编码器异常检测装置以及使用编码器异常检测装置的电梯设备

摘要

本发明提供一种能够切实地检测出噪音的编码器异常检测装置以及使用编码器异常检测装置的电梯设备。本发明的编码器异常检测装置是检测正弦波编码器4的异常的编码器异常检测装置，该正弦波编码器4随着旋转体的旋转而输出具有正极和负极这两个电压极性或者具有一定的偏差，并且彼此之间的相位差为90度的正弦波和余弦波的二相信号，该编码器异常检测装置4具有转换部分和比较部分，该转换部分将由正弦波编码器4输出的正弦波作为矢量值标绘在x轴上，并且将余弦波作为矢量值标绘在y轴上，该比较部分在矢量值在径向上偏离了阈值的场合和矢量值在周向上偏离了阈值的场合中的至少一个场合，判断为发生了异常。

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测编码器异常的编码器异常检测装置以及使用编码器异常 检测装置的电梯设备。

背景技术

在现有技术中，用于检测在控制电动机等的位置和速度时使用的正弦波编码 器的异常的异常检测装置具有编码器、A/D转换单元以及运算单元，该编码器用 于生成作为来自异常检测对象物的输出的正弦波的第一信号以及作为来自与该第 一信号具有π/2的相位差的对象物的输出的第二信号，该A/D转换单元将来自该 编码器的第一信号和第二信号转换为数字信号，该运算单元对该A/D转换单元的 第一数字信号值和第二数字信号值进行平方并计算该平方值的和，在运算单元的 运算结果超出了接近正整数1的因编码器和A/D转换单元的各种精度而产生的误 差的范围时，将编码器检测为发生了异常(参照专利文献1)

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利特开平1-80817号公报

编码器例如应用于电梯设备，其设置目的是为了检测和控制卷扬机的电动机 的旋转速度。也就是说，通过编码器来检测实际的速度，将该速度与电流指令之 间的差分换算成由卷扬机的电动机输出的转矩指令，由此来控制逆变器的输出电 流和输出电压。可是，在上述与逆变器一起设置的编码器中，因受到逆变器的噪 音(noise)的影响，经常会有噪音叠加在其输出电压上。当噪音叠加在编码器的 输出电压上时，对根据编码器的输出信号进行的设备控制也会产生不利的影响， 因此优选能够正确地检测出噪音。可是，在上述现有技术中，根据编码器输出的 正弦波的两个信号来检测异常，但其无法判断出该两个信号是否处于有噪音重叠 的状态。

也就是说，例如在噪音以θa叠加在正弦波和余弦波上的场合，在运算叠加有 该等噪音的信号值的平方和时，只要不超出与正整数1接近的范围，例如会被视 为θn中的值，而无法检测出噪音。

发明内容

本发明是鉴于上述现有技术的实际情况而作出的，本发明的目的在于提供一 种能够切实地检测出噪音重叠的编码器异常检测装置以及使用编码器异常检测装 置的电梯设备。

为了实现上述目的，本发明提供一种编码器异常检测装置，其是检测正弦波 编码器的异常的编码器异常检测装置，该正弦波编码器随着旋转体的旋转而输出 具有正极和负极这两个电压极性或者具有一定的偏差，并且彼此之间的相位差为 90度的正弦波和余弦波的二相信号，所述编码器异常检测装置的特征在于，具有 转换部分和比较部分，所述转换部分将由所述正弦波编码器输出的所述正弦波作 为矢量值标绘在x轴上，将所述余弦波作为矢量值标绘在y轴上，在所述矢量值 在径向上偏离了阈值的场合和所述矢量值在周向上偏离了阈值的场合中的至少一 种场合，所述比较部分判断为发生了异常。

