(57)【要約】【課題】ボイスコイルアクチュエータ内に組み込むことが可能であり、ボイスコイルアクチュエータ内の強い磁界による影響を実質的に受けることがない、非接触型センサを提供する。【解決手段】磁石ハウジング１６が、少なくとも１つの磁石２０を収容し、第１の空隙を画定する壁を有する。磁心１８が磁石ハウジング１６に連結されており、磁石ハウジング１６の壁の中心軸線の方向に磁石ハウジング１６の内側表面から延びる。コイルアセンブリが、磁心１８を少なくとも部分的に包む第２の空隙を画定する壁を有し、少なくとも部分的に第１の空隙の内側に位置しており、前記磁石ハウジング１６に対して相対的に直線移動するようになっている。このコイルアセンブリは磁心１８と共に容量性センサを形成し、この容量性センサは、磁石ハウジング１６に対するコイルアセンブリの相対的な位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定するようになっている。【選択図】図１
2007006695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性センサを有するボイスコイルアクチュエータであって、
少なくとも１つの磁石を含み、かつ、第１の空隙を画定する壁を有する磁石ハウジングと、
前記磁石ハウジングに連結されており、かつ、前記磁石ハウジングの前記壁の中心軸線の方向に前記磁石ハウジングの内側表面から延びる磁心と、
前記磁心を少なくとも部分的に包む第２の空隙を画定する壁を有するコイルアセンブリであって、少なくとも部分的に前記第１の空隙の内側に位置しており、かつ、前記磁石ハウジングに対して相対的に直線移動するようになっているコイルアセンブリ
とを備え、
前記コイルアセンブリは前記磁心と共に前記容量性センサを形成し、および、前記容量性センサは、前記磁石ハウジングに対する前記コイルアセンブリの相対的な位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定するようになっている
ボイスコイルアクチュエータ。
【請求項２】
前記コイルアセンブリは、前記磁心の端部表面に対向している内側表面上に、前記コイルアセンブリ上に形成されている少なくとも２つの導電性区域を有し、前記少なくとも２つの導電性区域と前記磁心の前記端部表面は前記容量性センサを形成する請求項１に記載のボイルコイルアクチュエータ。
【請求項３】
前記少なくとも２つの導電性区域は、間隙によって互いに隔てられている２つの金属プレートを備える請求項２に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの導電性区域の各々は、一般的に、半円形の形状を有する請求項２に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項５】
前記少なくとも２つの導電性区域は、円の形状と、前記円の周囲の同心リングの形状とをそれぞれに有する請求項２に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項６】
前記少なくとも２つの導電性区域は、前記コイルアセンブリの前記内側表面上に配置されている低導電性の層の上に配置されている請求項２に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項７】
前記磁心は、前記少なくとも２つの導電性区域に対向している前記端部表面において前記磁心上に形成されている導電性区域を有する請求項２に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項８】
前記位置と速度と加速度の少なくとも１つは、前記容量性センサのキャパシタンスの変化を検出することによって測定される請求項１に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項９】
前記磁心は、第３の空隙を画定する壁を備え、前記コイルアセンブリは、前記コイルアセンブリの内側表面から前記第３の空隙の中に延びかつ前記コイルアセンブリ上に形成されている絶縁棒を有し、前記絶縁棒は、前記絶縁棒上に配置されており、互いと共にコンデンサを形成し、かつ、前記磁心の前記壁と共にそれぞれのコンデンサを形成する１対の導電性区域を有し、これによって前記容量性センサを形成する請求項１に記載のボイルコイルアクチュエータ。
【請求項１０】
