JPH0654242B2 - Position detector - Google Patents
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- JPH0654242B2 JPH0654242B2 JP62104384A JP10438487A JPH0654242B2 JP H0654242 B2 JPH0654242 B2 JP H0654242B2 JP 62104384 A JP62104384 A JP 62104384A JP 10438487 A JP10438487 A JP 10438487A JP H0654242 B2 JPH0654242 B2 JP H0654242B2
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明な位置検出装置に関し、特に平面状の螺旋コイ
ルを用いた誘導型の位置検出装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position detecting device, and more particularly to an inductive position detecting device using a planar spiral coil.
[従来の技術] 位相シフト型の直線位置検出装置としては、本出願人に
より出願された実開昭58−136718号公報に開示
されたものが従来から知られている。この直線位置検出
装置は、直線変位方向に所定の間隔で配置された複数の
1次コイルと、該1次コイルに対応して設けられた2次
コイルと、前記1次及び2次コイル内に挿入され次方向
に直線移動可能な複数個のコアから成るコア部とから構
成されている。前記1次コイルの夫々を位相のずれた複
数の基準交流信号によって個別に励磁し、前記コア部の
直線位置に応じて位相シフトされた出力交流信号を2次
コイルに生じせしめるようにしたものである。このよう
に従来の位相シフト型直線位置検出装置では、1次、2
次コイルとは別途にコア部を設ける必要があった。[Prior Art] As a phase shift type linear position detecting device, the one disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-136718 filed by the present applicant has been conventionally known. This linear position detecting device includes a plurality of primary coils arranged at predetermined intervals in a linear displacement direction, a secondary coil provided corresponding to the primary coils, and inside the primary and secondary coils. And a core portion composed of a plurality of cores that can be inserted and linearly moved in the next direction. Each of the primary coils is individually excited by a plurality of phase-shifted reference AC signals, and an output AC signal phase-shifted according to the linear position of the core portion is generated in the secondary coil. is there. Thus, in the conventional phase shift type linear position detecting device,
It was necessary to provide a core part separately from the next coil.
一方、従来から第10図に例示するようなインダクトシ
ンを用いた直線位置検出装置も知られており、これは前
述した位相シフト型直線位置検出装置のようなコア部を
必要としない構成になっている。測定すべき全域にわた
って所定の長さ毎に90度の角度で導線を折り曲げた1
次コイルから成るスケールSCLと、所定の長さ毎に9
0度の角度で折り曲げた2つの2次コイルから成るスラ
イダSLDとを具えたものである。上述のような2つの
導体を平行に接近させ、スケールSCL(1次コイル)
側に交流電圧を印加すると電磁誘導作用によりスライダ
SLD(2次コイル)側に両者の相対的位置に応じた電
圧が誘起される。前記誘起電圧の大小は、スケールとス
ライダ間の電磁結合度によって、すなわちスケールとス
ライダとの相対的な位置関係に応じて変化する。この誘
起電圧のレベルを検出して、直線位置の検出を行うもの
である。On the other hand, a linear position detecting device using an inductin as illustrated in FIG. 10 has been conventionally known, which has a configuration that does not require a core portion like the phase shift type linear position detecting device described above. Has become. Bend the conductor wire at an angle of 90 degrees for each specified length over the entire area to be measured 1
Scale SCL consisting of the next coil and 9 for each predetermined length
The slider SLD includes two secondary coils bent at an angle of 0 degree. Scale SCL (primary coil) by making two conductors close to each other as described above
When an AC voltage is applied to the slider SLD (secondary coil) side, a voltage is induced on the slider SLD (secondary coil) side according to the relative position of the two. The magnitude of the induced voltage changes depending on the degree of electromagnetic coupling between the scale and the slider, that is, according to the relative positional relationship between the scale and the slider. The level of this induced voltage is detected to detect the linear position.
[発明が解決しようとする問題点] 前者の位相シフト型直線位置検出装置は、位相シフト方
式によって精度の良いアブソリュート位置検出を行うこ
とができるという利点を有するが、1次及び2次コイル
部にたいして相対的に変化するコア部をけなければなら
ないため、構造上の制約により、取付け可能な場所に制
限があるという問題点があった。例えば、リニアガイド
に取付けようとする場合、ガイド棒がコア部の形状に適
した丸棒形状等であれば、該ガイド棒を適宜加工してコ
ア部として兼務させることも可能であるが、そうであっ
ても、加工手間がかかり、構造が複雑にもなるという問
題点がある。また、リニアガイドでは、ガイド手段は丸
棒よりはレール状のものが多く、そのような場合は、コ
ア部を如何なる形状にして如何なる手段で取付けるの
か、ということが問題となり、適用が困難であった。[Problems to be Solved by the Invention] The former phase shift type linear position detecting device has an advantage that it is possible to detect an absolute position with high accuracy by a phase shift method, but it is difficult to detect primary and secondary coil parts. Since there is a need to provide a core portion that changes relatively, there is a problem in that there is a limit to where it can be attached due to structural restrictions. For example, when the guide rod is to be attached, if the guide rod has a round bar shape or the like suitable for the shape of the core portion, the guide rod can be appropriately processed to serve as the core portion. However, there is a problem that it takes time and labor to process and the structure becomes complicated. Further, in linear guides, the guide means is often rail-shaped rather than a round bar, and in such a case, it becomes difficult to apply because it becomes a problem how to shape the core part and how to attach it. It was
一方、後者のインダクトシンにおいては、コア部が存在
しないため上述のような取付け上の問題は生じないが、
電圧検出方式であるため、温度変化等周辺環境変化の影
響を受けやすく、高精度が期待できないという問題点が
あった。また、1次コイル(スケール)及び2次コイル
(スライダ)は単に導線を所定の長さ毎に90度の角度
で折り曲げただけであるため電磁誘導作用が弱く、従っ
て検出信号の出力電圧が低く、この点でも高精度が期待
できないという問題点があった。On the other hand, in the latter inductosyn, since the core portion does not exist, the above-mentioned mounting problem does not occur,
Since it is a voltage detection method, it is easily affected by changes in the surrounding environment such as temperature changes, and high accuracy cannot be expected. Further, since the primary coil (scale) and the secondary coil (slider) are formed by simply bending the conductor wire at an angle of 90 degrees for each predetermined length, the electromagnetic induction action is weak and therefore the output voltage of the detection signal is low. However, there is a problem in that high precision cannot be expected in this respect as well.
