CN111486876A - 电磁感应型编码器 - Google Patents

Abstract

本发明一种涉及电磁感应型编码器。该电磁感应型编码器包括各自具有大致平板形状的检测头和标尺。所述检测头和所述标尺彼此相对设置并且在测量轴方向上相对移动。所述标尺包括由在测量轴方向上周期地设置的导体形成的多个周期元件。所述多个周期元件利用导体耦合。所述检测头包括被布线成在所述多个周期元件中的各周期元件中产生方向彼此相反的两个或更多个涡电流的发送线圈。所述检测头包括接收线圈。所述接收线圈电磁耦合到所述多个周期元件所产生的磁束以检测所述磁束的相位。

Description

电磁感应型编码器

技术领域

本发明涉及电磁感应型编码器。

背景技术

已知一种利用检测头和标尺之间的电磁耦合的电磁感应型编码器(参见例如专利文献1)。

引文列表

专利文献

专利文献1：JP 2000-180209 A

发明内容

发明要解决的问题

在标尺上具有多个轨迹(track)的电磁感应型编码器中，可能从与关注的轨迹相邻的轨迹输入非预期的信号。由于非预期的信号会导致错误检测，因此考虑充分分离轨迹之间的距离以减少轨迹之间的影响。然而，当试图减小电磁感应型编码器的尺寸时，可能不能充分确保轨迹之间的距离。

根据一个方面，本发明的目的是提供能够抑制轨迹之间的影响的电磁感应型编码器。

用于解决问题的方案

在一个方面，根据本发明的电磁感应型编码器包括：检测头和标尺，其各自具有大致平板形状。所述检测头和所述标尺彼此相对设置并且在测量轴方向上相对移动。所述标尺包括由在所述测量轴方向上周期地设置的导体形成的多个周期元件。所述多个周期元件利用导体耦合。所述检测头包括发送线圈，所述发送线圈被布线成在所述多个周期元件中的各周期元件中产生方向彼此相反的两个或更多个涡电流。所述检测头包括接收线圈。所述接收线圈电磁耦合到所述多个周期元件所产生的磁束以检测所述磁束的相位。

在上述电磁感应型编码器中，所述标尺可以是具有平板形状的导体。所述标尺可以具有在所述测量轴方向上形成有多个贯通孔的结构。

在上述电磁感应型编码器中，所述周期元件可以是所述多个贯通孔中的两个相邻贯通孔之间的导体部分。

在上述电磁感应型编码器中，所述周期元件可以是围绕所述多个贯通孔中的两个相邻贯通孔的导体部分。

在上述电磁感应型编码器中，所述接收线圈可以包括两个或更多个线圈，所述两个或更多个线圈被配置为检测相应的两个或更多个涡电流。

在上述电磁感应型编码器中，所述发送线圈可以具有如下的扭绞结构，在所述扭绞结构中，布置具有沿所述测量轴方向的长度方向的两个矩形线圈，并且所述两个矩形线圈被布线成使得电流在各个矩形线圈中以相反方向流动。

发明的效果

可以提供能够抑制轨迹之间的影响的电磁感应型编码器。

附图说明

图1A是示出根据比较结构的检测头的示例的图，以及图1B是示出根据比较结构的标尺的示例的图。

图2是示出电流流动的示例的图。

图3A是示出根据第一实施例的检测头的示例的图，以及图3B是示出根据第一实施例的标尺的示例的图。

图4是示出当电流流过发送线圈时标尺上的电流流动的示例的图。

图5A至5C是示出标尺结构的示例的图。

图6A至6D是用于说明根据第二实施例的电磁感应型编码器的图。

图7A至7E是用于说明根据第三实施例的电磁感应型编码器的图。

附图标记列表

10 检测头

11 发送线圈

12 接收线圈

20 标尺

21 周期元件

22 耦合部

23 导体

24 贯通孔

25 基材

26 基材

27 导体

30 发送信号生成单元

40 移位量测量单元

100 电磁感应型编码器

具体实施方式

比较结构

在描述实施例之前，将描述比较结构。图1A和1B是用于说明根据比较结构的电磁感应型编码器的图。图1A是示出检测头210的示例的图。图1B是示出标尺220的示例的图。检测头210和标尺220各自具有大致平板形状，并且被设置为经由预定间隙彼此相对。

