DE102014103587A1

DE102014103587A1 - Magnetsensorsystem

Info

Publication number: DE102014103587A1
Application number: DE201410103587
Authority: DE
Inventors: Homare TOKIDA; Satoshi Abe; Hiroshi Yamazaki; Takahiro Imai
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US9297635B2; JP2014199182A; US20140292314A1

Abstract

Ein Magnetsensorsystem enthält eine Skala und einen Magnetsensor, die in einem relativen Positionsverhältnis angeordnet sind, das in einer ersten Richtung variabel ist, und eine Rechnereinheit. Der Magnetsensor enthält eine erste Erfassungsschaltung, die an einer ersten Position angeordnet ist, und eine zweite Erfassungsschaltung, die an einer zweiten Position angeordnet ist. Sowohl die erste wie auch zweite Erfassungsschaltung enthalten ein magnetoresistives Spinventilelement. Die Differenz zwischen der ersten Position und der zweiten Position in der ersten Richtung ist kleiner oder gleich 1,25% eines Teilungsausmaßes einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor. Die Rechnereinheit erzeugt ein Ausnahmefallfeststellungssignal, das das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor anzeigt, durch Berechnung unter Verwendung von Erfassungssignalen aus der ersten und zweiten Erfassungsschaltung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetsensorsystem zum Erfassen einer physikalischen Größe in Zusammenhang mit dem relativen Positionsverhältnis zwischen einer Skala und einem Magnetsensor.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren wurden Magnetsensorsysteme zum Erfassen einer physikalischen Größe in Zusammenhang mit der Drehbewegung oder linearen Bewegung eines sich bewegenden Objekts in einer Reihe von Anwendungen verwendet. Typischerweise enthält ein Magnetsensorsystem eine Skala und einen Magnetsensor und der Magnetsensor ist zum Erzeugen eines Signals in Zusammenhang mit dem relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor gestaltet.
Die Skala des Magnetsensorsystems zur Verwendung mit einem sich drehenden Objekt ist im Allgemeinen ein Drehkörper, der sich als Reaktion auf die Bewegung des sich bewegenden Objekts bewegt. Der Drehkörper kann zum Beispiel ein mehrpolig magnetisierter Magnet mit mehreren Paaren von N- und S-Polen sein, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, oder ein Zahnrad mit Zähnen, die aus einem magnetischen Material gebildet sind. In diesem Fall erfasst das Magnetsensorsystem zum Beispiel die Drehposition und/oder die Drehzahl des Drehkörpers als die physikalische Größe.
Die Skala des Magnetsensorsystems zur Verwendung mit einem sich linear bewegenden Objekt ist zum Beispiel eine lineare Skala mit mehreren Paaren von N- und S-Polen, die abwechselnd in einer linearen Form angeordnet sind. In diesem Fall bewegt sich entweder die lineare Skala oder der Magnetsensor als Reaktion auf die Bewegung des sich bewegenden Objekts und das Magnetsensorsystem erfasst die relative Position und/oder Geschwindigkeit der linearen Skala in Bezug auf den Magnetsensor als die physikalische Größe.
Das Magnetsensorsystem wird zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zum Erfassen der Drehzahl der Achswelle, des Winkels der Kurbelwelle, des Nockenwinkels und so weiter verwendet. Das Magnetsensorsystem zur Verwendung in Kraftfahrzeugen muss insbesondere Mittel zum Erfassen eines Ausnahmefalls im Magnetsensor enthalten.
JP 2003-194598A offenbart einen Ausnahmefalldetektor, der einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor enthält, deren Ausgangswerte auf eine Änderung in der physikalischen Größe mit wechselseitig entgegengesetzten Ausgangseigenschaften ansprechen. Der Ausnahmefalldetektor stellt fest, dass einer der ersten und zweiten Sensoren abnormal ist, wenn ein Gesamtausgangswert, der durch Addieren der Ausgangswerte des ersten und zweiten Sensors erhalten wird, kein konstanter Wert ist. In diesem Ausnahmefalldetektor enthält der erste Sensor eine erste Erfassungsschaltung und der zweite Sensor enthält eine zweite Erfassungsschaltung. Die erste Erfassungsschaltung und die zweite Erfassungsschaltung sind so angeordnet, dass sie auf einer Ebene nebeneinander liegen. Jede Erfassungsschaltung enthält eine Brückenschaltung, die aus vier Widerständen besteht. Jedes Widerstandselement wird durch Abscheiden eines Dünnfilms aus NiCo in versetzter Form auf einer Trägerschicht gebildet und kann als anisotropes magnetoresistives Element bezeichnet werden.
Der in JP 2003-194598A offenbarte Ausnahmefalldetektor ist so gestaltet, dass, unter der Voraussetzung, dass die Richtung eines Magnetflusses, der durch die erste Erfassungsschaltung geht, und die Richtung eines Magnetflusses, der durch die zweite Erfassungsschaltung geht, dieselben sind, die jeweiligen Ausgangswerte des ersten Sensors und des zweiten Sensors wechselseitig entgegengesetzte Ausgangseigenschaften haben. Die vier Widerstandselemente (anisotropen magnetoresistiven Elemente), die in jeder Erfassungsschaltung enthalten sind, erfordern eine relativ große Grundfläche. Dies führt zu einer relativ großen Differenz in der Position zwischen der ersten Erfassungsschaltung und der zweiten Erfassungsschaltung. Dieser Ausnahmefalldetektor ist für ein System geeignet, in dem Magnetflüsse über einen weiten Bereich in derselben Richtung fließen, so dass der Magnetfluss, der durch die erste Erfassungsschaltung geht, und der Magnetfluss, der durch die zweite Erfassungsschaltung geht, in derselben Richtung verlaufen. Es ist in der Praxis jedoch schwierig, diesen Detektor bei dem obengenannten Magnetsensorsystem anzuwenden, das die Skala und den Magnetsensor enthält. Der Grund dafür ist in der Folge beschrieben.
In dem obengenannten Magnetsensorsystem verursachen kontinuierliche Veränderungen im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor an einem gewissen Punkt im Magnetsensor periodische Veränderungen in der Richtung eines Magnetfeldes. Hierin wird das Ausmaß einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor, die die Richtung des Magnetfeldes an einem gewissen Punkt um eine Periode ändert, als eine Teilung bezeichnet. Der in JP 2003-194598A offenbarte Ausnahmefalldetektor kann bei dem Magnetsensorsystem angewendet werden, so dass der Magnetsensor die erste und zweite Erfassungsschaltung enthält, die in JP 2003-194598A offenbart sind. In diesem Fall wäre die Differenz zwischen den Positionen der ersten und zweiten Erfassungsschaltung im Vergleich zu einer Teilung wesentlich größer. Dies würde eine signifikante Differenz zwischen der Richtung des Magnetflusses, der durch die erste Erfassungsschaltung geht, und der Richtung des Magnetflusses, der durch die zweite Erfassungsschaltung geht, verursachen. Infolgedessen könnten die jeweiligen Ausgangswerte des ersten Sensors und des zweiten Sensors keine wechselseitig entgegengesetzten Ausgangseigenschaften haben. Dies würde wiederum bewirken, dass der gesamte Ausgangswert kein konstanter Wert wäre, selbst wenn weder der erste noch der zweite Sensor einen Ausnahmefall hat, wodurch es unmöglich wäre, das Auftreten eines Ausnahmefalls im ersten oder zweiten Sensor festzustellen.
Zur Lösung dieses Problems wäre es denkbar, den ersten und zweiten Sensor derselben Konfiguration mit einem Abstand von 1/2 Teilung anzuordnen, so dass die Ausgangswerte der ersten und zweiten Sensoren wechselseitig entgegengesetzte Ausgangseigenschaften haben, so dass ein Ausnahmefall im ersten oder zweiten Sensor aus dem gesamten Ausgangswert festgestellt werden kann. In diesem Fall jedoch entsteht folgendes Problem. Im Falle eines Magnetsensorsystems kann sich die Skala abhängig vom System unterscheiden, bei dem das Magnetsensorsystem angewendet wird, und die Größe einer Teilung kann entsprechend variieren. Selbst wenn daher der erste und zweite Sensor in einem Abstand von 1/2 Teilung gemäß einer bestimmten Skala zur Konstruktion eines Magnetsensorsystems angeordnet sind, würde eine Änderung in der Größe einer Teilung, die sich aus einer Veränderung der Skala ergibt, bewirken, dass die Differenz zwischen den Positionen des ersten und zweiten Sensors nicht mehr 1/2 Teilung wäre. Dies würde wiederum bewirken, dass der gesamte Ausgangswert kein konstanter Wert wäre, selbst wenn weder der erste noch der zweite Sensor einen Ausnahmefall hat, wodurch es unmöglich wäre, das Auftreten eines Ausnahmefalls im ersten oder zweiten Sensor festzustellen.
AUFGABE UND KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetsensorsystem mit einer Skala und einem Magnetsensor bereitzustellen, das imstande ist, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor festzustellen.
Ein Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung enthält eine Skala und einen Magnetsensor, die in einem relativen Positionsverhältnis angeordnet sind, das in einer ersten Richtung variabel ist, und ist zum Erfassen einer physikalischen Größe in Zusammenhang mit dem relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor gestaltet. In dem Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung enthält der Magnetsensor eine erste Erfassungsschaltung, die an einer ersten Position angeordnet ist, und eine zweite Erfassungsschaltung, die an einer zweiten Position angeordnet ist. Die erste Erfassungsschaltung gibt ein erstes Erfassungssignal aus, das abhängig von einem ersten Magnetfeld variiert, das an die erste Erfassungsschaltung angelegt wird. Die zweite Erfassungsschaltung gibt ein zweites Erfassungssignal aus, das abhängig von einem zweiten Magnetfeld variiert, das an die zweite Erfassungsschaltung angelegt wird. Sowohl die erste wie auch die zweite Erfassungsschaltung enthält ein magnetoresistives Element. Das magnetoresistive Element enthält: eine in der Magnetisierung fixierte Schicht mit einer Magnetisierung in einer fixierten Richtung; eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, die abhängig von einem angelegten Magnetfeld variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht liegt. Sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld ändert seine Richtung periodisch als Reaktion auf eine Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor. Die erste Position und die zweite Position unterscheiden sich voneinander um 1,25% einer Teilung oder weniger, wobei eine Teilung ein Ausmaß einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor ist, die die Richtung sowohl des ersten wie auch zweiten Magnetfeldes um eine Periode ändert. Das Magnetsensorsystem enthält ferner eine Rechnereinheit, die ein Ausnahmefallfeststellungssignal erzeugt, das das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor durch Berechnung unter Verwendung des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals anzeigt.
Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann das zweite Erfassungssignal eine Phasendifferenz von 175,5° bis 184,5° in Bezug auf das erste Erfassungssignal aufweisen. In diesem Fall kann die Berechnung durch die Rechnereinheit das Ermitteln der Summe des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals enthalten. Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann das zweite Erfassungssignal eine Phasendifferenz von –4,5° bis 4,5° in Bezug auf das erste Erfassungssignal aufweisen. In diesem Fall kann die Berechnung durch die Rechnereinheit das Ermitteln der Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal enthalten.
Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung können die erste Position und die zweite Position in der ersten Richtung dieselbe sein.
Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Skala ein Drehkörper sein, der sich um eine vorgegebene Mittelachse dreht. In diesem Fall ändert die Drehung des Drehkörpers das relative Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor. Die erste Richtung ist die Drehrichtung des Drehkörpers. Die eine Teilung ist in einem Winkel in der Drehrichtung des Drehkörpers angegeben.
Der Drehkörper kann mehrere Paare von N- und S-Polen aufweisen, die abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind. In diesem Fall wird sowohl das erste wie auch zweite Magnetfeld von dem Drehkörper erzeugt und ändert seine Richtung, während sich der Drehkörper dreht. Die eine Teilung ist der Winkel, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse mit Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen des Drehkörpers verbinden.
