KR20170106209A - 로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법 - Google Patents

로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법 Download PDF

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Abstract

로터리 인코더의 일부를 구성하는 센서로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파를 상쇄함으로써, 정밀도가 높은 회전 위치의 검출 데이터를 얻는다.
자기 저항 소자(50)(제1 자기 저항 소자)가 회전 자석(30)(제1 회전 자석)의 각도 위치를 검출하고, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 소정의 차수(예를 들어 7차) 이하의 고조파를 캔슬하여 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 각도 위치를 검출하면, 데이터 처리부(10)가 소정의 차수(예를 들어 7차)를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터(예를 들어 전기 각 보정 데이터)에 의해, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)의 검출 데이터를 보정한다. 이에 의해, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)에서 소정의 차수 이하의 고조파가 캔슬되어, 데이터 처리부(10)에서 소정의 차수를 초과하는 고조파가 상쇄된다.

Description

로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법{ROTARY ENCODER AND ANGLE CORRECTION METHOD OF ROTARY ENCODER}
본 발명은 로터리 인코더의 일부를 구성하는 센서로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파 성분에 의한 각도 오차의 보정에 적합한 로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법에 관한 것이다.
로터리 인코더는, 예를 들어 서보 모터의 모터축 회전 위치를 검출하고, 검출 데이터로서 제어계에 피드백한다. 그리고, 제어계에서는, 로터리 인코더로부터의 검출 데이터와 제어 명령값을 비교하여, 검출 데이터를 제어값에 접근하도록 제어하기 위한 전압 지령을 출력한다.
이러한 로터리 인코더로서, 예를 들어 특허문헌 1에서는, 둘레 방향으로 N극과 S극을 1극씩 착자한 착자면을 갖는 제1 마그네트와, 제1 마그네트의 외측에 배치되고, 둘레 방향으로 N극과 S극을 교대로 복수 착자한 환상의 착자면을 갖는 제2 마그네트를 설치하여, 제1 마그네트측의 회전 위치를 제1 자기 저항 소자 및 홀 소자로 검출하고, 제2 마그네트측의 회전 위치를 제2 자기 저항 소자로 검출하는 로터리 인코더를 제안하고 있다.
일본 특허 제5666886호 공보
상술한 로터리 인코더에서는, 제1 자기 저항 소자 및 홀 소자로 검출한 제1 마그네트측의 회전 위치의 검출 데이터와, 제2 자기 저항 소자로 검출한 제2 마그네트측의 회전 위치의 검출 데이터로부터, 분해능이 높은 회전 위치의 검출이 가능하게 된다.
그런데, 이러한 로터리 인코더에서는, 자극 수가 많은 제2 마그네트측의 제2 자기 저항 소자로부터는, 일정한 반복 주기를 갖는 정현파 신호가 출력된다. 또한, 이 정현파 신호는 주지된 바와 같이, 기본파 성분(마그네트 1극으로 1주기의 출력)과 기본파 성분에 고조파 성분이 중첩한 것으로 되어 있다. 또한, 고조파는 3차, 5차, 7차, 11차, 13차…와 같이, 소수의 차수로 발생하고, 차수가 작을수록 진폭은 크다. 즉, 고조파의 진폭이 크면, 기본파에 왜곡을 부여해 버린다. 또한, 이 고조파는, (차수+1) 주기의 각도 오차로서 드러나게 된다.
이와 같이, 고조파가 중첩되어 있는 정현파 신호를 바탕으로, 예를 들어 서보 모터의 모터축 회전 위치를 검출한 경우, 그 검출한 회전 위치는 각도 오차를 갖고 있기 때문에, 정밀도가 높은 회전 위치의 검출 데이터를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이고, 로터리 인코더의 일부를 구성하는 센서로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파를 상쇄함으로써 정밀도가 높은 회전 위치의 검출 데이터를 얻을 수 있는 로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 로터리 인코더는, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 1극씩 착자된 제1 회전 자석과, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 교대로 복수 착자된 제2 회전 자석을 포함하는 회전 자석부를 갖는 로터리 인코더이며, 상기 제1 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 제1 자기 저항 소자와, 해당 제1 자기 저항 소자에 근접 배치되는 제1 홀 소자와, 해당 제1 홀 소자에 대하여 둘레 방향에 있어서 기계 각으로 90° 어긋난 개소에 배치되는 제2 홀 소자와, 상기 제2 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 제2 자기 저항 소자와, 상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터에 기초하여, 데이터 처리에 의해 상기 회전 자석부의 각도 위치를 구하는 데이터 처리부를 구비하고, 상기 제2 자기 저항 소자에는, 소정의 차수 이하의 고조파를 캔슬하는 고조파 캔슬 패턴이 설치되고, 상기 데이터 처리부는, 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터에 의해, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터를 보정하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 제1 자기 저항 소자가 제1 회전 자석의 각도 위치를 검출하고, 제2 자기 저항 소자가 고조파 캔슬 패턴에 의해 소정의 차수 이하의 고조파를 캔슬하여 제2 회전 자석의 각도 위치를 검출하면, 데이터 처리부가 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터에 의해, 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터를 보정한다. 이에 의해, 제2 자기 저항 소자에서 소정의 차수 이하의 고조파가 캔슬되어, 데이터 처리부에서 소정의 차수를 초과하는 고조파가 상쇄되므로, 로터리 인코더의 일부를 구성하는 센서로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 보정 데이터는, 상기 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하기 위한 전기 각 보정 데이터이고, 상기 데이터 처리부는, 상기 전기 각 보정 데이터가 기억된 메모리와, 상기 전기 각 보정 데이터를 사용하여 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터의 각도 오차를 보정하는 전기 각 보정부와, 상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자의 검출 데이터와, 상기 전기 각 보정부가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 상기 회전 자석부의 각도 위치를 결정하는 각도 위치 결정부를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정부가 메모리에 기억되어 있는 전기 각 보정 데이터를 사용하여 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하고, 각도 위치 결정부가 제1 자기 저항 소자, 제1 홀 소자, 제2 홀 소자의 검출 데이터와, 전기 각 보정부가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 회전 자석부의 각도 위치를 결정하므로, 제2 회전 자석의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터에는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄하는 데이터가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정부가 전기 각 보정 데이터에 의해, 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고, 상기 데이터 처리부는 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 기계 각 보정부를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 기계 각 보정부가 메모리에 기억되어 있는 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하므로, 제1 자기 저항 소자와 제1 회전 자석과의 중심 어긋남이나, 제2 자기 저항 소자와 제2 회전 자석과의 중심 어긋남 등의 기계적 요인에 의해 발생하는 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖고 있기 때문에, 메모리의 기억 용량을 작게 할 수 있음과 함께, 전기 각 보정부에 의한 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하기 위한 보정 처리의 수순을 단축할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하고 있기 때문에, 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖고 있기 때문에, 전기 각 보정부가 소정의 차수를 초과하는 고조파를 특정한 차수마다 상쇄할 수 있고, 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하고 있기 때문에, 전기 각 보정부가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를, 특정한 차수마다 상쇄할 수 있고, 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 상기 소정의 차수는, 7차인 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 제2 자기 저항 소자가 고조파 캔슬 패턴에 의해 7차 이하의 고조파를 캔슬할 수 있다.
