JP2001296142A - Rotating position detector and rotating speed detector - Google Patents

Rotating position detector and rotating speed detector

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JP2001296142A
JP2001296142A JP2000113602A JP2000113602A JP2001296142A JP 2001296142 A JP2001296142 A JP 2001296142A JP 2000113602 A JP2000113602 A JP 2000113602A JP 2000113602 A JP2000113602 A JP 2000113602A JP 2001296142 A JP2001296142 A JP 2001296142A
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position detector
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permanent magnet
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Kazunari Matsuzaki
一成 松崎
Koji Kamimura
浩司 上村
Takefumi Kabashima
武文 椛島
Yuji Nakamura
裕司 中村
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detector which can improve resolution and accuracy by reducing required steps in the phase adjustment and shortening the arithmetic processing time. SOLUTION: The rotating position detector has a position detector to detect position using an orthogonal two-phase signal and is provided with means 21 and 22, to convert analog signals of two phases outputted from the position detector into digital signals and a means 3 which removes offset errors in each phase, by equalizing the amplitude in the respective phases of the digital signals of two phases and performs an arithmetic processing for adjusting the difference between the phases to 90 deg.. A means is provided to compute the sum of and the difference between the signals of the respective phases, after the removal of the offset between the phases with the amplitude equalized in the phases of the position detector, and adjusts the phase difference between the respective phases to 90 deg., using the two signals generated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、産業用ロ
ボット、NC工作機械等に用いられるモータ等の回転体
の回転位置を検出する回転位置検出器及び回転速度検出
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation position detector and a rotation speed detection device for detecting a rotation position of a rotating body such as a motor used for an industrial robot, an NC machine tool or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転位置検出技術は種種の分野、用途に
広く利用される。検出原理は磁気式、光式など様々であ
る。特に磁気式で回転により直交性を有する2相信号を
発生させる位置検出器(特願平10−034050号)
はバッテリレスで絶対位置が得られる上、構造が単純で
あるので適用範囲は幅広い。その回転位置検出器の信号
処理方式としては、検出器より生成される90度位相の
異なる正弦波(A相、B相)を内挿する方式がとられて
いる。しかしながら検出器からの出力を誤差のない理想
状態にすることが難しく、A相、B相の振幅の違いや、
A相、B相それぞれのオフセット誤差、A相、B相間の
位相誤差、A相、B相が有する高調波を含むため、この
ような誤差が角度誤差を生じる原因となる。これらの誤
差を補正するためには、従来、オペアンプ(演算増幅
器)や計装アンプあるいは可変抵抗などのアナログ処理
回路が用いられていたが、検出器の分解能、精度が向上
するにつれ、調整がますます困難になるといった問題が
あった。
2. Description of the Related Art A rotational position detecting technique is widely used in various fields and applications. There are various detection principles such as a magnetic type and an optical type. In particular, a magnetic position detector that generates a two-phase signal having orthogonality by rotation (Japanese Patent Application No. 10-034050).
Has a battery-less absolute position and has a simple structure, so its application range is wide. As a signal processing method of the rotational position detector, a method of interpolating sine waves (A-phase and B-phase) generated by the detector and having different phases by 90 degrees is used. However, it is difficult to make the output from the detector an ideal state without error, and the difference between the amplitudes of the A phase and the B phase,
Such errors include an offset error of each of the A-phase and the B-phase, a phase error between the A-phase and the B-phase, and harmonics of the A-phase and the B-phase. Conventionally, analog processing circuits such as operational amplifiers (operational amplifiers), instrumentation amplifiers, and variable resistors have been used to correct these errors. However, as the resolution and accuracy of the detector improve, adjustments are made. There was a problem that it became more difficult.

