JP6147658B2 - 電磁誘導式位置検出器及び検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導により検出対象の位置を検出する電磁誘導式位置検出器及び検出方法に関する。

電磁誘導式位置検出器であるインダクトシン方式のスケールは、工作機械、自動車、ロボットなどの各種機械の位置検出部に適用される。インダクトシン方式のスケールには、リニア形のリニアスケールとロータリ形のロータリスケールがあり、リニアスケールは、例えば、工作機械の直線移動軸などの直線的な移動部に設置されて、当該移動部の直線的な移動位置を検出するものであり、ロータリスケールは、例えば、工作機械の回転軸などの回転部に設置されて、当該回転部の回転位置（回転角度）を検出するものである。

リニアスケールとロータリスケールは、何れも、平行に向かい合わせに配置したコイルパターンの電磁誘導により位置を検出するものである。この検出原理について、図４を参照して説明する。なお、図４は、リニアスケールの原理を説明する図であり、図４（ａ）は、リニアスケールのスライダとスケールを並べて示す図であり、図４（ｂ）は、スライダとスケールの電磁結合度を示す図である。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、リニアスケールの原理図を示しているが、ロータリスケールの原理もこれと同様であり、ロータリスケールのステータとロータが、リニアスケールのスライダとスケールに各々対応している。

図４（ａ）に示すように、リニアスケールの検出部は、一次側板部材となるスライダ４１と、二次側板部材となるスケール４２とを有している。リニアスケールにおいて、スライダ４１は、第１の一次側コイルとなる第１スライダコイル４３と、第２の一次側コイルとなる第２スライダコイル４４とを有している。又、スケール４２は、二次側コイルとなるスケールコイル４５を有している。これらのコイル４３、４４、４５の各々は、ジグザグ状に折り返され且つ全体が直線状となるように形成されている。

スライダ４１（第１スライダコイル４３及び第２スライダコイル４４）と、スケール４２（スケールコイル４５）は、これらの間に所定のギャップｇ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。又、図４（ａ）に示すように、スケールコイル４５の１ピッチを基準にして、第１スライダコイル４３と第１スライダコイル４４とは１／４ピッチ位置がずれている（位相が９０度ずれている）。

このリニアスケールでは、第１スライダコイル４３と第２スライダコイル４４に励振電流（交流電流）を流すと、スライダ４１の移動により、第１スライダコイル４３及び第２スライダコイル４４とスケールコイル４５との相対的な位置関係の変化に応じて、図４（ｂ）に示すように、第１スライダコイル４３及び第２スライダコイル４４とスケールコイル４５との電磁結合度が周期的に変化する。このため、スケールコイル４５には周期的に変化する励起電圧が発生する。

位置を検出する１つの例として、下記式（１）に示すような第１励振電流Ｉａを第１スライダコイル４３に流し、下記式（２）に示すような第２励振電流Ｉｂを第２スライダコイル４４に流すと、第１スライダコイル４３及び第２スライダコイル４４とスケールコイル４５との間の電磁誘導により、スケールコイル４５には下記式（３）に示すような励起電圧Ｖが発生する。そして、下記式（３）をサンプリングしたピーク振幅Ｖｐは下記式（４）に示すように表すことができる。

Ｉａ＝−Ｉ・ｃｏｓ（ｋα）・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （１）
Ｉｂ＝Ｉ・ｓｉｎ（ｋα）・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （２）
Ｖ＝Ｋ（ｇ）・Ｉ・ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−α））・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （３）
Ｖｐ＝Ｋ（ｇ）・Ｉ・ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−α）） ・・・ （４）

ここで、「Ｉ」は励振電流の大きさ、「ｋ」は２π／ｐであり、この「ｐ」はスケールコイル４５の１ピッチの長さ（ロータリスケールでは角度）、「ω」は励振電流（交流電流）の角周波数であり、「ｔ」は時刻であり、「α」は励振位置である。又、「Ｋ（ｇ）」は、第１スライダコイル４３及び第２スライダコイル４４とスケールコイル４５の間のギャップｇ等の結合の強さに依存する結合係数であり、「Ｘ」はスケールの位置変位（移動位置）である。

