JP2019028037A - Rotation angle sensor calibration method, module calibration method, calibration parameter generation device, rotation angle sensor, rotation angle sensor module and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角センサの較正方法、回転角センサモジュールの較正方法、較正パラメータ生成装置、回転角センサ、回転角センサモジュールおよびプログラムに関する。 The present invention relates to a rotation angle sensor calibration method, a rotation angle sensor module calibration method, a calibration parameter generation device, a rotation angle sensor, a rotation angle sensor module, and a program.
従来、X方向及びY方向の磁場の変化を検出し、当該検出結果に基づき、回転磁石の回転角を検出する非接触回転角センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2016−061708号公報
Conventionally, a non-contact rotation angle sensor that detects a change in a magnetic field in the X direction and the Y direction and detects a rotation angle of a rotating magnet based on the detection result is known (for example, see Patent Document 1).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-061708
従来の回転角センサは、角度非線形性誤差を有する場合があり、角度非線形性誤差の調整および較正を容易な方法で実現することが望まれている。 Conventional rotational angle sensors may have angular non-linearity errors, and it is desirable to implement angular nonlinearity error adjustment and calibration in an easy way.
本発明の第1の態様においては、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転軸の軸回りに回転する回転磁石のXY平面における回転角を検出する回転角センサの較正方法であって、XY平面上に回転角センサを設置する設置段階とXY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサにそれぞれ印加する磁場印加段階と、N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される、少なくとも2系統の出力信号を回転角センサから取得する取得段階と、少なくとも2系統の出力信号に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出段階と、較正パラメータを回転角センサの記憶部に記憶させる記憶段階と、を備える回転角センサの較正方法を提供する。 In the first aspect of the present invention, the rotation angle for detecting the rotation angle in the XY plane of the rotating magnet rotating around the axis of the rotation axis by detecting the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. A method for calibrating a sensor, which is a magnetic field in an N direction (N is an integer of 3 or more) in which the direction differs by an angle equal to 360 degrees divided into N on the XY plane and an installation stage where the rotation angle sensor is installed on the XY plane. Are applied to the rotation angle sensor, respectively, an acquisition step for acquiring at least two output signals output from the rotation angle sensor in response to the application of the N-direction magnetic field, and at least two systems. A rotation angle sensor comprising: a calculation step for calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor on the basis of the output signal; and a storage step for storing the calibration parameter in a storage unit of the rotation angle sensor. To provide a service method of calibration.
本発明の第2の態様においては、回転軸回りに回転する回転磁石と、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、前記回転磁石の前記XY平面における回転角を検出する回転角センサと、を備える回転角センサモジュールの較正方法であって、本発明の第1の態様に係る回転角センサの較正方法により、前記回転角センサを較正する回転角センサモジュールの較正方法を提供する。 In the second aspect of the present invention, by detecting a rotating magnet rotating around the rotation axis, a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, the rotation angle of the rotating magnet in the XY plane is determined. A rotation angle sensor module for detecting a rotation angle sensor module, wherein the rotation angle sensor module is calibrated by the rotation angle sensor calibration method according to the first aspect of the present invention. Provide a method.
本発明の第3の態様においては、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転軸回りに回転する回転磁石のXY平面における回転角を検出する回転角センサの少なくとも2系統の出力信号を取得する取得部と、少なくとも2系統の出力信号に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出部と、較正パラメータを回転角センサの記憶部に供給して記憶させるパラメータ供給部と、を備え、取得部は、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場が、回転角センサにそれぞれ印加したことに応じて出力される出力信号を回転角センサから取得する、較正パラメータ生成装置を提供する。 In the third aspect of the present invention, the rotation angle sensor detects the rotation angle in the XY plane of the rotating magnet that rotates around the rotation axis by detecting the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. An acquisition unit that acquires at least two systems of output signals, a calculation unit that calculates a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signals of at least two systems, and a calibration parameter that is supplied to the storage unit of the rotation angle sensor And a parameter supply unit that stores the magnetic field in the N direction (N is an integer of 3 or more) in different directions by an angle obtained by equally dividing 360 degrees into N on the XY plane. Provided is a calibration parameter generation device that acquires an output signal output in response to each application from a rotation angle sensor.
本発明の第4の態様においては、X軸方向およびY軸方向の磁場を磁場変換して、X軸方向およびY軸方向の出力信号を出力する第1センサと、X軸方向およびY軸方向の磁場を磁場変換して、X軸方向およびY軸方向の出力信号を出力する第2センサと、本発明の第3の態様に係る較正パラメータ生成装置が生成した較正パラメータを記憶する記憶部と、較正パラメータに基づいて、第1センサおよび第2センサが出力した少なくとも2系統のX軸方向およびY軸方向の出力信号の誤差を補正してX軸方向およびY軸方向の誤差補正信号をそれぞれ出力する誤差補正部と、X軸方向およびY軸方向の誤差補正信号に基づいて、補正した角度信号を算出する角度信号算出部と、を備える回転角センサを提供する。 In the fourth aspect of the present invention, the first sensor that converts the magnetic fields in the X-axis direction and the Y-axis direction and outputs output signals in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the X-axis direction and the Y-axis direction. A second sensor that converts the magnetic field of the magnetic field and outputs output signals in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a storage unit that stores the calibration parameters generated by the calibration parameter generation device according to the third aspect of the present invention. Based on the calibration parameters, errors in the output signals in the X-axis direction and the Y-axis direction of at least two systems output from the first sensor and the second sensor are corrected, and error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction are respectively obtained. A rotation angle sensor is provided that includes an error correction unit that outputs and an angle signal calculation unit that calculates a corrected angle signal based on error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction.
本発明の第5の態様においては、本発明の第4の態様に係る回転角センサと、XY平面と略垂直な方向に回転軸を有する回転磁石と、を備える回転角センサモジュールを提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a rotation angle sensor module comprising the rotation angle sensor according to the fourth aspect of the present invention and a rotating magnet having a rotation axis in a direction substantially perpendicular to the XY plane.
本発明の第6の態様においては、コンピュータに、本発明の第1の態様に係る回転角センサの較正方法を実行させるプログラムを提供する。 In a sixth aspect of the present invention, a program for causing a computer to execute the rotation angle sensor calibration method according to the first aspect of the present invention is provided.
本発明の第7の態様においては、コンピュータに、本発明の第2の態様に係る回転角センサモジュールの較正方法を実行させるプログラムを提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute the rotation angle sensor module calibration method according to the second aspect of the present invention.
