JP2006234723A - Method of correcting rotation angle in rotation angle detector - Google Patents

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幸司 御池
Kiyotaka Uehira
清孝 植平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of correcting a rotation angle in a rotation angle detector, in a rotation angle detecting device for an handle with multiple revolutions used for a car body control system, that corrects mechanical errors, electrical errors, and magnetic errors with less correction data with high precision. <P>SOLUTION: The method uses a motor 9 for rotating a shaft 1 to be inspected, a motor controller 14 for controlling the rotation angle of the motor 9, and an encoder 10 for detecting the rotation angle of the motor 9. By using them, a difference between the rotation angle of the shaft 1 to be inspected that is actually rotated by the motor 9 and a calculated rotation angle of the shaft 1 determined by rotation angle detecting sections 3, 7 is stored in a nonvolatile memory 11 as a correction angle. With the correction angle, the calculated rotation angle of the shaft 1 is corrected. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドル回転角検出装置の回転角補正方法に関するものである。   The present invention relates to a rotation angle correction method of a multi-turn steering wheel rotation angle detection device used in a vehicle body control system of an automobile.

従来、アブソリュートエンコーダなどのように多回転する回転体の回転角を検出する装置としては、位相差を有する複数の回転体の回転角から被検軸の回転角を検出する回転角度の測定方法や装置が存在する。   Conventionally, as an apparatus for detecting the rotation angle of a rotating body that rotates multiple times, such as an absolute encoder, a rotation angle measuring method for detecting the rotation angle of a test shaft from the rotation angles of a plurality of rotating bodies having phase differences, The device exists.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開昭63−118614号公報
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 63-118614 A

しかしながら、上記の装置においては歯車の配列精度や芯振れ、また回転角検出部における検出誤差などにより、被検軸の回転角の検出精度が悪くなるという課題があった。   However, the above-described apparatus has a problem that the detection accuracy of the rotation angle of the shaft to be measured is deteriorated due to the alignment accuracy of the gears, the center deflection, and the detection error in the rotation angle detection unit.

本発明はこの課題を解決するためのものであり、歯車の機械的誤差や回転角検出部の電気的誤差を補正する高精度な回転角検出装置の回転角補正方法を提供することを目的とするものである。   The present invention is for solving this problem, and an object of the present invention is to provide a highly accurate rotation angle correction method for a rotation angle detector that corrects mechanical errors of gears and electrical errors of a rotation angle detector. To do.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、被検軸と連結したターゲットに対向する位置に配置した第1の回転角検出部と、前記被検軸の回転を減速する機構と、この減速された回転角を検出する第2の回転角検出部を備え、この第1の回転角検出部と第2の回転角検出部の信号により前記被検軸の回転角を算出する回転角検出装置において、前記被検軸を回転させるモータと、このモータの回転角を制御するモータコントローラと、このモータの回転角を検出するエンコーダとを用いて、前記モータにより実際に回転させた前記被検軸の回転角と前記第1および第2の回転角検出部より求めた前記被検軸の算出回転角との差を補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角でもって被検軸の前記算出回転角を補正するようにしたものである。   The invention according to claim 1 of the present invention includes a first rotation angle detector disposed at a position facing a target connected to a test shaft, a mechanism for decelerating the rotation of the test shaft, and the speed reduction. A rotation angle detecting device for calculating a rotation angle of the test shaft based on signals from the first rotation angle detection unit and the second rotation angle detection unit. A motor that rotates the test shaft, a motor controller that controls the rotation angle of the motor, and an encoder that detects the rotation angle of the motor. The difference between the rotation angle and the calculated rotation angle of the test axis obtained from the first and second rotation angle detectors is stored in a nonvolatile memory as a correction angle, and the calculation of the test axis is performed with this correction angle. The rotation angle is corrected.

本発明の請求項2に記載の発明は、全検出範囲における所定回転角毎に前記補正角を不揮発性メモリに記憶し被検軸の算出回転角を補正するとともに、前記所定回転角間においてはその前後に記憶した補正角で求めた近似直線から推定される補正角で補正するようにしたものである。   According to a second aspect of the present invention, the correction angle is stored in a nonvolatile memory for each predetermined rotation angle in the entire detection range to correct the calculated rotation angle of the test shaft, and between the predetermined rotation angles, Correction is performed with a correction angle estimated from an approximate straight line obtained with correction angles stored before and after.

本発明の請求項3に記載の発明は、ターゲットを被検軸の円周方向に等間隔で磁極が反転するように着磁してある多極リング磁石とし、各磁極幅に相当する回転範囲において各磁極の誤差の平均値を各磁極共通の補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角によって被検軸の算出回転角を補正するようにしたものである。   According to a third aspect of the present invention, the target is a multipolar ring magnet that is magnetized so that the magnetic poles are inverted at equal intervals in the circumferential direction of the test shaft, and a rotation range corresponding to each magnetic pole width. The average error of each magnetic pole is stored in a nonvolatile memory as a correction angle common to each magnetic pole, and the calculated rotation angle of the test axis is corrected by this correction angle.

本発明の請求項4に記載の発明は、ターゲットを被検軸の円周方向に等間隔で配置された凸部を持つ歯車とし、各歯幅に相当する回転範囲において各歯の誤差の平均値を各歯共通の補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角によって被検軸の算出回転角を補正するようにしたものである。   In the invention according to claim 4 of the present invention, the target is a gear having convex portions arranged at equal intervals in the circumferential direction of the shaft to be tested, and the average error of each tooth in the rotation range corresponding to each tooth width. The value is stored in a nonvolatile memory as a correction angle common to each tooth, and the calculated rotation angle of the test axis is corrected by this correction angle.

