專利名稱：旋轉編碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉編碼器，該旋轉編碼器可以檢測涉及轉子相對于定子旋轉的 物理量的改變，并基于該變化測量目標的旋轉角。
背景技術：
引導檢測型旋轉編碼器具有安裝有發(fā)送線圈和接收線圈的定子以及安裝有磁通 耦合線圈的轉子，該磁通耦合線圈與具有線圈的定子磁結合(例如，現(xiàn)有技術1)。對于旋轉 編碼器而言，由于對安裝有旋轉編碼器的測微計等的小型化和高精度的要求，有必要進一 步小型化接收線圈的節(jié)距。包括兩個軌道(track)的旋轉編碼器還具有如下問題。換言之，為了改善旋轉編 碼器的精度，有必要同時改善兩個軌道的精度。此外，在整個長度區(qū)域進行絕對位置測量的 容差較小。而且，當容差增加時，旋轉編碼器的精度下降。[現(xiàn)有技術]日本特開平10-213407號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種能夠高精度地測量絕對位置的旋轉編碼器。根據(jù)本發(fā)明的實施方式的旋轉編碼器具有定子、第一轉子和第二轉子，第一轉子 與轉動軸接合并與轉動軸一起轉動，并且在軸線方向上與定子相對，第二轉子位于第一轉 子的外周，并且能相對于第一轉子轉動，在軸線方向上與定子相對。該旋轉編碼器還具有轉 動傳輸器，其傳輸轉動軸的轉動，并使第二轉子以不同于第一轉子的速度轉動。旋轉編碼器 還具有第一和第二角度檢測軌道，該第一和第二角度檢測軌道相對于轉動軸同軸地形成在 定子的面對第一轉子的表面以及第一轉子的面對定子的表面上。第一角度檢測軌道位于內 側。旋轉編碼器還具有第三和第四角度檢測軌道，該第三和第四角度檢測軌道相對于轉動 軸同軸地形成在定子的面對第二轉子的表面以及第二轉子的面對定子的表面上。第三角度 檢測軌道位于內側。第一轉子每轉動一圈，第一角度檢測軌道產生N1次的周期性變化。第 一轉子每轉動一圈，第二角度檢測軌道產生N2次的周期性變化。第二轉子每轉動一圈，第 三角度檢測軌道產生N3次的周期性變化。第二轉子每轉動一圈，第四角度檢測軌道產生N4 次的周期性變化。此外，N1不等于N2, N3不等于N4。本發(fā)明使得旋轉編碼器能夠高精度地測量絕對位置。


下面參考多個典型附圖通過本發(fā)明的示例性實施方式的非限制性示例對本發(fā)明進行進一步詳細描述，其中，在附圖的全部若干視圖中，相同的附圖標記表示類似的部分， 其中圖1是示出根據(jù)第一實施方式的測微計頭1的截面圖；圖2是根據(jù)第一實施方式的引導檢測型旋轉編碼器4的立體圖；圖3是根據(jù)第一實施方式的引導檢測型旋轉編碼器4的分解立體圖；圖4示出了根據(jù)第一實施方式的定子41的頂部的構造；圖5示出了根據(jù)第一實施方式的第一轉子42和第二轉子51的頂部的構造；圖6是示出了收發(fā)控制器6和處理器7的結構的方框圖；圖7示出了比較例中的第一轉子42和第二轉子51的頂部的構造；圖8是示出根據(jù)第二實施方式的測微計頭Ia的截面圖；以及圖9是根據(jù)第二實施方式的引導檢測型旋轉編碼器4a的分解立體圖。
具體實施例方式這里示出的細節(jié)是通過示例的方式示出的并且僅用于對本發(fā)明的實施方式進行 示例性說明的目的，并且為了提供被認為是對于本發(fā)明說明的原理和構思的方面最為有用 并最易于理解的內容而呈現(xiàn)這些細節(jié)。在這方面，并未試圖示出超出基本理解本發(fā)明所需 的更詳細的本發(fā)明的結構細節(jié)，參考附圖進行的說明使得本領域的普通技術人員清楚如何 在實踐中實施本發(fā)明。 下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的引導檢測型旋轉編碼器的一個實施方式。第一實施方式參照圖1描述安裝有根據(jù)第一實施方式的引導檢測型旋轉編碼器4的測微計頭1 的整體構造。圖1是示出根據(jù)第一實施方式的測微計頭1的截面圖。測微計頭1具有主體2、從主體2延伸的主軸3以及將主軸3安裝在中心的引導 檢測型旋轉編碼器4。測微計頭1還具有收發(fā)控制器6、處理器7和顯示器8。收發(fā)控制器 6控制該控制器與引導檢測型旋轉編碼器4之間的信號的發(fā)送和接收。處理器7基于來自 收發(fā)控制器6 (引導檢測型旋轉編碼器4)的信號執(zhí)行運算處理。顯示器8顯示處理器7的 處理結果。主體2形成為大致圓筒狀，且其內部具有收納空間21和22。收納空間21和22被 內部隔板23分開。在大致圓筒狀的主體2的主軸前端(tip end)側(圖中的左側)的壁 上以及隔板23上，分別形成有通孔24和25，主軸3穿過通孔24和25中的每一個。