JP2019035629A - Calibration device, calibration method, rotational angle detector, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、較正装置、較正方法、回転角検出装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a calibration device, a calibration method, a rotation angle detection device, and a program.
従来、XY平面において回転する回転体に取り付けた磁石等が発生させる回転磁場を検出することで、回転体のXY平面における回転角度を検出する回転角検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。回転角検出装置においては、X軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出する磁場検出センサを用いて、回転角度を検出している。
特許文献1 特開2017−3312号公報
非特許文献1 R.S. Popovic著、 「Hall Effect Devices」、 Inst of Physics Pub Inc、 1991年5月
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body in an XY plane by detecting a rotating magnetic field generated by a magnet or the like attached to the rotating body rotating in the XY plane is known (for example, Patent Documents). 1). In the rotation angle detection device, the rotation angle is detected using a magnetic field detection sensor that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction.
磁石の回転軸と、磁場検出センサとの位置ずれのように、回転角検出装置において各部材の実装位置に誤差が生じると、検出する角度にも誤差が生じてしまう。 If an error occurs in the mounting position of each member in the rotation angle detection device, such as a positional deviation between the rotation axis of the magnet and the magnetic field detection sensor, an error also occurs in the detected angle.
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軸方向の磁場を算出して、回転軸回りに回転する磁場発生源のXY平面における回転角を検出する回転角検出装置の較正装置を提供する。回転角検出装置は、X軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部と、XY平面においてXY磁場検出部を挟んで配置され、それぞれがXY平面に垂直なZ軸方向の磁場を検出する二対のセンサ素子を含むZ磁場検出部とを備えてよい。較正装置は、磁場発生源を回転させた場合のXY磁場検出部およびZ磁場検出部における磁場検出結果に応じた出力信号を取得する取得部を備えてよい。較正装置は、取得部が取得した出力信号に基づいて、回転角検出装置が検出する回転角を較正する較正パラメータを算出する較正パラメータ算出部を備えてよい。 In the first aspect of the present invention, rotation angle detection is performed to calculate the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, and detect the rotation angle in the XY plane of the magnetic field generation source rotating around the rotation axis. An apparatus calibration apparatus is provided. The rotation angle detection device is arranged with an XY magnetic field detection unit that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction, and an XY magnetic field detection unit sandwiched between the XY planes, each in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane. And a Z magnetic field detection unit including two pairs of sensor elements for detecting a magnetic field. The calibration apparatus may include an acquisition unit that acquires an output signal corresponding to a magnetic field detection result in the XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit when the magnetic field generation source is rotated. The calibration device may include a calibration parameter calculation unit that calculates a calibration parameter for calibrating the rotation angle detected by the rotation angle detection device based on the output signal acquired by the acquisition unit.
磁場発生源の回転角をθ、Z磁場検出部における一方の対のセンサ素子の出力信号をz1およびz3、他方の対のセンサ素子の出力信号をz2およびz4、Bz(θ)=z1−z2+z3−z4としてよい。較正パラメータ算出部は、Bz(θ)のフーリエ級数の1倍角の成分に基づいて、較正パラメータを算出してよい。 The rotation angle of the magnetic field generation source is θ, the output signals of one pair of sensor elements in the Z magnetic field detection unit are z1 and z3, the output signals of the other pair of sensor elements are z2 and z4, and Bz (θ) = z1−z2 + z3. It may be −z4. The calibration parameter calculation unit may calculate a calibration parameter based on a component of a single angle of the Fourier series of Bz (θ).
XY磁場検出部が検出したX軸方向の磁場をVx、Y軸方向の磁場をVyとし、振幅信号MAGをMAG(θ)=sqrt(Vx2+Vy2)としてよい。較正パラメータ算出部は、振幅信号を用いてBz(θ)を正規化した値に基づいて、Bz(θ)に対応するフーリエ級数を算出してよい。 The magnetic field in the X-axis direction detected by the XY magnetic field detection unit may be Vx, the magnetic field in the Y-axis direction may be Vy, and the amplitude signal MAG may be MAG (θ) = sqrt (Vx 2 + Vy 2 ). The calibration parameter calculation unit may calculate a Fourier series corresponding to Bz (θ) based on a value obtained by normalizing Bz (θ) using the amplitude signal.
較正パラメータ算出部は、振幅信号のフーリエ級数の2倍角の成分に更に基づいて、較正パラメータを算出してよい。較正パラメータ算出部は、Bz(θ)のフーリエ級数の1倍角の成分と、振幅信号のフーリエ級数の2倍角の成分とに基づいて、XY磁場検出部と磁場発生源とのX軸方向における位置ずれにより生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータDx、XY磁場検出部と磁場発生源とのY軸方向における位置ずれにより生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータDy、磁場発生源の回転軸に対するd軸方向における偏心により生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータEd、および、磁場発生源の回転軸に対するq軸方向における偏心により生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータEqの4個の較正パラメータのうちの少なくとも一つの較正パラメータを算出してよい。ここでいう偏心とは磁場発生源の回転軸に対する傾きも含む。 The calibration parameter calculation unit may calculate a calibration parameter further based on a double angle component of the Fourier series of the amplitude signal. The calibration parameter calculation unit calculates the position of the XY magnetic field detection unit and the magnetic field generation source in the X-axis direction based on a component of a single angle of the Fourier series of Bz (θ) and a component of a double angle of the Fourier series of the amplitude signal. Calibration parameter Dx for correcting the rotation angle detection error caused by the deviation, calibration parameter Dy for correcting the rotation angle detection error caused by the positional deviation between the XY magnetic field detector and the magnetic field generation source, and the rotation axis of the magnetic field generation source Four calibration parameters: calibration parameter Ed for correcting rotation angle detection error caused by eccentricity in the d-axis direction, and calibration parameter Eq for correcting rotation angle detection error caused by eccentricity in the q-axis direction with respect to the rotation axis of the magnetic field generation source At least one of the calibration parameters may be calculated. Here, the eccentricity includes the inclination of the magnetic field generation source with respect to the rotation axis.
較正パラメータ算出部は、較正パラメータDx、較正パラメータDy、較正パラメータEd、較正パラメータEqの4個の較正パラメータを全て算出してよい。 The calibration parameter calculation unit may calculate all four calibration parameters of the calibration parameter Dx, the calibration parameter Dy, the calibration parameter Ed, and the calibration parameter Eq.
較正パラメータ算出部は、Bz(θ)のフーリエ級数の1倍角の成分の絶対値と、振幅信号のフーリエ級数の2倍角の成分の絶対値が予め定められた値より小さい場合に、較正パラメータを算出しなくてよい。 The calibration parameter calculation unit calculates the calibration parameter when the absolute value of the 1 × square component of the Fourier series of Bz (θ) and the absolute value of the 2 × square component of the Fourier series of the amplitude signal are smaller than a predetermined value. It is not necessary to calculate.
本発明の第2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磁場発生源のXY平面における回転角を算出する回転角検出装置の較正方法を提供する。回転角検出装置は、X軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部と、XY平面においてXY磁場検出部を挟んで配置され、それぞれがXY平面に垂直なZ軸方向の磁場を検出する二対のセンサ素子を含むZ磁場検出部とを備えてよい。較正方法は、磁場発生源を回転させた場合のXY磁場検出部およびZ磁場検出部における検出結果に応じた出力信号を取得する取得段階と、取得段階で取得した出力信号に基づいて、回転角検出装置が検出する回転角を較正する較正パラメータを算出するパラメータ算出段階とを備えてよい。 In the second aspect of the present invention, rotation angle detection is performed for detecting the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, and calculating the rotation angle in the XY plane of the magnetic field generation source rotating around the rotation axis. An apparatus calibration method is provided. The rotation angle detection device is arranged with an XY magnetic field detection unit that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction, and an XY magnetic field detection unit sandwiched between the XY planes, each in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane. And a Z magnetic field detection unit including two pairs of sensor elements for detecting a magnetic field. The calibration method includes an acquisition step of acquiring an output signal corresponding to a detection result in the XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit when the magnetic field generation source is rotated, and a rotation angle based on the output signal acquired in the acquisition step. A parameter calculation step of calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle detected by the detection device.
