JP2009069092A - Rotation detector and bearing with rotation detector - Google Patents
Rotation detector and bearing with rotation detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009069092A JP2009069092A JP2007240501A JP2007240501A JP2009069092A JP 2009069092 A JP2009069092 A JP 2009069092A JP 2007240501 A JP2007240501 A JP 2007240501A JP 2007240501 A JP2007240501 A JP 2007240501A JP 2009069092 A JP2009069092 A JP 2009069092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- sensor
- angle
- encoders
- absolute angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
この発明は、各種の機器における回転角度検出、特に各種モータの回転制御のための回転角度検出などに用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受に関する。 The present invention relates to a rotation detection device used for rotation angle detection in various devices, particularly rotation angle detection for rotation control of various motors, and a bearing with a rotation detection device equipped with the rotation detection device.
この種の回転検出装置として、主トラックおよび回転ピップトラックを有する第1のエンコーダと、モータのロータ位相検出用とされる第2のエンコーダとを備え、これらエンコーダに対向配置されたセンサの検出信号に基づき、モータ制御に必要な信号列を発生させるようにしたものが提案されている(例えば特許文献1)。 This type of rotation detection device includes a first encoder having a main track and a rotation pip track, and a second encoder for detecting a rotor phase of the motor, and a detection signal of a sensor disposed opposite to these encoders Based on the above, there has been proposed one that generates a signal train necessary for motor control (for example, Patent Document 1).
また、巻き線ステータとロータを用いた回転検出装置において、ロータに極数の異なる複数のトラック群を形成することでアブソリュートエンコーダを構成し、トラック群から検出される信号の位相差により絶対角度を検出するようにしたものも提案されている(例えば特許文献2)。 Further, in a rotation detection device using a wound stator and a rotor, an absolute encoder is configured by forming a plurality of track groups having different numbers of poles in the rotor, and an absolute angle is determined by a phase difference of signals detected from the track groups. What has been detected is also proposed (for example, Patent Document 2).
他の回転検出装置として、回転子の外周の周方向に配置した複数の磁石と、固定子の内周に周方向位置が異なるように設けた複数の磁気センサとを組合せ、それぞれの磁気センサの出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものも提案されている(例えば特許文献3)。 As another rotation detection device, a combination of a plurality of magnets arranged in the circumferential direction of the outer periphery of the rotor and a plurality of magnetic sensors provided at different positions in the circumferential direction on the inner periphery of the stator, There has also been proposed an apparatus in which an absolute angle is detected by calculating an output signal (for example, Patent Document 3).
さらに、他の回転径装置として、磁気パルスを発生する例えば周方向に磁極対を並べた磁気エンコーダなどのリング状の磁気パルス発生手段と、この磁気パルス発生手段に対してその周方向にほぼ整列させられ前記磁気パルスを検出する複数の検出素子とを備え、検出素子の出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものも提案されている(例えば特許文献4)。
しかし、上記した回転検出装置等には以下に挙げるような課題がある。
・ 現在、モータ等の回転位置検出にはレゾルバが広く用いられているが、製造コストが高いという課題がある。
・ 上記した各回転検出装置において、磁気式のエンコーダを用いるものでは、絶対角度を検出し、かつ高い分解能の回転パルスを得ることは難しい。
・ 特許文献1に開示の回転検出装置の場合、構造が複雑で、回転しない状態で絶対角度を検出できないという課題がある。
・ 特許文献2に開示の回転検出装置は、レゾルバを用いるものと同じ方式で、ロータとの位置ずれの影響を低減している例であるが、複雑なコイルを必要とするという課題がある。
・ 磁石の回転を磁気センサで検出する特許文献3に開示の回転検出装置の場合、回転角度検出は可能であるが、高い精度で回転角度を求めるためには、磁界強度を高精度で検出し、検出ギャップを正確に管理しなければなない。また、この方式で回転パルス信号を出力するためには、検出角度からパルス信号を生成する処理回路が必要となる。
However, the above-described rotation detection device has the following problems.
-Currently, resolvers are widely used to detect rotational positions of motors and the like, but there is a problem of high manufacturing costs.
In each of the rotation detection devices described above, if a magnetic encoder is used, it is difficult to detect an absolute angle and obtain a high-resolution rotation pulse.
In the case of the rotation detection device disclosed in
The rotation detection device disclosed in Patent Document 2 is an example in which the influence of positional deviation from the rotor is reduced by the same method as that using a resolver, but has a problem that a complicated coil is required.
In the case of the rotation detection device disclosed in Patent Document 3 that detects the rotation of the magnet with a magnetic sensor, the rotation angle can be detected. However, in order to obtain the rotation angle with high accuracy, the magnetic field strength is detected with high accuracy. The detection gap must be managed accurately. Further, in order to output the rotation pulse signal by this method, a processing circuit for generating the pulse signal from the detection angle is required.
