(57)【要約】【課題】高分解能で検出精度を確保しつつ絶対位置の検出を可能にした位置検出装置を提供すること。【解決手段】コイル組５によって形成される検出磁界Φの中を変位するように配置された可動被検出物１と、この可動被検出物１の変位に対応した磁気的な変化に基づいてコイル組５からそれぞれ出力されるコイル組検出信号Ｓ１を用いて可動被検出物１の位置を検出する位置検出手段１２とを備える。可動被検出物１に対して複数のコイル組５が配置されており、可動被検出物１は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物１が前記検出磁界Φの中を前記コイル組５に対して変位すると一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号Ｓ１が出力されるように構成されている。【選択図】      図１
2004317185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の検出コイルが設けられたコイル組と、
このコイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を変位するように配置された可動被検出物と、
この可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて前記コイル組からそれぞれ出力されるコイル組検出信号を用いて前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段と、を備えた位置検出装置であって、
前記可動被検出物に対して複数の前記コイル組が配置され、
前記可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物が前記検出磁界中を前記コイル組に対して変位すると前記一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値の前記コイル組検出信号が出力されるように構成されていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記コイル組検出信号の振幅値が、前記可動被検出物の変位にともない次第に増加または減少することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記コイル組は、前記可動被検出物に対して２組配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその差を演算する比較回路部が設けられるとともに、
前記位置検出手段は、前記コイル組検出信号としてこの比較回路部から出力される差動出力信号を処理することで前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記可動被検出物は、この可動被検出物が前記検出磁界中を前記コイル組に対して変位すると、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の振幅の中心位置が変動するように構成されるとともに、
前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその差を演算する比較回路部と、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその和を演算する加算演算回路部とが設けられ、
前記位置検出手段は、前記コイル組検出信号として前記比較回路部から出力される差動出力信号と前記加算演算回路部から出力される検出コイル出力信号の出力和信号とを処理することで前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記出力和信号を一定に保持するように、前記励磁電流を供給する励磁電圧制御部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。
【請求項７】
一対の検出コイルが設けられたコイル組と、
このコイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を変位するように配置された可動被検出物と、
この可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて前記コイル組からそれぞれ出力されるコイル組検出信号を用いて前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段と、を備えた位置検出装置であって、
前記可動被検出物に対して複数の前記コイル組が配置され、
前記可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、前記一対の可動被検出部ごとに各々異なる形状で構成されていることを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の検出コイルを有するコイル組により形成される検出磁界中を移動する可動被検出物の変位を磁気的な変化に基づいて検出するようにした位置検出装置に係り、特に上記可動被検出物の絶対位置を精度よく検出することができる位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、可動被検出物の変位を磁気的な変化により検出するようにした位置検出装置が広く知られている。従来の位置検出装置では、検出コイルに励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を可動被検出物が変位するように構成されている。そして、その可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて検出コイルから出力される検出信号を処理することで可動被検出物の絶対位置の検出が行われている。また、可動被検出物の変位方向に向かう中心軸を回転中心として回転可能に当該可動被検出物を構成することが要求される用途で位置検出装置が用いられることがあることから、可動被検出物は細長の円柱形状で検出コイルに対して回転可能に形成されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９６５５５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の位置検出装置では、可動被検出物が単一の材質から形成されるとともに変位方向の断面形状が同一形状に形成されていることから、可動被検出物がその検出ストローク分変位しても、検出信号としては１波長分の検出信号しか得ることができない。従って、特に検出ストロークの長い可動被検出物の絶対位置の検出精度を上げることは困難であった。例えば、上記の特許文献に記載された長さ１０００ｍｍの可動被検出物の位置を±５Ｖすなわち１０Ｖのレンジの検出出力電圧で検出する場合を考える。