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The summary of the invention does not enumerate all the features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、回転角センサモジュール300の一例を較正パラメータ生成装置200と共に示す。回転角センサモジュール300は、回転角センサ100と、回転磁石410と、回転軸412と、モーター420とを備える。本明細書において、回転角センサ100が形成された基板の表面を、X軸およびY軸を有するXY面とし、XY面に垂直な軸をZ軸とする。即ち、X、Y、Z軸は互いに直交する座標系である。
FIG. 1 shows an example of a rotation
回転磁石410は、回転軸412回りに回転する。回転磁石410は、一例として、リングの形状を有し、XY平面と略平行な面で回転する。回転磁石410は、XY平面と略平行な断面がそれぞれ半リング状となる2つの領域に分割されてよく、一方の領域がS極であり、他方の領域がN極である磁石を形成する。回転磁石410は、XY平面と略平行な面で回転することにより、回転磁場を回転角センサ100に発生させる。
The rotating
回転軸412は、XY平面と略垂直な方向に延伸して形成される。即ち、回転軸412は、Z軸を中心に回転する。回転軸412は、一端が回転磁石410に接続され、他端がモーター420に接続される。
The rotating
モーター420は、Z軸を中心に回転軸412を回転させる。これにより、モーター420は、Z軸を中心に回転磁石410を回転させる。
The
回転角センサ100は、XY平面におけるX軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出して、回転軸412回りに回転する回転磁石410のXY平面における回転角を検出する。本例の回転角センサ100は、回転磁石410に横配置される。回転角センサ100の横配置とは、回転角センサ100を回転磁石410の径方向に設けることを指す。即ち、回転角センサ100は、回転磁石410と同一のXY平面上に設けられる。
The
本例の回転角センサモジュール300は、回転磁石410に横配置された回転角センサ100を有する。したがって、回転角センサモジュール300は、回転角センサ100を縦配置する場合と比較して高さを低減できる。これにより、回転角センサモジュール300の小型化が実現する。
The rotation
図2は、回転磁石410および回転角センサ100の構成の一例を示す。回転角センサ100は、回転軸412を中心に回転する回転磁石410の回転角を非接触で検出する。回転角センサ100は、基板10と、第1センサ110と、第2センサ120と、磁気収束板130と、を備える。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the
基板10は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含む。基板10は、ICチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続される。
The
第1センサ110および第2センサ120は、回転磁石410の回転角を非接触で検出できる位置に設けられる。本例の第1センサ110および第2センサ120は、回転磁石410に対して横配置される。即ち、第1センサ110および第2センサ120は、回転磁石410と同一のXY平面内に形成されている。本例の第1センサ110および第2センサ120は、回転磁石410の径方向の外側に配置されている。
The
また、第1センサ110および第2センサ120は、回転磁石410の接線方向に並行して一定距離だけ離して設けられる。第1センサ110と第2センサ120との間の距離は特に限られない。一例において、第1センサ110と第2センサ120との間の距離とは、第1センサ110の中心と、第2センサ120の中心との距離を指す。第1センサ110と第2センサ120との間の距離は、回転磁石410の直径よりも小さくてよく、回転磁石410の半径よりも小さくてよい。また、第1センサ110および第2センサ120の回転軸412までの距離は、それぞれ等しいことが望ましい。
Further, the
第1センサ110および第2センサ120は、X方向の磁場およびY方向の磁場をそれぞれ検出する。本例の第1センサ110は、第1ホール素子対111および第2ホール素子対116を備える。第2センサ120は、第3ホール素子対121および第4ホール素子対126を備える。
The
第1ホール素子対111は、X軸方向の磁場を検出する。第1ホール素子対111は、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第1ホール素子対111は、第1ホール素子112と第2ホール素子113とを有する。
The first
第1ホール素子112および第2ホール素子113は、X軸と平行に配置される。第1ホール素子112および第2ホール素子113は、一例として、X軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたY軸方向の起電力(ホール効果)を発生させる素子である。第1ホール素子112および第2ホール素子113は、半導体等で形成されてよい。第1ホール素子112および第2ホール素子113は、一例として、基板10上において、Y軸と平行な軸に対して線対称に配置される。
The
第2ホール素子対116は、Y軸方向の磁場を検出する。第2ホール素子対116は、第1ホール素子対111と同様に、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。本例の第2ホール素子対116は、第3ホール素子117および第4ホール素子118を有する。
The second
第3ホール素子117および第4ホール素子118は、Y軸と平行に配置される。第3ホール素子117および第4ホール素子118は、一例として、Y軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたX軸方向の起電力(ホール効果)を生じさせる素子である。第3ホール素子117および第4ホール素子118は、一例として、基板10上において、X軸と平行な軸に対して線対称に配置される。
The
なお、第1ホール素子対111および第2ホール素子対116は、オフセット出力をキャンセルすべく、X軸方向の通電およびY軸方向の通電をそれぞれ交互に実行されてもよい。このようなオフセットのキャンセル方法は、スピニングカレント法として既知である。また、第2センサ120が有する第3ホール素子対121および第4ホール素子対126も、第1センサ110が有する第1ホール素子対111および第2ホール素子対116と同様に配置される。
Note that the first
第3ホール素子対121は、X軸方向の磁場を検出する。第3ホール素子対121は、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第3ホール素子対121は、第1ホール素子122と第2ホール素子123とを有する。
The third
第1ホール素子122および第2ホール素子123は、X軸と平行に配置される。第1ホール素子122および第2ホール素子123は、一例として、X軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたY軸方向の起電力(ホール効果)を発生させる素子である。第1ホール素子122および第2ホール素子123は、半導体等で形成されてよい。第1ホール素子122および第2ホール素子123は、一例として、基板10上において、Y軸と平行な軸に対して線対称に配置される。
The
第4ホール素子対126は、Y軸方向の磁場を検出する。第4ホール素子対126は、第3ホール素子対121と同様に、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。本例の第4ホール素子対126は、第3ホール素子127および第4ホール素子128を有する。
The fourth
第3ホール素子127および第4ホール素子128は、Y軸と平行に配置される。第3ホール素子127および第4ホール素子128は、一例として、Y軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたX軸方向の起電力(ホール効果)を生じさせる素子である。第3ホール素子127および第4ホール素子128は、一例として、基板10上において、X軸と平行な軸に対して線対称に配置される。
The
回転角センサ100は、第1センサ110および第2センサ120からのホール起電力信号(Vx,Vy)に基づいて、角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を生成する。回転角センサ100は、生成した角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を外部に出力する。即ち、本例の回転角センサ100は、第1センサ110および第2センサ120に基づく2系統の角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を出力する。2系統の角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))は、回転磁石410の回転角θに応じて出力される。
The
図3は、本実施形態に係る第1ホール素子対111がX軸方向の磁界を検出する場合の一例を示す。本例の基板10上には、磁気収束板130が形成されている。
FIG. 3 shows an example when the first
磁気収束板130は、各ホール素子対の上方に配置され、回転角センサ100に入力する磁場を曲げる。磁気収束板130は、磁性材料等で形成され、例えば、X軸方向および/またはY軸方向の磁場を、Z軸方向の成分が発生するように曲げ、Z軸方向に感度を有する各ホール素子対に入力させる。磁気収束板130は、基板10の上面に形成されてよく、これに代えて、基板10の上方に、絶縁層等を介して形成されてもよい。
The magnetic
ここで、回転角センサ100に入力する磁場ベクトルH(HX,HY,HZ)が、磁気収束板130で曲げられ、第1ホール素子112に入力する磁束密度ベクトルB(Hall,X1)は、第1ホール素子112の位置における透磁率Mu(Hall,X1)を用いて、次式で示される。ここで、透磁率Mu(Hall,X1)は、2階のテンソル(3行3列の行列)となる。
同様に、第2ホール素子113に入力する磁束密度ベクトルB(Hall,X2)は、第2ホール素子113の位置における透磁率Mu(Hall,X2)を用いて、次式で示される。
第1ホール素子112および第2ホール素子113は、Z軸方向の磁場を検出する。したがって、第1ホール素子112および第2ホール素子113は、次式で示すように、磁気収束板130で曲げられたZ軸方向の磁束密度BZを検出することになる。
ここで、回転角センサ100の上方に+X軸方向の磁場ベクトルHin(HX,0,0)が入力する例を説明する。磁気収束板130は、一例として、図中の磁束密度ベクトルBのように、入力した磁場を曲げ、第1ホール素子112に+Z軸方向の磁束を入力させる。
Here, an example in which a magnetic field vector H in (H X , 0, 0) in the + X-axis direction is input above the
また、磁性材料等で形成された磁気収束板130の透磁率は、空気の透磁率と比較して値が高くなるので、空気中の磁束密度と比較して、当該磁気収束板130内の磁束密度は高くなる。例えば、第1ホール素子112の位置におけるZ軸方向の磁束密度は、次式で示すように、入力磁場HZに空気の透磁率μを乗じて得られる磁束密度に比較して、略1.4倍程度高くなる。
同様に、磁気収束板130は、一例として、第2ホール素子113に−Z軸方向の磁束を発生させ、第2ホール素子113の位置におけるZ軸方向の磁束密度は、次式で示される。
第1ホール素子112および第2ホール素子113は、このようにZ軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力を発生させる。ここで、第1ホール素子112および第2ホール素子113が略同一形状、略同一材料で形成される場合、それぞれの磁気感度は略等しくなる。また、第1ホール素子112および第2ホール素子113に入力する磁束密度は互いに逆向きとなるので、発生するそれぞれのホール起電力は正負の符号が異なる。
