JP6277047B2 - 誘導検出型ロータリエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、ロータとステータとに設けられた配線の間で生じる磁束結合を利用して回転角を測定する誘導検出型ロータリエンコーダに関する。

誘導検出型ロータリエンコーダは、送信巻線及び受信巻線が設けられたステータと、磁束結合体が設けられたロータとを備える。この誘導検出型ロータリエンコーダにおいて、送信巻線には周期的に電流方向が変化する送信電流が流される。磁束結合体は、送信巻線に流される送信電流によって発生した磁界に基づく誘導電流を発生させる。受信巻線は、磁束結合体を流れる誘導電流によって発生した磁界に基づく誘導電圧を検出する。

例えば、特許文献１に開示される誘導検出型ロータリエンコーダにおいては、ステータに、複数の送信巻線及び複数の受信巻線が絶縁層を介して積層されている。また、ロータには、複数の磁束結合体が絶縁層を介して積層されている。

特許文献１に記載の誘導検出型ロータリエンコーダでは、複数の送信巻線、複数の受信巻線及び複数の磁束結合体を積層構造にすることで、誘導検出型ロータリエンコーダの小型化を達成している。

特開２０１３−１５２１６３号公報

図８は、誘導検出型ロータリエンコーダの第１磁束結合体の構成を例示する平面図であり、図９は、第２磁束結合体の構成を例示する平面図である。図８に表したように、第１磁束結合体４１ａは、ピッチλ１をもってロータ１５の回転方向に周期的に変化する連続した歯車状の形状を有する。また、図９に表したように、第２磁束結合体４１ｂは、ロータ１５の回転方向に一定ピッチλ２で配置された複数の孤立した矩形ループのような島状パターンに形成されている。

ここで、図８に表した第１磁束結合体４１ａにおいて、内周側の円弧に相当する凹部４１１ａの長さｂは、外周側の円弧に相当する凸部４１２ａの長さａに比べて短くなる。また、図９に表した第２磁束結合体４１ｂにおいて、内周側の円弧に相当する内周部４１１ｂの長さｄは、外周側の円弧に相当する外周部４１２ｂの長さｃよりも短くなる。このような長さの相違は、誘導電流の打ち消しの際に完全な打ち消しが行われないクロストークの原因になる。

このクロストークの発生について、以下に説明する。
図１２（ａ）は、第１送信巻線３５ａを流れる電流Ｉｄ１によって第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂに生じる誘導電流を示す概略図である。図１２（ａ）に表した例では、第１送信巻線３５ａの内周側及び外周側に時計回りの電流Ｉｄ１が流れる。この電流Ｉｄ１によって、第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂの外周側及び内周側の電流経路においては、それぞれ反時計回りに誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２が流れる。この場合、ループ状ではない第１磁束結合体４１ａの電流経路では誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いは発生しない。一方、ループ状の第２磁束結合体４１ｂでは誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いが発生する。

しかし、第２磁束結合体４１ｂにおいて、内周部４１１ｂの長さｄが、外周部４１２ｂの長さｃよりも短いため、内周部４１１ｂの電流経路に流れる誘導電流Ｉｄ２２が、外周部４１２ｂの電流経路に流れる誘導電流Ｉｄ２１よりも小さくなる。この誘導電流の差分（Ｉｄ２１−Ｉｄ２２）がクロストークになり、完全な打ち消し合いの妨げとなる。

図１２（ｂ）は、第２送信巻線３５ｂを流れる電流Ｉｄ１によって第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂに生じる誘導電流を示す概略図である。図１２（ｂ）に表した例では、第２送信巻線３５ｂの外周側に時計回りの電流Ｉｄ１が流れ、内周側に反時計回りの電流Ｉｄ１が流れる。

この電流Ｉｄ１によって、第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂの外周側の電流経路においては、それぞれ反時計回りに誘導電流Ｉｄ２１が流れ、内周側の電流経路においては、それぞれ時計回りに誘導電流Ｉｄ２２が流れる。この場合、ループ状ではない第１磁束結合体４１ａの電流経路では誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いが発生する。一方、ループ状の第２磁束結合体４１ｂでは誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いは発生しない。

しかし、第１磁束結合体４１ａにおいて、凹部４１１ａの長さｂが、凸部４１２ａの電流経路の長さａよりも短いため、凹部４１１ａの電流経路に流れる誘導電流Ｉｄ２２が、凸部４１２ａの電流経路に流れる誘導電流Ｉｄ２１よりも小さくなる。この誘導電流の差分（Ｉｄ２１−Ｉｄ２２）がクロストークになり、完全な打ち消し合いの妨げとなる。