【0003】このような問題に対し、特開平2−251
720号公報では、検出器から出力されるアナログ信号
をディジタル信号に変換してプロセッサに入力し、プロ
セッサによりそれぞれの信号の組の最大値、最小値を求
め、それによりそれぞれの信号の組の振幅、オフセット
値を求め、求められたオフセット値と振幅よりオフセッ
トがない振幅同一のA相、B相の信号データを求め、位
相補正を行い、90度位相のずれたA相、B相の信号デ
ータを算出し、算出されたA相、B相の信号データより
内挿信号を作成することで、アナログ回路の調整を不要
にしている。図5は回転検出器の構成を示す。図中1は
振幅調整部であり、11は回転検出器からのA相信号、
12はA相と180度位相のずれた信号、13はB相信
号、14はB相と180度位相のずれた信号、21及び
22はA相及びB相の信号をアナログ/ディジタル変換
するためのA/D変換器、3はディジタル変換された信
号に含まれる誤差を補正するための演算器である。この
ような構成の位置検出器の内挿方式において、演算器3
では、図6に示すようなステップによりディジタル演算
により誤差を除去している。すなわち、ステップ301
からステップ311までは振幅K、Kとオフセット
誤差O、Oの補正を行い、ステップ312からステ
ップ332までは位相誤差αの補正を行い、角度θの算
出を行っている。また、これらの速度検出においては位
置検出器の位置信号変動を利用して算出して利用してい
る。
To solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2-251
No. 720, the analog signal output from the detector is converted into a digital signal and input to a processor, and the maximum value and the minimum value of each signal set are obtained by the processor, whereby the amplitude of each signal set is obtained. , An offset value is obtained, A-phase and B-phase signal data having the same amplitude as the obtained offset value and no offset are obtained, phase correction is performed, and the A-phase and B-phase signal data shifted by 90 degrees in phase are obtained. Is calculated, and an interpolation signal is created from the calculated A-phase and B-phase signal data, so that adjustment of the analog circuit is unnecessary. FIG. 5 shows the configuration of the rotation detector. In the figure, 1 is an amplitude adjustment unit, 11 is an A-phase signal from a rotation detector,
12 is a signal shifted by 180 degrees from the A phase, 13 is a B phase signal, 14 is a signal shifted by 180 degrees from the B phase, and 21 and 22 are for analog / digital conversion of the A and B phase signals. The A / D converter 3 is an arithmetic unit for correcting an error included in the digitally converted signal. In the interpolation method of the position detector having such a configuration, the arithmetic unit 3
In FIG. 6, an error is removed by digital operation in steps as shown in FIG. That is, step 301
From to step 311 performs the amplitude K A, K B and offset errors O A, correction of O B, from step 312 to step 332 corrects the phase error alpha, is performed to calculate the angle theta. In these speed detections, the speed is calculated using the position signal fluctuation of the position detector and used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は振幅誤差とオフセット誤差の補正に要するステップが
10ステップであるのに対し、位相誤差の補正、角度検
出までに要するステップが最大で18ステップと2倍近
いステップが必要となり、このことより、全体の演算処
理時間が増え、その結果、回転速度が速くなると、演算
処理時間が間に合わなくなるといった問題があった。ま
た、波形ひずみの要因の1つである高調波の除去を行っ
ていないため、分解能や精度が向上しないといった問題
があった。また、上述した従来技術では、磁界検出素子
の出力信号をA/D変換器に入力するのであるが、各素
子毎に必ずしも振幅は一定でない。例えば磁界検出素子
としてホール素子を用いた場合、素子間のばらつきによ
り出力は約2倍も異なる。これは磁界検出素子が半導体
デバイスであることに起因し、工程上発生する問題であ
り、パッケージ化された後では使用者が修正を行うこと
は容易ではない。従って、出力のばらつきはそのままで
A/D変換器に入力される。ここで、A/D変換器は一
般に定格入力に対して精度を保証しているので、期待し
ている入力値より小さくなればそれだけ精度が劣化する
ことを意味する。また、2相信号を用いる場合、実際に
は各相の出力はばらつきにより異なるので精度劣化を招
いていた。さらに、ホール素子の感度を均一にするよう
に素子を選定すればよいが、計測時間や手間が大いにか
かるため現実的でない。以上のことから本位置検出器の
実用化を困難なものにしていた。さらに、上述した従来
技術では、ディジタル処理化した位置検出信号は一定の
分解能で量子化されているので、低速になればなるほど
速度情報が十分に得られずサーボモータの制御を困難に
していた。すなわち、角度変動量dθ、角度変動に要し
た時間をdtとすると、速度信号はdθ/dtと表され
る。dtを一定値とすると、dθが小さくなればなるほ
ど低速回転となる。従来の方法では回転速度が減ずると
dθがついには量子化された値θより小さくなり、速
度信号が得られなくなる。従って速度の最小値はθ
dtとなる。
However, in the prior art, the steps required to correct the amplitude error and the offset error are 10 steps, whereas the steps required to correct the phase error and detect the angle are at most 18 steps. Steps that are almost twice are required, and as a result, there is a problem that the entire processing time increases, and as a result, when the rotation speed increases, the processing time cannot be kept in time. In addition, since harmonics, which is one of the causes of waveform distortion, are not removed, there is a problem that resolution and accuracy are not improved. Further, in the above-described conventional technology, the output signal of the magnetic field detection element is input to the A / D converter, but the amplitude is not necessarily constant for each element. For example, when a Hall element is used as the magnetic field detecting element, the output differs by about twice due to variation between the elements. This is a problem that occurs in the process due to the fact that the magnetic field detecting element is a semiconductor device, and it is not easy for a user to make correction after packaging. Therefore, the output variation is input to the A / D converter as it is. Here, since the A / D converter generally guarantees the accuracy with respect to the rated input, if the input value becomes smaller than the expected input value, it means that the accuracy deteriorates accordingly. In addition, when two-phase signals are used, the output of each phase is actually different due to variations, which causes deterioration in accuracy. Further, the element may be selected so as to make the sensitivity of the Hall element uniform, but it is not realistic because it takes much time and labor for measurement. From the above, it has been difficult to commercialize this position detector. Further, in the above-described conventional technique, since the digitally processed position detection signal is quantized with a fixed resolution, the lower the speed, the more sufficient speed information cannot be obtained, making it difficult to control the servomotor. That is, assuming that the angle variation dθ and the time required for the angle variation are dt, the speed signal is expressed as dθ / dt. Assuming that dt is a constant value, the smaller the value of dθ, the lower the rotation speed. When the conventional method rotational speed reduced dθ finally is becomes smaller than the value theta 0 quantized, the speed signal can not be obtained. Therefore, the minimum value of the speed is θ 0 /
dt.

