脉冲(合 成信号SigAB)的边缘被更新，因此能够利用微机33的内部的多重插入(interrupt)处理， 以与脉冲数测定不同的插入电平进行。如果这样，则即使在仅在控制周期Ts内的一部分发 生相位异常的情况下，也能够不会漏掉地检测出来。接着，图9是表示本发明的第二实施方式的电路图。该第二实施方式与第一实施方式不同的是，通过将控制装置内的微机二重化而进 行相互监视，提高作为异常监视装置的可靠性。对与第一实施方式相同的构成要素标注相 同的符号省略说明，在下面以不同的部分为中心进行说明。在图9中，在控制装置300中内置有两个微机301X、301Y。这些微机301Χ、301Υ与 图1同样地分别包括由对模拟信号SigAana、SigBana进行处理的模拟输入部331A、331B、 AD转换部332A、332B、电平异常检测部333A、333B构成的第一异常检测单元；由对数字信号 SigA, SigB进行处理的数字输入部334A、334B、计数器335A、335B、脉冲数比较异常检测部 336构成的第二异常检测单元；以及由对由信号合成单元32制作的合成信号SigAB进行处 理的数字输入部337、计时器338、脉冲宽度比较异常检测部339构成的第三异常检测单元。另外，在图9中，仅对一个微机301X内的各构成要素标注参照符号。进一步，在一个微机301X上设置有通信单元302X和数据比较单元303X，在另一个 微机301Y上也设置有通信单元302Y和数据比较单元303Y。这里，通信单元302X、302Y用于将各微机301X、302Y的异常检测结果、模拟信号的 电压电平、数字信号的脉冲数、合成信号的“H”电平的脉冲宽度等检测数据与另一个微机之 间相互发送接收。此外，数据比较单元303Χ、303Υ用于将自己接收到的对方的上述检测数 据与自己的检测数据比较，根据其结果输出异常检测信号1、异常检测信号2。
在图9的例子中，在数字信号处理单元31Α、31Β和信号合成单元32的输出侧，将 微机301Χ、301Υ 二重化。但是，虽然未图示，但也可以在各微机301Χ、301Υ的输入侧分别设 置数字信号处理单元31Α、31Β和信号合成单元32，进行二重化。此外，微机301Χ、301Υ彼此的通信方式既可以是同步式也可以是非同步式，没有 特别限定。各微机301Χ、301Υ进行的异常检测动作与第一实施方式相同，因此这里省略详细 叙述。但是，在本实施方式中，利用数据比较单元303Χ、303Υ将从对方接收到的数据与 自己的异常检测结果、模拟信号的电压电平、数字信号的脉冲数、脉冲宽度相比较，在它们 相互不同的情况下，或者电压电平、脉冲数、脉冲宽度各自的差超过规定的阙值的情况下， 输出异常检测信号1或者异常检测信号2。根据这些异常检测信号，能够判断为二重化以后 的配线的异常、微机的内部功能(AD转换部、计数器、计时器等)或者通信系统的异常，因此 根据异常检测信号1或异常检测信号2，能够诊断微机301Χ、301Υ的功能。另外，被与电压电平、脉冲数、脉冲宽度的差进行比较的上述阙值，能够自由地设 定，但因为由微机功能引起的异常是主要的，所以优选设定为充分地具有余量的值，使得不 会出现误检测。这里，当然，在异常检测信号1、异常检测信号2中，也可以包含原本的电平异常检 测、脉冲数比较异常检测、脉冲宽度比较异常检测的异常检测结果。如以上所述，根据本实施方式，能够检测出从编码器到微机为止的异常、和微机的 内部功能的异常，与第一实施方式比较，能够使作为异常监视装置的可靠性更进一步提高。接着，图10是表示本发明的第三实施方式的电路图。在上述的第一、第二实施方式中，在脉冲宽度比较异常检测部339根据计时器值 (脉冲宽度)检测异常的情况下，需要利用信号合成单元32，将相位不同的A相、B相数字 信号SigA、SigB合成而制作合成信号SigAB。但是，从图3等明显可知，合成信号SigAB的 “H”电平的脉冲宽度成为原来的数字信号SigA、SigB的“H”电平的脉冲宽度的1/2。因此， 当旋转体高速旋转时合成信号SigAB的“H”电平的脉冲宽度变短，由于微机的时钟分辨率 的限制，当上述脉冲宽度变得比计时器的计时间隔短时，就不能进行测定。而且，在第一、第 二实施方式中不能在微机内部制作合成信号，不得不在外部添加逻辑电路来实现信号合成 单元32，因此这成为费用上升的原因。于是，第三实施方式是为了扩大异常检测时的速度范围并且进一步降低费用而提 出的。下面，对该第三实施方式的电路结构进行说明。另外，对与第一、第二实施方式相同的构成要素标注相同的符号，省略说明。
