JP2017151105A - 磁気角度位置センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気角度位置センサ装置を説明する。
【解決手段】装置は、軟磁性のシャフト端部を有する、回転軸線を中心として回転可能なシャフトと、シャフト端部から軸線方向で離間しており、かつ、回転軸線に対して垂直なセンサ平面を定めるセンサチップと、を含む。少なくとも４つの磁界センサ素子の２つは相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応し、別の２つは相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、第１の方向と第２の方向とは相互に非平行でありかつ回転軸線に対して垂直である。装置は、シャフト端部を磁化する磁界源を含み、シャフト端部は、センサ平面において磁界源によって形成される磁界がＮ次の回転対称となるように形成されている。装置は、磁界センサ素子に結合されており、かつ、磁界センサ素子の各出力信号を結合することによってシャフトの角度位置を計算するように構成された回路要素を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、広くは磁界センサを用いて角度値を測定する角度位置センサに関し、より具体的には、ブラシレス直流（ＤＣ）モータに含まれ、種々の適用分野を有する、オンアクシス角度位置センサ、装置、及び、方法に関する。

磁界センサは、シャフト又は他の対象物の角度位置を測定するために用いることができる。例えば、永久磁石をシャフトに取り付け、磁石がシャフトとともに回転する際に生じる磁界を測定するために、磁界センサを磁石の近傍に配置することができる。磁界センサがシャフトの回転軸線から特定の距離でシャフトの近傍に取り付けられる場合、このセンサはしばしば「オフアクシス」磁気角度位置センサと称される。オフアクシス磁気角度位置センサは、（例えばシャフトの特定の用途もしくは組立てに起因して）シャフトの前面にアクセス不能であって、そのためにセンサ素子を回転軸線上に取り付けることができない場合に構成されることが多い。反対に、「オンアクシス」磁気角度位置センサは、ふつうシャフトの前面側の一方端もしくはその近傍に取り付けられ、回転軸線に沿って又は回転軸線に関して対称に取り付けられる。幾つかの実施形態では、オンアクシス磁気角度センサは、磁界勾配を測定するように設計可能である。このために、磁界は、回転軸線に関して対称に向かい合う側に配置された２つの異なる点で測定可能である。この場合、勾配は、測定された２つの磁界の値を例えば減算によって結合することにより、多様な適用分野に対する充分な近似で求めることができる。

多様な適用分野での磁界角度位置センサの一般的な設計目標は、このセンサが高価にならず、さらに外部電磁界及びその他の障害に対してローバストであって、アセンブリ許容差に対して不感となるようにするということである。磁界角度センサの特定の適用分野の１つは、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）において回転中にシャフト（角度）位置を検出することにある。ただし、磁界センサが典型的に強い回転磁石と大電流を輸送する銅巻線とを含み、これら双方が時間変化する磁界を形成して角度位置の測定に用いられる磁界に干渉を起こし、測定誤差を生じさせるため、ＢＬＤＣモータでは磁界センサにとって困難な環境が生じる。障害磁界は著しく不均一であり、このことは角度位置測定への影響を低減することを困難にする。こうした問題点から、磁気角度位置センサの改善に広い需要が存在する。

磁気角度センサ装置を説明する。本発明の一実施形態によれば、磁気角度位置センサ装置は、軟磁性のシャフト端部を有する、回転軸線を中心として回転可能なシャフトを含む。装置はまた、シャフト端部から軸線方向で離間しており、かつ、回転軸線に対してほぼ垂直なセンサ平面を定める、センサチップを含む。少なくとも４つの磁界センサ素子がセンサチップ内に集積されており、ここで、当該磁界センサ素子の２つは相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応し、当該磁界センサ素子の別の２つは相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、第１の方向と第２の方向とは相互に非平行でありかつ回転軸線に対して垂直である。さらに、装置は、シャフト端部を磁化する磁界源を含み、ここで、シャフト端部は、センサ平面において当該磁界源によって形成される磁界がＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように形成されている。装置はまた、少なくとも４つの磁界センサ素子に結合されており、かつ、これら少なくとも４つの磁界センサ素子の各出力信号を結合することによってシャフトの角度位置を計算するように構成されている、回路要素を含む。

別の例示的な一実施形態によれば、磁気角度位置センサ装置は、軟磁性のシャフト端部を有する、回転軸線を中心として回転可能なシャフトを含む。装置はまた、シャフト端部から軸線方向に離間しており、かつ、回転軸線に対してほぼ垂直なセンサ平面を定める、センサチップを含む。少なくとも４つの磁界センサ素子がセンサチップ内に集積されており、ここで、当該磁界センサ素子のうち第１の磁界センサ素子及び第２の磁界センサ素子は相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応する。当該磁界センサ素子のうち第３の磁界センサ素子及び第４の磁界センサ素子は相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、第１の方向と第２の方向とは相互に非平行でありかつ回転軸線に対して垂直である。さらに、装置は、シャフト端部を磁化する磁界源を含み、ここで、シャフト端部は、センサ平面において当該磁界源によって形成される磁界がＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように形成されている。装置はまた、少なくとも４つの磁界センサ素子に結合された信号処理回路であって、第１の磁界センサ素子と第２の磁界センサ素子とによって測定された各磁界成分の差を表す第１の信号を計算し、第３の磁界センサ素子と第４の磁界センサ素子とによって測定された各磁界成分の差を表す第２の信号を計算し、少なくとも第１の信号と第２の信号とを結合することによりシャフトの角度位置を計算するように構成された、信号処理回路を含む。

また、電気モータアセンブリを説明する。例示的な一実施形態によれば、電気モータは、少なくとも１つのステータコイルを含むステータと、前面と軟磁性のシャフト端部とを有する少なくとも１つのシャフトを含むロータと、シャフトの前面に向かって配置されたプリント回路板（ＰＣＢ）とを含む。少なくとも１つのセンサチップが、ＰＣＢに取り付けられており、かつ、シャフト端部から離間して配置されている。少なくとも４つの磁界センサ素子が少なくとも１つのセンサチップ内に配置されており、ここで、当該磁界センサ素子の２つは相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応し、当該磁界センサ素子の別の２つは相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、第１の方向と第２の方向とは実質的に相互に非平行でありかつ回転軸線に対して垂直である。シャフト端部を磁化する磁界源も設けられており、ここで、シャフト端部は、第１の方向の磁界成分と第２の方向の磁界成分とがＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように形成されている。評価回路が、少なくとも４つの磁界センサ素子に結合されており、かつ、これら少なくとも４つの磁界センサ素子の少なくとも４つの出力信号を結合することによってシャフトの角度位置を計算するように構成されている。さらに、パワーエレクトロニクス回路要素が、ＰＣＢ上に配置されており、かつ、ステータコイルに結合されており、かつ、ステータコイルへ動作電流を供給するように構成されている。

さらに、軟磁性のシャフト端部を含むシャフトの角度位置を測定する方法を説明する。例示的な一実施形態によれば、当該方法は、シャフト端部を磁化して、シャフトの回転軸線に対してほぼ垂直なセンサ平面における第１の方向の磁界成分と第２の方向の磁界成分とがＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるようにシャフト端部を形成するステップを含む。当該方法はまた、センサ平面の少なくとも第１の位置及びこれとは異なる第２の位置で第１の方向の磁界成分を測定するステップと、センサ平面の少なくとも第３の位置及びこれとは異なる第４の位置で第２の方向の磁界成分を測定するステップとを含む。さらに、当該方法は、第１の位置での磁界成分と第２の位置での磁界成分の差、及び、第３の位置での磁界成分と第４の位置での磁界成分の差に基づいて、回転軸線に対するシャフトの角度位置を計算するステップを含む。
以下の説明と図とを参照することで本発明をより良く理解することができるであろう。図中の各要素は縮尺通りに描かれておらず、本発明の基本方式を説明するために拡大して示したところがある。また図中、対応する部材には同様の参照番号を付してある。

オンアクシス角度位置センサを示す長手断面図である。 ＰＣＢの高電流によって生じる障害磁界を示す図である。 軸線を中心として回転するシャフトを通る線で切断した、一実施形態による、オンアクシス角度位置センサを示す長手断面図である。 オンアクシス角度位置センサで用いられるシャフト端部の３つの異なる例を示す図である。 オンアクシス角度位置センサで使用されるシャフト端部の別の例を示す図である。 シャフト端部の溝に永久磁石が充填された別の実施形態による、オンアクシス角度位置センサ装置を示す長手断面図である。 ３次の回転対称性を有するシャフト端部の例を示す図である。 磁性材料の可撓性ばねを備えた角度位置センサ装置の別の実施形態を示す長手断面図である。 図７の可撓性ばねの２つの例示的な構成を（磁界センサを担持する回路板を上から見た状態で）示す図である。 磁性材料の可撓性ばねを備えた角度位置センサ装置の別の実施形態を示す長手断面図である。 磁性材料の可撓性ばねを備えた角度位置センサ装置の別の実施形態を示す長手断面図である。 磁気角度位置センサで使用される磁界センサ素子の配置の一例を示す図である。 磁気角度位置センサで使用される磁界センサ素子の配置の別の例を示す図である。 磁気角度位置センサで使用される磁界センサ素子の配置の別の例を示す図である。 オンアクシス角度位置センサをブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）でどのように使用できるかの一例を示す図である。 オンアクシス角度位置センサをブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）でどのように使用できるかの別の例を示す図である。

