JP4706413B2 - 磁気式エンコーダ装置、その回転角度算出方法および位置検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、産業用ロボット、ＮＣ工作機械等に用いられるモータの回転位置を検出する磁気式エンコーダ装置、及び回転角度算出方法に関する。
従来の磁気式エンコーダには、図１３に示すようなものがある。（例えば、特許文献１参照）。図１３はその構成を示す斜視図、図１４は磁界検出素子４から出力される各相信号を処理する信号処理回路のブロック図である。また、図１５は特許文献１には図示されていないが、角度演算を説明するためのフロー図である。図１３において、１は回転体、２は回転体１の端部に固定された円板状の発磁体を構成する永久磁石で、永久磁石２の表面は回転体１に垂直な一方向に磁化されている。３は永久磁石２の外周側に設けられたリング状の固定体、４は回転体１の回転中心に対し同心円状にして設けられ、且つ、固定体３の周方向に互いに等間隔に配設された磁界検出素子であって、４個の磁界検出素子４１、４２、４３、４４から構成されている。このような各磁界検出素子は、永久磁石２の外周面に対して空隙を介して対向し、且つ、互いに機械角で９０度位相をずらしてＡ1相検出素子４１とＢ1相検出素子４２を設け、さらにＡ1相検出素子４１に対して機械角で１８０度位相をずらしてＡ2相検出素子 ７３を、Ｂ1相検出素子４３に対して機械角で１８０度位相をずらしてＢ2相検出素子４４を設けている。
次に、磁界検出素子４から出力される各相信号を処理する信号処理回路５について説明する。図１４において、５は信号処理回路であって、Ｖa1とＶa2の差動信号Ｖaを出力する差動増幅器５３と、Ｖb1とＶb2の差動信号Ｖbを出力する差動増幅器 ５４と、差動信号ＶaとＶbとから、
ａｒｃｔａｎ（Ｖa／Ｖb）・・・（１）
の演算を行って回転角度を演算する角度演算回路５７とを設けている。
即ち、図１５のフロー図に示すように、磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路５は各パラメータを初期値に設定する初期設定を行う。次に、ステップ６０１（Ｓ６０１）で磁界検出素子４の信号を取得する。
本実施例ではＶａ、及びＶｂの信号が入力される。Ｓ６０２で角度θを（１）式で導出して、Ｓ６０３で求めた、θを信号処理回路５に接続された上位機器（図示していない）に出力する。
このように、従来の装置は、永久磁石２が発する磁界を磁界検出素子により検出して信号処理回路により角度演算を行い、回転体１の１回転以内の回転位置を検出するのである。
しかし、以上のような特許文献１の磁気式エンコーダ装置では、磁界検出素子４の出力のオフセット（「不平衡出力」と同義語であり、本文では「オフセット」と表記する。）や感度が温度変動により変動していた。すなわち、永久磁石２の磁束密度や、磁界検出素子４の感度の温度による変動は、差動信号Ｖａ，Ｖｂに同様の比率で発生するため、角度演算時の式（１）において相殺され、温度変動による回転角度の変動は極めて微小である。
しかしながら、磁界検出素子のオフセットの温度ドリフト量はばらつきがあるため、温度変動により回転角度の誤差が発生する。そこで、磁界検出素子を選別することによりオフセットの温度ドリフト量の低減を図っていたが、選別の工程が増えるなどの問題が本方式の適用範囲を狭めていた。
そこで、オフセットの温度ドリフト量を、あらかじめ測定し、温度を計測して補正することが特許文献２で提案されている。
本文献は適用分野は異なるのだが磁界検出素子であるホール素子のオフセットの温度ドリフト量を補正しようとする点で課題が共通である。
特許文献２では、あらかじめ複数のホール素子の周囲温度−オフセット電圧特性を測定し、ばらつきはあるものの数種の代表的な関係を計測しておき、実機に搭載されるホール素子のオフセット電圧を測定して前記周囲温度−オフセット電圧特性に当てはめて温度係数を求め、ホール素子近傍に設置した温度検出素子と温度係数を用いた温度補償回路を構成しホール素子の温度補正を行うこととしている。
特表ＷＯ９９／１３２９６
特開平７−２０１５５号公報（第５頁、図４）
次に、磁界検出素子４から出力される各相信号を処理する信号処理回路５について説明する。図１４において、５は信号処理回路であって、Ｖa1とＶa2の差動信号Ｖaを出力する差動増幅器５３と、Ｖb1とＶb2の差動信号Ｖbを出力する差動増幅器 ５４と、差動信号ＶaとＶbとから、
ａｒｃｔａｎ（Ｖa／Ｖb）・・・（１）
の演算を行って回転角度を演算する角度演算回路５７とを設けている。
即ち、図１５のフロー図に示すように、磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路５は各パラメータを初期値に設定する初期設定を行う。次に、ステップ６０１（Ｓ６０１）で磁界検出素子４の信号を取得する。
本実施例ではＶａ、及びＶｂの信号が入力される。Ｓ６０２で角度θを（１）式で導出して、Ｓ６０３で求めた、θを信号処理回路５に接続された上位機器（図示していない）に出力する。
このように、従来の装置は、永久磁石２が発する磁界を磁界検出素子により検出して信号処理回路により角度演算を行い、回転体１の１回転以内の回転位置を検出するのである。
しかし、以上のような特許文献１の磁気式エンコーダ装置では、磁界検出素子４の出力のオフセット（「不平衡出力」と同義語であり、本文では「オフセット」と表記する。）や感度が温度変動により変動していた。すなわち、永久磁石２の磁束密度や、磁界検出素子４の感度の温度による変動は、差動信号Ｖａ，Ｖｂに同様の比率で発生するため、角度演算時の式（１）において相殺され、温度変動による回転角度の変動は極めて微小である。
しかしながら、磁界検出素子のオフセットの温度ドリフト量はばらつきがあるため、温度変動により回転角度の誤差が発生する。そこで、磁界検出素子を選別することによりオフセットの温度ドリフト量の低減を図っていたが、選別の工程が増えるなどの問題が本方式の適用範囲を狭めていた。
そこで、オフセットの温度ドリフト量を、あらかじめ測定し、温度を計測して補正することが特許文献２で提案されている。
本文献は適用分野は異なるのだが磁界検出素子であるホール素子のオフセットの温度ドリフト量を補正しようとする点で課題が共通である。
特許文献２では、あらかじめ複数のホール素子の周囲温度−オフセット電圧特性を測定し、ばらつきはあるものの数種の代表的な関係を計測しておき、実機に搭載されるホール素子のオフセット電圧を測定して前記周囲温度−オフセット電圧特性に当てはめて温度係数を求め、ホール素子近傍に設置した温度検出素子と温度係数を用いた温度補償回路を構成しホール素子の温度補正を行うこととしている。
しかしながら、上記従来技術においては、特許文献１の場合は、オフセットの温度ドリフトが発生しても修正することができないため精度が劣化していた。また検出素子を事前に選別することも考えられるが、コストが上昇するため従来の磁気式エンコーダ装置の適用範囲を狭めるという問題があった。
また、常にオフセット値を修正することも考えられるが、実際には温度の変動は一般に時定数が大きく、更に本装置の使用中は、温度が上昇した後一定になることが多いので、オフセット値を逐次検出することはＣＰＵの負担を大きくすることになる。従って、回路が大型化してコストが上がり、従来の磁気式エンコーダの適用範囲を狭めるという問題があった。
また、特許文献２の場合は、温度計測のため温度検出素子や温度補償回路を磁界検出素子近傍に配置することは、デバイス点数が多くなり高価になることや、大型化して、配線数が増えるなど好ましくない。
また、ホール素子の周囲温度−オフセット電圧特性は実際には線形のものだけではないことから、オフセット温度ドリフトを補正することは困難である。
これらのことから、従来の磁気式エンコーダ装置の適用範囲を狭めるという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、磁界検出素子を選別する必要が無く、ＣＰＵの負担を軽減して磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを低減できて、コストを維持し精度を高くすることが可能であり、また、磁界検出素子近傍に温度計測のための温度検出素子を配置することなく温度検出を行い、オフセット値の温度ドリフトを補正することによって、高精度な位置検出が行える適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置及びその回転角度算出方法を提供することを目的とする。
また、常にオフセット値を修正することも考えられるが、実際には温度の変動は一般に時定数が大きく、更に本装置の使用中は、温度が上昇した後一定になることが多いので、オフセット値を逐次検出することはＣＰＵの負担を大きくすることになる。従って、回路が大型化してコストが上がり、従来の磁気式エンコーダの適用範囲を狭めるという問題があった。
また、特許文献２の場合は、温度計測のため温度検出素子や温度補償回路を磁界検出素子近傍に配置することは、デバイス点数が多くなり高価になることや、大型化して、配線数が増えるなど好ましくない。
また、ホール素子の周囲温度−オフセット電圧特性は実際には線形のものだけではないことから、オフセット温度ドリフトを補正することは困難である。
これらのことから、従来の磁気式エンコーダ装置の適用範囲を狭めるという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、磁界検出素子を選別する必要が無く、ＣＰＵの負担を軽減して磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを低減できて、コストを維持し精度を高くすることが可能であり、また、磁界検出素子近傍に温度計測のための温度検出素子を配置することなく温度検出を行い、オフセット値の温度ドリフトを補正することによって、高精度な位置検出が行える適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置及びその回転角度算出方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、第１に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電流で駆動する定電流駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、前記少なくとも２つの磁界検出素子４の駆動電圧を計測し、前記信号処理回路に入力して、あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を有する信号処理回路を備えていることを特徴としている。