根据上述结构，能够检测出叠加在正弦波编码器的输出信号上的噪音重叠， 从而能够提高设备的可靠性以及安全性。

此外，本发明还提供一种使用编码器异常检测装置的电梯设备，其具有；逆 变器，该逆变器与电源连接，由多个开关元件构成；与该逆变器连接的卷扬机的 电动机；正弦波编码器，该正弦波编码器随着该电动机的旋转而输出具有正极和 负极这两个电压极性或者具有一定的偏差，并且彼此之间的相位差为90度的正弦 波和余弦波的二相信号；控制装置，该控制装置与所述逆变器以及所述正弦波编 码器连接，通过所述逆变器控制所述卷扬机，并且构成有检测所述正弦波编码器 的异常的编码器异常检测装置；电梯轿厢和平衡重，该电梯轿厢和平衡重通过卷 绕在由所述电动机驱动的所述卷扬机的绳轮上的吊索进行升降；以及制动装置， 该制动装置对所述绳轮进行制动，所述电梯设备的特征在于，构成在所述控制装 置中的所述编码器异常检测装置具有转换部分和比较部分，所述转换部分将由所 述正弦波编码器输出的所述正弦波作为矢量值标绘在x轴上，将所述余弦波作为 矢量值标绘在y轴上，在所述矢量值在径向上偏离了阈值的场合和所述矢量值在 周向上偏离了阈值的场合中的至少一种场合，所述比较部分判断为发生了异常。

根据上述结构，能够通过设置在用于控制卷扬机的控制装置中的编码器异常 检测装置切实地检测出叠加在正弦波编码器的输出信号上的噪音重叠，从而能够 提高设备的可靠性以及安全性。

本发明的特征还在于，在上述结构的基础上，所述控制装置在所述制动装置 的动作状态下对所述逆变器进行调查电流导通，判断所述正弦波编码器有无发生 异常，并且进行电梯起动补偿控制。

一般来说，电梯的起动补偿控制根据设置在电梯轿厢下部的负载检测传感器 的负载检测值来进行。负载检测传感器根据电梯轿厢下方的防振橡胶的与装载量 相应的挠曲量输出负载检测值，在防振橡胶的挠曲量因使用环境的不同而发生了 变化时，难以进行正确的负载检测，从而难以确切地进行电梯设备的起动补偿控 制。另一方面，根据上述结构，不采用负载检测传感器，而是根据正弦波编码器 的输出信号来进行电梯的起动补偿控制，所以能够确切地检测出叠加在正弦波编 码器的输出信号上的噪音重叠，能够在提高设备的可靠性以及安全性的同时，实 现精确的起动补偿。

本发明的特征还在于，在上述结构的基础上，所述控制装置在所述制动装置 的动作状态下对所述逆变器进行调查电流导通，判断所述正弦波编码器有无发生 异常，并且将调查电流指令与电动机电流检测值进行比较，判断所述电动机和所 述逆变器有无发生异常，并且进行电梯起动补偿控制。

根据上述结构，在对逆变器进行使微小电流流通的调查电流导通时，不仅能 够确认正弦波编码器的状态，而且还能够综合地对电动机和逆变器的状态进行确 认，能够减少控制步骤，从而能够实现响应性良好的电梯设备。

发明效果

根据本发明的编码器异常检测装置，能够确切地检测出叠加在正弦波编码器 的输出信号上的噪音重叠，从而能够提高设备的可靠性以及安全性。

根据本发明的具有编码器异常检测装置的电梯设备，能够通过设置在用于控 制卷扬机的控制装置中的编码器异常检测装置切实地检测出叠加在正弦波编码器 的输出信号上的噪音重叠，从而能够提高电梯设备的可靠性以及安全性。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的编码器异常检测装置以及使用该编 码器异常检测装置的电梯设备的结构示意图。

图2是表示图1所示的正弦波编码器的输出信号的信号波形图。

图3是将图2所示的正常的正弦波编码器的输出信号标绘在x轴和y轴上而 得到的坐标图。

图4是图1所示的正弦波编码器的输出信号上叠加有噪音时的信号波形图。

图5是将图4所示的叠加有噪音的正弦波编码器的输出信号标绘在x轴和y 轴上而得到的坐标图。

图6是表示图1所示的编码器异常检测装置以及使用编码器异常检测装置的 电梯设备的处理步骤的流程图。

符号说明

1  电源

2  逆变器

3  卷扬机

3a 电动机

4  正弦波编码器

5  电流检测器

6  控制基板

7  吊索

8  电梯轿厢

9  平衡重

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的编码器异常检测装置以及使用该编 码器异常检测装置的电梯设备的结构示意图。

