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JP5224838B2 - 電磁誘導式エンコーダ - Google Patents

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Description

本発明は、電磁誘導式エンコーダに係り、特に、ノギス、インジケータ、リニアスケール、マイクロメータ等に用いるのに好適な、短いスケールコイルでオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ヨー方向の変動にも強い、高精度で、且つ低価格な電磁誘導式エンコーダに関する。
特許文献1や2に記載されている如く、図1に特許文献2の例を示すように、測定方向に沿ってスケール10上に多数配列されたスケールコイル14、16と、前記スケール10に対して測定方向に相対移動自在なグリッド(スライダとも称する)12上に配設された送信コイル24、26及び受信コイル20、22とを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケール10とグリッド12の相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダが知られている。図において、28は送信制御部、30は受信制御部である。
このような電磁誘導式エンコーダで、余分な信号であるオフセットを低減しようとした場合、図2に示す如く、送信コイル24が発生する磁界がキャンセルされ、正味零となる部分(図2の例では、両側の送信コイルの間の中央部分)に受信コイル20を配置することでオフセットを低減していた。なお、特許文献2では、図2の第1の送信コイル24と第1の受信コイル2でなる構成に加えて、図3に示す如く、第2の送信コイル26の両側に第2の受信コイル22も配設されている。
特開平10−318781号公報 特開2003−121206号公報(図1、図2、図3)
しかしながら、この構成は、スケールコイルが3列必要となり、スケールコイルの配線が長くなるため、発生する誘導電流が、スケールコイル自身のインピーダンスによって減衰してしまい、強い信号が得難いという問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、短いスケールコイルでオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ヨー方向の変動にも強い、高精度で且つ低価格な電磁誘導式エンコーダを提供することを課題とする。
本発明は、測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、前記送信コイル、受信コイルとスケールコイル、スケールの中心に対して対称に複数セット配置し、スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの1/2位相がずれた関係とし、前記送信コイルに同じ方向の電流を流すようにし、スケール中心に関して対称な位置にある2つの受信コイルの出力の差を取るように受信コイル同士を接続することにより、前記課題を解決したものである。
あるいは、同じく電磁誘導式エンコーダにおいて、前記送信コイル、受信コイルとスケールコイルを、スケールの中心に対して対称に複数セット配置し、スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの1/2位相がずれた関係とし、前記送信コイルに異なる方向の電流を流すようにし、スケール中心に関して対称な位置にある2つの受信コイルの出力の和を取るように受信コイル同士を接続することにより、前記課題を解決したものである。
本発明によれば、送信コイルから発生する磁界によるオフセットをキャンセルする際に、特許文献2のように送信コイルの間に受信コイルを配設する必要がなく、スケールコイルの配線長さを短くして信号強度を増加できるので、小型でも位置誤差が少なく、水や油に強い高精度の電磁誘導式エンコーダを得ることができる。
又、スケールコイルの中心に対して対称に送信コイル、受信コイルが配設されるので、ヨー方向の変動にも強くなる。
更に、特許文献2では3層必要であったグリッドの層数が、本発明によれば2層でよく、グリッド基板の層数を削減して、グリッドを低価格化することができる。
更に、特許文献2の技術で必要であったスケールコイルの結合配線18が不要となり、デザインルールを緩和して、低価格なスケールが供給できる。
又、スケールコイルを1/2波長ずらすことによって、グリッド上の配線面積を縮小でき、小型のエンコーダを提供できる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の第1実施形態は、図4に示す如く、同一グリッド12上の送信コイル24A、24B及び受信コイル20A、20Bと、スケール10上のスケールコイル14A、14Bを、スケール10の中心に対して対称に2セット配置すると共に、スケールコイルの一方14Aは、他方のスケールコイル14Bに対して、スケールピッチ(λ)の1/2位相がずれた関係としたものである。
前記2セットの送信コイル24A、24Bと受信コイル20A、20Bの形状は、共通とされ、送信コイル24A、24Bに同じ方向に電流が流れ、受信コイル20A、20Bの信号の差を出力するように接続されている。