本発明の目的は、磁束結合体において誘導電流の打ち消しが行われる際のクロストークの発生を抑制して精度の高い位置検出を行うことができる誘導検出型ロータリエンコーダを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の誘導検出型ロータリエンコーダは、ステータと、ステータと対向し、回転軸を中心に回転可能に設けられたロータと、ステータに設けられ、回転軸を中心に互いに同じ回転方向に電流を流す第１内周側巻線部及び第１外周側巻線部を有する第１送信巻線と、ステータに設けられ、回転軸を中心に互いに異なる回転方向に電流を流す第２内周側巻線部及び第２外周側巻線部を有する第２送信巻線と、ステータに設けられ、回転軸を中心とした環状の第１領域に形成された第１受信巻線と、ステータに設けられ、回転軸に沿った方向に第１領域と重なる環状の第２領域に形成され、第１受信巻線との間に第１絶縁層を介して形成された第２受信巻線と、ロータに設けられ、回転軸を中心とした環状の第３領域に形成された第１磁束結合体と、ロータに設けられ、回転軸に沿った方向に第３領域と重なる環状の第４領域に形成され、第１磁束結合体との間に第２絶縁層を介して形成された第２磁束結合体と、を備える。このような構成において、第１内周側巻線部と第２磁束結合体との最短距離は、第１外周側巻線部と第２磁束結合体との最短距離よりも短く、第２内周側巻線部と第１磁束結合体との最短距離は、第２外周側巻線部と第１磁束結合体との最短距離よりも短い。

このような構成によれば、第１送信巻線に流れる電流により生じた磁界に基づく磁束結合で第１磁束結合体に誘導電流が流れ、第２送信巻線に流れる電流により生じた磁界に基づく磁束結合で第２磁束結合体に誘導電流が流れる。この際、第２磁束結合体において、第１送信巻線の第１内周側巻線部による磁束結合が、第１外周側巻線部による磁束結合よりも強くなる。このため、第１磁束結合体の内周側と外周側との電流経路の長さに差があっても、この差による誘導電流の差が抑制される。また、第１磁束結合体において、第２送信巻線の第２内周側巻線部による磁束結合が、第２外周側巻線部による磁束結合よりも強くなる。このため、第２磁束結合体の内周側と外周側との電流経路の長さに差があっても、この差による誘導電流の差が抑制される。

本発明の誘導検出型ロータリエンコーダにおいて、回転軸に沿った方向における第１内周側巻線部と第２磁束結合体との間隔は、第１外周側巻線部と前記第２磁束結合体との間隔よりも短く、回転軸に沿った方向における第２内周側巻線部と第１磁束結合体との間隔は、第２外周側巻線部と第１磁束結合体との間隔よりも短くなるよう設けられていてもよい。

このような構成によれば、第１内周側巻線部及び第１外周側巻線部、第２内周側巻線部及び第２外周側巻線部を設ける深さ（回転軸方向の位置）によって、第１磁束結合体の内周側と外周側との電流経路の差による誘導電流の差、及び第２磁束結合体の内周側と外周側との電流経路の差による誘導電流の差を抑制できるようになる。

本発明の誘導検出型ロータリエンコーダにおいて、第１送信巻線は、第１受信巻線及び第２受信巻線の少なくとも一方と同層に設けられ、第２送信巻線は、第１受信巻線及び第２受信巻線の少なくとも一方と同層に設けられていてもよい。このような構成によれば、ステータにおける受信巻線の層数を増やすことなく送信巻線を形成することができる。

本発明の誘導検出型ロータリエンコーダにおいて、回転軸と直交する方向における第１内周側巻線部と第２磁束結合体との間隔は、第１外周側巻線部と第２磁束結合体との間隔よりも短く、回転軸と直交する方向における第２内周側巻線部と第１磁束結合体との間隔は、第２外周側巻線部と第１磁束結合体との間隔よりも短くなるよう設けられていてもよい。

このような構成によれば、第１内周側巻線部及び第１外周側巻線部の回転軸と直交する方向における位置によって、第２磁束結合体の内周側と外周側との電流経路の長さの差による誘導電流の差を抑制できるようになる。また、第２内周側巻線部及び第２外周側巻線部の回転軸と直交する方向における位置によって、第１磁束結合体の内周側と外周側との電流経路の長さの差による誘導電流の差を抑制できるようになる。

本発明の誘導検出型ロータリエンコーダにおいて、第１磁束結合体及び第１受信巻線は、回転軸を中心とした回転方向に第１ピッチで周期的に変化する形状に設けられ、第２磁束結合体及び第２受信巻線は、回転軸を中心とした回転方向に第１ピッチよりも長い第２ピッチで周期的に変化する形状に設けられていてもよい。このような構成によれば、第１磁束結合体及び第１受信巻線による位置検出精度を、第２磁束結合体及び第２受信巻線による位置検出精度よりも高くすることができる。

本発明の誘導検出型ロータリエンコーダにおいて、第１磁束結合体は、第１ピッチで周期的に配置された内周側電流経路及び外周側電流経路を含む凹凸パターンを有し、第２磁束結合体は、第２ピッチで周期的に配置され、それぞれがループ状の電流経路を構成する複数の島状パターンを有していてもよい。このような構成によれば、第１磁束結合体及び第２磁束結合体のそれぞれにおいて誘導電流の打ち消しが行われる際のクロストークを抑制することができる。

