CN110426065A - 绝对式编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明的绝对式编码器(10)是能够由来自用于备用的外部电池(14)的备用电力进行驱动的绝对式编码器(10)，该绝对式编码器(10)具备：时钟发生器(16)，当被供给备用电力时，其以预先确定的周期(P)产生用于备用的时钟脉冲；模拟信号生成电路(18)，其根据时钟脉冲而工作，检测出电动机的位移位置，并生成与检测出的位移位置对应的模拟信号；比较器(20)，其根据时钟脉冲而工作，对模拟信号与规定电压进行比较；以及时钟控制电路(26)，其控制时钟发生器(16)来变更时钟脉冲的脉冲宽度(W)。

Description

绝对式编码器
技术领域
本发明涉及对电动机的位移位置进行测定的绝对式编码器。
背景技术
在日本专利特开2013-007696号公报中，记载了在停电时等使用用于备用的电池来使对电动机位移后的位置进行检测的绝对式编码器工作的情况下，使用时钟脉冲而使其间歇地工作的情况(参照日本专利特开2013-007696号公报)。
发明内容
绝对式编码器内部的设备根据其温度、电池的电压，特性可能会发生变化。详细来说，绝对式编码器内部的设备有时在电池的电压降低、或者温度降低时，在到开始输出为止需要花费时间。因此，用于使绝对式编码器工作的时钟脉冲的脉冲宽度有时被设定得较宽。然而，由此会存在无法降低电池的耗电的问题。
本发明的目的在于提供一种降低电池耗电的绝对式编码器。
本发明的形态是能够由来自用于备用的外部电池的备用电力进行驱动的绝对式编码器，所述绝对式编码器具备：时钟发生器，当被供给所述备用电力时，其以预先确定的周期产生用于备用的时钟脉冲；模拟信号生成电路，其根据所述时钟脉冲而工作，检测出电动机的位移位置，并生成与检测出的所述位移位置对应的模拟信号；比较器，其根据所述时钟脉冲而工作，对所述模拟信号与规定电压进行比较；以及时钟控制电路，其控制所述时钟发生器来变更所述时钟脉冲的脉冲宽度。
根据本发明，能够降低电池的耗电。
根据参照附图说明的以下实施方式的说明，应该能够容易地理解上述目的、特征及优点。
附图说明
图1是举例示出本实施方式的编码器的构成的图。
图2A是示出将电池的电压与脉冲宽度对应起来的对应信息的一例的图，图2B是示出将编码器的温度与脉冲宽度对应起来的对应信息的一例的图。
图3A、图3B、图3C是举例示出在将时钟脉冲的脉冲宽度设为固定的情况下，电压高的情况下和低的情况下的准备时间的图。
图4A、图4B、图4C是举例示出本实施方式中的、使用对应信息而变更后的脉冲宽度的图。
图5是举例示出时钟发生器的处理的流程图。
具体实施方式
以下，举出合适的实施方式并参照附图，对本发明的绝对式编码器详细地进行说明。
[实施方式]
图1是举例示出本实施方式的绝对式编码器10的构成的图。以下，也将绝对式编码器10记为编码器10。编码器10可以是光学式编码器，也可以是磁式编码器。编码器10接收来自未图示的主电源的电力的供给，来测定电动机的位移位置。此外，电动机的位移位置是电动机位移后的位置，例如在电动机是旋转式电动机的情况下意味着电动机的旋转位置。以下，在本实施方式中将电动机作为旋转式电动机进行说明。由此，以下将位移位置作为旋转位置进行说明。但是，电动机不限定于旋转式电动机，也可以是线性电机等。
在主电源被切断的情况下，编码器10从设置于外部的用于备用的电池14接收电力的供给而工作。编码器10具备时钟发生器16、模拟信号生成电路18、比较器20、以及算出电路22等。
当时钟发生器16从电池14供给得到用于备用的电力(也记为备用电力)时，以预先确定的周期产生用于备用的时钟脉冲，并将产生的时钟脉冲供给至模拟信号生成电路18与比较器20。时钟发生器16具备振荡器24以及时钟控制电路26等。
