特許 6796573 磁極方向検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6796573

(24)【登録日】2020年11月18日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】磁極方向検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/16 20060101AFI20201130BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/16 E

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-221836(P2017-221836)

(22)【出願日】2017年11月17日

(65)【公開番号】特開2019-95203(P2019-95203A)

(43)【公開日】2019年6月20日

【審査請求日】2019年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】日本電産モビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】特許業務法人 英知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100145241

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康裕

(72)【発明者】

【氏名】森 洋治

【審査官】 菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−３５２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３３４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−３２３９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／１２− ５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／３０− ７／３１５

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の先端に取り付けられた被検知用磁石の磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、
磁化固定層と自由層を有する磁気抵抗素子と、
回転する前記被検知用磁石が発生させる磁場の変化を前記磁気抵抗素子により検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、
前記磁気検出部が出力する検出信号に基づき前記被検知用磁石の磁極方向を算出する磁極方向算出部と、
前記磁極方向算出部が算出した磁極方向に含まれる、前記被検知用磁石の磁場の作用により発生する前記磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向ずれにより生じる誤差を補正する方向補正量を算出する方向補正量算出部と、
前記磁極方向算出部が算出した磁極方向に対して、前記方向補正量算出部が算出した方向補正量を用いて補正を行う磁極方向補正部と、
を備え、
前記方向補正量算出部は、前記磁極方向算出部が算出した磁極方向ごとに対応づけられた誤差量を前記方向補正量として算出するものであって、
前記誤差量は、外部装置によって前記被検知用磁石の磁極方向として測定された磁極方向と、前記磁極方向算出部が算出した磁極方向との差分に含まれる４次成分のみであることを特徴とする磁極方向検出装置。

【請求項2】

回転軸の先端に取り付けられた被検知用磁石の磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、
磁化固定層と自由層を有する磁気抵抗素子と、
回転する前記被検知用磁石が発生させる磁場の変化を前記磁気抵抗素子により検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、
前記磁気検出部が出力する検出信号に基づき前記被検知用磁石の磁極方向を算出する磁極方向算出部と、
前記磁極方向算出部が算出した磁極方向に含まれる、前記被検知用磁石の磁場の作用により発生する前記磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向ずれにより生じる誤差を補正する方向補正量を算出する方向補正量算出部と、
前記磁極方向算出部が算出した磁極方向に対して、前記方向補正量算出部が算出した方向補正量を用いて補正を行う磁極方向補正部と、
を備え、
前記方向補正量算出部は、前記磁極方向算出部が算出した磁極方向ごとに対応づけられた誤差量を前記方向補正量として算出するものであって、
前記誤差量は、前記磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向ずれを反映したモデル式を用いて前記被検知用磁石の磁極方向として算出した磁極方向と、前記モデル式に代入した前記被検知用磁石の真値とした磁極方向との差分であることを特徴とする磁極方向検出装置。

【請求項3】

前記磁気検出部は、それぞれ４つの前記磁気抵抗素子から構成される第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路を備え、前記第１ブリッジ回路の前記磁気抵抗素子の磁化方向と前記第２ブリッジ回路の前記磁気抵抗素子の磁化方向が互いに直交し、それぞれ４つの前記磁気抵抗素子がホイートストンブリッジを構成するように接続されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の磁極方向検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁極方向検出装置に関し、特に多相電動モータのロータの磁極方向を検出する磁極方向検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、車両のステアリングの操舵補助等を行うために使用される多相電動モータにおいて、ロータの回転軸の回転角度を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１は、検出精度を低下させることなく、構造をより簡素化することができるモータの回転角度検出装置を開示する。この回転角度検出装置は、モータの回転軸端部に設けられたマグネット、磁気抵抗センサ、及び回転角度演算部を有し、回転角度を検出する。この回転角度検出装置は、その回転角度に基づいて、回転速度及び回転加速度を算出し、回転速度及び回転加速度に応じて、速度補正値及び加速度補正値を算出する。速度補正値及び加速度補正値により、検出回転角度が補正され、補正回転角度が算出される。

【0003】

また、特許文献２は、製造コストを抑制する磁気検出装置を開示する。この回転角検出装置は、検出対象の変位に応じた磁場の変化を検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、複数の磁気検出部が電気的に接続され、複数の磁気検出部のそれぞれとの接続を周期的に切り替える切替部と、切替部を介して入力した複数の磁気検出部ごとの位相が異なる検出信号を差動増幅するオペアンプとを備えて構成されている。磁気検出部は、車両のステアリングなどの回転する部材に永久磁石を取り付けて、４つの磁気抵抗素子が９０度で配置された２組の磁気抵抗センサを用いて角度を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１５０９３１号公報

【特許文献2】特開２０１６−０５０８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、発明者らは、従来技術のようにトンネル型磁気抵抗素子を有する磁気センサを用いて多相電動モータの回転軸の先端に設けた永久磁石の磁場の変化を利用して回転軸の回転角度を検出する場合、多相電動モータにおいて検出精度を高めようとしても、限界があることが分かってきた。発明者らは、検出精度を向上させることを目的として鋭意検討した結果、磁場強度が強い場合トンネル型磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向が若干傾き、位相の進み／遅れが生じることを見出した。
そこで、本発明は、トンネル型磁気抵抗素子を有する磁極方向検出装置において、磁化固定層の磁化方向ずれに起因する誤差を補正することにより、回転軸の磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、回転軸の先端に取り付けられた被検知用磁石の磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、磁化固定層と自由層を有する磁気抵抗素子と、回転する被検知用磁石が発生させる磁場の変化を磁気抵抗素子により検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、磁気検出部が出力する検出信号に基づき被検知用磁石の磁極方向を算出する磁極方向算出部と、磁極方向算出部が算出した磁極方向に含まれる、被検知用磁石の磁場の作用により発生する磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向ずれにより生じる誤差を補正する方向補正量を算出する方向補正量算出部と、磁極方向算出部が算出した磁極方向に対して、方向補正量算出部が算出した方向補正量を用いて補正を行う磁極方向補正部と、を備え、方向補正量算出部は、磁極方向算出部が算出した磁極方向ごとに対応づけられた誤差量を方向補正量として算出するものであって、誤差量は、外部装置によって被検知用磁石の磁極方向として測定された磁極方向と、磁極方向算出部が算出した磁極方向との差分に含まれる４次成分のみであることを特徴とする、または、方向補正量算出部は、磁極方向算出部が算出した磁極方向ごとに対応づけられた誤差量を方向補正量として算出するものであって、誤差量は、磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向ずれを反映したモデル式を用いて被検知用磁石の磁極方向として算出した磁極方向と、モデル式に代入した被検知用磁石の真値とした磁極方向との差分であることを特徴とする、磁極方向検出装置が提供される。
これによれば、磁化固定層の磁化方向ずれに起因する誤差を補正することにより、回転軸の磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、トンネル型磁気抵抗素子を有する磁極方向検出装置において、磁化固定層の磁化方向ずれに起因する誤差を補正することにより、回転軸の磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された多相電動モータ制御装置のブロック図。

