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Die Erfindung betrifft einen mit elektromagnetischer Induktion arbeitenden Positionssensor, der nachfolgend der Kürze halber einfach als Positionssensor bezeichnet wird. Ein derartiger Positionssensor dient zum Erfassen der Position beweglicher Elemente unter Ausnutzung des Effekts elektromagnetischer Induktion.
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Es sind bereits magnetische Eigenschaften messende Positionssensoren bekannt, um z. B. die Position einer Hauptwelle einer Werkzeugmaschine zu erfassen. Bei einem typischen derartigen Positionssensor wird ein Maßstab, bei dem es sich um einen Zylinder aus einem weichmagnetischen Material handelt, dessen Außenumfang Vertiefungen aufweist, an einer rotierenden Welle befestigt; jede Änderung der Reluktanz des Außenumfangs des Maßstabs wird in ein elektrisches Signal gewandelt, um dadurch eine Relativposition zu erfassen. Da ein derartiger Positionssensor zur Positionserfassung magnetische Eigenschaften ausnutzt, zeigt er von Natur aus hervorragende Beständigkeit, wenn er üblichen Umweltverschmutzungen wie Wasser, Öl usw. ausgesetzt wird. Ein derartiger Positionssensor ermöglicht es auch, Maßstäbe verschiedener Größen auf einfache Weise durch mechanisches Bearbeiten herzustellen. Demgemäß besteht ein weiterer Vorteil darin, dass es nicht erforderlich ist, für jede Größe ein gesondertes Formwerkzeug herzustellen.
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Ein Positionssensor der oben beschriebenen Art ist z. B. aus
JP-A-62-274215 als solcher bekannt, bei dem ein Permanentmagnet mit einem magnetoresistiven Element kombiniert ist und eine Reluktanzänderung des Maßstabs auf Grundlage einer Widerstandsänderung als elektrisches Signal erfasst wird.
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Ein anderer Sensor zum Erfassen einer Änderung eines Magnetflusses aufgrund einer Reluktanzänderung eines Maßstabs ist in
JP-A-5-180664 und
JP-A-8-21744 offenbart. Diese Sensoren nutzen den Effekt elektromagnetischer Induktion, wobei mehrere Spulen aus leitenden Mustern z. B. unter Verwendung der Technik für gedruckte Leiterplatten hergestellt werden, die dazu verwendet werden, die Reluktanzänderung als Amplitudenänderung eines magnetischen Wechselflusses zu erfassen.
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Ferner gibt es das Dokument
JP-A-8313295 an, das die Sinusform eines leitenden Musters eine Amplitudenänderung einer von der Spule ausgegebenen elektromagnetischen Induktionsspannung ermöglicht, die näherungsweise einer Sinuswelle, abhängig von der Positionsänderung entspricht.
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Noch ferner offenbart
JP-A-9-210611 ein Verfahren, gemäß dem eine durch ein sinusförmiges, leitendes Muster gebildete Spule eine eingearbeitete Spule ist, so dass mehrere Spulen mit hoher Dichte nahezu an derselben Stelle montiert sind.
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Indessen bestand in letzter Zeit auch ausgeprägtes Interesse an der Verwendung von Werkzeugmaschinen, die einen zusammengesetzten Prozess ausführen. In der Hauptquelle einer derartigen Maschine für einen zusammengesetzten Prozess wird ein an ihr befestigtes Prozessziel genau gedreht, und durch ein rotierendes Werkzeug wird eine Konturverarbeitung ausgeführt. Eine derartige Verarbeitungsanwendung erfordert es, die Rotationsposition der Hauptquelle oder dergleichen genau zu erfassen. Jedoch ist der in
JP-A-62-274215 offenbarte Positionssensor unter Verwendung eines magnetoresistiven Elements, wie er in weitem Umfang als Positionssensor für eine Hauptquelle verwendet wird, für eine hochgenaue Positionserfassung wegen der unzufriedenstellenden Temperaturcharakteristik magnetoresistiver Elemente ungeeignet. Darüber hinaus kann die Verwendung eines Permanentmagnets dahingehend problematisch sein, dass Eisenpulver, wie es z. B. beim Arbeiten der Maschine erzeugt wird, dazu neigt, an Sensorflächen anzuhaften, wodurch die Erfassungsgenauigkeit verringert wird.
