JP3806358B2 - Inductive position transducer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導型位置トランスデューサ、特に検出信号に含まれるクロストーク成分の除去に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、誘導電流を用いた位置トランスデューサ(あるいは磁気エンコーダ)が知られている。位置トランスデューサは対向配置した読み取りヘッドとスケールとを備える。読み取りヘッド側に送信コイル及び受信コイルを備え、スケール側にも受信コイル及び送信コイルを備える。読み取りヘッド側の送信コイルから磁界を発生させ、この磁界によりスケール側の受信コイルに誘導電流を生じさせる。スケール側の送信コイルと受信コイルは接続され、生じた誘導電流により送信コイルから磁界が生じる。読み取りヘッド側の受信コイルは、スケール側の送信コイルから発生した磁界を検出し、検出信号として出力する。検出信号の位相は、読み取りヘッドとスケールとの位置関係に応じて変動するから、検出信号の位相に基づき読み取りヘッドのスケール上の基準ポイントからの位置、すなわち絶対位置を検出することができる。
【0003】
通常、スケール側には、互いに異なるピッチ(波長)λ1及びλ2を有する送信コイルをスケールの幅方向に並設し、λ1とλ2の位相差に基づき絶対位置を検出する。すなわち、λ1のコイルのみではλ1毎に検出信号の位相が同一となるため、λ1を超える絶対位置を一義的に決定することができない。そこで、λ1とλ2の位相差に基づき、λ1が何周期目かを検出することで絶対位置を検出する。λ1をλfineとし、λ1とλ2の位相差の1周期をλmedと定義し、λmed内にλfineが含まれる数をnとすると以下の式が成り立つ。
【0004】
【数1】
λmed=n・λfine ・・・(1)
nはλ1とλ2の波長差により決定される値であり、波長差が小さいほどnは大きくなり絶対位置を検出できる長さ(測定範囲)は増大する。λ1とλ2の位相差の値が、360度をn等分した範囲のうちどの範囲に入っているかを判定することでλ1の周期数がわかり、(λ1の周期)×(λ1の周期数)+(λ1の位相)により絶対位置が算出される。
【0005】
なお、λmedは、具体的には、
【数2】
λmed=λ2λ1/(λ2−λ1) ・・・(2)
で定義できる。
【0006】
図11には、このような2波長型誘導型位置トランスデューサの構成が示されている。図11(a)はスケール側の構成であり、図11(b)はグリッド側の構成である。実際の装置では、スケールとグリッドは対向配置されるが、図ではこれらを平面上に並べて示している。
【0007】
スケール側には、ピッチ(波長)λ1の送信コイル10及び波長λ2の受信コイル12を有する。受信コイル12は送信コイル10を挟むように送信コイル10の両側(スケールの幅方向に対して)に配置される。送信コイル10と受信コイル12は互いに接続されてループを形成する。一方、グリッド側には受信コイル12に対向するように送信コイル20が設けられ、また送信コイル10に対向するように受信コイル30が設けられる。また、グリッド側には、図中破線で示されるように、送信コイル10に対向して配置される送信コイル22及び受信コイル12に対向して配置される受信コイル32も設けられる。送信コイル20及び受信コイル30はλ1検出用であり、送信コイル22及び受信コイル32はλ2検出用である。
【0008】
グリッドの送信コイル20に駆動電流を供給すると、送信コイル20から受信コイル12に向けて磁界が発生し、受信コイル12に誘導電流が発生する。誘導電流は送信コイル10に供給される。送信コイル10は、この誘導電流により磁界を発生し、送信コイル10に対向配置された受信コイル30でこの磁界を検出して検出信号として出力する。検出信号の周期は基本的に送信コイル10の波長λ1である。
【0009】
また、グリッドの送信コイル22に駆動電流を供給すると、送信コイル22から送信コイル10に向けて磁界が発生し、送信コイル10に誘導電流が発生する。誘導電流は受信コイル12に供給される。受信コイル12は、この誘導電流により磁界を発生し、受信コイル12に対向配置された受信コイル32でこの磁界を検出して検出信号として出力する。すなわち、この場合には送信コイル10は受信コイルとして機能し、受信コイル12が送信コイルとして機能する。検出信号の周期は基本的に受信コイル12の波長λ2である。このλ1検出信号とλ2検出信号とから(1)式、(2)式に従い絶対値を検出する。
【0010】
なお、波長λ1の位相を検出するためには、実際にはグリッド側の受信コイル30は複数個配置される。例えば3相で検出する場合、互いにλ1/3だけ測定方向にシフトさせた3個の受信コイルが形成される。
【0011】
図12には、3相で検出する場合のスケール及びグリッド側の構成が示されている。説明の都合上、グリッド側のコイルとしてはλ1用の送信コイル20及び受信コイル30のみが示されている。図12(a)はスケール側の構成であり、図11(a)と同一である。一方、図12(b)はグリッド側の構成であり、受信コイル30は第1相(0度の位相)を検出する受信コイル30−0と第2の相(120度の位相)を検出する受信コイル30−120と第3相(240度の位相)を検出する受信コイル30−240の3個から構成される。λ1=9.0mmの場合、第2相コイル30−120は第1相コイル30−0を測定方向に3.0mmだけシフトさせて配置され、第3相コイル30−240は第1相コイル30−0を測定方向に6.0mmだけシフトさせて配置される。これら3相の検出信号を合成することでλ1の位相が算出される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、λ1検出信号を得る場合、グリッド側の送信コイル20を駆動して受信コイル12に誘導電流を生じさせるため、送信コイル10からの磁界の他に、受信コイル12からも磁界(漏洩磁界)が発生し、この漏洩磁界を受信コイル30で検出してしまう。受信コイル30で漏洩磁界を検出すると、受信コイル30からの信号に本来のλ1検出信号のみならず、受信コイル12の波長であるλ2検出信号も含まれてしまう(λ2検出信号のクロストーク)。
【0013】
図13には、このようなλ2クロストーク信号の発生が模式的に示されている。本来であれば、送信コイル10からの磁界のみを受信コイル30で検出すればよいが、図中矢印で示されるように波長λ2の受信コイル12からの漏洩磁界が受信コイル30に作用してしまう。このようなλ2クロストーク信号の存在は、λ1検出信号の誤差となり、位置検出精度が低下する要因となる。特にλ1検出信号はλfineを定義するものであり、位置精度に与える誤差の影響は大きい。
【0014】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、λ2クロストーク信号を除去して高精度の位置検出を可能とする誘導型位置トランスデューサを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、磁界発生手段及び磁界検出手段を有する読み取りヘッドと、前記読み取りヘッドに対向配置され、前記磁界発生手段からの磁界により誘導電流を発生する受信コイルと前記誘導電流により磁界を発生させる送信コイルからなる磁気結合コイルが測定方向に沿って形成されたスケールとを備え、前記スケールの前記送信コイルからの磁界を前記磁界検出手段で検出して得られる検出信号の位相に基づき前記読み取りヘッドの前記スケールに対する位置を検出する誘導型位置トランスデューサであって、前記磁気結合コイルの前記送信コイルは、ピッチλ1で形成され、前記磁気結合コイルの前記受信コイルは、前記λ1と異なるピッチλ2で形成され、前記磁界検出手段は、ピッチλ2に基づき決定される間隔で測定方向に離間配置され、前記離間配置された磁界検出手段からの検出信号の和を算出することで前記受信コイルからの漏洩磁界成分をキャンセルすることを特徴とする。
【0016】
ここで、前記磁界検出手段は、
