CN101981409A - 无电池绝对位置检测用编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无电池绝对位置检测用编码器，其具备绝对位置运算部(6)、绝对位置存储部(7)、判定部(8)。绝对位置运算部(6)基于从四台旋转变压器(RS0～RS3)输出的检测信号，来运算被检测旋转轴的包括旋转次数的绝对位置。绝对位置存储部(7)具备非易失性存储器，该非易失性存储器在电源切断时存储从绝对位置运算部(6)输出的电源切断时的绝对位置。判定部(8)在电源接入时对从绝对位置运算部(6)输出的绝对位置和存储到非易失性存储器中的电源切断时的绝对位置进行比较，在两者的差比预先确定的值大时，输出警报信号。从而在电源接入时判定从无电池绝对位置检测用编码器输出的绝对位置信息的准确性，在存在问题的情况下，能够输出警报信号。

Description

无电池绝对位置检测用编码器
技术领域
本发明涉及对被检测旋转轴的绝对位置进行检测的无电池绝对位置检测用编码器。
背景技术
以往，公知有对主旋转轴的绝对位置进行检测的无电池绝对位置检测用编码器，其具备与多个从旋转轴连结而对从旋转轴的旋转角度进行检测的多个绝对位置检测器，其中所述从旋转轴通过齿轮机构与主旋转轴连结。例如，在日本特开昭61-4918号公报(专利文献1)中公开有使用通过齿轮机构连结的三个旋转变压器来对旋转体的多圈的绝对位置进行检测的无电池绝对位置检测用编码器。
另外，在日本特许第3704462号公报(专利文献2)中公开有根据通过齿轮机构连结的四个磁阻旋转变压器的位置关系来对包括多转的绝对位置进行检测的无电池绝对位置检测用编码器。在该以往的编码器中，通过齿轮的组合，能够覆盖向外部输出所需要的区域范围，从而使能够检测的范围变宽。通过相邻的齿轮的齿数存在质数的关系，能够有效地算出旋转次数。并且，将一台旋转变压器使用于一圈内的区域判断和旋转次数判断这两方的用途。另外，齿轮的啮合是在将多个齿轮配置在两个平面内的啮合，但是为了扁平地构成，在大径的旋转变压器的内周面配置齿轮。
专利文献1：日本特开昭61-4918号公报
专利文献2：日本特许第3704462号公报
无电池绝对位置检测用编码器即使在电源被切断的情况下，构成齿轮机构的多个齿轮的位置关系也保持与被检测旋转轴的绝对位置相关的绝对位置信息。因此不需要本来用于保持绝对位置信息的电池。当使用无电池绝对位置检测用编码器时，在切断电源后由于某些理由将外力施加在被检测旋转轴上而使被检测旋转轴运动的情况下，齿轮机构也运动。之后，当接入电源时，输出由于外力而运动后的绝对位置信息。此时，在绝对位置检测器(例如旋转变压器)暂时产生断线、误动作、机械地损伤等无法得到正确的检测信号的情况下，产生算出错误的绝度位置，且安装编码器的装置进行预想外的运动的问题。然而，以往不能够自己判定这样的问题的发生。
另外，即使在例如算出的绝对位置正确的情况下，也不能检测出例如由于维护作业等的外力作用而使得被检测旋转轴运动到预先确定的范围外的情况，因此，在装置的动作时可能关联到产生预想外的运动。
并且，为了通过齿轮的组合将能够检测的绝对位置范围取得较大，需要将齿轮的齿数取得较大，伴随于此，使用的绝对位置检测器(例如旋转变压器)的误差允许值也变小。因此，在以往的结构中，为了确保绝对位置检测器(例如旋转变压器)的精度，存在制造成本变高的问题。尤其是在上述的专利文献2所示的结构中，由于最初的第一级的绝对位置检测器(旋转变压器)RS1使用于一圈内的区域判断和旋转次数的判断这两方的用途，因此尤其要求精度。
另外，如专利文献2中记载的结构所示，齿轮进入大径的旋转变压器中的结构中使编码器尺寸变小时，变得难以制造。另外，将齿轮机构适用于小径的编码器时，旋转变压器检测部与齿轮机构沿纵向堆积，轴线方向的小型化困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无电池绝对位置检测用编码器，其在电源接入时判定从无电池绝对位置检测用编码器输出的绝对位置信息的准确性，在准确性存在问题时，能够输出警报信号。