【0005】以上の課題に対して、 dθの高分解能化 dtを大きくする を行えば低速回転時にも速度を検出することができる。
しかしながら、後者は処理を行う時間が大きくなるため
好ましくない。前者は位置信号をさらに高分割化すれば
よいが検出部の大型化が必要になり適用範囲を狭めるた
め好ましくない。そこで本発明が解決しようとする第1
の課題は、位相調整の所要ステップを低減し、演算処理
時間を短縮して、分解能や精度を向上することのできる
位置検出器を提供することであり、また、第2の課題
は、位置検出器としてホール素子を用いた場合の感度や
オフセットのバラツキに起因する精度低下を解消するこ
とのできる位置検出器を提供することであり、さらに、
第3の課題は、位置検出器の出力から速度を検出する際
の低速回転時の速度検出を精度よく行うことのできる速
度検出器を提供することである。
[0005] To solve the above problem, if the resolution of dθ is increased and dt is increased, the speed can be detected even at low speed rotation.
However, the latter is not preferable because the time for performing the process becomes longer. In the former case, it is sufficient to further divide the position signal, but it is not preferable because the size of the detection unit is required and the applicable range is narrowed. Therefore, the first problem to be solved by the present invention is
The object of the present invention is to provide a position detector capable of reducing the number of steps required for phase adjustment, shortening the processing time, and improving the resolution and accuracy. To provide a position detector that can eliminate a decrease in accuracy due to variations in sensitivity and offset when a Hall element is used as a detector.
A third object is to provide a speed detector that can accurately detect the speed during low-speed rotation when detecting the speed from the output of the position detector.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記第1の課題を解決す
るため、本発明は、直交性を有する2相信号を用いて位
置検出を行う位置検出器を備え、この位置検出器から出
力される2相のアナログ信号をディジタル信号に変換す
る手段と、その2相のディジタル信号の各相の振幅を同
一にし、各相のオフセット誤差を除去し、各相の位相差
を90度に調整する演算処理を行う手段とを備えた回転
位置検出器であって、前記位置検出器の各相の振幅を同
一にし、各相のオフセットを除去した後、各相信号の和
と差の演算を行い、生成される2つの信号を用いて各相
の位相差を90度にする手段を備えたものである。ま
た、前記第2の課題を解決するため、本発明は、回転体
に固定された永久磁石と、この永久磁石に空隙を介して
対向し、固定体に取り付けられた磁界検出素子と、この
磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備
え、前記永久磁石は円板状に形成され、かつ前記回転体
の軸と垂直方向の一方向に磁化された磁気式エンコーダ
を位置検出器として用いる回転位置検出装置において、
前記磁界検出素子からの信号振幅を増幅する増幅器と、
この増幅器で増幅されたアナログ信号をディジタル信号
に変換するアナログ/ディジタル変換器と、このアナロ
グ/ディジタル変換器から出力された信号に基づいて位
置検出を行う手段とを備えたものである。この回転位置
検出装置において、磁気式エンコーダが直交性を有する
2相信号を得るために磁界検出素子を少なくとも2つ以
上有しており、前記磁界検出素子から得られる各々の信
号を増幅器で振幅が均一になるように増幅する構成とす
ることができる。前記第3の課題を解決するため、本発
明の速度検出器は、直交性を有する2相信号を用いて位
置検出を行う位置検出器を備え、この位置検出器から出
力される2相信号の比の微分及び係数演算から回転速度
を検出する手段を備えたものである。この速度検出器に
おいて、前記位置検出器は、回転体に固定された永久磁
石と、この永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取
り付けられた磁界検出素子と、この磁界検出素子からの
信号を処理する信号処理回路とを備え、前記永久磁石は
円板状に形成され、かつ前記回転体の軸と垂直方向の一
方向に磁化された磁気式エンコーダとすることができ
る。
In order to solve the above-mentioned first problem, the present invention comprises a position detector for performing position detection using a two-phase signal having orthogonality. Means for converting a two-phase analog signal into a digital signal, equalizing the amplitude of each phase of the two-phase digital signal, removing offset errors of each phase, and adjusting the phase difference of each phase to 90 degrees. A rotational position detector comprising means for performing arithmetic processing, wherein the amplitude of each phase of the position detector is made the same, the offset of each phase is removed, and the sum and difference of each phase signal are calculated. And means for making the phase difference of each phase 90 degrees using the two generated signals. In order to solve the second problem, the present invention provides a permanent magnet fixed to a rotating body, a magnetic field detecting element opposed to the permanent magnet via a gap, and attached to the fixed body, A signal processing circuit for processing a signal from the detection element, the permanent magnet is formed in a disk shape, and a magnetic encoder magnetized in one direction perpendicular to the axis of the rotating body as a position detector In the rotational position detecting device used,
An amplifier for amplifying the signal amplitude from the magnetic field detection element,
