WO2013069524A1 - 磁界角計測装置およびそれを用いた回転機 - Google Patents

Abstract

　磁束発生体が高速に回転する場合であっても、磁束発生体または磁気センサの近傍に非磁性の導体（導電体）を配置した構成を用いて精度良く磁界角または回転角を計測するために、磁界方向に感応する磁気センサ７０と、非磁性の第１の導体２４０と、非磁性の第２の導体２４２とを備えた磁界角計測装置であって、前記磁気センサは、前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置され、前記第１の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界と、前記第２の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界とが、互いに打ち消しあう構成とする。

Description

磁界角計測装置およびそれを用いた回転機

　本発明は、磁気センサを用いた磁界角計測装置、回転角計測装置、回転機、および回転機システムに関する。

　回転体に磁束発生体（以下「センサ磁石」と呼ぶ）を設置し、その磁束発生体が生成する磁束が届く範囲の位置に磁気センサを設置する。回転体が回転するとセンサ磁石が生成する磁束の方向も回転するので、その磁束の方向を磁気センサで検出することで回転体の回転位置（回転角）が計測できることが知られている。

　ここで、磁気センサを大別すると、磁界の強度に応じた信号を出力する磁界強度計測センサと、磁界の方向に応じた信号を出力する磁界方向計測センサとに分けられる。磁界方向計測センサは、ベクトルとしての磁界方向を計測することから、ベクトル型磁気センサとも呼ばれる。

　磁界方向計測センサには、磁界感応素子としてホール効果素子(Hall-effect element)を用いたものや、磁気抵抗効果素子（Magneto-resistance element)を用いたものなどがある。

　ホール効果素子自体は磁界強度に応じた信号を出力する素子である。しかし、複数個のホール効果素子を用いて、磁界強度の空間的な差分を測定し、磁界方向の余弦成分（COS成分）と正弦成分（SIN成分)とを検出することで磁界の方向に応じた信号が出力できる。

　また、適切な形状の磁性体と複数個のホール効果素子を用いることで、磁界方向を計測する磁気センサがある。この型の磁気センサは、磁性体により磁界を集束させることにより磁界方向を磁界強度差に変換し、それを複数個のホール効果素子で計測する。

　このように、ホール効果素子で構成された、磁界方向に応じた信号を出力する磁界方向計測センサ型の磁気センサが各種知られている。

　磁気抵抗素子は磁界の強度や磁界の方向に応じて電気抵抗が変化する素子である。磁気抵抗素子には、異方性磁気抵抗素子（Anisotropic Magneto-resistance、以下「AMR素子」と呼ぶ)、巨大磁気抵抗素子（Giant Magneto-resistance、 以下「GMR素子」と呼ぶ）、トンネル磁気抵抗効果素子(Tunneling Magneto-resistance、以下「TMR素子」と呼ぶ）などがある。

　AMR素子は磁界の方向と電流の方向とがなす角度に応じて電気抵抗が変化する。電流方向を変えた素子を適切に組み合わせることで、磁界角度に応じた信号を出力する。GMR素子は、固定磁化層と自由磁化層とをスペーサ層を介して積層した構成である。固定磁化層のスピン方向（磁化方向）を変えた素子を適切に組み合わせることで、磁界角度に応じた信号を出力する。なお、固定磁化層を有するGMR素子は、スピン・バルブ(Spin-valve)型GMR素子とも呼ばれる。

　磁気センサを用いた回転角センサの利点のひとつは、非接触型であることである。非接触型とは、回転体と回転位置を検出する検出器であるセンサとが、機械的に接触していないことを指す。すなわち、機械的に接触していないので、回転体が高速回転しても、長期間にわたって使用しても、機械的摩耗が発生せず、信頼性が高いセンサが得られる。

　また、磁気センサを用いた回転角センサの別の利点は、回転体とセンサとの間の距離を長くできることである。これは、磁界が比較的遠距離にまで作用が及ぶことに起因する。例えば、GMR素子を用いた磁気センサとネオジム磁石のセンサ磁石（磁束発生体）とを組み合わせた場合、両者の距離は５～１５ｍｍ程度まで長くすることができる。これに対し、リラクタンスの変化により回転角を計測するレゾルバでは、回転体と検出器（センサ）との距離は数１００μm程度に近接させる必要がある。回転体とセンサとの間の距離が長くできることは、回転体を構成要素とする回転機（例えばモータなど）の設計自由度を高めたり、製作公差を緩和したりするなどの利点がある。

　また、磁気センサを用いた回転角センサの別の利点は、回転体とセンサとの間に非磁性の物体があってもよいことである。非磁性体の磁化率χはほぼゼロ（｜χ｜＜０.１）であるから、比透磁率μｒはほぼ１であり、空気中の比透磁率とほぼ等しい。そのため、非磁性体があっても磁界の方向は無視できる程度にしか変化しないからである。このことは、回転体を構成要素とする回転機（例えばモータなど）の設計自由度を高める利点がある。

　従来の回転角センサでは、回転体に設置された磁束発生体（センサ磁石）と磁気センサとの間に非磁性の導体（導電体）を配置した場合、回転体が高速で回転したり移動したりする場合には、渦電流の発生により磁界角度を正しく計測できないという課題があった。すなわち、磁束発生体が高速で回転すると、導体位置での磁界が時間変化するため導体内に渦電流(eddy current)が発生する。渦電流の発生により、渦電流による磁界が発生するため、本来の元の磁束発生体が生成する磁界分布とは異なった磁界分布になってしまう。このため、磁気センサは磁束発生体自体が発生する磁界の方向を正しく検出できなくなる。

　この問題に対して、特許文献１では、磁束発生体（センサ磁石）が回転して渦電流の影響が出る場合には、回転体と磁気センサとの間に配置する非磁性体としてセラミックなどの非導体材料（非導電性材料）を用いることで、渦電流の発生を防止している。

特表２００８－５３３４９７号公報

　上記特許文献１は、ハウジング内に密閉したアクチュエータを含む実施の形態（特許文献１の図６）において、ハウジングの非磁性の窓部を挟んで磁石と磁気センサを設けた例を示している。ところが、この窓部として非磁性の導電体を配置すると、渦電流が発生して反作用場による磁場減衰が起こるので、この影響を低減するために非導電性の素材を用いている。このように、使用材料が非導電性材料に限定されてしまうので、磁束発生体と磁気センサとの間に金属などの導電体を配置できない、という制限があった。

　また、渦電流は導電体が回転体と磁気センサとの間に配置された構成以外でも発生する。例えば、磁束発生体、磁気センサ、非磁性の導電体の順で配置された場合であっても、磁束発生体の回転に伴って導電体に渦電流が発生した場合に、磁気センサ地点での磁界方向に渦電流発生磁界が影響を与える場合がある。すなわち、渦電流によって発生する磁界は、磁束発生体または磁気センサの近傍に非磁性の導電体が配置された構成で磁束発生体が高速で回転・移動する場合に発生し、これにより、磁気センサで磁束発生体自体が発生する磁界の方向について検出する際にその検出精度が悪いといった課題がある。

　本発明の目的は、磁束発生体または磁気センサの近傍に非磁性の導体（導電体）を配置した構成において、磁束発生体が高速に回転する場合であっても、磁束発生体または磁気センサの近傍に非磁性の導体（導電体）を配置した構成を用いて精度良く磁界角または回転角を計測することである。

　上記の課題は、下記の構成により解決することができる。
　非磁性の第１の導体、非磁性の第２の導体、及び前記第１の導体と前記第１の導体の間に配置された、磁界方向に感応する磁気センサを備えた磁界角計測装置であって、前記磁界角計測装置はセンサ磁石とともに用いられ、前記磁界角計測装置が、前記センサ磁石に対して所定の位置に配置された際に、前記第１の導体中に流れる渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界、及び前記第２の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界が、互いに打ち消し合う磁界角計測装置。

　磁界方向に感応する磁気センサと、非磁性の第１の導体と、非磁性の第２の導体とを備えた磁界角計測装置であって、前記磁気センサは、前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置され、前記第１の導体のシート抵抗が、前記第２の導体のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする磁界角計測装置。

　回転体と、前記回転体と連動して回転するセンサ磁石と、前記センサ磁石が発生する磁界の方向を計測する磁界角計測装置とを備えた回転機であって、前記磁界角計測装置は非磁性の第１の導体と、非磁性の第２の導体とを備えた磁界角計測装置であって、前記磁界角計測装置は、前記第１の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界と、前記第２の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界とが、互いに打ち消しあう磁界角計測装置であって、前記センサ磁石、前記第１の導体、前記磁気センサ、前記第２の導体の順序で配置される回転機。

　本発明によれば、磁気センサを用いているので、非接触型であり、機械的磨耗が発生しないこと、回転体とセンサとの間の距離を長くできることから、製作公差を緩和して設計自由度を高めること、の利点に加えて、非磁性体であれば導電体を配置することにより、磁束発生体（センサ磁石）を備えた回転体が高速に回転する場合であっても、発生する渦電流の影響を相殺して、高精度に磁界角または回転角を計測することができる。

本発明による実施例１の磁界角計測装置の構成を示す図である。 ＧＭＲ素子の構成を示す図である。 ＧＭＲ素子を用いた磁気センサの構成を示す図である。 磁界角計測装置の構成を示す図である。 磁界角計測装置の特性評価装置の構成を示す模式図である。 角度ズレと回転速度の関係の実験結果を示す図である。 導体の異なる位置について、回転体の回転速度に対する位相角の関係の実験結果を示す。 高速回転時の計測誤差発生の原因を説明するためのモデルで、非磁性の導体を前面導体として配置したモデルを示し、（Ａ）が側面図を、（Ｂ）は平面図を示す。 高速回転時の計測誤差発生の原因を説明するためのモデルで、非磁性の導体を前面導体および背面導体とした場合のモデルを示す。 角度ズレと回転速度の関係の実験結果を示す図である。 前面導体としてアルミニウム板とステンレンス板（ＳＵＳ３０４）とを用いた各場合について、比抵抗の逆数1／ρに対する位相角（角度ズレ量）θzの関係についての実験結果を示す。 本発明の実施例１の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例３の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例４の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例５の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例６の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例７の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例８の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例９の回転角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１０の回転角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１１の磁界角計測装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１２の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１３の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１４の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１５の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１６の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１７の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１８の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例１９の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例２０の回転機の構成を示す図である。 本発明の実施例２１の電動パワー・ステアリング・システムの構成を示す図である。 本発明の実施例２２の電動車両駆動装置の構成を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