上記式（４）において、位置変位Ｘに対して励振位置αを追従させて、Ｖｐ＝０となるように制御することで、α＝Ｘが検出位置として求まる。

特許第３８０６３５８号公報

ロータリスケールは、リニアスケールのスライダに対応するステータと、リニアスケールのスケールに対応するロータを有する構成である。図５に示すように、ロータリスケールの可動部となるロータ５１には、スケールコイルを設けるスケールパターンエリア５２と、ロータリトランスを設けるロータリトランスエリア５３が配置されている。このロータリトランスは、ロータ５１のスケールコイルに発生した上記励起電圧Ｖを無接触でステータ側に伝達するために必要なものである。このように、ロータリトランスを設けるスペースが必要となるため、小径（小型）のロータリスケールでは、ロータリトランスを設けるスペースを確保することが難しくなる。例え、スペースがあったとしても、スケールコイルとロータリトランスが近い（１ｃｍ以上離す必要がある）と干渉誤差が発生してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、小型化が可能であり、干渉誤差が発生しない電磁誘導式位置検出器及び検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る電磁誘導式位置検出器は、
電磁誘導を用いて位置を検出する電磁誘導式位置検出器において、
互いにピッチの異なる櫛形極の平面コイルパターンからなる一次側メインパターンと一次側サブパターンとを有する（並列に配置した）一次側板部材と、
互いにピッチの異なる櫛形極の平面コイルパターンからなる二次側メインパターンと二次側サブパターンとを有する（並列に配置する）と共に、前記二次側メインパターンと前記二次側サブパターンの隣接する前記櫛形極同士を各々接続して、前記二次側メインパターンと前記二次側サブパターンとを１本のループにした二次側板部材と、
前記一次側メインパターンと前記一次側サブパターンとの切り替えを制御して、前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンのいずれか一方に励振電流を供給すると共に、いずれか他方から前記二次側メインパターン又は前記二次側サブパターンに流れる励起電圧を検出させる制御部とを有し、
前記一次側メインパターン及び前記一次側サブパターンと前記二次側メインパターン及び前記二次側サブパターンとを各々向かい合わせにして、前記一次側板部材と二次側板部材とを対向配置し、
前記制御部は、
前記一次側メインパターンに前記励振電流を供給したときには、前記一次側メインパターンの前記励振電流により励起された前記二次側メインパターンの励起電圧を、前記二次側サブパターンを介し、前記一次側サブパターンを用いて検出し、
前記一次側サブパターンに前記励振電流を供給したときには、前記一次側サブパターンの前記励振電流により励起された前記二次側サブパターンの励起電圧を、前記二次側メインパターンを介し、前記一次側メインパターンを用いて検出する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る電磁誘導式位置検出器は、
上記第１の発明に記載の電磁誘導式位置検出器において、
前記制御部は、
前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンに励振電流を供給するドライブ回路と、
前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンを用いて、前記二次側メインパターン又は前記二次側サブパターンに流れる励起電圧を検出するピックアップ回路と、
前記ドライブ回路を前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンのいずれか一方に切り替えると共に、前記ピックアップ回路を前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンのいずれか他方に切り替えるスイッチ部とを備え、
前記制御部は、
前記一次側メインパターンに前記励振電流を供給するときには、前記スイッチ部により、前記ドライブ回路を前記一次側メインパターンに切り替えると共に、前記ピックアップ回路を前記一次側サブパターンに切り替えて、前記励振電流により励起された前記二次側メインパターンの励起電圧を、前記二次側サブパターンを介し、前記一次側サブパターンを用いて検出し、
前記一次側サブパターンに前記励振電流を供給するときには、前記スイッチ部により、前記ドライブ回路を前記一次側サブパターンに切り替えると共に、前記ピックアップ回路を前記一次側メインパターンに切り替えて、前記励振電流により励起された前記二次側サブパターンの励起電圧を、前記二次側メインパターンを介し、前記一次側メインパターンを用いて検出する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る電磁誘導式位置検出器は、
上記第１又は第２の発明に記載の電磁誘導式位置検出器において、
ロータとステータとを有するロータリ形の電磁誘導式位置検出器とする場合、
前記一次側板部材を前記ステータとし、前記一次側メインパターン及び前記一次側サブパターンの各々を全体が円環状になるように形成すると共に、
前記二次側板部材を前記ロータとし、前記二次側メインパターン及び前記二次側サブパターンを全体が円環状になるように形成する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る電磁誘導式位置検出器は、
上記第１又は第２の発明に記載の電磁誘導式位置検出器において、
スライダとスケールとを有するリニア形の電磁誘導式位置検出器とする場合、
前記一次側板部材を前記スライダとし、前記一次側メインパターン及び前記一次側サブパターンの各々を全体が直線状になるように形成すると共に、
前記二次側板部材を前記スケールとし、前記二次側メインパターン及び前記二次側サブパターンを全体が直線状になるように形成する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る電磁誘導式位置検出方法は、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の電磁誘導式位置検出器を用いた検出方法であって、
前記一次側メインパターンは、第１の一次側メインパターンと、前記第１の一次側メインパターンから位相を９０度ずらして配置した第２の一次側メインパターンとからなり、
前記一次側サブパターンは、第１の一次側サブパターンと、前記第１の一次側サブパターンから位相を９０度ずらして配置した第２の一次側サブパターンとからなり、
前記制御部は、
前記第１の一次側メインパターン又は第１の一次側サブパターンに、数１に示す第１の励振電流Ｉａを供給すると共に、前記第２の一次側メインパターン又は第２の一次側サブパターンに、数１に示す第２の励振電流Ｉｂを供給し、
前記二次側メインパターン又は前記二次側サブパターンには、数１に示す励起電圧Ｖが発生し、
第１の一次側サブパターン又は前記第１の一次側メインパターンで、数１に示す第１の励起電圧Ｖｓを検出すると共に、第２の一次側サブパターン又は前記第２の一次側メインパターンで、数１に示す第２の励起電圧Ｖｃを検出し、
前記第２の励起電圧Ｖｃを９０度位相シフトさせた後、前記第１の励起電圧Ｖｓと合成して、数１に示す合成電圧Ｖｇを導き、
前記合成電圧Ｖｇにおいて、Ｂ＝０となるように、位置変位Ｘに対して励振位置αを追従させることにより、α＝Ｘを検出位置として求める
ことを特徴とする。

