JPH1082607A - 誘導型２次元位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの検出装置で２次元位置を検出するこ
と。 【解決手段】 ２次元面を含む基部（１）において、Ｘ
軸方向に沿って配置された複数の極を含み、各極は１次
及び２次巻線による電磁誘導結合部を有しているＸ軸検
出部（１Ｘ）と、Ｙ軸方向に沿って配置された複数の極
を含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘導結合部
を有しているＹ軸検出部（１Ｙ）とを、２次元面上で交
差して配置する。永久磁石を含む磁気応答部材（３）
を、基部に対してＸ及びＹ軸方向に相対的に変位可能に
配置し、該磁気応答部材（３）の相対的位置に応じてそ
のＸ軸成分位置とＹ軸成分位置とをＸ軸検出部及びＹ軸
検出部で検出する。基部（１）において所定の位置に対
応して配置された導電性物質（４）を有し、磁気応答部
材の変位に応じて導電性物質に生じる渦電流による磁界
により、該磁気応答部材の永久磁石と導電性物質とが引
合い、該磁気応答部材が所定の配置に吸引され、その動
きが緩衝される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導型２次元位置
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来知られた誘導型位置検出装置には、
直線位置検出装置としては差動トランスがあり、回転位
置検出装置としてはレゾルバがある。差動トランスは、
１つの１次巻線を１相で励磁し、差動接続された２つの
２次巻線の各配置位置において検出対象位置に連動する
鉄心コアの直線位置に応じて差動的に変化するリラクタ
ンスを生ぜしめ、その結果として得られる１相の誘導出
力交流信号の電圧振幅レベルが鉄心コアの直線位置を示
すようにしたものである。レゾルバは、複数の１次巻線
を１相で励磁し、サイン相取り出し用の２次巻線からサ
イン相の振幅関数特性を示す出力交流信号を取り出し、
コサイン相取り出し用の２次巻線からコサイン相の振幅
関数特性を示す出力交流信号を取り出すようにしたもの
である。この２相のレゾルバ出力は公知のＲ／Ｄコンバ
ータといわれる変換回路を用いて処理し、検出した回転
位置に対応する位相値をディジタル的に測定することが
できる。また、サイン相とコサイン相のような複数相の
交流信号によって複数の１次巻線を夫々励磁し、検出対
象直線位置又は回転位置に応じて該交流信号を電気的に
位相シフトした出力交流信号を出力し、この出力交流信
号の電気的位相シフト量を測定することにより、検出対
象直線位置又は回転位置をディジタル的に測定する技術
も知られている（例えば、特開昭４９−１０７７５８
号、特開昭５３−１０６０６５号、特開昭５５−１３８
９１号、実公平１−２５２８６号など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来知られた
誘導型位置検出装置は、すべて直線位置や回転位置のよ
うな１次元位置を測定するものであり、２次元位置を測
定するものは存在していなかった。一般に、誘導型位置
検出装置は、構造的に非接触であり、また、コイルと鉄
片等の簡単な構成により、簡便かつ安価に製造すること
ができるので、これを２次元位置検出装置に適用できれ
ば、広い応用・用途が見込まれる。例えば、１つの操作
子のＸ−Ｙ方向の２次元的動きを検出する装置に応用す
れば、マウスのような既存の２次元操作子としても構成
できるし、その他従来はなかった２次元操作子としての
応用・用途が考えられる。本発明は上述の点に鑑みてな
されたもので、新規な誘導型２次元位置検出装置を提供
すると共に、検出用の可動部の不所望の慣性的な動き・
振動を緩衝（吸収）して、瞬間的な運動つまり加速度的
変位を抽出してこれを正確に検出することができるよう
にした誘導型２次元位置検出装置を提供することを目的
とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る誘導型２次
元位置検出装置は、Ｘ軸方向に沿って配置された複数の
極を含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘導結合
部を有しているＸ軸検出部と、Ｙ軸方向に沿って配置さ
れた複数の極を含み、各極は１次及び２次巻線による電
磁誘導結合部を有しているＹ軸検出部とを、２次元面上
で交差して配置してなる基部と、前記基部に対してＸ及
びＹ軸方向に相対的に変位するものであり、前記１次及
び２次巻線による電磁誘導結合を変化させる材質を含
み、かつ永久磁石成分を含んで構成されてなる磁気応答
部材と、前記基部において所定の位置に対応して配置さ
れた導電性物質とを具備してなり、前記基部の２次元面
に対する前記磁気応答部材の相対的位置に応じたＸ軸成
分位置検出信号とＹ軸成分位置検出信号とを前記Ｘ軸検
出部及びＹ軸検出部から夫々出力され、前記磁気応答部
材の変位に応じて導電性物質に生じる渦電流による磁界
により、該磁気応答部材の永久磁石成分と前記導電性物
質とが引合い、該磁気応答部材が前記所定の配置に吸引
され、その動きが緩衝されることを特徴とするものであ
る。

