DE102018102851A1

DE102018102851A1 - Winkelsensorsystem

Info

Publication number: DE102018102851A1
Application number: DE102018102851.2A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Uchida; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2018-09-27
Also published as: CN108627083B; JP2018162994A; US20180274898A1; CN108627083A; JP6331176B1; US20190242691A1; US10309761B2

Abstract

Ein Winkelsensorsystem umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds und einen Winkelsensor zur Erfassung des Drehmagnetfelds, um einen Erfassungswinkelwert zu erzeugen. Das Drehmagnetfeld enthält erste und zweite Magnetfeldkomponenten, die zueinander orthogonal sind. Jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten enthält eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Fehlermagnetfeldkomponente. Die Fehlermagnetfeldkomponente verursacht einen Winkelfehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert. Der Winkelsensor umfasst erste und zweite Erfassungssignalerzeugungseinheiten. Jede der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten umfasst eine Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds variiert. Die Magnetschicht ist mit einer magnetischen Anisotropie versehen, die eingestellt ist, um den aus der Fehlermagnetfeldkomponente resultierenden Winkelfehler zu verkleinern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelsensorsystem, das eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkelsensor umfasst.
Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren wurden Winkelsensoren weitverbreitet in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise bei der Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servomotors in einem Kraftfahrzeug. Die Winkelsensoren erzeugen einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Beispiele der Winkelsensoren umfassen einen Magnetwinkelsensor. Ein Winkelsensorsystem, das einen Magnetwinkelsensor einsetzt, ist typischerweise mit einer Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder Linearbewegung eines Objekts verändert. Die Magnetfelderzeugungseinheit kann ein Magnet sein, der zum Beispiel eingerichtet ist, sich zu drehen. Der von dem Magnetwinkelsensor zu erfassende Winkel entspricht beispielsweise der Drehposition des Magneten.
Zu den bekannten Magnetwinkelsensoren zählt ein Sensor, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltungen zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen mit unterschiedlichen Phasen umfasst und einen Erfassungswinkelwert mittels Durchführen von Berechnungen mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt, wie in der JP 2011 - 158488A offenbart. Jede der Vielzahl von Erfassungsschaltungen umfasst zumindest ein Magneterfassungselement. Das Magneterfassungselement umfasst zum Beispiel ein Spin-Ventil Magnetowiderstandselement umfassend eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet.
Für die Magnetwinkelsensoren hat idealerweise jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (umfassend eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform), wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert. Jedoch gibt es Fälle, in denen die Wellenform von jedem Erfassungssignal gegenüber einer sinusförmigen Kure verzerrt ist. Eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal kann zu einem gewissen Fehler in dem Erfassungswinkelwert führen. Der in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet.
Bei einer Verzerrung der Wellenform enthält jedes Erfassungssignal eine Idealkomponente, die derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und eine Fehlerkomponente, die von der Idealkomponente verschieden ist. Ein Erfassungswinkelwert, der berechnet wird, bei dem jedes Erfassungssignal nur aus der Idealkomponente besteht, entspricht einem wahren durch den Winkelsensor zu erfassenden Winkel. Ein solcher Erfassungswinkelwert wird nachfolgend als Idealwinkel bezeichnet. Der Winkelfehler ist die Differenz zwischen dem Idealwinkel und einem beliebigen Erfassungswinkelwert.
Die Ursachen für die Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal werden allgemein in eine erste Ursache, die sich auf das Drehmagnetfeld bezieht, welches von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, und in eine zweite Ursache unterteilt, die sich auf das Magneterfassungselement bezieht. In dem Falle eines idealen Winkelsensorsystems, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, ist eine Wellenform, die eine Variation in der Stärke einer Komponente in einer Richtung des Drehmagnetfelds an der Position von jeder Erfassungsschaltung darstellt, die nachfolgend als Feldstärkenwellenform bezeichnet wird, sinusförmig, und die Wellenform von jedem Erfassungssignal, das von jeder Erfassungsschaltung erzeugt wird, ist ebenfalls sinusförmig. Der Winkelfehler, der durch die erste Ursache verursacht wird, ist auf die Verzerrung der Feldstärkenwellenform gegenüber einer sinusförmigen Kurve zurückzuführen.
