CN103282745A - 磁场角计测装置、旋转角计测装置和使用它的旋转机械、系统、车辆和车辆驱动装置 - Google Patents

Abstract

在电桥结构中使用磁阻元件的旋转角计测装置中，发生异常时不能输出正确的角度，所以存在使用它的上级系统也功能停止的问题，为了解决该问题，磁场角计测装置包括检测部和由磁阻元件构成的COS电桥与SIN电桥，在分别构成COS电桥或SIN电桥的半电桥中的任一个发生异常的情况下，上述检测部基于从正常的一个半电桥输出的信号，输出角度信号。

Description

磁场角计测装置、旋转角计测装置和使用它的旋转机械、系统、车辆和车辆驱动装置

技术领域

本发明涉及使用磁阻元件(以下称为MR(Magnetoresistive)元件)构成的磁场角计测装置、和使用它的旋转角计测装置。

此外，本说明书中，位置传感器指的是检测旋转体的位置(旋转角)的旋转角传感器、和进行平移运动的移动体的位置传感器等。

背景技术

计测旋转体的旋转角和位置的旋转角计测传感器或位置传感器中，在旋转体上安装磁铁等磁场产生体，用磁场角计测传感器计测该磁场的方向。

其中，本说明书中，位置传感器指的是检测旋转体的位置(旋转角)的旋转角传感器、和进行平移运动的移动体的位置传感器等。

作为这样的磁场角计测传感器，已知有使用磁阻元件的磁场角计测传感器。磁阻元件是电阻值根据对元件施加的磁场的方向和强度而变化的元件。

磁阻效应元件(MR元件)中，已知有各向异性磁阻元件(Anisotropic Magneto-resistance，以下称为“AMR元件”)、巨磁阻效应元件(Giant Magnetoresistance，以下称为“GMR元件”)、隧道磁阻元件(Tunneling Magnetoresistance，以下称为“TMR元件”)等。以下，以使用GMR元件的磁场检测装置为例，记载现有技术的概要。

在图2中表示GMR元件的基本结构。GMR元件采取具有第一磁性层(固定磁性层)13和第二磁性层(自由磁性层)11，其在两个磁性层之间夹着非磁性层(间隔层)12的结构。对GMR元件施加外部磁场30时，固定磁性层的磁化方向不变化而是保持固定，与此相对，自由磁性层的磁化方向20根据外部磁场的方向而变化。

本说明书中，固定磁性层的磁化方向22的角度称为固定角(pinangle)，用θ_p表示。

对GMR元件的两端施加电压时，会流过与元件电阻相应的电流，但该元件电阻的大小依赖于固定磁性层的磁化方向(固定角)θ_p与自由磁性层的磁化方向θ_f的差Δθ＝θ_f-θ_p而变化。从而，如果固定磁性层的磁化方向θ_p已知，则利用该性质通过测量GMR元件的电阻值能够检测自由磁性层的磁化方向θ_f、即外部磁场的方向。

GMR元件的电阻值根据Δθ＝θ_f-θ_p变化的机制如下所述。

薄膜磁性膜中的磁化方向，与磁性体中的电子的自旋(spin)方向相关联。从而，在Δθ＝0的情况下，自由磁性层的电子和固定磁性层的电子中，自旋方向为同一方向的电子的比例较高。反之，在Δθ＝180°的情况下，两个磁性层中的电子中，自旋方向互为反向的电子的比例较高。

图3是示意性地表示自由磁性层11、间隔层12、固定磁性层13的截面的图。自由磁性层11和固定磁性层13中的箭头示意性地表示了多数电子的自旋方向。图3(A)是Δθ＝0的情况，自由磁性层11和固定磁性层13的自旋方向一致。图3(B)是Δθ＝180°的情况，自由磁性层11和固定侧性层13的自旋方向相反。(A)的Δθ＝0的情况下，从固定磁性层13释放的向右自旋的电子，因为自由磁性层11中相同方向的电子占多数，所以在自由磁性层11中的散射较少，通过如电子轨迹810所示的轨迹。另一方面，(B)的Δθ＝180°的情况下，从固定磁性层13释放的向右自旋的电子进入自由磁性层11时，因为反向自旋的电子较多，所以受到较强的散射，通过如电子轨迹811所示的轨迹。这样，在Δθ＝180°的情况下，因为电子散射增加，所以电阻增加。

Δθ＝0～180°的中间的情况下，是图3(A)、(B)的中间的状态，已知GMR元件的电阻值为：

[数1]

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

G/R称为GMR系数，为数％～数十％。

这样，因为能够通过电子自旋的方向控制电流的流动方式(即电阻)，所以GMR元件也称为自旋阀元件。

此外，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非常大，所以磁化矢量不能够在法线方向(膜厚方向)上成立，而在面内横向延伸。构成GMR元件的自由磁性层11、固定磁性层13都充分薄，所以其各自的磁化矢量在面内方向上横向延伸。

用作磁传感器的情况下，如图4所示，使用4个GMR元件R₁(51-1)～R₄(51-4)构成惠斯登电桥60。此处，将R₁(51-1)、R₃(51-3)的固定磁性层的磁化方向设定为θ_p＝0，将R₂、R₄的固定磁化层的磁化方向设定为θ_p＝180°。自由磁性层的磁化方向θ_f由外部磁场决定，所以在4个GMR元件中相同，所以Δθ₂＝θ_f-θ_p2＝θ_f-θ_p1-π＝Δθ₁+π的关系成立。此处，Δθ₁是以θ_p＝0为基准的，所以置换为Δθ₁＝θ。从而，由(数1)式可知，R₁、R₃中(n＝1，3)为：

[数2]

$R_n=R_{n0}-\frac{G}{2}\cos \mathrm{\θ}$ ……(数2)

R₂、R₄中(n＝2，4)为：

[数3]

$R_n=R_{n0}+\frac{G}{2}\cos \mathrm{\θ}$ ……(数3)

对图4的电桥电路60施加激励电压e₀时的端子V_c1、V_c2之间的电压差ΔV＝V_c2-V_c1如下所述：

[数4]

$\mathrm{\ΔV}=\frac{R_1{R}_3-R_2{R}_4}{(R_1+R_4)(R_2+R_3)}{e}_0$ ……(数4)

在其中代入(数2)、(数3)，假设对于n＝1～4，R_n0相等，R₀＝R_n0，则有：

[数5]

$\mathrm{\Δ}{V}_c=\frac{-e_{0}G}{2R_0}\cos \mathrm{\θ}$ ……(数5)

这样，信号电压ΔV与cosθ成比例，所以能够检测磁场的方向θ。此外，该电桥电路因为输出与cosθ成比例的信号，所以称为COS电桥。

考虑与COS电桥相比使固定磁化层的方向改变90度的电桥61。即，用θ_p＝90°、270°的GMR元件构成电桥。与上述同样计算时，信号电压ΔV_s(＝V_s2-V_s1)为：

[数6]

$\mathrm{\Δ}{V}_s=\frac{e_{0}G}{2R_0}\sin \mathrm{\θ}$ ……(数6)

这样与sinθ成比例，所以将该电桥61称为SIN电桥。通过计算COS电桥和SIN电桥的2个输出信号的比的逆正切，求出磁场矢量的方向θ_m(磁场角度)。

[数7]

$\mathrm{ArcTan}\left(\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{-\mathrm{\Δ}{V}_c}\right)=\mathrm{ArcTan}\left(\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\θ}}\right)=\mathrm{\θ}$ ……(数7)

