JP5813232B2 - 電磁アクチュエータの可動子位置検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば各種駆動制御機器のオン／オフ作動部（開閉弁や切替弁など）に使用される電磁アクチュエータの動作確認技術に関し、特に、コイルおよび可動子を備えた電磁アクチュエータの可動子位置検出装置に関するものである。

一般に、各種駆動制御機器のシーケンシャル制御においては、開閉弁や切替弁などのオン／オフ動作を確認してから次の制御動作に移行するので、各制御段階で開閉弁や切替弁の動作（可動子位置）を確認する必要がある。

従来から、コイル内にプランジャ（可動子）が挿入された電磁アクチュエータ（ソレノイド）のプランジャ位置を検出するために、コイルのインダクタンスがプランジャ位置によって変化することと、コイルに一定周波数の電圧を印加したときにコイル電流の振幅がコイルのインダクタンスによって変化することと、を利用した技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１に記載の電磁アクチュエータの可動子位置検出装置および方法においては、コイルに一定周波数の電圧を印加したときにコイル電流の振幅の大きさが、可動子（プランジャ）の位置によって変化することを利用して、コイル電流の振幅を測定することにより、可動子位置を検出している。

この場合、可動子（プランジャ）と、コイル励磁時に可動子が吸引されるステータ底部との間のエアギャップが小さくなるにつれて、コイルのインダクタンスが大きくなる（単調増加する）ことを想定して、可動子とステータ底部とのエアギャップと、コイルのインダクタンスとの間に、１対１の関係があることを前提条件としている。

また、その他の従来技術としては、１段のステップ状の電圧（ステップ電圧）を印加することでコイルに流れる電流の立ち上がりの状態を１回の立ち上がりの間に複数回測定し、測定した複数の測定値と基準となる測定値とをそれぞれ比較することで可動子位置を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００５−３１７６１２号公報 特開２０１１−７５４９７号公報

従来の特許文献１のような電磁アクチュエータの可動子位置検出装置および方法は、可動子とステータ底部との間のエアギャップと、コイルのインダクタンスとの間に、１対１の関係があることを前提しているが、実際の電磁アクチュエータにおけるコイルのインダクタンスは、エアギャップが十分大きい範囲ではエアギャップが小さくなるにつれて単調増加するもの、エアギャップが一定距離よりも小さくなると磁気飽和が生じて逆に減少し、磁気飽和開始点のエアギャップでインダクタンスが極大値となるので、等しいインダクタンス値に対して異なる２点のエアギャップ値が存在することになり、可動子の位置を正確に検出することができないという課題があった。

また、特許文献２に記載の従来技術においては、前述した等しいインダクタンス値に対して異なる２点のエアギャップ値が存在するという問題に対して、エアギャップが小さい範囲で生じる磁気飽和によるインダクタンスの低下が、エアギャップが十分に大きい範囲でのインダクタンスの低下と異なり、コイル電流の値によって変化する特性を利用している。具体的には、１段のステップ電圧の印加によるコイル電流の立ち上がり中に、複数回の電流測定を行うことで、異なる電流領域でのインダクタンスを検出し、検出したインダクタンスの電流依存性の有無から２点のエアギャップ値を判別している。

しかしながら、同一のステップ電圧の印加による電流変化中に複数回の測定を行うので、それぞれのインダクタンスを検出する電流領域が一部重複することになる。そして、このような場合、検出したそれぞれのインダクタンスに表れる差が非常に小さいので、電流依存性の有無を正確に判別することが困難である。したがって、検出したインダクタンスの電流依存性の有無から２点のエアギャップ値を正確に判別することができない可能性があるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エアギャップの小さい領域で磁気飽和が生じることに起因して、コイルのインダクタンスが同一値であるにもかかわらず、可動子とステータ底部との間のエアギャップとして異なる２点が存在する状況下であっても、これらの２点を正確に判別し、プランジャ位置を正確に検出することのできる電磁アクチュエータの可動子位置検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置は、コイルおよび可動子を備えた電磁アクチュエータの可動子位置検出装置であって、コイルに対して、可動子が動作しない範囲内の電圧値で複数段のステップ状の電圧を印加する電源と、コイルに流れるコイル電流を検出する電流検出部と、ステップ状の各段の電圧の印加に応じたコイル電流の変化開始からの経過時間を計測する時間計測部と、ステップ状の各段の電圧の印加ごとに電流検出部または時間計測部で得られた複数の測定値を、コイルのインダクタンス変化に関連付けた基準値と比較することにより、可動子の位置を求める位置検出部と、を備えたものである。

この発明によれば、複数段のステップ電圧を印加することで電流検出部または時間計測部から得られる各段のステップ電圧に応じた複数の測定値と基準値とを比較することにより、磁気飽和に起因したインダクタンス低下時の可動子吸着位置と、可動子とステータ底部とのエアギャップ増大に起因したインダクタンス低下時の可動子離間位置と、を判別可能とし、磁気飽和が生じることに起因して、等しいインダクタンス値に対して異なる２点のエアギャップ値（可動子位置）が存在する状況下であっても、これらの２点を正確に判別し、可動子の位置を正確に検出することができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の概略構成を一部断面図で示すブロック図である。 図１内の電磁アクチュエータにおけるエアギャップとコイルのインダクタンスとの関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の具体的な機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による電磁アクチュエータのコイルに複数段のステップ状の電圧を印加したときの電圧とコイル電流との関係を示す波形図である。 図１内の電磁アクチュエータにおけるエアギャップ固定時のコイル電流とコイルのインダクタンスとの関係を示す説明図である。 図１内の電磁アクチュエータにおけるコイル電流の立ち上がり波形を示す説明図である。 図３内の位置検出部に格納された時間計測部での測定値とエアギャップとの関係からなるテーブル内容を示す説明図である。 特許文献２に記載の位置検出装置が電磁アクチュエータのコイルに１段のステップ状の電圧を印加したときの電圧とコイル電流との関係を示す波形図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出装置と、特許文献２に記載の位置検出装置とをそれぞれ用いた場合の、電磁アクチュエータにおけるエアギャップ固定時のコイル電流とコイルのインダクタンスとの関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出装置がコイルに電圧を印加した場合のコイル電流と、特許文献２に記載の位置検出装置がコイルに電圧を印加した場合のコイル電流とを比較した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出装置と、特許文献２に記載の位置検出装置とをそれぞれ用いた場合の、電磁アクチュエータにおけるエアギャップ固定時のコイル電流とコイルのインダクタンスＬとの関係の一例を示す説明図である。 特許文献２に記載の位置検出装置を用いた場合の、電磁アクチュエータにおけるコイル電流の立ち上がり波形の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る位置検出装置を用いた場合の、電磁アクチュエータにおけるコイル電流の立ち上がり波形の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の具体的な機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による電磁アクチュエータのコイルに複数段のステップ状の電圧を印加したときの電圧とコイル電流との関係を示す波形図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の具体的な機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による電磁アクチュエータのコイルに不連続な複数段のステップ状の電圧を印加したときの電圧とコイル電流との関係を示す波形図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の概略構成を一部断面図で示すブロック図である。
図１において、位置検出装置１は、電磁アクチュエータ２に接続されており、電磁アクチュエータ２は、電源３から給電される電圧Ｅにより動作する。

