(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の一次側コイル及び第２の一次側コイルを備えた一次側部材と、二次側コイルを備えた二次側部材と、前記第１の一次側コイル及び前記第２の一次側コイルに信号を印加する信号発生器とを有し、前記一次側部材又は前記二次側部材が移動体に取り付けられて該移動体とともに移動し、前記第１の一次側コイル及び前記第２の一次側コイルと前記二次側コイルとがギャップを有し相対向して配置された、電磁誘導式位置検出器であって、
前記信号発生器は、下記（Ａ）式に示す電流Ｉｃに対し、ωc＜ωとしたとき周期２π／ωで極性を反転させたものを、前記信号として前記第１の一次側コイルに印加し、下記（Ｂ）式に示す電流Ｉｓに対し、ωc＜ωとしたとき周期２π／ωで極性を反転させたものを、前記信号として前記第２の一次側コイルに印加し、
さらに、
前記二次側コイルに発生する誘起電圧を０とするようにαを調整することにより、位置検出を行う、制御部を備える
ことを特徴とする電磁誘導式位置検出器。
Ｉｃ＝−Ｉｃｏｓ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）    …（Ａ）
Ｉｓ＝Ｉｓｉｎ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）      …（Ｂ）
ただし、Ｉは電流の大きさ、ｋは２π／Ｐ、Ｐは前記二次側コイルの１ピッチの長さ又は角度、ωcは角周波数、ｔは時刻、αはパラメータ
【請求項２】
前記信号発生器は、前記電流Ｉｃ及び前記電流Ｉｓに対し、下記式に示すＺ（ｔ）を積算することにより、周期２π／ωで極性を反転させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式位置検出器。
【数１】
0006642915.tif 000010
ただし、ｎは整数
【請求項３】
さらに、
前記誘起電圧からｎ＞１の項を除去するローパスフィルタを備え、
前記制御部は、前記ローパスフィルタからの出力を０とするように前記パラメータαを調整することにより、位置検出を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁誘導式位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導式位置検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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における位置検出に適用される。インダクトシン方式のスケールにはリニア形スケールとロータリ形スケールがある。
【０００３】
リニア形スケールは工作機械のテーブルなどの移動体に設置されて当該移動体の直線的な移動位置を検出するものであり、ロータリ形スケールは工作機械の回転テーブルなどの移動体（回転体）に設置されて該移動体（回転体）の回転位置（回転角度）を検出するものである。
【０００４】
リニア形スケールとロータリ形スケールはいずれも、互いに平行に向かい合わせになるように配置され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。この検出原理を図６の原理図に基づいて説明する。
【０００５】
図６（ａ）はリニア形スケールのスライダとスケールを互いに平行に向かい合わせになるように配置した状態を示す斜視図、図６（ｂ）はスライダとスケールを並べて示す模式図、図６（ｃ）はスライダとスケールの電磁結合度を示すグラフである。
【０００６】
なお、ロータリ形スケールの検出原理もリニア形スケールと同様であり、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。リニア形スケールとロータリ形スケールはいずれも、検出部と検出制御装置とを有している。
【０００７】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、リニア形スケールの検出部１００は、一次側部材であるスライダ１０１と、二次側部材であるスケール１０２とを有している。
【０００８】
スライダ１０１は可動部であり、第１の一次側コイルである第１スライダコイル１０３と、第２の一次側コイルである第２スライダコイル１０４とを有している。スケール１０２は固定部であり、二次側コイルであるスケールコイル１０５を有している。コイル１０３，１０４，１０５はジグザグ状に折り返され（櫛形パターンとなっており）、全体が直線状に延伸して形成されている。
【０００９】
スライダ１０１は工作機械のテーブルなどの移動体に取り付けられて当該移動体とともに直線的に移動する。スケール１０２は工作機械のベッドなどの固定部に固定される。
