JP2016061708A - Calibration method of rotation angle sensor, calibration method of rotation angle sensor module, calibration parameter generation device, rotation angle sensor, rotation angle sensor module and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角センサの較正方法、回転角センサモジュールの較正方法、較正パラメータ生成装置、回転角センサ、回転角センサモジュール、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a rotation angle sensor calibration method, a rotation angle sensor module calibration method, a calibration parameter generation device, a rotation angle sensor, a rotation angle sensor module, and a program.
従来、X方向およびY方向の磁場の変化を検出し、当該検出結果に基づき、回転磁石の回転角を検出する非接触回転角センサが知られていた。そして、このような回転角センサは、角度非線形性誤差を有するので、誤差の調整および較正等が実行されていた(例えば、特許文献1〜6参照)。
特許文献1 特会2002−71381号公報
特許文献2 米国特許出願公開第2006/0290545号明細書
特許文献3 特開2011−158488号公報
特許文献4 国際公開第2007/031167号
特許文献5 特開2012−181188号公報
特許文献6 特開2007−304000号公報
Conventionally, a non-contact rotation angle sensor that detects a change in a magnetic field in the X direction and the Y direction and detects a rotation angle of a rotating magnet based on the detection result has been known. And since such a rotation angle sensor has an angle nonlinearity error, adjustment and calibration of an error, etc. were performed (for example, refer to patent documents 1-6).
しかしながら、較正された回転角センサは、回転角センサモジュールとして磁石等と組み合わされた場合に、磁石との配置に組み立て誤差等が生じると、当該組み立て誤差によって角度非線形性誤差を生じさせてしまう。したがって、回転角センサの角度非線形性誤差と、モジュールとして組み立てた場合に発生する角度非線形性誤差とを、それぞれ容易に較正する方法および装置が望まれていた。 However, when the calibrated rotation angle sensor is combined with a magnet or the like as the rotation angle sensor module, if an assembly error or the like occurs in the arrangement with the magnet, an angle nonlinearity error is caused by the assembly error. Therefore, a method and an apparatus for easily calibrating the angular nonlinearity error of the rotation angle sensor and the angular nonlinearity error generated when assembled as a module have been desired.
本発明の第1の態様においては、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転軸回りに回転する回転磁石のXY平面における回転角を検出する回転角センサの較正方法であって、XY平面上に回転角センサを設置する設置段階とXY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサにそれぞれ印加する磁場印加段階と、N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される出力信号を回転角センサから取得する取得段階と、出力信号に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出段階と、較正パラメータを回転角センサの記憶部に記憶させる記憶段階と、を備える回転角センサの較正方法およびプログラムを提供する。 In the first aspect of the present invention, the rotation angle sensor detects the rotation angle in the XY plane of the rotating magnet that rotates around the rotation axis by detecting the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. In a calibration method, a magnetic field in an N direction (N is an integer of 3 or more) having different directions by an angle equal to 360 degrees divided into N on the XY plane and an installation stage in which the rotation angle sensor is installed on the XY plane, A magnetic field application step for applying to each rotation angle sensor, an acquisition step for acquiring an output signal output in response to each application of a magnetic field in the N direction from the rotation angle sensor, and a rotation angle sensor based on the output signal A rotation angle sensor calibration method and program comprising: a calculation step for calculating a calibration parameter to be calibrated; and a storage step for storing the calibration parameter in a storage unit of the rotation angle sensor.
本発明の第2の態様においては、回転軸回りに回転する回転磁石と、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転磁石のXY平面における回転角を検出する回転角センサと、を備える回転角センサモジュールの較正方法であって、回転磁石を、360度をN等分した角度ずつ回転させ、方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサにそれぞれ印加する磁場印加段階と、N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される出力信号を回転角センサから取得する取得段階と、出力信号に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出段階と、較正パラメータを回転角センサの記憶部に記憶させる記憶段階と、を備える回転角センサモジュールの較正方法およびプログラムを提供する。 In the second aspect of the present invention, the rotation angle of the rotating magnet in the XY plane is detected by detecting the rotating magnet rotating around the rotation axis, the magnetic field in the X-axis direction on the XY plane, and the magnetic field in the Y-axis direction. A rotation angle sensor module comprising a rotation angle sensor, wherein the rotation magnet is rotated by 360 degrees by an angle equal to N, and magnetic fields in N directions (N is an integer of 3 or more) having different directions are rotated. A magnetic field application step for applying to the rotation angle sensor; an acquisition step for acquiring an output signal output in response to each application of a magnetic field in the N direction; and a rotation angle sensor based on the output signal. A calculation method for calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor, and a storage step for storing the calibration parameter in a storage unit of the rotation angle sensor. To provide.
本発明の第3の態様においては、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転軸回りに回転する回転磁石のXY平面における回転角を検出する回転角センサの出力信号を取得する取得部と、出力信号に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出部と、較正パラメータを回転角センサの記憶部に供給して記憶させるパラメータ供給部と、を備え、取得部は、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場が、回転角センサにそれぞれ印加したことに応じて出力される出力信号を回転角センサから取得する、較正パラメータ生成装置を提供する。 In the third aspect of the present invention, the rotation angle sensor detects the rotation angle in the XY plane of the rotating magnet that rotates around the rotation axis by detecting the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. An acquisition unit that acquires an output signal, a calculation unit that calculates a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signal, a parameter supply unit that supplies and stores the calibration parameter in the storage unit of the rotation angle sensor, The acquisition unit outputs in response to application of magnetic fields in N directions (N is an integer of 3 or more) having different directions by an angle obtained by equally dividing 360 degrees into N on the XY plane. Provided is a calibration parameter generation device that obtains an output signal to be output from a rotation angle sensor.
本発明の第4の態様においては、X軸方向の磁場を磁電変換してX軸方向の磁場検出信号を出力するX軸信号出力部と、Y軸方向の磁場を磁電変換してY軸方向の磁場検出信号を出力するY軸信号出力部と、角度信号の誤差を較正するための少なくとも1つの較正パラメータを記憶する記憶部と、較正パラメータに基づいて、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号の誤差を補正してX軸方向およびY軸方向の誤差補正信号をそれぞれ出力する誤差補正部と、X軸方向およびY軸方向の誤差補正信号に基づいて、補正した角度信号を算出する角度信号算出部と、を備える回転角センサおよび回転角センサモジュールを提供する。 In the fourth aspect of the present invention, an X-axis signal output unit that outputs a magnetic field detection signal in the X-axis direction by magnetoelectrically converting the magnetic field in the X-axis direction, and a Y-axis direction by magnetoelectrically converting the magnetic field in the Y-axis direction. A Y-axis signal output unit that outputs a magnetic field detection signal of the sensor, a storage unit that stores at least one calibration parameter for calibrating the error of the angle signal, and magnetic fields in the X-axis direction and the Y-axis direction based on the calibration parameter An error correction unit that corrects an error in the detection signal and outputs error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a corrected angle signal is calculated based on the error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction. An angle signal calculation unit and a rotation angle sensor and a rotation angle sensor module are provided.
本発明の第5の態様においては、X軸方向の磁場を磁電変換してX軸方向の磁場検出信号を出力するX軸信号出力部と、Y軸方向の磁場を磁電変換してY軸方向の磁場検出信号を出力するY軸信号出力部と、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号に基づいて、角度信号を算出する角度信号算出部と、角度信号の誤差を較正するための少なくとも1つの較正パラメータを記憶する記憶部と、較正パラメータに基づいて、角度信号の誤差を補正する誤差補正部と、を備える回転角センサおよび回転角センサモジュールを提供する。 In the fifth aspect of the present invention, an X-axis signal output unit that outputs a magnetic field detection signal in the X-axis direction by magnetoelectrically converting the magnetic field in the X-axis direction, and a Y-axis direction by magnetoelectrically converting the magnetic field in the Y-axis direction. A Y-axis signal output unit that outputs a magnetic field detection signal of the X-axis, an angle signal calculation unit that calculates an angle signal based on the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction, and at least for calibrating the error of the angle signal Provided are a rotation angle sensor and a rotation angle sensor module including a storage unit that stores one calibration parameter, and an error correction unit that corrects an error of an angle signal based on the calibration parameter.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態に係る回転角センサ100の構成例を示す。回転角センサ100は、例えば、当該センサの近傍において回転軸を中心に回転する回転磁石の回転角を非接触で検出する。回転角センサ100は、基板10と、第1ホール素子対110と、第2ホール素子対120と、磁気収束板130と、を備える。
FIG. 1 shows a configuration example of a
基板10は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含む。基板10は、ICチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続される。図1において、基板10の一方の表面を、X軸およびY軸を有するXY面とし、XY面に垂直な軸をZ軸とした。即ち、X、Y、Z軸は互いに直交する座標系である。
The
第1ホール素子対110は、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第1ホール素子対110は、一例として、第1方向に配置される。ここで、本実施形態における第1方向は、図1におけるX軸方向(第1の軸)である。第1ホール素子対110は、第1ホール素子112と第2ホール素子114とを有し、X軸に平行に(例えばX軸上に)当該2つのホール素子が配置される。
The first
第1ホール素子112および第2ホール素子114は、一例として、X軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたY軸方向の起電力(ホール効果)を発生させる素子である。第1ホール素子112および第2ホール素子114は、半導体等で形成されてよい。
As an example, the
第1ホール素子112および第2ホール素子114は、一例として、基板10上において、Y軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、基板10上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第1ホール素子112および第2ホール素子114がY軸に対して線対称に配置される例を説明する。
