JP2012032313A - Rotation detector and phase error correction method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気式センサから得られる90度位相の異なるA、B相の2相の正弦波信号に基づき回転部材の回転位置を検出する回転検出器に関する。更に詳しくは、磁気式センサの磁気検出素子の組立ピッチ誤差などに起因する2相信号の位相誤差を簡易な演算方法により除去して精度良く回転角度位置を検出できるようにした回転検出器の位相誤差補正方法に関する。 The present invention relates to a rotation detector that detects a rotation position of a rotating member based on two-phase sine wave signals of A and B phases obtained from a magnetic sensor and having a phase difference of 90 degrees. More specifically, the phase of the rotation detector that can detect the rotation angle position with high accuracy by removing the phase error of the two-phase signal caused by the assembly pitch error of the magnetic detection element of the magnetic sensor by a simple calculation method. The present invention relates to an error correction method.
2相正弦波方式の磁気式センサの出力に基づきモータ軸などの回転部材の回転位置を検出する回転検出器では、その角度位置検出精度を高めるための方法として次の2つの方法が知られている。 In a rotation detector that detects the rotational position of a rotating member such as a motor shaft based on the output of a two-phase sine wave type magnetic sensor, the following two methods are known as methods for improving the angular position detection accuracy. Yes.
一つ目の方法は、事前にモータ軸1回転分の角度誤差を数値列で取得して記憶保持しておき、実際の角度位置演算時には、記憶保持してある角度誤差データを読み出して補正を施す方法である。この方法は、検出位置の再現性に優れた磁気式センサに有効である。しかし、高機能のデジタル回路が必要になり、省スペース化、低コスト化の点で不利である。また、角度演算部と磁気式センサの組み合わせが1対1に固定されてしまうという制約がある。 In the first method, the angle error for one rotation of the motor shaft is acquired and stored in advance as a numerical string, and the stored angle error data is read and corrected when calculating the actual angular position. It is a method of applying. This method is effective for a magnetic sensor excellent in reproducibility of a detection position. However, a highly functional digital circuit is required, which is disadvantageous in terms of space saving and cost reduction. In addition, there is a restriction that the combination of the angle calculation unit and the magnetic sensor is fixed one-to-one.
二つ目の方法は、組立精度の高精度化などによって、誤差の要因となる成分を個別に補正、改善する方法である。この方法は、2相信号に含まれる各種要因の誤差成分を個別に解決する必要があるが、補正回路をアナログ回路のみで構成することができるので、省スペース化、低コスト化の観点において上記の一つ目の方法よりも有利である。 The second method is a method for individually correcting and improving components that cause errors by increasing the assembly accuracy. In this method, it is necessary to individually solve the error components of various factors included in the two-phase signal. However, since the correction circuit can be configured only by an analog circuit, the above-mentioned method is used in terms of space saving and cost reduction. This is more advantageous than the first method.
ここで、特許文献1にはデジタル演算処理により2相信号の位相誤差を補正する回転位置検出器が開示されており、特許文献2にも同様に2相信号の位相誤差を補正するエンコーダ信号の補正回路が開示されている。
Here,
しかしながら、2相信号の位相誤差の補正を、アナログ回路を用いて簡便な演算により行うことのできる方法は提案されていない。 However, no method has been proposed that can correct a phase error of a two-phase signal by a simple calculation using an analog circuit.
本発明の課題は、簡易な演算のみによって2相信号に含まれている位相誤差を補正可能な回転検出器および、回転検出器の位相誤差補正方法を提案することにある。 An object of the present invention is to propose a rotation detector capable of correcting a phase error included in a two-phase signal only by simple calculation and a phase error correction method for the rotation detector.
