(57)【要約】【課題】ホール素子用磁石と外部磁力源が併存している場合に、外部磁力源の磁力の影響を除去して位置検出の誤差を少なくする。【解決手段】ＶＣＭに適用される位置センサは、コイル部１４に取り付けられたホール素子用磁石９と、磁気回路部１１のホール素子用磁石９に対面する位置に取り付けられたホール素子１〜ｎと、磁気回路部１１のホール素子１〜ｎに対してコイル部１４の中心軸Ｌから等距離になる対称位置に取り付けられたホール素子１’〜ｎ’とを有する。ホール素子用磁石９の位置Ｐ’は、ホール素子１〜ｎの出力電圧Ｖ１〜Ｖｎ、ホール素子１’〜ｎ’の出力電圧をＶ’１〜Ｖ’ｎとすると、Ｐ’＝Ｆ（Ｖ１−Ｖ’１，Ｖ２−Ｖ’２，・・・，Ｖｎ−Ｖ’ｎ）より求まる。【選択図】図１
2011180009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、電磁力によって可動する可動子とからなるアクチュエータの可動位置を検出する位置センサにおいて、
前記固定子又は前記可動子のどちらか一方に取り付けられた磁気検知素子用磁石と、
前記固定子又は前記可動子の他方に取り付けられた１つ以上の磁気検知素子と、
前記磁気検知素子が取り付けられた前記固定子又は前記可動子のどちらか一方の、前記磁気検知素子に対して前記アクチュエータの電磁力発生源からの磁力のうちの素子感度方向成分が等しい位置に取り付けられた、前記磁気検知素子と同数の参照用磁気検知素子と、
前記磁気検知素子及び前記参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換部と、
前記磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた前記参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて前記磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算部とを備えることを特徴とする位置センサ。
【請求項２】
円筒型ボイスコイルと、円筒型ボイスコイル駆動用磁石とからなるボイスコイルモータの可動位置を検出する位置センサにおいて、
前記円筒型ボイスコイル又は前記円筒型ボイスコイル駆動用磁石のどちらか一方に取り付けられた磁気検知素子用磁石と、
前記円筒型ボイスコイル又は前記円筒型ボイスコイル駆動用磁石の他方の、前記磁気検知素子用磁石に対面する位置に取り付けられた１つ以上の磁気検知素子と、
前記磁気検知素子が取り付けられた前記円筒型ボイスコイル又は前記円筒型ボイスコイル駆動用磁石のどちらか一方の、前記磁気検知素子に対して前記円筒用ボイスコイルの中心軸から等距離になる対称位置に取り付けられた、前記磁気検知素子と同数の参照用磁気検知素子と、
前記磁気検知素子及び前記参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換部と、
前記磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた前記参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて前記磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算部とを備えることを特徴とする位置センサ。
【請求項３】
磁気検知素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置センサ。
【請求項４】
磁気検知素子は、ＭＲ素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置センサ。
【請求項５】
固定子と、電磁力によって可動する可動子とからなるアクチュエータの、前記固定子又は前記可動子のどちらか一方に取り付けられた磁気検知素子用磁石と、
前記固定子又は前記可動子の他方に取り付けられた１つ以上の磁気検知素子と、
