JP6393644B2 - 電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法 - Google Patents
電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法 Download PDFInfo
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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電磁誘導式位置検出方法に関する。
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。
インダクトシン方式において、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３、図４を参照して説明する。なお、図３は、従来の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は、図３に示したリニアスケールの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３、図４には、リニアスケールでの検出原理を説明する図を示しているが、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３に示すように、リニアスケールは、１次側板部材となるスライダ１０と、２次側板部材となるスケール２０とを有している。リニアスケールにおいて、スライダ１０は、第１の１次側平面コイルとなる第１スライダコイル１１ａと、第２の１次側平面コイルとなる第２スライダコイル１１ｂとを有している。又、スケール２０は、２次側平面コイルとなるスケールコイル２１を有している。これらのコイル１１ａ、１１ｂ、２１は、同じピッチｐとなるように、つづら折り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１０（第１スライダコイル１１ａ及び第２スライダコイル１１ｂ）と、スケール２０（スケールコイル２１）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対向して配置されている。又、図３に示すように、第１スライダコイル１１ａと第２スライダコイル１１ｂは、互いに重なり合わない隣接する位置に配置されており、スケールコイル２１に対し、第１スライダコイル１１ａの位置を合わせたとき、第２スライダコイル１１ｂの位置はずれており、ｐ／４シフトして配置されている。つまり、第１スライダコイル１１ａに対しても、第２スライダコイル１１ｂはｐ／４シフトして配置されている。
このリニアスケールでは、第１スライダコイル１１ａと第２スライダコイル１１ｂに励振電流（交流電流）を各々供給すると、第１スライダコイル１１ａと第２スライダコイル１１ｂに磁束が各々発生し、これらの各々の磁束による電磁誘導により、スケールコイル２１に誘起電圧が誘起され、スライダ１０の移動により、第１スライダコイル１１ａ及び第２スライダコイル１１ｂとスケールコイル２１との相対的な位置関係の変化に応じて、図４に示すように、第１スライダコイル１１ａ及び第２スライダコイル１１ｂとスケールコイル２１との電磁結合度が周期的に変化する。
例えば、スライダ１０のスケール２０に対する相対的な位置をＸとすると、スライダ１０が移動した位置Ｘに応じて、第１スライダコイル１１ａの結合度は［ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）］で変化し、第２スライダコイル１１ｂの結合度は［ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）］で変化する。このため、スケールコイル２１には周期的に変化する誘起電圧が発生する。
上述した誘起電圧に基づいて、位置Ｘを求めることができ、インダクトシン方式では、以下の方法を用いて、位置Ｘを求めている。具体的には、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１１ａ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１１ｂに流すと、第１スライダコイル１１ａ及び第２スライダコイル１１ｂとスケールコイル２１との間の電磁誘導により、スケールコイル２１には下記式（３）に示すような誘起電圧Ｖが発生する。
Ｉａ＝−Ｉｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （１）
Ｉｂ＝＋Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （２）
Ｉｂ＝＋Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （２）
Ｖ＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛−ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （３）
＝Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （３）
ここで、「Ｉ」は励振電流（交流電流）の大きさ、「ω」は励振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１１ａ及び第２スライダコイル１１ｂとスケールコイル２１とのギャップｇに依存する結合係数であり、「Ｘ」は位置である。なお、「ｐ」は、スケールコイル２１の１ピッチの長さであるが、ロータリスケールの場合には１ピッチの角度となる。
上記式（３）において、位置Ｘに対して励振位置αを変化させて、Ｖ＝０となるαを求めることで、α＝Ｘが位置として検出されることになる。
現実のリニアスケールにおいては、図３に示す第１スライダコイル１１ａ、第２スライダコイル１１ｂからスケールコイル２１以外の配線部分（例えば、配線部分２２）へ、直接電磁干渉（１次２次干渉と言う）が発生する問題がある。その干渉電圧をＶｅとすると、第１スライダコイル１１ａに流す第１励振電流Ｉａと第２スライダコイル１１ｂに流す第２励振電流Ｉｂの和に比例し、以下の式（４）で表すことができる。このＶｅは検出誤差の大きな要因の１つである。