在主體 2的基端(圖中的右側)形成有內螺紋26。通孔24和25以及內螺紋26配置在同一軸線上。主軸3形成為大致圓柱狀，其前端設有與被測量物體(未示出)接觸的接觸面31， 而其基端設有旋鈕32。該旋鈕32向外旋轉主軸3。主軸3穿過主體2的通孔24和25，且主 軸3的兩端均從主體2向外突出。在主軸3的外圓周上還形成有進給螺紋(feed screw) 33, 且進給螺紋33與主體2的內螺紋26螺紋接合。借助這種構造，當旋轉旋鈕32時，通過進 給螺紋33和內螺紋26螺接，主軸3沿著通孔24和25的內部進退。進給螺紋33以例如 0. 5mm的螺距形成為40圈，由此主軸3可以移動20mm。在主軸3的大致中央，沿軸向形成 有直線狀的鍵槽34。
接下來，參照圖1-3描述引導檢測型旋轉編碼器4的構造。圖2是引導檢測型旋 轉編碼器4的立體圖。圖3是引導檢測型旋轉編碼器4的分解立體圖。如圖2和圖3所 示，引導檢測型旋轉編碼器4構造有第一旋轉編碼器40和第二旋轉編碼器50，且被收納在 主體2的收納空間22中。第一旋轉編碼器40包括定子41、第一轉子42和第一旋轉圓筒43。定子41具有通孔44，其中主軸3穿過圓板的中央并固定至內部隔板23。具體地， 定子41套在形成在內部隔板23的通孔25的外周的邊緣構件(rim member) 27上。第一轉子42具有通孔45，其中主軸3穿過圓板的中央，并放置在在軸向上與定子 41相對且與定子41相隔預定距離的位置。允許主軸3穿過的第一旋轉圓筒43設置成比定子41距離主軸3的前端近，且被 支撐成使得第一轉子42可繞著主軸3的軸線旋轉。換言之，在第一旋轉圓筒43的定子41 側的端部，沿著主軸3的外周形成有轉子支撐部46，第一轉子42套在轉子支撐部46上。第一旋轉圓筒43還具有從外周向中心旋入的螺紋狀鍵47。鍵47的前端從第一旋 轉圓筒43的內周突出，且與位于主軸3外周上的鍵槽34接合。換言之，由于鍵47與主軸 3的鍵槽34接合，所以當主軸旋轉時，第一旋轉圓筒43配置成與主軸3同步旋轉。另外，第一齒輪48形成于第一旋轉圓筒43的外周上。齒輪48設置在第一旋轉圓 筒43的主軸3的前端側，且具有比旋轉圓筒43的其它區(qū)域的外周大的外徑尺寸。第一齒 輪48的齒數(shù)設定為例如40。第二旋轉編碼器50包括定子41、第二轉子51、第二旋轉圓筒(支撐體)52以及中 繼齒輪(link-up gear) 53。定子41就是第一旋轉編碼器40的定子，且定子41為旋轉編碼器40和50的共用 組件。第二轉子51具有孔54，該孔54可以將第一轉子42放置在圓板中央，第二轉子由 此設置為包圍第一轉子42的外周。第二轉子51也與第一轉子42類似地設置，在軸向上以 預定的距離與定子41相對設置。這樣，轉子42和51各自的面對定子41的面基本上形成 為同一平面。允許第一旋轉圓筒43 (除了第一齒輪48的區(qū)域)穿過的第二旋轉圓筒52由第一 旋轉圓筒43支撐。在第二旋轉圓筒52的定子41側的端部，安裝有第二轉子51。這樣，第 二轉子51被圍繞主軸3的軸線可旋轉地支撐。換言之，第一和第二旋轉編碼器40和50具 有內側和外側的雙層圓筒結構。此外，在第二旋轉圓筒52的外周上形成有第二齒輪55。齒輪55設置在第二旋轉 圓筒52的主軸3的前端側，且具有與第一旋轉圓筒43的齒輪48大致相同的外部尺寸。第 二齒輪55的齒數(shù)設定為例如41，即比第一齒輪48的齒數(shù)多一個。中繼齒輪53由主體2可旋轉地支撐，并與第一齒輪48和第二齒輪55 二者嚙合。 換言之，中繼齒輪53具有與第一齒輪48嚙合的第一中繼齒輪53A ；與第二齒輪55嚙合的 第二中繼齒輪53B以及將這些中繼齒輪53A和53B軸向支撐在同一軸線上的軸53C。中繼 齒輪53A和53B的齒數(shù)設定成彼此相等，例如12。在該實施方式中，用于第一齒輪48和第 一中繼齒輪53A這一對的模數(shù)彼此對應；用于第二齒輪55和第二中繼齒輪53B這另一對的 模數(shù)彼此對應。因此，當?shù)谝恍D圓筒43旋轉時，第二旋轉圓筒52經由中繼齒輪53平滑旋轉。取決于齒輪48和齒輪55的齒數(shù)目的不同，當上述情況發(fā)生時，每個轉子42和51 會以不同的速度旋轉。例如，如本實施方式所示，當齒輪48的齒數(shù)設定成40，齒輪55的齒 數(shù)設定成41時，當主軸3在其前進和后退的范圍內旋轉40圈時，第一轉子42將旋轉40圈， 第二轉子51將旋轉39圈。此外，第一旋轉編碼器40和第二旋轉編碼器50配置成使得能夠檢測每個轉子42 和51在一圈內的絕對角度。換言之，定子41輸出指示第一轉子42的每旋轉一圈的一個周 期的變化的相位信號。因此，由于第一轉子42與主軸3同步旋轉，所以關于第一轉子42的 相位信號通過主軸3旋轉一圈而指示本發(fā)明第一周期的變化。