JP5796153B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、バッテリの長寿命化を図るものである。

従来、半導体製造装置やロボット、各種工作機械などのＦＡ（Factory Automation）システム装置は高精度の位置決め制御を行うため、サーボモータが広く利用されている。サーボモータの回転位置の検出にはアブソリュートエンコーダが用いられており、１回転の角度検出だけでなく、モータが何回転回ったかをカウントする多回転検出機能を備えている。この多回転検出機能は電源オフ時にもモータの回転数をカウントすることで、次に電源をオンした場合にもモータの回転情報を得ることができるため、装置の原点復帰が不要という利点から、原点復帰動作が難しいロボットアームの位置検出への適用に用いられている。

電源オフ時の多回転データ検出方法は、バッテリを併用し、電源オフ時にはバッテリからの電源供給で多回転検出回路のみを動作させて、モータの回転した回数をカウントするように構成されている。このようにバッテリを併用したアブソリュートエンコーダは構造が簡単なために小型化には適するが、消耗部品であるバッテリを適宜交換しなければならないという課題がある。バッテリの種類としては寿命末期まで電圧変動が少ない塩化チオニルリチウム電池がよく利用されているが、バッテリの消費電流が少ない場合に電極に皮膜が形成され、この皮膜が内部抵抗となり、電流を流した際に電圧降下が増大してバッテリに電流容量が十分にあるにも係わらず電圧低下異常が発生するという課題がある。そのため近年では、タイマを設けて定期的にバッテリを強制放電することにより、電極に生成される皮膜を除去する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００１−１９７６７３号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、使用される環境やバッテリの状態に係わらず、設定した時間間隔でバッテリを強制放電するので、必要以上に電流を消費させてしまい、バッテリの寿命が低下するという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、バッテリの長寿命化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載のアブソリュートエンコーダは、電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、前記バッテリの電圧低下を検出する異常電圧検出手段と、バッテリに蓄積された電荷を強制的に放電する放電回路と、アブリュートエンコーダと制御装置間でお互いの情報および指令を送受信する情報送受信手段と、前記制御装置が前記アブソリュートエンコーダからの情報を表示する状態観測手段と、外部からの入力によって前記放電回路に強制放電の指令を生成する指令生成器からなり、外部からの入力によって前記指令生成器が前記放電回
路に強制放電の指令を出力し、前記バッテリに蓄積された電荷を放電する。

また、請求項２に記載のアブソリュートエンコーダは、前記指令生成器で生成した強制放電の指令を出力した時点からの時間を計測する遮断タイマを設け、設定した時間が経過した後に強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止する。

また、請求項３に記載のアブソリュートエンコーダは、電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、前記バッテリの電圧低下を検出する異常電圧検出手段と、バッテリに蓄積された電荷を強制的に放電する放電回路と、前記放電回路に強制放電の指令を生成する指令生成器からなり、前記異常電圧検出手段は、バッテリの電圧が異常となった場合に前記指令生成器へ強制放電の指令を出力し、バッテリの電圧が正常に戻った場合に前記指令生成器への強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止する。

また、請求項４に記載のアブソリュートエンコーダは、前記指令生成器で生成した強制放電の指令を出力した時点からの時間を計測する遮断タイマを設け、設定した時間が経過した後に強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止する。

請求項１に記載のアブソリュートエンコーダによれば、バッテリの低下を安価な異常電圧検出手段で異常／正常の状態を観測しながら、外部から入力する放電指令で放電回路をオン／オフしてバッテリ電極に生成された皮膜を除去することができるため、無駄な電力消費を抑えバッテリの長寿命化を図ることができる。

また、請求項２に記載のアブソリュートエンコーダによれば、放電回路のオン動作を自動的に遮断するタイマを用いて、設定時間経過後に自動的にオフさせることができるため、手動作業によりオンした放電回路の切り忘れを防止し、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

