CN102200425A - 电磁致动器的变位检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种电磁致动器的变位检测装置，其包括：电磁致动器，电磁致动器包括可动芯、驱动线圈以及检测线圈；驱动部，其被构造成基于脉宽调制信号将驱动电流供给到驱动线圈；以及变位检测部，检测线圈的输出电压被输入到变位检测部，且变位检测部被构造成输出与可动芯的变位对应的变位检测信号，其中，变位检测部包括：采样信号产生部，其被构造成与脉宽调制信号同步地产生采样信号；和同步采样部，其被构造成通过与采样信号同步地对检测线圈的输出电压进行采样来输出变位检测信号。根据如上构造的变位检测装置，通过为传统结构的电磁致动器附加检测线圈来获得结构简单的电磁致动器，由此确保变位检测装置的高的设计自由度和变位检测装置的紧凑的结构。

Description

电磁致动器的变位检测装置
技术领域
本发明涉及一种由脉宽调制信号驱动的电磁致动器的变位检测装置。电磁致动器用于产生对用户的操作的反作用力并且用于允许例如操作元件或构件、阀等的自动操作。
背景技术
在电子键盘乐器的键盘装置中，为各键设置驱动机构以执行增减表演者或演奏者在演奏操作时感受到的键触感的控制、即力感控制(force sense control)，或者如下面的专利文件1所述，允许在无演奏者操作的情况下键的自动操作以实现自动演奏。键盘装置使用双向驱动电磁致动器。更具体地，在电磁致动器中，被构造成使键沿压键方向枢转的前进螺线管(前进线圈)和磁轭(yoke)与被构造成使键沿离键方向枢转的后退螺线管(后退线圈)和磁轭串联布置。另外，柱塞(plunger)(可动芯)插通这些驱动线圈的中心，使得柱塞的驱动轴与键接触。
在声学钢琴中，反作用力的大小根据键的冲程位置而变化以获得键触感。鉴于此，在专利文件1中，应变计或光学传感器的检测信号被输出作为柱塞或键的位置信息，并且控制后退螺线管的驱动电流，从而给出键触感。然而，所公开的装置需要昂贵的应变计或光学传感器。
同时，如下面的专利文件2所公开的那样，已知一种如下的差动变压器(differential transformer)：通过检测由磁耦合感应的电压来检测可动芯的变位位置。
在上述的差动变压器中，将由正弦波给一次侧线圈通电，并且经由可动芯使两个差动连接的二次侧线圈相互连接。但是，该可动芯专用于检测可动芯的变位位置，并不用作柱塞。
因此，在专利文件2中所述的差动变压器被用于检测专利文件1中所述的电磁致动器的变位位置的情况下，需要正弦波振荡器并且需要围绕柱塞布置差动变压器。但是，难以确保为宽度窄的各键安装差动变压器的安装空间。
另外，如下面的专利文件3和4所公开的那样，在内燃机的阀驱动装置中使用电磁致动器。在专利文件3中，脉宽调制信号被供给到驱动线圈，并且设置变位检测线圈。基于变位检测线圈的自感变化，改变振荡频率。但是，该技术需要变位检测线圈、振荡电路和电压/频率转换电路。
在专利文件4中，位置检测用的交流电被供给到双向驱动电磁致动器(two-way driving electromagnetic actuator)的两个驱动线圈中的不驱动电枢(可动芯)的一个驱动线圈。通过检测交流电的相位和幅值的变化，输出表示电枢的变位位置的信号。但是，该技术需要交流信号用的振荡电路。
[文献列表]
专利文件1：日本特开平10-20857号公报
专利文件2：日本特开昭61-284608号公报
专利文件3：日本特开平7-224624号公报
专利文件4：日本特开2001-264004号公报
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够通过简单的结构检测根据脉宽调制信号驱动的电磁致动器的变位的变位检测装置。
上述目的可通过根据本发明的原理实现，本发明提供一种电磁致动器的变位检测装置，其包括：
电磁致动器，其包括：可动芯；驱动线圈，其通过给所述可动芯施加驱动力而使所述可动芯变位；以及检测线圈，其布置在与所述驱动线圈的互耦系数根据所述可动芯的变位而变化的位置，所述电磁致动器将所述可动芯的驱动力传递到机械系统；
驱动部，其被构造成基于脉宽调制信号将驱动电流供给到所述驱动线圈；以及
变位检测部，所述检测线圈的输出电压被输入到所述变位检测部，且所述变位检测部被构造成输出与所述可动芯的变位对应的变位检测信号，
其中，所述变位检测部包括：采样信号产生部，其被构造成与所述脉宽调制信号同步地产生采样信号；和同步采样部，其被构造成通过与所述采样信号同步地对所述检测线圈的输出电压进行采样来输出所述变位检测信号。
根据如上构造的变位检测装置，通过为传统结构的电磁致动器附加检测线圈来获得结构简单的电磁致动器，由此确保变位检测装置的高的设计自由度和紧凑的结构。
根据该变位检测装置，检测可动芯的变位的基本原理与传统技术的基本原理完全不同。因此，在该变位检测装置中不需要传统的用于变位检测的振荡器和传统地用于应用振荡器的输出的励磁线圈。在该变位检测装置中，用于驱动电磁致动器的驱动信号本身也用作变位检测用的振荡器，从而不需要传统技术中使用的高成本的正弦波振荡器。
变位检测部具有由采样信号产生部和同步采样部构成的简单结构。在该变位检测装置中，与脉宽调制信号同步地检测变位检测信号。因此，即使检测线圈的输出电压的波形在脉宽调制信号的一个周期内暂时变化，变位检测也不容易受到暂时变化的影响。
在本发明的上述变位检测装置的优选形式中，所述检测线圈包括主检测线圈和辅助检测线圈。此外，在优选形式中，在所述驱动线圈和所述主检测线圈的互耦系数作为第一特性根据所述可动芯的变位而变化且所述驱动线圈和所述辅助检测线圈的互耦系数作为第二特性根据所述可动芯的变位而变化的情况下，所述主检测线圈和所述辅助检测线圈被布置成使所述第一特性和所述第二特性彼此不同。并且，在优选形式中，所述同步采样部被构造成对所述主检测线圈和所述辅助检测线圈的输出电压进行采样，其中所述主检测线圈和所述辅助检测线圈以如下的方式反向串联连接：使得所述驱动线圈和所述主检测线圈的互耦系数的极性与所述驱动线圈和所述辅助检测线圈的互耦系数的极性彼此相反。
由于在“ON”和“OFF”之间切换驱动电流所产生的振铃和外界噪声被以相同的相位施加到主检测线圈和辅助检测线圈。根据上述结构，同步采样部对上述反向串联连接的主检测线圈和辅助检测线圈的输出电压进行采样，由此输出抵消了振铃和外界噪声的变位检测信号。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述变位检测部可包括校正部，所述校正部被构造成根据所述脉宽调制信号的占空比来校正从所述同步采样部输入到所述校正部的所述变位检测信号。
根据该配置，输出不受脉宽调制信号的占空比影响的变位检测信号。另外，能够输出电位与可动芯的变位精确地成正比的变位检测信号。
在上述配置中，所述驱动部可被构造成在变位检测期间将所述占空比设定为预定值，其中所述变位检测期间是所述可动芯被所述驱动部驱动的期间的一部分，所述采样信号产生部可被构造成在所述变位检测期间产生与占空比为所述预定值的所述脉宽调制信号同步的采样信号，以及所述校正部可被构造成根据设定为所述预定值的所述占空比来校正从所述同步采样部输入到所述校正部的所述变位检测信号。
在变位检测期间，可将占空比设定为适于变位检测的预定值，并且由于占空比被固定或被保持在预定值，所以能够精确地检测可动芯的变位。
在上述配置中，所述变位检测装置可还包括驱动控制部，该驱动控制部被构造成将应由所述可动芯产生的所述驱动力确定的占空比输出到所述驱动部和所述校正部，并且，所述驱动部可包括：脉宽调制信号产生电路，其被构造成根据由所述驱动控制部输出的所述占空比来输出所述脉宽调制信号；和驱动电路，其被构造成将与从所述脉宽调制信号产生电路输出的所述脉宽调制信号同步的驱动电流供给到所述驱动线圈。此外，所述校正部可被构造成根据从所述驱动控制部输出的占空比来校正从所述同步采样部输入到所述校正部的所述变位检测信号。
来自驱动控制部的占空比被输出到校正部，从而校正部能够输出不受占空比影响的变位检测信号。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述电磁致动器可还包括磁轭，所述可动芯可为柱状体，并且所述可动芯可通过插通所述驱动线圈和所述检测线圈中的每一个的中空部而能沿所述柱状体的轴线方向直线地变位，在所述柱状体的轴线方向上的至少一个端面可以从所述端面突出的方式设置驱动轴，用于将所述驱动力传递给所述机械系统。此外，所述磁轭可布置在所述驱动线圈和所述检测线圈的外部，并且所述磁轭可具有开口部，所述驱动轴从所述开口部突出。
由于磁轭的存在，可使穿过可动芯的磁路的磁阻小，由此增大电磁致动器的驱动力。
通过增加柱状体形式的可动芯的轴向长度和驱动线圈的轴向长度，并且通过减少驱动线圈的层数，可容易地增大可动芯能变位的距离并且容易地减小电磁致动器的安装面积，而不减少驱动线圈的匝数。因此，该配置适于检测例如键盘装置等装置中使用的电磁致动器的变位，在上述装置中各键的电磁致动器的安装空间具有小的宽度。
如下所述，在该配置中，电磁致动器可由第一电磁致动器和第二电磁致动器构成。在该情况下，使第一电磁致动器的可动芯和第二电磁致动器的可动芯作为单个的可动芯彼此共用。另外，检测线圈可设置在第一电磁致动器和第二电磁致动器中的一方或者两方。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述电磁致动器可包括外侧固定芯、内侧固定芯以及将所述外侧固定芯的一端和所述内侧固定芯的一端彼此连接的连接芯，在所述外侧固定芯和所述内侧固定芯之间可形成凹部，所述凹部的底部由所述连接芯限定，所述驱动线圈和所述检测线圈可被装配在所述凹部中。此外，所述可动芯可为板状体，并且所述可动芯可被布置成经由间隙与所述凹部的开口部相对，使得所述可动芯能沿与所述板状体的平面垂直的轴线方向直线地变位，其中，所述间隙的大小根据所述可动芯的变位而变化，以及在所述板状体的至少一个面上可以沿与所述板状体的平面垂直的轴线方向从所述至少一个面突出的方式设置驱动轴。
由于上述外侧固定芯、内侧固定芯和连接固定芯的存在，使穿过可动芯的磁路的磁阻小，由此增大电磁致动器的驱动力。
另外，可在内侧固定芯中设置中空部，并且可将例如卷簧等机械元件插入中空部。
通过增大板状的可动芯的面积并且通过在增加驱动线圈的层数的同时减小驱动线圈的长度，可容易地使电磁致动器安装时的高度小，而不减小驱动线圈的匝数。
