JP2017058256A - ロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて回転体の絶対角度位置を検出した場合でも、第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因する検出低下を抑制することができるロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法を提供すること。【解決手段】ロータリエンコーダ１において、角度位置決定部９５は、第１センサ部１ｂにおける１回転１周期の第１絶対角度データがＮ個に内挿分割された第２絶対角度データａｂｓ−２、および第２センサ部１ｂにおける１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データＩＮＣに基づいて回転体２の絶対角度位置を決定する。また、位相比較部９８が第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを比較し、位相がずれている場合、位相補正部９９がこれらのデータの位相を一致させる補正を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出するロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法に関するものである。

固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダとしては、第１センサ部と、第２センサ部とを設け、第１センサ部での検出結果と、第２センサ部での検出結果とに基づいて、回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出する方式が提案されている（特許文献１参照）。例えば、第１センサ部には、Ｎ極とＳ極とが１つずつ配置された第１磁石と、第１磁石で対向する第１磁気抵抗素子、第１磁石に対向する第１ホール素子と、第１ホール素子に対して回転中心軸線周りに機械角で９０°ずれた位置に配置された第２ホール素子とが設けられている。また、第２センサ部には、回転中心軸周りに配置された複数極対の第２磁石と、第２磁石に対向する第２磁気抵抗素子とが設けられている。従って、第１センサ部における１回転１周期の絶対角度データ、および第２センサ部における１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データに基づいて、回転体の瞬間時の角度位置を決定すれば、高い分解能を得ることができる。

特許５６６６８８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成のように、第１センサ部および第２センサ部を用いた場合、第１センサ部と第２センサ部との間に相対的な位置ずれが発生することがあり、このような位置ずれが発生すると、第１センサ部における絶対角度データと、第２センサ部におけるインクリメンタル角度データとの間に位相のずれが発生し、検出精度が低下するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて回転体の絶対角度位置を検出した場合でも、第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因する検出低下を抑制することができるロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、Ｎを２以上の正の整数としたとき、第１センサ部と、第２センサ部と、前記第１センサ部における１回転１周期の第１絶対角度データがＮ個に内挿分割された第２絶対角度データ、および前記第２センサ部における１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定するロータリエンコーダであって、前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とを比較する位相比較部と、前記位相比較部での比較結果において前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とがずれているときに前記第２絶対角度データの補正を行う位相補正部と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、第１センサ部と、第２センサ部とを設け、Ｎを２以上の正の整数としたとき、前記第１センサ部における１回転１周期の第１絶対角度データがＮ個に内挿分割
された第２絶対角度データ、および前記第２センサ部における１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定するロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法であって、前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とを比較する位相比較工程と、前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とがずれているときに前記第２絶対角度データの補正を行う位相補正工程と、を行うことを特徴とする。

本発明では、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出する。このため、高い分解能で回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出することができる。また、第１センサ部における絶対角度データ（第２絶対角度データ）の位相と、第２センサ部におけるインクリメンタル角度データの位相とを比較し、位相がずれている場合、インクリメンタル角度データの位相と、絶対角度データ（第２絶対角度データ）の位相とを一致させる補正を行う。このため、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出する方式のロータリエンコーダにおいて、第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因して、絶対角度データ（第２絶対角度データ）の位相とインクリメンタル角度データの位相とにずれが発生した場合でも、検出精度の低下を抑制することができる。

本発明に係るロータリエンコーダでは、前記第１絶対角度データを（２×Ｎ）倍に内挿分割したデータを第３絶対角度データとしたとき、前記位相比較部は、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける奇数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第１閾値以上である場合、前記第２絶対角度データの位相が進んでいると判定し、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける偶数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第２閾値以下である場合、前記第２絶対角度データの位相が遅れていると判定する態様を採用することができる。かかる構成によれば、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて位相のずれを監視することができるので、比較的簡素な構成で、第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。

また、本発明に係るロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法では、前記第１絶対角度データを（２×Ｎ）倍に内挿分割したデータを第３絶対角度データとしたとき、前記位相比較工程では、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける奇数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第１閾値以上である場合、前記第２絶対角度データの位相が進んでいると判定し、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける偶数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第２閾値以下である場合、前記第２絶対角度データの位相が遅れていると判定する態様を採用することができる。かかる構成によれば、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて位相のずれを監視することができるので、比較的簡素な構成で、第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。

