JP2003513229A

JP2003513229A - 軸の回転を監視するためのシステムにおける信号のエラーを検知するための方法および装置

Info

Publication number: JP2003513229A
Application number: JP2001515979A
Authority: JP
Inventors: バウーア，ユルゲン; ファイル，リヒャルト
Original assignee: ピルツゲーエムベーハーアンドコー．
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2003-04-08
Also published as: DE19937737A1; AU6269200A; DE19937737C2; EP1210610A1; US6591217B1; WO2001011375A1

Abstract

(57)【要約】【課題】単一の回転センサ、特に単一のレゾルバを用いて、軸の回転運動を安全に監視できる装置および方法を提供する。【解決手段】この発明は、軸（１２）の回転運動を安全に監視するための装置および方法に関する。装置（６０）は、第１および第２の信号（２４、２６）を記録するための測定手段（２２）を備え、第１の信号（２４）は、軸（１２）の第１参照ポイントの角度位置の時間特性に相当し、第２の信号（２６）は、軸（１２）の第２参照ポイントの角度位置の時間特性に相当する。第１および第２の参照ポイントは、軸（１２）の回転角により互いに置き換えられる。さらに、装置（６０）は、第１および第２の信号（２４、２６）の瞬間値を所定の幾何学的関係を用いて互いに比較できるコンパレータを有する評価手段（６２）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

この発明は、軸の回転運動を安全に監視するための装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

上記装置は、第１および第２の信号を記録するための測定手段を有する。上記
第１の信号は、上記軸の第１参照ポイントの角度位置の時間特性に相当し、上記
第２の信号は、上記軸の第２参照ポイントの角度位置の時間特性に相当する。そ
して、上記第１および第２の参照ポイントは、上記軸の回転角により互いに置き
換えられる。上記装置はさらに、上記第１および第２の信号が与えられる評価手
段を備えている。

【０００３】このような装置および対応する方法は、例えば偏心圧のかかった軸の回転運動
を監視し制御するための産業上における利用から知られている。他のいかなる手段も用いずに上述した２つの信号を与える回転運動センサの一
例として、特に、レゾルバがある。レゾルバは、回転運動を記録する技術の分野
において長い間知られている。レゾルバは回転変圧器を備えていて、この回転変
圧器は、そのロータが監視されるべき軸に接続され、ステータが軸の外周に対し
て互いに９０°の角変位で配置された２つの個別の巻線を備えている。２つのス
テータ巻線は、変圧器ファッション内で結合されて、ロータ巻線を介して供給さ
れる信号が与えられる。ステータ巻線の出力で与えられた信号は、上述した第１
および第２の信号に相当する。レゾルバの動作については、図２および図３を参
照して、以下においてより詳細に説明する。

【０００４】レゾルバ信号の評価のために、集積回路（ＩＣ）などの完全な回路が知られ、
また市販されていて、例えば、集積回路Ｎｏ．ＡＤ２Ｓ８０Ａは、Ａｎａｌｏｇ
Ｄｅｖｉｃｅｓから市販されている。ＩＣは、いわゆるレゾルバ／デジタルコ
ンバータであって、レゾルバ信号から軸の回転角を計算し、そのデジタル数値ワ
ードとしての結果を出力で与える。さらに、軸の回転速度に比例する信号が、他
方の出力で与えられる。そのために、一般的に知られたモジュールにより、軸の
回転速度を監視することができる。しかしながら、この監視は安全ではなく、し
たがって、例えばステータ巻線の１つで生じる２つの巻線間の短い回路は、確実
に検知できない。同様に、集積回路内で起こる内部機能エラーもまた、安全に検
知できない。したがって、例えば集積回路がエラーにより機能せず、そのために
、監視されるべき軸が実際は高速で回転しているのに、停止していることを示す
信号を与える可能性がある。