そこで、これらの課題を解決して、精度良く絶対角度を検出できる回転検出装置として,本発明者らは以下の構成のものを提案している(特願2007−043735号)。
この回転検出装置では、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを設け、各磁気センサとして、磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものを用いる。さらに、位相差検出手段で前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求め、この検出した位相差に基づいて、角度算出手段により磁気エンコーダの絶対角度を算出する。
Therefore, the present inventors have proposed the following configuration as a rotation detection device that can solve these problems and detect an absolute angle with high accuracy (Japanese Patent Application No. 2007-043735).
In this rotation detection device, a plurality of magnetic encoders provided in concentric rings and having different numbers of magnetic poles and a plurality of magnetic sensors for detecting the magnetic fields of these magnetic encoders are provided. A device having a function of detecting position information in the magnetic pole is used. Further, the phase difference of the magnetic field signal detected by each of the magnetic sensors is obtained by the phase difference detection means, and the absolute angle of the magnetic encoder is calculated by the angle calculation means based on the detected phase difference.
このように構成した機転検出装置の場合、例えば磁極対が12の磁気エンコーダと13の磁気エンコーダを用いて回転させると、これら2つの磁気センサの信号の間には、1回転に1磁極対分の位相ずれが発生する。そこで、この位相差を位相差検出手段で検出し、その位相差に基づいて角度算出手段により1回転の区間での絶対角度を算出することができる。また、各磁気センサは、各磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有するので、精度良く絶対角度を検出できる。また、構成も簡単なものとなる。 In the case of the rotation detection device configured as described above, for example, when the magnetic pole pair is rotated by using the magnetic encoder of 12 and the magnetic encoder of 13, the signal of these two magnetic sensors is equivalent to one magnetic pole pair per rotation. Phase shift occurs. Therefore, this phase difference can be detected by the phase difference detection means, and the absolute angle in one rotation can be calculated by the angle calculation means based on the phase difference. In addition, each magnetic sensor has a function of detecting position information in the magnetic pole of each magnetic encoder, so that an absolute angle can be detected with high accuracy. Also, the configuration is simple.
しかし、この構成の回転検出装置の場合、得られた絶対角度情報に互いの磁気エンコーダの磁気干渉やノイズが加わっている状態では、精度良く絶対角度を検出できない。また、回転検出装置からABZ相のパルス信号も出力する場合には、絶対角度情報とABZ相パルス信号とが同期していることが望ましい。 However, in the case of the rotation detection device having this configuration, the absolute angle cannot be detected with high precision in a state where the magnetic angle and noise of the magnetic encoders are added to the obtained absolute angle information. In addition, when the ABZ-phase pulse signal is also output from the rotation detection device, it is desirable that the absolute angle information and the ABZ-phase pulse signal are synchronized.
この発明の目的は、構造が簡単で、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotation detector capable of detecting an absolute angle with high accuracy without being affected by magnetic interference and noise between magnetic encoders, and a bearing with a rotation detector equipped with the rotation detector. Is to provide.
この発明の回転検出装置は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか1つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する角度算出手段とを設けたことを特徴とする。
例えば磁極対が12の磁気エンコーダと13の磁気エンコーダを用いて回転させると、これら磁界を検出する2つの磁気センサの信号の間には、1回転に1磁極対分の位相ずれが発生するので、この位相差を位相差検出手段で検出し、その位相差に基づいて角度算出手段により1回転の区間での絶対角度を算出することができる。また、各磁気センサは、各磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとしているので、精度良く絶対角度を検出できる。また、構成も簡単なものとなる。とくに、位相差検出手段で検出した位相差に基づいて算出した絶対角度を、いずれか1つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正するようにしているので、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる。
The rotation detection device of the present invention includes a plurality of magnetic encoders that are provided in concentric rings and have different numbers of magnetic poles, and a plurality of magnetic sensors that respectively detect the magnetic fields of these magnetic encoders. A rotation detection device having a function of detecting position information in a magnetic pole of an encoder, a phase difference detection means for obtaining a phase difference of magnetic field signals detected by each magnetic sensor, and the detected phase difference And an angle calculating means for correcting the calculated absolute angle with the output of one of the magnetic sensors on the magnetic encoder side.
