JP4777120B2 - Backup power supply for absolute encoder - Google Patents
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Description
本発明は、アブソリュートエンコーダ用バックアップ電源の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a backup power supply for an absolute encoder.
アブソリュートエンコーダは、産業機械、工作機械または産業用ロボット等の回転部やモータ軸等の非制御装置に接続されて、非制御装置の各種回転部の位置または直線上の位置を検出し保持するものである。ここで、非制御装置を駆動する制御装置は常に稼動状態にあるわけではなく、例えば非制御装置による作業が終了した場合や停電が発生した場合には、制御装置への電力供給は断たれてしまい、したがってアブソリュートエンコーダへの電力供給も断たれてしまうので、アブソリュートエンコーダによる非制御装置の位置検出動作ができなくなったり検出した位置情報等が失われるという問題が発生する。このため、従来よりバックアップ電源を用意しておき、制御装置への電力供給が断たれるとバックアップ電源から電力をアブソリュートエンコーダに供給している。 Absolute encoders are connected to non-control devices such as industrial machinery, machine tools, industrial robots, etc., and rotating parts, motor shafts, etc., and detect and hold the position of various rotating parts of non-control devices or the position on a straight line. It is. Here, the control device that drives the non-control device is not always in an operating state. For example, when the operation by the non-control device is completed or a power failure occurs, the power supply to the control device is cut off. Therefore, since the power supply to the absolute encoder is also cut off, there arises a problem that the position detection operation of the non-control device by the absolute encoder cannot be performed or the detected position information is lost. For this reason, a backup power source is prepared in the past, and when the power supply to the control device is cut off, power is supplied from the backup power source to the absolute encoder.
図1は従来のアブソリュートエンコーダを含む全体システムの構成を示すブロック図である。同図において、11は非制御装置の一例としてのサーボモータ12を制御する制御装置、13はアブソリュートエンコーダ、14はバックアップ電源(充電不可である一次電池)、15は動力ケーブル、16は位置フィードバックケーブルである。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an entire system including a conventional absolute encoder. In the figure, 11 is a control device that controls a
動作において、制御装置11内の主電源が供給されている間は、制御装置11から動力ケーブル15を介してサーボモータ12に駆動用電力が供給されるとともに、制御装置11内の主電源及びバックアップ電源14から位置フィードバックケーブル16を介してアブソリュートエンコーダ13に電力が供給される。アブソリュートエンコーダ13に保持されている位置情報は位置フィードバックケーブル16を介して制御装置11に戻されてサーボモータ12の制御に用いられる。
In operation, while the main power supply in the
制御装置11内の主電源がオフとなったときは、バックアップ電源14のみから位置フィードバックケーブル16を介してアブソリュートエンコーダ13に電力が供給されてサーボモータ12の回転位置の検出動作を継続し、それにより、モータシャフトの位置ひいては非制御装置である機械のテーブル位置の情報をアブソリュートエンコーダ13内に保持し続けることを可能にしている。
When the main power supply in the
このように、従来は、アブソリュートエンコーダのバックアップ電源として、アルカリ電池またはリチウム一次電池などの一次電池を使用しているが、一次電池は充電ができないので、アブソリュートエンコーダを使用するユーザは1年〜3年毎にこの電池交換を行わなければならず、特に大量にCNC工作機械を使用している大手ユーザでは大きな負担となっている。 As described above, conventionally, a primary battery such as an alkaline battery or a lithium primary battery is used as a backup power source for the absolute encoder. However, since the primary battery cannot be charged, a user who uses the absolute encoder is one to three years. This battery must be replaced every year, which is a big burden especially for a large user who uses a large number of CNC machine tools.
また、一次電池に代えて、充電可能である二次電池を用いる方法も知られている(特許文献1参照)が、以下のような理由により充電回路の設計が困難であるため、未だ実用化はされていない。
(1)アブソリュートエンコーダは、携帯電話等の一般電子機器と性格が異なり、一度でも電池切れになってしまうと機械座標の位置合わせという作業のために機械の長時間停止が余儀なくされるなど電池切れが及ぼす影響が大きく、電池切れの前に必ず充電が必要である。
(2)充電回数に限り(数百回)があり、例えば、機械が毎日電源投入される毎に充電を行うと、機械に期待されている10年〜20年の寿命の前に頻繁な充電動作のために電池が寿命を迎えてしまう。
In addition, a method using a rechargeable secondary battery instead of the primary battery is also known (see Patent Document 1). However, since it is difficult to design a charging circuit for the following reasons, it is still in practical use. Has not been.