この場合、本発明に係るロータリエンコーダでは、ｉを奇数としたとき、前記位相補正部は、前記第１センサ部による今回の検出結果が前記第３絶対角度データにおけるｉ番目の周期であって、前記第２センサ部による今回の検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第１閾値以上である期間については、前記第２絶対角度データにおける（（（ｉ＋１）／２）−１）番目の周期となるように前記第２絶対角度データを補正し、前記第１センサ部による今回の検出結果が前記第３絶対角度データにおける（ｉ＋１）番目の
周期であって、前記第２センサ部による今回の検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第２閾値以下である期間については、前記第２絶対角度データにおける（（（ｉ＋１）／２）＋１）番目の周期となるように前記第２絶対角度データを補正する態様を採用することができる。

本発明において、前記位相比較部では、予め設定されたタイミング毎に、前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相との比較が行われることが好ましい。かかる構成によれば、ロータリエンコーダにおける第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれを所定のタイミングで監視するので、検出精度の低下を抑制することができる。

本発明において、前記第１センサ部は、回転中心軸周りにＮ極とＳ極とが１つずつ配置された第１磁石と、前記第１磁石の回転中心軸線方向で対向する第１磁気抵抗素子と、前記第１磁石に対向する第１ホール素子と、前記第１ホール素子に対して前記回転中心軸線周りに機械角で９０°ずれた位置に配置された第２ホール素子と、を備え、前記第２センサ部は、回転中心軸周りに複数極対が配置された第２磁石と、前記第２磁石に対向する第２磁気抵抗素子と、を備えている態様を採用することができる。

本発明において、前記第１磁気抵抗素子が第１面側に設けられたセンサ基板を有し、前記センサ基板の前記第１面とは反対側の第２面側において前記第１磁気抵抗素子と重なる位置には、前記センサ基板を貫通するスルーホールを介して前記第１磁気抵抗素子に電気的に接続された第１アンプが設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、第１磁気抵抗素子と第１アンプとの信号伝達経路が短いため、第１磁気抵抗素子から第１アンプに出力されるアナログ信号は、第１磁石からの電磁的な影響を受けにくい。従って、第１磁気抵抗素子から第１アンプに出力されるアナログ信号に歪み等が発生しにくい。

本発明において、前記センサ基板の前記第１面側には前記第２磁気抵抗素子が設けられ、前記センサ基板の前記第２面側において前記第２磁気抵抗素子と重なる位置には、前記センサ基板を貫通するスルーホールを介して前記第２磁気抵抗素子に電気的に接続された第２アンプが設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、第２磁気抵抗素子と第２アンプとの信号伝達経路が短いため、第２磁気抵抗素子から第２アンプに出力されるアナログ信号は、第２磁石からの電磁的な影響を受けにくい。従って、第２磁気抵抗素子から第２アンプに出力されるアナログ信号に歪み等が発生しにくい。

本発明では、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出する。このため、高い分解能で回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出することができる。また、位相比較部は、第１センサ部における絶対角度データ（第２絶対角度データ）の位相と、第２センサ部におけるインクリメンタル角度データとの位相とを比較し、位相補正部は、位相がずれている場合、インクリメンタル角度データの位相と、絶対角度データ（第２絶対角度データ）の位相とを一致させる補正を行う。このため、第１センサ部での検出結果、および第２センサ部での検出結果に基づいて回転体の瞬間時の絶対角度位置を検出する方式のロータリエンコーダにおいて、第１センサ部と第２センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因して、絶対角度データ（第２絶対角度データ）の位相とインクリメンタル角度データの位相とにずれが発生した場合でも、検出精度の低下を抑制することができる。

本発明を適用したロータリエンコーダの外観等を示す説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダの固定体の一部を切り欠いて示す側面図である。 本発明を適用したロータリエンコーダのセンサ部等の構成を示す説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダに用いたセンサ基板の説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダにおける検出原理を示す説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダにおける角度位置の決定方法の基本的構成を示す説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダにおける角度位置の決定方法の具体的構成を示す説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダにおいて絶対角度データの位相が進んでいる場合の説明図である。 本発明を適用したロータリエンコーダにおいて絶対角度データの位相が遅れている場合の説明図である。

図面を参照して、本発明を適用したロータリエンコーダの実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、ロータリエンコーダとして、センサ部が磁石および感磁素子（磁気抵抗素子、ホール素子）によって構成された磁気式ロータリエンコーダを中心に説明する。この場合、固定体に磁石を設け、回転体に感磁素子を設けた構成、および固定体に感磁素子を設け、回転体に磁石を設けた構成のいずれの構成を採用してもよいが、以下の説明では、固定体に感磁素子を設け、回転体に磁石を設けた構成を中心に説明する。また、以下に参照する図面において、磁石および感磁素子等の構成について模式的に示してあり、第２磁石における磁極についてはその数を減らして模式的に示してある。また、磁気抵抗素子（感磁素子）における磁気抵抗パターンの構成についても、互いの位置をずらして模式的に示してある。