【０００５】例えば、回転軸が機械自体や他の機械要素に危険を与えるときには、軸の回転
運動の安全な監視が必要である。このことは特に、操作者が組立作業中に回転す
る軸の危険地帯内で作業しなければならないような状況にある場合にいえる。従
前より知られているレゾルバ信号の評価回路は、軸の回転運動の安全な監視には
適さない。そのような場合に安全な監視を保証するために、レゾルバに加えて、軸に少な
くとも１つの付加回転センサを配置することが知られている。通常、今日そのよ
うな場合には、例えば付加ピックアップのような２つの個別の回転センサが用い
られる。一般に、これらの付加回転センサは、軸の回転運動の安全な監視を保証
するのに役立つだけである。さらに、レゾルバは、通常の操作中に軸の回転運動
を調節するための第３のセンサとして頻繁に用いられる。このような公知の配置
の例は、図１を参照して後述する。無速度状態の安全な監視、または軸の制御さ
れた低回転速度の安全な監視のための評価装置として、例えばドイツのオストフ
ィルデルンのＰｉｌｚＧｍｂｈ＆Ｃｏ．から市販されている停止監視リレ
ーＰＤＺを使用できる。この監視リレーは、同企業の操作説明書Ｎｏ．１９１
６１に記載されている。

【０００６】速度の安全な監視のための装置の他の例は、ＤＥ−Ａ−３８１９９９４に
記載されている。上記公知の装置は、センサとして２つの個別の誘導近接ピック
アップを用いる。軸の回転運動の安全な監視のために多くの付加センサを用いることは、高価で
あり、監視される設備のコスト面でマイナス効果を有する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

したがって、この発明の目的は、単一の回転センサ、特に単一のレゾルバを用
いて、軸の回転運動を安全に監視できる上述した種類の装置および方法を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この目的は、上述した種類の装置、つまり第１および第２の信号の瞬間値を予
め定められた幾何学的関係を用いて互いに比較できるコンパレータを備えた評価
手段により達成される。この目的はさらに、上述した種類の方法、つまり第１および第２の信号の瞬間
値が予め定められた幾何学的関係を用いて互いに比較されることにより達成され
る。

【０００９】この発明によれば、第１および第２の信号の瞬間値は、互いに比較される。信
号は同じ軸の異なる参照ポイントで記録されるという事実により、それらの信号
間には予め定められた関係がある。監視装置の運転にエラーがない限り、上記関
係を考慮に入れた比較は、常に予測可能な結果に結びつく。２つの信号間の比較
が予想とは異なる結果を生じたときは常に、監視装置内にエラーが起こる。この関係において、「幾何学的関係」という用語は、一般的な記述として、互
いの参照ポイントの幾何学位置に基づいて決定できる２つの信号の瞬間値の間の
予め定める関係と理解される。この関係は、２つの信号の瞬間値により座標が定
められた軌跡曲線として平面に図示できる。もし、記録された瞬間値から得られ
た軌跡曲線の実際の形が予想した軌跡曲線の形から逸脱すれば、監視装置内でエ
ラーが起こったということである。

【００１０】原理的には、第１および第２の信号を記録するために多くの個別のセンサが用
いられた場合にも、安全な監視のためにこの発明に係る方法を用いることができ
るということに注意すべきである。しかしながら、その方法が回転運動を記録す
るために単一のレゾルバと共に用いることができるものである以上、これは必要
ない。というのは、上記の第１および第２の信号はレゾルバなどにより与えられ
るからである。例えばレゾルバのステータ巻線の１つにおける巻線間の短い回路
や、後により詳細に説明する評価手段の構成要素の故障のような考えられるすべ
てのエラーは、２つの信号間の予め定める関係により予想した瞬間値の比較にお
いて異なる結果に結びつく。したがって、この発明に係る方法は、単一の回転セ
ンサ、すなわちレゾルバだけで軸の回転運動の安全な監視に用いることができる
。付加ピックアップなどの以前から用いられているセンサをさらに付加的に用い
ることはもはや必要ない。

【００１１】この発明の目的は、このようにして完全に達成される。この発明の好ましい実施形態によれば、コンパレータは、第１または第２の信
号の瞬間値を同時に比較することができる。この特徴は、第１および第２の信号の瞬間値の間の予め定める関係を好適に単
純化し、瞬間値の間の比較をより容易にすることができる。これにより、この発
明に係る装置の開発と生産の両方に必要な労力が削減される。対応する方法は、
このようにして、よりすばやく実行できる。

【００１２】この発明のさらなる実施形態によれば、第１および第２の参照ポイントは、９
０°の回転角で互いに間隔を空けて配置されている。この特徴は、同様に、上述した２つの信号の瞬間値の間の予め定める関係を単
純化する。したがって、労力および装置のコストが、この特徴により同様に削減
される。対応する方法は、より簡単に、そしてよりすばやく実行できる。この発明の別の実施形態によれば、信号処理の側面下において、第１および第
２の信号を記録するための信号経路が同一である。