前記位置と速度と加速度の少なくとも１つは、前記導電性区域と前記磁心の前記壁との間に形成されているコンデンサの容量性の変化を検出することによって測定される請求項９に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項１１】
前記導電性区域は、間隙を間に挟む形で前記絶縁棒上に取り付けられている金属プレートを含む請求項９に記載のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項１２】
位置制御システムであって、
ボイルコイルアクチュエータであって、少なくとも１つの磁石を有する磁石ハウジングと、前記磁石ハウジングに連結されておりかつ前記磁石ハウジングの内側表面から延びる磁心と、前記磁石ハウジングに対して相対的に直線移動するようになっているコイルアセンブリとを含み、前記コイルアセンブリは前記磁心と共に容量性センサを形成し、前記容量性センサは、前記磁石ハウジングに対する前記コイルアセンブリの相対的な位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定するようになっており、および、出力を発生するボイスコイルアクチュエータと、
前記容量性センサの前記出力を受け取り、および、電圧出力を発生するために前記出力を処理する信号調整回路と、
前記信号調整回路からの前記電圧出力を使用してフィードバック信号を提供する位置／速度制御回路と、
前記位置／速度制御回路からの前記フィードバック信号を使用して前記ボイスコイルアクチュエータを駆動するドライバ
とを含む位置制御システム。
【請求項１３】
ボイスコイルアクチュエータ内の磁石ハウジングに対するコイルアセンブリの相対的な位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定する方法であって、
前記コイルアセンブリが前記磁石ハウジングに対して相対的に移動する時に発生させられるキャパシタンスの変化を検出することと、
前記磁石ハウジングに対する前記コイルアセンブリの相対的な移動を制御するために、前記キャパシタンスの変化を使用してフィードバック信号を発生すること
とを含む方法。
【請求項１４】
前記容量性の変化を、前記コイルアセンブリ上に配置されている１対の導電性区域と、前記磁石ハウジングに連結されている磁心上に配置されている導電性区域との間で生じさせる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記容量性の変化を、前記コイルアセンブリの内側表面に連結されている絶縁棒上に配置されている１対の導電性区域と、前記磁石ハウジングに連結されている磁心の円筒形の壁との間で生じさせ、および、前記磁石ハウジングに対して前記コイルアセンブリが相対的に移動させられるのにつれて、前記絶縁棒を、前記円筒形の壁によって画定されている空隙に出入りするように直線移動させる請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記フィードバック信号を使用して発生させられた駆動信号によって前記ボイルコイルアクチュエータを駆動することをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にセンサに関し、および、さらに特に、大きな磁界の存在下で動作することが可能な、運動センサ、位置センサ、および／または、加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
単純なボイスコイルアクチュエータが、その設計の単純な非接触構造のために、半導体機器、防衛システム、および、生命維持医療システムのような、精密な動きを必要とする様々な用途のための理想的な解決策である。この構造は、典型的には、単純なスピーカに見られる構造と同一である。
【０００３】
ボイスコイルアクチュエータは、コイルに印加される電流に比例した力を生じさせるために永久磁界とコイル巻線（導体）とを使用する、直接駆動型の制限動作装置である。この永久磁界は、１つまたは複数の永久磁石を収容する永久磁石ハウジングによって実現され、一方、コイル巻線は、そのコイル巻線の軸線に沿って永久磁石ハウジングに出入りするように移動するコイルアセンブリの一部分である。
【０００４】
