JP2011211791A - バックアップ電源装置及び電力出力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ１２に充電されている電力を消費することにより電圧遅延現象の発生を防止し、且つ電力の消費量が過多となることを防止することが可能なバックアップ電源装置を提供する。
【解決手段】光学式エンコーダ１１が主電源１３より電力が供給されて作動しているときには、定期放電指令部３５の制御によりバッテリ１２に充電されている電力を間欠的に放電回路３４に出力して、バッテリ１２に充電されている電力を消費する。その結果、電圧遅延現象の発生を防止することができ、停電発生時には確実にバッテリ１２の充電電力を光学式エンコーダ１１に供給して、該光学式エンコーダ１１の駆動をバックアップすることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光学式エンコーダを駆動するための主電源が停電した場合に、バックアップ用の電力を供給するバックアップ電源装置及び電力出力方法に関する。

一般に、位置検出器として用いられる光学式エンコーダは、商用電源等の主電源より電力が供給されて作動し、また、停電時等の主電源からの電力供給ができなくなった場合においても継続して作動状態を維持するために、バックアップ電源装置が接続されている。即ち、停電が発生して主電源からの電力供給ができなくなった場合には、バックアップ電源装置からの電力供給に切り替えて、光学式エンコーダを作動させる。

バックアップ電源装置では長時間継続して使用することが可能であるリチウム電池が多く用いられている。ところが、リチウム電池は長時間電力が消費されない状態が続くと、電極表面上で電解液分子とリチウムイオンが反応し、不動態膜が形成されて自然放電が抑制されることがある。このため、バックアップ電源としてリチウムイオン電池を使用する場合には、長期の信頼性が有る反面、不動態膜が大量に形成された場合には、負荷を接続した場合に、この不動態膜が抵抗となって電流の流れを阻止し、一時的に電圧の低下を引き起こす現象、いわゆる電圧遅延現象（「ボルテージディレイ」ともいう）が発生し、このため、エンコーダ動作が不良になるという問題が発生する。

そこで、電圧遅延現象の発生を防止するため、従来より特開２００４−３２５１２５号公報（特許文献１）、及び特開２００５−３１２０８９号公報（特許文献２）に記載された技術が提案されている。

特許文献１には、バックアップ電源として設けられたリチウム電池より供給される電力を間欠的に発光体（発光ダイオード等）に供給して、リチウム電池の電力を定期的に消費することにより、電圧遅延現象を防止することが記載されている。しかし、この方式では主電源とリチウム電池を定期的に切り替えて発光体に電力を供給するので、切り替え操作のために複雑な制御が必要になるという欠点がある。また、主電源とリチウム電池の双方を用いて発光体を作動させることになるので、主電源が正常に動作している場合であっても、リチウム電池の充電容量が低下すると、発光体を正常に作動させることができなくなる場合があるという問題が発生する。

また、特許文献２には、光学式エンコーダの外部に設けた抵抗器を用いて、外部電池に充電された電力を放電することが記載されている。しかし、この特許文献２の記載内容では、外部電池の取り付け時に一定の電力を消費し、その後、抵抗により継続して電力を消費する構成とされているので、消費電力が大きくなり外部電池の寿命が短くなるという欠点がある。