【００１３】信号処理の側面下において同一とは、同一の入力信号が各信号経路に与えられ
たときは常に同一の出力信号が得られることを意味する。しかし、もちろん信号
経路は、例えば異なる製造業者から市販されている異なる構成要素を用いて実施
されてもよい。第１および第２の信号が同一ファッション内で影響を与えられな
ければならないという要件さえ満たせばよい。この特徴はまた、２つの信号間の
比較をより容易かつ迅速にすることに寄与する。上述した特徴と合わせれば、こ
の発明の実施形態は、幾何学的関係を、後述するように分析的にも算術的にも非
常に簡単な方法で評価可能な三角関数にする結果となる。

【００１４】この発明のさらなる実施形態によれば、測定手段は、そのステータ信号が第１
および第２の信号であるレゾルバを備えている。この特徴は、既に上述した利点を生じさせる。すなわち、レゾルバが用いられ
た場合、軸の回転運動を安全に監視するためには単一のセンサだけが必要とされ
る。したがって、この発明の実施形態により特に簡単で低コストの構造が実現さ
れる。しかしながら、原理的に、その方法は第１および第２の信号を記録するた
めの個別のセンサを用いても実行できるということを今一度強調すべきである。
さらに、この発明に係る方法を実現するためのレゾルバの代わりに、他の正弦／
余弦の信号ピックアップが用いられてもよい。しかしながら、そのようなピック
アップと比較すると、レゾルバは、非常に強力で、まさに最初から高いエラー抵
抗を与えるという利点を提供する。さらに、レゾルバは、運転制御や運転管理シ
ステムのためのセンサとして既に多くのシステムに使用されている。したがって
、とかく利用可能なレゾルバ信号を使用することにより、この発明の装置の実施
においてコストをより削減できる。

【００１５】この発明のさらなる実施形態では、コンパレータは、幾何学的関係が入力とし
ての瞬間値を用いた計算式として記憶されたデジタル計算ユニットを備える。この種のデジタル計算ユニットは、特にデジタル信号プロセッサである。かか
るプロセッサは、特に、コンピュータ操作を実現するのに効果的である。第１お
よび第２の信号の瞬間値の間の予め定められた関係は、一般的に数式で表すこと
ができるので、瞬間値の比較は、そのようなプロセッサ、またはより一般的なデ
ジタル計算ユニットを用いて特に正確に実現できる。幾何学的関係が三角関数で
あれば、監視装置内でエラーが起こらない限り、第１および第２の信号の瞬間値
の二乗の和が常に一定値となるはずである。デジタル計算ユニットを用いれば、
特にデジタル信号プロセッサの形式において、第１および第２の信号の瞬間値の
期待値からの非常に小さい逸脱であっても検知することができる。

【００１６】上述した特徴の別の実施形態によれば、コンパレータは、幾何学的関係に対応
する瞬間値の許容できる組み合わせが、記録された瞬間値の不正確な組み合わせ
を検知できるように記憶されたメモリを備える。この特徴は、例えば２つの信号の瞬間値の正確な、それゆえ許容できる組み合
わせを割付テーブルに記憶することにより実施できる。記録された瞬間値の組み
合わせがそのテーブルに含まれなければ、不正確な組み合わせとして自動的に検
知され、対応するエラー信号を生成できる。この特徴は、非常に簡単で特に低コ
ストな手段で実施できるという利点を提供する。特に、比較的高価なデジタル信
号プロセッサのコストをこのようにして回避できる。この特徴の別の利点は、記
憶された瞬間値の許容できる組み合わせの数をあまり多くしなければ、評価処理
を非常にすばやく実行できるという事実である。

【００１７】上述した特徴の好ましい実施形態によれば、記憶された瞬間値の組み合わせは
、許容できる近接する区間領域にそれぞれ隣接する２次元の許容できる区間領域
を定める。より具体的には、記憶された許容できる瞬間値の組み合わせが区間領域を定め
、何のエラーもなく装置が運転している限り、記録された瞬間値の軌跡曲線が上
記区間領域内にあることを意味する。もし、２つの記録された瞬間値により定め
られた軌跡ポイントのいずれかが、許容できる区間領域の外側に位置すれば、監
視装置内でエラーが起きたことを示す。ここで、「隣接する」という用語は、境
界域で隣り合う区間領域が重なることも含むと解するべきである。上述した特徴
は、プロットされた軌跡曲線の形を継続して監視することを有効に可能とする。