The
そこで、当該磁気感度をSとすると、第1ホール素子対111のホール起電力信号VXを、第1ホール素子112のホール起電力Vsig(Hall,X1)および第2ホール素子113のホール起電力Vsig(Hall,X2)の差分である次式のように定めることができる。
このように、回転角センサ100は、ホール起電力信号VXを算出することで、X軸方向に入力される磁場ベクトルHin(HX,0,0)に応じたホール起電力を出力することができる。また、ホール起電力信号VXを、各ホール素子のホール起電力の差分としたので、第1ホール素子112および第2ホール素子113に同一方向(+Z軸方向または−Z軸方向)で、かつ、絶対値が略同一の磁場によって生じるホール起電力は、相殺されて略零となる。
Thus, the
即ち、回転角センサ100は、ホール起電力信号VXを算出することで、XZ面に平行な方向の磁場ベクトルHXZ(HX,0,HZ)が入力しても、X軸方向の磁場ベクトルの成分HX(HX,0,0)に応じたホール起電力を算出することができる。また、第1ホール素子112および第2ホール素子113は、Y軸方向の磁場には感度がなく、また、磁気収束板130は、理想的にはY軸方向の磁場をZ軸方向には変換しない。したがって、回転角センサ100は、ホール起電力信号VXを算出することで、直交する3つの各成分が零ではない(任意の方向の)磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)が入力しても、X軸方向の磁場ベクトルの成分HX(HX,0,0)に応じたホール起電力を検出することができる。
That is, the
同様に、Y軸方向に配列した第2ホール素子対116は、Y軸方向の磁場を算出することができる。即ち、回転角センサ100は、第2ホール素子対116を用いて、次式のホール起電力信号VYを算出することで、磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)が入力しても、Y軸方向の磁場ベクトルの成分HY(0,HY,0)に応じたホール起電力を算出することができる。
また、同様に、第1ホール素子112および第2ホール素子113は、Z軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力が発生する。そして、第1ホール素子対111のホール起電力信号VZを、第1ホール素子112のホール起電力Vsig(Hall,X1)および第2ホール素子113のホール起電力Vsig(Hall,X2)の和として算出してもよい。本実施形態の回転角センサ100は、ホール起電力信号VXおよびVYを出力する例を説明し、ホール起電力信号VZについては省略するが、回転角センサ100は、当該ホール起電力信号VZについても、ホール起電力信号VXおよびVYと同様に出力してもよい。
Similarly, the
以上のように、回転角センサ100は、第1ホール素子対111および第2ホール素子対116の出力信号に基づき、入力する磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)のX軸成分HX(HX,0,0)およびY軸成分HY(0,HY,0)に対応するホール起電力信号VXおよびVYを出力する。即ち、回転角センサ100は、XY面と水平な方向の磁場に対応するホール起電力を、X軸成分およびY軸成分に分解して算出することができる。
As described above, the
なお、本例では、第1ホール素子対111および第2ホール素子対116がXY面と水平な方向の磁場を検出する場合について説明したが、第3ホール素子対121および第4ホール素子対126についても同様の方法で、XY面と水平な方向の磁場を検出することができる。即ち、回転角センサ100は、第3ホール素子対121および第4ホール素子対126の出力信号に基づき、入力する磁場ベクトルHXYZ(HX,HY,HZ)のX軸成分HX(HX,0,0)およびY軸成分HY(0,HY,0)に対応するホール起電力信号VXおよびVYを出力する。
In this example, the case where the first
回転角センサ100は、例えば、回転軸をZ軸と平行にした回転磁石410の、XY面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角に応じたホール起電力信号を出力することができる。例えば、回転角センサ100は、次式で示される回転磁場が入力される。ここで、H0は磁場の振幅値であり、回転角θを計算する場合、(例えば1に)規格化されてよい定数である。
回転角センサ100は、上式のような回転磁場に対して、一例として、次式で示されるホール起電力信号(VX,VY)を出力する。ここで、AxおよびAyは各信号の振幅値、θは回転磁石410の回転角、αは信号間の非直交性誤差、Vos_xおよびVos_yは各信号のオフセットである。
なお、各信号の振幅値Ax及びAy、信号間の非直交性誤差α、および各信号のオフセットVos_x及びVos_yは、回転角センサ100に起因する誤差である。したがって、これらの誤差を出荷前にトリミングできる。
The amplitude values A x and A y of each signal, the non-orthogonality error α between the signals, and the offsets V os_x and V os_y of each signal are errors caused by the
以上のホール起電力信号(VX,VY)を用いて、回転磁石410の回転角θに対応する角度信号φ(θ)は、一例として、次式により算出することができる。
ここで、回転角センサ100は、XY面と平行な面における磁場を検出することを説明したが、他の面における磁場の変化を検出してもよい。回転角センサ100は、Z軸方向の磁場を検出することもできるので、例えば、回転軸412をY軸と平行にした回転磁石410の、XZ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。回転角センサ100は、同様に、回転軸412をX軸と平行にした回転磁石410の、YZ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することもできる。
Here, it has been described that the
また、回転角センサ100は、XYZ軸の三次元の磁場を検出することができるので、XYZ軸で表現できる面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。本実施形態の回転角センサ100は、(数9)式で示されるホール起電力信号を出力する例を説明する。
Further, since the
図4は、回転角センサ100および較正パラメータ生成装置200の回路構成の一例を示す。回転角センサ100は、第1センサ110と、第2センサ120と、X軸信号出力部140と、Y軸信号出力部150と、誤差補正部160と、角度信号算出部170と、入出力部180と、記憶部190とを備える。
FIG. 4 shows an example of the circuit configuration of the
回転角センサ100の各構成は、同一の基板10に形成されてよい。例えば、X軸信号出力部140、Y軸信号出力部150、誤差補正部160、角度信号算出部170、入出力部180、および記憶部190は、基板10の内部に形成される。
Each component of the
X軸信号出力部140は、X軸方向の磁場を磁電変換してX軸方向の出力信号を出力信号として出力する。本例のX軸信号出力部140は、2系統の出力信号Vx1(θ)およびVx2(θ)を出力する。X軸信号出力部140は、増幅部142と、AD変換部144とを有する。
The X-axis
増幅部142は、第1ホール素子対111および第3ホール素子対121に接続され、受け取ったホール起電力信号を予め定められた増幅度で増幅する。増幅部142は、増幅したホール起電力信号をAD変換部144に供給する。
The amplifying
AD変換部144は、増幅部142に接続され、受け取ったホール起電力信号をデジタル信号に変換する。本例のAD変換部144は、XchのADコンバータである。AD変換部144は、変換したデジタル信号を2系統の出力信号Vx1(θ)およびVx2(θ)として誤差補正部160に供給する。
The
Y軸信号出力部150は、Y軸方向の磁場を磁電変換してY軸方向の出力信号を出力信号として出力する。本例のY軸信号出力部150は、2系統の出力信号Vy1(θ)およびVy2(θ)を出力する。Y軸信号出力部150は、増幅部152と、AD変換部154とを有する。
The Y-axis
増幅部152は、第2ホール素子対116および第4ホール素子対126に接続され、受け取ったホール起電力信号を予め定められた増幅度で増幅する。増幅部152は、増幅したホール起電力信号をAD変換部154に供給する。
The amplifying
AD変換部154は、増幅部152に接続され、受け取ったホール起電力信号をデジタル信号に変換する。本例のAD変換部154は、YchのADコンバータである。AD変換部154は、変換したデジタル信号を2系統の出力信号Vy1(θ)およびVy2(θ)として誤差補正部160に供給する。
The
このように、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150は、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を少なくとも2系統出力する。本例のX軸信号出力部140は、2系統の出力信号Vx1(θ)およびVx2(θ)を誤差補正部160に出力する。また、本例のY軸信号出力部150は、2系統の出力信号Vy1(θ)およびVy2(θ)を誤差補正部160に出力する。
In this way, the X-axis
誤差補正部160は、予め定められた較正パラメータに基づいて、X軸方向およびY軸方向の誤差補正信号をそれぞれ出力する。誤差補正部160は、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150に接続され、X軸方向およびY軸方向の出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を受信する。また、誤差補正部160は、記憶部190に接続され、記憶部190から較正パラメータを読み出す。これにより、誤差補正部160は、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を、較正パラメータで補正する。誤差補正部160は、補正した出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を誤差補正信号として角度信号算出部170に供給する。
The
角度信号算出部170は、誤差補正部160から誤差補正信号を受信する。角度信号算出部170は、受信した誤差補正信号に基づいて、角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を算出する。誤差補正信号が適切に補正された信号の場合、角度信号算出部170は、回転角θと略一致する角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を出力する。
The angle
一例において、角度信号算出部170は、(数10)式または同等の式を計算することにより、角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を算出する。例えば、角度信号算出部170は、三角関数計算モデルに基づくCORDIC(COordinate Rotation DIgital Computer)回路等の計算回路等を内部に有してよい。CORDIC回路は、予め定められたCORDICアルゴリズムを実行する。
In one example, the angle
角度信号算出部170は、(数9)式において、理想的なホール起電力信号(VX,VY)が得られる場合、回転磁石410の回転角θと略一致する角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))を出力する。理想的なホール起電力信号(VX,VY)が得られる場合とは、例えば、Vos_xおよびVos_yが略零であり、AxがAyに略等しく、かつ、αが略零である場合である。