这样，磁阻元件具有直接检测磁场方向的特征。

特别是在汽车和工业用机械、机器人等中使用的旋转角传感器中，必须避免输出错误的传感器输出值的事态。在旋转角传感器发生异常的情况下检测该异常的方法，例如在专利文献1中有公开。

专利文献1中，在电桥的2个输出V₁和V₂的和(V₁+V₂)超过规定范围的情况下，判定传感器故障，进行不从传感器输出错误的角度信息的处置。这样，能够提高使用该传感器的车等的安全性。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-49097号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

近年来，电动车等车辆的电动化正在发展。

此外，仅通过电子信号来使之工作的“X-by-Wire”为代表的电子化也在发展。例如，列举电动助力转向系统的例子，完全电子化的线控转向系统(Steer-by-Wire系统)中，驾驶员用方向盘给出的指令信号，先转换为电子信号(角度信息等)，在将其传递至转向控制装置，在与电子信号相应的控制下使转向驱动电机工作。

这样，在电动化、电子化的车辆系统中，存在以下问题：例如进行电机的控制的旋转角传感器发生异常，传感器工作(动作)停止时，该电机不能工作，所以车辆系统自身不能工作。

为了防止这样的问题，进行以下对应：设置2个旋转角传感器、在一个传感器发生异常的情况下，使另一个传感器工作等的冗余传感器结构等。但是，当使用冗余结构时，存在成本提高的课题、和对于系统的小型化发生阻碍等课题。

此外，以上列举了以汽车为代表的车辆的例子，但在工业用机械、机器人等领域中，也存在旋转角传感器故障时系统整体停止的同样的课题。

本发明的目的在于，提供一种磁场角计测装置或旋转角计测装置，其即使在传感器发生异常的情况下也能够输出能够使系统的工作继续的计测结果，并且能够有助于系统的小型化。

用于解决技术问题的技术手段

上述课题能够通过以下结构解决。

具备：由磁阻元件构成的COS电桥和SIN电桥；和接受COS电桥的输出信号和SIN电桥的输出信号以检测磁场角度的检测部，在COS电桥或SIN电桥各自中的任一个半电桥发生异常的情况下，上述检测部基于从COS电桥或SIN电桥各自中的正常的一个半电桥输出的信号，输出角度信号

根据本发明，在磁场角计测装置或旋转角计测装置中发生异常的情况下，也能够继续输出正确的角度信息。

由此，在磁场角计测装置或旋转角计测装置中发生异常的情况下，也能够使车辆等的上级系统运转。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的磁场角计测装置的结构的图。

图2是表示GMR元件的结构的图。

图3是说明GMR元件的电阻变化的机制的图。

图4是表示用磁阻元件构成的电桥的结构的图。

图5是表示MR电桥部的结构例的图。

图6是表示GMR元件的配线图案的图。

图7是表示本发明的实施例2中使用的冗余部的结构的图。

图8是表示本发明的实施例2的磁场角计测装置的结构的图。

图9是表示本发明的实施例3的磁场角计测装置的结构的图。

图10是表示本发明的实施例3的开关切换的组合的表。

图11是表示本发明的实施例4的磁场角计测装置的结构的图。

图12是表示本发明的实施例5的旋转角计测装置的结构的图。

图13是表示本发明的实施例6的旋转机械的结构的图。

图14是表示本发明的实施例6的旋转机械的结构的图。

图15是表示本发明的实施例7的EPS的结构的图。

图16是表示本发明的实施例8的结构的图。

图17是表示本发明的实施例9的车辆驱动装置的图。

图18是表示本发明的实施例10的车辆驱动装置的图。

图19是表示本发明的数据输出信号的结构例的图。

图20是表示本发明的磁场角计测装置的封装结构的一例的图。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。

实施例1

第一实施例中表示使用巨磁阻元件(GMR元件)作为磁阻元件的例子。

图1是本实施例的磁场角检测装置的结构图。

磁场角检测装置由COS电桥60和SIN电桥61、以及检测部302构成。COS电桥60和SIN电桥61合称为MR电桥部70。此处，“MR”是磁阻元件(Magneto-Resistance)的略称。

COS电桥60由4个GMR元件51构成，如图4所记载通过适当设定GMR元件51的固定层的自旋方向(固定角)，而使电桥的信号电压(V_c2-V_c1)与磁场角度θ的余弦cosθ成比例。此外，SIN电桥61也同样由4个GMR元件52构成，通过适当设定GMR元件52的固定角，而使电桥的信号电压(V_s2-V_s1)与磁场角度θ的正弦sinθ成比例。

换言之，将电桥的信号电压(V_c2-V_c1)与磁场角度θ的余弦cosθ成比例的电桥定义为COS电桥60，将信号电压(V_s2-V_s1)与磁场角度θ的正弦sinθ成比例的电桥定义为SIN电桥61。此时，以2个信号分别与cosθ和sinθ成比例的方式，适当地设定磁场角θ的基准角度。

此外，如后文中详细叙述，在使用各向异性磁阻元件(AMR元件)的磁场角检测装置中，COS电桥和SIN电桥如下所述地定义。定义实效磁场角θ_eff＝2θ，将电桥的信号电压(V_c2-V_c1)与实效磁场角θ_eff＝2θ的余弦cos(θ_eff)成比例的电桥定义为COS电桥，将信号电压(V_s2-V_s1)与实效磁场角θ_eff的正弦sin(θ_eff)成比例的电桥定义为SIN电桥。此时，以2个信号与cos(θ_eff)和sin(θ_eff)成比例的方式，适当地选择磁场角度的基准角度。关于使用AMR元件的情况，在后文的实施例中详细叙述。

检测部302中，输入各电桥的信号电压V_c1、V_c2、V_s1、V_s2，使用这些信号求出磁场角度θ并输出。在正常工作时，用(数2)～(数7)的关系求出磁场角度。

如图1所示，对COS电桥60和SIN电桥61施加激励电压e₀，将另一个端子设定为接地电位(Ground电位，图中记作“GND”)。这是与通常的电桥同样的接线。激励电压e₀在本实施例中设定为5V。

此外，图1中省略了MR电桥部70与检测部302之间的接线的图示，但供给激励电压e₀的电源部设置在检测部302内。此外，接地电位也从检测部302对两个电桥供给。本说明书的其他图中，也省略了MR电桥部70与检测部302之间的激励电位和接地电位的接线的图示，如上所述进行适当接线。

此外，也可以在检测部302之外另设置供给激励电压e₀和接地电位的电源部。此外，供给激励电压的电源部也可以使用恒定电流电源代替恒定电压。

图5表示收纳有本实施例中使用的GMR元件电桥的传感器元件封装265的结构。在传感器元件封装265内，收纳了形成有GMR元件51的晶片260。在晶片260上形成有COS电桥60和SIN电桥61。各电桥使用4个GMR元件51、52构成惠斯登电桥。晶片260上的焊盘262与传感器元件封装265的对应的端子，通过导线接合而连接。

GMR元件52的配线图案的例子在图6(A)中表示。GMR元件52的配线图案，以成为所要求的电阻值的方式，设定配线的宽度与长度的比例(长宽比)。

接着，叙述GMR元件52正常的情况下的检测部302的工作。

GMR元件52正常的情况下，设ΔV_c21＝V_c2-V_c1，ΔV_s21＝V_s2-V_s1时，根据(数5)、(数6)得到下式：

[数8]

$\mathrm{\Δ}{V}_{C21}=\frac{-e_{0}G}{2R_0}\cos \mathrm{\θ}$     …(数8)

$\mathrm{\Δ}{V}_{S21}=\frac{e_{0}G}{2R_0}\sin \mathrm{\θ}$

从而，可以用下式求出磁场角度θ：

θ＝atan2(ΔV_s21，-ΔV_c21)  …(数9)

