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。V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V以上の場合、パルス幅Wは一定(W)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。T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T以上の場合、パルス幅Wは一定(W)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V以上の場合の準備時間を示し、図3Bは、電圧Vが基準電圧V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tで立ち上がり、時刻tで立ち下がる。この場合、パルス幅Wは、W(W=t−t)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、W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tである。図3Bにおいては、比較器20の出力開始時点は、時刻tより後の時刻である時刻tである。図3Cにおいては、比較器20の出力開始時点は、時刻tより後の時刻で、クロックの立ち下がる時刻tに近いt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(t−t)が最も短く、電圧Vが最も低い図3Cの場合には、準備時間(t−t)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t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t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t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t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t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tとなる。
図4Aでは、パルス幅Wは、準備時間(t−t)を含むとともに、Wより短いW(W=t−t)へ変更されている。これに従い、クロックパルスは、時刻tで立ち上がり、時刻tより早い時刻tで立ち下がっている。
図4Bでは、パルス幅Wは、準備時間(t−t)を含むとともに、Wより短いW(W=t−t)に変更されている。これに従い、クロックパルスは、時刻tで立ち上がり、時刻tより早い時刻tで立ち下がっている。
図4Cでは、出力開始時点が時刻t近傍の時刻tであり、準備時間がWに近いため、パルス幅Wは変更されずW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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