JP6656958B2 - Rotary encoder and method for correcting angle of rotary encoder - Google Patents

Rotary encoder and method for correcting angle of rotary encoder Download PDF

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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 angular error due to a harmonic component superimposed on a fundamental wave of a detection signal from a sensor constituting a part of the rotary encoder, and a method of correcting the angle of 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 a motor shaft of a servomotor 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 Patent Document 1, a first magnet having a magnetized surface in which an N pole and an S pole are magnetized one by one in the circumferential direction, and a first magnet arranged outside the first magnet and arranged in the circumferential direction. And a second magnet having an annular magnetized surface in which a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized, and the rotational position on the first magnet side is detected by the first magnetoresistive element and the Hall element. There has been proposed a rotary encoder that detects the rotation position on the magnet side by a second magnetoresistive element.

特許5666886号公報Japanese Patent No. 5666886

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 above-described rotary encoder, detection data of the rotation position on the first magnet side detected by the first magnetoresistive element and the Hall element, and detection data of the rotation position on the second magnet side detected by the second magnetoresistive element, It is possible to detect a rotational position with high resolution.

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 fixed repetition period is output from the second magnetoresistive element on the second magnet side having a large number of magnetic poles. As is well known, the sine wave signal is a signal in which a harmonic component is superimposed on a fundamental wave component (one cycle output from one pole of the magnet) and the fundamental wave component. Also, harmonics occur in prime orders such as third, fifth, seventh, eleventh, thirteenth,..., And the smaller the order, the greater the amplitude. That is, if the amplitude of the harmonic is large, the fundamental wave is distorted. In addition, the harmonic appears as an angular error of (order + 1) cycle.

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。   As described above, for example, when the rotational position of the motor shaft of the servo motor is detected based on the sine wave signal on which the harmonics are superimposed, the detected rotational position has an angular error, so that the accuracy is high. There is a problem that detection data of the rotational position cannot 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 a harmonic superimposed on a fundamental wave of a detection signal from a sensor constituting a part of a rotary encoder, thereby achieving a highly accurate rotation position. It is an object of the present invention to provide a rotary encoder capable of obtaining detection data and a method for correcting an angle of 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 according to the present invention includes a first rotating magnet in which the 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 rotating magnet portion including a rotating magnet, a first magnetoresistive element for detecting an angular position of the first rotating magnet, and a second magnetoresistive element disposed in proximity to the first magnetoresistive element. A first Hall element, a second Hall element disposed at a position shifted by 90 ° in mechanical direction from the first Hall element in the circumferential direction, and a second Hall element for detecting an angular position of the second rotating magnet. Based on detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, the second Hall element, and the second magnetoresistive element, and an angle of the rotary magnet unit by data processing. A data processing unit for finding the position 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 unit uses the correction data for canceling the harmonic of a predetermined order or less to correct the second harmonic. 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 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 magneto-resistive element with the correction data for canceling out 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 eliminated. Harmonics superimposed on the fundamental wave can be canceled.

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。
Further, the correction data is electrical angle correction data for canceling a periodic angular error that is commonly possessed by each pole of the second rotating magnet, and the data processing unit is configured to execute 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 magnetoresistance element, and the first hole. And an angular position determining unit that determines the angular position of the rotating magnet unit based on the detection data of the element and the second Hall element and the 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 periodic angle error that each pole of the second rotating magnet has in common, and the angular position determination unit Since 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, the second It is possible to cancel the periodic angular error which each pole of the rotating magnet has 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。
Further, the electrical angle correction data includes data for canceling a harmonic of a predetermined order or less that remains without being canceled by the harmonic canceling pattern.
With this configuration, the electrical angle correction unit can cancel the harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled by the harmonic cancellation pattern by 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。
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, and the data processing unit includes: It is characterized by having a mechanical angle correction unit that corrects the angular position data determined by the angle position determination unit using the mechanical angle correction data.
In this configuration, the mechanical angle correction unit uses the mechanical angle correction data stored in the memory to correct the angular position data determined by the angular position determination unit, so that the first magnetoresistive element, the first rotating magnet, , And an angle error generated by a mechanical factor such as a center deviation between the second magnetoresistive element and the second rotating magnet can be canceled.

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。
Further, the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors caused by all harmonics exceeding the predetermined order.
In this configuration, since the electrical angle correction data has a value obtained by averaging the errors caused by all harmonics exceeding the predetermined order, the storage capacity of the memory can be reduced, and the electrical angle correction unit uses a predetermined value. The procedure of the correction processing for canceling the harmonics exceeding the order can be shortened.

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 remaining due to all the harmonics of the predetermined order or less remaining without being canceled by the harmonic canceling 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, which remain without being canceled by the harmonic cancellation pattern, As a result, harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled can be canceled.

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 electric 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 a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order, the electrical angle correction unit outputs the harmonics exceeding the predetermined order for each specific order. It is possible to cancel, and the periodic angle error which each pole of the second rotating magnet has in common can be further reduced.

