CN104246445A - 磁式位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明降低磁式位置检测装置的信号失真，得到高精度的准确的位置信息。磁式位置检测装置(100)包括磁性移动体(10)、桥接电路(20)、校正电路(30)和检测电路(40)。磁性移动体(10)以N极和S极交替出现的方式进行磁化，具有N极-S极之间的距离固定的区域。桥接电路(20)由第1、第2、第3、第4磁场检测部(2R1、2R2、2R3、2R4)构成。校正电路(30)由第5和第6磁场检测部(2R5、2R6)构成。检测电路(40)基于桥接电路的差动输出Vout检测出磁性移动体(10)的位置。

Description

磁式位置检测装置
技术领域
本发明涉及以磁方式检测出磁性移动体的移动的磁式位置检测装置。
背景技术
作为以磁方式检测出磁性移动体的移动的装置，已知的有由磁电转换元件和磁铁构成的检测装置。此处，所谓磁电转换元件是指MR(磁阻：Magneto-Resistance)元件等电阻值根据所施加的磁场而改变的元件。随着磁性移动体的移动，施加于磁电转换元件的磁场发生变化，因此能以电阻值的变化来检测出磁性移动体的移动。
例如，专利文献1的磁场传感器揭示了作为磁电转换元件的自旋阀MR元件。自旋阀MR元件具有由非磁性体薄膜层分隔开的强磁性体第1薄膜层和第2薄膜层。强磁性体第2薄膜层的磁化方向固定(磁化固定层)。作为对磁化进行固定的方法，将反强磁性体薄膜层(钉扎层)与磁化固定层直接接触。另一方面，强磁性体第1薄膜层的磁化方向根据所施加的磁场而自由变化(磁化自由层)。
自旋阀MR元件与代表性MR元件即AMR(各向异性磁阻：AnisotropicMagneto-Resistance)元件相比较时，其电阻值的变化(磁阻变化率：MR比)更大，因此，能进行高灵敏度的检测。自旋阀MR元件中有GMR(巨磁阻：Giant Magneto-Resistance)元件、TMR(隧道磁阻：TunnellingMagneto-Resistance)元件，尤其TMR元件的MR比较大，近年来受到关注。
图20示出了自旋阀MR元件3的电阻值的变化。自旋阀MR元件3的电阻值根据由磁化固定层3b的磁化方向和磁化自由层3a的磁化方向所构成的角度而发生变化。因而，若施加于自旋阀MR元件3的磁场方向发生旋转，则自旋阀MR元件3的电阻值的变化将成为余弦波或正弦波。
接着，图21是表示现有磁式位置检测装置的一个示例的结构图。对使用图21所示自旋阀MR元件3的磁式位置检测装置的一个示例的动作原理进行说明。磁性移动体10以N极和S极交替出现的方式进行磁化，具有N极-S极之间的距离固定的区域。自旋阀MR元件3配置于与磁性移动体10相距距离d的磁场检测部2的区域A和区域B。区域A-B之间的距离是磁性移动体10的磁化间距(N极-N极间的距离)λ的1/2。此外，在区域A配置磁场检测部Ra1、Ra2，在区域B配置磁场检测部Rb1、Rb2。使构成各磁场检测部Ra1、Ra2、Rb1、Rb2的自旋阀MR元件3的磁化固定层3b的磁化方向全部与磁性移动体10的移动方向相同，如图22所示，以构成桥接电路20的方式进行连接。
若施加于自旋阀MR元件3的磁场方向随着磁性移动体10的移动(旋转)而旋转，则自旋阀MR元件3的电阻值如图20所示那样变化，因此，图22所示该装置的桥接电路20的差动输出Vout成为如图23所示那样的近似于余弦波或正弦波的波形。通过假定桥接电路的差动输出Vout为余弦波或正弦波，从而计算出磁性移动体10的移动距离s(旋转角度β)。另外，图22的标号40是检测电路，标号41是差动放大电路、标号42是信号处理电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3017061号公报
专利文献2：国际公开第2009/099054号刊物
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述磁式位置检测装置中，为了提高检测精度，优选为该装置的桥接电路的差动输出Vout的振幅较大，且相对于余弦波或正弦波的失真较小。为了增大桥接电路的差动输出Vout的振幅，优选使用MR比较大的TMR元件。由于根据自旋阀MR元件3的动作原理，电阻值波形的失真较多依赖于磁化自由层3a的特性，因此，自旋阀MR元件3具有如下优点：通过优化与磁化自由层3a的磁化相关的磁化自由层3a的材料、磁化自由层3a的基底，能得到希望的特性，而TMR元件也具有这一优点。
另一方面，TMR元件具有特有的问题。TMR元件示出如图24所示那样的MR比的电压依赖性。随着所施加的电压增大，TMR元件的MR比减小，因此，若由TMR元件来构成桥接电路20，则MR比会随着施加于各元件的电压变化而变化，会呈现为桥接电路的差动输出Vout的波形失真。
作为该问题的一个对策，考虑如下方案：将构成桥接电路20的各TMR元件中的多个元件进行连接，从而降低施加于一个元件的电压。然而，元件连接数量是决定桥接电路20的电阻值的因素，实际上连接数量存在限制。除了该方法的对策之外，还需要其它对策。
