CN105579814A - 电磁感应式位置检测器以及检测方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够小型化且不产生干扰误差的电磁感应式位置检测器以及检测方法。为此,包括具有第1和第2主图案(13、14)与第1和第2子图案(15、16)的定子(11)以及具有主图案部(17a)与子图案部(17b)并且将主图案部(17a)与子图案部(17b)的相邻的梳形电极彼此分别连接而形成一条环路的转子(12),在对第1和第2主图案(13、14)供给励磁电流时,利用第1和第2子图案(15、16)经由子图案部(17b)检测在主图案部(17a)激发的激发电压,在对第1和第2子图案(15、16)供给励磁电流时,利用第1和第2主图案(13、14)经由主图案部(17a)检测在子图案部(17b)激发的激发电压。
Description
技术领域
本发明涉及通过电磁感应对检测对象的位置进行检测的电磁感应式位置检测器以及检测方法。
背景技术
作为电磁感应式位置检测器的感应式传感器方式的标尺(Scale)适用于机床、汽车、机器人等各种机械的位置检测部。在感应式传感器方式的标尺中,存在直线型的直线标尺(linearscale)与旋转型的旋转标尺(rotaryscale),直线标尺例如设置于机床的直线移动轴等直线性的移动部,检测该移动部的直线性的移动位置,旋转标尺例如设置于机床的旋转轴等旋转部,检测该旋转部的旋转位置(旋转角度)。
直线标尺与旋转标尺都通过平行地相对配置的线圈图案的电磁感应来检测位置。参照图4,说明该检测原理。此外,图4是说明直线标尺的原理的图,图4(a)是并列地示出直线标尺的游标与标尺的图,图4(b)是示出游标与标尺的电磁耦合度的图。此外,在图4(a)、(b)中示出直线标尺的原理图,但旋转标尺的原理也与此相同,旋转标尺的定子与转子分别对应于直线标尺的游标与标尺。
如图4(a)所示,直线标尺的检测部具有成为一次侧板部件的游标41和成为二次侧板部件的标尺42。在直线标尺中,游标41具有成为第1一次侧线圈的第1游标线圈43和成为第2一次侧线圈的第2游标线圈44。另外,标尺42具有成为二次侧线圈的标尺线圈45。这些线圈43、44、45分别形成为锯齿状地折返并且整体形成为直线状。
游标41(第1游标线圈43以及第2游标线圈44)和标尺42(标尺线圈45)以在它们之间保持了预定的间隙g的状态平行地相对配置。另外,如图4(a)所示,以标尺线圈45的1间距为基准,第1游标线圈43与第1游标线圈44的位置错开1/4间距(相位错开90度)。
在该直线标尺中,当在第1游标线圈43与第2游标线圈44中流过励磁电流(交流电流)时,通过游标41的移动,如图4(b)所示,第1游标线圈43和第2游标线圈44与标尺线圈45的电磁耦合度对应于第1游标线圈43和第2游标线圈44与标尺线圈45的相对位置关系的变化而周期性地变化。因此,在标尺线圈45中产生周期性地变化的激发电压。
作为检测位置的1个例子,当使如下述式(1)所示的第1励磁电流Ia在第1游标线圈43中流过,使如下述式(2)所示的第2励磁电流Ib在第2游标线圈44流过时,通过第1游标线圈43和第2游标线圈44与标尺线圈45之间的电磁感应,在标尺线圈45中产生如下述式(3)所示的激发电压V。并且,对下述式(3)进行采样而得到的峰值振幅Vp能够如下述式(4)所示地表示。
Ia=-I·cos(kα)·sin(ωt)…(1)
Ib=I·sin(kα)·sin(ωt)…(2)
V=K(g)·I·sin(k(X-α))·sin(ωt)…(3)
Vp=K(g)·I·sin(k(X-α))…(4)
在这里,“I”是励磁电流的大小,“k”是2π/p,该“p”是标尺线圈45的1间距的长度(在旋转标尺的情况下是角度),“ω”是励磁电流(交流电流)的角频率,“t”是时刻,“α”是励磁位置。另外,“K(g)”是依赖于第1游标线圈43和第2游标线圈44与标尺线圈45之间的间隙g等的耦合的强度的耦合系数,“X”是标尺的位置位移(移动位置)。
在上述式(4)中,以使励磁位置α跟随位置位移X而使得Vp=0的方式进行控制,从而作为检测位置而求出α=X。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第3806358号公報
发明内容
发明所要解决的课题