また、請求項３に記載のアブソリュートエンコーダによれば、エンコーダ内に放電指令生成器があり、バッテリの放電回路のオン／オフを自動的に行うことができるため、作業者の手間を掛けることがない。また、バッテリ電圧２２の電圧レベルに問題がない場合は、直ちに放電を停止させるので、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

また、請求項４に記載のアブソリュートエンコーダによれば、エンコーダ内に放電回路のオン動作を自動的に遮断するタイマを用いて、設定時間経過後に自動的にオフさせることができるため、設定時間経過後にバッテリの異常電圧を判定することによってバッテリの寿命を検出することができる。

従って、本発明によれば、簡易な観測手段と放電手段でバッテリ電極に生成される皮膜を除去することができるため、バッテリの長寿命化を容易に実現できるアブソリュートエンコーダを提供することができる。

本発明の実施の形態１のアブソリュートエンコーダおよび制御装置のブロック図 同実施の形態２のアブソリュートエンコーダおよび制御装置のブロック図 同実施の形態３のアブソリュートエンコーダおよび制御装置のブロック図 同実施の形態４のアブソリュートエンコーダおよび制御装置のブロック図

第１の発明は、電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、前記バッテリの電圧低下を検出する異常電圧検出手段と、バッテリに蓄積された電荷を抵抗により強制的に放電する放電回路と、アブリュートエンコーダと制御装置間でお互いの情報および指令を送受信する情報送受信手段と、前記制御装置が前記アブソリュートエンコーダからの情報を表示する状態観測手段と、外部からの入力によって前記放電回路に強制放電の指令を生成する指令生成器からなり、前記抵抗の抵抗値は、前記バッテリで前記アブソリュートエンコーダ１を動作させる場合の電流値より強制放電時の電流値が大きくなるように前記抵抗値が設定され、外部からの入力によって前記指令生成器が前記放電回路に強制放電の指令を出力し、前記バッテリに蓄積された電荷を放電することにより、バッテリの低下を安価な異常電圧検出手段で異常／正常の状態を観測しながら、外部から入力する放電指令で放電回路をオン／オフしてバッテリ電極に生成された皮膜を除去することができるため、無駄な電力消費を抑えバッテリの長寿命化を図ることができる。

第２の発明は、前記指令生成器で生成した強制放電の指令を出力した時点からの時間を計測する遮断タイマを設け、設定した時間が経過した後に強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止することにより、放電回路のオン動作を自動的に遮断するタイマを用いて、設定時間経過後に自動的にオフさせることができるため、手動作業によりオンした放電回路の切り忘れを防止し、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

第３の発明は、電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、前記バッテリの電圧低下を検出する異常電圧検出手段と、バッテリに蓄積された電荷を抵抗により強制的に放電する放電回路と、前記放電回路に強制放電の指令を生成する指令生成器からなり、前記抵抗の抵抗値は、前記バッテリで前記アブソリュートエンコーダ１を動作させる場合の電流値より強制放電時の電流値が大きくなるように前記抵抗値が設定され、前記異常電圧検出手段は、バッテリの電圧が異常となった場合に前記指令生成器へ強制放電の指令を出力し、バッテリの電圧が正常に戻った場合に前記指令生成器への強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止することにより、エンコーダ内に放電指令生成器があり、バッテリの放電回路のオン／オフを自動的に行うことができるため、作業者の手間を掛けることがない。また、バッテリ電圧２２の電圧レベルに問題がない場合は、直ちに放電を停止させるので、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

第４の発明は、前記指令生成器で生成した強制放電の指令を出力した時点からの時間を計測する遮断タイマを設け、設定した時間が経過した後に強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止することにより、エンコーダ内に放電回路のオン動作を自動的に遮断するタイマを用いて、設定時間経過後に自動的にオフさせることができるため、設定時間経過後にバッテリの異常電圧を判定することによってバッテリの寿命を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明によるアブソリュートエンコーダについて、図１を用いて説明する。図１は実施の形態１におけるアブソリュートエンコーダおよび制御装置のブロック図であり、以下に各動作について説明する。