例如，當主軸3旋轉40圈時， 相位信號就指示40個周期的變化。定子41還輸出指示關于第二轉子51每旋轉一圈的一個周期的變化的相位信號。 然后，由于當主軸3旋轉40圈時第二轉子51旋轉39圈，因此關于第二轉子51的相位信號 就指示當主軸3旋轉40圈時39個周期的變化。接下來，參照圖4和圖5描述定子41、第一轉子42和第二轉子51的詳細構造。圖 4示出了定子41的頂部的構造。圖5示出了第一轉子42的頂部和第二轉子51的頂部的構造。如圖4所示，第一發(fā)送線圈411、第二發(fā)送線圈412、第三發(fā)送線圈413和第四發(fā)送 線圈414與主軸3同軸地設置在與第一轉子42和第二轉子51相對的定子41上。第一發(fā)送 線圈411形成為大致圓形，具有從主軸3 (轉動軸)起的第一直徑。第二發(fā)送線圈412形成 為大致圓形，具有從主軸3(轉動軸)起的比第一直徑大的第二直徑。第三發(fā)送線圈413形 成為大致圓形，具有從主軸3 (轉動軸)起的比第二直徑大的第三直徑。第四發(fā)送線圈414 形成為大致圓形，具有從主軸3 (轉動軸)起的比第三直徑大的第四直徑。如圖4所示，第一接收線圈415、第二接收線圈416、第三接收線圈417和第四接收 線圈418與主軸3同軸地設置在與第一轉子42和第二轉子51相對的定子41上。第一至 第四接收線圈415至418形成為使得從主軸3 (轉動軸)起的距離可以周期性改變。第一 接收線圈415形成在第一發(fā)送線圈411和第二發(fā)送線圈412之間，且位于第一發(fā)送線圈411 所在的一側。第二接收線圈416形成在第一發(fā)送線圈411和第二發(fā)送線圈412之間，且位 于第二發(fā)送線圈412所在的一側。第三接收線圈417形成在第三發(fā)送線圈413和第四發(fā)送 線圈414之間，且位于第三發(fā)送線圈413所在的一側。第四接收線圈418形成在第三發(fā)送 線圈413和第四發(fā)送線圈414之間，且位于第四發(fā)送線圈414所在的一側。第一接收線圈 415檢測由下面描述的第一磁通耦合線圈421產生的磁通。第二接收線圈416檢測由下面 描述的第二磁通耦合線圈422產生的磁通。第三接收線圈417檢測由下面描述的第三磁通 耦合線圈511產生的磁通。第四接收線圈418檢測由下面描述的第四磁通耦合線圈512產 生的磁通。第一接收線圈415構造有三個接收線圈415a至415c，接收線圈415a至415c在旋 轉方向上具有不同的相位。接收線圈415a至415c構造有電線，每個配置成環(huán)形(菱形)。 接收線圈415a至415c配置成在相互交叉區(qū)域位于基板的上方/下方，由此交叉區(qū)域不會 短路。通過在通路孔415d處相互連接線圈，還將它們配置成分別絕緣和隔離。以與第一接 收線圈415類似的方式構造第二接收線圈416至第四接收線圈418。
如圖5所示，第一磁通耦合線圈421和第二磁通耦合線圈422與主軸3同軸地設 置在與定子41相對的第一轉子42上，其中第一磁通耦合線圈421和第二磁通耦合線圈422 為磁通耦合體。第一磁通耦合線圈421和第二磁通耦合線圈422形成為具有凹部和凸部的 齒輪形狀，由此第一轉子42每旋轉一圈，離主軸3 (轉動軸)的距離可以分別周期性地改變 N1次和N2次。第一磁通耦合線圈421可以與第一發(fā)送線圈411磁通耦合。第二磁通耦合 線圈422可以與第二發(fā)送線圈412磁通耦合。第一磁通耦合線圈421形成為齒輪形狀，例如具有9個(N1)凹部和凸部。第二磁 通耦合線圈422形成為齒輪形狀，例如具有10個(N2)凹部和凸部。換言之，第二磁通耦合 線圈422的凹部和凸部的數(shù)量與第一磁通耦合線圈421的凹部和凸部的數(shù)量相差一個。如圖5所示，第三磁通耦合線圈511和第四磁通耦合線圈512與主軸3同軸地設 置在與定子41相對的第二轉子51上，其中第三磁通耦合線圈511和第四磁通耦合線圈512 為磁通耦合體。第三磁通耦合線圈511和第四磁通耦合線圈512形成為具有凹部和凸部， 由此第二轉子51每旋轉一圈，離主軸3 (轉動軸)的距離可以分別周期性地改變N3次和N4 次。第三磁通耦合線圈511可以與第三發(fā)送線圈413磁通耦合。第四磁通耦合線圈512可 以與第四發(fā)送線圈414磁通耦合。第三磁通耦合線圈511形成為齒輪形狀，例如具有9個(N1)凹部和凸部。第四磁 通耦合線圈512形成為齒輪形狀，例如具有10個(N2)凹部和凸部。換言之，第四磁通耦合 線圈512的凹部和凸部的數(shù)量與第三磁通耦合線圈511的凹部和凸部的數(shù)量相差一個。接下來，參照圖6描述收發(fā)控制器6和處理器7的具體構造。圖6為示出收發(fā)控 制器6和處理器7的構造的方框圖。