【数3】
P={(n−1)/N+m}・λ2
但し、n=1〜N
Nは2以上の整数
mは0以上の整数
で決定される位置で離間配置されることが好適である。
【0017】
また、前記離間配置された磁界検出手段を1組として複数の組を互いにλ1/L(Lは2以上の整数)だけ測定方向にシフトさせて配置することが好適である。
【0018】
本発明のトランスデューサにおいて、さらに、前記磁気結合コイルの前記受信コイルは、前記λ1及びλ2と異なるピッチλ3で形成され、前記磁界検出手段は、ピッチλ2及びピッチλ3に基づき決定される間隔で測定方向に離間配置され、前記離間配置された磁界検出手段からの検出信号の和を算出することで前記ピッチλ2の受信コイル及びピッチλ3からの漏洩磁界成分をキャンセルすることが好適である。
【0019】
本発明では、磁界検出手段をλ2クロストーク成分をキャンセルするように複数個離間配置し、これらの和を算出することでλ1検出信号のみを抽出する。
【0020】
図1には、読み取りヘッド(グリッド)の磁界検出手段で検出されるλ1信号及びこのλ1信号に混入するλ2クロストーク信号が示されている。複数個、例えば4個の磁界検出手段を、λ2に対して0度、90度、180度、270度の位置に配置すると、これらの磁界検出手段からの信号には、λ1信号の他、それぞれλ2の0度、90度、180度、270度の信号が混入されることになる。したがって、これらを加算することで、図2に示されるように、λ2クロストーク信号がキャンセルされ、周期λ1の信号のみを抽出することができる。なお、この周期λ1の信号は、本来のλ1検出信号とは位相及び振幅が異なるが、オフセット分として処理すればよい。
【0021】
複数の磁界検出手段でλ2クロストーク成分をキャンセルするためには、一般的にP={(n−1)/N+m}・λ2(但し、n=1〜N、Nは2以上の整数、mは0以上の整数)で規定される位置Pに配置すればよい。N=4、m=0とすると、磁界検出手段は、P(1)=0、P(2)=λ2/4、P(3)=2λ2/4、P(3)=3λ2/4の位置にそれぞれ配置されることとなる。m=1とすると、P(1)=λ2、P(2)=λ2/4+λ2、P(3)=2λ2/4、P(4)=3λ2/4の位置となる。
【0022】
本発明によりλ2クロストーク成分が除去されることは、以下の式からも明らかであろう。すなわち、位置xでの各周期信号と検出信号S(n)は、
【数4】
となる。ここで、Sλ1はλ1周期信号、Sλ2はλ2クロストーク信号、S(n)はn番目の受信コイルの検出信号、αはクロストーク信号の混合率である。
【0023】
1からnまでの受信コイルの検出信号を加算すると、その和Sは
【数5】
となる。例えばN=4、m=0とすると、和Sは、
【数6】
となる。α項目内については、
【数7】
となり、全てキャンセルされる。結局、和Sとしての検出信号は
【数8】
となって、λ2を含まないλ1のみの信号となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0025】
<第1実施形態>
図3には、本実施形態における2波長型誘導型位置トランスデューサのグリッド側受信コイル30の第1相(0度位相)の構成が示されている。なお、グリッド側の送信コイルの構成、及びスケール側の受信コイル及び送信コイルの構成は従来と同様であるためその説明は省略する。
【0026】
図3に示されるように、本実施形態の第1層の受信コイル30−0は、従来のように1個の受信コイルで検出するのではなく、複数個(図では3個)の受信コイル(受信コイルアレイ)で構成される。3個の受信コイルはそれぞれ波長λ2に対して0度、120度、240度に相当する距離だけ離間させて測定方向に配置されている。これら3個の受信コイル30−0−0、30−0−120、30−0−240からの検出信号は加算器50に出力される。ちなみに、符号「30−X−Y」の2番目の数字Xはλ1に対する位相を示しており、3番目の数字Yはλ1の各相におけるλ2に対する位相を表している。加算器50では、これら3つの検出信号の和を演算して検出信号として出力する。第2相コイル30−120、第3相コイル30−240についても第1相コイル30−0と同様であり、それぞれ3個の受信コイルからなる受信コイルアレイであり、3個の受信コイルは互いにλ2に対して0度、120度、240度の位置に配置され、各受信コイルからの検出信号は加算器50で加算される。
【0027】
図4には、第1相の受信コイル30−0を構成する受信コイル30−0−0、30−0−120、30−0−240の配置位置が示されている。受信コイル30−0には、上述したように波長λ1検出信号の他、λ2クロストーク信号が混入している。3個の受信コイル30−0−0、30−0−120、30−0−240は、λ2クロストーク信号に対してそれぞれ0度、120度、240度の位置に配置されており、それぞれ0度、120度、240度の位相信号を検出する。
【0028】
一般式P={(n−1)/N+m}・λ2において、N=3、m=0であり、受信コイル30−0−0はP(1)=0に配置され、受信コイル30−0−120はP(2)=λ2/3に配置され、受信コイル30−0−240はP(3)=2λ2/3に配置されていることに相当する。これら3個の受信コイルからの検出信号の和を加算器50で算出することで、λ2クロストーク成分はキャンセルされ、λ1の検出信号のみが加算器50から出力される。第2相受信コイル30−120及び第3相受信コイル30−240も同様であり、加算器50で加算することでλ2クロストーク成分が除去される。
【0029】
図5には、受信コイル30を3相分グリッドに配置した場合の構成が示されている。なお、波長λ1=9.0mm、波長λ2=6.0mmと想定している。図5(a)は、3相のうちの第1相(0度位相)を検出する受信コイル30−0の構成である。送信コイル20は従来と同様にスケール側の受信コイル12に対向配置され、受信コイル30−0はスケール側の送信コイル10に対向配置される。受信コイル30−0は、3個の受信コイル30−0−0、30−0−120、30−0−240から構成され、各受信コイルは互いにλ2/3=2.0mmだけ測定方向に離間して配置される。
【0030】
図5(b)は、3相のうちの第2相(120度位相)を検出する受信コイル3−120の構成である。受信コイル3−120も3個の受信コイル30−120−0、30−120−120、30−120−240から構成され、3個の受信コイルは互いにλ2/3=2.0mmだけ離間して配置される。また、この受信コイル30−120は、第1相の受信コイル30−0に対してλ1/3=3.0mmだけ測定方向にシフトして配置される。
【0031】
図5(c)は、3相のうちの第3相(240度位相)を検出する受信コイル30−240の構成が示されている。受信コイル30−240も3個の受信コイル30−240−0、30−240−120、30−240−240から構成され、各受信コイルはλ2/3=2.0mmだけ測定方向に離間して配置される。また、受信コイル30−240は、第1相の受信コイル30−0に対し、2λ1/3=6.0mmだけシフトして配置される。
【0032】
図5(d)には、第1相、第2相及び第3相の受信コイルをグリッド上に配置した構成が示されている。各相の受信コイルは互いに干渉なく配置される。
【0033】
このような受信コイル構造により、λ2クロストーク成分が除去されたλ1の3相の信号が検出されることとなり、3相信号を合成してλ1検出信号が得られる。また、送信コイル22を駆動することで受信コイル32からλ2検出信号が得られるから、これらの検出信号を用いて絶対位置が検出される。
【0034】
<第2実施形態>
第1実施形態では、1つの相を構成する受信コイルアレイ内の各受信コイルを互いにλ2/3だけ離間して配置する場合を示したが、各受信コイルをλ2/N+mλ2(Nは2以上の整数、mは0以上の整数)だけ離間して配置することも可能である。第1実施形態は、上述したようにN=3、m=0の場合に相当するが、本実施形態ではN=3、m=1の場合について説明する。
【0035】
