JP6134964B2 - Inductive displacement detector - Google Patents
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Description
本発明は、ノギスやリニアエンコーダ等に応用される、電磁結合(磁束結合)を利用して変位検出を行う誘導型変位検出装置に関する。 The present invention relates to an inductive displacement detection apparatus that detects displacement using electromagnetic coupling (magnetic flux coupling) applied to calipers, linear encoders, and the like.
誘導型変位検出装置は、直線変位や角度変位などの精密な測定に利用される。従来の誘導型変位検出装置は、磁束結合部材となるプレートを所定ピッチで配列したスケールと、このスケールに対して相対移動可能に対向配置されると共にプレートと磁束結合が可能な送信巻線及び受信巻線が配置されたセンサヘッドと、により構成される。 The inductive displacement detector is used for precise measurement such as linear displacement and angular displacement. A conventional inductive displacement detection device includes a scale in which plates serving as magnetic flux coupling members are arranged at a predetermined pitch, and a transmission winding and a receiver that are opposed to each other so as to be relatively movable with respect to the scale and capable of magnetic flux coupling with the plate. And a sensor head in which windings are arranged.
誘導型変位検出装置の分解能向上及び高精度化のためには、磁束結合部材となるプレートのピッチや受信巻線を構成する受信ループの寸法を小さくすれば良い。しかし、受信巻線は、センサヘッドの相対移動方向に沿って複数の受信ループを繋げた比較的複雑な形状を有する。そのため、受信巻線の寸法は、デザインルール上の制限からそれほど小さくすることはできない。 In order to improve the resolution and increase the accuracy of the inductive displacement detection device, the pitch of the plate serving as the magnetic flux coupling member and the dimensions of the reception loop constituting the reception winding may be reduced. However, the reception winding has a relatively complicated shape in which a plurality of reception loops are connected along the relative movement direction of the sensor head. For this reason, the dimensions of the receiving winding cannot be reduced so much due to limitations on design rules.
そこで、この問題に対して、受信ループの寸法をそのままに、磁束結合部材のピッチだけを分割する技術が提案されている(特許文献1)。しかし、ここで開示されている磁束結合部材は、送信巻線を受信巻線に内包しており、クロストークの影響が懸念される。また、磁束結合部材のピッチを細かくしたため、絶対位置(以下、「ABS位置」と呼ぶ)の検出に用いると、十分な検出範囲(以下、「ABS範囲」と呼ぶ)を確保できない点が問題となる。 In view of this problem, a technique has been proposed in which only the pitch of the magnetic flux coupling member is divided while maintaining the dimensions of the receiving loop (Patent Document 1). However, the magnetic flux coupling member disclosed here includes the transmission winding in the reception winding, and there is a concern about the influence of crosstalk. In addition, since the pitch of the magnetic flux coupling member is made fine, there is a problem that a sufficient detection range (hereinafter referred to as “ABS range”) cannot be secured when used for detection of an absolute position (hereinafter referred to as “ABS position”). Become.
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので、クロストークの影響を抑えつつ、ABS範囲を確保した誘導型変位検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an inductive displacement detector that secures an ABS range while suppressing the influence of crosstalk.
本発明に係る誘導型変位検出装置は、測定軸方向である第1方向に対して直交する第2方向に並ぶ第1スケールトラック及び第2スケールトラックを有するスケールと、前記第1スケールトラックに対向配置された第1センサトラック及び前記第2スケールトラックに対向配置された第2センサトラックを有すると共に前記スケールに対して第1方向に相対移動可能なセンサヘッドとを備え、前記第1センサトラックは、第1送信部材、並びに、ピッチλ1で第1方向に配列された複数の第1受信ループからなる第1受信巻線を有し、前記第2センサトラックは、第2送信部材、並びに、ピッチλ1で第1方向に配列された複数の第2受信ループからなる第2受信巻線を有し、前記第1スケールトラックは、前記第1送信部材及び前記第1受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ1で第1方向に配列された複数の第1磁束結合部材を有し、前記第2スケールトラックは、前記第2送信部材及び前記第2受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ1/N(Nは3以上の奇数)で第1方向に配列され、N個ずつ1個の前記第1磁束結合部材と接続された複数の第2磁束結合部材を有することを特徴とする。 An inductive displacement detection device according to the present invention has a scale having a first scale track and a second scale track arranged in a second direction orthogonal to the first direction that is the measurement axis direction, and is opposed to the first scale track. A first sensor track, a second sensor track disposed opposite to the second scale track, and a sensor head movable relative to the scale in a first direction. , A first transmission member, and a first reception winding composed of a plurality of first reception loops arranged in a first direction at a pitch λ1, the second sensor track having a second transmission member, and a pitch a second receiving winding comprising a plurality of second receiving loops arranged in a first direction at λ1, wherein the first scale track comprises the first transmission member and the first reception; A plurality of first magnetic flux coupling members that can be magnetically coupled to the windings and are arranged in a first direction at a pitch λ1, and the second scale track includes the second transmission member and the second reception winding. A plurality of second magnetic fluxes coupled to the wire and arranged in the first direction at a pitch λ1 / N (N is an odd number of 3 or more) and connected to the first magnetic flux coupling member by N pieces. It has a magnetic flux coupling member.