Der Drehkörper kann ein Zahnrad mit Zähnen sein, die aus einem magnetischen Material gebildet sind. Das Magnetsensorsystem kann ferner einen Magneten mit einem fixierten Positionsverhältnis mit dem Magnetsensor enthalten. In diesem Fall werden sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld durch den Magneten erzeugt und ändern ihre Richtung, während sich das Zahnrad dreht. Die eine Teilung ist der Winkel, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse mit Mittelpunkten von zwei benachbarten Zähnen verbinden.
Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Skala mehrere Paare von N- und S-Polen haben, die abwechselnd in einer linearen Form angeordnet sind. In diesem Fall ist die erste Richtung die Richtung, in die die N- und S-Pole der Skala angeordnet sind. Sowohl das erste wie auch zweite Magnetfeld werden durch die Skala erzeugt. Die eine Teilung ist der Abstand zwischen Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen der Skala.
Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die nicht-magnetische Schicht des magnetoresistiven Elements eine Tunnelsperrschicht sein.
Im Magnetsensorsystem der vorliegenden Erfindung enthält sowohl die erste wie auch zweite Erfassungsschaltung ein sogenanntes magnetoresistives Spinventilelement, das heißt, ein magnetoresistives Element, das eine in der Magnetisierung fixierte Schicht, eine freie Schicht und eine nicht-magnetische Schicht enthält. Das magnetoresistive Spinventilelement ermöglicht eine signifikante Verringerung der Grundfläche im Vergleich zu dem anisotropen magnetoresistiven Element. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine derartige Anordnung der ersten und zweiten Erfassungsschaltung, dass die Differenz zwischen der ersten Position und der zweiten Position 1,25% einer Teilung oder weniger ist, solange die Größe einer Teilung in einen praktischen Bereich fällt. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass, für das Magnetsensorsystem mit der Skala und dem Magnetsensor, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal festgestellt werden kann, das durch Berechnung unter Verwendung des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals erzeugt wird.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung vollständiger erscheinen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Konfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine Seitenansicht, die eine Skala und erste und zweite Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die die erste und zweite Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist eine Seitenansicht eines MR-Elements, das in 4 dargestellt ist.
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel der Schaltungskonfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel der Schaltungskonfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das das erste und zweite Erfassungssignal der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Ausnahmefallfeststellungssignal unter normalen Bedingungen in der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel des Ausnahmefallfeststellungssignals unter abnormalen Bedingungen in der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist eine Seitenansicht, die eine Skala und eine erste und zweite Erfassungseinheit eines Magnetsensorsystems eines Vergleichsbeispiels zeigt.
12 ist ein Schaltungsdiagramm, das die erste und zweite Erfassungseinheit des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels zeigt.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel eines Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen und jenes unter abnormalen Bedingungen des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels zeigt.
14 ist eine Seitenansicht, die eine Ersatzskala und die erste und zweite Erfassungseinheit des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels zeigt.
15 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel des Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen und jenes unter abnormalen Bedingungen zeigt, wenn die Ersatzskala im Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels verwendet wird.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
17 ist ein erklärendes Diagramm, das den Betrieb des Magnetsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Schaltungskonfiguration eines Magnetsensorsystems einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
20 ist eine Seitenansicht, die eine Skala und eine erste und zweite Erfassungsschaltung der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
21 ist eine Draufsicht, die die erste und zweite Erfassungsschaltung der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
22 sind Kennlinien, die das Verhältnis zwischen der Differenz zwischen der ersten und zweiten Position und der Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals in Bezug auf das erste Erfassungssignal in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
23 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel eines Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen und jenes unter abnormalen Bedingungen in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
24 sind Kennlinien, die das Verhältnis zwischen dem Minimalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen und des Maximalwertes des Ausnahmefallfeststellungssignals unter abnormalen Bedingungen in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
25 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
26 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird auf 1 bis 3 Bezug genommen, um die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Konfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 3 ist eine Seitenansicht, die eine Skala und eine erste und zweite Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 bis 3 dargestellt, enthält das Magnetsensorsystem gemäß der ersten Ausführungsform eine Skala 1 und einen Magnetsensor 2, die in einem relativen Positionsverhältnis angeordnet sind, das in einer ersten Richtung D1 variabel ist, und ist zum Erfassen einer physikalischen Größe in Zusammenhang mit dem relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2 gestaltet.
Die Skala 1 der ersten Ausführungsform ist ein Drehkörper, der sich um eine vorgegebene Mittelachse C als Reaktion auf die Bewegung eines sich drehenden Objekts (nicht dargestellt) dreht. Die Drehung des Drehkörpers verändert das relative Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2. Die erste Richtung D1 ist die Richtung der Drehung des Drehkörpers. Das Magnetsensorsystem erfasst zum Beispiel die Drehposition und/oder die Drehzahl des Drehkörpers als die physikalische Größe.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist der Drehkörper der ersten Ausführungsform ein mehrpolig magnetisierter Magnet 5 mit mehreren Paaren von N- und S-Polen, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. In dem Beispiel, das in 1 und 2 dargestellt ist, hat der Magnet 5 12 Paare von N- und S-Polen. Der Magnetsensor 2 ist so angeordnet, dass er der äußeren Umfangsfläche des Magneten 5 zugewandt ist.
Es wird nun die Definition von Richtungen in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Zunächst ist die Richtung parallel zur Mittelachse C, die in 1 dargestellt ist, und von unten nach oben in 1 verläuft, als die Z-Richtung definiert. In 2 ist die Z-Richtung als die Richtung außerhalb der Ebene von 2 dargestellt. Dann sind zwei Richtungen, die senkrecht zur Z-Richtung und orthogonal zueinander liegen, als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. In 2 ist die X-Richtung als die Richtung nach rechts dargestellt und die Y-Richtung ist als die Richtung nach oben dargestellt. Ferner ist die Richtung entgegengesetzt zur X-Richtung als die –X-Richtung definiert und die Richtung entgegengesetzt zur Y-Richtung ist als die –Y-Richtung definiert.
Der Magnetsensor 2 enthält eine erste Erfassungsschaltung 10 und eine zweite Erfassungsschaltung 20. Für ein besseres Verständnis sind in 1 und 2 die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 im Vergleich zu jenen in 3 größer dargestellt. Obwohl die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 in 1 als separate Komponenten dargestellt sind, können sie ferner zu einer einzigen Komponente integriert sein. Obwohl die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 in 1 und 3 in der vertikalen Richtung angeordnet sind, kann ferner die Reihenfolge der Anordnung hinsichtlich jener, die in 1 und 3 dargestellt ist, umgekehrt sein.
Die erste Erfassungsschaltung 10 ist an einer ersten Position P1 angeordnet, erfasst ein erstes Magnetfeld MF1, das an die erste Erfassungsschaltung 10 angelegt wird, und gibt ein erstes Erfassungssignal S1 aus, das abhängig vom ersten Magnetfeld MF1 variiert. Die zweite Erfassungsschaltung 20 ist an einer zweiten Position P2 angeordnet, erfasst ein zweites Magnetfeld MF2, das an die zweite Erfassungsschaltung 20 angelegt wird, und gibt ein zweites Erfassungssignal S2 aus, das abhängig vom zweiten Magnetfeld MF2 variiert. In 1 bis 3 ist die erste Position P1 als die Position des Mittelpunkts der ersten Erfassungsschaltung 10 dargestellt, während die zweite Position P2 als die Position des Mittelpunkts der zweiten Erfassungsschaltung 20 dargestellt ist.
In der ersten Ausführungsform, wie in 2 und 3 dargestellt, sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 dieselben. Folglich verlaufen das erste Magnetfeld MF1 und das zweite
Magnetfeld MF2 im Wesentlichen in dieselbe Richtung. In dem in 2 und 3 dargestellten Beispiel, sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der X und Y-Richtung dieselbe und unterscheiden sich in der Z-Richtung.
Sowohl das erste Magnetfeld MF1 wie auch das zweite Magnetfeld MF2 ändert seine Richtung periodisch als Reaktion auf eine Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2. In der ersten Ausführungsform wird sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld MF1 und MF2 vom Magneten 5 erzeugt und ändert seine Richtung, während sich der Drehkörper oder der Magnet 5 dreht. In 2 gibt der hohle Pfeil, der mit MF1, MF2 bezeichnet ist, die Richtung des ersten und zweiten Magnetfeldes MF1 und MF2 an, wenn das relative Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2 wie in 2 dargestellt ist. Die gestrichelten Pfeile zeigen Veränderungen in der Richtung des ersten und zweiten Magnetfeldes MF1 und MF2 an, wenn sich der Magnet 5 aus der in 2 dargestellten Position dreht. Die Richtung des ersten Magnetfeldes MF1 dreht sich um die erste Position P1 in der XY-Ebene. Die Richtung des zweiten Magnetfeldes MF2 dreht sich um die zweite Position P2 in der XY-Ebene.
Hierin ist das Ausmaß einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2, die die Richtung sowohl des ersten Magnetfeldes MF1 wie auch des zweiten Magnetfeldes MF2 um eine Periode verändert, als eine Teilung definiert. In der ersten Ausführungsform ist eine Teilung als ein Winkel in der Drehrichtung des Drehkörpers oder des Magneten 5 angegeben. Insbesondere ist eine Teilung der Winkel, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse C mit den Mittelpunkten zweier nebeneinander liegender N-Pole des Magneten 5 verbinden. In 1 und 2 sind die obengenannten zwei geraden Linien als gestrichelte Linien dargestellt und der Winkel, der durch die zwei geraden Linien gebildet wird, ist mit dem Symbol α bezeichnet. In dem Beispiel, das in 1 und 2 dargestellt ist, ist der Winkel α 30°. In diesem Beispiel bewirkt eine Drehung des Magneten 5, dass sich die Richtung sowohl des ersten Magnetfeldes MF1 wie auch des zweiten Magnetfeldes MF2 12 Mal dreht, das heißt, sich um 12 Perioden ändert. Eine Periode des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2, d.h., ein elektrischer Winkel von 360°, entspricht einer 1/12 Drehung des Magneten 5, d.h., einem 30-Grad Winkel einer Drehung des Magneten 5.
In der ersten Ausführungsform ist die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 in der ersten Richtung D1, die in der Folge als Positionsdifferenz bezeichnet wird, durch einen Winkel in der Drehrichtung des Drehkörpers oder des Magneten 5 definiert, wobei der Winkel durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse C mit der ersten und zweiten Position P1 und P2 verbinden. Wie später in Bezug auf eine andere Ausführungsform beschrieben wird, ist notwendig, dass die Positionsdifferenz 1,25% einer Teilung oder weniger ist. Da in dem Beispiel, das in 1 und 2 dargestellt ist, eine Teilung oder der Winkel α 30° ist, muss die Positionsdifferenz 0,375° oder weniger sein. Da in der ersten Ausführungsform, die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 dieselben sind, ist die Positionsdifferenz 0° und erfüllt somit die oben beschriebene Anforderung. Unter Berücksichtigung der Produktionsgenauigkeit des Magnetsensorsystems und anderer Faktoren können die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 in einem solchen Ausmaß leicht unterschiedlich sein, dass die Positionsdifferenz 1,25% einer Teilung oder weniger ist.
Die erste Erfassungsschaltung 10 und die zweite Erfassungsschaltung 20 enthalten jeweils magnetoresistive (MR) Elemente. Wie später ausführlich beschrieben wird, sind alle MR-Elemente, die in der ersten und zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 der ersten Ausführungsform enthalten sind, MR-Spinventilelemente. Jedes der MR-Elemente enthält eine in der Magnetisierung fixierte Schicht mit einer Magnetisierung in einer fixierten Richtung, eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, die abhängig von einem angelegten Magnetfeld variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht liegt. Die erste Erfassungsschaltung 10 ist so angeordnet, dass die Ebene der Schichten, die jedes der MR-Elemente bilden, senkrecht zu einer geraden Linie verläuft, die die erste Position P1 und die Mittelachse C verbindet. Die zweite Erfassungsschaltung 20 ist so angeordnet, dass die Ebene der Schichten, die jedes der MR-Elemente bilden, senkrecht zu einer geraden Linie verläuft, die die zweite Position P2 und die Mittelachse C verbindet. In der ersten Ausführungsform liegt die Ebene der Schichten, die jedes der MR-Elemente der zweiten Erfassungsschaltung 20 bilden, parallel zur Ebene der Schichten, die jedes der MR-Elemente der ersten Erfassungsschaltung 10 bilden.
