JP2010145266A - エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンコーダの内部に大容量コンデンサを内蔵せずにバックアップする必要のあるデータを保持し、動作可能状態にしておく必要のある回路を動作状態のまま、バックアップ電源を交換可能とし、バッテリーの寿命を検出してからバックアップ電源の動作期間が長く、データ消失の危険の少ないエンコーダ装置を提供する
【解決手段】 被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源のバックアップ用電源を供給するバックアップ電源１とを有し、前記バックアップ電源１は、バックアップ電源部出力端における規定電圧として第１のバックアップ電圧Vout1を供給する第１のバッテリーBAT1と、この第１のバッテリーの出力電圧Vbat1が低下したときに第１のバックアップ電圧Vout1と同等かそれより低い第２のバックアップ電圧Vout2を供給する第２のバッテリ−BAT2とを有する構成のエンコーダ装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ等の回転体や直線移動する被測定物に取り付けられ、被測定物の変位量、すなわち回転数および/または回転角度や、移動位置等を検出するエンコーダ装置のバックアップ用電源に関する。

一般にエンコーダ装置、特にバッテリーバックアップを必要とするエンコーダ装置等は、主電源が遮断した時にモータ等の回転位置や、移動位置を示すデータ等、エンコーダの動作上重要なデータが消失してしまうのを防止するため、一定期間主電源に代わり電源を供給するバックアップ電源部を有する。

例えば、図４に示すエンコーダ装置においては、主電源３、バックアップ電源１ａ（外部バッテリ)および、充電可能な大容量コンデンサＣ１をエンコーダ２内部に有する。そして、主電源３が遮断したときは、バックアップ電源１ａおよび大容量コンデンサＣ１によリ必要な電源をバックアップする。すなわち、通常動作時には主電源３からノードｎ１，ｎ２および逆流防止素子Ｄ２４を介して電源Vccが内部回路に供給される。また、このとき、ノードｎ１に接続されている大容量コンデンサＣ１にも充電される。そして、主電源３が遮断すると、バックアップ電源１ａの内部にあるバッテリーＢＡＴからノードｎ３，ｎ４を介して電源Vbatがエンコーダ本体２に供給され、さらに、逆流防止素子Ｄ２３を介して、内部回路２３に給電される。このとき、主電源３側には逆流防止素子Ｄ２４があるため、バックアップ電源が逆流することはない。

ところで、通常バックアップ電源１ａ内部にはバッテリＢＡＴを備えている。この外部バッテリＢＡＴは、放電や特性が劣化することによる使用期限としての寿命があり、この寿命が到来したときにはバッテリＢＡＴを交換する必要がある。このバッテリＢＡＴの交換作業は、大容量コンデンサＣ１を充分に充電した後、主電源をＯＦＦし、大容量コンデンサＣ１によりバックアップしながら、このコンデンサＣ１がバックアップ可能な時間内に外部バッテリ電源を交換する。

しかし、このようなエンコーダは、サーボモータの位置フィードバック用としての用途も多く、この分野では近年の技術革新による小型化と、小型化によるモータの発熱の問題から動作温度範囲の高温対応化が求められている。また、バックアップ用の大容量コンデンサとしては、電気二重層コンデンサが使用されることが多い。しかし、電気二重層コンデンサは一般の電子部品に比べると非常に大型であり、エンコーダの小型化やプリント基板への実装スペースヘの悪影響が避けられない。また、動作環境の高温対応化を考えた場合、熱によるコンデンサの経年劣化の影響からバックアップ容量が低下し、バックアップ時間が低下してしまうという問題があった。

このようなバックアップ電源の検討としては、例えば特開２０００−０１４０４７号公報（特許文献１）には、バックアップ用のコンデンサをエンコーダとは異なる温度等の環境にある離れた位置に設置し、コンデンサの劣化を防止してバックアップ動作の信頼性を向上させると共に、エンコーダ自体の形状や寸法の制約を除去して小型化を達成するようにしたエンコーダ及びそのバックアップ方法を提供することを目的としたエンコーダが提示されている。この文献におけるエンコーダは、回転又は直線移動を検出するエンコーダ検出部からの検出信号を主電源に接続された電気回路によって処理した後に、エンコーダ出力信号を出力すると共に、少なくとも前記エンコーダ検出部及び電気回路がエンコーダケース内に設けられたエンコーダにおいて、前記主電源遮断時にバックアップをするためのバックアップコンデンサを前記エンコーダケースの外部に設けた構成であり、また、前記バックアップコンデンサは、前記エンコーダケースから導出されたリード線に接続され、かつ、前記エンコーダケースとは離れた位置に設けられている構成であり、また、前記リード線は、前記主電源に接続されたダイオードと電気回路との間に接続されている構成であり、また、前記バックアップコンデンサは、前記主電源に直接接続されている構成である。

