JP4678506B2 - 多回転式絶対値エンコーダ用発電装置及び発電装置を備えた多回転式絶対値エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの多回転量を絶対角度で検出する多回転式絶対値エンコーダに電力を供給する多回転式絶対値エンコーダ用発電装置及び発電装置を備えた多回転式絶対値エンコーダに関する。

従来の多回転式絶対値エンコーダは、停電時や電源遮断中など主電源からの電力供給が停止した場合の絶対回転量データの保持のために、外部にバックアップ電池を設けていた（例えば、特許文献１）。

図５において、入力軸２０１に対し絶対回転角度検出部２０２と絶対回転量検出部２０３とが連携配備されたもので、絶対回転量検出部２０３は、入力軸２０１の多回転量を検出するためのものであり、入力軸２０１の回転量に応じた電気信号を発生させる信号発生部２０９と、この信号発生部２０９からの電気信号に基づき計数動作すると共にその計数内容を常時保持するための計数部２１０と、この計数部２１０の電源をバックアップするためのバックアップ電池２１１とから構成されている。

このように、従来の多回転式絶対値エンコーダ装置は、主電源からの電力供給が止まった場合に、バックアップ電池により計数部に電力を供給し多回転量を保持するのである。
特開昭６３−１５８４０２号公報（第４頁、第１図）

従来の多回転式絶対値エンコーダ装置は、外部電源で多回転量を保持する方式となっていて、万一バックアップ電池が消耗していた場合に、主電源からの電力供給が止まると絶対回転量データを保持することができないという問題があった。また、バックアップ用電池は一定期間ごとに更新する必要があり、その度にシステムを停止せねばならなかった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、バックアップ電池なしでバックアップ用電力を供給することができる多回転式絶対値エンコーダ用発電装置及び発電装置を備えた多回転式絶対値エンコーダを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
ある観点によれば本発明の関連発明は、被検出回転軸に設けた多回転式絶対値エンコーダの回転部に固着された１個または複数個の磁石と、前記多回転式絶対値エンコーダの非回転部に配置された筐体と、前記筐体内に配置された導電コイルと、前記導電コイルの中央部に配置され前記筐体に固定されたヨークと、前記導電コイルに発生した電気量を整流する整流装置と、前記電気量を蓄積する蓄電装置と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項１に記載の発明は、被検出回転軸に設けた多回転式絶対値エンコーダの回転部に固着された１個または複数個の第１の磁石と、前記多回転式絶対値エンコーダの非回転部に両端をバネで支持されて配置された筐体と、前記筐体内に配置された導電コイルと、前記導電コイルの中央部に配置され前記筐体に固定されたヨークと、前記ヨークの近傍に前記筐体と非接触の状態で配置された第２の磁石と、前記導電コイルに発生した電気量を整流する整流装置と、前記電気量を蓄積する蓄電装置と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、被検出回転軸に設けた多回転式絶対値エンコーダの回転部に固着された１個または複数個の第１の磁石と、前記多回転式絶対値エンコーダの非回転部に両端をバネで支持されて配置された筐体と、前記筐体内に配置された導電コイルと、前記導電コイルの近傍に前記筐体と非接触の状態で配置された第２の磁石と、前記筐体に固着され、前記第１の磁石の磁石が接近したときに反発力を発生するように配置された第３の磁石と、前記導電コイルに発生した電気量を整流する整流装置と、前記電気量を蓄積する蓄電装置と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記筐体は、前記回転部に固着された前記磁石又は前記第１の磁石が最も接近した時に対向するように配置されたことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記第１の磁石の１個が、前記回転体の原点位置近傍で前記第３の磁石と対向するよう配置されていることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記バネは、黄銅線、洋白線、りん青銅線、ベリリウム銅線のいずれかを用いたことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、多回転式絶対値エンコーダが請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多回転式絶対値エンコーダ用発電装置を備えたことを特徴としている。

請求項１〜３に記載の発明によると、磁石と電磁コイルの相対運動を利用して発電することによって、主電源からの電力供給が停止した場合にバックアップ電力を供給できるので、バックアップ電池が不要となり電池交換を不要にすることができ、また、バックアップ電池の消耗による絶対回転量データの消失を防止できるという効果がある。
請求項１に記載の発明によると、筐体が非回転部に両端をバネで支持され、ヨークの近傍に第２の磁石が配置されているので、請求項１の効果に加え、筐体の振動で発生する発電も利用できる発電量が増加し、バックアップ電力供給量を増加することができる。
請求項２に記載の発明によると、筐体に第１の磁石が接近したときに反発力を発生するように第３の磁石を配置しているので、筐体の振動が大きくなり、筐体の振動で発生する発電量がさらに増加する。
請求項４に記載の発明によると、原点位置近傍で第３の磁石と対向するよう第１の磁石を配置すれば、回転量をカウントする原点位置付近で確実にバックアップ電源が得られる。
請求項５に記載の発明によると、バネは、剛性率の小さい黄銅線、洋白線、りん青銅線、ベリリウム銅線のいずれかを用いれば、筐体の振動回数が増え、発電量が増加する。
請求項６に記載の発明によると、多回転式絶対値エンコーダが、発電装置を備え、外部に電源をバックアップするためのバックアップ電池を必要としないので、保守性の良い多回転式絶対値エンコーダが実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図である。図において、１０１は多回転式絶対値エンコーダの回転部、１０２は回転部１０１の表面に固着された磁石である。１０３は筐体で、略円筒状の導電コイル１０５と、導電コイル１０５の中央部に配置され筐体１０３に固定されたヨーク１０４が配置されている。ヨーク１０４は高透磁率材料で構成されている。
１０７は導電コイル１０５に発生した電気量を整流する整流装置、１０８は発生した電気量を蓄積する蓄電装置である。本実施例では、整流装置１０７にはダイオードを、蓄電装置１０８には大容量のコンデンサを用いた。なお、蓄電装置１０８は、ダイオード１０６を通して図示しない主電源に接続され、主電源動作時は、主電源から電源が供給される。