この場合、1つの相を構成する受信コイルアレイは、互いにλ2/3+λ2だけ離間して配置される。例えば第1相受信コイル30−0の場合、図6に示されるように受信コイル30−0−120は受信コイル30−0−0に対してλ2/3+λ2だけ離間した位置に配置され、受信コイル30−0−240は受信コイル30−0−0に対して2λ2/3+λ2だけ離間した位置に配置される。一般式P={(n−1)/N+m}・λ2において、受信コイル30−0−0はP(1)=0に配置され、受信コイル30−0−120はP(2)=λ2/3+λ2に配置され、受信コイル30−0−240はP(3)=2λ2/3+λ2に配置されることに相当する。各受信コイルからの検出信号に含まれるλ2クロストーク成分はそれぞれ0度、120度、240度であり、これらの和を演算することでλ2クロストーク成分はキャンセルされる。具体的には、λ2=6.0mmの場合、各受信コイルは2.0mm+6.0mm=8.0mmだけ離間して配置されることとなる。
【0036】
図7には、受信コイルの具体的な配置が示されている。図7(a)は第1相(0度位相)を検出する受信コイル30−0の構成である。受信コイル30−0は、互いに8.0mmだけ測定方向に離間した3個の受信コイル30−0−0、30−0−120、30−0−240から構成される。
【0037】
図7(b)は第2相(120度位相)を検出する受信コイル30−120の構成である。第2相の受信コイル30−120も、互いに8.0mmだけ測定方向に離間して配置された3個の受信コイル30−120−0、30−120−120、30−120−240から構成される。第2相の受信コイル30−120は、第1相の受信コイル30−0に対してλ1/3=3.0mmだけ測定方向にシフトして配置される。
【0038】
図7(c)は、第3相(240度位相)を検出する受信コイルの30−240の構成である。第3相受信コイル30−240も、互いに8.0mmだけ測定方向に離間した3個の受信コイル30−240−0、30−240−120、30−240−240から構成される。第3相受信コイル30−240は、第1相の受信コイル30−0に対し、2λ1/3=6.0mmだけ測定方向にシフトして配置される。
【0039】
図7(d)は、これら第1相、第2相及び第3相の受信コイルをグリッド上に配置した構成である。
【0040】
<第3実施形態>
第1及び第2実施形態では、ある1つの相を構成する受信コイルアレイ内の各受信コイルは等間隔に配置されているが、λ2クロストーク成分をキャンセルするためには必ずしも等間隔である必要はない。例えば、第1相受信コイル30−0において、受信コイルアレイの各受信コイルを(n−1)λ2/Nに従い等間隔に配置するのではなく、受信コイルアレイのある受信コイルは(n−1)λ2/Nで配置し、他の受信コイルは(n−1)λ2/N+λ2で配置することもできる。例えば、N=3とした場合、ある受信コイル(n=2に対応するコイル)はλ2/3の間隔で配置され、同一受信コイルアレイ内の他の受信コイル(n=3に対応するコイル)は2λ2/3+λ2の間隔で配置される等である。
【0041】
図8には、このように1つの相を構成する受信コイルアレイ内の各受信コイルを非等間隔で配置する場合が例示されている。図8(a)は第1相(0度位相)を検出する受信コイル30−0の構成である。受信コイル30−0を構成する第1番目の受信コイル(n=1)は任意の位置に配置される。次に、受信コイル30−0を構成する第2番目の受信コイル(n=2)は、第1番目の受信コイルに対し、λ2/3+λ2=8.0mmだけ離間して配置される。受信コイル30−0を構成する第3番目の受信コイル(n=3)は、第1番目の受信コイルに対し2λ2/3=4.0mmだけ離間して配置される。したがって、第3番目の受信コイルは、第1番目の受信コイルと第2番目の受信コイルの間に配置されることになる。
【0042】
図8(b)は、第2相(120度位相)を検出する受信コイル30−120の構成である。第2相受信コイル30−120においても、受信コイルアレイの各受信コイルを非等間隔で配置する。すなわち、第1番目の受信コイルは、第1相の受信コイル30−0の第1番目の受信コイルに対してλ1/3=3.0mmだけ測定方向にシフトして配置される。受信コイル30−120を構成する第2番目の受信コイルは、第2相の受信コイル30−120を構成する第1番目の受信コイルに対して8.0mmだけ離間して配置される。第3番目の受信コイルは、第1番目の受信コイルに対し、4.0mmだけ離間して配置される。
【0043】
図8(c)は、第3相(240度位相)を検出する受信コイル30−240の構成である。第1番目の受信コイルは、第1相の受信コイル30−0の第1番目の受信コイルに対して2λ1/3=6.0mmだけ測定方向にシフトして配置される。また、第2番目の受信コイルは、第1番目の受信コイルに対して8.0mmだけ離間して配置される。第3番目の受信コイルは、第1番目の受信コイルに対して4.0mmだけ離間して配置される。
【0044】
図8(d)は、第1相、第2相及び第3相の受信コイルをグリッド上に配置した構成である。この場合、第1相、第2相及び第3相の受信コイルは互いに混在することとなる。
【0045】
第1相、第2相及び第3相の受信コイルをグリッド上に配置する場合、1つの相を構成する受信コイルアレイの間隔によっては各相の受信コイルアレイが互いに位置的に干渉する場合もあり得る。各相を構成する受信コイルの間隔を適宜調整することで互いに干渉なく配置することが必要である。
【0046】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。
【0047】
例えば、上述した実施形態においては、λ1及びλ2の2波長型位置トランスデューサについて説明したが、3波長型位置トランスデューサにおいても同様に受信コイル30を配置することが可能である。すなわち、図9に示されるように、スケール側に波長λ1の送信コイル10、波長λ2の受信コイル12及び波長λ3の受信コイル14を備え、λ1、λ2、λ3で絶対位置を検出する場合、波長λ1の送信コイル10に対向配置されたグリッド側の受信コイル30には、λ1検出信号の他、λ2クロストーク信号及びλ3クロストーク信号が混入することとなる。なお、3波長型ではλ1、λ2、λ3により
【数9】
λfine=λ1
λmed=λ2λ1/(λ2−λ1)=nλfine
λcoa=λ3λ2/(λ3−λ2)=mλmed
を定義してλcoa、λmed、λfineで絶対位置を検出できるが、λ1検出信号にλ2クロストーク成分及びλ3クロストーク成分が混入するとλfineの精度が低下する。
【0048】
そこで、このような場合、λ2クロストーク成分をキャンセルできる受信コイルアレイをさらにλ3クロストーク成分がキャンセルされるように複数個離間して配置すればよい。具体的には、第1相の受信コイル30−0に着目すると、λ2/Nの間隔でN個の受信コイルを配置し、これらの検出信号を加算することでλ2クロストーク成分をキャンセルする。その検出信号は、λ1検出信号とλ3クロストーク成分が混入した信号となる。そして、λ3クロストーク信号をキャンセルする受信コイルアレイを、さらにλ3/Mの間隔で測定方向に離間配置する。離間配置されたM個の受信コイルアレイの検出信号を加算することでλ3クロストーク成分をキャンセルできる。
【0049】
図10には、λ2クロストーク成分及びλ3クロストーク成分を除去する受信コイルの1つの相の概念構成が示されている。3個の受信コイルからなる受信コイルアレイは互いにλ2/3だけ離間して配置され、3個の受信コイルアレイは互いにλ3/3だけ離間して配置される。各受信コイルアレイ内の受信コイルの検出信号は加算器50a、50b、50cでそれぞれ加算され、λ2クロストーク成分が除去された信号として加算器50dに供給される。加算器50dでは、これらの検出信号をさらに加算し、λ3クロストーク成分が除去されたλ1周期の検出信号を出力する。
【0050】
もちろん、2波長型あるいは3波長型の位置トランスデューサに限定されるものではなく、それ以上の波長を有する位置トランスデューサにも同様に適用できる。
【0051】
