CN102072698A - 旋转角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转角测量装置，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。旋转角测量装置具有磁场传感器(301)和信号处理部(303M)。磁场传感器具有2个桥，该桥由具有固定磁化层的磁阻元件构成。信号处理部(303M)的比计算部(381)计算出输出信号Vx、Vy之比Vy/Vx。参数校正部(382)从比计算部计算出的比Vy/Vx中减去预先检测出的校正参数(β)。atan处理部(383)对由参数校正部计算出的值，进行反正切处理，计算出磁场角度(θ)。

Description

旋转角测量装置

技术领域

本发明涉及使用具有固定磁化层的磁阻效应元件(MR(Magnetoresistive)元件)构成的旋转角检测装置，特别涉及可以校正钉扎角(pin angle)误差的旋转角检测装置。

背景技术

例如，由专利文献1等可知使用了这样的MR元件的旋转角检测装置。

在磁阻效应元件(MR元件)中，已知巨磁阻效应元件(Giant Magnetoresistance，GMR元件)、隧穿磁阻元件(Tunneling Magnetoresistance，TMR元件)等。以下，以使用了GMR元件的磁场检测装置为例子，对其概要进行说明。

图1示出GMR元件的基本构成。

GMR元件采取具有第1磁性层13(固定磁性层、或者钉扎磁性层)和第2磁性层11(自由磁性层)，并在两者的磁性层之间夹入了非磁性层12(隔离层)的结构。如果对GMR元件施加外部磁场，固定磁性层的磁化方向不发生变化而原样地被固定，相对于此，自由磁性层的磁化方向20根据外部磁场的方向而发生变化。

此处，将固定磁性层的磁化方向角度称为钉扎角(pin angle)，并用θp表示。

如果对GMR元件的两端施加电压，则流过与元件电阻对应的电流，但该元件电阻的大小依赖于固定磁性层的磁化方向(钉扎角)θp与自由磁性层的磁化方向θf之差Δθ＝θf-θp而变化。因此，只要固定磁性层的磁化方向θp是已知的，就能够通过利用该性质来测定GMR元件的电阻值，从而检测自由磁性层的磁化方向θf、即外部磁场的方向。

GMR元件的电阻值根据Δθ＝θf-θp而变化的机理如下所述。

薄膜磁性膜中的磁化方向与磁性体中的电子的自旋方向相关联。因此，当Δθ＝0的情况下，在自由磁性层中的电子和固定磁性层的电子中，自旋的朝向是同一方向的电子所占比例较高。相反，当Δθ＝180°的情况下，在两者的磁性层中的电子中，自旋的朝向相互逆朝向的电子所占比例较高。

图2示意地示出自由磁性层11、隔离层12、固定磁性层13的剖面。自由磁性层11以及固定磁性层13所示的箭头示意地示出多个电子的自旋的朝向。

图2(a)是Δθ＝0的情况，自由磁性层11和固定磁性层13的自旋的朝向一致。图2(b)是Δθ＝180°的情况，自由磁性层11和固定磁性层13的自旋的朝向为逆朝向。

在图2(a)的θ＝0的情况下，对于从固定磁性层13发出的右朝向自旋的电子，由于在自由磁性层11中相同朝向的电子也占据多数，所以自由磁性层11中的散射较少，通过电子轨迹810那样的轨迹。

另一方面，在图2(b)的Δθ＝180°的情况下，对于从固定磁性层13发出的右朝向自旋的电子，如果进入到自由磁性层11，则逆朝向自旋的电子较多，所以强烈地受到散射，而通过电子轨迹810那样的轨迹。这样在Δθ＝180°的情况下电子散射增加，所以电阻增加。

在Δθ＝0～180°的中间的情况下，成为图2(a)以及图2(b)的中间状态。GMR元件的电阻值R成为

$R={R^{\′}}_0+\frac{G}{2}(1-\cos \mathrm{\Δ\θ})=R_0-\frac{G}{2}\cos \mathrm{\Δ\θ}...\left(1\right)$

此处，G/R被称为GMR系数，是几％～几十％。

这样由于能够利用电子自旋的朝向，控制电流的流动(即电阻)，所以GMR元件还被称为自旋阀元件。

另外，在膜厚较薄的磁性膜(薄膜磁性膜)中，面的法线方向的反磁场系数极大，所以磁化矢量无法在法线方向(膜厚方向)上提升，而横在面内。由于构成GMR元件的自由磁性层11、固定磁性层13都非常薄，所以各自的磁化矢量都横在面内方向上。

图3(a)示出使用4个GMR元件R1(51-1)～R4(51-4)来构成单臂电桥60A，而用作磁场传感器的情况的结构。

此处，将GMR元件R1(51-1)、R3(51-3)的固定磁性层的磁化方向设定为θp＝0，将GMR元件R2(51-2)、R4(51-4)的固定磁化层的磁化方向设定为θp＝180°。自由磁性层的磁化方向θf由于由外部磁场决定，所以由于在4个GMR元件中为相同，所以Δθ2＝θf-θp2＝θf-θp1-π＝Δθ1+π的关系成立。此处，Δθ1由于以θp＝0为基准，所以置换为Δθ1＝θ。因此，由式(1)可知，在GMR元件R1、R3中，

$R_n=R_{n0}-\frac{G}{2}\cos \mathrm{\θ}...\left(2\right)$

其中，n＝1、3，

在GMR元件R2、R4中，

$R_n=R_{n0}+\frac{G}{2}\cos \mathrm{\θ}...\left(3\right)$

其中，n＝2、4。

对图3(a)的桥电路60A施加了激励电压e0时的端子V1、V2之间的差电压Δv＝V2-V1将如下式(4)所示。

$\mathrm{\Δv}=\frac{R_1{R}_3-R_2{R}_4}{(R_1+R_4)(R_2+R_3)}{e}_0...\left(4\right)$

在其中代入式(2)、式(3)，针对n＝1～4假设为Rn0相等，并设为R0＝Rn0时，成为

$\mathrm{\Δ}{v}_c=\frac{-e_{0}G\cos \mathrm{\θ}}{2R_0}\≡-V_x...\left(5\right)$

这样，由于信号电压ΔV与cosθ成比例，所以可以检测磁场的方向θ。另外，该桥电路由于输出与cosθ成比例的信号，所以称为COS桥。

另外，图3(b)示出将图3(a)的COS桥的固定磁化层的方向改变了90度的桥60B。即，通过θp＝90°、270°的GMR元件构成桥。如果与所述同样地计算，则信号电压如下式，

$\mathrm{\Δ}{v}_s=\frac{e_{0}G\sin \mathrm{\θ}}{2R_0}\≡V_y...\left(6\right)$

与sinθ成比例，所以将桥60B称为SIN桥。

通过计算COS桥和SIN桥的2个输出信号之比的反正切，求出磁场矢量的方向θm(磁场角度)为

$\mathrm{ArcTan}\left(\frac{\mathrm{\Δ}{v}_s}{-\mathrm{\Δ}{v}_c}\right)=\mathrm{ArcTan}\left(\frac{V_y}{V_x}\right)=\mathrm{ArcTan}\left(\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\θ}}\right)=\mathrm{\θ}...\left(7\right).$

这样，磁阻元件具有可以直接检测磁场方向这样的特征。

磁阻元件的电阻的磁场依赖项如式(1)所示，由固定磁化层的磁化方向(钉扎角)θp与外部磁场的角度θm之差Δθ＝θm-θp决定。换言之，钉扎角θp为基准角度。因此，如果在钉扎角的设定中存在误差(偏移)，则式(5)、式(6)将不成立，依照式(7)所求出的角度无法呈现正确的磁场角度θm。

作为一个例子，考虑了图3(a)所示的COS桥的GMR元件R2、R4的钉扎角偏移了0.5°，图3(b)所示的SIN桥的GMR元件R2、R4的钉扎角偏移了-1°的情况。

图4示出前述情况下的根据来自各桥的信号Vx、Vy依照式(7)求出的角度θ1与真正的磁场角度θm之差(测定误差)。测定误差依赖于真正的磁场角度θm而变化，是约1°的振幅。这样，1°的钉扎角偏移成为约1°的角度测量误差。因此，为了得到例如±0.2°的测量精度，需要按照0.2°左右的精度来设定所有钉扎角。

对于如图3的例子那样在磁场传感器内具有多个钉扎角设定的磁场传感器的制造方法，例如有改变方向来配置磁阻元件(对应于图3的各Ri(i＝1～4))的方法、改变在使固定磁化层成膜时施加的外部磁场的方向的方法等。但是，不论在哪个方法中，按照0.2°左右的高精度来设定所有钉扎角都是极其困难的。

相对于此，已知对由于该钉扎角误差引起的角度测量误差进行校正的方法(例如，参照专利文献2)。

在专利文献2中，对旋转角θ和此时的由磁场传感器测定的测量角度θ(meas)进行测定，将两者的误差ΔФ(θ)作为旋转角θ的函数而求出。即，

Δφ(θ)＝θ(meas)-θ…   (8)

此处，如图4所示，误差ΔФ(θ)为以180度为周期的形式，所以如式(8)所示，将校正函数S1(θ、α)定义为

$S1(\mathrm{\θ},\mathrm{\α})=\frac{\mathrm{\α}}{2}(1+\cos 2\mathrm{\θ})...\left(9\right).$

然后，求出使得用下式(10)定义的函数E1(α)成为最小的参数α。

E1(α)＝∫[Δφ(θ)-S1(θ，α)]²dθ…(10)

此处，积分是θ＝0～360度1个周期的积分。

如果这样去除2次谐波分量的误差，则残留4次谐波分量。因此，接下来，如式(11)所示，将4次谐波的校正函数S2(θ、β)定义为

S2(θ，β)＝-βsin4θ…(11)