【００１８】２つの区間領域の最大が、特定の軌跡曲線の各ポイントで互いに隣接すれば、
特に有利な解決手段が得られる。この場合、２次元区間領域は軌跡曲線の期待し
た形に関連して定められ、軌跡曲線の各軌跡ポイントは、最大で２つの区間領域
の境界域に位置する。３つ以上の区間領域が互いに隣接する境界ポイントは、こ
の場合は回避される。この特徴は、記録された瞬間値のいかなる組み合わせも、
最大で２つの許容できる区間領域に関連してあいまいさを生じることとなるが、
３つ以上の許容できる区間領域に関連してあいまいさが生じることは絶対にない
という利点を提供する。その上、比較を実行するために必要とされる労力が削減
され、それゆえ時間が削減される。

【００１９】この発明のさらなる実施形態によれば、当該装置は、少なくとも軸の回転速度
を決定するための手段を備える。それに加えて、上記手段は、軸の各角度位置および／またはその回転方向を決
定できる。そのような決定は、第１および第２の信号の評価に基づく公知の方法
を用いて達成できる。この特徴は、決定された値に基づいて、すなわち、これら
の値を個別の速度制御ユニットにより与えられる対応する値と比較することによ
り、別のエラーチェックを行うことを有効に可能とする。その代わり、この特徴
は、別の速度制御ユニットが必要となるのを回避するのに寄与する。

【００２０】この発明のさらに別の実施形態によれば、第１および第２の信号の各測定手段
は、個別の独立した記録チャネルを有する。この特徴は、２つの上記信号のための信号経路が互いに完全に分かれていて、
その結果、装置の安全性がより改善されるという利点がある。この関係において
は、２つの個別の記録チャネルが多様性に基づく構造を有していれば、すなわち
異なる構成要素を用いていれば特に好ましい。この場合、記録された第１または
第２の信号の瞬間値が、同時に同じように誤って変化する可能性がさらに削減さ
れる。

【００２１】この発明のさらなる実施形態によれば、上記装置は、その比較結果が監視ユニ
ットに与えられる重複した２つのコンパレータを備える。この特徴は、故障が確実に検出されるようにコンパレータの１つに故障が起こ
るのを許容するので、装置の安全性をさらに改善する。特に好ましい解決手段に
よれば、２つの互いに重複するコンパレータは、多様性に基づく構造を有してい
る。監視ユニットも同様に、２つのチャネル構造を有していて、２つのチャネル
がそれぞれ２つの互いに重複するコンパレータの１つに割り当てられていること
がより好ましい。

【００２２】この発明の別の実施形態によれば、上記装置は、別の回転運動評価装置のため
のモジュラ・アドオン・ユニットとして設計されている。この特徴は、この発明に係る装置は、既存の装置でも単純かつ低コストの方法
で改造できるという利点を提供する。さらに、この発明に係る装置は、同一かつ
／または他の回転ピックアップ装置、特に標準的な構成要素と組み合わせて新し
い装置を確立するのに用いることができる。これにより、この発明に係る装置を
一般的に低コストの方法で用いることができる。

【００２３】上述した特徴およびこの後で説明する特徴は、示された各組み合わせに用いる
ことができるだけでなく、この発明の内容から逸脱することなく、他の組み合わ
せに用いたり、個別に用いることもできる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

この発明の実施形態は、図に示されており、以下の記述でより詳細に説明され
る。図１では、この発明に係る軸の回転運動を安全に監視するための装置が、参照
番号１０で一般的に示されている。監視されるべき軸１２は、矢印１６で示された方向にモータ１４により駆動さ
れる。モータ１４は、例えばＡＣモータとして示されていて、図にはステータ１
８およびロータ２０だけが概略的に示されている。

【００２５】参照番号２２は、レゾルバを示していて、このレゾルバの機能については、後
に図２および図３を参照してより詳細に説明する。レゾルバ２２のステータ信号
２４、２６は、駆動制御部２８に与えられる。逆方向には、駆動制御部２８がレ
ゾルバ２２のロータにロータ信号３０を与えている。参照番号３２は、互いに独立し、軸１２に配置されたカム３４の動作を記録す
る２つの付加ピックアップを示している。２つの付加ピックアップ３２の出力信
号は、公知の方法で軸１２を無速度状態および限られた回転運動で監視する安全
評価ユニット３６に与えられる。評価ユニット３６は、スイッチ４０に順に作用
するトリガエレメント３８を備えていて、これを用いることにより、駆動制御部
２８および／またはモータ１４に与えられる力を中断できるようになっている。
安全評価装置３６がエラーまたは軸１２の許容できない高速度を検知した場合、
軸１２の駆動力が直ちに中断される。