磁场角度θ作为角度输出通过输出端子90对外部输出。

此处，θ＝atan2(y，x)是根据参数x、y的正或负而适当输出θ＝0～360°(或者-180～180°)的值的函数。例如，x、y都是正的情况下，atan2(y，x)＝ArcTan(y/x)，x、y都是负的情况下，atan2(y，x)＝ArcTan(y/x)+180°。

本说明书中，“异常(fault)”和“故障(failure)”这些用语如下所述地区分。

“异常(fault)”表示系统的内部状态的特性超过正常的容许值的状态。

“故障(failure)”指的是系统持续地不能够实现其功能的事态。

此处，系统指的是磁场角计测装置或旋转角计测装置，或者使用它的旋转机械、车辆驱动装置等。此外，本说明书中，也使用与上述定义的“故障”相同含义的“功能停止”一词。

接着，叙述GMR元件中发生了异常的情况下的工作。

对GMR元件中发生异常的要因进行叙述。GMR元件的故障原因中有局部的电阻增大。这是因为GMR元件由数nm(纳米)程度的厚度的薄膜构成，所以在流过过大的电流时，GMR元件的一部会缺损。

图6(B)中示意性地表示该情况。图6是示意性地表示构成电桥的4个GMR元件52中的1个的图。GMR元件52的配线如图2所述，包括自由磁性层11、间隔层12、固定磁性层13。(A)是正常状态的GMR元件52，箭头表示电流流过的方向。(B)是图案的一部分因缺损而变细的GMR元件52，电流通路中的缺损部53(变细的部分)电阻变高。

例如，考虑图4所示的SIN电桥61中的GMR元件R₁(52-1)如图6(B)所示在元件的一部分中产生缺损部53的情况。该情况下，电阻增加的原因是因为缺损而变细所以配线截面积减少而电阻增加。即，因为变细的部分(缺损部53)的体电阻局部上升。与此相对，磁阻效应如图3所述，是由配线52整体中的自由磁性层11与间隔层12界面和固定磁性层13与间隔层12界面上的散射引起的，所以即使发生上述局部的体电阻增加，磁阻效应引起的变化量也几乎不受影响。从而，因配线的缺损而增加的电阻成分是不依赖于磁场方向的成分。于是，设不依赖于磁场方向的项的增加率为b倍，公式化为：

[数10]

$R_1=b*R_{10}-\frac{G}{2}\cos {\mathrm{\θ}}_{x^{\′}}$     …(数10)

[数11]

$R_n=R_{n0}-\frac{G}{2}\cos {\mathrm{\θ}}_{x^{\′}}(n=2~4)$ …(数11)

其他故障原因有导线接合的劣化。例如，连接图5的V_s1端子263与晶片焊盘262的导线的连接劣化而发生连接不良时，传感器元件封装265的V_s1端子的信号电压变得不稳定。

此处，考虑将COS电桥60视为由第一半电桥HB_c1和第二半电桥HB_c2这2个半电桥构成。此处，第一半电桥HB_c1由GMR元件R₁(51-1)、信号输出V_c1、GMR元件R₄(51-4)构成。第二半电桥HB_c2由GMR元件R₂(51-2)、信号输出V_c2、GMR元件R₃(51-3)构成。

对于SIN电桥61也同样地，视为由第一半电桥HB_s1和第二半电桥HB_s2构成。此处，第一半电桥HB_s1由GMR元件R₁(52-1)、信号输出V_s1、GMR元件R₄(52-4)构成。第二半电桥HB_s2由GMR元件R₂(52-2)、信号输出V_s2、GMR元件R₃(52-3)构成。

本发明中，如上所述构成SIN电桥61的2个半电桥HB_s1、HB_s2中的一个发生异常的情况下，使用正常的一个半电桥的信号求出磁场角度θ。用具体例叙述，在半电桥HB_s1中发生异常的情况下，使用正常的一个即半电桥HB_s2的输出信号V_s2求出磁场角度。

此外，构成COS电桥60的2个半电桥HB_c1、HB_c2中的一个发生异常的情况下，使用正常的一个半电桥的输出信号求出磁场角度。

具体如下所述。设由GMR元件R_s3和R_s4构成的半电桥HB_s2输出的信号V_s2与激励电压e₀的1/2的电压(以下称为“中间电压V_m”)的差乘以2倍为ΔV_s2m时，如下所述。

[数12]

$\mathrm{\Δ}{V}_{S2m}=2(V_{S2}-V_m)=2(\frac{R_{S3}{e}_0}{R_{S4}+R_{S3}}-\frac{e_0}{2})$ …(数12)

$=\frac{R_{S3}-R_{S4}}{R_{S4}+R_{S3}}{e}_0=\frac{e_{0}G}{2R_0}\sin \mathrm{\θ}$

即，与(数8)比较可知，ΔV_s2m与SIN电桥61正常时的输出信号ΔV_s21相等。从而，如下所述，求出正确的磁场角度θ。

[数13]

θ＝atan2(ΔV_s2m，-ΔV_c21)  …(数13)

从检测器输出这样求出的磁场角度θ。这样，本发明的磁场角计测装置80的检测部302，在GMR元件发生异常的情况下，也能够继续输出正确的磁场角度θ。因此，安装有磁场角度计测装置的上级系统不会停止工作，能够继续工作。

上述说明中，叙述了由GMR元件R_s1、R_s4构成的半电桥HB_s1中发生异常的情况的例子。在由GMR元件R_s2、R_s3构成的半电桥HB_s2中发生异常的情况下，用下式计算磁场角度θ即可：

[数14]

$\mathrm{\Δ}{V}_{S1m}=-2(V_{S1}-V_m)=\frac{e_{0}G}{2R_0}\sin \mathrm{\θ}$ …(数14)

[数15]

θ＝atan2(ΔV_s1m，-ΔV_c21)  …(数15)

此外，在COS电桥60的GMR元件发生异常的情况下也可以同样地求出正确的磁场角度θ。

如上所述，将使用正常的一个半电桥的输出信号计算磁场角度的磁场角计测装置80的工作状态，称为“后备工作模式”。与此相对，将COS电桥60、SIN电桥61都没有异常、使用信号ΔV_c21和ΔV_s21计算磁场角度的工作状态称为“通常工作模式”。

后备工作模式下，由(数12)可知，对计测值V_s2乘以2倍。从而，计测值中包括的噪声也成为2倍，所以与通常工作模式相比，计测值的S/N降低。因此，磁场角度θ的计测精度与通常工作模式时相比可能会略微降低。这样，在后备工作模式下，计测精度可能会劣化，但可以输出正确的磁场角度θ。

接着，依次叙述：(1)GMR元件发生异常的检测方法，(2)哪一个半电桥发生异常的确定方法。

首先，与(数12)同样地，如下所述地定义对各半电桥的输出电压V_c1、V_c2、V_s1、V_s2与中间电压V_m的差信号乘以2倍或-2倍的量。

[数16]

$\mathrm{\Δ}{V}_{C1m}=-2(V_{C1}-V_m)=-\frac{e_{0}G}{2R_0}\cos \mathrm{\θ}$

$\mathrm{\Δ}{V}_{C2m}=+2(V_{C2}-V_m)=-\frac{e_{0}G}{2R_0}\cos \mathrm{\θ}$ …(数16)