本发明以无电池绝对位置检测用编码器为改良的对象，该无电池绝对位置检测用编码器通过齿轮机构连结具有旋转轴的多个旋转式绝对位置检测器而构成，对被检测旋转轴的绝对位置进行检测。作为在本发明中使用的旋转式绝对位置检测器，能够使用磁阻旋转变压器和光学式绝对位置检测器。本发明的无电池绝对位置检测用编码器具备绝对位置运算部、绝对位置存储部以及判定部。绝对位置运算部基于从多个旋转式绝对位置检测器输出的多个检测信号，运算被检测旋转轴的包括旋转次数的绝对位置。并且，绝对位置存储部具备非易失性存储器，该非易失性存储器在电源切断时存储从绝对位置运算部输出的电源切断时的绝对位置。此外，向非易失性存储器的读入仅通过电源切断时设置在电路基板上的电容器中积蓄的电荷进行，因此优选非易失性存储器的读入时间尽量快。通过使用读入时间快的非易失性存储器，不需要用于确保读入所需要的电荷的大容量的电容器。并且，判定部在电源接入时对从绝对位置运算部输出的绝对位置和存储在非易失性存储器中的所述电源切断时的绝对位置进行比较，在两者的差比预先确定的值大时，输出警报信号。即，判定部在电源接入时判定从无电池绝对位置检测用编码器输出的绝对位置信息的准确性，在准确性低时，输出警报信号。通过输出的警报信号进行的后处理为任意。例如，作为后处理，认为有从警报器产生警报、通过警报信号停止从绝对位置运算部的绝对位置的输出、通过警报信号停止安装有编码器的装置的起动。
根据本发明，在电压切断后由于外力而使被检测旋转轴运动到预先确定的范围外，或因绝对位置检测器产生故障而发生电源接入时输出的绝对位置与电源切断前的绝对位置不同的情况时，从判定部输出警报信号。其结果是，若基于警报信号而产生警报，或使安装有编码器的装置不起动，则能够阻止装置发生设想外的运动。
另外，可以在绝对位置存储部设置计数器部，该计数器部保存超过由齿轮机构中包括的齿轮大的齿数的组合而能够算出的绝对位置的检测区域的上限的次数。此外，优选该计数器部包括保存上述的次数的信息的非易失性存储器。绝对位置运算部可以构成为，在将这样的计数器部设置在绝对位置存储部时，根据超过绝对位置的检测区域的上限的次数和基于多个检测信号而运算出的绝对位置，运算当前的绝对位置。若这样，则能够消除绝对位置的检测区域的上限。另外，即使通过齿轮机构确定的检测范围小，也能够使绝对位置的检测区域无限。
另外，若将构成齿轮机构的多个齿轮配置在同一平面，则齿轮机构的小型化和编码器的小型化变得容易。另外，能够使编码器的尺寸中的被检测旋转轴的轴线方向的尺寸变小。
多台旋转式绝对位置检测器中具有与被检测旋转轴连接的旋转轴的一台旋转式绝对位置检测器配置在齿轮机构的一侧。并且，在该一台旋转式绝对位置检测器的旋转轴上固定齿轮机构中包括的一个齿轮。并且，剩余的旋转式绝对位置检测器配置在齿轮机构的另一侧。并且，剩余的旋转式绝对位置检测器的各自固定于旋转轴的齿轮配置在所述一个齿轮的周围。若这样，则能够使编码器小型化。
尤其是检测范围无限的无电池绝对位置检测用编码器可以至少具备绝对位置运算部和包含计数器部的绝对位置存储部。
附图说明
图1是简要示出本发明的无电池绝对位置检测用编码器的一实施方式的结构的图。
图2是将本实施方式的无电池绝对位置检测用编码器的一部分形成为剖面而示出的局部剖视图。
具体实施方式
以下参照附图，详细地说明本发明的无电池绝对位置检测用编码器的实施方式。图1为了简要表示本发明的无电池绝对位置检测用编码器的一实施方式的结构，将表示齿轮机构GM的图和表示执行运算所需要的要素的框图合在一起表示。另外，图2是将本实施方式的无电池绝对位置检测用编码器的一部分形成为剖面而示出的局部剖视图。