［実施例１］
　本発明では、磁気センサとして磁界方向計測型の磁気センサを用いる。磁界方向計測型（磁界角計測型）の磁気センサとは、磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサである。前述の通り、磁界方向計測型の磁気センサには、磁界感応素子としてホール効果素子を用いたものや、磁気抵抗効果素子を用いたものなどがある。
　磁界方向計測型の磁気センサとして、ここではＧＭＲ素子を用いた磁気センサを例に述べる。
　ＧＭＲ素子の基本構成を図２に示す。ＧＭＲ素子は、第１の磁性層（固定磁性層、あるいはピン磁性層）１３と第２の磁性層（自由磁性層）１１とを有し、両者の磁性層の間に非磁性層（スペーサ層）１２を挟み込んだ構成をとる。ＧＭＲ素子に外部磁界を印加すると、固定磁性層１３の磁化方向２２は変化せず固定されたままであるのに対し、自由磁性層１１の磁化方向２０は外部磁界の方向３０に応じて変化する。

　本明細書では、固定磁性層１３の磁化方向２２の角度をピン角(pin angle)と呼び、θpで表す。

　ＧＭＲ素子の両端に電圧を印加すると素子抵抗に応じた電流が流れるが、その素子抵抗の大きさはピン角θ_pと自由磁性層１１の磁化方向角度θ_f （２０）との差Δθ＝θ_f－θ_pに依存して変化する。したがって、ピン角θ_pが既知であれば、この性質を利用してＧＭＲ素子の抵抗値を測ることで自由磁性層１１の磁化方向角度θ_f（２０）、すなわち外部磁界の方向３０を検出することができる。

　なお、ＧＭＲ素子の抵抗値とΔθとの関係は（数１）で表されることが知られている。
なお、ＧはＧＭＲ係数である。

　次に、図３にＧＭＲ素子を用いた磁気センサ（ＧＭＲ型磁気センサ）の構成例を示す。ＧＭＲ型磁気センサはCOSブリッジ６０とSINブリッジ６１とで構成される。COSブリッジ６０は、４個のＧＭＲ素子Ｒ₁（５１-１）～Ｒ₄（５１-４）を使ってホイートストン・ブリッジを構成する。ここで、R₁（５１-１）、R₃（５１-３）の固定磁性層１３の磁化方向をθp=０とし、R₂（５１－２）、R₄（５１－４）の固定磁化層１３の磁化方向をθp=１８０°と設定する。ここで、ＧＭＲ素子Ｒ₁（５１-１）、R₃（５１-３）のΔθ（＝θf－θp）とピン角θpをそれぞれΔθ1、θp1とし、ＧＭＲ素子R₂（５１－２）、R₄（５１－４）のΔθとピン角をそれぞれΔθ2、θp2とする。自由磁性層１１の磁化方向θ_fは外部磁界で決まるので４個のＧＭＲ素子で同一となるため、Δθ₂＝θ_f－θ_p2＝θ_f－θ_p1－π＝Δθ₁＋πの関係が成り立つ。ここで、ＧＭＲ素子Ｒ₁（５１-１）のピン角θpをθp＝０として角度基準としているので、Δθ1＝θfとなる。そこで、Δθ₁＝θf＝θと置き換える。すると、（数１）式からわかるように、R₁、 R₃では(n=１、 ３)、

となり、R₂、 R₄では（n=２、 ４)：

となる。

　したがって、接地端子（図ではGNDと表記）を０Vとして励起端子７５に励起電圧e０を印加すると、信号端子Ｖ_c1(７１-１)とV_c2(７１-２)との電圧差は（数４）の通りになる。

　このように、信号電圧ΔVcはcosθに比例するので、このブリッジ回路をCOSブリッジと呼ぶ。
　なお、本実施例では、励起電圧e０は５Ｖにした。

　次にSINブリッジ６１の構成を述べる。SINブリッジ６１は、４個のＧＭＲ素子Ｒ₁（５２-１）～Ｒ₄（５２-４）を使ってホイートストン・ブリッジを構成する。ここでSINブリッジ６１は、固定磁化層１３の方向について、COSブリッジと互いに９０度変えた構成とする。すなわち、R₁（５２-１）、R₃（５２－３）の固定磁性層１３の磁化方向をθp＝９０°、R₂（５２－２）、R₄（５２－４）の固定磁化層１３の磁化方向をθp＝２７０°と設定し、２種類のＧＭＲ素子でブリッジを構成する。このとき、上記と同様に、接地端子（図ではGNDと表記）を０Vとして励起端子７５に励起電圧e０を印加すると、信号端子Ｖ_s1(７２-１)とV_s2(７２-２)との電圧差は（数５）の通りになる。

　このように信号電圧ΔVsはsinθに比例するので、このブリッジ６１をSINブリッジと呼ぶ。COSブリッジ６０とSINブリッジ６１の２つの出力信号の比の逆正接を計算することで、磁界ベクトルの方向θ（磁界角度）が求まる。

　（数６）の代わりに（数７）を用いると、０～３６０°（または、－１８０°～＋１８０°）の角度範囲が求まる。

θ＝atan２(ΔVs， －ΔVc) （数７）
　ここで、θ＝atan２(y， x)は、引数x、yが正か負かに応じて、θ＝０～３６０°（または－１８０～１８０°）の値を適切に出力する関数である。例えば、x、yともに正の場合は、atan２(y，x)＝ArcTan(y／x）であり、x、yともに負の場合は、atan２(y，x)＝ArcTan(y／x）＋１８０°である。

　このようにＧＭＲ素子で構成した磁気センサは、磁界方向を直接検出するという特徴がある。すなわち、磁界方向計測センサとなる。

　次に、回転角計測装置の基本構成を図４に示す。
　磁界角計測装置８０は、磁気センサ７０と検出部３０２を有する。磁気センサ７０は、GMR素子で構成されたCOSブリッジ６０とSINブリッジ６１を有する。各ブリッジの接地端子と励起端子７５は図示を省略した。

　各ブリッジの信号端子の電圧信号(Vc１， Vc２)、 (Vs１， Vs２)は、検出部３０２に入力される。COSブリッジから出力される電圧信号対(Vc１，Vc２)は、差動増幅器３５１Aに入力され、信号Vx＝Vc２－Vc１を出力する。SINブリッジから出力される電圧信号対(Vs１， Vs２)は、差動増幅器３５１Bに入力され、信号Vy＝Vs２－Vs１を出力する。

　信号(Vx， Vy)は、信号処理部３０３に入力され、atan処理部３８３において（数７）に従う処理を行う。このようにして、角度信号θが出力される。
　これが、回転角計測装置の基本構成である。

　図４に示した、回転角計測装置の基本構成を用いて、高速回転する回転角を計測した実験結果を次に示す。

　図５は、磁界角計測装置の特性評価装置の構成を示す。センサ磁石２０２が設置された回転体１２１を、回転中心線２２６を中心に回転させる構成である。センサ磁石２０２は磁束発生体としての機能を果たす。ここでは、２極に着磁した磁石を用いた。なお、回転により図５の矢印で記載したように磁界２５０が発生する。そして、センサ磁石２０２の近傍に図４の構成の磁界角計測装置８０を配置した。磁界角計測装置８０の設置場所は、回転中心線２２６上に配置し、センサ磁石２０２との距離は１０mmとした。回転体１２１がθ°だけ回転すると、センサ磁石２０２が発生する磁界の方向もθ°だけ回転する。

　図示しないモータによって回転体１２１を回転させながら、磁界角計測装置８０から出力される角度信号を測定した。回転体１２１にはＺ相信号発生器２３０を設置した。Ｚ相信号発生器２３０は、光を透過させるスリットを設けた円盤と、発光ダイオードと光検出器とを有するもので、回転体１２１の原点に位置する時に信号を発生する。すなわち、Ｚ相信号発生器２３０から信号が発生した時点が、回転体１２１は原点位置に位置している時点である。

　このような実験構成において、Ｚ相信号発生器２３０が信号を発生した時点、すなわち、回転体１２１が原点位置に位置する時点での、磁界角計測装置８０の出力角度を読み取り、その角度を位相角θzとする。

　すなわち、位相角θzは、回転体の基準角度位置と、回転角計測装置の出力角度の基準角度とのズレ角である。位相角θzは回転体の静止時にθz＝０とする。すなわち、回転に伴う基準角のズレが位相角である。位相角θzを「ズレ角」とも呼ぶ。

　後述の通り、本明細書において位相角θzがゼロにならない要因は、センサ磁石２０２が発生する磁界の方向と、磁気センサ７０の地点での磁界の方向とにズレが生じるためである。

　図６は回転体１２１の回転速度 f [Hz]を変えたときの位相角θz[deg] (degはdegree (度)の略）の変化を測定した結果である。図中で○は、磁気センサ２０２の近傍に導体が無い場合の結果である。回転速度を０～２５０[Hz]の範囲で変化させても位相角θzは一定である。すなわち、２５０[Hz]、すなわち、１５０００ [rpm]（毎分当たりの回転数）の高速回転時においても、磁界角計測装置８０は正しい回転角を出力している。

　次に、図５において、センサ磁石２０２と磁界角計測装置８０との間に、非磁性の導体であるアルミニウム板（板厚１ｍｍ）を配置して同じ測定を行った。その結果を図６中の●で示す。

　回転体１２１が静止している場合、すなわち、０Hzにおいては、アルミニウムは非磁性体なので磁界分布には影響しないので、正しい回転角を出力する。しかし、回転速度fが速くなるにつれて位相角θzはゼロからずれていき、f=２５０[Hz] (１５０００ [rpm])においては、θz＜－５°になる。すなわち、５°以上の角度ズレが発生している。この結果は、導体（導電体）を配置したことで、磁界角計測装置８０が正しい回転角度を計測できなくなることを示している。

　ここで、非磁性とは常磁性体または反磁性体と定義する。また、非磁性の材料とは、磁化率χの絶対値が０．１以下の材料と定義する。

　非磁性の導体の材料は例えば、アルミニウム、銅、真鍮、ステンレスの一種であるＳＵＳ３０４などがある。

　非磁性の導体では、磁化率χの絶対値が０．１以下であるから、比透磁率μr（＝１＋χ）は０．９～１．１である。したがって、これらの材料の透磁率は大気中や真空中の透磁率と概ね等しい。このため、静止磁界の場合には、非磁性の導体が配置されても静磁界の分布はほとんど変化しない。

　なお、非磁性の導体として、磁化率χの絶対値が０．０１以下の材料を用いると、導体の有無による静磁界の分布の差が１％以下になるので、さらに好ましい。

　導体とは、電子やイオン、ホールなどの電荷キャリヤをその物質内に有し、電圧が印加されると電荷キャリヤの移動により電流が流れる物質である。導体の比抵抗（抵抗率）は概ね１Ωｍ以下である。後述の通り、渦電流の影響は比抵抗が低いほど大きくなる。導体の形状にもよるが、特に、比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下になると渦電流の影響が顕著に現れる。比抵抗が１×１０^-5Ωｍ以下になると、その影響はさらに顕著になる。

