JP4900837B2 - 回転角度検出装置および回転機 - Google Patents

Description

本発明は、ホールセンサを用いて回転軸等の回転角度を検出する回転角度検出装置および回転機に関する。

特許文献１には、そのＦｉｇｕｒｅ４に示すように、その軸で回転する円筒状の永久磁石１（内周側の磁束を示す矢印から２極磁石と推定される。）と、２つの感磁素子（ホールセンサ）２，３と、処理回路４とで構成される角度ポジションセンサーが開示されている。前記２つの感磁素子は概略的に同じポイントに配置されており、磁界の径方向成分と磁界の周方向成分を測って、２つのサイン波状信号を提供する。

特許文献２には、その図１に示すように、回転軸を有する２極円板状の磁石２と、第１ホール素子３と、第２ホール素子４とで構成される回転角度検出装置が開示されている。第１ホール素子３の磁気検出面に対して第２ホール素子４の磁気検出面は略直角方向に向けて配置されている。

特許文献３には、その図５に示すように、貫通シャフトと２極のリング磁石１１を有する回転体と、前記磁石表面の上方の空間点に設置された感磁部とで構成される回転角度センサが開示されている。前記感磁部は、磁石によって生じる磁束密度の当該磁石の表面に平行であり且つ互いに直交する２軸方向の成分Ｂｘ及びＢｙを各々感磁する２つのホールセンサ（Ｘ軸方向センサ１２ｘとＹ軸方向センサ１２ｙ）を有する。

特許文献４には、その図６及び図７に示すように、軸方向に所定の空隙を隔てて磁性シャフト１に固定した２個の磁石２（各々、２極磁石である。）と、平行配置した前記２個の磁石２と前記磁性シャフト１による閉磁場内に配置された１つのチップ１０とで構成される回転角度検出装置が開示されている。前記１つのチップ１０内には、第１磁気センサ及び第２磁気センサが９０度傾けてＬ字型に内蔵されている、

特許文献５には、その図９に示すように、２極の永久磁石２を有する回転体１と、磁界検出素子４とで構成される磁気式エンコーダ装置が開示されている。前記磁界検出素子４は、磁束密度成分Ｂ_ｒを検知する径方向感磁部４５と磁束密度成分Ｂ_θを検知する周方向感磁部４６を備え、永久磁石２の回転軸の向きからみて、十字型となるよう重ねて配置されている。

特許文献６には、その図４及び６に示すように、回転軸４０３に支持された円板状で２極の磁石４００と、前記磁石４００の円周付近に磁気センサＡ及びＢ（ホール素子）を配置した回転角度センサが開示されている。一方の構成では回転軸の方向に磁気センサがずらして配置され、他方の構成では回転軸の方向に磁気センサをずらすと共にその面を回転軸に対して斜めに傾斜して配置している。磁界円周方向でみると、円板の中心Ｏと磁気センサＡの略中心とを通る直線４１２、および中心Ｏと磁気センサＢの略中心とを通る直線４１１とがなす角度が機械角で概ね９０ｄｅｇ．になるように配置されている。ここで、機械角とは円板の周囲を１周する角度を３６０ｄｅｇ．とするものである。

国際公開第２００７／０５７５６３号パンフレット（第１０頁２段落目のｆｉｇｕｒｅ４の説明，第１６頁１段落目のＲＥＶＥＮＤＩＣＡＴＩＯＮＳ１．，Ｆｉｇｕｒｅ４） 特開２００５−３２６２９１号公報（図１，図７） 特開２００７−０４０８５０号公報（図５） 特開２００６−０４７２２７号公報（図６，図７） 国際公開第１９９９／１３２９６号パンフレット（図９〜図１１） 特開２００３−０７５１０８号公報（図４，図６）

特許文献１のＦｉｇｕｒｅ４の説明によると、２つの感磁素子２，３によって測定された信号は、処理回路４によって処理される。
しかし、磁石の角度位置に比例する電気信号に変換するため、前記処理回路４は、２つの素子について復号（ｄｅｃｏｄａｇｅ）及び正規化（ｎｏｒｍａｌｉｓａｔｉｏｎ）を行う。すなわち、２つのホールセンサから得る出力信号の正規化は処理回路４で行われている。従って、２つのホールセンサの配置によって、磁界の径方向成分を測るホールセンサの出力信号に対して磁界の周方向成分を測るホールセンサの出力信号を正規化することは開示されていない。より高い精度の回転角度を検出するための構成とは言えない。

特許文献２によると、第１ホール素子３と第２ホール素子４を一ヶ所に配置することで搭載スペースを小さくし、搭載性を高める。そして、温度変化による出力ズレを略同等にすることで安定した角度精度が得られると説明している。
しかし、磁石２の周方向において、第１ホール素子３の感磁中心と第２ホール素子４の感磁中心は所定角度Δθ_１ずれている。このずれにより、一方のホール素子の感磁中心が受ける磁束密度成分の変化に対して、他方のホール素子の感磁中心が受ける磁束密度成分の変化は、所定角度の遅延又は先行を生じる。このズレによって回転角度検出装置で測定する回転角度に誤差を生じるという問題がある。より高い精度の回転角度を検出するための構成とは言えない。

なお、特許文献２の図７には、１つのチップ８の内部に第１、第２ホール素子３ａ，４ａを隣接配置した回転角度検出装置が開示されている。しかし、磁石２の周方向において２つのホール素子の感磁中心が所定角度Δθ_２ずれていることに変わりはない（Δθ_１＞Δθ_２）。１チップ内に２つのホール素子を直交状態で組み込み内蔵させることは、１つのホール素子を内蔵するチップを２つ用いることに比べて、製造工数がかかるという問題もある。

特許文献３の図５によると、Ｘ軸方向センサ１２ｘとＹ軸方向センサ１２ｙは軸方向からみて十字となるように組まれている。この形態から、２つのホールセンサを容易し、各々に切り欠きを形成し、切り欠き同士を差し込んで十字型のセンサを形成していると推定される。
しかし、十字型に形成すると、Ｘ軸方向センサ１２ｘの感磁中心を十字型センサの中心に配置すると、Ｙ軸方向センサ１２ｙの感磁中心は十字型センサの中心からズレてしまうという問題がある。すなわち、磁石の周方向において、２つのセンサの感磁中心が所定角度Δθ_３ずれることになり、回転角度検出装置で測定する回転角度に誤差を生じる。より高い精度の回転角度を検出するための構成とは言えない。

特許文献４の図６及び図７をみると、磁石２の周方向において、第１磁気センサ３の感磁中心と第２磁気センサ４の感磁中心は所定角度Δθ_４ずれている。したがって。回転角度検出装置で測定する回転角度に誤差を生じるという問題がある。より高い精度の回転角度を検出するための構成とは言えない。
なお、第１及び第２磁気センサ（２つのホールセンサ）を内蔵したチップを傾斜角αで傾けているが、磁性シャフトが及ぼす磁気的な影響によって生じる出力波高のズレを抑制し、波高を揃えることを目的としている。すなわち１個の磁石による磁束に対応した角度精度の向上を目的とするものではない。さらに、ホールセンサを内蔵したチップを傾斜角αで傾けるときに、回転の軸芯は前記磁石２の径方向に相当する。ホールセンサの感磁面を傾斜させるときに、回転の軸芯を前記磁石２の周方向とする構成は開示されていない。