如作为示例的图1A所示，检测头210包括例如针对轨迹A的发送线圈211A和接收线圈212A。发送线圈211A构成矩形线圈。接收线圈212A设置在发送线圈211A内。

如作为示例的图1B所示，在标尺220中，针对轨迹A沿测量轴以基本周期λA布置具有矩形形状的多个导体221A。各个导体221A彼此分离并且彼此绝缘。导体221A各自电磁耦合到发送线圈211A并且电磁耦合到接收线圈212A。

检测头210包括例如针对轨迹B的发送线圈211B和接收线圈212B。发送线圈211B和接收线圈212B具有与发送线圈211A和接收线圈212A相同的结构。在标尺220中，针对轨迹B沿测量轴以基本周期λB布置具有矩形形状的多个导体221B。

当期望获得轨迹A的信号时，电流流过发送线圈211A，并且测量接收线圈212A中经由导体221A产生的电动势。理想地，接收线圈212A优选地仅检测由于导体221A中产生的涡电流而导致的影响。

然而，如作为示例的图2所示，电流在发送线圈211A中的流动在导体221B中产生涡电流。因此，接收线圈212A也受导体221B中的涡电流的影响。如果影响在整个标尺上是均一的，则是可接受的。然而，由于轨迹A和轨迹B例如在导体的形状和位置方面不同，因此来自轨迹B的影响根据标尺位置而变强或变弱。由于影响的变化，电磁感应型编码器的位置检测精度根据位置而变好或变差。为了抑制位置检测精度的变化，考虑增加轨迹A与轨迹B之间的间隔。然而，当试图减小装置的尺寸时，可能无法充分确保轨迹之间的距离。

在以下实施例中，将描述能够抑制轨迹之间的影响的电磁感应型编码器。

第一实施例

图3A和3B是用于说明根据第一实施例的电磁感应型编码器100的图。图3A是示出检测头10的示例的图。图3B是示出标尺20的示例的图。

电磁感应型编码器100包括在测量轴方向上相对移动的检测头10和标尺20。检测头10和标尺20各自具有大致平板形状，并且如图4所示被设置为经由预定间隙彼此相对。此外，电磁感应型编码器100包括例如发送信号生成单元30和移位量测量单元40。在图3A和3B中，X轴表示检测头10的移位方向(测量轴)。注意，在由标尺20构成的平面中与X轴垂直的方向被定义为Y轴。

检测头10包括例如针对轨迹A的发送线圈11A和接收线圈12A。发送线圈11A具有如下扭绞结构：在X轴方向上具有长度方向的两个矩形线圈沿Y轴方向布置，并且这两个矩形线圈被布线成使得电流在各个矩形线圈中以相反的方向流动。换言之，发送线圈11A包括两级线圈。接收线圈12A具有如下扭绞结构：两个线圈沿Y轴方向布置，并且被布线成使得电流在各个线圈中以相反的方向流动。接收线圈12A中的一个线圈设置在发送线圈11A中的一个矩形线圈内，并且接收线圈12A的另一线圈设置在发送线圈11A的另一矩形线圈内。

标尺20针对轨迹A具有以规则间隔布置的多个元件彼此耦合的结构。在图3B的示例中，标尺20具有如下结构：沿X轴方向以基本周期λA布置作为导体并具有矩形形状的多个周期元件21A，并且周期元件21A与作为导体的各个耦合部22A耦合。周期元件21A各自电磁耦合到发送线圈11A，并且电磁耦合到接收线圈12A。在Y轴方向上，耦合部22A具有比周期元件21A的宽度小的宽度。在图3B的示例中，各个周期元件21A在Y轴方向上的端部与耦合部22A耦合。