【００２６】ここに示されるように、装置１０は、軸１２の回転運動を監視するために使用
することで知られている。しかしながら、多くのセンサ、すなわち、この場合で
はレゾルバ２２および付加ピックアップ３２を用いた結果生じる労力およびコス
トに関連して、冒頭で示したような不利を被る。以下の残りの図の記載において、図１を参照して上述された構成要素と同一の
構成要素は同一の参照番号を用いて示されている。

【００２７】この発明の完全な記載を提供するために、公知のレゾルバ２２の構造および機
能について、図２に示された機能図および図３に描かれたレゾルバ信号を参照し
てもう一度説明する。レゾルバ２２は、軸１２に固定されたロータ５０を備える
。したがって、ロータ５０は、軸１２の回転運動に伴って回転する。ロータ５０
は、２つの電気的に接続されたコイル巻線を有していて、その一方の出力端が、
変圧器ファッション内で、ロータに対して同軸に配置されたステータの２つのス
テータ巻線５２、５４に連結されている。２つのロータ巻線のもう一方は、同様
に変圧器ファッション内で、図３においてＵ_Rで示されたロータ信号３０をロー
タに与える役目をする。概して、レゾルバ２２のステータ巻線５２、５４は、９
０°の回転角αで互いに交差している。これにより、レゾルバ２２のステータ信
号２４、２６は、図３において２つの信号Ｕ_S、Ｕ_Cとして示されたように異なる
位相で振幅変調される。これらの２つのステータ信号Ｕ_S、Ｕ_Cの包絡線は、それ
ぞれ正弦形または余弦形となっている。２つのステータ信号Ｕ_S、Ｕ_Cから、公知
の方法により軸１２の回転角を決定し、ロータ信号Ｕ_Rを用いてさらに軸１２の
回転方向を決定することができる。

【００２８】図４では、この発明に係る当該装置の一実施形態が、参照番号６０で一般的に
示されている。装置６０は、図１に係る装置１０とは実質的に異なり、安全評価ユニット６２
には、レゾルバ２２のステータ信号２４、２６が駆動制御部２８と並列に与えら
れる。オプション機能として、評価ユニット６２には、レゾルバ２２のロータ信
号３０も与えることができる。このロータ信号３０は、評価ユニット６２が、軸
１２の回転運動を監視することに加えて、少なくとも一般に回転運動の全ての運
動パラメータを決定できるようにする。しかし、概して、監視する目的、および
安全性の境界の回転運動にあることを決定するには、後述する２つのステータ信
号２４、２６の比較で十分である。

【００２９】この場合、評価ユニット６２が第２遮断経路６３を介して、すなわち、この第
２遮断経路を介して駆動制御部２８の解除信号を阻止することにより、駆動制御
部２８を遮断する位置にあるということが、この装置６０のさらなる特徴である
。図４に係る評価装置６２の本質的な機能要素は、図５のブロック図に示されて
いる。評価装置６２は、全体として２つのチャネル構造を有している。すなわち
、レゾルバ２２のステータ信号２４、２６（Ｕ_S、Ｕ_C）は別個独立の信号チャネ
ルで処理される。この発明に係る方法の実施に必ずしも必要とは限らないが、信
号チャネルは、多様性に基づく構造となっていて、すなわち、それらは部分的に
異なる構成要素から確立されている。

【００３０】評価装置６２の入力モジュールは、差動増幅器６４ａ、６４ｂにより各チャネ
ルに形成され、レゾルバ２２から与えられるステータ信号２４、２６のインピー
ダンス変換およびレベル適応ステップを実現する。差動増幅器６４ａ、６４ｂの
出力では、図３に示された波形でステータ信号Ｕ_S、Ｕ_Cが存在する。これらの信
号は、２つのチャネルのそれぞれにおいて、整流回路６６ａ、６６ｂに与えられ
る。整流回路６６ａ、６６ｂは、次の低域回路６８ａ、６８ｂと組み合わさって
、ステータ信号２４、２６に対して公知の振幅復調ステップを実行する。こうし
て得られた媒介信号は、２つのチャネルのそれぞれについて各モジュールの出力
に図示されている。

