JP6778339B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置、特に検出対象物の変位を広範囲に検出することが可能な位置検出装置に関する。

従来より、位置検出装置として差動変圧器が知られている。差動変圧器は、一次側コイル（励磁コイル）に交流電圧を印加し、２つの二次側コイル（検出コイル）に誘起される電圧の差分を検出するものである。差動変圧器においては、コイル内部に直線的に可動な磁性体コア（可動磁心）の位置により一次側コイルと２つの二次側コイルとの間の相互インダクタンス値が変化し、２つの二次側コイルに誘起される電圧差が生じる。そのため、検出対象に磁性体コアを連結し、磁性体コアの位置の変化を、二次側コイルの電圧差として検出することで、検出対象の位置の変化（変位）を検出する。

しかし、差動変圧器が検出できる変位の範囲は、二次側コイルの内部で磁性体コアが移動する範囲に限定される。そのため、差動変圧器は、広範囲の変位を検出することができないという問題がある。
そのため、特許文献１では、コアの形状を、断面積が軸方向の位置により漸次に変化する円錐又はテーパー形状とし、近接した２つの検出コイルの「出力電圧の比」により、広範囲の位置を検出する方法が開示されている。
また、特許文献２では、四角柱のコアの側面に、軸方向に面積が変化する板状の磁性片を貼着し、励磁コイルと検出コイルとの相互インダクタンス値が、軸方向の位置により変化する構成とし、近接した２つの検出コイルの「出力電圧の差分」により広範囲の位置を検出する方法が開示されている。

特開２００３−７５１０６号公報 特開昭６３−２６５１１５号公報

特許文献１の位置検出装置の場合、２つの検出コイルの「出力電圧の差分」は、軸方向の位置に依らず一定となるため、２つの検出コイルの「出力電圧の比」により位置を検出する方式である。しかしながら、２つの検出コイルは近接しているため、全ての位置における出力電圧の差分は小さいため、検出感度が低くなるという問題がある。
また、２つの検出コイルは差動接続されていないため、ノイズに対して相殺効果が得られないという問題がある。

特許文献２の場合、２つの検出コイルの「出力電圧の差分」により位置を検出するため、ノイズや温度変化に対して、差動変圧器の利点である相殺効果を得ることができる。
しかしながら、電圧の差分により位置を検出するため、例えば文献１のように電圧の差分が一定であると位置検出ができない。そのため、検出箇所により電圧の差分を変化させなければならず、磁性片の形状設計が難しいという問題がある。
また、特許文献１と同様に、２つの検出コイルは近接して配置されているため、２つの検出コイルの「出力電圧の差分」は常に小さく、位置に依存した差分電圧の変化量が小さくなるため、検出感度が低いという問題がある。

上記課題を鑑み、本発明は、広範囲に亘り被検出物の絶対位置を、高精度に検出することができる差動変圧方式を利用した位置検出装置を提供することを課題とする。

本発明に係る位置検出装置は、
第１の励磁コイルとリファレンスコイルと、第２の励磁コイルと出力コイルと磁気応答体とを備え、
前記磁気応答体と、前記出力コイルとは、相対的に移動可能であり、
前記磁気応答体の前記出力コイルに対する相対的な移動距離に依存して、前記第２の励磁コイルに交流電圧を印加した際の前記出力コイルの出力電圧が単調に増加又は単調に減少し、
前記磁気応答体の前記出力コイルに対する相対的な移動距離にかかわらず前記第１の励磁コイルに交流電圧を印加した際の前記リファレンスコイルの出力電圧が一定であり、
前記リファレンスコイルと前記出力コイルとは差動接続されていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、磁気応答体と出力コイルとの相対的な移動距離に依存して、出力コイルから出力される電圧が一意に定まり、出力コイルの出力電圧が確定し、一方、リファレンスコイルから出力される電圧は、上記移動距離にかかわらず一定であるため、リファレンスコイルの出力電圧を基準として利用することができる。
出力コイルとリファレンスコイルとは差動接続されているため、出力コイルの出力電圧と、基準となるリファレンスコイルの出力電圧との差分電圧により、ノイズの影響を相殺するとともに、相対的な移動可能な距離に亘って、広範囲に移動距離（又は絶対位置）を検出することが可能な位置検出装置を提供できる。
すなわち、リファレンスコイルと出力コイルとに対して、外部から電気的ノイズが侵入したり、環境温度の変化により電気抵抗変化が生じたりしても、両コイルの差動電圧は、それらの影響が相殺される。そのため、本発明に係る位置検出装置は、ノイズ耐性があり、環境温度変化による変動が低減され、検出された位置の信頼性が高い。
さらに、基準となるリファレンスコイルの出力電圧は、一定であるため、特許文献１、２に開示されるような近接した出力コイルの差分電圧と比較し、出力コイルとリファレンスコイルとの差分電圧の距離（位置の変化）に対する変化量は大きくなるため、位置検出感度が向上する。

また、本発明に係る位置検出装置は、
前記磁気応答体は、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿って、電気抵抗が単調に増加又は単調に減少する導電部材を備えることを特徴とする。

このような構成とすることで、渦電流損失により、第２の励磁コイルと出力コイルとの相互インダクタンス値が、上記移動距離に依存して単調に増加又は単調に減少するため、出力コイルの出力電圧を上記移動距離に依存して、単調に減少又は単調に増加し、一意に上記移動距離を検出することが可能となる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記導電部材は、
前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿った軸に対して回転対称な形状であり、その断面積が単調に減少又は単調に増加することを特徴とする。

このような構成とすることで、磁気応答体における導電部材の電気抵抗を、磁気応答体と出力コイルとの相対的な移動方向に沿って、単調に増加又は単調に減少させることができる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記導電部材は、その側壁面に溝部を有し、
前記溝部の断面積が、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿って単調に増加又は単調に減少することを特徴とする。

このような構成とすることで、磁気応答体における導電部材の電気抵抗を、磁気応答体と出力コイルとの相対的な移動方向に沿って、容易に、単調に増加又は単調に減少させることが可能となる。磁気応答体の製造が容易となり、位置検出装置の製造コストを低減することが可能となる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記磁気応答体は、前記導電部材の外部又は内部に強磁性部材を備える
ことを特徴とする。

このような構成とすることで、磁気応答体を介した第２の励磁コイルと出力コイルとの相互インダクタンス値の温度依存性を低減することができ、環境温度に対する変動が、さらに低減された位置検出装置を実現することが可能となる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記導電部材は、特定の領域において、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿った電気抵抗の変化量の絶対値が、他の領域と比較し大きい
ことを特徴とする。

このような構成とすることで、特定の領域の位置検出感度、空間分解能を向上させ、特定な領域においてのみ、より精密（微細）な位置検出が可能となる。その結果、不必要に位置検出装置を巨大化することを防止できる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記磁気応答体は、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿って、断面積が単調に増加又は単調に減少する強磁性体からなる
ことを特徴とする。

このような構成とすることで、磁気応答体を介した第２の励磁コイルと出力コイルとの相互インダクタンス値を、磁気応答体と出力コイルとの相対的な移動方向に沿って、単調に増加又は単調に減少させることができ、一意に上記相対的な移動方向に沿った距離を検出することが可能となる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記出力コイルと前記第２の励磁コイルとは、同一の中心軸を有し、中心軸に対する動径方向に積層されて構成されている。

このような構成とすることで、出力コイルと第２の励磁コイルとによる占有領域の幅を短くすることができ、装置の小型化、又は空間分解能の向上（より微細な位置検出）が可能となる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記第１の励磁コイルに対する前記リファレンスコイルの巻き線比及び前記第２の励磁コイルに対する前記出力コイル７の巻き線比が同一であり、共に１より大きい
ことを特徴とする。

このような構成とすることで、出力コイルとリファレンスコイルの出力電圧が高くなり、位置検出装置の検出感度を高めることができ、また位置検出装置に付随する電子回路の負担を軽減することができる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記磁気応答体に浮子が接続されており、
前記検出体を可動に支持する案内を備えたことを特徴とする。

このような構成とすることで、液面の水位を測定することが可能な位置検出装置を実現することができる。

本発明に係る位置検出装置は、
前記磁気応答体と、前記出力コイルとは、円弧上の軌道に沿って相対的に移動可能である
ことを特徴とする。

このような構成とすることで、磁気応答体と出力コイルとが相対的に回転する場合においても、相対的な回転移動距離の測定が可能となり、また回転角、傾斜角の測定をも可能な位置検出装置を実現することができる。

