(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出用の永久磁石の列とコイルの列との変位を検出する磁気式変位センサであって、
変位の検出方向に沿って、同数のコイルから成り、かつ変位の検出方向に沿っての列の始まりと終わりの位置が等しい少なくとも２列のコイルの列と、永久磁石の列とが設けられ、
前記少なくとも２列のコイルでの、向かい合った少なくとも一対のコイルが互いに並列に接続され、
前記少なくとも一対のコイルに、sinωtに従って変化する電圧を加える電源が設けられ、
前記少なくとも一対のコイルを流れる電流を出力として取り出すように構成されて、
永久磁石の列とコイルの列との相対速度と、永久磁石の列からの磁界とによる変位センサの出力への影響を、前記少なくとも２列のコイルの列間でキャンセルするように構成されていることを特徴とする、磁気式変位センサ。
【請求項２】
前記少なくとも２列のコイルの列は、向かい合ったコイルの巻き方が同じで電流の向きが逆か、向かい合ったコイルの巻き方が逆で電流の向きが同じになるようにされていることを特徴とする、請求項１の磁気式変位センサ。
【請求項３】
前記少なくとも２列のコイルの列は、各列が４個のコイルから成って、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、第４のコイルの順に配列され、
第１のコイル〜第４のコイルは、永久磁石の列での永久磁石１個分の長さに配列され、
前記少なくとも２列のコイルの列では、各列の前後両端にダミーのコイルが設けられて、第１のコイルから見て、第２のコイルとは反対側に、第１のダミーコイルが、
第４のコイルから見て、第３のコイルとは反対側に、第２のダミーコイルが配置され、
第１のコイルと第２のコイルと第２のダミーコイルとに、＋sinωtに従って変化する電圧が加えられ、
第３のコイルと第４のコイルと第１のダミーコイルとに、−sinωtに従って変化する電圧が加えられ、
第１のコイルからsinθsinωtの出力を、第２のコイルからcosθsinωtの出力を、第３のコイルから−sinθsinωtの出力を、第４のコイルから−cosθsinωtの出力が取り出され、
前記少なくとも２列のコイルの列が、永久磁石の列での永久磁石１個分移動すると、磁気式変位センサの出力は位相θが２π変化する、ように構成されていることを特徴とする請求項１または２の磁気式変位センサ。
【請求項４】
磁気式変位センサにより、被検出用の永久磁石の列とコイルの列との変位を検出する変位方法であって、
磁気式変位センサでは、変位の検出方向に沿って、同数のコイルから成り、かつ変位の検出方向に沿っての列の始まりと終わりの位置が等しい少なくとも２列のコイルの列と、永久磁石の列とが設けられ、
前記少なくとも２列のコイルでの、向かい合った少なくとも一対のコイルが互いに並列に接続され、
前記少なくとも一対のコイルに、電源からsinωtに従って変化する電圧を加え、
前記少なくとも一対のコイルを流れる電流を出力として取り出して、
永久磁石の列とコイルの列との相対速度と、永久磁石の列からの磁界とによる変位センサの出力への影響を、前記少なくとも２列のコイルの列間でキャンセルすることを特徴とする、変位検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は磁気式変位センサによる変位の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、永久磁石の列とコイルの列とを平行に配置することにより、これらの間の相対位置を検出する磁気式変位センサを提案した（特許文献１：JP4513673B）。この磁気式変位センサでは、コイルは永久磁石からの磁界を受けて交流インピーダンスが変化し、永久磁石の配列ピッチを基準とする位相によりコイルを流れる電流が変化する。これに対して発明者は、永久磁石の列とコイルの列との相対速度により磁気式変位センサの出力が変化することと、相対速度の影響は永久磁石の列の端部付近にあるコイルで著しいこととを見出した。これへの対策として永久磁石の列を長くすることは効率的ではないし、カーブ区間での移動体の位置を磁気式変位センサで検出する場合には、長い永久磁石の列を設けても、カーブの曲率のため、コイルの列と向き合わせることが難しい。
【０００３】