特許文献５の図９（ｂ）の説明には、「磁界検出素子４の径方向感磁部４５と周方向感磁部４６の検出感度および配置位置には、わずかに差異があるため、出力Ｖ’θとＶ’ｒの振幅値は若干異なる。・・・なお、図１０に示した増幅器５４および５５を信号処理回路５の中に設け、増幅器５４のゲインを振幅比αに応じて調整して出力Ｖ’ｒから出力Ｖｒを得て角度演算回路５６に入力し、角度信号θを得る。」と記載されている。
したがって、２つのホールセンサの配置によって、磁界の径方向成分を測るホールセンサの出力信号の振幅値と、磁界の周方向成分を測るホールセンサの出力信号の振幅値とを同じにすること（すなわち、正規化すること。）は開示されていない。より高い精度の回転角度を検出するための構成とは言えない。

特許文献６には、２つのホールセンサの面は、磁石の周方向または径方向に対して同様の向きとなるように配置されている。したがって、２つのホールセンサの配置によって、磁界の径方向成分を測るホールセンサの出力信号の振幅値と、磁界の周方向成分を測るホールセンサの出力信号の振幅値とを同じにすること（すなわち、正規化すること。）は開示されていない。より高い精度の回転角度を検出するための構成とは言えない。

そこで、本発明の目的は、回転角度の検出精度が高い回転角度検出装置および回転機を提供することを目的とする。

本発明の回転角度検出装置は、Ｎ極対の磁極を有する磁石回転子（但し、Ｎは２以上の整数である。）と、前記磁石回転子から印加される磁束に応じて磁石回転子の回転角度を検出するための２個のホールセンサとを備え、
前記２個のホールセンサは、感磁軸を前記磁石回転子の径方向に向けて配置した径方向用ホールセンサと、感磁軸を前記磁石回転子の周方向に向けて配置した周方向用ホールセンサとで構成され、
前記径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサが配置されていることを特徴とする。
ここで、“センサの受ける磁束密度成分”とは、ホールセンサで検知できる磁束密度成分であり、ホールセンサの感磁面に直交する磁束密度成分に相当する。

本発明の他の回転角度検出装置は、Ｎ極対の磁極を有する磁石回転子（但し、Ｎは２以上の整数である。）と、前記磁石回転子から印加される磁束に応じて磁石回転子の回転角度を検出するための２個のホールセンサとを備え、
前記２個のホールセンサは、感磁軸を前記磁石回転子の径方向に向けて配置した径方向用ホールセンサと、感磁軸を前記磁石回転子の周方向に向けて配置した周方向用ホールセンサとで構成され、
前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサは、磁石回転子の周方向で（２ｓ_１−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_１は０を含む自然数である。）を為すように設けられ、
前記径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサが配置されており、
前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサの出力を合成することにより、回転角度を検出することを特徴とする。

磁石回転子の磁極外周面とホールセンサの感磁中心との距離ｒについて、前記径方向用ホールセンサのｒが前記周方向用ホールセンサのｒより大きくなるように配置されていることが好ましい。ここで、“磁極外周面”は、磁石の部分の外周面を指す。

ホールセンサの感磁中心と、前記磁石回転子の厚み中心点を通りかつ回転軸に垂直な平面との距離ｈについて、
前記径方向用ホールセンサのｈが前記周方向用ホールセンサのｈより大きくなるように配置されていることが好ましい。
好ましくは周方向用ホールセンサのｈはゼロとする。周方向用ホールセンサはｈが高くなるほど感磁面で受ける磁束量が減るのでセンサ出力が小さくなる。径方向用ホールセンサと周方向用ホールセンサの感度が同じ場合、周方向用ホールセンサの出力を落として径方向用ホールセンサの出力と振幅を同じにする。したがって、周方向用ホールセンサをｚ軸方向にずらすほど、系全体の感度は下がり、回転角度検出装置の出力も小さくなる。

前記磁石回転子の回転軸に対するホールセンサの感磁面の傾きχ（ただし、χは０〜９０ｄｅｇ．の範囲内である。）について、前記径方向用ホールセンサのχ≠０となるように配置されていることが好ましい。

本発明の他の回転角度検出装置は、Ｎ極対の磁極を有する磁石回転子（但し、Ｎは２以上の整数である。）と、前記磁石回転子から印加される磁束に応じて磁石回転子の回転角度を検出するための４個のホールセンサとを備え、
前記４個のホールセンサは、感磁軸を前記磁石回転子の径方向に向けて配置した第１及び第２の径方向用ホールセンサと、感磁軸を前記磁石回転子の周方向に向けて配置した第１及び第２の周方向用ホールセンサとで構成されることを特徴とする。

本発明の他の回転角度検出装置は、Ｎ極対の磁極を有する磁石回転子（但し、Ｎは２以上の整数である。）と、前記磁石回転子から印加される磁束に応じて磁石回転子の回転角度を検出するための４個のホールセンサとを備え、
前記４個のホールセンサは、感磁軸を前記磁石回転子の径方向に向けて配置した第１及び第２の径方向用ホールセンサと、感磁軸を前記磁石回転子の周方向に向けて配置した第１及び第２の周方向用ホールセンサとで構成され、
前記第１の径方向用ホールセンサ及び前記第２の周方向用ホールセンサは、磁石回転子の周方向で（２ｓ_１−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_１は０を含む自然数である。）を為すように設けられ、
前記第２の径方向用ホールセンサ及び前記第１の周方向用ホールセンサは、磁石回転子の周方向で（２ｓ_２−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_２は０を含む自然数である。）を為すように設けられ、
前記第１の径方向用ホールセンサ及び前記第２の周方向用ホールセンサの出力を合成し、前記第２の径方向用ホールセンサ及び前記第１の周方向用ホールセンサの出力を合成することにより、回転角度を検出することを特徴とする。

さらに、前記第１及び第２の径方向用ホールセンサは磁石回転子の周方向で（２ｓ_３−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_３は０を含む自然数である。）を為すように設けられていることが好ましい。

前記第１の径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記第２の周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記第１の径方向用ホールセンサ及び前記第２の周方向用ホールセンサを配置し、
前記第２の径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記第１の周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記第２の径方向用ホールセンサ及び前記第１の周方向用ホールセンサを配置することが好ましい。

磁石回転子の磁極外周面とホールセンサの感磁中心との距離ｒについて、
前記第１の径方向用ホールセンサのｒが前記第２の周方向用ホールセンサのｒより大きくなるように配置され、
前記第２の径方向用ホールセンサのｒが前記第１の周方向用ホールセンサのｒより大きくなるように配置されていることが好ましい。

ホールセンサの感磁中心と、前記磁石回転子の厚み中心点を通りかつ回転軸に垂直な平面との距離ｈについて、
前記第１の径方向用ホールセンサのｈが前記第２の周方向用ホールセンサのｈより大きくなるように配置され、
前記第２の径方向用ホールセンサのｈが前記第１の周方向用ホールセンサのｈより大きくなるように配置されていることが好ましい。

