(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に取り付けられる磁石と、
前記磁石と対向して配置され、前記磁石の磁界方向に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記磁気センサに対向して配置された、導電性部材を有する板状部材と、を備え、
前記磁石によって前記磁気センサに生じる磁束密度である磁石磁束密度の大きさに対する、前記導電性部材の渦電流によって前記磁気センサに生じる磁束密度である渦電流磁束密度の大きさの比率が、予め設定された上限比率以下になるように、前記板状部材に、前記導電性部材が配置されていない配置禁止領域が設けられている角度検出装置。
【請求項２】
前記磁気センサは、前記磁石と前記板状部材との間に配置されている請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記上限比率は、許容される角度ずれの最大値によって設定されている請求項１又は２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記配置禁止領域は、前記磁石の中心と前記磁気センサの中心とを通る中心直線を中心とする円環板状の領域又は円板状の領域である請求項１から３のいずれか一項に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記配置禁止領域は、前記磁石の中心と前記磁気センサの中心とを通る中心直線を中心とし、前記磁石の最大外径を直径とする円の外側であって、前記磁石の前記最大外径の１倍よりも大きく２倍以下を直径とする円の内側の円環板状の領域である請求項１から３のいずれか一項に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記配置禁止領域は、前記板状部材の各部に鎖交する前記磁石の磁束における、前記磁石の中心と前記磁気センサの中心とを通る中心直線に平行な成分が、各部の前記中心直線に平行な成分の最大値の１／５倍以上になる領域である請求項１から３のいずれか一項に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記板状部材は、前記磁気センサが実装される基板である請求項１から６のいずれか一項に記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記基板は、ｎ層の基板（ｎは自然数）であり、
前記配置禁止領域は、少なくとも１層に設けられている請求項７に記載の角度検出装置。
【請求項９】
前記基板における前記配置禁止領域以外の部分に、回路パターンが形成されている請求項７又は８に記載の角度検出装置。
【請求項１０】
回転体に取り付けられる磁石と、
前記磁石と対向し、前記回転体の軸方向に間隔を空けて配置され、前記磁石の磁界方向に応じた信号を出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサと、
前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの間に配置された導電性部材と、
前記第１磁気センサの出力信号に応じた角度情報と前記第２磁気センサの出力信号に応じた角度情報とを平均化して最終的な角度情報を算出する角度算出器と、を備えた角度検出装置。
【請求項１１】
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記導電性部材に対して対称に配置される請求項１０に記載の角度検出装置。
【請求項１２】
前記導電性部材は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが実装された基板に設けられている請求項１０又は１１に記載の角度検出装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載された前記角度検出装置を備え、前記角度検出装置により検出された回転電機のロータ角度に基づいて、前記回転電機を制御する回転電機の制御装置。
【請求項１４】
前記回転電機は、車両用の発電電動機である請求項１３に記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、角度検出装置及び回転電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の装置では、非磁性の第１の導体と非磁性の第２の導体との間に磁気センサを配置することによって、第１の導体中に流れる渦電流が磁気センサに及ぼす磁界、及び第２の導体中の渦電流が磁気センサに及ぼす磁界が、互いに打ち消し合っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、渦電流の磁界による影響を、２つの導体を用いて打ち消し合わせており、磁気センサの両側に導体を配置する必要がある。そのため、磁気センサを含む角度検出装置を小型化又は低重量化することが難しい。
【０００５】