また、第２に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電流で駆動する定電流駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法において、前記少なくとも２つの磁界検出素子の駆動電圧を計測し、前記信号処理回路に入力して、あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理することを特徴としている。
また、第３に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電圧で駆動する定電圧駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、前記少なくとも２つの磁界検出素子に直列に接続された温度推定用抵抗間電圧を計測し、前記信号処理回路に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗間電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を有する信号処理回路を備えていることを特徴としている。
また、第４に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電圧で駆動する定電圧駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法において、前記少なくとも２つの磁界検出素子に直列に接続された温度推定用抵抗間電圧を計測し、前記信号処理回路に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗間電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理することを特徴としている。
また、第１に観点による発明は、前記磁界検出素子の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗間電圧が、前記信号処理回路にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子のオフセットの補正値Ｖoffn,Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を信号処理回路５に備えていることを特徴としている。
また、第６に観点による発明は、前記磁界検出素子の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗間電圧が、前記信号処理回路にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子のオフセットの補正値Ｖoffn，Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理することを特徴としている。
また、第７に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を駆動する駆動回路、及び前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダの位置検出方法において、温度Ｔがあらかじめ記録された閾値Ｔｍを超えたとき、前記信号処理回路に入力された前記磁界検出素子の信号のオフセット値を求め、前記信号からオフセット値の除去を行い位置算出することを特徴としている。
また、第８に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を駆動する駆動回路、及び前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、温度Ｔがあらかじめセットされた値Ｔｍを超えたとき、前記信号処理回路に入力された前記磁界検出素子の信号のオフセット値を求め、前記信号からオフセット値の除去を行い位置算出する信号処理回路を備えたことを特徴としている。
また、第９に観点による発明は、前記閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行って位置演算することを特徴としている。
また、第１０に観点による発明は、前記閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行い位置演算する信号処理回路を備えたことを特徴としている。
また、第１１に観点による発明は、前記永久磁石がリング状を成し、この永久磁石の外周にリング形状磁気ヨークが形成されていることを特徴としている。
また、第２に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電流で駆動する定電流駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法において、前記少なくとも２つの磁界検出素子の駆動電圧を計測し、前記信号処理回路に入力して、あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理することを特徴としている。
また、第３に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電圧で駆動する定電圧駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、前記少なくとも２つの磁界検出素子に直列に接続された温度推定用抵抗間電圧を計測し、前記信号処理回路に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗間電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を有する信号処理回路を備えていることを特徴としている。
また、第４に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を定電圧で駆動する定電圧駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法において、前記少なくとも２つの磁界検出素子に直列に接続された温度推定用抵抗間電圧を計測し、前記信号処理回路に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗間電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理することを特徴としている。
また、第１に観点による発明は、前記磁界検出素子の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗間電圧が、前記信号処理回路にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子のオフセットの補正値Ｖoffn,Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を信号処理回路５に備えていることを特徴としている。
また、第６に観点による発明は、前記磁界検出素子の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗間電圧が、前記信号処理回路にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子のオフセットの補正値Ｖoffn，Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理することを特徴としている。
また、第７に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を駆動する駆動回路、及び前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダの位置検出方法において、温度Ｔがあらかじめ記録された閾値Ｔｍを超えたとき、前記信号処理回路に入力された前記磁界検出素子の信号のオフセット値を求め、前記信号からオフセット値の除去を行い位置算出することを特徴としている。
また、第８に観点による発明は、回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を駆動する駆動回路、及び前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、温度Ｔがあらかじめセットされた値Ｔｍを超えたとき、前記信号処理回路に入力された前記磁界検出素子の信号のオフセット値を求め、前記信号からオフセット値の除去を行い位置算出する信号処理回路を備えたことを特徴としている。
また、第９に観点による発明は、前記閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行って位置演算することを特徴としている。
また、第１０に観点による発明は、前記閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行い位置演算する信号処理回路を備えたことを特徴としている。
また、第１１に観点による発明は、前記永久磁石がリング状を成し、この永久磁石の外周にリング形状磁気ヨークが形成されていることを特徴としている。