旋转标尺构成为具有对应于直线标尺的游标的定子和对应于直线标尺的标尺的转子。如图5所示,在成为旋转标尺的可动部的转子51配置有设置标尺线圈的标尺图案区域52和设置旋转变压器的旋转变压器区域53。该旋转变压器是为了将在转子51的标尺线圈中产生的上述激发电压V以无接触的方式传递到定子侧而所需的部件。这样,需要设置旋转变压器的空间,因此在小径(小型)的旋转标尺中,难以确保设置旋转变压器的空间。即使有空间,当标尺线圈与旋转变压器很近时(需要离开1cm以上),也会产生干扰误差。
本发明是鉴于上述课题而完成的,其目的在于,提供一种能够小型化且不产生干扰误差的电磁感应式位置检测器以及检测方法。
用于解决课题的技术方案
解决上述课题的第一发明的电磁感应式位置检测器,
利用电磁感应来检测位置,其特征在于,
具有:一次侧板部件,具有由间距相互不同的梳形电极的平面线圈图案构成的一次侧主图案和一次侧子图案(并列配置);
二次侧板部件,具有由间距相互不同的梳形电极的平面线圈图案构成的二次侧主图案和二次侧子图案(并列配置),并且将所述二次侧主图案与所述二次侧子图案的相邻的所述梳形电极彼此分别连接,使所述二次侧主图案与所述二次侧子图案形成一条环路;以及
控制部,控制所述一次侧主图案与所述一次侧子图案的切换,对所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案中的某一方供给励磁电流,并且检测从另一方流到所述二次侧主图案或者所述二次侧子图案的激发电压,
以使所述一次侧主图案及所述一次侧子图案与所述二次侧主图案及所述二次侧子图案分别相对的方式,将所述一次侧板部件与二次侧板部件相对配置,
所述控制部在对所述一次侧主图案供给所述励磁电流时,利用所述一次侧子图案经由所述二次侧子图案来检测通过所述一次侧主图案的所述励磁电流激发的所述二次侧主图案的激发电压,
所述控制部在对所述一次侧子图案供给所述励磁电流时,利用所述一次侧主图案经由所述二次侧主图案来检测通过所述一次侧子图案的所述励磁电流激发的所述二次侧子图案的激发电压。
解决上述课题的第二发明的电磁感应式位置检测器,
在上述第一发明所述的电磁感应式位置检测器中,其特征在于,
所述控制部具备:
驱动电路,对所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案供给励磁电流;
拾取电路,利用所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案,检测流到所述二次侧主图案或者所述二次侧子图案的激发电压;以及
开关部,将所述驱动电路切换到所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案中的某一方,并且将所述拾取电路切换到所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案中的另一方,
所述控制部在对所述一次侧主图案供给所述励磁电流时,通过所述开关部将所述驱动电路切换到所述一次侧主图案,并且将所述拾取电路切换到所述一次侧子图案,利用所述一次侧子图案经由所述二次侧子图案来检测通过所述励磁电流激发的所述二次侧主图案的激发电压,
所述控制部在对所述一次侧子图案供给所述励磁电流时,通过所述开关部将所述驱动电路切换到所述一次侧子图案,并且将所述拾取电路切换到所述一次侧主图案,利用所述一次侧主图案经由所述二次侧主图案来检测通过所述励磁电流激发的所述二次侧子图案的激发电压。
解决上述课题的第三发明的电磁感应式位置检测器,
在上述第一或第二发明所述的电磁感应式位置检测器中,其特征在于,
在采用具有转子和定子的旋转型的电磁感应式位置检测器的情况下,
将所述一次侧板部件作为所述定子,以整体形成为圆环状的方式分别形成所述一次侧主图案和所述一次侧子图案,
将所述二次侧板部件作为所述转子,以整体形成为圆环状的方式形成所述二次侧主图案和所述二次侧子图案。
解决上述课题的第四发明涉及的电磁感应式位置检测器,
在上述第一或第二发明所述的电磁感应式位置检测器中,其特征在于,
在采用具有游标和标尺的直线型的电磁感应式位置检测器的情况下,
将所述一次侧板部件作为所述游标,以整体形成为直线状的方式分别形成所述一次侧主图案和所述一次侧子图案,
将所述二次侧板部件作为所述标尺,以整体形成为直线状的方式形成所述二次侧主图案和所述二次侧子图案。
解决上述课题的第五发明的电磁感应式位置检测方法,
是使用上述第一~第四发明中的任一发明所述的电磁感应式位置检测器的检测方法,其特征在于,
所述一次侧主图案由第1一次侧主图案以及使相位从所述第1一次侧主图案偏移90度地配置的第2一次侧主图案构成,
所述一次侧子图案由第1一次侧子图案以及使相位从所述第1一次侧子图案偏移90度地配置的第2一次侧子图案构成,
所述控制部,
