JP4654369B2 - リニアレゾルバ及び変位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアレゾルバ及びこれを用いた変位検出装置に関する。

従来から用いられていたこの種のリニアレゾルバとしては、特許文献１に示されるリニアレゾルバを挙げることができる。

すなわち、特許文献１に開示されたリニアレゾルバにおいては、凹凸状に形成された固定子に対し、凹凸状に形成され可動巻線を有する可動子を移動自在とし、可動子の移動に伴って可動巻線の検出巻線からリニアレゾルバ信号を得るように構成していた。

特開平６−３００５８３号公報

従来のリニアレゾルバは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。

すなわち、凹凸状の固定子に対して凹凸状で可動巻線を有する可動子を所定の間隔を介して直線移動させているため、平面的には固定子と可動子は正確に一致している必要があり、可動子に振れが発生すると検出精度に悪影響が及んでいた。

また、固定子が一体構造であったため、磁界分布が他の磁極に影響し、検出精度を向上させることが困難であった。

更に、たとえ自動巻回機を用いたとしても巻線を規格通りに精度良く巻回することが実際上容易ではなく、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくして検出精度を高めることが困難であった。従って、巻線が巻回する磁芯の磁束効率を低下させることなく、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくできることが望ましい。

そこで、本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁芯の磁束効率を低下させることなく巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ可動子の振れに関係なく安定した高精度な検出精度を得ることができるリニアレゾルバ及び変位検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、長手基台上に分割配置された複数対の磁性体固定子と、磁性材料からなる長手可動子とを備え、一対の磁性体固定子を構成する各磁性体固定子は、各固定子片間に空隙が設けられるように固定子磁芯の両側に設けられた一対の固定子片と、前記固定子磁芯に巻回して設けられた巻線部材とを有し、前記長手可動子は、各磁性体固定子の各固定子片間の空隙内で直線方向に往復移動自在に設けられ、前記複数対の磁性体固定子のうち少なくとも１つの磁性体固定子が有する前記巻線部材は、シートに導電体が渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、前記シートの導電体形成面又はその裏面の少なくとも一部と前記固定子磁芯の側面とが対向するように配置されるリニアレゾルバに関係する。

本発明においては、各固定子片間の空隙であるため、空隙は固定され、磁気的な精度が低下せず、検出誤差が発生しない。また、長手可動子の移動変位の情報は、一対の固定子片の長手可動子の鎖交する量に依存し、長手可動子の振れに依存していない。従って、本発明によれば、可動子の振れに関係なく安定した検出精度を得ることができる。

また本発明においては、励磁磁性体である各磁性体固定子は電気的には一体化するが、磁気的には長手基台上で分割されて独立するため、磁気的な特性を向上させることができる。従って、本発明によれば、各磁性体固定子が分割配置されているため励磁磁界分布のゆがみ等がなく、高精度な位置検出を行うことができる。

また、巻線部材としてシート状コイルを採用するようにしたので、予め所定の導電体パターンが形成されたものを採用するため、巻線を規格通りに精度良く形成することが可能となり、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくすることができるようになる。

更に、本発明によれば、シート状コイルのシートの導電体形成面又はその裏面の少なくとも一部と固定子磁芯の側面と対向するように配置するようにしたので、固定子磁芯の側面と対向している導電体形成面又はその裏面に形成された導電体の電磁誘導に寄与する電磁気的な結合度を弱めることがなく、固定子磁芯の磁束効率を向上させることができるようになる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記巻線部材は、前記シートの両面に導電体が渦巻き状に形成されたシート状コイルであってもよい。

本発明によれば、両面に導電体を形成することで、巻線部材が固定子磁芯に巻装された磁性体固定子をより一層小型化できるようになる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記巻線部材は、励磁巻線用のシート状コイルと、検出巻線用のシート状コイルとを備えることができる。

本発明によれば、励磁巻線及び検出巻線を有するリニアレゾルバにおいて、磁芯の磁束効率を低下させることなく巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ可動子の振れに関係なく安定した高精度な検出精度を得ることができるようになる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記巻線部材は、前記励磁巻線用のシート状コイルと、前記検出巻線用のシート状コイルとがそれぞれ複数枚積層されたシート状積層コイルであってもよい。

本発明によれば、任意の巻線比を実現しつつ、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ固定子磁芯の磁束効率を向上させることができる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記巻線部材は、前記シートに渦巻き状に形成された前記導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される開口部を有し、前記開口部に前記固定子磁芯が挿入されてもよい。