本発明によれば、クロストークの影響を抑えつつ、ABS範囲を確保した誘導型変位検出装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inductive displacement detector that secures an ABS range while suppressing the influence of crosstalk.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る誘導型変位検出装置について説明する。 Hereinafter, an inductive displacement detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る誘導型変位検出装置1の概略構成を示す斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an
誘導型変位検出装置1は、スケール100とこれに対向するように配置されたセンサヘッド200とから構成される。図1において、スケール100は、その長手方向の一部が表れている。スケール100の長手方向が測定軸の方向であるX方向(第1方向)となる。センサヘッド200は、スケール100に対して所定ギャップを持ってX方向に移動可能に配置されている。なお、センサヘッド200が固定でスケール100が移動する構成でも良い。即ち、センスヘッド200とスケール100とは、X方向に相対移動可能に配置されていれば良い。
The inductive
スケール100は、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板101を備える。絶縁基板101の材料としては、ガラスやシリコン等でも良い。絶縁基板101のセンサヘッド200に対向する面側には、X方向と直交するY方向に並ぶ2つのスケールトラック110(第1スケールトラック)及びセンサトラック120(第2スケールトラック)が配置されている。スケールトラック110には、同じ形状をした複数の磁束結合巻線111(第1磁束結合部材の一例)がX方向に並べられている。同様に、スケールトラック120には、同じ形状をした複数の磁束結合巻線121(第2磁束結合部材の一例)がX方向に並べられている。
The
磁束結合巻線111は、長手方向をX方向とする矩形の線状導体である。磁束結合巻線111のピッチはP1=λ1である。一方、磁束結合巻線121は、長手方向をY方向(第2方向)とする矩形の線状導体である。磁束結合巻線121のピッチはP2=λ1/5である。また、X方向で連続して配置されている5つの磁束結合巻線112はそれぞれ、1つの磁束結合巻線111と接続部102によって接続されている。なお、線状導体は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が低い材料から構成される。また、磁束結合巻線111及び121に替えて、金属プレート上に空間や絶縁物および、磁束結合を阻害するプレートをX方向に周期的に配置しても良い。この場合でも、磁束結合巻線111及び121を配置した場合と同様に、センサヘッド100の位置に依存する周期的信号が後述する受信巻線213及び223から得られるので変位検出が可能である。
The magnetic flux coupling winding 111 is a rectangular linear conductor whose longitudinal direction is the X direction. The pitch of the magnetic flux coupling winding 111 is P1 = λ1. On the other hand, the magnetic flux coupling winding 121 is a rectangular linear conductor whose longitudinal direction is the Y direction (second direction). The pitch of the magnetic flux coupling winding 121 is P2 = λ1 / 5. Further, the five magnetic flux coupling windings 112 continuously arranged in the X direction are respectively connected to one magnetic flux coupling winding 111 by the
更に、スケール100の絶縁基板101上には、磁束結合巻線111及び121を覆うように図示しないパッシベーション膜が形成されている。
Further, a passivation film (not shown) is formed on the
センサヘッド200は、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板201を備える。絶縁基板201の材料としては、ガラスやシリコン等でも良い。絶縁基板201のスケール100と対向する面側には、スケールトラック110、120と対向する位置にセンサトラック210(第1センサトラック)、センサトラック220(第2センサトラック)が配置されている。
The
センサトラック210には、長手方向をX方向とする矩形状の送信巻線211(第1送信部材の一例)が形成されている。送信巻線211は、磁束結合巻線111に対して磁束結合可能である。送信巻線211の替わりに、1本の線状導体を送信部材としても良い。また、センサトラック210の送信巻線211の内側には、1つの受信巻線213(第1受信巻線)が配置されている。受信巻線213は、磁束結合巻線111と磁束結合可能である。受信巻線213は、絶縁基板201上でX方向に並べられた複数の受信ループ214によって構成される。受信ループ214は、菱形形状の線状導体である。隣り合う受信ループ214は、立体交差で繋がることでペアループ215を構成している。ペアループ215のX方向の長さはL1=λ1であり、1つ分の受信ループ214のX方向の長さはλ1/2である。
