CN104764470B

CN104764470B - 磁传感器

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Publication number: CN104764470B
Application number: CN201510007939.5A
Authority: CN
Inventors: 野口贵史; 中村德男; 濑下成; 濑下一成; 梅津英治; 安藤秀人; 远藤广明
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2035-01-07
Also published as: JP2015129697A; CN104764470A; US20150192432A1; JP6308784B2; US9644994B2

Abstract

本发明的目的在于提供一种磁传感器，能够抑制由磁铁向检测方向以外的方向的移动引起的误差的产生，并能够高精度地检测磁铁的位置。磁传感器(10)检测磁铁(33)在X方向上的位置，其特征在于，二个磁传感器元件(21a、21b)在Y方向上互相设有间隔地配置，并在Z方向上与磁铁对置而配置，该磁传感器中设置有位于磁铁与二个磁传感器元件之间并且在二个磁传感器彼此之间的软磁体(31)，从磁铁产生的磁通被设置在使二个磁传感器元件的自由磁性层的磁化饱和的范围内，并且二个磁传感器元件的固定磁性层的磁化方向互相相同，通过二个磁传感器元件构成电桥电路。

Description

磁传感器

技术领域

本发明涉及能够使用磁铁和磁传感器元件来检测磁铁的位置的磁传感器，尤其涉及能够检测磁铁在磁化方向的位置的磁传感器。

背景技术

在直线运动执行元件、非接触开关等中，使用用于检测磁铁的位置的磁传感器。在下述专利文献1中，公开了指示器用的磁传感器。图15是用于对与专利文献1所记载的以往例的磁传感器有关的概略的检测方法进行说明的俯视图。如图15(a)～图15(e)所示，以往例的磁传感器110具有圆形的磁铁120及四个巨磁阻效应元件131～134，通过四个巨磁阻效应元件131～134来检测通过来自外部的操作力而移动的磁铁120的位置。

图15(a)表示初始状态的磁传感器110。在初始状态，磁铁120的中心与四个巨磁阻效应元件131～134的重心重合而设置。如图15(b)及图15(c)所示，在磁铁120沿X2方向移动时，从磁铁120对第一巨磁阻效应元件131及第二巨磁阻效应元件132施加的水平磁场的朝向变化。由此，第一巨磁阻效应元件131及第二巨磁阻效应元件132的自由磁性层的磁化方向变化为沿着来自磁铁120的水平磁场方向。第二巨磁阻效应元件132的自由磁性层的磁化方向与初始状态相比较，向由固定磁性层的磁化方向与自由磁性层的磁化方向所成的角度变大的方向变化。此外，第二巨磁阻效应元件132的自由磁性层的磁化方向朝其与固定磁性层的磁化方向的角度变小的方向变化。其结果是，第一巨磁阻效应元件131的电阻值及第二巨磁阻效应元件132的电阻值变化，根据该电阻值变化，检测磁铁120的位置。

如图15(d)及图15(e)所示，磁铁120向X1方向移动时，第一巨磁阻效应元件131及第二巨磁阻效应元件132的自由磁性层的磁化方向变化为与图15(b)及图15(c)所示的方向的相反方向。由此，第一巨磁阻效应元件131的电阻值及第二巨磁阻效应元件132的电阻值变化，检测磁铁120的位置。

此外，在下述专利文献2中，公开了能够检测来自磁铁的磁场强度的霍尔元件。在使用霍尔元件作为对磁铁的位置进行检测的磁传感器元件的情况下，能够通过检测与霍尔元件的感磁面正交的垂直磁场的强度，来检测磁铁的位置。

专利文献1：日本特开2006－276983号公报

专利文献2：日本特开2003－149312号公报

专利文献3：日本特开2012－127799号公报

但是，在图15(a)～图15(e)所示的以往例的磁传感器110中，磁铁120设置成不仅能够沿X1－X2方向移位，还能够沿Y方向、Z方向移位。为此，磁铁120沿Y方向移动了的情况下，在进行X方向上的位置检测的第一巨磁阻效应元件131及第二巨磁阻效应元件132中，Y方向成分的磁场起作用而自由磁性层的磁化方向变化。由此，磁铁120的X方向上的位置的检测产生误差，难以用磁传感器110进行正确的位置检测。

此外，在使用专利文献2所记载的霍尔元件作为磁传感器元件的情况下，霍尔元件检测相对于感磁面的垂直成分的磁场强度。磁场强度同霍尔元件与磁铁的距离的平方成反比例变化，因此即使磁铁的X方向的位置不变的情况下，磁铁向Z方向或Y方向移动时，霍尔元件与磁铁的距离变化，通过霍尔元件检测的磁场强度变化。该磁场强度变化成为X方向上的磁铁位置的检测误差成分，磁铁的X方向上的正确的位置检测变得困难。

在专利文献3中，记载了一种磁传感器，通过设置将Z轴方向的外部磁场转换到XY方向的软磁体，能够以较少的芯片数检测多个轴的外部磁场。但是，关于检测磁铁的位置并且抑制检测误差的磁传感器的构成，并未记载。

