JP6769799B2 - ロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法 - Google Patents
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Description
補正第1絶対角度データを前記補正値で補正した誤差補正第1絶対角度データを生成する相対誤差補正部と、前記第1検出結果、前記第2検出結果、前記位相差、前記誤差補正第1絶対角度データ、および、前記インクリメンタル角度データに基づいて絶対角度を取得する絶対角度取得部と、を備えることを特徴とする。
部と、前記第1検出結果を前記位相差で補正した位相補正第1検出結果、前記第2検出結果、前記第2絶対角度データ、および、前記インクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定する角度位置決定部と、を備えることが望ましい。このようにすれば、誤差補正第1絶対角度データにおいても、インクリメンタル角度データとの間に位相ずれ等の誤差がある場合に、これらの誤差を補正によって抑制できる。また、絶対角度位置の決定は、第1センサ部からの第1検査結果を位相差で補正した位相差位相補正第1検出結果を用いて行うので、第1センサ部と第2センサ部との間の相対的な位置ずれ等に起因する検出精度の低下を、より、抑制できる。
ンタル角度データとの間では、第1絶対角度データとN周期分のインクリメンタル角度データとの間の相対的な誤差が無くなるか、或いは、相対的な誤差が抑制される。従って、誤差補正第1絶対角度データとインクリメンタル角度データとに基づいて絶対角度位置を取得すれば、相対的な位置ずれ等に起因する検出低下を抑制できる。
図1は本発明を適用したロータリエンコーダの外観等を示す説明図である。図1(a)はロータリエンコーダを回転軸線方向の一方側かつ斜め方向から見た場合の斜視図であり、図1(b)は、回転軸線方向の一方側から見た場合の平面図である。図2は、本発明を適用したロータリエンコーダの固定体の一部を切り欠いて示す側面図である。
て複数本の端子16が突出している。胴部123において回転中心軸線方向Lの第1方向L1に位置する端面には、突起124や穴125等が形成されており、かかる穴125等を利用して、胴部123にはセンサ基板15がネジ193等により固定されている。その際、センサ基板15は、突起124等により所定位置に位置決めされた状態で精度よく固定される。センサ基板15において、回転中心軸線方向Lの第1方向L1の面にはコネクタ17が設けられている。回転体2は、胴部123の内側に配置される円筒状の部材であって、その内側にはモータの回転出力軸(図示せず)が嵌合等の方法で連結されている。従って、回転体2は、回転軸線回りに回転可能である。
図3は、本発明を適用したロータリエンコーダ1のセンサ部等の構成を示す説明図である。図3において、データ処理部90は、予め格納されているプログラムに基づいて動作するCPU等を備える。データ処理部90の構成については機能ブロック図で示す。
ッジ回路を構成している。
図4は、本発明を適用したロータリエンコーダ1における検出原理を示す説明図である。図4(a)は磁気抵抗素子4から出力される信号等の説明図であり、図4(b)は、図4(a)に示す信号と回転体2の角度位置(電気角)との関係を示す説明図である。図5はロータリエンコーダにおける角度位置の決定方法の基本的構成を示す説明図である。
の磁極の1周期分を回転する度に、正弦波信号sin、cosが出力される。従って、第2磁気抵抗素子60から出力された正弦波信号sin、cosについても、図4(b)に示すように、正弦波信号sin、cosからθ=tan−1(sin/cos)を求めれば、第2磁石30の磁極の1周期分に相当する角度内における回転体2の角度位置θが分かる。
図6は第1絶対角度データabs−1とインクリメンタル角度データINCとの位相差および位相補正第1絶対角度データの説明図である。図7は変換絶対角度データの説明図である。図8は補正値の説明図である。図9は誤差補正第1絶対角度データabs−1cの説明図である。図10はロータリエンコーダにおける角度位置の決定方法の具体的構成を示す説明図である。図10には、第2絶対角度データabs−2の各周期が真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号1、2・・n−1、n、n+1・・Nを付し、インクリメンタル角度データINCの各周期が真の角度位置に対して、いずれの位置の周期かを示す符号1、2・・m−1、m、m+1・・Nを付してある。図11はロータリエンコーダにおいて第2絶対角度データの位相が進んでいる場合の説明図である。図12はロータリエンコーダにおいて第2絶対角度データの位相が遅れている場合の説明図である。
対角度取得工程を行う絶対角度取得部101を備える。
前補正処理部100は、メモリ(記憶部)102、位相差取得部103、変換絶対角度データ算出部104、第1位相補正部105、補正値取得部106、および、相対誤差補正部107を備える。
