回転角計測装置，制御装置およびそれらを用いた回転機システム
【課題】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。
【解決手段】磁界方向に感応する磁気センサ７０と、前記磁気センサからの出力が入力される検出部３０２と、を備えた回転角計測装置であって、前記回転角計測装置は、磁束発生体２０２を備えた回転体１２１とともに用いられるものであり、前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セット１５５であり、前記検出部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力する。
【解決手段】磁界方向に感応する磁気センサ７０と、前記磁気センサからの出力が入力される検出部３０２と、を備えた回転角計測装置であって、前記回転角計測装置は、磁束発生体２０２を備えた回転体１２１とともに用いられるものであり、前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セット１５５であり、前記検出部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いた回転角計測装置，回転機、および回転機システムに関する。また、磁気センサ信号を処理して回転機などを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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センサもある。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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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程度と極めて狭い。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特表２００８−５３３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献１は、磁束発生体と磁気センサとの間に非磁性の導電体を配置することで発生する渦電流の影響を低減するために非導電性材料を用いるものであるが、使用材料が非導電性材料に限定されてしまうという課題があった。このため、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の検出する際にその検出精度が悪いといった課題がある。
【００１７】
本発明の目的は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題は、下記の構成により解決することができる。
【００１９】
磁界方向に感応する磁気センサと、前記磁気センサからの出力が入力される検出部と、を備えた回転角計測装置であって、前記回転角計測装置は、磁束発生体を備えた回転体とともに用いられるものであり、前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セットであり、前記検出部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力することを特徴とする回転角計測装置。
【００２０】
原角度信号セットを入力して補正角度信号を算出する回転角演算処理部と、前記補正角度信号が入力される制御部とを備えた制御装置であって、前記制御装置は、磁束発生体を備えた回転体と磁界の方向に感応する磁気センサとともに用いられ、前記原角度信号セットは、前記磁気センサから出力される出力信号であり、前記回転角演算処理部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力し、前記制御部は、前記補正角度に基づいて処理を行うことを特徴とする制御装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図２】ＧＭＲ素子の構成を示す図である。
【図３】ＧＭＲ素子を用いた磁気センサの構成を示す図である。
【図４】回転角計測装置の構成を示す図である。
【図５】回転角計測装置の特性評価装置の構成を示す模式図である。
【図６】計測誤差と回転速度の関係の実験結果を示す図である。
【図７（Ａ）】センサ磁石と回転角計測装置との間に非磁性の導体を配置した構成の側面図である。
【図７（Ｂ）】図７（Ａ）の上面図である。
【図８】第１の実施例の回転角計測装置の特性を示す実験結果である。
【図９】第２の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１０】第３の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１１】第４の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１２】第４の実施例における補正関数を示す図である。
【図１３】第５の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１４】第６の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１５】第７の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１６】第８の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１７】第９の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１８】第１０の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１９】第１１の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図２０】第１２の実施例の回転機の構成を示す図である。
【図２１】第１３の実施例の回転機の構成を示す図である。
【図２２】第１４の実施例の回転機システムの構成を示す図である。
【図２３】第１５の実施例の回転機システムの構成を示す図である。
【図２４】第１６の実施例の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
【図２５】第１７の実施例の電動車両駆動装置の構成を示す図である。
【図２６】第１８の実施例の電動車両駆動装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（実施例１）
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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θpと自由磁性層１１の磁化方向角度θf（２０）との差Δθ＝θf−θpに依存して変化する。したがって、ピン角θp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θf（２０）、すなわち外部磁界の方向３０を検出することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
【数１】
【００３０】
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６０Ａ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。自由磁性層１１の磁化方向θf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＝θf−θp2＝θf−θp1−π＝Δθ1＋πの関係が成り立つ。ここで、Δθ1は、θp＝０を基準としているので、Δθ1＝θと置き換える。したがって、（数１）式からわかるように、Ｒ1，Ｒ3では（ｎ＝１，３）、
【００３１】
【数２】
【００３２】
となり、Ｒ2，Ｒ4では（ｎ＝２，４）：
【００３３】
【数３】
【００３４】
となる。
【００３５】
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Ｖc1（７１−１）とＶc2（７１−２）との電圧差は（数４）の通りになる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
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。
【００３８】
なお、本実施例では、励起電圧ｅ0は５Ｖにした。
【００３９】
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６０Ｂを構成する。
ここでＳＩＮブリッジ６１は、固定磁化層１３の方向をＣＯＳブリッジと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Ｖs1（７２−１）とＶs2（７２−２）との電圧差は（数５）の通りになる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
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。
【００４２】
【数６】
【００４３】
（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。
【００４４】
【数７】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、回転角計測装置の基本構成を図４に示す。
【００４８】
回転角計測装置８０は、磁気センサ７０と検出部３０２とで構成される。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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
これが、回転角計測装置の基本構成である。
【００５２】
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。
【００５３】
図５に実験装置の構成を示す。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の構成の回転角計測装置８０を配置した。回転角計測装置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。
【００５４】
回転体１２１をモータ（図示せず）で回転させながら、回転角計測装置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で構成されたもので、回転体１２１の原点位置において信号を発生する。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。
【００５５】
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、回転角計測装置８０の出力角度を読み取り、その角度を位相角θzとする。
【００５６】
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、回転角計測装置８０は正しい回転角を出力している。
【００５７】
次に、図５において、センサ磁石２０２と回転角計測装置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。
【００５８】
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、回転角計測装置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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、磁界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。
【００６５】
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。
【００６６】
次に、この角度ズレの原因について図７を用いて説明する。
【００６７】
図７（Ａ）は、センサ磁石２０２と回転角計測装置８０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７（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。
【００６８】
図７（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７（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。
【００６９】
渦電流の誘起磁界２５１が回転角計測装置８０の地点に及ぼす磁界の方向は図７（Ｂ）に図示したようになる。したがって、回転角計測装置８０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７（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の角度と回転角計測装置８０の出力角度との間で角度ズレが生じる。
【００７０】
渦電流の誘起磁界２５１の大きさは、渦電流が大きいほど大きくなる。渦電流は、導体との鎖交磁束の時間変化量が大きいほど大きくなるので、センサ磁石２０２の回転速度が速くなるほど渦電流の誘起磁界２５１も大きくなる。このため、回転速度が速くなるほど、回転角計測装置８０の出力角度の角度ズレ量も大きくなる。
【００７１】
また、鎖交磁束の時間変化量が同じ場合では、非磁性の導体２４０のシート抵抗が小さいほど渦電流が大きくなる。シート抵抗は材料の比抵抗に比例し、板厚に反比例する。したがって、比抵抗が小さな材料ほど角度ズレが大きくなる。ＳＵＳ３０４板（比抵抗ρ＝７２×１０-8Ωｍ）よりもアルミニウム板（比抵抗ρ＝２.７５×１０-8Ωｍ）の方が角度ズレが大きくなる原因は、このためである。また、板厚が厚いほど角度ズレが大きくなる。
【００７２】
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２４０を回転角計測装置８０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，回転角計測装置８０，非磁性の導体２４０の順番で配置した場合でも、非磁性の導体２４０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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、すなわち位相ズレである。