(1) Absolute encoders are different in character from general electronic devices such as mobile phones. If the battery runs out even once, the machine runs out for a long time due to the work of positioning the machine coordinates. Has a large influence on the battery, and it is necessary to charge the battery before it runs out.
(2) There is a limit to the number of times of charging (hundreds of times). For example, if the machine is charged every time the power is turned on every day, it is frequently charged before the expected life of 10 to 20 years. The battery reaches the end of its life due to operation.
本発明の目的は、上記従来技術における問題に鑑み、アブソリュートエンコーダに給電するための二次電池への給電タイミングをタイマーにより効率よく設定することにより、電池交換の交換周期を出来るだけ延長しそれによりアブソリュートエンコーダに電力を供給するためのバックアップ電源用電池の使用可能時間を長くすることにある。 In view of the problems in the prior art described above, the object of the present invention is to set the power supply timing to the secondary battery for supplying power to the absolute encoder with a timer efficiently, thereby extending the battery replacement period as much as possible. The purpose is to extend the usable time of the battery for the backup power source for supplying power to the absolute encoder.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様により提供されるものは、二次電池、充電回路、及びタイマー回路により構成され、充電回路は、タイマー回路の出力信号に従って二次電池を充電するようにしたことを特徴とするアブソリュートエンコーダ用のバックアップ電源である。 In order to achieve the above object, what is provided by the first aspect of the present invention includes a secondary battery, a charging circuit, and a timer circuit, and the charging circuit is a secondary battery according to an output signal of the timer circuit. This is a backup power source for an absolute encoder, characterized in that it is charged.
本発明の第2の態様によれば、充電回路はバックアップ電源の外部に設けられた外部電源から電力を供給され、タイマー回路は二次電池から電力を供給され、タイマー回路が充電開始信号を出力していて、かつ外部電源から充電回路に電力が供給されている時に、充電回路は二次電池への充電を行うようにする。 According to the second aspect of the present invention, the charging circuit is supplied with power from an external power supply provided outside the backup power supply, the timer circuit is supplied with power from the secondary battery, and the timer circuit outputs a charging start signal. When the power is supplied to the charging circuit from the external power source, the charging circuit charges the secondary battery.
本発明の第3の態様によれば、制御装置の電源がオンの間は、制御回路からアブソリュートエンコーダに供給する主電源を外部電源として使用するようにする。 According to the third aspect of the present invention, the main power supplied from the control circuit to the absolute encoder is used as the external power while the power of the control device is on.
本発明の第4の態様によれば、タイマー回路は外部電源のオン/オフ状態を検出し、その状態によってタイマー動作の速度を切り換えるようにする。この場合、タイマー回路は外部電源のオン時には単位時間当たりのカウント値を少なくし、記外部電源のオフ時には単位時間当たりのカウント値を多くするようにする。 According to the fourth aspect of the present invention, the timer circuit detects the on / off state of the external power source and switches the speed of the timer operation according to the state. In this case, the timer circuit decreases the count value per unit time when the external power supply is on, and increases the count value per unit time when the external power supply is off.
本発明の第5の態様によれば、バックアップ電源は、アブソリュートエンコーダ内に内蔵される。 According to the fifth aspect of the present invention, the backup power source is built in the absolute encoder.
タイマー回路の出力信号に従って二次電池を充電するようにしたので、電池切れになることはなく、したがって、機械座標の位置合わせの作業が不要になり機械の長時間停止を避けることが可能になる。また、二次電池の充電頻度を少なくすることができるので、二次電池の使用可能時間を機械の寿命よりも長くすることができる。 Since the secondary battery is charged according to the output signal of the timer circuit, the battery will not run out. Therefore, the work of aligning the machine coordinates becomes unnecessary, and it is possible to avoid the machine from being stopped for a long time. . Moreover, since the charging frequency of the secondary battery can be reduced, the usable time of the secondary battery can be made longer than the life of the machine.