　後述の通り、渦電流の影響は形状や配置、磁石の回転速度にも依存する。その材料内に発生した渦電流が生成する誘起磁界が、磁気センサの計測値に影響を与える場合には、上記の抵抗値範囲を超える材料であっても、本発明の「導体」に含まれる。

　また、図６に示したような、角度ズレθzと回転速度ｆとの関係は、導体の材料、形状、配置される位置によって変化することを発明者は見出した。例えば、非磁性の導体の材料としてＳＵＳ３０４（板厚１ｍｍ）を用いた場合には、回転速度２５０Hzでの角度ズレは０.３°であった。また、アルミニウムの板厚を３ｍｍにした場合には、角度ズレは１ｍｍ厚のアルミニウム板の場合よりも、さらに角度ズレが大きくなった。

　図７は、導体の位置を磁気センサ７０の背面に配置して角度ズレθｚを測定した結果である。すなわち、この配置では、センサ磁石２０２、磁気センサ７０、導体の順序で配置した。

　本明細書では、磁気センサ７０から見てセンサ磁石２０２側を「前面」と呼び、センサ磁石と反対側を「背面」と呼ぶと定義する。そして、前面に配置された導体を「前面導体」、背面に配置された導体を「背面導体」と呼ぶ。

　図７に示した中空の三角形（△）のデータは、非磁性の導体の材料としてアルミニウム板（板厚１ｍｍ）を背面導体として用いた場合、すなわち、センサ磁石202、磁気センサ70、導体の順に配置した場合の回転速度に対する位相角（角度ズレ）θzを示す。ここでは、回転速度が高速になると、角度ズレθzが正の方向に大きくなることが示されている。
例えば、回転速度250Hzでの角度ズレは１．５°であった。　また、背面に配置する導体板の厚さを３ｍｍ厚に厚くすると、角度ズレθｚの大きさ（誤差量）は１ｍｍ厚の場合よりも大きくなることも、図７からわかる。

　次に、この角度ズレの原因について、図８を用いて説明する。
　図８（Ａ）は、センサ磁石２０２と磁気センサ７０との間に非磁性の導体２４０を配置した構成の側面図である。非磁性の導体２４０は、上記の実験ではアルミニウム板である。図８(B)は、同図(A)の配置を上から見た図である。センサ磁石２０２の回転方向は矢印２６０で示してある。

　図８(A)の側面図において、磁束発生体であるセンサ磁石２０２が矢印２６０の方向に移動すると、非磁性の導体２４０と鎖交する磁束が変化するため、非磁性の導体２４０中にはその磁束変化を打ち消す方向の渦電流が流れる。この渦電流は誘起磁界２５１を誘起する。誘起磁界２５１の方向は図８(A)に示した通り、導体に鎖交する磁束の変化を打ち消す方向である。

　渦電流の誘起磁界２５１が磁気センサ７０の地点に及ぼす磁界の方向は図８(B)に図示したようになる。したがって、磁気センサ７０は、センサ磁石２０２が生成する磁界２５０と渦電流の誘起磁界２５１との合成磁界２５２を検出することになる。図８(B)に図示したように、合成磁界２５２の向きは磁石の磁界２５０の向きからずれる。このために、回転体１２１の角度と磁気センサ７０が検出する測定角度との間で角度ズレが生じる。

　合成磁界２５２の方向を検出するので、測定角度の位相は正しい磁界角度よりも遅れる。正しい磁界角度とは、センサ磁石２０２が生成する磁界２５０の角度を意味する。

　次に、導体を背面に配置した際に、測定角度の位相が進むメカニズムを図９を用いて述べる。図９において、背面にのみ導体を配置した場合を考える。センサ磁石の動きにより背面導体に渦電流が生じる。この渦電流が生成する誘起磁界は図に示した通りである。図９からわかるように、磁気センサ７０の地点での誘起磁界の方向は、前面に配置した場合と背面に配置した場合とでは逆向きになる。このために、背面に導体を配置すると測定角度の位相が進むわけである。

　次に、渦電流による誘起磁界に起因する測定角度の角度ズレ（位相ズレ）を定量的に考察する。
　導体板に鎖交する磁束をΦとする。磁束変化により導体板には誘導起電力Eeが誘起される。

導体板のシート抵抗をRとすると、渦電流(eddy current)Jeは次式で表される。シート抵抗Rとは、単位面積当たりの抵抗値であり、Ω／square（Ohm per square）の単位を持つ。シート抵抗Ｒは、比抵抗ρと板厚tとの間にR＝ρ／tの関係がある。

　ここでシート抵抗Ｒを、比抵抗（抵抗率）ρと有効板厚teの比で表した（R＝ρ／te）。有効板厚とは、表皮効果を考慮した板厚であり、高速回転ほど実際の板厚より薄くなる。

　センサ磁石２０２が発生する磁界（磁界強度Ｈ₀）の方向と合成磁界の方向とのズレ角が位相角θzになる。したがって、位相角θzは、図８（Ｂ）より

で表される。また、誘起磁界Hed２５１は渦電流の大きさJeに比例する。以上より、次式を得る。

　（数１１）は、渦電流による測定角度の角度ズレ（位相角）θzが導体のシート抵抗に反比例することを示す。したがって、角度ズレは、導体の比抵抗（抵抗率）ρに反比例し、有効板厚teに比例する。

　次に、この点を実験データにより検証する。図１１は、前面導体としてアルミニウムとステンレンス（ＳＵＳ３０４）とを用いた場合の、回転速度200Hzでの角度ズレ量θｚを比較したものである。横軸は、それぞれの材料の比抵抗ρの逆数を用いている。角度ズレ量は材料の比抵抗の逆数１／ρに比例している。すなわち、比抵抗ρに反比例している。
これは、（数１１）の妥当性を示す。

　磁束の時間変化ｄΦ／ｄｔは、磁束発生体であるセンサ磁石が動くことによる空間的な変化により発生するので、センサ磁石の回転速度ωが大きいほど磁束の時間変化ｄΦ／ｄｔも大きくなる。このため、（数１１）により、測定角度の時間ズレ量もセンサ磁石の回転速度ωが大きいほど大きくなる。これは、図７に示した実験結果と一致している。

　次に、磁気センサ７０の前面と背面とに導体を配置した場合を考える。この場合、図９に示したように、前面に配置した導体（前面導体、第１の導体）２４０で生じる渦電流の誘起磁界２５１Ａと、背面に配置した導体（背面導体、第２の導体）２４２で生じる渦電流の誘起磁界２５１Ｂとは、磁気センサ７０の地点では、図９に示したように互いに逆向きである。したがって、誘起磁界の影響が互いに相殺し、角度ズレが小さくなると予想される。

　図１０は、実験の結果である。前面導体２４０として１ｍｍ厚のアルミニウム板、背面導体２４２として３ｍｍ厚のアルミニウム導体を用いた。前面導体２４０のみを配置した場合には、２５０Ｈｚで－６°の角度ズレが生じていたが、背面導体２４２も合わせて設置すると、角度ズレは２５０Ｈｚで－３°であり、角度ズレが半減している。

　さらに、前面導体２４０のみを配置したときの角度ズレ量をθｚ（Front）とし、背面導体２４２のみを配置した時の角度ズレ量をθｚ（Rear）とすると、２つの導体を配置した場合の角度ズレ量θｚ（Front＋Rear）は、次式のようになっていることが図１０からわかる。

θｚ（Front＋Rear）＝θｚ（Front）＋θｚ（Rear） （数１２）
すなわち、角度ズレ量の加法性が概ねなりたつ。

　図１０を詳細に見ると、θｚ（Front＋Rear）の実測値は、計算値（θｚ（Front）＋θｚ（Rear））よりもわずかに角度ズレが大きい。これは、前面導体２４０中での渦電流により、背面導体２４２に達する磁界強度が弱まるために、背面導体中での磁束変化量、すなわち（数１１）でのｄΦ／ｄｔが減少するためである。このように、多少のずれはあるが、概ね（数１２）の加法性が成り立つ。

　次に、前面導体２４０と背面導体２４２とを配置することで、渦電流による角度ズレを打ち消すための条件を述べる。前面導体２４０のシート抵抗をＲ₁、前面導体２４０を鎖交する磁束をΦ₁とし、背面導体２４２のシート抵抗をＲ₂、背面導体２４２を鎖交する
磁束をΦ₂とする。

　（数１３）において、背面導体２４２での渦電流が誘起する磁界は逆向きなので、マイナス符号を付けた。

　磁束発生体であるセンサ磁石２０２からの距離は、前面導体２４０の方が近いので、Φ₁＞Φ₂である。磁束の時間変化を発生せしめる回転速度ωは、前面導体２４０と背面導体２４２とで同じであるから、dΦ₁／dt＞dΦ₂／dtとなる。したがって、（数１３）がゼロとなるためには、Ｒ₁＞Ｒ₂である必要がある。すなわち、渦電流による角度ズレを打ち消すには、前面導体２４０のシート抵抗Ｒ₁を背面導体２４２のシート抵抗Ｒ₂よりも大きくする必要がある。

　したがって、渦電流による計測角度の角度ズレを除去する、または低減するためには、以下が条件になる。(1) 前面導体（第１の導体）２４０と背面導体（第２の導体）２４２とを配置する。(2) 前面導体（第１の導体）２４０のシート抵抗を背面導体（第２の導体）２４２のシート抵抗よりも大きくする。

　後述するように、ある特殊な配置においては、センサ磁石２０２－前面導体（第１の導体）２４０間距離と、センサ磁石２０２－背面導体（第２の導体）２４２間距離とが等しくなる構成（例えば、図３０に示した実施例参照）がある。この場合には、Φ₁≒Φ₂である。また、回転速度ωは、前面導体（第１の導体）２４０と背面導体（第２の導体）２４２とで同じであるから、dΦ₁／dt≒dΦ₂／dtとなる。したがって、（数１３）をゼロにするためには、Ｒ₁≒Ｒ₂とすれば良い。

　図１は、本発明の実施例１の構成を示す図である。
　本発明の実施例１は、磁気センサ７０と前面導体（第１の導体）２４０と背面導体（第２の導体）２４２とを備える。そして、前面導体（第１の導体）２４０は磁気センサの前面側、すなわち磁束発生体（センサ磁石）２０２が設置される側に配置し、背面導体（第２の導体）２４２は背面側に配置される。さらに、そして、前面導体（第１の導体）２４０のシート抵抗Ｒ₁は背面導体（第２の導体）２４２のシート抵抗Ｒ₂よりも大きくしている。

