(57)【要約】【課題】移動子電極と固定子電極の両電極から駆動用交流電圧を印加する静電アクチュエータに適用でき、位置センサの小型化、単純化を図ることができる。【解決手段】静電アクチュエータＳを薄い絶縁体フィルム内部に等間隔で配置された３相の固定子電極１１を有する固定子１とそれに対向して配置された同一の電極ピッチと電極幅の移動子電極２１を有する移動子２で構成する。固定子電極１１から高周波のセンサ用３相交流電圧をトランス５を介して駆動電圧に重畳する。移動子電極２１からトランス６を介してセンサ用交流電圧を検出する。移動子電極２１と固定子電極１１間のキャパシタンスとトランスコイルからなるＬＣＲ回路を利用し、移動子２の移動に伴ったキャパシタンスの変化による電圧の振幅もしくは位相変化を検出し、移動子の位置を検出する。【選択図】  図１
2004233170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の固定子電極が所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータ用位置センサにおいて、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳する印加手段と、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の振幅を規格化する規格化手段と、前記規格化手段にて規格化した各相の前記交流電圧を加算する加算手段と、前記加算手段にて加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波手段と、前記濾波手段にて取り出した電圧位相と、前記複数相のセンサ用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較手段とを備え、前記比較手段による電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータ用位置センサ。
【請求項２】
前記規格化手段は、
前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力する電流電圧変換手段と、
各相の前記電圧信号を一定の振幅にする振幅規格化手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータ用位置センサ。
【請求項３】
複数個の固定子電極を所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータ用位置センサにおいて、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳する印加手段と、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の位相を規格化する規格化手段と、前記規格化手段にて規格化した各相の前記交流電圧を加算する加算手段と、前記加算手段にて加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波手段と、前記濾波手段にて取り出した電圧位相と、複数相の基準用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較手段とを備え、前記比較手段にて両電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータ用位置センサ。
【請求項４】
前記規格化手段は、
前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力する電流電圧変換手段と、
前記電圧信号の大きさに応じて前記複数相の基準用交流電圧の振幅を変化させて規格化するゲインコントローラ手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の静電アクチュエータ用位置センサ。
【請求項５】
前記複数相のセンサ用交流電圧は高周波の交流電圧であり、前記複数相の駆動用交流電圧は低周波の交流電圧であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の静電アクチュエータ用位置センサ。
【請求項６】
複数個の固定子電極が所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータの位置検出方法において、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳するステップと、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出するステップと、前記検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の振幅を規格化する規格化ステップと、前記規格化された各相の前記交流電圧を加算する加算ステップと、前記加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波ステップと、前記濾波ステップにて取り出した電圧位相と、前記複数相のセンサ用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較ステップを含み、前記比較ステップによる電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータの位置検出方法。
