JP5141000B2 - 位置検出方法及び位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアパルスモータ、２次元リニアモータなどのリニアモータの可動子の位置を検出する位置検出方法及び位置検出装置に関する。

リニアモータは、可動子の位置を検出する検出手段を備えており、その検出手段により検出した位置情報と指令された位置情報とを比較し、それらの差が小さくなるように駆動信号を電気子に印加して可動子を目標の位置に移動させる制御を行っている。

可動子の位置の検出手段としては、一般的に光学式のものが用いられている（特許文献１参照）。レーザ光発生機構（レーザダイオード及びその駆動回路）、反射光検出機構、光学レンズ系などを有するリニアエンコーダを固定子側に設け、光の反射率に変化をつけた微細な周期構造を有するリニアスケールを可動子側に設けて、可動子の移動に伴う反射光の強弱パターンをパルスとして計数することにより、可動子の位置情報を得ている。この方式は光学式であるため、非接触であってノイズが少なく、しかもレーザ光の波長近くまで位置分解能を高くできる。
特開２０００−２６２０３７号公報

しかしながら、レーザ光発生機構、反射光検出機構及び光学レンズ系を一体化してなるリニアエンコーダは高価であるという問題がある。また、位置を検出するために、リニアスケールを可動子に貼り付ける必要がある。また、このリニアスケールとリニアエンコーダとの取付け位置の精度は焦点合わせを含めて光学レベルでの精度が要求されているため、組み立てた後の微調整が不可避であり、組立て作業に熟練性を要するだけでなく、コストアップの要因になるという問題がある。また、リニアスケールは基本的に１軸のみの対応であるので、１つの可動子にて２次元動作を行わせる２次元リニアモータに対しては、測定方向と直角方向に可動子が移動した際に、光軸が合わなくなって位置検出を行えないという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、リニアスケールを用いることなく、簡単な構成にて可動子の位置検出を精度良く行える位置検出方法及び位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、可動子が２次元に移動する場合であっても、検出方向と直角な方向の移動に伴う出力変動を抑制することができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、可動子と固定子との距離の変動に伴う検出出力の変動を補正することにより、その距離が変動しても安定した検出結果を得ることができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。

本発明に係る位置検出装置は、固定子となる磁気回路の表面に凹凸を設けて磁気抵抗の周期的な変化を用いて可動子の推力を発生させるリニアモータにおける前記可動子の位置を検出する位置検出装置であって、励磁コイル及び検出コイルを有する２個のセンサ素子をλ／２（λ：前記凹凸の１周期分の長さ）離隔させてなる磁気センサと、前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の差分を求める差分手段と、前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の振幅を求める手段と、求めた振幅が一定となるように前記励磁コイルへの励磁信号の大きさを調整する手段とを備えることを特徴とする。

本発明の位置検出装置にあっては、リラクタンス変化を可動子の推力に用いるために、磁気回路の表面に凹凸を設けたアクチュエータに対して、その凹凸を磁気センサにて直接検出することにより、可動子の位置情報を得る。よって、リニアスケールを設けることなく、可動子の位置を検出できる。センサ素子を前記固定子の凹凸部分に近接させた場合、凸部にセンサ素子が近接するときには、多くの磁束がセンサ素子に発生するので、検出コイルからの出力が大きくなり、凹部にセンサ素子が近接するときには、少ない磁束しかセンサ素子に発生しないので、検出コイルからの出力が小さくなる。そこで、凹凸の１周期分の長さλの半分であるλ／２だけ離隔させて２個のセンサ素子を配置して、両センサ素子の検出コイルからの出力の差分を求めることにより、固定子の凹凸パターンを検知できて、可動子の位置を簡単に検出できる。２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の振幅の大きさ（絶対値、実効値など）が一定となるように励磁コイルへの励磁信号の大きさを調整する。両センサ素子の出力（磁束の変化）は、目的の検出方向では差分で変化するが、目的の検出方向と直角な方向では同相であるため振幅が変化する。よって、両センサ素子の出力の振幅を一定に制御することにより、目的の検出方向と直角な方向の変位による出力の変動を抑えることができ、目的の検出方向における可動子の位置を精度良く検出できる。また、このような制御を行うことにより、磁気センサと固定子との距離が変動した場合でも、その出力の変化（磁束の変化）の影響を受けることがなくなり、位置の検出精度は高くなる。