As an example, the
第2ホール素子対120は、第1ホール素子対110と同様に、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第2ホール素子対120は、一例として、第2方向に配置される。ここで、本実施形態における第2方向は、図1におけるY軸方向(第2の軸)である。また、第3方向は、図1におけるZ軸方向(第3の軸)である。第2ホール素子対120は、第3ホール素子122と第4ホール素子124とを有し、Y軸に平行に(例えばY軸上に)当該2つのホール素子が配置される。
Similar to the first
第3ホール素子122および第4ホール素子124は、一例として、Y軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたX軸方向の起電力(ホール効果)を生じさせる素子である。第3ホール素子122および第4ホール素子124は、一例として、基板10上において、X軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第3ホール素子122および第4ホール素子124は、基板10上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第3ホール素子122および第4ホール素子124がX軸に対して線対称に配置される例を説明する。
As an example, the
以上の第1ホール素子対110および第2ホール素子対120は、オフセット出力をキャンセルすべく、X軸方向の通電およびY軸方向の通電をそれぞれ交互に実行されてもよい。このようなオフセットのキャンセル方法は、Spinning Current法として既知である。
The first
磁気収束板130は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120の上方に配置され、回転角センサ100に入力する磁場を曲げる。磁気収束板130は、磁性材料等で形成され、例えば、X軸方向および/またはY軸方向の磁場を、Z軸方向の成分が発生するように曲げ、Z軸方向に感度を有する第1ホール素子対110および第2ホール素子対120に入力させる。磁気収束板130は、基板10の上面に形成されてよく、これに代えて、基板10の上方に、絶縁層等を介して形成されてもよい。
The magnetic
以上の回転角センサ100は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120からの出力信号(ホール起電力)を外部に出力する。ここで、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120からの出力信号は、回転磁石の回転角に応じて出力される。当該出力信号について、図2を用いて説明する。
The above
図2は、本実施形態に係る第1ホール素子対110が第1方向の磁界を検出する場合の一例を示す。図2において、水平方向(紙面の横方向)をX軸、垂直方向(紙面の縦方向)をZ軸方向とする。
FIG. 2 shows an example in which the first
ここで、回転角センサ100に入力する磁場ベクトルH(HX,HY,HZ)が、磁気収束板130で曲げられ、第1ホール素子112に入力する磁束密度ベクトルB(Hall,X1)は、第1ホール素子112の位置における透磁率Mu(Hall,X1)を用いて、次式で示される。ここで、透磁率Mu(Hall,X1)は、2階のテンソル(3行3列の行列)となる。
同様に、第2ホール素子114に入力する磁束密度ベクトルB(Hall,X2)は、第2ホール素子114の位置における透磁率Mu(Hall,X2)を用いて、次式で示される。
第1ホール素子112および第2ホール素子114は、Z軸方向の磁場を検出する。したがって、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、次式で示すように、磁気収束板130で曲げられたZ軸方向の磁束密度BZを検出することになる。
ここで、図2に示すように、回転角センサ100の上方に+X軸方向の磁場ベクトルHin(HX,0,0)が入力する例を説明する。磁気収束板130は、一例として、図中の磁束密度ベクトルBのように、入力した磁場を曲げ、第1ホール素子112に+Z軸方向の磁束を入力させる。
Here, as shown in FIG. 2, an example in which a magnetic field vector H in (H X , 0, 0) in the + X-axis direction is input above the
また、磁性材料等で形成された磁気収束板130の透磁率は、空気の透磁率と比較して値が高くなるので、空気中の磁束密度と比較して、当該磁気収束板130内の磁束密度は高くなる。例えば、第1ホール素子112の位置におけるZ軸方向の磁束密度は、次式で示すように、入力磁場HZに空気の透磁率μを乗じて得られる磁束密度に比較して、略1.4倍程度高くなる。
同様に、磁気収束板130は、一例として、第2ホール素子114に−Z軸方向の磁束を発生させ、第2ホール素子114の位置におけるZ軸方向の磁束密度は、次式で示される。
第1ホール素子112および第2ホール素子114は、このようにZ軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力を発生させる。ここで、第1ホール素子112および第2ホール素子114が略同一形状、略同一材料で形成される場合、それぞれの磁気感度は略等しくなる。また、第1ホール素子112および第2ホール素子114に入力する磁束密度は互いに逆向きとなるので、発生するそれぞれのホール起電力は正負の符号が異なる。
The
そこで、当該磁気感度をSとすると、第1ホール素子対110のホール起電力信号VXを、第1ホール素子112のホール起電力Vsig(Hall,X1)および第2ホール素子114のホール起電力Vsig(Hall,X2)の差分である次式のように定めることができる。
このように、回転角センサ100は、ホール起電力信号VXを算出することで、X軸方向に入力される磁場ベクトルHin(HX,0,0)に応じたホール起電力を出力することができる。また、ホール起電力信号VXを、各ホール素子のホール起電力の差分としたので、第1ホール素子112および第2ホール素子114に同一方向(+Z軸方向または−Z軸方向)で、かつ、絶対値が略同一の磁場によって生じるホール起電力は、相殺されて略零となる。
Thus, the
即ち、回転角センサ100は、ホール起電力信号VXを算出することで、XZ面に平行な方向の磁場ベクトルHXZ(HX,0,HZ)が入力しても、X軸方向の磁場ベクトルの成分HX(HX,0,0)に応じたホール起電力を算出することができる。また、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、Y軸方向の磁場には感度がなく、また、磁気収束板130は、理想的にはY軸方向の磁場をZ軸方向には変換しない。したがって、回転角センサ100は、ホール起電力信号VXを算出することで、直交する3つの各成分が零ではない(任意の方向の)磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)が入力しても、X軸方向の磁場ベクトルの成分HX(HX,0,0)に応じたホール起電力を検出することができる。
That is, the
同様に、Y軸方向に配列した第2ホール素子対120は、Y軸方向の磁場を算出することができる。即ち、回転角センサ100は、第2ホール素子対120を用いて、次式のホール起電力信号VYを算出することで、磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)が入力しても、Y軸方向の磁場ベクトルの成分HY(0,HY,0)に応じたホール起電力を算出することができる。
また、同様に、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、Z軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力が発生する。そして、第1ホール素子対110のホール起電力信号VZを、第1ホール素子112のホール起電力Vsig(Hall,X1)および第2ホール素子114のホール起電力Vsig(Hall,X2)の和として算出してもよい。本実施形態の回転角センサ100は、ホール起電力信号VXおよびVYを出力する例を説明し、ホール起電力信号VZについては省略するが、回転角センサ100は、当該ホール起電力信号VZについても、ホール起電力信号VXおよびVYと同様に出力してもよい。
Similarly, the
以上のように、回転角センサ100は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120の出力信号に基づき、入力する磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)のX軸成分HX(HX,0,0)およびY軸成分HY(0,HY,0)に対応するホール起電力信号VXおよびVYを出力する。即ち、回転角センサ100は、XY面と水平な方向の磁場に対応するホール起電力を、X軸成分およびY軸成分に分解して算出することができる。
As described above, the
回転角センサ100は、例えば、回転軸をZ軸と平行にした回転磁石の、XY面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角に応じたホール起電力信号を出力することができる。例えば、回転角センサ100は、次式で示される回転磁場が入力される。ここで、H0は磁場の振幅値であり、回転角θを計算する場合、(例えば1に)規格化されてよい定数である。
(数8)
HX=H0・cosθ
HY=H0・sinθ
The
(Equation 8)
H X = H 0 · cos θ
H Y = H 0 · sin θ
回転角センサ100は、(数8)式のような回転磁場に対して、一例として、次式で示されるホール起電力信号(VX,VY)を出力する。ここで、AxおよびAyは各信号の振幅値、θは回転磁石の回転角、αは信号間の非直交性誤差、Vos_xおよびVos_yは各信号のオフセットである。
(数9)
VX(θ)=Ax・cos(θ)+Vos_x
VY(θ)=Ay・sin(θ+α)+Vos_y
As an example, the
(Equation 9)
V X (θ) = A x · cos (θ) + V os — x
V Y (θ) = A y · sin (θ + α) + V os_y
以上のホール起電力信号(VX,VY)を用いて、回転磁石の回転角θに対応する角度信号φ(θ)は、一例として、次式により算出することができる。
(数10)
φ(θ)=tan−1{VY(θ)/VX(θ)}
Using the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) as described above, an angle signal φ (θ) corresponding to the rotation angle θ of the rotating magnet can be calculated by the following equation as an example.
(Equation 10)
φ (θ) = tan −1 {V Y (θ) / V X (θ)}
ここで、回転角センサ100は、XY面と平行な面における磁場を検出することを説明したが、他の面における磁場の変化を検出してもよい。回転角センサ100は、Z軸方向の磁場を検出することもできるので、例えば、回転軸をY軸と平行にした回転磁石の、XZ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。回転角センサ100は、同様に、回転軸をX軸と平行にした回転磁石の、YZ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することもできる。
Here, it has been described that the
また、回転角センサ100は、XYZ軸の三次元の磁場を検出することができるので、XYZ軸で表現できる面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。本実施形態の回転角センサ100は、(数9)式で示されるホール起電力信号を出力する例を説明する。
Further, since the
図3は、回転角センサ100の一例を、当該回転角センサ100内部の回路の概略構成と共に示す。回転角センサ100は、第1ホール素子対110と、第2ホール素子対120と、X軸信号出力部140と、Y軸信号出力部150と、角度信号算出部160とを備える。第1ホール素子対110および第2ホール素子対120は、図1および図2で説明したホール素子対と略同一であるので、ここでは説明を省略する。X軸信号出力部140、Y軸信号出力部150、および角度信号算出部160は、図1で説明した基板10の内部に形成されてよい。
FIG. 3 shows an example of the
X軸信号出力部140は、X軸方向の磁場を磁電変換してX軸方向の磁場検出信号を出力する。X軸信号出力部140は、増幅部142と、AD変換部144とを有する。増幅部142は、第1ホール素子対110に接続され、受け取ったホール起電力信号を予め定められた増幅度で増幅する。増幅部142は、増幅したホール起電力信号をAD変換部144に供給する。AD変換部144は、増幅部142に接続され、受け取ったホール起電力信号をデジタル信号に変換する。AD変換部144は、変換したデジタル信号VXを磁場検出信号として角度信号算出部160に供給する。
The X-axis
Y軸信号出力部150は、Y軸方向の磁場を磁電変換してY軸方向の磁場検出信号を出力する。Y軸信号出力部150は、増幅部152と、AD変換部154とを有する。増幅部152は、第2ホール素子対120に接続され、受け取ったホール起電力信号を予め定められた増幅度で増幅する。増幅部152は、増幅したホール起電力信号をAD変換部154に供給する。AD変換部154は、増幅部152に接続され、受け取ったホール起電力信号をデジタル信号に変換する。AD変換部154は、変換したデジタル信号Vyを磁場検出信号として角度信号算出部160に供給する。
The Y-axis
角度信号算出部160は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号に基づいて、角度信号を算出する。角度信号算出部160は、(数10)式または同等の式を計算して角度信号φ(θ)を出力する。角度信号算出部160は、一例として、三角関数計算モデルに基づくCORDIC(COordinate Rotation DIgital Computer)回路等の計算回路等を内部に有してよい。CORDIC回路は、予め定められたCORDICアルゴリズムを実行して、角度信号φ(θ)を算出する。
The angle
角度信号算出部160は、(数9)式において、例えば、Vos_xおよびVos_yが略零であり、AxがAyに略等しく、かつ、αが略零である場合、即ち、理想的なホール起電力信号(VX,VY)が得られる場合、回転磁石の回転角θと略一致する角度信号φ(θ)を出力する。しかしながら、オフセットVos_x、Vos_y、振幅値の差分(Ax−Ay)、および非直交性誤差αのうち少なくとも1つが略零でない場合、角度信号算出部160が出力する角度信号φ(θ)は、回転角θと一致せず、φ(θ)およびθの差異(φ(θ)−θ)が回転角センサ100の角度非線形性誤差となる。角度非線形性誤差について、図4から図12を用いて説明する。
In the equation (9), the angle
図4は、X軸方向のオフセットVos_xを有するホール起電力信号(VX,VY)の一例を示す。図4の横軸はX軸方向のホール起電力信号VXを示し、縦軸はY軸方向のホール起電力信号VYを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、XY平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、X軸方向のオフセットVos_xを有するホール起電力信号であり、略円形の形状がオフセットVos_xに対応する距離だけVX方向に平行移動する。図4に示した例におけるホール起電力信号(VX,VY)の振幅を次に説明する。 FIG. 4 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having an offset V os_x in the X-axis direction. The horizontal axis of FIG. 4 shows a Hall electromotive force signal V X of the X-axis direction, the vertical axis represents the Hall electromotive force signal V Y of the Y-axis direction. A signal indicated by a dotted line is an ideal Hall electromotive force signal, and has a substantially circular shape on the XY plane. A signal indicated by a solid line is a Hall electromotive force signal having an offset V os_x in the X-axis direction, and a substantially circular shape is translated in the V X direction by a distance corresponding to the offset V os_x . Next, the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) in the example shown in FIG. 4 will be described.
図5は、X軸方向のオフセットVos_xを有するホール起電力信号(VX,VY)の振幅の一例を示す。ここで、振幅信号Aは、(Ax 2+Ay 2)1/2で計算される振幅値である。回転磁石が360°回転することに応じて、回転角センサ100は、360°周期のホール起電力信号(VX,VY)を出力する。図5は、横軸を回転磁石の角度位置θ、縦軸を振幅として、この場合のホール起電力信号(VX,VY)を示す。
FIG. 5 shows an example of the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having an offset V os_x in the X-axis direction. Here, the amplitude signal A is an amplitude value calculated by (A x 2 + A y 2 ) 1/2 . In response to the rotation of the rotating magnet by 360 °, the
理想的なホール起電力信号の場合、振幅Aは一定となる。しかしながら、点線で示すホール起電力信号VXのように、一方のホール起電力信号VXがオフセットVos_xを含む場合、振幅Aは一点鎖線で示すようにθに応じて変動する。図5の例に示すように、当該変動は、正弦波信号とオフセットを有する余弦波信号との和によって生じるので、周期360°の余弦波信号と同期した変動となり、周期360°の余弦波信号との相関が強くなる。 In the case of an ideal Hall electromotive force signal, the amplitude A is constant. However, as the Hall electromotive force signal V X indicated by the dotted line, one of the Hall electromotive force signal V X may include an offset V Os_x, the amplitude A will vary depending on θ as indicated by one-dot chain lines. As shown in the example of FIG. 5, the fluctuation is generated by the sum of a sine wave signal and a cosine wave signal having an offset, and thus the fluctuation is synchronized with a cosine wave signal having a period of 360 °, and the cosine wave signal having a period of 360 °. The correlation with is stronger.
