特許 6427658 アクチュエータ／センサ装置および当該装置で使用する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6427658

(24)【登録日】2018年11月2日

(45)【発行日】2018年11月21日

(54)【発明の名称】アクチュエータ／センサ装置および当該装置で使用する方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20181112BHJP

   H01F 7/06 20060101ALI20181112BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 103C

   G01B7/00 103M

   H01F7/06 Z

【請求項の数】17

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-502994(P2017-502994)

(86)(22)【出願日】2015年6月29日

(65)【公表番号】特表2017-528696(P2017-528696A)

(43)【公表日】2017年9月28日

(86)【国際出願番号】DE2015200398

(87)【国際公開番号】WO2016012017

(87)【国際公開日】20160128

【審査請求日】2017年3月22日

(31)【優先権主張番号】102014214439.6

(32)【優先日】2014年7月23日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】592093648

【氏名又は名称】マイクロ−エプシロン・メステヒニク・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＣＲＯ−ＥＰＳＩＬＯＮ ＭＥＳＳＴＥＣＨＮＩＫ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ ＆ ＣＯＭＰＡＧＮＩＥ ＫＯＭＭＡＮＤＩＴＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

(74)【代理人】

【識別番号】110002343

【氏名又は名称】特許業務法人 東和なぎさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ショップ、トビアス

(72)【発明者】

【氏名】ヘーニッカ、ラインホルト

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１６０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０４００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第００７５７２６９（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／００− ５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９− ５／６２

Ｈ０１Ｆ ７／０６− ７／１７

Ｈ０２Ｋ３３／００−３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電機子巻線である少なくとも１つのコイル（３）を有する磁気アクチュエータ（１）と、ロータとして動作する磁石（２）とを備え、前記コイル（３）が、前記磁石（２）に少なくとも１つの方向で力を作用させる磁場（４）を生成するアクチュエータ／センサ装置であって、
前記少なくとも１つの方向で前記磁石（２）の移動を検知するセンサ（６）が、前記コイル（３）と磁石（２）との間の力伝達磁束（７）に配置され、
前記センサ（６）が、前記磁気アクチュエータ（１）のＸ／Ｙ方向（横変位）での移動を検知する２つ以上のセンサ素子を備えていることを特徴とする、アクチュエータ／センサ装置。

【請求項2】

前記センサ（６）が、前記磁気アクチュエータ（１）のＺ方向（磁気アクチュエータ（１）と磁石（２）との間の距離）での移動をさらに検知し、および／または、その目的のために、さらなるセンサ素子が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項3】

前記センサ（６）が、平坦構造型の渦電流センサであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項4】

非強磁性である電導性のターゲット（１１）が、前記磁石（２）に適用されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項5】

前記ターゲット（１１）が、ポットのような態様で構築され、
前記磁石（２）が前記ターゲット（１１）に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項6】

前記ターゲット（１１）が、前記磁気アクチュエータ（１）に対向する面（１６）を有する湾曲状または球状に構成され、
前記ターゲット（１１）の横変位が発生した場合に、前記面（１６）と前記センサ（６）または磁気アクチュエータ（１）との間に一定の間隔が生成されるようになされ、
前記面（１６）の半径が、変位させられる前記ターゲット（１１）の回転位置（１８）に対する半径に適応していることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項7】

前記ターゲット（１１）または磁石（２）の位置が、作動面の観点でコイル（８）により構造化されたセンサ（６）を利用して判断され、
前記センサコイル（８）により生成される磁場が、前記ターゲット（１１）または磁石（２）の増加または減少するカバレッジにより影響を受けることを特徴とする、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項8】

前記センサ（６）が、前記磁気アクチュエータ（１）に関連付けられ、前記アクチュエータ（１）をカバーし、前記磁気アクチュエータ（１）を前記磁石（２）に対して密閉していることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項9】

前記センサ（６）が、多層のセラミック素子（１２）に統合されていることを特徴とする、請求項８に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項10】

前記センサ（６）が、前記磁気アクチュエータ（１）を閉じるかまたはカバーするプレートまたはキャップに統合されていることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項11】

前記磁気アクチュエータ（１）が、前記Ｚ方向で力を作用させ、または、素子の二重構造および対応する十字配置により、Ｘ方向およびＹ方向ならびに必要に応じて前記Ｚ方向で力を作用させるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項12】