For example, if the magnetic pole pair is rotated by using a magnetic encoder having 12 magnetic poles and a magnetic encoder having 13 magnetic poles, a phase shift corresponding to one magnetic pole pair occurs in one rotation between the signals of two magnetic sensors that detect these magnetic fields. The phase difference can be detected by the phase difference detection means, and the absolute angle in one rotation can be calculated by the angle calculation means based on the phase difference. In addition, each magnetic sensor has a function of detecting position information in the magnetic pole of each magnetic encoder, so that an absolute angle can be detected with high accuracy. Also, the configuration is simple. In particular, the absolute angle calculated based on the phase difference detected by the phase difference detecting means is corrected by the output of any one magnetic sensor on the magnetic encoder side. The absolute angle can be detected with high accuracy without being influenced by.
この発明において、前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の2相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものであっても良い。
磁気センサをこのような構成とすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。
In the present invention, the magnetic sensor has a plurality of sensor elements arranged at positions shifted from each other within the magnetic pole pitch, and can obtain a two-phase signal output of sin and cos. May be detected by multiplying.
When the magnetic sensor has such a configuration, the magnetic field distribution of the magnetic encoder can be detected more finely as a sinusoidal signal based on an analog voltage rather than as an on / off signal, and an accurate absolute angle can be detected.
この発明において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、sin,cos の2相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであっても良い。
磁気センサをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダの位相を検出することが可能である。
In the present invention, the magnetic sensor is composed of a line sensor in which sensor elements are arranged along the arrangement direction of the magnetic poles of the magnetic encoder, and a two-phase signal output of sin and cos is generated by calculation to determine the position in the magnetic pole. It may be detected.
When the magnetic sensor is configured as such a line sensor, the influence of the distortion of the magnetic field pattern and noise is reduced, and the phase of the magnetic encoder can be detected with higher accuracy.
この発明において、前記角度算出手段で算出された絶対角度を、いずれか1つの磁気センサの検出信号に基づいて、互いに90°位相の異なるA相およびB相の2つのパルス信号と、原点位置を示すZ相のパルス信号とからなるABZ相信号として出力する角度情報出力回路を有し、前記磁気センサとして、前記角度算出手段での絶対角度補正に用いる磁気センサを選択しても良い。
この構成の場合、絶対角度を出力するI/Fを別途備える必要がなく、この回転検出装置の回路構成、および回転検出装置が搭載される機器側の回路構成を簡略化することができる。また、絶対角度情報と同期したABZ相信号を出力することができる。
In the present invention, the absolute angle calculated by the angle calculating means is calculated based on two pulse signals of A phase and B phase, which are 90 ° different from each other, based on the detection signal of any one magnetic sensor, and the origin position. An angle information output circuit that outputs an ABZ phase signal composed of a Z-phase pulse signal shown in the figure, and a magnetic sensor used for absolute angle correction in the angle calculation means may be selected as the magnetic sensor.
In the case of this configuration, it is not necessary to separately provide an I / F that outputs an absolute angle, and the circuit configuration of the rotation detection device and the circuit configuration of the device on which the rotation detection device is mounted can be simplified. Further, an ABZ phase signal synchronized with the absolute angle information can be output.
この発明において、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサが、前記磁極数が異なる複数の磁気エンコーダのうちの磁極数の多い磁気エンコーダに対応する磁気センサであるとしても良い。この構成の場合、より高分解能のABZ相信号を得ることができる。 In the present invention, the magnetic sensor selected for use in the absolute angle correction may be a magnetic sensor corresponding to a magnetic encoder having a large number of magnetic poles among a plurality of magnetic encoders having different numbers of magnetic poles. In the case of this configuration, an ABZ phase signal with higher resolution can be obtained.
この発明において、前記角度算出手段の算出した絶対角度を出力する角度情報出力回路を有し、上記磁気センサ並びに、位相検出手段、角度算出手段、および角度情報出力回路が互いに一体化されたセンサモジュールを設けても良い。この構成の場合、部品点数の低減、磁気センサの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などの利点が得られ、小型で低コストの回転検出装置とすることができる。 In this invention, the sensor module has an angle information output circuit for outputting the absolute angle calculated by the angle calculation means, and the magnetic sensor, the phase detection means, the angle calculation means, and the angle information output circuit are integrated with each other. May be provided. With this configuration, advantages such as reduction in the number of parts, improvement in the mutual position accuracy of magnetic sensors, reduction in manufacturing cost, reduction in assembly cost, and improvement in detection accuracy due to signal noise reduction are obtained. It can be a detection device.
この発明において、前記センサモジュールが半導体チップに集積されたものであっても良い。半導体チップに集積すると、より一層小型化され、かつ信頼性が向上する。 In the present invention, the sensor module may be integrated on a semiconductor chip. When integrated on a semiconductor chip, the size is further reduced and the reliability is improved.
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の回転検出装置を軸受に搭載したものである。
この構成によると、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
The bearing with a rotation detection device of the present invention is obtained by mounting the rotation detection device of any one of the above configurations of the present invention on a bearing.
