JP5454520B2 - Encoder and encoder system - Google Patents
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Description
この発明は、機械装置の駆動軸の位置を検出するエンコーダに係わり、特にサーボモータ等に使用される絶対値エンコーダに関するものである。 The present invention relates to an encoder for detecting the position of a drive shaft of a mechanical device, and more particularly to an absolute value encoder used for a servo motor or the like.
各種の機械装置を駆動制御するためには駆動軸の位置情報が必要であり、駆動軸の位置を検出するためにエンコーダが用いられる。エンコーダは、機械装置の駆動軸を構成するモータに取り付けられ、モータの位置を検出するとともに、モータを駆動制御するサーボアンプへ検出したモータの位置をフィードバックする。フィードバックされたモータの位置情報に基づいてモータが制御されることで、機械装置の動作が制御される。特に、モータの絶対位置を検出する絶対値エンコーダは、通常機械装置から電源供給を受けるが、機械装置からの電源供給が遮断されても、バッテリによりモータの位置情報を保持するため、機械装置の電源投入後直ちにモータの絶対位置を認識でき、手間のかかる原点復帰動作が不要なことから多くの機械装置で用いられている。 In order to drive and control various mechanical devices, position information of the drive shaft is necessary, and an encoder is used to detect the position of the drive shaft. The encoder is attached to a motor that constitutes a drive shaft of the mechanical device, detects the position of the motor, and feeds back the detected position of the motor to a servo amplifier that drives and controls the motor. The operation of the mechanical device is controlled by controlling the motor based on the fed back position information of the motor. In particular, an absolute value encoder that detects the absolute position of a motor is normally supplied with power from a mechanical device. Even if the power supply from the mechanical device is interrupted, the motor position information is retained by a battery. Since the absolute position of the motor can be recognized immediately after the power is turned on and a time-consuming origin return operation is unnecessary, it is used in many mechanical devices.
一般的にエンコーダは、機械装置から電源供給を受けたサーボアンプが供給する電源を通常稼働時の電源（主電源）として動作するため、機械装置の稼動が終了しサーボアンプの電源が切られると、エンコーダに供給される主電源も遮断される。エンコーダに供給される主電源が遮断された場合、一般的なエンコーダの場合はモータの位置情報が消失する。しかし、絶対値エンコーダは、主電源が遮断されている間、バッテリから電源供給を受けて動作し、モータの位置情報を保持する。 In general, the encoder operates using the power supplied by the servo amplifier that receives power supply from the mechanical device as the power supply (main power) during normal operation. Therefore, when the operation of the mechanical device ends and the servo amplifier is turned off. The main power supplied to the encoder is also cut off. When the main power supplied to the encoder is cut off, the motor position information is lost in the case of a general encoder. However, the absolute value encoder operates by receiving power supply from the battery while the main power is cut off, and holds the position information of the motor.
絶対値エンコーダでも、バッテリからの電源で動作している途中にバッテリの残容量が無くなる場合等、バッテリからの電源供給ができなくなると、モータの位置情報は消失する。そうなると、次回稼働時に機械装置の電源を投入した際、モータの絶対位置が認識できないため、手間のかかる原点復帰動作が必要になるといった課題がある。 Even in the absolute value encoder, when the remaining capacity of the battery runs out during operation with the power from the battery, the position information of the motor is lost when the power supply from the battery becomes impossible. Then, when the power of the mechanical device is turned on at the next operation, the absolute position of the motor cannot be recognized, and thus there is a problem that a troublesome origin return operation is required.
この課題に対し、バッテリの残容量やバッテリがエンコーダに電源を供給できる期間を推定し、バッテリ切れを起こす前にバッテリ交換を促すための警告を外部に出力することで、バッテリ交換を促し、バッテリ切れによるモータの位置情報消失を回避する技術が、例えば特許文献１に開示されている。 To solve this problem, the remaining capacity of the battery and the period during which the battery can supply power to the encoder are estimated, and a warning for prompting battery replacement is output to the outside before the battery runs out. For example, Patent Document 1 discloses a technique for avoiding loss of motor position information due to cutting.
また、バッテリの残容量を推定するとともにバッテリで動作している間に消費される電力量を予め求め、これらの値に基づいてバッテリ切れまでの期間を演算して外部に表示することで、バッテリ交換を促し、バッテリ切れによるモータの位置情報消失を回避する技術が、例えば特許文献２に記載されている。
In addition, the remaining capacity of the battery is estimated and the amount of power consumed while operating with the battery is obtained in advance, and the period until the battery runs out is calculated based on these values and displayed externally. For example,
上記の特許文献１に記載の技術は、バッテリに擬似的に負荷電流を流したときのバッテリ電圧と無負荷時のバッテリ電圧を比較して、バッテリの残容量やバッテリの寿命を推定しているが、バッテリがエンコーダに電源を供給している間にエンコーダが消費する電力量が不明なため、バッテリの寿命を正確に推定できず、バッテリ交換を促す警告を適切に発することができなかった。 The technique described in Patent Document 1 estimates the remaining battery capacity and battery life by comparing the battery voltage when a pseudo load current is passed through the battery and the battery voltage at no load. However, since the amount of power consumed by the encoder is unknown while the battery is supplying power to the encoder, the life of the battery cannot be accurately estimated, and a warning prompting battery replacement cannot be appropriately issued.