Ein anisotropes magnetoresistives Element besteht aus einem länglichen leitenden Pfad eines magnetischen Materials und erfordert daher eine relativ große Grundfläche. Im Gegensatz dazu enthält ein MR-Spinventilelement mehrere gestapelte Schichten und kann mit Strom in eine Richtung senkrecht zur Ebene dieser Schichten versorgt werden, wodurch eine signifikante Verringerung der Grundfläche im Vergleich zum anisotropen magnetoresistiven Element möglich ist. Ferner ist das Spinventil-MR-Element, wenn auch von geringer Größe, für Magnetfelder äußerst empfindlich. Somit ermöglicht die erste Ausführungsform, die erste Erfassungsschaltung 10 und die zweite Erfassungsschaltung 20 ausreichend nahe zueinander zu bringen, so dass die obengenannte Anforderung erfüllt ist.
Das Magnetsensorsystem enthält ferner eine Rechnereinheit 30 zum Erzeugen eines Ausnahmefallfeststellungssignals, das das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 durch Berechnung unter Verwendung des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2 anzeigt. Die Rechnereinheit 30 wird später ausführlich beschrieben.
Die Konfigurationen der ersten und zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist eine Draufsicht, die die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 zeigt. Die erste Erfassungsschaltung 10 enthält MR-Elementgruppen R11 und R12, die in Serie verbunden sind, einen Leistungsversorgungsanschluss V1, einen Masseanschluss G1 und einen Ausgangsanschluss E1. Jede der MR-Elementgruppen R11 und R12 enthält mehrere in Serie verbundene MR-Elemente 50. Ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R11 ist an den Leistungsversorgungsanschluss V1 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R11 ist an ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R12 und den Ausgangsanschluss E1 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R12 ist an den Masseanschluss G1 angeschlossen. Eine Leistungsversorgungsspannung einer vorbestimmten Größe wird an den Leistungsversorgungsanschluss V1 angelegt. Der Masseanschluss G1 ist geerdet. Der Ausgangsanschluss E1 gibt das erste Erfassungssignal S1 aus.
Die zweite Erfassungsschaltung 20 hat eine ähnliche Konfiguration wie die erste Erfassungsschaltung 10. Insbesondere enthält die zweite Erfassungsschaltung 20 MR-Elementgruppen R21 und R22, die in Serie verbunden sind, einen Leistungsversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2 und einen Ausgangsanschluss E2. Jede der MR-Elementgruppen R21 und R22 enthält mehrere in Serie verbundene MR-Elemente 50. Ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R21 ist an den Leistungsversorgungsanschluss V2 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R21 ist an ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R22 und den Ausgangsanschluss E2 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R22 ist an den Masseanschluss G2 angeschlossen. Eine Leistungsversorgungsspannung einer vorbestimmten Größe wird an den Leistungsversorgungsanschluss V2 angelegt. Der Masseanschluss G2 ist geerdet. Der Ausgangsanschluss E2 gibt das zweite Erfassungssignal S2 aus.
Wie in 4 dargestellt ist, sind die MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 in Z-Richtung ausgerichtet. Die Anordnung der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 ist jedoch nicht auf das Beispiel beschränkt, das in 4 dargestellt ist.
In der ersten Ausführungsform sind die MR-Elemente 50 MR-Spinventilelemente, die jeweils eine in der Magnetisierung fixierte Schicht, eine freie Schicht und eine nicht-magnetische Schicht enthalten. Die MR-Elemente 50 können TMR-Elemente oder GMR-Elemente sein. Wenn die MR-Elemente 50 TMR-Elemente sind, ist die nicht-magnetische Schicht eine Tunnelsperrschicht. Wenn die MR-Elemente 50 GMR-Elemente sind, ist die nicht-magnetische Schicht eine nicht-magnetische leitende Schicht. In jedem MR-Element 50 variiert die Magnetisierung der freien Schicht abhängig vom Magnetfeld, das an die freie Schicht angelegt wird. Insbesondere variieren die Richtung und Größe der Magnetisierung der freien Schicht abhängig von der Richtung und der Größe des Magnetfeldes, das an die freie Schicht angelegt wird. Jedes MR-Element 50 variiert im Widerstand abhängig von der Richtung und der Größe der Magnetisierung der freien Schicht. Wenn zum Beispiel die freie Schicht eine Magnetisierung konstanter Größe hat, erreicht der Widerstand des MR-Elements den Minimalwert, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht dieselbe wie jene der in der Magnetisierung fixierten Schicht ist, und erreicht den Maximalwert, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht jener der in der Magnetisierung fixierten Schicht entgegengesetzt ist. In 4 gibt der Pfeil, der in jedem MR-Element 50 gezeichnet ist, die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements 50 an.
In der ersten Erfassungsschaltung 10 sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren MR-Elemente 50, die in der MR-Elementgruppe R11 enthalten sind, in der X-Richtung magnetisiert, und die in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren MR-Elemente 50, die in der MR-Elementgruppe R12 enthalten sind, sind in der –X-Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert das Potential am Ausgangsanschluss E1 abhängig von der Stärke einer Komponente des ersten Magnetfeldes MF1 in einer Richtung parallel zu den X- und –X-Richtungen. Die erste Erfassungsschaltung 10 erfasst somit die Stärke der Komponente des ersten Magnetfeldes MF1 in der Richtung parallel zu den X und –X-Richtungen und gibt das erste Erfassungssignal S1 aus, das die Stärke anzeigt.
In der zweiten Erfassungsschaltung 20 sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren MR-Elemente 50, die in der MR-Elementgruppe R21 enthalten sind, in der –X-Richtung magnetisiert und die in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren MR-Elemente 50, die in der MR-Elementgruppe R22 enthalten sind, sind in der X-Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert das Potential am Ausgangsanschluss E2 abhängig von der Stärke einer Komponente des zweiten Magnetfeldes MF2 in der Richtung parallel zu den X- und –X-Richtungen. Die zweite Erfassungsschaltung 20 erfasst somit die Stärke der Komponente des zweiten Magnetfeldes MF2 in der Richtung parallel zu den X- und –X-Richtungen und gibt das zweite Erfassungssignal S2 aus, das die Stärke angibt.
Die MR-Elementgruppen R11 und R21 sind in der Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren, darin enthaltenen MR-Elemente 50 einander entgegen gesetzt. Die MR-Elementgruppen R12 und R22 sind einander in der Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren, darin enthaltenen MR-Elemente 50 entgegengesetzt. Folglich weist das zweite Erfassungssignal S2 eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 auf.
In Hinblick auf die Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente 50 und andere Faktoren können die in der Magnetisierung fixierten Schichten der mehreren MR-Elemente 50 in den Erfassungsschaltungen 10 und 20 in Richtungen magnetisiert sein, die sich leicht von den zuvor beschriebenen Richtungen unterscheiden.
Jede der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 enthält ferner mehrere untere Elektroden und mehrere obere Elektroden, nicht dargestellt, für einen elektrischen Anschluss der mehreren MR-Elemente 50. In jeder der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 sind die mehreren unteren Elektroden mit Abstand zwischen jeweils benachbarten auf einer Trägerschicht (nicht dargestellt) so angeordnet, dass sie insgesamt eine Mäanderform aufweisen. Jede untere Elektrode ist in eine Richtung länglich geformt. An der oberen Oberfläche jeder unteren Elektrode sind zwei MR-Elemente 50 in der Nähe von gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung angeordnet. Die mehreren oberen Elektroden sind auf den mehreren MR-Elementen 50 angeordnet. Jede obere Elektrode ist in eine Richtung länglich geformt und verbindet zwei nebeneinander liegende MR-Elemente 50 elektrisch, die auf zwei unteren Elektroden nebeneinander liegend in der Längsrichtung der unteren Elektroden angeordnet sind. Durch eine solche Konfiguration werden die mehreren MR-Elemente 50 in jeder der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 in Serie durch die mehreren unteren und oberen Elektroden verbunden.
Ein Beispiel der Konfiguration jedes MR-Elements 50 wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt ein MR-Element 50 von 4. Das in 5 dargestellte MR-Element 50 enthält eine Unterlage 51, eine antiferromagnetische Schicht 52, eine in der Magnetisierung fixierte Schicht 53, eine nicht-magnetische Schicht 54, eine freie Schicht 55 und eine Schutzschicht 56, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die Unterlage 51 der unteren Elektrode am nächsten liegt. Die Unterlage 51 und die Schutzschicht 56 sind leitend. Die Unterlage 51 ist zum Eliminieren der Wirkungen der Kristallachse der Trägerschicht (nicht dargestellt) und zum Verbessern der Kristallinität und Orientierbarkeit jeder Schicht bereitgestellt, die auf der Unterlage 51 gebildet ist. Die Unterlage 51 kann zum Beispiel aus Ta oder Ru gebildet sein. Die antiferromagnetische Schicht 52 dient zum Fixieren der Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 durch Austauschkopplung mit der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53. Die antiferromagnetische Schicht 52 ist aus einem antiferromagnetischen Material wie IrMn oder PtMn gebildet.
Die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 wird durch Austauschkopplung zwischen der antiferromagnetischen Schicht 52 und der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 an der Grenzfläche dazwischen fixiert. In dem in 5 dargestellten Beispiel enthält die in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 eine Außenschicht 531, eine nicht-magnetische Zwischenschicht 532 und eine Innenschicht 533, die in dieser Reihenfolge auf der antiferromagnetischen Schicht 52 gestapelt sind, und ist somit als eine sogenannte synthetische fixierte Schicht gebildet. Die Außenschicht 531 und die Innenschicht 533 sind jeweils aus einem weichen magnetischen Material wie CoFe, CoFeB oder CoNiFe gebildet. Die Magnetisierungsrichtung der Außenschicht 531 ist durch Austauschkopplung zwischen der Außenschicht 531 und der antiferromagnetischen Schicht 52 fixiert. Die Außenschicht 531 und die Innenschicht 533 sind antiferromagnetisch aneinander gekoppelt, und ihre Magnetisierungen sind somit in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen fixiert. Die nicht-magnetische Zwischenschicht 532 löst eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen der Außenschicht 531 und der Innenschicht 533 aus, so dass die Magnetisierungen der Außenschicht 531 und der Innenschicht 533 in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen fixiert sind. Die nicht-magnetische Zwischenschicht 532 ist aus einem nicht magnetischen Material wie Ru gebildet. Wenn die in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 die Außenschicht 531, die nicht-magnetische Zwischenschicht 532 und die Innenschicht 533 enthält, bezieht sich die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 auf jene der Innenschicht 533.
Wenn das MR-Element 50 ein TMR-Element ist, ist die nicht-magnetische Schicht 54 eine Tunnelsperrschicht. Die Tunnelsperrschicht kann durch Oxidieren eines Teils oder der Gesamtheit einer Magnesiumschicht gebildet werden. Wenn das MR-Element 50 ein GMR-Element ist, ist die nicht-magnetische Schicht 54 eine nicht-magnetische leitende Schicht. Die freie Schicht 55 ist zum Beispiel aus einem weichen magnetischen Material wie CoFe, CoFeB, NiFe oder CoNiFe gebildet. Die Schutzschicht 56 ist zum Schutz der darunter liegenden Schichten vorgesehen. Die Schutzschicht 56 kann zum Beispiel aus Ta, Ru, W oder Ti gebildet sein.
Die Unterlage 51 ist an die untere Elektrode angeschlossen und die Schutzschicht 56 ist an die obere Elektrode angeschlossen. Das MR-Element 50 ist so gestaltet, dass es mit Strom durch die untere Elektrode und die obere Elektrode versorgt wird. Der Strom wird in eine Richtung geleitet, die die Ebene der Schichten schneidet, die das MR-Element 50 bilden, wie die Richtung senkrecht zur Ebene der Schichten, die das MR-Element 50 bilden.
