KR20170026209A - 인코더 - Google Patents

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KR20170026209A
KR20170026209A KR1020160107761A KR20160107761A KR20170026209A KR 20170026209 A KR20170026209 A KR 20170026209A KR 1020160107761 A KR1020160107761 A KR 1020160107761A KR 20160107761 A KR20160107761 A KR 20160107761A KR 20170026209 A KR20170026209 A KR 20170026209A
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KR
South Korea
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temperature
offset voltage
magnetoresistive element
approximate expression
offset
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KR1020160107761A
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히로카츠 오쿠무라
유타카 사이토
히토시 조코
Original Assignee
니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements

Abstract

본 발명은, 오프셋 전압에 대해서, 자기 저항 소자의 온도 특성의 영향을 저감시킨 인코더를 제공한다.
인코더가 동작 중에, 오프셋 조정부(94)는, 오프셋 전압과 감자 소자의 온도를 페어로 해서, 메모리(95)에 순차적으로 기록한다. 오프셋 조정부(94)는, 메모리(95)의 데이터를 바탕으로 근사식을 산출하고, 오프셋 전압의 온도 특성을 산출한다. 오프셋 조정부(94)는, 인코더가 다음번 기동되었을 경우, 온도 감시용 저항막과 온도 산출부(93)의 검출 결과와, 온도 특성을 바탕으로 하여, 기동 직후부터 오프셋 전압을 산출한다.

Description

인코더{ENCODER}
본 발명은, 인코더에 관한 것이고, 특히 자기 센서 장치를 구비하는 인코더에 관한 것이다.
회전체의 회전을 검출하는 인코더에서는, 예를 들어 회전체의 측에 마그네트를 설치하고, 고정체의 측에 자기 저항 소자(이하, 「MR 소자」라고 칭함)나 홀 소자를 구비한 자기 센서 장치가 설치된다. 이 자기 센서 장치에서는, 기판의 한쪽 면에 자기 저항막으로 이루어지는 감자막이 형성되어 있고, 감자막에 의해 구성한 2상(A상 및 B상)의 브리지 회로로부터 출력된 출력에 기초하여, 회전체의 각도 속도나 각도 위치 등을 검출한다.
여기서, 일반적으로, 자기 센서 장치에 사용되는 MR 소자나 홀 소자에 사용되는 감자막은, 온도에 따라 저항값이 변화된다. 그로 인해, 환경 온도가 변화되어도 안정된 검출 정밀도를 얻는 기술이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 구체적으로는, 감자막이 형성된 기판에, 온도 감시용 저항막 및 가열용 저항막(히터 패턴)이 형성되어 있다. 그리고, 설정 온도와의 온도 차나 온도 변화를 온도 감시용 저항막의 저항값에 따라 감시하고, 그 감시 결과에 기초하여 가열용 저항막에 급전하여, 감자막을 설정 온도로까지 가열한다. 따라서, 환경 온도의 변화가 발생했을 때, 응력의 영향에 기인하는 저항 변화나, 막질의 차에 기인하는 저항 변화가 상이할 경우에도 환경 온도에 따른 영향을 받기 어려우므로, 온도 변화가 발생해도 안정된 검출 정밀도를 얻을 수 있다.
일본 특허 공개 제2014-194360호 공보
그런데, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 히터 패턴에 의해 온도 제어를 행하여 MR 소자를 일정 온도로 유지하지만, (1) 기동 시, MR 소자의 온도가 일정해질 때까지 시간이 걸리거나, (2) 온도 센서와 감자막의 배치 위치가 상이하기 때문에, 칩 내에서의 온도가 동일하지 않고 온도 분포에 따른 오차가 발생하기 쉽거나, (3) 오프셋 전압의 경년 변화에 대응하기 위해, 기동 시의 MR 소자 오프셋 전압으로서 전회 동작 시의 오프셋 전압을 사용하고 있지만, 이것에는 온도 특성이 고려되어 있지 않다는 과제가 있었다. 예를 들어, 동작 시에는 온도가 높은 상태에서 오프셋이 기록되지만, 기동 시에는 온도가 낮으므로 오차가 크다는 과제가 있었다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, MR 소자의 온도 특성의 영향을 저감시킨 인코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 인코더는, 기판 상에 형성된 자기 저항 소자와, 상기 자기 저항 소자의 오프셋 전압을 검출하는 오프셋 전압 검출부와, 상기 자기 저항 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도를 관련지어서 기록하는 기억부와, 상기 기억부에 기록되어 있는 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 데이터로부터, 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 관계를 나타내는 근사식을 산출하고, 기동 시에 있어서, 상기 자기 저항 소자의 온도로부터 상기 근사식을 바탕으로 하여 현재의 오프셋 전압을 추정하고, 추정한 상기 오프셋 전압을 새로운 오프셋 전압으로 하는 오프셋 전압 결정부를 갖는다. 따라서, 기동 시에 소자를 가열하거나 하여 항온 제어를 행할 필요가 없고, 일정 온도가 될 때까지의 시간이 없어도 적합한 오프셋값을 취득할 수 있다. 즉, 기동 직후부터 정밀도가 높은 출력을 실현할 수 있다.