ここで説明する実施形態は、磁石もしくはシャフトの回転軸線に対して相対的に、複数のセンサ素子がオンアクシス配置された磁気角度位置センサで使用される磁界センサに関する。一実施形態では、磁気角度位置センサは、回転可能なシャフトに対してオンアクシス構成で取り付けられている。シャフトは、軟磁性材料もしくは永久磁石から形成可能な端部を含む。当該シャフト端部は、センサに向かう前面を有してよく、シャフトの回転軸線に関して回転非対称であってよい。センサは、回転軸線に対して一般に垂直な平面に配置される少なくとも３つの磁界センサ素子を含む。磁界センサ素子に結合される回路要素は、少なくとも３つの磁界センサ素子の各信号を結合することにより、シャフトの回転位置を評価するように構成されている。センサの種々の実施形態に対して多くの適用分野が存在するが、他の適用分野のなかでも、幾つかの実施形態はＢＬＤＣモータ内での使用もしくはＢＬＤＣモータとの共同使用に特に適しうる。なお、方向に関連するここでの特定の言及（すなわち、下方、上方、右、左など）は、単に各図についての記述に使用しているのみであって、特許請求の範囲を制限するものではない。

図１に、オンアクシス角度位置センサ装置１００の一例が示されている。センサ装置１００は、磁界源、例えば永久磁石１０２と、プリント回路板（ＰＣＢ）１０８上に配置されたセンサパッケージ１０６と、を含む。センサパッケージ１０６は、永久磁石１０２と、回転軸線を中心として回転するように構成されたシャフト１０４の端部と、の間に（少なくとも）部分的に配置される。図１では、回転軸線はデカルト座標系のｚ軸として定められ、ｘｙ平面は回転軸線に対して垂直な平面である。

幾つかの実施形態では、永久磁石１０２はフェライト磁石を含む。フェライト磁石は、他のタイプの磁石（例えば希土類磁石）よりも安価であり、装置全体のコストダウンに貢献することができる。ただし、他の実施形態として希土類磁石もしくは別のタイプの磁石を使用することもできる。幾つかの実施形態では磁石１０２を排除することもできる。磁石排除のケースでは、シャフト１０４の端部が大きな残留磁化を有する。例えば、磁石１０２は、Ｓｒフェライト、Ｂａフェライト、ＡｌＮｉＣｏなどの他の幾つかのフェライト、ＮｄＦｅＢもしくはＳｍＣｏなどの希土類材料、又は、他の幾つかの適切な材料を含んでもよい。一般に、磁石１０２は、少なくとも約１００ｍＴの残留磁化と、磁石１０２の安定性を保証するのに充分な保磁力とを有する材料を含む。

図１に示されている例では、磁石１０２は軸線方向（図１の矢印を参照）で磁化されている。つまり、磁石１０２の磁化方向は、一般に、シャフト１０４の回転軸線（ｚ軸）に対して平行である。他の実施形態として、磁石１０２をラジアル方向で磁化することもできる。ただし、磁石１０２は、通常は（ただし必須ではない）回転対称性を有する（つまり、ジオメトリ及び磁化が回転軸線に対する相対的な角度位置に依存しない程度のジオメトリ対称性及び磁気対称性の双方を有する）。例えば、磁石１０２は、図１の実施形態で示されているような円筒形状を有することができる。ただし、他の実施形態において他の形状及び別の磁化方向を使用することもできる。また一般に、磁石１０２は回転対称性を有し、動作中、回転軸線に関して回転対称な磁界を形成する。ただし、シャフト１０４の端部の回転対称でないジオメトリがここでの回転対称性を妨害する。生じる非対称性によって、シャフト１０４の角度位置を角度位置センサによって検出することができる。

図１に示されているように、シャフト１０４は、センサパッケージ１０６の向かい側に配置された前面（表面１０５）を有する端部を含む。上述したように、シャフト１０４は一般に回転対称性を有するが、シャフト１０４の前面１０５は回転軸線に関して非対称であってもよい。図１の例では、前面１０５はｘｙ平面に対して角度αだけ傾けられている。一実施形態では角度αは約１５°であるが、他の実施形態においてより大きくてもより小さくてもよい。理論的には、角度αは０°から９０°の間であってよいが、実用的な構成ではαは例えば約５°から約２５°の間である。αが０°より大きいことに起因して、（ｚ方向の）エアギャップの寸法は、一般に、シャフト１０４の角度位置上のｘｙ平面の特定の位置に依存する。

幾つかの実施形態では、シャフト１０４は、約１６００（鋼）から４０００（鉄）の範囲の相対透磁率μ_Ｒを有する第一鉄材料、例えば、鉄もしくは軟鋼などの軟磁性材料を含む。一般に、シャフト１０４は、約１００超もしくは約１０００超の相対透磁率を有する第一鉄材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、シャフトの一方の端部のみが磁性材料を含み、シャフト１０４の残りの部分は主として非鉄合金もしくは非磁性鋼もしくは低磁性鋼などの非磁性材料又は他の材料から形成される。

図１に示されているように、センサパッケージ１０６は一般に永久磁石１０２とシャフト１０４の前面１０５との間に配置されている。ｘｙ平面は、磁界センサ素子１１４ａ，１１４ｂがチップパッケージ内に配置された平面として定められている。したがって、ｘｙ平面とシャフト１０４の前面１０５との間の軸方向距離は、磁気回路の有効なエアギャップとなる。センサパッケージ１０６は、実質的に回転軸線に沿って配置されるように、つまりオンアクシスセンサ装置が形成されるように構成できる。センサパッケージ１０６は、磁界センサ素子１１４ａ，１１４ｂが組み込まれた少なくとも１つの半導体ダイ１１０を含む。半導体ダイ１１０は、通常、回転軸線（ｚ軸線）に対して垂直であり、かつ、センサ素子１１４ａ，１１４ｂの感応平面（すなわちｘｙ平面）である第１の表面１１２を有する。図１の断面図では、２つのセンサ素子１１４ａ，１１４ｂのみが見えている。なお、角度位置センサは、少なくとも３つのセンサ素子、幾つかの実施形態では少なくとも４つのセンサ素子を含む。いずれの場合にも、各センサ素子は相互に離間して配置可能であり、各センサ素子は、対応するセンサ素子の位置及び対応するセンサ素子の感応方向での磁界成分を表す個別のセンサ信号を形成する。

幾つかの実施形態では、パッケージ１０６は、半導体ダイ１１０がリードフレーム１１６に取り付けられた表面実装デバイス（ＳＭＤ）である。リードフレーム１１６はＰＣＢ１０８にはんだ付けされた複数のピンを含む。図１の実施形態では、永久磁石１０２は、パッケージ１０６の後面に接触可能となるよう、ＰＣＢ１０８の開口１３０内に少なくとも部分的に配置されている。ただし、開口は他の実施形態では必須でなく、ＰＣＢ１０８の下方に取り付け可能である。例えば、一実施形態では、永久磁石１０２はＰＣＢ１０８の後面にも取り付けられる。ここでのコンテクストでは、パッケージの後面とはパッケージ１０６の前面の反対側の面であり、パッケージ１０６の前面とはシャフトの前面１０５に向かう側の面である。角度位置センサの構成は、他の実施形態では、図１の例から異なっていてもよいことに注意されたい。例えば、チップパッケージを用いる代わりに、ベアダイをＰＣＢに実装することができる。他の実施形態として、センサ素子１１４ａ，１１４ｂを１つもしくは複数のチップパッケージの個別の半導体ダイに配置することもできる。幾つかの実施形態では、永久磁石１０２はＰＣＢ１０８の下面に取り付け可能であるか又はセンサパッケージ１０６内に集積可能である。

センサ素子１１４（集合的に１１４ａ，１１４ｂ）は、軸線方向の磁界成分又はラジアル方向の磁界成分のいずれかに感応することができる。種々の実施形態において、センサ素子１１４は、磁気抵抗性（ＭＲ）センサ素子（例えばＡＭＲ，ＧＭＲ，ＴＭＲ，ＣＭＲその他）、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ素子、ホール効果センサ素子（例えば垂直ホールセンサ素子）、ＭＡＧＦＥＴ、及び、その他の磁界センサ素子、並びに、これらの組み合わせを含んでよく、これらは、角度位置を測定すべきシャフトの回転軸線に対して垂直な平面での磁界成分の測定に適している。種々の実施形態では、各センサ素子１１４は、ｘ方向又はｙ方向での磁界成分のどちらかに感応できるように配向されており、ここで、シャフトの回転軸線はｚ方向に沿って延在し、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向はデカルト座標系を形成するものと規定される。

一般に、ここで説明しているセンサの構成は、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）において使用可能である。こうしたＢＬＤＣモータは、ＢＬＤＣモータのロータ（アーマチュア）を磁化する永久磁石と、ＢＬＤＣモータのステータを磁化するコイルの形成に使用されるステータ巻線とを使用している。電流パルスがステータコイルに印加され、ここで、電流パターンは、所望のロータのトルク及び／又は回転が得られるように設計されている。ＢＬＤＣモータのコンパクトな設計を許容するために、オンアクシス角度位置センサが使用され、ここで、上述した電流パターンを形成するパワーエレクトロニクスを担持するプリント回路板（ＰＣＢ）は、通常、角度位置センサの各素子も担持する。ＢＬＤＣモータのオンアクシス角度位置センサの適用分野を示す例示的な実施形態は、後方の図１５，図１６に示されている。

