JP6666380B2 - アブソリュート型エンコーダ - Google Patents

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Description

本発明は、モータの変位位置を測定するアブソリュート型エンコーダに関する。
下記特許文献１には、モータの変位後の位置を検出するアブソリュート型エンコーダを、停電時等にバックアップ用のバッテリを用いて動作させる場合、クロックパルスを用いて間欠的に動作させることが記載されている（特許文献１参照）。
特開２０１３−００７６９６号公報
アブソリュート型エンコーダの内部の機器は、その温度やバッテリの電圧により特性が変化しうる。詳細には、アブソリュート型エンコーダの内部の機器は、バッテリの電圧が低下したり、温度が低下したりすると、出力を開始するまでに時間を要する場合がある。このため、アブソリュート型エンコーダを動作させるためのクロックパルスのパルス幅は、広く設定されていることがある。しかし、これにより、バッテリの消費電力が低減できないという問題があった。
本発明は、バッテリの消費電力を低減するアブソリュート型エンコーダを提供することを目的とする。
本発明の態様は、バックアップ用の外部バッテリからのバックアップ電力によって駆動可能なアブソリュート型エンコーダであって、前記バックアップ電力が供給されると、バックアップ用のクロックパルスを予め決められた周期で発生するクロック発生器と、前記クロックパルスに応じて動作するものであって、モータの変位位置を検出し、検出した前記変位位置に応じたアナログ信号を生成するアナログ信号生成回路と、前記クロックパルスに応じて動作するものであって、前記アナログ信号と所定電圧とを比較する比較器と、前記クロック発生器を制御して、前記クロックパルスのパルス幅を変更するクロック制御回路と、を備える。
本発明によれば、バッテリの消費電力を低減することができる。
本実施の形態に係るエンコーダの構成を例示する図である。 図２Ａは、バッテリの電圧とパルス幅とを対応付けた対応情報の一例を示す図であり、図２Ｂは、エンコーダの温度とパルス幅とを対応付けた対応情報の一例を示す図である。 図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、クロックパルスのパルス幅を一定にした場合に、電圧が高い場合と低い場合の準備時間を例示する図である。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、本実施の形態における、対応情報を用いて変更されたパルス幅を例示する図である。 クロック発生器の処理を例示するフローチャートである。
本発明に係るアブソリュート型エンコーダについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
［実施の形態］
図１は、本実施の形態に係るアブソリュート型エンコーダ１０の構成を例示する図である。以下、アブソリュート型エンコーダ１０を、エンコーダ１０とも記載する。エンコーダ１０は、光学式エンコーダであっても磁気式エンコーダであってもよい。エンコーダ１０は、不図示の主電源からの電力の供給を受け、モータの変位位置を測定する。なお、モータの変位位置とは、モータが変位した後の位置であって、例えばモータが回転式モータの場合においては、モータの回転位置を意味する。本実施の形態においてはモータを回転式モータであるとして以下説明する。これに従い、変位位置を回転位置として以下説明する。ただし、モータは、回転式モータに限定されず、リニアモータ等であってもよい。
エンコーダ１０は、主電源が遮断された場合には、外部に設けられたバックアップ用のバッテリ１４から電力の供給を受けて動作する。エンコーダ１０は、クロック発生器１６、アナログ信号生成回路１８、比較器２０、および算出回路２２等を備える。