本発明によれば、ロータリトランスが不要となるので、小型化できると共に、干渉誤差が発生しなくなる。

本発明に係る電磁誘導式位置検出器及び検出方法の実施形態として、電磁誘導式位置検出器の一次側コイルパターンと二次側コイルパターンの一例を示す平面図である。 図１に示した二次側コイルパターンのロータでの構成を示す平面図である。 図１、図２に示した一次側コイルパターンと二次側コイルパターンに用いる回路構成を示す図である。 電磁誘導式位置検出器であるリニアスケールの原理を説明する図であり、（ａ）は、リニアスケールのスライダとスケールを並べて示す図、（ｂ）は、スライダとスケールの電磁結合度を示す図である。 電磁誘導式位置検出器であるロータリスケールのロータを示す平面図である。 電磁誘導式位置検出器である絶対値ロータリスケールのロータにおける二次側コイルパターンを示す平面図である。

本発明に係る電磁誘導式位置検出器及び検出方法の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、ここでは、ロータリスケールを例にとって説明を行うが、本発明は、リニアスケールにも適用可能である。

（実施例１）
図１は、本実施例の電磁誘導式位置検出器となるロータリスケールの一次側コイルパターンと二次側コイルパターンの一例を示す平面図である。又、図２は、図１に示した二次側コイルパターンのロータでの構成を示す平面図である。又、図３は、図１、図２に示した一次側コイルパターンと二次側コイルパターンに用いる回路構成を示す図である。

最初に、上述した図５と共に、図６を参照して、回転角度の絶対値（絶対角度）を検出する絶対値ロータリスケールについて説明する。なお、図６は、図５の一点鎖線で囲んだ領域に該当する。