図２には、障害磁界が磁界センサ素子１１４による磁界測定にどのように影響しうるかが示されている。図２の例では、センサパッケージ１０６と、ＰＣＢ１０８上に実装された電流担持素子２０１（例えばストリップラインもしくはパワー半導体デバイス）と、のみが示されている。電流ｉ_０は、ｙ軸に対してほぼ平行に素子２０１を通流し、このため、図２の磁束線によって表される磁界Ｈ_０が生じる。当該磁束線からわかるように、磁界Ｈ_０は、磁界センサ素子の位置では、Ｚ方向に、著しく不均一な大きい成分Ｈ_０，ｚを含む。当該磁界成分Ｈ_０，ｚは、（図２には示されていない）永久磁石１０２の磁界に重なって、センサ信号から角度位置を求める際に測定誤差を生じさせることがある。実際には、ｚ軸に対して垂直な（ｘｙ平面の）磁界成分Ｈ_０，ｘ，Ｈ_０，ｙは、各磁界センサ素子の位置では格段に小さな規模しか有さない。ＰＣＢ１０８上のパワーエレクトロニクスデバイスが形成した電流によって生じる障害磁界の効果を最小化するために、ｘ方向もしくはｙ方向の磁界成分のみに感応し、ｚ方向（軸線方向）の磁界成分には実質的に不感の、磁界センサ素子１１４が用いられる。さらに、後述するように（図１１から図１３を参照）、差分測定を行うためにセンサ素子対が用いられる。差分測定は、測定される磁界成分の空間勾配を測定する一種の傾度測定器を構成するために用いられ、これにより、（ＰＣＢ１０８もしくはＢＬＤＣモータの外部で生じる）不均一な障害磁界の効果が低減される。軸線方向（すなわちｚ方向）に実質的に不感の複数の磁界センサと差分測定方式とを組み合わせて利用することにより、回路板上で（すなわちＰＣＢ１０８上のパワーエレクトロニクスで）生じる障害磁界に対しても、回路板外の障害磁界（すなわち大部分が不均一な外部障害磁界）に対しても、ローバストな角度位置測定が可能となる。

ここでの実施形態では、シャフト１０４の端部が特定次数の回転対称性を有する。ここで、Ｎ次の回転対称性（Ｎ折り回転対称性とも称する）とは、３６０°／Ｎの角度ずつの各回転が対象物を変化させないことを意味する。Ｎは、１以上の有限の（ゼロでなくかつ無限でない）整数である。１次の対称性とは、シャフトが３６０°完全な１回転を行う間ジオメトリが変化しないということであるので、実際には対称でないことに注意されたい。これに対して、２次の対称性とは、シャフトが１８０°回転する間ジオメトリが変化しないことを意味する。同様に、３次の対称性とは、シャフトが１２０°回転する間ジオメトリが変化しないことを意味する。図３の例では、シャフト１０４の端部は、その前面に凹部Ｐ（溝）を有する。凹部Ｐは回転軸線を通ってまっすぐに（ｙ方向に沿って）延在するスリット形状を有しており、このため２次の対称性を有するシャフト端部が生じる（図３のＡ−Ａ’断面を参照）。シャフト１０４の端部を除けば、図３に示されている角度位置センサ装置の構成は、図１の例とほぼ同じである。ただし、永久磁石１０２は、図１に示されているように、プリント回路板（ＰＣＢ）１０８の開口を通してセンサパッケージ１０６の後面に配置されるのではなく、プリント回路板（ＰＣＢ）１０８の後面に実装されている。センサパッケージ１０６はＰＣＢ１０８の前面に実装されており、少なくとも１つの半導体チップ１１０を含み、この半導体チップ１１０は自身の内部に複数の磁界センサ素子１１４ａ，１１４ｂを集積した状態で有する。全ての磁界センサ素子が、ｘｙ平面の磁界成分に感応し、かつ、ｚ方向（すなわち軸線方向）の磁界成分に対して不感である。

図３に破線の曲線で示されている代替的な実施形態（図６に即して後述する）では、溝Ｐが、長方形断面でなく、半円筒（半円断面）の形状を有している。２つの実施形態をシミュレートした。どちらの実施形態においても、センサチップ１１０はｚ＝０のｘｙ平面に配置され、複数の磁界感応性センサ素子はｚ＝０．１ｍｍに位置する。回転軸線はｘ＝ｙ＝０として定める。第１の実施形態では、永久磁石が１０ｍｍの直径を有し、シャフト１０４に対して共軸に配置され、５ｍｍの軸線方向長さ（ｚ＝−６．５ｍｍからｚ＝−１．５ｍｍまで）を有する。永久磁石１０２の残留磁化は１Ｔであり、その相対透磁率μ_Ｒは１．１である。シャフト１０４の直径は６ｍｍであり、シャフト１０４の前面はｚ＝１ｍｍに位置する。したがってシャフトと永久磁石との間のエアギャップは２．５ｍｍである。シャフト１０４の相対透磁率μ_Ｒは１７００である。溝の幅ｗは２ｍｍ、深さは３ｍｍ（長方形断面）である。上記のデータにより、ｘｙ平面（すなわち各センサ素子が延在しているセンサ平面）内の磁界成分Ｈ_Ｘ，Ｈ_Ｙは、（シミュレートされた磁界データでの線形回帰を用いて）ａ＝５６．６Ｔ／ｍでのＨ_Ｘ＝ａ・ｘ／μ_０、かつ、ｂ＝１０Ｔ／ｍでのＨ_Ｙ＝ｂ・ｘ／μ_０で近似可能であり、ここでμ_０は真空透磁率である。第２の実施形態では、永久磁石の直径が４ｍｍ、（ｚ軸に対して平行に磁化された）残留磁化が１Ｔ、軸線方向長さが４ｍｍ（ｚ＝−４．２ｍｍからｚ＝−０．２ｍｍまで）である。シャフトは、６ｍｍの直径と、半径１．５ｍｍの半円筒の溝Ｐとを有する。溝の前面はｚ＝１．８ｍｍに位置しているので、エアギャップは２ｍｍである。第１の実施形態との相違点は、（図６の実施形態と同様に）溝Ｐが（ｚ軸に対して平行に磁化された）−１Ｔの磁化を有する別の永久磁石１０２’で充填されているということである。各磁界センサ素子はｚ＝０．５ｍｍの位置にある。こうした配置では、２つの永久磁石のｘ方向及びｙ方向の磁界成分が構造的に重なっている。シミュレーションにより、ａ＝１７５．４Ｔ／ｍでのＨ_Ｘ＝ａ・ｘ／μ_０、かつ、ｂ＝１０２．２Ｔ／ｍでのＨ_Ｙ＝ｂ・ｘ／μ_０の近似が得られる。このように、第２の磁石１０２’により、対角線方向の磁界成分（ｘ成分、ｙ成分）は強まり、軸線方向の磁界成分（ｚ成分）は弱まる。理想的な構成では、２つの磁石は、各センサ素子での軸線方向の磁界が消失するように平衡化される。なぜなら、その場合、回転軸線に対するセンサ平面（ｘｙ平面）の（アセンブリ許容差に起因して不可避の）小さな傾きが角度位置測定の精度に与える可能影響が最小であるからである。

上述したように、溝Ｐは、永久磁石１０２’で充填可能である。一般に、一方の永久磁石はシャフト１０４（例えば溝Ｐ）に取り付けられておりかつシャフト１０４と同期して回転し、他方の回転磁石（図３の永久磁石１０２を参照）はセンサパッケージ１０６（図１を参照）又はＰＣＢ１０８（図３を参照）に取り付けられており、回転しない。２つの永久磁石は回転軸線（ｚ方向）に対して平行な方向で磁化されており、ここで、一方の永久磁石は正のｚ方向で、他方の永久磁石は負のｚ方向で、磁化されている。このようにして、ｘｙ平面での磁界寄与分Ｈ_Ｘ，Ｈ_Ｙが加算される。２つの永久磁石の一方を省略してもセンサ装置は動作可能である。１つもしくは２つの磁石のどちらが使用されるかは、利用可能な空間、コスト、周囲の電子部品の散乱磁界耐性などに応じて定めることができる。

２つの永久磁石に対して種々の磁性材料を使用可能である。回転する永久磁石は、例えば、ポリマー母材に磁性粒子を埋め込んだ射出成形磁性材料から形成することができ、これに対して、非回転の永久磁石（永久磁石１０２）は、複雑な幾何学的形状のために容易には製造できないので、焼結磁石であってよい。ただし、焼結磁石はきわめて高い残留磁化を有することができる（ＮｄＦｅＢ材料の場合に残留磁気が１Ｔ超となる）。これに対して、プラスチックボンディングもしくは射出成形で形成された磁石は、弱い残留磁化を有する（ＮｄＦｅＢ材料の場合、プラスチックボンディングの磁石では残留磁化は０．６Ｔまでしか得られない）。

特別な一実施形態では、複数の磁界センサ素子を集積したセンサチップ１１０が、ｘ方向に約０．５ｍｍから４ｍｍまでの寸法、例えば１．５ｍｍの寸法を有する。したがって、磁界センサ素子どうしの間隔もこの範囲にある（図１１から図１３も参照）。シャフト１０４の端部の溝Ｐの（ｘ方向に沿った）幅ｗは、チップ１１０と同等のもしくはこれより僅かに大きい寸法、例えば２ｍｍを有することができる。シャフト直径は、溝Ｐの幅（例えば４ｍｍ）のおよそ２倍から（理論的には）任意の大きな直径まで変化させることができる。溝の深さｄ（すなわちｚ方向に沿った軸線方向長さ）は、溝の幅の１／２超（すなわち１ｍｍ超）であってよく、例えば溝の幅と等しくてよい。後者のケースでは、溝の（図３の例でのｙ軸に対して垂直な）断面が正方形となる。より深い溝も可能である。ただし、溝を深くしても、幅と同等の深さを有する溝の磁気特性と大きく異なる磁気特性は生じない。図４には、それぞれ異なる溝Ｐを有する、シャフト端部の他の３つの例が示されている。３つの例（図４のａ，ｂ，ｃ）の全てにおいて、溝はまっすぐにシャフト端部の回転軸線を通る。図４のａの例はＶ字状断面を有する溝Ｐを有し、図４のｂの例は深さが増すにつれて幅が狭くなる台形断面を有する溝Ｐを有し、図４のｃの例は深さが増すにつれて幅が広くなる台形断面を有する溝Ｐを有する。