또한, 상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자가 형성되어 있는 동일한 상기 기판 상에 구비되어도 된다. 따라서, 실질적으로 자기 저항 소자 자체의 온도 검출, 즉, 정밀도가 높은 온도 검출이 가능하게 된다.
또한, 상기 기억부에, 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도를 관련지어서 기록할 때, 온도 범위는 소정 범위마다 분할되고, 상기 온도 범위 내에서 검출된 오프셋 전압을 평균해도 된다. 따라서, 소정의 온도 범위마다 나누어서 오프셋 전압을 평균화하여 기록함으로써, 데이터 용량을 억제할 수 있다. 예를 들어, 기억부의 용량이 작은 것을 선택할 수 있거나, 장기간에 걸쳐 데이터의 기록이 가능하게 되고, 장기간의 데이터의 보정이 가능하게 된다.
또한, 상기 오프셋 전압 결정부는, 계측된 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 관계가, 상기 근사식으로부터 소정량 이상 이격되었을 경우에, 새로운 데이터를 바탕으로 새로운 근사식을 산출해도 된다. 따라서, 외적인 요인 등에 의해 크게 오프셋 전압이 어긋났을 경우에, 근사식, 즉, 자기 저항 소자의 온도 특성을 일단 리셋함으로써, 상황에 적합한 오프셋 전압을 얻을 수 있다.
또한, 상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자의 온도를, 외부의 제어 장치와의 통신 주기마다 1회 검출하고, 상기 오프셋 전압 결정부는 상기 통신 주기 내에서 상기 근사식을 산출해도 된다. 즉, 각도 응답 개시로부터 다음 제어 장치로부터의 리퀘스트까지의 사이에, 온도 연산 처리가 실행된다. 이와 같이, 통신 주기마다 온도 검출을 행함으로써, 인터럽트 처리 등으로 비정기적으로 행하는 것보다도, 처리를 간결하게 할 수 있다. 즉, 처리 시간을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 확실하게 온도 연산 처리를 종료시킬 수 있다.
또한, 상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자의 저항값을 산출하고, 산출한 저항값으로부터 현재의 온도를 검출해도 된다. 따라서, 자기 저항 소자 자체의 저항값을 사용하므로, 별도로 온도 검출부를 설치할 필요가 없다. 또한, 자기 저항 소자의 감자부의 온도를 검출할 수 있으므로 칩 내에서의 온도 분포에 따른 오차가 적어진다.
또한, 상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자가 형성되어 있는 상기 기판 상에 형성된 온도 감시용 저항막을 구비해도 된다. 따라서, 자기 저항 소자의 감자부의 온도를 검출하는 것과 함께, 온도 감시용 저항막을 사용함으로써, 칩 내(기판 상)의 온도 분포를 파악할 수 있으며, 온도 분포에 따른 오차를 저감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 오프셋 전압에 대해서, 자기 저항 소자의 온도 특성의 영향을 저감시킨 인코더를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른, 자기 센서 장치 및 로터리 인코더에 있어서의 원리를 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시 형태에 따른, 자기 센서 장치 및 로터리 인코더에 사용한 감자 소자의 감자막의 전기적인 접속 구조를 도시하는 도면.
도 3은 제1 실시 형태에 따른, 자기 센서 장치의 감자 소자의 평면 구성을 도시하는 도면.
도 4는 제1 실시 형태에 따른, 제어부의 블록도.