在图10中，310是控制装置，在本实施方式中，不需要上述的信号合成单元32这一 点、以及微机311的内部结构与之前的第一、第二实施方式不同。即，从数字信号处理单元 31A、31B输出的A相、B相数字信号SigA、SigB，不被合成地分别被输入到微机311内的数 字输入部337A、337B。在数字输入部337A、337B的输出侧，分别连接有对A相、B相数字信 号SigA、SigB的“H”电平的宽度进行测定的计时器338A、338B，在计时器338A、338B的输出 侧连接有脉冲宽度比较异常检测部340。这里，脉冲宽度比较异常检测部340，针对A相、B 相各自，对计时器值(数字信号SigA、SigB的“H”电平的宽度)的上次值与这次值进行比 较，或者，对A相计数器值与B相计数器值进行比较，在它们超过规定的阙值的情况下检测
出异常。在上述结构中，数字输入部337A、337B、计时器338A、338B和脉冲宽度比较异常检 测部340，构成第四异常检测单元。接着，对该第三实施方式的动作进行说明。另外，因为旋转体停止时的异常检测根 据模拟信号进行，所以在下面，对基于旋转体旋转时的A相、B相数字信号SigA、SigB的异 常检测动作进行说明。图11是表示正常时的数字信号处理单元31A、31B的输出信号、计数器335A、335B 和计时器338A、338B的输出信号的时序图。另外，为了进行比较，还一起表示第一实施方式 中的信号合成单元32的输出信号(合成信号SigAB)。图11中的计数器335A、335B的动作与图3相同，因此对计时器338A、338B的动作 进行说明。计时器338A在A相数字信号SigA的上升沿开始动作，在下降沿保存计时器值， 由此根据该计时器值对A相数字信号SigA的“H”电平的宽度进行测定。同样地，计时器 338B在B相数字信号SigB的上升沿开始动作，在下降沿保存计时器值，由此根据该计时器 值对B相数字信号SigB的“H”电平的宽度进行测定。另外，在图11中，TA0、TA1、……、TB0、 Tbi>……表示计时器值(数字信号SigA、SigB的“H”电平的宽度)。脉冲宽度比较异常检测部340，分别对A相、B相的计时器值的上次值与这次值进 行比较，在图11的例子中由于上次值与这次值相同所以判断为正常。图12是在A相数字信号SigA中发生异常的情况下的时序图。A相的数字信号 SigA由于A相信号线与电源线短路等理由而被固定在“H”电平，与上述的图5相同，在计数 器335A、335B的计数器值C0ImtApCoimtB1的差比规定的阙值(例如2)大的情况下判断为 异常。在A相数字信号SigA由于电缆的断线、接地等被固定在“L”电平的情况下、以及在 B相数字信号SigB发生异常的情况下，也能够根据相同的原理检查出异常。图13是表示A相、B相数字信号SigA、SigB双方发生了异常的情况下的时序图。在此情况下，在图13的例子中，由于计数器值CountAp CountBl均为2，因此在脉 冲数比较异常检测部336中不能检测出异常。于是，在本实施方式中，分别对A相、B相的 计时器值的上次值与这次值进行比较。S卩，在图13中，对于A相、B均对发生异常之前不久的数字信号SigA、SigB的“H” 电平的宽度(即计时器值)TA1、Tbi进行测定，但由于发生异常而没有出现用于保存计时器 值的数字信号SigA、SigB的下降沿边缘，因此在发生异�：螅杂贏相、B相均加上计时器值。于是，在规定的定时对A相、B相将这次相加的计时器值TA1、TB1与上次的计时器值Τω、 Tbo分别进行比较，因为在TA1、Tao之间、TB1、Tbo之间分别存在较大的差，所以在它们的差超 过规定的阙值的情况下能够检测出在A相、B相数字信号SigA、SigB双方发生了异常。此外，图14是在A相数字信号SigA的相位发生异常的情况下的时序图。如在图 7中说明的那样，这样的相位异常是由A相侧与B相侧的部分的短路或编码器10内的晶体 管ΤΓι、Tr2的故障等引起的。