上記の課題を解決するために、本発明は、
検出対象物の回転に応じて発生する位相が相互に90度異なるA相センサ信号Va0およびB相センサ信号Vb0を用いて前記検出対象物の回転角度θを算出するに当たり、前記A相センサ信号Va0、前記B相センサ信号Vb0の位相誤差φに起因する回転角度算出誤差を除去する回転検出器の位相誤差補正方法であって、
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から前記位相誤差φを測定し、
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から、オフセット補正が施された振幅AのA相信号Va(=Asinθ)および振幅BのB相信号Vb(=Bcos(θ−φ))を生成するために用いる前記振幅A、Bと、前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbにゲイン補正を施して、A相補正信号Va1(=r1・Asinθ、r1:調整ゲイン)およびB相補正信号Vb1(=r2・Bcos(θ−φ)、r2:調整ゲイン)を生成するために用いる前記調整ゲインr1、r2とが、
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1、および、(r2・B)/A=1
を共に満足するように、これらの値を調整し、
値Vb2を、
Vb2=Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}
により算出し、
前記回転角度θを、
θ=tan−1(Va1/Vb2)
により算出することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
In calculating the rotation angle θ of the detection object using the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 that are different in phase by 90 degrees according to the rotation of the detection object, the A-phase sensor signal Va0 is calculated. A rotation detector phase error correction method for removing a rotation angle calculation error caused by the phase error φ of the B phase sensor signal Vb0,
The phase error φ is measured from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0,
From the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0, the A-phase signal Va (= Asinθ) and the B-phase signal Vb (= Bcos (θ−φ)) having the amplitude B, which have been offset-corrected, are obtained. The amplitudes A and B used for generation, the A-phase signal Va and the B-phase signal Vb are subjected to gain correction, and an A-phase correction signal Va1 (= r1 · Asinθ, r1: adjustment gain) and B-phase correction The adjustment gains r1 and r2 used to generate the signal Vb1 (= r2 · Bcos (θ−φ), r2: adjustment gain) are:
{(R2 · B) / (r1 · A)} cosφ = 1 and (r2 · B) / A = 1
Adjust these values to satisfy
The value Vb2 is
Vb2 = Vb1-Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
Calculated by
The rotation angle θ is
θ = tan −1 (Va1 / Vb2)
It is characterized by calculating by.
本発明の方法では、例えば、回転検出器を検出対象物に実装した後の製造段階において、A相センサ信号Va0、B相センサ信号Vb0から、2相信号の振幅比A/Bが適切な値となるように振幅A、Bを調整することができる。さらに、振幅A、Bに基づき上記の条件式を満足するように調整ゲインr1、r2を調整することができる。 In the method of the present invention, for example, the amplitude ratio A / B of the two-phase signal is an appropriate value from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 in the manufacturing stage after the rotation detector is mounted on the detection target. The amplitudes A and B can be adjusted so that Furthermore, the adjustment gains r1 and r2 can be adjusted based on the amplitudes A and B so as to satisfy the above conditional expression.
実際の回転角度検出時の位相補正動作においては、簡易な演算(四則演算のみ)によって位相誤差補正を行うことができる。すなわち、センサ信号Va0、Vb0から、位相誤差が除去されたA相補正信号Va1、B相補正信号Vb1を算出することができる。よって、位相誤差補正をアナログ回路によって行うことができる。また、これらの補正信号に基づき、例えばデジタル回路からなる角度演算回路において、値Vb2を算出することにより、従来と同様の演算によってVa1、Vb2から回転角度θを算出することができる。 In the phase correction operation at the time of actual rotation angle detection, phase error correction can be performed by simple calculation (only four arithmetic operations). That is, the A-phase correction signal Va1 and the B-phase correction signal Vb1 from which the phase error has been removed can be calculated from the sensor signals Va0 and Vb0. Therefore, phase error correction can be performed by an analog circuit. Also, based on these correction signals, for example, by calculating the value Vb2 in an angle calculation circuit composed of a digital circuit, the rotation angle θ can be calculated from Va1 and Vb2 by the same calculation as in the prior art.
ここで、本発明の補正方法を適用可能な前記回転検出器としては、前記検出対象物に取り付けた磁石の回転磁界を検出する少なくとも2個のホール素子を備えた磁気式センサを備えたものを挙げることができる。この場合、前記位相誤差φには、前記ホール素子の組立ピッチ誤差に起因する位相誤差成分、磁石の着磁波形の位相ズレに起因する位相誤差成分が含まれている。本発明の方法によれば、かかる位相誤差成分を確実に除去することができる。 Here, as the rotation detector to which the correction method of the present invention can be applied, a detector provided with a magnetic sensor including at least two Hall elements for detecting a rotating magnetic field of a magnet attached to the detection object. Can be mentioned. In this case, the phase error φ includes a phase error component caused by an assembly pitch error of the Hall element and a phase error component caused by a phase shift of the magnetized waveform of the magnet. According to the method of the present invention, such a phase error component can be reliably removed.