前記磁気検知素子が取り付けられた前記固定子又は前記可動子のどちらか一方の、前記磁気検知素子に対して前記アクチュエータの電磁力発生源からの磁力のうちの素子感度方向成分が等しい位置に取り付けられた、前記磁気検知素子と同数の参照用磁気検知素子とを備える位置センサの位置検出方法であって、
前記磁気検知素子及び前記参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換ステップと、
前記磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた前記参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて前記磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算ステップとを備えることを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
円筒型ボイスコイルと、円筒型ボイスコイル駆動用磁石とからなるボイスコイルモータの、前記円筒型ボイスコイル又は前記円筒型ボイスコイル駆動用磁石のどちらか一方に取り付けられた磁気検知素子用磁石と、
前記円筒型ボイスコイル又は前記円筒型ボイスコイル駆動用磁石の他方の、前記磁気検知素子用磁石に対面する位置に取り付けられた１つ以上の磁気検知素子と、
前記磁気検知素子が取り付けられた前記円筒型ボイスコイル又は前記円筒型ボイスコイル駆動用磁石のどちらか一方の、前記磁気検知素子に対して前記円筒型ボイスコイルの中心軸から等距離になる対称位置に取り付けられた、前記磁気検知素子と同数の参照用磁気検知素子とを備える位置センサの位置検出方法であって、
前記磁気検知素子及び前記参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換ステップと、
前記磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた前記参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて前記磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算ステップとを備えることを特徴とする位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アクチュエータに適用するための、ホール素子を用いた位置センサ及び位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホール素子は、磁界（磁気量）を電気信号に変換して出力する磁電変換素子として知られ、磁束密度に比例した電圧を出力する。ホール素子と磁石等との位置関係が変化することで、ホール素子を通過する磁束密度が変化することを利用して、従来より位置センサとして用いられている。
【０００３】
図７は、従来の、ホール素子１を利用した位置センサの構成を示す説明図であり、グラフの縦軸は磁束密度、横軸はホール素子用磁石９の移動量を示す。ただし、磁束密度とホール素子１の出力とは比例するため、グラフの縦軸はホール素子１の出力値と読み替えることもできる。ゼロ磁場付近は磁束密度と移動量の比例関係がリニアになるため、この付近で位置検出を行う。
【０００４】
さらに、ホール素子を複数使用することにより、広い磁石移動量を検出可能な位置センサも提案されている（例えば、特許文献１参照）。図８は、従来の、複数のホール素子１Ａ，１Ｂを利用した位置センサの構成を示す説明図であり、グラフの縦軸は磁束密度、横軸はホール素子用磁石９の移動量を示す。ホール素子１Ａ，１Ｂの各出力値ＶＡ，ＶＢに対して（ＶＡ−ＶＢ）／（ＶＡ＋ＶＢ）の演算を行うことにより広範囲でリニアになるので、広い範囲において位置検出を行うことができる。
【０００５】