また、本実施形態では、2波長型位置トランスデューサにおいて、N=3として各相の受信コイルを3個の受信コイルで構成しているが、N=2として各相の受信コイルを互いに180度の位相差をなす2個の受信コイルで構成してもよく、あるいはN=4として各相の受信コイルを互いに90度の位相差をなす4個の受信コイルで構成することもできる。
【0052】
さらに、本実施形態では、2波長型位置トランスデューサにおいて、λ1検出信号に混入するλ2クロストーク成分を除去しているが、同様にしてλ2検出信号に混入するλ1クロストーク成分を除去することも可能である。図11の構成で説明したように、送信コイル20を駆動した後に、送信コイル22を駆動して受信コイル32で周期λ2の信号を検出するが、この際に送信コイル10に誘導電流が生じるため、この送信コイル10からの漏洩磁界によりλ2検出信号にはλ1クロストーク成分が混入することになる。この場合、受信コイル32の1つの相を複数の受信コイルで構成し、各受信コイルをP={(n−1)/N+m}・λ1に従って離間配置し、各受信コイルからの検出信号を加算することでλ1クロストーク成分を除去できる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば漏洩磁界によるクロストーク信号をキャンセルし、高精度の位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の受信コイル配置説明図である。
【図2】 本発明の検出信号説明図である。
【図3】 実施形態に係る第1相の受信コイル説明図である。
【図4】 実施形態に係る第1相受信コイルの配置説明図である。
【図5】 実施形態に係る3相受信コイル配置説明図である。
【図6】 他の実施形態に係る第1相受信コイルの配置説明図である。
【図7】 他の実施形態に係る3相受信コイル配置説明図である。
【図8】 さらに他の実施形態に係る3相受信コイルの配置説明図である。
【図9】 3波長型位置トランスデューサのクロストーク説明図である。
【図10】 3波長型位置トランスデューサの受信コイル配置説明図である。
【図11】 従来の2波長型位置トランスデューサの配置説明図である。
【図12】 従来の2波長型位置トランスデューサの3相受信コイル配置説明図である。
【図13】 従来の2波長型位置トランスデューサのクロストーク説明図である。
【符号の説明】
10 送信コイル(波長λ1)、12 送信コイル(波長λ2)、20 送信コイル(グリッド側)、30 受信コイル(グリッド側)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inductive position transducer, and more particularly to removal of a crosstalk component contained in a detection signal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a position transducer (or magnetic encoder) using an induced current is known. The position transducer includes a read head and a scale that are opposed to each other. A transmission coil and a reception coil are provided on the read head side, and a reception coil and a transmission coil are also provided on the scale side. A magnetic field is generated from the transmitting coil on the read head side, and an induced current is generated in the receiving coil on the scale side by this magnetic field. The transmission coil and the reception coil on the scale side are connected, and a magnetic field is generated from the transmission coil by the induced current generated. The receiving coil on the reading head side detects the magnetic field generated from the transmitting coil on the scale side and outputs it as a detection signal. Since the phase of the detection signal varies depending on the positional relationship between the read head and the scale, the position from the reference point on the scale of the read head, that is, the absolute position can be detected based on the phase of the detection signal.
[0003]
Usually, on the scale side, transmission coils having different pitches (wavelengths) λ1 and λ2 are arranged side by side in the width direction of the scale, and the absolute position is detected based on the phase difference between λ1 and λ2. In other words, since the phase of the detection signal is the same for each λ1 with only the λ1 coil, the absolute position exceeding λ1 cannot be uniquely determined. Therefore, based on the phase difference between λ1 and λ2, the absolute position is detected by detecting the number of periods of λ1. If λ1 is λfine, one period of the phase difference between λ1 and λ2 is defined as λmed, and the number of λfines included in λmed is n, the following equation holds.
[0004]
[Expression 1]
λmed = n · λfine (1)
n is a value determined by the wavelength difference between λ1 and λ2, and as the wavelength difference is smaller, n increases and the length (measurement range) at which the absolute position can be detected increases. By determining which of the ranges obtained by dividing the phase difference between λ1 and λ2 into 360 degrees divided by n, the number of periods of λ1 can be determined, and (period of λ1) × (number of periods of λ1) The absolute position is calculated by + (the phase of λ1).