図１において、１はアブソリュートエンコーダ、５はバッテリ、１０は制御装置であり、電源がオンの場合は制御装置１０からアブソリュートエンコーダ１へ電源を供給し（図示しない）、電源がオフの場合は制御装置１０からの電源供給が止まり、バッテリからの電源供給でアブソリュートエンコーダ１は動作するように構成されている。

アブソリュートエンコーダ１は、放電回路２と情報送受信手段Ａ（３）と異常電圧検出手段４とで構成されている。

異常電圧検出手段４はバッテリ５のバッテリ電圧２２の電圧レベルを検出し、バッテリ電圧２２がしきい値より下回った場合に異常電圧信号２１を出力する。しきい値の設定は、電源がオフの場合にバッテリ５からの電源供給によって動作可能なレベルの下限値に設定すればよいので、３．０Ｖ程度に設定されるケースが多い。

情報送受信手段Ａ（３）はアブソリュートエンコーダ１の情報として、異常電圧検出手段４で検出したバッテリ５の電圧情報をアブソリュートエンコーダ情報通信信号２３として制御装置１０へ伝達する。また、動作指令としてコマンド通信信号２４を制御装置１０から受け取る。この動作指令はバッテリ５の強制放電のオン／オフ指令であり、情報送受信手段Ａ（３）は動作指令に従い放電回路２へ強制放電指令２０を出力する。情報の伝達手段は配線の省線化のため、シリアル通信手段によって行うことが多い。

放電回路２は放電抵抗とスイッチ素子で構成され、バッテリと放電抵抗とスイッチ素子とグランドラインを直列に接続している。スイッチ素子をオン／オフすることによって、バッテリは放電抵抗を介してグランドラインに接続され、バッテリの電荷を放電することができるように構成されている。情報送受信手段Ａ（３）からの強制放電指令２０によって放電回路２のスイッチ素子をオン／オフすることができる。放電抵抗の抵抗値は、バッテリ５でアブソリュートエンコーダ１を動作させる場合の電流値より強制放電時の電流値が大きくなるように抵抗値を設定することで、短時間でバッテリ５の電極に生成された皮膜を除去することが可能である。また、強制放電時の電流値を大きくすることでバッテリ５の電圧降下が大きくなるが、皮膜が除去されて異常電圧検出手段４で検出したバッテリ電圧２２が正常に復帰すれば、バッテリ５からの電源供給による動作となった場合に電圧低下による異常が発生しない。

以上がアブソリュートエンコーダ１の構成についての説明である。次に制御装置１０について説明する。

制御装置１０は情報送受信手段Ｂ（６）と指令生成器７と状態観測手段８とで構成されている。

情報送受信手段Ｂ（６）は情報送受信手段Ａ（３）から送られたバッテリ５の電圧情報を受け取り、アブソリュートエンコーダ情報信号２５として状態観測手段８へ出力する。また、情報送受信手段Ｂ（６）はコマンド通信信号２４をアブソリュートエンコーダ１へ出力する。コマンド通信信号２４はバッテリ５の強制放電を行う指令であり、指令の生成方法については後述する。

状態観測手段８は情報送受信手段Ｂ（６）からアブソリュートエンコーダ情報信号２５を受け取る。この情報は前述したようにバッテリ５の電圧情報であり、外部から観測できるように表示する。表示する手段は、制御装置１０にＵＳＢ等によって接続されたＰＣの画面上への表示や、制御装置１０に付属されたＬＥＤや７ＳＥＧ−ＬＥＤによる表示で容易に実現できる。

指令生成器７は指令入力２７から指令信号２６を生成し、情報送受信手段Ｂ（６）へ出力する。外部からの入力は、制御装置１０にＵＳＢ等によって接続されたＰＣからのキー入力や、制御装置１０に付属されたスイッチ等による入力で容易に実現できる。