次に、本発明の回転検出器は、
検出対象物の回転に応じて、位相が相互に90度異なるA相センサ信号Va0およびB相センサ信号Vb0を出力する磁気式センサと、
前記磁気式センサから出力される前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0に補正を施してA相補正信号Va1およびB相補正信号Vb1を生成して出力する信号補正回路と、
前記信号補正回路から出力される前記A相補正信号Va1および前記B相補正信号Vb1に基づき前記検出対象物の回転角度θを演算する角度演算回路とを有し、
前記信号補正回路は、
前記センサ部から出力される前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から、オフセット補正が施された振幅AのA相信号Vaおよび振幅BのB相信号Vbを生成する振幅補正部と、
前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbにゲイン補正を施して、A相信号r1・Va(r1:調整ゲイン)およびB相信号r2・Vb(r2:調整ゲイン)を、それぞれ、前記A相補正信号Va1および前記B相補正信号Vb1として生成するゲイン補正部とを備え、
前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbは
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0を測定することにより得られるこれらの信号の位相誤差をφとすると、前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbは次式により規定され、
Va=Asinθ
Vb=Bcos(θ−φ)
前記振幅A、Bと前記調整ゲインr1、r2は次の条件式の双方を満たすように設定されており、
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1
(r2・B)/A=1
前記角度演算回路は、
次式により値Vb2を演算する第1演算部と、
Vb2=Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}
次式により前記回転角度θを演算する第2演算部とを備えていることを特徴としている。
θ=tan−1(Va1/Vb2)
Next, the rotation detector of the present invention includes:
A magnetic sensor that outputs an A-phase sensor signal Va0 and a B-phase sensor signal Vb0 whose phases are different from each other by 90 degrees according to the rotation of the detection object;
A signal correction circuit that corrects the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the magnetic sensor to generate and output an A-phase correction signal Va1 and a B-phase correction signal Vb1;
An angle calculation circuit that calculates a rotation angle θ of the detection object based on the A phase correction signal Va1 and the B phase correction signal Vb1 output from the signal correction circuit;
The signal correction circuit includes:
An amplitude correction unit that generates an A-phase signal Va of amplitude A and a B-phase signal Vb of amplitude B subjected to offset correction from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the sensor unit; ,
The A phase signal Va and the B phase signal Vb are subjected to gain correction, and the A phase signal r1 · Va (r1: adjustment gain) and the B phase signal r2 · Vb (r2: adjustment gain) are respectively converted into the A phase. A gain correction unit that generates the correction signal Va1 and the B-phase correction signal Vb1,
The phase A signal Va and the phase B signal Vb are expressed as follows, assuming that the phase error of these signals obtained by measuring the phase A sensor signal Va0 and the phase B sensor signal Vb0 is φ. The B phase signal Vb is defined by the following equation:
Va = Asinθ
Vb = Bcos (θ−φ)
The amplitudes A and B and the adjustment gains r1 and r2 are set so as to satisfy both of the following conditional expressions:
{(R2 · B) / (r1 · A)} cosφ = 1
(R2 · B) / A = 1
The angle calculation circuit includes:
A first calculation unit for calculating the value Vb2 by the following equation;
Vb2 = Vb1-Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
And a second calculation unit for calculating the rotation angle θ according to the following equation.
θ = tan −1 (Va1 / Vb2)
ここで、前記信号補正回路において、値Va1、Vb1と共に、ゲインr3および値Vb2を算出してもよい。
r3=Va1√{1/(r1)2−1}
Vb2=Vb1−Va1・r3
このようにすれば、角度演算回路における第1演算部を省略できる。
Here, in the signal correction circuit, the gain r3 and the value Vb2 may be calculated together with the values Va1 and Vb1.
r3 = Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
Vb2 = Vb1-Va1 · r3
In this way, the first calculation unit in the angle calculation circuit can be omitted.
ここで、前記磁気式センサは、前記検出対象物に取り付けた磁石の回転磁界を検出する少なくとも2個のホール素子を備えたものとすることができる。 Here, the magnetic sensor may include at least two Hall elements that detect a rotating magnetic field of a magnet attached to the detection target.
また、前記信号補正回路をアナログ回路とし、前記演算回路をデジタル回路とすることができ、この場合には、前記信号補正回路の出力信号をデジタル信号に変換して前記演算回路に出力するAD変換回路を配置しておけばよい。 Further, the signal correction circuit can be an analog circuit, and the arithmetic circuit can be a digital circuit. In this case, the AD conversion that converts the output signal of the signal correction circuit into a digital signal and outputs the digital signal to the arithmetic circuit A circuit may be arranged.