デジタル式マイクロメータを例示する正面図である。 第１実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダの構成を例示する断面図である。 ステータ及びロータの構成を例示する模式的断面図である。 第１送信巻線及び第１受信巻線を例示する平面図である。 第１受信巻線の一つの受信巻線部を例示する平面図である。 第２送信巻線及び第２受信巻線を例示する平面図である。 第２受信巻線の一つの受信巻線部を例示する平面図である。 第１磁束結合体を例示する平面図である。 第２磁束結合体を例示する平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、送信巻線を流れる電流による誘導電流を例示する図である。 第２実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダの構成を例示する模式的断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の送信巻線を流れる電流による誘導電流を例示する図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
図１は、第１実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダを適用したデジタル式マイクロメータを例示する正面図である。図１に表したように、デジタル式マイクロメータ１は、フレーム３と、シンブル５と、スピンドル７と、表示部９と、を備える。フレーム３は、シンブル５及びスピンドル７を支持する本体部３ａと、本体部３ａから間隔を開けて設けられるアンビル部３ｂとを有する。シンブル５は、フレーム３の本体部３ａに回転可能に取り付けられる。測定子であるスピンドル７は、フレーム３の本体部３ａで回転可能に支持される。

スピンドル７の一端７ａ側はフレーム３の本体部３ａからアンビル部３ｂに向けて突出している。アンビル部３ｂには、スピンドル７の一端７ａと対向するようにアンビル３ｃが取り付けられる。スピンドル７の他端側はフレーム３の本体部３ａに入り込む。スピンドル７の他端側には送りねじ（図１には示されない）が設けられる。この送りねじがシンブル５内に設けられたナット（図１には示されない）に嵌め込まれている。

フレーム３の本体部３ａの外装面には表示部９が設けられる。表示部９は、例えばセグメント方式で数値等を表示する液晶表示パネルである。このような構成において、シンブル５を正方向に回転させると、スピンドル７は、スピンドル７の軸（回転軸ＡＸ）に沿ってアンビル３ｃ側へ移動する。これにより、スピンドル７とアンビル３ｃとの間隔が狭くなる。一方、シンブル５を逆方向に回転させるとスピンドル７は回転軸ＡＸに沿ってアンビル３ｃとは反対側へ移動する。これにより、スピンドル７とアンビル３ｃとの間隔が広くなる。

対象物の大きさを測定する場合には、アンビル３ｃとスピンドル７の一端７ａとの間に対象物を配置し、シンブル５を正方向に回転させてアンビル３ｃとスピンドル７の一端７ａとの間で対象物を挟むようにする。この際のアンビル３ｃとスピンドル７の一端７ａとの間隔が測定結果として表示部９に表示される。

次に、本実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダの構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダの構成を例示する断面図である。
図２に表したように、誘導検出型ロータリエンコーダ１１は、フレーム３の本体部３ａに設けられる。

誘導検出型ロータリエンコーダ１１は、ステータ１３と、ロータ１５とを備える。ステータ１３はステータブッシュ２１を介してフレーム３の本体部３ａに固定される。ロータ１５は、ステータ１３と対向し、回転軸ＡＸを中心に回転可能に設けられる。ロータ１５は、円筒状のロータブッシュ１９の端面に固定される。ロータブッシュ１９及びステータブッシュ２１にはスピンドル７が挿入される。

スピンドル７の表面には、シンブル５の内部に配置されたナットに嵌め込まれる送りねじ２３が形成される。また、スピンドル７の表面には、スピンドル７の長手方向（スピンドル７の進退方向）にキー溝２５が設けられる。キー溝２５には、ロータブッシュ１９に固定されたピン２７の先端部が嵌まっている。これにより、スピンドル７が回転すると、その回転力がピン２７を介してロータブッシュ１９に伝わり、ロータ１５が回転する。すなわち、スピンドル７の回転に連動してロータ１５が回転することになる。ピン２７はキー溝２５に固定されていないので、ロータ１５をスピンドル７とともに移動させずにロータ１５を回転させることができる。一方、ステータブッシュ２１はスピンドル７を回転させても回転しない。つまり、ステータ１３はスピンドル７を回転させても固定されたままである。

次に、ステータ１３及びロータ１５の構成について説明する。
図３は、ステータ及びロータの構成を例示する模式的断面図である。
図３に表したように、ステータ１３は、積層された絶縁層３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ及び３３Ｄを有する。絶縁層３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ及び３３Ｄは、ロータ１５から離れる方向にこの順で積層される。絶縁層３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ及び３３Ｄには、スピンドル７を通すための貫通孔３４が設けられる。

