JP2015172539A - 誘導検出型ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化した誘導検出型ロータリエンコーダを提供する。
【解決手段】誘導検出型ロータリエンコーダは、ステータと、ロータと、第１の送信巻線及び第１の送信巻線の内周側に形成された第２の送信巻線と、同一の円周上に配列された第１及び第２の受信巻線と、第１及び第２の磁束結合体とを備える。上記第１の受信巻線及び第１の磁束結合体は、第１のピッチを有する第１トラックを形成し、上記第２の受信巻線及び第２の磁束結合体は、第１のピッチと異なる第２のピッチを有する第２トラックを形成する。また、第１の受信巻線は円周上に分割して配置され、第２の受信巻線は、第１の受信巻線が配置された面と同一の面上に第１の受信巻線と積層方向に重ならないように分割して配置される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ロータとステータとに設けられた配線間の磁束結合を利用して物体の回転角を測定する誘導検出型ロータリエンコーダに関する。

ロータリエンコーダは、送信巻線及び受信巻線が配置されたステータと、これらと磁束結合可能な磁束結合体が配置されたロータとを備える（特許文献１参照）。マイクロメータ等のハンドツールへロータリエンコーダを応用する場合、波長の異なる信号を発生する複数のトラック（送信巻線、受信巻線、及び磁束結合体）を集約しその外径を小さくする必要がある。

特開２００６−３２２９２７

本発明は、小型化した誘導検出型ロータリエンコーダを提供することを目的とする。

本発明に係る誘導検出型ロータリエンコーダは、ステータと、回転軸を中心として回転可能で且つステータと対向して配置されたロータと、ステータに回転軸を中心として環状に形成された第１の送信巻線及び第１の送信巻線の内周側に環状に形成された第２の送信巻線と、ステータに送信巻線に沿って回転軸を中心とする同一の円周上に配列された第１の受信巻線及び第２の受信巻線と、ロータに回転軸を中心として同様の半径で環状に形成されて第１の送信巻線及び第１の受信巻線と磁束結合する第１の磁束結合体、並びに第２の送信巻線及び第２の受信巻線と磁束結合する第２の磁束結合体とを備える。上記第１の受信巻線及び第１の磁束結合体は、第１のピッチをもってロータの回転方向に周期的に変化する形状を有する第１トラックを形成し、上記第２の受信巻線及び第２の磁束結合体は、第１のピッチと異なる第２のピッチをもってロータの回転方向に周期的に変化する形状を有する第２トラックを形成する。また、第１の受信巻線は、円周上に分割して配置され、第２の受信巻線は、第１の受信巻線が配置された面と同一の面上に第１の受信巻線と積層方向に重ならないように分割して配置される。

本発明に係る誘導検出型ロータリエンコーダにおいては、第１及び第２の受信巻線及び第１及び第２の磁束結合体がそれぞれ同様の半径を有しており、且つ第１及び第２の受信巻線が同一の面上に配置されるため、絶対位置検出型（以下、ＡＢＳ型と言う。）の誘導検出型ロータリエンコーダを小型に構成することが可能である。更に、本発明に係る誘導検出型ロータリエンコーダにおいては、第１の受信巻線と第２の受信巻線とが同一面上の同一の円周上に、お互いに重ならないように配置される。従って、２トラックを有するＡＢＳ型のロータリエンコーダ等、複数のトラックを有するロータリエンコーダにおいて、ステータの部品点数を削減し、且つステータの小型化を実現することが可能である。

尚、上記第１の受信巻線は、ループ状に形成された配線の対からなる第１のユニットを互いに位相をずらして複数配置して構成することが考えられる。同様に第２の受信巻線は、ループ状に形成された複数の配線の対からなる第２のユニットを互いに位相をずらして複数配置して構成することが考えられる。

上記複数の第１のユニットは、第１のピッチに対応し第１のピッチの範囲内で相互に位相を異ならせて配置することが考えられる。同様に、複数の第２のユニットは、第２のピッチに対応し第２のピッチの範囲内で相互に位相を異ならせて配置することが考えられる。この場合、例えば第１トラック又は第２トラックのうち、偶数周期を有するトラックを構成する第１又は第２のユニットを、ロータの回転角度にして１８０°離れた位置に配置し、互いに接続することも考えられる。この様な構成によれば、偏心が生じた際、例えば第１トラック又は第２トラックのうち、偶数周期を有するトラックにおいて生じる誤差を好適に低減することが可能である。

また、第１トラック又は第２トラックのうち、奇数周期を有するトラックを構成する第１又は第２のユニットを、ロータの回転角度にして１８０°離れた位置に配置し、互いに接続することも可能である。この様な構成によれば、偏心が生じた際、第２のユニットにおいて生じる誤差を好適に低減することが可能である。

更に、隣接する第１のユニットの位相差を隣接する第２のユニットの位相差よりも大きくすれば、第１トラックにおけるノイズを低減して測定精度を向上させることが可能である。一方、隣接する第２のユニットの位相差を隣接する第１のユニットの位相差よりも大きくすれば、第１トラック又は第２トラックのうち、奇数周期を有するトラックにおけるノイズを低減して誤動作を好適に低減することが可能である。