When the ideal Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is obtained in the equation (9), the angle
一方、理想的なホール起電力信号(VX,VY)が得られない場合、角度信号算出部170が出力する角度信号(Φ1(θ),Φ2(θ))は、回転角θと一致せず、φ(θ)およびθの差異(φ(θ)−θ)が回転角センサ100の角度非線形性誤差となる。理想的なホール起電力信号(VX,VY)が得られない場合とは、オフセットVos_x、Vos_y、振幅値の差分(Ax−Ay)、および非直交性誤差αのうち少なくとも1つが略零でない場合である。例えば、角度非線形性誤差は、回転角センサモジュール300の組み立て誤差に起因する。
On the other hand, when the ideal Hall electromotive force signals (V X , V Y ) cannot be obtained, the angle signals (Φ 1 (θ), Φ 2 (θ)) output by the angle
入出力部180は、外部の装置等に接続され、当該外部の装置等と較正パラメータを授受する。入出力部180は、回転角センサ100のインターフェース回路でよく、この場合、較正パラメータに加えて、回転角センサ100内部で用いられる他のパラメータおよびデータ等を授受してもよい。入出力部180は、外部から受けとった較正パラメータを記憶部190に供給する。また、入出力部180は、記憶部190に記憶された較正パラメータを外部に供給する。
The input /
記憶部190は、較正パラメータを記憶する。回転角センサ100が算出する角度信号の誤差を較正するための少なくとも1つの較正パラメータを記憶する。較正パラメータは、X軸方向のオフセットVos_x、Y軸方向のオフセットVos_y、磁気感度のミスマッチ、および非直交性誤差αに基づく角度非線形性誤差のうち、少なくとも1つの誤差を低減させるパラメータを含んでよい。
The
較正パラメータ生成装置200は、入出力部180に接続され、較正パラメータを生成する。本例の較正パラメータ生成装置200は、取得部210と、算出部220と、パラメータ供給部230と、を備える。
The calibration
取得部210は、回転角センサ100から出力信号を取得する。本例の取得部210は、X軸信号出力部140およびY軸信号出力部150に接続され、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を取得する。取得部210は、取得した出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を、較正パラメータ生成装置200内部の記憶部190等に記憶してよい。
The
算出部220は、取得部210又は記憶部190に接続され、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を受信する。算出部220は、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)に基づいて、回転角センサ100を較正する較正パラメータを算出する。一例において、算出部220は、第1センサ110が出力した出力信号(Vx1,Vx2)と、第2センサ120が出力した出力信号(Vy1,Vy2)との差分に基づいて、較正パラメータを算出する。出力信号(Vx1,Vx2)と出力信号(Vy1,Vy2)との差分とは、出力信号(Vx1,Vx2)に基づく信号と、出力信号(Vy1,Vy2)に基づく信号との差分を含む。これにより、算出部220は、第1センサ110と第2センサ120との間の距離に依存した信号に基づいた較正パラメータを算出することができる。較正パラメータの算出方法については後述する。
The
また、算出部220は、角度信号φ(θn)に基づき、且つ、角度θnを用いずに較正パラメータを算出する。これにより、算出部220は、角度θnを検出するためのエンコーダを用いることなく、較正パラメータを算出できる。
The
パラメータ供給部230は、算出部220に接続され、当該算出部220から較正パラメータを受信する。また、パラメータ供給部230は、受信した較正パラメータを回転角センサ100に供給する。本例のパラメータ供給部230は、入出力部180に接続され、較正パラメータを入出力部180に送信する。
The
また、パラメータ供給部230は、回転角センサ100に較正パラメータを供給するか否かを制御してよい。例えば、パラメータ供給部230は、記憶部190に較正パラメータが記憶されている場合、較正パラメータの更新が必要な場合にのみ、較正パラメータを回転角センサ100に送信する。
Further, the
図5は、角度非線形性誤差の要因であるセンサ位置ずれを説明するための図である。本例の回転角センサ100は、位置ずれ(Dx,Dy)を有する。位置ずれ(Dx,Dy)は、回転磁石410の中心を原点とした場合のセンサ位置を示す。例えば、位置ずれ(Dx,Dy)は、回転角センサ100の組み立て時に発生し、角度非線形性誤差の要因となる場合がある。
FIG. 5 is a diagram for explaining the sensor position deviation which is a factor of the angle nonlinearity error. The
図6は、角度非線形性誤差の要因である回転軸ずれを説明するための図である。回転磁石410のN極S極方向をD方向(本例ではX軸方向)とする。また、XY平面において、D方向に直交する方向をQ方向(本例ではY軸方向)とする。この場合、回転軸412のずれが(Ed,Eq)となる。回転軸412のずれ(Ed,Eq)は、回転角センサモジュール300の組み立て工程だけではなく、回転磁石410における磁石の着磁むらによっても生ずる。回転軸412のずれ(Ed,Eq)によって、回転角センサ100の偏心が生じる場合がある。
FIG. 6 is a diagram for explaining the rotational axis deviation which is a factor of the angle nonlinearity error. The N pole S pole direction of the
図7は、較正パラメータ生成装置200の動作フローの一例を示す。較正パラメータ生成装置200は、ステップS100〜S130を実行することにより、較正パラメータを生成する。
FIG. 7 shows an example of the operation flow of the calibration
まず、XY平面上に回転角センサ100を設置する(S100)。ここで、回転角センサ100を設置するXY平面は、回転角センサ100が検出する磁場の方向と略平行な平面である。また、当該平面は、回転角センサ100が検出する磁場の方向によって形成される平面と略一致することが望ましい。
First, the
次に、回転角センサ100に磁場を印加して、較正パラメータ生成装置200は回転角センサ100の出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を取得する(S110)。ここで、回転角センサ100に印加する磁場は、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場である。例えば、回転角センサ100は、XY平面上の予め定められた方向に対して、0°、120°、および240°の角度を有するXY平面上の3つの方向の磁場がそれぞれ印加される。このような磁場を印加する装置の一例を、図8を用いて説明する。
Next, a magnetic field is applied to the
図8は、磁場印加装置30を、回転角センサ100および較正パラメータ生成装置200と共に示す。本例の磁場印加装置30は、360度を4等分した角度(90°)ずつ方向が異なる4方向の磁場を、回転角センサ100に印加する例を示す。磁場印加装置30は、第1コイル部42と、第2コイル部44と、第3コイル部46と、第4コイル部48と、を備える。
FIG. 8 shows the magnetic
第1コイル部42および第3コイル部46は、略同一の形状および材料で形成され、略同一の中心軸を有するヘルムホルツコイルでよい。本例では、第1コイル部42および第3コイル部46の中心軸が、Y軸方向と略平行に配置された例を示す。第1コイル部42および第3コイル部46は、流れる電流の方向に応じて、回転角センサ100に+Y軸方向および−Y軸方向の磁場を切り換えて印加する。また、第1コイル部42および第3コイル部46は、流れる電流の大きさを制御することにより、印加する磁場の大きさを調節できる。即ち、第1コイル部42および第3コイル部46は、+X軸方向に対して、略90°および略270°の角度を有する磁場を回転角センサ100に印加する。
The first coil portion 42 and the
第2コイル部44および第4コイル部48は、略同一の形状および材料で形成され、略同一の中心軸を有するヘルムホルツコイルでよい。本例では、第2コイル部44および第4コイル部48の中心軸が、X軸方向と略平行に配置された例を示す。第2コイル部44および第4コイル部48は、流れる電流の方向に応じて、回転角センサ100に+X軸方向および−X軸方向の磁場を切り換えて印加する。即ち、第2コイル部44および第4コイル部48は、+X軸方向に対して、略0°および略180°の角度の磁場を回転角センサ100に印加する。
The
なお、本例では、第1コイル部42および第3コイル部46の中心軸と、第2コイル部44および第4コイル部48の中心軸の交点に、回転角センサ100が配置される例を示す。以上のように、磁場印加装置30は、複数のコイル部の配置に応じて、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、回転角センサ100にそれぞれ印加することができる。
In this example, the
取得部210は、XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場が、回転角センサ100にそれぞれ印加したことに応じて出力される出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を当該回転角センサ100から取得する。例えば、取得部210は、XY平面上の予め定められた方向に対するN方向の磁場のそれぞれの角度θn(n=0,1,2,・・・,N−1)に対応して出力される、少なくとも2系統のX軸方向およびY軸方向の出力信号(VX1(θn),VX2(θn),VY1(θn),VY2(θn))を取得する。
The
次に、算出部220は、少なくとも2系統の出力信号(VX1(θn),VX2(θn),VY1(θn),VY2(θn))に基づいて、回転角センサを較正する較正パラメータを算出する(S120)。そして、パラメータ供給部230は、算出部220が算出した較正パラメータを回転角センサ100の記憶部190に供給して記憶させる(S130)。以上のように、本例の回転角センサモジュール300は、磁場印加装置30を用いて回転角センサ100に予め定められた複数の方向の磁場を印加し、当該回転角センサ100の角度非線形性誤差を補正する較正パラメータを生成することができる。
Next, the
図9は、較正パラメータ生成装置200の動作フローの一例を示す。取得部210は、回転磁石410の回転に応じて、2系統の出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を取得する(S210)。算出部220は、偶数倍波の較正パラメータを算出する(S220)。ステップS220は、第1算出段階の一例である。パラメータ供給部230は、算出部220が算出した較正パラメータを回転角センサ100に供給する(S225)これにより、算出部220は、回転角センサ100の位置ずれ(Dx,Dy)によって発生した角度非線形性誤差を較正する。回転角センサ100を横配置した場合、図9のように位置ずれ(Dx,Dy)による比較的大きな誤差成分を先に較正することが好ましい。算出部220は、誤差成分がもともと小さい場合、1度の回転磁石410の回転ですべての較正パラメータを算出すればよい。
FIG. 9 shows an example of an operation flow of the calibration