An analog / digital converter for converting an analog signal amplified by the amplifier into a digital signal, and means for performing position detection based on the signal output from the analog / digital converter. In this rotational position detecting device, the magnetic encoder has at least two or more magnetic field detecting elements in order to obtain a two-phase signal having orthogonality, and the amplitude of each signal obtained from the magnetic field detecting element is amplified by an amplifier. A configuration in which amplification is performed so as to be uniform can be employed. In order to solve the third problem, a velocity detector of the present invention includes a position detector that performs position detection using a two-phase signal having orthogonality, and a two-phase signal output from the position detector is provided. It is provided with a means for detecting the rotation speed from the derivative of the ratio and the calculation of the coefficient. In this speed detector, the position detector is composed of a permanent magnet fixed to a rotating body, a magnetic field detecting element opposed to the permanent magnet via an air gap, and mounted on the fixed body. A signal processing circuit for processing a signal, wherein the permanent magnet is formed in a disk shape, and may be a magnetic encoder magnetized in one direction perpendicular to the axis of the rotating body.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例を参照しながら説明する。図1は本発明
の第1実施例を示すものであり、図5に示した位置検出
装置の演算器の処理内容をフローにして示したものであ
る。ステップ101の信号Aと信号Bはともに、位置検
出部より得られた信号で、信号Aはオフセット誤差O
を含んでおり、信号Bは、信号Aに対する位相差αとオ
フセット誤差Oを含んでいる。次にステップ102か
らステップ109では、信号Aと信号Bの最大値Ama
、Bmax及び最小値Amin、Bminを求めてい
る。ステップ110では、さきに求めた最大値
max、Bmax及び最小値A in、Bmin
ら、信号A及び信号Bの振幅(それぞれK、K),
オフセット誤差(O、O)を求めている。さらにス
テップ111では、信号A及び信号Bに対して振幅誤差
調整、オフセット誤差調整が行われ、それぞれA’、
B’として表されている。振幅誤差とオフセット誤差の
調整ステップに関しては従来のものと違いはないが、位
相調整については、ステップ112〜123の12ステ
ップで調整することができる。ここで、ステップ112
により表された式により、90度の位相差を有する2相
信号の位相調整が可能なことについて証明する。ステッ
プ111より得られた信号A’、B’をそれぞれsin
θ、sin(θ+φ)とすると、 A”=A’+B’=2cos(φ/2)sin{(2θ+φ)/2}・・・・(1) B”=A’−B’=2sin(φ/2)cos{(2θ+φ)/2}・・・・(2) (1)式の2cos(φ/2)及び(2)式の2sin(φ/2)は
定数であるから、A”とB”は正弦波、余弦波の関係を
保つことができる。すなわち、A”とB”はφ、θの値
に拘わらず位相差が90度となる。この後、ステップ1
13から122により、A”とB”の振幅が同一になる
ように調整され、ステップ123により、回転位置θが
算出される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and shows the processing contents of a computing unit of the position detecting device shown in FIG. 5 in a flow form. The signal A and the signal B in step 101 are both signals obtained from the position detection unit, and the signal A is the offset error O A
The includes the signal B includes a phase difference α and the offset error O B with respect to the signal A. Next, in steps 102 to 109, the maximum value A ma of the signal A and the signal B
x and B max and minimum values A min and B min are obtained. In step 110, the maximum value A max determined earlier, B max and the minimum value A m in, from B min, signals A and B of the amplitudes (respectively K A, K B),
Offset error (O A, O B) are seeking. Further, in step 111, the amplitude error adjustment and the offset error adjustment are performed on the signal A and the signal B, and A ′,
It is represented as B '. There is no difference from the conventional one in the step of adjusting the amplitude error and the offset error, but the phase can be adjusted in 12 steps 112 to 123. Here, step 112
It is proved that the phase adjustment of a two-phase signal having a phase difference of 90 degrees is possible by the expression represented by. The signals A ′ and B ′ obtained from step 111 are respectively sin
Assuming θ and sin (θ + φ), A ″ = A ′ + B ′ = 2 cos (φ / 2) sin {(2θ + φ) / 2} (1) B ″ = A′−B ′ = 2 sin (φ / 2) cos {(2θ + φ) / 2} (2) Since 2cos (φ / 2) in equation (1) and 2sin (φ / 2) in equation (2) are constants, A ″ B ″ can maintain the relationship between a sine wave and a cosine wave. That is, A ″ and B ″ have a phase difference of 90 degrees regardless of the values of φ and θ. After this, step 1
13 to 122, the amplitudes of A ″ and B ″ are adjusted to be the same, and the rotation position θ is calculated in step 123.