クロック発生器１６は、バッテリ１４からバックアップ用の電力（バックアップ電力とも記載する）が供給されると、バックアップ用のクロックパルスを予め決められた周期で発生させて、発生させたクロックパルスをアナログ信号生成回路１８と比較器２０とに供給する。クロック発生器１６は、発振器２４およびクロック制御回路２６等を備える。
発振器２４は、クロックパルスを発生する。クロック制御回路２６は、発振器２４を制御して、発振器２４が発生するクロックパルスのパルス幅を変更する。クロック制御回路２６は、電圧情報センサ２８と温度情報センサ３０の少なくとも一方から、バッテリ１４の電圧とエンコーダ１０の温度の少なくとも一方を取得する。そして、クロック制御回路２６は、発振器２４を制御して、バッテリ１４の電圧とエンコーダ１０の温度の少なくとも一方に基づいて、クロックパルスのパルス幅を変更する。
なお、電圧情報センサ２８は、バッテリ１４の電圧を検出するセンサであり、温度情報センサ３０は、エンコーダ１０の温度を検出するセンサである。
クロック制御回路２６は、エンコーダ１０の温度とバッテリ１４の電圧の少なくとも一方と、パルス幅とを対応付けた対応情報を記憶したメモリ３２を有する。対応情報は、例えば、数式、表形式、グラフで表される情報である。
図２Ａは、バッテリ１４の電圧Ｖとパルス幅Ｗとを対応付けた対応情報の一例を示す図である。図２Ａに示すように、対応情報では、バッテリ１４の電圧Ｖが高いほど、パルス幅Ｗは短い。Ｖ０は予め定められた基準電圧であり、対応情報においては、電圧Ｖが基準電圧Ｖ０以上の場合、パルス幅Ｗは一定（Ｗ０）となる。
図２Ｂは、エンコーダ１０の温度Ｔとパルス幅Ｗとを対応付けた対応情報の一例を示す図である。図２Ｂに示すように、対応情報では、エンコーダ１０の温度Ｔが高いほど、パルス幅Ｗは短い。Ｔ０は予め定められた基準温度であり、対応情報においては、温度Ｔが基準温度Ｔ０以上の場合、パルス幅Ｗは一定（Ｗ０）となる。
図２Ａに例示する対応情報は、バッテリ１４の電圧Ｖとパルス幅Ｗとが線形関係にある場合に相当するが、対応情報における電圧Ｖとパルス幅Ｗとの関係はこれに限らない。また、図２Ｂに例示される対応情報は、エンコーダ１０の温度Ｔとパルス幅Ｗとが線形関係にある場合に相当するが、対応情報における温度Ｔとパルス幅Ｗとの関係はこれに限らない。対応情報においては、電圧Ｖとパルス幅Ｗの組み合わせは、例えば、曲線や複数の点で表されてもよい。また、対応情報においては、温度Ｔとパルス幅Ｗの組み合わせは、曲線や複数の点で表されてもよい。
上記図２Ａ、図２Ｂで例示した以外に、対応情報には、電圧Ｖと温度Ｔとパルス幅Ｗとが対応づけられていてもよい。例えば、このような対応情報においては、電圧Ｖがα倍、温度Ｔがβ倍された場合に、パルス幅Ｗが（α×β）倍された値であってもよい。
クロック制御回路２６は、メモリ３２に記憶された対応情報を用いて、クロックパルスのパルス幅Ｗを決定する。温度Ｔおよび電圧Ｖの少なくとも一方を用いてパルス幅Ｗを変更する理由については後述する。
アナログ信号生成回路１８は、バッテリ１４から電力の供給を受け、クロック発生器１６から出力されたクロックパルスに応じて動作する。アナログ信号生成回路１８は、モータの回転位置を検出し、検出した回転位置に対応する、Ａ相とＢ相の各アナログ信号を生成する。
比較器２０は、アナログ信号生成回路１８が生成したアナログ信号の電圧を所定電圧と比較する。そして、比較器２０は、Ａ相とＢ相の各アナログ信号において所定電圧よりも高い部分をＨｉｇｈ、低い部分をＬｏｗとした方形波の出力信号を生成する。
算出回路２２は、比較器２０が生成した出力信号を用いてモータの回転位置を算出する。
ここで、クロックパルスが入力されてから、アナログ信号生成回路１８が出力を開始するまでには、或る程度の時間（第１時間）が要されうる。また、クロックパルスが入力されてから、比較器２０が出力を開始するまでには、或る程度の時間（第２時間）が要されうる。この第１時間および第２時間は、バッテリ１４の電圧Ｖおよびエンコーダ１０の温度Ｔによって変化する。つまり、第１時間および第２時間は、電圧Ｖが低い程長くなる。また、第１時間および第２時間は、温度Ｔが低い程長くなる。