Der durch die zweite Ursache verursachte Winkelfehler ist auf eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal gegenüber einer sinusförmigen Kurve zurückzuführen, auch wenn die Feldstärkenwellenform sinusförmig ist. Der durch die zweite Ursache verursachte Winkelfehler entsteht ebenfalls, wenn zum Beispiel die freie Schicht eines magnetoresistiven Elements, das als Magneterfassungselement dient, eine magnetische Anisotropie hat. Ein Winkelfehler kann ebenfalls durch die Kombination der ersten Ursache und der zweiten Ursache verursacht werden.
JP 2011-158488A beschreibt einen Magnetsensor, der in der Lage ist, den Winkelfehler zu verringern, der durch die erste Ursache verursacht wird. Der Magnetsensor umfasst eine erste Erfassungseinheit und eine zweite Erfassungseinheit, die sich an voneinander verschiedenen Positionen befinden. Die erste Erfassungseinheit umfasst eine erste Erfassungsschaltung, eine zweite Erfassungsschaltung, und eine erste Berechnungsschaltung zur Berechnung eines ersten Erfassungswinkels auf der Grundlage von Ausgangssignalen aus den ersten und zweiten Erfassungsschaltungen. Die zweite Erfassungseinheit umfasst eine dritte Erfassungsschaltung, eine vierte Erfassungsschaltung, und eine zweite Berechnungsschaltung zur Berechnung eines zweiten Erfassungswinkels auf der Grundlage von Ausgangssignalen aus den dritten und vierten Erfassungsschaltungen. Der Magnetsensor umfasst ferner eine dritte Berechnungsschaltung zur Berechnung eines Erfassungswinkelwerts auf der Grundlage der ersten und zweiten Erfassungswinkel.
Der in JP 2011-158488A beschriebene Magnetsensor erfordert eine große Anzahl von Erfassungsschaltungen und Berechnungsschaltungen, die den Magnetsensor in der Ausgestaltung verkomplizieren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Winkelsensorsystem bereitzustellen, das in der Ausgestaltung einfach ist und in der Lage ist, einen Winkelfehler in Zusammenhang mit einem Drehmagnetfeld zu verringern, das von einer Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird.
Ein Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkelsensor. Die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt ein Drehmagnetfeld, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition gemäß einem zu erfassenden Winkel variiert. Der Winkelsensor erfasst das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition und erzeugt einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition enthält eine erste Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist.
Der Winkelsensor umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit, eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit, und eine Winkelerfassungseinheit. Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit erzeugt ein erstes Erfassungssignal mit einer Entsprechung zu dem Cosinus eines Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition gegenüber der ersten Richtung bildet. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit erzeugt ein zweites Erfassungssignal mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition gegenüber der ersten Richtung bildet. Die Winkelerfassungseinheit erzeugt den Erfassungswinkelwert auf Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale.
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit umfasst zumindest ein erstes Magneterfassungselement. Das zumindest eine erste Magneterfassungselement umfasst eine erste Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Die erste Magnetschicht ist mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen.
Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit umfasst zumindest ein zweites Magneterfassungselement. Das zumindest eine zweite Magneterfassungselement umfasst eine zweite Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Die zweite Magnetschicht ist mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen.
Wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten eine ideale Magnetfeldkomponente und eine Fehlermagnetfeldkomponente, wobei die ideale Magnetfeldkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Fehlermagnetfeldkomponente verursacht einen Fehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert.