振荡器24产生时钟脉冲。时钟控制电路26控制振荡器24来变更振荡器24所产生的时钟脉冲的脉冲宽度。时钟控制电路26从电压信息传感器28与温度信息传感器30中的至少一方获取电池14的电压和编码器10中的温度的至少一方。然后，时钟控制电路26控制振荡器24并基于电池14的电压和编码器10的温度中的至少一方来变更时钟脉冲的脉冲宽度。
此外，电压信息传感器28是对电池14的电压进行检测的传感器，温度信息传感器30是对编码器10的温度进行检测的传感器。
时钟控制电路26具有存储器32，该存储器32存储有将编码器10的温度和电池14的电压中的至少一方与脉冲宽度对应起来的对应信息。对应信息例如是通过数学式、表形式、图表表示的信息。
图2A是示出将电池14的电压V与脉冲宽度W对应起来的对应信息的一例的图。如图2A所示，在对应信息中，电池14的电压V越高，脉冲宽度W就越短。V0是预先确定的基准电压，在对应信息中，在电压V在基准电压V0以上的情况下，脉冲宽度W变为固定(W0)。
图2B是示出将编码器10的温度T与脉冲宽度W对应起来的对应信息的一例的图。如图2B所示，在对应信息中，编码器10的温度T越高，脉冲宽度W就越短。T0是预先确定的基准温度，在对应信息中，在温度T在基准温度T0以上的情况下，脉冲宽度W变为固定(W0)。
在图2A中举例示出的对应信息虽然相当于电池14的电压V与脉冲宽度W处于线性关系的情况，但对应信息中的电压V与脉冲宽度W的关系不限定于此。另外，在图2B中举例示出的对应信息虽然相当于编码器10的温度T与脉冲宽度W处于线性关系的情况，但对应信息中的温度T与脉冲宽度W的关系不限定于此。在对应信息中，电压V与脉冲宽度W的组合例如也可以用曲线、多个点来表示。另外，在对应信息中，温度T与脉冲宽度W的组合也可以用曲线、多个点来表示。
除了上述图2A、图2B所举例示出的以外，在对应信息中，也可以将电压V、温度T与脉冲宽度W对应起来。例如，在像这样的对应信息中，在电压V被设为α倍、温度T被设为β倍的情况下，脉冲宽度W也可以是(α×β)倍的值。
时钟控制电路26使用存储在存储器32中的对应信息来确定时钟脉冲的脉冲宽度W。后面对使用温度T以及电压V中的至少一方来变更脉冲宽度W的理由进行叙述。
模拟信号生成电路18从电池14接收电力的供给，并根据输出自时钟发生器16的时钟脉冲而工作。模拟信号生成电路18检测出电动机的旋转位置，生成与检测出的旋转位置对应的、A相和B相的各模拟信号。
比较器20将模拟信号生成电路18所生成的模拟信号的电压与规定电压进行比较。然后，比较器20生成将A相和B相的各模拟信号中比规定电压高的部分置为High、低的部分置为Low而得的方形波的输出信号。
算出电路22使用比较器20所生成的输出信号计算出电动机的旋转位置。
这里，从时钟脉冲被输入到模拟信号生成电路18开始输出为止可能需要一定程度的时间(第1时间)。另外，从时钟脉冲被输入到比较器20开始输出为止可能需要一定程度的时间(第2时间)。该第1时间以及第2时间根据电池14的电压V以及编码器10的温度T而发生变化。也就是说，电压V越低，第1时间以及第2时间就变得越长。另外，温度T越低，第1时间以及第2时间就变得越长。
因此，在第1时间短、第2时间长的情况下，从时钟脉冲被输入模拟信号生成电路18以及比较器20到比较器20开始输出信号的输出为止的时间(以下，也记为准备时间)为第2时间。相反，在第1时间长、第2时间短的情况下，准备时间为第1时间。也就是说，关于从时钟脉冲被输入模拟信号生成电路18以及比较器20到比较器20开始输出信号的输出为止的准备时间，电压V越低就变得越长，温度T越低就变得越长。