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磁場発生源のXY平面における回転角を算出する回転角検出装置を提供する。回転角検出装置は、X軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部と、XY平面においてXY磁場検出部を挟んで配置され、それぞれがXY平面に垂直なZ軸方向の磁場を検出する二対のセンサ素子を含むZ磁場検出部とを備えてよい。回転角検出装置は、磁場発生源を回転させた場合のXY磁場検出部およびZ磁場検出部における検出結果に応じた出力信号に基づいて生成された較正パラメータを記憶する較正パラメータ記憶部を備えてよい。回転角検出装置は、XY磁場検出部が検出したX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場と、較正パラメータとに基づいて磁場発生源の回転角を算出する角度演算部を備えてよい。 In the third aspect of the present invention, rotation angle detection is performed in which a magnetic field in the XY plane is detected by detecting a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. Providing equipment. The rotation angle detection device is arranged with an XY magnetic field detection unit that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction, and an XY magnetic field detection unit sandwiched between the XY planes, each in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane. And a Z magnetic field detection unit including two pairs of sensor elements for detecting a magnetic field. The rotation angle detection apparatus includes a calibration parameter storage unit that stores calibration parameters generated based on output signals corresponding to detection results in the XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit when the magnetic field generation source is rotated. Good. The rotation angle detection device may include an angle calculation unit that calculates the rotation angle of the magnetic field generation source based on the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction detected by the XY magnetic field detection unit, and the calibration parameter.
回転角検出装置は、第1の態様に係る較正装置を備えてよい。 The rotation angle detection device may include the calibration device according to the first aspect.
XY磁場検出部およびZ磁場検出部は、X軸方向の磁場、Y軸方向の磁場およびZ軸方向の磁場の各磁場を示す信号を外部の較正装置に出力してよい。較正パラメータ記憶部は、外部の較正装置が算出した較正パラメータを記憶してよい。 The XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit may output a signal indicating each of the magnetic field in the X-axis direction, the magnetic field in the Y-axis direction, and the magnetic field in the Z-axis direction to an external calibration device. The calibration parameter storage unit may store calibration parameters calculated by an external calibration device.
本発明の第4の態様においては、コンピュータを第1の態様に係る較正装置として機能させるためのプログラムを提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to function as the calibration device according to the first aspect.
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、磁気センサ100の構成例を示す。磁気センサ100は、磁気センサ100に入力する磁気を検出する。また、磁気センサ100は、磁気センサ100に入力する磁気の変動を検出してもよい。一例として磁気センサ100は、XY平面と垂直な回転軸回りに回転する回転磁石等の磁場発生源が発生する磁場を検出する。磁気センサ100が検出した磁場に基づいて、磁場発生源のXY平面における回転角度を算出できる。
FIG. 1 shows a configuration example of the
本例の磁気センサ100は、基板10と、第1センサ対110と、第2センサ対120と、第3センサ対140と、第4センサ対150と、磁気収束板130と、を備える。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、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続する端子を備えてよい。図1において、基板10の一方の面(表面)を、X軸およびY軸で示すXY平面とし、XY平面に略垂直な軸をZ軸とした。即ち、X、Y、Z軸は、互いに直交する座標系の例を示す。
The
第1センサ対110および第2センサ対120は、X軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部の一例である。第1センサ対110は、基板10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センサ対110は、基板10の表面に形成されてよく、これに代えて、少なくとも一部が基板10に埋め込まれるように形成されてよい。第1センサ対110は、第1センサ素子112と第2センサ素子114とを有する。第1センサ対110の2つのセンサ素子は、一例として、X軸方向に沿って配置される。第1センサ素子112から第2センサ素子114に向かう方向をX軸における正方向とする。
The
第1センサ素子112および第2センサ素子114は、センサ素子に対してZ軸方向に入力する磁場を検出する機能を有する。第1センサ素子112および第2センサ素子114は、例えば、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軸方向の起電力を発生させる素子である。第1センサ素子112および第2センサ素子114は、ホール効果を発生させるホール素子でよい。第1センサ素子112および第2センサ素子114は、半導体等で形成されてよい。
The
第2センサ対120は、第1センサ対110と同様に、基板10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センサ対120は、第3センサ素子122と第4センサ素子124とを有する。第2センサ対120の2つのセンサ素子は、一例としてY軸方向に沿って配置される。第3センサ素子122から第4センサ素子124に向かう方向をY軸における正方向とする。
Similar to the
第3センサ素子122および第4センサ素子124は、第1センサ対110と同様に、センサ素子に対してZ軸方向に入力する磁場を検出する機能を有する。第3センサ素子122および第4センサ素子124は、例えば、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軸方向の起電力を生じさせる素子である。第3センサ素子122および第4センサ素子124は、ホール効果を発生させるホール素子でよい。
Similar to the
図1の例では、第1センサ素子112および第2センサ素子114を結ぶ直線をX軸とし、第3センサ素子122および第4センサ素子124を結ぶ直線をY軸とする。本例の第1センサ素子112および第2センサ素子114は、Y軸に対して線対称に配置される。本例の第3センサ素子122および第4センサ素子124は、X軸に対して線対称に配置される。本例の第1センサ素子112、第2センサ素子114、第3センサ素子122および第4センサ素子124は、X軸およびY軸の交点(すなわちXY座標系の原点)に対する距離が等しくなるように配置されている。
In the example of FIG. 1, a straight line connecting the
以上の第1センサ対110および第2センサ対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切り替えられてよい。このようなオフセットのキャンセル方法は、非特許文献1に記載されているように、Spinning Current法として知られている。
The
磁気収束板130は、磁気センサ100に入力する磁場を曲げる。本例の磁気収束板130は、磁気センサ100に入力されるX軸方向およびY軸方向の磁場成分を、Z軸方向の磁場成分に変換して第1センサ対110および第2センサ対120に検出させる。磁気収束板130は、磁性材料等で形成されてよい。一例として磁気収束板130は、FeNi合金等を含む軟磁性材料で形成される。
The magnetic converging
磁気収束板130は、円柱形状に形成されてよい。それぞれのセンサ素子は、磁気収束板130に覆われる位置に設けられる。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。これに代えて、またはこれに加えて、磁気収束板130は、基板10の下面側に形成されてもよい。
The
第3センサ対140および第4センサ対150は、Z軸方向の磁場を検出するZ磁場検出部の一例である。第3センサ対140および第4センサ対150のそれぞれは、2つのセンサ素子を含む。2つのセンサ素子は、XY平面においてXY磁場検出部の一部である磁気収束板130(または、後述する磁場発生源410)を挟んで配置される。それぞれのセンサ素子は、Z軸方向の磁場を検出する。
The