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、コア部を
省略して構造を簡素化すと共に検出精度をより一層向上
させることができるようにした位相シフト型の位置検出
装置を提供しようとするものである。The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a phase shift type position detection device capable of simplifying the structure by omitting the core part and further improving the detection accuracy. It is a thing.
[問題を解決するための手段] この発明に係る位置検出装置は、所定の第1の間隔で配
列された少なくとも2つの1次コイルから成る1次コイ
ル手段と、 前記1次コイルの配列間隔よりも小さい所定の第2の間
隔で交互に極性が逆になるように直列接続された少なく
とも4つの2次コイルから成る2次コイル手段とを具備
し、 前記1次コイル手段及び2次コイル手段における各コイ
ルは平面状の螺旋コイルから成り、 検出対象位置の変位に応じて前記1次コイル手段を2次
コイル手段に対して相対的に変位させ、 前記1次コイルを互いに位相のずれた交流信号を用いて
それぞれ励磁することにより、前記1次コイル手段と前
記2次コイル手段との相対位置に応じて位相シフトされ
た出力信号を前記2次コイル手段に誘起せしめるように
したものである。[Means for Solving the Problem] A position detecting device according to the present invention comprises a primary coil means composed of at least two primary coils arranged at a predetermined first interval, and an arrangement interval of the primary coils. A secondary coil means composed of at least four secondary coils connected in series such that the polarities thereof are alternately reversed at a predetermined second interval which is smaller than the primary coil means and the secondary coil means. Each coil is composed of a planar spiral coil, and the primary coil means is relatively displaced with respect to the secondary coil means according to the displacement of the detection target position, and the primary coils are out of phase with each other AC signals. By exciting each of them by using the above-mentioned method, an output signal whose phase is shifted according to the relative position of the primary coil means and the secondary coil means can be induced in the secondary coil means. It is intended.
[作用] 1次コイル手段が2次コイル手段に対して相対的に変位
することにより、そこにおける1次コイルと2次コイル
の磁気結合度が検出対象位置に応じて変化する。1次コ
イルの配列間隔と2次コイルの配列間隔が異なってお
り、1次コイルが互いに位相のずれた複数の交流信号を
用いて励磁されるので、1次コイル手段と2次コイル手
段の相対位置に応じて位相シフトされた出力信号が2次
コイル側に生じる。この2次出力信号における位相シフ
ト量が検出対象位置に対応している。[Operation] By the relative displacement of the primary coil means with respect to the secondary coil means, the degree of magnetic coupling between the primary coil and the secondary coil there changes according to the detection target position. Since the primary coil and secondary coil are arranged at different intervals and the primary coil is excited by using a plurality of alternating signals whose phases are different from each other, the primary coil means and the secondary coil means are relatively opposed to each other. An output signal whose phase is shifted according to the position is generated on the secondary coil side. The amount of phase shift in the secondary output signal corresponds to the detection target position.
本発明の装置は、1次コイル手段と2次コイル手段の相
対的位置に応じた出力を生じるものであるため。従来の
ようなコイル部に対して相対的に変位するコア部は省略
されている。従って、構造が簡単であると共に製造コス
トも下げることができる。The device of the present invention produces an output according to the relative positions of the primary coil means and the secondary coil means. The core portion that is displaced relative to the conventional coil portion is omitted. Therefore, the structure is simple and the manufacturing cost can be reduced.
また、各コイルは平面上の螺旋コイルからなるものであ
るため、電磁誘導作用が強く、検出精度を極めて高くす
ることができる。しかも、平面状コイルであることによ
って、1次コイル手段及び2次コイル手段の全体的構造
を夫々平板状にすることができ、嵩張らずに、コンパク
トな、極めて簡略化された形状にすることができる。従
って、従来、位相シフト型位置検出装置を取付けること
が困難であった場所にも容易に本発明の位置検出装置を
取付けることができる。Further, since each coil is composed of a spiral coil on a plane, the electromagnetic induction action is strong, and the detection accuracy can be made extremely high. Moreover, since the coil is a planar coil, the overall structure of the primary coil means and the secondary coil means can be made into a flat plate shape, respectively, and can be made into a compact and extremely simplified shape without being bulky. it can. Therefore, it is possible to easily attach the position detecting device of the present invention to a place where it is difficult to attach the phase shift type position detecting device in the past.
[実施例] 以下、添付図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説
明しよう。Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明に係る位置検出装置の一実施例を示す原
理図であり、この位置検出装置は1次コイルアレイ10
と2次コイルアレイ11とを具えている。1次コイルア
レイ10は2つの1次コイルA,Bを所定の間隔で配列
してなるものである。2次コイルアレイ11は検出対象
範囲全域にわたって複数(n個)の2次コイルS1〜S
nを所定の間隔で配列してなるものである。各コイル
A,B,S1〜Snは角形に巻かれた平面状の螺旋コイ
ルである。各コイルの横幅をほぼP/2(但しPは任意
の数)とすると、2次コイルS1〜Snは、隣接するコ
イルの中心間距離をP/2として、互いに密接して配列
されている。これに対して、1次コイルA,Bは、中心
間距離を3P/4として、隣同志でP/4のすきまを空
けて配列されている。FIG. 1 is a principle diagram showing an embodiment of the position detecting device according to the present invention. This position detecting device is a primary coil array 10
And a secondary coil array 11. The primary coil array 10 has two primary coils A and B arranged at a predetermined interval. The secondary coil array 11 includes a plurality (n) of secondary coils S1 to S over the entire detection target range.
n is arranged at a predetermined interval. Each coil A, B, S1 to Sn is a planar spiral coil wound in a rectangular shape. Assuming that the lateral width of each coil is approximately P / 2 (where P is an arbitrary number), the secondary coils S1 to Sn are arranged closely to each other with the center-to-center distance between adjacent coils being P / 2. On the other hand, the primary coils A and B are arranged with a center-to-center distance of 3P / 4 and a gap of P / 4 between adjacent coils.