【０００５】本発明によれば、夫々が誘導型検出要素で
あるＸ軸検出部とＹ軸検出部とを基部の２次元面上で交
差して配置してなり、Ｘ及びＹ軸方向に関して所定のサ
イズを有すると共に前記１次及び２次巻線による電磁誘
導結合を変化させる材質を含んで構成されてなる磁気応
答部材を、該基部に対してＸ及びＹ軸方向に相対的に変
位可能に配置したものである。従って、基部の２次元面
に対する磁気応答部材の相対的位置に応じてＸ軸検出部
及びＹ軸検出部の各極における電磁誘導結合が可変的に
定まり、これに応じたＸ軸成分位置検出信号とＹ軸成分
位置検出信号とが前記Ｘ軸検出部及びＹ軸検出部から夫
々得られ、両Ｘ，Ｙ軸成分位置の組合せによって２次元
位置の検出がなされる。ここで、可動部である磁気応答
部材は永久磁石成分を含んで構成されてなり、かつ、前
記基部において所定の位置に対応して導電性物質が配置
されている。従って、磁気応答部材が変位するとき、基
部に固定された導電性物質に渦電流が流れ、これによっ
て生じる磁界により、該磁気応答部材の永久磁石成分と
前記導電性物質とが引合い、該磁気応答部材が前記所定
の配置（例えばＸ，Ｙ座標の原点位置）に吸引され、そ
の動きが緩衝される。従って、検出用の可動部（磁気応
答部材）の不所望の慣性的な動き・振動を緩衝（吸収）
して、瞬間的な運動つまり加速度的変位を抽出してこれ
を正確に検出することができる。

【０００６】別の例として、本発明に係る誘導型２次元
位置検出装置は、Ｘ軸方向に沿って配置された複数の極
を含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘導結合部
を有しているＸ軸検出部と、Ｙ軸方向に沿って配置され
た複数の極を含み、各極は１次及び２次巻線による電磁
誘導結合部を有しているＹ軸検出部とを、２次元面上で
交差して配置してなる基部と、前記基部に対してＸ及び
Ｙ軸方向に相対的に変位するものであり、前記１次及び
２次巻線による電磁誘導結合を変化させる導電性物質を
含んで構成されてなる磁気応答部材と、前記基部におい
て所定の位置に対応して配置された永久磁石とを具備し
てなり、前記基部の２次元面に対する前記磁気応答部材
の相対的位置に応じたＸ軸成分位置検出信号とＹ軸成分
位置検出信号とを前記Ｘ軸検出部及びＹ軸検出部から夫
々出力され、前記磁気応答部材の変位に応じて導電性物
質に生じる渦電流による磁界により、前記永久磁石と前
記磁気応答部材とが引合い、該磁気応答部材が前記所定
の配置に吸引され、その動きが緩衝されることを特徴と
する。この場合も、磁気応答部材が変位するとき、該磁
気応答部材側の導電性物質に渦電流が流れ、これによっ
て生じる磁界により、該磁気応答部材と基部に固定され
た永久磁石とが引合い、該磁気応答部材が前記所定の配
置（例えばＸ，Ｙ座標の原点位置）に吸引され、その動
きが緩衝される。従って、検出用の可動部（磁気応答部
材）の不所望の慣性的な動き・振動を緩衝（吸収）し
て、瞬間的な運動つまり加速度的変位を抽出してこれを
正確に検出することができる。

【０００７】一実施形態によれば、前記Ｘ軸検出部にお
ける個々の極が、Ｙ軸方向に列を成して構成されてお
り、前記Ｙ軸検出部における個々の極が、Ｘ軸方向に列
を成して構成されているようになっていてよい。これに
より、基部の２次元面を、より広い範囲でカバーして、
２次元位置を検出することができる。一実施形態によれ
ば、前記Ｘ軸検出部及びＹ軸検出部の夫々は、１相の交
流信号によって励磁され、前記磁気応答部材の相対的位
置に応じて、サイン相の振幅関数特性を示す出力交流信
号と、コサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号と
の２相の出力交流信号を出力するタイプのレゾルバ型位
置検出原理によって構成されたものであってよい。その
場合、更に、前記サイン相の振幅関数特性を示す出力交
流信号とコサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号
とに基づき、該サイン相の振幅関数及びコサイン相の振
幅関数の位相値を検出し、前記磁気応答部材の相対的位
置に応じた位相値検出データを得る位相検出回路を更に
備えているとよい。別の一実施形態によれば、前記Ｘ軸
検出部及びＹ軸検出部の夫々は、１相の交流信号によっ
て励磁され、前記磁気応答部材の相対的位置に応じた振
幅関数特性を示す出力交流信号を出力するタイプの差動
トランス型位置検出原理によって構成されていてよい。
本発明によれば、更に様々な実施の形態をとることがで
き、その詳細は、例示的に以下において示される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態をいくつかの代表例について説明する。図
示された各例は、相互に組み合わせることも可能であ
り、それらの組合せも本発明の実施に含まれる。図１
は、レゾルバタイプの位置検出原理に従って構成した、
本発明に係る２次元位置検出装置の基本的構成例を示す
図であり、（ａ）は平面略図、（ｂ）は側面略図であ
る。図１（ａ）において、横方向をＸ軸方向とし、たて
方向をＹ軸方向とする。非磁性体からなるステータ基部
１において、Ｘ軸検出部１Ｘと、Ｙ軸検出部１Ｙとが配
置されている。Ｘ軸検出部１Ｘは、Ｘ軸方向に等間隔で
配置された４つの極を含み、各極は少なくとも２次巻線
２１，２２，２３，２４を有している。換言すれば、ス
テータ基部１においてＸ軸方向に等間隔で配置された４
つの少なくとも２次巻線２１，２２，２３，２４と図示
していない１次巻線とによってＸ軸検出部１Ｘが構成さ
れる。同様に、Ｙ軸検出部１Ｙは、Ｙ軸方向に等間隔で
配置された４つの極を含み、各極は少なくとも２次巻線
２５，２６，２７，２８を有しており、かつ、図示して
いない１次巻線を含んでいる。Ｘ軸検出部１Ｘの極配列
（２次巻線２１〜２４の配列）とＹ軸検出部１Ｙの極配
列（２次巻線２５〜２８の配列）とは、ステータ基部１
の２次元面上において図示のように交差している。