【図2】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの、回転軸方向断面における断面模式図。

【図3】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの、回転軸に対する垂直な断面における断面模式図。

【図4】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における磁気検出部を説明する説明図。

【図5】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの回転軸垂直断面における、被検知用磁石から発生する磁界と磁気検出部の関係の変化を示す説明図。

【図6】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における磁気検出部等を示すブロック図。

【図7】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における磁気検出部の出力電圧波形を示す説明図。

【図8】トンネル型磁気抵抗素子を説明する模式図。（Ａ）自由層と磁化固定層の磁化方向が平行な場合の模式図、（Ｂ）自由層と磁化固定層の磁化方向が反平行な場合の模式図、（Ｃ）被検知用磁石の磁界により自由層の磁極方向が変化する様子を示す模式図。

【図9】トンネル型磁気抵抗素子において磁極方向のずれが起こることを説明する説明図。

【図10】トンネル型磁気抵抗素子において磁極方向のずれが起こる場合の、第２ブリッジ回路（Ｃｏｓ波形）内の一つのトンネル型磁気抵抗素子における抵抗値の変化を示すグラフ。

【図11】トンネル型磁気抵抗素子において磁極方向のずれが起こる場合の、（Ａ）第２ブリッジ回路（Ｃｏｓ波形）の出力電圧を示すグラフ、（Ｂ）第１ブリッジ回路（Ｓｉｎ波形）の出力電圧を示すグラフ、（Ｃ）角度誤差を示すグラフ。

【図12】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における、（Ａ）磁気検出部の模式図、（Ｂ）磁気検出部内の第１ブリッジ回路の模式図、（Ｃ）磁気検出部内の第２ブリッジ回路の模式図。

【図13】（Ａ）トンネル型磁気抵抗素子の磁化固定層において磁化方向のずれを考慮しない場合の磁極方向を示す模式図、（Ｂ）本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置におけるトンネル型磁気抵抗素子の磁化固定層において磁化方向のずれを考慮する場合のＲ１の磁極方向を示す模式図、（Ｃ）本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置におけるトンネル型磁気抵抗素子の磁化固定層において磁化方向のずれを考慮する場合のＲ２の磁極方向を示す模式図。

【図14】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置の制御ブロック図。

【図15】本発明に係る第一実施例の変形例の磁極方向検出装置の測定系を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における磁極方向検出装置２００が適用された３相電動モータＭおよび多相電動モータ制御装置１００を説明する。多相電動モータ制御装置１００は、車両の電動パワーステアリング装置（図示せず）などに用いられる３相ブラシレスモータであり、ステアリング操作に補助力を付与する３相電動モータＭを駆動および制御する。多相電動モータ制御装置１００は、３相電動モータＭの各相Ｕ／Ｖ／Ｗに対応した相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗを並列に接続して構成されるブリッジ回路１０と、ブリッジ回路１０の各相にＰＷＭ信号（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を出力するＰＷＭ制御部２０と、本装置全体を制御する制御部３０と、を備える。なお、３相電動モータＭは、磁気検出部２２０などを含み、検出した磁極方向に関する信号を出力する。磁気検出部２２０などについては後述する。

【0010】

ブリッジ回路１０は、電源ラインＬｈを経由してバッテリＢＡＴの正極側に接続され、グランドラインＬｌを経由してバッテリＢＡＴの負極側に接続（接地）される。ブリッジ回路１０の各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗは、電源ラインＬｈ側に設けられる高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと、グランドラインＬｌ側に設けられる低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌと、最もグランドラインＬｌ側に設けられる電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗと、を直列に有する。本実施例では、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌは、ＭＯＳＦＥＴすなわち金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが用いられる。

【0011】

高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈは、ドレインが電源ラインＬｈに接続されている。また、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈのソースは、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのドレインに接続されている。低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのソースは、電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗを介して、グランドラインＬｌに接続されている。高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌは、ＰＷＭ制御部２０で生成されたＰＷＭ信号がゲートに入力され、ソース−ドレイン間がオン／オフされる。

【0012】

電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗは、電流検出用の抵抗器（シャント抵抗）であり、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌより低電位側（グランド側）に設けられ、ブリッジ回路１０から３相電動モータＭの各相Ｕ／Ｖ／Ｗに供給される電流を、後述する方法で検出する。通常、電動パワーステアリング装置の３相電動モータＭは、正弦波を通電させることにより駆動電力を供給される。その際、各相Ｕ／Ｖ／Ｗの電流値のフィードバックが必要となるため、電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗは、各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗに各相の電流検出を行なうために設けられている。なお、通電させる正弦波は、インバータを用いてＰＷＭ制御することによって生成した疑似的な正弦波である。