電磁アクチュエータ２は、ステータ２１に巻回されて電磁石を構成するコイル２０と、コイル２０内に移動自在に挿入された磁性体（たとえば、鉄）からなる可動子２２と、可動子２２を突出方向（図中上方向）に付勢する引っ張りバネ２３（以下、単に「バネ」という）と、を備えている。

コイル２０には、電源３からの電圧Ｅが印加されることにより励磁されて、可動子２２を吸引方向（矢印ｙ方向）に駆動するように構成されている。
位置検出装置１は、電磁アクチュエータ２のコイル２０と電源３とに接続されており、電源３からコイル２０に印加される電圧Ｅと、コイル２０に流れるコイル電流ｉとを検出するように構成されている。

電源３は、外部からの電磁アクチュエータ駆動指令に応答して電圧Ｅを生成し、位置検出装置１および電磁アクチュエータ２のコイル２０に印加する。
電圧Ｅは、電磁アクチュエータ２の可動子２２を動作させるための動作電圧と、動作状態を保持する保持電圧と、保持電圧に重畳される位置検出用の複数段のステップ電圧（後述の電圧Ｅ１、Ｅ２）と、を含む。複数段のステップ電圧（Ｅ１、Ｅ２）は、可動子２２を動作させない範囲内の電圧値である。

可動子２２は、コイル２０に電圧Ｅが印加されていない非励磁状態では、バネ２３の付勢力により、ステータ２１の底部２１ａとのエアギャップｘが最大に広がった状態の初期位置（図１参照）に存在する。

一方、電源３からコイル２０に電圧Ｅが印加されると、可動子２２は、コイル２０に電流が流れて磁束が発生することにより、ステータ２１の底部２１ａとのエアギャップｘが狭まる方向（矢印ｙ方向）に吸引力を受け、エアギャップｘが閉じた状態（たとえば、切替弁のオン状態）である吸着位置（ｘ＝Ｐａ）で保持される。
さらに、電源３からコイル２０に印加される電圧Ｅが遮断されると、可動子２２は、バネ２３の付勢力によりコイル２０から離間して初期位置（図１参照）に復帰する。

次に、図２の説明図を参照しながら、電磁アクチュエータ２におけるエアギャップｘとコイル２０のインダクタンスＬとの関係について説明する。
図２において、横軸は、可動子２２とステータ２１の底部２１ａとのエアギャップｘを示し、縦軸は、コイル２０のインダクタンスＬを示している。

図２から明らかなように、エアギャップｘが十分大きい範囲においては、エアギャップｘが小さくなる（吸着位置Ｐａ側に近づく）につれて、コイル２０内に占める可動子２２の実質体積の増大により磁気抵抗が低下し、電圧Ｅの印加時に発生する磁束密度が大きくなるので、インダクタンスＬは単調増加する。

しかし、コイル２０から発生する磁束密度が無限に大きくなることはなく、エアギャップｘが飽和限界ギャップＰｂよりも小さくなると磁気飽和が生じて、逆にエアギャップｘが小さくなるにつれてインダクタンスＬも小さくなり、インダクタンスＬは、ｘ＝Ｐｂにおいて極大値Ｌｐとなる。

図２のように、実際のコイル２０のインダクタンスＬは、エアギャップｘの変化に対して、ｘ＝Ｐｂで極大値Ｌｐとなるので、たとえば、ｘ＝Ｐａ、ｘ＝Ｐｃ（２つの黒丸参照）で示すように、異なる２点Ｐａ、Ｐｃのエアギャップｘに対して同一値をとることになる。

このとき、前述（従来装置）のように、エアギャップｘとインダクタンスＬとが１対１対応することを想定している場合には、上記２点Ｐａ、Ｐｃのエアギャップｘを区別することはできないが、図１内の位置検出装置１は、後述するように、２点のうちのいずれが実際のエアギャップｘ（可動子位置）であるかを検出することができる。

なお、飽和限界ギャップＰｂの大きさは、コイル電流ｉの大きさによって変化し、コイル電流ｉを大きく設定すると、磁気飽和が生じ始める点（インダクタンスＬが極大値Ｌｐとなる点）に対応した飽和限界ギャップＰｂは大きくなり、コイル電流ｉを小さく設定すると飽和限界ギャップＰｂは小さくなる。

また、インダクタンスＬの極大値Ｌｐそのものも、コイル電流ｉの大きさに応じて変化する。
このように、電磁アクチュエータ２における磁気飽和状態がコイル電流ｉの値によって変化するので、コイル電流ｉの大きさを変えると、エアギャップｘとインダクタンスＬとの関係も変化することになる。

図３はこの発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の具体的な機能構成を示すブロック図であり、位置検出装置１および電源３の機能構成を示している。
なお、図３においては、電磁アクチュエータ２の構成として、代表的にコイル２０のみを示している。また、ここでは、位置検出時において、ステップ状の２段の電圧Ｅ１、Ｅ２（Ｅ１＜Ｅ２）が印加される場合を例にとって説明する。

図３において、位置検出装置１は、位置検出部１０と、時間計測部１３と、電流検出部１４と、を備えている。
また、電源３は、電磁アクチュエータ駆動指令に応答して電圧Ｅの値を決定する電圧制御部３０を備えている。

位置検出装置１内の位置検出部１０は、あらかじめ設定された複数のテーブルとして、２段の電圧Ｅ１、Ｅ２に基づく測定値に対応した第１テーブル１１および第２テーブル１２を備えており、時間計測部１３からの２つの測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）と、第１テーブル１１および第２テーブル１２内の各テーブル値との、２つの比較結果に基づく位置検出結果（実際のエアギャップｘの値）を出力する。

電源３から２段（複数段）のステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２がコイル２０に印加されると、各電圧Ｅ１、Ｅ２に対応してコイル電流ｉに立ち上がり変化が生じるので、電流検出部１４は、立ち上がり変化が生じたコイル電流ｉを検出し、コイル電流ｉの変化開始から所定量Δｉｏだけ変化した時点で、検出信号を時間計測部１３に入力する。

時間計測部１３は、電流検出部１４からの検出信号と、電源３からの電圧Ｅ（Ｅ１、Ｅ２）とを入力情報として、コイル電流ｉの変化開始（電圧Ｅ１、Ｅ２の立ち上がり）からの経過時間ｔｌ、ｔｈを計測し、時間測定値として位置検出部１０に入力する。
すなわち、時間計測部１３は、電源３から印加された２段（複数段）の電圧Ｅ１、Ｅ２の各ステップでの経過時間ｔｌ、ｔｈを計測する。

位置検出部１０は、時間計測部１３からの測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）とエアギャップｘ（可動子２２の位置）との関係を、コイル２０のインダクタンスＬを介して関係付けた第１テーブル１１および第２テーブル１２を備えており、時間計測部１３で計測された時間ｔｌ、ｔｈと、各テーブル１１、１２とを比較することにより、可動子２２の実際の位置に対応したエアギャップｘ（位置検出結果）を求める。
なお、第１テーブル１１および第２テーブル１２は、事前に時間計測部１３の測定値とエアギャップｘとの関係を実測して得られたデータマップからなる。