如下所述，在该配置中，电磁致动器可由第一电磁致动器和第二电磁致动器构成。在该情况下，使第一电磁致动器的可动芯和第二电磁致动器的可动芯作为单个的可动芯彼此共用。另外，检测线圈可设置在第一电磁致动器和第二电磁致动器中的一方或者两方。内侧固定芯和外侧固定芯可通过装配于内侧固定芯和外侧固定芯的外周面的磁轭固定地结合。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述电磁致动器可由第一电磁致动器和第二电磁致动器构成，所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器均具有所述驱动线圈，所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器可具有共用的单个的可动芯。此外，所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器可被布置成沿所述单个的可动芯的变位方向配置，以及所述第一电磁致动器可被构造成沿一个方向驱动所述单个的可动芯，而所述第二电磁致动器可被构造成沿与所述一个方向相反的方向驱动所述单个的可动芯。
通过使用两个单向驱动型电磁致动器，可沿相反的两个方向驱动可动芯。由于可动芯对两个电磁致动器是共用的，所以与两个电磁致动器彼此独立布置的配置相比，该配置较节省空间。
在上述配置中，所述检测线圈可设置于所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器中的至少一方。
虽然如上所述检测线圈设置于第一电磁致动器和第二电磁致动器中的至少一方，但是为了减少所需部件的数量，检测线圈可仅设置于第一电磁致动器和第二电磁致动器中的一方。在下面的两种情况下，检测线圈仅设置于两个电磁致动器中的一方：当可动芯仅被沿一个方向驱动时需要变位检测的情况；和当驱动电流被供给到两个电磁致动器的任意驱动线圈时、驱动线圈和检测线圈的互耦系数根据可动芯的变位而变化的情况。
自然地，第一检测线圈和第二检测线圈可分别设置在第一电磁致动器和第二电磁致动器中。在该情况下，当第一电磁致动器被驱动时，第一检测线圈的输出电压被输入到变位检测部，而当第二电磁致动器被驱动时，第二检测线圈的输出电压被输入到变位检测部，由此变位检测部输出变位检测信号。
另外，在该情况下，在当驱动电流被供给到两个电磁致动器的任意驱动线圈时、驱动线圈和检测线圈的互耦系数根据可动芯的变位而变化的情况下，变位检测部可被构造成基于单独地输入到变位检测部的第一检测线圈的输出电压和第二检测线圈的输出电压来单独地获得变位检测信号，并且被构造成输出单独地获得的变位检测信号的平均值。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述驱动部可包括：脉宽调制信号产生电路，其被构造成输出所述脉宽调制信号；以及驱动电路，其被构造成将与从所述脉宽调制信号产生电路输出的所述脉宽调制信号同步的驱动电流供给到所述驱动线圈。此外，所述采样信号产生部可被构造成在从与所述脉宽调制信号同步的矩形波形式的所述驱动电流的上升定时到下降定时的期间产生所述采样信号。
由于采样信号产生部被构造成在从矩形波形式的驱动电流的上升定时到下降定时的“ON”期间输出采样信号，所以可以高的可靠性输出变位检测信号。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述驱动部可包括：脉宽调制信号产生电路，其被构造成输出所述脉宽调制信号；以及驱动电路，其被构造成将与从所述脉宽调制信号产生电路输出的所述脉宽调制信号同步的驱动电流供给到所述驱动线圈。此外，所述检测线圈可被构造成输出矩形波形式的电压，所述电压是由与所述脉宽调制信号同步的矩形波形式的所述驱动电流激励的，并且所述同步采样部可被构造成在从所述检测线圈输出的矩形波形式的所述电压即将到达下降定时时对所述检测线圈的所述输出电压进行采样。
由于同步采样部被构造成在从检测线圈输出的矩形波形式的电压即将到达下降定时时进行采样，所以可以获得能够精确地检测变位的变位检测信号。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述驱动部可被构造成在变位检测期间将所述脉宽调制信号的占空比设定为预定值，所述变位检测期间是所述可动芯被所述驱动部驱动的期间的一部分，所述采样信号产生部可被构造成在所述变位检测期间产生与占空比为所述预定值的所述脉宽调制信号同步的采样信号，并且所述同步采样部可被构造成通过与所述采样信号同步地对所述检测线圈的所述输出电压进行采样来输出所述变位检测信号。
在用于检测可动芯的变位的驱动电流的占空比被设定为预定值的情况下，可省略校正部，从而能够以低成本构造变位检测部。
在根据本发明的上述原理或根据上述优选形式的变位检测装置的一个配置中，所述主检测线圈和所述辅助检测线圈可以与所述驱动线圈同轴线地相对于所述驱动线圈布置，以及所述主检测线圈和所述辅助检测线圈可被布置成沿所述驱动线圈的轴线方向彼此相邻配置。
主检测线圈和辅助检测线圈的各输出电压均包含不随可动芯的变位而变化的成分、振铃成分和外界噪声成分。由于主检测线圈和辅助检测线圈被布置成彼此同轴线从而沿可动芯的变位方向彼此相邻，所以可认为主检测线圈和辅助检测线圈包含相同程度的这些成分。因此，根据该配置，可获得这些成分很好地被抵消的变位检测信号。
在上述配置中，所述主检测线圈和所述辅助检测线圈可被布置成：使得所述主检测线圈和所述辅助检测线圈的绕线的所述轴线方向上的两相反端在所述轴线方向上位于所述驱动线圈的绕线的所述轴线方向上的两相反端的相应位置的内侧。
在如此布置主检测线圈和辅助检测线圈的情况下，驱动线圈、主检测线圈和辅助检测线圈在驱动线圈的轴向方向上的总长度不增大到超过驱动线圈的轴向长度、即这三个线圈的总长度不增大与主检测线圈的长度和辅助检测线圈的长度对应的量。因此，可使电磁致动器沿轴向方向紧凑。
通过使用上述电磁致动器作为变位检测传感器，上述变位检测装置可用作用于检测变位检测传感器的变位的装置。
即，该变位检测装置包括：可动芯；用于激励可动芯的励磁线圈；和检测线圈，其布置在与励磁线圈的互耦系数随可动芯的变位而变化的位置。可动芯和机械装置的可动元件或接触元件结合以构成变位检测传感器。
被构造成根据脉宽调制信号将驱动电流供给到驱动线圈的上述驱动部被用作将励磁电流供给到励磁线圈的励磁装置。
检测线圈可由主检测线圈和辅助检测线圈构成。
变位检测传感器的具体结构和变位检测部的结构可与上述电磁致动器的结构类似。
根据本发明，能够通过具有简单结构的装置检测根据脉宽调制信号驱动的电磁致动器的变位。
本发明适于检测用于力感控制或自动演奏的电磁致动器的变位，所述电磁致动器被安装到电子键盘乐器的键和例如制音踏板等踏板。
通过将电磁致动器安装到具有弦的键盘乐器的各键，当演奏者的键操作得以辅即或取代演奏者进行键盘乐器的自动演奏时，或当通过切换操作模式进行键操作的辅助和自动演奏时，本发明适于检测电磁致动器的变位。
另外，本发明适于检测如下的电磁致动器的变位：用于打开和关闭车辆等的内燃机中的阀以进行进气、排气、燃料喷射等的电磁致动器。
附图说明
通过结合附图阅读下面的本发明的具体实施方式，将更好地理解本发明的上述和其它目的、特征、优点和技术意义和工业意义，其中：
图1是用于说明本发明的一个实施方式的功能方块图；
图2是示出图1所示的电磁致动器的第一具体例的结构图；
图3A至图3C是用于说明图2所示的电磁致动器的操作的图；
图4A至图4C分别是示出图1所示的电磁致动器的第二具体例、第三具体例和第四具体例的结构图；
图5A是示出图1所示的采样信号产生电路和同步采样电路的具体例的电路图，图5B是示意性示出前进线圈和后退线圈的绕线和连接状态以及线圈的周边的图，以及图5C是示意性示出主检测线圈和辅助检测线圈的绕线和连接状态的图；
图6是示出分别从图5的电路的各部分输出的信号的波形的波形图；
图7的(a)至图7的(d)是分别示出表示图5的反向串联连接的主检测线圈和辅助检测线圈的输出电压与可动芯的变位位置之间的关系的波形的图；
图8是示出图5的反向串联连接的主检测线圈和辅助检测线圈的输出电压的采样值与可动芯的变位位置之间的对应关系的图；
图9是在通过增加图2所示的电磁致动器而进行力感控制的情况下配置有质量体的电子键盘乐器的键盘装置的侧视图；以及
图10是用于说明本发明的变型例的功能方块图。
具体实施方式
图1是用于说明根据本发明的一个实施方式的用于检测电磁致动器的变位的检测装置的功能方块图。图1中总体表示为150的检测装置由电磁致动器1、驱动部2和变位位置检测部3构成。图1所示的电磁致动器1包括可动芯(可动铁芯)11a和驱动线圈12。可动芯11a由磁性材料形成并且是图2所示的柱塞11的一个构成元件。电磁致动器1将由电磁感应产生的驱动力传递给诸如内燃机的阀或如电子键盘乐器的键或踏板等演奏操作元件的机械可动构件5。电磁致动器1还包括检测线圈13。
驱动部2通过给可动芯11a施加驱动力而使可动芯11a变位。驱动部2包括用于输出脉宽调制(PWM)信号的脉宽调制信号产生电路21和用于根据PWM信号将PWM驱动电流供给驱动线圈12的驱动电路22。PWM信号产生电路21根据从驱动控制部4输出的指示值(directed value)改变PWM信号的占空比(duty ratio)。
检测线圈13布置在与驱动线圈12互感、即互耦系数(相互磁耦合系数)根据可动芯11a的变位位置而变化的位置。更具体地，当将流过驱动线圈12的电流从“OFF”变为“ON”的时刻，产生磁通。检测线圈13布置在如下的位置：磁通的穿过检测线圈13的部分的变化量从零起根据可动芯11a的变位而变化。这里，变位包括例如可动芯11a的变位位置和变位量。
结果，由于互感，检测线圈13产生根据可动芯11a的变位位置而变化的感应电动势。上述互耦系数与交流电路中的互感系数(M)对应。
变位位置检测部3被构造成基于输入到变位位置检测部3的检测线圈13的输出电压来检测可动芯11a的变位位置。变位位置检测部3包括：采样信号产生电路31，其被构造成用于产生与从驱动部2的PWM信号产生电路21输出的PWM信号同步的采样信号；和同步采样电路32，其被构造成用于在采样信号的时刻与采样信号同步地对检测线圈13的输出电压进行采样并且将变位位置检测信号输出到后续电路。
如后面参照图8所述的那样，同步采样电路32的输出的变化不仅取决于可动芯11a的变位位置而且取决于PWM信号的占空比。因此，图1所示的变位位置检测部3包括校正部33。校正部33被构造成根据从驱动控制部4输出的PWM信号的占空比来校正从同步采样电路32输入到校正部的变位位置信号，并且将校正后的变位位置检测信号输出作为变位位置检测部3的输出。
从同步采样电路32和/或校正部33输出的变位位置检测信号优选地以数字值的形式输出。后面将参照图5说明用于将模拟值转换成数字值的具体方法。
上述驱动控制部4被构造成根据将从电磁致动器1施加到机械可动构件5的驱动力而将例如占空比等指示值输出到PWM信号产生电路21和校正部33。以预定的周期反复地产生PWM信号。为了增大驱动力，通过增大占空比来增加电流流过驱动线圈12的时间，即，通电时间。
通过在“ON”和“OFF”之间改变供给到驱动线圈12的电流来使由驱动线圈12产生的磁通暂时变化。根据磁通的变化在检测线圈13中产生感应电动势。由于检测线圈13布置在与驱动线圈12的互耦系数根据可动芯11a的变位而变化的位置，所以检测线圈13中产生的感应电动势根据可动芯11a的变位位置而变化。