The
センサトラック220には、長手方向をX方向とする矩形状の送信巻線221(第2送信部材の一例)が形成されている。送信巻線221は、磁束結合巻線121に対して磁束結合可能である。送信巻線221の替わりに、1本の線状導体を送信部材としても良い。また、センサトラック220の送信巻線221の内側には、1つの受信巻線223(第2受信巻線)が配置されている。受信巻線223は、磁束結合巻線121と磁束結合可能である。受信巻線223は、絶縁基板201上でX方向に並べられた複数の受信ループ224によって構成される。受信ループ224は、六角形状の線状導体である。隣り合う受信ループ224は、立体交差で繋がることでペアループ225を構成している。ペアループ225のX方向の長さはL2=λ1であり、1つ分の受信ループ224のX方向の長さはλ1/2である。
The
なお、受信巻線213及び223はそれぞれ、1つに限らず、2つ以上でも良い。例えば、X方向にλ1/4ずつ位相をずらして配置された2つの受信巻線や、X方向にλ1/6ずつ位相をずらして配置された3つの受信巻線についても本実施形態を適用することができる。
The
更に、センサトラック200の絶縁基板201上には、送信巻線211及び221並びに受信巻線213及び223を覆うように、図示しないパッシベーション膜が形成されている。送信巻線211の端子212、受信巻線213の端子216、送信巻線221の端子222、及び送信巻線223の端子226は、配線を介して、変位測定するための演算や制御などをするIC回路(図示せず)と接続されている。送信巻線211及び221並びに受信巻線213及び223は、磁束結合巻線111及び121と同様の材料から構成される。以上が、誘導型変位検出装置1の構成である。
Further, a passivation film (not shown) is formed on the insulating
次に、誘導型変位検出装置1の動作について簡単に説明する。
図2及び図3は、本実施形態に係る誘導型変位検出装置1の動作の説明図である。図2は、誘導型変位検出装置1が備える送信巻線221、磁束結合巻線111及び受信巻線213の一部のそれぞれの平面図と、スケール100に対してセンサヘッド200が相対移動した際に生じる受信巻線213からの出力信号S1の波形図を示している。また、図3は、誘導型変位検出装置1が備える送信巻線211、磁束結合巻線121及び受信巻線223の一部のそれぞれの平面図と、スケール100に対してセンサヘッド200が相対移動した際に生じる受信巻線223からの出力信号S2の波形図を示している。
Next, the operation of the
2 and 3 are explanatory diagrams of the operation of the
始めに、図2を用いて出力信号S1の発生原理について説明する。
送信用励振信号(単相交流)が送信巻線221に送られると、ある時刻に着目した場合、送信巻線221には時計回りに励振電流i221が流れる。そして、励振電流i221によって送信巻線221から交番磁束が生成され、磁束結合巻線121と磁束結合する。このため、磁束結合巻線121、接続部102及び磁束結合巻線111には反時計回りに誘導電流i111が流れる。これによって、磁束結合巻線111から交番磁束が発生し、受信巻線213の受信ループ214に磁束結合する。この結合により、受信ループ214には、誘導電流i214が流れる。この結果、スケール100に対するセンサヘッド200の相対移動によって受信巻線213から、正弦波状の出力信号S1が出力され、図示しないIC回路に送られる。ここで、出力信号S1は、磁束結合巻線111のピッチがP1=λ1であるため、波長はλ1となる。
First, the generation principle of the output signal S1 will be described with reference to FIG.
When a transmission excitation signal (single-phase alternating current) is sent to the transmission winding 221, an excitation current i221 flows through the transmission winding 221 in the clockwise direction when attention is paid to a certain time. Then, an alternating magnetic flux is generated from the transmission winding 221 by the excitation
続いて、図3を用いて出力信号S2の発生原理について説明する。
送信用励振信号(単相交流)が送信巻線211に送られると、ある時刻に着目した場合、送信巻線211には時計回りに励振電流i211が流れる。そして、励振電流i211によって送信巻線211から交番磁束が生成され、磁束結合巻線111と磁束結合する。このため、磁束結合巻線111、接続部102及び磁束結合巻線121には反時計回りに誘導電流i121が流れる。これによって、磁束結合巻線121から交番磁束が発生し、受信巻線223の受信ループ224に磁束結合する。この結合により、受信ループ224には、誘導電流i224が流れる。この結果、スケール100に対するセンサヘッド200の相対移動によって受信巻線223から、正弦波状の出力信号S2が出力され、図示しないIC回路に送られる。ここで、出力信号S2は、磁束結合巻線121のピッチがP2=λ1/5であるため、波長はλ1/5となる。
Next, the generation principle of the output signal S2 will be described with reference to FIG.