絶対値ロータリスケールのロータには、図６にその一部を示すように、二次側コイルパターンとなるスケールコイルとして、櫛形にジグザグ状に折り返された、ピッチ（繰り返し周期）の異なる平面コイルパターンからなるメインパターン５５とサブパターン５６が形成されており、これらが同一平面内の全周に全体が円環状になるように形成されている。このようなメインパターン５５、サブパターン５６に各々対応して、ステータにも、一次側コイルパターンとなるスライダコイルとして、櫛形にジグザグ状に折り返された、ピッチの異なる平面コイルパターンからなるメインパターンとサブパターンが形成されており、これらが同一平面内の全周に全体が円環状になるように形成されている（図示省略）。

そして、ロータ側のスケールコイルを構成するメインパターン５５及びサブパターン５６と、ステータ側のスライダコイルを構成するメインパターン及びサブパターンとが各々向かい合わせとなるように、ロータとステータとが対向配置された構成となっている。

位置検出（角度検出）の原理は、上述した通りであり、メインパターン側とサブパターン側の各々から得られる検出角度の差から、ロータの絶対角度を求めることができる。このとき、メインパターン側とサブパターン側の各々から得られる電圧は、上述したように、ロータリトランスを介して、ロータ側からステータ側に伝達されているが、このロータリトランスの存在が、ロータリスケールの小型化を阻んでいた。

本発明者が鋭意検討したところ、メインパターンとサブパターンを有する絶対値ロータリスケールにおいては、メインパターンでの検出と、サブパターンでの検出は別々に行うため、片方のパターンは使用していない状態になり、ロータリトランスの代わりに、使用していないパターンを用いて、信号伝達を行うことが可能であることが判明した。つまり、メインパターンで検出しているときには、サブパターンを用いて、ロータ側からステータ側に信号伝達可能であり、サブパターンで検出しているときには、メインパターンを用いて、ロータ側からステータ側に信号伝達可能であることが判明した。

しかしながら、図６に示すメインパターンとサブパターンの構成のままでは、使用していない方のパターンを用いて、信号伝達を行うことは難しいので、メインパターンとサブパターンの構成を図１に示す構成としている。

具体的には、図１に示すように、ロータ１２（二次側板部材）側のスケールパターン１７は、複数の櫛形極を有する平面コイルパターンからなるメインパターン部１７ａ（二次側メインパターン）と、メインパターン部１７ａとは異なるピッチの複数の櫛形極を有する平面コイルパターンからなるサブパターン部１７ｂ（二次側サブパターン）と、複数の接続線１７ｃから構成されている。メインパターン部１７ａ及びサブパターン部１７ｂも櫛形極の部分は、コの字状にジグザグ状に折り返されており、櫛形極のピッチ（１つの櫛形極の角度）は、ここでは、サブパターン部１７ｂの方を小さくしている（ピッチＰａ＞ピッチＰｂ）。

スケールパターン１７のパターン形状について、メインパターン部１７ａは、従来のメインパターンがベースとなっており、サブパターン部１７ｂも、従来のサブパターンがベースとなっており、並列に配置されたメインパターン部１７ａとサブパターン部１７ｂの隣接する櫛形極（従来はコの字状であった部分）同士を各々接続線１７ｃで接続することにより、全体を１本のループ（一筆書きの線）としている。なお、図１中には、参考のため、従来あったパターンの部分（ドットに示す部分）を符号１７ｄで示している。

上述したように、メインパターン部１７ａのピッチＰａとサブパターン部１７ｂのピッチＰｂは異なるため、一部の接続線１７ｃは、メインパターン部１７ａの線及びサブパターン部１７ｂの線と共に、１本の直線状に配置して接続されるが、多くの接続線１７ｃは、メインパターン部１７ａの線及びサブパターン部１７ｂの線に対して、斜めに配置して接続されることになる。

又、ステータ１１（一次側板部材）側のスライダパターンも、従来と同様に、ロータ１２側のメインパターン部１７ａに対応すると共に、複数の櫛形極を有する平面コイルパターンからなる第１メインパターン１３（第１の一次側メインパターン）及び第２メインパターン１４（第２の一次側メインパターン）と、ロータ１２側のサブパターン部１７ｂに対応すると共に、第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４とは異なるピッチの複数の櫛形極を有する平面コイルパターンからなる第１サブパターン１５（第１の一次側サブパターン）及び第２サブパターン１６（第２の一次側サブパターン）とを有する構成である。第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４と、第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６とは並列に配置されている。そして、第１メインパターン１３及び第１サブパターン１５が、第１の一次側コイルとなり、第２メインパターン１４及び第２サブパターン１６が、第２の一次側コイルとなる。