前記センサ（６）が、異なる搬送周波数で作動するコイル（８）である２つ以上のセンサ素子を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項13】

前記センサ（６）が、少なくとも１つのコイル対（８）を備え、
前記コイル対（８）のコイル（８）が、差動構成であることを特徴とする、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項14】

前記センサ（６）が、前記ターゲット（１１）または磁石（２）のＸ方向およびＹ方向の変位（１７）に加えて、前記ターゲット（１１）または磁石（２）に対するＺ方向の間隔も、すべてのコイル（８）の出力信号を合計するか、またはＺ間隔を検知する独立したコイル（１４）を利用することにより判断されるように構成され、
Ｘ／Ｙ変位を判断する前記コイル（８）と、Ｚ間隔を検知する前記コイル（１４）とが、異なる搬送周波数で制御されることを特徴とする、請求項１３に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項15】

前記Ｘ／Ｙ変位を測定する前記コイル（８）と、Ｚ間隔を測定する前記コイル（１４）とが、同時および互いに独立して作動可能であることを特徴とする、請求項１４に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項16】

前記センサ（６）が、前記センサ（６）の温度を測定するために、相反する方向で構成された抵抗経路（１３）の形式をした抵抗素子により補足されることを特徴とする、請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置。

【請求項17】

請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載のアクチュエータ／センサ装置で使用される、磁気アクチュエータ（１）を利用して変位させられるロータ（２）の移動を測定する方法であって、
前記磁気アクチュエータ（１）が、電機子巻線である少なくとも１つのコイル（３）を有し、
前記ロータ（２）が、磁石であり、
前記コイル（３）が、力適用磁場を生成して前記磁石に少なくとも１つの方向で力を作用させ、
前記磁石の前記少なくとも１つの方向での移動が、センサ（６）を利用して検知され、
前記センサ（６）が、前記コイル（３）と磁石（２）との間の前記力伝達磁束に配置されることを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電機子巻線である少なくとも１つのコイルと、ロータとして動作する磁石とを備えるアクチュエータ／センサ装置であって、コイルが、力を作用させる磁場を生成してロータにＺ方向等の少なくとも１つの方向で力を作用させるアクチュエータ／センサ装置に関する。
さらに、本発明は、そのようなアクチュエータ／センサ装置で使用する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本明細書で取り上げる、アクチュエータが物体を変位させるタイプのアクチュエータ／センサ装置に対する要望が常に存在する。
物体は、たとえば、光学の分野において、きわめて正確な態様で微妙に傾斜させる、ビーム変位用の鏡である。
この鏡は、ワーク等に方向付けられるレーザビームを変位させる役割も果たす。
さまざまな用途において、傾斜を作り出すために、アクチュエータとロータとの間の相対位置を測定するセンサシステムが求められる。
この場合、従来のセンサおよびセンサ装置は、力を作用させる磁場を妨害し、または少なくともそのような磁場に無視できない程度の影響を与えるという問題がある。
逆に、センサは、力を作用させるアクチュエータの磁場によって妨害されて、信号品質が損なわれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、センサシステムが力の流れを妨害せず、または最悪でもわずかにしか妨害せず、逆にセンサシステムがアクチュエータにより妨害されず、または最悪でもわずかにしか妨害されないような、アクチュエータ／センサ装置を開発することである。
さらに、そのようなアクチュエータ／センサ装置で使用する方法も提示する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記目的は、請求項１の特徴により達成される。
すなわち、汎用型のアクチュエータ／センサ装置は、コイルとロータとの間の力伝達磁束に、Ｚ方向（アクチュエータとロータの間隔）等の少なくとも１つの方向でロータの移動を検知するセンサが配置されていることを特徴とする。

【0005】

本発明によると、ロータの変位を検知するセンサを、コイルとロータとの間の間隙の力伝達磁束に、力伝達磁束を妨害せず、または、出力信号で妨害されずに、直接配置することが可能である。
このセンサは、ロータの移動を少なくとも１つの方向、たとえば、上述したアクチュエータとロータの間隔を定義するＺ方向で、検知する。
よって、センサは、そのセンサコイルまたは電極と共に、アクチュエータの動作方向のフロー、すなわち、動作フローに直接配置される。

【0006】

この時点で、アクチュエータが真空中または少なくとも減圧中に配置され、ロータまたは磁石が大気中に配置される（またはその逆で配置される）状況が数多く存在することに留意する必要がある。
そのような構成では、センサが、その物理構成により、真空／減圧と大気との間の分離位置を定義し、それらの領域の間のシールを形成することが考えられる。