此外，上述磁式位置检测装置具有特有的问题。磁性移动体10所产生的磁场的分布对桥接电路的差动输出Vout的波形带来影响。图21所示的该装置的动作中，将与磁性移动体10相距距离d的点处的磁性移动体10所产生的磁场H的移动方向(图21的x方向)的强调设为Q，将半径方向(图21的y方向)的强调设为P。磁性移动体10移动了距离s时磁性移动体10的磁极和磁场检测部2的区域A的相位角度θ、与施加于区域A的磁场的角度α之间存在以下关系。
[式1]
θ＝(s/λ)·2π
Hx＝Q·sinθ
Hy＝P·cosθ
tanα＝(Q/P)·tanθ
Q/P＝1的情况下，相位角度θ与施加磁场角度α相一致。因此，该装置的桥接电路的差动输出Vout的波形不发生失真。然而，存在Q/P不为1的情况(大致0.5～0.9)，相位角度θ和施加磁场角度α不一致。图25示出例如Q/P＝1、0.7和0.5的情况下的相位角度θ和施加磁场角度α之间的关系。Q/P＝0.7和0.5的情况下，TMR元件的电阻值的波形产生失真，因此，如图26所示，桥接电路的差动输出Vout的波形产生失真。
例如，专利文献2示出了应对该问题的对策。所公开的旋转角度检测装置对检测出的旋转方向、半径方向的磁场强调进行模数转换(A-D转换)，分别得到Vx信号、Vy信号，对Vx信号乘上校正系数k使得Vx、Vy的振幅相同。若采用该装置，则失真得到抑制，且得到更准确的旋转角度，但由于A-D转换器、系数k的运算电路以及乘法器等，电路规模增大。
如上所述那样，上述磁式位置检测装置中导致桥接电路的差动输出Vout的波形产生失真的原因有：TMR元件的MR比的电压依赖性(MR比降低)、以及磁性移动体10所产生的磁场的分布(Q/P<1)。
本发明的目的在于提供能降低信号失真、且得到高精度的准确的位置信息的磁式位置检测装置。
解决技术问题的技术方案
本发明的磁式位置检测装置包括磁性移动体、桥接电路、校正电路以及检测电路。磁性移动体以N极和S极交替出现的方式进行磁化，具有N极-S极之间的距离固定的区域。桥接电路由第1、第2、第3、第4磁场检测部构成。校正电路由第5和第6磁场检测部构成。检测电路基于桥接电路的差动输出Vout检测出磁性移动体的位置。磁场检测部由自旋阀MR元件构成，该自旋阀MR元件的电阻值根据与磁性移动体的移动相伴的磁场变化而变化。使第1至第6磁场检测部的自旋阀MR元件各自的磁化固定层的磁化方向全部与磁性移动体的移动方向相同，将第1及第3磁场检测部配置在区域A的检测位置，将第2及第4磁场检测部配置在区域B的检测位置，将第5磁场检测部配置在区域C的检测位置，将第6磁场检测部配置在区域D的检测位置，对于磁性移动体的N极-N极间或S极-S极间的固定距离λ，满足以下关系：
[式2]
A与B检测位置之间的距离L(A-B)为L(A-B)＝L＝λ/n
A与C检测位置之间的距离L(A-C)为L(A-C)＝L/m＝λ/(mn)
C与D检测位置之间的距离L(C-D)为L(C-D)＝λ/2，
n为2以上的自然数，m为自然数。
发明效果
根据本发明所涉及的磁式位置检测装置，将构成桥接电路的磁场检测部配置成能降低磁性移动体所产生的磁场分布导致的桥接电路的差动输出Vout的波形失真。此外，将构成校正电路的磁场检测部配置成能降低因自旋阀MR元件的MR比的电压依赖性导致的桥接电路的差动输出Vout的波形失真。因而，能得到更高精度的位置信息。
关于本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果，通过参照附图的以下本发明的详细说明可以进一步了解。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的磁式位置检测装置、且表示磁性移动体的一个配置示例的结构图。
图2是表示本发明的实施方式的另一磁式位置检测装置、且表示磁性移动体的另一配置示例的结构图。
图3是构成本发明的实施方式的磁式位置检测装置中的各磁场检测部的TMR元件的结构图。
图4是表示实施方式1的磁式位置检测装置中的磁场检测部的配置位置(检测位置)的俯视图。
图5是表示实施方式1的磁式位置检测装置中的磁场检测部的布线的布线图。
图6是表示实施方式1的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出的波形图。
图7是表示实施方式1的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形的失真的波形图，针对规定磁场检测部的配置的参数m的每个值，示出了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号。
图8是表示实施方式1及其比较方式的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形的失真的波形图。
图9是表示实施方式1的磁式位置检测装置中的校正电路的电阻值与桥接电路的电阻值之比r、与输出波形失真之间的关系的特性图。
