CN109870176A

CN109870176A - 电磁感应型位置检测器

Info

Publication number: CN109870176A
Application number: CN201811293662.7A
Authority: CN
Inventors: 田原智弘
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: US10571306B2; US20190170538A1; DE102018008974A1; CN109870176B; JP2019100840A; JP7118627B2

Abstract

提供一种电磁感应型位置检测器，其能够减轻设计规则限制、检测绝对位置信号，并使检测器相对于分度基板在预定方向上的位置的分辨率更高。电磁感应型位置检测器包括具有多个分度线圈的标尺、传输单元和接收单元的头部，和控制单元。多个分度线圈中的每一个包括以间距L1布置的传输分度、以与间距L1不同的间距L0布置的接收分度，和连接单元。传输单元包括由多个传输线圈构成的三个传输线圈组，每个传输线圈以间距L1布置，传输线圈组被布置使得相邻的传输线圈组具有预定相位差。接收单元包括由多个接收线圈构成的三个接收线圈组，每个接收线圈以间距L0布置，并且接收线圈组被布置使得相邻的接收线圈组具有与三个传输线圈组的相位差完全相同的相位差。

Description

电磁感应型位置检测器

技术领域

本发明涉及电磁感应型位置检测器。

背景技术

在现有技术中，已知一种电磁感应型位置检测器，这种位置检测器包括具有沿着预定方向以预定间距布置的分度线圈的板状分度基板以及具有被提供成面向分度线圈的传输线圈和接收线圈的检测器。电磁感应型位置检测器例如用于卡尺、指示器、线性标尺、千分尺等。通过驱动(激励)传输线圈，电磁感应型位置检测器经由分度线圈利用接收线圈检测具有与分度线圈的间距相同周期的正弦波信号(信号)。电磁感应型位置检测器根据检测到的信号计算检测器相对于标尺基板在预定方向上的位置。

例如，在专利文献1中，电磁感应型编码器(电磁感应型位置检测器)包括具有标尺线圈(分度线圈)的标尺(分度线圈)以及具有传输线圈和接收线圈的头部(检测器)。在这种电磁感应型编码器中，通过使用通过堆叠多个基板而形成的多层基板构成标尺线圈、传输线圈以及接收线圈。

在这里，已知增量方法(INC方法)和绝对方法(ABS方法)作为通过使用电磁感应型编码器计算头部相对于标尺在预定方向上的位置的方法。

INC方法是这样一种方法，其中通过连续检测以恒定间距布置的标尺的增量分度线圈(INC分度线圈)并对通过的INC分度线圈中的线圈数进行向上计数或向下计数来计算相对位置。然而，INC方法的问题在于，不能获取头部相对于标尺在预定方向上的绝对位置。

相反，ABS方法是这样一种方法，其中通过利用头部在适当的定时检测随机布置在标尺上的绝对分度线圈(ABS分度线圈)并分析检测到的信号来检测绝对位置。在ABS方法中，有可能获取头部相对于标尺在预定方向上的绝对位置。然而，ABS方法的问题在于，虽然可以获取绝对位置，但是仅有可能获取分辨率低于INC方法的位置信息。

为了解决这种问题，例如，专利文献2提出了一种使用INC方法和ABS方法两者的计算方法的编码器(电磁感应型位置检测器)。编码器使用具有增量轨道(INC轨道)和绝对轨道(ABS轨道)的双轨型标尺，其中增量轨道包括INC图案(INC分度线圈)并且绝对轨道包括ABS图案(ABS分度线圈)。然后，通过检测器头部(检测器)检测INC图案和ABS图案，并且基于每个图案计算位置信息。

这种编码器将从INC图案计算出的相对位置与从ABS图案计算出的绝对位置进行比较。接下来，编码器将相对位置和绝对位置组合，以计算头部相对于标尺在预定方向上的位置，通过比较相对位置与绝对位置来验证检测误差，并通过使用绝对位置来校正相对位置。

在期望通过使用INC方法和ABS方法计算头部相对于标尺在预定方向上的更高分辨率位置的情况下，可以想到电磁感应型编码器可以配置要检测的信号的更短的周期。特别地，在电磁感应型编码器中，例如，通过将标尺线圈、传输线圈以及接收线圈的间距配置为小，可以将信号的周期配置为短。

引文列表

专利文献

专利文献1：JP 2000-180209A

专利文献2：JP 2013-79915A

发明内容

技术问题

但是，在这种电磁感应型编码器中，在标尺线圈、传输线圈以及接收线圈的间距被配置为小的情况下，标尺和头部的设计规则成为问题。

在这里，设计规则是制造中的物理限制，这是由于例如在其上形成标尺线圈、传输线圈以及接收线圈的基板的尺寸。

即，在标尺线圈、传输线圈以及接收线圈的间距形成为小的情况下，例如，连接多层基板的基板的通孔等的间距也减小，并且形成多个彼此接触或彼此重叠的通孔等。在多个通孔等彼此接触或彼此重叠地形成的情况下，存在头部不能检测到正常信号的问题。