ノイズによる誤検出を考慮して、上記検出出力電圧を１００００分割して可動被検出物の検出をおこなった場合、可動被検出物の長さが１０００ｍｍであるため、分解能としては、０．１ｍｍの分解能しか得ることが出来ない。従って、従来の位置検出装置では、十分な検出精度を確保することができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、高分解能で検出精度を確保しつつ絶対位置の検出を可能にした位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる位置検出装置は、一対の検出コイルが設けられたコイル組と、このコイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を変位するように配置された可動被検出物と、この可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて前記コイル組からそれぞれ出力されるコイル組検出信号を用いて前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置検出装置であって、前記可動被検出物に対して複数の前記コイル組が配置され、前記可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物が前記検出磁界中を前記コイル組に対して変位すると前記一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値の前記コイル組検出信号が出力されるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上述のように、可動被検出物に対して複数のコイル組が配置されるとともに、可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されている。従って、可動被検出物が変位するとコイル組からは複数の短い波長のコイル組検出信号が出力される。そしてこの短い波長のコイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の位置検出の分解能を高めることが可能となり、検出精度を上げることができる。
また、可動被検出物は、この可動被検出物が上記コイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中をコイル組に対して変位すると一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号が出力されるように構成されている。そのため、一対の可動被検出部に固有のコイル組検出信号の振幅値の検出が可能になり、可動被検出物の変位に対応したコイル組検出信号の振幅値の検出ができる。従って、コイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の絶対位置の検出が可能になる。
【０００８】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項２に記載のように、前記コイル組検出信号の振幅値が、前記可動被検出物の変位にともない次第に増加または減少することが好ましい。このように、可動被検出物の変位にともなってコイル組検出信号の振幅値が増加または減少する場合には、位置検出手段におけるコイル組検出信号の処理を簡素化することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項３に記載のように、前記コイル組は、前記可動被検出物に対して２組配置されていることが好ましい。このように２組のコイル組を配置して位置検出装置を構成している場合には、簡易な構成で、上述のように検出精度を確保しながら可動被検出物の絶対位置を検出することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項４に記載のように、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその差を演算する比較回路部が設けられるとともに、前記位置検出手段は、前記コイル組検出信号としてこの比較回路部から出力される差動出力信号を処理することで前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段であることが好ましい。
このようにコイル組検出信号として比較回路部から出力される差動出力信号が処理されることで可動被検出物の位置が検出されている場合には、ノイズ等の外乱の影響で検出コイル出力信号に変動が生じても、比較回路部にてその差が演算されるため、外乱の影響を受けない差動出力信号に基づいた可動被検出物の検出が可能になる。従って、外乱の影響を排除しつつ、検出精度を確保した、可動被検出物の絶対位置の検出が可能になる。
【００１１】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項５に記載のように、前記可動被検出物は、この可動被検出物が前記検出磁界中を前記コイル組に対して変位すると、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の振幅の中心位置が変動するように構成されるとともに、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその差を演算する比較回路部と、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその和を演算する加算演算回路部とが設けられ、前記位置検出手段を、前記コイル組検出信号として前記比較回路部から出力される差動出力信号と前記加算演算回路部から出力される検出コイル出力信号の出力和信号とを処理することで前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段とすることもできる。可動被検出物が検出磁界中をコイル組に対して変位すると、一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の振幅の中心位置が変動するように可動被検出物が構成されていることから、可動被検出物の変位に対応した検出コイル出力信号の振幅の中心位置の検出が可能になり、検出コイル出力信号の出力和信号を可動被検出物の絶対位置の検出に用いることができる。従って、かかる構成を採用した場合には、加算演算回路部から出力される検出コイル出力信号の出力和信号を位置検出手段での処理に用いることができ、位置検出手段での処理を簡素化することができる。
【００１２】