对所述第1一次侧主图案或者第1一次侧子图案供给式1所示的第1励磁电流Ia,并且对所述第2一次侧主图案或者第2一次侧子图案供给式1所示的第2励磁电流Ib,
在所述二次侧主图案或者所述二次侧子图案产生式1所示的激发电压V,
在第1一次侧子图案或者所述第1一次侧主图案检测式1所示的第1激发电压Vs,并且在第2一次侧子图案或者所述第2一次侧主图案检测式1所示的第2激发电压Vc,
使所述第2激发电压Vc进行90度移相之后与所述第1激发电压Vs进行合成,导出式1所示的合成电压Vg,
在所述合成电压Vg中,使励磁位置α跟随位置位移X,以使得B=0,从而作为检测位置而求出α=X,
[式1]
Ia=-I·cos(kα)·sin(ωt)
Ib=I·sin(kα)·sin(ωt)
V=A·sin(ωt)
其中,A=Km·I·sin(k(X-α))
Vs=B·sinθ·sin(ωt)
Vc=B·cosθ·sin(ωt)
其中,B=Ks·A=Ks·Km·I·sin(k(X-α))
Vg=B·cos(ωt-θ)
I:励磁电流的大小
k:2π/p
p:二次侧主图案或者二次侧子图案的1间距的长度或者角度
ω:励磁电流的角频率
t:时刻
α:励磁位置
X:二次侧主图案或者二次侧子图案的位置位移
Km:一次侧主图案与二次侧主图案之间的耦合系数
Ks:一次侧子图案与二次侧子图案之间的耦合系数
θ:二次侧主图案或者二次侧子图案的位置(角度)。
发明效果
根据本发明,不需要旋转变压器,因此能够小型化并且不产生干扰误差。
附图说明
图1是示出作为本发明的电磁感应式位置检测器以及检测方法的实施方式而示出电磁感应式位置检测器的一次侧线圈图案与二次侧线圈图案的一例的俯视图。
图2是示出图1所示的二次侧线圈图案的在转子处的结构的俯视图。
图3是示出用于图1、图2所示的一次侧线圈图案与二次侧线圈图案的电路结构的图。
图4是说明作为电磁感应式位置检测器的直线标尺的原理的图,(a)是并列地示出直线标尺的游标与标尺的图,(b)是示出游标与标尺的电磁耦合度的图。
图5是示出作为电磁感应式位置检测器的旋转标尺的转子的俯视图。
图6是示出作为电磁感应式位置检测器的绝对值旋转标尺的转子中的二次侧线圈图案的俯视图。
具体实施方式
参照图1~图3,说明本发明的电磁感应式位置检测器以及检测方法的实施方式。此外,在这里,以旋转标尺为例而进行说明,但本发明也能够应用于直线标尺。
(实施例1)
图1是示出成为本实施例的电磁感应式位置检测器的旋转标尺的一次侧线圈图案与二次侧线圈图案的一例的俯视图。另外,图2是示出图1所示的二次侧线圈图案的在转子处的结构的俯视图。另外,图3是示出用于图1、图2所示的一次侧线圈图案与二次侧线圈图案的电路结构的图。
最初,参照上述图5以及图6,说明检测旋转角度的绝对值(绝对角度)的绝对值旋转标尺。此外,图6相当于图5的由单点划线包围的区域。
在绝对值旋转标尺的转子处,如图6中示出其一部分的那样,作为成为二次侧线圈图案的标尺线圈,形成有由锯齿状地折返成梳形的、间距(重复周期)不同的平面线圈图案构成的主图案55和子图案56,它们形成为在同一平面内的整周上整体形成为圆环状。分别与这样的主图案55、子图案56对应地,在定子处,作为成为一次侧线圈图案的游标线圈,也形成有由锯齿状地折返成梳形的、间距不同的平面线圈图案构成的主图案和子图案,它们形成为在同一平面内的整周上整体形成为圆环状(省略图示)。
并且,构成为以构成转子侧的标尺线圈的主图案55和子图案56以及构成定子侧的游标线圈的主图案和子图案分别相对的方式将转子与定子相对配置。
位置检测(角度检测)的原理如上所述,能够根据从主图案侧与子图案侧分别得到的检测角度之差,求出转子的绝对角度。此时,将从主图案侧与子图案侧分别得到的电压如上所述地经由旋转变压器从转子侧传递到定子侧,但该旋转变压器的存在阻碍了旋转标尺的小型化。
本申请发明人在锐意研究后判明,在具有主图案和子图案的绝对值旋转标尺中,分别进行利用主图案的检测和利用子图案的检测,因此一方的图案成为未使用的状态,能够代替旋转变压器而利用未使用的图案来进行信号传递。即,判明在利用主图案进行检测时,能够使用子图案从转子侧向定子侧传递信号,在利用子图案进行检测时,能够使用主图案从转子侧向定子侧传递信号。
然而,在保持图6所示的主图案和子图案的结构的状态下,难以利用未使用的一方的图案来进行信号传递,因此将主图案和子图案的结构设成图1所示的结构。
具体来说,如图1所示,转子12(二次侧板部件)侧的标尺图案17由主图案部17a(二次侧主图案)、子图案部17b(二次侧子图案)以及多条连接线17c构成,所述主图案部17a由具有多个梳形电极的平面线圈图案构成,所述子图案部17b由间距与主图案部17a不同的具有多个梳形电极的平面线圈图案构成。主图案部17a以及子图案部17b的梳形电极的部分都锯齿状地折返成“コ”字形,关于梳形电极的间距(1个梳形电极的角度),在这里,使子图案部17b的较小(间距Pa>间距Pb)。