本发明的目的是提供一种电磁感应型位置检测器，该位置检测器能够在检测绝对位置信号的同时减轻设计规则限制，并且使检测器相对于分度基板在预定方向上的位置的分辨率更高。

对问题的解决方案

本发明的电磁感应型位置检测器涉及一种电磁感应型位置检测器，包括：分度基板，该分度基板为板状并且包括沿着预定方向布置的多个分度线圈；检测器，包括被提供成面向多个分度线圈的传输单元和接收单元；以及控制单元，被配置为通过驱动传输单元，基于由接收单元经由多个分度线圈检测到的信号的变化来计算检测器相对于分度基板在预定方向上的位置；其中多个分度线圈中的每一个包括：传输分度，其面向传输单元沿着预定方向以预定间距布置；接收分度，其面向接收单元沿着预定方向以不同于传输分度的间距的间距布置；以及连接单元，用于连接传输分度和接收分度；传输单元包括：多个传输线圈组，沿着预定方向布置，使得相邻的传输线圈组具有预定的相位差；以及多个传输线圈，沿着预定方向以传输分度的间距的整数倍的间距布置，构成多个传输线圈组中的每一个；接收单元包括：多个接收线圈组，沿着预定方向布置，使得相邻的接收线圈组具有与多个传输线圈组的相位差完全相同的相位差；以及多个接收线圈，沿着预定方向以接收分度的间距的整数倍的间距布置，构成多个接收线圈组中的每一个；并且控制单元被配置为：依次独立驱动多个传输线圈组，并基于由多个接收线圈组(每个接收线圈组按照驱动多个传输线圈组的次序检测用于多个传输线圈组中的每一个的信号)检测到的多个信号生成计算检测器相对于分度基板的绝对位置的绝对位置信号和计算检测器相对于分度基板的相对位置的相对位置信号，并且基于绝对位置信号和相对位置信号来计算检测器相对于分度基板在预定方向上的位置。

根据如上所述的本发明，在电磁感应型位置检测器中，例如，可以布置三个传输线圈组，使得相邻的传输线圈组具有预定的相位差，并且可以布置三个接收线圈组，使得相邻的接收线圈组具有预定的相位差。利用这种布置，在三个传输线圈组被依次独立驱动的情况下，总共九个信号可以被三个接收线圈组检测，每个接收线圈组按照驱动三个传输线圈组的次序检测用于三个传输线圈组中的每一个的信号。

在这里，这九个信号是通过组合绝对位置信号和相对位置信号而获得的信号。因而，通过利用预定操作分析这九个检测信号，电磁感应型位置检测器可以生成绝对位置信号和相对位置信号。控制单元可以基于所生成的绝对位置信号和相对位置信号来计算检测器相对于分度基板在预定方向上的位置。

此外，由九个检测信号生成的相对位置信号是比由包括一个传输线圈组和一个接收线圈组的电磁感应型位置检测器检测到的相对位置信号更高分辨率的相对位置信号。

即，电磁感应型位置检测器的分度线圈提供有具有预定间距的传输分度和具有与传输分度的间距不同的间距的接收分度，并且检测器由多个传输线圈组和多个接收线圈组构成，其中多个传输线圈组被布置成使得相邻的传输线圈组具有预定的相位差并且多个接收线圈组被布置成使得相邻的接收线圈组具有预定的相位差，多个传输线圈以传输分度的间距的整数倍的间距布置，并且多个接收线圈以接收分度的间距的整数倍的间距布置。这种配置允许生成具有比传输线圈和接收线圈的间距短的周期的相对位置信号。

电磁感应型位置检测器可以在不改变传输线圈和接收线圈的间距的情况下生成高分辨率的相对位置信号。

因而，由于电磁感应型位置检测器可以检测绝对位置信号并且可以检测高分辨率相对位置信号而无需将分度线圈、传输线圈以及接收线圈的间距配置得更小，因此有可能减轻设计规则限制、检测绝对位置信号，并使检测器相对于分度基板在预定方向上的位置的分辨率更高。

在这个时候，优选的是多个传输线圈沿着预定方向以与传输分度的间距完全相同的间距布置，并且多个接收线圈沿着预定方向以与接收分度的间距完全相同的间距布置。

在这里，虽然在例如传输线圈以三倍于传输分度的间距的间距布置并且接收线圈以三倍于接收分度的间距的间距布置的情况下电磁感应型位置检测器通过驱动传输线圈使用接收线圈经由分度线圈(传输分度、接收分度以及连接单元)检测具有与分度线圈的间距相同周期的信号，但是存在电磁感应型位置检测器的检测效率可能降低的问题。

特别地，由于在例如传输线圈以三倍于传输分度的间距的间距布置并且接收线圈以三倍于接收分度的间距的间距布置的情况下传输线圈和接收线圈被布置成使得其中磁场方向为正的线圈和方向为负的线圈沿着预定方向交替，因此三个分度线圈(传输分度、接收分度以及连接部分)布置成面向包括正线圈和负线圈的两个线圈。