$\mathrm{\Δ}{V}_{S1m}=-2(V_{S1}-V_m)=\frac{e_{0}G}{2R_0}\sin \mathrm{\θ}$

$\mathrm{\Δ}{V}_{S2m}=+2(V_{S2}-V_m)=\frac{e_{0}G}{2R_0}\sin \mathrm{\θ}$

其中，由(数12)可知，(数16)的各式中最后的等号仅在各半电桥正常的情况下成立。

对于(数16)中定义的量，以其各个值在正常时成为与差动信号ΔV_c21或ΔV_s21相同的值的方式，适当设定系数±2的极性。

由(数16)可知，正常时ΔV_c1m＝ΔV_c2m和ΔV_s1m＝ΔV_s2m成立。从而，在ΔV_c1m与ΔV_c2m不相等的情况下，可知COS电桥60中发生异常。同样的，ΔV_s1m与ΔV_s2m不相等的情况下，可知SIN电桥61中发生异常。

这样，能够检测是COS电桥60中发生异常、还是SIN电桥61中发生异常。

接着，叙述在某个电桥中发生异常的情况下，确定构成该电桥的中的哪一个半电桥发生异常的工序。即，是确定正常的半电桥的工序。此处，例如设想由GMR元件R_s1、R_s4构成的半电桥HB_s1发生异常的情况。可知在其他场所发生异常的情况下也能够用同样的流程确定异常部位。

考虑三角函数的恒等式“(cosθ)²+(sinθ)²＝1”，根据(数8)、(数16)，正常工作时以下关系成立。

[数17]

${\left(\mathrm{\Δ}{V}_{S1m}\right)}^2={\left(\frac{e_{0}G}{2R_0}\right)}^2-{\left(\mathrm{\Δ}{V}_{C21}\right)}^2$ …(数17)

${\left(\mathrm{\Δ}{V}_{S2m}\right)}^2={\left(\frac{e_{0}G}{2R_0}\right)}^2-{\left(\mathrm{\Δ}{V}_{C21}\right)}^2$

(数17)仅在半电桥正常工作的情况下成立。从而，能够确定在关系式(数17)不成立的半电桥中发生异常。

实际上，为了排除测定噪声等的影响，如下所述地进行判定。首先，计算以下残差量：

[数18]

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Res}}\left(j\right)={\left(\frac{e_{0}G}{2R_0}\right)}^2-\{{\left({\mathrm{\ΔV}}_{C21}\right)}^2+{\left({\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Sjm}}\right)}^2\}$     …(数18)

此处，j＝1或2，与构成SIN电桥61的2个半电桥的信号ΔV_s1m和ΔV_s2m对应地，求出Δ_Res(1)和Δ_Res(2)。残差量Δ_Res(j)是从常数值中减去、正常的电桥的信号电压(ΔV_c21)的平方与另一个电桥的半电桥的信号电压与中间电压V_m的差的2倍(ΔV_sjm)的平方之和而得到的值。判定该残差值的绝对值较大的一个是异常发生场所。

这样，能够确定在由R_s1、R_s4构成的半电桥HB_s1中发生异常，所以使用正常的一个半电桥HB_s2的输出信号V_s2，计算ΔV_s2m，使用(数13)计算磁场角度θ即可。这样计算正确的磁场角度。

实施例2

本发明的第二实施例中，叙述进行异常部位的确定和冗余工作的优选的电路结构的例子。

本实施例的磁场角检测装置中，在检测部302内具有冗余化部311。冗余化部311的结构在图7中表示。

冗余化部311中，输入第一半电桥65-1(HB_q1)的输出信号V_q1和第二半电桥65-2(HB_q2)的输出信号V_q2、和中间电压V_m。此处，q＝c或s，分别是与COS电桥60、SIN电桥61对应的下标。以下，下标“q”以该含义使用。

中间电压V_m是激励电压e₀的1/2，等于e₀/2。

中间电压V_m的生成电路，优选以激励电压e₀为基准的比例式(ratiometric)的电路。比例式指的是即使在激励电压e₀变化的情况下，生成电压V_m也保持为e₀的一定比率的电路。使V_m生成电路成为比例式的效果在后文中叙述。

本实施例中，中间电压V_m对于激励电压e₀用电阻R₁(331-1)、R₂(331-2)进行电压分割而生成。电阻R₁(331-1)、R₂(331-2)的电阻值相等。通过这样而成为比例式(ratiometric)，所以即使在激励电压e₀变动的情况下中间电压V_m也保持为e₀的1/2。

生成中间电压V_m的电路(图7中为电阻R₁、R₂(331-1、331-2))，设置在检测部302内即可。或者，在检测部302之外另外设置生成激励电压e₀的电源部的情况下，在电源部内设置中间电压生成电路即可。

输入这些信号时，冗余化部311输出输出信号ΔV_q21、ΔV_q1m、ΔV_q2m和异常检测信号FD_q。ΔV_q21是用(数8)定义的量，ΔV_q1m、ΔV_q2m是用(数16)定义的量。

接着，叙述冗余化部311的内部结构。

进行2个半电桥输出信号的差动放大而输出ΔV_q21＝(V_q2-V_q1)。这是正常工作时使用的信号。

对于第一半电桥信号V_q1，进行与中间电压V_m的差动放大，通过反转放大而放大为(-2)倍。这样，得到ΔV_q1m＝-2(V_q1-V_m)。对于第二半电桥信号V_q2，进行与中间电压V_m的差动放大，通过非反转放大而放大为(+2)倍。这样，得到ΔV_q2m＝2(V_q2-V_m)。

异常检测信号FD_q，通过对异常判定部输入ΔV_q1m与ΔV_q2m的差分输出而生成异常检测信号。(ΔV_q1m-ΔV_q2m)在正常工作时为0，所以在异常判定部中通过比较器电路在超过某一阈值时生成异常检测信号。

本实施例的冗余化部311的结构中有以下2个要点。

第一，对半电桥的输出信号与中间电压V_m的差动信号进行放大。

特别是，如上所述，使中间电压V_m生成电路成为比例式，所以即使在激励电压e₀变动的情况下，e₀与V_m的比率也保持恒定。由(数8)、(数16)可知，ΔV_q21、ΔV_q1m、ΔV_q2m中任意一个信号都与激励电压e₀成比例。如(数13)所示，在计算磁场角度θ时，取这些信号的比，所以即使激励电压e₀变动也不影响磁场角度θ的值。这样，通过对半电桥的输出信号与中间电压V_m的差动信号进行放大，具有即使激励电压变动也可以减少对输出信号的影响的效果。

第二，改变半电桥输出信号与中间电压的差动信号的放大的极性。一方进行反转放大，另一方进行非反转放大。由此，由(数16)和(数8)可知，正常工作时ΔV_q21、ΔV_q1m、ΔV_q2m给出相等的值，所以检测部302的信号处理简化。

用图8叙述第二实施例中的检测部302的结构。

检测部302具备：输入COS电桥60的输出信号的冗余化部311-1；和输入SIN电桥61的输出信号的冗余化部311-2。各冗余化部的输出信号被输入信号处理部303。本实施例中使用微机作为信号处理部303，但不限定于此。

对信号处理部303输入的信号是ΔV_c21、ΔV_c1m、ΔV_c2m、FD_c和ΔV_s21、ΔV_s1m、ΔV_s2m、FD_s。从而，使用这些信号，通过与第一实施例相同的方法，进行异常部位的确定，在发生异常时也能够输出正确的磁场角度θ。

以上叙述了COS电桥60和SIN电桥61中任一个中发生异常的情况。

接着，叙述COS电桥60和SIN电桥61双方中都发生异常的情况。COS电桥60和SIN电桥61分别有1个半电桥正常的情况下，能够通过以下方法输出正确的磁场角度θ。