しかし、この文献で検討されているエンコーダは、主電源のバックアップ用として直接コンデンサを用いているため、バックアップ電源の容量が不足し、バックアップ時間が不足して実用的でない。しかも、主電源から供給される電源とバックアップ電源から供給される電源との系統を区別していないため、バックアップ時においてもエンコーダの消費電流が多く、上記問題がさらに助長されると共に、バックアップ電源自体の寿命の低下も招くという問題があった。

このような問題を解決するため、出願人は特開２００５−２２１４７６号公報（特許文献２）において、被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体２と、このエンコーダ本体２に電源を供給する主電源３遮断時に、バックアップ用電源を供給するバックアップ電源１とを有し、前記バックアップ電源１の主バッテリーＢＡＴ１交換時に主バッテリーＢＡＴ１に代わってバックアップ用の電源を供給する補助電源ＢＡＴ２を前記エンコーダ本体２外部に有する構成のエンコーダ装置を提案した。また、前記バックアップ電源は、エンコーダ本体のバックアップが必要な回路にのみバックアップ電源を供給する構成とした。

しかし、主バッテリーＢＡＴ１と補助電源ＢＡＴ２とが並列動作するため、主バッテリーＢＡＴ１の消耗を検出するため電圧監視によるアラームが生じたときには補助電源ＢＡＴ２もある程度消耗している場合がある。このため、補助電源ＢＡＴ２の特性によっては、主バッテリーＢＡＴ１が放電して電圧が低下してから、補助電源ＢＡＴ２でバックアップする際の動作可能時間が短くなり、主バッテリーＢＡＴ１の交換までバックアップが間に合わずにデータが消失することがあった。また、オペレータは常時アラームを監視しなければならず、僅かな期間見落としていた場合にも同様にバックアップ電源が消耗してデータが消失してしまうという問題があった。

なお、エンコーダのバッテリー電圧を監視する装置としては、例えば特開２０００−４１３４５号公報に記載されているものが知られている。しかし、この文献の装置は、単独のバッテリーの電圧を監視するものであり、このバッテリーのバックアップのために他のバッテリー併用して、それぞれの電圧を監視することに関しては何ら検討されていない。
特開２０００−０１４０４７号公報 特開２００５−２２１４７６号公報 特開２０００−０４１３４５号公報

本発明の目的は、エンコーダの内部に大容量コンデンサを内蔵せずにバックアップする必要のあるデータを保持し、動作可能状態にしておく必要のある回路を動作状態のまま、バックアップ電源を交換可能とし、バッテリーの寿命を検出してからバックアップ電源の動作期間が長く、データ消失の危険の少ないエンコーダ装置を提供することである。

さらに望ましくはバックアップ時の消費電流を低く押さえ、バックアップ電源の寿命を延ばし、メンテナンスの負担を軽減できるエンコーダ装置を提供することである。

すなわち、上記目的は以下の本発明の構成により達成される。
（１） 被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源のバックアップ用電源を供給するバックアップ電源とを有し、
このバックアップ電源は、バックアップ電源部出力端における規定電圧として第１のバックアップ電圧を供給する第１のバッテリーと、この第１のバッテリーの出力電圧が低下したときに前記第１のバックアップ電圧と同等かそれより低い第２のバックアップ電圧を供給する第２のバッテリ−とを有するエンコーダ装置。
（２） 前記第２のバッテリーは、第２のバックアップ電圧を調整する電圧調整回路または電圧調整素子を有する上記（１）のエンコーダ装置。
（３） 前記第２のバッテリーは、第１のバックアップ電圧を監視して、第１のバックアップ電圧が低下したときに第２のバックアップ電圧を供給する電圧調整回路を有する上記（１）または（２）のエンコーダ装置。
（４） 前記第１のバッテリーと第２のバッテリーは、同一特性の一次電池である上記（１）〜（３）のいずれかのエンコーダ装置。

本発明によれば、エンコーダの内部に大容量コンデンサを内蔵せずにバックアップする必要のあるデータを保持し、動作可能状態にしておく必要のある回路を動作状態のまま、バックアップ電源を交換可能とし、バックアップ電源の劣化・消耗時でも動作期間が長く、バッテリーの寿命の検出ミスや交換時期の看過等の事故でもデータ消失の危険の少ないエンコーダ装置を提供することができる。

さらにバックアップ時の消費電流を低く押さえ、バックアップ電源の寿命を延ばし、メンテナンスの負担を軽減できるエンコーダ装置を提供することができる。

本発明のエンコーダ装置は、被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源のバックアップ用電源を供給するバックアップ電源とを有し、前記バックアップ電源は、バックアップ電源部出力端における規定電圧として第１のバックアップ電圧を供給する第１のバッテリーと、前記第１のバックアップ電圧の出力電圧が低下したときに前記第１のバックアップ電圧と同等かそれより低い第２のバックアップ電圧を供給する第２のバッテリ−とを有するものである。