そこで、本願は、磁気センサの両側に２つの導体を設けることなく、磁気センサの近くに配置された導体に生じる渦電流による角度ずれを低減できる角度検出装置及びそれを備えた回転電機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に係る第１の角度検出装置は、
回転体に取り付けられる磁石と、
前記磁石と対向して配置され、前記磁石の磁界方向に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記磁気センサに対向して配置された、導電性部材を有する板状部材と、を備え、
前記磁石によって前記磁気センサに生じる磁束密度である磁石磁束密度の大きさに対する、前記導電性部材の渦電流によって前記磁気センサに生じる磁束密度である渦電流磁束密度の大きさの比率が、予め設定された上限比率以下になるように、前記板状部材に、前記導電性部材が配置されていない配置禁止領域が設けられているものである。
【０００７】
本願に係る第２の角度検出装置は、
回転体に取り付けられる磁石と、
前記磁石と対向し、前記回転体の軸方向に間隔を空けて配置され、前記磁石の磁界方向に応じた信号を出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサと、
前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの間に配置された導電性部材と、
前記第１磁気センサの出力信号に応じた角度情報と前記第２磁気センサの出力信号に応じた角度情報とを平均化して最終的な角度情報を算出する角度算出器と、を備えたものである。
【０００８】
また、本願に係る回転電機の制御装置は、上記の第１又は第２の角度検出装置を備え、前記角度検出装置により検出された回転電機のロータ角度に基づいて、前記回転電機を制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に係る第１の角度検出装置及び回転電機の制御装置によれば、板状部材に導電性部材の配置禁止領域を設けることにより、導電性部材の渦電流により発生する渦電流磁束密度の大きさを低下させることができる。比率が上限比率以下になるので、渦電流磁束密度による角度ずれを、所定値以下に抑制することができる。よって、磁気センサの両側に２つの導体を設けることなく、渦電流による角度ずれを低減できる。
【００１０】
本願に係る第２の角度検出装置及び回転電機の制御装置によれば、導電性部材の渦電流により角度情報の位相が互いに逆方向にずれた、第１磁気センサの角度情報と、第２磁気センサの角度情報とを平均化して角度情報を算出するので、角度の位相ずれが互いに打ち消し合わされ、渦電流による角度ずれを低減させることができる。よって、磁気センサの両側に２つの導体を設けることなく、渦電流による角度ずれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る角度検出装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る軸方向に見た角度検出装置の投影図である。
【図３】実施の形態１に係る渦電流による磁束を説明するための軸方向に見た角度検出装置の投影図である。
【図４】実施の形態１に係る配置禁止領域を説明するための軸方向に見た角度検出装置の投影図である。
【図５】実施の形態１に係る有効領域を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る配置禁止領域を説明するための図である。
【図７】実施の形態１に係る配置禁止領域を説明するための図である。
【図８】実施の形態１に係る磁気センサの配置を説明するための図である。
【図９】実施の形態１に係る角度検出装置を備えた回転電機の制御装置の概略構成図である。
【図１０】実施の形態１に係る角度検出装置を備えた回転電機の制御装置の概略構成図である。
【図１１】実施の形態２に係る角度検出装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願の角度検出装置の各実施の形態について図に基づいて説明する。各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る角度検出装置の全体構成を示す図である。なお、図１は、角度検出装置の要部を、回転軸心Ｃの径方向に見た図である。図２は、角度検出装置を、回転軸心Ｃに平行な方向（以下、軸方向Ｚと称す）に見た投影図である。回転軸心Ｃは、回転体４の仮想的な回転中心線である。軸方向Ｚは、後述するＸ軸方向及びＹ軸方向と直交する。
【００１４】
磁石１の中心と磁気センサ２の中心とを通る直線を中心直線と定義する。磁石１の中心は、Ｎ極とＳ極との中心であり、磁気センサ２の中心は、磁界を検出するセンサ素子部の中心である。本実施の形態では、磁石１及び磁気センサ２は、回転軸心Ｃ上に配置されている。よって、中心直線は、回転軸心Ｃに一致している。
【００１５】
＜磁石１＞
磁石１は、回転体４に取り付けられる。磁石１は、永久磁石である。本実施の形態では、磁石１は、回転体４としての回転軸４の先端に配置されている。回転軸４の先端に配置することで、回転軸４の外周に嵌合される場合に比べて歪の小さい磁界が得られ、角度誤差を低減することができる。しかし、磁石１は、回転軸４の外周に嵌合されてもよい。磁石１は、回転軸心Ｃ上に配置されている。磁石１のＮ極とＳ極とは、回転軸心Ｃに対して対称に配置されている。Ｎ極の径方向外側の端面の半径と、Ｓ極の径方向外側の端面の半径とは一致している。磁石１は、図１及び図２の矢印の方向に回転するものとする。