Angenommen, dass jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten nur aus der Idealmagnetfeldkomponente besteht, wenn der zu erfassende Winkel mit der vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale eine Idealsignalkomponente und eine Fehlersignalkomponente, wobei die Idealsignalkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Fehlersignalkomponente resultiert aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien und verursacht einen Fehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien eingestellt, es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verkleinerten Fehler zu enthalten, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Fehler, den die Fehlermagnetfeldkomponente in dem Erfassungswinkel verursacht, als auch dem Fehler, den die Fehlersignalkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können der Fehler, den die Fehlermagnetfeldkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht, und der Fehler, den die Fehlersignalkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht, eine Phasendifferenz von 90° haben.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie formmagnetische Anisotropien sein. Eine einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und eine einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, können gleich sein.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement jeweils zumindest ein magnetoresistives Element umfassen.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet sein, der um eine Mittenachse drehbar ist. In einem solchen Fall ist es denkbar, dass die Erfassungsposition außerhalb der Mittenachse liegt. Der zu erfassende Winkel kann der Drehposition des Magneten entsprechen.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet sein, der eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind. In diesem Fall kann die Relativposition des Magneten gegenüber der Erfassungsposition in der ersten Richtung variabel sein. Der zu erfassende Winkel kann ein Winkel sein, der die Relativposition des Magneten bezüglich der Erfassungsposition darstellt, wobei eine Teilung des Magneten 360° ist.
Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung nutzt die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien, um den Winkelfehler zu verkleinern, der aufgrund der Fehlermagnetfeldkomponente auftritt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Verringerung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld, das von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, ohne die Ausgestaltung zu verkomplizieren.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
3 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln darstellt, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung eines Winkelsensors der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Magneterfassungselements, das in 4 dargestellt ist.
6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten in der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten resultiert, die in 6 dargestellt sind.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen von ersten und zweiten Erfassungssignalen darstellt, die erhalten werden, wenn die erste und zweite Magnetfeldkomponente jeweils nur aus einer Idealmagnetfeldkomponente in der ersten Ausführungsform der Erfindung bestehen.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale resultiert, die in 8 dargestellt sind.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Wellenform eines Winkelfehlers in der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
11 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen ersten Zustand eines Winkelsensorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
12 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen zweiten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
13 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen dritten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
14 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen vierten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
15 ist ein Erläuterungsdiagramm, das eine allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
16 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung eines Winkelsensors der dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
17 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten in der dritten Ausführungsform der Erfindung resultiert.
18 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus den Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale in der dritten Ausführungsform der Erfindung resultiert.
19 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Wellenform eines Winkelfehlers in der dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich anhand der Zeichnungen erläutert. Zunächst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkel sensor 2.
Die Magnetfelderzeugungseinheit der vorliegenden Erfindung ist ein Magnet 5 mit Ringform, der auf einer Drehwelle 6 gelagert ist, bei der es sich um ein Objekt handelt, dessen Drehposition erfasst werden soll. Als Reaktion auf die Drehung der Drehwelle 6 dreht sich der Magnet 5 um eine Mittenachse C in einer Drehrichtung D. Der in der vorliegenden Ausführungsform zu erfassende Winkel entspricht der Drehposition der Drehwelle 6 und der Drehposition des Magneten 5. Nachfolgend wird der zu erfassende Winkel als „Zielwinkel“ bezeichnet und durch das Bezugszeichen θ dargestellt.
Der Magnet 5, der als die Magnetfelderzeugungseinheit dient, hat eine Magnetisierung in der Richtung, die durch die Pfeile 5M in 2 dargestellt wird. Mit dieser Magnetisierung erzeugt der Magnet 5 ein Drehmagnetfeld MF, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition PR gemäß dem Zielwinkel θ variiert. Nachfolgend wird der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR gegenüber einer vorgegebenen Referenzrichtung DR bildet, als „Drehfeldwinkel“ bezeichnet und durch das Symbol θM dargestellt.
Der Winkelsensor 2 ist insbesondere ein Magnetwinkelsensor. Der Winkelsensor 2 erfasst das Drehmagnetfeld MF an der Erfassungsposition PR und erzeugt einen Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu dem Zielwinkel θ.