ここで関連する先行技術を示す。特許文献２（JP2005-195391A）は、移動体への非接触給電線からの交流電流による起電力を打ち消すため、磁気式変位センサでのコイルの巻き方を１個毎に逆にし、巻き方が逆の２個のコイルを並列に使用することを開示している。しかし特許文献２は永久磁石の列とコイルの列との相対速度には触れていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】JP4513673B
【特許文献２】JP2005-195391A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、永久磁石の列とコイルの列との相対速度が変位センサの出力に影響しないようにすることと、永久磁石の列の長さを短くできるようにすることとにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の磁気式変位センサは、被検出用の永久磁石の列とコイルの列との変位を検出し、
変位の検出方向に沿って、同数のコイルから成り、かつ変位の検出方向に沿っての列の始まりと終わりの位置が等しい少なくとも２列のコイルの列と、永久磁石の列とが設けられ、
前記少なくとも２列のコイルでの、向かい合った少なくとも一対のコイルが互いに並列に接続され、
前記少なくとも一対のコイルに、sinωtに従って変化する電圧を加える電源が設けられ、
前記少なくとも一対のコイルを流れる電流を出力として取り出すように構成されて、
永久磁石の列とコイルの列との相対速度と、永久磁石の列からの磁界とによる変位センサの出力への影響を、前記少なくとも２列のコイルの列間でキャンセルするように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明の変位検出方法は、磁気式変位センサにより、被検出用の永久磁石の列とコイルの列との変位を検出する方法であって、
磁気式変位センサでは、変位の検出方向に沿って、同数のコイルから成り、かつ変位の検出方向に沿っての列の始まりと終わりの位置が等しい少なくとも２列のコイルの列と、永久磁石の列とが設けられ、
前記少なくとも２列のコイルでの、向かい合った少なくとも一対のコイルが互いに並列に接続され、
前記少なくとも一対のコイルに、電源からsinωtに従って変化する電圧を加え、
前記少なくとも一対のコイルを流れる電流を出力として取り出して、
永久磁石の列とコイルの列との相対速度と、永久磁石の列からの磁界とによる変位センサの出力への影響を、前記少なくとも２列のコイルの列間でキャンセルすることを特徴とする。
【０００８】
磁気式変位センサの出力が相対速度に依存する原因は、永久磁石からの磁界とコイルを流れる電流とにより生じる誘導起電力にある。ここでコイルの列を、永久磁石２個分の長さにすると、１個目の永久磁石と２個目の永久磁石とで、コイルに及ぼす磁界の向きが逆なので、誘導起電力をキャンセルできる。しかし磁石の列の端では、例えば１個の永久磁石のみがコイルの列と向き合う等により、誘導起電力をキャンセルできない。これに対して、２列のコイルの列を設けると、コイルへ流れる電流の向きとコイルの巻き方等により、誘導起電力をコイルの列間でキャンセルできる。このため、相対速度は磁気式変位センサの出力に影響しないようになり、また向き合ったコイル間で誘導起電力をキャンセルするので、永久磁石の列がコイルの列に完全に重なる必要が無くなり、永久磁石の列を短くできる。なおこの明細書において、磁気式変位センサに関する記載はそのまま変位検出方法にも当てはまり、変位検出方法に関する記載はそのまま磁気式変位センサにも当てはまる。
【０００９】
好ましくは、前記少なくとも２列のコイルの列は、向かい合ったコイルの巻き方が同じで電流の向きが逆か、向かい合ったコイルの巻き方が逆で電流の向きが同じになるようにされている。例えば差動結線により、コイルの巻き方を同じにして電流の向きを逆にすると、誘導起電力の向きは逆になる。また例えば和動結線により、向かい合ったコイルの巻き方が逆にして電流の向きが同じにしても、誘導起電力の向きは逆になる。
【００１０】
また好ましくは、前記少なくとも２列のコイルの列は、各列が４個のコイルから成って、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、第４のコイルの順に配列され、
第１のコイル〜第４のコイルは、永久磁石の列での永久磁石１個分の長さに配列され、
前記少なくとも２列のコイルの列では、各列の前後両端にダミーのコイルが設けられて、第１のコイルから見て、第２のコイルとは反対側に、第１のダミーコイルが、