【0007】

センサは、多様に構成される。
詳細には、センサは、アクチュエータの移動を横変位であるＸ／Ｙ方向、および／またはアクチュエータとロータの間隔であるＺ方向で検知する２つ以上のセンサ素子を備えている。

【0008】

センサは、平坦構造型の静電容量センサである。
特に、センサは、平坦構造型の渦電流センサとして構成される。
わかりやすくするため、以下では、１つまたは複数のコイルを備えた渦電流センサを取り上げる。
コイルの代わりに、静電容量センサの形式では、対応する電極が提供される可能性がある。
コイルが設けられた渦電流センサは、本発明の説明としての役割のみを果たす。

【0009】

センサ素子は、電子システムに接続され、この電子システムは、既知の態様で、コイルまたは電極の（複素）インピーダンスを検知し、それを磁石の相対位置および／または移動に依存する信号に変換する。

【0010】

既に説明したように、磁石は、ロータとして動作し、電磁気的に作動するアクチュエータにより影響を受けるか、または、変位させられる。
導電性材料のターゲット、たとえば、強磁性または好ましくは非強磁性の金属が、磁石と関連付けられる。
ターゲットの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
特に、磁石は、ターゲットにより運搬または保持される。
ただし、ターゲットも、磁石により運搬または保持される。

【0011】

ターゲットは、センサの機能を最適化する役割を果たす。
ターゲットは、アクチュエータコイルの磁場とセンサの出力信号の間の相互作用を防ぐ導電性材料を備える。
これは、磁石に対する直接測定または強磁性材料に対する直接測定の場合、センサにより生成される渦電流の形式が、磁石の磁束に依存するからである。
乱電流の形式が（導入深さ、振幅、直径について）変化すると、センサにより生成される場へのフィードバックが変化し、結果として、センサの出力信号に影響が及ぶ。
非強磁性材料の使用は、特に有利である。

【0012】

ターゲットは、ポットのような態様で構成され、そのポットのようなターゲットに磁石が係止または配置されると良い。

【0013】

特に、ターゲットは、アクチュエータに対向する面を有する湾曲状または球状に構成され、ターゲットの横変位が発生した場合に、その面とセンサまたはアクチュエータとの間に一定の間隔が生成される。
この場合、面の半径は、変位させられるターゲットの回転／旋回位置に対する半径に適応している。
よって、センサに対向するターゲットの面について最適な状況、すなわち、変位領域にわたって間隔が一定である状況が実現される。

【0014】

既に説明したように、センサは、アクチュエータとロータとの間の領域を分離することができる。
この場合、センサをアクチュエータと関連付け、センサでアクチュエータをカバーすると良く、それによって、アクチュエータをロータまたは磁石に対して密閉すると好ましい。
よって、センサをアクチュエータの端部側キャップとして構成し、センサの表面とターゲットとの間に残る、ロータ（ターゲットおよび磁石を含む）の移動を許容する空間を可能な限り少なくすることができる。

【0015】

センサは、センサコイルまたは電極が統合されたセラミック素子である。
別の態様では、センサは、アクチュエータ（該当する電子システムでは、接触に加えて、アクチュエータコイルおよびコア）を包含する筐体を終端するように、アクチュエータを閉じるかまたはカバーするプレートまたはキャップに統合される。

【0016】

セラミック素子は、既知の態様で、複数の層から構成され、コイルまたは電極も、たとえば、それらの層の間に構成される。
この多層構造の結果として、高い安定性を備えた多層コイルを、最小限の空間要件で構成することができる。

【0017】

アクチュエータは、Ｚ方向でロータに力を排他的に適用して、アクチュエータに対するロータの間隔を変化させるように構成することができる。
また、Ｘ方向およびＹ方向で力を追加的または代替的に適用して、ロータの横変位を引き起こすように、アクチュエータを構成することも考えられる。
このために、アクチュエータは、素子の二重構造および対応する十字配置を備え、原則として、アクチュエータが、力をＸ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向で作用させて、ロータの対応する変位を実現することが考えられる。
これには、センサの対応する構造が必要である。
センサは、変位を制御するために、移動を検知する必要がある。

