JP4640466B2

JP4640466B2 - センサの断線検出回路

Info

Publication number: JP4640466B2
Application number: JP2008189209A
Authority: JP
Inventors: 英朗守屋; 克好中野
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: JP2008304472A

Description

本発明は、モータ等の回転を検出するセンサの断線を検出する回路に関する。

従来、モータの回転数データをセンサによって取得し、この回転数データによりモータの駆動回路を制御することが行われていた（例えば、特許文献１）。このような制御は、回転数データが正しく供給されて初めて成立するものであるから、回転を検出するセンサの内部回路あるいはセンサとこのセンサの信号処理回路との間の配線が断線した場合など、回転数データが適切に供給されないと、モータが暴走する可能性があった。この暴走を防止するため、通常、前記センサとは別に過速度検出手段を設け、この検出手段によって暴走が検出されるとモータを停止させるのが一般的であった。
特開平７−２７４５７３号公報

しかし、この従来技術では、センサの異常をモータを回転させる前に検出することができないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、モータを回転させる前にセンサの断線を検出できる回路を提供するものである。

本発明は、エンコーダの差動出力を検出して検出信号を出力するフォトカプラと、前記検出信号が入力されると検出信号を反転して出力するモータの相毎に設けられた第１のオープンコレクタトランジスタと、各相の前記第１のオープンコレクタトランジスタの出力の論理和を取るワイアードオアと、前記ワイアードオアの出力が入力され、入力された信号を反転し、全ての前記第１のオープンコレクタトランジスタの前記検出信号が正常を示す電圧レベルであると、異常のないことを示す電圧レベルの正常信号、またいずれか一つでも異常な電圧レベルであると異常のあることを示す電圧レベルの異常信号を出力する第２のオープンコレクタトランジスタと、前記第２のオープンコレクタトランジスタの出力に含まれる前記エンコーダの出力レベルの変化時に生じるハザードを除去するためのフィルタ回路とを有し、前記フォトカプラが内部において２個の発光ダイオードがその向きを逆にして並列に接続されており、並列に接続された両端に対し、一端に前記エンコーダの出力、他端に前記エンコーダの反転出力が接続されていることを特徴とするセンサの断線検出回路である。

本発明は、センサの出力波形をこの出力波形に応じた直流電圧に変換する変換回路と、前記直流電圧と基準電圧とを比較する比較回路とを有することを特徴とするセンサの断線検出回路である。
本発明は、前記センサの出力は、レゾルバのコイルの一端の電圧であることを特徴とするセンサの断線検出回路である。
本発明は、前記センサと前記変換回路との間に、前記センサの出力波形を整形する波形整形回路を更に有することを特徴とするセンサの断線検出回路である。
本発明は、前記センサの出力は、差動出力エンコーダの出力であることを特徴とするセンサの断線検出回路である。
本発明は、前記センサは複数の相の出力をもち、これらの出力に対応する前記変換回路および比較回路が複数系統設けられ、前記複数の比較回路の出力の論理和を前記センサの断線検出回路の出力とすることを特徴とするセンサの断線検出回路である。

本発明によると、モータを回転させる以前の、回転センサに電源を投入した時点で、この回転センサの断線を検出でき、モータの暴走を防止できる。また、複数の相の出力をもつ回転センサのどの相が断線した場合でも、一カ所の信号ラインを見れば断線の有無が検出できるので、簡単に断線検知を行うことができる。

本発明の第一実施形態の構成を図１を参照して説明する。図中の１は、図示していないモータの回転速度あるいは回転角等を検出するレゾルバである。レゾルバ１は一種の回転トランスであり、内部に巻線１ａが設けられている。レゾルバ１には、このレゾルバの励磁信号であるA_COM,B_COM,A_COMバー,B_COMバーが入力し、出力信号であるA,B,Aバー,Bバーが出力している。ただし、図中には、A,A_COMのみ記し、B,B_COM,Aバー,A_COMバー,Bバー,B_COMバーは、前記A,A_COMと同様の構成なので図示を省略し、その説明も省略する。A,A_COMの間には、前記巻線１ａが設けられている。

２は、前記レゾルバ１の出力信号を検出する検出装置である。検出装置２は、励磁信号A_COM,B_COM,A_COMバー,B_COMバーを前記レゾルバ１に出力し、前記レゾルバ１からA,B,Aバー,Bバーを入力する。ただし、図中には、前記の理由によりA,A_COMのみ記し、説明もこれらについてのみ行う。