なお、可読性のため本明細書においては、「単調に増加」又は「単調に減少」とは、数学用語の「狭義単調増加」、又は「狭義単調減少」を意味し、距離に対して、常に増加又は減少傾向であり、異なる距離に対して同一の値とならないことを意味し、具体的には、距離に対する関数の微分係数が常に正の値又は負の値であることを意味する。
また、「単調に増加又は単調に減少」を、簡単のため「単調に変化」と称することがある。

本発明によれば、外乱の影響が少なく、広範囲に亘り被検出物の絶対位置を提供することができる。

実施形態１における位置検出装置の断面図。 位置検出装置の等価回路図。 リファレンスコイルと出力コイルの出力電圧の相対的移動距離依存性を示すグラフ。 実施形態１における位置検出装置の断面図。 実施形態２における磁気応答体の形状を示す斜視図及び断面図。 実施形態２における磁気応答体の形状を示す断面図。 実施形態３における位置検出装置の断面図。 実施形態４における位置検出装置の上面図及び断面図。 実施形態５における位置検出装置の断面図。 出力電圧Ｖｏｕｔの温度依存性を示すグラフ。 実施形態６における位置検出装置の断面図。 実施形態７における位置検出装置の断面図。 実施形態７における位置検出装置の断面図。 実施形態８における位置検出装置の断面図。 実施形態９における位置検出装置の断面図。 実施形態１０における位置検出装置の断面図。 実施形態１１における位置検出装置の上面図及び断面図。 実施形態４の変形例。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における位置検出装置１の断面を模式的に示す。
位置検出装置１は、例えば、銅等の導電体からなる円筒状の導電部材である磁気応答体２と、磁気応答体２から離間し、独立した支持部材３を備える。

支持部材３は、例えばセラミックや樹脂等の絶縁体により構成することもできるが、円筒形状で磁気応答体２と同じ材質により構成してもよい。
支持部材３の外部には、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５からなる第１のコイル組が設置されており、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５とは連結され、両者の位置関係は固定されている。従って、支持部材３は、第１のコイル組を支持する機能を有する。但し、支持部材３を磁気応答体２と同じ材質の円筒（パイプ）により構成した場合、支持部材３は磁心としても機能する。

第１の励磁コイル４に交流電圧を印加すると、磁束が発生し、リファレンスコイル５に磁束が貫くことで誘導起電力が生じる。このとき、磁束の一部は、支持部材３に侵入するため、支持部材３の電磁気的特性（材質、形状等）は、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５との相互インダクタンス値を決定することになる。支持部材３と第１のコイル組との位置関係は固定されており、その結果、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５との相互インダクタンス値は一定となる。

なお、本明細書における「磁心」とは、コイルにより発生する磁束によって電磁気的影響を与え、コイルのインダクタンス値を決定するために、コイルの内部又は外部に配置された広義の意味を有し、例えばコイルの内部に配置された強磁性体のような狭義の磁心に限定するものではない。また、「相互インダクタンス値を決定する」とは、相互インダクタンス値を確定する要因の１つであることを意味するものとし、インダクタンス値を確定する唯一の要因を意味するものではない。

磁気応答体２の外部には、第２の励磁コイル６と出力コイル７からなる第２のコイル組が設置されている。第２の励磁コイル６と出力コイル７とは連結され、両者の位置関係は固定されている。従って、磁気応答体２は第２のコイル組の磁心として機能するよう構成されている。
第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６とは、それ自体は、同一構成のコイルであり、同一の電磁気的特性を有する。例えば、それぞれ、同一の導電線、例えば同一材料の同一径の銅線を、同一の幾何学的形状（円筒の径及び長さが同一）で、同一数券回することで、同一の電磁気的特性を備えることができる。
同様に、リファレンスコイル５と出力コイル７とは、それ自体は、同一構成のコイルであり、同一の電磁気的特性を有する。

磁気応答体２と第２のコイル組とは相対的に移動可能に配置されている。第２の励磁コイル６と出力コイル７を、それぞれ同一の軸を有する円筒形のコイルで構成し、第２の励磁コイル６と出力コイル７とを連結して第２のコイル組を構成する。磁気応答体２の円筒の中心軸と第２のコイル組の軸を一致させるとともに、第２のコイル組を磁気応答体２に連結固定せずに、独立して設置し、上記軸に沿った方向（図中Ｘ軸に沿った方向）に移動可能に配置することができる。

例えば、第２の励磁コイル６と出力コイル７の位置を固定し、磁気応答体２に位置（変位）を検出する対象物を固定（連結）し、対象物の移動とともに磁気応答体２を移動するよう構成する。この場合、第２のコイル組と第１のコイル組（及び支持部材３）とは所定の距離だけ離間して連結し、両コイル組の位置関係（距離）は固定するよう配置されている。

或いは、例えば、磁気応答体２を所定の距離だけ離間して第１のコイル組と連結して位置を固定し、第２のコイル組を磁気応答体２から独立させ、位置（変位）を検出する対象物を第２のコイル組に固定し、対象物の移動とともに第２のコイル組を移動するよう構成してもよい。この場合、磁気応答体２と第１のコイル組（及び支持部材３）との位置関係は固定されている。

いずれの構成においても、第２のコイル組と磁気応答体２とは相対的に移動可能であり、相対的に移動する距離（以下、相対的移動距離と称することがある）の全範囲が計測可能範囲となる。
例えば、磁気応答体２又は第２のコイル組は、図示しない軸受け等によって摺動可能に支持することにより、磁気応答体２の円筒の中心軸と第２のコイル組との距離を一定に保ちながら、互いに、相対的に長手方向（図中Ｘ軸に沿った方向）に移動が可能である。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’（図中Ｘ軸に垂直方向）における磁気応答体２の断面図であり、磁気応答体２は、例えば断面厚さ（肉厚）ｔの円筒形状をなす。図１（ａ）に示すように、断面厚さｔは図中Ｘ軸に沿って変化し、単調に増加又は減少する。図１（ａ）においては、下方から上方に向かい断面厚さｔが単調に増加する例を示すが、単調に減少してもよい。
すなわち断面厚さｔは、例えば磁気応答体２の端部Ｏ（第１のコイル組に最も近い端部）を原点として、図中Ｘ軸に沿った方向の距離ｘの関数とすると、断面厚さｔのｘに対する微分係数は常に正又は常に負の値のいずれかとなるよう設定されている。

磁気応答体２は、非強磁性材料の導電体、例えば銅やアルミニウム等の導電体（好適には、抵抗率が１０^−７Ωｍ台又はそれ以下の良導体）から構成される。磁気応答体２の図中Ｘ軸の垂直方向の断面積（以下、単に断面積と称す）がＸ軸に沿って単調に増加又は単調に減少するため、電気抵抗が単調に減少又は単調に増加する。
第２の励磁コイル６に交流電圧を印加すると、磁束が発生し、出力コイル７に磁束が貫くことで誘導起電力が生じる。このとき、磁束の一部は、隣接する磁気応答体２に侵入するため、磁気応答体２を介して第２の励磁コイル６によって出力コイル７が電磁誘導されることになる。
なお、本明細書において「隣接」するとは、図中Ｘ軸（相対的な移動方向）に垂直な方向において、互いに並んで（相隣りに）配置されていることを意味する。第２のコイル組と磁気応答体２とが隣接することにより、第２の励磁コイル６により生じた磁束が磁気応答体２に侵入し、渦電流が発生し、磁気応答体２により第２のコイル組の相互インダクタンス値が決定される。図１に示すように、ＯからＰ（第２コイル組において、第１コイル組までの相対的移動距離が最も短い点）までの範囲において出力コイル７と磁気応答体２が隣接しながら相対的に移動可能である。以下の実施形態においても、第２のコイル組と磁気応答体２とは隣接して配置されている。

磁気応答体２は導電体であるため、磁束を打ち消す方向に渦電流が生じるため、出力コイル７に誘導される電圧が低下する。すなわち、磁気応答体２が存在することで渦電流損失が発生し、第２の励磁コイル６と出力コイル７との相互インダクタンス値は低下する。そのため、磁気応答体２はインダクタンス値を決定する。

磁気応答体２に発生する渦電流が大きい程、渦電流損失が増大し、第２の励磁コイル６と出力コイル７との相互インダクタンス値は低下する。磁気応答体２の断面厚さｔが、図中Ｘ軸方向に沿って単調に増加する場合、電気抵抗は単調に減少し、磁気応答体２の断面厚さｔが、図中Ｘ軸方向に沿って単調に減少する場合、電気抵抗は単調に増加する。