第４のコイルから見て、第３のコイルとは反対側に、第２のダミーコイルが配置され、
第１のコイルと第２のコイルと第２のダミーコイルとに、＋sinωtに従って変化する電圧が加えられ、
第３のコイルと第４のコイルと第１のダミーコイルとに、−sinωtに従って変化する電圧が加えられ、
第１のコイルからsinθsinωtの出力を、第２のコイルからcosθsinωtの出力を、第３のコイルから−sinθsinωtの出力を、第４のコイルから−cosθsinωtの出力が取り出され、
前記少なくとも２列のコイルの列が、永久磁石の列での永久磁石１個分移動すると、磁気式変位センサの出力は位相θが２π変化する、ように構成されている。ダミーのコイルについて説明する。列の中央部のコイルでは、両側に他のコイルがあるのに対し、列の端のコイルでは片側にしか他のコイルがない。このため列の中央と端とで、コイル間の相互インダクタンスが異なり、コイルのインピーダンスは不揃いな状態になる。ここでコイルの列の前後両端に、ダミーのコイルを設けると、列の何れの位置の検出用のコイルも左右両側に他のコイルがあり、インピーダンスがコイル間で均一になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例での移動体の軌道を模式的に示す図
【図２】移動体と軌道の鉛直方向断面図
【図３】移動体の走行駆動系のブロック図
【図４】磁気式変位センサの出力から制御中心の位置への変換を示す図
【図５】実施例での磁気式変位センサのコイルの配置を永久磁石とを示す図
【図６】磁気式変位センサでの信号処理回路を示すブロック図
【図７】変形例での磁気式変位センサのコイルの配置を永久磁石とを示す図
【図８】第２の変形例でのコイルの配置を示す図
【図９】実施例で、端部の永久磁石を変位センサが部分的に向き合っている状態を示す図
【図１０】比較例での磁気式変位センサと被検出用磁石とを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。
【実施例】
【００１３】
図１〜図１０に、実施例の磁気式変位センサ２２とその変形とを示し、センサ２２は移動体システム２での移動体８の位置を検出する。各図において、４は移動体８が走行する軌道で、直線区間５とカーブ区間６とを備えている。移動体８は例えば３輪の車輪９，１０，１０により軌道４に沿って走行し、カーブ区間６では軌道４によりガイドされるガイドローラ１１，１１によりガイドされる。カーブ区間６で軌道４は９０°向きを変えるが、カーブ区間６は１／４円ではなく、入口付近と出口付近で曲率半径が大きく、中心部で曲率半径が小さい。C1はカーブ区間６の入口付近の曲率中心、C2は中心付近の曲率中心、C3は出口付近の曲率中心である。実施例では軌道４はカーブ区間６の両側に直線区間５，５を設けたＬ字状の軌道であるが、軌道のレイアウト，種類，及び構造は任意で、例えば直線状の軌道でも良い。また移動体８の種類と構造も任意で、例えば建屋の天井スペースに沿って周回走行する天井走行車、あるいはボールネジで移動する移動体等でもよい。
【００１４】
移動体８は永久磁石の列１２を備えており、これはリニアモータの可動子である。以下では、永久磁石の列１２を単に永久磁石１２ということがある。永久磁石１２の側方に、移動体８は被検出用磁石の列１４を備えており、以下、この列１４を単に磁石の列１４ということがある。Gは移動体８の中心から成る制御中心であり、永久磁石１２の中心でもあって、この位置Gを基準にリニアモータを制御する。１５は制御中心Gの軌道で、１６は被検出用磁石１４の軌道で、正確には被検出用磁石１４の長さ方向の中心部の軌道である。
【００１５】
図２に軌道４と移動体８とを示し、リニア同期モータの１次側コイル１８は可動子の永久磁石１２に推力を加え、移動体８を走行させる。なおリニアモータの種類は任意で、リニア誘導モータ等でも良く、またリニアモータに代えて通常の走行モータを移動体８に搭載しても良い。さらに移動体８にリニアモータの１次側コイル１８を、軌道４に可動子を設けても良い。２０はコイル駆動部で、１次側コイル１８を駆動する。２２は磁気式変位センサで、単に変位センサ２２ということがあり、被検出用磁石の列１４を検出する。また移動体８は、軌道４側から非接触給電を受け、２４はリッツ線、２５は受電用のコイルである。２６は軌道４の支柱で、非接触給電に代えて、接触式の給電方式としても良く、あるいはリチウムイオン電池などを移動体８に搭載しても良い。
【００１６】