도 5는 제1 실시 형태에 따른, 감자 소자의 온도와 오프셋 전압의 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 제2 실시 형태에 따른, 자기 센서 장치 및 로터리 인코더에 사용한 감자 소자의 감자막의 전기적인 접속 구조를 도시하는 도면.
이하에, 도면을 참조하여, 본 발명을 적용한 자기 센서 장치 및 로터리 인코더의 실시 형태를 설명한다. 또한, 로터리 인코더에 있어서, 고정체에 대한 회전체의 회전을 검출하는 데 있어서는, 고정체에 마그네트를 설치하고, 회전체에 감자 소자를 설치한 구성, 및 고정체에 감자 소자를 설치하고, 회전체에 마그네트를 설치한 구성 중 어느 쪽 구성을 채용해도 되지만, 이하의 설명에서는, 고정체에 감자 소자를 설치하고, 회전체에 마그네트를 설치한 구성을 중심으로 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 자기 센서 장치(10) 및 로터리 인코더(1)에 있어서의 원리를 도시하는 설명도이다. 도 1의 (a)는 감자 소자(4) 등에 대한 신호 처리계를 설명하는 도면이다. 도 1의 (b)는 감자 소자(4)로부터 출력되는 신호를 설명하는 도면이다. 도 1의 (c)는 신호와 회전체(2)의 각도 위치(전기각)와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 2는, 자기 센서 장치(10) 및 로터리 인코더(1)에 사용한 감자 소자(4)의 감자막(41 내지 44)(자기 저항막)의 전기적인 접속 구조를 설명하는 도면이다. 도 2의 (a)는 +A상의 감자막(43) 및 -A상의 감자막(41)이 구성하는 브리지 회로(4a)의 도면을 도시하고 있다. 도 2의 (b)는 +B상의 감자막(44) 및 -B상의 감자막(42)이 구성하는 브리지 회로(4b)의 도면을 도시하고 있다.
도 1에 도시하는 로터리 인코더(1)는, 고정체(도시하지 않음)에 대한 회전체(2)의 축선 둘레(회전축선 둘레)의 회전을 자기 센서 장치(10)에 의해 자기적으로 검출하는 장치이다. 고정체는, 모터 장치의 프레임 등에 고정되고, 회전체(2)는, 모터 장치의 회전 출력축 등에 연결된 상태로 사용된다. 회전체(2)의 측에는, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 1극씩 착자된 착자면(21)을 회전축선 방향 L의 일방측으로 향하는 마그네트(20)가 보유 지지되어 있다. 이 마그네트(20)는 회전체(2)와 일체로 회전축선 주위로 회전한다.
고정체의 측에는, 마그네트(20)의 착자면(21)에 대하여 회전축선 방향 L의 일방측에서 대향하는 감자 소자(4), 및 후술하는 처리를 행하는 제어부(90) 등을 구비한 자기 센서 장치(10)가 설치되어 있다. 또한, 자기 센서 장치(10)는, 마그네트(20)에 대향하는 위치에, 제1 홀 소자(61)와 제2 홀 소자(62)를 구비한다. 제2 홀 소자(62)는, 제1 홀 소자(61)에 대하여 둘레 방향에 있어서 기계각으로 90° 어긋난 지점에 위치한다.
감자 소자(4)는, 기판(40)과, 마그네트(20)의 위상에 대하여 서로 90°의 위상차를 갖는 2상의 감자막(A상(SIN)의 감자막, 및 B상(COS)의 감자막)을 구비한 자기 저항 소자이다. 구체적으로는, A상의 감자막은, 180°의 위상차를 갖고 회전체(2)의 이동 검출을 행하는 +A상(SIN+)의 감자막(43), 및 -A상(SIN-)의 감자막(41)을 구비한다. 마찬가지로, B상의 감자막은, 180°의 위상차를 갖고 회전체(2)의 이동 검출을 행하는 +B상(COS+)의 감자막(44), 및 -B상(COS-)의 감자막(42)을 구비한다.
도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, +A상의 감자막(43) 및 -A상의 감자막(41)은, 한쪽 단부가 A상용 전원 단자 VccA에 접속되고, 다른 쪽 단부가 A상용 접지 단자 GNDA에 접속되어 있다. +A상의 감자막(43)의 중점 위치에는, +A상이 출력되는 출력 단자 +A가 형성되어 있다. -A상의 감자막(41)의 중점 위치에는, -A상이 출력되는 출력 단자 -A가 형성되어 있다.