本発明に係る位置検出装置は、前記検出コイルが巻回されてλ／２離隔させた前記２個のセンサ素子に共通の励磁コイルを巻回して前記磁気センサを構成していることを特徴とする。

本発明の位置検出装置にあっては、それぞれに検出コイルを巻回した２個のセンサ素子をλ／２だけ離隔させた状態で、検出コイルの外側に共通の励磁コイルを包括的に巻回して、磁気センサを構成している。よって、２個のセンサ素子に対して同位相、同レベルの励磁を確実に行えるとともに、構成の簡略化を図れる。

本発明に係る位置検出装置は、前記２個のセンサ素子の幅をＮλ（Ｎ：自然数）としてあることを特徴とする。

本発明の位置検出装置にあっては、センサ素子の固定子に近接する幅が凹凸の１周期分の長さλの整数倍である。このようにすると、目的の検出方向と直角な方向に移動した場合に、その直角な方向の移動に関して常に凹凸の整数周期分の磁束を検出することになって平均化されるため、目的の検出方向と直角な方向の磁束の変化は小さくなり、その磁束の変化の影響を受けることなく、目的の検出方向における可動子の位置を精度良く検出できる。

本発明に係る位置検出装置は、前記励磁コイルの両端の電圧に基づいて、前記差分手段の出力を補正する手段を備えることを特徴とする。

本発明の位置検出装置にあっては、２個のセンサ素子に共通に巻回されている励磁コイルの両端の電圧に基づいて、差分手段の出力を補正する。固定子と磁気センサ（可動子）との距離に応じて、励磁コイルのインダクタンスが変化するため、その両端の電圧は変動する。このことに基づき、励磁コイルを、固定子と磁気センサとの距離を検出する近接センサとして使用して、差分手段の出力を補正する。よって、固定子と磁気センサとの距離が変動した場合でも、その変動に応じて検出出力を補正するので、常に安定した検出結果が得られて、可動子の位置を精度良く検出できる。
本発明に係る位置検出方法は、固定子となる磁気回路の表面に凹凸を設けて磁気抵抗の周期的な変化を用いて可動子の推力を発生させるリニアモータにおける前記可動子の位置を検出する位置検出方法であって、励磁コイル及び検出コイルを有する２個のセンサ素子をλ／２（λ：前記凹凸の１周期分の長さ）離隔させてなる磁気センサでの前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の差分を求め、前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の振幅を求め、求めた振幅が一定となるように前記励磁コイルへの励磁信号の大きさを調整することとし、前記求めた出力の差分に基づいて前記可動子の位置情報を得ることを特徴とする。

本発明では、固定子の凹凸を磁気センサにて検出することにより、可動子の位置情報を得るようにしたので、リニアスケールが不要である簡単な構成で可動子の位置を検出することができる。

本発明では、センサ素子の幅を固定子の凹凸の１周期分の長さの整数倍とするようにしたので、または、両センサ素子の出力の振幅が一定となるように励磁コイルへの励磁信号の大きさを調整するようにしたので、可動子が２次元で移動する場合にあっても、目的の検出方向と直角な方向への移動に伴う出力の変化を抑制することができ、目的の検出方向における固定子の位置情報を精度良く取得することができる。

本発明では、励磁コイルの両端の電圧に基づいて差分手段の出力を補正するようにしたので、固定子と磁気センサ（可動子）との距離が変動した場合でも、その距離の変動に応じて検出出力を補正することができ、安定した検出結果が得られて、固定子の位置情報を精度良く取得することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る位置検出装置の構成図である。本発明の位置検出装置は、磁気センサ１と、磁気センサ１に接続される検出回路とから構成されている。

まず、磁気センサ１の構成について説明する。図２は、磁気センサ１の作製手順を示す図である。磁気センサ１は、差動フラックスゲート型の構成をなしており、２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂとを有している。各センサ素子１１ａ，１１ｂは、同様の構造をなし、図２（ａ）に示すようなＨ型形状の高透磁率軟質磁性体コア１２ａ，１２ｂの中央部に検出コイル１３ａ，１３ｂを巻いて構成される（図２（ｂ）参照）。