发明内容

本发明解决上述课题，其目的在于，提供一种磁传感器，能够抑制由磁铁向检测方向以外的方向的移动引起的误差的产生，并能够高精度地检测磁铁的位置。

本发明的磁传感器，具有在第一方向上被磁化后的磁铁和二个磁传感器元件，所述磁传感器检测所述磁铁在所述第一方向上的位置，所述二个磁传感器元件在与所述第一方向交叉的第二方向上互相设有间隔地配置，并在与所述第一方向及所述第二方向正交的第三方向上与所述磁铁对置而配置，该软磁体在所述第三方向上位于所述磁铁与所述二个磁传感器元件之间，并且在所述第二方向上位于所述二个磁传感器彼此之间，所述二个磁传感器元件分别具有磁化已固定的固定磁性层和磁化根据外部磁场而变化的自由磁性层，从所述磁铁产生的磁通被设置在使所述二个磁传感器元件的所述自由磁性层的磁化饱和的范围内，并且所述二个磁传感器元件的所述固定磁性层的磁化方向互相相同，通过所述二个磁传感器元件构成电桥电路。

由此，通过磁传感器元件及软磁体，形成将从磁铁产生的磁场的第三方向的成分转换到第二方向的磁路。因此，从磁铁产生的磁场的第三方向的成分被分支到在第二方向上互相相反的方向并分别作用于二个磁传感器元件。二个磁传感器元件检测将该分支后的第二方向的磁场成分与从磁铁产生的第一方向的磁场成分叠加后的磁场成分，而能够检测磁铁在第一方向上的位置。因此，关于磁铁在第一方向上的位置的检测，从磁铁产生的磁场的第二方向的成分不起作用。

此外，即使在磁铁向第一方向以外的方向移动从而从磁铁产生的磁场的第二方向的成分作用于二个磁传感器元件的情况下，二个磁传感器元件的固定磁性层的磁化方向也相同，通过二个磁传感器元件构成电桥电路，因此第二方向的磁场成分的输出被抵消。因此能够抑制由从磁铁产生的磁场的第二方向的成分引起的误差。

并且，磁铁被设置成从磁铁产生的磁通使二个磁传感器元件的自由磁性层的磁化饱和，因此自由磁性层的磁化不依赖于磁场强度而仅依赖于来自磁铁的磁场作用于磁传感器元件的方向。因此，即使在磁铁向第三方向移动了的情况下，磁场强度变化但作用于二个磁传感器元件的磁场的方向的变化较小，因此磁铁向第三方向移动了的情况下的误差的产生得到抑制。

因此，根据本发明的磁传感器，能够抑制由磁铁向检测方向以外的方向移动引起的误差的产生，能够高精度地检测磁铁的位置。

优选的是，所述二个磁传感器元件及所述软磁体沿所述第一方向延伸而设置，所述二个磁传感器元件的所述固定磁性层的磁化方向都朝向所述第二方向。由此，能够可靠地检测作用于磁传感器元件的第一方向上的磁场，能够高精度地检测磁铁在第一方向上的位置。此外，能够可靠地抵消从磁铁产生的磁场的第二方向的成分而抑制检测误差的产生。

优选的是，所述软磁体具有在所述第三方向上对置的端部，位于所述二个磁传感器元件侧的所述端部与所述二个磁传感器元件的一部分重合而配置。由此，从磁铁产生的磁场的第三方向的成分收敛于软磁体，在磁传感器元件的一部分与软磁体重合的部分通过后磁路被转换到磁传感器元件的第二方向。因此，能够可靠地将从磁铁产生的磁场的第三方向的成分转换到第二方向，因此能够高精度地检测磁铁在第一方向上的位置。

优选的是，所述磁传感器元件的宽度方向的中心位于所述软磁体的外侧。由此，能够可靠地将从磁铁产生的磁场的第三方向的成分磁路转换到第二方向。

优选的是，在本发明的磁传感器中，所述磁传感器还具有二个磁传感器元件，通过四个所述磁传感器元件来构成全桥电路。由此，能够通过磁传感器元件的电阻变化来获得差动输出，能够高精度地检测磁铁在第一方向上的位置。此外，在磁铁向第一方向以外的方向移动了的情况下，成为误差成分的磁传感器元件的电阻变化通过全桥电路而抵消。因此，能够抑制误差，能够高精度地检测磁铁在第一方向上的位置。

优选的是，在从所述第三方向观察时，包括所述二个磁传感器元件的传感器元件组被设置在与所述磁铁的中心重合的位置。即使是这种形态，也能够将从磁铁产生的磁场的第三方向的成分转换到第二方向来检测磁铁的位置。因此，在磁铁的位置的检测中，无需检测从磁铁产生的磁场的第二方向的成分，因此在从第三方向观察时使磁传感器元件相对于磁铁错开而配置等的制约变少，能够提高设计自由度。