According to this configuration, it is possible to reduce the number of parts, the number of assembling steps, and the size of the bearing using device.
この発明の回転検出装置は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか1つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する角度算出手段とを設けたため、構造が簡単となり、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の回転検出装置を軸受に搭載したものであるため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
The rotation detection device of the present invention includes a plurality of magnetic encoders that are provided in concentric rings and have different numbers of magnetic poles, and a plurality of magnetic sensors that respectively detect the magnetic fields of these magnetic encoders. A rotation detection device having a function of detecting position information in a magnetic pole of an encoder, a phase difference detection means for obtaining a phase difference of magnetic field signals detected by each magnetic sensor, and the detected phase difference The absolute angle of the magnetic encoder is calculated on the basis of the angle, and the angle calculating means for correcting the calculated absolute angle with the output of the magnetic sensor on any one of the magnetic encoders is provided. The absolute angle can be accurately detected without being affected by magnetic interference or noise.
Since the bearing with a rotation detection device according to the present invention has the above-described rotation detection device according to the present invention mounted on the bearing, it is possible to reduce the number of parts, the number of assembling steps, and downsizing of the equipment using the bearing.
この発明の一実施形態を図1ないし図9と共に説明する。図1は、この実施形態の回転検出装置の概略構成を示す。この回転検出装置1は、例えばモータの回転軸などの回転部材4の外周に、その軸心Oに対して同心のリング状に設けられた複数(ここでは2つ)の磁気エンコーダ2A,2Bと、これら各磁気エンコーダ2A,2Bの磁界をそれぞれ検出する複数(ここでは2つ)の磁気センサ3A,3Bとを備える。磁気センサ3A,3Bは、図1の例では前記各磁気エンコーダ2A,2Bに対して微小のギャップを介してそれぞれ径方向(ラジアル方向)に対向するように、例えばモータのハウジング等の固定部材5に設けられる。ここでは、磁気センサ3Aが磁気エンコーダ2Aに対向し、磁気センサ3Bが磁気エンコーダ2Bに対向する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of the rotation detection device of this embodiment. The
磁気エンコーダ2A,2Bは、複数の磁極対(磁極Sと磁極Nの1組)を周方向に等ピッチで着磁させたリング状の磁性部材であり、ラジアルタイプである図1の例では、その外周面に磁極対が着磁されている。これら2つの磁気エンコーダ2A,2Bの磁極対の数は互いに異ならせてある。また、図1の例では、2つの磁気エンコーダ2A,2Bを軸方向に隣接させて配置しているが、これら磁気エンコーダ2A,2Bが同一の回転をするならば、それぞれを別の場所に配置しても良い。
The
磁気エンコーダ2A,2Bの他の例として、図2に示すように、リング状の磁性部材の軸方向端面に複数の磁極対を周方向に等ピッチで並ぶように着磁させたアキシアルタイプのものを用いても良い。この例では、2つの磁気エンコーダ2A,2Bを、内外周に隣接するように配置している。アキシアルタイプの磁気エンコーダ2A,2Bの場合、その着磁面に対向する軸方向に向けて各磁気センサ3A,3Bが配置される。
As another example of the
磁気センサ3A,3Bは、対応する磁気エンコーダ2A,2Bの磁極対の数よりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダ2A,2Bの磁極の範囲内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ3Aとして、対応する磁気エンコーダ2Aの1磁極対のピッチλを1周期とするとき、図3のように構成しても良い。すなわち、90度位相差(λ/4)となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの2つの磁気センサ素子3A1,3A2を用い、これら2つの磁気センサ素子3A1,3A2により得られる2相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相(φ=tan-1(sinφ/cos φ))を逓倍して算出するものとしても良い。他の磁気センサ3Bについても同様である。なお、図3の波形図は、磁気エンコーダ2Aの磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。
The
磁気センサ3A,3Bをこのような構成とすると、磁気エンコーダ2A,2Bの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。
When the