第１に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４のうち、少なくとも２つの磁界検出素子４の駆動電圧を計測し、信号処理回路５に入力して、あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を有する信号処理回路５を備えているので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第２に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４の駆動電圧を計測し、信号処理回路５に入力して、あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理するので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を提供することができる。
また、第３に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４に直列に接続された温度推定用抵抗７間電圧を計測し、信号処理回路５に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗７間電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を有する信号処理回路５を備えているので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第４に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４に直列に接続された温度推定用抵抗７間電圧を計測し、信号処理回路５に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗７間電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理するので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を提供することができる。
また、第５に観点による発明によると、磁界検出素子４の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗７間電圧が、信号処理回路５にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している磁界検出素子４のオフセットの補正値Ｖoffn，Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を信号処理回路５に備えているので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上する。適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第６に観点による発明によると、磁界検出素子４の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗７間電圧が、信号処理回路５にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子４のオフセットの補正値Ｖoffn,，Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理するので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を提供することができる。
第７に観点によるに記載の発明によると、温度Ｔがあらかじめ記録された閾値Ｔｍを超えたとき、信号処理回路６に入力された磁界検出素子４の信号のオフセット値を求め、信号からオフセット値の除去を行い位置算出する磁気式エンコーダの位置検出方法としているので、頻繁にオフセット値を求めないのでＣＰＵの負担を加えずに位置検出できるので、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の位置検出方法を提供することができる。
また、第８に観点による発明によると、温度Ｔがあらかじめセットされた値Ｔｍを超えたとき、信号処理回路６に入力された磁界検出素子４の信号のオフセット値を求め、信号からオフセット値の除去を行い位置算出する信号処理回路６を備えた磁気式エンコーダ装置としているので、素子選別を行うことなく適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第９に観点による発明によると、閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行って位置演算する磁気式エンコーダの位置検出方法としているので、温度範囲が広く、適用範囲の広い磁気式エンコーダの位置検出方法を提供することができる。
また、第１０に観点による発明によると、閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行い位置演算する信号処理回路６を備えた磁気式エンコーダ装置としているので、温度範囲が広く、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第１１に観点による発明によると、前記永久磁石がリング状を成し、この永久磁石の外周にリング形状磁気ヨークが形成されているので、アウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置に対して、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、適用範囲の広いアウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第２に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４の駆動電圧を計測し、信号処理回路５に入力して、あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理するので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を提供することができる。
また、第３に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４に直列に接続された温度推定用抵抗７間電圧を計測し、信号処理回路５に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗７間電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を有する信号処理回路５を備えているので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第４に観点による発明によると、少なくとも２つの磁界検出素子４に直列に接続された温度推定用抵抗７間電圧を計測し、信号処理回路５に入力してあらかじめ記録している温度推定用抵抗７間電圧と温度の関係から磁界検出素子４の温度を推定する。さらに、あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理するので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を提供することができる。
また、第５に観点による発明によると、磁界検出素子４の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗７間電圧が、信号処理回路５にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している磁界検出素子４のオフセットの補正値Ｖoffn，Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行う機能を信号処理回路５に備えているので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上する。適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第６に観点による発明によると、磁界検出素子４の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗７間電圧が、信号処理回路５にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子４のオフセットの補正値Ｖoffn,，Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、磁界検出素子４から得られる信号に加え、回転角度の算出を行うという手順で処理するので、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、磁気式エンコーダの精度が向上し、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を提供することができる。
第７に観点によるに記載の発明によると、温度Ｔがあらかじめ記録された閾値Ｔｍを超えたとき、信号処理回路６に入力された磁界検出素子４の信号のオフセット値を求め、信号からオフセット値の除去を行い位置算出する磁気式エンコーダの位置検出方法としているので、頻繁にオフセット値を求めないのでＣＰＵの負担を加えずに位置検出できるので、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の位置検出方法を提供することができる。
また、第８に観点による発明によると、温度Ｔがあらかじめセットされた値Ｔｍを超えたとき、信号処理回路６に入力された磁界検出素子４の信号のオフセット値を求め、信号からオフセット値の除去を行い位置算出する信号処理回路６を備えた磁気式エンコーダ装置としているので、素子選別を行うことなく適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第９に観点による発明によると、閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行って位置演算する磁気式エンコーダの位置検出方法としているので、温度範囲が広く、適用範囲の広い磁気式エンコーダの位置検出方法を提供することができる。