本発明の請求項5に記載の発明は、ターゲットを被検軸の円周方向に等間隔で非凹部が生ずるように凹部を配置したものとし、各凹部幅に相当する回転範囲において各凹部の誤差の平均値を各凹部共通の補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角によって被検軸の算出回転角を補正するようにしたものである。   In the invention according to claim 5 of the present invention, the target is provided with concave portions so that non-concave portions are formed at equal intervals in the circumferential direction of the test shaft, and each concave portion has a rotation range corresponding to each concave portion width. The average value of the errors is stored in a nonvolatile memory as a correction angle common to the respective recesses, and the calculated rotation angle of the test axis is corrected by this correction angle.

本発明の請求項6に記載の発明は、ターゲット間隔に相当する回転範囲において所定回転角毎に前記各ターゲット共通の補正角を不揮発性メモリに記憶し被検軸の算出回転角を補正すると共に、前記所定回転角間においては、その前後に記憶した補正角で求めた近似直線から推定される補正角で補正するようにしたものである。   According to a sixth aspect of the present invention, a correction angle common to each target is stored in a nonvolatile memory for each predetermined rotation angle in a rotation range corresponding to the target interval, and the calculated rotation angle of the test axis is corrected. Between the predetermined rotation angles, correction is performed with a correction angle estimated from an approximate straight line obtained with correction angles stored before and after the predetermined rotation angle.

これらの発明によれば、より少ない容量の補正データを不揮発性メモリに記憶し被検軸の前記算出回転角をこの補正データで補正することにより、構成部品の寸法ばらつきによる機械誤差や磁石の特性ばらつきによる磁気誤差や回転角検出部や検出回路部の電気誤差を含む被検軸の算出回転角の検出精度を大幅に向上できるという作用効果が得られるものである。   According to these inventions, correction data with a smaller capacity is stored in a non-volatile memory, and the calculated rotation angle of the test shaft is corrected with this correction data. The operational effect is obtained that the detection accuracy of the calculated rotation angle of the test axis including the magnetic error due to the variation and the electrical error of the rotation angle detection unit and the detection circuit unit can be greatly improved.

本発明によれば、多極リング磁石や回転角検出部の機械誤差、磁気誤差、電気誤差などにより発生する回転角検出精度の低下を、より少ない容量の不揮発性メモリに記憶した補正角にて補正することにより、被検軸の回転角検出精度を向上できる回転角検出装置を簡易な形態で提供することができるという効果を奏するものである。   According to the present invention, the decrease in the rotation angle detection accuracy caused by the mechanical error, magnetic error, electrical error, etc. of the multipolar ring magnet and the rotation angle detection unit can be reduced with the correction angle stored in the nonvolatile memory having a smaller capacity. By correcting the rotation angle, the rotation angle detection device capable of improving the rotation angle detection accuracy of the test shaft can be provided in a simple form.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施形態1について、図1〜図9を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本発明の実施の形態1における回転角検出装置の構成図、図2は回転角検出装置の補正システムの構成図である。図3は多極リング磁石に対向する位置に配置された第1の回転角検出部の信号を示す図である。図4は第1の回転角検出部の1周期分のSin信号とCos信号より求めた回転電気角と被検軸の回転機械角との関係を示す図である。図5は第1の回転角検出部の信号と第2の回転角検出部の信号より被検軸の多回転の回転機械角を算出する原理図である。図6は算出された被検軸の回転機械角に含まれる誤差を多極リング磁石の磁極ピッチに対応する回転機械角毎に求めたデータの一例を示す図である。図7は回転機械角誤差より補正近似直線を求める方法を示した図である。図8は各磁極の回転機械角誤差の平均値で補正した回転機械角誤差データの一例を示す図である。図9は各磁極の回転機械角誤差の平均値より補正近似直線を求める方法を示した図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a rotation angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a correction system of the rotation angle detection device. FIG. 3 is a diagram illustrating a signal of the first rotation angle detection unit arranged at a position facing the multipolar ring magnet. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotational electrical angle obtained from the Sin signal and Cos signal for one cycle of the first rotational angle detector and the rotational mechanical angle of the test shaft. FIG. 5 is a principle diagram for calculating the multi-rotation rotational mechanical angle of the test shaft from the signal of the first rotation angle detection unit and the signal of the second rotation angle detection unit. FIG. 6 is a diagram showing an example of data obtained by calculating the error included in the calculated rotary mechanical angle of the test shaft for each rotary mechanical angle corresponding to the magnetic pole pitch of the multipolar ring magnet. FIG. 7 is a diagram showing a method for obtaining a corrected approximate straight line from the rotating machine angle error. FIG. 8 is a diagram showing an example of rotating machine angle error data corrected with an average value of rotating machine angle errors of each magnetic pole. FIG. 9 is a diagram showing a method of obtaining a correction approximate straight line from the average value of the rotating machine angle error of each magnetic pole.

図1において、ターゲットである多極リング磁石2は被検軸1に連結され、この多極リング磁石2に対向する位置には第1の回転角検出部3が配置されている。ウォーム歯車4は被検軸1に連結され、このウォーム歯車4にはホイール歯車5が係合されている。ホイール歯車5の中央部には磁石6が配置され、この磁石6に対向する位置に回転角を検出する第2の回転角検出部7が配置されている。モータ9は被検軸1の端面に取り付けられ、エンコーダ10はモータ9による被検軸1の回転機械角を検出する。   In FIG. 1, a multipolar ring magnet 2 as a target is connected to a test shaft 1, and a first rotation angle detection unit 3 is disposed at a position facing the multipolar ring magnet 2. A worm gear 4 is connected to the shaft 1 to be tested, and a wheel gear 5 is engaged with the worm gear 4. A magnet 6 is disposed at the center of the wheel gear 5, and a second rotation angle detection unit 7 that detects a rotation angle is disposed at a position facing the magnet 6. The motor 9 is attached to the end surface of the test shaft 1, and the encoder 10 detects the rotating mechanical angle of the test shaft 1 by the motor 9.