さらに、本発明にかかる位置検出装置では、請求項６に記載のように、前記出力和信号を一定に保持するように、前記励磁電流を供給する励磁電圧制御部が設けられていることが好ましい。位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生した場合、製造上のばらつき等のために一対の検出コイル各々のインダクタンスが一致しないと、温度変動による各検出コイルのインダクタンスへの影響で、コイル組検出信号として出力される検出コイル出力信号の差動出力信号が変動する。そこで、一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の和である出力和信号を一定に保持するように励磁電圧制御部が設けられることで、位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生しても、温度変動による上記コイル組検出信号の出力への影響を抑えることができる。従って、位置検出装置の温度特性の改善を図ることができる。
【００１３】
さらにまた、本発明の請求項７にかかる位置検出装置は、一対の検出コイルが設けられたコイル組と、このコイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を変位するように配置された可動被検出物と、この可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて前記コイル組からそれぞれ出力されるコイル組検出信号を用いて前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置検出装置であって、前記可動被検出物に対して複数の前記コイル組が配置され、前記可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、前記一対の可動被検出部ごとに各々異なる形状で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
上述のように、可動被検出物に対して複数のコイル組が配置されるとともに、可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されている。従って、可動被検出物が変位するとコイル組からは複数の短い波長のコイル組検出信号が出力される。そしてこの短い波長のコイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の位置検出の分解能を高めることが可能になるため、検出精度を上げることができる。また、可動被検出物は、一対の可動被検出部ごとに各々異なる形状で構成されている。従って、一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号が出力される。そのため、可動被検出物の変位に対応したコイル組検出信号の振幅値の検出が可能になり、コイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の絶対位置の検出が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、本発明を適用した位置検出装置の検出部の概略構造を表わした断面説明図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる位置検出装置の全体構成を表わしたブロック図である。
【００１７】
図１において、磁性体または金属から形成された細長状の可動被検出物１は、被検出体としてその長手方向の両方向（図１の左右方向）に往復変位可能に設けられている。可動被検出物１の外周側部分には、この可動被検出物１の変位方向に沿って、円環状に巻回された一対の検出コイル２ａと３ａとから構成されるコイル組５ａおよび、円環状に巻回された一対の検出コイル２ｂと３ｂとから構成されるコイル組５ｂの２組のコイル組が配置されている。尚、本実施の形態では円環状に検出コイルが巻回されているが必ずしも円環状に巻回されている必要はない。上記検出コイル２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂはそれぞれ長手方向にほぼ同じ長さで形成されている。また、コイル組５ａの検出コイル２ａ・３ａに後述の励磁電源であるドライバ７から励磁電流が供給されることによって、コイル組５ａの周囲に検出磁界Φが形成されている。また、コイル組５ｂの周囲にも同様に図示を省略した検出磁界Φが形成されている。すなわち、可動被検出物１は、コイル組５ａ・５ｂに励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界Φの中を変位するように配置されている。
【００１８】
可動被検出物１は、材質が異なる可動被検出部１ａと１ｂとが一対になって変位方向（長手方向）に向かって交互に組み合わされて構成されている。上記可動被検出部１ａと１ｂとはほぼ同じ長さで形成されるとともに、検出コイル２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂともほぼ同じ長さで形成されている。すなわち、可動被検出物１は、一対の検出コイル２ａまたは３ａ（２ｂまたは３ｂ）の端面と、上記可動被検出部１ａと１ｂとの境界が一致したとき、一対の検出コイル２ａと３ａ（２ｂと３ｂ）の各々に対応して材質が異なる一対の可動被検出部１ａと１ｂとが変位方向に向かって複数連なって構成されている。この一対の可動被検出部１ａ・１ｂにより、コイル組５ａまたは５ｂに対する一周期分の変位に相当する後述の移動距離（波長）λが構成されている。
【００１９】
また、可動被検出物１は、変位方向（図示左右方向）に向かって円形断面を有する細長状の棒形状に形成されるとともに、変位方向でその円形断面の半径が連続的に変化するテーパ形状すなわち略円錐形状に形成されている。本実施の形態では、図示左方向に向かって、円形断面の半径が連続的に大きくなっている。可動被検出物１は円形断面を有する細長状の棒形状に形成されているため、円環状に巻回されたコイル組５（５ａ・５ｂ）の内周側でこのコイル組５に対して回転可能になっている。また、可動被検出物１は、その円形断面の半径が変位方向に向かって連続的に変化するテーパ形状に形成されていることから、コイル組５に対して変位すると、可動被検出物１と検出コイル２・３（２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂ）との半径方向の距離が連続的に変化するとともに、検出コイル２・３に対する可動被検出物１の断面積が連続的に変化する。従って、可動被検出物１が検出磁界Φの中をコイル組５に対して変位すると、検出コイル２・３の検出感度が変動し、また、検出コイル２・３から出力される後述の検出コイル出力信号Ｓ２の出力変化の度合いが変動する。そのため、可動被検出物１が検出磁界Φの中をコイル組５に対して変位すると、上記コイル組５から出力される後述のコイル組検出信号Ｓ１の振幅値が変動する。本実施の形態においては、コイル組検出信号Ｓ１の振幅値が可動被検出物１の変位にともない次第に増減するよう可動被検出物１が構成されている。
【００２０】
