JP2017161391A - Rotary encoder and method for correcting angle of rotary encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータリエンコーダの一部を構成するセンサからの検出信号の基本波に重畳される高調波成分による角度誤差の補正に適したロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法に関する。 The present invention relates to a rotary encoder suitable for correcting an angle error due to a harmonic component superimposed on a fundamental wave of a detection signal from a sensor constituting a part of a rotary encoder, and an angle correction method for the rotary encoder.
ロータリエンコーダは、たとえばサーボモータのモータ軸の回転位置を検出し、検出データとして制御系にフィードバックする。そして、制御系では、ロータリエンコーダからの検出データと制御指令値とを比較し、検出データを制御値に近づけるように制御するための電圧指令を出力する。 The rotary encoder detects, for example, the rotational position of the motor shaft of the servo motor and feeds it back to the control system as detection data. Then, the control system compares the detection data from the rotary encoder with the control command value, and outputs a voltage command for controlling the detection data to approach the control value.
このようなロータリエンコーダとして、たとえば特許文献1では、周方向にN極とS極とを1極ずつ着磁した着磁面を有する第1マグネットと、第1マグネットの外側に配置され、周方向にN極とS極とを交互に複数着磁した環状の着磁面を有する第2マグネットとを設け、第1マグネット側の回転位置を第1磁気抵抗素子及びホール素子で検出し、第2マグネット側の回転位置を第2磁気抵抗素子で検出するロータリエンコーダを提案している。
As such a rotary encoder, for example, in
上述したロータリエンコーダでは、第1磁気抵抗素子及びホール素子で検出した第1マグネット側の回転位置の検出データと、第2磁気抵抗素子で検出した第2マグネット側の回転位置の検出データとから、分解能の高い回転位置の検出が可能となる。 In the rotary encoder described above, from the detection data of the rotational position on the first magnet side detected by the first magnetoresistive element and the Hall element, and the detection data of the rotational position on the second magnet side detected by the second magnetoresistive element, A rotational position with high resolution can be detected.
ところで、このようなロータリエンコーダでは、磁極数の多い第2マグネット側の第2磁気抵抗素子からは、一定の繰り返し周期をもつ正弦波信号が出力される。また、この正弦波信号は、周知の通り、基本波成分(マグネット1極で1周期の出力)と基本波成分に高調波成分が重畳したものとなっている。また、高調波は、3次、5次、7次、11次、13次・・・のように、素数の次数で生じ、次数が小さいほど振幅は大きい。つまり、高調波の振幅が大きいと、基本波に歪みを与えてしまう。また、この高調波は、(次数+1)周期の角度誤差として現れてくる。 By the way, in such a rotary encoder, a sine wave signal having a constant repetition period is output from the second magnetoresistive element on the second magnet side having a large number of magnetic poles. Further, as is well known, this sine wave signal is a signal in which a harmonic component is superimposed on a fundamental wave component (output of one period with one magnet pole) and a fundamental wave component. In addition, harmonics are generated in prime orders such as the third, fifth, seventh, eleventh, thirteenth, etc., and the smaller the order, the larger the amplitude. That is, if the harmonic amplitude is large, the fundamental wave is distorted. This harmonic appears as an angular error of (order + 1) period.
このように、高調波が重畳している正弦波信号を元に、たとえばサーボモータのモータ軸の回転位置を検出した場合、その検出した回転位置は角度誤差を有しているため、精度の高い回転位置の検出データを得ることができない、という問題があった。 In this way, when the rotational position of the motor shaft of the servo motor, for example, is detected based on the sine wave signal on which the harmonics are superimposed, the detected rotational position has an angular error, so the accuracy is high. There was a problem that the detection data of the rotational position could not be obtained.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ロータリエンコーダの一部を構成するセンサからの検出信号の基本波に重畳される高調波を打ち消すことで、精度の高い回転位置の検出データを得ることができるロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and cancels harmonics superimposed on a fundamental wave of a detection signal from a sensor that constitutes a part of a rotary encoder so that a highly accurate rotational position can be obtained. It is an object of the present invention to provide a rotary encoder capable of obtaining detection data and an angle correction method for the rotary encoder.
本発明のロータリエンコーダは、N極とS極とが周方向において1極ずつ着磁された第1の回転磁石と、N極とS極とが周方向において交互に複数着磁された第2の回転磁石とを含む回転磁石部を有するロータリエンコーダであって、前記第1の回転磁石の角度位置を検出する第1の磁気抵抗素子と、該第1の磁気抵抗素子に近接配置される第1のホール素子と、該第1のホール素子に対し周方向において機械角で90°ずれた箇所に配置される第2のホール素子と、前記第2の回転磁石の角度位置を検出する第2の磁気抵抗素子と、前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子、前記第2の磁気抵抗素子の検出データに基づき、データ処理によって前記回転磁石部の角度位置を求めるデータ処理部とを備え、前記第2の磁気抵抗素子には、所定の次数以下の高調波をキャンセルする高調波キャンセルパターンが設けられ、前記データ処理部は、所定の次数を超える高調波を打ち消す補正データにより、前記第2の磁気抵抗素子の検出データを補正することを特徴とする。
この構成では、第1の磁気抵抗素子が第1の回転磁石の角度位置を検出し、第2の磁気抵抗素子が高調波キャンセルパターンにより所定の次数以下の高調波をキャンセルして第2の回転磁石の角度位置を検出すると、データ処理部が所定の次数を超える高調波を打ち消す補正データにより、第2の磁気抵抗素子の検出データを補正する。これにより、第2の磁気抵抗素子で所定の次数以下の高調波がキャンセルされ、データ処理部で所定の次数を超える高調波が打ち消されるので、ロータリエンコーダの一部を構成するセンサからの検出信号の基本波に重畳される高調波を打ち消すことができる。
The rotary encoder of the present invention is a second rotary magnet in which N poles and S poles are magnetized one by one in the circumferential direction, and a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction. A rotary encoder having a rotary magnet section including a first magnetoresistive element that detects an angular position of the first rotary magnet, and a first encoder that is disposed in proximity to the first magnetoresistive element. A first Hall element, a second Hall element disposed at a position shifted by 90 ° in the mechanical angle in the circumferential direction with respect to the first Hall element, and a second position detecting the angular position of the second rotating magnet. And the angle of the rotating magnet portion by data processing based on detection data of the first magnetoresistive element, the first hall element, the second hall element, and the second magnetoresistive element. And a data processing unit for determining the position. The second magnetoresistive element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling harmonics of a predetermined order or less, and the data processing unit uses the correction data for canceling harmonics exceeding a predetermined order to generate the second magnetoresistive element. The detection data of the magnetoresistive element is corrected.