磁気エンコーダ2A,2Bの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ3A,3Bの他の例として、図4(B)に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、例えば磁気センサ3Aとして、対応する磁気エンコーダ2Aの磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子3aが並ぶラインセンサ3AA,3ABを用いる。なお、図4(A)は、磁気エンコーダ2Aにおける1磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ3Aの第1のラインセンサ3AAは、図4(A)における180度の位相区間のうち90度の位相区間に対応付けて配置し、第2のラインセンサ3ABは残りの90度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第1のラインセンサ3AAの検出信号を加算回路31で加算した信号S1と、第2のラインセンサ3ABの検出信号を加算回路32で加算した信号S2を別の加算回路33で加算することで、図4(C)に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号S1と、インバータ35を介した信号S2をさらに別の加算回路34で加算することで、図4(C)に示すような磁界信号に応じたcos 信号を得る。このようにして得られた2相の出力信号から、磁極内における位置を検出する。
As another example of the
磁気センサ3A,3Bをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダ2A,2Bの位相を検出することが可能である。
When the
例えば、図1の構成例において、磁気センサ3A,3Bは位相差検出手段6に接続される。位相差検出手段6は、各磁気センサ3A,3Bの検出した磁界信号の位相差を求める手段であり、その後段に角度算出手段7が接続される。角度算出手段7は、位相差検出手段6の検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を算出する手段である。また、この角度算出手段7は、算出した絶対角度を、いずれか1つの磁気エンコーダ(例えば2A)側の磁気センサ3Aの出力で補正する補正手段12を有する。
For example, in the configuration example of FIG. 1, the magnetic sensors 3 </ b> A and 3 </ b> B are connected to the phase difference detection means 6. The phase difference detection means 6 is a means for obtaining a phase difference between magnetic field signals detected by the
この回転検出装置1による絶対角度検出の概略動作を、図5および図6を参照して以下に説明する。図1において、2つの磁気エンコーダ2B,2Aの磁極対の数をPとP+nとすると、両磁気エンコーダ2A,2Bの間では1回転あたり磁極対にしてn個分の位相差があるので、これら磁気エンコーダ2A,2Bに対応する磁気センサ3A,3Bの検出信号の位相は、360/n度回転するごとに一致する。
A schematic operation of absolute angle detection by the
図5(A),(B)には両磁気エンコーダ2A,2Bの磁極のパターン例を示し、図5(C),(D)にはこれら磁気エンコーダに対応する磁気センサ3A,3Bの検出信号の波形を示す。この場合、磁気エンコーダ2Aの3磁極対に対して、磁気エンコーダ2Bの2磁極対が対応しており、この区間内での絶対位置を検出することができる。図5(E)は、図5(C),(D)の検出信号に基づき、図1の位相差検出手段6より求められる位相差の出力信号の波形図を示す。
なお、図6は、各磁気センサ3A,3Bによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図6(A),(B)には両磁気エンコーダ2A,2Bの磁極のパターン例を示し、図6(C),(D)には対応する磁気センサ3A,3Bの検出位相の波形図を示し、図6(E)には位相差検出手段6より出力される位相差信号の波形図を示す。
5A and 5B show examples of magnetic pole patterns of both
FIG. 6 shows a waveform diagram of detection phases and phase differences by the
位相差検出手段6の検出した位相差信号(図6(E))は、互いの磁気エンコーダ3A,3Bの磁気干渉やノイズの影響を受けているため、実際には図7(A)に示すdeltaのように歪みを持った波形となる。すなわち、例えば、磁気センサ3A,3Bの検出信号にそれぞれε1 ,ε2 の検出誤差が加わると、前記位相差信号deltaにはε1 +ε2 程度の検出誤差が加わっている状態となる。
Since the phase difference signal (FIG. 6 (E)) detected by the phase
そこで、角度算出手段7では、以下の処理を行うことにより、検出精度の高い絶対角度を算出する。なお図7では、2つの磁気エンコーダ2B,2Aの磁極対の数が2と3で、両磁気エンコーダ2A,2Bの間では1回転あたり磁極対にして1個分の位相差があり、これら磁気エンコーダ2A,2Bに対応する磁気センサ3A,3Bの検出信号の位相は、360度回転するごとに一致する例を示している。
角度算出手段7は、第1の処理として、1つの磁気エンコーダ(ここでは磁極対の多い磁気エンコーダ2A)の概略位相を、位相差検出手段6の検出した図7(A)の位相差信号deltaの波形と、図7(B)に示す前記磁気エンコーダ2Aの各磁極対の検出位置a,b,cとから、図7(A)にMAで示す波形のように推定する。
第2の処理では、角度算出手段7の補正手段12により、次のように図7(A)の位相差信号deltaを補正する。推定した概略位相MAに、磁気エンコーダ2Aの位相信号θ1 /3を加えて、図7(C)に示すように補正した位相差信号
correctA=MA+(θ1 /3)
を得る。
第3の処理では、このようにして補正した位相差信号correctAに基づき、絶対角度を算出する。
Therefore, the angle calculation means 7 calculates the absolute angle with high detection accuracy by performing the following processing. In FIG. 7, the number of magnetic pole pairs of the two
As a first process, the angle calculation means 7 calculates the approximate phase of one magnetic encoder (here, the
In the second process, the phase difference signal delta in FIG. 7A is corrected by the
Get.