可動被検出物１の変位方向に沿って配置されたコイル組５ａ・５ｂからは、後述のようにいわゆるＡ相、Ｂ相のコイル組検出信号Ｓ１（Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ）が得られるようになっている。具体的には、コイル組５ａと５ｂとは、一対の可動被検出部１ａ・１ｂにより構成される一周期分に相当する後述の移動距離（波長）λに対して、λ＋（１／４）λだけ位置ズレした状態、すなわちλ＋（１／４）λピッチで配置されている。従って、コイル組５ａから出力される後述のコイル組検出信号Ｓ１ａとコイル組５ｂから出力される後述のコイル組検出信号Ｓ１ｂとは位相が（１／４）λだけ位置ズレした状態となっている。すなわち、例えば、Ａ相のコイル組検出信号Ｓ１ａの波形がｓｉｎθで表される場合には、Ｂ相のコイル組検出信号Ｓ１ｂの波形はｓｉｎ（θ＋π／２）で表されるようになっている。
【００２１】
続いて実施の形態１にかかる位置検出装置の全体構成の概略を図２に基づいて説明する。本実施の形態にかかる位置検出装置には、可動被検出物１の変位を検出する検出コイル２・３（２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂ）および、この検出コイル２・３に励磁電流を供給する励磁電源であるドライバ７（７ａ・７ｂ）、このドライバ７に励磁信号を与える発振器６が設けられている。また、上記検出コイル２・３から出力される検出コイル出力信号Ｓ２（Ｓ２ａ・Ｓ２ｂ・Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄ）を処理するプリアンプ８（８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄ）、整流回路９（９ａ・９ｂ・９ｃ・９ｄ）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０（１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）が設けられている。さらに、上記プリアンプ８、整流回路９、ローパスフィルタ１０で処理された検出コイル出力信号Ｓ２を入力して、コイル組検出信号Ｓ１（Ｓ１ａ・Ｓ１ｂ）を出力する比較回路部である差動増幅アンプ１１（１１ａ・１１ｂ）および、コイル組検出信号Ｓ１を入力して後述の処理をおこなうことで可動被検出物１の位置を検出する位置検出手段１２とが設けられている。尚、検出コイル２ａ・３ａから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの処理方法と検出コイル２ｂ・３ｂから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄの処理方法とは同じであるため、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの処理方法について説明をおこない、検出コイル出力信号Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄの処理方法については説明を省略する。
【００２２】
発振器６からは、一対の検出コイル２ａ・３ａに励磁電流を供給するドライバ７ａに励磁信号が与えられる。この励磁信号により、ドライバ７ａから検出コイル２ａ・３ａに励磁電流が供給され、一対の検出コイル２ａ・３ａから構成されるコイル組５ａの周囲には検出磁界Φが形成される。ここで、本実施の形態における上記励磁信号は正弦波状の駆動パルス信号である。上記検出磁界Φの中を可動被検出物１が変位する際の検出コイル２ａ・３ａのインダクタンスの変化がそれぞれ検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂとして出力される。出力された検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂは、それぞれプリアンプ８ａ・８ｂ、整流回路９ａ・９ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０ａ・１０ｂを通されて差動増幅アンプ１１ａへ入力される。差動出力アンプ１１ａでは、入力された検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの差が演算され、検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの差動出力信号がＡ相のコイル組検出信号Ｓ１ａとして出力される。このコイル組検出信号Ｓ１ａは位置検出手段１２へ入力される。同様に、コイル組５ｂに対応して設けられた差動出力アンプ１１ｂからはＢ相のコイル組検出信号Ｓ１ｂが出力され、このコイル組検出信号Ｓ１ｂが位置検出手段１２へ入力される。位置検出手段１２において、上記コイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂが処理されることで可動被検出物１の絶対位置が検出されることになる。以下にその詳細を説明する。
【００２３】
検出コイル２ａから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ａは、図３（Ａ）に示されるように、所定の振幅値を有する波長λの正弦波状の波形をしている。この波長λは、一対の可動被検出部１ａ・１ｂ分の移動距離に相当し、例えば本実施の形態では波長λは５ｍｍとなっている。また、検出コイル出力信号Ｓ２ａの振幅値は、可動被検出物１の変位が大きくなる（可動被検出物１が図１の左方向に進む）につれて徐々に小さくなっている。これは、上述のように可動被検出物１が、その円形断面の半径が図１の右方向に向かって連続的に小さくなるテーパ形状で形成されていることから、可動被検出物１がコイル組５ａに対して図１の左方向へ変位すると、検出コイル２ａと可動被検出物１との半径方向の距離が次第に大きくなり、検出コイル２ａの検出感度が小さくなるからである。また、可動被検出物１の検出コイル２ａに対する断面積が次第に小さくなるため、検出コイル出力信号Ｓ２の出力変化の度合いが小さくなるからである。また、可動被検出物１は一対の検出コイル２ａと３ａの各々に対応して材質が異なる一対の可動被検出部１ａと１ｂとが複数連なって構成されているため、検出コイル２ａと一対をなす検出コイル３ａからは、検出コイル出力信号Ｓ２ａとは逆位相の検出コイル出力信号Ｓ２ｂが出力される。検出コイル出力信号Ｓ２ｂの波形は、図３（Ｂ）に示されるような正弦波状になる。
【００２４】
差動出力アンプ１１ａでは、入力された検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの差が演算され、その差動出力信号がＡ相のコイル組検出信号Ｓ１ａとして出力される。このように検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの差動出力信号をコイル組検出信号Ｓ１ａとして出力する場合には、可動被検出物１の位置検出時にノイズ等の外乱の影響で検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂに変動が生じても、差動出力アンプ１１ａからはその差動出力信号が出力されるため、外乱の影響を受けないコイル組検出信号Ｓ１ａの出力が可能になる。