なお、磁気応答体２は、図中Ｘ軸方向に沿って電気抵抗が単調に増加又は単調に減少する導電部材を備える構成であればよく、図１に示すような円筒形の導電部材の内部に、例えば、保護や補強のため（剛性を高めるため）の絶縁体をさらに備えていてもよく、円筒形の導電部材の外部に、例えば、保護や摩擦低減のための樹脂等の被覆層を備えてもよい。

なお、支持部材３は、磁気応答体２から離間して、隣接することなく、固定されており、磁気応答体２と第２のコイル組とが相対的に移動しても、支持部材３と第１のコイル組との位置関係は変動しない（固定されている）。

図２は、位置検出装置１の等価回路を示す。
第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６とは、単一の交流電源８に対して並列に接続されており、同一の交流電圧が印加される。
同一の交流電圧が印加された第１の励磁コイル４及び第２の励磁コイル６によって、それぞれリファレンスコイル５及び出力コイル７に誘導起電力が発生する。

一方、リファレンスコイル５と出力コイル７とは差動接続されており、リファレンスコイル５と出力コイル７の出力は、出力端子９ａ及び出力端子９ｂに接続されている。
その結果、出力端子９ａ及び出力端子９ｂ間には、電磁誘導により生じたリファレンスコイル５の電圧と出力コイル７の電圧との差分に等しい出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
以下に詳述するように、リファレンスコイル５の電圧を基準として、出力コイル７の電圧の位置に依存した電圧の変化量が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。一定のリファレンスコイル５の出力電圧を基準とするため、特許文献１、２に開示される出力コイルの差分電圧と比較し、出力電圧Ｖｏｕｔの相対的移動距離に対する変化量は大きくなり、位置検出感度を向上させることができる。

なお、等価回路に示される電気的接続は、通常の電線により接続すればよい。第１のコイル組と第２のコイル組との間の距離は固定されているため、電線の配置は容易である。

第２の励磁コイル６と出力コイル７と間の相互インダクタンス値は、第２のコイル組と磁気応答体２との相対位置（相対的な移動距離）に依存して変化する。そのため、出力コイル７に誘導される電圧は、第２のコイル組と磁気応答体２との相対位置に依存して変化する。
一方、第１のコイル組と磁気応答体２とは常に離間しており（すなわち、隣接することがなく）、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５との相互インダクタンス値は、第２のコイル組と磁気応答体２との相対的な距離に依存せず一定であるため、リファレンスコイル５に誘導される電圧は一定である。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔは、第２のコイル組と磁気応答体２との相対位置に依存して変化する。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは、図１（ａ）に示すＸ軸方向の距離の関数となり、距離に対して単調に増加、又は減少する。
従って、出力電圧Ｖｏｕｔから第２のコイル組と磁気応答体２との相対位置を、一意に求めることができる。さらに、磁気応答体２の形状変化にともない相互インダクタンス値が変化するため、第２のコイル組と隣接し、磁気応答体２が形状変化を有する全範囲（図１中ＯからＰまでの範囲）に亘って、広範囲に位置検出が可能である。すなわち、位置検出が可能な範囲内における絶対位置（図中Ｘ軸のＯを原点とする絶対位置）の検出が可能である。

図３は、位置検出装置１の検出原理を説明するためのグラフであり、リファレンスコイル５と出力コイル７の出力電圧の相対的移動距離依存性を示す。
図３のグラフの下部に磁気応答体２と第２のコイル組との相対的位置関係が示されているように、グラフは、磁気応答体２の端部が、Ｘ軸のＯからＰまで相対的に移動した場合のリファレンスコイル５と出力コイル７の出力電圧を示す。ここで、第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６には、同一の一定電圧の交流電圧が印加されている。

図３に示すように、リファレンスコイル５の出力電圧は一定値を示すが、出力コイル７は相対的移動距離に従って単調に変化する。これは、磁気応答体２の電気抵抗が相対的移動距離に依存して単調に変化するため、第２のコイル組の相互インダクタンス値が単調に変化するためである。このように、第２のコイル組の相互インダクタンス値が単調に変化することは、出力コイル７電圧の単調に変化することにより確認できる。
また、第１のコイル組は磁気応答体２から離間して（隣接することなく）、配置されているため、リファレンスコイル５の出力電圧は一定値を示す。磁気応答部材２と出力コイル７との相対的移動距離にかかわらず第１の励磁コイル４に交流電圧を印加した際のリファレンスコイル４の出力電圧が一定であることは、第１のコイル組の相互インダクタンス値が一定であることを意味する。

なお、支持部材３が、磁気応答体２と同じ材質の円筒（パイプ）で構成され、磁気応答体２の特定の箇所、例えば中央、と同じ断面厚さを有する場合、第２のコイル組が磁気応答体２の中央に位置した時に出力電圧Ｖｏｕｔは０（ゼロ）となる。支持部材３の断面厚さを調整することで、出力電圧Ｖｏｕｔが０（ゼロ）となる位置（基準点）を適宜設定することができる。また、支持部材３は、磁気応答体２の特定の箇所における渦電流損失を生じさせることができる他の導電材料で構成されてもよい。
なお、厳密には磁気応答体２の断面厚さは単調に変化するため、第２の励磁コイルにより発生する磁界が到達する範囲での断面厚さも変化するため、支持部材３の断面厚さが一定である場合には、特定の箇所での出力電圧Ｖｏｕｔは、厳密には０（ゼロ）とならない場合がある。この場合、支持部材３の断面厚さを微調整し、出力電圧Ｖｏｕｔを０（ゼロ）とすることができ、或いは支持部材３の断面厚さを磁気応答体２と同様に単調に変化させてもよい。

測定対象の位置（変位）を測定する場合、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量を電子回路により検出する必要がある。そのため、位置測定可能な範囲において基準点を設定し、出力電圧Ｖｏｕｔは、（位置検出に寄与しない不要な電圧のオフセットを排除し）測定対象の変位に対応した電圧の変化のみを出力することで、電圧変化量に対する電子回路の検出感度を向上させることができる。

相対位置（又は測定対象の位置（変位））は、出力電圧Ｖｏｕｔを増幅回路により適宜増幅し、位置検出装置１に内蔵（又は外付け）した演算処理回路によって出力電圧Ｖｏｕｔと相対位置との相関関係から算出することができる。
そのため、予め出力電圧Ｖｏｕｔと相対位置との相関データを取得しておき、位置検出装置１に内蔵（又は外付け）した記憶装置に相関データを記憶しておき、演算処理回路によって、相関データと比較することにより、出力電圧Ｖｏｕｔを相対位置の情報に変換することができる。

相対位置の空間分解能は、増幅回路の性能（Ｓ／Ｎ比等）に依存するが、Ｓ／Ｎ比を向上させるため、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧変化量を大きくすることが重要である。
そのため、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５との巻き線比、及び第２の励磁コイル６と出力コイル７との巻き線比を、同一にしながら、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧変化量が２００ｍＶ以上となるように調整する。具体的には、第１の励磁コイル４に対するリファレンスコイル５の巻き線比（［リファレンスコイル５の電線の巻回数］／［第１の励磁コイル４の巻回数］）及び第２の励磁コイル６に対する出力コイル７の巻き線比（［出力コイル７の電線の巻回数］／［第２の励磁コイル６の巻回数］）を同一にし、共に１より大きく設定することで、リファレンスコイル５と出力コイル７に電磁誘導される電圧を増大させることができ、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧変化量が２００ｍＶ以上となるように巻き線比を設定すればよい。その結果、Ｓ／Ｎ比が向上し、空間分解能の高い（検出可能な最小変位を微細化する）位置検出が可能になり、増幅回路の性能に対して高いＳ／Ｎ比と高い増幅率を要求する必要がなく、電子回路の負担も軽減される。

本位置検出装置１の出力電圧Ｖｏｕｔは、ノイズ耐性が高く、環境変化に対する変動が少ない。図２に示すように、第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６とは、同一の交流電源８によって交流電圧（例えば正弦波）が印加される。そのため、交流電源８によって印加される電圧が、何らかの原因によるノイズにより、望まない電圧変化が生じた場合においても、同一の電圧変動が第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６とに印加される。そのため、それに応じた電圧変動がリファレンスコイル５と出力コイル７とに誘導される。
この場合においても、出力電圧Ｖｏｕｔは、リファレンスコイル５の電圧と出力コイル７の電圧との差分が出力されるため、リファレンスコイル５と出力コイル７の電圧変動は相殺される。