また、望ましくは前記第２のバッテリーは、第２のバックアップ電圧を調整する電圧調整回路または電圧調整素子を有する。あるいは、前記第２のバッテリーは、第１のバックアップ電圧を監視して、第１のバックアップ電圧が低下したときに第２のバックアップ電圧を供給する電圧調整回路を有する。さらに、好ましくは前記第１のバッテリーと第２のバッテリーは、同一特性の一次電池である。

このように、第１のバッテリーに加えて第２のバッテリーを用意することで、例え第１のバッテリーが消耗・劣化しても、第２のバッテリーにより同様にバックアップ動作を第１のバッテリーの寿命に等しい期間行うことができる。しかも、好ましくは第１のバックアップ電圧より低い第２のバックアップ電圧によりバックアップ動作を行うので、第１のバッテリーが消耗状態にあることが容易に把握できる。これにより、バックアップ用のバッテリーの消耗・劣化を看過してデータが消失する事故を防止することができる。しかも、バックアップ電源をエンコーダ外部に備えているので、エンコーダ内部に大容量コンデンサを搭載する必要が無くなり、エンコーダを小型にすることができ、しかも高温環境でのコンデンサの劣化によるバックアップ時間の低下問題もなくなり、高温対応が可能となる。

前記第１のバッテリーと第２のバッテリーとしては、同一でも異なるものでも良いが、メンテナンスやコストなどの面から、同一種類、同一特性のものを用いるとよい。また、出力電圧も異なっていてもよいが同じものであることが望ましい。具体的な種類としては、一般的なバッテリー（電池）、すなわち、マンガン電池、アルカリ電池、リチウム電池、エアアルカリ電池等の１次電池が、取り扱いの容易性、放電持続時間、出力電圧の安定性等の面から好ましい。なお、１次電池を用いた場合の電池寿命は、例えば１５００mA/hの電池でエンコーダのバッテリーバックアップ回路の消費電流が約１００μAとした場合約１．５年程度であり、コスト、保守性の点でも有利である。また、必要によりアルカリ蓄電池、鉛蓄電池、酸化銀電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池を用いてもよい。これらの何れを用いるかは、エンコーダの仕様や動作環境、コストなどを考慮して好適なものを用いればよい。バッテリーの交換の時期は、一般にバッテリ電圧監視アラームが発生した場合もしくは、定期点検時に交換する。

また、バックアップが必要な回路の消費電力などの条件によっては、バッテリーに代えてスーパーコンデンサ、すなわち電気二重層コンデンサや、アルミ電解コンデンサ等の大容量のコンデンサを用いることも可能である。これらの使い分けは装置の消費電流や、バッテリの交換に要する時間などを考慮して決定すればよい。

本発明の第１の態様では第２のバックアップ電圧は、第１のバックアップ電圧より低い電圧に調整する。これにより、第１のバッテリーが消耗・劣化して第１のバックアップ電圧が低下し、第２のバックアップ電圧よりも低くなると、第１のバックアップ電圧より高い電圧の第２のバッテリーからバックアップ電源が供給されるようになる。つまり、第２のバックアップ電圧を、第１のバッテリーが消耗・劣化した時の電圧に調整することで、簡単な構成でバックアップ電源のバッテリーを切り替えられる。この第１及び第２のバックアップ電圧とは、バックアップ電源部の出力端における電圧であり、初期または定常動作時に一定の電圧値として保証され、規定される電圧のことである。従って、第１及び第２のバックアップ電圧は、各バッテリーの出力電圧が後述する電圧調整素子、電圧調整回路を経て出力される電圧であり、当然各バッテリーの消耗・劣化に伴い経時的に変動するが、特に記載がないときは上記初期または定常動作時に一定の電圧値として保証され、規定される電圧を示す。

この第２のバックアップ電圧と第１のバックアップ電圧の差は、用いるバッテリの放電特性や容量、エンコーダの仕様態様、メンテナンスの状態用いる電圧調整回路や電圧調整素子の特性等の種々の要素を考慮して決められる。このため、特定の範囲を規定することは困難であるが、通常バッテリの公称電圧（例えば代表的には３．６Ｖ等）の０．１〜２０％、特に１０〜１５％程度の範囲から選択される。特に、バッテリーの放電特性から、寿命時に出力電圧が急峻に低下するバッテリーを選択すると、第１のバッテリーと第２のバッテリーとの給電の交代動作が円滑に行われる。

