JP5249158B2

JP5249158B2 - エンコーダーのオフセット値補正方法

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Publication number: JP5249158B2
Application number: JP2009197249A
Authority: JP
Inventors: 圭司長田; 健彦上島
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: JP2011047824A

Description

本発明は、回転体の角度位置を検出するエンコーダーにおいて角度位置の検出結果の誤差を補正するためのオフセット値の補正技術に関するものである。

可動被検出物の変位量や変位の絶対値を検出する装置として、磁気式エンコーダーなどが知られている。かかる磁気式エンコーダーでは、例えば、可動被検出物に連動して１極対の永久磁石（回転体）を回転させ、その磁界変化をＭＲ素子などのセンサ素子で検出することによって得られたＳｉｎ信号およびＣｏｓ信号をＡＤ変換した後、Ｓｉｎ信号およびＣｏｓ信号の逆正接（アークタンジェント）信号を計算し、その逆正接信号を利用することによって永久磁石の角度位置の絶対値を検出する。

ここで、逆正接信号の位相をパラメータとし、Ｓｉｎ信号を直交座標系のＹ座標、Ｃｏｓ信号を直交座標系のＸ座標としてプロットすると、いわゆるリサージュ波形が得られる（例えば、特許文献１参照）。

このようなリサージュ波形は、Ｓｉｎ信号とＣｏｓ信号がノイズ等のない理想的な信号と仮定すると、中心ズレや歪のない円形となる。しかしながら、実際は、センサ素子のばらつき等によって、中心がずれた円形、すなわち、Ｙ座標とＸ座標の交点からリサージュ波形の円周上までの距離が異なる場合がある。そのため、エンコーダーを工場から出荷する際には、オフセット値補正幅をかけておくのが一般的である。

特開２００８−２９０４号公報

しかしながら、エンコーダーを工場から出荷する際にオフセット値補正幅をかけた場合でも、ＭＲ素子の温度特性や、ＭＲ素子の検出信号をＡＤ変換器に入力するまでの増幅回路の温度特性等によって、角度位置の検出結果に誤差が発生するという問題点がある。より具体的には、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度条件下でエンコーダーが使用されると、Ｓｉｎ信号とＣｏｓ信号にオフセット誤差が生じるが、かかる誤差は、使用環境の影響を受けるため、予め予測して対処するのが困難である。

ここに本願発明者は、出荷以降、エンコーダーを実際に使用している間、オフセット値を逐次補正することを提案するものである。但し、エンコーダーを実際に使用している間にオフセット値を補正する場合、オフセット値を急峻に補正するとエンコーダー出力が大きく変動してエンコーダーを搭載した機器が誤作動するという問題がある一方、オフセット値の補正を緩やかに行なうと検出誤差が発生した状態がいつまでも続くという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、エンコーダーを実際に使用する度にオフセット値を補正する場合でも、エンコーダー出力を大きく変動させることなく、オフセット値を適正な値に迅速に補正することのできるエンコーダーのオフセット値補正方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明を適用したエンコーダーのオフセット値補正方法では、回転体の回転に連動して変化するセンサ素子の出力信号に基づいて前記回転体の角度位置を検出するエンコーダーにおいて、前記角度位置の検出結果の誤差を解消するために前記出力信号を補正するオフセット値を最適化するにあたって、前記エンコーダーへの電源供給を開始する度に前記オフセット値を補正する補正工程を行ない、当該補正工程では、前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出し、当該ズレ量に基づいて前記オフセット値を補正する第１補正工程と、該第１補正工程の後、当該第１補正工程よりも小さなゲインで前記オフセット値を補正する第２補正工程と、を行なうことを特徴とする。

本発明では、エンコーダーを工場から出荷した以降、エンコーダーを実際に使用している期間中、オフセット値の補正を行なう。このため、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度環境下でエンコーダーが使用された場合でも、オフセット値は、かかる温度環境に応じた最適な値に更新される。このため、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度環境下でエンコーダーが使用された場合でも、オフセット誤差が発生することを防止することができる。また、オフセット値を更新するにあたっては、エンコーダーでの検出動作を開始した際の出力信号の理想状態からのズレ量を検出し、当該ズレ量に基づいて第１補正工程を行なった後、第１補正工程よりも小さなゲインでオフセット値を補正する第２補正工程を行なう。このため、エンコーダーの動作を開始した直後、第１補正工程でオフセット値の補正を急峻に行い、その後、第２補正工程ではオフセット値を穏やかに補正することになる。このため、オフセット値を適正な値に迅速に補正することができるとともに、エンコーダーの出力が大きく変動するという事態が発生しない。

本発明において、前記第２補正工程では、該第２補正工程を行なう度に前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出するとともに、当該ズレ量に基づいて、前記オフセット値を補正することが好ましい。

本発明において、前記第２補正工程では、前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出する度に当該ズレ量の総和を算出し、当該総和に基づいて、前記オフセット値に対する補正幅を決定することが好ましい。このように構成すると、オフセット値を最適な値に徐々に近づけることができる。

