CN106989762A - 编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在使用磁阻元件的编码器中适当反应补偿并提高精度的技术。编码器具备磁阻元件(10)和控制部(20)。控制部(20)具备ADC(21)、角度计算部(22)以及补偿控制部(23)。角度计算部(22)通过ADC(21)从磁阻元件(10)获取A相信号以及B相信号，并计算磁体(50)的角度位置。补偿控制部(23)根据A相信号以及B相信号计算利萨茹波形，并且从将圆形的利萨茹波形等分割而形成的规定的候补点使用连续的三点，并求出两条两点间的中垂线，将该交点计算为补偿。

Description

编码器
技术领域
本发明涉及一种编码器，例如涉及一种对基于具有π/2的相位差的A相信号以及B相信号的磁传感器输出获得的旋转角进行计算的磁式编码器。
背景技术
作为检测被检测物的位移量、位移的绝对值的装置，公知有一种磁式线性编码器。例如，作为磁式线性编码器，使被磁化成NS的两极的圆盘状的磁体旋转，利用磁阻元件检测其磁场变化，对获得的Sin信号以及Cos信号进行AD变换并输入微机，对旋转位置的绝对值进行检测。
在这样的磁式编码器中，例如若将反正切信号的相位作为参数，将Sin信号作为直角坐标系的Y坐标，将Cos信号作为直角坐标系的X坐标进行描绘时，则获得所谓的利萨茹波形。若假定Sin信号和Cos信号是没有噪音等的理想的信号，则利萨茹波形是没有中心偏离或者歪斜的圆形。但是，实际上因传感器的偏差等存在利萨茹波形是中心偏离的圆形的情况，即从Y坐标和X坐标的交点至利萨茹波形的圆周上的距离不同的情况。因此，在从工场出货编码器时，通常预先进行补偿修正。而且，还存在考虑出货时(初始)的补偿调整环境和实际的使用环境，特别是温度环境不同的使用环境的不同，对补偿误差进行调整的技术(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-78340号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在通过与Y轴的两个交点和与X轴的两个交点计算补偿的技术中，在只活动较小的旋转角度那样的情况的应用中，补偿计算存在界限，需要一种即使在这样的状况下也能够实现精度提高的技术。
本发明是为了解决上述的状况而完成的，其目的是在使用磁阻元件的编码器中，适当反应补偿并提高精度。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的编码器具备：磁体，所述磁体被磁化成NS的两极；磁传感器，所述磁传感器以与所述磁体相向的方式配置，并输出具有π/2的相位差的A相信号和B相信号；旋转量计算部，所述旋转量计算部基于所述A相信号和所述B相信号计算旋转量；以及补偿控制部，所述补偿控制部基于所述A相信号和所述B相信号，在直角坐标系上形成利萨茹波形，并基于所述利萨茹波形计算所述A相信号和所述B相信号的补偿，所述补偿控制部根据由在所述利萨茹波形所呈现的圆周上被均等地分割为规定的数量的候补点中的连续的三点形成的两个边的中垂线的交点检测补偿。
在此，具有π/2的相位差的A相信号和B相信号例如指的是Sin信号以及Cos信号。与以往那样通过与Y轴的两个交点和与X轴的两个交点计算补偿的情况相比，即使是较小的旋转角度也能够检测补偿。因此，即使在只活动较小的旋转角度的应用中也能够使用。
所述补偿控制部也可以在利萨茹波形存在歪斜的情况下，以利萨茹波形成为理想圆的方式进行修正并根据所述连续的三点计算所述补偿。
即使在利萨茹波形所呈现的圆形存在歪斜的情况下，也能够计算更加准确的补偿。
并且，所述连续的三点也可以至少包括一个所述直角坐标系的任意一个坐标轴与所述利萨茹波形的交点。
一般地，利萨茹波形在与直角坐标系的轴(X轴、Y轴)的交点处的歪斜较少。因此，通过包含与轴的交点，在歪斜修正中不必对与轴的交点进行修正，能够更快地计算补偿。
所述连续的三点也可以是所述直角坐标系的任意一个坐标轴与所述利萨茹波形的交点。
通过将三点都作为与轴的交点，从利萨茹波形的歪斜较少的位置选择三点，因此三点都不需要歪斜修正，因此能够更快计算补偿。
与所述坐标轴上的交点的检测也可以根据所述A相信号或者所述B相信号中的任意一个变为零时的值和另一侧的值的组合来计算。