In this configuration, the first magnetoresistive element detects the angular position of the first rotating magnet, and the second magnetoresistive element cancels the harmonics of a predetermined order or less by the harmonic canceling pattern and performs the second rotation. When the angular position of the magnet is detected, the data processing unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element with correction data that cancels harmonics exceeding a predetermined order. As a result, harmonics of a predetermined order or less are canceled by the second magnetoresistive element, and harmonics exceeding the predetermined order are canceled by the data processing unit, so that a detection signal from a sensor constituting a part of the rotary encoder is detected. The harmonics superimposed on the fundamental wave can be canceled out.
また、前記補正データは、前記第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消すための電気角補正データであり、前記データ処理部は、前記電気角補正データが記憶されたメモリと、前記電気角補正データを用いて前記第2の磁気抵抗素子の検出データの角度誤差を補正する電気角補正部と、前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子の検出データと、前記電気角補正部が補正した検出データとに基づき、前記回転磁石部の角度位置を決定する角度位置決定部とを有していることを特徴とする。
この構成では、電気角補正部がメモリに記憶されている電気角補正データを用いて第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消し、角度位置決定部が第1の磁気抵抗素子、第1のホール素子、第2のホール素子の検出データと、電気角補正部が補正した検出データとに基づき、回転磁石部の角度位置を決定するので、第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消すことができる。
The correction data is electrical angle correction data for canceling a cyclic angle error shared by the respective poles of the second rotating magnet, and the data processing unit includes the electrical angle correction data. , An electrical angle correction unit that corrects an angle error of detection data of the second magnetoresistive element using the electrical angle correction data, the first magnetoresistive element, and the first hole And an angular position determination unit that determines an angular position of the rotating magnet unit based on detection data of the element, the second Hall element, and detection data corrected by the electrical angle correction unit. And
In this configuration, the electrical angle correction unit uses the electrical angle correction data stored in the memory to cancel the cyclic angle error that each pole of the second rotating magnet has in common, and the angular position determination unit The angular position of the rotating magnet unit is determined based on the detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, the second Hall element, and the detection data corrected by the electrical angle correction unit. It is possible to cancel the cyclic angle error that the respective poles of the rotating magnet have in common.
また、前記電気角補正データには、前記高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すデータが含まれていることを特徴とする。
この構成では、電気角補正部が電気角補正データにより、高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すことができる。
The electrical angle correction data includes data that cancels out harmonics of a predetermined order or less that remain without being canceled by the harmonic cancellation pattern.
In this configuration, the electrical angle correction unit can cancel harmonics of a predetermined order or less, which remain without being canceled by the harmonic cancellation pattern, using the electrical angle correction data.
また、前記メモリには、前記第1の回転磁石と前記第2の回転磁石の回転に伴い周期的に発生する角度誤差を打ち消すための機械角補正データが記憶され、前記データ処理部は、前記機械角補正データを用い、前記角度位置決定部が決定した角度位置データを補正する機械角補正部を有することを特徴とする。
この構成では、機械角補正部がメモリに記憶されている機械角補正データを用い、角度位置決定部が決定した角度位置データを補正するので、第1の磁気抵抗素子と第1の回転磁石との中心ズレや、第2の磁気抵抗素子と第2の回転磁石との中心ズレなどの機械的要因により発生する角度誤差を打ち消すことができる。
The memory stores mechanical angle correction data for canceling an angular error periodically generated with the rotation of the first rotating magnet and the second rotating magnet, and the data processing unit It has a mechanical angle correction unit that corrects the angular position data determined by the angular position determination unit using mechanical angle correction data.
In this configuration, since the mechanical angle correction unit corrects the angular position data determined by the angular position determination unit using the mechanical angle correction data stored in the memory, the first magnetoresistive element, the first rotating magnet, Angle errors caused by mechanical factors such as the center misalignment and the center misalignment between the second magnetoresistive element and the second rotating magnet can be canceled out.
また、前記電気角補正データは、前記所定の次数を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有することを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが所定の次数を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有しているため、メモリの記憶容量を小さくできるとともに、電気角補正部による所定の次数を超える高調波を打ち消すための補正処理の手順を短縮できる。
The electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors due to all harmonics exceeding the predetermined order.
In this configuration, since the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors due to all harmonics exceeding a predetermined order, the storage capacity of the memory can be reduced, and a predetermined amount by the electrical angle correction unit can be reduced. It is possible to shorten the procedure of correction processing for canceling harmonics exceeding the order.
また、前記電気角補正データは、前記高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、前記所定の次数以下の全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を含むことを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を含んでいるため、高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すことができる。
Further, the electrical angle correction data includes a value obtained by averaging errors caused by all the harmonics of the predetermined order or less remaining without being canceled by the harmonic cancellation pattern.
In this configuration, since the electrical angle correction data includes a value obtained by averaging errors due to all harmonics of a predetermined order or less that are not canceled by the harmonic cancellation pattern, the harmonic cancellation pattern It is possible to cancel harmonics of a predetermined order or less that remain without being canceled by.
また、前記電気角補正データは、前記所定の次数を超える高調波の特定の次数毎に平均した値を有することを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが所定の次数を超える高調波の特定の次数毎に平均した値を有しているため、電気角補正部が所定の次数を超える高調波を特定の次数毎に打ち消すことができ、第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
Further, the electrical angle correction data has a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order.
In this configuration, since the electrical angle correction data has an average value for each specific order of harmonics exceeding a predetermined order, the electrical angle correction unit detects harmonics exceeding a predetermined order for each specific order. It is possible to cancel out, and it is possible to further reduce the periodic angular error that each pole of the second rotating magnet has in common.
また、前記電気角補正データは、前記高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、前記所定の次数以下の高調波の特定の次数毎に平均した値を含むことを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波の特定の次数毎に平均した値を含んでいるため、電気角補正部が高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を、特定の次数毎に打ち消すことができ、第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
Further, the electrical angle correction data includes a value averaged for each specific order of the harmonics equal to or lower than the predetermined order that remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern.
In this configuration, since the electrical angle correction data includes an average value for each specific order of harmonics of a predetermined order or less, which remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern, the electrical angle correction unit performs harmonics. Periodic angles that can be canceled for each specific order of harmonics that are not canceled by the wave cancel pattern and that are less than or equal to a predetermined order, and that each pole of the second rotating magnet has in common The error can be further reduced.
また、前記所定の次数は、7次であることを特徴とする。
この構成では、第2の磁気抵抗素子が高調波キャンセルパターンにより7次以下の高調波をキャンセルできる。
Further, the predetermined order is 7th order.
In this configuration, the second magnetoresistive element can cancel the seventh and lower harmonics by the harmonic cancellation pattern.