【請求項７】
前記規格化ステップは、
前記検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力するステップと、各相の前記電圧信号を一定の振幅にするステップとを含むことを特徴とする請求項６に記載の静電アクチュエータの位置検出方法。
【請求項８】
複数個の固定子電極を所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータの位置検出方法において、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳するステップと、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出するステップと、前記検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の位相を規格化する規格化ステップと、前記規格化された各相の前記交流電圧を加算する加算ステップと、前記加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波ステップと、前記濾波ステップにて取り出した電圧位相と、複数相の基準用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較ステップとを備え、前記比較ステップにて両電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータの位置検出方法。
【請求項９】
前記規格化ステップは、
前記検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力するステップと、
前記電圧信号の大きさに応じて前記複数相の基準用交流電圧の振幅を変化させることにより、前記変換後の交流電圧の位相を規格化するステップとを含むことを特徴とする請求項８に記載の静電アクチュエータの位置検出方法。
【請求項１０】
前記複数相のセンサ用交流電圧は高周波の交流電圧であり、前記複数相の駆動用交流電圧は低周波の交流電圧であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の静電アクチュエータの位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気力を動力源とした、静電アクチュエータ用位置センサ及び位置検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献１に記載の静電アクチュエータが公知である。この静電アクチュエータは、固定子及び移動子にそれぞれ複数の固定子電極及び移動子電極が互いに所定ピッチで配置されており、固定子電極及び移動子電極に対して３相交流を印加するタイプとされている。この特許文献１のタイプで、移動子の位置を検出する方法では、移動子に光学式のターゲットを設ける等をして外部から他の位置計測機器を用いて検出するようにしている（従来例１）。
【０００３】
又、移動子の他の位置検出方法として、静電アクチュエータの移動子と固定子上にそれぞれ位置検出用の３相電極を設け、固定子側の３相電極に３相交流電圧を印加し、移動子側の３相電極は接地するタイプの静電式のリニアエンコーダが提案されている（従来例２）。
【０００４】
又、固定子電極と位置検出用電極を併用する静電容量方式として特許文献２の技術が公知である。この技術は、固定子電極と移動子電極との間に矩形波の駆動電圧と高周波励起電圧とを重畳して印加し、前記固定子電極と移動子電極とにて形成されるコンデンサの移動子に伴う静電容量変化により生じた出力電圧に基づいて移動子の移動量を検出するものである（従来例３）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−７８５６６号公報（５頁、図７）
【特許文献２】