前記磁石回転子の回転軸に対するホールセンサの感磁面の傾きχ（ただし、χは０〜９０ｄｅｇ．の範囲内である。）について、
前記第１の径方向用ホールセンサのχ≠０となるように配置され、
前記第２の径方向用ホールセンサのχ≠０となるように配置されていることが好ましい。

前記磁石回転子の磁極外周面とホールセンサの感磁中心との距離ｒについて、前記第１の径方向用ホールセンサのｒが前記第２の径方向用ホールセンサのｒと等しく、前記第１の周方向用ホールセンサのｒが前記第２の周方向用ホールセンサのｒと等しいことが望ましい。

前記ホールセンサの感磁中心と、前記磁石回転子の厚み中心点を通りかつ回転軸に垂直な平面との距離ｈについて、前記第１の径方向用ホールセンサのｈが前記第２の径方向用ホールセンサのｈと等しく、前記第１の周方向用ホールセンサのｈが前記第２の周方向用ホールセンサのｈと等しいことが望ましい。

前記磁石回転子の回転軸に対するホールセンサの感磁面の傾きχ（ただし、χは０〜９０ｄｅｇ．の範囲内である。）について、前記第１の径方向用ホールセンサのχが前記第２の径方向用ホールセンサのχと等しく、前記第１の周方向用ホールセンサのχが前記第２の周方向用ホールセンサのχと等しいことが望ましい。

周方向磁束密度は、径方向磁束密度に比べ小さいので、周方向用ホールセンサを磁石に近づけることが望ましく、さらには、磁力線に直交させることが望ましい。逆に、径方向磁束密度は周方向磁束密度に比べて大きい為、径方向用ホールセンサの配置には自由度があり、距離を離す、あるいは磁力線に直交させず傾けることで径方向用ホールセンサの感じる磁束密度を等しくして、等しい出力電圧を得られるよう配置できる。調整範囲を狭くでき、調整が容易になるというメリットもある。

本発明では、ホールセンサの配置の自由度が増える。一つの半径方向において、内側に周方向磁束用、外側に径方向磁束用とを配置できる。周方向用を回転磁石の回転面上に置き、径方向用を周方向用センサから軸方向に移動させることができる。

４個のホールセンサを用いた本発明では、センサの数が多いにもかかわらず、周方向の２箇所のみにセンサ部（２つのホールセンサのペア）が設置されるため、取り付けが容易である。それぞれ周方向用と径方向用のホールセンサの感磁面が直交していれば、取り付け誤差があっても、位相差９０ｄｅｇ．がほぼ保たれるので、演算後に回転角度検出装置における角度誤差が増加することは回避される。

本発明の回転機は、上述の回転角度検出装置を備えることを特徴とする。

ここで、回転角度に応じた回転角度信号を出力するとは、逆正接演算を含む処理を行うことである。具体的には逆正接演算をデジタルで行う処理である。

本発明によれば、回転角度の検出精度が高い回転角度検出装置および回転機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、これら実施形態により本発明が必ずしも限定されるものではない。

（実施形態１）
１２極に着磁されたリング磁石１１の外周に、第１のホールＩＣ１２ａと第２のホールＩＣ１２ｂを配置した回転角度検出装置を図１（ａ）に模式的に示す。同図（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図であり、部品同士の位置関係のみを略記して示す。第１のホールＩＣ１２ａは、第２のホールＩＣ１２ｂに対して周方向の位相が同じ位置であり、且つ径方向で１２ａよりもｒが大きい位置に配置している。第２のホールＩＣ１２ｂの感磁軸Ｂ０１はリング磁石の周方向に沿っており、第１のホールＩＣ１２ａの感磁軸Ａ０１はリング磁石の径方向に沿って配置している。そして、リング磁石が回転すると、第１のホールＩＣ１２ａが受ける磁束密度成分の振幅が、第２のホールＩＣ１２ｂが受ける磁束密度成分の振幅と同じとなるように、各々を配置している。各ホールＩＣの出力は、（ｃ）の回路図に示すように、Ｖａ信号及びＶｂ信号としてＡ−Ｄ変換器２７に入力し、ＡＤ変換された信号は角度演算器２８を経ることで、磁石回転子の回転角度を示す検出角度を得る。なお、各ホールＩＣを駆動する駆動電圧やＧＮＤ端子等の表示は省略する。磁石回転子のリング磁石１１の中心を原点とし、回転軸をＺ軸とした円柱座標系で表わす。リング磁石の直径は２ｒ_０、厚さはｔ（厚さは回転軸方向における寸法）、Ｚ軸からホールＩＣ１２ｂの中心（感磁中心）までの距離はｒ_０＋ｒ_１、Ｚ軸からホールＩＣ１２ａの中心（感磁中心）までの距離はｒ_０＋ｒ_２とする。この構成を用いると、検出角度の誤差は機械角で±１ｄｅｇ．を得た。

（実施形態２）
図２は、図１において第１のホールＩＣ１２ａの位置をリング磁石１１の周方向に電気角で３６０×３ｄｅｇ．（機械角で１８０ｄｅｇ．）位相をずらして移動させた実施形態を示す。図２（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。第１のホールＩＣ１２ａは図１の場合と等価に作動する。Ａ−Ｄ変換器等の表示は省略する。ただし、リング磁石を挟むように各ホールＩＣを配置しており、磁石回転子のシャフトが回転時に軸ズレを起こしたとしても、一方のホールＩＣがリング磁石から僅かに離隔するズレの影響と、他方のホールＩＣがリング磁石に僅かに接近するズレの影響とが、角度演算器で相殺され、図１の構成に比べて、シャフトの軸ズレが生じても、それに起因する回転角度検出装置の角度誤差を抑制することができる。シャフトの軸ズレが発生していない状態では、この構成を用いると、検出角度の誤差は機械角で±１ｄｅｇ．を得た。

（参考形態１）
参考形態の回転角度検出装置におけるホールＩＣの配置の概略を図３の正面図に示す。磁石回転子のリング磁石１１の周方向（リング磁石１１の回転方向）に沿って２個のホールＩＣ４１，４４を配置する。ホールＩＣ４１は感磁軸（磁束を検出する方向）をリング磁石１１の中心に向け、他方のホールＩＣ４４は感磁軸をリング磁石１１の周方向に向ける。ホールＩＣ同士の間隔は電気角で９０＋１８０ｄｅｇ．とする。リング磁石表面とホールＩＣの感磁中心間の距離ｒは、ｒ／λ＝１／１２を満たす。ホールＩＣ４１及び４４の出力をＡＤ変換器に入力し、得られた変換出力を角度演算器に入力し、その出力として回転角度検出器の検出角度を得る。検出角度の誤差は機械角で±４ｄｅｇ．を得た。

（作用）
回転方向に２Ｎ極を持つ磁石回転子について説明する。この磁石回転子はＮ極対の磁石を持っていると言い換えてもよく、Ｎ回の軸対称性を有している。ある基準角の機械角φは電気角θによって［数１］で表される。