図2において、不揮発性メモリ(EEPROM)11は補正角などを記憶するためのものである。CPU12は不揮発性メモリ(EEPROM)11や第1、第2の回転角検出部3,7と接続されており回転角を算出する。また、CPU12とモータコントローラ14とは角度信号や命令信号を送受信するシリアル通信ライン13で結ばれ、信号の送受信ができるようになっている。被検軸1にはモータ9が取り付けられており、モータコントローラ14によりその回転を高精度に駆動制御するようになっている。被検軸1の回転角はエンコーダ10で高精度に検出してモータコントローラ14にこの回転角を送信している。   In FIG. 2, a non-volatile memory (EEPROM) 11 is for storing correction angles and the like. The CPU 12 is connected to the nonvolatile memory (EEPROM) 11 and the first and second rotation angle detectors 3 and 7 and calculates the rotation angle. The CPU 12 and the motor controller 14 are connected by a serial communication line 13 that transmits and receives an angle signal and a command signal so that signals can be transmitted and received. A motor 9 is attached to the shaft 1 to be tested, and its rotation is driven and controlled with high accuracy by a motor controller 14. The rotation angle of the shaft 1 to be detected is detected with high accuracy by the encoder 10 and is transmitted to the motor controller 14.

図3において、横軸は被検軸1の回転機械角を示しており、縦軸は第1の回転角検出部3の出力信号を示している。被検軸1の回転に応じてSin信号15、Cos信号16が出力される。   In FIG. 3, the horizontal axis indicates the rotational mechanical angle of the test shaft 1, and the vertical axis indicates the output signal of the first rotation angle detection unit 3. A Sin signal 15 and a Cos signal 16 are output according to the rotation of the test shaft 1.

図4において、横軸は被検軸1の回転機械角を示しており、縦軸は図3に示したSin信号15とCos信号16より求めた回転電気角を示している。   In FIG. 4, the horizontal axis indicates the rotational mechanical angle of the test shaft 1, and the vertical axis indicates the rotational electrical angle obtained from the Sin signal 15 and the Cos signal 16 shown in FIG.

図5において、横軸は被検軸1の回転機械角を検出範囲に渡って示しており、縦軸は上段に第1の回転角検出部3より求めた回転電気角を、中段に第2の回転角検出部7より求めた回転電気角を、下段に第1の回転角検出部3と第2の回転角検出部7の信号より算出した回転電気角を組み合わせて算出された被検軸1の回転機械角を示している。   In FIG. 5, the horizontal axis indicates the rotation mechanical angle of the shaft 1 to be detected over the detection range, and the vertical axis indicates the rotation electrical angle obtained from the first rotation angle detection unit 3 in the upper stage and the second in the middle stage. The rotation electrical angle obtained from the rotation angle detection unit 7 is calculated by combining the rotation electrical angles calculated from the signals of the first rotation angle detection unit 3 and the second rotation angle detection unit 7 in the lower stage. 1 shows a rotating mechanical angle.

次に、以上の構成により被検軸1の回転角検出の方法について説明する。   Next, a method of detecting the rotation angle of the test shaft 1 with the above configuration will be described.

図1において被検軸1が回転すると、この被検軸1と連結している多極リング磁石2が回転する。第1の回転角検出部3からは多極リング磁石2の回転角に対応した信号を得ることができる。この実施の形態の場合、多極リング磁石2の磁極数が30であるため、1磁極あたりの回転機械角は12deg(=360deg/30極)となる。図3に示すように、被検軸1に取り付けられた多極リング磁石2の1磁極あたりの回転機械角(12deg)に対し、第1の回転角検出部3の信号であるSin信号15とCos信号16は1周期(回転電気角の360degに相当)変化する。図4において図3に示した第1の回転角検出部3の信号より算出した回転電気角17から求められる理想的な回転機械角は回転機械角18のように直線的に変化するが、多極リング磁石2の着磁バラツキや偏心あるいは第1の回転角検出部3の感度バラツキや位置バラツキ等の影響で回転電気角17から求められる回転機械角は、理想的な回転機械角18に対し回転機械角19のように誤差を含むようになる。そして図5の上段の図に示すように、第1の回転角検出部3より求めた回転電気角17から被検軸1の0degから12degの回転機械角19を高精度、高分解能に求めることができる。   In FIG. 1, when the test shaft 1 rotates, the multipolar ring magnet 2 connected to the test shaft 1 rotates. A signal corresponding to the rotation angle of the multipolar ring magnet 2 can be obtained from the first rotation angle detector 3. In the case of this embodiment, since the number of magnetic poles of the multipolar ring magnet 2 is 30, the rotational mechanical angle per magnetic pole is 12 deg (= 360 deg / 30 poles). As shown in FIG. 3, with respect to the rotational mechanical angle (12 deg) per magnetic pole of the multipolar ring magnet 2 attached to the test shaft 1, a Sin signal 15 that is a signal of the first rotational angle detector 3 and The Cos signal 16 changes by one cycle (corresponding to 360 deg of rotation electrical angle). In FIG. 4, an ideal rotating machine angle obtained from the rotating electrical angle 17 calculated from the signal of the first rotation angle detecting unit 3 shown in FIG. The rotating mechanical angle obtained from the rotating electrical angle 17 due to the influence of the magnetization variation and eccentricity of the polar ring magnet 2 or the sensitivity variation and position variation of the first rotation angle detector 3 is the ideal rotational mechanical angle 18. An error is included like the rotating mechanical angle 19. Then, as shown in the upper diagram of FIG. 5, the rotational mechanical angle 19 from 0 deg to 12 deg of the shaft 1 to be measured is obtained with high accuracy and high resolution from the rotational electrical angle 17 obtained from the first rotational angle detector 3. Can do.

