CN108426588A - 旋转编码器及其绝对角度位置检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不延长处理时间，也不增大运算处理负荷即可检测绝对角度位置的旋转编码器。一种旋转编码器，设置有第一传感器部和第二传感器部，第一传感器部具有磁化有一对N极及S极的第一磁体和与其对应的第一感磁部，第二传感器部具有交替磁化有多对N极及S极的第二磁体和与其对应的第二感磁部，在启动时，基于第一传感器部及第二传感器部的输出进行旋转体的角度位置的运算，将其作为初始值，启动后，对于由第二传感器部的输出生成的计数用的脉冲，开始由计数器进行的计数。

Description

旋转编码器及其绝对角度位置检测方法
技术领域
本发明涉及检测旋转体的绝对角度位置的磁式旋转编码器、和磁式旋转编码器的绝对角度位置检测方法。
背景技术
作为检测旋转体的绝对角度位置的旋转编码器，已知一种磁式旋转编码器，该磁式旋转编码器在旋转体上安装有磁体，用接近旋转体设置的感磁元件(磁传感器)检测由该磁体产生的磁场，基于检测到的磁场的强度根据旋转体的旋转角而变化的情况确定旋转角。作为一个例子，将在周向上逐一磁化有N极和S极的磁体配置于旋转体的旋转轴的端面，在固定体上，将具有与该磁体产生的磁场的大小成比例的输出的感磁元件配置于旋转轴的延长上。作为感磁元件，使用能够检测相对于旋转轴的旋转互相错开45°的两个位置的磁场强度的元件。或者，在使用像霍尔元件那样能够检测也包含磁场的方向在内的磁场强度的元件的情况下，将感磁元件配置在相对于旋转轴的旋转互相错开90°的位置。这样一来，从感磁元件可获得相对于旋转体的旋转角以正弦函数(sin)和余弦函数(cos)进行变化的输出，因此，通过对它们的输出之比进行基于反正切(tan-1或arctan)运算的角度位置运算，能够求得旋转角即旋转体的绝对角度位置。
在这样的磁式旋转编码器中，为了提高旋转角检测的分辨率，在专利文献1中公开有一种技术，在将上述结构中的磁体和感磁元件分别设为第一磁体及第一感磁元件时，在旋转体上设置围绕其旋转轴呈环状配置的第二磁体，将检测第二磁体产生的磁场的大小的第二感磁元件设置于固定体上。在第二磁体中，沿旋转体的周向交替地磁化有多对N极和S极。换言之，多个N极和与N极的个数同数量的S极沿旋转体的周向交替配置。第二感磁元件构成为，能够检测以相当于N极或S极的单极的周向长度的四分之一的间隔隔开的位置的各自的磁化的大小、即第二磁体的磁化产生的磁场的大小(在像霍尔元件那样能够检测也包含磁场的方向在内的强度的情况下，将检测位置的间隔设为N极或S极单极的周向长度的二分之一)。在该结构中，在旋转体旋转相当于N极或S极单极的周向长度的角度时，从第二感磁元件输出与在旋转体旋转一周时自第一感磁元件输出的正弦及余弦输出相同的正弦及余弦输出。因此，基于第一感磁元件的输出进行反正切运算，求得当前的旋转角与第二磁体的哪一N极或S极相对应，之后，基于第二感磁元件的输出进行反正切运算，由此，根据第二磁体的N极及S极对的数量进行分辨率提高的旋转角检测。进而，在专利文献1中公开有一种技术，将沿旋转体的周向交替磁化有多对N极和S极的磁体作为磁道，将多列磁道沿旋转体的半径方向平行配置，并且，在相邻的磁道间，相对一磁道的N极，只有另一磁道的S极与其相接，通过这样构成，提高旋转体的角度的检测精度。如果磁道为两列，则可以说该结构中，第二磁体是将沿旋转体的半径方向配置N极和S极的磁体作为极对，将多个极对呈环状配置，使得在相邻的极对间N极和S极的取向相反。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5666886号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所示的具有第一磁体及第二磁体的旋转编码器中，能够以高的分辨率求得旋转体的绝对角度位置，但为了求得绝对角度位置，需要对第一感磁元件的输出和第二感磁元件的输出分别进行A/D(模拟·数字)转换及反正切运算，存在处理时间变长且运算处理负荷也增大的技术问题。