关于标尺图案17的图案形状,主图案部17a以现有的主图案作为基础,子图案部17b也以现有的子图案作为基础,分别通过连接线17c将并列地配置的主图案部17a与子图案部17b的相邻的梳形电极(以往是“コ”字形的部分)彼此连接,从而将整体设为一条环路(一笔画成的线)。此外,在图1中,为便于参考,用符号17d表示以往存在的图案的部分(表示成点的部分)。
如上所述,主图案部17a的间距Pa与子图案部17b的间距Pb不同,因此一部分连接线17c与主图案部17a的线以及子图案部17b的线一起配置成一条直线状地相连接,但大量的连接线17c相对于主图案部17a的线以及子图案部17b的线倾斜地配置而相连接。
另外,定子11(一次侧板部件)侧的游标图案也与以往同样地,构成为具有与转子12侧的主图案部17a对应并且由具有多个梳形电极的平面线圈图案构成的第1主图案13(第1一次侧主图案)和第2主图案14(第2一次侧主图案)以及与转子12侧的子图案部17b对应并且由间距与第1主图案13和第2主图案14不同的具有多个梳形电极的平面线圈图案构成的第1子图案15(第1一次侧子图案)和第2子图案16(第2一次侧子图案)。第1主图案13和第2主图案14以及第1子图案15和第2子图案16并列配置。并且,第1主图案13和第1子图案15成为第1一次侧线圈,第2主图案14和第2子图案16成为第2一次侧线圈。
另外,以主图案部17a的1间距为基准,第1主图案13与第2主图案14的位置错开1/4间距(相位错开90度),以子图案部17b的1间距为基准,第1子图案15与第2子图案16的位置错开1/4间距(相位错开90度)。
并且,与以往同样地,以转子12侧的标尺图案17的主图案部17a与定子11侧的第1主图案13和第2主图案14相对的方式,并且以转子12侧的标尺图案17的子图案部17b与定子11侧的第1子图案15和第2子图案16相对的方式,将转子12与定子11相对配置。
上述标尺图案17、游标图案例如分别能够使用印刷基板来制作,但构成游标图案的第1主图案13和第2主图案14与第1子图案15和第2子图案16是相分离的图案,单独地进行布线,因此进而也可以使用印刷基板来单独地制作。
在图1中,为了使图简化,将整体的形状设为直线状,将长度缩短地进行图示,但在旋转标尺中,如在图2中示出其一部分那样,以与圆形状的转子12的形状相符合地整体形成为圆环状的方式形成定子图案17。关于游标图案也一样。此外,如果不是旋转标尺而是直线标尺,则也可以是图1所示的形状。
通过将转子12侧的标尺图案17设成图1、图2所示的结构,与以往不同,完全不需要旋转变压器。因此,能够减小转子的直径,其结果是,能够使旋转标尺整体小型化。另外,由于没有旋转变压器,因此自身不会产生干扰误差。
接下来,参照图3,说明上述标尺图案17中采用的电路结构。此外,在图3中,为了方便,图示为标尺图案17在端部切断,但实际上在连接点L处连接而成为一条环路。
本实施例的旋转标尺如上所述,在定子11侧具有第1主图案13和第2主图案14以及第1子图案15和第2子图案16,在转子12侧具有由主图案部17a与子图案部17b构成的标尺图案17。
另外,本实施例的旋转标尺具有对第1主图案13供给交流的励磁电流的SIN驱动电路21、对第2主图案14供给与SIN驱动电路21不同的交流的励磁电流的COS驱动电路22、利用第1主图案13检测标尺图案17的激发电压的SIN拾取电路23、利用第2主图案14检测标尺图案17的激发电压的COS拾取电路24以及进行它们的切换的开关部25。
另外,本实施例的旋转标尺具有对第1子图案15供给交流的励磁电流的SIN驱动电路31、对第2子图案16供给与SIN驱动电路31不同的交流的励磁电流的COS驱动电路32、利用第1子图案15检测标尺图案17的激发电压的SIN拾取电路33、利用第2子图案16检测标尺图案17的激发电压的COS拾取电路34以及进行它们的切换的开关部35。
通过开关部25,选择SIN驱动电路21及COS驱动电路22与SIN拾取电路23及COS拾取电路24中的某一方。具体来说,在供给励磁电流时(驱动模式时),通过开关部25选择SIN驱动电路21和COS驱动电路22,并将SIN驱动电路21和COS驱动电路22分别与第1主图案13和第2主图案14电连接。另外,在检测激发电压时(拾取模式时),通过开关部25选择SIN拾取电路23和COS拾取电路24,并将SIN拾取电路23和COS拾取电路24分别与第1主图案13和第2主图案14电连接。