图10是表示实施方式2的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出的波形图，针对规定磁场检测部的配置的参数n的每个值，示出了桥接电路的差动输出Vout。
图11是表示实施方式2的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形的失真的波形图，针对规定磁场检测部的配置的参数m和n的每个值，示出了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号。
图12是表示实施方式2和没有校正电路的方式的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形的失真的波形图，示出了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号。
图13是表示实施方式3的磁式位置检测装置中的磁场检测部的配置位置(检测位置)的俯视图。
图14是表示实施方式3的磁式位置检测装置中的磁场检测部的布线的布线图。
图15是表示实施方式3的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出的波形图，针对规定磁场检测部的配置的参数n1和n2的每个值，示出了桥接电路的差动输出Vout。
图16是表示实施方式3的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形的失真的波形图，针对规定磁场检测部的配置的参数n1、n2、m1、m2的每个值，示出了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号。
图17是表示实施方式3及没有校正电路的方式的磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形的失真的波形图。
图18是表示实施方式3的磁式位置检测装置中的校正电路的电阻值与桥接电路的电阻值之比r、与输出波形失真之间的关系的特性图。
图19是现有方式、实施方式2、实施方式3以及它们各自的没有校正电路的方式的磁式位置检测装置的特性比较图。
图20是表示自旋阀MR元件的电阻值变化的图。
图21是表示现有磁式位置检测装置的一个示例的结构图。
图22是表示现有磁式位置检测装置中的构成桥接电路的磁场检测部的布线的布线图。
图23是现有磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出波形图。
图24是表示TMR元件中MR比的电压依赖性的特性图。
图25是示出本发明所涉及的磁式位置检测装置的、表示磁性移动体产生的磁场分布的参数Q/P、与相位角度θ及施加磁场角度α之间的关系的相关图。
图26是表示现有磁式位置检测装置中的磁性移动体的移动造成的输出的波形图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的磁式位置检测装置100的代表例的结构图。磁式位置检测装置100包括磁性移动体10和磁场传感器1。磁性移动体10以在表面上交替出现N极和S极的方式进行磁化，具有N极-S极之间为固定距离的区域，磁化间距(N极-N极之间的距离)为λ。此外，磁场传感器1与磁性移动体10相对且隔开规定距离d来进行配置。通过磁性移动体10的移动，在与磁场传感器1相对的磁性移动体10的表面上交替出现N极和S极。
图2表示本发明的磁式位置检测装置100的另一代表例，是表示磁性移动体10的结构及磁场传感器1相对于磁性移动体10的另一配置示例的结构图。磁性移动体10具有圆筒磁铁，以在周面上交替出现N极和S极的方式进行磁化，具有N极-S极之间为固定距离的区域，具有磁化间距(N极-N极之间的距离)为λ的2i个极。(本图中，i＝5。)
图1和图2的磁性移动体10的移动方式不同，但本质上没有差异。即，图1中，磁性移动体10在磁场传感器1的附近在直线上行移动，图2中，磁性移动体10围绕磁性移动体10的中心轴进行旋转，磁性移动体10的磁极与磁场检测部2的相位角度θ、与磁性移动体10的移动距离s之间如[式1]所示，存在θ＝(s/λ)·2π的关系。因而，下面，利用图1的结构进行说明。
图3是构成本发明的磁式位置检测装置100中的各磁场检测部2的TMR元件3T(自旋阀MR元件)的结构图。TMR元件3T是具有由绝缘体薄膜层3i(非磁性层)分隔开的强磁性体第1薄膜层3a和第2薄膜层3b的隧道磁阻元件。强磁性体第2薄膜层3b的磁化方向固定(磁化固定层)。作为对磁化进行固定的方法，将反强磁性体薄膜层3d(钉扎层)与磁化固定层3b直接接触。另一方面，强磁性体第1薄膜层3a的磁化方向根据所施加的磁场而自由变化(磁化自由层)。TMR元件3T的电阻值根据由磁化固定层3b的磁化方向和磁化自由层3a的磁化方向所构成的角度来发生变化。本发明的磁化固定层3b的磁化方向全部与磁性移动体10的移动方向相同。
实施方式1.