図３に１次側コイル１８と変位センサ２２等の配置を示す。１次側コイル１８は制御中心の軌道１５に沿って配置され、変位センサ２２は被検出用磁石の軌道１６に沿って配置されている。カーブ区間での複数の変位センサ２２の出力は、統合ユニット２７中のセレクタ２８へ入力され、セレクタ２８は振幅が最大となるセンサの出力により、ＬＵＴ３０（参照表）から制御中心の位置を読み出す。ＬＵＴ３０はカーブ区間での制御中心の位置を、カーブ区間６での何番目の変位センサ２２を用いているかと、用いている変位センサからの出力とを見出しとして記憶し、読み出した制御中心の位置は統合ユニット２７からコントローラ３２へ出力される。実施例では１個のＬＵＴ３０を用いるが、各変位センサ２２に個別のＬＵＴを設けて、各変位センサ２２からカーブ区間６での制御中心の位置とセンサの出力の振幅を出力し、セレクタ２８で選択するようにしても良い。なお隣り合った一対の変位センサ２２が同程度の振幅を出力する場合、２つのセンサの出力から各々制御中心の位置を求めて例えば平均しても、あるいは２個のセンサの一方の出力により制御中心の位置を求めても良い。
【００１７】
図４に示すように、統合ユニット２７への入力は、カーブ区間での変位センサの番号と変位センサの出力とで、前記のようにセレクタ２８で変位センサを選択し、ＬＵＴ３０で制御中心の位置に変換する。なおカーブ区間のみでなく、直線区間にも、複数の変位センサの出力を統合し制御中心の位置に変換する統合ユニットを設けても良い。
【００１８】
直線区間５では、変位センサ２２は変位センサ２２よりも間隔を空けて配置されており、例えば変位センサ２２により求まる制御中心の座標を直接にコントローラ３２へ出力する。以上の結果、直線区間５及びカーブ区間６で移動体８の制御中心の座標が求まり、コントローラ３２はこの座標を元にコイル駆動部２０を介して１次側コイル１８をフィードバック制御し、移動体８を走行させる。
【００１９】
図５に変位センサ２２の構造を示す。永久磁石の列１４ではＮ極の磁石３４とＳ極の磁石３５とが交互に並び、変位センサ２２は少なくとも２列のコイルの列４０，４２を備えている。以下の各図での黒点はコイルの巻き始めを示し、図５の各コイルは時計回りに巻かれて、列４０のコイル４４，４５は図の左から右への向きに巻かれ、列４２のコイル４６，４７は図の右から左への向きに巻かれている。列４０と列４２とではコイルは時計回りに巻かれて巻き始めの位置が逆であり、これはコイルの巻き方が逆の例である。なお一方のコイルを時計回りに他方のコイルを反時計回りに巻き、巻き始めの位置を同じにしても、巻き方は逆になる。
【００２０】
列４０，４２の各コイルは互いに向き合って、変位の検出方向の位置は同じで、コイルの列４０，４２の始まりと終わりは同じ位置にある。コイルの列４０，４２は各６個のコイルを備え、両端のコイル４５，４７はインピーダンス調整用のダミーコイルで、中央の各４個のコイル４４，４６は検出用コイルで、コイル４５と４７及びコイル４４と４６は和動結線されて、同じ向きに電流が流れる。
【００２１】
４８はDAコンバータを用いた交流電源で、電源の種類は任意であり、出力をV0sinωｔとする。５０は相補バッファで、+1/2V0sinωｔと-1/2V0sinωｔの２つの出力をコイルの列４０，４２へ供給し、検出用コイル４４，４６は各４個で磁石３４，３５の、変位の検出方向に沿った、１個分の長さとなるように配置されている。磁石の列１４に対し、変位センサ２２が永久磁石１個分移動すると、センサ２２の出力は2πだけ位相が変化する。永久磁石に対する位相をθとすると、コイル４４，４６の出力は 、図の左から右への順に、sinθsinωtとcosθsinωt 並びに−sinθsinωtと−cosθsinωtの４種類となる。
【００２２】
磁石の列１４に対する変位センサ２２の相対速度が変化すると、磁石３４，３５から受けるコイル４４，４６内の磁界が変動することにより、誘導起電力が生じる。ここで図５のように、向かい合ったコイル４４，４６間で巻き始めの位置を逆にして和動結線すると、誘導起電力は向かい合ったコイル４４，４６間で逆になり、この結果、誘導起電力をキャンセルできる。
【００２３】
両端にダミーコイル４５，４７を設けると、検出用コイル４４，４６はいずれも左右両側に他のコイルがあるので、コイル間の相互インダクタンスが共通になり、検出用コイル４４，４６のインピーダンスを均一にできる。
【００２４】