然后，以使用下式(12)定义的函数E2(β)成为最小的方式，求出参数β。

E2(β)＝∫[Δφ(θ)-S1(θ，α)-S2(θ，β)]²dθ…(12)

在磁场传感器动作时，使用如以上那样求出的校正函数，通过下式(13)，校正为

θ(compensated)＝θ(meas)-S1(θ，α)-S2(θ，β)…(13)

【专利文献1】日本专利第3799270号公报

【专利文献2】日本特开2006-194861号公报

发明内容

如上所述，在使用了具有固定磁化层的磁阻元件的磁场测量装置中，如果存在固定磁化层的磁化方向(钉扎角度)的设定误差，则存在在测量角度中产生误差这样的课题。

相对于此，在专利文献2记载的校正方法中，存在3个问题。(1)第1，在取得校正参数α、β时，一边改变α、β一边反复积分E1、E2而使E1、E2最小化，所以计算量变得庞大。(2)第2，由于校正函数S1、S2是2θ、4θ的函数，所以在校正时需要磁场的角度的绝对值，需要编码器等角度为已知的调整装置。(3)第3，在需要高速动作的传感器动作时的校正式(13)中，包括多个运算量较多的三角函数计算，所以运算处理量较多，需要高速的微型计算机等。

即，在对起因于钉扎角偏移的测量误差进行校正的以往的方法中，存在校正中所需的运算处理量较多这样的问题。

本发明的目的在于提供一种可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量进行校正的旋转角测量装置。

在本说明书中，函数SQRT(y)表示“y的平方根”。

(1)为了达成所述目的，本发明提供一种旋转角测量装置，具有磁场传感器和信号处理部，所述磁场传感器具有2个桥，该桥由具有固定磁化层的磁阻元件构成，所述信号处理部输入第1所述桥的输出信号Vx和第2所述桥的输出信号Vy，并输出磁场方向角度θ，在所述信号处理部中，在所述输出信号Vx的绝对值|Vx|大于或等于所述输出信号Vy的绝对值|Vy|时，比Vy/Vx与tanθ之差是非零的固定值。

通过所述结构，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量进行校正。

(2)在所述(1)中，优选为，如果将所述固定值设为x，则固定值x满足(1/SQRT(1-x²))×(Vy/Vx)-tanθ＝x，并且所述固定值x不依赖于所述θ。另外，在本发明中，函数SQRT(y)表示“y的平方根”。

(3)在所述(1)中，优选为，所述信号处理部具备：比计算部，计算出所述输出信号Vx、Vy之比Vy/Vx；参数校正部，从该比计算部计算出的所述比Vy/Vx中，减去预先检测出的校正参数β；以及atan处理部，对由该参数校正部计算出的值，进行反正切处理，而计算出磁场角度θ。

(4)在所述(3)中，优选为，所述参数校正部将所计算出的值除以Bx＝SQRT(1-β²)。

(5)在所述(3)中，优选为，具备偏置减法处理部，从所述第1所述桥的输出信号Vx和第2所述桥的输出信号Vy中，分别减去预先检测出的偏置bx、by，将该偏置减法处理部的输出作为所述信号处理部的所述比计算部的输入。

(6)在所述(3)中，优选为，所述信号处理部具备平均值处理部，对所述比计算部计算出的所述比Vy/Vx，根据针对磁场方向旋转1次或者旋转多次的期间的平均值，计算出所述校正参数β。

(7)在所述(6)中，优选为，具备窗函数处理部，对所述比计算部计算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比Vy/Vx为自变量的窗函数W(r)，对该窗函数处理部的输出，所述平均值处理部针对磁场方向旋转1次的期间计算出平均值。

(8)在所述(7)中，优选为，所述窗函数W(r)是偶函数。

(9)在所述(7)中，优选为，所述参数校正部将所计算出的值除以Bx＝SQRT(1-β²)。

(10)在所述(1)中，优选为，所述磁阻元件是巨磁阻元件。

(11)另外，为了达成所述目的，本发明提供一种旋转角测量装置，具有磁场传感器和信号处理部，所述磁场传感器具有2个桥，该桥由具有固定磁化层的磁阻元件构成，所述信号处理部将第1所述桥的输出信号、和第2所述桥的输出信号Vy作为输入，输出磁场方向角度θ，所述信号处理部对所述输出信号之比Vy/Vx，根据针对磁场方向旋转1次的期间的平均值，计算出所述校正参数β。

通过所述结构，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量进行校正。

(12)在所述(11)中，优选为，具备窗函数处理部，对所述比计算部计算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r(＝Vy/Vx)为自变量的窗函数W(r)，对该窗函数处理部的输出，所述平均值处理部针对磁场方向旋转1次的期间计算出平均值。

(13)在所述(11)中，优选为，具备偏置减法处理部，从所述第1所述桥的输出信号Vx和第2所述桥的输出信号Vy中，分别减去预先检测出的偏置bx、by，将该偏置减法处理部的输出作为所述信号处理部的所述比计算部的输入。

(14)在所述(13)中，优选为，所述平均值处理部在使磁场按照固定角速度旋转2次时，在第1次旋转中求出所述偏置电压bx、by，在第2次旋转中，所述偏置减法部计算从信号Vx、Vy中分别减去了所述偏置电压bx、by的值Vx’＝Vx-bx、Vy’＝Vy-by，所述平均值处理部针对值Vx’、Vy’，求出所述校正参数β。

(15)在所述(11)中，优选为，所述磁阻元件是巨磁阻元件。

根据本发明，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量进行校正。

附图说明

图1是示出巨磁阻元件的结构的示意图。

图2是说明巨磁阻元件中的电子的行为的示意图。

图3是示出在使用了巨磁阻元件的旋转角测量装置中使用的磁场传感器内的传感器桥的示意图。

图4是示出在钉扎角中存在误差的情况下的测量角度中包含的误差的图。

图5是示出本发明的第1实施方式的用于调查钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构的框图。

图6是本发明的第1实施方式的旋转角测量装置中使用的磁场传感器的结构图。

图7是示出本发明的第1实施方式的旋转角测量装置中使用的磁场传感器内的各桥的相位偏移的示意图。

图8是示出本发明的第2实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构的框图。

图9是本发明的第2实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图10是本发明的第2实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图11是示出本发明的第3实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构的框图。

图12是本发明的第1实施方式的旋转角测量装置中的信号之比r＝Vy/Vx的波形的说明图。

图13是示出本发明的第3实施方式的用于调查钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构的框图。

图14是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置的窗函数处理部中使用的窗函数的说明图。

图15是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置的窗函数处理部中使用的窗函数的说明图。

图16是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图17是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图18是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图19是示出本发明的第4实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构的框图。

图20是示出本发明的第5实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构的框图。

图21是本发明的第5实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图22是本发明的第5实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

图23是示出本发明的第6实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第3结构的框图。

图24是示出本发明的第7实施方式的旋转角测量装置的结构的框图。

图25是示出本发明的第8实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第3结构的框图。

图26是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的马达系统的结构图。

图27是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的马达系统的结构图。

图28是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的电动助力转向系统的结构图。

图29是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的磁场传感器的制造时的检查系统的说明图。

(符号说明)

11：自由磁性层；12：隔离件；13：固定磁性层；51、52：GMR元件；60A、60B：桥；100：马达部；110：定子；111：定子芯；112：定子线圈；120：转子；121：旋转轴；200：旋转角检测部；201D、201DA、201DB、201DM、201DA、201DB、201DM、201DMA、201DMB：旋转角测量装置；202：磁场产生体；301：磁场传感器；302D、302DA、302DB、302DM、302DA、302DB、302DM、302DMA、302DMB：检测电路部；303D、303DA、303DB、303DM、303DA、303DB、303DM、303DMA、303DMB：信号处理部；351：差动放大器；353：偏置减法处理部；381：比计算部；382：参数校正部；383：atan处理部；385：窗函数处理部；386：平均值处理部；387：期间判定器；390：参数存储部；411：电子控制控制单元；412：驱动部；501：把手；502：转向柱；503：转向轴；504：连结部。

具体实施方式

以下，使用图5～图7，对本发明的第1实施方式的旋转角测量装置的结构以及动作进行说明。

最初，使用图5，对本实施方式的用于调查钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构进行说明。

图5是示出本发明的第1实施方式的用于调查钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构的框图。

本实施方式的旋转角测量装置201D包括磁场传感器301和检测电路部302D。检测电路部302D具有信号处理部303D。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥60A和SIN桥60B)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，而输出差信号Vx。此处，成为Vx＝-ΔVc＝-(V2-V1)。另外，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，而输出差信号Vy。此处，是Vy＝ΔVs。

在本说明书中，将该差信号Vx、Vy称为各个桥的输出信号。

此处，使用图6，对本实施方式的旋转角测量装置中使用的磁场传感器的结构进行说明。

图6是本发明的第1实施方式的旋转角测量装置中使用的磁场传感器的结构图。

本实施方式中使用的磁场传感器具有：图6(a)所示的COS桥60A和图6(b)所示的SIN桥60B。

构成COS桥60A的磁阻元件R1(51-1)、R3(51-3)的钉扎角被设定为θp＝0，磁阻元件R2(51-2)、R4(51-4)的钉扎角被设定为θp＝180°。

构成SIN桥60B的磁阻元件R1(52-1)、R3(52-3)的钉扎角被设定为θp＝90°，磁阻元件R2(52-2)、R4(52-4)的钉扎角被设定为θp＝270°。

如上所述，在实际的磁场传感器中，在钉扎角设定中含有误差。将各磁阻元件的钉扎角偏移(误差)设为αi(i＝1～4)。即，如图6所示，COS桥的各钉扎角设为θp＝0-α1、180°-α2，SIN桥的各钉扎角设为θp＝90°-α3、270°-α4。