ロータ１５は、積層された絶縁層４２Ａ及び４２Ｂを有する。絶縁層４２Ａ及び４２Ｂは、ステータ１３から離れる方向にこの順で積層される。絶縁層４２Ａ及び４２Ｂには、スピンドル７を通すための貫通孔４３が設けられる。

ステータ１３には、第１受信巻線３２ａ及び第２受信巻線３２ｂが設けられる。第１受信巻線３２ａは、回転軸ＡＸを中心とした環状の第１領域Ｒ１に形成される。第１受信巻線３２ａの一部（第１層配線）は絶縁層３３Ａのロータ１５側に形成され、他部（第２層配線）は絶縁層３３Ａと絶縁層３３Ｂとの間に形成される。これらは絶縁層３３Ａを貫通するスルーホール又はビアを介して接続される。

第２受信巻線３２ｂは、回転軸ＡＸに沿った方向に第１領域Ｒ１と重なる環状の第２領域Ｒ２に形成される。第２受信巻線３２ｂは、絶縁層３３Ｂを介して第１受信巻線３２ａと積層される。第２受信巻線３２ｂの一部（第３層配線）は絶縁層３３Ｂと絶縁層３３Ｃとの間に形成され、他部（第４層配線）は絶縁層３３Ｃと絶縁層３３Ｄとの間に形成される。これらは絶縁層３３Ｃを貫通するスルーホール又ビアを介して接続される。

さらに、ステータ１３には、第１送信巻線３１ａと、第２送信巻線３１ｂとが設けられる。第１送信巻線３１ａは、ステータ１３の内周側に設けられる第１内周側巻線部３１１ａと、ステータ１３の外周側に設けられる第１外周側巻線部３１２ａとを有する。第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａは回転軸ＡＸを中心として環状に設けられ、回転軸ＡＸを中心に互いに同じ回転方向に電流を流すよう構成される。第１送信巻線３１ａに流される電流の方向は周期的に変化する。この電流により発生する磁界をロータ１５に形成された第１磁束結合体４１ａに与える。

第２送信巻線３１ｂは、ステータ１３の内周側に設けられる第２内周側巻線部３１１ｂと、ステータ１３の外周側に設けられる第２外周側巻線部３１２ｂとを有する。第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂは回転軸ＡＸを中心として環状に設けられ、回転軸ＡＸを中心に互いに異なる回転方向に電流を流すよう構成される。第２送信巻線３１ｂに流される電流の方向は周期的に変化する。この電流により発生する磁界をロータ１５に形成された第２磁束結合体４１ｂに与える。

ロータ１５には、第１磁束結合体４１ａと、第２磁束結合体４１ｂとが設けられる。第１磁束結合体４１ａは、回転軸ＡＸを中心とした環状の第３領域Ｒ３に形成される。第１磁束結合体４１ａは、絶縁層４２Ａのステータ１３側に設けられる。

第２磁束結合体４１ｂは、回転軸ＡＸに沿った方向に第３領域Ｒ３と重なる環状の第４領域Ｒ４に形成される。第２磁束結合体４１ｂは、絶縁層４２Ａと絶縁層４２Ｂとの間に形成される。すなわち、第２磁束結合体４１ｂは、絶縁層４２Ａを介して第１磁束結合体４１ａと積層される。

本実施形態では、第１領域Ｒ１が第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との間に設けられ、第３領域Ｒ３が第１領域Ｒ１と第４領域Ｒ４との間に設けられる。これにより、第１受信巻線３２ａは、第１磁束結合体４１ａと対向する。また、第２受信巻線３２ｂと第２磁束結合体４１ｂとの間には、第１受信巻線３２ａ及び第１磁束結合体４１ａが配置される。この配置によって、第１受信巻線３２ａで受信する信号強度を高くすることができる。第１受信巻線３２ａの受信信号が測定精度に影響を与える場合、この配置は好ましい。

ここで、誘導検出型ロータリエンコーダ１１の動作について説明する。
誘導検出型ロータリエンコーダ１１においては、第１送信巻線３１ａに流す送信電流の方向を周期的に変化させ、この送信電流により発生する磁界をロータ１５に形成された第１磁束結合体４１ａに与える。第１磁束結合体４１ａには、磁束結合による誘導電流が流れる。第１受信巻線３２ａは、第１磁束結合体４１ａに流れる誘導電流によって発生した磁界に基づく誘導電圧を検出する。

また、誘導検出型ロータリエンコーダ１１においては、第２送信巻線３１ｂに流す送信電流の方向を周期的に変化させ、この送信電流により発生する磁界をロータ１５に形成された第２磁束結合体４１ｂに与える。第２磁束結合体４１ｂには、磁束結合による誘導電流が流れる。第２受信巻線３２ｂは、第２磁束結合体４１ｂに流れる誘導電流によって発生した磁界に基づく誘導電圧を検出する。