また、環境温度に従って、第１の励磁コイル４、第２の励磁コイル６、リファレンスコイル５及び出力コイル７の各コイルを構成するの電線の抵抗が変化した場合、抵抗変化によるリファレンスコイル５の電圧と出力コイル７の電圧とが変動する。しかし、出力電圧Ｖｏｕｔは、リファレンスコイル５の電圧と出力コイル７の電圧との差分が出力されるため、電圧変動は相殺されることになる。

このように、リファレンスコイル５の出力電圧を基準電圧として利用することにより、出力電圧Ｖｏｕｔを低減することなく、ノイズ等の外乱の影響を相殺することができる。
その結果、第２のコイル組と磁気応答体２との相対位置を、高い信頼性で検出することができる。

また、磁気応答体２は、断面厚さｔが変化する円筒形状により構成したが、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、径がＸ軸方向に沿って単調に増加又は単調に減少する円錐台形状により構成してもよい。この場合、支持部材３は、絶縁体でもよいが、磁気応答体２と同様の導電材料であってもよく、磁気応答体２の特定の箇所と同じ断面積を備えていてもよい。
磁気応答体２を円筒形状や円錐台形状のように、Ｘ軸に対して回転対称な形状とすることで、切削加工により、Ｘ軸に対して垂直に切断した断面の断面積の制御が容易となり、また一般的なコイルの形状との整合性もよい。

位置検出装置１の検出原理は、磁気応答体２を介する第２のコイル組の相互インダクタンス値が、Ｘ軸方向に沿って単調に増加又は単調に減少する一方で、第１のコイル組の相互インダクタンス値を一定とする構成により、リファレンスコイル５と出力コイル７との間の差分電圧により、絶対位置を検出するものである。

（実施形態２）
実施形態１においては、磁気応答体２の断面厚さを変化させることにより、その断面積を第２のコイル組との相対位置により変化させていた。
本実施形態においては、磁気応答体２の断面積を変化させるため、一定の断面厚さ（ｔ_ａ）の円筒の側壁面に開口部を設け、開口部の面積により断面積を制御した第１の磁気応答体２ａ（第１の導電体）と、一定の断面厚さ（ｔ_ｂ）の（開口部を有しない）円筒形状の第２の磁気応答体２ａ（第２の導電体）とを組み合わせることにより磁気応答体２を構成し、磁気応答体２の断面積を第２のコイル組との相対位置により変化させるものである。
なお、磁気応答体２を構成する第１の磁気応答体２ａである第１の導電体と第２の磁気応答体２ｂである第２の導電体の材質は、実施形態１の磁気応答体２と同様であるが、共に同じ材質であっても異なる材質であってもよい。

図５（ａ）は、実施形態２にかかる磁気応答体２の形状を示す斜視図であり、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、断面Ａ−Ａ’及び断面Ｂ−Ｂ’での形状を示す。
図５（ａ）に示すように、磁気応答体２は、その側壁面において開口部１０を備える第１の磁気応答体２ａと、開口部を有しない円筒形状の第２の磁気応答体２ｂとから構成されており、第１の磁気応答体２ａと第２の磁気応答体２ｂとが互いに側面で接している。
すなわち、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の磁気応答体２ａの内壁面と第２の磁気応答体２ｂの外壁面とが接しており、電気的に接合されている。第１の磁気応答体２ａの内径と第２の磁気応答体２ｂの外径とを実質的に一致させることにより、第１の磁気応答体２ａの内壁面と第２の磁気応答体２ｂの外壁面とが接することができる。
なお、第１の磁気応答体２ａの内径と第２の磁気応答体２ｂの外径とが一致するとは、機械加工精度の範囲において、一致することを意味することは言うまでもない。

開口部１０は、その形状が第２のコイル組と第１の磁気応答体２ａとの位置に依存して変化し、その開口面積が、第２のコイル組と第１の磁気応答体２ａとの相対的移動距離に対して、単調に増加又は単調に減少する形状を有する。

例えば、図５（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、開口部１０は角度（中心角）θの円弧領域に設けられており、角度θの値は、図中Ｘ軸に沿った方向の位置に依存して単調に増加又は単調に減少してもよい。具体的には、角度θは、第１の磁気応答体２ａの開口部１０の一方の端部Ｏを原点とし、図中Ｘ軸方向の距離ｘの関数とし、θはｘに対して単調に増加又は単調に減少するよう、ｘに対する微分係数は常に正又は常に負の値のいずれかとなるよう設定することができる。例えば、角度θは、ｘの一次関数とし、ｘの係数を正又は負のいずれかとする。開口部１０の断面積はθに比例する。そのため、第１の磁気応答体２ａの断面積は２π−θに比例する。

このような構成とすることで、磁気応答体２は、断面厚さがｔ_ａ＋ｔ_ｂの導電体に、開口部１０が存在する箇所において、深さがｔ_ａの溝部を有することとなる。第２の磁気応答体２ｂの断面厚さｔ_ｂは０より大きいため、深さｔ_ａは、断面厚さｔ_ａ＋ｔ_ｂより小さい。
その結果、開口部１０すなわち溝部においては磁気応答体２の厚さが薄くなり、電気抵抗が増加する。開口部１０の領域（溝部）は、図中Ｘ軸に沿った方向の位置に依存して単調に増加又は単調に減少するため、磁気応答体２の電気抵抗は、開口部１０が存在する領域において、図中Ｘ軸に沿った方向の位置に依存して単調に増加又は単調に減少する。
すなわち、磁気応答体２の断面積の図中Ｘ軸方向の変化量は、第２の磁気応答体２ｂの断面積の変化量で決定され、磁気応答体２の断面積は距離ｘにより単調に変化する。
従って、磁気応答体２を介した第２のコイル組の相互インダクタンス値は、Ｘ軸方向の位置により一意に確定する。

磁気応答体２に流れる渦電流の方向は、円周方向であるため、第１の磁気応答体２ａの開口部１０が存在する領域では、第２の磁気応答体２ｂにおいて渦電流が流れることになる。ｔ_ａとｔ_ｂとを適宜最適化することで、検出感度の調整が可能である。
なお、第１の磁気応答体２ａの断面厚さ（ｔ_ａ）と第２の磁気応答体２ａの断面厚さ（ｔ_ｂ）とは、同じ厚さであっても、異なっていてもよい。

また、第１の磁気応答体２ａの内壁面と第２の磁気応答体２ｂの外壁面との接触界面における電気抵抗の安定化のため、第１の磁気応答体２ａの内壁面と第２の磁気応答体２ｂの外壁面との間に、めっきや伝導性ペーストにより、導電性の物質を介在させてもよい。
なお、図５（ｂ）、（ｃ）においては、第１の磁気応答体２ａの内部に第２の磁気応答体２ｂを設けたが、第１の磁気応答体２ａの外部に第２の磁気応答体２ｂを設け、第１の磁気応答体２ａの外壁面と第２の磁気応答体２ｂの内壁面とが接する構成としてもよい。（図６（ｄ）参照。）

なお、図５においては、第１の磁気応答体２ａの側壁に１つの開口部１０を設けたが、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、開口部１０を複数設けてもよい。すなわち、磁気応答体２に複数の溝部を設けてもよい。
特に、開口部１０を図６（ａ）、（ｃ）に示すように、第１の磁気応答体２ａの側壁上に軸対称に配置することにより、第２のコイル組に対して磁気応答体２の位置が図５のＸ軸方向に対して垂直方向に移動しても、出力コイル７に誘導される電位を安定させることができるという効果を得ることができる。

例えば、図６（ａ）、（ｃ）において、磁気応答体２が図中Ｙ軸にそった方向に、例えば図中右方向に変動した場合、磁気応答体２の右側面部は、第２コイル組に接近し、磁気応答体２の左側面部は、第２コイル組から遠ざかる方向に移動する。磁気応答体２の右側面部は、渦電流損失が増大するが、左側面部は渦電流損失が減少する。その結果、磁気応答体２全体の渦電流損失は平均化される。
一方、図６（ｂ）においては、開口部１０が軸対称な配置ではないため、磁気応答体２の右側面においては渦電流損失が増大するが、左側面部には磁気応答体２が存在しないため、左側面部での渦電流損失の低減効果が得られず、渦電流損失は平均化されない。

従って、開口部１０を、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、軸対称に配置することにより、磁気応答体２が振動等により、Ｘ軸方向に対して垂直方向に位置が変動しても、安定した出力電圧を得ることができる。
なお、その他の構成は実施形態１と同様である。
また、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の磁気応答体２ａが複数の開口部１０を有する場合にも、図６（ｄ）と同様に、第１の磁気応答体２ａの外部に第２の磁気応答体２ｂを設けてもよい。