When a transmission excitation signal (single-phase alternating current) is sent to the transmission winding 211, when attention is paid to a certain time, an excitation current i211 flows in the transmission winding 211 clockwise. An alternating magnetic flux is generated from the transmission winding 211 by the excitation current i211 and is magnetically coupled to the magnetic flux coupling winding 111. For this reason, the induced current i121 flows in the counterclockwise direction in the magnetic flux coupling winding 111, the connecting
出力信号S1及びS2は交互に検出される。最後に、出力信号S1及びS2を受けたIC回路は、出力信号S1及びS2それぞれから空間位相を割り出して合成する。これによって、誘導型変位検出装置1は、受信巻線111のピッチP1=λ1をABS範囲とするABS位置を検出する。
The output signals S1 and S2 are detected alternately. Finally, the IC circuit that has received the output signals S1 and S2 calculates and synthesizes the spatial phase from the output signals S1 and S2. As a result, the inductive
以上、本実施形態によれば、2つのスケールトラックのうち、一方のスケールトラックの磁束結合巻線を細かいピッチで形成させているため、誘導型変位検出装置の分解能及び高精度化を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the magnetic flux coupling winding of one of the two scale tracks is formed at a fine pitch, so that the resolution and high accuracy of the inductive displacement detector can be improved. it can.
また、広いABS範囲を確保するために、複数のトラックの出力信号の位相差を取る場合があるが、本実施形態の場合、もう一方のスケールトラックの磁束結合巻線が粗いピッチで形成されているため、このピッチを基準として他のトラックの磁束結合巻線を形成することができる。これによって、誘導型変位検出装置のABS範囲を広げることが容易である。 In order to secure a wide ABS range, the phase difference between the output signals of a plurality of tracks may be taken. In this embodiment, the magnetic flux coupling windings of the other scale track are formed with a rough pitch. Therefore, the magnetic flux coupling windings of other tracks can be formed on the basis of this pitch. This makes it easy to widen the ABS range of the inductive displacement detector.
更に、本実施形態によれば、所定のスケールトラックの磁束結合巻線を駆動する送信巻線と、この磁束結合巻線からの誘導電流を受信する受信巻線が離れて形成され、且つ、出力信号S1及びS2が交互に検出されるため、クロストークの影響を小さくすることができる。 Further, according to the present embodiment, the transmission winding for driving the magnetic flux coupling winding of the predetermined scale track and the receiving winding for receiving the induced current from the magnetic flux coupling winding are formed separately and output. Since the signals S1 and S2 are detected alternately, the influence of crosstalk can be reduced.
なお、図1〜図3に示した例では、磁束結合巻線121をピッチP2=λ1/5で並べたが、磁束結合巻線121のピッチはこれに限られるものではなく、P2=λ1/N(Nは3以上の奇数)であれば、本実施形態の効果を得ることができる。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the magnetic
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、ヨーイングの影響が小さい誘導型変位検出装置である。
[Second Embodiment]
The second embodiment is a modification of the first embodiment, and is an inductive displacement detection device that is less affected by yawing.
図4は、第2の実施形態に係る誘導型変位検出装置2のスケール300の一部及びセンスヘッド400の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a part of the
誘導型変位検出装置2は、スケール300とこれに対向するように配置されたセンサヘッド400とから構成される。
The inductive
スケール300は、絶縁基板を備え、この絶縁基板のセンサヘッド400に対向する面側には、Y方向に並ぶ3つのスケールトラック310(第1スケールトラック)、スケールトラック320(第2スケールトラック)及びスケールトラック330(第3スケールトラック)が配置されている。
The
スケールトラック310には、同じ形状をした複数の磁束結合巻線311(第1磁束結合部材の一例)がX方向に並べられている。この磁束結合巻線311は、長手方向をX方向とする矩形の線状導体である。また、各磁束結合巻線311間にはそれぞれ、磁束結合巻線311と同等の形状を有する磁束結合巻線312(逆位相磁束結合部材の一例)が配置されている。つまり、スケールトラック310には、磁束結合巻線311と磁束結合巻線312がX方向で交互に配置されている。磁束結合巻線311は、ピッチP1=λ1で配置されている。また、磁束結合巻線212も、ピッチP1´=λ1で配置されている。隣接する磁束結合巻線311及び312間は、λ1/2だけ離れている。