首先，描述收發(fā)控制器6。收發(fā)控制器6包括第一收發(fā)控制器61和第二收發(fā)控制 器62，第一收發(fā)控制器61控制與第一旋轉編碼器40相關的信號的發(fā)送和接收，第二收發(fā)控 制器62控制與第二旋轉編碼器50相關的信號的發(fā)送和接收。第一收發(fā)控制器61包括第一發(fā)送控制器63和第一接收控制器64。第一發(fā)送控制 器63向定子41發(fā)送用于第一轉子42 (用于第一發(fā)送線圈411和第二發(fā)送線圈412)的預 定AC信號。第一接收控制器64從定子41 (第一接收線圈415和第二接收線圈416)接收 第一轉子42的相位信號。在這個實施方式中，相位信號指的是表示基于第一磁通耦合線圈 421的信號與基于第二磁通耦合線圈422的信號之間的相位差的信號。同樣地，第二收發(fā)控制器62包括第二發(fā)送控制器65和第二接收控制器66。第二 發(fā)送控制器65向定子41發(fā)送用于第二轉子51 (用于第三發(fā)送線圈413)的預定AC信號。 第二接收控制器66從定子41 (第三接收線圈417和第四接收線圈418)接收第二轉子51 的相位信號。在這個實施方式中，相位信號指的是表示基于第三磁通耦合線圈511的信號 與基于第四磁通耦合線圈512的信號之間的相位差的信號。第一接收控制器64和第二接 收控制器66向處理器7輸出從定子41接收到的每個轉子42和51的相位信號。接下來描述處理器7。處理器7包括旋轉角計算器71、旋轉相位計算器72和主 軸位置計算器73。旋轉角計算器71計算第一轉子42和第二轉子51各自的旋轉角Θ1和 θ 2。旋轉相位計算器72基于旋轉角計算器71所計算的各個轉子42和51的旋轉角Θ1 和θ 2計算主軸3的旋轉相位。主軸位置計算器73基于旋轉相位計算器72所計算的主軸 3的旋轉相位計算主軸3的絕對位置。
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旋轉角計算器71包括第一旋轉角計算器74和第二旋轉角計算器75。第一旋轉角 計算器74基于來自第一接收控制器64的相位信號計算第一轉子42的旋轉角θ 1。第二旋 轉角計算器75基于來自第二接收控制器66的相位信號計算第二轉子51的旋轉角θ 2。第一旋轉角計算器74基于來自第一接收控制器64的相位信號來計算第一轉子42 的旋轉角θ 1，作為一圈內的絕對角度(0° < Θ1< 360° )。在這個實施方式中，來自第 一接收控制器64的相位信號在第一轉子42的一圈之內不會產生相同相位。在第一旋轉角 計算器74中，第一轉子42的旋轉角θ 1和相位信號被預設存儲為一對一的關系。由此，根 據(jù)來自第一接收控制器64的相位信號輸出，首先確定第一轉子42的旋轉角θ 1 ；計算第一 轉子42在一圈內的絕對角度。此外，第二旋轉角計算器75基于來自第二接收控制器66的相位信號，以與第一旋 轉角計算器74類似的方式，計算第二轉子51的旋轉角θ 2，作為一圈內的絕對角度。旋轉相位計算器72包括差值計算器76和總旋轉相位計算器77。差值計算器76 計算旋轉角計算器71中所計算的轉子42的旋轉角θ 1和轉了 51的旋轉角θ 22的差θ 3。 總旋轉相位計算器77基于差θ 3計算主軸3的總旋轉相位。在總旋轉相位計算器77中，差θ 3和主軸3的總旋轉相位被預設存儲為一對一的 關系。換言之，當主軸3在其前進和后退的范圍內旋轉40圈時，轉子42的旋轉角Θ1和轉 子51的旋轉角θ 2的差被配置為一圈。因此，計算所得差03位于0°到360°的范圍內， 根據(jù)差θ 3，首先計算主軸3的總旋轉相位ΘΤ。在主軸位置計算器73中，主軸3每旋轉一圈的移動間距(0.5mm)被預設存儲。然 后，在主軸位置計算器73中，通過使移動節(jié)距(0. 5mm)乘以總旋轉相位θ T就能計算出主 軸3的總的移動量，即主軸3的絕對位置。顯示器8例如使用數(shù)字顯示顯示主軸3的絕對 位置。測微計頭1的操作接下來，描述具有這種構造的實施方式的操作。當使用旋鈕32旋轉主軸3時，主軸 3借助于主體2的內螺紋26和主軸3的進給螺紋33的螺接而沿軸向前進或后退。當主軸 3旋轉時，第一旋轉圓筒43借助于鍵47與主軸3的鍵槽34的接合而與主軸3 —起旋轉。當?shù)谝恍D圓筒43旋轉時，第一轉子42與第一旋轉圓筒43—起旋轉。定子41 檢測到第一轉子42的旋轉，并將第一轉子42的旋轉發(fā)送至第一接收控制器64。隨后，在第 一旋轉角計算器74中計算第一轉子42在一圈內的旋轉角θ 1。在此實施方式中，第一轉子42與主軸3同步地旋轉；第一轉子42在一圈內的旋轉 角θ 1指示主軸3在一圈內的旋轉角。