図6は、図4および図5に示す、X軸方向のオフセットVos_xを有するホール起電力信号(VX,VY)の角度非線形性誤差の一例を示す。図6の横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差(φ−θ)を示す。例えば、角度位置θが0°の場合、ホール起電力信号(VX=A+Vos_x,VY=0)に応じて算出される角度信号φ(0°)も0°となり、角度非線形性誤差は0°となる。また、角度位置θが90°の場合、ホール起電力信号(VX=Vos_x,VY=A)に応じて算出される角度信号φ(90°)は90°より小さくなり、角度非線形性誤差は0°より小さい値となる。 FIG. 6 shows an example of the angular non-linearity error of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having the offset V os_x in the X-axis direction shown in FIGS. 4 and 5. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the angular position θ of the rotating magnet, and the vertical axis indicates the angle nonlinearity error (φ−θ). For example, when the angle position θ is 0 °, the angle signal φ (0 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = A + V os — x , V Y = 0) is also 0 °, and the angle nonlinearity error is 0 °. When the angle position θ is 90 °, the angle signal φ (90 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = V os — x , V Y = A) is smaller than 90 °, and the angle nonlinearity The error is a value smaller than 0 °.
また、角度位置θが180°の場合、ホール起電力信号(VX=−A+Vos_x,VY=0)に応じて算出される角度信号φ(180°)も180°となり、角度非線形性誤差は0°となる。また、角度位置θが270°の場合、ホール起電力信号(VX=Vos_x,VY=−A)に応じて算出される角度信号φ(270°)は270°より大きくなり、角度非線形性誤差は0°より大きい値となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対して−sin(θ)を示すように変動する。 When the angular position θ is 180 °, the angle signal φ (180 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = −A + V os — x , V Y = 0) is also 180 °, and the angle nonlinearity error Becomes 0 °. When the angular position θ is 270 °, the angle signal φ (270 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = V os — x , V Y = −A) is larger than 270 °, and the angle nonlinearity The sex error is a value greater than 0 °. Thus, the angle nonlinearity error fluctuates so as to indicate −sin (θ) with respect to the angle position θ.
図7は、Y軸方向のオフセットVos_yを有するホール起電力信号(VX,VY)の一例を示す。図4と同様に、図7の横軸はX軸方向のホール起電力信号VXを示し、縦軸はY軸方向のホール起電力信号VYを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、XY平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、Y軸方向のオフセットVos_yを有するホール起電力信号であり、略円形の形状がオフセットVos_yに対応する距離だけVY方向に平行移動する。 FIG. 7 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having an offset V os_y in the Y-axis direction. Similar to FIG. 4, the horizontal axis of FIG. 7 shows the Hall electromotive force signal V X of the X-axis direction, the vertical axis represents the Hall electromotive force signal V Y of the Y-axis direction. A signal indicated by a dotted line is an ideal Hall electromotive force signal, and has a substantially circular shape on the XY plane. A signal indicated by a solid line is a Hall electromotive force signal having an offset V os_y in the Y-axis direction, and a substantially circular shape is translated in the V Y direction by a distance corresponding to the offset V os_y .
このように、ホール起電力信号VYがオフセットVos_yを含む場合、図5に示した振幅Aと同様に、振幅Aはθに応じて変動する。当該変動は、余弦波信号とオフセットを有する正弦波信号との和によって生じるので、周期360°の正弦波信号と同期した変動となり、周期360°の正弦波信号との相関が強くなる。当該相関に対応する角度非線形性誤差について、図8を用いて説明する。 As described above, when the Hall electromotive force signal V Y includes the offset V os_y , the amplitude A varies according to θ, similarly to the amplitude A illustrated in FIG. Since the fluctuation is generated by the sum of the cosine wave signal and the sine wave signal having an offset, the fluctuation is synchronized with the sine wave signal having a period of 360 °, and the correlation with the sine wave signal having a period of 360 ° is strengthened. The angle nonlinearity error corresponding to the correlation will be described with reference to FIG.
図8は、図7に示す、Y軸方向のオフセットVos_yを有するホール起電力信号(VX,VY)の角度非線形性誤差の一例を示す。図6と同様に、図8の横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差(φ−θ)を示す。例えば、角度位置θが0°の場合、ホール起電力信号(VX=A,VY=Vos_y)に応じて算出される角度信号φ(0°)は0°より大きくなり、角度非線形性誤差は0°より大きくなる。また、角度位置θが90°の場合、ホール起電力信号(VX=0,VY=A+Vos_y)に応じて算出される角度信号φ(90°)は90°となり、角度非線形性誤差は0°となる。 FIG. 8 shows an example of the angular non-linearity error of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having the offset V os_y in the Y-axis direction shown in FIG. Similar to FIG. 6, the horizontal axis in FIG. 8 represents the angular position θ of the rotating magnet, and the vertical axis represents the angle nonlinearity error (φ−θ). For example, when the angle position θ is 0 °, the angle signal φ (0 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = A, V Y = V os — y ) is larger than 0 °, and the angle nonlinearity The error is greater than 0 °. When the angle position θ is 90 °, the angle signal φ (90 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = 0, V Y = A + V os — y ) is 90 °, and the angle nonlinearity error is 0 °.
また、角度位置θが180°の場合、ホール起電力信号(VX=−A,VY=Vos_y)に応じて算出される角度信号φ(180°)は180°より小さくなり、角度非線形性誤差は0°より小さくなる。また、角度位置θが270°の場合、ホール起電力信号(VX=0,VY=−A+Vos_y)に応じて算出される角度信号φ(270°)は270°となり、角度非線形性誤差は0°となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対してcos(θ)を示すように変動する。 When the angle position θ is 180 °, the angle signal φ (180 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = −A, V Y = V os — y ) is smaller than 180 °, and the angle nonlinearity The sex error is less than 0 °. When the angle position θ is 270 °, the angle signal φ (270 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = 0, V Y = −A + V os — y ) is 270 °, and the angle nonlinearity error Becomes 0 °. As described above, the angle nonlinearity error fluctuates so as to indicate cos (θ) with respect to the angle position θ.
図9は、磁気感度のミスマッチを有するホール起電力信号(VX,VY)の一例を示す。図4と同様に、図9の横軸はX軸方向のホール起電力信号VXを示し、縦軸はY軸方向のホール起電力信号VYを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、XY平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、磁気感度のミスマッチ(Ax−Ay≠0)を有するホール起電力信号であり、Ax<Ayの例を示す。この場合、ホール起電力信号(VX,VY)は、Y軸方向に長軸を有する楕円形状となる。 FIG. 9 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having a magnetic sensitivity mismatch. Similar to FIG. 4, the horizontal axis of FIG. 9 represents the Hall electromotive force signal V X in the X-axis direction, and the vertical axis represents the Hall electromotive force signal V Y in the Y-axis direction. A signal indicated by a dotted line is an ideal Hall electromotive force signal, and has a substantially circular shape on the XY plane. A signal indicated by a solid line is a Hall electromotive force signal having a magnetic sensitivity mismatch (A x −A y ≠ 0), and shows an example of A x <A y . In this case, the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) has an elliptical shape having a major axis in the Y-axis direction.
このように、ホール起電力信号が磁気感度のミスマッチを有する場合、振幅Aはθに応じて変動する。当該変動は、余弦波信号と、当該余弦波信号と振幅値の異なる正弦波信号の和によって生じるので、周期180°の正弦波信号と同期した変動となり、2倍角の正弦波信号との相関が強くなる。当該相関に対応する角度非線形性誤差について、図10を用いて説明する。 Thus, when the Hall electromotive force signal has a magnetic sensitivity mismatch, the amplitude A varies according to θ. The fluctuation is generated by the sum of the cosine wave signal and the sine wave signal having a different amplitude value from the cosine wave signal. Become stronger. The angle nonlinearity error corresponding to the correlation will be described with reference to FIG.
図10は、図9に示す、磁気感度のミスマッチを有するホール起電力信号(VX,VY)の角度非線形性誤差の一例を示す。図6と同様に、図10の横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差(φ−θ)を示す。例えば、角度位置θが0°の場合、ホール起電力信号(VX=Ax,VY=0)に応じて算出される角度信号φ(0°)は0°となり、角度非線形性誤差は0°となる。同様に、角度位置θが90°、180°、270°の場合、ホール起電力信号に応じて算出される角度信号φ(θ)も0°となり、角度非線形性誤差は0°となる。 FIG. 10 shows an example of the angle nonlinearity error of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having a magnetic sensitivity mismatch shown in FIG. Similar to FIG. 6, the horizontal axis of FIG. 10 indicates the angular position θ of the rotating magnet, and the vertical axis indicates the angle nonlinearity error (φ−θ). For example, when the angle position θ is 0 °, the angle signal φ (0 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = A x , V Y = 0) is 0 °, and the angle nonlinearity error is 0 °. Similarly, when the angular position θ is 90 °, 180 °, or 270 °, the angle signal φ (θ) calculated according to the Hall electromotive force signal is also 0 °, and the angle nonlinearity error is 0 °.
また、角度位置θが45°の場合、ホール起電力信号(VX=Ax・2−1/2,VY=Ay・2−1/2)に応じて算出される角度信号φ(45°)は45°より大きく(Ax<Ay)、角度非線形性誤差は0°より大きくなる。また、角度位置θが135°の場合、ホール起電力信号(VX=−Ax・2−1/2,Ay・VY=2−1/2)に応じて算出される角度信号φ(135°)は135°より小さくなり、角度非線形性誤差は0°より小さい値となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対してsin(2θ)を示すように変動する。 When the angular position θ is 45 °, the angle signal φ (() calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = A x · 2 −1/2 , V Y = A y · 2 −1/2 ) 45 °) is greater than 45 ° (A x <A y ), and the angle nonlinearity error is greater than 0 °. When the angular position θ is 135 °, the angle signal φ calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = −A x · 2 −1/2 , A y · V Y = 2 −1/2 ). (135 °) is smaller than 135 °, and the angle nonlinearity error is smaller than 0 °. Thus, the angle nonlinearity error fluctuates so as to indicate sin (2θ) with respect to the angle position θ.
図11は、非直交性誤差αを有するホール起電力信号(VX,VY)の一例を示す。図4と同様に、図11の横軸はX軸方向のホール起電力信号VXを示し、縦軸はY軸方向のホール起電力信号VYを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、XY平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、非直交性誤差αを有するホール起電力信号であり、α>0の例を示す。この場合、ホール起電力信号(VX,VY)は、長軸を有する楕円形状となる。 FIG. 11 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having a non-orthogonal error α. Similar to FIG. 4, the horizontal axis of FIG. 11 represents the Hall electromotive force signal V X in the X-axis direction, and the vertical axis represents the Hall electromotive force signal V Y in the Y-axis direction. A signal indicated by a dotted line is an ideal Hall electromotive force signal, and has a substantially circular shape on the XY plane. A signal indicated by a solid line is a Hall electromotive force signal having a non-orthogonality error α, and an example in which α> 0 is shown. In this case, the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) has an elliptical shape having a major axis.
このように、ホール起電力信号が非直交性誤差αを有する場合、振幅Aはθに応じて変動する。当該変動は、余弦波信号と、当該余弦波信号と位相の異なる正弦波信号の和によって生じるので、周期180°の余弦波信号と同期した変動となり、2倍角の余弦波信号との相関が強くなる。 Thus, when the Hall electromotive force signal has a non-orthogonal error α, the amplitude A varies according to θ. The fluctuation is caused by the sum of the cosine wave signal and a sine wave signal having a phase different from that of the cosine wave signal. Therefore, the fluctuation is synchronized with the cosine wave signal having a period of 180 ° and has a strong correlation with the double angle cosine wave signal. Become.