在此情况下，虽然A相、B相数字信号SigA、SigB的脉冲数不存在阙值(例如2) 以上的差，但在为异常的A相计时器值与为正常的B相计时器值之间、即Taot1与Tbi之间、 TAerr2与Tb2之间分别产生差。进一步，例如，在A相数字信号SigA的这次的计时器值Taot1 与上次的计时器值Tai之间也产生差。于是，在本实施方式中，脉冲宽度比较异常检测部340，根据计时器值TAenl与Tbi的 差、或计时器值ΤΑε 2与Tb2的差、或者计时器值Taot1与Tai的差比规定的阙值大的情况，检 测出A相数字信号SigA的异常。另外，图13和图14所示的异常，例如根据第一实施方式也能够检测出，但是在第 三实施方式中，对A相、B相数字信号SigA、SigB的“H”电平的宽度进行测定，该宽度是作 为第一实施方式的测定对象的合成信号SigAB的“H”电平的宽度的2倍。因此，在使用相 同的时钟频率的微机的情况下，与第一实施方式相比能够测定至2倍的旋转速度，能够扩 大速度范围。进一步，根据第三实施方式，不需要作为第一、第二实施方式中的信号合成单元32 的逻辑电路，因此能够实现通过电路结构的简略化而实现的小型化以及费用的降低。基于第三实施方式的异常判断的时序图，基本上与上述的图8相同，在第三实施 方式中，在图8的脉冲宽度测量步骤(S9)和异常判断步骤(SlO)中，不是以合成信号SigAB 为对象，而是个别地测定A相、B相数字信号SigA、SigB的“H”电平的宽度并进行异常判断， 这一点不同。接着，图15是表示本发明的第四实施方式的电路图。该第四实施方式通过将第三 实施方式中的控制装置内的微机二重化，使得能够进行相互监视。即，在图15中，控制装置320具有2台微机311X、311Y。这些微机311Χ、311Υ具有 与图10所示的微机311相同的检测块(由模拟输入部331A、331B、AD转换部332Α、332Β、 电平异常检测部333Α、333Β、数字输入部334Α、334Β、计数器335Α、335Β、脉冲数比较异常检 测部336、数字输入部337Α、337Β、计时器338Α、338Β、脉冲比较异常检测部340构成)。此 夕卜，一个微机311Χ具有通信单元312Χ和数据比较单元313Χ，另一个微机311Υ也具有通信 单元312Υ和数据比较单元313Υ。通信单元312Χ、312Υ将各微机311Χ、311Υ的异常检测结果、微机信号的电压电平、 数字信号的脉冲数和“H”电平的脉冲宽度等检出数据与另一个微机之间相互发送接收。另 夕卜，数据比较单元313Χ、313Υ用于将自己接收到的对方的上述检测数据与自己的检测数据 相比较，根据其结果输出异常检测信号1、异常检测信号2。另外，关于将微机31IX、31IY 二重化的位置以及微机31IX、31IY彼此的通信方式， 能够与图9的第二实施方式同样地任意选择。在本实施方式中，数据比较单元313Χ、313Υ将通信单元312Χ、312Υ从对方的微机接收到的数据与自己的异常检测结果、模拟信号的电压电平、数字信号的脉冲数、脉冲宽度 进行比较。于是，在这些数据相互不同的情况下，或电压电平、脉冲数、脉冲宽度各自的差超 过规定的阙值的情况下，输出异常检测信号1或异常检测信号2。由此，能够诊断微机311X、 31IY的功能。另外，在异常检测信号1、异常检测信号2中，也可以包含本来的电平异常检测、脉 冲数比较异常检测、脉冲宽度比较异常检测的异常检测结果。根据本实施方式，因为还能够检测从编码器到微机的异常、以及微机的内部功能 的异常，所以与第三实施方式相比，能够进一步提高作为异常监视装置的可靠性。接着，对本发明的第五实施方式进行说明。该方式是对利用图10说明过的第三实 施方式进行改良而得到的方式。在图10所示的第三实施方式中，假设编码器10是由晶体管Tr1、Tr2构成的互补 型，与差动输出型(线路驱动器型)的编码器不对应。这里，线路驱动器型是对于每一相输 出由信号A及其反转信号Α—构成的一组差动信号的方式，具有如下优点通过在接收到这 些差动信号的接收器侧将差动信号A、A_变换为与基准电位吻合的逻辑电平，能够构筑不易 受到共用电位的变动等的影响，抗噪声的系统。然而，如果将线路驱动器型的编码器直接用于第三实施方式的控制装置310中， 则会产生以下这样的问题。