如图6和图7所示，检测线圈13中产生的电动势在PWM信号的一个周期内暂时变化。因此，采样信号产生电路31被构造成产生相位适于检测可动芯11a的变位位置的采样信号。通常，由同步采样电路32输出的采样值被采样保持(sample-hold)并且在下次采样信号时更新。采样值是与可动芯11a的当前绝对位置对应的输出。
检测线圈13的输出电压包含不随可动芯11a的变位位置变化的成分。检测线圈13的输出电压还包含振铃(ringing)和外界噪声。鉴于此，检测线圈13形成为具有主检测线圈和辅助检测线圈，例如、图2所示的具体例中的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b。
主检测线圈13a和辅助检测线圈13b布置如下。即，在驱动线圈12和主检测线圈13a的第一互耦系数作为第一特性根据可动芯11a的变位位置而变化的情况下和驱动线圈12和辅助检测线圈13b的第二互耦系数作为第二特性根据可动芯11a的变位位置而变化的情况下，两个线圈13a、13b被布置成使得第一特性和第二特性彼此不同。
如下具体所述，如图2所示，电磁致动器1为双向驱动型并且包括前进电磁致动器11和后退电磁致动器12。如图2所示，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b围绕前进电磁致动器11的前进线圈12a绕制。因此，可以将主检测线圈13a、辅助检测线圈13b和驱动线圈12a的位置关系说明如下。即，主检测线圈13a、辅助检测线圈13b和驱动线圈12a被布置成：主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的绕线的沿前进线圈12a的轴线方向的两相反端(换句话说，图2中主检测线圈13a的右侧绕线端和图2中辅助检测线圈13b的左侧绕线端)位于驱动线圈12a的绕线的轴向方向的两相反端的相应位置的内侧(即，位于图2中前进线圈12a的右侧绕线端和左侧绕线端的相应位置的内侧)。在这样布置线圈12a、13a、13b的情况下，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b可与前进线圈12a一体地形成，与线圈12a、13a、13b被形成为彼此独立的配置相比，能够确保更便宜且更紧凑的结构。特别地，在该结构中，线圈12a、13a、13b在前进线圈12a的轴线方向上的总长不增大超过前进线圈12a的轴向长度，即，线圈12a、13a、13b的总长不增大与主检测线圈13a的长度和辅助检测线圈13b的长度对应的量。因此，能够使前进电磁致动器11在轴线方向上紧凑。
在主检测线圈13a和辅助检测线圈13b如上所述布置的情况下，同步采样电路32被构造成采样由主检测线圈13a和辅助检测线圈13b构成的检测线圈13的输出电压，其中主检测线圈13a和辅助检测线圈13b以如下的方式反向串联(anti-series)连接：使得上述第一互耦系数的极性与上述第二互耦系数的极性彼此相反，即，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b以反极性串联的方式连接。这样构成的检测线圈13的输出电压是差分输出电压，该差分输出电压是主检测线圈13a的输出和辅助检测线圈13b的输出之间的差。
结果，根据如上所述反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b，不仅抵消了不取决于可动芯11a的变位位置的电压成分，而且抵消了振铃和外界噪声。
例如，辅助检测线圈13b布置在如下位置：副感应线圈13b根据驱动线圈12的磁通变化产生感应电动势，但是互耦系数不大可能随着可动芯11a的变位而变化。例如，辅助检测线圈13b相对于驱动线圈12布置在与主检测线圈13a的位置等同的位置处或主检测线圈13a的位置附近，并且辅助检测线圈13b被布置成在可动芯11a的变位方向上、即在驱动线圈12的轴线方向上与主检测线圈13a相邻。另外，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b被布置成与驱动线圈12同轴线。
上述校正部33存储校正表或校正函数。该校正表用于将同步采样电路32的输出电压转换成可动芯11a的变位位置。该校正函数用于通过使用同步采样电路32的输出电压作为参数而计算可动芯11a的变位位置。准备对应不同种类的占空比的不同种类的校正表或校正函数，并且根据从PWM信号产生电路21获得的占空比选择不同种类的校正表或校正函数中合适的一种。
上述PWM信号的指示值(表示占空比)被输出用于控制电磁致动器1的驱动力。但是，可在可动芯11a被驱动的期间(period)内，暂时地或周期性地(例如，PWM信号的10个周期为1个周期)设定检测可动芯11a的变位位置的变位位置检测期间，或者可在可动芯11a未被驱动的未驱动期间(non-driving period)内，暂时地或周期性地(例如，PWM信号的10个周期为1个周期)设定检测可动芯11a的变位位置的变位位置检测期间。该未驱动期间是用于驱动可动芯11a的电流不流过的期间。在使变位位置检测期间相对于可动芯11a被驱动的整个驱动期间的比率小的情况下，不影响电磁致动器1的驱动控制。
优选驱动控制部4在变位位置检测期间输出表示适于检测变位位置的占空比的指示值。例如，可使用使检测线圈13的输出电压高的占空比或者使检测线圈13的输出电压相对于变位位置变化大的占空比。另外，不易于影响驱动控制的小占空比也是适合的。可将占空比设定为上述的预定值，并且如上所述，变位位置检测期间可以是可动芯11a被驱动的整个驱动期间的一部分。
PWM信号产生电路21在变位位置检测期间将占空比设定为预定值，采样信号产生电路31在变位位置检测期间产生与PWM信号同步的采样信号，并且校正部33根据设定成预定值的占空比校正从同步采样电路32输入到校正部33的变位位置检测信号。
例如，通过由CPU执行软件程序来实现上述驱动控制部4和校正部33。变位位置检测部3的表示变位位置的输出还可用于检测可动芯11a的变位速度。在这种情况下，CPU被构造成基于检测到的变位位置和检测到的变位速度确定电磁致动器1的驱动力，并且驱动控制部4将与所确定的驱动力对应的指示值输出到驱动部2。
图2是示出图1的电磁致动器1的第一具体例的结构图。在图2中，相同的附图标记用于标识与图1中的部件对应的部件。
如上所述，电磁致动器1为双向驱动型并且包括前进电磁致动器11和后退电磁致动器12。使前进电磁致动器11的可动芯和后退电磁致动器12的可动芯彼此共用，由此构成单个可动芯11a。前进电磁致动器11和后退电磁致动器12被布置成沿可动芯11a的变位方向配置。前进电磁致动器11被构造成沿前进方向(即，沿图2的向右的方向)驱动可动芯11a，而后退电磁致动器12被构造成沿后退方向(即，沿图2的向左的方向)驱动可动芯11a。这里，前进方向被定义为前进电磁致动器11中所产生的驱动力的方向，而后退方向被定义为后退电磁致动器12中所产生的驱动力的方向。
虽然在图2的示例中仅在前进电磁致动器11中设置检测线圈13(由主检测线圈13a和辅助检测线圈13b构成)，但是也可仅在后退电磁致动器12中设置检测线圈13或者可在两个电磁致动器11和12两者中都设置检测线圈13。
电磁致动器1为螺线管类型。可动芯11a是柱状体，特别地在图2的示例中是圆柱体。
通过将可动芯11a插入中空部、即图2的示例中各第一和第二绕线筒41、42的轴向孔41d、42d，而使可动芯11a可沿柱状体的轴线方向直线地变位。中空部由如下两个中空部分构成：由前进线圈(驱动线圈)12a和检测线圈13(由主检测线圈13a和辅助检测线圈13b构成)限定的中空部分和由后退电磁致动器12的后退线圈(驱动线圈)12b限定的中空部分，其中这两个中空部分彼此同轴线地连接。
柱塞11由两个驱动轴11b、11c和柱状体形式的可动芯11a构成，其中驱动轴11b、11c以从可动芯11a的轴向或纵向相反的各端面11ab、11ac突出的方式形成于可动芯11a的相应的端面11ab、11ac。各驱动轴11b、11c的直径均小于可动芯11a的直径。可动芯11a直线地变位，由此两个驱动轴(第一驱动轴和第二驱动轴)11b、11c中的至少一个将驱动力传递给机械系统。也可仅设置第一驱动轴11b和第二驱动轴11c中的一个。
在图2中，附图标记“43”、“44”和“45”分别表示前进电磁致动器11中的磁轭、后退电磁致动器12中的磁轭和这两个致动器共用的分隔磁轭(partition yoke)。各磁轭均由磁性材料形成，并且提供供磁力线和可动芯11a穿过的通路。
磁轭43和44均为通过将矩形平板构件以如下方式以直角弯折而获得的U形构件：使两侧部43b和43c形成于限定U形的底部的端面43a的相反端；使两侧部44b和44c形成于限定U形的底部的端面44a的相反端。在端面43a、44a的中心分别形成绕线筒插入孔43d、44d。在图2的示例中，各绕线筒插入孔43d、44d也用作柱塞插入孔。类似地，在分隔磁轭45的中心形成柱塞插入孔45a。
磁轭43和分隔磁轭45布置在前进线圈12a、主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的外侧，并且磁轭43的绕线筒插入孔43d用作第一驱动轴11b从磁轭43中突出的开口。类似地，磁轭44和分隔磁轭45布置在后退线圈12b的外侧，并且磁轭44的绕线筒插入孔44d用作第二驱动轴11c从磁轭44中突出的开口。
如上所述设置的磁轭是为了增强由前进线圈12a和后退线圈12b施加给可动芯11a的驱动力，并且磁轭的设置不是必须的。分隔磁轭45使前进电磁致动器11的磁路和后退电磁致动器12的磁路彼此分开。应注意，由于磁轭43、44分别部分地包围前进线圈12a和后退线圈12b，所以两个致动器的磁路不完全分开。
各绕线筒41和42由合成树脂形成，并且绕线筒41包括圆筒形状的绕线部41a和形成于绕线部41a的相反端的两个凸缘部41b和41c，且绕线筒42包括圆筒形状的绕线部42a和形成于绕线部42a的相反端的两个凸缘部42b和42c。各上述绕线筒41、42的轴向孔41d、42d沿轴线方向穿过相应的绕线部41a、42a而形成。环状的台阶部41e、42e形成于相应的凸缘部41b、42c，由此相应的轴向孔41d、42d的开口位置位于沿轴线方向距对应的凸缘部41b、42c较远的位置。
第一绕线筒41和第二绕线筒42被布置成沿可动芯11a的变位方向配置，使得第一绕线筒41的凸缘部41c和第二绕线筒42的凸缘部42b以中间夹着分隔磁轭45的方式彼此相邻，并且使得轴向孔41d的轴心和轴向孔42d的轴心彼此一致。
前进线圈12a围绕第一绕线筒41的绕线部41a绕制，后退线圈12b围绕第二绕线筒42的绕线部42a绕制。在图2的示例中，检测线圈13(由主检测线圈13a和辅助检测线圈13b构成)以叠加在前进线圈12a的外周上的方式绕制在前进线圈12a的外周上，由此提供层叠结构(layered structure)。