図4中に矢印で示す如く、前記2つの送信コイル24A、24Bに、同じ方向の電流を流した場合、送信コイル24A、24Bには同じ方向の磁場が発生する。ここで、スケールコイル14A、14Bの位相がλ/2ずれているため、受信コイル20A、20Bでは、図5(A)(B)に示す如く、正負が反転した波形に、同じオフセットが乗った信号が現われる。従って、図4に示したように、この2つの受信コイル20A、20Bを、信号の差を取るように受信コイル同士を接続することで、図5(C)に示すような、オフセットをキャンセルした信号を得ることができる。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態は、図6に示す如く、送信コイル24A、24Bに逆方向に電流が流れ、受信コイル20A、20Bの信号の和を出力するように接続したものである。
本実施形態のように、送信コイル24A、24Bに反対方向の電流を流した場合、それぞれ反対方向に磁界が発生する。このとき、受信コイル20A、20Bでは、図7(A)(B)に示す如く、同じ波形に正負の異なるオフセットが乗った信号が得られる。従って、この2つの受信コイルの信号を足し合わせるように、受信コイル20A、20Bを接続することで、図7(C)に示すような、オフセットをキャンセルした信号を得ることができる。
なお、前記実施形態においては、いずれも、受信コイルの形状が菱形とされていたが、受信コイルの形状は、これに限定されず、例えば正弦波状、あるいは、これに近似した形状とすることができる。
又、前記実施形態においては、いずれも、スケールコイルが矩形の枠状とされていたが、スケールコイルの形状も矩形の枠状に限定されず、例えば矩形内に電極が存在する板状とすることも可能である。
又、前記実施形態においては、受信コイルが、測定方向(図4、図6の左右方向)に1組設けられていたが、例えば位相を90°ずらして、もう1組配設して、方向弁別に利用したり、位相を120°ずつずらして計3組配設して、3相信号を得て、補間計算等に利用することも可能である。
あるいは、送信コイル、受信コイルとスケールコイルのセットを、スケール幅方向(図4、図6の上下方向)に2セットでなく、4セット設けて、4列とすることも可能である。
適用対象も、低価格化エンコーダに限定されず、電磁誘導式エンコーダ一般に適用できる。
特許文献2に記載された従来の電磁誘導式エンコーダの全体構成を示す斜視図 同じくグリッド上のコイルの配置及び第1の作用を示す平面図 同じくグリッド上のコイルの配置及び第2の作用を示す平面図 本発明の第1実施形態を示すグリッドとスケールの平面図 第1実施形態における(A)(B)各受信コイルの信号及び(C)オフセットをキャンセルした信号の例を示す図 本発明の第2実施形態を示すグリッドとスケールの平面図 第2実施形態における(A)(B)各受信コイルの信号及び(C)オフセットをキャンセルした信号の例を示す図
符号の説明
10…スケール
12…グリッド
14A、14B…スケールコイル
20A、20B…受信コイル
24A、24B…送信コイル
28…送信制御部

Claims (2)

  1. 測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、
    前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、
    送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、
    前記送信コイル、受信コイルとスケールコイルが、スケールの中心に対して対称に複数セット配置されており、
    スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの1/2位相がずれた関係になっており、
    前記送信コイルに同じ方向の電流を流すようにされ、
    スケール中心に関して対称な位置にある2つの受信コイルの出力の差を取るように受信コイル同士が接続されていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
  2. 測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、
    前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、
    送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、
    前記送信コイル、受信コイルとスケールコイルが、スケールの中心に対して対称に複数セット配置されており、
    スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方は、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの1/2位相がずれた関係になっており、
    前記送信コイルに異なる方向の電流を流すようにされ
    スケール中心に関して対称な位置にある2つの受信コイルの出力の和を取るように受信コイル同士が接続されていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
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