專利名稱：絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器和千分尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過使用磁通耦合來進行測量位移的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，和一種包括安裝于其上的該編碼器的千分尺。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)編碼器包含具有布置于其上的發(fā)射線圈和接收線圈的定子，和具有布置于其上能夠與這些線圈磁通耦合的磁道的轉(zhuǎn)子。這種編碼器包括如在JP-A 10-213407(圖2和3)和美國專利3,812,481(第5欄第68行至第6欄第3行；第7欄第31-35行；圖1和2)中公開的絕對式類型。特別地，后者公開了相對大的旋轉(zhuǎn)編碼器，其能夠控制內(nèi)燃機。定子和轉(zhuǎn)子在外殼中的安裝可以引起該定子或轉(zhuǎn)子的位移。在這種情況下，與絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的大小無關(guān)，位移量的范圍幾乎是相同的。因此，減小絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的尺寸導(dǎo)致來自位移的影響增加，并導(dǎo)致測量精度降低。
本發(fā)明的目的在于提供即使在減小尺寸的情況下也能夠獲得精確測量的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，和包括安裝于其上的該編碼器的千分尺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，包含軸；定子；轉(zhuǎn)子，其具有通過其中心以在其中接收該軸的孔，并且其可以關(guān)于該軸旋轉(zhuǎn)并相對于該定子布置；磁道組，其包括同心布置在該轉(zhuǎn)子上的磁道；發(fā)射線圈組，其布置在該定子上能夠與該磁道組磁通耦合；和接收線圈組，其布置在該定子上能夠與該磁道組磁通耦合，其中該磁道組中的每條磁道包含磁通耦合線圈，該線圈包括線性弧部分，該線性弧部分具有第一和第二半徑，并交替布置在該轉(zhuǎn)子上，而且具有關(guān)于該軸連續(xù)的環(huán)形狀，其中該磁道組包括至少兩個具有在數(shù)量上彼此不同的線性弧部分的磁道。
在根據(jù)本發(fā)明的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器中，每個磁道包含磁通耦合線圈，該磁通耦合線圈包括線性弧部分，該線性弧部分具有第一和第二半徑，并且交替布置在該轉(zhuǎn)子上，而且具有關(guān)于該軸連續(xù)的環(huán)的形狀。因此，即使減小該絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的尺寸，也有可能防止接收信號強度的降低，并且減小來自該定子或轉(zhuǎn)子的位移的影響。
在本發(fā)明中，可以將發(fā)射線圈組定位得比包含在接收線圈組中的多個接收線圈中最里面的接收線圈更靠外。在這種情況下，省略發(fā)射線圈，其否則定位得比最向里定位的接收線圈更靠里。因此，可以減小該絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的尺寸。
在本發(fā)明中，發(fā)射線圈組可以包含以如一筆繪制的形狀連接的發(fā)射線圈。在這種情況下，可以共用發(fā)射線圈驅(qū)動器來驅(qū)動每個發(fā)射線圈。因此，可以減小該絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的尺寸。該絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器可以安裝到千分尺上。
依據(jù)本發(fā)明，即使對于減小了尺寸的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，也有可能防止在接收線圈接收的信號強度的降低，并且減小來自定子或轉(zhuǎn)子位移的影響。因此，可以實現(xiàn)精確的、減小尺寸的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器。


圖1是定子的平面圖，該定子是根據(jù)本實施例的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的組件。
圖2是轉(zhuǎn)子的平面圖，該轉(zhuǎn)子是根據(jù)本實施例的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的組件。
圖3是布置在圖1所示定子上的接收線圈的例子的平面圖。
圖4是布置在圖1所示定子上的接收線圈另一個例子的平面圖。