本発明では、2相の正弦波検出信号を波形整形して生成される補正信号における振幅と調整ゲインの関係を適切に設定しておくことにより、四則演算のみで検出信号に含まれている位相誤差を補正できるようにしている。したがって、補正回路として複雑なデジタル演算回路を用いることなく簡単なアナログ回路を用いることができ、回転検出器の省スペース化および低コスト化を実現できる。 In the present invention, by appropriately setting the relationship between the amplitude and the adjustment gain in the correction signal generated by shaping the waveform of the two-phase sine wave detection signal, the phase included in the detection signal only by the four arithmetic operations The error can be corrected. Therefore, a simple analog circuit can be used as the correction circuit without using a complicated digital arithmetic circuit, and space saving and cost reduction of the rotation detector can be realized.
以下に、図面を参照して、本発明を適用した回転検出器の実施の形態を説明する。 Embodiments of a rotation detector to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
(全体構成)
図1は本発明の実施の形態に係る回転検出器の制御系を示す概略ブロック図である。回転検出器1は、検出対象物、例えばモータ2のモータ軸2aの回転に応じて、位相が相互に90度異なるA相センサ信号Va0およびB相センサ信号Vb0を出力する磁気式センサ3を備えている。磁気式センサ3は、モータ軸2aに同軸状に取り付けた多極マグネットリング3aの回転磁界を検出する少なくとも2個のホール素子Ha、Hbを備えた磁気式センサである。
(overall structure)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a control system of a rotation detector according to an embodiment of the present invention. The
この磁気式センサ3のホール素子Haから出力される正弦波状のA相センサ信号Va0と、ホール素子Hbから出力される正弦波状のB相センサ信号Vb0は、アナログ回路からなる信号補正回路4に供給される。信号補正回路4において、これらの信号に補正を施してA相補正信号Va1およびB相補正信号Vb1を生成する。A相補正信号Va1、B相補正信号Vb1は信号補正回路4から出力された後にAD変換器5a、5bを介してデジタル信号に変換された後に、デジタル回路からなる角度演算回路6に供給される。角度演算回路6では、デジタル化されたA相補正信号Va1およびB相補正信号Vb1に基づき検出対象物であるモータ軸2aの回転角度θを演算する。
The sinusoidal A-phase sensor signal Va0 output from the Hall element Ha of the
演算された回転角度θは、例えば、モータ制御回路7に供給される。モータ制御回路7は、検出された回転角度θに基づき、モータ2をフィードバック制御してモータ軸2aの回転位置を制御する。
The calculated rotation angle θ is supplied to the
アナログ回路からなる信号補正回路4は、磁気式センサ3から出力されるA相センサ信号Va0およびB相センサ信号Vb0から、オフセット補正が施された振幅AのA相信号Vaおよび振幅BのB相信号Vbを生成する振幅補正部4aと、A相信号VaおよびB相信号Vbにゲイン補正を施して、A相信号r1・Va(r1:調整ゲイン)およびB相信号r2・Vb(r2:調整ゲイン)を、それぞれ、A相補正信号Va1およびB相補正信号Vb1として生成するゲイン補正部4bとを備えている。
The signal correction circuit 4 composed of an analog circuit, from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the
ここで、A相信号VaおよびB相信号Vbは、磁気式センサ3から出力されるA相センサ信号Va0およびB相センサ信号Vb0を測定することにより得られるこれらの信号の位相誤差をφとすると、次式により規定される。
Va=Asinθ
Vb=Bcos(θ−φ)
Here, if the phase error of these signals obtained by measuring the A phase sensor signal Va0 and the B phase sensor signal Vb0 output from the
Va = Asinθ
Vb = Bcos (θ−φ)
また、振幅A、Bと調整ゲインr1、r2は次の条件式の双方を満たすように設定されている。
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1
(r2・B)/A=1
The amplitudes A and B and the adjustment gains r1 and r2 are set so as to satisfy both of the following conditional expressions.