第3センサ対140は、第1センサ対110と同様に、基板10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3センサ対140の2つのセンサ素子は、XY座標系の原点に対して点対称に配置される。第3センサ対140は、第5センサ素子142と第6センサ素子144とを有する。図1の例における第3センサ対140の2つのセンサ素子は、X軸およびY軸のそれぞれに対して45度の傾きを有する直線に沿って配置されている。
Similar to the
第4センサ対150は、第3センサ対140と同様に、基板10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4センサ対150の2つのセンサ素子は、XY座標系の原点に対して点対称に配置される。第4センサ対150の2つのセンサ素子を結ぶ直線は、第3センサ対140の2つのセンサ素子を結ぶ直線と直交することが好ましい。第4センサ対150は、第7センサ素子152と第8センサ素子154とを有する。図1の例における第4センサ対150の2つのセンサ素子は、X軸およびY軸のそれぞれに対して45度の傾きを有し、且つ、第3センサ対140の2つのセンサ素子を結ぶ直線に対して90度の傾きを有する直線に沿って配置されている。
Similar to the
第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、第1センサ対110と同様に、Z軸方向に入力する磁場を検出する機能を有する。第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、例えば、X軸方向または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Y軸方向またはX軸方向の起電力を生じさせる素子である。第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、ホール効果を発生させるホール素子でよい。
Similar to the
第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、X軸およびY軸の交点(すなわちXY座標系の原点)に対する距離が等しくなるように配置されることが好ましい。また、第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、磁気センサ100に入力されるX軸方向およびY軸方向の磁場成分に対する感度が、Z軸方向の磁場成分に対する感度に比べて十分小さい。好ましくは、第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154におけるX軸方向およびY軸方向の磁場成分に対する感度はゼロである。
The
本例の第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、磁気収束板130と重ならない位置に配置されている。第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154と磁気収束板130との距離を最大化すべく、第5センサ素子142、第6センサ素子144、第7センサ素子152および第8センサ素子154は、基板10の表面の角部に配置されてよい。
The
図2は、第1センサ対110がX軸方向の磁場を検出する場合の一例を示す。本例では、磁気センサ100に入力されるX軸方向の磁場をHx、Y軸方向の磁場をHy、Z軸方向の磁場をHzとする。図2においては、磁場Hxだけを示している。磁気収束板130は、一例として、図2において破線で示すように、磁場HxによるX軸方向の磁束を曲げ、第1センサ素子112に+Z軸方向の磁束を発生させて入力する。同様に、磁気収束板130は、入力したX軸方向の磁束を曲げ、第2センサ素子114に−Z軸方向の磁束を発生させて入力させる。第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する磁束の方向は、磁気収束板130の配置および入力する磁場Hxのベクトルの入力方向と位置によってそれぞれ定まる。
FIG. 2 shows an example when the
磁気収束板130、第1センサ素子112、および第2センサ素子114は、磁場Hxによる磁束が、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する方向が互いに逆向きで、かつ、磁束の絶対値の大きさが略等しくなるようにそれぞれ配置されることが望ましい。本例では、X軸方向の磁場Hxによる磁束が、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する大きさが等しいとする。
The magnetic
なお、第1センサ素子112および第2センサ素子114にはY軸方向およびZ軸方向の磁場Hyおよび磁場Hzによる磁束成分も入力される。ただし、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力されるY軸方向の磁場Hyによる磁束の方向は互いに同一であり、Z軸方向の磁場Hzによる磁束の方向も互いに同一となる。本例では、Y軸方向の磁場Hyによる磁束が第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する大きさは等しいとし、Z軸方向の磁場Hzによる磁束が第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する大きさは等しいとする。
Note that the
この場合、第1センサ素子112および第2センサ素子114が出力する出力信号x1およびx2は、それぞれ下式で示される。
(数1)
x1=kx・Hx+ky・Hy+kz・Hz
x2=−kx・Hx+ky・Hy+kz・Hz
ただし、kx、ky、kxは、それぞれHx、Hy、Hzが各センサ素子により検出されるときの係数であり、例えば、磁気収束板130による増幅率である。なお、それぞれのセンサ素子の感度は同一とする。
In this case, the output signals x1 and x2 output from the
(Equation 1)
x1 = kx · Hx + ky · Hy + kz · Hz
x2 = −kx · Hx + ky · Hy + kz · Hz
Here, kx, ky, and kx are coefficients when Hx, Hy, and Hz are detected by the sensor elements, respectively, and are, for example, amplification factors by the
従って、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力の差分である出力信号Vxは、次式で示される。
(数2)
Vx=x1−x2=2kx・Hx
Therefore, an output signal Vx that is a difference between outputs of the
(Equation 2)
Vx = x1-x2 = 2kx · Hx
以上のように、磁気センサ100は、X方向の入力磁場を磁気収束板130で曲げ、第1センサ素子112および第2センサ素子114にそれぞれ逆向きのZ方向の磁場として供給する。したがって、磁気センサ100は、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の差分を演算することで、当該Z方向の磁場成分を検出して対応するX方向の入力磁場の大きさを取得することができる。
As described above, the
図2においては、第1センサ対110について説明したが、第2センサ対120についても同様である。ただし、第2センサ対120は、Y軸方向に沿って配列されているので、2つのセンサ素子の出力の差分を出力信号とすることで、X軸方向およびZ軸方向の磁場成分をキャンセルして、Y軸方向の入力磁場の成分を取得できる。つまり、第3センサ素子122および第4センサ素子124が出力する出力信号y1およびy2の差分である出力信号Vyは、次式で示される。
(数3)
Vy=y1−y2=2ky・Hy
Although the
(Equation 3)
Vy = y1-y2 = 2ky · Hy
第3センサ対140および第4センサ対150は、Z軸方向に感度を有しており、且つ、磁気収束板130から離れて配置されている。このため、X軸方向およびY軸方向の磁場Hx、Hyは検出せずに、Z軸方向の磁場Hzに応じた磁束を検出する。
The
図3は、本発明の一つの実施形態に係る回転角検出装置300の構成例を示す。回転角検出装置300は、検出対象400のXY平面における回転角を検出する。本例において検出対象400は、モーター420により回転する回転軸412である。本例の回転軸412は、Z軸方向と略平行に配置された棒状の軸である。回転軸412は、XY平面における位置が変わらずに回転する。
FIG. 3 shows a configuration example of the rotation
回転軸412の端部には、磁場発生源410が固定されている。本例の磁場発生源410は、XY平面にN極およびS極が並んで配置された磁石である。回転軸412が回転することで、磁場発生源410のN極およびS極がXY平面において回転する。一例として磁場発生源410は、XY平面において円盤状の外形を有する。XY平面において磁場発生源410を2つに等分した一方の領域がN極であり、他方の領域がS極である。
A magnetic
回転角検出装置300は、磁場発生源410が発生する磁場に基づいて、検出対象400の回転角を検出する。本明細書では、検出対象400の実際の回転角を回転角θ、回転角検出装置300が検出する回転角を検出角Φと称する場合がある。
The rotation
回転角検出装置300は、磁気センサ100および信号処理装置200を備える。磁気センサ100は、図1および図2において説明した磁気センサ100と同一の構成を有し、磁場発生源410が発生する磁場を検出する。本例の磁気センサ100は、Z軸において磁場発生源410の下方に配置されている。
The rotation
信号処理装置200は、磁気センサ100のそれぞれのセンサ素子が出力する信号を処理する。信号処理装置200は、センサ素子の出力に基づいて、検出対象400の検出角Φを算出する。信号処理装置200の少なくとも一部の構成は、磁気センサ100と同一のチップ内に設けられてよく、磁気センサ100が設けられるチップの外部に配置されてもよい。信号処理装置200の少なくとも一部の構成は、磁気センサ100と同一の基板10に形成されていてよく、異なる基板に形成されていてもよい。
The
回転軸412がXY座標系の原点と重なって配置され、且つ、回転軸412が磁場発生源410の中心に接続されている状態で磁場発生源410がXY平面で回転した場合に、数2および数3で示した出力信号Vx、Vyが回転角θに応じて変化する。本例では、第1センサ対110の配列方向と、第2センサ対120の配列方向とが90度ずれているので、磁場発生源410が回転した場合の出力信号Vx、Vyは、理想的にはcosとsinとの関係となる。従って、検出角Φは次式で算出できる。
(数4)
Φ=arctan(Vy/Vx)
When the
(Equation 4)
Φ = arctan (Vy / Vx)