Es wird nun auf 6 und 7 Bezug genommen, um die Schaltungskonfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform und der Rechnereinheit 30 zu beschreiben. 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel der Schaltungskonfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel der Schaltungskonfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
In dem ersten Beispiel, das in 6 dargestellt ist, enthält die Rechnereinheit 30 zwei Rechnerschaltkreise 31 und 32, einen Fensterkomparator (in der Folge einfach als Komparator bezeichnet) 33, einen Analog/Digital-Wandler (in der Folge als A/D-Wandler bezeichnet) 34, und eine Datenverarbeitungsschaltung 35. Der Rechnerschaltkreis 31 hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Die zwei Eingänge des Rechnerschaltkreises 31 sind an den Ausgangsanschluss E1 der ersten Erfassungsschaltung 10 bzw. den Ausgangsanschluss E2 der zweiten Erfassungsschaltung 20 angeschlossen. Der Rechnerschaltkreis 31 erzeugt ein Ausnahmefallfeststellungssignal Sa, das das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 anzeigt, durch Berechnung unter Verwendung des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2. Die Berechnung zur Erzeugung des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa kann das Ermitteln der Summe des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2 enthalten.
Der Rechnerschaltkreis 32 hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Die zwei Eingänge des Rechnerschaltkreises 32 sind an den Ausgangsanschluss E1 der ersten Erfassungsschaltung 10 bzw. den Ausgangsanschluss E2 der zweiten Erfassungsschaltung 20 angeschlossen. Der Rechnerschaltkreis 32 erzeugt durch Berechnung unter Verwendung des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2, ein drittes Erfassungssignal Sb entsprechend dem relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2.
Der Komparator 33 hat einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang des Komparators 33 ist an den Ausgang des Rechnerschaltkreises 31 angeschlossen. Der Komparator 33 gibt ein Signal aus, das anzeigt, ob das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa in einen vorbestimmten Bereich fällt. Wenn das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa in den vorbestimmten Bereich fällt, wird festgestellt, dass der Magnetsensor 2 normal ist. Wenn das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, wird festgestellt, dass der Magnetsensor 2 einen Ausnahmefall aufweist.
Der A/D-Wandler 34 hat einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang des A/D-Wandlers 34 ist an den Ausgang des Rechnerschaltkreises 32 angeschlossen. Der A/D-Wandler 34 wandelt das dritte Erfassungssignal Sb in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal aus.
Die Datenverarbeitungsschaltung 35 hat zwei Eingänge. Die zwei Eingänge der Datenverarbeitungsschaltung 35 sind an den Ausgang des Komparators 33 bzw. an den Ausgang des A/D-Wandlers 34 angeschlossen. Die Datenverarbeitungsschaltung 35 meldet einen Ausnahmefall im Magnetsensor 2 auf der Basis des Ausgangssignals vom Komparator 33 und stellt durch Berechnung unter Verwendung des dritten Erfassungssignals Sb das Ausmaß und/oder die Geschwindigkeit einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2 fest, das heißt, die Drehposition und/oder die Drehzahl des Drehkörpers oder des Magneten 5. Die Datenverarbeitungsschaltung 35 kann zum Beispiel durch einen Mikrocomputer ausgeführt werden.
Im zweiten Beispiel, das in 7 dargestellt ist, enthält die Rechnereinheit 30 einen A/D-Wandler 36 anstelle des Komparators 33. Der A/D-Wandler 36 hat einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang des A/D-Wandlers 36 ist an den Ausgang des Rechnerschaltkreises 31 angeschlossen. Der Ausgang des A/D-Wandlers 36 ist an einen der zwei Eingänge der Datenverarbeitungsschaltung 35 angeschlossen. Der A/D-Wandler 36 wandelt das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal aus. Die Datenverarbeitungsschaltung 35 stellt durch Verwendung des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa, das in das digitale Signal umgewandelt ist, fest, ob der Magnetsensor 2 einen Ausnahmefall aufweist.
Es werden nun die ersten bis dritten Erfassungssignale S1, S2 und Sb unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist ein Wellenformdiagramm, das das erste und zweite Erfassungssignal S1 und S2 zeigt. In 8 stellt die horizontale Achse den elektrischen Winkel des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2 dar, während die vertikale Achse das Potential des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2 darstellt.
In der ersten Ausführungsform weist das zweite Erfassungssignal S2, wie zuvor erwähnt, eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 auf. In der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 nicht auf 180° begrenzt. Wie später in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben ist, kann das zweite Erfassungssignal S2
eine Phasendifferenz im Bereich von 175,5° bis 184,5° oder im Bereich von –4,5° bis 4,5° in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 aufweisen. Der Rechnerschaltkreis 32 erzeugt als das dritte Erfassungssignal Sb die Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2, das heißt, S1 minus S2, plus einer Offsetspannung einer vorbestimmten Größe. Die Offsetspannung soll den mittleren Wert des dritten Erfassungssignals Sb dem mittleren Wert des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2 gleichsetzen. In dem in 8 dargestellten Beispiel haben sowohl das erste wie auch zweite Erfassungssignal S1 und S2 ein zentrales Niveau von 2500 mV. In diesem Fall ist die Offsetspannung 2500 mV.
In der ersten Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, das dritte Erfassungssignal Sb durch eine Berechnung erzeugt, die das Ermitteln der Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2 enthält. Dies ermöglicht die Erzeugung des dritten Erfassungssignals Sb mit verringertem Rauschen, wenn Geräusche derselben Phase auf dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2 überlagert sind.
Es wird nun auf 9 und 10 Bezug genommen, um das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa und die Wirkungen des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform zu beschreiben. 9 ist ein Wellenformdiagramm, das das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa unter normalen Bedingungen zeigt. 10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa unter abnormalen Bedingungen zeigt. In 9 und 10 stellt die horizontale Achse den elektrischen Winkel des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2 dar, während die vertikale Achse das Potential des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa darstellt.
Der Rechnerschaltkreis 31 erzeugt zum Beispiel die Summe des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2 dividiert durch 2 als das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa. Der mittlere Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa ist gleich dem zentralen Niveau der ersten bis dritten Erfassungssignale S1, S2 und Sb.
Wenn der Magnetsensor 2 keinen Ausnahmefall hat, das heißt, wenn der Magnetsensor 2 unter normalen Bedingungen ist, hat das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa einen konstanten Wert, da die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 180° ist. In dem Beispiel, das in 9 dargestellt ist, ist der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa 2500 mV.
Wenn andererseits ein Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 eintritt, unterscheiden sich das erste Erfassungssignal S1 oder das zweite Erfassungssignal S2 von jenem unter normalen Bedingungen. Dies bewirkt, dass das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa keinen konstanten Wert hat. Ein Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 kann vorwiegend durch einen Kurzschluss in einem MR-Element 50 verursacht werden, wenn das MR-Element 50 ein TMR-Element ist, oder durch eine Unterbrechung in einer der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22. Insbesondere bezieht sich ein Kurzschluss in einem MR-Element 50 auf jenen, der zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 und der freien Schicht 55 in einem TMR-Element auftritt. Unabhängig von der Ursache unterscheidet sich der Widerstandswert einer der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 von jenem unter normalen Bedingungen und folglich unterscheidet sich das erste Erfassungssignal S1 oder das zweite Erfassungssignal S2 von jenem unter normalen Bedingungen. Nun wird das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa unter abnormalen Bedingungen beschrieben, wobei insbesondere der Fall als Beispiel genommen wird, wo ein Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 durch einen Kurzschluss in einem MR-Element 50 verursacht wird.
10 zeigt ein Beispiel, in dem jede der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22, die in 4 dargestellt sind, zwanzig MR-Elemente 50 enthält, und eines der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R21 kurzgeschlossen wird, um einen Ausnahmefall in der zweiten Erfassungsschaltung 20 zu verursachen. In dem in 10 dargestellten Fall ändert sich der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa periodisch phasengleich mit dem ersten Erfassungssignal S1 und das der mittlere Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa wird größer als jenes unter normalen Bedingungen, wie in 9 dargestellt. Wenn zwei oder mehr der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R21 kurzgeschlossen werden, hat das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa eine größere Amplitude im Vergleich zu dem in 10 dargestellten Beispiel.
Wenn eines oder mehrere der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R11 kurzgeschlossen werden, um einen Ausnahmefall in der ersten Erfassungsschaltung 10 zu verursachen, verändert sich der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa periodisch phasengleich mit dem zweiten Erfassungssignal S2 und der mittlere Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa wird größer als jenes unter normalen Bedingungen, wie in 9 dargestellt.
Wenn eines oder mehrere der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R12 kurzgeschlossen werden, um einen Ausnahmefall in der ersten Erfassungsschaltung 10 zu verursachen, verändert sich der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa periodisch phasengleich mit dem zweiten Erfassungssignal S2 und der mittlere Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa wird kleiner als jenes unter normalen Bedingungen, wie in 9 dargestellt.
Wenn eines oder mehrere der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R22 kurzgeschlossen werden, um einen Ausnahmefall in der zweiten Erfassungsschaltung 20 zu verursachen, verändert sich der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa periodisch phasengleich mit dem ersten Erfassungssignal S1 und der mittlere Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa wird kleiner als jenes unter normalen Bedingungen, wie in 9 dargestellt.
Die erste Ausführungsform verwendet die oben beschriebenen Merkmale des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa zur Feststellung des Auftretens eines Ausnahmefalls in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20, wodurch ein Ausnahmefall im Magnetsensor 2 festgestellt werden kann. Insbesondere kann das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 zum Beispiel durch Erstellen eines oberen Grenzwertes und eines unteren Grenzwertes für den Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa festgestellt werden, innerhalb welcher festgestellt werden kann, dass weder die erste noch die zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 einen Ausnahmefall hat, sowie durch Überwachen, ob der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa in den Bereich fällt, der durch den oberen und unteren Grenzwert festgelegt ist. Eine solche Feststellung erfolgt durch den Komparator 33 im ersten Beispiel, das in 6 dargestellt ist, und durch die Datenverarbeitungsschaltung 35 im zweiten Beispiel, das in 7 dargestellt ist.
Es werden nun die Auswirkungen der ersten Ausführungsform ausführlicher im Vergleich zu einem Magnetsensorsystem eines Vergleichsbeispiels beschrieben. Zunächst wird die Konfiguration des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben. 11 ist eine Seitenansicht, die eine Skala und eine erste und zweite Erfassungseinheit des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels zeigt. 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das die erste und zweite Erfassungseinheit des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels zeigt. Die 11 und 12 zeigen ein Beispiel, in dem das Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels dieselbe Skala 1 wie jene der ersten Ausführungsform verwendet, das heißt, den Magneten 5.
Das Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels enthält einen Magnetsensor 102 anstelle des Magnetsensors 2 der ersten Ausführungsform. Der Magnetsensor 102 ist so angeordnet, dass er der äußeren Umfangsfläche des Magneten 5 zugeordnet ist. Der Magnetsensor 102 enthält eine erste Erfassungseinheit 110, die an einer ersten Position P101 angeordnet ist, und eine zweite Erfassungseinheit 120, die an einer zweiten Position P102 angeordnet ist. Im Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels sind die erste Position P101 und die zweite Position P102 in der ersten Richtung D1 unterschiedlich. In dem Beispiel, das in 11 dargestellt ist, sind die erste Position P101 und die zweite Position P102 in der X-Richtung unterschiedlich und in der Z-Richtung dieselben. Obwohl nicht dargestellt, sind die erste Position P101 und die zweite Position P102 in der Y-Richtung dieselben. Die Differenz zwischen der ersten Position P101 und der zweiten Position P102 in der ersten Richtung D1, das heißt, die Positionsdifferenz da, ist gleich 1/2 des Winkels α, der eine Teilung des Magneten 5 darstellt, das heißt, gleich 1/2 Teilung des Magneten 5. Ein erstes Magnetfeld MF101 wird an die erste Erfassungseinheit 110 angelegt und ein zweites Magnetfeld MF102 wird an die zweite Erfassungseinheit 120 angelegt. In 12 geben die zwei hohlen Pfeile, die mit MF101 und MF102 bezeichnet sind, die Richtungen der Magnetfelder MF101 bzw. MF102 an, wenn sie sich in dem Zustand befinden, der in 11 dargestellt ist. Wie in 12 dargestellt, sind die Richtung des ersten Magnetfeldes MF101 und die Richtung des zweiten Magnetfeldes MF102 einander entgegengesetzt.
