磁性位移传感器以及位移的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于磁性位移传感器来检测位移，特别涉及减小由温度变动引起的误差。
【背景技术】
[0002]已知使用将磁性体和非磁性体交替且周期性地配置的磁尺以及磁性位移传感器来检测位移的情况。例如，在专利文献1(日本特开平09-264758)中公开一种磁性位移传感器，使用4个一次线圈和4个二次线圈来取出sin(0+cot)的输出。此处，ω是励磁用的交流电流的角频率，Θ是相对于磁尺的电气相位角。在该磁性位移传感器中，线圈为环状，将一次线圈配置于内周侧，将二次线圈配置于外周侧，并将一次线圈与二次线圈重叠配置。并且，杆状的磁尺通过环状线圈的中空部，使用在磁尺上以恒定间距设置的磁标记，磁性位移传感器检测位移。以下，有时将磁性位移传感器简称为传感器。
[0003]当不使用一次线圈和二次线圈而使用兼具一次和二次的线圈时，能够使线圈的数量例如成为一半(专利文献2:日本特开2013-024779)。在该情况下，对线圈的列施加交流电压，而对在线圈中流动的交流电流的相位(θ+cot)进行检测。并且，当使电流流动的方向相反地设置两列线圈的列时，能够减小由磁尺与传感器之间的相对速度引起的误差(专利文献2) ο
[0004]并且，提出通过磁性位移传感器来补偿热变形对机床等精密机械的影响(专利文献3:日本特开2011-093069)。例如，当车床的主轴箱与刀架之间的间隔由于车床的热变形而变化时，工件的加工精度降低。因此，通过对主轴箱以及刀架的位置进行测定，由此求出主轴箱与刀架之间的间隔，只要以不受周围温度的影响的方式使主轴箱等移动，则能够补偿热变形的影响。在专利文献3中，通过磁尺和磁性位移传感器来测定机床的主轴箱以及刀架的位置。在专利文献3中虽然未明确记载，但当通过因瓦合金等实质上不产生热膨胀的材料来构成磁尺时，成为不受周围温度的影响的磁尺。
[0005]发明人着眼于磁性位移传感器本身不受热膨胀的影响的情况。该传感器例如将线圈卷绕在非磁性体的线圈架上。作为非磁性体，已知热膨胀率极小的玻璃、陶瓷等，但仅通过这种材料难以加工成精确的形状。此外，当将热膨胀率较小的因瓦合金等用于线圈架时，线圈架的因瓦合金会遮断磁尺的影响。因而，难以消除线圈架的热膨胀。
[0006]另外，在专利文献4 (日本特开2003-269993)的位置传感器中，在由陶瓷、因瓦合金等热膨胀率较小的原材料形成的圆柱的表面，设置Cu的薄膜线圈。而且，公开有如下内容:使Cu的薄膜线圈相对于不锈钢的管进出，对不锈钢管与薄膜线圈重叠的长度进行测定。假设如果能够将不锈钢管变更为因瓦合金等的管，并在其内周面设置精密的磁标记，则能够不受周围温度的影响地测定位置。但是，这种加工较困难。
【发明内容】
[0007]本发明的课题在于减小周围温度对磁性位移传感器的影响。
[0008]本发明为一种磁性位移传感器，通过由支承体支承的多个线圈与沿着长度方向以恒定间距设置有周期性地变化的磁标记的磁尺之间的相互作用，对位移进行检测，其特征在于，具备:
[0009]壳体，收纳支承体；以及
[0010]固定部，沿着磁尺的长度方向将支承体的中央部固定于壳体，
[0011]沿着磁尺的长度方向，在固定部的两侧，多个线圈分别以相同数量支承于支承体。
[0012]本发明还提供一种位移的检测方法，通过具有支承体和由支承体支承的多个线圈的磁性位移传感器、以及沿着长度方向以恒定间距具有周期性地变化的磁标记的磁尺，对位移进行检测，其特征在于，
[0013]上述磁性位移传感器具备:
[0014]壳体，收纳支承体；以及
[0015]固定部，沿着磁尺的长度方向将支承体的中央部固定于壳体，
[0016]沿着磁尺的长度方向，在固定部的两侧，多个线圈分别以相同数量支承于支承体，
[0017]在分别以相同数量支承在固定部的两侧的线圈之间，使支承体的热膨胀的影响抵消。
[0018]对于支承体的固定部、换言之为将支承体固定于壳体的位置来说重要的是:在固定部的两侧分别配置相同数量的线圈，并在线圈之间使支承体的热膨胀的影响抵消。将中央部作为固定部是为了将线圈配置在其两侧，但固定部并不限定于长度方向上的中心。线圈的配置优选相对于支承体的中央部(固定部)对称。
[0019]在本发明中，即便由于支承体的热膨胀而线圈的位置变化，也能够在分别以相同数量支承在固定部的两侧的线圈之间，使热膨胀的影响抵消。当线圈的配置相对于固定部对称地接近时，由热膨胀引起的位移的检测误差变小。但是，即便不对称，通过在固定部的两侧分别配置相同数量的线圈，也能够相当大程度地使误差抵消。
[0020]例如，能够考虑到，如+sin相的线圈和-sin相的线圈、以及+cos相的线圈和-cos相的线圈那样，设置至少2个sin相输出的线圈、以及至少2个cos相输出的线圈。在该情况下，当沿着磁尺的长度方向，在固定部的两侧配置至少各1个sin相输出的线圈、并且配置至少各1个cos相输出的线圈时，在+sin相的线圈与-sin相的线圈之间能够使误差抵消，在+cos相的线圈与-cos相的线圈之间也能够使误差抵消。