相反地，可在围绕绕线部41a、42a绕制检测线圈13之后，将驱动线圈12(前进线圈12a)叠加在检测线圈13上。代替层叠结构，驱动线圈12(前进线圈12a)可以介于主检测线圈13a和辅助检测线圈13b之间，使得三个线圈沿轴线方向并排配置。
主检测线圈13a绕制在前进线圈12a的沿可动芯11a的变位方向较靠近位置原点(positional origin)46的部分上，而辅助检测线圈13b绕制在前进线圈12a的远离位置原点46并且较靠近分隔磁轭45的另一部分上。如图2所示，位置原点46位于磁轭43的端面43a外侧的位置。
典型地，两个检测线圈13a、13b具有相同的匝数，并且相对于通过在前进线圈12a的轴线中间部位均分前进线圈12a得到的平面对称地配置。但是，这些条件不是必须的。
在前进电磁致动器11中，当从图1所示的驱动电路22将PWM驱动电流供给到前进线圈12a时，产生使可动芯11a变位到致动器11的磁路的磁阻最小的位置的驱动力。在该情况下，驱动力的大小根据PWM驱动电流的占空比和可动芯11a的变位位置而变化。
在图2的示例中，可动芯11a沿前进方向移动，即朝可动芯11a的端面11ab和磁轭43的端面43a的外表面彼此大致齐平的位置移动。
上述端面11ab被朝向绕线筒插入孔43d的限定与端面43a的边界的外缘和绕线筒插入孔43d的限定与凸缘部41b的边界的内缘吸引。端面11ab与端面43a的外表面彼此大致齐平的状态对应于可动芯11a的上死点。上死点限定上述位置原点46。
在上述绕线筒插入孔43d被形成为倒锥形孔的情况下，即在绕线筒插入孔43d被形成为相对于端面43a形成锐角的情况下，上述外缘的吸引力变得大于上述内缘的吸引力，使得上述上死点靠近端面43a的外表面。
类似地，在后退电磁致动器12中，当将PWM驱动电流供给到后退线圈12b时，产生使可动芯11a变位到致动器12的磁路的磁阻最小的位置的驱动力。
在图2的示例中，可动芯11a沿后退方向移动，即朝可动芯11a的端面11ac和磁轭44的端面44a的外表面彼此大致齐平的位置移动。
这里，端面43a的外表面和端面44a的外表面之间的距离表示为L1，且可动芯11a的长度表示为L2。在图示的示例中，L2大致等于L1×(3/4)。在从端面43a的外表面、即从位置原点46到可动芯11a的端面11ab的距离表示为x的情况下，可大致在0≤x≤L1×(1/4)的范围内进行双向驱动和变位位置检测。
图3A至图3C是用于说明图2所示的电磁致动器的操作的图。虽然图2所示的电磁致动器在图3A至图3C中均沿竖直方向示出，但是下述说明是在不考虑重力的情况下进行的。
在图3A所示的状态中，可动芯11a的端面11ab与磁轭43的端面43a的外表面大致齐平。换句话说，可动芯11a位于可动芯11a不能被进一步向上变位地驱动的上死点。在图3C所示的状态中，可动芯11a的端面11ac与磁轭44的端面44a的外表面大致齐平。换句话说，可动芯11a位于可动芯11a的不能被进一步向下变位地驱动下死点。在图3B所示的状态中，可动芯11a位于上死点和下死点之间的中间位置。
接着，将说明将PWM驱动电流供给到前进线圈12a的情况。
可动芯11a处于图3B所示的状态，并且PWM驱动电流被供给到前进线圈12a，使得可动芯11a沿前进方向、即沿图3A至图3C中向上的方向移动，并且当可动芯11a由于与机械可动构件5的力平衡而变位至最大限度时，可动芯11a最终到达图3A所示的上死点。
当可动芯11a处于图3A所示的状态时，可动芯11a的端面11ab位于位置原点46。因此，可动芯11a穿过主检测线圈13a和辅助检测线圈13b两者的中空部。结果，前进线圈12a和主检测线圈13a的互耦系数与前进线圈12a和辅助检测线圈13b的互耦系数彼此相等。因此，主检测线圈13a中的互感电动势和辅助检测线圈13b中的互感电动势彼此大致相等。
如图3B所示，当可动芯11a的端面11ab位于距位置原点46的距离x大于0(x＞0)的位置时，可动芯11a穿过辅助检测线圈13b的中空部，但是从主检测线圈13a的中空部的一部分中缩回。结果，前进线圈12a和辅助检测线圈13b的互耦系数大于前进线圈12a和主检测线圈13a的互耦系数。
因此，主检测线圈13a中的互感电动势小于辅助检测线圈13b中的互感电动势。
如图3C所示，当可动芯11a的端面11ac与磁轭44的端面44a的外表面齐平时，可动芯11a的端面11ab位于距位置原点46的距离x等于L1/4(x＝L1/4)的位置。
在该情况下，可动芯11a穿过辅助检测线圈13b的中空部，但是从主检测线圈13a的中空部完全缩回。结果，前进线圈12a和主检测线圈13a的互耦系数最小。因此，主检测线圈13a中的互感电动势最小。
接着，将说明PWM驱动电流被供给到后退线圈12b的情况。在该情况下，与上述PWM电流被供给到前进线圈12a的情况一样，同样由于电磁致动器1与机械可动构件5之间的力平衡建立图3A至图3C所示的状态。尤其地，图3C示出了PWM驱动电流被供给到后退线圈12b并且可动芯11a由此沿后退方向、即沿图3C中向下的方向移动从而使可动芯11a沿后退方向变位至最大限度的状态。
在主检测线圈13a和辅助检测线圈13b如图3A至图3C所示绕制在前进线圈12a上的情况下，由于检测线圈13a、13b远离后退线圈12b并且此外在两个检测线圈13a、13b与后退线圈12b之间存在分隔磁轭45，因此后退线圈12b和主检测线圈13a的互耦系数与后退线圈12b和辅助检测线圈13b的互耦系数都小。因此，与驱动电流被供给到前进线圈12a的情况相比，从后退线圈12b到主检测线圈13a的互感电动势与从后退线圈12b到辅助检测线圈13b的互感电动势较小。
但是，和上述PWM电流被供给到前进线圈12a的情况一样，因为可动芯11a的变位位置在图3A至图3C所示的各状态中不同，所以从后退线圈12b到主检测线圈13a的互感电动势以及从后退线圈12b到辅助检测线圈13b的互感电动势分别地在图3A至图3C所示的各状态中变化，并且这些电动势之间的差在图3A至图3C所示的各状态中也变化。因此，可检测可动芯11a的变位位置。
如上所述，在检测可动芯11a的变位位置中，主检测线圈13a中的互感电动势的大小和辅助检测线圈13b中的互感电动势的大小分别地根据驱动电流被供给到前进线圈12a或后退线圈12b而不同。鉴于此，驱动控制部4可被构造成将表示驱动电流被供给到前进线圈12a还是后退线圈12b的信号输出到驱动部2，并且驱动部2可被构造成基于该信号将驱动电流供给到前进线圈12a和后退线圈12b中的一方。在该情况下，需要通过参照由驱动控制部4输出的表示将驱动电流供给到前进线圈12a还是后退线圈12b的信号，基于从变位位置检测部3输出的变位位置检测信号来检测可动芯11a的变位位置。关于此，校正部33可被构造成不仅基于占空比校正变位位置检测信号，而且基于从驱动控制部4输入到校正部33的表示将驱动电流供给到前进线圈12a还是后退线圈12b的信号来校正变位位置检测信号。
当根据PWM信号由供给到后退线圈12b的PWM驱动信号来驱动后退电磁制动器12时，可暂时地或周期性地设定变位位置检测期间，并且PWM驱动电流也可被供给到位于非驱动侧的前进线圈12a。
在该情况下，前进电磁制动器11的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b中的来自前进线圈12a和后退线圈12b的各自互感的电动势变化，从而检测可动芯11a的变位位置。
此时，根据与将驱动电流供给到后退线圈12b的PWM信号相同的PWM信号而将驱动电流供给到前进线圈12a。在该情况下，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b中的来自后退线圈12b的互感电动势与主检测线圈13a和辅助检测线圈13b中的来自前进线圈12a的互感电动势不c干涉。
另外，如以上参照图1说明的那样，可根据占空比适于检测变位位置或足够小以至于不影响驱动控制的PWM信号将驱动电流供给到前进线圈12a。
可在前进电磁致动器11和后退电磁致动器12中均设置主检测线圈13a和辅助检测线圈13b。
在该配置中驱动前进电磁制动器11的情况下，变位位置检测部3基于前进电磁致动器11的反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输入到变位位置检测部3的输出电压而输出变位位置检测信号。另一方面，在驱动后退电磁制动器12的情况下，变位位置检测部3基于后退电磁致动器12的反向串联连接的主检测线圈和辅助检测线圈(均未示出)的输入到变位位置检测部3的输出电压而输出变位位置检测信号。
另外，前进电磁致动器11的反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压与后退电磁致动器12的反向串联连接的主检测线圈和辅助检测线圈的输出电压可单独地输入到变位位置检测部3，并且变位位置检测部3可获得单独的变位位置检测信号并且可输出单独获得的变位位置检测信号的平均值。
当驱动前进电磁致动器11和后退电磁致动器12中的一方(例如，前进电磁致动器11)时，可暂时地或周期性地设定变位位置检测期间，并且也可将PWM驱动电流供给到两个电磁致动器中位于非驱动侧的另一方(例如，后退电磁致动器12)的驱动线圈(后退线圈12b)。
此时，根据与将驱动电流供给到两个电磁致动器中的一方(前进电磁致动器11)的驱动线圈(前进线圈12a)的PWM信号相同的PWM信号将驱动电流供给到两个电磁致动器中的另一方(后退电磁致动器12)的驱动线圈(后退线圈12b)。另外，也可根据占空比适于检测变位位置或足够小以至于不影响驱动控制的PWM信号将驱动电流供给到两个电磁致动器中的另一方(后退电磁致动器12)的驱动线圈(后退线圈12b)。
在上述配置中，两个电磁致动器中的一方(前进电磁致动器11)的反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压与两个电磁致动器中的另一方(后退电磁致动器12)的反向串联连接的主检测线圈和辅助检测线圈的输出电压被单独地输入到变位位置检测部3，并且变位位置检测部3获得单独的变位位置检测信号并且输出单独获得的变位位置检测信号的平均值。
图4A、图4B和图4C分别是示出图1的电磁制动器1的第二具体例、第三具体例和第四具体例的结构图。
图4A示出了螺线管类型、单向驱动型的电磁致动器。在图4A中使用与图2中使用的相同的附图标记以标识对应的部件。图4A所示的电磁致动器中产生的驱动力的方向表示为与图4A中向上的方向对应的前进方向。
在图4A的第二具体例中，柱塞51包括：可动芯51a，其由磁性材料形成；第一驱动轴51b和第二驱动轴51c，其从可动芯51a的变位反向上的相反的端面51ab、51ac突出，并且第一驱动轴51b和第二驱动轴51c的直径小于可动芯51a的直径。柱塞51沿可动芯51a的纵向直线地变位。第一驱动轴51b和第二驱动轴51c中的至少一方将驱动力传递给机械系统。也可仅设置第一驱动轴51b和第二驱动轴51c中的一个。
前进线圈12a围绕绕线筒54绕制。绕线筒54类似于图2所示的绕线筒41，绕线筒54具有轴向孔54d和分别形成于凸缘部54b、54c的环状台阶部54e、54f。