同样地,也通过开关部35选择SIN驱动电路31及COS驱动电路32与SIN拾取电路33及COS拾取电路34中的某一方。具体来说,在供给励磁电流时(驱动模式时),通过开关部35选择SIN驱动电路31和COS驱动电路32,并将SIN驱动电路31和COS驱动电路32分别与第1子图案15和第2子图案16电连接。另外,在检测激发电压时(拾取模式时),通过开关部35选择SIN拾取电路33和COS拾取电路34,并将SIN拾取电路33和COS拾取电路34分别与第1子图案13和第2子图案14电连接。
进而,当通过开关部25选择SIN驱动电路21和COS驱动电路22时,通过开关部35选择SIN拾取电路33和COS拾取电路34。另一方面,当通过开关部35选择SIN驱动电路31和COS驱动电路32时,通过开关部25选择SIN拾取电路23和COS拾取电路24。
即,当从通过开关部25选择的SIN驱动电路21和COS驱动电路22向第1主图案13和第2主图案14分别供给励磁电流时,通过所供给的励磁电流而在标尺图案17的主图案部17a激发的激发电压经由其子图案部17b向第1子图案15和第2子图案16传递,通过由开关部35选择的SIN拾取电路33和COS拾取电路34分别检测激发电压。将这称为“主图案励磁-子图案检测”。
同样地,当从通过开关部35选择的SIN驱动电路31和COS驱动电路32向第1子图案15和第2子图案16分别供给励磁电流时,通过所供给的励磁电流而在标尺图案17的子图案部17b激发的激发电压经由其主图案部17a向第1主图案13和第2主图案14传递,通过由开关部25选择的SIN拾取电路23和COS拾取电路24分别检测激发电压。将这称为“子图案励磁-主图案检测”。
关于这样的控制以及以下所示的运算,通过运算控制装置20来进行控制、运算。
接下来,在下面说明本实施例的旋转标尺的绝对位置(绝对角度)的控制、运算。在这里,对“主图案励磁-子图案检测”进行说明,但在“子图案励磁-主图案检测”的情况下也进行同样的控制、运算即可。
(步骤1)
从通过开关部25选择的SIN驱动电路21和COS驱动电路22向第1主图案13和第2主图案14分别供给励磁电流。基本上与以往同样地,使上述式(1)所示的第1励磁电流Ia流到第1主图案13,使上述式(2)所示的第2励磁电流Ib流到第2主图案14。这样一来,通过第1主图案13和第2主图案14与标尺图案17的主图案部17a之间的电磁感应,在主图案部17a,与上述式(3)同样地产生下述式(5)所示的激发电压V。
V=A·sin(ωt)…(5)
其中,A=Km·I·sin(k(X-α)),“Km”是依赖于第1主图案13和第2主图案14与标尺图案17的主图案部17a之间的间隙g等的耦合的强度的耦合系数。
(步骤2)
由于在标尺图案17的主图案部17a激发的激发电压V,电流流过其子图案部17b,被该电流励磁而在第1子图案15和第2子图案16处分别产生激发电压。通过由开关部35选择的SIN拾取电路33和COS拾取电路34分别检测这些激发电压,如果将通过SIN拾取电路33在第1子图案15检测的激发电压设为Vs,将通过COS拾取电路34在第2子图案16检测的激发电压设为Vc,则能够如下述式(6)、(7)所示地表示。
Vs=B·sinθ·sin(ωt)…(6)
Vc=B·cosθ·sin(ωt)···(7)
其中,B=Ks·A=Ks·Km·I·sin(k(X-α)),“Ks”是依赖于标尺图案17的子图案部17b与第1子图案15和第2子图案16之间的间隙g等的耦合的强度的耦合系数。另外,“θ”是标尺图案17的位置(角度)。
(步骤3)
在运算控制装置20中,通过在运算控制装置20内设置的移相电路(省略图示)使激发电压Vc进行90度移相。这样一来,激发电压Vc能够通过下述式(8)来表示。
Vc=B·cosθ·cos(ωt)…(8)
(步骤4)
如果将上述式(6)所示的激发电压Vs与上述式(8)所示的激发电压Vc合成,则关于合成电压Vg,能够导出下述式(9)。
Vg=B·sinθ·sin(ωt)+B·cosθ·cos(ωt)=B·cos(ωt-θ)···(9)
(步骤5)
在上述式(9)中,如果以使得B=0的方式进行控制,即在B=Ks·A=Ks·Km·I·sin(k(X-α))中,以使励磁位置α跟随位置位移X而使得B=0的方式进行控制,从而作为检测位置而求出α=X,由此,求出标尺图案17的主图案部17a的主位置Xm。
关于“子图案励磁-主图案检测”,也进行与上述步骤1~5同样的控制、运算,从而求出标尺图案17的子图案部17b的子位置Xs。