【００２５】
上述のように検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとは逆位相であることから、Ａ相のコイル組検出信号Ｓ１ａは図４（Ａ）に示されるような正弦波状で出力される。同様に、図４（Ａ）に示されるような正弦波状でＢ相のコイル組検出信号Ｓ１ｂが出力される。ここで、上述のように、コイル組検出信号Ｓ１ａとＳ１ｂとは位相が（１／４）λだけ位置ズレした状態となっている。従って、図示を省略する可動被検出物１の原点Ｏからの変位をｘとし、ｘにおけるコイル組検出信号Ｓ１の振幅をＦ（ｘ）とすると、コイル組検出信号Ｓ１ａおよびＳ１ｂの波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）はそれぞれ
Ａ（ｘ）＝Ｆ（ｘ）ｓｉｎθ                                  ・・・（式１）
Ｂ（ｘ）＝Ｆ（ｘ）ｓｉｎ（θ＋π／２）        ・・・（式２）
で表わすことができる。ここでθはｘの関数であり、０＜ｘ＜λの範囲で連続的に変化する。
【００２６】
差動出力アンプ１１ａ・１１ｂから出力され、変位検出手段１２へ入力されたコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂは、変位検出手段１２において以下のように処理される。
まず、可動被検出物１のある変位ｘにおけるＡ相からのコイル組検出信号Ｓ１ａの出力値を横軸、Ｂ相からのコイル検出信号Ｓ１ｂの出力値を縦軸として、図４（Ａ）に示されるコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂの波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）が、リサージュ波形Ｃ（ｘ）に変換される。リサージュ波形Ｃ（ｘ）は、変位ｘによってコイル組検出信号Ｓ１の振幅Ｆ（ｘ）が変動することから、図４（Ｂ）に示されようにその半径が連続的に変化する螺旋形状となる。
【００２７】
続いて、このリサージュ波形Ｃ（ｘ）の変位ｘにおける半径Ｒ（ｘ）が下記の式３により算出される。
2004317185.tif 000003
また、リサージュ波形Ｃ（ｘ）から下記の式４に基づいて、図４（Ｃ）に示されるように、横軸に対する垂直線と斜線とから構成され、λの周期で、のこぎり刃状の波形を有するインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）が得られる。
2004317185.tif 000004
【００２８】
インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）は、周期λで、のこぎり刃状の波形を有することから、ある値のインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）（図４（Ｃ）の縦軸の値）に対応して複数の変位ｘが存在する。従って、まず、半径Ｒ（ｘ）の値が所定の基準値と比較されることで、可動被検出物１の原点Ｏから概略の変位すなわち概略の絶対位置の検出がおこなわれる。具体的には図４（Ｃ）に示される複数の斜線のうち、原点Ｏ（図示左端）から数えて何番目の斜線（何周期目）に該当する位置まで可動被検出物１が変位したのかが特定される。次に、特定された斜線部分（周期）において、インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の値と分割された検出出力電圧Ｖの値とが比較されることで可動被検出物の詳細な絶対位置が検出される。具体的には、例えば上述の従来例と同様に、±５Ｖすなわち１０Ｖのレンジの検出出力電圧Ｖを用い、この検出出力電圧Ｖを１００００分割する場合を考えると、１００００分割された検出出力電圧とインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の値との比較が可能になる。従って、インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の周期（波長）が５ｍｍであることから、分解能としてはその１／１００００である０．５μｍの分解能を得ることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態における位置検出装置では、可動被検出物１を上述のようにテーパ形状に形成し、検出磁界Φの中をコイル組５に対して変位すると、コイル組５から出力されるコイル組検出信号Ｓ１の振幅が変動するように可動被検出物１が構成されている。従って、コイル組検出信号Ｓ１の波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）が、リサージュ波形Ｃ（ｘ）に変換されることで、その半径Ｒ（ｘ）が連続的に変化する螺旋形状のリサージュ波形Ｃ（ｘ）を得ることができ、このリサージュ波形Ｃ（ｘ）から、変位ｘに対応した半径Ｒ（ｘ）のデータを得ることができる。そしてこの半径Ｒ（ｘ）から、可動被検出物１の原点Ｏから変位、すなわち絶対位置の概略を検出することができる。
【００３０】
また、可動被検出物１に対して２組のコイル組が配置されているとともに、材質が相違する一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって可動被検出物１が構成されている。従って、短い波長のコイル組検出信号Ｓ１ａとＳ１ｂが出力される。そして、これらの波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）がリサージュ波形Ｃ（ｘ）へ変換され、さらに上記の式４に基づいてリサージュ波形Ｃ（ｘ）が処理されることで周期（波長）の短いインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）を得ることができる。この周期の短いインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）に基づいて可動被検出物１の位置を検出できることから、高分解能で精度の良い位置検出をすることができる。従って、上述の半径Ｒ（ｘ）の検出値と併せることによって、可動被検出物１の絶対位置を精度よく検出することができる。
【００３１】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２にかかる位置検出装置の全体構成を表わしたブロック図である。尚、実施の形態２および後述の実施の形態３にかかる位置検出装置の検出部の概略構造は、図１で示された実施の形態１と同様の構成であるため説明は省略する。また、実施の形態２および後述の実施の形態３にかかる位置検出装置は基本的な構成が実施の形態１と共通するため、共通する部分には同一の符号を付して図示することとしてそれらの詳細な説明は省略する。