次に、図１〜図３とともに、図４〜図７を参照しながら、この発明の実施の形態１による位置検出装置１の具体的な動作について説明する。
ここでは、一例として、可動子２２が、コイル励磁時のオン動作位置（ｘ＝Ｐａ）またはコイル非励磁時のオフ動作位置（ｘ＝Ｐｃ）のいずれかに存在するときに、時間ｔｌ、ｔｈと第１テーブル１１、第２テーブル１２との比較に基づいて可動子２２の位置を求める場合について説明する。

まず、図４を参照しながら、位置検出装置１内の時間計測部１３および電流検出部１４の動作について説明する。
図４は電磁アクチュエータ２のコイル２０に２段のステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加したときの電圧Ｅとコイル電流ｉとの関係を示す波形図である。

図４において、横軸は時間を示し、（ａ）はコイル２０に印加される電圧Ｅ１、Ｅ２の波形、（ｂ）は電圧Ｅ１、Ｅ２が印加されたときのコイル電流ｉの波形、（ｃ）は１段目の電圧Ｅ１によるコイル電流ｉの電流変化量ｉｌのみの波形、（ｄ）は２段目の電圧Ｅ２（＞Ｅ１）によるコイル電流ｉの電流変化量ｉｈのみの波形、をそれぞれ示している。

可動子２２の位置検出動作の開始前（電圧Ｅ１、Ｅ２の印加前）において、可動子２２は、ｘ＝Ｐａ、ｘ＝Ｐｃのいずれかの位置に存在し、コイル２０には、可動子２２の位置を保持可能なコイル電流ｉが流れるための保持電圧が印加されているものとする。

次に、位置検出動作の第１工程として、電源３は、コイル２０に対し、２段の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加する（図４（ａ）参照）。
電圧Ｅ１、Ｅ２は、前述のように、可動子２２の位置を保持可能なコイル電流ｉがコイル２０に流れるオフセットを有し、その大きさは、可動子２２の位置が変化しない程度の大きさである。

第１工程において、２段の電圧Ｅ１、Ｅ２をコイル２０に印加すると、コイル電流ｉは、図４（ｂ）に示すように、コイル２０のインダクタンスＬおよび抵抗によって決定する時定数に応じた立ち上がりが生じる。

次に、第２工程として、電流検出部１４は、コイル電流ｉを検出し、その電流値が、１段目の電圧Ｅ１の印加時からあらかじめ規定した所定量Δｉｏだけ変化した時点ｔ１（図４（ｃ）参照）で、時間計測部１３に対して検出信号を入力する。
同様に、電流検出部１４は、２段目の電圧Ｅ２の印加時からのコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化した時点ｔ２（図４（ｄ）参照）で、時間計測部１３に対して検出信号を入力する。

一方、第２工程において、時間計測部１３は、１段目の電圧Ｅ１をコイル２０に印加したという信号を電源３から受けると、時間計測を開始し、コイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化したという検出信号を電流検出部１４から受け取ると、時間計測を終了する。

同様に、時間計測部１３は、２段目の電圧Ｅ２を印加したという信号を電源３から受け取ると、別の時間計測を開始し、コイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化したという検出信号を電流検出部１４から受け取ると、時間計測を終了する。

すなわち、時間計測部１３は、１段目の電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでに要した時間ｔｌと、２段目の電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでに要した時間ｔｈと、をそれぞれ測定する。
時間計測部１３で得られた測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）の情報は、位置検出部１０に入力される。

次に、第３工程として、位置検出部１０は、時間計測部１３からの測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）と、第１テーブル１１および第２テーブル１２とを比較し、エアギャップｘ（可動子２２の位置）を求める。
以下、図５〜図７を参照しながら、第３工程における位置検出部１０での可動子２２の位置の決定動作について説明する。

図５は電磁アクチュエータ２におけるエアギャップ固定時のコイル電流ｉとコイル２０のインダクタンスＬとの関係を示す説明図である。
図６は電磁アクチュエータ２におけるコイル電流ｉの立ち上がり波形を示す説明図である。
図７は位置検出部１０に格納された時間計測部１３での測定値とエアギャップｘとの関係からなる各テーブル１１、１２の内容を示す説明図である。

図５において、横軸はコイル電流ｉを示し、縦軸はコイル２０のインダクタンスＬを示している。
また、ｘ＝Ｐａ（オン動作位置）におけるコイル電流ｉとインダクタンスＬの関係を実線で示し、ｘ＝Ｐｃ（オフ動作位置）におけるコイル電流ｉとインダクタンスＬの関係を破線で示している。

前述のように、ｘ＝Ｐａ（実線）においては、磁気飽和が生じるので、コイル電流ｉが大きくなるにつれてインダクタンスＬは小さくなっていくが、ｘ＝Ｐｃ（破線）においては、磁気飽和が生じないので、コイル電流ｉによらずインダクタンスＬは一定値である。

つまり、磁気飽和が生じているｘ＝Ｐａの可動子位置においては、コイル２０にステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加した場合のコイル電流ｉの立ち上がりの時定数は、コイル電流ｉの値によって変化するが、磁気飽和が生じないｘ＝Ｐｃの可動子位置においては、コイル電流ｉの値によらず、コイル電流ｉは一定の時定数で立ち上がることになる。

図６は電圧Ｅ１、Ｅ２の印加後のコイル電流ｉの電流変化量Δｉを示しており、（ａ）はｘ＝Ｐａの位置に可動子２２が存在する場合の立ち上がり波形、（ｂ）はｘ＝Ｐｃの位置に可動子２２が存在する場合の立ち上がり波形を示している。
図６において、横軸は電圧Ｅ１、Ｅ２を印加してからの経過時間を示し、縦軸は電流変化量Δｉを示している。
また、図６（ａ）、図６（ｂ）において、１段目の電圧Ｅ１による電流変化量ｉｌの波形を破線で示し、２段目の電圧Ｅ２による電流変化量ｉｈの波形を実線で示している。

磁気飽和が生じている可動子位置（ｘ＝Ｐａ）においては、コイル電流ｉの値によってコイル２０のインダクタンスＬ（図５内の実線）が変化するので、コイル電流ｉの立ち上がりにおける時定数がコイル電流ｉの値によって変化する。
したがって、図６（ａ）に示すように、１段目の電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定の所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌと、２段目の電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｈとは、一致しない。

一方、磁気飽和が生じない可動子位置（ｘ＝Ｐｃ）においては、コイル電流ｉの値にかかわらずコイル２０のインダクタンスＬ（図５内の破線）が一定値なので、コイル電流ｉの立ち上がりにおける時定数は、コイル電流ｉの値が変化しても一定値である。
したがって、図６（ｂ）に示すように、１段目の電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定の所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌと、２段目の電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｈとは、一致する。