また、第3センサ対140に含まれる第5センサ素子142の出力信号をz1、第6センサ素子144の出力信号をz3とする。第4センサ対150に含まれる第7センサ素子152の出力信号をz2、第8センサ素子154の出力信号をz4とする。z1とz3の符号は互いに逆であり、z2とz4の符号も互いに逆となる。一例として出力信号z1、z2、z3、z4は、簡略的に次式で示される。
(数5)
z1=a
z2=a
z3=−a
z4=−a
The output signal of the
(Equation 5)
z1 = a
z2 = a
z3 = -a
z4 = -a
信号処理装置200は、磁気センサ100の各センサ素子の出力信号に基づいて、磁場発生源410の検出角Φを算出する。ここで、回転軸412、磁場発生源410、および、磁気センサ100のXY平面における実装位置に誤差がない場合、数4を用いて算出した検出角Φは、実際の回転角θに一致する。しかし、実装位置に誤差が生じると、数4で算出される検出角Φは、実際の回転角θに対して誤差が生じてしまう。
The
信号処理装置200は、第3センサ対140および第4センサ対150の出力信号に基づいて生成された較正パラメータを用いて、上記誤差を補正する。較正パラメータは、信号処理装置200に内部に設けられた較正装置が算出してよく、信号処理装置200の外部に設けられた較正装置が算出してもよい。
The
一例として較正装置は、磁場発生源410をXY平面において回転させた場合の第1センサ対110、第2センサ対120、第3センサ対140、および、第4センサ対150における磁場検出結果に応じた出力信号に基づいて、検出角Φを補正する較正パラメータを算出する。較正装置は、磁場発生源410をXY平面において1周回転させた場合の各出力信号を用いて、較正パラメータを算出してよい。較正装置は、磁場発生源410をXY平面において1周させる間、各出力信号を一定の周期でサンプリングしてよい。また、較正装置は、磁場発生源410をXY平面において複数周回転させて、出力信号を取得してもよい。
As an example, the calibration apparatus responds to magnetic field detection results in the
上述した実装位置の誤差が無い場合、第3センサ対140および第4センサ対150の各センサ素子の出力は数5に示される。このため、第3センサ対140における各センサ素子の出力の和z1+z3は回転角θによらずゼロとなり、また、第4センサ対150における各センサ素子の出力の和z2+z4もゼロとなる。一方で、実装位置に誤差が生じると、z1+z3はゼロとはならず、z2+z4もゼロとはならない。より具体的には、実装位置に誤差が無い場合、Bz(θ)=z1−z2+z3−z4は回転角θによらずゼロになるが、実装位置に誤差が生じると、Bz(θ)は周期的な信号になる。
When there is no mounting position error as described above, the output of each sensor element of the
図4は、回転軸412の中心が、XY磁場検出部の中心とずれている例を示す。XY磁場検出部の中心とは、例えば図1に示したXY座標系の原点である。この場合、信号Bz(θ)はゼロとならず、周期的な誤差成分が生じる。
FIG. 4 shows an example in which the center of the
図5は、回転軸412の中心がXY磁場検出部の中心に対して、X軸方向にずれた例と、Y軸方向にずれた例とを示す。本明細書では、回転軸412の中心がXY磁場検出部の中心に対して、X軸方向にずれた場合をXずれ、Y軸方向にずれた場合をYずれと称する場合がある。シミュレーションにより誤差成分を見積もった結果、回転軸412の中心がX軸方向にずれた場合、信号Bz(θ)のフーリエ級数におけるsinθの成分に誤差成分が表れることがわかった。同様に、回転軸412の中心がY軸方向にずれた場合、信号Bz(θ)のフーリエ級数におけるcosθの成分に誤差成分が表れることがわかった。
FIG. 5 shows an example in which the center of the
図6は、回転軸412の中心が、磁場発生源410の中心に対してずれている例を示す。つまり、回転軸412が、磁場発生源410に対して偏心して配置されている。この場合も、信号Bz(θ)はゼロとならず、周期的な誤差成分が生じる。
FIG. 6 shows an example in which the center of the
図7および図8は、回転軸412の中心が、磁場発生源410の中心に対して所定の方向にずれた例を示す。本明細書では、磁場発生源410において、θ=0のときにS極およびN極が並ぶ方向(図7の例ではX軸方向と一致)をd軸、d軸と直交する軸(図7の例ではY軸方向と一致)をq軸と称する場合がある。また、図7に示すように回転軸412の中心が磁場発生源410の中心に対してd軸方向にずれた場合をd偏心、図8に示すようにq軸方向にずれた場合をq偏心と称する場合がある。
7 and 8 show an example in which the center of the
シミュレーションにより誤差成分を見積もった結果、回転軸412の中心がd偏心した場合、信号Bz(θ)のフーリエ級数におけるsin2θの成分に誤差成分が表れることがわかった。同様に、回転軸412がq偏心した場合、信号Bz(θ)のフーリエ級数におけるcos2θの成分に誤差成分が表れることがわかった。
As a result of estimating the error component by simulation, it was found that when the center of the
Xずれ量を示す係数をDx、Yずれ量を示す係数をDy、d偏心量を示す係数をEd、q偏心量を示す係数をEqとする。信号Bz(θ)をフーリエ変換して得られるフーリエ級数Bz(FT)は、次式のように示される。なお、hは磁場の傾き等に応じた係数である。
(数6)
Bz(FT)=h(Dx・sinθ+Dy・cosθ−Ed・sin2θ
−Eq・cos2θ)
A coefficient indicating the X shift amount is Dx, a coefficient indicating the Y shift amount is Dy, a coefficient indicating the d eccentricity amount is Ed, and a coefficient indicating the q eccentricity amount is Eq. A Fourier series Bz (FT) obtained by Fourier transforming the signal Bz (θ) is expressed as the following equation. Here, h is a coefficient corresponding to the gradient of the magnetic field.
(Equation 6)
Bz (FT) = h (Dx · sin θ + Dy · cos θ−Ed · sin 2θ
−Eq · cos 2θ)
数6のように、Bz(FT)の各成分を検出することで、どのような実装位置ずれが生じているかを見積もることができる。較正装置は、信号Bz(θ)のフーリエ級数Bz(FT)の各成分に基づいて、回転角検出装置300における実装位置ずれを検出して、回転角検出装置300が検出する検出角を当該実装位置ずれに基づいて較正してよい。
By detecting each component of Bz (FT) as shown in Equation 6, it is possible to estimate what mounting position deviation has occurred. The calibration device detects a mounting position shift in the rotation
較正装置は、後述するように、振幅信号MAG(θ)のフーリエ級数の各成分と、信号Bz(θ)のフーリエ級数の各成分とを比較することで、検出角を較正する較正パラメータを算出してよい。ただし、検出角を較正する方法は上記の例に限定されない。 As will be described later, the calibration device calculates each calibration parameter for calibrating the detection angle by comparing each component of the Fourier series of the amplitude signal MAG (θ) with each component of the Fourier series of the signal Bz (θ). You can do it. However, the method of calibrating the detection angle is not limited to the above example.
なお信号Bz(θ)に表れる誤差成分の大きさは、実装位置のずれ量に他に、磁場強度にも依存する。このため、磁場強度が大きい場合には、実装位置のずれ量が小さくても、信号Bz(θ)が大きくなってしまう場合がある。このため、信号Bz(θ)を、磁場強度で規格化してから、フーリエ級数Bz(FT)を算出することが好ましい。 Note that the magnitude of the error component appearing in the signal Bz (θ) depends on the magnetic field strength in addition to the mounting position shift amount. For this reason, when the magnetic field strength is high, the signal Bz (θ) may increase even if the amount of mounting position shift is small. For this reason, it is preferable to calculate the Fourier series Bz (FT) after the signal Bz (θ) is normalized by the magnetic field strength.
振幅信号MAG(θ)を次式のように定義する。
(数7)
MAG(θ)=(Vx2+Vy2)1/2
較正装置は、Bz(θ)/MAG(θ)をフーリエ変換することで、Bz(FT)を算出することが好ましい。これにより、磁場強度の影響をなくして、実装位置ずれによる誤差成分を精度よく検出できる。
The amplitude signal MAG (θ) is defined as follows:
(Equation 7)
MAG (θ) = (Vx 2 + Vy 2 ) 1/2
The calibration apparatus preferably calculates Bz (FT) by performing a Fourier transform on Bz (θ) / MAG (θ). As a result, the influence of the magnetic field strength can be eliminated, and the error component due to the mounting position shift can be detected with high accuracy.