1補正値Δq1とを関連付けたテーブルの形態でメモリ102に記憶保持する。本例において補正値Δq1を取得する複数の角度位置は、1回転を第2磁石30の磁極対の数Nで等間隔に分割した場合の各角度位置である。なお、補正値Δq1を取得する複数の角度位置は、例えば、1回転を第2磁石30の磁極対の数の2倍の数で等間隔に分割した場合の各角度位置とすることができる。
次に、絶対角度取得部101は、図3に示すように、第2絶対角度データ生成部110、第1メモリ111、第2メモリ112、角度位置決定部113を備える。また、絶対角度取得部101は、位相比較部114および第2位相補正部115を備える。
絶対角度データである第1検出結果、第2センサ部からの瞬間時のインクリメンタル角度データである第2検出結果、第1メモリ111に記憶された第2絶対角度データabs−2、および第2メモリ112に記憶されたインクリメンタル角度データINCに基づいて、瞬間時の回転体2の絶対角度位置を決定する。
えば、(i+1)番目)の周期であって、第2センサ部1bによる第2検出結果がインクリメンタル角度データINCにおける第2閾値TH2以下である場合、第2絶対角度データabs−2の位相がインクリメンタル角度データINCの位相より遅れていると判定する。すなわち、第2絶対角度データabs−2の位相とインクリメンタル角度データINCの位相とが一致している場合、位相補正第1検出結果が第3絶対角度データabs−3における偶数番目の周期であるときには、第2センサ部1bによる第2検出結果は、インクリメンタル角度データINCにおける第2閾値TH2を超えることから、上記の処理によれば、第2絶対角度データabs−2の位相がインクリメンタル角度データINCの位相より遅れていることを検出することができる。本形態において、第2閾値TH2は、電気角で90degである。
次に、図13を参照して、絶対角度位置取得動作を説明する。絶対角度位置取得動作は前補正工程(ステップST1)と、絶対角度位置取得工程(ステップST2)とを備える。
いて第1絶対角度データabs−1を補正して第1絶対角度データabs−1とインクリメンタル信号変換絶対角度データINC-absとの位相を合わせた位相補正第1絶対角度データabs−1pを生成する(ステップST13:変換絶対角度データ算出工程、第1位相補正工程)。
絶対角度取得工程(ステップST2)では、第2絶対角度データ生成部110が、誤差補正第1絶対角度データabs−1cを、第2磁石30の磁極対の数(N:2以上の正の整数)に内挿分割した第2絶対角度データabs−2を作成し、この第2絶対角度データabs−2を第1メモリ111に記憶保持する(ステップST21:第2絶対角度データ生成工程)。その後、回転体2を回転させて、第1センサ部1aからの第1検出結果(第1センサ部1aから出力される瞬間時の第1絶対角度データ)および第2センサ部1bからの第2検出結果(第2センサ部1bから出力される瞬間時のインクリメンタル角度データ)を得る。また、角度位置決定部113は、第1検出結果(第1センサ部1aから出力される瞬間時の第1絶対角度データ)を位相差Δpで補正した位相補正第1検出結果(瞬間時の位相補正第1絶対角度データ)を算出する。
角度データINCの位相より進んでいると判定した場合、或いは、第2判定部118が、第2絶対角度データabs−2の位相がインクリメンタル角度データINCの位相より遅れていると判定した場合には(ステップ22:位相比較工程、No)、第2位相補正部115が第2絶対角度データabs−2を補正して、第2絶対角度データabs−2の位相をインクリメンタル角度データINCの位相に一致させる。そして、補正後の第2絶対角度データabs−2を新たな第2絶対角度データabs−2として、第1メモリ111に記憶保持する(ステップST24:第2位相補正工程)。
なお、絶対角度取得工程の後に、絶対角度取得工程を経て検出された絶対角度位置を更に補正する後補正工程を備えることもできる。この場合には、予め、絶対角度取得工程を経て検出された絶対角度位置と、基準エンコーダーにより取得した基準絶対角度位置との誤差を取得して位置誤差データとしてメモリに記憶保持しておき、絶対角度取得工程を経て検出された絶対角度位置を、位置誤差データを用いて補正して、基準エンコーダーにより取得した基準絶対角度位置に一致させる。かかる後補正工程を行う後補正部は、メモリ(記憶部)と、絶対角度取得工程を経て検出された絶対角度位置と基準エンコーダーにより取得した基準絶対角度位置との誤差を取得して位置誤差データとしてメモリ(記憶部)に記憶保持する位置誤差データ記憶部と、絶対角度取得工程を経て検出された絶対角度位置を、位置誤差データを用いて補正して、基準エンコーダーにより取得した基準絶対角度位置に一致させる絶対角度位置補正部と、を備えるものとすることができる。
上記実施形態の磁気式のロータリエンコーダでは、第1センサ部1aおよび第2センサ部1bの第2検出結果に磁石と磁気抵抗素子とを用いたが、第1センサ部1aおよび第2センサ部1bの第2検出結果の一方あるいは双方をレゾルバによって構成した場合に本発明を適用してもよい。
1a・・・第1センサ部
1b・・・第2センサ部
