JP2013174521A - 電磁誘導式位置検出器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リニア形スケール11の制御部13を、異なる2つ角周波数ω, ω’の励磁電流Ia,Ibをスライダコイル23,24に流す励磁電流供給手段と、スケールコイル25に誘起される誘起電圧Vを、t=(2j+1)π/(2ω) (j:整数)のタイミングでサンプリングするサンプリング手段と、複数のサンプル点の誘起電圧Vの和であるVa(j)を計算し、このVa(j)が0となる励振位置αを計算して、このαを検出位置Xとする位置検出手段と、複数のサンプル点の誘起電圧Vの絶対値の和であるVb(j)を計算し、このVb(j)と閾値Lとを比較して、Vb(j)が閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定する異常検出手段とを有する構成とする。
【選択図】図1
Description
なお、図2にはリニア形スケールの原理図を示しているが、ロータリ形スケールの原理もこれと同様であり、ロータリ形スケールのステータとロータがリニア形スケールのスライダとスケールに対応している。
Ib=Isin(kα)sin(ωt) (2)
但し、I:励磁電流の大きさ
k:2π/p
p:コイルの1ピッチの値(長さ:ロータリ形スケールでは角度)
ω:励磁電流(交流電流)の角周波数
t:時間
α:励振位置
但し、K:第1スライダコイル及び第2スライダコイルとスケールコイル の間のギャップgと励磁電流の角周波数ωに依存する伝達係数
X:検出部の位置変位(可動部の移動位置)
前記制御部は、
前記第1一次側コイルに下記の第1励磁電流Iaを流し、前記第2一次側コイルに下記の第2励磁電流Ibを流す励磁電流供給手段と、
Ia=−Icos(kα)sin(ωt)+I’sin(ω’t)
Ib=Isin(kα)sin(ωt)+I’cos(ω’t)
但し、I,I’:励磁電流の大きさ
k:2π/p
p:コイルの1ピッチの値
ω, ω’:異なる励磁電流の角周波数、
且つ、ω’=(n+1/2)ω (n:整数)
t:時間
α:励振位置
前記二次側コイルに誘起される誘起電圧Vを、t=(2j+1)π/(2ω) (j:整数)のタイミングでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、複数のサンプル点の誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの絶対値の和であるVb(j)を計算し、このVb(j)と閾値Lとを比較して、前記Vb(j)が前記閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定する異常検出手段と、
を有していることを特徴とする。
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、jを偶数として、j,j+1, j+2, j+3のサンプル点における誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの絶対値|V(j)|,|V(j+1)|,|V(j+2)|,|V(j+3)|の和であるVb(j)を計算し、
このVb(j)と、0≦L<2K’I’(K’:第1一次側コイル及び第2一次側コイルと二次側コイルの間のギャップと励磁電流の角周波数ω’に依存する伝達係数)の範囲で設定した閾値Lとを比較して、前記Vb(j)が前記閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定すること、
を特徴とする。
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、jを偶数として、j,j+1, j+2, j+3のサンプル点、及び、j+4,j+4+1,j+4+2,j+4+3,・・・,j+4u,j+4u+1,j+4u+2,j+4u+3 (u:整数)のサンプル点における誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの絶対値|V(j)|,|V(j+1)|,|V(j+2)|,|V(j+3)|,|V(j+4)|,|V(j+4+1)|,|V(j+4+2)|,|V(j+4+3)|,・・・,|V(j+4u)|,|V(j+4u+1)|,|V(j+4u+2)|,|V(j+4u+3)| (u:整数)の和であるVb(j)を計算し、
このVb(j)と、0≦L<2(u+1)K’I’(K’:第1一次側コイル及び第2一次側コイルと二次側コイルの間のギャップと励磁電流の角周波数ω’に依存する伝達係数)の範囲で設定した閾値Lとを比較して、前記Vb(j)が前記閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定すること、
を特徴とする。