本发明的目的在于，提供一种不延长处理时间且也不增大运算处理负荷即可检测绝对角度位置的旋转编码器。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明提供一种旋转编码器，其检测旋转体相对于固定体的角度，其中，具备：第一传感器部，其具有磁化有一对N极及S极的第一磁体、和与第一磁体对置而检测A1相的分量及相位与A1相不同的B1相的分量的第一感磁部；第二传感器部，其具有交替磁化有多对N极及S极的第二磁体、和与第二磁体对置而检测A2相的分量及相位与A2不同的B2相的分量的第二感磁部；电路，其根据第二传感器部的输出生成计数用的脉冲；计数器，其对脉冲进行计数，第一磁体和第一感磁部的一方设置于固定体上，另一方设置于旋转体上，第二磁体和第二感磁部的一方设置于固定体上，另一方设置于旋转体上，在启动时，基于第一传感器部及第二传感器部的输出进行旋转体的角度位置的运算，将其作为初始值，启动后，在计数器中进行脉冲的计数。
本发明提供一种，其为旋转编码器的绝对角度位置检测方法，旋转编码器具备第一传感器部和第二传感器部，第一传感器部具有磁化有一对N极及S极的第一磁体、和与第一磁体对置而检测A1相的分量及相位与A1相不同的B1相的分量的第一感磁部，第二传感器部具有交替磁化有多对N极及S极的第二磁体、和与第二磁体对置而检测A2相的分量及相位与A2不同的B2相的分量的第二感磁部，第一磁体和第一感磁部的一方设置于固定体上，另一方设置于旋转体上，第二磁体和第二感磁部的一方设置于固定体上，另一方设置于旋转体上，其中，绝对角度位置检测方法具有：在启动时，基于第一传感器部及第二传感器部的输出进行旋转体的角度位置的运算，并将其作为初始值的工序；在启动后，对于根据第二传感器部的输出而生成的计数用的脉冲开始由计数器进行的计数的工序。
根据这样的本发明，在启动时，基于第一传感器部及第二传感器部的输出进行角度位置运算，之后，基于对计数用的脉冲进行计数的结果(累计脉冲数)计算移动量。与需要A/D转换和反正切运算的角度位置计算相比，脉冲的计数能够以更短的时间且更小的处理负荷执行，所以，与每一次都实施角度位置计算的情况相比，能够在短时间内求得角度位置。
在本发明中，也可以是，还设置有：第一运算部，其基于第一传感器部的输出而计算角度；第二运算部，其基于第二传感器部的输出而计算角度，在启动时，基于在第一运算部及第二运算部的运算，生成多周旋转绝对角度位置数据，将其作为初始值，将该多周旋转绝对角度位置数据换算成计数器中的计数值所得的值存储于计数器中，计数器将存储的值作为开始值进行计数。在这样的结构中，通过参照计数器的值，能够在启动之后粗略地或大致精确地知道多周旋转绝对角度位置。
在本发明中，也可以是，在被请求角度位置时，根据在该请求的时间点计数器的计数值和第二运算部的输出，计算多周旋转绝对角度位置数据。或者，也可以是，还执行下述工序：在启动时，向计数器存储将初始值换算成计数器中的计数值所得的值的工序；在被请求角度位置时，基于第二传感器部的输出，进行旋转体的角度位置的运算的工序；根据在进行运算的工序中得到的结果和被请求角度位置的时间点的脉冲的计数值，计算多周旋转绝对角度位置数据的工序，在计数器中，将储存的值作为开始值进行计数。在该结构中，为了得到高分辨率的绝对角度位置而需要的角度位置运算，只要在进行初始值的计算之后，在被请求角度位置时只对第二传感器部的输出进行即可，能够缩短处理时间，减轻处理负荷。
在本发明中，作为脉冲，能够使用与将第二传感器部的输出中一周期的长度一分为四的定时分别对应的脉冲。实际上，A2相和B2相的移相是错位的，由此，能够根据产生这些相各自中的极性的反转的定时而生成脉冲。如果在第二磁体中，n个N极和n个S极沿周向配置成一列，则旋转体每旋转一周，脉冲的分辨率为8n，能够提高粗略角度位置的分辨率。
在本发明中，也可以是，作为第一感磁部，使用由具备与A1相对应的磁阻图案和与B1相对应的磁阻图案的磁阻效应元件、和从旋转体的旋转轴观察时配置于相隔90°的位置的一对霍尔元件构成的感磁部，通过基于来自一对霍尔元件的信号的极性的组合进行计数，生成霍尔计数多周旋转数据。在该结构中，通过使用霍尔元件，不管用于角度位置运算的传感器的种类如何，都能够容易地获得多周旋转数据。
在本发明中，也可以是，A1相的分量和B1相的分量以与从第一传感器部输出的正弦波信号的四分之一周期对应的相位互相错开，A2相的分量和B2相的分量以与从第二传感器部输出的正弦波信号的四分之一周期对应的相位互相错开。通过使用具有这种移相的分量，各分量由正弦函数(sin)及余弦函数(cos)表示，使得可以通过反正切运算容易地计算旋转角。