第１のバックアップ電圧よりも第２のバックアップ電圧を低くするためには、第２のバッテリーに第１のバッテリーよりも出力電圧が低いものを選定して使用することも可能である。しかし、市販のバッテリーの出力電圧の種類は限られており、使用範囲が極めて限られてしまう。また、種類の異なるバッテリーを用意して使用することは、コストや管理の手間がかかる。このため、第２のバッテリーの出力電圧を、任意の第２のバックアップ電圧に調整する電圧調整回路または電圧調整素子を用いるとよい。通常、電圧調整回路または電圧調整素子は、第２のバックアップバッテリーの出力電圧を、第２のバックアップ電圧まで低下させる。このような回路や素子を用いることで、任意の第２のバックアップ電圧に調整することができ、設計の自由度が増大し、バッテリの選択の幅も広がり、コスト増加を抑制することもできる。

電圧調整回路または電圧調整素子は、公知の電圧調整機能や電圧降下機能を有する回路や素子を用いることができる。具体的には、トランジスタ、ＦＥＴ等の半導体を用いた電圧調整を行う回路、例えばレギュレータ回路あるいは定電圧回路やそれを変形、応用した回路等が挙げられる。より具体的には、（１）第２のバッテリーの出力電圧を直接、あるいは分圧して、その電圧を基準に第２のバックアップ電圧を第１のバックアップ電圧より低い電圧に調整する回路、（２）所定の基準電圧と第２のバックアップ電圧、あるいはそれを分圧した電圧とを比較して、第１のバックアップ電圧より低い電圧に、第２のバックアップ電圧を調整する回路等が挙げられる。素子単独で用いるものとしては、例えば２極、あるいは３極の半導体素子、具体的にはダイオード、トランジスタ、ＦＥＴ等の順方向電圧降下特性を利用できる。上記の何れの態様を用いるかは、用いるバッテリーの特性、要求される仕様、コスト等を考慮して最適なものを選択すればよい。

本発明の第２の態様では第２のバッテリーＢＡＴ２は、第１のバックアップ電圧を監視して、第１のバックアップ電圧が低下したときに第２のバックアップ電圧をスイッチ素子等により供給する電圧調整回路を有する。つまり、第１のバックアップ電圧が所定値より高いときには第２のバッテリーＢＡＴ２の給電回路をスイッチ素子等で遮断して、第２のバックアップ電圧が出力されないようにする。そして、第１のバックアップ電圧が所定値以下に低下したときに、第２のバッテリーＢＡＴ２の給電回路をスイッチ素子等により接続して第２のバックアップ電圧が出力されるようにする。このとき、第１のバックアップ電圧は第２のバックアップ電圧より低いので、バックアップ電源の給電は第２のバッテリーＢＡＴ２からのみ行われる。この態様では、第２のバックアップ電圧は、第１のバックアップ電圧と同等かそれよりも低い電圧に設定することが望ましい。

この第２の態様の電圧調整回路も、上記第１の態様の電圧調整回路同様公知の電圧調整や電圧降下の機能を有する回路を用いることができる。具体的には、トランジスタ、ＦＥＴ等の半導体をスイッチ素子として用い、上記の遮断接続を行わせる回路。あるいは、上記同様に半導体を用いて電圧調整を行う回路、例えばレギュレータあるいは定電圧回路やそれを変形、応用した回路等が挙げられる。より具体的には、（１）第１のバックアップ電圧を直接、あるいは分圧して、その電圧を基準に第２のバックアップ電圧を調整して供給する回路、（２）第１のバックアップ電圧、あるいはそれを分圧した電圧と基準電圧とを比較して、第１のバックアップ電圧が一定値以下に低下したときにスイッチ素子等により第２のバックアップ電圧を供給する回路、（３）第１のバックアップ電圧と第２のバックアップ電圧と比較して、第１のバックアップ電圧が第２のバックアップ電圧より低い電圧に低下したときに、スイッチ素子等により第２のバックアップ電圧を供給できる回路等が挙げられる。上記の何れの態様を用いるかは、用いるバッテリの特性、要求される仕様、コスト等を考慮して最適なものを選択すればよい。

この第２の態様で用いられるスイッチ素子は、スイッチ動作が可能な素子であればいかなるものを用いてもよい。上記のようにトランジスタ、ＦＥＴ等の三極型の半導体素子の他、アナログスイッチ等の半導体素子も用いることができる。また、リレー等の機械式接点を用いてもよい。なお、半導体スイッチ素子を用いる場合、その素子特有のＯＮ動作時における電圧降下により、出力電圧が低下し、上記第１の態様におけるダイオードの順方向電圧降下と同等の効果を得ることもできる。

第１のバッテリーと第２のバッテリーとは、上記の回路や素子の他、好ましくはダイオード、トランジスタ、ＦＥＴ等の半導体を用いた逆流防止素子により、それぞれエンコーダの回路に接続され、互いにショートしたり干渉しないように、かつ単独で接続しても問題の無いようになっている。また、バッテリーとして二次電池を用いる場合には、主電源から充電電流が供給されるような回路にしてもよい。