　上述の通り、この構成により、前面導体中の渦電流が磁気センサ７０の位置に誘起する磁界と、背面導体中の渦電流が磁気センサ７０の位置に誘起する磁界とが打ち消し合う。これにより、磁界角計測装置８０による計測角度は角度誤差が減少し、正確な角度を計測できるようになった。

　なお、本明細書において、「打ち消しあう」とは、渦電流に起因する磁界を正確にゼロに相殺する状態のみではなく、角度計測誤差が実用的に許容できる範囲に収まるように、渦電流起因の磁界を弱めることを意味する。ここで、「実用的に許容できる範囲」は、磁界角計測装置が使用される応用機器や、磁界角計測装置に要求される計測精度、他の誤差補償手段の有無などに依存する。

　前面導体２４０のシート抵抗を背面導体２４２のシート抵抗より大きくする実現手段は複数ある。

　本実施例では、前面導体２４０、背面導体２４２ともアルミニウムを用い、前面導体２４０の板厚を背面導体２４２よりも薄くした。このようにして、前面導体のシート抵抗Ｒ１を背面導体のシート抵抗Ｒ２より大きくした。

　また、前面導体２４０の材料として、比抵抗（抵抗率）が背面導体２４２の材料の比抵抗よりも大きいものを用いてもよい。例えば、前面導体２４０をステンレスの一種であるＳＵＳ３０４（ρ＝７２×１０^-8Ωｍ）を用いて、背面導体２４２にアルミニウム（ρ＝２．６５×１０^-8Ωｍ）を用いればよい。

　また、別の材料の組みあわせでは、前面導体２４０にアルミニウムを用い、背面導体２４２に銅（ρ＝１．６８×１０^-8Ωｍ）を用いても良い。銅は比抵抗が低いため、電気的ノイズを低減するためのシールド板として有効である。この場合、銅板を背面導体２４２とし、比抵抗がより大きいアルミニウムを前面導体２４０とすればよい。

　本発明の実施例１の回転角計測装置８０は、磁束発生体であるセンサ磁石２０２とともに用いられるものであるが、本発明の回転角計測装置８０の構成にはセンサ磁石２０２は含まない。

　本発明のひとつのポイントは、磁気センサの両側の非磁性の導体のシート抵抗値を非対称にする（すなわち、異なる値にする）ことである。磁界角計測装置８０をこのような構成にすることで、センサ磁石２０２と組み合わせて用いられる際、シート抵抗値が高い方の側にセンサ磁石を配置すると、上記の通り、渦電流による誘起磁界の影響を除去または低減することができる。

　すなわち、図１２に示すように、第１の導体２４０と第２の導体２４２の間に磁気センサ７０を配置し、第１の導体２４０のシート抵抗を第２の導体２４２のシート抵抗よりも高くした磁界角計測装置８０を構成する。このような磁界角計測装置８０では、第１の導体２４０の側をセンサ磁石２０２が配置された方向に向けて使用すると、センサ磁石２０２－第１の導体２４０－磁気センサ７０－第２の導体２４２の順序で配置される。したがって、第１の導体２４０が前面導体に対応し、第２の導体２４２が背面導体に対応する。このため、上記の通り、渦電流による誘起磁界による計測誤差を除去または低減することができる。

　このメカニズムからわかるように、渦電流の誘起磁界２５１による計測角度ズレは、非磁性の導体を磁気センサ７０の近傍に配置した場合に汎用的に発生する課題である。例えば、センサ磁石２０２、磁気センサ７０、非磁性の導体の順番で配置した場合でも、非磁性の導体中に渦電流が誘起される条件であれば、角度ズレが発生する。この配置は、背面に導体を配置した場合に対応し、図７の実験結果にも示されている。

　発明者は、回転角計測装置８０で計測された角度信号と回転体１２１の角度との関係を詳細に測定した結果、計測された角度の誤差は、角度原点のズレのみ、すなわち位相ズレのみであることを見出した。

　以上の発明者による実験結果をまとめると以下の通りである。
(１) 磁気センサの近傍に非磁性の導体（導電体）があると、高速回転時に計測誤差を生じる。
(２) 計測誤差は、角度原点のズレ、すなわち角度ズレである。
(３) 導体を前面に配置した場合と、背面に配置した場合とでは、計測誤差の正負が互いに逆向きであり、前面と背面とに導体を配置した場合は、計測誤差を打ち消しあう。

　本明細書において「磁気センサの近傍」とは、その導体の存在により回転角度の計測値に誤差が生じる範囲と定義し、具体的には、０.１°以上の計測誤差が生じる範囲とする。これは、通常の用途では、０.１°以上の誤差は有意な誤差であるためである。

［実施例２］
　本発明による実施例２の磁界角計測装置を図１３に示す。本実施例では、前面導体２４０と背面導体２４２とがなす角φ（２７３）を４５°以下に設定するものである。

　前面導体２４０中の渦電流による誘起磁界にｃｏｓφを乗じたものと、背面導体２４２中の渦電流による誘起磁界とが互いに打ち消しあう。したがって、φが９０°に近づくにつれて、ｃｏｓφが小さくなるので、それぞれの誘起磁界が互いに打ち消しあう効率が悪くなってしまう。本実施例では、φを４５°以下にすることで、誘起磁界が互いに効果的に打ち消しあうようにした。

　図１３において、φを０、すなわち、前面導体２４０と背面導体２４２とを平行にすると、ｃｏｓφ＝１となるので、より効果的に誘起磁界が打ち消し合い、さらに好ましい構成となる。

［実施例３］
　図１４は、本発明の実施例３を示す図である。
　説明を明確にするために、図中にｘｙｚ座標の方向を示す図を記した。座標系を表す図において、「×」を「○」で囲んだ記号は、紙面から奥側に伸びる矢印を示す。したがって、図１４において、ｙ軸は紙面から奥に向かって伸びる方向である。なお、このｘｙｚ座標軸は、方向を示すために図示したものであり、座標系の原点を示すものではない。

　本実施例では、センサ磁石２０２の外周の外方に配置する磁界角計測装置８０の実施例である。この配置において、２極着磁のセンサ磁石を用いると、センサ磁石２０２が１回転すると、磁気センサ７０の地点のxy面内方向磁界も１回転する。したがって、磁気センサ７０でxy面内の磁界方向を計測することにより、センサ磁石２０２の回転角を計測することができる。

　なお、（２×ｐ）極着磁のセンサ磁石を用いると、センサ磁石２０２が１回転すると、磁気センサ７０の地点のｘｙ面内方向磁界はｐ回転する。ここで、ｐは１以上の整数である。したがって、磁界角計測装置を設置する回転機の極数に合わせてセンサ磁石の着磁極数を選ぶと、電気角での回転角度を得ることができる。電気角での回転角度の情報があると回転機の制御が容易になるという効果がある。

　図１４の配置において背面導体２４２を除いた場合を想定する。この場合、センサ磁石２０２の回転速度が高くなると、前面導体２４０を鎖交する磁束の変化も大きくなるので、渦電流が発生する。この誘起磁界により磁気センサ７０での磁界が歪み、センサ磁石の正しい回転角が計測できなくなる。これに対し、本実施例では図１４に示したように、板厚が前面導体２４０より厚い背面導体２４２を配置することで、渦電流が生成する誘起磁界を打ち消す。これにより、センサ磁石が高速に回転する場合でも、センサ磁石の回転角を精度良く計測できる。

［実施例４］
　図１５は、本発明の実施例４を示す図である。
　本実施例は、磁気センサ７０と検出部３０２とをパッケージ２１８内に収めて一体化したものである。パッケージ２１８は樹脂などを用いてモールドしたり、セラミックス中に封止したりする。本実施例では、前面導体２４０と背面導体２４２とを合わせてパッケージ２１８に収めている。そして、背面導体２４２のシート抵抗を前面導体２４０のシート抵抗よりも小さくすることで、これらの導体中に発生する渦電流の誘起磁界を打ち消すようにしている。このため、センサ磁石が高速で回転する場合でも、センサ磁石の回転角を高精度で計測できる。

　本実施例では、背面導体２４２は電気的ノイズによる悪影響を除く役割もしている。このため、背面導体２４２を、検出部３０２を覆うように延ばして形成している。背面導体２４２の材料は、銅（比抵抗ρ＝１．６８×１０^-8Ωｍ）を用いている。銅は比抵抗が小さいため、電気的ノイズ対策のシールド板に好適な材料である。

　一方、前面導体２４０は、背面導体２４２中の渦電流による誘起磁界を打ち消すために導入されたものである。本実施例では、銅よりも比抵抗が高いアルミニウム（比抵抗ρ＝２．６５×１０^-8Ωｍ）を用いた。このように、前面導体２４０と背面導体２４２とで、比抵抗が異なる材料を用いることで、シート抵抗の大小を適切に設定している。

［実施例５］
　図１６を用いて本発明の実施例５を説明する。
　本実施例は、磁気センサ７０と前面導体２４０および背面導体２４２とを一体化してパッケージ２１８に収めた磁界角計測装置８０である。図１６には検出部３０２も含めてパッケージ化した構成を示した。検出部３０２をパッケージ２１８に含めない構成でも良い。

　本実施例の特徴は、磁界角計測装置８０からの信号端子９０を背面導体２４２の方向に向けていることである。このような構成にすることで、回転角計測装置８０をプリント基板などに実装して使用する際、前面導体２４０側にセンサ磁石２０２を配置することが容易になるという効果がある。

　なお、信号端子９０には、磁界角度信号を出力する他、アース端子や検出回路部へ電源を供給する電源端子などが含まれる。

［実施例６］
　図１７は、本実施例の実施例６を示すものである。図１７(A)は横から見た断面図、図１７(B)は平面図である。図１７（Ｂ）は、パッケージ中を透視した形で描いた。

　本実施例は、磁気センサ70と前面導体２４０および背面導体２４２とを備えた磁界角計測装置８０である。

　本実施例では、センサ磁石２０２の外周の外方に配置する磁界角計測装置８０の実施例である。
　本実施例の磁界角計測装置８０は、磁気センサ７０と前面導体２４０および背面導体２４２をパッケージ化したセンサ・パッケージ２１８Ａと、検出部３０２をパッケージ化した検出部パッケージ２１８Ｂとの２つのパッケージを有する。センサ・パッケージ２１８Ａと検出部パッケージ２１８Ｂとの間は中間信号端子９２により信号の受け渡しが行われる。検出部パッケージ２１８Ｂからは信号端子９０が出ている。信号端子には、磁界角度信号を出力する他、アース端子や検出部へ電源を供給する電源端子などが含まれる。

　本実施例の特徴は、信号端子９０を検出部パッケージ２１８Ｂから取り出す方向が、磁気センサ７０から見て背面導体２４２の方向にあることである。このようにすることで、前面導体２４０側にセンサ磁石２０２を配置することが容易になるという効果がある。