したがって、第１時間が短く、第２時間が長い場合は、クロックパルスがアナログ信号生成回路１８および比較器２０に入力されてから、比較器２０が出力信号の出力を開始するまでの時間（以下、準備時間とも記載する）は、第２時間となる。逆に、第１時間が長く、第２時間が短い場合は、準備時間は第１時間となる。つまり、クロックパルスがアナログ信号生成回路１８および比較器２０に入力されてから、比較器２０が出力信号の出力を開始するまでの準備時間は、電圧Ｖが低い程長くなり、温度Ｔが低い程長くなる。
したがって、従来では、温度Ｔおよび電圧Ｖが低い場合を想定し、クロックパルスのパルス幅Ｗを長くしていた。図３Ａ〜図３Ｃは、クロックパルスのパルス幅Ｗを一定にした場合に、電圧Ｖが高い場合と低い場合の準備時間を例示する図である。図３Ａは、電圧Ｖが基準電圧Ｖ０以上の場合の準備時間を示し、図３Ｂは、電圧Ｖが基準電圧Ｖ０より低い場合の準備時間を示し、図３Ｃは、電圧Ｖが、図３Ｂにおける電圧Ｖより低い場合の準備時間を示す図である。なお、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃでは、エンコーダ１０の温度Ｔは等しいとする。
対応情報は、バッテリ１４の電圧Ｖとエンコーダ１０の温度Ｔの少なくとも一方と、準備時間に基づく適切なパルス幅Ｗとを対応付けた情報である。準備時間に基づく適切なパルス幅Ｗとは、準備時間を含むパルス幅Ｗであって、準備時間により予め定められる。適切なパルス幅Ｗは、例えば、準備時間に相当するパルス幅Ｗでもよい。
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃでは、クロックパルスは、時刻ｔ０で立ち上がり、時刻ｔ１で立ち下がる。この場合、パルス幅Ｗは、Ｗ２（Ｗ２＝ｔ１−ｔ０）である。また、クロックパルスは、一定の周期Ｐで比較器２０等に出力されている。なお、周期Ｐは、Ｗ２以上の長さである。
図３Ａにおいては、比較器２０の出力開始時点は、時刻ｔ２である。図３Ｂにおいては、比較器２０の出力開始時点は、時刻ｔ２より後の時刻である時刻ｔ３である。図３Ｃにおいては、比較器２０の出力開始時点は、時刻ｔ３より後の時刻で、クロックの立ち下がる時刻ｔ１に近いｔ４である。以下、出力開始時点とは、比較器２０の出力開始時点を意味するとする。
電圧Ｖが最も高い図３Ａの場合には、準備時間（ｔ２−ｔ０）が最も短く、電圧Ｖが最も低い図３Ｃの場合には、準備時間（ｔ４−ｔ０）が最も長いことがわかる。このように、電圧Ｖが高いほど準備時間が短くなり、これにより、電圧Ｖが高いほど、出力開始時点からクロックの立ち下がり時点ｔ１までの時間が長くなる。同様に、温度Ｔが高いほど、準備時間が短くなり、出力開始時点からクロックの立ち下がり時点ｔ１までの時間が長くなる。比較器２０等は、出力開始時点からクロックの立ち下がり時点ｔ１までの間、モータの回転運動に応じて処理を行い、バッテリ１４の電力を消費し続ける。しかし、上述した対応情報を用い、パルス幅Ｗを変更するエンコーダ１０によれば、消費電力の低減が図られる。
以下、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃを参照し、バッテリ１４の電圧Ｖが異なる場合に、本実施の形態におけるクロック制御回路２６により、対応情報を用いて変更されたパルス幅Ｗについて説明する。なお、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、本実施の形態における、対応情報を用いて変更されたパルス幅Ｗを例示する図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおける各電圧Ｖは、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃにおける各電圧Ｖと等しいとする。また、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおける各温度Ｔは、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃにおける温度Ｔと等しいとする。このとき、図４Ａでは、図３Ａに示す場合と同様、出力開始時点は時刻ｔ２となり、図４Ｂでは、図３Ｂに示す場合と同様、出力開始時点は時刻ｔ３となり、図４Ｃでは、図３Ｃに示す場合と同様、出力開始時点は時刻ｔ４となる。