本発明において、前記出力信号は、例えば、互いにπ／２の位相差あるいは略π／２の位相差を有するＡ相信号、およびＢ相信号であり、前記第１補正工程および前記第２補正工程では、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とに基づいてＸＹ座標軸上にリサージュ波形を形成した際、当該リサージュ波形と前記Ｙ軸とが交差する２つの交点のＸ軸からの距離が等しく、かつ、前記リサージュ波形と前記Ｘ軸とが交差する２つの交点のＹ軸からの距離が等しくなる方向に前記オフセット値を補正する。このように構成すると、回転体が電気角で２７０°回転するだけで、リサージュ波形がＹ軸およびＹ軸が交差する点を求めることができ、かかる検出結果からズレ量を算出することができる。

本発明において、前記Ａ相信号はＳｉｎ波であり、前記Ｂ相信号はＣｏｓ波であることが好ましい。このように構成すると、Ｓｉｎ波のＡ相信号のピーク値、およびＣｏｓ波のＢ相信号のピーク値が各々、リサージュ波形がＹ軸およびＹ軸が交差する点に相当する。従って、Ｓｉｎ波のＡ相信号のピーク値、およびＣｏｓ波のＢ相信号のピーク値を求めるだけで、ズレ量を算出することができる。

本発明の実施の形態に係るオフセット値補正方法が行われるエンコーダーのハードウェア構成を示すブロック図である。本発明を適用したエンコーダーで用いたマイクロコンピューターの機能を示すブロック図である。本発明を適用したエンコーダーで用いたズレ量検出部でズレ量を検出する際に用いられるリサージュ波形の説明図である。本発明を適用したエンコーダーで用いたズレ量検出部で行なわれるズレ量検出処理の内容を示すフローチャートである。本発明を適用したエンコーダーにおいてオフセット値を補正した場合の具体例を示す説明図である。本発明を適用したエンコーダーにおける永久磁石の検出誤差のシミュレーション結果を示す説明図である。

図面を参照しながら、本発明を適用したエンコーダーのオフセット値補正方法を説明する。

［ハードウェア構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るオフセット値補正方法が行われるエンコーダーのハードウェア構成を示すブロック図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、ハードウェア構成の概略を示す説明図、およびハードウェア構成のイメージ図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明を適用したエンコーダー１は、回転体の回転に連動して出力信号が変化するＭＲ素子１０（ＭＲＥｌｅｍｅｎｔ／センサ素子）と、マイクロコンピューター２０とを有しており、本形態では、「回転体」として、Ｓ極とＮ極の磁極が一対着磁された永久磁石１１が用いられている。このため、エンコーダー１では、ＭＲ素子１０からマイクロコンピューター２０に向けて、互いにπ／２の位相差あるいは略π／２の位相差を有するＳｉｎ信号（Ａ相信号）とＣｏｓ信号（Ｂ相信号）とが入力される。より具体的には、ＭＲ素子１０は、回転体の回転に対応して正弦波状のＳｉｎ信号を出力するＡ相センサと、回転体の回転に対応して正弦波状のＣｏｓ信号を出力するＢ相センサとを有している。なお、図１（ａ）では、Ａ相センサおよびＢ相センサの一構成要素となるＭＲ素子１０しか図示していないが、その他、例えば、整流回路、ローパスフィルタ、差動増幅アンプ、ＭＲ素子１０に励磁電流を供給するドライバなどの各種電気要素によって、Ａ相センサおよびＢ相センサが構成される。マイクロコンピューター２０は、Interpolatorと、ＲＳ４２２ドライバやオープンコレクタなどの電気要素を有しているが、その他如何なる要素を有していてもよい。

図１（ａ）に示すように、マイクロコンピューター２０は、Ａ／Ｄ変換部２１を有しており、Ａ／Ｄ変換部２１によってアナログ信号はデジタル化される。また、図１では特に図示していないが、マイクロコンピューター２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種電気要素を有しており、永久磁石１１の角度位置を算出する機能、リサージュ波形を算出する機能に加えて、後述するオフセット値補正機能を有している。すなわち、マイクロコンピューター２０では、ＲＡＭ／ＲＯＭ等の記憶媒体に上記の機能（永久磁石１１の角度位置の算出、リサージュ波形の算出、オフセット値の補正）を実行する各種プログラムが格納されており、ＣＰＵは、適宜そのプログラムを読み出して、ＲＡＭをワーキングエリアとしつつ、各種処理を実行する。

