JPWO2008136054A1 - 磁気式エンコーダおよび絶対回転位置検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
円周方向に沿って等角度間隔でN極、S極が交互に形成されている多極マグネットと、
当該多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第1および第2磁気検出素子と、
前記多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第3および第4磁気検出素子と、
前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号とに基づき、前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の回転位置を表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Pは4以上の偶数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約180°離れた角度位置に配置されており、
前記第1および第3磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されており、
前記第2および第4磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されていることを特徴としている。
円周方向に沿って等角度間隔でN極、S極が交互に形成されている多極マグネット、当該多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第1および第2磁気検出素子、および、前記多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第3および第4磁気検出素子を備えている多極側磁気検出部と、
円周方向に沿って等角度間隔で2極着磁されている2極マグネット、および、当該2極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力する一対の磁気検出素子を備えている2極側磁気検出部と、
前記第1ないし第4磁気検出素子の出力信号、および、前記一対の磁気検出素子の出力信号に基づき、前記2極マグネットおよび前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Pは4以上の偶数であり、
前記第1および第2磁気検出素子と、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約180°離れた角度位置に配置されており、
前記第1および第3磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されており、
前記第2および第4磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されていることを特徴としている。
前記回転軸の回転位置の検出動作に先立って、当該回転軸を回転して、前記2極側磁気検出部から得られる各絶対値θtに対する前記多極側磁気検出部から得られる絶対値θeltを測定して割り当てておくと共に、前記2極側磁気検出部の各絶対値θtに対して前記多極マグネットの仮の磁極対番号Nxを割り当てておき、
前記回転軸の回転位置の検出開始時においては、
前記2極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θtiを計測し、
前記多極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θelrを計測し、
計測した前記絶対値θtiに割り当てられている前記絶対値θeltと、計測された前記絶対値θelrとに基づき、前記絶対値θtiに割り当てられている仮の前記磁極対番号Nxを補正して、磁極対番号Nrを算出し、
前記回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを、多極側磁気検出部の出力信号の1周期分の電気角に相当する機械角θelp(=360°/Pp)を用いて、次式により算出することを特徴としている。
θabs=(Nr×θelp+θelr)/Pp
X<2×((θelp/2)−(Pp×θelp/Rt))/Pp
θelr≧(θelt−θelp/2)ならば、補正磁極対番号Nr=Nxとし、
θelr<(θelt−θelp/2)ならば、補正磁極対番号Nr=Nx+1とする。
θelr<(θelt+θelp/2)ならば、補正磁極対番号Nr=Nxとし、
θelr≧(θelt+θelp/2)ならば、補正磁極対番号Nr=Nx−1とする。
X<2×((θelp/2)−(θelp/Rtmin))/Pp
X<2×((θelp/M)−(Pp×θelp/Rt))/Pp
θelr≧(θelt−θelp/M)ならば、補正磁極対番号Nr=Nxとし、
θelr<(θelt−θelp/M)ならば、補正磁極対番号Nr=Nx+1とする。
θelr<(θelt+θelp/M)ならば、補正磁極対番号Nr=Nxとし、
θelr≧(θelt+θelp/M)ならば、補正磁極対番号Nr=Nx−1とする。
X<2×((θelp/M)−(θelp/Rtmin))/Pp
図1は本発明を適用した多極マグネットを備えた磁気式エンコーダを示す概略ブロック図である。磁気式エンコーダ1は、円周方向に沿って等角度間隔でN極、S極が交互に形成されている多極マグネット2と、この多極マグネット2の円形外周面2aに沿って隣接配置した第1および第2磁気検出素子A1、B1と、同じく円形外周面2aに沿って隣接配置した第3および第4磁気検出素子A2、B2と、これら第1〜第4磁気検出素子A1〜B2の出力信号に基づき、検出対象の回転軸、例えば、サーボモータ3の回転軸4の回転位置を表す信号を生成する信号処理回路5とを有している。
次に、図3(a)〜(c)は、それぞれ、本発明を適用した実施の形態2に係る磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、その2極側磁気検出部を示す説明図、および、その多極側磁気検出部を示す説明図である。
次に、本例の信号処理回路15の構成および信号処理動作を説明する。信号処理回路15は、図3(a)に示すように、信号合成回路16を介して得られる多極側磁気検出部11からの出力信号に基づき回転軸14の1/Pp回転内の絶対値θelを算出する演算回路17と、2極側磁気検出部12からの出力信号に基づき回転軸14の1回転内の絶対値θtを算出する演算回路18と、対応テーブル19aを参照して絶対値θelおよびθtに基づき、回転軸14の1回転内の機械的絶対位置θabsを算出する演算回路19とを備えている。
θabs=(Nr×θelp+θelr)/Pp (1)
X<2×((θelp/2−(Pp×θelp/Rt))/Pp (2)
Rm:多極側磁気検出部の分解能
Rt:2極側磁気検出部の分解能
θelr:多極側磁気検出部の実際の絶対値(0〜(θelp−1))
θelt:多極側磁気検出部の仮の絶対値(0〜(θelp−1))
θti:2極側磁気検出部の絶対値(0〜(θtp−1))
Pp:多極マグネットの磁極対数
Nr:多極マグネットの実際の磁極対番号(0〜(Pp−1))
Nx:多極マグネットの仮の磁極対番号(0〜(Pp−1))
X<2×((θelp/2−(θelp/Rtmin))/Pp (2A)
X<2×((θelp/M−(Pp×θelp/Rt))/Pp (2B)
X<2×((θelp/M−(θelp/Rtmin))/Pp (2C)