【００１６】
＜磁気センサ２＞
磁気センサ２は、磁石１と対向して配置されている。磁気センサ２は、磁石１の磁界方向に応じた信号を出力する。磁気センサ２は、回転軸心Ｃ上に配置されている。回転軸４の回転により、磁石１が回転すると、磁石１の磁界方向も回転し、磁気センサ２の出力信号も変化する。磁気センサ２には、磁気抵抗効果素子又はホール素子等が用いられる。
【００１７】
磁気センサ２は、センサ素子が配置されたＸＹ平面に鎖交する磁石１の磁界を検出し、Ｘ方向の磁界の大きさを表すセンサ余弦信号ＶｃｏｓとＹ方向の磁界の大きさを表すセンサ正弦信号Ｖｓｉｎとを出力する。センサ余弦信号Ｖｃｏｓは、磁石１の角度に応じた余弦波状の信号であり、センサ正弦信号Ｖｓｉｎは、磁石１の角度に応じた正弦波状の信号である。磁気センサ２のＸＹ平面は、回転軸心Ｃ（軸方向Ｚ）に直交するように配置される。ＸＹ平面は、互いに直交するＸ軸とＹ軸から構成され、Ｘ軸及びＹ軸の原点は、回転軸心Ｃ上に配置される。
【００１８】
＜角度算出器６＞
角度算出器６は、磁気センサ２の出力信号に基づいて、磁石１の角度を算出する。角度算出器６は、ＩＣ（Integrated Circuit）等のディジタル演算回路により構成される。或いは、角度算出器６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等を備えた回転電機等の制御装置に組み込まれてもよい。また、角度算出器６は、角度検出装置の一部を構成する概念としてもよいし、角度検出装置の外部の構成である概念としてもよい。
【００１９】
角度算出器６は、磁気センサ２から出力されたセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ及びセンサ正弦信号ＶｓｉｎをＡ／Ｄ変換する。そして、角度算出器６は、センサ余弦信号のＡ／Ｄ変換値Ｖｃｏｓ＿ａｄ、及びセンサ正弦信号のＡ／Ｄ変換値Ｖｓｉｎ＿ａｄに基づいて、角度θを算出する。例えば、式（１）を用いて、角度θが算出される。
【数１】
0006861867.tif 000002
【００２０】
余弦信号にオフセットＶｃｏｓ＿ｏｆｓが存在し、正弦信号にオフセットＶｓｉｎ＿ｏｆｓが存在する場合には、式（２）を用いて、角度θが算出される。
【数２】
0006861867.tif 000003
【００２１】
また、余弦信号と正弦信号との間に振幅ずれ、位相差ずれ等の誤差がある場合には、公知の方法によって補正されてもよい。
【００２２】
角度算出器６は、磁気センサ２に組み込まれてもよい。
【００２３】
＜導電性部材３を有する板状部材８＞
導電性部材３を有する板状部材８は、磁気センサ２に対向して配置されている。板状部材８は、磁気センサ２に対して磁石１とは反対側に配置されている。よって、磁気センサ２は、磁石１と板状部材８との間に配置されている。導電性部材３は、銅などの導電性の部材である。板状部材８及び導電性部材３は、平板状に形成されている。板状部材８及び導電性部材３は、回転軸心Ｃ上に配置されている。板状部材８及び導電性部材３は、回転軸心Ｃに直交している。
【００２４】
＜磁石磁束密度Ｂｍ＞
磁気センサ２に鎖交する磁石１の磁界は、図１の点線１０のように表すことができる。磁石１のＮ極から出た磁力線及びＳ極に戻る磁力線は、磁石１近傍では、ＸＹ平面に垂直な軸方向Ｚの成分が大きいが、磁気センサ２付近ではＸＹ平面に平行な成分が大きくなる。
【００２５】
時間ｔ＝０において、Ｘ軸方向に磁石１のＳ極が向いている場合について説明する。磁気センサ２に鎖交する磁石１の磁束密度である磁石磁束密度Ｂｍは、式（３）で与えられる。磁石磁束密度Ｂｍは、Ｘ軸方向の磁束密度及びＹ軸方向の磁束密度のベクトルで表されている。
【数３】
0006861867.tif 000004
【００２６】
ここで、ωは、磁石１の角速度であり、ｔは、時間である。ｃｏｓωｔ、ｓｉｎωｔは、磁石磁束密度Ｂｍの基本波であり、回転周波数の１次成分である。Ｂｍ＿ａｍｐは、磁石磁束密度Ｂｍの基本波の振幅であり、磁石磁束密度の大きさである。磁石磁束密度の大きさＢｍ＿ａｍｐは、磁石１の強さ（磁束密度）、磁石１と磁気センサ２との位置関係（距離、向き等）によって定まる。
【００２７】
＜導電性部材による渦電流磁束密度Ｂｅ＞
一方、磁石１の生成する磁界には、導電性部材３に対して垂直に入る成分が存在する。ここでは、導電性部材３が、板状部材８の全体に設けられていると仮定して、式導出を行う。図３の点線に示すように、導電性部材３における、回転軸心Ｃを中心とした半径ｒの円上の点ＰのＸＹ座標を、式（４）で与える。ここで、θｐは、Ｘ軸に対する点Ｐの角度である。
【数４】
0006861867.tif 000005
【００２８】
このとき、点Ｐにおける磁石１の磁束密度の鉛直方向（軸方向Ｚ）の成分は、式（５）で表現できる。磁束密度の振幅Ｂｐ＿ａｍｐは、磁石１の強さ（磁束密度）、点Ｐと磁石１との位置関係（距離、向き等）によって定まる。
【数５】
0006861867.tif 000006
【００２９】