然后,能够根据主位置Xm与子位置Xs之差,求出转子11的绝对位置(绝对角度)。
此外,在这里,例示了旋转标尺的情况,但在直线标尺的情况下,能够简化电路结构(特别是布线)。
产业利用性
本发明能够应用于标尺、编码器、磁传感器及电磁传感器等。
标号说明
11定子
12转子
13第1主图案
14第2主图案
15第1子图案
16第2子图案
17标尺图案
17a主图案部
17b子图案部
20运算控制装置
21、31SIN驱动电路
22、32COS驱动电路
23、33SIN拾取电路
24、34COS拾取电路
25、35开关部。
Claims (5)
1.一种电磁感应式位置检测器,利用电磁感应来检测位置,其特征在于,
具有:一次侧板部件,具有由间距相互不同的梳形电极的平面线圈图案构成的一次侧主图案和一次侧子图案;
二次侧板部件,具有由间距相互不同的梳形电极的平面线圈图案构成的二次侧主图案和二次侧子图案,并且分别将所述二次侧主图案与所述二次侧子图案的相邻的所述梳形电极彼此连接,使所述二次侧主图案与所述二次侧子图案形成一条环路;以及
控制部,控制所述一次侧主图案与所述一次侧子图案的切换,对所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案中的某一方供给励磁电流,并且检测从另一方流到所述二次侧主图案或者所述二次侧子图案的激发电压,
以使所述一次侧主图案及所述一次侧子图案与所述二次侧主图案及所述二次侧子图案分别相对的方式,将所述一次侧板部件与二次侧板部件相对配置,
所述控制部在对所述一次侧主图案供给所述励磁电流时,利用所述一次侧子图案经由所述二次侧子图案来检测通过所述一次侧主图案的所述励磁电流激发的所述二次侧主图案的激发电压,
所述控制部在对所述一次侧子图案供给所述励磁电流时,利用所述一次侧主图案经由所述二次侧主图案来检测通过所述一次侧子图案的所述励磁电流激发的所述二次侧子图案的激发电压。
2.根据权利要求1所述的电磁感应式位置检测器,其特征在于,
所述控制部具备:
驱动电路,对所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案供给励磁电流;
拾取电路,利用所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案,检测流到所述二次侧主图案或者所述二次侧子图案的激发电压;以及
开关部,将所述驱动电路切换到所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案中的某一方,并且将所述拾取电路切换到所述一次侧主图案或者所述一次侧子图案中的另一方,
所述控制部在对所述一次侧主图案供给所述励磁电流时,通过所述开关部将所述驱动电路切换到所述一次侧主图案,并且将所述拾取电路切换到所述一次侧子图案,利用所述一次侧子图案经由所述二次侧子图案来检测通过所述励磁电流激发的所述二次侧主图案的激发电压,
所述控制部在对所述一次侧子图案供给所述励磁电流时,通过所述开关部将所述驱动电路切换到所述一次侧子图案,并且将所述拾取电路切换到所述一次侧主图案,利用所述一次侧主图案经由所述二次侧主图案来检测通过所述励磁电流激发的所述二次侧子图案的激发电压。
3.根据权利要求1或2所述的电磁感应式位置检测器,其特征在于,
在采用具有转子和定子的旋转型的电磁感应式位置检测器的情况下,
将所述一次侧板部件作为所述定子,以整体形成为圆环状的方式分别形成所述一次侧主图案和所述一次侧子图案,
将所述二次侧板部件作为所述转子,以整体形成为圆环状的方式形成所述二次侧主图案和所述二次侧子图案。
4.根据权利要求1或2所述的电磁感应式位置检测器,其特征在于,
在采用具有游标和标尺的直线型的电磁感应式位置检测器的情况下,
将所述一次侧板部件作为所述游标,以整体形成为直线状的方式分别形成所述一次侧主图案和所述一次侧子图案,
将所述二次侧板部件作为所述标尺,以整体形成为直线状的方式形成所述二次侧主图案和所述二次侧子图案。
5.一种电磁感应式位置检测方法,利用权利要求1至4中的任一项所述的电磁感应式位置检测器,所述电磁感应式位置检测方法的特征在于,
所述一次侧主图案由第1一次侧主图案以及使相位从所述第1一次侧主图案偏移90度地配置的第2一次侧主图案构成,
所述一次侧子图案由第1一次侧子图案以及使相位从所述第1一次侧子图案偏移90度地配置的第2一次侧子图案构成,
所述控制部,
对所述第1一次侧主图案或者第1一次侧子图案供给式1所示的第1励磁电流Ia,并且对所述第2一次侧主图案或者第2一次侧子图案供给式1所示的第2励磁电流Ib,