In the
スケールトラック320は、第1の実施形態におけるスケールトラック120と同様の構成を持つ。なお、X方向で連続して配置されている5つの磁束結合巻線321(第1の実施形態における磁束結合巻線121)はそれぞれ、1つの磁束結合巻線311と接続部302によって接続されている。
The
スケールトラック330は、スケールトラック320と同様の構成を持つ。但し、スケールトラック320の磁束結合巻線321(第2磁束結合部材の一例)とスケールトラック330の磁束結合巻線331(第3磁束結合部材の一例)とは、X方向にλ1/10ずつ位相がずれている。また、X方向で連続して配置されている5つの磁束結合巻線331はそれぞれ、1つの磁束結合巻線312と接続部303によって接続されている。
The
以上のように、本実施形態のスケール300は、磁束結合巻線311及び321と磁束結合巻線312及び331は、X方向の位相が逆位相で配置されている点を除き、スケールトラック210を中心に線対称で配置されている。
As described above, the
センサヘッド400は、絶縁基板を備え、この絶縁基板のスケール300と対向する面側には、スケールトラック310と対向する位置に配置されたセンサトラック410(第1センサトラック)、スケールトラック320と対向する位置に配置されたセンサトラック420(第2センサトラック)、スケールトラック330と対向する位置に配置されたセンサトラック430(第3センサトラック)を有する。
The
センサトラック410は、第1の実施形態におけるセンサトラック210と同様であり、送信巻線211に相当する送信巻線411(第1送信部材の一例)、受信巻線213に相当する受信巻線413(第1受信巻線)によって構成されている。また、センサトラック420は、第1の実施形態におけるセンサトラック220と同様であり、送信巻線221に相当する送信巻線421(第2送信部材の一例)、受信巻線223に相当する受信巻線423(第2受信巻線)によって構成されている。但し、この受信巻線423の両端部には、絶縁基板の裏面まで貫通するスルーホール427及び428が形成されている。
The
センサトラック430は、センサトラック420と同様であり、送信巻線421と相当する送信巻線431(第3送信部材の一例)、受信巻線423と相当する受信巻線433(第3受信巻線)によって構成されている。但し、センサトラック420の送信巻線421とセンサトラック430の送信巻線431は、2つの端子432間を結ぶ1つのループを構成している。また、受信巻線433の両端部には、絶縁基板の裏面まで貫通するスルーホール437及び438が形成されている。このうちスルーホール438は、絶縁基板の裏面に形成された巻線を介してセンサトラック430のスルーホール428に接続されている。一方、スルーホール437は、センサトラック420のスルーホール427と共に、絶縁基板の裏面に形成された巻線を介して端子436に接続されている。
The
以上のように、本実施形態のセンサヘッド400は、センサトラック310を中心に、送信巻線421及び受信巻線423と送信巻線431及び受信巻線433が線対称で配置されている。以上が、誘導型変位検出装置2の構成である。
As described above, in the
以上の構成による誘導型変位検出装置2の場合、スケール300に対するセンサヘッド400の相対移動によって、受信巻線413の端子416からの出力信号S1と、受信巻線423及び受信巻線433の端子436からの出力信号S2を得ることができる。出力信号S1と出力信号S2は交互に検出される。そして、誘導型変位検出装置2は、図示しないIC回路によって、出力信号S1から空間位相を割り出すと共に、出力信号S2から空間位相を割り出し、これら割り出した空間位相を合成することで、ABS位置を検出する。
In the case of the inductive
以上のように、本実施形態の場合、第1の実施形態と同様の効果を得られるばかりでなく、スケールトラック320及び330を対称的に配置させることで、更に、ヨーイングの影響を低減させることができる。 As described above, in the case of this embodiment, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the influence of yawing can be further reduced by arranging the scale tracks 320 and 330 symmetrically. Can do.
また、仮に真ん中のスケールトラックの磁束結合巻線を、このスケールトラックを挟む外側のスケールトラックの磁束結合巻線と同様に細かいピッチで形成する場合、真ん中のスケールトラックには外側のスケールトラックの倍の線が並ぶことになるので、プリント配線基板のデザインルール上、配線することが厳しくなる。その点、本実施形態によれば、真ん中のスケールトラック(例えば、図4に示す310)は、磁束結合巻線(例えば、図4に示す311及び312)のピッチを大きくすることができるため、余裕のある配線を実現することができる。 In addition, if the magnetic flux coupling winding of the middle scale track is formed with a fine pitch like the magnetic flux coupling winding of the outer scale track that sandwiches the scale track, the middle scale track is doubled to the outer scale track. Therefore, the wiring becomes strict according to the design rule of the printed wiring board. In that respect, according to the present embodiment, the middle scale track (eg, 310 shown in FIG. 4) can increase the pitch of the magnetic flux coupling windings (eg, 311 and 312 shown in FIG. 4). Wiring with a margin can be realized.
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、第2の実施形態の応用例であり、広いABS範囲におけるABS位置の検出を可能にした誘導型変位検出装置である。
[Third Embodiment]
The third embodiment is an application example of the second embodiment, and is an inductive displacement detection device that enables detection of an ABS position in a wide ABS range.