본 발명의 로터리 인코더의 각도 보정 방법은, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 1극씩 착자된 제1 회전 자석과, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 교대로 복수 착자된 제2 회전 자석을 포함하는 회전 자석부를 갖는 로터리 인코더의 각도 보정 방법이며, 제1 자기 저항 소자에 의해, 상기 제1 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 공정과, 해당 제1 자기 저항 소자에 근접 배치되는 제1 홀 소자와, 해당 제1 홀 소자에 대하여 둘레 방향에 있어서 기계 각으로 90° 어긋난 개소에 배치되는 제2 홀 소자와, 제2 자기 저항 소자에 의해, 상기 제2 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 공정과, 데이터 처리부에 의해, 상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터에 기초하여, 데이터 처리에 의해 상기 회전 자석부의 각도 위치를 구하는 공정을 갖고, 상기 제2 자기 저항 소자에는, 소정의 차수 이하의 고조파를 캔슬하는 고조파 캔슬 패턴이 설치되고, 상기 데이터 처리부는, 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터에 의해, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터를 보정하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 제1 자기 저항 소자가 제1 회전 자석의 각도 위치를 검출하고, 제2 자기 저항 소자가 고조파 캔슬 패턴에 의해 소정의 차수 이하의 고조파를 캔슬하여 제2 회전 자석의 각도 위치를 검출하면, 데이터 처리부가 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터에 의해, 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터를 보정한다. 이에 의해, 제2 자기 저항 소자에서 소정의 차수 이하의 고조파가 캔슬되고, 데이터 처리부에서 소정의 차수를 초과하는 고조파가 상쇄되므로, 로터리 인코더의 일부를 구성하는 센서로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 보정 데이터는, 상기 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하기 위한 전기 각 보정 데이터이고, 전기 각 보정부에 의해, 메모리에 기억된 상기 전기 각 보정 데이터를 사용하여 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터의 각도 오차를 보정하는 공정과, 각도 위치 결정부에 의해, 상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자의 검출 데이터와, 상기 전기 각 보정부가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 상기 회전 자석부의 각도 위치를 결정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정부가 메모리에 기억되어 있는 전기 각 보정 데이터를 사용하여 제2 회전 자석의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하고, 각도 위치 결정부가 제1 자기 저항 소자, 제1 홀 소자, 제2 홀 소자의 검출 데이터와, 전기 각 보정부가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 회전 자석부의 각도 위치를 결정하므로, 제2 회전 자석의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터에는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄하는 데이터가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정부가 전기 각 보정 데이터에 의해, 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고, 기계 각 보정부에 의해, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 기계 각 보정부가 메모리에 기억되어 있는 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하므로, 제1 자기 저항 소자와 제1 회전 자석과의 중심 어긋남이나, 제2 자기 저항 소자와 제2 회전 자석과의 중심 어긋남 등의 기계적 요인에 의해 발생하는 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖고 있기 때문에, 메모리의 기억 용량을 작게 할 수 있음과 함께, 전기 각 보정부에 의한 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하기 위한 보정 처리의 수순을 단축할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하고 있기 때문에, 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖고 있기 때문에, 전기 각 보정부가 소정의 차수를 초과하는 고조파를 특정한 차수마다 상쇄할 수 있고, 제2 회전 자석의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하고 있기 때문에, 전기 각 보정부가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를, 특정한 차수마다 상쇄할 수 있고, 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 상기 소정의 차수는, 7차인 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 제2 자기 저항 소자가 고조파 캔슬 패턴에 의해 7차 이하의 고조파를 캔슬할 수 있다.