本実施形態の第１の磁気応答体２ａは、断面厚さが一定である円筒状の導電体のパイプを準備し、その側面の一部を、斜め方向に切断することで、所望の開口部１０を形成することができ、その結果、断面積が単調に増加又は単調に減少する磁気応答体２を容易に製造（実現）することができるという利点がある。

なお、開口部を設けた第１の磁気応答体２ａと第２の磁気応答体２ｂとで構成することにより磁気応答体２の断面積（または電気抵抗）を単調に変化させるものであるため、位置検出を可能とする磁気応答体２の領域は、正確には第１の磁気応答体２ａの開口部が形成されている領域の範囲で定義されていることになる。

本実施形態においては、磁気応答体２に深さｔ_ａが一定の溝部を１つ以上設け、溝部の幅が、磁気応答体２と第２コイル組との相対的な移動距離とともに単調に変化する例を示したが、磁気応答体２の側壁面に幅が一定の溝部を１つ以上設け、溝部の深さｔ_ａを、第２コイル組との相対的な移動距離とともに単調に変化させてもよい。例えば、円筒形の導体の側壁面を切削し、深さが変化する溝を形成すればよい。また、溝部の幅と深さの両方を単調に変化させてもよい。
溝部の断面積（すなわち、「深さ」と「幅」との積）を、磁気応答体２と第２コイル組との相対位置の変化とともに単調に変化させることで、いずれの場合も、磁気応答体２の断面積を、磁気応答体２と第２コイル組との相対的な移動距離とともに単調に変化させることができる。
なお、溝部の深さは、溝部のない箇所の磁気応答体２の断面厚さ（肉厚）より小さいことは言うまでもない。

（実施形態３）
図１においては、第２のコイル組（第２の励磁コイル６及び出力コイル７）を磁気応答体２の外部に設置する例を示したが、磁気応答体２の内部に設置してもよい。
本実施形態においては、図７に示すように、磁気応答体２は、断面厚さが図中Ｘ軸方向に沿って単調に増加又は単調に減少する円筒形の導電部材により構成されており、第２の励磁コイル６と出力コイル７とは、磁気応答体２の内部に配置されている。

第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５とは、円筒状の支持部材３の内部に配置されているが、図１に示すように、円柱状の支持部材３の外部に設置されてもよい。
円筒状の支持部材３を用いる場合、円筒状の支持部材３は、例えば磁気応答体２と同じ材質で、磁気応答体２の中央部分の断面厚さと同じ断面厚さとなるように構成し、さらに、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５と支持部材３の内面との空隙を絶縁性のある樹脂等で構成してもよい。支持部材３を磁心として機能させ、磁気応答体２の中央部に第２のコイル組が位置する時に、出力電圧Ｖｏｕｔが０（ゼロ）となるよう設定してもよい。
なお、その他の構成は実施形態１と同様である。

磁気応答体２は、断面厚さが図中Ｘ軸方向に沿って単調に増加又は単調に減少するため、渦電流損失が単調に減少又は単調に増加する。その結果、第２の励磁コイル６と出力コイル７との相互インダクタンス値が、第２のコイル組と磁気応答体２との相対的移動距離に依存して一意に定まり、相対的移動距離（すなわち相対位置）の検出が可能となる。

（実施形態４）
磁気応答体２を介する第２のコイル組の相互インダクタンス値を単調に変化させるために、磁気応答体２を、断面の厚さがｔの台形状の強磁性体、例えばパーマロイ、フェライト、鉄等により構成してもよい。（図８）

図８（ａ）は、本実施形態の位置検出装置１の主要部分を示す上面図である。図８（ａ）に示すように、強磁性体からなる磁気応答体２は、Ｘ軸方向に沿ってＯからＰに向かって、幅ｗが単調に変化するよう構成される。
図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’断面の拡大図である。第２のコイル組は磁気応答体２に対して垂直に配置されており、具体的には図８（ｂ）に示すように、第２のコイル組である第２の励磁コイル６と出力コイル７の巻軸は、磁気応答体２の幅方向に対して垂直に配置されている。第２の励磁コイル６と出力コイル７の巻軸は同一であり、第２の励磁コイル６の外側に出力コイル７が設けられている。

また、磁気応答体２から隔離して、基準体１２が設置されている。 図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ’断面の拡大図である。第１のコイル組は基準体１２に対して垂直に配置されており、具体的には図８（ｃ）に示すように、第１のコイル組である第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５の巻軸は、基準体１２の幅方向に対して垂直に配置されている。第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５の巻軸は同一であり、第１の励磁コイル４の外側にリファレンスコイル５が設けられている。

基準体１２は、図１における支持部材３に相当するが、基準体１２を介して第１のコイル組（第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５）の相互インダクタンス値が決定される。
基準体１２の材質及び厚さｔは、磁気応答体２と同じであり、幅ｗは磁気応答体２の特定の基準点、例えばＯ点の幅と同じである。

他の実施形態と同様に、第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６とは同じ電気特性を備え、さらにリファレンスコイル５と出力コイル７とは同じ電気特性を備えるため、第１の励磁コイル４と第２の励磁コイル６とに同じ交流電圧を印加した場合、基準点、例えばＯ点、での出力コイル７とリファレンスコイル５の出力電圧が一致し、両コイルの差分電圧が０（ゼロ）になる。さらに、第１コイル組及び第２コイル組の相互インダクタンス値を決定する基準体１２及び磁気応答体２の電磁気的特性が同じであるため、出力コイル７とリファレンスコイル５の出力電圧の温度特性も一致するため、両コイルの「出力電圧の差分」の温度変化を抑制することができる。

なお、磁気応答体２は、Ｘ軸方向に沿ってその幅が単調に変化するため、厳密には第２コイル組の磁界が及ぶ領域内で磁気応答体２の幅が変化するため、基準体１２の幅が一定の場合、厳密には第２コイル組と第１コイル組の相互インダクタンス値は一致しないことになる。しかし、基準体１２の幅を調整することで、容易に第２コイル組と第１コイル組の相互インダクタンス値を一致させることが可能である。また、基準体１２の幅を磁気応答体２の幅と同様に単調に変化させることにより、出力コイル７とリファレンスコイル５の出力電圧を一致させてもよい。

他の実施形態と同様に磁気応答体２と第２コイル組とは相対的にＸ軸方向に移動可能であり、強磁性体である磁気応答体２の幅ｗが相対的移動方向に沿って単調に増加又は減少する。第２の励磁コイル６により発生し、磁気応答体２を貫通する磁束が磁気応答体２の幅ｗにより変化するため、第２コイル組の相互インダクタンス値は相対的移動方向に沿って単調に増加又は減少する。
その結果、出力コイル７とリファレンスコイル５との出力電圧の差分により、磁気応答体２と第２コイル組との相対的移動方向に沿った位置を一意に検出することができる。

なお、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５、及び第２の励磁コイル６と出力コイル７の配置関係は、図８（ｂ）、（ｃ）に限定されず、適宜変更可能である。例えば、図８（ｄ）、（ｅ）に示すように、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５の巻軸は同一であり、リファレンスコイル５を第１の励磁コイル４に対して、基準体１２から遠い位置に配してもよく、第２の励磁コイル６と出力コイル７の巻軸は同一であり、出力コイル７を第２の励磁コイル６に対して、磁気応答体２から遠い位置に配してもよい。
第１コイル組と基準体１２とが対向する領域、及び第２コイル組と磁気応答体２とが対向する領域の面積が小さくなるため、位置検出の空間分解能を向上させることができる。

また、図８（ｆ）、（ｇ）に示すように、磁気応答体２を２つの対向する平行平板で構成して、第２の励磁コイル６及び出力コイル７を対向する２つの第３の磁気応答体２ｃ及び第４の磁気応答体２ｄの間に設置して、基準体１２を２つの対向する平行平板で構成し、第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５を対向する２つの第１の基準体１２ａ及び第２の基準体１２ｂの間に設置してもよい。

また、磁気応答体２、第３の磁気応答体２ｃ、第４の磁気応答体２ｄ、基準体１２、第１の基準体１２ａ及び第２の基準体１２ｂを構成する強磁性体をアモルファスとしてもよい。強磁性体をアモルファスとすることで、出力コイル７とリファレンスコイル５の出力電圧を数倍増大させることができ、位置検出感度を向上させることができる。