なお、パラメータ供給部230が較正パラメータを供給(S225)した後は、必要に応じて、2系統の出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を取得する(S210)段階に戻ってもよい。これにより、偶数倍波の誤差成分が大きい場合でも複数回、同一成分の較正を行い、計算精度を向上させながら徐々に誤差を低減することが期待できる。よって、算出部220は、エンコーダによる真の磁石角度θを用いなくとも、精度良く較正パラメータを算出できる。
In addition, after the
次に、回転軸412のずれ(Ed,Eq)の大小関係を比較する(S230)。例えば、算出部220は、回転軸412のずれ(Ed,Eq)が0より大きいか否かを判断する。ステップS230は、比較段階の一例である。算出部220は、回転軸412のずれ(Ed,Eq)の大きさに応じて、較正パラメータの算出方法を選択する。例えば、算出部220は、回転軸412のずれ成分の大小関係に応じて、奇数倍波の較正パラメータを算出するか否かを判断する。
Next, the magnitude relationship of the deviation (Ed, Eq) of the
Ed,Eq>0の場合、算出部220は、奇数倍波の較正パラメータを算出する(S240)。即ち、算出部220は、偶数倍波および奇数倍波の両方を用いて、較正パラメータを算出する。ステップS240は、比較段階の後に実行される第2算出段階の一例である。
In the case of Ed, Eq> 0, the
一方、Ed,Eq>0でない場合、回転軸412のずれ(Ed,Eq)の大きさに応じて、奇数倍波の較正パラメータの算出方法を決定する(S235)。例えば、Ed>>Eq≒0又はEq>>Ed≒0の場合、算出部220は、偶数倍波の算出方法を用いる。算出部220は、Ed>>Eq≒0の場合、余弦波成分に基づき較正パラメータを算出し、Eq>>Ed≒0の場合、正弦波成分に基づき較正パラメータを算出してよい。また、Ed,Eq≒ 0の場合、回転軸412のずれ(Ed,Eq)が小さいので、奇数倍波についてさらなる補正をする必要がない。
On the other hand, if Ed, Eq> 0 is not satisfied, a method for calculating the calibration parameter of the odd harmonic is determined according to the magnitude of the deviation (Ed, Eq) of the rotating shaft 412 (S235). For example, when Ed >> Eq≈0 or Eq >> Ed≈0, the
パラメータ供給部230は、算出部220が算出した較正パラメータを回転角センサ100に供給する(S250)。なお、パラメータ供給部230が較正パラメータを供給(S250)した後は、センサ位置や軸ずれの変動による誤差発生などに応じて、(S210)段階に戻ってもよい。
The
図10は、較正パラメータ生成装置200の動作フローの一例を示す。本例の動作フローでは、ステップS230において、Ed,Eq>0と判断される場合の補正アルゴリズムについて主に説明する。較正パラメータは、第1センサ110および第2センサ120のそれぞれについて算出される。センサ1およびセンサ2は、一例として、第1センサ110および第2センサ120である。
FIG. 10 shows an example of an operation flow of the calibration
取得部210は、回転磁石410の回転に応じて、第1センサ110および第2センサ120から、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)を取得する(S310,S315)。例えば、上述の通り、回転角センサ100は、回転磁場に対して、(数9)式で示されるホール起電力信号(Vx,Vy)を出力する。
The
算出部220は、第1センサ110および第2センサ120のそれぞれについて、振幅誤差MAGに関しフーリエ級数展開する(S320,S325)。MAGは、振幅信号の誤差成分として、第1センサ110および第2センサ120の振幅信号magより算出される。このように、MAGに関する関数式の係数が算出される。更に、第1センサ110と第2センサ120の出力角度の差を算出し、フーリエ級数展開する(S330)。
The
例えば、振幅信号magはホール起電力信号(Vx,Vy)を用いて次式で示される。
図11は、角度信号φ(θ)と振幅信号magの誤差成分を説明するための図である。縦軸は、ホール起電力信号(Vy)を示し、横軸はホール起電力信号(Vx)を示す。破線は、理想的な回転ベクトル(Vx,Vy)=(cos(θ),sin(θ))を示す。 FIG. 11 is a diagram for explaining error components of the angle signal φ (θ) and the amplitude signal mag. The vertical axis represents the Hall electromotive force signal (Vy), and the horizontal axis represents the Hall electromotive force signal (Vx). A broken line indicates an ideal rotation vector (Vx, Vy) = (cos (θ), sin (θ)).
MAGは、回転ベクトルに対して、法線方向のずれとして表れる。角度誤差INLは、回転ベクトル(Vx,Vy)に対して、接線方向のずれとして表れる。例えば、MAG(θ)およびINL(θ)は、それぞれ次式で示される。
本例の回転角センサ100は、回転磁石410の中心から一定距離だけ離して設けられ、第1センサ110および第2センサ120を回転磁石410の接線方向に並行して配置する。これにより、回転角センサ100は、2系統のMAG信号及びINL信号の差分を算出できる。
The
一例において、較正パラメータ生成装置200は、回転角センサ100が出力した信号に基づく較正パラメータにより、INLを成分ごとに推定する。そして、回転ベクトルを複素数平面に変換すると回転ベクトルの実部が法線成分、虚部が接線成分となるので、誤差を含んだ回転ベクトルの実部と虚部の関係がINLとMAGの相関関係となる。例えば、較正パラメータは、MAGとINLの相関係数(INL/MAG)とMAGの積である。
In one example, the calibration
図12は、Hmagの実数部と虚数部の関係を説明するための図である。Hmagは、次式で示される。
非軸端配置では、実装要因の誤差(Dx,Dy,Ed,Eq)が支配的となる。(数13)式において、これら実装要因の誤差を含んだセンサ位置におけるホール起電力信号(Vx,Vy)は、実装誤差のない場合の理想MAG信号を1として規格化される。 In the non-axis end arrangement, the error (Dx, Dy, Ed, Eq) of the mounting factor is dominant. In the equation (13), the Hall electromotive force signal (Vx, Vy) at the sensor position including the error of these mounting factors is normalized with the ideal MAG signal as 1 when there is no mounting error.
次に、算出部220は、偶数倍成分について角度誤差/振幅誤差(INL/MAG)の計算で、MAGとINLの相関係数を算出する。算出部220は、MAGの偶数倍波と相関係数との積より、偶数倍波の角度誤差を推定する。さらに、算出部220は、第1センサ110と第2センサ120のY位置を推定する(S340)。
Next, the
ここで、偶数倍波の誤差成分の推定方法について説明する。偶数倍波に関し、MAG(θ)およびINL(θ)は、次式で示される。
位置ずれ(Dx,Dy)が生じている場合、(数14)式より2次の誤差がMAGとINLに表れる。また、4倍周期、6倍周期といった偶数倍波の誤差も同様の傾向にある。MAGの係数は規格化したMAG(θn)をフーリエ級数展開することで算出される。θnは、回転磁石410の回転角で360度をN等分した角度ごとに磁場データを取得すると、θ0からθN−1で1周期となる。
When a positional deviation (Dx, Dy) occurs, a second-order error appears in MAG and INL from Equation (14). Further, even-numbered harmonic errors such as a quadruple cycle and a six-fold cycle have the same tendency. The coefficient of MAG is calculated by expanding the normalized MAG (θ n ) into a Fourier series. θ n is one cycle from θ 0 to θ N−1 when magnetic field data is acquired for each angle obtained by equally dividing 360 ° by the rotation angle of the
本例の較正パラメータ生成装置200は、回転角センサ100の角度信号φを、回転磁石410の角度θと仮定して演算する。例えば、較正パラメータ生成装置200は、近似の精度を上げるために、φ(θn)を等間隔に取得し、φ(θn)ごとのMAG信号を1周期分取得する。MAG信号は、φ(θn)ごとに異なるが、積分することで近似される。
以上より、2系統センサ間のそれぞれの実装位置誤差を含んだMAGの変化量は、MAGsin2θの係数変化の場合、Δdy=Dy1−Dy2、第1センサ110の出力がφ1時の磁石の角度をθ1_n、センサ1出力がφ2時の磁石の角度をθ2_nとおくと、次式が成り立つ。
次に、INLは、次式で示される。
ここで、φ1(θn)−φ2(θn)を計算することはできるものの、回転磁石410の角度θを用いずに計算する場合、フーリエ級数展開時の近似精度を上げるために次式の計算を行う。
較正パラメータ生成装置200は、φ1(θ1n)が等間隔になるようにデータ取得した場合のφ2(θ1n)との差分をφ1(θ1n)で展開した式と、φ2(θ2n)が等間隔になるようにデータ取得した場合のφ1(θ2n)との差分をφ2(θ2n)で展開した式の平均を取って近似精度を向上している。
The calibration
ここで、d・2DxΔDyおよびd'・2DxΔDyがそれぞれ算出されたので、両者の比をとればINLのcos2θ成分とMAGのsin2θ成分の相関係数d'/dが近似的に算出される。また、INLのsin2θ成分とMAGのcos2θ成分の相関係数は、c'/c≒−d'/dである。 Here, since d · 2DxΔDy and d ′ · 2DxΔDy are respectively calculated, the correlation coefficient d ′ / d between the cos 2θ component of the INL and the sin 2θ component of the MAG is approximately calculated by taking the ratio of the two. The correlation coefficient between the sin 2θ component of INL and the cos 2θ component of MAG is c ′ / c≈−d ′ / d.
したがって、2系統センサそれぞれのMAG(θ)の2倍周期の係数(c(Dx2−Dy2)、d(2DxDy))と相関係数の積から、2系統センサそれぞれの2倍周期の角度誤差の較正パラメータが算出できる。 Therefore, the angle of the double cycle of each of the two sensors is calculated from the product of the coefficient (c (D x2 -D y2 ), d (2DxDy)) of the MAG (θ) of each of the two sensors and the correlation coefficient. Error calibration parameters can be calculated.