【００３１】整流された正弦波および余弦波は、それぞれ低域回路６８ａ、６８ｂの出力に
存在するステータ信号２４、２６の信号を含む。この発明によれば、これらの信
号は、それぞれ処理されたステータ信号２４、２６の瞬間値を比較するコンパレ
ータ７０、７２に与えられる。図５とは対照的に、この発明に係る方法を実現するには、原理的には、２つの
コンパレータ７０、７２のうち１つで十分である。しかしながら、２つの個別の
コンパレータ７０、７２を用いることにより、２つのチャネル処理は、２つのコ
ンパレータ７０、７２から得られる比較結果が次の監視ユニット７４で再び互い
にチェックできる範囲で続けられる。これは、コンパレータ７０、７２内で生じ
るかもしれないエラーであっても検知されることを可能にする。コンパレータ７
０、７２の１つが不正確な結果を生じれば、監視ユニット７４の出力信号がトリ
ガエレメント３８に軸１２の駆動を遮断させる。さらに、駆動制御部２８の解除
信号は、第２遮断経路６３を介して阻止される。

【００３２】ここに記述する実施形態では、２つのコンパレータ７０、７２は、異なる設計
となっていて、それぞれ後述する２つの方法のうちの１つに基づいて機能する。
これにより、特に高程度の安全性を得ることができる。しかし、他方では、２つ
のコンパレータ７０、７２を後述する２つの方法のうちの１つにのみ基づいて、
またはそのような方法の修正に基づいて実施することもできる。後の記述のため
に、コンパレータ７０は、デジタル信号プロセッサ７６の形でデジタル処理ユニ
ットを備える一方、コンパレータ７２は実質的にステータ信号２４、２６の瞬間
値の許容できる組み合わせが記憶されたメモリ７８を備えると仮定する。ステー
タ信号２４、２６の瞬間値は、装置の正確な運転中に２つのステータ信号２４、
２６から導き出された軌跡曲線が位置しなければならない許容できる区間領域を
定めることにより記憶されている。

【００３３】この発明の方法の基本的な考えは、図６で最も理解されるであろう。この図は
、２つの軸がそれぞれ２つのステータ信号Ｕ_S、Ｕ_Cの一方に割り当てられた２次
元座標系を示している。したがって、座標系は、２つのステータ信号の瞬間値の
組み合わせが軌跡ポイントを定めるＵ_S−Ｕ_C平面を定義づける。監視システム６
０が正確に運転している間、考えられる全ての軌跡ポイントは、４分の１円弧状
軌跡曲線９０上に位置する。軌跡曲線９０は、座標系の原点からステータ信号の
瞬間値により決定される長さおよび方向で延びるポインタ９２の終点の経路を描
いている。参照番号９４は、例えばポインタ９２の余弦成分を示している一方、
参照番号９６は、ポインタ９２の正弦要素を表している。

【００３４】上述のように、ポインタ９２の終点は、評価装置６２が正確に運転している限
り、常に４分の１円弧状軌跡曲線９０に沿って動く。したがって、この条件が満
たされるかどうかに関してステータ信号の瞬間値を比較することにより、装置６
０の正確な運転とみなす結論を引き出すことができる。図５においてコンパレータ７０を用いて示されたこの発明の第１実施形態によ
れば、４分の１円弧状軌跡曲線９０を定める幾何学的関係は、記録されたステー
タ信号２４、２６の瞬間値を用いたデジタル信号プロセッサ７６により計算され
る。この計算式は、Ｕ_S ²＋Ｕ_C ²＝一定である。

【００３５】これは、同時に取得された２つの瞬間値の二乗は、常に同一の一定値に等しく
なければならないことを意味する。合計の正確な値は、評価装置６２の処理チャ
ネルの実際のパラメータによって決まる。上記状態が満たされているかどうかは
、デジタル信号プロセッサ７６の記憶を用いて正確に確認できる。計算公式は、
記録された入力値としてのステータ信号２４、２６の瞬間値に関連している。こ
の軌跡曲線９０に基づいて記録された瞬間値を比較する手順については、算術信
号評価として後に言及する。