图4示出实施方式1的磁式位置检测装置100中的磁场检测部2的配置位置(检测位置)。作为检测位置，设有区域A、区域B、区域C、区域D这4个区域。区域A和区域B隔开距离L进行配置，区域C配置在区域A和区域B之间且与区域A隔开距离L/m(m为自然数)进行配置，区域D在从区域C到区域B的方向上、与区域C隔开距离λ/2来进行配置。此时，距离L与距离λ之间的关系由下式表示。
[式3]
L＝λ/n
因此，
A与B检测位置之间的距离L(A-B)为L(A-B)＝L＝λ/n
A与C检测位置之间的距离L(A-C)为L(A-C)＝L/m＝λ/(mn)
n为2以上的自然数、m为自然数
而且，对区域A配置第1和第3磁场检测部2R1、2R3，对区域B配置第2和第4磁场检测部2R2、2R4，对区域C配置第5磁场检测部2R5，对区域D配置第6磁场检测部2R6。
图5示出实施方式1的磁式位置检测装置100中的磁场检测部2的布线。在电源Vcc与接地GND之间，串联连接有桥接电路20和校正电路30。在桥接电路20中，第1和第2磁场检测部2R1、2R2串联连接，第3和第4磁场检测部2R3、2R4串联连接，并将2个串联回路并联连接。在校正电路30中，将第5和第6磁场检测部2R5、2R6并联连接。本装置还包括检测电路40，该检测电路40基于将桥接电路20的中点电位之差导入到差动放大电路41而得到的差动放大电路41的输出Vout，检测出磁性移动体10的位置，桥接电路20的中点电位之差是指第1和第2磁场检测部2R1、2R2的中点电位V1、与第3和第4磁场检测部2R3、2R4的中点电位V2之差。
实施方式1的磁式位置检测装置100中的磁性移动体10所产生的磁场分布为Q/P≈1。(换言之，对Q/P≈1的情形进行分析。)在该情况下，磁性移动体10所产生的磁场分布造成的桥接电路的差动输出Vout的波形失真极小，[式3]中，n＝2较为适当(即，n＝2表示在2个部位配置元件，彼此之间成为反向相位(180°配置)，因此Vout的振幅成为最大)。在该情况下，TMR元件3T的MR比的电压依赖性呈现为输出波形的失真。图6示出伴随实施方式1的磁性移动体10的移动造成的桥接电路的差动输出Vout的代表例。[式3]中，m＝2。此外，在图中还示出“余弦波”，该余弦波对直流分量、振幅、频率和相位进行调整使其与桥接电路的差动输出Vout的差分最小。
图7中，对[式3]的m的每个值，例示了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号ΔVout。可知，m＝2的差分信号ΔVout的振幅最小，失真得到抑制，接近“余弦波”。即，对于构成校正电路30的磁场检测部2的检测位置，优选将区域C配置在区域A与区域B之间且与区域A隔开距离L/2来进行配置。
[实施方式1的比较方式]
为了示出实施方式1的效果，对实施方式1的比较方式进行说明。
实施方式1是清楚地示出校正电路30的效果的方式。因此，将比较方式的磁式位置检测装置100设为从实施方式1中去除校正电路30的结构。是从图4去除区域C和区域D、从图5去除第5和第6磁场检测部2R5、2R6的现有方式。另外，比较中，实施方式1的m和n分别为m＝2、n＝2，比较方式的n为n＝2。
图8示出实施方式1及其比较方式的桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号ΔVout。实施方式1的差分信号ΔVout的振幅小于比较方式的差分信号ΔVout的振幅，可知由校正电路30消除了相对于“余弦波”的失真。
其结果是，由于TMR元件3T的MR比的电压依赖性，桥接电路20的合成电阻并非固定且具有相位，但校正电路30的合成电阻的相位为反向相位，抵消桥接电路20的合成电阻的相位。
而且，桥接电路20的合成电阻的波形振幅与校正电路30的合成电阻的波形振幅大致相同，但为了降低输出波形失真是必要的。对于构成桥接电路20的4个磁场检测部2R1、2R2、2R3、2R4，当构成磁场检测部2的TMR元件3T的磁化固定层3b的磁化方向和磁化自由层3a的磁化方向所构成的角相同的情况下，构成为第1和第2磁场检测部2R1、2R2的电阻值相同，第3和第4磁场检测部2R3、2R4的电阻值相同。而且，优选将这4个磁场检测部2R1、2R2、2R3、2R4各自的电阻值构成为相同。对于构成校正电路30的2个磁场检测部2R5、2R6，当构成磁场检测部2的TMR元件3T的磁化固定层3b的磁化方向和磁化自由层3a的磁化方向所构成的角相同的情况下，优选构成为各自的电阻值相同。构成第1～第4磁场检测部的磁阻元件使用上述中间层为绝缘体的隧道磁阻元件，优选对于构成第5和第6磁场检测部的磁阻元件也使用上述中间层为绝缘体的隧道磁阻元件。而且，对构成上述第5和第6磁场检测部的磁阻元件使用上述中间层为非磁性金属体的巨磁阻元件即可。图9示出构成校正电路30的一个磁场检测部2的电阻值与构成桥接电路20的一个磁场检测部2的电阻值之比r(此处，第1磁场检测部2R1和第5磁场检测部2R5的电阻值之比)＝R5/R1、以及桥接电路的差动输出Vout的波形失真(与“余弦波”的差分信号的振幅)之间的关系。r＝0是没有校正电路30的方式、即现有方式(比较方式)。将该方式的桥接电路的差动输出Vout的波形失真设为1，将实施方式1的输出波形的失真进行标准化来进行表示。对于0＜r≤1、即、0＜(R5/R1)≤1范围的r，校正电路30的效果得到确认，实施方式1中，r＝0.3～0.5时效果最佳。
[磁性移动体10产生的磁场分布为Q/P≈1时的特性比较]
图9示出本发明的磁式位置检测装置100相对于现有磁式位置检测装置的效果。可知，实施方式1具有降低输出波形失真的效果。因而，根据本发明，提供磁式位置检测装置100，其能有效降低TMR元件3T的MR比的电压依赖性造成的输出波形失真，得到高精度的准确的位置信息。
实施方式2.