例如，三个分度线圈中的一个面向正线圈并且另一个分度线圈面向负线圈，但是中心分度线圈面向正线圈和负线圈两者。为此，中心分度线圈受到正线圈和负线圈两者的影响，并且信号彼此抵消，使得无法检测到信号。

因而，在传输线圈以传输分度的间距的整数倍的间距布置并且接收线圈以接收分度的间距的整数倍的间距布置的情况下，电磁感应型位置检测器的检测效率可能降低。

然而，根据本发明，由于多个传输线圈以与传输分度的间距完全相同的间距布置并且多个接收线圈以与接收分度的间距完全相同的间距布置，因此有可能防止由于信号抵消而具有降低的检测效率的分度线圈的出现。因而，与例如传输线圈以三倍于传输分度的间距的间距布置并且接收线圈以三倍于接收分度的间距的间距布置的情况相比，电磁感应型位置检测器可以防止检测效率的降低。

在这个时候，优选的是多个传输线圈沿着预定方向以两倍于传输分度的间距的间距布置，并且多个接收线圈沿着预定方向以两倍于接收分度的间距的间距布置。

根据这种配置，与多个传输线圈以与传输分度的间距相同的间距布置并且多个接收线圈以与接收分度的间距相同的间距布置的情况相比，通过以两倍于传输分度的间距的间距布置多个传输线圈并且以两倍于接收分度的间距的间距布置多个接收线圈，两倍的分度线圈被布置成面向多个传输线圈和多个接收线圈。因而，与其中多个传输线圈以与传输分度的间距相同的间距布置并且多个接收线圈以与接收分度的间距相同的间距布置的情况相比，电磁感应型检测器可以检测到具有大约两倍强度的信号。这允许高效地检测信号。

在这个时候，优选的是控制单元包括：驱动单元，被配置为依次独立驱动多个传输线圈组；检测器，被配置为利用多个接收线圈组检测多个信号，每个接收线圈组按照驱动多个传输线圈组的次序来检测用于多个传输线圈组中的每一个的信号；绝对位置信号生成单元，被配置为生成绝对位置信号，以基于这多个信号来计算检测器相对于分度基板的绝对位置；相对位置信号生成单元，被配置为生成相对位置信号，以基于这多个信号来计算检测器相对于分度基板的相对位置；以及计算单元，被配置为基于绝对位置信号和相对位置信号来计算检测器相对于分度基板在预定方向上的位置。

根据这种配置，在三个传输线圈组被布置成使得相邻的传输线圈组具有预定的相位差并且三个接收线圈组被布置成使得相邻的接收线圈组具有预定的相位差的情况下，例如，控制单元包括：驱动单元，被配置为依次独立驱动三个传输线圈组；以及检测单元，被配置为利用三个接收线圈组检测九个信号，每个接收线圈组按照驱动三个传输线圈组的次序检测用于三个传输线圈组中的每一个的信号。

另外，控制单元包括：绝对位置信号生成单元，被配置为利用预定操作从由检测单元检测到的九个信号生成绝对位置信号；以及相对位置信号生成单元，被配置为利用预定操作从由检测单元检测到的九个信号生成相对位置信号。这九个信号是通过组合绝对位置信号和相对位置信号而获得的信号。因而，绝对位置信号生成单元可以通过对九个信号执行预定操作来生成绝对位置信号，并且相对位置信号可以通过对九个信号执行预定操作来生成相对位置信号。此外，相对位置信号生成单元可以生成具有小于传输线圈和接收线圈的间距的周期的相对位置信号。

本发明的电磁感应型编码器是提供有本发明的电磁感应型位置检测器的电磁感应型编码器，该电磁感应型编码器包括：标尺，为板状并包括沿着预定方向布置的多个分度线圈；以及头部，包括被提供成面向多个分度线圈的传输单元和接收单元，其中控制单元被配置为基于绝对位置信号和相对位置信号来计算头部相对于标尺在预定方向上的位置。

根据这种配置，由于电磁感应型编码器提供有本发明的电磁感应型位置检测器，因此有可能减轻设计规则限制、检测绝对位置信号，并使检测器相对于分度基板在预定方向上的位置的分辨率更高。

附图说明

图1是图示根据本发明第一实施例的电磁感应型位置检测器的透视图。

图2是图示电磁感应型位置检测器的标尺的顶视图。

图3是图示电磁感应型位置检测器的头部的底视图。

图4是图示电磁感应型位置检测器的分度线圈、传输单元以及接收单元的示意图。

图5是图示电磁感应型位置检测器的控制单元的框图。

图6是图示电磁感应型位置检测器的检测方法的流程图。

图7A至图7C是图示由电磁感应型位置检测器的检测单元检测到的信号的曲线图。

图8A至图8B是图示电磁感应型位置检测器的相对位置信号和绝对位置信号的曲线图。

图9是图示根据本发明第二实施例的电磁感应型位置检测器的分度线圈、传输单元以及接收单元的示意图。

具体实施方式

第一实施例

下面将基于附图描述本发明的第一实施例。

电磁感应型位置检测器1由电磁感应型线性编码器使用，并在电磁感应型线性编码器内部提供。如图1中所示，电磁感应型位置检测器1包括标尺2和头部3，其中标尺2是板状分度基板并且头部3是提供成面向标尺2的检测器。