【0013】

高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌの接続点は、それぞれ、３相電動モータＭの相Ｕ／Ｖ／Ｗの各コイルに接続されている。また、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌと電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗの接続点は、それぞれ、各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗのアナログ値の相電流値をデジタル値に変換した相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗを出力する電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗに接続されている。また、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌと電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗの接続点は、それぞれ、相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗを出力する電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗに接続されている。各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗに流れる相電流によって電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗにおいて電流値に比例する電圧降下を生じる。この電圧降下の値はアナログ値であるが、これを相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗに変換し、デジタル値として出力する。

【0014】

制御部３０は、電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗが出力した相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗに応じた電圧値と、他のセンサやＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、図示せず）から得られるステアリングの操舵トルク値、３相電動モータＭの回転角（電気角）、車速を入力として受け取る。また、制御部３０は、さらに、３相電動モータＭの磁気検出部２２０が検出した磁極方向に関する信号を入力として受け取る。制御部３０は、その車速の時の運転者がステアリングに与える操舵トルク値や、後述する磁極方向検出装置２００により補正された３相電動モータＭの回転角、および電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗが検出した相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗに基づき、３相電動モータＭがステアリングに付与すべき目標値としての補助力に対応した相毎の指令電圧Ｖｕ／Ｖｖ／Ｖｗを制御信号として算出し、ＰＷＭ制御部２０に出力する。なお、制御部３０は、ＣＰＵとメモリを備えるマイクロコンピュータにより構成される。

【0015】

ＰＷＭ制御部２０は、制御部３０が出力した各相の指令電圧Ｖｕ／Ｖｖ／Ｖｗに基づいてデューティ指示値Ｄｕ／Ｄｖ／Ｄｗを生成する。そして、ＰＷＭ制御部２０は、このデューティ指示値Ｄｕ／Ｄｖ／Ｄｗに基づいて、３相電動モータＭを回転駆動させるＰＷＭ信号を生成し、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌに出力する。このＰＷＭ信号は、それぞれ、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのゲートに入力されて、ブリッジ回路１０は、直流電源としてのバッテリＢＡＴの電力をＰＷＭ制御によって変換し、３相電動モータＭへ供給する。

【0016】

また、制御部３０は、電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗに対して、電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗが電流を計測するタイミングを指示するためのサンプリング信号Ｓｕ／Ｓｖ／Ｓｗを出力する。如何なるタイミングで電流を計測するのかは後述する。電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗは、このサンプリング信号Ｓｕ／Ｓｖ／Ｓｗに基づいて各相の電流を計測し、相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗを制御部３０にフィードバックする。

【0017】

また、制御部３０には、後述する磁極方向検出装置２００の一部２００ａを含んでいる。なお、磁極方向検出装置２００の一部２００ａとは、後述する磁極方向算出部２３０、方向補正量算出部２６０、磁極方向補正部２７０である。制御部３０は、３相電動モータＭの磁気検出部２２０が検出した磁極方向に関する信号を入力として受け取り、磁極方向検出装置２００の一部２００ａに渡す。本実施例では、磁極方向検出装置２００は、マイクロコンピュータの制御部３０の一部として図示するがこれに限定されず、異なるマイクロコンピュータ内に設けられてもよい。

【0018】

図２および図３を参照し、３相電動モータＭを説明する。３相電動モータＭは、回転軸Ｍ４と、回転軸Ｍ４に固定された磁性を帯びたロータＭ３と、ロータＭ３に対向する位置に設けられステータＭ１に巻かれた多相コイルＭ２と、多相コイルＭ２を内壁に有するケースＭ５と、回転軸Ｍ４の先端に取り付けられた１対の磁極を有する被検知用磁石２１０と、トンネル型磁気抵抗素子２２３を含む磁気検出部２２０と、様々な回路を含む基板９０と、電源とトルク信号などを接続するためのコネクタ９１とを備える。多相コイルＭ２は、Ｕ相に対応するＵ相コイルＭ２Ｕと、Ｖ相に対応するＶ相コイルＭ２Ｖと、Ｗ相に対応するＷ相コイルＭ２Ｗとを有し、３相を有する。これらの構成要素は、公知の要素であってよい。磁気検出部２２０は、被検知用磁石２１０に対応する位置に適宜の距離を隔てて、基板９０に設けられている。なお、基板９０は、モータＭを制御するための制御部３０、電流検出部２４０、ＰＷＭ制御部２０、ブリッジ回路１０などの回路を含む。

【0019】

図４および図５を参照し、磁気検出部２２０と被検知用磁石２１０について説明する。被検知用磁石２１０は、円柱形を有し、半円柱の一方がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されている。したがって、被検知用磁石２１０は、Ｎ極から出て、Ｓ極に入る磁場（一点鎖線）を形成し、磁極方向は、点線矢印の如く磁石の内部でＳ極からＮ極の方向である。磁気検出部２２０は、被検知用磁石２１０が形成する磁場に適宜の強さで含まれる位置に設けられる。

【0020】

磁気検出部２２０は基板９０に固定され、被検知用磁石２１０は回転軸Ｍ４の先端に固定されているので、３相電動モータＭが稼働し回転軸Ｍ４が回転すると、被検知用磁石２１０の磁場（点線）は磁気検出部２２０に対して回転し、磁束の密度や方向において変化を生じさせる。すなわち、永久磁石である被検知用磁石２１０による磁界が、回転軸Ｍ４が回転することによって回転することになる。そうすると、磁気検出部２２０のトンネル型磁気抵抗素子２２３は、磁束が横切ることで磁界の変化を検知する。なお、本図に示す磁場／磁界は、一部を模式的に示したものである。

【0021】

図６に示すように、磁気検出部２２０は、２つの磁気検出ユニット、すなわち、それぞれ４つのトンネル型磁気抵抗素子２２３から構成される第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２を備える。それぞれ４つの磁気抵抗素子２２３は、ホイートストンブリッジを構成するように接続されている。トンネル型磁気抵抗素子２２３は、磁場が作用していない場合には、同じ抵抗値を示すものである。トンネル型磁気抵抗素子２２３は、磁界の変化に応じて電気抵抗が変化するので、コネクタ９１と電源供給部９２を介して直流電源ＢＡＴから電力の供給を受け、磁界の変化があるとそれに応じて電圧を変化させて出力する。第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２は、磁気抵抗素子２２３がたとえばＴＭＲセンサ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）とした場合には、磁化固着層の磁化方向は高電位側の磁気抵抗素子２２３と低電位側の磁気抵抗素子２２３とは反対方向であり、さらに右側のブリッジと左側のブリッジにおいて対応する磁気抵抗素子は反対方向となるように構成されている。なお、本図内の矢印の向きは、磁気抵抗素子２２３の着磁方向を示す。