このような位置センサは、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）等を用いたアクチュエータの位置センサとして使用される場合がある。図９は、ホール素子１Ａ，１Ｂを位置センサに用いて、この位置センサとＶＣＭとから構成したアクチュエータ１０の例を示す断面図である。ＶＣＭは、ＶＣＭ磁石１２及びヨーク１３からなる磁気回路部１１と、導線１５がボビン１６等に巻回されたコイル部１４とから構成され、磁気回路部１１及びコイル部１４のどちらか一方が他方に対して可動する。図９では、磁気回路部１１を固定子、コイル部１４を可動子とし、さらにコイル部１４にボールスプライン軸１８を連結して、直動ガイド１７内をスプライン軸１８がコイル部１４と一体に可動する。また、ホール素子１Ａ，１Ｂは固定子側に、ホール素子用磁石９は可動子側に取り付けた例である。図９に示す以外の固定子と可動子の組み合わせは、図１０に示す。
【０００６】
コイル部１４が可動すると、コイル部１４の一端側に取り付けられたホール素子用磁石９も一体に移動するため、固定子である磁気回路に取り付けられたホール素子１Ａ，１Ｂの出力電圧ＶＡ，ＶＢを用いて、ホール素子用磁石９の位置Ｐ、すなわち可動子の位置を特許文献１にならって下式（１）より算出することができる。
Ｐ＝Ｇ（ＶＡ−ＶＢ）／（ＶＡ＋ＶＢ）      （１）
ここで、Ｇは出力電圧から位置への変換係数である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４８１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＶＣＭの発生する磁力には、磁気回路を構成するＶＣＭ磁石１２が発生する磁力と、コイル部１４に電流を流したことにより発生する磁力の２つがある。そのため、ホール素子１Ａ，１Ｂは、ホール素子用磁石９からの磁力のみでなく、外部磁力源であるＶＣＭ磁石１２及びコイル部１４からの磁力の影響を受けてしまい、ホール素子用磁石９のみの磁力を受けている場合の出力電圧とは異なる電圧を出力することとなる。その結果、図９に示す位置センサの特性（位置と出力との関係の特性）は、ＶＣＭを含まない（例えば図７及び図８に示すような）構成の位置センサの特性と異なってしまう。さらに、ホール素子用磁石９以外の外部磁力源の磁力の大きさが常時変動する場合（例えば、コイル部１４に流す電流が時間的に常時変動する場合）には、外部磁力源の影響を静的に補正することは困難であり、時間と共に変化する誤差の要因となる。
【０００９】
ここで、位置センサに対する外部磁力源の影響を、図９のＶＣＭを用いたアクチュエータ１０を例に説明する。
（Ａ）ＶＣＭ磁石１２の影響
位置センサ単体の特性を測定する場合には、アクチュエータ１０から位置センサを取り外して測定を行うほうが通常は簡便であり、そのため、ＶＣＭに適用される位置センサであっても、図８に示すようにホール素子１Ａ，１Ｂとホール素子用磁石９の構成のみで位置と出力電圧の関係が校正される場合が多い。しかしながら、位置センサの特性を取得してから図９に示すようにアクチュエータ１０に位置センサを取り付けた後では、ホール素子１Ａ，１ＢはＶＣＭ磁石１２からの距離に応じた磁力の影響を受けることになる。その結果、ホール素子１Ａ，１Ｂとホール素子用磁石９のみで校正された関係とは異なる特性となってしまう。
なお、ホール素子１Ａ，１Ｂと磁気回路部１１が共に可動する場合又は共に固定の場合には、ホール素子１Ａ，１ＢとＶＣＭ磁石１２の位置関係は一定であり、磁力も一定であるため、ホール素子１Ａ，１Ｂの出力電圧の変化は一定オフセットとして現れる。
他方、ホール素子１Ａ，１Ｂと磁気回路部１１の一方が可動し、他方が固定の場合には、ホール素子１Ａ，１Ｂに到達するＶＣＭ磁石１２の磁力は可動中の位置関係により異なり、磁力も変動するため、ホール素子１Ａ，１Ｂの出力電圧の変化は、位置の関数として現れることになる。
【００１０】
（Ｂ）コイル部１４の影響