（３）角度原点のズレは、回転速度の関数である。
（４）角度原点のズレの回転速度依存性を示す関数の形は、少なくとも導体の材料，形状，配置される位置に依存する。
【００７５】
（１）において「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される。本明細書では、０.１°以上の計測誤差が生じる範囲を「近傍」と定義する。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。
【００７６】
次に、本実施例における回転角計測装置の構成を図１を用いて説明する。
【００７７】
本実施における回転角計測装置８０は、磁気センサ７０と検出部３０２とで構成される。磁束発生体（センサ磁石）２０２が設置された回転体１２１は、回転中心線２２６を中心に回転し、その回転角度をθrとする。回転角計測装置８０は、センサ磁石２０２の磁界の方向を計測することで、回転体の回転角度θrを計測する。
【００７８】
磁気センサ７０は、原角度信号セット１５５を出力する。原角度信号セット１５５とは、磁気センサ７０が検出した磁界方向の情報を担う信号または信号群を指す。
【００７９】
原角度信号セット１５５の具体的な信号形態は磁気センサ７０により異なる。例えば、磁界の角度に比例した電圧信号を出力する磁気センサの場合には、原角度信号セット１５５はその電圧信号であり、スカラー量である。また、図４に示した磁気センサ７０の場合には、信号のセット（Ｖc1，Ｖc2，Ｖs1，Ｖs2）が原角度信号セット１５５となる。この場合は、（数４），（数５），（数７）が示す通り、これら４つの信号で磁界方向の角度θを求めるからである。また、差動増幅器３５１Ａ，３５１Ｂが内蔵された磁気センサの場合には、信号セット（ΔＶc，ΔＶs）が原角度信号セット１５５となる。この場合、（数７）により磁界方向の角度θを求めるからである。また、磁界のＸ成分ＶxとＹ成分Ｖyとを出力する磁気センサの場合は、（Ｖx，Ｖy）が原角度信号セット１５５となる。この場合、atan２（Ｖy，Ｖx）で磁界の角度が求まるからである。
【００８０】
原角度信号セット１５５は、デジタル的な信号の場合もある。例えば、角度０〜３６０°に対応して０〜（２の１２乗−１）の値を出力する１２ビット角度出力信号の場合は、これが原角度信号セット１５５になる。
【００８１】
磁気センサ７０から出力された原角度信号セット１５５は検出部３０２に入力される。
検出部３０２内の角度算出部３１１において、原角度信号セット１５５は単純角度信号１５６（θ1）に変換される。単純角度信号１５６（θ1）は、原角度信号セット１５５から算出された角度であり、磁気センサ７０が検出した磁界の角度（磁界角度）に対応する。
【００８２】
図４の構成の磁気センサ７０の場合、単純角度信号１５６（θ1）は、（数７）で表されるθである。
【００８３】
角度算出部３１１では、回転体１２１の回転速度１５３（ω）も算出する。回転速度１５３（ω）は、原角度信号セット１５５の時間変化、あるいは、単純角度信号１５６（θ1）の時間変化から計算できる。例えば、（θ1，ω）の２変数を状態変数としたカルマンフィルタを用いて回転速度ωを計算できる。
【００８４】
検出部３０２内の補正部３２０には、回転速度１５３（ω）が入力される。補正部３２０では、渦電流の発生により生じる誤差を補正する補正値を、適切な補正関数を用いて出力する。具体的には、補正部は、回転速度１５３（ω）を引数とする補正関数Ｆed（ω）を有しており、回転速度に応じた角度ズレ（位相ズレ）の補正値を出力する。
【００８５】
補正関数Ｆed（ω）の具体例として、図６の結果を得た配置の場合を述べる。この配置での補正関数として、以下の式を用いた。
【００８６】
【数８】
【００８７】
ここで、回転速度ωは［Ｈｚ］単位、すなわち、１秒間当たりの回転数で表した値である。
【００８８】
上記の例では、補正関数Ｆed（ω）として一次関数を用いたが、本発明の補正関数は一次関数に限るわけではない。２次以上の多項式を用いても良いし、回転速度ωと補正値との対応を示した参照表（Look-up table）を用いてもよい。
【００８９】
単純角度信号１５６（θ1）を補正関数Ｆed（ω）を用いて補正した値は、補正角度信号１５１（θ2）として角度出力端子９０に出力される。具体的には、補正関数Ｆed（ω）で与えられる補正値を、単純角度信号１５６（θ1）に加算したものが補正角度信号１５１（θ2）になる。すなわち、数式で示すと（数９）となる。
【００９０】
【数９】
【００９１】
上記の実験結果の（２）に記した通り、非磁性の導体２４０の存在による計測誤差は、角度原点のズレ、すなわち位相ズレであるから、補正関数Ｆed（ω）は回転角の値には依存しない。
【００９２】
また、（数９）は次のようにも表せる。
【００９３】
【数１０】
【００９４】
すなわち、角度出力端子９０から出力される補正角度信号１５１（θ2）と、原角度信号セット１５５から求まる単純角度信号１５６（θ1）との差（θ2−θ1）は、回転速度ωに依存するが、回転角の値には依存しない、すなわち、回転角とは独立の値である。
【００９５】
図５において、センサ磁石２０２と回転角計測装置８０との間に厚さ１mmのアルミニウム板を設置した配置において、回転角計測装置８０として図１の構成のものを用いた場合の計測誤差の実測値を図８に示す。
【００９６】
図８において、●は補正なし、すなわち図４の構成の回転角計測装置を用いた場合である。これに対し、△は図１の構成の回転角計測装置８０を用いた場合である。補正関数には（数８）を用いた。補正関数を用いた場合には、回転速度ｆが２５０Ｈｚにおいても計測誤差が生じていない。このように、本実施例の構成の回転角計測装置８０を用いれば、例えば、磁気センサの電気ノイズ対策として非磁性の導体２４０をシールド板として配置した構成では、磁束発生体が高速に回転すると渦電流の影響により正しく磁界方向（回転方向）が計測できないという課題が生じていたところ、回転角計測装置８０の近傍に非磁性の導体が配置された場合でも、静止状態（０Ｈｚ）から高速回転まで精度良く、回転体１２１の回転角θを計測することができる。
【００９７】
（実施例２）
本発明を用いた第２の実施例について図９を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【００９８】
本実施例では、回転角計測装置８０に回転速度信号入力端子９４を備えている。回転体１２１の回転速度に対応した信号を回転速度信号入力端子９４から入力することで、その回転速度１５３（ω）に対応した補正値を補正部３２０で算出し、その補正値により単純角度信号１５６（θ1）を補正して、補正角度信号１５１（θ2）を角度出力端子９０に出力する。
【００９９】
本実施例では、回転速度１５３（ω）を算出する必要がないので、検出部３０２の構成が単純になるという利点がある。
【０１００】
さらに、単純角度信号１５６（θ1）の時間変化から回転速度１５３（ω）を算出すると、単純角度信号（θ1）のノイズの影響を受けやすくなるが、本実施例ではそのような問題も生じない。
【０１０１】
回転速度信号入力端子９４への入力は、回転体１２１の回転速度を計測する回転速度センサの出力信号を入力すればよい。
【０１０２】
なお、回転速度センサとしては、タコジェネレータなどを用いるとよい。
【０１０３】
また、回転体１２１を回転させるモータから回転速度に対応する信号を出力し、それを回転速度信号入力端子９４に入力してもよい。モータとして直流モータを用いている場合には、モータ電圧が回転速度に比例するので、適切な信号変換を施すことで、それを回転速度信号として用いることができる。
【０１０４】
（実施例３）
本発明の第３の実施例について図１０を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１０５】
本実施例は図１の構成に加えて補正関数設定手段９５を有する。
【０１０６】
前述の通り、角度原点のズレの回転速度依存性を示す関数の形は、少なくとも導体の材料，形状，配置される位置に依存する。したがって、適切な補正関数の関数形も、導体の材料，形状，配置される位置に依存する。
【０１０７】
本実施例の回転角計測装置８０では、補正関数設定手段９５を備えるため、補正関数の関数形を変更することが可能である。このため、回転角計測装置８０が使用される条件に応じて、適切な補正関数を設定できる。
【０１０８】
補正関数設定手段９５は、具体的には、通信端子により実現できる。補正関数として（数８）を用いる場合を例にすると、「＋０.０２１」というパラメータを通信端子９５を経由して回転角計測装置８０に入力し、補正部３２０内にそのパラメータを記憶・保管する。通信端子としては、補正関数設定に専用の通信端子を設ける必要は必ずしもなく、他のパラメータを設定する通信端子と共用してもよい。ここで、「他のパラメータ」としては、例えば、原角度信号セット１５５のオフセット補正パラメータなどがある。
【０１０９】
このように、本実施例によれば、汎用性のある回転角計測装置８０を提供できるという効果がある。
【０１１０】
なお、ここで述べた「補正関数の関数形」とは、前述の通り、１次関数や２次以上の多項式に限定されず、他の関数形や、参照表などの形式も含まれる。
【０１１１】
図１０では、図１の構成に、補正関数設定手段９５を加えた構成を示したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、図９の構成に補正関数設定手段９５を加えた構成でも良い。このような構成でも、汎用性のある回転角計測装置８０が提供できるという効果が得られる。
【０１１２】
（実施例４）
本発明の第４の実施例について図１１を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１１３】
本実施例は、図１の構成に加えて、基準位置信号入力端子９６を有する。
【０１１４】
本実施例では適切な補正関数を自動的に取得することを可能にすることを目的とする。
以下に、その具体的な方法を述べる。
【０１１５】
ここでは、一例として補正関数として１次式を用いる場合について述べる。
【０１１６】
回転体１２１には基準位置信号発生器２３０を設置する。基準位置信号発生器２３０は、回転体１２１がある特定の角度（基準位置）にある時点で信号を発生するものである。
回転体の基準位置とは、回転体の回転の原点と考えても良い。基準位置信号発生器２３０の具体的構成例は、図５に記載した通り、光学的スリットと発光ダイオード、受光器の組み合わせである。基準位置信号発生器２３０で発生させた信号を回転角計測装置８０の基準位置信号入力端子９６に入力する。
【０１１７】
この状態で、回転体１２１を複数の回転速度ωn（ｎ＝１，２，……）で回転させ、基準位置信号が入力された時点での単純角度の値θ1z（ωn）を測定し、その値を記憶させておく。これらの値を図１２のようにプロットする。１次の補正関数を用いる場合には、２種類の回転速度ω1とω2とで単純角度の値θ1z（ω1）とθ1z（ω2）すれば、次式で補正関数Ｆed（ω）が求まる。
【０１１８】
【数１１】
【０１１９】
これは、図８に示した「補正なし」の時のθz−回転速度ｆの特性を回転速度ωの関数で表し、それにマイナス符号をつけたものに相当する。
【０１２０】
一次式の補正関数を得る際に、図８のように、３種類以上の回転速度において単純角度θ1z（ωn）を測定し、最小２乗法を用いて補正関数を求めても良い。
【０１２１】
補正関数として、２次以上の多項式を用いる場合や、参照表を用いる場合も、上記と同様の方法で補正関数を求めることができることは明らかである。
【０１２２】
このように、本実施例の回転角計測装置８０は、基準位置信号入力端子９６を備えているために、補正関数を自動的に取得することが可能になるという効果がある。
【０１２３】
（実施例５）
本発明の第５の実施例について図１３を用いて説明する。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１２４】
本実施例では、非磁性の導体２４０をセンサ磁石２０２（磁束発生体）と磁気センサ７０との間に配置したものである。本実施例での回転角計測装置８０の構成は図１に示した構成である。
【０１２５】
本実施例によれば、補正部３２０において渦電流による誘起磁界の誤差の補正がなされるので、センサ磁石２０２と磁気センサ７０との間に非磁性の導体２４０が挿入された配置においても、回転体１２１を高速回転させても精度よく回転角を計測することが可能である。
【０１２６】
センサ磁石２０２と磁気センサ７０との間に非磁性の導体２４０を配置することの利点は、後に回転機に適用した実施例を用いて具体的に述べる。
【０１２７】
（実施例６）
本発明の第６の実施例について図１４を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１２８】
本実施例は、磁気センサ７０と検出部３０２と非磁性の導体２４０とをパッケージ２１８で一体化した回転角計測装置８０である。検出部３０２の構成は、図１の構成または図９乃至図１１の構成などを用いる。
【０１２９】
パッケージ２１８は、例えば樹脂を用いてモールド成型して一体化してもよい。
【０１３０】
検出部３０２の角度出力端子９０はパッケージ２１８の外側に取り出される。
【０１３１】
本実施例では、磁気センサ７０と検出部３０２に近接して非磁性の導体２４０を配置しているため、電気的ノイズを低減できるという効果がある。非磁性の導体２４０の材料は、比抵抗が小さい材料ほど電気的ノイズの低減効果が大きい。本実施例では銅（比抵抗ρ＝１.７×１０-8Ωｍ）を用いた。
【０１３２】
従来の回転角計測装置では、磁気センサ７０に近接して非磁性の導体２４０を配置すると、高速回転時の回転角を計測する際に、非磁性の導体２４０に誘起される渦電流による計測誤差が発生して計測精度が劣化するという問題があった。前述の通り、この問題は非磁性の導体２４０の材料の比抵抗が小さいほど計測精度劣化の程度が大きい。本実施例によれば、検出部３０２は補正部３２０において補正関数を用いて渦電流の影響を補正するので、図１４の構成でも、静止状態から高速回転まで高精度な回転角計測が可能である。
このため、電気的ノイズ低減用の非磁性の導体２４０の材料の選択の自由度が広がるという効果がある。
【０１３３】
（実施例７）
本発明の第７の実施例である制御装置について図１５を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１３４】