도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, +B상의 감자막(44) 및 -B상의 감자막(42)도, +A상의 감자막(44) 및 -A상의 감자막(41)과 마찬가지로, 한쪽 단부가 B상용 전원 단자 VccB에 접속되고, 다른 쪽 단부가 B상용 접지 단자 GNDB에 접속되어 있다. +B상의 감자막(44)의 중점 위치에는, +B상이 출력되는 출력 단자 +B가 형성되고, -B상의 감자막(42)의 중점 위치에는, -B상이 출력되는 출력 단자 -B가 형성되어 있다.
또한, 도 2에서는 편의상, A상용 전원 단자 VccA 및 B상용 전원 단자 VccB의 각각을 기재했지만, A상용 전원 단자 VccA와 B상용 전원 단자 VccB가 공통으로 되어 있어도 된다. 또한, 도 2에서는 편의상, A상용 접지 단자 GNDA 및 B상용 접지 단자 GNDB의 각각을 기재했지만, A상용 접지 단자 GNDA와 B상용 접지 단자 GNDB가 공통으로 되어 있어도 된다.
도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 이와 같은 구성의 감자 소자(4)는, 마그네트(20)에 있어서 착자 경계 부분에 회전축선 방향 L에서 겹치는 위치에 배치되어 있다. 이로 인해, 감자 소자(4)의 감자막(41 내지 44)은, 각 감자막(41 내지 44)의 저항값의 포화 감도 영역 이상의 자계 강도로, 착자면(21)의 면 내 방향에서 방향이 변화되는 회전자계를 검출할 수 있다. 즉, 착자 경계선 부분에서는, 각 감자막(41 내지 44)의 저항값의 포화 감도 영역 이상의 자계 강도로 면 내 방향의 방향이 변화되는 회전자계가 발생한다.
여기서, 포화 감도 영역이란, 일반적으로, 저항값 변화량 k가, 자계 강도 H와 근사적으로 「k∝H2」의 식으로 나타낼 수 있는 영역 이외의 영역을 말한다. 또한, 포화 감도 영역 이상의 자계 강도로 회전자계(자기 벡터의 회전)의 방향을 검출할 때의 원리는, 감자막(41 내지 44)에 통전된 상태에서, 저항값이 포화되는 자계 강도를 인가했을 때, 자계와 전류 방향이 이루는 각도 θ와, 감자막(41 내지 44)의 저항값 R의 사이에는, 다음 식으로 나타내는 관계가 있음을 이용하는 것이다.
R=R0-k×sin2θ
R0: 무자계 중에서의 저항값
k: 저항값 변화량(포화 감도 영역 이상일 때에는 상수)
이러한 원리에 기초하여 회전자계를 검출하면, 각도 θ가 변화하면 저항값 R이 정현파에 따라 변화하므로, 파형 품질이 높은 A상 출력 및 B상 출력을 얻을 수 있다.
도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 자기 센서 장치(10)에는, 제어부(90)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 감자 소자(4)는, 증폭 회로(31, 32)를 통하여, 또한, 제1 홀 소자(61) 및 제2 홀 소자(62)에는, 증폭 회로(35, 36)를 통하여 제어부(90)에 접속되어 있다.
제어부(90)는, 자기 센서 장치(10)로부터 출력되는 정현파 신호 sin, cos에 보간 처리나 각종 연산 처리를 행하는 CPU(연산 회로) 등을 구비하고, 감자 소자(4), 제1 홀 소자(61) 및 제2 홀 소자(62)로부터의 출력에 기초하여, 고정체에 대한 회전체(2)의 회전 각도 위치를 구한다.