应当注意的是，在以下描述和附图中，存在头部3的移动(测量)方向(预定方向)(这是标尺2的纵向方向)被表示为X方向并且与X方向正交的标尺2的宽度方向被表示为Y方向的情况。

标尺2包括沿着X方向(预定方向)布置的多个分度线圈4。头部3包括面向分度线圈4的传输单元5和接收单元6。应当注意的是，在图1中，为了便于描述，头部3被示为由透明板状构件形成的头部。

通过沿着X方向相对移动标尺2和头部3并驱动传输单元5，电磁感应型位置检测器1基于由接收单元6经由分度线圈4检测到的信号变化来计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置。

图2是图示电磁感应型位置检测器的标尺的顶视图。

如图2中所示，标尺2由绝缘基板20形成，绝缘基板20由细长的玻璃环氧树脂制成。在绝缘基板20的沿着X方向面向头部3的一个表面上提供多个分度线圈4。

应当注意的是，绝缘基板20可以由诸如玻璃和硅之类的材料代替玻璃环氧树脂构成。

分度线圈4包括沿着X方向以预定间距布置并面向传输单元5(参见图1)的传输分度40、沿着X方向以不同于传输分度40的间距的间距布置并面向接收单元6(参见图1)的接收分度41，以及被配置为连接传输分度40和接收分度41的连接单元42。分度线圈4由线性导体构成，线性导体是具有低电阻的材料，诸如铝、铜以及金。

传输分度40以间距L1布置。接收分度41以间距L0布置，间距L0是与传输分度40的间距不同的间距。在这种情况下，间距L1被设置为大于间距L0的间距。

连接单元42被配置为将在图的上侧沿着Y方向布置的传输分度40与布置在图的下侧的接收分度41连接，以形成一个分度线圈4。连接单元42被配置为连接传输分度40和接收分度41，以形成没有断开部分的环形。

图3是图示电磁感应型位置检测器的头部的底视图。

如图3中所示，头部3由玻璃环氧树脂制成的绝缘基板30形成。绝缘基板30使用通过堆叠多个基板形成的多层基板构成传输单元5和接收单元6。应当注意的是，绝缘基板30可以由诸如玻璃和硅之类的材料代替玻璃环氧树脂构成。

传输单元5被配置为包括第一传输线圈组51、第二传输线圈组52以及第三传输线圈组53，它们形成多个传输线圈组，这些传输线圈组被布置成使得相邻的传输线圈组沿着X方向具有预定的相位差。从第一传输线圈组51到第三传输线圈组53的传输线圈组被布置成移位L1/6＝60度的相位差。

第一传输线圈组51由多个传输线圈511构成，第二传输线圈组52由多个传输线圈522构成，并且第三传输线圈组53由多个传输线圈533构成。多个传输线圈511、522以及533由多个基板的层构成，并在绝缘基板30上形成。

多个传输线圈511、522以及533以与传输分度40的间距L1相同(相同尺寸)的间距L1布置。为此，多个传输线圈511、522以及533沿着X方向以间距L1布置。多个传输线圈511、522以及533由线性导体构成，线性导体是具有低电阻的材料，诸如铝、铜以及金。

接收单元6被配置为包括第一接收线圈组61、第二接收线圈组62以及第三接收线圈组63，其形成由多个接收线圈611、622以及633构成的多个接收线圈组并且沿着X方向布置，以便移位与从第一传输线圈组51到第三传输线圈组53的传输线圈组的相位差相同的相位差。即，从第一接收线圈组61到第三接收线圈组63的接收线圈组被布置成移位L0/6＝60度的相位差。

第一接收线圈组61由多个接收线圈611构成，第二接收线圈组62由多个接收线圈组622构成，并且第三接收线圈组63由多个接收线圈633构成。多个接收线圈611、622以及633由多个基板的层构成，并在绝缘基板30上形成。

多个接收线圈611、622以及633以与接收分度41的间距L0相同(相同尺寸)的间距L0布置。为此，多个接收线圈611、622以及633沿着X方向以间距L0布置。多个传输线圈611、622以及633由线性导体构成，线性导体是具有低电阻的材料，诸如铝、铜以及金。

图4是图示电磁感应型位置检测器的分度线圈、传输单元以及接收单元的示意图。特别地，这个图图示了传输单元5和接收单元6之间关于分度线圈4的关系。

如图4中所示，标尺2的传输分度40被提供成面向头部3的传输单元5，并且传输分度40和多个传输线圈511、522以及533都以间距L1布置。

此外，标尺2的接收分度41被提供成面向头部3的接收单元6，并且接收分度41和多个接收线圈611、622以及633以间距L0布置。

图5是图示电磁感应型位置检测器的控制单元的框图。

如图5中所示，电磁感应型位置检测器1还包括控制单元7，控制单元7被配置为根据由接收单元6经由分度线圈4检测到的信号通过驱动传输单元5来计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置的变化；以及输出单元8，输出单元8被配置为将由控制单元7计算出的、头部3相对于标尺2在X方向上的位置输出到电磁感应型位置检测器1的外部。