发明的效果

根据本发明的磁传感器，能够抑制由磁铁向检测方向以外的方向移动引起的误差的产生，能够高精度地检测磁铁的位置。

附图说明

图1是本发明的实施方式的磁传感器的(a)侧视图及(b)俯视图。

图2是构成本实施方式的磁传感器的磁传感器元件及软磁体的俯视图。

图3是在图2的III－III线的位置切断并从箭头方向观察时的磁传感器的局部放大剖视图。

图4是用图2的III－III线切断并从箭头方向观察时的磁传感器元件的局部放大剖视图。

图5是用于说明自由磁性层的磁化方向与磁传感器元件的电阻的关系的曲线。

图6是对从磁铁产生的磁场与磁传感器元件的自由磁性层的磁化方向的关系进行表示的(a)侧视图及(b)磁传感器元件及软磁体的俯视图。

图7由四个磁传感器元件构成的全桥电路。

图8是用于说明磁铁向X方向移动了时的位置检测方法的(a)侧视图及(b)局部放大剖视图。

图9是用于说明磁铁向X方向移动了时的位置检测方法的磁传感器元件及软磁体的俯视图。

图10是磁铁向X方向移动了时的全桥电路。

图11是对磁铁向Y方向移动了时的从磁铁产生的磁场与作用于磁传感器元件的磁场的方向的关系进行表示的(a)磁传感器的俯视图及(b)磁传感器元件及软磁体的俯视图。

图12是对磁铁向Z方向移动了时的从磁铁产生的磁场与磁传感器元件的自由磁性层的磁化方向的关系进行表示的(a)侧视图及(b)磁传感器元件及软磁体的俯视图。

图13是构成本实施方式的第一变形例的磁传感器的半桥电路。

图14是本实施方式的第二变形例的磁传感器的局部放大剖视图。

图15是用于对以往例的磁传感器的检测方法的概略进行说明的俯视图。

符号说明

10、11、12 磁传感器

21 磁传感器元件组

21a～21h 磁传感器元件

23 磁传感器元件的宽度方向的中心位置

30 基板

31 软磁体

31a 端部

31b 侧面

32 连接部

33 磁铁

34 从磁铁产生的磁场

34a 从磁铁产生的磁场的x成分

34b 从磁铁产生的磁场的y成分

34c 从磁铁产生的磁场的z成分

41 硅基板

43 磁阻效应膜

44 反强磁性层

45 固定磁性层

45a 固定磁化方向(固定磁性层的磁化方向)

47 自由磁性层

47a 自由磁化方向(自由磁性层的磁化方向)

48 保护层

51 半桥电路

53 全桥电路

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的磁传感器的具体的实施方式进行说明。此外，各图的尺寸适当变更后示出。

图1(a)是本实施方式的磁传感器的侧视图，图1(b)是磁传感器10的俯视图。如图1(a)及图1(b)所示，磁传感器10具有在X1－X2方向上被磁化后的磁铁33、由多个磁传感器元件21a～21h构成的磁传感器元件组21、以及设置在磁传感器元件组21之上的软磁体31。如图1(a)所示，磁传感器元件组21及软磁体31形成在基板30上，磁铁33与磁传感器元件组21在Z1－Z2方向上具有间隔而对置。如图1(b)所示，由多个磁传感器元件21a～21h构成的磁传感器元件组21配置于在从Z1方向观察时俯视与磁铁33的中心重合的位置。

如图1(a)所示，从磁铁33产生的磁场34作用于磁传感器元件21a～21h，在磁铁33沿X1－X2方向移动了时，作用于磁传感器元件21a～21h的磁场34的方向及强度变化。由此，能够检测磁化方向(X1－X2方向)上的磁铁33的位置。本实施方式的磁传感器10用于例如在使用了磁铁33的直线运动执行元件、非接触开关等中检测沿磁化方向移动的磁铁33的位置。

图2是构成本实施方式的磁传感器的磁传感器元件及软磁体的俯视图。此外，图3是在图2的III－III线的位置切断并从箭头方向观察时的磁传感器的局部放大剖视图。

如图2所示，多个磁传感器元件21a～21h配置成，分别沿X1－X2方向延伸，并且在Y1－Y2方向上互相具有间隔。软磁体31与磁传感器元件21a～21h同样地、沿X1－X2方向延伸，并且在Y1－Y2方向上互相具有间隔。沿Y1－Y2方向配置的软磁体31的X1－X2方向的两端连接有连接部32，连接部32在Y1－Y2方向上将多个软磁体31连接。在本实施方式中，软磁体31与连接部32使用相同的材料并形成为一体。

如图2所示，软磁体31在Y1－Y2方向上分别设置在二个磁传感器元件21a与磁传感器元件21b之间、二个磁传感器元件21c与磁传感器元件21d之间、二个磁传感器元件21e与磁传感器元件21f之间、及二个磁传感器元件21g与磁传感器元件21h之间。

如图3所示，在基板30之上设置有多个磁传感器元件21a～21h，软磁体31及连接部32设置在磁传感器元件21a～21h之上，软磁体31配置成与磁传感器元件21a～21h的各自的一部分重合。此外，软磁体31在Z1－Z2方向上配置在磁铁33与磁传感器元件21a～21h之间，磁传感器元件21a～21h及软磁体31相对于磁铁33在Z2方向上分离配置。

