CN108627083B - 角度传感器*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种角度传感器***，其中，该角度传感器***具备产生旋转磁场的磁场产生部、和检测旋转磁场并生成角度检测值的角度传感器。旋转磁场包含互相正交的第1以及第2磁场成分。第1以及第2磁场成分各自包含理想磁场成分和误差磁场成分。误差磁场成分发生以规定周期的1/2进行变化的角度误差。角度传感器包含第1以及第2检测信号生成部。第1以及第2检测信号生成部各自包含磁化方向对应于旋转磁场的方向进行变化的磁性层。以起因于误差磁场成分的角度误差被减少的方式在磁性层设定有磁各向异性。

Description

角度传感器***
技术领域
本发明涉及包含磁场产生部和角度传感器的角度传感器***。
背景技术
近年来，在汽车中的方向盘或者动力转向电机(power steering motor)的旋转位置的检测等各种用途中广泛地使用了生成与检测对象的角度具有对应关系的角度检测值的角度传感器。作为角度传感器，例如有磁式角度传感器。在使用了磁式角度传感器的角度传感器***中，通常设置与对象物的旋转或直线运动联动而产生方向旋转的旋转磁场的磁场产生部。磁场产生部例如是旋转的磁铁。磁式角度传感器的检测对象的角度例如对应于磁铁的旋转位置。
作为磁式角度传感器，已知有如日本专利申请公开2011-158488号公报所记载的那样具备生成互相相位不同的多个检测信号的多个检测电路并且由使用了多个检测信号的运算来生成角度检测值的磁式角度传感器。多个检测电路各自包含至少1个磁检测元件。磁检测元件例如包含自旋阀型的磁阻效应元件，该旋阀型的磁阻效应元件具有磁化方向被固定的磁化固定层、磁化方向对应于旋转磁场的方向变化的自由层、和配置于磁化固定层与自由层之间的非磁性层。
对于磁式角度传感器，在检测对象的角度以规定周期进行变化的情况下，多个检测信号各自的波形理论上成为正弦曲线[包括正弦(Sine)波形和余弦(Cosine)波形]。但是，各检测信号的波形有时从正弦曲线失真。如果各检测信号的波形失真，则有时在角度检测值中产生误差。以下，将角度检测值中产生的误差称为角度误差。
在各检测信号的波形发生失真的情况下，各检测信号包含以描绘出理想的正弦曲线的方式进行变化的理想成分、和除此以外的误差成分。在各检测信号仅由理想成分构成的情况下被算出的角度检测值相当于角度传感器的真正的检测对象的角度。以下将各检测信号仅由理想成分构成的情况下被算出的角度检测值称为理想角度。角度误差为理想角度与角度检测值之差。
角度误差发生的原因中大致可分为由磁场产生部产生的旋转磁场引起的第1原因、和由磁检测元件引起的第2原因。对于理想的角度传感器***，在检测对象的角度以规定周期进行变化的情况下，表示各检测电路的位置上的旋转磁场的一个方向的成分的强度变化的波形(以下称为磁场强度波形)成为正弦曲线，并且由各检测电路生成的各检测信号的波形也成为正弦曲线。由第1原因引起的角度误差是由于磁场强度波形从正弦曲线失真而产生的。
由第2原因引起的角度误差即使在磁场强度波形成为正弦曲线的情况下也会由于各检测信号的波形从正弦曲线失真而产生。由第2原因引起的角度误差例如在作为磁检测元件的磁阻效应元件的自由层具有磁各向异性的情况下产生。另外，也会有第1原因和第2原因复合而产生角度误差的情况。
在日本专利申请公开2011-158488号公报中记载了一种磁传感器以能够减少由第1原因引起的角度误差。该磁传感器具备被配置于互相不同位置的第1检测部和第2检测部。第1检测部具有第1检测电路、第2检测电路、和基于第1以及第2检测电路的输出信号计算出第1检测角度的第1运算电路。第2检测部具有第3检测电路、第4检测电路、和基于第3以及第4检测电路的输出信号计算出第2检测角度的第2运算电路。磁传感器进一步具备基于第1以及第2检测角度计算出角度检测值的第3运算电路。
在日本专利申请公开2011-158488号公报所记载的磁传感器中，存在需要多个检测电路和多个运算电路，从而结构变得复杂的问题。
发明内容
本发明的目的在于以简单的结构提供一种角度传感器***以能够减少起因于磁场产生部产生的旋转磁场的角度误差。
本发明的角度传感器***具备磁场产生部和角度传感器。磁场产生部产生规定检测位置上的磁场方向对应于检测对象的角度进行变化的旋转磁场。角度传感器在检测位置检测旋转磁场并生成与检测对象的角度具有对应关系的角度检测值。检测位置上的旋转磁场包含第1方向的第1磁场成分、和相对于第1方向正交的第2方向的第2磁场成分。
角度传感器具有第1检测信号生成部、第2检测信号生成部以及角度检测部。第1检测信号生成部生成与检测位置上的旋转磁场方向相对于第1方向所成的角度的余弦具有对应关系的第1检测信号。第2检测信号生成部生成与检测位置上的旋转磁场方向相对于第1方向所成的角度的正弦具有对应关系的第2检测信号。角度检测部基于第1以及第2检测信号生成角度检测值。
第1检测信号生成部包含至少1个第1磁检测元件。至少1个第1磁检测元件包含磁化方向对应于检测位置上的旋转磁场方向进行变化的第1磁性层。在第1磁性层上设定第1磁各向异性。
第2检测信号生成部包含至少1个第2磁检测元件。至少1个第2磁检测元件包含磁化方向对应于检测位置上的旋转磁场方向进行变化的第2磁性层。在第2磁性层上设定第2磁各向异性。