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 harmonics having a predetermined order or less and remaining without being canceled by the harmonic canceling pattern.
In this configuration, since the electrical angle correction data includes a value that is averaged for each specific order of harmonics of a predetermined order or less and remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern, the electrical angle correction unit performs the harmonic correction. The harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled by the wave canceling pattern can be canceled for each specific order, and the periodic angle 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 a seventh order.
In this configuration, the second magnetoresistive element can cancel the seventh or lower harmonics by the harmonic cancel 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 the N pole and the S pole are magnetized one by one in the circumferential direction, and a plurality of N poles and the S pole alternately magnetized in the circumferential direction. A method for correcting an angle of a rotary encoder having a rotating magnet unit including a second rotating magnet, wherein the step of detecting an angular position of the first rotating magnet by a first magnetoresistive element; A first Hall element disposed adjacent to the first magnetoresistive element, a second Hall element disposed at a position shifted by 90 ° in mechanical angle with respect to the first Hall element in a circumferential direction, A step of detecting the angular position of the second rotating magnet by a magnetoresistive element; and a step of detecting the first magnetoresistive element, the first hall element, the second hall element, and the second hall by a data processing unit. Data based on the detection data Determining the angular position of the rotating magnet unit by a data processing, wherein the second magnetic resistance element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling a harmonic of a predetermined order or less, The unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element with correction data for canceling a harmonic 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 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 magneto-resistive element with the correction data for canceling out 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 eliminated. Harmonics superimposed on the fundamental wave can be canceled.

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。
Further, the correction data is electrical angle correction data for canceling a periodic angle error that is common to the respective poles of the second rotating magnet, and is stored in a memory by an electrical angle correction unit. Correcting the angle error of the detection data of the second magnetoresistive element using the electrical angle correction data; and determining the first magnetoresistive element, the first Hall element, and the second 2) determining an angular position of the rotating magnet unit based on the detection data of the Hall element 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 periodic angle error that each pole of the second rotating magnet has in common, and the angular position determination unit Since 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, the second It is possible to cancel the periodic angular error which each pole of the rotating magnet has 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。
Further, the electrical angle correction data includes data for canceling a harmonic of a predetermined order or less that remains without being canceled by the harmonic canceling pattern.
With this configuration, the electrical angle correction unit can cancel the harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled by the harmonic cancellation pattern by 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, and the mechanical angle correcting unit A step of correcting the angular position data determined by the angle position determining unit using mechanical angle correction data.
In this configuration, the mechanical angle correction unit uses the mechanical angle correction data stored in the memory to correct the angular position data determined by the angular position determination unit, so that the first magnetoresistive element, the first rotating magnet, , And an angle error generated by a mechanical factor such as a center deviation between the second magnetoresistive element and the second rotating magnet can be canceled.

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。
Further, the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors caused by all harmonics exceeding the predetermined order.
In this configuration, since the electrical angle correction data has a value obtained by averaging the errors caused by all harmonics exceeding the predetermined order, the storage capacity of the memory can be reduced, and the electrical angle correction unit uses a predetermined value. The procedure of the correction processing for canceling the harmonics exceeding the order can be shortened.

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 remaining due to all the harmonics of the predetermined order or less remaining without being canceled by the harmonic canceling 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, which remain without being canceled by the harmonic cancellation pattern, As a result, harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled can be canceled.

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 electric 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 a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order, the electrical angle correction unit outputs the harmonics exceeding the predetermined order for each specific order. It is possible to cancel, and the periodic angle error which each pole of the second rotating magnet has in common can be further reduced.

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 harmonics having a predetermined order or less and remaining without being canceled by the harmonic canceling pattern.
In this configuration, since the electrical angle correction data includes a value that is averaged for each specific order of harmonics of a predetermined order or less and remains without being canceled by the harmonic cancellation pattern, the electrical angle correction unit performs the harmonic correction. The harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled by the wave canceling pattern can be canceled for each specific order, and the periodic angle 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 a seventh order.
In this configuration, the second magnetoresistive element can cancel the seventh or lower harmonics by the harmonic cancel 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 of a predetermined order or less, and the data processing unit cancels harmonics exceeding the predetermined order by the correction data. Therefore, it is possible to cancel a harmonic superimposed on a fundamental wave of a detection signal from a sensor constituting a part of the rotary encoder, and to obtain highly accurate rotation position detection data.