図13は、Dy座標と、MAGのsin2θの係数との関係を示す。本例のMAGのsin2θの係数は、d(2DxDy)である。算出部220は、2倍周期の正弦波の誤差係数から、センサのDy座標の推定を行う。第1センサ110および第2センサ120のそれぞれのDy座標をDy1およびDy2とすると、MAGのsin2θの係数D1およびD2は、それぞれ次式で示される。
D1=d(2DxDy1)
D2=d(2DxDy2)
FIG. 13 shows the relationship between the Dy coordinates and the coefficient of sin 2θ of MAG. The coefficient of sin 2θ of the MAG in this example is d (2DxDy). The
D 1 = d (2D x D y1 )
D 2 = d (2D x D y2 )
ここで、第1センサ110と第2センサ120についての係数比D1/D2と、座標の比Dy1/Dy2が一致するので、ΔDyを用いて、Dy1およびDy2がそれぞれ次式で示される。
ΔDyの値は、任意の値であってよい。但し、ΔDyの値として、実際の距離がメートル系で既知の場合、算出部220は、メートル単位でDy座標を算出できる。以上の通り、本例の算出部220は、第1センサ110および第2センサ120のDy座標を、回転磁石410の角度θを用いることなく算出できる。
The value of ΔDy may be an arbitrary value. However, when the actual distance is known in the metric system as the value of ΔDy, the
次に、算出部220は、第1センサ110および第2センサ120のY座標と、MAGの奇数倍成分より、Dy=0の位置を推定する。また、算出部220は、角度誤差/振幅誤差(INL/MAG)の計算と組み合わせて、奇数倍波の角度誤差を推定する(S350)。
Next, the
例えば、次の方法により、奇数倍波の誤差成分が推定される。例えば、1倍周期の誤差に関し、MAGおよびINLは、次式で示される。
規格化したMAGとINLに1倍周期の誤差があった場合、回転磁場の1次の誤差の実部と虚部をそれぞれ抜き出して上式のように、係数A、A'、B、B'を導くことができる。本例の理論は、1倍周期のみならず、3倍周期や5倍周期といった他の奇数倍波の誤差にも適用できる。 If the normalized MAG and INL have an error of 1 time period, the real part and the imaginary part of the primary error of the rotating magnetic field are extracted and the coefficients A, A ′, B, B ′ as shown in the above equation. Can guide you. The theory of this example can be applied not only to a 1-fold period but also to errors of other odd-numbered harmonics such as a 3-fold period and a 5-fold period.
Ed,Eq>0の場合、算出部220は、2系統のセンサ間のMAGとINLの差分を算出する。
算出部220は、Edのかかる項とEqのかかる項ごとに比を取ることにより、b'/bおよびb'/aを算出する。さらにセンサのDx座標を含む1倍周期の誤差については、次の方法により推定される。
The
図14は、Dy座標と、MAGのcosθの係数との関係を示す。本例のMAGのcosθの係数は、(a・DxEd+b・DyEq)である。算出部220は、1倍周期の余弦波の誤差係数から、センサのDx座標の推定を行う。第1センサ110および第2センサ120のそれぞれの係数AをDy1およびDy2とすると、MAGのcosθの係数A1およびA2は、それぞれ次式で示される。
A1=(a・DxEd+b・Dy1Eq)
A2=(a・DxEd+b・Dy2Eq)
FIG. 14 shows the relationship between the Dy coordinate and the coefficient of cos θ of MAG. The coefficient of cos θ of the MAG in this example is (a · DxEd + b · DyEq). The
A 1 = (a · DxEd + b · D y1 Eq)
A 2 = (a · DxEd + b · D y2 Eq)
ここで、座標Dyを横軸にした場合、切片A0はaDxEdとなる。また、座標Dyを横軸にした場合の傾きから、次式が成り立つ。
(数28)式に、算出されたDy2を代入すると、次式が成り立つ。
図15は、Dy座標と、INLのsinθの係数との関係を示す。本例のINLのsinθの係数は、−b'・(DxEd−DyEq)である。算出部220は、1倍周期の正弦波の誤差係数から、Dy=0の場合の係数を算出する。Dy=0の場合、MAGとINLの1倍周期の誤差の関係は、次式で示される。
ここで、相関係数b'/bおよびb'/aは、第1センサ110と第2センサ120との差分から算出されている。したがって、算出部220は、Dy=0の場合のMAGのcosθの係数(a・DxEd)およびsinθの係数(−b・DxEq)と相関係数の積から、Dy=0の場合のINL0について、sinの係数およびcosの係数をそれぞれ算出できる。INL0について、sinθの係数をFとして、算出したDy1,Dy2の値を用いてプロットする。算出部220は、センサ位置のINLの係数であるA1'およびA2'を算出できる。
A1'−A2'は、INLのsinθ成分のセンサ間の変化量なのでA1'−A2'=b'・(ΔDyEq)として算出されている。したがって、算出部220は、1倍周期の角度誤差A'を算出することが出来、同様にして、B'を算出可能である。
A 1 ′ −A 2 ′ is calculated as A 1 ′ −A 2 ′ = b ′ · (ΔDyEq) because it is the amount of change in the sin θ component of the INL between the sensors. Therefore, the
なお、Ed,Eq≒0の場合、演算結果が発散する恐れがあるので、場合分けすることが好ましい。
算出部220は、磁場の振幅信号MAGを規格化した信号をフーリエ級数展開することにより、1倍周期のcos信号の係数Aおよびsin信号の係数Bを算出する。
The calculating
次に、Eq≒0およびEd≒0の場合について考える。
Eq≒0の場合、次式が成り立つ。
When Eq≈0, the following equation holds.
非軸端配置、特にDx>>Dyのように配置した場合、Eq≒0の条件では、A>>Bが成り立つ。また、Ed≒0の場合、B>>Aが成り立つ。さらに、Ed,Eq≒0の場合、A≒B≒0が成り立つ。このように、算出部220は、AとBを比較することにより、EdおよびEqの値について場合分けできる。例えば、算出部220は、AとBを比較することにより、ステップS230の比較を実行し、動作フローの分岐を選択する。これにより、算出部220は、比を取る場合に、分母が≒0となって、較正パラメータが発散するという問題を回避できる。なお、Ed,Eq≒0の場合、偶数倍波の角度誤差と比較して1倍周期の角度誤差が小さいので、奇数倍波を用いて補正しなくてよい。
In the case of non-axial end arrangement, particularly Dx >> Dy, A >> B is satisfied under the condition of Eq≈0. Further, when Ed≈0, B >> A holds. Further, when Ed, Eq≈0, A≈B≈0 holds. Thus, the
次に、Ed>>Eq≒0の場合について、奇数倍波の誤差成分の推定方法について説明する。この場合、MAGおよびINLは、次式で示される。
Ed>>Eq≒0、A>>Bの場合、1倍周期の誤差は上式のようになる。本例の理論は、1倍周期のみならず、3倍周期や5倍周期といった奇数倍波の誤差に適用できる。算出部220は、2系統のセンサ間のMAGと、それぞれの出力角度の差分を平均したものを算出する。
算出部220は、MAGのsinの係数(α・DyEd)と相関係数の積よりINLの1倍周期の余弦関数の角度誤差の較正パラメータを算出できる。また、算出部220は、MAGのcosの係数(α・DxEd)と相関係数の積を−1倍した結果より1倍周期の正弦関数の角度誤差の較正パラメータを算出できる。
The
次に、Eq>>Ed≒0の場合について、奇数倍波の誤差成分の推定方法について説明する。
算出部220は、MAGのcosの係数(b・DyEq)と相関係数の積よりINLの1倍周期の正弦関数の角度誤差の較正パラメータを算出する。また、算出部220は、MAGのsinの係数(−b・DxEq)と相関係数の積を−1倍した結果より1倍周期の余弦関数の角度誤差の較正パラメータを算出する。
The
パラメータ供給部230は、周波数成分ごとに推定した較正パラメータ(例えば、角度誤差パラメータ)を記憶部190に供給して記憶させる(S360)。誤差補正部160は、推定角度誤差を用いて誤差を補正する(S370)。これにより、角度信号算出部170は、較正後の信号を出力する(S380)。
The
本例の較正パラメータ生成装置200は、回転磁石410の角度θを用いずに、回転角センサ100の出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)から較正パラメータを算出できる。本例の較正パラメータ生成装置200は、非軸端配置において回転磁石410の角度θを不要として補正できる。
The calibration
図16は、センサ位置ずれおよび回転軸ずれを有する場合の角度非線形性誤差の角度依存性を示す。縦軸は角度非線形性誤差(°)を示し、横軸は回転磁石410の角度θ(°)を示す。成分ごとに推定した角度誤差のパラメータをa'〜h'とすると、INL(θ)は、次式で示される。
角度信号φ(θn)は、位置ずれおよび回転軸ずれによって生じた角度非線形性誤差を有しており、例えば横配置の場合、位置誤差が大きく発生し2倍周期で変動する成分が支配的となる。角度信号φ(θn)は、a'〜h'のパラメータを用いて、角度非直交性誤差が補正される。例えば、第1センサ110について、角度信号φ(θn)を補正した角度信号φ'1(θ1)は、次式で示される。
本例の結果より、補正した角度信号φ'1(θ1)は、角度信号φ(θn)よりも大幅に角度非直交性誤差が低減されていることが分かる。回転角センサ100は、第1センサ110および第2センサ120のそれぞれについて補正してよい。
From the result of this example, it can be seen that the angle non-orthogonality error of the corrected angle signal φ ′ 1 (θ 1 ) is significantly reduced as compared with the angle signal φ (θ n ). The
図17は、他の実施例に係る回転角センサ100の構成の一例を示す。本例の回転角センサ100は、取得部210と、算出部220と、パラメータ供給部230とを備える点で、図4で示した回転角センサ100と相違する。即ち、取得部210、算出部220およびパラメータ供給部230は、第1センサ110および第2センサ120が形成された基板10と同一の基板に形成されている。なお、本例の回転角センサ100の各構成は、図4で示した回転角センサ100および較正パラメータ生成装置200の各構成と同様に動作してよい。
FIG. 17 shows an example of the configuration of the
図18は、比較例に係る回転角センサモジュール500の構成の一例を示す。図19は、比較例に係る回転角センサモジュール500の回路構成の一例を示す。
FIG. 18 shows an example of the configuration of a rotation
回転角センサモジュール500は、1つの第1センサ110のみを有する。即ち、回転角センサモジュール500は、X軸方向の磁場およびY軸方向の磁場を検出するセンサについて、1系統のみを有する。したがって、回転角センサモジュール500は、較正パラメータを算出するために、回転磁石410の角度θを用いる必要がある。回転角センサモジュール500は、回転磁石410の絶対角度θを測るために、エンコーダを設ける必要がある。モーター420の制御など、高度な調整が必要となる。
The rotation
これに対して、回転角センサモジュール300は、X軸、Y軸の磁場検出部および角度信号を出力する信号系統を2系統有する。したがって、回転角センサモジュール300は、出力信号(Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)のみから較正パラメータを算出できる。即ち、回転角センサモジュール300は、回転磁石410の角度θの情報を用いることなく、回転角センサ100を較正できる。これにより、回転角センサモジュール300は、回転角センサ100側での自動補正を実現できる。また、回転角センサモジュール300は、モーター420の高度な制御が不要となる。
On the other hand, the rotation
また、本例の較正パラメータ生成装置200は、3次以上の高次の誤差の較正パラメータを生成できる。よって、回転角センサモジュール300は、高精度に回転角センサ100の較正を実現する。
In addition, the calibration
更に、回転角センサモジュール300は、回転角センサ100固有の角度非線形性誤差だけでなく、回転磁石410の軸ずれに起因する角度非線形性誤差を低減できる。即ち、回転角センサモジュール300は、磁場の歪の大きい非軸端配置でも補正ができるので、配置の自由度を向上できる。
Furthermore, the rotation
図20は、較正パラメータ生成装置200として機能するコンピュータ1900のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ1900は、ホスト・コントローラ2082により相互に接続されるCPU2000、RAM2020、グラフィック・コントローラ2075、および表示装置2080を有するCPU周辺部と、入出力コントローラ2084によりホスト・コントローラ2082に接続される通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、およびDVDドライブ2060を有する入出力部と、入出力コントローラ2084に接続されるROM2010、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070を有するレガシー入出力部と、を備える。