【0018】

よって、センサは、単層または多層コイルである２つ以上のセンサ素子を含むことができる。
センサ素子は、互いに並べて、または、互いに重ねて配置される。
コイルは、異なる搬送周波数により作動する。
これにより、磁石に対する測定でも、Ｚ間隔の正確な検知が可能となる。
異なる搬送周波数での作動は、磁束に起因する「重大な変更（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｈａｎｇｅｓ）」を算術的に除去することができる、過剰連立方程式（ｏｖｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）につながる。

【0019】

少なくとも２つのコイルが提供される場合、それらを互いに前後に配置して、代替的または継続的に作動させることができる。
標準の多周波方式は、１つのコイルを使用し、周波数を変化させる。
ここで、各コイルを、その誘導性の観点で、搬送周波数に個別に適応させると良い。
それにより、２つのコイルが提供される場合、それらのコイルを共振周波数に近づけて作動させることができる。
よって、優れた信号雑音比を実現することができる。
さらに、２つの周波数の差異は、十分な大きさとなるように選択することができる。
一方、１つのコイルを用いる従来の多周波方式では、周波数間隔は得てして、第２の周波数に関する必要情報を取得するために十分ではない。

【0020】

詳細には、Ｘ／Ｙ方向での測定、および、場合によってはＺ方向での測定に関し、ターゲットまたは磁石の位置が、作動面の観点でコイルにより構造化されたセンサを利用して判断されると良い。
この場合、センサコイルにより生成される磁場は、ターゲットまたは磁石の増加または減少するカバレッジにより影響を受ける。
センサの具体的な実施形態については、図面の説明で説明する。

【0021】

もう１つの利点は、少なくとも１つのコイル対を備え、当該コイル対のコイルが、差動構成であるセンサにより達成される。
このセンサは、ターゲットまたは磁石のＸ方向およびＹ方向の変位に加えて、すべてのコイルの出力信号の合計を計算するか、または、Ｚ間隔を検知する独立したコイルを提供することにより、Ｚ方向のターゲットまたは磁石に対する間隔を同時または交互に判断するように構成される。
ここで、Ｘ／Ｙ変位を判断するコイルと、Ｚ間隔を判断するコイルとは、異なる搬送周波数で制御されるのが好ましい。
Ｘ／Ｙ変位を測定するコイルと、Ｘ間隔を測定するコイルとは、要件に応じて、同時または互いに独立して作動する。

【0022】

センサ内部の温度経路を確認し、必要に応じて補うために、温度測定を実行すると良い。
これは、相反する方向で構成され実際のセンサ素子と共にセンサ本体内に配置される抵抗経路の形式をした、抵抗素子を利用して実行することができる。

【0023】

本発明の方法に関し、上述した目的は、独立請求項１８の特徴により、達成される。

【0024】

本発明の構成および方法は、さまざまである。
この点については、請求項１に従属する請求項が参照され、図面を含む本発明の実施形態について、以下の説明が参照される。
本発明の実施形態および発展についても、説明する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】アクチュエータがロータにＺ方向で力を作用させる、本発明の実施形態であるアクチュエータ／センサ装置の概略図である。

【図2】アクチュエータがロータにＺ方向で力を作用させる、センサが互いに上下に配置された２つの多層コイルから構成された、本発明の別の実施形態であるアクチュエータ／センサ装置の概略図である。

【図3】素子の二重構成および対応する十字配置により、アクチュエータがロータにＸ方向およびＹ方向で力を作用させる磁石がターゲットに配置された、本発明の別の実施形態であるアクチュエータ／センサ装置の概略図である。

【図4a)】磁石の位置を検知する渦電流センサのコイルの配置を示す概略図であり、ｉ）は、単一のコイル、ｉｉ）は、差動構成で互いに並べられた二重コイル、ｉｉｉ）は、台形型の二重コイルを示す。

【図4b)】磁石の位置を検知する静電容量センサの電極の配置を示す概略図である。

【図5】Ｘ位置およびＹ位置を判断するために、センサ素子が２つの軸に配置された、渦電流センサのコイルの別の配置を示す概略図である。

【図6】センサ内の温度を判断するために実際のセンサ素子が抵抗経路により補足される、渦電流センサのコイルの別の配置を示す概略図である。

【図7】Ｘ／Ｙ変位を検知することに加えて、Ｚ間隔を検知する独立したコイルが導入された、渦電流センサのコイルの別の配置を示す概略図である。

【図8】センサ素子で互いに並べて配置されたコイルを備える本発明の別の実施形態であるアクチュエータ／センサ装置の概略図である。

【図9】十字構造と高い強度とを備え、図３のリラクタンスモータへの導入に適した、図４乃至図７のセラミックセンサ素子の概略図である。

【図10】互いに並べて配置され、センサシステムによる共通カバーを有するアクチュエータと、球面を有するターゲットに配置された磁石とを示す、図３に類似する概略図である。