在检测对象的角度以规定周期进行变化的情况下，第1以及第2磁场成分各自包含以描绘出理想的正弦曲线的方式进行周期性变化的理想磁场成分、和误差磁场成分。误差磁场成分使以规定周期的1/2进行变化的误差产生于角度检测值中。
在检测对象的角度以规定周期进行变化的情况下，在假定第1以及第2磁场成分各自仅由理想磁场成分构成时，第1以及第2检测信号各自包含以描绘出理想的正弦曲线的方式进行周期性变化的理想信号成分、和误差信号成分。误差信号成分起因于第1以及第2磁各向异性并且使以规定周期的1/2进行变化的误差产生于角度检测值中。
在本发明的角度传感器***中，与起因于误差磁场成分而产生于角度检测值中的误差和起因于误差信号成分而产生于角度检测值中的误差中的任一个相比，都以角度检测值中以规定周期的1/2进行变化的误差被减少的方式设定第1以及第2磁各向异性。
在本发明的角度传感器***中，起因于误差磁场成分而产生于角度检测值中的误差和起因于误差信号成分而产生于角度检测值中的误差的相位差可以是90°。
另外，在本发明的角度传感器***中，第1以及第2磁各向异性都可以是形状磁各向异性。另外，取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向和取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向可以是相同的方向。
另外，在本发明的角度传感器***中，至少1个第1磁检测元件和至少1个第2磁检测元件各自可以包含至少1个磁阻效应元件。
另外，在本发明的角度传感器***中，磁场产生部可以是能够以中心轴为中心进行旋转的磁铁。在此情况下，检测位置可以是偏离中心轴的位置。另外，检测对象的角度可以对应于磁铁的旋转位置。
另外，在本发明的角度传感器***中，磁场产生部可以是多组N极和S极在第1方向上被交替排列而成的磁铁。在此情况下，磁铁相对于检测位置的相对位置能够在第1方向上进行变化。另外，检测对象的角度可以是将磁铁的1个间距(1pitch)设定为360°，并且以角度表示磁铁相对于检测位置的相对位置时的那个角度。
在本发明的角度传感器***中，能够利用第1以及第2磁各向异性来减少起因于误差磁场成分而产生的角度误差。因此，根据本发明，能够以简单的结构来减少起因于磁场产生部所产生的旋转磁场的角度误差。
本发明的其它目的、特征以及好处可以以以下的说明来充分地明确。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构的侧面图。
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构的平面图。
图3是表示本发明的第1实施方式的方向和角度的定义的说明图。
图4是表示本发明的第1实施方式的角度传感器的结构的电路图。
图5是表示图4中的1个磁检测元件的一部分的立体图。
图6是表示本发明的第1实施方式的第1以及第2磁场成分的波形的一个例子的波形图。
图7是表示起因于图6所示的第1以及第2磁场成分的角度误差的波形的波形图。
图8是表示在本发明的第1实施方式中第1以及第2磁场成分各自仅由理想磁场成分构成的情况下的第1以及第2检测信号的波形的一个例子的波形图。
图9是表示只起因于图8所示的第1以及第2检测信号的误差信号成分的角度误差的波形的波形图。
图10是表示本发明的第1实施方式的角度误差的波形的一个例子的波形图。
图11是表示本发明的第2实施方式所涉及的角度传感器***的第1状态的说明图。
图12是表示本发明的第2实施方式所涉及的角度传感器***的第2状态的说明图。
图13是表示本发明的第2实施方式所涉及的角度传感器***的第3状态的说明图。
图14是表示本发明的第2实施方式所涉及的角度传感器***的第4状态的说明图。
图15是表示本发明的第3实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构的说明图。
图16是表示本发明的第3实施方式的角度传感器的结构的电路图。
图17是表示起因于本发明的第3实施方式的第1以及第2磁场成分的角度误差的波形的波形图。
图18是表示仅起因于本发明的第3实施方式的第1以及第2检测信号的误差信号成分的角度误差的波形的波形图。
图19是表示本发明的第3实施方式的角度误差的波形的一个例子的波形图。
实施方式
[第1实施方式]
以下，参照附图并就本发明的实施方式进行详细地说明。首先，参照图1以及图2并就本发明的第1实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构的侧面图。图2是表示本实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构的平面图。本实施方式所涉及的角度传感器***1具备磁场产生部和角度传感器2。
本实施方式的磁场产生部是被安装于检测旋转位置的对象物即旋转轴6的环状磁铁5。磁铁5与旋转轴6联动，并将中心轴C作为中心以旋转方向D进行旋转。本实施方式中的检测对象的角度为旋转轴6的旋转位置，并且对应于磁铁5的旋转位置。以下将检测对象的角度称为对象角度，并以记号θ表示。
作为磁场产生部的磁铁5具有在图2中以标注了符号5M的箭头表示的方向的磁化。磁铁5由该磁化而发生规定的检测位置PR上的磁场方向对应于对象角度θ进行变化的旋转磁场MF。以下将检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM相对于规定的基准方向DR而成的角度称为旋转磁场角度，并以记号θM表示。