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、複数のサンプル点の誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの和であるVa(j)を計算し、このVa(j)が0となる励振位置αを計算して、このαを検出位置Xとする位置検出手段を有していることを特徴とする。
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、jを偶数として、j,j+2のサンプル点における誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧VのV(j),V(j+2)の和であるVa(j)を計算し、
このVa(j)が0となる励振位置αを計算して、このαを検出位置Xとすること、
を特徴とする。
図1に基づき、本発明の実施の形態例1に係る電磁誘導式位置検出器について説明する。なお、ここでは本発明を適用する電磁誘導式位置検出器としてリニア形スケールを例示している。
また、第3励磁電源33では下記の(7)式で示す励磁電流Ib’を第2スライダコイル24に流し、第4励磁電源34では下記の(8)式で示す励磁電流Ib”を第2スライダコイル24に流す。従って第2スライダコイル24には、これらの励磁電流Ib’と励磁電流Ib”が重畳されて、下記の(9)式で示す第2励磁電流Ibが流れる。
Ia”=I’sin(ω’t) (5)
Ia=−Icos(kα)sin(ωt)+I’sin(ω’t) (6)
Ib’=Isin(kα)sin(ωt) (7)
Ib”=I’cos(ω’t) (8)
Ib=Isin(kα)sin(ωt)+I’cos(ω’t) (9)
但し、I,I’:励磁電流の大きさ
k:2π/p
p:コイルの1ピッチの値(長さ:ロータリ形スケールでは角度)
ω,ω’:異なる励磁電流(交流電流)の角周波数、
且つ、ω’=(n+1/2)ω (n:整数)
t:時間
α:励振位置
また、これらの第1角周波数ωと第2角周波数ω’の関係は、ω’=(n+1/2)ω (n:整数)とする。
Vm=KIsin(k(X−α))sin(ωt) (11)
Vp=K’I’sin(ω’t+kX) (12)
但し、 K:第1スライダコイル及び第2スライダコイルとスケールコイル の間のギャップと励磁電流の角周波数ωに依存する伝達係数
K’:第1スライダコイル及び第2スライダコイルとスケールコイ ルの間のギャップと励磁電流の角周波数ω’に依存する伝達 係数
X:検出部の位置変位(可動部の移動位置)
Vm(j)=KIsin(k(X−α)) sin(jπ+π/2) (13)
Vp(j)=K’I’sin(ω’(2j+1)π/(2ω)+kX) (14)
V(j)=Vm(j)+Vp(j)
=KIsin(k(X−α))sin(jπ+π/2)+K’I’sin(ω’(2j+1)π/(2ω)+kX) (15)
Vc=KIsin(k(X−α))
w=nπ/2+jπ/2+π/4+kX
V(j)=Vm(j)+Vp(j)
=K I sin(k(X−α))sin(jπ+π/2)+K’I’sin((n+1/2)(j+1/2)π+kX)
=K I sin(k(X−α))sin(jπ+π/2)+K’I’sin(njπ+nπ/2+jπ/2+π/4+kX)
=K I sin(k(X−α))sin(jπ+π/2)+K’I’sin(2mnπ+nπ/2+jπ/2+π/4+kX)
=K I sin(k(X−α))cos(jπ)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX)
=Vc*cos(jπ)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX) (16)
=Vc*cos(jπ)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX)+Vc*cos(jπ+2π)
+K’I’sin(nπ/2+(j+2)π/2+π/4+kX)
=2Vc*cos(2mπ)+K’I’sin(w)+K’I’sin(w+π)
=2Vc+K’I’sin(w)−K’I’sin(w)
=2Vc
=2KIsin(k(X−α)) (17)
誘起電圧Vの絶対値|V(j)|,|V(j+1)|,|V(j+2)|,|V(j+3)|は、それぞれ下記の(18)式、(19)式、(20)式、(21)式のように表される。そして、Vb(j)は下記の(22)式のようになる。
=|Vc*cos(jπ)+K’I’sin(w)|
=|Vc+K’I’sin(w)| (18)
|V(j+1)|=|Vc*cos(jπ+π)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX+π/2)|
=|−Vc*cos(jπ)+K’I’cos(w)|
=|−Vc+K’I’cos(w)| (19)
|V(j+2)|=|Vc*cos(jπ+2π)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX+π)|