本発明のロータリエンコーダの一実施形態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of a rotary encoder according to the present invention. 図1の回転磁石部の高調波を含まない場合での角度位置の検出の基本原理について説明するものであって、図2(a)は磁気抵抗素子及びホール素子の検出信号の波形を示し、図2(b)は回転磁石部の角度位置(電気角)を示す図である。FIG. 2A illustrates the basic principle of detecting the angular position of the rotating magnet unit in FIG. 1 when harmonics are not included, and FIG. 2A illustrates waveforms of detection signals of a magnetoresistive element and a Hall element. FIG. 2B is a diagram illustrating the angular position (electrical angle) of the rotating magnet unit. 図1の回転磁石部の角度位置の決定方法を示すものであって、また、図3(a)は回転磁石上の磁気抵抗素子の検出信号(sin、cos)から求めた角度位置θを1周期分で示し、図3(b)は回転磁石上の磁気抵抗素子の検出信号(sin、cos)から求めた角度位置θを、1周期分で示し、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す図である。FIG. 3A shows a method of determining the angular position of the rotating magnet unit shown in FIG. 1. FIG. 3A shows that the angular position θ obtained from the detection signal (sin, cos) of the magnetoresistive element on the rotating magnet is 1 FIG. 3B shows the angular position θ obtained from the detection signal (sin, cos) of the magnetoresistive element on the rotating magnet for one cycle, and FIG. 3C shows the angular position θ for one cycle. FIG. 4 is a diagram showing a case where the absolute angle data shown in FIG. 3) and the incremental angle data shown in FIG. 図1の複数の着磁面を有する回転磁石の各極が共通に有している周期的な角度誤差などを示すものであって、図4(a)は図1の回転磁石のN極とS極との対の数である128極分の補正前の角度誤差を重ねて示し、図4(b)は図1回転磁石のN極とS極との対の数である128極分の補正後の角度誤差を重ねて示す図である。FIG. 4A shows a periodic angle error and the like which each pole of the rotating magnet having a plurality of magnetized surfaces of FIG. 1 has in common. FIG. 4A shows the N pole of the rotating magnet of FIG. The angle error before correction for 128 poles, which is the number of pairs with the S pole, is superimposed and shown in FIG. 4B. FIG. It is a figure which shows the angle error after correction | amendment superimposedly. 図4(b)の128極分のうち、4極分の補正後の角度誤差を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating angle errors after correction for four poles out of 128 poles in FIG. 図1の回転磁石部の角度補正方法について説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for describing a method of correcting an angle of a rotating magnet unit in FIG. 1.

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 rotary encoder 100 includes a data processing unit 10, a rotating magnet unit 20, a magnetic resistance element 50, Hall elements 51 and 52, a magnetic resistance element 60, amplifiers 70 to 72, and A / D conversion units 73 to 75. The rotary encoder 100 according to the present embodiment is characterized in that it corrects an angular error due to a harmonic component superimposed on a fundamental wave of a detection signal from the magnetoresistive element 60, for example, but details will be described later. . The details of the configuration of each unit will also be described step by step. Further, a magnetoresistive element 50 and Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30, which will be described later, and a magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 are mounted on a substrate on a fixed plate (not shown). A magnetoresistive element 50, Hall elements 51 and 52, and a magnetoresistive element 60, which will be described later, are sensors that output a detection signal in accordance with the rotation of the rotating magnet unit 20 described below.

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 data processing unit 10 includes angle calculation units 11 and 12, a memory 13, an electrical angle correction unit 14, an angle position determination unit 15, and a mechanical angle correction unit 16.

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 calculation processing on the detection data after A / D conversion from the magnetoresistive element 50 and the Hall elements 51 and 52 to obtain an angle position. Further, the angle calculation unit 11 outputs the obtained angle position as angle position data. The angle calculation unit 12 performs a calculation process on the detection data after the A / D conversion from the magnetoresistive element 60 to obtain an angle position. Further, the angle calculation unit 12 outputs the obtained angle position as angle position data. The method of obtaining the angle position by the angle calculation units 11 and 12 will be described later.

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 memory 13 stores electrical angle correction data and mechanical angle correction data. Here, the electrical angle correction data is data for correcting a periodic angle error which is common to each pole of the rotating magnet 40 having a large number of magnetic poles of the rotating magnet unit 20 described later. This periodic angle error is caused by a harmonic superimposed on a detection signal (sin, cos) of the magnetoresistive element 60 described later. The harmonic is a wave having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave (one cycle of output with one pole of the magnet), such as 3rd, 5th, 7th, 11th, 13th,. Occurs in prime order.

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 the present embodiment, as described later, the magnetoresistive element 60 is provided with a harmonic canceling pattern 61 for canceling, for example, a seventh or lower harmonic. Therefore, the electrical angle correction data is error correction data for canceling out harmonics exceeding the seventh order. Further, the electrical angle correction data is error correction data for canceling a periodic angle error that is common to each pole of the rotating magnet 40. Here, the electrical angle correction data may have a value obtained by averaging the errors caused by all the harmonics exceeding the seventh order in order to cancel the angle error, or specifying the harmonics exceeding the seventh order. May be a value averaged for each order of. In addition, the electrical angle correction data may include error correction data that can be canceled without remaining by the harmonic canceling pattern 61, for example, the seventh and lower harmonics. In this case, it is possible to cancel out, for example, the seventh or lower harmonic that remains without being canceled by the harmonic canceling pattern 61.

