(57)【要約】【課題】磁歪センサーに必要なバイアス磁束を発生させる構成をステータと磁歪線を利用するようにしたことにより、スライダーの位置を検出するセンサーである第１及び第２磁歪検出コイル手段自体の小型化を図る。【解決手段】ステータ上を移動するスライダーと、該スライダーと共に所定長の磁歪線に沿って移動する磁歪ドライブコイル手段と、前記磁歪線に固定され、前記磁歪線に発生した磁歪を検出する第１及び第２磁歪検出コイル手段と、前記磁歪ドライブコイル手段の駆動により磁歪線に生じた磁歪が第１及び第２磁歪検出コイル手段に達する時間により前記スライダーの位置を演算する位置演算手段と、を備えた位置検出装置において、前記ステータと磁歪線との一方端部間にバイアスマグネットを取付け、他方の端部間にバイアスヨークを取付けてバイアス磁束を発生させる。【選択図】　図１
2004045167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ上を移動するスライダーと、該スライダーと共に所定長の磁歪線に沿って移動する磁歪ドライブコイル手段と、前記磁歪線に固定され、前記磁歪線に発生した磁歪を検出する第１及び第２磁歪検出コイル手段と、前記磁歪ドライブコイル手段の駆動により磁歪線に生じた磁歪が第１及び第２磁歪検出コイル手段に達する時間により前記スライダーの位置を演算する位置演算手段と、を備えた位置検出装置において、
前記ステータと磁歪線との一方端部間にバイアスマグネットを取付け、他方の端部間にバイアスヨークを取付けてバイアス磁束を発生させるようにしたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記ステータ、磁歪線、バイアスマグネット、バイアスヨーク、磁歪ドライブコイル手段とで、バイアス磁束を発生させる磁気回路を形成することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記磁歪線は円弧状に湾曲していて、回転位置を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置に関し、詳しくは垂直及び水平方向のマテリアル・ハンドリング用直線移動装置に用いる位置検出装置の機能改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における位置検出装置は、図２に示すように、固定配置される固定長のステータ１と、このステータ１上をモータ手段等で移動可能に配置されているスライダー２と、ステータｌに平行に配置された所定長の磁歪線３と、スライダー２に固定され、磁歪線３に沿ってスライドする磁歪ドライブコイル手段４と、磁歪線３の両端部に固定配置された第１及び第２磁歪検出コイル手段５、６と、磁歪ドライブコイル手段４にドライブコイル電流ｉｄを供給すると共に第１及び第２磁歪検出コイル手段５、６のコイル５ｃ、６ｃで発生するパルス状電圧ｅｌ、ｅ２を入力して位置検出電圧Ｖｘを出力する磁歪信号変換回路７と、磁歪信号変換回路７により生成された位置検出電圧Ｖｘと位置指令入力電圧Ｖｓを入力して駆動電圧を生成する位置誤差増幅器８と、位置誤差増幅器８からの駆動電圧Ｖｍからスライダー２に供給する駆動電流Ｉｍを生成するモーター電流駆動回路９とからなる。
【０００３】
第ｌ磁歪検出コイル手段５は、コイル５ｃを挟むようにして設けたヨーク５ｂと、このヨーク５ｂに挟まれたバイアスマグネット５ａとを備えた構成になっている。このヨーク５ｂとバイアスマグネット５ａによりバイアス磁束を形成する。
【０００４】
第２磁歪検出コイル手段６は、コイル６ｃを挟むようにして設けたヨーク６ｂと、このヨーク６ｂに挟まれたバイアスマグネット６ａとを備えた構成になっている。このヨーク６ｂとバイアスマグネット６ａによりバイアス磁束を形成する。
【０００５】
磁歪信号変換回路７は、クロック信号ＣＬを発生させるクロック発生回路７１と、クロック発生回路７１からのクロック信号ＣＬを入力して磁歪ドライブコイル手段にパルス状のドライブコイル電流ｉｄを供給するコイル電流駆動手段７２と、第１磁歪検出コイル手段５のコイル５ｃからのパルス状電圧ｅ１を入力する第１コンパレータ７４と、第２磁歪検出コイル手段６のコイル６ｃからのパルス状電圧ｅ２を入力する第２コンパレータ７５と、第１及び第２コンパレータ７４、７５からの信号のタイミングを調整するタイミング調整回路７３と、増幅器Ａ、積分コンデンサＣ、入力抵抗群Ｒよりなる積分回路７６と、第１積分電流切替えスイッチ７７と、第２積分電流切替えスイッチ７８と、タイミング調整回路７３からの信号に基づいて位置誤差増幅器８に位置検出電圧Ｖｘを出力するホールド回路７９とからなる。