この磁石回転子から出てくる磁束密度を単純化の為に軸方向に無限に長い磁石回転子であると仮定すると（すなわち、軸方向には磁束密度は一様に分布していると仮定する）、磁石回転子から発生する空間の磁束密度をベクトルとして考え、半径方向の磁束密度成分Ｂrと回転方向の磁束密度成分Ｂθとは、円筒座標系であらわされた測定位置(ｒ，φ)の関数として次の［数２］の関数で近似可能である。

さらに、基本波成分がゼロでない、すなわち、Ａ_１がゼロではない場合、ｒがある程度大きくなり、三次以上の高調波がＡ_１で表されるところの基本波に比して小さい時には［数３］のように簡略化可能である。

これは、測定点に対して磁石回転子が角度θだけ動くと磁束の向きがθ変化することを意味する。すなわち、磁束密度の大きさに関係なく、磁束の方向を検知することにより磁石回転子の回転角度が測定可能である事を意味している。なお、上記で無限に長いとし上式ではｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の振幅の大きさを同一のＡ_１としたが、一般に軸が有限長の場合等には、ｃｏｓの項とｓｉｎの項に掛かる係数の大きさが異なる場合もある。この、係数の大きさが異なる場合、条件によって振幅をそろえる振幅調整が必要となる。

さて、上記のように同時にｓｉｎとｃｏｓの信号を得るためには同じホールセンサを用いた場合、ホールセンサ配置に９０ｄｅｇ．の位相差が必要となる。この位相差を得るためには、多くの組み合わせが可能である。すなわち、ホールセンサは一方向に異方性（すなわち、感磁軸）を持っているために、回転子の中心から法線方向に引いた線に対するホールセンサ自体のなす角度ξを任意に取る事が可能であるが、角度ξは、０ｄｅｇ．、±９０ｄｅｇ、±１８０ｄｅｇ．のいずれかであることが好ましい。このξを自転角と称する。

ホールセンサの位置を固定する場合、第１のホールセンサを電気角で０（ゼロ）ｄｅｇ．の位置に、第２のホールセンサを電気角でθの位置に配置したとする。このθを公転角と仮に称する。公転角θ＝９０ｄｅｇ．の所に第２のホールセンサを配置した場合には、第１のホールセンサと第２のホールセンサの自転角ξを同一角度にする事によりｓｉｎθとｃｏｓθの関係を持つ信号を得ることが可能となる。また、第１のホールセンサを基準にした場合、すなわち、第１のホールセンサの公転角が０ｄｅｇ．とし、自転角が０ｄｅｇ．とした場合、第２のホールセンサを公転角θ＝４５ｄｅｇ．とし、自転角ξ＝−４５ｄｅｇ．とする事でも同様な信号を得ることが可能であるし、公転角θ＝１８０ｄｅｇ．とし、自転角ξ＝９０ｄｅｇ．とすることでも同様な信号を得ることが可能である。

さらには、２つのホールセンサの公転角θ＝０ｄｅｇ．とし、第１のホールセンサの自転角ξ＝０ｄｅｇ．とし，第２のセンサ素子の自転角ξ＝９０ｄｅｇ．として同一個所に２つのホールセンサを設けても同様な信号を得ることが可能となる。これらを、さらに拡張して考える場合、第１のホールセンサと第２のホールセンサとの公転角差をΔθ、第１のホールセンサと第２のホールセンサとの自転角差をΔξとした場合に、［数４］の関係となるΔθとΔξの組み合わせであれば良い。

さらに、磁石回転子が多磁極対からなっているため、電気角で第２のホールセンサは上記の角度に止まらず一周期を単位とした角度を移動した場所（電気角で３６０ｄｅｇ．×ｎに対応する場所であり、整数ｎはプラスマイナスいずれでもよい。）に設置されても同様な信号を得ることが可能である。すなわち、［数５］の関係となるθとξの組み合わせであれば良い（ただし、ｎは任意の整数）。これが最も一般化された式になる。

（適合する磁気センサ）
以上の磁気センサを実現するための磁気センサとして、ホール素子を有するホールセンサがある。ホール素子は磁束密度の「大きさ」を検知してその出力電圧値が変化するセンサ素子であり、通常は、センサ素子の面に対して垂直に加わる磁束密度成分を一次元的に検知するように使用されている（この向きが感磁軸に相当する。）。ホールセンサの平坦な面（感磁部分：モールドされた面で最も広い面に相当する。）は、磁束密度の変化を検知するセンサ素子の面（感磁面）に平行であり、感磁軸とは直交する。感磁面の中心を感磁中心と称する。さらに詳しくは、ホールセンサの出力は、ホールセンサの感磁部分における磁束密度の感磁軸方向成分に比例する。本発明においては、ホールセンサを回転磁界中に入れた場合の電圧変化に着目してセンサシステム全体を構成している。回転磁界に対してｃｏｓα（αは基準方向に対して磁束がなす角度）の電圧変化をするホールセンサ、符号が逆の（−ｃｏｓα）の電圧変化をするホールセンサ、あるいはそれらを組み合わせた素子対を用いる。直流電圧印加時に、ｃｏｓαに比例する電圧を出力するホールセンサを適用することにより、［数６］として、下記Ｖｏｕｔが出力される。数６でδは出力電圧の印加磁束密度Ｂｉｎに対する変化率である。

一般的に、ホール素子を有するホールセンサはその感磁軸を磁石回転子の方に向けて設置し、複数個の配置を行う場合には電気角で所定の位置に置き（上記の公転角θ）、上記の自転角ξを変化させることない。ホールセンサでは必ず空間的に異なる位置にのみ設置されなければならないため、ホールセンサを磁気センサとして利用した場合には、その設置場所にも制約を受けるが、本発明においてはこのξを変えることも含まれており、同一機械角の位置に配置した場合でも異なる位相差を持つことが可能になる。

（複数の磁気センサによる高調波成分の削減）
以上の作用説明では、理想的に磁石回転子を回転させた場合に時間、空間的にｓｉｎあるいはｃｏｓの高調波のない磁束が発生していると仮定しているが、実際には数２において、高調波成分（高調波歪）Ａ_３，Ａ_５，・・・はゼロと限らない。むしろ、高調波成分は存在すると仮定するほうが一般的である。簡単に表せば数式７のように表される。

すなわち、歪の成分となる高調波成分はＢｒ，Ｂθそれぞれの基本波に対して含まれる割合が等しく、それぞれｃｏｓ成分，ｓｉｎ成分が主である。この高調波成分を減少させるために、複数の磁気センサを配置して、高調波成分のみを大幅に低減する方法を発明した。