図４Ａでは、パルス幅Ｗは、準備時間（ｔ２−ｔ０）を含むとともに、Ｗ２より短いＷ３（Ｗ３＝ｔ５−ｔ０）へ変更されている。これに従い、クロックパルスは、時刻ｔ０で立ち上がり、時刻ｔ１より早い時刻ｔ５で立ち下がっている。
図４Ｂでは、パルス幅Ｗは、準備時間（ｔ３−ｔ０）を含むとともに、Ｗ２より短いＷ４（Ｗ４＝ｔ６−ｔ０）に変更されている。これに従い、クロックパルスは、時刻ｔ０で立ち上がり、時刻ｔ１より早い時刻ｔ６で立ち下がっている。
図４Ｃでは、出力開始時点が時刻ｔ１近傍の時刻ｔ４であり、準備時間がＷ２に近いため、パルス幅Ｗは変更されずＷ２のままとなっている。
このように、クロック制御回路２６は、電圧Ｖにより変化する準備時間に応じてパルス幅Ｗを変更する。また、準備時間は、温度Ｔによっても変化する。クロック制御回路２６は、温度Ｔにより変化する準備時間に応じてパルス幅Ｗを変更する。
以下、クロック発生器１６による処理のフローについて説明する。図５は、クロック発生器１６の処理を例示するフローチャートである。クロック制御回路２６は、電圧情報センサ２８と温度情報センサ３０の少なくとも一方から、電圧Ｖと温度Ｔの少なくとも一方を取得する（ステップＳ１）。クロック制御回路２６は、ステップＳ１で取得した電圧Ｖと温度Ｔの少なくとも一方に対応するパルス幅Ｗを対応情報から取得し、取得したパルス幅Ｗを、発振器２４から発振されるクロックパルスのパルス幅Ｗとして決定する（ステップＳ２）。クロック制御回路２６は、決定したパルス幅Ｗのクロックパルスを発振するよう発振器２４を制御する。発振器２４は、クロック制御回路２６が決定したパルス幅Ｗのクロックパルスをアナログ信号生成回路１８と比較器２０とに出力する（ステップＳ３）。
本実施の形態におけるクロック制御回路２６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ、発振器２４を制御するためのデバイスドライバ、および、電圧情報センサ２８や温度情報センサ３０から必要な情報を取得するためのインターフェース回路等を含むハードウェアにより構成することができる。メモリにより、対応情報を記憶することができる。プロセッサが、インターフェース回路を介して取得した電圧Ｖや温度Ｔの情報、および対応情報を用いて、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、電圧Ｖや温度Ｔに応じた適切なパルス幅Ｗの決定機能を実現しうる。また、プロセッサが、デバイスドライバを介して発振器２４を制御することにより、発振器２４から出力されるパルス幅Ｗの変更機能を実現しうる。ただし、クロック制御回路２６のハードウェア構成については、以上のものに限られない。
本実施の形態に係るエンコーダ１０によれば、準備時間に合わせた適切なパルス幅Ｗのクロックパルスを生成することができる。これにより、準備時間が短い場合に、パルス幅Ｗを短くしてバッテリ１４の電力の消費を抑えることができる。
また、電圧Ｖや温度Ｔは刻一刻と変化し、準備時間はそれらに応じて変化するが、本実施の形態におけるクロック制御回路２６は、準備時間ではなく、電圧Ｖと温度Ｔの少なくとも一方を用いて、パルス幅Ｗを決定している。これにより、準備時間そのものを用いてパルス幅Ｗを決定する場合に比べ、フィードバック回路等を必要とせず、簡易な構成にすることができる。また、準備時間を用いてパルス幅Ｗを変更する場合には、次の出力の際に電圧Ｖ等が変化してしまっている場合もあるが、本実施の形態における電圧情報センサ２８等を用いての、その都度の電圧Ｖ等の取得により、クロック制御回路２６は、迅速に適切なパルス幅Ｗを決定することができる。