特開平５−２６８７８１号公報（２頁〜４頁、図１〜図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来例１では、移動子の位置を計測するため、光学式の位置計測機器が必要となり、静電アクチュエータの構成自体が複雑化し大型となる問題がある。従来例２の静電アクチュエータでは、位置検出用の３相電極を設けるため、駆動用電極の面積が狭くなり静電アクチュエータの小型化を妨げる問題点がある。又、従来例３では、移動子電極と固定子電極との静電容量変化を計測するために、移動子電極は接地する必要がある。このため、本発明が前提としている移動子電極と固定子電極の両方から駆動用交流電圧を印加する方式の静電アクチュエータには利用することができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、移動子電極と固定子電極の両電極から駆動用交流電圧を印加する静電アクチュエータに適用できる静電アクチュエータ用位置センサ及び位置検出方法を提供することを目的としている。又、同位置センサの小型化、単純化を図ることができる静電アクチュエータ用位置センサ及び位置検出方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、複数個の固定子電極が所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータ用位置センサにおいて、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳する印加手段と、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の振幅を規格化する規格化手段と、前記規格化手段にて規格化した各相の前記交流電圧を加算する加算手段と、前記加算手段にて加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波手段と、前記濾波手段にて取り出した電圧位相と、前記複数相のセンサ用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較手段とを備え、前記比較手段による電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータ用位置センサを要旨とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記規格化手段は、前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力する電流電圧変換手段と、各相の前記電圧信号を一定の振幅にする振幅規格化手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、複数個の固定子電極を所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータ用位置センサにおいて、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳する印加手段と、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の位相を規格化する規格化手段と、前記規格化手段にて規格化した各相の前記交流電圧を加算する加算手段と、前記加算手段にて加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波手段と、前記濾波手段にて取り出した電圧位相と、複数相の基準用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較手段とを備え、前記比較手段にて両電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータ用位置センサを要旨とするものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３において、前記規格化手段は、前記検出手段で検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力する電流電圧変換手段と、前記電圧信号の大きさに応じて前記複数相の基準用交流電圧の振幅を変化させて規格化するゲインコントローラ手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項において、前記複数相のセンサ用交流電圧は高周波の交流電圧であり、前記複数相の駆動用交流電圧は低周波の交流電圧であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、複数個の固定子電極が所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータの位置検出方法において、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳するステップと、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出するステップと、前記検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の振幅を規格化する規格化ステップと、前記規格化された各相の前記交流電圧を加算する加算ステップと、前記加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波ステップと、前記濾波ステップにて取り出した電圧位相と、前記複数相のセンサ用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