【0022】

第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２のＴＭＲセンサの磁化方向は全体として９０度ずれるように配置されている。すなわち、第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２とは磁気の検出方向が９０度異なっている。換言すれば、第１ブリッジ回路２２１の磁気抵抗素子のトンネル型磁化方向２２３と第２ブリッジ回路２２２の磁気抵抗素子２２３の磁化方向が互いに直交している。トンネル型磁気抵抗素子２２３は、被検知用磁石２１０の回転により磁界の強さに応じて電気抵抗が変化するので、第１ブリッジ回路２２１が出力する電圧の波形と第２ブリッジ回路２２２が出力する電圧の波形は、図７に示すように、互いに９０度位相の異なるＳｉｎ波形とＣｏｓ波形となる。したがって、磁気検出部２２０は、第１ブリッジ回路２２１が出力するＳｉｎ波形のＳｉｎ信号と、第２ブリッジ回路２２２が出力するＣｏｓ波形のＣｏｓ信号を出力する。なお、第１ブリッジ回路２２１が出力する電圧の波形と第２ブリッジ回路２２２が出力する電圧は、それぞれにおける２つのトンネル型磁気抵抗素子２２３の中点電位の電圧である。信号処理部９３は、この出力電圧に係る電気信号を入力されて処理し、磁極方向に関して検出した信号を制御部３０へ出力する。

【0023】

トンネル型磁気抵抗素子２２３は、酸化物の薄膜で形成されたトンネル障壁を両側から強磁性金属の電極で挟み込んだ構造を有し、外部からの磁場の印加でトンネル電流が流れて電気抵抗が変化する現象を利用し、磁界の変化を検知する素子である。電極は、外部の磁界によって磁極方向が変化する自由層と、磁極方向が固定されていて不変の磁化固定層から構成される。図８（Ａ）に示すように、自由層の磁極方向が磁化固定層の磁化方向と同じ方向（平行）になるように磁界が作用する場合には、トンネル型磁気抵抗素子２２３の電気抵抗は小さくなる。また、本図（Ｂ）に示すように、自由層の磁極方向が磁化固定層の磁化方向と逆の方向（反平行）になるように磁界が作用する場合には、トンネル型磁気抵抗素子２２３の電気抵抗は大きくなる。

【0024】

本図（Ｃ）は、回転軸Ｍ４の先端に固定された被検知用磁石２１０の磁界（点線矢印）が回転により変化することにより、自由層の磁極方向が変化する様子を示すものである。磁化固定層の磁化方向は、被検知用磁石２１０の磁界が変化しても変化せず一定の方向を向いているが、自由層の磁極方向は、被検知用磁石２１０の磁界の変化に伴って回転し変化する。本図（Ｃ）では、被検知用磁石２１０の磁界の回転に伴って、自由層の磁極方向が実線矢印から一点鎖線矢印へ変化することを示している。

【0025】

通常、上述したように、磁化固定層の磁化方向は固定されているので変化しないのであるが、発明者らは、被検知用磁石２１０を磁気検出部２２０に近接させるなど、磁場強度が強い環境では磁化固定層の磁化方向も被検知用磁石２１０の磁界の変化に引きずられてわずかに磁極方向が変化することを見出した。図９を参照し、磁化固定層の磁化方向が変化することを説明する。

【0026】

図９（Ａ）は、磁化固定層の磁化方向（実線矢印）と被検知用磁石２１０の磁極方向（点線矢印）が一致している場合を示す。本図（Ｂ）は、本図（Ａ）で示した磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向が一致している状態から、被検知用磁石２１０の磁極方向が時計回りに９０度回転した場合を示す。この場合、磁化固定層の磁化方向は、被検知用磁石２１０の磁極方向の変化に引きずられて微小な角度Δだけ時計回り方向（＋方向）に変化する。

【0027】

本図（Ｃ）は、本図（Ｂ）で示した磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向が９０度をなしている状態から、被検知用磁石２１０の磁極方向がさらに時計回りに９０度回転した場合を示し、磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向は、１８０度すなわち逆方向になっている状態を示す。この場合、磁化固定層の磁化方向は、自由層の磁極方向のように被検知用磁石２１０の磁極方向の変化に引きずられて回転することはないので、磁化固定層本来の磁化方向に戻る。

【0028】

本図（Ｄ）は、本図（Ｃ）で示した磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向が逆方向になっている状態から、被検知用磁石２１０の磁極方向がさらに時計回りに９０度回転した場合を示し、磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向は、２７０度（−９０度）をなす。この場合、磁化固定層の磁化方向は、被検知用磁石２１０の磁極方向に引っ張られて微小な角度Δだけ反時計回り方向（−方向）変化する。

【0029】

本図（Ｅ）は、本図（Ｄ）に示した磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向が−９０度をなしている状態から、被検知用磁石２１０の磁極方向がさらに時計回りに９０度回転した場合を示し、本図（Ａ）と同様、磁化固定層の磁化方向と被検知用磁石２１０の磁極方向が一致している場合を示す。このように、被検知用磁石２１０が１回転（３６０度）する間に、磁化固定層の磁化方向は、磁化固定層本来の磁化方向から微小な角度Δまでのずれを２回起こすことになる。