角度传感器2特别地是磁式角度传感器。角度传感器2在检测位置PR检测旋转磁场MF，并生成与对象角度θ具有对应关系的角度检测值θs。
检测位置PR位于平行于磁铁5的一个端面并且垂直于中心轴C的假想平面即基准平面P内。在该基准平面P内，旋转磁场MF的方向DM将检测位置PR作为中心进行旋转。基准方向DR位于基准平面P内并与检测位置PR交叉。在以下的说明中，检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM是指位于基准平面P内的方向。
角度传感器2具备检测部10和角度检测部20。角度检测部20在图1以及图2中没有被示出，但是在后面说明的图4中示出。检测部10被设置于与基准平面P接触或交叉的位置。磁铁5相对于检测部10的相对位置将中心轴C作为中心以旋转方向D进行变化。
在此，参照图1～图3并就本实施方式中的方向和角度的定义进行说明。首先，将平行于图1所示的中心轴C并在图1中从下向上的方向设定为Z方向。在图2以及图3中Z方向是从里面向跟前的方向。接着，将垂直于Z方向的2个方向即互相正交的2个方向设定为X方向和Y方向。在图1中X方向是向右的方向，Y方向是从跟前向里面的方向。在图2以及图3中，X方向是向右的方向，Y方向是向上的方向。另外，将与X方向相反的方向设定为-X方向，将与Y方向相反的方向设定为-Y方向。
检测位置PR为角度传感器2检测旋转磁场MF的位置。基准方向DR设定为X方向。旋转磁场MF的方向DM在图3中是以逆时针方向进行旋转的方向。对象角度θ以及旋转磁场角度θM在从基准方向DR向逆时针方向看时以正值表示，在从基准方向DR向顺时针方向看时以负值表示。
另外，将位于基准平面P内并且互相正交的2个方向设定为第1方向D1和第2方向D2。在本实施方式中，第1方向D1为X方向，第2方向D2为Y方向。
如图3所示，检测位置PR上的旋转磁场MF包含第1方向D1的第1磁场成分MF1和第2方向D2的第2磁场成分MF2。
接着，参照图4并就检测部10的结构作如下详细地说明。图4是表示角度传感器2的结构的电路图。检测部10具有第1检测信号生成部11和第2检测信号生成部12。
第1检测信号生成部11生成与检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM相对于第1方向D1而成的角度的余弦具有对应关系的第1检测信号S1。第2检测信号生成部12生成与检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM相对于第1方向D1而成的角度的正弦具有对应关系的第2检测信号S2。在本实施方式中，第1方向D1为与基准方向DR相同的方向。因此，检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM相对于第1方向D1而成的角度与旋转磁场角度θM相等。
第1检测信号生成部11包含检测旋转磁场MF的至少1个第1磁检测元件。至少1个第1磁检测元件包含磁化方向对应于检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM进行变化的第1磁性层。在第1磁性层上设定第1磁各向异性。
第2检测信号生成部12包含检测旋转磁场MF的至少1个第2磁检测元件。至少1个第2磁检测元件包含磁化方向对应于检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM进行变化的第2磁性层。在第2磁性层上设定第2磁各向异性。
第1以及第2磁各向异性都是例如形状磁各向异性。取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向和取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向是相同的方向。
至少1个第1磁检测元件和至少1个第2磁检测元件各自可以包含至少1个磁阻效应元件。磁阻效应元件可以是GMR(巨磁阻效应)元件，也可以是TMR(隧道磁阻效应)元件，也可以是AMR(各向异性磁阻效应)元件。
如果对象角度θ以规定的周期进行变化由此旋转磁场MF的方向DM以规定周期进行旋转，则第1以及第2检测信号S1,S2都以与上述规定周期相等的信号周期进行周期性变化。第2检测信号S2的相位优选相对于第1检测信号S1的相位只差90°。但是，从磁检测元件的制作精度等的观点出发，第1检测信号S1与第2检测信号S2的相位差也可以稍微偏离90°。在以下的说明中，第1检测信号S1与第2检测信号S2的相位差为90°。
以下，参照图4并就第1以及第2检测信号生成部11,12的具体结构的一个例子进行详细地说明。在该例子中，第1检测信号生成部11具有惠斯通电桥电路14和差分检测器15。另外，第2检测信号生成部12具有惠斯通电桥电路16和差分检测器17。
惠斯通电桥电路14,16分别包含4个磁检测元件R1,R2,R3,R4、电源端口V、接地端口G、第1输出端口E1和第2输出端口E2。磁检测元件R1被设置于电源端口V与第1输出端口E1之间。磁检测元件R2被配置于第1输出端口E1与接地端口G之间。磁检测元件R3被设置于电源端口V与第2输出端口E2之间。磁检测元件R4被设置于第2输出端口E2与接地端口G之间。在电源端口V施加规定大小的电源电压。接地端口G被连接于地面。