本発明によれば、磁性体固定子の巻線部材の配線パターンも予めシートに形成しておけばよいため、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくでき、且つ固定子磁芯の磁束効率を向上させると共に、巻線部材の配置工程を大幅に簡素化できるようになる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記巻線部材は、前記シートに複数の導電体がそれぞれ渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、該シートに渦巻き状に形成された各導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される複数の開口部を有し、各開口部に各固定子磁芯が挿入されてもよい。

本発明によれば、複数の磁性体固定子を構成する各磁性体固定子の巻線部材の配線パターンも予めシートに形成しておけばよいため、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくでき、且つ固定子磁芯の磁束効率を向上させると共に、巻線部材の配置工程を大幅に簡素化できるようになる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記長手可動子は、前記固定子磁芯に対向する面に形成され波状に変化する変化面を有し、前記長手可動子の移動により前記各固定子片と鎖交する面積が変化するように構成することができる。

本発明によれば、磁性体固定子の各固定子片の空隙内に長手可動子が重合した状態で移動自在に配置されるため、リニアレゾルバ自体の全高を従来よりも低めに抑えることができ、偏平型とすることができる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記変化面は、Ｓｉｎ状あるいはサイクロイド形状に形成されていてもよい。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、前記変化面が変化する周期をλとすると、前記各磁性体固定子は、Ｃｏｓ相固定子及びＳｉｎ相固定子とからなり、前記Ｃｏｓ相固定子とＳｉｎ相固定子のピッチはλ／４であり、前記各Ｃｏｓ相固定子間及び各Ｓｉｎ相固定子間のピッチはλ／２であってもよい。

上記のいずれかの発明によれば、磁芯の磁束効率を低下させることなく巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ可動子の振れに関係なく安定した高精度な検出精度を得ることができるリニアレゾルバを提供できるようになる。

また本発明に係るリニアレゾルバでは、上記のいずれかに記載のリニアレゾルバと、前記リニアレゾルバからの出力に対応したデジタル信号を出力する変換器とを含む変位検出装置に関係する。

本発明によれば、磁芯の磁束効率を低下させることなく巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ可動子の振れに関係なく安定した高精度な検出精度を得ることができるリニアレゾルバを有する変位検出装置を提供できるようになる。

以下、本発明に係るリニアレゾルバ及びこれを用いた変位検出装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成のすべてが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

〔実施形態１〕
図１に、本発明に係る実施形態１のリニアレゾルバの構成の概要を説明するための斜視図を示す。なお、図１において、固定子の励磁巻線及び検出巻線の図示を省略している。

実施形態１におけるリニアレゾルバ３０は、非磁性材料からなる長手基台１、磁性材料からなる長手可動子２０、それぞれが磁性材料からなる複数の磁性体固定子２を含む。長手基台１は、長手形状の長手基台である。複数の磁性体固定子２は、長手基台１上の長手方向に、周期的あるいは非周期的に分割配置され、各磁性体固定子２には後述するように巻線部材が設けられる。

各磁性体固定子２は、図１では４個しか示されていないが、検出仕様に応じて任意の数とすることができ、互いに位相が異なる（すなわち、ピッチが互いにλ／４ずつ異なる）Ｃｏｓ相固定子２Ａ及びＳｉｎ相固定子２Ｂとから構成されている。一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａは、互いにピッチがλ／２間隔で配置され、一対の各Ｓｉｎ相固定子２Ｂは、互いにλ／２間隔で配置される。各一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａ及び各Ｓｉｎ相固定子２Ｂは、図１の構成に限らず、任意の数のｎ（ｎは２以上の自然数）対とすることができる。

図２に、図１の磁性体固定子２の構成例を示す。なお、図２において、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。また、図２では、磁性体固定子２に巻線部材が設けられていない状態の構成を示している。

磁性体固定子２は、固定子磁芯１０、一対の固定子片１１、１２を含む。固定子磁芯１０は、四角板状をなす磁芯である。固定子磁芯１０の両側には、一対の板状をなす固定子片１１、１２が取り付けられ、固定子磁芯１０及び各固定子片１１，１２により全体形状がコ字型又はＵ字型に形成されている。より具体的には、各固定子片間に空隙１５が設けられるように、一対の固定子片１１、１２が、磁性体固定子２の固定子磁芯１０の両端面に設けられる。そして、固定子磁芯１０の側面に、巻線部材４０が巻装される。

図３に、巻線部材が設けられた状態の図１の磁性体固定子２の構成例を模式的に示す。なお、図３において、図２と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

図２の固定子磁芯１０には、図３で示されるように巻線部材４０が設けられる。より具体的には、固定子磁芯１０の周囲（更に具体的には、固定子磁芯１０の側面）に巻線部材が巻回して設けられる。巻線部材４０は、励磁巻線１３と検出巻線１４とを含み、励磁巻線１３及び検出巻線１４が固定子磁芯１０に巻回して設けられる。