Sowohl die erste Erfassungseinheit 110 wie auch die zweite Erfassungseinheit 120 enthalten mehrere MR-Elemente 50. Die MR-Elemente 50 sind auf dieselbe Weise wie jene des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform gestaltet. Die erste Erfassungseinheit 110 ist so angeordnet, dass die Ebene der Schichten, die jedes der MR-Elemente 50 bilden, senkrecht zu einer geraden Linie verläuft, die die erste Position P101 und die Mittelachse C verbindet (siehe 1 und 2). Ebenso ist die zweite Erfassungseinheit 120 so angeordnet, dass die Ebene der Schichten, die jedes der MR-Elemente 50 bilden, senkrecht zu einer geraden Linie verläuft, die die zweite Position P102 und die Mittelachse C verbindet.
Die erste Erfassungseinheit 110 enthält MR-Elementgruppen R111 und R112, einen Leistungsversorgungsanschluss V101, einen Masseanschluss G101 und einen Ausgangsanschluss E101. Die zweite Erfassungseinheit 120 enthält MR-Elementgruppen R121 und R122, einen Leistungsversorgungsanschluss V102, einen Masseanschluss G102 und einen Ausgangsanschluss E102. Ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R111 ist an den Leistungsversorgungsanschluss V101 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R111 ist an ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R122 und den Ausgangsanschluss E101 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R122 ist an den Masseanschluss G102 angeschlossen. Eine Leistungsversorgungsspannung einer vorbestimmten Größe wird an den Leistungsversorgungsanschluss V101 angelegt. Der Masseanschluss G102 ist geerdet. Ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R121 ist an den Leistungsversorgungsanschluss V102 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R121 ist an ein erstes Ende der MR-Elementgruppe R112 und den Ausgangsanschluss E102 angeschlossen. Ein zweites Ende der MR-Elementgruppe R112 ist an den Masseanschluss G101 angeschlossen. Eine Leistungsversorgungsspannung einer vorbestimmten Größe wird an den Leistungsversorgungsanschluss V102 angelegt. Der Masseanschluss G101 ist geerdet.
Jede der MR-Elementgruppen R111, R112, R121 und R122 enthält mehrere MR-Elemente 50, die in Serie verbunden sind. In 12 geben die vollen Pfeile die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der MR-Elemente 50 an. Wie in 12 dargestellt, sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der MR-Elemente 50 in allen der MR-Elementgruppen R111, R112, R121 und R122 in die X-Richtung magnetisiert.
Der Ausgangsanschluss E101 gibt ein erstes Erfassungssignal S101 aus und der Ausgangsanschluss E102 gibt ein zweites Erfassungssignal S102 aus. Durch die Anordnung der Skala 1 und der Erfassungseinheiten 110 und 120, wie in 11 dargestellt, erlangt das zweite Erfassungssignal S102 eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf das erste Erfassungssignal S101.
Das Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels enthält dieselbe Rechnereinheit 30 wie jene des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform. Die Rechnereinheit 30 erzeugt ein drittes Erfassungssignal durch Berechnung unter Verwendung des ersten und zweiten Erfassungssignals S101 und S102. Insbesondere erzeugt die Rechnereinheit 30 als das dritte Erfassungssignal die Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S101 und dem zweiten Erfassungssignal S102, das heißt, S101 minus S102, plus einer Offsetspannung einer vorbestimmten Größe. Dieses dritte Erfassungssignal entspricht dem dritten Erfassungssignal Sb des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform.
Das Ausnahmefallfeststellungssignal des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist ein Wellenformdiagramm, das das Ausnahmefallfeststellungssignal unter normalen Bedingungen und jenes unter abnormalen Bedingungen des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels zeigt. In 13 stellt die horizontale Achse den elektrischen Winkel des ersten und zweiten Erfassungssignals S101 und S102 dar, während die vertikale Achse das Potential des Ausnahmefallfeststellungssignals darstellt. Ferner bezeichnet in 13 das Bezugszeichen Sa1 das Ausnahmefallfeststellungssignal unter normalen Bedingungen, während das Bezugszeichen Sa2 das Ausnahmefallfeststellungssignal unter abnormalen Bedingungen bezeichnet. Ferner bezeichnen die Bezugszeichen V_H und V_L den oberen Grenzwert bzw. den unteren Grenzwert für den Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals, innerhalb derer festgestellt werden kann, dass weder die erste noch die zweite Erfassungseinheit 110 und 120 einen Ausnahmefall haben. 13 zeigt ein Beispiel für den Fall, dass jede der MR-Elementgruppen R111, R112, R121 und R122, die in 12 dargestellt sind, zwanzig MR-Elemente 50 enthält und eines der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R112 oder R122 kurzgeschlossen ist, um einen Ausnahmefall im Magnetsensor 102 zu verursachen. Im Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels erzeugt die Rechnereinheit 30 das Ausnahmefallfeststellungssignal durch Berechnung unter Verwendung des ersten und zweiten Erfassungssignals S101 und S102. Insbesondere erzeugt die Rechnereinheit 30 die Summe des ersten Erfassungssignals S101 und des zweiten Erfassungssignals S102 dividiert durch 2 als das Ausnahmefallfeststellungssignal. Wenn kein Ausnahmefall im Magnetsensor 102 vorliegt, weist das zweite Erfassungssignal S102 eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf das erste Erfassungssignal S101 auf und daher hat das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa1 einen konstanten Wert wie das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform, so dass es in den Bereich fällt, der durch den oberen Grenzwert V_H und den unteren Grenzwert V_L festgelegt ist.
Wenn ein Ausnahmefall im Magnetsensor 102 eintritt, fällt das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa2 aus dem Bereich, der durch den oberen Grenzwert V_H und den unteren Grenzwert V_L festgelegt ist. In dem in 13 dargestellten Beispiel ist der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa2 kleiner als der untere Grenzwert V_L. Wenn eines der MR-Elemente 50 in der MR-Gruppe R111 oder R121 kurzgeschlossen ist, um einen Ausnahmefall im Magnetsensor 102 zu verursachen, wird der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa2 größer als der obere Grenzwert V_H, im Gegensatz zu dem in 13 dargestellten Beispiel. Somit ermöglicht eine Überwachung, ob der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals in den Bereich fällt, der durch den oberen Grenzwert V_H und den unteren Grenzwert V_L festgelegt ist, ein Feststellen des Auftretens eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 102.
Es folgt nun eine Beschreibung in Bezug auf ein Problem mit dem Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels, das entstehen kann, wenn eine Veränderung in der Größe einer Teilung durch Verändern der Skala ohne Veränderung der Konfiguration der ersten und zweiten Erfassungseinheit 110 und 120 verursacht wird. Hier wird angenommen, dass die Skala 1 zu einer Skala 101 geändert wird. 14 ist eine Seitenansicht, die die Skala 101 und die erste und zweite Erfassungseinheit 110 und 120 zeigt. Die Skala 101 ist ein mehrpolig magnetisierter Magnet 105 mit mehreren Paaren von N- und S-Polen, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, wie der Magnet 5. Eine Teilung des Magneten 105 ist als ein Winkel β angegeben, der kleiner als der Winkel α für den Fall des Magneten 5 ist. Die erste und zweite Erfassungseinheit 110 und 120 sind an Positionen angeordnet, die dieselben wie jene sind, die in 11 dargestellt sind. Folglich ist die Positionsdifferenz da, d.h., die Differenz zwischen der ersten Position P101 und der zweiten Position P102 in der ersten Richtung D1, größer als 1/2 einer Teilung β des Magneten 105. In 11 ist die Positionsdifferenz da gleich einem elektrischen Winkel von 180° des ersten und zweiten Erfassungssignals S101 und S102. In 14 ist die Positionsdifferenz da gleich einem elektrischen Winkel von 188° des ersten und zweiten Erfassungssignals S101 und S102.
Es wird nun auf 15 Bezug genommen, um das Ausnahmefallfeststellungssignal zu beschreiben, das sich aus der Verwendung der Skala 101 im Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels ergibt. 15 ist ein Wellenformdiagramm, das das Ausnahmefallfeststellungssignal unter normalen Bedingungen und jenes unter abnormalen Bedingungen zeigt, wenn die Skala 101 im Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels verwendet wird. In 15, stellt die horizontale Achse den elektrischen Winkel des ersten und zweiten Erfassungssignals S101 und S102 dar, während die vertikale Achse das Potential des Ausnahmefallfeststellungssignals darstellt. Ferner bezeichnet in 15 das Bezugszeichen Sa3 die Wellenform des Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen, wenn die Skala 101 verwendet wird, und das Bezugszeichen Sa4 bezeichnet die Wellenform des Ausnahmefallfeststellungssignals unter abnormalen Bedingungen, wenn die Skala 101 verwendet wird. Der obere Grenzwert V_H und der untere Grenzwert V_L wie in 13 dargestellt, sind in 15 ebenso dargestellt.
Wie in 15 dargestellt, ist der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa3 unter normalen Bedingungen nicht konstant, wenn die Skala 101 verwendet wird. In dem Beispiel, das in 15 dargestellt ist, fällt der Wert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa3 unter normalen Bedingungen aus dem Bereich, der durch den oberen Grenzwert V_H und den unteren Grenzwert V_L festgelegt ist, und der Minimalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa3 unter normalen Bedingungen ist kleiner als der Maximalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa4 unter abnormalen Bedingungen. Da in diesem Fall der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa3 unter normalen Bedingungen den Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa4 unter abnormalen Bedingungen überlappt, ist es unmöglich, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 102 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal festzustellen.
Selbst wenn im Fall des Magnetsensorsystems des Vergleichsbeispiels, wie oben beschrieben, die erste und zweite Erfassungseinheit 110 und 120 mit einem Abstand von 1/2 Teilung zueinander gemäß einer gewissen Skala 1 (Magnet 5) angeordnet sind, bewirkt eine Änderung der Skala 1 zu einer anderen Skala 101 (Magnet 105), die sich von der Skala 1 in der Größe einer Teilung unterscheidet, dass die Positionsdifferenz da nicht mit der 1/2 Teilung der Skala 101 übereinstimmt. Dies führt zu dem Problem, dass, selbst wenn kein Ausnahmefall im Magnetsensor 102 vorliegt, das Ausnahmefallfeststellungssignal keinen konstanten Wert hat und der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen den Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals unter abnormalen Bedingungen überlappt, so dass es unmöglich wird, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 102 festzustellen. Für das Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels tritt offensichtlich ein ähnliches Problem auf, wenn eine Teilung durch Verändern der Skala vergrößert wird.
Im Gegensatz dazu ist die erste Ausführungsform so gestaltet, dass die erste Position P1, an der die erste Erfassungsschaltung 10 angeordnet ist, und die zweite Position P2, an der die zweite Erfassungsschaltung 20 angeordnet ist, in der ersten Richtung D1 dieselben sind. Selbst wenn die Skala 1 zu einer anderen Skala geändert wird, die sich von der Skala 1 in der Größe einer Teilung unterscheidet, bleibt folglich die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 dieselbe, so dass das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa unter normalen Bedingungen einen konstanten Wert hat. Die erste Ausführungsform ermöglicht somit das Feststellen des Auftretens eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal Sa unabhängig von der Größe einer Teilung.
Selbst wenn, wie später in Bezug auf eine andere Ausführungsform beschrieben ist, die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 unterschiedlich sind, ist es möglich, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal Sa festzustellen, wenn die Positionsdifferenz oder die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 in der ersten Richtung D1 1,25% einer Teilung oder weniger ist.