（全体構成）
図１は、本発明を適用したロータリエンコーダの外観等を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、ロータリエンコーダを回転軸線方向の一方側かつ斜め方向からみた斜視図、および回転軸線方向の一方側からみた平面図である。図２は、本発明を適用したロータリエンコーダの固定体の一部を切り欠いて示す側面図である。

図１および図２に示すロータリエンコーダ１は、固定体１０に対する回転体２の軸線周り（回転軸線周り）の回転を磁気的に検出する装置であり、固定体１０は、モータ装置のフレーム等に固定され、回転体２は、モータ装置の回転出力軸等に連結された状態で使用される。固定体１０は、センサ基板１５と、センサ基板１５を支持する複数の支持部材１１とを備えており、本形態において、支持部材１１は、円形の開口部１２２が形成された底板部１２１を備えたベース体１２と、ベース体１２に固定されたセンサ支持板１３とからなる。センサ支持板１３は、ベース体１２において開口部１２２の縁部分から回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向けて突出した略円筒状の胴部１２３にネジ１９１、１９２等により固定されている。センサ支持板１３からは、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向けて複数本の端子１６が突出している。胴部１２３において回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に位置する端面には、突起１２４や穴１２５等が形成されており、かかる穴１２５等を利用して、胴部１２３にはセンサ基板１５がネジ１９３等により固定されている。その際、センサ基板１５は、突起１２４等により所定位置に位置決めされた状態で精度よく固定される。センサ基板１５において、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の面にはコネクタ１７が設けられている。回転体２は、胴部１２３の内側に配置される円筒状の部材であって、その内側にはモータの回転出力軸（図示せず）が嵌合等の方法で連結されている。従って、回転体２は、軸線周りに回転可能である。

（磁石および感磁素子等のレイアウト等）
図３は、本発明を適用したロータリエンコーダ１のセンサ部等の構成を示す説明図である。図４は、本発明を適用したロータリエンコーダ１に用いたセンサ基板１５の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、センサ基板１５の第１面１５１側の説明図、およびセンサ基板１５の第２面１５２側の説明図である。なお、図３において、データ処理部９０は、予め格納されているプログラムに基づいて動作するＣＰＵ等を備えているため、データ処理部９０の構成については機能ブロック図で示してある。

図３に示すように、本形態のロータリエンコーダ１には、以下に説明する２つのセンサ部（第１センサ部１ａおよび第２センサ部１ｂ）が設けられている。第１センサ部１ａは、回転体２の側に、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された着磁面２１を回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向ける第１磁石２０を有している。また、第１センサ部１ａは、固定体１０の側に、第１磁石２０の着磁面２１に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第１磁気抵抗素子４０と、第１磁石２０の着磁面２１に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第１ホール素子５１と、第１ホール素子５１に対して回転中心軸線周りに機械角で９０°ずれた位置で第１磁石２０の着磁面２１に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第２ホール素子５２とを備えている。

第２センサ部１ｂは、回転体２の側に、第１磁石２０に対して径方向の外側で離間する位置でＮ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面３１を回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向ける第２磁石３０を有している。本形態において、第２磁石３０の着磁面３１には、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に多極に着磁されたトラック３１０が径方向で複数、並列している。本形態では、トラック３１０が２列形成されている。本形態においては、Ｎを正の整数としたとき、第２磁石３０では、Ｎ極とＳ極との対が計Ｎ対形成されている。本形態において、Ｎは、例えば１２８である。

かかる２つのトラック３１０の間ではＮ極およびＳ極の位置が周方向でずれており、本形態では、２つのトラック３１０の間においてＮ極およびＳ極は周方向に１極分ずれている。また、第２センサ部１ｂは、固定体１０の側に、第２磁石３０の着磁面３１に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第２磁気抵抗素子６０を備えている。

第１磁石２０および第２磁石３０は、回転体２と一体に回転軸線周りに回転する。第１磁石２０は円盤状の永久磁石からなる。第２磁石３０は円筒状であり、第１磁石２０に対して径方向の外側で離間する位置に配置されている。第１磁石２０および第２磁石３０はボンド磁石等からなる。