【００３２】
図５に示されるように、実施の形態２においては、コイル組５ａに設けられた一対の検出コイル２ａ・３ａから出力された検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂが、プリアンプ８ａ・８ｂ、整流回路９ａ・９ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０ａ・１０ｂを通った後に入力される加算演算回路部１３が設けられている。この加算演算回路部１３では、検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和が演算される。そして、その検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和である出力和信号Ｓ３が加算演算回路部１３から出力され、位置検出手段１２へ入力される。また、上述の実施の形態１と同様に差動出力アンプ１１ａ・１１ｂから出力されたコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂが位置検出手段１２へ入力される。
【００３３】
位置検出手段１２では、コイル組検出信号Ｓ１の波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）が、リサージュ波形Ｃ（ｘ）に変換される。また、リサージュ波形Ｃ（ｘ）が上記の式４に基づいて処理されることで、図４（Ｃ）に示されるようなのこぎり刃状の波形を有するインクリメンタル出力が得られる。ここまでは、上述した実施の形態１と同様である。
【００３４】
実施の形態２では、位置検出手段１２において、実施の形態１で用いたリサージュ波形Ｃ（ｘ）の半径Ｒ（ｘ）の代りに、出力和信号Ｓ３が可動被検出物１の位置検出に用いられる。この点を詳細に説明する。
【００３５】
上述のように、可動被検出物１はその円形断面の半径が変位方向に向かって連続的に変化するテーパ形状に形成されている。従って、コイル組５ａを例にとると、可動被検出物１が検出磁界Φの中をコイル組５ａに対して変位すると、一対の検出コイル２ａ・３ａから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの振幅の中心位置は可動被検出物１の変位にともなって、図６のＱ（ｘ）で示されるような１次関数的に変化する。ここで、変位ｘにおける検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの振幅をＧ（ｘ）（＝Ｆ（ｘ）／２）とすると、検出コイル出力信号Ｓ２ａおよびＳ２ｂの波形Ｐ＋（ｘ）、Ｐ−（ｘ）は、それぞれ
Ｐ＋（ｘ）＝Ｇ（ｘ）ｓｉｎθ＋Ｑ（ｘ）            ・・・（式５）
Ｐ−（ｘ）＝−Ｇ（ｘ）ｓｉｎθ＋Ｑ（ｘ）        ・・・（式６）
で表わすことができる。
【００３６】
そのため、検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和である出力和信号Ｓ３の波形は２Ｑ（ｘ）となり、変位ｘに対して１次関数的に変化することになる。従って、出力和信号Ｓ３が所定の基準値と比較されることで、可動被検出物１の原点Ｏから概略の変位すなわち概略の絶対位置が検出されることになる。すなわち、図４（Ｃ）に示される複数の斜線のうち、原点Ｏ（図示左端）から数えて何番目の斜線（何周期目）に該当する位置まで可動被検出物１が変位したのかが特定される。また、上述した実施の形態１と同様に特定された斜線部分（周期）において、インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の値と分割された検出出力電圧Ｖとが比較されることで可動被検出物の詳細な絶対位置が検出される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態における位置検出装置のように、コイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂと出力和信号Ｓ３とを位置検出手段１２で処理することでも上述の実施の形態１と同様に、高分解能で精度よく可動被検出物１の絶対位置を検出することができる。このように、出力和信号Ｓ３を用いて位置検出をおこなった場合には、位置検出手段１２において、上述の半径Ｒ（ｘ）の算出が不要になり、位置検出手段１２での処理を簡素化することができる。
【００３８】
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３にかかる位置検出装置の全体構成を表わしたブロック図である。
【００３９】
実施の形態３においては、コイル組５ａに対応して設けられた加算演算回路部１３ａに加え、コイル組５ｂに対応して設けられた加算演算回路部１３ｂが設けられている。加算演算回路部１３ａでは、上述の加算演算回路１３と同様に検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和が演算され、その出力和信号Ｓ３ａが出力される。同様に、加算演算回路部１３ｂでは、検出コイル出力信号Ｓ２ｃとＳ２ｄとの和が演算され、その出力和信号Ｓ３ｂが出力される。
【００４０】
ここで、上述した実施の形態１、２にかかる位置検出装置では、使用環境で温度変動が発生すると、コイル組５ａ・５ｂからのコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂが変動してしまうという問題がある。すなわち、コイル組５ａを例にとると、製造上のばらつき等のため、検出コイル２ａ・３ａの各々のインダクタンスは必ずしも一致しない。この場合に、位置検出装置の使用環境で温度変動が生じるとほぼ同じ寄与率で検出コイル２ａ・３ａのインダクタンスが変動する。従って、その差動出力信号をコイル組検出信号Ｓ１ａに用いた場合には、上記インダクタンスの相違の影響がコイル組検出信号Ｓ１ａに現れてしまう。例えば、検出コイル２ａのインダクタンスをＬ１、検出コイル３ａのインダクタンスをＬ２、温度変動によるインダクタンスへの寄与率を１．１とすると、温度変動後の検出コイル２ａのインダクタンスは１．１Ｌ１に、また、検出コイル３ａのインダクタンスは１．１Ｌ２になる。従って、温度変動前のコイル組検出信号Ｓ１ａは（Ｌ１−Ｌ２）に基づく検出信号になるが、温度変動後のコイル組検出信号Ｓ１ａは１．１（Ｌ１−Ｌ２）に基づく検出信号となってしまう。
【００４１】