在本实施方式中，软磁体31及连接部32有包括从NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNb等的软磁性的磁性材料中选出的至少一种材料的软磁性材料形成。

图4是用图2的III－III线切断并从箭头方向观察时的磁传感器元件的局部放大剖视图。在本实施方式中，作为磁传感器元件21a～21h，使用巨磁阻效应(GMR(GiantMagneto Resistance))元件。如图4所示，关于多个磁传感器元件21a～21h中的一个磁传感器元件(例如21a)，示出了构成磁传感器元件21a的磁阻效应膜43的层叠构造。磁阻效应膜43隔着绝缘膜42而形成在硅基板41的上面。如图4所示，磁阻效应膜43构成为，按反强磁性层44、固定磁性层45、非磁性层46及自由磁性层47的顺序层叠，并用保护层48覆盖自由磁性层47的表面。

在磁阻效应膜43中，通过反强磁性层44与固定磁性层45的交换耦合，固定磁性层45的磁化方向45a被固定。如图4所示，磁化方向45a以与硅基板41平行的状态朝向Y1方向。此外，自由磁性层47的磁化方向47a根据从外部施加的磁场而变化。此外，在以下的说明中，将“固定磁性层45的磁化方向45a”表示为“固定磁化方向45a”。此外，将“自由磁性层47的磁化方向47a”表示为“自由磁化方向47a”。该GMR元件如图4那样由膜构成，感知该膜面内的磁场成分。

在本实施方式中，绝缘膜42可以是将硅基板41热氧化后的硅氧化膜、用溅射法等成膜的氧化铝膜、氧化膜等。反强磁性层44由Ir－Mn合金(铱－锰合金)等的反强磁性材料形成。固定磁性层45由Co－Fe合金(钴－铁合金)等的软磁性材料等形成。非磁性层46是Cu(铜)等。自由磁性层47由顽磁力小且透磁率大的Ni－Fe合金(镍－铁合金)等的软磁性材料形成。保护层48是Ta(钽)等的层。此外，图4所示的磁阻效应膜43的层叠构造及使用的材料是一例，也可以是其他的层叠构成。

图5是用于说明自由磁性层的磁化方向与磁传感器元件的电阻的关系的示意性的曲线。此外，在图2中，用箭头表示各磁传感器元件21a～21h的固定磁化方向45a及自由磁化方向47a。如图2所示，磁传感器元件21a～21h的固定磁化方向45a都固定为Y1方向并朝向同一方向。此外，自由磁化方向47a根据从外部施加的磁场而变化。例如，在未配置磁铁33等而未施加外部磁场的状态下，自由磁化方向47a由于磁传感器元件21a～21h的形状各向异性而朝向X1－X2方向，固定磁化方向45a与自由磁化方向47a正交。

如图2所示，设自由磁化方向47a与固定磁化方向45a所成的角度为θ。图5是将施加从磁铁33产生的磁场34而自由磁化方向47a变化了时的角度θ设为横轴，将各磁传感器元件21a～21h的电阻值设为纵轴的示意性的曲线。在从磁铁33产生的磁场34被施加至磁传感器元件21a～21h从而自由磁化方向47a向与固定磁化方向45a平行接近时，角度θ变小，电阻降低。另一方面，自由磁化方向47a向与固定磁化方向45a反平行接近时，角度θ变大而电阻值增大。能够通过该电阻变化来检测磁铁33的X1－X2方向的位置。

此外，在本实施方式中，磁铁33的残留磁通密度被设定得充分大，以使磁传感器元件21a～21h的自由磁性层47的磁化饱和。即，自由磁化方向47a不依赖于磁铁33的磁场强度，而仅依赖于磁铁33的磁场34的方向而变化。为此，在本实施方式中，磁铁33优选是钕磁铁、钐钴磁铁、铝铁镍钴磁铁、铁素体磁铁、塑料磁铁等的具有较大的残留磁通密度的磁铁。并且，选择残留磁通密度为100～1500mT的磁铁。

图6是对从磁铁产生的磁场与磁传感器元件的自由磁性层的磁化方向的关系进行表示的(a)侧视图及(b)磁传感器元件及软磁体的俯视图。图1～图3所示的磁传感器10构成为具有磁传感器元件组21(21a～21h)，但仅用至少二个磁传感器元件(例如21a、21b)就能够进行磁铁33的位置检测。图6表示使用四个磁传感器元件21a～21d来检测磁铁33的位置的方法。

图6(a)及图6(b)表示磁传感器元件21a～21d位于磁铁33的X1－X2方向的中心的情况。如图6(a)所示，从磁铁33产生的磁场34从N极向S极、按椭圆状的轨迹通过磁传感器元件21a～21d。磁传感器元件21a～21d位于磁铁33的X1－X2方向的中心，因此作用于磁传感器元件21a～21d的磁场34仅为x成分34a，Y1－Y2方向的磁场成分及Z1－Z2方向的磁场成分不作用于磁传感器元件21a～21d。