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 errors caused by all harmonics exceeding the seventh order in order to cancel the angle error, the storage capacity of the memory 13 can be reduced, and the electrical angle correction unit can be used. 14 can shorten the procedure of the correction process. On the other hand, when the electrical angle correction data has a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the 7th order to cancel the angle error, the storage capacity of the memory 13 increases, and the electrical angle correction unit 14 Although the number of steps of the correction process increases, the correction process can be performed for each specific order by the electrical angle correction unit 14, so that the periodic angle error that each pole of the rotating magnet 40 has in common can be further reduced. .

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 angle error due to a mechanical factor. Incidentally, such an angular error due to a mechanical factor is caused by a variation in the magnetization, a displacement of an assembling position, or the like. The positional deviation of the assembling is typically a central deviation between the magnetoresistive element 50 and the rotating magnet 30, a central deviation between the magnetoresistive element 60 and the rotating magnet 40, and the like. In addition, such an angular error occurs periodically as the rotating magnet 40 rotates. That is, such an angular error occurs at a fixed angular position.

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 above-described electrical angle correction data and mechanical angle correction data are error correction data obtained based on a master encoder (not shown). Further, these error correction data are obtained in advance by measurement using a measuring device (not shown) with reference to the master encoder. Then, in the memory 13, the average value of the periodic angle error that is common to the respective poles of the rotating magnet 40 is used as the electrical angle correction data, and is used to cancel the angle error due to mechanical factors. The value of the error correction is stored as mechanical angle correction data.

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。   When obtaining electrical angle correction data and mechanical angle correction data by a measuring device, a method of performing an Fourier transform on an error of one rotation of the rotating magnet unit 20 with respect to the master encoder and calculating a unique error component can be used. . As described above, since the electrical angle correction data and the mechanical angle correction data are obtained for each of the rotating magnet units 20, it is possible to determine appropriate error correction data for each of the rotating magnet units 20. Further, the measuring device measures, for example, the 7th-order or lower harmonics remaining without being canceled by the harmonic canceling pattern 61 with reference to the master encoder, and uses the measurement result as error correction data. May be included.

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 angle correction unit 14 uses the electrical angle correction data stored in the memory 13 for the angular position data obtained by the angle calculation unit 12 to generate a periodic Cancel angle errors. The angle position determination unit 15 determines the angle position of the rotating magnet unit 20 from the angle position data from the angle calculation unit 11 and the corrected angle position data from the electrical angle correction unit 14. The mechanical angle correction unit 16 uses the mechanical angle correction data stored in the memory 13 to correct the angle position data determined by the angle position determination unit 15. Accordingly, it is possible to cancel an angular error generated by a mechanical factor such as a center shift between the magnetoresistive element 50 and the rotating magnet 30 and a center shift between the magnetoresistive element 60 and the rotating magnet 40.

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 rotating magnet section 20 has rotating magnets 30 and 40. These rotating magnets 30 and 40 are attached to a rotating body (not shown) connected to, for example, a motor shaft of a servo motor, and rotate around a rotation axis L in synchronization with the rotation of the motor shaft.

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 magnet 30 has magnetized surfaces 31, 32 in which the N pole and the S pole are magnetized one by one in the circumferential direction. These magnetized surfaces 31 and 32 are directed to a magnetoresistive element 50 and Hall elements 51 and 52 arranged on the rotating magnet 30.

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 magnet 40 has an annular magnetized surface 41 in which a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction. A plurality of annular magnetized surfaces 41 are arranged in parallel in the radial direction. In the present embodiment, two rows are formed in the radial direction, and the positions of the N pole and the S pole are shifted in the circumferential direction between the two rows. That is, the N and S poles are shifted by one pole in the circumferential direction between the two rows. Further, the number of pairs of the N pole and the S pole is arbitrary, but is set to, for example, 128 in the present embodiment. The ring-shaped magnetized surface 41 faces the magnetoresistive element 60 arranged on the rotating magnet 40.

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 magnetoresistive element 50 on the rotating magnet 30 has an A phase (SIN) pattern and a B phase (COS) pattern having a phase difference of 90 ° with respect to the phase of the rotating magnet 30. The A-phase (SIN) pattern has a + a-phase (SIN +) magnetoresistive pattern 50c and a -a-phase (SIN-) magnetoresistive pattern 50a for detecting the movement of the rotating magnet 30 with a phase difference of 180 °. . The B-phase (COS) pattern has a + b-phase (COS +) magnetoresistive pattern 50d and a -b-phase (COS-) magnetoresistive pattern 50b that detect the movement of the rotating magnet 30 with a phase difference of 180 °. . Here, the magnetic resistance patterns 50a to 50c constitute a bridge circuit. The Hall elements 51 and 52 are arranged shifted by 90 ° (mechanical angle) in the rotation direction about the rotation axis L.