コイル部１４の導線１５に電流を流すと、コイル電流により磁力が発生する。この磁力は、流した電流に比例するため、ホール素子１Ａ，１Ｂへの影響はこの電流の大きさに応じて変化する。
ＶＣＭをサーボ制御している場合には、コイル電流が時間と共に常時変動しているため、磁力の大きさ及び方向も時間と共に常時変動する。そのため、ホール素子１Ａ，１Ｂの出力電圧に含まれる誤差が時間と共に変化する要因となる。さらに、上記（Ａ）と同様に、ホール素子１Ａ，１Ｂとコイル部１４の可動／固定の組み合わせにより、誤差要因が位置の関数ともなる。
【００１１】
図１１は、ＶＣＭを用いたアクチュエータ１０において、コイル部１４通電時と非通電時の位置センサ特性の差を示すグラフ（ホール素子、ホール素子用磁石をある位置関係にした場合の実測値）である。図１１において、縦軸は可動するホール素子用磁石９の実際の位置を示し、横軸は位置センサが検出した位置Ｐを示す。また、実線は非通電時、□プロットは正方向の通電時、△プロットは負方向の通電時の位置Ｐを示す。グラフより、実線で示す非通電時の曲線に、通電時の位置Ｐ（□、△）が一致していないことが分かる。このずれが位置検出の誤差となる。
【００１２】
図１２は、図１１に示す結果を位置の誤差としてプロットし直した、コイル部１４通電時と非通電時で比較した位置検出の誤差を示すグラフである。図１２において、縦軸は位置Ｐの非通電時と通電時の誤差を示し、横軸は実際の位置を示す。また、◇プロットは非通電時と正方向の通電時の誤差、□プロットは非通電時と負方向の通電時の誤差を示す。
なお、サーボ制御を行っている際には、電流の大きさ及び方向が常時変動するため、図１２の縦軸に現れる誤差の大きさは実際の位置に対して一定ではない。
【００１３】
以上のように、ＶＣＭ等を用いたアクチュエータにおいて、ホール素子を位置センサとして利用する際に、ＶＣＭ等が発生する磁力がホール素子の出力電圧に影響を与えてしまい、結果として位置検出の誤差として現れるという課題があった。
【００１４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ホール素子用磁石と外部磁力源が併存している場合に、外部磁力源の磁力の影響を除去して位置検出の誤差を少なくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の請求項１に係る位置センサは、固定子又は可動子のどちらか一方に取り付けられた磁気検知素子用磁石と、固定子又は可動子の他方に取り付けられた１つ以上の磁気検知素子と、磁気検知素子が取り付けられた固定子又は可動子のどちらか一方の、磁気検知素子に対してアクチュエータの電磁力発生源からの磁力のうちの素子感度方向成分が等しい位置に取り付けられた、磁気検知素子と同数の参照用磁気検知素子と、磁気検知素子及び参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換部と、磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算部とを備える。
【００１６】
この発明の請求項２に係る位置センサは、円筒型ボイスコイル又は円筒型ボイスコイル駆動用磁石のどちらか一方に取り付けられた磁気検知素子用磁石と、円筒型ボイスコイル又は円筒型ボイスコイル駆動用磁石の他方の、磁気検知素子用磁石に対面する位置に取り付けられた１つ以上の磁気検知素子と、磁気検知素子が取り付けられた円筒型ボイスコイル又は円筒型ボイスコイル駆動用磁石のどちらか一方の、磁気検知素子に対して円筒用ボイスコイルの中心軸から等距離になる対称位置に取り付けられた、磁気検知素子と同数の参照用磁気検知素子と、磁気検知素子及び参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換部と、磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算部とを備えるものである。
【００１７】