次に本発明の動作について説明する。
多回転式絶対値エンコーダは、回転部１０１の１回転内の角度を検出する回転角度検出部と多回転量を検出する多回転量検出部を備えているが、多回転量検出部は、主電源が停止し、回転部１０１が外力等により回された場合、多回転量を更新する必要がある。

図１において、蓄電装置１０８は、ダイオード１０６を通して主電源に接続され、主電源動作時は、主電源から図示しない多回転量検出部へ電源が供給される。
主電源が遮断され回転部１０１が停止すると、多回転量検出部内の図示しない書き換え可能な不揮発性メモリに多回転量が保持される。
主電源からの電力供給が停止した状態で、回転部１０１が外力により回された場合、磁石１０２とヨーク１０４が接近するとヨーク１０４内の磁束が変化し、導電コイル１０５に誘導電流が発生する。発生した電流はリード線を通りダイオード１０７に流れて整流され蓄電装置１０８に蓄積される。蓄電装置１０８に蓄積された電気量が、負荷となる多回転量検出部に供給され、多回転量を更新する。

このように本実施例では、磁石とヨーク間の相対位置で発生するコイル内の誘導電流を利用した発電装置を備えているので、バックアップ電池なしで、回転量検出部にバックアップ電源を供給することができる。また、本発電装置を多回転式絶対値エンコーダに適用することによって、電池交換等の定期的な点検作業が不要になり、保守性の良い多回転式絶対値エンコーダが実現できる。

図２は、本発明の第２実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図である。
図において、１１１はバネで、筐体１０３は、両端がバネ１１１を介してエンコーダの支持部１１４に固定されている。１１２は第２の磁石で、前記回転部１０１とは反対側の筐体１０３の近傍に配置されている。なお、筐体１０３は図示しない部材によって、バネ１１１の圧縮、伸長方向以外の動きは規制されている。また、バネ１１１には、剛性率の小さい黄銅線を用いた。
本実施例が第１実施例と異なる点は、筐体１０３がバネ１１１を介してエンコーダの支持部１１４に固定されていることと、磁石１０２（第１の磁石）の他に第２の磁石１１２を備えている点である。その他の構成については第１実施例と同じであるのでその説明を省略する。

次に本発明の動作について説明する。
第１の磁石１０２とヨーク１０４が接近するとヨーク１０４内の磁束が変化し、導電コイル１０５に誘導電流が発生する動作については、実施例１と同じである。本実施例では筐体１０３がバネ１１１でエンコーダ支持部１１４に固定されているので、第１の磁石１０２とヨーク１０４が接近し、吸引力が働いたときに筐体１０３の位置が変化し、第２の磁石１１２による導電コイル１０５との磁束鎖交数が変化する。これによって、導電コイル１０５に誘導電流が発生する。また、第１の磁石が筐体から離れた後も、吸引力で加振された筐体の振動が持続するので、導電コイル１０５に磁束変化が発生し、これによる誘導電流が発生する。

このように本実施例では、第１の磁石による磁束変化に加えて第２の磁石による磁束変化によって導電コイルに発生する誘導電流を蓄電し、バックアップ電源としているので、蓄電量をさらに増加させることができる。また、バネに剛性率の小さい黄銅線、洋白線、りん青銅線、又はベリリウム線を用いれば、第１の磁石が筐体から離れた後も、吸引力で加振された筐体の振動が持続する。これによって、導電コイルには、第２の磁石による磁束の磁束変化が発生し、誘導電流を得ることができる。

図３は、本発明の第３実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図である。
図において１１３は第３の磁石である。第３の磁石１１３は、回転部１０１が回転し、第１の磁石１０２が接近したときに反発力が働くよう磁極の向きが設定され、筐体１０３に固着されている。
本実施例が第２実施例と異なる点は、筐体１０３に第３の磁石１１３を固着した点と、筐体１０３内からヨーク１０４を除いた点である。その他の構成については、第２実施例と同じである。