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Andererseits besteht bei einem Positionssensor unter Verwendung mehrerer Spulen, wie er oben beschrieben ist, das Problem anhaftenden Eisenpulvers nicht, und er zeigt eine stabilere Temperaturcharakteristik. Ferner ermöglicht es die Sinusform der Spulen, eine nahezu sinusförmige Signalamplitudenänderung abhängig von der Positionsauslenkung zu erzielen. Aus diesem Grund kann die Position einer Skalenvertiefung durch eine Interpolationsverarbeitung der Amplitudenänderung mehrerer Erfassungssignale mit hoher Auflösung erfasst werden. Jedoch besteht ein Problem bei einem Sensor unter Verwendung mehrerer Spulen darin, dass das unverstärkte Ausgangssignal schwach ist, so dass dann, wenn die Vertiefungsschrittweite des Maßstabs für höhere Genauigkeit erhöht wird, der erfassbare Signalpegel extrem niedrig ist. Demgemäß führt eine kleinere Vertiefungsschrittweite der Skala zu einem kleineren Signal/Rauschsignal-Verhältnis. Außerdem nimmt selbst bei verringerter Vertiefungsschrittweite die Erfassungsauflösung derselben durch Rauschsignale ab, so dass es schwierig ist, die Genauigkeit zu erhöhen.
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Ferner besteht, wenn z. B. eine Technologie für gedruckte Leiterplatten dazu verwendet wird, Spulen mit sinusförmigem Leitungsmuster mit kurzer Wellenlänge anzuordnen, ein Problem auch dahingehend, dass keine eingearbeitete Spule realisiert werden kann, da die Projektionsfläche einer Zwischenschichtverbindung mehrmals größer als eine Leiterbahnbreite (Dicke des leitenden Musters) ist. Demgemäß müssen, um einen Positionssensor zu realisieren, der einen Maßstab mit kleiner Vertiefungsschrittweite handhaben kann, mehrere Spulen an verschiedenen Stellen angebracht werden. Dies führt zum Problem, dass die den Magnetfluss aufnehmende Fläche der Spulen verringert ist, was zu einem verkleinerten Erfassungssignalpegel führt. Darüber hinaus besteht ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, obwohl eine eingearbeitete Spule mit kleiner Vertiefungsschrittweite realisiert werden kann, die Genauigkeit der sinusförmigen Spulenform über mehrere Schichten aufrechtzuerhalten. Demgemäß besteht ein Problem auch dahingehend, dass selbst dann, wenn der Erfassungssignalpegel durch die eingearbeitete Spule erhöht werden kann, eine hochgenaue Positionserfassung der Vertiefungsschrittweite aufgrund der beeinträchtigten Genauigkeit der Spulenform unmöglich wird.
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Außerdem wird, gemäß
JP-A-8-313295 eine Spule verwendet, bei der zwei sinusförmige, leitende Muster mit großer Amplitude und umgekehrten Phasen in Reihe geschaltet sind, um eine hochgenaue Positionserfassung auszuführen, in welchem Fall eine Spule und ein Maßstab erforderlich sind, die einen magnetischen Wechselfluss erzeugen, der ausreichend groß für die Amplitude der sinusförmigen, leitenden Muster ist, was zum Problem führt, dass die Größe des Positionssensors zunimmt. Der Grund hierfür besteht darin, dass der Magnetfluss in der den magnetischen Wechselfluss erzeugenden Spule umso weniger gleichmäßig wird, je weiter das Zentrum entfernt ist, wo der Magnetfluss erzeugt wird, so dass dann, wenn die zum Erzeugen des magnetischen Wechselflusses verwendete Spule klein ist, ein Teil des sinusförmigen, leitenden Musters an einer Stelle vorliegt, an der die Magnetflussänderung groß ist. Auch ist, wenn der Maßstab in der Dickenrichtung klein gemacht wird, ein Teil des sinusförmigen, leitenden Musters an einer Stelle angeordnet, an der sich der Magnetfluss in der Nähe des Maßstabrands schnell ändert, wodurch es zum selben Problem kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit elektromagnetischer Induktion arbeitenden Positionssensor zu schaffen, der klein und genau ist.