一方、被検軸1に連結されたウォーム歯車4が回転し、ある一定の減速比でホイール歯車5も回転する。この事例では減速比を1/4としている。このホイール歯車5の回転角は磁石6の磁界方向を検出する第2の回転角検出部7の信号より算出する。図5の中段に示すように、第2の回転角検出部7のSin信号とCos信号より求めた回転電気角20より被検軸1の検出範囲である0degから720degの回転機械角21を求めることができる。図5の下段に示すように、第1の回転角検出部3より求めた回転機械角19の値がどの周期(磁極)のものなのかを、第2の回転角検出部7より求めた回転機械角21より決定して被検軸1の回転機械角22を求める。図5の下段においても図4で述べた同様の影響で、算出された前記回転機械角22にも理想回転機械角23に対する誤差を含む。   On the other hand, the worm gear 4 connected to the test shaft 1 rotates, and the wheel gear 5 also rotates at a certain reduction ratio. In this example, the reduction ratio is 1/4. The rotation angle of the wheel gear 5 is calculated from a signal from the second rotation angle detector 7 that detects the magnetic field direction of the magnet 6. As shown in the middle of FIG. 5, a rotary mechanical angle 21 of 0 deg to 720 deg, which is the detection range of the shaft 1 to be measured, is obtained from the rotary electrical angle 20 obtained from the Sin signal and Cos signal of the second rotation angle detector 7. be able to. As shown in the lower part of FIG. 5, the rotation obtained from the second rotation angle detection unit 7 indicates which period (magnetic pole) the value of the rotation mechanical angle 19 obtained from the first rotation angle detection unit 3 belongs to. The rotational mechanical angle 22 of the test shaft 1 is determined by determining from the mechanical angle 21. Also in the lower part of FIG. 5, due to the same effect described in FIG.

次に、以上の構成における被検軸1の回転角検出精度を向上(前記誤差を削減する)させる方法について説明する。   Next, a method for improving the rotation angle detection accuracy of the test shaft 1 in the above configuration (reducing the error) will be described.

図6は横軸に第1の回転角検出部3の信号であるSin信号とCos信号より算出されるTan信号(=Sin/Cos)を逆変換した回転電気角17より算出した回転機械角19をとり、縦軸には被検軸1が実際に回転した回転機械角18と前記回転機械角19との差である回転機械角誤差24を取っている。モータコントローラ14では、エンコーダ10で検出した被検軸1の回転機械角18と、シリアル通信ライン13を経由して得られる回転角検出装置8に内蔵されたCPU12で算出された被検軸1の前記回転機械角19とを同期して格納できるようになっている。すなわち、モータコントローラ14では回転角検出装置8で算出された被検軸1の回転機械角19に対し回転機械角誤差24を(式1)で確定することができる。   FIG. 6 shows a rotary mechanical angle 19 calculated from a rotary electrical angle 17 obtained by inversely converting a Tan signal (= Sin / Cos) calculated from a Sin signal and a Cos signal, which are signals of the first rotation angle detector 3, on the horizontal axis. The rotary machine angle error 24, which is the difference between the rotary machine angle 18 where the test shaft 1 is actually rotated and the rotary machine angle 19, is taken on the vertical axis. In the motor controller 14, the rotation mechanical angle 18 of the test shaft 1 detected by the encoder 10 and the test shaft 1 calculated by the CPU 12 built in the rotation angle detection device 8 obtained via the serial communication line 13. The rotating mechanical angle 19 can be stored synchronously. That is, the motor controller 14 can determine the rotational mechanical angle error 24 with respect to the rotational mechanical angle 19 of the shaft 1 calculated by the rotational angle detection device 8 using (Equation 1).

(回転機械角誤差24)=(算出された被検軸1の回転機械角19)−(被検軸1が実際に回転した回転機械角18)……(式1)
図7には実際に取得した回転機械角誤差24のデータ例を記載している。
(Rotational mechanical angle error 24) = (Calculated rotational mechanical angle 19 of the test shaft 1) − (Rotational mechanical angle 18 at which the test shaft 1 is actually rotated) (Equation 1)
FIG. 7 shows an example of data of the rotational machine angle error 24 actually acquired.

モータコントローラ14はこの回転機械角誤差24をシリアル通信ライン13にてCPU12へ送信し、CPU12は各回転機械角19に対しこの回転機械角誤差24を不揮発性メモリ(EEPROM)11に格納する。故にCPU12は常時算出された被検軸1の前記回転機械角19を、前記回転機械角誤差24を用いて(式2)で補正することができる。   The motor controller 14 transmits the rotary machine angle error 24 to the CPU 12 via the serial communication line 13, and the CPU 12 stores the rotary machine angle error 24 in the nonvolatile memory (EEPROM) 11 for each rotary machine angle 19. Therefore, the CPU 12 can correct the rotational mechanical angle 19 of the shaft 1 to be constantly calculated by using the rotational mechanical angle error 24 (Equation 2).

(被検軸1が実際に回転した回転機械角18)=(算出された被検軸1の回転機械角19)−(回転機械角誤差24)……(式2)
しかし、全回転検出範囲にわたり前記回転機械角誤差24を記憶するには容量の大きい不揮発性メモリ(EEPROM)11が必要になる。回転検出範囲が720deg、分解能が1degとした場合、720の不揮発性メモリ容量が必要となる。
(Rotating mechanical angle 18 at which the test shaft 1 is actually rotated) = (Calculated rotating mechanical angle 19 of the test shaft 1) − (Rotating mechanical angle error 24) (Equation 2)
However, a large-capacity nonvolatile memory (EEPROM) 11 is required to store the rotating machine angle error 24 over the entire rotation detection range. When the rotation detection range is 720 deg and the resolution is 1 deg, a non-volatile memory capacity of 720 is required.