例如，通过在使固定磁化层成膜时施加外部磁场而设定磁化方向θp，从而进行钉扎角的设定。因此，各桥内的相同的钉扎角的磁阻元件的钉扎角偏移αi相同。因此，如图6所示，设为钉扎角设定具有4种误差αi的模型不丧失一般性。

在本实施方式中，在如图6所示使用了在钉扎角中具有误差的磁场传感器的旋转角测量装置中，设为对起因于钉扎角偏移的误差进行检测。另外，在后述其他旋转角测量装置中，进一步设为根据输出旋转角度，对起因于所检测到的钉扎角偏移的误差进行校正。

因此，最初，使4种钉扎角偏移αi(i＝1～4)回归到1种钉扎角偏移α的问题来进行说明。

最初，对图6(A)所示的COS桥内的2种钉扎角的误差的影响进行说明。

如果在式(2)中，设为n＝1，则磁阻元件R1成为

$R_1=R_{10}-\frac{G}{2}\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\α}}_1)...\left(14\right)$

如果在式(3)中，设为n＝2，则磁阻元件R2成为

$R_2=R_{20}+\frac{G}{2}\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\α}}_2)...\left(15\right)$

所以，桥的输出信号ΔVc成为如下式(16)所示。

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_c}{e_0}=\frac{R_2-R_1}{R_2+R_1}=\frac{1}{R_{10}+R_{20}}[(R_{20}-R_{10})+\frac{G}{2}\{\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\α}}_1)+\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\α}}_2)\left\}\right]...\left(16\right)$

此处，如果将磁场方向依赖的部分展开并整理，则可以得到下式(17)。

cos(θ+α₁)+cos(θ+α₂)＝cosθ(cosα₁+cos₂)-sinθ(sinα₁+sinα₂)…(17)

＝rsin(θ+α_C)

此处，如果在式(17)中，设为A＝cosα1+cosα2、B＝sinα1+sinα2、r＝SQRT(A²+B²)，则成为

$\sin {\mathrm{\α}}_C=\frac{B}{r}...\left(18\right)$

另外，在本说明书中函数SQRT(y)表示“y的平方根”。

接下来，估计式(18)的振幅r。在α1＝α2的情况(即，没有桥内钉扎角偏移的情况)下，r＝2。另外，在桥内钉扎角偏移是4°的情况下，例如在α1＝+2°、α2＝-2°下，r＝2×0.9994，仅有0.06％的振幅差。其是无法实验性地探测到的等级，在钉扎角偏移是4°的情况下，实质上没有振幅变化。即使在α1＝+5°、α2＝-5°(钉扎角偏移是10°)的情况下，也是r＝2×0.996，是实质上没有振幅变化的等级。因此，在桥内钉扎角偏移是10°以下的情况下，实质上没有振幅变化，仅考虑相位变化即可。

可以如下所述对表示相位变化的式(18)进行变形。

$\sin {\mathrm{\α}}_C=\frac{B}{r}=\frac{2}{r}\sin \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)\cos \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)...\left(19\right)$

$\≈\sin \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)$

因此，成为

${\mathrm{\α}}_C\≈\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}...\left(20\right)$

即，可知对于有桥内钉扎角偏移的COS桥的输出信号，在以2个钉扎角误差的平均值为角度原点的坐标系中考虑即可。对于SIN桥输出也是同样的。

在以下的说明中，将该坐标系的角度原点称为“桥的固定磁化层基准角度”。

由以上的结果可知，COS桥60A的角度原点成为用式(20)表示的αc，SIN桥60B的角度原点移动到αs＝(α3+α4)/2。

图7示意地示出其样子。在图7中，用虚线表示有效的坐标轴。该有效的坐标轴的x轴70是桥的固定磁化层基准角度。

参照图7，COS桥的信号Vx与SIN桥的信号Vy之比成为下式。

$\frac{V_y}{V_x}=\frac{\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+{\mathrm{\α}}_S)}{\cos ({\mathrm{\θ}}^{\′}+{\mathrm{\α}}_C)}=\frac{\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})}{\cos \mathrm{\θ}}...\left(21\right)$

另外，是α＝αs-αc。

这样，即使在包含4种钉扎角误差αi(i＝1～4)的情况下，也可以按照用式(20)、式(21)表示的钉扎角α进行校正。

此处，由于设为θ＝θ’+αc，所以虽然αc未知，但αc易于通过取应用旋转传感器的机器的系统原点与旋转角测量装置的原点的对应而求出。

根据以上的结果，图6所示的来自具有钉扎角偏移α1、α2的COS桥和具有钉扎角偏移α3、α4的SIN桥的信号可以如下式(22)、式(23)那样公式化。

$\mathrm{\Δ}{V}_c=-C\frac{G}{2}\cos \mathrm{\θ}...\left(22\right)$

$\mathrm{\Δ}{V}_s=+C\frac{G}{2}\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})...\left(23\right)$

此处，C是比例常数，α＝αs-αc，αc＝(α1+α2)/2，αs＝(α3+α4)/2。

此处，如果设为Vx＝-ΔVc、Vy＝ΔVs，而求出Vx与Vy之比Ryx，则为

$R_{\mathrm{yx}}=\frac{V_y}{V_x}=\frac{\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})}{\cos \mathrm{\θ}}...\left(24\right)$

此处，如果将分子的sin函数展开，则得到

$R_{\mathrm{yx}}=\frac{V_y}{V_x}=\frac{\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\α}+\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\α}}{\cos \mathrm{\θ}}=\tan \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\α}...\left(25\right)$

此处，由于tanθ是奇函数，所以如果在θ＝0～360°的范围内取式(25)的平均，则第1项成为零，而求出sinα。如果将其用式来表示，则成为

average(R_yx，[0，2π))＝sinα≡β…(26)。

此处，average()表示针对第1自变量在第2自变量的区间中进行平均值计算的处理。取平均的区间[0、2π)表示从“0开始至2π之前”。不包括2π的原因在于，避免双重地算入θ＝0。

通过式(26)，得到想要求出的钉扎角偏移量α。此处，设为β＝sinα。如后所述，在GMR旋转传感器动作时，在根据钉扎角偏移量α进行校正处理时，使用β＝sinα。因此，在实际的校正处理中求出β即可，而不需要反正弦计算。

如式(25)的关系所示，式(26)求出比Ryx的重心。因此，在式(25)中，关于θ等间隔地进行采样而进行式(26)的平均处理即可。例如，在使磁场产生器按照-定角速度旋转了的状态下，对Ryx按照固定时间间隔进行采样即可。

另外，在实际的校正系数计算时，由于在式(25)、式(26)中在Vx＝0附近Ryx无限大地发散，所以按照绝对值的大小关系来区分情况。即，设为

$\mathrm{if}\left(\right|V_x|>|V_y\left|\right)\mathrm{then\; average}(\frac{V_y}{V_x},\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right))=\sin \mathrm{\α}\≡\mathrm{\β}...\left(27\right)$

在式(27)中，由于取入区间[0、2π)中的半数的采样点，所以根据式(23)的tanθ的奇函数性，式(27)的值等于β＝sinα。

此处，再次使用图5，对信号处理部303D的结构以及动作进行说明。

将COS桥的输出信号Vx、即差动放大器351A的输出信号Vx作为向信号处理部303D的输入信号Vx，将SIN桥的输出信号Vy、即差动放大器351B的输出信号Vy作为向信号处理部303D的输入信号Vy。

信号处理部303D具备比计算部381、平均值处理部386、期间判定器387、参数存储部390。

比计算部381将向信号处理部303D的输入信号Vx、Vy作为输入，而计算出比Vy/Vx。具体而言，可以将信号Vx、Vy输入到微型计算机的AD变换器，并在微型计算机内设置比计算部381。另外，在比Vy/Vx的运算时，通过如式(27)所示，进行通过绝对值比较而实现的分支处理，可以减小计算误差。

接下来，平均值处理部386将比r＝Vy/Vx作为输入，而进行平均值处理。针对磁场方向旋转1次的期间进行平均值处理。为了检测旋转1次的区间，使用期间判定器387来进行期间判定。具体而言，将直到信号Vx的电压通过2次与开始时电压相等的值为止作为1个区间而进行期间判定。信号Vx与cosθ成比例，所以通过2次相同的值对应于1个周期。如式(27)所示，该平均值等于钉扎角偏移α的正弦β(＝sinα)。

另外，进行平均值处理的期间也可以是磁场方向旋转多次的期间。如果平均值处理期间是360°的整数倍、即[0、2Nrπ)，则(25)式的第1项成为零，所以所得到的平均值等于钉扎角偏移α的正弦β(＝sinα)。此处，Nr是1以上的整数，是磁场方向旋转的周次数。另外，如果旋转了多次，则进行平均值处理的数据的采样点数增加，所以具有β值的计算精度提高这样的效果。

将这样得到的β值(钉扎角偏移α的正弦值)存储在参数存储部390中。

以上那样通过求出钉扎角偏移α，本实施方式的参数取得工序具有如下特征。

(a)在求出钉扎角偏移量α的工序(图5)中，对于存在桥内钉扎角偏移的COS桥的输出信号，由于可以在以2个钉扎角误差的平均值为角度原点的坐标系下考虑，所以不需要角度原点。因此，不需要编码器，按照固定速度使磁铁旋转并按照固定时间间隔进行采样即可。因此，还可以进行嵌入到应用系统的状态下进行现场校正。

(b)由于不需要三角函数运算，所以运算量较少。

(c)由于不进行参数拟合，所以唯一地求出α值。

如以上说明，根据本实施方式，在对由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差进行校正时，无需使用矫正用的编码器就可以实现。