　なお、図１７では、センサ・パッケージ２１８Ａと検出部パッケージ２１８Ｂとの２つのパッケージで構成された例を示したが、１つのパッケージの中に磁気センサ７０と検出部３０２とを含めても良い。この場合でも、磁気センサ７０から見て背面導体２４２側から信号端子を取り出す構成にすることにより、本実施例の効果が得られる。

［実施例７］
　図１８は、本発明の実施例７を示す図である。
　本実施例では、背面導体２４２または前面導体２４０に開口部２７２を有する。
　この構成にすると、磁気センサ７０から、または検出部３０２（図示せず）から取り出した信号線を、背面導体２４２を横切って配線するのが容易になるという効果がある。
　図１８では開口部２７２を背面導体２４２に設けた例を示したが、前面導体２４０に開口部を設けても良い。また、前面導体２４０と背面導体２４２の両方に開口部を設けても良い。

［実施例８］
　図１９は、本発明の実施例８である。
　本実施例は、図１８に示した、実施例７と同様の構成である。
　ただし、本実施例では、開口部２７２の位置を磁気センサ７０の中心と同軸線上に配置してある。このようにすると、磁気センサ７０から見て背面導体２４２の対称性が図１８の構成と比べて良くなるため、より効果的に渦電流の影響を除去できるという効果がある。

［実施例９］
　本発明の実施例９である回転角計測装置８０を、図２０を用いて述べる。
　本実施例は、回転体１２１の回転に連動して回転するセンサ磁石２０２と、磁界角計測装置と備えた回転角計測装置８０である。センサ磁石２０２が発生する磁界の方向を磁界角計測装置で計測することで、回転体の回転角度を計測する。

　磁界角計測装置は、磁気センサ７０、前面導体２４０および背面導体２４２を有する。図２０には図示しないが、検出部３０２を備えるようにしてもよい。

　本実施例の特徴は、センサ磁石２０２、前面導体２４０、磁気センサ７０、背面導体２４２の順で配置されていること、および、前面導体２４０のシート抵抗を背面導体２４２のシート抵抗よりも大きくしているこということである。シート抵抗値の大小関係は、背面導体２４２として比抵抗が前面導体２４０よりも小さい材料を用いること、または板厚を前面導体よりも厚くすることで実現した。

　このように構成することで、前面導体２４０および背面導体２４２中に生成する渦電流の誘起磁界が互いに打ち消し合い、センサ磁石を高速で回転させた場合も、正確な回転速度を計測できる回転角計測装置８０を実現できる。

［実施例１０］
　本発明の実施例１０である回転角計測装置を、図２１を用いて述べる。
　本実施例は、図２０に記載の実施例９と同様の構成の回転角計測装置であるが、磁気センサ７０を回転体の回転中心線上に配置している点に特徴がある。
　このようにすると、回転体の回転角度、すなわちセンサ磁石の回転角度と、磁気センサ７０の地点での磁界方向角度とのズレが小さくなる。このため、回転体の回転角度を精度良く計測できるという効果がある。

［実施例１１］
　本発明の実施例１１である磁界角計測装置を、図２２を用いて述べる。
　本実施例の磁界角計測装置８０は、背面導体２４２を複数の非磁性の導体で構成したことを特徴とする。

　磁界角計測装置８０は、前面導体２４０、磁気センサ７０、第１の背面導体242-1、および第２の背面導体242-2と、を有する。この磁界角計測装置８０は、センサ磁石２０２を前面導体２４０側に配置して用いるもので、センサ磁石が発生する磁界の方向を磁気センサ７０で検出する。実施例１１の磁界角計測装置８０は、背面導体２４２を２枚の非磁性導体で構成しているが、３枚以上としてもよい。

　図２２に示した本実施例では、検出部３０２も含めている。但し、検出部３０２を分離して構成してもよい。磁界に感応する磁気センサ７０が前面導体２４０と背面導体２４２に挟まれていれば本発明の効果は得られるからである。検出部の設置位置は、その応用用途に適した設置方法を選択すれば良い。

　本実施例の効果を述べる。前面導体２４０中の渦電流による誘起磁界の影響を相殺するためには、背面導体２４２のシート抵抗を低くする必要がある。背面導体の配置位置や材料などによっては、１枚の背面導体（第１の背面導体）242-1のみでは誘起磁界を相殺できない場合がある。そのような場合に、第２の背面導体242-2を設置することで、２枚の背面導体全体でのシート抵抗値を下げて、誘起磁界を相殺することができる。これにより、センサ磁石202が高速で回転する場合でも、その回転角度を高精度に計測できる。

　また、本実施例の第２の効果は、前面導体２４０、磁気センサ７０、第１の背面導体242-1とをパッケージに一体化した磁界角計測装置にておいて特に顕著に現れる。すなわち、パッケージ２１８内に一体化された第１の背面導体242-1のみでは誘起磁界が十分に相殺されない場合、パッケージ２１８の外側に第２の背面導体242-2を設置することで、渦電流による誘起磁界を相殺できる。このように、ある１つの仕様のパッケージを用いて、第２の背面導体242-2で微調整することにより、いろいろな条件の場所に適応させることが可能になる。

［実施例１２］
　本発明の実施例１２の回転機を、図２３を用いて説明する。
　なお、本明細書では、「回転機」とはモータのみでなく、「発電機」、すなわち機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する機械も含む。

　図２３は本実施例における回転機の断面図を示す。本実施例はモータ部１００と回転角検出部２００とで構成される。

　モータ部１００は、複数の固定磁極と複数の回転磁極との磁気的作用により複数の回転磁極が回転することにより回転トルクを発生するものであって、複数の固定磁極を構成するステータ１１０及び複数の回転磁極を構成するロータ１２０を有する。ステータ１１０は、ステータコア１１１と、ステータコア１１１に装着されたステータコイル１１２から構成されている。ロータ１２０は、ステータ１１０の内周側に空隙を介して対向配置され、回転可能に支持されている。本実施例では、モータの構成として三相交流式の永久磁石型同期モータを用いている。

　筐体は、円筒状のフレーム１０１と、フレーム１０１の軸方向両端部に設けられた第１ブラケット１０２および第２ブラケット１０３を有する。第１ブラケット１０２の中空部には軸受１０６が、第２ブラケット１０３の中空部には軸受１０７がそれぞれ設けられている。これらの軸受は回転体１２１を回転可能なように支持している。

　フレーム１０１と第１ブラケット１０２との間にはシール部材（図示せず）が設けられている。シール部材は、環状に設けられたＯリングであり、フレーム１０１と第１ブラケット１０２によって軸方向及び径方向から挟み込まれて圧縮する。これにより、フレーム１０１と第１ブラケット１０２との間を封止でき、フロント側を防水できる。また、フレーム１０１と第２ブラケット１０３との間もシール部材（図示せず）により防水されている。

　ステータ１１０は、ステータコア１１１と、ステータコア１１１に装着されたステータコイル１１２とを有し、フレーム１０１の内周面に設置されている。ステータコア１１１は、複数の珪素鋼板を軸方向に積層して形成した磁性体（磁路形成体）であり、円環状のバックコアと、バックコアの内周部から径方向内側に突出して、周方向に等間隔に配置された複数のティースを有している。

　複数のティースのそれぞれには、ステータコイル１１２を構成する巻線導体が集中的に巻回されている。複数の巻線導体は、ステータコイル１１２の一方のコイルエンド部（第２ブラケット１０３側）の軸方向端部に並置された結線部材によって相毎に電気的に接続され、さらには３相巻線として電気的に接続されている。３相巻線の結線方式にはΔ（デルタ）結線方式とＹ（スター）結線方式がある。本実施例では、Δ（デルタ）結線方式を採用している。

　ロータ１２０は、回転体１２１の外周面上に固定されたロータコアと、マグネットとで構成される（ロータコアとマグネットは図示せず）。表面磁石型永久磁石モータでは、複数のマグネットをロータコアの表面に配置する。埋込磁石型永久磁石モータではマグネットをロータコアの内部に埋め込む。本実施例では、埋込磁石型永久磁石モータを用いた。

　次に、回転角検出部２００の構成を説明する。
　回転角検出部２００は、磁界角計測装置８０（以下、「回転角センサ・モジュール」と呼ぶ。）とセンサ磁石２０２とを有している。なお、回転角センサ・モジュールは、例えば図１５に示した磁界角計測装置８０を用いる。回転角検出部２００はハウジング２０３と第２ブラケット１０３とで囲まれた空間に設置されている。センサ磁石２０２は回転体１２１と連動して回転する軸に設置されており、回転体１２１が回転位置を変えると、それに応じて発生する磁界方向が変化する。この磁界方向を回転角センサ・モジュール８０で検出することにより回転体１２１の回転角（回転位置）を計測できる。

　回転角センサ・モジュール８０は、回転体１２１の回転中心線２２６上に回転角センサ・モジュール８０の磁気センサ７０が配置されるように設置すると、センサ磁石２０２が発生する磁界の空間分布に誤差が少なくなるので好ましい配置である。

　センサ磁石２０２は、２極着磁された２極磁石でよい。あるいは４極以上に着磁された多極磁石であってもよい。

　回転角センサ・モジュール８０は、ハウジング２０３に設置されている。ハウジング２０３は樹脂で構成されており、磁束の変化があっても渦電流が生じない。

　回転角センサ・モジュール８０は図１５の構成であり、その内部に磁気センサ７０と前面導体２４０と背面導体２４２とを備える。前面導体２４０と背面導体２４２のシート抵抗が適切に設定されており、それぞれの導体中の渦電流による誘起磁界が、磁気センサ７０の地点で打ち消し合うように配置されている。このため、センサ磁石２０２が高速で回転して導体中の鎖交磁束の時間変化が大きくなっても、渦電流による計測誤差は軽微にとどまり、高精度に回転体１２１の回転角度を計測できる。

　なお、回転角センサ・モジュール８０中に背面導体２４２を設けている主な目的は、電気的ノイズの除去である。低抵抗の導体板をシールド板として配置することで、磁気センサ７０および検出部３０２の電気ノイズを除去する効果がある。

　一方、磁気センサ７０の近傍に背面導体２４２を配置すると、前述の通り、渦電流による誘起磁界により磁界角の計測角度に誤差が生じる。この渦電流による誘起磁界を相殺するために、前面導体２４０を設けている。

　なお、回転角センサ・モジュール８０はモータ部に対して固定されていればよく、ハウジング２０３以外の構成要素に固定してもよい。その理由は、モータ部１００に対して固定されていれば、回転体１２１の回転角が変化してセンサ磁石２０２の方向が変化した場合、回転角センサ・モジュール８０において磁界方向変化を検出し、回転体１２１の回転角を検出することができるからである。