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Diese Aufgabe ist durch den Positionssensor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Positionssensors zeigt;
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2 ist ein Diagramm, das die Spulenform des Positionssensors der 1 zeigt;
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3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung des Positionssensors der 1 zeigt;
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4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Amplitude und einer Spulenfläche zeigt; und
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5 bis 7 sind Diagramme, die jeweils eine andere Spulenform des Positionssensors der 1 zeigen.
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Wie es aus der 1 erkennbar ist, besteht ein Maßstab 2 z. B. aus einem zylindrischen Eisenmaterial, das ein weichmagnetisches Material ist. Dieser Maßstab 2 ist an einer sich drehenden Welle 1 befestigt, und er ist zahnradförmig, mit 36 Vertiefungen mit im Wesentlichen einer Schrittweite λ entlang seinem Außenumfang. Ein mit einer Spule 4 bewickelter Elektromagnet 5 besteht z. B. aus einem weichmagnetischen Material wie einem Ferrit mit guten Hochfrequenzeigenschaften. Die Spule 4 führt eine Signalformwandlung eines durch einen in der 3 dargestellten Timer 31 erzeugten Erregungsimpulssignals EX in ein sinusförmiges Erregungssignal VEX mittels einer Signalformungsschaltung 39 aus. Ferner wird das sinusförmige Erregungssignal VEX in einen elektrischen Stromverstärker 10 eingegeben, der es verstärkt, um der Spule 4 einen sinusförmigen Erregungswechselstrom I·–sin(ωt) zuzuführen. Demgemäß erzeugt der Elektromagnet 5 zur gezahnten Fläche des Maßstabs 2 hin einen magnetischen Wechselfluss. Dabei wird der in der Nähe der Oberfläche des Maßstabs 2 erzeugte magnetische Wechselfluss im Wesentlichen mit einer Schrittweite der Wellenlänge λ in seiner Rotationsrichtung wiederholt stark und schwach, und zwar entsprechend Reluktanzänderungen aufgrund der Vertiefungen an der Oberfläche. D. h., dass der Elektromagnet 5 und der Maßstab 2 als Erzeugungseinrichtung für einen magnetischen Wechselfluss dienen, der im Wesentlichen mit der Wellenlänge λ in der Bewegungsrichtung eines Positionserfassungsziels, hier der Welle 1, wiederholt stark und schwach wird.
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Ein Sensorträger 3 ist so angeordnet, dass er zwischen dem Elektromagnet 5 und der Außenumfangsfläche des Maßstabs 2 angeordnet ist, wobei er mit einem vorbestimmten Zwischenraum zum Maßstab 2 an der Seite des Elektromagnets 5 befestigt ist. Der Sensorträger 3 verfügt über eine gedruckte Leiterplatte mit zweischichtiger Struktur, wobei ein leitendes Muster in einer ersten Schicht, die eine Oberflächenschicht ist, und ein leitendes Muster in einer zweiten Schicht über ein lagenförmiges Isoliermaterial aneinander befestigt sind. Eine Zwischenschichtverbindung dieser leitenden Muster bildet zwei Spulen: eine Spule 6 und eine Spule 7. Die Spule 6 verfügt über acht leitende Muster 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, die in der oberen Hälfte der 2 dargestellt sind, und die Spule 7 verfügt über acht leitende Muster 15, 16, 17, 18, 25, 26, 27, 28, die in der unteren Hälfte der 2 dargestellt sind. Jedes leitende Muster verfügt über sinusförmigen Verlauf mit einer Amplitude h. An derselben Position der ersten und der zweiten Schicht sind acht Paare sinusförmiger, leitender Muster (11 und 21, 12 und 22, 13 und 23, 14 und 24, 15 und 25, 16 und 26, 17 und 27, 18 und 28) mit Formen mit zueinander umgekehrten Phasen angeordnet. Nachfolgend werden die leitenden Muster in der ersten und der zweiten Schicht, die an derselben Position ausgebildet sind (z. B. 11 und 21, 12 und 22, usw.) als ”Paar leitender Muster” bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Spule vier Paare leitender Muster (11 und 21, 12 und 22, 13 und 23, 14 und 24 oder 15 und 25, 16 und 26, 17 und 27, 18 und 28). Darüber hinaus sind bei der vorliegenden Ausführungsform, da zwei Spulen vorliegen, zwei Sätze von vier Paaren leitender Muster im Sensorträger 3 ausgebildet. Alle leitenden Muster in derselben Schicht, die dieselbe Spule bilden, weisen dieselbe Phase aus, und sie sind mit regelmäßigem Intervall zwischen ihnen in einer Richtung (Amplitudenrichtung der Sinusform der leitenden Muster) vertikal zur Bewegungsrichtung des Maßstabs 2 angeordnet. Die die Spule 6 bildenden leitenden Muster verfügen über eine Phase, die um π/2 (λ/4) gegenüber der der leitenden Muster verschoben ist, die die Spule 7 bilden. Genauer gesagt, sind die Phasen zwischen den sinusförmigen, leitenden Mustern 11, 12, 13 und 14 und den sinusförmigen, leitenden Mustern 15, 16, 17, 18 sowie zwischen den sinusförmigen, leitenden Mustern 21, 22, 23 und 24 sowie den sinusförmigen, leitenden Mustern 25, 26, 27, 28 um π/2 (λ/4) verschieden.