特開２００４−３２５１２５号公報 特開２００５−３１２０８９号公報

上述したように、特許文献１に記載された従来例では、リチウム電池の充電容量が低下した場合に発光体を作動させることができなくなる場合があり、また、特許文献２に記載された従来例では、外部電池の電力を継続して消費するので外部電池の寿命が短くなるという欠点があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電圧遅延現象の発生を防止し、且つ電力の消費量が過多となることを防止することが可能なバックアップ電源装置、及びバックアップ電源装置の電力出力方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、光学式エンコーダを駆動するための主電源が停電した場合に、前記光学式エンコーダにバックアップ用の電力を供給するバックアップ電源装置において、直流電力を蓄電するバッテリと、直流電力を蓄電し、前記バッテリからの電力供給ができない場合に、前記光学式エンコーダにバックアップ用の電力を供給するキャパシタと、前記バッテリに充電されている電力を放電する放電手段と、前記バッテリに充電されている電力を間欠的に前記放電手段に出力して、前記バッテリ電力を消費する制御を行う定期放電制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記バッテリに充電されている電力を前記光学式エンコーダに供給する際に、前記キャパシタに充電されている電力の放電を阻止する逆流防止回路を更に備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、外部入力が与えられた際に、前記バッテリに充電されている電力を前記放電手段に出力して、前記バッテリ電力を消費する強制放電制御手段を更に備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記バッテリは、リチウム電池であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、光学式エンコーダを駆動するためのバックアップ電源として設けたバッテリの電力を出力する電力出力方法において、前記光学式エンコーダの主電源が停電した場合に、前記バッテリの電力を前記光学式エンコーダに供給する工程と、前記光学式エンコーダが前記主電源より電力が供給されて作動しているときには、定期放電制御手段が前記バッテリの電力を間欠的に放電手段に出力して、前記バッテリの電力を消費する工程と、を備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、強制放電制御手段により、強制放電指令が入力された際に、前記バッテリの電力を前記放電手段に供給して前記バッテリの電力を消費する工程を更に備えたことを特徴とする。

請求項１の発明に係るバックアップ電源装置、及び請求項５の発明に係る電力出力方法では、バッテリに充電されている電力を周期的に放電手段に出力して電力を消費するので、バッテリに電圧遅延現象が発生することを防止でき、停電時等においてバッテリの電力を光学式エンコーダに出力する際に、必要となる電力が供給されないという問題の発生を回避することができる。

請求項２の発明では、バッテリとバッテリ交換時に使用するキャパシタとの間に逆流防止回路を設けるので、放電手段の作動時に、キャパシタに充電された電力が放電手段に出力されることを防止できる。

請求項３、請求項６の発明では、長期間使用していないバッテリを交換する場合には強制放電制御手段により、バッテリに充電されている電力を強制的に放電手段に出力して電力を消費することができるので、操作者は任意のタイミングでバッテリの電力を消費させることができ、より確実に電圧遅延現象の発生を防止することが可能となる。

請求項４の発明では、バッテリとしてリチウム電池を用いるので、バッテリの寿命を長くすることができ、且つ、リチウム電池を用いた場合に特に問題となる電圧遅延現象の発生を防止できる。

本発明の一実施形態に係るバックアップ電源装置が搭載されたモータ制御装置、及び光学式エンコーダの接続関係を概略的に示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るバックアップ電源装置、及びモータを駆動するモータ制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバックアップ電源装置のバッテリが搭載される停電用バックアップ部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバックアップ電源装置によるバッテリ放電処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るバックアップ電源装置によるバッテリの放電タイミングを示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るバックアップ電源装置が搭載されたモータ制御装置１００、及び該モータ制御装置１００によって制御されるモータＭ１の接続関係を示す説明図である。図１に示すように、モータＭ１には、該モータＭ１の回転角度を検出するための光学式エンコーダ１１が接続され、この光学式エンコーダ１１で検出された回転角度信号は、モータ制御装置１００に出力される。

また、モータ制御装置１００は、光学式エンコーダ１１に駆動用の電力を供給する主電源１３、及び停電発生時など主電源１３よりの電力供給が停止した場合に、光学式エンコーダ１１にバックアップ用の電力を供給するバッテリ１２を備えている。また、モータ制御装置１００には、交流１００Ｖ等の商用電源Ｅ１が接続されている。

図２は、モータ制御装置１００の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、モータ制御装置１００は、モータＭ１及び光学式エンコーダ１１を総括的に制御するＣＰＵ２１と、該ＣＰＵ２１による演算処理に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ２２と、モータＭ１を駆動制御するためのプログラムを記憶するハードディスク２３と、モータ制御装置へ入出力する図示省略の外部入出力信号を制御する制御するシーケンサ２４と、各種のデータを記憶するフラッシュメモリ２５と、外部機器と接続するためのＵＳＢポート２６を備えている。

更に、図示省略のディスプレイに画像データを出力する表示ドライバ２７と、モータＭ１をサーボ制御するサーボドライバ２８と、停電用バックアップ部２９を備えている。

図３は、停電用バックアップ部２９の詳細な構成を示すブロック図である。図３に示すように、停電用バックアップ部２９は、リチウム電池等のバッテリ１２と、該バッテリ１２に充電された電力を放電する放電回路（放電手段）３４と、後述するように所定の周期で放電回路３４に放電指令を出力する定期放電指令部（定期放電制御手段）３５と、外部より放電指令信号が入力された際に放電回路３４に放電指令を出力する強制放電指令部（強制放電制御手段）３６と、を備えている。