【図11】アクチュエータの動作に応じた磁石／ターゲットまたはロータの変位移動の概略図である。

【図12】信号感度を向上させる回路の概略図である。

【図13】複数の並進軸および回転軸に適用する回路の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１は、ロータ２にＺ方向で力を作用させる磁気アクチュエータ１を示す。
この場合、ロータ２は、磁石である。
磁石２は、鏡など、移動することを意図された物体に、ロッド装置を利用して接続される。
アクチュエータ１は、力を作用させる磁場４を生成するコイル３または電機子巻線を実質的に備える。
磁束は、一般的に低い磁気抵抗を有する、磁気的に柔らかいコア５を通じて案内される。
電機子側で、センサ６が、力伝達磁束７に配置される。

【0027】

図１の左側で、センサ６は、コイル８を有する渦電流センサとして示されている。
右側で、センサ６は、電極９を備える静電容量センサ６として構成されている。
いずれの場合も、ロータ２のＺ方向での移動、すなわち、アクチュエータ１またはセンサ６とロータ２との間の間隔を判断することができる。

【0028】

静電容量センサ６が設けられる場合、電位案内電極９は、力案内磁場４の影響を防ぐために、薄く構成される。
１つまたは複数のコイル８を有する渦電流センサの使用についても、同じことがいえる。
この場合も、薄型または平坦な構成は、有利である。

【0029】

ロータ２のＺ位置を検知するセンサ６は、渦電流センサとして構成することもできる。
この場合、センサ６は、力生成磁束７が案内される空隙１０に導入できるように、平坦構造型で構成される。
オプションで、渦電流センサの性能を最適化するために、ターゲット１１をロータ２に嵌合させることができる。
ターゲット１１は、アルミニウムである非強磁性金属を備えているのが好ましい。
これにより、アクチュエータコイル３の磁場４とセンサ６の出力信号との間の相互作用が防止される。
なぜなら、磁石２または強磁性金属に対する直接測定の場合、センサ６により生成される渦電流の形式は、磁石２の磁束７に依存するからである。
渦電流の形式（導入深さ、振幅、直径）が変化すると、センサ６により生成される場への動作が変化して、センサ６の出力信号も変化する。

【0030】

また、ロータは、すべてのケースにおいて、電機子により密閉される。
この場合、センサ６は、（静電容量センサの場合は）内側または外側に電位案内面を備えるセラミック素子として構成される。

【0031】

図２は、磁気アクチュエータ１がロータまたは磁石２にＺ方向で力を作用させる、本発明のアクチュエータ／センサ装置の別の実施形態を示す。
この場合、図１と同じ説明が適用されるが、図２では、センサ６が、互いに上下に配置された２つのセンサ素子、すなわち、単層または多層コイルから構成される。

【0032】

よって、渦電流センサを、２つのコイル８が異なる搬送周波数で作動することができる複数コイル変形として構成することができる。
これにより、磁石２に対する測定の場合でも、Ｚ間隔のより正確な検知が可能となる。
この場合、２つのセンサコイル８は、異なる搬送周波数で制御される。
結果として、過剰連立方程式が得られ、磁束による「重大な変更」を算術的に均質化することができる。

【0033】

本発明のアクチュエータ／センサ装置に関し、２つのコイル８を互いに前後に、または互いに並べて配置することができ、それらのコイルが連動して交互または連続的に作動することが重要である。
従来の多周波方式では、１つのコイルと、変化する周波数とが使用される。
ここでは、各コイル（誘導性）８を搬送周波数に適応させることができる。
結果として、２つ以上のコイル８を、共振周波数に近づけて作動させることができる。
これにより、信号雑音比が向上する。
さらに、２つの周波数の差異を、十分な大きさとなるように選択することができる。
単一のコイルを使用する従来の多周波方式では、周波数間隔を、第２の周波数により必要な量の情報を取得するのに十分な大きさとなるように選択することは得てして不可能である。