この２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂを、λ／２（但し、λは後述する固定子の凹凸の１周期分の長さ）だけ離隔させて平行に並べ、同一の回数巻回された検出コイル１３ａ，１３ｂを直列逆相で接続する（図２（ｃ）参照）。そして、検出コイル１３ａ，１３ｂの外側に、検出コイル１３ａ，１３ｂとは絶縁させた態様で、２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂを包括するように共通の励磁コイル１４を巻回して、磁気センサ１を構成する（図２（ｄ）参照）。

検出回路は、交流電源２１と、同期検波器２２と、増幅器２３，２４とを備えている。交流電源２１は、増幅器２３を介して励磁コイル１４の一端と接続されており、交流電源２１から交流の励磁信号が励磁コイル１４に印加される。励磁コイル１４の他端は接地されている。また、交流電源２１は同期検波器２２の一方の入力端子に接続されている。

同期検波器２２の他方の入力端子は、一方の検出コイル１３ａの一端と接続されており、磁気センサ１の検出信号（検出出力）が同期検波器２２に入力される。他方の検出コイル１３ｂの一端は接地されている。同期検波器２２は、交流電源２１からの励磁信号を参照して磁気センサ１からの検出信号を同期検波し、その同期検波後の信号を増幅器２４を介して出力する。

図３は、このような構成の位置検出装置を用いた可動子の位置検出の実施状態を示す模式図である。３は磁気回路の表面に周期的に凹凸を設けた軟質磁性材料でできた固定子である。この凹凸の１周期分の長さ（隣合う凸部間の距離、隣合う凹部間の距離）はλである。固定子３の上方に固定子３から適長隔てて、可動子（図示せず）に取り付けられた位置検出装置の磁気センサ１を配置している。２個のセンサ素子１１ａ，１１ｂの離隔方向（図３での白抜矢符方向：ｙ方向）が可動子位置の目的の検出方向である。

次に、可動子位置の検出動作について説明する。磁気センサ１の励磁コイル１４に交流の励磁信号を印加した場合、２つのコア１２ａ，１２ｂに同一の磁束が発生するため、２つの検出コイル１３ａ，１３ｂには同レベルの起電力が発生する。この際、検出コイル１３ａ，１３ｂは互いに逆相で接続されているので、磁気センサ１の検出出力には信号が得られない（磁気センサ１の検出出力が常にゼロである）。

しかしながら、この磁気センサ１を、表面が凹凸形状をなす固定子３に近接させた場合、凸部に近接したセンサ素子のコアには多くの磁束が発生する。この結果、センサ素子１１ａのコア１２ａ内の磁束の大きさと、センサ素子１１ｂのコア１２ｂ内の磁束の大きさとに差が生じて、磁気センサ１の検出出力にゼロでない信号が現れる。そして、検出コイル１３ａ，１３ｂ同士は逆相で接続されているため、センサ素子１１ａが凸部に近接したときとセンサ素子１１ｂが凸部に近接したときとでは、検出信号の位相が１８０度異なる。そこで、図１に示す検出回路において、励磁信号を参照して磁気センサ１の検出信号を同期検波器２２で同期検波することにより、固定子３の凹凸の位置に応じて変動する正弦波出力を得ることができる。

図４は、磁気センサ１の位置と検出出力との関係を示す図である。図４（ａ）は、センサ素子１１ａが凹部に近接してセンサ素子１１ｂが凸部に近接したときの検出信号を表している。センサ素子１１ａのコア１２ａ内とセンサ素子１１ｂのコア１２ｂ内とで磁束の大きさが異なるため、励磁信号と位相が１８０度ずれた大きい振幅の検出信号が得られている。また、図４（ｂ）は、磁気センサ１の中心が凸部の中央に位置したときの検出信号を表している。センサ素子１１ａのコア１２ａ内とセンサ素子１１ｂのコア１２ｂ内とで磁束の大きさが同じになるため、検出信号が得られていない。また、図４（ｃ）は、センサ素子１１ａが凸部に近接してセンサ素子１１ｂが凹部に近接したときの検出信号を表している。図４（ａ）の例とは逆に、センサ素子１１ａのコア１２ａ内がセンサ素子１１ｂのコア１２ｂ内より磁束が大きくなるため、励磁信号と同位相で大きい振幅の検出信号が得られている。また、図４（ｄ）は、磁気センサ１の中心が凹部の中央に位置したときの検出信号を表している。センサ素子１１ａのコア１２ａ内とセンサ素子１１ｂのコア１２ｂ内とで磁束の大きさが同じになるため、図４（ｂ）の例と同様に、検出信号が得られていない。