(1)因为编码器的输出信号是差动信号，所以与互补型相比针对每一相需要2倍 的AD转换部。在此情况下，当微机等的信道数不足时，必须进一步追加AD转换部，装置的 空间和费用增加。(2)作为上述(1)的对策，在通过对变换为与基准电位吻合的逻辑电平后的线路 接收器的输出信号进行AD转换而使AD转换部的数量减少的情况下，不能检测出针对每一 相的两个差动信号的信号线中仅1根断线时的异常。这是因为如上所述，在断线时虽然能 够检测出中间电压电平，但该电压电平由于线路驱动器的差动信号的阙值电平而被固定在 高电平或低电平的任一个，因此即使在断线时也误认为是正常。于是，在本发明的第五实施方式中，提供一种异常监视装置，其在使用线路驱动器 型的编码器的情况下，也不会导致空间和费用的增加，能够高精度地检测异常。下面，参照附图对本发明的第五实施方式进行说明。图16是表示第五实施方式的电路图。在该第五实施方式中，控制装置350内的微 机311的结构与图10的第三实施方式的微机311相同，不同之处是，被输入到微机311的A 相、B相数字信号SigA、SigB以及A相、B相模拟信号SigAana、SigBana的生成单元，因此 在下面以此为中心进行说明。在图16中，11是线路驱动器型编码器，从设置在电机输出轴等上的光学式编码器 12输出相位不同90度的A相输入信号、B相输入信号。这些信号被输入到A相、B相的线 路驱动器134、138，分别生成一组差动信号4、々-和8、8-。另外，在图16中，在符号A、B上 标注“_”表示反转信号A_、B_。差动信号A、A_和B、B_经由电缆21被输入到控制装置350。在控制装置350中，差动信号A、A_和B、B_经由分别连接在电源端子V。(电源电压也记为 与接地端子M之间的分压电阻Rx、Ry彼此的连接点，被输入到A相的线路接收器35IA和B相的线路接收器351B。线路接收器351A、351B将A相、B相的输入信号变换为A相、B相数字信号SigA、 SigB，这些数字信号被输入到微机311内的数字输入部334A、337A、334B、337B。这些数字输 入部334A、337A、334B、337B以后的处理与图10的第三实施方式相同，利用脉冲数比较异常 检测部336和脉冲宽度比较异常检出部340能够检测出旋转体旋转时的异常。另一方面，差动信号A、A—和B、B—，被分别输入到正负两电源(令电源电压为 V。、-Vc)方式的作为模拟运算单元的A相运算放大器352A和B相运算放大器352B的正输 入端子、负输入端子。其中，运算放大器352A、352B具有放大电阻和反馈电阻，由它们决定 放大比，但为了使说明简单，这里省略上述电阻的图示，以运算放大器352A、352B为增益1 的差动放大电路进行说明。运算放大器352A、352B的模拟输出信号分别被输入到电压电平变换单元353A、 353B。电压电平变换单元353A、353B具有如下功能在运算放大器352A、352B的模拟输出 信号上预先加上电源电压V。的1/2左右的电压，并且以不超过电源电压V。的方式变换放大 比来对输向微机311内的AD转换部332A、332B的输入电压电平进行调整。这是因为，内置 于微机311的AD转换部332A、332B不能处理具有正负极性的电压。
这里，由运算放大器352A和电压电平变换单元353A构成A相的电平测量单元 341A，由运算放大器352B和电压电平变换单元353B构成B相的电平测量单元341B。另外，在图16中，线路接收器351A、351B、数字输入部334A、334B、计数器335A、 335B、和脉冲数比较异常检测部336构成第一异常检测单元。此外，线路接收器351A、351B、数字输入部337A、337B、计时器338A、338B、脉冲宽 度比较异常检测部340构成第二异常检测单元。进一步，电平测量单元341A、341B、模拟输入部331A、331B、AD转换部332A、332B、 电平异常检测部333A、333B构成第三异常检测单元。另外，由运算放大器352A、352B和电压电平变换单元353A、353B构成的电平测量 单元341A、341B也能够由图17An的电路构成。即，例如对A相进行说明，也可以将单电源方式的运算放大器(令电源电压为 Vd)352Al和偏移电压V。ff组合使用。在此情况下，通过使用比V。