又、メインパターン部１７ａの１ピッチを基準にして、第１メインパターン１３と第２メインパターン１４とは１／４ピッチ位置がずれており（位相が９０度ずれている）、サブパターン部１７ｂの１ピッチを基準にして、第１サブパターン１５と第２サブパターン１６とは１／４ピッチ位置がずれており（位相が９０度ずれている）。

そして、従来と同様に、ロータ１２側のスケールパターン１７のメインパターン部１７ａとステータ１１側の第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４とが向かい合わせとなるように、ロータ１２側のスケールパターン１７のサブパターン部１７ｂとステータ１１側の第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６とが向かい合わせとなるように、ロータ１２とステータ１１とが対向配置されている。

上述したスケールパターン１７やスライダパターンは、例えば、各々、プリント基板を用いて作製可能であるが、スライダパターンを構成する第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４と、第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６とは分離されたパターンであり、配線は個別に行うことから、更に、個別にプリント基板を用いて作製しても良い。

図１では、図を簡単にするため、全体の形状を直線状にし、長さを短くして図示しているが、ロータリスケールでは、図２にその一部を示すように、円形状のロータ１２の形状に合わせて、全体が円環状になるように、ステータパターン１７は形成されている。スライダパターンについても同様である。なお、ロータリスケールではなく、リニアスケールであれば、図１に示したような形状で良い。

ロータ１２側のスケールパターン１７を、図１、図２に示す構成とすることにより、従来とは異なり、ロータリトランスが全く不要となる。そのため、ロータの径を小さくすることができ、その結果、ロータリスケール全体を小型化することができる。又、ロータリトランスが無いので、干渉誤差自体発生することがなくなる。

次に、図３を参照して、上記スケールパターン１７に用いる回路構成を説明する。なお、図３において、スケールパターン１７は、便宜上、端部で切断しているように図示しているが、実際は、接続点Ｌで接続されて、１本のループとなっている。

本実施例のロータリスケールは、上述したように、ステータ１１側に第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４と第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６とを有し、ロータ１２側にメインパターン部１７ａとサブパターン部１７ｂとからなるスケールパターン１７を有している。

又、本実施例のロータリスケールは、第１メインパターン１３に交流の励振電流を供給するＳＩＮドライブ回路２１と、第２メインパターン１４にＳＩＮドライブ回路２１とは異なる交流の励振電流を供給するＣＯＳドライブ回路２２と、第１メインパターン１３を用いて、スケールパターン１７の励起電圧を検出するＳＩＮピックアップ回路２３と、第２メインパターン１４を用いて、スケールパターン１７の励起電圧を検出するＣＯＳピックアップ回路２４と、これらの切替を行うスイッチ部２５とを有している。

又、本実施例のロータリスケールは、第１サブパターン１５に交流の励振電流を供給するＳＩＮドライブ回路３１と、第２サブパターン１６にＳＩＮドライブ回路３１とは異なる交流の励振電流を供給するＣＯＳドライブ回路３２と、第１サブパターン１５を用いて、スケールパターン１７の励起電圧を検出するＳＩＮピックアップ回路３３と、第２サブパターン１６を用いて、スケールパターン１７の励起電圧を検出するＣＯＳピックアップ回路３４と、これらの切替を行うスイッチ部３５とを有している。

スイッチ部２５では、ＳＩＮドライブ回路２１及びＣＯＳドライブ回路２２と、ＳＩＮピックアップ回路２３及びＣＯＳピックアップ回路２４のいずれか一方が選択される。具体的は、励振電流を供給するとき（ドライブモード時）には、スイッチ部２５により、ＳＩＮドライブ回路２１及びＣＯＳドライブ回路２２が選択されて、第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４と各々電気的に接続される。又、励起電圧を検出するとき（ピックアップモード時）には、スイッチ部２５により、ＳＩＮピックアップ回路２３及びＣＯＳピックアップ回路２４が選択されて、第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４と各々電気的に接続される。