磁检测元件R1,R2,R3,R4各自也可以包含被串联连接的多个磁阻效应元件(以下记为MR元件)。多个MR元件各自例如是自旋阀型的MR元件。该自旋阀型的MR元件具有磁化方向被固定的磁化固定层、磁化方向对应于检测位置PR上的旋转磁场MF的方向DM进行变化的磁性层即自由层、和被配置于磁化固定层与自由层之间的非磁性层。自旋阀型的MR元件可以是TMR元件，也可以是GMR元件。在TMR元件中，非磁性层是隧道势垒层(tunnel barrierlayer)。在GMR元件中，非磁性层是非磁性导电层。在自旋阀型的MR元件中，电阻值对应于自由层的磁化方向相对于磁化固定层的磁化方向所成的角度进行变化，在该角度为0°时电阻值成为最小值，在角度为180°时电阻值成为最大值。在图4中，实心箭头表示MR元件中的磁化固定层的磁化方向。
在第1检测信号生成部11中，包含于磁检测元件R1,R4的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向为第1方向D1(X方向)，包含于磁检测元件R2,R3的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向为与第1方向D1相反的方向。在此情况下，惠斯通电桥电路14的输出端口E1,E2的电位差对应于旋转磁场角度θM的余弦进行变化。差分检测器15将对应于惠斯通电桥电路14的输出端口E1,E2的电位差的信号作为第1检测信号S1进行输出。因此，第1检测信号生成部11生成与旋转磁场角度θM的余弦具有对应关系的第1检测信号S1。
在第2检测信号生成部12中，包含于磁检测元件R1,R4的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向为第2方向D2(Y方向)，包含于磁检测元件R2,R3的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向为与第2方向D2相反的方向。在此情况下，惠斯通电桥电路16的输出端口E1,E2的电位差对应于旋转磁场角度θM的正弦进行变化。差分检测器17将对应于惠斯通电桥电路16的输出端口E1,E2的电位差的信号作为第2检测信号S2进行输出。因此，第2检测信号生成部12生成与旋转磁场角度θM的正弦具有对应关系的第2检测信号S2。
另外，检测信号生成部11,12内的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向从MR元件的制作精度等的观点出发，也可以稍微偏离上述的方向。
第1检测信号生成部11内的磁检测元件R1,R2,R3,R4各自包含至少1个的含有设定了第1磁各向异性的自由层的MR元件。设定了第1磁各向异性的自由层对应于第1磁性层。在本实施方式中，特别是将第1磁各向异性设定于第1检测信号生成部11中包含的所有MR元件的自由层。
第2检测信号生成部12内的磁检测元件R1,R2,R3,R4各自包含至少1个的含有设定了第2磁各向异性的自由层的MR元件。设定了第2磁各向异性的自由层对应于第2磁性层。在本实施方式中，特别是将第2磁各向异性设定于第2检测信号生成部12中包含的所有MR元件的自由层。
接着，就取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向和取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向作如下说明。在图4中分别表示第1检测信号生成部11内的磁检测元件R1,R2,R3,R4的椭圆的长轴方向表示取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向。另外，分别表示第2检测信号生成部12内的磁检测元件R1,R2,R3,R4的椭圆的长轴方向表示取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向。
取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向和取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向都是平行于X方向的方向。取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向与第1检测信号生成部11内的磁检测元件R1,R2,R3,R4所包含的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向相平行。另外，取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向相对于第2检测信号生成部12内的磁检测元件R1,R2,R3,R4所包含的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向正交。
在本实施方式中，如上所述，第1以及第2磁各向异性都是例如形状磁各向异性。在此情况下，通过将从与自由层和非磁性层的界面垂直的方向来看的MR元件的形状设定为椭圆形状等在一个方向上较长的形状，从而能够以MR元件的长边方向成为易磁化轴方向的方式设定第1以及第2磁各向异性。
另外，上述的易磁化轴方向从MR元件的制作精度等的观点出发，也可以稍微偏离上述的方向。
在本实施方式中，对应于所述第1以及第2磁场成分MF1,MF2各自中所含的误差成分，决定第1以及第2磁各向异性各自的大小。对此在后面作详细地说明。