如图2的那样，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b以叠加在前进线圈12a的外周上的方式绕前进线圈12a绕制。主检测线圈13a绕制在前进线圈12a的较靠近位置原点46的部分上，而辅助检测线圈13b绕制在前进线圈12a的远离位置原点46的部分上。
磁轭52通过将由磁性材料制成的矩形平板以如下方式以直角弯折而形成：使两侧部52b和52c形成于端面52a的各相反端。磁轭53是由磁性材料制成的矩形平板构件。磁轭52的侧部52b、52c和磁轭53的相反端相互固定地结合。磁轭53也提供端面。在端面52a和磁轭53的各自的中心形成绕线筒插入孔52d、53a。
磁轭52、53布置在前进线圈12a、主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的外侧。环状阶梯部54e、54f分别装配在相应的磁轭52、53的绕线筒插入孔52d、53a中。应注意，磁轭52、53不是必需元件。
可动芯51a以可直线地变位的方式被容纳在前进线圈12a、主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的内部，更具体地，容纳在绕线筒54的轴向孔54d中。第一驱动轴51b从绕线筒54的轴向孔54d突出，从而绕线筒插入孔52d限定供第一驱动轴51b从磁轭52可变位地突出的开口。
可动芯51a从绕线筒54的环状台阶部54f突出，从而绕线筒插入孔53a限定供可动芯51a从磁轭53可变位地突出的开口。
这里，端面52a的外表面和端面53的外表面之间的距离表示为“L3”，并且可动芯51a的长度表示为“L4”。在L3等于或小于L4(L3≤L4)的情况下，可沿前进方向、即沿图4A中向上的方向驱动可动芯51a。在从端面52a的外表面、即从位置原点46起到可动芯51a的端面51ab的距离表示为“x”的情况下，在大致0≤x＜(L3/2)范围内可检测可动芯51a的变位位置。
图4B示出了使用板状芯的双向驱动型电磁致动器的第三具体例。
在图4B所示的电磁致动器中，单个可动芯61a公共地用作各前进电磁致动器601和后退电磁致动器602的可动芯，并且两个电磁致动器601、602以沿单个可动芯61a的变位方向配置的方式被布置。前进电磁致动器601被构造成沿前进方向、即沿图4B中向上的方向驱动可动芯61a，而后退电磁致动器602被构造成沿后退方向、即沿图4B中向下的方向驱动可动芯61a。这里，前进方向被定义为前进电磁致动器601中产生的驱动力的方向，而后退方向被定义为后退电磁致动器602中产生的驱动力的方向。第一检测线圈66a设置在前进电磁致动器601中，而第二检测线圈66b设置在后退电磁致动器602中。在不需要检测沿前进方向和后退方向中的一个方向驱动的变位位置的情况下，第一检测线圈66a和第二检测线圈66b中对应的一个检测线圈不是必须的。
在前进电磁致动器601中，以如下方式构成由磁性材料形成的固定芯62：使外侧固定芯62a的一端和内侧固定芯62b的一端通过连接固定芯62c连接，由此在外侧固定芯62a和内侧固定芯62b之间形成凹部，该凹部的底部由连接固定芯62c限定。在凹部中，容纳驱动线圈(即，前进线圈65a)和检测线圈(即，第一检测线圈66a)。类似地，在后退电磁致动器602中，以如下方式构成由磁性材料形成的固定芯63：使外侧固定芯63a的一端和内侧固定芯63b的一端通过连接固定芯63c连接，由此在外侧固定芯63a和内侧固定芯63b之间形成凹部，该凹部的底部由连接固定芯63c限定。在凹部中，容纳驱动线圈(即，后退线圈65b)和检测线圈(即，第二检测线圈66b)。
在图示的示例中，外侧固定芯62a和内侧固定芯62b均为中空圆筒形状，并且连接固定芯62c为圆盘状。固定芯62的凹部的开口部形成在外侧固定芯62a的端面62d和内侧固定芯62b的端面62e之间，而固定芯63的凹部的开口部形成在外侧固定芯63a的端面63d和内侧固定芯63b的端面63e之间。
柱塞61包括可动芯61a和驱动轴61b。可动芯61a为由磁性材料形成的板状体。虽然图4B的示例中的可动芯61a为平坦的圆盘状，但是可动芯61a的厚度可以不均匀，就像上述专利文件4中所述的电枢那样。
可动芯61a布置在固定芯62、63的外部。可动芯61a相对于相应的固定芯62、63的凹部的各开口部布置成具有尺寸根据可动芯61a的变位而变化的间隔，从而可动芯61a可沿与可动芯61a的平面垂直的轴线方向直线地变位，并且可动芯61a与前进电磁致动器601和后退电磁致动器602大致磁性地分离。
驱动轴61b以沿与可动芯61a的平面垂直的轴线方向延伸的方式从可动芯61a的至少一个表面突出。在图4B的示例中，驱动轴61b的上端部61d被插入形成于可动芯61a的中央的中央孔61c并且通过装配、焊接等被固定至可动芯61a。
在后退电磁致动器602中，柱塞插入孔63f形成于连接固定芯63c的中央。
可动芯61a直线地变位，由此驱动轴61b将驱动力传递给机械系统。在图4B所示的状态中，可动芯61a的变位位置是中间点。
前进线圈65a和后退线圈65b围绕相应的绕线筒67、68绕制，并且第一检测线圈66a和第二检测线圈66b以叠加的方式围绕相应的前进线圈65a和后退线圈65b绕制。绕线筒67、68分别地装配在相应的内侧固定芯62b、63b的外周面，使得内侧固定芯62b、63b分别地装配在相应的绕线筒67、68的轴向孔中。
固定芯62、63被布置成：使各连接固定芯62c、63c远离可动芯61a，并且使各外侧固定芯62a、63a的开口端面彼此相对，而各内侧固定芯62b、63b的开口端面彼此相对，由此限定内部空间69。
通过由磁性材料形成的中空圆筒形状磁轭64使固定芯62、63以固定芯62、63的轴线彼此共线的方式固定地结合。于是，固定芯62、63彼此成为一体。磁轭64设置用于使前进电磁致动器601和后退电磁致动器602一体化并且用于增大将施加到可动芯61a的驱动力，但是磁轭64不是必需部件。
当固定芯62、63一体化时，卷簧70被容纳在内侧固定芯62b的轴向孔中，而卷簧71被容纳在内侧固定芯63b的轴向孔中。由于卷簧70、71的作用，可动芯61a以被平衡施力的状态被可移动地支撑。
驱动轴61b从固定芯63的柱塞插入孔63f向外突出。可动芯61a被设计成：使可动芯61a的周缘以与磁轭64的内周面之间具有微小间隙的方式与磁轭64的内周面相对，或者可动芯61a被保持成与磁轭64的内周面滑动接触。
虽然未示出，但是形成至少一个气孔，空气通过该气孔在内部空间69和外界之间流动。例如，在固定芯62、固定芯63和/或磁轭64的合适位置处形成气孔。柱塞插入孔63f可用作气孔。
当电磁致动器用作前进电磁致动器601时，PWM电流被供给到前进线圈65a，并且产生使可动芯61a被固定芯62的端面62d、62e吸引的沿前进方向的驱动力。此时，可动芯61a朝端面62d、62e移得越近，前进线圈65a和第一检测线圈66a的互耦系数变得越大。因此，第一检测线圈66a中的互感电动势变大。
另一方面，当电磁致动器用作后退电磁致动器602时，PWM电流被供给到后退线圈65b，并且产生使可动芯61a被固定芯63的端面63d、63e吸引的沿后退方向的驱动力。此时，可动芯61a朝端面63d、63e移得越近，后退线圈65b和第二检测线圈66b的互耦系数变得越大。因此，第二检测线圈66b中的互感电动势变大。
通过电磁力产生的驱动力与包括卷簧70、71的施力在内的机械可动构件5的力之间的平衡来确定可动芯61a的变位位置。
在上述说明中，当电磁致动器用作前进电磁致动器601时，第一检测线圈66a用作检测线圈13，而当电磁致动器用作后退电磁致动器602时第二检测线圈66b用作检测线圈13。
替代地，当前进电磁致动器601和后退电磁致动器602中的一方(例如，前进电磁致动器601)被驱动时，变位位置检测期间可暂时地或周期性地设定，并且PWM驱动电流也可供给到两个电磁致动器中的位于非驱动侧的另一方(后退电磁致动器602)的驱动线圈(后退线圈65b)。
此时，根据与将驱动电流供给到两个电磁致动器中的一方(前进电磁致动器601)的驱动线圈(前进线圈65a)的PWM信号相同的PWM信号将驱动电流供给到两个电磁致动器中的另一方(后退电磁致动器602)的驱动线圈(后退线圈65b)。可选地，可根据占空比适于检测变位位置或足够小以至于不影响驱动控制的PWM信号将驱动电流供给到两个电磁致动器中的另一方(例如，后退电磁致动器602)的驱动线圈(后退线圈65b)。
在上述配置中，两个电磁致动器中的一方(前进电磁致动器601)的检测线圈66a的输出电压与两个电磁致动器中的另一方(后退电磁致动器602)的检测线圈66b的输出电压单独地输入到变位位置检测部3，并且变位位置检测部3获得单独的变位位置检测信号并且输出单独获得的变位位置检测信号的平均值。
在仅存在第一检测线圈66a和第二检测线圈66b中的一方的情况下，在变位位置检测期间，将与上述类似的PWM驱动电流供给到不具有检测线圈的处于非驱动状态的电磁致动器，由此可检测变位位置。
在上述变位位置检测期间，在根据与将驱动电流供给到两个电磁致动器中的一方(前进电磁致动器601)的驱动线圈(前进线圈65a)的PWM信号相同的PWM信号将驱动电流供给到两个电磁致动器中的另一方(后退电磁致动器602)的驱动线圈(后退线圈65b)的情况下，和图1所示的检测线圈13一样，可以通过使用以如下方式反向串联连接的第一检测线圈66a和第二检测线圈66b进行差分检测：使第一检测线圈66a和前进线圈65a的互耦系数的极性与第二检测线圈66b和后退线圈65b的互耦系数的极性彼此相反。
结果，包含在第一检测线圈66a的输出中的不取决于可动芯61a的变位位置的电压成分和包含在第二检测线圈66b的输出中的不取决于可动芯61a的变位位置的电压成分互相抵消。另外，在在第一检测线圈66a和第二检测线圈66b中共同包含振铃和外界噪声的情况下，也类似地抵消振铃和外界噪声。上述技术适用于图2所示的电磁致动器。在该情况下，可在前进电磁致动器11和后退电磁致动器12中均设置一个检测线圈13a，并且与辅助检测线圈13b对应的线圈不是必须的。
在图4B示出的第三具体例中，固定芯62、63由磁性材料形成。至少一个固定芯62、63可由例如塑料等树脂(即，非磁性材料)形成。虽然在图示的第三具体例中，中空圆筒形状的磁轭64由磁性材料形成，但是磁轭64可由例如塑料等树脂(即，非磁性材料)形成。另外，驱动轴61b可由磁性材料或由例如塑料等树脂(即，非磁性材料)形成。
图4C示出了使用板状芯的单向驱动型电磁致动器的第四具体例。在图4C中使用与图4B中使用的相同的附图标记以表示对应的部件。由图4C所示的电磁致动器产生的驱动力的方向被定义为与图4C中向上的方向对应的前进方向。