控制单元7包括：驱动单元71，被配置为依次从第一传输线圈组51到第三传输线圈组53独立地驱动传输线圈组；检测单元72，被配置为按照驱动的次序利用从第一接收线圈组61到第三接收线圈组63的接收线圈组检测从第一传输线圈组51到第三传输线圈组53的每个传输线圈组的多个信号；绝对位置信号生成单元73，被配置为基于这多个信号生成绝对位置信号，用于计算头部3相对于标尺2的绝对位置；相对位置信号生成单元74，被配置为基于这多个信号生成相对位置信号，用于计算头部3相对于标尺2的相对位置；以及计算单元75，被配置为基于绝对位置信号和相对位置信号计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置。

例如，输出单元8被配置为在连接到电磁感应型位置检测器1的计算机的显示屏上输出并显示头部3相对于标尺2在X方向上的位置，该位置由控制单元7计算。应当注意的是，输出单元8可以不是显示屏等，并且可以是任何类型的单元，条件是可以输出由控制单元7计算的、头部3相对于标尺2在X方向上的位置。

图6是图示电磁感应型位置检测器的检测方法的流程图。此外，图7A至图7C是图示由电磁感应型位置检测器的检测单元检测到的信号的曲线图，并且图8A至图8B是图示电磁感应型位置检测器的相对位置信号和绝对位置信号的曲线图。

特别地，图7A是图示在驱动第一传输线圈组51的情况下检测到的第一信号的曲线图，图7B是图示在驱动第二传输线圈组52的情况下检测到的第二信号的曲线图，并且图7C是图示在驱动第三传输线圈组53的情况下检测到的第三信号的曲线图。此外，图8A是图示绝对位置信号的曲线图，图8B是图示相对位置信号的曲线图。

在下文中，将参考图6至图8A和图8B的图描述由控制单元7计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置的方法。

如图6中所示，首先，电磁感应型位置检测器1的控制单元7利用驱动单元71驱动第一传输线圈组51，并执行第一信号检测步骤，该步骤用于利用检测单元72经由从第一接收线圈组61到第三接收线圈组63的接收线圈组检测第一信号S00、S01以及S02(步骤ST1)。

特别地，如图7A中所示，在驱动单元71驱动第一传输线圈组51的情况下，检测单元72检测第一信号S00、S01以及S02，其中由第一接收线圈组61接收的信号是S00，由第二接收线圈组62检测到的信号是S01，并且由第三接收线圈组63检测到的信号是S02。

接下来，控制单元7利用驱动单元71驱动第二传输线圈组52，并执行第二信号检测步骤，该步骤利用检测单元72经由从第一接收线圈组61到第三接收线圈组63的接收线圈组检测第二信号S10、S11以及S12(步骤ST2)。

特别地，如图7B中所示，在驱动单元71驱动第二传输线圈组52的情况下，检测单元72检测第二信号S10、S11以及S12，其中由第一接收线圈组61接收的信号是S10，由第二接收线圈组62检测到的信号是S11，并且由第三接收线圈组63检测到的信号是S12。

接下来，控制单元7利用驱动单元71驱动第三传输线圈组53，并执行第三信号检测步骤，该步骤利用检测单元72经由从第一接收线圈组61到第三传输线圈组63的接收线圈组检测第三信号S20、S21以及S22(步骤ST3)。

特别地，如图7C中所示，在驱动单元71驱动第三传输线圈组53的情况下，检测单元72检测第三信号S20、S21以及S22，其中由第一接收线圈组61接收的信号是S20，由第二接收线圈组62检测到的信号是S21，并且由第三传输线圈组63检测到的信号是S22。

以这种方式，以时分方式驱动从第一传输线圈组51到第三传输线圈组53的传输线圈组。

通过执行步骤ST1至ST3，驱动单元71和检测单元72总共检测到九个信号，包括第一信号S00、S01以及S02，第二信号S10、S11以及S12，以及第三信号S20、S21以及S22。

这九个信号是通过组合周期为Lcoa(表达式1)的绝对位置信号和周期为Lfine(表达式2)的相对位置信号而获得的信号。为此，控制单元7可以通过利用操作分析这九个检测信号来计算绝对位置信号和相对位置信号。

[数学表达式1]

[数学表达式2]

在驱动单元71和检测单元72执行步骤ST1至ST3并检测到九个信号的情况下，如图6中所示，绝对位置信号生成单元73执行绝对位置信号生成步骤，以从这九个信号生成绝对位置信号(步骤ST4)。

特别地，绝对位置信号生成单元73对九个信号执行表达式3至5的运算。如图8A中所示，作为表达式3至5的操作的结果，绝对位置信号生成单元73生成绝对位置信号SC0、SC1以及SC2，每个信号由具有120度相位差的三个信号形成。

SC0＝S00+S11+S22 (3)

SC1＝-S01-S12+S20 (4)

SC2＝S02-S10-S21 (5)