Ｖｅ∝Ｉａ＋Ｉｂ＝Ｉ｛−ｓｉｎ（２πα／ｐ）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ）｝ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （４）
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、１次２次干渉をキャンセルして、検出誤差を低減することができる電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置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、
所定ピッチｐで各々が形成されると共に、交流電流を各々に供給することにより各々に磁束が発生する第１の１次側平面コイル、第２の１次側平面コイル及び第３の１次側平面コイルを有し、前記第１の１次側平面コイルに対し、前記第２の１次側平面コイルの位置をｐ／３シフトして配置し、前記第３の１次側平面コイルの位置を２ｐ／３シフトして配置した１次側板部材と、
前記第１、前記第２及び前記第３の１次側平面コイルに対向して配置され、前記所定ピッチｐで形成されると共に、各々の前記磁束による電磁誘導により誘起電圧が誘起される２次側平面コイルを有する２次側板部材と、
前記誘起電圧に基づいて、前記２次側板部材に対する前記１次側板部材の位置を検出する検出手段とを有する
ことを特徴とする。
所定ピッチｐで各々が形成されると共に、交流電流を各々に供給することにより各々に磁束が発生する第１の１次側平面コイル、第２の１次側平面コイル及び第３の１次側平面コイルを有し、前記第１の１次側平面コイルに対し、前記第２の１次側平面コイルの位置をｐ／３シフトして配置し、前記第３の１次側平面コイルの位置を２ｐ／３シフトして配置した１次側板部材と、
前記第１、前記第２及び前記第３の１次側平面コイルに対向して配置され、前記所定ピッチｐで形成されると共に、各々の前記磁束による電磁誘導により誘起電圧が誘起される２次側平面コイルを有する２次側板部材と、
前記誘起電圧に基づいて、前記２次側板部材に対する前記１次側板部材の位置を検出する検出手段とを有する
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、
前記検出手段は、
Ｉを交流電流の大きさ、ωを交流電流の角周波数、ｔを時刻、αを励振位置、Ｋ（ｇ）を前記第１、第２及び第３の１次側平面コイルと前記２次側平面コイルとのギャップｇに依存する結合係数、Ｘを前記位置とするとき、
前記第１の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）の第１の交流電流を供給し、前記第２の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第２の交流電流を供給し、前記第３の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第３の交流電流を供給し、
前記第１、第２及び第３の交流電流の供給により各々発生する前記磁束により誘起される誘起電圧Ｖ＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）に基づき、前記位置Ｘに対し、前記誘起電圧Ｖ＝０となる前記励振位置αを求め、当該励振位置αを前記位置Ｘとして検出する
ことを特徴とする。
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、
前記検出手段は、
Ｉを交流電流の大きさ、ωを交流電流の角周波数、ｔを時刻、αを励振位置、Ｋ（ｇ）を前記第１、第２及び第３の１次側平面コイルと前記２次側平面コイルとのギャップｇに依存する結合係数、Ｘを前記位置とするとき、
前記第１の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）の第１の交流電流を供給し、前記第２の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第２の交流電流を供給し、前記第３の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第３の交流電流を供給し、
前記第１、第２及び第３の交流電流の供給により各々発生する前記磁束により誘起される誘起電圧Ｖ＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）に基づき、前記位置Ｘに対し、前記誘起電圧Ｖ＝０となる前記励振位置αを求め、当該励振位置αを前記位置Ｘとして検出する
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方法は、
所定ピッチｐで各々が形成されると共に、交流電流を各々に供給することにより各々に磁束が発生する第１の１次側平面コイル、第２の１次側平面コイル及び第３の１次側平面コイルを有し、前記第１の１次側平面コイルに対し、前記第２の１次側平面コイルの位置をｐ／３シフトして配置し、前記第３の１次側平面コイルの位置を２ｐ／３シフトして配置した１次側板部材と、
前記第１、前記第２及び前記第３の１次側平面コイルに対向して配置され、前記所定ピッチｐで形成されると共に、各々の前記磁束による電磁誘導により誘起電圧が誘起される２次側平面コイルを有する２次側板部材とを有し、
前記誘起電圧に基づいて、前記２次側板部材に対する前記１次側板部材の位置を検出する電磁誘導式位置検出方法において、
Ｉを交流電流の大きさ、ωを交流電流の角周波数、ｔを時刻、αを励振位置、Ｋ（ｇ）を前記第１、第２及び第３の１次側平面コイルと前記２次側平面コイルとのギャップｇに依存する結合係数、Ｘを前記位置とするとき、
前記第１の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）の第１の交流電流を供給し、前記第２の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第２の交流電流を供給し、前記第３の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第３の交流電流を供給し、