磁石１は回転しているため、導電性部材３の点Ｐにおいて発生する起電力ｅｐは、式（６）で与えられる。
【数６】
0006861867.tif 000007
【００３０】
導電性部材３の抵抗をＲとすると、式（６）に起電力ｅｐによって生じる渦電流ｉｐは、式（７）となる。
【数７】
0006861867.tif 000008
【００３１】
導電性部材３の点Ｐの渦電流ｉｐによって生じる磁界は、図１の点線３０のようになる。磁気センサ２に鎖交する、導電性部材３の渦電流によって生じる磁束密度の大きさＢｅｐ＿ａｂｓは、式（７）の渦電流ｉｐに比例するので、式（７）に渦電流磁束係数ＫＢｅｐを乗算した、式（８）で与えられる。渦電流磁束係数ＫＢｅｐは、点Ｐと磁気センサ２との位置関係（距離等）によって定まる。
【数８】
0006861867.tif 000009
【００３２】
式（８）の磁束密度の大きさＢｅｐ＿ａｂｓを、Ｘ軸成分とＹ軸成分に分けると、導電性部材３の点Ｐの渦電流によって生じる、磁気センサ２に鎖交する磁束密度Ｂｅｐは、式（９）で与えられる。
【数９】
0006861867.tif 000010
【００３３】
図３に点線で示すような、点Ｐを回転させた円周上の点であれば同様に表現できるので、導電性部材３の円周上に発生する渦電流によって生じる、磁気センサ２に鎖交する磁束密度Ｂｅｃは、式（９）を円周上に積分すると、式（１０）で与えられる。
【数１０】
0006861867.tif 000011
【００３４】
導電性部材３の全ての領域の渦電流を考慮してもよいが、渦電流が小さくなる領域は、省略することができる。渦電流が大きくなる領域は、導電性部材３に対して垂直に入る磁石１の磁束が大きくなる領域に対応し、磁石１のＮ極及びＳ極の径方向の位置に対応する。図４にハッチングで示すように、渦電流が大きくなる領域は、回転軸心Ｃを中心とした円環板状の領域になる。渦電流が大きくなる円環板状の領域の内径及び外径は、導電性部材３が磁石１から離れて配置されるに従って、小さくなる。
【００３５】
板状部材８に鎖交する磁石１の磁束密度の軸方向Ｚの成分は、図５に示すように、回転軸心Ｃに対する径方向の位置（半径ｒ）に応じて変化する。ここで、磁束密度の軸方向Ｚの成分が大きくなる有効領域について考える。有効領域は、板状部材８の各部に鎖交する磁石１の磁束密度の軸方向Ｚ（中心直線に平行な方向）の成分が、各部の軸方向Ｚの成分の最大値Ｂｍａｘの１／５倍以上になる領域に設定される。
【００３６】
軸方向Ｚの磁束密度が最大値となる径方向の位置は、磁石１と板状部材８との位置関係によって定まる。図６は、上段に、磁石１の磁界が板状部材８に鎖交する様子を示し、下段に、その時の有効領域を示している。板状部材８が磁石１の近くに配置された（ａ）の場合には、磁力線の軸方向Ｚ成分が最大となるのは磁石１の径方向外側の端部よりも径方向外側の径方向位置になり、有効領域は、回転軸心Ｃを中心とした円環板状の領域になる。一方、板状部材８が磁石１から離れて配置された（ｂ）の場合には、磁力線の軸方向Ｚの成分が最大となるのは（ａ）より径方向内側に移動し、有効領域は、回転軸心Ｃを中心とした円板状の領域になる。
【００３７】
製品の小型化は、多くの場合に求められるため、磁石１と板状部材８の距離はできるだけ小さいことが望ましい。その場合、図６の（ａ）のように、渦電流が最大、つまり磁石１の磁力線の軸方向Ｚの成分が最大となる位置は、磁石１よりも径方向外側の径方向位置なるので、磁石１の外径を半径とする円の径方向外側に配置禁止領域７が設定されればよい。
【００３８】
図４にハッチングで示すような円環板状の有効領域の渦電流によって生じる、磁気センサ２に鎖交する磁束密度である渦電流磁束密度Ｂｅは、式（１０）の円周上に発生した渦電流による磁束密度を径方向に積算したものとなり、式（１０）と同様の式（１１）で与えられる。渦電流磁束密度Ｂｅは、Ｘ軸方向の磁束密度及びＹ軸方向の磁束密度のベクトルで表されている。
【数１１】
0006861867.tif 000012
【００３９】
ここで、ωは、磁石１の角速度であり、ｔは、時間である。ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔは、渦電流磁束密度Ｂｅの基本波であり、回転周波数の１次成分である。Ｂｅ＿ａｍｐは、渦電流磁束密度Ｂｅの基本波の振幅であり、渦電流磁束密度の大きさである。渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐは、磁石１の強さ（磁束密度）、磁石１と導電性部材３との位置関係、導電性部材３と磁気センサ２との位置関係によって定まる。
【００４０】
＜渦電流磁束密度によるセンサ出力の位相進み＞
磁気センサ２で検出する合計磁束密度Ｂｓは、磁石磁束密度Ｂｍと渦電流磁束密度Ｂｅとの合計であるから、式（１２）で与えられる。
【数１２】
0006861867.tif 000013
【００４１】
磁石磁束密度Ｂｍに対して渦電流磁束密度Ｂｅは微小であるため、磁石磁束密度の大きさＢｍ＿ａｍｐと渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐとの間には、式（１３）が成り立つ。式（１３）を用いると、式（１２）に、式（３）及び式（１１）を代入した式は、式（１４）のように近似できる。
【数１３】