[0005]
Note that λmed is specifically:
[Expression 2]
λmed = λ2λ1 / (λ2-λ1) (2)
Can be defined.
[0006]
FIG. 11 shows the configuration of such a two-wavelength inductive position transducer. FIG. 11A shows the configuration on the scale side, and FIG. 11B shows the configuration on the grid side. In an actual apparatus, the scale and the grid are arranged to face each other, but these are shown side by side on a plane.
[0007]
On the scale side, a
[0008]
When a drive current is supplied to the
[0009]
When a drive current is supplied to the
[0010]
In order to detect the phase of the wavelength λ1, a plurality of grid-side receiving
[0011]
FIG. 12 shows the configuration on the scale and grid side in the case of detection with three phases. For convenience of explanation, only the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to obtain the λ1 detection signal, the grid-
[0013]
FIG. 13 schematically shows the generation of such a λ2 crosstalk signal. Originally, only the magnetic field from the
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an inductive position transducer capable of detecting a position with high accuracy by removing the λ2 crosstalk signal.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises a reading head having a magnetic field generating means and a magnetic field detecting means, a receiving coil disposed opposite to the reading head and generating an induced current by a magnetic field from the magnetic field generating means, A detection signal obtained by detecting a magnetic field from the transmission coil of the scale by the magnetic field detection means, and a magnetic coupling coil comprising a transmission coil for generating a magnetic field by an induced current. An inductive position transducer for detecting the position of the read head relative to the scale based on the phase of the magnetic coupling coil, wherein the transmission coil of the magnetic coupling coil is formed with a pitch λ1, and the reception coil of the magnetic coupling coil is Formed at a pitch λ2 different from λ1, the magnetic field detecting means is determined based on the pitch λ2. It is spaced in the measuring direction at intervals, characterized in that to cancel the leakage magnetic field components from the receiving coil by calculating the sum of the detection signals from the spaced arranged magnetic field detector.
[0016]
Here, the magnetic field detecting means includes
[Equation 3]
P = {(n−1) / N + m} · λ2
However, n = 1 to N
N is an integer greater than or equal to 2
m is an integer greater than or equal to 0
It is preferable that they are spaced apart at a position determined by
[0017]
Further, it is preferable that a plurality of sets are shifted in the measurement direction by λ1 / L (L is an integer of 2 or more), with the magnetic field detection means arranged at a distance as one set.
[0018]
In the transducer according to the aspect of the invention, the receiving coil of the magnetic coupling coil may be formed with a pitch λ3 different from the λ1 and λ2, and the magnetic field detecting unit may be measured at intervals determined based on the pitch λ2 and the pitch λ3. It is preferable to cancel the leakage magnetic field component from the receiving coil having the pitch λ2 and the pitch λ3 by calculating the sum of the detection signals from the magnetic field detecting means arranged at a distance.