{(R2 · B) / (r1 · A)} cosφ = 1
(R2 · B) / A = 1
次に、角度演算回路6は、次の式により値Vb2を演算する第1演算部6aを備えている。
Vb2=Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}
また、次式により回転角度θを演算する第2演算部6bを備えている。
θ=tan−1(Va1/Vb2)
Next, the
Vb2 = Vb1-Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
Moreover, the 2nd calculating
θ = tan −1 (Va1 / Vb2)
なお、本例では、角度演算回路6の第1演算部6aにおいて上記のように値Vb2を算出している。この代わりに、信号補正回路4のゲイン補正部4bにおいて、定数(ゲイン)r3として次の値を算出し、これに基づき、値Vb2を算出し、これをAD変換器を介して角度演算回路6に供給してもよい。
r3=√{1/(r1)2−1}
Vb2=Vb1−Va1・r3
このように、ゲイン補正部4bにおいて、調整ゲインr1、r2とゲインr3を算出して、値Va1、Vb1、Vb2を出力すれば、角度演算回路6の第1演算部6aを省略することができる。
In this example, the value Vb2 is calculated in the
r3 = √ {1 / (r1) 2 −1}
Vb2 = Vb1-Va1 · r3
Thus, if the
(位相補正計算式の導出)
ここで、位相誤差が補正された回転角度θを算出するための式の導出方法を説明する。まず、各記号の定義を以下に纏めて列記しておく。
Va:A相信号(オフセット・振幅補正後のA相センサ信号)
Vb:B相信号(オフセット・振幅補正後のB相センサ信号)
θ :回転角度(モータ軸角度)
φ :ホール素子Ha、Hbのピッチ誤差(位相誤差)
A :A相振幅
B :B相振幅
r1:A相調整ゲイン
r2:B相調整ゲイン
A、B相信号Va、Vb、A、B相補正信号Va1、Vb1は次のように表される。
Va=Asinθ (1)
Vb=Bcos(θ−φ) (2)
Va1=r1・Va (3)
Vb1=r2・Vb (4)
加法定理より次式が得られる。
cos(θ−φ)=cosθcosφ+sinθsinφ (5)
Vb1=r2・Bcosθcosφ+r2・Bsinθsinφ (6)
式(3)を式(6)で割ることにより次式が得られる。
Va1/Vb1
=r1・Asinθ/(r2・Bcosθcosφ+r2・Bsinθsinφ) (7)
式(7)を整理して次式が得られる。
sinθ/cosθ
=[{(r2・B)/(r1・A)}Va1cosφ]/[Vb1−{(r2・B)/(r1・A)}Va1sinφ] (8)
ここで、A、B、r1、r2を次の条件式の双方を満たすものとする。
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1,(r2・B)/A=1 (9)
このように仮定すると、次式(10)の関係が得られる。
cosφ=r1 (10)
sin2φ=1−cos2φより、次式が得られる。
sinφ=√{1−(r1)2} (11)
式(8)に、式(9)、(10)、(11)を代入して整理すると、次式が得られる。
sinθ/cosθ
=Va1/[Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}] (12)
ここで、
Vb2=Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}とすると、式(12)は次のようになる。
sinθ/cosθ=Va1/Vb2
したがって、回転角度θの算出式は次のようになる。
θ=tan−1(Va1/Vb2) (13)
(Derivation of phase correction formula)
Here, a method of deriving an equation for calculating the rotation angle θ with the phase error corrected will be described. First, the definition of each symbol is listed below.
Va: A phase signal (A phase sensor signal after offset / amplitude correction)
Vb: B phase signal (B phase sensor signal after offset / amplitude correction)
θ: Rotation angle (motor shaft angle)
φ: Hall element Ha, Hb pitch error (phase error)
A: A phase amplitude B: B phase amplitude r1: A phase adjustment gain r2: B phase adjustment gain A, B phase signals Va, Vb, A, B phase correction signals Va1, Vb1 are expressed as follows.
Va = Asinθ (1)
Vb = Bcos (θ−φ) (2)
Va1 = r1 · Va (3)
Vb1 = r2 · Vb (4)
From the additive theorem, the following equation is obtained.
cos (θ−φ) = cos θ cos φ + sin θ sin φ (5)
Vb1 = r2 · Bcos θcosφ + r2 · Bsinθsinφ (6)
The following equation is obtained by dividing equation (3) by equation (6).
Va1 / Vb1
= R1 · Asinθ / (r2 · Bcosθcosφ + r2 · Bsinθsinφ) (7)
The following formula is obtained by rearranging the formula (7).
sinθ / cosθ
= [{(R2 · B) / (r1 · A)} Va1cosφ] / [Vb1 − {(r2 · B) / (r1 · A)} Va1sinφ] (8)
Here, A, B, r1, and r2 satisfy both of the following conditional expressions.