在此，参照图5并就磁检测元件的结构的一个例子作如下说明。图5是表示图4所示的角度传感器2中的1个磁检测元件的一部分的立体图。在该例子中，1个磁检测元件具有多个下部电极162、多个MR元件150和多个上部电极163。多个下部电极162被配置于没有图示的基板上。各个下部电极162具有细长的形状。在邻接于下部电极162的长边方向的2个下部电极162之间形成间隙。如图5所示，在下部电极162的上表面上将各个MR元件150配置于长边方向的两端附近。MR元件150包含从下部电极162侧依次被层叠的自由层151、非磁性层152、磁化固定层153以及反铁磁性层154。自由层151被电连接于下部电极162。反铁磁性层154由反铁磁性材料构成，并且在与磁化固定层153之间发生交换耦合，从而固定磁化固定层153的磁化方向。多个上部电极163被配置于多个MR元件150之上。各个上部电极163具有细长的形状，被配置于在下部电极162的长边方向上邻接的2个下部电极162上，并且电连接邻接的2个MR元件150的反铁磁性层154彼此。通过这样的结构，图5所示的磁检测元件具有被多个下部电极162和多个上部电极163串联连接的多个MR元件150。还有，MR元件150中的层151～154的配置也可以与图5所示的配置上下相反。
在图5所示的例子中，为了将所述的形状磁各向异性赋予自由层151而将从与自由层151与非磁性层152的界面垂直的方向来看的MR元件150的形状制成椭圆形状。
接着，就角度检测部20作如下说明。角度检测部20例如能够通过面向特定用途的集成电路(ASIC)或者微型计算机来实现。角度检测部20基于第1以及第2检测信号S1,S2生成角度检测值θs。具体来说，例如角度检测部20通过下述式(1)来计算出θs。还有，“atan”表示反正切函数(Arctangent)。
θs＝atan(S2/S1)(1)
在θs为0°以上且小于360°的范围内，对于式(1)中的θs的解，有相差180°的2个值。但是，根据S1,S2的正负的组合能够判断θs的真正的值是式(1)中的θs的2个解的任一个。角度检测部20由式(1)和上述S1,S2的正负的组合的判定，在0°以上且小于360°的范围内求得θs。
以下，就本实施方式所涉及的角度传感器***1的作用以及效果进行说明。在本实施方式中，产生于角度检测值θs中的角度误差中有起因于旋转磁场MF的误差和起因于角度传感器2的误差。在本实施方式中，起因于角度传感器2的角度误差主要起因于第1以及第2磁各向异性。还有，角度误差是从角度检测值θs中减去对象角度θ得到的值。
首先，就只起因于旋转磁场MF并产生于角度检测值θs的角度误差作如下说明。在对象角度θ以规定周期进行变化的情况下，旋转磁场MF的第1磁场成分MF1和第2磁场成分MF2各自包含以描绘出理想的正弦曲线的方式周期性地进行变化的理想磁场成分、和误差磁场成分。在本实施方式中，误差磁场成分为相当于理想磁场成分的第三次谐波的误差成分。以下分别用记号MF10,MF1a来表示第1磁场成分MF1的理想磁场成分以及误差磁场成分。另外，分别用记号MF20,MF2a来表示第2磁场成分MF2的理想磁场成分以及误差磁场成分。第1以及第2磁场成分MF1,MF2的误差磁场成分MF1a,MF2a会使以规定周期的1/2进行变化的角度误差Ea产生于角度检测值θs。
图6表示第1以及第2磁场成分MF1,MF2的波形的一个例子。在图6中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示第1以及第2磁场成分MF1,MF2。图6中的纵轴的单位为将第1以及第2磁场成分MF1,MF2的理想磁场成分MF10,MF20的最大值设定为1的任意单位。在图6中，标注了记号MF1的曲线表示第1磁场成分MF1的波形，标注了记号MF2的曲线表示第2磁场成分MF2的波形。另外，标注了记号MF10的曲线表示第1磁场成分MF1的理想磁场成分的波形，标注了记号MF20的曲线表示第2磁场成分MF2的理想磁场成分的波形。
图7表示起因于图6所示的第1以及第2磁场成分MF1,MF2的角度误差Ea的波形。在图7中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示角度误差Ea。
图6所示的第1磁场成分MF1的理想磁场成分MF10的波形能够用cosθ来表示，图6所示的第2磁场成分MF2的理想磁场成分MF20的波形能够用sinθ来表示。图6所示的第1磁场成分MF1的误差磁场成分MF1a的波形能够用A1·cos3θ来表示，图6所示的第2磁场成分MF2的误差磁场成分MF2a的波形能够用A1·sin3θ来表示。在此，A1为实数。在图6所示的例子中，A1为正值。
在此，如果假定产生于检测值θs的角度误差只是角度误差Ea，则第1以及第2检测信号S1,S2能够分别用以下述的式(2)、(3)来表示。
S1＝cosθ+A1·cos3θ (2)
S2＝sinθ+A1·sin3θ (3)
接着，就起因于第1以及第2磁各向异性并产生于角度检测值θs的角度误差作如下说明。首先，在对象角度θ以规定周期进行变化的情况下，假定第1以及第2磁场成分MF1,MF2分别只由理想磁场成分MF10,MF20构成。在此情况下，第1以及第2检测信号S1,S2各自包含以描绘出理想的正弦曲线的方式进行周期性变化的理想信号成分和误差信号成分。以下，分别用记号S10,S20来表示第1以及第2检测信号S1,S2的理想信号成分。第1以及第2检测信号S1,S2的误差信号成分分别起因于第1以及第2磁各向异。另外，第1以及第2检测信号S1,S2的误差信号成分使以规定周期的1/2进行变化的角度误差Eb产生于角度检测值θs。