前記第１、第２及び第３の交流電流の供給により各々発生する前記磁束により誘起される誘起電圧Ｖ＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）に基づき、前記位置Ｘに対し、前記誘起電圧Ｖ＝０となる前記励振位置αを求め、当該励振位置αを前記位置Ｘとして検出する
ことを特徴とする。
所定ピッチｐで各々が形成されると共に、交流電流を各々に供給することにより各々に磁束が発生する第１の１次側平面コイル、第２の１次側平面コイル及び第３の１次側平面コイルを有し、前記第１の１次側平面コイルに対し、前記第２の１次側平面コイルの位置をｐ／３シフトして配置し、前記第３の１次側平面コイルの位置を２ｐ／３シフトして配置した１次側板部材と、
前記第１、前記第２及び前記第３の１次側平面コイルに対向して配置され、前記所定ピッチｐで形成されると共に、各々の前記磁束による電磁誘導により誘起電圧が誘起される２次側平面コイルを有する２次側板部材とを有し、
前記誘起電圧に基づいて、前記２次側板部材に対する前記１次側板部材の位置を検出する電磁誘導式位置検出方法において、
Ｉを交流電流の大きさ、ωを交流電流の角周波数、ｔを時刻、αを励振位置、Ｋ（ｇ）を前記第１、第２及び第３の１次側平面コイルと前記２次側平面コイルとのギャップｇに依存する結合係数、Ｘを前記位置とするとき、
前記第１の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）の第１の交流電流を供給し、前記第２の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第２の交流電流を供給し、前記第３の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第３の交流電流を供給し、
前記第１、第２及び第３の交流電流の供給により各々発生する前記磁束により誘起される誘起電圧Ｖ＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）に基づき、前記位置Ｘに対し、前記誘起電圧Ｖ＝０となる前記励振位置αを求め、当該励振位置αを前記位置Ｘとして検出する
ことを特徴とする。
本発明によれば、１次２次干渉による干渉電圧が０になるので、１次２次干渉をキャンセルして、検出誤差を低減する電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法を提供することができる。
以下、図１及び図２を参照して、本発明に係る電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法の実施形態を説明する。なお、ここでは、電磁誘導式位置検出器として、リニアスケールを例にとって説明を行うが、本発明は、ロータリスケールにも適用可能である。
［実施例１］
図１は、本実施例のリニアスケールのスライダとスケールを並べて示す構成図である。又、図２は、図１に示した本実施例のリニアスケールのスライダとスケールの電磁結合度を示すグラフである。まず、図１を参照して、本実施例のリニアスケールの構成を説明する。
図１は、本実施例のリニアスケールのスライダとスケールを並べて示す構成図である。又、図２は、図１に示した本実施例のリニアスケールのスライダとスケールの電磁結合度を示すグラフである。まず、図１を参照して、本実施例のリニアスケールの構成を説明する。
図１に示す本実施例のリニアスケールにおいて、スケール２０、スケールコイル２１の構成は、図３に示した従来のリニアスケールと同等の構成であるが、スライダ１０の構成が従来とは相違する。従って、ここでは、重複する説明は省略し、相違する構成について以下に説明する。
本実施例において、スライダ１０には、３つのコイルパターンを設けている。具体的には、第１の１次側平面コイルとなる第１スライダコイル１１ａと、第２の１次側平面コイルとなる第２スライダコイル１１ｂと、第３の１次側平面コイルとなる第３スライダコイル１１ｃとを設けている。これらのスライダコイル１１ａ〜１１ｃも、スケールコイル２１の１ピッチｐと同じピッチとなるように、つづら折り状に折り返され且つ全体が直線状となるように各々形成されている。
そして、図１に示すように、第１スライダコイル１１ａと第２スライダコイル１１ｂは、互いに重なり合わない隣接する位置に配置され、第１スライダコイル１１ｂと第２スライダコイル１１ｃも、互いに重なり合わない隣接する位置に配置されており、スケールコイル２１に対し、第１スライダコイル１１ａの位置を合わせたとき、第２スライダコイル１１ｂ及び第３スライダコイル１１ｃの位置はずれており、各々、ｐ／３及び２ｐ／３シフトして配置されている。つまり、第１スライダコイル１１ａに対しても、第２スライダコイル１１ｂはｐ／３シフトして配置され、第３スライダコイル１１ｃは２ｐ／３シフトして配置されている。
このリニアスケールでも、スライダコイル１１ａ〜１１ｃに励振電流（交流電流）を各々供給すると、スライダコイル１１ａ〜１１ｃに磁束が各々発生し、これらの各々の磁束による電磁誘導により、スケールコイル２１に誘起電圧が誘起される。そして、スライダ１０の移動により、スライダコイル１１ａ〜１１ｃとスケールコイル２１との相対的な位置関係の変化に応じて、図２に示すように、スライダコイル１１ａ〜１１ｃとスケールコイル２１との電磁結合度が周期的に変化する。
例えば、スライダ１０のスケール２０に対する相対的な位置をＸとすると、スライダ１０が移動した位置Ｘに応じて、第１スライダコイル１１ａの結合度は［ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）］で変化し、第２スライダコイル１１ｂの結合度は［ｓｉｎ（２πＸ／ｐ＋２π／３）］で変化し、第３スライダコイル１１ｃの結合度は［ｓｉｎ（２πＸ／ｐ−２π／３）］で変化する。このため、スケールコイル２１には周期的に変化する誘起電圧が発生する。
そして、本実施例では、下記式（５）に示すような第１励振電流Ｉａ（第１の交流電流）を第１スライダコイル１１ａに流し、下記式（６）に示すような第２励振電流Ｉｂ（第２の交流電流）を第２スライダコイル１１ｂに流し、下記式（７）に示すような第３励振電流Ｉｃ（第３の交流電流）を第３スライダコイル１１ｃに流している。このような電流を流すと、スライダコイル１１ａ〜１１ｃとスケールコイル２１との間の電磁誘導により、スケールコイル２１には下記式（８）に示すような誘起電圧Ｖが発生する。