図12は、図11に示す、非直交性誤差αを有するホール起電力信号(VX,VY)の角度非線形性誤差の一例を示す。図6と同様に、図12の横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差(φ−θ)を示す。ホール起電力信号が非直交性誤差αを有する場合、図12に示すように、角度位置θに対してcos(2θ)を示すように変動する。 FIG. 12 shows an example of the angular nonlinearity error of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having the non-orthogonal error α shown in FIG. Similar to FIG. 6, the horizontal axis of FIG. 12 indicates the angular position θ of the rotating magnet, and the vertical axis indicates the angle nonlinearity error (φ−θ). When the Hall electromotive force signal has a non-orthogonal error α, as shown in FIG. 12, it fluctuates so as to indicate cos (2θ) with respect to the angular position θ.
以上のように、回転角センサ100は、X軸方向のオフセットVos_xに対して−sin(θ)を、Y軸方向のオフセットVos_yに対してcos(θ)を、磁気感度のミスマッチに対してsin(2θ)を、非直交性誤差αに対してcos(2θ)を、それぞれ示すように、角度位置θに応じて角度非線形性誤差が変動する。そこで、本実施形態の回転角センサ100は、当該角度非線形性誤差を較正する較正パラメータを用いることで、角度非線形性誤差を低減させるように較正する。ここで、較正パラメータは、回転角センサ100の出力と予め定められた周期関数との相関に基づき、較正パラメータ生成装置等により生成される。
As described above, the
図13は、本実施形態に係る回転角センサ100の一例を較正パラメータ生成装置200と共に示す。回転角センサ100は、第1ホール素子対110と、第2ホール素子対120と、X軸信号出力部140と、Y軸信号出力部150と、角度信号算出部160と、入出力部170と、記憶部180と、誤差補正部190と、を備える。第1ホール素子対110および第2ホール素子対120は、図1および図2で説明したホール素子対と略同一であるので、ここでは説明を省略する。X軸信号出力部140、Y軸信号出力部150、角度信号算出部160、入出力部170、記憶部180、および誤差補正部190は、図1で説明した基板10の内部に形成されてよい。
FIG. 13 shows an example of the
X軸信号出力部140は、X軸方向の磁場を磁電変換してX軸方向の磁場検出信号を出力する。X軸信号出力部140は、増幅部142と、AD変換部144とを有する。増幅部142は、第1ホール素子対110に接続され、受け取ったホール起電力信号を予め定められた増幅度で増幅する。増幅部142は、増幅したホール起電力信号をAD変換部144に供給する。AD変換部144は、増幅部142に接続され、受け取ったホール起電力信号をデジタル信号に変換する。AD変換部144は、変換したデジタル信号VXを磁場検出信号として誤差補正部190に供給する。
The X-axis
Y軸信号出力部150は、Y軸方向の磁場を磁電変換してY軸方向の磁場検出信号を出力する。Y軸信号出力部150は、増幅部152と、AD変換部154とを有する。増幅部152は、第2ホール素子対120に接続され、受け取ったホール起電力信号を予め定められた増幅度で増幅する。増幅部152は、増幅したホール起電力信号をAD変換部154に供給する。AD変換部154は、増幅部152に接続され、受け取ったホール起電力信号をデジタル信号に変換する。AD変換部154は、変換したデジタル信号VXを磁場検出信号として誤差補正部190に供給する。
The Y-axis
角度信号算出部160は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号に基づいて、角度信号φ(θ)を算出する。角度信号算出部160は、(数10)式または同等の式を計算して角度信号φ(θ)を出力する。角度信号算出部160は、一例として、三角関数計算モデルに基づくCORDIC回路等の計算回路等を内部に有してよい。CORDIC回路は、予め定められたCORDICアルゴリズムを実行して、角度信号φ(θ)を算出する。
The angle
角度信号算出部160は、(数9)式において、例えば、Vos_xおよびVos_yが略零であり、AxがAyに略等しく、かつ、αが略零である場合、即ち、理想的なホール起電力信号(VX,VY)が得られる場合、回転磁石の回転角θと略一致する角度信号φ(θ)を出力する。また、角度信号算出部160は、ホール起電力信号(VX,VY)が理想的な信号に補正されている場合、回転磁石の回転角θと略一致する角度信号φ(θ)を出力する。
In the equation (9), the angle
入出力部170は、外部の装置等に接続され、当該外部の装置等と較正パラメータを授受する。入出力部170は、回転角センサ100のインターフェース回路でよく、この場合、較正パラメータに加えて、回転角センサ100内部で用いられる他のパラメータおよびデータ等を授受してもよい。入出力部170は、外部から受けとった較正パラメータを記憶部180に供給する。また、入出力部170は、記憶部180に記憶された較正パラメータを外部に供給する。
The input /
記憶部180は、較正パラメータを記憶する。回転角センサ100が算出する角度信号の誤差を較正するための少なくとも1つの較正パラメータを記憶する。記憶部180は、角度信号の正弦と、角度信号の余弦と、角度信号の2倍の正弦と、角度信号の2倍の余弦と、のうち少なくとも1つに比例する誤差を低減させる誤差パラメータを、較正パラメータとして記憶してもよい。また、記憶部180は、誤差パラメータおよび較正パラメータを記憶してもよい。較正パラメータは、X軸方向のオフセットVos_x、Y軸方向のオフセットVos_y、磁気感度のミスマッチ、および非直交性誤差αに基づく角度非線形性誤差のうち、少なくとも1つの誤差を低減させるパラメータである。
The
誤差補正部190は、較正パラメータに基づいて、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号の誤差を補正してX軸方向およびY軸方向の誤差補正信号をそれぞれ出力する。誤差補正部190は、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150に接続され、磁場検出信号を受けとる。また、誤差補正部190は、記憶部180に接続され、記憶部180から読み出した較正パラメータを用いて、受けとった磁場検出信号を補正する。誤差補正部190は、補正した磁場検出信号を誤差補正信号として角度信号算出部160に供給する。
The
これにより、角度信号算出部160は、誤差補正部190が供給する誤差補正信号を、磁場検出信号として受け取り、角度信号φ(θ)を出力することになる。即ち、角度信号算出部160は、X軸方向およびY軸方向の誤差補正信号に基づいて、補正した角度信号を算出する。ここで、誤差補正信号が、適切に補正された信号の場合、角度信号算出部160は、回転角θと略一致する角度信号φ(θ)を出力する。
Thereby, the angle
以上の本実施形態の回転角センサ100は、入出力部170に接続された較正パラメータ生成装置200によって生成された較正パラメータを用いて、角度信号を補正する。本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、取得部210と、算出部220と、パラメータ供給部230と、を備える。
The
取得部210は、回転角センサ100の出力信号を取得する。図13の取得部210は、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150が出力する磁場検出信号を出力信号として取得する例を説明する。この場合、取得部210は、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150に接続され、磁場検出信号を取得してよい。また、角度信号算出部160が磁場検出信号を出力する場合、取得部210は、角度信号算出部160に接続され、磁場検出信号を取得してもよい。取得部210は、取得した磁場検出信号を、較正パラメータ生成装置200内部の記憶部等に記憶してよい。
The
算出部220は、出力信号に基づいて、回転角センサ100を較正する較正パラメータを算出する。算出部220は、取得部210または較正パラメータ生成装置200内部の記憶部等から出力信号である磁場検出信号を受け取り、X軸方向のオフセットVos_x、Y軸方向のオフセットVos_y、磁気感度のミスマッチ、および非直交性誤差αに基づく角度非線形性誤差のうち、少なくとも1つの誤差を低減させる較正パラメータを算出する。較正パラメータの生成については後述する。
The
パラメータ供給部230は、較正パラメータを回転角センサ100の記憶部180に供給して記憶させる。パラメータ供給部230は、算出部220に接続され、当該算出部220から較正パラメータを受けとる。また、パラメータ供給部230は、回転角センサ100の入出力部170に接続され、較正パラメータを入出力部170を介して記憶部180に供給し、記憶部180に記憶させる。
The
また、パラメータ供給部230は、記憶部180に較正パラメータが記憶されている場合は、算出部220から受けとった較正パラメータの作成日時が記憶された較正パラメータの作成日時よりも新しい場合に、較正パラメータを更新させてよい。これに代えて、パラメータ供給部230は、複数の較正パラメータを線形結合させて新たな較正パラメータとして記憶部180に記憶させてもよい。
In addition, when the calibration parameter is stored in the
以上の本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、回転角センサ100から取得した磁場検出信号に基づいて、較正パラメータを生成する。較正パラメータ生成装置200の較正パラメータの生成について、図14を用いて説明する。
The calibration
図14は、本実施形態に係る較正パラメータ生成装置200の第1の動作フローを示す。較正パラメータ生成装置200は、図14に示す第1の動作フローを実行して、回転角センサ100からの磁場検出信号を取得し、当該回転角センサ100の磁場検出検出信号を補正する較正パラメータを生成する。
FIG. 14 shows a first operation flow of the calibration
まず、XY平面上に回転角センサ100を設置する(S300)。ここで、回転角センサ100を設置するXY平面は、回転角センサ100が検出する磁場の方向と略平行な平面である。また、当該平面は、回転角センサ100が検出する磁場の方向によって形成される平面と略一致することが望ましい。
First, the
次に、回転角センサ100に磁場を印加して、較正パラメータ生成装置200は回転角センサ100の出力信号を取得する(S310)。ここで、回転角センサ100に印加する磁場は、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場である。例えば、回転角センサ100は、XY平面上の予め定められた方向に対して、0°、120°、および240°の角度を有するXY平面上の3つの方向の磁場がそれぞれ印加される。このような磁場を印加する装置の一例を、図15を用いて説明する。
Next, a magnetic field is applied to the
図15は、本実施形態に係る磁場印加装置30を、回転角センサ100および較正パラメータ生成装置200と共に示す。図15は、磁場印加装置30は、360度を4等分した角度(90°)ずつ方向が異なる4方向の磁場を、回転角センサ100に印加する例を示す。磁場印加装置30は、第1コイル部42と、第2コイル部44と、第3コイル部46と、第4コイル部48と、を備える。
FIG. 15 shows the magnetic
第1コイル部42および第3コイル部46は、略同一の形状および材料で形成され、略同一の中心軸を有するヘルムホルツコイルでよい。図15は、第1コイル部42および第3コイル部46の中心軸が、Y軸方向と略平行に配置された例を示す。第1コイル部42および第3コイル部46は、流れる電流の方向に応じて、回転角センサ100に+Y軸方向および−Y軸方向の磁場を切り換えて印加する。また、第1コイル部42および第3コイル部46は、流れる電流の大きさを制御することにより、印加する磁場の大きさを調節できる。即ち、第1コイル部42および第3コイル部46は、+X軸方向に対して、略90°および略270°の角度を有する磁場を回転角センサ100に印加する。
The
第2コイル部44および第4コイル部48は、略同一の形状および材料で形成され、略同一の中心軸を有するヘルムホルツコイルでよい。図15は、第2コイル部44および第4コイル部48の中心軸が、X軸方向と略平行に配置された例を示す。第2コイル部44および第4コイル部48は、流れる電流の方向に応じて、回転角センサ100に+X軸方向および−X軸方向の磁場を切り換えて印加する。即ち、第2コイル部44および第4コイル部48は、+X軸方向に対して、略0°および略180°の角度を有する磁場を回転角センサ100に印加する。
The
なお、図15は、第1コイル部42および第3コイル部46の中心軸と、第2コイル部44および第4コイル部48の中心軸の交点に、回転角センサ100が配置される例を示す。以上のように、磁場印加装置30は、複数のコイル部の配置に応じて、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサ100にそれぞれ印加することができる。
FIG. 15 shows an example in which the
図16は、本実施形態に係る磁場印加装置30が、回転角センサ100に印加する磁場の第1の例を示す。図16は、磁場印加装置30が3つのヘルムホルツコイルを有し、120°ずつ等間隔に異なる方向の3つの磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例を示す。ここで、それぞれの磁場ベクトルは、+X軸方向と予め定められた角度のオフセットを有してもよい。図16は、当該オフセットを、δとした例を示す。即ち、図16は、XY平面において、磁場印加装置30が+X軸方向に対して角度δ、δ+120°、およびδ+240°の3つの方向の磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例である。
FIG. 16 shows a first example of a magnetic field applied to the
図17は、本実施形態に係る磁場印加装置30が、回転角センサ100に印加する磁場の第2の例を示す。図17は、図15と同様に、磁場印加装置30が2つのヘルムホルツコイルを有し、90°ずつ等間隔に異なる方向の4つの磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例を示す。ここで、それぞれの磁場ベクトルは、+X軸方向と予め定められた角度のオフセットδを有してよい。図17は、XY平面において、磁場印加装置30が+X軸方向に対して角度δ、δ+90°、δ+180°、およびδ+270°の4つの方向の磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例である。
FIG. 17 shows a second example of the magnetic field applied to the
以上のように、磁場印加装置30は、回転角センサ100を較正すべく、次式で示されるように+X軸方向に対する角度θnを有するN方向の磁場を回転角センサ100に印加する。
取得部210は、このように、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場が、回転角センサ100にそれぞれ印加したことに応じて出力される出力信号を当該回転角センサ100から取得する。即ち、本実施形態の取得部210は、XY平面上の予め定められた方向に対するN方向の磁場のそれぞれの角度θn(n=0,1,2,・・・,N−1)に対応して出力される、回転角センサ100のX軸方向およびY軸方向の磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))を取得する。