【0008】図2は本発明の第2実施例を示すものであ
り、本発明に従う位置検出回路を適用した磁気式エンコ
ーダ用位置検出器の実施例における回路ブロック図であ
る。磁気式エンコーダは図示していないが、回転体に固
定され回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化された円板
状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し、
固定体に取り付けられた磁界検出素子を有し、円板の回
転により発生する磁界を磁界検出素子で検出する磁気式
エンコーダである。特に、磁界検出素子は直交性を有す
る信号、すなわち正弦、余弦信号が検出されるよう回転
軸の周りに90度ずらして配置している。さらに、高調
波成分を減ずるために差動を目的として正弦、余弦各信
号を生成する磁界検出素子の位置から各々180度ずら
して磁界検出素子を配置している。磁界検出素子から得
られた信号は図中では正弦波をA、余弦波をBとし、各
々180度ずらした位置にある素子の信号はオーバーバ
ーを付して表記している。また、本実施例では磁界検出
素子としてホール素子を用いており、各素子の信号は2
つの電極を有するのでそれぞれhigh,lowとして
付記している。振幅調整部1内にある増幅器111,1
12,121,122において、A/D変換器2の定格
入力値に振幅を調整して入力している。また、バイアス
もA/D変換器2に入力する前に調整している。A/D
変換器2で変換処理後、演算器3において、θ=tan
−1(Vb/Va)なる演算を行って角度信号を得てい
る。磁気エンコーダの円板をモータを用いて1Hzで回
転させ、一方に校正用のエンコーダを設置して信号の精
度計測を行った。比較のため従来の方法として図3に示
すように振幅の調整を行わずにA/D変換器2に直接入
力し精度計測を行った。その結果、従来の方法において
は7bit分割可能な精度であることに対し、本発明の
実施例においては9bit分割可能な精度であることが
わかった。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, and is a circuit block diagram of an embodiment of a position detector for a magnetic encoder to which a position detecting circuit according to the present invention is applied. Although the magnetic encoder is not shown, a disk-shaped permanent magnet fixed to the rotating body and magnetized in one direction perpendicular to the axis of the rotating body, faces the permanent magnet via a gap,
The magnetic encoder includes a magnetic field detecting element attached to a fixed body, and detects a magnetic field generated by rotation of a disk with the magnetic field detecting element. In particular, the magnetic field detecting elements are arranged shifted by 90 degrees around the rotation axis so that signals having orthogonality, that is, sine and cosine signals are detected. Further, in order to reduce harmonic components, the magnetic field detecting elements are arranged at 180 degrees from the positions of the magnetic field detecting elements for generating sine and cosine signals for the purpose of differential. In the figure, the signals obtained from the magnetic field detecting elements are represented by A for the sine wave and B for the cosine wave, and the signals of the elements at positions shifted by 180 degrees are indicated by overbars. In this embodiment, a Hall element is used as the magnetic field detecting element, and the signal of each element is 2
Since it has two electrodes, it is described as high and low, respectively. Amplifiers 111 and 1 in amplitude adjustment section 1
At 12, 121 and 122, the amplitude is adjusted and input to the rated input value of the A / D converter 2. Also, the bias is adjusted before inputting to the A / D converter 2. A / D
After the conversion processing by the converter 2, the arithmetic unit 3 outputs θ = tan
An angle signal is obtained by performing an operation of -1 (Vb / Va). The disk of the magnetic encoder was rotated at 1 Hz using a motor, and a calibration encoder was installed on one side to measure the signal accuracy. For comparison, as a conventional method, as shown in FIG. 3, the accuracy was measured by directly inputting to the A / D converter 2 without adjusting the amplitude. As a result, it was found that the accuracy of the conventional method was 7 bits, whereas the accuracy of the embodiment of the present invention was 9 bits.

【0009】図3は、本発明に従う位置検出回路を適用
した磁気エンコーダ用位置検出器の第3の実施例におけ
る回路ブロックである。磁気式エンコーダは第2の実施
例と同様である。各磁界検出素子からの信号振幅を振幅
調整部1内にある増幅器111,112,121,12
2で均一の振幅に調整後、増幅器113,123で差動
処理を行っている。なお、A/D変換器2の定格入力値
に振幅を調整して入力していることは第2の実施例と同
様である。構成は第2の実施例より複雑になるが、演算
をCPUで行わないのでCPUに負荷をかけず位置検出
の高速処理が可能になる。第2の実施例同様に、比較の
ため振幅調整部で調整を行わずにA/D変換器2に入力
して精度計測を行った。その結果、第2の実施例と同様
に従来の方法においては7bit分割可能な精度である
ことに対し、本発明の実施例においては9bit分割可
能な精度であることがわかった。
FIG. 3 is a circuit block diagram of a third embodiment of a magnetic encoder position detector to which the position detection circuit according to the present invention is applied. The magnetic encoder is the same as in the second embodiment. Signal amplitudes from the respective magnetic field detection elements are converted into amplifiers 111, 112, 121, and 12 in the amplitude adjustment unit 1.
After adjusting the amplitude to be uniform at 2, the differential processing is performed by the amplifiers 113 and 123. The input of the A / D converter 2 with the amplitude adjusted to the rated input value is the same as in the second embodiment. Although the configuration is more complicated than in the second embodiment, the calculation is not performed by the CPU, so that a high-speed position detection process can be performed without imposing a load on the CPU. Similarly to the second embodiment, the accuracy was measured by inputting to the A / D converter 2 without adjustment by the amplitude adjustment unit for comparison. As a result, it was found that the accuracy of the conventional method was 7 bits, as compared with the second embodiment, whereas the accuracy of the 9 bits was possible in the embodiment of the present invention.