图8表示假定第1以及第2磁场成分MF1,MF2仅由理想磁场成分MF10,MF20构成的情况下的第1以及第2检测信号S1,S2的波形的一个例子。在图8中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示第1以及第2检测信号S1,S2。在图8中，标注了记号S1的曲线表示第1检测信号S1的波形，标注了S2的曲线表示第2检测信号S2的波形。另外，标注了记号S10的曲线表示第1检测信号S1的理想信号成分S10的波形，标注了记号S20的曲线表示第2检测信号S2的理想信号成分S20的波形。
图9表示只起因于图8所示的第1以及第2检测信号S1,S2的误差信号成分的角度误差Eb的波形。在图9中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示角度误差Eb。
图8所示的第1检测信号S1的理想信号成分S10的波形能够以cosθ来表示，图8所示的第2检测信号S2的理想信号成分S20的波形能够以sinθ来表示。图8所示的第1检测信号S1的误差信号成分能够以-B1·cos3θ来表示，图8所示的第2检测信号S2的误差信号成分能够以-B1·sin3θ来表示。在此，B1为实数。在图8所示的例子中，B1为正值。
如图9所示，第1以及第2检测信号S1,S2的只起因于误差信号成分的角度误差Eb以规定周期的1/2进行变化。如前所述，第1以及第2磁场成分MF1,MF2的只起因于误差磁场成分MF1a,MF2a的角度误差Ea也以规定周期的1/2进行变化。如果将B1的正负符号设定为与A1的正负符号相同，则角度误差Ea与角度误差Eb的相位差成为90°。特别是如果将B1设定为与A1相等，则角度误差Ea与角度误差Eb的相位差成为90°，并且角度误差Ea和角度误差Eb的振幅成为相等。如果使角度误差Ea和角度误差Eb成为这样的关系，则理论上能够使角度检测值θs中以规定周期的1/2进行变化的角度误差完全为0。
B1的正负符号能够根据第1以及第2磁各向异性的易磁化轴方向进行变化。例如，在图4所示的结构中，B1成为正值。对于将B1设定为负值的结构，在第3实施方式中进行说明。另外，B1的绝对值可以根据第1以及第2磁各向异性的大小进行变化。
在本实施方式中，利用上述的性质，能够通过以下方式利用第1以及第2磁各向异性来减少第1以及第2磁场成分MF1,MF2的起因于误差磁场成分MF1a,MF2a的角度误差Ea。即，在本实施方式中，与角度误差Ea和角度误差Eb的任一个相比，都以角度检测值θs中以规定周期的1/2进行变化的角度误差被减少的方式设定第1以及第2磁各向异性。
在此，用记号Es来表示产生于角度检测值θs的角度误差。图10表示角度误差Es的波形的一个例子。在图10中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示角度误差Es。
在图10所示的角度误差Es中，以规定周期的1/2进行变化的角度误差成分与图7所示的角度误差Ea和图9所示的角度误差Eb的任一个相比都小。由此，根据本实施方式，可知能够利用第1以及第2磁各向异性来减少第1以及第2磁场成分MF1,MF2的起因于误差磁场成分MF1a,MF2a的角度误差Ea。
在此，就B1、第1以及第2磁各向异性的易磁化轴方向以及大小的确定方法的一个例子作如下说明。首先，由A1来决定角度误差Ea的波形。因此，能够由角度误差Ea的波形求得A1。
为了与角度误差Ea和角度误差Eb的任一个相比都降低角度检测值θs中以规定周期的1/2进行变化的角度误差，只要以将B1的正负符号设定为与A1的正负符号相同，并且A1-B1的绝对值小于A1的绝对值的方式决定B1即可。A1-B1的绝对值越小越优选。A1-B1的绝对值优选为A1的绝对值的1/2以下。
如前所述，B1的正负符号能够根据第1以及第2的磁各向异性的易磁化轴方向进行变化。另外，B1的绝对值与第1以及第2磁各向异性的大小有关。如果预先求得B1与第1以及第2磁各向异性的易磁化轴方向以及大小的关系，则基于该关系，能够以得到所希望的B1的方式确定第1以及第2磁各向异性的易磁化轴方向以及大小。
综上所述，根据本实施方式，能够减少起因于磁场产生部所产生的旋转磁场MF的角度误差。另外，在本实施方式中，角度传感器2不需要多个检测信号生成部11,12对，只要仅包含1对即可。因此，根据本实施方式，能够以简单的结构减少起因于磁场产生部所产生的旋转磁场MF的角度误差。
[第2实施方式]
接着，参照图11～图14并就本发明的第2实施方式作如下说明。图11～图14分别表示本实施方式所涉及的角度传感器***1的第1～第4状态。
本实施方式所涉及的角度传感器***1在以下的方面与第1实施方式不同。
本实施方式所涉及的角度传感器***1中的磁场产生部与第1实施方式中的磁铁5不同，是多组N极和S极被交替排列于第1方向而成的磁铁8。第1方向为X方向。
在图11～图14中，X方向为向右的方向，Y方向为向上的方向，Z方向为从里面向跟前的方向。磁铁8具有平行于X方向的侧面8a。在本实施方式中，角度传感器2的检测部10以与磁铁8的侧面8a相对的方式配置。在图11～图14中，在磁铁8的侧面8a附近描绘出的多条曲线表示磁力线。