［マイクロコンピューター２０の構成］
図２は、本発明を適用したエンコーダーで用いたマイクロコンピューター２０の機能を示すブロック図である。

図１に示すエンコーダー１では、ＭＲ素子１０のばらつき等によって、永久磁石１１（回転体）の回転と、ＭＲ素子１０からの出力信号の波形との関係にズレが発生する場合があるため、エンコーダー１を工場から出荷する際、エンコーダー１には、オフセット値（固定オフセット値）が設定されている。但し、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度環境下でエンコーダー１が使用された場合、出荷時に設定された固定オフセット値では、誤差が生じてしまう。そこで、本形態のエンコーダー１では、エンコーダー１を実際に使用している間、オフセット値を逐次補正することができるように、マイクロコンピューター２０は以下のように構成されている。

まず、マイクロコンピューター２０は、ＭＲ素子１０からの出力信号（アナログ信号／Ａ相信号およびＢ相信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２１と、最新オフセット値をＡ／Ｄ変換部２１の出力から減算するオフセット補正部５０とを備えており、オフセット補正部５０で算出された信号は角度位置検出部３０に出力される。ここで、Ａ／Ｄ変換部２１は少数部を持たない１０ビットのデータであるのに対して、オフセット補正部５０で用いられるオフセット値は少数部をもつ１４ビットのデータである。このため、ＭＲ素子１０からの出力信号には、４ビット２２が加算されて１４ビットのデータに変換される。この４ビット２２により０．０６２５（１/１６）の分解能をもつようになる。また、角度位置検出部３０は、ＣＯＲＤＩＣ（Coordinate Rotation Digital Computor）アルゴリズムによる角度計算部３３を備えている。このため、角度位置検出部３０は、１４ビットのデータに更に１ビット加算して１５ビットに変換する変換部３１を備えており、角度計算の精度を上げている。従って、永久磁石１１が回転した際の磁界変化をＭＲ素子１０で検出し、かかる検出結果（Ｓｉｎ信号およびＣｏｓ信号）に基づいて、角度計算部３３がＳｉｎ信号およびＣｏｓ信号の逆正接信号を計算すれば、永久磁石１１の角度位置の絶対値を検出することができる。それ故、オフセット補正部５０で用いられるオフセット値として、工場出荷前に永久磁石１１（回転体）の回転と、ＭＲ素子１０からの出力信号の波形との関係にズレを補正するためのオフセット値（固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢ）を用いれば、工場出荷前にオフセット調整した環境と同一の温度条件下でエンコーダー１を使用する限り、永久磁石１１の角度位置の絶対値を高い精度で検出することができる。

［オフセット値更新部の構成］
本形態では、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度環境下でエンコーダー１が使用された場合でも、オフセット値を最適な値に設定することを目的に、エンコーダー１への電源供給を開始する度にオフセット値を補正するオフセット値更新部１００が構成されている。かかるオフセット値更新部１００は、後述するデータａ１、ａ２とデータｂ１、ｂ２がそれぞれＸ軸とＹ軸の交点から略等距離になるようにオフセット値を加減してそれぞれの誤差を補正するものである。

本形態において、オフセット値更新部１００は概ね、永久磁石１１（回転体）の回転と、ＭＲ素子１０からの出力信号の波形との関係のズレ量ΔＡ、ΔＢを検出するズレ量検出部６０と、ズレ量検出部６０で検出されたズレ量および固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢに基づいて最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢを決定する最新オフセット値決定部７０と、最新オフセット値決定部７０で決定された最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢをオフセット補正部５０に出力する最新オフセット値出力部８０とを有している。

まず、ズレ量検出部６０は、後述するデータａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を取得するデータ取得部６１と、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が得られたか否かを判別するエラー判別部６２と、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が適正な位置にあるか否かを確認する取得結果確認部６３と、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の理想的な位置からのズレ量ΔＡ、ΔＢを算出するズレ量算出部６４とを備えている。

最新オフセット値決定部７０は、ズレ量ΔＡ、ΔＢに基づいて今回行なうオフセット更新の際のオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢを決定するオフセット値補正幅決定部７８と、オフセット値補正幅決定部７８で決定されたオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢに基づいて最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢを算出する最新オフセット値算出部７９とを備えている。本形態において、最新オフセット値算出部７９は、オフセット値補正幅決定部７８で決定されたオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢと、固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢを算出する。

本形態において、オフセット値補正幅決定部７８は、電源をオンした以降の補正回数ｎを監視する補正回数監視部７５と、今回の補正が何回目の補正かによって所定のゲインでオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢを算出するオフセット値補正幅算出部７２とを備えている。また、本形態において、オフセット値補正幅決定部７８は、２回目以降のズレ量ΔＡ、ΔＢを加算してズレ量ΔＡ、ΔＢの積分値ＳＡ、ＳＢを求めるズレ量積分部７１を備えている。

ここで、オフセット値補正幅算出部７２および最新オフセット値算出部７９は、補正回数監視部７５での監視結果において、今回の補正が電源をオンした以降、１回目の補正である場合と、２回目以降の補正である場合とでは、処理条件を切り換える。具体的には、今回の補正が電源をオンした以降、１回目の補正である場合、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡ、ΔＢに乗じるゲイン２^-xのｘを１としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢを算出し、最新オフセット値算出部７９は、かかるオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢと固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢを算出する。