この発明の請求項３に係る位置センサは、磁気検知素子にホール素子を用いるようにしたものである。
【００１８】
この発明の請求項４に係る位置センサは、磁気検知素子にＭＲ素子を用いるようにしたものである。
【００１９】
この発明の請求項５及び請求項６に係る位置検出方法は、磁気検知素子及び参照用磁気検知素子が出力する電圧値を取得する出力電圧変換ステップと、磁気検知素子の電圧値と当該磁気検知素子の対称位置に取り付けられた参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて磁気検知素子用磁石の位置を算出する位置演算ステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の請求項１，３，４又は請求項５によれば、磁気検知素子の電圧値と、当該磁気検知素子に対してアクチュエータの電磁力発生源からの磁力のうちの素子感度方向成分が等しい位置に取り付けられた参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて磁気検知素子用磁石の位置を算出するようにしたので、磁気検知素子用磁石と電磁力発生源が併存している場合に、電磁力発生源の磁力の影響を除去して位置検出の誤差を少なくすることができる。
【００２１】
この発明の請求項２，３，４又は請求項６によれば、磁気検知素子の電圧値と、当該磁気検知素子に対してボイスコイルの中心軸から等距離になる対称位置に取り付けられた参照用磁気検知素子の電圧値の差に基づいて磁気検知素子用磁石の位置を算出するようにしたので、磁気検知素子用磁石とボイスコイルが併存している場合に、ボイスコイルに発生する磁力の影響を除去して位置検出の誤差を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＶＣＭ及び位置センサを用いたアクチュエータ１０の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る位置センサが備える演算装置２０の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に係るアクチュエータ１０において、４個のホール素子１Ａ〜１Ｄを有する位置センサの構成例を示す断面図である。
【図４】図３に示すアクチュエータ１０の各磁力源から発生する磁束線及び磁束密度を示す概念図である。
【図５】図３に示すアクチュエータ１０のコイル部１４通電時と非通電時における位置センサ特性の差を示すグラフである。
【図６】図５に示す結果に基づく、コイル部１４通電時と非通電時で比較した位置検出の誤差を示すグラフである。
【図７】従来の、ホール素子を利用した位置センサの構成を示す説明図である。
【図８】従来の、複数のホール素子を利用した位置センサの構成を示す説明図である。
【図９】図８に示す位置センサを備えるアクチュエータ１０の構成を示す断面図である。
【図１０】ＶＣＭにおいて、固定子と可動子の組み合わせ例を示す図である。
【図１１】図９に示すＶＣＭを用いたアクチュエータ１０のコイル部１４通電時と非通電時における位置センサ特性の差を示すグラフである。
【図１２】図１１に示す結果に基づく、コイル部１４通電時と非通電時で比較した位置検出の誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態１．
実施の形態１では、ホール素子とホール素子用磁石から構成される位置センサの適用例として、先立って説明したアクチュエータ１０を用いる。図１に、この発明の実施の形態１に係るＶＣＭ及び位置センサを用いたアクチュエータ１０の構成を示す断面図を示し、図１０と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