【0034】

複数コイル配置の場合、ロータ２は、アクチュエータ１により密閉される。
この場合、センサ６は、両方のコイル８が埋め込まれたセラミック素子１２として構成される。

【0035】

図３は、力をＸ方向で提供するか、または、素子の二重構造および対応する十字配置によりＸ方向およびＹ方向で作用させる磁気アクチュエータ１を示す。
Ｚ方向でも力が動作するが、ここでは、これ以上使用または考慮しない。

【0036】

磁石２の位置は、図４ａ）に示すコイル８を備える渦電流センサ６により検知することができる。
この場合、磁石２または磁石２に嵌合するターゲット１１のカバレッジの増加または減少により、センサコイル８により生成される磁場が影響を受ける。
この場合、センサ６を１つのコイル８のみと共に使用すると（図４ａ）のｉ））、センサ信号が間隔Ｚに大きく依存するため、差動構成の２つのコイル８を備えるセンサ６（図４ａ）のｉｉ）およびｉｉｉ））が使用される。
結果として、センサ６の出力信号は、間隔Ｚに直接影響されない。
コイル８の差動構成により、温度および長期的効果に対する安定性も向上する。
さらに、センサ６は、磁場への直接導入を可能にするために、本実施形態では、平坦に構成される。

【0037】

磁石２の位置は、図４ｂ）に示すセンサ電極９を備えた静電容量センサ６により検知することもできる。
この場合、磁石２または磁石２に嵌合するターゲット１１のカバレッジの増加または減少により、センサ電極９により生成される磁場が影響を受ける。
結果として、単一の電極または差動構成で構成された二重電極の使用について、渦電流センサと同じことが当てはまる。

【0038】

また、センサ素子は、図５に示すように２つの軸で配置される。
これにより、磁石２またはターゲット１１のＸ位置およびＹ位置を判断することが可能となる。
磁石２またはターゲット１１がＸ方向および／またはＹ方向での純粋な横移動を実行せず、代わりにボール面での移動を実行する（そのために、磁石２がセンサ６から離間した概念的回転位置１８で支持される）場合、非線形の出力信号が生成される。
つまり、変位の増加により、間隔が大きくなることで、信号雑音比が低下する。
また、信号ピッチも、変位の増加に伴って低下する。
これは、センサコイル８（または静電揚力センサ６のセンサ電極９）を「台形」として構成することにより相殺することができる。
つまり、コイル８またはセンサ電極９の有効断面も、変位の増加と、それによる間隔の増加に伴って、増加する。
結果として、出力信号のピッチおよび信号雑音比を一定に保つことができる。

【0039】

図６に示すように、センサ信号への温度関係の影響を除去または補償するために、センサ６を抵抗経路１３で補足することができる。
この場合、オーム抵抗の単純な測定により、センサ素子１５内の温度に関する結論を導くことができる。
抵抗経路１３は、センサコイル８の影響を防ぐために、相反する方向で（バイファイラ態様で）構成される。
抵抗経路１３は、勾配をより良く検知するために、センサ素子上に空間的に分散される。
この場合、Ｘ方向およびＹ方向での温度検知のために導入される経路は、センサコイル８の間に配置される。
また抵抗経路１３は、Ｚ方向でセンサコイル８の前方、間、または上方の独立した層に配置される。
これらの配置を組み合わせることも可能である。

【0040】

Ｘ方向およびＹ方向の変位に加えて、Ｚ方向の間隔も検知する場合、すべてのコイルの出力信号を合計して実行することができる。
Ｚ＝Ｘ_１＋Ｘ_２＋Ｙ_１＋Ｙ_２
この場合、Ｘ_ｉおよびＹ_ｉ（ｉ＝１，２）は、Ｘ方向およびＹ方向でそれぞれ対向するコイルの個別信号である。

【0041】

代替で、図７に示すように、Ｚ間隔を検知する独立したコイル１４を導入することもできる。
この場合、Ｘ／Ｙ変位を検知するコイル８と、Ｚ変位を検知するコイル１４とは、相互作用（変動）を防ぐために、典型的には異なる搬送周波数で制御される。
復調器の対応する巻線により、各コイル８、１４またはコイル対８自体は、帯域通過動作を有する。
結果として、カバレッジ測定（Ｘ、Ｙ）用のコイルと、間隔測定（Ｚ）用のコイルとは、同時に、および、互いに独立して、作動することができる。

