(57)【要約】【課題】  エンコーダの内部に大容量コンデンサを内蔵せずにバックアップする必要のあるデータを保持し、動作可能状態にしておく必要のある回路を動作状態のまま、バックアップ電源を交換可能とし、しかもバックアップ時の消費電流を低く抑えてバックアップ電源の寿命を延ばし、メンテナンスの負担を軽減できるエンコーダ装置を提供する。【解決手段】  被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体２と、このエンコーダ本体２に電源を供給する主電源３遮断時に、バックアップ用電源を供給するバックアップ電源１とを有し、前記バックアップ電源１の主バッテリーＢＡＴ１交換時に主バッテリーＢＡＴ１に代わってバックアップ用の電源を供給する補助電源ＢＡＴ２を前記エンコーダ本体２外部に有するエンコーダ装置とし、前記バックアップ電源は、エンコーダ本体のバックアップが必要な回路にのみバックアップ電源を供給する構成のエンコーダ装置とした。【選択図】図１
2005221476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源遮断時にバックアップ用電源を供給するバックアップ電源とを有し、
前記バックアップ電源の主バッテリー交換時に、この主バッテリーに代わってバックアップ用電源を供給する補助電源を前記エンコーダ本体外部に有するエンコーダ装置。
【請求項２】
前記バックアップ電源は、エンコーダ本体のバックアップが必要な回路にのみバックアップ電源を供給する請求項１のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記バックアップ電源にはバッテリーを有する請求項１または２のエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ等の回転体や直線移動する被測定物に取り付けられ、被測定物の変位量、すなわち回転数および/または回転角度や、移動位置等を検出するエンコーダ装置のバックアップ用電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にエンコーダ装置、特にアブソリュートエンコーダ装置等においては、主電源部が遮断した時にモータ等の回転位置や、移動位置を示すデータ等、エンコーダの動作上重要なデータが消失してしまうのを防止するため、バックアップ電源部を有している。
【０００３】
例えば、図４に示すエンコーダ装置においては、主電源３、バックアップ電源１ａ（外部バッテリ)および、充電可能な大容量コンデンサＣ１をエンコーダ２内部に有している。そして、主電源３が遮断したときは、バックアップ電源１ａおよび大容量コンデンサＣ１によリ必要な電源をバックアップしている。すなわち、通常動作時には主電源３からノードｎ１，ｎ２および逆流防止素子Ｄ２４を介して電源Vccが内部回路に供給される。また、このとき、ノードｎ１に接続されている大容量コンデンサＣ１にも充電される。そして、主電源３が遮断すると、バックアップ電源１ａの内部にあるバッテリーＢＡＴからノードｎ３，ｎ４を介して電源Vbatがエンコーダ本体２に供給され、さらに、逆流防止素子Ｄ２３を介して、内部回路２３に給電される。このとき、主電源３側には逆流防止素子Ｄ２４があるため、バックアップ電源が逆流することはない。
【０００４】
ところで、バックアップ電源１ａ内部には、通常バッテリＢＡＴを備えているが、この外部バッテリＢＡＴの寿命によるバッテリの交換は、大容量コンデンサＣ１を充分に充電した後、主電源をＯＦＦし、大容量コンデンサによりバックアップしながら、このコンデンサＣ１がバックアップ可能な時間内に外部バッテリ電源を交換している。
【０００５】
このようなエンコーダは、サーボモータの位置フィードバック用として用いられることが多く、近年の技術革新による小型化と、小型化によるモータの発熱の問題から動作温度範囲の高温対応化が求められている。しかし、動作温度範囲の高温対応化を考えた場合、熱によるコンデンサの経年劣化の影響からバックアップ容量が低下し、バックアップ時間が低下してしまうという問題があった。また、バックアップ用の大容量コンデンサとしては、電気二重層キャパシタが使用されることが多く、一般の電子部品に比べると非常に大きいため、エンコーダの小型化やプリント基板への実装スベースヘの悪影響が避けられない。
【０００６】