つまり、図６（ａ）（ｘ＝Ｐａ）および図６（ｂ）（ｘ＝Ｐｃ）において、各電圧印加時の波形を比較すると、２段目の電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｈが等しくても、１段目の電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌは一致しない。

逆に、図６（ａ）と図６（ｂ）とで時間ｔｌが等しい場合であっても、時間ｔｈは一致しない場合もあり得る。
上記（図５、図６）の現象を利用して、時間計測部１３の測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）と、第１テーブル１１（時間ｔｌに対応）および第２テーブル１２（時間ｔｈに対応）とを比較することにより、インダクタンスＬが等しいことを示す時間ｔｈ（または時間ｔｌ）に基づき、ｘ＝Ｐａの可動子位置であるか、またはｘ＝Ｐｃの可動子位置であるかを判別することができる。

図７は第１テーブル１１および第２テーブル１２の内容を示しており、エアギャップｘと時間計測部１３の測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）との関係を示している。
図７において、横軸はエアギャップｘ、縦軸は測定値であり、（ａ）は時間ｔｌに対応した第１テーブル１１を示し、（ｂ）は時間ｔｈに対応した第２テーブル１２を示している。

すなわち、図７（ａ）においては、１段目の電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌの対エアギャップ特性を示し、図７（ｂ）においては、２段目の電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｈの対エアギャップ特性を示している。

図７（ａ）において、１段目の電圧Ｅ１の印加時の測定値（ｔｌ）がｔｌ＝ｔｌａである場合を考えると、位置検出部１０は、時間計測部１３での計測時間ｔｌ（＝ｔｌａ）と第１テーブル１１とを比較することにより、可動子２２が、ｘ＝Ｐａまたはｘ＝Ｐｃ（２つの黒丸参照）の位置に存在することが分かる。

また、このとき、図７（ｂ）において、２段目の電圧Ｅ２の印加時の測定値（ｔｈ）がｔｈ＝ｔｈａである場合を考えると、位置検出部１０は、時間計測部１３での計測時間ｔｈ（＝ｔｈａ）と第２テーブル１２とを比較することにより、可動子２２が、ｘ＝Ｐａまたはｘ＝Ｐｄ（２つの黒丸参照）の位置に存在することが分かる。

したがって、位置検出部１０は、測定値ｔｌ＝ｔｌａと第１テーブル１１（図７（ａ））との比較結果と、測定値ｔｈ＝ｔｈａと第２テーブル１２（図７（ｂ））との比較結果とから、可動子２２が、ｘ＝Ｐａの位置に存在することが分かる。

一方、図７（ｂ）において、２段目の電圧Ｅ２の印加時の測定値がｔｈ＝ｔｈｃである場合も、同様に測定値ｔｌａと第１テーブル１１（図７（ａ））との比較結果と、測定値ｔｈｃと第２テーブル１２（図７（ａ））との比較結果とに基づき、可動子２２が、ｘ＝Ｐｃの位置に存在することが分かる。

なお、上記説明では、位置検出時に２段の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加したが、ステップ状の電圧は２段に限定されることはなく、３段以上の電圧を印加して、各段に対応する時間を測定し、多くの測定値を得ることによって信頼性を向上させてもよい。ただし、この場合、各段に対応するテーブルをさらに追加する必要があることは言うまでもない。

また、ステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２（Ｅ１＜Ｅ２）の印加時のコイル電流ｉの立ち上がり間に測定値を取得したが、コイル電流ｉを順次に減少させるようなステップ状の電圧を与えて、コイル電流ｉの立ち下がり間に測定値を取得してもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図７）に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置は、コイル２０および可動子２２を備えた電磁アクチュエータ２の可動子位置を検出するために、コイル２０に対して、可動子２２が動作しない範囲内の電圧値で複数段のステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加する電源３と、コイル電流ｉを検出する電流検出部１４と、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加に応じたコイル電流ｉの変化開始からの経過時間ｔｌ、ｔｈを計測する時間計測部１３と、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加ごとに電流検出部１４または時間計測部１３で得られた複数の測定値を、コイル２０のインダクタンスＬの変化に関連付けた基準値（第１テーブル１１、第２テーブル１２）と比較することにより、可動子２２の位置を求める位置検出部１０と、を備えている。

時間計測部１３は、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加に応じたコイル電流ｉが変化を開始してから、電流値が所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌ、ｔｈを、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２に対してそれぞれ測定する。
位置検出部１０は、時間計測部１３で得られた複数の測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）と可動子２２の位置（エアギャップｘ）との関係を示す複数のテーブル（第１テーブル１１、第２テーブル１２）を備えており、複数の測定値と複数のテーブルとを比較することにより、可動子２２の位置を求める。

また、この発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出方法は、コイル２０および可動子２２を備えた電磁アクチュエータ２の可動子位置を検出するために、コイル２０に対して、可動子２２が動作しない範囲内の電圧値で複数段のステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加する第１工程と、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加に応じたコイル電流ｉの変化の状態を、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２に対してそれぞれ測定する第２工程と、第２工程で得られた複数の測定値と所定の基準値（第１テーブル１１、第２テーブル１２）とを比較することにより、可動子２２の位置を求める第３工程と、を備えている。

このように、複数のコイル電流ｉの測定に基づいて、コイル２０のインダクタンスＬの電流依存性を判定することができるので、可動子２２の位置を一意に検出することができる。
特に、複数のテーブル（第１テーブル１１、第２テーブル１２）に基づく複数の比較結果を用いることにより、可動子２２の位置を一意に検出することができる。

したがって、磁気飽和が生じることに起因して、コイル２０のインダクタンスＬが等しいにもかかわらず、可動子２２とステータ２１の底部２１ａとのエアギャップｘが異なる２点（Ｐａ、Ｐｃ）が存在しても、これら２点のいずれが正しい位置であるかを判別することができ、可動子２２の位置を一意に判定することができる。

また、可動子２２を一定の位置に保持したままで可動子２２の位置を検出することができるので、たとえ何らかのノイズの影響によって位置を検出することができなかった場合が生じても、何度でも繰り返して位置検出動作を試みることができるので、検出の信頼性が向上する。

さらに、各段の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加時からコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでの時間ｔｌ、ｔｈを計測することのみで測定値が得られるので、複雑な回路構成を必要とせずに、容易に可動子２２の位置を検出することができる。

次に、図８、図９を参照しながら、前述した特許文献２に記載の従来技術と対比して、本願発明の技術的特徴についてさらに説明する。

図８は特許文献２に記載の位置検出装置が電磁アクチュエータ２のコイル２０に１段のステップ状の電圧を印加したときの電圧Ｅとコイル電流ｉとの関係を示す波形図である。
図９はこの発明の実施の形態１に係る位置検出装置１と、特許文献２に記載の位置検出装置とをそれぞれ用いた場合の、電磁アクチュエータ２におけるエアギャップ固定時のコイル電流ｉとコイル２０のインダクタンスＬとの関係を示す説明図である。