본 발명의 로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법에 의하면, 제2 자기 저항 소자에서 소정의 차수 이하의 고조파가 캔슬되어, 데이터 처리부에서 소정의 차수를 초과하는 고조파가 보정 데이터에 의해 상쇄되므로, 로터리 인코더의 일부를 구성하는 센서로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파를 상쇄할 수 있고, 정밀도가 높은 회전 위치의 검출 데이터를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 로터리 인코더의 일 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는, 도 1의 회전 자석부의 고조파를 포함하지 않은 경우에서의 각도 위치의 검출 기본 원리에 대하여 설명하는 것이며, 도 2의 (a)는 자기 저항 소자 및 홀 소자의 검출 신호의 파형을 나타내고, 도 2의 (b)는 회전 자석부의 각도 위치(전기 각)를 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 1의 회전 자석부의 각도 위치의 결정 방법을 나타내는 것이며, 또한, 도 3의 (a)는 회전 자석 상의 자기 저항 소자의 검출 신호(sin, cos)로부터 구한 각도 위치 θ를 1주기분으로 나타내고, 도 3의 (b)는 회전 자석 상의 자기 저항 소자의 검출 신호(sin, cos)로부터 구한 각도 위치 θ를, 1주기분으로 나타내고, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)에 나타내는 절대 각도 데이터와, 도 3의 (b)에 나타내는 인크리멘탈 각도 데이터를 조합한 경우를 도시하는 도면이다.
도 4는, 도 1의 복수의 착자면을 갖는 회전 자석의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차 등을 나타내는 것이며, 도 4의 (a)는 도 1의 회전 자석의 N극과 S극의 쌍의 수인 128극분의 보정 전 각도 오차를 겹쳐서 나타내고, 도 4의 (b)는 도 1회전 자석의 N극과 S극의 쌍의 수인 128극분의 보정 후의 각도 오차를 겹쳐서 도시하는 도면이다.
도 5는, 도 4의 (b)의 128극분 중, 4극분의 보정 후의 각도 오차를 도시하는 도면이다.
도 6은, 도 1의 회전 자석부의 각도 보정 방법에 대하여 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 로터리 인코더 일 실시 형태를, 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
먼저, 도 1에 의해, 로터리 인코더의 일 구성예에 대하여 설명한다. 로터리 인코더(100)는 데이터 처리부(10), 회전 자석부(20), 자기 저항 소자(50), 홀 소자(51, 52), 자기 저항 소자(60), 증폭기(70 내지 72), A/D 변환부(73 내지 75)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 로터리 인코더(100)는, 예를 들어 자기 저항 소자(60)로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파 성분에 의한 각도 오차를 보정하는 점에 특징이 있지만, 상세에 대해서는 나중에 설명한다. 또한, 각 부의 구성 상세에 대해서도, 순서대로 설명한다. 또한, 후술하는 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50), 홀 소자(51, 52)와, 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)란, 도시하지 않은 고정판 상의 기판에 설치되어 있다. 또한, 후술하는 자기 저항 소자(50), 홀 소자(51, 52), 자기 저항 소자(60)는 후술하는 회전 자석부(20)의 회전에 수반하여 검출 신호를 출력하는 센서이다.
데이터 처리부(10)는 각도 연산부(11, 12), 메모리(13), 전기 각 보정부(14), 각도 위치 결정부(15), 기계 각 보정부(16)를 갖고 있다.
각도 연산부(11)는 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)로부터의 A/D 변환 후의 검출 데이터에 대하여 연산 처리하고, 각도 위치를 구한다. 또한, 각도 연산부(11)는 구한 각도 위치를 각도 위치 데이터로서 출력한다. 각도 연산부(12)는 자기 저항 소자(60)로부터의 A/D 변환 후의 검출 데이터에 대하여 연산 처리하고, 각도 위치를 구한다. 또한, 각도 연산부(12)는 구한 각도 위치를 각도 위치 데이터로서 출력한다. 또한, 각도 연산부(11, 12)에 의한 각도 위치의 구하는 방법에 대해서는 후술한다.
메모리(13)에는, 전기 각 보정 데이터와 기계 각 보정 데이터가 기억되어 있다. 여기서, 전기 각 보정 데이터는, 후술하는 회전 자석부(20)의 자극수가 많은 회전 자석(40)의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 보정하는 데이터이다. 이 주기적인 각도 오차는, 후술하는 자기 저항 소자(60)의 검출 신호(sin, cos)에 중첩되어 있는 고조파에 의해 발생한다. 또한, 고조파는, 기본파(마그네트 1극으로 1주기의 출력)의 정수배의 주파수를 갖는 파이고, 3차, 5차, 7차, 11차, 13차…와 같이, 소수의 차수로 발생한다.
본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 자기 저항 소자(60)에, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 캔슬하는 고조파 캔슬 패턴(61)을 설치하고 있다. 이로 인해, 전기 각 보정 데이터는, 7차를 초과하는 고조파를 상쇄하는 오차 보정의 데이터가 되고 있다. 또한, 전기 각 보정 데이터는, 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하는 오차 보정의 데이터이다. 여기서, 전기 각 보정 데이터는, 각도 오차를 상쇄하기 위해서 7차를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖는 것이어도 되고, 7차를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값으로 해도 된다. 또한, 전기 각 보정 데이터에는, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 상쇄할 수 있는 오차 보정 데이터를 포함시켜도 된다. 이 경우, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
전기 각 보정 데이터를, 각도 오차를 상쇄하기 위해서 7차를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖는 것으로 했을 경우, 메모리(13)의 기억 용량을 작게 할 수 있음과 함께, 전기 각 보정부(14)에 의한 보정 처리의 수순을 단축할 수 있다. 한편, 전기 각 보정 데이터를, 각도 오차를 상쇄하기 위해서 7차를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖는 것으로 했을 경우, 메모리(13)의 기억 용량이 증가하고, 전기 각 보정부(14)에 의한 보정 처리의 수순도 증가하지만, 전기 각 보정부(14)에 의해 특정한 차수마다 보정 처리를 행할 수 있으므로, 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 기계 각 보정 데이터는, 기계적 요인에 의한 각도 오차를 상쇄하기 위한 오차 보정의 데이터이다. 덧붙여서 말하면, 이러한 기계적 요인에 의한 각도 오차는, 착자의 변동이나, 조립의 위치 어긋남 등에 의해 발생한다. 또한, 조립의 위치 어긋남으로서는, 자기 저항 소자(50)와 회전 자석(30)과의 중심 어긋남이나, 자기 저항 소자(60)와 회전 자석(40)과의 중심 어긋남 등이 대표적이다. 또한, 이러한 각도 오차는, 회전 자석(40)의 회전에 수반하여 주기적으로 발생한다. 즉, 이러한 각도 오차는, 결정된 각도 위치에서 발생한다.