このようなバックアップ電源の検討としては、例えば特開２０００−０１４０４７号公報には、バックアップ用のコンデンサをエンコーダとは異なる温度等の環境にある離れた位置に設置し、コンデンサの劣化を防止してバックアップ動作の信頼性を向上させると共に、エンコーダ自体の形状や寸法の制約を除去して小型化を達成するようにしたエンコーダ及びそのバックアップ方法を提供することを目的としたエンコーダが提示されている。この文献におけるエンコーダは、回転又は直線移動を検出するエンコーダ検出部からの検出信号を主電源に接続された電気回路によって処理した後に、エンコーダ出力信号を出力すると共に、少なくとも前記エンコーダ検出部及び電気回路がエンコーダケース内に設けられたエンコーダにおいて、前記主電源遮断時にバックアップをするためのバックアップコンデンサを前記エンコーダケースの外部に設けた構成であり、また、前記バックアップコンデンサは、前記エンコーダケースから導出されたリード線に接続され、かつ、前記エンコーダケースとは離れた位置に設けられている構成であり、また、前記リード線は、前記主電源に接続されたダイオードと電気回路との間に接続されている構成であり、また、前記バックアップコンデンサは、前記主電源に直接接続されている構成である。
【０００７】
しかし、この文献で検討されているエンコーダは、主電源のバックアップ用として直接コンデンサを用いているため、バックアップ電源の容量が不足し、バックアップ時間が不足して実用的でない。しかも、主電源から供給される電源の系統と、バックアップ電源から供給される電源の系統とを区別していないため、バックアップ時においてもエンコーダの消費電流が多く、上記問題がさらに助長されると共に、バックアップ電源自体の寿命の低下も招くという問題があった。
【０００８】
また、特開２００１−３０９５７７号公報には、アブソリュートエンコーダのバックアップデータを消失することなくバックアップバッテリを確実に交換することができるバックアップ電源供給装置を提供することを目的としたバックアップ電源供給装置が記載されている。この文献の装置の構成は、バックアップバッテリと、前記バックアップバッテリを接続するバッテリ接続部を少なくとも並列に２つ備え、少なくとも１つのバッテリ接続部にバックアップバッテリを接続したバックアップ電源供給装置であり、他方のバッテリ接続部に新しいバックアップバッテリを接続することで、確実にバックアップバッテリを交換することができ、バックアップデータの消失を防止できるものである。
【０００９】
しかし、この文献の装置でも、主電源から供給される電源の系統と、バックアップ電源から供給される電源の系統とを区別していないため、バックアップ時においてもエンコーダの消費電流が多く、依然としてバックアップ電源の寿命の問題が解決されてはいない。
【００１０】
また、特開２００２−２１３９９４号公報においても、サーボシステムにおけるアブソリュートエンコーダのバックアップデータを消失することなく、信頼性と保守性に優れたバックアップ電源供給装置を安価に提供することを目的としたバックアップ電源装置が記載されている。この文献の装置の構成では、アブソリュートエンコーダを搭載したサーボモータと、前記サーボモータを制御するモータ制御装置と、前記アブソリュートエンコーダの主電源部が遮断した時にデータをバックアップするためのバックアップ用コンデンサとを備え、前記アブソリュートエンコーダの主電源部に前記バックアップ用コンデンサを脱着可能な接続端子を用いて接続したもので、バックアップ用コンデンサの交換が容易にできる。また、バックアップ電源供給装置を接続する第二接続端子を少なくとも並列に２つ備え、少なくとも１つの第二接続端子にバックアップ電源供給装置の接続端子を接続したものでは、バックアップ電源供給装置の交換に際し、接続されていない第二接続端子に新しいバックアップ用コンデンサを接続できるので、バックアップデータを消失することがないとしている。
【００１１】
しかし、上記文献と同様にバックアップ電源としてはコンデンサでは不十分であり、しかも主電源とバックアップ電源の系統を区別していないので、消費電流が多く、上記同様の問題が生じていた。
【特許文献１】特開２０００−０１４０４７号公報
【特許文献２】特開２００１−３０９５７７号公報
【特許文献３】特開２００２−２１３９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、エンコーダの内部に大容量コンデンサを内蔵せずにバックアップする必要のあるデータを保持し、動作可能状態にしておく必要のある回路を動作状態のまま、バックアップ電源を交換可能とし、しかもバックアップ時の消費電流を低く抑えてバックアップ電源の寿命を延ばし、メンテナンスの負担を軽減できるエンコーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、上記目的は以下の本発明の構成により達成される。