本発明のロータリエンコーダの角度補正方法は、N極とS極とが周方向において1極ずつ着磁された第1の回転磁石と、N極とS極とが周方向において交互に複数着磁された第2の回転磁石とを含む回転磁石部を有するロータリエンコーダの角度補正方法であって、第1の磁気抵抗素子により、前記第1の回転磁石の角度位置を検出する工程と、該第1の磁気抵抗素子に近接配置される第1のホール素子と、該第1のホール素子に対し周方向において機械角で90°ずれた箇所に配置される第2のホール素子と、第2の磁気抵抗素子により、前記第2の回転磁石の角度位置を検出する工程と、データ処理部により、前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子、前記第2の磁気抵抗素子の検出データに基づき、データ処理によって前記回転磁石部の角度位置を求める工程と、を有し、前記第2の磁気抵抗素子には、所定の次数以下の高調波をキャンセルする高調波キャンセルパターンが設けられ、前記データ処理部は、所定の次数を超える高調波を打ち消す補正データにより、前記第2の磁気抵抗素子の検出データを補正することを特徴とする。
この構成では、第1の磁気抵抗素子が第1の回転磁石の角度位置を検出し、第2の磁気抵抗素子が高調波キャンセルパターンにより所定の次数以下の高調波をキャンセルして第2の回転磁石の角度位置を検出すると、データ処理部が所定の次数を超える高調波を打ち消す補正データにより、第2の磁気抵抗素子の検出データを補正する。これにより、第2の磁気抵抗素子で所定の次数以下の高調波がキャンセルされ、データ処理部で所定の次数を超える高調波が打ち消されるので、ロータリエンコーダの一部を構成するセンサからの検出信号の基本波に重畳される高調波を打ち消すことができる。
The angle correction method for a rotary encoder according to the present invention includes a first rotating magnet in which N poles and S poles are magnetized one by one in the circumferential direction, and a plurality of N poles and S poles alternately magnetized in the circumferential direction. A method of correcting an angle of a rotary encoder having a rotating magnet portion including a second rotating magnet, wherein the angular position of the first rotating magnet is detected by a first magnetoresistive element; A first Hall element disposed close to the first magnetoresistive element, a second Hall element disposed at a position shifted by 90 ° in the circumferential direction relative to the first Hall element, and a second The step of detecting the angular position of the second rotating magnet by a magnetoresistive element, and the data processing unit, the first magnetoresistive element, the first Hall element, the second Hall element, the second Based on the detection data of the magnetoresistive element Obtaining an angular position of the rotating magnet portion by a data processing, and the second magnetoresistive element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling a harmonic of a predetermined order or less, and the data processing The unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element with correction data that cancels harmonics exceeding a predetermined order.
In this configuration, the first magnetoresistive element detects the angular position of the first rotating magnet, and the second magnetoresistive element cancels the harmonics of a predetermined order or less by the harmonic canceling pattern and performs the second rotation. When the angular position of the magnet is detected, the data processing unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element with correction data that cancels harmonics exceeding a predetermined order. As a result, harmonics of a predetermined order or less are canceled by the second magnetoresistive element, and harmonics exceeding the predetermined order are canceled by the data processing unit, so that a detection signal from a sensor constituting a part of the rotary encoder is detected. The harmonics superimposed on the fundamental wave can be canceled out.
また、前記補正データは、前記第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消すための電気角補正データであり、電気角補正部により、メモリに記憶された前記電気角補正データを用いて前記第2の磁気抵抗素子の検出データの角度誤差を補正する工程と、角度位置決定部により、前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子の検出データと、前記電気角補正部が補正した検出データとに基づき、前記回転磁石部の角度位置を決定する工程と、を有することを特徴とする。
この構成では、電気角補正部がメモリに記憶されている電気角補正データを用いて第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消し、角度位置決定部が第1の磁気抵抗素子、第1のホール素子、第2のホール素子の検出データと、電気角補正部が補正した検出データとに基づき、回転磁石部の角度位置を決定するので、第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消すことができる。
The correction data is electrical angle correction data for canceling a cyclic angle error shared by the poles of the second rotating magnet, and is stored in a memory by an electrical angle correction unit. The step of correcting the angle error of the detection data of the second magnetoresistive element using the electrical angle correction data, and the angular position determining unit, the first magnetoresistive element, the first Hall element, the first And a step of determining an angular position of the rotating magnet unit based on the detection data of the Hall element 2 and the detection data corrected by the electrical angle correction unit.
In this configuration, the electrical angle correction unit uses the electrical angle correction data stored in the memory to cancel the cyclic angle error that each pole of the second rotating magnet has in common, and the angular position determination unit The angular position of the rotating magnet unit is determined based on the detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, the second Hall element, and the detection data corrected by the electrical angle correction unit. It is possible to cancel the cyclic angle error that the respective poles of the rotating magnet have in common.
また、前記電気角補正データには、前記高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すデータが含まれていることを特徴とする。
この構成では、電気角補正部が電気角補正データにより、高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すことができる。
The electrical angle correction data includes data that cancels out harmonics of a predetermined order or less that remain without being canceled by the harmonic cancellation pattern.
In this configuration, the electrical angle correction unit can cancel harmonics of a predetermined order or less, which remain without being canceled by the harmonic cancellation pattern, using the electrical angle correction data.
また、前記メモリには、前記第1の回転磁石と前記第2の回転磁石の回転に伴い周期的に発生する角度誤差を打ち消すための機械角補正データが記憶され、機械角補正部により、前記機械角補正データを用い、前記角度位置決定部が決定した角度位置データを補正する工程を有することを特徴とする。
この構成では、機械角補正部がメモリに記憶されている機械角補正データを用い、角度位置決定部が決定した角度位置データを補正するので、第1の磁気抵抗素子と第1の回転磁石との中心ズレや、第2の磁気抵抗素子と第2の回転磁石との中心ズレなどの機械的要因により発生する角度誤差を打ち消すことができる。
Further, the memory stores mechanical angle correction data for canceling an angular error periodically generated with the rotation of the first rotating magnet and the second rotating magnet. The method includes a step of correcting the angular position data determined by the angular position determination unit using mechanical angle correction data.
In this configuration, since the mechanical angle correction unit corrects the angular position data determined by the angular position determination unit using the mechanical angle correction data stored in the memory, the first magnetoresistive element, the first rotating magnet, Angle errors caused by mechanical factors such as the center misalignment and the center misalignment between the second magnetoresistive element and the second rotating magnet can be canceled out.
また、前記電気角補正データは、前記所定の次数を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有することを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが所定の次数を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有しているため、メモリの記憶容量を小さくできるとともに、電気角補正部による所定の次数を超える高調波を打ち消すための補正処理の手順を短縮できる。
The electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors due to all harmonics exceeding the predetermined order.
In this configuration, since the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors due to all harmonics exceeding a predetermined order, the storage capacity of the memory can be reduced, and a predetermined amount by the electrical angle correction unit can be reduced. It is possible to shorten the procedure of correction processing for canceling harmonics exceeding the order.
また、前記電気角補正データは、前記高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、前記所定の次数以下の全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を含むことを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を含んでいるため、高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すことができる。
Further, the electrical angle correction data includes a value obtained by averaging errors caused by all the harmonics of the predetermined order or less remaining without being canceled by the harmonic cancellation pattern.