そこで、ある所定の回転機械角毎(図7の例では3deg毎)に求めた前記回転機械角誤差24を不揮発性メモリ(EEPROM)11に記憶するとすれば240(720/3)の容量に削減できる。ある所定の回転機械角間の前記回転機械角誤差24は、3deg毎の前記回転機械角誤差24より求める近似直線にて推定する。   Therefore, if the rotating machine angle error 24 obtained every predetermined rotating machine angle (every 3 degrees in the example of FIG. 7) is stored in the nonvolatile memory (EEPROM) 11, the capacity is reduced to 240 (720/3). it can. The rotating machine angle error 24 between certain predetermined rotating machine angles is estimated by an approximate straight line obtained from the rotating machine angle error 24 every 3 degrees.

xをある3deg間における回転機械角、cをxよりも小さく最も近い3deg毎の回転機械角とする。すなわちc<x<c+3とする。mを(c+3)における回転機械角誤差24とし、nをcにおける回転機械角誤差24とする。これらの値に基づいた前記回転機械角誤差24の近似直線は(式3)で表される。   Let x be the rotating machine angle between 3 deg and c be the rotating machine angle every 3 deg closest to x. That is, c <x <c + 3. Let m be the rotating machine angle error 24 at (c + 3) and n be the rotating machine angle error 24 at c. An approximate straight line of the rotating machine angle error 24 based on these values is expressed by (Equation 3).

y=(m−n)・(x−c)/3+n……(式3)
モータコントローラ14は前記モータ9を回転させ、シリアル通信ライン13より得られる前記回転機械角19の3deg毎に被検軸1の回転機械角18を前記エンコーダ10より同期させて取得する。図7において回転機械角19(c)が0degの時の回転機械角誤差24(n)が0.001degとなっており、回転機械角19(c+3)が3degの時の回転機械角誤差24(m)が0.012degとなっている。回転機械角19が0degから3degまでの0.5deg毎の回転機械角誤差24を求める式はこれらの値を(式3)に代入して
y=(0.012−0.001)・(x−0)/3+0.001
=0.0036・x+0.001……(式4)
となる。例えば回転機械角19が1degの時の回転機械角誤差24は(式4)により0.0046degとなる。回転機械角19が3degから6degまでの1deg毎の回転機械角誤差24も同様の方法で求める。このようにして求められた回転機械角誤差24にて算出された被検軸1の回転機械角19を(式1)で補正する。
y = (mn). (xc) / 3 + n (Formula 3)
The motor controller 14 rotates the motor 9 and acquires the rotary mechanical angle 18 of the shaft 1 to be tested in synchronization with the encoder 10 every 3 degrees of the rotary mechanical angle 19 obtained from the serial communication line 13. In FIG. 7, the rotational mechanical angle error 24 (n) when the rotational mechanical angle 19 (c) is 0 deg is 0.001 deg, and the rotational mechanical angle error 24 (when the rotational mechanical angle 19 (c + 3) is 3 deg) ( m) is 0.012 deg. The formula for obtaining the rotary mechanical angle error 24 every 0.5 deg when the rotary mechanical angle 19 is 0 deg to 3 deg is obtained by substituting these values into (Equation 3). Y = (0.012-0.001) · (x −0) /3+0.001
= 0.0036 · x + 0.001 (Formula 4)
It becomes. For example, the rotational mechanical angle error 24 when the rotational mechanical angle 19 is 1 deg is 0.0046 deg according to (Equation 4). The rotational mechanical angle error 24 for each deg when the rotational mechanical angle 19 is 3 deg to 6 deg is also obtained by the same method. The rotational mechanical angle 19 of the test shaft 1 calculated based on the rotational mechanical angle error 24 thus obtained is corrected by (Equation 1).

更に、この不揮発性メモリの容量を削減するため、図6に示すように各磁極の回転機械角誤差24の平均値25を算出された回転機械角19に対し1磁極ピッチの回転機械角(この実施の形態では12deg)毎に(式5)で求める。   Further, in order to reduce the capacity of the nonvolatile memory, as shown in FIG. 6, the rotating machine angle (which is one magnetic pole pitch) with respect to the calculated rotating machine angle 19 of the average value 25 of the rotating machine angle error 24 of each magnetic pole (this In the embodiment, it is obtained by (Equation 5) every 12 deg).

平均値25=(ある回転機械角19における1〜N磁極までの回転機械角誤差24の和)/N……(式5)
前記平均値25より回転機械角誤差26を(式6)で求める。
Average value 25 = (sum of rotating machine angle errors 24 from 1 to N magnetic poles at a certain rotating machine angle 19) / N (Expression 5)
From the average value 25, a rotary machine angle error 26 is obtained by (Equation 6).

(回転機械角誤差26)=(算出された被検軸1の回転機械角19)−(被検軸1が実際に回転した回転機械角18)−(各磁極の回転機械角誤差の平均値25)……(式6)
図8は図6のデータを(式6)に代入し算出した回転機械角誤差26をプロットしたものである。図6に示す各磁極の回転機械角誤差24の発生傾向には相関性が見られるため、回転機械角誤差24のばらつき±0.2degに対し、図8に示す回転機械角誤差26のばらつきが±0.1deg以下に縮小されている。
(Rotational mechanical angle error 26) = (Calculated rotational mechanical angle 19 of the test shaft 1) − (Rotational mechanical angle 18 at which the test shaft 1 actually rotates) − (Average value of the rotational mechanical angle error of each magnetic pole) 25) ... (Formula 6)
FIG. 8 is a plot of the rotational machine angle error 26 calculated by substituting the data of FIG. 6 into (Equation 6). Since there is a correlation in the tendency of occurrence of the rotating machine angle error 24 of each magnetic pole shown in FIG. 6, the variation of the rotating machine angle error 26 shown in FIG. It is reduced to ± 0.1 deg or less.