同様に、スイッチ部３５でも、ＳＩＮドライブ回路３１及びＣＯＳドライブ回路３２と、ＳＩＮピックアップ回路３３及びＣＯＳピックアップ回路３４のいずれか一方が選択される。具体的は、励振電流を供給するとき（ドライブモード時）には、スイッチ部３５により、ＳＩＮドライブ回路３１及びＣＯＳドライブ回路３２が選択されて、第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６と各々電気的に接続される。又、励起電圧を検出するとき（ピックアップモード時）には、スイッチ部３５により、ＳＩＮピックアップ回路３３及びＣＯＳピックアップ回路３４が選択されて、第１サブパターン１３及び第２サブパターン１４と各々電気的に接続される。

更に、スイッチ部２５で、ＳＩＮドライブ回路２１及びＣＯＳドライブ回路２２が選択されると、スイッチ部３５では、ＳＩＮピックアップ回路３３及びＣＯＳピックアップ回路３４が選択される。一方、スイッチ部３５で、ＳＩＮドライブ回路３１及びＣＯＳドライブ回路３２が選択されると、スイッチ部２５では、ＳＩＮピックアップ回路２３及びＣＯＳピックアップ回路２４が選択される。

つまり、スイッチ部２５で選択されたＳＩＮドライブ回路２１及びＣＯＳドライブ回路２２から第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４へ各々励振電流を供給すると、供給された励振電流によりスケールパターン１７のメインパターン部１７ａで励起された励起電圧は、そのサブパターン部１７ｂを介して、第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６へ伝達され、スイッチ部３５で選択されたＳＩＮピックアップ回路３３及びＣＯＳピックアップ回路３４により励起電圧を各々検出することになる。これを、「メインパターン励振−サブパターン検出」と呼ぶ。

同様に、スイッチ部３５で選択されたＳＩＮドライブ回路３１及びＣＯＳドライブ回路３２から第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６へ各々励振電流を供給すると、供給された励振電流によりスケールパターン１７のサブパターン部１７ｂで励起された励起電圧は、そのメインパターン部１７ａを介して、第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４へ伝達され、スイッチ部２５で選択されたＳＩＮピックアップ回路２３及びＣＯＳピックアップ回路２４により励起電圧を各々検出することになる。これを、「サブパターン励振−メインパターン検出」と呼ぶ。

このような制御及び以下に示す演算は、演算制御装置２０によって、制御、演算されている。

次に、本実施例のロータリスケールにおける絶対位置（絶対角度）の制御、演算を以下に説明する。ここでは、「メインパターン励振−サブパターン検出」について説明を行うが、「サブパターン励振−メインパターン検出」の場合も同様の制御、演算を行えば良い。

（ステップ１）
スイッチ部２５で選択されたＳＩＮドライブ回路２１及びＣＯＳドライブ回路２２から第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４へ各々励振電流を供給する。基本的には、従来と同様に、上記式（１）に示すような第１励振電流Ｉａを第１メインパターン１３に流し、上記式（２）に示すような第２励振電流Ｉｂを第２メインパターン１４に流す。すると、第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４とスケールパターン１７のメインパターン部１７ａとの間の電磁誘導により、メインパターン部１７ａには上記式（３）と同様に、下記式（５）に示すような励起電圧Ｖが発生する。

Ｖ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （５）
但し、Ａ＝Ｋｍ・Ｉ・ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−α））であり、「Ｋｍ」は、第１メインパターン１３及び第２メインパターン１４とスケールパターン１７のメインパターン部１７ａの間のギャップｇ等の結合の強さに依存する結合係数である。

（ステップ２）
スケールパターン１７のメインパターン部１７ａで励起された励起電圧Ｖにより、そのサブパターン部１７ｂに電流が流れ、この電流に励振されて、第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６に励起電圧が各々発生する。これらの励起電圧が、スイッチ部３５で選択されたＳＩＮピックアップ回路３３及びＣＯＳピックアップ回路３４により各々検出されることになるが、ＳＩＮピックアップ回路３３により第１サブパターン１５で検出される励起電圧をＶｓとし、ＣＯＳピックアップ回路３４により第２サブパターン１６で検出される励起電圧をＶｃとすると、下記式（６）、（７）に示すように表すことができる。