Die Erfassungsposition PR befindet sich in einer Referenzebene P, bei der es sich um eine gedachte Ebene handelt, die parallel zu einer Endfläche des Magneten 5 ist und senkrecht zu der Mittenachse C. In der Referenzebene P dreht sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF um die Erfassungsposition PR. Die Referenzrichtung DR befindet sich in der Referenzebene P und schneidet die Erfassungsposition PR. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR auf eine Richtung in der Referenzebene P.
Der Winkelsensor 2 umfasst eine Erfassungseinheit 10 und eine Winkelerfassungseinheit 20. Die Winkelerfassungseinheit 20 ist in 1 oder 2 nicht dargestellt, jedoch in 4 gezeigt, welche später beschrieben werden wird. Die Erfassungseinheit 10 ist so angeordnet, dass sie die Referenzebene P berührt oder schneidet. Die Relativposition des Magneten 5 bezüglich der Erfassungseinheit 10 variiert in der Drehrichtung D um die Mittenachse C.
Nun werden die Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Zunächst ist die Z-Richtung die Richtung parallel zu der in 1 dargestellten Mittenachse C und verläuft in 1 nach oben. In den 2 und 3 verläuft die Z-Richtung aus der Ebene der Zeichnung hinaus. Als nächstes sind die X- und Y-Richtungen zwei Richtungen, die senkrecht zu der Z-Richtung und orthogonal zueinander sind. In 1 verläuft die X-Richtung nach rechts, und die Y-Richtung verläuft in die Ebene der Zeichnung. In den 2 und 3 verläuft die X-Richtung nach rechts, und die Y-Richtung verläuft nach oben. Ferner ist die -X-Richtung die der X-Richtung entgegengesetzte Richtung, und die -Y-Richtung ist die der Y-Richtung entgegengesetzte Richtung.
Die Erfassungsposition PR ist die Position, an der der Winkelsensor 2 das Drehmagnetfeld MF erfasst. Die Referenzrichtung DR ist die X-Richtung. Die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dreht sich in 3 entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Zielwinkel θ und der Drehfeldwinkel θM werden entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR gesehen in positiven Werten ausgedrückt, und im Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR gesehen in negativen Werten ausgedrückt.
Eine erste Richtung D1 und eine zweite Richtung D2 beziehen sich auf zwei Richtungen in der Referenzebene P, die orthogonal zueinander sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Richtung D1 die X-Richtung, und die zweite Richtung D2 ist die Y-Richtung.
Wie in 3 dargestellt, enthält das Drehmagnetfeld MF an der Erfassungsposition PR eine erste Magnetfeldkomponente MF 1 in der ersten Richtung D1 und eine zweite Magnetfeldkomponente MF2 in der zweiten Richtung D2.
Die Ausgestaltung der Erfassungseinheit 10 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung des Winkelsensors 2 darstellt. Die Erfassungseinheit 10 umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 und eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12.
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 erzeugt ein erstes Erfassungssignal S1 mit einer Entsprechung zu dem Cosinus des Winkels, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 erzeugt ein zweites Erfassungssignal S2 mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Richtung D1 die gleiche Richtung wie die Referenzrichtung DR. Daher ist der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR bezüglich der ersten Richtung D1 bildet, gleich dem Drehfeldwinkel θM.
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 umfasst zumindest ein erstes Magneterfassungselement zur Erfassung des Drehmagnetfelds MF. Das zumindest eine erste Magneterfassungselement umfasst eine erste Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert. Die erste Magnetschicht ist mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen.
Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst zumindest ein zweites Magneterfassungselement zur Erfassung des Drehmagnetfelds MF. Das zumindest eine zweite Magneterfassungselement umfasst eine zweite Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert. Die zweite Magnetschicht ist mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen.
Sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie sind z.B. formmagnetische Anisotropien. Die einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, sind gleich.
Das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement können jeweils zumindest ein magnetoresistives Element umfassen. Das magnetoresistive Element kann ein Riesenmagnetowiderstand (GMR-) Element, ein Element mit magnetischem Tunnelwiderstand (TMR-Element), oder ein anisotropes magnetoresistives Element (AMR-Element) sein.
Wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, so dass die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dazu veranlasst wird, mit der vorgegebenen Periode zu variieren, variiert jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgenannten vorgegebenen Periode ist. Die Phase des zweiten Erfassungssignals S2 unterscheidet sich bevorzugt von jener des ersten Erfassungssignals S1 um 90°. Angesichts von Herstellungstoleranzen des Magneterfassungselements und anderen Faktoren kann die Phasendifferenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2 geringfügig von 90° abweichen. In der folgenden Beschreibung haben das erste Erfassungssignal S1 und das zweite Erfassungssignal S2 eine Phasendifferenz von 90°.
Es wird nun Bezug genommen auf 4, um ein Beispiel der spezifischen Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 zu beschreiben. In diesem Beispiel umfasst die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 eine Wheatstone Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst eine Wheatstone Brückenschaltung 16 und einen Differenzdetektor 17.
Jede der Wheatstone Brückenschaltungen 14 und 16 umfasst vier Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4, einen Stromversorgungsanschluss V, einen Masseanschluss G, einen ersten Ausgangsanschluss E1, und einen zweiten Ausgangsanschluss E2. Das Magneterfassungselement R1 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem ersten Ausgangsanschluss E1 vorgesehen. Das Magneterfassungselement R2 ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem Masseanschluss G vorgesehen. Das Magneterfassungselement R3 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 vorgesehen. Das Magneterfassungselement R4 ist zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss E2 und dem Masseanschluss G vorgesehen. Eine Versorgungsspannung vorgegebener Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V angelegt. Der Masseanschluss G ist geerdet.
Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 kann eine Vielzahl von in Reihe geschalteten magnetoresistiven (MR-) Elementen umfassen. Jedes der Vielzahl von MR-Elementen ist z.B. ein Spin-Ventil-MR Element. Das Spin-Ventil-MR-Element umfasst eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei der es sich um eine magnetische Schicht handelt, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet. Das Spin-Ventil-MR-Element kann ein TMR-Element oder ein GMR-Element sein. Bei dem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Bei dem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische, leitfähige Schicht. Das Spin-Ventil-MR-Element variiert im Widerstand gemäß dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht gegenüber der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen Minimalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und einen Maximalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In 4 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente an.
Bei der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1 und R4 enthalten sind, in der ersten Richtung D1 magnetisiert (die X-Richtung), und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der zu der ersten Richtung D1 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone Brückenschaltung 14 gemäß dem Cosinus des Drehfeldwinkels θM. Der Differenzdetektor 15 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone Brückenschaltung 14 entspricht, als das erste Erfassungssignal S1 aus. Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 erzeugt somit das erste Erfassungssignal S1 mit einer Entsprechung zu dem Cosinus des Drehfeldwinkels θM.
Bei der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1 und R4 enthalten sind, in der zweiten Richtung (der Y-Richtung) magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der zu der zweiten Richtung D2 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 16 gemäß dem Sinus des Drehfeldwinkels θM. Der Differenzdetektor 17 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 16 entspricht, als das zweite Erfassungssignal S2 aus. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 erzeugt daher das zweite Erfassungssignal S2 mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Drehfeldwinkels θM.
Angesichts der Herstellungstoleranzen der MR-Elemente und anderen Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 leicht von den oben genannten Richtungen abweichen.
Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 umfasst zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht enthält, die mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die mit der ersten magnetischen Anisotropie versehene freie Schicht entspricht der ersten Magnetschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die freien Schichten aller MR-Elemente, die in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind, mit der ersten magnetischen Anisotropie versehen.
Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht enthält, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehene freie Schicht entspricht der zweiten Magnetschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die freien Schichten aller MR-Elemente, die in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind, mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen.