図9は、信号処理装置200、および、較正パラメータを算出する較正装置250の構成例を示すブロック図である。本例では、較正装置250が信号処理装置200に含まれていない例を示しているが、較正装置250は、信号処理装置200に含まれていてもよい。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the
信号処理装置200は、取得部210、第1信号算出部220、第2信号算出部230、第3信号算出部232、角度演算部240および較正パラメータ記憶部242を備える。取得部210は、磁気センサ100の各センサ素子が検出した磁場検出結果に応じた出力信号を取得する。
The
取得部210は、磁気センサ100と有線、無線、またはネットワークで接続されてよい。また、取得部210は、記憶装置等に接続され、当該記憶装置等に記憶された磁気センサ100の出力信号を取得してもよい。取得部210は、取得した磁気センサ100の出力信号を第1信号算出部220、第2信号算出部230および第3信号算出部232に供給する。
The
第1信号算出部220は、第1センサ対110の各センサ素子の出力信号の差分である信号Vx=x1−x2を算出する。第2信号算出部230は、第2センサ対120の各センサ素子の出力信号の差分である信号Vy=y1−y2を算出する。第3信号算出部232は、第3センサ対140および第4センサ対150の各センサ素子の出力信号に基づいて、信号Bz(θ)=z1−z2+z3−z4を算出する。
The first
角度演算部240は、第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、XY平面における磁場発生源410の検出角Φを演算する。角度演算部240は、数4に基づいて検出角Φを演算してよい。ただし、角度演算部240は、較正装置250が算出した較正パラメータに基づいて、実装位置ずれにより生じた検出角Φの検出誤差を較正する。較正パラメータは、検出角Φ毎に定められてよい。角度演算部240は、演算結果を外部に出力してよい。
The
較正パラメータ記憶部242は、較正装置250が算出した較正パラメータを予め記憶する。較正パラメータ記憶部242は、検出角Φの関数で示される較正パラメータを記憶してよく、検出角Φと較正パラメータとの関係を示すテーブルを記憶してもよい。角度演算部240は、較正パラメータ記憶部242が記憶した較正パラメータに基づいて、検出角Φを較正する。
The calibration
較正装置250は、取得部254および較正パラメータ算出部252を備える。取得部254は、磁場発生源410を回転させた場合の磁気センサ100の各センサ素子における磁場検出結果に応じた出力信号を取得する。本例の取得部254は、第1信号算出部220、第2信号算出部230および第3信号算出部232が算出したVx、VyおよびBz(θ)を、出力信号として取得する。なお、第3信号算出部232は、較正装置250に設けられていてもよい。他の例では、取得部254は、磁気センサ100の各センサ素子の出力を出力信号として取得してよく、信号処理装置200が磁気センサ100の各センサ素子の出力を用いて所定の演算を行った演算結果を出力信号として取得してもよい。
The
較正パラメータ算出部252は、角度演算部240が算出する検出角Φを較正する較正パラメータを、取得部254が取得した出力信号に基づいて算出する。較正パラメータ算出部252は、算出した較正パラメータを、較正パラメータ記憶部242に記憶させる。
The calibration
図10は、較正パラメータを算出する場合における、回転角検出装置300の動作例を示すフローチャートである。まず、磁場発生源410をXY平面において回転させて、磁気センサ100に回転磁場を印加する(S1010)。S1010において、信号処理装置200が、モーター420等を制御することで、磁場発生源410を回転させてよい。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of the rotation
磁気センサ100は、印加された磁場を検出し、較正装置250の取得部254は、磁気センサ100における検出結果に応じた出力信号を取得する(S1020)。次に、較正パラメータ算出部252は、数7および数4に基づいて、振幅信号MAG(θ)および検出角Φを算出する(S1030)。
The
次に、較正パラメータ算出部252は、信号Bz(θ)、振幅信号MAG(θ)および検出角Φに基づいて、較正パラメータを算出する(S1040)。較正パラメータの算出方法については後述する。次に、較正パラメータ算出部252は、算出した較正パラメータを、較正パラメータ記憶部242に記憶する(S1050)。
Next, the calibration
図11は、較正パラメータの算出方法の一例を示すフローチャートである。図11のフローチャートにおける各処理は、較正装置250が行ってよい。ただし、一部の処理は信号処理装置200が行ってもよい。
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a calibration parameter calculation method. Each process in the flowchart of FIG. 11 may be performed by the
S1110において、磁場発生源410をXY平面で回転させて、磁気センサ100に回転磁場を印加する。較正装置250は、複数の回転角θに対して、各センサ素子の出力信号を取得する。複数の回転角θは、磁場発生源410の1回転(360度)を等間隔に分割した回転角であってよい。
In step S1110, the magnetic
S1112において較正装置250は、数4および数7を用いて振幅信号MAG(θ)および検出角Φを算出する。較正装置250は、それぞれの回転角θに対して振幅信号MAGおよび検出角Φを算出する。
In S1112, the
S1114において較正装置250は、検出角Φを用いて振幅信号MAG(θ)を高速フーリエ変換する。検出角Φを用いるとは、振幅信号MAG(θ)において、Φをθに代入することをいう。この場合、回転角θを用いずに、振幅信号MAG(θ)を近似的にフーリエ変換できる。これに代えて較正装置250は、検出角Φを用いずに振幅信号MAG(θ)をフーリエ変換してもよい。この場合、較正装置250は、モーター420の制御信号等から、回転角θを取得してよい。
In S1114, the
S1118において、較正装置250は、次式に基づいて信号Bz(θ)を算出する。較正装置250は、複数の回転角θに対して、信号Bz(θ)を算出する。
(数8)
Bz(θ)=z1−z2+z3−z4
In S1118, the
(Equation 8)
Bz (θ) = z1-z2 + z3-z4
S1120において、較正装置250は、振幅信号MAG(θ)で、信号Bz(θ)を規格化する。一例として規格化とは、信号Bz(θ)を振幅信号MAG(θ)で除算することを指す。
In S1120, the
S1122において、較正装置250は規格化した信号Bz(θ)を高速フーリエ変換して、信号Bz(θ)のフーリエ級数Bz(FT)を算出する。S1122においても、較正装置250はΦをθに代入してよく、Φを用いなくともよい。
In S1122, the
磁気センサ100の出力から演算したBz(FT)は、次式で示される。
(数9)
Bz(FT)=α・sinθ+β・cosθ+γ・sin2θ+δ・cos2θ
一方で、実装位置に誤差が生じた場合のBz(FT)の理論式は、下式で与えられる。
(数10)
Bz(FT)=h(Dx・sinθ+Dy・cosθ−Ed・sin2θ
−Eq・cos2θ)
Bz (FT) calculated from the output of the
(Equation 9)
Bz (FT) = α · sin θ + β · cos θ + γ · sin 2θ + δ · cos 2θ
On the other hand, the theoretical formula of Bz (FT) when an error occurs in the mounting position is given by the following formula.
(Equation 10)
Bz (FT) = h (Dx · sin θ + Dy · cos θ−Ed · sin 2θ
−Eq · cos 2θ)
また、S1114において算出した振幅信号MAG(θ)のフーリエ級数MAG(FT)は、次式で示される。
(数11)
MAG(FT)=A・cosθ+B・sinθ+C・cos2θ+D・sin2θ
一方で、実装位置に誤差が生じた場合のMAG(FT)の理論式は、下式で与えられる。
(数12)
MAG(FT)=−2(3Dx・Ed+Dy・Eq)cosθ
+2(Dx・Eq−3Dy・Ed)sinθ
−(Dx2−Dy2)cos2θ
+2Dx・Dy・sin2θ
なお、数10および数12の理論式は一例であり、他の理論式を用いることもできる。例えば、X軸およびY軸と、d軸およびq軸との関係に応じて、理論式は変化し得る。また、理論式の導出方法によっても、理論式は変化し得る。本例における数10および数12の理論式の導出方法については後述する。
Further, the Fourier series MAG (FT) of the amplitude signal MAG (θ) calculated in S1114 is expressed by the following equation.
(Equation 11)
MAG (FT) = A · cos θ + B · sin θ + C · cos 2θ + D · sin 2θ
On the other hand, the theoretical formula of MAG (FT) when an error occurs in the mounting position is given by the following formula.