本実施例の制御装置８５は、図１５に示したように、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられるものである。
【０１３５】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１３６】
回転角演算処理部３０５は、角度算出部３１１と補正部３２０を備える。原角度信号入力端子９３から入力された原角度信号セット１５５は角度算出部３１１に入力され、単純角度θ1が算出される。また、原角度信号セット１５５の時間変化から、回転速度１５３（ω）も算出される。回転速度１５３（ω）は、補正部３２０に入力され、回転速度１５３（ω）を引数とする補正関数Ｆed（ω）を用いて補正値の値を求める。そして、単純角度θ1に補正値を加算することで補正角度信号１５１（θ2）を算出し、回転角演算処理部３０５から出力される。
【０１３７】
補正角度信号１５１（θ2）は、制御処理部３０８に入力され、制御処理部３０８はその補正角度信号１５１（θ2）を元に制御処理を行う。
【０１３８】
制御処理部３０８が行う制御処理は、制御装置８５の制御対象によるが、以下にいくつかの例を上げる。
【０１３９】
制御装置８５がモータの駆動を制御する制御装置（コントローラ）である場合には、補正角度信号１５１（θ2）に基づいて回転体１２１の回転角を検出し、検出された回転角に応じたモータ電圧印加信号をモータ駆動回路に出力する。これにより、制御装置８５はモータの駆動を制御する。
【０１４０】
制御装置８５が電動パワーステアリングを制御する制御装置（コントローラ）である場合には、補正角度信号１５１（θ2）に基づいて、ステアリングの状態を検出し、ハンドル操作による指令値などの情報と合わせて、ステアリング駆動用モータの状態を適切に制御する。
【０１４１】
制御装置の例としては、電子制御コントローラ（ＥＣＵ、Electronic Controller Unit）を含む。ＥＣＵはマイクロコンピュータ（ＭＰＵ、Micro-Processor Unit）を用いた制御装置である。
【０１４２】
（実施例８）
本発明の第８の実施例について図１６を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１４３】
本実施例の制御装置８５は、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられる。
【０１４４】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１４５】
制御装置８５は、回転速度信号入力端子９４を備える。回転速度信号入力端子９４に入力された回転速度ωの信号は、回転角演算処理部３０５内の補正部３２０に入力される。
補正部３２０は、この回転速度ωの値を用いて補正関数Ｆed（ω）により適切な補正値を算出する。
【０１４６】
本実施例では、上記構成により角度算出部３１１は回転速度ωを算出する必要がないので、構成が簡単になるという効果がある。
【０１４７】
（実施例９）
本発明の第９の実施例について図１７を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１４８】
本実施例の制御装置８５は、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられる。
【０１４９】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１５０】
本実施例では、回転角演算処理部３０５内の補正部３２０に入力する回転速度１５３として速度指令値ωcを用いる。速度指令値ωcは、制御処理部３０８から出力する。
【０１５１】
速度指令値ωcとは、制御装置８５が回転機の制御処理を行う場合、目標とする回転速度の設定値である。この速度指令値ωcは、制御処理部３０８が有するので、その信号を用いることができる。
【０１５２】
本実施例では上記構成により、角度算出部３１１で速度算出処理が不要であるばかりでなく、速度信号を外部から入力する必要もない。このため、制御装置８５の構成を単純化できるという効果がある。
【０１５３】
（実施例１０）
本発明の第１０の実施例について図１８を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１５４】
本実施例の制御装置８５は、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられる。
【０１５５】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１５６】
本実施例の制御装置８５は、補正関数設定手段９５を備える。
【０１５７】
前述の通り、角度原点のズレの回転速度依存性を示す関数の形は、少なくとも導体の材料，形状，配置される位置に依存する。したがって、適切な補正関数の関数形も、導体の材料，形状、位置に依存する。
【０１５８】
本実施例の制御装置８５では、補正関数設定手段９５を備えるため、補正関数の関数形を変更することが可能である。このため、制御装置８５が使用される条件に応じて、適切な補正関数を設定できる。
【０１５９】
補正関数設定手段９５は、具体的には、通信端子により実現できる。補正関数として（数８）を用いる場合を例にすると、「＋０.０２１」というパラメータを通信端子９５を経由して回転角計測装置８０に入力し、補正部３２０内にそのパラメータを記憶・保管する。通信端子としては、補正関数設定に専用の通信端子を設ける必要は必ずしもなく、他のパラメータを設定する通信端子と共用してもよい。ここで、「他のパラメータ」としては、例えば、原角度信号セット１５５のオフセット補正パラメータなどがある。
【０１６０】
このように、本実施例によれば、汎用性のある制御装置８５を提供できるという効果がある。
【０１６１】
なお、ここで述べた「補正関数の関数形」とは、前述の通り、１次関数や２次以上の多項式に限定されず、他の関数形や、参照表などの形式も含まれる。
【０１６２】
図１８では、図１５の構成に、補正関数設定手段９５を加えた構成を示したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、図１６や図１７の構成に補正関数設定手段９５を加えた構成でも良い。このような構成でも、汎用性のある制御装置８５が提供できるという効果が得られる。
【０１６３】
（実施例１１）
本発明の第１１の実施例について図１９を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１６４】
本実施例は、図１５の構成に加えて、基準位置信号入力端子９６を有する。
【０１６５】
本実施例は、適切な補正関数を自動的に取得することを可能にするためのものである。
補正関数を自動的に取得する方法は、先の実施例４で述べた図１１の構成の回転角計測装置８０で用いた方法と同様である。
【０１６６】
このように、本実施例の制御装置８５は、基準位置信号入力端子９６を備えているために、補正関数を自動的に取得することが可能になるという効果がある。
【０１６７】
（実施例１２）
本発明の第１２の実施例について図２０を用いて回転角計測装置を用いた回転機について述べる。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。
【０１６８】
図２０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。
【０１６９】
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から構成される。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表面磁石型同期モータを用いている。
【０１７０】
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から構成されている。第１ブラケット１０１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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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、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から構成されている。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
次に、回転角検出部２００の構成を説明する。
【０１７６】
回転角検出部２００は、回転角計測装置８０（以下、回転センサ・モジュール２０１と呼ぶ）とセンサ磁石２０２とで構成されている。なお、回転センサ・モジュール２０１は例えば本発明の実施例１の回転角計測装置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センサ・モジュール２０１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。
【０１７７】
回転センサ・モジュール２０１は、回転体１２１の回転中心線２２６上に回転センサ・モジュール２０１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。
【０１７８】
センサ磁石２０２は、２極着磁された２極磁石、あるいは４極以上に着磁された多極磁石であるとよい。
【０１７９】
回転センサ・モジュール２０１はハウジング２０３に設置されている。ハウジング２０３は磁束方向に影響を与えないようにアルミニウムや真鍮など非磁性の導体を用いるのがよい。本実施例ではアルミニウムで構成した。
【０１８０】
このように回転角計測装置８０の磁気センサ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、渦電流による誘起磁界が発生する。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。
【０１８１】
従来、非磁性の導体が磁気センサ７０に近接して設置されているため、渦電流による誘起磁界の影響により、回転体１２１が高速回転すると回転角の計測精度が劣化していた。
または、そのような劣化を防ぐために、ハウジング２０３の回転角計測装置８０の近傍部分を、樹脂などの非導体材料を用いる必要があった。
【０１８２】
しかしながら、本実施例では、回転センサ・モジュール２０１（回転角計測装置８０）は、本発明の実施例１に記載の回転角計測装置８０を用いており、このため、渦電流による計測誤差が補正され、停止時から高速回転に至る範囲において、高精度な回転角を計測できる。
【０１８３】
なお、回転センサ・モジュール２０１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もちろん構わない。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、磁界センサ２０１部での磁界方向変化を検出することで回転体１２１の回転角を検出することができるからである。
【０１８４】
回転センサ・モジュール２０１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２０１の出力信号を伝送する。
【０１８５】
（実施例１３）
本発明の第１３の実施例について図２１を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１８６】
本実施例では、例えば実施例１の回転角計測装置８０をハウジング２０３の外側に設置した。ハウジング２０３は非磁性の導体（導電体）２４０で構成する。本実施例ではハウジング２０３の材料としてアルミニウムを用いた。すなわち、センサ磁石２０２（磁束発生体）と磁気センサ７０の間に非磁性の導体２４０が配置されている構成である。
【０１８７】
このように回転機のハウジング２０３の外側に回転角計測装置８０を設置すると、回転角計測装置８０の設置が簡単になるという効果がある。また、回転角計測装置８０の交換も容易になるという効果がある。
【０１８８】
回転機のハウジング２０３の外側に回転角計測装置８０を設置すると、回転角計測装置８０の信号出力配線２０８の設置も容易になる。回転角計測装置８０がハウジング２０３の内側にある場合は、信号出力配線２０８を外側に取り出すためにハウジング２０３に取り出し孔を開ける必要があるが、回転角計測装置８０を外側に設置すればその必要がない。特に、防水構造の回転機を製作する際には、配線取り出し部の防水構造が複雑になるが、この点が容易になるという効果がある。このように、モータや発電機などの回転機において、磁束発生体を設置した回転体を金属製の筐体内に設置したいという要求があった。
【０１８９】
しかしながら、前述の通り従来ではこのような構成をすると渦電流による誘起磁界の影響により、回転体１２１が高速回転すると回転角の計測精度が劣化していた。または、そのような劣化を防ぐために、ハウジング２０３のセンサ磁石２０２と回転角計測装置８０の間の部分を、樹脂などの非導体材料を用いる必要があった。
【０１９０】
本実施例では、回転センサ・モジュール２０１（回転角計測装置８０）は、本発明の実施例１に記載の回転角計測装置を用いた。このため、渦電流による計測誤差が補正されるため、停止時から高速回転に至る範囲において、高精度に回転角を計測できる。
【０１９１】
このように、本発明によれば、磁束発生体を設置した回転体を金属製の筐体内に設置した構成でも、筐体の外側からその回転体の回転角を高精度に計測できる。
【０１９２】
（実施例１４）
本発明の第１４の実施例である回転機システムについて図２２を用いて述べる。
【０１９３】
本実施例の回転機システムは、回転機１００，センサ磁石（磁束発生体）２０２，回転角計測装置８０，ハウジング２０３，電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１１，回転機駆動部４１２とで構成される。
【０１９４】
回転角計測装置８０によって、回転機１００のロータ（回転体）１２１の回転角を精度良く計測する。電子制御ユニット４１１は、その情報を用いて回転機駆動部４１２を適切に制御して回転機１００の動作を制御する。
【０１９５】
本実施例では、ハウジング２０３には非磁性の導体を用いた。そのため、ロータ１２１が高速に回転するとハウジング２０３に渦電流が発生して、誘起磁界が生成する。
【０１９６】
本実施例の回転角計測装置８０は、図１の構成のものを用いた。したがって、本実施例の回転機システムにおいても渦電流が発生しても補正関数により正しく回転角を計測することができる。