このような構成を備える誘導検出型ロータリエンコーダ１１において、第１内周側巻線部３１１ａと第２磁束結合体４１ｂとの最短距離は、第１外周側巻線部３１２ａと第２磁束結合体４１ｂとの最短距離よりも短くなっている。また、第２内周側巻線部３１１ｂと第１磁束結合体４１ａとの最短距離は、第２外周側巻線部３１２ｂと第１磁束結合体４１ａとの最短距離よりも短くなっている。

本実施形態では、このような距離関係を実現するため、第１内周側巻線部３１１ａと第１外周側巻線部３１２ａとは互いに異なる層に設けられている。また、第２内周側巻線部３１１ｂと第２外周側巻線部３１２ｂとは互いに異なる層に設けられている。

図３に表した例では、第１内周側巻線部３１１ａは絶縁層３３Ａのロータ１５側に設けられ、第１外周側巻線部３１２ａは絶縁層３３Ｂと絶縁層３３Ｃとの間に設けられる。また、第２内周側巻線部３１１ｂは絶縁層３３Ａと絶縁層３３Ｂとの間に設けられ、第２外周側巻線部３１２ｂは絶縁層３３Ｃと絶縁層３３Ｄとの間に設けられる。

これにより、回転軸ＡＸに沿った方向における第１内周側巻線部３１１ａと第２磁束結合体４１ｂとの間隔は、第１外周側巻線部３１２ａと第２磁束結合体４１ｂとの間隔よりも短くなる。また、回転軸ＡＸに沿った方向における第２内周側巻線部３１１ｂと第１磁束結合体４１ａとの間隔は、第２外周側巻線部３１２ｂと第１磁束結合体４１ａとの間隔よりも短くなる。

本実施形態では、第１内周側巻線部３１１ａが第１受信巻線３２ａの一部（第１層配線）と同層に設けられ、第１外周側巻線部３１２ａが第２受信巻線３２ｂの一部（第３層配線）と同層に設けられ、第２内周側巻線部３１１ｂが第１受信巻線３２ａの他部（第２層配線）と同層に設けられ、第２外周側巻線部３１２ｂが第２受信巻線３２ｂの他部（第４層配線）と同層に設けられる。これにより、ステータ１３における２つの送信巻線（第１送信巻線３１ａ及び第２送信巻線３１ｂ）と２つの受信巻線（第１受信巻線３２ａ及び第２受信巻線３２ｂ）を４層構造で実現することができる。すなわち、新たな層を追加することなく、本実施形態の構成が実現される。なお、上記の例以外であっても、第１送信巻線３１ａが第１受信巻線３２ａ及び第２受信巻線３２ｂの少なくとも一方と同層に設けられ、第２送信巻線３１ｂが第１受信巻線３２ａ及び第２受信巻線３２ｂの少なくとも一方と同層に設けられていればよい。

次に、第１送信巻線３１ａ、第２送信巻線３１ｂ、第１受信巻線３２ａ、第２受信巻線３２ｂ、第１磁束結合体４１ａ及び第２磁束結合体４１ｂの平面的形状について説明する。

図４は、第１送信巻線及び第１受信巻線を例示する平面図である。
図４に表したように、第１送信巻線３１ａは、スピンドル７の回転軸ＡＸに対して同軸的に形成された第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａを有する。第１内周側巻線部３１１ａは、絶縁層３３Ａのロータ１５側に設けられ、第１外周側巻線部３１２ａは絶縁層３３Ａのロータ１５とは反対側に設けられる。第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａは、それぞれ略円形の電流経路を持つ。第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａの電流経路を流れる電流の向きは、互いに同じ方向になるように構成される（図４の矢印参照）。

第１受信巻線３２ａは、第１送信巻線３１ａの第１内周側巻線部３１１ａと第１外周側巻線部３１２ａとの間に位置するように環状に形成される。第１受信巻線３２ａは、回転方向に位相を異ならせた３つの受信巻線部３２１ａ〜３２３ａにて構成される。受信巻線部３２１ａ〜３２３ａにおける互いに交差する部分は、絶縁層３３Ａを介して上下に配列され、相互にスルーホール又はビアを介して接続される。これにより、各々絶縁分離されて配置される。

図５は、第１受信巻線の一つの受信巻線部を例示する平面図である。
図５に表したように、受信巻線部３２１ａは、ロータ１５の回転方向にピッチλ１をもって周期的に変化するループ状（菱型状）の形状を有する。受信巻線部３２１ａにおいて、菱型状のパターン対ＰＡ１は１０個設けられる。なお、受信巻線部３２２ａ、３２３ａも受信巻線部３２１ａと同様の形状を有する。

図６は、第２送信巻線及び第２受信巻線を例示する平面図である。
図６に表したように、第２送信巻線３１ｂは、スピンドル７の回転軸ＡＸに対して同軸的に形成された第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂを有する。第２内周側巻線部３１１ｂは、絶縁層３３Ｃのロータ１５側に設けられ、第２外周側巻線部３１２ｂは絶縁層３３Ｃのロータ１５とは反対側に設けられる。