このような各磁性体固定子２の各固定子片１１、１２間に形成された空隙１５内には、磁性材からなり長手形状をなす長手可動子２０が図１の矢印Ａの方向に沿って往復移動自在に設けられ、この長手可動子２０は図示しない往復移動部材に接続されて往復移動できるように構成されている。

以上のように、磁性体固定子２は、固定子磁芯１０、各固定子片１１、１２及び巻線部材４０（励磁巻線１３と検出巻線１４）により構成されている。

図４に、図１の長手可動子２０の構成例を示す。図４において、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

長手可動子２０の下面、すなわち、各磁性体固定子２と組み合わせた場合の各励磁巻線１３及び検出巻線１４が巻回された固定子磁芯１０に対向する面は、波状に変化する変化面２１である。この変化面２１は、Ｓｉｎ状又はサイクロイド形状に形成されており、長手方向に沿って連続している。

すなわち、長手可動子２０が各空隙１５内で矢印Ａの方向に往復移動した場合、この変化面２１により各固定子片１１、１２と鎖交する面積がこの変化面２１に沿って変化するように構成されている。

より具体的には、長手可動子２０の変化面２１のうち固定子磁芯１０に最も近接する２頂点の距離が、上記の一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａ及び一対の各Ｓｉｎ相固定子２Ｂの配置間隔の基準となるλとなる。λは、長手可動子２０の変化面２１が変化する周期ということができる。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に、実施形態１に係るリニアレゾルバ３０の動作原理の説明図を示す。図５（Ａ）は、図１の長手可動子２０に対し、Ｃｏｓ相固定子２Ａ及びＳｉｎ相固定子２Ｂの位置を示すために長手可動子２０の側面を表したものである。図５（Ｂ）は、Ｃｏｓ相固定子２Ａ及びＳｉｎ相固定子２Ｂから取り出される検出信号の波形例を表したものである。図５（Ｃ）は、Ｃｏｓ相固定子２Ａ及びＳｉｎ相固定子２Ｂに設けられる巻線部材の励磁巻線及び検出巻線の巻線方向を表したものである。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）において、図１又は図４と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

図１及び図５（Ａ）に示すように、長手可動子２０の可動方向に対して、一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａが、長手可動子２０の変化面２１のうち固定子磁芯１０に最も近接する２頂点の位置に設置される。また、長手可動子２０の可動方向に対して、一対の各Ｓｉｎ相固定子２Ｂが、長手可動子２０の変化面２１のうち固定子磁芯１０に最も遠くなる２頂点の位置に設定される。

一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａの固定子磁芯には、それぞれ図５（Ｃ）に示すように励磁巻線と検出巻線とを含む巻線部材が巻装され、Ｃｏｓ相の検出信号を出力する。また、一対の各Ｓｉｎ相固定子２Ｂの固定子磁芯には、それぞれ図５（Ｃ）に示すように励磁巻線と検出巻線とを含む巻線部材が巻装され、Ｓｉｎ相の検出信号を出力する。

そして、一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａの検出信号の和が図５（Ｂ）のＣｏｓ出力波形となり、一対の各Ｓｉｎ相固定子２Ｂの検出信号の和が図５（Ｂ）のＳｉｎ出力波形となる。従って、一対の各Ｃｏｓ相固定子２Ａの検出信号の和と、一対の各Ｓｉｎ相固定子２Ｂの検出信号の和とを検出することで、長手可動子２０の稼働方向の変位量を検出することができる。

すなわち、実施形態１において、励磁巻線１３に所定の周波数の交流電圧からなる励磁信号を印加すると、各磁性体固定子２が長手基台１上で分割かつ独立して所定の間隔で配設されているため、各励磁巻線１３から発生する磁界分布が長手可動子２０等の影響を受けることなく安定して生成される。

そして、この状態で、各空隙１５内で長手可動子２０を往復移動させると、変化面２１の形状により空隙１５の鎖交量が変化、すなわち、一対の固定子片１１、１２と鎖交する面積が変化し、各検出巻線１４に発生する誘起電圧が、長手可動子２０の移動に伴うリニアレゾルバのレゾルバ信号として、Ｓｉｎ、Ｃｏｓの２相信号が出力される。この２相信号は、Ｒ／Ｄ変換器を介してデジタル化され、デジタル機器の制御に用いられる。

以上のような実施形態１に係るリニアレゾルバ３０は、分割配置された複数の磁性体固定子の空隙内に長手可動子を移動自在とし、磁性体固定子の各固定子片と鎖交する面積を変化させて検出巻線に誘起電圧を発生させて、可動子振れと関係なく高精度な位置検出を行うことができる。