この発明によれば、小型化した誘導検出型ロータリエンコーダを提供できる。

第１の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダを搭載したデジタル式マイクロメータの正面図である。 同ロータリエンコーダ１１の断面図である。 同実施の形態に係るステータ１３及びロータ１５の断面図である。 同実施の形態に係る第１の磁束結合体４１ａを示す平面図である。 同実施の形態に係る第２の磁束結合体４１ｂを示す平面図である。 同ステータ１３の平面図である。 同ステータ１３の配線層を示す平面図である。 同ステータ１３の配線層を示す平面図である。 同ステータ１３の配線層を示す平面図である。 同ステータ１３の配線層を示す平面図である。 同実施の形態に係る第１の送信巻線３１ａ及び第２の送信巻線３１ｂへの電流供給手段を示す回路図である。 同実施の形態に係る第１の送信巻線３１ａを流れる電流によって第１、第２の磁束結合体４１ａ、４１ｂに生じる誘導電流を示す概略図である。 同実施の形態に係る第２の送信巻線３１ｂを流れる電流によって第１、第２の磁束結合体４１ａ、４１ｂに生じる誘導電流を示す概略図である。 同実施の形態に係る第１及び第２の受信巻線３２ａ，３２ｂにて得られる信号を示す図である。 第２の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダのステータ１３´の平面図である。 第３の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダのステータ１３´´の平面図である。 第４の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダのステータ１３´´´の平面図である。 その他の構成例に係るステータ１３´´´´を示す平面図である。

次に本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態に係る誘導検出型デジタル式マイクロメータの構成］
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダを搭載したデジタル式マイクロメータの構成について説明する。図１は、デジタル式マイクロメータの正面図である。デジタル式マイクロメータのフレーム３には、シンブル５が回転可能に取り付けられている。測定子であるスピンドル７は、フレーム３の内部で回転可能に支持されている。

スピンドル７の一端側は外部に出ており、この一端が測定対象物に当接する。一方、スピンドル７の他端側には送りネジ（図１では図示せず）が切られている。この送りネジがシンブル５内のナットに嵌めこまれている。

この構成において、シンブル５を正方向に回転させるとスピンドル７の軸方向に沿ってスピンドル７が前進し、シンブル５を逆方向に回転させるとスピンドル７の軸方向に沿ってスピンドル７が後退する。フレーム３にはデジタル式マイクロメータの測定値を表示可能な液晶表示部９が設けられている。

［第１の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダ１１の構成］
次に、図２を参照して、図１のデジタル式マイクロメータに組み込まれた第１の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダ１１の構成について説明する。図２は、誘導検出型ロータリエンコーダ１１の断面図である。

誘導検出型ロータリエンコーダ１１は、ステータ１３と、スピンドル７（回転軸）を中心として回転可能で且つステータ１３と対向して配置されたロータ１５とを備える。ロータ１５は円筒状のロータブッシュ１９の端面に固定されている。ロータブッシュ１９にはスピンドル７が挿入されている。ステータブッシュ２１は、フレーム３に固定されている。

スピンドル７の表面には、図１のシンブル５の内部に配置されたナットに嵌められる送りネジ２３が形成されている。また、スピンドル７の表面には、スピンドル７の長手方向（つまりスピンドル７の進退方向）に沿ってキー溝２５が掘られている。キー溝２５には、ロータブッシュ１９に固定されたピン２７の先端部が嵌っている。スピンドル７が回転すると、その回転力がピン２７を介してロータブッシュ１９に伝わり、ロータ１５が回転する。言い換えれば、スピンドル７の回転に連動してロータ１５が回転する。ピン２７はキー溝２５に固定されていないので、ロータ１５をスピンドル７と共に移動させずにロータ１５を回転させることができる。

［第１の実施の形態に係るステータ１３及びロータ１５の積層構造］
次に、図３を参照して、ステータ１３、及びロータ１５の概略構成について説明する。図３は、ステータ１３及びロータ１５の断面図である。ステータ１３は、図３に示すように、積層された絶縁層３３Ａ〜３３Ｄを有する。ステータ１３は、ロータ１５側の絶縁層３３Ａ及び絶縁層３３Ｂに第１の送信巻線３１ａ、第２の送信巻線３１ｂ及び第１の受信巻線３２ａと第２の受信巻線３２ｂのうち、後述する第１及び第２の磁束結合体４１ａ及び４１ｂと磁束結合する部分を備え、中間の絶縁層３３Ｃにシールド３５を備える。また、ロータ１５側から最も離れた絶縁層３３Ｄには、第１の受信巻線３２ａ及び第２の受信巻線３２ｂの残りの配線３２ａＤ及び３２ｂＤが設けられている。なお、絶縁層３３Ａ〜３３Ｄにはスピンドル７を通すための貫通穴３４が形成されており、第１及び第２の送信巻線３１ａ，３１ｂは貫通穴３４を中心として環状に形成されている。