In this configuration, since the electrical angle correction data includes a value obtained by averaging errors due to all harmonics of a predetermined order or less that are not canceled by the harmonic cancellation pattern, the harmonic cancellation pattern It is possible to cancel harmonics of a predetermined order or less that remain without being canceled by.
また、前記電気角補正データは、前記所定の次数を超える高調波の特定の次数毎に平均した値を有することを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが所定の次数を超える高調波の特定の次数毎に平均した値を有しているため、電気角補正部が所定の次数を超える高調波を特定の次数毎に打ち消すことができ、第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
Further, the electrical angle correction data has a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order.
In this configuration, since the electrical angle correction data has an average value for each specific order of harmonics exceeding a predetermined order, the electrical angle correction unit detects harmonics exceeding a predetermined order for each specific order. It is possible to cancel out, and it is possible to further reduce the periodic angular error that each pole of the second rotating magnet has in common.
また、前記電気角補正データは、前記高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、前記所定の次数以下の高調波の特定の次数毎に平均した値を含むことを特徴とする。
この構成では、電気角補正データが高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波の特定の次数毎に平均した値を含んでいるため、電気角補正部が高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を、特定の次数毎に打ち消すことができ、第2の回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
Further, the electrical angle correction data includes a value averaged for each specific order of the harmonics equal to or lower than the predetermined order that remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern.
In this configuration, since the electrical angle correction data includes an average value for each specific order of harmonics of a predetermined order or less, which remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern, the electrical angle correction unit performs harmonics. Periodic angles that can be canceled for each specific order of harmonics that are not canceled by the wave cancel pattern and that are less than or equal to a predetermined order, and that each pole of the second rotating magnet has in common The error can be further reduced.
また、前記所定の次数は、7次であることを特徴とする。
この構成では、第2の磁気抵抗素子が高調波キャンセルパターンにより7次以下の高調波をキャンセルできる。
Further, the predetermined order is 7th order.
In this configuration, the second magnetoresistive element can cancel the seventh and lower harmonics by the harmonic cancellation pattern.
本発明のロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法によれば、第2の磁気抵抗素子で所定の次数以下の高調波がキャンセルされ、データ処理部で所定の次数を超える高調波が補正データにより打ち消されるので、ロータリエンコーダの一部を構成するセンサからの検出信号の基本波に重畳される高調波を打ち消すことができ、精度の高い回転位置の検出データを得ることができる。 According to the rotary encoder and the angle correction method of the rotary encoder of the present invention, the second magnetoresistive element cancels harmonics below a predetermined order, and the data processing unit cancels harmonics exceeding the predetermined order by the correction data. Therefore, the harmonics superimposed on the fundamental wave of the detection signal from the sensor that constitutes a part of the rotary encoder can be canceled, and highly accurate detection data of the rotational position can be obtained.
以下、本発明のロータリエンコーダの一実施形態を、図1〜図6を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a rotary encoder according to the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図1により、ロータリエンコーダの一構成例について説明する。ロータリエンコーダ100は、データ処理部10、回転磁石部20、磁気抵抗素子50、ホール素子51、52、磁気抵抗素子60、アンプ70〜72、A/D変換部73〜75を備えている。なお、本実施形態でのロータリエンコーダ100は、たとえば磁気抵抗素子60からの検出信号の基本波に重畳される高調波成分による角度誤差を補正する点に特徴があるが、詳細については追って説明する。また、各部の構成の詳細についても、順を追って説明する。また、後述の回転磁石30上の磁気抵抗素子50、ホール素子51、52と、回転磁石40上の磁気抵抗素子60とは、図示しない固定板上の基板に取り付けられている。また、後述の磁気抵抗素子50、ホール素子51、52、磁気抵抗素子60は、後述の回転磁石部20の回転に伴い検出信号を出力するセンサである。
First, a configuration example of a rotary encoder will be described with reference to FIG. The
データ処理部10は、角度演算部11、12、メモリ13、電気角補正部14、角度位置決定部15、機械角補正部16を有している。
The
角度演算部11は、磁気抵抗素子50及びホール素子51、52からのA/D変換後の検出データに対し演算処理し、角度位置を求める。また、角度演算部11は、求めた角度位置を角度位置データとして出力する。角度演算部12は、磁気抵抗素子60からのA/D変換後の検出データに対し演算処理し、角度位置を求める。また、角度演算部12は、求めた角度位置を角度位置データとして出力する。なお、角度演算部11、12による角度位置の求め方については後述する。
The angle calculation unit 11 performs an arithmetic process on the detection data after A / D conversion from the
メモリ13には、電気角補正データと機械角補正データとが記憶されている。ここで、電気角補正データは、後述の回転磁石部20の磁極数の多い回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差を補正するデータである。この周期的な角度誤差は、後述の磁気抵抗素子60の検出信号(sin、cos)に重畳されている高調波によって生じる。また、高調波は、基本波(マグネット1極で1周期の出力)の整数倍の周波数をもつ波であり、3次、5次、7次、11次、13次・・・のように、素数の次数で生じる。