另外，可以对于钉扎角偏移的计算通过少的运算量来进行校正。

以下，使用图8～图10，对本发明的第2实施方式的旋转角测量装置的结构以及动作进行说明。

最初，使用图8，对本实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构进行说明。

图8是示出本发明的第2实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构的框图。

图8是作为旋转传感器而执行动作中的校正处理的电路结构，使用通过图5的结构求出的偏移量α的正弦β(＝sinα)对旋转角测量值进行校正。

本实施方式的旋转角测量装置201M包括磁场传感器301和检测电路部302M。检测电路部302M具有信号处理部303M。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。在本说明书中，将该差信号Vx、Vy称为各自桥的输出信号。桥的输出信号Vx、Vy成为向信号处理部303M输入的输入信号Vx、Vy。

比计算部381将向信号处理部303M输入的输入信号Vx、Vy作为输入，而求出比Vy/Vx。具体而言，将信号Vx、Vy输入到微型计算机的AD变换器，并在微型计算机内设置比计算部381即可。接下来，参数校正部382读出保管在参数存储部390中的校正参数β，进行校正处理。具体而言，从比Vy/Vx中减去参数β。接下来，atan处理部383进行反正切处理，计算出磁场角度θ。

atan处理部383通过式(28)的运算，

$\mathrm{\θ}=\mathrm{ArcTan}(\frac{V_y}{V_x}-\mathrm{\β})...\left(28\right)$

计算出校正了钉扎角偏移的角度值θ。此处，在式(28)的处理中，如下所述，恰当地输出θ＝0～360°范围的4个象限的值。即，等价于下式(29)。

θ＝atan2(V_y-βV_x，V_x)…(29)

此处，θ＝atan2(y、x)为根据自变量x、y是正还是负而恰当地输出θ＝0～360°(或者-180～180°)的值的函数。例如，在x、y都是正的情况下，是atan2(y、x)＝ArcTan(y/x)，在x、y都是负的情况下，是atan2(y、x)＝ArcTan(y/x)+180°。

atan处理部383进行式(29)的处理。

式(28)等价于在式(25)中近似于cosα＝1的情况。根据本发明者的研究，其在|α|≤4°中是有效的。在后面使用数据来说明该点。

即、对于通过图8的电路进行的校正方法，如果应用于磁场传感器中的各桥的固定磁化层基准角度的差α是4度以下的情况，则能够得到充分的精度，所以是特别优选的。

以上那样，本实施方式的校正方法中的传感器动作时的校正处理具有如下特征。

(a)在校正处理中追加的运算仅为β值的减法，要求实时性的传感器动作时的校正运算处理的负担极少。

(b)由于校正值β不依赖于磁场角度θ，所以在校正处理中不需要角度原点。因此，即使在角度原点中存在偏移的情况下，对于角度输出的相对值，也输出正确的值。

本实施方式的特征在于，如从图8以及式(28)可知，通过从来自COS桥·SIN桥的输出信号Vx、Vy之比中减去固定值(β)，从而得到由于钉扎角偏移引起的误差分被校正了的更准确的角度值θ。在β值是负的情况下将加上固定值。

另外，在以上以及以下的说明中，来自桥的输出信号Vx是指，桥的V1、V2端子的差信号Vx＝V1-V2、或者对差信号乘上恰当的放大率而得到的信号。其在图8中，对应于差动放大器351A的输出信号。SIN桥的输出信号Vy是差信号Vy＝V2-V1、或者对差信号乘上恰当的放大率而得到的信号。

如果将本实施方式中的旋转角测量装置输出的角度设为θ，则如式(28)所示，tanθ是(Vy/Vx-β)。因此，COS桥、SIN桥的输出信号之比Vy/Vx与旋转角测量装置的输出值θ的正切tanθ的差成为不依赖于旋转角度的非零的(即不是零的)固定值(β)。即、如果着眼于图8所示的信号处理部303M的输入输出的关系，则其输入信号是Vx以及Vy。另一方面，其输出是θ。另外，输入信号之比Vy/Vx、与输出角度θ的正弦tanθ的差是β。此处，关于β，根据式(28)可知，是不依赖于旋转角度的非零的固定值。向信号处理部303M输入的输入信号之比Vy/Vx与旋转角测量装置的输出值θ的正切tanθ的差是不依赖于旋转角度的非零的(即不是零的)固定值(β)这一点等价于用图8以及式(28)表示的校正方法。

另外，由于β＝0相当于没有校正处理的情况，所以在进行了本实施方式的处理的情况下，β值为非零的固定值。

虽然式(28)、式(29)的关系是正确的，但如果Vx接近零，则比Vy/Vx会发散。因此，在以有限位数进行了计算的情况下，计算误差变大。另外，在电路的动作验证时，测定误差的影响扩大。因此，在|Vx|＜|Vy|的情况下，使用比r2＝Vx/Vy，如下式(30)那样变换式(24)。

(1-βr₂)cotθ＝r₂…(30)

即，在图8的电路的动作验证中，在|Vx|≥|Vy|的情况下使用式(28)，在|Vx|＜|Vy|的情况下使用式(30)即可。这样，可以使计算误差、测定误差的影响成为最小限度来进行动作验证。另外，由于在atan2函数的内部算法中包括通过|Vx|、|Vy|的大小关系实现的处理分支，所以在任意情况下使用了式(29)的atan2函数的关系式都成立。

另外，在图8中，示出了在检测电路部302M中包括差动放大器351A、351B的结构，但也可以构成为在磁场传感器301中包括差动放大器351A、351B，并用连线来传送输出信号Vx、Vy，并输入到检测电路部302M。如果是这样的结构，则通过使差动放大器的输出成为低阻抗，而不易受到外部噪声的影响。

接下来，使用图9以及图10，对本实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度进行说明。

图9以及图10是本发明的第2实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

通过仿真，生成包括钉扎角偏移α的Vx、Vy信号，对该信号实施图8所示的处理而求出钉扎角偏移的推测值αe。这样求出推测误差(αe-α)。

图9示出仿真结果。在图9中，在0～2°的范围内改变钉扎角误差α，而描绘出此时的推测误差(αe-α)。将在使磁场方向旋转1次的期间对信号进行采样的点数(采样点数)N作为参数而求出了推测误差量。在采样点N＝50的情况下，如果α＜2°则α值被正确地推测。但是，如果使采样点数N增加至100点，则在α≥1°下产生约1°的推测误差。

接下来，图10示出对改变了初始角度θstart时的推测误差进行调查而得到的结果。初始角度θstart是指，将采样范围设定为[θstart、2π+θstart)。此处，设为采样点N＝100。其结果，如图10所示，如果将初始角度θstart设为5°，则即使在偏移量α＜1°的情况下推测误差也成为0.5°以上，推测误差增大。在实际的校正系数计算处理中磁场方向的原点不明，所以需要能够对任意的θstart值都正确地进行α值推测。在使初始角度θstart成为4°以下的情况下，推测误差较小，是实用的范围内。对于该点，使用图22在后面叙述。

如以上说明，根据本实施方式，即使使用在钉扎角设定中包含误差的磁场传感器，也可以测量正确的旋转角度。

另外，磁场传感器制造时的钉扎角设定的容许误差增加，所以易于制造。

进而，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。

另外，无需使用矫正用的编码器，就可以实现由于旋转角测量装置的钉扎角偏移产生的误差的校正。

接下来，使用图11，对本发明的第3实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构进行说明。

图11是示出本发明的第3实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第1结构的框图。另外，在图11中，与图5以及图8相同的符号表示同一部分。

本实施方式的旋转角测量装置201DM包括磁场传感器301和检测电路部302DM。检测电路部302DM具有信号处理部303DM。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。

信号处理部303DM具备：用于检测钉扎角偏移α的信号处理部303D；以及用于校正所检测出的钉扎角偏移α的信号处理部303M。信号处理部303D具有图5中说明的结构，信号处理部303M具有图8中说明的结构。即、信号处理部303D具备比计算部381、平均值处理部386、期间判定器387、参数存储部390。信号处理部303D的动作如图5的说明。信号处理部303M具备比计算部381、参数校正部382、atan处理部383、参数存储部390。信号处理部303M的动作如图8的说明。

如以上说明，根据本实施方式，即使使用了在钉扎角设定中包含误差的磁场传感器，也可以测量正确的旋转角度。

另外，磁场传感器制造时的钉扎角设定的容许误差增加，所以易于制造。

进而，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。

另外，无需使用矫正用的编码器，就可以实现由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差的校正。

接下来，使用图12～图18，对本发明的第3实施方式的旋转角测量装置的结构以及动作进行说明。

如图9以及图10的说明，在第1实施方式的方法(图5)中，可以以充分的精度推测钉扎角偏移的范围存在某种限制。

因此，本发明者专心研究了使该推测精度劣化的原因，其结果发现以下的点。

此处，使用图12，对第1实施方式的旋转角测量装置中的信号之比r＝Vy/Vx的波形进行说明。

图12是本发明的第1实施方式的旋转角测量装置中的信号之比r＝Vy/Vx的波形的说明图。

如图12所示，在信号之比r＝Vy/Vx的波形中，依照式(27)，按照|Vx|与|Vy|的绝对值的大小关系区分了情况，所以存在没有描绘的区间。式(27)应是计算图12所示的形式的比r＝r(θ)的平均。由图12可知，比r(θ)的对称性较佳，所以在平均值处理中中间的值在正负之间抵消。因此，实质上由在图12中用○表示的r(θ)的极大·极小值的几点的数据决定平均值。由于r(θ)的极大·极小值根据θ的稍微的变化而大幅变化，所以根据信号Vx、Vy的采样点数等受处理条件较大的影响。其结果，通过式(26)计算出的β值受到影响，而在钉扎角偏移推测值αe中产生误差。

接下来，使用图13，对本实施方式的用于调查钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构进行说明。

