JP2005312089A

JP2005312089A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2005312089A
Application number: JP2004121575A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yoshimura; 伸一吉村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】長期間保存された外部電池（リチウム電池）をエンコーダの動作電源のバックアップとして使用した場合でも、バックアップ開始時の電圧低下や誤動作を起し難いモータ制御装置を提供する。
【解決手段】外部電池３が接続される端子４の電圧が所定電圧を超えたことを検出する比較器５と、比較器５の出力を受けてパルス信号を発生するパルス発生器６と、パルス発生器６がパルスを発生している期間だけ外部電池３に負荷抵抗器８を接続して電流を放電するスイッチ７とを具備したモータ制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転角度を検出するエンコーダの電源バックアップ手段として、リチウム電池のように電極に被膜を形成して長寿命化を実現している外部電池を用いるモータ制御装置に関する。

モータの多回転位置を検出するエンコーダは、エンコーダ信号の処理や位置情報の一時的な記憶のために動作電源が必要であり、一般的に、商用交流電力を利用した直流電源装置が主電源として接続されている。

そして、主電源がＯＦＦされた場合や商用交流電力が停電するといった不測事態の場合でも、モータの多回転位置を保持し、かつ正確にモータ位置を検出し続けるために、電源のバックアップ手段として外部電池を備えている。

特に、リチウム電池は、負極電極表面に安定した不動態膜が形成されることにより自然放電を抑制する働きがあり、その長期信頼性から外部電池として多く用いられている。

図２に従来例を示す。商用交流電力に接続された直流電源装置１は直流電源としてＤＣ５Ｖを出力しており、エンコーダ２に接続されている。また、外部電池３も端子４を介してエンコーダ２に接続されている。

エンコーダ２は、直流電源装置１から供給される電源電圧を監視する機能と供給電源を切り替える機能を有しており、通常時には直流電源装置１から供給される主電源電圧で動作する。

主電源がＯＦＦされた場合や商用交流電力が停電した場合のように、供給される主電源電圧が所定電圧値より低下した場合には、供給電源を外部電池３に切り替えて動作を継続し、主電源の電圧が所定電圧値以上に回復した場合には、再び供給電源を主電源に切り替える。

一般に、リチウム電池は、電極表面上で電解液分子とリチウムイオンが反応し不動態膜を形成され自然放電が抑制されるので、長期信頼性がある反面、不動態膜が大量に形成されると、負荷をつないだ時に、この不動態膜が抵抗となり一時的に電圧の低下を起すという過渡最低電圧の問題をかかえている。

そのため、電池メーカーからは、定期的にリチウム電池をリフレッシュすることが推奨されており、また、タイマーを用いて外部電池の未使用時間を計数するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１９７６７３号公報

外部電池の不動態膜は長期貯蔵された場合や保存温度が低い場合に大量に形成され、使用温度が高い場合には高速に生成される。負荷電流値がμＡオーダの使用では大きな問題となるような電圧低下はないが、数ｍＡ以上の電流を必要とする場合には、電圧低下が顕著になり、エンコーダ動作に支障を与えることがあった。

特に、モータ制御装置は、頻繁に主電源をＯＮ／ＯＦＦする用途にも使われるため、外部電池を搭載する際に確実に放電して不動態膜の形成を軽減することが望まれている。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、エンコーダに接続された外部電池の不動態膜の形成を軽減することで安定したエンコーダ動作を実現し、モータの絶対位置と多回転量を保持できるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明は、モータの回転角度を検出するエンコーダと、商用交流電力を利用した直流電源装置と、前記直流電源装置の電源電圧低下時には前記エンコーダの動作電源として外部電池を用いるモータ制御装置において、前記外部電池に接続可能な負荷抵抗器と、前記外部電池が接続される端子の電圧が所定電圧を超えたことを検出する比較器と、前記比較器の出力を受けてパルス信号を出力するパルス発生器と、前記パルス発生器がパルスを発生している期間だけ前記外部電池に前記負荷抵抗器を接続して電流を放電するスイッチとを具備したものである。

本発明のモータ制御装置によれば、外部電池を端子に接続した時に負荷抵抗器を介して一定期間だけ確実に放電するので、６ヶ月以上長期保存された外部電池のように電極に大量の不動態膜が形成されている場合でも、この放電により不動態膜の抵抗値を下げて過渡最低電圧の影響を抑制し、安定したエンコーダ動作が得られるので、電源ＯＦＦ時や停電時においても、モータの絶対位置と多回転量を安定保持できる。