また、上記の特許文献２に記載の技術は、バッテリの寿命を推定するために、主電源が遮断している間に消費される電力量を予め試験等により求める必要があった。また、バッテリは一般に化学変化を利用して電力を発生するものであり、周囲温度などの使用環境によってバッテリの消費量が変化することがある。このため、主電源が遮断している間に消費される電力量について予め求めたとしても、バッテリの使用環境等により、予め求めた値と実際の値とでは誤差が生じる場合もあり、バッテリの寿命を精度よく推定することが困難であった。
In addition, the technique described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、主電源が遮断している間に消費されるバッテリの電力量を予め試験等により求める必要がなく、主電源が遮断された場合のバッテリの寿命を正確に算出するとともに、算出したバッテリの寿命に応じて適切に警告を外部へ出力することで、バッテリが切れる前にバッテリ交換を促し、バッテリ切れを回避できるエンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is not necessary to obtain in advance a test or the like the amount of battery power consumed while the main power source is shut off, and the main power source is shut off. In addition to accurately calculating the battery life when the battery is discharged, an appropriate warning is output to the outside according to the calculated battery life, prompting the user to replace the battery before it runs out, and an encoder that can avoid running out of the battery. The purpose is to provide.
この発明にかかるエンコーダは、上位の装置から入力する主電源によりモータの位置を検出してモータ制御装置へ出力するとともにモータの位置情報を保持し、主電源が遮断されたときはバックアップ用電源であるバッテリによりモータの位置情報を保持するエンコーダであって、主電源が遮断されている主電源遮断時間を計測し、この主電源遮断時間とバッテリの出力電圧から求めるバッテリの残容量とに基づき主電源遮断時間におけるバッテリの消費電力を算出するとともに、このバッテリの消費電力と、主電源が再投入された後のバッテリの残容量とを用いて、バッテリがエンコーダへ電源を供給することができるバックアップ可能時間を算出するバッテリ寿命判断部と、を備えたものである。 The encoder according to the present invention detects the position of the motor by the main power input from the host device and outputs it to the motor control device and holds the position information of the motor. When the main power is cut off, the backup power source is used. An encoder that holds motor position information from a battery, measures the main power shut-off time when the main power is shut off, and based on the main power shut-off time and the remaining battery capacity determined from the battery output voltage. Backup that allows the battery to supply power to the encoder using the power consumption of this battery and the remaining capacity of the battery after the main power supply is turned on again, while calculating the power consumption of the battery during the power-off time A battery life determination unit for calculating a possible time.
この発明によれば、主電源が遮断されバッテリがエンコーダに電源を供給（バックアップ）している間のバッテリの消費電力を実測し、この実測したバッテリの消費電力とバッテリの出力電圧から算出したバッテリの残容量に基づいて、主電源が遮断された場合のバッテリの寿命を算出するので、精度よくバッテリの寿命を算出することができる。その結果適切に警告を外部へ出力することができ、バッテリが切れる前にバッテリ交換を促し、バッテリ切れを回避できるという効果を奏する。 According to this invention, the power consumption of the battery is measured while the main power supply is shut off and the battery supplies power to the encoder (backup), and the battery calculated from the actually measured battery power consumption and the battery output voltage is measured. Since the battery life when the main power supply is shut off is calculated based on the remaining capacity of the battery, the battery life can be accurately calculated. As a result, it is possible to appropriately output a warning to the outside, prompting the user to replace the battery before the battery runs out, and preventing the battery from running out.
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンコーダを含むサーボシステムの構成を示している。図１において、機械装置を駆動するモータ１は、モータ１を駆動制御するサーボアンプ２に接続される。また、モータ１にはモータ１の位置を検出するエンコーダ３が取付けられ、エンコーダ３もサーボアンプ２に接続される。エンコーダ３には、さらにバックアック用の電源であるバッテリ４が接続される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows the configuration of a servo system including an encoder according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a motor 1 that drives a mechanical device is connected to a
サーボアンプ２は、駆動用電源をモータ１に供給するとともに、エンコーダ３へも主電源として動作用の電源を供給する。エンコーダ３は、検出したモータ１の位置情報をサーボアンプ２に出力（フィードバック）する。サーボアンプ２は、フィードバックされたモータ１の位置情報に基づいてモータ１を駆動制御する。サーボアンプ２の電源は機械装置等から供給されるため、機械装置の稼動が終了し機械装置の電源が落とされたときなど、サーボアンプ２からエンコーダ３に主電源が供給されないときは、バッテリ４がエンコーダ３にバックアップ用の電源を供給する。エンコーダ３は、バッテリ４を監視して、主電源が遮断された場合にバッテリ４がエンコーダ３をバックアップできる時間（バッテリ寿命）を算出し、算出したバッテリ寿命に基づき、バッテリが切れる前にバッテリ交換を促す警告を外部へ出力する。
The
エンコーダ３について、図１に基づき説明する。
上述の通り、エンコーダ３は、サーボアンプ２から供給される電源を主電源として動作し、主電源が遮断されたときは、バッテリ４から電源供給を受けて動作する。位置検出部５は、モータ１の位置を検出しサーボアンプ２にフィードバックする。
The encoder 3 will be described with reference to FIG.