在图4C所示的前进电磁致动器1301中，以如下方式构成由磁性材料形成的固定芯132：使外侧固定芯132a的一端和内侧固定芯132b的一端通过连接固定芯132c连接，由此在外侧固定芯132a和内侧固定芯132b之间形成凹部，该凹部的底部由连接固定芯132c限定。在凹部中，容纳驱动线圈(即，前进线圈65a)和检测线圈(第一检测线圈66a)。
在图示的示例中，外侧固定芯132a和内侧固定芯132b均为中空圆筒形状，并且连接固定芯132c为圆盘状。固定芯132的凹部的开口部形成在外侧固定芯132a的端面132d和内侧固定芯132b的端面132e之间。
柱塞131包括可动芯131a和驱动轴131b。可动芯131a为由磁性材料形成的板状体。虽然图4C的示例中的可动芯131a为平坦的圆盘状，但是可动芯131a的厚度可以不均匀，就像上述专利文件4中所述的电枢那样。
可动芯131a布置在固定芯132的外部，即，布置在固定芯132的凹部中不容纳可动芯131a的位置。可动芯131a相对于固定芯132的凹部的开口部布置成具有尺寸根据可动芯131a的变位而变化的间隔，从而可动芯131a可沿与可动芯131a的平面垂直的轴线方向直线地变位。
驱动轴131b以沿与可动芯131a的平面垂直的轴线方向延伸的方式从可动芯131a的至少一个表面突出。在图示的示例中，驱动轴131b的上端部131d被插入形成于可动芯131a的中央的中央孔131c并且通过装配、焊接等被固定至可动芯131a。
固定芯132固定地结合到由磁性材料形成的中空圆筒形状的引导构件134，使得固定芯132和引导构件134彼此一体化。如下所述，引导构件134设置用于沿图4C中的上下方向、即沿与可动芯131a的平面垂直的轴线方向引导可动芯131a的移动，并且用于增大将施加到可动芯131a的驱动力。因此，引导构件134不是必需部件。
当固定芯132和引导构件134被一体化时，卷簧140被容纳在内侧固定芯132b的轴向孔中。由于卷簧140的作用，可动芯131a以被平衡施力的状态被可移动地支撑。
可动芯131a被设计成：使可动芯131a的周缘以与引导构件134的内周面之间具有微小间隙的方式与引导构件134的内周面相对，或者可动芯131a被保持成与引导构件134的内周面滑动接触。可动芯131a布置成与固定芯132的凹部的开口部相对，由此限定端面132d、132e和可动芯131a之间的内部空间139。
当操作前进致动器1301时，PWM电流被供给到前进线圈65a，并且产生使可动芯131a被端面132d、132e吸引的沿前进方向的驱动力。此时，可动芯131a朝端面132d、132e移得越近，前进线圈65a和第一检测线圈66a的互耦系数变得越大。因此，在第一检测线圈66a中的互感电动势变大。
通过电磁力产生的驱动力与包括卷簧140的施力在内的机械可动构件5的力之间的平衡来确定可动芯131a的变位位置。
在图示的第四具体例中，引导构件134由磁性材料形成。引导构件134可由例如塑料等树脂(即，非磁性材料)形成。另外，引导构件134可与可动芯131a一体地形成。
前进致动器1301可构造成不具有卷簧140。在该情况下，在产生沿前进方向的驱动力的驱动电流已经变为零之后，可动芯131a在驱动轴131b和机械可动构件5的自重的作用下沿图4C的向下的方向移动。
图5A是示出采样信号产生电路31和同步采样电路32的具体例的电路图。使用图2的电磁致动器。
图6是示出分别从图5的电路中的各部分输出的信号的波形的波形图。首先，说明驱动部。PWM信号产生电路21的输出的是矩形波，并且图6的(a)示出了占空比(b/a)为20％的信号波形。PWM信号产生电路21的输出经由被构造成选择前进驱动或后退驱动的选择部81供给到两个驱动电路22a、22b中的一个。作为各驱动电路22a、22b，例如，使用H桥型的FET开关电路。在该情况下，PWM信号产生电路21的输出变成各驱动电路22a、22b的FET门电压。因此，各驱动电路22a、22b均用作放大电路，其中，PWM信号产生电路21的输出被用作FET门电压。驱动电路22a被连接到前进线圈12a，而驱动电路22b被连接到后退线圈12b，并且各驱动电路22a、22b产生的矩形波能产生足以驱动待驱动的例如演奏操作元件或内燃机的阀等对象的动力。
接着，说明采样信号产生电路31的具体例。从PWM信号产生电路21输出的PWM信号被供给到倒相器(inverter)82、83，并且PWM信号的电位被反相成如图6的(b)所示。倒相器82的输出被供给到由电阻器85、二极管86和电容器87构成的第一时间常数电路，并且以图6的(c)所示的充放电波形被输出到倒相器88。类似地，倒相器83的输出被供给到由电阻器89、二极管90和电容器91构成的第二时间常数电路，并且以图6的(d)所示的充放电波形被输出到倒相器92。在图示的示例中，第一时间常数电路的时间常数大于第二时间常数电路的时间常数。
当比较图6的(e)所示的倒相器88的输出和图6的(f)所示的倒相器92的输出时，后者相对于图6的(a)所示的PWM信号的矩形波的下降缘有一定程度的延迟。EXOR电路93取倒相器88的输出和倒相器92的输出的异或。EXOR电路93的输出经由电阻器94被输出到同步采样电路32并且还经由电容器95接地。倒相器82和倒相器88可通过省略第一时间常数电路而直接互相连接。
如图6的(g)所示，在EXOR电路93的输出中，在PWM信号的每个下降缘(下缘)产生短的矩形脉冲。该短的矩形脉冲是确定采样点的采样信号。
接着，说明同步采样电路32。
电磁致动器1的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b以使各检测线圈13a、13b的绕线方向彼此相反方式反极性串联地连接。如此连接的检测线圈13a、13b对应图1所示的检测线圈13，并且主检测线圈13a的输出电压和辅助检测线圈13b的输出电压被输出到同步采样电路32。在图5A至图5C中，各线圈的卷绕起始处的端子用黑点表示。图5B示意性地示出了前进线圈12a和后退线圈12b的绕线及其连接状态，以及线圈12a、12b的周边。即，前进线圈12a和后退线圈12b以其中使前进线圈12a和后退线圈12b的绕线方向相同的同极性方式被布置。前进线圈12a的一端连接到驱动电路22a，而前进线圈12a的另一端接地。后退线圈12b的一端连接到驱动电路22b，而后退线圈12b的另一端接地。另外，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的绕线及其连接状态示意性地在图5C中示出。如图5C所示，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b以使绕线方向相反的方式反极性串联地彼此连接。如图6的(h)和图6的(i)所示，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压均为与图6的(a)所示的PWM信号同步的矩形波。在矩形波上升和下降的前后叠加振铃波形，并且整体上叠加未示出的噪声。主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压均可认为是主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的相反端之间产生的电压。
在H桥型FET开关电路用作驱动电路22的情况下，部分地因为该电路包括一些感应元件，电流以从FET门电压变为“ON”的定时起略微延迟的方式开始流动，并且电流以从FET门电压变为“OFF”的定时起略微延迟的方式切断。
结果，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压也均根据上述输出电流的延迟而延迟。因此，如图6的(g)所示，采样信号保持高电位的期间包含在驱动电路22a保持在“ON”状态的期间。
图6的(j)示出了反极性串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压，并且输出电压表示为图6的(h)所示的主检测线圈13a的输出电压与图6的(i)所示的辅助检测线圈13b的输出电压之间的差分电压。如图6的(j)所示，在图6的(h)和图6的(i)所示的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压均上升的定时，一旦产生正向脉冲之后，输出电压突然下降，并且逐渐变为接近恒定值。另外，在各检测线圈13a、13b的输出电压的下一下降定时，输出电压突然上升，并且逐渐变为接近恒定值。图6的(j)所示的波形电压最大为约500mV，并且小于图6的(h)和图6的(i)所示的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压(二者均为约5V)。
图6的(j)所示的输出电压经由由电容器96和电阻器97构成的串联电路被输入到运算放大器101的反相输入端子(inverting input terminal)。另一方面，由电阻器98、99分压电源电压后获得的电压被输入到运算放大器101的非反相输入端子(non-inverting input terminal)。应注意，大容量电容器100与电阻器99并联连接。在运算放大器101的输出端子和非反相输入端子之间连接负反馈电阻102，由此运算放大器101用作能够调节偏移电压的交流耦合反相放大器。运算放大器101的输出经由电压跟随器103被输出到模拟门电路104。
图6的(k)示出了运算放大器101的差分输出、即电压跟随器103的输出电压，其通过将偏移电压增加到图6的(j)所示的输出电压而被反相放大。但是，图6的(k)所示的输出电压和图6的(j)所示的输出电压性质上彼此一致。
图6的(k)所示的输出电压被输入到模拟电路104。另外，来自采样信号产生电路31的门宽信号(gate width signal)被输入到模拟电路104的门端子，并且模拟电路104在与门宽信号的宽度对应的时间段从电压跟随器103采样电压。即，通过图6的(g)所示的各采样信号，在图6的(k)所示的每个采样点同步地采样图6的(k)所示的输出电压，该输出电压对电容器105充电，且维持在由图6的(k)的点划线表示的电位，并且一直被保持直到下一采样点。然后在下一采样点再次同步采样输出电压并且采样保持该输出电压。电容器105的输出电压经由电压跟随器106被输出。
如上所述，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压的下降定时从图6的(a)所示的PWM信号的下降定时延迟。因此，能够使图6的(g)所示的采样信号的高电位期间与驱动电路22的“ON”状态期间的最后部分一致。
在上述配置中，采样信号产生电路31利用驱动电路22的动作延迟。但是，产生采样信号的技术不限于图示的技术。
例如，可使用被构造成在图6的(a)所示的PWM信号的上升定时后经过预定的延迟时间时产生短周期单发脉冲的电路，并且该单发脉冲可用作采样信号。根据PWM信号的占空比控制预定的延迟时间。在该情况下，在设定预定的延迟时间时考虑驱动电路22的动作延迟。