(Equation 12)
MAG (FT) = − 2 (3Dx · Ed + Dy · Eq) cos θ
+2 (Dx · Eq-3Dy · Ed) sinθ
− (Dx 2 −Dy 2 ) cos 2θ
+ 2Dx · Dy · sin2θ
The theoretical formulas of
数9および数10の各成分の係数は等しく、数11および数12の各成分の係数は等しい。このため、下記の関係が得られる。
(数13)
A=−2(3Dx・Ed+Dy・Eq) ・・・(1)
B= 2(Dx・Eq−3Dy・Ed) ・・・(2)
C= −(Dx2−Dy2) ・・・(3)
D= 2Dx・Dy ・・・(4)
α= h・Dx ・・・(5)
β= h・Dy ・・・(6)
γ= −h・Ed ・・・(7)
δ= −h・Eq ・・・(8)
The coefficients of the components of
(Equation 13)
A = -2 (3Dx · Ed + Dy · Eq) (1)
B = 2 (Dx · Eq−3Dy · Ed) (2)
C = − (Dx 2 −Dy 2 ) (3)
D = 2Dx · Dy (4)
α = h · Dx (5)
β = h · Dy (6)
γ = −h · Ed (7)
δ = −h · Eq (8)
式(5)および式(6)より、次式が得られる。
α・β=h2・Dx・Dy ・・・(9)
式(4)を式(9)に代入すると、次式が得られる。
α・β=h2・D/2
h=(2α・β/D)1/2 ・・・(10)
α、β、Dは、いずれも測定値から得られる値なので、式(10)から係数hを算出できる。較正パラメータ算出部252は、Bz(FT)の1倍角の成分(本例では、sinθの成分αおよびcosθの成分β)と、MAG(FT)の2倍角の成分(本例では、sin2θの成分D)とに基づいて、較正パラメータを算出してよい。
From the equations (5) and (6), the following equation is obtained.
α · β = h 2 · Dx · Dy (9)
Substituting equation (4) into equation (9) yields:
α ・ β = h 2・ D / 2
h = (2α · β / D) 1/2 (10)
Since α, β, and D are all values obtained from the measured values, the coefficient h can be calculated from Equation (10). The calibration
較正パラメータ算出部252は、係数hと、式(5)−(8)とに基づいて、較正パラメータDx、Dy、Ed、Eqの少なくとも一部を算出してよい。本例の較正パラメータ算出部252は、較正パラメータDx、Dy、Ed、Eqの全てを算出する。なお、較正パラメータDxは、Xずれにより生じる回転角検出誤差を補正するパラメータであり、較正パラメータDyは、Yずれにより生じる回転角検出誤差を補正するパラメータであり、較正パラメータEdは、d偏心により生じる回転角検出誤差を補正するパラメータであり、較正パラメータEqは、q偏心により生じる回転角検出誤差を補正するパラメータである。
The calibration
なお、係数α=h・Dx、係数β=h・Dy、および、係数D=2Dx・Dyのそれぞれの絶対値が、予め定められた値より小さい場合、係数hを算出することが困難になる。当該予め定められた値は、略ゼロの値である。S1122において、較正パラメータ算出部252は、係数α=h・Dx、係数β=h・Dy、および、係数D=2Dx・Dyが略ゼロであるか否かを判定する。
If the absolute values of the coefficient α = h · Dx, the coefficient β = h · Dy, and the coefficient D = 2Dx · Dy are smaller than predetermined values, it is difficult to calculate the coefficient h. . The predetermined value is a substantially zero value. In S1122, the calibration
係数α=h・Dx、係数β=h・Dy、および、係数D=2Dx・Dyの全ての絶対値が略ゼロの場合、実装位置の誤差が略ゼロであるので、較正パラメータ算出部252は、較正パラメータを算出しない。係数α=h・Dxおよび係数β=h・Dyの少なくとも一方の絶対値が略ゼロでない場合、較正パラメータ算出部252は、式(1)から式(10)において説明したように、Bz(FT)およびMAG(FT)の各成分の係数を比較することで、形状パラメータhを算出する。
When all the absolute values of the coefficient α = h · Dx, the coefficient β = h · Dy, and the coefficient D = 2Dx · Dy are substantially zero, the error of the mounting position is substantially zero. Therefore, the calibration
なお、係数α=h・Dxおよび係数β=h・Dyの一方の絶対値が略ゼロの場合、較正パラメータ算出部252は、式(3)に基づいてDxまたはDyを算出してよい。この場合、較正パラメータ算出部252は、式(5)または式(6)を用いて形状パラメータhを算出してよい。係数α=h・Dxおよび係数β=h・Dyの絶対値が共に略ゼロでない場合、較正パラメータ算出部252は、式(10)に基づいて形状パラメータhを算出する。
When one absolute value of coefficient α = h · Dx and coefficient β = h · Dy is substantially zero, calibration
較正パラメータ算出部252は、算出した形状パラメータhと、式(5)−(8)に基づいて、較正パラメータDx、Dy、EdおよびEqを算出する(S1128)。較正パラメータ算出部252は、算出した較正パラメータを、較正パラメータ記憶部242に記憶させてよい。較正パラメータ算出部252は、較正パラメータDx、Dy、EdおよびEqに基づいて、検出角Φを補正する補正係数を算出して、較正パラメータ記憶部242に記憶させてもよい。
The calibration
検出角Φの補正係数INL(θ)は、一例として次式で算出できる。
(数14)
INL(θ)=−2(Dx・Ed−Dy・Eq)sinθ
−2(Dx・Eq+Dy・Ed)cosθ
−(Dx2−Dy2)sin2θ+2Dx・Dy・cos2θ
補正係数INL(θ)の導出方法については後述する。
The correction coefficient INL (θ) of the detection angle Φ can be calculated by the following equation as an example.
(Equation 14)
INL (θ) = − 2 (Dx · Ed−Dy · Eq) sinθ
-2 (Dx · Eq + Dy · Ed) cosθ
− (Dx 2 −Dy 2 ) sin 2θ + 2Dx · Dy · cos 2θ
A method for deriving the correction coefficient INL (θ) will be described later.
較正パラメータ記憶部242に較正パラメータが記憶された後に、回転角検出装置300は、検出対象400の実動作時における回転角を検出する。具体的には、取得部210は、磁気センサ100の各センサ素子の出力信号を取得する。なお、実動作時における回転角を検出する場合、第3センサ対140および第4センサ対150の出力信号は取得しなくともよい。
After the calibration parameters are stored in the calibration
角度演算部240は、第1信号算出部220および第2信号算出部230の出力信号VxおよびVyに基づいて、検出対象400の検出角Φを検出する。このとき、角度演算部240は、次式に基づいて検出角Φを算出してよい。
(数15)
Φ=arctan(Vy/Vx)−INL(θ)
これにより、実装位置ずれによる角度検出誤差を低減することができる。
The
(Equation 15)
Φ = arctan (Vy / Vx) −INL (θ)
Thereby, the angle detection error due to the mounting position shift can be reduced.
図12は、Xずれ、および、d偏心が生じた場合の、検出磁場Bz(θ)の一例を示す図である。図12に示すように、Xずれが生じた場合、Bz(θ)には、sinθの成分が表れる。また、d偏心が生じた場合、Bz(θ)には、−sin2θの成分が表れる。また、Xずれとd偏心が共に生じた場合、Bz(θ)には、sinθの成分と−sin2θの成分が重畳して表れる。なお、Yずれが生じた場合、Bz(θ)にはcosθの成分が表れ、q偏心が生じた場合、Bz(θ)には−cos2θの成分が表れる。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the detected magnetic field Bz (θ) when X deviation and d eccentricity occur. As shown in FIG. 12, when an X shift occurs, a sin θ component appears in Bz (θ). When d eccentricity occurs, a component of −sin 2θ appears in Bz (θ). When both X deviation and d eccentricity occur, a sin θ component and a −sin 2θ component are superimposed on Bz (θ). When a Y shift occurs, a cos θ component appears in Bz (θ). When q eccentricity occurs, a −cos 2θ component appears in Bz (θ).
上述したように、Bz(θ)の各成分から、Xずれ、Yずれ、d偏心、q偏心の大きさに対応する較正パラメータDx、Dy、Ed、Eqを抽出できる。そして、検出角Φの補正係数INL(θ)は、較正パラメータDx、Dy、Ed、Eqから推定できる。 As described above, calibration parameters Dx, Dy, Ed, and Eq corresponding to the magnitudes of X deviation, Y deviation, d eccentricity, and q eccentricity can be extracted from each component of Bz (θ). The correction coefficient INL (θ) for the detection angle Φ can be estimated from the calibration parameters Dx, Dy, Ed, Eq.