0006861867.tif 000014
【数１４】
0006861867.tif 000015
【００４２】
式（１４）より、合計磁束密度Ｂｓは、渦電流磁束密度Ｂｅが加算されることによって、式（３）の磁石磁束密度Ｂｍに対して、Ｂｅ＿ａｍｐ／Ｂｍ＿ａｍｐ×ωだけ位相が進んだ磁束密度になる。よって、合計磁束密度ＢｓのＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分によって得られる磁気センサ２のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ及びセンサ正弦信号Ｖｓｉｎは、磁石磁束密度Ｂｍによって得られるセンサ信号に対して、Ｂｅ＿ａｍｐ／Ｂｍ＿ａｍｐ×ωだけ位相が進む。ここで、Ｂｅ＿ａｍｐは、渦電流磁束密度Ｂｅの大きさであり、Ｂｍ＿ａｍｐは、磁石磁束密度Ｂｍの大きさであり、ωは、磁石１の角速度である。
【００４３】
式（１４）の合計磁束密度Ｂｓによって得られる磁気センサ２のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ及びセンサ正弦信号Ｖｓｉｎは、式（１５）で表される。
【数１５】
0006861867.tif 000016
【００４４】
角度θは、式（１）を用いて算出されるので、算出される角度θは、式（１６）のようになり、Ｂｅ＿ａｍｐ／Ｂｍ＿ａｍｐ×ωの角度ずれが生じる。
【数１６】
0006861867.tif 000017
【００４５】
角度ずれを、Ｋ×ω以内に抑制したい場合は、式（１７）を満たせばよい。式（１７）を満たすことで、角速度ωの条件で、角度ずれを、Ｋ×ω以内に抑制することができる。
【数１７】
0006861867.tif 000018
【００４６】
ここで、Ｋを、上限比率と称す。また、Ｂｅ＿ａｍｐは、導電性部材３の渦電流によって磁気センサ２に生じる磁束密度である渦電流磁束密度の大きさであり、Ｂｍ＿ａｍｐは、磁石１によって磁気センサ２に生じる磁束密度である磁石磁束密度の大きさである。
【００４７】
角速度の検出範囲の最大角速度をωｍａｘとし、許容される角度ずれの最大値をθｍａｘとしたい場合には、例えば、上限比率Ｋは、式（１８）で与えられる。
【数１８】
0006861867.tif 000019
【００４８】
＜導電性部材３の配置禁止領域７＞
そこで、式（１７）に示したように、磁石１によって磁気センサ２に生じる磁石磁束密度の大きさＢｍ＿ａｍｐに対する、導電性部材３の渦電流によって磁気センサ２に生じる渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐの比率が、予め設定された上限比率Ｋ以下になるように、板状部材８に、導電性部材３が配置されていない配置禁止領域７が設けられている。
【００４９】
導電性部材３の配置禁止領域７を設けることにより、導電性部材３の渦電流により発生する渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐを低下させることができる。比率が上限比率Ｋ以下になるので、渦電流磁束密度による角度ずれを、所定値以下に抑制することができる。
【００５０】
上限比率Ｋは、式（１８）に示したように、許容される角度ずれの最大値θｍａｘによって設定されている。この構成によれば、渦電流磁束密度による角度ずれを、角度ずれの最大値θｍａｘ以内に抑制することができる。
【００５１】
図６の（ａ）及び（ｂ）に示したように、配置禁止領域７は、回転軸心Ｃ（中心直線）を中心とする円環板状の領域又は円板状の領域であるとよい。この構成によれば、板状部材８に鎖交する磁石１の磁束が大きくなる領域が、配置禁止領域７に設定され、渦電流磁束密度を効果的に低減することができる。
【００５２】
角度検出装置を小型化するためには、図６の（ａ）のように、磁石１と板状部材８との距離が小さくなる。そこで、配置禁止領域７は、回転軸心Ｃ（中心直線）を中心とし、磁石の最大外径を直径とする円の外側であって、磁石の最大外径の１倍よりも大きく２倍以下を直径とする円の内側の円環板状の領域であるとよい。
【００５３】
配置禁止領域７は、板状部材８の各部に鎖交する磁石１の磁束における、軸方向Ｚ（中心直線に平行な方向）の成分が、各部の軸方向Ｚの成分の最大値の１／５倍以上になる有効領域に設定されるとよい。
【００５４】
この構成によれば、定量的に、渦電流の発生が大きくなる有効領域を、配置禁止領域７に設定することができ、渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐを効果的に低減することができる。
【００５５】
式（１０）の円周上に発生した渦電流による磁束密度を径方向に積算したものが、渦電流磁束密度Ｂｅの式（１１）になる。図７の（ａ）において、回転軸心Ｃを中心とする円環板状の配置禁止領域７に、導電性部材３が配置されていると仮定すれば、磁石１の角度θに応じて、磁気センサ２に生じる渦電流磁束密度Ｂｅの方向は変化するものの、渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐは変化しない。そのため、磁石１の角度θに応じて、式（１６）に示したＢｅ＿ａｍｐ／Ｂｍ＿ａｍｐ×ωの角度ずれは変動しない。逆に、この円環板状の領域を、導電性部材３を設けない配置禁止領域７とすると、磁石１の角度θに応じて、角度ずれは変動しない。よって、配置禁止領域７を、図５に示した円環板状の有効領域を含むように設定すれば、角度ずれに高次の成分が発生しない。