또한, 상술한 전기 각 보정 데이터 및 기계 각 보정 데이터는, 도시하지 않은 마스터 인코더를 기준으로 하여 얻어지는 오차 보정의 데이터이다. 또한, 이들의 오차 보정의 데이터는, 미리 도시하지 않은 측정 장치에 의해 마스터 인코더를 기준으로 하여, 측정하여 얻어진 것이다. 그리고, 메모리(13)에는, 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차의 평균한 오차 보정의 값이 전기 각 보정 데이터로 되어, 기계적 요인에 의한 각도 오차를 상쇄하기 위한 오차 보정의 값이 기계 각 보정 데이터로서 기억되어 있다.
또한, 측정 장치에 의해, 전기 각 보정 데이터 및 기계 각 보정 데이터를 얻는 경우, 마스터 인코더에 대한 회전 자석부(20)의 1회전분의 오차를 푸리에 변환 하여, 고유 오차 성분을 산출하는 방법 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, 전기 각 보정 데이터 및 기계 각 보정 데이터는, 각각의 회전 자석부(20)마다 얻어지기 때문에, 각각의 회전 자석부(20)마다 적절한 오차 보정의 데이터를 정할 수 있다. 또한, 측정 장치에 의해, 마스터 인코더를 기준으로 하여, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 측정하고, 이 측정 결과를 오차 보정 데이터로 하여, 전기 각 보정 데이터에 포함해도 된다.
전기 각 보정부(14)는 각도 연산부(12)가 구한 각도 위치 데이터에 대하여 메모리(13)에 기억되어 있는 전기 각 보정 데이터를 사용하여 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄한다. 각도 위치 결정부(15)는 각도 연산부(11)로부터의 각도 위치 데이터와, 전기 각 보정부(14)로부터의 보정 후의 각도 위치 데이터로부터, 회전 자석부(20)의 각도 위치를 결정한다. 기계 각 보정부(16)는 메모리(13)에 기억되어 있는 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 각도 위치 결정부(15)가 결정한 각도 위치 데이터를 보정한다. 이에 의해, 자기 저항 소자(50)와 회전 자석(30)과의 중심 어긋남이나, 자기 저항 소자(60)와 회전 자석(40)과의 중심 어긋남 등의 기계적 요인에 의해 발생하는 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
회전 자석부(20)는 회전 자석(30, 40)을 갖고 있다. 이 회전 자석(30, 40)은, 도시하지 않은 예를 들어 서보 모터의 모터축에 연결되는 회전체에 설치되고, 모터축의 회전에 동기하여 회전 축선 L을 중심으로 회전한다.
회전 자석(30)은 N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 1극씩 착자된 착자면(31, 32)을 갖고 있다. 이들 착자면(31, 32)은 회전 자석(30) 상에 배치된 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)를 향하고 있다.
한편, 회전 자석(40)은 N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 교대로 복수 착자된 환상의 착자면(41)을 갖고 있다. 또한, 환상의 착자면(41)은 직경 방향으로 복수, 병렬되어 있다. 본 실시 형태에서는 직경 방향으로 2열 형성되어 있고, 이러한 2열의 사이에는 N극 및 S극의 위치가 둘레 방향으로 어긋나 있다. 즉, 2개의 열의 사이에 있어서 N극 및 S극은 둘레 방향으로 1극분 어긋나 있다. 또한, N극과 S극의 쌍의 수는 임의이지만, 본 실시 형태에서는 예를 들어 128개로 하고 있다. 그리고, 환상의 착자면(41)은 회전 자석(40) 상에 배치된 자기 저항 소자(60)를 향하고 있다.
회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50)는, 회전 자석(30)의 위상에 대하여 서로 90°의 위상차를 갖는 A상(SIN) 패턴과 B상(COS) 패턴을 갖고 있다. A상(SIN) 패턴은, 180°의 위상차를 갖고 회전 자석(30)의 이동 검출을 행하는 +a상(SIN+)의 자기 저항 패턴(50c) 및 -a상(SIN-)의 자기 저항 패턴(50a)을 갖고 있다. B상(COS) 패턴은, 180°의 위상차를 갖고 회전 자석(30)의 이동 검출을 행하는 +b상(COS+)의 자기 저항 패턴(50d) 및 -b상(COS-)의 자기 저항 패턴(50b)을 갖고 있다. 여기서, 자기 저항 패턴(50a 내지 50c)은 브리지 회로를 구성하고 있다. 홀 소자(51, 52)는, 회전 축선 L을 중심으로 한 회전 방향으로 90°(기계 각) 어긋나게 하여 배치되어 있다.