可选地，可检测检测线圈的输出电压(即，反极性串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压)的电位变化开始定时(即，与PWM信号的上升相对应的定时)，并且可将从电位变化开始定时起已经经过预定的延迟时间的定时用作采样点。
上述电压跟随器106的输出是由同步采样电路32输出的变位位置检测信号。该变位位置检测信号是模拟信号并且通过A/D转换器被转换成数字值之后被输出到图1所示的校正部33。从A/D转换器输出的数字值可在图1所示的校正部33中利用校正表或演算式容易地校正。
在校正部33对模拟信号进行校正处理的情况下，可以对由校正部33输出的变位位置检测信号进行模拟-数字(A/D)转换。
上述电容器105和模拟门电路104的采样保持功能可通过A/D转换器实现，由此允许同步采样电路32输出数字值。
在该情况下，采样信号产生电路31的输出可用作A/D转换器的采样定时。可选地，电压跟随器103的输出可以像普通A/D转换那样被高速采样时钟采样，并且可从A/D转换后的数字输出序列中提取从采样信号产生电路31产生的采样信号的定时的数字值。
图7示出了图5所示的反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压的波形(图6的(j))(下文在合适的情况下称为“反向串联连接的输出电压波形”)与可动芯11a的变位位置之间的关系。应注意，图示的反向串联连接的输出电压波形的极性与图6的(j)所示的波形的极性相反，但与图6的(k)所示的波形的极性相同。图7中的各电压值均是在图示的采样点处的采样值。图示的采样点略早于图6的(k)所指示的采样点。
PWM信号的频率和占空比分别是15kHz和20％，并且可动芯的长度L2约等于30mm(L2≈30mm)。
图7(a)示出了当可动芯11a的变位位置被表示为x＝0mm时、即当可动芯11a位于图3A所示的上死点时反向串联连接的输出电压波形。
图7(b)、图7(c)和图7(d)分别示出了当可动芯11a的变位位置在图3B所示的状态中被分别表示为x＝2mm、x＝4mm和x＝8mm时反向串联连接的输出电压波形。
波形根据可动芯11a的变位位置而变化。在驱动电流变为“ON”时的定时，瞬时电压的幅度与变位位置呈现良好的对应性。
因此，图1所示的采样信号产生电路31优选地被构造成在由驱动电路22输出的驱动电流从“ON”变为“OFF”的定时附近产生采样信号。因此，在包含在检测线圈13的输出电压中的与变位对应的电压成分的电位高或反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压的电位高并且不存在振铃的期间，进行采样。因此，变位位置检测信号的信噪比(S/N)良好。
在采样信号产生电路31在由驱动电路22输出的矩形波形式的驱动电流从“ON”变为“OFF”的定时附近产生采样信号的情况下，同步采样电路32能够采样检测线圈13的在矩形波形式的输出电压下降的定时附近的输出值。如后所述，如果采样信号的定时从驱动电流变为“ON”的定时延迟，采样值迅速地减小。鉴于此，采样信号产生电路31优选地被构造成在驱动电流即将到达下降定时时产生采样信号并且在检测线圈13的输出电压即将到达下降定时时采样输出电压。
在采样信号的定时早于驱动电流变为“OFF”的定时的情况下，采样值无实质变化。但是应注意，在采样信号的定时从驱动电流变为“OFF”的定时延迟的情况下，采样值迅速减小。
在驱动电流的ON期间驱动电流从“OFF”变为“ON”的定时附近，瞬时电压与变位位置没有良好的对应性，但是瞬时电压不容易被PWM信号的占空比改变。
因此，采样信号产生电路31优选地被构造成在由驱动电路22输出的与PWM信号同步的驱动电流的ON期间产生采样信号。换句话说，采样信号产生电路31优选地被构造成在由驱动电路22输出的矩形波形式的驱动电流的从上升定时到下降定时的期间产生采样信号。
图8是示出图5所示的反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b的输出电压的采样值与可动芯11a的变位位置之间的对应关系的图。试验条件、反向串联连接的输出电压的极性和采样点与图7的试验条件、反向串联连接的输出电压的极性和采样点相同。
在图8中，横轴示出了可动芯11a的变位位置x[mm]，纵轴示出了上述反向串联连接的输出电压的采样值。该图示出了当PWM信号的占空比(b/a)分别为10％、20％、40％和70％时获得的采样值。
可动芯11a的变位位置x和反向串联连接的输出电压波形的各采样值彼此大致成正比，但不严格成正比。
因此，在图1所示的校正部33被构造成在其存储器中存储校正表或校准表的形式或函数的形式的图8所示的特性的情况下，能够基于反向串联连接的输出电压波形的采样值精确地检测可动芯11a的变位位置。
在该情况下，PWM信号的占空比(b/a)越大，输出电压越大。因此，检测变位位置时的较大占空比导致S/N比的增大。
校正部33事先在其存储器中存储与占空比的不同值对应的校正表(校准表)或函数。校正部33从图1所示的驱动控制部4获得占空比的值或可转换成占空比的值的其它PWM指示值，并且在校正表(校准表)中选择与占空比的值对应的合适的一个。
在参照图2和图5至图8进行的说明中，将反向串联连接的主检测线圈13a和辅助检测线圈13b用作图1所示的检测线圈13。
替代地，在仅使用主检测线圈13a的情况下，同步采样电路32可被构造成采样主检测线圈13a的输出与预定电压(基准电压)之间的差分电压，由此输出变位位置检测信号。上述基准电压需要调节成：使得包含在差分电压中的取决于变位位置的电压成分的比例大。
图9是配置有质量体的电子键盘乐器的键盘装置的侧视图，其中通过应用图1所示的检测装置150来进行力感控制。
虽然图9示出了并列配置的多个白键和黑键中的一个白键，但是其它白键和黑键具有类似的结构。图9示出了键处于非压键位置的状态。在图9中，使用与图2中使用的附图标记相同的附图标记标识对应的部件。
键112和质量体113以可绕各自的枢转中心枢转的方式被框架111支撑。质量体113与各键112对应，并且以与键112互锁的方式给相关的键112一个与压键操作相关的反作用力。键开关未在图9中示出。
由电磁致动器1产生的沿后退方向的驱动力被附加给键112，并且由电磁致动器1产生的沿前进方向的驱动力被附加给质量体113，从而相对于演奏者对键112的压键操作和离键操作控制力感。
在图9所示的电磁制动器1中，电磁制动器1的柱塞11(由可动芯11a、第一驱动轴11b和第二驱动轴11c构成)被布置成介于键112和质量体113之间，由此柱塞11也用作将机械载荷从键112和质量体113中的一方传递给键112和质量体113中的另一方的传递构件。
电磁致动器1的检测线圈(由主检测线圈13a和辅助检测线圈13b构成)检测可动芯11a的变位位置，由此检测键112的冲程位置、即键112在压键和离键方向上的位置。
将说明各部件的结构。
在键112的纵向大致中间位置形成通孔112a，并且在设置在框架111中的键支点构件111a上布置突出构件或销111b。突出构件111b插通通孔112a，由此键112被框架111可枢转地支撑。
在框架111的前部竖直延伸的前销111c的上端被插入键112的前端部112b的底侧。下限止动器114布置在前销111c的基部。另一方面，上限止动器115以如下的方式布置在框架111的后部：上限止动器115在键112处于图9所示的非压键状态时与键112的后端部112c的底面发生接触。
在任意相邻的两个键之间以在框架111的后部处竖直延伸的方式设置动作机构支撑部116。质量体支撑部117设置在动作机构支撑部116的前壁116a，而上限止动器安装部118和下限止动器安装部119设置在动作机构支撑部116的后壁116b。上限止动器120和下限止动器121安装到对应的安装部118、119。
质量体113在其棒状部113a的一端具有枢转支点部113c，在另一端具有质量集中部113b，并且在靠近所述一端的中间部具有设有辊的滑动构件113d。
质量体113布置在相关的键112的正上方，并且被质量体支撑部117可枢转地支撑在质量体113的枢转支点部113c。棒状部113a上下枢转，并且由上限止动器120和下限止动器121限制棒状部113a的可枢转范围。
电磁致动器1经由安装板122被固定到动作机构支撑部116的后壁116b的前表面。具有水平上表面的第一头123被固定至第一驱动轴11b，而具有缓冲和滑动作用的帽状第二头124被固定到第二驱动轴11c。以从键112的比键支点构件111a靠近键112的后端部112c的一侧的上表面突出的方式设置绞盘(capstan)112d。
由于质量体113的重量，滑动构件113d接触第一头123，并且第二头124的下端接触绞盘112d的头部。在图示的电磁致动器1中，柱塞11与键112和质量体113保持抵接，而能根据键112和质量体113的操作状态从键112和质量体113分离。
由图1所示的变位位置检测部3基于由主检测线圈13a和辅助检测线圈13b输出的检测电压来检测柱塞11的位置、即可动芯(图2中的可动芯11a)的变位位置。
在图9的电磁致动器1中，主检测线圈13a和辅助检测线圈13b绕制在前进线圈12a上。因此，在电磁致动器1作为前进电磁致动器操作的情况下，能够检测可动芯11a的位置。
另一方面，在电磁致动器1作为后退电磁致动器操作的情况下，通过主检测线圈13a和后退线圈12b的互耦程度及辅助检测线圈13b与后退线圈12b的互耦程度的变化来检测柱塞11的位置。
可选地，可通过在变位位置检测期间将用于检测变位位置的PWM驱动电流供给到前进线圈12a来检测柱塞11的位置。另外，可通过将主检测线圈13a和辅助检测线圈13b绕制在前进线圈12a和后退线圈12b二者上来检测柱塞11的位置。
在上述键盘装置中，通过不仅检测柱塞11的位置而且检测柱塞11的速度，能够使电子键盘乐器的反作用力的特性接近声学钢琴的反作用力特性。在该情况下，通过计算检测到的可动芯11a的变位位置的时间变化来检测速度。
在该实施方式中，检测柱塞11(可动芯11a)的动作状态(例如变位位置或速度)，并且基于检测结果获得数据(例如冲程位置、压键速度等)，由此执行电磁致动器1的驱动控制。
由CPU(未示出)执行计算机程序实现控制在电磁致动器1中产生的驱动力的功能和获得键112的冲程位置和如压键速度等关于键动作的信息的功能。
由于控制驱动力的功能，基于键112的冲程位置(即，键位置)和通过获得关于键动作信息的功能而获得的关于键动作的信息来确定表示将由电磁致动器1施加到键112的驱动力的指示值。电磁致动器1选择性地产生如下的作为与指示值对应的驱动力的驱动力：关于键112的离键操作使驱动力沿使从质量体113附加的反作用力增大的方向(即，沿后退方向)和关于键112的压键操作使驱动力沿使从质量体113附加的反作用力减小的方向(即，沿前进方向)。
虽然参照图9说明了力感控制，在电磁致动器1作为前进电磁致动器操作的情况下可自动演奏(自动键操作)。在该情况下，从音乐数据文件读出演奏数据(乐音打开信息，乐音关闭信息)，并且根据所读取的演奏数据沿前进方向驱动电磁致动器1，由此允许键112的自重用作按压键112的驱动力。