外部電池に接続可能な負荷抵抗器と、前記外部電池が接続される端子の電圧が所定電圧を超えたことを検出する比較器と、前記比較器の出力を受けてパルス信号を出力するパルス発生器と、前記パルス発生器がパルスを発生している期間だけ前記外部電池に前記負荷抵抗器を接続して電流を放電するスイッチとを具備したもので、例えば、比較器の所定電圧に許容限界最低電圧を設定し、パルス幅を外部電池の特性に応じて１秒程度に設定する。

図１において、商用交流電力に接続された直流電源装置１は、直流電源としてＤＣ５Ｖを出力しており、エンコーダ２に接続されている。また、外部電池３（例えば、ＤＣ３．６Ｖ仕様）も端子４を介してエンコーダ２に接続されている。

エンコーダ２は、直流電源装置１から供給される電源電圧を監視する機能と供給電源を切り替える機能を有しており、通常時には直流電源装置１から供給される主電源電圧で動作する。主電源電圧が所定電圧値より低下した場合には、供給電源を外部電池３に切り替えて動作を継続する。そして、主電源の電圧が所定電圧値以上に回復した場合には、再び供給電源を主電源に切り替える。

モータ制御装置は、外部電池３に接続可能な負荷抵抗器８（例えば、１ｋΩ）と、外部電池３が接続される端子４の電圧と所定電圧（例えば、外部電池３．６Ｖの場合には３．４Ｖ程度）とを比較する比較器５と、比較器５の出力の立ち下りエッジを検出してパルス信号（例えば、ＯＮ時間が１秒間）を出力するパルス発生器６と、パルス発生器６がパルスを発生している期間だけ外部電池３に負荷抵抗器８を接続して電流を放電するスイッチ７を備えており、負荷抵抗器８の一端は接地されている。また、端子４は抵抗器９（例えば、１ＭΩ）を介して接地されている。

次に、モータ制御装置の動作について説明する。比較器５は、端子４の電圧が所定電圧より高い時にＬレベル、低い時にＨレベルを出力する。したがって、外部電池３が接続されていない状態では、端子４は電圧０Ｖとなり、比較器５はＨレベルを出力する。

一方、外部電池３が接続されると、端子４はＤＣ３．６Ｖとなり、比較器５はＬレベルを出力する。パルス発生器６は、比較器５の出力の立ち下りエッジ（ＨからＬレベルへの変化）を検出して、一定時間だけパルス信号を出力する。

スイッチ７は、パルス発生器６からパルス信号が出力されている期間だけスイッチをＯＮして、端子４と負荷抵抗器８を接続する。この間、３．６ｍＡの放電電流が流れ、不動態膜の抵抗値を低減させることができる。

なお、スイッチ７のスイッチがＯＦＦされても、外部電池３は抵抗器９を介して微少電流（１μＡ）を常時放電するので、不動態膜の形成を継続的に抑制できる。本動作は、外部電池３を交換する度に実行される。

本発明のモータ制御装置は、多回転位置を検出するエンコーダの電源バックアップを確実にするものであり、ロボット制御などエンコーダの高信頼性を必要とする用途などにも有用である。

本発明の実施例１におけるモータ制御装置の要部ブロック図従来例におけるモータ制御装置の要部ブロック図

符号の説明

１直流電源
２エンコーダ
３外部電池
４端子
５比較器
６パルス発生器
７スイッチ
８負荷抵抗器
９抵抗器

Claims

モータの回転角度を検出するエンコーダと、商用交流電力を利用した直流電源装置と、前記直流電源装置の電源電圧低下時には前記エンコーダの動作電源として外部電池を用いるモータ制御装置において、前記外部電池に接続可能な負荷抵抗器と、前記外部電池が接続される端子の電圧が所定電圧を超えたことを検出する比較器と、前記比較器の出力を受けてパルス信号を出力するパルス発生器と、前記パルス発生器がパルスを発生している期間だけ前記外部電池に前記負荷抵抗器を接続して電流を放電するスイッチとを具備したことを特徴とするモータ制御装置。
外部電池の許容限界最低電圧を比較器の所定電圧値とした請求項１に記載のモータ制御装置。