【００３６】 θ＝arctanＵ_S／Ｕ_C という公式を用いれば、軸１２の現在の回転角をさらに決定できる。その回転角
の変化量が時間区間Ｔに渡って決定されれば、さらに角速度を計算でき、したが
って軸１２の速度を計算できる。これらの演算は、入力値に対応する計算式の形
でデジタル信号プロセッサ７６に全て記憶できる。一方、コンパレータ７２は、分析的な信号の評価方法として後述する異なる方
法を実施する。その実施形態の基本的な考えは、今から図７を参照して説明する
。

【００３７】図７では、Ｕ_C軸とＵ_S軸とに分けることにより形成されたグリッド９８が、そ
れぞれ軌跡曲線９０とともにＵ_S−Ｕ_C平面下に位置する。ａからｇの文字で示さ
れた許容できる区間領域は、グリッド９８に示されている。許容できる区間領域
は、装置６０が正確に運転している間に軌跡曲線９０が位置すべき範囲を定める
。見ての通り、区間領域ａ〜ｇの寸法および位置は、軌跡曲線９０のポイントが
最大で２つの隣接する区間領域の境界域に位置することができるが、３つ以上の
隣接する区間領域の境界域には位置しないように選択されている。

【００３８】コンパレータ７２の場合、区間領域の限界は、最初の６桁がグリッド線ｓ０〜
Ｓ５に対応し、次の６桁がグリッド線ｃ０〜ｃ５に対応する１２桁の２進法のコ
ードワードにより決定される。したがって、区間領域ｄは、例えばデジタルワー
ド００ｘ１１１．００ｘ１１１により決定される。ここで、“ｘ”は、この位置
における桁が随意的にａ０からａ１となることを意味する（“ドントケア”）。復調ステータ信号２４、２６は、比較されるために、まずコンパレータ７２に
おいて許容できる区間領域ａ〜ｇの記憶されたコードに対応するデータ形式にデ
ジタル化される。その後、コンパレータ７２のメモリ７８において、このように
して得られたデータ値が許容できる区間領域のコードワードに対応するかどうか
が確認される。対応する場合には、次に対応するステータ信号２４、２６の瞬間
値が対応する区間領域内に位置する軌跡ポイントを定める。一方、記録された瞬
間値のデジタル化がメモリ７８のテーブルに記憶されたデータ値とならなかった
場合は、次に記録された瞬間値が許容できる区間領域ａ〜ｇの外側に位置する軌
跡ポイントを定める。この場合、監視装置６０内でエラーが生じている。

【００３９】概して、コンパレータ７２で記録されたステータ信号２４、２６の瞬間値を比
較する処理は、コンパレータ７０で処理する場合とほとんど同じぐらい正確であ
る。例えば、軌跡曲線の区間領域ｅに位置する軌跡ポイント１００は、許容でき
るとみなされ、この場合、コンパレータ７２は装置６０内のエラーの発生を検知
しない。しかしながら、適当な区間限界を選択することにより、瞬間値の組み合
わせが幾何学的に正確な軌跡曲線９０から逸脱可能な許容範囲を最小限にするこ
とができる。

【００４０】図示しないカウンターを用いて２つの連続する区間領域間の推移時間を測定す
ることにより、コンパレータ７２を用いて、同様に記録されたステータ信号２４
、２６の瞬間値から軸１２の速度を決定できる。軸１２の特定の許容できる速度を安全に監視するためだけの評価装置６２につ
いては、記録されたステータ信号２４、２６の瞬間値を４分の１円弧状軌跡曲線
９０に沿って比較すれば十分であろう。しかしながら、軸１２の現在の角度位置
またはその回転方向を監視することをさらに望むときは、ステータ信号２４、２
６の瞬間値の軌跡曲線が一周の円に沿って監視される必要がある。図８は、この
点に関して区間領域ａ〜ｕの考えられる定義を示していて、装置６０の正確な運
転のためには、対応する軌跡曲線１０４がこれらの区間領域内に位置しなければ
ならない。記録された瞬間値を対応する軌跡曲線１０４と比較する処理は、上述
した処理と同じである。

【００４１】記録されたステータ信号２４、２６の瞬間値を比較するために選択された実施
に関係なく、評価装置６２は、図４に示された実施形態の場合の標準的な駆動制
御部２８に加えてモジュラ・アドオン・ユニットとして設計される。しかしなが
ら、図示しない異なる実施形態では、評価装置６２はモータ１４の駆動制御部２
８に組み込まれてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術に係る軸の回転運動を安全に監視するための装置を示している。