ローレンツの原理がボイスコイルアクチュエータの電気機械的な変換メカニズムを決定する。この物理法則によれば、電流搬送導体が磁界の中に置かれると力がその導体に作用する。磁束密度「Ｂ」と、電流「Ｉ」と、磁界ベクトルおよび電流ベクトルの方向とが、この力の大きさを決定する。さらに、長さ「Ｌ」の合計「Ｎ」個の導体（直列）が磁界内に置かれると、その導体上に作用する力がＦ＝ＫＢＬＩＮによって与えられ、前式中でＫが定数である。したがって、コイルアセンブリと永久磁石ハウジングとの間に加えられる力は、コイルを通過して流れる電流の量に比例している。
【０００５】
ボイスコイルアクチュエータ用途の場合には、特定の大きさの電流が印加される時に、永久磁石ハウジングに対する相対的なコイルアセンブリの動き、位置、および／または、加速度を測定することが望ましい。ボイスコイルアクチュエータ内の強い磁界のために、線形可変変位トランスデューサ（ＬＴＤＴ）はこうした測定には適していない。
【０００６】
現時点では、電位差計と光センサとがボイスコイルアクチュエータと共に使用されるが、これらはそれ自体の欠点を有する。例えば、電位差計を使用する場合には、可変抵抗器または他の接触覚センサがボイスコイルアクチュエータを接触装置に変えてしまい、ボイスコイルアクチュエータは、接点の摩耗と裂け傷とのために寿命が制限される。これに加えて、接触指片の使用を原因とする振動によって大きな騒音が生じさせられる。さらに、光センサはボイスコイルアクチュエータの外側に取り付けられなければならず、および、非常に高コストである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、コイルアセンブリと永久磁石ハウジングとの間の移動を測定するためにボイスコイルアクチュエータ内に組み込むことが可能であり、かつ、ボイスコイルアクチュエータ内の強い磁界による影響を実質的に受けることがない、非接触型センサを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による例示的な実施態様では、ボイスコイルアクチュエータが容量性センサを有する。磁石ハウジングが少なくとも１つの磁石を収容し、および、第１の空隙を画定する壁を有する。磁心が磁石ハウジングに連結されており、および、その磁石ハウジングの内側表面からその磁石ハウジングの壁の中心軸線に方向に延びる。コイルアセンブリは、磁心を少なくとも部分的に包む第２の空隙を画定する壁を有し、少なくとも部分的に第１の空隙の内側に配置されており、および、磁石ハウジングに対して相対的に直線移動するようになっている。コイルアセンブリは、磁心と共に容量性センサを形成し、この容量センサは、磁石ハウジングに対するコイルアセンブリの相対的な位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定するようになっている。
【０００９】
本発明の別の例示的な実施態様では、位置制御システムが提供される。この位置制御システムは、少なくとも１つの磁石を収容する磁石ハウジングと、磁石ハウジングに連結されておりかつ磁石ハウジングの内側表面から延びる磁心と、磁石ハウジングに対して相対的に直線移動するようになっているコイルアセンブリとを含む、ボイスコイルアクチュエータを含む。コイルアセンブリは磁心と共に容量性センサを形成し、この容量センサは、磁石ハウジングに対するコイルアセンブリの相対的な位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定して、出力を発生する。この位置制御システムは、さらに、信号調整回路と、位置／速度制御回路と、ドライバとを含む。信号調整回路は容量性センサの出力を受け取り、および、電圧信号を発生するためにその出力を処理する。位置／速度制御回路は、信号調整回路からの電圧出力を使用してフィードバック信号を提供する。ドライバは、位置／速度制御回路からのフィードバック信号を使用してボイスコイルアクチュエータを駆動する。
【００１０】
本発明によるさらに別の例示的な実施態様では、磁石ハウジングに対する相対的なコイルアセンブリの位置と速度と加速度の少なくとも１つを測定する方法が提供される。コイルアセンブリが磁石ハウジングに対して相対的に移動する時に発生させられるキャパシタンスの変化が測定される。磁石ハウジングに対する相対的なコイルアセンブリの移動を制御するためのフィードバック信号が、このキャパシタンスの変化を使用して発生させられる。
【００１１】