角度传感器2和磁铁8的一方与没有图示的工作体联动，在平行于第1方向(X方向)的方向DL上能够直线地移动。即，磁铁8相对于检测位置PR的相对位置能够在第1方向(X方向)上进行变化。在图11所示的例子中，方向DL为X方向。
本实施方式的基准平面垂直于Z方向。如果磁铁8相对于检测位置PR的相对位置在方向DL上移动，则旋转磁场MF的方向DM在图11中以逆时针方向进行旋转。对象角度θ以及旋转磁场角度θM在从基准方向DR以逆时针方向来看时以正值表示，在从基准方向DR以顺时针方向来看时以负值表示。第1方向D1、第2方向D2、第1磁场成分MF1以及第2磁场成分MF2的定义与第1实施方式相同。
角度传感器2在检测位置PR检测旋转磁场MF，并生成与对象角度θ具有对应关系的角度检测值θs。在本实施方式中，对象角度θ是将磁铁8的1个间距设定为360°并以角度表示磁铁8相对于检测位置PR的相对位置时的那个角度。
图11所示的第1状态为检测位置PR位于包含磁铁8的相邻的N极与S极的边界的假想平面上的状态。第1状态是对象角度θ为0°的状态。
图12所示的第2状态是磁铁8在方向DL上从第1状态仅移动1/4间距后的状态。第2状态是对象角度θ为90°的状态。
图13所示的第3状态是磁铁8在方向DL上从第2状态仅移动1/4间距后的状态。第3状态是对象角度θ为180°的状态。
图14所示的第4状态是磁铁8在方向DL上从第3状态仅移动1/4间距后的状态。第4状态是对象角度θ为270°的状态。
如果磁铁8在方向DL上从第4状态仅移动1/4间距，则成为图11所示的第1状态。
在本实施方式中，与第1实施方式同样地在对象角度θ以规定周期进行变化的情况下，旋转磁场MF的第1磁场成分MF1和第2磁场成分MF2各自包含理想磁场成分和误差磁场成分。
本实施方式中的角度传感器2的结构与第1实施方式相同。本实施方式中的其它结构、作用以及效果与第1实施方式相同。
[第3实施方式]
接着，就本发明的第3实施方式作如下说明。图15是表示本实施方式所涉及的角度传感器***的概略结构的说明图。在本实施方式所涉及的角度传感器***1中，角度传感器2被配置于比第2实施方式更接近于磁铁8的侧面8a的位置。
图16是表示本实施方式中的角度传感器2的结构的电路图。在本实施方式中，与第2实施方式(第1实施方式)同样地，第1磁各向异性被设定于包含于第1检测信号生成部11中的所有MR元件的自由层，且第2磁各向异性被设定于包含于第2检测信号生成部12中的所有MR元件的自由层。在图16中，分别表示第1检测信号生成部11内的磁检测元件R1,R2,R3,R4的椭圆的长轴方向表示取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向。另外，分别表示第2检测信号生成部12内的磁检测元件R1,R2,R3,R4的椭圆的长轴方向表示取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向。
在本实施方式中，取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向和取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向都是平行于Y方向的方向。取决于第1磁各向异性的易磁化轴方向相对于第1检测信号生成部11内的磁检测元件R1,R2,R3,R4所包含的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向正交。取决于第2磁各向异性的易磁化轴方向与第2检测信号生成部12内的磁检测元件R1,R2,R3,R4所包含的多个MR元件中的磁化固定层的磁化方向平行。
以下，就本实施方式所涉及的角度传感器***1的作用以及效果进行说明。如第1实施方式中说明的那样，第1以及第2磁场成分MF1,MF2的误差磁场成分MF1a,MF2a使以规定周期的1/2进行变化的角度误差Ea产生于角度检测值θs。在第1以及第2磁场成分MF1,MF2的理想磁场成分MF10,MF20的波形与第1实施方式中的图6所示的波形相同的情况下，第1磁场成分MF1的误差磁场成分MF1a的波形能够以A1·cos3θ表示，且第2磁场成分MF2的误差磁场成分MF2a的波形能够以A1·sin3θ表示。在本实施方式中特别是A1为负值。
图17表示起因于上述的第1以及第2磁场成分MF1,MF2的角度误差Ea的波形。在图17中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示角度误差Ea。在本实施方式中，角度误差Ea的相位成为与第1实施方式中的角度误差Ea的相位相反。
另外，如在第1实施方式中说明的那样，第1以及第2检测信号S1,S2的误差信号成分使以规定周期的1/2进行变化的角度误差Eb产生于角度检测值θs。假定第1以及第2磁场成分MF1,MF2只由理想磁场成分MF10,MF20构成的情况下的第1以及第2检测信号S1,S2的理想信号成分S10,S20的波形与第1实施方式中的图8所示的波形相同，在此情况下，第1检测信号S1的误差信号成分能够以-B1·cos3θ表示，且第2检测信号S2的误差信号成分能够以-B1·sin3θ表示。在本实施方式中，特别是B1为负值。