In the third process, the absolute angle is calculated based on the phase difference signal correctA corrected in this way.
この場合、上記したように補正した位相差信号correctAにも検出誤差が含まれているが、磁気エンコーダ2Aの磁極数3で割り算するため、検出誤差はε1 /3となる。この検出誤差は、補正前の位相差信号deltaの検出誤差ε1 +ε2 に比べると、明らかに小さいことが分かる。したがって、各磁気センサ3A,3Bの検出精度と同じ精度で絶対角度を検出することができる。
In this case, although the detection error is included in the phase difference signal correctA corrected as described above, the detection error is ε1 / 3 because it is divided by the number of magnetic poles 3 of the
図8は、この回転検出装置1における絶対角度検出回路の構成例を示す。図5(C),(D)に示したような各磁気センサ3A,3Bの検出信号に基づき、それぞれ対応する位相検出回路13A,13Bは、図6(C),(D)に示したような検出位相信号を出力する。位相差検出手段6は、これらの検出位相信号に基づき、図6(E)に示したような位相差信号を出力する。その次段に設けられた角度算出手段7は、位相差検出手段6で求められた位相差を、図7に示した処理で補正した後に、予め設定された計算パラメータにしたがって絶対角度へ換算する処理を行う。
FIG. 8 shows a configuration example of an absolute angle detection circuit in the
角度算出手段7で用いられる計算パラメータは不揮発メモリなどのメモリ8に記憶されている。このメモリ8には、前記計算パラメータのほか、磁気エンコーダ2A,2Bの磁極対の数の設定、絶対角度基準位置、信号出力の方法など、装置の動作に必要な情報が記憶されている。ここでは、メモリ8の次段に通信インタフェース(I/F)9を設けることで、通信インタフェース9を通じてメモリ8の内容を更新できる構成とされている。これにより、個別の設定情報を使用状況に応じて可変設定でき、使い勝手が良くなる。
Calculation parameters used in the angle calculation means 7 are stored in a memory 8 such as a nonvolatile memory. In addition to the calculation parameters, the memory 8 stores information necessary for the operation of the apparatus, such as setting of the number of magnetic pole pairs of the
角度算出手段7で算出された絶対角度情報は、パラレル信号、シリアルデータ、アナログ電圧、PWMなどの変調信号として、角度情報出力回路10から、あるいは前記通信インタフェース9を介して出力される。また、角度算出手段7からは回転パルス信号も出力される。回転パルス信号としては、2つの磁気センサ3A,3Bの検出信号のうち、いずれか1つの信号を出力すれば良い。上記したように、各磁気センサ3A,3Bはそれぞれ逓倍機能を備えているので、高い分解能で回転信号を出力することができる。
The absolute angle information calculated by the angle calculation means 7 is output from the angle
図7の角度情報出力回路10では、前記角度算出手段7で算出された絶対角度を、互いに90度位相の異なるA相およびB相の2つのパルス信号と、原点位置を示すZ相のパルス信号とでなるABZ相信号として出力するようにしても良い。
In the angle
図7(A)に示す補正前の位相差信号deltaから絶対角度を算出する場合、得られた絶対角度信号は、各磁気エンコーダ2A,2Bから得られるABZ相信号と同期したものとならない。そこで、この実施形態では、位相差信号deltaの補正に利用した磁気エンコーダ2A側の磁気センサ3Aの検出信号から、ABZ相信号を出力する。これにより、補正された位相差信号correctAとABZ相信号とは同期することになる。
また、この実施形態では、磁極数の多い磁気エンコーダ2A側の磁気センサ3Aのセンサ出力で位相差信号deltaを補正しているので、ABZ相信号がより高分解能でえられる。
When the absolute angle is calculated from the phase difference signal delta before correction shown in FIG. 7A, the obtained absolute angle signal is not synchronized with the ABZ phase signal obtained from each of the
In this embodiment, since the phase difference signal delta is corrected by the sensor output of the
ABZ相信号を出力する場合、図9に示すように、受信側回路14から角度算出手段7に対して絶対角度出力の要求信号が入力されると、これに呼応して角度算出手段7における絶対角度実行手段15が動作可能となり、角度算出手段7におけるモード実行信号生成手段16から絶対角度出力モード中であることを示すモード実行信号(ABS_mode=1)が生成され、角度算出手段7における回転パルス信号生成手段17からA,B,Z相信号が出力されるように、角度算出手段7を構成しても良い。
受信側回路14では、Z相信号を受信することで絶対角度値を示すポジションカウンタ18が0にリセットされ、Z相信号に続いて出力されるA相信号およびB相信号を、前記ポジションカウンタ18が計数する。A相信号およびB相信号のパルス出力が、一旦現在の絶対角度値に達すると、そこで絶対角度出力モード動作が終了する(ABS_mode=0)。その後は、回転部材4(図1)の回転に伴い検出される絶対角度の変化に応じた回転パルス信号(ABZ相信号)を角度算出手段7から出力する。これにより、パルスを計数することで絶対角度を知る受信側回路14では、絶対角度出力モード動作が終了(ABS_mode=0)となった後は実際の絶対角度情報を常に取得している状態となる。
When outputting an ABZ phase signal, as shown in FIG. 9, when a request signal for absolute angle output is input from the receiving
In the receiving
このように、角度情報出力回路10からABZ相信号のような回転パルス信号を出力し、絶対角度出力モードによって絶対角度情報を出力する構成とすると、絶対角度を出力するインタフェースを別途備える必要がなく、この回転検出装置1の回路構成、および回転検出装置1が搭載される機器側の回路構成を簡略化することができる。
In this way, when the rotation information such as the ABZ phase signal is output from the angle
また、この回転検出装置1において、前記磁気センサ3A,3Bと、図9に示した角度情報出力回路10を含む信号処理回路とを、例えば図2の例で示すように、センサモジュール11として一体化しても良いし、このセンサモジュール11を1つの半導体チップに集積しても良い。このように構成した場合、部品点数の低減、磁気センサ3A,3Bの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などのメリットが得られ、小型で低コストの回転検出装置1とすることができる。