図5は、第3の実施形態に係る誘導型変位検出装置3のスケール500の一部及びセンスヘッド600の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a part of the
誘導型変位検出装置3は、スケール500とこれに対向するように配置されたセンサヘッド600とから構成される。
The inductive displacement detection device 3 includes a
スケール500は、絶縁基板を備え、この絶縁基板のセンサヘッド600に対向する面側には、Y方向に並ぶ5つのスケールトラック510(第1スケールトラック)、スケールトラック520(第2スケールトラック)、スケールトラック530(第3スケールトラック)、スケールトラック540(第4スケールトラック)及びスケールトラック550(第5スケールトラック)とから構成される。
The
スケールトラック510、520及び530は、第2の実施形態におけるスケールトラック310、320及び330と同様の構成であるため説明を省略する。 The scale tracks 510, 520, and 530 have the same configuration as the scale tracks 310, 320, and 330 in the second embodiment, and thus description thereof is omitted.
スケールトラック540には、ピッチP4=λ2(λ2<λ1)でX方向に並ぶ複数の磁束結合巻線541(第4磁束結合部材の一例)が形成されている。各磁束結合巻線541は、X方向を長手方向とする矩形の線状導体である。同様に、スケールトラック550には、ピッチP5=λ3(λ3<λ2)でX方向に並ぶ複数の磁束結合巻線551(第5磁束結合部材の一例)が形成されている。各磁束結合巻線551は、X方向を長手方向とする矩形の線状導体である。また、各磁束結合巻線551はそれぞれ、1つの磁束結合巻線541と接続部504によって接続されている。なお、長さλ1、λ2及びλ3は、図5のように、λ1>λ2>λ3である必要はなく、相互に異なっていれば良い。
In the
センサヘッド600は、絶縁基板を備え、この絶縁基板のスケール500と対向する面側には、スケールトラック510、520、530、540及び550に対向する位置に配置されたセンサトラック610(第1センサトラック)、センサトラック620(第2センサトラック)、センサトラック630(第3センサトラック)、センサトラック640(第4センサトラック)及びセンサトラック650(第5センサトラック)が形成されている。
The
センサトラック610、620及び630は、第2の実施形態のセンサトラック410、420及び430と同様の構成であるため説明を省略する。 Since the sensor tracks 610, 620, and 630 have the same configuration as the sensor tracks 410, 420, and 430 of the second embodiment, description thereof is omitted.
センサトラック640には、X方向を長手方向とする矩形状の送信巻線641(第4送信部材の一例)が形成されている。送信巻線641は、磁束結合巻線541に対して磁束結合可能である。また、センサトラック640の送信巻線641の内側には、1つの受信巻線643(第4受信巻線)が配置されている。受信巻線643は、磁束結合巻線541と磁束結合可能である。受信巻線643は、X方向に並べられた複数の受信ループ644によって構成される。受信ループ644は、菱形形状の線状導体である。隣り合う受信ループ644は、立体交差で繋がることでペアループ645を構成している。ペアループ645のX方向の長さはL4=λ2であり、1つ分の受信ループ644のX方向の長さは、λ2/2である。
The
センサトラック650には、X方向を長手方向とする矩形状の送信巻線651(第5送信部材の一例)が形成されている。送信巻線651は、磁束結合巻線551に対して磁束結合可能である。また、センサトラック650の送信巻線651の内側には、1つの受信巻線653(第5受信巻線)が配置されている。受信巻線653は、磁束結合巻線551と磁束結合可能である。受信巻線653は、X方向に並べられた複数の受信ループ654によって構成される。受信ループ654は、菱形形状の線状導体である。隣り合う受信ループ654は、立体交差で繋がることでペアループ655を構成している。ペアループ655のX方向の長さはL5=λ3であり、1つ分の受信ループ654のX方向の長さは、λ3/2である。以上が、誘導型変位検出装置3の構成である。
The
以上の構成による誘導型変位検出装置3の場合、スケール500に対するセンサヘッド600の相対移動によって、第2の実施形態における出力信号S1及びS2と同様の出力信号S1及びS2を受信巻線613の端子616、受信巻線623及び受信巻線633の端子636から得ることができる。また、端子652を介して送信用励振信号を送信巻線651に入力することで、受信巻線643の端子646から波長λ2の正弦波状の出力信号S4を得ることができる。同様に、端子6642を介して送信用励振信号を送信巻線641に入力することで、受信巻線653の端子656から波長λ3の正弦波状の出力信号S5を得ることができる。そして、誘導型変位検出装置3は、図示しないIC回路によって、出力信号S1、S2、S4及びS5から空間位相を割り出し、これら割り出した空間位相を合成することで、ABS位置を検出する。
In the case of the inductive displacement detection device 3 having the above configuration, the output signals S1 and S2 similar to the output signals S1 and S2 in the second embodiment are output to the terminals of the reception winding 613 by the relative movement of the
広いABS範囲を得るためには、受信巻線のピッチを少しずつずらしながら複数のトラックをY方向に設け、これら複数のトラックからの出力信号の位相差を取れば良い。しかし、この場合、複数のトラックがY方向の広い範囲に配置されることになるため、ヨーイングの影響を受けやすくなる。この点、本実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得られるばかりでなく、更に、スケールトラック510の磁束結合巻線510のように、ピッチの広い磁束結合巻線510を基準として複数のトラックを設けることができるため、ヨーイングによる位相誤差を抑制することができ、良好なABS位置の割り出しを行うことが可能となる。
In order to obtain a wide ABS range, a plurality of tracks are provided in the Y direction while gradually shifting the pitch of the reception winding, and the phase difference between the output signals from the plurality of tracks may be obtained. However, in this case, since a plurality of tracks are arranged in a wide range in the Y direction, it is easily affected by yawing. In this respect, according to the present embodiment, not only the same effects as those of the second embodiment can be obtained, but also a magnetic flux coupling winding 510 having a wide pitch like the magnetic flux coupling winding 510 of the