較ステップを含み、前記比較ステップによる電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータの位置検出方法を要旨とするものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６において、前記規格化ステップは、前記検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力するステップと、各相の前記電圧信号を一定の振幅にするステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、複数個の固定子電極を所定ピッチで配置された固定子と、同固定子に対向して配置され、前記固定子電極のピッチと同ピッチで配置された移動子電極を有する移動子とを備え、前記固定子電極と移動子電極の両方から共通の複数相の駆動用交流電圧が印加されて駆動される静電アクチュエータの位置検出方法において、複数相のセンサ用交流電圧を、前記固定子電極又は移動子電極に印加するために前記複数相の駆動用交流電圧に対して重畳するステップと、前記移動子電極又は固定子電極から重畳した複数相の交流信号に基づいて複数相のセンサ用交流電流を検出するステップと、前記検出された複数相のセンサ用交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の位相を規格化する規格化ステップと、前記規格化された各相の前記交流電圧を加算する加算ステップと、前記加算した電圧から前記複数相のセンサ用交流電圧と同じ周波数成分を取り出す濾波ステップと、前記濾波ステップにて取り出した電圧位相と、複数相の基準用交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する比較ステップとを備え、前記比較ステップにて両電圧位相の比較により、前記移動子の位置を検出することを特徴とする静電アクチュエータの位置検出方法を要旨とするものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８において、前記規格化ステップは、前記検出された複数相のセンサ用交流電流を電圧変換して電圧信号を出力するステップと、前記電圧信号の大きさに応じて前記複数相の基準用交流電圧の振幅を変化させて規格化するステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項において、前記複数相のセンサ用交流電圧は高周波の交流電圧であり、前記複数相の駆動用交流電圧は低周波の交流電圧であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を、図１乃至図６を参照しながら説明する。図１は、静電アクチュエータＳと位置センサの概略電気ブロック図である。
【００１９】
静電アクチュエータＳは、固定子１と移動子２とから構成されている。固定子１は、薄い絶縁体フィルム内部に等ピッチで埋設された帯状をなす複数の固定子電極１１を備えている。移動子２は、固定子１と同様に薄い絶縁体フィルム内部に等ピッチで埋設された帯状をなす複数の移動子電極２１を備えている。前記移動子電極２１と固定子電極１１は、そのピッチが互いに同一ピッチにされ、電極幅も同一の電極形状に形成されている。本実施形態では、図１に示すように固定子電極１１及び移動子電極２１は左右方向に配置されている。
【００２０】
前記固定子電極１１及び移動子電極２１は、共通の駆動用３相交流電源３がそれぞれ接続され、固定子電極１１及び移動子電極２１に３相交流電圧が印加される。なお、移動子電極２１は固定子電極１１とは駆動用３相交流電源３に対して３相の順（相順）が逆順になるように接続されている。例えば、図１に示すように、配列された各固定子電極１１には、順にｕ相、ｖ相、ｗ相の電圧が印加され、配列された移動子電極２１には順にｗ相、ｖ相、ｕ相の電圧が印加される。前記駆動用３相交流電源は周波数が数〜数十Ｈｚの低周波数とされている。駆動用３相交流電源の電圧は、駆動用交流電圧に相当する。
【００２１】
そして、移動子２は固定子１に対して対向配置され、固定子１と移動子２の両方の電極から前記駆動用３相交流電圧を印加すると、図１において、左右方向に移動する。
【００２２】
各相の固定子電極１１は、センサ用３相交流電源４が印加側トランス５を介して接続され、センサ用３相交流電圧が印加される。すなわち、各相のセンサ用３相交流電圧は各相の印加側トランス５を介して駆動用３相交流電圧に重畳して固定子電極１１に印加される。各相の印加側トランス５において、一次側コイル５１の一端はセンサ用３相交流電源４に接続され、他端は接地されている。各相の二次側コイル５２は一端が駆動用３相交流電源３に接続され、他端が前記固定子電極１１に接続されている。
【００２３】