Nun erfolgt eine Beschreibung der Richtungen der einfachen Achsen der Magnetisierung, die aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien resultieren. In 4 entspricht die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 darstellen, der einfachen Achsrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird. Die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente R1, R2, R3, und R4 der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 darstellen, entspricht der einfachen Achsrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird.
Die von der ersten magnetischen Anisotropie begründete einfache Achsenrichtung und die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründete einfache Achsenrichtung sind beide parallel zu der X-Richtung. Die von der ersten magnetischen Anisotropie begründete einfache Achsenrichtung ist parallel zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind. Die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, ist zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind, orthogonal.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, sind sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie z.B. formmagnetische Anisotropien. In diesem Fall ermöglicht das Formen der MR-Elemente in eine Form, die in einer Richtung lang ist, beispielsweise eine elliptische Form, in einer Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen der freien Schicht und der nichtmagnetischen Schicht betrachtet, das Einstellen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien derart, dass die Längsrichtung der MR-Elemente mit der einfachen Achsenrichtung übereinstimmt.
Angesichts der Fertigungstoleranzen der MR-Elemente und anderen Faktoren können die einfachen Achsenrichtungen, die von den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden, leicht von den oben genannten Richtungen abweichen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Beträge der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien gemäß den Fehlerkomponenten, die in den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 enthalten sind, bestimmt. Dies wird später ausführlich erläutert werden.
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Magneterfassungselemente wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Magneterfassungselements in dem Winkelsensor 2, der in 4 dargestellt ist, zeigt. In diesem Beispiel umfasst das Magneterfassungselement eine Vielzahl von unteren Elektroden 162, eine Vielzahl von MR-Elementen 150 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 163. Die Vielzahl der unteren Elektroden 162 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Jede der unteren Elektroden 162 hat eine lange, schmale Form. Jeweils zwei der unteren Elektroden 162, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander liegen, haben zwischen sich einen Spalt. Wie in 5 dargestellt sind MR-Elemente 150 auf den Oberseiten der unteren Elektroden 162 nahe gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung bereitgestellt. Jedes der MR-Elemente 150 umfasst eine freie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung 153, und eine antiferromagnetische Schicht 154, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 151 der unteren Elektrode 162 am nächsten liegt. Die freie Schicht 151 ist mit der unteren Elektrode 162 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist in Austauschkopplung mit der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 153, um die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 153 festzulegen. Die Vielzahl von oberen Elektroden 163 ist über der Vielzahl von MR-Elementen 150 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 163 hat eine lange, schmale Form und erzeugt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 von zweit benachbarten MR-Elementen 150, die auf zwei unteren Elektroden 162 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander liegen. Mit dieser Ausgestaltung ist die Vielzahl von MR-Elementen 150 in dem Magneterfassungselement, das in 5 dargestellt ist, über die Vielzahl von unteren Elektroden 162 und die Vielzahl von oberen Elektroden 163 in Reihe geschaltet. Es wird angemerkt, dass die Schichten 151 bis 154 der MR-Elemente 150 in der umgekehrten Reihenfolge zu der in 5 gezeigten gestapelt werden können.
Bei dem in 5 dargestellten Beispiel, um die freie Schicht 151 mit der oben genannten formmagnetischen Anisotropie zu versehen, ist jedes MR-Element 150 in der Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen der freien Schicht 151 und der nichtmagnetischen Schicht 152 betrachtet derart geformt, dass es elliptisch ist.
Die Winkelerfassungseinheit 20 wird nun beschrieben. Die Winkelerfassungseinheit 20 kann zum Beispiel vermittels einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder eines Mikrocomputers verwirklicht sein. Die Winkelerzeugungseinheit 20 erzeugt den Erfassungswinkelwert θs auf der Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2. Konkret berechnet die Winkelerfassungseinheit 20 beispielsweise den Erfassungswinkelwert θs durch die folgende Gleichung (1). In Gleichung (1) stellt „atan“ die Arcustangens-Funktion dar. $θ s=atan (S2/S1)$
Falls θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° liegt, führt Gleichung (1) auf zwei Lösungen, die sich im Wert um 180° voneinander unterscheiden. Welche der beiden Lösungen für θs in Gleichung (1) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von S1 und S2 geschlossen werden. Die Winkelerfassungseinheit 20 bestimmt θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° mithilfe von Gleichung (1) und der vorgenannten Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von S1 und S2.