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 magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 has an A phase (SIN) pattern and a B phase (COS) pattern having a phase difference of 90 ° with respect to the phase of the rotating magnet 40. The A-phase (SIN) pattern has a + a-phase (SIN +) magnetoresistive pattern 60d and a -a-phase (SIN-) magnetoresistive pattern 60b that detect the movement of the rotating magnet 40 with a phase difference of 180 °. . The B-phase (COS) pattern has a + b-phase (COS +) magnetoresistive pattern 60c and a -b-phase (COS-) magnetoresistive pattern 60a that detect the movement of the rotating magnet 40 with a phase difference of 180 °. . Here, the magnetoresistive patterns 60a to 60d constitute a bridge circuit.

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。   The magnetoresistive element 60 has a harmonic canceling pattern 61 for canceling harmonics. Here, a sine wave signal having a constant repetition cycle is output from the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 having a large number of magnetic poles. As described above, this sine wave signal is a signal in which a harmonic component is superimposed on a fundamental wave component (one cycle output from one pole of the magnet) and the fundamental wave component. The harmonics are generated in the order of prime numbers such as the third, fifth, seventh, eleventh, thirteenth,..., And the smaller the order, the larger the amplitude. In addition, the harmonic appears as an angular error of (order + 1) cycle.

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 angle error by providing the magnetoresistive element 60 with a harmonic canceling pattern 61 capable of canceling harmonics of all orders. However, the harmonic cancellation pattern 61 capable of canceling harmonics of all orders has a large number of pattern repetitions and a large size. Further, the size of the magnetoresistive element 60 is limited due to factors such as the pitch between the magnetic poles of the rotating magnet 40. For this reason, in the present embodiment, the magnetoresistive element 60 is provided with the harmonic cancellation pattern 61 that can cancel, for example, the seventh or lower harmonics. The harmonic cancellation pattern 61 is not limited to the seventh or lower order. For example, the order may be 11 or less, or may be 6 or less.

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 amplifier 70 is provided on the output side of the Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30 and amplifies the detection signals of the Hall elements 51 and 52. The amplifier 71 is provided on the output side of the magnetoresistive element 50 on the rotating magnet 30, and amplifies the detection signal of the magnetoresistive element 50. The amplifier 72 is provided on the output side of the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40, and amplifies the detection signal of the magnetoresistive element 60.

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 / DC converter 73 is provided on the output side of the amplifier 70 and converts the detection signal amplified by the amplifier 70 into detection data. The AC / DC converter 74 is provided on the output side of the amplifier 71, and converts the detection signal amplified by the amplifier 71 into detection data. The AC / DC converter 75 is provided on the output side of the amplifier 72 and converts the detection signal amplified by the amplifier 72 into detection data.

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, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, a basic principle of detecting the angular position of the rotating magnet unit 20 when no harmonic is included will be described. 2A shows a waveform of a detection signal of the magnetoresistive element 50 and the Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30, and FIG. 2B shows an angular position (electrical angle) of the rotating magnet unit 20. Is shown. FIG. 3 shows a method for determining the angular position of the rotating magnet unit 20. FIG. 3A shows the angular position θ obtained from the detection signal (sin, cos) of the magnetoresistive element 50 on the rotating magnet 30 for one cycle. FIG. 3B shows the angular position θ obtained from the detection signal (sin, cos) of the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 for one cycle. FIG. 3C shows a case where the absolute angle data shown in FIG. 3A and the incremental angle data shown in FIG. 3B are combined.

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 rotating magnets 30 and 40 rotate, the detection signals of the magnetoresistive element 50 and the Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30 are amplified by the amplifiers 70 and 71, and are converted into detection data by the A / D converters 73 and 74. The data is converted and provided to the data processing unit 10. The detection signal of the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 is amplified by the amplifier 72, converted into detection data by the A / D converter 75, and provided to the data processor 10. The data processing unit 10 obtains the absolute angular position of the rotating magnet unit 20 based on the detection data of the magnetoresistance element 50 and the Hall elements 51 and 52 and the detection data of the magnetoresistance element 60. Note that the absolute angular position of the rotating magnet unit 20 is relative to an arbitrary reference position. Further, the arbitrary reference position may be, for example, a position with respect to a fixed plate (not shown) to which the magnetoresistive element 50, the Hall element 51, and the Hall element 52 on the rotating magnet 30 and the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 are attached.

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 magnet 30 makes one rotation, the magnetic flux on the magnetized surfaces 31 and 32 of the rotating magnet 30 changes as shown in FIG. When the rotating magnet 30 makes one rotation, the A-phase (SIN) pattern and the B-phase (COS) pattern having a phase difference of 90 ° from each other of the magnetoresistive element 50 as shown in FIG. , Sinusoidal signals sin and cos are output for two periods. Then, as shown in FIG. 2B, the data processing unit 10 obtains θ = tan −1 (sin / cos) from the sine wave signals sin and cos, so that the angular position θ of the rotating magnet unit 20 can be obtained. . This calculation process is performed by the angle calculation unit 11.