보다 구체적으로는, 로터리 인코더(1)에 있어서, 회전체(2)가 1회전하면, 감자 소자(4)(자기 저항 소자)로부터는, 도 1의 (b)에 나타내는 정현파 신호 sin, cos이 2주기분 출력된다. 제어부(90)는, 증폭 회로(31, 32)에서 증폭된 정현파 신호 sin, cos으로부터 도 1의 (c)에 나타내는 리사쥬도를 구하고, 또한 정현파 신호 sin, cos으로부터 θ=tan-1(sin/cos)을 구함으로써, 회전 출력축의 각도 위치 θ를 산출한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 마그네트(20)의 중심에서 보아 90° 어긋난 위치에 제1 홀 소자(61) 및 제2 홀 소자(62)가 배치되어 있다. 이로 인해, 제1 홀 소자(61) 및 제2 홀 소자(62)의 출력의 조합에 의해, 현재 위치가 정현파 신호 sin, cos의 어느 한 구간에 위치하는지를 알 수 있다. 그 결과, 로터리 인코더(1)는, 감자 소자(4)에서의 검출 결과, 제1 홀 소자(61)에서의 검출 결과, 및 제2 홀 소자(62)에서의 검출 결과에 기초하여 회전체(2)의 절대 각도 위치 정보를 생성할 수 있고, 앱솔루트 동작을 행할 수 있다.
도 3은, 자기 센서 장치(10)의 감자 소자(4)를 설명하기 위한 도면이다. 여기에서는, 감자 소자(4)의 평면 구성에 대하여 예시하고 있으며, 편의적으로 온도 감시용 저항막(47)에 대해서는 우측 아래 방향의 사선으로 표시하고 있다.
도시와 같이, 자기 센서 장치(10)에 있어서, 감자 소자(4)는, 기판(40)과, 기판(40)의 한쪽면(40a)에 형성된 감자막(41 내지 44)을 구비한다. 감자막(41 내지 44)은, 서로 절첩되면서 연장되어 있는 부분에 의해, 기판(40)의 중앙에 원형의 감자 영역(45)을 구성하고 있다. 기판(40)은, 예를 들어 사각형의 평면 형상을 갖는 실리콘 기판이다.
감자막(41 내지 44)으로부터는 배선 부분이 일체로 연장되어 있고, 배선 부분의 단부에는, A상용 전원 단자 VccA, A상용 접지 단자 GNDA, +A상 출력용 출력 단자 +A, -A상 출력용 출력 단자 -A, B상용 전원 단자 VccB, B상용 접지 단자 GNDB, +B상 출력용 출력 단자 +B, 및 -B상 출력용 출력 단자 -B가 설치되어 있다.
또한, 기판(40)의 한쪽면(40a)에 온도 감시용 저항막(47)이 형성되어 있다. 온도 감시용 저항막(47)은, 도시에서 기판(40) 우측 하단 영역에 형성되어 있고, 감자 영역(45)과 근접하고 있다. 온도 감시용 저항막(47)은, 복수회 절첩되면서 연장된 평면 형상으로 되어 있다. 여기서, 도시에서 평면에서 볼 때는, 온도 감시용 저항막(47)은 감자막(44)의 배선 부분과 부분적으로 겹쳐 있지만, 감자 영역(45)과는 기판(40)의 면 내 방향으로 어긋난 영역에 형성되어 있고, 감자 영역(45)과는 겹치고 있지 않다.
온도 감시용 저항막(47)은, 자기 저항 효과를 나타내지 않는 도전막이다. 이로 인해, 온도 감시용 저항막(47)에 대한 자속 밀도가 변화해도, 온도를 정확하게 감시할 수 있다. 또한, 온도 감시용 저항막(47)은, 동일 기판 상의 감자 소자(4)(감자막(41 내지 44))에 인접하여 형성되어 있으므로, 감자 소자(4)의 온도를 고정밀도 및 고감도로 검출할 수 있다.
온도 감시용 저항막(47)의 한쪽 단부에는, 온도 감시용 전원 단자 VccS가 형성되어 있다. 또한, 온도 감시용 저항막(47)의 다른 쪽 단부는, B상용 접지 단자 GNDB에 접속되어 있다. 이로 인해, B상용 접지 단자 GNDB는, 온도 감시용 저항막(47)에 대한 접지 단자 GNDS로서도 이용되고 있다.
도 4는 제어부(90)의 블록도이다. 제어부(90)는, ADC부(91)와, 신호 처리부(92)와, 온도 산출부(93)와, 오프셋 조정부(94)와, 메모리(95)를 구비한다.
ADC부(91)는, 자기 센서 장치(10)로부터의 출력을 A/D 변환에 의해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 신호 처리부(92)는, A/D 변환된 신호에 기초하여, 자석(20)의 회전 각도 위치나 회전 속도 등을 검출한다.