该情况下，发出COS电桥60、SIN电桥61的各自的异常检测信号FD_c、FD_s，能够检测2个电桥中发生异常。该情况下，确定各自的电桥60、61中的正确的一个半电桥，并如下所述求出正确的磁场角θ。

[数19]

θ＝atan2(ΔV_sj0m，-ΔV_ci0m)  …(数19)

此处，COS电桥中的正确的半电桥是i0(＝1或2)，SIN电桥中正确的半电桥是j0(＝1或2)。

接着，叙述确定正确的一个半电桥的工序。首先，求出以下4个量。

[数20]

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Res}}2(i,j)={\left(\frac{e_{0}G}{2R_0}\right)}^2-\{{\left({\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Cim}}\right)}^2+{\left({\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{Sjm}}\right)}^2\}$ …(数20)

此处，i、j是1或2，是与半电桥HB_c1、HB_s1或HB_c2、HB_s2对应的编号。对于(i，j)的所有组合计算(数20)，所以计算4个Δ_Res2(i，j)。4个半电桥中正常的半电桥彼此的组合中，因为“(cosθ)²+(sinθ)²＝1”的关系，(数20)为零。实际上，考虑信号中包括噪声成分，寻找用(数20)定义的量Δ_Res2(i，j)为某一定阈值以下的组合(i₀，j₀)。

确定正确的半电桥的工序完成后，用(数19)求出正确的角度。

实施例3

用图9叙述本发明的第三实施例中的磁场角检测装置。

图9是表示本实施例中的检测器的结构的图。冗余化部311-1、冗余化部311-2的输出信号分别对切换开关313-1(SW1)、313-2(SW2)输入。由此，信号处理部303的模拟信号输入端子的个数能够减少至2个。模拟输入端子通常使用模拟—数字转换器(以下称为ADC，Analog-Digital Converter)，所以与逻辑信号输入端子相比价格高，优选减少使用个数。

用图10说明本实施例中的切换开关313的切换状态。

首先，在正常工作时，切换开关SW1(313-1)与1a的位置连接，切换开关SW2(313-2)与2a的位置连接。这样，ΔV_c21和ΔV_s21被输入信号处理部303，按照(数9)求出磁场角度θ，作为磁场角度信号θ输出。输出的磁场角度信号，可以是数字信号，也可以是模拟信号。

接着，在图10(A)中表示SIN电桥61中发生异常的情况下的切换开关313的工作。

SIN电桥61发生异常时，异常检测信号FD_s变为有效，所以能够检测SIN电桥61中存在异常。这样，如图10(A)的(ii)所示，将切换开关SW1(313-1)设定为1d，SW2(313-2)设定为2b。这样，对信号处理部303输入ΔV_s2m和ΔV_s1m，所以用(数17)确定发生异常的半电桥。之后，将切换开关313设定为图10(A)的(iii)或(iv)的位置，转移至后备工作。设定为(iii)还是(iv)，根据异常发生场所的确定结果，设定为正常的一个半电桥的信号对信号处理部303输入。这样，基于(数13)或(数15)，输出正确的磁场角度。

COS电桥60发生异常的情况下，按照图10(B)使切换开关313切换。

最后，叙述COS电桥60和SIN电桥61的双方发生异常的情况。改情况下，按照图10(C)使切换开关313切换。

接着，叙述从COS电桥60和SIN电桥61双方发出异常检测信号FD_c和FD_s的情况的处理。

该情况下，按照图10(C)使切换开关313切换。对于图10(c)的步骤(ii)～(v)的4个步骤的每一个，计算用(数2)式定义的残差量Δres2(i，j)，在COS、SIN电桥内分别寻找正常的半电桥。然后，如果找到了正常的组合，则设定(ii)～(v)中的某一个，用(数19)式计算正确的磁场角度θ。

实施例4

用图11叙述使用了本发明的第四实施例的磁场角计测装置80。

在本实施例的磁场角计测装置中，检测部302输出磁场角度θ，并且分别对输出端子91和92输出异常传递信号155和停止传递信号156。异常传递信号155(Fault Signal)是传递在磁场角计测装置中检测到发生异常、但可以通过以后备工作模式进行工作而输出正确的角度θ的信号。

另一方面，停止传递信号156(Failure Signal)是通知因为磁场角计测装置内的异常的程度严重所以没有输出正确的角度、即磁场角计测装置的功能停止的信号。发出停止传递信号156的状况，例如有形成COS电桥60的2个半电桥都为异常的情况。

本实施例中，用与实施例1同样的方法检测磁场角计测装置内的异常，转移到后备工作模式。然后，在后备工作模式下的工作中发出异常传递信号155。

图11中，用不同的输出元件输出异常传递信号155和停止传递信号156。异常传递信号155和停止传递信号156也可以合并为1根信号线。合并为1根的具体的方法例，有准备多种信号电压电平传递2种信号状态的方法，或者用数字信号输出与异常传递信号155和停止传递信号156分别对应的错误代码的方法等。

此外，也可以将角度输出151、异常传递信号155和停止传递信号156合并为1根信号线。具体而言，预先决定能够从表示角度θ的数字信号中识别的2种错误代码，将该错误代码分配为异常传递信号155和停止传递信号156即可。

用图19叙述用同一根信号线输出异常传递信号155和角度输出151的具体例。

本例中，以16比特长的数字数据的形式输出异常传递信号和角度输出。在图19中表示该数字数据的结构。本数据中，第一比特～第十二比特包括角度信息591，第十五比特包括停止传递信号592的标志，第十六比特包括异常传递信号593的标志。该数据结构的数据从磁场角计测装置80的检测部302输出。这样，接收了该数据的系统中，能够与磁场角度θ的信息一同得知磁场角计测装置是以通常模式工作还是以后备工作模式进行工作。

这样，通过减少输出信号线的根数，能够实现低成本的磁场角度计测装置。进而，通过以数字数据输出信号，能够提高耐噪声性。

如图19所示，通过设为使角度信号591和异常传递信号593成组、作为一组数据输出的结构，具有数据接收侧能够同时得知角度信号591的计测品质、进行适当的处理的效果。

本实施例中，通过串行通信发送图19的数据结构的信号。设传输时钟频率为16MHz，能够用1μs发送图19的数据。这样，能够实质上同时发送角度信号591和异常传递信号593。

这样，输出异常传递信号时，安装有磁场角计测装置的上级系统中，能够把握磁场角计测装置的工作状态，所以能够采取与该工作装置相应的处置。具体的处置因使用磁场角计测装置的系统而不同，但例如在后备工作模式的工作中，进行通过对系统的功能和性能施加限制而提高安全性的处置。

图20是表示图1的结构或者图11的结构的磁场角计测装置80的封装结构的例子的图。

MR电桥部70中收纳有COS电桥60和SIN电桥61。在MR电桥部70与检测部302之间存在6根配线，其结构为激励电压e₀和接地电位GNR的2根、和半电桥输出信号4根(V_c1、V_c2、V_s1、V_s2)。来自检测部302的输出信号是磁场角度输出151和异常传递信号输出155。其中，磁场角度输出151和异常传递信号输出155，可以如图19所示，以数字数据的形式合并为一组数据，用1根信号线输出。此外，检测部302中，存在从外部供给的电源电压端子(V_cc)和接地电位端子。

图20的结构的内部结构是图11的结构。

图20的结构中，分别用树脂等材料使MR电桥部70和检测部302成型。该封装结构中，因为成型部中的应力和残留应力等原因，MR电桥与检测部302之间的配线可能会断线。