=|Vc*cos(jπ)−K’I’sin(w)|
=|−Vc+K’I’sin(w)| (20)
|V(j+3)|=|Vc*cos(jπ+3π)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX+3π/2)|
=|Vc*cos(jπ+π)−K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX+π/2)|
=|−Vc*cos(jπ)−K’I’cos(w)|
=|Vc+K’I’cos(w)| (21)
Vb(j)=|V(j)|+|V(j+1)|+|V(j+2)|+V(j+3)|
=|Vc+K’I’sin(w)|+|−Vc+K’I’cos(w)|+|−Vc+K’I’sin(w)|
+|Vc+K’I’cos(w)|
=|Vc+K’I’sin(w)|+|−Vc+K’I’sin(w)|+|Vc+K’I’cos(w)|
+|−Vc+K’I’cos(w)| (22)
そして下記の(24)式から、Vb(j)について下記の(25)式が得られる。
+|Vc+K’I’cos(w)−Vc+K’I’cos(w)| (23)
=2|K’I’sin(w)|+2|K’I’cos(w)|
=2K’I’|sin(w)|+|cos(w)|
本発明の実施の形態例2に係る電磁誘導式位置検出器について説明する。なお、本実施の形態例2の電磁誘導式位置検出器の構成については上記実施の形態例1と同様であるため、ここでも図1を用いて説明する。
=|Vc*cos((j+4u)π)+K’I’sin(nπ/2+(j+4u)π/2+π/4+kX)|
=|Vc*cos(jπ)+K’I’sin(nπ/2+jπ/2+π/4+kX)|
=|Vc*cos(jπ)+K’I’sin(w)|
=|Vc+K’I’sin(w)| (26)
|V(j+4u+1)|
=|Vc*cos((j+4u+1)π)+K’I’sin(nπ/2+(j+4u+1)π/2+π/4+kX)|
=|Vc*cos(jπ+π)+K’I’sin(w+π/2)|
=|Vc*cos(π)+K’I’cos(w)|
=|−Vc+K’I’cos(w)| (27)
|V(j+4u+2)|
=|Vc*cos((j+4u+2)π)+K’I’sin(nπ/2+(j+4u+2)π/2+π/4+kX)|
=|Vc*cos(jπ)+K’I’sin(w+π)|
=|Vc*cos(jπ)−K’I’sin(w)|
=|−Vc+K’I’sin(w)| (28)
|V(j+4u+3)|
=|Vc*cos((j+4u+3)π)+K’I’sin(nπ/2+(j+4u+3)π/2+π/4+kX)|
=|Vc*cos((j+1)π)+K’I’sin(w+3π/2)|
=|Vc*cos(π)−K’I’cos(w)|
=|Vc+K’I’cos(w)| (29)
+|V(j+4)|+|V(j+4+1)|+|V(j+4+2)|+|V(j+4+3)|
+ ・・・ +|V(j+4u)|+|V(j+4u+1)|+|V(j+4u+2)|+|V(j+4u+3)|
=(u+1)(|Vc+K’I’sin(w)|+|−Vc+K’I’cos(w)|+|−Vc+K’I’sin(w)| +|Vc+K’I’cos(w)|)
=(u+1)(|Vc+K’I’sin(w)|+|−Vc+K’I’sin(w)|+|Vc+K’I’cos(w)|
+|−Vc+K’I’cos(w)|) (30)
そして下記の(32)式から、Vb(j)について下記の(33)式が得られる。
−Vc+K’I’cos(w)|) (31)
=2(u+1)|K’I’sin(w)|+2|K’I’cos(w)|
=2K’I’(u+1)|sin(w)|+|cos(w)|
ロータリ形スケールの概要を説明すると、ロータリ形スケールは検出部と制御部とを備えている。ロータリ形スケールの検出部は従来のものと同様の構成であり、一次側部材であるステータと、二次側部材であるロータとを有している。固定部であるステータは第1一次側コイルである第1ステータコイルと第2一次側コイルである第2ステータコイルとを有しており、回転部であるロータは二次側コイルであるロータコイルを有している。これらのコイルはジグザグ状に折り返され且つ全体が円環状に形成されている。ステータ(第1ステータコイル及び第2ステータコイル)と、ロータ(ロータコイル)は、これらの間に所定のギャップを保持した状態で平行に向かい合わせに配置されている。また、第1ステータコイルと第2ステータコイルは、1/4ピッチずれている。
このロータリ形スケールの制御部では、検出部(ロータコイル)で発生する誘起電圧に基づいて、上記のようなリニア形スケール11の制御部13と同様の処理を行う。
12 検出部
13 制御部
21 スライダ
22 スケール
23 第1スライダコイル
24 第2スライダコイル
25 スケールコイル
31 第1励磁電源
32 第2励磁電源
33 第3励磁電源
34 第4励磁電源
41 サンプリング部
42 Va(j)計算部