20・・・第1磁石
30・・・第2磁石
40・・・第1磁気抵抗素子
51・・・第1ホール素子
52・・・第2ホール素子
60・・・第2磁気抵抗素子
101・・・絶対角度取得部
102・・・メモリ(記憶部)
103・・・位相差取得部
104・・・変換絶対角度データ算出部
105・・・第1位相補正部
106・・・補正値取得部
107・・・相対誤差補正部
110・・・第2絶対角度データ生成部
113・・・角度位置決定部
114・・・位相比較部
115・・・位相補正部
abs-1・・・第1絶対角度データ
INC・・・インクリメンタル角度データ
INC−abs・・・インクリメンタル信号変換絶対角度データ
L・・・回転中心軸方向
Δp・・・位相差
Δq1・・・補正値
Δq2・・・中間補正値
Claims (12)
- 第1センサ部と、第2センサ部とを備え、前記第1センサ部において1回転1周期の第1絶対角度データを取得するとともに、前記第2センサ部において、Nを2以上の正の整数としたときに1回転N周期のインクリメンタル角度データを取得し、前記第1センサ部からの第1検出結果および前記第2センサ部からの第2検出結果に基づいて絶対角度位置を検出するロータリエンコーダにおいて、
前記第1絶対角度データと前記インクリメンタル角度データとの位相差を取得する位相差取得部と、
N周期分の前記インクリメンタル角度データを1回転の絶対角度データに変換したインクリメンタル信号変換絶対角度データを算出する変換絶対角度データ算出部と、
前記位相差に基づいて前記第1絶対角度データを補正して前記第1絶対角度データの位相を前記インクリメンタル信号変換絶対角度データの位相に一致させた位相補正第1絶対角度データを生成する第1位相補正部と、
前記インクリメンタル信号変換絶対角度データと前記位相補正第1絶対角度データとの差に基づいて補正値を取得する補正値取得部と、
前記位相補正第1絶対角度データを前記補正値で補正した誤差補正第1絶対角度データを生成する相対誤差補正部と、
前記第1検出結果、前記第2検出結果、前記位相差、前記誤差補正第1絶対角度データ、および、前記インクリメンタル角度データに基づいて絶対角度を取得する絶対角度取得部と、
を備えることを特徴とするロータリエンコーダ。 - 請求項1において、
前記補正値取得部は、前記インクリメンタル信号変換絶対角度データから前記位相補正第1絶対角度データを減算して前記補正値を取得し、
前記相対誤差補正部は、前記位相補正第1絶対角度データに前記補正値を加算して前記誤差補正第1絶対角度データとすることを特徴とするロータリエンコーダ。 - 請求項1において、
前記補正値取得部は、前記位相補正第1絶対角度データから前記インクリメンタル信号変換絶対角度データを減算して前記補正値を取得し、
前記相対誤差補正部は、前記位相補正第1絶対角度データから前記補正値を減算して前記誤差補正第1絶対角度データとすることを特徴とするロータリエンコーダ。 - 請求項1から3のうちのいずれかの項において、
さらに、記憶部を備え、
前記補正値取得部は、1回転1周期中の複数の角度位置における前記補正値を取得し、各角度位置と当該角度位置において取得した補正値とを関連付けて前記記憶部に記憶保持し、
前記相対誤差補正部は、隣り合う2つの前記角度位置のそれぞれで取得されている前記補正値に基づいて当該2つの角度位置の間の中間角度位置の中間補正値を算出するとともに、前記補正値として前記記憶部に記憶保持されている前記補正値と前記中間補正値とを用いて前記位相補正第1絶対角度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。 - 請求項1から4のうちのいずれか一項において、
前記絶対角度取得部は、
前記誤差補正第1絶対角度データがN個に内挿分割された第2絶対角度データを生成する第2絶対角度データ生成部と、
前記第2絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とを比較する位相比較部と、
前記位相比較部での比較結果において前記第2絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とがずれているときに前記第2絶対角度データを補正する位相補正部と、
前記第1検出結果を前記位相差で補正した位相補正第1検出結果、前記第2検出結果、前記第2絶対角度データ、および、前記インクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定する角度位置決定部と、
を備えることを特徴とするロータリエンコーダ。 - 請求項1から5のうちのいずれか一項において、
前記第1センサ部は、回転中心軸周りにN極とS極とが1つずつ配置された第1磁石と、前記第1磁石の回転中心軸線方向で対向する第1磁気抵抗素子と、前記第1磁石に対向する第1ホール素子と、前記第1磁石に対向するとともに前記第1ホール素子に対して前記回転中心軸線回りに機械角で90°ずれた位置に配置された第2ホール素子と、を備え、