本発明のこれらの側面と他の側面とが、以下の説明と添付図面とによって、より容易に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の例示的な実施形態では、容量性センサが、ボイスコイルアクチュエータの永久磁石ハウジングとコイルアセンブリとの間の相対的な移動、相対的な位置、および／または、相対的な加速度を測定するために使用される。図面を参照すると、容量性センサを含むボイスコイルアクチュエータが示されている。この容量性センサは、典型的には、１対の直列コンデンサと同等である３つのプレートを含むが、他の実施形態では、より多くの数のプレートが使用可能である。特定の例示的な実施形態では、ボイスコイルアクチュエータ内での永久磁石ハウジングに対するコイルアセンブリの相対的な位置が、容量性センサのキャパシタンスを測定することによって求められることが可能である。コイルの位置が求められると、容量性センサの出力が、そのコイルの位置、動き、および／または、加速度を調整するために、制御回路系によって処理されることが可能である。
【００１３】
本発明による直線ボイスコイルアクチュエータの例示的な実施形態が図１に示されている。ボイスコイルアクチュエータ１０は、銅線のような導電性材料の管状コイル１４が周りに巻き付けられているコイルアセンブリハウジング１２を含む。このコイルアセンブリハウジング１２と管状コイル１４は全体としてコイルアセンブリと呼ばれることもある。
【００１４】
コイルアセンブリハウジング１２は、一方の端部が閉じられている概ね円筒形の管を形成する。コイルアセンブリハウジング１２は少なくとも部分的に磁気回路ハウジング１６内に収容されており（すなわち、磁気回路ハウジング１６によって包まれており）、この磁気回路ハウジング１６は、磁石ハウジングまたは永久磁石ハウジングと呼ばれることもある。磁気回路ハウジング１６は概ね円筒形の形状を有し、および、一方の端部が開いている。円筒形のコア１８（すなわち、磁心）が磁気回路ハウジング１６の閉じた端部から延び、磁気回路ハウジング１６の軸方向の中心線に沿って配置されている。図１に示されているコア１８は中実の本体を有する。他の実施形態では、コア１８は、その中に形成されている１つまたは複数の空隙を有してもよい。
【００１５】
磁気回路ハウジング１６は、軟鉄のような強磁性体材料で作られたシェル２２の内側表面上に取り付けられている１つまたは複数の磁石２０を含む。図１に示されている例示的な実施形態では、１つまたは複数の磁石２０が概ね円筒形の形状を有し、および、同様に概ね円筒形の形状を有するシェル２２の内側表面の輪郭にぴったりと合致する。１つの例示的な実施形態では、幾つかの磁石が、半径方向に内側に向いておりかつすべて同一の極性であるように配置されている。
【００１６】
シェル２２はコア１８に接触し、このコア１８も軟鉄のような強磁性体材料で作られている。シェル２２は、コア１８に固定的に取り付けられてもよく、または、コア１８と共に単一の一体化された部品として形成されてもよい。１つまたは複数の磁石２０とシェル２２とコア１８は、磁石２０とコア１８との間を半径方向に延びる磁界を発生する磁気回路を形成する。コイルアセンブリハウジング１２は、そのコイルアセンブリハウジング１２の開いた端部が少なくとも部分的にコア１８を収容し（すなわち、包み）、および、磁気回路ハウジング１６の開いた端部が少なくとも部分的にコイルアセンブリハウジング１２を収容する（すなわち、包む）するように、磁気回路ハウジング１６内に挿入される。
【００１７】
この例示されている実施形態では、導電性材料区域２４が、コイルアセンブリハウジング１２の閉じた端部の内側表面に面しているコアの端部上に配置されている。この導電性材料区域２４は、低導電性の導体である材料層２８によってコア１８から電気的に絶縁されており、および、容量性センサの一部分を形成する。他の実施形態では、この導電性材料区域２４は設けられず、および、その代わりに、コア１８の端面が容量性センサのために使用されてよい。
【００１８】
この容量性センサは、さらに、導電性材料区域２４に対向している、コイルアセンブリハウジング１２の内側に配置されている２つ以上の導電性材料区域３０も含む。これらの区域の中の２つの区域が、電気接点２５によって互いに接続されている。導電性材料区域３０は、材料層３２によってコイルアセンブリハウジング１２から隔てられており、この材料層３２は、低導電性の導体であるという点で材料層２８に類似している。図１に示されている実施形態では、別の導電性材料区域３３が、コイルアセンブリハウジング１２と材料層３２との間に配置されている。導電性材料区域３０と、材料層３２と、導電性材料区域３３は、単純なプリント回路基板構造を有してよい。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態による容量性センサの要素が、図１に示されている本発明のボイスコイルアクチュエータの線２６に沿った断面をとることによって、示されることが可能である。こうした断面が図２に示されている。例示的な実施形態の完全な理解のために不可欠である図２のすべての要素を図１を参照してすでに説明してあるので、これらの要素を図２を参照しながら再び説明することはしない。