圖5是圖3所示接收線圈的接收折疊部分和附近的平面圖。
圖6是轉(zhuǎn)子的平面圖，該轉(zhuǎn)子是根據(jù)比較例子的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的組件。
圖7是表示信號強度的測量結(jié)果的曲線圖。
圖8是表示尺寸的測量誤差結(jié)果的曲線圖。
圖9表示轉(zhuǎn)子相對于定子的位移。
圖10表示當移動比較例子中的轉(zhuǎn)子時在磁道中流動的電流。
圖11表示當移動本實施例中的轉(zhuǎn)子時在磁道中流動的電流。
圖12是適用于本實施例的三相接收線圈的平面圖。
圖13是適用于本實施例的轉(zhuǎn)子的另一個例子的平面圖。
圖14是裝配有根據(jù)本實施例的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的千分尺的正視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖介紹根據(jù)本實施例的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器(在下文中“絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器”也可以稱為“編碼器”)。在這些圖中，對與那些在曾經(jīng)介紹過的附圖中的附圖標記指示相同的部分給予相同的附圖標記，并將其從下面的介紹中省略。
圖1是定子1的平面圖，該定子是根據(jù)本實施例的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的組件，并且圖2是轉(zhuǎn)子3的平面圖。該定子1具有穿過該中心形成的孔5，并且軸9穿過該孔5。該轉(zhuǎn)子3也具有穿過中心以在其中接收軸9的孔11。設(shè)置該轉(zhuǎn)子3，使其可以沿著箭頭A的方向關(guān)于軸9旋轉(zhuǎn)，插入未示出的轉(zhuǎn)子套筒，其裝配在兩者之間的孔11中，并與該定子1相對。該定子1和轉(zhuǎn)子3包括印刷電路板、玻璃襯底、硅襯底等。
示于圖1中的該定子1包含隔離襯底15，呈環(huán)形狀的接收線圈17、19關(guān)于該軸9同心地形成在其上。該接收線圈17靠外定位，接收線圈19靠里定位。接收線圈17具有端子T1、T2，接收線圈19具有端子T3、T4。該接收線圈17、19形成接收線圈組G1。將接收線圈17作為例子來介紹接收線圈的結(jié)構(gòu)。
圖3是接收線圈17的平面圖。該接收線圈17包括上導(dǎo)體21和與該上導(dǎo)體三維交叉的下導(dǎo)體23形成的組U，并且將多個這樣的組布置成環(huán)。未示出的絕緣體層定位在該上導(dǎo)體21和下導(dǎo)體23之間。這個絕緣體層具有穿過其形成的透孔或通孔以在其中接收埋地導(dǎo)體25，穿過該透孔或通孔將該上導(dǎo)體21的末端連接到該下導(dǎo)體23的末端。換句話說，該接收線圈17包括多個近似鉆石的接收回路27，將這些接收回路布置成環(huán)。
該接收回路27可以以各種閉環(huán)的形狀形成，諸如幾乎正弦波的形狀。圖4是由具有幾乎正弦波形狀的接收回路27組成的接收線圈的平面圖。這可以被用作為布置在圖1所示的定子1上的接收線圈17、19。
圖5是接收線圈17的接收折疊部分29附近的平面圖。該接收折疊部分29形成在兩個位置該接收線圈17的前端31和后端33。更詳細地，在前端31中該下導(dǎo)體23在該接收折疊部分29處折疊，在后端33中該上導(dǎo)體21在該接收折疊部分29處折疊。在前端31中的接收折疊部分29是下導(dǎo)體23，在后端33中的接收折疊部分是上導(dǎo)體21。因此，前端31中的接收折疊部分29沒有連接到后端33中的接收折疊部分29。
除了對應(yīng)于該接收線圈19的波長λ2的旋轉(zhuǎn)角被形成為短于對應(yīng)于接收線圈17的波長λ1的旋轉(zhuǎn)角之外，圖1的接收線圈19具有與接收線圈17一樣的結(jié)構(gòu)。
定子1包括如圖1所示的發(fā)射線圈35、37，它們分別布置得比接收線圈17更加靠外，并且分別處于接收線圈17和接收線圈19之間。將發(fā)射線圈35、37如此配置，即具有常數(shù)曲率的線性導(dǎo)體以環(huán)的形狀形成在絕緣體層15上。該發(fā)射線圈35和該發(fā)射線圈37以如一筆繪制的形狀連接來構(gòu)成發(fā)射線圈組G2。結(jié)果，就可以共用發(fā)射線圈驅(qū)動器來同時驅(qū)動發(fā)射線圈35、37。因此，可以減小該編碼器的尺寸。T5、T6表示發(fā)射線圈組G2的端子。
將該發(fā)射線圈組G2定位得比接收線圈19更加靠外，即，比包含在接收線圈組G1中的接收線圈17、19中的最里面的接收線圈更加靠外。這樣，否則定位得比接收線圈19更加靠里的發(fā)射線圈被省略，以減小該絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的尺寸。