能够以不进行最大值检测或者最小值检测的方式，利用简单的方法检测与轴的交点，从而计算补偿。
所述补偿控制部也可以在确定为了计算所述旋转量而应用的所述补偿时，将上次计算的补偿和最新计算的补偿平滑化而使用。
通过在计算所述旋转量时应用对最新补偿加上与前一个补偿加权后的值并进行平滑化(滤波)所得的值，从而即使存在环境温度变化、使用时的装置温度上升等变化，也能够追随这些变化而检测出合适的补偿，并且通过进行滤波，能够形成没有偏差的补偿。
所述补偿控制部也可以在确定为了计算所述旋转量而应用的所述补偿时，直接使用通过最初的三点检测的补偿，对以后依次检测的补偿进行加权并反应到通过所述最初的三点检测的补偿。
能够从编码器旋转后马上迅速地计算补偿，且如上所述，能够计算出没有偏差的补偿。
发明效果
根据本发明，在使用磁阻元件的编码器中，能够适当地反应补偿并提高精度。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的编码器的硬件结构的模式图。
图2是实施方式所涉及的编码器的功能框图。
图3是用于说明实施方式所涉及的补偿计算手法的图。
图4是表示实施方式所涉及的利萨茹波形和候补点的关系的图。
图5是表示实施方式所涉及的补偿的计算工序的概要的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施发明的方式(以下称作“实施方式”)进行说明。
图1是进行本发明的实施方式所涉及的补偿值修正的编码器1的硬件结构的模式图。图2是编码器1的功能块图，主要着重表示补偿修正的功能。
编码器1具有控制部20和输出信号与旋转体的旋转连动地变化的磁阻元件10。在本实施方式中，旋转体使用被磁化成一对S极和N极的磁极的圆盘状的磁体50。固定于马达装置的框架等，并且磁体50在与马达装置的旋转输出轴等连接的状态下使用。
在编码器1中，从磁阻元件10朝向控制部20输出彼此具有π/2的相位差的Cos信号(A相信号)和Sin信号(B相信号)。更加具体地说，磁阻元件10相对于磁体50的相位具备彼此具有90°的相位差的A相的磁阻图案和B相的磁阻图案，并与磁体50的旋转对应地输出A相信号和B相信号。
另外，在附图中，虽然仅图示了作为A相传感器以及B相传感器的一个构成要素的磁阻元件10，但是除此之外例如也可以通过整流电路、低通滤波器、差动增幅扩大器、向磁阻元件10供给励磁电流的驱动器等各种电要素对A相传感器以及B相传感器的输出进行计算处理。
控制部20例如由MPU、ROM、RAM等各种电要素形成，功能性地具有A/D变换部21(以下，标记为“ADC21”)、角度计算部22以及补偿控制部23。
ADC21获取从磁阻元件10输出的模拟信号并进行数字化，向角度计算部22以及补偿控制部23输出。角度计算部22基于来自磁阻元件10的输出(A相信号、B相信号)计算磁体50的角度位置。
补偿控制部23具有计算利萨茹波形的功能以及补偿修正功能。角度计算部22在计算磁体50的角度位置时，从补偿控制部23获取补偿，并进行适当的角度位置的计算。
补偿控制部23具备：补偿计算部24、补偿数据存储部25以及歪斜修正用数据存储部26。
补偿计算部24计算A相信号和B相信号的补偿，提供至角度计算部22的角度位置的计算处理。具体的补偿的计算顺序将参照图4以及图5在后文叙述，但是简单地说，从将圆形的利萨茹波形等分割而形成的候补点选择连续的三点,然后求出两条连续的两点间的中垂线，将交点计算为补偿。通过编码器1起动后最初的补偿计算处理获得的值直接由角度计算部22使用。对于以后获得的补偿，在与最初的补偿平滑化之后由角度计算部22使用。由此，在起动时尽早反应最新的补偿，以后能够使用没有偏差的补偿。另外，进行怎样的加权来平滑化可以根据目的来适当选择。
补偿数据存储部25保持补偿的数据。在此，存储出货时的补偿的值和在实际使用状态后计算出的补偿的值，用于上述的平滑化处理。
歪斜修正用数据存储部26在利萨茹波形中产生歪斜的情况下，保持用于进行歪斜修正的数据。有时因磁阻元件10及其附带的放大器和驱动器等在ADC21获取的模拟信号(A相信号以及B相信号)产生歪斜。并且，在歪斜的原因中，还存在磁体50和磁阻元件10的形状上的问题，即几何学的主要原因。磁体50形成为圆盘状，各极为半圆状，从半圆状的区域至半圆状的区域的磁通线不是完全一样而是略圆地分布。并且，向形成于磁阻元件10的桥接电路的各换向片施加的磁通有时稍微不同。由此在利萨茹波形产生歪斜。