此外，当驱动单元71和检测单元72执行步骤ST1至ST3并且检测到九个信号时，相对位置信号生成单元74执行相对位置信号生成步骤，以从这九个信号生成相对位置信号(步骤ST5)。

特别地，相对位置信号生成单元74对九个信号执行表达式6至8的运算。如图8B中所示，作为表达式6至8的操作的结果，相对位置信号生成单元74生成相对位置信号SF0、SF1以及SF2，每个信号由具有120度相位差的三个信号形成。

SF0＝S00-S12-S21 (6)

SF1＝-S01-S10+S22 (7)

SF2＝S02+S11+S20 (8)

在绝对位置信号生成单元73生成绝对位置信号SC0、SC1以及SC2并且相对位置信号生成单元74生成相对位置信号SF0、SF1以及SF2的情况下，如图6中所示，计算单元75执行计算步骤，用于计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置(步骤ST6)。

特别地，通过对相对位置信号SF0、SF1以及SF2执行表达式9的运算，计算单元75首先在相对位置PF信号SF0、SF1以及SF2中计算头部3相对于标尺2在X方向上的相对位置。

[数学表达式3]

接下来，通过对绝对位置信号SC0、SC1以及SC2执行表达式10的运算，计算单元75在绝对位置信号SC0、SC1以及SC2中计算头部3相对于标尺2在X方向上的绝对位置PC。

[数学表达式4]

在计算出相对位置PF和绝对位置PC之后，计算单元75将绝对位置PF与相对位置PC进行比较，并计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置Pos。特别地，计算单元75首先通过执行表达式11的运算来计算相位的编号N，以便在包括在相对位置PF中的多个相位中识别绝对位置PC对应的相位。应当注意的是，N是整数。

[数学表达式5]

接下来，在计算出相位的编号N之后，将相位的编号N与相对位置PF进行比较，并且通过表达式12的运算来计算相对位置PF中的绝对位置PC的相位PABS，以确定绝对PC在相对位置PF内的什么相位编号。

PABS＝PF+N (12)

头部3相对于标尺2在X方向上的位置Pos可以通过将Lfine乘以相对位置PF中的绝对位置PC的相位PABS来计算，如表达式13所绘出的。

Pos＝Lfine×PABS (13)

如图6中所示，在计算单元75执行计算步骤(步骤ST5)之后，控制单元7返回到第一信号检测步骤(步骤ST1)，并计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置。

在这里，由相对位置信号生成单元74生成的周期为Lfine(表达式2)的相对位置信号与多个传输线圈511、522以及533的间距L1具有由表达式14表示的关系，并且与多个接收线圈611、622以及633的间距L0具有由表达式15表示的关系。

Lfine<L1 (14)

Lfine<L0 (15)

然后，将表达式2的分子和分母除以多个接收线圈611、622以及633的间距L0，以获得表达式16。

[数学表达式6]

根据表达式16，在多个传输线圈511、522以及533的间距L1和多个接收线圈611、622以及633的间距L0是正数值的情况下，周期为Lfine(表达式2)的相对位置信号变为其周期比多个传输线圈511、522以及533的间距L1小的相对位置信号。

同样，对于多个接收线圈611、622以及633的间距L0，表达式2的分子和分母除以多个传输线圈511、522以及533的间距L1。在这种情况下，多个传输线圈511、522以及533的间距L1和多个接收线圈611、622以及633的间距L0是正数值，周期为Lfine(表达式2)的相对位置信号变为其周期比多个接收线圈611、622以及633的间距L0小的相对位置信号。

因而，通过对九个信号执行预定操作，相对位置信号生成单元74可以生成其周期比多个传输线圈511、522以及533的间距L1和多个接收线圈611、622以及633的间距L0小的相对位置信号。以这种方式，电磁感应型位置检测器1可以检测高分辨率的相对位置信号。

根据这个实施例，可以实现以下效果。

(1)绝对位置信号生成单元73可以通过对九个信号执行预定操作来生成绝对位置信号。

(2)相对位置信号生成单元74可以通过对九个信号执行预定操作来生成相对位置信号。

(3)相对位置信号生成单元74可以通过对九个信号执行预定操作来生成其周期比多个传输线圈511、522以及533的间距L1和多个接收线圈611、622以及633间距L0小的相对位置信号。

(4)由于电磁感应型位置检测器1可以检测绝对位置信号并检测高分辨率相对位置信号而无需将分度线圈4、多个传输线圈511、522以及533以及多个接收线圈611、622以及633的间距配置得更小，因此有可能减轻设计规则限制、检测绝对位置信号，并且使头部3相对于标尺2在预定方向上的位置的分辨率更高。

(5)由于多个传输线圈511、522以及533以与传输分度40的间距L1完全相同的间距L1布置，并且多个接收线圈611、622以及633以与接收分度41的间距L0完全相同的间距L0布置，因此有可能防止由于信号抵消而导致具有降低的检测效率的分度线圈的出现。因而，与例如传输线圈以三倍于传输分度的间距的间距布置并且接收线圈以以三倍于接收分度的间距的间距布置的情况相比，电磁感应型位置检测器1可以防止检测效率的降低。