Nun werden die Funktion und die Wirkungen des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform umfassen Winkelfehler, die in dem Erfassungswinkelwert θs auftreten, einen Fehler im Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF und einen Fehler im Zusammenhang mit dem Winkelsensor 2. In der vorliegenden Ausführungsform resultiert der Winkelfehler in Zusammenhang mit dem Winkelsensor 2 hauptsächlich aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien. Es wird angemerkt, dass der Winkelfehler dem Erfassungswinkelwert θs minus dem Zielwinkel θ entspricht.
Zunächst wird eine Beschreibung des Winkelfehlers nur in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF angegeben. Wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält sowohl die erste Magnetfeldkomponente MF 1 als auch die zweite Magnetfeldkomponente MF2 des Drehmagnetfelds MF eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Fehlermagnetfeldkomponente, wobei die Idealmagnetfeldkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fehlermagnetfeldkomponente eine Fehlerkomponente, die der dritten Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Idealmagnetfeldkomponente und die Fehlermagnetfeldkomponente der ersten Magnetfeldkomponente MF 1 werden nachfolgend mit MF 10 bzw. MF 1a bezeichnet. Die Idealmagnetfeldkomponente und die Fehlermagnetfeldkomponente der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 werden durch MF20 bzw. MF2a dargestellt. Die Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 bewirken einen Winkelfehler Ea in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Ea mit ½ der vorgegebenen Periode variiert.
6 veranschaulicht ein Beispiel von Wellenformen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2. In 6 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 dar. Die vertikale Achse aus 6 ist in beliebigen Einheiten angegeben, wobei der Maximalwert der Idealmagnetfeldkomponenten MF10 und MF20 der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 1 beträgt. In 6 stellt die Kurve MF 1 die Wellenform der ersten Magnetfeldkomponente MF 1 dar, und die Kurve MF2 stellt die Wellenform der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 dar. Die Kurve MF 10 stellt die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente der ersten Magnetfeldkomponente MF 1 dar, und die Kurve MF20 stellt die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 dar.
7 veranschaulicht die Wellenform des Winkelfehlers Ea, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, die in 6 dargestellt sind. In 7 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Ea dar.
Die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente MF 10 der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in 6 dargestellt ist, kann durch cosθ dargestellt werden, und die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente MF20 der zweiten Magnetfeldkomponente MF2, die in 6 dargestellt ist, kann durch sinθ dargestellt werden. Die Wellenform der Fehlermagnetfeldkomponente MF1a der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in 6 dargestellt ist, kann durch A₁ • cos3θ dargestellt werden, und die Wellenform der Fehlermagnetfeldkomponente MF2a der zweiten Magnetfeldkomponente MF2, die in 6 dargestellt ist, kann durch A₁ • sin3θ dargestellt werden. Hierbei ist A₁ eine reelle Zahl. In dem in 6 dargestellten Beispiel ist A₁ ein positiver Wert.
Angenommen, dass der Winkelfehler Ea der einzige Winkelfehler ist, der in dem Erfassungswinkelwert auftritt, können die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 durch die folgenden Gleichungen (2) bzw. (3) dargestellt werden. $S1=cos θ + A_{1} \cdot cos3 θ$
$S2=sin θ + A_{1} \cdot sin3 θ$
Als nächstes wird eine Beschreibung des Winkelfehlers angegebenen, der in dem Erfassungswinkelwert θs aufgrund der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien auftritt. Zunächst wird angenommen, dass die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 nur aus den Idealmagnetfeldkomponenten MF 10 bzw. MF20 bestehen, wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert. In diesem Fall enthalten das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 jeweils eine Ideal signalkomponente und eine Fehlersignalkomponente, wobei die Idealsignalkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Idealsignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 werden durch S10 bzw. S20 dargestellt. Die Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 resultieren aus den ersten bzw. zweiten magnetischen Anisotropien. Die Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 verursachen einen Winkelfehler Eb in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Eb mit ½ der vorgegebenen Periode variiert.