これに対して、今回の補正が電源をオンした以降、２回目以降の補正である場合、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量積分部７１で算出された値にゲイン２^-xに乗じるとともに、ゲイン２^-xのｘを２としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢを算出する。また、最新オフセット値算出部７９は、１回目の補正では工場出荷前にオフセット調整された固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢとし、２回目以降の補正では、１回目の補正で得られた最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢを固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢとし、かかる固定オフセット値ＣＯｆｓＡ、ＣＯｆｓＢと、オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ、ΔＯｆｓＢとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡ、ＮＯｆｓＢを算出する。

（ズレ量検出部６０の具体的な構成）
図３は、本発明を適用したエンコーダー１で用いたズレ量検出部６０でズレ量ΔＡ、ΔＢを検出する際に用いられるリサージュ波形の説明図である。図４は、本発明を適用したエンコーダー１で用いたズレ量検出部６０で行なわれるズレ量検出処理の内容を示すフローチャートである。

本形態のエンコーダー１において、永久磁石１１の回転とＭＲ素子１０からの出力信号の波形との関係のズレ量を検出するには、以下に説明するように、Ａ相信号とＢ相信号とに基づいてＸＹ座標軸上にリサージュ波形を形成した際のリサージュ波形とＹ軸とが交差する２つの交点のＸ軸からの距離の和に基づいてＡ相信号のズレ量ΔＡが検出される、また、リサージュ波形とＸ軸とが交差する２つの交点のＹ軸からの距離の和に基づいてＢ相信号のズレ量ΔＢが検出される。

より具体的には、まず、ズレ量検出部６０において、データ取得部６１は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すリサージュ波形を算出する。この算出は、マイクロコンピューター２０が、Ａ／Ｄ変換部２１により、所定のサンプリング周期でデジタル化されたＳｉｎ信号（Ｓｉｎ値）とＣｏｓ信号（Ｃｏｓ値）を取り込むことで行われる。次に、データ取得部６１は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１ステップで算出したＸＹ平面上のリサージュ波形をもとに、リサージュ波形の円周上とＸ軸で交差する２点のそれぞれの近傍の２点のデータ（ｂ１、ｂ２）を取得する。また、同様にリサージュ波形とＹ軸で交差する２点のそれぞれの近傍の２点のデータ（ａ１、ａ２）を取得する。

より具体的には、図４（ａ）において、まず、Ｃｏｓ値がある基準値Ｌに対し、−Ｌ<Ｃｏｓ値<Ｌを満たすか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで基準値Ｌは、Ｃｏｓ値が図３（ａ）に示す０近傍を特定するための値であって、次のような考えで基準値Ｌの範囲を設定する。図３（ａ）において、基準値Ｌの範囲内でのデータのサンプリング数は、永久磁石１１の回転速度とＡ／Ｄ変換部２１によるサンプリング周期により決定されるが、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を特定するためには、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の各々に対応する範囲に少なくとも１つ以上は基準値Ｌの範囲内にサンプリングされたデータが必要である。ここで、基準値Ｌの範囲を狭く設定した場合、Ｘ軸とＹ軸の「０」近傍により近い範囲を算出することが可能となる。しかしながら、基準値Ｌの範囲を狭く設定したことにより、サンプリングされたデータがこの基準値Ｌの範囲に入らない、すなわち、データの欠落のおそれがあり、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を特定することができない。このようにデータの欠落が発生した場合には、補正計算が行われない、即ちオフセット値が新しく更新しないため、オフセット値の補正精度が悪くなってしまう。これに対して、基準値Ｌの範囲を広く設定した場合、サンプリングされたデータが基準値Ｌの範囲に入りやすくなり、データの欠落のおそれはなくなる。しかしながら、Ｘ軸とＹ軸の「０」近傍の範囲が広がってしまうため、データａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を精度良く特定することができない。そのため、オフセット値の補正の精度も悪くなる。そのため、本実施の形態における基準値Ｌの範囲の設定は、永久磁石１１の回転速度とＡ／Ｄ変換部２１によるサンプリング周期の関係から、基準値Ｌの範囲内において、適切なサンプリング数が確保できるように設定している。

本形態では、図４（ａ）に示すステップＳ１の条件式を満たしていなければ（ステップＳ１：ＮＯ）、処理は終了する。一方、この条件を満たしていれば（ステップＳ１：ＹＥＳ）、データ取得部６１は、２点のデータ（ａ１、ａ２）を取得する。次にＳｉｎ値が０以上か否かを判断する（ステップＳ２）。そして、０以上である場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、そのＳｉｎ値をデータａ１として特定し（ステップＳ３）、０より小さい場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、そのＳｉｎ値をデータａ２として特定する（ステップＳ４）。その際、図２に示すズレ量検出部６０において、エラー判別部６２は、データａ１、ａ２が適正に得られたか否かを判別し、取得結果確認部６３は、データａ１、ａ２の極性が逆であるか否かを確認する。そして、エラー判別部６２がデータａ１、ａ２が適正に得られ、かつ、取得結果確認部６３がデータａ１、ａ２の極性が逆であると確認したとき、データａ１、ａ２が確定する。