高的正电源电压Vd、以及 比Vd低的(例如Vd的1/2左右的)偏移电压V。ff这样的2个电压电平，能够省略负电源， 能够起到与图16的电平测量单元341A相同的作用。图17B 图17E表示与差动信号A、A_的逻辑相应的A相模拟信号SigAana，与使 用双电源方式的运算放大器的情况同样地能够检测出规定的电压电平。虽然没有图示，但对于B相也能够使用与图17A相同的单电源方式的运算放大器 和偏移电压得到模拟信号SigBana。接着，对使用A相、B相模拟信号SigAamuSigBana的旋转体停止时的异常检测动 作进行说明。下面对A相进行说明，但B相的动作也相同。首先，图18A、B是正常时的动作说明图，图18A表示从线路驱动器13A到运算放大 器352A的电路，图18B表示运算放大器352A的输出信号电平。另外，如图18A所示， 令从图16的光学式编码器12输入到线路驱动器13A的A相输入信号为XA。线路驱动器13A由FET等半导体元件的组合构成，在A相输入信号Xa为“H”电平的情况下，差动信号A成为电源电压V。的电平，差动信号Α—成为接地端子M的电平(接地电位)，在A相输入信号Xa为“L”电平的情况下，差动信号A成为接地端子M的电平，差动 信号Α—成为电源电压V。的电平。此外，由于半导体元件的接通电压下降和电缆的配线电阻 的原因，在A相输入信号Xa为“H”电平的情况下输出电压减少，在A相输入信号Xa为“L” 电平的情况下输出电压增加。现在，在令由半导体元件的接通电压下降和电缆的配线电阻引起的误差电压为 V0,且假设该误差电压在差动信号A、A-双方均产生的情况下，A相输入信号Xa为“H”电平 时的运算放大器352A的输入信号\、Va-如数学式6。另外，在本说明书正文中，将Va的反转信号标记为VA-，在图18A以下，在符号VaI 标注“_”表示反转信号。[数学式6]Va = Vc-V0Ya = M+V0(Μ表示接地电位)因此，运算放大器352Α的输出信号Ya成为数学式7。[数学式7]Ya = Va-Va- = VC-2V0此外，A相输入信号Xa为“L”电平时的运算放大器352A的输入信号VA、VA_为数学 式8。[数学式8]VA = M+V0Va- = Vc-V0因此，运算放大器352A的输出信号Ya成为数学式9。[数学式9]Ya = Va-Va- = -VC+2V0接着，图19A是差动信号A、A_双方的电缆21断线的情况下的电路图，图19B是表 示输出信号Ya的电平的图。此时，无论A相输入信号Xa的逻辑如何，运算放大器352A的输 入信号VA、Va-如数学式10那样均成为由分压电阻将电源电压V。分压后的值。[数学式10]Va = Ya = Vc · Ry/(RX+Ry)因此，成为VA_VA_ = 0，运算放大器352A的输出信号Ya成为图19B所示的接地电 位M。因此，由于输出信号Ya的电平与图18B的正常时不同，因此图16的电平异常检测 部333A检测出异常，向外部输出异常检测信号。另外，在与编码器11连接的电源线、接地线断线的情况下不向编码器11供给电 源，因此运算放大器352A的输出信号Ya同样地成为接地电位M,电平异常检测部333A能够 检测出异常。接着，图20A是差动信号A侧的电缆21断线的情况下的电路图，图20B是表示输 出信号Ya的电平的图。在此情况下，根据A相输入信号Xa的逻辑电平，编码器352A的输出信号Ya成为不同的电平。S卩，在A相输入信号Xa为“H”电平的情况下，编码器352A的输入信号\、VA_成为 数学式11。[数学式11]Va = Vc · Ry/(RX+Ry)Ya = M+V0因此，运算放大器352A的输出信号Ya成为数学式12。[数学式12]Ya = Va-Va- = Vc · Ry/ (Rx+Ry) -V0 在Rx = Ry的情况下，数学式12为(V。/2) -V0,如图20B所示，成为从位于M与Vc的 中间的虚线的电平减去Vtl而得的电压。此外，在A相输入信号Xa为“L”电平的情况下，与上述相反，运算放大器352A的 输出信号Ya变为数学式13。[数学式I3]Ya = Va-Va- = V0-Vc · Ry/ (Rx+Ry)在Rx = Ry的情况下，数学式13变为-(V。