如图6(b)所示，磁传感器元件21a～21d的固定磁化方向45a都朝向Y1方向，磁传感器元件21a～21d的自由磁化方向47a都沿着来自磁铁33的磁场34的x成分34a的方向而朝向X2方向。即，自由磁化方向47a朝向相对于固定磁化方向45a正交的方向。因此，磁传感器元件21a～21d的各自的固定磁化方向45a与自由磁化方向47a的角度相同，电阻值为大致相等的值。

图7是由磁传感器元件构成的全桥电路。如图7所示，在输入端子(V_dd)与接地端子(GND)之间，串联连接的磁传感器元件21a和磁传感器元件21b、及串联连接的磁传感器元件21c和磁传感器元件21d并联连接而构成全桥电路53。从串联连接的磁传感器元件21a与磁传感器元件21b之间取出中点电压(V₁)，此外从磁传感器元件21c与磁传感器元件21d之间取出中点电压(V₂)。中点电压(V₁)与中点电压(V₂)的差分(V₁－V₂)被差动放大器54放大后作为输出电压(V_out)输出。

在将图6所示的、磁传感器元件21a～21d位于磁铁33的X1－X2方向的中心的情况设为初始状态时，初始状态下的磁传感器元件21a～21d的电阻值大致相同，因此图7所示的中点电压(V₁)与中点电压(V₂)成为相同的值，差分(V₁－V₂)是0V。

图8是用于说明磁铁向X方向移动了时的位置检测方法的示意图，图8(a)是侧视图，图8(b)是局部放大剖视图。此外，图9是用于说明磁铁向X方向移动了时的位置检测方法的、磁传感器元件及软磁体的俯视图。

如图8(a)所示，磁铁33向X2方向平行移动了的情况下，从磁铁33产生的磁场34沿倾斜方向通过磁传感器元件21a～21d。因此，除了磁场34的x成分34a以外磁场34的z成分34c也作用于磁传感器元件21a～21d及软磁体31。此外，在图8及图9中，包括磁传感器元件21a～21d的磁传感器元件组21配置成位于磁铁33的Y1－Y2方向的中心。因此，即使磁铁33向X2方向移动，从磁铁33产生的磁场34的y成分34b(图8、图9中未图示)也不作用于磁传感器元件21a～21d。

如图8(b)所示，关于二个磁传感器元件21a及磁传感器元件21b，软磁体31在Z1－Z2方向上设置在二个磁传感器元件21a、21b与磁铁33之间。此外，软磁体31在Y1－Y2方向上设置在二个磁传感器元件21a与磁传感器元件21b之间，位于二个磁传感器元件21a、21b侧的端部31a配置成与二个磁传感器元件21a、21b的各自的一部分重合。关于二个磁传感器元件21c及磁传感器元件21d，也同样地设置有软磁体31。

由此，通过软磁体31和磁传感器元件21a形成从Z1－Z2方向朝Y2方向弯曲的磁路，通过软磁体31和磁传感器元件21b形成从Z1－Z2方向朝Y1方向弯曲的磁路。因此，磁场34的z成分34c的磁通收敛于软磁体31，并向软磁体31的磁传感器元件21a、21b侧的端部31a流出。并且，磁场34的z成分34c的磁通沿着磁传感器元件21a及磁传感器元件21b的宽度方向、被转换为Y1方向和Y2方向的磁场成分。由此，从磁铁33产生的磁场34的z成分34c作用于磁传感器元件21a的Y2方向，并作用于磁传感器元件21b的Y1方向。

此外，如图8(b)所示，磁传感器元件21a、21b的各自的宽度方向(Y1－Y2方向)的中心位置23(图8(b)中用双点划线23表示)与软磁体31相比，位于外侧。这样的话，能够使与软磁体31的侧面31b相比向Y1方向及Y2方向延伸的磁传感器元件21a、21b的从侧面31b伸出的长度增长，因此从磁铁33产生的磁场34的z成分34c被可靠地转换到Y1－Y2方向。

在本实施方式中，磁传感器元件21a、21b的宽度尺寸(Y1－Y2方向的尺寸)能够形成为5μm～15μm左右，软磁体31的宽度尺寸能够形成为10μm～20μm，软磁体31的高度尺寸能够形成为10μm～30μm左右。并且，磁传感器元件21a、21b的宽度方向的中心位置23与软磁体31的侧面31b相比，位于该侧面31b的0.5μm以上的外侧。如图9所示，软磁体31的截面形状是矩形状，为了使来自磁铁33的磁场34的z成分34c有效地收敛，优选使软磁体31的高度尺寸比宽度尺寸大。

如图2、图9所示，设置有将在宽度方向(Y1－Y2方向)上互相设有间隔而配置的多个软磁体31彼此连接的连接部32，因此在制造时或使用时被施加了冲击或应力的情况下，连接部32发挥支承软磁体31的功能，即使在增大了软磁体31的高度尺寸的情况下，也能够使软磁体31的形状稳定性提高。软磁体31的高度尺寸较大，所以在制造中软磁体31容易倾倒，通过设置连接部32能够防止软磁体31倾倒。此外，连接部32设置在软磁体31的延伸方向(X1－X2方向)的端部，沿软磁体31的宽度方向(Y1－Y2方向)延伸并将多个软磁体31彼此连接。此外，连接部32由与软磁体31相同的材料构成。