这样的歪斜一般因温度特性而一样地变化，因此预先存储用于标准化的修正值，并在制作利萨茹波形时应用，能够获得没有歪斜(或者歪斜非常小)的圆形。另外，在本实施方式中，如后文所述，在计算补偿的情况下，由于预先确定规定的候补点，因此实际保持的数据量以及歪斜修正所需要的计算量较小即可。
图3是用于说明在本实施方式中应用的补偿计算方法的图。在此，从在圆形的利萨茹波形上均等地分割的候补点中使用连续的三点，并通过由这些连续的三点形成的两个边的中垂线的交点计算补偿。
在此，连续的三点为第一点P1(X1、Y1)、第二点P2(X2、Y2)以及第三点P3(X3、Y3)。连接第一点P1(X1、Y1)和第二点P2(X2、Y2)的边的中垂线与该边的第一交点Pm1(Xm1，Ym1)以及连接第二点P2(X2、Y2)和第三点P3(X3、Y3)的边的中垂线与该边的第二交点Pm2(Xm2、Ym2)利用下式获得。
Xm1＝(X1+X2)/2
Ym1＝(Y1+Y2)/2
Xm2＝(X2+X3)/2
Ym2＝(Y2+Y3)/2
通过第一交点Pm1(Xm1、Ym1)的中垂线L1和通过第二交点Pm2(Xm2、Ym2)的中垂线L2的交点P0(X0、Y0)利用下式获得。该交点P0(X0、Y0)的值成为新计算出的补偿。
X0＝(Nr1×Ys2-Nr2×Ys1)/(Nr1-Nr2)
Y0＝(Ys2-Ys1)/(Nr1-Nr2)
这里，Nr1(L1的斜率)、Nr2(L2的斜率)、Ys1、Ys2形成以下的式子。
Nr1＝-(X2-X1)/(Y2-Y1)
Nr2＝-(X3-X2)/(Y3-Y2)
Ys1＝Ym1-Nr1×Xm1
Ys2＝Ym2-Nr2×Xm2
图4是表示利萨茹波形与候补点的关系的图，图4(a)表示将利萨茹波形四等分的例子，图4(b)表示将图4(a)进一步等分割而将利萨茹波形八等分的例子。
如图4(a)所示，假想将利萨茹波形四等分，并且，与X轴以及Y轴的四个交点(P1～P4)为候补点的情况。在此，与图3同样地，使用第一～第三点P1～P3计算成为补偿的交点P0。一般地，在利萨茹波形与轴上(X轴上或者Y轴上)的交点处，歪斜较少，因此获得的作为交点P0(X0、Y0)的补偿的值非常准确。在其他观点中，即使不进行歪斜修正，也能够以足够的精度获得补偿。并且，由于磁体50旋转一周输出两个周期的Sin信号和Cos信号，因此在圆形的利萨茹波形中，能够以中心角180度，即，在磁体50的旋转中以90度(180度/2)检测补偿，即，能够快速地进行补偿的计算处理。
并且，在图4(b)中，在进一步进行等分割而将利萨茹波形八等分的位置的八个候补点(P1～P8)中，使用第三点P3～第五点P5计算作为补偿的交点P0。在从八等分的候补点选择连续的三点的情况下，一定包含一或两个X轴或者Y轴上的点。并且，除了轴上的点以外的点相对于原点具有±45度的倾斜，与A相信号和B相信号的交点对应。该位置由于歪斜较大因此使用对歪斜进行了修正的值。其结果是，作为获得的交点P0(X0、Y0)的补偿的值非常准确。在这种情况下，在圆形的利萨茹波形中，能够以中心角90度，即，在磁体50的旋转中以45度检测补偿。因此，即使在磁体50安装在仅稍微旋转的装置的情况下，也能够适当地计算补偿，能够提高编码器1的检测精度。
接下来，使用图5的流程图说明补偿的计算工序的概要。控制部20获取从磁阻元件10输出的A相信号和B相信号(S10)。获取的A相信号和B相信号向角度计算部22和补偿控制部23输出。
补偿计算部24基于A相信号和B相信号获取利萨茹波形(S12)。此时，根据需要参照歪斜修正用数据存储部26实施上述的歪斜修正。接下来，补偿计算部24从规定的候补点确定连续的三点(S14)，求出两条连接连续的两点而获得的边的中垂线，并计算出这些交点(S16)，确定最新的补偿(S18)。
若确定是最新的补偿，则补偿计算部24判断是否是起动编码器1后最初的补偿的计算(S20)。
如果是最初的补偿的计算(S20的Y)，则补偿计算部24将该最新的补偿通知给角度计算部22(S22)。通知后，计算出的补偿被保存至补偿数据存储部25(S24)。