Ｖｓ＝Ｂ・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （６）
Ｖｃ＝Ｂ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （７）
但し、Ｂ＝Ｋｓ・Ａ＝Ｋｓ・Ｋｍ・Ｉ・ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−α））であり、「Ｋｓ」は、スケールパターン１７のサブパターン部１７ｂと第１サブパターン１５及び第２サブパターン１６との間のギャップｇ等の結合の強さに依存する結合係数である。又、「θ」は、スケールパターン１７の位置（角度）である。

（ステップ３）
演算制御装置２１において、演算制御装置２１内に設けた位相シフト回路（図示省略）により励起電圧Ｖｃを９０度位相シフトさせる。すると、励起電圧Ｖｃは下記式（８）で表すことができる。
Ｖｃ＝Ｂ・ｃｏｓθ・ｃｏｓ（ωｔ） ・・・ （８）

（ステップ４）
上記式（６）に示した励起電圧Ｖｓと上記式（８）に示した励起電圧Ｖｃとを合成すると、合成電圧Ｖｇについて、下記式（９）を導くことができる。
Ｖｇ＝Ｂ・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ）＋Ｂ・ｃｏｓθ・ｃｏｓ（ωｔ）＝Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ−θ） ・・・ （９）

（ステップ５）
上記式（９）において、Ｂ＝０となるように制御すれば、つまり、Ｂ＝Ｋｓ・Ａ＝Ｋｓ・Ｋｍ・Ｉ・ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−α））において、位置変位Ｘに対して励振位置αを追従させて、Ｂ＝０となるように制御することで、α＝Ｘが検出位置として求まり、これにより、スケールパターン１７のメインパターン部１７ａのメイン位置Ｘｍが求まることになる。

「サブパターン励振−メインパターン検出」についても、上記ステップ１〜５と同様の制御、演算を行うことにより、スケールパターン１７のサブパターン部１７ｂのサブ位置Ｘｓが求まることになる。

そして、メイン位置Ｘｍ及びサブ位置Ｘｓの差から、ロータ１１の絶対位置（絶対角度）を求めることができる。

なお、ここでは、ロータリスケールの場合を例示しているが、リニアスケールの場合には、回路構成（特に配線）を簡略にすることができる。

本発明は、スケール、エンコーダ、磁気センサ、電磁センサなどに適用可能である。

１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 第１メインパターン
１４ 第２メインパターン
１５ 第１サブパターン
１６ 第２サブパターン
１７ スケールパターン
１７ａ メインパターン部
１７ｂ サブパターン部
２０ 演算制御装置
２１、３１ ＳＩＮドライブ回路
２２、３２ ＣＯＳドライブ回路
２３、３３ ＳＩＮピックアップ回路
２４、３４ ＣＯＳピックアップ回路
２５、３５ スイッチ部

Claims (5)