図８において、横軸は時間を示し、（ａ）はコイル２０に印加される電圧Ｅ１の波形、（ｂ）は電圧Ｅ１が印加されたときのコイル電流ｉの波形、をそれぞれ示している。また、特許文献２では、本願発明と異なり、１段の電圧Ｅ１の印加によるコイル電流ｉの立上がり時においてコイル電流ｉが所定量Δｉｕｌ、Δｉｕｈだけ変化するのに要した時間ｔｕｌ、ｔｕｈを用いて可動子２２の位置を検出する。

また、可動子２２がｘ＝Ｐａの位置に存在するとき（すなわち、エアギャップｘが小さいとき）は、図９に示すように、インダクタンスＬがコイル電流ｉによって変化する。このように、インダクタンスＬに電流依存がある場合においては、インダクタンスＬが電流の変化に対して刻々と変動していくことになる。

したがってコイル電流が所定量だけ変化するのに要する時間として検出されるインダクタンスＬの値は、コイル電流ｉが変化する領域での平均インダクタンスに相当することとなる。

ここで、特許文献２に記載の位置検出装置は、図８に示すように、同一の印加電圧Ｅ１におけるコイル電流ｉの変化の中で複数の個所を計測しているので、電流変化の開始位置が同じである。したがって、図９に示すように、インダクタンスを検出する電流の変化領域が一部重複することとなる。よって、電流依存性によって表れるインダクタンスの差が小さいので、電流依存性（磁気飽和）の有無を判別することは困難である。換言すると、検出したインダクタンスの電流依存性の有無から２点のエアギャップ値を正確に判別することができない可能性がある。

これに対して、この発明の実施の形態１に係る位置検出装置１は、１段ではなく複数段のステップ状の電圧を印加し、各段の電圧印加に応じたコイル電流ｉの変化状態を測定する。したがって、図８に示すような、インダクタンスを検出する電流の変化領域の重複が発生しない。よって、電流依存性によって表れるインダクタンスの差が特許文献２の場合と比べて大きく表れるので、電流依存性（磁気飽和）の有無を確実に判別することが可能となる。換言すると、特許文献２の場合と比べて、検出したインダクタンスの電流依存性の有無から２点のエアギャップ値を正確に判別することができる。

続いて、図１０〜図１３を参照しながら、具体的な数値例を用いて、特許文献２に記載の従来技術と対比した本願発明の効果を説明する。
図１０はこの発明の実施の形態１に係る位置検出装置１がコイル２０に電圧Ｅを印加した場合のコイル電流ｉと、特許文献２に記載の位置検出装置がコイル２０に電圧Ｅを印加した場合のコイル電流ｉとを比較した説明図である。
図１１はこの発明の実施の形態１に係る位置検出装置１と、特許文献２に記載の位置検出装置とをそれぞれ用いた場合の、電磁アクチュエータ２におけるエアギャップ固定時のコイル電流ｉとコイル２０のインダクタンスＬとの関係の一例を示す説明図である。

図１２は特許文献２に記載の位置検出装置を用いた場合の、電磁アクチュエータ２におけるコイル電流ｉの立ち上がり波形の一例を示す説明図である。
図１３はこの発明の実施の形態１に係る位置検出装置１を用いた場合の、電磁アクチュエータ２におけるコイル電流ｉの立ち上がり波形の一例を示す説明図である。

可動子２２が吸着位置（ｘ＝Ｐａ）で保持されている場合においては、本実施の形態１および特許文献２によるそれぞれのコイル電流ｉの変化が図１０に示すようになる。

ここで、図１１に示すように、特許文献２においては、コイル電流ｉが所定量Δｉｕｌ、Δｉｕｈだけ変化したときの平均インダクタンスは、それぞれＬ＝０．１５［Ｈ］、Ｌ＝０．１１［Ｈ］となる。これに対して、本実施の形態１においては、２段のステップ電圧のそれぞれでΔｉｏだけ変化したときの平均インダクタンスは、それぞれＬ＝０．１５［Ｈ］、Ｌ＝０．０４［Ｈ］となる。

また、このような場合、特許文献２および本実施の形態１におけるそれぞれの電流変化量Δｉの波形が図１２、図１３に示すようになる。

ここで、図１２からｘ＝Ｐａおよびｘ＝Ｐｃのそれぞれに対応する波形を比較すると、特許文献２において、コイル電流ｉがΔｉｕｌだけ変化するのに要する時間ｔｕｌはｘ＝Ｐａとｘ＝Ｐｃとで等しくなる。

しかしながら、コイル電流ｉがΔｉｕｈだけ変化するのに要する時間ｔｕｈはｘ＝Ｐａとｘ＝Ｐｃとで等しくならない。このとき、ｘ＝Ｐａとｘ＝Ｐｃとでコイル電流ｉがΔｉｕｈだけ変化するまでに要する時間ｔｕｈの差は、１０［ｍｓ］となる。

これに対して、図１３から、ｘ＝Ｐａおよびｘ＝Ｐｃのそれぞれに対応する波形を比較すると、本実施の形態１において、ｘ＝ＰｃのときはインダクタンスＬがコイル電流ｉによって変化しないので、１段目の電圧Ｅ１および２段目の電圧Ｅ２のそれぞれに対応する電流変化量Δｉの波形が一致する。

また、図１３から、ｘ＝Ｐａおよびｘ＝Ｐｃのそれぞれに対応する波形を比較すると、本実施の形態１において、１段目の電圧Ｅ１による電流変化量ｉｌの波形（ｘ＝Ｐａ（ｉｌ））については、コイル電流ｉがΔｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌはｘ＝Ｐａ（ｉｌ）とｘ＝Ｐｃとで等しくなる。

しかしながら、２段目の電圧Ｅ２による電流変化量ｉｈの波形（ｘ＝Ｐａ（ｉｈ））については、コイル電流ｉがΔｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｈはｘ＝Ｐａ（ｉｈ）とｘ＝Ｐｃとで等しくならない。このとき、ｘ＝Ｐａ（ｉｌ）、ｘ＝Ｐｃでコイル電流ｉがΔｉｏだけ変化するまでに要する時間ｔｌと、ｘ＝Ｐａ（ｉｈ）でコイル電流ｉがΔｉｏだけ変化するまでに要する時間ｔｈとの差は、３０［ｍｓ］となる。

このように、本実施の形態１においては、ｘ＝Ｐａとｘ＝Ｐｃとで計測値の差を大きくすることが可能となるので、電流依存性（磁気飽和）の有無を確実に判別することができる。換言すると、本実施の形態１においては、複数段のステップ状の電圧を印加し、各段の電圧印加に応じたコイル電流ｉの変化を検出することで、重複しない電流領域でのインダクタンスを検出することにより、可動子吸着位置にある場合に測定値に表れる電流依存性によるインダクタンス差を大きくすることができる。この結果、電流依存性（磁気飽和）の有無を確実に判別することが可能となる。そして、電流依存性の有無から２点のエアギャップ値を正確に判別することができ、可動子２２の位置を正確に検出することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図３〜図７）では、コイル電流ｉの変化開始から所定量Δｉｏだけ変化した時点での時間計測部１３の測定時間を用いて可動子２２の位置を検出したが、図１４のように、コイル電流ｉの変化開始から所定時間ｔｏが経過した時点での電流検出部１４Ａの測定値（電流変化量Δｉｌ、Δｉｈ）を用いて可動子２２の位置を検出してもよい。