なお、溝Ｐは一定の深さｄを有する必要はない。溝Ｐの深さｄは、回転軸線に向かって大きくなってよく、シャフトの外周に向かって小さくなってよい。また、端部の前面（前側表面）は、平坦な平面である必要はない。図５の例では、前面は湾曲している。例えば、前面は、回転軸線上に中心を有する球面の一部であってよい。これに代えて、前面は回転軸線に９０°で交差する円筒軸線を有する円筒面の一部であってもよい。こうした曲面は、各磁界センサ素子の出力信号の信号レベルが最大となるように（又は、差分測定の場合には、磁界センサ素子対の２つの対応する出力信号の差が最大となるように）磁界を「設計」する補助手段とすることができる。図５には、２つの異なる長手断面図（Ａ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面）と同じシャフト端部の底面図が示されている。

一般に、Ｎ折りの回転対称性を有するシャフト端部により、所定のインターバル［０，３６０°／Ｎ］内の絶対角度位置を測定することができる。シャフト１０４は、センサ装置のなかで、一般に、他の素子と比べてきわめて高い精度で加工される素子である。これに対して、永久磁石１０２は、シャフト１０４に比べると加工の精度は大幅に低いことがある。永久磁石１０２の形状、材料の均質性、（規模、方向、及び均質性に関する）磁化、時間及び温度に対する安定性のいずれも精密に定めなくてよい。ただし、ここで説明している実施形態では、永久磁石１０２は、シャフト端部を磁化するためのみに用いられ、回転しない。言い換えれば、永久磁石１０２は、磁界の角度位置を定めるのではなく、磁界の角度位置を定めるシャフト端部をバイアスするのみである。したがって、永久磁石１０２の（ジオメトリ及び磁化に対する）小さな不正確性は、角度位置測定の精度に重大な影響を有さない。上述した理由から、永久磁石１０２が正確かつ複雑な形状及び磁化を有する必要はなく、コスト効率の良い焼結磁石を用いることができる。焼結された希土類磁石は、１Ｔより大きい高い残留磁化を有することができ、これにより、比較的強い磁界がセンサ素子を通して生じ、したがって、雑音及び干渉に対するローバスト性が増大する（つまり、磁気信号対雑音比が高まる）。さらに、永久磁石１０２が大きな回転磁界を形成しないので、これが他の電子部品を妨害することもない。シャフト端部はセンサチップ１１０ひいては各磁界センサ素子に対してきわめて近接して（例えば１ｍｍ以下のエアギャップ間隔で、シャフトの軸線方向許容差に依存して）配置することができる。このように、シャフト端部の該当する磁化部分からセンサ素子までの距離を比較的小さくでき、このことも測定される磁界成分の規模を増大させる。

上述した実施形態では、シャフト端部は、０°から１８０°の範囲で一義的な角度位置測定を行うことのできる２次の回転対称性（２つ折り回転対称性）を有する。当該対称性のために、センサ装置は角度φと角度φ＋１８０°とを区別できない。ただし、０°から３６０°までの全範囲での一義的な角度位置測定は、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）などの多くの適用分野で必要ない。

ただし、一義的な角度位置測定が０°から３６０°の全範囲を通して所望される場合、回転する永久磁石１０２’の残留磁化の配向は、図６の例に示されているように、回転軸線（ｚ軸）に対して傾けることができる。このことは、（回転軸線に対して平行な）ｚ方向での磁化に加えて、回転可能な磁石が、ｚ方向に対して垂直な、所定量の（好ましくは小さい）磁化を有すべきであることを意味する。図６には、永久磁石１０２’内の破線矢印によりｚ方向に対して反平行の上述した残留磁化が示されており、実線矢印により上述した傾いた磁化が示されている。

一実施形態によれば、回転する永久磁石は、磁化の例えば８０％をｚ方向に沿って、２０％をｘ方向に沿って（又は他の対角線方向、例えばｙ方向に沿って）有する。当該回転する永久磁石は回転軸線に対して１４°の傾きを有し、このことがセンサチップを通した均質な小さい磁界Ｈ_ｘの発生に貢献する。このように、当該センサ装置は、種々の磁界センサ素子（図６の磁界センサ素子１１４ａ，１１４ｂを参照）の各センサ信号の和及び差を評価することによって、角度φと角度φ＋１８０°とを区別することができる。これらの磁界センサ素子は、センサ平面（ｘｙ平面）内で離間し、回転軸線に直交する磁界成分に感応し、かつ、軸線方向の磁界成分に不感となるように、配置されている。１対の磁界センサから取得された差分信号（例えばＨ_ｘ（ｘ＝ｘ_１，ｙ＝０）−Ｈ_ｘ（ｘ＝−ｘ_１，ｙ＝０））は、０°から１８０°までの範囲又は１８０°から３６０°までの範囲で正確な角度位置を求めるために用いることができる。当該差分信号は溝の磁気作用の結果であり、２つの磁石の軸線方向の磁化に由来する。１対の磁界センサから取得された和信号（例えばＨ_ｘ（ｘ＝ｘ_１，ｙ＝０）＋Ｈ_ｘ（ｘ＝−ｘ_１，ｙ＝０））は、２つの範囲のどちらが角度φを含むか（つまり、先に求められた角度φに対して１８０°を加えるべきか否か）を求めるために用いることができる。当該和信号は、回転可能な磁石の対角線方向の磁化の結果である。溝Ｐ及びこの溝内に配置された永久磁石１０２’の形状を除けば、図６の例は図３の例と同様である。

別の実施形態では、回転する永久磁石１０２’の残留磁化は、ｘ軸に対して平行に（又は他の対角線方向、例えばｙ方向に）配向されており、ここでは（前の例では１４°であった）傾きが９０°となっている。なお、非回転の永久磁石１０２はｚ軸に対して平行に磁化される（よって回転対称磁界が生じる）。永久磁石１０２’の残留磁化は、均一な対角線方向の合成磁界成分がこの方向でのあらゆる外部の潜在障害磁界成分よりも強くなるのに充分な強さでなければならない。対角線方向の磁界成分は０°から１８０°までのセクタと１８０°から３６０°までのセクタとを区別するためにのみ用いられ、磁化の精度に関して特別の要求を有するものではない。

別の例では、シャフト端部は回転対称性を有するように、つまり、永久磁石がｚ方向に沿ってしか磁化されていない場合にも０°から３６０°までの全範囲にわたる測定が可能な１次の回転対称性が得られるように、成形される。当該アプローチを用いて、溝Ｐを中心からシャフト端部の外周へ向かって移動させることができる。これに代えて、図１に示されているようなシャフト端部を使用可能である。さらに、溝Ｐの深さは、回転非対称な方式で変化しうる。

図７の例では、シャフト端部は、３次の回転対称性を有するように成形される。つまり、０°から１２０°までのセクタ（３６０°／３）内で一義的な角度位置測定が可能である。図７の底面図からわかるように、溝Ｐはシャフトの中央部でＹ字状をなすように２つに分岐している。一般に、シャフト１０４とＮ次の対称性を有する端部とは一体であってよい。ただし、幾つかの実施形態では、シャフト端部は、例えばクランプ止め、接着、プレス嵌めなどによってシャフト１０４に取り付けられた個別部材である。

図８から図１１に示されている例では、シャフト端部は、シャフト１０４に取り付けられた可撓性の（弾性変形可能な）部材１５１であるか又はこれを含み、よって、シャフト１０４に同期して回転する。シャフト端部の可撓性部材１５１は、シャフト１０４の軸線方向の遊びもしくは軸線方向の許容差が補償されるように設計可能である。図８に示されている実施形態では、可撓性部材１５１は、固定部材１５０を介してシャフト１０４に取り付けられた平坦ばねである。湾曲していない状態では、平坦ばね１５１は回転軸線に対して垂直にほぼ平面状であり、シャフト１０４の前面に正対するように配置される。シャフト１０４の回転軸線は平坦ばねの長手軸線に交差する。図８，図９の例では、平坦ばねの長手軸線がｘ軸に対して平行であり、一般に平坦ばねの長手軸線はラジアル方向に延在して回転軸線に交差する。全体として、図８にはｚ軸に沿った長手断面が示されており、これは、平坦ばね１５１、及び、上述した固定部材１５０、及び、センサパッケージ１０６と平坦ばね１５２との間に配置されたスペーサ１５２を除いて、図３，図６に示されているのとほぼ同様である。