[0019]
In the present invention, a plurality of magnetic field detecting means are arranged so as to cancel the λ2 crosstalk component, and only the λ1 detection signal is extracted by calculating the sum thereof.
[0020]
FIG. 1 shows the λ1 signal detected by the magnetic field detection means of the read head (grid) and the λ2 crosstalk signal mixed in the λ1 signal. When a plurality of, for example, four magnetic field detection means are arranged at positions of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees with respect to λ2, the signals from these magnetic field detection means include the λ1 signal, respectively. A signal of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees of λ2 is mixed. Therefore, by adding these, as shown in FIG. 2, the λ2 crosstalk signal is canceled, and only the signal having the period λ1 can be extracted. The signal having the period λ1 is different in phase and amplitude from the original λ1 detection signal, but may be processed as an offset.
[0021]
In order to cancel the λ2 crosstalk component by a plurality of magnetic field detecting means, generally, P = {(n−1) / N + m} · λ2 (where n = 1 to N, N is an integer of 2 or more, m Is an integer greater than or equal to 0). Assuming that N = 4 and m = 0, the magnetic field detecting means is positioned at P (1) = 0, P (2) = λ2 / 4, P (3) = 2λ2 / 4, P (3) = 3λ2 / 4. Respectively. If m = 1, the positions are P (1) = λ2, P (2) = λ2 / 4 + λ2, P (3) = 2λ2 / 4, and P (4) = 3λ2 / 4.
[0022]
It will be apparent from the following formula that the λ2 crosstalk component is removed by the present invention. That is, each periodic signal and detection signal S (n) at position x are
[Expression 4]
It becomes. Here, Sλ1 is a λ1 periodic signal, Sλ2 is a λ2 crosstalk signal, S (n) is a detection signal of the nth receiving coil, and α is a mixing ratio of the crosstalk signal.
[0023]
When the detection signals of the receiving coils from 1 to n are added, the sum S is
[Equation 5]
It becomes. For example, if N = 4 and m = 0, the sum S is
[Formula 6]
It becomes. For the α item,
[Expression 7]
And all are canceled. After all, the detection signal as sum S is
[Equation 8]
Thus, only a signal λ1 that does not include λ2 is obtained.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
<First Embodiment>
FIG. 3 shows the configuration of the first phase (0-degree phase) of the grid-
[0026]
As shown in FIG. 3, the first-layer receiving coil 30-0 of this embodiment is not detected by one receiving coil as in the prior art, but a plurality (three in the figure) of receiving coils. (Receiver coil array). The three receiving coils are arranged in the measurement direction at a distance corresponding to 0 degrees, 120 degrees, and 240 degrees with respect to the wavelength λ2. Detection signals from these three reception coils 30-0-0, 30-0-120, and 30-0-240 are output to the
[0027]
FIG. 4 shows the arrangement positions of the receiving coils 30-0-0, 30-0-120, and 30-0-240 constituting the first phase receiving coil 30-0. As described above, the receiving coil 30-0 is mixed with the λ2 crosstalk signal in addition to the wavelength λ1 detection signal. The three receiving coils 30-0-0, 30-0-120, and 30-0-240 are arranged at 0 degree, 120 degrees, and 240 degrees, respectively, with respect to the λ2 crosstalk signal. Phase signals of degrees, 120 degrees, and 240 degrees are detected.
[0028]
In the general formula P = {(n−1) / N + m} · λ2, N = 3 and m = 0, the receiving coil 30-0-0 is arranged at P (1) = 0, and the receiving coil 30-0 This corresponds to -120 being arranged at P (2) = λ2 / 3 and the receiving coil 30-0-240 being arranged at P (3) = 2λ2 / 3. By calculating the sum of the detection signals from these three receiving coils by the
[0029]
FIG. 5 shows a configuration when the receiving
[0030]
FIG. 5B shows a configuration of the receiving coil 3-120 that detects the second phase (120-degree phase) of the three phases. The reception coil 3-120 is also composed of three reception coils 30-120-0, 30-120-120, 30-120-240, and the three reception coils are separated from each other by λ2 / 3 = 2.0 mm. Be placed. Further, the receiving coil 30-120 is arranged to be shifted in the measurement direction by λ1 / 3 = 3.0 mm with respect to the first-phase receiving coil 30-0.
[0031]
FIG. 5C shows the configuration of the receiving coil 30-240 that detects the third phase (240-degree phase) of the three phases. The receiving coil 30-240 is also composed of three receiving coils 30-240-0, 30-240-120, 30-240-240, and each receiving coil is separated in the measurement direction by λ2 / 3 = 2.0 mm. Be placed. The receiving coil 30-240 is arranged with a shift of 2λ1 / 3 = 6.0 mm with respect to the first-phase receiving coil 30-0.
[0032]
FIG. 5D shows a configuration in which first-phase, second-phase, and third-phase receiving coils are arranged on a grid. The receiving coils for each phase are arranged without interference.
[0033]
With such a receiving coil structure, a λ1 three-phase signal from which the λ2 crosstalk component is removed is detected, and a λ1 detection signal is obtained by synthesizing the three-phase signals. Further, since the λ2 detection signal is obtained from the
[0034]
Second Embodiment
In the first embodiment, the case where the receiving coils in the receiving coil array constituting one phase are arranged apart from each other by λ2 / 3 is shown. However, each receiving coil is λ2 / N + mλ2 (N is 2 or more). It is also possible to arrange them separated by an integer (m is an integer of 0 or more). The first embodiment corresponds to the case where N = 3 and m = 0 as described above, but in this embodiment, the case where N = 3 and m = 1 will be described.
[0035]
In this case, the receiving coil arrays constituting one phase are arranged apart from each other by λ2 / 3 + λ2. For example, in the case of the first phase receiving coil 30-0, as shown in FIG. 6, the receiving coil 30-0-120 is disposed at a position spaced apart from the receiving coil 30-0-0 by λ2 / 3 + λ2. 30-0-240 is arranged at a position 2λ2 / 3 + λ2 away from the receiving coil 30-0-0. In the general formula P = {(n−1) / N + m} · λ2, the receiving coil 30-0-0 is arranged at P (1) = 0, and the receiving coil 30-0-120 is P (2) = λ2 / The receiving coil 30-0-240 is arranged at 3 + λ2, which corresponds to the arrangement at P (3) = 2λ2 / 3 + λ2. The λ2 crosstalk components included in the detection signal from each receiving coil are 0 degree, 120 degrees, and 240 degrees, respectively, and the λ2 crosstalk component is canceled by calculating the sum of these. Specifically, in the case of λ2 = 6.0 mm, the receiving coils are spaced apart by 2.0 mm + 6.0 mm = 8.0 mm.