发明效果
根据本发明，在旋转编码器中，不必延长处理时间，也不必增大运算处理负荷即可检测绝对角度位置。
附图说明
图1是说明本发明一实施方式的旋转编码器的图。
图2是说明磁体、感磁元件及霍尔元件的布局的俯视图。
图3是感磁元件的等效电路图。
图4是说明旋转编码器的动作原理的图。
图5是说明旋转编码器的动作的流程图。
图6是说明绝对角度位置的确定方法的图。
图7是说明绝对角度位置的确定方法的图。
标号说明
1a…第一传感器部、1b…第二传感器部、20…第一磁体、30…第二磁体、40…第一感磁元件、51、52…霍尔元件、60…第二感磁元件、70…数据处理部、71、72、81、82…比较器、73、74、83、84…A/D转换器、75、85…运算部、76…初始坐标计算部、77…计数器设定部、86…QEP计数器、87…绝对角度位置计算部。
具体实施方式
接着，关于本发明优选的实施方式，参照附图。对于本发明实施的一方式的旋转编码器，图1表示为了求得旋转角而使用的结构的整体，图2表示该旋转编码器的磁体、感磁元件以及霍尔元件的配置。如后述，霍尔元件是为了判别旋转角的象限而设置的。在对从感磁元件输出的信号进行处理，用于确定绝对角度位置的处理电路中，本实施方式的旋转编码器与专利文献1中记载的编码器不同，关于外观或机械结构，与专利文献1中记载的编码器相同。因此，关于本实施方式的旋转编码器，省略对于外观或向测定对象的安装部分的说明。另外，该旋转编码器构成为能够知道旋转体从规定的原点位置旋转了多少转的多周旋转式旋转编码器。
旋转编码器具有与电机等测定对象的旋转轴结合的旋转体2、和以非结合方式固定于测定对象的旋转轴上的固定体1。在旋转体2上，设置有第一磁体20、第二磁体30、设置于第一磁体20和第二磁体30之间，将两者之间磁屏蔽的屏蔽部件70。在图1中，用点划线表示旋转体2的旋转轴L的轴线方向。另外，附带于各磁体20、30的“N”及“S”符号，表示附带该符号的位置为磁化面，且以用该符号表示的磁极性被磁化。在固定体1上设置有检测第一磁体20产生的磁场的大小的第一感磁元件40、检测第一磁体20产生的磁场的极性的第一及第二霍尔元件51、52、检测第二磁体30产生的磁场的第二感磁元件60。由第一磁体20、第一感磁元件40、第一及第二霍尔元件51、52构成第一传感器部1a，由第二磁体30及第二感磁元件60构成第二传感器部1b。由第一感磁元件40和第一及第二霍尔元件51、52构成第一感磁部。第二感磁元件60构成第二感磁部。
在第一传感器部1a，设置于旋转体2上的第一磁体20具有在周向上逐一磁化有N极和S极的磁化面，将N极及S极双方的磁化面对合的形状为大致圆形，其中心与旋转轴L一致。设置于固定体1上的第一感磁元件40与第一磁体20的磁化面对置设置。第一及第二霍尔元件51、52以从旋转轴观察时互相隔开90°的方式与第一磁体20的磁化面对应设置。第一感磁元件40例如由磁阻效应元件构成，为了检测在旋转轴L的旋转相位上互相错开90°电气角的磁场大小的分量，由细长形状的四个磁阻图案41～44构成。关于电气角，后文叙述。磁阻图案41～44以旋转轴为中心各分开45°配置成扇形。磁阻图案41、43与A1相对应，如图3(a)所示，在电源电压Vcc和接地电位GND之间并联连接，构成桥接电路，以从各自的中点获得用±a表示的差分输出。同样，电阻图案42、44与B1相对应，如图3(b)所示，在电源电压Vcc和接地电位GND之间并联连接，构成桥接电路，从各自的中点获得用±b表示的差分输出。这样，在第一传感器部1a，使用具有一对N极和S极的磁体作为第一磁体20，因此，将第一传感器部1a也称为一分割传感器部。
如后述，在该旋转编码器中，在旋转体2实际旋转一周期间，A1相及B1相均以正弦波形变化两个周期。于是，在旋转编码器中，将旋转体2实际的旋转角(几何学或机械上实现的角度)称为机械角，将根据来自感磁元件的信号的相位确定的角度称为电气角。在使用只能检测磁场的大小而不能检测磁场的极性的元件的情况下，电气角表示为机械角的二倍的值。就与A1相对应的磁阻图案41、43和与B1相对应的磁阻图案42、44而言，以如果换算成电气角则产生90°相位差的方式错开，因此，A1相与正弦分量(sin)对应，B1相与余弦分量(cos)对应。磁阻图案41、43分别与以电气角计互相具有180°相位差的(sin-)分量和(sin+)分量对应，磁阻图案42、44分别与以电气角计互相具有180°相位差的(cos-)分量和(cos+)分量对应。