FIG. 20 shows an example of a hardware configuration of a
ホスト・コントローラ2082は、RAM2020と、高い転送レートでRAM2020をアクセスするCPU2000およびグラフィック・コントローラ2075とを接続する。CPU2000は、ROM2010およびRAM2020に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等がRAM2020内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置2080上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
The
入出力コントローラ2084は、ホスト・コントローラ2082と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060を接続する。通信インターフェイス2030は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ2040は、コンピュータ1900内のCPU2000が使用するプログラムおよびデータを格納する。DVDドライブ2060は、DVD−ROM2095からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。
The input /
また、入出力コントローラ2084には、ROM2010と、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070の比較的低速な入出力装置とが接続される。ROM2010は、コンピュータ1900が起動時に実行するブート・プログラム、および/または、コンピュータ1900のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ2050は、フレキシブルディスク2090からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。入出力チップ2070は、フレキシブルディスク・ドライブ2050を入出力コントローラ2084へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ2084へと接続する。
The input /
RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095、またはICカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、RAM2020を介してコンピュータ1900内のハードディスクドライブ2040にインストールされ、CPU2000において実行される。
A program provided to the
プログラムは、コンピュータ1900にインストールされ、コンピュータ1900を取得部210、算出部220、およびパラメータ供給部230として機能させる。
The program is installed in the
プログラムに記述された情報処理は、コンピュータ1900に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である取得部210、算出部220、およびパラメータ供給部230として機能する。そして、この具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ1900の使用目的に応じた情報の演算または加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の較正パラメータ生成装置200が構築される。
The information processing described in the program is read into the
一例として、コンピュータ1900と外部の装置等との間で通信を行う場合には、CPU2000は、RAM2020上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス2030に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス2030は、CPU2000の制御を受けて、RAM2020、ハードディスクドライブ2040、フレキシブルディスク2090、またはDVD−ROM2095等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス2030は、DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、CPU2000が転送元の記憶装置または通信インターフェイス2030からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス2030または記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
As an example, when communication is performed between the
また、CPU2000は、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060(DVD−ROM2095)、フレキシブルディスク・ドライブ2050(フレキシブルディスク2090)等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をDMA転送等によりRAM2020へと読み込ませ、RAM2020上のデータに対して各種の処理を行う。そして、CPU2000は、処理を終えたデータを、DMA転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、RAM2020は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはRAM2020および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、CPU2000は、RAM2020の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはRAM2020の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもRAM2020、メモリ、および/または記憶装置に含まれるものとする。
In addition, the
また、CPU2000は、RAM2020から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、RAM2020へと書き戻す。例えば、CPU2000は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合(または不成立であった場合)に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
In addition, the
また、CPU2000は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第1属性の属性値に対し第2属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、CPU2000は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第1属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第2属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第1属性に対応付けられた第2属性の属性値を得ることができる。
Further, the
以上に示したプログラムまたはモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095の他に、DVD、Blu−ray(登録商標)、またはCD等の光学記録媒体、MO等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ICカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはRAM等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ1900に提供してもよい。
The program or module shown above may be stored in an external recording medium. As a recording medium, in addition to the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10・・・基板、30・・・磁場印加装置、42・・・第1コイル部、44・・・第2コイル部、46・・・第3コイル部、48・・・第4コイル部、100・・・回転角センサ、110・・・第1センサ、111・・・第1ホール素子対、112・・・第1ホール素子、113・・・第2ホール素子、116・・・第2ホール素子対、117・・・第3ホール素子、118・・・第4ホール素子、120・・・第2センサ、121・・・第3ホール素子対、122・・・第1ホール素子、123・・・第2ホール素子、126・・第4ホール素子対、127・・・第3ホール素子、128・・・第4ホール素子、130・・・磁気収束板、140・・・X軸信号出力部、142・・・増幅部、144・・・AD変換部、150・・・Y軸信号出力部、152・・・増幅部、154・・・AD変換部、160・・・誤差補正部、170・・・角度信号算出部、180・・・入出力部、190・・・記憶部、200・・・較正パラメータ生成装置、210・・・取得部、220・・・算出部、230・・・パラメータ供給部、300・・・回転角センサモジュール、410・・・回転磁石、412・・・回転軸、420・・・モーター、500・・・回転角センサモジュール、1900・・・コンピュータ、2000・・・CPU、2010・・・ROM、2020・・・RAM、2030・・・通信インターフェイス、2040・・・ハードディスクドライブ、2050・・・フレキシブルディスク・ドライブ、2060・・・DVDドライブ、2070・・・入出力チップ、2075・・・グラフィック・コントローラ、2080・・・表示装置、2082・・・ホスト・コントローラ、2084・・・入出力コントローラ、2090・・・フレキシブルディスク、2095・・・DVD−ROM
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記XY平面上に前記回転角センサを設置する設置段階と
前記XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場を、前記回転角センサにそれぞれ印加する磁場印加段階と、
前記N方向の磁場をそれぞれ印加することに応じて出力される、少なくとも2系統の出力信号を前記回転角センサから取得する取得段階と、
前記少なくとも2系統の出力信号に基づいて、前記回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出段階と、
前記較正パラメータを前記回転角センサの記憶部に記憶させる記憶段階と、
を備える
回転角センサの較正方法。 A rotation angle sensor calibration method for detecting a rotation angle in the XY plane of a rotating magnet that rotates around an axis of a rotation axis by detecting a magnetic field in an X-axis direction and a magnetic field in a Y-axis direction on an XY plane,
An installation step of installing the rotation angle sensor on the XY plane and a magnetic field in N directions (N is an integer of 3 or more) having different directions by an angle equal to 360 degrees divided into N on the XY plane Applying a magnetic field to each of the sensors;
An acquisition step of acquiring at least two systems of output signals from the rotation angle sensor that are output in response to application of the magnetic field in the N direction, respectively;
A calculation step of calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signals of the at least two systems;
Storing the calibration parameter in the storage unit of the rotation angle sensor;
A method for calibrating a rotation angle sensor.
前記算出段階は、前記第1センサが出力した出力信号と、前記第2センサが出力した出力信号との差分に基づいて、前記較正パラメータを算出する
請求項1に記載の回転角センサの較正方法。 The rotation angle sensor has a first sensor and a second sensor,
The rotation angle sensor calibration method according to claim 1, wherein the calculation step calculates the calibration parameter based on a difference between an output signal output from the first sensor and an output signal output from the second sensor. .