【0030】

図１０は、第２ブリッジ回路２２２（Ｃｏｓ波形）内の一つのトンネル型磁気抵抗素子２２３における抵抗値の変化を示す。なお、図中グラフの左側の縦軸は、トンネル型磁気抵抗素子１つの抵抗値であり、右側の縦軸は、誤差Δに関する抵抗値である。細実線は、上述した磁化固定層の磁化方向のずれを考慮しない理論的な抵抗値を示し、太実線は、磁化固定層の磁化方向のずれ（図中において「Ｐｉｎ曲がり」と表記されている）が生じていると考えられる場合の実測抵抗値を示す。角度が０〜１８０度においては抵抗値の位相が若干進み、角度が１８０〜３６０度においては逆に若干遅れている。したがって、磁化固定層の磁化方向のずれに伴う抵抗値の理論値からの誤差は、点線のように、１／２の周期で微小な値Δの振幅の変動を示す。

【0031】

第２ブリッジ回路２２２（Ｃｏｓ波形）内の一つのトンネル型磁気抵抗素子２２３の抵抗値の変動は、第２ブリッジ回路２２２全体の電圧出力にも影響を与える。図１１（Ａ）の太実線（合成出力）は、第２ブリッジ回路２２２から出力される電圧を示しており、この電圧は、４つのトンネル型磁気抵抗素子２２３における抵抗値の誤差が合成されて、複雑な位相の進みや遅れを呈する。また、同様に、本図（Ｂ）の太実線は、第１ブリッジ回路２２１から出力される電圧を示している。

【0032】

第２ブリッジ回路２２２からのＣｏｓ波形と第１ブリッジ回路２２１のＳｉｎ波形に基づき、逆正接（アークタンジェント）を計算すると、誤差を含んだ角度が得られる。別途、計測した角度の真値と誤差を含んだ角度の差を求めれば誤差の角度が得られるが、これを示したのが、本図（Ｃ）である。本図（Ｃ）が示すように、被検知用磁石２１０の回転周期の１／４の周期で誤差が生じている。本発明は、この誤差を考慮することにより、被検知用磁石２１０すなわちロータＭ３の磁極方向の検出精度を向上させるものである。

【0033】

図１２、図１３および以下の数式を参照して、より詳細に説明する。図１２（Ａ）は、磁気検出部２２０を示し、磁気検出部２２０は、内部に、本図（Ｂ）に示される第１ブリッジ回路２２１（Ｓｉｎ波形）および本図（Ｃ）に示される第２ブリッジ回路２２２（Ｃｏｓ波形）を含む。磁気検出部２２０は、図におけるθ＝０を基準として、そこから被検知用磁石２１０の磁極方向がどの程度変化したかの角度θを出力電圧により検知するものである。

【0034】

第１ブリッジ回路２２１の磁化固定層の磁化方向は、本図（Ｂ）に示すように、θ＝０の方向と直角の方向をなすように配置され、トンネル型磁気抵抗素子２２３の内、Ｒ１とＲ３は＋９０度方向に、Ｒ２とＲ４は−９０度（＋２７０度）の方向に向いている。また、第２ブリッジ回路２２２の磁化固定層の磁化方向は、本図（Ｃ）に示すように、θ＝０の方向と平行の方向をなすように配置され、トンネル型磁気抵抗素子２２３の内、Ｒ５とＲ７は０度方向に、Ｒ６とＲ８は＋１８０度の方向に向いている。

【0035】

第１ブリッジ回路２２１では、Ｒ２とＲ３の接続点がグランドに接続され、Ｒ１とＲ４の接続点には電源供給部９２の電圧Ｖｃｃが印加され、Ｒ１とＲ２の接続点から出力電圧（Ｖｓｉｎ＋）とＲ３とＲ４の接続点から出力電圧（Ｖｓｉｎ−）を得る。また、第２ブリッジ回路２２２では、Ｒ６とＲ７の接続点がグランドに接続され、Ｒ５とＲ８の接続点には電源供給部９２の電圧Ｖｃｃが印加され、Ｒ５とＲ６の接続点から出力電圧（Ｖｃｏｓ＋）とＲ７とＲ８の接続点から出力電圧（Ｖｃｏｓ−）を得る。

【0036】

まず、トンネル型磁気抵抗素子２２３の磁化固定層の磁化方向のずれを考慮しない場合を説明する。図１３（Ａ）に示すように、被検知用磁石２１０の磁極方向がθの場合、自由層の磁極方向もθの方向を向く。この時、たとえばＲ１の磁化固定層の磁化方向は、変化しないこととするので、＋９０度の方を向いたままである。そうすると、自由層の磁極方向と磁化固定層の磁化方向がなす角度はθ_１となる。なお、以下では、Ｒ１〜Ｒ８における自由層の磁極方向と磁化固定層の磁化方向がなす角度をθ_１〜θ_８とする。

【0037】

第１ブリッジ回路２２１のＲ１〜Ｒ４における自由層の磁極方向と磁化固定層の磁化方向がなす角度はそれぞれ以下のようになる。
θ_１＝θ−π／２
θ_２＝θ−３π／２
θ_３＝θ−π／２
θ_４＝θ−３π／２

【0038】

ブリッジ回路の抵抗値を求める一般式は、
Ｒｎ（θｎ）=Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθｎ （ｎ＝１〜８）
であるから、Ｒ１〜Ｒ４における抵抗値はそれぞれ以下のようになる。なお、Ｒ０は、抵抗値の中央値、ｒは、抵抗変動率である。
Ｒ１（θ_１）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_１
Ｒ２（θ_２）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_２
Ｒ３（θ_３）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_３
Ｒ４（θ_４）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_４

【0039】

第２ブリッジ回路２２２のＲ５〜Ｒ８も同様に以下のようになる。
θ_５＝θ
θ_６＝θ−π
θ_７＝θ
θ_８＝θ−π
Ｒ５（θ_５）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_５
Ｒ６（θ_６）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_６
Ｒ７（θ_７）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_７
Ｒ８（θ_８）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_８