一方、ロータ１５は、図３に示すように、積層された絶縁層４２Ａ及び４２Ｂを有する。ロータ１５は、絶縁層４２Ａに第１の磁束結合体４１ａを備え、絶縁層４２Ｂに第２の磁束結合体４１ｂを備えている。なお、絶縁層４２Ａ，４２Ｂにはスピンドル７を通すための貫通穴４３が形成されており、第１の磁束結合体４１ａ、及び第２の磁束結合体４１ｂは貫通穴４３を中心として環状に形成されている。

第１の送信巻線３１ａ及び第２の送信巻線３１ｂは、電流方向が周期的に変化する送信電流を交互に、即ち時分割で流し、これにより発生する磁界をロータ１５に形成された第１、第２の磁束結合体４１ａ、４１ｂに与える。第１及び第２の送信巻線３１ａ，３１ｂは、絶縁層３３Ａのロータ１５側の表面に設けられる。

第１、第２の磁束結合体４１ａ、４１ｂは、各々、送信巻線３１ａ、３１ｂに流れる送信電流により生じた磁界に基づく誘導電流を発生させる。第１の磁束結合体４１ａは、絶縁層４２Ａのステータ１３側の表面に設けられる。第２の磁束結合体４１ｂは絶縁層４２Ｂのステータ１３側の表面に設けられる。第１、第２の磁束結合体４１ａ、４１ｂは、同等の径を有し、絶縁層４２Ａを介して積層方向に互いに重なる位置に積層されている。

第１の受信巻線３２ａは、第１の送信巻線３１ａと第１の磁束結合体４１ａとの磁束結合により第１の磁束結合体４１ａに誘導電流が生じた場合に、これに基づく磁束結合により生じた誘導電圧を検出する。第２の受信巻線３２ｂは、第２の送信巻線３１ｂと第２の磁束結合体４１ｂとの磁束結合により第２の磁束結合体４１ｂに誘導電流が生じた場合に、これに基づく磁束結合により生じた誘導電圧を検出する。

第１の受信巻線３２ａの一部は、絶縁層３３Ａのロータ１５側の表面に形成され、第１の受信巻線３２ａの残りの部分は絶縁層３３Ｂのロータ１５側の表面に形成され、両者は絶縁層３３Ａを貫通するスルーホール又はビアによって相互に接続されている。第２の受信巻線３２ｂも第１の受信巻線３２ａと同様の層に形成されており、第２の受信巻線３２ｂの一部は３３Ａのロータ１５側の表面に形成され、第２の受信巻線３２ｂの残りの部分は絶縁層３３Ｂのロータ１５側の表面に形成され、両者は絶縁層３３Ｂを貫通するスルーホール又はビアによって相互に接続されている。第１の受信巻線３２ａと第２の受信巻線３２ｂとは、同一の円周上に、お互いに重ならないように分割して配置されている。

図３において、第１の受信巻線３２ａは、第１の磁束結合体４１ａと対向する。また、第２の受信巻線３２ｂと第２の磁束結合体４１ｂとの間には、第１の磁束結合体４１ａが配置される。この配置によって、第１の受信巻線３２ａで受信する信号強度を高くすることができる。第１の受信巻線３２ａの受信信号が測定精度に影響を与える場合、この配置は好ましい。

［第１の実施の形態に係るステータ１３及びロータ１５の平面形状］
次に、第１の送信巻線３１ａ、第２の送信巻線３１ｂ、第１の受信巻線３２ａ、第２の受信巻線３２ｂ、第１の磁束結合体４１ａ及び第２の磁束結合体４１ｂの平面的形状について説明する。

まず、図４を参照して、第１の磁束結合体４１ａの形状について説明する。図４は第１の磁束結合体４１ａを示す平面図である。第１の磁束結合体４１ａは、図４に示すように、スピンドル７に対して同軸的に形成され、第１の受信巻線３２ａと空隙を介して重なるように形成される。第１の磁束結合体４１ａは、ピッチλ１をもってロータ１５の回転方向に周期的に変化する連続した歯車状の配線部分と、この歯車状の配線部分に内接する円形状の配線部分とが重なった形状の配線を有する。より具体的に、第１の磁束結合体４１ａは、スピンドル７に近づく方向に窪む凹部４１１ａと、スピンドル７から離れる方向に突出する凸部４１２ａとを交互に構成する。また、第１の磁束結合体４１ａは、複数の凹部４１１ａを連結する円環状の連結部４１３ａを有する。即ち、複数の凹部４１１ａ及び凸部４１２ａは歯車状の第１の電流経路を形成し、複数の凹部４１１ａ及び連結部４１３ａは円環状の第２の電流経路を形成する。図４に示す例では、一組の凹部４１１ａ、凸部４１２ａ及び連結部４１３ａの組合せで構成されるユニットＰＡ１は１０個設けられる。