2つの1次コイルA,Bは、夫々位相のずれた交流信
号、例えばAが sinωt,Bが cosωt,によって励磁
される。また、各2次コイルS1〜Snは交互に極性が
逆になるように直列接続されている。第2図は、第1図
における1次コイルA,B及び2次コイルS1〜Snの
回路図を示すものであり、同図においては2次出力交流
信号Yの基準交流信号 sinωtまたは cosωtに対する
位相ずれφを測定するための位相差測定回路1もあわせ
て示されている。The two primary coils A and B are excited by AC signals whose phases are shifted, for example, A is sin ωt and B is cos ωt. Further, the secondary coils S1 to Sn are connected in series so that the polarities thereof are alternately reversed. FIG. 2 shows a circuit diagram of the primary coils A and B and the secondary coils S1 to Sn in FIG. 1, in which the phase of the secondary output AC signal Y with respect to the reference AC signal sinωt or cosωt. The phase difference measuring circuit 1 for measuring the deviation φ is also shown.
1次コイルアレイ10と2次コイルアレイ11は相対的
に変位可能に構成されており、検出対象位置に応じてそ
の相対的位置が変化するように、検出対象物の動きが一
方のコイルアレイ10または11に伝達される。仮り
に、コイル数の少ない1次コイルアレイ10を可動体に
取付けるとすると、2次コイルアレイ11は静止体に取
付ける。そして、1次コイルアレイ10が可動体と共に
動くことにより、2次コイルアレイ11に対する1次コ
イルアレイ10の位置が変化し、このアレイ10,11
間の相対位置は静止体に対する可動体の位置に対応す
る。従って1次コイルアレイ10と2次コイルアレイ1
1の相対位置に応じた位置検出信号を2次コイルS1〜
Snの出力に基づき得ることにより、静止体に対する可
動体の位置を検出することができる。The primary coil array 10 and the secondary coil array 11 are configured to be relatively displaceable, and the movement of the detection target is such that one of the coil arrays 10 moves so that the relative position changes depending on the detection target position. Or it is transmitted to 11. If the primary coil array 10 having a small number of coils is attached to a movable body, the secondary coil array 11 is attached to a stationary body. As the primary coil array 10 moves with the movable body, the position of the primary coil array 10 relative to the secondary coil array 11 changes, and the arrays 10, 11
The relative position therebetween corresponds to the position of the movable body with respect to the stationary body. Therefore, the primary coil array 10 and the secondary coil array 1
The position detection signal corresponding to the relative position of the secondary coil S1
By obtaining based on the output of Sn, the position of the movable body with respect to the stationary body can be detected.
1次コイルアレイ10に対する2次コイルアレイ11の
位置の検出原理は次の通りである。The principle of detecting the position of the secondary coil array 11 with respect to the primary coil array 10 is as follows.
上述したコイル配置によって、2次コイルアレイ11に
対する1次コイルアレイ10の任意の位置において、隣
接する2つの2次コイルが1つの1次コイルの磁束の影
響を受ける。例えば、第1図の状態では、2次コイルS
1,S2が1次コイルAの影響を受け、2次コイルS
2,S3が1次コイルBの影響を受ける。各1次コイル
に対応する隣接する2つの2次コイルは、1次コイルア
レイ10が2次コイルアレイ11の全域にわたってスラ
イド変位してゆく過程で、順次切り替わる。また、隣接
する2つの2次コイルに対する1次コイルの結合度は、
1次コイルの変位に応じて差動的に変化する。すなわ
ち、一方の2次コイルの磁気回路のリラクタンスが増せ
ば(パーミアンスが減れば)、他方のリラクタンスが減
る(パーミアンスが増す)関係である。この差動的な結
合度の変化は、隣接する2つの2次コイルの横幅P/2
を合せた距離Pを1サイクルとして繰返し生じる。With the coil arrangement described above, two adjacent secondary coils are affected by the magnetic flux of one primary coil at any position of the primary coil array 10 with respect to the secondary coil array 11. For example, in the state of FIG. 1, the secondary coil S
1, S2 is affected by the primary coil A, and the secondary coil S
2, S3 is affected by the primary coil B. Two adjacent secondary coils corresponding to each primary coil are sequentially switched while the primary coil array 10 is slidingly displaced over the entire area of the secondary coil array 11. Also, the degree of coupling of the primary coil to two adjacent secondary coils is
It changes differentially according to the displacement of the primary coil. That is, the relationship is such that if the reluctance of the magnetic circuit of one secondary coil increases (if the permeance decreases), the reluctance of the other decreases (permeance increases). This differential change in the coupling degree is caused by the lateral width P / 2 of two adjacent secondary coils.
It is repeatedly generated with the combined distance P as one cycle.
一方、2次コイルの配列間隔に対する1次コイルの配列
間隔のずれにより、一方の1次コイルAに対応する2つ
の2次コイルの差動的なリラクタンス変化の位相と他方
の1次コイルBに対応する2つの2次コイルの差動的な
リラクタンス変化の位相との間にずれが生じる。この例
の場合、2次コイルの配列間隔に対する1次コイルの配
列間隔のずれはP/4であり、上述のリラクタンス変化
は距離Pを1サイクルとしているので、1次コイルAと
Bとの間の上述のリラクタンス変化の位相のずれは、π
/2(90度)である。On the other hand, due to the displacement of the arrangement interval of the primary coils with respect to the arrangement interval of the secondary coils, the phase of the differential reluctance change of the two secondary coils corresponding to one primary coil A and the other primary coil B are changed. A shift occurs between the phase of the differential reluctance change of the corresponding two secondary coils. In the case of this example, the deviation of the primary coil arrangement interval from the secondary coil arrangement interval is P / 4, and the reluctance change described above uses the distance P as one cycle. The phase shift of the above reluctance change of is π
/ 2 (90 degrees).