　回転角センサ・モジュール８０には信号出力配線２０８が接続されている。信号出力配線２０８により回転センサ・モジュール８０の出力信号を伝送する。

［実施例１３］
　本発明による実施例１３の回転機を、図２４を用いて説明する。
　本実施例の回転機のモータ部１００は、図２３に示した回転機と同様な構成である。

　本実施例での回転角検出部２００の構成は、センサ磁石２０２の外周の外方に磁界角計測装置８０を配置したことに特徴がある。このような構成にすることで、回転体１２１は、図の左側と右側の両方を機械的負荷に接続可能になるため、回転機として設計の自由度が高まるという効果がある。

　磁界角計測装置８０は、磁界角計測装置設置部１３２に固定する。磁界角計測装置設置部１３２は樹脂で構成し、渦電流が発生しないようにした。

　磁界角計測装置８０は、図１７の構成のものを用いた。図１７に記載の通り、前面導体２４０と背面導体２４２とのシート抵抗が適切に設定されているため、磁気センサ７０の地点では渦電流に起因する計測誤差が十分に小さくなっている。このため、回転体１２１が高速に回転する場合でも、高精度に回転角を計測できる。

　この配置において、２極着磁のセンサ磁石を用いると、センサ磁石２０２が１回転すると、磁気センサ７０の地点のxy面内方向磁界も１回転する。したがって、磁気センサ７０の磁界感応面はセンサ磁石２０２の回転面と平行にするのが好ましい。すなわち、磁気センサ７０の磁界感応面をｘｙ面と平行に設置するのが好ましい。このようにすると、磁気センサ７０でxy面内の磁界方向を計測することにより、センサ磁石２０２の回転角を計測することができる。

　なお、（２×ｐ）極着磁のセンサ磁石を用いると、センサ磁石２０２が１回転すると、磁気センサ７０の地点のxy面内方向磁界はｐ回転する。ここで、ｐは１以上の整数である。したがって、磁界角計測装置を設置する回転機の極数に合わせてセンサ磁石の着磁極数を選ぶと、電気角での回転角度を得ることができる。電気角での回転角度の情報があると回転機の制御が容易になるという効果がある。

　なお、センサ磁石２０２の回転面とは、センサ磁石の回転中心線に垂直な平面で、センサ磁石２０２の設置点を通る平面を指す。

［実施例１４］
　本発明による実施例１４の回転機を、図２５を用いて説明する。
　本実施例では、回転機の構成物、例えば筐体などを前面導体２４０や背面導体２４２として利用する。

　ここで、回転機の「構成物」とは、回転機を構成する構成部品や構成体を指す。構成物の例としては、筐体や第２ブラケット１０３などがある。また、「筐体」とは、回転機の外周を構成する構成物であり、ハウジング２０３やフレーム１０１などを含む。

　本実施例の回転機のモータ部１００は、図２３に示した回転機と同様な構成である。
　本実施例においては、ハウジング２０３を樹脂ではなく、アルミニウムや真鍮などの非磁性の導体を用いる。本実施例ではアルミニウムを用いた。

　磁気センサ７０をハウジング２０３に設置した。このように磁気センサ７０に近接して非磁性の導体がハウジング２０３として設置されているため、回転体１２１が高速で回転すると、渦電流による誘導磁界が発生する。すなわち、ハウジング２０３に渦電流が誘起され、それによる誘起磁界が発生する。このため、回転体１２１が高速回転すると、誘起磁界の影響で、回転角の計測精度が劣化するという問題が生じる。

　本実施例では、磁気センサ７０とセンサ磁石２０２との間に前面導体２４０を設置することで、渦電流による誘起磁界を相殺し、高速回転時にも高精度で回転角を測定できる。

　すなわち、本実施例では、ハウジング２０３が背面導体２４２として機能しており、前面導体２４０と合わせて、互いに渦電流による誘起磁界を相殺するという作用がある。

　なお、本発明では、ハウジング２０３は、３ｍｍ厚のアルミニウム板を用い、前面板には０．５ｍｍ厚のアルミニウム板を用いた。このように、アルミニウム板の厚さを変えることにより、前面導体２４０のシート抵抗を背面導体２４２（本実施例ではハウジング２０３）のシート抵抗よりも大きくした。

　従来は、回転体１２１を高速で回転させる場合、渦電流の影響を避けるため、磁気センサ７０を金属製の構成物の近傍に設置することを避けるか、またはハウジング２０３を樹脂やセラミクスなどの高抵抗材料で構成する必要があった。本発明により、磁気センサ７０を設置するハウジング２０３を非磁性の導体材料で構成しても、回転体１２１を高速で回転させる場合でも、回転角を高精度に計測することができる。

［実施例１５］
　本発明による実施例１５の回転機を、図２６を用いて説明する。
　本実施例では、磁気センサ７０をセンサ磁石２０２の外周の外方に配置している。

　磁気センサ７０は、円筒状の形状のハウジング２０３の内側に設置してある。ハウジング２０３はアルミニウム板で構成してあるため、センサ磁石２０２が高速で回転すると、ハウジング２０３内に渦電流が生成し、磁気センサ７０地点での磁界の方向に影響を与えてしまう。

　そこで実施例では、センサ磁石２０２と磁気センサ７０との間に、円筒状の形状の前面導体２４０を設置した。前面導体は０．５ｍｍ厚のアルミニウム板で構成されており、背面導体２４２（ハウジング２０３）は３ｍｍ厚のアルミニウムで構成されている。このように前面導体２４０のシート抵抗の方が背面導体２４２のシート抵抗よりも高いので、磁気センサ７０の地点では渦電流による誘起磁界が相殺される。このため、センサ磁石２０２が高速に回転する場合でも、精度良く回転角を計測できる。

［実施例１６］
　本発明による実施例１６の回転機を、図２７を用いて説明する。
　本実施例では磁気センサ７０を回転機の筐体の外側に設置してある。具体的には、ハウジング２０３の外側に磁気センサ７０を設置してある。

　本実施例では、ハウジング２０３は加工性、耐熱性に優れたアルミニウム（板厚１ｍｍ）を用いた。アルミニウムは非磁性の導体なので、回転体１２１が低速度で回転する場合には、正しい回転角を計測できる。しかし、回転速度が高くなると、ハウジング中に生じた渦電流による誘起磁界で、磁気センサ７０の地点での磁界が乱れる。

　そこで、本実施例では、磁気センサ７０の背面側に背面導体２４２を設置した。背面導体２４２は、厚さ２ｍｍの銅板を用いた。このように、本実施例での背面導体２４２は、前面導体２４０と比較して、厚さが薄く、かつ比抵抗が高い。したがって、前面導体２４０のシート抵抗が背面導体２４２のシート抵抗よりも高い。このようにして、ハウジング２０３（前面導体）の中での渦電流の誘起磁界と、背面導体２４２中の渦電流の誘起磁界とが、磁気センサ７０の地点では相殺される。このため、高速回転時でも精度良く、回転角度を計測できる。

　本実施例では、回転機の筐体の外側に磁気センサ７０が設置されている。そのため、回転機を組立てた後に磁気センサを設置すればよいので、製作しやすいという利点がある。さらに、万一磁気センサが故障した場合などに、磁気センサの交換も容易である。

　また、磁気センサ７０が回転機筐体の外側に設置されていることから、信号配線２０８の取り出し孔の加工が不要となる。これは、特に防水仕様の回転機を製作する際に、信号配線の取り出し処理が容易になるという利点がある。

［実施例１７］
　本発明による実施例１７の回転機を、図２８を用いて説明する。
　本実施例は複数の背面導体を用いたことを特徴とする。

　回転機の回転角検出部２００にハウジング２０３が取り付けられている。ハウジング２０３はアルミニウムを用いた。ハウジング２０３の外側に、磁界角計測装置８０が取り付けられている。したがって、本実施例では、ハウジング２０３が前面導体２４０の機能をしている。

　磁界角計測装置８０は、磁気センサ７０と検出部３０２、さらに第１の背面導体242-1を備えている。これらを一体化してモールドされたパッケージになっている。第１の背面導体242-1の材料には銅を用いた。本実施例において、第１の背面導体242-1の役割は２つある。第１に、磁気センサ７０および検出部３０２から電気的ノイズを除去・低減するためのシールド板の役割である。第２は、前面導体（ハウジング２０３）で生じる渦電流の誘起磁界を打ち消すために、逆向きの誘起磁界を発生させることである。

　本実施例では、パッケージ２１８内に設置された第１の背面導体242-1だけでは前面導体２４０による誘起磁界を打ち消すのに不十分であったため、第２の背面導体242-2を設けることで、磁気センサ７０の地点で渦電流による誘起磁界が十分に小さな値にまで相殺されるように調節した。

　このように、背面導体２４２を複数の導体で構成すると、いずれか一方の背面導体（本実施例の場合は、第２の背面導体242-2）の材料、形状、設置位置などを調整することで、回転機の仕様に合わせて微調整することが可能になる。この特徴は、第１の背面導体242-1を磁界角計測装置としてパッケージ化した構成の場合、特に有用な効果を生む。

［実施例１８］
　本発明による実施例１８の回転機を、図２９を用いて説明する。図２９（Ａ）が、実施例１８の縦断面図を、図２９（Ｂ）は、実施例１８の側面部を、磁界角計測装置８０内については透視して示す。

　本実施例では、磁界角計測装置８０を、センサ磁石２０２の外周の外方であって回転機筐体の外側に設置した形態である。

　回転機の回転角検出部２００はセンサ磁石２０２とそれを覆うハウジング２０３、磁界角計測装置８０を有する。

　ハウジング２０３は非磁性の導体であるアルミニウムで構成されている。このため、センサ磁石２０２が高速で回転すると、ハウジング２０３中に渦電流が発生し、その誘起磁界が発生し、ハウジング２０３近傍の磁界分布に影響する。

　本実施例では、磁界角計測装置８０に背面導体２４２を設置することで、ハウジング２０３中の渦電流による誘起磁界を打ち消す。これにより、磁気センサ７０の地点では渦電流による誘起磁界が相殺され、正しい回転角を計測できる。すなわち、ハウジング２０３が前面導体２４０として機能している。磁気センサ７０から見て前面の位置にハウジング２０３（本実施例では前面導体として機能している）があり、背面の位置に背面導体２４２が配置されている。背面導体２４２は銅で形成されており、シート抵抗がハウジング２０３よりも小さくなっている。また、磁気センサ７０と検出部３０２とは結線されており、磁気センサ７０に励起電圧を給電したり、磁気センサ７０からの信号電圧を検出する。検出部３０２からは信号端子２０８が引き出されている。

