以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
<構成>
図25を用いて位置検出システムの概略構成を示す。磁石M1(2604)は位置検出装置1(2601)に取り付けられた磁石である。磁石M2(2609)は位置検出装置2(2602)に取り付けられた磁石である。
位置検出装置1(2601)は、第1のホールセンサS1−1と第2のホールセンサS1−2を有している。位置検出装置2(2602)は第1のホールセンサS2−1と第2のホールセンサS2−2を有している。
磁石M1(2604)、磁石M2(2609)は直方体で単極着磁されているものである。下記の具体例では、磁石はすべてネオジム焼結磁石で、残留磁束密度は1200mT(一般的なネオジウム焼結磁石の値)のものとする。当然、ここで示すのは1例であり、これに限定されるものでないことは言うまでもない。
図25において、位置検出装置1(2601)と位置検出装置2(2602)とは同様な構成をなす。以下で各位置検出装置の構成を説明する。磁石M1(2604)の着磁方向ベクトル2605と磁石M1の運動方向(2606)は矢印で示されている。位置検出装置1(2601)において、第1のホールセンサS1−1と第2のホールセンサS1−2は規定の間隔を隔てて基板2610上に実装され、直方体磁石M1(2604)はホールセンサS1−1、S1−2に対向するように配置される。同様に、磁石M2(2609)の着磁方向ベクトル2607と磁石M1の運動方向(2608)は矢印で示されている。位置検出装置2(2602)において、第1のホールセンサS2−1と第2のホールセンサS2−2は規定の間隔を隔てて基板2611上に実装され、直方体磁石M2(2609)はホールセンサS2−1、S2−2に対向するように配置される。ホールセンサの感度は2.4mV/mT(一般的なホールセンサの感度)であり、ホールセンサS1−1とホールセンサS1−2が検出した信号は、アンプ2613に送信され、ホールセンサS2−1とホールセンサS2−2が検出した信号は、アンプ2612に送信される。さらに、アンプ2613とアンプ2612とからA/Dコンバータ2614に信号が送信される。そして、A/Dコンバータ2614から処理回路2615に信号が送信され、信号が処理される。そして、処理回路2615は、駆動回路2616に信号を送信し、駆動回路2616は、磁石M1(2604)を有する駆動部品および磁石M2(2609)を有する駆動部品の位置を制御する。
ここで、ホールセンサS1−1とS1−2は、直線2603a上にあり、ホールセンサS2−1とS2−2は、直線2603b上にある。
位置検出システムの評価は、構成する個々の位置検出装置の分解能で行った。分解能は、実際の移動距離と位置検出装置が検出した移動距離の差を誤差とし、その誤差の最大値を磁石の可動範囲で除した値とする。単位は[μm/mm]である。
次に、ホールセンサの出力から磁石の位置を求める手順を、図26を用いて説明する。ここでは、位置検出装置1(2601)のホールセンサS1−1、S1−2の出力から磁石M1(2604)の位置を求める手順を示す。位置検出装置2(2602)のホールセンサS2−1、S2−2の出力から磁石M2(2609)の位置を下記と同様な手順で求めることができる。図26には、磁石M1(2604)の移動範囲2701、磁石M1(2604)が移動する左端2702、磁石M1(2604)が移動する右端2704、磁石M1(2604)がホールセンサS1−1、S1−2に対して中心に位置しているときの磁石M1(2604)の中心位置2703が示されている。磁石M1(2604)が移動範囲2701を端から端に動く際のホールセンサS1−1、S1−2の出力は、センサ位置により異なる。磁石M1(2604)に対して最適な位置にホールセンサS1−1、S1−2を配置した場合、これら二つのホールセンサからの信号を、処理回路2615によって(出力信号A−出力信号B)/(出力信号A+出力信号B)の演算を行うと、磁石の移動に対し線形に近い信号を得る事ができる。この際、磁石とホールセンサの配置によっては、(出力信号A−出力信号B)の演算でも、磁石の移動に対し線形に近い信号を得ることができる。よって、配置関係によっては、磁石の位置を算出する時に(出力信号A−出力信号B)を用いても構わない。
図26において、磁石の左端が可動範囲の左端2702に位置したとき、ホールセンサS1−1、S1−2はそれぞれ中段のグラフの△で示した値を出力する。その出力を処理回路で演算を行い、下段に示す線形化信号△を出力する。次に、磁石の右端が可動範囲の右端に位置した時も同様の処理を行う。磁石が右端2704に位置した時の出力信号A、Bと線形化信号は、それぞれ中段と下段のグラフにおいて□で示される。線形化信号△と線形化信号□の2点を直線補間したものを線形式として定義し、実際に磁石が動いた時は、この線形式に当てはめて磁石の位置を算出する。
以上は、ホールセンサの信号は磁束密度に比例する事から、静磁場解析のコンピュータによる磁気シミュレーションを行い、その磁束密度を図26におけるホールセンサの信号に対応させ、位置検出装置の検出分解能の計算を行った。
静磁場解析のコンピュータシミュレーションは磁場H[A/m]を求める事が可能であれば微分方程式法(有限要素法、差分法など)、積分方程式法(境界要素法、磁気モーメント法など)何れを用いても構わない。
なお、以下で説明する本発明に係る実施形態に係る位置検出システムを、光学系において用いることができる。そして、上記光学系を撮像装置に用いることもできる。
<位置検出システム>
以下で説明する本発明に係る実施形態に係る位置検出システムは、すべて2つの位置検出装置からなる。一方の位置検出装置を位置検出装置1、他方の位置検出装置を位置検出装置2とする。本発明の特徴である磁石の着磁方向、ホールセンサの感磁面方向、磁石の運動方向、磁石形状、センサ位置等の具体的な実施条件と比較条件を表1、2に示す。また、磁石配置図を図4〜14、構成図を図15〜24に示す。
構成図において、磁石M1は位置検出装置1に取り付けられた磁石である。磁石M2は位置検出装置2に取り付けられた磁石である。長さMl1は位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の長さである。長さMl2は位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の長さである。幅Mw1は位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅である。幅Mw2は位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅である。厚みMh1は位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の厚みである。厚みMh2は位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の厚みである。以上では、x軸方向を長さ、y軸方向を幅、z軸方向を厚みと定義した。
ホールセンサS1−1は位置検出装置1に取り付けられた第1のホールセンサである。S1−2は位置検出装置1に取り付けられた第2のホールセンサを示している。ホールセンサS2−1は位置検出装置2に取り付けられた第1のホールセンサである。ホールセンサS2−2は位置検出装置2に取り付けられた第2のホールセンサである。
Sd1は位置検出装置1の第1のホールセンサS1−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS1−2の感磁面の中心との距離である。Sd2は位置検出装置2の第1のホールセンサS2−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS2−2の感磁面の中心との距離である。
距離Mdは位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が、互いに移動して最も近接した時の、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離を示している。ただし、後に示す実施条件5、実施条件6、実施条件7、比較条件4のように位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が重心を支点として、X軸に対してX−Y平面で傾斜している場合においては、距離Mdは磁石M2がX−Y平面で傾斜していない状態での、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が、互いに移動して最も近接した時の磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離を示している。