當?shù)谝恍D圓筒43旋轉時，與第一旋轉圓筒43的齒輪48相嚙合的中繼齒輪53 的第一中繼齒輪53Α也旋轉。另外，與中繼齒輪53的第二中繼齒輪53Β相嚙合的第二旋轉 圓筒52的齒輪55也旋轉，第二轉子51與第二旋轉圓筒52也一起旋轉。第二轉子51在一 圈內的相位信號由定子41檢測并傳送至第二接收控制器66。接下來，在第二旋轉角計算器 75中計算第二轉子51在一圈內的旋轉角θ 2。隨后，在旋轉相位計算器72中，計算轉子42的旋轉角θ 1和轉子51的旋轉角Θ2 的差Θ3，且基于該差θ 3來計算主軸3的總旋轉相位θ Τ。最后，在主軸位置計算器73中， 基于總旋轉相位θ T和主軸3的傳送節(jié)距(0. 5mm)計算將被顯示于顯示器8中的主軸3的絕對位置。參考根據(jù)圖7的比較例描述本實施方式的效果。圖7示出了比較例中的第一轉子 42的頂部結構和第二轉子51的頂部結構。如圖7所示，該比較例與本發(fā)明的實施方式的區(qū) 別在于，其不具有第四磁通耦合線圈512。該比較例也不具有第四發(fā)送線圈414和第四接收 線圈418，雖然省略了對此的圖示。此外，在比較例中，第三磁通耦合線圈511形成為具有兩 個(N3)凹部和凸部的齒輪形狀。例如，在上述比較例中，在螺距為0. 5mm，在延長為25mm (第一轉子42旋轉50次) 時，需要如下的嚴格精度。第二轉子51相對于第一轉子42的旋轉角的使用范圍是180° ( = 360° /2)。第 一轉子42每旋轉一圈，第二轉子51相對于第一轉子42的旋轉角變成最大值180° /50 = 3.6°。檢測旋轉角所需的第二旋轉編碼器50的精度(包括所有誤差，例如機械誤差等) 需要為此角度的一半，即3. 6° /2=1.8°或更低。另一方面，第二旋轉編碼器50的精度 (不包括機械誤差)為大約180° /300 = 0.6°。由此，第二轉子51的機械部分的旋轉精 度的容差(第二轉子51的機械部分的組件精度和裝配精度的總容差)在1. 8° -0. 6° = 1.2°范圍內；因此需要嚴格的精度。此外，在上述比較例中，當?shù)谌詈洗磐ň€圈511的具有齒輪形狀的凹部和凸部 變得更小(例如1個(N3))以便擴大第一轉子42和第二轉子51的旋轉位置的使用范圍時， 第二旋轉編碼器50的精度會變的更差。另一方面，當?shù)谌詈洗磐ň€圈511的具有齒輪形 狀的凹部和凸部變大時，第二轉子51相對于第一轉子42的旋轉角的使用范圍變小，而第二 旋轉編碼器50的精度(不包括機械誤差)則會提高。因此，需要將第二旋轉編碼器50的 機械部分的旋轉精度設定為更加嚴格。相反，在實施方式中，在內側形成有兩個只有一個不同節(jié)距的軌道，還在外側形成 有兩個只有一個不同節(jié)距的軌道。因此，可以在內側和外側以足夠的精度檢測一圈內的絕 對位置。此外，根據(jù)不同于比較例的構造的實施方式的構造，可以降低機械部分所需的組件 精度和組裝精度，可以減少制作負擔。此外，在實施方式中，第二旋轉編碼器50相對于第一旋轉編碼器40的旋轉角能夠 用于一圈。因此，根據(jù)實施方式，主軸3的長度范圍可以增大。此外，當將實施方式的構造 應用于一個具有與實施方式長度范圍相同的裝置時，能夠降低機械部分所需的組件精度和 組裝精度。第二實施方式接下來，參照圖8描述根據(jù)第二實施方式的安裝有引導檢測型旋轉編碼器4a的測 微計頭Ia的整體構造。圖8是示出根據(jù)第二實施方式的測微計頭Ia的截面圖。此外，在第 二實施方式中，相同的附圖標記指代與第一實施方式的構造相同的構造，且不再進行描述。如圖8所示，測微計頭Ia具有主軸3a和引導檢測型旋轉編碼器4a ；其將主軸3a 安裝在中心，這與第一實施方式不同。除此之外，測微計頭Ia具有與第一實施方式相同的 構造。主軸3a以與第一實施方式類似的方式形成為大致圓柱狀，且具有位于頂端的與 被測量物體(未示出)接觸的接觸面31和位于基端的旋鈕32。在主軸3a的中央?yún)^(qū)域，與第一實施方式不同，設置有兩個各具有不同導程角(lead angle)的鍵槽34a和34b。第一鍵槽34a設置為與主軸3a的軸線平行，且設置為直 線狀。第二鍵槽34b設置為相對于主軸3a呈螺旋狀。第一鍵槽34a與第二鍵槽34b的起 點和終點的位置在主軸3a的軸線方向上基本一致。換言之，第一鍵槽34a與第二鍵槽34b 形成在主軸3a的軸線方向上的基本相同的范圍。此外，當主軸3a進退時，鍵槽34a與34b隨著主軸3a—起從主體2向外突出。然 而，設置有外框11，當主軸3a前進到向外的最大位置時，鍵槽34a與34b未暴露。接下來，下面描述引導檢測型旋轉編碼器4a。圖9是引導檢測型旋轉編碼器4a的 分解立體圖。如圖9所示，引導檢測型旋轉編碼器4a構造有第一旋轉編碼器40a和第二旋 轉編碼器50a，且設置在主體2的收納空間22中。