請求項2に記載の回転角センサの較正方法。 The rotation angle sensor calibration method according to claim 2, wherein the first sensor and the second sensor are provided in parallel with a tangential direction of the rotating magnet on an outer side in a radial direction of the rotating magnet.
前記算出段階は、前記角度信号φ(θn)に基づき、且つ、前記角度θnを用いずに、前記較正パラメータを算出する
請求項1から3のいずれか一項に記載の回転角センサの較正方法。 In the obtaining step, the rotation angle output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the rotating magnet with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtain N angle signals φ (θ n ) of the sensor,
4. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the calculating step calculates the calibration parameter based on the angle signal φ (θ n ) and without using the angle θ n . 5. Calibration method.
前記少なくとも2系統の出力信号について、偶数倍波の較正パラメータを算出する第1算出段階と、
前記第1算出段階の後に、前記回転軸のずれ成分の大小関係を比較する比較段階と、
前記比較段階の後に、前記少なくとも2系統の出力信号について、奇数倍波の較正パラメータを算出する第2算出段階と、
を備える
請求項1から4のいずれか一項に記載の回転角センサの較正方法。 The calculating step includes
A first calculation step of calculating calibration parameters of even harmonics for the at least two systems of output signals;
After the first calculation step, a comparison step of comparing the magnitude relationship of the deviation component of the rotation axis;
After the comparison step, a second calculation step of calculating an odd harmonic calibration parameter for the at least two output signals;
The rotation angle sensor calibration method according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の回転角センサの較正方法。 The rotation angle sensor calibration method according to claim 5, wherein in the comparison step, it is determined whether or not to execute the second calculation step according to a magnitude relation of a deviation component of the rotation axis.
前記算出段階は、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記出力信号の角度誤差と振幅誤差との相関係数を用いて、前記較正パラメータを算出する
請求項1から6のいずれか一項に記載の回転角センサの較正方法。 The acquisition step is output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtaining the output signals of the rotation angle sensor in the X-axis direction and the Y-axis direction;
The said calculation step calculates the said calibration parameter using the correlation coefficient of the angle error and amplitude error of the said output signal of the said X-axis direction and the said Y-axis direction. The rotation angle sensor calibration method described.
請求項1から7のいずれか一項に記載の回転角センサの較正方法により、前記回転角センサを較正する
回転角センサモジュールの較正方法。 A rotation magnet that rotates around a rotation axis, and a rotation angle sensor that detects a rotation angle of the rotation magnet in the XY plane by detecting a magnetic field in the X-axis direction and a magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane. A method for calibrating an angular sensor module, comprising:
A calibration method for a rotation angle sensor module, wherein the rotation angle sensor is calibrated by the rotation angle sensor calibration method according to claim 1.
前記少なくとも2系統の出力信号に基づいて、前記回転角センサを較正する較正パラメータを算出する算出部と、
前記較正パラメータを前記回転角センサの記憶部に供給して記憶させるパラメータ供給部と、
を備え、
前記取得部は、前記XY平面上において、360度をN等分した角度ずつ方向が異なるN方向(Nは3以上の整数)の磁場が、前記回転角センサにそれぞれ印加したことに応じて出力される出力信号を前記回転角センサから取得する、較正パラメータ生成装置。 Detects the magnetic field in the X-axis direction and the magnetic field in the Y-axis direction on the XY plane, and obtains output signals of at least two systems of rotation angle sensors that detect the rotation angle in the XY plane of the rotating magnet rotating around the rotation axis An acquisition unit to
A calculation unit for calculating a calibration parameter for calibrating the rotation angle sensor based on the output signals of the at least two systems;
A parameter supply unit that supplies the calibration parameter to the storage unit of the rotation angle sensor and stores the calibration parameter;
With
The acquisition unit outputs a magnetic field in an N direction (N is an integer of 3 or more) having different directions by an angle obtained by dividing 360 degrees into N on the XY plane in response to application to the rotation angle sensor. A calibration parameter generation device that obtains an output signal to be obtained from the rotation angle sensor.
前記算出部は、前記第1センサが出力した出力信号と、前記第2センサが出力した出力信号との差分に基づいて、前記較正パラメータを算出する
請求項9に記載の較正パラメータ生成装置。 The rotation angle sensor has a first sensor and a second sensor,
The calibration parameter generation device according to claim 9, wherein the calculation unit calculates the calibration parameter based on a difference between an output signal output from the first sensor and an output signal output from the second sensor.
請求項10に記載の較正パラメータ生成装置。 The calibration parameter generation device according to claim 10, wherein the first sensor and the second sensor are provided in parallel to a tangential direction of the rotating magnet outside the radial direction of the rotating magnet.
前記算出部は、前記角度信号φ(θn)に基づき、且つ、前記角度θnを用いずに、前記較正パラメータを算出する
請求項9から11のいずれか一項に記載の較正パラメータ生成装置。 The acquisition unit is output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1,..., N−1) of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtain N angle signals φ (θ n ) of the rotation angle sensor,
The calibration parameter generation device according to any one of claims 9 to 11, wherein the calculation unit calculates the calibration parameter based on the angle signal φ (θ n ) and without using the angle θ n. .
前記偶数倍波の較正パラメータを算出した後に、前記回転軸のずれ成分の大小関係を比較し、
前記回転軸のずれ成分の大小関係を比較した後に、前記少なくとも2系統の出力信号について、奇数倍波の較正パラメータを算出する
請求項9から12のいずれか一項に記載の較正パラメータ生成装置。 The calculation unit calculates calibration parameters of even harmonics for the at least two systems of output signals,
After calculating the calibration parameters of the even harmonics, compare the magnitude relationship of the rotational axis deviation component,
The calibration parameter generation device according to any one of claims 9 to 12, wherein after comparing the magnitude relationship of the deviation component of the rotation axis, calibration parameters for odd harmonics are calculated for the at least two systems of output signals.
請求項13に記載の較正パラメータ生成装置。 The calibration parameter generation device according to claim 13, wherein the calculation unit determines whether or not to calculate a calibration parameter of the odd-numbered harmonics according to a magnitude relationship of the deviation component of the rotation axis.
前記算出部は、前記X軸方向および前記Y軸方向の前記出力信号の角度誤差と振幅誤差との相関係数を用いて、前記較正パラメータを算出する
請求項9から14のいずれか一項に記載の較正パラメータ生成装置。 The acquisition unit is output corresponding to each angle θ n (n = 0, 1, 2,..., N−1) of the magnetic field in the N direction with respect to a predetermined direction on the XY plane. Obtaining the output signals of the rotation angle sensor in the X-axis direction and the Y-axis direction,
The calculation unit calculates the calibration parameter using a correlation coefficient between an angle error and an amplitude error of the output signal in the X-axis direction and the Y-axis direction. The calibration parameter generator described.
前記X軸方向および前記Y軸方向の磁場を磁場変換して、前記X軸方向および前記Y軸方向の出力信号を出力する第2センサと、
請求項9から15のいずれか一項に記載の較正パラメータ生成装置が生成した較正パラメータを記憶する記憶部と、
前記較正パラメータに基づいて、前記第1センサおよび前記第2センサが出力した少なくとも2系統の前記X軸方向および前記Y軸方向の前記出力信号の誤差を補正して前記X軸方向および前記Y軸方向の誤差補正信号をそれぞれ出力する誤差補正部と、
前記X軸方向および前記Y軸方向の前記誤差補正信号に基づいて、補正した角度信号を算出する角度信号算出部と、
を備える回転角センサ。 A first sensor that converts magnetic fields in the X-axis direction and the Y-axis direction and outputs output signals in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A second sensor that converts the magnetic fields in the X-axis direction and the Y-axis direction and outputs output signals in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A storage unit for storing calibration parameters generated by the calibration parameter generation device according to any one of claims 9 to 15,
Based on the calibration parameters, errors in the output signals of the at least two systems output from the first sensor and the second sensor in the X-axis direction and the Y-axis direction are corrected to correct the X-axis direction and the Y-axis. An error correction unit that outputs an error correction signal for each direction;
An angle signal calculation unit that calculates a corrected angle signal based on the error correction signals in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A rotation angle sensor.
請求項16に記載の回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 16, wherein the first sensor and the second sensor are provided in parallel to a tangential direction of the rotary magnet on an outer side in a radial direction of the rotary magnet.
XY平面と略垂直な方向に回転軸を有する回転磁石と、
を備える
回転角センサモジュール。 A rotation angle sensor according to claim 16 or 17,
A rotating magnet having a rotation axis in a direction substantially perpendicular to the XY plane;
A rotation angle sensor module.
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|---|---|---|---|---|
| KR102115524B1 (en) * | 2018-11-23 | 2020-05-26 | 삼성전기주식회사 | Apparatus for sesnsing rotation |
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| US11709130B2 (en) | 2020-10-09 | 2023-07-25 | Asahi Kasel Microdevices Corporation | Signal output apparatus and concentration measurement system |
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