电梯设备具有：电源1；逆变器2，该逆变器2与电源1连接，并且由多个开 关元件2a构成；与逆变器2连接的卷扬机3的电动机3a；正弦波编码器4，该正 弦波编码器4安装在电动机3a上，用于检测和控制电动机3a的旋转速度；控制 基板6，该控制基板6上搭载有微型计算机，与逆变器2和正弦波编码器4连接， 并且在其输入线上设置有电流检测器5；由电动机3a驱动的卷扬机3的绳轮3b； 以及电梯轿厢8和平衡重9，该电梯轿厢8和平衡重9通过卷绕在绳轮3b上的吊 索7进行升降。

在电梯设备中，控制基板6在通过正弦波编码器4检测实际速度的同时，获 取电流检测器5的输出信号，将检测速度与指令速度进行比较，将两者的差分换 算为由卷扬机3的电动机3a输出的转矩指令和电流指令，根据该电流指令与电流 检测器5的输出信号的比较结果对逆变器2的输出电流和输出电压(也就是开关元 件2a)进行接通/断开控制。

正弦波编码器4如图2所示，用于输出具有正极和负极这两个电压极性，并且 彼此之间的相位差为90度的正弦波(即A相信号)和余弦波(即B相信号)的二相信 号。此外，正弦波编码器4是编码器每旋转一圈大致输出2048C/T个输出的编码 器，电压的输出波形呈正弦波状变化，按照信号获取电路基板的A/D转换器的比 特精度(2的10次方)获取该正弦波变化，由此能够获取2048C/T的2的10次方倍 的检测精度，其检测精度高于脉冲式编码器。本电梯装置使用上述正弦波编码器 4来进行起动补偿。也就是说，在电梯起动时，通过正弦波编码器4高精度地检 测电动机3a的旋转角，根据该检测值进行电动机3a的转矩控制，对电梯轿厢8 和平衡重9的不平衡力进行补偿，以降低制动器刚释放时的起动振动。

为了切实地检测出正弦波编码器4的异常，还采取了以下的措施。具体来说 是，通过上述控制基板6来构成转换部分和比较部分。该转换部分将由正弦波编 码器4输出的A相信号作为矢量值标绘在x轴上，将B相信号作为矢量值标绘在 y轴上，该比较部分在矢量值在径向上偏离了阈值的场合和矢量值在周向上偏离 了阈值的场合中的至少一个场合，判断为发生了异常。也就是说，在正弦波编码 器4的动作正常的场合，A相信号和B相信号的波形为图2所示的波形，将该等 波形作为矢量值标绘在x轴和y轴上时，得到图3所示的圆形轨迹。当所检测到 的矢量值在径向偏离了正常轨迹加上误差而得到的阈值时，判断为发生了异常。 此外，在正弦波编码器4正常时，在规定状态下检测出的矢量值在周向上不会偏 离阈值，当该矢量值在周向上偏离了正常轨迹加上误差而得到的阈值时，也就是 在周向上的变动偏离了阈值时，判断为发生了异常。

以下参照图6所示的流程图说明用于判断正弦波编码器4异常的编码器异常 检测装置以及使用编码器异常检测装置的电梯设备的处理步骤。

如步骤S1所示，即使在制动器动作而将电梯设备保持在待机状态的期间， 控制基板6也始终对正弦波编码器4的输出信号进行监视(步骤S2)。也就是说， 将正弦波编码器4输出的A相信号作为矢量值标绘在x轴，并将B相信号作为矢 量值标绘在y轴上，以此来判断矢量值是否在径向上偏离了阈值，以及判断矢量 值是否在周向上偏离了阈值。在电梯设备处于待机状态，并且逆变器2处于停止 状态时，如果控制基板6检测出正弦波编码器4的输出信号发生了变动，则在步 骤S12中判断为编码器电路发生了故障，或者发生了连接异常。在步骤S13中使 电梯停止。

另一方面，在制动器处于动作状态，并且正弦波编码器4的输出信号在允许 范围内时，控制基板6在步骤S3中对相位角数据θx进行存储。此后，在步骤S4 中通过轿厢呼叫和门厅呼叫中的一方的呼叫来判断是否能够进行驱动，在判断为 能够进行驱动时，在步骤S5中，在制动器的动作状态下，对逆变器2进行使微 小电流流通的调查，也就是进行调查电流导通逆变器控制。