【０１９７】
（実施例１５）
本発明の第１５の実施例である回転機システムについて図２３を用いて述べる。
【０１９８】
本実施例の回転機システムは、回転機１００，センサ磁石（磁束発生体）２０２，磁気センサ７０，ハウジング２０３，制御装置（ＥＣＵ）８５，回転機駆動部４１２とで構成される。なお、制御装置８５の構成は、図１５の構成である。
【０１９９】
磁気センサ７０は、磁界の方向に応じた原角度信号セット１５５を出力する。出力された原角度信号セット１５５は、制御装置８５の原角度信号入力端子９３に入力される。図１５の説明で記載したように、図１５の制御装置はセンサ磁石２０２が高速に回転した場合でも、渦電流の影響を補正した補正角度を出力するので、制御装置８５内では回転機１００のロータ（回転体）１２１の回転角を精度良く算出できる。
【０２００】
制御装置８５の制御処理部３０８は、この補正角度に基づいて、回転機駆動部４１２を適切に制御して、回転機１００の動作を制御する。
【０２０１】
本実施例では、ハウジング２０３には非磁性の導体を用いた。そのため、回転体１２１が高速に回転するとハウジング２０３に渦電流が発生して、誘起磁界が生成するが、このように、本実施例によれば、渦電流の補正機能を持たない磁気センサ７０を用いた回転機システムにおいて、制御装置８５で適切な補正を行うことで、高速回転時でも高精度な制御が可能である。
【０２０２】
（実施例１６）
本発明による第１６の実施例として電動パワーステアリングシステム（Electric Power-Assisted Steering）の例を図２４に示した。
【０２０３】
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。
【０２０４】
回転体１２１は回転機（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の近傍には回転角計測装置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。なお、回転角計測装置８０は、例えば本発明の実施例１、すなわち、図１の構成の回転角計測装置８０を用いる。
【０２０５】
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、回転角計測装置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。
【０２０６】
本実施例において、回転角計測装置８０の構成は図１の構成を用いたため、回転角計測装置８０の近傍に非磁性の導体を配置しても正しい回転角を計測できる。
【０２０７】
回転角計測装置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、簡単な構成になるという効果がある。
【０２０８】
（実施例１７）
本発明の第１７の実施例について図２５を用いて説明する。本実施例は回転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）の例である。
【０２０９】
図２５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。
【０２１０】
駆動モータ５５１には、図２１に記載の回転機を用いた。駆動モータ５５１は図２１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）と回転角計測装置８０とで構成される。なお、回転角計測装置８０の構成は図１に示した構成である。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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１に記載の回転角計測装置８０を用いた。
【０２１３】
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、回転角計測装置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は補正することで、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が要求され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効果がある。
【０２１４】
本実施例では、図２１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。
【０２１５】
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、筐体内部に回転角計測装置８０を入れる構成では、回転角計測装置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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
（実施例１８）
本発明の第１８の実施例について図２６を用いて説明する。本実施例は本発明による制御装置を用いた電気自動車駆動装置（電動車両駆動装置）の例である。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０２１８】
図２６は自動車の動力電気モータを用いた電気自動車駆動装置の模式図である。駆動モータ５５１と発電機５５２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。
【０２１９】
駆動モータ５５１には、本発明の図２０に記載の回転機を用いた。駆動モータ５５１は図２０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）と磁気センサ７０とで構成される。磁気センサ７０−１は、磁界の方向に感応し、磁界の方向に応じた原角度信号セットを出力する。
【０２２０】
発電機５５２には発電機磁気センサ７０−２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磁気センサ７０−２で検出し、原角度信号セットを出力する。
【０２２１】
磁気センサ７０−１と発電機磁気センサ７０−２から出力された原角度信号セットは、それぞれ制御装置８５（ＥＣＵ）の原角度信号入力端子９３−１，９３−２に入力される。
【０２２２】
制御装置８５の構成は図１５と同様の構成である。但し、本実施例の制御装置８５は、回転角演算処理部３０５を２系統もち、それぞれ磁気センサ７０−１からの原角度信号セットを回転角演算処理部３０５−１へ、発電機磁気センサ７０−２からの原角度信号セットを回転角演算処理部３０５−２へ入力される。２系統の回転角演算処理部３０５−１，３０５−２から出力された補正角度は、制御処理部３０８に入力される。
【０２２３】
制御処理部３０８は、２つの補正角度信号に基づいて、２つの回転機（駆動モータ５５１と発電機５５２）の回転状態を検知し、それぞれの回転機の回転機駆動部４１２−１，４１２−２に適切な信号を出力する。これにより、２つの回転機が協調動作を行う。このようにして、適切な状態を実現する、電動車両駆動装置ができる。
【０２２４】
本実施例で用いた制御装置８５は、渦電流による計測誤差を補正する機能を持っているので、磁気センサ７０−１や発電機磁気センサ７０−２の近傍に非磁性の導体が配置されていても、静止時から１５０００rpm（２５０Ｈｚ）という高速回転まで、精度良くそれぞれの回転機の回転角を計測することができる。
【０２２５】
なお、磁気センサ７０−１あるいは発電機用磁気センサ７０−２を、それぞれ対応する回転機の筐体の外側に設置しても良い。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【符号の説明】
【０２２８】
５１，５２ ＧＭＲ素子
６０ ＣＯＳブリッジ
６１ ＳＩＮブリッジ
７０ 磁気センサ
８０ 回転角計測装置
８５ 制御装置
９０ 角度出力端子
９４ 回転速度信号入力端子
９５ 補正関数設定手段
９６ 基準位置信号入力端子
９３ 原角度信号入力端子
１００ モータ部（回転機）
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
１５１ 補正角度信号
１５３ 回転速度
１５５ 原角度信号セット
１５６ 単純角度信号
２００ 回転角検出部
２０２，５６３ センサ磁石
２２６ 回転中心線
３０２ 検出部
３０３ 信号処理部
３０５ 回転角演算処理部
３０８ 制御処理部
３１１ 角度算出部
３２０ 補正部
３５１ 差動増幅器
４１１ 電子制御ユニット
４１２ 回転機（モータ）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
５６０ 駆動モータ回転角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いた回転角計測装置，回転機、および回転機システムに関する。また、磁気センサ信号を処理して回転機などを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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センサもある。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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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程度と極めて狭い。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特表２００８−５３３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献１は、磁束発生体と磁気センサとの間に非磁性の導電体を配置することで発生する渦電流の影響を低減するために非導電性材料を用いるものであるが、使用材料が非導電性材料に限定されてしまうという課題があった。このため、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の検出する際にその検出精度が悪いといった課題がある。
【００１７】
本発明の目的は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題は、下記の構成により解決することができる。
【００１９】
磁界方向に感応する磁気センサと、前記磁気センサからの出力が入力される検出部と、を備えた回転角計測装置であって、前記回転角計測装置は、磁束発生体を備えた回転体とともに用いられるものであり、前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セットであり、前記検出部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力することを特徴とする回転角計測装置。
【００２０】
原角度信号セットを入力して補正角度信号を算出する回転角演算処理部と、前記補正角度信号が入力される制御部とを備えた制御装置であって、前記制御装置は、磁束発生体を備えた回転体と磁界の方向に感応する磁気センサとともに用いられ、前記原角度信号セットは、前記磁気センサから出力される出力信号であり、前記回転角演算処理部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力し、前記制御部は、前記補正角度に基づいて処理を行うことを特徴とする制御装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図２】ＧＭＲ素子の構成を示す図である。
【図３】ＧＭＲ素子を用いた磁気センサの構成を示す図である。
【図４】回転角計測装置の構成を示す図である。
【図５】回転角計測装置の特性評価装置の構成を示す模式図である。
【図６】計測誤差と回転速度の関係の実験結果を示す図である。
【図７（Ａ）】センサ磁石と回転角計測装置との間に非磁性の導体を配置した構成の側面図である。
【図７（Ｂ）】図７（Ａ）の上面図である。
【図８】第１の実施例の回転角計測装置の特性を示す実験結果である。
【図９】第２の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１０】第３の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１１】第４の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１２】第４の実施例における補正関数を示す図である。
【図１３】第５の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１４】第６の実施例の回転角計測装置の構成を示す図である。
【図１５】第７の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１６】第８の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１７】第９の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１８】第１０の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図１９】第１１の実施例の制御装置の構成を示す図である。
【図２０】第１２の実施例の回転機の構成を示す図である。
【図２１】第１３の実施例の回転機の構成を示す図である。
【図２２】第１４の実施例の回転機システムの構成を示す図である。
【図２３】第１５の実施例の回転機システムの構成を示す図である。
【図２４】第１６の実施例の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
【図２５】第１７の実施例の電動車両駆動装置の構成を示す図である。
【図２６】第１８の実施例の電動車両駆動装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（実施例１）
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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θpと自由磁性層１１の磁化方向角度θf（２０）との差Δθ＝θf−θpに依存して変化する。したがって、ピン角θp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θf（２０）、すなわち外部磁界の方向３０を検出することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