检测头10包括例如针对轨迹B的发送线圈11B和接收线圈12B。发送线圈11B和接收线圈12B具有与发送线圈11A和接收线圈12A相同的结构。标尺20针对轨迹B具有以规则间隔布置的多个元件彼此耦合的结构。在图3B的示例中，标尺20具有如下结构：沿X轴方向以基本周期λB布置作为导体且具有矩形形状的多个周期元件21B，并且周期元件21B与作为导体的各个耦合部22B耦合。周期元件21B各自电磁耦合到发送线圈11B，并且电磁耦合到接收线圈12B。在Y轴方向上，耦合部22B具有比周期元件21B的宽度小的宽度。轨迹A和轨迹B在Y轴方向上以预定间隔设置。基本周期λA和基本周期λB可以是彼此不同的。当基本周期λA和基本周期λB相同时，周期元件21A和周期元件21B在X轴方向上的位置可以是不同的。

当期望获得轨迹A的信号时，发送信号生成单元30生成单相AC发送信号，并将该信号供给至发送线圈11A。在这种情况下，在发送线圈11A中产生磁束。由此，在多个周期元件21A中产生电动势电流。多个周期元件21A电磁耦合到发送线圈11A中产生的磁束，以产生在X轴方向上以预定空间周期变化的磁束。周期元件21A产生的磁束使接收线圈12A产生电动势电流。各个线圈之间的电磁耦合根据检测头10的移位量而变化，并且获得具有与基本周期λA相同的周期的正弦波信号。因此，接收线圈12A检测由多个周期元件21A产生的磁束的相位。移位量测量单元40可以通过对正弦波信号进行电内插而将正弦波信号作为最小分辨率的数字量使用并测量检测头10的移位量。

同样针对轨迹B，发送信号生成单元30将供给至轨迹A的发送信号供给至发送线圈11B。当周期元件21A的基本周期λA和周期元件21B的基本周期λB不同时，电磁感应型编码器100用作绝对型编码器。

图4是示出当电流流过发送线圈11A时标尺20上的电流流动的示例的图。在标尺20的各周期元件21B中，如点线所表示的涡电流试图在与发送线圈11A中最靠近轨迹B的部分处的电流的流动相反的方向上流动。然而，在本实施例中，由于各个周期元件21B与耦合部22B彼此耦合，因此如虚线箭头所表示的大致均一的电流流过标尺20的轨迹B中的宽范围区域。因此，减轻了来自轨迹B的影响根据标尺位置而变强或变弱的状态。即，抑制了轨迹之间的影响。结果，提高了电磁感应型编码器100的测量精度。

在周期元件21A中，在Y轴方向上的两个不同部分产生在相反方向上流动的电流。具体地，在各周期元件21A中，在与发送线圈11A的各个矩形线圈相对应的位置处产生方向彼此相反的涡电流。在接收线圈12A的各个线圈处接收涡电流使得能够检测到信号。这样，在Y轴方向上连接的区域(导电区域)中，在Y轴方向上移位的各个部分处产生方向彼此相反的涡电流。因此，即使当各个周期元件21A彼此耦合时，各个涡电流也电磁耦合到接收线圈12A的各个线圈，从而能够检测到信号。

图5A是示出标尺20的结构示例的图。如作为示例的图5A所示，标尺20可以具有如下结构：在平板形状的导体23上以沿X轴方向彼此分离的方式形成多个矩形贯通孔24。沿X轴方向的贯通孔24的形成构成轨迹A。在轨迹A中，两个贯通孔24之间的部分用作周期元件21A。沿X轴方向的多个贯通孔24以在Y轴方向上移位的方式形成行，这构成了轨迹B。在图5A的示例中，周期元件21A和周期元件21B以不同的基本周期布置。

如作为示例的图5C所示，在多个导体27粘贴在基材26上的结构中，需要利用例如粘接剂等的粘接步骤，并且进一步的位置精度可能存在问题。相比之下，在图5A的示例的结构中，贯通孔24形成在一体成型的导体23中。这就不需要将多个构件粘贴在一起。结果，可以简化制造过程，从而确保降低成本。此外，由于不会发生由粘贴引起的位置精度的影响，因此提高了可靠性。另外，由于相邻的格连接在一起，因此提高了强度。