一実施形態では、シャフトは約±１ｍｍの軸線方向の遊びを有し、平坦ばね１５１は、スペーサ１５２を介したセンサパッケージ１０６との機械的接触を維持するために、多少に関わらず湾曲している。固定部材１５０は、平坦ばね１５１が軸線方向（ｚ方向）に沿って可撓性を有するものの横方向（すなわちｘｙ方向）にはこれに比較して剛性を有するように、平坦ばね１５１を回転するシャフト１０４に固定すべく、構成可能である。平坦ばね１５１は、軟磁性材料（例えばばね鋼）から形成されるか又はこれを含むことができるので、上述した実施形態（図１，図３を参照）に示されている溝Ｐの磁気機能を担当する。これに代えて、平坦ばね１５１を、（例えばベリリウム青銅、ベリリウム銅から成る）非磁性のばねボディとこの非磁性のばねボディに取り付けられた軟磁性部材とから形成してもよい。可撓性部材の目的は、シャフトの軸線方向の小さな位置変化に関係なく、回転対称でない軟磁性部材がセンサ素子に対してほぼ一定の軸線方向距離に維持されるよう保証することである。回転対称でない当該軟磁性部材は、（図８から図１１に示されているように）ばねそのもの又は（図示されていない）ばねの可撓性端部に取り付けられた他の軟磁性部材であってもよい。軟磁性部材とセンサ素子との間の軸線方向間隔はほぼ一定に維持されるので、シャフトの軸線方向の遊びが角度位置測定に与える影響は小さくなり、角度位置の測定値における誤差も小さくなる。

図８に示されている実施形態では、小さいスペーサ１５２が回転軸線で平坦ばね１５１に取り付けられている。よって、スペーサ１５２は、回転軸線を中心としてシャフト１０４に同期して回転でき、ここで、当該スペーサ１５２は、シャフト端部とセンサパッケージ１０６との間の機械的接触点と、可撓性のシャフト端部からセンサパッケージ１０６までの軸線方向距離とを定めている。スペーサ１５２は、例えばテフロン（ポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ）又はスペーサ１５２とセンサパッケージ１０６との間の摩擦の低減を保証する他の種類の材料から形成できる。一般に、センサパッケージ１０６は、研磨充填材を含む成形材料を含む。このため、スペーサの材料を選択する際に摩擦の低減を目的として定めることができる。スペーサは磁性を有しても有さなくてもよい。スペーサは、その回転対称性のために、角度位置に依存して変化する磁界を全く生じない。

シャフト端部（例えば平坦ばね）の可撓性部材は、種々の形状を有することができる。平坦ばね１５１の２つの例示的な実施形態が図９のａ，ｂに示されており、その双方が図８の断面図に対応する平坦ばねを上から見た図である。図９のａの実施形態では、平坦ばね１５１がｘｙ平面のセンサチップ１１０（幅ｗ_Ｃ）よりも小さい幅ｗ_Ｓを有する小さな条片状のプレートの形状を有するので、平坦ばね１５１はセンサチップ１１０の一部のみをカバーする（図９のａの平面図を参照）。図９のｂの代替的な実施形態では、平坦ばね１５１の幅ｗ_Ｓは、センサチップ１１０より大きく、センサチップ全体をカバーする。スロットが長手軸線（図９のｂのｘ軸）に沿った平坦ばね１５１の中央部に形成されており、これにより回転軸線はこのスロットを通って延在している。スロットの幅ｗ_ＳＬは、（図９のｂの例でそうであるように）チップの幅ｗ_Ｃより小さくすることができる。この実施形態では、センサチップ１１０の磁界センサ素子が「見る」合成磁界に対して当該スロットがもたらす作用は、図３，図６に示されている例で用いられている溝Ｐの作用ときわめて類似している。つまり、図８，図９に示されている実施形態では、シャフト端部は、０°から１８０°までの範囲内の角度位置測定に対して、２次の対称性［Ｎ＝２，２つ折り回転対称性］を有している。別の実施形態では、平坦ばね１５１は、１次の対称性を達成し、かつ、０°から３６０°までの範囲の角度位置測定を可能にするために、斜めのジオメトリ（すなわち、一方端での幅が他方端での幅に比べて小さい形状）を有する。さらに、図９のａの条片状のプレート１５１（すなわちばね）は、より広くより長くてよく、ばねの上縁がｙ＝０の位置にあり、かつ、ｙ＜０（図９のａの点線領域を参照）でばね１５１がチップの一部を覆うよう、負のｙ方向へ移動されてもよい。当該ばねが強磁性（すなわち軟磁性）を有し、センサパッケージもしくはＰＣＢ１０８に固定された永久磁石１０２又はシャフトに固定された永久磁石１０２’によって磁化されている場合、及び、これらの磁石が回転対称の残留磁化によって回転対称性を有する場合、ばね１５１は（磁界素子の位置に）Ｎ＝１次の対称性の磁界を形成する。つまり、センサ素子に作用するばねの磁界によって０°から３６０°までの範囲の一義的な角度測定が可能となる。スロットの幅ｗ_ＳＬが充分に幅広であり（例えばｗ_Ｃ／２より広く）かつスロットが充分に長い（例えばチップより長い）場合、また、スロット上縁がｘ軸に一致するようにこのスロットが負のｙ方向へ移動される場合には、同じことが図９のｂの幅広のストリップにも当てはまる。

図１０の実施形態では、平坦ばね１５１は９０°屈曲されており、別個の固定部材１５０（例えば図８の固定部材１５０）を用いるのでなく、シャフト１０４に直接に取り付けられている。例えば、平坦ばね１５１の、シャフト１０４に取り付けられる部分を、シャフトの周面に軸線方向で延在する溝に挿入して、このシャフトにねじ止め、接着、溶接もしくは他の手段で固定することができる。一般に、別個のスペーサに取り付けることに代えて、平坦ばね１５２を回転軸にエンボス加工することもできる。この場合、スペーサは、図１０，図１１の例に示されているように、突出部１５２’として構成される。図１１の例では、平坦ばねはＳ字状であり、図１０の上述した例に示されているように、周面でなく、シャフト１０４の前面に取り付けられている。このケースでは、付加的な非対称性（１次の対称性）がシャフト１０４の前面における非対称の凹部Ｒによって達成される。各磁界センサが「見る」合成磁界に対して凹部Ｒがもたらす作用は、図１の例で傾けられたシャフトの前面の作用と類似している。上述した実施形態では、永久磁石１０２はＰＣＢ１０８に取り付け可能である。これに加えてもしくはこれに代えて、別の永久磁石１０２’は、（図１０に点線で示されているように）シャフト１０４に取り付けることができる。

図示の実施形態では、センサチップ１１０はリードフレーム１１６よりもスペーサ１５２又は突出部１５２’に近い位置にあり、これによりシャフト端部とセンサチップ１０６に集積された磁界センサ素子との間の小さい距離（エアギャップ）が保証される。こうした配置により、センサ素子での磁界レベル及び磁界センサ素子の信号出力の最大化を補助することができる。ただし、他の実施形態では、センサチップは、センサパッケージのプラスチック部（成形材料）の代わりに、露出した金属ダイの足部にスペーサ１５２もしくは突出部１５２’が接触するように反転可能である。このケースでは、金属ダイの足部は、スペーサもしくは突出部の回転によって生じる摩耗からセンサパッケージ１０６を保護する。ダイの足部が露出していなくても（つまり、成形材料によって覆われていてスペーサ１５２もしくは突出部１５２’が摩耗性の成形材料に接触していても）、チップをばね１５１からなお保護することができる。代替的な実施形態では、磁界センサパッケージ１０６は、ＰＣＢの下面に取り付け可能であり、シャフトは部品ボードの前面に向かい、スペーサ１５２はＰＣＢの前面又はＰＣＢの前面に取り付けられた金属プレートもしくは類似の構造体に接触する。この実施形態では、回転するスペーサと摩耗性の成形材料との間に摩擦は生じず、センサパッケージは介在するＰＣＢによって回転するスペーサ１５２から保護されている。

一般に、永久磁石は、ＰＣＢ１０８上（図１０，図１１を参照）、センサパッケージ１０６上（図１を参照）、シャフト１０４上（図６を参照）、平坦ばね１５１上（例えばその可撓性端部上）又はシャフトとばねとの間、又は、固定部材１５０上にも取り付け可能である。永久磁石は、リング状、カプセル状、円筒状、種々の磁化方向（純粋に軸線方向もしくは純粋にラジアル方向、又は、軸線方向及び対角線方向の組み合わせもしくは軸線方向及びラジアル方向の組み合わせ）を有する立方体などの種々の形状を有することができる。その他の実施形態は、上述した実施形態の種々の特徴と組み合わせることによって実現可能である。

以下の図１２から図１４には、少なくとも１つのセンサチップ１１０に集積される複数の磁界センサ素子の種々の配置（レイアウト）が示されている（例えば図３，図６，図８を参照）。一般に、ここで説明する各実施形態では、少なくとも４つの磁界センサ素子が使用されるが、図１２から図１４の実施形態では８個もしくは１６個の磁界センサ素子を使用している（ここで、後者のケースでは、２つずつ対応する磁界センサ素子が互いに近隣にもしくは接するように配置され、これらのセンサの出力が平均される。図１２，図１３を参照）。センサチップ１１０は、回転軸線（ｚ軸）に対してほぼ垂直に配置されて、磁界センサを配置するためのセンサ平面を定めている。一般に、第１の磁界センサ素子と第２の磁界センサ素子とは、互いに離間され、かつ、第１の方向（例えばｘ方向）の磁界成分のみに感応し、第３の磁界センサ素子と第４の磁界センサ素子とは、互いに離間され、かつ、第２の方向（例えばｙ方向）の磁界成分のみに感応する。上述したように、ｘ方向及びｙ方向及び（回転軸線によって定められる）ｚ方向は、デカルト座標系を形成する。したがって、第１の方向と第２の方向とは非平行であり、回転軸線に対して垂直である。上述したように、ここで説明している実施形態で使用されるセンサ素子は、センサ平面に対して垂直な磁界成分（すなわち回転軸線に対して平行な磁界成分）に対してほぼ不感である。ここで説明している実施形態では、個別の磁界センサ素子は、例えば半径ｒの円に沿って、回転軸線に対して共軸となるように、配置可能である。角度位置０°（又はそのきわめて近傍）（すなわちＰ_１＝（ｒ，０））、９０°（すなわちＰ_２＝（０，ｒ））、１８０°（すなわちＰ_３＝（−ｒ，０））、２７０°（すなわちＰ_４＝（０，−ｒ））に各磁界センサ素子が設けられ、これらのセンサ素子は、ｘ方向及びｙ方向の磁界成分に感応するが、ｚ方向に対しては不感である（Ｈ_Ｘセンサ素子及びＨ_Ｙセンサ素子である）。