【数１】
【００３０】
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６０Ａ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。自由磁性層１１の磁化方向θf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＝θf−θp2＝θf−θp1−π＝Δθ1＋πの関係が成り立つ。ここで、Δθ1は、θp＝０を基準としているので、Δθ1＝θと置き換える。したがって、（数１）式からわかるように、Ｒ1，Ｒ3では（ｎ＝１，３）、
【００３１】
【数２】
【００３２】
となり、Ｒ2，Ｒ4では（ｎ＝２，４）：
【００３３】
【数３】
【００３４】
となる。
【００３５】
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Ｖc1（７１−１）とＶc2（７１−２）との電圧差は（数４）の通りになる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
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。
【００３８】
なお、本実施例では、励起電圧ｅ0は５Ｖにした。
【００３９】
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６０Ｂを構成する。
ここでＳＩＮブリッジ６１は、固定磁化層１３の方向をＣＯＳブリッジと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Ｖs1（７２−１）とＶs2（７２−２）との電圧差は（数５）の通りになる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
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。
【００４２】
【数６】
【００４３】
（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。
【００４４】
【数７】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、回転角計測装置の基本構成を図４に示す。
【００４８】
回転角計測装置８０は、磁気センサ７０と検出部３０２とで構成される。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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
これが、回転角計測装置の基本構成である。
【００５２】
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。
【００５３】
図５に実験装置の構成を示す。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の構成の回転角計測装置８０を配置した。回転角計測装置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。
【００５４】
回転体１２１をモータ（図示せず）で回転させながら、回転角計測装置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で構成されたもので、回転体１２１の原点位置において信号を発生する。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。
【００５５】
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、回転角計測装置８０の出力角度を読み取り、その角度を位相角θzとする。
【００５６】
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、回転角計測装置８０は正しい回転角を出力している。
【００５７】
次に、図５において、センサ磁石２０２と回転角計測装置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。
【００５８】
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、回転角計測装置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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、磁界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。
【００６５】
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。
【００６６】
次に、この角度ズレの原因について図７を用いて説明する。
【００６７】
図７（Ａ）は、センサ磁石２０２と回転角計測装置８０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７（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。
【００６８】
図７（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７（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。
【００６９】
渦電流の誘起磁界２５１が回転角計測装置８０の地点に及ぼす磁界の方向は図７（Ｂ）に図示したようになる。したがって、回転角計測装置８０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７（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の角度と回転角計測装置８０の出力角度との間で角度ズレが生じる。
【００７０】
渦電流の誘起磁界２５１の大きさは、渦電流が大きいほど大きくなる。渦電流は、導体との鎖交磁束の時間変化量が大きいほど大きくなるので、センサ磁石２０２の回転速度が速くなるほど渦電流の誘起磁界２５１も大きくなる。このため、回転速度が速くなるほど、回転角計測装置８０の出力角度の角度ズレ量も大きくなる。
【００７１】
また、鎖交磁束の時間変化量が同じ場合では、非磁性の導体２４０のシート抵抗が小さいほど渦電流が大きくなる。シート抵抗は材料の比抵抗に比例し、板厚に反比例する。したがって、比抵抗が小さな材料ほど角度ズレが大きくなる。ＳＵＳ３０４板（比抵抗ρ＝７２×１０-8Ωｍ）よりもアルミニウム板（比抵抗ρ＝２.７５×１０-8Ωｍ）の方が角度ズレが大きくなる原因は、このためである。また、板厚が厚いほど角度ズレが大きくなる。
【００７２】
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２４０を回転角計測装置８０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，回転角計測装置８０，非磁性の導体２４０の順番で配置した場合でも、非磁性の導体２４０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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、すなわち位相ズレである。
（３）角度原点のズレは、回転速度の関数である。
（４）角度原点のズレの回転速度依存性を示す関数の形は、少なくとも導体の材料，形状，配置される位置に依存する。
【００７５】
（１）において「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される。本明細書では、０.１°以上の計測誤差が生じる範囲を「近傍」と定義する。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。
【００７６】
次に、本実施例における回転角計測装置の構成を図１を用いて説明する。
【００７７】
本実施における回転角計測装置８０は、磁気センサ７０と検出部３０２とで構成される。磁束発生体（センサ磁石）２０２が設置された回転体１２１は、回転中心線２２６を中心に回転し、その回転角度をθrとする。回転角計測装置８０は、センサ磁石２０２の磁界の方向を計測することで、回転体の回転角度θrを計測する。
【００７８】
磁気センサ７０は、原角度信号セット１５５を出力する。原角度信号セット１５５とは、磁気センサ７０が検出した磁界方向の情報を担う信号または信号群を指す。
【００７９】
原角度信号セット１５５の具体的な信号形態は磁気センサ７０により異なる。例えば、磁界の角度に比例した電圧信号を出力する磁気センサの場合には、原角度信号セット１５５はその電圧信号であり、スカラー量である。また、図４に示した磁気センサ７０の場合には、信号のセット（Ｖc1，Ｖc2，Ｖs1，Ｖs2）が原角度信号セット１５５となる。この場合は、（数４），（数５），（数７）が示す通り、これら４つの信号で磁界方向の角度θを求めるからである。また、差動増幅器３５１Ａ，３５１Ｂが内蔵された磁気センサの場合には、信号セット（ΔＶc，ΔＶs）が原角度信号セット１５５となる。この場合、（数７）により磁界方向の角度θを求めるからである。また、磁界のＸ成分ＶxとＹ成分Ｖyとを出力する磁気センサの場合は、（Ｖx，Ｖy）が原角度信号セット１５５となる。この場合、atan２（Ｖy，Ｖx）で磁界の角度が求まるからである。
【００８０】
原角度信号セット１５５は、デジタル的な信号の場合もある。例えば、角度０〜３６０°に対応して０〜（２の１２乗−１）の値を出力する１２ビット角度出力信号の場合は、これが原角度信号セット１５５になる。
【００８１】
磁気センサ７０から出力された原角度信号セット１５５は検出部３０２に入力される。
検出部３０２内の角度算出部３１１において、原角度信号セット１５５は単純角度信号１５６（θ1）に変換される。単純角度信号１５６（θ1）は、原角度信号セット１５５から算出された角度であり、磁気センサ７０が検出した磁界の角度（磁界角度）に対応する。
【００８２】
図４の構成の磁気センサ７０の場合、単純角度信号１５６（θ1）は、（数７）で表されるθである。
【００８３】
角度算出部３１１では、回転体１２１の回転速度１５３（ω）も算出する。回転速度１５３（ω）は、原角度信号セット１５５の時間変化、あるいは、単純角度信号１５６（θ1）の時間変化から計算できる。例えば、（θ1，ω）の２変数を状態変数としたカルマンフィルタを用いて回転速度ωを計算できる。
【００８４】
検出部３０２内の補正部３２０には、回転速度１５３（ω）が入力される。補正部３２０では、渦電流の発生により生じる誤差を補正する補正値を、適切な補正関数を用いて出力する。具体的には、補正部は、回転速度１５３（ω）を引数とする補正関数Ｆed（ω）を有しており、回転速度に応じた角度ズレ（位相ズレ）の補正値を出力する。
【００８５】
補正関数Ｆed（ω）の具体例として、図６の結果を得た配置の場合を述べる。この配置での補正関数として、以下の式を用いた。
【００８６】
【数８】
【００８７】
ここで、回転速度ωは［Ｈｚ］単位、すなわち、１秒間当たりの回転数で表した値である。
【００８８】
上記の例では、補正関数Ｆed（ω）として一次関数を用いたが、本発明の補正関数は一次関数に限るわけではない。２次以上の多項式を用いても良いし、回転速度ωと補正値との対応を示した参照表（Look-up table）を用いてもよい。
【００８９】
単純角度信号１５６（θ1）を補正関数Ｆed（ω）を用いて補正した値は、補正角度信号１５１（θ2）として角度出力端子９０に出力される。具体的には、補正関数Ｆed（ω）で与えられる補正値を、単純角度信号１５６（θ1）に加算したものが補正角度信号１５１（θ2）になる。すなわち、数式で示すと（数９）となる。
【００９０】
【数９】
【００９１】
上記の実験結果の（２）に記した通り、非磁性の導体２４０の存在による計測誤差は、角度原点のズレ、すなわち位相ズレであるから、補正関数Ｆed（ω）は回転角の値には依存しない。
【００９２】
また、（数９）は次のようにも表せる。
【００９３】
【数１０】
【００９４】
すなわち、角度出力端子９０から出力される補正角度信号１５１（θ2）と、原角度信号セット１５５から求まる単純角度信号１５６（θ1）との差（θ2−θ1）は、回転速度ωに依存するが、回転角の値には依存しない、すなわち、回転角とは独立の値である。
【００９５】
図５において、センサ磁石２０２と回転角計測装置８０との間に厚さ１mmのアルミニウム板を設置した配置において、回転角計測装置８０として図１の構成のものを用いた場合の計測誤差の実測値を図８に示す。
【００９６】
図８において、●は補正なし、すなわち図４の構成の回転角計測装置を用いた場合である。これに対し、△は図１の構成の回転角計測装置８０を用いた場合である。補正関数には（数８）を用いた。補正関数を用いた場合には、回転速度ｆが２５０Ｈｚにおいても計測誤差が生じていない。このように、本実施例の構成の回転角計測装置８０を用いれば、例えば、磁気センサの電気ノイズ対策として非磁性の導体２４０をシールド板として配置した構成では、磁束発生体が高速に回転すると渦電流の影響により正しく磁界方向（回転方向）が計測できないという課題が生じていたところ、回転角計測装置８０の近傍に非磁性の導体が配置された場合でも、静止状態（０Ｈｚ）から高速回転まで精度良く、回転体１２１の回転角θを計測することができる。
【００９７】
（実施例２）
本発明を用いた第２の実施例について図９を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【００９８】
本実施例では、回転角計測装置８０に回転速度信号入力端子９４を備えている。回転体１２１の回転速度に対応した信号を回転速度信号入力端子９４から入力することで、その回転速度１５３（ω）に対応した補正値を補正部３２０で算出し、その補正値により単純角度信号１５６（θ1）を補正して、補正角度信号１５１（θ2）を角度出力端子９０に出力する。
【００９９】
本実施例では、回転速度１５３（ω）を算出する必要がないので、検出部３０２の構成が単純になるという利点がある。
【０１００】
さらに、単純角度信号１５６（θ1）の時間変化から回転速度１５３（ω）を算出すると、単純角度信号（θ1）のノイズの影響を受けやすくなるが、本実施例ではそのような問題も生じない。