The
本実施形態では、後述のように、磁気抵抗素子60に、たとえば7次以下の高調波をキャンセルする高調波キャンセルパターン61を設けている。このため、電気角補正データは、7次を超える高調波を打ち消す誤差補正のデータとなっている。また、電気角補正データは、回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消す誤差補正のデータである。ここで、電気角補正データは、角度誤差を打ち消すために7次を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有するものであってもよいし、7次を超える高調波の特定の次数毎に平均した値としてもよい。また、電気角補正データには、高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、たとえば7次以下の高調波を打ち消すことができる誤差補正データを含ませてもよい。この場合、高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、たとえば7次以下の高調波を打ち消すことができる。
In this embodiment, as will be described later, the
電気角補正データを、角度誤差を打ち消すために7次を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有するものとした場合、メモリ13の記憶容量を小さくできるとともに、電気角補正部14による補正処理の手順を短縮できる。一方、電気角補正データを、角度誤差を打ち消すために7次を超える高調波の特定の次数毎に平均した値を有するものとした場合、メモリ13の記憶容量が増え、電気角補正部14による補正処理の手順も増えるが、電気角補正部14により特定の次数毎に補正処理を行うことができるので、回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
When the electrical angle correction data has a value obtained by averaging the errors caused by all the harmonics exceeding the 7th order in order to cancel the angle error, the storage capacity of the
また、機械角補正データは、機械的要因による角度誤差を打ち消すための誤差補正のデータである。ちなみに、このような、機械的要因による角度誤差は、着磁のばらつきや、組み付けの位置ズレなどによって生じる。なお、組み付けの位置ズレとしては、磁気抵抗素子50と回転磁石30との中心ズレや、磁気抵抗素子60と回転磁石40との中心ズレなどが代表的である。また、このような角度誤差は、回転磁石40の回転に伴い周期的に発生する。つまり、このような角度誤差は、決まった角度位置で生じる。
The mechanical angle correction data is error correction data for canceling an angular error due to mechanical factors. Incidentally, such angular errors due to mechanical factors are caused by variations in magnetization, misalignment of assembly, and the like. Typical positional deviations for assembly include a center deviation between the
なお、上述した電気角補正データ及び機械角補正データは、図示しないマスターエンコーダを基準として得られる誤差補正のデータである。また、これらの誤差補正のデータは、予め、図示しない測定装置によりマスターエンコーダを基準とし、測定して得られたものである。そして、メモリ13には、回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差の平均した誤差補正の値が電気角補正データとされ、機械的要因による角度誤差を打ち消すための誤差補正の値が機械角補正データとして記憶されている。
The electrical angle correction data and the mechanical angle correction data described above are error correction data obtained with reference to a master encoder (not shown). Further, these error correction data are obtained in advance by using a measuring device (not shown) as a reference with the master encoder as a reference. In the
また、測定装置により、電気角補正データ及び機械角補正データを得る場合、マスターエンコーダに対する回転磁石部20の1回転分の誤差をフーリエ変換し、固有誤差成分を算出する方法などを用いることができる。このように、電気角補正データ及び機械角補正データは、それぞれの回転磁石部20毎に得られるため、それぞれの回転磁石部20毎に適切な誤差補正のデータを決めることができる。また、測定装置により、マスターエンコーダを基準とし、高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、たとえば7次以下の高調波を測定し、この測定結果を誤差補正データとし、電気角補正データに含めてもよい。
Further, when the electrical angle correction data and the mechanical angle correction data are obtained by the measurement device, a method of calculating an intrinsic error component by Fourier-transforming an error of one rotation of the
電気角補正部14は、角度演算部12が求めた角度位置データに対し、メモリ13に記憶されている電気角補正データを用いて回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消す。角度位置決定部15は、角度演算部11からの角度位置データと、電気角補正部14からの補正後の角度位置データとから、回転磁石部20の角度位置を決定する。機械角補正部16は、メモリ13に記憶されている機械角補正データを用い、角度位置決定部15が決定した角度位置データを補正する。これにより、磁気抵抗素子50と回転磁石30との中心ズレや、磁気抵抗素子60と回転磁石40との中心ズレなどの機械的要因により発生する角度誤差を打ち消すことができる。
The electrical
回転磁石部20は、回転磁石30、40を有している。これらの回転磁石30、40は、図示しないたとえばサーボモータのモータ軸に連結される回転体に取り付けられ、モータ軸の回転に同期して回転軸線Lを中心に回転する。
The
回転磁石30は、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31、32を有している。これらの着磁面31、32は、回転磁石30上に配置された磁気抵抗素子50及びホール素子51、52に向けられている。
The rotating
一方、回転磁石40は、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41を有している。また、環状の着磁面41は、径方向で複数、並列している。本実施形態では径方向に2列形成されており、かかる2列の間ではN極及びS極の位置が周方向でずれている。すなわち、2つの列の間においてN極及びS極は周方向に1極分ずれている。また、N極とS極との対の数は任意であるが、本実施形態ではたとえば128個としている。そして、環状の着磁面41は、回転磁石40上に配置された磁気抵抗素子60に向けられている。
On the other hand, the rotating
回転磁石30上の磁気抵抗素子50は、回転磁石30の位相に対して、互いに90°の位相差を有するA相(SIN)パターンとB相(COS)パターンとを有している。A相(SIN)パターンは、180°の位相差をもって回転磁石30の移動検出を行う+a相(SIN+)の磁気抵抗パターン50c及び−a相(SIN−)の磁気抵抗パターン50aを有している。B相(COS)パターンは、180°の位相差をもって回転磁石30の移動検出を行う+b相(COS+)の磁気抵抗パターン50d及び−b相(COS−)の磁気抵抗パターン50bを有している。ここで、磁気抵抗パターン50a〜50cは、ブリッジ回路を構成している。ホール素子51、52は、回転軸線Lを中心とした回転方向で90°(機械角)ずらして配置されている。
The
回転磁石40上の磁気抵抗素子60は、回転磁石40の位相に対して、互いに90°の位相差を有するA相(SIN)パターンとB相(COS)パターンとを有している。A相(SIN)パターンは、180°の位相差をもって回転磁石40の移動検出を行う+a相(SIN+)の磁気抵抗パターン60d及び−a相(SIN−)の磁気抵抗パターン60bを有している。B相(COS)パターンは、180°の位相差をもって回転磁石40の移動検出を行う+b相(COS+)の磁気抵抗パターン60c及び−b相(COS−)の磁気抵抗パターン60aを有している。ここで、磁気抵抗パターン60a〜60dは、ブリッジ回路を構成している。
The
また、磁気抵抗素子60は、高調波をキャンセルする高調波キャンセルパターン61を有している。ここで、磁極数の多い回転磁石40上の磁気抵抗素子60からは、一定の繰り返し周期をもつ正弦波信号が出力される。この正弦波信号は、上述したように、基本波成分(マグネット1極で1周期の出力)と基本波成分に高調波成分が重畳したものとなっている。また、高調波は、3次、5次、7次、11次、13次・・・と素数の次数で生じ、次数が小さいほど振幅は大きい。また、この高調波は、(次数+1)周期の角度誤差として現れてくる。