회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)는 회전 자석(40)의 위상에 대하여, 서로 90°의 위상차를 갖는 A상(SIN) 패턴과 B상(COS) 패턴을 갖고 있다. A상(SIN) 패턴은, 180°의 위상차를 갖고 회전 자석(40)의 이동 검출을 행하는 +a상(SIN+)의 자기 저항 패턴(60d) 및 -a상(SIN-)의 자기 저항 패턴(60b)을 갖고 있다. B상(COS) 패턴은, 180°의 위상차를 갖고 회전 자석(40)의 이동 검출을 행하는 +b상(COS+)의 자기 저항 패턴(60c) 및 -b상(COS-)의 자기 저항 패턴(60a)을 갖고 있다. 여기서, 자기 저항 패턴(60a 내지 60d)은 브리지 회로를 구성하고 있다.
또한, 자기 저항 소자(60)는 고조파를 캔슬하는 고조파 캔슬 패턴(61)을 갖고 있다. 여기서, 자극수가 많은 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)로부터는, 일정한 반복 주기를 갖는 정현파 신호가 출력된다. 이 정현파 신호는 상술한 바와 같이, 기본파 성분(마그네트 1극으로 1주기의 출력)과 기본파 성분에 고조파 성분이 중첩한 것으로 되어 있다. 또한, 고조파는 3차, 5차, 7차, 11차, 13차…와 소수의 차수로 발생하고, 차수가 작을수록 진폭은 크다. 또한, 이 고조파는, (차수+1) 주기의 각도 오차로서 드러나게 된다.
따라서, 자기 저항 소자(60)에, 모든 차수의 고조파를 캔슬할 수 있는 고조파 캔슬 패턴(61)을 설치함으로써, 각도 오차를 없애는 것은 이론적으로는 가능하다. 단, 모든 차수의 고조파를 캔슬할 수 있는 고조파 캔슬 패턴(61)은 패턴의 반복이 많아, 사이즈가 커져 버린다. 또한, 자기 저항 소자(60)는 회전 자석(40)의 자극 간의 피치 등의 균형 등으로부터 크기에 제한이 있다. 이러한 것으로부터, 본 실시 형태에서는, 자기 저항 소자(60)에, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 캔슬할 수 있는 고조파 캔슬 패턴(61)을 설치하고 있다. 또한, 고조파 캔슬 패턴(61)은 7차 이하로 한정하는 것은 아니다. 예를 들어 11차 이하여도 되고, 6차 이하여도 된다.
증폭기(70)는 회전 자석(30) 상의 홀 소자(51, 52)의 출력측에 설치되고, 홀 소자(51, 52)의 검출 신호를 증폭한다. 증폭기(71)는 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50)의 출력측에 설치되고, 자기 저항 소자(50)의 검출 신호를 증폭한다. 증폭기(72)는 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)의 출력측에 설치되고, 자기 저항 소자(60)의 검출 신호를 증폭한다.
AC/DC 변환부(73)는, 증폭기(70)의 출력측에 설치되고, 증폭기(70)에 의해 증폭된 검출 신호를 검출 데이터로 변환한다. AC/DC 변환부(74)는 증폭기(71)의 출력측에 설치되고, 증폭기(71)에 의해 증폭된 검출 신호를 검출 데이터로 변환한다. AC/DC 변환부(75)는 증폭기(72)의 출력측에 설치되고, 증폭기(72)에 의해 증폭된 검출 신호를 검출 데이터로 변환한다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하고, 고조파를 포함하지 않는 경우에서의 회전 자석부(20)의 각도 위치의 검출 기본 원리에 대하여 설명한다. 또한, 도 2의 (a)는 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)의 검출 신호의 파형을 나타내고, 도 2의 (b)는 회전 자석부(20)의 각도 위치(전기 각)를 나타내고 있다. 또한, 도 3은, 회전 자석부(20)의 각도 위치의 결정 방법을 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (a)는 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50)의 검출 신호(sin, cos)로부터 구한 각도 위치 θ를 1주기분으로 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (b)는 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)의 검출 신호(sin, cos)로부터 구한 각도 위치 θ를, 1주기분으로 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)에 나타내는 절대 각도 데이터와, 도 3의 (b)에 나타내는 인크리멘탈 각도 데이터를 조합한 경우를 나타내고 있다.
먼저, 회전 자석(30) 및 (40)이 회전하면, 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)의 검출 신호는 증폭기(70, 71)에 의해 증폭되고, A/D 변환부(73, 74)에 의해 검출 데이터로 변환되어, 데이터 처리부(10)에 부여된다. 또한, 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)의 검출 신호는 증폭기(72)에 의해 증폭되고, A/D 변환부(75)에 의해 검출 데이터로 변환되어, 데이터 처리부(10)에 부여된다. 데이터 처리부(10)는 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)의 검출 데이터와, 자기 저항 소자(60)의 검출 데이터에 기초하여, 회전 자석부(20)의 절대 각도 위치를 구한다. 또한, 회전 자석부(20)의 절대 각도 위치는, 임의의 기준 위치에 대한 것이다. 또한, 임의의 기준 위치는, 예를 들어 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50), 홀 소자(51) 및 홀 소자(52)와, 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)를 설치하는 도시하지 않은 고정판에 대한 위치로 해도 된다.
여기서, 회전 자석(30)이 1회전하면, 회전 자석(30)의 착자면(31, 32)의 자속은 도 2의 (a)의 (가)와 같이 변화한다. 또한, 회전 자석(30)이 1회전하면, 자기 저항 소자(50)의 서로 90°의 위상차를 갖는 A상(SIN) 패턴과 B상(COS) 패턴에 의해, 도 2의 (a)의 (나)와 같이, 정현파 신호 sin, cos가 2주기분, 출력된다. 그리고, 데이터 처리부(10)는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 정현파 신호 sin, cos로부터 θ=tan- 1(sin/cos)를 구함으로써, 회전 자석부(20)의 각도 위치 θ를 알 수 있다. 또한, 이 연산 처리는, 각도 연산부(11)가 행한다.