第１磁気抵抗素子４０は、第１磁石２０の位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相（ＳＩＮ）の磁気抵抗パターンとＢ相（ＣＯＳ）の磁気抵抗パターンとを備えた第１磁気抵抗素子である。かかる第１磁気抵抗素子４０において、Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ａ相（ＳＩＮ＋）の磁気抵抗パターン４３および−ａ相（ＳＩＮ−）の磁気抵抗パターン４１を備えている。Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ｂ相（ＣＯＳ＋）の磁気抵抗パターン４４および−ｂ相（ＣＯＳ−）の磁気抵抗パターン４２を備えている。ここで、＋ａ相の磁気抵抗パターン４３および−ａ相の磁気抵抗パターン４１は、ブリッジ回路を構成しており、＋ｂ相の磁気抵抗パターン４４および−ｂ相の磁気抵抗パターン４２も、＋ａ相の磁気抵抗パターン４３および−ａ相の磁気抵抗パターン４１と同様、ブリッジ回路を構成している。

第２磁気抵抗素子６０は、第２磁石３０の位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相（ＳＩＮ）の磁気抵抗パターンとＢ相（ＣＯＳ）の磁気抵抗パターンとを備えてい
る。かかる第２磁気抵抗素子６０において、Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ａ相（ＳＩＮ＋）の磁気抵抗パターン６４および−ａ相（ＳＩＮ−）の磁気抵抗パターン６２を備えている。Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ｂ相（ＣＯＳ＋）の磁気抵抗パターン６３および−ｂ相（ＣＯＳ−）の磁気抵抗パターン６１を備えている。ここで、＋ａ相の磁気抵抗パターン６４および−ａ相の磁気抵抗パターン６２は、第１磁気抵抗素子４０と同様、ブリッジ回路を構成しており、＋ｂ相の磁気抵抗パターン６３および−ｂ相の磁気抵抗パターン６１は、＋ａ相の磁気抵抗パターン６４および−ａ相の磁気抵抗パターン６２と同様、示すブリッジ回路を構成している。

本形態においては、図４（ａ）に示すように、第１磁気抵抗素子４０、第１ホール素子５１、第２ホール素子５２、および第２磁気抵抗素子６０はいずれも、センサ基板１５の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に位置する第１面１５１に設けられている。また、図４（ｂ）に示すように、センサ基板１５において第１面１５１とは反対側の第２面１５２において、第１磁気抵抗素子４０と平面視で重なる位置には、センサ基板１５を貫通するスルーホール（図示せず）を介して第１磁気抵抗素子４０に電気的に接続された第１アンプ９１が設けられ、第２面１５２において、第２磁気抵抗素子６０と平面視で重なる位置には、センサ基板１５を貫通するスルーホール（図示せず）を介して第２磁気抵抗素子６０に電気的に接続された第２アンプ９２が設けられている。なお、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、センサ基板１５を貫通するスルーホール（図示せず）を介して第１アンプ９１に電気的に接続されている。

かかる構成によれば、第１磁気抵抗素子４０と第１アンプ９１との信号伝達経路が短いため、第１磁気抵抗素子４０から第１アンプ９１に出力されるアナログ信号は、第１磁石２０からの電磁的な影響を受けにくい。従って、第１磁気抵抗素子４０から第１アンプ９１に出力されるアナログ信号に歪み等が発生しにくい。また、第２磁気抵抗素子６０と第２アンプ９２との信号伝達経路が短いため、第２磁気抵抗素子６０から第２アンプ９２に出力されるアナログ信号は、第２磁石３０からの電磁的な影響を受けにくい。従って、第２磁気抵抗素子６０から第２アンプ９２に出力されるアナログ信号に歪み等が発生しにくい。

ここで、第１磁気抵抗素子４０および第２磁気抵抗素子６０は各々、磁気抵抗パターンが形成された素子基板が所定のパッケージに収容された磁気デバイスの状態でセンサ基板１５に実装される。本形態では、パッケージに用いられた蓋材がガラス等の透光性部材からなる。このため、第１磁気抵抗素子４０および第２磁気抵抗素子６０をパッケージに収容した磁気デバイスをセンサ基板１５に実装する際、透光性の蓋材を介して第１磁気抵抗素子４０および第２磁気抵抗素子６０の位置を直接、確認しながら、デバイスをセンサ基板１５に実装することができる。

また、素子基板をパッケージに収容する際に用いる接着剤については、弾性を有するものを用いることが好ましい。かかる構成によれば、温度変化等が発生した場合でも、第１磁気抵抗素子４０および第２磁気抵抗素子６０の位置がずれにくい。