このことから、1次コイルAに対応する一方の2次コイ
ル(例えばS1)の磁気回路のパーミアンス変化の関数
を cosφと表現すると、他方の2次コイル(例えばS
2)の磁気回路のパーミアンス変化の関数を−cos φと
表現することができる。また、他方の1次コイルBに対
応する一方の2次コイル(例えばS3)の磁気回路のパ
ーミアンス変化の関数を sinφと表現すると、他方の2
次コイル(例えばS2)の磁気回路のパーミアンス変化
の関数を−sin φと表現することができる。ここで、φ
=2πx/Pであり、xは、2次コイルアレイ11に対
する1次コイルアレイ10の現在位置を示す独立変数で
ある。From this, if the function of the permeance change of the magnetic circuit of one secondary coil (for example, S1) corresponding to the primary coil A is expressed as cosφ, the other secondary coil (for example, S1)
The function of the permeance change of the magnetic circuit of 2) can be expressed as −cos φ. If the function of the permeance change of the magnetic circuit of one secondary coil (for example, S3) corresponding to the other primary coil B is expressed as sinφ, the other 2
The function of the permeance change of the magnetic circuit of the next coil (for example, S2) can be expressed as −sin φ. Where φ
= 2πx / P, and x is an independent variable indicating the current position of the primary coil array 10 with respect to the secondary coil array 11.
ここにおいて、1次コイルAを正弦信号sin ωtで励磁
し、1次コイルBを余弦信号 cosωtで励磁しているの
で、 1次コイルAに対応する一方の2次コイル(例えばS
1)に誘導される信号は、 sin ωt cosφ …(1), 1次コイルAに対応する他方の2次コイル(例えばS
2)に誘導される信号は、 −sin ωt cosφ …(2), 1次コイルBに対応する一方の2次コイル(例えばS
3)に誘導される信号は、 cos ωt sinφ …(3), 1次コイルBに対応する他方の2次コイル(例えばS
2)に誘導される信号は、 −cos ωt sinφ …(4), で夫々表わすことができる。Here, since the primary coil A is excited by the sine signal sin ωt and the primary coil B is excited by the cosine signal cosωt, one of the secondary coils corresponding to the primary coil A (for example, S
The signal induced in 1) is sin ωt cosφ (1), the other secondary coil (for example, S) corresponding to the primary coil A.
The signal induced in 2) is −sin ωt cos φ (2), one of the secondary coils corresponding to the primary coil B (for example, S
The signal induced in 3) is cos ωt sin φ (3), the other secondary coil (for example, S
The signals induced in 2) can be expressed by −cos ωt sin φ (4), respectively.
また、隣接する2次コイルは互いに逆極性であるため、
各2次コイルS1〜Snを交互に逆相に直列接続して得
られる2次出力信号Yは、次のような略式で表現するこ
とができる。Also, since the adjacent secondary coils have opposite polarities,
The secondary output signal Y obtained by alternately connecting the secondary coils S1 to Sn in series in the opposite phase can be expressed by the following simplified formula.
Y=sin ωt cosφ−(−sin ωt cosφ) +cos ωt sinφ−(−cos ωt sinφ) =2sin (ωt+φ) 上記式で便宜的に「2」と示された係数を諸種の条件に
応じて定まる定数Kで置換すると、 Y=Ksin (ωt+φ) …(5) と表わすことができる。ここで、φは前述のとおり2次
コイルアレイ11に対する1次コイルアレイ10の現在
位置xに比例しているので、出力信号Yの基準交流信号
sinωtまたは cosωtに対する位相ずれφを測定する
ことにより、検出対象位置xをアブソリュート値にて検
出することができる。ただし、位相シフト量φが全角2
πのとき位置xは距離Pに相当するので、距離Pの範囲
内でのアブソリュート位置を検出することができるので
ある。Y = sin ωt cosφ-(-sin ωt cosφ) + cos ωt sinφ-(-cos ωt sinφ) = 2sin (ωt + φ) A coefficient that is conveniently defined as “2” in the above formula according to various conditions. Substituting with K, it can be expressed as Y = Ksin (ωt + φ) (5). Here, since φ is proportional to the current position x of the primary coil array 10 with respect to the secondary coil array 11 as described above, the reference AC signal of the output signal Y is
By measuring the phase shift φ with respect to sin ωt or cos ωt, the detection target position x can be detected with an absolute value. However, the phase shift amount φ is 2
When π, the position x corresponds to the distance P, so that the absolute position within the range of the distance P can be detected.
上述の関係は、どの2次コイルS1〜Snが1次コイル
A,Bに対応していても成立する。すなわち、出力信号
Yの位相シフト量φは、距離mPにわたる検出対象範囲
全域において0〜2πの変化をmサイクル繰り返す。こ
のような変位xに対する出力信号Yの位相シフト量φの
変化を例示したもが第3図である。この点について少し
詳しく述べると、例えば、2次コイルS1にて成立した
上記式(1)は次のサイクルでは同相の2次コイルS3に
おいて成立し、2次コイルS2にて成立した上記式(2)
及び(4)は次のサイクルでは同相の2次コイルS4にお
いて成立し、2次コイルS3にて成立した上記式(3)は
次のサイクルでは同相の2次コイルS5において成立す
る、というように、上記式(1)〜(4)のパーミアンス変化
の関数は、当該関数の1サイクル毎に1つおきに同極性
の2次コイルに順次切り替わりながら、距離mPにわた
る検出対象範囲全域において連続的に成立するのであ
る。The above relationship is established regardless of which of the secondary coils S1 to Sn corresponds to the primary coils A and B. That is, the phase shift amount φ of the output signal Y repeats the change of 0 to 2π for m cycles in the entire detection target range over the distance mP. FIG. 3 exemplifies such a change in the phase shift amount φ of the output signal Y with respect to the displacement x. To describe this point in a little more detail, for example, the above equation (1) established in the secondary coil S1 is established in the in-phase secondary coil S3 in the next cycle, and the above equation (2) established in the secondary coil S2. )
And (4) are established in the secondary coil S4 of the same phase in the next cycle, and the above equation (3) established in the secondary coil S3 is established in the secondary coil S5 of the same phase in the next cycle. , The function of the permeance change of the above formulas (1) to (4) is continuously switched over to the detection target range over the distance mP while sequentially switching to the secondary coil of the same polarity every other cycle of the function. It holds.