【０１０１】
回転速度信号入力端子９４への入力は、回転体１２１の回転速度を計測する回転速度センサの出力信号を入力すればよい。
【０１０２】
なお、回転速度センサとしては、タコジェネレータなどを用いるとよい。
【０１０３】
また、回転体１２１を回転させるモータから回転速度に対応する信号を出力し、それを回転速度信号入力端子９４に入力してもよい。モータとして直流モータを用いている場合には、モータ電圧が回転速度に比例するので、適切な信号変換を施すことで、それを回転速度信号として用いることができる。
【０１０４】
（実施例３）
本発明の第３の実施例について図１０を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１０５】
本実施例は図１の構成に加えて補正関数設定手段９５を有する。
【０１０６】
前述の通り、角度原点のズレの回転速度依存性を示す関数の形は、少なくとも導体の材料，形状，配置される位置に依存する。したがって、適切な補正関数の関数形も、導体の材料，形状，配置される位置に依存する。
【０１０７】
本実施例の回転角計測装置８０では、補正関数設定手段９５を備えるため、補正関数の関数形を変更することが可能である。このため、回転角計測装置８０が使用される条件に応じて、適切な補正関数を設定できる。
【０１０８】
補正関数設定手段９５は、具体的には、通信端子により実現できる。補正関数として（数８）を用いる場合を例にすると、「＋０.０２１」というパラメータを通信端子９５を経由して回転角計測装置８０に入力し、補正部３２０内にそのパラメータを記憶・保管する。通信端子としては、補正関数設定に専用の通信端子を設ける必要は必ずしもなく、他のパラメータを設定する通信端子と共用してもよい。ここで、「他のパラメータ」としては、例えば、原角度信号セット１５５のオフセット補正パラメータなどがある。
【０１０９】
このように、本実施例によれば、汎用性のある回転角計測装置８０を提供できるという効果がある。
【０１１０】
なお、ここで述べた「補正関数の関数形」とは、前述の通り、１次関数や２次以上の多項式に限定されず、他の関数形や、参照表などの形式も含まれる。
【０１１１】
図１０では、図１の構成に、補正関数設定手段９５を加えた構成を示したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、図９の構成に補正関数設定手段９５を加えた構成でも良い。このような構成でも、汎用性のある回転角計測装置８０が提供できるという効果が得られる。
【０１１２】
（実施例４）
本発明の第４の実施例について図１１を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１１３】
本実施例は、図１の構成に加えて、基準位置信号入力端子９６を有する。
【０１１４】
本実施例では適切な補正関数を自動的に取得することを可能にすることを目的とする。
以下に、その具体的な方法を述べる。
【０１１５】
ここでは、一例として補正関数として１次式を用いる場合について述べる。
【０１１６】
回転体１２１には基準位置信号発生器２３０を設置する。基準位置信号発生器２３０は、回転体１２１がある特定の角度（基準位置）にある時点で信号を発生するものである。
回転体の基準位置とは、回転体の回転の原点と考えても良い。基準位置信号発生器２３０の具体的構成例は、図５に記載した通り、光学的スリットと発光ダイオード、受光器の組み合わせである。基準位置信号発生器２３０で発生させた信号を回転角計測装置８０の基準位置信号入力端子９６に入力する。
【０１１７】
この状態で、回転体１２１を複数の回転速度ωn（ｎ＝１，２，……）で回転させ、基準位置信号が入力された時点での単純角度の値θ1z（ωn）を測定し、その値を記憶させておく。これらの値を図１２のようにプロットする。１次の補正関数を用いる場合には、２種類の回転速度ω1とω2とで単純角度の値θ1z（ω1）とθ1z（ω2）すれば、次式で補正関数Ｆed（ω）が求まる。
【０１１８】
【数１１】
【０１１９】
これは、図８に示した「補正なし」の時のθz−回転速度ｆの特性を回転速度ωの関数で表し、それにマイナス符号をつけたものに相当する。
【０１２０】
一次式の補正関数を得る際に、図８のように、３種類以上の回転速度において単純角度θ1z（ωn）を測定し、最小２乗法を用いて補正関数を求めても良い。
【０１２１】
補正関数として、２次以上の多項式を用いる場合や、参照表を用いる場合も、上記と同様の方法で補正関数を求めることができることは明らかである。
【０１２２】
このように、本実施例の回転角計測装置８０は、基準位置信号入力端子９６を備えているために、補正関数を自動的に取得することが可能になるという効果がある。
【０１２３】
（実施例５）
本発明の第５の実施例について図１３を用いて説明する。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１２４】
本実施例では、非磁性の導体２４０をセンサ磁石２０２（磁束発生体）と磁気センサ７０との間に配置したものである。本実施例での回転角計測装置８０の構成は図１に示した構成である。
【０１２５】
本実施例によれば、補正部３２０において渦電流による誘起磁界の誤差の補正がなされるので、センサ磁石２０２と磁気センサ７０との間に非磁性の導体２４０が挿入された配置においても、回転体１２１を高速回転させても精度よく回転角を計測することが可能である。
【０１２６】
センサ磁石２０２と磁気センサ７０との間に非磁性の導体２４０を配置することの利点は、後に回転機に適用した実施例を用いて具体的に述べる。
【０１２７】
（実施例６）
本発明の第６の実施例について図１４を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１２８】
本実施例は、磁気センサ７０と検出部３０２と非磁性の導体２４０とをパッケージ２１８で一体化した回転角計測装置８０である。検出部３０２の構成は、図１の構成または図９乃至図１１の構成などを用いる。
【０１２９】
パッケージ２１８は、例えば樹脂を用いてモールド成型して一体化してもよい。
【０１３０】
検出部３０２の角度出力端子９０はパッケージ２１８の外側に取り出される。
【０１３１】
本実施例では、磁気センサ７０と検出部３０２に近接して非磁性の導体２４０を配置しているため、電気的ノイズを低減できるという効果がある。非磁性の導体２４０の材料は、比抵抗が小さい材料ほど電気的ノイズの低減効果が大きい。本実施例では銅（比抵抗ρ＝１.７×１０-8Ωｍ）を用いた。
【０１３２】
従来の回転角計測装置では、磁気センサ７０に近接して非磁性の導体２４０を配置すると、高速回転時の回転角を計測する際に、非磁性の導体２４０に誘起される渦電流による計測誤差が発生して計測精度が劣化するという問題があった。前述の通り、この問題は非磁性の導体２４０の材料の比抵抗が小さいほど計測精度劣化の程度が大きい。本実施例によれば、検出部３０２は補正部３２０において補正関数を用いて渦電流の影響を補正するので、図１４の構成でも、静止状態から高速回転まで高精度な回転角計測が可能である。
このため、電気的ノイズ低減用の非磁性の導体２４０の材料の選択の自由度が広がるという効果がある。
【０１３３】
（実施例７）
本発明の第７の実施例である制御装置について図１５を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１３４】
本実施例の制御装置８５は、図１５に示したように、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられるものである。
【０１３５】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１３６】
回転角演算処理部３０５は、角度算出部３１１と補正部３２０を備える。原角度信号入力端子９３から入力された原角度信号セット１５５は角度算出部３１１に入力され、単純角度θ1が算出される。また、原角度信号セット１５５の時間変化から、回転速度１５３（ω）も算出される。回転速度１５３（ω）は、補正部３２０に入力され、回転速度１５３（ω）を引数とする補正関数Ｆed（ω）を用いて補正値の値を求める。そして、単純角度θ1に補正値を加算することで補正角度信号１５１（θ2）を算出し、回転角演算処理部３０５から出力される。
【０１３７】
補正角度信号１５１（θ2）は、制御処理部３０８に入力され、制御処理部３０８はその補正角度信号１５１（θ2）を元に制御処理を行う。
【０１３８】
制御処理部３０８が行う制御処理は、制御装置８５の制御対象によるが、以下にいくつかの例を上げる。
【０１３９】
制御装置８５がモータの駆動を制御する制御装置（コントローラ）である場合には、補正角度信号１５１（θ2）に基づいて回転体１２１の回転角を検出し、検出された回転角に応じたモータ電圧印加信号をモータ駆動回路に出力する。これにより、制御装置８５はモータの駆動を制御する。
【０１４０】
制御装置８５が電動パワーステアリングを制御する制御装置（コントローラ）である場合には、補正角度信号１５１（θ2）に基づいて、ステアリングの状態を検出し、ハンドル操作による指令値などの情報と合わせて、ステアリング駆動用モータの状態を適切に制御する。
【０１４１】
制御装置の例としては、電子制御コントローラ（ＥＣＵ、Electronic Controller Unit）を含む。ＥＣＵはマイクロコンピュータ（ＭＰＵ、Micro-Processor Unit）を用いた制御装置である。
【０１４２】
（実施例８）
本発明の第８の実施例について図１６を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１４３】
本実施例の制御装置８５は、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられる。
【０１４４】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１４５】
制御装置８５は、回転速度信号入力端子９４を備える。回転速度信号入力端子９４に入力された回転速度ωの信号は、回転角演算処理部３０５内の補正部３２０に入力される。
補正部３２０は、この回転速度ωの値を用いて補正関数Ｆed（ω）により適切な補正値を算出する。
【０１４６】
本実施例では、上記構成により角度算出部３１１は回転速度ωを算出する必要がないので、構成が簡単になるという効果がある。
【０１４７】
（実施例９）
本発明の第９の実施例について図１７を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１４８】
本実施例の制御装置８５は、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられる。
【０１４９】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１５０】
本実施例では、回転角演算処理部３０５内の補正部３２０に入力する回転速度１５３として速度指令値ωcを用いる。速度指令値ωcは、制御処理部３０８から出力する。
【０１５１】
速度指令値ωcとは、制御装置８５が回転機の制御処理を行う場合、目標とする回転速度の設定値である。この速度指令値ωcは、制御処理部３０８が有するので、その信号を用いることができる。
【０１５２】
本実施例では上記構成により、角度算出部３１１で速度算出処理が不要であるばかりでなく、速度信号を外部から入力する必要もない。このため、制御装置８５の構成を単純化できるという効果がある。
【０１５３】
（実施例１０）
本発明の第１０の実施例について図１８を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１５４】
本実施例の制御装置８５は、センサ磁石（磁束発生体）２０２を備えた回転体１２１と、磁気センサ７０とともに用いられる。
【０１５５】
制御装置８５は、磁気センサ７０からの出力信号を原角度信号セット１５５として入力する原角度信号入力端子９３を備える。制御装置８５は、回転角演算処理部３０５と制御処理部３０８とで構成される。
【０１５６】
本実施例の制御装置８５は、補正関数設定手段９５を備える。
【０１５７】
前述の通り、角度原点のズレの回転速度依存性を示す関数の形は、少なくとも導体の材料，形状，配置される位置に依存する。したがって、適切な補正関数の関数形も、導体の材料，形状、位置に依存する。
【０１５８】
本実施例の制御装置８５では、補正関数設定手段９５を備えるため、補正関数の関数形を変更することが可能である。このため、制御装置８５が使用される条件に応じて、適切な補正関数を設定できる。
【０１５９】
補正関数設定手段９５は、具体的には、通信端子により実現できる。補正関数として（数８）を用いる場合を例にすると、「＋０.０２１」というパラメータを通信端子９５を経由して回転角計測装置８０に入力し、補正部３２０内にそのパラメータを記憶・保管する。通信端子としては、補正関数設定に専用の通信端子を設ける必要は必ずしもなく、他のパラメータを設定する通信端子と共用してもよい。ここで、「他のパラメータ」としては、例えば、原角度信号セット１５５のオフセット補正パラメータなどがある。
【０１６０】
このように、本実施例によれば、汎用性のある制御装置８５を提供できるという効果がある。
【０１６１】
なお、ここで述べた「補正関数の関数形」とは、前述の通り、１次関数や２次以上の多項式に限定されず、他の関数形や、参照表などの形式も含まれる。
【０１６２】
図１８では、図１５の構成に、補正関数設定手段９５を加えた構成を示したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、図１６や図１７の構成に補正関数設定手段９５を加えた構成でも良い。このような構成でも、汎用性のある制御装置８５が提供できるという効果が得られる。
【０１６３】
（実施例１１）
本発明の第１１の実施例について図１９を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１６４】
本実施例は、図１５の構成に加えて、基準位置信号入力端子９６を有する。
【０１６５】
本実施例は、適切な補正関数を自動的に取得することを可能にするためのものである。
補正関数を自動的に取得する方法は、先の実施例４で述べた図１１の構成の回転角計測装置８０で用いた方法と同様である。
【０１６６】
このように、本実施例の制御装置８５は、基準位置信号入力端子９６を備えているために、補正関数を自動的に取得することが可能になるという効果がある。
【０１６７】
（実施例１２）