现有结构中，4根半电桥输出信号中的1根断线时，不能够输出正确的磁场角度。与此相对，使用本发明的结构中，在4根半电桥输出信号中的1根断线的情况下，通过使用没有断线的一方的半电桥输出信号计算磁场角度，输出正确的磁场角度θ。

实施例5

作为本发明的第五实施例，用图12叙述旋转角计测装置82。

旋转角计测装置82由作为磁通产生体的传感器磁铁202和磁场角计测装置80构成。传感器磁铁202设置在旋转体121上，旋转体121以旋转中心线226为旋转中心进行旋转。

传感器磁铁202是磁通产生体，所以产生图12所示的方向的磁场。旋转体121旋转时，磁场角计测装置80的位置的磁场方向也旋转。从而，通过计测磁场角度，能够计测旋转体121的旋转角θ_r。

本实施例中使用的磁场角计测装置80是与实施例1的磁场角计测装置80同样的结构。由此，即使旋转角计测装置82中包括的磁阻元件的半电桥中的1个发生异常，虽然与正常时相比计测精度会略微降低，但可以得到正确的旋转角度θ_r。从而，具有能够使包括旋转角计测装置82的上级系统的功能继续的效果。

实施例6

用图13叙述使用磁场角计测装置的旋转机械作为本发明的第六实施例。旋转机械中有电动机和发电机，此处以电动机为例叙述。

图13表示本实施例的旋转机械的截面图。本实施例由电动机部100和旋转角检测部200构成。

电动机部100通过因多个固定磁极与多个旋转磁极的磁作用使多个旋转磁极旋转而产生转矩，由构成多个固定磁极的定子110和构成多个旋转电极的转子120构成。定子110由定子铁芯111、和在定子铁芯111上安装的定子线圈112构成。转子120在定子110的内周侧隔着空隙相对配置，被可旋转地支撑。本实施例中，使用三相交流式的表面磁铁型同步电动机作为电动机100。

框体由圆筒状的框架101、和在框架101的轴方向两端部设置的第一支架102和第二支架103构成。分别在第一支架101的中空部设置轴承106，在第二支架103的中空部设置轴承107。这些轴承可旋转地支撑旋转轴121。

在框架101与第一支架102之间设置密封部件(未图示)。密封部件是环状设置的O型环，被框架101和第一支架102从轴方向和直径方向夹住并压缩。由此，能够使框架101与第一支架102之间密封，能够使前面侧防水。此外，框架101与第二支架103之间也通过密封部件(未图示)防水。

定子110由定子铁芯111、和在定子铁芯111上安装的定子线圈112构成，设置在框架101的内周面上。定子铁芯111是使多片硅钢板在轴方向上叠层形成的磁性体(磁路形成体)，由圆环状的芯背、和从芯背的内周部向直径方向内侧突出的在圆周方向上等间隔地配置的多个齿构成。

在多个齿上分别集中地卷绕构成定子线圈112的线圈导体。多个线圈导体通过与定子线圈112的一方的线圈终端部(第二支架103一侧)的轴方向端部并列设置的接线部件按每相电连接，进而电连接为三相线圈。三相线圈的接线方式有三角形(delta)接线方式和星形(star)接线方式。本实施例中，采用三角形(delta)接线方式。

转子120具备：在旋转轴121的外周面上固定的转子铁芯；在转子铁芯的外周表面上固定的多个磁铁；和在磁铁的外周侧设置的磁铁罩。磁铁罩是用于防止磁铁从转子铁芯上飞散的，由不锈钢(俗称SUS)等非磁性体形成的圆筒部件或管状部件。

接着，说明旋转角检测部200的结构。

旋转角检测部200由磁场角计测装置201(以下称为磁场传感器模块201)和传感器磁铁202构成。旋转角检测部200设置在由外壳203和第二支架103包围的空间中。传感器磁铁202设置在与旋转轴121联动地旋转的轴上，旋转轴121改变旋转位置时，与其相应地发生的磁场方向变化。通过用磁场传感器模块201检测该磁场方向能够计测旋转轴121的旋转角(旋转位置)。

磁场传感器模块201设置为在旋转轴121的旋转中心线226上配置磁场传感器模块201的MR电桥部70时，传感器磁铁202产生的磁场的空间分布中误差少，所以是优选的配置。

传感器磁铁202是2极磁化的2极磁铁，或者4极以上磁化的多极磁铁。

磁场传感器模块(磁场角计测装置)使用本发明的实施例4中记载的磁场角计测装置80。

磁场传感器模块201设置在外壳203中。外壳203为了不对磁通方向造成影响，而优选用铝或树脂等磁化率的绝对值在0.1以下的材料构成。本实施例中用树脂构成。

此外，磁场传感器模块201对于电动机部固定即可，当然也可以固定在外壳203以外的构成要素上。这是因为只要对于电动机部固定，旋转轴121的旋转角变化而传感器磁铁202的方向变化的情况下，通过检测磁场传感器201部中的磁场方向变化能够检测旋转轴121的旋转角。

在磁场传感器模块201上连接传感器配线208。用传感器配线208传输磁场传感器201的输出信号。

接着，用图14叙述本实施例的旋转机械的控制结构。

磁场角计测装置80的输出信号被输入旋转机械控制器(旋转机械控制ECU)411。被输入旋转机械控制器的信号具有磁场角度(旋转角)θ、异常传递信号、停止传递信号这3种。这3种信号可以用3根信号线个别地传输，也可以如前文所述，例如以数字信号的形式，在1根信号线上分时地传输。

此外，如果在旋转机械控制器中不使用异常传递信号，则输入旋转机械控制器的信号仅有旋转角θ信号即可。

旋转机械控制器基于被输入的旋转角θ，计算要对旋转机械施加的适当的驱动电压，对旋转机械驱动部412输出信号，通过从旋转机械驱动部412输出的驱动波形驱动旋转机械100。

旋转机械控制器中的旋转机械控制方法中有各种方法，本实施例中使用矢量控制的方法。

根据本实施例，即使在构成磁场角计测装置80的MR电桥部70的一部分的半电桥发生异常的情况下，也会转移至后备工作模式而对旋转机械控制器输入正确的角度，所以具有旋转机械能够继续其功能工作的效果。

此外，在后备工作模式时，对旋转机械控制器输入异常传递信号。该情况下，旋转机械控制器对安装有本旋转机械的上级系统发送异常传递信号。上级系统中，能够基于从旋转机械发送的异常传递信号，进行限制系统的功能等适当的处置。

此外，图14中，表示了通过将MR电桥部70和检测部302配置在磁场角计测装置80的内部，而配置在传感器磁铁202的附近的结构，但本实施例不限定于该结构。作为其他结构例，也可以将检测部302内的信号处理部303配置在旋转机械控制器的附近，或者也可以将信号处理部303安装在旋转机械控制器内。

在由微机构成信号处理部303的情况下，通过将信号处理部303的功能安装在旋转机械控制器中，可以减少使用的微机，所以具有能够实现低成本的旋转机械的效果。

此外，作为旋转机械，图13、图14的说明中表示了电动机的例子。本说明书中，“旋转机械”不仅是电动机，也包括“发电机”、即将机械能转换为电能的机械。在发电机的情况下，也可以用与图13和图14同样的结构得到本发明的效果。