次に、図５を参照して、第２の磁束結合体４１ｂの形状について説明する。図５は第２の磁束結合体４１ｂを示す平面図である。第２の磁束結合体４１ｂは、図５に示すように、スピンドル７に対して同軸的に形成され、第１の磁束結合体４１ａと絶縁層４２Ａを介して積層方向に重なるように形成される。第２の磁束結合体４１ｂは、ピッチλ２をもってロータ１５の回転方向に周期的に変化する連続した歯車状の配線部分と、この歯車状の配線部分に外接する円形状の配線部分とが重なった形状の配線を有する。より具体的に、第２の磁束結合体４１ｂは、スピンドル７に近づく方向に窪む凹部４１１ｂと、スピンドル７から離れる方向に突出する凸部４１２ｂとを交互に構成する。また、第２の磁束結合体４１ｂは、複数の凸部４１２ｂを連結する円環連結部４１３ｂを有する。即ち、複数の凸部４１２ｂ及び連結部４１３ｂは円環状の第３の電流経路を形成し、複数の凹部４１１ｂ及び凸部４１２ｂは歯車状の第４の電流経路を形成する。図５に示す例では、凹部４１１ｂと凸部４１２ｂの組合せで構成されるユニットＰＡ２は９個設けられる。即ち、ピッチλ１とピッチλ２とではピッチλ１の方が細かく、ピッチλ２の方が荒い。更に、第１の磁束結合体４１ａに設けられるユニットＰＡ１の数がＮであるのに対し、第２の磁束結合体４１ｂに設けられるユニットＰＡ２の数はＮ−１である。

図６は第１及び第２の送信巻線３１ａ，３１ｂと第１及び第２の受信巻線３２ａ，３２ｂを示す平面図である。第１の送信巻線３１ａは、図６に示すように、スピンドル７に対して同軸的に形成され、略円形の電流経路を持つ。また、第２の送信巻線３１ｂは、スピンドル７に対して同軸的に、且つ第１の送信巻線３１ａの内周に形成され、略円形の電流経路を持つ。

第１の受信巻線３２ａは、図６に示すように、スピンドル７に対して同軸的に形成され、第１の送信巻線３１ａの内周であり、且つ第２の送信巻線３１ｂの外周である位置に分割して形成される。第１の受信巻線３２ａは、受信巻線３２１ａ〜３２３ａによって構成される。受信巻線３２１ａ〜３２３ａはほぼ同様の構成を有しており、回転方向に位相を異ならせて配置される。尚、本実施形態においては、受信巻線３２１ａ〜３２３ａはλ１／３ずつずらして配置される。受信巻線３２１ａは、第１の磁束結合体４１ａと磁束結合して誘導電流を流すように構成されている。即ち、受信巻線３２１ａ〜３２３ａは、それぞれ磁束結合体４１ａの１つのユニットＰＡ１と対応する回転方向長さを有するループ状（菱形状）に形成された配線の対からなるユニットＰＡ３を形成している。信号強度やロータ１５とステータ１３との取付誤差や経時変化の影響を考慮すると、受信巻線３２１ａは２以上のユニットＰＡ３を有していることが望ましく、本実施形態において、ユニットＰＡ３は回転軸を基準として１８０°異なる位置に一つずつ配置される。また、受信巻線３２１ａに複数のユニットＰＡ３が含まれる場合、各ＰＡ３における誘導電流が全て強めあう様にユニットＰＡ３同士を接続する。ユニットＰＡ３同士の接続は、絶縁層３３Ｄに形成された配線によって行う。ユニットＰＡ３は絶縁層３３Ａ及び３３Ｂに設けられた配線を、スルーホール又はビアホールにて接続することにより構成される。また、互いに交差する部分は絶縁層３３Ａを介して上下に配列される。尚、第１の受信巻線３２ａは、第１の磁束結合巻線４１ａと磁束結合可能で、且つ第２の受信巻線３２ｂが構成可能なスペースを回転方向に確保可能な構成であれば、他の構成も採用可能である。

第２の受信巻線３２ｂも、第１の受信巻線３２ａとほぼ同様に構成される。即ち、第２の受信巻線３２ｂは、図６に示すように、スピンドル７に対して同軸的に形成され、第１の送信巻線３１ａの内周であり、且つ第２の送信巻線３１ｂの外周であり、更に第１の受信巻線３２ａとは重ならない位置に分割して形成される。第２の受信巻線３２ｂは、受信巻線３２１ｂ〜３２３ｂによって構成される。受信巻線３２１ｂ〜３２３ｂは受信巻線３２１ａ〜３２３ａとほぼ同様に構成され、λ２／３ずつずらして配置される。第２の受信巻線３２ｂに含まれるループ状（菱形状）に形成された配線の対からなるユニットＰＡ４は、第２の磁束結合巻線４１ｂをの１つのユニットＰＡ２と対応する回転方向長さを有する。従ってこのユニットＰＡ４は、ユニットＰＡ３と比較して回転方向の長さが長くなる。

