特許 7403825 エンコーダ及び制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】エンコーダ及び制御システム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20231218BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 K

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020105081

(22)【出願日】2020-06-18

(65)【公開番号】P2021196319

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000203634

【氏名又は名称】多摩川精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100212657

【弁理士】

【氏名又は名称】塚原 一久

(72)【発明者】

【氏名】小野 祥弥

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０９３２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９０３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３５１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９０３７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－ ５／６２

Ｇ０１Ｂ ７／００－ ７／３４

Ｈ０２Ｐ ４／００

Ｈ０２Ｐ ２５／０８－２５／０９８

Ｈ０２Ｐ ２９／００－３１／００

Ｈ０２Ｋ １１／００－１１／４０

Ｇ０１Ｐ １５／００－１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コントローラ（１００）により駆動される制御対象機器（２００）の状態を検出するエンコーダ（３００）であって、
前記制御対象機器（２００）の前記状態として可動部の角度を検出するセンシング部（３１０）と、
前記センシング部（３１０）の検出結果から前記制御対象機器（２００）の状態検出情報を生成する信号処理部（３２０）と、
前記エンコーダ（３００）に生じる加速度を検出して加速度検出情報を生成する加速度センサ（３３０）と、
前記コントローラ（１００）との間で通信する通信部（３４０）と、
前記エンコーダ（３００）に生じた前記加速度の最大値を示す前記加速度検出情報を記憶する記憶部（３５０）と、
前記エンコーダ（３００）の各部を制御する制御部（３０１）と、
を備え、
前記制御部（３０１）は、
前記通信部（３４０）を通して前記制御対象機器（２００）の前記状態検出情報を前記コントローラ（１００）に送信し、
前記通信部（３４０）を通して前記コントローラ（１００）からリクエスト信号を受信した場合、前記通信部（３４０）を通して前記記憶部（３５０）に記憶されている前記加速度検出情報を前記コントローラ（１００）に送信する、
エンコーダ。

【請求項2】

制御対象機器（２００）の状態を検出して状態検出情報を生成するエンコーダ（３００）と、
前記エンコーダ（３００）からの前記状態検出情報を参照して前記制御対象機器（２００）を駆動するコントローラ（１００）と、
を備え、
前記エンコーダ（３００）は、
前記制御対象機器（２００）の前記状態として可動部の角度を検出するセンシング部（３１０）と、
前記センシング部（３１０）の検出結果から前記制御対象機器（２００）の状態検出情報を生成する信号処理部（３２０）と、
前記エンコーダに生じる加速度を検出して加速度検出情報を生成する加速度センサ（３３０）と、
前記コントローラ（１００）との間で通信する通信部（３４０）と、
前記エンコーダ（３００）に生じた前記加速度の最大値を示す前記加速度検出情報を記憶する記憶部（３５０）と、
前記通信部（３４０）を通して前記制御対象機器（２００）の前記状態検出情報を前記コントローラ（１００）に送信し、前記通信部（３４０）を通して前記コントローラ（１００）からリクエスト信号を受信した場合、前記通信部（３４０）を通して前記記憶部（３５０）に記憶されている前記加速度検出情報を前記コントローラ（１００）に送信する制御部（３０１）と、を備え、
前記コントローラ（１００）は、
前記エンコーダ（３００）に加わる振動または衝撃によって、当該エンコーダ（３００）に不具合を生じる値を前記加速度の閾値として設定され、
前記エンコーダ（３００）に対してリクエスト信号を送信し、
前記エンコーダ（３００）から受信した前記加速度検出情報を参照し、前記加速度が前記閾値を超えた場合、前記制御対象機器（２００）を停止させる、
制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、エンコーダ及び制御システムに関し、特に、制御対象機器の状態を検出するエンコーダの信頼性の向上に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、制御対象機器としての回転機器をコントローラにより制御する場合、センシング部を有するエンコーダにより、回転軸の回転を検出し、得られた角度信号に基づいてコントローラが回転機器の制御演算を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平６－４４２４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された多機能型エンコーダは、制御対象機器の状態として、速度データ、加速度データなどの複数の状態検出信号をコントローラに送信する。

【0005】

ところで、エンコーダは、測定対象の制御対象機器の状態を検出してコントローラに情報を送信する機能を有するものの、エンコーダ自身の状態を検出する機能を有していない。

【0006】

このため、エンコーダに振動または衝撃が加わった場合、エンコーダの回路基板に実装された電子部品の脱落、配線パターンの欠損などが生じて故障に至ることがある。

【0007】

制御対象機器の稼働中に、エンコーダが故障し、制御対象機器の状態を検出できなくなった場合、制御対象機器の機能喪失、または制御対象機器の破損を招く恐れがある。すなわち、制御対象機器の状態を検出するエンコーダに不具合が生じた場合に、稼働中の制御対象機器を保護できなくなる問題がある。