또한, 회전 자석(30) 상의 홀 소자(51, 52)는, 회전 자석(30)의 중심으로부터 보아 90° 어긋난 위치에 배치되어 있다. 이로 인해, 회전 자석(30)이 1회전하면, 홀 소자(51, 52)의 출력은 (H, L)→(H, H)→(L, H)→(L, L)로 변화한다. 즉, 홀 소자(51, 52)의 출력이 4개 중 어느 것임을 확인함으로써 0° 내지 360°의 어느 구간에 위치할지를 알 수 있다. 또한, 홀 소자(51, 52)의 각각의 출력 상태를 감시함으로써, 도 2와 같이 자기 저항 소자(50)의 sin 출력과 cos 출력의 조합이 2개여도 각도 위치를 판별할 수 있다. 따라서, 자기 저항 소자(50)의 출력과, 홀 소자(51, 52)의 출력으로부터, 회전 자석(30)의 회전 위치와 각도 위치 θ를 알 수 있다.
또한, 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)로부터는, 환상의 착자면(41)의 N극과 S극의 한 쌍인 수에 상당하는 정현파 신호 sin, cos가 출력된다. 이 경우, 자기 저항 소자(60)로부터 출력된 정현파 신호 sin, cos에 대해서도, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, θ=tan-1(sin/cos)을 구하면, 회전 자석(40)의 각도 위치 θ를 알 수 있다. 또한, 이 연산 처리는, 각도 연산부(12)가 행한다.
여기서, 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)의 A/D 변환 후의 검출 데이터에 기초한 1회전 1주기의 절대 각도 데이터는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 변화한다. 또한, 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)로부터의 A/D 변환 후의 검출 데이터에 기초한 1회전 N 주기의 인크리멘탈 각도 데이터는, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 변화한다. 따라서, 도 3의 (a)에 나타내는 절대 각도 데이터와, 도 3의 (b)에 나타내는 인크리멘탈 각도 데이터를 조합함으로써, 도 3의 (c)에 나타내는 절대 각도 데이터를 얻을 수 있다. 즉, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)에 나타낸 절대 각도 데이터를, 회전 자석(40)에 128극분의 각도 데이터에 의해 보완함으로써 얻어지는 절대 각도 데이터이다.
이어서, 도 4 및 도 5를 참조하여, 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차와, 전기 각 보정부(14)에 의한 보정 후의 각도 오차에 대하여 설명한다.
먼저, 도 4의 (a)는 회전 자석(40)의 N극과 S극의 한 쌍의 수인 128극분을 겹쳐서 나타내는 것이다. 또한, 도 4의 (a)는 특정한 차수(예를 들어 11차)의 고조파에 의한 보정 전의 각도 오차를 나타내고 있다. 또한, 횡축은 1회전의 각도를 나타내고, 종축은 분해능을 예를 들어 20비트로 했을 경우의 각도 오차의 레벨을 나타내고 있다.
도 4의 (a)로부터 알 수 있는 바와 같이, 특정한 차수(예를 들어 11차)의 고조파가 기본파(마그네트 1극으로 1주기의 출력)에 중첩되면, 레벨의 최대가 20, -22가 되는 반복의 각도 오차를 발생하고 있다.
도 4의 (b)는 도 4의 (a)와 마찬가지로, 회전 자석(40)의 N극과 S극의 쌍의 수인 128극분을 겹쳐서 나타내는 것이다. 또한, 도 4의 (b)는 특정한 차수(예를 들어 11차)의 고조파를 평균한 전기 각 보정 데이터에 기초하여, 특정한 차수(예를 들어 11차)의 고조파를 상쇄했을 경우의 보정 후의 각도 오차를 나타내고 있다. 도 4의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 레벨의 최대가 20, -15가 되는 각도 오차를 발생하고 있다. 단, 도 4의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 레벨의 최대가 20, -22가 되는 반복의 각도 오차는 상쇄되었음을 알 수 있다.
또한, 도 5는, 도 4의 (b)의 128극분 중, 4극분의 보정 후의 각도 오차를 나타내고 있다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 11차의 고조파가 보정되어 있으므로 1회전에 12주기의 각도 오차 성분이 저하되었음을 알 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하여, 회전 자석부(20)의 각도 보정 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 있어서는, 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)로부터의 검출 신호는, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해, 7차 이하의 고조파가 캔슬되어 있는 경우로서 설명한다.
(스텝 S101)
먼저, 회전 자석부(20)가 회전하면, 증폭기(70 내지 72)가 검출 신호를 증폭한다. 즉, 증폭기(70, 71)는, 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50) 및 홀 소자(51, 52)의 검출 신호를 증폭한다. 또한, 증폭기(72)는 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)의 검출 신호를 증폭한다.
(스텝 S102)
검출 신호를 A/D 변환한다. 즉, A/D 변환부(73)는 회전 자석(30) 상의 홀 소자(51, 52)의 검출 신호를 A/D 변환한다. 또한, A/D 변환부(74)는 회전 자석(30) 상의 자기 저항 소자(50)의 검출 신호를 A/D 변환한다. 또한, A/D 변환부(75)는 회전 자석(40) 상의 자기 저항 소자(60)의 검출 신호를 A/D 변환한다.