【０００９】なお、１次巻線の配置については特に図示
しないが、該１次巻線によって励起した磁界を対応する
各２次巻線に及ぼすことができるような配置であれば適
宜の配置であってよい。例えば、個々の２次巻線に対応
して同じ位置に重複して個別の１次巻線をそれぞれ設け
るようにしてもよいし、あるいは、ステータ基部１の最
外周に沿ってすべての２次巻線を包囲するように１個の
１次巻線を設けてもよいし、あるいは、いくつかのグル
ープに分けて複数の２次巻線を包囲するように複数の１
次巻線を設けてもよい。いずれの場合においても、レゾ
ルバタイプの位置検出原理に従う場合、あるいは後述の
差動変圧器原理に従う場合、すべての１次巻線が同相
（１相）の交流信号で励磁される。

【００１０】ステータ基部１の上に、その表面上を任意
に移動しうるように、所定のサイズの磁気応答部材３が
設けられている。この磁気応答部材３は、各検出部１
Ｘ，１Ｙにおける個別の２次巻線に対する近接位置関係
に応じて、該２次巻線と対応する１次巻線との間の磁気
結合（すなわち電磁誘導結合）を変化させるものであ
り、その近接位置関係に応じた出力信号が各検出部１
Ｘ，１Ｙから出力されるようにするものである。磁気応
答部材３は、図１（ｂ）に示すように、例えば鉄等の磁
性体を含有する永久磁石からなる球（すなわち球磁石）
からなっていて、その直径は、各２次巻線の配置間隔と
同様に、レゾルバタイプの位置検出原理に従って適切に
設計される。例えば図示の例では、磁気応答部材すなわ
ち球磁石３は、隣合う２つの２次巻線２１，２２の配置
範囲にほぼ対応する直径を有するように描かれている
が、これに限らず、直径寸法の適量の減少又は増加が設
計上可能である。ステータ基部１の側面周囲は適宜のガ
イドフレーム５によって仕切られており、また、ステー
タ基部１の上面も、適宜のカバー（図示せず）で蔽われ
る。そして、この検出装置全体が、検出対象物（図示せ
ず）に固定され、該検出対象物の２次元的加速度運動若
しくはＸ軸及びＹ軸方向への傾きに応答してステータ基
部１が傾き、これに応じて球磁石３が変位する。

【００１１】上記の構成において、検出対象の２次元的
加速度運動若しくは傾動に応じて、球磁石３がステータ
基部１に対して相対的に変位し、この変位位置のＸ軸成
分がＸ軸検出部１Ｘにて検出され、Ｙ軸成分がＹ軸検出
部１Ｙにて検出される。各検出部１Ｘ，１Ｙでは、レゾ
ルバタイプの位置検出原理に従って、位置検出出力を生
じる。ステータ基部１において、所定の位置（例えば
Ｘ，Ｙ座標の原点位置）に対応して適宜の範囲で導電性
物質（例えば銅又はアルミニューム等）４が固定的に配
置されている。従って、可動部である磁気応答部材つま
り球磁石３が変位するとき、基部１に固定された導電性
物質４に渦電流が流れ、これによって生じる磁界によ
り、該球磁石３と導電性物質４とが引合い、該球磁石３
が前記所定の配置（例えばＸ，Ｙ座標の原点位置）に吸
引され、その動きが緩衝される。従って、検出用の可動
部つまり球磁石３の不所望の慣性的な動き・振動を緩衝
（吸収）して、瞬間的な運動つまり加速度的変位を抽出
して正確に検出することができる。

【００１２】レゾルバタイプの位置検出原理について、
Ｘ軸検出部１Ｘを例にして説明すると、球磁石３の各２
次巻線２１〜２４に対する対応位置が変化することによ
り、１次巻線と各２次巻線２１〜２４間の磁気結合が該
検出対象位置に応じて変化され、これにより、該検出対
象位置に応じて振幅変調された誘導出力交流信号が、各
２次巻線２１〜２４の配置のずれに応じて異なる振幅関
数特性で、各２次巻線２１〜２４に誘起される。各２次
巻線２１〜２４に誘起される各誘導出力交流信号は、１
次巻線が１相の交流信号によって共通に励磁されるが故
に、その電気的位相が同相であり、その振幅関数が球磁
石３の各２次巻線に対する接近または遠ざかりに従って
それぞれ変化する。なお、図１（ａ）において各巻線の
巻軸方向（磁束の方向）は紙面に垂直な方向である。