As described above, the encoder 3 operates using the power supplied from the
電源制御部６は、エンコーダ３の内部電源に接続する外部電源を選択する制御を行う。電源制御部６は、常時あるいは随時または定期的に主電源を監視し、サーボアンプ２から主電源が供給されるときは主電源を選択し、主電源が遮断されたことを検出すると、バックアップ用の電源としてバッテリ４からの電源に切り換える。また、電源制御部６は、主電源の供給状態（供給、遮断、再投入など）を、後述するバッテリ寿命判断部７へ出力する。
The power supply control unit 6 performs control for selecting an external power supply connected to the internal power supply of the encoder 3. The power supply control unit 6 monitors the main power supply at all times, regularly, or periodically, selects the main power supply when the main power is supplied from the
バッテリ寿命判断部７は、バッテリ４の出力電圧（以下、バッテリ電圧という。）を検出し、このバッテリ電圧に基づきバッテリ寿命を算出し、算出したバッテリ寿命に基づき警告を出力する。 The battery life determination unit 7 detects the output voltage of the battery 4 (hereinafter referred to as battery voltage), calculates the battery life based on the battery voltage, and outputs a warning based on the calculated battery life.
バッテリ寿命判断部７について、さらに詳細に説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係るエンコーダにおけるバッテリ寿命判断部７の構成を示す図である。図２において、電圧検出手段１１はバッテリ電圧を随時またはある一定の時間間隔毎に検出して出力する。
The battery life determination unit 7 will be described in more detail.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of battery life determination unit 7 in the encoder according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, the voltage detection means 11 detects and outputs the battery voltage at any time or at certain fixed time intervals.
残容量算出手段１２は、電圧検出手段１１から入力したバッテリ電圧に基づいてバッテリ４の残容量（以下、バッテリ残容量という。）を算出し、後述するバッテリ消費電力算出手段１４とバックアップ可能時間算出手段１５に出力する。 The remaining capacity calculation means 12 calculates the remaining capacity of the battery 4 (hereinafter referred to as “remaining battery capacity”) based on the battery voltage input from the voltage detection means 11, and calculates the battery power consumption calculation means 14 (to be described later) and the backup possible time. Output to means 15.
主電源が遮断している時間を計測するための時間計測手段１３は、例えばクロックカウンタであり、一定周期のクロックパルスをカウントして出力する。バッテリ消費電力算出手段１４は、電源制御部６から出力される主電源の供給状態の情報（主電源の遮断及び再投入の情報等を含む主電源が供給されているか否かの情報）と、残容量算出手段１２から出力されるバッテリ残容量と、時間計測手段１３からカウントした値を入力する。バッテリ消費電力算出手段１４は、主電源遮断の情報と主電源再投入の情報を入力する間の時間計測手段１３のカウント値から、サーボアンプ２からの主電源供給が遮断されている時間を求めるとともに、主電源が遮断された際（遮断時前後のある程度の時間を含む）のバッテリ残容量と、主電源が再投入された際（再投入時前後のある程度の時間を含む）のバッテリ残容量と、サーボアンプ２からの主電源供給が遮断されている時間とに基づき、主電源が遮断されバッテリ４から供給されている電源でエンコーダ３が動作している間におけるバッテリ４の消費電力（以下、バッテリ消費電力という。）を算出し、これを出力する。
The time measuring means 13 for measuring the time during which the main power source is shut off is, for example, a clock counter, and counts and outputs clock pulses with a constant period. The battery power consumption calculating means 14 includes information on the supply state of the main power output from the power supply control unit 6 (information on whether or not the main power is supplied including information on the main power supply shutoff and restart). The remaining battery capacity output from the remaining capacity calculating means 12 and the value counted from the time measuring means 13 are input. The battery power consumption calculating means 14 obtains the time during which the main power supply from the
バックアップ可能時間算出手段１５は、残容量算出手段１２で算出されたバッテリ残容量とバッテリ消費電力算出手段１４で算出されたバッテリ消費電力とを入力し、バッテリ残容量をバッテリ消費電力で除算することで、主電源が遮断された場合にバッテリ４がバックアップ用としてエンコーダ３に電源供給が可能な時間（以下、バックアップ可能時間という。）を算出し、これを出力する。 The backupable time calculation means 15 inputs the remaining battery capacity calculated by the remaining capacity calculation means 12 and the battery consumption power calculated by the battery consumption power calculation means 14 and divides the remaining battery capacity by the battery consumption power. Thus, when the main power is cut off, the battery 4 calculates a time during which the power can be supplied to the encoder 3 for backup (hereinafter referred to as a backup possible time), and outputs this.
所要バックアップ時間設定手段１６には、エンコーダ３が必要とするバッテリ４でバックアップする時間（以下、所要バックアップ時間という。）が予め設定される。所要バックアップ時間設定手段１６は、設定された所要バックアップ時間を出力する。比較手段１７は、バックアップ可能時間算出手段１５から入力したバックアップ可能時間と所要バックアップ時間設定手段１６から入力した所要バックアップ時間とを比較し、その比較結果に基づき警告を外部へ出力する。
The required backup time setting means 16 is set in advance with the time required for the battery 4 to be backed up by the encoder 3 (hereinafter referred to as the required backup time). The required backup time setting means 16 outputs the set required backup time. The
次に、残容量算出手段１２におけるバッテリ残容量の算出方法について説明する。
一般にバッテリの出力電圧とバッテリ残容量には相関関係がある。予め知られているこれらの関係をテーブルや近似式の形で残容量算出手段１２に記憶させる。そして、残容量算出手段１２は、電圧検出手段１１で検出したバッテリ電圧と、予め記憶させたバッテリ電圧とバッテリ残容量の相関関係に基づき、バッテリ４のバッテリ残容量を算出する。残容量算出手段１２は、バッテリ電圧の入力のタイミングに応じて随時またはある一定の時間間隔毎にバッテリ残容量を算出する。
Next, a method for calculating the remaining battery capacity in the remaining capacity calculation unit 12 will be described.