【0042】

図８は、２つのコイル８が互いに並べて配置された複数コイル配置のセンサ６を示している。

【0043】

センサ素子１５を磁束に導入するために、このセンサ素子１５を可能な限り薄くする必要がある。
センサ素子１５が、異なる圧力を有する２つの空間を分離する（密閉する）ために使用される場合、センサ素子１５は、圧力の差異による欠損を防ぐために機械的に堅牢に構成されなければならず、アクチュエータの最大限の力と最大限の効率とを実現するために、磁気コア５と磁石２との間の磁気抵抗が可能な限り小さくしなければならない。

【0044】

図９は、図３のリラクタンスモータ（リラクタンス＝磁気抵抗）に導入するための、図４乃至図７に示すセラミックからなるセンサ素子１５の構造を示す。
この場合、圧力差異に起因する曲げ応力に対して高い強度を実現するために、十字構造の厚さが比較的大きく（コイルセグメントの数倍の厚さ）とられている。
磁束を案内し、磁石２に対して可能な限り小さい磁気抵抗を持つことを意図された磁気コア５の領域では、センサ素子１５の厚さが可能な限り低減されている。
異なるセンサ素子（Ｘ、Ｙ、Ｚ、温度）の接点接続は、一方では、極片の断面を最大化するために、他方では、センサ素子１５を密封態様で導入できるように端部の自由度を維持するために、構造の支柱に配置される。
この場合、セラミックのセンサ素子１５は、押圧、レーザーはんだ付け、真空はんだ付け等により、構造または筐体に導入される。

【0045】

図１０に応じて、ターゲット１１は、均等および平坦ではなく、二次的影響を最小化するために任意の所望の態様で形成された面１６としても構成される。
典型的には、ターゲット１１は、変位が発生した場合にセンサ６とターゲット１１との間の一定間隔を実現するために、球状に構成される。
この場合、球状のターゲット１１の半径は、変位させられる磁石２の回転位置１８に対する半径に適応している。

【0046】

図１１は、上記説明に応じたターゲット１１の横変位を示す。

【0047】

図１２および図１３は、本発明のアクチュエータ／センサ装置のさまざまな実施形態についての考えられる回路を示す。

【0048】

信号感度を向上させるために、２つのセンサコイル８に、自然共鳴に近接して作動する発振回路を形成するためのコンデンサが加えられる。
この発振回路に、固定周波数の交流電圧により電力が提供される。
センサ信号より、復調器（たとえば、振幅復調）で、傾斜情報がパルス幅に対してほぼ正比例するように表されたパルス幅変調信号が生成される。
復調器では、２つのコイル信号間の差分も直接生成される。
パルス幅変調信号より、信号の交流電圧部分が、低域通過フィルタにより除去される。
結果として生成された直流電圧部分は、アナログ／デジタル変換器により、デジタル傾斜値に変換することができる。
この傾斜のデジタル値は、信号処理作業により、さらに処理することもできる。
この場合、たとえば、温度補償や、２つのチャネル間での個別のセンサコイルの相互作用により生じるクロストークの補償を実現することができる。
そのような補償が可能なのは、クロストークの振幅が、コイル配置の固定形状によって決まるコイルの結合係数により画定されるからである。

【0049】

図１２の説明に応じて、この考え方を、複数の並進軸または回転軸に適用することもできる（図１３）。

【0050】

本発明の他の実施形態については、反復を避けるために、明細書の概要部分および添付の請求項を参照されたい。

【0051】

最後に、本発明の実施形態は、請求項を説明する役割のみを果たすものであり、請求項に記載された実施形態に限定するものではない。

【符号の説明】

【0052】

１ ・・・アクチュエータ
２ ・・・ロータ、磁石、電機子
３ ・・・（アクチュエータの）コイル
４ ・・・力適用磁場
５ ・・・（アクチュエータの）コア
６ ・・・センサ（渦電流センサまたは静電容量センサ）
７ ・・・力伝達磁束
８ ・・・コイル、センサコイル
９ ・・・静電容量センサの電極
１０ ・・・空隙
１１ ・・・ターゲット
１２ ・・・セラミック素子
１３ ・・・抵抗経路
１４ ・・・Ｚ間隔用の独立したコイル
１５ ・・・センサ素子、セラミック
１６ ・・・ターゲットの面
１７ ・・・ターゲットの変位
１８ ・・・ターゲットの移動の回転位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a)】

【図4b)】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】