次に本実施例の動作について説明する。
図４は本実施例の動作を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の側面図の一部である。図４（ａ）は、回転部１０１が回転し、第１の磁石１０２が紙面左側から第３の磁石１１３に接近したときの図である。このとき、第１の磁石１０２と第３の磁石１１３間の反発力によって、第３の磁石１１３を右側に寄せる力が働き、筐体１０３を支えているバネ１１１の左側のバネには引っ張られ、右側のバネは圧縮される。バネ１１１には筐体を左に戻そうとする力が発生する。さらに回転体が同一方向に回転すると、第１の磁石１０２は第３の磁石１１３の右側に移動する。この状態になると、磁石の反発力は第３の磁石１１３を左側に戻す力になり、筐体を左に戻そうとする力バネの力と加え合わされ、急激に筐体は紙面左側に大きく移動する。図４（ｂ）はこのときの、すなわちバネの力によって筐体が紙面左側に大きく移動したときの図である。このように、本実施例では第１の磁石１０２が第３の磁石１１３の近傍を通過するときに、第１の磁石１０２と第３の磁石１１３の反発力によって、筐体１０３が大きく変位し、導電コイル１０５には、第３の磁石１１３による磁束変化によって誘導電流が発生する。
なお、筐体１０３と第３の磁石１１３の相対運動の回数が多いほど蓄電装置に蓄積される電気量は多くなるので、バネ１１１の減衰係数はできるだけ小さいほうが望ましい。バネの減衰係数を小さくするには、バネの形状が同じならばバネの材質の剛性率が小さいほうが減衰係数が小さくなるので、黄銅線、洋白線、りん青銅線、ベリリウム銅線などのバネ材料を用いるのが望ましい。

このように本実施例では、磁石の反発力によって、バネで支えられた筐体を大きく動かすので、導電コイルと鎖交する第３の磁石が発生する磁束が大きく時間変化し、導電コイルに大きい誘起電圧が発生する。
また、本実施例の発電装置を多回転式絶対値エンコーダに適用し、誘起電圧の発生する回転位置を回転体の原点位置近傍にすることによって、回転量を検出するときに必ずバックアップ電源が得られる。

回転体の回転を利用して発電できるので、モータを有する装置の補助電源として広く適用できる。

本発明の第１実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図 本発明の第２実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図 本発明の第３実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図 本発明の第３実施例の動作を示す多回転式絶対値エンコーダ用発電装置の構成図 従来の多回転式絶対値エンコーダ装置の構成図

符号の説明

１０１ 回転部
１０２ 磁石（第１の磁石）
１０３ 筐体
１０４ ヨーク
１０５ 導電コイル
１０６ ダイオード
１０７ 整流装置（ダイオード）
１０８ 蓄電装置
１１１ バネ
１１２ 第２の磁石
１１３ 第３の磁石
１１４ 支持部
２０１ 入力軸
２０２ 絶対回転角度検出部
２０３ 絶対回転量検出部
２０４ ケース
２０９ 信号発生部
２１０ 計数部
２１１ バックアップ電池

Claims (6)

1. 被検出回転軸に設けた多回転式絶対値エンコーダの回転部に固着された１個または複数個の第１の磁石と、
   前記多回転式絶対値エンコーダの非回転部に両端をバネで支持されて配置された筐体と、
   前記筐体内に配置された導電コイルと、
   前記導電コイルの中央部に配置され前記筐体に固定されたヨークと、
   前記ヨークの近傍に前記筐体と非接触の状態で配置された第２の磁石と、
   前記導電コイルに発生した電気量を整流する整流装置と、
   前記電気量を蓄積する蓄電装置と、
   を備えたことを特徴とする多回転式絶対値エンコーダ用発電装置。
2. 被検出回転軸に設けた多回転式絶対値エンコーダの回転部に固着された１個または複数個の第１の磁石と、
   前記多回転式絶対値エンコーダの非回転部に両端をバネで支持されて配置された筐体と、
   前記筐体内に配置された導電コイルと、
   前記導電コイルの近傍に前記筐体と非接触の状態で配置された第２の磁石と、
   前記筐体に固着され、前記第１の磁石の磁石が接近したときに反発力を発生するように配置された第３の磁石と、
   前記導電コイルに発生した電気量を整流する整流装置と、
   前記電気量を蓄積する蓄電装置と、
   を備えたことを特徴とする多回転式絶対値エンコーダ用発電装置。
3. 前記筐体は、前記回転部に固着された前記磁石又は前記第１の磁石が最も接近した時に対向するように配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多回転式絶対値エンコーダ用発電装置。
4. 前記第１の磁石の１個が、前記回転体の原点位置近傍で前記第３の磁石と対向するよう配置されていることを特徴とする請求項２に記載の多回転式絶対値エンコーダ用発電装置。
5. 前記バネは、黄銅線、洋白線、りん青銅線、ベリリウム銅線のいずれかを用いたことを特徴とする請求項２に記載の多回転式絶対値エンコーダ用発電装置。
6. 請求項１又は２に記載の多回転式絶対値エンコーダ用発電装置を備えたことを特徴とする多回転式絶対値エンコーダ。
   

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