在第二传感器部1b，设置于旋转体2上的第二磁体30为与旋转轴L同轴的环状的磁体，设置为相对于第一磁体20在半径方向的外侧分开。第二磁体30包括由在周向上以等间隔交替磁化有N极和S极的多个环状的磁化面构成的两个环状的磁道31、32，这些磁道31、32在半径方向上互相接触。在内侧的磁道31和外侧的磁道32之间，N极和S极在周向上错开一个极的量。其结果是，将从旋转轴L观察时在半径方向上配置有N极和S极的磁道设为极对，在第二磁体30上，在相邻的极对间，多个极对配置成环状，以使N极和S极的取向相反。若对于磁道31、32中的每一个，将n(n为2以上的整数)个N极和n个S极设为磁化面，则极对的数为2n。就极对的数2n而言，在图1中为了说明而设为16，但实际上例如为128。设置于固定体1上的第二感磁元件60例如由磁阻效应元件构成，与磁道31、32互相接触的位置对应，配置为与第二磁体30的磁化面对置。第二磁体30产生的磁场的强度在周向上沿着磁道31、32互相接触的位置，以N极或S极的一个极的长度(如果极对数为128，则为360/128＝2.8125，所以，以机械角计为2.8125°)为周期以正弦波形状进行变化。于是，关于第二磁体30，设定为N极或S极中的一个极的长度与电气角中的360°对应。第二传感器部1b设置多对N极和S极作为第二磁体30，因此也将第二传感器部1b称为多分割传感器部。
在第二感磁元件60中，以周向上的一个极的长度的1/4的间隔沿着周向配置有四个磁阻图案61～64。各磁阻图案61～64具有沿旋转体2的半径方向延伸的细长的形状。第二感磁元件60以其中心来到磁道31、32接触的位置的上方的方式与第二磁体30对应设置。在第二感磁元件60中，与第一感磁元件40的情况同样，由磁阻图案61～64构成相对于第二磁体30的相位以电气角计互相具有90°的相位差的A2相(sin)的磁阻图案和B2相(cos)的磁阻图案。A2相的磁阻图案由(sin+)分量的磁阻图案64及(sin-)分量的磁阻图案62构成，B2相的磁阻图案由(cos+)分量的磁阻图案63及(cos-)分量的磁阻图案61构成。与第一感磁元件40的情况同样，A2相的磁阻图案62、64构成图3(a)所示的桥接电路，B2相的磁阻图案61、63构成图3(b)所示的桥接电路。此外，在此，设置有内侧的磁道31和外侧的磁道32，但也可以只设置任意一方的磁道，与该磁道的中央位置相对应地配置第二感磁元件60，在这样配置的情况下，也能够直接应用本实施方式的绝对角度位置计算的程序。
在本实施方式的旋转编码器中，为了检测旋转体2在多周旋转中的绝对角度位置，第一感磁元件40、第二感磁元件60及各霍尔元件51、52的输出被供应到处理电路即数据处理部70。在图1中，第一感磁元件40及第二感磁元件60各自的sin分量及cos分量的信号线用一条线表示，但从图3的等效电路图可以清楚地看出，实际上各信号线为差分信号线。在数据处理部70设置有：比较器71、72，其分别输入第一及第二霍尔元件51、52的输出并以H/L的二值信号输出由霍尔元件51、52检测的磁场的方向；A/D转换器73、74，其分别输入第一感磁元件40的cos分量和sin分量并进行模拟/数字(A/D)转换；比较器81、82，其分别输入第二感磁元件60的cos分量和sin分量并判别这些分量的正负极性；A/D转换器83、84，其分别输入第二感磁元件60的cos分量和sin分量并进行模拟/数字(A/D)转换。进而，在数据处理部70具备：基于A/D转换器73、74的输出进行反正切(tan-1)运算的运算部75、基于A/D转换器83、84的输出进行反正切(tan-1)运算的运算部85；基于比较器71、72、81、82的输出和运算部75、85的输出，计算该旋转编码器启动时的绝对位置角度的初始坐标计算部76；计数器设定部77；将比较器81、82的输出作为后述的QEP信号进行基于该QEP信号的计数的QEP计数器86；在从外部输入了角度请求时，基于QEP计数器86的计数值和运算部85的运算结果，计算并输出在多周旋转中的绝对角度位置的绝对角度位置计算部87。计数器设定部77基于初始坐标计算部76的计算结果，对QEP计数器86设定计数的初始值。