なお、図5に示す実施例では、第2の実施形態のトラック構成に対してスケールトラック540及び550並びにセンサトラック640及び650を追加した構成について説明したが、第1の実施形態のトラック構成に対してスケールトラック540及び550並びにセンサトラック640及び650に相当するトラックを追加しても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。 In the example shown in FIG. 5, the configuration in which the scale tracks 540 and 550 and the sensor tracks 640 and 650 are added to the track configuration of the second embodiment has been described. However, the track configuration of the first embodiment has been described. On the other hand, even if tracks corresponding to the scale tracks 540 and 550 and the sensor tracks 640 and 650 are added, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
また、第1又は第2の実施形態のトラック構成に対して、スケールトラック及びセンサトラックを1組だけ追加する、或いは、3組以上を追加する場合でも本実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, even when only one set of scale track and sensor track is added to the track configuration of the first or second embodiment, or when three or more sets are added, the same effect as this embodiment can be obtained. it can.
1、2、3・・・誘導型変位検出装置、100、300、500・・・スケール、101、201・・・絶縁基板、102、302、303、504・・・接続部、110、120、310、320、330、510、520、530、540、550・・・スケールトラック、111、121、311、321、331、541、551・・・磁束結合巻線、200、400、600・・・センサヘッド、210、220、410、420、430、610、620、630、640、650・・・センサトラック、211、221、411、421、431、641、651・・・送信巻線、212、216、222、226、412、416、432、436、616、636、642、646、652、656・・・端子、213、223、413、423、433、613、623、633、643、653・・・受信巻線、214、224、644、654・・・受信ループ、215、225、645、655・・・ペアループ、427、428、437、438、627、628、637、638・・・スルーホール。 1, 2, 3 ... Inductive displacement detection device, 100, 300, 500 ... Scale, 101, 201 ... Insulating substrate, 102, 302, 303, 504 ... Connection part, 110, 120, 310, 320, 330, 510, 520, 530, 540, 550 ... scale track, 111, 121, 311, 321, 331, 541, 551 ... magnetic flux coupling winding, 200, 400, 600 ... Sensor head, 210, 220, 410, 420, 430, 610, 620, 630, 640, 650 ... sensor track, 211, 221, 411, 421, 431, 641, 651 ... transmission winding, 212, 216, 222, 226, 412, 416, 432, 436, 616, 636, 642, 646, 652, 656 ... terminals, 213, 23, 413, 423, 433, 613, 623, 633, 643, 653... Reception winding, 214, 224, 644, 654... Reception loop, 215, 225, 645, 655... Pair loop, 427 428, 437, 438, 627, 628, 637, 638 ... through holes.
Claims (4)
前記第1スケールトラックに対向配置された第1センサトラック及び前記第2スケールトラックに対向配置された第2センサトラックを有すると共に前記スケールに対して第1方向に相対移動可能なセンサヘッドと
を備え、
前記第1センサトラックは、第1送信部材、並びに、ピッチλ1で第1方向に配列された複数の第1受信ループからなる第1受信巻線を有し、
前記第2センサトラックは、第2送信部材、並びに、ピッチλ1で第1方向に配列された複数の第2受信ループからなる第2受信巻線を有し、
前記第1スケールトラックは、前記第1送信部材及び前記第1受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ1で第1方向に配列された複数の第1磁束結合部材を有し、
前記第2スケールトラックは、前記第2送信部材及び前記第2受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ1/N(Nは3以上の奇数)で第1方向に配列され、N個ずつ1個の前記第1磁束結合部材と接続された複数の第2磁束結合部材を有し、
前記センサヘッドを前記スケールに対して相対移動させた場合、
第1単相交流信号が前記第2送信部材に入力されると、前記第2送信部材及び前記第2磁束結合部材間の磁束結合と前記第1磁束結合部材及び前記第1受信巻線間の磁束結合とを介して、前記第1受信巻線から波長λ1の第1出力信号が出力され、
第2単相交流信号が前記第1送信部材に入力されると、前記第1送信部材及び前記第1磁束結合部材間の磁束結合と前記第2磁束結合部材及び前記第2受信巻線間の磁束結合とを介して、前記第2受信巻線から波長λ1/Nの第2出力信号が出力され、
前記第1出力信号及び前記第2出力信号が、交互に検出される
ことを特徴とする誘導型変位検出装置。 A scale having a first scale track and a second scale track arranged in a second direction orthogonal to the first direction which is the measurement axis direction;
A sensor head having a first sensor track disposed opposite to the first scale track and a second sensor track disposed opposite to the second scale track, and capable of moving relative to the scale in a first direction. ,
The first sensor track has a first transmission member and a first reception winding composed of a plurality of first reception loops arranged in a first direction at a pitch λ1.