因此，在以往，设想温度T以及电压V低的情况，将时钟脉冲的脉冲宽度W延长。图3A～图3C是举例示出在将时钟脉冲的脉冲宽度W设为固定的情况下，电压V高的情况下和低的情况下的准备时间的图。图3A是示出电压V在基准电压V0以上的情况下的准备时间的图，图3B是示出电压V比基准电压V0低的情况下的准备时间的图，图3C是示出电压V比图3B中的电压V低的情况下的准备时间的图。此外，在图3A、图3B、图3C中，将编码器10的温度T设为相等。
对应信息是将电池14的电压V和编码器10的温度T中的至少一方、与基于准备时间的合适的脉冲宽度W对应起来的信息。基于准备时间的合适的脉冲宽度W是包含准备时间的脉冲宽度W，由准备时间预先确定。合适的脉冲宽度W例如也可以是与准备时间相当的脉冲宽度W。
在图3A、图3B、图3C中，时钟脉冲在时刻t0上升，在时刻t1下降。在该情况下，脉冲宽度W为W2(W2＝t1－t0)。另外，时钟脉冲以一定的周期P被输出至比较器20等。此外，周期P为W2以上的长度。
在图3A中，比较器20的输出开始时间点为时刻t2。在图3B中，比较器20的输出开始时间点为比时刻t2晚的时刻即时刻t3。在图3C中，比较器20的输出开始时间点是比时刻t3晚、且与时钟的下降时刻t1接近的t4。以下，所谓输出开始时间点，意味着比较器20的输出开始时间点。
可知在电压V最高的图3A的情况下，准备时间(t2-t0)最短，在电压V最低的图3C的情况下，准备时间(t4-t0)最长。像这样，电压V越高，准备时间就变得越短，由此，电压V越高，从输出开始时间点到时钟的下降时间点t1为止的时间就变得越长。同样地，温度T越高，准备时间就变得越短，从输出开始时间点到时钟的下降时间点t1为止的时间就变得越长。比较器20等在从输出开始时间点到时钟的下降时间点t1为止的期间，根据电动机的旋转运动进行处理，持续消耗电池14的电力。然而，根据使用上述对应信息而变更脉冲宽度W的编码器10，可以谋求耗电的降低。
以下，参照图4A、图4B、图4C，对在电池14的电压V不同的情况下，通过本实施方式中的时钟控制电路26、使用对应信息变更后的脉冲宽度W进行说明。此外，图4A、图4B、图4C是举例示出本实施方式中的、使用对应信息变更后的脉冲宽度W的图。将图4A、图4B、图4C中的各电压V设为与图3A、图3B、图3C中的各电压V相等。另外，将图4A、图4B、图4C中的各温度T设为与图3A、图3B、图3C中的温度T相等。此时，在图4A中，与图3A所示的情况相同，输出开始时间点变为时刻t2，在图4B中，与图3B所示的情况相同，输出开始时间点变为时刻t3，在图4C中，与图3C所示的情况相同，输出开始时间点变为时刻t4。
在图4A中，脉冲宽度W包含准备时间(t2-t0)，并且向比W2短的W3(W3＝t5-t0)变更。随之，时钟脉冲在时刻t0上升，在比时刻t1早的时刻t5下降。
在图4B中，脉冲宽度W包含准备时间(t3-t0)，并且向比W2短的W4(W4＝t6-t0)变更。随之，时钟脉冲在时刻t0上升，在比时刻t1早的时刻t6下降。
在图4C中，输出开始时间点是时刻t1附近的时刻t4，并且由于准备时间接近W2，因此脉冲宽度W不被变更，保持在W2的状态。
像这样，时钟控制电路26根据随电压V变化的准备时间来变更脉冲宽度W。另外，准备时间根据温度T而发生变化。时钟控制电路26根据随温度T变化的准备时间来变更脉冲宽度W。
以下，对由时钟发生器16进行的处理的流程进行说明。图5是举例示出时钟发生器16的处理的流程图。时钟控制电路26从电压信息传感器28和温度信息传感器30中的至少一方获取电压V和温度T中的至少一方(步骤S1)。时钟控制电路26从对应信息获取与在步骤S1中获取到的电压V和温度T中的至少一方对应的脉冲宽度W，并将获取到的脉冲宽度W确定为从振荡器24振荡而得的时钟脉冲的脉冲宽度W(步骤S2)。时钟控制电路26控制振荡器24以振荡出所确定的脉冲宽度W的时钟脉冲。振荡器24将时钟控制电路26所确定的脉冲宽度W的时钟脉冲输出至模拟信号生成电路18和比较器20(步骤S3)。