온도 산출부(93)는, 감자 소자(4)에 관한 온도 연산 처리하여, 설정 온도와의 온도 차나 온도 변화를 온도 감시용 저항막(47)의 저항값에 의해 검출한다.
온도 검출의 타이밍으로서, 예를 들어 로터리 인코더(1)를 제어하는 소정의 제어 장치(상위 장치)와의 통신 주기마다 1회 검출하고, 통신 주기 내에서 온도 연산 처리를 행한다. 즉, 각도 응답 개시로부터 다음 제어 장치로부터의 리퀘스트까지의 사이에, 온도 연산 처리가 실행된다. 온도 연산 처리는, 수10μs에 종료되기 때문에, 그것보다도 충분히 긴 기간을 주기로 갖는 통신 주기 내에 처리는 확실하게 완료된다. 통신 주기마다 온도 검출을 행함으로써, 인터럽트 처리 등으로 비정기적으로 행하는 것보다도, 처리를 간결하게 할 수 있다.
오프셋 조정부(94)는, 감자 소자(4)의 출력을 바탕으로 구한 오프셋 전압과, 온도 산출부(93)에서 검출한 소자의 온도를 관련짓고, 메모리(95)에 순차적으로 기록한다. 그리고, 오프셋 조정부(94)는, 기동 시에 메모리(95)에 기록되어 있는 그들 데이터를 바탕으로, 오프셋 전압의 온도 특성을 계산하고, 현재의 온도로부터 기동 시의 오프셋 전압을 산출한다. 또한, 메모리(95)의 기입량이 가득 찼을 경우, 가장 오래된 데이터부터 최신의 데이터로 덮어 써진다.
도 5는 감자 소자(4)의 온도와 오프셋 전압의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프를 참조하여, 오프셋 전압의 조정 처리에 대하여 설명한다. 횡축이 감자 소자(4)의 온도(온도 감시용 저항막(47) 및 온도 산출부(93)에 의한 검출 결과)를 나타내고 있다. 종축은, 감자 소자(4)의 오프셋 전압을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 로터리 인코더(1)가 동작 중에, 오프셋 조정부(94)는, 오프셋 전압과 감자 소자(4)의 온도를 페어로 해서, 메모리(95)에 순차적으로 기록한다. 예를 들어, 도 5에서는, 제1 내지 제4 데이터 D1 내지 D4가 그래프 상에 나타나 있다.
오프셋 조정부(94)는, 제1 내지 제4 데이터 D1 내지 D4를 바탕으로 근사식(여기서는 근사 직선 AL)을 산출하고, 오프셋 전압의 온도 특성을 산출한다. 온도 특성으로서, 예를 들어 근사 직선 AL의 절편, 기울기가 산출된다.
그리고, 다음에 로터리 인코더(1)가 기동되었을 경우, 온도 감시용 저항막(47)과 온도 산출부(93)의 검출 결과로부터, 오프셋 조정부(94)는, 온도 특성을 바탕으로 하여, 기동 직후부터 오프셋 전압을 산출한다. 그 결과, 기동 직후부터 오프셋 전압을 적절하게 산출할 수 있고, 로터리 인코더(1)의 출력 오차, 즉 각도 오차를 저감할 수 있다. 또한, 오프셋 전압의 경년 변화나, 오프셋 전압 온도 특성의 경년 변화가 발생해도 순차적으로 보정해 갈 수 있다. 즉, 오프셋 조정부(94)는 오프셋 전압 온도 특성을 학습함으로써, 기동 직후의 오프셋 전압을 고정밀도로, 또한 고감도로 산출할 수 있다.
또한, 메모리(95)에 오프셋 전압과 감자 소자(4)의 온도를 페어로 하여 기록할 때, 온도 범위를 소정 범위마다 나누고, 그 온도 범위 내에서 검출된 오프셋 전압을 평균하여 저장해도 된다. 필요해지는 용량을 억제할 수 있으므로, 이용 가능한 메모리(95)의 용량에 제한이 있을 경우에 유효하다. 또한, 다른 관점에서는, 데이터가 덮어 써질 때까지의 기간을 길게 할 수 있어, 장기간에 걸쳐 데이터를 이용할 수 있다.
또한, 오프셋 전압과 감자 소자(4)의 온도에서 나타나는 데이터가 근사 직선 AL로부터 소정값 이상 이격되어 검출된 경우, 오프셋 조정부(94)는, 에러 발생이라 판단하여, 기존의 온도 특성을 리셋해도 된다. 즉, 오프셋 조정부(94)는, 학습의 초기화를 행한다.