モータコントローラ14では、エンコーダ10で検出した被検軸1の回転機械角18とシリアル通信ライン13経由で得られる回転角検出装置8内蔵のCPU12で算出された被検軸1の回転機械角19とを同期して格納できるようになっているので、(式1)より求めた各磁極の回転機械角誤差24の平均値25を(式5)で算出できる。この平均値25はシリアル通信ライン13にてCPU12へ送信し、CPU12にて不揮発性メモリ(EEPROM)11に格納する。故にCPU12は常時前記算出された被検軸1の回転機械角19を、前記回転機械角誤差の平均値25を用いて回転機械角誤差26を含む形ではあるが、(式7)で補正することができる。   In the motor controller 14, the rotary mechanical angle 18 of the test shaft 1 detected by the encoder 10 and the rotary mechanical angle 19 of the test shaft 1 calculated by the CPU 12 built in the rotational angle detection device 8 obtained via the serial communication line 13 Thus, the average value 25 of the rotating machine angle error 24 of each magnetic pole obtained from (Equation 1) can be calculated by (Equation 5). This average value 25 is transmitted to the CPU 12 through the serial communication line 13 and stored in the nonvolatile memory (EEPROM) 11 by the CPU 12. Therefore, the CPU 12 always corrects the calculated rotational mechanical angle 19 of the test shaft 1 by using the average value 25 of the rotational mechanical angle error, including the rotational mechanical angle error 26, using (Equation 7). be able to.

(被検軸1が実際に回転した回転機械角18)+(回転機械角誤差26)=(算出された被検軸1の回転機械角19)−(回転機械角誤差の平均値25)……(式7)
さらに、不揮発性メモリ(EEPROM)11の容量を削減する方法について図9にて説明する。図9は図7の一部を拡大表示したものである。仮に図9にプロットされているような各磁極の前記回転機械角誤差の平均値25を、0.5deg間隔で回転機械角19を0degから12degの範囲において不揮発性メモリ(EEPROM)11に記憶するとすれば24の容量が必要となるが、ある所定の回転機械角毎(図9の例では2deg毎)に求めた各磁極の前記回転機械角誤差の平均値25を不揮発性メモリ(EEPROM)11に記憶すれば6(=12/2)の容量に削減できる。ある所定の回転機械角間の前記平均値25は2deg毎の平均値25より求める近似直線にて推定する。
(Rotating machine angle 18 at which the test shaft 1 is actually rotated) + (Rotating mechanical angle error 26) = (Calculated rotating mechanical angle 19 of the test shaft 1) − (Average value 25 of rotating mechanical angle error) ... (Formula 7)
Further, a method for reducing the capacity of the nonvolatile memory (EEPROM) 11 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. If the average value 25 of the rotational mechanical angle error of each magnetic pole as plotted in FIG. 9 is stored in the nonvolatile memory (EEPROM) 11 in the range of 0 deg to 12 deg at intervals of 0.5 deg. 24 capacity is required, but the average value 25 of the rotational mechanical angle error of each magnetic pole obtained for each predetermined rotational mechanical angle (every 2 deg in the example of FIG. 9) is a non-volatile memory (EEPROM) 11. Can be reduced to a capacity of 6 (= 12/2). The average value 25 between certain predetermined rotating machine angles is estimated by an approximate straight line obtained from the average value 25 every 2 degrees.

xをある2deg間の回転機械角、c1をxよりも小さく最も近い2deg毎の回転機械角とする。すなわちc1<x<c1+2とする。m1を(c1+2)における平均値25の値、n1をc1における平均値25の値とする。これらの値に基づいた前記平均値25の近似直線は(式8)で表される。   Let x be the rotating mechanical angle between two degs, and c1 be the rotating mechanical angle every 2 deg closest to x. That is, c1 <x <c1 + 2. Let m1 be the value of the average value 25 at (c1 + 2) and n1 be the value of the average value 25 at c1. An approximate straight line of the average value 25 based on these values is expressed by (Equation 8).

y1=(m1−n1)・(x−c1)/2+n1……(式8)
モータコントローラ14は前記モータ9を回転させると共に、シリアル通信ライン13より2deg毎の前記回転機械角19を取得し前記エンコーダ10より被検軸1の回転機械角18を取得する。これらの回転機械角18、回転機械角19及び(式1)より回転機械角誤差24を求め、更に(式5)にて平均値25を求める。
y1 = (m1-n1). (x-c1) / 2 + n1 (Formula 8)
The motor controller 14 rotates the motor 9, acquires the rotary mechanical angle 19 every 2 deg from the serial communication line 13, and acquires the rotary mechanical angle 18 of the test shaft 1 from the encoder 10. The rotary machine angle error 24 is obtained from the rotary machine angle 18, the rotary machine angle 19 and (Equation 1), and the average value 25 is obtained by (Equation 5).

図9において回転機械角19の値(c1)が0degの時における平均値25の値(n1)が0.031degとなっており、回転機械角19の値(c1+2)が2degの時における平均値25の値(m1)が0.042degとなっている。   In FIG. 9, the value (n1) of the average value 25 when the value (c1) of the rotating machine angle 19 is 0 deg is 0.031 deg, and the average value when the value (c1 + 2) of the rotating machine angle 19 is 2 deg. The value (m1) of 25 is 0.042 deg.