【0040】

第１ブリッジ回路２２１および第２ブリッジ回路２２２においては、キルヒホッフの法則により、以下の式が成り立つ。なお、Ｉ_ｓｉｎ±およびＩ_ｃｏｓ±は、第１ブリッジ回路２２１および第２ブリッジ回路２２２の電流値である。
Ｖｃｃ−Ｒ１Ｉ_ｓｉｎ＋−Ｒ２Ｉ_ｓｉｎ＋＝０
Ｖｃｃ−Ｒ４Ｉ_ｓｉｎ−−Ｒ３Ｉ_ｓｉｎ−＝０
Ｖｃｃ−Ｒ５Ｉ_ｃｏｓ＋−Ｒ６Ｉ_ｃｏｓ＋＝０
Ｖｃｃ−Ｒ８Ｉ_ｃｏｓ−−Ｒ７Ｉ_ｃｏｓ−＝０

【0041】

これを、電流値で整理すると以下のようになる。
Ｉ_ｓｉｎ＋＝Ｖｃｃ／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｉ_ｓｉｎ−＝Ｖｃｃ／（Ｒ３＋Ｒ４）
Ｉ_ｃｏｓ＋＝Ｖｃｃ／（Ｒ５＋Ｒ６）
Ｉ_ｃｏｓ−＝Ｖｃｃ／（Ｒ７＋Ｒ８）

【0042】

第１ブリッジ回路２２１のＲ１とＲ２の接続点における出力電圧Ｖ_ｓｉｎ＋およびＲ３とＲ４の接続点における出力電圧Ｖ_ｓｉｎ−、また、第２ブリッジ回路２２２のＲ５とＲ６の接続点における出力電圧Ｖ_ｃｏｓ＋およびＲ７とＲ８の接続点における出力電圧Ｖ_ｃｏｓ−は、以下の式で表される。
Ｖ_ｓｉｎ＋＝Ｖｃｃ−Ｒ１Ｉ_ｓｉｎ＋
Ｖ_ｓｉｎ−＝Ｖｃｃ−Ｒ４Ｉ_ｓｉｎ−
Ｖ_ｃｏｓ＋＝Ｖｃｃ−Ｒ５Ｉ_ｃｏｓ＋
Ｖ_ｃｏｓ−＝Ｖｃｃ−Ｒ８Ｉ_ｃｏｓ−

【0043】

これらの式に、上記電流値を代入すると、以下のようになる。
Ｖ_ｓｉｎ＋＝Ｖｃｃ−Ｒ１Ｖｃｃ／（Ｒ１＋Ｒ２）
＝Ｒ２Ｖｃｃ／（Ｒ１＋Ｒ２）
＝（Ｒ０＋ｒＲ０Ｓｉｎθ）Ｖｃｃ／２Ｒ０ ・・・（１０）式
Ｖ_ｓｉｎ−＝（Ｒ０−ｒＲ０Ｓｉｎθ）Ｖｃｃ／２Ｒ０ ・・・（１１）式
Ｖ_ｃｏｓ＋＝（Ｒ０＋ｒＲ０Ｃｏｓθ）Ｖｃｃ／２Ｒ０ ・・・（１２）式
Ｖ_ｃｏｓ−＝（Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ）Ｖｃｃ／２Ｒ０ ・・・（１３）式

【0044】

このように、上記（１０）式〜（１３）式により、被検知用磁石２１０の磁極方向がθの場合における各ブリッジ回路の出力電圧を取得することができる。

【0045】

次に、トンネル型磁気抵抗素子２２３の磁化固定層の磁化方向のずれを考慮する場合を説明する。図１３（Ｂ）に示すように、被検知用磁石２１０の磁極方向がθの場合、自由層の磁極方向もθの方向を向く。この時、たとえばＲ１の磁化固定層の磁化方向は、被検知用磁石２１０の磁極方向に引きずられて、ずれがない場合に比べてΔθだけ自由層の磁極方向へ近寄るようにずれる。なお、Δθは、以下のようになる。
第１ブリッジ回路２２１の場合： Δθ＝ＢＣＣｏｓθ
第２ブリッジ回路２２２の場合： Δθ＝ＢＣＳｉｎθ
ただし、Ｂはトンネル型磁気抵抗素子２２３における被検知用磁石２１０の磁束密度であり、Ｃはトンネル型磁気抵抗素子２２３の固有係数である。

【0046】

そうすると、自由層の磁極方向とＲ１の磁化固定層の磁化方向がなす角度はθ_ｅ１となる。同様に、Ｒ２の磁化固定層の磁化方向は、図１３（Ｃ）に示すように、被検知用磁石２１０の磁極方向に引っ張られて、ずれがない場合に比べてΔθだけ自由層の磁極方向へ近寄るようにずれる。そうすると、自由層の磁極方向とＲ２の磁化固定層の磁化方向がなす角度はθ_ｅ２となる。以下、Ｒ３〜Ｒ８における自由層の磁極方向と磁化固定層の磁化方向がなす角度θ_ｅ３〜θ_ｅ８も同様である。

【0047】

第１ブリッジ回路２２１および第２ブリッジ回路２２２のＲ１〜Ｒ８における自由層の磁極方向と磁化固定層の磁化方向がなす角度はそれぞれ以下のようになる。
θ_ｅ１＝θ−π／２＋Δθ
θ_ｅ２＝θ−３π／２−Δθ
θ_ｅ３＝θ−π／２＋Δθ
θ_ｅ４＝θ−３π／２−Δθ
θ_ｅ５＝θ−Δθ
θ_ｅ６＝θ−π＋Δθ
θ_ｅ７＝θ−Δθ
θ_ｅ８＝θ−π＋Δθ

【0048】

そうすると、Ｒ１〜Ｒ８における抵抗値はそれぞれ以下のようになる。
Ｒ１（θ_ｅ１）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ１
Ｒ２（θ_ｅ２）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ２
Ｒ３（θ_ｅ３）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ３
Ｒ４（θ_ｅ４）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ４
Ｒ５（θ_ｅ５）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ５
Ｒ６（θ_ｅ６）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ６
Ｒ７（θ_ｅ７）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ７
Ｒ８（θ_ｅ８）＝Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓθ_ｅ８