前記検出装置２は、励磁信号発生器３、レゾルバ検出回路４、断線検知回路５を有する。励磁信号発生器３およびレゾルバ検出回路４は、従来からあるレゾルバの励磁および出力信号の検出回路である。励磁信号発生器３は、励磁信号A_COMを出力し、この出力は前記レゾルバ１に入力されている。レゾルバ１の出力Aは、レゾルバ検出回路４および断線検知回路５に入力されている。

断線検知回路５は、本発明による回路で、レゾルバの断線を検出するための回路である。断線検知回路５は、抵抗６、比較基準電圧発生器７、コンパレータ８、プルアップ抵抗９、フィルタ回路１０、リセットＩＣ１１、プルアップ抵抗１２を有する。断線検知回路５への入力Aは、抵抗６を介してコンパレータ８の非反転入力端子に入力されている。

比較基準電圧発生器７は、前記コンパレータ８の比較基準電圧Vcc3を出力している。この比較基準電圧Vcc3は、０Ｖよりわずかに高い電圧である。この電圧Vcc3は、前記コンパレータ８の反転入力端子に入力され、この電圧Vcc3と前記入力Aとが比較されるようになっている。コンパレータ８の出力はオープンコレクタ出力となっていて、この出力は、非反転入力端子への入力の方が、反転入力端子への入力であるVcc3より大きいとき、オープンとなる。逆に、非反転入力端子への入力の方が小さいとき、GNDレベルとなる。コンパレータ８の出力は、プルアップ抵抗９を介して電源電圧Vcc2にプルアップされているので、前記非反転入力端子への入力の方が大きいときには、出力の電位はVcc2となる。コンパレータ８の出力は、フィルタ回路１０に入力されている。

フィルタ回路１０は、ローパスフィルタである。フィルタ回路１０の出力は、リセットＩＣ１１の入力端子に入力されている。リセットＩＣ１１は、入力端子の電圧と、このリセットＩＣ１１の内部にもつ基準電圧であるVcc2／２とを比較する。リセットＩＣ１１の出力はオープンコレクタ出力となっており、前記比較の結果、入力端子の電圧の方が高ければ、出力はオープンになる。逆に、入力端子の電圧の方が低ければ、出力はローレベルになる。リセットＩＣ１１の出力は、プルアップ抵抗１２を介して電源電圧Vcc2にプルアップされているので、前記の入力端子の電圧の方が高かった場合には、出力電圧はVcc2となる。リセットＩＣ１１の出力は、レゾルバ断線検出信号Ｅとなっている。

図示していないが、BおよびB_COM、AバーおよびA_COMバー、BバーおよびB_COMバーにも同様の回路が接続されている。これらの回路の出力である各相のレゾルバ断線検出信号は、接続点１３でワイヤードＯＲ結合されている。

次に、図２の波形図を参照して、本実施形態の動作を説明する。検出装置２の電源をオンすると、この検出装置２に内蔵された励磁信号発生器３から、図２のA_COMに示す波形が出力される。この波形は、０Ｖを中心とした振幅Vcc1の方形波である。このとき、レゾルバ１およびこのレゾルバ１を接続している配線に断線がなければ、レゾルバ１の出力Aは、図２のAに示すような０Ｖを中心とした波形となる。この波形は、抵抗６を経由してコンパレータ８の非反転入力端子に入力される。

一方、コンパレータ８の非反転入力端子には、比較基準電圧発生器７が出力する一定電圧Vcc3が入力されている。このVcc3は、前述したように、０Ｖよりわずかに高い電圧である。従って、コンパレータ８からは、図２のCに示す波形が出力される。この波形Cは、GNDからVcc2までの間をスイングする方形波となる。

波形Cはフィルタ回路１０に入力し、このフィルタ回路１０は、図２のDに示す波形を出力する。この波形Dは、フィルタ回路１０の入力CがVcc2のとき緩やかに上昇し、入力CがGNDのとき緩やかに下降するが、ほぼVcc2を保つ。この波形Dは、リセットＩＣ１１に入力され、リセットＩＣ１１は、レゾルバ検出信号Eを出力する。レゾルバ検出信号Eの波形を図２のEに示す。すなわち、レゾルバ１に断線がなければ、レゾルバ検出信号EはVcc2一定となる。