In this way, the
次に、算出部220は、磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する(S320)。算出部220は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号と、角度θnを代入した予め定められた周期関数との相関に基づいて、較正パラメータを算出する。回転角センサ100は、図4から図12で説明したように、予め定められた周期関数と相関の強い角度非線形性誤差を有するので、算出部220は、当該周期関数を用いて磁場検出信号との相関を取ることで、角度非線形性誤差に対応する誤差パラメータを算出する。
Next, the
より具体的には、算出部220は、次式で示す相関関数のように、磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))のそれぞれと、正弦波関数および余弦波関数との相関をそれぞれ取る。
(数12)式で示すように、算出部220は、360度をN等分した角度ずつ変化させたN個の周期関数同士の乗算の総和を相関関数として算出するので、ほとんどの項が相殺され、算出結果はいずれも項数が1となる。そして、算出部220は、次式を計算することにより、磁気感度のミスマッチ(Ax−Ay)を算出することができる。
同様に、算出部220は、次式を計算することにより、非直交性誤差α、X軸方向のオフセットVos_x、およびY軸方向のオフセットVos_yを算出することができる。
以上のように、算出部220は、磁場印加装置30が印加した磁場に応じて回転角センサ100が出力する磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))に基づき、誤差パラメータ(Vos_x,Vos_y,Ax−Ay,α)を算出することができる。そして、算出部220は、当該誤差パラメータをキャンセルする較正パラメータを算出する。
As described above, the
算出部220は、例えば、X軸方向の磁場検出信号のオフセットを較正する第1パラメータとして、−Vos_xを、Y軸方向の磁場検出信号のオフセットを較正する第2パラメータとして、−Vos_yを、それぞれ算出する。これにより、回転角センサ100は、第1パラメータおよび第2パラメータを用いて、次式のように、磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))のオフセットを補正することができる。
また、算出部220は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号の感度ミスマッチを較正する第3パラメータとして、(Ax/Ay)を算出してよい。これにより、回転角センサ100は、第3パラメータを用いて、次式のように、磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))の感度ミスマッチを補正することができる。
また、算出部220は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号の非直交性誤差を較正する第4パラメータとして、−tan(α)を算出してよい。これにより、回転角センサ100は、第4パラメータを用いて、次式のように、磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))の非直交性誤差を補正することができる。以上のように。算出部220は、第1パラメータから第4パラメータの4つのパラメータのうち、少なくとも1つを含む較正パラメータを算出する。
次に、パラメータ供給部230は、算出部220が算出した較正パラメータを回転角センサ100の記憶部180に供給して記憶させる(S330)。以上のように、本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、磁場印加装置30を用いて回転角センサ100に予め定められた複数の方向の磁場を印加し、発生する角度非線形性誤差に対応する相関関数を用いて、当該回転角センサ100の角度非線形性誤差を補正する較正パラメータを生成することができる。
Next, the
これにより、回転角センサ100は、当該較正パラメータを用いて、角度非線形性誤差を補正することができる。即ち、誤差補正部190は、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150から供給される磁場検出信号(VX,VY)に対して、当該較正パラメータを用いて(数16)から(数18)式の演算を実行して誤差補正信号(VX',VY')出力する。そして、角度信号算出部160は、X軸方向およびY軸方向の誤差補正信号(VX',VY')(即ち、補正された磁場検出信号)を用いて、角度信号を算出するので、角度非線形性誤差を低減させた確度信号を出力することができる。
Thereby, the
図18は、本実施形態に係る回転角センサ100の変形例を、対応する較正パラメータ生成装置200と共に示す。本変形例の回転角センサ100において、図13に示された本実施形態に係る回転角センサ100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の回転角センサ100は、角度信号算出部160が算出した角度信号φ(θ)に基づいて算出された較正パラメータを用いて、当該角度信号φ(θ)を補正する。
FIG. 18 shows a modification of the
即ち、本変形例の角度信号算出部160は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号(VX,VY)に基づいて、角度信号φ(θ)を算出する。そして、誤差補正部190は、較正パラメータに基づいて、角度信号φ(θ)の誤差を補正し、これにより、回転角センサ100の角度非線形性誤差(φ(θ)−θ)を低減する。ここで、角度非線形性誤差(φ(θ)−θ)は、図4から図12で説明したように、予め定められた周期関数を示すように変動するので、次式のように示すことができる。
ここで、AからDの4つの係数は、それぞれ対応する角度非線形誤差の大きさに応じて値が定まる誤差パラメータ(A,B,C,D)である。例えば、X軸方向のオフセットVos_xによる角度非線形性誤差が、他の角度非線形性誤差と比較して大きい場合、係数Aは、他の係数BからDと比較して大きくなる。また、回転角センサ100が出力する角度信号φ(θ)が、角度位置θと略同一の理想的な出力になる場合、誤差パラメータ(A,B,C,D)は全て略零となる。
Here, the four coefficients A to D are error parameters (A, B, C, D) whose values are determined according to the magnitudes of the corresponding angular nonlinear errors. For example, when the angle non-linearity error due to the offset V os_x in the X-axis direction is larger than other angle non-linearity errors, the coefficient A is larger than the other coefficients B to D. When the angle signal φ (θ) output from the
本変形例の回転角センサ100に対応する較正パラメータ生成装置200は、角度信号算出部160が出力する角度信号φ(θ)を、回転角センサ100の出力信号として取得する。即ち、取得部210は、角度信号算出部160に接続され、当該角度信号φ(θ)を取得する。これに代えて、取得部210は、誤差補正部190に接続され、当該角度信号φ(θ)を取得してもよい。
The calibration
較正パラメータ生成装置200は、磁場印加装置30が360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサ100にそれぞれ印加した場合の当該回転角センサ100の出力信号(本変形例の場合は角度信号)を取得する。即ち、取得部210は、XY平面上の予め定められた方向に対するN方向の磁場のそれぞれの角度θn(n=0,1,・・・,N−1)に対応して出力される回転角センサ100のN個の角度信号φ(θn)を取得する。
The calibration
そして、算出部220は、角度θnおよび角度信号φ(θn)を予め定められた周期関数に代入して得られる誤差パラメータ(A,B,C,D)に基づき、較正パラメータを算出する。より具体的には、算出部220は、次式で示す相関関数のように、角度信号φ(θn)と印加磁場の角度位置θnの差分(φ(θn)−θn)のそれぞれと、正弦波関数および余弦波関数との相関を算出して、誤差パラメータ(A,B,C,D)を得る。
そして、算出部220は、角度信号φ(θn)のそれぞれから当該誤差パラメータをキャンセルする較正パラメータを算出する。算出部220は、例えば、X軸方向の磁場検出信号のオフセットを較正する第1パラメータとして、−Aを、Y軸方向の磁場検出信号のオフセットを較正する第2パラメータとして、−Bを、それぞれ算出する。同様に、また、算出部220は、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号の感度ミスマッチを較正する第3パラメータとして、−Cを、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号の非直交性誤差を較正する第4パラメータとして、−Dを算出してよい。
Then, the
以上のように、算出部220は、第1パラメータから第4パラメータの4つのパラメータのうち、少なくとも1つを含む較正パラメータを算出する。パラメータ供給部230は、算出部220が算出した較正パラメータを回転角センサ100の記憶部180に供給して記憶させる。これにより、回転角センサ100は、第1パラメータから第4パラメータを用いて、次式のように、角度信号φ(θn)の非直交性誤差を補正することができる。
ここで、回転角センサ100は、複数種類の較正パラメータを記憶部180に記憶して、複数種類の要因に基づく角度非線形性誤差を低減させてよい。例えば、回転角センサ100の記憶部180は、角度信号の正弦と、角度信号の余弦と、角度信号の2倍の正弦と、角度信号の2倍の余弦と、のうち少なくとも2つに比例する誤差を低減させる誤差パラメータを、較正パラメータとして記憶する。そして、誤差補正部190は、角度信号の正弦と、角度信号の余弦と、角度信号の2倍の正弦と、角度信号の2倍の余弦とのうち少なくとも2つに対応する誤差パラメータを線形結合し、当該線形結合した値を角度信号から減算して角度信号を補正してよい。
Here, the
以上のように、本変形例の回転角センサ100は、対応する較正パラメータ生成装置200が生成した較正パラメータを用いて、角度非線形性誤差を低減させた角度信号を出力することができる。即ち、較正パラメータ生成装置200は、磁場印加装置30を用いて、回転角センサ100の角度非線形性誤差を低減させる較正パラメータを生成し、当該回転角センサ100を較正できる。
As described above, the
図19は、本実施形態に係る回転角センサモジュール300の一例を較正パラメータ生成装置200と共に示す。回転角センサモジュール300は、回転角センサ100と、回転磁石410と、回転軸412と、モーター420とを備える。回転角センサ100は、図1から図18で説明したので、ここでは概略構成および較正については省略する。
FIG. 19 shows an example of the rotation
回転磁石410は、回転軸412回りに回転する。図19は、回転磁石410が回転角センサ100の上方に設けられる例を示す。回転磁石410は、一例として、円盤状の形状を有し、XY平面と略平行な面で回転する。回転磁石410は、XY平面と略平行な断面がそれぞれ半円形状となる2つの領域に分割されてよく、一方の領域がS極であり、他方の領域がN極である磁石を形成する。回転磁石410は、XY平面と略平行な面で回転することにより、例えば、(数8)式で示される回転磁場を回転角センサ100に発生させる。
The
回転軸412は、XY平面と略垂直な方向に形成される。回転軸412は、一例として、中心軸の回転角センサ100側の延長線上に、第1ホール素子対110を通過するX軸と第2ホール素子対120を通過するY軸との交点が位置するように、形成される。回転軸412は、一端が回転磁石410に接続され、他端がモーター420に接続される。モーター420は、回転軸412および当該回転軸に接続された回転磁石410を回転させる。
The
回転角センサモジュール300は、較正した回転角センサ100と、回転軸412回りに回転する回転磁石410と、を組み立てて形成される。即ち、回転角センサ100は、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転軸412回りに回転する回転磁石410のXY平面における回転角を検出する。
The rotation
回転角センサ100は、回転角センサモジュール300として組み立てられる前に、図14で示したように、較正することができる。しかしながら、回転角センサモジュール300を組み立てる過程において、組み立て誤差が生じると、回転角センサ100は、当該組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を発生してしまう。図20から図22には、このような組み立て誤差の例を示す。
The
図20は、本実施形態に係る回転角センサモジュール300に中心軸ずれが生じた組み立て誤差の一例を示す。図21は、本実施形態に係る回転角センサモジュール300に偏芯が生じた組み立て誤差の一例を示す。図22は、本実施形態に係る回転角センサモジュール300に回転磁石410の傾きが生じた組み立て誤差の一例を示す。
FIG. 20 shows an example of an assembly error in which the center axis shift occurs in the rotation
このような誤差が生じた場合においても、後述するように、回転角センサ100は、回転磁石410の角度位置θに応じて周期関数を示すように変動する角度非線形性誤差を発生させる。そこで、本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、回転角センサ100を較正させる較正パラメータを生成する場合と同様に、回転角センサモジュール300の組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を較正する較正パラメータを生成する。
Even when such an error occurs, the
図23は、本実施形態に係る較正パラメータ生成装置200の第2の動作フローを示す。較正パラメータ生成装置200は、図23に示す第2の動作フローを実行して、回転角センサ100からの出力信号を取得し、回転角センサモジュール300の出力信号を補正する較正パラメータを生成する。
FIG. 23 shows a second operation flow of the calibration
まず、回転角センサモジュール300を動作するように設置する(S500)。例えば、回転角センサモジュール300をXY平面と略平行な平面上に設置する。ここで、回転角センサモジュール300の設置とは、一例として、回転角センサ100と、回転磁石410と、回転軸412と、モーター420とを組み合わせてモジュールの組み立てを行うことである。これにより、XY平面上に回転角センサ100が設置される。
First, the rotation
次に、回転磁石410を予め定められた回転角に回転させ、複数の方向の磁場を回転角センサ100に印加した場合の、当該回転角センサ100の出力を取得する(S510)。即ち、回転磁石410を、360度をN等分した角度ずつ回転させ、方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサ100にそれぞれ印加する。回転磁石410の予め定められた回転角は、理想的には、図15で説明した磁場印加装置30が回転角センサ100に印加する複数の磁場と同様の磁場を発生させる角度であってよい。
Next, the