各相の移動子電極２１は、検出側トランス６が接続されている。検出側トランス６は、重畳した３相交流信号に基づいて高周波のセンサ用３相交流電流を検出する。各相の検出側トランス６において、一次側コイル６１の一端は各相の移動子電極２１に接続され、他端は前記駆動用３相交流電源３に接続されている。各相の検出側トランス６の二次側コイル６２の一端は、電流−電圧変換器７０に接続され、他端は接地されている。電流−電圧変換器７０は、検出側トランス６で検出された各相の電流をその大きさに応じた交流電圧（電圧信号）に変換する。
【００２４】
なお、センサ用交流電圧の周波数は印加側トランス５の二次側コイル５２のインダクタンスと、固定子電極１１と移動子電極２１間の各相の静電容量、及び検出側トランス６の一次側コイル６１のインダクタンスによって形成される回路に対して、インピーダンスが小さくなるように設定されている。すなわち、駆動用３相交流電圧の周波数よりもセンサ用交流電圧の周波数は高周波数とされ、高周波のセンサ用３相交流電圧を用いることによって駆動用３相交流電圧の周波数と比較して、インピーダンスが小さくなるように，センサ用３相交流電圧の周波数が設定されている。
【００２５】
各相のクリップ回路７は電流−電圧変換器７０にて変換された各相の交流電圧の振幅を規格化するために各相同一の振幅にする。各相のクリップ回路７の出力端子は、加算器８に接続されている。加算器８は、各相のクリップ回路７の出力を加算する。この加算により、移動子位置に伴って位相が変動する。加算器８はバンドパスフィルタ９に接続され、所定の周波数成分、すなわち、センサ用３相交流電圧の周波数成分と同じ周波数成分を取り出す。位相比較器１０は、バンドパスフィルタ９にて取り出した電圧の位相と、センサ用３相交流電圧のいずれか１つの電圧位相と比較し、移動子２の位置を検出する。
【００２６】
前記印加側トランス５、検出側トランス６、電流−電圧変換器７０、クリップ回路７、加算器８、バンドパスフィルタ９、位相比較器１０とにより、位置センサが構成されている。印加側トランス５は、印加手段に相当し、検出側トランス６は検出手段に相当する。電流−電圧変換器７０は電流電圧変換手段に相当する。クリップ回路７は、振幅規格化手段に相当し、加算器８は加算手段に相当し、バンドパスフィルタ９は濾波手段に相当し、位相比較器１０は比較手段に相当する。又、電流−電圧変換器７０、クリップ回路７にて規格化手段が構成されている。
【００２７】
さて、以上のように構成された位置センサの作用について説明する。
図２に示すように、固定子電極１１、移動子電極２１は３相であるため、静電容量は３×３の組み合わせが存在する。また、各相の電極間の静電容量は、電極の配置構成から、移動子２の移動量が３ピッチを１周期とした変動をする。移動子２の位置をｘ、電極ピッチｐ（電極間のピッチ）とすると、例えば、固定子１のｕ相と移動子２のｕ相電極間の静電容量Ｃｕ−ｕ（ｘ）、固定子１のｕ相と移動子２のｖ相電極間の静電容量Ｃｕ−ｖ（ｘ）、固定子１のｕ相と移動子２のｗ相の静電容量はそれぞれ式（１），式（２）、（式）３で示すことができる。
【００２８】
【数１】
2004233170.tif 000003
【００２９】
【数２】
2004233170.tif 000004
【００３０】
【数３】
2004233170.tif 000005
なお、上記式（１）〜式（３）中、Ｃ０，Ｃ１は各相間の静電容量を示し、Ｃ１は移動子２が移動する（移動子位置ｘが変化する）ことで変動する静電容量分で、Ｃ０はそのベースとなる静電容量である。例えば、固定子１のｕ相と移動子２のｕ相の静電容量Ｃｕ−ｕが９８０ｐＦ〜１０２０ｐＦまで移動子２の移動に伴い変化したとすると、Ｃ０は１０００ｐＦ、Ｃ１は２０ｐＦとなる。
【００３１】
３相の固定子電極１１に適切な高周波数のセンサ用３相交流電圧を印加側トランス５を介して駆動用３相電圧に重畳する。すると、固定子電極１１と移動子電極２１間の静電容量と印加側トランス５の二次側コイル５２のインダクタンス及び検出側トランス６の一次側コイル６１のインダクタンスによって形成される回路に対してインピーダンスを低くすることができる。また、駆動用３相交流電圧は、周波数が数〜数十Ｈｚの低周波数であるためトランス（印加側トランス５、検出側トランス６）によって外部に対して絶縁される。
【００３２】
図３は静電アクチュエータＳ内の位置センサ回路モデルを示している。固定子電極１１のｕ相、ｖ相、ｗ相から流れ出る電流をＩ１、Ｉ２、Ｉ３、各相のコイルのインダクタンスをＬ、センサ用３相交流電圧の振幅をＥ、角速度をωとすると回路の方程式は式（４）で示される。
【００３３】
【数４】
2004233170.tif 000006
式（４）から各相に流れる電流を求めた結果は式（６）となる。
【００３４】
【数５】
2004233170.tif 000007
ここで式（６）中、ＡとＢは静電アクチュエータＳの形状やセンサ用電圧の周波数、電圧で決定される定数である。各相の電流は電圧に変換して処理を行う。式（６）からわかるように３相の電流は加算すると０となるため、単純に加算しただけでは、移動子位置の情報を得ることが出来ない。この様子を図４のフェーザ図に示す。各相のベクトルは式（６）の第１項目のベクトルと第２項目のベクトル和である。ｕ，ｖ，ｗ相の第１項のベクトルをそれぞれＶＡｕ１、ＶＡｖ２、ＶＡｗ３とし、第２項目のベクトルをＶＢｕ１１，ＶＢｖ２２、ＶＢｗ３３とすると、ＶＡｕ１、ＶＡｖ２、ＶＡｗ３は長さが等しく互いに１２０度ずれ、ＶＢｕ１１，ＶＢｖ２２、ＶＢｗ３３は移動子位置ｘに伴って回転するベクトルとなる。