以上図３〜図６に示した構成により、第１の受信巻線３２ａ及び第１の磁束結合体４１ａは、ピッチλ１をもってロータ１５の回転方向に周期的に変化する形状を有する第１トラックを形成する。また、第２の受信巻線３２ｂ及び第２の磁束結合体４１ｂは、ピッチλ１と異なるピッチλ２をもってロータ１５の回転方向に周期的に変化する形状を有する第２トラックを形成する。本実施の形態においては第１トラックのピッチλ１が第２トラックのピッチλ２よりも短いので、第１トラックの方が第２トラックよりも測定精度に強く影響する。このピッチλ１による第１トラックの信号強度を第２トラックの信号強度よりも高めているので、高い測定精度が得られる。また、本実施の形態においては、第１の受信巻線３２ａと第２の受信巻線３２ｂとが、ロータ１５の回転方向に交互に分散配置されているので、スペースを効率良く利用してエンコーダの小型化を図ることができる。更に、この実施形態では、ループ状（菱形状）に形成された配線の対であるユニットＰＡ３を、回転軸を基準として１８０°異なる位置に一つずつ配置し、これらを絶縁層３３Ｄに形成された配線によって共通に接続して構成している。従って、ロータ１５とステータ１３とに傾きが生じてしまった場合においても、一方のユニットＰＡ３と他方のユニットＰＡ３とで相殺されて、信号の強度が低下するのを防止することができる。

次に、ステータ１３に含まれる各配線層について説明する。本実施形態に係る送信基板３１及び受信巻線３２は、例えば多層の配線基板により形成することができる。ここでは、４層の樹脂製の配線基板により形成した例を図７〜図１０を用いて説明する。

図７に示す通り、絶縁層３３Ａ上には、第１の送信巻線３１ａの送信部及び引出配線の一部からなる配線３１ａＡと、第２の送信巻線３１ｂの送信部及び引き出し配線の一部からなる配線３１ｂＡと、第１の受信巻線３２ａの一部である配線３２ａＡと、第２の受信巻線３２ｂの一部である配線３２ｂＡとを有している。配線３２ａＡは配線３１ａＡの送信部の内側に配列された複数の配線からなる。この複数の配線は内周側端部に対して外周側端部が反時計回りに傾斜した螺旋放射状に配列されており、ロータ１５の回転軸を基準として１８０°異なる位置に配置される。配線３２ｂＡも配線３２ａＡとほぼ同様に構成されており、配線３２ａＡと重ならない位置に配置される。

図８に示す通り、絶縁層３３Ｂ上には、第１の送信巻線３１ａの引き出し配線の残りの一部である配線３１ａＢと、第２の送信巻線３１ｂの引き出し配線の残りの一部である配線３１ｂＢと、第１の受信巻線３２ａの一部及び引き出し配線からなる配線３２ａＢと、第２の受信巻線３２ｂの一部及び引き出し配線からなる配線３２ｂＢとを有している。配線３２ａＢのうち、第１の受信巻線を構成する部分は配線３１ａＡの送信部の内側に該当する部分に配列された複数の配線からなる。この複数の配線は内側端部に対して外側端部が時計回りに傾斜した螺旋放射状に配列されており、ロータ１５の回転軸を基準として１８０°異なる位置に配置される。配線３２ｂＢも配線３２ａＢとほぼ同様に構成されており、配線３２ａＢと重ならない位置に配列される。尚、配線３２ａＢは絶縁層３３Ａに形成されたコンタクトホールを介して配線３２ａＡと電気的に接続され、ユニットＰＡ３の配線（図６）を構成する。また、配線３２ｂＢも同様に絶縁層３３Ａに形成されたコンタクトホールを介して配線３２ｂＡと電気的に接続され、ユニットＰＡ４の配線（図６）を構成する。

図９に示す通り、絶縁層３３Ｃには、絶縁層３３Ａ及び３３Ｂの背面で、第１の送信巻線３１ａ及び第２の送信巻線３１ｂで生成される磁界及び第１の受信巻線３２ａ及び第２の受信巻線３２ｂで受信される磁界の磁気回路を形成すると共に、絶縁層３３Ｄに対する磁気遮蔽体として機能する磁気シールド配線３５が形成されている。磁気シールド配線３５は、送信及び受信のための磁気回路を形成する環状部と、絶縁層３３Ｄに形成される引き出し配線等をシールドする配線シールド部とを有する。なお、磁気シールド配線３５には、複数のコンタクトホールが形成される。

図１０に示す通り、絶縁層３３Ｄには、コンタクトホールを介して１８０°異なる位置に配置されたユニットＰＡ３を共通に接続する複数の配線及び引出配線からなる配線３２ａＤと、同じくコンタクトホールを介して１８０°異なる位置に配置されたＰＡ４を共通に接続する複数の配線からなる配線３２ｂＤとが形成される。

本実施形態に係るステータ１３をこの様に構成した場合、第１の受信巻線と第２の受信巻線とが同一面上の同一の円周上に、お互いに重ならないように配置される。従って、２トラックを有するＡＢＳ型のロータリエンコーダ等、複数のトラックを有するロータリエンコーダにおいて、ステータの部品点数を削減し、且つステータの小型化を実現することが可能である。