図１に示すアクチュエータ１０では、ホール素子用磁石（磁気検知素子用磁石）９の近傍にホール素子（磁気検知素子）１〜ｎ（ここで、ｎ≧１）を配置し、さらに、これらホール素子１〜ｎに対してコイル部１４の中心軸Ｌからの距離が等しい対称位置にホール素子（参照用磁気検知素子）１’〜ｎ’を配置する。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る位置センサが備える演算装置２０の構成を示すブロック図である。演算装置２０は、ホール素子１〜ｎ，１’〜ｎ’から出力される電気信号（出力電圧）を取得してデジタル信号に変換する出力電圧変換部２１と、各ホール素子１〜ｎ，１’〜ｎ’の電圧値からホール素子用磁石９の位置を算出する位置演算部２２と、算出した位置を外部出力する位置出力部２３とから構成される。
なお、位置センサは、ホール素子１〜ｎ，１’〜ｎ’と、ホール素子用磁石９と、演算装置２０とから構成される。
【００２５】
演算装置２０において、先ず出力電圧変換部２１が、ホール素子１〜ｎの出力電圧Ｖ１〜Ｖｎと、ホール素子１’〜ｎ’の出力電圧をＶ’１〜Ｖ’ｎとをそれぞれ取得する。
ホール素子用磁石９の位置Ｐは、下式（２）より、ホール素子１〜ｎの出力電圧Ｖ１〜Ｖｎの関数Ｆで表される。しかし、この位置Ｐには、上述したようなＶＣＭの磁力の影響に起因した誤差が含まれる。
Ｐ＝Ｆ（Ｖ１，Ｖ２，・・・，Ｖｎ）      （２）
【００２６】
そこで、位置演算部２２は下式（３）の演算を行って、ＶＣＭの磁力の影響をキャンセルしたホール素子用磁石９の位置Ｐ’を算出する（詳細は後述する）。位置出力部２３は、演算により求めた位置Ｐ’を外部出力する。
Ｐ’＝Ｆ（Ｖ１−Ｖ’１，Ｖ２−Ｖ’２，・・・，Ｖｎ−Ｖ’ｎ）      （３）
【００２７】
図１に示す位置センサの具体的な構成例として、図３に４個のホール素子１Ａ〜１Ｄを有する位置センサを示す。ホール素子１Ａ，１Ｂはホール素子用磁石９の近傍に配置されている。ホール素子１Ｃは、ホール素子１Ａに対してコイル部１４の中心軸Ｌからの距離が等しい位置に配置され、ホール素子１Ｄは、ホール素子１Ｂに対して中心軸Ｌからの距離が等しい位置に配置される。
なお、位置センサは、図３に示すホール素子１Ａ〜１Ｄ及びホール素子用磁石９と、図２に示す演算装置２０とから構成される。図３に示すホール素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、それぞれ、図１に示すホール素子１，２，１’，２’（即ち、ｎ＝２）に相当する。
【００２８】
出力電圧変換部２１は、ホール素子１Ａ〜１Ｄの出力電圧ＶＡ〜ＶＤを取得する。ホール素子用磁石９の位置Ｐは、上式（１）により算出されるが、この位置Ｐには上述したようなＶＣＭの磁力の影響に起因した誤差が含まれる。そこで、位置演算部２２は、下式（４）の演算を行って、ＶＣＭの磁力の影響をキャンセルしたホール素子用磁石９の位置Ｐ’を算出する（詳細は後述する）。ただし、この演算式（４）は上式（１）において外部磁力をキャンセルした場合の例であるが、本発明では後述の原理により他の演算方式でも同様にＶＣＭの磁力をキャンセルすることが可能であることを付け加えておく。
Ｐ’＝Ｇ（ＶＡＣ−ＶＢＤ）／（ＶＡＣ＋ＶＢＤ）
＝Ｇ｛（ＶＡ−ＶＣ）−（ＶＢ−ＶＤ）｝／｛（ＶＡ−ＶＣ）＋（ＶＢ−ＶＤ）｝      （４）
【００２９】
なお、図１及び図３の構成例では磁気回路部１１とホール素子１〜ｎ，１’〜ｎ’，１Ａ〜１Ｄを固定させ、コイル部１４とホール素子用磁石９を可動させるようにしたが、これに限定されるものではなく、図１０に示す組み合わせ例のように、適宜、固定／可動を入れ替えてもよい。
【００３０】
次に、本実施の形態１に係る位置センサにおいて、外部磁力源の影響をキャンセルする原理を説明する。
図４は、図３に示すＶＣＭの各磁力源から発生する磁束線Ｓ，Ｃ，Ｖと磁束密度を示す概念図である。なお、図４は概念図であり、各磁束線Ｓ，Ｃ，Ｖは正確ではない。
以下、ホール素子１Ａ，１Ｃを中心に説明する。図４において、ホール素子用磁石９からの磁束Ｓ、コイル部１４への通電により発生する磁束Ａ、ＶＣＭ磁石１２からの磁束Ｖがそれぞれホール素子１Ａ，１Ｃに到達し、各ホール素子１Ａ，１Ｃが電気信号を出力する。このときのホール素子１Ａ，１Ｃ位置での磁束密度はベクトルで表すことができる。