In general, there is a correlation between the battery output voltage and the remaining battery capacity. These previously known relationships are stored in the remaining capacity calculation means 12 in the form of a table or approximate expression. Then, the remaining capacity calculation unit 12 calculates the remaining battery capacity of the battery 4 based on the battery voltage detected by the
次に、バッテリ消費電力算出手段１４におけるバッテリ消費電力の算出方法について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係るバッテリ消費電力算出手段１４でのバッテリ消費電力の算出手順を示すフローチャートの図である。図３において、ステップＳ１では、随時またはある一定の時間間隔毎に、残容量算出手段１２で算出されたバッテリ４のバッテリ残容量を入力して、その値をＱ１として記憶するとともに、バッテリ残容量Ｑ１の入力時の時間計測手段１３の値を入力して、その値を時刻Ｔ１として記憶する。Ｑ１、Ｔ１の記憶場所は限定しない。例えばＱ１、Ｔ１のいずれもバッテリ消費電力算出手段１４に記憶する。
Next, a battery power consumption calculation method in the battery power consumption calculation means 14 will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for calculating battery power consumption in the battery power consumption calculating means 14 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, in step S1, the remaining battery capacity of the battery 4 calculated by the remaining capacity calculation means 12 is input at any time or at certain fixed time intervals, the value is stored as Q1, and the remaining battery capacity is stored. The value of the time measuring means 13 at the time of inputting Q1 is input, and the value is stored as time T1. The storage locations of Q1 and T1 are not limited. For example, both of Q1 and T1 are stored in the battery power consumption calculation means 14.
ステップＳ２では、随時またはある一定の時間間隔毎に、電源制御部６から入力される主電源の供給状態（主電源が供給されているか否か）を判断し、エンコーダ３に主電源が供給されている場合はステップＳ１に戻り、主電源が遮断され主電源が供給されていない場合はステップＳ３に進む。これにより、ステップＳ３に進んだ時には、そのときに記憶されているＱ１とＴ１が、主電源が遮断される直前のバッテリ４のバッテリ残容量と時間計測手段１３の値（時刻）となる。 In step S2, the main power supply state (whether main power is supplied or not) input from the power control unit 6 is determined at any time or at certain time intervals, and the main power is supplied to the encoder 3. If YES, the process returns to step S1, and if the main power is shut off and no main power is supplied, the process proceeds to step S3. Thereby, when it progresses to step S3, Q1 and T1 memorize | stored at that time will be the battery remaining capacity of the battery 4 and the value (time) of the time measurement means 13 just before a main power supply is interrupted | blocked.
ステップＳ３では、随時またはある一定の時間間隔毎に、電源制御部６から入力される主電源の供給状態（主電源が供給されているか否か）を判断し、主電源の供給が再開されるまでその判断を継続し、主電源が再投入され主電源の供給が再開されるとステップＳ４に進む。 In step S3, the supply state of the main power input from the power control unit 6 (whether or not the main power is supplied) is determined at any time or at certain time intervals, and the supply of the main power is resumed. The determination is continued until the main power supply is turned on again and the supply of the main power supply is resumed.
ステップＳ４では、残容量算出手段１２からバッテリ４のバッテリ残容量を入力し主電源供給再開時のバッテリ残容量Ｑ２として記憶する。また、ステップＳ４におけるバッテリ残容量入力時の時間計測手段１３の値を入力して主電源供給再開時の時刻Ｔ２として記憶する。 In step S4, the remaining battery capacity of the battery 4 is input from the remaining capacity calculator 12 and stored as the remaining battery capacity Q2 when the main power supply is resumed. Further, the value of the time measuring means 13 at the time of inputting the remaining battery capacity in step S4 is inputted and stored as the time T2 when the main power supply is resumed.
ステップＳ５では、上述のステップで記憶した、主電源遮断時のバッテリ容量Ｑ１、主電源供給再開時のバッテリ容量Ｑ２、主電源遮断時の時刻Ｔ１、主電源供給再開時の時刻Ｔ２を用いて、バッテリ消費電力Ｗａを下式により算出する。
Ｗａ＝｜Ｑ２−Ｑ１｜／（Ｔ２−Ｔ１） ・・・・・（１）
In step S5, the battery capacity Q1 when the main power supply is shut off, the battery capacity Q2 when the main power supply is resumed, the time T1 when the main power supply is shut off, and the time T2 when the main power supply is resumed are stored. The battery power consumption Wa is calculated by the following formula.