そこで本発明では、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの和である出力和信号Ｓ３ａを一定に保つようにドライバ７ａの励磁電圧制御部が設けられている。上述の例を用いて説明すると、位置検出装置の使用環境で温度変動が生じる前の出力和信号Ｓ３ａは（Ｌ１＋Ｌ２）に基づく信号となり、また、励磁電圧制御部が設けられていない場合には、温度変動後の出力和信号Ｓ３ａは１．１（Ｌ１＋Ｌ２）に基づく信号となる。ここで、励磁電圧制御部が設けられている場合には、出力和信号Ｓ３ａを一定値（Ｌ１＋Ｌ２）に保つように励磁電圧が制御される。すなわち、励磁電圧が１／１．１倍となるように制御される。そのため、温度変動後のコイル検出信号Ｓ１ａも（Ｌ１−Ｌ２）に基づく検出信号となる。従って、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの和である出力和信号Ｓ３ａを一定に保つようにドライバ７ａの励磁電圧制御部を設けることで、位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生しても、温度変動によるコイル組検出信号Ｓ１ａの出力への影響を抑えることができ、位置検出装置の温度特性の改善をすることができる。
【００４２】
コイル組５ａを例により具体的に説明すると、実施の形態３における位置検出装置においては、ドライバ７ａの励磁電圧を調整する電圧制御手段であるアッテネータ１６ａと、加算演算回路１３ａから出力された出力和信号Ｓ３ａを一定に保つような電圧制御信号をアッテネータ１６ａに与えるフィードバック制御手段としてのＰＩＤ制御回路１５ａが設けられている。ここで、ＰＩＤ制御回路１５ａとアッテネータ１６ａとによって励磁電圧制御部が構成されている。
【００４３】
加算演算回路１３ａから出力された出力和信号Ｓ３ａは、ＰＩＤ制御回路１５ａへ入力される。入力された出力和信号Ｓ３ａに基づいて、ＰＩＤ制御回路部１５ａからは上記出力和信号Ｓ３ａが一定となるような電圧制御信号がアッテネータ１６ａに対して出力される。電圧制御信号が入力されたアッテネータ１６ａによって、出力和信号Ｓ３ａが一定となるようにドライバ７ａの励磁電圧が制御される。同様に、コイル組５ｂについても加算演算回路１３ｂから出力された出力和信号Ｓ３ｂが一定となるようＰＩＤ制御回路１５ｂおよびアッテネータ１６ｂによって、ドライバ７ｂの励磁電圧が制御される。
【００４４】
尚、加算演算回路１３ａから出力された出力和信号Ｓ３ａは、ＰＩＤ制御回路１５ａにおいて電圧制御信号に変換された後、電圧制御信号出力部としてのコンパレータ１４に入力され、所定の基準電圧との差動出力としてコンパレータ１４から位置検出手段１２に対して出力される。ＰＩＤ制御回路１５ａ、コンパレータ１４を介して位置検出手段１２へ入力された出力和信号Ｓ３ａは、位置検出手段１２において、上述の実施の形態２と同様に処理される。また、上述の実施の形態１、２と同様にコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂも位置検出手段１２において処理されることにより、高分解能で精度よく可動被検出物１の絶対位置を検出することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態における位置検出装置では、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂ（Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄ）の和である出力和信号Ｓ３ａ（Ｓ３ｂ）を一定に保つようにドライバ７ａの励磁電圧制御部が設けられている。従って、位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生しても、温度変動によるコイル組検出信号Ｓ１の出力への影響を抑え、位置検出装置の温度特性の改善を図りつつ、しかも高分解能で精度よく可動被検出物１の絶対位置を検出することができる。
【００４６】
［他の実施の形態］
以上、本発明者によってなされた発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態においては、可動被検出物１の外周側部分にコイル組５ａ・５ｂを配置したが、図８に示されるように可動被検出物１を円筒形状としてその内周側部分にコイル組５ａ・５ｂを配置してもよい。この場合、可動被検出物１を、図８に示されるように変位方向（長手方向）でその円筒の肉厚が連続的に変化するように構成すれば、可動被検出物１の変位に対応したコイル組検出信号Ｓ１の振幅値の検出が可能になることから、上述の実施の形態と同様に、可動被検出物１の絶対位置の検出が可能になる。
【００４７】
また、上述した実施の形態においては、２組のコイル組が設けられていたが、コイル組の数は２組に限定されない。コイル組が偶数組で設けられていれば、上述の実施の形態と同様の処理をおこなうことで、可動被検出物１の絶対位置の検出が可能になる。尚、コイル組の組数が増えていくにしたがい、可動被検出物１の検出の分解能を上げることができる。
【００４８】
また、上述した実施の形態における可動被検出物１は変位方向の断面が円形断面であったが、断面形状はこれに限定されない。例えば、三角形・四角形・六角形等の多角形状や楕円形状であってもよい。
【００４９】
さらに、上述した実施の形態における可動被検出物１は、変位方向（図示左右方向）でその円形断面の半径が連続的に変化するテーパ形状に形成されていたが、可動被検出物１の形状はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように大径部とこの大径部より径の小さい小径部とが不連続な断面形状で形成され、この大径部と小径部とを形状の異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂとして可動被検出物１が構成されていてもよい。例えば、図９（Ａ）に示されるように大径部が変位方向にテーパ状に形成され、小径部が変位方向に同一断面形状で形成されたり、同図（Ｂ）に示されるように大径部が変位方向に同一断面形状とされ、小径部が変位方向にテーパ状に形成されたり、同図（Ｃ）に示されるように大径部と小径部とが互いに変位方向の逆方向へ向かって断面半径が増減するテーパ状に形成されてもよい。図９（Ｃ）に示される形状の可動被検出物１が採用された場合には、上述の実施の形態２で説明したような検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの振幅の中心位置の変動は生じない。また、同図（Ｄ）に示されるように一対の可動被検出部１ａ・１ｂから構成される波長λを一定に保ちながら、可動被検出部１ａと１ｂの変位方向の寸法比率を変更するように可動被検出物１が構成されてもよい。さらに、同図（Ｅ）に示されるように、大径部が変位方向に同一断面形状とされるとともに小径部も変位方向に同一断面形状とされ、変位方向にその断面積が連続的に変化する溝部１ｃが設けられるように可動被検出物１が構成されてもよい。すなわち、可動被検出物１は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに各々異なる形状で構成されていればよい。言い換えると、可動被検出物１は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物１が検出磁界中Φをコイル組５に対して変位すると一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号Ｓ１が出力されるように構成されていればよい。このように構成されている場合には、一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに固有の振幅値の検出が可能になることから、可動被検出物１の概略の絶対位置の検出が可能になる。従って、上述のインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）が併せて処理されることで、可動被検出物１の絶対位置を精度よく検出することができる。