【０００６】
積分回路６は、第１及び第２積分電流切り替えスイッチ７７、７８により、サンプルホールド回路７９の前回の位置検出ホールド電圧Ｖｘｎ一ｌと、正のリファレンス電圧十Ｖｒ又は負のリファレンス電圧−Ｖｒの和を入力電圧として積分し、今回サンプルの位置検出電圧Ｖｘｎを出力する。
【０００７】
位置誤差増幅器８は、位置検出電圧Ｖｘと位置指令入力電圧Ｖｓの差をＰＩＤ演算した出力Ｖｍでモータ電流駆動回路９をドライプし、スライダーｌを移動操作するモータ（図示せず）に駆動電流Ｉｍを供給し、Ｖｘ＝Ｖｓとなるような位置制御サーボ系を形成している。
【０００８】
このような構成において、磁歪ドライブコイル手段４にパルス状のドライブコイル電流ｉｄを流すことで、磁歪線３に歪が発生する。この歪が磁歪線３を伝播し、第ｌ及び第２磁歪検出コイル手段５、６のコイル５ｃ、６ｃ内を通過する。この際に磁歪線３の透磁率が変化し、バイアスマグネット５ａ、６ａで形成されていたバイアス磁束が変化するので、夫々のコイル５ｃ、６ｃに逆起電圧のパルス状電圧ｅｌ及びｅ２が発生する。
【０００９】
磁歪ドライブコイル手段４に電流を供給してから、これら第ｌ及び第２磁歪検出コイル手段５、６のコイル５ｃ、６ｃにパルス状電圧ｅ１、ｅ２が発生するまでの時間に基づいてスライダー２の位置を検出することが可能である。
【００１０】
このような構成における、各動作を図３に示すタイミングチャートを参照して、以下説明する。
【００１１】
先ず、（Ａ）、（Ｂ）クロック信号ＣＬは、周期的に時刻ｔ０よりｔ３の間オンとなり、コイル電流駆動手段７２及びタイミング調整回路７３に供給され、コイル電流駆動手段７２はクロック信号ＣＬの立ち上がりのタイミングｔ０でドライブコイル電流ｉｄを磁歪ドライブコイル手段４に供給する。
【００１２】
（Ｃ）、（Ｄ）第１及び第２磁歪検出コイル電圧ｅ１、ｅ２は、時刻ｔ０のタイミングよりＴｌ及びＴ２遅れたタイミングｔｌ及びｔ２で第ｌ及び第２磁歪検出コイル手段５、６で発生する逆起電圧である。
【００１３】
（Ｅ）、（Ｆ）これらの電圧ｅ１、ｅ２は、第１及び第２コンパレータ７４、７５に入力され、波形整形され、タイミングｔ１及びｔ２でタイミング調整回路７３に出力する。
【００１４】
（Ｇ）、（Ｈ）第１積分電流切り替えスイッチ７７は、時刻ｔ０よりｔｌまでの期間Ｔｌがオンに制御され、第２積分電流切り替えスイッチ７８は時刻ｔ０よりｔ　２までの期間Ｔ２がオンに制御される。
【００１５】
（Ｉ）は、積分回路７６の出力Ｖｉの波形図であり、タイミングｔ０よりｔまでのサンプル期問において、前回の位置検出ホールド電圧Ｖｘｎ一ｌをスタートしてｔ０よりｔ２までの期間では、
ｉ＝（−Ｖｒ＋Ｖｘｎ−１＋Ｖｒ＋Ｖｘｎ一ｌ）／Ｒ
を積分して上昇し、時刻ｔｌよりｔ２の期間では、
ｉ＝（Ｖｒ＋Ｖｘｎ一ｌ）／Ｒ
を積分して下降するので、時刻ｔ２の時点の積分回路出力は、今回の位置検出出力Ｖｘｎとなる。この値が時刻ｔ３でホールドされる。
【００１６】
（Ｊ）タイミング調整回路７３で制御されるサンブルホールド回路７９の切り替え制御波形図は、クロック信号ＣＬの期間ｔ０よりｔ３の期問はホールドモードに、それ以外はサンプルモードとなる。
【００１７】
（Ｋ）はサンプルホールド回路７９の出力Ｖｘの変化を示すもので、ホールドモード期間では前回の位置検出出力Ｖｘｎ一ｌをホールドし、サンプルモードでは今回の位置検出出力Ｖｘｎに変化する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第ｌ及び第２磁歪検出コイル手段５、６は、磁歪による磁歪線の透磁率の変化をコイルにより検出するために、それぞれの第１及び第２磁歪検出コイル手段５、６にバイアス磁束を形成する磁気回路を備えておく必要がある。このために、バイアスマグネット及びバイアスヨークの機械部品を第１及び第２磁歪検出コイル手段５、６に装備しておく必要がある。
このバイアスマグネット及びバイアスヨークからなる機械部品を装備するために、第１及び第２磁歪検出コイル手段５、６の形状が大型化し、位置検出装置のセンサ部の小型化やコストダウン要求に対して障害要因となっている。
【００１９】
従って、本発明の目的は、第１及び第２磁歪検出コイル手段にバイアス磁束形成のための機械部品を必要としない、位置検出装置を実現することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の位置検出装置は、次に示す構成にすることである。