【００１０】
図６（ａ）に示すように、スライダ１０１（第１スライダコイル１０３及び第２スライダコイル１０４）と、スケール１０２（スケールコイル１０５）とは、これらの間に所定のギャップｇを保持した状態で相対向して配置されている。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第１スライダコイル１０３と第２スライダコイル１０４は１／４ピッチずれている。
【００１１】
上記構成のリニア形スケールでは、第１スライダコイル１０３と第２スライダコイル１０４に励磁電流（交流電流）を印加すると、第１スライダコイル１０３及び第２スライダコイル１０４と、スケールコイル１０５との、スライダ１０１の移動に伴う相対的な位置関係の変化に応じて、図６（ｃ）に示すように、第１スライダコイル１０３及び第２スライダコイル１０４と、スケールコイル１０５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１０５には周期的に変化する誘起電圧が発生する。
【００１２】
具体的には、リニア形スケールの検出制御装置では、第１スライダコイル１０３に下記（１）式に示す電流Ｉｃを印加し、第２スライダコイル１０４に下記（２）式に示す電流Ｉｓを印加する。
Ｉｃ＝−Ｉｃｏｓ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）    …（１）
Ｉｓ＝Ｉｓｉｎ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）      …（２）
（ただし、Ｉ：電流の大きさ、ｋ：２π／Ｐ、Ｐ：スケールコイルの１ピッチの長さ（ロータリ形スケールでは角度）、ωc：交流電流の角周波数、ｔ：時刻、α：パラメータ）
【００１３】
その結果、第１スライダコイル１０３及び第２スライダコイル１０４と、スケールコイル１０５との間の電磁誘導作用により、スケールコイル１０５には下記（３）式に示す誘起電圧Ｖが発生する。
Ｖ＝ωcＫ（ｇ）Ｉｓｉｎ（ｋ（Ｘ−α）） ｓｉｎ（ωcｔ）    …（３）
（ただし、Ｋ：スライダコイルとスケールコイルとのギャップｇに依存する係数、Ｘ：スケールの位置変位（検出位置））
【００１４】
検出制御装置では、スケールコイル１０５の誘起電圧Ｖを入力して、該誘起電圧Ｖが０となるパラメータα（すなわちＸ＝αとなるα）の値を計算し、このパラメータαを、移動体（スライダ１０１）の検出位置Ｘとして出力し、かつ、パラメータαに基づいて電流Ｉｃ及び電流Ｉｓを調整する。すなわち、Ｘ＝αとなるように移動体の位置Ｘに対してパラメータαを追従させて、誘起電圧Ｖ＝０となるように制御することにより、移動体の位置Ｘを検出して出力する。
【００１５】
なお、下記特許文献１には、レゾルバの角度を検出する角度検出装置において、常に安定かつ高精度な角度検出を行うための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１４‐１２２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した従来の電磁誘導式位置検出器では、下記［１］〜［３］の問題点がある。
【００１８】
［１］第１スライダコイル１０３、第２スライダコイル１０４及びスケールコイル１０５が小さくなると、結合度ωcＫ（ｇ）は低下し、ＳＮ比が悪化する。その為、コンパクト化が容易でない。
【００１９】
［２］ギャップｇを広くすると、結合度ωcＫ（ｇ）は低下し、ＳＮ比が悪化する。その為、大きなギャップが取れない。
【００２０】
［３］ωcを高周波にすると、ωcＫ（ｇ）が大きくなり信号は強くできるが、第１スライダコイル１０３及び第２スライダコイル１０４に印加する電流波形を、ＤＡコンバータで生成する場合、図７のグラフに示すように、ＤＡコンバータのサンプリング周波数（周期Δｔ）は、ωcの数十倍必要である（図中の矩形の線）ため、周波数ωcが高くなると
ＤＡコンバータが高価になる、もしくは実現できない。なお、図７中のＴは、Ｔ＝２π／ωである。
【００２１】
そこで、本発明では、一次側コイルと二次側コイルとの電磁結合度を向上させることができる電磁誘導式位置検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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、
第１の一次側コイル及び第２の一次側コイルを備えた一次側部材と、二次側コイルを備えた二次側部材と、前記第１の一次側コイル及び前記第２の一次側コイルに信号を印加する信号発生器とを有し、前記一次側部材又は前記二次側部材が移動体に取り付けられて該移動体とともに移動し、前記第１の一次側コイル及び前記第２の一次側コイルと前記二次側コイルとがギャップを有し相対向して配置された、電磁誘導式位置検出器であって、