/2) +V0,如图20B所示，变为在位于M与 的中间的虚线的电平上加上Vtl而得的电压。因此，在A相输入信号XA*“H”电平、“L”电平的任一种的情况下，运算放大器352A 的输出信号Ya均是与图18B的正常时不同的电平，因此能够检测出异常。另外，在差动信号Α—侧的电缆21断线的情况下，仅是A相输入信号Xa的逻辑与数 学式12、13的关系变为相反，能够同样地检测出异常。图21A是差动信号A侧的电缆21与电源线短路的情况下的电路图，图21B是表示 输出信号Ya的电平的图。在此情况下，在A相输入信号Xa为“H”电平时，运算放大器352A的输入信号\、 Va-变为数学式14。[数学式14]Va = VcYa = M+V。因此，运算放大器352A的输出信号Ya变为数学式15。[数学式I5]Ya = Va-Va- = Vc-V0在此情况下，由图21B与图18B的比较明显可知，与正常时相比，输出信号Ya的电平仅不同Vtl的量。因此，如果采用在线路驱动器13A的输出侧插入电阻等的方式，使得V0 变为充分大的值，则能够可靠地判断与电源线短路的异常时和正常时。此外，在由于Vtl小 而难以进行正常时和异常时的判断的情况下，也可以根据进行旋转时的异常检测的脉冲数 比较异常检测部336、脉冲宽度比较异常检测部340的检测结果进行补充。另一方面，在A相输入信号Xa为“L”电平时，运算放大器352A的输入信号VA、VA-成 为数学式16。[数学式ie]
VA = VcVa- = Vc-V0因此，运算放大器352A的输出信号Ya成为数学式17。[数学式Π]YA = VA-VA- = V0因此，与A相输入信号Xa为“H”电平的情况相同，能够判断为正常时。另外，在差动信号Α—侧的电缆21与电源线短路的情况下，A相输入信号Xa的逻辑 与数学式15、17的关系相反，此外，在差动信号A侧的电缆21与接地线短路的情况下，数学 式14、16 仅成为接地电位，因此能够同样地检测出异常。图22是表示本实施方式中的异常检测动作的时序图。首先，判断旋转体是在旋转还是停止，如果是在旋转则使用从图16的线路接收器 351A、351B输出的数字SigA、SigB，利用脉冲数比较异常检测部336和脉冲宽度比较异常检 测部340检测异常(步骤S21否，步骤S27)。如果是停止，则使用基于上述的运算放大器352A的输出信号YA(和运算放大器 352B的输出信号Yb)的A相、B相模拟信号SigAamuSigBana，进行异常判断(步骤S21是、 步骤S22)。S卩，例如将基于输出信号Ya的A相模拟信号SigAana与在图18B所示的正常时的 正侧的电压电平(HVtl)上加上检测误差的余量(margin:容限)而得的值的范围(正侧 的正常范围)相比较，在判断为该范围外的情况下(步骤S23是)，与在正常时的负侧的电 压电平H+2VJ上加上检测误差的余量而得的值的范围(负侧的正常范围)相比较(步 骤S24)。这里，上述余量的值考虑AD转换误差和运算放大器352A、352B的偏移电压等决定 即可。并且，即使在负侧，在为正常范围外的情况下(步骤S24是)，判断为异常而产生异 常检测信号(警报)(步骤S25)。此外，如果正侧或者负侧在正常范围内(步骤S23否、步 骤S24否)，则只要进行正常模式的处理即判断为编码器或配线系统没有异常而对电机等 旋转体进行驱动即可。如以上详细叙述的那样，根据本实施方式，对于使用线路驱动器型编码器11的系统，也能够不增设AD转换部地检测编码器内部或配线系统的断线、短路、接地。以上说明的本发明，不仅能够用于电机，也能够用于对各种旋转体的旋转速度和 位置(角度)进行检测的编码器及其配线系统的异常监视。
权利要求
一种异常监视装置，其中，对旋转体的位置进行检测的编码器的输出信号经包括电源线和信号线的配线系统作为模拟信号被输入到控制装置，所述控制装置对模拟输入信号进行处理来检测所述编码器或所述配线系统的异常，该异常监视装置的特征在于所述控制装置包括第一异常检测单元，其将模拟输入信号转换为数字信号，根据从该数字信号检测出的模拟输入信号的电压电平，检测所述编码器或所述配线系统的异常；第二异常检测单元，其根据对至少两个所述模拟输入信号分别进行转换而得到的数字信号的脉冲数，检测所述编码器或所述配线系统的异常；和第三异常检测单元，其将在第二异常检测单元中得到的至少两个数字信号合成，根据该合成信号的脉冲宽度检测所述编码器或所述配线系统的异常。