예를 들어, 도시와 같이, 에러 데이터 Derror(Dx)가 근사 직선 AL보다 ΔV만큼 낮은 값으로 되어 있다. 이 경우, 소자 변형 등의 문제가 감자 소자(4)에 발생하여, 감자 소자(4)의 출력 특성이 변화되어 버렸을 가능성이 있다. 따라서, 그러한 경우에는, 오프셋 조정부(94)는, 기존의 데이터를 파기하고, 이후에 취득한 새로운 데이터를 기록하여, 이용한다. 또한, 학습의 초기화가 빈발하는 경우, 오프셋 조정부(94)는, 로터리 인코더(1)에 고장이 발생했다고 판단하여, 소정의 경고 수단(표시 수단 등)에 의해 그 취지를 통지해도 된다.
<제2 실시 형태>
본 실시 형태에서는, 감자 소자(MR 소자)에 흐르는 전류를 바탕으로 감자 소자 자체의 온도를 직접 검출하고, 그 온도의 오프셋 전압을 산출한다. 또한, 감자 소자(MR 소자)의 온도 계측 기술 이외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성·기능으로 실현할 수 있기 때문에, 본 실시 형태에 특징적인 기술에 대하여 설명하고, 마찬가지의 구성·기능에 대해서는 동일 부호를 붙여서 설명을 적절히 생략한다.
도 6은 자기 센서 장치(10) 및 로터리 인코더(1)에 사용한 감자 소자(4)의 감자막(41 내지 44)(자기 저항막)의 전기적인 접속 구조를 설명하는 도면이다. 여기에서는, A상측의 브리지 회로(4a)를 나타내고 있고, 제1 실시 형태의 도 2의 (a)의 구성에, 전류 검출 회로(150)를 추가한 구성으로 되어 있다.
도시와 같이, A상용 전원 단자 VccA와 A상측의 브리지 회로(4a)와의 경로 도중에, 즉, 하이 사이드측에 전류 검출 회로(150)가 형성되어 있다. 또한, 여기에서 나타내는 전류 검출 회로(150)의 구성은, 설명을 용이하게 하기 위해서, 전류 검출의 기본적인 회로 구성을 나타내고 있다. 현실에서는, 전용의 전류 검출용 IC가 사용되는 것이 일반적이며, 본 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 하이 사이드측에 한하지 않고 로우 사이드측에서 전류 검출이 행해져도 된다.
전류 검출 회로(150)는, 전류 검출용 저항(151)과 전류 검출용 증폭기(152)를 구비한다. 전류 검출용 저항(151)은, A상용 전원 단자 VccA와 A상측의 브리지 회로(4a)와의 경로 도중에, 직렬적으로 삽입되어 있다. 여기서, 감자막(41, 43)의 저항값이 500 내지 1000Ω인 경우, 전류 검출용 저항(151)의 저항값은 수10Ω으로 설정됨으로써, S/N비를 실질적으로 낮추지 않고 전류 검출이 가능하게 된다.
전류 검출용 저항(151)의 양단은, 전류 검출용 증폭기(152)의 2개의 입력(+/-)에 접속되어 있다. 그리고, 전류 검출용 증폭기(152)의 출력(Vout)은 제어부(90)에 접속된다.
계속해서, 온도 검출 처리에 대하여 설명한다. 도 4의 제어부(90)와 마찬가지의 구성에 의해 실현되는 것이다. 메모리(95)에는, 감자 소자(4)의 저항 온도 계수 α 및 오프셋값(어느 온도에서의 저항값 R0MR)이 기록되어 있다. 온도 산출부(93)는, 감자 소자(4)에 흐르는 전류 및 인가 전압을 바탕으로 감자 소자(4)의 저항값 RMR을 산출하고, 메모리(95)를 참조하여, 현재의 감자 소자(4)의 온도 t를 산출한다. 현재의 감자 소자(4)의 온도 t는, 다음 관계식으로부터 도출된다.