第一旋轉編碼器40a具有定子41a、與鍵槽34a接合的鍵47a以及以主軸3a為中 心繞其旋轉的第一轉子42a。主軸3a插入定子41a，并且定子41a固定在收納空間22的前端內壁28上。第一轉子42a設置在主軸3a的緊外側。第一轉子42a設置在在軸線方向上以預 定距離與定子41a相對的位置。第一轉子42a包括面對定子41a而與定子41a成對的可旋 轉的第一轉子板48a、支撐第一轉子板48a以主軸3a為中心旋轉的第一旋轉圓筒43a以及 與第一鍵槽34a接合的第一鍵47a。第一轉子板48a為小圓板，其具有供主軸3a穿過的孔。第一旋轉圓筒43a為圓筒形，其套在主軸3a上，并連接至第一轉子板48a的背面 以支撐第一轉子板48a旋轉。在第一旋轉圓筒43a中，設置有兩個孔43aa和43ab，它們垂 直于軸線穿透形成。第一鍵47a螺紋旋入第一孔43aa中。此外，第二孔43ab形成為長孔 形狀，在第一旋轉圓筒43a的圓周方向上具有一定長度。第二旋轉編碼器50a具有定子41a、與鍵槽34b接合的鍵47b以及可繞主軸3a旋 轉地設置的第二轉子51a。第二轉子51a設置在第一轉子42a外側以包圍第一轉子42a。第二轉子51a設置 在在軸線方向上以預定距離與定子41a相對的位置。第二轉子51a，類似于第一轉子42a， 包括面對定子41a而與定子41a成對的可旋轉的第二轉子板55a、支撐第二轉子板55a以主 軸3a為中心旋轉的第二旋轉圓筒52a以及與第二鍵槽34b接合的第二鍵47b。第二轉子板55a為環(huán)狀板，其具有一內孔，該內孔的尺寸能夠將第一轉子板48a寬 松地裝配在內部。第二旋轉圓筒52a連接至第二轉子板55a的背面，第二旋轉圓筒52a為 圓筒狀，其具有一孔，該孔可將第一旋轉圓筒43a寬松地裝配在內部。第二旋轉圓筒52a具有垂直于軸線穿透形成的孔52aa。第二鍵47b螺紋旋入第二 孔52aa中。此外，第二鍵47b穿過第一旋轉圓筒43a的具有長孔形狀的第二孔43ab，并與 第二鍵槽34b接合。然后，第二旋轉圓筒52a具有支承部(bearing portion) 52ab，其在定子41a所在 側的相反側接收主軸3a，第一轉子42a位于支承部52ab和定子41a之間。此外，在主軸的 軸線方向上，第二鍵47b的位置與設置在第一旋轉圓筒43a上的第一鍵47a的位置基本相 同。此外，在收納空間22的固定定子41a的前端側內壁28上，主軸支承部27a與定子 41a相比稍微朝后端側延伸。第一旋轉圓筒43a的主軸支承部43ac與第一轉子板48a相比 也稍微向定子41a側延伸。由于第一旋轉圓筒43a的主軸支承部43ac接觸主體2的主軸支承部27a，所以就能適當?shù)卮_保定子41a和第一轉子板48a之間的間隙。此外，在第二旋轉圓筒52a和內部隔板23之間設置有未示出的卷簧(施力單元)。 第二轉子51被配置成被朝向定子41a側偏置。在第一轉子42a被朝著第二旋轉圓筒52a 的內壁壓的情況下，第一轉子42a被朝著定子41a偏置。測微計頭Ia的操作接下來，描述根據(jù)包括上述結構的第二實施方式的測微計頭Ia的操作。當使用旋 鈕32旋轉主軸3a時，通過主體2的內螺紋26與主軸3a的進給螺紋33的螺接，主軸3a沿 軸線方向進退。此外，當主軸3a旋轉時，因為第一旋轉圓筒43a的第一鍵47a和第二旋轉圓筒52a 的第二鍵47b與主軸3a的第一鍵槽34a和第二鍵槽34b分別接合，第一旋轉圓筒43a和第 二旋轉圓筒52a與主軸3a的旋轉一起旋轉。當如此發(fā)生時，由于第一旋轉圓筒43a借助于 主軸支承部43ac接收主軸3a，所以第一旋轉圓筒43a將以主軸3a為基礎進行旋轉。此外， 由于第二旋轉圓筒52a借助于支承部622接收主軸3a，所以第二旋轉圓筒52a也會以主軸 3a為基礎進行旋轉。另外，第一鍵槽34a和第二鍵槽34b具有彼此不等的導程角，因此主軸3a每轉一 圈，第一旋轉圓筒43a和第二旋轉圓筒52a會旋轉不同的旋轉量(旋轉相位)。當?shù)谝恍D 圓筒43a和第二旋轉圓筒52a由于主軸3a的旋轉而旋轉時，第一轉子板48a與第一旋轉圓 筒43a —起旋轉，第二轉子板55a與第二旋轉圓筒52a —起旋轉。換言之，在第二實施方式 中，以與第一實施方式的方式類似的方式，第一轉子42a以不同于第二轉子51a的旋轉速度 旋轉。在第二實施方式中，第一磁通耦合線圈421和第二磁通耦合線圈422以與第一實 施方式類似的方式形成于與定子41a相對的第一轉子42a上。第三耦合線圈511和第四耦 合線圈512形成于與定子41a相對的第二轉子51a上。第一至四發(fā)送線圈411至414以及 第一至四接收線圈415至418形成于與第一轉子42a和第二轉子51a相對的定子41a上。根據(jù)第二實施方式的測微計頭Ia以與第一實施方式基本相似的方式構成，因此 具有與第一實施方式相似的效果。