如作为示例的图5B所示，标尺20可以具有图5A的导体23粘贴到基材25的结构。在这种情况下，进一步增强了强度。

第二实施例

图6A至6D是用于说明根据第二实施例的电磁感应型编码器100a的图。图6A是示出发送线圈的形状的示例的图。图6B是示出接收线圈的形状的示例的图。图6C是示出标尺的形状的示例的图。图6D是示出电流的方向的示例的图。

如作为示例的图6A所示，同样在第二实施例中，发送线圈11Aa和11Ba的形状与第一实施例的形状相同。电磁感应型编码器100a与根据第一实施例的电磁感应型编码器100的不同之处在于标尺和接收线圈的形状不同。

如作为示例的图6B所示，接收线圈12Aa和12Ba具有如下扭绞结构：两个线圈在X轴方向上布置，并且被布线成使得电流在各个线圈中在相反的方向上流动。接收线圈12Aa的两个线圈跨越发送线圈11Aa的两个矩形线圈延伸。接收线圈12Ba的两个线圈跨越发送线圈11Ba的两个矩形线圈延伸。

如作为示例的图6C所示，周期元件21Aa不具有如图3B所示的矩形形状，而具有使得在Y轴方向上的不同位置处设置的两个矩形通过在X轴方向上移位而耦合的形状。两个矩形在X轴方向上的中心之间的距离与接收线圈12Aa的两个线圈在X轴方向上的中心之间的距离大致相同。当周期元件21Aa具有这种形状时，在接收线圈12Aa中的一个线圈位于周期元件21Aa中的一个矩形内的情况下，接收线圈12Aa的另一线圈位于周期元件21Aa中的另一矩形内。各个周期元件21Aa与作为导体的耦合部22Aa耦合。在Y轴方向上，耦合部22Aa具有比周期元件21Aa的宽度小的宽度。在图6C的示例中，各个周期元件21Aa在Y轴方向的端部与耦合部22Aa耦合。

针对轨迹B，周期元件21Ba和耦合部22Ba具有与周期元件21Aa和耦合部22Aa相同的结构。与第一实施例同样地，周期元件21Aa的基本周期和周期元件21Ba的基本周期可以相同或不同。

当发送信号生成单元30向发送线圈11Aa供给单相AC发送信号时，在发送线圈11Aa中产生磁束。由此，在多个周期元件21Aa中产生电动势电流。如作为示例的图6D所示，在标尺20a的各周期元件21Ba中，涡电流试图在与发送线圈11Aa中最靠近轨迹B的部分处的电流的流动相反的方向上流动。然而，在本实施例中，由于各个周期元件21Ba与耦合部22Ba彼此耦合，因此大致均一的电流流过标尺20a的轨迹B中的宽范围区域。因此，减轻了来自轨迹B的影响根据标尺位置而变强或变弱的状态。即，抑制了轨迹之间的影响。结果，提高了电磁感应型编码器100a的测量精度。

在周期元件21Aa中，在各矩形区域中产生在相反方向上流动的电流。具体地，在各周期元件21Aa中，在与发送线圈11Aa的各个矩形线圈相对应的位置处产生方向彼此相反的涡电流。在接收线圈12Aa的各个线圈处接收涡电流使得能够检测到信号。这样，在Y轴方向上连接的区域中，在Y轴方向上移位的各个部分处，产生方向彼此相反的涡电流。因此，即使当各个周期元件21Aa彼此耦合时，各个涡电流也电磁耦合到接收线圈12Aa的各个线圈，从而能够检测到信号。

第三实施例

图7A至7E是用于说明根据第三实施例的电磁感应型编码器100b的图。图7A是示出标尺的形状的示例的图。图7B是示出各周期元件的形状的示例的图。图7C是示出发送线圈的形状的示例的图。图7D是示出接收线圈的形状的示例的图。图7E是示出电流的方向的示例的图。

如作为示例的图7A所示，标尺20b具有在平板形状的导体27上以沿X轴方向彼此分离的方式形成多个矩形贯通孔28的结构。在该结构中，如作为示例的图7B所示，轨迹A包括由两个贯通孔28和围绕两个贯通孔的导体部分配置成的周期元件21Ab。各个周期元件21Ab彼此耦合以获得图7A的结构。针对轨迹B，周期元件21Bb具有与周期元件21Ab相同的结构。与第一实施例同样地，周期元件21Ab的基本周期和周期元件21Bb的基本周期可以相同或不同。