エンコーダ本体のバックアップが必要な回路とは、例えば、バックアップする必要のあるデータを保持する素子や、動作可能状態にしておく必要のある回路であり、より具体的にはエンコーダ、特に多回転アブソリュー卜エンコーダの回転数、変位量を示すデータや、リニアエンコーダの移動位置を示すデータ等を格納する素子や、回転数、回転方向、あるいは移動量、移動方向を検出するための検出回路と処理回路がある。ここで、回転数データ、移動量計数データ等を格納する素子は、ＲＡＭ等の揮発性半導体記憶素子であり、検出回路と処理回路は、出来るだけ低消費電流の回路を構成したり、素子を用いることが望ましい。具体的には、検出回路は、光学式の場合、LEDをパルス点灯してそれを検出するための発光部、受光部およびそれらにタイミングパルスを与えるパルス発生部や、その後の信号処理のためのロジック回路等が挙げられる。また、磁気式の場合高抵抗のMR素子を用いることが好ましい。処理回路としては、符号板から得られる位相差２信号からカウント用信号を得るロジック回路や、これをカウントするカウンター等が挙げられ、CMOS−IC等の低消費電力素子を用いることが望ましい。

これらの半導体素子や回路は、個々に独立した回路として構成することもできるが、近年の技術革新と集積化技術の発達により、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ等の集積化素子や、各種のマイクロプロセッサ等により、容易に一つの素子に集約できる。特に、これらの集積化素子、プロセッサが低消費電力のものであればこれらを用いることも小型化の点で好ましい。このような場合においても、上記のように主電源から供給される電源系と、バックアップ電源から供給される電源系とをそれぞれ別個に必要な部位に供給することは可能である。なお、上記バックアップ電源は通常エンコーダの外部に配置されるが、例えば電圧調整回路、電圧調整素子をエンコーダ内部に配置し、バックアップのバッテリーのみを外部に配置してもよい。

次に、図を参照しつつ本発明のより具体的な実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施例であり、第１の実施態様を示した回路図である。図において、エンコーダ本体２内部には、主電源ON時に動作する回路２１と、バックアップが必要な回路２２とが有り、それぞれ電源は別系統から供給できるようになっている。つまり、主電源ON時に動作する回路２１はノードｎ１，ｎ２を介して主電源３と接続され、主電源３から電圧Ｖccの電源が供給される。なお、この実施例において、主電源ON時に動作する回路２１とは、多回転アブソリュートエンコーダの場合一回転内の絶対位置検出回路、処理回路、出力回路等があり、バックアップが必要な回路２２とは、回転数データ検出回路、処理回路、データ格納回路等をいう。また、リニアエンコーダなどの場合にも、これに準じた回路となるが、バックアップが必要な回路２２とは、移動量計数データ検出回路、処理回路、データ格納回路等となる。

バックアップが必要な回路２２は、逆流防止素子Ｄ３２を介してバックアップ電源の出力端ノードｎ３と、ノードｎ４とにより、バックアップ電源１に接続され、バックアップ電源１から電圧Ｖbatの電源が供給されるようになっている。なお、逆流防止素子Ｄ３２は省略することもできる。また、バックアップが必要な回路２２は、逆流防止素子Ｄ３１を介してノードｎ１にも接続されており、主電源ＯＮ時には、主電源からの電圧Ｖccの電源の供給を受けられるようになっている。

バックアップ電源１には、第１のバッテリーＢＡＴ１と、第２のバッテリーＢＡＴ２とが有り、第１のバッテリーＢＡＴ１の一端（図示例では陽極）は逆流防止素子であるダイオードＤ１を介してノードｎ３に接続されると共に、その他端（図示例では陰極）はノードｎ４に接続されている。また、第２のバッテリーＢＡＴ２の一端（図示例では陽極）は逆流防止素子であるダイオードＤ２１と電圧調整素子であるダイオードＤ２２との直列回路を介してノードｎ３に接続されている。第２のバッテリーＢＡＴ２の他端（図示例では陰極）はノードｎ４に接続されている。

ここで、第１のバッテリーＢＡＴ１と、第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧が同じであり、逆流防止素子Ｄ１と逆流防止素子Ｄ２１の順方向電圧降下Ｖｆ１が同じであるとすると、第２のバッテリーＢＡＴ２から逆流防止素子Ｄ２１と電圧調整素子Ｄ２２を介して供給される電圧は、電圧調整素子Ｄ２２の順方向電圧降下Ｖｆ２だけ第１のバッテリーＢＡＴ１から逆流防止素子Ｄ１を介して供給される電圧より低くなる。