【００１３】レゾルバ原理を採用する場合は、検出部１
Ｘにおける４つの２次巻線２１〜２４に生じる誘導出力
交流信号の振幅関数が、サイン関数（図でｓを付記す
る）、コサイン関数（図でｃを付記する）、マイナス・
サイン関数（図で／ｓ（ｓバー）を付記する）、マイナ
ス・コサイン関数（図で／ｃ（ｃバー）を付記する）、
にそれぞれ相当するものとなるように、各２次巻線２１
〜２４の配置間隔と磁気応答部材３（すなわち球磁石）
のサイズを、設定する。種々の条件によって、各巻線の
配置は微妙に変わり得るし、磁気応答部材（球磁石）３
のサイズも変わりうるので、希望の関数特性が得られる
ように各巻線配置を適宜調整したり、あるいは２次出力
レベルを電気的増幅によって調整することにより、希望
の振幅関数特性が最終的に得られるようにすることがで
きる。従って、各２次巻線２１〜２４の配置と磁気応答
部材（球磁石）３のサイズは重要ではあるが、絶対的精
度を要求されるわけではなく、設計上適宜に設定若しく
は変更できる。Ｙ軸検出部１Ｙについても同様であり、
４つの２次巻線２５〜２８に生じる誘導出力交流信号の
振幅関数が、サイン関数（ｓ）、コサイン関数（ｃ）、
マイナス・サイン関数（／ｓ）、マイナス・コサイン関
数（／ｃ）、にそれぞれ相当するものとなるように、配
置されている。なお、明細書中では、表記の都合上、反
転を示すバー記号は「／（スラッシュ）」で記載する
が、これは、図中のバー記号に対応している。

【００１４】図２は、検出部１Ｘにおける１次及び２次
巻線の回路図であり、１次巻線には共通の励磁交流信号
（説明の便宜上、sinωｔで示す）が印加される。この
１次巻線の励磁に応じて、球磁石３の２次元面における
Ｘ軸成分位置に応じた振幅値を持つ交流信号が各２次巻
線２１〜２４に誘導される。夫々の誘導電圧レベルは該
Ｘ軸成分位置に対応して２相の関数特性sinθ，cosθ及
びその逆相の関数特性−sinθ，−cosθを示す。すなわ
ち、各２次巻線２１〜２４の誘導出力信号は、該Ｘ軸成
分位置に対応して２相の関数特性sinθ，cosθ及びその
逆相の関数特性−sinθ，−cosθで振幅変調された状態
で夫々出力される。なお、θは該Ｘ軸成分位置に比例し
ており、例えば、θ＝２π（ｘ／ｐ）のような関係であ
る。ここで、ｘはＸ軸成分位置、ｐは上記関数の１周期
に相当する長さである。説明の便宜上、巻線の巻数等、
その他の条件に従う係数は省略し、２次巻線２１をサイ
ン相として、その出力信号を「sinθ・sinωｔ」で示
し、２次巻線２２をコサイン相として、その出力信号を
「cosθ・sinωｔ」で示す。また、２次巻線２３をマイ
ナス・サイン相として、その出力信号を「−sinθ・sin
ωｔ」で示し、２次巻線２４をマイナス・コサイン相と
して、その出力信号を「−cosθ・sinωｔ」で示す。サ
イン相とマイナス・サイン相の誘導出力を差動的に合成
することによりサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力
交流信号Ａ（＝２sinθ・sinωｔ）が得られる。また、
コサイン相とマイナス・コサイン相の誘導出力を差動的
に合成することによりコサイン関数の振幅関数を持つ第
２の出力交流信号Ｂ（＝２cosθ・sinωｔ）が得られ
る。なお、表現の簡略化のために、係数「２」を省略し
て、以下では、第１の出力交流信号Ａを「sinθ・sinω
ｔ」で表わし、第２の出力交流信号Ｂを「cosθ・sinω
ｔ」で表わす。

【００１５】こうして、Ｘ軸成分位置ｘに対応する第１
の関数値sinθを振幅値として持つ第１の出力交流信号
Ａ＝sinθ・sinωｔと、同じＸ軸成分位置ｘに対応する
第２の関数値cosθを振幅値として持つ第２の出力交流
信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが出力される。このような巻
線構成によれば、回転型位置検出装置として従来知られ
たレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であ
って２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号Ａ，Ｂ
（サイン出力とコサイン出力）をＸ軸検出部１Ｘにおい
て得ることができることが理解できる。このＸ軸検出部
１Ｘから出力される２相の出力交流信号（Ａ＝sinθ・si
nωｔとＢ＝cosθ・sinωｔ）は、従来知られたレゾルバ
の出力と同様の使い方をすることができる。例えば、図
２に示すように、検出部１Ｘの出力交流信号Ａ，Ｂを適
切なディジタル位相検出回路４０に入力し、前記サイン
関数sinθとコサイン関数cosθの位相値θをディジタル
位相検出方式によって検出し、Ｘ軸成分位置ｘのディジ
タルデータＤｘを得るようにすることができる。ディジ
タル位相検出回路４０で採用するディジタル位相検出方
式としては、公知のＲ−Ｄ（レゾルバ−ディジタル）コ
ンバータを適用してもよいし、本発明者らによって開発
済の新方式を採用してもよい。この新方式については本
書では特に述べない。