【0049】

これらを上記同様に整理すると、第１ブリッジ回路２２１および第２ブリッジ回路２２２の出力電圧は、以下の式で表される。
Ｖ_ｓｉｎ＋＝Ｖｃｃ×（Ｒ０−ｒＲ０Ｓｉｎ（Δθ−θ））／（２Ｒ０−２ｒＲ０ＳｉｎΔθＣｏｓθ） ・・・（２０）式
Ｖ_ｓｉｎ−＝Ｖｃｃ×（Ｒ０−ｒＲ０Ｓｉｎ（Δθ＋θ））／（２Ｒ０−２ｒＲ０ＳｉｎΔθＣｏｓθ） ・・・（２１）式
Ｖ_ｃｏｓ＋＝Ｖｃｃ×（Ｒ０＋ｒＲ０Ｃｏｓ（Δθ＋θ））／（２Ｒ０−２ｒＲ０ＳｉｎΔθＳｉｎθ） ・・・（２２）式
Ｖ_ｃｏｓ−＝Ｖｃｃ×（Ｒ０−ｒＲ０Ｃｏｓ（Δθ−θ））／（２Ｒ０−２ｒＲ０ＳｉｎΔθＳｉｎθ） ・・・（２３）式
Ｖｓｉｎ＝（Ｖ_ｓｉｎ＋）−（Ｖ_ｓｉｎ−）＝Ｖｃｃ×ｒＲ０×（Ｓｉｎθ×ＣｏｓΔθ／Ｒ０−ｒＲ０ＳｉｎΔθＣｏｓθ） ・・・（２４）式
Ｖｃｏｓ＝（Ｖ_ｃｏｓ＋）−（Ｖ_ｃｏｓ−）＝Ｖｃｃ×ｒＲ０×（Ｃｏｓθ×ＣｏｓΔθ／Ｒ０−ｒＲ０ＳｉｎΔθＳｉｎθ） ・・・（２５）式

【0050】

上述したように、（２０）式〜（２５）式に示すように、トンネル型磁気抵抗素子２２３の磁化固定層の磁化方向のずれを考慮した、磁気検出部２２０の第１ブリッジ回路２２１および第２ブリッジ回路２２２の出力電圧をモデル化できた。各ブリッジ回路の出力電圧がモデル化できると、後述するように、磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差を補正することが可能となる。

【0051】

図１４を参照して、本発明に係る磁極方向検出装置２００を説明する。磁極方向検出装置２００は、ステータＭ１に巻かれた多相コイルＭ２に流れる電流によって発生する磁界により回転するロータＭ３を有する多相電動モータＭにおいて、ロータＭ３の磁極方向を検出する装置である。本実施例においては、被検知用磁石２１０の磁極方向がロータＭ３の磁極方向である。磁極方向検出装置２００は、ロータＭ３の回転軸Ｍ４の先端に取り付けられた被検知用磁石２１０と、被検知用磁石２１０の回転による磁極方向（磁場）の変化を、トンネル型磁気抵抗素子２２３の電圧変化として捉える磁気検出部２２０と、磁気検出部２２０が出力する位相の異なるＳｉｎ波形の電圧信号およびＣｏｓ波形の電圧に関する検出信号に基づき逆正接を算出することにより被検知用磁石２１０の磁極方向を算出する磁極方向算出部２３０と、磁極方向算出部２３０が算出した磁極方向に含まれる、被検知用磁石２１０の磁場の作用により発生するトンネル型磁気抵抗素子２２３の磁化固定層の磁化方向ずれにより生じる誤差量を補正する方向補正量を算出する方向補正量算出部２６０と、磁極方向算出部２３０が算出した磁極方向に対して、方向補正量算出部２６０が算出した方向補正量を用いて補正を行う磁極方向補正部２７０と、を備える。

【0052】

磁極方向算出部２３０が算出した磁極方向θｄは、磁気検出部２２０のトンネル型磁気抵抗素子２２３の磁化固定層の磁化方向のずれ（Δθ）に起因する誤差θｘを含んでいるので、被検知用磁石２１０の磁極方向のθが真正な磁極方向であるとした場合、
θｄ＝θ＋θｘ
と表すことができる。したがって、被検知用磁石２１０の磁極方向のθは、
θ＝θｄ−θｘ
となるので、磁極方向補正部２７０は、方向補正量算出部２６０が算出する方向補正量を減算することにより、被検知用磁石２１０の磁極方向のθの真正な値を検出することができる。

【0053】

まず、磁化固定層の磁化方向ずれを反映したモデル式である（２４）式と（２５）式を用いて、磁極方向算出部２３０が磁極方向θｄを算出する手順について説明する。前述したようにＢ（トンネル型磁気抵抗素子２２３における被検知用磁石２１０の磁束密度）、Ｃ（トンネル型磁気抵抗素子２２３の固有係数）を用いて算出したΔθを算出する。このΔθ、予め求めておいたＲ０（抵抗値の中央値）、およびｒ（抵抗変動率）をモデル式に代入して、θを変化させてＶｓｉｎとＶｃｏｓを算出する。例えば、θを０．１間隔で変化させて、θごとにＶｓｉｎおよびＶｃｏｓを算出する。ここで、θは被検知用磁石２１０の着磁方向の真値とみなしている。

【0054】

そして、ｔａｎθｄ＝（Ｖｓｉｎ／Ｖｃｏｓ）として、これから逆正接を計算することによってθｄを求め、θｄからθを減算することで誤差θｘを求めることができる。たとえば、０．１ずつ変化させたθごとにθｄと誤差θｘを得て、各θｄと各θｘとを対応付けした補正テーブルを作成する。このようにして事前に作成した補正テーブルを用いることによって、方向補正量算出部２６０は、磁極方向算出部２３０が算出した磁極方向θｄからその値に対応した誤差θｘを減算することによって、被検知用磁石２１０の磁極方向θの真正な値を検出することができる。これによれば、磁化固定層の磁化方向ずれに起因する誤差を補正することにより、回転軸の回転角度（磁極方向）の検出精度を向上させた磁極方向検出装置２００を提供できる。