【００２１】
（１）ステータ上を移動するスライダーと、該スライダーと共に所定長の磁歪線に沿って移動する磁歪ドライブコイル手段と、前記磁歪線に固定され、前記磁歪線に発生した磁歪を検出する第１及び第２磁歪検出コイル手段と、前記磁歪ドライブコイル手段の駆動により磁歪線に生じた磁歪が第１及び第２磁歪検出コイル手段に達する時間により前記スライダーの位置を演算する位置演算手段と、を備えた位置検出装置において、
前記ステータと磁歪線との一方端部間にバイアスマグネットを取付け、他方の端部間にバイアスヨークを取付けてバイアス磁束を発生させるようにしたことを特徴とする位置検出装置。
（２）前記ステータ、磁歪線、バイアスマグネット、バイアスヨーク、磁歪ドライブコイル手段とで、バイアス磁束を発生させる磁気回路を形成することを特徴とする（１）に記載の位置検出装置。
（３）前記磁歪線は円弧状に湾曲していて、回転位置を検出することを特徴とする（１）または（２）に記載の位置検出装置。
【００２２】
このように、バイアス磁束を発生させる構成をステータと磁歪線を利用するようにしたことにより、スライダーの位置を検出するセンサーである第１及び第２磁歪検出コイル手段自体の小型化を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る位置検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、従来技術と同じものには同一符号を付与して説明する。
【００２４】
本願発明に係る位置検出装置は、図１に示すように、ステータ１と磁歪線３との一方の端部間に取付けたバイアスマグネット３２と、他方の端部間に取付けたバイアスヨーク３３とを有することを特徴とする。
【００２５】
この中で、ステータ１、磁歪線３、バイアスマグネット３２、バイアスヨーク３３、コイル５ｃ、６ｃとで、バイアス磁束を発生させる磁気回路を形成する。このようにバイアス磁束を発生させる磁気回路をステータ１と磁歪線３を利用する構成にすると、それぞれの第１及び第２磁歪検出コイル手段５、６に磁気回路を組み込まなくてもよくなり、バイアス磁束が殆ど一定になり、ヒステリシスが発生しにくくなると共に、バイアス磁束を発生させる構成が不要になるから、そのぶん小型化できる。
【００２６】
このような構成からなる位置検出装置において、磁歪ドライブコイル手段４にパルス状の電流を流すことで、磁歪線３に歪が発生する。この歪が磁歪線３内を伝播し、ステータ１、磁歪線３、バイアスマグネット３２、バイアスヨーク３３、コイル５ｃ、６ｃにより構成されている磁気回路のコイル５ｃ、６ｃ内を通過する。この際、磁歪線３の透磁率が変化するため、コイル５ｃ、６ｃに逆起電圧が発生する。磁歪ドライブコイル手段４に電流を流してからコイル５ｃ、６ｃに逆起電圧が発生するまでの時間によりスライダー２の位置を検出する。
【００２７】
即ち、このようなバイアス電流供給の構成においては、夫々のコイル５ｃ、６ｃに発生する逆起電圧のパルス状電圧ｅ１及びｅ２は、バイアス電流ｉｂｌ及びｉｂ２に重畳して発生するので、その交流変化分のみをコンデンサＣｌ及びＣ２で抽出し、第１及び第２コンパレータ７４、７５に供給する。以下の信号処理は、従来技術で説明した図３に示すタイミングチャートと同様であるので、その説明は省略する。
【００２８】
又、図１の実施例では、磁歪線３が直線状に配置され、スライダー２が直線運動する例を示したが、磁歪線３を円弧状に湾曲させることで回転形の位置検出装置とすることが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によればステータと磁歪線とを利用してバイアス磁束を発生させる磁気回路を構成するようにしたことにより、第１及び第２磁歪検出コイル手段はコイルのみでよくなり、小型化できるため、モータ全体の小型化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置実施例を示す構成図である。
【図２】位置検出装置の従来例の構成図である。
【図３】図２の位置検出装置の動作説明用の波形図である。
【符号の説明】
ｌ　　ステータ
２　　スライダー
３　　磁歪線
４　　磁歪ドライブコイル手段
５　　第ｌ磁歪検出コイル手段
６　　第２磁歪検出コイル手段
３２　バイアスマグネット
３３　バイアスヨーク
【図１】
2004045167.tif 000003
【図２】
2004045167.tif 000004
【図３】
2004045167.tif 000005