本实施方式中的时钟控制电路26例如能够由包含CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)、MPU(Micro Processing Unit，微处理器)等处理器、RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)等存储器、用于控制振荡器24的设备驱动器、以及用于从电压信息传感器28、温度信息传感器30获取必要的信息的接口电路等的硬件构成。通过存储器能够存储对应信息。处理器使用经由接口电路获取到的电压V、温度T的信息、以及对应信息，来执行存储在存储器中的程序，由此能够实现与电压V、温度T对应的合适的脉冲宽度W的确定功能。另外，处理器经由设备驱动器控制振荡器24，由此能够实现输出自振荡器24的脉冲宽度W的变更功能。但是，时钟控制电路26的硬件构成不限定于以上的构成。
根据本实施方式的编码器10，能够生成对应准备时间的合适的脉冲宽度W的时钟脉冲。由此，在准备时间短的情况下，能够缩短脉冲宽度W来抑制电池14的电力的消耗。
另外，电压V、温度T时时刻刻都在变化，准备时间与其相应地发生变化，但本实施方式中的时钟控制电路26并非使用准备时间，而是使用电压V和温度T中的至少一方来确定脉冲宽度W。由此，与使用准备时间本身来确定脉冲宽度W的情况相比，不需要反馈电路等，能够简单地构成。另外，在使用准备时间来变更脉冲宽度W的情况下，有时在下一个输出时电压V等会发生变化，但时钟控制电路26通过使用本实施方式中的电压信息传感器28等进行的每次的电压V等的获取，能够迅速地确定合适的脉冲宽度W。
[变形例]
在上述实施方式中，虽然温度信息传感器30检测出了编码器10的温度T，但温度信息传感器30还可以检测出表示温度的信息来代替编码器10的温度T。表示温度的信息例如可以是在时钟发生器16、模拟信号生成电路18、比较器20等的内部流动的电流的大小等，时钟控制电路26也可以根据该电流的大小推定编码器10的温度T。在该情况下，也可以在时钟控制电路26等的内部设置未设定电阻的电路，并由温度信息传感器30检测出该电阻中的电流和电压。然后时钟控制电路26可以根据温度信息传感器30所检测出的电流和电压计算出电阻，从而获取温度T。表示温度的信息另外例如也可以是设置在编码器10的内部的二极管的顺时针方向的电压，并且可以预先知道其根据温度T变化多少。
如上所述，通过获取表示温度的信息来代替温度T本身，由此能够将编码器10设为更加简易的构成。
[能够从实施方式得到的技术构思]
以下，对能够从上述实施方式掌握的技术构思进行记载。
能够由来自用于备用的外部电池(14)的备用电力进行驱动的绝对式编码器(10)具备：时钟发生器(16)，当被供给备用电力时，其以预先确定的周期(P)产生用于备用的时钟脉冲；模拟信号生成电路(18)，其根据时钟脉冲而工作，检测出电动机的位移位置，并生成与检测出的位移位置对应的模拟信号；比较器(20)，其根据时钟脉冲而工作，对模拟信号与规定电压进行比较；以及时钟控制电路(26)，其控制时钟发生器(16)来变更时钟脉冲的脉冲宽度(W)。
由此，能够降低电池(14)的耗电。
绝对式编码器(10)中的时钟控制电路(26)也可以基于外部电池(14)的电压(V)以及绝对式编码器(10)的温度(T)中的至少一方来变更时钟脉冲的脉冲宽度(W)。由此，能够产生与根据绝对式编码器(10)的温度(T)、电池(14)的电压(V)而发生变化的准备时间对应的合适的脉冲宽度(W)的时钟脉冲。