また、実施形態１に係るリニアレゾルバ３０では、磁性体固定子２の固定子磁芯１０に設けられる巻線部材４０は、シート状コイルである。より具体的には、巻線部材４０は、励磁巻線用のシート状コイルと、検出巻線用のシート状コイルとを備える。各シート状コイルは、非導電性のフィルム（例えばポリイミドシート）や基板等からなるシートの平面に、導電体が渦巻き状に形成されたものである。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に、シート状コイルの説明図を示す。図６（Ａ）は、シートに導電体が形成される前の状態を模式的に表したものである。図６（Ｂ）は、シートにコイルとしての導電体が形成される様子を模式的に表したものである。図６（Ｃ）は、シートに形成された導電体を模式的に表したものである。

まず、図６（Ａ）に示すように、ポリイミドシート等のシート４２の表面上に、導電性の金属層４４を形成する。続いて、図６（Ｂ）に示すように、レーザ光Ｌを渦巻き状の所定パターンで金属層４４の上から照射して、照射部分の金属層４４を除去する。この結果、金属線４６の幅を例えば３０μｍ、配線ピッチを例えば５０μｍとするシート状コイルが形成される（図６（Ｃ））。

例えば図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すような工程で形成されたシート状コイルを、巻線部材４０として採用することで、予め所定の導電体パターンが形成されたものを採用するため、巻線を規格通りに精度良く形成することが可能となり、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくすることができるようになる。

更に、実施形態１に係るリニアレゾルバ３０では、シート状コイルからなる巻線部材４０を固定子磁芯１０に設置する方法についても工夫し、巻線部材４０にシート状コイルを採用することに起因する固定子磁芯１０の磁束効率を向上させている。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、実施形態１の比較例における固定子磁芯とシート状コイルとの構成例を模式的に示す。図７（Ａ）は、シート状コイル８０の導電体形成面８２が磁性体固定子の固定子磁芯９０の側面９２とほぼ垂直に配置された状態を模式的に表している。図７（Ｂ）は、固定子磁芯９０の側面９２と平行な断面図の例を模式的に表したものである。

実施形態１の比較例では、図７（Ａ）に示すようなシート状コイル８０の導電体に励磁信号を印加することで磁界が形成され、固定子磁芯９０の磁束が発生する。或いは、固定子磁芯９０の磁束を変化させることで、図７（Ａ）に示すようなシート状コイル８０の導電体に流れる検出信号を変化させる。このとき、図７（Ｂ）に示すように、導電体形成面８２に形成された導電体のうち、固定子磁芯９０の側面９２からの距離が遠い導電体ほど固定子磁芯９０との電磁気的な結合度が弱くなる。そのため、シート状コイル８０のすべての導電体が等しく電磁誘導に寄与できず、固定子磁芯９０の磁束効率を低下させてしまう。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）に、実施形態１における固定子磁芯１０とシート状コイルとの構成例を模式的に示す。図８（Ａ）は、シート状コイル６０の導電体形成面６２又はその裏面が磁性体固定子の固定子磁芯１０の側面５０と対向するように配置された状態を模式的に表している。図８（Ｂ）は、固定子磁芯１０の側面５０と平行な断面図の例を模式的に表したものである。

実施形態１では、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように固定子磁芯１０の側面５０とシート状コイル６０の導電体形成面６２又はその裏面とを平行になるように配置、又は対向配置させることで、シート状コイル６０の導電体形成面６２の導電体と固定子磁芯１０の側面５０との距離をほぼ均一にできる。このように、実施形態１に係るリニアレゾルバ３０では、シート状コイルのシートの導電体形成面又はその裏面の少なくとも一部と固定子磁芯の側面と対向するように配置することで、固定子磁芯１０の側面５０と対向している導電体形成面又はその裏面に形成された導電体の電磁誘導に寄与する電磁気的な結合度を弱めることがなく、固定子磁芯１０の磁束効率を向上させることができるようになる。

以下、実施形態１に係るリニアレゾルバ３０における巻線部材４０について詳細に説明する。

実施形態１における巻線部材４０は、シートの両面に導電体が渦巻き状に形成されたシート状コイルである。両面に導電体を形成することで、固定子磁芯に巻線部材が巻装された磁性体固定子を小型化できるようになる。ここで、シートの導電体形成面又はその裏面が固定子磁芯１０の側面と平行となるように配置（或いは対向配置）するために、簡素な工程で該シートの両面に導電体を形成できることが望ましい。そこで、実施形態１における巻線部材４０は、シートに渦巻き状に形成された導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される開口部を有し、固定子磁芯１０がこの開口部に挿入されることで、固定子磁芯に巻回するよう設けられるようになっている。