本発明の第１２の実施例について図２０を用いて回転角計測装置を用いた回転機について述べる。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。
【０１６８】
図２０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。
【０１６９】
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から構成される。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表面磁石型同期モータを用いている。
【０１７０】
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から構成されている。第１ブラケット１０１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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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、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から構成されている。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
次に、回転角検出部２００の構成を説明する。
【０１７６】
回転角検出部２００は、回転角計測装置８０（以下、回転センサ・モジュール２０１と呼ぶ）とセンサ磁石２０２とで構成されている。なお、回転センサ・モジュール２０１は例えば本発明の実施例１の回転角計測装置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センサ・モジュール２０１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。
【０１７７】
回転センサ・モジュール２０１は、回転体１２１の回転中心線２２６上に回転センサ・モジュール２０１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。
【０１７８】
センサ磁石２０２は、２極着磁された２極磁石、あるいは４極以上に着磁された多極磁石であるとよい。
【０１７９】
回転センサ・モジュール２０１はハウジング２０３に設置されている。ハウジング２０３は磁束方向に影響を与えないようにアルミニウムや真鍮など非磁性の導体を用いるのがよい。本実施例ではアルミニウムで構成した。
【０１８０】
このように回転角計測装置８０の磁気センサ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、渦電流による誘起磁界が発生する。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。
【０１８１】
従来、非磁性の導体が磁気センサ７０に近接して設置されているため、渦電流による誘起磁界の影響により、回転体１２１が高速回転すると回転角の計測精度が劣化していた。
または、そのような劣化を防ぐために、ハウジング２０３の回転角計測装置８０の近傍部分を、樹脂などの非導体材料を用いる必要があった。
【０１８２】
しかしながら、本実施例では、回転センサ・モジュール２０１（回転角計測装置８０）は、本発明の実施例１に記載の回転角計測装置８０を用いており、このため、渦電流による計測誤差が補正され、停止時から高速回転に至る範囲において、高精度な回転角を計測できる。
【０１８３】
なお、回転センサ・モジュール２０１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もちろん構わない。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、磁界センサ２０１部での磁界方向変化を検出することで回転体１２１の回転角を検出することができるからである。
【０１８４】
回転センサ・モジュール２０１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２０１の出力信号を伝送する。
【０１８５】
（実施例１３）
本発明の第１３の実施例について図２１を用いて述べる。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０１８６】
本実施例では、例えば実施例１の回転角計測装置８０をハウジング２０３の外側に設置した。ハウジング２０３は非磁性の導体（導電体）２４０で構成する。本実施例ではハウジング２０３の材料としてアルミニウムを用いた。すなわち、センサ磁石２０２（磁束発生体）と磁気センサ７０の間に非磁性の導体２４０が配置されている構成である。
【０１８７】
このように回転機のハウジング２０３の外側に回転角計測装置８０を設置すると、回転角計測装置８０の設置が簡単になるという効果がある。また、回転角計測装置８０の交換も容易になるという効果がある。
【０１８８】
回転機のハウジング２０３の外側に回転角計測装置８０を設置すると、回転角計測装置８０の信号出力配線２０８の設置も容易になる。回転角計測装置８０がハウジング２０３の内側にある場合は、信号出力配線２０８を外側に取り出すためにハウジング２０３に取り出し孔を開ける必要があるが、回転角計測装置８０を外側に設置すればその必要がない。特に、防水構造の回転機を製作する際には、配線取り出し部の防水構造が複雑になるが、この点が容易になるという効果がある。このように、モータや発電機などの回転機において、磁束発生体を設置した回転体を金属製の筐体内に設置したいという要求があった。
【０１８９】
しかしながら、前述の通り従来ではこのような構成をすると渦電流による誘起磁界の影響により、回転体１２１が高速回転すると回転角の計測精度が劣化していた。または、そのような劣化を防ぐために、ハウジング２０３のセンサ磁石２０２と回転角計測装置８０の間の部分を、樹脂などの非導体材料を用いる必要があった。
【０１９０】
本実施例では、回転センサ・モジュール２０１（回転角計測装置８０）は、本発明の実施例１に記載の回転角計測装置を用いた。このため、渦電流による計測誤差が補正されるため、停止時から高速回転に至る範囲において、高精度に回転角を計測できる。
【０１９１】
このように、本発明によれば、磁束発生体を設置した回転体を金属製の筐体内に設置した構成でも、筐体の外側からその回転体の回転角を高精度に計測できる。
【０１９２】
（実施例１４）
本発明の第１４の実施例である回転機システムについて図２２を用いて述べる。
【０１９３】
本実施例の回転機システムは、回転機１００，センサ磁石（磁束発生体）２０２，回転角計測装置８０，ハウジング２０３，電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１１，回転機駆動部４１２とで構成される。
【０１９４】
回転角計測装置８０によって、回転機１００のロータ（回転体）１２１の回転角を精度良く計測する。電子制御ユニット４１１は、その情報を用いて回転機駆動部４１２を適切に制御して回転機１００の動作を制御する。
【０１９５】
本実施例では、ハウジング２０３には非磁性の導体を用いた。そのため、ロータ１２１が高速に回転するとハウジング２０３に渦電流が発生して、誘起磁界が生成する。
【０１９６】
本実施例の回転角計測装置８０は、図１の構成のものを用いた。したがって、本実施例の回転機システムにおいても渦電流が発生しても補正関数により正しく回転角を計測することができる。
【０１９７】
（実施例１５）
本発明の第１５の実施例である回転機システムについて図２３を用いて述べる。
【０１９８】
本実施例の回転機システムは、回転機１００，センサ磁石（磁束発生体）２０２，磁気センサ７０，ハウジング２０３，制御装置（ＥＣＵ）８５，回転機駆動部４１２とで構成される。なお、制御装置８５の構成は、図１５の構成である。
【０１９９】
磁気センサ７０は、磁界の方向に応じた原角度信号セット１５５を出力する。出力された原角度信号セット１５５は、制御装置８５の原角度信号入力端子９３に入力される。図１５の説明で記載したように、図１５の制御装置はセンサ磁石２０２が高速に回転した場合でも、渦電流の影響を補正した補正角度を出力するので、制御装置８５内では回転機１００のロータ（回転体）１２１の回転角を精度良く算出できる。
【０２００】
制御装置８５の制御処理部３０８は、この補正角度に基づいて、回転機駆動部４１２を適切に制御して、回転機１００の動作を制御する。
【０２０１】
本実施例では、ハウジング２０３には非磁性の導体を用いた。そのため、回転体１２１が高速に回転するとハウジング２０３に渦電流が発生して、誘起磁界が生成するが、このように、本実施例によれば、渦電流の補正機能を持たない磁気センサ７０を用いた回転機システムにおいて、制御装置８５で適切な補正を行うことで、高速回転時でも高精度な制御が可能である。
【０２０２】
（実施例１６）
本発明による第１６の実施例として電動パワーステアリングシステム（Electric Power-Assisted Steering）の例を図２４に示した。
【０２０３】
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。
【０２０４】
回転体１２１は回転機（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の近傍には回転角計測装置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。なお、回転角計測装置８０は、例えば本発明の実施例１、すなわち、図１の構成の回転角計測装置８０を用いる。
【０２０５】
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、回転角計測装置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。
【０２０６】
本実施例において、回転角計測装置８０の構成は図１の構成を用いたため、回転角計測装置８０の近傍に非磁性の導体を配置しても正しい回転角を計測できる。
【０２０７】
回転角計測装置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、簡単な構成になるという効果がある。
【０２０８】
（実施例１７）
本発明の第１７の実施例について図２５を用いて説明する。本実施例は回転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）の例である。
【０２０９】
図２５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。
【０２１０】
駆動モータ５５１には、図２１に記載の回転機を用いた。駆動モータ５５１は図２１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）と回転角計測装置８０とで構成される。なお、回転角計測装置８０の構成は図１に示した構成である。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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１に記載の回転角計測装置８０を用いた。
【０２１３】
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、回転角計測装置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は補正することで、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が要求され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効果がある。
【０２１４】
本実施例では、図２１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。
【０２１５】
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、筐体内部に回転角計測装置８０を入れる構成では、回転角計測装置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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
（実施例１８）
本発明の第１８の実施例について図２６を用いて説明する。本実施例は本発明による制御装置を用いた電気自動車駆動装置（電動車両駆動装置）の例である。先の実施例と同様の構成については符号を同じくして説明を省略する。
【０２１８】
図２６は自動車の動力電気モータを用いた電気自動車駆動装置の模式図である。駆動モータ５５１と発電機５５２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。
【０２１９】
駆動モータ５５１には、本発明の図２０に記載の回転機を用いた。駆動モータ５５１は図２０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）と磁気センサ７０とで構成される。磁気センサ７０−１は、磁界の方向に感応し、磁界の方向に応じた原角度信号セットを出力する。
【０２２０】
発電機５５２には発電機磁気センサ７０−２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磁気センサ７０−２で検出し、原角度信号セットを出力する。
【０２２１】
磁気センサ７０−１と発電機磁気センサ７０−２から出力された原角度信号セットは、それぞれ制御装置８５（ＥＣＵ）の原角度信号入力端子９３−１，９３−２に入力される。
【０２２２】
制御装置８５の構成は図１５と同様の構成である。但し、本実施例の制御装置８５は、回転角演算処理部３０５を２系統もち、それぞれ磁気センサ７０−１からの原角度信号セットを回転角演算処理部３０５−１へ、発電機磁気センサ７０−２からの原角度信号セットを回転角演算処理部３０５−２へ入力される。２系統の回転角演算処理部３０５−１，３０５−２から出力された補正角度は、制御処理部３０８に入力される。
【０２２３】
制御処理部３０８は、２つの補正角度信号に基づいて、２つの回転機（駆動モータ５５１と発電機５５２）の回転状態を検知し、それぞれの回転機の回転機駆動部４１２−１，４１２−２に適切な信号を出力する。これにより、２つの回転機が協調動作を行う。このようにして、適切な状態を実現する、電動車両駆動装置ができる。