以上がアブソリュートエンコーダのバッテリ放電回路の各ブロックの動作である。次に
バッテリ５の長寿命化を図るための具体的な動作について説明する。

電源がオンの状態で、バッテリ５の強制放電を行う指令入力２７を与えることで、前述したように放電回路２が動作し、バッテリ５は一定電流を消費する。この際に異常電圧検出手段４でバッテリ電圧２２の異常状態を検出し、異常の有無を情報送受信手段Ａ（３）および情報送受信手段Ｂ（６）を経由し、状態観測手段８で確認する。バッテリ５が正常の場合、強制放電の指令入力２７を停止する。バッテリ５が異常の場合継続して強制放電を行い、バッテリ５が正常になれば強制放電の指令入力２７を停止する。尚、強制放電を実施している間、バッテリ５のエラー検出は行わないようにすれば、装置がエラーで停止することはない。

以上のような構成とすることで、簡易な操作で無駄な電力消費を抑えバッテリの長寿命化を図ることができる。

（実施の形態２）
図２を用いて本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１と異なるのは、制御装置１０Ａに遮断タイマ９を備えた点であり、この動作について説明する。

遮断タイマ９は指令生成器７からバッテリ５の強制放電を行う指令信号２６を受ける。遮断タイマ９は指令信号２６を受けると情報送受信手段Ｂ（６）へバッテリ５の強制放電を行う指令信号Ａ（２８）を送信し、前述したようにバッテリ５を強制放電させる。それと同時に遮断タイマ９は内蔵のタイマを起動し、一定時間経過後に出力した指令信号Ａ（２８）を停止させる。強制放電を停止させる遮断タイマ９の時間設定は、使用環境によって異なる設定にすれば、効率良く電極に生成される皮膜を除去することができる。

以上のような構成とすることで、放電回路のオン動作を自動的に遮断するタイマを用いて、設定時間経過後に自動的にオフさせることができるため、手動入力によって放電回路をオンした状態を放置することがなくなるため、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

（実施の形態３）
図３を用いて本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１および実施の形態２と異なるのはアブソリュートエンコーダ１Ａの内部にバッテリ５の強制放電を実行する指令生成器７Ａを設けた点であり、この動作について説明する。

アブソリュートエンコーダ１Ａは放電回路２と異常電圧検出手段４と指令生成器７Ａとで構成されている。放電回路２と異常電圧検出手段４の構成および動作は実施の形態１と同じであるので説明は省略する。

指令生成器７Ａは電源がオンのときにバッテリ５の状態を確認するため、強制放電指令２０Ａを放電回路２へ出力する。強制放電指令２０Ａの生成は設定した時間間隔で行う。

放電回路２は強制放電指令２０Ａによってバッテリ５の電荷放電を開始し、異常電圧検出手段４でバッテリ電圧２２の電圧レベルを検出する。バッテリ電圧２２がしきい値より高い場合は、指令生成器７Ａは直ちに強制放電指令２０Ａを停止させる信号を放電回路へ出力する。また、バッテリ電圧２２がしきい値より下回った場合に異常電圧信号２１を出力する。バッテリ５は電流が流れることによって電極に生成された皮膜が除去されると電圧降下が小さくなり、バッテリ電圧２２が正常な電圧レベルに復帰すれば、指令生成器７Ａは強制放電指令２０Ａを停止する。

以上のような構成とすることで、エンコーダ内に放電指令生成器があり、バッテリの放電回路のオン／オフを自動的に行うことができるため、作業者の手間を掛けることがない。また、バッテリ電圧２２の電圧レベルに問題がない場合は、直ちに放電を停止させるので、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

（実施の形態４）
図４を用いて本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態３と異なるのはアブソリュートエンコーダ１Ｂの内部に遮断タイマ９Ｂを備えた点であり、この動作について説明する。