【００２０】
コイルアセンブリハウジング１２内に取り付けられている２つの導電性材料区域３０の各々が、コア１８の端部上に取り付けられている導電性材料区域２４と共にコンデンサを形成する。２つのコンデンサは、導電性材料区域２４によって直列に接続されている。したがって、これらの導電性材料区域は、接点２５の間の直列の２つのコンデンサを含む回路を形成する。本発明は理論によって制限されることを意図されてはいないが、これらの導電性材料区域によって形成される２つのコンデンサの理想キャパシタンスは、次式のように考えられ、
【数１】
2007006695.tif 000003
前式中でＣ1とＣ2はそれぞれにコンデンサＣ1、Ｃ2のキャパシタンスを表す。この実施形態／式と他の実施形態／式では、説明を容易にするために、同じ記号がコンデンサとそのキャパシタンスとに対して使用される。
【００２１】
コイルアセンブリハウジング１２（すなわち、コイルアセンブリ）が磁気回路ハウジング１６内を移動するにつれて、コイルアセンブリハウジング１２内に取り付けられている２つの導電性材料区域３０と、コア１８の端部上に取り付けられている導電性材料区域２４との間の距離が変化する。この変化は、さらに、Ｃ1とＣ2のキャパシタンスも変化させる。線形ではないが、値Ｃは、磁気回路ハウジング１６に対するコイルアセンブリハウジング１２の相対的な位置の小さな変化に応じて大きく変化し得る。本発明は理論によって制限されるものではないが、しかし、理論的に言えば、容量性センサの合計キャパシタンスであるキャパシタンスＣの変化が理想的には距離の変化の逆数として変化するだろうということが予測される。
【００２２】
図２の容量性センサの等価回路図である図３において、実際には追加のコンデンサＣA、ＣBが存在しているということが理解できる。コンデンサＣA、ＣBはそれぞれに区域３０と区域３３との間に形成されている。したがって、容量性センサの合計キャパシタンスは次式によって与えられる。
【数２】
2007006695.tif 000004
【００２３】
しかし、コンデンサＣA、ＣBは、固定したキャパシタンスを有するので、可変コンデンサＣ1、Ｃ2を使用して行われる距離測定に影響を与えない。
【００２４】
一実施形態では、導電性材料区域が銅のような金属のプレートで形成されている。この場合には、導電性材料区域２４、３０、３３はプレートまたは金属プレートと呼ばれるだろう。他の実施形態では、任意の他の適切な材料が区域２４、３０、３３を形成するために使用されてよい。低導電性の導体である材料の層が、エポキシガラス（例えば、Ｇ１０）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）TR、または、他の任意の適切な誘電性材料のような任意の適切な誘電性材料で構成されている。ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）TRは、Ｄｅｌａｗａｒｅ州の企業であるＥ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  Ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標である。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態によるコイルアセンブリハウジング１２の閉じた端部の内部に取り付けられている２つの導電性材料区域３０の配置が図４に示されており、この図４は、図２の容量性センサで使用されるパターンを示す。２つの導電性材料区域３０は半円に類似しており、間隙３６によって隔てられている。上述したように、これらの導電性材料区域３０は、図１および図２に示されている導電性材料区域２４と組み合わさってコンデンサを形成する。
【００２６】