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 Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30 are arranged at positions shifted by 90 ° from the center of the rotating magnet 30. Therefore, when the rotating magnet 30 makes one rotation, the outputs of the Hall elements 51 and 52 change in the order of (H, L) → (H, H) → (L, H) → (L, L). That is, by confirming that the output of the Hall elements 51 and 52 is any one of the four, it is possible to know in which section from 0 ° to 360 °. By monitoring the output state of each of the Hall elements 51 and 52, the angular position can be determined even if the combination of the sine output and the cos output of the magnetoresistive element 50 is two as shown in FIG. Therefore, the rotational position and the angular position θ of the rotating magnet 30 can be determined from the output of the magnetoresistive element 50 and the outputs of the Hall elements 51 and 52.

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, sine wave signals sin and cos corresponding to the number of pairs of the N pole and the S pole of the annular magnetized surface 41 are output from the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40. In this case, as shown in FIG. 2B, if the sine wave signals sin and cos output from the magnetoresistive element 60 are determined as θ = tan −1 (sin / cos), the angular position of the rotating magnet 40 can be determined. θ is known. This calculation process is performed by the angle calculation unit 12.

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, the absolute angle data of one cycle per rotation based on the detection data after the A / D conversion of the magnetoresistive element 50 and the Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30 are as shown in FIG. Change. Further, the incremental angle data of one rotation N cycle based on the detection data after the A / D conversion from the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 changes as shown in FIG. 3B. Therefore, by combining the absolute angle data shown in FIG. 3A and the incremental angle data shown in FIG. 3B, the absolute angle data shown in FIG. 3C can be obtained. That is, FIG. 3C shows absolute angle data obtained by complementing the absolute angle data shown in FIG. 3A with angle data for 128 poles of the rotating magnet 40.

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 angle error that each pole of the rotating magnet 40 has in common and the angle error after correction by the electrical angle correction unit 14.

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 128 poles, which is the number of pairs of the N pole and the S pole of the rotating magnet 40, in an overlapping manner. FIG. 4A shows an angle error before correction due to a harmonic of a specific order (for example, 11th order). The horizontal axis indicates the angle of one rotation, and the vertical axis indicates the level of the angle error when the resolution is, for example, 20 bits.

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, the 11th order) is superimposed on the fundamental wave (one cycle of output with one pole of the magnet), the maximum level becomes 20 and -22. Angle error has occurred.

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, as in FIG. 4A, 128 poles, which is the number of pairs of the N pole and the S pole of the rotating magnet 40, superimposed. FIG. 4B shows the corrected angle when the harmonic of a specific order (for example, 11th) is canceled based on the electrical angle correction data obtained by averaging the harmonics of a specific order (for example, 11th). The error is shown. As can be seen from FIG. 4B, an angle error occurs in which the maximum level is 20, -15. However, as can be seen from FIG. 4B, it can be seen that the repetitive angle error in which the maximum level is 20, -22 is canceled.

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 corrected angle error of four poles among the 128 poles in FIG. 4B. As can be seen from FIG. 5, since the eleventh harmonic has been corrected, it can be seen that the angle error component of 12 periods is reduced for one rotation.

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 of correcting the angle of the rotating magnet unit 20 will be described with reference to FIG. In the following, a description will be given assuming that the detection signal from the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40 has the seventh or lower harmonic canceled by the harmonic cancellation pattern 61.

(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 rotating magnet unit 20 rotates, the amplifiers 70 to 72 amplify the detection signal. That is, the amplifiers 70 and 71 amplify the detection signals of the magnetoresistive element 50 and the Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30. The amplifier 72 amplifies a detection signal of the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40.

(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)
A / D-convert the detection signal. That is, the A / D converter 73 A / D converts the detection signals of the Hall elements 51 and 52 on the rotating magnet 30. Further, the A / D converter 74 performs A / D conversion on the detection signal of the magnetoresistive element 50 on the rotating magnet 30. Further, the A / D converter 75 A / D converts the detection signal of the magnetoresistive element 60 on the rotating magnet 40.

(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 a calculation process of θ = tan −1 (sin / cos) on the detection data after the A / D conversion from the A / D conversion units 73 and 74 to obtain an angle position. In addition, the angle calculation unit 12 performs a calculation process of θ = tan −1 (sin / cos) on the detection data after the A / D conversion from the A / D conversion unit 75 to obtain an angle position. In addition, in the detection data after A / D conversion from the A / D conversion unit 75, since the harmonic of the seventh order or less is canceled by the harmonic cancellation pattern 61, the data of the harmonic exceeding the seventh order is included. include.

(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 angle correction unit 14 cancels harmonics included in the angle position data obtained by the angle calculation unit 12 based on the electrical angle correction data stored in the memory 13. Here, the electrical angle correction data is, for example, a value obtained by averaging errors caused by all harmonics exceeding the seventh order, as described above. Further, the electrical angle correction data is a value that cancels out the periodic angle error that is commonly possessed by the poles of the rotating magnet 40. Therefore, the electrical angle correction unit 14 corrects the angular position data obtained by the angle calculation unit 12 based on the electrical angle correction data, so that the periodic angle error that each pole of the rotating magnet 40 has in common is reduced. Will be corrected. When the electrical angle correction unit 14 includes error correction data that can be canceled without remaining by the harmonic cancellation pattern 61, for example, the seventh or lower harmonic, At the same time as the harmonics exceeding the seventh order, the remaining harmonics that are not canceled by the harmonic cancellation pattern 61, for example, the harmonics of the seventh order or less are canceled.