在所述二次侧主图案或者所述二次侧子图案产生式1所示的激发电压V,
在第1一次侧子图案或者所述第1一次侧主图案检测式1所示的第1激发电压Vs,并且在第2一次侧子图案或者所述第2一次侧主图案检测式1所示的第2激发电压Vc,
使所述第2激发电压Vc进行90度移相之后与所述第1激发电压Vs进行合成,导出式1所示的合成电压Vg,
在所述合成电压Vg中,使励磁位置α跟随位置位移X,以使得B=0,从而作为检测位置而求出α=X,
[式1]
Ia=-I·cos(kα)·sin(ωt)
Ib=I·sin(kα)·sin(ωt)
V=A·sin(ωt)
其中,A=Km·I·sin(k(X-α))
Vs=B·sinθ·sin(ωt)
Vc=B·cosθ·sin(ωt)
其中,B=Ks·A=Ks·Km·I·sin(k(X-α))
Vg=B·cos(ωt-θ)
I:励磁电流的大小
k:2π/p
p:二次侧主图案或者二次侧子图案的1间距的长度或者角度
ω:励磁电流的角频率
t:时刻
α:励磁位置
X:二次侧主图案或者二次侧子图案的位置位移
Km:一次侧主图案与二次侧主图案之间的耦合系数
Ks:一次侧子图案与二次侧子图案之间的耦合系数
θ:二次侧主图案或者二次侧子图案的位置(角度)。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107482997A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-15 | 黄山市雅龙智能科技有限公司 | 一种太阳能光伏板装置 |
CN112735298A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-04-30 | 浙江师范大学 | 一种车轮警示灯 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6029724B1 (ja) * | 2015-09-16 | 2016-11-24 | 三菱重工工作機械株式会社 | ロータリ形スケール |
JP7118627B2 (ja) * | 2017-12-01 | 2022-08-16 | 株式会社ミツトヨ | 電磁誘導式位置検出装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1121608A (zh) * | 1994-07-18 | 1996-05-01 | 株式会社华康 | 位置检测装置及其所用的位置指示器 |
JP2005249730A (ja) * | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Niles Co Ltd | 電磁誘導型変位センサ |
CN102223046A (zh) * | 2010-04-19 | 2011-10-19 | 爱三工业株式会社 | 位置传感器 |
JP2011226877A (ja) * | 2010-04-19 | 2011-11-10 | Aisan Ind Co Ltd | 位置センサ |
US20130226510A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Electromagnetic induction type position detector |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11223505A (ja) * | 1997-12-03 | 1999-08-17 | Mitsutoyo Corp | 誘導型位置測定装置 |
JP3046959B1 (ja) * | 1998-12-11 | 2000-05-29 | 三菱重工業株式会社 | 電磁誘導式の位置検出器 |
US6605939B1 (en) * | 1999-09-08 | 2003-08-12 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Inductive magnetic saturation displacement sensor |
JP3806358B2 (ja) | 2002-02-27 | 2006-08-09 | 株式会社ミツトヨ | 誘導型位置トランスデューサ |