{(R2 · B) / (r1 · A)} cos φ = 1, (r2 · B) / A = 1 (9)
Assuming this, the relationship of the following equation (10) is obtained.
cosφ = r1 (10)
From sin 2 φ = 1−cos 2 φ, the following equation is obtained.
sinφ = √ {1- (r1) 2 } (11)
Substituting the formulas (9), (10), and (11) into the formula (8) and rearranging gives the following formula.
sinθ / cosθ
= Va1 / [Vb1-Va1√ {1 / (r1) 2 -1}] (12)
here,
When Vb2 = Vb1−Va1√ {1 / (r1) 2 −1}, Expression (12) is as follows.
sin θ / cos θ = Va1 / Vb2
Therefore, the calculation formula for the rotation angle θ is as follows.
θ = tan −1 (Va1 / Vb2) (13)
(回転検出器の調整)
図2は上記構成の回転検出器1をモータ軸2aに実装した後の製造段階における調整作業を示すフローチャートである。磁気式センサ3をモータ軸2aに組み付けた後(ST1)に、信号補正回路4において、モータ軸2aのホール素子Ha、Hbの出力(A相センサ信号Va0、B相センサ信号Vb0)のオフセット調整を行うと共に、これらの振幅比A/Bが適切な値となるように、振幅調整を行う(ST2)。次に、オフセット補正後のA相信号Va、B相信号Vbに基づき、これらの信号に含まれているホール素子ピッチ誤差などに起因する位相誤差φを測定する(ST3)。位相誤差φをセンサ出力Va0、Vb0から測定してもよい。この後は、上記の条件式(9)を満足するように、ゲイン調整を行う(ST4)。これにより信号補正回路4の調整ゲインr1、r2が設定される。
(Rotation detector adjustment)
FIG. 2 is a flowchart showing the adjustment work in the manufacturing stage after the
(回転角度検出動作)
図3は回転検出器1によるモータ軸2aの回転角度θの検出動作を示すフローチャートである。モータ軸2aの回転に伴って磁気式センサ3のホール素子Ha、HbからA相センサ信号Va0、Vb0が出力する(ST11)。これらの信号は、信号補正回路4に供給されてオフセット補正が施され、A相信号Va、B相信号Vbが生成される(ST12)。さらに、ゲイン調整が施されて、A相補正信号Va1、B相補正信号Vb1が生成される(ST13)。振幅およびゲイン調整によって2相信号の位相誤差が補正される。
(Rotation angle detection operation)
FIG. 3 is a flowchart showing the detection operation of the rotation angle θ of the
次に、A相補正信号Va1、B相補正信号Vb1は、デジタル化された後に角度演算回路6に供給され、上記の式(12)により値Vb2が算出され(ST14)、上記の式(13)により回転角度θが演算される(ST15)。
Next, the A-phase correction signal Va1 and the B-phase correction signal Vb1 are digitized and then supplied to the
このように、回転検出器1では、アナログ回路からなる信号補正回路4において、四則演算のみの簡易な演算によって位相誤差を補正することができる。よって、回路基板を小さくでき、省スペース化、低コスト化に有利である。
As described above, in the
1 回転検出器
2 モータ
2a モータ軸
3 磁気式センサ
4 信号補正回路
4a 振幅補正部
4b ゲイン補正部
5a、5b AD変換器
6 角度演算回路
6a 第1演算部
6b 第2演算部
7 モータ制御回路
Ha、Hb ホール素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から前記位相誤差φを測定し、
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から、オフセット補正が施された振幅AのA相信号Va(=Asinθ)および振幅BのB相信号Vb(=Bcos(θ−φ))を生成するために用いる前記振幅A、Bと、前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbにゲイン補正を施して、A相補正信号Va1(=r1・Asinθ、r1:調整ゲイン)およびB相補正信号Vb1(=r2・Bcos(θ−φ)、r2:調整ゲイン)を生成するために用いる前記調整ゲインr1、r2とが、
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1、および、(r2・B)/A=1
を共に満足するように、これらの値を調整し、
値Vb2を、
Vb2=Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}
により算出し、
前記回転角度θを、
θ=tan−1(Va1/Vb2)
により算出することを特徴とする回転検出器の位相誤差補正方法。 In calculating the rotation angle θ of the detection object using the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 that are different in phase by 90 degrees according to the rotation of the detection object, the A-phase sensor signal Va0 is calculated. A rotation detector phase error correction method for removing a rotation angle calculation error caused by the phase error φ of the B phase sensor signal Vb0,
The phase error φ is measured from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0,
From the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0, the A-phase signal Va (= Asinθ) and the B-phase signal Vb (= Bcos (θ−φ)) having the amplitude B, which have been offset-corrected, are obtained. The amplitudes A and B used for generation, the A-phase signal Va and the B-phase signal Vb are subjected to gain correction, and an A-phase correction signal Va1 (= r1 · Asinθ, r1: adjustment gain) and B-phase correction The adjustment gains r1 and r2 used to generate the signal Vb1 (= r2 · Bcos (θ−φ), r2: adjustment gain) are:
{(R2 · B) / (r1 · A)} cosφ = 1 and (r2 · B) / A = 1
Adjust these values to satisfy