なお、この場合、2つの磁気エンコーダ2A,2Bに対して1つのセンサモジュール11を対向させることになるので、2つの磁気エンコーダ2A,2Bは互いに近接して配置させることになる。
Further, in this
In this case, since one
このように、この回転検出装置1は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダ2A,2Bと、これら各磁気エンコーダ2A,2Bの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ3A,3Bとを備え、これら各磁気センサ3A,3Bは磁気エンコーダ2A,2Bの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとし、各磁気センサ3A,3Bの検出した磁界信号の位相差を位相差検出手段6で求め、角度算出手段7により、前記位相差検出手段6で検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか1つの磁気エンコーダ側の磁気センサ(ここでは磁気センサ3A)の出力で補正するようにしているので、構造が簡単となり、磁気エンコーダ2A,2B間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出することができる。
As described above, the
この実施形態では、2つの磁気エンコーダ2A,2Bを用いたものを例示したが、磁気エンコーダは2つでなくてもよく、磁極対の数の異なる3つ以上の磁気エンコーダを組み合わせて、より広い範囲の絶対角度を検出する構成としても良い。この回転検出装置1をモータの回転検出に使用する場合、上記磁極対の数の差の調整において、モータのロータ極数Pnに合わせてPとP+Pnという組合せとすれば、回転検出装置1によりモータの電気角を検出できるため、モータの回転制御に好都合である。
In this embodiment, an example using two
図10は、上記回転検出装置1を軸受に搭載した回転検出装置付き軸受の一実施形態を示す断面図である。この回転検出装置付き軸受20は、回転側軌道輪である内輪22と固定側軌道輪である外輪23の間に複数の転動体24が介在する転がり軸受21の一端部に、上記回転検出装置1を設けたものである。転がり軸受21は深溝玉軸受からなり、内輪22の外径面および外輪23の内径面にはそれぞれ転動体24の転走面22a,23aが形成されている。内輪22と外輪23の間の軸受空間は、回転検出装置1の設置側とは反対側の端部がシール26で密封されている。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an embodiment of a bearing with a rotation detection device in which the
回転検出装置1の2つの磁気エンコーダ2A,2Bは、内輪22の一端部の外径面に圧入嵌合されるリング状の芯金27の外径面に、軸方向に並べて設けられる。回転検出装置1の2つの磁気センサ3A,3Bは、図2で示したように他の信号処理回路と共にセンサモジュール11として一体化され、リング状の金属製センサハウジング28の内側に挿入された状態で樹脂モールド29され、センサハウジング28を介して外輪23の一端部の内径面に取付けられる。これにより、磁気エンコーダ2A,2Bと対応する磁気センサ
3A,3Bとがラジアル方向に対向配置される。センサモジュール11に接続されるリード線30はセンサハウジング27を貫通して外部に引き出され、このリード線30を介してセンサモジュール11と外部回路との間で信号の授受や電源供給が行われる。
The two magnetic encoders 2 </ b> A and 2 </ b> B of the
この回転検出装置付き軸受20では、上記回転検出装置1を転がり軸受21に搭載しているので、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化を図ることができる。なお、この発明の回転検出装置付き軸受は、自動車等の車輪を車体に対して支持する車輪用軸受に適用されるものであっても良い。
In this rotation detecting device bearing 20, since the
1…回転検出装置
2A,2B…磁気エンコーダ
3A,3B…磁気センサ
3A1,3A2…磁気センサ素子
3AA,3AB…ラインセンサ
6…位相差検出手段
7…角度算出手段
10…角度情報出力回路
11…センサモジュール
12…補正手段
20…回転検出装置付き軸受
21…転がり軸受
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか1つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する角度算出手段とを設けたことを特徴とする回転検出装置。 A plurality of magnetic encoders provided in concentric rings and having different numbers of magnetic poles, and a plurality of magnetic sensors that respectively detect the magnetic fields of these magnetic encoders, each of the magnetic sensors is information on a position in the magnetic pole of the magnetic encoder A rotation detecting device having a function of detecting
Phase difference detection means for obtaining a phase difference between magnetic field signals detected by the magnetic sensors, an absolute angle of the magnetic encoder is calculated based on the detected phase difference, and the calculated absolute angle is used as one of the magnetic encoders. An angle calculating means for correcting with the output of the side magnetic sensor is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007240501A JP2009069092A (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Rotation detector and bearing with rotation detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007240501A JP2009069092A (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Rotation detector and bearing with rotation detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009069092A true JP2009069092A (en) | 2009-04-02 |
Family