［変形例］
上記実施の形態においては、温度情報センサ３０は、エンコーダ１０の温度Ｔを検出したが、温度情報センサ３０は、エンコーダ１０の温度Ｔに代えて、温度を示す情報を検出してもよい。温度を示す情報とは、例えば、クロック発生器１６、アナログ信号生成回路１８、比較器２０等の内部を流れる電流の大きさ等であってもよく、クロック制御回路２６は、この電流の大きさからエンコーダ１０の温度Ｔを推定してもよい。この場合、クロック制御回路２６等の内部に抵抗を設定しない回路を設け、温度情報センサ３０は、その抵抗における電流と電圧とを検出してもよい。そしてクロック制御回路２６は、温度情報センサ３０が検出した電流と電圧から抵抗を算出し温度Ｔを取得してもよい。温度を示す情報は、他にも例えば、エンコーダ１０の内部に設けたダイオードの順方向電圧であって、温度Ｔによってどれだけ変化するかが予めわかっているものであってもよい。
上述したように、温度Ｔそのものに代わり、温度を示す情報を取得することにより、エンコーダ１０をより簡易な構成とすることができる。
［実施の形態から得られる技術的思想］
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
バックアップ用の外部バッテリ（１４）からのバックアップ電力によって駆動可能なアブソリュート型エンコーダ（１０）は、バックアップ電力が供給されると、バックアップ用のクロックパルスを予め決められた周期（Ｐ）で発生するクロック発生器（１６）と、クロックパルスに応じて動作するものであって、モータの変位位置を検出し、検出した変位位置に応じたアナログ信号を生成するアナログ信号生成回路（１８）と、クロックパルスに応じて動作するものであって、アナログ信号と所定電圧とを比較する比較器（２０）と、クロック発生器（１６）を制御して、クロックパルスのパルス幅（Ｗ）を変更するクロック制御回路（２６）と、を備える。
これにより、バッテリ（１４）の消費電力を低減することができる。
アブソリュート型エンコーダ（１０）におけるクロック制御回路（２６）は、外部バッテリ（１４）の電圧（Ｖ）およびアブソリュート型エンコーダ（１０）の温度（Ｔ）の少なくとも一方に基づいて、クロックパルスのパルス幅（Ｗ）を変更してもよい。これにより、アブソリュート型エンコーダ（１０）の温度（Ｔ）やバッテリ（１４）の電圧（Ｖ）により変化する準備時間に応じた適切なパルス幅（Ｗ）のクロックパルスを発生させることができる。
アブソリュート型エンコーダ（１０）におけるクロック制御回路（２６）は、電圧（Ｖ）および温度（Ｔ）の少なくとも一方とパルス幅（Ｗ）との関係を示す対応情報を有し、対応情報を用いて、クロックパルスのパルス幅（Ｗ）を変更してもよい。これにより、エンコーダ（１０）を動作させる毎に、適切なパルス幅（Ｗ）を求める必要がなくなり、迅速に適切なパルス幅（Ｗ）に変更することができ、エンコーダ（１０）の処理負荷を低減することができる。
アブソリュート型エンコーダ（１０）におけるクロック制御回路（２６）は、電圧（Ｖ）が低くなる程、クロックパルスのパルス幅（Ｗ）を長くし、温度（Ｔ）が低くなる程、クロックパルスのパルス幅（Ｗ）を長くしてもよい。これにより、準備時間が短い場合には、パルス幅（Ｗ）を短くし、長い場合には、パルス幅（Ｗ）を長くして、バッテリ（１４）の消費電力の低減を図ることができるとともに、必要な出力結果を得ることができる。
アブソリュート型エンコーダ（１０）のクロック制御回路（２６）は、電圧（Ｖ）を示す情報を検出する電圧情報センサ（２８）および温度（Ｔ）を示す情報を検出する温度情報センサ（３０）の少なくとも一方から、電圧（Ｖ）および温度（Ｔ）の少なくとも一方を取得してもよい。これにより、変化しうる電圧（Ｖ）や温度（Ｔ）に応じ、迅速に適切なパルス幅（Ｗ）に変更することができる。