如果不是最初的补偿的计算(S20的N)，则补偿计算部24使用该最新的补偿和记录于补偿数据存储部25的过去计算出的补偿进行平滑化处理(S26)，将平滑化后的补偿通知给角度计算部22(S28)。通知后，计算出的补偿被保存至补偿数据存储部25(S24)。
基于实施方式对本发明进行了说明，但是该实施方式是例示，本领域技术人员可以理解这些各构成要素的组合等可以存在各种变形例，并且这些变形例也在本发明的范围内。
标号说明
1 编码器
10 磁阻元件
20 控制部
21 ADC(AD变换部)
22 角度计算部
23 补偿控制部
24 补偿计算部
25 补偿数据存储部
26 歪斜修正用数据存储部
50 磁体

Claims (12)

1.一种编码器，其特征在于，具备：
磁体，所述磁体被磁化成NS的两极；
磁传感器，所述磁传感器以与所述磁体相向的方式配置，并输出具有π/2的相位差的A相信号和B相信号；
旋转量计算部，所述旋转量计算部基于所述A相信号和所述B相信号计算旋转量；以及
补偿控制部，所述补偿控制部基于所述A相信号和所述B相信号，在直角坐标系上形成利萨茹波形，并基于所述利萨茹波形计算所述A相信号和所述B相信号的补偿，
所述补偿控制部根据由在所述利萨茹波形所呈现的圆周上被均等地分割为规定的数量的候补点中的连续的三点形成的两个边的中垂线的交点检测补偿。
2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
所述补偿控制部在所述利萨茹波形所呈现的圆形存在歪斜的情况下，以所述利萨茹波形成为理想圆的方式进行修正并根据所述连续的三点计算所述补偿。
3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，
所述连续的三点至少包括一个所述直角坐标系的任意一个坐标轴与所述利萨茹波形的交点。
4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于，
所述连续的三点是所述直角坐标系的任意一个坐标轴与所述利萨茹波形的交点。
5.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于，
与所述坐标轴上的交点的检测根据所述A相信号或者所述B相信号中的任意一个变为零时的值和另一侧的值的组合来计算。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的编码器，其特征在于，
所述补偿控制部在确定为了计算所述旋转量而应用的所述补偿时，将上次计算的补偿和最新计算的补偿平滑化而使用。
7.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于，
所述补偿控制部在确定为了计算所述旋转量而应用的所述补偿时，直接使用通过最初的三点检测到的补偿，对以后依次检测到的补偿进行加权并反应到通过所述最初的三点检测到的补偿中。
8.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
所述连续的三点至少包括一个所述直角坐标系的任意一个坐标轴与所述利萨茹波形的交点。
9.根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，
所述连续的三点是所述直角坐标系的任意一个坐标轴与所述利萨茹波形的交点。
10.根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，
与所述坐标轴上的交点的检测根据所述A相信号或者所述B相信号中的任意一个变为零时的值和另一侧的值的组合来计算。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的编码器，其特征在于，
所述补偿控制部在确定为了计算所述旋转量而应用的所述补偿时，将上次计算的补偿和最新计算的补偿平滑化而使用。
12.根据权利要求11所述的编码器，其特征在于，
所述补偿控制部在确定为了计算所述旋转量而应用的所述补偿时，直接使用通过最初的三点检测的补偿，对以后依次检测到的补偿进行加权并反应到通过所述最初的三点检测到的补偿中。
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