回転機械角19が0degから2degまでの0.5deg毎の平均値25を求める式はこれらの値を(式8)に代入して
y1=(0.042−0.031)・(x−0)/2+0.031=0.0055・x+0.031……(式9)
となる。例えば、回転機械角19の値が1degの時の平均値25の値は(式9)より0.0365degとなる。回転機械角19の値が2degから4degまでの0.5deg毎の平均値25の値も同様の方法で求める。このようにして求められた平均値25にて算出された被検軸1の回転機械角19を(式7)で補正する。図6に示した平均値25の値を(式8)の近似直線で推定し(式6)で回転機械角誤差26を求めても、図8に示す回転機械角誤差26とほぼ同様の結果を得た。
The formula for obtaining the average value 25 every 0.5 deg when the rotational mechanical angle 19 is 0 deg to 2 deg is obtained by substituting these values into (Equation 8). Y1 = (0.042−0.031) · (x−0) ) /2+0.031=0.0055·x+0.031 (Formula 9)
It becomes. For example, the value of the average value 25 when the value of the rotating mechanical angle 19 is 1 deg is 0.0365 deg from (Equation 9). The value of the average value 25 every 0.5 deg from the 2 deg to 4 deg value of the rotating mechanical angle 19 is also obtained in the same manner. The rotational mechanical angle 19 of the test shaft 1 calculated with the average value 25 thus determined is corrected by (Equation 7). Even if the average value 25 shown in FIG. 6 is estimated by the approximate straight line of (Equation 8) and the rotary machine angle error 26 is obtained by (Equation 6), the result is almost the same as the rotary machine angle error 26 shown in FIG. Got.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図10を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図10は実施の形態2におけるターゲットの斜視図である。このターゲット27の外周面には、磁性体からなる凸部が円周方向に等間隔で配置されている。このターゲット27を備える回転角検出装置でも実施の形態1における第1の回転角検出部の信号と同様の形状をなしており、この信号により回転角を算出することができる。なお、本実施の形態2のターゲットを用いた回転角検出装置は上述した実施の形態1に係る回転角検出装置の構成及び動作と同様であるため、その説明は省略する。   FIG. 10 is a perspective view of the target in the second embodiment. On the outer peripheral surface of the target 27, convex portions made of a magnetic material are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The rotation angle detection device including the target 27 has the same shape as the signal of the first rotation angle detection unit in the first embodiment, and the rotation angle can be calculated from this signal. In addition, since the rotation angle detection apparatus using the target of this Embodiment 2 is the same as that of the rotation angle detection apparatus which concerns on Embodiment 1 mentioned above, the description is abbreviate | omitted.

(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図11を用いて説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.

図11は実施の形態3におけるターゲットの斜視図である。このターゲット28は円筒部を有しており、円筒部の外周面には円周方向に等間隔で非凹部が生ずるように凹部が配置されている。このターゲット28を備える回転角検出装置でも、実施の形態1における第1の回転角検出部の信号と同様の形状をなしており、この信号により回転角を算出することができる。なお、本実施の形態3のターゲットを用いた回転角検出装置は上述した実施の形態1に係る回転角検出装置の構成及び動作と同様であるため、その説明は省略する。   FIG. 11 is a perspective view of a target in the third embodiment. The target 28 has a cylindrical portion, and concave portions are arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical portion so that non-recessed portions are formed at equal intervals in the circumferential direction. The rotation angle detection device including the target 28 has the same shape as the signal of the first rotation angle detection unit in the first embodiment, and the rotation angle can be calculated from this signal. In addition, since the rotation angle detection apparatus using the target of this Embodiment 3 is the same as that of the rotation angle detection apparatus which concerns on Embodiment 1 mentioned above, the description is abbreviate | omitted.

以上のように本実施の形態における回転角検出装置は、検出範囲において或いは多極リング磁石の各磁極幅に対応する回転範囲において前記被検軸1の算出回転角に対する補正角を不揮発性メモリ(EEPROM)11に記憶する方法により、またはある一定回転角ごとに前記補正角を不揮発性メモリ(EEPROM)11に記憶する方法により、多極リング磁石や回転角検出部の磁気誤差、機械誤差、電気誤差による回転角検出精度の低下をより少ない容量の不揮発性メモリで補正することにより被検軸の検出回転角の精度を向上することができるという作用効果も得られる。   As described above, the rotation angle detection device according to the present embodiment stores a correction angle for the calculated rotation angle of the test shaft 1 in a non-volatile memory in the detection range or in the rotation range corresponding to each magnetic pole width of the multipolar ring magnet. EEPROM) 11 or a method of storing the correction angle in a non-volatile memory (EEPROM) 11 for every certain rotation angle, a magnetic error, mechanical error, electrical error of a multipolar ring magnet or a rotation angle detector. By correcting the decrease in the rotation angle detection accuracy due to an error with a non-volatile memory having a smaller capacity, it is possible to improve the accuracy of the detected rotation angle of the test shaft.

本発明にかかる回転角検出装置の回転角補正方法は、より少ない容量の不揮発性メモリを用いた簡単な構成で、被検軸の多回転を高精度に検出することができるという作用効果を有しており、車両のパワーステアリング等で使用される回転角検出装置の回転角補正方法として用いるのに適している。   The rotation angle correction method of the rotation angle detection device according to the present invention has the effect of being able to detect multiple rotations of the test shaft with high accuracy with a simple configuration using a nonvolatile memory with a smaller capacity. Therefore, it is suitable for use as a rotation angle correction method of a rotation angle detection device used in vehicle power steering or the like.

本発明の実施の形態1における回転角検出装置の構成図Configuration diagram of rotation angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における回転角検出装置の補正システムの構成図Configuration diagram of a correction system of a rotation angle detection device in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における第1の回転角検出部の信号を示す図The figure which shows the signal of the 1st rotation angle detection part in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における被検軸の回転電気角と回転機械角との関係を示す図The figure which shows the relationship between the rotation electrical angle of the test shaft and rotation mechanical angle in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における被検軸の多回転の回転機械角を算出する原理図FIG. 2 is a principle diagram for calculating a multi-rotation rotating mechanical angle of a test shaft in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1における算出された被検軸の回転機械角に含まれる誤差の一例を示す図The figure which shows an example of the error contained in the rotation mechanical angle of the calculated test shaft in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における回転機械角誤差より補正近似直線を求める方法を示す図The figure which shows the method of calculating | requiring a correction | amendment approximate straight line from the rotation machine angle error in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における各磁極の回転機械角誤差の平均値で補正した後の回転機械角誤差の一例を示す図The figure which shows an example of the rotation machine angle error after correct | amending with the average value of the rotation machine angle error of each magnetic pole in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における各磁極の回転機械角誤差の平均値より補正近似直線を求める方法を示す図The figure which shows the method of calculating | requiring a correction | amendment approximate straight line from the average value of the rotation machine angle error of each magnetic pole in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるターゲットの斜視図The perspective view of the target in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3におけるターゲットの斜視図The perspective view of the target in Embodiment 3 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 被検軸
2 多極リング磁石
3 第1の回転角検出部
4 ウォーム歯車
5 ホイール歯車
6 磁石
7 第2の回転角検出部
8 回転角検出装置
9 モータ
10 エンコーダ
11 不揮発性メモリ(EEPROM)
12 CPU
13 シリアル通信ライン
14 モータコントローラ
15 Sin信号
16 Cos信号
17,20 回転電気角
18,19,21,22 回転機械角
23 理想回転機械角
24,26 回転機械角誤差
25 平均値
27,28 ターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test shaft 2 Multipolar ring magnet 3 1st rotation angle detection part 4 Worm gear 5 Wheel gear 6 Magnet 7 2nd rotation angle detection part 8 Rotation angle detection apparatus 9 Motor 10 Encoder 11 Non-volatile memory (EEPROM)
12 CPU
13 Serial communication line 14 Motor controller 15 Sin signal 16 Cos signal 17, 20 Rotating electrical angle 18, 19, 21, 22 Rotating mechanical angle 23 Ideal rotating mechanical angle 24, 26 Rotating mechanical angle error 25 Average value 27, 28 Target