2.一种异常监视装置，其中，对旋转体的位置进行检测的编码器的输出信号经包括电 源线和信号线的配线系统作为模拟信号被输入到控制装置，所述控制装置对模拟输入信号 进行处理来检测所述编码器或所述配线系统的异常，该异常监视装置的特征在于所述控制装置包括第一异常检测单元，其将模拟输入信号转换为数字信号，根据从该数字信号检测出的 模拟输入信号的电压电平，检测所述编码器或所述配线系统的异常；第二异常检测单元，其根据对至少两个所述模拟输入信号分别进行转换而得到的数字 信号的脉冲数，检测所述编码器或所述配线系统的异常；和第四异常检测单元，其根据对至少两个所述模拟输入信号分别进行转换而得到的数字 信号的脉冲宽度，检测所述编码器或所述配线系统的异常。
3.一种异常监视装置，其中，对旋转体的位置进行检测的编码器的输出信号经包括电 源线和信号线的配线系统作为模拟信号被输入到控制装置，所述控制装置对模拟输入信号 进行处理来检测所述编码器或所述配线系统的异常，该异常监视装置的特征在于所述控制装置包括第一异常检测单元，其将模拟输入信号转换为数字信号，根据从该数字信号检测出的 模拟输入信号的电压电平，检测所述编码器或所述配线系统的异常；第二异常检测单元，其根据对至少两个所述模拟输入信号分别进行转换而得到的数字 信号的脉冲数，检测所述编码器或所述配线系统的异常；和第三异常检测单元，其将在第二异常检测单元中得到的至少两个数字信号合成，根据 该合成信号的脉冲宽度检测所述编码器或所述配线系统的异常，在所述旋转体停止时，利用第一异常检测单元检测异常，在所述旋转体旋转时，利用所 述第二异常检测单元或者所述第三异常检测单元检测异常。
4.一种异常监视装置，其中，对旋转体的位置进行检测的编码器的输出信号经包括电 源线和信号线的配线系统作为模拟信号被输入到控制装置，所述控制装置对模拟输入信号 进行处理来检测所述编码器或所述配线系统的异常，该异常监视装置的特征在于所述控制装置包括第一异常检测单元，其将模拟输入信号转换为数字信号，根据从该数字信号检测出的 模拟输入信号的电压电平，检测所述编码器或所述配线系统的异常；第二异常检测单元，其根据对至少两个所述模拟输入信号分别进行转换而得到的数字信号的脉冲数，检测所述编码器或所述配线系统的异常；和第四异常检测单元，其根据对至少两个所述模拟输入信号分别进行转换而得到的数字 信号的脉冲宽度，检测所述编码器或所述配线系统的异常，在所述旋转体停止时，利用第一异常检测单元检测异常，在所述旋转体的旋转时，利用 所述第二异常检测单元或者所述第四异常检测单元检测异常。
5.如权利要求1 4中任一项所述的异常监视装置，其特征在于包括偏压产生单元，在所述编码器的输出为“高”电平时，所述控制装置的模拟输入信 号的电压电平成为从电源电压减去偏压量而得到的模拟高电平，并且，在所述编码器的输 出为“低”电平时，所述控制装置的模拟输入信号的电压电平成为在接地电平上加上偏压量 而得到的模拟低电平，所述第一异常检测单元，在模拟输入信号的电压电平位于所述模拟高电平与所述模拟 低电平之间的情况下，判断为信号线或电源线断线；在模拟输入信号的电压电平比所述模 拟高电平更接近电源电压的情况下，判断为信号线与电源线短路；在模拟输入信号的电压 电平比所述模拟低电平更接近接地电平的情况下，判断为信号线被接地。
6.如权利要求1 4中任一项所述的异常监视装置，其特征在于所述第二异常检测单元对从至少两个模拟输入信号分别转换而得到的数字信号的脉 冲的边缘进行检测，分别求取脉冲数，在这些脉冲数的差为规定的阙值以上的情况下检测山巳齿出升吊。
7.如权利要求5所述的异常监视装置，其特征在于所述第二异常检测单元对从至少两个模拟输入信号分别转换而得到的数字信号的脉 冲的边缘进行检测，分别求取脉冲数，在这些脉冲数的差为规定的阙值以上的情况下检测山巳齿出升吊。
8.如权利要求1或3所述的异常监视装置，其特征在于所述第三异常检测单元将一定周期中的所述合成信号的脉冲宽度与过去的同一周期 中的脉冲宽度相比较，在两个脉冲宽度存在差的情况下检测出异常。