図１１は、第１の送信巻線３１ａ及び第２の送信巻線３１ｂに電流を供給する電流供給手段を示している。第１の送信巻線３１ａ及び第２の送信巻線３１ｂは、一端が共に接地され、他端がスイッチＳ１を介して交流電源Ｖに接続される。測定時においては、電流方向が周期的に変化する送信電流を、スイッチＳ１の切り替えによって第１の送信巻線３１ａと第２の送信巻線３１ｂとに交互に供給する。

［第１の実施の形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダ１１の動作］
次に、図１２及び図１３を参照して、第１の受信巻線３２ａ及び第２の受信巻線３２ｂにて得られる信号について説明する。上述の通り、第１の送信巻線３１ａ及び第２の送信巻線３１ｂは、電流方向が周期的に変化する送信電流を交互に、即ち時分割で流し、第１の送信巻線３１ａに電流を流す場合には第１の受信巻線３２ａによって、第２の送信巻線３１ｂに電流を流す場合には第２の受信巻線３２ｂによって信号を受信する。

まず、図１２を参照して、第１の送信巻線３１ａに電流を流す場合について説明する。第１の送信巻線３１ａに、例えば時計回りに電流が流れると、各電流経路には、右ねじ方向に磁界が発生するので、この磁界が第１及び第２の磁束結合体４１ａ，４１ｂと結合して第１及び第２の磁束結合体４１ａ，４１ｂには反時計回りに電流が流れる。

第１の磁束結合体４１ａにおいては主に凸部４１２ａに誘起される電流が大勢になる。従って、磁束結合体４１ａにおいて誘起される電流は主として凹部４１１ａ及び凸部４１２ａから形成される歯車状の第１の電流経路を流れる。これにより、第１の磁束結合体４１ａの凹部４１１ａには、図１２の紙面の表面から裏面へ、凸部４１２ａには紙面の裏面から表面へ進む磁界が発生し、これらの磁界がピッチλ１の周期的磁気パターンを形成する。これらの磁界を第１の受信巻線３２ａで受信する。

また、第２の磁束結合体４１ｂにおいては、凸部４１２ｂ及び連結部４１３ｂにおいて電流が誘起され、主に円環状の第３の電流経路に電流が流れる。凹部４１１ｂ及び凸部４１２ｂからなる歯車状の第４の電流経路に流れる電流は、第３の電流経路に流れる電流の１０分の１程度の値となる。従って、第２の磁束結合体４１ｂにおいて発生するピッチλ２の磁気パターンを形成する磁界は、第１の磁束結合体４１ａにおいて発生するピッチλ１の磁気パターンを形成する磁界と比較して極めて小さい。また、第１の磁束結合体４１ａは、１周の長さがピッチλ１×１０であるのに対し、第２の磁束結合体４１ｂは、１周の長さがピッチλ２×９であるから、第１の受信巻線３２ａに結合される磁界の影響は、図１４に示す通り、１周分のトータルでは第２の磁束結合体４１ｂからの磁界の影響が相殺される。即ち、異なるピッチλ１、λ２によって、第１の受信巻線３２ａでは第２の磁束結合体４１ｂに起因する誘導電圧は打消し合うため、その信号は検出されない。すなわち、第１の受信巻線３２ａでは第２の磁束結合体４１ｂからのクロストークを抑制することができる。

次に、図１３を参照して、第２の送信巻線３１ｂに電流を流す場合について説明する。第２の送信巻線３１ｂに、例えば時計回りに電流が流れると、第１の送信巻線３１ａに電流を流した場合と同様に、第１及び第２の磁束結合体４１ａ，４１ｂに反時計回りに電流が流れる。

第２の磁束結合体４１ｂにおいては凹部４１１ｂに誘起される電流が大勢になる。このため、電流は主に凹部４１１ｂ及び凸部４１２ｂから形成される歯車状の第４の電流経路を流れる。これにより、第２の磁束結合体４１ｂの凹部４１１ｂには、図１３の紙面の表面から裏面へ、凸部４１２ｂには紙面の裏面から表面へ進む磁界が発生し、これらの磁界がピッチλ２の周期的磁気パターンを形成する。これらの磁界を第２の受信巻線３２ｂで受信する。

一方、第１の磁束結合体４１ａにおいては凹部４１１ａ及び連結部４１３ａにおいて電流が誘起され、電流は主に円環状の第２の電流経路を流れる。従って、上述の場合と同様に第１の磁束結合体４１ａにおいて発生するピッチλ１の磁気パターンを形成する磁界は、第２の磁束結合体４１ｂにおいて発生するピッチλ２の磁気パターンを形成する磁界と比較して極めて小さい。また、若干の磁界が第２の受信巻線３２ｂに電流を誘起した場合であっても第１の磁束結合体４１ａと第２の受信巻線３２ｂとの位相の違いによってその電流は打ち消しあい、検出される事は無い。