（変形例）
図８の各例では、強磁性体である磁気応答体２の薄板の表面にコイルの軸が垂直に配置される例を示したが、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイルの配置が、図４と同様に配置されるように構成してもよい。この場合、強磁性体の断面形状は図４のような円錐台形状ではなく、図８（ｂ）〜（ｇ）に示すような幅ｗ、厚さｔの長方形断面であるテーパー形状（すなわちＸ軸方向に沿って単調に増加又は単調に減少するような、平面図で台形）となるような形状の薄板であって、かつ、コイル内を強磁性体が通過する形状で構成される。このような構成によれば非常に大きな出力が得られた。これは、エッジ効果が効くためと考えられる。また、図４のような円錐台形状よりも図１８（ａ）及び（ｂ）に示すような、厚さが一定である薄板状のテーパー形状の強磁性体である磁気応答体２の方が、製作が容易であるという利点もある。さらに、薄板の場合、柔構造物に貼って、曲線の動きを計測することも可能であるというメリットも有ると考えられる。

（実施形態５）
リファレンスコイル５と出力コイル７とは差動接続されているため、ノイズの影響を相殺するとともに、温度変化によるコイル自体の電気特性変化、例えばコイルを構成する電線の抵抗増加による誘導起電力の変化を相殺することができる。
しかし、磁気応答体２の電気抵抗も温度に依存するため、磁気応答体２による渦電流損失が温度に依存する。例えば、温度上昇により磁気応答体２の電気抵抗が増大すると、渦電流損失が低下する。そのため、磁気応答体２を介した第２の励磁コイル６と出力コイル７との相互インダクタンス値は温度に依存する。さらに、磁気応答体２の断面積は位置により変化する。その結果、相互インダクタンス値の温度変化は、厳密には位置に依存することになる。

第１のコイル組の支持部材３を磁心とし、磁気応答体２と同材料を用いることで、渦電流損失の温度依存性を相殺できるものの、第２のコイル組の相互インダクタンス値の「位置に依存する環境温度の変化」を完全に相殺することは困難であり、位置検出の精度に影響を与えることがある。
本実施形態は、出力電圧の温度依存性をさらに低減することで、温度による位置検出精度の変化を一層低減し、より高精度な位置検出装置１を提供することができる。

図９は、本実施形態４にかかる位置検出装置１の断面図を示す。
図９に示すように、本実施形態においては、磁気応答体２０は、実施形態１の磁気応答体２と同様の、円筒形状の、例えば銅やアルミニウム等の導電体からなる第１の導電部材２１と、さらに、円柱状のパーマロイ、フェライト、鉄等の第１の強磁性部材２２とから構成されている。

図９に示す例においては、第１の導電部材２１の内部に第１の強磁性部材２２が設置されており、第１の導電部材２１と第１の強磁性部材２２とは連結されており、互いの位置関係が固定されている。
第１の導電部材２１の断面厚さは、実施形態１と同様に図中Ｘ軸方向に沿って単調に増加又は減少する。

位置検出装置１は、支持部材３０を備え、支持部材３０は磁気応答体２０から離間し、独立している。
支持部材３０は、円筒形状の、例えば銅やアルミニウム等の導電体からなる第２の導電部材３１と、円柱状のパーマロイ、フェライト、鉄等の強磁性体からなる第２の強磁性部材３２とから構成されている。第２の導電部材３１の内部に第２の強磁性部材３２が設置されている。
磁気応答体２０の外部に相対的に可動に第２のコイル組（第２の励磁コイル６及び出力コイル７）が配置されており、支持部材３０の外部に第１のコイル組（第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５）が固定されて配置されている。

図１０は、導電部材の内部に強磁性部材を有する構造を磁心とする第２の励磁コイル６及び出力コイル７の組み合わせ（図９相当）の誘導起電力（図中黒丸）と、導電部材の内部に強磁性部材を有しない構造を磁心とする第２の励磁コイル６及び出力コイル７の組み合わせ（図１相当）の誘導起電力（図中白丸）の温度依存性を比較して示す。
図１０は、温度１０℃での出力コイルの電圧（出力電圧）を基準電圧として、温度１０℃から７０℃の各温度での出力電圧と基準電圧との差を示す。

図１０より、導電部材の内部に強磁性部材を有する場合（図中黒丸）は、導電部材の内部に強磁性部材を有しない場合（図中白丸）と比較して、出力電圧の温度変動が小さいことが理解できる。このように、導電体である導電部材と強磁性体である強磁性部材とを組み合わせることで、温度依存性を低減することができる。

一般に、第１の強磁性部材２２の透磁率は温度に依存し、キュリー温度以下では、温度の上昇とともに透磁率が増大する特性がある。図１０で示される出力電圧の温度変化に対する低減効果は、透磁率の温度依存性と渦電流損失の温度依存性とが異なることに起因するものと推定される。
また、第１の導電部材２１と第１の強磁性部材２２とは独立した存在であり、透磁率の温度依存性と渦電流損失の温度依存性とは独立して制御できる。
第１の導電部材２１の構成（形状）は、位置検出の目的で決定されている。そのため、第１の強磁性部材２２をさらに備え、温度依存性を調整する自由度を増やし、第１の強磁性部材２２の形状、第１の導電部材２１との間の距離等を制御することで、温度依存性をさらに低減することが可能となる。

同様に、支持部材３０に対して、第２の導電部材３１と第２の強磁性部材３２との組み合わせを採用することにより、リファレンスコイル５の出力電圧の温度依存性も低減することができる。その結果、リファレンスコイル５と出力コイル７との出力電圧差の温度依存性も低減することができる。

なお、第１の導電部材２１の形状は、例えば図５及び図６に示すように、断面厚さが一定の円筒形状とし、その側壁面に面積が位置に依存して単調に増加又は減少する開口部を設けた構成としてもよい。
この場合において、第１の強磁性部材２２を例えば円柱形状として、第１の導電部材２１の内部に第１の強磁性部材２２を設置してもよい。

なお、本実施形態は、図８で示される実施形態４にも応用することが可能である。磁気応答体２、第３の磁気応答体２ｃ、第４の磁気応答体２ｄ、基準体１２、第１の基準体１２ａ及び第２の基準体１２ｂを強磁性体と導電体との積層構造とすることで、強磁性体と導電体とを組み合わせ、リファレンスコイル５と出力コイル７との出力電圧差の温度依存性をさらに低減することが可能である。
また、第３の磁気応答体２ｃ及び第４の磁気応答体２ｄのうちのいずれか一方を強磁性体で構成し、他方を導電体で構成し、第１の基準体１２ａ及び第２の基準体１２ｂのうちのいずれか一方を強磁性体で構成し、他方を導電体で構成し、強磁性体と導電体とを組み合わせ、リファレンスコイル５と出力コイル７との出力電圧差の温度依存性をさらに低減することが可能である。強磁性体と導電体とが独立して存在するため、それぞれの形状や各コイルとの距離を独立して調整することが容易となり、上記出力電圧差の温度依存性を低減するための最適化の自由度が増し、温度依存性低減のための最適化作業が容易になる。

（実施形態６）
実施形態４においては、磁気応答体２０の外部に第２のコイル組が相対的に可動に配置されているが、図１１に示すように、磁気応答体２０の内部に第２のコイル組を相対的に可動に配置してもよい。

本実施形態においては、図１１に示すように、磁気応答体２０は、第１の導電部材２１と第１の強磁性部材２２とから構成されている。
第１の導電部材２１は、実施形態５と同様に、円筒形状の、例えば銅やアルミニウム等の導電体から構成されている。
第１の強磁性部材２２は、円筒形状のパーマロイ、フェライト、鉄等の強磁性体からなり、第１の導電部材２１の外部に連結されて設置されており、第１の導電部材２１と第１の強磁性部材２２との位置関係は固定されている。

支持部材３０は、円筒形状の、例えば銅やアルミニウム等の導電体からなる第２の導電部材３１と、円筒形状のパーマロイ、フェライト、鉄等の強磁性体からなる第２の強磁性部材３２とから構成されている。第２の導電部材３１の外部に第２の強磁性部材３２が設置され、第２の導電部材３１と第２の強磁性部材３２とが連結（位置関係が固定）されている。

磁気応答体２０の内部に相対的に可動に第２のコイル組（第２の励磁コイル６及び出力コイル７）が配置されており、支持部材３０の内部に第１のコイル組（第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５）が固定されて配置されている。

第１の導電部材２１と第１の強磁性部材２２との組み合わせ、及び第２の導電部材３１と第２の強磁性部材３２との組み合わせにより、実施形態４と同様に、第１のコイル組及び第２のコイル組の出力電圧の温度依存性が低減することができる。その結果、出力コイル７とリファレンスコイル５との出力電圧差の温度依存性も低減することができ、実施形態４と同様、測定対象物の位置検出の信頼性を向上させることができる。