【００３１】
ホール素子１Ａ位置の、ホール素子用磁石９による磁束密度ベクトルＢｓＡ
＝（ｂｓＡｘ，ｂｓＡｙ）
ホール素子１Ａ位置の、コイル部１４通電により発生する磁束密度ベクトルＢｃＡ
＝（ｂｃＡｘ，ｂｃＡｙ）
ホール素子１Ａ位置の、ＶＣＭ磁石１２による磁束密度ベクトルＢｖＡ
＝（ｂｖＡｘ，ｂｖＡｙ）
ホール素子１Ａ位置の、合成した磁束密度ベクトルＢＡ
＝ＢｓＡ＋ＢｃＡ＋ＢｖＡ
【００３２】
ホール素子１Ｃ位置の、ホール素子用磁石９による磁束密度ベクトルＢｓＣ
＝（ｂｓＣｘ，ｂｓＣｙ）
ホール素子１Ｃ位置の、コイル部１４通電により発生する磁束密度ベクトルＢｃＣ
＝（ｂｃＣｘ，ｂｃＣｙ）
ホール素子１Ｃ位置の、ＶＣＭ磁石１２による磁束密度ベクトルＢｖＣ
＝（ｂｖＣｘ，ｂｖＣｙ）
ホール素子１Ｃ位置の、合成した磁束密度ベクトルＢＣ
＝ＢｓＣ＋ＢｃＣ＋ＢｖＣ
【００３３】
なお、ホール素子１Ｂ，１Ｄの磁束密度ベクトルＢＢ，ＢＤについては、ホール素子１Ａ，１Ｃの磁束密度ベクトルＢＡ，ＢＣと同様に表すことができるため、説明及び図４での図示を省略する。
【００３４】
ホール素子は表面から裏面に貫通する向きの磁束密度［ｍＴ］に比例した電圧を発生及び出力するので、出力電圧変換部２１がホール素子１Ａ，１Ｃから取得する出力電圧ＶＡ，ＶＣは、下式（５）で表すことができる。
ＶＡ＝Ｋ（ｂｓＡｙ＋ｂｃＡｙ＋ｂｖＡｙ）      （５）
ＶＣ＝Ｋ（ｂｓＣｙ＋ｂｃＣｙ＋ｂｖＣｙ）
ここで、Ｋ［Ｖ／ｍＴ］は電圧と磁束密度の変換係数である。
【００３５】
出力電圧ＶＡ，ＶＣの電圧差ＶＡＣは下式（６）のように表現できる。また、ホール素子１Ａ，１Ｃは中心軸Ｌから等距離に配置しているため、下式（７），（８）の関係が成り立つ。従って、式（７），（８）を式（６）に代入すると電圧差ＶＡＣは下式（９）となる。
ＶＡＣ＝ＶＡ−ＶＣ
＝Ｋ（ｂｓＡｙ＋ｂｃＡｙ＋ｂｖＡｙ）−Ｋ（ｂｓＣｙ＋ｂｃＣｙ＋ｂｖＣｙ）      （６）
ｂｖＡｙ＝ｂｃＡｙ      （７）
ｂｖＣｙ＝ｂｃＣｙ      （８）
ＶＡＣ＝Ｋ（ｂｓＡｙ−ｂｓＣｙ）      （９）
【００３６】
また、ホール素子用磁石９とホール素子１Ａ，１Ｃの距離関係から、下式（１０）が成り立つため、上式（９）は下式（１１）となる。
｜ｂｓＡｙ｜≫｜ｂｓＣｙ｜      （１０）
ＶＡＣ＝Ｋ・ｂｓＡｙ（１−ｂｓＣｙ／ｂｓＡｙ）≒Ｋ・ｂｓＡｙ      （１１）
【００３７】
同様に、出力電圧ＶＢ，ＶＤの電圧差ＶＢＤについても、下式（１２）が得られる。
ＶＢＤ＝Ｋ・（ｂｓＢｙ−ｂｓＤｙ）≒Ｋ・ｂｓＢｙ      （１２）
【００３８】
以上より、Ｘ軸方向に同一位置に配置され、Ｙ軸方向に等距離に配置された２つのホール素子１Ａ，１Ｃ（又はホール素子１Ｂ，１Ｄ）の出力電圧の差を演算することにより、外部磁力源であるＶＣＭ磁石１２の磁力及びコイル部１４通電時の磁力の影響をキャンセルできる。即ち、図１に示す位置センサの場合、ホール素子用磁石９の位置Ｐがホール素子１〜ｎの出力電圧Ｖ１〜Ｖｎの関数Ｆで表されるとき（上式（２））、ホール素子１’〜ｎ’の出力電圧をＶ’１〜Ｖ’ｎとすると、上式（３）の演算を行うことでＶＣＭの磁力の影響をキャンセルした位置Ｐ’が得られる。
また、図３に示す位置センサの場合には、ホール素子用磁石９の位置Ｐはホール素子１Ａ，１Ｂの出力電圧ＶＡ，ＶＢを用いて上式（１）より求まるが、ホール素子１Ｃ，１Ｄの出力電圧ＶＣ，ＶＤをさらに用いて上式（４）の演算を行うことでＶＣＭの磁力の影響をキャンセルした位置Ｐ’が得られる。
【００３９】