【００１６】Ｙ軸検出部１Ｙについても、図２と同様に
１次及び２次巻線回路を構成し、Ｙ軸成分位置を示すレ
ゾルバタイプの２相出力交流信号を出力するようにする
ことができる。そして、上記と同様に、ディジタル位相
検出方式を採用することにより、Ｙ軸成分位置を示すデ
ィジタルデータＤｙを得るようにすることができる。こ
うして、Ｘ軸検出部１ＸとＹ軸検出部１Ｙからそれぞれ
得られるＸ軸成分位置とＹ軸成分位置のデータＤｘ，Ｄ
ｙの組合せにより、検出した２次元位置を同定すること
ができる。

【００１７】ところで、図１の配置では、Ｘ軸検出部１
ＸとＹ軸検出部１Ｙの極配列（巻線配列）が線状に交差
した配列であるため、検出可能な２次元位置の範囲が制
限されてくる可能性がある。すなわち、線状に交差して
配列されたＸ軸検出部１ＸまたはＹ軸検出部１Ｙから比
較的離れた位置では、検出感度が相対的に低下するおそ
れがある。制限された範囲での２次元位置が可能であり
さえすればよい場合は、これでも問題ないが、検出装置
の用途によっては、検出可能な２次元位置の範囲をもっ
と拡張したほうがよい場合がある。検出可能な２次元位
置の範囲をより一層拡張するためには、Ｘ軸検出部とＹ
軸検出部の極配列（巻線配列）が面状に交差するように
配置すればよい。以下、そのような実施例のいくつかに
ついて説明する。

【００１８】図３及び図４は、同一極を列状に伸ばして
配置した例を示す。すなわち、Ｘ軸検出部における個々
の極が、Ｙ軸方向に列を成して構成されており、Ｙ軸検
出部における個々の極が、Ｘ軸方向に列を成して構成さ
れている。詳しくは、Ｘ軸検出部におけるサイン極Ｓ
Ｘ、コサイン極ＣＸ、マイナス・サイン極／ＳＸ、マイ
ナス・コサイン極／ＣＸのそれぞれがＹ軸方向に列を成
して構成されており、Ｙ軸検出部におけるサイン極Ｓ
Ｙ、コサイン極ＣＹ、マイナス・サイン極／ＳＹ、マイ
ナス・コサイン極／ＣＹのそれぞれがＸ軸方向に列を成
して構成されている。図３は、それぞれの極列が、複数
（図では３個）の同相の２次巻線（ｓ，ｃ，／ｓ，／ｃ
で示す）を該列に沿って配置してなる例を示す。勿論、
１つの列を成す複数（図では３個）の同相の２次巻線は
電気的に直列接続されて、１つの極の出力信号を生じ
る。図４は、それぞれの極列が、１個の２次巻線（ｓ，
ｃ，／ｓ，／ｃで示す）を該列に沿う細長リング状に巻
回して配置してなる例を示す。図３及び図４共に、ステ
ータ基部１のほぼ全域にわたる範囲で、磁気応答部材す
なわち球磁石３のＸ軸成分位置とＹ軸成分位置とを感度
良く検出できることが容易に理解できるであろう。

【００１９】図５は、基本的には図３，図４と同様に、
同一極を列状に伸ばして配置した例を示すものである
が、Ｘ軸検出部及びＹ軸検出部の各２次巻線をそれぞれ
同一座標位置において重複して（二重に）配置してなる
ものである。図５では、図示の都合上、１つの座標位置
において１つの丸を描き、この１つの丸を半円に分け
て、上の半円にＸ軸検出部の極の属性（つまり、サイ
ン、コサイン、マイナス・サイン、マイナス・コサイン
をそれぞれ示すｓ，ｃ，／ｓ，／ｃの符号）を示し、下
の半円にＹ軸検出部の極の属性（ｓ，ｃ，／ｓ，／ｃ）
を示しているが、これは、当該座標位置においてＸ軸検
出部の２次巻線とＹ軸検出部の２次巻線とが重複して
（二重に）配置されていることを示す。また、図５は、
図３，４と同様に、Ｘ軸検出部におけるサイン極ＳＸ、
コサイン極ＣＸ、マイナス・サイン極／ＳＸ、マイナス
・コサイン極／ＣＸのそれぞれがＹ軸方向に列を成して
構成され、Ｙ軸検出部におけるサイン極ＳＹ、コサイン
極ＣＹ、マイナス・サイン極／ＳＹ、マイナス・コサイ
ン極／ＣＹのそれぞれがＸ軸方向に列を成して構成され
ているのと等価である。この場合も、各検出部における
１つの極に対応する１列を成す複数（図では４個）の同
相の２次巻線は電気的に直列接続されて、当該１つの極
の出力信号を生じる。