Wa = | Q2-Q1 | / (T2-T1) (1)
次に、バックアップ可能時間算出手段１５におけるバックアップ可能時間の算出方法について説明する。
バックアップ可能時間算出手段１５は、バッテリ消費電力算出手段１４で算出したバッテリ消費電力Ｗａを入力と同時にまたは入力後、残容量算出手段１２からバッテリ４のバッテリ残容量Ｑｃを入力する。バッテリ消費電力Ｗａとバッテリ残容量Ｑｃを用いて下式により、バッテリ残容量Ｑｃ入力時における、バッテリ４がエンコーダ３へバックアップ用の電源供給が可能な時間であるバックアップ可能時間Ｔｃを算出する。バックアップ可能時間Ｔｃは、バッテリ消費電力Ｗａを入力後において一定周期毎にバッテリ残容量Ｑｃを入力して算出してもよい。
Ｔｃ＝Ｑｃ／Ｗａ ・・・・・（２）
Next, a method for calculating the backupable time in the backupable
The backup possible time calculation means 15 inputs the battery remaining capacity Qc of the battery 4 from the remaining capacity calculation means 12 simultaneously with or after the battery power consumption Wa calculated by the battery power consumption calculation means 14 is input. By using the battery power consumption Wa and the remaining battery capacity Qc, a backup possible time Tc, which is a time during which the battery 4 can supply power for backup to the encoder 3 when the remaining battery capacity Qc is input, is calculated. The backup possible time Tc may be calculated by inputting the remaining battery capacity Qc at regular intervals after inputting the battery power consumption Wa.
Tc = Qc / Wa (2)
比較手段１７は、所要バックアップ時間設定手段１６によって予め設定された所要バックアップ時間Ｔｄと上記のバックアップ可能時間Ｔｃを比較し、その結果に基づき外部に警告を出力する。具体的には、バックアップ可能時間Ｔｃが所要バックアップ時間Ｔｄよりも短い場合に警告を出力したり、あるいは、バックアップ可能時間Ｔｃと所要バックアップ時間Ｔｄとの差が、比較手段１７に予め設定されたしきい値Ｓ以下である場合に警告を出力する。警告は、例えば、サーボアンプ２へ出力され、必要に応じてサーボアンプ２を介し上位コントローラ（図示せず）へ出力される。
The comparison means 17 compares the required backup time Td preset by the required backup time setting means 16 with the above-described backup possible time Tc, and outputs a warning to the outside based on the result. Specifically, a warning is output when the backup possible time Tc is shorter than the required backup time Td, or the difference between the backup possible time Tc and the required backup time Td is preset in the comparison means 17. A warning is output when the threshold value is less than or equal to S. For example, the warning is output to the
この実施の形態によれば、バッテリ消費電力算出手段１４において、主電源が遮断されている間のバッテリ４のバッテリ消費電力を、実際の使用環境において実測して求めているので、周囲温度の変動などでバッテリの放電能力に変動が生じても、バッテリ消費電力を正確に算出することができる。 According to this embodiment, since the battery power consumption calculation means 14 obtains the battery power consumption of the battery 4 while the main power source is shut off by actually measuring it in the actual usage environment, the ambient temperature fluctuations Even if the battery discharge capacity fluctuates due to the above, the battery power consumption can be accurately calculated.
また、実測によって求めたバッテリ消費電力Ｗａと残容量算出手段１２で算出したバッテリ残容量Ｑｃとに基づき、バッテリ寿命であるところのバックアップ可能時間Ｔｃを算出するように構成したので、実際の使用環境におけるバックアップ可能時間Ｔｃを正確に算出できる。これにより、バッテリ切れを起こす前に警告を適切に外部へ出力することが可能となり、その結果バッテリが切れる前にバッテリ交換を促し、バッテリ切れを回避することができる。バッテリ切れを回避できることで、モータ位置情報の消失が回避され、次回電源投入時に機械装置の原点復帰動作をする必要がなくなる。 Further, since the configuration is such that the backup possible time Tc corresponding to the battery life is calculated based on the battery power consumption Wa obtained by actual measurement and the battery remaining capacity Qc calculated by the remaining capacity calculating means 12, the actual usage environment Can be accurately calculated. Accordingly, it is possible to appropriately output a warning to the outside before the battery runs out. As a result, it is possible to prompt the user to replace the battery before the battery runs out, and to avoid running out of the battery. Since it is possible to avoid running out of the battery, the loss of the motor position information is avoided, and it is not necessary to perform the origin return operation of the mechanical device at the next power-on.
機械装置は稼動スケジュールにより、数時間あるいは数日停止する場合があり、停止する時間の長さによって、バックアップが必要な時間が変わってくる。この実施の形態では、所要バックアップ時間設定手段１６でひとつの所要バックアップ時間Ｔｄを設定する場合の例を示したが、所要バックアップ時間Ｔｄとして複数の値を設定できるようにしても良い。また、しきい値Ｓを複数設定できるようにしてもよい。これらの場合、機械装置の予定する稼働停止時間に応じて所要バックアップ時間やしきい値Ｓを設定することで、比較手段１７は複数の設定値に対応して複数の異なる警告を出力することが可能となり、バッテリ４の残容量に応じてきめ細かな警告を出力することができる。 The machine may stop for several hours or days depending on the operation schedule, and the time required for backup varies depending on the length of the stop time. In this embodiment, an example in which one required backup time Td is set by the required backup time setting means 16 is shown, but a plurality of values may be set as the required backup time Td. A plurality of threshold values S may be set. In these cases, the comparison means 17 can output a plurality of different warnings corresponding to a plurality of set values by setting the required backup time and the threshold value S according to the scheduled operation stop time of the mechanical device. This makes it possible to output a detailed warning according to the remaining capacity of the battery 4.