前記信号発生器は、下記（Ａ）式に示す電流Ｉｃに対し、ωc＜ωとしたとき周期２π／ωで極性を反転させたものを、前記信号として前記第１の一次側部材に印加し、下記（Ｂ）式に示す電流Ｉｓに対し、ωc＜ωとしたとき周期２π／ωで極性を反転させたものを、前記信号として前記第２の一次側部材に印加し、
さらに、
前記二次側コイルに発生する誘起電圧を０とするようにαを調整することにより、位置検出を行う、制御部を備える
ことを特徴とする。
Ｉｃ＝−Ｉｃｏｓ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）    …（Ａ）
Ｉｓ＝Ｉｓｉｎ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）      …（Ｂ）
ただし、Ｉは電流の大きさ、ｋは２π／Ｐ、Ｐは前記二次側コイルの１ピッチの長さ又は角度、ωcは角周波数、ｔは時刻、αはパラメータ
【００２３】
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の発明に係る電磁誘導式位置検出器において、
前記信号発生器は、前記電流Ｉｃ及び前記電流Ｉｓに対し、下記式に示すＺ（ｔ）を積算することにより、周期２π／ωで極性を反転させる
ことを特徴とする。
【数１】
0006642915.tif 000002
ただし、ｎは整数
【００２４】
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２の発明に係る電磁誘導式位置検出器において、
さらに、
前記誘起電圧からｎ＞１の項を除去するローパスフィルタを備え、
前記制御部は、前記ローパスフィルタからの出力を０とするように前記パラメータαを調整することにより、位置検出を行う
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る電磁誘導式位置検出器によれば、一次側コイルと二次側コイルとの電磁結合度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る電磁誘導式位置検出器を説明するブロック図である。
【図２】Ｚ（ｔ）を示すグラフである。
【図３】電流Ｉｃ´を示すグラフである。
【図４】従来の電磁誘導式位置検出器による誘起電圧Ｖと本発明の実施例１に係る電磁誘導式位置検出器による誘起電圧Ｖｆとを比較したグラフである。
【図５】本発明の実施例２に係る電磁誘導式位置検出器を説明するブロック図である。
【図６】従来の電磁誘導式位置検出器による位置検出原理を説明する図である。（ａ）はリニア形スケールのスライダとスケールを互いに平行に向かい合わせになるように配置した状態を示す斜視図、（ｂ）はスライダとスケールを並べて示す模式図、（ｃ）はスライダとスケールの電磁結合度を示すグラフである。
【図７】デジタル信号に基づく電流（Ｉｃ）の生成を説明するグラフである。なお、縦軸は強度、横軸は時間を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る電磁誘導式位置検出器を実施例にて図面を用いて説明する。なお、以下ではリニア形スケールを例として説明しているが、ロータリ形スケールも同様である。
【００２８】
［実施例１］
図１は、本実施例に係る電磁誘導式位置検出器を説明するブロック図である。本実施例に係る電磁誘導式位置検出器は、主に、検出部１０、及び、検出制御装置としての信号発生器１６、ローパスフィルタ１７、制御部１８を備えている。なお、検出部１０については従来の検出部１００と同様であり、図１中では、スライダ及びスケールは省略し、コイル（第１スライダコイル１３、第２スライダコイル１４、スケールコイル１５）のみを示している。
【００２９】
信号発生器１６は、第１スライダコイル１３に下記（４）式に示す電流Ｉｃ´を、第２スライダコイル１４に下記（５）式に示す電流Ｉｓ´を、それぞれ印加する。
Ｉｃ´＝−Ｉｃｏｓ（ｋα）ｓｉｎ（ωcｔ）Ｚ（ｔ）    …（４）
Ｉｓ´＝Ｉｓｉｎ（ｋα） ｓｉｎ（ωcｔ）Ｚ（ｔ）     …（５）
【００３０】
Ｚ（ｔ）は矩形波（矩形のパルス波形）であり、フーリエ展開すると下記（６）式で表され、図２のグラフに示す波形となる。
【数２】
0006642915.tif 000003
（ただし、ｎは整数）
【００３１】
よって、電流Ｉｃ´は下記（７´）式（下記（７）式から変換）で表され、図３のグラフに示す波形となる。すなわち、電流Ｉｃ´は、上記（１）式に示す電流Ｉｃに対し、周期２π／ωで極性を反転させたものとなる。なお、図３中のＴは、Ｔ＝２π／ωcである。