【００２０】図６（ａ）は、Ｘ軸検出部１Ｘ及びＹ軸検
出部１Ｙの各極毎の２次巻線２１’〜２４’及び２５’
〜２８’を扇状に配置した例を示す。ダッシュ符号を付
した各２次巻線２１’〜２４’及び２５’〜２８’は、
図１（ａ）におけるダッシュ符号を付していない同一符
号の２次巻線２１〜２４及び２５〜２８に対応してお
り、同様の技術的意義を持っている。図１（ａ）の配置
と異なる点は、各２次巻線２１’〜２４’及び２５’〜
２８’が図示のような扇状の配置からなっている点であ
る。このような各極の扇状の配置は、例えば２次巻線２
１’の極（Ｘ軸検出部のサイン極）について示すと、図
６（ｂ）に示すように１つの２次巻線を所定の扇状に巻
回して構成してもよいし、図６（ｃ）に示すように複数
の２次巻線を所定の扇状に並べて構成してもよい。図６
（ｃ）のように複数の２次巻線によって１つの極を構成
する場合は、前述と同様に、これらの同相の２次巻線を
直列接続して当該極についての１つの出力信号を生じる
ようにする。図６の例においても、ステータ基部１のほ
ぼ全域にわたる範囲で、磁気応答部材すなわち鋼球３の
Ｘ軸成分位置とＹ軸成分位置とを感度良く検出できる。

【００２１】上記各実施例は、Ｘ軸検出部とＹ軸検出部
とがそれぞれレゾルバタイプの２相出力交流信号を生じ
るものであり、位相検出方式に適しているものである。
これに限らず、差動変圧器原理に基づく構成を用いてＸ
軸成分及びＹ軸成分の位置検出を行うようにしてもよ
い。その場合は、次に示すように、巻線構成を簡略化で
きる。図７は、差動トランス原理に基づく電圧検出方式
に係る構成の基本形を示す。Ｘ軸検出部１０Ｘは、Ｘ軸
方向に等間隔で配置された２つの極を含み、各極は少な
くとも２次巻線５１，５２を有しており、各２次巻線５
１，５２は逆相直列接続されている。すなわち、一方の
２次巻線５１の極をサイン極（ｓ）とすると、他方の２
次巻線５２の極はマイナス・サイン極（／ｓ）である。
Ｙ軸検出部１０Ｙは、Ｙ軸方向に等間隔で配置された２
つの極を含み、各極は少なくとも２次巻線６１，６２を
有しており、各２次巻線６１，６２は逆相直列接続され
ている。すなわち、一方の２次巻線６１の極をコサイン
極（ｃ）とすると、他方の２次巻線６２の極はマイナス
・コサイン極（／ｃ）である。なお、差動トランス原理
に基づく構成におけるサイン極、コサイン極等の呼び名
は、前記レゾルバ方式の場合のような重要な意味をもた
ず、Ｘ軸検出部とＹ軸検出部を便宜的に区別するために
使用している。１次巻線の配置は、その励起した磁界を
対応する各２次巻線に及ぼすことができるような配置で
あれば適宜の配置であってよい。また、前記と同様に、
ステータ基部１の上に、その表面上を任意に移動しうる
ように、所定のサイズの永久磁石成分を含む磁気応答部
材（例えば球磁石）３が設けられている。

【００２２】この構成によって、Ｘ軸検出部１０Ｘで
は、ステータ基部１に対する磁気応答部材（球磁石）３
の２次元位置のＸ軸成分の位置に対応するピーク電圧レ
ベルを持つ出力交流信号が、２次巻線５１，５２の差動
出力信号として、得られる。また、Ｙ軸検出部１０Ｙで
は、ステータ基部１に対する磁気応答部材（球磁石）３
の２次元位置のＹ軸成分の位置に対応するピーク電圧レ
ベルを持つ出力交流信号が、２次巻線６１，６２の差動
出力信号として、得られる。各検出部１０Ｘ，１０Ｙの
出力交流信号を整流することにより、Ｘ軸成分位置及び
Ｙ軸成分位置を示すアナログ電圧信号をそれぞれ得るこ
とができ、両者の組合せにより２次元位置を同定するこ
とができる。

【００２３】図１の基本形に対する図３〜図６に示した
ような変形と同様の変形を、図７の基本形に対しても施
すことができる。その例を示すと次のようである。図８
は、図７のような基本形からなる差動トランス原理に基
づくＸ軸検出部及びＹ軸検出部を変形して、同一極につ
き複数の（図では２個）の２次巻線を列状に配置し、か
つ、図５と同様に、Ｘ軸検出部及びＹ軸検出部の各２次
巻線をそれぞれ同一座標位置において重複して（二重
に）配置してなるものである。図８においても、図５と
同様に、１つの座標位置に対応して示された１つの丸に
おいて、上の半円にＸ軸検出部の極の属性（ｓ，／ｓ）
を示し、下の半円にＹ軸検出部の極の属性（ｃ，／ｃ）
を示している。ここから明らかなように、Ｘ軸検出部に
おけるサイン極ＳＸとマイナス・サイン極／ＳＸのそれ
ぞれがＹ軸方向に列を成した２個の２次巻線によって構
成され、Ｙ軸検出部におけるコサイン極ＣＹとマイナス
・コサイン極／ＣＹのそれぞれがＸ軸方向に列を成した
２個の２次巻線によって構成されている。この場合も、
各検出部における１つの極に対応する１列を成す複数
（図では２個）の同相の２次巻線は電気的に直列接続さ
れて、当該１つの極（例えばＳＸ）の出力信号を生じ、
更に対応するもう一方の極（例えば／ＳＸ）の出力信号
と差動合成される。図９は、図８の変形例であり、図８
に示された４つの座標位置を、それぞれ４つの細座標位
置に分割し、各４つの細座標位置においてそれぞれ同相
の２次巻線を設けたものである。