此外，如图9所示，各磁传感器元件21a～21d及软磁体31设置成沿X1－X2方向延伸，由于各磁传感器元件21a～21d及软磁体31的形状各向异性，磁场34的x成分34a可靠地作用于各磁传感器元件21a～21d的X1－X2方向。

因此，如图9所示，磁场34的x成分34a作用于磁传感器元件21a的X2方向，磁场34的z成分34c通过软磁体31被进行磁路变更，并作用于磁传感器元件21a的Y2方向。沿着使该二个磁场成分叠加的方向来调整自由磁化方向47a，固定磁化方向45a与自由磁化方向47a所成的角度向变大的方向变化。磁场34的z成分34c沿Y1方向施加至磁传感器元件21b，因此与磁传感器元件21a相反地、自由磁化方向47a向固定磁化方向45a与自由磁化方向47a所成的角度变小的方向变化。与磁传感器元件21a同样地来自磁铁33的磁场34作用于磁传感器元件21c，与磁传感器元件21b同样地来自磁铁33的磁场34作用于磁传感器元件21d。磁场34在XZ面的旋转与磁铁33的X轴位置有关系。结果，磁场34在XZ面的旋转被转换为在GMR元件上(X－Y面)的旋转。但是，在磁传感器元件21a上和磁传感器元件21b上，旋转方向为相反方向。

图10是磁铁向X方向移动了时的全桥电路。与图6及图7所示的初始状态相比较，磁传感器元件21a及磁传感器元件21c的电阻值变大，磁传感器元件21b及磁传感器元件21d的电阻值变小。因此，磁传感器元件21a与磁传感器元件21b的中点电压(V₁)变小，磁传感器元件21c与磁传感器元件21d的中点电压(V₂)变大，并且，各中点电压的差(V₁－V₂)通过差动放大器54被放大，并输出输出电压(V_out)。能够通过该输出电压(V_out)来检测磁铁33的X方向的位置。

此外，在图8～图10中，对磁铁33向X2方向移动了的情况下进行了说明，但在向X1方向移动了的情况下，磁场34的z成分34c在相反方向上起作用。因此，在图10所示的全桥电路53中，磁传感器元件21a及磁传感器元件21c的电阻值向变小的方向变化，磁传感器元件21b及磁传感器元件21d的电阻值向变大的方向变化。因此，与磁铁33向X2方向移动了的情况同样地，在磁铁33向X1方向移动了的情况下，也能够通过输出电压(V_out)来检测磁铁33的X方向的位置。

如以上那样，根据本实施方式的磁传感器10，通过设置软磁体31，形成将Z1－Z2方向的磁场转换到Y1－Y2方向的磁路。因此，从磁铁33产生的磁场34的z成分34c分支成朝向Y1方向的z成分34c和朝向Y2方向的z成分34c，并在Y1－Y2方向上分别作用于二个磁传感器元件21a、21b。二个磁传感器元件21a、21b能够检测将分支到该Y1－Y2方向的z成分34c和从磁铁33产生的磁场34的x成分34a叠加的磁场成分，能够检测磁铁33在X1－X2方向上的位置。仅感知膜面内的磁场成分的GMR元件能够通过这样向Y1－Y2方向的磁场转换来感知磁场。

即，在本实施方式的磁传感器10中，将从磁铁33产生的磁场34从XZ平面转换到XY平面，通过作用于各磁传感器元件21a～21d的磁场方向，能够检测磁铁33的磁化方向(X1－X2方向)的位置。因此，从磁铁33产生的磁场34的y成分34b不作用于与磁铁33的位置检测有关的磁传感器元件21a～21d、或者y成分34b在全桥电路53中抵消。

因此，根据本实施方式的磁传感器10，能够抑制由磁铁33向检测方向以外的方向的移动引起的误差的产生，能够高精度地检测磁铁33的位置。

图11是对磁铁向Y方向移动了时的从磁铁产生的磁场与作用于磁传感器元件的磁场的方向的关系进行表示的(a)磁传感器的俯视图及(b)磁传感器元件及软磁体的俯视图。此外，图11(a)所示的磁场34表示投影于XY平面的磁场34的方向。在图11(a)的俯视时，磁场34在磁铁33的中心线以外的位置形成夹着中心线对称的曲线。

在以图1(b)所示的、磁铁33的中心与磁传感器元件组21重合的位置为基准，而如图11(a)所示那样磁铁33向X2方向移动并且向Y2方向移动了的情况下，磁场34与磁传感器元件组21沿俯视倾斜方向交叉，产生磁场34的y成分34b。如图11(b)所示，该y成分34b沿Y1方向作用于各磁传感器元件21a～21d。此外，由于磁铁33向Y方向的移动，产生磁场34的z成分34c，并与图8(b)所示的z成分34c同样地，z成分34c被转换到Y1－Y2方向，并在Y1方向或Y2方向上作用于各磁传感器元件21a～21d。在本实施方式中，多个磁传感器元件21a～21d的固定磁化方向45a朝向同一方向，都朝向Y1方向。因此，在磁场34的y成分34b起作用时，各磁传感器元件21a～21d的自由磁化方向47a都向与固定磁化方向45a的角度θ变小的方向变化为同一方向。因此，各磁传感器元件21a～21d的电阻值都减少。