绝对式编码器(10)中的时钟控制电路(26)也可以具有示出电压(V)以及温度(T)中的至少一方与脉冲宽度(W)的关系的对应信息，并且使用对应信息来变更时钟脉冲的脉冲宽度(W)。由此，就不需要在每次使编码器(10)工作时求出合适的脉冲宽度(W)，而能够迅速地变更为合适的脉冲宽度(W)，降低编码器(10)的处理负荷。
绝对式编码器(10)中的时钟控制电路(26)也可以随电压(V)变低而延长时钟脉冲的脉冲宽度(W)，随温度(T)变低而延长时钟脉冲的脉冲宽度(W)。由此，在准备时间短的情况下，缩短脉冲宽度(W)，在准备时间长的情况下，延长脉冲宽度(W)，从而能够谋求电池(14)的耗电的降低，并且得到需要的输出结果。
绝对式编码器(10)的时钟控制电路(26)也可以从对表示电压(V)的信息进行检测的电压信息传感器(28)以及对表示温度(T)的信息进行检测的温度信息传感器(30)中的至少一方获取电压(V)以及温度(T)中的至少一方。由此，能够根据可能变化的电压(V)、温度(T)，迅速地变更为合适的脉冲宽度(W)。
在绝对式编码器(10)中确定的时钟脉冲的脉冲宽度(W)也可以是从时钟脉冲被输入到模拟信号生成电路(18)以及比较器(20)后到比较器(20)能够输出与位移位置对应的输出信号为止的时间以上的长度。由此，比较器(20)能够使用模拟信号生成电路(18)所生成的模拟信号来进行输出。
绝对式编码器(10)也可以具备算出电路(22)，该算出电路(22)基于来自比较器(20)的输出信号计算出位移位置。由此，能够得到电动机的位移位置。

Claims (7)

1.一种绝对式编码器，能够由来自用于备用的外部电池的备用电力进行驱动，所述绝对式编码器的特征在于，具备：
时钟发生器，当被供给所述备用电力时，所述时钟发生器以预先确定的周期产生用于备用的时钟脉冲；
模拟信号生成电路，其根据所述时钟脉冲而工作，检测出电动机的位移位置，并生成与检测出的所述位移位置对应的模拟信号；
比较器，其根据所述时钟脉冲而工作，对所述模拟信号与规定电压进行比较；以及
时钟控制电路，其控制所述时钟发生器来变更所述时钟脉冲的脉冲宽度。
2.根据权利要求1所述的绝对式编码器，其特征在于，
所述时钟控制电路基于所述外部电池的电压以及所述绝对式编码器的温度中的至少一方，来变更所述时钟脉冲的所述脉冲宽度。
3.根据权利要求2所述的绝对式编码器，其特征在于，
所述时钟控制电路具有示出所述电压以及所述温度中的至少一方与所述脉冲宽度的关系的对应信息，并且使用所述对应信息来变更所述时钟脉冲的所述脉冲宽度。
4.根据权利要求2或3所述的绝对式编码器，其特征在于，
所述时钟控制电路随着所述电压变低而延长所述时钟脉冲的所述脉冲宽度，随着所述温度变低而延长所述时钟脉冲的所述脉冲宽度。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的绝对式编码器，其特征在于，
所述时钟控制电路从对表示所述电压的信息进行检测的电压信息传感器以及对表示所述温度的信息进行检测的温度信息传感器中的至少一方，获取所述电压以及所述温度中的至少一方。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的绝对式编码器，其特征在于，
所述时钟脉冲的所述脉冲宽度是从所述时钟脉冲被输入所述模拟信号生成电路以及所述比较器后，到所述比较器能够输出与所述位移位置对应的输出信号为止的时间以上的长度。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的绝对式编码器，其特征在于，具备：
算出电路，其基于来自所述比较器的输出信号计算出所述位移位置。
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