Claims (6)

被検軸と連結したターゲットに対向する位置に配置した第1の回転角検出部と、前記被検軸の回転を減速する機構と、この減速された回転角を検出する第2の回転角検出部を備え、この第1の回転角検出部と第2の回転角検出部の信号により前記被検軸の回転角を算出する回転角検出装置において、前記被検軸を回転させるモータと、このモータの回転角を制御するモータコントローラと、このモータの回転角を検出するエンコーダとを用いて、前記モータにより実際に回転させた前記被検軸の回転角と前記第1および第2の回転角検出部より求めた前記被検軸の算出回転角との差を補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角でもって被検軸の前記算出回転角を補正するようにした回転角検出装置の回転角補正方法。 A first rotation angle detector disposed at a position facing the target connected to the test shaft, a mechanism for decelerating the rotation of the test shaft, and a second rotation angle detection for detecting the decelerated rotation angle A rotation angle detecting device that calculates a rotation angle of the test shaft based on signals from the first rotation angle detection unit and the second rotation angle detection unit, and a motor that rotates the test shaft, Using a motor controller that controls the rotation angle of the motor and an encoder that detects the rotation angle of the motor, the rotation angle of the test shaft actually rotated by the motor and the first and second rotation angles A rotation angle detection device that stores a difference from the calculated rotation angle of the test axis obtained from the detection unit in a nonvolatile memory as a correction angle, and corrects the calculated rotation angle of the test axis with the correction angle. Rotation angle correction method. 全検出範囲における所定回転角毎に前記補正角を不揮発性メモリに記憶し被検軸の算出回転角を補正するとともに、前記所定回転角間においてはその前後に記憶した補正角で求めた近似直線から推定される補正角で補正するようにした請求項1に記載の回転角検出装置の回転角補正方法。 The correction angle is stored in a non-volatile memory for each predetermined rotation angle in the entire detection range, and the calculated rotation angle of the test axis is corrected, and between the predetermined rotation angles, from the approximate straight line obtained with the correction angles stored before and after the predetermined rotation angle The rotation angle correction method of the rotation angle detection device according to claim 1, wherein the correction is performed with an estimated correction angle. ターゲットを被検軸の円周方向に等間隔で磁極が反転するように着磁してある多極リング磁石とし、各磁極幅に相当する回転範囲において各磁極の誤差の平均値を各磁極共通の補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角によって被検軸の算出回転角を補正するようにした請求項1に記載の回転角検出装置の回転角補正方法。 The target is a multipolar ring magnet that is magnetized so that the magnetic poles are reversed at equal intervals in the circumferential direction of the test shaft, and the average value of the error of each magnetic pole is common to each magnetic pole in the rotation range corresponding to each magnetic pole width. The rotation angle correction method of the rotation angle detection device according to claim 1, wherein the correction angle is stored in a non-volatile memory and the calculated rotation angle of the test axis is corrected by the correction angle. ターゲットを被検軸の円周方向に等間隔で配置された凸部を持つ歯車とし、各歯幅に相当する回転範囲において各歯の誤差の平均値を各歯共通の補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角によって被検軸の算出回転角を補正するようにした請求項1に記載の回転角検出装置の回転角補正方法。 The target is a gear having convex portions arranged at equal intervals in the circumferential direction of the axis to be examined, and a non-volatile memory having an average value of error of each tooth in a rotation range corresponding to each tooth width as a correction angle common to each tooth The rotation angle correction method of the rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle is stored and the calculated rotation angle of the test shaft is corrected by the correction angle. ターゲットを被検軸の円周方向に等間隔で非凹部が生ずるように凹部を配置したものとし、各凹部幅に相当する回転範囲において各凹部の誤差の平均値を各凹部共通の補正角として不揮発性メモリに記憶し、この補正角によって被検軸の算出回転角を補正するようにした請求項1に記載の回転角検出装置の回転角補正方法。 It is assumed that the target is arranged with recesses so that non-recesses are formed at equal intervals in the circumferential direction of the test shaft, and the average error value of each recess in the rotation range corresponding to each recess width is the correction angle common to each recess. The rotation angle correction method for a rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle correction device stores the data in a non-volatile memory and corrects the calculated rotation angle of the test axis by the correction angle. ターゲット間隔に相当する回転範囲において所定回転角毎に前記各ターゲット共通の補正角を不揮発性メモリに記憶し被検軸の算出回転角を補正すると共に、前記所定回転角間においてはその前後に記憶した補正角で求めた近似直線から推定される補正角で補正するようにした請求項3から請求項5のいずれかに記載の回転角検出装置の回転角補正方法。 A correction angle common to each target is stored in a non-volatile memory for each predetermined rotation angle in a rotation range corresponding to the target interval, and the calculated rotation angle of the test axis is corrected, and is stored before and after the predetermined rotation angle. 6. The rotation angle correction method for a rotation angle detection device according to claim 3, wherein the correction is performed using a correction angle estimated from an approximate straight line obtained from the correction angle.
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