レゾルバ１が断線していた場合には、レゾルバ１の出力は、図２のAのような波形とはならず、A'に示すようなGND一定値となる。すると、このGND一定値を入力したコンパレータ８は、この入力をVcc3と比較し、コンパレータ８の出力も、図２のC'に示すようなGND一定となる。C'を入力したフィルタ回路１０の出力も、図２のD'に示すようなGND一定となる。D'を入力したリセットＩＣ１１の出力は、図２のE'に示すようにGND一定となる。すなわち、レゾルバ１に断線があれば、レゾルバ検出信号はGND一定となる。

前述したように、接続点１３にて、A、B、Aバー、Bバー相からの出力がワイヤードＯＲ接続されるので、４つの相のいずれかからGNDレベルが出力されれば、レゾルバ検出信号はGNDレベルとなる。従って、４つの相のどの相の断線も、レゾルバ検出信号Eによって検出できる。

次に、本発明の第二実施形態の構成を図３を参照して説明する。本実施形態では、回転を検出するセンサとして差動出力型のエンコーダ１４が用いられている。エンコーダ１４には、Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗの６相の出力が設けられているが、図中にはＡ相のみ示し、その他の相はＡ相と同様の構成なので図示および説明を省略する。

図中に示すエンコーダ１４は、差動出力型なので、その出力ＡおよびＡバーは、互いに異なる電圧レベルを出力する。すなわち、ＡがハイレベルのときＡバーはローレベルとなり、ＡがローレベルのときＡバーはハイレベルとなる。この出力ＡおよびＡバーは、ラインレシーバ１５に入力されている。また、ＡとＡバーの間には、抵抗１５ａが接続されている。ラインレシーバ１５は、Ａ相信号を出力している。

エンコーダ１４の出力Ａ、Ａバーは、フォトカプラ１６にも入力されている。ただし、エンコーダ１４のＡ端子とフォトカプラ１６の間には、抵抗１６ｄが設けられている。フォトカプラ１６の内部には、２個の発光ダイオード１６ａおよび１６ｂがその向きを逆にして並列に接続されていて、この両端に前記エンコーダ１４の出力ＡおよびＡバーが接続されている。

フォトカプラ１６には、さらに前記発光ダイオード１６ａおよび１６ｂの発する光を受光するフォトトランジスタ１６ｃが内蔵されている。このフォトトランジスタ１６ｃのエミッタはGND電位に接続され、コレクタはフォトカプラ１６の出力となっている。この出力２３は、オープンコレクタトランジスタ１７に接続されている。また、この出力２３は、プルアップ抵抗１８を介して電源電圧Vccにプルアップされている。

オープンコレクタトランジスタ１７の出力は、接続点２４に接続されている。この接続点２４には、図示していないＢ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ相からの出力も接続されている。また、この接続点１８は、プルアップ抵抗１９を介して電源電圧Vccにプルアップされている。さらに、この接続点１８は、オープンコレクタトランジスタ２０の入力に接続されている。

オープンコレクタトランジスタ２０の出力は、プルアップ抵抗２１を介して電源電圧Vccにプルアップされている。また、この出力は、フィルタ回路２２に入力されている。フィルタ回路２２の出力は、エンコーダ断線検出信号２５となっていて、図示していないＣＰＵの入力ポートに接続されている。

次に、本実施形態の動作を説明する。エンコーダ１４に断線等がなく、正常であれば、このエンコーダ１４に電源を投入したとき、このエンコーダは差動出力型なので、このエンコーダ１４のＡおよびＡバー端子からは、それぞれ異なるレベルの電圧が出力される。これらのＡおよびＡバー出力は、ラインレシーバ１５に入力される。ラインレシーバ１５はＡ相信号を出力する。

エンコーダ１４のＡおよびＡバー出力は、フォトカプラ１６にも入力される。すると、フォトカプラ１６に内蔵された２個の発光ダイオード１６ａまたは１６ｂのうち、どちらか一方は必ず発光する。これは、前述したように、ＡおよびＡバーは必ず異なるレベルの電圧となるからである。

発光ダイオード１６ａまたは１６ｂが発光すると、この光はフォトトランジスタ１６ｃで受光され、このフォトトランジスタ１６ｃはオンする。すると、フォトトランジスタ１６ｃのコレクタ、すなわちフォトカプラ１６の出力２３はローレベルになる。これがオープンコレクタトランジスタ１７で反転され、このオープンコレクタトランジスタ１７の出力である接続点２４はハイレベルになる。