前記第2センサ部は、前記回転中心軸周りに複数極対が配置された第2磁石と、前記第2磁石に対向する第2磁気抵抗素子と、を備えることを特徴とするロータリエンコーダ。 - 第1センサ部と、第2センサ部とを備え、前記第1センサ部において1回転1周期の第1絶対角度データを取得するとともに、前記第2センサ部において、Nを2以上の正の整数としたときに1回転N周期のインクリメンタル角度データを取得しておき、前記第1センサ部からの第1検出結果および前記第2センサ部からの第2検出結果に基づいて絶対角度位置を検出するロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法において、
前記第1絶対角度データと前記インクリメンタル角度データとの位相差を取得する位相差取得工程と、
N周期分の前記インクリメンタル角度データを1回転の絶対角度データに変換したインクリメンタル信号変換絶対角度データを算出する変換絶対角度データ算出工程と、
前記位相差に基づいて前記第1絶対角度データを補正して前記第1絶対角度データの位相を前記インクリメンタル信号変換絶対角度データの位相に一致させた位相補正第1絶対角度データを生成する第1位相補正工程と、
前記インクリメンタル信号変換絶対角度データと前記位相補正第1絶対角度データとの差に基づいて補正値を取得する補正値取得工程と、
前記位相補正第1絶対角度データを前記補正値で補正した誤差補正第1絶対角度データを生成する相対誤差補正工程と、
前記第1検出結果、前記第2検出結果、前記位相差、前記誤差補正第1絶対角度データ、および、前記インクリメンタル角度データに基づいて絶対角度を取得する絶対角度取得工程と、
を備えることを特徴とするロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。 - 請求項7において、
前記補正値取得工程では、前記インクリメンタル信号変換絶対角度データから前記位相補正第1絶対角度データを減算して前記補正値を取得し、
前記相対誤差補正工程では、前記位相補正第1絶対角度データに前記補正値を加算して前記誤差補正第1絶対角度データとすることを特徴とするロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。 - 請求項7において、
前記補正値取得工程では、前記位相補正第1絶対角度データから前記インクリメンタル信号変換絶対角度データを減算して前記補正値を取得し、
前記相対誤差補正工程では、前記位相補正第1絶対角度データから前記補正値を減算して前記誤差補正第1絶対角度データとすることを特徴とするロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。 - 請求項7から9のうちのいずれか一項において、
前記補正値取得工程は、1回転1周期中の複数の角度位置における前記補正値を取得し、各角度位置と当該角度位置において取得した補正値とを関連付けて記憶部に記憶保持し、
前記相対誤差補正工程は、隣り合う2つの前記角度位置のそれぞれで取得されている前記補正値に基づいて当該2つの角度位置の間の中間角度位置の中間補正値を算出するとともに、前記補正値として前記記憶部に記憶保持されている前記補正値と前記中間補正値とを用いて前記位相補正第1絶対角度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絶対角度位置検出方法。 - 請求項7から10のうちのいずれか一項において、
前記絶対角度取得工程は、
前記誤差補正第1絶対角度データがN個に内挿分割された第2絶対角度データを生成する第2絶対角度データ生成工程と、
前記第2絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とを比較する位相比較工程と、
前記位相比較工程での比較結果において前記第2絶対角度データの位相と前記インクリメンタル角度データの位相とがずれているときに前記第2絶対角度データを補正する第2位相補正工程と、
前記第1検出結果を前記位相差で補正した位相補正第1検出結果、前記第2検出結果、前記第2絶対角度データ、および、前記インクリメンタル角度データに基づいて、回転体の絶対角度位置を決定する角度位置決定工程と、
を備えることを特徴とするロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。 - 請求項7から11のうちのいずれか一項において、
前記第1センサ部は、回転中心軸周りにN極とS極とが1つずつ配置された第1磁石と、前記第1磁石の回転中心軸線方向で対向する第1磁気抵抗素子と、前記第1磁石に対向する第1ホール素子と、前記第1磁石に対向するとともに前記第1ホール素子に対して前記回転中心軸線回りに機械角で90°ずれた位置に配置された第2ホール素子と、を備え、
前記第2センサ部は、前記回転中心軸周りに複数極対が配置された第2磁石と、前記第2磁石に対向する第2磁気抵抗素子と、を備えることを特徴とするロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法。
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