[0021]更优选为，多个线圈为6个或者8个。并且，按照将磁尺的磁标记的间距设为2 31的电气相位角，将电气相位角均为Θ的2个线圈在固定部的两侧对称地配置各1个，且将相对于磁尺的电气相位角均为θ+π的2个线圈在固定部的两侧对称地配置各1个。电气相位角为Θ和Θ+3Τ的线圈可以是sin相的线圈、也可以是cos相的线圈。
[0022]当将+sin相的输出的线圈相对于-sin相的输出的线圈固定部对称地配置时，难以将土cos相的输出的一对线圈对称地配置。此外，当将土COS相的输出的一对线圈相对于固定部对称地配置时，难以将土sin相的输出的一对线圈对称地配置。另外，sin相和cos相仅是将哪个位置作为电气相位角的0的问题。因此，例如将+sin相的输出的线圈和-sin相的输出的线圈相对于固定部对称地配置。能够将+cos相的一对线圈相对于固定部对称地配置，也能够将-cos相的一对线圈相对于固定部对称地配置。因此，当将+COS相的线圈和-COS相的线圈在固定部的两侧对称地配置各一对时，线圈的配置成为对称。并且，在该情况下，由温度变动引起的误差几乎为0。
[0023]尤其优选为，多个线圈为8个，将相对于磁尺的电气相位角例如均为(θ +1/2 31)的2个线圈在固定部的两侧对称地配置各1个，且将相对于磁尺的电气相位角例如均为(θ -1/2 31)的2个线圈在固定部的两侧对称地配置各1个。剩余4个线圈的相位例如2个为θ、2个为Θ+jt。如此，能够将+sin相的线圈和-sin相的线圈、以及+cos相的线圈和-cos相的线圈，分别在处于支承体的中央部的固定部的两侧对称地配置各2个。并且，相同输出相位的线圈各存在2个，因此驱动电路变得简单。
[0024]此外，优选为，支承体是使磁尺插通自如的中空形状的线圈架，多个线圈卷绕于线圈架。在该情况下，将线圈架的中央部固定于壳体，在线圈架的中央部的两侧，优选尽量提高对称性地配置线圈，最优选对称地配置线圈。于是，容易在线圈之间使热膨胀的影响抵消。此外，在磁尺中，在管或者杆的外周面上，能够通过电镀等来设置精确的磁标记。磁标记在线圈架的内部通过，因此能够加强线圈与磁标记之间的磁性相互作用。
[0025]优选为，壳体与支承体的热膨胀率不同。更优选为，使壳体的热膨胀率低于支承体的热膨胀率。另外，在本说明书中，按照线热膨胀率的含义来使用热膨胀率。在将支承体收纳于壳体的情况下，使两者的热膨胀率一致是一种常识。但是，在本发明中，不需要使两者的热膨胀率一致。尤其是，支承体相对于壳体向固定部的两侧进行伸缩，因此不会产生由热膨胀率的不同引起的应变。与支承体相比，壳体能够选择材料的范围更广，因此优选使壳体的热膨胀率小于支承体的热膨胀率。
[0026]优选为，壳体为因瓦合金、超因瓦合金等低热膨胀率的金属，支承体为低热膨胀率的玻璃与有机粘结剂的混合物等绝缘体。在本说明书中，低热膨胀率是指室温下的线热膨胀率为2ppm以下，在因瓦合金中为1.2ppm。此外，支承体的线膨胀率例如为20ppm程度。由于将支承体固定于低热膨胀率的壳体，因此能够减小温度变动对壳体的影响。此外，由于是金属的壳体，因此能够遮断来自外部的电场。尤其是，因瓦合金为磁性，还能够遮断来自外部的磁场。绝缘体的支承体不会妨碍磁尺与线圈之间的相互作用，尤其是当成为玻璃与塑料粘结剂的混合物时，能够精确地加工成所期望的形状。
【附图说明】
[0027]图1是实施例的磁性位移传感器的长度方向截面图。
[0028]图2表示线圈的配置，1)表示现有例的配置，2)表示实施例的配置，3)表示变形例1的配置，4)表示最佳实施例的配置，5)表示变形例2的配置，6)表示变形例3的配置，7)表不电气相位角(相位)。
[0029]图3是实施例1的驱动电路的电路图。
[0030]图4是最佳实施例的驱动电路的电路图。
[0031]图5是对于现有例、实施例以及最佳实施例表示由温度依存性引起的误差的模拟结果的图。
[0032]图6是表示实施例和最佳实施例的误差的实测值的图。
【具体实施方式】
[0033]图1?图6表示实施例及其变形。图1表示磁性位移传感器10的构造。2是磁尺，在因瓦合金、超因瓦合金等低热膨胀率的圆棒的表面上，以一定的间距设置环状的Cu薄膜6等磁标记，磁尺的表面例如由保护膜8覆盖。为了设置Cu薄膜6，利用镀Cu和蚀刻等即可。此外，也可以代替Cu，而使用A1等的非磁性的金属膜。
[0034]磁性位移传感器10 (以下简称为传感器10)具备由因瓦合金、超因瓦合金等低热膨胀率的金属形成的壳体12，从管14供给空气，通过空气轴承15非接触地支承磁尺2。另夕卜，非接触地支承磁尺2的构成是任意的，并不限定于空气轴承15。16是不锈钢等的内壳，收纳线圈架18。线圈架18由玻璃粉体和粘结剂形成，并构成为绝缘体。此外，线圈架18在沿着长度方向的一个部位、在此为长度方向的中心部，例如通过销20固定于壳体12。在固定时，可以使用螺栓、小螺钉、键等紧固部件，或者也可以将壳体12与线圈架18嵌合或粘接。以下，沿着线圈架18的长度方向(磁尺2的轴向)，将通过销20固定的位置称作(线圈架18的)中心C。此外，磁尺2在线圈架18的内部沿着长度方向移