距離MS1は位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の二つのホールセンサS1−1、S1−2に対向する面から、二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面の中心までの距離を示している。
距離MS2は位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の二つのホールセンサS2−1、S2−2に対向する面から、二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面の中心までの距離を示している。
回転角度Mth2は位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度を示している。
距離Mcは位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の重心と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の重心のY軸方向の距離を示している。
すべての実施条件と比較条件において、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を位置検出装置1に最も近接するように移動させた条件、つまり位置検出装置2に取り付けられた磁石M2から発生する磁束密度が位置検出装置1の分解能に最も影響を与える条件で位置検出装置1の分解能を算出している。また、すべての実施条件と比較条件において、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を位置検出装置2に最も近接するように移動させた条件、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1から発生する磁束密度が位置検出装置2の分解能に最も影響を与える条件で位置検出装置2の分解能を算出している。
すべての実施条件、比較条件において、位置検出装置1の磁石M1の移動方向と、位置検出装置2の磁石M2の移動方向はX軸方向とした。
位置検出装置1、2おける磁石の大きさ、ホールセンサの個数、配置関係は参考として載せたが実際の使用はこれに制限されるものではない。
<実施条件1>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
以下で、図15における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
実施条件1の構成の概略図を図4、15に示す。
まず、実施条件1の位置検出装置1に関する各構成部品のパラメータの最適値について記載する。
位置検出装置1の磁石M1の長さMl1=2.00mm、位置検出装置1の磁石M1の幅Mw1=1.00mm、位置検出装置1の磁石M1の厚みMh1=1.00mmとする。
また、位置検出装置1の第1のホールセンサS1−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS1−2の感磁面の中心との距離Sd1=0.8mm、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の二つのホールセンサS1−1、S1−2に対向する面から、二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面までの距離MS1=1.8mmとする。
磁石M1の着磁方向ベクトルはZ軸方向とし、2個のホールセンサS1−1、S1−2の検出可能である磁束密度の方向はZ軸方向とする。また、2個のホールセンサS1−1、S1−2は、磁石M1の幅Mw1の線分を垂直2等分するX−Z平面上(磁石M1の対称面)に配置する。磁石M1の移動方向はX軸方向とする。
上記設計の際、ホールセンサS1−1、S1−2をばらばらに実装基板に搭載するよりも、全てのホールセンサS1−1、S1−2を1つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサS1−1,S1−2の配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えば、Si基板上に全てのホールセンサS1−1,S1−2を設けることも可能である。従って、ホールセンサS1−1とホールセンサS1−2とを、1つのパッケージ内に封入することが望ましい。このことは、本発明が適応される位置検出システムの全てにおいて適応されることはいうまでもない。
図27〜29は、直方体磁石M1の移動距離に対する磁束密度の変化を示す。図27は磁石M1の移動距離に対する第1のホールセンサS1−1の位置での磁束密度変化11を、図28は磁石M1の移動距離に対する第2のホールセンサS1−2の位置での磁束密度変化12を、図29は磁石の移動距離に対する、第2のホールセンサS1−2の位置での磁束密度から第1のホールセンサS1−1の位置での磁束密度を引いた磁束密度の差の変化13を、表している。
これにより、磁石M1の移動に対して第2のホールセンサS1−2の位置での磁束密度から第1のホールセンサS1−1の位置での磁束密度を引いた差磁束密度が線形に近い曲線で変化することが分かる。
ホールセンサの出力電圧は磁束密度の大きさに比例するので、第1のホールセンサS1−1の出力電圧Vaと、第2のホールセンサS1−2の出力電圧Vbとの差分値は、磁石M1の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことになる。
図30は、上記パラメータでの構成例において、直方体磁石M1の移動に対する、ホールセンサS1−1の出力電圧Vaと、ホールセンサS1−2の出力電圧Vbとの差分値(Va−Vb)を、出力電圧の和(Va+Vb)で割った値を、磁気シミュレーションで求めた結果を示す。図30(b)は、図30(a)の領域22を拡大した図であり、理想直線21(線形式)と磁気シミュレーションの結果が示されている。
磁気シミュレーションの前提として、2個のホールセンサS1−1,S1−2の感度を2.4mV/mT(一般的なホールセンサの感度)、直方体磁石の残留磁束密度Brを1200mT(一般的なネオジム焼結磁石の値)として行った。
図27〜30に示した磁気シミュレーション結果より、位置検出装置1では、直方体磁石M1の移動に対する、ホールセンサS1−1の出力電圧Vaと、ホールセンサS1−2の出力電圧Vbとの差分値を、出力電圧の和で割った値が高い線形性を持ち、理想の直線(線形式)とよく一致することが分かる。
ここで、図30(a)に記載した理想直線21は、直方体磁石M1の移動距離が+1mmにおける2個のホールセンサS1−1,S1−2の出力電圧の差分値(Va−Vb)を、出力電圧の和(Va+Vb)で割った値と、直方体磁石の移動距離が−1mmにおける2個のホールセンサS1−1,S1−2の出力電圧の差分値(Va−Vb)を、出力電圧の和(Va+Vb)で割った値とを結んだ直線と定義した。
図30(b)より、第1のホールセンサS1−1の出力電圧Vaと、第2のホールセンサS1−2の出力電圧Vbとの差分値(Va−Vb)を、出力電圧の和(Va+Vb)で割った値は、少しではあるが理想直線21からずれているのが分かる。
一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、第1のホールセンサS1−1の出力電圧Vaと、第2のホールセンサS1−2の出力電圧Vbとの差分値(Va−Vb)を、出力電圧の和(Va+Vb)で割った値の理想直線21からのずれが大きければ、位置検出誤差が大きくなる。
図31は、直方体磁石M1の移動距離が+1mmにおける2個のホールセンサS1−1,S1−2の出力電圧の差を和で割った値と、直方体磁石M1の移動距離が−1mmにおける2個のホールセンサS1−1,S1−2の出力電圧の差分値を和で割った値を結んだ直線を理想直線21として、理想直線21と図30に示した磁気シミュレーションの結果とのずれから換算した位置検出における誤差を示した図である。
図31に示す結果より、位置検出装置1は単体であれば、位置検出誤差は最大でも4.4μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して4.4[μm]÷2[mm]=2.2[μm/mm](0.22%)と高精度な位置検出を達成していることが分かる。
当然、図31で示した磁気シミュレーション結果から最小2乗法で求めた直線を理想直線21としてもかまわない。最小2乗法で求めた直線を理想直線21とすると、さらに位置検出誤差は小さくなり、分解能は高くなる。このことは、本発明が適応される位置検出システムの全てにおいて適応されることはいうまでもない。
次に、実施条件1の位置検出装置2に関する各構成部品のパラメータの最適値について記載する。
位置検出装置2の磁石M2の長さMl2=2.30mm、位置検出装置2の磁石M2の幅Mw2=2.1mm、位置検出装置2の磁石M2の厚みMh2=0.90mmとする。