【0010】図4は、本発明に従う速度検出方法を適用
した位置検出器用の信号処理回路ブロック図である。位
置検出器42は詳細に記さないが、回転体に固定され回
転体の軸と垂直方向の一方向に磁化された円板状の永久
磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に
取り付けられた磁界検出素子を有し、円板の回転により
発生する磁界を磁界検出素子で検出する磁気式エンコー
ダである。特に、磁界検出素子は直交性を有する2つの
信号、すなわち正弦、余弦信号が検出されるよう回転軸
の周りに90度ずらして配置している。なお、磁界検出
素子を駆動させるために駆動回路41を設けている。次
に速度検出部43の説明を行う。同速度検出部43は除
算部44、微分部45、係数演算部46、乗算部47か
らなる。さらに各部で行う処理の内容を詳細に説明す
る。時刻tにおける角度をθとし、位置検出器22から
得られる正弦、余弦各信号の各電圧をそれぞれ、 Vs=Vsinθ、Vc=Vcosθ とする。角度θは、x=Vs/Vcとすると θ=tan−1x で表される。ここで、回転速度はdθ/dtで表される
から、 dθ/dt=dθ/dx×dx/dt=1/(1+x)×dx/dt・・・(1) となる。
FIG. 4 is a block diagram of a signal processing circuit for a position detector to which the speed detecting method according to the present invention is applied. Although not described in detail, the position detector 42 is fixed to a rotating body, and faces a disk-shaped permanent magnet that is magnetized in one direction perpendicular to the axis of the rotating body. A magnetic encoder having a magnetic field detecting element attached to a body and detecting a magnetic field generated by rotation of a disk with the magnetic field detecting element. In particular, the magnetic field detecting elements are arranged shifted by 90 degrees around the rotation axis so that two signals having orthogonality, that is, sine and cosine signals are detected. Note that a drive circuit 41 is provided to drive the magnetic field detection element. Next, the speed detector 43 will be described. The speed detector 43 includes a divider 44, a differentiator 45, a coefficient calculator 46, and a multiplier 47. The details of the processing performed by each unit will be described in detail. The angle at time t is θ, and the voltages of the sine and cosine signals obtained from the position detector 22 are Vs = Vsinθ and Vc = Vcosθ, respectively. The angle θ is represented by θ = tan −1 x where x = Vs / Vc. Here, since the rotation speed is represented by dθ / dt, dθ / dt = dθ / dx × dx / dt = 1 / (1 + x 2 ) × dx / dt (1)

【0011】従って、時刻tにおける位置検出器42か
ら得られる正弦、余弦各信号電圧を計測し、除算部44
で上述したxを算出した後、(1)式の係数1/(1+
)を係数演算部46において、xの微分値dx/d
tを微分部25において算出し、最後に乗算部47で乗
算を行うことで回転速度dθ/dtを得ることができ
る。ここで速度の分解能を比較するため、従来例として
12bit分解能を有する光式エンコーダの処理回路ブ
ロックを図7に示す。図中31は位置検出器、32は演
算用CPU33を有する速度検出部である。10rpm
で回転する軸に、本発明の回転速度処理方法を実現する
処理回路を有する位置検出器31と、従来の12bit
分割する能力をもつ位置検出器を設置して回転速度を調
べた。従来例では回転速度が認識される最小時間が1.
4msecであるのに対して、本発明においては演算精
度が12bitであれば0.7msecで回転速度が得
られることがわかった。なお、本発明の実施例において
はアナログ処理を用いたが、位置検出器からの信号をデ
ィジタル処理し、同様の演算処理を行ってもよい。
Therefore, the sine and cosine signal voltages obtained from the position detector 42 at time t are measured,
After calculating the above x, the coefficient 1 / (1+
x 2 ) is converted to a differential value dx / d of x in the coefficient calculating unit 46.
The rotation speed dθ / dt can be obtained by calculating t in the differentiator 25 and finally performing multiplication in the multiplier 47. FIG. 7 shows a processing circuit block of an optical encoder having a 12-bit resolution as a conventional example in order to compare the resolution of the speed. In the figure, 31 is a position detector, and 32 is a speed detecting unit having a CPU 33 for calculation. 10 rpm
A position detector 31 having a processing circuit for realizing the rotation speed processing method of the present invention on a shaft rotating at
The rotation speed was investigated by installing a position detector capable of dividing. In the conventional example, the minimum time for recognizing the rotation speed is 1.