In addition, the
そこで、磁気抵抗素子60に、全ての次数の高調波をキャンセルできる高調波キャンセルパターン61を設けることで、角度誤差を無くすことは理論的には可能である。ただし、全ての次数の高調波をキャンセルできる高調波キャンセルパターン61は、パターンの繰り返しが多く、サイズが大きくなってしまう。また、磁気抵抗素子60は、回転磁石40の磁極間のピッチなどの兼ね合いなどから大きさに制限がある。このようなことから、本実施形態では、磁気抵抗素子60に、たとえば7次以下の高調波をキャンセルできる高調波キャンセルパターン61を設けている。なお、高調波キャンセルパターン61は、7次以下に限るものではない。たとえば11次以下であってもよいし、6次以下であってもよい。
Therefore, it is theoretically possible to eliminate the angular error by providing the
アンプ70は、回転磁石30上のホール素子51、52の出力側に設けられ、ホール素子51、52の検出信号を増幅する。アンプ71は、回転磁石30上の磁気抵抗素子50の出力側に設けられ、磁気抵抗素子50の検出信号を増幅する。アンプ72は、回転磁石40上の磁気抵抗素子60の出力側に設けられ、磁気抵抗素子60の検出信号を増幅する。
The
AC/DC変換部73は、アンプ70の出力側に設けられ、アンプ70によって増幅された検出信号を検出データに変換する。AC/DC変換部74は、アンプ71の出力側に設けられ、アンプ71によって増幅された検出信号を検出データに変換する。AC/DC変換部75は、アンプ72の出力側に設けられ、アンプ72によって増幅された検出信号を検出データに変換する。
The AC /
次に、図2及び図3を参照し、高調波を含まない場合での回転磁石部20の角度位置の検出の基本原理について説明する。なお、図2(a)は、回転磁石30上の磁気抵抗素子50及びホール素子51、52の検出信号の波形を示し、図2(b)は回転磁石部20の角度位置(電気角)を示している。また、図3は、回転磁石部20の角度位置の決定方法を示している。また、図3(a)は、回転磁石30上の磁気抵抗素子50の検出信号(sin、cos)から求めた角度位置θを1周期分で示している。また、図3(b)は、回転磁石40上の磁気抵抗素子60の検出信号(sin、cos)から求めた角度位置θを、1周期分で示している。また、図3(c)は、図3(a)に示す絶対角度データと、図3(b)に示すインクリメンタル角度データとを組み合わせた場合を示している。
Next, the basic principle of detection of the angular position of the
まず、回転磁石30及び40が回転すると、回転磁石30上の磁気抵抗素子50及びホール素子51、52の検出信号はアンプ70、71によって増幅され、A/D変換部73、74によって検出データに変換され、データ処理部10に与えられる。また、回転磁石40上の磁気抵抗素子60の検出信号はアンプ72によって増幅され、A/D変換部75によって検出データに変換され、データ処理部10に与えられる。データ処理部10は、磁気抵抗素子50及びホール素子51、52の検出データと、磁気抵抗素子60の検出データとに基づき、回転磁石部20の絶対角度位置を求める。なお、回転磁石部20の絶対角度位置は、任意の基準位置に対するものである。また、任意の基準位置は、たとえば回転磁石30上の磁気抵抗素子50、ホール素子51及びホール素子52と、回転磁石40上の磁気抵抗素子60とを取り付ける図示しない固定板に対する位置としてもよい。
First, when the
ここで、回転磁石30が1回転すると、回転磁石30の着磁面31、32の磁束は図2(a)の(イ)のように変化する。また、回転磁石30が1回転すると、磁気抵抗素子50の互いに90°の位相差を有するA相(SIN)パターンとB相(COS)パターンとにより、図2(a)の(ロ)のように、正弦波信号sin、cosが2周期分、出力される。そして、データ処理部10は、図2(b)に示すように、正弦波信号sin、cosからθ=tan−1(sin/cos)を求めることで、回転磁石部20の角度位置θが分かる。なお、この演算処理は、角度演算部11が行う。
Here, when the rotating
また、回転磁石30上のホール素子51、52は、回転磁石30の中心からみて90°ずれた位置に配置されている。このため、回転磁石30が1回転すると、ホール素子51、52の出力は、(H,L)→(H,H)→(L,H)→(L,L)と変化する。つまり、ホール素子51、52の出力が4つのいずれかであることを確認することで、0°〜360°のいずれの区間に位置するかが分かる。また、ホール素子51、52のそれぞれの出力状態を監視することで、図2のように磁気抵抗素子50のsin出力とcos出力の組合せが2つであっても角度位置を判別できる。よって、磁気抵抗素子50の出力と、ホール素子51、52の出力とから、回転磁石30の回転位置と角度位置θとが分かる。
Further, the
また、回転磁石40上の磁気抵抗素子60からは、環状の着磁面41のN極とS極との対の数に相当する正弦波信号sin、cosが出力される。この場合、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2(b)に示すように、θ=tan−1(sin/cos)を求めれば、回転磁石40の角度位置θが分かる。なお、この演算処理は、角度演算部12が行う。
Further, the
ここで、回転磁石30上の磁気抵抗素子50及びホール素子51、52のA/D変換後の検出データに基づいた1回転1周期の絶対角度データは、図3(a)に示すように、変化する。また、回転磁石40上の磁気抵抗素子60からのA/D変換後の検出データに基づいた1回転N周期のインクリメンタル角度データは、図3(b)に示すように、変化する。よって、図3(a)に示す絶対角度データと、図3(b)に示すインクリメンタル角度データとを組み合わせることで、図3(c)に示す絶対角度データを得ることができる。つまり、図3(c)は、図3(a)に示した絶対角度データを、回転磁石40の128極分の角度データにより補完することで得られる絶対角度データである。
Here, as shown in FIG. 3A, absolute angle data for one rotation and one cycle based on the detection data after A / D conversion of the
次に、図4及び図5を参照し、回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差と、電気角補正部14による補正後の角度誤差とについて説明する。
Next, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, a description will be given of the periodic angular error that each pole of the
まず、図4(a)は、回転磁石40のN極とS極との対の数である128極分を重ねて示すものである。また、図4(a)は、特定の次数(たとえば11次)の高調波による補正前の角度誤差を示している。また、横軸は1回転の角度を示し、縦軸は分解能をたとえば20ビットとした場合の角度誤差のレベルを示している。
First, FIG. 4A shows the number of 128 poles, which is the number of pairs of N poles and S poles, of the
図4(a)から分かる通り、特定の次数(たとえば11次)の高調波が基本波(マグネット1極で1周期の出力)に重畳されると、レベルの最大が20、−22となる繰り返しの角度誤差を生じている。 As can be seen from FIG. 4A, when a harmonic of a specific order (for example, 11th order) is superimposed on the fundamental wave (output of one period with one magnet pole), the maximum level is 20 and −22. The angle error is caused.
図4(b)は、図4(a)と同様に、回転磁石40のN極とS極との対の数である128極分を重ねて示すものである。また、図4(b)は、特定の次数(たとえば11次)の高調波を平均した電気角補正データに基づき、特定の次数(たとえば11次)の高調波を打ち消した場合の補正後の角度誤差を示している。図4(b)から分かる通り、レベルの最大が20、−15となる角度誤差を生じている。ただし、図4(b)から分かる通り、レベルの最大が20、−22となる繰り返しの角度誤差は打ち消されていることが分かる。
FIG. 4B shows, in the same manner as FIG. 4A, the 128 poles that are the number of pairs of the N pole and the S pole of the
また、図5は、図4(b)の128極分のうち、4極分の補正後の角度誤差を示している。図5から分かる通り、11次の高調波が補正されているので1回転に12周期の角度誤差成分が低下していることが分かる。 FIG. 5 shows the angle error after correction for four poles out of 128 poles in FIG. As can be seen from FIG. 5, since the 11th-order harmonic is corrected, it can be seen that the angular error component of 12 cycles per rotation is reduced.