第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂは、それぞれ略円形の電流経路を持つ。第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂの電流経路を流れる電流の向きは、互いに異なる方向になるように構成される（図６の矢印参照）。

第２受信巻線３２ｂは、第１受信巻線３２ａと同様な形状を有し、回転方向に位相を異ならせた３つの受信巻線部３２１ｂ〜３２３ｂにて構成される。しかし、第２受信巻線３２ｂの回転方向のピッチは、第１受信巻線３２ａの回転方向のピッチと相違する。

図７は、第２受信巻線の一つの受信巻線部を例示する平面図である。
図７に表したように、受信巻線部３２１ｂは、ロータ１５の回転方向にピッチλ１とは異なるピッチλ２をもって周期的に変化するループ状（菱型状）の形状を有する。例えば、ピッチλ２は、ピッチλ１よりも長い。言い換えると、ピッチλ１は、ピッチλ２よりも短い。受信巻線部３２１ｂにおいて、菱型状のパターン対ＰＡ２は９個設けられる。なお、受信巻線部３２２ｂ、３２３ｂも受信巻線部３２１ｂと同様の形状を有する。

図８は、第１磁束結合体を例示する平面図である。
図８に表したように、第１磁束結合体４１ａは、スピンドル７に対して同軸的に形成され、第１受信巻線３２ａと空隙を介して重なるように形成される。第１磁束結合体４１ａは、第１受信巻線３２ａと同じピッチλ１をもってロータ１５の回転方向に周期的に変化する連続した歯車状の形状を有する。

第１磁束結合体４１ａは、スピンドル７に近づく方向に窪む凹部４１１ａと、スピンドル７から離れる方向に突出する凸部４１２ａとを交互に構成する。図８に表した例では、凹部４１１ａと凸部４１２ａとのパターン対ＰＡ３は１０個設けられる。

図９は、第２磁束結合体を例示する平面図である。
図９に表したように、第２磁束結合体４１ｂは、スピンドル７に対して同軸的に形成され、ロータ１５の回転方向に一定ピッチλ２で配置された複数の孤立した矩形ループのような島状パターンに形成されている。図９に表した例では、第２磁束結合体４１ｂは９個設けられる。なお、本実施形態では、第１磁束結合体４１ａが図８に表したような歯車状の形状を有し、第２磁束結合体４１ｂが図９に表したような島状パターンを有しているが、反対であってもよい。また、他の形状であってもよい。

次に、第１磁束結合体４１ａ及び第２磁束結合体４１ｂに生じる誘導電流について説明する。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、送信巻線を流れる電流による誘導電流を例示する図である。図１０（ａ）には、第１送信巻線３１ａを流れる電流Ｉｄ１によって第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂに生じる誘導電流が概略的に示される。

図１０（ａ）に表した例では、第１送信巻線３１ａの第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａに時計回りの電流Ｉｄ１が流れる。この電流Ｉｄ１によって、第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂの外周側及び内周側の電流経路においては、それぞれ反時計回りに誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２が流れる。この場合、ループ状ではない第１磁束結合体４１ａの電流経路では誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いは発生しない。一方、ループ状の第２磁束結合体４１ｂでは誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いが発生する。

ここで、第２磁束結合体４１ｂにおいて、内周側の円弧に相当する内周部４１１ｂの電流経路の長さｄは、外周側の円弧に相当する外周部４１２ｂの電流経路の長さｃよりも短い。本実施形態では、第１送信巻線３１ａの第１内周側巻線部３１１ａと第２磁束結合体４１ｂとの最短距離を、第１外周側巻線部３１２ａと第２磁束結合体４１ｂとの最短距離よりも短くしている。

これら最短距離の設定（以下、「距離関係の設定」と言う。）によって、第２磁束結合体４１ｂの内周部４１１ｂと外周部４１２ｂとの磁束結合の強さが調整され、誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の差が抑制される。これにより、長さｄが長さｃより短くても、この差による誘導電流の差が抑制され、クロストークを抑制した誘導電流の打ち消し合いを行うことができる。

図１０（ｂ）には、第２送信巻線３１ｂを流れる電流Ｉｄ１によって第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂに生じる誘導電流が概略的に示される。図１０（ｂ）に表した例では、第２送信巻線３１ｂの第２外周側巻線部３１２ｂに時計回りの電流Ｉｄ１が流れ、第２内周側巻線部３１１ｂに反時計回りの電流Ｉｄ１が流れる。

この電流Ｉｄ１によって、第１、第２磁束結合体４１ａ、４１ｂの外周側の電流経路においては、それぞれ反時計回りに誘導電流Ｉｄ２１が流れ、内周側の電流経路においては、それぞれ時計回りに誘導電流Ｉｄ２２が流れる。