（１）  被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体２と、このエンコーダ本体２に電源を供給する主電源３遮断時に、バックアップ用電源を供給するバックアップ電源１とを有し、
前記バックアップ電源１の主バッテリーＢＡＴ１交換時に、この主バッテリーＢＡＴ１に代わってバックアップ用電源を供給する補助電源を前記エンコーダ本体外部に有するエンコーダ装置。
（２）  前記バックアップ電源１は、エンコーダ本体２のバックアップが必要な回路２２にのみバックアップ電源を供給する上記（１）のエンコーダ装置。
（３）  前記バックアップ電源１にはバッテリーＢＡＴ２を有する上記（１）または（２）のエンコーダ装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によリ、エンコーダ内部に大容量コンデンサを搭載することなく、エンコーダの小型化が実現でき、高温環境下でのコンデンサ容量の経年劣化によるバックアップ時間の低下問題が解決できる為、エンコーダの高温対応が実現できる。
【００１５】
また、バックアップ時の消費電流も低減され、より長時間のバックアップが可能となり、バッテリー、コンデンサ等の電源素子の長寿命化も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のエンコーダ装置は、被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源遮断時に、バックアップ用電源を供給するバックアップ電源とを有し、前記バックアップ電源の主バッテリー交換時に主バッテリーに代わってバックアップ電源を供給する補助電源を前記エンコーダ本体外部に有するものである。
【００１７】
また、前記バックアップ電源は、エンコーダ本体のバックアップが必要な回路にのみバックアップ電源を供給するようになっている。
【００１８】
このように、エンコーダ外部に補助電源を備えることとしたので、内部に大容量コンデンサを搭載する必要が無くなり、エンコーダを小型にすることができ、しかも高温環境でのコンデンサ容量の経年劣化によるバックアップ時間の低下問題もなくなり、高温対応が可能となる。
【００１９】
前記補助電源としては、主電源と同様なバッテリー（電池）、すなわちアルカリ蓄電池、鉛蓄電池、酸化銀電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池や、マンガン電池、アルカリ電池、リチウム電池、エアアルカリ電池等の一次電池が挙げられる。これらの中から好適なものを選択して用いればよい。補助電源の交換の時期は、一般にバッテリ電圧監視アラームが発生した場合もしくは、定期点検時に交換している。
【００２０】
また、バッテリーに代えてスパーキャパシタ、すなわち電気二重層コンデンサや、アルミ電解コンデンサ等の大容量のコンデンサを用いても良く、これらの使い分けは装置の消費電流や、バッテリの交換に要する時間などを考慮して決定すればよい。
【００２１】
補助電源と主バッテリーとは、好ましくはダイオード、トランジスタ、ＦＥＴ等の半導体を用いた逆流防止素子により、それぞれエンコーダに接続され、互いにショートしたり干渉しないように、かつ単独で接続しても問題の無いようになっている。また、より好ましくは主電源と接続され、主電源から充電電流が供給される。
【００２２】
エンコーダ本体のバックアップが必要な回路とは、例えば、バックアップする必要のあるデータを保持する素子や、動作可能状態にしておく必要のある回路であり、より具体的にはエンコーダ、特に多回転アブソリュー卜エンコーダの回転数、変位量を示すデータや、リニアエンコーダの移動位置を示すデータ等を格納する素子や、回転数、回転方向、あるいは移動量、移動方向を検出するための検出回路と処理回路がある。ここで、回転数データ、移動量計数データ等を格納する素子は、ＲＡＭ等の揮発性半導体記憶素子であり、検出回路と処理回路は、出来るだけ低消費電流の回路を構成したり、素子を用いることが望ましい。具体的には、検出回路は、光学式の場合、LEDをパルス点灯してそれを検出するための発光部、受光部およびそれらにタイミングパルスを与えるパルス発生部や、その後の信号処理のためのロジック回路等が挙げられる。また、磁気式の場合高抵抗のMR素子を用いることが好ましい。処理回路としては、符号板から得られる位相差２信号からカウント用信号を得るロジック回路や、これをカウントするカウンター等が挙げられ、CMOS−IC等の低消費電力素子を用いることが望ましい。