2次出力信号Yにおける位相シフト量φの測定は、適宜
の位相差測定回路12(第2図)によってディジタル的
に又はアナログ的に行うことができる。例えば、前述の
実開昭58−136718号明細書中に示されたような
ディジタルカンウント方式の位相差測定回路を用いて、
位相シフト量φを示すディジタルデータDφを得るよう
にすることもできるし、その他適宜の位相差測定回路を
用いてもよい。The phase shift amount φ in the secondary output signal Y can be measured digitally or in an analog manner by an appropriate phase difference measuring circuit 12 (FIG. 2). For example, by using a digital count type phase difference measuring circuit as shown in the above-mentioned Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-136718,
The digital data Dφ indicating the phase shift amount φ may be obtained, or other appropriate phase difference measuring circuit may be used.
第1図は原理図であるため、図示の簡単化のために、1
次コイルアレイ10と2次コイルアレイ11は横並びに
並んでいるように示されているが、実際は両コイルアレ
イ10,11が平行に重なりあうように近接した配置で
あるほうが磁気結合度が高まるので好ましい。第4図
は、その状態を略示する斜視図である。1次コイルアレ
イ10において、1次コイルA,Bは所定のベース部材
13上に固定的に配列されている。また、2次コイルア
レイ11において、2次コイルS1〜Snは所定のベー
ス部材14上に固定的に配列されている。ベース部材1
3,14上への平面状螺旋コイル配線の形成は、プリン
ト配線技術やシートコイル作成技術で知られた適宜の技
術を用いて行うことができる。また、シートコイルで知
られているように、ベース部材は硬い材質である必要は
なく、柔軟な材質であってもよい。Since FIG. 1 is a principle diagram, in order to simplify the illustration, 1
Although the secondary coil array 10 and the secondary coil array 11 are shown to be arranged side by side, in reality, the closer the two coil arrays 10 and 11 are arranged in parallel, the higher the degree of magnetic coupling. preferable. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the state. In the primary coil array 10, the primary coils A and B are fixedly arranged on a predetermined base member 13. In the secondary coil array 11, the secondary coils S1 to Sn are fixedly arranged on a predetermined base member 14. Base member 1
The planar spiral coil wiring can be formed on 3, 14 by using an appropriate technique known in the printed wiring technique or the sheet coil production technique. Further, as is known in the sheet coil, the base member does not need to be made of a hard material, but may be made of a flexible material.
1次コイルアレイ10と2次コイルアレイ11の配列は
第1図に示したものに限らず、次に述べるように、種々
に変更可能である。The arrangement of the primary coil array 10 and the secondary coil array 11 is not limited to that shown in FIG. 1, but can be variously changed as described below.
第5図の実施例では、1次コイルアレイ10aが複数の
1次コイルA1,B1〜An,Bnを検出対象範囲全域
にわたって所定の間隔で配列してなるものであり、2次
コイルアレイ11aが4個の2次コイルS1〜S4を所
定の間隔で配列してなるものである。1次コイルアレイ
10aにおいては、正弦信号sin ωtによって励磁され
る1つの1次コイル(A相コイルという)と余弦信号co
s ωtによって励磁される1つの1次コイル(B相コイ
ルという)によって1対の1次コイルが構成されてい
る。1対の1次コイルにおけるA相コイルとB相コイル
(例えばA1とB1あるいはA2とB2など)の中間距
離は第1図と同様に3P/4であり、隣同志でP/4の
すきまが空いている。各1次コイル対の配列ピッチは2
Pである。2次コイルアレイ11aにおける2次コイル
S1〜S4の配列間隔は第1図と同様であり、また、同
様に隣接する2次コイルが逆極性となるように各2次コ
イルが直列接続されている。この例の場合も、2次出力
信号Yにおける位相シフト量φの1サイクルの変化(0
〜2π)は、各1次コイル対の配列ピッチである距離P
の変位に対応して生じる。第1図及び第5図の実施例で
は、隣接する2次コイルが逆極性となるように各2次コ
イルが直列接続されており、かつ隣接する2次コイルの
位置に対するリラクタンス変化の関数は逆相となってい
る。これにより、誘導電圧のレベルが差動的に増強され
て、精度の良い検出を行うことができるようになる。In the embodiment shown in FIG. 5, the primary coil array 10a has a plurality of primary coils A1, B1 to An, Bn arranged at a predetermined interval over the entire detection target range. The four secondary coils S1 to S4 are arranged at a predetermined interval. In the primary coil array 10a, one primary coil (referred to as A-phase coil) excited by the sine signal sin ωt and the cosine signal co
A pair of primary coils is configured by one primary coil (referred to as a B-phase coil) excited by s ωt. The intermediate distance between the A-phase coil and the B-phase coil (for example, A1 and B1 or A2 and B2) in the pair of primary coils is 3P / 4 as in FIG. 1, and the gap of P / 4 between adjacent coils is P4. Vacant. The array pitch of each primary coil pair is 2
P. The arrangement intervals of the secondary coils S1 to S4 in the secondary coil array 11a are the same as in FIG. 1, and similarly, the secondary coils are connected in series so that the adjacent secondary coils have opposite polarities. . Also in the case of this example, the change of the phase shift amount φ in the secondary output signal Y in one cycle (0
Up to 2π) is the distance P which is the arrangement pitch of each primary coil pair.