[Zweite Ausführungsform]
Es wird nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 16 und 17 beschrieben. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 17 ist ein erklärendes Diagramm, das den Betrieb des Magnetsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Konfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von jener des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform auf folgende Weise. Im Magnetsensorsystem gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Skala 1 ein Drehkörper, der sich um eine vorgegebene Mittelachse C dreht wie bei der ersten Ausführungsform; der Drehkörper der zweiten Ausführungsform ist jedoch ein Zahnrad 6 mit Zähnen 6a, die aus einem magnetischen Material gebildet sind. Der Magnetsensor 2 ist so angeordnet, dass er der äußeren Umfangsfläche des Zahnrades 6 zugewandt ist.
Das Magnetsensorsystem gemäß der zweiten Ausführungsform enthält einen Magneten 7 mit einem fixierten Positionsverhältnis mit dem Magnetsensor 2. 16 zeigt ein Beispiel, in dem der Magnet 7 mit dem Magnetsensor 2 zwischen dem Magneten 7 und dem Zahnrad 6 angeordnet ist. Der N-Pol des Magneten 7 weist zum Zahnrad 6. In 17 geben die Pfeile, die mit MF7 bezeichnet sind, einen Magnetfluss an, der vom Magneten 7 erzeugt wird.
Die erste Erfassungsschaltung 10 des Magnetsensors 2 ist an einer ersten Position P1 angeordnet und erfasst ein erstes Magnetfeld MF1, das an die erste Erfassungsschaltung 10 angelegt wird. Die zweite Erfassungsschaltung 20 des Magnetsensors 2 ist an einer zweiten Position P2 angeordnet und erfasst ein zweites Magnetfeld MF2, das an die zweite Erfassungsschaltung 20 angelegt wird. In der zweiten Ausführungsform wird sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld MF1 und MF2 vom Magneten 7 erzeugt und ändert seine Richtung, während sich das Zahnrad 6 dreht. In 17 geben die hohlen Pfeile, die mit MF1, MF2 bezeichnet sind, die Richtung des ersten und zweiten Magnetfelds MF1 und MF2 an. Die Richtung des ersten und zweiten Magnetfelds MF1 und MF2 entspricht der Richtung des Magnetflusses MF7, wenn dieser durch die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 geht.
Wie im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist eine Teilung das Ausmaß einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2, die die Richtung sowohl des ersten Magnetfeldes MF1 wie auch des zweiten Magnetfeldes MF2 um eine Periode ändert. In der zweiten Ausführungsform ist eine Teilung in einem Winkel in der Drehrichtung des Drehkörpers oder des Zahnrades 6 angegeben. Insbesondere ist eine Teilung der Winkel, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse C mit den Mittelpunkten zweier nebeneinander liegender Zähne 6a des Zahnrades 6 verbinden. In 16 sind die obengenannten geraden Linien als gestrichelte Linien dargestellt und der Winkel, der durch die zwei geraden Linien gebildet wird, ist mit dem Symbol γ bezeichnet. In dem in 16 dargestellten Beispiel ist der Winkel γ 15°. In diesem Beispiel bewirkt eine Drehung des Zahnrades 6, dass die Richtung sowohl des ersten Magnetfeldes MF1 wie auch des zweiten Magnetfeldes MF2 um 24 Perioden geändert wird. Eine Periode des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2, d.h., ein elektrischer Winkel von 360°, entspricht einer 1/24 Drehung des Zahnrades 6, d.h., einem 15-Grad Winkel einer Drehung des Zahnrades 6.
Die erste Position P1 und die zweite Position P2 sind in der ersten Richtung D1 dieselben. Wie im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben, ist es notwendig, dass die Positionsdifferenz, d.h., die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 in der ersten Richtung D1, 1,25% einer Teilung oder weniger ist. Da in dem in 16 dargestellten Beispiel eine Teilung oder der Winkel γ 15° ist, muss die Positionsdifferenz 0,1875° oder weniger sein. Da in der zweiten Ausführungsform die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 dieselben sind, ist die Positionsdifferenz 0° und erfüllt somit die obengenannte Anforderung. In dem in 16 dargestellten Beispiel sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in einer Richtung parallel zur Mittelachse C unterschiedlich.
Teile (a), (b), (c) und (d) von 17 zeigen vier relative Positionsverhältnisse zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2. Teil (a) zeigt einen Zustand, in dem der Mittelpunkt einer der Zähne 6a des Zahnrades 6 dem Magneten 7 am nächsten liegt. Teil (b) zeigt einen Zustand, in dem das Zahnrad 6 um 3° in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn aus dem Zustand, der in Teil (a) gezeigt ist, gedreht wurde. Teil (c) zeigt einen Zustand, in dem das Zahnrad 6 um 4,5° in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn aus dem Zustand der in Teil (b) gezeigt ist, gedreht wurde, das heißt, das Zahnrad 6 wurde um 1/2 Teilung (7,5°) in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn aus dem Zustand, der in Teil (a) gezeigt ist, gedreht. Teil (d) zeigt einen Zustand, in dem das Zahnrad 6 um 4,5° in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn aus dem Zustand, der in Teil (c) gezeigt ist, gedreht wurde.
Sowohl das erste wie auch zweite Magnetfeld MF1 und MF2 ändert seine Richtung auf folgende Weise, wenn sich das Zahnrad 6 dreht. Hier wird die Aufmerksamkeit auf zwei nebeneinander liegende Zähne 6a1 und 6a2 des Zahnrades 6 gerichtet. In den Zuständen, die in Teilen (a) und (b) von 17 gezeigt sind, ist der Abstand zwischen dem Zahn 6a1 und dem Magneten 7 kleiner als der Abstand zwischen dem Zahn 6a2 und dem Magneten 7. In dem Zustand, der in Teil (c) von 17 dargestellt ist, ist der Abstand zwischen dem Zahn 6a1 und dem Magneten 7 gleich dem Abstand zwischen dem Zahn 6a2 und dem Magneten 7. In dem Zustand, der in Teil (d) von 17 dargestellt ist, ist der Abstand zwischen dem Zahn 6a2 und dem Magneten 7 kleiner als der Abstand zwischen dem Zahn 6a1 und dem Magneten 7.
Zuerst, werden in dem Zustand, der in Teil (a) von 17 dargestellt ist, das erste und zweite Magnetfeld MF1 und MF2 in die Richtung von der ersten und zweiten Position P1 und P2 zum Zahn 6a1 orientiert, das heißt, in die Abwärtsrichtung in 17. Wenn sich dann das Zahnrad 6 in den Zustand dreht, der in Teil (b) von 17 dargestellt ist, sind das erste und zweite Magnetfeld MF1 und MF2 in die Richtung von der ersten und zweiten Position P1 und P2 zum Zahn 6a1 orientiert, das heißt, in der Richtung nach unten links in 17. Wenn sich dann das Zahnrad 6 in den Zustand dreht, der in Teil (c) von 17 dargestellt ist, sind das erste und zweite Magnetfeld MF1 und MF2 in die Richtung von der ersten und zweiten Position P1 und P2 zum Mittelpunkt zwischen dem Zahn 6a1 und dem Zahn 6a2 orientiert, das heißt, in die Abwärtsrichtung in 17. Wenn sich dann das Zahnrad 6 in den Zustand dreht, der in Teil (d) von 17 dargestellt ist, sind das erste und zweite Magnetfeld MF1 und MF2 in die Richtung von der ersten und zweiten Position P1 und P2 zum Zahn 6a2 orientiert, das heißt, in die Richtung nach unten rechts in 17.
Auf diese Weise ändern das erste und zweite Magnetfeld MF1 und MF2 die Richtung, wenn sich das Zahnrad 6 dreht, so dass sie von der ersten und zweiten Position P1 und P2 zum Zahn 6a orientiert sind, was der kürzeste Abstand vom Magneten 7 ist. In dem Beispiel, das in 17 dargestellt ist, ändert sich die Richtung sowohl des ersten wie auch zweiten Magnetfeldes MF1 und MF2 periodisch von der Abwärtsrichtung zur Richtung nach unten links, dann zur Abwärtsrichtung und dann zur Richtung nach unten rechts in dieser Reihenfolge.
Die erste Erfassungsschaltung 10 erfasst zum Beispiel die Stärke einer Komponente des ersten Magnetfeldes MF1 in der horizontalen Richtung in 17 und gibt ein erstes Erfassungssignal aus, das die Stärke angibt. Die zweite Erfassungsschaltung 20 erfasst zum Beispiel die Stärke einer Komponente des zweiten Magnetfeldes MF2 in der horizontalen Richtung in 17 und gibt ein zweites Erfassungssignal aus, das die Stärke angibt. Das zweite Erfassungssignal weist eine Phasendifferenz von 180° in Bezug auf das erste Erfassungssignal auf.
Die übrigen Konfigurationen, Funktionen und Auswirkungen der zweiten Ausführungsform sind ähnlich jenen der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Es wird nun eine dritte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Schaltungskonfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. In der dritten Ausführungsform sind die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente 50, die in der zweiten Erfassungsschaltung 20 enthalten sind, jenen in der ersten Ausführungsform entgegengesetzt. Insbesondere, wie in 18 dargestellt, sind in der zweiten Erfassungsschaltung 20 die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente 50, die in der MR-Elementgruppe R21 enthalten sind, in der X-Richtung magnetisiert und die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente 50, die in der MR-Elementgruppe R22 enthalten sind, sind in der -X-Richtung magnetisiert. In der dritten Ausführungsform ist die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 0°.
18 zeigt eine Rechnereinheit 30, die auf dieselbe Weise gestaltet ist wie die Rechnereinheit 30, die in 6 dargestellt ist, die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Der Inhalt der Berechnung durch die Rechnereinheit 30 in der dritten Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von jenem in der ersten Ausführungsform. Der Rechnerschaltkreis 31 erzeugt das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa durch Berechnung unter Verwendung des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2. In der dritten Ausführungsform enthält die Berechnung zur Erzeugung des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa die Ermittlung der Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2. Insbesondere erzeugt der Rechnerschaltkreis 31 zum Beispiel die Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2, das heißt, S1 minus S2, plus einer Offsetspannung einer vorbestimmten Größe, als das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa. Ferner erzeugt der Rechnerschaltkreis 32 zum Beispiel die Summe des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2 dividiert durch 2 als das dritte Erfassungssignal Sb.
Der Drehkörper, der als die Skala 1 der dritten Ausführungsform dient, kann der Magnet 5 sein, der im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, oder das Zahnrad 6, das im Abschnitt der zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Ferner kann die Rechnereinheit 30 der dritten Ausführungsform auf dieselbe Weise gestaltet sein wie die in 7 dargestellte Rechnereinheit 30, die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Die übrigen Konfigurationen, Funktionen und Auswirkungen der dritten Ausführungsform sind ähnlich jenen der ersten oder zweiten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Es wird nun eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Zunächst wird die Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 und 20 beschrieben. 19 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. 20 ist eine Seitenansicht, die die Skala und die erste und zweite Erfassungsschaltung der vierten Ausführungsform zeigt.
Die Konfiguration des Magnetsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von jener des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform auf folgende Weise. In der vierten Ausführungsform, wie in 19 und 20 dargestellt, sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 unterschiedlich. Es ist zu beachten, dass in 19 der Abstand zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 für ein besseres Verständnis übertrieben ist. In dem Beispiel, das in 20 dargestellt ist, sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der X-Richtung unterschiedlich und sind in der Z-Richtung dieselben. Obwohl nicht dargestellt, sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der Y-Richtung dieselben.
Sowohl die erste Erfassungsschaltung 10 wie auch die zweite Erfassungsschaltung 20 enthalten die MR-Elemente 50, die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben sind (siehe 5). Zum Beispiel sind die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 so angeordnet, dass die Ebene der Schichten, die die darin enthaltenen MR-Elemente 50 bilden, senkrecht zu einer geraden Linie verläuft, die die Mittelachse C mit dem Mittelpunkt zwischen der ersten und zweiten Position P1 und P2 verbindet.