【数３】
0006642915.tif 000004
【数４】
0006642915.tif 000005
【００３２】
また、電流Ｉｓ´も同様にして、下記（８）式で表される。すなわち、電流Ｉｓ´は、上記（２）式で表される電流Ｉｓに対し、周期２π／ωで極性を反転させたものとなる。
【数５】
0006642915.tif 000006
【００３３】
第１スライダコイル１３及び第２スライダコイル１４に、それぞれ電流Ｉｃ´，Ｉｓ´を印加することにより、スケールコイル１５に下記（９）式に示す誘起電圧Ｖ´が発生する。
【数６】
0006642915.tif 000007
【００３４】
電磁誘導式位置検出器は、Ｖ´が０になるようなパラメータαが検出位置Ｘとなる。ただし、本実施例では、ローパスフィルタ１７を設けている。ローパスフィルタ１７は、スケールコイル１５に発生する上記誘起電圧Ｖ´のうち、ｎ＞１の項を除去した電圧Ｖｆを出力する。電圧Ｖｆは下記（１０´）式（下記（１０）式から変換）のようになる。
【数７】
0006642915.tif 000008
【数８】
0006642915.tif 000009
【００３５】
制御部１８では、上記電圧Ｖｆを０とするように、電流Ｉｓ´，Ｉｃ´のパラメータαを調整し、位置Ｘ＝αとして位置検出を行う。
【００３６】
本実施例による電磁結合度の増加を図４に表す。図４は、従来の電磁誘導式位置検出器による誘起電圧Ｖと本実施例による誘起電圧Ｖｆとを比較したグラフである。図４では、一例として、ωc＝２π×１００ｋＨｚ，ω＝２π×４ＭＨｚの場合を示している。
【００３７】
図４に示すように、従来の誘起電圧Ｖに比べ、本実施例の誘起電圧Ｖｆは、その振幅が大きく増大している。すなわち、本実施例では電磁結合度が向上していることがわかる。これにより、本実施例ではＳＮ比の悪化を防止することができる。特に、周波数ωcを、ωc＜＜ωと、高周波にすると、より結合度が向上する。また、ＤＡコンバータを用いて電流Ｉｃ，Ｉｓを生成する場合に、ＤＡコンバータのサンプリング周波数ωを大きく上げる必要もなくなる。
【００３８】
［実施例２］
図５は、本実施例に係る電磁誘導式位置検出器を説明するブロック図である。図５に示すように、本実施例に係る電磁誘導式位置検出器は、主に、検出部１０、及び、検出制御装置としての信号発生器２１、第１反転回路２２、第２反転回路２３、ローパスフィルタ１７、制御部１８を備えている。
【００３９】
なお、検出部１０については従来の検出部１００と同様であり、図５中では、スライダ及びスケールは省略し、コイル（第１スライダコイル１３、第２スライダコイル１４、スケールコイル１５）のみを示している。また、ローパスフィルタ１７及び制御部１８については、実施例１と同様のため、説明を省略する。
【００４０】
信号発生器２１は、上記（１）式に示す電流Ｉｃ及び上記（２）式に示す電流Ｉｓをそれぞれ出力する信号発生部２１ａと、後述の第１反転回路２２及び第２反転回路２３とを有している。
【００４１】
第１反転回路２２は、電流Ｉｃに対し、周期２π／ωで極性を反転させ、これを電流Ｉｃ´として第１スライダコイル１３に印加する。なお、この電流Ｉｃ´は、実施例１において図３を用いて説明した電流Ｉｃ´と同様の波形となる。
【００４２】
第２反転回路２３は、電流Ｉｓに対し、周期２π／ωで極性を反転させ、これを電流Ｉｓ´として第１スライダコイル１３に印加する。なお、この電流Ｉｓ´は、実施例１において説明した電流Ｉｓ´と同様の波形となる。
【００４３】
このようにして、本実施例では、第１スライダコイル１３及び第２スライダコイル１４に印加する電流の波形を実施例１と同様のものとし、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、電磁誘導式位置検出器として好適である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１００  検出部
１３，１０３  第１スライダコイル（第１の一次側コイル）
１４，１０４  第２スライダコイル（第２の一次側コイル）
１５，１０５  スケールコイル（二次側コイル）
１６，２１  信号発生器
２１ａ  信号発生部
１７  ローパスフィルタ
１８  制御部
２２  第１反転回路
２３  第２反転回路
１０１  スライダ
１０２  スケール
【図１】
0006642915.tif 000011
【図２】
0006642915.tif 000012
【図３】
0006642915.tif 000013
【図４】
0006642915.tif 000014
【図５】
0006642915.tif 000015
【図６】
0006642915.tif 000016
【図７】
0006642915.tif 000017