The value Vb2 is
Vb2 = Vb1-Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
Calculated by
The rotation angle θ is
θ = tan −1 (Va1 / Vb2)
A phase error correction method for a rotation detector, characterized by:
前記回転検出器は、前記検出対象物に取り付けた磁石の回転磁界を検出する少なくとも2個のホール素子を備えた磁気式センサを備えており、
前記位相誤差φには、前記ホール素子の組立ピッチ誤差に起因する位相誤差成分が含まれていることを特徴とする回転検出器の位相誤差補正方法。 In claim 1,
The rotation detector includes a magnetic sensor including at least two Hall elements that detect a rotating magnetic field of a magnet attached to the detection target;
The phase error correction method for a rotation detector, wherein the phase error φ includes a phase error component due to an assembly pitch error of the Hall element.
前記磁気式センサから出力される前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0に補正を施してA相補正信号Va1およびB相補正信号Vb1を生成して出力する信号補正回路と、
前記信号補正回路から出力される前記A相補正信号Va1および前記B相補正信号Vb1に基づき前記検出対象物の回転角度θを演算する角度演算回路とを有し、
前記信号補正回路は、
前記センサ部から出力される前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から、オフセット補正が施された振幅AのA相信号Vaおよび振幅BのB相信号Vbを生成する振幅補正部と、
前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbにゲイン補正を施して、A相信号r1・Va(r1:調整ゲイン)およびB相信号r2・Vb(r2:調整ゲイン)を、それぞれ、前記A相補正信号Va1および前記B相補正信号Vb1として生成するゲイン補正部とを備え、
前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbは
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0を測定することにより得られるこれらの信号の位相誤差をφとすると、前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbは次式により規定され、
Va=Asinθ
Vb=Bcos(θ−φ)
前記振幅A、Bと前記調整ゲインr1、r2は次の条件式の双方を満たすように設定されており、
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1
(r2・B)/A=1
前記角度演算回路は、
次式により値Vb2を演算する第1演算部と、
Vb2=Vb1−Va1√{1/(r1)2−1}
次式により前記回転角度θを演算する第2演算部とを備えていることを特徴とする回転検出器。
θ=tan−1(Va1/Vb2) A magnetic sensor that outputs an A-phase sensor signal Va0 and a B-phase sensor signal Vb0 whose phases are different from each other by 90 degrees according to the rotation of the detection object;
A signal correction circuit that corrects the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the magnetic sensor to generate and output an A-phase correction signal Va1 and a B-phase correction signal Vb1;
An angle calculation circuit that calculates a rotation angle θ of the detection object based on the A phase correction signal Va1 and the B phase correction signal Vb1 output from the signal correction circuit;
The signal correction circuit includes:
An amplitude correction unit that generates an A-phase signal Va of amplitude A and a B-phase signal Vb of amplitude B subjected to offset correction from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the sensor unit; ,
The A phase signal Va and the B phase signal Vb are subjected to gain correction, and the A phase signal r1 · Va (r1: adjustment gain) and the B phase signal r2 · Vb (r2: adjustment gain) are respectively converted into the A phase. A gain correction unit that generates the correction signal Va1 and the B-phase correction signal Vb1,
The phase A signal Va and the phase B signal Vb are expressed as follows, assuming that the phase error of these signals obtained by measuring the phase A sensor signal Va0 and the phase B sensor signal Vb0 is φ. The B phase signal Vb is defined by the following equation:
Va = Asinθ
Vb = Bcos (θ−φ)
The amplitudes A and B and the adjustment gains r1 and r2 are set so as to satisfy both of the following conditional expressions:
{(R2 · B) / (r1 · A)} cosφ = 1
(R2 · B) / A = 1
The angle calculation circuit includes:
A first calculation unit for calculating the value Vb2 by the following equation;
Vb2 = Vb1-Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
A rotation detector comprising: a second calculation unit that calculates the rotation angle θ according to the following equation.