また、直流電力を充電する機能を備えバッテリ１２の交換作業時等で、バッテリ１２からの電力の供給ができないときに停電が発生した場合に光学式エンコーダ１１に電力を供給するキャパシタ３３と、バッテリ１２とキャパシタ３３との間に設けられ、放電回路３４の作動時に、キャパシタ３３から放電回路３４側に電力が出力されることを阻止する逆流防止回路３２を備えている。

次に、図４に示すフローチャートを参照して、モータ制御装置１００によるバッテリ放電処理の動作について説明する。始めに、ＣＰＵ２１は、内部タイマを初期化する処理を行う（ステップＳ１１）。内部タイマは、例えば図２に示したＲＡＭ２２に設定される。この処理では、放電オンタイマｔ１を「Ａ」に設定し、放電オフタイマｔ２を「Ｂ」に設定する。即ち、図５に示すように放電インターバル時間がＡで、放電オン時間がＢとなる周期的なパルス信号を想定する。

次いで、停電用バックアップ部２９は、主電源１３の出力電圧が低下したか否かを判断する（ステップＳ１２）。そして、主電源１３の出力電圧が低下した場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、主電源１３から光学式エンコーダ１１に電力を供給できないので、バッテリ１２の電力を光学式エンコーダ１１に供給して、光学式エンコーダ１１を継続して作動させるようにハードウェアが組まれている（ステップＳ２４）。

他方、主電源１３の出力電圧が低下していない場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、停電用バックアップ部２９は、光学式エンコーダ１１側への電力供給を停止する（ステップＳ１３）。更に、ＣＰＵ２１は、タイマｔ１が０以下になったか否かを判断する（ステップＳ１４）。初期的には、ｔ１≦０とはならないので（ステップＳ１４でＮＯ）、ＣＰＵ２１は、タイマｔ１からサンプリング周期Δｔを減算する（ステップＳ１５）。

更に、ＣＰＵ２１は、タイマｔ１が０以下になったか否かを判断する（ステップＳ１６）。そして、ｔ１≦０でない場合には（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。

その後、時間が経過し、タイマｔ１が０以下になると（つまり、放電インターバル時間Ａが経過すると）（ステップＳ１６でＹＥＳ）、停電用バックアップ部２９は、定期放電指令部３５に放電指令信号を送信し、該定期放電指令部３５の制御により放電回路３４をオンとする（ステップＳ１７）。従って、バッテリ１２に蓄積された電力が放電回路３４にて消費されることになる。この際、逆流防止回路３２により、キャパシタ３３から放電回路３４に電流が流れることを阻止できる。

そして、放電回路３４による放電が開始されると、タイマｔ２をＢに設定して（ステップＳ１８）、ステップＳ１２の処理に戻る。

次いで、ステップＳ１４の処理では、既にｔ１≦０となっているので、ＹＥＳ判定となる。ＣＰＵ２１は、タイマｔ２が０以下になったか否かを判断する（ステップＳ１９）。初期的には、ｔ２≦０とはならないので（ステップＳ１９でＮＯ）、ＣＰＵ２１は、タイマｔ２からサンプリング周期Δｔを減算する（ステップＳ２０）。

更に、ＣＰＵ２１は、タイマｔ２が０以下になったか否かを判断する（ステップＳ２１）。そして、ｔ２≦０でない場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。

その後、時間が経過し、タイマｔ２が０以下になると（つまり、放電オン時間Ｂが経過すると）（ステップＳ２１でＹＥＳ）、停電用バックアップ部２９は、定期放電指令部３５に放電停止指令信号を送信し、該定期放電指令部３５の制御により放電回路３４をオフとする（ステップＳ２２）。従って、放電回路３４による電力の消費が終了する。