(스텝 S103)
각도 위치를 구한다. 즉, 각도 연산부(11)는 A/D 변환부(73, 74)로부터의 A/D 변환 후의 검출 데이터에 대하여 θ=tan-1(sin/cos)의 연산 처리를 행하고, 각도 위치를 구한다. 또한, 각도 연산부(12)는 A/D 변환부(75)로부터의 A/D 변환 후의 검출 데이터에 대하여 θ=tan-1(sin/cos)의 연산 처리를 행하고, 각도 위치를 구한다. 또한, A/D 변환부(75)로부터의 A/D 변환 후의 검출 데이터에는, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해, 7차 이하의 고조파가 캔슬되어 있기 때문에, 7차를 초과하는 고조파의 데이터가 포함되어 있다.
(스텝 S104)
전기 각을 보정한다. 즉, 전기 각 보정부(14)는 메모리(13)에 기억되어 있는 전기 각 보정 데이터에 기초하여, 각도 연산부(12)가 구한 각도 위치 데이터에 포함되는 고조파를 상쇄한다. 여기서, 전기 각 보정 데이터는 상술한 바와 같이, 예를 들어 7차를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값이다. 또한, 이 전기 각 보정 데이터는, 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하는 값이다. 따라서, 전기 각 보정부(14)가 전기 각 보정 데이터에 기초하여, 각도 연산부(12)가 구한 각도 위치 데이터를 보정함으로써, 회전 자석(40)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차가 보정된다. 또한, 전기 각 보정부(14)는 전기 각 보정 데이터에 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 상쇄할 수 있는 오차 보정 데이터가 포함되어 있는 경우, 7차를 초과하는 고조파와 동시에, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 예를 들어 7차 이하의 고조파를 상쇄한다.
(스텝 S105)
각도 위치를 결정한다. 즉, 각도 위치 결정부(15)는 각도 연산부(11)로부터의 각도 위치 데이터와 전기 각 보정부(14)로부터의 보정 후의 각도 위치 데이터로부터, 회전 자석부(20)의 각도 위치를 결정한다.
(스텝 S106)
기계 각을 보정한다. 즉, 기계 각 보정부(16)는 각도 위치 결정부(15)가 결정한 각도 위치 데이터에 대하여 메모리(13)에 기억되어 있는 기계 각 보정 데이터에 기초하여, 기계 각 성분을 상쇄한다. 여기서, 기계 각 보정 데이터는, 자기 저항 소자(50)와 회전 자석(30)의 중심 어긋남이나, 자기 저항 소자(60)와 회전 자석(40)의 중심 어긋남 등의 기계적 요인에 의해 발생하는 각도 오차를 상쇄하는 값이다. 또한, 회전 자석(40)의 어느 극이 개별로 갖는 각도 오차는, 회전 자석(40)의 회전에 수반하여 주기적으로 발생한다. 또한, 이러한 각도 오차는, 결정된 각도 위치에서 발생하고 있다. 따라서, 기계 각 보정부(16)가 각도 위치 결정부(15)가 결정한 각도 위치 데이터를 보정함으로써, 회전 자석(40)의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차가 보정된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 자기 저항 소자(50)(제1 자기 저항 소자)가 회전 자석(30)(제1 회전 자석)의 각도 위치를 검출하고, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 소정의 차수(예를 들어 7차) 이하의 고조파를 캔슬하여 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 각도 위치를 검출하면, 데이터 처리부(10)가 소정의 차수(예를 들어 7차)를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터(예를 들어 전기 각 보정 데이터)에 의해, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)의 검출 데이터를 보정한다. 이에 의해, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)에서 소정의 차수(예를 들어 7차) 이하의 고조파가 캔슬되고, 데이터 처리부(10)에서 소정의 차수(예를 들어 7차)를 초과하는 고조파가 상쇄되므로, 로터리 인코더(100)의 일부를 구성하는 센서(자기 저항 소자(60))로부터의 검출 신호의 기본파에 중첩되는 고조파를 상쇄할 수 있고, 정밀도가 높은 회전 위치의 검출 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 전기 각 보정부(14)가 메모리(13)에 기억되어 있는 전기 각 보정 데이터를 사용하여 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하고, 각도 위치 결정부(15)가 자기 저항 소자(50)(제1 자기 저항 소자), 홀 소자(51)(제1 홀 소자), 홀 소자(52)(제2 홀 소자)의 검출 데이터와, 전기 각 보정부(14)가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 회전 자석부(20)의 각도 위치를 결정하므로, 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
또한, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄하는 데이터를 포함하고 있는 경우, 전기 각 보정부(14)가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 기계 각 보정부(16)가 메모리(13)에 기억되어 있는 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 각도 위치 결정부(15)가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하므로, 자기 저항 소자(50)(제1 자기 저항 소자)와 회전 자석(30)(제1 회전 자석)의 중심 어긋남이나, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)와 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 중심 어긋남 등의 기계적 요인에 의해 발생하는 각도 오차를 상쇄할 수 있다.
또한, 전기 각 보정 데이터가 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖고 있기 때문에, 메모리(13)의 기억 용량을 작게 할 수 있음과 함께, 전기 각 보정부(14)에 의한 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하기 위한 보정 처리의 수순을 단축할 수 있다.
또한, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하고 있는 경우, 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄할 수 있다.
또한, 전기 각 보정 데이터가 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖고 있는 경우, 전기 각 보정부(14)가 소정의 차수를 초과하는 고조파를 특정한 차수마다 상쇄할 수 있고, 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 각극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 전기 각 보정 데이터가 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하고 있을 경우, 전기 각 보정부(14)가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를, 특정한 차수마다 상쇄할 수 있고, 회전 자석(40)(제2 회전 자석)의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)의 고조파 캔슬 패턴(61)의 차수를 7차 이하로 함으로써, 자기 저항 소자(60)(제2 자기 저항 소자)가 고조파 캔슬 패턴(61)에 의해 7차 이하의 고조파를 캔슬할 수 있다.