なお、第3センサ対140および第4センサ対150はZ軸方向の磁場を検出するのに対し、第1センサ対110および第2センサ対120はX軸方向およびY軸方向の磁場を検出する。このため、第3センサ対140および第4センサ対150の検出結果にXずれ等が与える影響の大きさと、第1センサ対110および第2センサ対120の検出結果にXずれ等が与える影響の大きさは必ずしも一致しない。本例では、Bz(FT)とMAG(FT)の成分を比較することで、当該影響の大きさの関係を示す形状パラメータhを算出する。形状パラメータhを用いることで、Bz(θ)に基づいて抽出した較正パラメータDx、Dy、Ed、Eqに基づいて、検出角Φを精度よく補正できる。
The
図13は、検出角Φと、実際の回転角θとの角度誤差の大きさを、較正前および較正後について示す。図13に示すように、較正パラメータを用いて検出角Φを較正することで、回転角θに対する角度誤差を非常に小さくできた。 FIG. 13 shows the magnitude of the angle error between the detection angle Φ and the actual rotation angle θ before and after calibration. As shown in FIG. 13, by calibrating the detection angle Φ using the calibration parameters, the angle error with respect to the rotation angle θ can be made very small.
図14から図16は、MAG(θ)およびINL(θ)の理論式の導出方法の一例を説明する図である。図14は、磁場発生源410の中心にセンサが配置された例を示している。図14では、磁場発生源410の2つの磁極を2つの棒磁石で示している。それぞれの棒磁石の両端の磁気モーメントを+m、−mとし、長さを2aとする。また、それぞれの棒磁石とセンサとの距離をAとする。
FIGS. 14 to 16 are diagrams for explaining an example of a method for deriving theoretical expressions of MAG (θ) and INL (θ). FIG. 14 shows an example in which a sensor is arranged at the center of the magnetic
この場合、2つの磁極がセンサ位置(z=0)に与える磁場は、次式で示される。
(数16)
磁場発生源410が回転した場合にセンサに入力される磁場は、次式のようにHmag(z)にeiθを乗算したものになる。
(数17)
In this case, the magnetic field given to the sensor position (z = 0) by the two magnetic poles is expressed by the following equation.
(Equation 16)
The magnetic field input to the sensor when the magnetic
(Equation 17)
図15は、Hmag(z)・eiθを示す図である。図15に示すように、Hmag(z)・eiθは、複素平面において半径が4a/A2の真円を描く。つまり、実装位置の誤差が無ければ、センサに入力される磁場ベクトルは、回転角θに応じて真円を描く。 FIG. 15 is a diagram illustrating H mag (z) · e iθ . As shown in FIG. 15, H mag (z) · e iθ draws a perfect circle having a radius of 4a / A 2 in the complex plane. In other words, if there is no error in the mounting position, the magnetic field vector input to the sensor draws a perfect circle according to the rotation angle θ.
図16は、位置ずれと偏心が生じている場合を説明する図である。位置ずれ量Dおよび偏心量Eは次式で示される。
(数18)
D=Dx+iDy
E=Ed+iEq
この場合、磁気モーメントを基準にしたセンサの相対位置は、図14の例に対してE+De−iθ移動して見える。2つの磁極がセンサ位置に与える磁場は、次式で示される。
(数19)
なお数19においては、実装位置の誤差がある程度小さいと仮定して、3乗までのマクローリン展開で近似している。
数19に示すように、センサ位置における磁場には、eiθおよびei2θの項の誤差成分が含まれている。
FIG. 16 is a diagram for explaining a case where positional deviation and eccentricity occur. The positional deviation amount D and the eccentricity amount E are expressed by the following equations.
(Equation 18)
D = Dx + iDy
E = Ed + iEq
In this case, the relative position of the sensor based on the magnetic moment appears to move by E + De− iθ with respect to the example of FIG. The magnetic field given to the sensor position by the two magnetic poles is expressed by the following equation.
(Equation 19)
In Equation 19, assuming that the error of the mounting position is small to some extent, the approximation is performed by Macrolin expansion up to the third power.
As shown in Expression 19, the magnetic field at the sensor position includes an error component in terms of e iθ and e i2θ .
実装位置の誤差がない場合のHmag(z)を1として、数19のHmag(z)を規格化すると、次式のようになる。
(数20)
数20のように、実装位置の誤差が生じている場合、センサ位置に入力される磁場には、1次の回転ベクトル(eiθの項)と、2次の回転ベクトル(ei2θの項)が含まれる。
When H mag (z) in the case where there is no mounting position error is 1, and H mag (z) of Equation 19 is normalized, the following equation is obtained.
(Equation 20)
As shown in Equation 20, when a mounting position error has occurred, the magnetic field input to the sensor position includes a primary rotation vector (e iθ term) and a secondary rotation vector (e i2θ term). Is included.
図16に示した条件において磁気シミュレーターで求めた磁場を用いて、数20の式をフィッティングすると、数20は次式のように簡略化できる。
(数21)
なお、εは実数である。円柱状の2極磁石の場合、εは磁石とセンサの距離によらずほぼ固定値となり、磁気シミュレーターを用いて推定できる。一例としてεは2程度である。
When the equation (20) is fitted using the magnetic field obtained by the magnetic simulator under the conditions shown in FIG. 16, the equation (20) can be simplified as the following equation.
(Equation 21)
Note that ε is a real number. In the case of a cylindrical dipole magnet, ε is almost a fixed value regardless of the distance between the magnet and the sensor, and can be estimated using a magnetic simulator. As an example, ε is about 2.
数21の右辺の虚数項が角度誤差INL(θ)に対応し、実数項が振幅信号MAG(θ)に対応する。上述したεを代入して、数21の右辺の虚数項を算出すると、数14に示したINL(θ)が得られ、実数項を算出すると、数12のMAG(FT)が得られる。 The imaginary term on the right side of Equation 21 corresponds to the angle error INL (θ), and the real term corresponds to the amplitude signal MAG (θ). By substituting ε described above and calculating the imaginary term on the right side of Equation 21, INL (θ) shown in Equation 14 is obtained, and when the real term is calculated, MAG (FT) of Equation 12 is obtained.
図17は、信号処理装置200の他の構成例を示す図である。本例の信号処理装置200は、較正装置250を備える。他の構造は、図9に示した信号処理装置200と同一であってよい。この場合、信号処理装置200が、較正装置250としても機能してよい。つまり、信号処理装置200のCPU、メモリ等が、較正装置250としても機能してよい。
FIG. 17 is a diagram illustrating another configuration example of the
図1から図17において説明した回転角検出装置300は、例えば、工場出荷時にそれぞれ個別に較正パラメータを検出して記憶してから、市場に投入することができる。これにより、製造バラツキを低減させて精度を向上させた回転角検出装置300を供給できる。
The rotation
また、較正装置250を信号処理装置200に内蔵する場合、較正装置250は、経時変化した較正パラメータを検出してもよい。また、回転角検出装置300は、周囲温度毎に較正パラメータを記憶してもよい。この場合、回転角検出装置300は、周囲温度に対応する較正パラメータを用いて検出角Φを較正する。
When the
図18は、本実施形態に係る較正装置250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。コンピュータ1900は、信号処理装置200として機能してもよい。較正装置250として機能するコンピュータと、信号処理装置200として機能するコンピュータは、同一であってよく異なっていてもよい。また、複数のコンピュータが協働して較正装置250として機能してよく、複数のコンピュータが協働して信号処理装置200として機能してもよい。
FIG. 18 shows an example of a hardware configuration of a
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。
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。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、較正装置250の各構成、または、信号処理装置200の各構成として機能させる。
A program provided to 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、第1信号算出部220、第2信号算出部230、第3信号算出部232、角度演算部240、較正パラメータ記憶部242、較正パラメータ算出部252および取得部254の少なくとも一部として機能する。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装置250または信号処理装置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、100・・・磁気センサ、110・・・第1センサ対、112・・・第1センサ素子、114・・・第2センサ素子、120・・・第2センサ対、122・・・第3センサ素子、124・・・第4センサ素子、130・・・磁気収束板、140・・・第3センサ対、142・・・第5センサ素子、144・・・第6センサ素子、150・・・第4センサ対、152・・・第7センサ素子、154・・・第8センサ素子、200・・・信号処理装置、210・・・取得部、220・・・第1信号算出部、230・・・第2信号算出部、232・・・第3信号算出部、240・・・角度演算部、242・・・較正パラメータ記憶部、250・・・較正装置、252・・・較正パラメータ算出部、254・・・取得部、300・・・回転角検出装置、400・・・検出対象、410・・・磁場発生源、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 (12)
前記回転角検出装置は、
前記X軸方向の磁場および前記Y軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部と、
前記XY平面において前記XY磁場検出部を挟んで配置され、それぞれが前記XY平面に垂直なZ軸方向の磁場を検出する二対のセンサ素子を含むZ磁場検出部と、
を備え、
前記較正装置は、
前記磁場発生源を回転させた場合の前記XY磁場検出部および前記Z磁場検出部における磁場検出結果に応じた出力信号を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記出力信号に基づいて、前記回転角検出装置が検出する前記回転角を較正する較正パラメータを算出する較正パラメータ算出部と
を備える較正装置。 A rotation angle detection device calibration device for calculating a magnetic field in the XY plane and calculating a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction to detect a rotation angle in the XY plane of a magnetic field generation source rotating around the rotation axis,
The rotation angle detection device includes:
An XY magnetic field detector that detects the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction;
A Z magnetic field detection unit that includes two pairs of sensor elements that are arranged across the XY magnetic field detection unit in the XY plane and each detect a magnetic field in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane;
With
The calibration device comprises:
An acquisition unit for acquiring an output signal corresponding to a magnetic field detection result in the XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit when the magnetic field generation source is rotated;
A calibration device comprising: a calibration parameter calculation unit that calculates a calibration parameter for calibrating the rotation angle detected by the rotation angle detection device based on the output signal acquired by the acquisition unit.