また、位置検出装置2の第1のホールセンサS2−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS2−2の感磁面の中心との距離Sd2=0.8mm、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の二つのホールセンサS2−1、S2−2に対向する面から、二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面までの距離1.0mmとする。
磁石M2の着磁方向ベクトルはY軸方向とし、2個のホールセンサS2−1、S2−2の検出可能である磁束密度の方向はY軸方向とする。また、2個のホールセンサS2−1、S2−2は、磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面上に配置する。磁石M2の移動方向はX軸方向とする。
上記の構成で位置検出装置1と同様の計算を行ったところ、位置検出装置2は単体であれば、位置検出誤差は最大でも5.8μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)と高精度な位置検出を達成していることが分かる。
次に、実施条件1の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件1の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)が同一平面上かつ各々近接する位置検出装置のホールセンサを含むように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面が同一直線上(X軸に平行な直線)に載るように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行にX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M2が位置検出装置1の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について、位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも4.4μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して4.4[μm]÷2[mm]=2.2[μm/mm](0.22%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大でも5.8μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)となった。これは、位置検出装置2が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。
これらの結果から、本発明の位置検出システムでは、比較条件に比べ位置検出装置を近接して配置しても磁場の位置検出精度への相互干渉を抑えることができ、高精度かつ小型である位置検出システムを実現できることが分かる。
<比較条件1>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図20における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
比較条件1の概略構成を図9、20に示す。
比較条件1の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置1と同じである。
以下、比較条件1の位置検出装置2に関する各構成部品のパラメータの最適値について記載する。
位置検出装置2の磁石M2の長さMl2=2.1mm、位置検出装置2の磁石M2の幅Mw2=1.1mm、位置検出装置2の磁石M2の厚みMh2=1.0mmとする。
また、位置検出装置2の第1のホールセンサS2−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS2−2の感磁面の中心との距離Sd2=1.6mm、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の二つのホールセンサS2−1、S2−2に対向する面から、二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面までの距離MS=1.0mmとする。
磁石M2の着磁方向ベクトルはX軸方向とし、2個のホールセンサS2−1、S2−2の検出可能である磁束密度の方向はX軸方向とする。また、2個のホールセンサS2−1、S2−2は、磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面上に配置する。磁石M2の移動方向はX軸方向とする。
上記の構成で実施条件1の位置検出装置1と同様の計算を行ったところ、比較条件1の位置検出装置2は単体であれば、位置検出誤差は最大でも1.49μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して1.49[μm]÷2[mm]=0.75[μm/mm](0.075%)と高精度な位置検出を達成している。
次に、比較条件1の位置検出装置1と位置検出装置2を近接しておいた場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、比較条件1の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)が直交するように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。比較条件1では、磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)は同一平面上にある。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)が同一平面上かつ各々近接する位置検出装置のホールセンサを含むように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面が同一直線上(X軸に平行な直線)に乗るように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行にX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M2が位置検出装置1の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大で90.2μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して90.22[μm]÷2[mm]=45.11[μm/mm](4.5%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能2.2[μm/mm](0.22%)と比較して一桁以上も位置検出精度が落ちたことになる。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で105.1μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して105.1[μm]÷2[mm]=52.5[μm/mm](5.25%)となった。これは、位置検出装置2が単体で達成した分解能0.75[μm/mm](0.075%)と比較して一桁以上も位置検出精度が落ちたことになる。
これらの結果から、比較条件1で示した磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)は同一平面上にあるような構成(本発明の請求項1に記載の条件を満たさない構成)では、本発明の位置検出システムと比較して位置検出装置1と位置検出装置2の精度が大幅に悪化することが分かる。
<実施条件2>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図16における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
実施条件2の概略構成を図5、16に示す。
実施条件2の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置1と同じ構成である。
また、実施条件2の位置検出装置2は実施条件1の位置検出装置2と同じ構成で実施条件1との違いは位置検出装置間のZ方向の相対的な位置関係が異っている点である。
実施条件1の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件2の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)が同一平面上かつ各々近接する位置検出装置のホールセンサを含むように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