次に、多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)が奇数の場合には、第1および第2磁気検出素子A1、B1に対して、第3および第4磁気検出素子A2、B2を、多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、180°離れた位置に配置すると、第1および第3磁気検出素子A1、A3は電気角で180°離れた位置となり、それの出力が逆位相となる。同様に、第2および第4磁気検出素子B1、B2も電気角で180°離れた位置となり、それらの出力が逆位相となる。逆位相の出力信号の差を取って、A相信号およびB相信号を生成しても、2極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を除去することができない。
次に、上記の磁気式エンコーダ20において、2極マグネット22が多極マグネット21Aから離れて配置されている場合、双方のマグネット21A、22の間が磁気遮蔽されている場合などのように、2極マグネット22からの磁束による影響が小さいときには、第1および第2磁気検出素子A1、B1と、第3および第4磁気検出素子A2、B2を、多極マグネット21Aの円周方向に沿って、機械角で丁度180°度離れた位置に配置してもよい。
図16は比較例としての磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、2極側磁気検出部の説明図および多極側磁気検出部の説明図である。この比較例は、前述の実施の形態2の磁気式エンコーダ10および実施の形態3の磁気式エンコーダ30との比較のためのものである。
次に、多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)が奇数の場合には、第1および第2磁気検出素子A1、B1に対して、第3および第4磁気検出素子A2、B2を、多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、180°離れた位置に配置すると、第1および第3磁気検出素子A1、A2は電気角で180°離れた位置となり、それの出力が逆位相となる。同様に、第2および第4磁気検出素子B1、B2も電気角で180°離れた位置となり、それらの出力が逆位相となる。逆位相の出力信号の差を取って、A相信号およびB相信号を生成しても、2極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を除去することができない。
Claims (16)
- 円周方向に沿って等角度間隔でN極、S極が交互に形成されている多極マグネットと、
当該多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第1および第2磁気検出素子と、
前記多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第3および第4磁気検出素子と、
前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号とに基づき、前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の回転位置を表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Pは4以上の偶数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約180°離れた角度位置に配置されており、
前記第1および第3磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されており、
前記第2および第4磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されていることを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項1に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)は偶数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で180°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の回転位置を表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項1に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)は奇数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、180°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りに360°/Pだけオフセットした位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の回転位置を表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項1に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)は奇数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で180°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の差信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の差信号とに基づき、前記回転軸の回転位置を表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 円周方向に沿って等角度間隔でN極、S極が交互に形成されている多極マグネット、当該多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第1および第2磁気検出素子、および、前記多極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第3および第4磁気検出素子を備えている多極側磁気検出部と、
円周方向に沿って等角度間隔で2極着磁されている2極マグネット、および、当該2極マグネットの回転に伴って、相互に90°の位相差を有する正弦波信号を出力する一対の磁気検出素子を備えている2極側磁気検出部と、
前記第1ないし第4磁気検出素子の出力信号、および、前記一対の磁気検出素子の出力信号に基づき、前記2極マグネットおよび前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Pは4以上の偶数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約180°離れた角度位置に配置されており、
前記第1および第3磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されており、
前記第2および第4磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは180°離れた角度位置に配置されていることを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項5に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)は偶数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で180°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の1/M回転内の絶対位置θelrを表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項5に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)は奇数であり、