【００３５】
従って、各相分の振幅成分（もしくは位相成分）を規格化してから、加算器８にて加算すると、加算したベクトルから移動子位置の情報を得ることができる。本実施形態では各クリップ回路７にて各相分の交流電圧の振幅を規格化して位相成分のみを取り出す。すなわち、電流−電圧変換器７０にて各相の交流電流を電交流圧に変換し、変換後の各相の電圧をクリップ回路７で一定の振幅にしてから加算器８にて加算する。すると加算したベクトルＶｕｖｗの位相は、移動子２が３ピッチ移動するたびに３６０度回転する。図４のフェーザ図に照らし合わせると、各相の電圧ベクトルは長さが一定となり、位相のみが変動するベクトルに置き換わったことになる。
【００３６】
加算器８にて加算した電圧Ｖｕｖｗは、センサ用三相交流電圧の周波数帯のバンドパスフィルタ９に通し、波形を整え、位相比較器１０にてセンサ用印加電圧のいずれかの相の電圧位相を比較する、このことにより、移動子２の移動量を検出することができる。
【００３７】
図５は、例えば、電極ピッチｐ＝２００μｍ、静電容量Ｃ１＝８０ｐＦ、Ｃ０＝４００ｐＦ、コイル（二次側コイル５２、一次側コイル６１）のインダクタンスＬ＝５０ｍＨ、センサ用３相交流電圧の振幅を１０Ｖ、周波数を３５０ｋＨｚ、とした場合のＩ１，Ｉ２，Ｉ３の位相と移動子位置ｘの関係を示している。この振幅を規格化してから加算したベクトルの位相と移動子位置ｘの関係を図６に示す。図６は、移動子位置ｘに対して、出力電圧の位相は移動子が３ピッチ移動すると、位相が３６０度回転することを示している。
【００３８】
第１実施形態によると、次のような作用効果を奏する。
（１）  第１実施形態の位置センサは、センサ用３相交流電圧を、固定子電極１１に印加するために駆動用３相交流電圧に対して重畳する印加側トランス５（印加手段）と、移動子電極２１から重畳した３相交流信号に基づいてセンサ用３相交流電流を検出する検出側トランス６（検出手段）を備える。
【００３９】
又、位置センサは、検出側トランス６で検出されたセンサ用３相交流電流（複数相のセンサ用交流電流）を交流電圧に変換する電流−電圧変換器７０（電流電圧変換手段）を備え、変換後の交流電圧の振幅を一定の振幅にする（規格化する）クリップ回路７（振幅規格化手段）を備える。さらに、位置センサは、クリップ回路７にて規格化した各相の前記交流電圧を加算する加算器８（加算手段）と、加算器８にて加算した電圧からセンサ用３相交流電圧と同じ周波数成分を取り出すバンドパスフィルタ９（濾波手段）を備える。又、位置センサは、バンドパスフィルタ９にて取り出した電圧位相と、センサ用３相交流電圧のいずれか１つの電圧位相を比較する位相比較器１０（比較手段）を備える。そして、位置センサは、位相比較器１０による電圧位相の比較により、移動子２の位置を検出するようにした。
【００４０】
又、静電アクチュエータの位置検出方法は、センサ用３相交流電圧を、固定子電極１１に印加するために駆動用３相交流電圧に対して重畳するステップと、移動子電極２１から重畳した３相交流電圧（複数相の交流信号）に基づいてセンサ用３相交流電流（センサ用交流電流）を検出するステップを備える。又、前記位置検出方法は、前記検出されたセンサ用３相交流電流を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の振幅をクリップ回路７にて一定の振幅にする（規格化する）規格化ステップと、規格化された各相の前記交流電圧を加算器８にて加算する加算ステップを備える。さらに、前記位置検出方法は、加算した電圧からセンサ用３相交流電圧と同じ周波数成分をバンドパスフィルタ９にて取り出す濾波ステップと、濾波ステップにて取り出した電圧位相と、センサ用３相交流電圧のいずれか１つの電圧位相を位相比較器１０にて比較する比較ステップを備える。
【００４１】
そして、前記位置検出方法は、比較ステップによる電圧位相の比較により、移動子２の位置を検出するようにした。
この結果、前記位置センサ及び位置検出方法は、駆動用電極である固定子電極１１及び移動子電極２１を位置センサ用の電極として併用できるため、静電アクチュエータＳ上にセンサ用の電極や他の位置計測機器を必要としない。従って、本実施形態によれば、静電アクチュエータＳの位置センサを小型化、単純化することができる。
【００４２】
（２）  又、第１実施形態での位置検出方法において、規格化ステップは、電流−電圧変換器７０にて、検出側トランス６で検出された各相の電流をその大きさに応じた交流電圧（電圧信号）に変換するステップと、クリップ回路７にて、各相の前記電圧信号を一定の振幅にするステップとを含むようにした。この結果、前記（１）の作用効果を容易に得ることができる。
【００４３】