（検出原理）
図５は、本発明を適用したロータリエンコーダ１における検出原理を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、磁気抵抗素子４から出力される信号等の説明図、およびかかる信号と回転体２の角度位置（電気角）との関係を示す説明図である。図６は、本発明を適用したロータリエンコーダ１における角度位置の決定方法の基本的構成を示す説明図である。図７は、本発明を適用したロータリエンコーダ１における角度位置の決定方法の具体的構成を示す説明図である。なお、図７には、第２絶対角度データａｂｓ−２の各周期が
真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号１、２・・ｎ−１、ｎ、ｎ＋１・・Ｎを付し、インクリメンタル角度データＩＮＣの各周期が真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号１、２・・ｍ−１、ｍ、ｍ＋１・・Ｎを付してある。

図３に示すように、本形態のロータリエンコーダ１において、第１磁気抵抗素子４０、第１ホール素子５１、第２ホール素子５２、および第２磁気抵抗素子６０の出力は、第１アンプ９１、第２アンプ９２、Ａ−Ｄコンバータ９３ａ、９３ｂ、９４を介して、補間処理や各種演算処理を行うＣＰＵ等を備えたデータ処理部９０に出力される。データ処理部９０は、第１磁気抵抗素子４０、第１ホール素子５１、第２ホール素子５２、および第２磁気抵抗素子６０からの出力に基づいて、固定体１０に対する回転体２の絶対角度位置を求める。

より具体的には、ロータリエンコーダ１において、回転体２が１回転すると、第１磁石２０が１回転するので、第１センサ部１ａの第１磁気抵抗素子４０からは、図５（ａ）に示す正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、データ処理部９０において、図５（ｂ）に示すように、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、回転体２の角度位置θが分かる。また、本形態では、第１センサ部１ａには、第１磁石２０の中心からみて９０°ずれた位置に第１ホール素子５１および第２ホール素子５２が配置されている。このため、現在位置が正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓのいずれの区間に位置するかが分かるので、回転体２の絶対角度位置が分かる。

また、本形態のロータリエンコーダ１では、第２センサ部１ｂに、Ｎ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面３１を備えた第２磁石３０が用いられており、かかる第２磁石３０に対向する第２磁気抵抗素子６０からは、回転体２が第２磁石３０の磁極の１周期分を回転する度に、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが出力される。従って、第２磁気抵抗素子６０から出力された正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓについても、図５（ｂ）に示すように、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、第２磁石３０の磁極の１周期分に相当する角度内における回転体２の角度位置θが分かる。

そこで、本形態では、第１センサ部１ａにおける１回転１周期の第１絶対角度データａｂｓ−１（図６（ａ）参照）と、第２センサ部１ｂにおける１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データＩＮＣ（図６（ｂ）参照）とに基づいて、回転体２の瞬間時の角度位置を検出する。従って、第１絶対角度データａｂｓ−１の分解能が低い場合でも、図６（ｃ）に示すように、分解能の高い絶対角度データを得ることができる。

かかる検出方式を採用するにあたって、図７（ａ）に示すように、図６（ａ）に示す第１絶対角度データａｂｓ−１を、第２磁石３０の磁極対の数（Ｎ：２以上の正の整数）に内挿分割した第２絶対角度データａｂｓ−２を作成しておき、瞬間時に第１センサ部１ａからの出力が、図７（ａ）に示す第２絶対角度データａｂｓ−２の周期１、２・・ｎ−１、ｎ、ｎ＋１・・Ｎのいずれの周期に位置するかを検出する。また、瞬間時に第２センサ部１ｂからの出力が、図７（ｂ）に示すインクリメンタル角度データＩＮＣの周期１、２・・ｍ−１、ｍ、ｍ＋１・・Ｎ内におけるいずれの位置に相当するかを検出する。そして、瞬間時における第１センサ部１ａにおける出力が、図７（ａ）に示す第２絶対角度データａｂｓ−２のいずれの周期にあるかをデジタルデータの上位データとし、第２センサ部１ｂからの出力が、図７（ｂ）に示すインクリメンタル角度データＩＮＣのいずれの位置に相当するかをデジタルデータの下位データとして、瞬間時の回転体２の絶対角度位置を検出する。

このため、図３に示すデータ処理部９０には、第１センサ部１ａにおける第２絶対角度
データａｂｓ−２を記憶しておく第１メモリ９６と、第１センサ部１ａにおけるインクリメンタル角度データＩＮＣを記憶しておく第２メモリ９７と、瞬間時における第１センサ部１ａからの出力、瞬間時における第２センサ部１ｂからの出力、第１メモリ９６に記憶されている第２絶対角度データａｂｓ−２、および第２メモリ９７に記憶されているインクリメンタル角度データＩＮＣに基づいて、瞬間時の回転体２の絶対角度位置を決定する角度位置決定部９５とが設けられている。