前記第1および第2磁気検出素子に対して、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、180°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りに360°/Pだけオフセットした位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の1/Pp回転内の絶対位置θelrを表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項5に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Pp(=P/2)は奇数であり、
前記第1および第2磁気検出素子と、前記第3および第4磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で180°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第1磁気検出素子の出力信号および前記第3磁気検出素子の出力信号の差信号と、前記第2磁気検出素子の出力信号および前記第4磁気検出素子の出力信号の差信号とに基づき、前記回転軸の1/Pp回転内の絶対位置θelrを表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。 - 請求項6に記載の磁気式エンコーダを用いて回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを検出する絶対回転位置検出方法であって、
前記回転軸の回転位置の検出動作に先立って、当該回転軸を回転して、前記2極側磁気検出部から得られる各絶対値θtに対する前記多極側磁気検出部から得られる絶対値θeltを測定して割り当てておくと共に、前記2極側磁気検出部の各絶対値θtに対して前記多極マグネットの仮の磁極対番号Nxを割り当てておき、
前記回転軸の回転位置の検出開始時においては、
前記2極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θtiを計測し、
前記多極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θelrを計測し、
計測した前記絶対値θtiに割り当てられている前記絶対値θeltと、計測された前記絶対値θelrとに基づき、前記絶対値θtiに割り当てられている仮の前記磁極対番号Nxを補正して、磁極対番号Nrを算出し、
前記回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを、多極側磁気検出部の出力信号の1周期分の電気角に相当する機械角θelp(=360°/Pp)を用いて、次式により算出することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
θabs=(Nr×θelp+θelr)/Pp - 請求項9に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記2極側磁気検出部の分解能をRtとし、Mを2以上の整数とした場合に、当該2極側磁気検出部の角度再現性Xを、
X<2×{((θelp/M)−(Pp×θelp/Rt))/Pp}
を満足するように設定し、
θelt≧θelp/Mの場合には、
θelr≧(θelt−θelp/M)ならば磁極対番号NrをNxとし、
θelp<(θelt−θelp/M)ならば磁極対番号NrをNx+1とし、
θelt<θelp/2の場合には、
θelr<(θelt+θelp/M)ならば磁極対番号NrをNxとし、
θelp≧(θelt+θelp/M)ならば磁極対番号NrをNx−1とすることを特徴とする絶対回転位置検出方法。 - 請求項10に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記2極側磁気検出部の分解能をRtとすると、前記2極側磁気検出部の角度再現性Xを、
X<2×{((θelp/M)−(Pp×θelp/Rt))/Pp}
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。 - 請求項10に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記2極側磁気検出部における前記多極側磁気検出部の各磁極対に対する分解能の最小値をRtminとすると、前記2極側磁気検出部の角度再現性Xを、
X<2×{((θelp/2)−(θelp/Rtmin))/Pp}
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。 - 請求項7に記載の磁気式エンコーダを用いて回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを検出する絶対回転位置検出方法であって、
前記回転軸の回転位置の検出動作に先立って、当該回転軸を回転して、前記2極側磁気検出部から得られる各絶対値θtに対する前記多極側磁気検出部から得られる絶対値θeltを測定して割り当てておくと共に、前記2極側磁気検出部の各絶対値θtに対して前記多極マグネットの仮の磁極対番号Nxを割り当てておき、
前記回転軸の回転位置の検出開始時においては、
前記2極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θtiを計測し、
前記多極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θelrを計測し、
計測した前記絶対値θtiに割り当てられている前記絶対値θeltと、計測された前記絶対値θelrとに基づき、前記絶対値θtiに割り当てられている仮の前記磁極対番号Nxを補正して、磁極対番号Nrを算出し、
前記回転軸の1回転内の機械角絶対位置θabsを、多極側磁気検出部の出力信号の1周期分の電気角に相当する機械角θelp(=360°/Pp)を用いて、次式により算出することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
θabs=(Nr×θelp+θelr)/Pp - 請求項13に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記2極側磁気検出部の分解能をRtとし、Mを2以上の整数とした場合に、当該2極側磁気検出部の角度再現性Xを、
X<2×{((θelp/M)−(Pp×θelp/Rt))/Pp}
を満足するように設定し、
θelt≧θelp/Mの場合には、
θelr≧(θelt−θelp/M)ならば磁極対番号NrをNxとし、
θelp<(θelt−θelp/M)ならば磁極対番号NrをNx+1とし、
θelt<θelp/2の場合には、
θelr<(θelt+θelp/M)ならば磁極対番号NrをNxとし、
θelp≧(θelt+θelp/M)ならば磁極対番号NrをNx−1とすることを特徴とする絶対回転位置検出方法。 - 請求項13に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記2極側磁気検出部の分解能をRtとすると、前記2極側磁気検出部の角度再現性Xを、
X<2×{((θelp/M)−(Pp×θelp/Rt))/Pp}
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。 - 請求項13に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記2極側磁気検出部における前記多極側磁気検出部の各磁極対に対する分解能の最小値をRtminとすると、前記2極側磁気検出部の角度再現性Xを、
X<2×{((θelp/2)−(θelp/Rtmin))/Pp}
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
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