图13是示出本发明的第3实施方式的用于调查钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构的框图。

在本实施方式中，提高了钉扎角偏移α的推测精度。

旋转角测量装置201DA包括磁场传感器301和检测电路部302DA。检测电路部302DA具有信号处理部303DA。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。在本说明书中，将该差信号Vx、Vy称为各自的桥的输出信号。桥的输出信号Vx、Vy成为向信号处理部输入的输入信号Vx、Vy。

比计算部381将向信号处理部输入的输入信号Vx、Vy作为输入，而求出比Vy/Vx。具体而言，还可以将信号Vx、Vy输入到微型计算机的AD变换器，并在微型计算机内设置比计算部381。另外，在比Vy/Vx的运算时，通过绝对值|Vx|与|Vy|的大小比较进行分支处理，从而可以减小计算误差。

接下来，窗函数处理部385输入比r＝Vy/Vx，应用在图14中后述的恰当的窗函数。平均值处理部386输入窗函数处理后的信号，进行平均值处理。针对磁场方向旋转1次的期间，进行平均值处理。为了检测旋转1次的区间，使用期间判定器387来进行期间判定。具体而言，期间判定器387将直到Vx信号电压通过2次与开始时电压相等的值为止作为区间而进行期间判定。由于Vx信号与cosθ成比例，所以通过2次相同值对应于1个周期。如式(27)所示，该平均值等于钉扎角偏移α的正弦β(＝sinα)。

另外，进行平均值处理的期间也可以是磁场方向旋转多次的期间。如果平均值处理期间是360°的整数倍、即[0、2Nrπ)，则(25)式的第1项为零，所以所得到的平均值等于钉扎角偏移α的正弦β(＝sinα)。此处，Nr是1以上的整数，是磁场方向旋转的周次数。另外，如果旋转多次，则进行平均值处理的数据的采样点数增加，所以具有β值的计算精度提高这样的效果。

这样得到的β值被保管在参数存储部390中。

接下来，使用图14以及图15，对本实施方式的旋转角测量装置的窗函数处理部385中使用的窗函数W(r)进行说明。

图14以及图15是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置的窗函数处理部中使用的窗函数的说明图。

作为窗函数处理部385中使用的窗函数W(r)的具体例，使用下式(31)。

W(r)＝1-r²…(31)

图14示出用式(31)表示的窗函数W(r)的函数形式。图13的处理电路303DA的窗函数处理部385中应用的窗函数的条件是以下的2个。

(a)是关于r＝0对称的偶函数。

(b)是越是输入范围的两端，值变得越小的函数形式。

如图14所示，式(31)的窗函数W(r)满足条件(a)、(b)。

在图15中，针对磁场角度θ描绘了对比r乘以式(26)的窗函数W(r)而得到的“r×W(r)”。通过乘以窗函数，可知比r中的不连续点消失，而成为关于θ平滑的波形。因此，例如，即使采样点数、采样开始角度等条件变化，r×W(r)的平均值也几乎不变化。即、通过应用窗函数，得到稳定的(鲁棒性)推测方法，所以是进一步优选的方案。

如果用数式来表示利用窗函数进行了鲁棒化的处理电路即图15的处理，则成为下式(32)。

如果(|V_x|＞|V_y|)，当 $r=\frac{V_y}{V_x}$

r₂＝r*(1-r²)…  (32)

average(r₂，[0，2π))*A＝sinα≡β

此处，系数A是通过导入窗函数而产生的变换系数，在使用了式(31)的窗函数的情况下，A＝5.5。如果改变窗函数的形式，则系数A也变化。

接下来，使用图16～图18，对本实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度进行说明。

图16～图18是本发明的第3实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

对通过图15或者式(32)所示的结构推测了钉扎角偏移α时的推测误差进行说明。求出推测误差(αe-α)的方法如上所述。

图16是改变采样点数N而调查钉扎角偏移α的推测误差(αe-α)的结果。在采样点数N是50点的情况下，随着钉扎角偏移α变大，推测误差也增加。另一方面，如果是N＝100点，则推测误差是±0.1°以内，得到充分的精度。如果设为N＝200点，则精度进一步提高而误差量成为0.03°以下。另外，为了得到推测精度±0.2°，可知设为N≥100即可。

图17是调查初始角度θstart依赖性而得到的结果。将采样范围改变为[θstart、360°+θstart)而推测了钉扎角偏移。可知即使改变为θstart＝0～2、22°，推测误差也收敛在±0.1°的范围内，通过导入窗函数W(r)可以稳定地推测。

图18是调查噪声的影响而得到的结果。调查了对Vx、Vy信号重叠了噪声的影响。对信号电压Vx、Vy，针对cos或者sin分量而重叠振幅比b(％)的噪声分量，根据包含该噪声的信号(Vx、Vy)求出钉扎角偏移α的推测值αe。图18示出其推测误差。在噪声是振幅比b＝0.5％的情况下推测误差是±0.1°以下，在b＝1％的情况下是±0.25°以下。如果噪声振幅大到b＝2％，则推测误差增大为±1％。从图18可知，如果噪声是0.5％以下，则可以以充分的精度推测钉扎角偏移。

根据以上的结果，对于图13的结构、即通过针对比变量r＝Vy/Vx乘以窗函数W(r)而得到的结果进行平均值计算来求出钉扎角误差α的正弦β＝sinα的结构，即使各种信号取得条件发生变化，也可以稳定地(鲁棒性地)提供正确的推测值αe。

在用式(32)示出的参数推测处理方法中，磁场角度θ可以是1次旋转，但也可以是多次旋转、即Nr旋转(Nr＞1)。如果设为Nr旋转，则采样点数实质上增加，所以参数推测的精度提高，所以为进一步优选的方案。

如以上说明，根据本实施方式，在对由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差进行校正时，可以无需使用矫正用的编码器而实现。

另外，可对于钉扎角偏移的计算，通过较少的运算量来进行校正。

接下来，使用图19，对本发明的第4实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构进行说明。

图19是示出本发明的第4实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构的框图。另外，在图19中，与图8以及图13相同的符号表示同一部分。

本实施方式的旋转角测量装置201DMA包括磁场传感器301和检测电路部302DMA。检测电路部302DMA具有信号处理部303DMA。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，而输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，而输出差信号Vy。

信号处理部303DMA具备：用于检测钉扎角偏移α的信号处理部303DA；以及用于校正所检测出的钉扎角偏移α的信号处理部303M。信号处理部303DA具有图13中说明的结构，信号处理部303M具有图8中说明的结构。即，信号处理部303DA具备比计算部381、窗函数处理部385、平均值处理部386、期间判定器387、参数存储部390。信号处理部303D的动作如图13的说明。信号处理部303M具备比计算部381、参数校正部382、atan处理部383、参数存储部390。信号处理部303M的动作如图8的说明。

如以上说明，根据本实施方式，即使使用了在钉扎角设定中包含误差的磁场传感器，也可以测量正确的旋转角度。

另外，由于磁场传感器制造时的钉扎角设定的容许误差增加，所以易于制造。

进而，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。

另外，无需使用矫正用的编码器，就可以实现由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差的校正。

接下来，使用图20～图22，对本发明的第5实施方式的旋转角测量装置的结构以及动作进行说明。

最初，使用图20，对本实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构进行说明。

图20是示出本发明的第5实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第2结构的框图。

图20是执行作为旋转传感器动作中的校正处理的电路结构，使用在图13的结构中所求出的偏移量α的正弦β＝sinα，对旋转角测量值进行校正。在该结构中，即使在钉扎角误差较大的情况下也可以高精度地进行校正。

通过式(28)进行的校正在钉扎角误差|是α|≤4°的情况下是有效的。在本实施方式中，在|α|＞4°下也可以有效地校正。

旋转角测量装置201MA包括磁场传感器301和检测电路部302MA。检测电路部302MA具有信号处理部303MA。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。在本说明书中，将该差信号Vx、Vy称为各个桥的输出信号。桥的输出信号Vx、Vy成为向信号处理部输入的输入信号Vx、Vy。

比计算部381输入向信号处理部的输入信号Vx、Vy，求出比Vy/Vx。具体而言，将信号Vx、Vy输入到微型计算机的AD变换器，并在微型计算机内设置比计算部381即可。接下来，参数校正部382在对比r减去了β之后，除以系数Bx。另外，从参数存储部390读出参数β、Bx。

接下来，atan处理部383进行反正切处理，计算出磁场角度θ。

此处，具体地进行说明。从式(25)，得到下式(33)。

$\mathrm{\θ}=\mathrm{ArcTan}\left(\frac{1}{B_x}(\frac{V_y}{V_x}-\mathrm{\β})\right)...\left(33\right)$

另外，是Bx＝SQRT(1-β²)。

此处，式(33)考虑Vx、Vy的正负而恰当地输出0～360°的4个象限的值。即，通过下式(34)，可表示为

θ＝atan 2(V_y-βV_x，B_xV_x)…(34)

参数校正部382计算式(33)的括弧内。atan处理部383进行如式(34)所示0～360°输出的处理。

如图20可知，如果将本实施方式中的旋转角测量装置201M输出的角度设为θ，则在tanθ与磁场传感器301的输出信号Vx、Vy之间存在以下的关系。

$\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\frac{V_y}{V_x}-{\tan \mathrm{\θ}}_2=x...\left(35\right)$

此处，x＝β是不依赖于旋转角θ的非零的(即不是零的)固定值。

另外，β＝0相当于没有校正处理的情况，所以在进行了本实施方式的处理的情况下，β值成为非零的固定值。

虽然式(33)、式(34)的关系是正确的，但如果Vx接近零，则比Vy/Vx发散。因此，在以有限位数计算了的情况下，计算误差变大。另外，在电路的动作验证时，测定误差的影响扩大。因此，在|Vx|＜|Vy的情况下，使用比r2＝Vx/Vy，如下所述变换式(33)。