（実施形態７）
本実施形態によれば、位置検出装置１の空間分解能を特定の領域で向上させる（分離検出可能な最小移動距離を微小化する）ことができる。
例えば、プレス加工に使用されるプレス機械のスライド部においては、金型が被加工物であるワークに接触する付近からワークに圧力を加える領域において、スライドの位置の正確な制御が必要なため、それ以外のスライドの動作領域と比較し、スライドの位置の高い位置検出精度が必要であり、空間分解能を向上させる必要がある。

空間分解能を向上させるためには、位置（変位）を検出する対象物の移動距離に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量を大きくする必要がある。

図１２は、本実施形態における位置検出装置１の断面図を示す。
図１２に示されるように、磁気応答体２の断面厚さのＸ軸に沿った方向の相対的移動距離に対する変化量（勾配）の絶対値が、図中αで示される領域（以下、領域αと称す）において、領域α以外の領域であり、図中βで示される領域（以下、領域βと称す）より大きく設定されている。
すなわち、磁気応答体２の断面厚さをＸ軸方向に沿った距離の関数として、断面厚さの距離に対する微分係数の絶対値が領域αにおいては、領域βより大きく設定されている。
なお、磁気応答体２の断面厚さは単調に増加又は減少するため、微分係数はいずれの領域においても常に正又は負の値のいずれかに設定されている。

領域αにおいては、磁気応答体２と第２のコイル組（第２の励磁コイル６及び出力コイル７）との相対的移動距離に対して、第２の励磁コイル６に交流電圧を印加した時の渦電流の変化量が、領域βにおける変化量と比べ大きくなる。そのため、出力コイル７から出力される電圧の相対的移動距離に対する変化量は、領域αにおいては領域βに比べ大きくなる。
換言すれば、出力コイル７から出力される電圧の同一の変化量に対して、相対的移動距離が短くなる。そのため、電子回路において、分離検出可能な最小の電圧変化に対応した相対的移動距離が短くなる。すなわち、分離検出可能な相対的移動距離が短くなり、空間分解能が向上する。

全ての領域で磁気応答体２と第２のコイル組との相対的移動距離に対する空間分解能を向上させると、位置検出装置１が大型化するため、必要な領域のみ空間分解能を向上させることで、位置検出装置１を大型化することを防止できる。

なお、空間分解能を向上させる領域αは、図１２に示す位置に限定するものではなく、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、用途に合わせて適宜設定することができることは言うまでもない。

また、上述の磁気応答体２の形態は、上記実施形態に限定されず他の実施形態にも適用可能であることは言うまでもない。
例えば、図７中に示される磁気応答体２において、（特定の領域の）断面厚さの相対的移動距離に対する変化量を大きくしてもよい。
また図１３（ｃ）に示すように、磁気応答体２を、図４に示すような円錐台形状とし、特定の領域（領域α）の断面径の相対的移動距離に対する変化量（勾配）を他の領域（領域β）の変化量（勾配）と比べて大きくしてもよい。
また、磁気応答体２を、図５、図６に示すように、断面厚さが同じ円筒形で、側壁面に開口部１０を有する形状とし、（特定の領域の）開口部１０の大きさ（又は角度θ）の相対的移動距離に対する変化量（勾配）を、他の領域の変化量（勾配）と比べ大きくしてもよい。
さらに、本実施形態は、例えば図９、図１１に示される磁気応答体２０の第１の導電部材２１にも適用でき、第１の導電部材２１の内部又は外部に強磁性体を備えてもよい。

（実施形態８）
上記各実施形態においては、第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５と第２の励磁コイル６及び出力コイル７とは、共に磁気応答体２の相対的移動方向に沿って隣接している構造である。第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５と第２の励磁コイル６及び出力コイル７を、それぞれ２層構造に配置してもよい。

図１４に示すように、出力コイル７の外周、又は、磁気応答体２と反対側に第２の励磁コイル６を設置し、リファレンスコイル５の外周、又は、支持部材３と反対側に第１の励磁コイル４を設置している。
このような配置においても、第２の励磁コイル６と出力コイル７との相互インダクタンス値が、相対的移動距離に対して単調増加又は単調減少するため、出力電圧Ｖｏｕｔから相対的移動距離を算出することができることは、上記実施形態と同様である。

出力コイル７と第２の励磁コイル６とは、同一の中心軸を有し、同一の中心軸に対する動径方向に積層されて構成されているため、出力コイル７と第２の励磁コイル６との相対的移動方向に沿った占有領域を短く設定できる。リファレンスコイル５と第１の励磁コイル４の関係も同様である。
このように、出力コイル７と第２の励磁コイル６とにより位置を検出する領域が、相対移動方向に対して短くなるため、相対位置の変化に対して敏感に反応し、位置検出の空間分解能が向上する。

なお、第１の励磁コイル４とリファレンスコイル５との位置関係、第２の励磁コイル６と出力コイル７との位置関係を逆転してもよい。

本実施形態は、他の実施形態に適用可能であることは言うまでもない。

（実施形態９）
本発明にかかる位置検出装置１は、測定対象物の変位を検出するものであり、例えば液面計に好適に適用できる。

図１５は、本実施形態による液面計の断面模式図である。図７で示される位置検出装置１の磁気応答体２の先端に、フロート４０（浮子）を接続し、鉛直方向に移動可能とするために案内４１を設けた構成である。フロート４０の浮力により、磁気応答体２を測定対象の液中で浮かせることができる。

案内４１は、鉛直方向に磁気応答体２が摺動できるよう、磁気応答体２の断面形状と同形状で、磁気応答体２の径より大きい径を有する開口部４２を備え、磁気応答体２が、案内４１の開口部４２の側面に沿って鉛直方向に移動することができる。なお、案内４１の内面に軸受けを設け、軸受けにより磁気応答体２と案内４１との摩擦を低減することが好ましい。

第１のコイル組（第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５）と第２のコイル組（第２の励磁コイル６及び出力コイル７）とは、連結部材２３により連結固定されている。
連結部材２３は、詳細には、第１のコイル組を固定する第１の固定部位２３ａ、第２のコイル組を固定する第２の固定部位２３ｃ、及び第１の固定部位２３ａと第２の固定部位２３ｃとを所定の間隔で連結する連結部位２３ｂの３つの部位から構成されている。

これらの３つの部位は、互いに図に示すように鉛直方向に連結されている。
第１の固定部位２３ａ、第２の固定部位２３ｃは、例えば、絶縁性のある樹脂やセラミック等で構成し、第１の励磁コイル４及び第２の励磁コイル６に交流電圧を印加した場合でも、渦電流が発生しない材質を採用する。
連結部位２３ｂは、第１のコイル組と第２のコイル組とを離間して固定するため、例えば棒状の金属や剛性の高い樹脂やセラミックで構成する。また、第１の固定部位２３ａ、第２の固定部位２３ｃ及び連結部位２３ｂは、例えば樹脂やセラミック等により一体で構成してもよい。

なお、第１のコイル組と第２のコイル組との図２に示される電気的接続は、連結部材２３中に電気配線を施すことができ、電気配線に対する、防水性を確保できる。

第１のコイル組、第２のコイル組及び連結部材２３は、図示しない連結治具により案内４１に固定されている。従って、磁気応答体２と第２のコイル組とは、相対的に移動可能である。

なお、図１５に示すように、第１のコイル組の外周に、支持部材３を備えてもよい。この場合、第１のコイル組は、第１の固定部位２３ａにより、固定及び支持されているため、第１のコイル組を支持するための支持部材３は不要である。しかし、支持部材３に対して、磁心としての機能を持たせることで、出力電圧Ｖｏｕｔの基準点を設定することができる。
支持部材３に対して、磁心としての機能については、実施形態３において説明済みであり、割愛する。

なお、支持部材３と第１のコイル組とを固定し、支持部材３と案内４１とを図示しない連結治具により固定することで、第１のコイル組、第２のコイル組及び連結部材２３と案内４１とを固定してもよい。

以下、本実施形態の位置検出装置１の動作について説明する。

案内４１は、例えば測定対象の液を収容する容器（図示しない）に、案内４１の開口部４２の側面が鉛直方向になるよう配置し、固定される。フロート４０（浮子）を接続した磁気応答体２を開口部４２内に摺動可能に設置し、測定対象の液面に浮かべる。
フロート４０の浮力によって、液面（水位）の変動に依存して、磁気応答体２が、案内４１の開口部４２の側面により定まる移動方向、すなわち鉛直方向に上下する。