このように、可動子の移動に伴う磁気センサ１と固定子３の凹凸パターンとの位置関係に応じて、磁気センサ１の検出信号が周期的に変動する。したがって、この検出信号をモニタすることにより、可動子の位置を検出することが可能である。

本発明の位置検出装置では、従来例のようにリニアスケールを可動子に設ける必要がなくなり、装置の小型化及び簡略化を図ることができる。また、光学式の検出手段で必要であった高い精度が要求される光学的な位置合わせは不要であり、組立て作業に熟練性は要求されない。

本発明のように磁気的に物理量を検出するシステムにあっては、１つの検出系だけでは誤差が出現する可能性があるため、また進行方向を判別するため、正弦波による検出系と余弦波による検出系とを併設することが広く行われている。このような検出系を本発明に適用する場合には、上述したような磁気センサ１を有する２つの位置検出装置を、目的の検出方向（図３のｘ方向）に３λ／４＋ｎλ（ｎは０以上の整数）だけ離隔して平行に設けるようにすれば良い。

ところで、可動子が２次元（図３のｘ方向及びｙ方向）に移動する場合には、上述したようなｙ方向の位置を検出する位置検出装置に加えて、２つのセンサ素子の離隔方向をｘ方向とした磁気センサを有してｘ方向の位置を検出する位置検出装置を更に設け、２個の位置検出装置にて、独立的にｘ方向及びｙ方向の位置を検出することが可能である。

但し、この場合、目的の検出方向だけでなく、これと直角な方向にも可動子は移動するため、この直角な方向への可動子の移動の影響を受けることなく、つまりこの直角な方向への可動子の移動に伴う検出信号をできる限り抑制して、目的の検出方向における可動子の位置を検出することが必要である。このことを実現するための手法を第２，第３実施の形態として以下に説明する。

（第２実施の形態）
各センサ素子１１ａ，１１ｂ（コア１２ａ，１２ｂ）の固定子３に近接する部分の幅（図２のｗ）をＮλ（Ｎは自然数）としている。このようにしておくと、固定子３上方に磁気センサ１を設けた場合に、目的の検出方向（図３のｙ方向）と直角な方向（図３のｘ方向）における各センサ素子１１ａ，１１ｂ（コア１２ａ，１２ｂ）の長さが凹凸の１周期分の長さの整数倍となる。

したがって、可動子がこの直角な方向（図３のｘ方向）に移動しても、この直角な方向（図３のｘ方向）にあっては整数周期分の磁束を検出することになり、全体が平均化されてその方向における磁束の変化は非常に小さくなる。この結果、目的の検出方向（図３のｙ方向）における可動子の位置を検出する位置検出装置において、この直角な方向（図３のｘ方向）への可動子の移動に伴う検出信号はほとんど得られず、目的の検出方向（図３のｙ方向）における可動子の位置を精度良く検出できる。

なお、Ｎ＝１である場合には、横方向への漏れ磁束によって、直角な方向（図３のｘ方向）の磁束が平均化されずにある程度の検出信号が得られる可能性がある。よって、高精度の検出を実現するためには、Ｎは２以上の自然数であることが好ましい。

（第３実施の形態）
図５は、第３実施の形態に係る位置検出装置の構成図である。図５における磁気センサ１の構成は、前述した第１実施の形態における磁気センサ１の構成と同じである。

また、図５の検出回路における交流電源２１、同期検波器２２及び増幅器２４は、図１に示すものと同様である。交流電源２１と励磁コイル１４の一端との間には、励磁信号の増幅率を制御可能なゲイン制御増幅器３１が設けられている。検出コイル１３ａの一端は増幅器３２の入力端子と反転増幅器３３の入力端子とに接続され、検出コイル１３ｂの一端は増幅器３４の入力端子と増幅器３５の入力端子とに接続されている。