【０２２４】
本実施例で用いた制御装置８５は、渦電流による計測誤差を補正する機能を持っているので、磁気センサ７０−１や発電機磁気センサ７０−２の近傍に非磁性の導体が配置されていても、静止時から１５０００rpm（２５０Ｈｚ）という高速回転まで、精度良くそれぞれの回転機の回転角を計測することができる。
【０２２５】
なお、磁気センサ７０−１あるいは発電機用磁気センサ７０−２を、それぞれ対応する回転機の筐体の外側に設置しても良い。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【符号の説明】
【０２２８】
５１，５２ ＧＭＲ素子
６０ ＣＯＳブリッジ
６１ ＳＩＮブリッジ
７０ 磁気センサ
８０ 回転角計測装置
８５ 制御装置
９０ 角度出力端子
９４ 回転速度信号入力端子
９５ 補正関数設定手段
９６ 基準位置信号入力端子
９３ 原角度信号入力端子
１００ モータ部（回転機）
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
１５１ 補正角度信号
１５３ 回転速度
１５５ 原角度信号セット
１５６ 単純角度信号
２００ 回転角検出部
２０２，５６３ センサ磁石
２２６ 回転中心線
３０２ 検出部
３０３ 信号処理部
３０５ 回転角演算処理部
３０８ 制御処理部
３１１ 角度算出部
３２０ 補正部
３５１ 差動増幅器
４１１ 電子制御ユニット
４１２ 回転機（モータ）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
５６０ 駆動モータ回転角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界方向に感応する磁気センサと、前記磁気センサからの出力が入力される検出部と、を備えた回転角計測装置であって、
前記回転角計測装置は、磁束発生体を備えた回転体とともに用いられるものであり、
前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セットであり、
前記検出部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力することを特徴とする回転角計測装置。
【請求項２】
前記補正角度は、前記原角度信号セットから算出した単純角度に前記補正値を加算したものであり、
前記補正値は、前記単純角度の値とは独立であることを特徴とする請求項１に記載の回転角計測装置。
【請求項３】
前記原角度信号セットの時間変化から前記回転速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項４】
前記回転速度に対応する信号を入力する回転速度信号入力端子を有することを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項５】
前記回転速度信号入力端子に第２のセンサの出力信号を入力することを特徴とする請求項４に記載の回転角計測装置。
【請求項６】
前記補正関数を設定する補正関数設定手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項７】
前記回転体から発生する前記回転体の基準位置を示す基準位置信号を入力する基準位置信号入力部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項８】
前記磁束発生体と前記磁気センサとの間に前記非磁性の導体が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項９】
前記磁気センサの近傍に前記非磁性の導体が配置されてパッケージングされたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の回転角計測装置と、前記回転体を備えた回転機と、前記回転体と連動して回転する磁束発生体と、回転機駆動回路と、前記回転機駆動回路とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする回転機システム。
【請求項１１】
原角度信号セットを入力して補正角度信号を算出する回転角演算処理部と、前記補正角度信号が入力される制御部とを備えた制御装置であって、
前記制御装置は、磁束発生体を備えた回転体と磁界の方向に感応する磁気センサとともに用いられ、
前記原角度信号セットは、前記磁気センサから出力される出力信号であり、
前記回転角演算処理部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力し、
前記制御部は、前記補正角度に基づいて処理を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
前記補正角度は、前記原角度信号セットから算出した単純角度に前記補正値を加算したものであり、
前記補正値は、前記単純角度の値とは独立であることを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記原角度信号セットの時間変化から前記回転速度を求めることを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記回転速度に対応する信号を入力する回転速度信号入力端子を有することを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記回転速度信号入力端子に第２のセンサの出力信号を入力する請求項１４に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記補正関数を設定する補正関数設定手段を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１７】
前記回転体から発生する前記回転体の基準位置を示す基準位置信号を入力することを特徴とする基準位置信号入力部を備えた請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１８】
請求項１２に記載の制御装置と、前記回転体を備えた回転機と、前記回転体と連動して回転する磁束発生体と、前記磁気センサと、回転機駆動回路と、を備えた回転機システムであって、
前記磁気センサが出力する原角度信号セットを前記制御装置に入力することを特徴とする回転機システム。
【請求項１９】
請求項１２に記載の制御装置と、前記回転体に連動して回転する回転機と、前記磁気センサと前記回転機とを駆動する駆動回路と、を有する回転機システムであって、
前記磁気センサは、前記回転体に設けられた磁束発生体が発生する磁界方向を検知して前記原角度信号セットを出力し、
前記制御部は、前記補正角度に基づいて前記駆動回路の制御処理を行う回転機システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の回転角計測装置を用いた電動パワーステアリングシステム。
【請求項２１】
請求項１に記載の回転角計測装置を用いた電動車両駆動装置。
【請求項２２】
請求項１２に記載の制御装置を用いた電動車両駆動装置。
【請求項２３】
磁界方向に感応する磁気センサと、前記磁気センサからの出力が入力される検出部と、を備えた回転角計測装置であって、
前記回転角計測装置は、磁束発生体を備えた回転体とともに用いられるものであり、
前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セットであり、
前記検出部は、前記回転体の補正角度信号を出力し、
前記補正角度信号θ2と前記原角度信号セットから算出される単純角度信号θ1との差（θ2−θ1）は、回転速度に依存し、前記単純角度信号θ1からは独立な値であることを特徴とする回転角計測装置。
【請求項１】
磁界方向に感応する磁気センサと、前記磁気センサからの出力が入力される検出部と、を備えた回転角計測装置であって、
前記回転角計測装置は、磁束発生体を備えた回転体とともに用いられるものであり、
前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セットであり、
前記検出部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力することを特徴とする回転角計測装置。
【請求項２】
前記補正角度は、前記原角度信号セットから算出した単純角度に前記補正値を加算したものであり、
前記補正値は、前記単純角度の値とは独立であることを特徴とする請求項１に記載の回転角計測装置。
【請求項３】
前記原角度信号セットの時間変化から前記回転速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項４】
前記回転速度に対応する信号を入力する回転速度信号入力端子を有することを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項５】
前記回転速度信号入力端子に第２のセンサの出力信号を入力することを特徴とする請求項４に記載の回転角計測装置。
【請求項６】
前記補正関数を設定する補正関数設定手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項７】
前記回転体から発生する前記回転体の基準位置を示す基準位置信号を入力する基準位置信号入力部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項８】
前記磁束発生体と前記磁気センサとの間に前記非磁性の導体が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項９】
前記磁気センサの近傍に前記非磁性の導体が配置されてパッケージングされたことを特徴とする請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の回転角計測装置と、前記回転体を備えた回転機と、前記回転体と連動して回転する磁束発生体と、回転機駆動回路と、前記回転機駆動回路とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする回転機システム。
【請求項１１】
原角度信号セットを入力して補正角度信号を算出する回転角演算処理部と、前記補正角度信号が入力される制御部とを備えた制御装置であって、
前記制御装置は、磁束発生体を備えた回転体と磁界の方向に感応する磁気センサとともに用いられ、
前記原角度信号セットは、前記磁気センサから出力される出力信号であり、
前記回転角演算処理部は、前記回転体の回転速度を引数とする補正関数が出力する補正値を用いて前記磁気センサの近傍に配置された非磁性の導体の影響を補正した補正角度を出力し、
前記制御部は、前記補正角度に基づいて処理を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
前記補正角度は、前記原角度信号セットから算出した単純角度に前記補正値を加算したものであり、
前記補正値は、前記単純角度の値とは独立であることを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記原角度信号セットの時間変化から前記回転速度を求めることを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記回転速度に対応する信号を入力する回転速度信号入力端子を有することを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記回転速度信号入力端子に第２のセンサの出力信号を入力する請求項１４に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記補正関数を設定する補正関数設定手段を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１７】
前記回転体から発生する前記回転体の基準位置を示す基準位置信号を入力することを特徴とする基準位置信号入力部を備えた請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１８】
請求項１２に記載の制御装置と、前記回転体を備えた回転機と、前記回転体と連動して回転する磁束発生体と、前記磁気センサと、回転機駆動回路と、を備えた回転機システムであって、
前記磁気センサが出力する原角度信号セットを前記制御装置に入力することを特徴とする回転機システム。
【請求項１９】
請求項１２に記載の制御装置と、前記回転体に連動して回転する回転機と、前記磁気センサと前記回転機とを駆動する駆動回路と、を有する回転機システムであって、
前記磁気センサは、前記回転体に設けられた磁束発生体が発生する磁界方向を検知して前記原角度信号セットを出力し、
前記制御部は、前記補正角度に基づいて前記駆動回路の制御処理を行う回転機システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の回転角計測装置を用いた電動パワーステアリングシステム。
【請求項２１】
請求項１に記載の回転角計測装置を用いた電動車両駆動装置。
【請求項２２】
請求項１２に記載の制御装置を用いた電動車両駆動装置。
【請求項２３】
磁界方向に感応する磁気センサと、前記磁気センサからの出力が入力される検出部と、を備えた回転角計測装置であって、
前記回転角計測装置は、磁束発生体を備えた回転体とともに用いられるものであり、
前記磁気センサの出力は、前記磁界方向に対応した原角度信号セットであり、
前記検出部は、前記回転体の補正角度信号を出力し、
前記補正角度信号θ2と前記原角度信号セットから算出される単純角度信号θ1との差（θ2−θ1）は、回転速度に依存し、前記単純角度信号θ1からは独立な値であることを特徴とする回転角計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７（Ａ）】
【図７（Ｂ）】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７（Ａ）】
【図７（Ｂ）】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１３−１１５３８（Ｐ２０１３−１１５３８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５１５５（Ｐ２０１１−１４５１５５）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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