（３）  第１実施形態の位置センサ及び位置検出方法は、センサ用３相交流電圧を使用し、駆動用３相交流電圧を使用するようにした。この結果、商用周波数の３相交流電源を利用して、適宜周波数変換すれば、センサ用３相交流電圧及び駆動用３相交流電圧を得ることが容易にできる。
【００４４】
（４）  第１実施形態の位置センサ及び位置検出方法は、センサ用３相交流電圧は高周波の交流電圧とし、駆動用３相交流電圧は低周波の交流電圧とした。
この結果、静電アクチュエータＳの駆動用３相交流電圧の周波数は、例えば、数〜数十Ｈｚの低周波数であるためトランス（印加側トランス５、検出側トランス６）によって外部に対して絶縁できる。従って、トランス（印加側トランス５、検出側トランス６）外部に駆動用３相交流が洩れることがないため、移動子２の位置を検出しながら、効率よく、静電アクチュエータＳを駆動することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を、図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一構成又は相当する構成については同一符号を付してその構成及び作用説明を省略し、異なるところを中心に説明する。なお、静電アクチュエータＳの構成は第１実施形態と同一の構成である。
【００４６】
第２実施形態の位置センサでは、第１実施形態の構成中、クリップ回路７が省略され、その代わりに、ゲインコントローラ７１が接続されている。電流−電圧変換器７０は、検出側トランス６で検出された各相の電流をその大きさに応じた電圧信号（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換し、ゲインコントローラ７１は、前記電圧信号（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）の大きさに応じて基準用３相交流電源８０の基準用３相交流電圧の振幅を変化させる。このことは、各相分の位相成分を規格化し、振幅のみが変動することになる。
【００４７】
前記検出されたセンサ用３相交流電流を前記電流−電圧変換器７０にて交流電圧に変換し、ゲインコントローラ７１にて、変換後の交流電圧の位相を規格化する処理は、規格化ステップに相当する。
【００４８】
加算器８は前述したように振幅がゲインコントローラ７１にて制御された基準用３相交流電圧の３相の電圧を加算する。この加算したベクトルＶｕｖｗ（電圧ベクトル）の位相は、移動子２が３ピッチ移動するたびに基準用３相交流電圧の位相に対して３６０度回転する。図４のフェーザ図に照らし合わすと、各相の電圧ベクトルは互いに１２０度ずつずれた関係にあり、振幅のみが変動するベクトルに置き換わったことになる。
【００４９】
このようにして加算した電圧ベクトルＶｕｖｗは、基準用３相交流の周波数帯のバンドパスフィルタ９に通して、波形を整えてから、基準用３相交流のいずれかの電圧位相と位相比較器１０にて比較することにより、移動子２の移動量を検出する。
【００５０】
第２実施形態では、印加側トランス５、検出側トランス６、電流−電圧変換器７０、ゲインコントローラ７１、加算器８、バンドパスフィルタ９、位相比較器１０とにより、位置センサが構成されている。印加側トランス５は、印加手段に相当し、検出側トランス６は検出手段に相当する。電流−電圧変換器７０は電流電圧変換手段に相当し、ゲインコントローラ７１はゲインコントローラ手段に相当する。そして、電流−電圧変換器７０及びゲインコントローラ７１の両者により、規格化手段を構成する。又、第２実施形態でも加算器８は加算手段に相当し、バンドパスフィルタ９は濾波手段に相当し、位相比較器１０は比較手段に相当する。
【００５１】
第２実施形態によると、第１実施形態の（２）及び（３）の作用効果の他、次のような作用効果を奏する。
（１）  第２実施形態の位置センサは、センサ用３相交流電圧を、固定子電極１１に印加するために駆動用３相交流電圧に対して重畳する印加側トランス５（印加手段）と、移動子電極２１から重畳した３相交流に基づいてセンサ用３相交流電流を検出する検出側トランス６（検出手段）を備える。又、位置センサは、検出側トランス６で検出されたセンサ用３相交流電流（複数相のセンサ用交流電流）を交流電圧に変換する電流−電圧変換器７０（電流電圧変換手段）を備え、変換後の交流電圧の位相を規格化するゲインコントローラ７１（ゲインコントローラ手段）を備える。さらに、位置センサは、ゲインコントローラ７１にて規格化した各相の前記交流電圧を加算する加算器８（加算手段）と、加算器８にて加算した電圧からセンサ用３相交流電圧と同じ周波数成分を取り出すバンドパスフィルタ９（濾波手段）を備える。又、位置センサは、バンドパスフィルタ９にて取り出した電圧位相と基準用３相交流電圧（複数相の基準用交流電圧）のいずれか１つの電圧位相を比較する位相比較器１０（比較手段）を備える。そして、位置センサは、位相比較器１０による電圧位相の比較により、移動子２の位置を検出するようにした。
【００５２】