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Als Nächstes wird die Verbindung der eine Spule bildenden acht leitenden Muster (z. B. 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24) erläutert. Die eine Spule bildenden acht leitenden Muster werden durch andere leitende Muster als die sinusförmigen, leitenden Muster an den beiden Enden sowie durch eine Zwischenschichtverbindung (Durchgangslöcher) seriell verbunden, um eine Spule zu bilden. Diese serielle Verbindung erfolgt in solcher Weise, dass, gesehen von der Vorderseite des Sensorträgers 3 her, die Richtung des durch die Spule geleiteten elektrischen Stroms in allen vier leitenden Mustern (z. B. 11, 12, 13, 14) in der ersten Schicht gleich ist, und die Richtung in den vier sinusförmigen, leitenden Mustern (z. B. 21, 22, 23, 24) in der zweiten Schicht der Richtung in der ersten Schicht entgegengesetzt ist (sh. die Pfeile in der 2). D. h., dass die rechten Enden der leitenden Muster in der ersten Schicht mit linken der leitenden Muster in der zweiten Schicht in Reihe geschaltet sind, und dass linke Enden der leitenden Muster in der ersten Schicht mit rechten Enden der leitenden Muster in der zweiten Schicht in Reihe geschaltet sind.
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Als Nächstes wird ein Beispiel dieses Positionssensors erläutert, der eine Positionserfassung an der Welle 1 ausführt. Zunächst erzeugen der Maßstab 2 und der Elektromagnet 5 einen magnetischen Wechselfluss, der mit der Schrittweite der Wellenlänge λ in der Nähe der Oberfläche des Maßstabs 2 wiederholt stark und schwach wird. Wenn die Spulen 6, 7 diesen magnetischen Wechselfluss empfangen, werden durch den Effekt elektromagnetischer Induktion in ihnen elektromagnetische Induktionsspannungen VS, VC erzeugt, wie sie in den folgenden Gleichungen (1), (2) angegeben sind, die vom Rotationswinkel Θ des Maßstabs abhängen.
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[Formel 1]
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VS = A·sin(36Θ)·cos(ωt) (1)
VC = A·cos(36Θ)·cos(ωt) (2)
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A ist ein die Amplitude angebender Koeffizient.
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Die durch die Spulen 6, 7 erzeugten elektromagnetischen Induktionsspannungen VS, VC werden durch Differenzverstärker 8 bzw. 9 verstärkt und als Spannungssignale SA, CA ausgegeben. Diese werden durch ein A/D-Wandlungsstartsignal ST von einem Timer 31 zum Zeitpunkt, zu dem cos(ωt) = 1 gilt, in A/D-Wandlern 19 bzw. 20 in digitale Signale SD bzw. CD gewandelt. Dabei sind die digitalen Signale SD, CD dergestalt, wie es in den folgenden Gleichungen (3), (4) angegeben ist.
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[Formel 2]
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SD = B·sin(36Θ) (3)
CD = B·cos(36Θ) (4)
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B ist ein die Amplitude angebender Koeffizient.