$(1-{\mathrm{xr}}_2)\cot \mathrm{\θ}=r_2\sqrt{1-x^2}...\left(36\right)$

此处，是r2＝(Vx/Vy)。

即、在图20的电路的动作验证中，在|Vx|≥|Vy|的情况下使用式(33)，在|Vx|＜|Vy|的情况下使用式(36)即可。这样，可以使计算误差、测定误差的影响成为最小限而进行动作验证。另外，由于在atan2函数的内部算法中包括通过|Vx|、|Vy|的大小关系进行的处理分支，所以在任意情况下使用了式(34)的atan2函数的关系式都成立。

接下来，使用图21以及图22，对本实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度进行说明。

图21以及图22是本发明的第5实施方式的旋转角测量装置中的钉扎角偏移量α的推测精度的说明图。

在图21(a)中，在钉扎角误差α是4°的情况下，针对用图8的校正电路进行了校正的情况(在图中A)和用图20的校正电路进行了校正的情况(在图中B)，描绘出校正后的旋转角θ的误差。在图21(b)中，在钉扎角误差α是20°的情况下，针对用图8的校正电路进行了校正的情况(在图中A)和用图20的校正电路进行了校正的情况(在图中B)，描绘出校正后的旋转角θ的误差。

图21(a)是α＝4°的情况，在图8的校正电路的情况、即仅β值的校正的情况下误差最大为0.07°，得到充分的精度。另一方面，图21(b)是α＝20°的情况，在该情况下在图8的校正电路中误差最大是1.7°，误差变大。但是，如果使用图20的校正电路，则如图21(b)的曲线B所示误差是零，得到充分的精度。

图22示出这样求出的各种钉扎角偏移量与通过各校正方式得到的输出角度θ的最大误差的关系。在图中，曲线A是使用了图8的校正电路的结果，曲线B是使用了图20的校正电路的情况。如该图所示，图8的校正电路在α≤4°的情况下误差收敛于0.1°以下，而得到充分的精度。另一方面，在α＞4°的情况下，通过使用图20的校正方式(曲线B)，可以确保充分的精度。

如以上说明，根据本实施方式，即使使用在钉扎角设定中包含误差的磁场传感器，也可以减小钉扎角的推测误差，而测量正确的旋转角度。

另外，由于磁场传感器制造时的钉扎角设定的容许误差增加，所以易于制造。

进而，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。

另外，无需使用矫正用的编码器，而可以实现由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差的校正。

接下来，使用图23，对本发明的第6实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第3结构进行说明。

图23是示出本发明的第6实施方式的用于调查钉扎角偏移α并校正该钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第3结构的框图。另外，在图23中，与图13以及图20相同的符号表示同一部分。

本实施方式的旋转角测量装置201DMB包括磁场传感器301和检测电路部302DMB。检测电路部302DMB具有信号处理部303DMB。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。在本说明书中，将该差信号Vx、Vy称为各个桥的输出信号。桥的输出信号Vx、Vy成为向信号处理部输入的输入信号Vx、Vy。

信号处理部303DMB具备：用于检测钉扎角偏移α的信号处理部303DA；以及用于校正所检测出的钉扎角偏移α的信号处理部303MA。信号处理部303DA具有图13中说明的结构，信号处理部303MA具有图20中说明的结构。即，信号处理部303DA具备比计算部381、窗函数处理部385、平均值处理部386、期间判定器387、参数存储部390。信号处理部303D的动作如图13的说明。信号处理部303MA具备比计算部381、参数校正部382、atan处理部383、参数存储部390。信号处理部303MA的动作如图20的说明。

如以上说明，根据本实施方式，即使使用了在钉扎角设定中包含误差的磁场传感器，也可以测量正确的旋转角度。

另外，由于磁场传感器制造时的钉扎角设定的容许误差增加，所以易于制造。

进而，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。

另外，无需使用矫正用的编码器，而可以实现由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差的校正。

接下来，使用图24，对本发明的第7实施方式的旋转角测量装置的结构进行说明。

图24是示出本发明的第7实施方式的旋转角测量装置的结构的框图。

在使用了GMR传感器的旋转角测量装置的测量精度的误差主要原因中，除了由于钉扎角偏移引起的误差的主要原因以外，有时信号偏置也产生误差。本实施方式可以还去除该误差主要原因而进行高精度的测量。

信号偏置是由于GMR元件的角度非依赖项Rn0的偏差而产生的。对GMR传感器的输出信号Vx、Vy中可能包含的信号偏置进行说明。

将GMR元件的电阻分离成磁场非依赖项Rn0和磁场依赖项ΔR，

如果表示为，

R_n＝R_n0±ΔR…(37)

则GMR桥的输出信号ΔV如下式(38)所示。

$\mathrm{\ΔV}=\frac{e_0(R_{10}{R}_{30}-R_{20}{R}_{40})}{(R_1+R_4)(R_2+R_3)}+\mathrm{C\ΔR}...\left(38\right)$

此处，C是

$C=\frac{e_0(R_{10}+R_{30}+R_{20}+R_{40})}{(R_1+R_4)(R_2+R_3)}...\left(39\right).$

在式(38)中，如果磁场非依赖的电阻分量相互相等，则R10×R30＝R20×R40成立，所以在信号ΔV中不产生偏置，但如果由于电阻值的偏差而成为R10×R30≠R20×R40，则产生不依赖于磁场方向的偏置分量。

如果存在偏置，则式(22)、式(23)不成立，所以式(27)或者式(32)的校正算法不成立。因此，需要在应用这些校正算法之前，去除信号偏置。

根据式(37)可知，在存在偏置的情况下，用下式(40)、式(41)来表示式(22)、式(23)。

$V_x=-\mathrm{\Δ}{V}_c=C\frac{G}{2}\cos \mathrm{\θ}+V_{\mathrm{Cofs}}...\left(40\right)$

$V_y=\mathrm{\Δ}{V}_s=C\frac{G}{2}\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})+V_{\mathrm{Sofs}}...\left(41\right)$

此处，如果进行1个周期的积分，则cos函数和sin函数的正负相互抵消，所以如果使磁场方向旋转0～360°而取平均值，则求出偏置电压VCofs、VSofs。即，可通过下式计算。

average(V_x，[0，2π))＝V_Cofs≡b_x…  (42)

average(V_y，[0，2π))＝V_Sofs≡b_y…  (43)

因此，通过以下的校正步骤，可以对电阻偏差起因的偏置电压和钉扎角偏移这两方进行校正。

(a)使磁场按照一定角速度旋转2次，

(b)在第1次旋转中通过式(42)、式(43)求出Vx、Vy的偏置电压bx、by。

(c)在第2次旋转中，计算出从Vx、Vy分别减去了bx、by的值Vx’＝Vx-bx、Vy’＝Vy-by，针对Vx’、Vy’，通过式(27)或者式(32)的算法，求出钉扎角偏移量β。

(d)通过Bx＝SQRT(1-β²)，根据β值计算出Bx。

另外，在所述中，叙述了在偏置电压bx、by的检测工序中使磁场方向旋转1次，在钉扎角偏移量(校正参数)β的检测工序中使磁场方向旋转1次的例子。此处，也可以使磁场方向旋转(n+m)次以上，在偏置电压bx、by的检测工序中使磁场方向旋转n次(n＞1)，之后，在钉扎角偏移量(校正参数)β的检测工序中使磁场方向旋转m次(m＞1)。由于也可以在偏置电压的检测工序和校正参数β的检测工序之间使磁场方向旋转，所以磁场方向的旋转方向合计成为(n+m)次。如果在偏置电压的检测工序和校正参数β的检测工序各自中，使磁场方向旋转多次，则采样点数增加，所以具有各参数的取得精度提高的优点。

图24所示的电路是在磁场传感器具有信号偏置和钉扎角误差的情况下，用于调查钉扎角偏移α的电路结构。

本实施方式的旋转角测量装置201DB包括磁场传感器301和检测电路部302DB。检测电路部302DB具有信号处理部303DB。磁场传感器301如图6的说明，具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。此处，设为Vx＝-ΔVc＝-(V2-V1)。另外，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。此处，是Vy＝ΔVs。在本说明书中，将该差信号Vx、Vy称为各个桥的输出信号。桥的输出信号Vx、Vy成为向信号处理部输入的输入信号Vx、Vy。

比计算部381输入向信号处理部的输入信号Vx、Vy，而计算出比Vy/Vx。具体而言，将信号Vx、Vy输入到微型计算机的AD变换器，并在微型计算机内设置比计算部381即可。另外，在比Vy/Vx的运算时，通过如式(27)所示，进行通过绝对值比较实现的分支处理，可以减小计算误差。

接下来，窗函数处理部385输入比r＝Vy/Vx，应用图14中说明的恰当的窗函数。

平均值处理部386输入窗函数处理后的信号而进行平均值处理。在磁场旋转的第1次旋转中，进行信号输出Vx、Vy的平均处理，依照式(42)、式(43)，求出各自的偏置bx、by并保管在参数存储部390中。在磁场旋转的第2次旋转中，从输出信号Vx、Vy，在偏置减法处理部353A、353B中，分别减去保管在存储部390中的偏置bx、by。

将校正了偏置后的信号Vx’＝Vx-bx、Vy’＝Vy-by作为信号处理部303DB的输入信号。针对向信号处理部303DB输入的输入信号Vx’、Vy’，通过比计算部381、窗函数处理部385、平均值处理部386如上所述进行处理，从而得到钉扎角偏移α的正弦β(＝sinα)。

将这样得到的β值保管在参数存储部390中。

另外，在所述中，叙述了在偏置电压bx、by的检测工序中使磁场方向旋转1次，在钉扎角偏移量(校正参数)β的检测工序中使磁场方向旋转1次的例子。此处，也可以使磁场方向旋转(n+m)次以上，在偏置电压bx、by的检测工序中使磁场方向旋转n次(n＞1)，之后，在钉扎角偏移量(校正参数)β的检测工序中使磁场方向旋转m次(m＞1)。由于也可以在偏置电压的检测工序和校正参数β的检测工序之间使磁场方向旋转，所以磁场方向的旋转方向合计成为(n+m)次。如果在偏置电压的检测工序和校正参数β的检测工序各自中，使磁场方向旋转多次，则采样点数增加，所以具有各参数的取得精度提高的优点。