遮断タイマ９Ｂは指令生成器７Ａからバッテリ５の強制放電を行う強制放電指令２０Ａを受ける。遮断タイマ９Ｂは強制放電指令２０Ａを受けると放電回路２へ指令信号Ａ（２８Ａ）を出力し、バッテリ５の放電を開始する。それと同時に遮断タイマ９Ｂは内蔵のタイマを起動し、一定時間経過後に出力した指令信号Ａ（２８Ａ）を停止させる。強制放電を停止させる遮断タイマ９Ｂの時間設定は、使用環境によって異なる設定にすれば、効率良く電極に生成される皮膜を除去することができる。

以上のような構成とすることで、放電回路のオン動作を自動的に遮断するタイマを用いて、設定時間経過後に自動的にオフさせることができるため、手動入力によって放電回路をオンした状態を放置することがなくなるため、バッテリの無駄な電力消費を抑えることができる。

本発明のアブソリュートエンコーダは、バッテリの電極に形成された皮膜を容易な方法で除去し、バッテリの長寿命化を実現することができるため、産業用ロボットアーム等の駆動用モータの位置検出用等、電源オン動作で原点復帰をすることが難しいシステムや、バッテリ交換を容易にできないようなシステムに対し、特に有効である。

１、１Ａ、１Ｂ アブソリュートエンコーダ
２ 放電回路
３ 情報送受信手段Ａ
４ 異常電圧検出手段
５ バッテリ
６ 情報送受信手段Ｂ
７、７Ａ 指令生成器
８ 状態観測手段
９ 遮断タイマ
１０、１０Ａ 制御装置
２０、２０Ａ 強制放電指令
２１ 異常電圧信号
２２ バッテリ電圧
２３ アブソリュートエンコーダ情報通信信号
２４ コマンド通信信号
２５ アブソリュートエンコーダ情報信号
２６、２６Ｂ 指令信号
２７ 指令入力
２８、２８Ａ 指令信号Ａ

Claims (4)

1. 電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、
   前記バッテリの電圧低下を検出する異常電圧検出手段と、バッテリに蓄積された電荷を抵抗により強制的に放電する放電回路と、アブリュートエンコーダと制御装置間でお互いの情報および指令を送受信する情報送受信手段と、前記制御装置が前記アブソリュートエンコーダからの情報を表示する状態観測手段と、外部からの入力によって前記放電回路に強制放電の指令を生成する指令生成器からなり、
   前記抵抗の抵抗値は、前記バッテリで前記アブソリュートエンコーダ１を動作させる場合の電流値より強制放電時の電流値が大きくなるように前記抵抗値が設定され、
   外部からの入力によって前記指令生成器が前記放電回路に強制放電の指令を出力し、前記バッテリに蓄積された電荷を放電することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
2. 指令生成器で生成した強制放電の指令を出力した時点からの時間を計測する遮断タイマを設け、設定した時間が経過した後に強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止することを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
3. 電源オフ時にもバッテリを用いてモータの回転情報を検出するアブソリュートエンコーダにおいて、
   前記バッテリの電圧低下を検出する異常電圧検出手段と、バッテリに蓄積された電荷を抵抗により強制的に放電する放電回路と、前記放電回路に強制放電の指令を生成する指令生成器からなり、
   前記抵抗の抵抗値は、前記バッテリで前記アブソリュートエンコーダ１を動作させる場合の電流値より強制放電時の電流値が大きくなるように前記抵抗値が設定され、
   前記異常電圧検出手段は、バッテリの電圧が異常となった場合に前記指令生成器へ強制放電の指令を出力し、バッテリの電圧が正常に戻った場合に前記指令生成器への強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
4. 指令生成器で生成した強制放電の指令を出力した時点からの時間を計測する遮断タイマ
   を設け、設定した時間が経過した後に強制放電の指令を停止し、バッテリの放電を停止することを特徴とする請求項３に記載のアブソリュートエンコーダ。