实施方式2的磁式位置检测装置100中的检测位置的数量及各检测位置处的磁场检测部2的配置与实施方式1相同。作为检测位置，设有区域A、区域B、区域C、区域D这4个区域。区域A和区域B隔开距离L进行配置，区域C配置在区域A和区域B之间且与区域A隔开距离L/m(m为自然数)进行配置，区域D在从区域C到区域B的方向上、与区域C隔开距离λ/2来进行配置。此时，距离L与距离λ之间的关系如[式3]所示，为L＝λ/n(n为2以上的自然数)。而且，对区域A配置第1和第3磁场检测部2R1、2R3，对区域B配置第2和第4磁场检测部2R2、2R4，对区域C配置第5磁场检测部2R5，对区域D配置第6磁场检测部2R6。
实施方式2的磁式位置检测装置100中的磁场检测部2的布线与实施方式1相同。在电源Vcc与接地GND之间，串联连接有桥接电路20和校正电路30。在桥接电路20中，第1和第2磁场检测部2R1、2R2串联连接，第3和第4磁场检测部2R3、2R4串联连接，并将2个串联回路并联连接。在校正电路30中，将第5和第6磁场检测部2R5、2R6并联连接。本装置还包括检测电路40，该检测电路40基于桥接电路20的中点电位之差检测出磁性移动体10的位置，所述桥接电路20的中点电位之差是指第1和第2磁场检测部2R1、2R2的中点电位V1、以及第3和第4磁场检测部2R3、2R4的中点电位V2之差Vout。
实施方式2的磁式位置检测装置100中的磁性移动体10所产生的磁场分布为Q/P＝0.7。(换言之，对Q/P＝0.7的情形进行分析。)在该情况下，磁性移动体10产生的磁场分布、以及TMR元件3T的MR比的电压依赖性呈现为桥接电路的差动输出Vout的波形失真。为了应对磁性移动体10产生的磁场分布造成的输出波形失真，实施方式2相对于实施方式1改变检测位置。图10对[式3]的n的每个值，例示了伴随实施方式2的磁性移动体10的移动造成的桥接电路的差动输出Vout。此处，m＝2。此外，在图中还示出“余弦波”，该余弦波对直流分量、振幅、频率和相位进行调整使其与桥接电路的差动输出Vout的差分最小。
图11中，对[式3]的m和n的每个值，例示了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号ΔVout。可知，m＝n＝3的差分信号ΔVout的振幅最小，失真得到抑制，接近“余弦波”。Q/P＝0.7的情况下，如图10所示，桥接电路的差动输出Vout附加有3次谐波分量，n＝2时波形发生失真。通过使n＝3，即通过将区域A与区域B隔开距离L＝λ/3来进行配置，3次谐波分量得到抑制，失真减小。
[实施方式2的没有校正电路的方式]
实施方式2的没有校正电路的方式中，从实施方式2去除校正电路30。是从图4去除区域C和区域D、从图5去除第5和第6磁场检测部2R5、2R6的方式。另外，实施方式2中m和n分别为m＝3、n＝3，没有校正电路的方式中n为n＝3。与现有方式不同之处在于，检测位置取n＝3的配置，而非n＝2，对桥接电路的差动输出Vout中的3次谐波分量进行抑制。
图12示出实施方式2及没有校正电路的方式的桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号ΔVout。从两个方式的比较可知，通过校正电路30消除相对于“余弦波”的失真。实施方式2中也确认了校正电路30的效果。然而，磁性移动体10产生的磁场分布造成的输出波形失真还残留着。
实施方式3.
图13示出实施方式3的磁式位置检测装置100中的磁场检测部2的配置位置(检测位置)。作为检测位置，设有区域A、区域B、区域C、区域D、区域E、区域F、区域G、区域H这8个区域。区域A与区域B隔开距离L1进行配置，区域C配置在区域A与区域B之间且与区域A隔开距离L1/m1(m1是自然数)进行配置，区域D在从区域C到区域B的方向上与区域C隔开距离λ/2进行配置，此外，区域E在从区域A到区域B的方向上与区域A隔开距离L2进行配置。区域F在从区域E到区域D的方向上、与区域E隔开距离L1来进行配置，区域G配置在区域E和区域F之间且与区域E隔开距离L1/m2(m2是自然数)来进行配置，区域H在从区域G到区域F的方向上、与区域G隔开距离λ/2来进行配置。此时，由下式表示距离L1及L2与距离λ的关系。
[式4]
L＝λ/n
因此，
A与B检测位置之间的距离L(A-B)为L(A-B)＝L1＝λ/n1
A与C检测位置之间的距离L(A-C)为L(A-C)＝L1/m1＝λ/(m1n1)
A与E检测位置之间的距离L(A-E)为L(A-E)＝L2＝λ/n2
E与F检测位置之间的距离L(E-F)为L(E-F)＝L1＝λ/n1
E与G检测位置之间的距离L(E-G)为L(E-G)＝L1/m2＝λ/(m2n1)
n1、n2是2以上的自然数、m1、m2是自然数
此外，对区域A配置第1和第3磁场检测部2R1、2R3，对区域B配置第2和第4磁场检测部2R2、2R4，对区域C配置第5磁场检测部2R5，对区域D配置第6磁场检测部2R6，此外，对区域E配置第7和第9磁场检测部2R7、2R9，对区域F配置第8和第10磁场检测部2R8、2R10，对区域G配置第11磁场检测部2R11，对区域H配置第12磁场检测部2R12。另外，构成第1～第6磁场检测部的磁阻元件的结构与实施方式1中所说明的结构相同，且分别与构成第7～第12磁场检测部的磁阻元件的结构相对应。构成第1至第12磁场检测部的磁阻元件各自的磁化固定层的磁化方向全部与磁性移动体的移动方向相同。