図24は、本実施形態の回転角センサモジュール300において、回転磁石410の回転位置の第1の例を示す。図24は、モーター420が回転磁石410を90°ずつ回転させ、回転磁石410の4つの回転位置に応じた4つの磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例を示す。ここで、それぞれの回転磁石410の回転位置は、+X軸方向と予め定められた角度δのオフセットを有する例を示す。回転角センサモジュール300が理想的に組み立てられている場合、図24のように回転磁石410が位置すると、XY平面において、回転磁石410が+X軸方向に対して角度δ、δ+90°、δ+180°、およびδ+270°の4つの方向の磁場ベクトルを回転角センサ100に印加することができる。
FIG. 24 shows a first example of the rotational position of the
しかしながら、回転角センサモジュール300に組み立て誤差が生じると、回転角センサ100には、予め定められた方向とは異なる方向に磁場が向いてしまう。即ち、図24は、回転磁石410が+X軸方向に対して角度δ、δ+90°、δ+180°、およびδ+270°の4つの回転位置にあるとき、回転磁石410のそれぞれの回転位置に対応した4つの磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例を示す。
However, when an assembly error occurs in the rotation
図25は、本実施形態の回転角センサモジュールにおいて、回転磁石410の回転位置の第2の例を示す。図25は、モーター420が回転磁石410を45°ずつ回転させ、回転磁石410の8つの回転位置に応じた8つの磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例を示す。ここで、それぞれの回転磁石410の回転位置は、+X軸方向と予め定められた角度δのオフセットを有する例を示す。即ち、図25は、回転磁石410が+X軸方向に対して角度δ+n・45°(n=0,1,2,...,7)の8つの回転位置にあるとき、回転磁石410のそれぞれの回転位置に対応した8つの磁場ベクトルを回転角センサ100に印加する例を示す。
FIG. 25 shows a second example of the rotational position of the
取得部210は、N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される出力信号を回転角センサ100から取得する。取得部210は、XY平面上の予め定められた回転磁石410の角度θn(n=0,1,・・・,N−1)のそれぞれの回転位置において、回転角センサ100に入力される磁場に対応して出力される回転角センサ100のN個の磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))を取得してよく、これに代えて、角度信号φ(θn)を取得してもよい。本実施形態の取得部210は、N個の磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))を取得する例を説明する。即ち、この場合、回転角センサ100の概略構成は、図13に示す概略構成と略同一となる。
The
次に、算出部220は、回転角センサ100の出力信号に基づいて、回転角センサ100を較正する較正パラメータを算出する(S520)。算出部220は、回転角センサ100の較正と同様に、X軸方向およびY軸方向の磁場検出信号と、磁石の回転位置である角度θnを代入した予め定められた周期関数との相関に基づいて、較正パラメータを算出する。即ち、算出部220は、(数12)から(数18)式を用いて、誤差パラメータ(Vos_x,Vos_y,Ax−Ay,α)および較正パラメータを算出する。
Next, the
回転角センサ100は、回転磁石410の角度位置θに応じて周期関数を示すように変動する角度非線形性誤差を発生させるので、算出部220は、回転角センサ100の較正に用いた数式を用いて、較正パラメータを算出することができる。ここで、回転角センサ100の角度非線形性誤差の発生について、図26および図27を用いて説明する。
Since the
図26は、理想的な回転角センサモジュール300の回転角センサ100に、8方向の磁場をそれぞれ印加した例を示す。即ち、図26は、回転磁石410が45°間隔で回転した場合に、回転角センサ100が設置されるXY平面に生じる磁場の向きを矢印でそれぞれ示す。図26の複数の円は、回転磁石410をそれぞれ示し、円内の点線で示された四角形は、回転角センサ100の位置を示す。回転角センサモジュール300は、理想的な配置関係にあるので、円の中心と、点線で示された四角形の領域の中心とが一致する。回転角が0°から315°に45°ずつ変化することに応じて、回転角センサ100が位置する領域に発生する磁場ベクトルの向きも対応して45°ずつ回転することがわかる。
FIG. 26 shows an example in which magnetic fields in eight directions are applied to the
図27は、中心軸ずれの組み立て誤差を有する回転角センサモジュール300の回転角センサ100に、8方向の磁場をそれぞれ印加した例を示す。即ち、図27は、図20に示す中心軸ずれが生じた回転角センサモジュール300において、回転磁石410が45°間隔で回転した場合に、回転角センサ100が設置されるXY平面に生じる磁場の向きを矢印でそれぞれ示す。図27の複数の円は、図26と同様に、回転磁石410をそれぞれ示し、円内の点線で示された四角形は、回転角センサ100の位置を示す。中心軸ずれが生じているので、円の中心と、点線で示された四角形の領域の中心には、ずれが生じている。
FIG. 27 shows an example in which magnetic fields in eight directions are respectively applied to the
そして、回転磁石410を回転させると、回転角度θが45°、135°、225°、315°の場合、四角形の領域には回転磁石410の回転角度θとは異なる方向の磁場ベクトルが発生し、角度非線形性誤差が発生することがわかる。一方、回転角度θが0°、90°、180°、270°の場合、四角形の領域に発生する磁場ベクトルの向きと印加する磁場の向きとが略一致するので、角度非線形性誤差が低減することがわかる。即ち、回転角センサ100に入力する磁場の方向が、回転磁石410の回転角度θに応じて変動し、当該変動が角度θに対してsin(2θ)を示すように変動することがわかる。
When the
図28は、中心軸ずれを有するホール起電力信号(VX,VY)の一例を示す。このようなホール起電力信号(VX,VY)の歪みは、図9に示す磁気感度のミスマッチを有するホール起電力信号(VX,VY)の一例と同様であり、(数13)および(数17)式を用いて較正パラメータを算出することができる。同様に、回転角センサモジュール300は、回転磁石410に偏芯および傾きが生じる組み立て誤差を有しても、発生する角度非線形性誤差の変動が回転磁石410の回転角度に関する周期関数を示す場合、算出部220は、(数12)から(数18)式を用いて較正パラメータを算出することができる。
FIG. 28 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having a center axis shift. Such distortion of the Hall electromotive force signal (V X, V Y) is similar to an example of a Hall electromotive force signal having a mismatch of magnetic sensitivity shown in FIG. 9 (V X, V Y) , ( Equation 13) And the calibration parameter can be calculated using the equation (17). Similarly, even when the rotation
次に、パラメータ供給部230は、算出部220が算出した較正パラメータを回転角センサ100の記憶部180に供給して記憶させる(S530)。以上のように、本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、回転磁石410を予め定められた回転角度に回転させて回転角センサ100に複数の方向の磁場を印加し、発生する角度非線形性誤差に対応する相関関数を用いて、回転角センサモジュール300の組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を補正する較正パラメータを生成することができる。これにより、回転角センサ100は、当該較正パラメータを用いて、組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を補正することができる。
Next, the
以上の本実施形態に係る較正パラメータ生成装置200は、磁石の回転位置θnに対する回転角センサ100から出力信号として、磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))を取得する例を説明した。これに代えて、較正パラメータ生成装置200は、角度信号φ(θn)を出力信号として取得してもよい。この場合、回転角センサ100の概略構成は、図18に示す概略構成と略同一となる。
The calibration
この場合における較正パラメータ生成装置200は、取得部210が、回転磁石410を回転してN個の角度θnに設定することにより、N方向の磁場を回転角センサ100にそれぞれ印加することに応じて出力される角度信号φ(θn)を当該回転角センサ100から取得する。そして、算出部220は、角度θnおよび角度信号φ(θn)を予め定められた周期関数に代入して得られる誤差パラメータに基づき、較正パラメータを算出する。より具体的には、算出部220は、(数19)式を用いて、誤差パラメータ(A,B,C,D)を算出し、当該誤差パラメータをキャンセルする較正パラメータを算出する。
In this case, the calibration
以上のように、本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、回転角センサ100および回転角センサモジュール300をそれぞれ較正する較正パラメータを生成することができる。また、磁場印加装置30および回転磁石410を用いて、回転角センサ100に複数の方向の磁場を印加することにより、較正パラメータ生成装置200は、同様の手順によってそれぞれの較正パラメータを生成することができる。
As described above, the calibration
したがって、例えば、まず、較正パラメータ生成装置200が回転角センサ100の較正パラメータを生成して当該回転角センサ100を較正させ、次に、回転角センサモジュール300を組み立て、そして組み立てた後に、同一の較正パラメータ生成装置200が回転角センサ100の較正パラメータを生成して較正することで、回転角センサモジュール300は、角度非線形性誤差を低減させた角度信号を出力することができる。また、回転角センサ100についての較正を実施することなく、回転角センサモジュール300の組立て後に、回転角センサモジュール300に対する較正操作を実行することで、回転角センサ100における角度非線形性誤差および回転角センサモジュール300を組み立てる際の組立誤差に起因する角度非線形性誤差をまとめて同時に較正することが可能である。
Thus, for example, first, the calibration
図29は、本実施形態に係る回転角センサモジュール300が発生させる角度非線形性誤差をシミュレーションした結果の一例を示す。図29は、回転磁石410と、回転角センサ100との間に、中心軸ずれが発生した場合の角度非線形性誤差(φ(θ)−θ)を示す。図29の横軸は回転磁石410の回転角度θであり、縦軸はシミュレーションで算出された角度非線形性誤差(φ(θ)−θ)を示す。中心軸ずれの量が、0.5mm(図中の四角のプロット)、1.0mm(ダイヤのプロット)、および2.0mm(三角形のプロット)と、増加することに応じて、発生する角度非線形性誤差も増加し、かつ、回転角度θに対してsin(2θ)を示すように変動することがわかる。
FIG. 29 shows an example of a simulation result of an angular non-linearity error generated by the rotation
図30から図32は、本実施形態の回転角センサ100を実際に較正した実験結果の一例を示す。磁場印加装置30は、複数の方向の磁場を回転角センサ100に印加する。図30は、本実施形態に係る取得部210が、当該回転角センサ100から取得した磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))の一例を示す。図30の横軸は回転角センサ100への入力磁場の角度位置を示し、縦軸はホール素子対の磁場検出強度を示す。図30より、回転角センサ100は、回転磁場に応じて周期的に変化する磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))を検出していることがわかる。
30 to 32 show examples of experimental results obtained by actually calibrating the
図31は、本実施形態に係る回転角センサ100の角度非線形誤差の測定結果の一例を示す。図31は、図30に示された磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))の測定結果に対応する、角度非線形誤差を示す。図31の横軸は回転角センサ100への入力磁場の角度位置を示し、縦軸は角度非線形誤差(φ(θ)−θ)の大きさを示す。図31は、X軸方向のオフセットVos_x、Y軸方向のオフセットVos_y、磁気感度のミスマッチ、および非直交性誤差αが混在する場合の角度非線形誤差を示すので、角度位置θに対する変動は、周期関数が重なり合って複雑な形状を示す。
FIG. 31 shows an example of the measurement result of the angle nonlinear error of the
本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、図30に示した磁場検出信号(VX(θn),VY(θn))を取得して、(数12)から(数15)式を用いて誤差パラメータ(Vos_x,Vos_y,Ax−Ay,α)を(−0.052(%F.S.),−0.107(%F.S.),−0.490(%F.S.),−0.0146°)と算出した。ここで、「F.S.」はフルスケールを意味し、「%F.S.」はフルスケールに対するパーセンテージ強度を示す。較正パラメータ生成装置200は、当該誤差パラメータより、(数16)から(数18)式を用いて較正パラメータを算出し、回転角センサ100は、当該較正パラメータを用いて較正を実行した。
The calibration
図32は、本実施形態に係る回転角センサ100が較正を実行した後の角度非線形誤差を示す。図32の横軸は回転角センサ100への入力磁場の角度位置を示し、縦軸は角度非線形誤差(φ(θ)−θ)の大きさを示す。図31と比較して、角度非線形誤差が低減していることがわかる。
FIG. 32 shows an angle nonlinear error after the
図33および図34は、本実施形態の回転角センサモジュール300を実際に較正した実験結果の一例を示す。図33は、本実施形態に係る回転角センサ100の角度非線形誤差の測定結果の一例を示す。図33の横軸は回転磁石410の角度位置、縦軸は角度非線形誤差の大きさを示す。図33は、較正パラメータを用いて較正した回転角センサ100を組み立て、回転角センサモジュール300になった状態における角度非線形誤差の測定結果を示す。
FIG. 33 and FIG. 34 show an example of experimental results obtained by actually calibrating the rotation
より具体的には、図33は、回転角センサ100と回転磁石410との間に、略5mmの中心軸ずれを有する組み立て誤差が生じた場合の角度非線形誤差の測定結果を示す。即ち、図33の角度非線形誤差の回転磁石410の角度位置θに対する角度非線形誤差の変動のうち、sin(2θ)のように変動する成分が、中心軸ずれの変動を示す。また、角度非線形誤差の変動のうち、sin(2θ)とは異なる変動する成分は、偏芯および回転磁石410の傾きに起因する変動である。
More specifically, FIG. 33 shows the measurement result of the angle nonlinear error when an assembly error having a center axis deviation of about 5 mm occurs between the