【0008】

本発明は、制御対象機器の状態を検出するエンコーダの不具合を検出することが可能であり、制御対象機器を保護することが可能なエンコーダ及び制御システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明に係るエンコーダは、コントローラにより駆動される制御対象機器の状態を検出するエンコーダであって、制御対象機器の状態を検出するセンシング部と、センシング部の検出結果から状態検出情報を生成する信号処理部と、エンコーダに生じる加速度を検出して加速度検出情報を生成する加速度センサと、コントローラとの間で通信する通信部と、を備え、通信部は、状態検出情報と加速度検出情報とをコントローラに送信する。

【0010】

この発明に係るエンコーダは、加速度の最大値を示す加速度検出情報を記憶する記憶部を更に備える。

【0011】

この発明に係るエンコーダは、エンコーダの各部を制御する制御部を更に備え、制御部は、通信部を通してコントローラからリクエスト信号を受信した場合、通信部を通して、記憶部に記憶されている加速度検出情報をコントローラに送信する。

【0012】

この発明に係るエンコーダにおいて、センシング部は、制御対象機器の可動部の角度を検出し、信号処理部は、センシング部の検出結果から、角度情報を状態検出情報として生成する。

【0013】

この発明に係る制御システムは、制御対象機器の状態を検出して状態検出情報を生成するエンコーダと、エンコーダからの状態検出情報を参照して制御対象機器を駆動するコントローラと、を備え、コントローラは、エンコーダから受信した加速度検出情報を参照し、エンコーダに生じる加速度が予め定めた閾値を超えた場合、制御対象機器を停止させる。エンコーダに生じる加速度についての閾値は、振動または衝撃によって、エンコーダに不具合が生じる値に設定される。

【0014】

この発明に係る制御システムにおいて、コントローラは、エンコーダに対してリクエスト信号を送信し、エンコーダは、コントローラからリクエスト信号を受信した場合、記憶部に記憶されている加速度検出情報をコントローラに送信する。

【発明の効果】

【0015】

この発明に係るエンコーダによれば、制御対象機器の状態検出情報と、エンコーダで検出された加速度検出情報とを出力するため、制御対象機器の状態を検出しつつ、エンコーダの不具合を検出することが可能になる。

【0016】

この発明に係る制御システムによれば、エンコーダからの状態検出情報を参照して制御対象機器を駆動する際に、エンコーダに生じる加速度が閾値を超えた場合に制御対象機器を停止させるため、制御対象機器を破損または機能喪失といった不具合から保護することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態１におけるエンコーダを含む制御システムの構成を示す構成図である。

【図2】実施の形態１における制御システムの情報の流れを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明のエンコーダ及び制御システムの実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。

【0019】

実施の形態１．
はじめに、実施の形態１における制御システム１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態１におけるエンコーダ３００を含む制御システム１の構成を示す構成図である。

【0020】

［制御システム１の構成］
図１において、制御システム１は、主に、コントローラ１００と、制御対象機器２００と、エンコーダ３００とを備えている。

【0021】

コントローラ１００は、エンコーダ３００からの各種情報を参照して、駆動信号を制御対象機器２００に供給する。コントローラ１００は、制御対象機器に供給する駆動信号により、制御対象機器２００の状態、例えば、回転方向、回転速度、回転角度、回転停止などを制御する。

【0022】

制御対象機器２００は、コントローラ１００から供給される駆動信号を物理的運動に変換する機械要素であり、例えば、モータなどの回転機器が該当する。制御対象機器２００が回転機器である場合、固定された状態の固定子と、固定子に対して回転可能な回転子と、回転子の回転を外部に供給可能な駆動軸と、を備える。

【0023】

エンコーダ３００は、制御対象機器２００の状態を検出して状態検出情報を生成すると共に、エンコーダ３００に生じる加速度を検出して加速度検出情報を生成する。エンコーダ３００には、制御部３０１と、センシング部３１０と、信号処理部３２０と、加速度センサ３３０と、通信部３４０と、記憶部３５０とが設けられている。

【0024】

制御部３０１は、エンコーダ３００の各部を制御している。具体的には、制御部３０１は、状態検出情報と加速度検出情報とを生成する制御、状態検出情報と加速度検出情報とをコントローラ１００へ送信する制御、加速度の最大値を示す加速度検出情報を記憶部３５０に記憶する制御、コントローラ１００からのリクエスト信号に応じて加速度検出情報をコントローラ１００へ送信する制御、を行っている。

【0025】

センシング部３１０は、制御対象機器２００の可動部に取り付けられ、制御対象機器２００の状態を検出する。例えば、センシング部３１０は、制御対象機器２００が回転機器である場合、回転機器の回転軸の回転状態を検出するように設けられている。