[0036]
FIG. 7 shows a specific arrangement of the receiving coils. FIG. 7A shows the configuration of the receiving coil 30-0 that detects the first phase (0 degree phase). The reception coil 30-0 includes three reception coils 30-0-0, 30-0-120, and 30-0-240 that are spaced apart from each other by 8.0 mm in the measurement direction.
[0037]
FIG. 7B shows the configuration of the receiving coil 30-120 that detects the second phase (120-degree phase). The second-phase receiving coil 30-120 is also composed of three receiving coils 30-120-0, 30-120-120, 30-120-240 that are spaced apart from each other in the measurement direction by 8.0 mm. The The second-phase receiving coil 30-120 is arranged shifted in the measurement direction by λ1 / 3 = 3.0 mm with respect to the first-phase receiving coil 30-0.
[0038]
FIG. 7C shows the configuration of the receiving coil 30-240 for detecting the third phase (240 degree phase). The third phase receiving coil 30-240 is also composed of three receiving coils 30-240-0, 30-240-120, 30-240-240 spaced apart from each other by 8.0 mm in the measurement direction. The third phase receiving coil 30-240 is arranged to be shifted in the measurement direction by 2λ1 / 3 = 6.0 mm with respect to the first phase receiving coil 30-0.
[0039]
FIG. 7D shows a configuration in which the first-phase, second-phase, and third-phase receiving coils are arranged on a grid.
[0040]
<Third Embodiment>
In the first and second embodiments, the receiving coils in the receiving coil array constituting a certain phase are arranged at equal intervals. However, in order to cancel the λ2 crosstalk component, the receiving coils need not be equally spaced. There is no. For example, in the first-phase receiving coil 30-0, the receiving coils in the receiving coil array are not arranged at equal intervals according to (n−1) λ2 / N, but the receiving coils with the receiving coil array are (n−1). ) Λ2 / N, and the other receiving coils may be (n−1) λ2 / N + λ2. For example, when N = 3, certain receiving coils (coils corresponding to n = 2) are arranged at intervals of λ2 / 3, and other receiving coils (coils corresponding to n = 3) in the same receiving coil array. Are arranged at intervals of 2λ2 / 3 + λ2.
[0041]
FIG. 8 illustrates the case where the receiving coils in the receiving coil array constituting one phase are arranged at non-equal intervals. FIG. 8A shows the configuration of the receiving coil 30-0 that detects the first phase (0 degree phase). The first receiving coil (n = 1) constituting the receiving coil 30-0 is arranged at an arbitrary position. Next, the second receiving coil (n = 2) constituting the receiving coil 30-0 is arranged away from the first receiving coil by λ2 / 3 + λ2 = 8.0 mm. The third receiving coil (n = 3) constituting the receiving coil 30-0 is arranged 2λ2 / 3 = 4.0 mm apart from the first receiving coil. Accordingly, the third receiving coil is disposed between the first receiving coil and the second receiving coil.
[0042]
FIG. 8B shows the configuration of the receiving coil 30-120 that detects the second phase (120-degree phase). Also in the second phase receiving coil 30-120, the receiving coils of the receiving coil array are arranged at unequal intervals. In other words, the first receiving coil is arranged to be shifted in the measurement direction by λ1 / 3 = 3.0 mm with respect to the first receiving coil of the first-phase receiving coil 30-0. The second receiving coil constituting the receiving coil 30-120 is arranged with a distance of 8.0 mm from the first receiving coil constituting the second phase receiving coil 30-120. The third receiving coil is arranged away from the first receiving coil by 4.0 mm.
[0043]
FIG. 8C shows the configuration of the receiving coil 30-240 that detects the third phase (240-degree phase). The first receiving coil is arranged to be shifted in the measurement direction by 2λ1 / 3 = 6.0 mm with respect to the first receiving coil of the first-phase receiving coil 30-0. Further, the second receiving coil is arranged with a distance of 8.0 mm from the first receiving coil. The third receiving coil is arranged with a distance of 4.0 mm from the first receiving coil.
[0044]
FIG. 8D shows a configuration in which first-phase, second-phase, and third-phase receiving coils are arranged on a grid. In this case, the first-phase, second-phase, and third-phase receiving coils are mixed together.
[0045]
When the first-phase, second-phase and third-phase reception coils are arranged on the grid, the reception coil arrays of the respective phases may interfere with each other depending on the interval between the reception coil arrays constituting one phase. possible. It is necessary to arrange them without interference by appropriately adjusting the interval between the receiving coils constituting each phase.
[0046]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible.
[0047]
For example, in the above-described embodiment, the two-wavelength position transducers of λ1 and λ2 have been described. However, the receiving
[Equation 9]
λfine = λ1
λmed = λ2λ1 / (λ2-λ1) = nλfine
λcoa = λ3λ2 / (λ3-λ2) = mλmed
The absolute position can be detected by λcoa, λmed, and λfine. However, if the λ2 crosstalk component and the λ3 crosstalk component are mixed in the λ1 detection signal, the accuracy of λfine decreases.
[0048]
Therefore, in such a case, a plurality of receiving coil arrays that can cancel the λ2 crosstalk component may be arranged apart from each other so that the λ3 crosstalk component can be canceled. Specifically, focusing on the first-phase receiving coil 30-0, N receiving coils are arranged at an interval of λ2 / N, and these detection signals are added to cancel the λ2 crosstalk component. The detection signal is a signal in which the λ1 detection signal and the λ3 crosstalk component are mixed. A receiving coil array for canceling the λ3 crosstalk signal is further spaced apart in the measurement direction at an interval of λ3 / M. The λ3 crosstalk component can be canceled by adding detection signals of M receiving coil arrays that are spaced apart.