その後、ＣＰＵ２１は、タイマｔ１をＡに設定し（ステップＳ２３）、ステップＳ１２の処理に戻る。そして、上記のステップＳ１２〜Ｓ２３の処理を繰り返すことにより、図５に示すように、時間Ｂだけ放電回路３４による放電が行われ、時間Ａだけ放電回路が停止するという動作が周期的に繰り返されることになる。換言すれば、バッテリ１２に充電されている電力を間欠的に放電回路３４に出力してバッテリ１２の電力を消費することができる。

このようにして、本実施形態に係るバックアップ電源装置では、バッテリ１２に充電されている電力を周期的に放電回路３４に出力し、該放電回路３４で電力を消費するので、電圧遅延現象の発生を防止することができる。従って、バッテリ１２による電力供給を開始する際に、必要となる電力が供給されないという従来の問題を解決することができ、確実に光学式エンコーダ１１に駆動用の電力を供給することができる。

また、バッテリ１２とキャパシタ３３との間に逆流防止回路３２を設けるので、放電回路３４の作動時に、キャパシタ３３から放電回路３４に電流が流れることを防止することができる。

更に、外部より強制放電指令が入力された場合には、強制放電指令部３６の制御により、バッテリ１２の電力を消費することができるので、例えば、バッテリ１２を交換した場合等、操作者は任意のタイミングでバッテリ１２の電力を消費させることができ、より確実に電圧遅延現象の発生を防止することが可能となる。

また、バッテリ１２としてリチウム電池を用いるので、バッテリ１２の寿命を長くすることができ、更に、リチウム電池を用いた場合に特に問題となる電圧遅延現象の発生を防止することができる。

以上、本発明のバックアップ電源装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、バッテリ１２として電圧遅延現象の発生が顕著なリチウム電池を用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はリチウム電池に限定されるものではなく、リチウム電池と同様に電圧遅延現象を発生するバッテリについて適用することが可能である。

本発明は、主電源が停電により遮断された場合でも確実に光学式エンコーダに駆動用の電力を供給する上で極めて有用である。

１１ 光学式エンコーダ
１２ バッテリ
１３ 主電源
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＡＭ
２３ ハードディスク
２４ シーケンサ
２５ フラッシュメモリ
２６ ＵＳＢポート
２７ 表示ドライバ
２８ サーバドライバ
２９ 停電用バックアップ部
３２ 逆流防止回路
３３ キャパシタ
３４ 放電回路（放電手段）
３５ 定期放電指令部（定期放電制御手段）
３６ 強制放電指令部（強制放電制御手段）
Ｅ１ 商用電源

Claims (6)

1. 光学式エンコーダを駆動するための主電源が停電した場合に、前記光学式エンコーダにバックアップ用の電力を供給するバックアップ電源装置において、
   直流電力を蓄電するバッテリと、
   直流電力を蓄電し、前記バッテリからの電力供給ができない場合に、前記光学式エンコーダにバックアップ用の電力を供給するキャパシタと、
   前記バッテリに充電されている電力を放電する放電手段と、
   前記バッテリに充電されている電力を間欠的に前記放電手段に出力して、前記バッテリ電力を消費する制御を行う定期放電制御手段と、
   を備えることを特徴とするバックアップ電源装置。
2. 前記バッテリに充電されている電力を前記光学式エンコーダに供給する際に、前記キャパシタに充電されている電力の放電を阻止する逆流防止回路を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のバックアップ電源装置。
3. 外部入力が与えられた際に、前記バッテリに充電されている電力を前記放電手段に出力して、前記バッテリ電力を消費する強制放電制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のバックアップ電源装置。
4. 前記バッテリは、リチウム電池であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のバックアップ電源装置。
5. 光学式エンコーダを駆動するためのバックアップ電源として設けたバッテリの電力を出力する電力出力方法において、
   前記光学式エンコーダの主電源が停電した場合に、前記バッテリの電力を前記光学式エンコーダに供給する工程と、
   前記光学式エンコーダが前記主電源より電力が供給されて作動しているときには、定期放電制御手段が前記バッテリの電力を間欠的に放電手段に出力して、前記バッテリの電力を消費する工程と、
   を備えたことを特徴とする電力出力方法。
6. 強制放電制御手段により、強制放電指令が入力された際に、前記バッテリの電力を前記放電手段に供給して前記バッテリの電力を消費する工程を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の電力出力方法。

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