また、第１０に観点による発明によると、閾値Ｔｍがｎ個設定され、温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間はオフセット値の演算は行わず、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、オフセット値の演算を行い、オフセット値の除去を行い位置演算する信号処理回路６を備えた磁気式エンコーダ装置としているので、温度範囲が広く、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、第１１に観点による発明によると、前記永久磁石がリング状を成し、この永久磁石の外周にリング形状磁気ヨークが形成されているので、アウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置に対して、磁界検出素子のオフセット温度ドリフトを補正することが出来、適用範囲の広いアウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る磁気式エンコーダ装置の構成図である。
図において、１は回転体であり、２は回転体１に固定された永久磁石、４は永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体３に取り付けられた４つの磁界検出素子、５１は磁界検出素子４を定電流にて駆動する、定電流駆動回路、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路である。永久磁石２は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ 系磁石、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されＮ−Ｓ の２極となっている。寸法は例えば、直径が３ｍｍ、厚さが１ｍｍである。磁界検出素子４は４個のホール効果素子からなり、永久磁石２の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０ 度位相をずらしてＡ1 相検出素子４１とＢ1 相検出素子４２を設け、さらにＡ1 相検出素子４１ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＡ2 相検出素子４３ を、Ｂ1 相検出素子４２ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＢ2 相検出素子４４ を設けてある。５１は定電流駆動回路である。
図において、１は回転体であり、２は回転体１に固定された永久磁石、４は永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体３に取り付けられた４つの磁界検出素子、５１は磁界検出素子４を定電流にて駆動する、定電流駆動回路、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路である。永久磁石２は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ 系磁石、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されＮ−Ｓ の２極となっている。寸法は例えば、直径が３ｍｍ、厚さが１ｍｍである。磁界検出素子４は４個のホール効果素子からなり、永久磁石２の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０ 度位相をずらしてＡ1 相検出素子４１とＢ1 相検出素子４２を設け、さらにＡ1 相検出素子４１ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＡ2 相検出素子４３ を、Ｂ1 相検出素子４２ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＢ2 相検出素子４４ を設けてある。５１は定電流駆動回路である。
図２は、磁界検出素子４の温度を測定するための定電流駆動回路５１及び信号処理回路５の回路ブロック図である。定電流駆動回路５１の出力Ｖｃｃｔ１、及びＶｃｃｔ２をそれぞれ、信号処理回路５の差動増幅器５３に接続しており、差動後の温度推定用電圧ＶｃｃｔとしてＡ/Ｄ変換回路５６に入力され、角度演算回路５７に入力される。一方、Ａ1 相検出素子４１，Ａ２相検出素子４２，から出力されるＡ1 相, Ａ２相の各信号は差動増幅器５４に入力され、Ｂ1 相検出素子４３，Ｂ２相検出素子４４，から出力されるＢ1 相, Ｂ２相の各信号は差動増幅器５５に入力される。さらに各々の出力はＡ／Ｄ変換回路５６に入力され、角度演算回路５７に入力される。
本発明が特許文献１と異なる部分は、定電圧駆動回路５１他の温度推定用の電圧を計測する為の回路が接続されていることである。
本発明が特許文献１と異なる部分は、定電圧駆動回路５１他の温度推定用の電圧を計測する為の回路が接続されていることである。
その動作は、回転体１の回転に伴って、永久磁石２が回転する。永久磁石２の発する磁界を磁界検出素子４にて検出し電気信号に変換され、信号処理回路５に入力される。本発明の磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を、フローチャートを用いて説明する。
図３は回転角度算出方法のフローチャートである。磁界検出素子出力Ｖａ，Ｖｂを取得して（ステップ１０１）、温度推定用電圧Ｖｃｃｔを取得する（ステップ１０２）。
任意の温度範囲においてあらかじめＴ＝α×Ｖｃｃｔ＋βとして算出が可能になっているので、取得したＶｃｃｔ値から温度Ｔを推定する（ステップ１０３）。あらかじめ記録されている温度Ｔｎ値にもっとも近い値からＶｍｏｆｆｎ値（ｍ＝ａ，ｂ）を決定し（ステップ１０４）、得られたＶｍｏｆｆｎ値をＶａ、Ｖｂに代入してオフセットを調整する（ステップ１０５）。さらにＶａ，Ｖｂを用いて角度θの演算、
θ＝arctan（Ｖａ／Ｖｂ）
を行って、角度θを算出し（ステップＳ１０６）、角度θを出力する（ステップ１０７）。
図３は回転角度算出方法のフローチャートである。磁界検出素子出力Ｖａ，Ｖｂを取得して（ステップ１０１）、温度推定用電圧Ｖｃｃｔを取得する（ステップ１０２）。
任意の温度範囲においてあらかじめＴ＝α×Ｖｃｃｔ＋βとして算出が可能になっているので、取得したＶｃｃｔ値から温度Ｔを推定する（ステップ１０３）。あらかじめ記録されている温度Ｔｎ値にもっとも近い値からＶｍｏｆｆｎ値（ｍ＝ａ，ｂ）を決定し（ステップ１０４）、得られたＶｍｏｆｆｎ値をＶａ、Ｖｂに代入してオフセットを調整する（ステップ１０５）。さらにＶａ，Ｖｂを用いて角度θの演算、
θ＝arctan（Ｖａ／Ｖｂ）
を行って、角度θを算出し（ステップＳ１０６）、角度θを出力する（ステップ１０７）。
本実施例では以上のように磁界検出素子の温度を推定できるので、２０℃から１００℃に磁界検出素子周囲温度をあげた場合、従来の温度推定が無くオフセット温度ドリフトを補正しない方法では、角度出力精度の温度変動による誤差は±1.6度であることに対し、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を１０℃毎にし、Ｖｍｏｆｆｎ値を記録して実施したところ角度出力精度の温度変動による誤差は約１／４０となった。以上のように、本実施例を用いれば磁界検出素子周囲の温度変化に対しても高い精度が維持される適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。
なお、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を１０℃毎にＶｍｏｆｆｎ値を記録して実施しているが、記録が可能な限り温度間隔を狭めれば精度が向上することは言うまでもない。
また、本実施例では定電流駆動回路５１の端子間を差動増幅器としているが、入力電圧が十分大きい場合、低減するＡＭＰを用いても同様の効果が得られることは自明である。
さらに、信号はすべてＡ／Ｄ変換回路５６に入力しているが、他のＡ／Ｄ変換回路に接続し角度演算回路５７に接続しても良いことは自明である。
なお、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を１０℃毎にＶｍｏｆｆｎ値を記録して実施しているが、記録が可能な限り温度間隔を狭めれば精度が向上することは言うまでもない。
また、本実施例では定電流駆動回路５１の端子間を差動増幅器としているが、入力電圧が十分大きい場合、低減するＡＭＰを用いても同様の効果が得られることは自明である。
さらに、信号はすべてＡ／Ｄ変換回路５６に入力しているが、他のＡ／Ｄ変換回路に接続し角度演算回路５７に接続しても良いことは自明である。
次に、実施例２について図を参照して説明する。
図４は本発明の実施例２に係る磁気式エンコーダ装置の構成図である。
図４において、１は回転体であり、２は回転体１に固定された永久磁石、４は永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体３に取り付けられた４つの磁界検出素子、５２は磁界検出素子４を定電流にて駆動する定電圧駆動回路、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路である。永久磁石２は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ 系磁石、Ｎｅ −Ｆｅ −Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されＮ −Ｓ の２ 極となっている。寸法は、例えば、直径が３ｍｍ 、厚さが１ｍｍ である。