【0055】

なお、方向補正量算出部２６０は、上述したように、磁気検出部２２０の出力電圧に基づいてモデル化した角度誤差の量を算出することにより方向補正量（Δθ）を導出してもよいし、事前に、被検知用磁石２１０の磁極方向θに応じて生ずる角度誤差を計測し、方向補正量対応表を作成しておき、磁気検出部２２０の出力電圧に対応した方向補正量（Δθ）を選択してもよい。

【0056】

＜第一実施例の変形例＞
以上では、磁極方向補正部２７０が方向補正量を減算することにより補正を行う例を説明したが、以下の方法により補正を行ってもよい。発明者らは、磁場強度が強い環境では磁化固定層の磁化方向がわずかに変化することを見出し、上述したようなモデル化をなしえたと共に、このようにモデル式に基づいてθごとに誤差θｘを計算するシミュレーションを行ったところ、誤差θｘはθに対して４次で脈動している事を見出した。本変形例は、かかる知見に基づくものである。図１５は、上述した回転軸Ｍ４を有する多相電動モータＭと、該モータＭに対して外部から回転軸Ｍ４を機械的に回動させる回転装置Ｍ７（外部装置）とを備える測定系を示す。

【0057】

多相電動モータ制御装置１００の回路には通電を行うが、回転軸Ｍ４を回転させる制御は行わず、回転装置Ｍ７がロータおよび被検知用磁石２１０と一体となった回転軸Ｍ４を回転させる。回転装置Ｍ７は、回転軸Ｍ４の回転角度を出力するセンサであるエンコーダを有する。回転軸Ｍ４の回転角度ゼロと被検知用磁石２１０の磁極方向とが一致するように初期設定されている。エンコーダは、回転軸Ｍ４（またはロータＭ３）の物理的な回転角度（機械角）を正確に測定することができる。そこで、エンコーダからの出力である回転角度θを回転軸Ｍ４の回転角度、つまり、回転軸Ｍ４の磁極方向あるいは被検知用磁石２１０の磁極方向と同じもの、の真値とみなす。

【0058】

回転装置Ｍ７によって回転軸Ｍ４を所定間隔（たとえば、０．１度間隔）で回転させる。多相電動モータ制御装置１００には通電されているので、トンネル型磁気抵抗素子２２３のブリッジ回路１０は、その所定間隔ごとに、出力電圧であるＶｓｉｎとＶｃｏｓを出力する。これらを用いて逆正接を計算してθｄを算出し、エンコーダ出力から得られる真値の回転角度θ（磁極方向θ）とθｄの差分θｙを算出する。なお、このように算出する装置を、本図に示すように角度誤差テーブル作成装置としてもよい。差分θｙには、磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差成分以外の要因に起因する誤差が含まれている可能性がある。上述したように、磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差はθの変化に対する４次成分である事が分かったので、測定された差分θｙの変動に含まれる４次成分を抽出して、これを磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差成分θｘとして求めることにする。

【0059】

θｙには、磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差成分θｘと、他の要因によって生じる誤差成分が含まれている。磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差成分θｘのみを抽出するために、以下のようにθｙの変動に含まれる４次成分を求める。縦軸をθｙとし、横軸をθとした座標における関数ｆ（θ）を次のように考える。
ｆ（θ）＝Ａ０＋Ａ１ｓｉｎ（θ＋Ｂ１）＋Ａ２ｓｉｎ（２θ＋Ｂ２）＋Ａ３ｓｉｎ（３θ＋Ｂ３）＋Ａ４ｓｉｎ（４θ＋Ｂ４）＋・・・・・・・
なお、Ａ０〜Ａｎは、各次数の正弦波の振幅の大きさを示し、Ｂ１〜Ｂｎは、各次数の正弦波の位相を示す。

【0060】

たとえば、非線形最小二乗法を用いて、実測して得られたθｙとθに良く適合するあてはめ関数（Ｆｉｔｔｉｎｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を関数ｆ（θ）として求める。その結果、４次成分であるＡ４ｓｉｎ（４θ＋Ｂ４）が得られるので、これを磁化固定層の磁化方向のずれに起因する誤差成分θｘとする。そして、θｄの差分θｘとの対応表を作成し、これを方向補正量対応表とする。このように作成された方向補正量対応表に基づき、磁気検出部２２０の出力電圧であるＶｓｉｎとＶｃｏｓを用いて逆正接を算出した結果であるθｄに対応した方向補正量θｘを選択すれば、補正量が得られる。これによれば、磁化固定層の磁化方向ずれに起因する誤差を補正することにより、回転軸の磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置２００を提供できる。

【0061】

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

【符号の説明】

【0062】

１００ 多相電動モータ制御装置
１０ ブリッジ回路
２０ ＰＷＭ制御部
３０ 制御部
９０ 基板
９１ コネクタ
９２ 電源供給部
９３ 信号処理部
２００ 磁極方向検出装置
２１０ 被検知用磁石
２２０ 磁気検出部
２２１ 第１ブリッジ回路（Ｓｉｎ波形）
２２２ 第２ブリッジ回路（Ｃｏｓ波形）
２２３ トンネル型磁気抵抗素子
２３０ 磁極方向算出部
２４０ 電流検出部
２６０ 方向補正量算出部
２７０ 磁極方向補正部
Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ 相回路
Ｑｕｈ、Ｑｖｈ、Ｑｗｈ 高電位側スイッチング素子
Ｑｕｌ、Ｑｖｌ、Ｑｗｌ 低電位側スイッチング素子
Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ 電流検出器
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ 指令電圧
Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ 相電流値
ＢＡＴ バッテリ（直流電源）
Ｌｈ 電源ライン
Ｌｌ グランドライン
Ｍ ３相電動モータ
Ｍ１ ステータ
Ｍ２ 多相コイル
Ｍ２Ｕ Ｕ相コイル
Ｍ２Ｖ Ｖ相コイル
Ｍ２Ｗ Ｗ相コイル
Ｍ３ ロータ
Ｍ４ 回転軸
Ｍ５ ケース
Ｍ７ 回転装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】