ID=40605493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007240501A Pending JP2009069092A (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Rotation detector and bearing with rotation detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009069092A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018201299A (en) * | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 日本精工株式会社 | Biaxial-integrated type motor |
CN111649067A (en) * | 2020-05-29 | 2020-09-11 | 北京理工大学 | Gas bearing assembly detection device, method and system |
CN112748048A (en) * | 2020-12-22 | 2021-05-04 | 青岛科技大学 | Intelligent digital display viscosity measuring device and measuring method thereof |
DE102021106095A1 (en) | 2021-03-12 | 2022-09-15 | Sensitec Gmbh | Device for determining the angular position of a rotating element |
-
2007
- 2007-09-18 JP JP2007240501A patent/JP2009069092A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018201299A (en) * | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 日本精工株式会社 | Biaxial-integrated type motor |
CN111649067A (en) * | 2020-05-29 | 2020-09-11 | 北京理工大学 | Gas bearing assembly detection device, method and system |
CN112748048A (en) * | 2020-12-22 | 2021-05-04 | 青岛科技大学 | Intelligent digital display viscosity measuring device and measuring method thereof |
CN112748048B (en) * | 2020-12-22 | 2023-03-17 | 青岛科技大学 | Intelligent digital display viscosity measuring device and measuring method thereof |
DE102021106095A1 (en) | 2021-03-12 | 2022-09-15 | Sensitec Gmbh | Device for determining the angular position of a rotating element |
DE102021106095B4 (en) | 2021-03-12 | 2023-10-05 | Sensitec Gmbh | Device for determining the angular position of a rotating element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5583317B2 (en) | Rotation detection device and bearing with rotation detection device | |
JP5081553B2 (en) | Rotation detection device and bearing with rotation detection device | |
JP5221494B2 (en) | Rotation detection device and bearing with rotation detection device | |
TWI579533B (en) | Absolute encoder devices and motors | |
JP6477933B2 (en) | Rotation angle detection device and rotation angle detection method | |
JP5349157B2 (en) | Rotation detection device and bearing with rotation detection device | |
WO2011001886A1 (en) | Rotation angle detecting device for car driving motor, and bearing equipped with the rotation angle detecting device | |
WO2010029742A1 (en) | Rotation detecting device and bearing with rotation detecting device | |
JP2017161391A (en) | Rotary encoder and method for correcting angle of rotary encoder | |
JP2008267868A (en) | Rotation detector, and bearing with rotation detector | |
JP2009069092A (en) | Rotation detector and bearing with rotation detector | |
JP6791013B2 (en) | Two-axis integrated motor | |
JP2008267867A (en) | Rotation detector, and bearing with the rotation detector | |
JP5161010B2 (en) | Rotation detection device and bearing with rotation detection device | |
JP2011112471A (en) | Magnetic encoder and rotation detecting apparatus | |
JP2010066141A (en) | Rotation detector and bearing provided with the same | |
JP4343585B2 (en) | Bearing device with absolute angle sensor and method of using the same | |
JP2009288123A (en) | Bearing with rotation detecting apparatus | |
JP5159438B2 (en) | Bearing with rotation detector | |
JP5314557B2 (en) | Magnetic encoder, method for manufacturing the same, and rotation detection device | |
JP2011027448A (en) | Rotation detector and bearing provided with rotation detector | |
JP2009288124A (en) | Bearing with rotation detecting apparatus | |
JP2008076063A (en) | Bearing device with rotation sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090109 |