（位相ずれの補正）
図８は、本発明を適用したロータリエンコーダ１において絶対角度データの位相が進んでいる場合の説明図である。図９は、本発明を適用したロータリエンコーダ１において絶対角度データの位相が遅れている場合の説明図である。なお、図８および図９には、インクリメンタル角度データＩＮＣの各周期が真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号１、２・・ｍ−１、ｍ、ｍ＋１・・Ｎを付し、第２絶対角度データａｂｓ−２の各周期が真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号１、２・・ｎ−１、ｎ、ｎ＋１・・Ｎを付し、第３絶対角度データａｂｓ−３の各周期が真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号１、２・・ｉ−１、ｉ、ｉ＋１・・２Ｎを付してある。ここで、ｉは奇数である。

本形態のロータリエンコーダ１においては、第１センサ部１ａと第２センサ部１ｂとの相対的な位置ずれ、第１センサ部１ａおよび第２センサ部１ｂを構成する部材の特性の誤差、第１センサ部１ａと第２センサ部１ｂとのサンプリング時間差等の影響で第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とがずれることがあり、このような場合、検出精度が低下する。

そこで、本形態のロータリエンコーダ１では、図３に示すように、データ処理部９０には、予め設定されたタイミングで第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを比較する位相比較部９８と、位相比較部での比較結果において第２絶対角度データａｂｓ−２とインクリメンタル角度データＩＮＣとの位相がずれているときに第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを一致させる補正を行う位相補正部９９とが設けられている。このため、ロータリエンコーダ１では、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを比較する位相比較工程と、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とがずれているときに第２絶対角度データａｂｓ−２の補正を行う位相補正工程とが行われる。ここで、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを比較する位相比較部９８は、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相を直接比較するのではなく、後述するように、第１絶対角度データａｂｓ−１から内挿分割された第３絶対角度データａｂｓ−３とインクリメンタル角度データＩＮＣにより比較を行う。

本形態において、位相比較部９８は、第１絶対角度データａｂｓ−１が（２×Ｎ）個に内挿分割されたデータに相当する第３絶対角度データａｂｓ−３（図８（ｂ）、図９（ｂ））参照）を生成して第３メモリ９８６に記憶させておく第３絶対角度データ生成部９８５と、第３絶対角度データａｂｓ−３に基づいてインクリメンタル角度データＩＮＣに対する第２絶対角度データａｂｓ−２の位相の進みの有無を判定する第１判定部９８１と、第３絶対角度データａｂｓ−３に基づいてインクリメンタル角度データＩＮＣに対する第２絶対角度データａｂｓ−２の位相の遅れの有無を判定する第２判定部９８２とが設けられている。

本形態では、予め設定されたタイミングで、位相比較工程および位相補正工程を行うにあたって、回転体２を回転させて、その瞬間時の第１センサ部１ａおよび第２センサ部１
ｂのデータを得る。

次に、位相比較工程において、第１判定部９８１は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３における奇数番目（例えば、ｉ番目）の周期であって、第２センサ部１ｂによる検出結果がインクリメンタル角度データＩＮＣにおける第１閾値ＴＨ１以上である場合、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相がインクリメンタル角度データＩＮＣの位相より進んでいると判定する。すなわち、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とが一致している場合、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３における奇数番目の周期であるときには、第２センサ部１ｂによる検出結果は、インクリメンタル角度データＩＮＣにおける第１閾値ＴＨ１未満であるから、上記の処理によれば、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相がインクリメンタル角度データＩＮＣの位相より進んでいることを検出することができる。本形態において、第１閾値ＴＨ１は、電気角で２７０ｄｅｇである。

また、位相比較工程において、第２判定部９８２は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３における偶数番目（例えば、（ｉ＋１）番目）の周期であって、第２センサ部１ｂによる検出結果がインクリメンタル角度データＩＮＣにおける第２閾値ＴＨ２以下である場合、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相がインクリメンタル角度データＩＮＣの位相より遅れていると判定する。すなわち、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とが一致している場合、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３における偶数番目の周期であるときには、第２センサ部１ｂによる検出結果は、インクリメンタル角度データＩＮＣにおける第２閾値ＴＨ２を超えることから、上記の処理によれば、第２絶対角度データａｂｓ−２の位相がインクリメンタル角度データＩＮＣの位相より遅れていることを検出することができる。本形態において、第２閾値ＴＨ２は、電気角で９０ｄｅｇである。