Ｉａ＝Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （５）
Ｉｂ＝Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （６）
Ｉｃ＝Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （７）
Ｉｂ＝Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （６）
Ｉｃ＝Ｉｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・ （７）
Ｖ＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ＋２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ−２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）
−ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
−（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）
＋（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
−（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）
＋（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛（３／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
−（３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）−ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・ （８）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ＋２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ−２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）
−ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
−（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）
＋（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
−（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）
＋（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
＋（−１／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）
−（√３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）（√３／２）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｋ（ｇ）Ｉ｛（３／２）ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）
−（３／２）ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉ｛ｓｉｎ（２πＸ／ｐ）ｃｏｓ（２πα／ｐ）−ｃｏｓ（２πＸ／ｐ）ｓｉｎ（２πα／ｐ）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ） ・・ （８）
ここでも、「Ｉ」は励振電流（交流電流）の大きさ、「ω」は励振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、スライダコイル１１ａ〜１１ｃとスケールコイル２１とのギャップｇに依存する結合係数であり、「Ｘ」は位置である。なお、「ｐ」は、スケールコイル２１の１ピッチの長さであるが、ロータリスケールの場合には１ピッチの角度となる。
上記式（８）において、位置Ｘに対して励振位置αを変化させて、Ｖ＝０となるαを求めることで、α＝Ｘが位置として検出されることになる。以上の検出は、検出装置３０（検出手段）を用いて行えば良い。この検出装置３０は、励振電流Ｉａ〜Ｉｃをスライダコイル１１ａ〜１１ｃに各々供給する電流供給部、スケールコイル２１に誘起される誘起電圧Ｖを検出する電圧検出部、上述した演算を行って、位置Ｘを求める演算部等を有している。
上述した構成において、１次２次干渉の干渉電圧Ｖｅは、第１スライダコイル１１ａに流す第１励振電流Ｉａと第２スライダコイル１１ｂに流す第２励振電流Ｉｂと第３スライダコイル１１ｃに流す第１励振電流Ｉｃとの和に比例するので、これを計算すると、以下の式（９）に示すように、０となる。つまり、１次２次干渉をキャンセルすることができ、その結果、検出誤差を低減することができる。
Ｖｅ∝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）−ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）＋ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋２ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋２ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝０ ・・・ （９）
＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）−ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）＋ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）＋ｓｉｎ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋２ｃｏｓ（２πα／ｐ）ｃｏｓ（２π／３）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝Ｉ｛ｃｏｓ（２πα／ｐ）＋２ｃｏｓ（２πα／ｐ）（−１／２）｝ｓｉｎ（ωｔ）
＝０ ・・・ （９）
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。
１０ スライダ
１１ａ 第１スライダコイル
１１ｂ 第２スライダコイル
１１ｃ 第３スライダコイル
２０ スケール
２１ スケールコイル
３０ 検出装置
１１ａ 第１スライダコイル
１１ｂ 第２スライダコイル
１１ｃ 第３スライダコイル
２０ スケール
２１ スケールコイル
３０ 検出装置
Claims (3)
- 所定ピッチｐで各々が形成されると共に、交流電流を各々に供給することにより各々に磁束が発生する第１の１次側平面コイル、第２の１次側平面コイル及び第３の１次側平面コイルを有し、前記第１の１次側平面コイルに対し、前記第２の１次側平面コイルの位置をｐ／３シフトして配置し、前記第３の１次側平面コイルの位置を２ｐ／３シフトして配置した１次側板部材と、
前記第１、前記第２及び前記第３の１次側平面コイルに対向して配置され、前記所定ピッチｐで形成されると共に、各々の前記磁束による電磁誘導により誘起電圧が誘起される２次側平面コイルを有する２次側板部材と、
前記誘起電圧に基づいて、前記２次側板部材に対する前記１次側板部材の位置を検出する検出手段とを有する
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、
前記検出手段は、
Ｉを交流電流の大きさ、ωを交流電流の角周波数、ｔを時刻、αを励振位置、Ｋ（ｇ）を前記第１、第２及び第３の１次側平面コイルと前記２次側平面コイルとのギャップｇに依存する結合係数、Ｘを前記位置とするとき、
前記第１の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）の第１の交流電流を供給し、前記第２の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第２の交流電流を供給し、前記第３の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第３の交流電流を供給し、
前記第１、第２及び第３の交流電流の供給により各々発生する前記磁束により誘起される誘起電圧Ｖ＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）に基づき、前記位置Ｘに対し、前記誘起電圧Ｖ＝０となる前記励振位置αを求め、当該励振位置αを前記位置Ｘとして検出する
ことを特徴とする電磁誘導式位置検出器。 - 所定ピッチｐで各々が形成されると共に、交流電流を各々に供給することにより各々に磁束が発生する第１の１次側平面コイル、第２の１次側平面コイル及び第３の１次側平面コイルを有し、前記第１の１次側平面コイルに対し、前記第２の１次側平面コイルの位置をｐ／３シフトして配置し、前記第３の１次側平面コイルの位置を２ｐ／３シフトして配置した１次側板部材と、
前記第１、前記第２及び前記第３の１次側平面コイルに対向して配置され、前記所定ピッチｐで形成されると共に、各々の前記磁束による電磁誘導により誘起電圧が誘起される２次側平面コイルを有する２次側板部材とを有し、
前記誘起電圧に基づいて、前記２次側板部材に対する前記１次側板部材の位置を検出する電磁誘導式位置検出方法において、
Ｉを交流電流の大きさ、ωを交流電流の角周波数、ｔを時刻、αを励振位置、Ｋ（ｇ）を前記第１、第２及び第３の１次側平面コイルと前記２次側平面コイルとのギャップｇに依存する結合係数、Ｘを前記位置とするとき、
前記第１の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）の第１の交流電流を供給し、前記第２の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ＋２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第２の交流電流を供給し、前記第３の１次側平面コイルにＩｃｏｓ（２πα／ｐ−２π／３）ｓｉｎ（ωｔ）の第３の交流電流を供給し、
前記第１、第２及び第３の交流電流の供給により各々発生する前記磁束により誘起される誘起電圧Ｖ＝（３／２）Ｋ（ｇ）Ｉｓｉｎ（２π（Ｘ−α）／ｐ）ｓｉｎ（ωｔ）に基づき、前記位置Ｘに対し、前記誘起電圧Ｖ＝０となる前記励振位置αを求め、当該励振位置αを前記位置Ｘとして検出する
ことを特徴とする電磁誘導式位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015064001A JP6393644B2 (ja) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | 電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015064001A JP6393644B2 (ja) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | 電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法 |
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| JP2016183896A JP2016183896A (ja) | 2016-10-20 |
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| JP2015064001A Expired - Fee Related JP6393644B2 (ja) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | 電磁誘導式位置検出器及び電磁誘導式位置検出方法 |
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