増幅器３２の出力端子と増幅器３４の出力端子とは結線されて同期検波器２２に接続されている。反転増幅器３３の出力端子と増幅器３５の出力端子とは結線されて振幅検出器３６に接続されている。検出コイル１３ａ，１３ｂは他端同士が逆相で接続されているので、増幅器３２の出力と増幅器３４の出力との合成出力（同期検波器２２への入力）は検出コイル１３ａにおける検出信号と検出コイル１３ｂにおける検出信号との差分となり、一方、反転増幅器３３の出力と増幅器３５の出力との合成出力（振幅検出器３６への入力）は検出コイル１３ａにおける検出信号と検出コイル１３ｂにおける検出信号との和となる。

振幅検出器３６は、両検出信号の和である振幅を検出し、その振幅が一定になるように励磁レベル制御信号をゲイン制御増幅器３１へ送出する。ゲイン制御増幅器３１は、この励磁レベル制御信号に基づいて交流電源２１からの励磁信号の増幅率を制御する。

センサ素子１１ａ，１１ｂにおける磁束の変化は、目的の検出方向では差分として変化するが、目的の検出方向と直角な方向では同相で変化する。このことを利用して、両センサ素子１１ａ，１１ｂの同相の出力の和が常に一定となるように、励磁信号にフィードバック制御をかけることにより、目的の検出方向と直角な方向の出力を抑えることができる。この結果、目的の検出方向（図３のｙ方向）における可動子の位置を検出する位置検出装置において、それと直角な方向（図３のｘ方向）への可動子の移動に伴う検出信号はほとんど得られず、目的の検出方向（図３のｙ方向）における可動子の位置を精度良く検出できる。

また、この第３実施の形態では、このような制御を行うことにより、磁気センサ１と固定子３との距離が変動した場合でも、その出力の変化（磁束の変化）を抑えることができるため、この点でも位置の検出精度を高くすることが可能となる。

（第４実施の形態）
固定子３と磁気センサ１（可動子）との距離が変動すると、その変動に応じて検出出力（同期検波器２２の出力）が変動する。一次元方向のみの駆動が可能であるリニアモータでは、可動子がリニアガイドに固設されているので、固定子，可動子間の距離が変動することはほとんどないが、二次元方向での駆動が可能であるリニアモータにあっては、可動子がエアーで浮き上がって移動されるため、固定子，可動子間の距離は変動しやすくなる。よって、特に二次元方向での駆動が可能なリニアモータにおいて、固定子，可動子間の距離変動への対策が必要である。

図６は、このような対策を施した第４実施の形態に係る位置検出装置の構成図である。図６において、図５と同一部材には同一番号を付してそれらの説明は省略する。

同期検波器２２の出力端子には、増幅器２４に代えて、ゲイン制御増幅器４３が接続されており、ゲイン制御増幅器３１と励磁コイル１４との結線上には抵抗４１が介装されている。抵抗４１の出力側とゲイン制御増幅器４３とが結線されており、その結線上には振幅検出器４２が設けられている。また、２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂを有する磁気センサ１には、コア１２ａ，１２ｂに接触させて、軟質磁性体からなる薄板状の導磁板４４が設けられている。

振幅検出器４２は、交流電流を印加して交番磁界を発生させる励磁コイル１４の両端における電圧の振幅を検出し、その検出信号をゲイン制御増幅器４３へ送出する。ゲイン制御増幅器４３は、この検出信号に基づいて同期検波器２２の出力を補正制御する。例えば、簡単な手法としては、磁気センサ１が固定子３に近づいた場合、同期検波器２２の出力は大きくなり、振幅検出器４２の検出信号（励磁コイル１４の両端の電圧）は小さくなるため、両者を掛け合わせることによって補正を行うようにしても良い。

固定子３と磁気センサ１（励磁コイル１４）の距離が変動すると、インダクタンスが変化して、励磁コイル１４の両端の電圧は変動する。２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂは、固定子３の凹凸の１周期分の長さλの半分（λ／２）だけ離隔させているので、何れか一方のセンサ素子は固定子３の凸部に対向するため、両センサ素子１１ａ，１１ｂを包括して巻回している励磁コイル１４は、全体で見た場合に、その磁気抵抗がほとんど変化しない。よって、励磁コイル１４の両端の電圧は、固定子，可動子間の距離を正確に反映することになる。このように、第４実施の形態では、励磁コイル１４を、固定子，可動子間の距離を検出する近接センサとして使用し、そのセンサ出力に基づいて位置検出信号（同期検波器２２の出力）をフィードフォワード方式で補正している。