如作为示例的图7C所示，发送线圈11Ab具有线圈布置在贯通孔28的双倍间距处并且各个线圈耦合成使得各个线圈中的电流方向变得相同的布线结构。

如作为示例的图7D所示，接收线圈12Ab和12Bb具有两个线圈在X轴方向上布置并且被布线成使得电流在各个线圈中以相反方向流动的扭绞结构。接收线圈12Ab和12Bb的各个线圈的间距被设置为等于各个贯通孔28在标尺中的间距。在接收线圈12Ab的一个线圈位于周期元件21Ab中的一个矩形内的情况下，接收线圈12Ab的另一线圈位于周期元件21Ab中的另一矩形内。

当发送信号生成单元30向发送线圈11Ab供给单相AC发送信号时，在发送线圈11Ab中产生磁束。由此，在多个周期元件21Ab中产生电动势电流。如作为示例的图7E所示，在标尺20b的各周期元件21Bb中，涡电流试图在与发送线圈11Ab中最靠近轨迹B的部分处的电流的流动相反的方向上流动。然而，在本实施例中，由于各个周期元件21Bb彼此耦合，因此大致均一的电流流过标尺20b的轨迹B中的宽范围区域。因此，减轻了来自轨迹B的影响根据标尺位置而变强或变弱的状态。即，抑制了轨迹之间的影响。结果，提高了电磁感应型编码器100b的测量精度。

在周期元件21Ab中，在各矩形区域中产生在相反方向上流动的电流。具体地，在各周期元件21Ab中，在与发送线圈11Ab的各个矩形线圈相对应的位置处产生方向彼此相反的涡电流。在接收线圈12Ab的各个线圈处接收涡电流使得能够检测到信号。这样，在X轴方向上连接的区域中，在X轴方向上移位的各个部分处，产生方向彼此相反的涡电流。因此，即使当各个周期元件21Ab彼此耦合时，各个涡电流也电磁耦合到接收线圈12Ab的各个线圈，从而能够检测到信号。

尽管以上描述了根据本发明的实施例和示例，但应当理解，本发明不限于具体的实施例和示例，并且可以在权利要求书中描述的本发明的范围内对本发明进行各种改变和修改。

Claims (6)

1.一种电磁感应型编码器，包括：

检测头和标尺，其各自具有大致平板形状，所述检测头和所述标尺彼此相对设置并且在测量轴方向上相对移动，

其中，所述标尺包括由在所述测量轴方向上周期地设置的导体形成的多个周期元件，

所述多个周期元件利用导体耦合，

所述检测头包括发送线圈，所述发送线圈被布线成在所述多个周期元件中的各周期元件中产生方向彼此相反的两个或更多个涡电流，以及

所述检测头包括接收线圈，所述接收线圈电磁耦合到所述多个周期元件所产生的磁束以检测所述磁束的相位。

2.根据权利要求1所述的电磁感应型编码器，其中，

所述标尺是具有平板形状的导体，所述标尺具有在所述测量轴方向上形成有多个贯通孔的结构。

3.根据权利要求2所述的电磁感应型编码器，其中，

所述周期元件是所述多个贯通孔中的两个相邻贯通孔之间的导体部分。

4.根据权利要求2所述的电磁感应型编码器，其中，

所述周期元件是围绕所述多个贯通孔中的两个相邻贯通孔的导体部分。

5.根据权利要求1所述的电磁感应型编码器，其中，

所述接收线圈包括两个或更多个线圈，所述两个或更多个线圈被配置为检测相应的两个或更多个涡电流。

6.根据权利要求1所述的电磁感应型编码器，其中，

所述发送线圈具有如下的扭绞结构，在所述扭绞结构中，布置具有沿所述测量轴方向的长度方向的两个矩形线圈，并且所述两个矩形线圈被布线成使得电流在各个矩形线圈中以相反方向流动。

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