以下、図面により本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は本発明の第1の実施例によるアブソリュートエンコーダ用バックアップ電源の構成を示すブロック図である。同図において、アブソリュートエンコーダ用バックアップ電源21は充電回路22と、タイマー回路23と、二次電池24とを備えている。外部電源(A)25は電源線26及び接地線27により充電回路22に接続される。充電回路22の出力は線28を介してタイマー回路23に接続されている。タイマー回路23の出力は線29を介して充電回路22に入力される。充電回路22の出力は二次電池24の正電極に接続されている。二次電池24はアブソリュートエンコーダ201に接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a backup power source for an absolute encoder according to the first embodiment of the present invention. In the figure, an absolute encoder
動作において、タイマー回路23は充電回路22の充電が完了した時点でリセットされる。充電回路22のリセット後にタイマー回路23はカウントを開始する。この場合、外部電源25が充電回路22に接続されていないか停電等により断となっているときは、タイマー回路23の単位時間当たりのカウント値は比較的多くし、外部電源25が断ではなくて充電回路22に接続されているときは、タイマー回路23の単位時間当たりのカウント値を比較的少なくする。これは、外部電源25がオンのときは二次電池24の消費電流が少なく、外部電源25がオフのときは二次電源24の消費電流が多いからである。タイマー回路23のカウント値が所定値に達し、且つ、外部電源25がオンのときに、タイマー回路23は充電開始信号を充電回路22に与え、この充電開始信号に応答して充電回路22は外部電源25がオンの期間に外部電源25からの電力により二次電池24を充電する。
In operation, the
このように、タイマー回路23により二次電池24の充電タイミングを設定しているので電池切れになることもなく、また、頻繁に充電を繰り返して二次電池の使用可能時間を短くすることもなくなる。
In this way, since the charging timing of the
図3は本発明の第2の実施例によるアブソリュートエンコーダ用バックアップ電源の構成を示すブロック図である。同図において、アブソリュートエンコーダ用バックアップ電源31は充電回路32と、タイマー回路33と、オン/オフ検出回路34と、二次電池35とを備えている。充電回路32には外部電源としての制御装置36内の主電源37から主電源線301及び0Vの接地線302を介して給電される。充電回路32の出力はバックアップ電源線304を介してタイマー回路33及び二次電池35の正電極に接続されている。二次電池35はバックアップ電源線304を介してアブソリュートエンコーダ38に接続されている。39は非制御装置の一例としてのサーボモータである。位置フィードバックケーブル300は主電源37に接続された主電源線301と、0Vの接地線302と、位置データ通信用信号線303と、バックアップ電源線304とを含んでいる。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a backup power source for an absolute encoder according to the second embodiment of the present invention. In the figure, an absolute encoder
図4は図3に示したアブソリュートエンコーダ用バックアップ電源の動作を説明するグラフ図である。最初にタイマー回路33がリセットされている状態にあるとする。この状態で、主電源37の出力が図示のようにオンとオフを繰り返す。オン期間でサーボモータ39が駆動され、オフ期間ではサーボモータは駆動されない。オフ期間中でも、その直前までにアブソリュートエンコーダに保持されている回転位置を記憶しておくために、二次電池35が使用される。図示のように、主電源37がオフのときは単位時間当たりのタイマーカウント値は比較的多くしてあり、主電源37がオンのときは単位時間当たりのタイマーカウント値は比較的少なくしてある。これは上述のように、主電源37がオンのときは二次電池35の消費電流が少なく、主電源37がオフのときは二次電源35の消費電流が多いからである。主電源37のオン又はオフの検出はオン/オフ検出回路34により行う。タイマー回路33のカウント値がタイマー設定値に達し、且つ、外部電源37がオンのときに、タイマー回路33は充電開始信号を充電回路32に与え、この充電開始信号に応答して充電回路32は主電源37がオンの期間に主電源37からの電力により二次電池35を充電する。タイマー設定値は二次電池35の放電により二次電池の電圧がアブソリュートエンコーダ内のデータが保持可能な電圧以下に低下する前の時間tによって定まる。二次電池35の充電が完了すると充電回路32の出力によりタイマー回路33をリセットする。主電源37の一回のオン期間内で二次電池の充電が完了しない場合には次のオン期間にも充電を続けて充電完了に応じてタイマー回路37をリセットする。
FIG. 4 is a graph for explaining the operation of the absolute encoder backup power source shown in FIG. Assume that the
主電源がオンの時、バックアップ電源側の消費電流が主電源オフ時の約1/10である場合、タイマーカウント動作は主電源オフ時に対して例えば1/10とする。また、全体のタイマーカウント動作は、アブソリュートエンコーダ38の消費電流だけでなく、自己放電電流やタイマー回路33の消費電流を考慮し設定する。さらに、経過時間とともに、タイマー動作の速度を変化させることにより、実際の放電特性との近似性を向上させることもできる。