前記較正パラメータ算出部は、Bz(θ)のフーリエ級数の1倍角の成分に基づいて、前記較正パラメータを算出する
請求項1に記載の較正装置。 The rotation angle of the magnetic field generation source is θ, the output signals of one pair of sensor elements in the Z magnetic field detection unit are z1 and z3, the output signals of the other pair of sensor elements are z2 and z4, and Bz (θ) = z1. -Z2 + z3-z4,
The calibration apparatus according to claim 1, wherein the calibration parameter calculation unit calculates the calibration parameter based on a component of a 1 × angle of the Fourier series of Bz (θ).
前記較正パラメータ算出部は、前記振幅信号を用いて前記Bz(θ)を正規化した値に基づいて、前記Bz(θ)に対応する前記フーリエ級数を算出する
請求項2に記載の較正装置。 When the magnetic field in the X-axis direction detected by the XY magnetic field detector is Vx, the magnetic field in the Y-axis direction is Vy, and the amplitude signal MAG is MAG (θ) = sqrt (Vx 2 + Vy 2 ),
The calibration apparatus according to claim 2, wherein the calibration parameter calculation unit calculates the Fourier series corresponding to the Bz (θ) based on a value obtained by normalizing the Bz (θ) using the amplitude signal.
請求項3に記載の較正装置。 The calibration apparatus according to claim 3, wherein the calibration parameter calculation unit calculates the calibration parameter further based on a double-angle component of a Fourier series of the amplitude signal.
前記XY磁場検出部と前記磁場発生源とのX軸方向における位置ずれにより生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータDx、
前記XY磁場検出部と前記磁場発生源とのY軸方向における位置ずれにより生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータDy、
前記磁場発生源の回転軸に対するd軸方向における偏心により生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータEd、および、
前記磁場発生源の回転軸に対するq軸方向における偏心により生じる回転角検出誤差を補正する較正パラメータEqの4個の較正パラメータのうちの少なくとも一つの較正パラメータを算出する
請求項4に記載の較正装置。 The calibration parameter calculation unit is based on a component of a single square of the Fourier series of Bz (θ) and a component of a double square of the Fourier series of the amplitude signal.
A calibration parameter Dx for correcting a rotation angle detection error caused by a positional shift in the X-axis direction between the XY magnetic field detection unit and the magnetic field generation source;
A calibration parameter Dy for correcting a rotation angle detection error caused by a positional shift in the Y-axis direction between the XY magnetic field detection unit and the magnetic field generation source;
A calibration parameter Ed for correcting a rotation angle detection error caused by eccentricity in the d-axis direction with respect to the rotation axis of the magnetic field generation source; and
The calibration apparatus according to claim 4, wherein at least one calibration parameter of four calibration parameters of a calibration parameter Eq for correcting a rotation angle detection error caused by eccentricity in a q-axis direction with respect to a rotation axis of the magnetic field generation source is calculated. .
請求項5に記載の較正装置。 The calibration apparatus according to claim 5, wherein the calibration parameter calculation unit calculates all four calibration parameters of the calibration parameter Dx, the calibration parameter Dy, the calibration parameter Ed, and the calibration parameter Eq.
請求項5または6に記載の較正装置。 The calibration parameter calculation unit calibrates when the absolute value of a component of a Bx (θ) Fourier series and the component of a double angle of the Fourier series of the amplitude signal is smaller than a predetermined value. The calibration device according to claim 5 or 6, wherein a parameter is not calculated.
前記回転角検出装置は、前記X軸方向の磁場および前記Y軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部と、前記XY平面において前記XY磁場検出部を挟んで配置され、それぞれが前記XY平面に垂直なZ軸方向の磁場を検出する二対のセンサ素子を含むZ磁場検出部と、を備え、
前記較正方法は、
前記磁場発生源を回転させた場合の前記XY磁場検出部および前記Z磁場検出部における検出結果に応じた出力信号を取得する取得段階と、
前記取得段階で取得した前記出力信号に基づいて、前記回転角検出装置が検出する前記回転角を較正する較正パラメータを算出するパラメータ算出段階と
を備える較正方法。 A method for calibrating a rotation angle detection device that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on an XY plane, and calculates a rotation angle in the XY plane of a magnetic field generation source that rotates around the rotation axis,
The rotation angle detection device is arranged with an XY magnetic field detection unit that detects the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction, and the XY magnetic field detection unit sandwiched between the XY planes, and each of them is on the XY plane. A Z magnetic field detection unit including two pairs of sensor elements for detecting a magnetic field in the vertical Z-axis direction,
The calibration method includes:
An acquisition step of acquiring an output signal according to a detection result in the XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit when the magnetic field generation source is rotated;
A parameter calculation step comprising: calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle detected by the rotation angle detection device based on the output signal acquired in the acquisition step.
前記X軸方向の磁場および前記Y軸方向の磁場を検出するXY磁場検出部と、
前記XY平面において前記XY磁場検出部を挟んで配置され、それぞれが前記XY平面に垂直なZ軸方向の磁場を検出する二対のセンサ素子を含むZ磁場検出部と、
前記磁場発生源を回転させた場合の前記XY磁場検出部および前記Z磁場検出部における検出結果に応じた出力信号に基づいて生成された較正パラメータを記憶する較正パラメータ記憶部と、
前記XY磁場検出部が検出した前記X軸方向の磁場および前記Y軸方向の磁場と、前記較正パラメータとに基づいて前記磁場発生源の回転角を算出する角度演算部と
を備える回転角検出装置。 A rotation angle detector that detects a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, and calculates a rotation angle in the XY plane of a magnetic field generation source that rotates around the rotation axis,
An XY magnetic field detector that detects the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction;
A Z magnetic field detection unit that includes two pairs of sensor elements that are arranged across the XY magnetic field detection unit in the XY plane and each detect a magnetic field in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane;
A calibration parameter storage unit that stores calibration parameters generated based on output signals according to detection results in the XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit when the magnetic field generation source is rotated;
A rotation angle detection device comprising: an angle calculation unit that calculates a rotation angle of the magnetic field generation source based on the magnetic field in the X axis direction and the magnetic field in the Y axis direction detected by the XY magnetic field detection unit, and the calibration parameter. .
前記較正パラメータ記憶部は、前記外部の較正装置が算出した前記較正パラメータを記憶する
請求項10に記載の回転角検出装置。 The XY magnetic field detection unit and the Z magnetic field detection unit output signals indicating the magnetic field in the X-axis direction, the magnetic field in the Y-axis direction, and the magnetic field in the Z-axis direction to an external calibration device,
The rotation angle detection device according to claim 10, wherein the calibration parameter storage unit stores the calibration parameter calculated by the external calibration device.
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