本実施形態の較正パラメータ生成装置200は、回転磁石410の回転位置としてのN個の角度位置θnにおいて、図33に示した角度非線形誤差を有する回転角センサモジュール300の角度信号φ(θn)を取得して、(数20)式を用いて誤差パラメータ(A,B,C,D)を(0.564°,0.185°,−1.99°,0.398°)と算出した。較正パラメータ生成装置200は、当該誤差パラメータより、較正パラメータを算出し、回転角センサ100は、当該較正パラメータおよび(数21)式を用いて較正を実行した。
The calibration
図34は、本実施形態に係る回転角センサ100が較正を実行した後の角度非線形誤差を示す。図34の横軸は回転磁石410の角度位置を示し、縦軸は角度非線形誤差(φ(θ)−θ)の大きさを示す。図33と比較して、角度非線形誤差が低減していることがわかる。以上のように、較正パラメータ生成装置200は、磁場印加装置30および回転磁石410を用いて、回転角センサ100および回転角センサモジュール300の角度非線形性誤差を低減させる較正パラメータを生成し、当該回転角センサ100および回転角センサモジュール300を較正できる。
FIG. 34 shows an angle nonlinear error after the
また、較正パラメータ生成装置200は、複数の要因に基づく角度非線形性誤差を、それぞれ低減させる較正パラメータを生成することができる。また、較正パラメータ生成装置200は、回転角センサモジュール300の組み立て前と、組み立て後に、それぞれ略同一の相関関数を用いた計算を実行することで、回転角センサ100および回転角センサモジュール300の較正パラメータを生成することができる。
また、回転角センサ100についての較正を実施することなく、回転角センサモジュール300の組立て後に、回転角センサモジュール300に対する較正操作を実行することで、回転角センサ100における角度非線形性誤差および回転角センサモジュール300を組み立てる際の組立誤差に起因する角度非線形性誤差をまとめて同時に較正することが可能である。
In addition, the calibration
Further, the calibration of the rotation
以上の本実施形態の回転角センサ100は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120を備える例を説明した。ここで、回転角センサ100は、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの誤差を検出するので、磁場の検出素子はホール素子に限定されない。例えば、回転角センサ100は、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場を検出する複数のGMR(Giant Magneto−Resistance)素子および/またはTMR(Tunnel Magneto−Resistance)素子等を備えてもよい。
The
図35は、本実施形態に係る較正パラメータ生成装置200として機能するコンピュータ1900のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ1900は、ホスト・コントローラ2082により相互に接続されるCPU2000、RAM2020、グラフィック・コントローラ2075、および表示装置2080を有するCPU周辺部と、入出力コントローラ2084によりホスト・コントローラ2082に接続される通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、およびDVDドライブ2060を有する入出力部と、入出力コントローラ2084に接続されるROM2010、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070を有するレガシー入出力部と、を備える。
FIG. 35 shows an example of a hardware configuration of a
ホスト・コントローラ2082は、RAM2020と、高い転送レートでRAM2020をアクセスするCPU2000およびグラフィック・コントローラ2075とを接続する。CPU2000は、ROM2010およびRAM2020に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等がRAM2020内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置2080上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
The
入出力コントローラ2084は、ホスト・コントローラ2082と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060を接続する。通信インターフェイス2030は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ2040は、コンピュータ1900内のCPU2000が使用するプログラムおよびデータを格納する。DVDドライブ2060は、DVD−ROM2095からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。
The input /
また、入出力コントローラ2084には、ROM2010と、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070の比較的低速な入出力装置とが接続される。ROM2010は、コンピュータ1900が起動時に実行するブート・プログラム、および/または、コンピュータ1900のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ2050は、フレキシブルディスク2090からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。入出力チップ2070は、フレキシブルディスク・ドライブ2050を入出力コントローラ2084へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ2084へと接続する。
The input /
RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095、またはICカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、RAM2020を介してコンピュータ1900内のハードディスクドライブ2040にインストールされ、CPU2000において実行される。
A program provided to the
プログラムは、コンピュータ1900にインストールされ、コンピュータ1900を取得部210、算出部220、およびパラメータ供給部230として機能させる。
The program is installed in the
プログラムに記述された情報処理は、コンピュータ1900に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である取得部210、算出部220、およびパラメータ供給部230として機能する。そして、この具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ1900の使用目的に応じた情報の演算または加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の較正パラメータ生成装置200が構築される。
The information processing described in the program is read into the
一例として、コンピュータ1900と外部の装置等との間で通信を行う場合には、CPU2000は、RAM2020上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス2030に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス2030は、CPU2000の制御を受けて、RAM2020、ハードディスクドライブ2040、フレキシブルディスク2090、またはDVD−ROM2095等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス2030は、DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、CPU2000が転送元の記憶装置または通信インターフェイス2030からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス2030または記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
As an example, when communication is performed between the
また、CPU2000は、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060(DVD−ROM2095)、フレキシブルディスク・ドライブ2050(フレキシブルディスク2090)等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をDMA転送等によりRAM2020へと読み込ませ、RAM2020上のデータに対して各種の処理を行う。そして、CPU2000は、処理を終えたデータを、DMA転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、RAM2020は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはRAM2020および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、CPU2000は、RAM2020の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはRAM2020の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもRAM2020、メモリ、および/または記憶装置に含まれるものとする。
In addition, the
また、CPU2000は、RAM2020から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、RAM2020へと書き戻す。例えば、CPU2000は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合(または不成立であった場合)に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
In addition, the
また、CPU2000は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第1属性の属性値に対し第2属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、CPU2000は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第1属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第2属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第1属性に対応付けられた第2属性の属性値を得ることができる。
Further, the
以上に示したプログラムまたはモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095の他に、DVD、Blu−ray(登録商標)、またはCD等の光学記録媒体、MO等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ICカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはRAM等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ1900に提供してもよい。
The program or module shown above may be stored in an external recording medium. As a recording medium, in addition to the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10 基板、30 磁場印加装置、42 第1コイル部、44 第2コイル部、46 第3コイル部、48 第4コイル部、100 回転角センサ、110 第1ホール素子対、112 第1ホール素子、114 第2ホール素子、120 第2ホール素子対、122 第3ホール素子、124 第4ホール素子、130 磁気収束板、140 X軸信号出力部、142 増幅部、144 AD変換部、150 Y軸信号出力部、152 増幅部、154 AD変換部、160 角度信号算出部、170 入出力部、180 記憶部、190 誤差補正部、200 較正パラメータ生成装置、210 取得部、220 算出部、230 パラメータ供給部、300 回転角センサモジュール、410 回転磁石、412 回転軸、420 モーター、1900 コンピュータ、2000 CPU、2010 ROM、2020 RAM、2030 通信インターフェイス、2040 ハードディスクドライブ、2050 フレキシブルディスク・ドライブ、2060 DVDドライブ、2070 入出力チップ、2075 グラフィック・コントローラ、2080 表示装置、2082 ホスト・コントローラ、2084 入出力コントローラ、2090 フレキシブルディスク、2095 DVD−ROM
DESCRIPTION OF
Claims (24)
前記XY平面上に前記回転角センサを設置する設置段階と
前記XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、前記回転角センサにそれぞれ印加する磁場印加段階と、
前記N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される出力信号を前記回転角センサから取得する取得段階と、
前記出力信号に基づいて、前記回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出段階と、
前記較正パラメータを前記回転角センサの記憶部に記憶させる記憶段階と、
を備える
回転角センサの較正方法。 A method for calibrating a rotation angle sensor that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, and detects a rotation angle in the XY plane of a rotating magnet that rotates around the rotation axis,
An installation step of installing the rotation angle sensor on the XY plane and a magnetic field in N directions (N is an integer of 3 or more) having different directions by an angle equal to 360 degrees divided into N on the XY plane Applying a magnetic field to each of the sensors;
Obtaining an output signal output from the rotation angle sensor in response to application of the magnetic field in the N direction;
A calculation step of calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signal;
Storing the calibration parameter in the storage unit of the rotation angle sensor;
A method for calibrating a rotation angle sensor.