并且，在以如图7及图10所示的、构成全桥电路53的磁传感器元件21a及磁传感器元件21b的电阻值都减少的方式变化了的情况下，中点电位(V₁)的变化得到抑制。此外，磁传感器元件21c及磁传感器元件21d的电阻值也同样地变化，中点电位(V₂)的变化得到抑制。因此，各磁传感器元件21a～21d的电阻变化通过全桥电路53得到抑制，并且输出电压(V_out)的变化得到抑制。

因此，即使磁铁33向Y方向移动从而磁场34的y成分34b作用于磁传感器元件21a～21d的情况下，各磁传感器元件21a～21d的电阻变化也被抵消，输出电压(V_out)的变化得到抑制。因此，能够抑制由磁铁33向Y方向的移动引起的误差，能够高精度地检测磁铁33的位置。

图12是对磁铁向Z方向移动了时的从磁铁产生的磁场与磁传感器元件的自由磁性层的磁化方向的关系进行表示的(a)侧视图及(b)俯视图。在图12(a)中，用双点划线表示向Z1方向移动前的磁铁33的位置，用实线表示向Z1方向移动了时的磁铁33的位置。此外，在图12(b)中，通过表示x成分34a、z成分34c的箭头的长度，来示意地表示从磁铁33产生的磁场34作用于各磁传感器元件21a～21d的磁场强度的变化。

如图12(a)所示，从磁铁33产生的磁场34沿倾斜方向入射到软磁体31及磁传感器元件21a～21d，而产生磁场34的x成分34a和z成分34c。磁场34的z成分34c与图8(b)所示的磁场34的z成分34c同样地被转换到Y1方向及Y2方向，并如图12(b)所示那样作用于磁传感器元件21a～21d的Y1方向及Y2方向。如图12(b)所示，磁铁33向Z1方向移动了时，磁场34的z成分34c的方向不变化，但磁传感器元件21a～21d与磁铁33的距离变大，因此作用于磁传感器元件21a～21d的z成分34c的磁场强度变小。并且，如图12(b)所示，在磁铁33向Z1方向移动了时，关于磁场34的x成分34a，磁场强度也以同样的方式变小。

如图12(b)所示，在磁铁33向Z1方向移动了的情况下，作用于各磁传感器元件21a～21d的磁场34的x成分34a、及z成分34c都变小。为此，将磁场34的x成分34a与z成分34c叠加后的磁场强度变小，但方向的变化得到抑制。因此，即使在图12(b)所示那样磁铁33向Z1方向移动了的情况下，各磁传感器元件21a～21d的自由磁化方向47a也几乎不变化。

在本实施方式中，磁铁33被设置成从磁铁33产生的磁通使磁传感器元件21a～21d的自由磁性层47的磁化饱和，因此自由磁性层47的磁化不依赖于磁场强度，而仅依赖于来自磁铁33的磁场34作用于磁传感器元件21a～21d的方向。因此，即使在磁铁33向Z1方向移动了的情况下，磁场强度变化但作用于磁传感器元件21a～21d的磁场34的方向的变化较小，因此磁铁33向Z1方向移动了的情况下的误差的产生得到抑制。

此外，在图12中，示出了磁铁33向Z1方向移动了的情况，但即使向Z2方向移动了的情况下也同样地，作用于磁传感器元件21a～21d的磁场强度变大，但与向Z1方向移动了的情况下同样地，方向不变化，因此误差的产生得到抑制。此外，如图11所示那样磁铁33向Y1－Y2方向移动了的情况下，磁铁33与磁传感器元件21a～21d的距离变化。在此情况下，磁场34的x成分34a、z成分34c都是磁场强度变小，将x成分34a和z成分34c叠加后的磁场的方向不变化，因此误差的产生得以抑制。

如以上所述，根据本实施方式的磁传感器10，将从磁铁33产生的磁场34从XZ平面转换到XY平面，通过作用于各磁传感器元件21a～21d的磁场方向能够检测磁铁33的磁化方向(X1－X2方向)的位置。即，位置检测中不使用磁场34的y成分34b，因此能够通过全桥电路53将y成分34b抵消来抑制误差的产生。此外，通过作用于各磁传感器元件21a～21d的磁场方向来检测位置，因此即使在磁铁33向Z1－Z2方向移动而与各磁传感器元件21a～21d的距离变化了的情况下，由磁场强度的变化引起的误差得到抑制。因此，能够抑制由磁铁33向磁化方向(X1－X2方向)以外的方向即Y1－Y2方向及Z1－Z2方向的移动引起的误差的产生，能够高精度地检测磁铁33在磁化方向上的位置。