【0026】

信号処理部３２０は、センシング部３１０の検出結果から、コントローラ１００が処理可能な状態検出情報を生成する。

【0027】

加速度センサ３３０は、エンコーダ３００に生じる加速度を検出し、コントローラ１００が処理可能な加速度検出情報を生成する。例えば、加速度センサ３３０は、エンコーダ３００の各部の回路が搭載されている回路基板に設けられており、回路基板に生じる加速度を検出している。

【0028】

通信部３４０は、コントローラ１００との間で通信する通信手段である。通信部３４０は、制御部３０１の制御に従って、制御対象機器２００から検出した状態検出情報と、エンコーダ３００に生じる加速度を検出した加速度検出情報とを、コントローラ１００に送信し、コントローラ１００からリクエスト信号を受信する。通信部３４０は、例えば、シリアル通信により、状態検出情報と加速度検出情報とをコントローラ１００に送信する。

【0029】

記憶部３５０は、制御部３０１の制御に従って、加速度センサ３３０で生成される加速度検出情報のうち、加速度の最大値を示すものを記憶する。すなわち、記憶部３５０は、それまでに記憶している加速度検出情報よりも大きい加速度を示す新たな加速度検出情報が入力されると、新たな加速度検出情報を記憶する。

【0030】

［制御システム１の信号処理手順］
次に、制御システム１における情報の流れについて、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１における制御システム１の信号または情報の流れを示す説明図である。

【0031】

［処理手順（１）］
コントローラ１００は、制御対象機器２００に駆動信号（ａ）を供給する。制御対象機器２００は、コントローラ１００から供給される駆動信号に応じて、回転運動等を行う。

【0032】

［処理手順（２）］
センシング部３１０は、制御対象機器２００の状態を検出する。例えば、制御対象機器２００が回転機器である場合、センシング部３１０は、回転機器の回転軸の回転状態を検出する。信号処理部３２０は、センシング部３１０の検出結果から状態検出情報（ｂ）を生成する。例えば、制御対象機器２００が回転機器である場合、信号処理部３２０は、センシング部３１０の検出結果から、角度情報を状態検出情報として生成する。通信部３４０は、信号処理部３２０により生成された状態検出情報（ｂ）を、コントローラ１００に送信する。

【0033】

［処理手順（３）］
加速度センサ３３０は、エンコーダ３００に生じる加速度を検出し、加速度検出情報（ｃ）を生成する。この加速度検出情報には、加速度の値のほかに、加速度の方向、発生時刻を含めてもよい。

【0034】

通信部３４０は、加速度センサ３３０により生成された加速度検出情報（ｃ）を、コントローラ１００に送信する。この加速度検出情報（ｃ）のコントローラ１００への送信は、上記処理手順（２）の状態検出情報（ｂ）の送信と並行して行われる。通信部３４０は、状態検出情報（ｂ）と加速度検出情報（ｃ）とを、予め定めたタイミングで所定のフォーマットに従って、シリアル通信等によりコントローラ１００へ送信する。この場合、コントローラ１００は、エンコーダ３００に生じた加速度をリアルタイムで知ることができる。

【0035】

［処理手順（４）］
記憶部３５０は、制御部３０１の制御に従って、加速度センサ３３０で生成される加速度検出情報のうち、加速度の最大値を示すものを記憶する。すなわち、制御部３０１は、記憶部３５０に記憶された加速度検出情報に含まれる加速度と、新たに加速度センサ３３０において検出される加速度とを比較し、新たに検出される加速度が大きい場合に、記憶部３５０に新しい加速度検出情報（ｄ）を記憶させる。

【0036】

［処理手順（５）］
コントローラ１００は、記憶部３５０に記憶されている加速度の最大値を示す加速度検出情報（ｄ）を要求するリクエスト信号（ｅ）を、所定のタイミングでエンコーダ３００に送信する。

【0037】

エンコーダ３００において、制御部３０１は、通信部３４０を通してリクエスト信号（ｅ）を受信する。リクエスト信号（ｅ）を受信した制御部３０１は、記憶部３５０に記憶されている加速度の最大値を示す加速度検出情報を読み出し、通信部３４０を通して、読み出した加速度検出情報（ｆ）をコントローラ（１００）に送信する。この場合、コントローラ１００は、コントローラ１００側に適したタイミング、あるいは予め定めたタイミングにおいて、エンコーダ３００に生じた加速度を知ることができる。

【0038】

［処理手順（６）］
コントローラ１００は、処理手順（３）においてエンコーダ３００から受信した加速度検出情報（ｃ）、または処理手順（５）においてエンコーダ３００から受信した加速度検出情報（ｆ）に含まれる加速度を解析する。