上述电磁致动器1的柱塞11以能根据键112和质量体113的举动从键112和质量体113分离的方式分别经由第一头123和第二头124与键112和质量体113保持接触。可通过连接装置等将柱塞11联接到键112和质量体113，只要能够将力从柱塞11传递到键112和质量体113而使柱塞11不从键112和质量体113分离即可。
代替背景技术中说明的专利文件1公开的、未配备质量体的电子键盘乐器中的电磁致动器，作为与相关的键接触或以不与键分离的方式联接到相关的键的电磁致动器，可使用如下配置：图2所示的双向驱动型电磁致动器；1个图4A所示的单向驱动型电磁致动器；以及以使各致动器相对于键的驱动方向相反的方式配置的两个图4A所示的单向驱动型电磁致动器。根据这些配置，可实现力感控制和/或自动演奏。
在图示的实施方式中，变位位置检测部3的校正部33被构造成根据来自驱动控制部4的PWM指示值来校正从同步采样电路32输入到校正部33的变位位置检测信号，并且被构造成输出校正后的变位位置检测信号。变位位置检测部3可被构造成不配备校正部33。该配置将作为本发明的变型例加以说明。在该变型例中，使用与上述实施方式中使用的相同的附图标记来表示相应的部件并且省略其具体说明。
图10示出了根据变型例的电磁致动器的变位检测装置160。如图10所示，驱动控制部4被构造成将PWM信号(即，占空比)的指示值输出到驱动部2。驱动部2被构造成将驱动电流供给到电磁致动器1。在可动芯11a被驱动期间暂时地或周期性地(例如，PWM信号的10个周期为1个周期)设定检测电磁致动器1的可动芯11a的变位位置的变位位置检测期间，或者在可动芯11a未被驱动的未驱动期间暂时地或周期性地(例如，PWM信号的10个周期为1个周期)设定检测电磁致动器1的可动芯11a的变位位置的变位位置检测期间，并且在变位位置检测期间检测可动芯11a的变位位置。该未驱动期间是用于驱动可动芯11a的电流不流过的期间。驱动控制部4被构造成事先将变位位置检测期间的占空比设定为预定值(例如，20％)，并且在整个变位位置检测期间将该预定值保持作为占空比。PWM信号产生电路21被构造成在变位位置检测期间输出占空比被设定为预定值的PWM信号，并且驱动电路22被构造成根据PWM信号将PWM电流供给到驱动线圈12。采样信号产生电路31被构造成输出与PWM信号同步的采样信号，并且同步采样电路32被构造成采样检测线圈13的输出电压并且输出变位位置检测信号。这里，由于从驱动控制部4输出的PWM信号的指示值被保持为预定值，所以变位位置检测部3不需要考虑检测线圈13的输出电压的波动、即增大和减小，否则通过改变用于驱动驱动线圈12的PWM信号的指示值可能引起检测线圈13的输出电压波动。因此，在用于检测可动芯11a的变位位置的驱动电流的占空比被设定为预设值的情况下，可省略校正部33，这使得可以低成本构成变位位置检测部3。
例如，可通过下面的配置来实现上述变位位置检测部3不配备校正部33的配置。在图1的配置中，由占空比变化导致的变位位置检测信号的波动所导致的精度的劣化落在容许的范围内，能够基于通常地用于驱动驱动线圈12的驱动电流来检测可动芯11a的变位，而不用将占空比设定或固定在预定值。在该情况下，不必校正同步采样电路32的输出(变位位置检测信号)，从而能够通过不具有校正部33的变位位置检测部3检测可动芯11a的变位位置。
参照图1至图8以及图10说明的各电磁致动器均可用作变位位置检测传感器。在该情况下，机械装置的可动元件或接触元件被联接到可动芯，并且检测可动元件或接触元件的变位位置。
虽然上面已经说明了本发明的实施方式和适用例，但是应该理解，本发明不限于所说明的具体实施方式和适用例的细节，对本领域的技术人员来说，可在不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围内进行各种其它修改和变型。

Claims (14)

1.一种电磁致动器的变位检测装置，其包括：
电磁致动器，其包括：可动芯；驱动线圈，其通过给所述可动芯施加驱动力而使所述可动芯变位；以及检测线圈，其布置在与所述驱动线圈的互耦系数根据所述可动芯的变位而变化的位置，所述电磁致动器将所述可动芯的驱动力传递到机械系统；
驱动部，其被构造成基于脉宽调制信号将驱动电流供给到所述驱动线圈；以及
变位检测部，所述检测线圈的输出电压被输入到所述变位检测部，且所述变位检测部被构造成输出与所述可动芯的变位对应的变位检测信号，
其中，所述变位检测部包括：采样信号产生部，其被构造成与所述脉宽调制信号同步地产生采样信号；和同步采样部，其被构造成通过与所述采样信号同步地对所述检测线圈的输出电压进行采样来输出所述变位检测信号。
2.根据权利要求1所述的变位检测装置，其特征在于，
所述检测线圈包括主检测线圈和辅助检测线圈，
在所述驱动线圈和所述主检测线圈的互耦系数作为第一特性根据所述可动芯的变位而变化且所述驱动线圈和所述辅助检测线圈的互耦系数作为第二特性根据所述可动芯的变位而变化的情况下，所述主检测线圈和所述辅助检测线圈被布置成使所述第一特性和所述第二特性彼此不同，并且
所述同步采样部被构造成对所述主检测线圈和所述辅助检测线圈的输出电压进行采样，其中所述主检测线圈和所述辅助检测线圈以如下的方式反向串联连接：使得所述驱动线圈和所述主检测线圈的互耦系数的极性与所述驱动线圈和所述辅助检测线圈的互耦系数的极性彼此相反。
3.根据权利要求1或2所述的变位检测装置，其特征在于，所述变位检测部包括校正部，所述校正部被构造成根据所述脉宽调制信号的占空比来校正从所述同步采样部输入到所述校正部的所述变位检测信号。
4.根据权利要求3所述的变位检测装置，其特征在于，
所述驱动部被构造成在变位检测期间将所述占空比设定为预定值，其中所述变位检测期间是所述可动芯被所述驱动部驱动的期间的一部分，
所述采样信号产生部被构造成在所述变位检测期间产生与占空比为所述预定值的所述脉宽调制信号同步的采样信号，以及
所述校正部被构造成根据设定为所述预定值的所述占空比来校正从所述同步采样部输入到所述校正部的所述变位检测信号。
5.根据权利要求3所述的变位检测装置，其特征在于，还包括驱动控制部，该驱动控制部被构造成将应由所述可动芯产生的所述驱动力确定的占空比输出到所述驱动部和所述校正部，
其中，所述驱动部包括：脉宽调制信号产生电路，其被构造成根据由所述驱动控制部输出的所述占空比来输出所述脉宽调制信号；和驱动电路，其被构造成将与从所述脉宽调制信号产生电路输出的所述脉宽调制信号同步的驱动电流供给到所述驱动线圈，
其中，所述校正部被构造成根据从所述驱动控制部输出的占空比来校正从所述同步采样部输入到所述校正部的所述变位检测信号。
6.根据权利要求1或2所述的变位检测装置，其特征在于，
所述电磁致动器还包括磁轭，
所述可动芯为柱状体，并且所述可动芯通过插通所述驱动线圈和所述检测线圈中的每一个的中空部而能沿所述柱状体的轴线方向直线地变位，在所述柱状体的轴线方向上的至少一个端面以从所述端面突出的方式设置驱动轴，用于将所述驱动力传递给所述机械系统，以及
所述磁轭布置在所述驱动线圈和所述检测线圈的外部，并且所述磁轭具有开口部，所述驱动轴从所述开口部突出。
7.根据权利要求1所述的变位检测装置，其特征在于，
所述电磁致动器包括外侧固定芯、内侧固定芯以及将所述外侧固定芯的一端和所述内侧固定芯的一端彼此连接的连接芯，
在所述外侧固定芯和所述内侧固定芯之间形成凹部，所述凹部的底部由所述连接芯限定，
所述驱动线圈和所述检测线圈被装配在所述凹部中，
所述可动芯为板状体，并且所述可动芯被布置成经由间隙与所述凹部的开口部相对，使得所述可动芯能沿与所述板状体的平面垂直的轴线方向直线地变位，其中，所述间隙的大小根据所述可动芯的变位而变化，以及
在所述板状体的至少一个面上以沿与所述板状体的平面垂直的轴线方向从所述至少一个面突出的方式设置驱动轴。
8.根据权利要求1或2所述的变位检测装置，其特征在于，
所述电磁致动器由第一电磁致动器和第二电磁致动器构成，所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器均具有所述驱动线圈，
所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器具有共用的单个的可动芯，
所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器被布置成沿所述单个的可动芯的变位方向配置，以及
所述第一电磁致动器被构造成沿一个方向驱动所述单个的可动芯，而所述第二电磁致动器被构造成沿与所述一个方向相反的方向驱动所述单个的可动芯。
9.根据权利要求8所述的变位检测装置，其特征在于，所述检测线圈设置于所述第一电磁致动器和所述第二电磁致动器中的至少一方。
10.根据权利要求1或2所述的变位检测装置，其特征在于，
所述驱动部包括：脉宽调制信号产生电路，其被构造成输出所述脉宽调制信号；以及驱动电路，其被构造成将与从所述脉宽调制信号产生电路输出的所述脉宽调制信号同步的驱动电流供给到所述驱动线圈，以及
所述采样信号产生部被构造成在从与所述脉宽调制信号同步的矩形波形式的所述驱动电流的上升定时到下降定时的期间产生所述采样信号。
11.根据权利要求1或2所述的变位检测装置，其特征在于，
所述驱动部包括：脉宽调制信号产生电路，其被构造成输出所述脉宽调制信号；以及驱动电路，其被构造成将与从所述脉宽调制信号产生电路输出的所述脉宽调制信号同步的驱动电流供给到所述驱动线圈，
所述检测线圈被构造成输出矩形波形式的电压，所述电压是由与所述脉宽调制信号同步的矩形波形式的所述驱动电流激励的，并且
所述同步采样部被构造成在从所述检测线圈输出的矩形波形式的所述电压即将到达下降定时时对所述检测线圈的所述输出电压进行采样。
12.根据权利要求1或2所述的变位检测装置，其特征在于，
所述驱动部被构造成在变位检测期间将所述脉宽调制信号的占空比设定为预定值，所述变位检测期间是所述可动芯被所述驱动部驱动的期间的一部分，
所述采样信号产生部被构造成在所述变位检测期间产生与占空比为所述预定值的所述脉宽调制信号同步的采样信号，并且
所述同步采样部被构造成通过与所述采样信号同步地对所述检测线圈的所述输出电压进行采样来输出所述变位检测信号。
13.根据权利要求2所述的变位检测装置，其特征在于，
所述主检测线圈和所述辅助检测线圈以与所述驱动线圈同轴线地相对于所述驱动线圈布置，以及
所述主检测线圈和所述辅助检测线圈被布置成沿所述驱动线圈的轴线方向彼此相邻配置。
14.根据权利要求13所述的变位检测装置，其特征在于，所述主检测线圈和所述辅助检测线圈被布置成：使得所述主检测线圈和所述辅助检测线圈的绕线的所述轴线方向上的两相反端在所述轴线方向上位于所述驱动线圈的绕线的所述轴线方向上的两相反端的相应位置的内侧。
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