ここで説明している実施形態では、センサ素子１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１２０ａ，１２０ｂはｙ方向の磁界成分に感応するので、Ｈ_Ｙセンサ素子と称される。同様に、センサ素子１１５ａ，１１５ｂ，１１７ａ，１１７ｂ，１１９ａ，１１９ｂ，１２１ａ，１２１ｂは、ｘ方向の磁界成分に感応するので、Ｈ_Ｘセンサ素子と称される。理論的には、磁界センサ素子（例えば図１２のセンサ素子１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂ）は、半径ｒの円周上の同じ位置（位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４）に設けなければならないが、このようにするには各磁界センサ素子を積層しなければならないため、構成は困難である。図１２の例では、２つのＨ_Ｘセンサ素子と２つのＨ_Ｙセンサ素子とが、対称に、かつ、半径ｒの円周上の角度位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４に近接して配置される構成が示されている。図１２では、Ｈ_Ｙセンサ素子１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１２０ａ，１２０ｂの各対がｘ軸（センサ素子１１４ａ，１１４ｂ，１１８ａ，１１８ｂ）又はｘ軸に平行な軸（センサ素子１１６ａ，１１６ｂ，１２０ａ，１２０ｂ）に一致するように、かつ、各対が対応する位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４に関して対称となるように、配置される。特定位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４での磁界成分Ｈ_Ｘ，Ｈ_Ｙは各対のセンサ素子の出力信号を平均することにより取得できる。例えば、Ｈ_Ｙセンサ素子１１４ａ，１１４ｂの出力信号は、位置Ｐ_１での磁界のｙ成分Ｈ_Ｙの測定値を得るために平均される。同様に、Ｈ_Ｘセンサ素子１２１ａ，１２１ｂの出力信号は、位置Ｐ_４での磁界のｘ成分Ｈ_Ｘの測定値を得るために平均される。基本的には、センサ素子１１４ａ，１１４ｂは、位置Ｐ_１での単一の（ただし分散された）Ｈ_Ｙセンサ素子と見なすことができる。同様に、センサ素子１１７ａ，１１７ｂは、位置Ｐ_２での単一のＨ_Ｘセンサ素子と見なすことができ、以降も同様である。別の構成によれば、各センサ素子は対には「分割」されないが、実際のセンサ位置と所望の位置（Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４）との間の偏差が無視できる程度の所望の位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４の近傍に、Ｈ_Ｘセンサ素子及びＨ_Ｙセンサ素子が設けられる。図１３の例も図１２の上述した例と基本的には同様である。ただし、図１３では、磁界成分Ｈ_Ｘ，Ｈ_Ｙが測定される位置Ｐ_１’，Ｐ_２’，Ｐ_３’，Ｐ_４’が図１２に示されている位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４に対して４５°移動されている。一般に、センサ平面の種々のセンサ位置間の間隔は、単一の磁界センサ素子の最大寸法と少なくとも同じ高さ（又は少なくともその２倍の高さ）である。

図１４の例では、１つずつの磁界センサ素子が、半径ｒの円周上で円の０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°の角度位置のそれぞれに設けられる。一方のＨ_Ｙセンサ素子は円周上の０°，１３５°，１８０°，３１５°の角度に設けられる（Ｈ_Ｙセンサ素子１１４ｂ’，１１６ａ’，１１４ａ’，１１６ｂ’）。もう一方のＨ_Ｘセンサ素子は円周上の４５°，９０°，２２５°，２７０°の角度に設けられる（Ｈ_Ｘセンサ素子１１７ｂ’，１１５ｂ’，１１７ａ’，１１５ａ’）。それぞれの位置には１つの磁界センサ素子しか設けられないので、各磁界センサ素子を所望の位置に正確に配置可能である。図１２から図１４の３つの実施形態の全てにおいて重要な特徴の１つとして、回転軸線（ｚ方向）に対して垂直な方向に感応し、ｚ方向の磁界成分の影響を受けないＨ_Ｘセンサ素子及びＨ_Ｙセンサ素子のみが使用されることが挙げられる。さらに、個々の磁界センサ素子は、ｘ方向及びｙ方向の磁界成分の測定が行われ、任意のラジアル方向（例えば図１３の点Ｐ_１’，Ｐ_３’を通る４５°線に沿って）の測定が行われないように整列される。実際には、センサ素子を任意のラジアル方向に正確に整列させるのは困難なはずであり、これに対して、ｘ方向及びｙ方向はチップの辺に対して平行であって電子デバイスを慣用の微細電子回路技術で整列する際の通常のグリッドであるから、これらの方向に整列させるほうがより簡単である。ただし、対角線上に配置される磁界センサ素子１１４ａ’，１１４ｂ’，１１５ａ’，１１５ｂ’，１１６ａ’，１１６ｂ’，１１７ａ’，１１７ｂ’の対の出力信号は平均されず、図１２，図１３の例では、１つの平均出力信号を得るために、磁界センサ素子１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂなどの対応する対の出力信号が平均されることに注意されたい。

さらに、座標系を直列変換することによって第１の方向の磁界を非平行の少なくとも２つの別の方向の磁界成分の組み合わせとして表現できるので、ラジアル方向もしくはアジマス方向などのセンサ素子の他の整列法も可能であることは明らかである。この実施形態に示されているように、全てのセンサ素子を、回転軸線上に中心を有する１つの円周上に配置する必要はない（中心点は回転軸線をセンサ平面に投影することによって定めることができる）。基本的には、センサ素子は、ｘｙ平面における規則的なグリッド上にも又は不規則なグリッド上にも配置でき、磁界成分Ｈ_Ｘ（ｘ，ｙ）もしくはＨ_Ｙ（ｘ，ｙ）もしくはＨ_Ｒ（ｘ，ｙ）（すなわちラジアル方向成分）もしくはＨ_ＰＳＩ（ｘ，ｙ）（すなわちアジマス方向成分）をサンプリングして、補間によって、又は、最小２乗誤差調整などの近似によって、又は、その他の類似の数学的手法によって、関数Ｈ_Ｘ（ｘ，ｙ）もしくはＨ_Ｙ（ｘ，ｙ）もしくはＨ_Ｒ（ｘ，ｙ）もしくはＨ_ＰＳＩ（ｘ，ｙ）を再構成できる。

以下の説明では、図１２から図１４に示されているレイアウトにしたがって配置された磁界センサ素子の出力信号からシャフトの角度位置を導出するのに用いることができるアルゴリズムを取り扱う。角度位置を求める手段は多数存在するが、広汎な種類のアルゴリズムのうち代表となる幾つかの例のみ（例えば２つ折りの対称性すなわちＮ＝２）を検討する。一般に、ここで説明する実施形態は、センサチップ１１０に集積された（少なくとも４つの）磁界センサ素子に結合されておりかつ各磁界センサ素子の出力信号を結合することによってシャフトの角度位置を計算するように構成された回路要素を含むことができる。こうしたアプローチで慣用されている形態の１つは、（１）定められた振幅関係（例えば等しい振幅）を有し、（２）定められた位相遅延量（例えば９０°）を有し、（３）均質な障害磁界に対して不感の、２つの信号が取得されるように、磁界センサ素子の２つ以上の出力信号を結合することである。第３の特性は差分測定を用いることによって達成可能である。つまり、Ｈ_Ｘセンサ素子の対（もしくはＨ_Ｙセンサ素子の対）の各出力信号が、均質な障害磁界から生じる信号成分の消去された差分信号を得るために、減算される。図１４の例では、差分信号は、半径ｒの円周上の対角線方向で向かい合う２つの位置に相互に離間して配置されたセンサ素子の対から取得することができる（すなわち、１１４ａ’及び１１４ｂ’，１１５ａ’及び１１５ｂ’，１１６ａ’及び１１６ｂ’など）。減算に代えて、種々の磁界センサ素子の出力信号の重みづけ和も使用可能である（ここでは負の重み係数も可能である）。上述したように、磁界センサ素子は必ずしも１つの円に沿って配置しなくてもよい。一般に、第１の方向の磁界成分（例えばｘ方向）は、センサ平面の少なくとも第１の位置及び第２の位置（例えば図１２の例の位置Ｐ１及びＰ３）で測定される。付加的に、第２の方向（例えばｙ方向）の磁界成分も、センサ平面の少なくとも第３の位置及び第４の位置（例えば図１２の例のＰ１及びＰ４）で測定される。この場合、回転軸線に対するシャフトの求めるべき角度位置は、第１の位置での磁界成分と第２の位置での磁界成分との差、及び、第３の位置での磁界成分と第４の位置での磁界成分との差に基づいて計算可能である。これらの差は上述した差分測定を実行するために用いられる。このように、角度位置センサ装置は、一種の傾度測定器と考えることができる。