こうして得られたデータａ１、ａ２は、例えば、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、データａ１、ａ２が略円形のリサージュ波形の円周上に位置する。ここで、オフセットがある場合、データａ１、ａ２はそれぞれＸ軸とＹ軸の交点Ｄからの距離が異なる距離となることになる。すなわち、データａ１に相当する位置からＸ軸までの距離と、データａ２に相当する位置からＸ軸までの距離は異なっている。従って、図２に示すズレ量検出部６０において、ズレ量算出部６４は、データａ１、ａ２のＹ座標を加算した値（＝ａ１＋ａ２）によりＡ相のズレ量ΔＡを算出する。

一方で、マイクロコンピューター２０のＣＰＵは、図４（ｂ）に示すように、Ｓｉｎ値が、−Ｌ<Ｓｉｎ値<Ｌを満たすか否かを判断する（ステップＳ１１）。この条件式を満たしていなければ（ステップＳ１１：ＮＯ）、処理は終了する。一方、この条件を満たしていれば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、データ取得部６１は、２点のデータ（ｂ１、ｂ２）を取得する。次にＣｏｓ値が０以上か否かを判断する（ステップＳ１２）。そして、０以上である場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、そのＣｏｓ値をデータｂ１として特定し（ステップＳ１３）、０より小さい場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、そのＣｏｓ値をデータｂ２として特定する（ステップＳ１４）。その際、図２に示すズレ量検出部６０において、エラー判別部６２は、データｂ１、ｂ２が得られたか否かを判別し、取得結果確認部６３は、データｂ１、ｂ２の極性が逆であるか否かを確認する。そして、エラー判別部６２がデータｂ１、ｂ２が適正に得られ、かつ、取得結果確認部６３がデータｂ１、ｂ２の極性が逆であると確認したとき、データｂ１、ｂ２が確定する。

こうして得られたデータｂ１、ｂ２は、例えば、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、データｂ１、ｂ２が第１ステップで算出した略円形のリサージュ波形の円周上に位置する。ここで、オフセットがある場合、データｂ１、ｂ２はそれぞれＸ軸とＹ軸の交点Ｄからの距離が異なる距離となる。すなわち、データｂ１に相当する位置からＹ軸までの距離と、データｂ２に相当する位置からＹ軸までの距離は異なっている。従って、図２に示すズレ量検出部６０において、ズレ量算出部６４は、データｂ１、ｂ２のＸ座標を加算した値（＝ｂ１＋ｂ２）によりＢ相のズレ量ΔＢを算出する。

［オフセット値補正方法］
図５は、本発明を適用したエンコーダーにおいてオフセット値を補正した場合の具体例を示す説明図である。図６は、本発明を適用したエンコーダーにおける永久磁石１１（回転体）の検出誤差のシミュレーション結果を示す説明図である。

本形態において、図２に示すオフセット値更新部１００は、上記のデータａ１、ａ２とデータｂ１、ｂ２がそれぞれＸ軸とＹ軸の交点から略等距離になるようにオフセット値を加減してそれぞれの誤差を補正するものである。

本形態のエンコーダー１を機器に搭載した後は、エンコーダー１への電源供給を開始する度にオフセット値を補正する補正工程を行なう。その際、補正工程では、以下に説明するように、エンコーダー１での検出動作を開始した際の出力信号の理想状態からのズレ量ΔＡ、ΔＢを検出し、ズレ量ΔＡ、ΔＢを相殺するようにオフセット値を第１ゲインで補正する最初の第１補正工程と、第１補正工程の後、第１補正工程よりも小さな第２ゲインでオフセット値を補正する第２補正工程とを行なう。なお、Ａ相信号およびＢ相信号に対するオフセット値の補正方法は同一であるため、以下の説明では、Ａ相信号に対するオフセット値の補正方法のみを説明し、Ｂ相信号に対するオフセット値の補正方法の説明は省略する。

（第１補正工程）
まず、エンコーダー１への電源供給を開始し、永久磁石１１が少なくとも１３５°回転すると、Ａ相信号は、オフセット補正部５０による補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。かかる最初の工程では、オフセット補正部５０で用いられるオフセット値は、固定オフセット値ＣＯｆｓＡである。

その際、まず、１回目のオフセット値更新工程（第１補正工程）を行なう。具体的には、オフセット値更新部１００において、ズレ量検出部６０は、図４を参照して説明したズレ量ΔＡを検出する。次に、最新オフセット値決定部７０において、補正回数監視部７５が、今回の補正が電源供給を開始してから１回目の補正であると判断した場合（ｎ＝１）、オフセット値補正幅決定部７８および最新オフセット値算出部７９は各々、以下の手順でオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡおよび最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。具体的には、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡに乗じるゲイン２^-xのｘを１としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡを算出し、最新オフセット値算出部７９は、かかるオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡと固定オフセット値ＣＯｆｓＡとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。