他の実施形態では、コンデンサが、互いに電気的に絶縁されている区域を含む導電性材料の様々なパターンを使用して形成されることが可能である。例えば、２つの導電性材料区域が円４０と同心リング４２である本発明の実施形態が図５に示されている。この円と同心リングとが間隙４４によって隔てられている。
【００２７】
本発明による容量性センサを含むボイスコイルアクチュエータの別の例示的な実施形態が図６に示されている。図６のボイスコイルアクチュエータは、上に取り付けられている管状コイル１４′を有するコアアセンブリハウジング１２′と、上に取り付けられている１つまたは複数の永久磁石２０′を有する磁気回路ハウジング１６′とを含むという点で、図１と図２に示されているボイスコイルアクチュエータに類似している。しかし、その容量性センサの形状構成は異なっている。
【００２８】
図６に示されている例示的な実施形態では、コアアセンブリハウジング１２′は、絶縁棒５０を含む。この絶縁棒５０は、この絶縁棒５０とコアアセンブリハウジング１２′の閉じた端部とが同軸であるように、コアアセンブリハウジング１２′の閉じた端部に連結されている。絶縁棒５０は、２つの導電性材料区域５２を含む。ボイスコイルアクチュエータが組み立てられる時に絶縁棒５０を収容するために、コア１８′が中空であり、かつ、空隙５４を有する。完成した構造においては、その絶縁棒５０はコア１８′内の空隙５４の中に挿入される。
【００２９】
導電性材料区域の位置が、図６における線５６に沿ってとられた横断面において示されており、この横断面は図８に示されている。絶縁棒５０は、２つの間隙５７によって隔てられている絶縁棒の外側表面を覆う２つの導電性材料区域５２を有する。絶縁棒の内部は、低導電性の導体である空気または他の材料によって満たされ得る。絶縁棒５０は概ね円筒形の形状を有し、および、２つの導電性材料区域５２は、概ね半円形の横断面を有しかつ絶縁棒５０の輪郭にぴったりと合致するように形成されている。間隙５７のために、２つの導電性材料区域５２の横断面は完全な半円形ではない。
【００３０】
絶縁棒５０は、エポキシガラス（例えば、Ｇ１０）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）TR等のような任意の適切な誘電性材料で作られている。一実施形態では、２つの導電性材料区域５２は、銅プレートまたは他の任意の適切な金属で形成されている。この２つの導電性材料区域５２は、プレートの形に形成されている時に、プレートまたは金属プレートと呼ばれることもある。
【００３１】
図６と図８とに示されている２つの導電性材料区域５２の各々が、コア１８′の形成に使用された強磁性体材料と共にコンデンサを形成する。コア１８′の強磁性体材料は、２つのコンデンサを直列に接続する役割も果たす。第３のコンデンサが、２つの導電性材料区域５２によって形成される。この第３のコンデンサは、直列に接続されているその２つのコンデンサと並列である。
【００３２】
コイルアセンブリハウジング１２′がコア１８′に対して相対的に移動するにつれて、コア１８′内に収容されている（すなわち、コア１８′によって包まれている）絶縁棒５０上の導電性材料区域５２の割合が変化し得る。この変化が、導電性材料区域５２とコア１８′とによって形成されている２つのコンデンサのキャパシタンスの変動を生じさせる。理論的に言えば、このコンデンサのキャパシタンスがこのコンデンサのプレートの面積に対して直接的に変化するだろうということが予想される。導電性材料区域５２とコア１８′の強磁性体材料とによって形成されている２つのコンデンサの場合には、可変キャパシタンスを実現する各コンデンサのプレートの区域が、コア１８′内に収容されている（すなわち、コア１８′によって包まれている）絶縁棒５０上の導電性材料区域５２の一部分に相当する。
【００３３】
絶縁棒５０上の２つの導電性材料区域５２が互いに対して固定されているので、第３のコンデンサのキャパシタンスは、コイルアセンブリハウジング１２′の位置に応じて変化することはない。
【００３４】
コンデンサＣ3が、直列に配置されている可変コンデンサＣ1、Ｃ2と並列に配置されているということが、図６の容量性センサの等価回路図である図７において理解される。上述したように、コンデンサＣ3は、導電性材料区域５２の中間に形成されている。
【００３５】
上述したように、本発明の範囲は、理論によっては制限されないことが意図されている。すなわち、図６に示されているセンサのキャパシタンスは、理想的には、次式によって与えられるキャパシタンスを有し、
【数３】
2007006695.tif 000005