磁界検出素子４は、４個のホール効果素子からなり、永久磁石２の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０ 度位相をずらしてＡ1 相検出素子４１ とＢ1 相検出素子４２ を設け、さらにＡ1 相検出素子４１ に対して電気角で１８０ 度位相をずらして Ａ2 相検出素子４３ を、Ｂ1 相検出素子４２ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＢ2 相検出素子４４ を設けてある。５２は定電圧駆動回路である。
図４は本発明の実施例２に係る磁気式エンコーダ装置の構成図である。
図４において、１は回転体であり、２は回転体１に固定された永久磁石、４は永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体３に取り付けられた４つの磁界検出素子、５２は磁界検出素子４を定電流にて駆動する定電圧駆動回路、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路である。永久磁石２は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ 系磁石、Ｎｅ −Ｆｅ −Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されＮ −Ｓ の２ 極となっている。寸法は、例えば、直径が３ｍｍ 、厚さが１ｍｍ である。
磁界検出素子４は、４個のホール効果素子からなり、永久磁石２の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０ 度位相をずらしてＡ1 相検出素子４１ とＢ1 相検出素子４２ を設け、さらにＡ1 相検出素子４１ に対して電気角で１８０ 度位相をずらして Ａ2 相検出素子４３ を、Ｂ1 相検出素子４２ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＢ2 相検出素子４４ を設けてある。５２は定電圧駆動回路である。
図５は、磁界検出素子４の温度を測定するための定電圧駆動回路５２及び信号処理回路５の回路ブロック図である。定電圧駆動回路５２の素子駆動配線の一部に温度推定用抵抗８を設けている。温度推定用抵抗８の両端出力Ｖｃｖｔ１、及びＶｃｖｔ２をそれぞれ、信号処理回路５の差動増幅器５３に接続しており、差動後の温度推定用電圧ＶｃｖｔとしてＡ/Ｄ変換回路５６に入力し、角度演算回路５７に入力している。一方、Ａ1 相検出素子４１，Ａ２相検出素子４２，から出力されるＡ1 相, Ａ２相の各信号は差動増幅器５４に入力され、Ｂ1 相検出素子４３，Ｂ２相検出素子４４，から出力されるＢ1 相, Ｂ２相の各信号は差動増幅器５５に入力される。さらに各々の出力はＡ／Ｄ変換回路５６に入力されて、角度演算回路５７に入力される。
本発明が特許文献１、及び実施例１と異なる部分は、定電圧駆動回路５２に温度推定用抵抗６を備えて、電圧を計測するための回路が接続がなされている点である。
本発明が特許文献１、及び実施例１と異なる部分は、定電圧駆動回路５２に温度推定用抵抗６を備えて、電圧を計測するための回路が接続がなされている点である。
その動作は、実施例１と同様に回転体１の回転に伴って永久磁石２が回転する。永久磁石２の発する磁界を磁界検出素子４にて検出して電気信号に変換し、信号処理回路５に入力する。本発明の磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法を、フローチャートを用いて説明する。
図６は回転角度算出方法のフローチャートである。磁界検出素子出力Ｖａ，Ｖｂを取得し（ステップ２０１）、温度推定用電圧Ｖｃｖｔを取得する（ステップ２０２）。任意の温度範囲においてあらかじめＴ＝γ×Ｖｃｖｔ＋δとして算出が可能になっているので、取得したＶｃｖｔ値から温度Ｔを推定する（ステップ２０３）。あらかじめ記録されている温度Ｔｎ値にもっとも近い値からＶｍｏｆｆｎ値（ｍ＝ａ，ｂ）を決定し（ステップ２０４）、得られたＶｍｏｆｆｎ値をＶａ、Ｖｂに代入してオフセットを調整する（ステップ２０５）。さらにＶａ，Ｖｂを用いて角度θの演算、
θ＝tan-1（Ｖａ／Ｖｂ）
を行って、角度を算出して（ステップ２０６）、角度を出力する（ステップ２０７）。
図６は回転角度算出方法のフローチャートである。磁界検出素子出力Ｖａ，Ｖｂを取得し（ステップ２０１）、温度推定用電圧Ｖｃｖｔを取得する（ステップ２０２）。任意の温度範囲においてあらかじめＴ＝γ×Ｖｃｖｔ＋δとして算出が可能になっているので、取得したＶｃｖｔ値から温度Ｔを推定する（ステップ２０３）。あらかじめ記録されている温度Ｔｎ値にもっとも近い値からＶｍｏｆｆｎ値（ｍ＝ａ，ｂ）を決定し（ステップ２０４）、得られたＶｍｏｆｆｎ値をＶａ、Ｖｂに代入してオフセットを調整する（ステップ２０５）。さらにＶａ，Ｖｂを用いて角度θの演算、
θ＝tan-1（Ｖａ／Ｖｂ）
を行って、角度を算出して（ステップ２０６）、角度を出力する（ステップ２０７）。
本実施例では以上のように磁界検出素子の温度を推定できるので、２０℃から１００℃に磁界検出素子周囲温度をあげた場合、従来の温度推定が無くオフセット温度ドリフトを補正しない方法では、角度出力精度の温度変動による誤差は±1.6度であることに対し、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を５℃毎にし、Ｖｍｏｆｆｎ値を記録して実施したところ、角度出力精度の温度変動による誤差は約１／８０となった。
以上のように、本実施例を用いれば磁界検出素子周囲の温度変化に対しても高い精度が維持される適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。なお、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を５℃毎にＶｍｏｆｆｎ値を記録して実施しているが、記録が可能な限り温度間隔を狭めれば精度が向上することは言うまでもない。
また、本実施例では定電圧駆動回路５２の端子間を差動増幅器としているが、入力電圧が十分大きい場合、検出電圧を低減するＡＭＰを用いても同様の効果が得られることは自明である。
また、温度検出用抵抗は素子駆動ＶＨ線に接続したが、素子駆動ＶＬ線に接続しても同様の効果が得られることは自明である。さらに、信号はすべてＡ／Ｄ変換回路５６に入力しているが、他のＡ／Ｄ変換回路に接続し角度演算回路５７に接続しても良いことは自明である。
以上のように、本実施例を用いれば磁界検出素子周囲の温度変化に対しても高い精度が維持される適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。なお、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を５℃毎にＶｍｏｆｆｎ値を記録して実施しているが、記録が可能な限り温度間隔を狭めれば精度が向上することは言うまでもない。
また、本実施例では定電圧駆動回路５２の端子間を差動増幅器としているが、入力電圧が十分大きい場合、検出電圧を低減するＡＭＰを用いても同様の効果が得られることは自明である。
また、温度検出用抵抗は素子駆動ＶＨ線に接続したが、素子駆動ＶＬ線に接続しても同様の効果が得られることは自明である。さらに、信号はすべてＡ／Ｄ変換回路５６に入力しているが、他のＡ／Ｄ変換回路に接続し角度演算回路５７に接続しても良いことは自明である。
次に、実施例３について図を参照して説明する。
実施例３の構成は実施例２と外観上ハード構成は同じである。異なるのは回転角度算出方法が異なる信号処理回路５を備えていることである。本発明の磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法をフローチャートを用いて説明する。
図７は実施例３に係る回転角度算出方法のフローチャートである。
磁界検出素子出力Ｖａ，Ｖｂを取得し（ステップ３０１）、温度推定用電圧Ｖｃｖｔを取得する（ステップ３０２）。取得したＶｃｖｔ値に最も近い、あらかじめ記録しているＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ、
ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）
を算出する（ステップ３０３）。あらかじめ記録されているＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１に対応するＶmoffn+1−Ｖmoffn値（ｍ＝ａ，ｂ）から
Ｖmoff＝ｋ×（Ｖmoffn+1−Ｖmoffn）＋Ｖmoffn
の計算を行いオフセット補正値Ｖmoffを決定し（ステップ３０４）、得られたＶｍｏｆｆ値をＶａ、Ｖｂに代入してオフセットを調整する（ステップ３０５）。さらにＶａ，Ｖｂを用いて角度θの演算、
θ＝tan-1（Ｖａ／Ｖｂ）
を行って、角度θを算出して（ステップ３０６）、角度θを出力する（ステップ３０７）。
実施例３の構成は実施例２と外観上ハード構成は同じである。異なるのは回転角度算出方法が異なる信号処理回路５を備えていることである。本発明の磁気式エンコーダ装置の回転角度算出方法をフローチャートを用いて説明する。
図７は実施例３に係る回転角度算出方法のフローチャートである。
磁界検出素子出力Ｖａ，Ｖｂを取得し（ステップ３０１）、温度推定用電圧Ｖｃｖｔを取得する（ステップ３０２）。取得したＶｃｖｔ値に最も近い、あらかじめ記録しているＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ、
ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）
を算出する（ステップ３０３）。あらかじめ記録されているＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１に対応するＶmoffn+1−Ｖmoffn値（ｍ＝ａ，ｂ）から
Ｖmoff＝ｋ×（Ｖmoffn+1−Ｖmoffn）＋Ｖmoffn