采用如上方法的理由是，在零电流控制附近逆变器容易发生噪音，所以此时 适于对逆变器2进行调查。此外，由于微小电流被设定为使电动机输出转矩《制 动器转矩的值，所以在进行调查电流导通时电动机基本上不会旋转。并且，控制 基板6在步骤S6中监视正弦波编码器4的输出信号，判断其有无发生异常。例 如，在正弦波编码器4正常时，A相信号和B相信号的波形为图2所示的波形， 将图2的A、A′所示的相位角θ时的A相信号作为矢量值标绘在x轴，将B相信 号标绘在y轴上，得到图3的箭头a所示的波形。矢量值在径向上的大小根据 x1²+y1²求出，在箭头a的场合为x1²+y1²＝I²，其与正常轨迹加上误差而得到的阈 值s相一致。

另一方面，例如图4的B、B′所示，在相位角为θ1时，在A相信号上叠加有 x2的噪音，在B相信号上叠加有y2的噪音，将该状态下的A相信号作为矢量值 标绘在x轴上，并将该状态下的B相信号作为矢量值标绘在y轴上时，得到图5 的箭头b所示的波形。矢量值在径向上的大小根据x2²+y2²求出，在箭头b的场 合为x2²+y2²》I2，由于矢量值在径向上偏离(大于)了正常轨迹加上误差而得到的 阈值s，所以判断为发生了异常。此外，在检测出的矢量值为x2²+y2²《I²的场合， 也就是矢量值在径向上偏离(小于)了正常轨迹加上误差而得到的阈值s的场合， 同样判断为发生了异常。图4的B，B′所示的噪音在上述已公开的现有技术中也能 够检测出。

可是，如图4的C、C′所示，在相位角为θ2时，在处于正弦波编码器4的A 相信号上叠加有x3的噪音，并且在B相信号上叠加有y3的噪音的状态的场合， 如果采用上述已公开的现有技术，则在计算出的信号值的平方和不超出接近正整 数1的范围时，例如被作为图4的θ3的值处理，从而无法检测出噪音。可是，在 将该状态的A相信号作为矢量值标绘在x轴上，并将该状态的B相信号作为矢量 值标绘在y轴上时，得到图5的箭头c和箭头d所示的波形。此时，检测调查电 流导通时的相位角数据θy，将在步骤S3中存储的相位角数据θx与该相位角数据 θy进行比较。也就是说，在相对于在步骤S3中在制动器的动作状态下存储的相 位角数据θ2，根据调查电流导通检测出的相位角数据为θ3时，计算θx(θ3)-θy(θ2) 的差，并判断由图5的箭头e所示的该差分是否在允许范围内。也就是说，当矢 量值在周向上超出了正常轨迹加上误差而得到的阈值时，判断为出现了逆变器噪 音重叠的异常。

并且，在步骤S6中，当在制动器的动作状态下对逆变器2进行使微小电流 流通的调查电流导通时，将调查电流指令与电动机电流检测值进行比较，并且对 电动机和逆变器的驱动状态进行确认。在调查电流指令与电动机电流检测值的比 较结果表示两者不一致时，例如有可能是因为开关元件的短路故障而造成了过电 流，或者因为开放故障而造成了电流不足，或者因为逆变器控制电路的误输出而 造成了过电流、电流不足，或者因为电动机的接地故障而造成了过电流等，所以 此时判断为发生了异常。当在步骤S6中判断为发生了异常时，进入步骤S10，在 停止进行调查电流导通逆变器控制的同时，进行调查试行次数的递增计数。

接着，在步骤S11中判断试行次数是否在规定值以内，其理由是，编码器信 号上的噪音重叠和逆变器2的动作异常中有很多是一时性的异常。当在步骤S11 中判断为试行次数还没有达到规定值时，再次反复执行上述步骤，对正弦波编码 器4、逆变器2和电动机3a的状态进行判断。所述的试行次数可以根据异常检测 水平，例如将6次/10分钟或者12次/10分钟设定为阈值。由此，能够在切实地 检测出严重异常的同时，在异常检测的结果表示异常不严重时，不立刻使电梯停 止，而是反复多次进行调查，由此能够优先将乘客移动到期望的目的地楼层。