前式中で、Ｃ1とＣ2は、導電性材料区域とコアの強磁性体材料とによって形成されている２つのコンデンサのキャパシタンスであり、Ｃ3は、２つの導電性材料区域５２によって形成されているコンデンサのキャパシタンスである。
【００３６】
上述したように、キャパシタンスＣ1、Ｃ2はコイルアセンブリハウジング１２′の位置に応じて直線的に変化し、および、キャパシタンスＣ3は固定されている。したがって、理論的には、コイルの移動に応じたキャパシタンスＣの直線的な変化が予測される。
【００３７】
上述したように、本発明による例示的な実施形態における容量性センサは、ボイスコイルアクチュエータの磁気回路ハウジングに対するボイスコイルアクチュエータのコイルの相対的な位置に応じて変化するキャパシタンスを有する。様々な回路が、本発明によるセンサの出力を監視するために使用可能である。容量性センサの出力を監視および信号調整するための幾つかの方法がある。最も一般的な方法が、差動増幅器による方法と周波数発信器による方法である。
【００３８】
本発明の例示的な実施形態による容量性センサと共に使用するための信号調整回路が図９に示されており、この回路は単純なブリッジ回路である。図９では、可変コンデンサＣ11が、図２または図６の容量性センサの可変キャパシタンスＣを表す。可変コンデンサＣ11は、増幅器１００の反転入力と電圧源１０２との間に接続されている。コンデンサＣ13が、増幅器１００の非反転入力と電圧源１０２との間に接続されている。さらに、コンデンサＣ14が増幅器１００の非反転入力と接地との間に接続されている。これに加えて、コンデンサＣ12が増幅器１００の反転入力と増幅器１００の出力との間に接続されている。図９の信号調整回路の出力が、接地に対してＶｏｕｔの電圧を有する。
【００３９】
出力Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝１／２（１−Ｃ12／Ｃ11）Ｖｉｎによって定義され、前式中でＣ11はセンサのキャパシタンス（すなわち、容量性センサのキャパシタンスＣ）であり、Ｃ12は１／２Ｃ11ｍａｘ（すなわち、可変キャパシタンスＣ11の最大キャパシタンスの半分）であり、Ｃ13＝Ｃ14である。Ｃ11＝Ｃ12である時に、Ｖｏｕｔ＝０である。
【００４０】
図９の信号調整回路が適切であり、かつ、可変キャパシタンスＣ11の変化に比例している出力を提供するが、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）技術における現在の進歩によって、図１０に示されているような典型的な既製品の容量性センサドライバが、容易に入手可能であり、および、より理想的な信号調整回路を実現する。図１０の回路は電荷補償フィードバックループに基づいており、および、２つのキャパシタンス（すなわち、Ｃ21とＣ22）の合計に対するこれらのキャパシタンスの差をアナログ値に変換する。この場合には、Ｃ21は図２または図６の容量性センサの可変キャパシタンスＣである。図１０の信号調整回路の出力特性は、
【数４】
2007006695.tif 000006
であり、前式中でＧはその増幅器の利得であり、ＶｃｃはＡＳＩＣチップの供給電圧である。当業者に公知である任意の他の適した回路系が、アナログ電圧出力を発生するために使用されてもよい。
【００４１】
図１１から理解できるように、周波数発信器による方法においては、可変キャパシタンスＣ31がタイマ１２０（例えば、５５５タイマ）を使用してＲＣ発信器回路に適用される時に、タイマ１２０の出力周波数がキャパシタンスの変化に応じて変化する。供給電圧＋Ｖｃｃが分圧器抵抗器Ｒａ、Ｒｂによって分圧されてタイマ１２０に印加されるということが、図１１において理解できる。可変コンデンサＣ31がタイマ１２０と接地との間に接続されている。コンデンサＣ32もタイマ１２０と接地との間に接続されている。この場合には、可変コンデンサＣ31は、図２と図６の容量性センサの可変キャパシタンスＣを表す。
【００４２】
上述したように、ボイスコイルアクチュエータは様々な用途に使用されることが可能である。本発明の例示的な実施形態におけるボイスコイルアクチュエータの１つの典型的な用途が位置制御操作にある。位置制御操作では、コイルの位置と速度とが感知され、および、フィードバック信号がそのコイルの位置を制御するために使用される。本発明の例示的な実施形態における容量性センサが、例えば、位置、速度、および／または、加速度を検出するために使用され、および、フィードバックを提供してよい。