RMR=R0MR+α(t-t0)
α: 감자 소자(4)의 저항 온도 계수
R0MR: 소정의 온도 t0에서의 감자 소자(4)의 저항값
여기서, 감자 소자(4) 내의 저항 브리지를 구성하는 각 소자(감자막(41, 43))는 외부 자속의 인가 방향에 의해 저항값이 변화되는데, 도 3에 도시한 브리지 구성(감자막(41, 43))의 배치에 따라, 전체 저항으로는 거의 일정해지는 것을 이용한다. B상측의 소자(감자막(42, 44))도 마찬가지이다. 오프셋 조정부(94)는 구한 온도를 이용하여, 감자 소자(4)의 오프셋 전압을 구한다. 또한, 오프셋 전압의 온도 특성은, 미리 메모리(95)에 기록되어 있다.
또한, 전류 검출 회로(150)와 함께 제1 실시 형태의 온도 감시용 저항막(47)을 형성하는 구성으로 함으로써, 자기 센서 장치(10) 내의, 즉 기판(40) 상의 온도 분포를 파악할 수 있고, 정확하게 온도 상황을 산출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 로터리 인코더(1)가 탑재되는 CPU에는, 온도 센서가 내장되지만, 그 온도 센서 출력은 교정된 내용이 아니다. 따라서, 전류 검출 회로(150)를 내부 교정용 온도 센서로서 이용할 수도 있다.
본 발명을, 실시 형태를 바탕으로 설명했지만, 이 실시 형태는 예시이며, 그것들의 각 구성 요소의 조합 등에 여러 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있음은 당업자에게 이해되는 바이다.
1: 로터리 인코더
2: 회전체
4: 감자 소자
4a, 4b: 브리지 회로
10: 자기 센서 장치
20: 마그네트
21: 착자면
31, 32, 35, 36: 증폭 회로
40: 기판
41, 42, 43, 44: 감자막
45: 감자 영역(감자부)
47: 온도 감시용 저항막(온도 검출부)
61: 제1 홀 소자
62: 제2 홀 소자
90: 제어부
91: ADC부
92: 신호 처리부
93: 온도 산출부(온도 검출부)
94: 오프셋 조정부
95: 메모리
150: 전류 검출 회로(온도 검출부)
151: 전류 검출용 저항
152: 전류 검출용 증폭기

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성된 자기 저항 소자와,
    상기 자기 저항 소자의 오프셋 전압을 검출하는 오프셋 전압 검출부와,
    상기 자기 저항 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
    상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도를 관련지어서 기록하는 기억부와,
    상기 기억부에 기록되어 있는 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 데이터로부터, 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 관계를 나타내는 근사식을 산출하고, 기동 시에 있어서, 상기 자기 저항 소자의 온도로부터 상기 근사식을 바탕으로 하여 현재의 오프셋 전압을 추정하고, 추정한 상기 오프셋 전압을 새로운 오프셋 전압으로 하는 오프셋 전압 결정부를 갖는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자가 형성되어 있는 동일한 상기 기판 상에 구비되는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기억부에, 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도를 관련지어서 기록할 때, 온도 범위는 소정 범위마다 분할되고, 상기 온도 범위 내에서 검출된 오프셋 전압을 평균하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오프셋 전압 결정부는, 계측된 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 관계가, 상기 근사식으로부터 소정량 이상 이격되었을 경우에, 새로운 데이터를 바탕으로 새로운 근사식을 산출하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자의 온도를, 외부의 제어 장치와의 통신 주기마다 1회 검출하고,
    상기 오프셋 전압 결정부는 상기 통신 주기 내에서 상기 근사식을 산출하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자의 저항값을 산출하고, 산출한 저항값으로부터 현재의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자가 형성되어 있는 상기 기판 상에 형성된 온도 감시용 저항막을 구비하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기억부에, 상기 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도를 관련지어서 기록할 때, 온도 범위는 소정 범위마다 분할되고, 상기 온도 범위 내에서 검출된 오프셋 전압을 평균하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 오프셋 전압 결정부는, 계측된 오프셋 전압과 상기 자기 저항 소자의 온도의 관계가, 상기 근사식으로부터 소정량 이상 이격되었을 경우에, 새로운 데이터를 바탕으로 새로운 근사식을 산출하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 상기 자기 저항 소자의 온도를, 외부의 제어 장치와의 통신 주기마다 1회 검출하고,
    상기 오프셋 전압 결정부는, 상기 통신 주기 내에서 상기 근사식을 산출하는 것을 특징으로 하는, 인코더.
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