接下來參考圖2來介紹轉(zhuǎn)子3的結(jié)構(gòu)。該轉(zhuǎn)子3包括具有圓盤形狀的絕緣襯底39。磁道41、43同心地形成在該絕緣襯底39上。將磁道41靠外定位，并且使得其能夠與接收線圈17和發(fā)射線圈組G2磁通耦合。相反地，將磁道43靠里定位，并且使其能夠與接收線圈19和發(fā)射線圈組G2磁通耦合。磁道41、43構(gòu)成磁道組G3。
以磁道41作為例子來介紹磁道組G3的結(jié)構(gòu)。10個具有半徑r1(第一半徑的例子)的線性弧部分45和10個具有較小半徑r2(第二半徑的例子)的線性弧部分47交替布置。利用沿著該轉(zhuǎn)子3的半徑方向延伸的直線部分49將該線性弧部分45、47彼此相連，以將磁通耦合線圈51配置成關(guān)于該軸9連續(xù)的環(huán)的形狀。這個磁通耦合線圈51用作磁道41。該磁通耦合線圈51具有波長λ1，該波長與接收線圈17的波長λ1相同。
用作磁道43的磁通耦合線圈53包含交替布置的9個具有比半徑r2小的半徑r3(第一半徑的例子)的線性弧部分55，和9個具有更小半徑r4(第二半徑的例子)的線性弧部分57。利用直線部分59將該線性弧部分55、57彼此連接。該磁通耦合線圈53具有波長λ2，其等于接收線圈19的波長λ2。這樣，該磁通耦合線圈51、53具有齒輪形狀的圖案。
線性弧部分45和在其兩側(cè)的直線部分49構(gòu)成區(qū)61，線性弧部分55和在其兩側(cè)的直線部分59構(gòu)成區(qū)61。區(qū)61的數(shù)量在外磁道41中等于十，在內(nèi)磁道43中等于九。
在根據(jù)本實施例的包含圖1的定子1和圖2的轉(zhuǎn)子3的編碼器中，外磁道41與內(nèi)磁道43在區(qū)61的數(shù)量上不同。因此，基于從接收線圈17、19獲得的信號之間的差異，可以在一次旋轉(zhuǎn)中檢測轉(zhuǎn)子3的絕對位置。
接下來，與比較例子相比較，介紹本實施例的主要效果。圖6是根據(jù)比較例子的轉(zhuǎn)子71的平面圖，其對應(yīng)于圖2。轉(zhuǎn)子71與轉(zhuǎn)子3的不同之處在于磁道的結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)子71中磁道41包括十個以一定間隔布置的磁通耦合線圈73，而磁道43包括九個以一定間隔布置的磁通耦合線圈73。磁通耦合線圈73的形狀呈幾乎矩形結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本實施例的裝配有轉(zhuǎn)子3的編碼器和根據(jù)比較例子的裝配有轉(zhuǎn)子71的編碼器被用于測量在下列條件下測量的某一物體的尺寸。磁道41和43具有各自的半徑7.4mm和6.3mm，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心偏離定子大約100μm，在磁道41中傾斜偏離大約25μm。
在上述測量過程中，取得從接收線圈中獲得的信號強度以及該尺寸的測量誤差。圖7是表示信號強度的測量結(jié)果的曲線圖，并且圖8是表示該尺寸的測量誤差結(jié)果的曲線圖。首先介紹信號強度。圖7的曲線表示通過相對于比較例子的信號強度的比率來表示的本實施例的信號強度，比較例子的信號強度確定為具有值1。
在本實施例中，有可能獲得比較例子的信號強度的大約1.2倍。如在本發(fā)明所要解決的主題欄中所介紹的，如果減小絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的尺寸，就使得通過與發(fā)射線圈磁通耦合在磁道中感應(yīng)的電流變小，就不能從接收線圈中獲得具有足夠強度的接收信號。
本實施例具有包括磁通耦合線圈51、53的磁道41、43，每個磁通耦合線圈呈如圖2所示的連續(xù)環(huán)(以齒輪的形式)的形狀。因此，信號能夠有效地從發(fā)射線圈組G2發(fā)射到磁道組G3。從而，可以增強接收信號的強度。這樣，即使該編碼器的尺寸減小，也有可能從接收線圈中獲得具有足夠強度的接收信號。
下面的介紹是針對尺寸的測量誤差。圖8通過相對于比較例子中的測量誤差的比率示出本實施例中的測量誤差，比較例子中的測量誤差所具有的值確定為1。在本實施例中，有可能獲得與比較例子相比較在測量精度方面大約50％的改進。
在本實施例中，有可能減小由轉(zhuǎn)子或定子的位移引起的測量誤差。其原因可以考慮如下。當轉(zhuǎn)子的裝配位置相對于定子移動，如圖9所示，根據(jù)該磁道的位置，定子和轉(zhuǎn)子之間的距離變得不同。在這種情況下，電流如下面所考慮的在磁道中流動。
如圖10所示，在比較例子的轉(zhuǎn)子71中，磁道包括多個彼此分開的磁通耦合線圈73，在其中具有不同強度的感應(yīng)電流分別流動。例如，在磁通耦合線圈73a中流動的感應(yīng)電流ia與在磁通耦合線圈73b中流動的感應(yīng)電流ib在強度上有所不同。因此，感應(yīng)電流根據(jù)磁道的位置而具有不同的強度，該不同強度可以導(dǎo)致測量精度的降低。例如，如果減小編碼器的尺寸，即使同樣是0.1mm的位移也能產(chǎn)生較大的影響。