如上所述，在本实施方式中，可仅通过3个参数β、bx、by的减法处理、以及系数1/Bx的乘法处理，来校正起因于GMR传感器的元件偏差的误差。这些处理由于计算负荷较少，所以可通过廉价的通用微型计算机容易地执行。

如以上说明，根据本实施方式，在对由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差进行校正时，可以不使用矫正用的编码器而实现。

另外，可对于钉扎角偏移的计算，通过较少的运算量来进行校正。

接下来，使用图25，对本发明的第8实施方式的旋转角测量装置的结构以及动作进行说明。

图25是示出本发明的第8实施方式的用于校正钉扎角偏移α的旋转角测量装置的第3结构的框图。

图25是执行作为旋转传感器而动作中的校正处理的电路结构，使用通过图24的结构求出的偏置bx、by以及偏移量α的正弦β(＝sinα)来校正旋转角测量值。

本实施方式的旋转角测量装置201MB包括磁场传感器301和检测电路部302MB。检测电路部302MB具有偏置减法处理部353A、353B和信号处理部303M。磁场传感器301具有由GMR元件构成的2个桥(COS桥和SIN桥)。差动放大器351A对COS桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vx。同样地，差动放大器351B对SIN桥的V1、V2端子的差电压进行检测，输出差信号Vy。

偏置减法处理部353A、353B分别从输出信号Vx、Vy减去保管在存储部390中的偏置bx、by。将校正了偏置后的Vx’＝Vx-bx、Vy’＝Vy-by作为信号处理部303M的输入信号。

输入信号Vx’、Vy’被输入到信号处理部303M，在比计算部381中求出比Vy’/Vx’。具体而言，将信号Vx’、Vy’输入到微型计算机的AD变换器，并在微型计算机内设置比计算部381即可。接下来，参数校正部382读出保管在参数存储部390中的校正参数β，进行校正处理。具体而言，从比Vy’/Vx’减去参数β。接下来，atan处理部383进行反正切处理，计算出磁场角度θ。atan处理部383进行式(29)的处理。

如以上说明，根据本实施方式，即使使用了在钉扎角设定中包含误差的磁场传感器，也可以校正偏置误差，而减小钉扎角的推测误差，来测量正确的旋转角度。

另外，由于磁场传感器制造时的钉扎角设定的容许误差增加，所以易于制造。

进而，可对于起因于钉扎角偏移的校正，通过较少的运算量来进行校正。

另外，无需使用矫正用的编码器，而可以实现由于旋转角测量装置的钉扎角偏移而产生的误差的校正。

在以上说明的各实施方式中，说明了根据比Vy/Vx进行信号处理的方法，但也可以根据Vx/Vy来进行信号处理。式(28)、式(33)在实际的处理中分别通过式(29)、式(34)进行处理。在式(29)、式(34)中的atan2(y、x)的处理中，除了作为ArcTan(y/x)而计算角度以外，即使处理为ArcCot(x/y)也能得到角度。在|x|＞|y|的情况下，ArcTan(y/x)的方法的计算精度更佳，在|x|＜|y|的情况下，ArcCot(x/y)的方法的计算精度更佳。

接下来，使用图26以及图27，对使用了所述各实施方式的旋转角测量装置的马达系统的结构进行说明。

图26以及图27是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的马达系统的结构图。

本例子的马达系统包括马达部100和旋转角检测部200。

马达部100通过多个固定磁极和多个旋转磁极的磁作用，使多个旋转磁极旋转，从而产生旋转扭矩。马达部100包括构成多个固定磁极的定子110和构成多个旋转磁极的转子120。定子110包括定子芯111和安装在定子芯111上的定子线圈112。转子120在定子110的内周侧隔着空隙相向配置，且可被旋转地支撑。在本实施例中，作为马达100，使用了三相交流式的表面磁铁型同步马达。

框体包括圆筒状的框架101、和设置在框架101的轴向两端部中的第1支架102以及第2支架103。在第1支架101的中空部中设置了轴承106，在第2支架103的中空部中设置了轴承107。这些轴承103、107可旋转地支撑了旋转轴121。

在框架101与第1支架102之间，设置了密封部件(未图示)。密封部件是环状地设置的O环，通过框架101和第1支架102从轴向以及径向夹入被压缩。由此，可以对框架101与第1支架102之间进行密封，可以对正面侧实现防水。另外，在框架101与第2支架103之间也通过密封部件(未图示)进行了防水。

定子110包括定子芯111和安装在定子芯111上的定子线圈112，设置在框架101的内周面中。定子芯111是在轴向上层叠多个硅钢板而形成的磁性体(磁路形成体)，包括圆环状的背芯、和从背芯的内周部向径向内侧突出而在圆周方向上等间隔地配置的多个齿。

在多个齿的各自中，集中地卷绕了构成定子线圈112的绕组导体。多个绕组导体通过在定子线圈112的一方的线圈终端部(第2支架103侧)的轴向端部中并列设置的接线部件针对每个相进行了电连接，进而作为3相绕组进行了电连接。在3相绕组的接线方式中有△(三角)接线方式和Y(星型)接线方式。在本例子中，采用了△(三角)接线方式。

转子120具备：在旋转轴121的外周面上固定的转子芯；在转子芯的外周表面上固定的多个磁铁；以及在磁铁的外周侧设置的磁铁罩122a、122b。磁铁罩122防止磁铁从转子芯飞散，是由不锈钢(俗称SUS)等非磁性体形成的圆筒部件或者管状部件。

接下来，对旋转角检测部200的结构进行说明。

旋转角检测部200包括旋转角测量装置201DM(以下，称为“磁场传感器模块201DM”)和传感器磁铁202。旋转角检测部200设置在由外壳203和第2支架103围成的空间内。传感器磁铁202设置在与旋转轴121连动地旋转的轴上，如果旋转轴121改变旋转位置，则与其对应地产生的磁场方向发生变化。通过磁场传感器模块201DM检测该磁场方向，从而可以测量旋转轴121的旋转角(旋转位置)。

磁场传感器模块201DM如果设置在旋转轴121的旋转中心线226上，则在传感器磁铁202产生的磁场的空间分布中误差变少，所以是优选的配置。

传感器磁铁202是进行了2极磁化的2极磁铁、或者进行了4极以上的磁化的多极磁铁。

磁场传感器模块201DM如图8所示，包括磁场传感器301和检测电路部302M。检测电路部302M具有信号处理部303D。

磁场传感器301的输出信号根据磁场的方向而变化，由GMR元件构成。

磁场传感器模块201DM以磁场传感器具有的基准角度θm0为基准而对磁场传感器的设置场所的磁场方向θm进行检测。即，输出与θ＝θm-θm0对应的信号。在本例子中使用的磁场传感器301由2个GMR元件构成，分别输出与cos(θm-θm0)、以及sin(θm-θm0+α)成比例的信号。此处，α是钉扎角偏移。

磁场传感器模块201DM设置在外壳203上。外壳203优选由铝、树脂等相对磁导率是1.1以下的材料构成，以不会对磁通方向造成影响。在本实施例中由铝构成。

另外，磁场传感器模块201DM相对马达部固定即可，当然也可以固定在外壳203以外的结构要素上。其原因为，如果相对马达部固定，则在旋转轴121的旋转角变化而传感器磁铁202的方向变化了的情况下，可以通过用磁场传感器301中检测磁场方向变化来检测旋转轴121的旋转角。

在磁场传感器模块201DM上，连接了传感器布线208。通过传感器布线208将磁场传感器301的输出信号传送到外部。

磁场传感器模块201DM如图11所示，包括磁场传感器301和检测电路部302DM。在磁场传感器301中，在桥结构中采用多个GMR型元件。磁场传感器301是图6所示的结构。检测电路部302DM包括：供给施加到GMR元件的电压的驱动电路部；对来自GMR元件的信号进行检测·放大的差动放大器351；以及对该输出信号进行处理的信号处理部303DM。信号处理部303DM具有图11所示的结构。

此处，使用图27，叙述取得校正参数时的结构。来自磁场传感器模块201DM的信号被输入到电子控制单元411(简记为ECU)。ECU411向驱动部412发送控制命令。驱动部412通过向马达部100的定子110输出恰当的电压波形，对转子121的旋转速度、旋转轴位置等进行控制。

在取得校正参数时，ECU411向驱动部412输出按照一定角速度使转子121旋转的命令，从而转子121按照一定速度旋转。此时，磁场传感器模块201DM的信号处理部303D通过采用图13的结构，取得校正参数，并存储在参数存储部390中。

另外，也可以仅通过磁场传感器301构成磁场传感器模块201DM，在ECU411的内部构成检测电路部302D。

另外，在本例子中，还可以针对某时间间隔的每一个进行更新校正参数的处理。由此，即使在长时间使用旋转角测量装置而校正参数呈现经时变化的情况下，也可以通过使用更新处理后的校正参数来维持正确的测量结果。

另外，作为磁场传感器模块201DM的结构，还可以设为图19所示的旋转角测量装置201DMA、或图23所示的旋转角测量装置201DMB的结构。进而，在使用图29中后述的装置预先取得了校正参数的情况下，作为磁场传感器模块201DM的结构，还可以设为图8所示的旋转角测量装置201M、图20所示的旋转角测量装置201MA、或图25所示的旋转角测量装置201MB的结构。此时，在存储装置390中，存储了预先取得的校正参数。