43 α計算部
44 信号発生器
45 Vb(j)計算部
46 異常判定部
Claims (5)
- 第1一次側コイルと第2一次側コイルとを備えた一次側部材と、二次側コイルを備え且つ前記一次側部材に対して平行に向かい合わせに配置された二次側部材とを有してなる検出部と、制御部とを備えた電磁誘導式位置検出器において、
前記制御部は、
前記第1一次側コイルに下記の第1励磁電流Iaを流し、前記第2一次側コイルに下記の第2励磁電流Ibを流す励磁電流供給手段と、
Ia=−Icos(kα)sin(ωt)+I’sin(ω’t)
Ib=Isin(kα)sin(ωt)+I’cos(ω’t)
但し、I,I’:励磁電流の大きさ
k:2π/p
p:コイルの1ピッチの値
ω, ω’:異なる励磁電流の角周波数、
且つ、ω’=(n+1/2)ω (n:整数)
t:時間
α:励振位置
前記二次側コイルに誘起される誘起電圧Vを、t=(2j+1)π/(2ω) (j:整数)のタイミングでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、複数のサンプル点の誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの絶対値の和であるVb(j)を計算し、このVb(j)と閾値Lとを比較して、前記Vb(j)が前記閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定する異常検出手段と、
を有していることを特徴とする電磁誘導式位置検出器。 - 請求項1に記載の電磁誘導式位置検出器において、
前記異常検出手段は、
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、jを偶数として、j,j+1, j+2, j+3のサンプル点における誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの絶対値|V(j)|,|V(j+1)|,|V(j+2)|,|V(j+3)|の和であるVb(j)を計算し、
このVb(j)と、0≦L<2K’I’ (K’:第1一次側コイル及び第2一次側コイルと二次側コイルの間のギャップと励磁電流の角周波数ω’に依存する伝達係数)の範囲で設定した閾値Lとを比較して、前記Vb(j)が前記閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定すること、
を特徴とする電磁誘導式位置検出器。 - 請求項1に記載の電磁誘導式位置検出器において、
前記異常検出手段は、
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、jを偶数として、j,j+1, j+2, j+3のサンプル点、及び、j+4,j+4+1,j+4+2,j+4+3,・・・,j+4u,j+4u+1,j+4u+2,j+4u+3 (u:整数)のサンプル点における誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの絶対値|V(j)|,|V(j+1)|,|V(j+2)|,|V(j+3)|,|V(j+4)|,|V(j+4+1)|,|V(j+4+2)|,|V(j+4+3)|,・・・,|V(j+4u)|,|V(j+4u+1)|,|V(j+4u+2)|,|V(j+4u+3)| (u:整数)の和であるVb(j)を計算し、
このVb(j)と、0≦L<2(u+1)K’I’ (K’:第1一次側コイル及び第2一次側コイルと二次側コイルの間のギャップと励磁電流の角周波数ω’に依存する伝達係数)の範囲で設定した閾値Lとを比較して、前記Vb(j)が前記閾値L以下であるときに電磁誘導式位置検出器が異常であると判定すること、
を特徴とする電磁誘導式位置検出器。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載の電磁誘導式位置検出器において、
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、複数のサンプル点の誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧Vの和であるVa(j)を計算し、このVa(j)が0となる励振位置αを計算して、このαを検出位置Xとする位置検出手段を有していることを特徴とする電磁誘導式位置検出器。 - 請求項4に記載の電磁誘導式位置検出器において、
前記位置検出手段は、
前記サンプリング手段でサンプリングした誘起電圧Vから、jを偶数として、j,j+2のサンプル点における誘起電圧Vを選択して、これらのサンプル点の誘起電圧VのV(j),V(j+2)の和であるVa(j)を計算し、
このVa(j)が0となる励振位置αを計算して、このαを検出位置Xとすること、
を特徴とする電磁誘導式位置検出器。
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