(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 position determining unit 15 determines the angular position of the rotating magnet unit 20 from the angular position data from the angle calculating unit 11 and the corrected angular position data from the electrical angle correcting unit 14.

(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 angle correction unit 16 cancels the mechanical angle component based on the mechanical angle correction data stored in the memory 13 with respect to the angle position data determined by the angle position determination unit 15. Here, the mechanical angle correction data is a value for canceling an angle error generated by a mechanical factor such as a center shift between the magnetoresistive element 50 and the rotating magnet 30 and a center shift between the magnetoresistive element 60 and the rotating magnet 40. . Note that an angular error individually included in any of the poles of the rotating magnet 40 occurs periodically with the rotation of the rotating magnet 40. Such an angular error occurs at a fixed angular position. Accordingly, the mechanical angle correction unit 16 corrects the angular position data determined by the angular position determination unit 15, thereby correcting an angular error that periodically occurs with the rotation of the rotating magnet 40.

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。   As described above, in the present 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, 7th order) or less by the harmonic canceling pattern 61 and detects the angular position of the rotating magnet 40 (second rotating magnet), the data processing unit 10 determines the predetermined order ( The detection data of the magnetoresistive element 60 (second magnetoresistive element) is corrected by correction data (for example, electrical angle correction data) that cancels out harmonics exceeding 7th order. As a result, harmonics having a predetermined order (for example, 7th order) or less are canceled by the magnetoresistive element 60 (second magnetic resistance element), and harmonics exceeding a predetermined order (for example, 7th order) are generated by the data processing unit 10. Since the cancellation is canceled, it is possible to cancel the harmonics superimposed on the fundamental wave of the detection signal from the sensor (the magnetoresistive element 60) constituting a part of the rotary encoder 100, and obtain highly accurate rotation position detection data. Can be.

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 angle correction unit 14 uses the electrical angle correction data stored in the memory 13 to cancel a periodic angle error that is common to each pole of the rotating magnet 40 (second rotating magnet), The angular position determining unit 15 detects the detection data of the magnetoresistive element 50 (first magnetoresistive element), the Hall element 51 (first Hall element), the Hall element 52 (second Hall element), and the electrical angle correction unit 14. Determines the angular position of the rotating magnet section 20 based on the corrected detection data, so that it is possible to cancel the periodic angular error that each pole of the rotating magnet 40 (second rotating magnet) has in common. it can.

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。   If 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 61, the electrical angle correction unit 14 cancels the data using the harmonic cancellation pattern 61. It is possible to cancel the remaining harmonics of a predetermined order or less.

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 angle correction unit 16 uses the mechanical angle correction data stored in the memory 13 to correct the angular position data determined by the angular position determination unit 15, the magnetoresistive element 50 (first magnetoresistive element) And the rotating magnet 30 (first rotating magnet) and the center displacement between the magnetoresistive element 60 (second magnetoresistive element) and the rotating magnet 40 (second rotating magnet). The generated angle error can be canceled.

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。   In addition, since the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors caused by all harmonics exceeding a predetermined order, the storage capacity of the memory 13 can be reduced, and the predetermined The procedure of the correction processing for canceling the harmonics exceeding the order can be shortened.

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。   If the electrical angle correction data includes a value obtained by averaging errors due to all harmonics of a predetermined order or less that remain without being canceled by the harmonic canceling pattern 61, As a result, harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled can be canceled.

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 a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order, the electrical angle correction unit 14 cancels the harmonics exceeding the predetermined order for each specific order. This can further reduce the periodic angular error that each pole of the rotating magnet 40 (second rotating magnet) has in common.

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。   If the electrical angle correction data includes a value that is averaged for each specific order of harmonics of a predetermined order or less and remains without being canceled by the harmonic canceling pattern, the electrical angle correction unit 14 Harmonics of a predetermined order or less remaining without being canceled by the cancel pattern 61 can be canceled for each specific order, and each pole of the rotating magnet 40 (second rotating magnet) has in common. Periodic angle error can be further reduced.

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。   By setting the order of the harmonic canceling pattern 61 of the magnetoresistive element 60 (second magnetoresistive element) to 7 or less, the magnetoresistive element 60 (second magnetoresistive element) is controlled by the harmonic canceling pattern 61. 7th and lower harmonics can be canceled.