以上より、図１４に示すように、ステータ１３に対するロータ１５の位置に応じて変化する受信信号が第１の受信巻線３２ａ及び第２の受信巻線３２ｂから得られる。両受信信号は、ロータ１５が１回転する間に１周分ずれているので、２つの受信信号から１回転における絶対位置を検出することができる。なお、図１４は１相分の信号しか図示していないが、実際には、１２０°ずつずれた３相の受信信号が得られる。

以上、本実施の形態によれば、第１、第２の受信巻線３２ａ、３２ｂを同一円周上に分割配置しているので、エンコーダの外径を小さくすることができる。しかも、クロストークを生じさせることも無い。

［第２の実施形態］
次に、図１５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダについて説明する。図１５は、本発明の第２の実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダの第１及び第２の送信巻線３１ａ，３１ｂと第１及び第２の受信巻線３２ａ，３２ｂ´を示す平面図である。本実施形態に係る誘導検出型ロータリエンコーダは、第２の受信巻線３２ｂ´の構成が、第１の実施形態に係る第２の受信巻線３２ｂの構成と異なっている。即ち、図１５に示すように、第２の実施形態においては、１対の第２の受信巻線３２ｂ´のうちの一方を、他方の第２の受信巻線３２ｂ´に対して回転方向にλ２／２（本実施形態においては、２０°）だけずらして配置している。

このような構成によれば、次のような効果を奏する。即ち、第１の磁束結合体４１ａについては、１回転で偶数周期（１０周期）を有するので、ロータ１５の回転角度にして１８０°異なる位置の誘導磁界の発生方向が同一方向になる。これに対し、第２の磁束結合体４１ｂについては、１回転で奇数周期（９周期）を有するので、ロータ１５の回転角度にして１８０°異なる位置の誘導磁界の発生方向は丁度逆向きになる。このため、ステータ１３とロータ１５とが傾くと、第１のトラックについては、第１の実施形態で述べたように、１８０°離れたユニットＰＡ１の対により、受信される信号への影響をある程度相殺することが可能である。これに対し、第２のトラックにおいては、回転角度にして１８０°離れたユニットＰＡ２の対により、受信される信号への影響を強めてしまう事となる。

そこで、第２の実施形態のように、第２の受信巻線３２ｂ´の一方を、他方に対して回転方向にλ２／２（本実施形態においては、２０°）だけずらして配置することにより、第２のトラックでの信号低下を防止するようにしている。

［第３の実施形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第３の実施形態に係る誘導検出型のロータリエンコーダについて説明する。上記第２の実施形態に係る誘導検出型のロータリエンコーダにおいては、第２の受信巻線３２ｂ´の一方を他方に対して半波長ずらすことによって同位相の信号を検出し、これによってステータ１３´とロータ１５の傾きの影響を低減していた。本実施形態においては、ステータ１３´´において第２の受信巻線３２ｂ´´が占有する面積を増加させ、平均化等の演算処理によって偏心や傾きの影響を低減する。即ち、図６に示す例においては、それぞれ４０°×２に該当する分の面積を占有する３つの受信巻線３２１ｂ〜３２３ｂがλ２／３ずつずらして配置されており、約１３３°に該当する分の面積を占有している。一方、本実施形態の図１６に示す例においては、それぞれ４０°×２に該当する分の面積を占有する３つの受信巻線３２１ｂ´´〜３２３ｂ´´が２λ２／３ずつずらして配置されており、約１８７°に該当する分の面積を占有している。

［第４の実施形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第４の実施形態に係る誘導検出型のロータリエンコーダについて説明する。上記第２及び第３の実施形態は、偏心や傾きが生じた場合に第２のトラックにおいて受信される信号へ生じる影響を低減する手段を検討したものである。しかしながら、第１の実施形態に係る誘導検出型のロータリエンコーダをＡＢＳ型のロータリエンコーダに適用する場合、第２のトラックにおいて受信される信号は第１のトラックにおいて受信される信号の補助的な役割を有しており、偏心や傾きの受信信号への影響がある程度以下に抑えられる場合には測定精度に影響を与えるものではない。従って、本実施形態においては、ステータ１３´´´において第１の受信巻線３２ａ´´´が占有する面積を増加させ、第１のトラックにおいて受信される信号への偏心や傾きによる影響を更に低減させ、誘導検出型ロータリエンコーダの測定精度を向上させるものである。即ち、図６に示す例おいては、それぞれ３６°×２に該当する分の面積を占有する３つの受信巻線３２１ａ〜３２３ａがλ１／３ずつずらして配置されており、約１２０°に該当する面積を占有している。一方、本実施形態の図１７に示す例においては、それぞれ３６°×２に該当する分の面積を占有する３つの受信巻線３２１ａ´´´〜３２３ａ´´´が２λ１／３ずつずらして配置されており、約１６８度に該当する分の面積を占有している。