また、位置検出装置1に取り付けられている2つのホールセンサS1−1とホールセンサS1−2を結ぶ直線(X軸方向)と、位置検出装置2に取り付けられている2つのホールセンサS2−1とS2−2を結ぶ直線(X軸方向)が平行になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
ここで、位置検出装置1に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2の感磁面の中心が、位置検出装置2に取り付けられている磁石M2の高さMh2の線分の中点がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行にX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M2が位置検出装置1の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。位置検出装置1と位置検出装置2における磁石M1、M2の移動方向はX軸方向である。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも4.4μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して4.4[μm]÷2[mm]=2.2[μm/mm](0.22%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大でも5.8μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)となった。これは、位置検出装置2が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。
これらの結果から、位置検出装置1と位置検出装置2のZ方向の相対的な配置関係が実施条件1と変わっても、本発明を用いる事により位置検出装置を近接して配置しても、磁場の位置検出精度への相互干渉を抑えることができ、高精度かつ小型である位置検出システムを実現できることが分かる。
<実施条件3>
実施条件3では、位置検出システムにおいて、実施条件1に於ける二つの位置検出装置が対称に入れ替えられている。本実施条件において、二つの位置検出装置を対称に入れ替えた場合は、実施条件3は、実施条件1と同等となることは自明である。
<実施条件4>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2のいずれかが分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。図18における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。このような条件では近接する二つの位置検出装置としてではなく、一つの位置検出手段と近接する磁石の組合せとして使用する。具体的にはスピーカやレシーバなど、磁石を有する部品に近接して位置検出装置を用いる場合があり、本実施条件はそのような場合を想定している。ここでは位置検出装置2も示し請求項4の効果を表した。
実施条件4の概略構成を図7、18に示す。
実施条件4の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置2と同じ構成である。
また、実施条件4の位置検出装置2は、単体で見れば実施条件1の位置検出装置1と同じ構成である。
以下で、実施条件4の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件4の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Y軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Z軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M1と磁石M2がそれぞれ0mmの位置にあるとき、つまり位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M1と磁石M2がそれぞれの原点に位置する時に、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の長さMl2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)が同一平面上にあるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するY−Z平面磁石(磁石M2の対称面)はそれぞれのホールセンサを含むように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。位置検出装置1の磁束検出手段は位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の対称面に含まれるが、位置検出装置2の磁束検出手段は位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の対称面に含まれずそのような対称面は存在しない。従って、同一平面とはなりえない。
位置検出装置1に取り付けられている2つのホールセンサS1−1とホールセンサS1−2を結ぶ直線(X軸方向)と、位置検出装置2に取り付けられている2つのホールセンサS2−1とS2−2を結ぶ直線(Y軸方向)が直交するように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びY軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を0mmの位置に配置した状態で求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。位置検出装置1の磁石M1の移動方向はX軸方向とし、位置検出装置2の磁石M2の移動方向はY軸方向とした。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも5.8μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で548.3μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して548.3[μm]÷2[mm]=274.2[μm/mm](27.4%)となった。これは、位置検出装置2が単体で達成した分解能2.2[μm/mm](0.22%)と比較して二桁以上も位置検出精度が落ちたことになる。
この結果より、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の移動方向(Y軸方向)が、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトルを含む対称面に含まれていない(請求項4に記載の条件を満たしていない)事により、位置検出装置2の精度が悪化していることが分かる。
また、実施条件4では位置検出装置2の磁石M2を原点に固定する事により、位置検出装置1は請求項4に記載の条件を満たしているため精度は単体の時と同じである。比較条件6に記載しているように、M2が移動すれば位置検出装置1の精度も落ちる。このような場合は一つの位置検出装置と一つの磁石から成る位置検出システムとして使用する。
<実施条件5>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図19における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
実施条件5の概略構成を図8、19に示す。
実施条件5の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置2と同じ構成である。
以下、実施条件5の位置検出装置2に関する各構成部品のパラメータの最適値について記載する。
位置検出装置2の磁石M2の長さMl2=3.9mm、位置検出装置2の磁石M2の幅Mw2=0.6mm、位置検出装置2の磁石M2の厚みMh2=2.7mmとする。
また、位置検出装置2の第1のホールセンサS2−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS2−2の感磁面の中心との距離Sd2=0.8mm、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の二つのホールセンサS2−1、S2−2に対向する面から、二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面までの距離MS=0.5mmとする。