接下来，使用图28，对使用了所述各实施方式的旋转角测量装置的电动助力转向系统的结构进行说明。

图28是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的电动助力转向系统的结构图。

在图28所示的电动助力转向(Electric Power-Assisted Steering)中，与把手501机械地连结的转向轴503经由由齿轮等构成的连结部504进行与旋转轴121连动的动作。旋转轴121是马达100的旋转轴，在一个端设置有传感器磁铁202。在传感器磁铁202的附近，设置了旋转角测量装置201DM(以下，称为“磁场传感器模块201DM”)，对旋转轴121的旋转角进行测量并发送到ECU411。ECU411根据来自设置于转向柱502内的扭矩传感器(未图示)的信号、和来自磁场传感器模块201DM的旋转角信号，计算出恰当的马达驱动量，向马达驱动部412发送信号。由此，马达100经由旋转轴121对转向轴503的动作进行助力。

在作为电动助力转向装置的系统的角度原点(系统原点)中设定系统，读出该状态下的旋转轴121的旋转角θr0。具体而言，在将把手501设定到恰当的位置的状态下，对磁场传感器模块201DM的信号进行测定而求出磁场角度θm，将与系统原点对应的磁场角度旋转角θm0存储并保管在电动助力转向装置的控制装置(电子控制单元ECU)411中。

即使在向系统设置旋转角检测装置时存在组装误差的情况下，只要知道与系统原点对应的磁场角θm0值，则也可以进行误差的补偿。

在助力转向装置等系统中，所必要的信息是作为系统的角度θsys、即把手的旋转角。根据本例子，通过从磁场传感器模块201DM的输出信号得到的磁场角度θm，正确地得到作为系统的角度θsys。

另外，作为磁场传感器模块201DM的结构，还可以设为图19所示的旋转角测量装置201DMA、或图23所示的旋转角测量装置201DMB的结构。进而，在使用图29中后述的装置预先取得了校正参数的情况下，作为磁场传感器模块201DM的结构，还可以设为图8所示的旋转角测量装置201M、图20所示的旋转角测量装置201MA、或图25所示的旋转角测量装置201MB的结构。此时，在存储装置390中，存储了预先取得的校正参数。

接下来，使用图29，对使用了所述各实施方式的旋转角测量装置的磁场传感器301制造时的检查系统进行说明。

图29是使用了本发明的各实施方式的旋转角测量装置的磁场传感器制造时的检查系统的说明图。

在本例子中，在磁场传感器301制造时的检查工序中取得校正参数。如图29所示，将包括GMR元件的磁场传感器301配置在平台上，一边使产生均匀磁场的磁场产生体202旋转，一边对各磁场传感器的(Vx、Vy)信号进行测定，使用图5所示的旋转角测量装置201D、图13所示的旋转角测量装置201DA、或图24所示的旋转角测量装置201DB，通过式(32)的方法、以及式(42)、式(43)的方法，针对各传感器的每一个，取得校正参数。由此，针对各个磁场传感器301的每一个，可知钉扎角偏移值α(或者其正弦β＝sinα)、信号偏置bx、by、以及用式(42)、式(43)定义的Bx值。

将这样取得了校正参数的磁场传感器301装入到旋转角测量装置201MA中。该旋转角测量装置201MA的信号处理部303MA设为图20的结构，在参数存储部390中记录校正参数β、Bx。这样，旋转角测量装置201MA可以降低钉扎角设定误差的影响，所以可以实现高精度的测定。

另外，在以上的说明中，作为磁场传感器使用了GMR元件，但对于作为磁场传感器使用了TMR元件(隧穿磁阻元件，Tunnel mg Magnetic-Resistance Element)的旋转角测量装置也是有效的。TMR元件是在图2中作为隔离件12使用了绝缘层的元件，电阻值根据固定磁化层的磁化方向(钉扎角)θp与自由磁化层的磁化方向θf所成的角度而变化(自由磁化层的磁化方向与外部磁场的方向一致)。因此，通过应用本发明可以得到同样的效果。

Claims (20)

1.一种旋转角测量装置，其特征在于：具有磁场传感器和信号处理部，

所述磁场传感器具有2个桥，该桥由磁阻元件构成，该磁阻元件具有固定磁化层，

所述信号处理部将第1所述桥的输出信号Vx作为输入信号Vx，将第2所述桥的输出信号Vy作为输入信号Vy，输出磁场方向角度θ，

在所述信号处理部中，所述输入信号之比Vy/Vx与tanθ之差是非零的固定值。

2.根据权利要求1所述的旋转角测量装置，其特征在于，所述信号处理部具备：

比计算部，计算出所述输入信号Vx、Vy之比Vy/Vx；

参数校正部，从该比计算部计算出的所述比Vy/Vx中，减去预先检测出的校正参数β；以及

atan处理部，对由该参数校正部计算出的值，进行反正切处理，计算出磁场角度θ。

3.根据权利要求2所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述参数校正部将所计算出的值(Vy/Vx-β)除以Bx＝SQRT(1-β²)。

4.根据权利要求2所述的旋转角测量装置，其特征在于，具备：

偏置减法处理部，从所述第1所述桥的输出信号Vx和第2所述桥的输出信号Vy中，分别减去预先检测出的偏置bx、by，

将该偏置减法处理部的输出(Vx-bx)、(Vy-by)分别作为所述信号处理部的所述输入信号。

5.根据权利要求1所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述信号处理部具备平均值处理部，该平均值处理部根据对所述输入信号之比Vy/Vx的关于磁场方向旋转1次或者旋转多次的期间的平均值，计算出所述校正参数β。

6.根据权利要求5所述的旋转角测量装置，其特征在于，具备：

窗函数处理部，对所述比计算部计算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r(＝Vy/Vx)为自变量的窗函数W(r)，

对该窗函数处理部的输出，所述平均值处理部针对磁场方向旋转1次或者旋转多次的期间计算出平均值。

7.根据权利要求6所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述窗函数W(r)是偶函数。

8.根据权利要求6所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述参数校正部将所计算出的值除以Bx＝SQRT(1-β²)。

9.根据权利要求1所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述磁阻元件是巨磁阻元件。

10.一种旋转角测量装置，其特征在于：具有磁场传感器和信号处理部，

所述磁场传感器具有2个桥，该桥由磁阻元件构成，该磁阻元件具有固定磁化层，

所述信号处理部将第1所述桥的输出信号Vx作为输入信号Vx，将第2所述桥的输出信号Vy作为输入信号Vy，输出磁场方向角度θ，

在所述信号处理部中，具有在所述输入信号之比Vy/Vx与tanθ间满足(1/SQRT(1-x²))×(Vy/Vx)-tanθ＝x的、非零的固定值x，并且x是不依赖于θ的固定值。

11.根据权利要求10所述的旋转角测量装置，其特征在于，所述信号处理部具备：

比计算部，计算出所述输入信号Vx、Vy之比Vy/Vx；

参数校正部，从该比计算部计算出的所述比Vy/Vx中，减去预先检测出的校正参数β；以及

atan处理部，对由该参数校正部计算出的值，进行反正切处理，而计算出磁场角度θ。

12.根据权利要求11所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述参数校正部将所计算出的值(Vy/Vx-β)除以Bx＝SQRT(1-β²)。

13.根据权利要求11所述的旋转角测量装置，其特征在于，具备：

偏置减法处理部，从所述第1所述桥的输出信号Vx和第2所述桥的输出信号Vy中，分别减去预先检测出的偏置bx、by，

将该偏置减法处理部的输出(Vx-bx)、(Vy-by)分别作为所述信号处理部的所述输入信号。

14.根据权利要求10所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述信号处理部具备平均值处理部，该平均值处理部根据对所述输入信号之比Vy/Vx的关于磁场方向旋转1次或者旋转多次的期间的平均值，计算出所述校正参数β。

15.根据权利要求14所述的旋转角测量装置，其特征在于，具备：

窗函数处理部，对所述比计算部计算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r(＝Vy/Vx)为自变量的窗函数W(r)，

对该窗函数处理部的输出，所述平均值处理部针对磁场方向旋转1次或者旋转多次的期间计算出平均值。

16.一种旋转角测量装置，其特征在于：具有磁场传感器和信号处理部，

所述磁场传感器具有2个桥，该桥由磁阻元件构成，该磁阻元件具有固定磁化层，

所述信号处理部将第1所述桥的输出信号Vx作为输入信号Vx，将第2所述桥的输出信号Vy作为输入信号Vy，输出磁场方向角度θ，

所述信号处理部根据所述输入信号之比Vy/Vx的关于磁场方向旋转1次或者旋转多次的期间中的平均值，计算出所述校正参数β。

17.根据权利要求16所述的旋转角测量装置，其特征在于，具备：

窗函数处理部，对所述比计算部计算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r(＝Vy/Vx)为自变量的窗函数W(r)，

对该窗函数处理部的输出，所述平均值处理部针对磁场方向旋转1次的期间计算出平均值。

18.根据权利要求16所述的旋转角测量装置，其特征在于，具备：

偏置减法处理部，从所述第1所述桥的输出信号Vx和第2所述桥的输出信号Vy中，分别减去预先检测出的偏置bx、by，

将该偏置减法处理部的输出作为所述信号处理部的所述比计算部的输入。

19.根据权利要求18所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述平均值处理部在使磁场按照一定角速度旋转(n+m)次以上的期间中的旋转n次的期间中，求出所述偏置电压bx、by，

在旋转m次的期间中，所述偏置减法处理部计算从信号Vx、Vy中分别减去了所述偏置电压bx、by而得到的值Vx’＝Vx-bx、Vy’＝Vy-by，

所述平均值处理部针对值Vx’、Vy’，求出所述校正参数β，

其中所述n和m是1以上的整数值。

20.根据权利要求16所述的旋转角测量装置，其特征在于，

所述磁阻元件是巨磁阻元件。

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