[0049]
FIG. 10 shows a conceptual configuration of one phase of the receiving coil that removes the λ2 crosstalk component and the λ3 crosstalk component. The receiving coil array composed of three receiving coils is spaced apart from each other by λ2 / 3, and the three receiving coil arrays are spaced apart from each other by λ3 / 3. The detection signals of the reception coils in each reception coil array are added by the
[0050]
Of course, the position transducer is not limited to the two-wavelength type or the three-wavelength type position transducer, and can be similarly applied to a position transducer having a longer wavelength.
[0051]
In this embodiment, in the two-wavelength position transducer, N = 3 and each phase receiving coil is composed of three receiving coils, but N = 2 and each phase receiving coil is 180 degrees from each other. It may be configured by two receiving coils having a phase difference, or each phase receiving coil may be configured by four receiving coils having a phase difference of 90 degrees with N = 4.
[0052]
Furthermore, in this embodiment, the λ2 crosstalk component mixed in the λ1 detection signal is removed from the two-wavelength position transducer, but it is also possible to remove the λ1 crosstalk component mixed in the λ2 detection signal in the same manner. It is. As described in the configuration of FIG. 11, after driving the
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to cancel a crosstalk signal due to a leakage magnetic field and detect a position with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a receiving coil arrangement according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a detection signal of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a first-phase receiving coil according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of arrangement of first phase receiving coils according to the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a three-phase receiving coil arrangement according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating the arrangement of first phase receiving coils according to another embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a three-phase receiving coil arrangement according to another embodiment.
FIG. 8 is an explanatory view of arrangement of a three-phase receiving coil according to still another embodiment.
FIG. 9 is a crosstalk explanatory diagram of a three-wavelength type position transducer.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a receiving coil arrangement of a three-wavelength position transducer.
FIG. 11 is a diagram illustrating the arrangement of a conventional two-wavelength position transducer.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a three-phase receiving coil arrangement of a conventional two-wavelength position transducer.
FIG. 13 is a crosstalk explanatory diagram of a conventional two-wavelength type position transducer.
[Explanation of symbols]
10 transmitting coil (wavelength λ1), 12 transmitting coil (wavelength λ2), 20 transmitting coil (grid side), 30 receiving coil (grid side).
Claims (4)
前記読み取りヘッドに対向配置され、前記磁界発生手段からの磁界により誘導電流を発生する受信コイルと前記誘導電流により磁界を発生させる送信コイルからなる磁気結合コイルが測定方向に沿って形成されたスケールと、
を備え、前記スケールの前記送信コイルからの磁界を前記磁界検出手段で検出して得られる検出信号の位相に基づき前記読み取りヘッドの前記スケールに対する位置を検出する誘導型位置トランスデューサであって、
前記磁気結合コイルの前記送信コイルは、ピッチλ1で形成され、
前記磁気結合コイルの前記受信コイルは、前記λ1と異なるピッチλ2で形成され、
前記磁界検出手段は、ピッチλ2に基づき決定される間隔で測定方向に離間配置され、
前記離間配置された磁界検出手段からの検出信号の和を算出することで前記受信コイルからの漏洩磁界成分をキャンセルすることを特徴とする誘導型位置トランスデューサ。A read head having magnetic field generation means and magnetic field detection means;
A scale which is disposed opposite to the reading head and includes a receiving coil that generates an induced current by a magnetic field from the magnetic field generating means and a magnetic coupling coil that includes a transmitting coil that generates a magnetic field by the induced current along a measurement direction; ,
An inductive position transducer for detecting a position of the read head relative to the scale based on a phase of a detection signal obtained by detecting a magnetic field from the transmission coil of the scale by the magnetic field detection means,
The transmission coil of the magnetic coupling coil is formed with a pitch λ1,
The receiving coil of the magnetic coupling coil is formed with a pitch λ2 different from the λ1,
The magnetic field detection means are spaced apart in the measurement direction at intervals determined based on the pitch λ2,
An inductive position transducer, wherein a leakage magnetic field component from the receiving coil is canceled by calculating a sum of detection signals from the magnetic field detection means arranged at a distance.
前記磁界検出手段は、
P={(n−1)/N+m}・λ2
但し、n=1〜N
Nは2以上の整数
mは0以上の整数
で決定される位置に離間配置されることを特徴とする誘導型位置トランスデューサ。The transducer of claim 1, wherein
The magnetic field detection means includes
P = {(n−1) / N + m} · λ2
However, n = 1 to N
An inductive position transducer, wherein N is an integer greater than or equal to 2 and m is spaced apart at a position determined by an integer greater than or equal to 0.
前記離間配置された磁界検出手段を1組として複数の組を互いにλ1/L(Lは2以上の整数)だけ測定方向にシフトさせて配置することを特徴とする誘導型位置トランスデューサ。The transducer according to any one of claims 1 and 2,
An inductive position transducer characterized in that a plurality of sets are shifted from each other in the measurement direction by λ1 / L (L is an integer of 2 or more), with the magnetic field detection means arranged as spaced apart as one set.
前記磁気結合コイルの前記受信コイルは、前記λ1及びλ2と異なるピッチλ3で形成され、
前記磁界検出手段は、ピッチλ2及びピッチλ3に基づき決定される間隔で測定方向に離間配置され、
前記離間配置された磁界検出手段からの検出信号の和を算出することで前記ピッチλ2の受信コイル及びピッチλ3からの漏洩磁界成分をキャンセルすることを特徴とする誘導型位置トランスデューサ。The transducer according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
The receiving coil of the magnetic coupling coil is formed with a pitch λ3 different from the λ1 and λ2.
The magnetic field detection means is spaced apart in the measurement direction at intervals determined based on the pitch λ2 and the pitch λ3,
An inductive position transducer characterized by canceling a leakage magnetic field component from the receiving coil having the pitch λ2 and the pitch λ3 by calculating a sum of detection signals from the magnetic field detecting means arranged at a distance.
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