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In einem Mikroprozessor 30 wird, wenn ein Interruptsignal INT vom Timer 31 eingegeben wird, mit den digitalen Signalen SD, CD als Eingangssignalen eine zweiwertige arcustangens-Operation ausgeführt, um dadurch einen Wert 36Θ zu erhalten, der als Zahlenwert die Rotationsposition bei einer 1/36-Drehung des Maßstabs 2 angibt (Position innerhalb einer Schrittweite der Vertiefungen des Maßstabs 2). Ferner wird im Mikroprozessor 30 auch ein Verdrehwert über die 1/36-Drehung des Maßstabs 2 durch eine Inkrementverarbeitung aus der erhaltenen Änderung 36Θ erhalten, und als Ergebnis der obigen Verarbeitung wird ein digitales Signal PO ausgegeben, das die Rotationsposition innerhalb einer Umdrehung der Welle 1 angibt.
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Als Nächstes wird die Beziehung zwischen der Amplitude der leitenden Muster und einer Spulenfläche unter Bezugnahme auf die
4 erläutert, die diese Beziehung zeigt. D. h., sie zeigt die Spulenfläche, wenn sich die Amplitude der leitenden Muster ändert. Hierbei wird, unter den Bedingungen eines Musteranordnungsbereichs mit einer Leiterbreite von 0,1 mm, einem minimalen Zwischenmuster-Zwischenraum von 0,1 mm und einem Amplitudenrichtungsabstand von 1 mm die Fläche eines durch ein Paar leitender Muster in der halben Wellenlänge eingeschlossenen Bereichs mit einer Zahl K eines Paars leitender Muster, die maximal im Anordnungsbereich dieser Amplitude angeordnet werden können, multipliziert, um diesen Wert als Spulenfläche zu berechnen. Die Fläche des durch ein Paar leitender Muster in einer halben Wellenlänge eingeschlossenen Bereichs ist bei hoher Amplitude größer. Jedoch ist die Zahl K eines Paars leitender Muster, die maximal im Anordnungsbereich angeordnet werden können, bei hoher Amplitude kleiner. Im Kurvenbild der
4 gibt K = 1 ein herkömmliches Muster an, wie es z. B. durch die
6B in
JP-A-63-24124 repräsentiert ist. Ferner gibt K = 4 im selben Kurvenbild ein Muster an, das der Spule
6 oder
7 des Sensorträgers
3 in der
2 entspricht. Aus dem Kurvenbild der
4 ist es ersichtlich, dass dann, wenn die Anzahl K von Paaren eine geeignete Zahl vom Wert 2 oder höher ist, die den Magnetfluss empfangende Spulenfläche größer als bisher gemacht werden kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, da der Wert der durch die Spule ausgegebenen elektromagnetischen Induktionsspannung proportional zur Spulenfläche ist, ein größeres Ausgangssignal als bisher auszugeben. Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da mehrere leitende Muster in der Amplitudenrichtung mit Intervallen angeordnet sind, die Amplitude dieser leitenden Muster kleiner als bisher gemacht werden. D. h., dass selbst bei kleinerer Amplitude mehrere leitende Muster mit Intervallen angeordnet sind, so dass die Spule insgesamt einen magnetischen Wechselfluss in einem größeren Bereich empfangen kann. Das leitende Muster verfügt über eine Form mit kleiner Amplitude, so dass dann, wenn die axiale Dicke des Elektromagnets und des Maßstabs klein ist und eine Änderung der Verteilung des axialen Magnetflusses groß ist, die Änderung des axialen Magnetflusses in einem Paar leitender Muster klein ist. Demgemäß ist im Vergleich zu den sinusförmigen, leitenden Mustern mit hoher Amplitude eine hochgenaue Positionserfassung möglich. Daher können der Elektromagnet und der Maßstab kleiner als bisher gemacht werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, hinsichtlich der leitenden Muster des Sensorträgers 3, dieser Sensorträger in der 1 durch einen solchen mit leitenden Mustern ersetzt werden kann, wie sie in den 5, 6 und 7 dargestellt sind. Diese Variationen werden nun auf vereinfachte Weise erläutert.