【００２３】
これらの半導体素子や回路は、個々に独立した回路として構成することもできるが、近年の技術革新と集積化技術の発達により、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ等の集積化素子や、ＣＩＳＣ、ＲＩＳＣ等のマイクロプロセッサにより、容易に一つの素子に集約でき、これらの集積化素子、プロセッサが低消費電力のものであればこれらを用いることも小型化の点で好ましい。このような場合においても、上記のように主電源から供給される電源系と、バックアップ電源から供給される電源系とをそれぞれ別個に必要な部位に供給することは可能である。
【実施例１】
【００２４】
次に、図を参照しつつ本発明のより具体的な実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施態様を示した回路図である。図において、エンコーダ本体２内部には、主電源ON時に動作する回路２１と、バックアップが必要な回路２２とが有り、それぞれ電源は別系統から供給できるようになっている。つまり、主電源ON時に動作する回路２１はノードｎ１，ｎ２を介して主電源３と接続され、主電源３から電圧Ｖccの電源が供給される。なお、この実施例において、主電源ON時に動作する回路２１とは、多回転アブソリュートエンコーダの場合一回転内の絶対位置検出回路、処理回路、出力回路等があり、バックアップが必要な回路２２とは、回転数データ検出回路、処理回路、データ格納回路等をいう。また、リニアエンコーダなどの場合にも、これに準じた回路となるが、バックアップが必要な回路２２とは、移動量計数データ検出回路、処理回路、データ格納回路等となる。
【００２５】
バックアップが必要な回路２２は、逆流防止素子Ｄ２２を介して接続されたノードｎ３と、ノードｎ４とにより、バックアップ電源１に接続され、バックアップ電源１から電圧Ｖbatの電源が供給されるようになっている。バックアップが必要な回路２２は、逆流防止素子Ｄ２１を介してノードｎ１にも接続されており、主電源ＯＮ時には、主電源からの電圧Ｖccの電源の供給を受けられるようになっている。
【００２６】
バックアップ電源１には、主バッテリーＢＡＴ１と、補助電源ＢＡＴ２とが有り、その一端（図示例では陽極）がそれぞれ逆流防止素子Ｄ１，Ｄ２を介してノードｎ１に接続されると共に、その他端（図示例では陰極）はノードｎ２に接続されている。つまり、主バッテリーＢＡＴ１と補助電源ＢＡＴ２とはダイオードＯＲ回路を形成している。これにより、主バッテリーＢＡＴ１と補助電源ＢＡＴ２間で相互に干渉したり、ショートしたりするのを防止することができると共に、いずれか一方のみが接続された状態でも問題のないようになっている。なお、補助電源ＢＡＴ２は常時接続されている必要はなく、少なくとも主バッテリーＢＡＴ１交換時に接続されていればよい。
【００２７】
なお、この実施例および以下の実施例おいて、逆流防止素子として代表的なダイオードを例示して説明しているが、本発明はこれに規制されるものではなく、トランジスタやＦＥＴ等、同等な機能を有する他の半導体などで代用することももちろん可能である。また、エンコーダ本体と外部とを中継する各ノードｎ１〜ｎ４等も、端子であってもコネクター等の電気的接続具であってもよい。
【００２８】
ここで、通常の動作時には、主電源３がＯＮとなり、ノードｎ１より主電源ON時に動作する回路２１に電圧Vccの電源が供給されると共に、逆流防止素子Ｄ２１を介してバックアップが必要な回路２２にも同様にVcc電源が供給されるようになっている。次に、主電源３が遮断されると、ノードｎ３を介してバックアップ電源１より電圧Vbatの電源が供給され、さらに逆流素子Ｄ２２を介してバックアップが必要な回路２２に給電される。このとき、主電源ON時に動作する回路２１も、逆流防止素子Ｄ２１により接続されているが、逆流防止素子Ｄ２１の導通方向とは逆方向の電流となるため給電されることはない。このように、主電源３遮断時には、バックアップが必要な回路２２にのみ、バックアップ電源１から給電されるようになっている。
【００２９】
次に、バックアップ電源の主バッテリーＢＡＴ１を交換する場合には、好ましくは主電源３を遮断し、補助電源ＢＡＴ２を接続した後、主バッテリーＢＡＴ１を取り外す。これにより主バッテリーＢＡＴ１に代わって補助電源ＢＡＴ２からバックアップ用電源が供給される。そして、主バッテリーＢＡＴ１を交換した後、補助電源ＢＡＴ２を取り外す。そして再度主電源３を投入して装置を動作させればよい。