図９に、実施形態１における巻線部材４０としてのシート状コイル６０の構成例の斜視図を示す。図９は、シート状コイル６０に形成される切込部と、シートの両面に形成される導電体パターンとを表している。

シート状コイル６０のシートの両面には、渦巻き状に導電体６４が形成されると共に、電極６６、６８、スルーホール７０が形成され、導電体６４と電極６６、６８とは電気的に接続されている。スルーホール７０は、シートの表面（第１の面）に形成された導電体と、該シートの裏面（第２の面）に形成された導電体とを電気的に接続する。また、シートに渦巻き状に形成された導電体の中心領域内には切込部７２が形成されている。すなわち、シートには、切込部７２が形成された領域を中心に、導電体が渦巻き状に形成されている。

シートの表面に、図９に示すような向きで導電体が形成されている場合、シートの裏面に、図９に示すような向きで導電体が形成される。これにより、電極６６から電流が印加されたとき、スルーホール７０を介して裏面の導電体には図９に示すように電流が流れる。この結果、表面の導電体パターンで発生する磁束の向きと、裏面の導電体パターンで発生する磁束の向きとが同一となる。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に、シート状コイル６０に形成される切込部７２により形成される実施形態１における巻線部材４０の模式的な説明図を示す。図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）において、図９と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

まず、図１０（Ａ）に示すようにシート状コイル６０に形成された切込部７２を通る山折り線７４に沿って、シート状コイル６０を２つ折りにする。その結果、シート状コイル６０は、図１０（Ｂ）に示すような形状になる。そこで、図１０（Ｂ）に示す状態から切込部７２を開くと、図１０（Ｃ）に示すように開口部７６が形成される。

図１１に、固定子磁芯１０に巻線部材４０が巻装されている状態の説明図を示す。図１１は、図１０（Ｃ）の開口部７６に、固定子磁芯１０の端面から挿入した様子を表している。こうすることで、固定子磁芯１０の側面に対し、シート状コイル６０の導電体形成面又はその裏面を簡単に対向配置することができる。しかも、シート状コイル６０の導電体形成面には、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、規格通りに精度良く巻線が形成されるので、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ固定子磁芯１０の磁束効率を向上させることができる。

また、巻線部材４０は、励磁巻線用のシート状コイルと、検出巻線用のシート状コイルとを含むが、シート状コイルを複数枚積層させることで、励磁巻線と検出巻線との巻線比を任意の巻線比にすることができる。すなわち、励磁巻線用のシート状コイルと、検出巻線用のシート状コイルとを、それぞれ複数枚積層されたシート状積層コイルとすることで、任意の巻線比を実現しつつ、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ固定子磁芯１０の磁束効率を向上させることができる。

図１２に、実施形態１におけるシート状積層コイルの説明図を示す。

図１３に、実施形態１におけるシート状積層コイルの他の説明図を示す。図１２又は図１３において、図１１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

シート状積層コイルは、複数枚のシート状コイル６０が積層されている。そして、例えばシート状コイル６０の電極６８と、その下層のシート状コイル６０の電極６６とが電気的に接続される。これにより、励磁巻線の巻線数と検出巻線の巻線数とをそれぞれ所望の枚数だけ積層させることで、任意の巻線比の巻線部材を形成することができる。

図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に、図１の複数の磁性体固定子２に設けられる巻線部材に採用されるシート状コイルの説明図を示す。図１４（Ａ）は、励磁巻線用のシート状コイルの平面パターンの一例を模式的に表したものである。図１４（Ｂ）は、Ｃｏｓ相の検出巻線用のシート状コイルの平面パターンの一例を模式的に表したものである。図１４（Ｃ）は、Ｓｉｎ相の検出巻線用のシート状コイルの平面パターンの一例を模式的に表したものである。

図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）のシート状コイルは、シートに複数の導電体がそれぞれ渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、該シートに渦巻き状に形成された各導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される複数の開口部を有する。そして、各開口部に各固定子磁芯が挿入される。

図１４（Ａ）では、シート状コイル１００に、図９に示すような導電体パターンが表面とその裏面とが形成される導電体パターン形成領域１０２が、一対のＣｏｓ相固定子２Ａ、一対のＳｉｎ相固定子２Ｂのそれぞれに対応する位置に形成される。各導電体パターン形成領域１０２間は、図５（Ｃ）の励磁巻線の巻線パターンとなるように配線１０４、１０６、１０８により電気的に接続され、この導電体パターンに励磁信号が印加される。