図１２の例によれば、シャフトの角度位置φ（Ｓ_ＣＯＳ〜ｃｏｓ（２φ））の２倍の余弦に比例する信号Ｓ_ＣＯＳが、（Ｈ_Ｘ（０°）−Ｈ_Ｘ（１８０°））−（Ｈ_Ｙ（９０°）−Ｈ_Ｙ（２７０°））を計算することにより取得される。シャフトの角度位置φ（Ｓ_ＳＩＮ〜ｓｉｎ（２φ））の２倍の正弦に比例する信号Ｓ_ＳＩＮは、（Ｈ_Ｙ（０°）−Ｈ_Ｙ（１８０°））を計算することにより取得される。シャフトの角度位置φの２倍の正弦に比例する別の信号Ｓ_ＳＩＮ’は、（Ｈ_Ｘ（９０°）−Ｈ_Ｘ（２７０°））を計算することにより取得される。余弦信号Ｓ_ＣＯＳ及び２つの正弦信号Ｓ_ＳＩＮ，Ｓ_ＳＩＮ’のいずれかを、角度位置２φの正接関数ｔａｎ（２φ）（比Ｓ_ＳＩＮ／Ｓ_ＣＯＳもしくは比Ｓ_ＳＩＮ’／Ｓ_ＣＯＳ）の計算に用いることができ、ここから求めるべき角度位置を、逆正接、例えばＳ_ＳＩＮ／Ｓ_ＣＯＳとして、計算することができる。例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを利用して、逆正接関数を実行することができる。図１２に示されているレイアウトを用いた場合、磁界成分Ｈ_Ｙ（０°）は磁界センサ素子１１４ａ，１１４ｂの出力信号を平均することにより取得される。Ｈ_Ｘ成分及び磁界センサ素子の他の位置についても同じことが行われる。式ｃｏｓ（２φ），ｓｉｎ（２φ），ｔａｎ（２φ）における係数２は、上述した構成の２つ折り対称性に由来するので、角度位置は０°から１８０°までの範囲内でしか一義的に求められない。ただし、オンアクシス角度位置センサが所定のタイプのＢＬＤＣモータの制御に用いられる場合にはこれで充分なはずである。

図１３の例にしたがったレイアウトが用いられる場合、信号Ｓ_１及びＳ_２は、
Ｓ_１＝（Ｈ_Ｘ（４５°）−Ｈ_Ｘ（２２５°））＋（Ｈ_Ｙ（３１５°）−Ｈ_Ｙ（１３５°））、かつ、
Ｓ_２＝（Ｈ_Ｘ（１３５°）−Ｈ_Ｘ（３１５°））＋（Ｈ_Ｙ（４５°）−Ｈ_Ｙ（２２５°））
として計算可能である。ここで、和Ｓ_１＋Ｓ_２はＡ・ｓｉｎ（２φ）に等しく、差Ｓ_１−Ｓ_２はＡ・ｃｏｓ（２φ）に等しい。上述した例と同様に、角度位置φは１／２・ａｒｃｔａｎ（（Ｓ_１＋Ｓ_２）／（Ｓ_１−Ｓ_２））として導出可能である。

図１４の例にしたがったレイアウトが用いられる場合、正弦信号Ｓ_ＳＩＮ及び余弦信号Ｓ_ＣＯＳは、
Ｓ_ＳＩＮ＝（Ｈ_Ｘ（２７０°）−Ｈ_Ｘ（９０°））−（Ｈ_Ｙ（０°）−Ｈ_Ｙ（１８０°））、かつ、
Ｓ_ＣＯＳ＝√２・ＳＣ−Ｓ_ＳＩＮ
ここで、ＳＣ＝（Ｈ_Ｘ（２２５°）−Ｈ_Ｘ（４５°））−（Ｈ_Ｙ（３１５°）−Ｈ_Ｙ（１３５°））
として計算可能である。上述したように、先に検討した例はシャフト端部の２つ折り対称性に関する。１次もしくは３次又はさらに高次の対称性を有する測定の構成においても、同様の式を各信号に適用可能と見なしうることに注意されたい。上掲式において、測定位置Ｐ１，Ｐ１’，Ｐ２，Ｐ２’，Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ４，Ｐ４’は対応する角度によって表される（０°はＰ１を表し、４５°はＰ１’を表し、９０°はＰ２を表し、１３５°はＰ２’を表し、１８０°はＰ３を表し、２２５°はＰ３’を表し、２７０°はＰ４を表し、３１５°はＰ４’を表す）。半径ｒとともに、角度によって、それぞれの測定位置Ｐ１，Ｐ１’，Ｐ２，Ｐ２’，Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ４，Ｐ４’が一義的に定められる。

上述したように、シャフト端部の２つ折りの対称性は、ＢＬＤＣモータの回転運動を制御する少なくとも幾つかの適用分野では充分なはずである。図１５，図１６には、オンアクシス角度位置センサをブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モータアセンブリにどのように配置できるかの２つの異なる例が示されている。図１５にはＢＬＤＣモータの一部の断面図が示されており、ここでは、断面がシャフト１０４の回転軸線を通っている。ただし、図１５は縮尺通りではなく概略図と捉えるべきことに注意されたい。また、図１５には、シャフト１０４の周に沿ってこのシャフト１０４に直接もしくは間接に取り付けられた永久磁石（ＰＭ）２１７，２１８が示されている。シャフト１０４は少なくとも２つの軸受によって支持可能であり、図示されている例では軸受２１４は球軸受である。ただし、他のタイプの軸受も実際の構成に応じて使用可能である。シャフト１０４及びこのシャフトに取り付けられている永久磁石ＰＭは、モータのロータ（アーマチュア）を形成する。モータのステータ２１０は、モータの角度位置を制御する電流が供給されるコイル２１１，２１２を含む。

上述した例と同様に、シャフト１０４の端部は、図３，図４に示されている例と類似した凹部Ｐを有しており、ここで、永久磁石１０２’は、図６に関連して上述した例と同様にシャフト１０４に取り付けられている。コンパクトな構成を実現するために、（センサチップ１０６によって図１５に表されている）オンアクシス角度位置センサの形成に用いられる磁界センサは、ＰＣＢ１０８上に、ステータコイル２１１，２１２に供給される動作電流の形成に用いられるパワーエレクトロニクスとともに配置される。

図１５からわかるように、ＰＣＢはシャフト１０４（すなわちシャフト端部）の前面に直接に面しており、磁界センサ素子は、この実施形態では、図１２から図１４に示されているように、回転軸線に関して対称に、ＰＣＢ１０８上に配置されている。ステータコイル２１１，２１２の電気コンタクトＣ（はんだコンタクト、ピン）は、ステータからＰＣＢ１０８に向かって突出しており、これにより、コイル２１１，２１２とＰＣＢ１０８との間の直接の電気的接続が可能となる。ＰＣＢ１０８は、モータのステータ２１０に向かうモータケーシングＨの内面で支持可能である。

図１６の例は基本的には図１５の先行例と同じであるが、シャフト端部に取り付けられた永久磁石１０２’が省略されている点、及び、その代わりに、図３に示されている例と同様に永久磁石１０２がＰＣＢ１０８の後面に配置されている点が異なる。図１５，図１６に示されているＢＬＤＣモータアセンブリにおいて他の角度位置センサの配置も使用可能であることは理解されるはずである。

ＰＣＢ１０８は、センサチップ１０６と、ステータコイル２１１，２１２に供給される（制御された）負荷電流を形成するパワーデバイス２１５，２１６とを担持している。（センサチップ１０６内の）磁界センサ素子からパワーデバイス２１５，２１６までの距離、又は、磁界センサ素子からＰＣＢ１０８上の負荷電流線路までの距離は比較的小さい（例えば１０ｍｍ未満もしくは２０ｍｍ未満）ことが多く、このため、電流トレース部もしくはパワーデバイスによって形成される磁界は、磁界センサ素子の位置ではきわめて不均一となる。したがって、通常の傾度測定器は、負荷電流線路及びパワーデバイスによって生じる障害磁界の効果を消去するのに充分でない。ただし、負荷電流線路及びパワーデバイスは、（少なくとも近似的に）磁界センサ素子と同じｚ位置（すなわち同じ軸線方向位置）に配置される（したがって、磁束線は、図２に略示されているように、磁界センサ素子にほぼ垂直に交差する）。角度位置の測定は、磁界センサ素子がｚ方向の磁界成分に感応しない場合、障害に対してきわめてローバストとなる。よって、ここで説明している実施形態は、ｘ方向もしくはｙ方向の磁界成分に感応する傾度測定器の構成を含む。

本発明を１つもしくは複数の構成に即して図示及び説明したが、添付の特許請求の範囲の思想及び観点から逸脱しないかぎり、図示の例に対して変更及び／又は修正を加えることができる。特に、上述した各要素及び各構造（ユニット、アセンブリ、デバイス、回路、装置など）によって行われる種々の機能に関し、こうした要素の記述に用いた用語（「手段」への言及を含む）は、本発明での図示の例示的構成の機能を実行する開示した構造に構造的に等価でなくても、（格別のことわりがないかぎり）記述した要素の（例えば機能的に等価である）特定の機能を実行するあらゆる要素又は構造に対応するものとする。

加えて、本発明の特定の特徴が複数の構成のうち唯一の構成に即して説明されていたとしても、こうした特徴は、所定もしくは特定の適用分野にとって有利であって所望されうる構成とは別の構成の１つもしくは複数の他の特徴と組み合わせることができる。さらに、「包含する」「含有する」「有する」「備える」もしくはこれらの変化形の用語が詳細な説明及び特許請求の範囲において用いられる場合、これらの用語は、「含む」なる語と同様の形式での包摂を意味するものとする。

Claims (20)