【００５６】
一方、図７の（ｂ）に示すように、円板状の配置禁止領域７において、導電性部材３が一部に設けられる場合は、磁石１のＮ極又はＳ極が、導電性部材３が設けられた部分に近づく角度θになると、導電性部材３に発生する渦電流が増加し、渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐが増加する。
【００５７】
このことを数式で表現すると式（１９）になる。すなわち、渦電流磁束密度の大きさＢｅ＿ａｍｐに、２次の外乱が生じる。
【数１９】
0006861867.tif 000020
【００５８】
角度ずれに着目する場合には第２項を無視して考えてよいので、合計磁束密度Ｂｓは、式（２０）になる。
【数２０】
0006861867.tif 000021
【００５９】
式（２０）のＸ軸成分とＹ軸成分の位相差は、式（２１）のように変化するものの、αが微小であれば、角度ずれは0になる。
【数２１】
0006861867.tif 000022
【００６０】
なお、式（１９）の通り、渦電流磁束密度の大きさにｎ次成分が含まれる場合、渦電流磁束密度Ｂｅにはｎ±１次の変動成分が重畳されるので、渦電流磁束密度の大きさに２次成分が含まれると角度ずれに影響が出る。渦電流磁束密度の大きさに３次以上の高次成分が含まれる場合には、角度変動には影響が出るものの、角度ずれへの影響は小さい。
【００６１】
図７の（ｂ）では、円板状の配置禁止領域７について説明したが、円板状又は円環板状の配置禁止領域７において、導電性部材３が一部存在する場合であっても、渦電流による角度ずれを抑制できる。
【００６２】
＜基板８＞
板状部材８は、磁気センサ２が実装される基板８であってもよい。基板８に、配置禁止領域７が設けられる。
【００６３】
例えば、基板８は、ｎ層の基板（ｎは自然数）であり、配置禁止領域７は、少なくとも１層に設けられている。
【００６４】
基板８における配置禁止領域７以外の部分に回路パターンが形成される。回路パターンは、導電性の銅箔、はんだ、回路素子などから構成される。
【００６５】
図６の（ａ）に示したように、基板８が磁石１に近い場合は、配置禁止領域７は円環板状の領域になる。そして、回路パターンは、円環板状の配置禁止領域７よりも径方向内側の領域に設けられるとよい。なお、磁気センサ２は、円環板状の配置禁止領域７よりも径方向内側の領域に実装される。なお、回路パターンは、配置禁止領域７よりも径方向外側の領域に設けられてもよい。
【００６６】
＜磁石１及び磁気センサ２の配置＞
図８は、磁石１と磁気センサ２の距離による磁力線１０の違いを示している。図８の（ａ）のように磁石１と磁気センサ２の距離を小さくすると、磁気センサ２のＸＹ平面上の成分が大きくなるため、磁気センサ２の位置が、回転軸心Ｃから少しずれた場合であっても波形の歪みが小さい。一方、図８の（ｂ）のように、磁石１と磁気センサ２の距離を大きくすると、磁気センサ２のＸＹ平面上の成分が小さくなるため、磁気センサ２の位置が、回転軸心Ｃから少しずれた場合の波形変化が大きくロバスト性が低下する。本実施の形態では、磁気センサ２を、磁石１と導電性部材３との間に配置することで、磁石１と磁気センサ２の距離を小さくして、磁気センサ２の位置ずれに対するロバスト性を高めている。
【００６７】
また、磁気センサ２は、回転軸心Ｃを中心として回転する磁石１の磁界を検出するものであるから、回転軸心Ｃ上にあることが望ましく、図３の点線で表した円周の中心に、磁気センサ２が位置する。したがって、配置禁止領域７は、磁気センサ２を中心とした、磁石１の外径を半径とする円の外側としてもよい。
【００６８】
＜角度検出装置を備えた回転電機の制御装置＞
角度検出装置が、回転電機の制御装置２０に備えられる場合を説明する。図９に示すように、磁石１が、回転電機２５のロータの回転軸４に固定される。角度算出器６は、磁気センサ２の出力信号に基づいて回転軸４の角度θを算出し、回転電機の制御装置２０に出力する。回転電機の制御装置２０は、電圧指令演算部２１及び電圧印加部２２等を備えている。電圧指令演算部２１は、角度算出器６から出力された角度θ、回転電機２５の巻線に流れる電流検出値等に基づいて、ベクトル制御などの公知の制御方法を用いて、巻線に印加する電圧指令値を算出する。電圧印加部２２は、電圧指令値に基づいて、インバータに設けられた複数のスイッチング素子のオンオフ制御を行い、巻線に電圧を印加する。
【００６９】
回転電機２５の出力トルクは、式（２２）で与えられる。
【数２２】
0006861867.tif 000023
ここで、Ｐは極対数であり、Ｉは電流ベクトルの絶対値であり、βは電流ベクトルの位相であり、Ｌｄはｄ軸自己インダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸自己インダクタンスであり、φは磁束である。
【００７０】
角度検出装置の角度ずれがεである場合は、電流ベクトルの位相βが角度ずれεだけずれ、正しく制御したとしても回転電機２５の出力トルクは、式（２３）となり、式（２２）の所望のトルクＴｔｇｔからずれる。