次に、位相補正工程において、位相補正部９９は、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３におけるｉ番目（奇数番目）の周期であって、第２センサ部１ｂによる検出結果がインクリメンタル角度データＩＮＣにおける第１閾値ＴＨ１以上である期間については、図８（ｃ）に示すように、第２絶対角度データａｂｓ−２における（（（ｉ＋１）／２）−１）番目の周期（ｎ−１番目の周期）となるように、第２絶対角度データａｂｓ−２を補正する。従って、インクリメンタル角度データＩＮＣと、補正後の第２絶対角度データａｂｓ−２とでは位相が一致する。かかる補正後の第２絶対角度データａｂｓ−２は、第１メモリ９６に記憶される。

これに対して、位相補正工程において、位相補正部９９は、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３における（ｉ＋１）番目（偶数番目）の周期であって、第２センサ部１ｂによる検出結果がインクリメンタル角度データＩＮＣにおける第２閾値ＴＨ２以下である期間については、図９（ｃ）に示すように、第２絶対角度データａｂｓ−２における（（（ｉ＋１）／２）＋１）番目の周期（ｎ＋１番目の周期）となるように、第２絶対角度データａｂｓ−２を補正する。従って、インクリメンタル角度データＩＮＣと、補正後の第２絶対角度データａｂｓ−２とでは位相が一致する。かかる補正後の第２絶対角度データａｂｓ−２は、第１メモリ９６に記憶される。

従って、それ以降、角度位置決定部９５は、第１メモリ９６に記憶されている補正後の第２絶対角度データａｂｓ−２、および第２メモリ９７に記憶されているインクリメンタル角度データＩＮＣに基づいて、瞬間時の回転体２の絶対角度位置を検出する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のロータリエンコーダ１では、第１センサ部１ａでの検出結果、および第２センサ部１ｂでの検出結果に基づいて回転体２の瞬間時の絶対角度位置を検出する。このため、高い分解能で回転体２の瞬間時の角度位置を高い分解能で検出することができる。

また、位相比較部９８は、第１センサ部１ａにおける絶対角度データ（第２絶対角度データａｂｓ−２）の位相と、第２センサ部１ｂにおけるインクリメンタル角度データＩＮＣとの位相とを比較し、位相補正部９９は、位相がずれている場合、絶対角度データ（第２絶対角度データａｂｓ−２）の位相を補正して、絶対角度データ（第２絶対角度データａｂｓ−２）の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを一致させる。このため、第１センサ部１ａでの検出結果、および第２センサ部１ｂでの検出結果に基づいて回転体２の瞬間時の絶対角度位置を検出する方式のロータリエンコーダ１において、第１センサ部１ａと第２センサ部１ｂとの間の相対的な位置ずれ等に起因して、絶対角度データ（第２絶対角度データａｂｓ−２）の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣとの位相とにずれが発生した場合でも、検出精度の低下を抑制することができる。

また、位相比較工程において、位相比較部９８は、第１センサ部１ａによる検出結果、第３絶対角度データａｂｓ−３、第２センサ部１ｂによる検出結果、およびインクリメンタル角度データＩＮＣに基づいて第２絶対角度データａｂｓ−２の位相とインクリメンタル角度データＩＮＣの位相とを比較するので、第１センサ部１ａと第２センサ部１ｂとの間の相対的な位置ずれ等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。

また、位相補正工程において、位相補正部９９は、位相比較工程（位相比較部９８）での比較結果において、第１センサ部１ａによる検出結果が第３絶対角度データａｂｓ−３における何番目の周期かを判定した結果に基づいて補正する内容を決定する。このため、第２絶対角度データａｂｓ−２の補正を容易に行うことができる。

（他の実施の形態）
上記実施形態の磁気式のロータリエンコーダでは、第１センサ部１ａおよび第２センサ部１ｂに磁石と磁気抵抗素子とを用いたが、第１センサ部１ａおよび第２センサ部１ｂの一方あるいは双方をレゾルバによって構成した場合に本発明を適用してもよい。