1. 磁気角度位置センサ装置であって、
   軟磁性のシャフト端部を有する、回転軸線を中心として回転可能なシャフトと、
   前記シャフト端部から軸線方向へ離間しており、かつ、前記回転軸線に対してほぼ垂直なセンサ平面を定める、センサチップと、
   前記センサチップ内に集積された少なくとも４つの磁界センサ素子であって、前記磁界センサ素子の２つは、相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応し、前記磁界センサ素子の別の２つは、相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、前記第１の方向と前記第２の方向とは、相互に非平行でありかつ前記回転軸線に対して垂直である、少なくとも４つの磁界センサ素子と、
   前記シャフト端部を磁化する磁界源であって、ここで、前記シャフト端部は、前記センサ平面において前記磁界源によって形成される磁界がＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように形成されている、磁界源と、
   前記少なくとも４つの磁界センサ素子に結合されており、かつ、前記少なくとも４つの磁界センサ素子の各出力信号を結合することによって前記シャフトの角度位置を計算するように構成された、回路要素と、
   を含む、
   磁気角度位置センサ装置。
2. 前記少なくとも４つの磁界センサ素子は、前記センサ平面において、前記センサ平面への前記回転軸線の投影によって定められる中心点を中心として配置されている、
   請求項１に記載の磁気角度位置センサ装置。
3. 前記磁界源は、少なくとも１つの永久磁石を含む、
   請求項１又は２に記載の磁気角度位置センサ装置。
4. 前記センサチップは、回路板に取り付けられたチップパッケージ内に配置されており、
   前記少なくとも１つの永久磁石は、前記チップパッケージ又は前記回路板又は前記シャフト端部に取り付けられている、
   請求項３に記載の磁気角度位置センサ装置。
5. 前記磁界源は、第１の永久磁石と少なくとも１つの第２の永久磁石とを含み、
   前記センサチップは、回路板に取り付けられたチップパッケージ内に配置されており、
   前記第１の永久磁石は、前記チップパッケージ又は前記回路板に取り付けられており、前記第２の永久磁石は、前記シャフト端部に取り付けられている、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の磁気角度位置センサ装置。
6. 前記シャフト端部は、前面内にもしくは前記前面上に、少なくとも１つの溝又は少なくとも１つの凸部を有しており、
   前記溝又は前記凸部は、前記シャフト端部がＮ次［Ｎは有限の整数］の回転対称となるように成形されている、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の磁気角度位置センサ装置。
7. 前記シャフト端部は、前記シャフトに同期して回転するばねを含み、
   前記ばねは、前記回転軸線の軸線方向に本来の弾性を有する、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の磁気角度位置センサ装置。
8. 前記ばねは、前記回転軸線に対して垂直な方向へは実質的に弾性を有さない、
   請求項７に記載の磁気角度位置センサ装置。
9. 前記ばねは、前記センサチップと前記シャフト端部の前面との間に配置されており、
   前記ばねは、スペーサを介して前記センサチップのチップパッケージに支持されている、
   請求項７又は８に記載の磁気角度位置センサ装置。
10. 前記スペーサは、前記ばねに取り付けられているか、又は、前記スペーサは、前記ばねの突出部によって形成されており、
    前記ばねは、軸線方向力を前記チップパッケージに作用させるように構成されている、
    請求項９に記載の磁気角度位置センサ装置。
11. 前記少なくとも４つのセンサ素子は、前記回転軸線と共軸の円に沿って対称に分散されている、
    請求項１から１０までのいずれか１項に記載の磁気角度位置センサ装置。
12. 磁気角度位置センサ装置であって、
    軟磁性のシャフト端部を有する、回転軸線を中心として回転可能なシャフトと、
    前記シャフト端部から軸線方向へ離間しており、かつ、前記回転軸線に対してほぼ垂直なセンサ平面を定める、センサチップと、
    前記センサチップ内に集積された少なくとも４つの磁界センサ素子であって、前記少なくとも４つの磁界センサ素子の第１の磁界センサ素子及び第２の磁界センサ素子は、相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応し、前記少なくとも４つの磁界センサ素子の第３の磁界センサ素子及び第４の磁界センサ素子は、相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、前記第１の方向と前記第２の方向とは、相互に非平行でありかつ前記回転軸線に対して垂直である、少なくとも４つの磁界センサ素子と、
    前記シャフト端部を磁化する磁界源であって、ここで、前記シャフト端部は、前記センサ平面において前記磁界源によって形成される磁界がＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように形成されている、磁界源と、
    前記少なくとも４つの磁界センサ素子に結合された信号処理回路であって、前記第１の磁界センサ素子と前記第２の磁界センサ素子とによって測定された各磁界成分の差を表す第１の信号を計算し、前記第３の磁界センサ素子と前記第４の磁界センサ素子とによって測定された各磁界成分の差を表す第２の信号を計算し、少なくとも前記第１の信号と前記第２の信号とを結合することにより、前記シャフトの角度位置を計算するように構成された、信号処理回路と、
    を含む、
    磁気角度位置センサ装置。
13. 前記少なくとも４つのセンサ素子は、前記回転軸線と共軸の円に沿って対称に分散されている、
    請求項１２に記載の磁気角度位置センサ装置。
14. 各磁界センサ素子の第１の部分は、第１の円に沿って配置されており、
    各磁界センサ素子の第２の部分は、第２の円に沿って配置されており、
    前記第１の円と前記第２の円とは、前記回転軸線と共軸であって異なる半径を有する、
    請求項１３に記載の磁気角度位置センサ装置。
15. 前記第１の磁界センサ素子と前記第２の磁界センサ素子とは、前記回転軸線に関する対角線上に配置されている、及び／又は、
    前記第３の磁界センサ素子と前記第４の磁界センサ素子とは、前記回転軸線に関する対角線上に配置されている、
    請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の磁気角度位置センサ装置。
16. 前記センサチップの第１の面の第１の辺は、前記第１の方向に対して平行に整列されており、
    前記センサチップの前記第１の面の第２の辺は、前記第２の方向に対して平行に整列されている、
    請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の磁気角度位置センサ装置。
17. 電気モータアセンブリであって、
    少なくとも１つのステータコイルを含むステータと、
    前面と軟磁性のシャフト端部とを有する少なくとも１つのシャフトを含むロータと、
    前記シャフトの前記前面に向かうように配置されたプリント回路板（ＰＣＢ）と、
    前記ＰＣＢに取り付けられており、かつ、前記シャフト端部から離間している、少なくとも１つのセンサチップと、
    前記少なくとも１つのセンサチップ内に配置された少なくとも４つの磁界センサ素子であって、前記磁界センサ素子の２つは、相互に離間しておりかつ第１の方向の磁界成分のみに感応し、前記磁界センサ素子の別の２つは、相互に離間しておりかつ第２の方向の磁界成分のみに感応し、前記第１の方向と前記第２の方向とは、実質的に相互に非平行でありかつ前記回転軸線に対して垂直である、少なくとも４つの磁界センサ素子と、
    前記シャフト端部を磁化する磁界源であって、ここで、前記シャフト端部は、前記第１の方向の磁界成分と前記第２の方向の磁界成分とがＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように形成されている、磁界源と、
    前記少なくとも４つの磁界センサ素子に結合されており、かつ、前記少なくとも４つの磁界センサ素子の少なくとも４つの出力信号を結合することによって前記シャフトの角度位置を計算するように構成された、評価回路と、
    前記ＰＣＢ上に配置されており、かつ、前記ステータコイルに結合されており、かつ、前記ステータコイルへ動作電流を供給するように構成された、パワーエレクトロニクス回路要素と、
    を含む、
    電気モータアセンブリ。
18. 軟磁性のシャフト端部を含むシャフトの角度位置を測定する方法であって、
    前記方法は、
    前記シャフト端部を磁化して、前記シャフトの回転軸線に対してほぼ垂直なセンサ平面における第１の方向の磁界成分と第２の方向の磁界成分とがＮ次［Ｎは有限の≧１の整数］の回転対称となるように、前記シャフト端部を形成するステップと、
    前記センサ平面の少なくとも第１の位置及び前記第１の位置とは異なる第２の位置で、前記第１の方向の磁界成分を測定するステップと、
    前記センサ平面の少なくとも第３の位置及び前記第３の位置とは異なる第４の位置で、前記第２の方向の磁界成分を測定するステップと、
    前記第１の位置での磁界成分と前記第２の位置での磁界成分との差、及び、前記第３の位置での磁界成分と前記第４の位置での磁界成分の差に基づいて、前記回転軸線に対する前記シャフトの角度位置を計算するステップと、
    を含む方法。
19. 前記磁界成分を測定するステップは、
    前記第１の位置で前記第１の方向の磁界成分を測定するように構成された少なくとも１つの第１の磁界センサ素子を用いて、第１のセンサ信号を形成するステップと、
    前記第２の位置で前記第１の方向の磁界成分を測定するように構成された少なくとも１つの第２の磁界センサ素子を用いて、第２のセンサ信号を形成するステップと、
    前記第３の位置で前記第２の方向の磁界成分を測定するように構成された少なくとも１つの第３の磁界センサ素子を用いて、第３のセンサ信号を形成するステップと、
    前記第４の位置で前記第２の方向の磁界成分を測定するように構成された少なくとも１つの第４の磁界センサ素子を用いて、第４のセンサ信号を形成するステップと、
    を含む、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記シャフトの角度位置を計算するステップは、
    前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との差を表す第５の信号を計算するステップと、
    前記第３のセンサ信号と前記第４のセンサ信号との差を表す第６の信号を計算するステップと、
    前記第５の信号及び前記第６の信号に基づいて角度位置を計算するステップと、
    を含む、
    請求項１９に記載の方法。