図１４はこの発明の実施の形態２に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の具体的な機能構成を示すブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
また、図示しない全体構成は、図１に示した通りである。

図１４において、位置検出装置１Ａは、位置検出部１０Ａと、時間計測部１３Ａと、電流検出部１４Ａと、を備えている。
位置検出部１０Ａは、１段目の電圧Ｅ１の印加時の電流変化量Δｉｌに対する比較基準となる第１テーブル１１と、２段目の電圧Ｅ２（＞Ｅ１）の印加時の電流変化量Δｉｈに対する比較基準となる第２テーブル１２と、を備えている。

時間計測部１３Ａは、コイル電流ｉの変化開始から所定時間ｔｏが経過した時点で、電流検出部１４Ａに検出信号を入力する。
電流検出部１４Ａは、１段目の電圧Ｅ１の印加時のコイル電流ｉの変化開始から所定時間ｔｏが経過した時点での電流変化量Δｉｌと、２段目の電圧Ｅ２の印加時のコイル電流ｉの変化開始から所定時間ｔｏが経過した時点での電流変化量Δｉｈと、を位置検出部１０Ａに入力する。

この場合、実施の形態１（図３）との相違点は、第２工程において電流検出部１４Ａが時間計測部１３Ａからの検出信号に応じてコイル電流ｉを測定する点、および、位置検出部１０Ａが電流検出部１４Ａでの測定値とエアギャップｘとの関係をインダクタンスＬを介して関係付けた第１テーブル１１Ａおよび第２テーブル１２を備えた点のみである。

次に、図１および図１４とともに、図１５を参照しながら、この発明の実施の形態２による位置検出装置１Ａの動作について説明する。
ここでは、前述と同様に、位置検出時に２段の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加した場合について説明する。

図１５はこの発明の実施の形態２による電磁アクチュエータのコイルに複数段の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加したときの電圧とコイル電流ｉとの関係を示す波形図である。
図１５において、横軸は時間を示し、（ａ）はコイル２０に印加される電圧Ｅ１、Ｅ２の波形、（ｂ）は電圧Ｅ１、Ｅ２が印加されたときのコイル電流ｉの波形、（ｃ）は１段目の電圧Ｅ１によるコイル電流ｉの電流変化量ｉｌのみの波形、（ｄ）は２段目の電圧Ｅ２（＞Ｅ１）によるコイル電流ｉの電流変化量ｉｈのみの波形、をそれぞれ示している。

まず、第１工程において、図１５（ａ）のように２段の電圧Ｅ１、Ｅ２をコイル２０に印加すると、コイル電流ｉには、図１５（ｂ）のように、コイル２０のインダクタンスＬおよび抵抗によって決定する時定数に応じた立ち上がりが生じる。

次に、第２工程において、時間計測部１３Ａは、１段目の電圧Ｅ１および２段目の電圧Ｅ２を印加したという各信号を電源３から受け取ると、それぞれに対応して時間計測を開始し、あらかじめ規定した所定時間ｔｏだけ時間が経過した時点で、各検出信号を電流検出部１４Ａに入力する。

電流検出部１４Ａは、時間計測部１３Ａからの検出信号を受けた時点でのコイル電流ｉを検出し、各ステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加時のコイル電流ｉから所定時間ｔｏの間の電流変化量Δｉｌ、Δｉｈをそれぞれ測定する。

次に、第３工程において、電流検出部１４Ａは、各電圧Ｅ１、Ｅ２の印加時からの電流変化量Δｉｌ、Δｉｈ（各測定値）を位置検出部１０Ａに入力する。
位置検出部１０Ａは、各測定値を第１テーブル１１Ａおよび第２テーブル１２Ａと比較して、エアギャップｘ（可動子２２の位置）を求める。

このとき、前述（図６）と同様に、ｘ＝Ｐａの可動子位置においては、電流変化量Δｉｌと電流変化量Δｉｈとが一致せず、ｘ＝Ｐｃの可動子位置においては電流変化量Δｉｌと電流変化量Δｉｈとが一致するので、２つの比較結果から一意的にエアギャップｘ（可動子２２の位置）を求めることができる。

以上のように、この発明の実施の形態２（図１、図１４、図１５）による電流検出部１４Ａは、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２によってコイル電流ｉが変化を開始してから所定時間ｔｏの経過後までの電流変化量Δｉｌ、Δｉｈを、ステップ状の各段の電圧Ｅ１、Ｅ２に対してそれぞれ測定する。

位置検出部１０Ａは、電流検出部１４Ａで得られた複数の測定値（電流変化量Δｉｌ、Δｉｈ）と可動子２２の位置（エアギャップｘ）との関係を示す複数のテーブル（第１テーブル１１Ａ、第２テーブル１２Ａ）を備えており、複数の測定値と複数のテーブルとを比較することにより、可動子２２の位置を求める。

このように、複数のコイル電流ｉに基づく測定値（電流変化量Δｉｌ、Δｉｈ）を用いることにより、コイル２０のインダクタンスＬの電流依存性を判定することが可能となるので、可動子２２の位置を一意に検出することができる。

また、測定値として各段の電圧Ｅ１、Ｅ２の印加時から所定時間ｔｏが経過した時点での電流変化量Δｉｌ、Δｉｈを計測するのみで済むので、複雑な回路構成を必要とせずに、容易に可動子２２の位置を検出することができる。
さらに、複数のテーブル（第１テーブル１１Ａ、第２テーブル１２）を用いた複数の比較結果に基づき、可動子位置を一意に検出することができる。

したがって、磁気飽和が生じることに起因して、コイル２０のインダクタンスＬが等しいにもかかわらず、可動子２２とステータ２１の底部２１ａとのエアギャップｘが異なる２点が存在しても、これら２点のいずれが正しい位置であるかを判別することができ、可動子２２の位置を一意に判定することができる。

また、可動子２２を一定位置に保持したままで可動子２２の位置を検出することができるので、たとえ何らかのノイズの影響によって位置検出ができなかった場合でも、何度でも繰り返して位置検出動作を試みることができるので、検出の信頼性が向上する。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図３〜図７）では、複数のテーブル（第１テーブル１１、第２テーブル１２）を用いて可動子２２の位置を検出したが、図１６のように、単一のテーブル（第１テーブル１１）のみを用いて可動子２２の位置を検出してもよい。

図１６はこの発明の実施の形態３に係る電磁アクチュエータの可動子位置検出装置の具体的な機能構成を示すブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
また、図示しない全体構成は、図１に示した通りである。

図１６において、位置検出装置１Ｂは、位置検出部１０Ｂと、時間計測部１３と、電流検出部１４と、を備えている。
位置検出部１０Ｂは、１段目の電圧Ｅ１の印加時の計測時間ｔｌに対する比較基準となる第１テーブル１１のみを備えており、時間ｔｌと第１テーブル１１との比較結果と、時間ｔｌと時間ｔｈとの比較結果とに基づき、可動子２２の位置を検出する。