次に、図6を参照し、回転磁石部20の角度補正方法について説明する。なお、以下においては、回転磁石40上の磁気抵抗素子60からの検出信号は、高調波キャンセルパターン61により、7次以下の高調波がキャンセルされている場合として説明する。
Next, a method for correcting the angle of the
(ステップS101)
まず、回転磁石部20が回転すると、アンプ70〜72が検出信号を増幅する。すなわち、アンプ70、71は、回転磁石30上の磁気抵抗素子50及びホール素子51、52の検出信号を増幅する。また、アンプ72は、回転磁石40上の磁気抵抗素子60の検出信号を増幅する。
(Step S101)
First, when the
(ステップS102)
検出信号をA/D変換する。すなわち、A/D変換部73は、回転磁石30上のホール素子51、52の検出信号をA/D変換する。また、A/D変換部74は、回転磁石30上の磁気抵抗素子50の検出信号をA/D変換する。また、A/D変換部75は、回転磁石40上の磁気抵抗素子60の検出信号をA/D変換する。
(Step S102)
The detection signal is A / D converted. That is, the A / D conversion unit 73 A / D converts the detection signals of the
(ステップS103)
角度位置を求める。すなわち、角度演算部11は、A/D変換部73、74からのA/D変換後の検出データに対し、θ=tan−1(sin/cos)の演算処理を行い、角度位置を求める。また、角度演算部12は、A/D変換部75からのA/D変換後の検出データに対し、θ=tan−1(sin/cos)の演算処理を行い、角度位置を求める。なお、A/D変換部75からのA/D変換後の検出データには、高調波キャンセルパターン61により、7次以下の高調波がキャンセルされているため、7次を超える高調波のデータが含まれている。
(Step S103)
Find the angular position. That is, the angle calculation unit 11 performs the calculation process of θ = tan −1 (sin / cos) on the detection data after A / D conversion from the A /
(ステップS104)
電気角を補正する。すなわち、電気角補正部14は、メモリ13に記憶されている電気角補正データに基づき、角度演算部12が求めた角度位置データに含まれる高調波を打ち消す。ここで、電気角補正データは、上述したように、たとえば7次を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値である。また、この電気角補正データは、回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消す値である。よって、電気角補正部14が電気角補正データに基づき、角度演算部12が求めた角度位置データを補正することで、回転磁石40の各極が共通に有している周期的な角度誤差が補正される。なお、電気角補正部14は、電気角補正データに高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、たとえば7次以下の高調波を打ち消すことができる誤差補正データが含まれている場合、7次を超える高調波と同時に、高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、たとえば7次以下の高調波を打ち消す。
(Step S104)
Correct the electrical angle. That is, the electrical
(ステップS105)
角度位置を決定する。すなわち、角度位置決定部15は、角度演算部11からの角度位置データと電気角補正部14からの補正後の角度位置データとから、回転磁石部20の角度位置を決定する。
(Step S105)
Determine the angular position. That is, the angular
(ステップS106)
機械角を補正する。すなわち、機械角補正部16は、角度位置決定部15が決定した角度位置データに対し、メモリ13に記憶されている機械角補正データに基づき、機械角成分を打ち消す。ここで、機械角補正データは、磁気抵抗素子50と回転磁石30との中心ズレや、磁気抵抗素子60と回転磁石40との中心ズレなどの機械的要因により発生する角度誤差を打ち消す値である。なお、回転磁石40のいずれかの極が個別に有する角度誤差は、回転磁石40の回転に伴い周期的に発生する。また、このような角度誤差は、決まった角度位置で生じている。よって、機械角補正部16が角度位置決定部15の決定した角度位置データを補正することで、回転磁石40の回転に伴い周期的に発生する角度誤差が補正される。
(Step S106)
Correct the mechanical angle. That is, the mechanical
このように、本実施形態では、磁気抵抗素子50(第1の磁気抵抗素子)が回転磁石30(第1の回転磁石)の角度位置を検出し、磁気抵抗素子60(第2の磁気抵抗素子)が高調波キャンセルパターン61により所定の次数(たとえば7次)以下の高調波をキャンセルして回転磁石40(第2の回転磁石)の角度位置を検出すると、データ処理部10が所定の次数(たとえば7次)を超える高調波を打ち消す補正データ(たとえば電気角補正データ)により、磁気抵抗素子60(第2の磁気抵抗素子)の検出データを補正する。これにより、磁気抵抗素子60(第2の磁気抵抗素子)で所定の次数(たとえば7次)以下の高調波がキャンセルされ、データ処理部10で所定の次数(たとえば7次)を超える高調波が打ち消されるので、ロータリエンコーダ100の一部を構成するセンサ(磁気抵抗素子60)からの検出信号の基本波に重畳される高調波を打ち消すことができ、精度の高い回転位置の検出データを得ることができる。
Thus, in this embodiment, the magnetoresistive element 50 (first magnetoresistive element) detects the angular position of the rotating magnet 30 (first rotating magnet), and the magnetoresistive element 60 (second magnetoresistive element). ) Cancels harmonics of a predetermined order (for example, the 7th order) or less by the
また、電気角補正部14がメモリ13に記憶されている電気角補正データを用いて回転磁石40(第2の回転磁石)の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消し、角度位置決定部15が磁気抵抗素子50(第1の磁気抵抗素子)、ホール素子51(第1のホール素子)、ホール素子52(第2のホール素子)の検出データと、電気角補正部14が補正した検出データとに基づき、回転磁石部20の角度位置を決定するので、回転磁石40(第2の回転磁石)の各極が共通に有している周期的な角度誤差を打ち消すことができる。
Further, the electrical
また、電気角補正データが高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すデータを含んでいる場合、電気角補正部14が高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すことができる。
In addition, when the electrical angle correction data includes data that cancels out the harmonics of a predetermined order or less without being canceled by the
また、機械角補正部16がメモリ13に記憶されている機械角補正データを用い、角度位置決定部15が決定した角度位置データを補正するので、磁気抵抗素子50(第1の磁気抵抗素子)と回転磁石30(第1の回転磁石)との中心ズレや、磁気抵抗素子60(第2の磁気抵抗素子)と回転磁石40(第2の回転磁石)との中心ズレなどの機械的要因により発生する角度誤差を打ち消すことができる。
Further, since the mechanical
また、電気角補正データが所定の次数を超える全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を有しているため、メモリ13の記憶容量を小さくできるとともに、電気角補正部14による所定の次数を超える高調波を打ち消すための補正処理の手順を短縮できる。
Further, since the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors due to all harmonics exceeding a predetermined order, the storage capacity of the
また、電気角補正データが高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の全ての高調波に起因する誤差分を平均した値を含んでいる場合、高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を打ち消すことができる。
Further, when the electrical angle correction data includes a value obtained by averaging the errors due to all the harmonics of a predetermined order or less that remain without being canceled by the
また、電気角補正データが所定の次数を超える高調波の特定の次数毎に平均した値を有している場合、電気角補正部14が所定の次数を超える高調波を特定の次数毎に打ち消すことができ、回転磁石40(第2の回転磁石)の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
When the electrical angle correction data has an average value for each specific order of harmonics exceeding a predetermined order, the electrical
また、電気角補正データが高調波キャンセルパターンによってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波の特定の次数毎に平均した値を含んでいる場合、電気角補正部14が高調波キャンセルパターン61によってキャンセルされずに残っている、所定の次数以下の高調波を、特定の次数毎に打ち消すことができ、回転磁石40(第2の回転磁石)の各極が共通に有している周期的な角度誤差をさらに小さくできる。
Further, when the electrical angle correction data includes a value averaged for each specific order of harmonics of a predetermined order or less, which remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern, the electrical
また、磁気抵抗素子60(第2の磁気抵抗素子)の高調波キャンセルパターン61の次数を7次以下とすることで、磁気抵抗素子60(第2の磁気抵抗素子)が高調波キャンセルパターン61により7次以下の高調波をキャンセルできる。
Further, by setting the order of the
10 データ処理部
11、12 角度演算部
13 メモリ
14 電気角補正部
15 角度位置決定部
16 機械角補正部
20 回転磁石部
30、40 回転磁石
31、32、41 着磁面
50、60 磁気抵抗素子
50a〜50d、60a〜60d 磁気抵抗パターン
51、52 ホール素子
61 高調波キャンセルパターン
70〜72 アンプ
73〜75 A/D変換部
100 ロータリエンコーダ
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記第1の回転磁石の角度位置を検出する第1の磁気抵抗素子と、
該第1の磁気抵抗素子に近接配置される第1のホール素子と、
該第1のホール素子に対し周方向において機械角で90°ずれた箇所に配置される第2のホール素子と、
前記第2の回転磁石の角度位置を検出する第2の磁気抵抗素子と、
前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子、前記第2の磁気抵抗素子の検出データに基づき、データ処理によって前記回転磁石部の角度位置を求めるデータ処理部とを備え、
前記第2の磁気抵抗素子には、所定の次数以下の高調波をキャンセルする高調波キャンセルパターンが設けられ、
前記データ処理部は、所定の次数を超える高調波を打ち消す補正データにより、前記第2の磁気抵抗素子の検出データを補正する