の計算を行いオフセット補正値Ｖmoffを決定し（ステップ３０４）、得られたＶｍｏｆｆ値をＶａ、Ｖｂに代入してオフセットを調整する（ステップ３０５）。さらにＶａ，Ｖｂを用いて角度θの演算、
θ＝tan-1（Ｖａ／Ｖｂ）
を行って、角度θを算出して（ステップ３０６）、角度θを出力する（ステップ３０７）。
本実施例では以上のように磁界検出素子の温度を推定できるので、２０℃から１００℃に磁界検出素子周囲温度をあげた場合、従来の温度推定が無くオフセット温度ドリフトを補正しない方法では、角度出力精度の温度変動による誤差は±1.6度であることに対し、本実施例ではオフセット値を記録する温度間隔を１０℃毎にし、Ｖｍｏｆｆｎ値を記録して実施したところ、角度出力精度の温度変動による誤差は約１／１４０となった。
以上のように、本実施例を用いれば磁界検出素子周囲の温度変化に対しても高い精度が維持される適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。なお、温度検出用抵抗は素子駆動ＶＨ線に接続したが、素子駆動ＶＬ線に接続しても同様の効果が得られることは自明である。さらに、信号はすべてＡ／Ｄ変換回路５６に入力しているが、他のＡ／Ｄ変換回路に接続し角度演算回路５７に接続しても良いことは自明である。
このように、定電流駆動回路５１を用いる場合、温度推定用の電圧を計測する為の接続がなされており、定電圧駆動回路５２を用いる場合、温度推定用の温度推定用抵抗６を備え、電圧を計測する為の接続がなされているので、特別な温度検出機構を磁界検出素子近傍に配置することなく温度補正が可能となる。また、温度推定用電圧近傍のあらかじめ記録している電圧を用いてオフセット補正値の補完を行うので、本磁気式エンコーダの磁界検出素子周囲の温度が変動しても精度が維持されるので、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を供給することができる。
以上のように、本実施例を用いれば磁界検出素子周囲の温度変化に対しても高い精度が維持される適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。なお、温度検出用抵抗は素子駆動ＶＨ線に接続したが、素子駆動ＶＬ線に接続しても同様の効果が得られることは自明である。さらに、信号はすべてＡ／Ｄ変換回路５６に入力しているが、他のＡ／Ｄ変換回路に接続し角度演算回路５７に接続しても良いことは自明である。
このように、定電流駆動回路５１を用いる場合、温度推定用の電圧を計測する為の接続がなされており、定電圧駆動回路５２を用いる場合、温度推定用の温度推定用抵抗６を備え、電圧を計測する為の接続がなされているので、特別な温度検出機構を磁界検出素子近傍に配置することなく温度補正が可能となる。また、温度推定用電圧近傍のあらかじめ記録している電圧を用いてオフセット補正値の補完を行うので、本磁気式エンコーダの磁界検出素子周囲の温度が変動しても精度が維持されるので、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置を供給することができる。
次に、実施例４について図を参照して説明する。
図８は本発明の実施例４に係る磁気式エンコーダ装置の位置検出方法のフロー図である。
図１０は実施例４に係る磁気式エンコーダ装置の構成図であり、図１１は図１０に示す信号処理回路のブロック図である。なお、図１０、図１１は従来技術と同じ構成であるが、実施例４の一般的なハード構成を対象とした１例と言う意味で改めて図示している。
従って、ここでは図８が、請求項７から請求項８の発明を説明する図である。
先ず、ハード構成については、図１０に示すように、１は回転体であり、２は回転体１に固定された永久磁石、４は永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体３に取り付けられた４つの磁界検出素子、６は磁界検出素子を駆動する駆動回路、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路である。永久磁石２は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ −Ｃｏ 系磁石、Ｎｅ −Ｆｅ −Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直な方向と平行である一方向に磁化されＮ −Ｓ の２ 極となっている。寸法は例えば、直径が３ｍｍ 、厚さが１ｍｍ である。磁界検出素子４ は、４ 個のホール効果素子からなり、永久磁石２ の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０ 度位相をずらしてＡ1 相検出素子４１ とＢ1 相検出素子４２ を設け、さらに Ａ1 相検出素子４１ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＡ2 相検出素子４３ を、Ｂ1 相検出素子４２ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＢ2 相検出素子４４ を設けてある。
また、駆動回路６から、前記磁界検出素子４を駆動する電流を供給している。
また、図示していないが磁界検出素子４付近に温度を検出する素子が配置され、信号処理回路に入力されている。
図１１の信号処理回路のハード構成は、Ｖａ１とＶａ２の差動信号Ｖａを出力する差動増幅器５３と、Ｖｂ１とＶｂ２の差動信号Ｖｂを出力する差動増幅器５４と、角度演算回路５７で構成されている。
なお、本実施例が前実施例と異なる部分は、信号処理回路５に温度Ｔを判定して、磁界検出素子のオフセット値を再設定し角度演算を行う位置検出方法のソフトを備えた部分である。
図８は本発明の実施例４に係る磁気式エンコーダ装置の位置検出方法のフロー図である。
図１０は実施例４に係る磁気式エンコーダ装置の構成図であり、図１１は図１０に示す信号処理回路のブロック図である。なお、図１０、図１１は従来技術と同じ構成であるが、実施例４の一般的なハード構成を対象とした１例と言う意味で改めて図示している。
従って、ここでは図８が、請求項７から請求項８の発明を説明する図である。
先ず、ハード構成については、図１０に示すように、１は回転体であり、２は回転体１に固定された永久磁石、４は永久磁石２に空隙を介して対向し、固定体３に取り付けられた４つの磁界検出素子、６は磁界検出素子を駆動する駆動回路、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路である。永久磁石２は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ −Ｃｏ 系磁石、Ｎｅ −Ｆｅ −Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直な方向と平行である一方向に磁化されＮ −Ｓ の２ 極となっている。寸法は例えば、直径が３ｍｍ 、厚さが１ｍｍ である。磁界検出素子４ は、４ 個のホール効果素子からなり、永久磁石２ の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０ 度位相をずらしてＡ1 相検出素子４１ とＢ1 相検出素子４２ を設け、さらに Ａ1 相検出素子４１ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＡ2 相検出素子４３ を、Ｂ1 相検出素子４２ に対して電気角で１８０ 度位相をずらしてＢ2 相検出素子４４ を設けてある。
また、駆動回路６から、前記磁界検出素子４を駆動する電流を供給している。
また、図示していないが磁界検出素子４付近に温度を検出する素子が配置され、信号処理回路に入力されている。
図１１の信号処理回路のハード構成は、Ｖａ１とＶａ２の差動信号Ｖａを出力する差動増幅器５３と、Ｖｂ１とＶｂ２の差動信号Ｖｂを出力する差動増幅器５４と、角度演算回路５７で構成されている。
なお、本実施例が前実施例と異なる部分は、信号処理回路５に温度Ｔを判定して、磁界検出素子のオフセット値を再設定し角度演算を行う位置検出方法のソフトを備えた部分である。
その動作は、図８を参照すると、磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路５は各パラメタを初期値に設定する初期設定がおこなわれ、Ｔｍに温度閾値が代入される（図示していない）。
次に、磁界検出素子４の信号、および温度信号を入力する。本実施例では、Ｖａ、およびＶｂの信号が入力され、温度信号は、別に設けられている温度センサの信号がＴとして入力される（ステップ４０１）。次に、温度ＴがＴｍを超えるか判断される（ステップ４０２）。超えた場合は、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ４０４に進む（ステップ４０３）。オフセット値は磁界検出素子信号の最大値Ｖ＊maxとＶ＊min（＊＝ａ，ｂ）から
Ｖｏｆｆ＊＝Ｖ＊max−（（Ｖ＊max−Ｖ＊min）／２） （＊＝ａ，ｂ）……（２）
として求める。
また、温度ＴがＴｍを超えていない場合は、ステップ４０３は実行せずに、Ｖａ'にＶａ−Ｖｏｆｆａを、Ｖｂ'にＶｂ−Ｖｏｆｆｂを代入する処理を行い（ステップ４０４）。角度θを、
θ＝ｔａｎ−１（Ｖａ'／Ｖｂ'）、
より導出し（ステップ４０５）、求めたθを信号処理回路６に接続された上位機器（図示していない）に出力する（ステップ４０６）。
次に、磁界検出素子４の信号、および温度信号を入力する。本実施例では、Ｖａ、およびＶｂの信号が入力され、温度信号は、別に設けられている温度センサの信号がＴとして入力される（ステップ４０１）。次に、温度ＴがＴｍを超えるか判断される（ステップ４０２）。超えた場合は、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ４０４に進む（ステップ４０３）。オフセット値は磁界検出素子信号の最大値Ｖ＊maxとＶ＊min（＊＝ａ，ｂ）から
Ｖｏｆｆ＊＝Ｖ＊max−（（Ｖ＊max−Ｖ＊min）／２） （＊＝ａ，ｂ）……（２）
として求める。