相反地，在本實施例的轉(zhuǎn)子3中，在一個磁道中的磁通耦合線圈51、53具有如圖11所示的連續(xù)環(huán)的形狀。因此，根據(jù)該磁道的位置，在磁道中流動的感應(yīng)電流不會不同，并且能夠使其一致。因此，在本實施例中，有可能減小由定子或轉(zhuǎn)子的位移引起的測量誤差。
如上所述，在本實施例中，即使減小該編碼器的尺寸，也有可能防止接收信號強度的降低，和減小來自定子或轉(zhuǎn)子位移的影響。因此，有可能實現(xiàn)能夠獲得精確測量的減小尺寸的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器。
在上述的例子中，對應(yīng)于每個磁道(在一相接收線圈的情況下)提供一個接收線圈17、19，如圖1中所示。與此相反，對應(yīng)于每個磁道(在三相接收線圈的情況下)可以提供三個接收線圈，如圖12所示。在后一種情況中，以彼此之間具有不同相位偏移所設(shè)置的三個接收線圈17a、17b、17c對應(yīng)于一個磁道，以彼此之間具有不同相位偏移所設(shè)置的三個接收線圈19a、19b、19c對應(yīng)于另一個磁道。而且，盡管沒有顯示，可以對應(yīng)于每個磁道提供兩個或四個接收線圈(在兩相或四相接收線圈的情況下)。
轉(zhuǎn)子3不限于圖2中所示的結(jié)構(gòu)，還可以具有圖13中所示的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，轉(zhuǎn)子81包括具有十六個區(qū)61的外磁道41和具有五個區(qū)61的內(nèi)磁道43。
在所介紹的例子中，在該磁道組G3中包含兩個磁道，但是可以包含三個或更多個磁道。在這種情況下，在磁道組G3中的至少兩個磁道可以具有區(qū)61(即，線性弧部分)，其在數(shù)量上彼此不同。
圖14是根據(jù)本實施例的裝配有絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的千分尺91的正視圖。圖1的該定子1固定到框架93上，并且圖2的該轉(zhuǎn)子93固定到套筒95上。在本實施例中，即使減小千分尺91的尺寸，使得例如該轉(zhuǎn)子3具有20mm或更低的直徑，也有可能獲得精確測量。
權(quán)利要求
1.一種絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，包含其中該磁道組包括至少兩個磁道，該磁道具有在數(shù)量上彼此不同的線性弧部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，其中將該發(fā)射線圈組定位得比包含在該接收線圈組中的多個接收線圈中最里面的接收線圈更靠外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，其中該發(fā)射線圈組包含以如一筆繪制的形狀連接的發(fā)射線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，其中包含在該接收線圈組中的每個接收線圈包括布置在環(huán)中的具有閉環(huán)形式的多個接收回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，其中包含在該接收線圈組中的接收線圈包括外接收線圈和內(nèi)接收線圈，該外接收線圈具有的對應(yīng)于其波長的旋轉(zhuǎn)角大于對應(yīng)于該內(nèi)接收線圈的波長的旋轉(zhuǎn)角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，其中以對應(yīng)于該接收磁道的不同相位布置該多個接收線圈。
7.一種千分尺，包括安裝于其上的根據(jù)權(quán)利要求1的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器包含轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有穿過其中心以在其中接收軸的孔，并且其可以關(guān)于該軸旋轉(zhuǎn)并相對于定子布置。磁道同心地布置在該轉(zhuǎn)子上以形成磁道組。發(fā)射線圈組布置在該定子上能夠與該磁道組磁通耦合。接收線圈組布置在該定子上能夠與該磁道組磁通耦合。該磁道組中的每個磁道包含磁通耦合線圈，該磁通耦合線圈包括線性弧部分，該線性弧部分具有第一和第二半徑并交替布置在該轉(zhuǎn)子上，并且具有關(guān)于該軸連續(xù)的環(huán)的形狀。該磁道組中的至少兩個磁道具有在數(shù)量上彼此不同的線性弧部分。
文檔編號G01D5/12GK1873367SQ200610079439
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者田原智弘, 辻勝三郎 申請人:三豐株式會社