位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度Mth2=4°とする。
磁石M2の着磁方向ベクトルはZ軸方向とし、2個のホールセンサS2−1、S2−2の検出可能である磁束密度の方向はZ軸方向とする。また、2個のホールセンサS2−1、S2−2は、磁石M2の重心を含むY−Z平面上に配置する。磁石M2の移動方向はX軸方向とする。
上記の構成で実施条件1の位置検出装置1と同様の計算を行ったところ、実施条件5の位置検出装置2は単体であれば、位置検出誤差は最大でも0.18μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して0.18[μm]÷2[mm]=0.09[μm/mm](0.009%)と高精度な位置検出を達成している。
次に実施条件5の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件5の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Y軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Z軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の重心と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の重心のY軸方向の座標が同じ値になるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)は磁石M2の重心を含む。一方、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)は磁石M1の重心は含まない。
位置検出装置1に取り付けられている2つのホールセンサS1−1とホールセンサS1−2を結ぶ直線(X軸方向)と、位置検出装置2に取り付けられている2つのホールセンサS2−1とS2−2を結ぶ直線(Y軸方向)が直交するように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。各位置検出装置のホールセンサは近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれない。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に垂直にかつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−1mmの位置に配置した状態で求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも7.1μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して7.1[μm]÷2[mm]=3.5[μm/mm](0.35%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)と比較して大きく違わない程度である。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で5.56μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して2.78[μm/mm](0.278%)となった。これは、位置検出装置2が単体で達成した分解能0.09[μm/mm](0.009%)と比較して一桁以上も位置検出精度が落ちたことになる。
この結果より、各位置検出装置の磁束検出手段が近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれるという条件(請求項5に記載の条件)を満たしていないため、位置検出装置1、位置検出装置2共に位置検出精度が悪化していることが分かる。しかしながら、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度Mth2=4°と小さく、上記の条件(請求項6に記載の条件)に近いため実用上問題のない程度(位置検出装置1、位置検出装置2共に全ストローク2mmを分解能10μm/mmで位置検出可能)しか精度が悪化していない。
<実施条件6>
広い温度範囲において、位置検出装置1が分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出し、位置検出装置2が分解能25μm/mm以下で8mm(±4mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図19における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
実施条件6の概略構成を図8、19に示す。
実施条件6の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置2と同じ構成である。
以下、実施条件6の位置検出装置2に関する各構成部品のパラメータの最適値について記載する。
位置検出装置2の磁石M2の長さMl2=9.7mm、位置検出装置2の磁石M2の幅Mw2=1.4mm、位置検出装置2の磁石M2の厚みMh2=1.0mmとする。
また、位置検出装置2の第1のホールセンサS2−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS2−2の感磁面の中心との距離Sd2=0.8mm、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の二つのホールセンサS2−1、S2−2に対向する面から、二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面までの距離MS2=0.5mmとする。
位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度Mth2=4°とする。
磁石M2の着磁方向ベクトルはZ軸方向とし、2個のホールセンサS2−1、S2−2の検出可能である磁束密度の方向はZ軸方向とする。また、2個のホールセンサS2−1、S2−2は、磁石M2の重心を含むY−Z平面上に配置する。磁石M2の移動方向はX軸方向とする。
上記の構成で実施条件1の位置検出装置1と同様の計算を行ったところ、実施条件6の位置検出装置2は単体であれば、位置検出誤差は最大でも20.1μmであり、分解能は全ストローク8mmに対して20.1[μm]÷8[mm]=2.51[μm/mm](0.251%)と高精度な位置検出を達成していることが分かる。
次に、実施条件6の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件6の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Y軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Z軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)は磁石M2の重心を含む。一方、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)は磁石M1の重心は含まない。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の重心と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の重心のY軸方向の座標が同じ値になるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている2つのホールセンサS1−1とホールセンサS1−2を結ぶ直線(X軸方向)と、位置検出装置2に取り付けられている2つのホールセンサS2−1とS2−2を結ぶ直線(Y軸方向)が直交するように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