其他實施方式如上所述，描述了根據(jù)本發(fā)明的引導型旋轉編碼器的一個實施方式。然而，本發(fā)明 不限于上述實施方式所說明的那樣。在本發(fā)明目的范圍內可以進行多種改變、增加和替換。 例如，第一至三磁通耦合體可以是形成于電極和導電板上的孔或凹部，以代替第一至第四 磁通耦合線圈421、422、511和512。此外，上述實施方式旨在基于第一轉子42和第二轉子51的位置關系，檢測第一轉 子42的轉動。然而，本發(fā)明也可以基于第一轉子42和第二轉子51的位置關系，檢測第二 轉子51的轉動。此外，在上述實施方式中，N1 = N3,N2 = N4以及N4-N3 = N2-N1 = 1。然而，N1 Φ N3, N2 Φ N4, N4-N3 Φ N2-N1 興 1，以及 N1 = N4, N2 = N3 也是可行的。此外，上述實施方式使用的是電磁引導型旋轉編碼器。然而，本發(fā)明還可使用電容 電離型編碼器或者光電旋轉編碼器。應該注意，提供前面的示例僅用于解釋的目的，決不理解為對本發(fā)明的限制。盡管已經參考示例性實施方式對本發(fā)明進行了說明，應該理解的是，這里所用的詞語是描述性 和說明性的詞語，而不是限制性的詞語。在不背離本發(fā)明的方面的范圍和精神的前提下，可 以在權利要求的范圍內進行如當前所陳述和所修改的改變。盡管這里參考特定結構、材料 和實施方式對本發(fā)明進行了說明，本發(fā)明并不意圖限于這里所公開的細節(jié)，而是本發(fā)明延 伸至權利要求的范圍內的所有功能等同結構、方法和用途。 本發(fā)明并不限于上述的實施方式，在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以進行多種 變化和修改。
權利要求
1.一種旋轉編碼器，其包括 定子；第一轉子，其固定到轉動軸并且能夠與所述轉動軸一起轉動，所述第一轉子在軸線方 向上與所述定子面對；第二轉子，其圍繞所述第一轉子的外周布置并且能夠相對于所述第一轉子轉動，所述 第二轉子在軸線方向上與所述定子面對；轉動傳輸器，其被構造成用于轉動所述轉動軸，并且所述轉動傳輸器還被構造成使所 述第二轉子以與所述第一轉子的速度不同的速度轉動；第一角度檢測軌道和第二角度檢測軌道，所述第一角度檢測軌道和所述第二角度檢測 軌道在所述定子的面對所述第一轉子的表面以及所述第一轉子的面對所述定子的表面上 關于所述轉動軸同軸地布置，其中所述第一角度檢測軌道位于所述第二角度檢測軌道的徑 向內側；以及第三角度檢測軌道和第四角度檢測軌道，所述第三角度檢測軌道和所述第四角度檢測 軌道在所述定子的面對所述第二轉子的表面以及所述第二轉子的面對所述定子的表面上 關于所述轉動軸同軸地布置，其中所述第三角度檢測軌道位于所述第四角度檢測軌道的徑 向內側，其中，所述第一轉子每轉動一圈，所述第一角度檢測軌道產生N1次周期性變化； 所述第一轉子每轉動一圈，所述第二角度檢測軌道產生隊次周期性變化； 所述第二轉子每轉動一圈，所述第三角度檢測軌道產生N3次周期性變化； 所述第二轉子每轉動一圈，所述第四角度檢測軌道產生N4次周期性變化；并且 N1與N2不相等，N3與N4不相等。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉編碼器，其特征在于， 所述第一角度檢測軌道包括第一發(fā)送線圈，其在所述定子的面對所述第一轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地布置；第一接收線圈，其在所述定子的面對所述第一轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地布 置，并且所述第一接收線圈與所述第一發(fā)送線圈相對應；以及第一磁通耦合體，其在所述第一轉子的面對所述定子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，并且所述第一磁通耦合體與所述第一發(fā)送線圈和所述第一接收線圈磁通耦合； 所述第二角度檢測軌道包括第二發(fā)送線圈，其在所述定子的面對所述第一轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地布 置，并且所述第二發(fā)送線圈位于所述第一發(fā)送線圈的徑向外側；第二接收線圈，其在所述定子的面對所述第一轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，所述第二接收線圈與所述第二發(fā)送線圈相對應并且位于所述第一發(fā)送線圈的徑向外 