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 SYMBOLS 10 Data processing part 11, 12 Angle calculation part 13 Memory 14 Electric angle correction part 15 Angular position determination part 16 Mechanical angle correction part 20 Rotating magnet part 30, 40 Rotating magnet 31, 32, 41 Magnetized surface 50, 60 Magnetoresistive element 50a to 50d, 60a to 60d Magnetoresistive pattern 51, 52 Hall element 61 Harmonic cancellation pattern 70-72 Amplifier 73-75 A / D converter 100 Rotary encoder

Claims (18)

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
ことを特徴とするロータリエンコーダ。
Rotation including a first rotating magnet in which N poles and S poles are magnetized one by one in the circumferential direction, and a second rotating magnet in which a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction. A rotary encoder having a magnet unit,
A first magnetoresistive element for detecting an angular position of the first rotating magnet;
A first Hall element disposed in proximity to the first magnetoresistive element;
A second Hall element arranged at a position shifted by 90 ° in 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 determining 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 With
The second magnetoresistive element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling a harmonic of a predetermined order or less,
The rotary encoder according to claim 1, wherein the data processing unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element with correction data for canceling a harmonic that exceeds a predetermined order.
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 includes:
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;
Determining an angular position of the rotating magnet unit based on detection data of the first magnetoresistive element, the first Hall element, 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 determining unit.
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請求項2に記載のロータリエンコーダ。   3. The rotary encoder according to claim 2, wherein the electrical angle correction data includes data that cancels a harmonic of a predetermined order or less that remains without being canceled by the harmonic cancel pattern. 4. . 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 that periodically occurs with the rotation of the first rotating magnet and the second rotating magnet,
4. The rotary encoder according to claim 2, wherein the data processing unit includes a mechanical angle correction unit configured to correct the angular position data determined by the angular position determination unit using the mechanical angle correction data. 5.
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請求項2に記載のロータリエンコーダ。   The rotary encoder according to claim 2, wherein the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors caused by all harmonics exceeding the predetermined order. 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請求項5に記載のロータリエンコーダ。   6. The electric angle correction data includes a value obtained by averaging errors remaining due to all harmonics of the predetermined order or less that remain without being canceled by the harmonic canceling pattern. The rotary encoder according to 1. 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請求項2に記載のロータリエンコーダ。   The rotary encoder according to claim 2, wherein the electrical angle correction data has a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order. 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請求項7に記載のロータリエンコーダ。   8. The electric angle correction data according to claim 7, wherein the electric angle correction data includes a value averaged for each specific order of harmonics of the predetermined order or less, which remain without being canceled by the harmonic canceling pattern. Rotary encoder. 前記所定の次数は、7次であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のロータリエンコーダ。   The rotary encoder according to any one of claims 1 to 8, wherein the predetermined order is a seventh order. 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 poles and S poles are magnetized one by one in the circumferential direction, and a second rotating magnet in which a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction. An angle correction method for a rotary encoder having a magnet unit,
Detecting an angular position of the first rotating magnet with a first magnetoresistive element;
A first Hall element disposed in proximity to the first magnetoresistive element;
A second Hall element arranged at a position shifted by 90 ° in 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;
A data processor configured to perform 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 perform data processing on the angular position of the rotating magnet unit And a step of determining
The second magnetoresistive element is provided with a harmonic cancellation pattern for canceling a harmonic of a predetermined order or less,
The method according to claim 1, wherein the data processing unit corrects the detection data of the second magnetoresistive element using correction data for canceling a harmonic that exceeds a predetermined order.
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 electric angle correction data stored in a memory by an electric angle correction unit;
An angular position determining unit configured to detect the rotation of the rotating magnet unit 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; Determining the angular position of the rotary encoder. The method of correcting an angle of a rotary encoder according to claim 10, further comprising:
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請求項11に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。   The rotary encoder according to claim 11, wherein the electrical angle correction data includes data that cancels a harmonic of a predetermined order or less that remains without being canceled by the harmonic cancel pattern. Angle correction method. 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 that periodically occurs with the rotation of the first rotating magnet and the second rotating magnet,
The method of correcting an angle of a rotary encoder according to claim 11, further comprising: using a mechanical angle correction unit to correct the angular position data determined by the angular position determination unit using a mechanical angle correction unit. .
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請求項11に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。   The method according to claim 11, wherein the electrical angle correction data has a value obtained by averaging errors caused by all harmonics exceeding the predetermined order. 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請求項14に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。   The electrical angle correction data includes a value obtained by averaging errors remaining due to all harmonics of the predetermined order or less that remain without being canceled by the harmonic canceling pattern. 3. The angle correction method for a rotary encoder according to 1. 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請求項11に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。   The method according to claim 11, wherein the electrical angle correction data has a value averaged for each specific order of harmonics exceeding the predetermined order. 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請求項16に記載のロータリエンコーダの角度補正方法。   17. The electric angle correction data according to claim 16, wherein the electric angle correction data includes a value averaged for each specific order of harmonics having a predetermined order or less and remaining without being canceled by the harmonic canceling pattern. Angle correction method for rotary encoders. 前記所定の次数は、7次であることを特徴とする請求項10〜17のいずれかに記載のロータリエンコーダの角度補正方法。   18. The method according to claim 10, wherein the predetermined order is a seventh order.
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