この場合、実施の形態１（図３）との相違点は、位置検出部１０Ｂが時間計測部１３の測定値（時間ｔｌ）とエアギャップｘとの関係を、インダクタンスＬを介して関係付けた第１テーブル１１のみ備え、第２テーブル１２を省略した点のみである。

次に、図１６とともに、図１、図４〜図６および図７（ａ）を参照しながら、この発明の実施の形態３による位置検出装置１Ｂの動作について説明する。
ここでは、前述と同様に、位置検出時に２段の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加した場合について説明する。

まず、第１工程において、図４（ａ）のように、２段の電圧Ｅ１、Ｅ２をコイル２０に印加すると、コイル電流ｉには、図４（ｂ）のように、コイル２０のインダクタンスＬおよび抵抗によって決定する時定数に応じた立ち上がりが生じる。

次に、第２工程において、電流検出部１４は、コイル電流ｉを検出し、その電流値が、１段目の電圧Ｅ１の印加時から所定量Δｉｏだけ変化した時点ｔ１で、時間計測部１３に検出信号を入力する。
同様に、２段目の電圧Ｅ２の印加時からコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化した時点ｔ２で、時間計測部１３に検出信号を入力する。

時間計測部１３は、１段目の電圧Ｅ１を印加したという信号を電源３から受けると、時間計測を開始し、コイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化した時点ｔ１での検出信号を電流検出部１４から受け取ると、時間計測を終了する。
さらに、２段目の電圧Ｅ２を印加したという信号を電源３から受け取ると、別の時間計測を開始し、コイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化した時点ｔ２での検出信号を電流検出部１４から受け取ると、時間計測を終了する。

すなわち、時間計測部１３は、１段目の電圧Ｅ１でコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでに要した時間ｔｌと、２段目の電圧Ｅ２でコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでに要した時間ｔｈとをそれぞれ測定し、測定時間ｔｌ、ｔｈの情報を位置検出部１０Ｂに入力する。

次に、第３工程において、位置検出部１０Ｂは、時間計測部１３での測定値（時間ｔｌ）と、第１テーブル１１とを比較するとともに、測定値同士（時間ｔｌと時間ｔｈと）を比較して、可動子２２の位置を求める。

以下、第３工程における位置検出部１０Ｂの可動子位置の検出動作について具体的に説明する。
図７（ａ）において、時間計測部１３で得られた測定値（時間ｔｌ）がｔｌ＝ｔｌａである場合を考えると、位置検出部１０Ｂは、時間計測部１３での測定値ｔｌａと第１テーブル１１とを比較することにより、可動子２２が、ｘ＝Ｐａまたはｘ＝Ｐｃの位置に存在することが分かる。

磁気飽和が生じている可動子位置（ｘ＝Ｐａ）においては、図５のように、コイル電流ｉの増加にともなって、コイル２０のインダクタンスＬは減少していく。
つまり、１段目の電圧Ｅ１の印加時でのコイル電流ｉの立ち上がり時点と、２段目の電圧Ｅ２の印加時でのコイル電流ｉの立ち上がり時点とでは、コイル２０のインダクタンスＬが異なる。

したがって、図６（ａ）に示すように、ｘ＝Ｐａの位置に可動子２２が存在する場合には、１段目の電圧Ｅ１の印加時での電流変化量ｉｌと、２段目の電圧Ｅ２の印加時での電流変化量ｉｈとが一致しないので、１段目および２段目の電圧Ｅ１、Ｅ２によってコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌ、ｔｈは、一致しない。

一方、図６（ｂ）に示すように、ｘ＝Ｐｃの位置に可動子２２が存在する場合には、磁気飽和が生じていないので、インダクタンスＬは一定値であり、１段目の電圧Ｅ１の印加時での電流変化量ｉｌと、２段目の電圧Ｅ２の印加時での電流変化量ｉｈと、は一致する（ｔｌ＝ｔｈとなる）。

このように、位置検出部１０Ｂにおいて、時間ｔｌ、ｔｈを比較して、両者の一致／不一致を判定することにより、磁気飽和が生じているか否かを判別することができる。
したがって、時間ｔｌ、ｔｈの比較結果と、時間ｔｌと第１テーブル１１との比較結果とから、エアギャップｘ（可動子２２の位置）を求めることができる。

なお、ここでは、位置検出部１０Ｂが第１テーブル１１のみを備えた場合について説明したが、前述の実施の形態２（図１４）のように、電流検出部１４Ａからの測定値（電流変化量Δｉｌ、Δｉｈ）を用いて位置検出する場合には、位置検出部１０Ｂが第２テーブル１２のみを備えていればよい。

以上のように、この発明の実施の形態３（図１、図４〜図６、図７（ａ）、図１６）による位置検出部１０Ｂは、時間計測部１３（または、電流検出部１４Ａ）で得られた複数の測定値（時間ｔｌ、ｔｈ）と可動子２２の位置との関係を示す少なくとも１つのテーブル（第１テーブル１１）を備えており、第１テーブル１１に対応する測定値（時間ｔｌ）を第１テーブル１１と比較するとともに、複数の測定値同士（時間ｔｌと時間ｔｈと）を比較することにより、可動子２２の位置を求める。

これにより、測定値とエアギャップｘとの関係を示すテーブルとして、複数のテーブルを必要とせずに第１テーブル１１のみを用いて、コイル２０のインダクタンスＬの電流依存性を判定することができるので、前述と同様の効果に加えて、さらに簡易な構成で、磁気飽和が生じる場合であっても可動子２２の位置を一意に判定することができる。

なお、図１６においては、１段目の電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｌを第１テーブル１１と比較したが、これに限定されることはなく、２段目の電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するのに要する時間ｔｈを第２テーブル１２と比較してもよい。
この場合、第１テーブル１１が不要となるので、第２テーブル１２のみを用いて、可動子２２がｘ＝Ｐａ、またはｘ＝Ｐｃの位置に存在することを判定することができる。

また、他の測定値を用いる場合は、用いる測定値に対応するテーブルを備えておけばよい。
すなわち、位置検出用の測定値として電圧印加後の経過時間ｔｌ、ｔｈを用いたが、前述の実施の形態２（図１４）のように、電流検出部１４Ａからの電流変化量Δｉｌ、Δｉｈを用いてもよい。この場合も、第１テーブル１１Ａまたは第２テーブル１２Ａのいずれか一方のみを用いて、可動子２２の位置を一意に判定することができる。

実施の形態４．
なお、実施の形態１（図３〜図７）では、連続する複数段のステップ状の電圧を用いて可動子２２の位置を検出したが、図１７に示すように、コイル電流ｉを異なる電流範囲で変動させるような不連続な複数段のステップ状の電圧を用いて可動子２２の位置を検出してもよい。

図１７はこの発明の実施の形態４による電磁アクチュエータ２のコイル２０に不連続な複数段のステップ状の電圧Ｅ１、Ｅ２を印加したときの電圧Ｅとコイル電流ｉとの関係を示す波形図である。
図１７において、横軸は時間を示し、（ａ）はコイル２０に印加される電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の波形、（ｂ）は電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が印加されたときのコイル電流ｉの波形、をそれぞれ示している。