在数据处理部70，也可以将上述的比较器71、72、81、82、A/D转换器73、74、83、84、运算部75、85、初始坐标计算部76、计数器设定部77、QEP计数器86及绝对角度位置计算部87各自设置为硬件电路零件。或者，也可以将运算部75、85、初始坐标计算部76、计数器设定部77、QEP计数器86及绝对角度位置计算部87设置为微处理器或CPU，将比较器71、72、81、82、A/D转换器73、74、83、84设置为与该微处理器连接的硬件电路。在可利用具有比较器功能及A/D功能的微处理器(或CPU)的情况下，也可以将数据处理部的整体构成为微处理器或CPU。
接着，使用图4对本实施方式的旋转编码器的检测原理进行说明。图4(a)表示的是关于第一传感器部1a，考虑固定体1上的某1点，相对于旋转体2的机械角的变化，由第一磁体20形成的磁场的极性及强度、来自第一感磁元件40的输出(sin及cos)、第一及第二霍尔元件51、52的输出如何变化。但是，在以下的说明中，由经由比较器71、72获得的H或L的二进制信号表示第一及第二霍尔元件51、52的输出。如图所示，当旋转体2进行旋转，以机械角计第一磁体20旋转一周(360°)时，从第一感磁元件40输出两周期即以电气角计为720°的正弦波形的信号sin及cos。如果设电气角为θ，则如图4(b)所示，基于这些信号sin及cos根据θ＝tan-1(sin/cos)进行计算，由此能够确定旋转体2的角度位置为电气角θ。但是，在这里说明的例子中，使用磁阻元件，在机械角转一周期间，电气角转两周，因此，只用该θ不能求得绝对角度位置。于是，利用从第一磁体20的中心观察时互相隔开90°设置的第一及第二霍尔元件51、52。根据第一及第二霍尔元件51、52，判别第一磁体20产生的磁场的极性，如图4(a)中的点划线所示，可以知道以机械角计的旋转角位于平面坐标系中的哪个象限，因此，能够求得旋转体2的以机械角计的绝对角度位置。另外，因为第一及第二霍尔元件51、52的信号不会同时变化，所以只要在它们的任一个中进行每次信号变化时则加1的计数，就能够获得以机械角计的单位象限(90°)内的多周旋转数据。将这样的多周旋转数据称为霍尔计数多周旋转数据。
关于第二传感器部1b，认为在周向上第二磁体30的相邻的两个极对的长度为电气角的两周(720°)，由此，与上述的第一传感器部1a的情况同样地操作，能够求得绝对角度位置(在此是在所认为的周向上相邻的两个极对中的周向位置)。相对于电气角两周，sin及cos的正弦波形也变化两周。第二传感器部1b为多分割传感器部，所以能够以比第一传感器部1a高的分辨率确定绝对角度位置。于是，只要将由第一传感器部1a确定的粗略的绝对角度位置和由第二传感器部1b确定的精细的绝对角度位置组合，就可以在整体上以高的分辨率确定绝对角度位置。此外，根据第一传感器部1a的结果可知道粗略的绝对角度位置，所以在第二传感器部1b中，不需要设置相当于第一传感器部1a中的第一及第二霍尔元件51、52的部件。
在以上的说明中，运算部75、85进行反正切运算(tan-1(sin/cos))。这里的反正切运算在cos分量为0时则成为除以零的计算，无法执行，另外，当cos分量接近0时，运算误差就会增大，在这样的情况下，众所周知，进行反余切(cot-1或arccot)运算，只要从90°减去该值，就能够求得旋转角θ。另外，反正切函数(cot)的值域一般设定为-90°＜θ＜+90°，但在本实施方式中，考虑sin及cos的正负，在0°≦θ＜360°的范围求得旋转角θ。在本说明书中所说的反正切运算，也包含像这样在cos分量接近0的情况下应进行的反余切运算，是指在0°≦θ＜360°的范围求得θ。另外，机械角的一周与电气角的两周对应，是因为使用虽然能够检测磁场的强度但不能判别磁场的极性的传感器。在第一感磁元件40中，在使用可与磁场的强度同时检测该磁场的极性，根据磁场的极性而确定输出的正负的例如霍尔元件等元件的情况下，上述的说明需要像本领域技术人员所知道的那样，变更为机械角的一周对应于电气角的一周的设置。该情况下，不需要设置为了确定旋转角的象限而另行设置的第一及第二霍尔元件51、52。另外，在第二感磁元件60中使用霍尔元件等的情况下，认为在周向上相邻的两个极对的长度为电气角的一周(360°)。