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Die 5 ist ein Diagramm, das ein Sensorträger 40 einer zweiten Ausführungsform zeigt, bei dem sinusförmige, leitende Mustergruppen 32, 33, 34, 35 mit regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, wobei eine Gruppe aus zwei Paaren leitender Muster, entsprechend K = 2 im Kurvenbild der 4, aufgebaut ist. Ferner sind die sinusförmigen, leitenden Mustergruppen 32, 33 in Reihe mit den sinusförmigen, leitenden Mustergruppen 34 bzw. 35 verbunden, wodurch zwei Spulen 61, 62 gebildet sind. So können beim Induktion 40 die Schwerpunkte der Spulen 61, 62 dichter beieinander als die der Spulen 6, 7 in der 2 positioniert werden. Die dichtpositionierten Schwerpunkte der zwei Spulen ermöglichen es, eine Abnahme der Positionserfassungsgenauigkeit aufgrund von Änderungen des Signalamplitudengleichgewichts und einer Phasendifferenz zwischen den zwei Signalen VS und VC selbst dann einzuschränken, wenn das Sensorträger in verschiedenen Richtungen geneigt wird.
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Beim in der 6 dargestellten Sensorträger 50 einer dritten Ausführungsform sind sinusförmige, leitende Mustergruppen 36, 37, 38, 39 vorhanden, wobei eine Gruppe aus zwei benachbarten Paaren leitender Muster, entsprechend K = 2 im Kurvenbild der 4, aufgebaut ist. Ferner sind die sinusförmigen, leitenden Mustergruppen 36, 35 in Reihe mit den sinusförmigen, leitenden Mustergruppen 39, 37 geschaltet, wodurch zwei Spulen 63, 64 gebildet sind. So können bei diesen Sensorträger 50 die Schwerpunkte der Spulen 63, 64 dichter beieinander als die der Spulen 61, 62 in der 5 positioniert werden. Jedoch sind beim Sensorträger 50 die leitenden Muster der Spule 63 erheblich in Außenumfangsteilen angeordnet, wo die Änderung der Magnetflussverteilung relativ groß ist, was zum Nachteil führt, dass die Tendenz besteht, dass die Charakteristiken der zwei Spulen nicht ausgeglichen sind.
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Als Nächstes wird anhand der 7 ein Sensorträger 60 einer vierten Ausführungsform erläutert, bei dem in einer ersten und einer zweiten Schicht acht Paare sinusförmiger, leitender Mustergruppen 41 und 51, 42 und 52, 43 und 53, 44 und 54, 45 und 55, 46 und 56, 47 und 57, 48 und 58 mit der Wellenlänge λ mit regelmäßigen Intervallen in einer Richtung (Richtung der Sinuswellenamplitude) vertikal zur Bewegungsrichtung des Maßstabs so angeordnet sind, dass sie sequenziell um die regelmäßige Phasendifferenz π/4 (λ/8) verschoben sind.
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Wenn ein Satz von Mustern aus zwei Paaren sinusförmiger, leitender Mustergruppen besteht, die in der Richtung der Sinuswellenamplitude benachbart sind, sind vier Sätze möglich, mit einem Satz aus den sinusförmigen, leitenden Mustergruppen 41, 42, 51, 52; einem Satz aus 43, 44, 53, 54, einem Satz aus 45, 46, 55, 56 und einem Satz aus 47, 48, 57, 58. Vier sinusförmige, leitende Mustergruppen sind so in Reihe geschaltet, so dass, von der Vorderseite des Sensorträgers 60 her gesehen, alle Ströme, die durch die sinusförmigen, leitenden Muster desselben Satzes in der ersten Schicht fließen, in derselben Richtung verlaufen und die durch die sinusförmigen, leitenden Muster desselben Satzes in der zweiten Schicht fließenden Ströme in der entgegengesetzten Richtung zu der in den zugehörigen sinusförmigen, leitenden Mustergruppen in der ersten Schicht fließen. Ferner ist der aus den sinusförmigen, leitenden Mustern 41, 42, 51, 52 bestehende Satz in Reihe zum aus 45, 46, 55, 56 bestehenden Satz geschaltet, und der aus den sinusförmigen, leitenden Mustern 43, 44, 53, 54 bestehende Satz in Reihe zum aus 47, 48, 57, 58 bestehenden Satz geschaltet, wodurch zwei Spulen 65, 66 gebildet sind. Auf diese Weise können von den Spulen 65, 66 Ausgangssignale ähnlich denen der Gleichungen (1), (2) für die Rotationsposition Θ des Maßstabs erhalten werden. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Sensorträger 60 der 7 die den Gleichungen (1), (2) ähnlichen Ausgangssignale auch dann erhalten werden können, wenn die sinusförmigen, leitenden Muster innerhalb des oben beschriebenen Satzes lediglich in Reihe geschaltet sind, z. B. dann, wenn VS das Ausgangssignal des aus den sinusförmigen, leitenden Mustern 41, 42, 51, 52 bestehenden Satzes ist und VC das Ausgangssignal des aus den sinusförmigen, leitenden Mustern 43, 44, 53, 54 bestehenden Satzes ist.