次に、図１７を参照しながら、この実施の形態４に係る位置検出装置１の動作を説明する。ここでは、前述と同じように可動子２２の位置の検出に用いるステップ状の電圧として電圧Ｅ１、Ｅ２を連続的に印加するのではなく、電圧Ｅ１と、電圧Ｅ２とが不連続となるように、コイル２０に対して、電圧Ｅ１を印加した後に、可動子２２が動作しない範囲内の電圧値であり、可動子２２の位置の検出に用いない電圧Ｅ３を印加してから、電圧Ｅ２を印加する。

まず、第１工程において、図１７（ａ）に示すように、１段目の電圧Ｅ１をコイル２０に印加する。その後、そのまま電圧Ｅ２をコイル２０に印加するのではなく、電圧Ｅ３を印加した後、電圧Ｅ２をコイル２０に印加する。なお、図１７では、電圧Ｅ３としてステップ状の電圧を例示しているが、電圧Ｅ１から電圧Ｅ３へ変化させるときは、ステップ形状に限定するものではなく、ランプ形状など他の形状の電圧を与えてもよい。

このように、電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３をコイル２０に印加すると、コイル電流ｉは図１７（ｂ）に示すように、コイル２０のインダクタンスＬおよび抵抗によって決定する時定数に応じた立ち上がりが生じる。

次に、第２工程において、時間計測部１３は、先の実施の形態１と同様に、電圧Ｅ１および電圧Ｅ２をコイル２０に印加したという各信号を電源３から受け取ると、それぞれに対応して時間計測を開始し、コイル電流ｉがあらかじめ規定した所定量Δｉｏだけ変化したという各検出信号を電流検出部１４から受け取ると、時間計測を終了する。

すなわち、時間計測部１３は、電圧Ｅ１の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでに要した時間ｔｌと、電圧Ｅ２の印加時にコイル電流ｉが所定量Δｉｏだけ変化するまでに要した時間ｔｈと、をそれぞれ測定する。

次に、第３工程において、時間計測部１３は、各電圧Ｅ１、Ｅ２に対応した測定値（時間ｔｌ、時間ｔｈ）を位置検出部１０に入力する。そして、位置検出部１０は、各測定値と、第１テーブル１１および第２テーブル１２とを比較し、エアギャップｘ（可動子２２の位置）を求める。

このとき、前述（図６）と同様に、時間ｔｌと第１テーブル１１との比較だけでは、ｘ＝Ｐａおよびｘ＝Ｐｃのときの可動子２２を判別できないが、時間ｔｈと第２テーブルとの比較結果を併せることで、ｘ＝Ｐａおよびｘ＝Ｐｃのときの可動子２２を判別できるようになる。よって、時間ｔｌおよび時間ｔｈのそれぞれに対応する各テーブルの比較結果から、一意的にギャップｘ（可動子２２の位置）求めることができる。

以上のように、この発明の実施の形態４（図１７）による電源３は、不連続な複数段のステップ状の電圧を印加し、時間計測部１３は、ステップ状の各段の電圧によってコイル電流ｉが所定量Δｉｏ変化するまでの時間をステップ状の各段の電圧に対してそれぞれ測定する。そして、位置検出部１０は、時間計測部１３で得られた複数の測定値と可動子２２の位置（エアギャップｘ）との関係を示す複数のテーブルを備えており、複数の測定値と複数のテーブルとを比較することにより、可動子２２の位置を求める。

このように、可動子２２の位置を求めるための複数段のステップ状の電圧のうち、第１のステップ状の電圧と、第２のステップ状の電圧とが不連続となるようにすることで、各ステップ電圧を離すことができる。したがって、計測に用いるコイル電流ｉの変化領域を離すことができるようになるので、インダクタンスＬに電流依存性がある場合に検出されるインダクタンスＬの差を、先の実施の形態１と比べて大きくすることができる。そのため、ｘ＝Ｐａとｘ＝Ｐｃの場合の測定値の差を大きくすることができるので、ｘ＝Ｐａとｘ＝Ｐｃの判別が容易となり、可動子２２の位置をより正確に検出できるようになる。

さらに、以上のように、この発明の実施の形態１〜４（図１〜図１７）について個別に説明してきたが、上記実施の形態１〜４の構成は、任意に組み合わせことが可能であり、その場合、各実施の形態の効果が重複して得られることは言うまでもない。

Claims (6)

1. コイルおよび可動子を備えた電磁アクチュエータの可動子位置検出装置であって、
   前記コイルに対して、前記可動子が動作しない範囲内の電圧値で複数段のステップ状の電圧を印加する電源と、
   前記コイルに流れるコイル電流を検出する電流検出部と、
   前記ステップ状の各段の電圧の印加に応じた前記コイル電流の変化開始からの経過時間を計測する時間計測部と、
   前記ステップ状の各段の電圧の印加ごとに前記電流検出部または前記時間計測部で得られた複数の測定値を、前記コイルのインダクタンス変化に関連付けた基準値と比較することにより、前記可動子の位置を求める位置検出部と、
   を備えた電磁アクチュエータの可動子位置検出装置。
2. 前記時間計測部は、前記ステップ状の各段の電圧の印加に応じた前記コイル電流が変化を開始してから、電流値が所定量だけ変化するのに要する時間を、前記ステップ状の各段の電圧に対してそれぞれ測定する請求項１に記載の電磁アクチュエータの可動子位置検出装置。
3. 前記電流検出部は、前記ステップ状の各段の電圧によって前記コイル電流が変化を開始してから所定時間経過後までの電流変化量を、前記ステップ状の各段の電圧に対してそれぞれ測定する請求項１に記載の電磁アクチュエータの可動子位置検出装置。
4. 前記位置検出部は、
   前記時間計測部または前記電流検出部で得られた複数の測定値と前記可動子の位置との関係を示す複数のテーブルを備え、
   前記複数の測定値と前記複数のテーブルとを比較することにより、前記可動子の位置を求める請求項２または請求項３に記載の電磁アクチュエータの可動子位置検出装置。
5. 前記位置検出部は、
   前記時間計測部または前記電流検出部で得られた複数の測定値と前記可動子の位置との関係を示す少なくとも１つのテーブルを備え、
   前記テーブルに対応する測定値を前記テーブルと比較するとともに、前記複数の測定値同士を比較することにより、前記可動子の位置を求める請求項２または請求項３に記載の電磁アクチュエータの可動子位置検出装置。
6. 前記電源が前記コイルに対して印加する前記複数のステップ状の電圧は、
   前記可動子の位置の検出に用いる第１のステップ状の電圧および第２のステップ状の電圧を含んで構成され、
   前記電源は、
   前記第１のステップ状の電圧を印加した後、前記前記可動子が動作しない範囲内の電圧値であり、前記可動子の位置の検出に用いない電圧を印加してから前記第２のステップ状の電圧を印加する請求項４または請求項５に記載の電磁アクチュエータの可動子位置検出装置。

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