（磁気センサを２個から４個にすると角度誤差が小さくなる理由）
磁気センサが４個の場合、回転子から出てくる磁束を検出した時にｒ方向（半径方向）成分が台形波形になりやすく、θ方向（回転方向）成分が三角波になりやすく、比較すると、それぞれの高調波は逆位相の関係になる。第１のホールセンサは磁束密度のｒ方向成分、第２のホールセンサは磁束密度のθ方向成分を検出するように電気角（公転角）で９０ｄｅｇ．離れた位置に自転角−９０ｄｅｇ．で配置する。その際に、それぞれのホールセンサから出力される基本波の位相は一致させる事が可能であり、その場合にそれぞれのホールセンサから出力される主たる高調波とは逆位相の関係になる。具体的に、第１のホールセンサをθ＝０ｄｅｇ．ξ＝０ｄｅｇ．とし、第２のホールセンサをθ＝９０ｄｅｇ．ξ＝０ｄｅｇ．とし、第３のホールセンサをθ＝１８０ｄｅｇ．ξ＝９０ｄｅｇ．とし、第４のホールセンサをθ＝２７０ｄｅｇ．ξ＝−９０ｄｅｇ．とした場合、各ホールセンサからの出力をＶｏｕｔ_１〜Ｖｏｕｔ_４と表す。

この関係を利用して、位置関係を合わせることで２つのホールセンサからの基本波同士を足し合わせ、同時に主たる３次高調波成分は逆位相となるように足し合わせて低減し、振幅が等しく、かつ９０ｄｅｇ．位相の異なる２信号を得ることができ、その結果角度誤差を少なくすることが可能になる。ここで、各出力の正負の符号は、ホールセンサの面の表裏に対応するので、数式が成立する様に適宜配置できる。

数８では、一般には１ではない係数Ｋｍのために出力振幅は異なるが、このように２つのホールセンサの出力を合成することにより、必ず等しい振幅を得ることができる。第１及び第２のホールセンサ、第３及び第４のホールセンサがそれぞれ磁石回転子に対し、例えば磁石回転子中心から等しい距離、周方向で等しい角度差（＝電気的に９０ｄｅｇ．異なる。）となるように配置すれば、条件を満足する。ホールセンサの配置が容易になる。

数８での基本波に対する３次高調波の割合はＡ_３／Ａ_１であるのに対し、
数９でのそれは、（Ｋｍ−１）／(Ｋｍ+１)×Ａ_３／Ａ_１ となる。したがって、ホールセンサを２個から４個に増やすことにより、逆正接演算から得られる回転角度の誤差の最も大きな原因である３次高調波を（Ｋｍ−１）／(Ｋｍ＋１)に減少させることができる。

参考形態１の構成（図３）でホールＩＣをもう１組追加して検討したところ、Ｋｍはおよそ１．４から２であった。すなわち、点線表示したように、ホールＩＣ４１の左隣で電気角９０ｄｅ．ｇ離れた位置にホールＩＣ４２を設け、ホールＩＣ４４の右隣で電気角−９０ｄｅｇ．離れた位置にホールＩＣ４３を設ける。先の１組の出力と追加した１組の出力をオペアンプで加算・平均し、Ａ−Ｄ変換器と角度演算器を用いて検出角度を得る。したがって、ホールセンサを２個から４個に増やすことにより、波形歪すなわち角度誤差を、ホールセンサ２個の場合の３割から１割程度までに低減できた。さらに４個のホールセンサからの出力振幅を調整すれば、特に後述の図１２や図１３の構成を採用してＫｍ＝１にすれば、３次高調波歪みを完全に打ち消すことができ、角度誤差をさらに抑制できる。波形歪による角度誤差の原因は、３次歪から、さらに小さな値である５次歪に移る。

発明者らは出力振幅を調整する手法として、磁石を周回する軌道上で、ｒが小さい位置に周方向用ホールセンサを配置し、ｒが大きいに径方向用ホールセンサを配置する回転角度検出装置を発明した。一方のホールセンサが受ける実効的な磁束密度に対して他方のホールセンサが受ける実効的な磁束密度を下げることにより、双方のホールセンサに係る出力信号の振幅をそろえることができる。また周方向用ホールセンサを磁石回転子の回転面上に配置し、径方向用ホールセンサを周方向用ホールセンサよりも軸方向に離れた位置に移動させることが可能であり、磁石回転子に対するホールセンサの配置の自由度が多いことがわかる。配置により調整できるため、調整用の回路を付加せずに済む。

図４は、実施形態３（図１２）と上述の実施形態２（図２）の構成について、磁石の回転角と機械角誤差の関係を測定して得たグラフである。太線が４センサの実施形態３に相当し、細線が２センサの実施形態２に相当する。実施形態２の構成では、検出角度の誤差は機械角で±１ｄｅｇ．を得た。実施形態３の構成では、検出角度の誤差は機械角で±０．４ｄｅｇ．を得た。

従来技術のように、ホールセンサを回転軸に対して同一方向を向けた場合には、すべてのホールセンサが径方向の磁束密度成分を検知するため、ホールセンサを２個から４個に増やしても、上述の効果は現れない。一方、回転軸に対して、ほぼ軸対称に４個のホールセンサを配置した場合には、回転軸の偏芯（変動）に対して、回転角度の誤差の増大が抑えられるという特徴がある。本発明では、ホールセンサを完全に軸対称配置にすることができないために、完全には抑制できないが、同相出力を得るホールセンサの一方を他方の軸対称の位置に最も近い場所に設置することにより（Ｎ＝８の場合）、遜色なく、１０分の１程度に抑えられることを確認した。

磁石回転子が、例えば１２極の場合は、ホールＩＣ１２ａに対してホールＩＣ１２ｂは周方向に機械角φ異なる位置に配置されているため（φ＝１５ｄｅｇ．）、電気角θの位相差がある（θ＝９０ｄｅｇ．）。一方が磁石回転子の周方向に沿った磁束を受けているときに、他方はθ遅れた磁束を受けている。このように多極化することでθに対するφが小さくなり、一組のホールＩＣを狭い領域に収めて小型化することができた。

（極数による回転角度誤差減少）
最大検出角度誤差を機械角で表すと、電気角誤差が磁極数の数に応じて減少していく。このため、磁極数の多い磁石回転子を用いる本発明は、分解能が高くなり、より検出誤差を少なくすることが可能になる。１２極の磁石回転子では、２極の磁石回転子を用いた場合に比べ、６分の１の機械角で表した回転角度誤差に減少する。多極（４極以上）のリング磁石を用いる場合、リングの内周にヨークを組み込むと、ヨーク無しの場合に比べて、ホールセンサに印加する磁束密度を大きくすることができ、回転角度検出装置の出力向上に寄与する。
磁石回転子の極対数をモータの極対数と同じにする場合、高精度のモータ制御が容易になる。また、磁石回転子に代えてモータの磁石を利用して回転角度を求めることもできる。軽量化と小型化に寄与する。
多極磁石（４極以上）は、２極磁石よりも外に漏れる磁束が少ないので、外部に対する磁気的影響も小さい。
磁石回転子の機械的回転周期よりもホールセンサの受ける磁束の回転周期が１／Ｎ倍（Ｎは２以上の整数）となり、分解能が高くなる。上述の回転角検出装置は回転機に設けるとよい。