Occurs in response to the displacement of. 1 and 5, the secondary coils are connected in series so that the adjacent secondary coils have opposite polarities, and the function of the reluctance change with respect to the position of the adjacent secondary coil is inverse. Are in phase. As a result, the level of the induced voltage is differentially enhanced, and accurate detection can be performed.
上記各実施例で、距離Pを1サイクルとするアブソリュ
ート位置検出を行うので、原点からの変位量がPを越え
た場合は、正確なアブソリュート位置は判らない。距離
Pを越える正確なアブソリュート位置を知るには、現在
位置を示す検出データ(位相シフト量φ)が原点から数
えて何サイクル目の距離Pにおける位置を示しているか
を検出すればよい。そのために、現在位置を示す検出デ
ータが原点から数えて何サイクル目の距離Pにおける位
置を示しているのかを検出する適宜の手段を併設すれば
よい。そのような手段としては、出力信号Yの位相シフ
ト量φが原点から数えて何回2πを越えたかをカウント
するようにしてもよいし、また、特開昭59−7911
4号公報に示されたように1サイクルのピッチが僅かに
異なる複数の位置検出装置を設けて各検出装置の検出位
置データを演算処理することにより原点から数えたサイ
クル数をもアブソリュートで検出するようにしてもよ
い。後者のようにする場合、例えば、第6図に略示する
ように、1サイクルのピッチP1,P2が異なる複数系
列の1次コイルアレイ10−1,10−2と2次コイル
アレイ11−1,11−2とを設ければよい。In each of the above-mentioned embodiments, the absolute position is detected with the distance P as one cycle. Therefore, if the displacement amount from the origin exceeds P, the exact absolute position cannot be known. In order to know an accurate absolute position exceeding the distance P, it suffices to detect what cycle of the distance P the detection data (phase shift amount φ) indicating the current position indicates from the origin. Therefore, an appropriate means for detecting the cycle number P of the detection data indicating the current position from the origin may be provided. As such a means, it may be possible to count how many times the phase shift amount φ of the output signal Y exceeds 2π counting from the origin, and Japanese Patent Laid-Open No. 59-7911.
As shown in Japanese Patent Publication No. 4, a plurality of position detecting devices having slightly different pitches for one cycle are provided, and the detected position data of each detecting device is arithmetically processed to detect the number of cycles counted from the origin in an absolute manner. You may do it. In the latter case, for example, as schematically shown in FIG. 6, a plurality of series of primary coil arrays 10-1 and 10-2 and secondary coil array 11-1 having different pitches P1 and P2 of one cycle are used. , 11-2 may be provided.
第6図において、1次コイルアレイ10−1は2次コイ
ルアレイ11−1に対応し、1次コイルアレイ10−2
は2次コイルアレイ11−2に対応している。2次コイ
ルアレイ11−1,11−2は共通のベース部材15に
設けられ、1次コイルアレイ10−1,10−2も共通
のベース部材(図示せず)に設けられ、2次コイルアレ
イ11−1,11−2に対して1次コイルアレイ10−
1,10−2が相対的に変位する。対応する1次コイル
アレイと2次コイルアレイの配置関係(つまり10−1
と11−1の配置関係及び10−2と11−2の配置関
係)は第1図に示したものと夫々同様であり、A−1,
A−2は正弦信号sin ωtによって励磁される1次コイ
ル、B−1,B−2は余弦信号cos ωtによって励磁さ
れる1次コイル、S1,S2,S3,…,S1′,S
2′,S3′,…は交互に逆極性の2次コイル、であ
る。また、この各系列の1次コイルアレイ及び2次コイ
ルアレイの配列は第5図に示したような変更が夫々可能
である。In FIG. 6, the primary coil array 10-1 corresponds to the secondary coil array 11-1 and corresponds to the primary coil array 10-2.
Corresponds to the secondary coil array 11-2. The secondary coil arrays 11-1 and 11-2 are provided on a common base member 15, and the primary coil arrays 10-1 and 10-2 are also provided on a common base member (not shown). Primary coil array 10- for 11-1 and 11-2
1, 10-2 are relatively displaced. A layout relationship between the corresponding primary coil array and secondary coil array (that is, 10-1
And 11-1 and 10-2 and 11-2) are the same as those shown in FIG. 1, respectively.
A-2 is a primary coil excited by a sine signal sin ωt, B-1, B-2 are primary coils excited by a cosine signal cos ωt, S1, S2, S3, ..., S1 ', S
2 ', S3', ... are secondary coils of alternating polarities. Further, the arrangement of the primary coil array and the secondary coil array of each series can be changed as shown in FIG.
両系列間ではコイル配列のピッチ(つまり1サイクルの
位相変化に対応する距離P)が夫々幾分異なっている。
このピッチ(つまり1サイクルの位相変化に対応する距
離P)を、一方の系列10−1,11−1についてはP
1で示し、他方の系列10−2,11−2についてはP
2で示す。一方の系列10−1,11−1の出力信号Y
1に基づき検出される位置データの現在値をD1とし、
他方の系列10−2,11−2の出力信号Y2に基づき
検出される位置データの現在値をD2とする。上記特開
昭5979114号公報に示されたように、両位置デー
タの現在値の差D1−D2をP1,P2の比及び1サイ
クル当りの位置データの分割数Nに応じた定数で除する
ことにより、現在位置における位置データD1のアブソ
リュートなサイクル数Cxを求めることができる。この
アブソリュートサイクル数Cxと位置データD1とを組
合せることにより、広範囲にわたる絶対位置を高精度で
検出した位置データを得ることができる。The pitch of the coil arrangement (that is, the distance P corresponding to the phase change of one cycle) is slightly different between the two series.