9.如权利要求2或4所述的异常监视装置，其特征在于所述第四异常检测单元将对一定周期中的所述模拟输入信号进行转换而得到的数字 信号的脉冲宽度与过去的同一周期中的数字信号的脉冲宽度相比较，在两个脉冲宽度存在 差的情况下检测出异常。
10.如权利要求2或4所述的异常监视装置，其特征在于所述第四异常检测单元在对一定周期中的两个以上的所述模拟输入信号分别进行转 换而得到的数字信号的脉冲宽度的差为规定的阙值以上的情况下，检测出异常。
11.如权利要求1或3所述的异常监视装置，其特征在于 所述控制装置包括运算处理装置，该运算处理装置具有第一异常检测单元的模拟/数字转换功能、第二异常检测单元 的脉冲数的测定功能、和第三异常检测单元的脉冲宽度的测定功能。
12.如权利要求2或4所述的异常监视装置，其特征在于 所述控制装置包括运算处理装置，该运算处理装置具有第一异常检测单元的模拟/数字转换功能、第二异常检测单元的脉冲数的测定功能、和第四异常检测单元的脉冲宽度的测定功能。
13.如权利要求1或3所述的异常监视装置，其特征在于多个多重化的所述运算处理装置，相互发送接收包括由第一异常检测单元检测出的模 拟输入信号的电压电平、由第二异常检测单元测定到的脉冲数、和由第三异常检测单元测 定到的脉冲宽度的数据，各运算处理装置对所发送接收的所述数据进行比较而检测运算处 理装置的异常。
14.如权利要求2或4所述的异常监视装置，其特征在于多个多重化的所述运算处理装置，相互发送接收包括由第一异常检测单元检测出的模 拟输入信号的电压电平、由第二异常检测单元测定到的脉冲数、和由第四异常检测单元测 定到的脉冲宽度的数据，各运算处理装置对所发送接收的所述数据进行比较而检测运算处理装置的异常。
15.一种异常监视装置，其中，相位不同的多个信号经包括电源线和信号线的配线系统 分别作为一组差动信号被输入到控制装置，该控制装置对所述差动信号进行处理来检测所 述编码器或配线系统的异常，其中，该相位不同的多个信号是对旋转体的位置进行检测的 编码器的输出信号，该异常监视装置的特征在于所述控制装置包括第一异常检测单元，其将多组所述差动信号分别转换为以所述控制装置的接地电位为 基准的数字信号，根据这些数字信号的脉冲数检测所述编码器或配线系统的异常；第二异常检测单元，其根据多个所述数字信号的脉冲宽度检测所述编码器或配线系统 的异常；和第三异常检测单元，其利用电平测量单元将至少一组差动信号转换为规定电平的模拟 信号，根据对该模拟信号进行转换而得的数字信号检测所述模拟信号的电压电平，从而检 测所述编码器或配线系统的异常。
16.如权利要求15所述的异常监视装置，其特征在于第三异常检测单元设置有被输入所述差动信号的双电源方式的模拟运算单元，或者 被输入差动信号，单电源方式的叠加偏移电压而成的模拟运算单元，作为所述电平测量单 元，在从这些模拟运算单元输出的模拟信号的电压电平位于正侧的正常范围外或者负侧 的正常范围外时，检测出所述编码器或配线系统的异常。
17.如权利要求15或16所述的异常监视装置，其特征在于在所述旋转体旋转时，利用所述第一异常检测单元或所述第二异常检测单元检测异 常，在所述旋转体停止时，利用所述第三异常检测单元检测异常。
全文摘要
本发明提供一种异常监视装置，能够检测现有技术不能应对的各种异常，可靠性高。在图1的异常监视装置中，来自编码器的两相的位置检测信号经电缆等配线系统作为模拟信号被输入控制装置。控制装置内的微机包括电平异常检测单元、脉冲数比较异常检测单元、和脉冲宽度比较异常检测单元。电平异常检测单元在模拟输入信号的电压电平位于规定的范围内的情况下，检测出编码器和配线系统的异常。脉冲数比较异常检测单元在与两相模拟输入信号对应的数字信号的脉冲数的差在规定的阙值以上的情况下，检测出编码器等的异常。脉冲宽度比较异常检测单元在两相数字信号的合成信号的脉冲宽度与过去的控制周期的脉冲宽度不同的情况下，检测出编码器等的异常。
文档编号G01R31/02GK101833049SQ20101011391
公开日2010年9月15日 申请日期2010年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者佐藤以久也, 高桥弘 申请人:富士电机系统株式会社
专业数控铣床产品供应商
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