图14示出实施方式3的磁式位置检测装置100中的磁场检测部2的布线。存在2个串联连接在电源Vcc与接地GND之间的桥接电路和校正电路的***。第1***由第1桥接电路21和第1校正电路31构成。在第1桥接电路21中，第1和第2磁场检测部2R1、2R2串联连接，第3和第4磁场检测部2R3、2R4串联连接，并将2个串联回路并联连接。在第1校正电路31中，将第5和第6磁场检测部2R5、2R6并联连接。第2***由第2桥接电路22和第2校正电路32构成。在第2桥接电路22中，第7和第9磁场检测部2R7、2R9串联连接，第8和第10磁场检测部2R8、2R10串联连接，并将2个串联回路并联连接。在第2校正电路32中，将第11和第12磁场检测部2R11、2R12并联连接。本装置还包括检测电路40，该检测电路40基于桥接电路21、22的中点电位之差，检测出磁性移动体10的位置，桥接电路21、22的中点电位之差是指第1和第2磁场检测部2R1、2R2的中点电位V1与第3和第4磁场检测部2R3、2R4的中点电位V2之差V12相对于第7和第8磁场检测部2R7、2R8的中点电位V3与第9和第10磁场检测部2R9、2R10的中点电位V4之差V34的差Vout。
实施方式3的磁式位置检测装置100中的磁性移动体10所产生的磁场分布为Q/P＝0.7。(换言之，对Q/P＝0.7的情形进行分析。)在该情况下，磁性移动体10产生的磁场分布、以及TMR元件3T的MR比的电压依赖性呈现为桥接电路的差动输出Vout的波形失真。为了应对磁性移动体10产生的磁场分布造成的输出波形失真，实施方式3相对于实施方式2，具有桥接电路21、22这2个***，能抑制n1和n2这2种次数的高次谐波分量。图15对[式4]的n1和n2的每个值，例示了伴随实施方式3的磁性移动体10的移动而造成的桥接电路的差动输出Vout。其中，n1＝m1、n2＝m2。此外，在图中还示出“余弦波”，该余弦波对直流分量、振幅、频率和相位进行调整使其与桥接电路的差动输出Vout的差分最小。
图16中，对[式4]的n1、n2、m1和m2的每个值，例示了桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号ΔVout。实施方式3对n1＝2、n2＝3即2次和3次两种次数的高次谐波分量进行抑制，并抑制失真。图16(a)中n1>n2、m2＝n2。可知，m2＝3的差分信号ΔVout的振幅最小，失真得到抑制，接近“余弦波”。对于构成第2校正电路32的磁场检测部2的检测位置，优选与桥接电路21、22这2个***的距离n2相关、n2＝m2，即区域G配置在区域E与区域F之间且与区域E隔开距离L/3来进行配置。
[实施方式3的没有校正电路的方式]
实施方式3的没有校正电路的方式中，从实施方式3去除校正电路31、32。是从图13去除区域C、区域D、区域G及区域H，从图14去除第5和第6磁场检测部2R5、2R6及第11和第12磁场检测部2R11、2R12的方式。另外，实施方式3中m和n分别为m1＝2、m2＝3、n1＝2、n2＝3，没有校正电路的方式中n为n1＝2、n2＝3。与实施方式2的没有校正电路的方式的不同之处在于，追加了桥接电路22，检测位置取n＝3和n＝2这2种配置，对桥接电路的差动输出Vout中的2次和3次谐波分量进行抑制。
图17示出实施方式3及其没有校正电路的方式的桥接电路的差动输出Vout与“余弦波”之间的差分信号ΔVout。从两个方式的比较可知，通过校正电路31、32消除相对于“余弦波”的失真。
图18示出构成校正电路31、32的一个磁场检测部2的电阻值与构成桥接电路21、22的一个磁场检测部2的电阻值之比r(此处，第1磁场检测部2R1和第5磁场检测部2R5的电阻值之比、以及第7磁场检测部2R7和第11磁场检测部2R11的电阻值之比)＝R5/R1及R11/R7、以及桥接电路的差动输出Vout的波形失真(与“余弦波”的差分信号的振幅)之间的关系。r＝0是没有校正电路31、32的方式。将该方式的桥接电路的差动输出Vout的波形失真设为1，将实施方式3的输出波形的失真进行标准化来进行表示。对于0＜r≤1、即、0＜(R5/R1)≤1，0＜(R11/R7)≤1的范围的r，校正电路31、32的效果得到确认，实施方式3中，r＝0.5～0.8时效果最佳。
[磁性移动体10产生的磁场分布为Q/P<1时的特性比较]
图19示出本发明的磁式位置检测装置100相对于现有磁式位置检测装置的效果。磁性移动体10产生的磁场分布Q/P＝0.7。将现有方式作为实施方式1的比较方式来表示。将该方式的桥接电路的差动输出Vout的波形失真(与“余弦波”的差分信号的振幅)设为1，将本发明的各方式的输出波形的失真进行标准化来进行表示。进行了比较的方式有实施方式2的没有校正电路的方式、实施方式2、实施方式3的没有校正电路的方式、实施方式3。可知本发明的各方式具有降低输出波形失真的效果。实施方式3与现有方式相比，其输出波形失真成约为1/10。因而，根据本发明，提供磁式位置检测装置100，其能有效降低磁性移动体10产生的磁场分布、TMR元件3T的MR比的电压依赖性造成的输出波形失真，得到高精度的准确的位置信息。
(磁性移动体10)