［その他の実施の形態］
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、第１の実施の形態においては、受信巻線３２１ａが、ロータ１５の回転軸を中心として１８０°異なる位置に二つのＰＡ３を配置し、これを共通に接続することによって構成されていた。しかしながら、受信巻線３２１ａの形状はこれに限定されるものでなく、含まれるＰＡ３の数や配置も適宜変更可能である。例えば、偏心の影響を考慮しなくて済む場合には、図１８に示すように、第１の受信巻線３２ａ´´´´及び第２の受信巻線３２ｂ´´´´をまとめて構成することが可能である。ステータ１３´´´´をこの様に構成した場合、絶縁層３３Ｃ及び３３Ｄを省略し、絶縁層３３Ａ及び絶縁層３３Ｂ上に２層の配線層を形成することによってステータ１３を構成することが可能である。これにより、部品点数を大幅に削減することが可能となる。また、この様な場合には引出配線によって受信信号にノイズが生じる恐れがあるが、この引出配線とほぼ同様に形成されたダミーパターンＤＰを設けることによって、このノイズを大幅に低減し得る。

また、例えば、第２の受信巻線３２ｂは第２の磁束結合体４１ｂと対向し、第１の受信巻線３２ａと第１の磁束結合体４１ａとの間には第２の受信巻線３２ｂ及び第２の磁束結合体４１ｂが配置されてもよい。また、第２の受信巻線３２ｂは第１の磁束結合体４１ａと対向し、第１の受信巻線３２ａと第２の磁束結合体４１ｂとの間には第２の受信巻線３２ｂ及び第１の磁束結合体４１ａが配置されてもよい。また、第１の受信巻線３２ａは第２の磁束結合体４１ｂと対向し、第２の受信巻線３２ｂと第１の磁束結合体４１ａとの間には第１の受信巻線３２ａ及び第２の磁束結合体４１ｂが配置されてもよい。

３…フレーム、 ５…シンブル、 ７…スピンドル、 ９…液晶表示部、 １１…誘導検出型ロータリエンコーダ、 １３…ステータ、 １５…ロータ、 １９…ロータブッシュ、 ２１…ステータブッシュ、 ２３…送りネジ、 ２５…キー溝、 ２７…ピン、 ３１ａ…第１の送信巻線、 ３１ｂ…第２の送信巻線、 ３２ａ…第１の受信巻線、 ３２ｂ…第２の受信巻線、 ３３Ａ〜３３Ｄ…絶縁層、 ４１ａ…第１の磁束結合体、 ４１ｂ…第２の磁束結合体、 ４２Ａ、４２Ｂ…絶縁層。

Claims (6)

1. ステータと、
   回転軸を中心として回転可能で且つ前記ステータと対向して配置されたロータと、
   前記ステータに前記回転軸を中心として環状に形成された第１の送信巻線及び前記第１の送信巻線の内周側に環状に形成された第２の送信巻線と、
   前記ステータに前記送信巻線に沿って前記回転軸を中心とする同一の円周上に配列された第１の受信巻線及び第２の受信巻線と、
   前記ロータに前記回転軸を中心として同様の半径で環状に形成されて前記第１の送信巻線及び前記第１の受信巻線と磁束結合する第１の磁束結合体、並びに前記第２の送信巻線及び前記第２の受信巻線と磁束結合する第２の磁束結合体とを備え、
   前記第１の受信巻線及び前記第１の磁束結合体は、第１のピッチをもって前記ロータの回転方向に周期的に変化する形状を有する第１トラックを形成し、
   前記第２の受信巻線及び前記第２の磁束結合体は、前記第１のピッチと異なる第２のピッチをもって前記ロータの回転方向に周期的に変化する形状を有する第２トラックを形成し、
   前記第１の受信巻線は、前記円周上に分割して配置され、
   前記第２の受信巻線は、前記第１の受信巻線が配置された面と同一の面上に前記第１の受信巻線と積層方向に重ならないように分割して配置される
   ことを特徴とする誘導検出型ロータリエンコーダ。
2. 前記第１の受信巻線は、ループ状に形成された配線の対からなる第１のユニットを互いに位相をずらして複数配置してなり、
   前記第２の受信巻線は、ループ状に形成された配線の対からなる第２のユニットを互いに位相をずらして複数配置してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
3. 前記複数の第１のユニットは、前記第１のピッチに対応し前記第１のピッチの範囲内で相互に位相を異ならせて配置され、
   前記複数の第２のユニットは、前記第２のピッチに対応し前記第２のピッチの範囲内で相互に位相を異ならせて配置され、
   前記第１トラック又は前記第２トラックのうち、偶数周期を有するトラックを構成する前記第１又は第２のユニットが、前記ロータの回転角度にして１８０°離れた位置に配置され、互いに接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
4. 前記第１トラック又は前記第２トラックのうち、奇数周期を有するトラックを構成する前記第１又は前記第２のユニットが、前記ロータの回転角度にして１８０°離れた位置から前記ユニットのピッチの半分だけ回転方向にずれた位置に配置され、互いに接続されている
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
5. 隣接する前記第１のユニットの位相差は、隣接する前記第２のユニットの位相差よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。
6. 隣接する前記第２のユニットの位相差は、隣接する前記第１のユニットの位相差よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の誘導検出型ロータリエンコーダ。

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