また、タイマー回路33、オン/オフ検出回路34、充電回路32および二次電池35は、アブソリュートエンコーダ用バックアップ電源内に設ける事に替えて、別々の機器に最適に配置しても良い。さらに、アブソリュートエンコーダ用バックアップ電源をアブソリュートエンコーダ内に内蔵することも可能である。
When the main power supply is on and the current consumption on the backup power supply side is about 1/10 of that when the main power supply is off, the timer count operation is, for example, 1/10 of that when the main power supply is off. The entire timer count operation is set in consideration of not only the current consumption of the
In addition, the
このように、タイマー回路33により二次電池35の充電タイミングを設定しているので電池切れになることもなく、また、頻繁に充電を繰り返して二次電池の使用可能時間を短くすることもなくなる。
In this way, since the charging timing of the
本発明により、アブソリュートエンコーダに給電するための二次電池への給電タイミングをタイマーにより効率よく設定することにより、電池交換の交換周期は延長され、それによりアブソリュートエンコーダに電力を供給するためのバックアップ電源用電池の使用可能時間が長くなる。 According to the present invention, by efficiently setting the power supply timing to the secondary battery for supplying power to the absolute encoder by the timer, the replacement period of the battery replacement is extended, and thereby the backup power supply for supplying power to the absolute encoder The battery can be used for a long time.
201 アブソリュートエンコーダ
202 サーボモータ(非制御装置)
21 アブソリュートエンコーダ用バックアップ電源
22 充電回路
23 タイマー回路
24 二次電池
25 外部電源
31 アブソリュートエンコーダ用バックアップ回路
32 充電回路
33 タイマー回路
34 オン/オフ検出回路
35 二次電池
36 制御回路
37 主電源
38 アブソリュートエンコーダ
39 サーボモータ(非制御装置)
201
21 Absolute Encoder
Claims (5)
前記バックアップ電源は二次電池、充電回路、及びタイマー回路により構成され、前記充電回路は、タイマー回路の出力信号に従って前記二次電池を充電するようにし、前記タイマー回路は、前記外部電源のオン/オフ状態を検出し、前記外部電源のオン状態のタイマー動作の速度を、自己放電電流と前記タイマー回路の消費電力のうちの少なくとも一方によって設定されたゼロを超える第1の値にし、前記外部電源のオフ状態のタイマー動作速度を、前記第1の値より大きい第2の値にすることを特徴とするアブソリュートエンコーダ用バックアップ電源。 A backup power supply that supplies power to an absolute encoder in order to perform at least one of position detection and position information holding of the controlled device when the control device that controls the controlled device is turned off.
The backup power source includes a secondary battery, a charging circuit, and a timer circuit, and the charging circuit charges the secondary battery according to an output signal of the timer circuit, and the timer circuit turns on / off the external power source. An off state is detected, and the speed of the timer operation in the on state of the external power source is set to a first value exceeding zero set by at least one of a self-discharge current and power consumption of the timer circuit, and the external power source A backup power supply for an absolute encoder , wherein the timer operation speed in the off state is set to a second value larger than the first value .
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