JPH1082608A - 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。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。

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、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ん
で構成されてなる磁気応答部材とを具備してなり、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するこ
とを特徴とする。

【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。

【０００６】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。

【０００７】

【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。

【０００８】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。

【０００９】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
性体からなる球（すなわち鋼球）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鋼球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。特に図示
していないが、ステータ基部１の側面は適宜のガイドフ
レーム等によって仕切られていてよい。また、ステータ
基部１の上面も、柔軟な又は硬質の適宜のカバーで蔽
い、該カバーを通して磁気応答部材すなわち鋼球３につ
ながった適宜の操作子（例えばユニバーサルジョイント
式の操作子）等の操作によって外部から２次元運動を磁
気応答部材（例えば鋼球）３に与えられえるようになっ
ていてよい。勿論、検出対象たる２次元運動を磁気応答
部材（鋼球）３又はステータ基部１に対して伝達するメ
カニズムはこれに限らず、用途に応じて適宜に設計して
よい。

【００１０】上記の構成において、検出対象の２次元的
運動に応じて、鋼球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。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、鋼球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２
１〜２４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、その振幅関数が鋼球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。

【００１１】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（すなわち鋼球）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（鋼球）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（鋼球）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。

【００１２】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、鋼球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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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
く検出できることが容易に理解できるであろう。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、所定のサイズの磁気応答部材（例えば鋼球）３
が設けられている。

【００２０】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（鋼球）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（鋼球）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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】なお、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。また、材質も、鉄等の磁性体に限ら
ず、銅のような良導電体であってもよい。良導電体を磁
気応答部材として使用した場合は渦電流損によって磁気
抵抗変化が得られ、１次及び２次巻線間の結合係数が変
化されることは既に知られている。また、磁性体と良導
電体の組合せによって、相補的に磁気結合係数の変化率
を高めて検出感度を向上させることも知られているの
で、これを採用してもよい。また、磁気応答部材３の形
状を球体とする場合も、完全な球として手等による操作
に応じてステータ基部１上で転がり移動するようにして
もよいし、あるいは球の所定箇所に操作レバー等を固定
して該レバーを操作することによって２次元面上でスラ
イド移動させるようにしてもよい。

【００２４】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として鋼球を使用すること
は、曲面に沿う移動を容易にするので極めて有利であ
る。

【００２５】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、磁性流体３ａ又は磁性粉体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，３
ｂ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。

【００２６】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。

【００２７】

【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。

【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（鋼球）

───────────────────────────────────────────────────── 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 (8)

【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んで構成されてなる磁気応答部材と
   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
   部から夫々出力す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】 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、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こ
   とを特徴とする請求項１に記載の誘導型２次元位置検出
   装置。
3. 【請求項３】 前記Ｘ軸検出部とＹ軸検出部とが前記２
   次元面上の１点で交差し、各極が略扇形状の広がりを持
   つことを特徴とする請求項１に記載の誘導型２次元位置
   検出装置。
4. 【請求項４】 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る
   請求項１乃至３のいずれかに記載の誘導型２次元位置検
   出装置。
5. 【請求項５】 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
   に備えた請求項４に記載の誘導型２次元位置検出装置。
6. 【請求項６】 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
   って構成されたものである請求項１乃至３のいずれかに
   記載の誘導型２次元位置検出装置。
7. 【請求項７】 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。
8. 【請求項８】 前記基部はわん曲面を有しており、前記
   磁気応答部材は、非固定形状の物体からなるものである
   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。