实施例7

在图15中表示电动助力转向系统(Electric Power-AssistedSteering，简称EPS)作为本发明的第七实施例。

与方向盘501机械连接的转向轴503通过由齿轮等构成的连接部504进行与旋转轴121联动的运动。旋转轴121是电动机100的旋转轴，在一端设置传感器磁铁202。在传感器磁铁202的附近设置磁场角计测装置80(以下称为磁场传感器模块201)，对旋转轴121的旋转角进行计测并发送至ECU411。ECU411根据来自转向柱502内设置的转矩传感器(未图示)的信号、和来自磁场传感器模块201的旋转角信号θ，计算适当的电动机驱动量，对电动机驱动部412发送信号。由此，电动机100通过旋转轴121对转向轴503的运动进行助力。

本实施例中，使用本发明的实施例4中记载的磁场角计测装置作为磁场角计测装置80。由此，即使在构成MR电桥的半电桥发生异常的情况下，也可以输出正确的磁场角(旋转角)，所以具有能够继续电动助力转向系统的功能的效果。

这一点在没有由油压系统或机械系统进行的后备(工作)的线控转向(Steer-by-Wire)系统中，是特别重要的功能。

实施例8

用图16叙述使用了本发明的第八实施例的车辆580。

本实施例是使用电动助力转向系统的车辆580。电动助力转向系统中使用的磁场角计测装置80是本发明的第四实施例的旋转角计测装置。

在磁场角计测装置80发生异常的情况下，根据异常的种类转移至后备工作模式并发出异常传递信号。或者，在发生不能够转移至后备工作模式的异常的情况下，发出停止传递信号。

该停止传递信号被传递至电动助力转向系统(EPS系统)582的上级系统581。或者，也可以经由电动助力转向系统(EPS系统)582的电子控制单元(ECU)，传递至上级系统581。或者，虽然图16中未图示，但也可以经由EPS系统582以外的系统层传递至上级系统581。

当异常传递信号被传递至上级系统581时，上级系统581进行以下所有工作、或某些工作的组合。

第一，在驾驶座的显示系统584上显示异常，或者通过警报铃声等声音对驾驶员通知发生了异常。通过这样，虽然车辆580能够工作，但对驾驶员指示尽快前往车辆修理站等。

第二，上级系统581转移至功能限制模式。在功能限制模式下，进行限制车辆580的最高速度等的功能限制，从而提高安全性，并且提供移动至修理站所需的工作。本实施例中，对车辆驱动系统586进行功能限制，以限制最高速度。

第三，上级系统581使用无线通信系统585对车辆修理站588传递发生异常。由此，车辆修理站588在该车辆到来时能够立刻进行修理。此外，该车辆经过一定期间后没有前来修理的情况下，能够催促车辆所有者进行修理。

这样，根据本实施例的车辆580，在磁场角计测装置80发生异常而转移至后备工作模式的情况下，提供用于移动至车辆修理站的功能，另一方面通过限制最高速度等的性能和功能从而提高安全性。此外，通过将发生异常对多个单元、驾驶员和修理站等多个相关人员传递，具有催促立刻修理异常的效果。

实施例9

用图17说明本发明的第九实施例。本实施例是使用旋转角计测装置的混合动力车驱动装置的例子。

图17是组合了内燃发动机和电动机作为汽车的动力的混合动力车驱动装置的示意图。发动机553的输出旋转轴与发电机552、驱动电动机551配置在同轴上，分别通过动力分配机构554的作用适当地传递动力。动力分配的方式，基于车辆的行驶状态、加速指令状态、电池的充电状态等信息适当地设定。此外，设置从动力分配机构554对动力轴558传递动力的动力结合结构557。

使用本发明的实施例6中记载的旋转机械作为驱动电动机551。驱动电动机551如实施例6中记载，由电动机部100和旋转角检测部200构成。旋转角检测部200构成对驱动电动机551的旋转角进行检测的驱动电动机旋转角传感器560。

在发电机552中设置发电机旋转角传感器562。在发电机的旋转轴上设置传感器磁铁563，通过发电机旋转角传感器562计测传感器磁铁563发生的磁场的方向。使用实施例1中记载的磁场角计测装置作为发电机旋转角传感器562。

根据本实施例的结构，旋转角计测装置82的MR电桥部70发生异常的情况下，通过使用正常的一个半电桥输出正确的旋转角θ，所以能够以后备工作模式进行工作。由此，具有防止车辆整体停止的效果。

此外，本实施例中，进一步优选在驱动电动机或发电机旋转角传感器562发生异常、成为后备工作模式的情况下，将异常传递信号对上级系统传递。

上级系统接收异常传递信号时，通过采取限制车辆的最高速度等处置，确保安全。进而，通过发出将异常状态对驾驶员通知的警报、或对车辆修理站用通信通知异常，而具有可以尽快进行修理等处置的效果。

此外，作为发生异常时的功能限制，发电机进行的再生制动功能的限制也是有用的。发电机旋转角传感器成为后备模式的情况下，使发电机进行的再生制动功能停止，制动功能由使用油压系统等的机械制动处理。通过这样，不会产生因发电机的功能不良引起的制动不足等危险的状态，具有能够确保安全性的效果。

实施例10

上述实施例中表示了混合动力车的驱动装置的例子，使用图18叙述电动车的驱动装置的例子作为本发明的第十实施例。

图18是汽车的使用动力电动机的电动车驱动装置的示意图。驱动电动机551与发电机552配置在同轴上，分别通过动力分配机构554的作用传递适当的动力。动力分配的方式，基于车辆的形式状态、加速指令状态、电池的充电状态等信息适当地设定。

使用本发明的实施例6中记载的旋转机械作为驱动电动机511。驱动电动机511如实施例6中所记载，由电动机部100和旋转角检测部200构成。

在发电机552中设置了发电机旋转角传感器562。在发电机的旋转轴上设置传感器磁铁563，用发电机旋转角传感器562计测传感器磁铁563发生的磁场的方向。使用实施例1中记载的磁场角计测装置作为发电机旋转角传感器562。

根据本实施例的结构，旋转角计测装置82的MR电桥部70发生异常的情况下，通过使用正常的一个半电桥输出正确的旋转角θ，所以能够以后备工作模式工作。由此，具有防止车辆整体停止的效果。

电动车中驱动电动机功能停止时车辆会完全停止，所以本发明的效果特别有效。

以上，叙述了使用GMR元件作为MR电桥部70的磁阻元件的例子。

本发明不限定于GMR元件，也能够应用与其他磁阻元件。此处，叙述使用各向异性磁阻元件(Anisotropic Magneto-resistance，AMR元件)的例子。

AMR元件中，设表示电流流过的方向的角度为α(以下称为电流方向α)和磁场角度为θ_m时，该元件的电阻值按照下式变化。

[数21]

R＝R₀+ΔRcos²(θ_m-α)＝R₀+ΔRcos²(θ)  …(数21)

其中，此处在最后的式子中，将磁场角度θ的基准角度设定为电流方向α。此外，电流方向α能够由配线的图案形状设定。

图4的COS电桥60中，将MR元件R₁和R₃的电流方向设定为α＝0，MR元件R₄和R₂的电流方向设定为α＝90°。这样，信号电压ΔV_c21＝V_c2-V_c1如下所述。

[数22]

ΔV_C21＝Acos(2θ)

$A=\frac{e_0\mathrm{\ΔR}}{2R_0+\mathrm{\ΔR}}$ …(数22)

图4的SIN电桥61中，将MR元件R₁和R₃的电流方向设定为α＝45°，MR元件R₄和R₂的电流方向设定为α＝135°。这样信号电压ΔV_s21＝V_s2-V_s1如下所述。

[数23]

ΔV_S21＝Asin(2θ)  …(数23)

从而，用下式求出磁场角度θ：

[数24]

2θ＝atan2(ΔV_s21，ΔV_c21)  …(数24)