10 : 데이터 처리부
11, 12: 각도 연산부
13: 메모리
14: 전기 각 보정부
15: 각도 위치 결정부
16: 기계 각 보정부
20: 회전 자석부
30, 40: 회전 자석
31, 32, 41: 착자면
50, 60: 자기 저항 소자
50a 내지 50d, 60a 내지 60d: 자기 저항 패턴
51, 52: 홀 소자
61: 고조파 캔슬 패턴
70 내지 72: 증폭기
73 내지 75: A/D 변환부
100: 로터리 인코더

Claims (26)

  1. N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 1극씩 착자된 제1 회전 자석과, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 교대로 복수 착자된 제2 회전 자석을 포함하는 회전 자석부를 갖는 로터리 인코더이며,
    상기 제1 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 제1 자기 저항 소자와,
    해당 제1 자기 저항 소자에 근접 배치되는 제1 홀 소자와,
    해당 제1 홀 소자에 대하여 둘레 방향에 있어서 기계 각으로 90° 어긋난 개소에 배치되는 제2 홀 소자와,
    상기 제2 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 제2 자기 저항 소자와,
    상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터에 기초하여, 데이터 처리에 의해 상기 회전 자석부의 각도 위치를 구하는 데이터 처리부를 구비하고,
    상기 제2 자기 저항 소자에는, 소정의 차수 이하의 고조파를 캔슬하는 고조파 캔슬 패턴이 설치되고,
    상기 데이터 처리부는, 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터에 의해, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터를 보정하는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정 데이터는, 상기 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하기 위한 전기 각 보정 데이터이고,
    상기 데이터 처리부는,
    상기 전기 각 보정 데이터가 기억된 메모리와,
    상기 전기 각 보정 데이터를 사용하여 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터의 각도 오차를 보정하는 전기 각 보정부와,
    상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자의 검출 데이터와, 상기 전기 각 보정부가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 상기 회전 자석부의 각도 위치를 결정하는 각도 위치 결정부를 갖고 있는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터에는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄하는 데이터가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 기계 각 보정부를 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소정의 차수는 7차인 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  6. 제2항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 기계 각 보정부를 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  9. 제8항에 있어서, 상기 소정의 차수는 7차인 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  10. 제2항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 기계 각 보정부를 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  13. 제12항에 있어서, 상기 소정의 차수는 7차인 것을 특징으로 하는 로터리 인코더.
  14. N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 1극씩 착자된 제1 회전 자석과, N극과 S극이 둘레 방향에 있어서 교대로 복수 착자된 제2 회전 자석을 포함하는 회전 자석부를 갖는 로터리 인코더의 각도 보정 방법이며,
    제1 자기 저항 소자에 의해, 상기 제1 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 공정과,
    제2 자기 저항 소자에 의해, 상기 제2 회전 자석의 각도 위치를 검출하는 공정과,
    데이터 처리부에 의해, 상기 제1 자기 저항 소자, 해당 제1 자기 저항 소자에 근접 배치되는 제1 홀 소자, 해당 제1 홀 소자에 대하여 둘레 방향에 있어서 기계 각으로 90° 어긋난 개소에 배치되는 제2 홀 소자, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터에 기초하여, 데이터 처리에 의해 상기 회전 자석부의 각도 위치를 구하는 공정을 갖고,
    상기 제2 자기 저항 소자에는, 소정의 차수 이하의 고조파를 캔슬하는 고조파 캔슬 패턴이 설치되고,
    상기 데이터 처리부는, 소정의 차수를 초과하는 고조파를 상쇄하는 보정 데이터에 의해, 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터를 보정하는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 보정 데이터는, 상기 제2 회전 자석의 각 극이 공통으로 갖고 있는 주기적인 각도 오차를 상쇄하기 위한 전기 각 보정 데이터이고,
    전기 각 보정부에 의해, 메모리에 기억된 상기 전기 각 보정 데이터를 사용하여 상기 제2 자기 저항 소자의 검출 데이터의 각도 오차를 보정하는 공정과,
    각도 위치 결정부에 의해, 상기 제1 자기 저항 소자, 상기 제1 홀 소자, 상기 제2 홀 소자의 검출 데이터와, 상기 전기 각 보정부가 보정한 검출 데이터에 기초하여, 상기 회전 자석부의 각도 위치를 결정하는 공정을 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터에는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 소정의 차수 이하의 고조파를 상쇄하는 데이터가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되어,
    기계 각 보정부에 의해, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 공정을 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 소정의 차수는 7차인 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 모든 고조파에 기인하는 오차분을 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 메모리에는 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고,
    기계 각 보정부에 의해, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 공정을 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 소정의 차수는 7차인 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 소정의 차수를 초과하는 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 전기 각 보정 데이터는, 상기 고조파 캔슬 패턴에 의해 캔슬되지 않고 남아있는, 상기 소정의 차수 이하의 고조파가 특정한 차수마다 평균한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 메모리에는, 상기 제1 회전 자석과 상기 제2 회전 자석의 회전에 수반하여 주기적으로 발생하는 각도 오차를 상쇄하기 위한 기계 각 보정 데이터가 기억되고,
    기계 각 보정부에 의해, 상기 기계 각 보정 데이터를 사용하여, 상기 각도 위치 결정부가 결정한 각도 위치 데이터를 보정하는 공정을 갖는
    것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 소정의 차수는 7차인 것을 특징으로 하는 로터리 인코더의 각도 보정 방법.
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