図５は、図１に係る回転角度検出装置をより詳細に説明する図面であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図（下半分は一部断面図）である。図５（ａ）の回転角度検出装置は、磁石回転子１と、磁気センサ部２と、前記磁気センサ部を固定したハウジング３で構成されており、ホールＩＣ１２ａ，１２ｂ（ホール素子とオペアンプを一体化したホールセンサ）によってリング磁石１ａの回転角度を検出する。図５のホールＩＣは、磁力線が向かってくる向き（磁石回転子の中心からみて半径方向に相当）に対して、ホールＩＣの感磁軸を平行にして配置するものと、ホールＩＣの感磁軸を垂直にして配置するものとがある。この磁束との関係は、磁石が回転すると変化する。図５（ｂ）に示すように、ホールＩＣの端子を回路用基板２ｃに突き立てて固定する。さらにホールＩＣ１２ａ，１２ｂの信号をＡ−Ｄ変換器に入力し、得られる出力を両方とも角度演算器に入力し、最終的な出力として検出角度の値を得る。磁石回転子を多極とし磁気センサ配置を近接させることにより、回転角度を検出する。ホールＩＣの数や配置（すなわち、磁気センサ部）を除いた部分は、本発明の他の実施形態でも同様のものを用いる。

磁石回転子１は、複数の円弧を連結した外周形状を有するリング状永久磁石１ａと、前記リング状永久磁石の内周側に一体に形成された軟磁性リング１ｂと、前記軟磁性リングを支持する非磁性リング状のアダプタ１ｃを備える。磁気センサ部２は、磁石回転子１に対向する周縁が凹面である板状の回路用基板２ｃと、前記回路用基板２ｃの面に固定した一対のホールＩＣ１２ａ，１２ｂと、前記ホールＩＣ及び回路用基板２ｃに対して制御用回路又は出力の処理回路を電気的に接続するケーブル２ｄ及びコネクタ２ｅと、前記ホールＩＣを覆う非磁性カバー２ｆとを有する。ハウジング３には、ホールＩＣ１２ａ，１２ｂが所定の間隔をもって磁石回転子１と対向するよう、前記回路用基板２ｃを固定するためのコ字型アングル３ａおよびボルト３ｃが設けられている。

図５の回転角度検出装置を使用するため、磁気センサ部２を設置したハウジング３を（ボルト止め用孔３ｂを用いて）工作機械本体に固定し、工作機械の回転シャフトに磁石回転子１を（ボルト止め用孔１ｄを用いて）同軸となるように固定する（図５では工作機械の図示を省略する。）。図５（ａ）に示すように、磁石回転子１と磁気センサ部２を対向させた状態で工作機械の回転シャフトを駆動させると、実施形態１の回転角度検出装置を適用した構成として、高い精度で回転角度を検出することができる。

ここで、磁石回転子１は、ＮｄＦｅＢ系磁粉とバインダーを成形してなるリング状永久磁石１ａと、軟鉄粉とバインダーを成形してなる軟磁性リング１ｂと、前記軟磁性リングを回転シャフトに取り付けるためのＳ４５Ｃ製のアダプタ１ｃで構成する。ホールＩＣ１２ａ，１２ｂは磁石回転子１の回転中心からみて１５ｄｅｇ．の角度（機械角：φ）を為すよう、回路用基板２ｃに固定する。ハウジング３及びコ字型アングル３ａも非磁性ＳＵＳ３１６で構成する。
磁石回転子１の外接円（点線で図示）の半径：４０ｍｍ
磁石回転子１の外接円（点線で図示）とホールＩＣ１２ｂの感磁中心の距離ｒ_１：３．５ｍｍ
磁石回転子１の外接円（点線で図示）とホールＩＣ１２ａの感磁中心の距離ｒ_２：５．５ｍｍ
磁石回転子１の厚さｔ：２５ｍｍ
ハウジング３の厚さＴ：２ｍｍ （２ｍｍ厚の板材を打ち抜き、絞りで形成する。）
なお、距離ｒを変えてみたところ、ｒ＝１０ｍｍの場合でも問題なく使用することができた。また、磁石回転子１の厚さｔを５ｍｍの場合でも同様に問題なく使用することができた。

（実施形態３）
図６は、図２において第１のホールＩＣ１２ａの感磁中心とリング磁石１１間の距離をｒ_１に縮小すると共に、前記感磁中心をリング磁石１１の軸方向（Ｚ軸方向）に距離ｈ平行移動させた実施形態を示す。図６（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。この距離ｈは、リング磁石が回転すると、第１のホールＩＣ１２ａが受ける磁束密度成分の振幅が、第２のホールＩＣ１２ｂが受ける磁束密度成分の振幅と同じとなる寸法である。

（実施形態４）
図７は、図２において第１のホールＩＣ１２ａの感磁中心とリング磁石１１間の距離をｒ_１に縮小すると共に、ホールＩＣ１２ａの感磁面ををリング磁石１１の軸方向に対して角度χ傾斜させた実施形態を示す。図７（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。このセンサ傾斜角χは、リング磁石が回転すると、第１のホールＩＣ１２ａが受ける磁束密度成分の振幅が、第２のホールＩＣ１２ｂが受ける磁束密度成分の振幅と同じとなる角度に相当する。

（実施形態５〜１０）
図８は、図１において第１のホールＩＣ１２ａと第２ホールＩＣ１２ｂの位置や磁石回転子を変更した複数の実施形態を示す。図８（ａ）〜（ｆ）の各々は実施形態毎の断面図である。いずれも、第１のホールＩＣ１２ａが受ける磁束密度成分の振幅が、第２のホールＩＣ１２ｂが受ける磁束密度成分の振幅と同じとなるように配置している。（ａ）、（ｂ）（ｄ）、（ｅ）はリング磁石１１を円板磁石２１に置換えている。（ｃ）、（ｆ）はリング磁石１１は変更していない。

（実施形態１１〜１３）
図９は、図１において第１のホールＩＣ１２ａと第２ホールＩＣ１２ｂの位置や磁石回転子を変更した複数の実施形態を示す。図９（ｇ）〜（ｉ）の各々は実施形態毎の断面図である。いずれも、第１のホールＩＣ１２ａが受ける磁束密度成分の振幅が、第２のホールＩＣ１２ｂが受ける磁束密度成分の振幅と同じとなるように配置している。（ａ）、（ｂ）（ｄ）、（ｅ）はリング磁石１１を円板磁石２１に置換えている。

（実施形態１４）
図１０は、図１において第１及び第２ホールＩＣをもう１組追加し、その追加位置は電気角で３６０×３＋９０ｄｅｇ．位相を変えた位置とした実施形態を示す。図１０（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は各々の組のホールＩＣのセンサ出力と回転角度の関係を示すグラフである。追加される第１及び第２のホールＩＣ１３ａ，１３ｂは、感磁軸Ａ０２及びＢ０２が直交している。この構成を用いると、検出角度の誤差は電気角で±０．６ｄｅｇ．を得た。さらに微調整を進めると、（ｃ）の各波形の振幅は同一となり、角度誤差はほとんどなくなる。