【0039】

加速度を解析したコントローラ１００は、エンコーダ３００に生じる加速度が予め定めた閾値を超えたと判断した場合、制御対象機器２００を停止させる。すなわち、コントローラ１００は、制御対象機器２００に対して駆動信号（ａ）の供給を停止するか、または制御対象機器２００に対して制動信号（ｇ）を供給する。

【0040】

エンコーダ３００に生じる加速度についての閾値は、振動または衝撃によって、エンコーダ３００の回路基板に実装された電子部品の脱落、配線パターンの欠損などが生じる可能性がある値に設定することが望ましい。

【0041】

［処理手順（７）］
コントローラ１００は、制御対象機器２００を停止させた後、または制御対象機器２００を停止させる動作と並行して、エンコーダ３００に生じた加速度に起因して制御対象機器２００を停止させたことを、コントローラ１００の表示部での表示、または電子メールなどにより管理者に通知する。

【0042】

コントローラ１００は、エンコーダ３００の点検が必要であることを併せて管理者に通知してもよい。また、コントローラ１００は、加速度検出情報に含まれる加速度の値、加速度の方向、発生時刻などを管理者に通知してもよい。

【0043】

［実施の形態により得られる効果］
実施の形態１のエンコーダ３００は、制御対象機器２００の状態を検出するセンシング部３１０の他に、エンコーダ３００に生じる加速度を検出して加速度検出情報を生成する加速度センサ３３０を備え、制御対象機器２００の状態検出情報と、エンコーダ３００における加速度検出情報とを、コントローラ１００に送信する。このため、コントローラ１００は、制御対象機器２００の状態を検出しつつ、エンコーダ３００の不具合を検出することが可能になる。

【0044】

エンコーダ３００は、加速度の最大値を示す加速度検出情報を記憶する記憶部３５０を備えるため、エンコーダ３００に生じた加速度を確認することができる。

【0045】

エンコーダ３００は、制御部３０１を備えており、コントローラ１００からリクエスト信号を受信した場合、記憶部３５０に記憶されている加速度検出情報を読み出して、コントローラ１００に送信するように、制御部３０１がエンコーダ３００の各部を制御する。このため、コントローラ１００は、制御対象機器２００の状態を検出しつつ、エンコーダ３００の不具合を検出することが可能になる。

【0046】

エンコーダ３００は、制御対象機器２００の可動部の角度を検出して角度情報を状態検出情報として生成するため、例えば、制御対象機器２００が回転機器である場合、回転軸の回転角度を検出することができる。すなわち、エンコーダ３００は、状態検出情報として角度情報を出力しつつ、エンコーダ３００自身が受ける加速度検出情報を出力することができる。

【0047】

制御システム１において、コントローラ１００は、制御対象機器２００を駆動する際に、エンコーダ３００に生じる加速度が閾値を超えた場合に制御対象機器２００を停止させる。このため、制御対象機器２００を破損または機能喪失から保護することが可能になる。

【0048】

制御システム１において、エンコーダ３００は、コントローラ１００からのリクエスト信号に応じて、記憶部３５０に記憶されている加速度検出情報をコントローラ１００に送信する。このため、コントローラ１００は、エンコーダ３００に生じた加速度を必要に応じて知ることができ、制御対象機器２００を破損または機能喪失から保護することが可能になる。

【0049】

［その他の実施の形態］
以上の実施の形態１の説明では、記憶部３５０は、最大の加速度についての加速度検出情報を記憶すると説明したが、これに限定されるものではない。例えば、最大以外に、加速度の大きさに応じて上位複数個の加速度検出情報を記憶しておいてもよい。

【0050】

エンコーダ３００は、コントローラ１００からのリクエスト信号に応じて、記憶部３５０に記憶されている、最新の複数個の加速度検出情報をコントローラ１００に送信する。

【0051】

そして、コントローラ１００は、エンコーダ３００に生じた複数回の加速度の影響を総合的に判断して、例えば、閾値に近い加速度が複数回発生した場合、制御対象機器２００を停止させてもよい。これにより、エンコーダ３００の不具合を未然に防止し、制御対象機器２００を破損または機能喪失から保護することが可能になる。

【0052】

上記の処理手順（３）と処理手順（５）とは、いずれか一方であってもよいし、両方であってもよい。すなわち、エンコーダ３００からコントローラ１００への加速度検出情報の送信は、エンコーダ３００が定めたタイミングで行ってもよいし、コントローラ１００が要求するタイミングで行ってもよい。

【符号の説明】

【0053】

１ 制御システム、１００ コントローラ、２００ 制御対象機器、３００ エンコーダ、３０１ 制御部、３１０ センシング部、３２０ 信号処理部、３３０ 加速度センサ、３４０ 通信部、３５０ 記憶部。

【図1】

【図2】