図１４（Ｂ）では、シート状コイル１１０に、図９に示すような導電体パターンが表面とその裏面とが形成される導電体パターン形成領域１１２が、一対のＣｏｓ相固定子２Ａのそれぞれに対応する位置に形成される。各導電体パターン形成領域１１２間は、図５（Ｃ）のＣｏｓ相の検出巻線の巻線パターンとなるように配線１１４により電気的に接続され、この導電体パターンにＣｏｓ相の検出信号が流れる。

図１４（Ｃ）では、シート状コイル１２０に、図９に示すような導電体パターンが表面とその裏面とが形成される導電体パターン形成領域１２２が、一対のＳｉｎ相固定子２Ｂのそれぞれに対応する位置に形成される。各導電体パターン形成領域１２２間は、図５（Ｃ）のＳｉｎ相の検出巻線の巻線パターンとなるように配線１２４により電気的に接続され、この導電体パターンにＳｉｎ相の検出信号が流れる。

そして、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）のいずれかのシート状コイルを所定の枚数だけ積層させることで、励磁巻線と検出巻線の巻線比を任意の比に設定することができる。

図１５に、図１４（Ａ）のシート状コイル１００の斜視図を示す。図１５は、図１４（Ａ）のシート状コイル１００を２つ折りにして開口部を形成した様子を示しているが、図１４（Ｂ）のシート状コイル１１０、図１４（Ｃ）のシート状コイル１２０も同様に形成することができる。

すなわち、図１４（Ａ）の各導電体パターン形成領域１０２に渦巻き状に形成された導電体の中央領域の切込部を通る山折り線１０９に沿って２つ折りにすることで生成される開口部に、一対のＣｏｓ相固定子２Ａ、一対のＳｉｎ相固定子２Ｂのそれぞれの固定子磁芯が挿入される。

また図１５と同様に、図１４（Ｂ）の各導電体パターン形成領域１１２に渦巻き状に形成された導電体の中央領域の切込部を通る山折り線１１５に沿って２つ折りにすることで生成される開口部に、一対のＣｏｓ相固定子２Ａのそれぞれの固定子磁芯が挿入される。

更に図１５と同様に、図１４（Ｃ）の各導電体パターン形成領域１２２に渦巻き状に形成された導電体の中央領域の切込部を通る山折り線１２５に沿って２つ折りにすることで生成される開口部に、一対のＳｉｎ相固定子２Ｂのそれぞれの固定子磁芯が挿入される。

以上のように、巻線部材４０は、シートに複数の導電体がそれぞれ渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、該シートに渦巻き状に形成された各導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される複数の開口部を有するシート状コイルを採用でき、このシート状コイルの各開口部に各固定子磁芯が挿入される。こうすることで、各磁性体固定子の巻線部材の配線パターンも予めシートに形成しておけばよいため、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくでき、且つ固定子磁芯１０の磁束効率を向上させると共に、巻線部材の配置工程を大幅に簡素化できるようになる。

以上のように、従来のリニアレゾルバは、可動子の移動軸が振れると空隙が変化し精度誤差が発生した。これに対して、実施形態１によれば、各固定子片１１、１２間の空隙１５であるため、空隙１５は固定され、磁気的な精度が低下せず、検出誤差が発生しない。また、長手可動子２０の移動変位の情報は、一対の固定子片１１、１２の長手可動子２０の鎖交する量に依存し、長手可動子２０の振れに依存していない。従って、実施形態１によれば、可動子の振れに関係なく安定した検出精度を得ることができる。

また、従来構成では、励磁磁性体が磁気的に一体化しているが、実施形態１では、励磁磁性体である各磁性体固定子２は電気的には一体化するが、磁気的には長手基台１上で分割されて独立するため、磁気的な特性を向上させることができる。従って、実施形態１によれば、各磁性体固定子が分割配置されているため励磁磁界分布のゆがみ等がなく、高精度な位置検出を行うことができる。

更に、実施形態１によれば、磁性体固定子の各固定子片の空隙内に長手可動子が重合した状態で移動自在に配置されるため、リニアレゾルバ自体の全高を従来よりも低めに抑えることができ、偏平型とすることができる。

更に、実施形態１によれば、巻線部材をシート状コイルとしたので、巻線部材として予め所定の導電体パターンが形成されているため、巻線を規格通りに精度良く形成することが可能となり、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくすることができるようになる。

更に、実施形態１によれば、シート状コイルのシートの導電体形成面又はその裏面の少なくとも一部と固定子磁芯の側面とが平行になるように（或いは対向するように）配置するようにしたので、固定子磁芯１０の側面５０と対向している導電体形成面に形成された導電体の電磁誘導に寄与する電磁気的な結合度を弱めることがなく、固定子磁芯１０の磁束効率を向上させることができるようになる。