ここで、図５に示すように、工場出荷時の固定オフセット値ＣＯｆｓＡを「５１２」とし、今回、データａ１、ａ２が以下の条件
ａ１＋ａ２＝０
を満たすようにオフセット値補正幅するためのオフセット値（最適オフセット値）を「５１６」とする。かかる条件の場合、ズレ量ΔＡ（＝（ａ１＋ａ２））は「８」である。

従って、最新オフセット値決定部７０において、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡ（＝８）に対してゲイン２^-x（ｘ＝１）を乗算して、オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ（＝４）を算出する。

次に、最新オフセット値決定部７０において、最新オフセット値算出部７９は、オフセット値補正幅決定部７８で決定されたオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ（＝４）に対して固定オフセット値ＣＯｆｓＡ（＝５１２）を加算し、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を求め、最新オフセット値出力部８０に出力する。その結果、最新オフセット値出力部８０は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）をオフセット補正部５０に出力する。

かかる第１補正工程における各値は以下の条件
工場出荷時の固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＝５１２
最適オフセット値＝５１６
ズレ量ΔＡ＝８
オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ＝ΔＡ／ゲイン２^-x＝ΔＡ／２＝４
最新オフセット値ＮＯｆｓＡ
＝固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＋オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ
＝５１６
となるので、最新オフセット値ＮＯｆｓＡは、最適オフセット値（＝５１６）と一致することになる。このようにして、１回目のオフセット値更新工程でのオフセット値補正幅が完了する。

次に、永久磁石１１が次の回転を行なうと、Ａ相信号は、オフセット補正部５０による補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。今回の工程では、オフセット値補正幅部５０で用いられるオフセット値は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）である。

（第２補正工程）
次に、２回目以降のオフセット値更新工程（第２補正工程）を説明する。２回目以降のオフセット値更新工程（第２補正工程）でも、オフセット値更新部１００において、ズレ量検出部６０は、１回目と同様、図４を参照して説明したズレ量ΔＡを検出する。

次に、最新オフセット値決定部７０において、補正回数監視部７５が、今回の補正が電源供給を開始してから２回目の補正であると判断すると（ｎ＞２）、オフセット値補正幅決定部７８および最新オフセット値算出部７９は各々、以下の手順でオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡおよび最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。具体的には、ズレ量積分部７１は、２回目以降のズレ量ΔＡを加算してズレ量ΔＡの積分値ＳＡを求め、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡに乗じるゲイン２^-xのｘを２としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡを算出し、最新オフセット値算出部７９は、かかるオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡと固定オフセット値ＣＯｆｓＡとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。ここで、最新オフセット値算出部７９は、１回目の補正で得られた最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を固定オフセット値ＣＯｆｓＡとして最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。

かかる２回目の補正では、第１回目のオフセット値補正幅が既に実施され、かつ、最適オフセット値に変化がないため、積分値ＳＡが０である。このため、各値は以下の条件
固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＝５１６
最適オフセット値＝５１６
ズレ量ΔＡの積分値＝０
オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ＝ΔＡ／ゲイン２^-x＝ΔＡ／４＝０
最新オフセット値ＮＯｆｓＡ
＝固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＋オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ
＝５１６
となる。従って、最新オフセット値算出部７９は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を最新オフセット値出力部８０に出力し、最新オフセット値出力部８０は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）をオフセット補正部５０に出力する。その結果、Ａ相信号は、オフセット値補正幅部５０によって最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）での補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。

次に、最新オフセット値決定部７０において、補正回数監視部７５が、今回の補正が電源供給を開始してから３回目の補正であると判断すると、オフセット値補正幅決定部７８および最新オフセット値算出部７９は各々、２回目の補正と同様の手順でオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡおよび最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。かかる３回目の補正では、第１回目のオフセット値補正幅が既に実施され、かつ、最適オフセット値に変化がないため、積分値ＳＡが０である。このため、各値は以下の条件
固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＝５１６
最適オフセット値＝５１６
ズレ量ΔＡの積分値＝０
オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ＝ΔＡ／ゲイン２^-x＝ΔＡ／４＝０
最新オフセット値ＮＯｆｓＡ
＝固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＋オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ
＝５１６
となる。従って、最新オフセット値算出部７９は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を最新オフセット値出力部８０に出力し、最新オフセット値出力部８０は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）をオフセット補正部５０に出力する。その結果、Ａ相信号は、オフセット値補正幅部５０によって最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）での補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。