また、温度ＴがＴｍを超えていない場合は、ステップ４０３は実行せずに、Ｖａ'にＶａ−Ｖｏｆｆａを、Ｖｂ'にＶｂ−Ｖｏｆｆｂを代入する処理を行い（ステップ４０４）。角度θを、
θ＝ｔａｎ−１（Ｖａ'／Ｖｂ'）、
より導出し（ステップ４０５）、求めたθを信号処理回路６に接続された上位機器（図示していない）に出力する（ステップ４０６）。
本実施例では逐次オフセット値を算出する必要が無いので、従来技術と比較して信号処理回路の処理時間を短くすることができ、ＣＰＵの負担を軽くした磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。
次に、実施例５について図を参照して説明する。
図９は実施例５に係るフロー図である。
図９は請求項９および請求項１０に記載の発明を説明するもので、ハード構成は実施例４の図１０、図１１と変わらないので、構成説明は省略する。
実施例４と異なっている部分は、信号処理回路５に温度Ｔを判定する際にあらかじめ記述されている温度閾値がｎ個有り、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、磁界検出素子のオフセット値を再設定し角度演算を行う位置検出方法のソフトを備えた部分である。
図９は実施例５に係るフロー図である。
図９は請求項９および請求項１０に記載の発明を説明するもので、ハード構成は実施例４の図１０、図１１と変わらないので、構成説明は省略する。
実施例４と異なっている部分は、信号処理回路５に温度Ｔを判定する際にあらかじめ記述されている温度閾値がｎ個有り、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、磁界検出素子のオフセット値を再設定し角度演算を行う位置検出方法のソフトを備えた部分である。
その動作を、図９に示すフローを用いて説明する。
磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路５は各パラメタを初期値に設定する初期設定を行う。Ｔｍに温度閾値が代入される。次に、磁界検出素子４の信号、および温度信号を入力する。本実施例ではＶａ、およびＶｂの信号が入力され、温度信号は別に設けられている温度センサの信号がＴとして入力される。Ｔ値に最も近いＴｍ値のｍ値が、はじめにｍとして入力処理される（ステップ５０１）。
次に、温度ＴがＴｍを超えるか判断される（ステップ５０２ａ１）。超えた場合はｍ＝ｍ＋１の処理がなされ（ステップ５０２ａ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は式（２）を用いる（ステップ５０３）。
一方、温度ＴがＴｍを超えていない場合は、温度ＴがＴｍ−１を下回るか判断される（ステップ５０２ｂ１）。下回った場合はｍ＝ｍ−１の処理がなされ（ステップ５０２ｂ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は前記同様に式（２）を用いる（ステップ５０３）。
続いて、Ｖａ'にＶａ−Ｖａｏｆｆａを、Ｖｂ'にＶｂ−Ｖｏｆｆｂを代入する（ステップ５０４）。
次に、角度θをｔａｎ−１（Ｖａ'／Ｖｂ'）によって導出し（ステップ５０５）、θを信号処理回路６に接続された上位機器（図示していない）に出力する（ステップ５０６）。
磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路５は各パラメタを初期値に設定する初期設定を行う。Ｔｍに温度閾値が代入される。次に、磁界検出素子４の信号、および温度信号を入力する。本実施例ではＶａ、およびＶｂの信号が入力され、温度信号は別に設けられている温度センサの信号がＴとして入力される。Ｔ値に最も近いＴｍ値のｍ値が、はじめにｍとして入力処理される（ステップ５０１）。
次に、温度ＴがＴｍを超えるか判断される（ステップ５０２ａ１）。超えた場合はｍ＝ｍ＋１の処理がなされ（ステップ５０２ａ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は式（２）を用いる（ステップ５０３）。
一方、温度ＴがＴｍを超えていない場合は、温度ＴがＴｍ−１を下回るか判断される（ステップ５０２ｂ１）。下回った場合はｍ＝ｍ−１の処理がなされ（ステップ５０２ｂ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は前記同様に式（２）を用いる（ステップ５０３）。
続いて、Ｖａ'にＶａ−Ｖａｏｆｆａを、Ｖｂ'にＶｂ−Ｖｏｆｆｂを代入する（ステップ５０４）。
次に、角度θをｔａｎ−１（Ｖａ'／Ｖｂ'）によって導出し（ステップ５０５）、θを信号処理回路６に接続された上位機器（図示していない）に出力する（ステップ５０６）。
本実施例では逐次オフセット値を算出する必要が無く、且つ広い温度範囲で詳細に設定可能になるので、従来と比較して信号処理回路の処理時間を短くするうえ、適用温度範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。
このように、温度があらかじめセットされた閾値に応じて、信号処理回路５に入力された磁界検出素子４のオフセット値を求めて、オフセット値の除去を行って位置算出を行う信号処理回路５を備えているので、頻繁にオフセット値を求めないのでＣＰＵの負担を加えずに位置検出できるので、適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の位置検出方法を提供することができる。
次に、実施例６について図を参照して説明する。
図１２は実施例６に係る磁気式エンコーダ装置の構成図である。
図１２において１１は回転体であり、２０はリング形状永久磁石２１と前記リング形状磁石の外周に配置され磁性材料で構成されたリング形状磁気ヨーク２２とで構成される磁界発生ロータ、４はリング形状永久磁石２１に空隙を介して対向し、固定体３１に取り付けられた１回転内の位置を検出する４つの磁界検出素子、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路であり、６は駆動回路である。
前記磁界発生ロータ２０を構成する一方の部材であるリング形状永久磁石２１は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されＮ−Ｓの２極となっている。また、磁界発生ロータ２０を構成する他方の部材であるリング形状磁気ヨーク２２は、磁気抵抗を減少させ、磁界を１回転内の位置を検出する磁界検出素子４に磁界を集中させる効果があり、これにより磁界検出素子のＳＮ比を向上させることができる。さらに外界の磁気ノイズを遮断する効果もある。材質は、強磁性体であれば良く、例えば炭素鋼などである。
１回転内の位置および角度を検出する磁界検出素子４は、４個のホール効果素子からなり、永久磁石２１の内周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０度位相をずらしてＡ１相検出素子４１とＢ１相検出素子４２を設け、さらにＡ１相検出素子４１ に対して電気角で１８０度位相をずらしてＡ２相検出素子４３を、Ｂ１相検出素子４２ に対して電気角で１８０度位相をずらしてＢ２相検出素子４４を設けてある。
図１２は実施例６に係る磁気式エンコーダ装置の構成図である。
図１２において１１は回転体であり、２０はリング形状永久磁石２１と前記リング形状磁石の外周に配置され磁性材料で構成されたリング形状磁気ヨーク２２とで構成される磁界発生ロータ、４はリング形状永久磁石２１に空隙を介して対向し、固定体３１に取り付けられた１回転内の位置を検出する４つの磁界検出素子、５は磁界検出素子４からの信号を処理する信号処理回路であり、６は駆動回路である。
前記磁界発生ロータ２０を構成する一方の部材であるリング形状永久磁石２１は、材質はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石によって形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されＮ−Ｓの２極となっている。また、磁界発生ロータ２０を構成する他方の部材であるリング形状磁気ヨーク２２は、磁気抵抗を減少させ、磁界を１回転内の位置を検出する磁界検出素子４に磁界を集中させる効果があり、これにより磁界検出素子のＳＮ比を向上させることができる。さらに外界の磁気ノイズを遮断する効果もある。材質は、強磁性体であれば良く、例えば炭素鋼などである。
１回転内の位置および角度を検出する磁界検出素子４は、４個のホール効果素子からなり、永久磁石２１の内周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０度位相をずらしてＡ１相検出素子４１とＢ１相検出素子４２を設け、さらにＡ１相検出素子４１ に対して電気角で１８０度位相をずらしてＡ２相検出素子４３を、Ｂ１相検出素子４２ に対して電気角で１８０度位相をずらしてＢ２相検出素子４４を設けてある。
また、図１２に示すように駆動回路６は、例えば、定電圧電源と、抵抗値を変更するデジタルポテンショ等から構成され、磁界検出素子４を駆動する電流を供給している。
本実施例が前実施例と異なっている部分は、リング形状永久磁石２１と前記リング形状磁石の外周に配置され磁性材料で構成されたリング形状磁気ヨーク２２とで構成される磁界発生ロータ備えた、いわゆるアウター・ロータ型として、固定体３１に取り付けられた１回転内の位置を検出する４つの磁界検出素子をリング形状永久磁石２１に空隙を介して対向して配置した部分である。
また、ここでも信号処理回路５は、温度Ｔを判定する際にあらかじめ記述されている温度閾値がｎ個有り、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、磁界検出素子のオフセット値を再設定し角度演算を行う位置検出方法がとられる。
本実施例が前実施例と異なっている部分は、リング形状永久磁石２１と前記リング形状磁石の外周に配置され磁性材料で構成されたリング形状磁気ヨーク２２とで構成される磁界発生ロータ備えた、いわゆるアウター・ロータ型として、固定体３１に取り付けられた１回転内の位置を検出する４つの磁界検出素子をリング形状永久磁石２１に空隙を介して対向して配置した部分である。