如图1所示，本实施方式的无电池绝对位置检测用编码器通过齿轮机构GM连结分别具有旋转轴S0至S3的四个作为旋转型绝对位置检测器使用的磁阻旋转变压器RS0至RS3而构成。旋转轴S0与未图示的例如电动机的输出轴(被检测旋转轴)连接。在图2中仅图示两个磁阻旋转变压器RS0及RS3。并且，在图1中通过框图示出四个磁阻旋转变压器RS0至RS3。将四根旋转轴S0至S3连结的齿轮机构GM，构成为与四根旋转轴S0至S3分别连结的平齿轮G0至G3在同一平面内啮合而旋转。在本实施方式中，齿轮G0与齿轮G1的齿数相等，将磁阻旋转变压器RS1作为一圈内的区域判断用使用。用于判断旋转次数的齿轮为磁阻旋转变压器RS2的齿轮G2和磁阻旋转变压器RS3的齿轮G3这两个。具体地说，使齿轮G0及G1的齿数为28齿，使齿轮G2的齿数为27齿，使齿轮G3的齿数为29齿。
在图1及图2中，标注符号1的构件是收纳齿轮机构GM、磁阻旋转变压器RS0的转子部10及定子部20的齿轮箱。另外，如图2所示，在齿轮箱1上固定有箱主体2，该箱主体2中收纳有用于将三个磁阻旋转变压器RS1至RS3的旋转轴S1至S3支承为能够旋转的轴承B、三个磁阻旋转变压器RS1至RS3的转子部13、以及定子部23。并且，在箱主体2内的与齿轮箱1相反侧的空间内收纳有电路基板3。在电路基板3上安装有图1所示的运算电路。从电路基板3延伸出的多个端子5从箱主体2的端板4向外侧延伸出。
如图2所示，在本实施方式中，将四台磁阻旋转变压器RS0至RS3中具有与被检测旋转轴的旋转轴S0的磁阻旋转变压器RS0，配置在齿轮机构GM的一侧。并且，将剩余的三台磁阻旋转变压器RS1至RS3配置在齿轮机构GM的另一侧。并且，由于在中心的齿轮G0的周围配置其它的齿轮G1至G3，因此能够使编码器整体形状变得小型。
如图1所示，安装在电路基板3上的运算电路具备绝对位置运算部6、绝对位置存储部7、判定部8、电源监视部9。绝对位置运算部6基于从四个磁阻旋转变压器RS0至RS3分别输出的多个检测信号，运算作为被检测旋转轴的旋转轴S0的包括旋转次数的绝对位置。此外，对于绝对位置的运算，由于在专利文献2中详细地记载了基本的考虑方法，因此在此省略说明。
绝对位置存储部7在内部具备非易失性存储器7A作为存储元件，其中非易失性存储器7A在电源切断时存储从绝对位置运算部6输出的电源切断时的绝对位置。此外，由于向非易失性存储器7A的读入仅通过电源切断时设置在电路基板3上的电容器中积蓄的电荷进行，因此优选非易失性存储器7A的读入时间尽量快。通过使用读入时间快的非易失性存储器7A，能够不需要用于确保读入所需要的电荷的大容量的电容器。在此，作为具体的非易失性存储器7A，例如可以使用由瑞创(ラムトロン)出售的那样以一次的读入存取时间在30ns以内的高速动作，且重写次数没有限制的非易失性存储器。以下，详细叙述向非易失性存储器7A的读入的具体的结构。向电路基板3上的回路的供给电源电压为5V，向非易失性存储器7A的读入以3.3V进行。电源监视部9具备对5V的电源电压的切断进行检测的电源监视元件。在本实施方式的结构中，当电源电压降低到4.2V时，电源监视部9认知为电源被切断，绝对位置存储部7中包括的未图示的读入回路进入向非易失性存储器7A的读入动作。在本实施方式中，为了电源线的稳定，仅通过在电路基板3上具备的钽电容器和陶瓷电容器中积蓄的电荷进行向非易失性存储器7A的读入。在本实施方式的情况下，能够实验性地确认电源电压从4.2V降低到3.3V的时间在3ms以上的情况。并且，即使在向非易失性存储器7A中需要读入8代码量的信息的情况下，全部数据读入所需的时间也在40μs以内。因此，为了读入，能够确保充分的储备量。通过使用这样能够在高速下进行读入的非易失性存储器，不需要装备容量大的铝电解电容器等，就能够实现稳定的向非易失性存储器的读入。