また、第１のバッテリーＢＡＴ１と第２のバッテリーＢＡＴ２とは上記のように逆流防止素子Ｄ１と逆流防止素子Ｄ２１とによりダイオードＯＲ回路を形成している。これにより、第１のバッテリーＢＡＴ１と第２のバッテリーＢＡＴ２間で相互に干渉したり、ショートしたりするのを防止することができると共に、いずれか一方のみが接続された状態でも問題のないようになっている。なお、第２のバッテリーＢＡＴ２は常時接続されている必要はなく、少なくとも第１のバッテリーＢＡＴ１の交換時期に接続されるようにしてもよい。

なお、この実施例および以下の実施例おいて、逆流防止素子として代表的なダイオードを例示して説明しているが、本発明はこれに規制されるものではなく、トランジスタやＦＥＴ等、同等な機能を有する他の半導体などで代用することももちろん可能である。また、エンコーダ本体と外部とを中継する各ノードｎ１〜ｎ４等も、端子であってもコネクター等の電気的接続具であってもよい。

次に、この回路の動作について説明する。先ず、通常の動作時としてVcc＞Vbatであるときには、主電源３がＯＮとなり、ノードｎ１より主電源ON時に動作する回路２１に電圧Vccの電源が供給されると共に、逆流防止素子Ｄ３１を介してバックアップが必要な回路２２にも同様にVcc電源が供給されるようになっている。次に、主電源３が遮断されると、バックアップ電源の出力端ノードｎ３，ｎ４を介してバックアップ電源１より第１のバッテリＢＡＴ１から第１のバックアップ電圧Vout1が供給され、逆流防止素子Ｄ３２を介してバックアップが必要な回路２２に給電される。このとき、第２のバッテリーＢＡＴ２の第２のバックアップ電圧はVout2は、第１のバックアップ電圧Vout1より低い電圧であるため供給されない。

また、バックアップ電源１から主電源ON時に動作する回路２１への給電は、逆流防止素子Ｄ３１に阻まれるため行われない。このように、主電源３遮断時には、バックアップが必要な回路２２にのみ、バックアップ電源１から給電されるようになっている。

次いで、バックアップ動作時間の経過で第１のバッテリーＢＡＴ１が放電したり、素子自体が劣化して第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧Vbat1が低下し、第１のバックアップ電圧Vout1が第２のバックアップ電圧Vout2より低くなると、第２のバックアップ電圧Vout2を有する第２のバッテリーＢＡＴ２から給電されるようになる。このとき、第１のバッテリーＢＡＴ１の電圧、またはバックアップ電源の出力端ｎ３，ｎ４の電圧Vbatを監視していれば、容易に交換時期を知ることができる。また、第２のバッテリーＢＡＴ２は、放電を開始して間もないので、特性が劣化するまでには充分な時間があり、第１のバッテリーＢＡＴ１の交換時期が多少遅れたり、見逃していた場合でも問題なくバックアップ動作を行うことができる。

なお、バックアップ電源の第１のバッテリーＢＡＴ１を交換する場合には、好ましくは主電源３を遮断し、第２のバッテリーＢＡＴ２を接続したまま、第１のバッテリーＢＡＴ１を取り外す。このときも第１のバッテリーＢＡＴ１に代わって第２のバッテリーＢＡＴ２からバックアップ用電源が供給される。そして、第１のバッテリーＢＡＴ１を交換した後、必要により第２のバッテリーＢＡＴ２を交換したり取り外せばよい。そして、再度主電源３を投入して装置を動作させればよい。

このように、第２のバッテリーＢＡＴ２を用いることで、エンコーダ本体２内にコンデンサ等の補助電源素子を備えていなくても第１のバッテリーＢＡＴ１を交換することができる。また、この実施例ではエンコーダ本体２と外部とを接続する端子はノードｎ１〜４の４点のみで済むことから、従来の機器の端子数を変更することなく、本発明構成を実現することができ、非常に経済的である。なお、上記例ではバックアップ電源はエンコーダの外部に配置しているが、第１のバッテリーＢＡＴ１と第２のバッテリーＢＡＴ２のみエンコーダの外部に配置し、その他の回路、素子、例えば逆流防止素子Ｄ１，Ｄ２１と電圧調整素子Ｄ２２をエンコーダ内部に配置してもよい。

図２は本発明の第２の実施例を示す回路図であり、上記第２の態様に対応している。この例では、バックアップ電源１内には第２のバッテリーＢＡＴ２に第１の電圧調整回路１ａが接続され、第１のバックアップ電圧Vout1が低下したときに第２のバックアップ電圧Vbat2が供給されるようになっている。