此处，将实效磁场角度θ_eff定义为θ_eff＝2θ。这样，由AMR元件构成的电桥电路的信号输出中，COS电桥60与cos(θ_eff)成比例，SIN电桥61与sin(θ_eff)成比例。

这样，对于使用AMR元件的磁场角计测装置，定义有效磁场角θ_eff＝2θ，定于输出与有效磁场角θ_eff的余弦cos(θ_eff)成比例的信号的电桥为COS电桥60，输出与有效磁场角θ_eff的正弦sin(θ_eff)成比例的信号的电桥为SIN电桥61。此时，以2个信号与cos(θ_eff)和sin(θ_eff)成比例的方式，适当地选择磁场角度的基准角度。

即，是与GMR元件的电桥电路的式(数8)和(数9)大致对应的形式。

接着，求各半电桥的信号电压与中间电压V_m＝e₀/2的差电压，得到下式。

[数25]

ΔV_C1m＝-2(V_C1-V_m)＝Acos(2θ)

ΔV_C2m＝+2(V_C2-V_m)＝Acos(2θ)                                    …(数25)

ΔV_S1m＝-2(V_S1-V_m)＝Asin(2θ)

ΔV_S2m＝+2(V_S2-V_m)＝Asin(2θ)

这与(数16)相对应。

此处，考虑SIN电桥61中发生异常的情况。该情况下，使用正常的一个半电桥的信号ΔV_sjm(j＝1或2)，用下式求出磁场角度θ：

[数26]

2θ＝atan2(ΔV_sjm，ΔV_c21)  …(数26)

接着，具体叙述确定正常的一个半电桥的工序。因为关系式“(cosθ_eff)²+(sinθ_eff)²＝1”成立，所以计算用下式定义的残差量：

[数27]

Δ_Res(j)＝A²-{(ΔV_C21)²+(ΔV_Sjm)²}  …(数27)

计算(j＝1或2)，能够确定该值为阈值以下的半电桥是正常的一个半电桥。

从而，可知使用GMR元件叙述的上述实施例，在使用AMR元件的情况下也是有效的。

符号的说明

51、52  GMR元件

53  缺损部

60  COS电桥

61  SIN电桥

65  半电桥

70  MR电桥部

71、72  半电桥输出端子

80  磁场角计测装置

82  旋转角计测装置

100  电机部

110  定子

111  定子铁芯

112  定子线圈

120  转子

121  旋转体

151  角度输出

155  异常传递信号

156  停止传递信号

200  旋转角检测部

202  传感器磁铁

226  旋转中心线

260  晶片

262  晶片焊盘

265  传感器元件封装

302  检测部

303  信号处理部

311  冗余化部

313  切换开关

331  电阻

411  电子控制单元

412  驱动部

501  方向盘

502  转向柱

503  转向轴

504  联结部

551  驱动电机

552  发电机

553  发动机

554  动力分配机构

557  动力结合机构

558  动力轴

560  驱动电机旋转角传感器

562  发电机磁场角传感器

563  传感器磁铁

580  车辆

581  上级系统

582  EPS系统

583  车辆驱动系统

584  驾驶座显示系统

585  无线通信系统

588  车辆修理站

591  角度信息数据

592  停止信号数据

593  异常信号数据

在本说明书中引用的所有的刊物、专利和专利申请作为参考照原样纳入本说明书中。

Claims (22)

1.一种磁场角计测装置，其包括检测部和由磁阻元件构成的COS电桥与SIN电桥，该磁场角计测装置的特征在于：

在COS电桥或SIN电桥各自中的任一个半电桥发生异常的情况下，所述检测部基于从COS电桥或SIN电桥各自中的正常的一个半电桥输出的信号，输出角度信号。

2.如权利要求1所述的磁场角计测装置，其特征在于：

具有确定正常的半电桥的单元。

3.如权利要求2所述的磁场角计测装置，其特征在于：

在基于从所述正常的一个半电桥输出的信号输出角度信号时，所述检测部输出异常传递信号。

4.如权利要求3所述的磁场角计测装置，其特征在于：

除所述异常传递信号之外，还具有停止传递信号。

5.如权利要求3所述的磁场角计测装置，其特征在于：

对于所述异常传递信号，使用与所述角度信号相同的信号线以数字信号输出。

6.一种旋转角计测装置，其特征在于，具有：

安装于旋转体的磁通产生体；和

权利要求1所述的磁场角计测装置，

通过计测所述磁通产生体生成的磁场的方向，计测所述旋转体的旋转角。

7.一种旋转机械，其具有转子和定子，该旋转机械的特征在于，具有：

与所述转子联动地旋转的磁通产生体；和

权利要求1所述的磁场角计测装置，

通过所述磁场角计测装置计测所述磁通产生体产生的磁场的方向。

8.一种系统，其安装有权利要求3所述的磁场角计测装置，其特征在于：

所述系统具有通常工作模式和功能限制模式，在所述功能限制模式下限制所述系统的功能的一部分，在所述磁场角计测装置输出所述异常传递信号的情况下，以所述功能限制模式工作。

9.一种车辆，其特征在于：

使用权利要求3所述的磁场角计测装置，

所述车辆具有通常工作模式和功能限制模式，在所述磁场角计测装置输出所述异常传递信号的情况下，以所述功能限制模式工作。

10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于：

所述功能限制模式下的车辆的最高速度小于所述通常工作模式下的最高速度。

11.一种车辆驱动装置，其特征在于：

具有权利要求7所述的旋转机械。

12.一种车辆驱动装置，其特征在于：

具有权利要求7所述的旋转机械作为电动机，

在所述磁场角计测装置基于从所述正常的一个半电桥输出的信号输出角度信号时，所述检测部输出异常传递信号，

在所述异常传递信号被输出时，限制所述电动机的最高速度。

13.一种车辆驱动装置，其具有发电机和电动机，其特征在于：

在所述发电机设置有权利要求3所述的磁场角计测装置，

在所述磁场角计测装置输出所述异常传递信号的情况下，限制所述发电机的再生制动功能。

14.如权利要求1至5中任一项所述的磁场角计测装置，其特征在于：

所述磁阻元件是巨磁阻元件。

15.如权利要求1至5中任一项所述的磁场角计测装置，其特征在于：

所述磁阻元件是各向异性磁阻元件。

16.如权利要求1所述的磁场角计测装置，其特征在于：

所述检测部具有检测所述半电桥的输出信号与作为对所述半电桥施加的激励电压的1/2的电压的中间电压的差的差动检测器。

17.如权利要求1所述的磁场角计测装置，其特征在于：

所述异常是所述一个半电桥与所述检测部之间的断线。

18.如权利要求2所述的磁场角计测装置，其特征在于：

在基于从所述正常的一个半电桥输出的信号输出角度信号时，所述检测部输出异常传递信号。

19.如权利要求18所述的磁场角计测装置，其特征在于：

除所述异常传递信号之外，还具有停止传递信号。

20.如权利要求18所述的磁场角计测装置，其特征在于：

对于所述异常传递信号，使用与所述角度信号相同的信号线以数字信号输出。

21.如权利要求16所述的磁场角计测装置，其特征在于：

所述中间电压根据所述激励电压由比例式电路生成。

22.一种磁场角度计测装置的角度计算方法，所述磁场角度计测装置包括由磁阻元件构成的COS电桥、SIN电桥和检测部，该磁场角度计测装置的角度计算方法的特征在于：

在COS电桥或SIN电桥各自中的任一个半电桥发生异常的情况下，所述检测部基于从COS电桥或SIN电桥各自中的正常的一个半电桥输出的信号，计算角度信号。

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