次に、機器を継続動作させることにより、機器内部の温度が上昇しエンコーダー１での最適オフセットが変化した場合、例えば４回目のオフセット更新工程（第２補正工程）で最適オフセットが「５１６」から「５２０」に変化した場合を説明する。かかる条件では、ズレ量ΔＡは「８」であるため、オフセット値補正幅決定部７８のズレ量積分部７１において、２回目以降のズレ量ΔＡを加算して得たズレ量ΔＡの積分値ＳＡが「８」である。また、オフセット値補正幅決定部７８のオフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡに乗じるゲイン２^-xのｘを２としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡを算出し、最新オフセット値算出部７９は、かかるオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡと固定オフセット値ＣＯｆｓＡとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。ここで、最新オフセット値算出部７９は、１回目の補正で得られた最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を固定オフセット値ＣＯｆｓＡとして最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。従って、各値は以下の条件
固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＝５１６
最適オフセット値＝５２０
ズレ量ΔＡの積分値＝８
オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ＝ΔＡ／ゲイン２^-x＝ΔＡ／４＝２
最新オフセット値ＮＯｆｓＡ
＝固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＋オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ
＝５１８
となる。それ故、最新オフセット値算出部７９は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１８）を最新オフセット値出力部８０に出力し、最新オフセット値出力部８０は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１８）をオフセット補正部５０に出力する。その結果、Ａ相信号は、オフセット値補正幅部５０によって最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１８）での補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。

次に、５回目のオフセット更新工程（第２補正工程）では、ズレ量ΔＡは「４」であるため、ズレ量積分部７１において、２回目以降のズレ量ΔＡを加算して得たズレ量ΔＡの積分値ＳＡが「１２」である。また、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡに乗じるゲイン２^-xのｘを２としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡを算出し、最新オフセット値算出部７９は、かかるオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡと固定オフセット値ＣＯｆｓＡとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。ここで、最新オフセット値算出部７９は、１回目の補正で得られた最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を固定オフセット値ＣＯｆｓＡとして最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。従って、各値は以下の条件
固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＝５１６
最適オフセット値＝５２０
ズレ量ΔＡの積分値＝１２
オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ＝ΔＡ／ゲイン２^-x＝ΔＡ／４＝３
最新オフセット値ＮＯｆｓＡ
＝固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＋オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ
＝５１９
となる。それ故、最新オフセット値算出部７９は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１９）を最新オフセット値出力部８０に出力し、最新オフセット値出力部８０は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１９）をオフセット補正部５０に出力する。その結果、Ａ相信号は、オフセット値補正幅部５０によって最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１８）での補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。

次に、６回目のオフセット更新工程（第２補正工程）では、ズレ量ΔＡは「２」であるため、ズレ量積分部７１において、２回目以降のズレ量ΔＡを加算して得たズレ量ΔＡの積分値ＳＡが「１４」である。また、オフセット値補正幅算出部７２は、ズレ量ΔＡに乗じるゲイン２^-xのｘを２としてオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡを算出し、最新オフセット値算出部７９は、かかるオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡと固定オフセット値ＣＯｆｓＡとを加算して最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。ここで、最新オフセット値算出部７９は、１回目の補正で得られた最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１６）を固定オフセット値ＣＯｆｓＡとして最新オフセット値ＮＯｆｓＡを算出する。従って、各値は以下の条件
固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＝５１６
最適オフセット値＝５２０
ズレ量ΔＡの積分値＝１４
オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ＝ΔＡ／ゲイン２^-x＝ΔＡ／４＝３．５
最新オフセット値ＮＯｆｓＡ
＝固定オフセット値ＣＯｆｓＡ＋オフセット値補正幅ΔＯｆｓＡ
＝５１９．５
となる。それ故、最新オフセット値算出部７９は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１９．５）を最新オフセット値出力部８０に出力し、最新オフセット値出力部８０は、最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１９）をオフセット補正部５０に出力する。その結果、Ａ相信号は、オフセット値補正幅部５０によって最新オフセット値ＮＯｆｓＡ（＝５１８）での補正が行なわれた後、角度位置算出部３０に入力される。

それ以降の補正内容は図５に示すとおりである。従って、エンコーダー１が動作している限り、上記のオフセット値の第２補正工程が行なわれ、オフセット値は逐次、更新される。

このような補正方法によれば、図６に示すように、第１回目の補正（第１補正工程）でオフセット値補正幅が完了する、従って、本形態によれば、永久磁石１１の回転角度が１３５°を通過した直後にオフセット値が最適な値に大きく近づく。そして、２回目以降の補正（第２補正工程）では、第１回目の補正での第１ゲイン（＝１／２）より小さな第２ゲイン（＝１／４）での補正を行なう。従って、４回以降の第２補正工程では、ズレ量ΔＡは、８、４、２、１、０．５、０．２５、・・と小さくなる一方、固定オフセット値ＣＯｆｓＡを基準にしたオフセット値補正幅ΔＯｆｓＡは、２、３、３．５、３．７５、３．８７５、３．９３７５、・・・と徐々に大きくなっていく。このため、永久磁石１１の角度位置の結果の誤差は、徐々に小さな値となる。