此外，根据本实施方式的磁传感器10，将从磁铁33产生的磁场34的z成分34c转换到Y1－Y2方向并检测磁铁33在X1－X2方向的位置，因此从磁铁33产生的磁场34的y成分34b的检测得到抑制。为此，在从Z1－Z2方向观察时使具有多个磁传感器元件21a～21d的磁传感器元件组21相对于磁铁33错开而配置等的制约变少，能够提高设计自由度。因此，即使如图1(b)所示那样磁传感器元件组21被设置在与磁铁33的中心重合的位置，也能够高精度地检测磁铁33的位置，能够谋求磁传感器10的小型化。

在本实施方式中，如图7、图10等所示那样通过四个磁传感器元件21a～21d构成全桥电路53，但不限定于此。图13是本实施方式的第一变形例的磁传感器中的半桥电路。也可以如图13所示那样，在输入端子(V_dd)与接地端子(GND)之间，二个磁传感器元件21a、21b构成电气上串联连接的半桥电路51，并将中点电位(V₁)作为磁传感器10的输出电压(V_out)。这样，通过用至少二个磁传感器元件21a、21b构成半桥电路51，从而能够以简单的电路构成、与图6～图12所示的方法同样地、抑制误差的产生并高精度地检测磁铁33的X方向的位置。此外，也能够使用四个以上的更多的磁传感器元件构成电桥电路。

图14是本实施方式的第二变形例中的磁传感器的局部放大剖视图。第二变形例的磁传感器12中，软磁体31的配置不同，未配置成与磁传感器元件21a、21b的一部分重合。如图14所示，在第二变形例的磁传感器12中，软磁体31形成在基材30的与设置有磁传感器元件21a、21b的面相同的面上，并在Y1－Y2方向上配置在磁传感器元件21a、21b之间。此外，软磁体31的高度形成得比磁传感器元件21a、21b的高度高。

即使是这种形态，也通过软磁体31和磁传感器元件21a、及软磁体31和磁传感器元件21b形成磁路。在本变形例中，从磁铁33产生的磁场34的z成分34c收敛于软磁体31，并从侧面31b下部朝向各磁传感器元件21a、21b被磁路转换到Y1方向及Y2方向。由此，通过将从磁铁33产生的磁场34的z成分34c转换到Y1方向及Y2方向，能够抑制误差的产生而高精度地检测磁铁33在X1－X2方向上的位置。

在本实施方式中，如上所述，将磁传感器元件21a～21d作为巨磁阻效应(GMR：Giant Magneto resistive effect)元件，但也可以使用隧道效应(TMR：Tunnel Magnetoresistive effect)元件。此外，磁铁33的形状不特别限定，即使是棒状、平板状、圆形状、奇特形状等各种形状也起到同样的效果。

Claims

1.一种磁传感器，具有在第一方向上被磁化了的磁铁和二个磁传感器元件，所述磁传感器检测所述磁铁在所述第一方向上的位置，其特征在于，

所述二个磁传感器元件在与所述第一方向正交的第二方向上互相设有间隔地配置，在与所述第一方向及所述第二方向正交的第三方向上与所述磁铁对置地配置，

所述磁传感器中设置有软磁体，该软磁体在所述第三方向上位于所述磁铁与所述二个磁传感器元件之间，并且在所述第二方向上位于所述二个磁传感器彼此之间，

所述二个磁传感器元件分别具有磁化已固定了的固定磁性层和根据外部磁场磁化会变化的自由磁性层，从所述磁铁产生的磁通设置在使所述二个磁传感器元件的所述自由磁性层的磁化饱和的范围内，并且所述二个磁传感器元件的所述固定磁性层的磁化方向互相相同，

通过所述二个磁传感器元件构成电桥电路，

所述二个磁传感器元件及所述软磁体沿所述第一方向延伸设置，所述二个磁传感器元件的所述固定磁性层的磁化方向都朝向所述第二方向。

2.如权利要求1所记载的磁传感器，其特征在于，

所述软磁体具有在所述第三方向上对置的端部，

位于所述二个磁传感器元件侧的所述端部配置为与所述二个磁传感器元件的一部分重合。

3.如权利要求2所记载的磁传感器，其特征在于，

所述磁传感器元件的宽度方向的中心位于所述软磁体的外侧。

4.如权利要求1所记载的磁传感器，其特征在于，

所述磁传感器还具有二个磁传感器元件，通过四个所述磁传感器元件来构成全桥电路。

5.如权利要求1所记载的磁传感器，其特征在于，

在从所述第三方向观察时，包括所述二个磁传感器元件在内的传感器元件组设置在与所述磁铁的中心重合的位置。

6.如权利要求1所记载的磁传感器，其特征在于，

所述磁传感器具备在所述第二方向上互相设有间隔地配置的多个所述软磁体，并设置有将这些多个所述软磁体彼此连接的连接部。

7.如权利要求6所记载的磁传感器，其特征在于，

所述连接部设置在所述软磁体的延伸方向的端部，沿软磁体的宽度方向延伸，将多个软磁体彼此连接。

8.如权利要求6所记载的磁传感器，其特征在于，

所述连接部由与所述软磁体相同的材料形成。