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Wenn die sinusförmigen, leitenden Muster mit stark variierender Phasendifferenz sequenziell angeordnet sind, wie beim Sensorträger 60 der 7, ist die Fläche der Spulen, die in einem bestimmten Bereich angeordnet werden können, kleiner als beim Beispiel der 2. Jedoch ist es möglich, ein Signal zusammengesetzter elektromagnetischer Induktionsspannungen, wie sie durch die phasenverschobenen sinusförmigen, leitenden Muster erzeugt werden, zu erhalten, so dass der zugehörige Mittelungseffekt eine Verringerung der Verzerrung einer Amplitudenänderung aufgrund einer Positionsänderung ermöglicht, wodurch eine Positionserfassung mit hoher Genauigkeit möglich ist.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung von Beispielen beschrieben wurden, bei denen die leitenden Muster eine Zweischichtstruktur aufweisen, besteht für die Anzahl der Schichten keine Einschränkung solange die leitenden Muster eine Struktur mit geradzahligen Schichten aufweisen. Daher können Vierschichtstrukturen, Sechsschichtstrukturen und dergleichen verwendet werden. Z. B. werden beim Sensorträger, bei dem die erste und die zweite Schicht dieselbe Struktur aufweisen, wie in der 2, dieselben sinusförmigen, leitenden Muster wie diejenigen in der zweiten Schicht zu einer dritten Schicht hinzugefügt, und dieselben leitenden, sinusförmigen Muster wie diejenigen in der ersten Schicht werden zu einer vierten Schicht hinzugefügt, so dass sie auf solche Weise in Reihe geschaltet werden, dass durch die leitenden, sinusförmigen Muster an derselben Position Ströme in derselben Richtung mit derselben Phasenform fließen, wodurch zwei Spulen mit Vierschichtstruktur ermöglicht sind. Darüber hinaus wurden bei den Ausführungsformen zwei Spulen beschrieben, die Spannungen ausgeben, deren Amplitude sich bei verschiedenen Phasen von π/2 in Bezug auf eine Positionsänderung ändert, jedoch können die Anordnung und die Phase der sinusförmigen, leitenden Muster so geändert werden, dass drei Spulen Spannungen mit drei Phasen ausgeben, deren Amplitude sich mit verschiedenen Phasen von 2π/3 abhängig von der Position ändert.
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Ferner wurden zwar Beispiele beschrieben, bei denen ein weichmagnetisches Material mit Vertiefungen mit im Wesentlichen der Schrittweite λ für den Maßstab verwendet wird, um einen magnetischen Wechselfluss zu erzeugen, der im Wesentlichen mit der Schrittweite der Wellenlänge λ in Bezug auf die Relativbewegungsrichtung wiederholt stark und schwach wird, jedoch sind andere Konfigurationen möglich, wie z. B. eine leitende Abschirmung unter Verwendung magnetischer Abschirmungseffekte durch einen Wirbelstrom, wie es in
JP-A-63-24124 angegeben ist. Außerdem ist die Erfindung nicht auf einen Positionssensor vom Typ mit elektromagnetischer Induktion eingeschränkt, der eine Rotationsposition auf die bei den Ausführungsformen beschriebene Weise erfasst, sondern ein derartiger Sensor kann zum Erfassen einer Linearposition z. B. dadurch aufgebaut werden, dass der Maßstab als zahnstangenförmiges Element aus einem weichmagnetischen Material konfiguriert wird.