また、ここでも信号処理回路５は、温度Ｔを判定する際にあらかじめ記述されている温度閾値がｎ個有り、Ｔｍ−１を下回るか、Ｔｍを上回った場合、磁界検出素子のオフセット値を再設定し角度演算を行う位置検出方法がとられる。
その動作を、前実施例と共通のフロー図９を用いて説明する。
磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路６は各パラメタを初期値に設定する初期設定を行う。Ｔｍに温度閾値が代入される。次に、磁界検出素子４の信号、および温度信号を入力する。本実施例ではＶａ、およびＶｂの信号が入力され、温度信号は別に設けられている温度センサの信号がＴとして入力される。Ｔ値に最も近いＴｍ値のｍ値が、はじめにｍとして入力処理される（ステップ５０１）。次に、温度ＴがＴｍを超えるか判断される（ステップ５０２ａ１）。超えた場合はｍ＝ｍ＋１の処理がなされ（ステップ５０２ａ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は式（２）を用いる（ステップ５０３）。
温度ＴがＴｍを超えていない場合は、次の（Ｓ５０２ｂ１）で温度ＴがＴｎ−１を下回るか判断される（ステップ５０２ｂ１）。下回った場合は、ｍ＝ｍ−１の処理がなされ（ステップ５０２ｂ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は前記同様に式（２）を用いる（ステップ５０３）。
次に、Ｖａ'にＶａ−Ｖａｏｆｆａを、Ｖｂ'にＶｂ−Ｖｏｆｆｂを代入（ステップ５０４）する。次に、角度θをｔａｎ−１（Ｖａ'／Ｖｂ'）によって導出し（ステップ５０５）、θを信号処理回路５に接続された上位機器（図示なし）に出力する（ステップ５０６）。
磁気式エンコーダ装置に電源が投入されると、信号処理回路６は各パラメタを初期値に設定する初期設定を行う。Ｔｍに温度閾値が代入される。次に、磁界検出素子４の信号、および温度信号を入力する。本実施例ではＶａ、およびＶｂの信号が入力され、温度信号は別に設けられている温度センサの信号がＴとして入力される。Ｔ値に最も近いＴｍ値のｍ値が、はじめにｍとして入力処理される（ステップ５０１）。次に、温度ＴがＴｍを超えるか判断される（ステップ５０２ａ１）。超えた場合はｍ＝ｍ＋１の処理がなされ（ステップ５０２ａ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は式（２）を用いる（ステップ５０３）。
温度ＴがＴｍを超えていない場合は、次の（Ｓ５０２ｂ１）で温度ＴがＴｎ−１を下回るか判断される（ステップ５０２ｂ１）。下回った場合は、ｍ＝ｍ−１の処理がなされ（ステップ５０２ｂ２）、Ｖａ，Ｖｂからオフセット値を検出しＶｏｆｆａ、Ｖｏｆｆｂに代入してステップ５０４に進む。オフセット値検出は前記同様に式（２）を用いる（ステップ５０３）。
次に、Ｖａ'にＶａ−Ｖａｏｆｆａを、Ｖｂ'にＶｂ−Ｖｏｆｆｂを代入（ステップ５０４）する。次に、角度θをｔａｎ−１（Ｖａ'／Ｖｂ'）によって導出し（ステップ５０５）、θを信号処理回路５に接続された上位機器（図示なし）に出力する（ステップ５０６）。
本実施例では逐次オフセット値を算出する必要が無く、且つ広い温度範囲で詳細に設定可能になるので、従来と比較して信号処理回路の処理時間を短くするうえ、適用温度範囲の広い磁気式エンコーダ装置を提供できるようになる。
このように、温度があらかじめセットされた閾値に応じて、信号処理回路５に入力された磁界検出素子４のオフセット値を求めて、オフセット値の除去を行って位置算出を行う信号処理回路５を備えているので、頻繁にオフセット値を求めないのでＣＰＵの負担を加えずに位置検出できるので適用範囲の広い磁気式エンコーダ装置の位置検出方法を提供することができる。
なお、本実施例では、アウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置に対して、実施例５と同じ位置検出方法を適用する例を示したが、アウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置に対して、実施例１乃至４に示した位置検出方法を適用できることは明らかである。
なお、本実施例では、アウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置に対して、実施例５と同じ位置検出方法を適用する例を示したが、アウターロータ方式の磁気式エンコーダ装置に対して、実施例１乃至４に示した位置検出方法を適用できることは明らかである。
本発明によって広い温度範囲で高精度な回転位置検出ができるようになるので、本発明の磁気式エンコーダ装置を搭載したサーボモータは高温にて動作可能なため、高い耐環境性が要求される用途に適用できる。
また、ＣＰＵに負担を掛けずに適用範囲を広げることができるので、基板が小さくなり、適用温度範囲が広がるので、高温対応のサーボモータや、更に小型サーボモータと言う用途にも適用できる。
また、ＣＰＵに負担を掛けずに適用範囲を広げることができるので、基板が小さくなり、適用温度範囲が広がるので、高温対応のサーボモータや、更に小型サーボモータと言う用途にも適用できる。
１：回転体
２：永久磁石
３：固定体
４：磁界検出素子
５：信号処理回路
６：駆動回路
８：温度推定用抵抗
２０：磁界発生ロータ
２１：リング形状永久磁石
２２：リング形状磁気ヨーク
４１：Ａ１相検出素子
４２：Ｂ１相検出素子
４３：Ａ２相検出素子
４４：Ｂ２相検出素子
５１：定電流駆動回路
５２：定電圧駆動回路
５３，５４，５５：差動増幅器
５６：Ａ／Ｄ変換回路
５７：角度演算回路
２：永久磁石
３：固定体
４：磁界検出素子
５：信号処理回路
６：駆動回路
８：温度推定用抵抗
２０：磁界発生ロータ
２１：リング形状永久磁石
２２：リング形状磁気ヨーク
４１：Ａ１相検出素子
４２：Ｂ１相検出素子
４３：Ａ２相検出素子
４４：Ｂ２相検出素子
５１：定電流駆動回路
５２：定電圧駆動回路
５３，５４，５５：差動増幅器
５６：Ａ／Ｄ変換回路
５７：角度演算回路
Claims (7)
- 回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石と、
前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、
前記磁界検出素子を駆動する駆動回路と、
前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記磁界検出素子の温度Ｔがあらかじめセットされた値Ｔｍを超えたとき、前記信号処理回路に入力された前記磁界検出素子の信号のオフセット値を求め、前記信号からオフセット値の除去を行い位置算出する信号処理回路を備えたことを特徴とする磁気式エンコーダ装置。 - 前記信号処理回路は、
前記閾値Ｔｍがｎ個設定され、
前記温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間には、前記オフセット値の演算は行わず、
Ｔｍ−１を下回るかＴｍを上回った場合には、前記オフセット値の演算を行い、
該オフセット値の除去を行い位置演算することを特徴とする、請求項１記載の磁気式エンコーダ装置。 - 前記駆動回路は、
前記磁界検出素子を定電流で駆動し、
前記信号処理回路は、
前記少なくとも２つの磁界検出素子の駆動電圧を計測し、
あらかじめ記録している駆動電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、
あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加えて、前記オフセット値の除去を行うことを特徴とする、請求項２記載の磁気式エンコーダ。 - 前記駆動回路は、
前記磁界検出素子を定電圧で駆動し、
前記信号処理回路は、
前記少なくとも２つの磁界検出素子に直列に接続された温度推定用抵抗間電圧を計測し、
あらかじめ記録している温度推定用抵抗間電圧と温度の関係から前記磁界検出素子の温度を推定し、
あらかじめ記録しているオフセット値と温度の関係から、温度の最も近い値に対応するオフセットの補正値を、前記磁界検出素子から得られる信号に加えて、前記オフセット値の除去を行うことを特徴とする、請求項２記載の磁気式エンコーダ。 - 前記信号処理回路は、
前記磁界検出素子の駆動電圧もしくは温度推定用抵抗間電圧が、前記信号処理回路にあらかじめ記録している電圧値Ｖｔと異なる場合、Ｖｔに最も近いＶｔｎ，Ｖｔｎ＋１を用いて係数ｋ＝（Ｖｔ−Ｖｔｎ）／（Ｖｔｎ＋１−Ｖｔｎ）を求め、あらかじめ記録している前記磁界検出素子４のオフセットの補正値Ｖoffn,Ｖoffn＋１を用いて、
Ｖoff＝ｋ×（Ｖoffn+1−Ｖoffn）＋Ｖoffn
を算出し、前記磁界検出素子から得られる信号に加えて、前記オフセット値の除去を行う、ことを特徴とする、請求項３又は４記載の磁気式エンコーダ装置。 - 回転体と垂直方向の一方向に磁化され、前記回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子と、前記磁界検出素子を駆動する駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた磁気式エンコーダの位置検出方法において、
前記磁界検出素子の温度Ｔがあらかじめセットされた値Ｔｍを超えたとき、前記信号処理回路に入力された前記磁界検出素子の信号のオフセット値を求め、前記信号からオフセット値の除去を行い位置算出する、ことを特徴とする磁気式エンコーダ装置の位置検出方法。 - 前記閾値Ｔｍがｎ個設定され、
前記温度ＴがＴｍ−１からＴｍの間には、前記オフセット値の演算は行わず、
Ｔｍ−１を下回るかＴｍを上回った場合には、前記オフセット値の演算を行い、
該オフセット値の除去を行い位置演算することを特徴とする、請求項６記載の磁気式エンコーダ装置の位置検出方法。
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