前記算出段階は、前記角度θnおよび前記角度信号φ(θn)を予め定められた周期関数に代入して得られる誤差パラメータに基づき、前記較正パラメータを算出する請求項1に記載の回転角センサの較正方法。 The obtaining step outputs the angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) corresponding to each angle θ n of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtain N angle signals φ (θ n ) of the rotation angle sensor,
2. The rotation angle according to claim 1, wherein the calculating step calculates the calibration parameter based on an error parameter obtained by substituting the angle θ n and the angle signal φ (θ n ) into a predetermined periodic function. Sensor calibration method.
前記算出段階は、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号と、前記角度θnを代入した予め定められた周期関数との相関に基づいて、前記較正パラメータを算出する請求項1に記載の回転角センサの較正方法。 The acquisition step is output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtaining magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction of the rotation angle sensor;
The calculation step calculates the calibration parameter based on a correlation between the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction and a predetermined periodic function into which the angle θ n is substituted. The rotation angle sensor calibration method according to claim 1.
前記X軸方向の前記磁場検出信号のオフセットを較正する第1パラメータ、前記Y軸方向の前記磁場検出信号のオフセットを較正する第2パラメータ、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の感度ミスマッチを較正する第3パラメータ、および前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の非直交性誤差を較正する第4パラメータのうち、少なくとも1つを有する請求項4に記載の回転角センサの較正方法。 The calibration parameter is:
A first parameter for calibrating an offset of the magnetic field detection signal in the X-axis direction, a second parameter for calibrating an offset of the magnetic field detection signal in the Y-axis direction, and the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction. 5. The method according to claim 4, further comprising: at least one of a third parameter that calibrates a sensitivity mismatch and a fourth parameter that calibrates a non-orthogonality error of the magnetic field detection signal in the X-axis direction and the Y-axis direction. Calibration method of rotation angle sensor.
前記回転磁石を、360度をN等分した角度ずつ回転させ、方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、前記回転角センサにそれぞれ印加する磁場印加段階と、
前記N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される出力信号を前記回転角センサから取得する取得段階と、
前記出力信号に基づいて、前記回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出段階と、
前記較正パラメータを前記回転角センサの記憶部に記憶させる記憶段階と、
を備える
回転角センサモジュールの較正方法。 A rotation magnet that rotates around a rotation axis, and a rotation angle sensor that detects a rotation angle of the rotation magnet in the XY plane by detecting a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. A method for calibrating an angular sensor module, comprising:
A magnetic field applying step of rotating the rotating magnet by 360 degrees by N equal angles and applying magnetic fields in different directions in N directions (N is an integer of 3 or more) to the rotation angle sensor;
Obtaining an output signal output from the rotation angle sensor in response to application of the magnetic field in the N direction;
A calculation step of calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signal;
Storing the calibration parameter in the storage unit of the rotation angle sensor;
A method for calibrating a rotation angle sensor module.
前記算出段階は、前記角度θnおよび前記角度信号φ(θn)を予め定められた周期関数に代入して得られる誤差パラメータに基づき、前記較正パラメータを算出する請求項6に記載の回転角センサモジュールの較正方法。 In the obtaining step, the rotation angle output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the rotating magnet with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtain N angle signals φ (θ n ) of the sensor,
The rotation angle according to claim 6, wherein the calculating step calculates the calibration parameter based on an error parameter obtained by substituting the angle θ n and the angle signal φ (θ n ) into a predetermined periodic function. Sensor module calibration method.
前記算出段階は、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号と、前記角度θnを代入した予め定められた周期関数との相関に基づいて、前記較正パラメータを算出する請求項6に記載の回転角センサモジュールの較正方法。 The obtaining step outputs the rotation corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the rotating magnet with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtaining magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction of the angle sensor;
The calibration step calculates the calibration parameter based on a correlation between the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction and a predetermined periodic function into which the angle θ n is substituted. The rotation angle sensor module calibration method according to claim 1.
前記X軸方向の前記磁場検出信号のオフセットを較正する第1パラメータ、前記Y軸方向の前記磁場検出信号のオフセットを較正する第2パラメータ、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の感度ミスマッチを較正する第3パラメータ、および前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の非直交性誤差を較正する第4パラメータのうち、少なくとも1つを有する請求項9に記載の回転角センサモジュールの較正方法。 The calibration parameter is:
A first parameter for calibrating an offset of the magnetic field detection signal in the X-axis direction, a second parameter for calibrating an offset of the magnetic field detection signal in the Y-axis direction, and the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction. 10. The method according to claim 9, further comprising: at least one of a third parameter for calibrating a sensitivity mismatch of the first and a fourth parameter for calibrating a non-orthogonality error of the magnetic field detection signal in the X-axis direction and the Y-axis direction. Calibration method of rotation angle sensor module.
較正した前記回転角センサと、回転軸回りに回転する回転磁石と、を備える回転角センサモジュールを組み立てる組み立て段階と、
請求項6から8のいずれか一項に記載の回転角センサモジュールの較正方法を実行する回転角センサモジュール較正段階と、
を備える
回転角センサモジュールの較正方法。 A rotation angle sensor calibration step of performing the rotation angle sensor calibration method according to claim 1;
An assembly step of assembling a rotation angle sensor module comprising the calibrated rotation angle sensor and a rotating magnet that rotates about a rotation axis;
A rotation angle sensor module calibration stage for executing the rotation angle sensor module calibration method according to any one of claims 6 to 8,
A method for calibrating a rotation angle sensor module.
較正した前記回転角センサと、回転軸回りに回転する回転磁石と、を備える回転角センサモジュールを組み立てる組み立て段階と、
請求項6、9、および10のいずれか一項に記載の回転角センサモジュールの較正方法を実行する回転角センサモジュール較正段階と、
を備える
回転角センサモジュールの較正方法。 A rotation angle sensor calibration stage for performing the rotation angle sensor calibration method according to any one of claims 1, 4, and 5;
An assembly step of assembling a rotation angle sensor module comprising the calibrated rotation angle sensor and a rotating magnet that rotates about a rotation axis;
A rotation angle sensor module calibration stage for performing the rotation angle sensor module calibration method according to any one of claims 6, 9 and 10.
A method for calibrating a rotation angle sensor module.
前記出力信号に基づいて、前記回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出部と、
前記較正パラメータを前記回転角センサの記憶部に供給して記憶させるパラメータ供給部と、
を備え、
前記取得部は、前記XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場が、前記回転角センサにそれぞれ印加したことに応じて出力される出力信号を前記回転角センサから取得する、較正パラメータ生成装置。 An acquisition unit that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, and acquires an output signal of a rotation angle sensor that detects a rotation angle in the XY plane of the rotating magnet that rotates around the rotation axis;
A calculation unit for calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signal;
A parameter supply unit that supplies the calibration parameter to the storage unit of the rotation angle sensor and stores the calibration parameter;
With
The acquisition unit outputs a magnetic field in an N direction (N is an integer of 3 or more) having different directions by an angle obtained by dividing 360 degrees into N on the XY plane in response to application to the rotation angle sensor. A calibration parameter generation device that obtains an output signal to be obtained from the rotation angle sensor.
前記算出部は、前記角度θnおよび前記角度信号φ(θn)を予め定められた周期関数に代入して得られる誤差パラメータに基づき、前記較正パラメータを算出する請求項13に記載の較正パラメータ生成装置。 The acquisition unit is output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtain N angle signals φ (θ n ) of the rotation angle sensor,
The calibration parameter according to claim 13, wherein the calculation unit calculates the calibration parameter based on an error parameter obtained by substituting the angle θ n and the angle signal φ (θ n ) into a predetermined periodic function. Generator.
前記算出部は、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号と、前記角度θnを代入した予め定められた周期関数との相関に基づいて、前記較正パラメータを算出する請求項13に記載の較正パラメータ生成装置。 The acquisition unit is output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1, 2,..., N−1) of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtaining magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction of the rotation angle sensor,
The calculation unit calculates the calibration parameter based on a correlation between the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction and a predetermined periodic function into which the angle θ n is substituted. The calibration parameter generating device according to claim 1.
前記X軸方向の前記磁場検出信号のオフセットを較正する第1パラメータ、前記Y軸方向の前記磁場検出信号のオフセットを較正する第2パラメータ、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の感度ミスマッチを較正する第3パラメータ、および前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の非直交性誤差を較正する第4パラメータのうち、少なくとも1つを有する請求項16に記載の較正パラメータ生成装置。 The calibration parameter is:
A first parameter for calibrating an offset of the magnetic field detection signal in the X-axis direction, a second parameter for calibrating an offset of the magnetic field detection signal in the Y-axis direction, and the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction. 17. The method according to claim 16, further comprising: at least one of a third parameter that calibrates a sensitivity mismatch and a fourth parameter that calibrates a non-orthogonality error of the magnetic field detection signal in the X-axis direction and the Y-axis direction. Calibration parameter generator.
Y軸方向の磁場を磁電変換して前記Y軸方向の磁場検出信号を出力するY軸信号出力部と、
角度信号の誤差を較正するための少なくとも1つの較正パラメータを記憶する記憶部と、
前記較正パラメータに基づいて、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号の誤差を補正して前記X軸方向および前記Y軸方向の誤差補正信号をそれぞれ出力する誤差補正部と、
前記X軸方向および前記Y軸方向の前記誤差補正信号に基づいて、補正した前記角度信号を算出する角度信号算出部と、
を備える回転角センサ。 An X-axis signal output unit that magnetoelectrically converts a magnetic field in the X-axis direction and outputs a magnetic field detection signal in the X-axis direction;
A Y-axis signal output unit that magnetoelectrically converts a magnetic field in the Y-axis direction and outputs the magnetic field detection signal in the Y-axis direction;
A storage for storing at least one calibration parameter for calibrating the error of the angle signal;
An error correction unit that corrects errors in the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction based on the calibration parameters and outputs error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively;
An angle signal calculation unit that calculates the corrected angle signal based on the error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A rotation angle sensor.
Y軸方向の磁場を磁電変換して前記Y軸方向の磁場検出信号を出力するY軸信号出力部と、
前記X軸方向および前記Y軸方向の前記磁場検出信号に基づいて、角度信号を算出する角度信号算出部と、
前記角度信号の誤差を較正するための少なくとも1つの較正パラメータを記憶する記憶部と、
前記較正パラメータに基づいて、前記角度信号の誤差を補正する誤差補正部と、
を備える回転角センサ。 An X-axis signal output unit that magnetoelectrically converts a magnetic field in the X-axis direction and outputs a magnetic field detection signal in the X-axis direction;
A Y-axis signal output unit that magnetoelectrically converts a magnetic field in the Y-axis direction and outputs the magnetic field detection signal in the Y-axis direction;
An angle signal calculation unit that calculates an angle signal based on the magnetic field detection signals in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A storage unit for storing at least one calibration parameter for calibrating the error of the angle signal;
An error correction unit for correcting an error of the angle signal based on the calibration parameter;
A rotation angle sensor.
前記誤差補正部は、前記角度信号の正弦と、前記角度信号の余弦と、前記角度信号の2倍の正弦と、前記角度信号の2倍の余弦とのうち少なくとも2つに対応する前記誤差パラメータを線形結合し、
当該線形結合した値を前記角度信号から減算して前記角度信号を補正する請求項19に記載の回転角センサ。 The storage unit reduces an error proportional to at least two of a sine of the angle signal, a cosine of the angle signal, a sine of twice the angle signal, and a cosine of twice the angle signal. An error parameter to be stored as the calibration parameter,
The error correction unit includes the error parameter corresponding to at least two of a sine of the angle signal, a cosine of the angle signal, a sine of twice the angle signal, and a cosine of twice the angle signal. Are linearly combined,
The rotation angle sensor according to claim 19, wherein the angle signal is corrected by subtracting the linearly combined value from the angle signal.
XY平面と略垂直な方向に回転軸を有し、前記回転角センサの上方に設けられる回転磁石と、
を備える
回転角センサモジュール。 The rotation angle sensor according to any one of claims 18 to 21,
A rotating magnet having a rotation axis in a direction substantially perpendicular to the XY plane and provided above the rotation angle sensor;
A rotation angle sensor module.
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