側；以及第二磁通耦合體，其在所述第一轉子的面對所述定子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，所述第二磁通耦合體與所述第二發(fā)送線圈和所述第二接收線圈磁通耦合并且位于所 述第一磁通耦合體的徑向外側； 所述第三角度檢測軌道包括第三發(fā)送線圈，其在所述定子的面對所述第二轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地布 置，并且所述第三發(fā)送線圈位于所述第二發(fā)送線圈的徑向外側；第三接收線圈，其在所述定子的面對所述第二轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，所述第三接收線圈與所述第三發(fā)送線圈相對應并且位于所述第二發(fā)送線圈的徑向外 側；以及第三磁通耦合體，其在所述第二轉子的面對所述定子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，所述第三磁通耦合體與所述第三發(fā)送線圈和所述第三接收線圈磁通耦合并且位于所 述第二磁通耦合體的徑向外側；以及 所述第四角度檢測軌道包括第四發(fā)送線圈，其在所述定子的面對所述第二轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地布 置，并且所述第四發(fā)送線圈位于所述第三發(fā)送線圈的徑向外側；第四接收線圈，其在所述定子的面對所述第二轉子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，所述第四接收線圈與所述第四發(fā)送線圈相對應并且位于所述第三發(fā)送線圈的徑向外 側；以及第四磁通耦合體，其在所述第二轉子的面對所述定子的表面上關于所述轉動軸同軸地 布置，所述第四磁通耦合體與所述第四發(fā)送線圈和所述第四接收線圈磁通耦合并且位于所 述第三磁通耦合體的徑向外側。
3.根據(jù)權利要求1所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1與N2的差為1，N3與N4的差為1。
4.根據(jù)權利要求2所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1與N2的差為1，N3與N4的差為1。
5.根據(jù)權利要求1所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1 = N3,并且N2:=N4。
6.根據(jù)權利要求2所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1 = N3,并且N2:=N4。
7.根據(jù)權利要求3所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1 = N3,并且N2:=N4。
8.根據(jù)權利要求4所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1 = N3,并且N2:=N4。
9.根據(jù)權利要求1所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1 =N4,并且N2:= N3。
10.根據(jù)權利要求2所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1=Rt，并且N2= N30
11.根據(jù)權利要求3所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1=Rt，并且N2= N30
12.根據(jù)權利要求4所述的旋轉編碼器，其特征在于，N1=Rt，并且N2= N30
全文摘要
一種引導檢測型旋轉編碼器，其具有第一至第四發(fā)送線圈、第一至第四接收線圈以及第一至第四磁通耦合體。第一和第二發(fā)送線圈、第一和第二接收線圈以及第一和第二磁通耦合體分別形成第一和第二角度檢測軌道，第一轉子每轉動一圈，第一和第二角度檢測軌道分別產生N1次和N2次的周期性變化。第三和第四發(fā)送線圈、第三和第四接收線圈以及第三和第四磁通耦合體分別形成第三和第四角度檢測軌道，第二轉子每轉動一圈，第三和第四角度檢測軌道分別產生N3次和N4次的周期性變化。N1與N2不相等，N3與N4不相等。
文檔編號G01D5/243GK102121832SQ20101057701
公開日2011年7月13日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權日2009年10月16日
發(fā)明者佐佐木康二 申請人:株式會社三豐