【００５０】
また、上述した実施の形態では、一対の検出コイル２ａと３ａとから構成されるコイル組５ａと、一対の検出コイル２ｂと３ｂとから構成されるコイル組５ｂとがλ＋（１／４）λだけ位置ズレした状態で配置されたが、コイル組５ａと５ｂの配置はこれに限定されない。例えば、図１０（Ａ）に示されるように、２組のコイル組５ａと５ｂとの磁気的中心位置が合わされて配置されてもよい。すなわち、検出コイル３ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂがこの順番で変位方向に配置をされてもよい。このように配置された場合には、Ａ相、Ｂ相の磁気的中心ＣＬが一致することから、誤差のない理想的なリサージュ波形を得ることができる。尚、各検出コイル間には、λ／４の長さに相当する絶縁部材が設けられている。更に、図１０（Ｂ）に示されるように、検出コイル２ａ、２ｂ、３ａがこの順番で変位方向に配置されることによっても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、上述した実施の形態は、可動被検出部１ａ・１ｂと、検出コイル２・３（２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂ）とがほぼ同じ長さで形成されているが、検出コイル２・３に対する可動被検出部１ａ、１ｂの長さの比が２／３から３／２の範囲であれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
さらに、検出コイル２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂは複数個のコイルから構成されていてもよい。この場合には、変位検出の分解能を上げることが可能になる。また、検出コイル２ａと３ａ（２ｂと３ｂ）は同一形状でなくても、両コイルのインダクタンスが同程度であれば、同様の効果を得ることができる。
【００５３】
さらにまた、上述した実施の形態においては、コイル組５ａと５ｂとがλ＋（１／４）λピッチで配置されたが、コイル組５ａ・５ｂのピッチがｎλ＋λ／４（ｎは正の整数、ｎ＝１、２、３・・・）であれば、上述の実施の形態と同様のコイル組出力信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂを得ることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明における位置検出装置では、可動被検出物に対して複数のコイル組が配置され、可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物が検出磁界中をコイル組に対して変位すると一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号が出力されるように構成されていることから、高分解能で検出精度を確保しながら可動被検出物の絶対位置の検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した位置検出装置の検出部の概略構造を表した断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる位置検出装置の全体構成を表したブロック図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態にかかる検出コイルからの出力波形の一例を表わしたグラフ図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態にかかるコイル組からの出力波形の一例を表わしたグラフ図、コイル組からの出力波形を処理して得られたリサージュ波形の一例を表わしたグラフ図、リサージュ波形を処理して得られたインクリメンタル出力波形の一例を表わしたグラフ図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる位置検出装置の全体構成を表したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる検出コイルからの出力波形の一例を表わしたグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる位置検出装置の全体構成を表したブロック図である。
【図８】本発明の他の実施形態における位置検出装置の検出部の概略構造を表した断面説明図である。
【図９】図１に表した位置検出装置に用いられる可動被検出物の他の実施形態を表した側面説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における位置検出装置の検出部の概略構造を表した断面説明図である。
【符号の説明】
１  可動被検出物
１ａ、１ｂ    可動被検出部
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ  検出コイル
５ａ、５ｂ  コイル組
６  発振器
７ａ・７ｂ  ドライバ（励磁電源）
１１ａ・１１ｂ  差動増幅アンプ（比較回路部）
１２  位置検出手段
１３（１３ａ・１３ｂ）  加算演算回路部
１５ａ・１５ｂ  ＰＩＤ制御回路（フィードバック制御手段）
１６ａ・１６ｂ  アッテネータ（電圧制御手段）
Ｓ１ａ・Ｓ１ｂ  コイル組検出信号（差動出力信号）
Ｓ２ａ・Ｓ２ｂ・Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄ  検出コイル出力信号
Ｓ３（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）  出力和信号
Φ  検出磁界
【図１】
2004317185.tif 000005
【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】
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【図９】
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【図１０】
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