各位置検出装置のホールセンサは近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれない。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に垂直にかつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−4mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.5mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−4mmの位置に配置した状態で求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも7.82μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して7.82[μm]÷2[mm]=3.91[μm/mm](0.391%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)と比較して大きく違わない程度である。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で20.1μmであり、分解能は全ストローク8mmに対して20.1[μm]÷8[mm]=2.51[μm/mm](0.251%)となった。これは、位位置検出装置2が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。
この結果より、各位置検出装置の磁束検出手段が近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれるという条件(請求項5に記載の条件)を満たしていないが、実施条件6の位置検出装置2に取り付けられた磁石M2のように磁石の長さMl2が大きい場合は、位置検出装置2に取り付けられたホールセンサS2−1、S2−2が、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1から離れるために影響をほとんど受けないことが分かる。また、実施条件5と同様に位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度Mth2=4°と小さく、上記の条件(請求項6に記載の条件)に近いため実用上問題のない程度(位置検出装置1は全ストローク2mmを分解能10μm/mm以下、位置検出装置2は全ストローク8mmを分解能25μm/mm以下で位置検出可能)しか精度が悪化していない。
<実施条件7>
広い温度範囲において、位置検出装置1が分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出し、位置検出装置2が分解能25μm/mm以下で8mm(±4mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図19における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
実施条件7の概略構成を図8、19に示す。
実施条件7の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置2と同じ構成である。
以下、実施条件7の位置検出装置2に関する各構成部品のパラメータの最適値について記載する。
位置検出装置2の磁石M2の長さMl2=9.4mm、位置検出装置2の磁石M2の幅Mw2=1.4mm、位置検出装置2の磁石M2の厚みMh2=1.4mmとする。
また、位置検出装置2の第1のホールセンサS2−1の感磁面の中心と第2のホールセンサS2−2の感磁面の中心との距離Sd2=0.8mm、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の二つのホールセンサS2−1、S2−2に対向する面から、二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面までの距離MS2=0.5mmとする。
位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度Mth2=8°とする。
磁石M2の着磁方向ベクトルはZ軸方向とし、2個のホールセンサS2−1、S2−2の検出可能である磁束密度の方向はZ軸方向とする。また、2個のホールセンサS2−1、S2−2は、磁石M2の重心を含むY−Z平面上に配置する。
磁石M2の移動方向はX軸方向とする。
上記の構成で実施条件1の位置検出装置1と同様の計算を行ったところ、実施条件7の位置検出装置2は単体であれば、位置検出誤差は最大でも14.0μmであり、分解能は全ストローク8mmに対して14.0[μm]÷8[mm]=1.75[μm/mm](0.175%)と高精度な位置検出を達成していることが分かる。
次に、実施条件7の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件7の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Y軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Z軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の重心と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の重心のY軸方向の座標が同じ値になるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)は磁石M2の重心を含む。一方、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)は磁石M1の重心は含まない。
位置検出装置1に取り付けられている2つのホールセンサS1−1とホールセンサS1−2を結ぶ直線(X軸方向)と、位置検出装置2に取り付けられている2つのホールセンサS2−1とS2−2を結ぶ直線(Y軸方向)が直交するように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
各位置検出装置のホールセンサは各々の磁石の対称面に含まれるが、近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれない。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に垂直かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−4mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.5mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−4mmの位置に配置した状態で求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも8.72μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して8.72[μm]÷2[mm]=4.36[μm/mm](0.436%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能5.8[μm]÷2[mm]=2.9[μm/mm](0.29%)と比較して大きく違わない程度である。
また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で14.2μmであり、分解能は全ストローク8mmに対して14.2[μm]÷8[mm]=1.77[μm/mm](0.177%)となった。これは、位位置検出装置2が単体で達成した分解能とほぼ同じ値を示している。
この結果より、各位置検出装置の磁束検出手段が近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれるという条件(請求項5に記載の条件)を満たしていないが、実施条件6の位置検出装置2に取り付けられた磁石M2のように磁石の長さMl2が大きい場合は、位置検出装置2に取り付けられたホールセンサS2−1、S2−2が、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1から離れるために影響をほとんど受けないことが分かる。しかしながら、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2の線分を垂直二等分する直線のX軸に対するX−Y平面での回転角度Mth2=8°と実施条件6より回転角度Mth2が大きいため、上記の条件(請求項6に記載の条件)から離れるので実施条件6よりも位置検出装置1の分解能が低下しているが実用上問題無い程度である。
<比較条件2>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図21における各構成部品のパラメータの設計例を説明する。
比較条件2の概略構成を図10、21に示す。
比較条件2の位置検出装置1、位置検出装置2は、双方とも実施条件1の位置検出装置2と同じ構成である。