更に、実施形態１によれば、シート状コイルのシートに渦巻き状に形成された導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される開口部に、固定子磁芯１０を挿入することで、巻線部材４０を固定子磁芯１０に巻装するようにしたので、巻線を規格通りに精度良く形成し、且つ導電体形成面と固定子磁芯の側面とを対向させる配置を容易に実現できるようになる。

更に、実施形態１によれば、シート状コイルを複数枚積層したシート状積層コイルを巻線部材として採用したので、励磁巻線と検出巻線との巻線比として任意の巻線比を実現しつつ、巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ固定子磁芯１０の磁束効率を向上させることができる。

〔実施形態２〕
実施形態１に係るリニアレゾルバ３０では、図１に示すように１つのシートに複数のコイルが形成されるシート状コイルを巻線部材として採用していたが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１６に、本発明に係る実施形態２のリニアレゾルバの構成の概要を説明するための斜視図を示す。

図１７に、図１６の固定子磁芯と巻線部材の構成例を模式的に示す。図１６又は図１７において、図１又は図８（Ａ）と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

実施形態２に係るリニアレゾルバ３０ａは、図１７に示すように、磁性体固定子２の固定子磁芯１０の側面にシート状コイルの導電体形成面又はその裏面が対向するように巻線部材が、磁性体固定子２それぞれ独立して設けられている。なお、実施形態２に係るリニアレゾルバ３０ａでは、巻線部材として図１１のシート状コイルを固定子磁芯に巻回するように設けてもよい。そして、各巻線部材は、図示しない配線によってＣｏｓ相固定子又はＳｉｎ相固定子として機能するように電気的に接続される。

実施形態２に係るリニアレゾルバ３０ａにおいても、各巻線部材の配線を設ける工程が多少複雑化するものの、実施形態１に係るリニアレゾルバ３０と同様の効果を得ることができる。

図１８に、本発明に係る変位検出装置の構成例のブロック図を示す。図１８において、図１又は図１６と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

本発明に係る変位検出装置２００は、リニアレゾルバ３０（又はリニアレゾルバ３０ａ）と、Ｒ／Ｄ変換器２１０と、バッファアンプ２２０とを含むことができる。Ｒ／Ｄ変換器２１０は、図示しない励磁信号発生装置を含み、バッファアンプ２２０を介してリニアレゾルバ３０に励磁信号を供給する。リニアレゾルバ３０からのリニアレゾルバ信号は、Ｒ／Ｄ変換器２１０に入力され、リニアレゾルバ信号により特定される変位に対応したシリアル出力又はパラレル出力のデジタル信号として出力される。このデジタル信号が、図示しないデジタル機器に供給され、デジタル機器の制御に用いられる。

図１８の構成によれば、磁芯の磁束効率を低下させることなく巻線のコンダクタンスのばらつきを極めて小さくし、且つ可動子の振れに関係なく安定した高精度な検出精度を得ることができるリニアレゾルバを含む変位検出装置を提供できるようになる。

以上、本発明のリニアレゾルバ及びこれを含む変位検出装置を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記の各実施形態では、シート状コイルのシートの両面に導電体が形成される例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シートの片面に導電体が形成されたシート状コイルを巻線部材として採用してもよい。

（２）上記の各実施形態では、シート状コイルが複数枚積層されたシート状積層コイルを用いて、励磁巻線と検出巻線との巻線比を調整するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１つのシートに励磁巻線に対応した導電体と検出巻線に対応した導電体とをそれぞれ独立に形成されたシート状コイルを巻線部材として採用してもよい。

（３）上記の各実施形態では、固定子磁芯が直方体の形状をなしているものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固定子磁芯が円柱形の形状をなしていてもよい。

（４）上記の各実施形態では、１つのシートに１又は複数の導電体パターンを含むシート状コイルを採用するものとしたが、複数の磁性体固定子に巻装する巻線部材として、１つのシートに１つの導電体パターンが形成されたシート状コイルと１つのシートに複数の導電体パターンが形成されたシート状コイルとを混在させてもよい。