上記実施形態のロータリエンコーダは、磁気式であったが、光学式のロータリエンコーダに本発明を適用してもよい。

１ ロータリエンコーダ、１ａ 第１センサ部、１ｂ 第２センサ部、２ 回転体、４ 磁気抵抗素子、１０ 固定体、１５ センサ基板、２０ 第１磁石、２１ 着磁面、３０
第２磁石、４０ 第１磁気抵抗素子、５１ 第１ホール素子、５２ 第２ホール素子、６０ 第２磁気抵抗素子、９０ データ処理部、９１ 第１アンプ、９２ 第２アンプ、９５ 角度位置決定部、９８ 位相比較部、９９ 位相補正部、１５１ 第１面、１５２
第２面、９８１ 第１判定部、９８２ 第２判定部、９８５ 第３絶対角度データ生成部、ａｂｓ−１ 第１絶対角度データ、ａｂｓ−２ 第２絶対角度データ、ａｂｓ−３ 第３絶対角度データ、ＩＮＣ インクリメンタル角度データ、Ｌ 回転軸線方向

Claims (9)

1. Ｎを２以上の正の整数としたとき、
   第１センサ部と、
   第２センサ部と、
   前記第１センサ部における１回転１周期の第１絶対角度データがＮ個に内挿分割された第２絶対角度データ、および前記第２センサ部における１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定するロータリエンコーダであって、
   前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とを比較する位相比較部と、
   前記位相比較部での比較結果において前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とがずれているときに前記第２絶対角度データの補正を行う位相補正部と、
   を有することを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記第１絶対角度データを（２×Ｎ）倍に内挿分割したデータを第３絶対角度データとしたとき、
   前記位相比較部は、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける奇数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第１閾値以上である場合、前記第２絶対角度データの位相が進んでいると判定し、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける偶数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第２閾値以下である場合、前記第２絶対角度データの位相が遅れていると判定することを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. ｉを奇数としたとき、
   前記位相補正部は、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおけるｉ番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第１閾値以上である期間については、前記第２絶対角度データにおける（（（ｉ＋１）／２）−１）番目の周期となるように前記第２絶対角度データを補正し、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける（ｉ＋１）番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第２閾値以下である期間については、前記第２絶対角度データにおける（（（ｉ＋１）／２）＋１）番目の周期となるように前記第２絶対角度データを補正することを特徴とする請求項２に記載のロータリエンコーダ。
4. 前記位相比較部では、予め設定されたタイミング毎に、前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相との比較が行われることを特徴とする請求項１乃至の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。
5. 前記第１センサ部は、回転中心軸周りにＮ極とＳ極とが１つずつ配置された第１磁石と、前記第１磁石の回転中心軸線方向で対向する第１磁気抵抗素子と、前記第１磁石に対向する第１ホール素子と、前記第１ホール素子に対して前記回転中心軸線周りに機械角で９０°ずれた位置に配置された第２ホール素子と、を備え、
   前記第２センサ部は、回転中心軸周りに複数極対が配置された第２磁石と、前記第２磁石に対向する第２磁気抵抗素子と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。
6. 前記第１磁気抵抗素子が第１面側に設けられたセンサ基板を有し、
   前記センサ基板の前記第１面とは反対側の第２面側において前記第１磁気抵抗素子と重
   なる位置には、前記センサ基板を貫通するスルーホールを介して前記第１磁気抵抗素子に電気的に接続された第１アンプが設けられていることを特徴とする請求項５に記載のロータリエンコーダ。
7. 前記センサ基板の前記第１面側には前記第２磁気抵抗素子が設けられ、
   前記センサ基板の前記第２面側において前記第２磁気抵抗素子と重なる位置には、前記センサ基板を貫通するスルーホールを介して前記第２磁気抵抗素子に電気的に接続された第２アンプが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のロータリエンコーダ。
8. 第１センサ部と、第２センサ部とを設け、
   Ｎを２以上の正の整数としたとき、
   前記第１センサ部における１回転１周期の第１絶対角度データがＮ個に内挿分割された第２絶対角度データ、および前記第２センサ部における１回転Ｎ周期のインクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定するロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法であって、
   前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とを比較する位相比較工程と、
   前記第２絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とがずれているときに前記第２絶対角度データの補正を行う位相補正工程と、
   を行うことを特徴とするロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。
9. 前記第１絶対角度データを（２×Ｎ）倍に内挿分割したデータを第３絶対角度データとしたとき、
   前記位相比較工程では、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける奇数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第１閾値以上である場合、前記第２絶対角度データの位相が進んでいると判定し、前記第１センサ部による検出結果が前記第３絶対角度データにおける偶数番目の周期であって、前記第２センサ部による検出結果が前記インクリメンタル角度データにおける第２閾値以下である場合、前記第２絶対角度データの位相が遅れていると判定することを特徴とする請求項８に記載のロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。

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