固定子３と磁気センサ１との距離が長くなった場合には、磁気センサ１と固定子３とのインタラクションがなくなって、距離変動に伴う電圧変動の出力が得られない可能性がある、このような可能性を防止するための対策として、導磁板４４を設けている。固定子３と磁気センサ１との距離が長くなっても、導磁板４４内に磁路が形成されるので、磁気センサ１と固定子３とのインタラクションが存在して、距離変動に伴う電圧変動の出力を得ることができる。

この、第４実施の形態では、２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂに共通に巻回されている励磁コイル１４の両端の電圧に基づいて、同期検波器２２の出力を補正するので、固定子３と磁気センサ１との距離が変動した場合でも、その変動に応じて検出出力を取得でき、常に安定した検出結果が得られて、可動子の位置を精度良く検出できる。

なお、導磁板４４のサイズ，形状は、安定した検出結果を得ることが必要とされる固定子，可動子間の距離に応じて設定すれば良い。また、その距離が比較的短くてもよい場合には、導磁板４４は設けなくても良い。他の機器からのノイズを遮蔽するために、磁気センサ１をシールドケースに収納して使用することが想定されるが、このような場合には、シールドケースの一部に導磁板４４の機能を持たせるようにしても良い。

（実施例）
以下、本発明者が作製した磁気センサ１の具体的な構成と、作製した磁気センサ１を用いて得られた位置検出結果とについて説明する。

まず、２次元のリニアパルスモータに用いる固定子３として、図７に示すような形状のものを作製した。固定子３の表面の凹凸の１周期分の長さ（λ）は６ｍｍである。また、凸部の幅は３ｍｍ、凹部の幅は３ｍｍ、凹部に対する凸部の高さは３ｍｍである。

次に、８０Ｎｉパーマロイ板（厚さ０．５ｍｍ）より、図８に示すような形状のＨ型のコア１２ａ（１２ｂ）を切り出し、水素中で１０００℃、４時間の焼鈍を行った。図８に示す例では、コア１２ａ（１２ｂ）の幅が１２ｍｍであって、凹凸の１周期分の長さ（λ）の２倍（Ｎ＝２）である。焼鈍後のコアの中央部に絶縁ポリイミドテープを貼り付け、テープ上に検出コイル１３ａ（１３ｂ）としての直径０．１ｍｍのポリウレタン被覆銅線を２００回巻き付けたものを２個（センサ素子１１ａ，１１ｂ）作製した。

次いで、一方のセンサ素子１１ａのＨ型コア１２ａの巻き線（検出コイル１３ａ）がない部分に厚さ２ｍｍのアクリル板から切り出したスペーサを貼り付けた後、他方のセンサ素子１１ｂを重ねて貼り付けた。更に、この２つのセンサ素子１１ａ，１１ｂを包括して検出コイル１３ａ，１３ｂの上に、励磁コイル１４としての直径０．１８ｍｍのポリウレタン被覆銅線を１００回巻き付けた。このようにして作製した磁気センサ１にあって、検出コイル１３ａ，１３ｂとなる巻き線は、巻き始め同士を逆相で直列接続し、巻き終わりは出力端とした。

次に、Ｘ−Ｙテーブルに載置した固定子３の上方に、取り付けスタンドを用いて磁気センサ１を固定し、固定子３の凸部との距離が１ｍｍとなるように磁気センサ１の高さを調整した。なお、センサ素子１１ａ，１１ｂのコア１２ａ，１２ｂの底面は図３のｘ方向に平行になるように配置した。

このような準備を行った後に、励磁コイル１４に１０ｋＨｚ，１Ｖｒｍｓの励磁信号を印加し、磁気センサ１を図３のｙ方向に移動させながら検出コイル１３ａ，１３ｂからの検出信号を観測した。その結果、磁気センサ１が凸部中央に位置するとき（図４（ｂ））及び凹部中央に位置するとき（図４（ｄ））には出力がなくなり、磁気センサ１が凸部と凹部との境界に位置するとき（図４（ａ），（ｃ））には出力が最大となった。