【図２】レゾルバの機能図を示している。

【図３】図２のレゾルバの入力信号および出力信号を示している。

【図４】この発明の好ましい実施形態を示している。

【図５】図４で説明した実施形態の測定手段および評価手段のブロック図を示している
。

【図６】図４で説明した実施形態において測定された第１および第２の信号の瞬間値を
比較するのに用いられる幾何学的関係を示している。

【図７】図４で説明した実施形態において測定された第１および第２の信号の瞬間値を
比較するのに用いられる許容できる区間領域の定義を示している。

【図８】幾何学的関係が一周描かれた状態での許容できる区間領域の定義の別の例を示
している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ファイル，リヒャルトドイツ連邦共和国，Ｄ−70597 シュトゥットガルト，ナオエネルシュトラッセ 15 番地【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸（１２）の回転運動を安全に監視するための装置であって、上記装置は、第
１（２４）および第２（２６）の信号を記録するための測定手段（２２）を備え
、上記第１の信号（２４）は、上記軸（１２）の第１参照ポイントの角度位置の
時間特性に相当し、上記第２の信号（２６）は、上記軸（１２）の第２参照ポイ
ントの角度位置の時間特性に相当していて、上記第１および第２の参照ポイント
は、上記軸（１２）の回転角（α）により互いに置き換えられ、上記装置はさら
に、上記第１および第２の信号（２４、２６）が与えられる評価手段（６２）を
備え、上記評価手段（６２）は、上記第１および第２の信号（２４、２６）の瞬
間値を所定の幾何学的関係（９０；１０４）を用いて互いに比較できるコンパレ
ータ（７０、７２）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】上記コンパレータ（７０、７２）は、上記第１および第２の信号（２４、２６
）の瞬間値を同時に比較できることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】上記第１および第２の参照ポイントは、９０°の回転角（α）で互いに間隔を
空けて配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】信号処理の側面下において、上記第１および第２の信号（２４、２６）を記録
するための信号経路（６４、６６、６８）が同一である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装置。
【請求項５】上記測定手段（２２）は、そのステータ信号が上記第１および第２の信号（２
４、２６）を構成するレゾルバを備えることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれかに記載の装置。
【請求項６】上記コンパレータ（７０）は、デジタル計算ユニット（７６）を備え、上記幾
何学的関係（９０；１０４）は、入力としての上記瞬間値を用いた計算式として
上記計算ユニット（７６）に記憶されていることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載の装置。
【請求項７】上記コンパレータ（７２）は、メモリ（７８）を備え、上記幾何学的関係（９
０；１０４）に対応する瞬間値の考えられる組み合わせが、記録された瞬間値の
不正確な組み合わせを検知できるように上記メモリ（７８）に記憶されているこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
【請求項８】上記記憶された瞬間値の組み合わせは、許容できる近接する区間領域（ａ〜ｇ
、ａ〜ｕ）にそれぞれ隣接する２次元の許容できる区間領域（ａ〜ｇ、ａ〜ｕ）
を定めることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】少なくとも上記軸（１２）の回転速度を決定するための手段（７６）を備える
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】上記第１および第２の信号（２４、２６）のための上記測定手段（２２）は、
それぞれ独立した記録チャネル（６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ、６８ａ、６
８ｂ）を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】上記装置は、その比較結果が監視ユニット（７４）に与えられる重複した２つ
のコンパレータ（７０、７２）を備えることを特徴とする請求項１ないし１０の
いずれかに記載の装置。
【請求項１２】上記装置は、付加的な回転運動評価装置（２８）のためのモジュラ・アドオン
・ユニット（６２）として設計されていることを特徴とする請求項１ないし１１
のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】軸（１２）の回転運動を安全に監視するための方法であって、第１（２４）お
よび第２（２６）の信号が測定手段（２２）を用いて記録され、上記第１の信号
（２４）は、上記軸（１２）の第１参照ポイントの角度位置の時間特性に相当し
、上記第２の信号（２６）は、上記軸（１２）の第２参照ポイントの角度位置の
時間特性に相当していて、上記第１および第２の参照ポイントは、上記軸（１２
）の回転角（α）により互いに置き換えられ、上記第１および第２の信号（２４
、２６）は、評価手段（６２）を用いて評価され、上記第１および第２の信号（
２４、２６）の瞬間値は、評価の間、所定の幾何学的関係（９０；１０４）を用
いて互いに比較されることを特徴とする方法。