图18表示仅起因于上述的情况下的第1以及第2检测信号S1,S2的误差信号成分的角度误差Eb的波形。在图18中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示角度误差Eb。在本实施方式中，角度误差Eb的相位成为与第1实施方式中的角度误差Eb的相位相反。
如图17以及图18所示，角度误差Ea与角度误差Eb的相位差成为90°。由此，与第1以及第2实施方式同样地，即使在本实施方式中也能够利用第1以及第2磁各向异性来减少第1以及第2磁场成分MF1,MF2的起因于误差磁场成分MF1a,MF2a的角度误差Ea。图19表示产生于角度检测值θs的角度误差Es的波形的一个例子。在图19中，横轴表示对象角度θ，纵轴表示角度误差Es。
在图19所示的角度误差Es中，以规定周期的1/2进行变化的角度误差成分与图17所示的角度误差Ea和图18所示的角度误差Eb的任一个相比都小。据此，可知根据本实施方式，能够利用第1以及第2磁各向异性来减少第1以及第2磁场成分MF1,MF2的起因于误差磁场成分MF1a,MF2a的角度误差Ea。
本实施方式中的其它结构、作用以及效果与第2实施方式相同。
还有，本发明并不限定于上述各个实施方式，可以进行各种变更。例如，作为本发明中的磁检测元件，不限于自旋阀型的MR元件(GMR元件、TMR元件)或AMR元件，只要是具有磁化方向对应于旋转磁场的方向进行变化的磁性层的磁检测元件即可。例如，作为磁检测元件，也可以使用包含铁磁性层并运用了铁磁性霍尔效应的霍尔元件。
另外，被设定于磁性层的磁各向异性并不限定于形状磁各向异性，例如也可以是结晶磁各向异性或应力磁各向异性。
根据以上的说明，可以明确能够实施本发明的各种实施方式或变形例。因此，在权利要求的均等的范围内即使是上述的最好的实施方式以外的方式也能够实施本发明。

Claims (7)

1.一种角度传感器***，其特征在于：
所述角度传感器***具备：
磁场产生部，产生规定检测位置上的磁场方向对应于检测对象的角度进行变化的旋转磁场；和
角度传感器，在所述检测位置检测所述旋转磁场并生成与所述检测对象的角度具有对应关系的角度检测值，
所述检测位置上的所述旋转磁场包含第1方向的第1磁场成分、和相对于所述第1方向正交的第2方向的第2磁场成分，
所述角度传感器具有：
第1检测信号生成部，生成与所述检测位置上的所述旋转磁场的方向相对于所述第1方向所成的角度的余弦具有对应关系的第1检测信号；
第2检测信号生成部，生成与所述检测位置上的所述旋转磁场方向相对于所述第1方向所成的角度的正弦具有对应关系的第2检测信号；和
角度检测部，基于所述第1检测信号以及所述第2检测信号生成所述角度检测值，
所述第1检测信号生成部包含至少1个第1磁检测元件，
所述至少1个第1磁检测元件包含磁化方向对应于所述检测位置上的所述旋转磁场方向进行变化的第1磁性层，
在所述第1磁性层上设定第1磁各向异性，
所述第2检测信号生成部包含至少1个第2磁检测元件，
所述至少1个第2磁检测元件包含磁化方向对应于所述检测位置上的所述旋转磁场方向进行变化的第2磁性层，
在所述第2磁性层上设定第2磁各向异性，
在所述检测对象的角度以规定周期进行变化的情况下，所述第1磁场成分以及所述第2磁场成分各自包含以描绘出理想的正弦曲线的方式进行周期性变化的理想磁场成分、和误差磁场成分，
所述误差磁场成分使以所述规定周期的1/2进行变化的误差产生于所述角度检测值，
在所述检测对象的角度以所述规定周期进行变化的情况下，在假定所述第1磁场成分以及所述第2磁场成分各自仅由所述理想磁场成分构成时，所述第1检测信号以及所述第2检测信号各自包含以描绘出理想的正弦曲线的方式进行周期性变化的理想信号成分、和误差信号成分，
所述误差信号成分起因于所述第1磁各向异性以及所述第2磁各向异性并且使以所述规定周期的1/2进行变化的误差产生于所述角度检测值，
与起因于所述误差磁场成分而产生于所述角度检测值中的误差和起因于所述误差信号成分而产生于所述角度检测值中的误差中的任一个相比，都以所述角度检测值中以所述规定周期的1/2进行变化的误差被减少的方式设定所述第1磁各向异性以及所述第2磁各向异性。
2.如权利要求1所述的角度传感器***，其特征在于：
起因于所述误差磁场成分而产生于所述角度检测值中的误差和起因于所述误差信号成分而产生于所述角度检测值中的误差的相位差为90°。
3.如权利要求1所述的角度传感器***，其特征在于：
所述第1磁各向异性以及所述第2磁各向异性都是形状磁各向异性。
4.如权利要求1所述的角度传感器***，其特征在于：
取决于所述第1磁各向异性的易磁化轴方向和取决于所述第2磁各向异性的易磁化轴方向为相同的方向。
5.如权利要求1所述的角度传感器***，其特征在于：
所述至少1个第1磁检测元件和所述至少1个第2磁检测元件各自包含至少1个磁阻效应元件。
6.如权利要求1所述的角度传感器***，其特征在于：
所述磁场产生部是能够以中心轴为中心进行旋转的磁铁，
所述检测位置是偏离所述中心轴的位置，
所述检测对象的角度对应于所述磁铁的旋转位置。
7.如权利要求1所述的角度传感器***，其特征在于：
所述磁场产生部是多组N极和S极在第1方向上被交替排列而成的磁铁，
所述磁铁相对于所述检测位置的相对位置能够在所述第1方向上进行变化，
所述检测对象的角度是将所述磁铁的1个间距设定为360°，并以角度表示所述磁铁相对于所述检测位置的相对位置时的那个角度。
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