【００２４】図１０は、図７のような基本形からなる差
動トランス原理に基づくＸ軸検出部及びＹ軸検出部を変
形して、図６と同様に、Ｘ軸検出部１０Ｘ及びＹ軸検出
部１０Ｙの各極毎の２次巻線５１’，５２’及び６
１’，６２’を扇状に配置した例を示す。この場合も、
図６と同様に、１つの極において１つの２次巻線を所定
の扇状に巻回して構成してもよいし、あるいは、１つの
極において複数の２次巻線を所定の扇状に並べて構成し
同一極の各２次巻線を同相直列接続するようにしてもよ
い。

【００２５】なお、永久磁石成分を含む磁気応答部材３
の形状は、上記実施例のような球体に限らず、円板ある
いはその他任意の形状であってよい。更に、上記実施例
では、すべての１次巻線を同相（１相）励磁する例につ
いて説明したが、サイン相とコサイン相のように電気的
位相の異なる複数相の励磁信号によって各１次巻線を別
々に励磁する位相シフト方式の位置検出装置が既に公知
であるから、そのような位相シフト方式に従う位置検出
原理を本発明において利用してもよい。その場合、レゾ
ルバで知られているように、１次巻線と２次巻線の関係
は逆になる。上記の各実施例においては、ステータ基部
１が、完全に平面であるとしているが、図１１に側面図
で示すように、凹面状（または凸面状）に適度にわん曲
していてもよい。そのようなわん曲面に沿う２次元位置
を検出し得るようにするためには、磁気応答部材３とし
て球体を使用することは、曲面に沿う移動を容易にする
ので極めて有利である。

【００２６】また、上記のように凹面状にわん曲した２
次元位置を検出する場合、磁気応答部材３としては、固
定形状の物体に限らず、非固定形状の物体（流体又は粉
体）であってもよい。図１２（ａ）は、凹面状にわん曲
した容器状のステータ基部１に、磁気応答部材として、
比較的少量の磁性及び永久磁石成分を含む流体３ａを収
納した例を示す。図１２（ｂ）は、凹面状にわん曲した
容器状のステータ基部１に、磁気応答部材として、比較
的少量の磁性及び永久磁石成分を含む粉体３ｂを収納し
た例を示す。これらの場合は、検出対象の２次元的変位
運動はステータ基部１に対して及ぼされるようにし、流
体３ａ又は粉体３ｂからなる磁気応答部材は、ステータ
基部１に対して及ぼされる加速度的な２次元運動に対し
て、過渡的現象として、自重によって残留することにな
る。これによって磁気応答部材３ａ，３ｂとステータ基
部１との相対位置関係が変化し、加速度的な若しくは過
渡的な２次元運動についての２次元位置を検出すること
ができる。このような検出形態は、一般にアブソリュー
ト位置検出として知られている静的な絶対位置を検出す
る考え方とは幾分異なることになるが、用途によっては
大いに実用性を期待することができるものである。すな
わち、加速度的な、若しくは過渡的に時間変化する、２
次元運動が加えられたときに、その変位の軌跡や最大変
位量や変位方向を検出する場合において、有利に応用可
能である。

【００２７】なお、上記各実施例において、Ｘ軸検出部
とＹ軸検出部から得られるＸ軸成分位置検出信号及びＹ
軸成分位置検出信号は、アブソリュート位置を示すもの
としているが、これに限らず、応用目的に応じて、イン
クリメンタルパルス信号に変換して出力するようにして
もよい。例えば、アブソリュート位置を示すディジタル
又はアナログデータの時間的変化に応答してインクリメ
ンタルパルス信号を生成する回路を付加すればよい。

【００２８】なお、上記各実施例において、永久磁石と
導電性物質の配置を逆にしてもよい。すなわち、符号
３，３ａ，３ｂとして示された可動部たる磁気応答部材
を、銅又はアルミニウム等の導電性物質で構成し、符号
４として示された基部１に固定されるものを永久磁石で
構成するようにしてよい。その場合も、磁気応答部材３
（導電性物質）が変位するとき、該磁気応答部材（導電
性物質）３に渦電流が流れ、これによって生じる磁界に
より、該磁気応答部材３と基部１に固定された永久磁石
４とが引合い、該磁気応答部材３が前記所定の配置（例
えばＸ，Ｙ座標の原点位置）に吸引され、その動きが緩
衝される。従って、検出用の可動部（磁気応答部材３）
の不所望の慣性的な動き・振動を緩衝（吸収）して、瞬
間的な運動つまり加速度的変位を抽出してこれを正確に
検出することができる。また、磁気応答部材（導電性物
質）３には、検出部１Ｘ，１Ｙのコイル部による磁界に
よる渦電流損による磁気抵抗変化が得られ、これによっ
て、１次及び２次巻線間の結合係数が変化され、上記各
実施例と同様に、Ｘ，Ｙ軸の位置を検出することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
夫々が誘導型検出要素であるＸ軸検出部とＹ軸検出部と
を２次元面上で交差して配置してなり、Ｘ及びＹ軸方向
に関して所定のサイズを有すると共に１次及び２次巻線
による電磁誘導結合を変化させる材質を含んで構成され
てなる１つの磁気応答部材を、該基部に対してＸ及びＹ
軸方向に相対的に変位可能に配置したので、基部の２次
元面に対する磁気応答部材の相対的位置に応じてＸ軸検
出部及びＹ軸検出部の各極における電磁誘導結合が可変
的に定まり、これに応じたＸ軸成分位置とＹ軸成分位置
とをＸ軸検出部及びＹ軸検出部により検出することがで
きるので、これらの組合せによって２次元位置検出を行
うことができる、という優れた効果を奏する。また、検
出用の可動部（磁気応答部材３）の不所望の慣性的な動
き・振動を緩衝（吸収）して、瞬間的な運動つまり加速
度的変位を抽出してこれを正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る２次元位置検出装置の一実施形
態をレゾルバ原理に従って構成した基本例を示すもの
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。