另一方面，当在步骤S6中判断为没有异常时，进入步骤S7，结束调查电流 导通逆变器控制，在步骤S8中进行电梯起动控制，也就是进行起动补偿控制。 在该起动补偿控制中，通过正弦波编码器4高精度检测出电动机3a的旋转角，根 据该检测值进行电动机3a的转矩控制，由此对电梯轿厢8和平衡重9的不平衡力 进行补偿。此后，在步骤S9中释放制动器使电梯开始行驶，同时将试行次数归 零，并且存储最大的试行次数的数据。存储最大的试行次数的数据的目的是为了 能够在维护时确认噪音重叠的状况。

如上所述，本发明的编码器异常检测装置是检测正弦波编码器的异常的编码 器异常检测装置，该正弦波编码器随着旋转体的旋转而输出具有正极和负极这两 个电压极性或者具有一定的偏差，并且彼此之间的相位差为90度的正弦波和余弦 波的二相信号，所述编码器异常检测装置的特征在于，具有转换部分和比较部分， 所述转换部分将由所述正弦波编码器输出的所述正弦波作为矢量值标绘在x轴 上，并且将所述余弦波作为矢量值标绘在y轴上，所述比较部分在所述矢量值在 径向上偏离了阈值的场合和所述矢量值在周向上偏离了阈值的场合中的至少一种 场合，判断为发生了异常。

根据上述结构，能够切实地检测出叠加在正弦波编码器4的输出信号上的噪 音重叠，从而能够提高电梯设备的可靠性以及安全性。

此外，本发明的电梯设备具有；逆变器2，该逆变器2与电源1连接，由多 个开关元件2a构成；与该逆变器2连接的卷扬机3的电动机3；正弦波编码器4， 该正弦波编码器4随着该电动机3a的旋转而输出具有正极和负极这两个电压极性 或者具有一定的偏差，并且彼此之间的相位差为90度的正弦波和余弦波的二相信 号；控制装置，该控制装置与逆变器2和正弦波编码器4连接，通过逆变器2来 控制卷扬机3，并且构成有检测正弦波编码器4的异常的编码器异常检测装置； 电梯轿厢8和平衡重9，该电梯轿厢8和平衡重9通过卷绕在由电动机3a驱动的 卷扬机3的绳轮3b上的吊索7进行升降；以及制动装置，该制动装置对绳轮3b 进行制动，该电梯设备的特征在于，构成在控制装置中的所述编码器异常检测装 置具有转换部分和比较部分，该转换部分将由正弦波编码器输出的正弦波作为矢 量值标绘在x轴上，并且将余弦波作为矢量值标绘在y轴上，在矢量值在径向上 偏离了阈值的场合和矢量值在周向上偏离了阈值的场合中的至少一种场合，比较 部分判断为发生了异常。

根据上述结构，能够通过设置在用于控制卷扬机3的控制装置中的编码器异 常检测装置切实地检测出叠加在正弦波编码器4的输出信号上的噪音重叠，从而 能够提高电梯设备的可靠性以及安全性。

本发明的特征还在于，在上述结构的基础上，控制装置在制动装置的动作状 态下对逆变器2进行调查电流导通，判断正弦波编码器4有无发生异常，并且进 行电梯起动补偿控制。

一般来说，电梯的起动补偿控制根据设置在电梯轿厢下部的负载检测传感器 的负载检测值来进行。负载检测传感器根据电梯轿厢下方的防振橡胶的与装载量 相应的挠曲量输出负载检测值，在防振橡胶的挠曲量因使用环境的不同而发生了 变化时，难以进行正确的负载检测，从而难以确切地进行电梯设备的起动补偿控 制。另一方面，根据上述结构，不采用负载检测传感器，而是根据正弦波编码器 4的输出信号来进行电梯的起动补偿控制，所以能够确切地检测出叠加在正弦波 编码器4的输出信号上的噪音重叠，由此能够在提高设备的可靠性以及安全性的 同时，实现精确的起动补偿。

本发明的特征还在于，在上述结构的基础上，控制装置在制动装置的动作状 态下对逆变器2进行调查电流导通，判断正弦波编码器4有无发生异常，并且将 调查电流指令与电动机电流检测值进行比较，判断电动机3a和逆变器2有无发生 异常，并且进行电梯起动补偿控制。

根据上述结构，在对逆变器2进行使微小电流流通的调查电流导通时，不仅 能够确认正弦波编码器4的状态，而且还能够综合地对电动机3a和逆变器2的状 态进行确认，能够减少控制步骤，从而能够实现响应性良好的电梯设备。