アブソリュート型エンコーダ（１０）において決定されるクロックパルスのパルス幅（Ｗ）は、クロックパルスがアナログ信号生成回路（１８）および比較器（２０）に入力されてから、比較器（２０）が変位位置に応じた出力信号を出力することができるまでの時間以上の長さであってもよい。これにより、アナログ信号生成回路（１８）が生成したアナログ信号を用いて比較器（２０）が出力を行うことができるようになる。
アブソリュート型エンコーダ（１０）は、比較器（２０）からの出力信号に基づいて、変位位置を算出する算出回路（２２）を備えてもよい。これにより、モータの変位位置を得ることができる。
１０…アブソリュート型エンコーダ １４…バッテリ
１６…クロック発生器 １８…アナログ信号生成回路
２０…比較器 ２２…算出回路
２４…発振器 ２６…クロック制御回路
２８…電圧情報センサ ３０…温度情報センサ
３２…メモリ Ｐ…周期
Ｔ…温度 Ｖ…電圧
Ｗ…パルス幅

Claims (7)

  1. バックアップ用の外部バッテリからのバックアップ電力によって駆動可能なアブソリュート型エンコーダであって、
    前記バックアップ電力が供給されると、バックアップ用のクロックパルスを予め決められた周期で発生するクロック発生器と、
    前記クロックパルスに応じて動作するものであって、モータの変位位置を検出し、検出した前記変位位置に応じたアナログ信号を生成するアナログ信号生成回路と、
    前記クロックパルスに応じて動作するものであって、前記アナログ信号と所定電圧とを比較する比較器と、
    前記クロック発生器を制御して、前記クロックパルスのパルス幅を変更するクロック制御回路と、
    を備える、アブソリュート型エンコーダ。
  2. 請求項１に記載のアブソリュート型エンコーダであって、
    前記クロック制御回路は、前記外部バッテリの電圧および前記アブソリュート型エンコーダの温度の少なくとも一方に基づいて、前記クロックパルスのパルス幅を変更する、アブソリュート型エンコーダ。
  3. 請求項２に記載のアブソリュート型エンコーダであって、
    前記クロック制御回路は、前記電圧および前記温度の少なくとも一方と前記パルス幅との関係を示す対応情報を有し、前記対応情報を用いて、前記クロックパルスのパルス幅を変更する、アブソリュート型エンコーダ。
  4. 請求項２または３に記載のアブソリュート型エンコーダであって、
    前記クロック制御回路は、前記電圧が低くなる程、前記クロックパルスのパルス幅を長くし、前記温度が低くなる程、前記クロックパルスのパルス幅を長くする、アブソリュート型エンコーダ。
  5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のアブソリュート型エンコーダであって、
    前記クロック制御回路は、前記電圧を示す情報を検出する電圧情報センサおよび前記温度を示す情報を検出する温度情報センサの少なくとも一方から、前記電圧および前記温度の少なくとも一方を取得する、アブソリュート型エンコーダ。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のアブソリュート型エンコーダであって、
    前記クロックパルスのパルス幅は、前記クロックパルスが前記アナログ信号生成回路および前記比較器に入力されてから、前記比較器が前記変位位置に応じた出力信号を出力することができるまでの時間以上の長さである、アブソリュート型エンコーダ。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のアブソリュート型エンコーダであって、
    前記比較器からの出力信号に基づいて、前記変位位置を算出する算出回路を備える、アブソリュート型エンコーダ。
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