以下で、比較条件2の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、比較条件2の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Y軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)が同一平面上にあり、かつ平行になるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに平行である磁束密度(Y軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに平行である磁束密度(Y軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)が同一平面上かつ各々近接する位置検出装置のホールセンサを含むように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面が同一直線上(X軸に平行な直線)に乗るように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行にX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M2が位置検出装置1の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大でも62.3μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して62.3[μm]÷2[mm]=31.17[μm/mm](3.12%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能2.91[μm/mm](0.291%)と比較して一桁以上精度が落ちた事になる。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の分解能は位置検出装置1の結果と同様になることは言うまでもない。
この結果より、比較条件2の位置検出システムでは、各位置検出装置の磁石の着磁方向ベクトルが同一平面上にあり(請求項1に記載の条件を満たしていない)、直交方向成分を有せず(請求項2に記載の条件を満たしていない)、一方の位置検出装置の磁束検出手段が他方の位置検出装置に取り付けられた磁石の着磁方向ベクトルの直交方向成分を検出する事が出来ないため(請求項3に記載の条件を満たしていない)、位置検出装置1と位置検出装置2の双方とも著しく精度が悪化していることが分かる。
<比較条件3>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図22における各構成部品のパラメータの設計例を説明する。
比較条件3の概略構成を図11、22に示す。
比較条件3の位置検出装置1、位置検出装置2は、双方とも実施条件1の位置検出装置1と同じ構成である。これは特許文献3に記載されている従来の位置検出システムと同様の構成である。
以下で、比較条件3の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、比較条件3の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Z軸方向)が同一平面上にあり、かつ平行になるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに平行である磁束密度(Z軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに平行である磁束密度(Z軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)が同一平面上かつ各々近接する位置検出装置のホールセンサを含むように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面が同一直線上(X軸に平行な直線)に乗るように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行にX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−1mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.1mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M2が位置検出装置1の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大で41.8μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して41.8[μm]÷2[mm]=20.9[μm/mm](2.9%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能2.91[μm/mm](0.291%)と比較して一桁程度精度が落ちた事になる。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の分解能は位置検出装置1の結果と同様になることは言うまでもない。
この結果より、比較条件3の位置検出システムでは、各位置検出装置の磁石の着磁方向ベクトルが同一平面上にあり(請求項1に記載の条件を満たしていない)、直交方向成分を有せず(請求項2に記載の条件を満たしていない)、一方の位置検出装置の磁束検出手段が他方の位置検出装置に取り付けられた磁石の着磁方向ベクトルの直交方向成分を検出する事が出来ないため(請求項3に記載の条件を満たしていない)、位置検出装置1と位置検出装置2の双方とも著しく精度が悪化していることが分かる。
<比較条件4>
広い温度範囲において、位置検出装置1が分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出し、位置検出装置2が分解能25μm/mm以下で8mm(±4mm)の範囲を位置検出する場合について示す。図23における各構成部品のパラメータの設計例を説明する。
比較条件4の概略構成を図12、23に示す。
比較条件4の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置1と同じ構成である。
比較条件4の位置検出装置2は実施条件6の位置検出装置2と同じ構成である。
比較条件4の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、比較条件4の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Z軸方向)が同一平面上にあり、かつ平行となるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに平行な磁束密度(Z軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに平行な磁束密度(Z軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の重心と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の重心のY軸方向の座標が同じ値になるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の幅Mw1を垂直2等分するX−Z平面(磁石M1の対称面)は磁石M2の重心を含む。一方、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の幅Mw2を垂直2等分するX−Z平面磁石(磁石M2の対称面)は磁石M1の重心は含まない。
位置検出装置1に取り付けられている2つのホールセンサS1−1とホールセンサS1−2を結ぶ直線(X軸方向)と、位置検出装置2に取り付けられている2つのホールセンサS2−1とS2−2を結ぶ直線(Y軸方向)が直行する様に位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
各位置検出装置のホールセンサは各々の磁石の対称面に含まれるが、近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれない。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に垂直にかつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2とが、互いに移動して最も近接した時、つまり位置検出装置1に取り付けられた磁石M1が+1mmの位置に移動し、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2が−4mmの位置に移動したときに、磁石M1と磁石M2との対向する面どうしのX軸方向の距離Md=0.5mmとなるように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1の分解能を計算により求める際には、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2を−4mmの位置に配置した状態で求めた。また、位置検出装置2の分解能を計算により求める際には、位置検出装置1に取り付けられた磁石M1を+1mmの位置に移動させた状態、つまり磁石M1が位置検出装置2の分解能にもっとも影響を与える状態にして求めた。