第二实施例

下面将基于附图描述本发明的第二实施例。要注意的是，在以下描述中，已经描述的部分将被赋予相同的标号，并且将省略其描述。

除了分度线圈4A之外，本实施例的电磁感应型位置检测器1A的标尺2A具有与第一实施例的标尺2基本相同的配置。

如图4中所示，第一实施例的分度线圈4包括以间距L1布置的传输分度器40、以间距L0布置的接收分度41，以及连接传输分度40和接收分度41的连接单元42。

如图9中所示，本实施例的分度线圈4A与第一实施例的分度线圈的不同之处在于它包括以间距L3(该间距L3是间距L1的一半(L1/2))布置的传输分度40A、以间距L4(该间距L4是间距L0的一半(L0/2))布置的接收分度41A，以及连接传输分度40A和接收分度41A的连接单元42A。即，本实施例与第一实施例的不同之处在于，多个传输线圈511、522以及533沿着X方向以两倍于传输分度40A的间距L3的间距L1布置，并且多个接收线圈611、622以及633沿着X方向以两倍于接收分度41A的间距L4的间距L0布置。

由于传输分度40A以间距L3布置并且接收分度41A以间距L4布置，因此数量为布置在第一实施例的标尺2上的多个分度线圈4的两倍的多个分度线圈4A布置在标尺2A上。

与第一实施例的电磁感应型位置检测器1相比，通过增加布置在标尺2A上的分度线圈4A的数量，电磁感应型位置检测器1A可以将信号强度增加大约两倍。

同样在本实施例中，除了第一实施例中描述的(1)至(4)的效果之外，还可以实现以下效果。

(6)由于多个传输线圈511、522以及533以两倍于传输分度40A的间距L3的间距L1布置，并且多个接收线圈611、622以及633以两倍于接收分度41A的间距L4的间距L0布置，因此，与多个传输线圈511、522以及533以与传输分度40A相同的间距布置并且多个接收线圈611、622以及633以与接收分度41A相同的间距布置的情况相比，两倍的分度线圈4A被布置成面向多个传输线圈511、522以及533和多个接收线圈611、622以及633。因而，与第一实施例的电磁感应型位置检测器1相比，由于可以检测到具有大约两倍强度的信号，因此电磁感应型位置检测器1A可以高效地检测信号。

实施例的变化

要注意的是，本发明不限于前述实施例，并且落入可以实现本发明的目的的范围内的变体、改进等也包括在本发明内。

例如，虽然在上述实施例中电磁感应型位置检测器1和1A用于电磁感应型线性编码器，但电磁感应型位置检测器1和1A也可以用于电磁感应型旋转编码器。此外，电磁感应型位置检测器1和1A可以用作测量设备，诸如千分表(测试指示器)和千分尺。即，电磁感应型位置检测器关于可以使用它的测量设备的类型和方法没有特别限制，并且可以用在其它测量设备等中。关于实现本发明的电磁感应型位置检测器的位置，没有特别限制。

此外，电磁感应型位置检测器可以用于除测量设备之外的设备，诸如传感器。

在第一实施例中，多个传输线圈511、522以及533以与传输分度40的间距L1完全相同的间距L1布置，并且多个接收线圈611、622以及633以与接收分度41的间距L0相同的间距布置。此外，在第二实施例中，多个传输线圈511、522以及533以两倍于传输分度40的间距L3的间距L1布置，并且多个接收线圈611、622以及633以两倍于接收分度41的间距L4的间距L0布置。但是，多个传输线圈可以以三倍或四倍于传输分度的间距的间距布置，并且多个接收线圈可以以三倍或四倍于接收分度的间距的间距布置。换句话说，多个传输线圈可以以与传输分度的间距的整数倍的间距布置，并且多个接收线圈可以以接收分度的间距的整数倍的间距布置。

在上述实施例中，虽然发送单元5的从第一传输线圈组51到第三传输线圈组53的传输线圈组被布置成移位L1/6＝60度的相位差，并且接收单元6的从第一接收线圈组61到第三接收线圈组63的接收线圈组被布置成移位L1/6，＝60度的相位差，但是它们可以被布置成具有120度的相位差而不是60度的相位差。即，传输单元可以包括被布置成使得相邻的传输线圈组沿着预定方向具有预定相位差的多个传输线圈组，并且接收单元可以包括被布置成使得相邻的接收线圈组沿着预定方向具有与多个传输线圈组的预定相位差完全相同的相位差的多个接收线圈组。

此外，虽然传输单元5包括三个传输线圈组51至53，但是它可以包括两个传输线圈组，或者可以包括四个传输线圈组。此外，虽然接收单元6包括三个接收线圈组61至63，但是它可以包括两个接收线圈组，或者可以包括四个接收线圈组。即，传输单元可以包括：被布置成使得相邻的传输线圈组具有预定相位差的多个传输线圈组；以及以预定间距布置的多个传输线圈，构成多个传输线圈组中的每一个，并且接收单元可以包括：被布置成使得相邻的接收线圈组具有与多个传输线圈组的预定相位差完全相同的相位差的多个接收线圈组；以及以与多个传输线圈的预定间距不同的间距布置的多个接收线圈，构成多个接收线圈组中的每一个。