接続点２４には、他の相の出力、すなわちＢ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗからの信号も接続されている。そして、全ての相が正常であれば、この接続点２４の電位はハイレベルになる。ただし、いずれかひとつの相が断線し、ローレベルを出力すれば、この接続点２４の電位はローレベルになる。

接続点２４の電位は、オープンコレクタトランジスタ２０に入力する。この入力は反転されて出力される。従って、エンコーダ１４の全ての相に異常がなければ、接続点２４の電位はハイレベルなので、オープンコレクタトランジスタ２０の出力はローレベルとなる。

この出力はフィルタ回路２２に入力される。フィルタ回路２２の役割は、エンコーダがモータの回転中に断線検知をする場合に、エンコーダ１４のＡおよびＡバー出力の信号伝達速度等の違いにより、ハザードが発生する場合があるが、このハザードを除去することである。

すると、フィルタ回路２２の出力２５は、ハザードが取り除かれた信号となり、断線が検出されなかったときはローレベル、検出されたときにはハイレベルとなる。この信号は図示していないＣＰＵの入力ポートへ入力される。ＣＰＵはこの入力により、エンコーダ１４が正常であるか否かを検出する。

次に、エンコーダ１４に断線等があった場合には、ＡとＡバーの経路に電流が流れない。すると、後段のフォトカプラ１６に内蔵された発光ダイオード１６ａまたは１６ｂを発光させるための電流を流すことができない。

すると、フォトカプラ１６の出力はハイレベルになり、これを受けてオープンコレクタトランジスタ１７の出力２４はローレベルになる。さらに、この後段であるオープンコレクタトランジスタ２０の出力はハイレベルになる。この出力は、フィルタ回路２２で、もしハザードがあれば除去され、フィルタ回路２２の出力であるエンコーダ断線検知信号２５はハイレベルになる。

この出力がＣＰＵの入力ポートに入力されると、ＣＰＵはエンコーダ１４に断線があることを検出し、警告を発したり、モータへの通電を禁止したりすることができる。また、モータがすでに回っている状態であれば、モータの緊急停止等の命令を発することもできる。なお、本実施形態において、前記フォトカプラ１６の代わりに、リレーを用いてもよい。

本発明の第一実施形態の概略図。第一実施形態の動作を説明するための波形図。本発明の第二実施形態の概略図。

符号の説明

１レゾルバ
１ａ巻線
２検出装置
３励磁信号発生器
４レゾルバ検出回路
５断線検知回路
６抵抗
７比較基準電圧発生器
８コンパレータ
９プルアップ抵抗
１０フィルタ回路（変換回路）
１１リセットＩＣ（比較回路）
１２プルアップ抵抗
１３接続点
１４エンコーダ
１５ラインレシーバ
１５ａ抵抗
１６フォトカプラ
１６ａ、１６ｂ発光ダイオード
１６ｃフォトトランジスタ
１６ｄ抵抗
１７，２０オープンコレクタトランジスタ
１８、１９プルアップ抵抗
２１プルアップ抵抗
２２フィルタ回路
２３フォトカプラ出力
２４接続点
２５エンコーダ断線検出信号

Claims

エンコーダの差動出力を検出して検出信号を出力するフォトカプラと、
前記検出信号が入力されると検出信号を反転して出力するモータの相毎に設けられた第１のオープンコレクタトランジスタと、
各相の前記第１のオープンコレクタトランジスタの出力の論理和を取るワイアードオアと、
前記ワイアードオアの出力が入力され、入力された信号を反転し、全ての前記第１のオープンコレクタトランジスタの前記検出信号が正常を示す電圧レベルであると、異常のないことを示す電圧レベルの正常信号、またいずれか一つでも異常な電圧レベルであると異常のあることを示す電圧レベルの異常信号を出力する第２のオープンコレクタトランジスタと、
前記第２のオープンコレクタトランジスタの出力に含まれる前記エンコーダの出力レベルの変化時に生じるハザードを除去するためのフィルタ回路と
を有し、
前記フォトカプラが内部において２個の発光ダイオードがその向きを逆にして並列に接続されており、並列に接続された両端に対し、一端に前記エンコーダの出力、他端に前記エンコーダの反転出力が接続されていることを特徴とするセンサの断線検出回路。
前記第１のオープンコレクタトランジスタは、出力がプルアップ抵抗を介して電源電圧にプルアップされ、
前記第２のオープンコレクタトランジスタは、出力がプルアップ抵抗を介して電源電圧にプルアップされている
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサの断線検出回路。