位置検出装置1の磁石M1の移動方向はX軸方向とし、位置検出装置2の磁石M2の移動方向はX軸方向とした。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大で150.1μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して150.1[μm]÷2[mm]=75.05[μm/mm](7.505%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能2.2[μm/mm](0.22%)と比較して、一桁以上精度が落ちている。また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で20.1μmであり、分解能は全ストローク8mmに対して20.1[μm]÷8[mm]=2.51[μm/mm](0.251%)となった。これは、位置検出装置2が単体で達成した分解能と全く同じ値を示している。
この結果より、比較条件4の位置検出システムでは、各位置検出装置の磁石の着磁方向ベクトルが同一平面上にあり(請求項1に記載の条件を満たしていない)、直交方向成分を有せず(請求項2に記載の条件を満たしていない)、一方の位置検出装置の磁束検出手段が他方の位置検出装置に取り付けられた磁石の着磁方向ベクトルの直交方向成分を検出する事が出来ない(請求項3に記載の条件を満たしていない)。
各位置検出装置の磁束検出手段が近接する位置検出装置が有する磁石の対称面に含まれるという条件(請求項5に記載の条件)を満たしていないため、位置検出装置1の精度が著しく悪化していることが分かる。
<実施条件8>
広い温度範囲において、位置検出装置1と位置検出装置2が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。図24における各構成部品のパラメータの設計例を説明する。
実施条件8の概略構成を図13、24に示す。
実施条件8の位置検出装置1は実施条件1の位置検出装置1と同じ構成である。
実施条件8の位置検出装置2は実施条件1の位置検出装置2と同じ構成である。
実施条件8と実施条件1の違いは位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の重心と、位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の重心のY軸方向の距離Mc=0.1mmとなるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した事にある。
実施条件8の位置検出装置1と位置検出装置2を近接して配置した場合の、位置検出装置1と位置検出装置2の分解能を求めた。
ここで、実施条件5の位置検出装置1と位置検出装置2の配置関係を説明する。
位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁方向ベクトル(Z軸方向)と位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁方向ベクトル(Y軸方向)が同一平面上になく、かつ直交するように、位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられた二つのホールセンサS1−1、S1−2の感磁面が位置検出装置2に取り付けられた磁石M2の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Z軸方向)を検出でき、位置検出装置2に取り付けられた二つのホールセンサS2−1、S2−2の感磁面が位置検出装置1に取り付けられた磁石M1の着磁ベクトルに直交する磁束密度(Y軸方向)を検出できるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2とS2−1、S2−2の各々で感磁面が同一直線上(X軸に平行な直線)に載りかつ距離Mcで平行になるよう位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
各位置検出装置のホールセンサは磁石対称面に含まれるが、近接する位置検出装置が有する磁石の対称面には含まれない。
位置検出装置1と位置検出装置2に取り付けられているホールセンサS1−1、S1−2、S2−1、S2−2の感磁面の中心がZ軸方向で同じ座標になるように位置検出装置1と位置検出装置2を配置した。
位置検出装置1に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
位置検出装置2に取り付けられている磁石の運動はホールセンサを結ぶ直線に平行かつこれらに対向する面及びX軸に沿って移動する。
上記の条件で位置検出装置2が位置検出装置1に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置1の位置検出誤差は最大で12.8μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して12.8[μm]÷2[mm]=6.4[μm/mm](0.64%)となった。これは、位置検出装置1が単体で達成した分解能2.2[μm/mm](0.22%)と比較して、2.9倍程度性能が落ちているが分解能は10μm/m以下で高い分解能を有している。
また、上記の条件で位置検出装置1が位置検出装置2に近接して配置されている場合について実施条件1の位置検出装置1のみの時と同様の計算を行った結果、位置検出装置2の位置検出誤差は最大で6.5μmであり、分解能は全ストローク2mmに対して6.5[μm]÷2[mm]=3.25[μm/mm](0.325%)となった。これは、位位置検出装置2が単体で達成した分解能2.9[μm/mm](0.29%)と比較して1.1倍程度精度が落ちているが分解能は10μm/m以下で高い分解能を有している。
この結果より、実施条件8の位置検出システムでは、請求項1〜3を満たしている、一方の位置検出装置に取り付けられた磁石の相対的移動方向が、他方の位置検出装置に取り付けられた磁石の着磁方向ベクトルを含む対称面に含まれておらず(請求項4に記載の条件を満たしていない)、各位置検出で複数の磁束検出手段がそれぞれに対向して配置された磁石の対称面に配置されず、各位置検出装置の磁束検出手段を含む各磁石の対称面が同一平面上にないことにより(請求項6に記載の条件を満たしていない)、がその量が小さい事から位置検出装置1、位置検出装置2の双方とも位置検出精度を有している事が分る。
<実施条件9>
図14に、広い温度範囲において、位置検出装置1〜3(位置検出装置A、位置検出装置B、位置検出装置C)が、それぞれ分解能10μm/mm以下で2mm(±1mm)の範囲を位置検出する場合について示す。
図14において、位置検出装置Aの磁石1403aは、運動方向1401aで運動し、磁石1403aの位置は、基板1404aの上にあるホールセンサS1−1、S1−2によって検出される。図14では、一例として、磁石1403aの着磁方向ベクトル1402aが、図示されている。
図14において、位置検出装置Bの磁石1403bは、運動方向1401bで運動し、磁石1403bの位置は、基板1404bの上にあるホールセンサS2−1、S2−2によって検出される。図14では、一例として、磁石1403bの着磁方向ベクトル1402bが、図示されている。
図14において、位置検出装置Cの磁石1403cは、運動方向1401cで運動し、磁石1403cの位置は、基板1404cの上にあるホールセンサS3−1、S3−2によって検出される。図14では、一例として、磁石1403cの着磁方向ベクトル1402cが、図示されている。
尚、本発明で示した実施条件1〜8は二つの位置検出装置を用いた位置検出システムのものであるが、二つの位置検出装置と同等の条件を有する位置検出装置を付加させる事で3つ以上の位置検出装置を有する位置検出システムとする事が出来ることは自明である。例えば、図14の様に実施条件1の位置検出装置1(位置検出装置A)と同等の位置検出装置3(位置検出装置C)を、位置検出装置2(位置検出装置B)を挟んで設ける事で、実質実施条件1を同時に二つ満たす事ができる。また、位置検出装置2を付加して位置検出装置1を挟む事も可能である。同様な事は他の実施条件でも可能である。
本発明の実施条件の寸法、分解能等の一覧を表1に示し、比較条件の寸法、分解能等の一覧を表2に示した。また、実施条件および比較条件と請求項1、2、6との対応一覧を表3に示し、実施条件および比較条件と請求項3〜5との対応一覧を表4、5に示した。