（実施形態１５）
図１１は、図１０において各ホールＩＣの周方向配置を変更した実施形態を示す。（ａ）の正面図に示すように、ホールＩＣ１２ａ及びホールＩＣ１３ａを時計回りに電気角３６０ｄｅｇだけ位相のずれた位置に移している。ただし、ホールＩＣ１２ａ及びホールＩＣ１３ａの感磁中心は、リング磁石に近づけている分、それぞれをＺ軸方向に平行移動されている。この調整により、リング磁石が回転すると、第１のホールＩＣ１２ａが受ける磁束密度成分の振幅が第２のホールＩＣ１２ｂが受ける磁束密度成分の振幅と同じとなるように、各々を配置している。

（実施形態１６）
図１２は、図６において第１及び第２ホールＩＣをもう１組追加し、その追加位置は時計回りに電気角で３６０＋９０ｄｅｇ．位相を変えた位置とした実施形態を示す。

（実施形態１７）
図１３は、図７において第１及び第２ホールＩＣをもう１組追加し、その追加位置は時計回りに電気角で３６０＋９０ｄｅｇ．位相を変えた位置とした実施形態を示す。

（参考形態２）
図１４は、図１においてホールＩＣの位置や角度ξを変えた参考形態を示す。図１４（ａ）では、ホールＩＣ１２の位置や角度ξは変更せずホールＩＣ１２０ａとしているが、ホールＩＣ１２ｂを移動してホールＩＣ１２０ｂとした。その結果、リング磁石の回転中心及びホールＩＣ１２０ａの感磁中心を結ぶ線と、リング磁石の回転中心及びホールＩＣ１２０ｂの感磁中心を結ぶ線とは、角度Δθを為している。感磁軸Ａ０１及びＢ０１は直交しているが、このΔθの分だけホールＩＣの出力の位相がズレるので、回転角度検出装置の検出角度に角度誤差が加わり、検出精度を高くすることは難しい。

図１４の（ｂ）は、同図（ａ）のホールＩＣ１２０ｂで角度ξのずれを補正すべく傾けると共に、感磁軸Ａ０１及びＢ０１の直交関係を維持するものである。したがって、同図（ａ）と同様に回転角度検出装置の検出角度に角度誤差が加わり、検出精度を高くすることは難しい。図１４の（ｃ）は、同図（ｂ）でホールＩＣ１２０ａのξを修正し感磁軸をリング磁石の回転中心に向けたものである。しかし、２つのホールＩＣの間にΔθの位相ズレがあることには変わりなく、Δθは９０ｄｅｇの整数倍ではないので、角度誤差の問題は残ります。

（表面磁束密度分布）
本発明における磁石回転子（４極以上）の磁束とホールセンサの位置関係を図１５に示す。同図（ａ）は正面図であり（ｂ）は断面図である。図１５（ａ）において、磁石回転子のリング磁石１１ａの各磁極内の磁化の向きは直線状の太矢印で表し、磁極表面から発生する磁束を曲線状の太矢印で表した。ホールＩＣ１２はＸ軸の向きの磁束を受けている。λは表面磁束密度分布を測定したときのサイン信号の１波長（電気角で３６０ｄｅｇ．）に相当し、リング磁石１１ａでは１対の磁極表面の周方向長さに相当する。ｒ_１は、リング磁石１１ａの径方向に沿ってみたときの、ホールＩＣ１２の感磁面の中心（感磁中心）とリング磁石１１ａの表面（外周面）との距離である。このとき、ホールＩＣ１２はＸ軸の向きの磁束を受けている。リング磁石１１ａを周方向に電気角でη＝９０ｄｅｇ．だけ回転させると、ホールＩＣ１２はＹ軸の向きの磁束を受けるようになる（感磁軸に直交する磁束密度成分なので出力はない。）。Ｚ軸は、リング磁石１１ａの孔の中心oを通り磁石の回転平面と直交する軸で、磁石回転子の回転軸に相当する。θ_ｍは、磁石回転子の機械的な回転を表す機械角である。磁石回転子の回転中心ｏと点ｐを結ぶ点線ｏｐ上にあり、且つ磁石回転子１ａの表面から距離ｒの位置に中心を配置したホールＩＣ１２を基準にした場合、ホールＩＣ１２ｒは、ホールＩＣ１２に対して周方向に電気角でη異なる位置にあると言える。ηを公転角と称する。ホールＩＣ１２ｒの中心と磁石回転子の回転中心ｏを結ぶ点線と、ホールＩＣ１２ｒの感磁軸とが為す角度ξについては、自転角と称する。径方向用ホールセンサはξ＝０ｄｅｇ．である。周方向用ホールセンサはξ＝９０ｄｅｇ．である。θｍは、磁石回転子の機械的な回転を表す機械角である。

図１５の（ｂ）は３通りのホールＩＣ１２、及びホールＩＣ１２’の配置を示した。ホールＩＣ１２は、Ｚ＝０のＸ−Ｙ平面上に感磁面の中心を配置し、感磁面をＸ−Ｙ平面に対してχ傾けた。ホールＩＣ１２’は、センサ配置角φ'の位置にあり、Ｘ−Ｙ平面に対してχ'傾けた。ホールＩＣ１２’の中心は、リング磁石１１ａの厚み中心点を通りかつ回転軸線に垂直な平面からＺ軸方向にｈ’離れている。ホールＩＣ１２’の位置において、磁束の方向はＸ軸からε'傾いている。ホールＩＣ１２’’は、その中心が磁石回転子のリング磁石の回転軸線上にあり（φ''＝９０ｄｅｇ．）、感磁面がＸ−Ｙ平面に平行（χ''＝１８０ｄｅｇ．かつε''＝１８０ｄｅｇ．）である。リング磁石の厚みｔはＺ軸方向の寸法である。磁石の厚み中心点は、磁石のＸ−Ｙ断面中央とＺ軸断面の中央が交差する点であり、ＸＹＺ軸の原点に相当する。このリング磁石の孔には回転軸となるシャフトを固定することができる。

図１６は本発明の回転機を説明する概略図である。ホールＩＣ８２ｂは、ホールＩＣ８２ａの面（ホールＩＣの感磁軸に垂直な面である。）を磁石回転子７１ｃの周方向（θ方向）に沿った向き（（ａ）のホールＩＣの面（その感磁軸に垂直な面）とは直交する向き）に変更し、周方向にずらした位置にもう１つ配置したものと等価である。

図１６に示すように、この回転機はモータであり、フレーム７３ｃ内には、中心軸としてシャフト７１ｂを有する永久磁石のロータ７１ａと、フレーム７３ｃの内周面に固定したステータ用コイル７３ｂ付きステータ７３ａを設置したものである。シャフト７１ｂはベアリング（図示省略）を介してフレーム７３ｃに回転自在に固定した。さらに、磁石回転子７１ｃをシャフト７１ｂに設け、支持部７２ｎを介してホールＩＣ８２ａをフレーム７３ｃに設置する。なお、この回転機には、ホールＩＣ８２ａと同じ径方向用ホールＩＣ８２ｃ（図示せず）と、ホールＩＣ８２ｂと同じ周方向用ホールＩＣ８２ｄ（図示せず）も備える。