この場合、ループ状ではない第１磁束結合体４１ａの電流経路では誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いが発生する。一方、ループ状の第２磁束結合体４１ｂでは誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いは発生しない。

ここで、第１磁束結合体４１ａにおいて、内周側の円弧に相当する凹部４１１ａの電流経路の長さｂは、外周側の円弧に相当する凸部４１２ａの電流経路の長さａよりも短い。本実施形態では、第２送信巻線３１ｂの第２内周側巻線部３１１ｂと第１磁束結合体４１ａとの最短距離を、第２外周側巻線部３１２ｂと第１磁束結合体４１ａとの最短距離よりも短くしている。

この距離関係の設定によって、第１磁束結合体４１ａの凹部４１１ａと凸部４１２ａとの磁束結合の強さが調整され、誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の差が抑制される。これにより、長さｂが長さａより短くても、この差による誘導電流の差が抑制され、クロストークを抑制した誘導電流の打ち消し合いを行うことができる。

また、誘導検出型ロータリエンコーダ１１においては、回転軸ＡＸの方向に第１送信巻線３１ａ及び第２送信巻線３１ｂのレイアウトを調整するのみで、クロストークの要因となる誘導電流の差を調整できる。このため、ステータ１３及びロータ１５の外径に影響を与えることがない。

なお、距離関係の設定は、誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の差が無くなるように調整することが望ましい。これにより、第１磁束結合体４１ａ及び第２磁束結合体４１ｂにおいて誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２の打ち消し合いが行われる際のクロストークが無くなり、完全な打ち消し合いを達成することができる。また、第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａは、互いに同じ絶縁層の内部に埋め込まれていてもよく、この場合には、回転軸ＡＸに沿った方向において互いに異なる位置（同じ絶縁層内部の異なる深さ）に設けられていればよい。また、同様に、第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂは、互いに同じ絶縁層の内部に埋め込まれていてもよく、この場合には、回転軸ＡＸに沿った方向において互いに異なる位置（同じ絶縁層内部の異なる深さ）に設けられていればよい。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図１１は、第２実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダの構成を例示する模式的断面図である。
図１１に表したように、本実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダ１２では、第１内周側巻線部３１１ａと第１外周側巻線部３１２ａとが互いに同じ層に設けられる。また、誘導検出型ロータリエンコーダ１２では、第２内周側巻線部３１１ｂと第２外周側巻線部３１２ｂとが互いに同じ層に設けられる。その他の構成は第１実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダ１１と同様である。

誘導検出型ロータリエンコーダ１２では、第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａは、絶縁層３３Ａのロータ１５側に形成される。また、第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂは、絶縁層３３Ｂのロータ１５とは反対側に形成される。

第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａが互いに同じ層に設けられていても、第１内周側巻線部３１１ａと第２磁束結合体４１ｂとの最短距離は、第１外周側巻線部３１２ａと第２磁束結合体４１ｂとの最短距離よりも短くなっている。また、第２内周側巻線部３１１ｂと第１磁束結合体４１ａとの最短距離は、第２外周側巻線部３１２ｂと第１磁束結合体４１ａとの最短距離よりも短くなっている。

具体的には、回転軸ＡＸと直交する方向における第１内周側巻線部３１１ａと第２磁束結合体４１ｂとの間隔Ｌ１を、第１外周側巻線部３１２ａと第２磁束結合体４１ｂとの間隔Ｌ２よりも短くする。つまり、絶縁層３３Ａの表面に沿った方向において、第２磁束結合体４１ｂに対する第１内周側巻線部３１１ａ及び第１外周側巻線部３１２ａの距離を調整する。

また、同様に、回転軸ＡＸと直交する方向における第２内周側巻線部３１１ｂと第１磁束結合体４１ａとの間隔Ｌ３を、第２外周側巻線部３１２ｂと第１磁束結合体４１ａとの間隔Ｌ４よりも短くする。つまり、絶縁層３３Ｂの表面に沿った方向において、第１磁束結合体４１ａに対する第２内周側巻線部３１１ｂ及び第２外周側巻線部３１２ｂの距離を調整する。

このような誘導検出型ロータリエンコーダ１２においても、誘導検出型ロータリエンコーダ１１と同様に、第１磁束結合体４１ａの内周側及び外周側の長さの差、第２磁束結合体４１ｂの内周側及び外周側の長さの差に起因する誘導電流打ち消しの際のクロストークを抑制することができる。

また、誘導検出型ロータリエンコーダ１２においては、絶縁層の表面に沿った方向に第１送信巻線３１ａ及び第２送信巻線３１ｂのレイアウトを調整するのみで、クロストークの要因となる誘導電流の差を調整できるようになる。このため、距離関係の設定を容易に行うことができる。