そして、固定子３を０．１ｍｍずつ移動させながら、図１に示す同期検波器２２での同期検波後の出力を測定した。その測定結果を図９に示す。良好な正弦波形状の出力が得られており、０．１ｍｍ以下の位置分解能を確認できた。

また、上述した第４実施の形態の位置検出装置を用いて得られた位置検出結果について説明する。なお、使用した固定子３の形状は上記の実施例（図７）と同じである。また、使用したＨ型コア１２ａ（１２ｂ）と導磁板４４との形状を図１０に示す。Ｈ型コア１２ａ（１２ｂ）のサイズは上記の実施例（図８）と同じであり、導磁板４４は、縦３６ｍｍ×横３６ｍｍ×厚さ１ｍｍのＮｉパーマロイ板を使用した。

図１１は、得られた位置検出結果における固定子３，磁気センサ１間の距離と検出出力との関係を示すグラフであり、可動子が図４の（ｂ）で示されるような基準位置にある場合（位置：０ｍｍ）と、基準位置から可動子が１．３ｍｍだけ移動した場合（位置：１．３ｍｍ）と、基準位置から可動子が−１．３ｍｍだけ移動した場合（位置：−１．３ｍｍ）との３例について、固定子３，磁気センサ１間の距離変動に応じて検出出力がどの程度変動するかを表している。固定子３，磁気センサ１間の距離が変動しても、検出出力はほとんど変動しないことを確認できた。

第１実施の形態に係る位置検出装置の構成図である。 磁気センサの作製手順を示す図である。 可動子の位置検出の実施状態を示す模式図である。 磁気センサの位置と検出出力との関係を示す図である。 第３実施の形態に係る位置検出装置の構成図である。 第４実施の形態に係る位置検出装置の構成図である。 固定子の一例の形状を示す図である。 Ｈ型コアの一例の形状を示す図である。 磁気センサの検出特性を示すグラフである。 Ｈ型コア及び導磁板の一例の形状を示す図である。 磁気センサの検出特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 磁気センサ
３ 固定子
１１ａ，１１ｂ センサ素子
１２ａ，１２ｂ コア
１３ａ，１３ｂ 検出コイル
１４ 励磁コイル
２１ 交流電源
２２ 同期検波器
２３，２４，３２，３４，３５ 増幅器
３１ ゲイン制御増幅器
３３ 反転増幅器
３６ 振幅検出器
４２ 振幅検出器
４３ ゲイン制御増幅器
４４ 導磁板

Claims (5)

1. 固定子となる磁気回路の表面に凹凸を設けて磁気抵抗の周期的な変化を用いて可動子の推力を発生させるリニアモータにおける前記可動子の位置を検出する位置検出装置であって、励磁コイル及び検出コイルを有する２個のセンサ素子をλ／２（λ：前記凹凸の１周期分の長さ）離隔させてなる磁気センサと、前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の差分を求める差分手段と、前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の振幅を求める手段と、求めた振幅が一定となるように前記励磁コイルへの励磁信号の大きさを調整する手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記検出コイルが巻回されてλ／２離隔させた前記２個のセンサ素子に共通の励磁コイルを巻回して前記磁気センサを構成していることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記２個のセンサ素子の幅をＮλ（Ｎ：自然数）としてあることを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
4. 前記励磁コイルの両端の電圧に基づいて、前記差分手段の出力を補正する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の位置検出装置。
5. 固定子となる磁気回路の表面に凹凸を設けて磁気抵抗の周期的な変化を用いて可動子の推力を発生させるリニアモータにおける前記可動子の位置を検出する位置検出方法であって、励磁コイル及び検出コイルを有する２個のセンサ素子をλ／２（λ：前記凹凸の１周期分の長さ）離隔させてなる磁気センサでの前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の差分を求め、前記２個のセンサ素子の検出コイルにおける出力の振幅を求め、求めた振幅が一定となるように前記励磁コイルへの励磁信号の大きさを調整することとし、前記求めた出力の差分に基づいて前記可動子の位置情報を得ることを特徴とする位置検出方法。

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