构成本发明的磁式位置检测装置100的磁性移动体10由磁化的磁性体构成，且对于相对的磁场传感器1交替呈现出N极和S极即可。可以是2个极。此外，虽然示出了方形(图1)和环形(图2)的形状，但也可以是圆柱形或球形。对于产生的磁场分布Q/P也没有限制，通常Q/P为0.5～1。
(磁阻元件3)
对于构成本发明的磁式位置检测装置100的磁电转换元件如上所述那样使用自旋阀MR元件。尤其，对于构成本发明的磁式位置检测装置100的桥接电路20、21、22使用自旋阀MR元件中MR比较大的TMR元件3T。此外，对于构成本发明的磁式位置检测装置100的校正电路30、31、32，也可以使用TMR元件3T以外的MR元件。例如，还可使用GMR元件。
如图2所示，本发明的磁式位置检测装置100还用于检测出旋转体的旋转角度。适用于检测出电动机的旋转轴的角度等用途。作为车载的用途较广，例如为转向角度传感器等角度检测装置。在由于装置结构而无法靠近旋转轴端部等的情况下，本发明是有效的，本发明还有能对抗分相器技术的特征。
应认为这里所揭示的实施方式在所有方面都是举例表示，而不是限制性的。例如，有关距离的上述λ、L等，或对它们进行规定的参数n、m等，能取与例示值相近的同值，只要得到本发明所示效果即可。此外，对于磁性移动体10的移动方向、TMR元件3T的磁化方向等方向、或者磁场检测部2、TMR元件3T的电阻值等特性值，也能进行相同处理。本发明的范围由权利要求的范围来表示，而并非由上述说明来表示，本发明的范围还包括与权利要求的范围等同的含义及范围内的所有变更。
另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

Claims (13)

1.一种磁式位置检测装置，其特征在于，包括：
磁性移动体，该磁性移动体由磁性体构成，以N极和S极交替出现的方式进行磁化，具有N极-S极之间的距离固定的区域；以及
第1至第6磁场检测部，该第1至第6磁场检测部的电阻值根据与所述磁性移动体的移动相伴的磁场变化而发生变化，
所述第1至第6磁场检测部由具有自旋阀结构的磁阻元件构成，该磁阻元件包括磁化方向对于施加磁场固定的磁化固定层、磁化方向根据施加磁场而变化的磁化自由层、及夹在所述磁化固定层与磁化自由层之间的非磁性体中间层，
构成所述第1至第4磁场检测部的磁阻元件是所述中间层为绝缘体的隧道磁阻元件，
构成所述第1至第6磁场检测部的磁阻元件各自的所述磁化固定层的磁化方向全部与所述磁性移动体的移动方向相同，
所述第1及第3磁场检测部配置在区域A的检测位置，
所述第2及第4磁场检测部配置在区域B的检测位置，
所述第5磁场检测部配置在区域C的检测位置，
所述第6磁场检测部配置在区域D的检测位置，
对于所述磁性移动体的N极-N极间或S极-S极间的固定距离λ，满足以下关系：
所述区域A与所述区域B的检测位置之间的距离L(A-B)为L(A-B)＝L＝λ/n，
所述区域C配置在所述区域A与所述区域B之间，所述区域A与所述区域C的检测位置之间的距离L(A-C)为L(A-C)＝L/m＝λ/(mn)，
所述区域D配置在从所述区域C到所述区域B的方向上，所述区域C与所述区域D的检测位置之间的距离L(C-D)为L(C-D)＝λ/2，
n为2以上的自然数，m为自然数，
在第1基准电位和第2基准电位之间串联连接有第1并联连接体和第2并联连接体，
所述第1并联连接体中，串联连接的所述第1和第2磁场检测部、以及串联连接的所述第3和第4磁场检测部进行并联连接，
所述第2并联连接体中，所述第5和第6磁场检测部进行并联连接，
基于所述第1和第2磁场检测部的中点电位V1与所述第3和第4磁场检测部的中点电位V2之差Vout，输出与磁性移动体的移动相对应的信号。
2.如权利要求1所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
满足m＝n。
3.如权利要求1所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
构成所述第5和第6磁场检测部的磁阻元件是所述中间层为绝缘体的隧道磁阻元件。
4.如权利要求1所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
构成所述第5和第6磁场检测部的磁阻元件是所述中间层为非磁性金属体的巨磁阻元件。
5.如权利要求1所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
在构成所述磁场检测部的磁阻元件的磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向所构成的角相同的情况下，
将所述第5和第6磁场检测部构成为各自的电阻值相同。
6.如权利要求5所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
在构成所述磁场检测部的磁阻元件的磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向所成构的角相同的情况下，
所述第1至第4磁场检测部构成为各自的电阻值相同，
所述第5磁场检测部的电阻值R5与所述第1磁场检测部的电阻值R1满足0<R5/R1≤1的关系。
7.一种磁式位置检测装置，其特征在于，包括：