在第一实施例中，虽然传输分度40以间距L1布置，接收分度41以间距L0布置，并且间距L1被设置为大于间距L0的间距，但是间距L1可以被设置为小于间距L0的间距。即，传输分度可以沿着预定方向以预定间距布置，并且接收分度可以沿着预定方向以不同于传输分度的间距的间距布置。

在上述实施例中，虽然控制单元7被配置为通过表达式1至13的运算计算头部3相对于标尺2在X方向上的位置，条件是控制单元7可以基于绝对位置信号和相对位置信号来计算检测器相对于分度基板在预定方向上的位置，但是可以使用任何操作来计算检测器相对于分度基板在预定方向上的位置。

工业适用性

如上所述，本发明可适合用作电磁感应型位置检测器。

标号列表

1，1A 电磁感应型位置检测器

2，2A 标尺

3 头部

4 分度线圈

5 传输单元

6 接收单元

7 控制单元

40，40A 传输分度

41，41A 接收分度

42,42A 连接单元

51至53 传输线圈组

61至63 接收线圈组

71 驱动单元

72 检测单元

73 绝对位置信号生成单元

74 相对位置信号生成单元

75 计算单元

Claims

1.一种电磁感应型位置检测器，包括：

分度基板，具有板状并且包括沿着预定方向布置的多个分度线圈；

检测器，包括被提供成面向所述多个分度线圈的传输单元和接收单元；以及

控制单元，被配置为通过驱动所述传输单元，基于由所述接收单元经由所述多个分度线圈检测到的信号的变化来计算所述检测器相对于所述分度基板在所述预定方向上的位置；

其中所述多个分度线圈中的每一个分度线圈包括：

传输分度，面向所述传输单元沿着所述预定方向以预定间距布置，

接收分度，面向所述接收单元沿着所述预定方向以不同于所述传输分度的所述间距的间距布置，以及

连接单元，用于连接所述传输分度和所述接收分度；

所述传输单元包括：

多个传输线圈组，沿着所述预定方向布置，使得相邻的传输线圈组具有预定的相位差，以及

多个传输线圈，沿着所述预定方向以所述传输分度的所述间距的整数倍的间距布置，构成所述多个传输线圈组中的每一个传输线圈组；

所述接收单元包括：

多个接收线圈组，沿着所述预定方向布置，使得相邻的接收线圈组具有与所述多个传输线圈组的所述相位差完全相同的相位差，以及

多个接收线圈，沿着所述预定方向以所述接收分度的所述间距的整数倍的间距布置，构成所述多个接收线圈组中的每一个接收线圈组；以及

所述控制单元被配置为：

依次独立驱动所述多个传输线圈组，并基于由所述多个接收线圈组检测到的多个信号生成计算所述检测器相对于所述分度基板的绝对位置的绝对位置信号和计算所述检测器相对于所述分度基板的相对位置的相对位置信号，其中每个接收线圈组按照驱动所述多个传输线圈组的次序检测用于所述多个传输线圈组中的每一个传输线圈组的信号，以及

基于所述绝对位置信号和所述相对位置信号来计算所述检测器相对于所述分度基板在所述预定方向上的位置。

2.如权利要求1所述的电磁感应型位置检测器，其中：

所述多个传输线圈沿着所述预定方向以与所述传输分度的所述间距完全相同的间距布置；以及

所述多个接收线圈沿着所述预定方向以与所述接收分度的所述间距完全相同的间距布置。

3.如权利要求1所述的电磁感应型位置检测器，其中：

所述多个传输线圈沿着所述预定方向以两倍于所述传输分度的所述间距的间距布置；以及

所述多个接收线圈沿着所述预定方向以两倍于所述接收分度的所述间距的间距布置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电磁感应型位置检测器，其中所述控制单元包括：

驱动单元，被配置为依次独立地驱动所述多个传输线圈组；

检测器，被配置为利用所述多个接收线圈组检测多个信号，每个接收线圈组按照驱动所述多个传输线圈组的次序检测用于所述多个传输线圈组中的每一个传输线圈组的信号；

绝对位置信号生成单元，被配置为生成所述绝对位置信号，以基于所述多个信号计算所述检测器相对于所述分度基板的所述绝对位置；

相对位置信号生成单元，被配置为生成所述相对位置信号，以基于所述多个信号计算所述检测器相对于所述分度基板的所述相对位置；以及

计算单元，被配置为基于所述绝对位置信号和所述相对位置信号来计算所述检测器相对于所述分度基板在所述预定方向上的所述位置。

5.一种电磁感应型编码器，具有如权利要求1至4中任一项所述的电磁感应型位置检测器，所述电磁感应型编码器包括：

标尺，为板状并且包括沿着所述预定方向布置的所述多个分度线圈；以及

头部，包括被提供成面向所述多个分度线圈的所述传输单元和所述接收单元，

其中所述控制单元被配置为基于所述绝对位置信号和所述相对位置信号来计算所述头部相对于所述标尺在所述预定方向上的位置。