20 zeigt den Winkel α, der eine Teilung des Magneten 5 darstellt. Hier ist die Positionsdifferenz oder die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 in der ersten Richtung D1 mit dem Symbol dp bezeichnet. In der vierten Ausführungsform ist die Positionsdifferenz dp durch einen Winkel in der Drehrichtung des Drehkörpers oder des Magneten 5 definiert, wobei der Winkel durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse C mit der ersten und zweiten Position P1 und P2 verbindet. Es ist notwendig, dass die Positionsdifferenz dp 1,25% einer Teilung oder weniger ist. Wenn zum Beispiel, wie bei der ersten Ausführungsform, der Winkel α 30° ist, muss die Positionsdifferenz dp 0,375° oder weniger sein.
Da der mehrpolig magnetisierte Magnet 5 so magnetisiert werden muss, dass die N- und S-Pole abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, muss der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Pole an der äußeren Umfangsfläche des Magneten 5 von einer gewissen Größe sein. In der Praxis ist ein ausreichender Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Pole erwartungsgemäß 4 mm oder größer. Unter der Annahme, dass der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Pole 4 mm ist, muss der Abstand zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 in der vierten Ausführungsform 50 μm oder weniger sein. Wie im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben, sind die MR-Elemente 50, die sowohl in der ersten wie auch zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 enthalten sind, MR-Spinventilelemente. Die MR-Spinventilelemente 50 ermöglichen eine signifikante Verringerung der Grundfläche im Vergleich zu anisotropen magnetoresistiven Elementen. Wenn daher gemäß der vierten Ausführungsform der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen oder die Größe einer Teilung in einen praktischen Bereich fällt, ist es möglich, die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 so anzuordnen, dass die Positionsdifferenz dp 1,25% einer Teilung oder weniger ist. Selbst wenn der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen kleiner als 4 mm ist, ermöglicht ein Versetzen der ersten und zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 in die Z-Richtung zueinander, wie in der ersten Ausführungsform, dass die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 so angeordnet werden, dass die Positionsdifferenz dp 1,25% einer Teilung oder weniger ist.
Es werden nun die Konfigurationen der ersten und zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 unter Bezugnahme auf 21 beschrieben. 21 ist eine Draufsicht, die die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 zeigt. Die Anordnung der ersten und zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 in der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von jener in der ersten Ausführungsform. Wie in 21 dargestellt, sind die erste Erfassungsschaltung 10 und die zweite Erfassungsschaltung 20 in der X-Richtung nebeneinander liegend angeordnet. Die MR-Elementgruppe R11 und die MR-Elementgruppe R12 der ersten Erfassungsschaltung 10 sind in der Z-Richtung nebeneinander liegend angeordnet. Die MR-Elementgruppe R21 und die MR-Elementgruppe R22 der zweiten Erfassungsschaltung 20 sind in der Z-Richtung nebeneinander liegend angeordnet.
Die erste Erfassungsschaltung 10 erfasst die Stärke einer Komponente des ersten Magnetfeldes MF1 in einer Richtung parallel zu den X und –X-Richtungen und gibt ein erstes Erfassungssignal S1 aus, das die Stärke angibt. Die zweite Erfassungsschaltung 20 erfasst die Stärke einer Komponente des zweiten Magnetfeldes MF2 in der Richtung parallel zu den X und –X-Richtungen und gibt ein zweites Erfassungssignal S2 aus, das die Stärke angibt. Da sich in der vierten Ausführungsform die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 unterscheiden, liegen das erste Magnetfeld MF1 und das zweite Magnetfeld MF2 in wechselseitig unterschiedlichen Richtungen, so dass die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 nicht 180° ist.
Es wird nun das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa in der vierten Ausführungsform beschrieben. Das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa in der vierten Ausführungsform wird auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform erzeugt. Insbesondere zum Beispiel wird die Summe des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2 dividiert durch 2 als das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa in der vierten Ausführungsform erzeugt. Da in der vierten Ausführungsform die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 nicht 180° ist, hat das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa keinen konstanten Wert, selbst wenn weder die erste noch die zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 einen Ausnahmefall aufweist. Wenn jedoch die Positionsdifferenz dp 1,25% einer Teilung oder weniger ist und die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 in den Bereich von 175,5° bis 184,5° fällt, ist es möglich, das Auftreten eines Ausnahmefalls in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal Sa festzustellen. Dies ist in der Folge ausführlich beschrieben.
Zunächst wird auf 22 zur Beschreibung des Verhältnisses zwischen der Positionsdifferenz dp und der Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 Bezug genommen. 22 sind Kennlinien, die das Verhältnis zwischen der Positionsdifferenz dp und der Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 zeigen. In 22 stellt die horizontale Achse dp/α, das heißt, die Positionsdifferenz dp dividiert durch den Winkel α dar, während die vertikale Achse die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 darstellt. In 22 ist dp/α als ein Prozentsatz angegeben. 22 zeigt ein Beispiel für den Fall, wo sich der Magnet 5 in die Richtung aus der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 dreht.
Wie aus 22 hervorgeht, wenn der Winkel α in dem obigen Beispiel konstant ist, ist die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 größer als 180° und die Differenz zwischen der Phasendifferenz und 180° steigt mit zunehmender Positionsdifferenz dp, wenn die Positionsdifferenz dp größer als 0 ist. Wenn sich der Magnet 5 in die Richtung aus der zweiten Position P2 zur ersten Position P1 dreht, ist die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 kleiner als 180° und die Differenz zwischen der Phasendifferenz und 180° steigt mit zunehmender Positionsdifferenz dp, wenn die Positionsdifferenz dp größer als 0 ist.
Es wird nun ein Beispiel des Ausnahmefallfeststellungssignals unter Bezugnahme auf 23 beschrieben. 23 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel des Ausnahmefallfeststellungssignals unter normalen Bedingungen und jenes unter abnormalen Bedingungen zeigt. In 23 stellt die horizontale Achse den elektrischen Winkel des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2 dar, während die vertikale Achse das Potential des Ausnahmefallfeststellungssignals darstellt. Ferner bezeichnet in 23 das Bezugszeichen Sa5 das Ausnahmefallfeststellungssignal unter normalen Bedingungen, das Bezugszeichen Sa6 bezeichnet das Ausnahmefallfeststellungssignal unter abnormalen Bedingungen, das Bezugszeichen Va bezeichnet den Minimalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 und das Bezugszeichen Vb bezeichnet den Maximalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6. Das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa6 unter abnormalen Bedingungen in 23 zeigt ein Beispiel für den Fall, dass jede der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22, die in 21 dargestellt sind, zwanzig MR-Elemente 50 enthält und eines der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R12 oder R22 kurzgeschlossen ist, um einen Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 zu verursachen.
In dem in 23 dargestellten Beispiel, ist das
Ausnahmefallfeststellungssignal Sa6 unter abnormalen Bedingungen von geringerem Wert als das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa5 unter normalen Bedingungen. Ferner ist der Minimalwert Va des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen größer als der Maximalwert Vb des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen, so dass der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen den Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen nicht überlappt. Obwohl nicht dargestellt, wenn eines der MR-Elemente 50 in der MR-Gruppe R11 oder R21 kurzgeschlossen ist, um einen Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 zu verursachen, erhält das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa6 unter abnormalen Bedingungen einen größeren Wert als das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa5 unter normalen Bedingungen, im Gegensatz zu dem in 23 dargestellten Beispiel. In diesem Fall ist der Minimalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen größer als der Maximalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen, so dass der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen den Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen nicht überlappt.
Wenn der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen den Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen wie oben beschrieben nicht überlappt, ist es möglich, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal, wie bei der ersten Ausführungsform festzustellen.
Es wird nun auf 22 und 24 Bezug genommen, um den Bereich der Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 und den Bereich der Positionsdifferenz dp zu beschreiben. 24 zeigt das Verhältnis zwischen dem Minimalwert Va des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen und dem Maximalwert Vb des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen. In 24 stellt die horizontale Achse die Differenz zwischen 180° und der Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 dar, die in der Folge als das Ausmaß einer Phasenverschiebung bezeichnet wird, während die vertikale Achse den Minimalwert Va und den Maximalwert Vb darstellt. Der Maximalwert Vb in 24 wurde unter denselben Bedingungen wie in dem in 23 dargestellten Beispiel festgelegt, mit Ausnahme des Ausmaßes einer Phasenverschiebung.
Wie in 24 dargestellt, nimmt mit steigendem Ausmaß einer Phasenverschiebung der Minimalwert Va ab und der Maximalwert Vb nimmt zu. Wenn der Minimalwert Va gleich oder kleiner als der Maximalwert Vb wird, wird es unmöglich, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal festzustellen. Es ist daher notwendig, dass das Ausmaß einer Phasenverschiebung einen Wert hat, bei dem der Minimalwert Va größer ist als der Maximalwert Vb. Für das in 24 dargestellte Beispiel muss das Ausmaß einer Phasenverschiebung 4,5° oder weniger sein. Wie zuvor beschrieben, wenn eines der MR-Elemente 50 in der MR-Elementgruppe R11 oder R21 kurzgeschlossen ist, so dass ein Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 verursacht wird, erhält das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa6 unter abnormalen Bedingungen einen höheren Wert als das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa5 unter normalen Bedingungen. In diesem Fall nimmt das Ausmaß einer Phasenverschiebung zu, der Maximalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen steigt und der Minimalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen nimmt ab. Wenn das Ausmaß einer Phasenverschiebung 4,5° oder weniger ist, ist auch in diesem Fall der Maximalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen kleiner als der Minimalwert des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen, so dass es möglich ist, das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal festzustellen.
Ein Ausmaß einer Phasenverschiebung von 4,5° ist gleich einer Phasendifferenz von 175,5° oder 184,5° des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1. Wie in gestrichelten Linien in 22 dargestellt, ist eine Phasendifferenz von 184,5° gleich einem dp/α von 1,25%. Somit muss die Positionsdifferenz dp kleiner als oder gleich 1,25% des Winkels α oder einer Teilung sein, so dass die Phasendifferenz in den Bereich von 175,5° bis 184,5° fällt. Ein Festlegen der Positionsdifferenz dp auf diese Weise ermöglicht das Feststellen des Auftretens eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal.
Wenn ein Ausnahmefall in der ersten oder zweiten Erfassungsschaltung 10 oder 20 aufgrund einer Unterbrechung im Inneren einer der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 auftritt, ist die Differenz zwischen dem zentralen Niveau des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen und dem zentralen Niveau des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen größer, das heißt, der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen und der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen überlappen mit geringerer Wahrscheinlichkeit im Vergleich zu dem Fall, wo eines der MR-Elemente 50 kurzgeschlossen ist. Wenn ferner die Anzahl der MR-Elemente 50, die jede der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 bilden, abnimmt und die Anzahl von kurzgeschlossenen MR-Elementen 50 zunimmt, nimmt die Differenz zwischen dem zentralen Niveau des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen und dem zentralen Niveau des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen zu, das heißt, der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa5 unter normalen Bedingungen und der Bereich des Ausnahmefallfeststellungssignals Sa6 unter abnormalen Bedingungen überlappen mit geringerer Wahrscheinlichkeit. Typischerweise können bis zu zwanzig MR-Elemente 50 als ausreichend angesehen werden, um jede der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 zu bilden. Somit ist ein Ausmaß einer Phasenverschiebung von 4,5° oder weniger, das unter den Bedingungen festgelegt wurde, dass die Anzahl der MR-Elemente 50, die jede der MR-Elementgruppen R11, R12, R21 und R22 bilden, zwanzig ist, und die Anzahl von kurzgeschlossenen MR-Elementen 50 eins ist, ein angemessener Wert als ein zulässiges Ausmaß einer Phasenverschiebung.