図において、第１のバッテリーＢＡＴの一端（図示例では陽極）は逆流防止素子Ｄ１を介してバックアップ電源の出力端ノードｎ３に接続されると共に、その他端（図示例では陰極）はバックアップ電源の出力端ノードｎ４に接続されている。また、第１のバッテリーＢＡＴの一端と他端の間には逆流防止素子であるダイオードＤ２３と抵抗素子Ｒ２との直列回路が接続されている。逆流防止素子Ｄ２３は抵抗側がカソード、第１のバッテリーＢＡＴ側がアノードになっている。第２のバッテリーＢＡＴ２の一端（図示例では陽極）はスイッチ素子であるトランジスタＴｒ１の被制御端の一端（エミッター）に接続され、第２のバッテリーＢＡＴ２の他端はノードｎ４に接続されている。トランジスタＴｒ１の被制御端の他端（コレクタ）は逆流防止素子であるダイオードＤ２４を介してノードｎ３に接続されている。逆流防止素子Ｄ２４はトランジスタ側がアノード、ノードｎ３側がカソードになっている。制御素子であるトランジスタＴｒ１の制御端（ベース）は、抵抗素子Ｒ１を介して、前記ダイオードＤ２３と抵抗素子Ｒ２との間に接続されている。この例ではトランジスタＴｒ１はバイポーラｐｎｐ型であるが同様な動作を行わせることが可能な素子であればその態様は問わない。その他の構成は図１と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

次に、この回路の動作について説明する、第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧が低下していないときには、ダイオードＤ２３を介して抵抗素子Ｒ２に第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧が印加される。このため、抵抗素子Ｒ１を介してトランジスタＴｒ１の制御端（ベース）は正にバイアスされ、トランジスタＴｒ１のスイッチ動作は遮断状態になる。このため、バックアップ電圧Vbatは、第１のバッテリーBAT1から第１のバックアップ電圧Vout1により供給される。このときダイオードＤ１の順方向電圧降下Vfにより、第１のバッテリー出力Vbat1よりＶｆ分だけ低い電圧が出力される。

次に、第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧Vbat1が低下して、第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧Vbat2より低くなると、ダイオードＤ２３を介して抵抗素子Ｒ２に印加されていた第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧が、トランジスタＴｒ１の制御端（ベース）の電位より低くなる。トランジスタＴｒ１の被制御端の一端（エミッター）には第２のバッテリーの陽極が接続されているため、この陽極電圧、つまり第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧より低くなったトランジスタＴｒ１の制御端（ベース）側の電圧は、見かけ上トランジスタＴｒ１の制御端（ベース）を負にバイアスすることになる。このため、トランジスタＴｒ１のスイッチ動作は導通状態に変化し、第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧Vbat2がトランジスタＴｒ１とダイオードＤ２４とを介して出力されるようになる。この場合も、ダイオードＤ１とダイオードＤ２４の順方向電圧降下Vf1は同じであるが、トランジスタＴｒ１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧：Vce(sat)により、第１及び第２のバッテリーに同一特性のバッテリーを用いた場合でも第１のバックアップ電圧より、第２のバックアップ電圧の方が、トランジスタＴｒ１のVceだけ低くなる。

上記実施例１では、ダイオードの順方向電圧降下Vf2を用いて第２のバックアップ電圧を設定していたので、バッテリー切替の動作電圧の範囲が狭く、設計の自由度が少ないという難点がある。しかし、この態様では、動作電圧はダイオードＤ２３と抵抗素子Ｒ２により自由に設定することができるので、設計の自由度が増大し、汎用性が増す。ただし、第１の態様に比べて部品点数が増加し、回路は多少複雑になる。また、ダイオードの順方向電圧降下Vfを用いた電圧設定は温度変化に弱いが、この態様では温度変化にも強くなる。なお、上記例ではバックアップ電源はエンコーダの外部に配置しているが、第１のバッテリーＢＡＴ１と第２のバッテリーＢＡＴ２のみエンコーダの外部に配置し、その他の回路、素子、例えば逆流防止素子Ｄ１と電圧調整回路１ａをエンコーダ内部に配置してもよい。その他の動作は図１と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

図３は本発明の第３の実施例を示す回路図であり、上記第２の態様に対応している。この例では、バックアップ電源１内には第２のバッテリーＢＡＴ２に第２の電圧調整回路１ｂが接続され、第１のバックアップ電圧Vbat1が低下したときに第２のバックアップ電圧Vbat2が供給されるようになっている。この第２の電圧調整回路１ｂは、実施例２で用いていたスイッチ素子をトランジスタからＦＥＴに変更したものである。このスイッチ素子であるＦＥＴ：Ｔｒ２は、上記のｐｎｐトランジスタに対応してｐチャンネルＭＯＳＦＥＴが用いられているが、同様な動作を行わせることが可能な素子であればその態様は問わない。