磁性移动体，该磁性移动体由磁性体构成，以N极和S极交替出现的方式进行磁化，具有N极-S极之间的距离固定的区域；以及
第1至第12磁场检测部，该第1至第12磁场检测部的电阻值根据与所述磁性移动体的移动相伴的磁场变化而发生变化，
所述第1至第12磁场检测部由具有自旋阀结构的磁阻元件构成，该磁阻元件包括磁化方向对于施加磁场固定的磁化固定层、磁化方向根据施加磁场而变化的磁化自由层、及夹在所述磁化固定层与磁化自由层之间的非磁性体中间层，
构成所述第1至第4磁场检测部的磁阻元件、以及构成所述第7至第10磁场检测部的磁阻元件是所述中间层为绝缘体的隧道磁阻元件，
构成所述第1至第12磁场检测部的磁阻元件各自的磁化固定层的磁化方向全部与磁性移动体的移动方向相同,
所述第1及第3磁场检测部配置在区域A的检测位置，
所述第2及第4磁场检测部配置在区域B的检测位置，
所述第5磁场检测部配置在区域C的检测位置，
所述第6磁场检测部配置在区域D的检测位置，
所述第7及第9磁场检测部配置在区域E的检测位置，
所述第8及第10磁场检测部配置在区域F的检测位置，
所述第11磁场检测部配置在区域G的检测位置，
所述第12磁场检测部配置在区域H的检测位置，
对于所述磁性移动体的N极-N极间或S极-S极间的固定距离λ，满足以下关系：
所述区域A与所述区域B的检测位置之间的距离L(A-B)为L(A-B)＝L1＝λ/n1，
所述区域C配置在所述区域A与所述区域B之间，所述区域A与所述区域C的检测位置之间的距离L(A-C)为L(A-C)＝L1/m1＝λ/(m1n1)，
所述区域D配置在从所述区域C到所述区域B的方向上，所述区域C与所述区域D的检测位置之间的距离L(C-D)为L(C-D)＝λ/2，
所述区域E配置在所述区域A到所述区域B的方向上，所述区域A与所述区域E的检测位置之间的距离L(A-E)为L(A-E)＝L2＝λ/n2，
所述区域F配置在所述区域E到所述区域D的方向上，所述区域E与所述区域F的检测位置之间的距离L(E-F)为L(E-F)＝L1＝λ/n1，
所述区域G配置在所述区域E与所述区域F之间，所述区域E与所述区域G的检测位置之间的距离L(E-G)为L(E-G)＝L1/m2＝λ/(m2n1)，
所述区域H配置在从所述区域G到所述区域F的方向上，所述区域G与所述区域H的检测位置之间的距离L(G-H)为L(G-H)＝λ/2，
n1、n2是2以上的自然数，m1、m2是自然数，
在第1基准电位和第2基准电位之间串联连接有第1并联连接体和第2并联连接体，
所述第1并联连接体中，串联连接的所述第1和第2磁场检测部、以及串联连接的所述第3和第4磁场检测部进行并联连接，所述第2并联连接体中，所述第5和第6磁场检测部进行并联连接，
在第3基准电位和第4基准电位之间串联连接有第3并联连接体和第4并联连接体，
所述第3并联连接体中，串联连接的所述第7和第8磁场检测部、以及串联连接的所述第9和第10磁场检测部进行并联连接，所述第4并联连接体中，所述第11和第12磁场检测部进行并联连接，
基于差V12与差V34之差Vout，输出与磁性移动体的移动相对应的信号，所述差V12是所述第1和第2磁场检测部的中点电位V1与所述第3和第4磁场检测部的中点电位V2之差，所述差V34是所述第7和第8磁场检测部的中点电位V3与所述第9和第10磁场检测部的中点电位V4之差。
8.如权利要求7所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
满足n1≠n2、m1＝n1的关系。
9.如权利要求8所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
满足n1>n2、m2＝n2的关系。
10.如权利要求7所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
构成所述第5和第6磁场检测部、以及构成所述第11和第12磁场检测部的磁阻元件是所述中间层为绝缘体的隧道磁阻元件。
11.如权利要求7所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
构成所述第5和第6磁场检测部、以及构成所述第11和第12磁场检测部的磁阻元件是所述中间层为非磁性金属体的巨磁阻元件。
12.如权利要求7所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
在构成所述磁场检测部的磁阻元件的磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向所构成的角相同的情况下，
所述第5和第6磁场检测部构成为各自的电阻值相同，
所述第11和第12磁场检测部构成为各自的电阻值相同。
13.如权利要求11所述的磁式位置检测装置，其特征在于，
在构成所述磁场检测部的磁阻元件的磁化固定层的磁化方向与磁化自由层的磁化方向所构成的角相同的情况下，
所述第1至第4磁场检测部构成为各自的电阻值相同，
所述第7至第10磁场检测部构成为各自的电阻值相同，
所述第5磁场检测部的电阻值R5与所述第1磁场检测部的电阻值R1满足0<R5/R1≤1的关系，
所述第11磁场检测部的电阻值R11与所述第7磁场检测部的电阻值R7满足0<R11/R7≤1的关系。
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