在电源监视部9检测出向编码器的电源接入时，判定部8对从绝对位置运算部6输出的绝对位置和存储到绝对位置存储部7内的非易失性存储器7A中的电源切断时的绝对位置进行比较，在两者的差比预先确定的值大时，输出警报信号。这是由于，在电源切断中由于来自外部的力而使得旋转轴旋转的情况下，在电源切断时保存在非易失性存储器7A的绝对位置与当前位置之间存在差异的缘故。电源监视部9在检测出电源接入时，只要根据通过齿轮机构GM结合的四台旋转变压器RS0至RS3输出的检测信号的关系算出的当前的绝对位置与保存在非易失性存储器7A中的过去的绝对位置的差在一定的允许值内，则采用根据四台旋转变压器RS0至RS3的检测信号算出的绝对位置。并且，在绝对位置的差超过预先设定的允许旋转次数差的情况下，在电源切断中通过外力使电动机旋转到通常不会存在的区域，或者判定部8判定为四台旋转变压器RS0至RS3中哪一个发生故障，从而产生警报。在此，产生警报的允许旋转次数差的确定方法由于对每个安装编码器的装置不同，因此对每个使用编码器的装置适当设定允许旋转次数差。
此外，通过从编码器输出的警报信号进行的后处理为任意。例如，作为后处理，可以考虑有：从警报器产生警报、通过警报信号停止从绝对位置运算部6的绝对位置的输出、通过警报信号停止安装有编码器的装置的起动。
根据本实施方式，在电压切断时由于外力而被检测旋转轴运动，或因磁阻旋转变压器(リラクタンスレゾルバ)产生故障而发生电源接入时输出的绝对位置与电源切断前的绝对位置不同的情况时，由于从判定部8输出警报信号，因此基于警报信号，通过适当的处理，能够阻止安装有编码器的装置产生设想外的运动。
另外，在本实施方式中，绝对位置存储部7具备计数器部7B，该计数器部7B保存超过由齿轮机构GM中包括的齿轮的齿数的组合而能够算出的绝对位置的检测区域的上限的次数。此外，该计数器部7B包含对上述的次数的信息进行保存的非易失性存储器而构成。此外，作为计数器部7B中使用的非易失性存储器，在本实施方式中，利用上述的非易失性存储器7A。本实施方式的绝对位置运算部6构成为，根据运算出的绝对位置超过绝对位置的检测区域的上限的次数和基于来自四台旋转变压器RS0至RS3的检测信号而运算出的绝对位置，运算当前的绝对位置。若这样，则能够消除绝对位置的检测区域的上限。即使通过齿轮机构GM确定的检测范围小，也能够使绝对位置的检测区域无限。
在本实施方式中，将构成齿轮机构GM的四片齿轮配置在同一平面内，但是在适用本发明时，齿轮机构的结构及所使用的旋转变压器的台数为任意。另外，多台旋转变压器的配置结构也不局限于本实施方式，当然也可以采用其它的配置结构。
另外，在本实施方式中，在绝对位置存储部7中设置有计数器部7B，该计数器部7B对超过由齿轮机构GM中包括的齿轮的齿数的组合而能够算出的绝对位置的检测区域的上限的次数进行保存，但是在检测的绝对位置有限的情况下，不需要计数器部7B。
并且，在上述的实施方式中，使用作为磁阻旋转变压器作为旋转式绝对位置检测器，但是当然也可以使用光学式绝对位置检测器作为旋转式绝对位置检测器。
工业实用性
根据本发明，在电压切断后由于外力而被检测旋转轴运动到预先确定的范围外时，或因绝对位置检测器产生故障而发生电源接入时输出的绝对位置与电源切断前的绝对位置不同的情况时，由于从判定部输出警报信号，因此能够在电源接入时判定从无电池绝对位置检测用编码器输出的绝对位置信息的准确性。并且，若基于警报信号而产生警报，或使安装有编码器的装置不起动，则可以得到能够阻止装置发生设想外的运动的效果。

Claims (9)

1.一种无电池绝对位置检测用编码器，其通过齿轮机构连结具有旋转轴的多个旋转式绝对位置检测器而被构成，对被检测旋转轴的绝对位置进行检测，其特征在于，
具备：
绝对位置运算部，其基于从所述多个旋转式绝对位置检测器输出的多个检测信号，对所述被检测旋转轴的包含旋转次数的绝对位置进行运算；
绝对位置存储部，其具备非易失性存储器，该非易失性存储器在电源切断时存储从所述绝对位置运算部输出的电源切断时的绝对位置；
判定部，其在电源接入时对从所述绝对位置运算部输出的所述绝对位置和存储到所述非易失性存储器中的所述电源切断时的绝对位置进行比较，在两者的差比预先确定的值大时，输出警报信号，