本発明に係る実施形態１のリニアレゾルバの構成を示す斜視図。 図１の磁性体固定子２の構成例を示す斜視図。 巻線部材が設けられた状態の図１の磁性体固定子の構成例を模式的に示す斜視図。 図１の長手可動子の構成例を示す斜視図。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は実施形態１に係るリニアレゾルバの動作原理の説明図。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）はシート状コイルの説明図。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は実施形態１の比較例における固定子磁芯とシート状コイルとの構成例を模式的に示す図。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は実施形態１における固定子磁芯とシート状コイルとの構成例を模式的に示す図。 実施形態１における巻線部材としてのシート状コイルの構成例の斜視図。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）はシート状コイルに形成される切込部により形成される実施形態１における巻線部材の模式的な説明図。 実施形態１の固定子磁芯に巻線部材が巻装されている状態の説明図。 実施形態１におけるシート状積層コイルの説明図。 実施形態１におけるシート状積層コイルの他の説明図。 図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は図１の複数の磁性体固定子に設けられる巻線部材に採用されるシート状コイルの説明図。 図１４（Ａ）のシート状コイルの斜視図。 本発明に係る実施形態２のリニアレゾルバの構成の概要を示す斜視図。 図１６の固定子磁芯と巻線部材の構成例を模式的に示す図。 本発明に係る変位検出装置の構成例のブロック図。

符号の説明

１…長手基台、 ２…磁性体固定子、 ２Ａ…Ｃｏｓ相固定子、
２Ｂ…Ｓｉｎ相固定子、 １０，９０…固定子磁芯、 １１，１２…固定子片、
１３…励磁巻線、 １４…検出巻線、 １５…空隙、 ２０…長手可動子、
２１…変化面、 ３０，３０ａ…リニアレゾルバ、 ４０…巻線部材、 ４２…シート、
４４…金属層、 ４６…金属線、 ５０，９２…側面、 ６０，８０…シート状コイル、
６２，８２…導電体形成面、 ６４…導電体、 ６６，６８…電極、
７０…スルーホール、 ７２…切込部、 ７６…開口部、 ２００…変位検出装置、
２１０…Ｒ／Ｄ変換器、 ２２０…バッファアンプ

Claims (10)

1. 長手基台上に分割配置された複数対の磁性体固定子と、
   磁性材料からなる長手可動子とを備え、
   一対の磁性体固定子を構成する各磁性体固定子は、
   各固定子片間に空隙が設けられるように固定子磁芯の両側に設けられた一対の固定子片と、
   前記固定子磁芯に巻回して設けられた巻線部材とを有し、
   前記長手可動子は、各磁性体固定子の各固定子片間の空隙内で直線方向に往復移動自在に設けられ、
   前記複数対の磁性体固定子のうち少なくとも１つの磁性体固定子が有する前記巻線部材は、シートに導電体が渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、前記シートの導電体形成面又はその裏面の少なくとも一部と前記固定子磁芯の側面とが対向するように配置されることを特徴とするリニアレゾルバ。
2. 請求項１に記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記巻線部材は、
   前記シートの両面に導電体が渦巻き状に形成されたシート状コイルであることを特徴するリニアレゾルバ。
3. 請求項１又は２に記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記巻線部材は、
   励磁巻線用のシート状コイルと、検出巻線用のシート状コイルとを備えることを特徴とするリニアレゾルバ。
4. 請求項３に記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記巻線部材は、
   前記励磁巻線用のシート状コイルと、前記検出巻線用のシート状コイルとがそれぞれ複数枚積層されたシート状積層コイルであることを特徴とするリニアレゾルバ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記巻線部材は、
   前記シートに渦巻き状に形成された前記導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される開口部を有し、
   前記開口部に前記固定子磁芯が挿入されることを特徴とするリニアレゾルバ。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記巻線部材は、
   前記シートに複数の導電体がそれぞれ渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、該シートに渦巻き状に形成された各導電体の中心領域内に設けられた切込部を開くことにより形成される複数の開口部を有し、
   各開口部に各固定子磁芯が挿入されることを特徴とするリニアレゾルバ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記長手可動子は、
   前記固定子磁芯に対向する面に形成され波状に変化する変化面を有し、
   前記長手可動子の移動により前記各固定子片と鎖交する面積が変化するように構成したことを特徴とするリニアレゾルバ。
8. 請求項７に記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記変化面は、Ｓｉｎ状あるいはサイクロイド形状に形成されていることを特徴するリニアレゾルバ。
9. 請求項７又は８に記載のリニアレゾルバにおいて、
   前記変化面が変化する周期をλとすると、前記各磁性体固定子は、Ｃｏｓ相固定子及びＳｉｎ相固定子とからなり、前記Ｃｏｓ相固定子とＳｉｎ相固定子のピッチはλ／４であり、前記各Ｃｏｓ相固定子間及び各Ｓｉｎ相固定子間のピッチはλ／２であることを特徴するリニアレゾバ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のリニアレゾルバと、
    前記リニアレゾルバからの出力に対応したデジタル信号を出力する変換器とを含むことを特徴とする変位検出装置。

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