FR2868526B1 (fr) * | 2004-04-06 | 2007-04-20 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Capteur de position d'un actionneur de soupape d'un moteur a combustion interne |
ES2553890T3 (es) * | 2008-03-26 | 2015-12-14 | Elmos Semiconductor Ag | Sensor de posición inductivo |
US8710829B2 (en) * | 2009-06-19 | 2014-04-29 | Minebea Co., Ltd. | Sheet coil type resolver |
JP5275944B2 (ja) * | 2009-08-20 | 2013-08-28 | ミネベア株式会社 | シートコイル型レゾルバ |
JP5249278B2 (ja) * | 2010-04-19 | 2013-07-31 | 愛三工業株式会社 | 位置センサ |
JP5341832B2 (ja) * | 2010-07-08 | 2013-11-13 | 愛三工業株式会社 | 回転位置センサ |
JP5803428B2 (ja) * | 2011-08-25 | 2015-11-04 | 株式会社ジェイテクト | 回転センサ、及び回転角検出装置 |
US9528858B2 (en) * | 2012-11-13 | 2016-12-27 | Semiconductor Components Industries, Llc | Inductive sensor |
-
2013
- 2013-12-18 JP JP2013261273A patent/JP6147658B2/ja active Active
-
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- 2014-10-16 US US15/026,435 patent/US9709423B2/en active Active
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1121608A (zh) * | 1994-07-18 | 1996-05-01 | 株式会社华康 | 位置检测装置及其所用的位置指示器 |
JP2005249730A (ja) * | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Niles Co Ltd | 電磁誘導型変位センサ |
CN102223046A (zh) * | 2010-04-19 | 2011-10-19 | 爱三工业株式会社 | 位置传感器 |
JP2011226877A (ja) * | 2010-04-19 | 2011-11-10 | Aisan Ind Co Ltd | 位置センサ |
US20130226510A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Electromagnetic induction type position detector |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107482997A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-15 | 黄山市雅龙智能科技有限公司 | 一种太阳能光伏板装置 |
CN107482997B (zh) * | 2017-08-24 | 2018-06-22 | 中腾微网(北京)科技有限公司 | 一种太阳能光伏板装置 |
CN112735298A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-04-30 | 浙江师范大学 | 一种车轮警示灯 |
CN112735298B (zh) * | 2021-02-04 | 2022-03-25 | 浙江师范大学 | 一种车轮警示灯 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6147658B2 (ja) | 2017-06-14 |
US20160216134A1 (en) | 2016-07-28 |
US9709423B2 (en) | 2017-07-18 |
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