図５の回路からsinθsinωtとcosθsinωt の出力が得られる。以降の信号処理を図６に示し、ωtの値は交流電源４８側で既知なので、変換部５２はsinθsinωtをsinθcosωtに変換する。次いでsinθcosωtとcosθsinωtとを加算部５４で加算すると、sin(θ＋ωt)が得られる。そして例えばθ＋ωt＝nπ（ｎは整数）となる時刻を０クロッシング検出部５６で求めて、位相θを検出する。
【００２５】
図７は変形例の変位センサを示し、特に指摘した点以外は変位センサ２２と同じである。６０は新たなコイルの列で、６１は検出用コイル、６２はダミーコイルで、コイル６１，６２はコイル４４，４５と巻き方が同じで、差動結線により逆向きに電流が流れるようにしてある。そしてコイル４４，６１は変位の検出方向に沿って同じ位置に配置され、同様にコイル４５，６２も変位の検出方向に沿って同じ位置に配置されている。差動結線のため、コイル４４，４５とコイル６１，６２とでは電流の向きが逆で、このため相対速度による誘導起電力はコイル４４，６１間で互いにキャンセルされる。  
【００２６】
図８は第２の変形例を示し、磁気式変位センサでの向かい合った１対のコイル８０，８１のみを示し、コイル８０，８１が例えば６ペア直列に配置されて、図５のように和動結線されて動作する。コイル８０，８１は巻き始めの位置が共通で、コイル８０は時計回りに、コイル８１は反時計回りに巻かれ、図のように電流を加えると、誘導起電力はコイル８０とコイル８１とで逆向きになってキャンセルされる。
【００２７】
実施例の磁気式変位センサは、検出用コイル４４，４６の一部が永久磁石３４，３５に向き合っていれば、例えば変位の検出方向に沿って２個以上のコイルが向き合っていれば、変位を検出できる。この状況を図９に示し、右端の検出用コイル４４，４６は右端の磁石３４rからはみ出しているが、磁石３４rからの磁界を受けているので、変位を検出できる。これは相対速度による誘導起電力をコイル４４，４６間でキャンセルしているからである。
【００２８】
比較例の磁気式変位センサを図１０に示し、実施例と同じ符号は同じものを表す。比較例ではコイル４４ａとコイル４４ｂ間で誘導起電力をキャンセルするので、２個の磁石３４，３５と向き合うことが必要で、長い磁石の列が必要である。また図１０のように一部の検出用コイル４４ｂが磁石３４からはみ出すと、誘導起電力をキャンセルできない。
【００２９】
実施例では以下の効果が得られる。
1)  永久磁石３４，３５とコイル４４，４６との相対速度が、変位の検出結果に影響し難い。
2)  永久磁石の列１４が短くても、変位を検出できる。また検出用コイル４４，４６の一部が永久磁石３４，３５からはみ出していても、変位を検出できる。
3)  長い範囲に渡って永久磁石とコイルを向かい合わせることが難しく、直線区間に対して減速して走行することが多いカーブ区間でも、変位を容易に検出できる。
【符号の説明】
【００３０】
２          移動体システム
４          軌道
５          直線区間
６          カーブ区間
８          移動体
９，１０    車輪
１１        ガイドローラ
１２        永久磁石の列（可動子）
１４        被検出用磁石の列
１５        制御中心の軌道
１６        被検出用磁石の中心軌道
１８        １次側コイル
２０        コイル駆動部
２２        磁気式変位センサ
２４        リッツ線
２５        コイル
２６        支柱
２７        統合ユニット
２８        セレクタ
３０        ＬＵＴ
３２        コントローラ
３４        Ｎ極の磁石
３５        Ｓ極の磁石
４０，４２  コイルの列
４４，４６  検出用コイル
４５，４７  ダミーコイル
４８        交流電源
５０        相補バッファ
５２        変換部
５４        加算部
５６        ０クロッシング検出部
６０        コイルの列
６１        検出用コイル
６２        ダミーコイル
８０，８１  コイル
G           制御中心
C1,C2,C3    曲率中心
【図１】
0005630660.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005630660.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005630660.tif 000011