【００３０】
このように、補助電源ＢＡＴ２を用いることで、エンコーダ本体２内にコンデンサ等を備えていなくても主バッテリーＢＡＴ１を交換することができる。また、この実施例ではエンコーダ本体２と外部とを接続する端子はノードｎ１〜４と４点のみで済むことから、従来の機器の端子数を変更することなく、本発明構成を実現することができ、非常に経済的である。
【実施例２】
【００３１】
図２は本発明の第２の実施態様を示す回路図である。図において、バックアップ電源１内には主バッテリーＢＡＴ１と補助電源ＢＡＴ２のみを配置し、図１のノード３をノードｎ３ａ、ノードｎ３ｂと２つに分割して、それぞれ主バッテリーＢＡＴ１と補助電源ＢＡＴ２を接続している、また、これらノードｎ３ａ、ノードｎ３ｂそれぞれに逆流防止素子Ｄ２２ａ、Ｄ２２ｂを接続して、これをバックアップが必要な回路に接続している。つまり、図１における逆流防止素子Ｄ１，Ｄ２をエンコーダ本体２内部に配置することで、図１と同様なダイオードＯＲ回路を形成している。その他の構成は図１と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
この例ではノード３をノードｎ３ａ、ノードｎ３ｂと２つに分割した分端子が増えているが、逆流防止素子が１つ少なくなり、バックアップ電源１に逆流防止素子を含まないので、この部分を客先に管理させる場合など、市販のバッテリーをそのまま用いることができるため、メンテナンスの面で非常に有利である。
【実施例３】
【００３３】
図３は本発明の第３の実施態様を示す回路図である。図において、バックアップ電源１内には主バッテリーＢＡＴ１と補助電源としてキャパシタＣｂが配置されている。また、主電源３とキャパシタＣｂとは逆流防止素子Ｄ３を介して接続され、主電源３ON時には、電圧Vccの電源が供給され、キャパシタＣｂに充電されるようになっている。また、キャパシタＣｂの両端は、主バッテリーＢＡＴ１および逆流防止素子Ｄ１の直列回路と並列接続され、かつノード３，ｎ４に接続されている。つまり、図１の補助電源のバッテリーＢＡＴ２、逆流防止素子Ｄ２に替えてキャパシタＣｂが接続されている。その他の構成は図１と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
このように、補助電源にキャパシタＣｂを用いることで、バッテリーＢＡＴ２と同様にエンコーダ本体２内にコンデンサ等を備えていなくても主バッテリーＢＡＴ１を交換することができる。また、キャパシタＣｂは通常動作時は常時主電源３から充電されるので、充放電時間範囲内で何度でも使用することができ、電池消耗による交換の必要もなく経済的である。また、この実施例ではエンコーダ本体２と外部とを接続する端子はノードｎ１〜４と４点のみで済むことから、従来の機器の端子数を変更することなく、本発明構成を実現することができ、これも経済的である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ロボット、自動機等の産業用機器や自動車、飛行機などの移動体等、あらゆる可動部の位置検出に用いられるエンコーダに応用することが可能である。特に、多回転型アブソリュート型エンコーダにおいて有用な技術であるが、それ以外でも主電源遮断時にバックアップによりスタンバイ動作が必要なエンコーダ装置、例えばリニアエンコーダ等に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明装置の第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明装置の第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明装置の第３の実施例を示す回路図である。
【図４】従来のエンコーダ装置のバックアップ電源の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    バックアップ電源
２    エンコーダ本体
３    主電源
２２    主電源ＯＮ時に動作する回路
２３    バックアップが必要な回路
２４    内部回路
【図１】
2005221476.tif 000003
【図２】
2005221476.tif 000004
【図３】
2005221476.tif 000005
【図４】
2005221476.tif 000006