所述绝对位置存储部具备计数器部，该计数器部对超过根据所述齿轮机构中包含的齿轮的齿数的组合而能够算出的所述绝对位置的检测区域的上限的次数进行保存，
所述绝对位置运算部基于存储在所述计数器部中的、超过由所述齿轮机构中包含的齿轮的齿数的组合而能够算出的所述绝对位置的检测区域的上限的次数，以及根据所述多个检测信号而运算出的所述绝对位置，运算当前的绝对位置，
构成所述齿轮机构的多个齿轮配置在同一平面内，
所述多个旋转式绝对位置检测器中、具有与所述被检测旋转轴连接的旋转轴的一台所述旋转式绝对位置检测器，配置在所述齿轮机构的一侧，
在所述一台旋转式绝对位置检测器的旋转轴上固定所述齿轮机构中包括的一个所述齿轮，
剩余的所述旋转式绝对位置检测器配置在所述齿轮机构的另一侧，
所述剩余的旋转式绝对位置检测器的各自的固定于所述旋转轴的所述齿轮配置在所述一个齿轮的周围。
2.一种无电池绝对位置检测用编码器，其通过齿轮机构连结具有旋转轴的多个旋转式绝对位置检测器而被构成，对被检测旋转轴的绝对位置进行检测，其特征在于，
具备：
绝对位置运算部，其基于从所述多个旋转式绝对位置检测器输出的多个检测信号，对所述被检测旋转轴的包含旋转次数的绝对位置进行运算；
绝对位置存储部，其具备非易失性存储器，该非易失性存储器在电源切断时存储从所述绝对位置运算部输出的电源切断时的绝对位置；
判定部，其在电源接入时对从所述绝对位置运算部输出的所述绝对位置和存储到所述非易失性存储器中的所述电源切断时的绝对位置进行比较，在两者的差比预先确定的值大时，输出警报信号。
3.根据权利要求1或2所述的无电池绝对位置检测用编码器，其特征在于，
所述旋转式绝对位置检测器为磁阻旋转变压器。
4.根据权利要求1或2所述的无电池绝对位置检测用编码器，其特征在于，
所述旋转式绝对位置检测器为光学式绝对位置检测器。
5.根据权利要求1或2所述的无电池绝对位置检测用编码器，其特征在于，
通过所述警报信号停止从所述绝对位置运算部的所述绝对位置的输出。
6.根据权利要求2所述的无电池绝对位置检测用编码器，其特征在于，
所述绝对位置存储部具备计数器部，该计数器部对超过由所述齿轮机构中包含的齿轮的齿数的组合而能够算出的所述绝对位置的检测区域的上限的次数进行存储，
所述绝对位置运算部，基于存储在所述计数器部中的、超过由所述齿轮机构中包含的齿轮的齿数的组合而能够算出的所述绝对位置的检测区域的上限的次数，以及根据所述多个检测信号而运算出的所述绝对位置，运算当前的绝对位置。
7.根据权利要求2所述的无电池绝对位置检测用编码器，其特征在于，
构成所述齿轮机构的多个齿轮配置在同一平面内。
8.根据权利要求7所述的无电池绝对位置检测用编码器，其特征在于，
所述多个旋转式绝对位置检测器中具有与所述被检测旋转轴连接的旋转轴的一台的所述旋转式绝对位置检测器配置在所述齿轮机构的一侧，
在所述一台旋转式绝对位置检测器的所述旋转轴上固定所述齿轮机构中包含的一个所述齿轮，
剩余的所述旋转式绝对位置检测器配置在所述齿轮机构的另一侧，
所述剩余的旋转式绝对位置检测器的各自的固定于所述旋转轴的所述齿轮，配置在所述一个齿轮的周围。
9.一种无电池绝对位置检测用编码器，其通过齿轮机构连结具有旋转轴的多个旋转式绝对位置检测器而构成，对被检测旋转轴的绝对位置进行检测，其特征在于，
具备：
绝对位置运算部，其基于从所述多个旋转式绝对位置检测器输出的多个检测信号，运算所述被检测旋转轴的包含旋转次数的绝对位置；
计数器部，其包括非易失性存储器，该非易失性存储器对超过由所述齿轮机构中包含的齿轮的齿数的组合而能够算出的所述绝对位置的检测区域的上限的次数进行存储，
所述绝对位置运算部，基于存储在所述计数器部的所述非易失性存储器中的所述次数和根据所述多个检测信号而运算出的所述绝对位置，运算当前的绝对位置。
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