なお、上記の補正工程は、エンコーダー１への電源供給が停止された時点で停止する。そして、エンコーダー１への電源供給が行われると、固定オフセット値ＣＯｆｓＡ以外の値が全て初期化されて、上記の補正工程が再び行なわれる。

［本形態の主な効果］
以上説明したように、本形態では、エンコーダー１を工場から出荷した以降、エンコーダー１を実際に使用している期間中、オフセット値の補正を行なう。このため、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度環境下でエンコーダー１が使用された場合でも、オフセット値更新部１００によって、オフセット値は、温度環境に応じた最適な値に更新される。このため、出荷時のオフセット調整環境と異なる温度環境下でエンコーダー１が使用された場合でも、オフセット誤差が発生することを防止することができるので、高い検出精度を得ることができる。

また、オフセット値を更新するにあたっては、エンコーダー１での検出動作を開始した際の出力信号の理想状態からのズレ量ΔＡ、ΔＢを検出し、ズレ量ΔＡ、ΔＢを相殺するようにオフセット値を大きな第１ゲインで最初の第１補正工程を行なった後、第２補正工程では、第１補正工程よりも小さな第２ゲインでオフセット値を補正する第２補正工程を行なう。このため、エンコーダー１の動作を開始した直後、第１補正工程でオフセット値の補正を急峻に行い、その後、第２補正工程ではオフセット値を穏やかに補正することになる。このため、オフセット値を適正な値に迅速に補正することができるとともに、エンコーダー１の出力が大きく変動するという事態が発生しない。

また、本形態では、Ａ相信号がＳｉｎ波でＢ相信号がＣｏｓ波であるため、Ｓｉｎ波のＡ相信号のピーク値、およびＣｏｓ波のＢ相信号のピーク値が各々、リサージュ波形がＹ軸およびＹ軸が交差する点に相当する。従って、Ｓｉｎ波のＡ相信号のピーク値、およびＣｏｓ波のＢ相信号のピーク値を求めるだけで、ズレ量ΔＡ、ΔＢを算出することができる。また、Ａ相信号とＢ相信号は、π／２の位相差あるいは略π／２の位相差を有しているため、永久磁石１１が１３５°回転するだけで、リサージュ波形がＹ軸およびＹ軸が交差する点を求めることができ、かかる検出結果からズレ量ΔＡ、ΔＢを算出することができる。それ故、永久磁石１１が電気角で２７０°回転するだけで第１補正工程を行なうことができる。

１エンコーダー
１０ＭＲ素子
１１永久磁石（回転体）
２０マイクロコンピューター
２１Ａ／Ｄ変換部
３０角度位置検出部
５０オフセット補正部
６０ズレ量検出部
６１データ取得部
６２エラー判別部
６３取得結果確認部
６４ズレ量算出部
７０最新オフセット値決定部
７１ズレ量積分部
７２オフセット値補正幅算出部
７５補正回数監視部
７８オフセット値補正幅決定部
７９最新オフセット値算出部
８０最新オフセット値出力部
１００オフセット値更新部

Claims

回転体の回転に連動して変化するセンサ素子の出力信号に基づいて前記回転体の角度位置を検出するエンコーダーにおいて、前記角度位置の検出結果の誤差を解消するために前記出力信号を補正するオフセット値を最適化するにあたって、
前記エンコーダーへの電源供給を開始する度に前記オフセット値を補正する補正工程を行ない、
当該補正工程では、前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出し、当該ズレ量に基づいて前記オフセット値を補正する第１補正工程と、該第１補正工程の後、当該第１補正工程よりも小さなゲインで前記オフセット値を補正する第２補正工程と、を行なうことを特徴とするエンコーダーのオフセット値補正方法。
前記第２補正工程では、該第２補正工程を行なう度に前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出するとともに、当該ズレ量に基づいて、前記オフセット値を補正することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダーのオフセット値補正方法。
前記第２補正工程では、前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出する度に当該ズレ量の総和を算出し、当該総和に基づいて、前記オフセット値に対する補正幅を決定することを特徴とする請求項２に記載のエンコーダーのオフセット値補正方法。
前記出力信号は、互いにπ／２の位相差あるいは略π／２の位相差を有するＡ相信号およびＢ相信号であり、
前記第１補正工程および前記第２補正工程では、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とに基づいてＸＹ座標軸上にリサージュ波形を形成した際、当該リサージュ波形と前記Ｙ軸とが交差する２つの交点のＸ軸からの距離が等しく、かつ、前記リサージュ波形と前記Ｘ軸とが交差する２つの交点のＹ軸からの距離が等しくなる方向に前記オフセット値を補正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のエンコーダーのオフセット値補正方法。
前記Ａ相信号はＳｉｎ波であり、前記Ｂ相信号はＣｏｓ波であることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダーのオフセット値補正方法。