【００４３】
図１２において理解できるように、ボイスコイルアクチュエータ２００が容量性センサ２０２を含む。ボイスコイルアクチュエータ２００と容量性センサ２０２は、例えば、それぞれに図２または図６のボイスコイルアクチュエータと容量性センサとであり得る。容量性センサ２０２の容量性センサ出力が電荷調整回路２０４に与えられ、この電荷調整回路２０４は位置／速度制御回路２０６に電圧出力を提供する。信号調整回路２０４は、例えば、図９−１１に示されている信号調整回路のどれであってもよいし、または、任意の他の適切な信号調整回路であってもよい。ボイスコイルアクチュエータ２００におけるコイルアセンブリの移動の位置、速度、および／または、加速度を制御するためにドライバ２０８にフィードバックを提供するための位置／速度制御回路２０６の製作と使用は、当業者に公知である。ドライバ２０８は、ボイスコイルアクチュエータ２００の磁石ハウジングに対するセンサアセンブリの相対的な位置、速度、および／または、加速度を調整するように、ボイスコイルアクチュエータを駆動する。例えば、ドライバ２０８は、ボイスコイルアクチュエータ２００を駆動するための電流を供給してもよい。
【００４４】
本発明を特定の例示的な実施形態に関連付けて説明してきたが、当業者は、本発明の着想と範囲とから逸脱することなしに、このシステムに対して追加の変型と置換と変更とが行われることが可能であるということを理解するだろう。例えば、上述の説明が円形コイルを取り上げているが、正方形コイルのような任意の形状のコイルが使用可能である。これに加えて、本発明によるボイスコイルアクチュエータの他の構成要素が、そのコイルの形状に適合する形状であることが可能である。したがって、本発明の範囲が、例示されている実施形態によっては決定されず、添付されている特許請求の範囲とその等価物とによって決定されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の例示的な実施形態による容量性センサを含むボイスコイルアクチュエータの斜視破断図である。
【図２】図１のボイスコイルアクチュエータの略断面図である。
【図３】図２に示されている容量性センサの等価回路図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による２つの導電性材料区域の平面図である。
【図５】本発明の別の例示的な実施形態による２つの導電性材料区域の平面図である。
【図６】コイルアセンブリハウジングに取り付けられている絶縁棒の上に配置されている導電性材料区域を含む、本発明の別の例示的な実施形態による容量性センサを有するボイスコイルアクチュエータの略断面図である。
【図７】図６に示されている容量性センサの等価回路図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による絶縁棒の略横断面図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による容量性センサのための信号調整回路の回路図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による容量性センサのための、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）を使用して実現された信号調整回路の等価回路図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による周波数発信器による方法に使用されるタイミング回路の回路図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による位置制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    ボイスコイルアクチュエータ
１２    コイルアセンブリハウジング
１４    管状のコイル
１６    磁気回路ハウジング
１８    コア
２０    磁石
２２    シェル
２４    導電性材料区域
２５    電気接点
２８    材料層
３０    導電性材料区域
３２    材料層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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