磁気応答体２は、液面により変化するため、磁気応答体２の位置を検出することにより、液面を測定することができる。

なお、本実施形態の変形例として、上記他の実施形態の位置検出装置１を適用することが可能であることは言うまでもない。

（実施形態１０）
本発明にかかる位置検出装置１は、直線的な相対的移動距離の測定だけでなく、曲線上、すなわち円弧上の相対的移動距離の測定にも使用することができる。

本実施形態では、図１６に示すように、例えば図７で示される位置検出装置１の磁気応答体２の形状を、円の一部となるように（磁気応答体２の中心軸が円弧形状（円の一部）となるように）構成しており、円の中心を回転軸とする回転方向（図中矢印で示す方向）の相対的な移動距離の測定が可能となる。
すなわち、磁気応答体２が、第２のコイル組に対して相対的に移動する軌道が円弧（円の一部）をなすように構成されている、すなわち、相対的に円弧上の軌道に沿って移動するため、円の中心を回転軸とする相対的移動距離の測定が可能である。
検出体２の電気抵抗は、中心軸の回転方向に対して、単調に増加又は単調に減少するように構成されている。すなわち、検出体２の動径方向（円の半径方向）の断面積は、回転角に対して単調に減少又は単調に増加するよう構成されている。

第１のコイル組（第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５）と第２のコイル組（第２の励磁コイル６及び出力コイル７）とは、連結部材２３により連結固定されており、両者の位置関係は固定されている。
連結部材２３は、磁気応答体２内部で、磁気応答体２の側壁面と干渉することがないように、その形状が円の一部となるよう構成されている。

磁気応答体２は、図示しない回転軸に回転自在に支持されている。
その一方で、第１のコイル組、第２のコイル組及び連結部材２３を互いに連結固定する。

磁気応答体２は、第２のコイル組が磁気応答体２内壁面に接触することがない範囲で、第２のコイル組に対して相対的に移動が可能である。

磁気応答体２は、回転運動する測定対象物に連結することで、測定対象物の相対的な回転移動距離（円弧上の軌道に沿った相対的移動距離）を測定することができる。また、回転移動距離は、回転半径と回転角度との積であり、回転半径は、円弧の曲率半径であるため、相対的な回転移動距離から回転角度を検出することも可能である。
そのため、測定対象物の回転角、又は傾斜角を測定することができ、本実施形態の位置検出装置１は、回転角検出装置又は傾斜角検出装置としても機能する。

また、磁気応答体２の形状は、図１６に限定されず、他の実施形態で示される形状を使用できることは言うまでもない。
さらに、図１６の磁気応答体２の外部に、図１１に示されるように強磁性体を設け、温度変化の影響を低減することも可能である。

（実施形態１１）
円弧上の相対的移動距離の測定が可能な実施形態１０の位置検出装置１に対して、実施形態４を応用することも可能である。

図１７（ａ）は、磁気応答体２を２つの対向する平行平板の強磁性体で構成した本実施形態による位置検出装置１の上面図であり、図１７（ｂ）は、Ａ−Ａ’断面図である。
連結部材２３の上下両側に平行平板の第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄを設置する。第２の励磁コイル６の交流電圧を印加することで発生した磁束は、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄを貫通するため、第２のコイル組の相互インダクタンス値は、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄの幅に依存して変化する。
なお、第２の励磁コイル６及び出力コイル７の巻軸は、図８（ｆ）と同様に、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄに対して垂直に配置する。

第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄの幅は、第２コイル組と第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄとの相対的移動距離に対して単調に増加又は減少するため、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄの厚さが一定の場合、第２のコイル組の相互インダクタンス値は相対的移動距離に対して単調に増加又は減少する。
その結果、第２コイル組と第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄとの相対的移動距離が検出可能となり、すなわち位置検出が可能となる。

また、第１のコイル組の相互インダクタンス値を決定するための基準体１２を設置し、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄと同様に２つの対向する平行平板の強磁性体で構成することにより、出力コイル７とリファレンスコイル５の出力電圧の差分である出力電圧Ｖｏｕｔが０（ゼロ）となる基準点を適宜設定することができる。
なお、基準体１２も第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄと同様の構成であり、第１の励磁コイル４及びリファレンスコイル５の巻軸は、図８（ｇ）と同様に、２つの対向する基準体１２に対して垂直に配置する。

また、平行平板で構成した第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄのうち、一方のみ例えば第３の磁気応答体２ｃのみからなる単一の平板により構成してもよい。基準体１２も同様に単一の平板により構成してもよい。

また、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄの幅を一定とし、断面厚さを相対的移動距離に対して単調に増加又は減少する構成としてもよい。

また、第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄ並びに基準体１２を強磁性体と導電体の積層構造とし、導電体と強磁性体とを組み合わせることで、実施形態４において説明したように、出力電圧Ｖｏｕｔの温度依存性をさらに低減することができる。

また、２つの対向する平行平板からなる第３及び第４の磁気応答体２ｃ、２ｄの一方を強磁性体で構成し、他方を導電体で構成し、同様に、２つの対向する平行平板からなる基準体１２に対しても、一方を強磁性体で構成し他方を導電体で構成し、導電体と強磁性体とを組み合わせることで、出力電圧Ｖｏｕｔの温度依存性を低減することも可能である。

なお、上記各実施形態において、磁気応答体２（２０）の形状として、円筒形状、円錐形状の一部、平板形状を例示したが、それに限定されるものではない。磁気応答体２（２０）として導電体を用いた場合、第２コイル組により渦電流が発生し、渦電流の値が、磁気応答体２と第２コイル組との相対的移動距離に対して単調に増加、又は減少すればよい。

本発明によれば、測定対象物の位置の変化を検出することが可能な、ノイズや環境温度変化への耐性が高い位置検出装置を実現できる。本発明にかかる位置検出装置は、様々な分野での応用が期待でき、産業上の利用性は高い。

１ 位置検出装置
２ 磁気応答体
２ａ 第１の磁気応答体
２ｂ 第２の磁気応答体
２ｃ 第３の磁気応答体
２ｄ 第４の磁気応答体
３ 支持部材
４ 第１の励磁コイル
５ リファレンスコイル
６ 第２の励磁コイル
７ 出力コイル
８ 交流電源
９ａ、９ｂ 出力端子
１０ 開口部
１２ 基準体
１２ａ 第１の基準体
１２ｂ 第２の基準体
２０ 磁気応答体
２１ 第１の導電部材
２２ 第１の強磁性部材
２３ 連結部材
３０ 支持部材
３１ 第２の導電部材
３２ 第２の強磁性部材
４０ フロート
４１ 案内
４２ 開口部

Claims (11)

1. 第１の励磁コイルとリファレンスコイルと第２の励磁コイルと出力コイルと磁気応答体とを備え、
   前記磁気応答体と、前記出力コイルとは、相対的に移動可能であり、
   前記磁気応答体の前記出力コイルに対する相対的な移動距離に依存して、前記第２の励磁コイルに交流電圧を印加した際の前記出力コイルの出力電圧が単調に増加又は単調に減少し、
   前記磁気応答体の前記出力コイルに対する相対的な移動距離にかかわらず前記第１の励磁コイルに交流電圧を印加した際の前記リファレンスコイルの出力電圧が一定であり、
   前記リファレンスコイルと前記出力コイルとは差動接続されている
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記磁気応答体は、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿って、電気抵抗が単調に増加又は単調に減少する導電部材を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記導電部材は、
   前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿った軸に対して回転対称な形状であり、その断面積が単調に減少又は単調に増加する
   ことを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
4. 前記導電部材は、その側壁面に溝部を有し、
   前記溝部の断面積が、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿って単調に増加又は単調に減少することを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
5. 前記磁気応答体は、前記導電部材の外部又は内部に強磁性部材を備える
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の位置検出装置。
6. 前記導電部材は、特定の領域において、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿った電気抵抗の変化量の絶対値が、他の領域と比較し大きい
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載の位置検出装置。
7. 前記磁気応答体は、前記出力コイルに対する相対的な移動方向に沿って、断面積が単調に増加又は単調に減少する強磁性体からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
8. 前記出力コイルと前記第２の励磁コイルとは、同一の中心軸を有し、中心軸に対する動径方向に積層されて構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の位置検出装置。
9. 前記第１の励磁コイルに対する前記リファレンスコイルの巻き線比及び前記第２の励磁コイルに対する前記出力コイル７の巻き線比が同一であり、共に１より大きい
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の位置検出装置。
10. 前記磁気応答体に浮子が接続されており、
    前記検出体を可動に支持する案内を備えたことを特徴とする
    請求項１乃至９のいずれか１項記載の位置検出装置。
11. 前記磁気応答体と、前記出力コイルとは、円弧上の軌道に沿って相対的に移動可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の位置検出装置。

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