This pitch (that is, the distance P corresponding to the phase change of one cycle) is P for one of the series 10-1 and 11-1.
1 and P for the other series 10-2 and 11-2.
2 shows. Output signal Y of one of the series 10-1 and 11-1
The current value of the position data detected based on 1 is D1,
The current value of the position data detected based on the output signals Y2 of the other series 10-2 and 11-2 is D2. As disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 5979114, dividing the difference D1-D2 between the current values of both position data by a constant according to the ratio of P1 and P2 and the division number N of position data per cycle. Thus, the absolute cycle number Cx of the position data D1 at the current position can be obtained. By combining the absolute cycle number Cx and the position data D1, it is possible to obtain position data in which the absolute position over a wide range is detected with high accuracy.
1次コイルアレイと2次コイルアレイの系列数は2に限
らず、それ以上であってもよい。The number of series of the primary coil array and the secondary coil array is not limited to 2, and may be more.
第7図及び第8図は本発明み係る位置検出装置をリニア
ガイドLMGの直線位置検出装置として適用した実施例
を示すもので、第7図は正面図、第8図は可動部16を
一部切り欠いた側面図である。リニアガイドLMGは、
周知のようにガイドレール17とこのガイドレール17
に沿って直線変位可能な可動部16とを有する。このガ
イドレール17の所定の側面に沿って2次コイルアレイ
11が設けられており、可動部16の内側における前記
2次コイルアレイ11に対応する箇所に1次コイルアレ
イ10が設けられている。1次及び2次コイルアレイ1
0、11の構成は、例えば第1図に示したものと同様で
あり、同様に動作する。また、この1次コイルアレイ1
0及び2次コイルアレイ11の構成は、第5図又は第6
図に示された実施例のような構成であってもよい。7 and 8 show an embodiment in which the position detecting device according to the present invention is applied as a linear position detecting device for a linear guide LMG. FIG. 7 is a front view and FIG. FIG. Linear guide LMG,
As is well known, the guide rail 17 and this guide rail 17
And a movable portion 16 which is linearly displaceable along. The secondary coil array 11 is provided along a predetermined side surface of the guide rail 17, and the primary coil array 10 is provided inside the movable portion 16 at a position corresponding to the secondary coil array 11. Primary and secondary coil array 1
The configurations of 0 and 11 are similar to those shown in FIG. 1, for example, and operate in the same manner. In addition, this primary coil array 1
The configuration of the 0 and secondary coil arrays 11 is as shown in FIG.
The configuration may be as in the embodiment shown in the figure.
可動部16及びガイドレール17に対する1次及び2次
コイルアレイ10、11の取付けは、例えば、第4図に
示したようにシート状のベース部材13、14上に1次
及び2次コイルアレイ10、11を形成したものを用い
ることによって容易に行うことができる。すなわち、こ
れらの1次及び2次コイル10、11を形成したシート
状ベース部材13、14を単にガイドレール17と可動
部16の所定の側面に貼付るだけでよいのである。The primary and secondary coil arrays 10 and 11 are attached to the movable portion 16 and the guide rail 17 by, for example, mounting the primary and secondary coil arrays 10 on sheet-shaped base members 13 and 14 as shown in FIG. , 11 can be easily used. That is, the sheet-shaped base members 13 and 14 on which the primary and secondary coils 10 and 11 are formed may be simply attached to the guide rails 17 and the predetermined side surfaces of the movable portion 16.
このように本発明の位置検出装置は、平面上の1次コイ
ルアレイ10及び2次コイルアレイ11のみから成って
おり、格別のコア部を必要としていないため、既成のリ
ニアガイドにも構造的な改造なしに容易に取付けること
ができる。また、リニアガイドに限らず、コア部の存在
により位相シフト型位置検出装置の取付けが従来困難で
あった装置の箇所にも、本発明による位置検出装置を容
易に取付けることができる。As described above, the position detecting device of the present invention is composed only of the primary coil array 10 and the secondary coil array 11 on a plane, and does not require a special core portion, and thus is structurally applicable to an existing linear guide. Can be easily installed without modification. Further, the position detecting device according to the present invention can be easily attached not only to the linear guide but also to a portion of the device where it is difficult to attach the phase shift type position detecting device due to the presence of the core portion.
この発明に係る位置検出装置は1次元(直線)のみばか
りでなく2次元(平面)の位置検出装置として構成する
こともできる。第9図はその実施例を示すものである。
2次コイルベース18上において複数の2次コイルS1
〜Snを行列状に設け、この2次コイルベース18に対
して2次元的に平行移動可能な1次コイルアレイ(図示
せず)を設けることによって、2次元位置を検出するこ
とができるようにすることが可能である。The position detecting device according to the present invention can be configured not only as a one-dimensional (straight line) but also as a two-dimensional (flat) position detecting device. FIG. 9 shows an embodiment thereof.
A plurality of secondary coils S1 on the secondary coil base 18
˜Sn are arranged in a matrix, and a primary coil array (not shown) that is two-dimensionally movable in parallel to the secondary coil base 18 is provided so that the two-dimensional position can be detected. It is possible to
上記実施例においては、正弦信号と余弦信号のように9
0゜の位相差を持つ2相の基準交流信号によって各1次
コイルを励磁しており、この場合は一般的には、1次コ
イルアレイにおけるコイル配列間隔と2次コイルアレイ
におけるコイル配列間隔との差が、1±P/4(ただし
iは任意の整数)となるようにコイル配列を設定すれば
よい。また、1次コイルを励磁する基準交流信号は2相
に限らず3相その他の多相信号であってもよく、その場
合は、1次コイルアレイと2次コイルアレイの夫々のコ
イル配列間隔の差は1次交流信号間の位相ずれに応じて
設定すればよい。In the above embodiment, the sine signal and the cosine signal, such as 9
Each primary coil is excited by a two-phase reference AC signal having a phase difference of 0 °. In this case, generally, the coil arrangement interval in the primary coil array and the coil arrangement interval in the secondary coil array are The coil arrangement may be set so that the difference of 1 becomes ± P / 4 (where i is an arbitrary integer). Further, the reference AC signal for exciting the primary coil is not limited to two phases and may be a three-phase signal or other multi-phase signals. In that case, the coil arrangement intervals of the primary coil array and the secondary coil array may be different. The difference may be set according to the phase shift between the primary AC signals.