この実施の形態では、直近の主電源遮断時におけるバッテリ消費電力Ｗａを用いてバックアップ可能時間Ｔｃを算出したが、主電源遮断がある毎にバッテリ消費電力Ｗａをバッテリ消費電力算出手段１４などに記憶しておき、直近から複数回（ｎ回）分の各バッテリ消費電力Ｗａを平均した値（平均バッテリ消費電力Ｗａｎ）を用いて、下式により、バックアップ可能時間Ｔｃを算出してもよい。
Ｔｃ＝Ｑｃ／Ｗａｎ ・・・・・（３）
In this embodiment, the backup possible time Tc is calculated using the battery power consumption Wa at the time of the most recent main power shutdown, but the battery power consumption Wa is stored in the battery power consumption calculation means 14 or the like every time the main power is shut off. The backup possible time Tc may be calculated by the following equation using a value (average battery power consumption Wan) obtained by averaging the battery power consumption Wa for a plurality of times (n times) from the most recent time.
Tc = Qc / Wan (3)
平均バッテリ消費電力Ｗａｎを求めるのに用いるバッテリ消費電力Ｗａの個数は、周囲温度などの使用環境やバッテリ消費電力Ｗａの値のばらつきに応じて、外部からサーボアンプなどを通じて適宜設定してやればよい。 The number of battery power consumption Wa used for obtaining the average battery power consumption Wan may be appropriately set from the outside through a servo amplifier or the like according to the usage environment such as the ambient temperature and the variation in the value of the battery power consumption Wa.
これにより、直近の主電源遮断時におけるバッテリ消費電力Ｗａのみを用いてバックアップ可能時間Ｔｃを算出する場合に比べて、バックアップ可能時間Ｔｃをより正確に算出することができ、近い将来バッテリ切れを起こすことの警告をより正確に出力することが可能となる。 As a result, the backup possible time Tc can be calculated more accurately than in the case where the backup possible time Tc is calculated using only the battery power consumption Wa at the time of the most recent main power shutdown, and the battery will run out in the near future. Can be output more accurately.
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るエンコーダを含むサーボシステムの構成を示している。なお、実施の形態１で説明した構成と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図４において、実施の形態２に係るエンコーダでは、実施の形態１に係るエンコーダに対し、バッテリ４に代えて充電可能な２次電池であるバッテリ４Ａを備え、バッテリ４Ａを充電する充電手段１８をさらに備える。バッテリ４Ａはバッテリ４と同様にエンコーダ３へ電源供給する。充電手段１８は、バッテリ４Ａに充電電力を供給するともに、バッテリ４Ａに供給する充電電力に関する情報をバッテリ寿命判断部７Ａへ出力する。
FIG. 4 shows the configuration of a servo system including an encoder according to
充電可能な２次電池のバッテリは、充放電を繰り返すと劣化して満充電したときの容量が低下する。このため、劣化した２次電池のバッテリは、所定のバッテリ電圧になるまで充電しても、劣化していない２次電池のバッテリと比べて、バッテリに充電できる電力量が少ない。言い換えると、２次電池のバッテリは、充放電を繰り返して劣化してくると、より少ない充電電力量で所定のバッテリ電圧まで回復する。所定の電圧がこれ以上充電できない満充電状態の電圧であるならば、それ以上は充電されなくなり、バッテリはその劣化時点における満充電状態となる。２次電池にはこのような特性があるため、２次電池であるバッテリ４Ａに蓄積されている電力量を正確に知るには、バッテリ電圧とバッテリに供給される充電電力を監視する必要がある。
A rechargeable secondary battery deteriorates when it is repeatedly charged and discharged, and the capacity when fully charged decreases. For this reason, even if the battery of the deteriorated secondary battery is charged until it reaches a predetermined battery voltage, the amount of electric power that can be charged in the battery is small compared to the battery of the secondary battery that has not deteriorated. In other words, when the battery of the secondary battery is deteriorated by repeated charging and discharging, the battery recovers to a predetermined battery voltage with a smaller amount of charging power. If the predetermined voltage is a fully charged voltage that cannot be charged any more, the battery is no longer charged and the battery is fully charged at the time of deterioration. Since the secondary battery has such characteristics, it is necessary to monitor the battery voltage and the charging power supplied to the battery in order to accurately know the amount of power stored in the
この実施の形態２に係るバッテリ寿命判断部７Ａについて説明する。
図５は、この実施の形態２に係るバッテリ寿命判断部７Ａの構成を示す図である。図５において、バッテリ容量算出手段１９は、充電手段１８からバッテリ４Ａに供給する充電電力情報（例えば、充電電力、充電電力量、充電電圧、充電電流、充電時間など。）を入力する。バッテリ容量算出手段１９は、例えば入力した充電電圧、充電電流、充電時間などに基づきバッテリへの充電電力量を算出する（充電手段１８からバッテリ４Ａに供給する充電電力量を入力してもよい）。さらに、バッテリ容量算出手段１９は、算出したバッテリへの充電電力量と電圧検出手段１１Ａから入力したバッテリ４Ａの電圧とから、バッテリへの充電電力量とバッテリ電圧の関係を求め、バッテリ４Ａがその劣化時点での満充電状態になったときの充電容量を算出する。
