JP2011226894A - 電磁誘導式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】狭いスケール幅でオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ピッチング方向の変動にも強い、高精度で且つ低価格な電磁誘導式エンコーダを提供する。
【解決手段】測定方向に沿ってスケール１０上に多数配列されたスケールコイル１４と、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド１２上に配設された送信コイル２４及び受信コイルとを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、前記受信コイルが、測定方向に沿って複数セット（２０Ａ、２０Ｂ）（２０−１Ａ、２０−１Ｂ）（２０−２Ａ、２０−２Ｂ）配置されており、該受信コイルの一方のセットは、他方のセットに対し、スケールピッチλ、λ１、λ２の１／２位相がずれた関係になっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電磁誘導式エンコーダに係り、特に、ノギス、インジケータ、リニアスケール、マイクロメータ等に用いるのに好適な、狭いスケール幅、即ちエンコーダ幅でオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ピッチング方向の変動にも強い、高精度で、且つ低価格な電磁誘導式エンコーダに関する。

特許文献１や２に記載されている如く、図１に特許文献２の例を示すように、測定方向に沿ってスケール１０上に多数配列されたスケールコイル１４、１６と、前記スケール１０に対して測定方向に相対移動自在なグリッド（スライダとも称する）１２上に配設された送信コイル２４、２６及び受信コイル２０、２２とを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケール１０とグリッド１２の相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダが知られている。図において、２８は送信制御部、３０は受信制御部である。

このような電磁誘導式エンコーダで、余分な信号であるオフセットを低減しようとした場合、図２に示す如く、送信コイル２４が発生する磁界がキャンセルされ、正味零となる部分（図２の例では、両側の送信コイルの間の中央部分）に受信コイル２０を配置することでオフセットを低減していた。なお、特許文献２では、図２の第１の送信コイル２４と第１の受信コイル２０でなる構成に加えて、図３に示す如く、第２の送信コイル２６の両側に第２の受信コイル２２も配設されている。

しかしながら、この構成は、スケールコイルが３列必要となり、スケールコイルの配線が長くなるため、発生する誘導電流が、スケールコイル自身のインピーダンスによって減衰してしまい、強い信号が得難いという問題点を有していた。

このような問題点を解決するべく、出願人は特許文献３で、送信コイル、受信コイルとスケールコイルを、スケールの中心に対して対称に複数セット配置し、スケール中心に関して対称な位置にあるスケールコイルの一方を、他方のスケールコイルに対し、スケールピッチの１／２位相がずれた関係となるようにすることを提案している。

特開平１０−３１８７８１号公報 特開２００３−１２１２０６号公報（図１、図２、図３） 特開２００９−１８６２００号公報

しかしながら、スケール幅方向に複数列のスケールコイルを設ける必要があるため、長さは短いものの、スケール幅、従ってエンコーダ幅が大きくなるだけでなく、ヨー方向の変動には強いがピッチング方向の変動には弱いという問題点があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、狭いスケール幅、即ちエンコーダ幅でオフセットを低減して強い信号強度を得ることができ、ピッチング方向の変動にも強い、高精度で且つ低価格な電磁誘導式エンコーダを提供することを課題とする。

本発明は、測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、前記受信コイルを、測定方向に沿って複数セット配置し、該受信コイルの一方のセットを、他方のセットに対し、スケールピッチの１／２位相がずれた関係とすることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記複数セットの受信コイルの出力の差を取るように受信コイル同士を接続することができる。

又、前記スケールコイル、送信コイル及び受信コイルを有する、スケールピッチの異なる複数のトラックを備えて、絶対位置を測定可能とすることができる。

本発明によれば、スケール幅、従ってエンコーダ幅を狭くして、エンコーダの小型化を図ることができる。又、特許文献３に比べ、送信コイルの全長を短くできるので、受信信号強度が大きくなる。更に、エンコーダの総面積を縮小でき、小型のエンコーダを提供できる。又、受信コイルが測長方向に沿って複数配置されるので、ピッチング方向の変動にも強くなる。

特許文献２に記載された従来の電磁誘導式エンコーダの全体構成を示す斜視図 同じくグリッド上のコイルの配置及び第１の作用を示す平面図 同じくグリッド上のコイルの配置及び第２の作用を示す平面図 本発明の第１実施形態を示すグリッドとスケールの平面図 第１実施形態における（Ａ）（Ｂ）各受信コイルの信号及び（Ｃ）オフセットをキャンセルした信号の例を示す図 本発明の第２実施形態を示すグリッドとスケールの平面図