【数２３】
0006861867.tif 000024
【００７１】
出力トルクの精度要求値がＴｔｈである場合、角度ずれεは少なくとも式（２４）をみたせばよい。そして、式（１８）において、角度ずれの最大値θｍａｘの代わりに、式（２４）を満たす角度ずれεを用いれば、上限比率Ｋを設定することができる。
【数２４】
0006861867.tif 000025
【００７２】
ただし、電圧飽和領域においては電流追従性が悪化するため、式（２４）より小さい角度ずれが要求される。電圧指令演算部２１の仕様に応じて、角度ずれεの要求値を決定すればよい。
【００７３】
回転電機２５が、車両用の発電電動機である場合、図１０のような構成となる。回転電機の回転軸４は、ベルト１０１を介して内燃機関１００に接続される。回転電機２５が電動機として機能するときは、内燃機関１００を補助し、車輪の駆動力となる。回転電機２５が発電機として機能するときは、内燃機関１００の駆動力を用いて発電する。よって、駆動力又は発電量の精度に基づいて出力トルクの精度が決定され、それに従って角度ずれεの要求値は定まる。要求をみたす角度ずれにすることで、ユーザに不快な駆動力不足あるいは駆動力過多、バッテリ性能の悪化につながる発電不足を防止することができる。
【００７４】
実施の形態２．
実施の形態１では、板状部材８に導電性部材３の配置禁止領域７を設けることで、導電性部材３に生じる渦電流による磁界の影響で発生する角度ずれを抑制した。しかし、本実施の形態では、２つの磁気センサ２ａ、２ｂを用いることによって、配置禁止領域７を設けずに、角度ずれを抑制する。なお、上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。
【００７５】
図１１は、本実施の形態の角度検出装置の全体構成を示す図である。実施の形態１と同様の磁石１が設けられている。磁石１の磁界方向に応じた信号を出力する第１磁気センサ２ａ及び第２磁気センサ２ｂが設けられている。第１磁気センサ２ａ及び第２磁気センサ２ｂは、磁石１と対向し、軸方向Ｚに互いに間隔を空けて配置されている。導電性部材３は、第１磁気センサ２ａと第２磁気センサ２ｂとの間に配置されている。
【００７６】
第１磁気センサ２ａは、センサ素子が配置されたＸＹ平面に鎖交する磁石１の磁界を検出し、Ｘ方向の磁界の大きさを表す第１のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ１とＹ方向の磁界の大きさを表す第１のセンサ正弦信号Ｖｓｉｎ１とを出力する。第２磁気センサ２ｂは、センサ素子が配置されたＸＹ平面に鎖交する磁石１の磁界を検出し、Ｘ方向の磁界の大きさを表す第２のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ２とＹ方向の磁界の大きさを表す第２のセンサ正弦信号Ｖｓｉｎ２とを出力する。第１及び第２磁気センサ２ａ、２ｂは、回転軸心Ｃ上に配置されている。
【００７７】
角度算出器６は、第１磁気センサ２ａの出力信号に基づいて、磁石１の第１の角度θ１を算出すると共に、第２磁気センサ２ｂの出力信号に基づいて、磁石１の第２の角度θ２を算出する。
【００７８】
角度算出器６は、第１磁気センサ２ａから出力された第１のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ１及び第１のセンサ正弦信号Ｖｓｉｎ１をＡ／Ｄ変換し、第１のセンサ余弦信号のＡ／Ｄ変換値Ｖｃｏｓ＿ａｄ１、及び第１のセンサ正弦信号のＡ／Ｄ変換値Ｖｓｉｎ＿ａｄ１に基づいて、例えば、式（２５）を用い、第１の角度θ１を算出する。
【数２５】
0006861867.tif 000026
【００７９】
また、角度算出器６は、第２磁気センサ２ｂから出力された第２のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ２及び第２のセンサ正弦信号Ｖｓｉｎ２をＡ／Ｄ変換し、第２のセンサ余弦信号のＡ／Ｄ変換値Ｖｃｏｓ＿ａｄ２、及び第２のセンサ正弦信号のＡ／Ｄ変換値Ｖｓｉｎ＿ａｄ２に基づいて、例えば、式（２６）を用い、第２の角度θ２を算出する。
【数２６】
0006861867.tif 000027
【００８０】
そして、角度算出器６は、式（２７）に示すように、第１の角度θ１と第２の角度θ２とを平均化して最終的な角度θを算出する。
【数２７】
0006861867.tif 000028
【００８１】
以下で、本実施の形態の効果について説明する。第１磁気センサ２ａは、磁石１及び導電性部材３に対する配置が、実施の形態１の磁気センサ２と同様であるので、第１磁気センサ２ａの第１のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ１および第１のセンサ正弦信号Ｖｓｉｎ１は、式（１５）と同様の、式（２８）で与えられる。よって、式（２９）に示すように、算出される第１の角度θ１は、Ｂｅ１＿ａｍｐ／Ｂｍ１＿ａｍｐ×ωだけ位相が進む。
【数２８】
0006861867.tif 000029
【数２９】
0006861867.tif 000030
【００８２】