A battery life determination unit 7A according to the second embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the battery life determination unit 7A according to the second embodiment. In FIG. 5, the battery capacity calculation means 19 inputs charging power information (for example, charging power, charging power amount, charging voltage, charging current, charging time, etc.) supplied from the charging means 18 to the
また、残容量算出手段１２Ａは、電圧検出手段１１Ａから入力したバッテリ４Ａのバッテリ電圧と、バッテリ容量算出手段１９で算出した充電電力量とバッテリ電圧の関係と、バッテリ４Ａがその劣化時点での満充電状態になったときの充電容量とから、バッテリ４Ａの現在の残容量を算出する。
Further, the remaining capacity calculation means 12A receives the battery voltage of the
以降、残容量算出手段１２Ａで算出したバッテリ４Ａの残容量を用いてバックアップ可能時間を算出し外部へ警告を出力する動作は、実施の形態１の場合と同様である。
Thereafter, the operation of calculating the backup possible time using the remaining capacity of the
この実施の形態２によれば、バッテリ容量算出手段１９により充電電力量とバッテリ電圧の関係と、バッテリ４Ａがその劣化時点での満充電状態になったときの充電容量を算出し、これらに基づいて、残容量算出手段１２Ａでバッテリ４Ａの残容量を算出する。このため、バッテリ４Ａが劣化して充電可能な容量が低下した場合であっても、バッテリ４Ａの残容量を正確に求めることができる。これによって、バッテリが２次電池であっても、バッテリ４Ａの劣化状態にかかわらず、バッテリ寿命であるところのバックアップ可能時間Ｔｃを正確に算出することが可能となり、従って、バッテリ切れを起こす前に警告を適切に外部へ出力することが可能となる。その結果バッテリが切れる前にバッテリ交換を促し、バッテリ切れを回避することができる。バッテリ切れを回避できることで、モータ位置情報の消失が回避され、次回電源投入時に機械装置の原点復帰動作をする必要がなくなる。
According to the second embodiment, the battery capacity calculation means 19 calculates the relationship between the charge power amount and the battery voltage, and the charge capacity when the
上記の２つの実施の形態では、電源制御部６およびバッテリ寿命判断部７、７Ａがエンコーダ３に含まれる構成の例を示したが、これらはエンコーダ３ではなくサーボアンプ２に備えてもよく、またエンコーダ３やサーボアンプ２以外に設けても、同様の効果を得ることができる。
In the above two embodiments, the power control unit 6 and the battery life determination units 7 and 7A are shown as examples included in the encoder 3, but these may be provided in the
この発明は、機械装置の駆動軸の位置を検出するエンコーダとして用いられるのに適している。 The present invention is suitable for use as an encoder for detecting the position of a drive shaft of a mechanical device.
１ モータ、
２ サーボアンプ、
３ エンコーダ、
４、４Ａ バッテリ、
５ 位置検出部、
６ 電源制御部、
７、７Ａ バッテリ寿命判断部、
１１ １１Ａ電圧検出手段、
１２、１２Ａ 残容量算出手段、
１３ 時間計測手段
１４ バッテリ消費電力算出手段、
１５ バックアップ可能時間算出手段、
１６ 所要バックアップ時間設定手段、
１７ 比較手段、
１８ 充電手段、
１９ バッテリ容量算出手段。
1 motor,
2 Servo amplifier,
3 Encoder,
4, 4A battery,
5 position detector,
6 Power control unit,
7, 7A Battery life determination unit,
11 11A voltage detection means,
12, 12A remaining capacity calculation means,
13 time measuring means 14 battery power consumption calculating means,
15 Backup available time calculation means,
16 Required backup time setting means,
17 comparison means,
18 Charging means,
19 Battery capacity calculation means.
Claims (7)
前記主電源が遮断されている主電源遮断時間を計測し、この主電源遮断時間とバッテリの出力電圧から求めるバッテリの残容量とに基づき前記主電源遮断時間におけるバッテリの消費電力を算出するとともに、このバッテリの消費電力と、前記主電源が再投入された後のバッテリの残容量とを用いて、前記バッテリが前記エンコーダへ電源を供給することができるバックアップ可能時間を算出するバッテリ寿命判断部
を備えることを特徴とするエンコーダ。 The position of the motor is detected by the main power input from the host device and output to the motor control device, and the position information of the motor is held. When the main power is cut off, the battery is used as a backup power source. An encoder that holds position information of
Measure the main power shut-off time when the main power is shut off, calculate the power consumption of the battery in the main power shut-off time based on the main power shut-off time and the remaining capacity of the battery determined from the output voltage of the battery, A battery life determination unit that calculates a backup possible time during which the battery can supply power to the encoder, using the power consumption of the battery and the remaining capacity of the battery after the main power is turned on again. An encoder comprising:
さらに、前記バックアップ可能時間に基づき、バッテリ切れ回避のための警告を外部へ出力すること
を特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。 The battery life determination unit is
The encoder according to claim 1, wherein a warning for avoiding a battery exhaustion is output to the outside based on the backup possible time.
バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
バッテリの出力電圧に基づきバッテリの残容量を算出する残容量算出手段と、
前記主電源遮断時間を計測する時間計測手段と、
前記主電源遮断時間と、前記主電源が遮断された際のバッテリの残容量および前記主電源が再投入された際のバッテリの残容量とを用いて、前記主電源が遮断している間のバッテリの消費電力を算出するバッテリ消費電力算出手段と、
このバッテリの消費電力と前記主電源が再投入された後のバッテリの残容量とを用いて、前記バックアップ可能時間を算出するバックアップ可能時間算出手段と、
バックアップを必要とする時間である所要バックアップ時間を設定する所要バックアップ時間設定手段と、
この所要バックアップ時間と前記バックアップ可能時間とを比較し、その比較結果に基づきバッテリ切れ回避のための警告を外部へ出力する比較手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。 The battery life determination unit is
Voltage detection means for detecting the output voltage of the battery;
A remaining capacity calculating means for calculating the remaining capacity of the battery based on the output voltage of the battery;
A time measuring means for measuring the main power-off time;
While the main power source is shut off using the main power source shut-off time, the remaining capacity of the battery when the main power source is shut off, and the remaining capacity of the battery when the main power source is turned on again Battery power consumption calculating means for calculating battery power consumption;
Using this battery power consumption and the remaining capacity of the battery after the main power supply is turned on again, backup possible time calculating means for calculating the backup possible time,
A required backup time setting means for setting a required backup time, which is a time required for backup,
Comparing means for comparing the required backup time and the backup possible time, and outputting a warning for avoiding battery exhaustion based on the comparison result,
The encoder according to claim 2, further comprising:
前記バッテリ寿命判断部は、
バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
バッテリの出力電圧とバッテリの充電電力情報を入力して、この入力時点の劣化状態において前記バッテリが充電可能な容量を算出するバッテリ容量算出手段と、
バッテリの出力電圧と前記バッテリ容量算出手段で算出したバッテリ容量とからバッテリの残容量を算出する残容量算出手段と、
前記主電源遮断時間を計測する時間計測手段と、
前記主電源遮断時間と、前記主電源が遮断された際のバッテリの残容量および前記主電源が再投入された際のバッテリの残容量とを用いて、前記主電源が遮断している間のバッテリの消費電力を算出するバッテリ消費電力算出手段と、
このバッテリの消費電力と前記主電源が再投入された後のバッテリの残容量とを用いて、前記バックアップ可能時間を算出するバックアップ可能時間算出手段と、
バックアップを必要とする時間である所要バックアップ時間を設定する所要バックアップ時間設定手段と、
この所要バックアップ時間と前記バックアップ可能時間とを比較し、その比較結果に基づきバッテリ切れ回避のための警告を外部へ出力する比較手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。 The battery is a rechargeable secondary battery,
The battery life determination unit is
Voltage detection means for detecting the output voltage of the battery;
Battery capacity calculating means for inputting the output voltage of the battery and the charging power information of the battery and calculating the capacity that the battery can charge in the deterioration state at the time of the input;
A remaining capacity calculating means for calculating the remaining capacity of the battery from the output voltage of the battery and the battery capacity calculated by the battery capacity calculating means;
A time measuring means for measuring the main power-off time;
While the main power source is shut off using the main power source shut-off time, the remaining capacity of the battery when the main power source is shut off, and the remaining capacity of the battery when the main power source is turned on again Battery power consumption calculating means for calculating battery power consumption;
Using this battery power consumption and the remaining capacity of the battery after the main power supply is turned on again, backup possible time calculating means for calculating the backup possible time,
A required backup time setting means for setting a required backup time, which is a time required for backup,
Comparing means for comparing the required backup time and the backup possible time, and outputting a warning for avoiding battery exhaustion based on the comparison result,
The encoder according to claim 2, further comprising:
前記主電源が遮断される毎に、前記主電源が遮断している間のバッテリの消費電力を算出して記憶し、それらの平均値を前記バックアップ可能時間算出手段へ出力する、
ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のエンコーダ。 The battery power consumption calculating means includes
Every time the main power supply is shut off, the power consumption of the battery while the main power supply is shut off is calculated and stored, and the average value thereof is output to the backup possible time calculating means.
The encoder according to any one of claims 2 and 3.
前記所要バックアップ時間と前記バックアップ可能時間との差分に応じて複数の異なる警告を出力することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のエンコーダ。 The comparison means includes
6. The encoder according to claim 3, wherein a plurality of different warnings are output in accordance with a difference between the required backup time and the backup possible time.
前記主電源が遮断されたときに前記エンコーダが前記モータの位置情報を保持するためのバックアップ用電源であるバッテリと、
前記主電源が遮断されている主電源遮断時間を計測し、この主電源遮断時間とバッテリの出力電圧から求めるバッテリの残容量とに基づき前記主電源遮断時間におけるバッテリの消費電力を算出するとともに、このバッテリの消費電力と、前記主電源が再投入された後のバッテリの残容量とを用いて、前記バッテリが前記エンコーダへ電源を供給することができるバックアップ可能時間を算出するバッテリ寿命判断部と、
を備えることを特徴とするエンコーダシステム。 An encoder that detects the position of the motor with a main power input from a host device and outputs the detected position to the motor control device, and holds the position information of the motor;
A battery that is a backup power source for the encoder to hold the position information of the motor when the main power source is shut off;
Measure the main power shut-off time when the main power is shut off, calculate the power consumption of the battery in the main power shut-off time based on the main power shut-off time and the remaining capacity of the battery determined from the output voltage of the battery, A battery life determination unit for calculating a backup possible time during which the battery can supply power to the encoder using the power consumption of the battery and the remaining capacity of the battery after the main power supply is turned on again; ,
An encoder system comprising:
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