［実施例１９］
　本発明による実施例１９の回転機を、図３０を用いて説明する。
　本実施例は、磁界角計測装置８０をセンサ磁石２０２の外周の外方に配置した構成（周外配置）である。この周外配置構成の場合には、図３０に示したように、センサ磁石２０２－前面導体２４０間距離とセンサ磁石２０２－背面導体２４２間距離が概ね等しくなるような配置が可能である。これを「２導体等距離配置」と呼ぶことにする。

　図３０に示したように、本実施例では、磁界角計測装置８０は磁気センサ７０と検出部３０２、および、第１の導体（前面導体）２４０と第２の導体（背面導体）２４２を有する。これらは一体化してパッケージ化されている。磁気センサ７０と検出部３０２は互いに結線されている。検出部３０２からは信号端子２０８が取り出されている。

　図３０に示したように、磁気センサ７０と検出部３０２は、第１の導体（前面導体）２４０と第２の導体（背面導体）２４２とで挟まれた形で配置されている。

　周外配置では、先に述べたように、センサ磁石２０２が（ｐ×２）極着磁の場合、センサ磁石が１回転すると磁気センサ７０の地点での磁界方向は図中のｘｙ面に平行な面内でｐ回回転する。したがって、前面導体２４０と背面導体２４２とに生じる渦電流の向き、および渦電流による誘起磁界の向きは、図９に示したものと同様な分布になる。このため、図９を参照してわかるように、磁気センサ７０を２枚の非磁性の導体で挟み込むことにより、前面導体（第１の導体）２４０中の渦電流が磁気センサ７０位置に及ぼす磁界と、背面導体（第２の導体）２４２中の渦電流が磁気センサ７０の位置に及ぼす磁界とが、互いに打ち消しあう方向になる。このため、回転角の計測誤差が減少する。

　なお、本明細書において、「互いに打ち消しあう」とは、渦電流に起因する磁界を正確にゼロに相殺する状態のみではなく、角度計測誤差が実用的に許容できる範囲に収まるように、渦電流起因の磁界を弱めることを意味する。ここで、「実用的に許容できる範囲」は、磁界角計測装置が使用される応用機器や、磁界角計測装置に要求される計測精度、他の誤差補償手段の有無などに依存する。

　このように、周外配置において、非磁性の２枚の導体（第１の導体と第２の導体）との間に磁気センサ７０を挟み込むことにより、渦電流による計測誤差を低減することができる。

　より好ましくは、周外配置において、磁気センサ７０の磁界感応面をセンサ磁石２０２の回転面と平行に配置する。磁気センサの磁界感応面とは、磁界のうち、その面への射影成分を検知する面のことを意味する。図３０の場合は、ｘｙ面に平行な面が磁気センサ７０の磁界感応面である。

　また、周外配置において、より好ましくは、第１の導体（前面導体）２４０と第２の導体（背面導体）２４２は、磁気センサ７０の磁界感応面と概ね平行な向きに配置する。図９からわかるように、この配置の時に最も有効に、渦電流による誘起磁界を互いに相殺するからである。また、「概ね平行」と記した意味は、図１３のように平行から角度φだけずれていても、ｃｏｓφ成分が打ち消しあうので、一定の効果はあるという意味である。

　図３０では、センサ磁石２０２と磁気センサ７０とを結ぶ仮想的直線の上に、導体が配置されていない。このようにすると、磁気センサ７０の地点での磁界分布のさらなる歪みが防げるので、一層好ましい構成である。

　次に、２導体等距離配置の構成において、渦電流による誘起磁界を相殺する条件を、さらに定量的に述べる。各導体とセンサ磁石２０２までの距離は等しいので、各導体位置での磁束Φ₁、Φ₂の大きさも等しい。したがって、（数１３）において磁束Φ₁、Φ₂の時間微分量は互いに等しい。したがって、（数１３）がゼロになる条件は、Ｒ₁＝Ｒ₂である。すなわち、第１の導体（前面導体）２４０と第２の導体（背面導体）２４２とでシート抵抗を等しくすると、第１の導体（前面導体）２４０中の渦電流が磁気センサ７０の位置に及ぼす磁界と、第２の導体（背面導体）２４２中の渦電流が磁気センサ７０の位置に及ぼす磁界とが、互いに相殺する。このようにして、渦電流の影響を相殺できる。

　前述の通り、本実施例は２導体等距離配置の構成なので、第１の導体（前面導体）２４０と第２の導体（背面導体）２４２のシート抵抗を等しくした。本実施例では、それぞれ０．５mm厚の銅板を用いた。このようにすることにより、一層、計測誤差を低減し、高精度な回転角計測が可能になる。

　本実施例において、磁気センサ７０の近傍に導体を配置する目的のひとつは、磁気センサ７０と検出部３０２における電気的ノイズの除去のためである。従来のように、第１の導体２４０のみを設置した構成においては、センサ磁石２０２を高速に回転させると、渦電流による誘起磁界により、回転角の計測値に誤差が生じた。一方、本実施例のように、第１の導体２４０と第２の導体２４２とを配置することにより、渦電流による誘起磁界が互いに相殺し、高精度に回転角を計測できる。

［実施例２０］
　本発明による実施例２０である磁界角計測装置を、図３１を用いて説明する。
　本実施例の磁界角計測装置８０は、磁気センサ７０、検出部３０２、第１の導体２４０、第２の導体２４２を備える。検出部３０２から信号出力２０８が取り出される。

　この磁界角計測装置８０は、回転体１２１と連動して回転するセンサ磁石２０２とともに用いられる。センサ磁石２０２が回転すると、磁気センサ７０の地点での磁界の回転面と平行な面の成分（ｘｙ面内成分）も回転する。したがって、磁気センサ７０で磁界の角度を測ることにより、回転体１２１の回転角度を計測することができる。

　このように、本実施例の磁界角計測装置８０は、センサ磁石２０２の周の外側に配置されて用いられる。また、センサ磁石２０２の回転面（ｘｙ平面）と平行に磁気センサ７０の磁界感応面を配置して用いられる。

　図３１に示したように、本実施例では、第１の導体２４０と第２の導体２４２とは検出部３０２を挟むように配置されている。第１の導体２４０と第２の導体２４２とは、磁気センサ７０は挟み込んでいない。しかし、第１の導体および第２の導体は、磁気センサ７０の近傍に配置されているため、その導体中に生成した渦電流が発生する誘起磁界は、磁気センサ７０の地点での磁界に影響を与える。例えば、第２の導体を設けず、第１の導体のみを設置した場合には、第１の導体中の渦電流が発生する誘起磁界により磁気センサ７０の地点での磁界方向が乱れる。

　本実施例では、図３１に記載の通り、センサ磁石２０２～第１の導体２４０間距離とセンサ磁石２０２～第２の導体２４２間距離とが互いに概ね等しい２導体等距離配置である。そして、第２の導体２４２の誘起磁界がセンサ７０の地点に及ぼす磁界と、第１の導体２４０の誘起磁界がセンサ７０の地点に及ぼす磁界の方向が逆向きなので、両者の影響は互いに打ち消しあう。このため、磁界角計測装置８０は回転体１２１が高速回転する時も、回転角を精度よく計測できる。

　なお、本実施例において、第１の導体および第２の導体を検出部３０２の近傍に配置した理由は、検出部３０２は電気的ノイズの影響を受けやすいので、そのノイズの影響を防ぐためである。

［実施例２１］
　本発明による実施例２１として電動パワー・ステアリング・システム（Electric Power-Assisted Steering system）の例を、図３２に示した。

　ハンドル５０１に機械的に連結したステアリング・シャフト５０３は、トルクセンサ５０２を経由して連結部５０４に接続される。減速ギアなどで構成された連結部５０４には、モータ１００の回転体１２１が接続される。さらに、連結部５０４には連結シャフト５０５が接続される。連結シャフト５０５は、ギアボックス５０６に接続される。ギアボックス５０６にはタイロッド５０７が接続される。ギアボックス５０６は、連結シャフト５０５の回転運動をタイロッド５０７の直線運動に変換する。タイロッド５０７の両端にはタイヤ（図示せず）が配置されており、タイロッドの直線運動に応じてタイヤの向きが変化する。

　回転体１２１はモータ１００の回転軸であり、一方の端にセンサ磁石２０２が設置されている。センサ磁石２０２の近傍には磁界角計測装置８０が設置されており、回転体１２１の回転角を計測してＥＣＵ４１１に送信する。

　本実施例において、モータ１００と磁界角計測装置８０との位置関係は、図２８のようにした。

　運転者がハンドル５０１を回すと、その回転状態はトルクセンサ５０２で検出され、ＥＣＵ４１１に電気信号として伝達される。ＥＣＵ４１１は、トルクセンサ５０２からの信号と、磁界角計測装置８０からの回転角信号θ、および車速信号などから、適切なモータ駆動量を算出し、モータ駆動部４１２に信号を送信する。これによりモータ１００は回転体１２１を回転駆動し、連結シャフト５０５の回転をアシストする。このようにして、タイヤの向きを動かす運動をアシストする。

　本実施例において、磁界角計測装置８０内の磁気センサ７０は、前面導体（ハウジング２０３）と背面導体とで挟まる構成にし、それぞれの導体のシート抵抗値を適切に設定したので、回転体１２１が高速に回転しても精度良く回転角を計測できる。

　磁界角計測装置８０をモータ１００のハウジングの外側に設置すると、特に防水構造のモータ１００を製作する際に、簡単な構成とすることができるという作用効果がある。

［実施例２２］
　本発明の実施例２２について図３３を用いて説明する。本実施例は磁界角計測装置を用いたハイブリッド自動車駆動装置（電動車両駆動装置）の動力機構の基本構成を示すものである。

　図３３は自動車の動力として内燃機関エンジンと電気モータとを組み合わせたハイブリッド自動車駆動装置（電動車両駆動装置）の模式図である。エンジン５５３の出力回転軸と発電機５５２、駆動モータ５５１とは同軸線上に配置されており、それぞれは動力分配機構５５４の働きで適切に動力が伝達される。動力分配の仕方は、車両の走行状態、加速指令状態、バッテリーの充電状態などの情報に基づいて適切に設定される。また、動力分配機構５５４から動力シャフト５５８に動力を伝達する動力結合機構５５７が設けられている。

　駆動モータ５５１には、図２８に記載の回転機を用いた。駆動モータ５５１は図２８に記載したように、モータ部１００と回転角検出部２００とで構成される。回転角検出部２００はセンサ磁石２０２（磁束発生体）と磁界角計測装置８０を有する。なお、磁界角計測装置８０の構成は図２８に示した構成である。