【図２】 図１における１軸分の検出部の１次及び２次
巻線の回路例及び２次巻線出力に基づく位置検出回路の
構成例を示す回路図。

【図３】 図１に示された基本例の変形例を示す平面
図。

【図４】 図１に示された基本例の別の変形例を示す平
面図。

【図５】 図１に示された基本例の更に別の変形例を示
す平面図。

【図６】 図１に示された基本例の更に別の変形例を示
すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのうち１
つの極の２次巻線構成例を示す平面図、（ｃ）は同１つ
の極の別の２次巻線構成例を示す平面図。

【図７】 本発明に係る２次元位置検出装置の別の実施
形態を差動トランス原理に従って構成した基本形を示す
平面図。

【図８】 図７に示された基本形の変形例を示す平面
図。

【図９】 図８の変形例を示す平面図。

【図１０】 図７に示された基本形の別の変形例を示す
平面図。

【図１１】 本発明に係る２次元位置検出装置における
ステータ基部が幾分わん曲している例を示す側面断面
図。

【図１２】 図１１のようにステータ基部が幾分わん曲
している場合において、磁気応答部材として、磁性流体
または磁性粉体を使用できることを示す側面断面図。

【符号の説明】

１ ステータ基部 １Ｘ，１０Ｘ Ｘ軸検出部 １Ｙ，１０Ｙ Ｙ軸検出部 ２１〜２８，２１’〜２８’，５１，５２，６１，６
２，５１’，５２’，６１’，６２’ ２次巻線 ３ 磁気応答部材（球磁石） ４ 導電性物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤津 伸行 東京都東大和市新堀２−1453−43 (72)発明者 坂元 和也 東京都羽村市川崎１丁目１番５号、ＭＡＣ 羽村コートＩＩ−405 (72)発明者 坂本 宏 埼玉県川越市山田896−８ (72)発明者 山本 明男 東京都国立市西１−13−29 ＫＭハイツ 101

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ軸方向に沿って配置された複数の極を
   含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘導結合部を
   有しているＸ軸検出部と、Ｙ軸方向に沿って配置された
   複数の極を含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘
   導結合部を有しているＹ軸検出部とを、２次元面上で交
   差して配置してなる基部と、 前記基部に対してＸ及びＹ軸方向に相対的に変位するも
   のであり、前記１次及び２次巻線による電磁誘導結合を
   変化させる材質を含み、かつ永久磁石成分を含んで構成
   されてなる磁気応答部材と、 前記基部において所定の位置に対応して配置された導電
   性物質とを具備してなり、前記基部の２次元面に対する
   前記磁気応答部材の相対的位置に応じたＸ軸成分位置検
   出信号とＹ軸成分位置検出信号とを前記Ｘ軸検出部及び
   Ｙ軸検出部から夫々出力され、前記磁気応答部材の変位
   に応じて導電性物質に生じる渦電流による磁界により、
   該磁気応答部材の永久磁石成分と前記導電性物質とが引
   合い、該磁気応答部材が前記所定の配置に吸引され、そ
   の動きが緩衝されることを特徴とする誘導型２次元位置
   検出装置。
2. 【請求項２】 Ｘ軸方向に沿って配置された複数の極を
   含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘導結合部を
   有しているＸ軸検出部と、Ｙ軸方向に沿って配置された
   複数の極を含み、各極は１次及び２次巻線による電磁誘
   導結合部を有しているＹ軸検出部とを、２次元面上で交
   差して配置してなる基部と、 前記基部に対してＸ及びＹ軸方向に相対的に変位するも
   のであり、前記１次及び２次巻線による電磁誘導結合を
   変化させる導電性物質を含んで構成されてなる磁気応答
   部材と、 前記基部において所定の位置に対応して配置された永久
   磁石とを具備してなり、前記基部の２次元面に対する前
   記磁気応答部材の相対的位置に応じたＸ軸成分位置検出
   信号とＹ軸成分位置検出信号とを前記Ｘ軸検出部及びＹ
   軸検出部から夫々出力され、前記磁気応答部材の変位に
   応じて導電性物質に生じる渦電流による磁界により、前
   記永久磁石と前記磁気応答部材とが引合い、該磁気応答
   部材が前記所定の配置に吸引され、その動きが緩衝され
   ることを特徴とする誘導型２次元位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記磁気応答部材は、球形状を成したも
   のである請求項１乃至６のいずれかに記載の誘導型２次
   元位置検出装置。