図５は、図３に示すＶＣＭを用いたアクチュエータ１０において、コイル部１４通電時と非通電時の位置センサ特性の差を示すグラフ（ホール素子、ホール素子用磁石をある位置関係にした場合の実測値）である。図５において、縦軸は可動するホール素子用磁石９の実際の位置を示し、横軸は演算装置２０が式（４）より演算した位置Ｐ’を示す。また、実線は非通電時、□プロットは正方向の通電時、△プロットは負方向の通電時の位置Ｐ’を示す。図１１のグラフと比較して、図５のグラフでは、実線で示す非通電時の曲線に、通電時の位置Ｐ’（□、△）がより一致していることが分かる。図１１のグラフに比べて図５のグラフではずれが小さいため、位置検出の誤差量も大きく減少していることが分かる。
【００４０】
図６は、図５に示す結果を位置Ｐ’の誤差としてプロットし直した、コイル部１４通電時と非通電時で比較した位置検出の誤差を示すグラフである。図６において、縦軸は位置Ｐ’の非通電時と通電時の誤差（シフト量）を示し、横軸は実際の位置を示す。また、◇プロットは非通電時と正方向の通電時の誤差、□プロットは非通電時と負方向の通電時の誤差を示す。このグラフからも明らかなように、位置Ｐ’は、ＶＣＭの磁力の影響がキャンセルされ、位置検出の誤差が少ない。
【００４１】
以上より、実施の形態１によれば、コイル部１４と、磁気回路部１１とからなるＶＣＭの可動位置を検出する位置センサを、コイル部１４に取り付けられたホール素子用磁石９と、磁気回路部１１のホール素子用磁石９に対面する位置に取り付けられたホール素子１〜ｎと、磁気回路部１１のホール素子１〜ｎに対してコイル部１４の中心軸Ｌから等距離になる対称位置に取り付けられたホール素子１’〜ｎ’と、ホール素子１〜ｎ，１’〜ｎ’の出力電圧を取得する出力電圧変換部２１と、ホール素子１〜ｎの出力電圧とホール素子１’〜ｎ’の出力電圧の差に基づいてホール素子用磁石９の位置Ｐ’を算出する位置演算部２２と、位置Ｐ’を出力する位置出力部２３とを備えるように構成した。このため、ホール素子用磁石９と外部磁力源であるＶＣＭ磁石１２及びコイル部１４が併存している場合に、ＶＣＭ磁石１２の磁力及びコイル部１４通電時の磁力の影響を除去した位置Ｐ’を求めることができ、位置検出の誤差を低減することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態１では、ホール素子を用いたが、ホール素子に限定されるものではなく、磁界の強さを検出する磁気検知素子（例えばＭＲ素子）を用いた位置センサであれば同様の手法を適用して、位置検出の誤差を低減することができる。
また、位置センサをＶＣＭに適用してアクチュエータを構成したが、これに限定されるものではなく、外乱となる外部磁力源のある装置に位置センサを適用する場合であれば同様の手法を適用して、位置検出の誤差を低減することができる。また、位置センサは、図示例のような円筒型以外の形状のアクチュエータに適用してもよく、この場合には、磁気検知素子と参照用磁気検知素子とを、外部磁力源からの磁力のうちの素子感度方向成分が等しくなる位置に取り付ける。
【符号の説明】
【００４３】
１〜ｎ，１Ａ，１Ｂ  ホール素子（磁気検知素子）
１’〜ｎ’，１Ｃ，１Ｄ  ホール素子（参照用磁気検知素子）
９  ホール素子用磁石（磁気検知素子用磁石）
１０  アクチュエータ
１１  磁気回路部（固定子）
１２  ＶＣＭ磁石
１３  ヨーク
１４  コイル部（可動子）
１５  導線
１６  ボビン
１７  直動ガイド
１８  スプライン軸
２０  演算装置
２１  出力電圧変換部
２２  位置演算部
２３  位置出力部
【図１】
2011180009.tif 000003
【図２】
2011180009.tif 000004
【図３】
2011180009.tif 000005
【図４】
2011180009.tif 000006
【図５】
2011180009.tif 000007
【図６】
2011180009.tif 000008
【図７】
2011180009.tif 000009
【図８】
2011180009.tif 000010
【図９】
2011180009.tif 000011
【図１０】
2011180009.tif 000012
【図１１】
2011180009.tif 000013
【図１２】
2011180009.tif 000014