ここで、Ｂｍ１＿ａｍｐは、磁石１によって第１磁気センサ２ａに生じる第１の磁石磁束密度の大きさであり、Ｂｅ１＿ａｍｐは、導電性部材３の渦電流によって第１磁気センサ２ａに生じる第１の渦電流磁束密度の大きさである。
【００８３】
一方、第２磁気センサ２ｂは、導電性部材３を挟んで、第１磁気センサ２ａとは反対側に配置されている。よって、第２磁気センサ２ｂに鎖交する、渦電流による磁界の向きは、第１磁気センサ２ａとは逆方向になる。よって、第２磁気センサ２ｂの第２のセンサ余弦信号Ｖｃｏｓ２および第２のセンサ正弦信号Ｖｓｉｎ２は、式（３０）に示すように、式（２８）とは逆方向に位相がずれる。すなわち、式（３１）に示すように、算出される第２の角度θ２は、Ｂｅ２＿ａｍｐ／Ｂｍ２＿ａｍｐ×ωだけ位相が遅れる。
【数３０】
0006861867.tif 000031
【数３１】
0006861867.tif 000032
【００８４】
ここで、Ｂｍ２＿ａｍｐは、磁石１によって第２磁気センサ２ｂに生じる第２の磁石磁束密度の大きさであり、Ｂｅ２＿ａｍｐは、導電性部材３の渦電流によって第２磁気センサ２ｂに生じる第２の渦電流磁束密度の大きさである。
【００８５】
第１磁気センサ２ａと第２磁気センサ２ｂとは、導電性部材３を挟んで両側に配置されるため、磁石１と第１磁気センサ２ａの距離、磁石１と第２磁気センサ２ｂの距離の差は、大きくない。よって、第１の磁石磁束密度の大きさＢｍ１＿ａｍｐと第２の磁石磁束密度の大きさＢｍ２＿ａｍｐは、式（３２）に示すように、同等であるとみなせる。
【数３２】
0006861867.tif 000033
【００８６】
また、導電性部材３と第１磁気センサ２ａの距離、導電性部材３と第２磁気センサ２ｂの距離の差は、大きくない。よって、第１の渦電流磁束密度の大きさＢｅ１＿ａｍｐと第２の渦電流磁束密度の大きさＢｅ２＿ａｍｐは、式（３３）に示すように、同等であるとみなせる。
【数３３】
0006861867.tif 000034
【００８７】
したがって、式（２７）のように、第１角度θ１と第２角度θ２との平均値θを算出することにより、式（２９）の第１角度θ１の位相進みと、式（３１）の第２角度θ２の位相遅れとが、互いに打ち消し合わされ、角度ずれが低減された角度θを算出することができる。
【００８８】
特に、第１磁気センサ２ａ及び第２磁気センサ２ｂを、導電性部材３に対して対称に配置することにより、第１の渦電流磁束密度の大きさＢｅ１＿ａｍｐと第２の渦電流磁束密度の大きさＢｅ２＿ａｍｐとを近づけ、打ち合いの精度を向上させることができる。
【００８９】
なお、式（２５）から式（２７）の代わりに、角度算出器６は、式（３４）を用いて、第１磁気センサ２ａの角度情報及び第２磁気センサ２ｂの角度情報の平均化を行って、最終的な角度θを算出してもよい。
【数３４】
0006861867.tif 000035
【００９０】
導電性部材３は、板状部材に設けられてもよい。また、導電性部材３は、第１磁気センサ２ａ及び第２磁気センサ２ｂが実装された基板に設けられてもよい。板状部材又は基板は、回転軸心Ｃに直交する平板状に形成される。
【００９１】
また、本実施形態に係る角度検出装置は、実施の形態１と同様に、回転電機の制御装置に備えらえてもよい。渦電流による角度ずれが低減されるので、同様に、回転電機の出力トルクの精度向上が可能である。また、実施の形態１と同様に、回転電機は、車両用の発電電動機であってもよい。ユーザに不快な駆動力不足又は駆動力過多、バッテリ性能の悪化につながる発電不足を防止することができる。
【００９２】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９３】
１  磁石、２  磁気センサ、２ａ  第１磁気センサ、２ｂ  第２磁気センサ、３  導電性部材、４  回転体、７  配置禁止領域、８  板状部材、２０  回転電機の制御装置、Ｂｅ＿ａｍｐ  渦電流磁束密度の大きさ、Ｂｍ＿ａｍｐ  磁石磁束密度の大きさ、Ｃ  回転軸心、Ｋ  上限比率
【要約】
【課題】磁気センサの両側に２つの導体を設けることなく、磁気センサの近くに配置された導体に生じる渦電流による角度ずれを低減できる角度検出装置及びそれを備えた回転電機の制御装置を提供する。
【解決手段】磁気センサ２に対向して配置された、導電性部材３を有する板状部材８を備え、磁石１によって磁気センサ２に生じる磁石磁束密度の大きさに対する、導電性部材３の渦電流によって磁気センサ２に生じる渦電流磁束密度の大きさの比率が、予め設定された上限比率以下になるように、板状部材８に、導電性部材３が配置されていない配置禁止領域７が設けられている角度検出装置。
【選択図】図１【図１】
0006861867.tif 000036
【図２】
0006861867.tif 000037
【図３】
0006861867.tif 000038
【図４】
0006861867.tif 000039
【図５】
0006861867.tif 000040
【図６】
0006861867.tif 000041
【図７】
0006861867.tif 000042
【図８】
0006861867.tif 000043
【図９】
0006861867.tif 000044
【図１０】
0006861867.tif 000045
【図１１】
0006861867.tif 000046