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図４に示す如く、測定方向に沿ってスケール１０上に多数配列されたスケールコイル１４と、前記スケール１０に対して測定方向に相対移動自在にグリッド１２上に配設された送信コイル２４及び受信コイルとを備え、送信コイル２４を励磁した時に、スケールコイル１４を経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケール１０とグリッド１２の相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、前記受信コイルを、測長方向に沿って２セット（２０Ａ、２０Ｂ）配置すると共に、受信コイルの一方（例えば２０Ａ）が、受信コイルの他方（例えば２０Ｂ）に対し、スケールピッチλの１／２位相がずれた関係になるようにしたものである。

前記２セットの受信コイル２０Ａ、２０Ｂの形状は共通とされ、該受信コイル２０Ａ、２０Ｂの信号の差を出力するように接続されている。

前記送信コイル２４に電流を流した場合、受信コイル２０Ａ、２０Ｂでは、図５（Ａ）（Ｂ）に示す如く、正負が反転した波形に、同じオフセットが乗った信号が現われる。従って、図４に示したように、この２つの受信コイル２０Ａ、２０Ｂを、信号の差を取るように受信コイル同士を接続することで、図５（Ｃ）に示すような、オフセットをキャンセルした信号を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態は、図６に示す如く、第１実施形態のスケールコイル、送信コイル及び受信コイルを有するトラックを、異なるスケールピッチλ１、λ２でスケール幅方向に２組（スケールコイル１４−１、送信コイル２４−１、受信コイル２０−１Ａ、２０−１Ｂの組と、スケールコイル１４−２、送信コイル２４−２、受信コイル２０−２Ａ、２０−２Ｂの組）配置して、絶対位置測定を可能としたものである。

本実施形態によれば、２トラック分の細いスケール幅で高精度の絶対位置測定が可能なエンコーダを実現できる。

なお、トラック数は２に限定されず、３以上として、測定範囲を拡げても良い。

前記実施形態においては、いずれも、受信コイルの形状が菱形とされていたが、受信コイルの形状は、これに限定されず、例えば正弦波状、あるいは、これに近似した形状とすることができる。

又、前記実施形態においては、いずれも、スケールコイルが矩形の枠状とされていたが、スケールコイルの形状も矩形の枠状に限定されず、例えば矩形内に電極が存在する板状とすることも可能である。

又、第１実施形態においては、受信コイルが、測定方向（図４の左右方向）に１組設けられていたが、例えば位相を９０°ずらして、もう１組配設して、方向弁別に利用したり、位相を１２０°ずつずらして計３組配設して、３相信号を得て、補間計算等に利用することも可能である。

又、第２実施形態においては、受信コイルが、測定方向（図６の左右方向）に２組設けられていたが、例えば位相を１２０°ずつずらして計６組配設して、３相信号を得て、補間計算等に利用することも可能である。

適用対象も、低価格化エンコーダに限定されず、電磁誘導式エンコーダ一般に適用できる。

１０…スケール
１２…グリッド
１４、１４−１、１４−２…スケールコイル
２０Ａ、２０Ｂ、２０−１Ａ、２０−１Ｂ、２０−２Ａ、２０−２Ｂ…受信コイル
２４、２４−１、２４−２…送信コイル
２８…送信制御部

Claims (3)

1. 測定方向に沿ってスケール上に多数配列されたスケールコイルと、
   前記スケールに対して測定方向に相対移動自在にグリッド上に配設された送信コイル及び受信コイルとを備え、
   送信コイルを励磁した時に、スケールコイルを経由して受信コイルで検出される磁束の変化から、スケールとグリッドの相対移動量を検出する電磁誘導式エンコーダにおいて、
   前記受信コイルが、測定方向に沿って複数セット配置されており、
   該受信コイルの一方のセットは、他方のセットに対し、スケールピッチの１／２位相がずれた関係になっていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
2. 前記複数セットの受信コイルの出力の差を取るように受信コイル同士が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式エンコーダ。
3. 前記スケールコイル、送信コイル及び受信コイルを有する、スケールピッチの異なる複数のトラックを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁誘導式エンコーダ。

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