尚、各コイルの形状は、角形に限定されず螺旋状であれ
ば円形でも他のものでもよい。The shape of each coil is not limited to a square shape, and may be circular or any other shape as long as it is a spiral shape.
また、本発明を回転位置検出装置として適用することも
可能である。その場合は、回転円周に沿って1次コイル
アレイ又は2次コイルアレイを設ければよい。The present invention can also be applied as a rotational position detecting device. In that case, a primary coil array or a secondary coil array may be provided along the circumference of rotation.
[発明の効果] 以上の通り、この発明に係る位置検出装置によれば、1
次コイル手段と2次コイル手段の相対的位置に応じた出
力を生じるものであるため、従来のようなコイル部に対
して相対的に変位するコア部は省略されており、従っ
て、構造が簡単であると共に製造コストも下げることが
できるという効果を奏する。[Advantages of the Invention] As described above, according to the position detecting device of the present invention,
Since the output is produced according to the relative position of the secondary coil means and the secondary coil means, the core portion which is displaced relative to the conventional coil portion is omitted, and therefore the structure is simple. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
また、各コイルは平面上の螺旋コイルからなるものであ
るため、電磁誘電作用が強く、検出精度を極めて高くす
ることができるという効果を奏する。しかも、平面状コ
イルであることによって、1次コイル手段及び2次コイ
ル手段の全体的構造を夫々平板状にすることができるた
め、嵩張らずに、コンパクトな、極めて簡略化された形
状にすることができる。従って、従来、位相シフト型位
置検出装置を取付けることが困難であった場所にも容易
に本発明の位置検出装置を取付けることができる、など
の種々の効果を奏する。Further, since each coil is composed of a spiral coil on a plane, it has a strong electromagnetic dielectric effect, and has an effect that the detection accuracy can be made extremely high. Moreover, since the planar coil is used, the overall structure of the primary coil means and the secondary coil means can be made into a flat plate shape, respectively, so that the shape is not bulky and is compact and extremely simplified. You can Therefore, the position detecting device of the present invention can be easily attached to a place where it has been difficult to attach the phase shift type position detecting device.
第1図はこの発明に係る位置検出装置の一実施例を示す
原理図、 第2図は同実施例におけるコイルの結線例を示す回路
図、 第3図は同実施例における2次出力信号の位相ずれ量と
検出位置との関係を例示するグラフ、 第4図は同実施例における1次コイルアレイと2次コイ
ルアレイの相互の配置の一例を示す斜視図、 第5図及び第6図はこの発明に係る位置検出装置の別の
実施例を夫々示す原理図、 第7図はこの発明をリニアガイドの位置検出装置として
適用した一実施例を示す正面図、 第8図は同実施例におけるリニアガイドの側面図、 第9図は本発明におけるコイル配列の別の実施例を略示
する平面図、 第10図は従来の直線位置検出装置の一例を示す図、で
ある。 10……1次コイルアレイ、11……2次コイルアレ
イ、A、B……1次コイル、S1〜Sn……2次コイ
ル、12……位相差測定回路、13、14、18……ベ
ース部材、LMG……リニアガイド、16……リニアガ
イドの可動部、17……ガイドレール。FIG. 1 is a principle view showing an embodiment of the position detecting device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of coil connection in the embodiment, and FIG. 3 is a secondary output signal in the embodiment. FIG. 4 is a perspective view showing an example of the mutual arrangement of the primary coil array and the secondary coil array in the same embodiment, and FIG. 4 is a graph showing the relationship between the phase shift amount and the detection position. FIG. 7 is a principle view showing another embodiment of the position detecting device according to the present invention, FIG. 7 is a front view showing an embodiment to which the present invention is applied as a position detecting device of a linear guide, and FIG. FIG. 9 is a side view of the linear guide, FIG. 9 is a plan view schematically showing another embodiment of the coil arrangement in the present invention, and FIG. 10 is a view showing an example of a conventional linear position detecting device. 10 ... Primary coil array, 11 ... Secondary coil array, A, B ... Primary coil, S1 to Sn ... Secondary coil, 12 ... Phase difference measuring circuit, 13, 14, 18 ... Base Members, LMG: Linear guide, 16: Moving part of linear guide, 17: Guide rail.
Claims (1)
2つの1次コイルから成る1次コイル手段と、 前記1次コイルの配列間隔よりも小さい所定の第2の間
隔で交互に極性が逆になるように直列接続された少なく
とも4つの2次コイルからなる2次コイル手段とを具備
し、 前記1次コイル手段及び2次コイル手段における各コイ
ルは平面状の螺旋コイルからなり、 検出対象位置の変位に応じて前記1次コイル手段を2次
コイル手段に対して相対的に変位させ、 前記1次コイルを互いに位相のずれた交流信号を用いて
それぞれ励磁することにより、前記1次コイル手段と前
記2次コイル手段との相対位置に応じて位相シフトされ
た出力信号を前記2次コイル手段に誘起せしめるように
した位置検出装置。1. A primary coil means composed of at least two primary coils arranged at a predetermined first interval, and alternating polarities at a predetermined second interval smaller than the array interval of the primary coils. And a secondary coil means composed of at least four secondary coils connected in series so as to be reversed, each coil in the primary coil means and the secondary coil means being a flat spiral coil, The primary coil means is relatively displaced with respect to the secondary coil means in accordance with the displacement of the position, and the primary coils are excited by using AC signals whose phases are shifted from each other. A position detecting device for inducing an output signal whose phase is shifted in accordance with the relative position between the secondary coil means and the secondary coil means in the secondary coil means.
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