ことを特徴とするロータリエンコーダ。 Rotation including a first rotating magnet in which N and S poles are magnetized one by one in the circumferential direction, and a second rotating magnet in which a plurality of N and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction A rotary encoder having a magnet part,
A first magnetoresistive element that detects an angular position of the first rotating magnet;
A first Hall element disposed proximate to the first magnetoresistive element;
A second Hall element disposed at a position shifted by 90 ° in the mechanical angle in the circumferential direction with respect to the first Hall element;
A second magnetoresistive element for detecting an angular position of the second rotating magnet;
A data processing unit for obtaining an angular position of the rotating magnet unit by data processing based on detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, the second Hall element, and the second magnetoresistive element And
The second magnetoresistive element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling harmonics of a predetermined order or less,
The rotary encoder according to claim 1, wherein the data processing unit corrects detection data of the second magnetoresistive element with correction data that cancels harmonics exceeding a predetermined order.
前記データ処理部は、
前記電気角補正データが記憶されたメモリと、
前記電気角補正データを用いて前記第2の磁気抵抗素子の検出データの角度誤差を補正する電気角補正部と、
前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子の検出データと、前記電気角補正部が補正した検出データとに基づき、前記回転磁石部の角度位置を決定する角度位置決定部とを有している
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。 The correction data is electrical angle correction data for canceling a periodic angle error that each pole of the second rotating magnet has in common.
The data processing unit
A memory in which the electrical angle correction data is stored;
An electrical angle correction unit that corrects an angle error of detection data of the second magnetoresistive element using the electrical angle correction data;
An angular position of the rotating magnet unit is determined based on detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, and the second Hall element and detection data corrected by the electrical angle correction unit. The rotary encoder according to claim 1, further comprising an angular position determination unit.
前記データ処理部は、前記機械角補正データを用い、前記角度位置決定部が決定した角度位置データを補正する機械角補正部を有する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のロータリエンコーダ。 The memory stores mechanical angle correction data for canceling an angular error periodically generated with the rotation of the first rotating magnet and the second rotating magnet,
The rotary encoder according to claim 2, wherein the data processing unit includes a mechanical angle correction unit that corrects the angular position data determined by the angular position determination unit using the mechanical angle correction data.
第1の磁気抵抗素子により、前記第1の回転磁石の角度位置を検出する工程と、
該第1の磁気抵抗素子に近接配置される第1のホール素子と、
該第1のホール素子に対し周方向において機械角で90°ずれた箇所に配置される第2のホール素子と、
第2の磁気抵抗素子により、前記第2の回転磁石の角度位置を検出する工程と、
データ処理部により、前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子、前記第2の磁気抵抗素子の検出データに基づき、データ処理によって前記回転磁石部の角度位置を求める工程と、を有し、
前記第2の磁気抵抗素子には、所定の次数以下の高調波をキャンセルする高調波キャンセルパターンが設けられ、
前記データ処理部は、所定の次数を超える高調波を打ち消す補正データにより、前記第2の磁気抵抗素子の検出データを補正する
ことを特徴とするロータリエンコーダの角度補正方法。 Rotation including a first rotating magnet in which N and S poles are magnetized one by one in the circumferential direction, and a second rotating magnet in which a plurality of N and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction An angle correction method for a rotary encoder having a magnet part,
Detecting an angular position of the first rotating magnet by a first magnetoresistive element;
A first Hall element disposed proximate to the first magnetoresistive element;
A second Hall element disposed at a position shifted by 90 ° in the mechanical angle in the circumferential direction with respect to the first Hall element;
Detecting an angular position of the second rotating magnet by a second magnetoresistive element;
An angular position of the rotating magnet unit is obtained by data processing based on detection data of the first magnetoresistive element, the first hall element, the second hall element, and the second magnetoresistive element by a data processing unit. And a process for obtaining
The second magnetoresistive element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling harmonics of a predetermined order or less,
The angle correction method for the rotary encoder, wherein the data processing unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element with correction data for canceling harmonics exceeding a predetermined order.
電気角補正部により、メモリに記憶された前記電気角補正データを用いて前記第2の磁気抵抗素子の検出データの角度誤差を補正する工程と、
角度位置決定部により、前記第1の磁気抵抗素子、前記第1のホール素子、前記第2のホール素子の検出データと、前記電気角補正部が補正した検出データとに基づき、前記回転磁石部の角度位置を決定する工程と、を有する
ことを特徴とする請求項10に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。 The correction data is electrical angle correction data for canceling a periodic angle error that each pole of the second rotating magnet has in common.
A step of correcting an angle error of detection data of the second magnetoresistive element using the electrical angle correction data stored in a memory by an electrical angle correction unit;
Based on the detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, and the second Hall element and the detection data corrected by the electrical angle correction unit by the angular position determination unit, the rotating magnet unit The method for determining the angle position of the rotary encoder according to claim 10, further comprising: determining an angular position of the rotary encoder.
機械角補正部により、前記機械角補正データを用い、前記角度位置決定部が決定した角度位置データを補正する工程を有する
ことを特徴とする請求項11又は12に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。 The memory stores mechanical angle correction data for canceling an angular error periodically generated with the rotation of the first rotating magnet and the second rotating magnet,
The angle correction method for a rotary encoder according to claim 11 or 12, further comprising a step of correcting the angular position data determined by the angular position determination unit by using the mechanical angle correction data by a mechanical angle correction unit. .
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