接着，对本实施方式的旋转编码器中的处理进行说明。在该旋转编码器中，能够由A/D转换器73、74及运算部75确定基于第一传感器部1a的绝对角度位置，基于该确定的绝对角度位置和由A/D转换器83、84及运算部85求出的结果，求得高分辨率下的最终的绝对角度位置。但是，A/D转换的处理和各运算部75、85进行的反正切运算优选尽可能不进行，因为需要处理时间且处理负荷大。于是，在本实施方式的旋转编码器中，在启动时(或被指定时)计算高分辨率下的绝对角度位置，之后，将来自第二传感器部1b的第二感磁元件60的cos及sin的分量分别在比较器81、82中进行处理，生成QEP(正交编码器脉冲；QuadratureEncoder Pulse)信号，只进行该QEP信号的计数。而且，当有来自外部的角度请求时，进行只基于第二传感器部1b的绝对角度位置的计算，将其与QEP信号的计数值组合，得到最终的多周旋转绝对角度位置数据。在这样的动作中，与第一传感器部1a关联的A/D转换器73、74及运算部75只在启动时使用。
图5是说明本实施方式的动作的流程图。当旋转编码器启动时，首先，在S11，使A/D转换器73、74、83、84和运算部75、85动作，基于来自第一传感器部1a及第二传感器部1b中的每一个的cos分量及sin分量的信号进行角度位置运算，基于由此得到的结果和由第一及第二霍尔元件51、52检测的结果，初始坐标计算部76确定多周旋转绝对角度位置的初始值。接着，在S12，计数器设定部77将求出的多周旋转绝对角度位置换算成QEP计数器86的计数值，将通过换算所得的值设定为在QEP计数器86中计数的开始值即初始值。之后，在S13，开始基于QEP计数器86中的第二传感器部1b的输出(cos及sin)的QEP信号的计数。
在此，对QEP信号进行说明。QEP信号是由第二传感器部1b的输出生成的计数用的脉冲。自第二传感器部1b的第二感磁元件60得到的cos及sin的分量都是在第二传感器部1b的电气角每次变化180°时符号反转，且两者的相位以电气角计错开90°。如果cos或sin中的任一符号每次反转时，将QEP计数器86的计数值加上1或减去1，则在每360°电气角，计数值改变4。是进行加法运算还是进行减法运算，取决于旋转体2向正方向旋转还是向反方向旋转。如果设比较器81、82输出的二进制信号(H或L的信号)分别为Qc、Qs，则可以将QEP信号表示为(Qc、Qs)。如果旋转体2向正方向旋转，则(Qc、Qs)如(H、L)→(H、H)→(L、H)→(L、L)→(H、L)→…那样变化。另一方面，如果旋转体2向反方向旋转，则(Qc、Qs)如(H、L)→(L、L)→(L、H)→(H、H)→(H、L)→…那样变化。因此，通过从某时间点起检测QEP信号如何变化，就能够可以知道旋转体2的旋转方向。例如，设定(Qc、Qs)为(H、H)，从该状态起，如果变化为(L、H)，则可以判别为正转，如果变化为(H、L)，则可以判别为反转。根据正转或反转选择加上1还是减去1，所以即使是继续向正方向的旋转的中途向反方向旋转再向正方向旋转的情况，也能够正确地求得旋转的绝对角度位置。在此，如果极对的数2n为128，则在机械角的一周中，QEP计数器86的计数值改变512(＝4×128)。QEP计数器86的值除以512所得的余数成为，用每极对2比特表示该时间点的机械角对应于第二磁体30的哪个极对。通过持续进行在QEP计数器86中的计数，也能够取得多周旋转数据。该多周旋转数据是表示考虑到旋转的方向的绝对角度旋转位置的数据。
一边持续进行在QEP计数器86中的累计的计数，一边在S14中判定有无发生角度请求的中断，如果没有中断则返回S14，由此等待该中断发生。如果产生角度请求的中断，则在S15中使第二传感器部1b侧的A/D转换器83、84和运算部85动作，对于第二传感器部1b的第二感磁元件60的输出执行反正切运算，求得旋转角。在S16，绝对角度位置计算部87基于求出的旋转角和该时间点的QEP计数器86的计数值，求得多周旋转绝对角度位置，在S17中，输出绝对角度位置数据。因为该绝对角度位置数据基于第二传感器部1b的检测结果，所以具有足够的分辨率。另外，由于持续进行QEP计数器86的累计，因此也是多周旋转数据。之后，为了准备下一个角度请求，处理返回到S14。