θ = tan −1 (Va1 / Vb2)
前記磁気式センサから出力される前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0に補正を施してA相補正信号Va1およびB相補正信号Vb1を生成して出力する信号補正回路と、
前記信号補正回路から出力される前記A相補正信号Va1および前記B相補正信号Vb1に基づき前記検出対象物の回転角度θを演算する角度演算回路とを有し、
前記信号補正回路は、
前記センサ部から出力される前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0から、オフセット補正が施された振幅AのA相信号Vaおよび振幅BのB相信号Vbを生成する振幅補正部と、
前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbにゲイン補正を施して、A相信号r1・Va(r1:調整ゲイン)およびB相信号r2・Vb(r2:調整ゲイン)を、それぞれ、前記A相補正信号Va1および前記B相補正信号Vb1として生成すると共に、次式により定数r3および値Vb2を算出するゲイン補正部とを備え、
r3=Va1√{1/(r1)2−1}
Vb2=Vb1−Va1・r3
前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbは
前記A相センサ信号Va0および前記B相センサ信号Vb0を測定することにより得られるこれらの信号の位相誤差をφとすると、前記A相信号Vaおよび前記B相信号Vbは次式により規定され、
Va=Asinθ
Vb=Bcos(θ−φ)
前記振幅A、Bと前記調整ゲインr1、r2は次の条件式の双方を満たすように設定されており、
{(r2・B)/(r1・A)}cosφ=1
(r2・B)/A=1
前記角度演算回路は次式により前記回転角度θを演算することを特徴とする回転検出器。
θ=tan−1(Va1/Vb2) A magnetic sensor that outputs an A-phase sensor signal Va0 and a B-phase sensor signal Vb0 whose phases are different from each other by 90 degrees according to the rotation of the detection object;
A signal correction circuit that corrects the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the magnetic sensor to generate and output an A-phase correction signal Va1 and a B-phase correction signal Vb1;
An angle calculation circuit that calculates a rotation angle θ of the detection object based on the A phase correction signal Va1 and the B phase correction signal Vb1 output from the signal correction circuit;
The signal correction circuit includes:
An amplitude correction unit that generates an A-phase signal Va of amplitude A and a B-phase signal Vb of amplitude B subjected to offset correction from the A-phase sensor signal Va0 and the B-phase sensor signal Vb0 output from the sensor unit; ,
The A phase signal Va and the B phase signal Vb are subjected to gain correction, and the A phase signal r1 · Va (r1: adjustment gain) and the B phase signal r2 · Vb (r2: adjustment gain) are respectively converted into the A phase. A gain correction unit that generates the correction signal Va1 and the B-phase correction signal Vb1, and calculates a constant r3 and a value Vb2 by the following equation:
r3 = Va1√ {1 / (r1) 2 −1}
Vb2 = Vb1-Va1 · r3
The phase A signal Va and the phase B signal Vb are expressed as follows, assuming that the phase error of these signals obtained by measuring the phase A sensor signal Va0 and the phase B sensor signal Vb0 is φ. The B phase signal Vb is defined by the following equation:
Va = Asinθ
Vb = Bcos (θ−φ)
The amplitudes A and B and the adjustment gains r1 and r2 are set so as to satisfy both of the following conditional expressions:
{(R2 · B) / (r1 · A)} cosφ = 1
(R2 · B) / A = 1
The angle detector circuit calculates the rotation angle θ according to the following equation.
θ = tan −1 (Va1 / Vb2)
前記磁気式センサは、前記検出対象物に取り付けた磁石の回転磁界を検出する少なくとも2個のホール素子を備えていることを特徴とする回転検出器。 In claim 3 or 4,
The magnetic sensor includes at least two Hall elements that detect a rotating magnetic field of a magnet attached to the detection target.
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JP2001264109A (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Yaskawa Electric Corp | Encoder device and signal processing method thereof |
JP2007033412A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Nsk Ltd | Error parameter extracting device of position detector and position detector having error compensating function |
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