1. 電磁誘導を用いて位置を検出する電磁誘導式位置検出器において、
   互いにピッチの異なる櫛形極の平面コイルパターンからなる一次側メインパターンと一次側サブパターンとを有する一次側板部材と、
   互いにピッチの異なる櫛形極の平面コイルパターンからなる二次側メインパターンと二次側サブパターンとを有すると共に、前記二次側メインパターンと前記二次側サブパターンの隣接する前記櫛形極同士を各々接続して、前記二次側メインパターンと前記二次側サブパターンとを１本のループにした二次側板部材と、
   前記一次側メインパターンと前記一次側サブパターンとの切り替えを制御して、前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンのいずれか一方に励振電流を供給すると共に、いずれか他方から前記二次側メインパターン又は前記二次側サブパターンに流れる励起電圧を検出させる制御部とを有し、
   前記一次側メインパターン及び前記一次側サブパターンと前記二次側メインパターン及び前記二次側サブパターンとを各々向かい合わせにして、前記一次側板部材と二次側板部材とを対向配置し、
   前記制御部は、
   前記一次側メインパターンに前記励振電流を供給したときには、前記一次側メインパターンの前記励振電流により励起された前記二次側メインパターンの励起電圧を、前記二次側サブパターンを介し、前記一次側サブパターンを用いて検出し、
   前記一次側サブパターンに前記励振電流を供給したときには、前記一次側サブパターンの前記励振電流により励起された前記二次側サブパターンの励起電圧を、前記二次側メインパターンを介し、前記一次側メインパターンを用いて検出する
   ことを特徴とする電磁誘導式位置検出器。
2. 請求項１に記載の電磁誘導式位置検出器において、
   前記制御部は、
   前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンに励振電流を供給するドライブ回路と、
   前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンを用いて、前記二次側メインパターン又は前記二次側サブパターンに流れる励起電圧を検出するピックアップ回路と、
   前記ドライブ回路を前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンのいずれか一方に切り替えると共に、前記ピックアップ回路を前記一次側メインパターン又は前記一次側サブパターンのいずれか他方に切り替えるスイッチ部とを備え、
   前記制御部は、
   前記一次側メインパターンに前記励振電流を供給するときには、前記スイッチ部により、前記ドライブ回路を前記一次側メインパターンに切り替えると共に、前記ピックアップ回路を前記一次側サブパターンに切り替えて、前記励振電流により励起された前記二次側メインパターンの励起電圧を、前記二次側サブパターンを介し、前記一次側サブパターンを用いて検出し、
   前記一次側サブパターンに前記励振電流を供給するときには、前記スイッチ部により、前記ドライブ回路を前記一次側サブパターンに切り替えると共に、前記ピックアップ回路を前記一次側メインパターンに切り替えて、前記励振電流により励起された前記二次側サブパターンの励起電圧を、前記二次側メインパターンを介し、前記一次側メインパターンを用いて検出する
   ことを特徴とする電磁誘導式位置検出器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電磁誘導式位置検出器において、
   ロータとステータとを有するロータリ形の電磁誘導式位置検出器とする場合、
   前記一次側板部材を前記ステータとし、前記一次側メインパターン及び前記一次側サブパターンの各々を全体が円環状になるように形成すると共に、
   前記二次側板部材を前記ロータとし、前記二次側メインパターン及び前記二次側サブパターンを全体が円環状になるように形成する
   ことを特徴とする電磁誘導式位置検出器。
4. 請求項１又は請求項２に記載の電磁誘導式位置検出器において、
   スライダとスケールとを有するリニア形の電磁誘導式位置検出器とする場合、
   前記一次側板部材を前記スライダとし、前記一次側メインパターン及び前記一次側サブパターンの各々を全体が直線状になるように形成すると共に、
   前記二次側板部材を前記スケールとし、前記二次側メインパターン及び前記二次側サブパターンを全体が直線状になるように形成する
   ことを特徴とする電磁誘導式位置検出器。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電磁誘導式位置検出器を用いた検出方法であって、
   前記一次側メインパターンは、第１の一次側メインパターンと、前記第１の一次側メインパターンから位相を９０度ずらして配置した第２の一次側メインパターンとからなり、
   前記一次側サブパターンは、第１の一次側サブパターンと、前記第１の一次側サブパターンから位相を９０度ずらして配置した第２の一次側サブパターンとからなり、
   前記制御部は、
   前記第１の一次側メインパターン又は第１の一次側サブパターンに、数１に示す第１の励振電流Ｉａを供給すると共に、前記第２の一次側メインパターン又は第２の一次側サブパターンに、数１に示す第２の励振電流Ｉｂを供給し、
   前記二次側メインパターン又は前記二次側サブパターンには、数１に示す励起電圧Ｖが発生し、
   第１の一次側サブパターン又は前記第１の一次側メインパターンで、数１に示す第１の励起電圧Ｖｓを検出すると共に、第２の一次側サブパターン又は前記第２の一次側メインパターンで、数１に示す第２の励起電圧Ｖｃを検出し、
   前記第２の励起電圧Ｖｃを９０度位相シフトさせた後、前記第１の励起電圧Ｖｓと合成して、数１に示す合成電圧Ｖｇを導き、
   前記合成電圧Ｖｇにおいて、Ｂ＝０となるように、位置変位Ｘに対して励振位置αを追従させることにより、α＝Ｘを検出位置として求める
   ことを特徴とする電磁誘導式位置検出方法。