对于以上的动作，通过使用图6及图7表示各数据、各信号相对于机械角的变化的变化，更详细地进行说明。在图6中，[1]表示第一及第二霍尔元件51、52的输出的变化，霍尔元件51、52的输出分别每机械角180°变化一次，且互相具有90°的相位差。如果设霍尔元件51、52的输出分别为Hc、Hs，则(Hc、Hs)的变化方式和上述的QEP信号(Qc、Qs)同样，根据旋转体2的旋转方向而不同。于是，基于霍尔元件51、52的输出，通过在任一个霍尔元件51、52的输出发生变化时，根据旋转方向进行加上1或减去1的计数，获得[2]所示的霍尔计数多周旋转数据。霍尔计数多周旋转数据也是与旋转的绝对旋转位置对应的数据。在图6中，作为多周旋转数据表示第m次旋转(旋转m周)中的数据的变化。另外，通过由运算部75对第一传感器部1a的第一感磁元件40的输出进行反正切运算，获得[3]所示的电气角旋转一周数据。所谓电气角旋转一周数据是表示旋转角的数据，是如果电气角旋转一周则返回到初始的数据(不含旋转的累计次数的数据)。在此，机械角的一周对应于电气角的两周，所以，可以说电气角旋转一周数据是相对于机械角旋转一周为两周期的增量角度数据。通过将[2]所示的霍尔计数多周旋转数据和[3]所示的电气角旋转一周数据组合，获得以第一传感器部1a(即1分割传感器部)为基准的、[4]所示的多周旋转绝对角度位置数据。
另一方面，通过由运算部85对第二传感器部1b的第二感磁元件60的输出进行反正切运算，获得在一个极对的周向的长度中旋转一周的、[5]所示的电气角旋转一周数据。如果极对的数为128，则在机械角旋转一周的范围内，[5]所示的电气角旋转一周数据具有128周期。通过将[5]所示的第二传感器部1b的电气角旋转一周数据和[4]所示的第一传感器部1a基准下的多周旋转绝对角度位置数据组合，获得[6]所示的第二传感器部1b基准下的多周旋转绝对角度位置数据。[6]所示的多周旋转绝对角度位置数据具有比[4]的多周旋转绝对角度位置数据高的分辨率。直至求得[6]的多周旋转绝对角度位置数据为止的处理为图5所示的S11中的处理。
[7]表示通过比较器81、82判别来自第二传感器部1b的第二感磁元件60的cos分量及sin分量的极性而得到的QEP信号。该QEP信号用第二传感器部1b的电气角表示时，是互相错开90°相位且都是每180°反转一次的一对信号，如[8]所示，表示第二传感器部1b的以电气角计的象限。在此，通过将[6]的多周旋转绝对角度位置数据和[8]的QEP信号中的象限组合，获得第二传感器部1b中每90°电气角变化一次的阶梯式变化的、[9]所示的多周旋转绝对角度位置数据。因为[9]的多周旋转绝对角度位置数据是每次对QEP计数器86的计数值加上或减去1时则变化的数据，所以被称为QEP计数器86基准的多周旋转绝对角度位置数据。在S12(图5)中，计数器设定部77将QEP计数器86基准的多周旋转绝对角度位置数据设定为QEP计数器86的初始值。之后，QEP计数器86开始基于QEP信号的计数(图5的S13)。以上是本实施方式的旋转编码器的启动时的动作。[9]的QEP计数器86基准的多周旋转绝对角度位置数据通过QEP计数器86的计数动作而逐渐增大。
有角度请求的中断时，在S15(图5)中求得在中断时间点的[5]所示的第二传感器部1b的电气角旋转一周数据，在S16(图5)中，通过将该电气角旋转一周数据和中断时间点的[9]所示的QEP计数器86基准下的多周旋转绝对角度位置数据组合，生成[10]所示的应输出的多周旋转绝对角度位置数据。在S17(图5)中，该多周旋转绝对角度位置数据作为对角度请求的响应输出到外部。在此，[10]的多周旋转绝对角度位置数据表示为相对于机械角顺畅地变化的数据，但实际上只计算在中断时间点的多周旋转绝对角度位置数据。另外，[10]的多周旋转绝对角度位置数据的精度是和[6]所示的第二传感器部1b基准下的多周旋转绝对角度位置数据同等的精度。

Claims (10)

1.一种旋转编码器，其检测旋转体相对于固定体的角度，其特征在于，具备：
第一传感器部，其具有磁化有一对N极及S极的第一磁体、和与所述第一磁体对置而检测A1相的分量及相位与所述A1相不同的B1相的分量的第一感磁部；
第二传感器部，其具有交替磁化有多对N极及S极的第二磁体、和与所述第二磁体对置而检测A2相的分量及相位与所述A2不同的B2相的分量的第二感磁部；