以上説明したように、実施形態によれば、磁束結合体において誘導電流の打ち消しが行われる際のクロストークの発生を抑制して精度の高い位置検出を行うことができる誘導検出型ロータリエンコーダ１１及び１２を提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、第１内周側巻線部３１１ａと第１外周側巻線部３１２ａとが互いに異なる層に設けられるとともに、回転軸ＡＸと直交する方向の配置によって第１磁束結合体４１ａに流れる誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２のバランスを調整してもよい。同様に、第２内周側巻線部３１１ｂと第２外周側巻線部３１２ｂとが互いに異なる層に設けられるとともに、回転軸ＡＸと直交する方向の配置によって第２磁束結合体４１ｂに流れる誘導電流Ｉｄ２１及びＩｄ２２のバランスを調整してもよい。また、ピッチλ１は、ピッチλ２より長くてもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

以上のように、本発明は、デジタルマイクロメータのほか、デジタルインジケータなど回転量を検出して測定値を求める各種測定器に好適に利用できる。

１…デジタル式マイクロメータ
３…フレーム
５…シンブル
７…スピンドル
９…表示部
１１，１２…誘導検出型ロータリエンコーダ
１３…ステータ
１５…ロータ
３１ａ…第１送信巻線
３１ｂ…第２送信巻線
３２ａ…第１受信巻線
３２ｂ…第２受信巻線
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ…絶縁層
４１ａ…第１磁束結合体
４１ｂ…第２磁束結合体
４２Ａ，４２Ｂ…絶縁層
３１１ａ…第１内周側巻線部
３１１ｂ…第２内周側巻線部
３１２ａ…第１外周側巻線部
３１２ｂ…第２外周側巻線部
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域
Ｒ３…第３領域
Ｒ４…第４領域

Claims (6)

1. ステータと、
   前記ステータと対向し、回転軸を中心に回転可能に設けられたロータと、
   前記ステータに設けられ、前記回転軸を中心に互いに同じ回転方向に電流を流す第１内周側巻線部及び第１外周側巻線部を有する第１送信巻線と、
   前記ステータに設けられ、前記回転軸を中心に互いに異なる回転方向に電流を流す第２内周側巻線部及び第２外周側巻線部を有する第２送信巻線と、
   前記ステータに設けられ、前記回転軸を中心とした環状の第１領域に形成された第１受信巻線と、
   前記ステータに設けられ、前記回転軸に沿った方向に前記第１領域と重なる環状の第２領域に形成され、前記第１受信巻線との間に第１絶縁層を介して形成された第２受信巻線と、
   前記ロータに設けられ、前記回転軸を中心とした環状の第３領域に形成された第１磁束結合体と、
   前記ロータに設けられ、前記回転軸に沿った方向に前記第３領域と重なる環状の第４領域に形成され、前記第１磁束結合体との間に第２絶縁層を介して形成された第２磁束結合体と、
   を備え、
   前記第１内周側巻線部と前記第２磁束結合体との最短距離は、前記第１外周側巻線部と前記第２磁束結合体との最短距離よりも短く、
   前記第２内周側巻線部と前記第１磁束結合体との最短距離は、前記第２外周側巻線部と前記第１磁束結合体との最短距離よりも短いことを特徴とする誘導検出型ロータリエンコーダ。
2. 前記回転軸に沿った方向における前記第１内周側巻線部と前記第２磁束結合体との間隔は、前記第１外周側巻線部と前記第２磁束結合体との間隔よりも短く、
   前記回転軸に沿った方向における前記第２内周側巻線部と前記第１磁束結合体との間隔は、前記第２外周側巻線部と前記第１磁束結合体との間隔よりも短いことを特徴とする請求項１記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
3. 前記第１送信巻線は、前記第１受信巻線及び前記第２受信巻線の少なくとも一方と同層に設けられ、
   前記第２送信巻線は、前記第１受信巻線及び前記第２受信巻線の少なくとも一方と同層に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
4. 前記回転軸と直交する方向における前記第１内周側巻線部と前記第２磁束結合体との間隔は、前記第１外周側巻線部と前記第２磁束結合体との間隔よりも短く、
   前記回転軸と直交する方向における前記第２内周側巻線部と前記第１磁束結合体との間隔は、前記第２外周側巻線部と前記第２磁束結合体との間隔よりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
5. 前記第１磁束結合体及び前記第１受信巻線は、前記回転軸を中心とした回転方向に第１ピッチで周期的に変化する形状に設けられ、
   前記第２磁束結合体及び前記第２受信巻線は、前記回転軸を中心とした回転方向に前記第１ピッチと異なる第２ピッチで周期的に変化する形状に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
6. 前記第１磁束結合体及び前記第２磁束結合体の一方は、周期的に配置された内周側電流経路及び外周側電流経路を含む凹凸パターンを有し、
   前記第１磁束結合体及び前記第２磁束結合体の他方は、周期的に配置され、それぞれがループ状の電流経路を構成する複数の島状パターンを有することを特徴とする請求項５記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。

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