図において、第１のバッテリーＢＡＴ１の一端（図示例では陽極）は、逆流防止素子Ｄ１を介してノードｎ３に接続されると共に、その他端（図示例では陰極）はノードｎ４に接続されている。また、第１のバッテリーＢＡＴ１の一端と他端の間には抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２との直列回路が接続されている。第２のバッテリーＢＡＴ２の一端（図示例では陽極）はスイッチ素子であるＦＥＴ：Ｔｒ２の被制御端の一端（ソース）に接続され、第２のバッテリーＢＡＴ２の他端はノードｎ４に接続されている。ＦＥＴ：Ｔｒ２の被制御端の他端（ドレイン）は逆流防止素子であるダイオードＤ２４を介してノードｎ３に接続されている。逆流防止素子Ｄ２４はＦＥＴ側がアノード、ノードｎ３側がカソードになっている。制御素子であるＦＥＴ：Ｔｒ２の制御端（ゲート）は、前記抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２との間に接続されている。その他の構成は図２と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

次に、この回路の動作について説明する、第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧Vbat1が低下していないときには、抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２の直列回路に第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧Vbat1が印加され、その分圧された電圧がＦＥＴ：Ｔｒ２の制御端（ゲート）に印加される、このためＦＥＴ：Ｔｒ２の制御端（ゲート）は正にバイアスされて、ＦＥＴ：Ｔｒ２のスイッチ動作は遮断状態になる。

次に、第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧Vbat1が低下すると抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２により分圧された電圧も低下する。そして、第１のバッテリーＢＡＴ１の出力電圧Vbat1が第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧Vbat2より低くなると、ＦＥＴ：Ｔｒ２の制御端（ゲート）を負にバイアスする。つまり、ＦＥＴ：Ｔｒ２の被制御端の一端（ソース）には第２のバッテリーの陽極が接続されているため、この陽極電圧、つまり第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧より低くなったＦＥＴ：Ｔｒ２の制御端（ゲート）側の電圧は、見かけ上ＦＥＴ：Ｔｒ２の制御端（ゲート）を負にバイアスすることになる。このため、ＦＥＴ：Ｔｒ２のスイッチング動作は導通状態に変化し、第２のバッテリーＢＡＴ２の出力電圧がＦＥＴ：Ｔｒ２とダイオードＤ２４を介して出力されるようになる。この場合も、ドレイン−ソース間ON抵抗：Rdsの電圧降下により、第１及び第２のバッテリーに同一特性のバッテリーを用いた場合でも第１のバックアップ電圧より、第２のバックアップ電圧の方が、Rdsの電圧降下だけ低くなる。その他の動作は図１、２と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

なお、上記の各実施例では、ダイオード、トランジスタ、FETを用いた回路について説明したが、上記のように、本発明はこれらの回路や素子に限定されるものではなく、上記動作を行わせることが可能な他の回路、素子により実現してもよい。

本発明は、ロボット、自動機等の産業用機器や自動車、飛行機などの移動体等、あらゆる可動部の位置検出に用いられるエンコーダに応用することが可能である。特に、多回転型アブソリュート型エンコーダにおいて有用な技術であるが、それ以外でも主電源遮断時にバックアップによりスタンバイ動作が必要なエンコーダ装置、例えばリニアエンコーダ等に応用することができる。

本発明装置の第１の実施例を示す回路図である。 本発明装置の第２の実施例を示す回路図である。 本発明装置の第３の実施例を示す回路図である。 従来のエンコーダ装置のバックアップ電源の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ バックアップ電源
１ａ 第１の電圧調整回路
１ｂ 第２の電圧調整回路
２ エンコーダ本体
３ 主電源
２１ 主電源ＯＮ時に動作する回路
２２ バックアップが必要な回路
２３ 内部回路
ＢＡＴ１ 第１のバッテリー
ＢＡＴ２ 第２のバッテリー

Claims (4)

1. 被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源のバックアップ用電源を供給するバックアップ電源とを有し、
   このバックアップ電源は、バックアップ電源部出力端における規定電圧として第１のバックアップ電圧を供給する第１のバッテリーと、この第１のバッテリーの出力電圧が低下したときに第１のバックアップ電圧と同等かそれより低い第２のバックアップ電圧を供給する第２のバッテリ−とを有するエンコーダ装置。
2. 前記第２のバッテリーは、第２のバックアップ電圧を調整する電圧調整回路または電圧調整素子を有する請求項１のエンコーダ装置。
3. 前記第２のバッテリーは、第１のバックアップ電圧を監視して、第１のバックアップ電圧が低下したときに第２のバックアップ電圧を供給する電圧調整回路を有する請求項１または２のエンコーダ装置。
4. 前記第１のバッテリーと第２のバッテリーは、同一特性の一次電池である請求項１〜３のいずれかのエンコーダ装置。

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