In der vierten Ausführungsform können die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente 50, die in der zweiten Erfassungsschaltung 20 enthalten sind, in dieselben Richtungen magnetisiert sein wie jene in der dritten Ausführungsform, so dass das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa und das dritte Erfassungssignal Sb durch dieselbe Berechnung erzeugt werden können wie jene in der dritten Ausführungsform. In diesem Fall ist das Verhältnis zwischen der Positionsdifferenz dp und der Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 dasselbe wie jenes, das in 22 dargestellt ist, außer, dass jeder Wert auf der vertikalen Achse von 22 um 180° verringert ist. Ferner ist das Verhältnis zwischen dem Minimalwert Va und dem Maximalwert Vb dasselbe wie jenes, das in 24 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 das Ausmaß einer Phasenverschiebung von 24 ist. Damit das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor 2 aus dem Ausnahmefallfeststellungssignal festgestellt werden kann, ist somit notwendig, dass die Phasendifferenz des zweiten Erfassungssignals S2 in Bezug auf das erste Erfassungssignal S1 in den Bereich von –4,5° bis 4,5° fällt.
Der Drehkörper, der als die Skala 1 der vierten Ausführungsform dient, kann das Zahnrad 6 sein, das im Abschnitt der zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Die übrigen Konfigurationen, Funktionen und Auswirkungen der vierten Ausführungsform sind ähnlich jenen der ersten bis dritten Ausführungsformen.
[Fünfte Ausführungsform]
Es wird nun eine fünfte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 25 beschrieben. 25 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. Das Magnetsensorsystem gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von jenem gemäß der ersten Ausführungsform auf folgende Weise. Im Magnetsensorsystem gemäß der fünften Ausführungsform ist die Skala 1 eine lineare Skala 8 mit mehreren Paaren von N- und S-Polen, die abwechselnd in einer linearen Form angeordnet sind. In dem in 25 dargestellten Beispiel hat die lineare Skala 8 eine Seitenfläche 8a parallel zu der Richtung, in der die N- und S-Pole angeordnet sind. Der Magnetsensor 2 ist so angeordnet, dass er der Seitenfläche 8a der linearen Skala 8 zugewandt ist.
Entweder die lineare Skala 8 oder der Magnetsensor 2 bewegt sich linear als Reaktion auf die Bewegung eines sich bewegenden Objekts (nicht dargestellt). Dies verändert das relative Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2. Das Magnetsensorsystem erfasst die relative Position und/oder Geschwindigkeit der linearen Skala 8 in Bezug auf den Magnetsensor 2 als die physikalische Größe in Zusammenhang mit dem relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2. Die erste Richtung D1, in der sich das relative Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2 ändert, ist die Richtung, in der die N- und S-Pole der linearen Skala 8 angeordnet sind.
Die erste Erfassungsschaltung 10 des Magnetsensors 2 ist an einer ersten Position P1 angeordnet und erfasst ein erstes Magnetfeld, das an die erste Erfassungsschaltung angelegt wird 10. Die zweite Erfassungsschaltung 20 des Magnetsensors 2 ist an einer zweiten Position P2 angeordnet und erfasst ein zweites Magnetfeld, das an die zweite Erfassungsschaltung 20 angelegt wird. Die erste Position P1 und die zweite Position P2 sind in der ersten Richtung D1 dieselben. In dem in 25 dargestellten Beispiel sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in eine Richtung orthogonal zur Seitenfläche 8a dieselben und sind in die vertikale Richtung in 25 unterschiedlich.
In der fünften Ausführungsform werden sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld durch die lineare Skala 8 erzeugt und ändern ihre Richtung, während sich die lineare Skala 8 bewegt. Obwohl nicht dargestellt, dreht sich die Richtung des ersten Magnetfeldes um die erste Position P1 in einer Ebene senkrecht zur Seitenfläche 8a und parallel zur ersten Richtung D1. Die Richtung des zweiten Magnetfeldes dreht sich um die zweite Position P2 in die Ebene senkrecht zur Seitenfläche 8a und parallel zur ersten Richtung D1.
Wie im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben, ist eine Teilung das Ausmaß einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala 1 und dem Magnetsensor 2, die die Richtung sowohl des ersten wie auch zweiten Magnetfeldes um eine Periode verändert. In der fünften Ausführungsform ist eine Teilung der Abstand L zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen der linearen Skala 8.
Sowohl die erste Erfassungsschaltung 10 wie auch die zweite Erfassungsschaltung 20 enthalten die MR-Elemente 50, die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben sind (siehe 5). Die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 sind so angeordnet, dass die Ebene der Schichten, die die darin enthaltenen MR-Elemente 50 bilden, parallel zur Seitenfläche 8a der linearen Skala 8 liegt.
Die erste und zweite Erfassungsschaltungen 10 und 20 der fünften Ausführungsform können auf dieselbe Weise gestaltet sein wie das in 4 dargestellte Beispiel, das im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist. In diesem Fall können die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 so angeordnet sein, dass die erste Richtung D1 der fünften Ausführungsform parallel zur X-Richtung läuft, die in 4 dargestellt ist, und dass die Richtung orthogonal zur Seitenfläche 8a der linearen Skala 8 parallel zur Y-Richtung verläuft, die in 4 dargestellt ist. Ferner kann das Magnetsensorsystem gemäß der fünften Ausführungsform denselben Schaltungsaufbau wie das in 6 oder 7 dargestellte Beispiel haben, das im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Ferner können in der fünften Ausführungsform die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente 50, die in der zweiten Erfassungsschaltung 20 enthalten sind, in Richtungen magnetisiert sein, die dieselben wie jene in dem Beispiel von 18 sind, das im Abschnitt der dritten Ausführungsform beschrieben ist, so dass das Ausnahmefallfeststellungssignal Sa und das dritte Erfassungssignal Sb durch dieselbe Berechnung wie jene in der dritten Ausführungsform erzeugt werden können. Die übrigen Konfigurationen, Funktionen und Auswirkungen der fünften Ausführungsform sind ähnlich jenen der ersten oder dritten Ausführungsform.
[Sechste Ausführungsform]
Es wird nun eine sechste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 26 beschrieben. 26 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Magnetsensorsystems gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. In der Folge werden Unterschiede zwischen dem Magnetsensorsystem gemäß der sechsten Ausführungsform und dem Magnetsensorsystem gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. In der sechsten Ausführungsform, wie in 26 dargestellt, sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der ersten Richtung D1 unterschiedlich. In dem in 26 dargestellten Beispiel sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der Richtung orthogonal zur Seitenfläche 8a der linearen Skala 8 und in der vertikalen Richtung in 26 dieselben.
Wie bei der vierten Ausführungsform ist die Positionsdifferenz dp, d.h., die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 in der ersten Richtung D1, kleiner als oder gleich 1,25% einer Teilung oder eines Abstands L.
Die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 der sechsten Ausführungsform können auf dieselbe Weise gestaltet sein wie das in 21 dargestellte Beispiel, das im Abschnitt der vierten Ausführungsform beschrieben ist. In diesem Fall können die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 so angeordnet sein, dass die erste Richtung D1 der sechsten Ausführungsform parallel zur X-Richtung ist, die in 21 dargestellt ist, und dass die Richtung orthogonal zur Seitenfläche 8a der linearen Skala 8 parallel zur Y-Richtung ist, die in 21 dargestellt ist.
Die übrigen Konfigurationen, Funktionen und Auswirkungen der sechsten Ausführungsform sind ähnlich jenen der vierten oder fünften Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifizierungen an ihr vorgenommen werden. Zum Beispiel, insofern als die Anforderungen der beiliegenden Ansprüche erfüllt sind, ist die Anordnung der ersten und zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 nicht auf die in den vorangehenden Ausführungsformen dargestellten Beispiele beschränkt, sondern kann nach Wunsch gewählt werden. Zum Beispiel können die erste Erfassungsschaltung 10 und die zweite Erfassungsschaltung 20 übereinander gestapelt sein.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung angesichts der vorangehenden Beschreibungen in verschiedenen Formen und Modifizierungen ausgeführt werden kann. Daher kann die vorliegende Erfindung im Umfang der folgenden Ansprüche und ihrer Entsprechungen in anderen Formen als den vorangehenden besonders bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-194598 A [0006, 0007, 0008, 0008]

Claims

Magnetsensorsystem, aufweisend eine Skala und einen Magnetsensor, die in einem relativen Positionsverhältnis angeordnet sind, das in einer ersten Richtung variabel ist, wobei das Magnetsensorsystem zum Erfassen einer physikalischen Größe in Zusammenhang mit dem relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetsensor eine erste Erfassungsschaltung, die an einer ersten Position angeordnet ist, und eine zweite Erfassungsschaltung, die an einer zweiten Position angeordnet ist, enthält, die erste Erfassungsschaltung ein erstes Erfassungssignal ausgibt, das abhängig von einem ersten Magnetfeld variiert, das an die erste Erfassungsschaltung angelegt wird, die zweite Erfassungsschaltung ein zweites Erfassungssignal ausgibt, das abhängig von einem zweiten Magnetfeld variiert, das an die zweite Erfassungsschaltung angelegt wird, sowohl die erste wie auch die zweite Erfassungsschaltung ein magnetoresistives Element enthält, das magnetoresistive Element enthält: eine in der Magnetisierung fixierte Schicht mit einer Magnetisierung in einer fixierten Richtung; eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, die abhängig von einem angelegten Magnetfeld variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht liegt, sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld ihre Richtung periodisch als Reaktion auf eine Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor ändert, und die erste Position und die zweite Position sich voneinander um 1,25% einer Teilung oder weniger unterscheiden, wobei eine Teilung ein Ausmaß einer Veränderung im relativen Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor ist, die die Richtung sowohl des ersten wie auch zweiten Magnetfeldes um eine Periode ändert, wobei das Magnetsensorsystem ferner eine Rechnereinheit aufweist, die ein Ausnahmefallfeststellungssignal, das das Auftreten eines Ausnahmefalls im Magnetsensor angibt, durch Berechnung unter Verwendung des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals erzeugt.
Magnetsensorsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Erfassungssignal eine Phasendifferenz von 175,5° bis 184,5° in Bezug auf das erste Erfassungssignal hat und die Berechnung durch die Rechnereinheit das Ermitteln einer Summe des ersten Erfassungssignals und des zweitens Erfassungssignals beinhaltet.
Magnetsensorsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Erfassungssignal eine Phasendifferenz von –4,5° bis 4,5° in Bezug auf das erste Erfassungssignal hat und die Berechnung durch die Rechnereinheit das Ermitteln einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal beinhaltet.
Magnetsensorsystem nach Anspruch 1, wobei die erste Position und die zweite Position in der ersten Richtung dieselben sind.
Magnetsensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Skala ein Drehkörper ist, der sich um eine vorgegebene Mittelachse dreht, die Drehung des Drehkörpers das relative Positionsverhältnis zwischen der Skala und dem Magnetsensor ändert, die erste Richtung eine Richtung einer Drehung des Drehkörpers ist, und die eine Teilung als Winkel in der Drehrichtung des Drehkörpers angegeben ist.
Magnetsensorsystem nach Anspruch 5, wobei der Drehkörper mehrere Paare von N- und S-Polen aufweist, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld durch den Drehkörper erzeugt werden und ihre Richtung ändern, während der sich Drehkörper dreht, und die eine Teilung ein Winkel ist, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse mit Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen des Drehkörpers verbinden.
Magnetsensorsystem nach Anspruch 5, wobei der Drehkörper ein Zahnrad mit Zähnen ist, die aus einem magnetischen Material gebildet sind, das Magnetsensorsystem des Weiteren einen Magneten mit einer fixierten Position in Bezug auf den Magnetsensor aufweist, sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld durch den Magneten erzeugt werden und ihre Richtung ändern, während sich das Zahnrad dreht, und die eine Teilung ein Winkel ist, der durch zwei gerade Linien gebildet wird, die die Mittelachse mit Mittelpunkten von zwei benachbarten Zähnen verbinden.
Magnetsensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Skala mehrere Paare von N- und S-Polen aufweist, die abwechselnd in einer linearen Form angeordnet sind, die erste Richtung eine Richtung ist, in die die N- und S-Pole der Skala angeordnet sind, sowohl das erste wie auch das zweite Magnetfeld durch die Skala erzeugt werden und die eine Teilung ein Abstand zwischen Mittelpunkten von zwei benachbarten N-Polen der Skala ist.
Magnetsensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die nicht-magnetische Schicht eine Tunnelsperrschicht ist.