前記磁石回転子７１ｃの回転磁界を前記ホールＩＣ８２ａ及びホールＩＣ８２ｂ検知し、それらの出力を演算回路７２ｍに入力し、前記２つの出力を逆正接演算し、磁石回転子７１ｃの回転角度を得た。前記磁化方向の磁気的な回転の軸を、図中に鎖線で示す。

実施形態１の構成をモータに適用した場合、感磁軸が磁石回転子の径方向を向いているホールＩＣは、図１６のホールＩＣ８２ａのように磁石回転子と対向して配置する。実施形態１の構成で、感磁軸が磁石回転子の周方向を向いているホールＩＣは、図１６のホールＩＣ８２ｂのように前記ホールＩＣとは９０°異なる向きとなるように配置する。

図１７は本発明の他の回転機を説明する概略図であり、図１６の構成を変形した応用例である。図１７は、ロータ７１ａ及び磁石回転子７１ｃを、ロータ７１ｅに置換したものであり、ホールＩＣ８２ａとホールＩＣ８２ｂで磁石回転子７１ｅの回転磁界を検知し、演算回路で処理し、磁石回転子の回転角度を検出する。

本発明の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 参考形態の回転角度検出装置を示す概略図である。 磁石の回転角と機械角誤差の関係を示すグラフである。 図１に係る回転角度検出装置をより詳細に説明する図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 本発明の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 参考形態の他の回転角度検出装置を示す概略図である。 磁石回転子の磁束とホールセンサの位置関係について説明する概略図である。 本発明の回転機を説明する概略図である。 本発明の他の回転機を説明する概略図である。

符号の説明

１：磁石回転子、１ａ：リング状永久磁石、１ｂ：軟磁性リング、１ｃ：アダプタ、
１ｄ：ボルト止め用孔、
２：磁気センサ部、
２ｃ：回路用基板、２ｄ：ケーブル、２ｅ：コネクタ、２ｆ：非磁性カバー、
３：ハウジング、３ａ：コ字型アングル、３ｂ：ボルト止め用孔、３ｃ：ボルト、
１１：リング磁石、１１ａ：リング磁石、
１２，１２’，１２’’：ホールＩＣ、
１２ａ，１２ｂ、１２ｒ：ホールＩＣ、
１３ａ，１３ｂ：ホールＩＣ、
２１：多極磁石、
２７：ＡＤ変換部、２８：角度演算部、
４１，４２，４３，４４：ホールＩＣ、
７１ａ：ロータ、７１ｂ：シャフト、７１ｃ：磁石回転子、７１ｅ：ロータ、
７２ｍ：演算回路、７２ｎ：支持部、
７３ａ：ステータ、７３ｂ：ステータ用コイル、７３ｃ：フレーム、
８２ａ：ホールＩＣ、８２ｂ：ホールＩＣ、
１２０ａ、１２０ｂ：ホールＩＣ

Claims (10)

1. Ｎ極対の磁極を有する磁石回転子（但し、Ｎは２以上の整数である。）と、前記磁石回転子から印加される磁束に応じて磁石回転子の回転角度を検出するための２個のホールセンサとを備え、
   前記２個のホールセンサは、感磁軸を前記磁石回転子の径方向に向けて配置した径方向用ホールセンサと、感磁軸を前記磁石回転子の周方向に向けて配置した周方向用ホールセンサとで構成され、
   前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサは、磁石回転子の周方向で（２ｓ_１−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_１は０を含む自然数である。）を為すように設けられ、
   前記径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサが配置されており、
   前記径方向用ホールセンサ及び前記周方向用ホールセンサの出力を合成することにより、回転角度を検出することを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１において、磁石回転子の磁極外周面とホールセンサの感磁中心との距離ｒについて、前記径方向用ホールセンサのｒが前記周方向用ホールセンサのｒより大きくなるように配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 請求項１において、ホールセンサの感磁中心と、前記磁石回転子の厚み中心点を通りかつ回転軸に垂直な平面との距離ｈについて、
   前記径方向用ホールセンサのｈが前記周方向用ホールセンサのｈより大きくなるように配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
4. 請求項１において、前記磁石回転子の回転軸に対するホールセンサの感磁面の傾きχ（ただし、χは０〜９０ｄｅｇ．の範囲内である。）について、前記径方向用ホールセンサのχ≠０となるように配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
5. Ｎ極対の磁極を有する磁石回転子（但し、Ｎは２以上の整数である。）と、前記磁石回転子から印加される磁束に応じて磁石回転子の回転角度を検出するための４個のホールセンサとを備え、
   前記４個のホールセンサは、感磁軸を前記磁石回転子の径方向に向けて配置した第１及び第２の径方向用ホールセンサと、感磁軸を前記磁石回転子の周方向に向けて配置した第１及び第２の周方向用ホールセンサとで構成され、
   前記第１の径方向用ホールセンサ及び前記第２の周方向用ホールセンサは、磁石回転子の周方向で（２ｓ_１−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_１は０を含む自然数である。）を為すように設けられ、
   前記第２の径方向用ホールセンサ及び前記第１の周方向用ホールセンサは、磁石回転子の周方向で（２ｓ_２−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_２は０を含む自然数である。）を為すように設けられ、
   前記第１の径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記第２の周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記第１の径方向用ホールセンサ及び前記第２の周方向用ホールセンサを配置し、
   前記第２の径方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅と前記第１の周方向用ホールセンサが受ける磁束密度成分の振幅とが同じになるように、前記第２の径方向用ホールセンサ及び前記第１の周方向用ホールセンサを配置し、
   前記第１の径方向用ホールセンサ及び前記第２の周方向用ホールセンサの出力を合成し、前記第２の径方向用ホールセンサ及び前記第１の周方向用ホールセンサの出力を合成することにより、回転角度を検出することを特徴とする回転角度検出装置。
6. 請求項５において、前記第１及び第２の径方向用ホールセンサは磁石回転子の周方向で（２ｓ_３−１）×３６０／（４Ｎ）ｄｅｇ．の角度（但し、ｓ_３は０を含む自然数である。）を為すように設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
7. 請求項５において、磁石回転子の磁極外周面とホールセンサの感磁中心との距離ｒについて、
   前記第１の径方向用ホールセンサのｒが前記第２の周方向用ホールセンサのｒより大きくなるように配置され、
   前記第２の径方向用ホールセンサのｒが前記第１の周方向用ホールセンサのｒより大きくなるように配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
8. 請求項５において、ホールセンサの感磁中心と、前記磁石回転子の厚み中心点を通りかつ回転軸に垂直な平面との距離ｈについて、
   前記第１の径方向用ホールセンサのｈが前記第２の周方向用ホールセンサのｈより大きくなるように配置され、
   前記第２の径方向用ホールセンサのｈが前記第１の周方向用ホールセンサのｈより大きくなるように配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
9. 請求項５において、前記磁石回転子の回転軸に対するホールセンサの感磁面の傾きχ（ただし、χは０〜９０ｄｅｇ．の範囲内である。）について、
   前記第１の径方向用ホールセンサのχが≠０となるように配置され、
   前記第２の径方向用ホールセンサのχが≠０となるように配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の回転角度検出装置を備えることを特徴とする回転機。
    
    

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