电路，其根据所述第二传感器部的输出生成计数用的脉冲；以及
计数器，其对所述脉冲进行计数，
所述第一磁体和所述第一感磁部的一方设置于所述固定体上，另一方设置于所述旋转体上，所述第二磁体和所述第二感磁部的一方设置于所述固定体上，另一方设置于所述旋转体上，
在启动时，基于所述第一传感器部及所述第二传感器部的输出进行所述旋转体的角度位置的运算，将其作为初始值，启动后，在所述计数器中进行所述脉冲的计数。
2.根据权利要求1所述的旋转编码器，其特征在于，还具备：
第一运算部，其基于所述第一传感器部的输出而计算角度；
第二运算部，其基于所述第二传感器部的输出而计算角度，
在所述启动时，基于在所述第一运算部及第二运算部的运算，生成多周旋转绝对角度位置数据，将其作为所述初始值，将该多周旋转绝对角度位置数据换算成所述计数器中的计数值所得的值储存于所述计数器中，所述计数器将所述储存的值作为开始值进行计数。
3.根据权利要求2所述的旋转编码器，其特征在于，
在被请求角度位置时，根据在该请求的时间点所述计数器的计数值和所述第二运算部的输出，计算多周旋转绝对角度位置数据。
4.根据权利要求3所述的旋转编码器，其特征在于，
所述脉冲与将所述第二传感器部的输出中一周期的长度一分为四后的定时分别对应。
5.根据权利要求4所述的旋转编码器，其特征在于，
所述第一感磁部由具备与所述A1相对应的磁阻图案和与所述B1相对应的磁阻图案的磁阻效应元件、和从所述旋转体的旋转轴观察时配置于相隔90°的位置的一对霍尔元件构成，
通过基于来自所述一对霍尔元件的信号的极性的组合进行计数，生成霍尔计数多周旋转数据。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转编码器，其特征在于，
所述A1相的分量和所述B1相的分量以与从所述第一传感器部输出的正弦波信号的四分之一周期对应的相位互相错开，所述A2相的分量和所述B2相的分量以与从所述第二传感器部输出的正弦波信号的四分之一周期对应的相位互相错开。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转编码器，其特征在于，
所述第一感磁部由具备与所述A1相对应的磁阻图案和与所述B1相对应的磁阻图案的磁阻效应元件、和从所述旋转体的旋转轴观察时配置于相隔90°的位置的一对霍尔元件构成，
通过基于来自所述一对霍尔元件的信号的极性的组合进行计数，生成霍尔计数多周旋转数据。
8.根据权利要求7所述的旋转编码器，其特征在于，
所述A1相的分量和所述B1相的分量以与从所述第一传感器部输出的正弦波信号的四分之一周期对应的相位互相错开，所述A2相的分量和所述B2相的分量以与从所述第二传感器部输出的正弦波信号的四分之一周期对应的相位互相错开。
9.一种绝对角度位置检测方法，其为旋转编码器的绝对角度位置检测方法，所述旋转编码器具备第一传感器部和第二传感器部，所述第一传感器部具有磁化有一对N极及S极的第一磁体、和与所述第一磁体对置而检测A1相的分量及相位与所述A1相不同的B1相的分量的第一感磁部，所述第二传感器部具有交替磁化有多对N极及S极的第二磁体、和与所述第二磁体对置而检测A2相的分量及相位与所述A2不同的B2相的分量的第二感磁部，所述第一磁体和所述第一感磁部的一方设置于固定体上，另一方设置于旋转体上，所述第二磁体和所述第二感磁部的一方设置于所述固定体上，另一方设置于所述旋转体上，其特征在于，具有：
在启动时，基于所述第一传感器部及所述第二传感器部的输出进行所述旋转体的角度位置的运算，并将其作为初始值的工序；
在所述启动后，对于根据所述第二传感器部的输出而生成的计数用的脉冲开始由计数器进行的计数的工序。
10.根据权利要求9所述的绝对角度位置检测方法，其特征在于，还执行下述工序：
在所述启动时，向所述计数器存储将所述初始值换算成所述计数器中的计数值所得的值的工序；
在被请求角度位置时，基于所述第二传感器部的输出，进行所述旋转体的角度位置的运算的工序；
根据在进行所述运算的工序中得到的结果和被请求所述角度位置的时间点的所述脉冲的计数值，计算多周旋转绝对角度位置数据的工序，
在所述计数器中，将所述储存的值作为开始值进行计数。
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