In contrast to 4 msec, in the present invention, it was found that the rotational speed can be obtained in 0.7 msec if the calculation accuracy is 12 bits. Although the analog processing is used in the embodiment of the present invention, the signal from the position detector may be digitally processed and the same arithmetic processing may be performed.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、下
記の効果を奏する。 (1)位置検出器の各相の振幅を同一にし、各相のオフ
セットを除去した後、各相信号の和と差の演算を行い、
生成される2つの信号を用いて各相の位相差を90度に
する手段を備えたことにより、従来18ステップあった
A相、B相の位相調整を12ステップで行うことができ
るため、演算時間の短縮につながり、その結果、被測定
体である回転体の回転速度が速くなっても十分追従する
することができる。 (2)磁界検出素子からの信号振幅を増幅する増幅器
と、この増幅器で増幅されたアナログ信号をディジタル
信号に変換するアナログ/ディジタル変換器と、このア
ナログ/ディジタル変換器から出力された信号に基づい
て位置検出を行う手段とを備えたことにより、直交性を
有する2相信号を得るために磁界検出素子を少なくとも
2つ以上有している磁気式エンコーダにあっては、磁界
検出素子から得られる各々信号を増幅器で振幅が均一に
なるように増幅している回転位置検出回路としているの
で、精度を損ねることなく高精度に位置検出ができる。 (3)直交性を有する2相信号を使用し位置検出を行う
位置検出器における信号処理において、2相信号の比を
用いて、逆正接の微分及び比の時間変動量から回転速度
を検出しているので、回転軸が低速回転していても速度
信号を得ることができるようになるので、低速回転時に
おけるモータ等回転軸の制御が可能になる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) After equalizing the amplitude of each phase of the position detector and removing the offset of each phase, the sum and difference of each phase signal are calculated,
By providing means for making the phase difference of each phase 90 degrees using the two generated signals, the phase adjustment of the A phase and the B phase can be performed in 12 steps, which was conventionally 18 steps. This leads to a reduction in time, and as a result, it is possible to sufficiently follow the rotation speed of the rotating body that is the measured object, even when the rotation speed increases. (2) An amplifier for amplifying the signal amplitude from the magnetic field detecting element, an analog / digital converter for converting an analog signal amplified by the amplifier into a digital signal, and a signal output from the analog / digital converter. Means for performing position detection by using a magnetic encoder having at least two magnetic field detecting elements in order to obtain a two-phase signal having orthogonality. Since each of the signals is a rotational position detection circuit that amplifies the signal so that the amplitude becomes uniform, the position can be detected with high accuracy without impairing the accuracy. (3) In signal processing in a position detector that performs position detection using a two-phase signal having orthogonality, the rotational speed is detected from the derivative of the arc tangent and the time variation of the ratio using the ratio of the two-phase signals. Therefore, even if the rotating shaft is rotating at a low speed, a speed signal can be obtained, so that it is possible to control a rotating shaft such as a motor at the time of low-speed rotation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施例を示す演算処理部のフロ
ーチャートである。
FIG. 1 is a flowchart of an arithmetic processing unit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2実施例における信号処理回路の
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a signal processing circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第3実施例における信号処理回路の
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a signal processing circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第4実施例における信号処理回路の
ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a signal processing circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】 従来例による位置検出器の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional position detector.

【図6】 従来例による演算処理部のフローチャートで
ある。
FIG. 6 is a flowchart of a calculation processing unit according to a conventional example.

【図7】 従来の信号処理回路のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a conventional signal processing circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:振幅調整部、11:回転検出器から出力されるA相
信号、12:回転検出器から出力されるA相と180度
位相の異なる信号、13:回転検出器から出力されるB
相信号、14:回転検出器から出力されるB相と180
度位相の異なる信号、111,112,113,12
1,122,123:振幅調整用増幅器、2,21,2
2:A/D変換器、3:演算器、31位置検出器(光
式)、32:速度検出部、33:演算用CPU、41:
駆動回路、42:位置検出器(磁気式)、43:速度検
出部、44:除算部、45:微分部、46:係数演算
部、47:乗算部
1: Amplitude adjuster, 11: A-phase signal output from rotation detector, 12: A signal output from rotation detector and 180 degrees out of phase, 13: B output from rotation detector
Phase signal, 14: B-phase output from rotation detector and 180
Signals with different degrees of phase, 111, 112, 113, 12
1,122,123: Amplitude adjusting amplifier, 2,21,2
2: A / D converter, 3: arithmetic unit, 31 position detector (optical type), 32: speed detector, 33: arithmetic CPU, 41:
Drive circuit, 42: position detector (magnetic type), 43: speed detector, 44: divider, 45: differentiator, 46: coefficient calculator, 47: multiplier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G01D 5/36 G01D 5/36 W (72)発明者 椛島 武文 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川電機内 (72)発明者 中村 裕司 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川電機内 Fターム(参考) 2F063 AA35 AA50 BD16 CB20 DA05 DB07 DD03 EA03 GA52 GA67 GA73 KA01 LA02 LA11 LA12 LA16 LA17 LA19 LA22 LA23 LA24 LA25 LA29 2F069 AA83 AA99 DD15 DD19 EE20 GG04 GG06 HH15 JJ17 JJ25 NN00 NN01 NN05 NN08 NN09 NN26 2F077 AA11 CC02 NN02 NN19 NN24 NN27 PP12 PP19 QQ05 QQ09 QQ10 TT02 TT31 TT42 2F103 BA08 DA01 ED00 ED01 ED27 ED35 FA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // G01D 5/36 G01D 5/36 W (72) Inventor Takefumi Kabashima 2 Kurosaki Shiroishi, Yawatanishi-ku, Kitakyushu, Fukuoka Prefecture No. 1 Yasukawa Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yuji Nakamura 2-1 Kurosaki Castle Stone, Yawatanishi-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka F-term (reference) 2F063 AA35 AA50 BD16 CB20 DA05 DB07 DD03 EA03 GA52 GA67 GA73 KA01 LA02 LA11 LA12 LA16 LA17 LA19 LA22 LA23 LA24 LA25 LA29 2F069 AA83 AA99 DD15 DD19 EE20 GG04 GG06 HH15 JJ17 JJ25 NN00 NN01 NN05 NN08 NN09 NN26 2F077 AA11 CC02 NN02 NN19 NN24 TT27Q02 NN27 TT27Q09 FA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直交性を有する2相信号を用いて位置検
出を行う位置検出器を備え、この位置検出器から出力さ
れる2相のアナログ信号をディジタル信号に変換する手
段と、その2相のディジタル信号の各相の振幅を同一に
し、各相のオフセット誤差を除去し、各相の位相差を9
0度に調整する演算処理を行う手段とを備えた回転位置
検出器であって、 前記位置検出器の各相の振幅を同一にし、各相のオフセ
ットを除去した後、各相信号の和と差の演算を行い、生
成される2つの信号を用いて各相の位相差を90度にす
る手段を備えたことを特徴とする回転位置検出器。
A means for converting a two-phase analog signal output from the position detector into a digital signal, comprising: a position detector for detecting a position using a two-phase signal having orthogonality; , The amplitude of each phase of the digital signal is made the same, the offset error of each phase is removed, and the phase difference of each phase is 9
A rotational position detector comprising means for performing arithmetic processing for adjusting to 0 degrees, wherein the amplitude of each phase of the position detector is made the same, and the offset of each phase is removed. A rotational position detector comprising means for calculating a difference and making a phase difference of each phase 90 degrees using two generated signals.
【請求項2】 回転体に固定された永久磁石と、この永
久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた
磁界検出素子と、この磁界検出素子からの信号を処理す
る信号処理回路とを備え、前記永久磁石は円板状に形成
され、かつ前記回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化さ
れた磁気式エンコーダを位置検出器として用いる回転位
置検出装置において、 前記磁界検出素子からの信号振幅を増幅する増幅器と、
この増幅器で増幅されたアナログ信号をディジタル信号
に変換するアナログ/ディジタル変換器と、このアナロ
グ/ディジタル変換器から出力された信号に基づいて位
置検出を行う手段とを備えたことを特徴とする回転位置
検出回路。
2. A permanent magnet fixed to a rotating body, a magnetic field detecting element opposed to the permanent magnet via a gap and attached to the fixed body, and a signal processing circuit for processing a signal from the magnetic field detecting element. Wherein the permanent magnet is formed in a disk shape, and a rotational position detecting device using a magnetic encoder magnetized in one direction perpendicular to the axis of the rotating body as a position detector, wherein the magnetic field detecting element An amplifier for amplifying the signal amplitude from
A rotary converter comprising: an analog / digital converter for converting an analog signal amplified by the amplifier into a digital signal; and means for detecting a position based on a signal output from the analog / digital converter. Position detection circuit.
【請求項3】 磁気式エンコーダが直交性を有する2相
信号を得るために磁界検出素子を少なくとも2つ以上有
しており、前記磁界検出素子から得られる各々の信号を
増幅器で振幅が均一になるように増幅することを特徴と
する請求項2記載の回転位置検出回路。
3. A magnetic encoder has at least two magnetic field detecting elements to obtain a two-phase signal having orthogonality, and each of the signals obtained from the magnetic field detecting elements is uniformly amplified by an amplifier using an amplifier. 3. The rotational position detecting circuit according to claim 2, wherein the signal is amplified so as to be amplified.
【請求項4】 直交性を有する2相信号を用いて位置検
出を行う位置検出器を備え、この位置検出器から出力さ
れる2相信号の比の微分及び係数演算から回転速度を検
出する手段を備えたことを特徴とする回転速度検出装
置。
4. A means for detecting a rotational speed from a differential of a ratio of a two-phase signal outputted from the position detector and a coefficient calculation, comprising a position detector for performing position detection using a two-phase signal having orthogonality. A rotation speed detecting device comprising:
【請求項5】 前記位置検出器は、回転体に固定された
永久磁石と、この永久磁石に空隙を介して対向し、固定
体に取り付けられた磁界検出素子と、この磁界検出素子
からの信号を処理する信号処理回路とを備え、前記永久
磁石は円板状に形成され、かつ前記回転体の軸と垂直方
向の一方向に磁化された磁気式エンコーダであることを
特徴とする請求項4記載の回転速度検出装置。
5. The position detector includes a permanent magnet fixed to a rotating body, a magnetic field detecting element opposed to the permanent magnet via an air gap, and mounted on the fixed body, and a signal from the magnetic field detecting element. And a signal processing circuit for processing the permanent magnet, wherein the permanent magnet is a magnetic encoder formed in a disk shape and magnetized in one direction perpendicular to the axis of the rotating body. The rotation speed detecting device according to any one of the preceding claims.
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