The second sensor track includes a second transmission member and a second reception winding composed of a plurality of second reception loops arranged in the first direction at a pitch λ1.
The first scale track has a plurality of first magnetic flux coupling members that are magnetically coupled to the first transmission member and the first reception winding and are arranged in a first direction at a pitch λ1.
The second scale tracks can be magnetically coupled to the second transmission member and the second reception winding, and are arranged in a first direction at a pitch λ1 / N (N is an odd number of 3 or more), and N pieces. each have a one of said first magnetic flux coupling member and connected to the plurality of second flux coupling members have been,
When the sensor head is moved relative to the scale,
When the first single-phase AC signal is input to the second transmission member, the magnetic flux coupling between the second transmission member and the second magnetic flux coupling member, and between the first magnetic flux coupling member and the first reception winding. A first output signal having a wavelength λ1 is output from the first reception winding via magnetic flux coupling,
When the second single-phase AC signal is input to the first transmission member, the magnetic flux coupling between the first transmission member and the first magnetic flux coupling member, and between the second magnetic flux coupling member and the second reception winding. A second output signal having a wavelength λ1 / N is output from the second receiving winding via magnetic flux coupling,
The inductive displacement detection device, wherein the first output signal and the second output signal are detected alternately .
前記センサヘッドは、前記第3スケールトラックに対向配置された第3センサトラックを有し、
前記第3センサトラックは、第3送信部材、並びに、ピッチλ1で第1方向に配列された複数の第3受信ループからなる第3受信巻線を有し、
前記第1スケールトラックは、前記複数の第1磁束結合部材に対して第1方向において逆位相であり、且つ、前記第1送信部材及び前記第1受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ1で第1方向に配列された複数の逆位相磁束結合部材を更に有し、
前記第3スケールトラックは、前記複数の第2受信ループに対して第1方向において逆位相であり、且つ、前記第3送信部材及び前記第3受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ1/Nで第1方向に配列され、N個ずつ1個の前記逆位相磁束結合部材と接続された複数の第3磁束部材を有する
ことを特徴とする請求項1記載の誘導型変位検出装置。 The scale has a third scale track arranged to sandwich the first scale track with the second scale track in a second direction;
The sensor head has a third sensor track disposed opposite to the third scale track;
The third sensor track includes a third transmission member, and a third reception winding including a plurality of third reception loops arranged in the first direction at a pitch λ1.
The first scale track is opposite in phase in the first direction with respect to the plurality of first magnetic flux coupling members, and can be magnetically coupled to the first transmission member and the first reception winding. A plurality of antiphase magnetic flux coupling members arranged in the first direction at a pitch λ1,
The third scale track is out of phase in the first direction with respect to the plurality of second reception loops, and can be magnetically coupled to the third transmission member and the third reception winding and has a pitch. The induction-type displacement detection device according to claim 1, further comprising a plurality of third magnetic flux members arranged in a first direction at λ1 / N and connected to the N antiphase magnetic flux coupling members one by one. .
前記センサヘッドは、前記第4スケールトラックに対向配置された第4センサトラックを更に有し、
前記第4センサトラックは、第4送信部材、並びに、ピッチλ2(λ2≠λ1)で第1方向に配列された複数の第4受信ループからなる第4受信巻線を有し、
前記第4スケールトラックは、前記第4送信部材及び前記第4受信巻線に対して磁束結合可能であると共にピッチλ2で第1方向に配列された複数の第4磁束結合部材を有する
ことを特徴とする1又は2記載の誘導型変位検出装置。 The scale further includes a fourth scale track aligned with the first scale track in a second direction;
The sensor head further includes a fourth sensor track disposed opposite to the fourth scale track,
The fourth sensor track includes a fourth transmission member and a fourth reception winding including a plurality of fourth reception loops arranged in the first direction at a pitch λ2 (λ2 ≠ λ1),
The fourth scale track has a plurality of fourth magnetic flux coupling members that can be magnetically coupled to the fourth transmission member and the fourth reception winding and are arranged in a first direction at a pitch λ2. The inductive displacement detection device according to 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の誘導型変位検出装置。
The inductive displacement detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein N is 5.
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