又、第２実施形態の位置検出方法は、センサ用３相交流電圧を、固定子電極１１に印加するために駆動用３相交流電圧に対して重畳するステップと、移動子電極２１から重畳した３相交流電圧（複数相の交流信号）に基づいてセンサ用３相交流電流（センサ用交流電流）を検出するステップを備える。
【００５３】
又、前記位置検出方法は、前記検出されたセンサ用３相交流電流（複数相のセンサ用交流電流）を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧の位相を規格化する規格化ステップを備える。さらに、位置センサは、ゲインコントローラ７１にて規格化された各相の前記交流電圧を加算器８にて加算する加算ステップと、加算器８にて加算した電圧からセンサ用３相交流電圧と同じ周波数成分をバンドパスフィルタ９にて取り出す濾波ステップを備える。
【００５４】
又、位置センサは、バンドパスフィルタ９にて取り出した電圧位相と基準用３相交流電圧（複数相の基準用交流電圧）のいずれか１つの電圧位相を位相比較器１０にて比較する比較ステップを備える。そして、位置センサは、位相比較器１０による電圧位相の比較により、移動子２の位置を検出するようにした。
【００５５】
この結果、第１実施形態の（１）と同様の効果を奏する。
（２）  又、第２実施形態での位置検出方法において、規格化ステップは、電流−電圧変換器７０にて、検出側トランス６で検出された各相の電流の大きさに応じた交流電圧（電圧信号）に変換するステップを含む。又、規格化ステップは、ゲインコントローラ７１にて、各相の前記電圧信号の大きさに応じて基準用３相交流電圧の振幅を変化させることにより、電流−電圧変換器７０にて変換された後の交流電圧の位相を規格化するステップとを含むようにした。この結果、前記第２実施形態の（１）の作用効果を容易に得ることができる。
【００５６】
なお、本発明は第１実施形態及び第２実施形態に限定するものではなく、下記のように変更してもよい。
（１）  前記各実施形態では、固定子電極１１に印加するために、印加側トランス５により、駆動用３相交流電圧に対してセンサ用３相交流電圧を重畳させ、移動子電極２１から、重畳した３相の交流信号に基づいて検出側トランス６にてセンサ用３相交流電流を検出するようにした。これに代えて、移動子電極２１に印加するために、印加側トランスにより、駆動用３相交流電圧に対してセンサ用３相交流電圧を重畳させ、固定子電極１１から、重畳した３相の交流信号に基づいて検出側トランスにて複数相のセンサ用交流電流を検出するようにしてもよい。このようにしても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５７】
（２）  第１実施形態では、駆動用３相交流電源３、センサ用３相交流電源４を使用したが、３相に限定するものではなく、駆動用、センサ用の交流電源は、同相となるようにして、２相、４相、５相等の交流電源を使用してもよい。
【００５８】
この場合、複数の固定子電極１１はこの複数相の交流電圧が印加されるように接続し、第１実施形態と同様に移動子電極２１は相順が固定子電極１１とは逆順になるように接続するものとする。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項１０の発明によれば、移動子電極と固定子電極を位置センサ用の電極として併用でき、静電アクチュエータ上にセンサ用の電極や他の位置計測機器を設ける必要がないため、位置センサの小型化、単純化を図ることができる。又、位置センサとして、移動子電極と固定子電極の両電極から駆動用交流電圧を印加する静電アクチュエータに適用できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の静電アクチュエータＳと位置センサの概略電気ブロック図。
【図２】静電アクチュエータの回路図。
【図３】静電アクチュエータ内の位置センサ回路モデル図。
【図４】フェーザ図。
【図５】Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の位相と移動子位置ｘの関係を示す説明図。
【図６】移動子位置ｘと出力電圧の位相との関係を示す説明図。
【図７】第２実施形態の静電アクチュエータＳと位置センサの概略電気ブロック図。
【符号の説明】
Ｓ…静電アクチュエータ
１…固定子
２…移動子
３…駆動用３相交流電源
４…センサ用３相交流電源
５…印加側トランス（印加手段）
６…検出側トランス（検出手段）
７…クリップ回路（規格化手段）
８…加算器（加算手段）
９…バンドパスフィルタ（濾波手段）
１０…位相比較器（比較手段）
１１…固定子電極
２１…移動子電極
７０…電流−電圧変換器（電流電圧変換手段）
７１…ゲインコントローラ（ゲインコントローラ手段）
８０…基準用交流電源
【図１】
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【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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