　センサ磁石２０２は、駆動モータ５５１の筐体の一部を形成するハウジング２０３の外側に設置されている。ハウジング２０３は、非磁性の導体を用いた。本実施例ではアルミニウムを用いる。

　発電機５５２には発電機回転角センサ５６２が設置されている。発電機の回転シャフトにはセンサ磁石５６３が設置されており、センサ磁石５６３が発生する磁界の方向を発電機回転角センサ５６２で計測する。発電機回転角センサ５６２には、図２９に記載の磁界角計測装置８０を用いた。

　電動車両駆動装置で用いられる回転機（駆動モータ５５１と発電機５５２）は、１５０００rpm(２５０Hz)程度の高速回転でも使用する。そのため、従来では、磁界角計測装置８０の近傍に非磁性の導体を配置すると、高速回転時に回転角の計測精度が劣化するという問題があった。本実施例では、非磁性の導体中の渦電流の影響を除去することで、高速回転時でも回転角を精度良く計測できる。このように、本実施例は、２５０Hzという高速回転動作要求のある電動車両駆動装置においても、高速回転時でも精度良く回転角が計測できるという作用効果がある。

　本実施例では、図２８に示したように、回転角計測装置８０を、回転機筐体を構成するハウジング２０３の外側に設置した。回転機筐体の外側に配置すると、以下の２つの利点がある。

　第１に、電動車両駆動装置などのような高出力回転機においては、冷却などの目的で回転機筐体内にはオイル（油）を入れる。このため、筐体内部に磁界角計測装置８０を入れる構成では、磁界角計測装置８０として、オイルに耐えられる材料を用いなければならない、という制約がある。筐体の外側に設置すれば、このような制約が無くなるという効果がある。

　第２に、電動車両駆動装置などのような高出力回転機では、動作中に、銅損や鉄損などの要因で、回転機のステータやロータが発熱し回転機が高温になる。但し、発熱要因は主に回転機内部にあるので、回転機筐体の内側に比べて外側は温度が低い。この温度差は回転機の設計にもよるが、１０℃～５０℃くらいの差がある。このため、回転角計測装置８０を回転機筐体の外側に設置すると、内側に設置した場合に比べて低い温度で動作させることができるという効果がある。

　以上では、ＧＭＲ素子を用いた磁気センサを使用した例を述べた。
　本発明は、ＧＭＲ素子の磁気センサに限定されるものではなく、他の磁界角計測型の磁気センサにも適用可能である。

51, 52・・・ＧＭＲ素子、70・・・磁気センサ、60・・・COSブリッジ、61・・・SINブリッジ、80・・・磁界角計測装置又は回転角計測装置、90・・・信号端子、
100・・・モータ部、110・・・ステータ、111・・・ステータコア、112・・・ステータコイル、120・・・ロータ、121・・・回転体、132・・・磁界角計測装置設置部、
200・・・回転角検出部、202・・・センサ磁石（磁束発生体）、218・・・パッケージ、218A・・・センサ・パッケージ、218B・・・検出部パッケージ、226・・・回転中心線、240・・・前面導体（第１の導体）、242・・・背面導体（第２の導体）、242-1・・・第１の背面導体、242-2・・・第２の背面導体、240・・・第１の導体（前面導体）、242・・・第２の導体（背面導体）、250・・・センサ磁石の磁界、251・・・誘起磁界、252・・・合成磁界、272・・・開口部、
302・・・検出部、303・・・信号処理部、351・・・差動増幅器、383・・・atan処理部、411・・・電子制御コントロールユニット、412・・・駆動部、
501・・・ハンドル、502・・・トルクセンサ、503・・・ステアリング・シャフト、504・・・連結部、505・・・連結シャフト、506・・・ギアボックス、507・・・タイロッド、551・・・駆動モータ、552・・・発電機、553・・・エンジン、554・・・動力分配機構、557・・・動力結合機構、558・・・動力シャフト、562・・・発電機磁界角センサ、563・・・センサ磁石

Claims (35)

1. 　非磁性の第１の導体、非磁性の第２の導体、及び前記第１の導体と前記第１の導体の間に配置された、磁界方向計測型の磁気センサを備えた磁界角計測装置であって、
   　前記磁界角計測装置はセンサ磁石とともに用いられ、前記磁界角計測装置が、前記センサ磁石に対して所定の位置に配置された際に、
   　前記第１の導体中に流れる渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界、及び前記第２の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界が、互いに打ち消し合う磁界角計測装置。
2. 　磁界方向計測型の磁気センサと、
   　非磁性の第１の導体と、非磁性の第２の導体とを備えた磁界角計測装置であって、
   　前記磁気センサは、前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置され、
   　前記第１の導体のシート抵抗が、前記第２の導体のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする磁界角計測装置。
3. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
   　前記磁気センサはセンサ磁石とともに用いられ、前記磁気センサが、前記センサ磁石に対して所定の位置に配置された際に、前記第１の導体を前記磁気センサの前面側に配置し、前記第２の導体を前記磁気センサの背面側に配置した磁界角計測装置。
4. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
   　前記第１の導体の厚さは、前記第２の導体の厚さよりも薄いことを特徴とする磁界角計測装置。
5. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
   　前記第１の導体の比抵抗は、前記第２の導体の比抵抗よりも大きいことを特徴とする磁界角計測装置。
6. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
   　前記第１の導体と前記第２の導体とのなす角が４５度以下であることを特徴とする磁界角計測装置。
7. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
   　前記第１の導体及び前記第２の導体は、互いに平行であることを特徴とする磁界角計測装置。
8. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
   　前記第１の導体及び前記第２の導体並びに前記磁気センサを、パッケージ内に収めたことを特徴とする磁界角計測装置。
9. 　請求項８に記載された磁界角計測装置において、
   　前記パッケージの信号端子は、前記磁気センサから前記第２の導体側に出ていることを特徴とする磁界角計測装置。
10. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
    　前記第１の導体若しくは前記第２の導体の少なくとも一方は、開口部を有することを特徴とする磁界角計測装置。
11. 　請求項１に記載された磁界角計測装置において、
    　前記第２の導体は、複数の導体から構成されることを特徴とする磁界角計測装置。
12. 　回転体と、
    　前記回転体と連動して回転するセンサ磁石と、
    　前記センサ磁石が発生する磁界の方向を計測する磁界角計測装置と、を備えた回転機であって、
    　前記磁界角計測装置は請求項１に記載の磁界角計測装置であり、
    　前記センサ磁石、前記第１の導体、前記磁気センサ、前記第２の導体の順序で配置される回転機。
13. 　請求項１２に記載された回転機において、
    　前記磁気センサを前記回転体の回転中心線上に配置したことを特徴とする回転機。
14. 　請求項１２に記載された回転機において、
    　前記磁気センサを前記センサ磁石の外周の外方に配置したことを特徴とする回転機。
15. 　請求項１２に記載された回転機において、
    　前記磁気センサの磁界感応面及び前記センサ磁石の回転面を、互いに平行に配置したことを特徴とする回転機。
16. 　請求項１２に記載された回転機において、
    　前記回転機を構成する部品を、前記第１の導体若しくは前記第２の導体に兼用することを特徴とする回転機。
17. 　請求項１２に記載された回転機において、
    　前記回転機の筐体の一部を、前記第１の導体又は前記第２の導体とすることを特徴とする回転機。
18. 　請求項１２に記載された回転機において、
    　前記第２の導体は、複数の導体で構成されることを特徴とする回転機。
19. 　回転体と、
    　前記回転体と連動して回転するセンサ磁石と、
    　前記センサ磁石が発生する磁界の方向を計測する磁界角計測装置と、を備えた回転機であって、
    　前記磁界角計測装置は、請求項２に記載された磁界角計測装置であり、前記センサ磁石の外周の外方に、前記磁気センサの磁界感応面が前記センサ磁石の回転面と平行となる位置に配置されたことを特徴とする回転機。
20. 　請求項１９に記載された回転機おいて、
    　前記第１の導体と前記第２の導体は、前記磁気センサの磁界感応面と平行に配置されたことを特徴とする回転機。
21. 　請求項１９に記載された回転機において、
    　前記センサ磁石と前記第１の導体との間の直線距離と、前記センサ磁石と前記第２の導体との間の直線距離とが等しいことを特徴とする回転機。
22. 　請求項１９に記載の回転機において、
    　前記第１の導体のシート抵抗と前記第２の導体のシート抵抗とが等しいことを特徴とする回転機。
23. 　請求項１９に記載の回転機において、
    　前記磁気センサは、前記第１の導体と前記第２の導体から挟まれた領域外にあることを特徴とする回転機。
24. 　請求項１又は２に記載された磁界角計測装置を備えた電動パワー・ステアリング・システム。
25. 　請求項１９に記載された回転機を備えた電動パワー・ステアリング・システム。
26. 　請求項１又は２に記載された磁界角計測装置を備えた電動車両駆動装置。
    
27. 　請求項３に記載された磁界角計測装置において、
    　前記第１の導体中に流れる渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界、及び前記第２の導体中の渦電流が前記磁気センサに及ぼす磁界が、互いに打ち消し合う磁界角計測装置。
28. 　請求項２に記載された磁界角計測装置において、
    　前記第１の導体が前記磁気センサの前面側に配置され、前記第２の導体が前記磁気センサの背面側に配置され、
    　前記第１の導体のシート抵抗が、前記第２の導体のシート抵抗よりも大きいことを特徴とする磁界角計測装置。
29. 　請求項２に記載された磁界角計測装置において、
    　前記第１の導体及び前記第２の導体並びに前記磁気センサを、パッケージ内に収めたことを特徴とする磁界角計測装置。
30. 　請求項２８に記載された磁界角計測装置において、
    　前記第２の導体は、複数の導体から構成されることを特徴とする磁界角計測装置。
31. 　回転体と、
    　前記回転体と連動して回転するセンサ磁石と、
    　前記センサ磁石が発生する磁界の方向を計測する磁界角計測装置と、を備えた回転機であって、
    　前記磁界角計測装置は請求項２に記載の磁界角計測装置であり、
    　前記センサ磁石、前記第１の導体、前記磁気センサ、前記第２の導体の順序で配置される回転機。
32. 　請求項３１に記載された回転機において、
    　前記磁気センサを前記回転体の回転中心線上に配置したことを特徴とする回転機。
33. 　請求項３１に記載された回転機において、
    　前記回転機を構成する部品を、前記第１の導体若しくは前記第２の導体に兼用することを特徴とする回転機。
34. 　請求項３１に記載された回転機において、
    　前記回転機の筐体の一部を、前記第１の導体又は前記第２の導体とすることを特徴とする回転機。
35. 　請求項３１に記載された回転機において、
    　前記第２の導体は、複数の導体で構成されることを特徴とする回転機。

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