8 veranschaulicht ein Beispiel von Wellenformen der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2, die auf Grundlage der Annahme erhalten werden, dass die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 nur aus den Idealmagnetfeldkomponenten MF 10 bzw. MF20 bestehen. In 8 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 dar. In 8 stellt die Kurve S1 die Wellenform des ersten Erfassungssignals S1 dar, und die Kurve S2 stellt die Wellenform des zweiten Erfassungssignals S2 dar. Die Kurve S10 stellt die Wellenform der Idealsignalkomponente S10 des ersten Erfassungssignals S1 dar, und die Kurve S20 stellt die Wellenform der Idealsignalkomponente S20 des zweiten Erfassungssignals S2 dar.
9 veranschaulicht die Wellenform des Winkelfehlers Eb, die nur aus den Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 resultiert, die in 8 dargestellt sind. In 9 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Eb dar.
Die Wellenform der idealen Signalkomponente S10 des ersten Erfassungssignals S1, das in 8 dargestellt ist, kann durch cosθ dargestellt werden, und die Wellenform der Idealsignalkomponente S20 des zweiten Erfassungssignals S2, das in 8 dargestellt ist, kann durch sinθ dargestellt werden. Die Fehlersignalkomponente des in 8 dargestellten ersten Erfassungssignals kann durch -B₁ • cos3θ dargestellt werden, und die Fehlersignalkomponente des in 8 dargestellten zweiten Erfassungssignals S2 kann durch -B₁ • sin3θ dargestellt werden. Hierbei ist B₁ eine reelle Zahl. In dem in 8 dargestellten Beispiel ist B₁ ein positiver Wert.
Wie in 9 dargestellt variiert der Winkelfehler Eb, der lediglich aus den Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 resultiert, mit ½ der vorgegebenen Periode. Wie oben erwähnt variiert auch der Winkelfehler Ea, der nur aus den Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 resultiert, mit ½ der vorgegebenen Periode. Wenn B₁ und A₁ das gleiche positive oder negative Vorzeichen haben, haben der Winkelfehler Ea und der Winkelfehler Eb eine Phasendifferenz von 90°. Insbesondere wenn B₁ und A₁ einander gleich sind, haben der Winkelfehler Ea und der Winkelfehler Eb eine Phasendifferenz von 90° und die gleiche Amplitude. Wenn der Winkelfehler Ea und der Winkelfehler Eb eine solche Beziehung haben, kann ein Winkelfehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, in dem Erfassungswinkelwert θs theoretisch vollständig auf 0 verringert werden.
Das positive und negative Vorzeichen von B₁ kann durch Änderung der einfachen Achsenrichtungen verändert werden, die durch die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden. Zum Beispiel ist in der in 4 dargestellten Ausgestaltung B₁ ein positiver Wert. Eine andere Ausgestaltung, die B₁ zu einem negativen Wert macht, wird später in Zusammenhang mit einer dritten Ausführungsform beschrieben. Der Betrag von B₁ kann durch Änderung der Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien verändert werden.
Die vorliegende Ausführungsform nutzt die oben beschriebenen Eigenschaften aus, um den aus den Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF1b resultierenden Winkelfehler Ea der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 unter Verwendung der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien wie folgt zu verringern. Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien eingestellt, es dem Erfassungswinkelwert θs zu ermöglichen einen reduzierten Winkelfehler zu enthalten, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Winkelfehler Ea als auch dem Winkelfehler Eb.
Hierbei wird der Winkelfehler des Erfassungswinkelwerts θs durch das Bezugszeichen Es dargestellt. 10 veranschaulicht ein Beispiel der Wellenform des Winkelfehlers Es. In 10 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Es dar.
Bei dem in 10 dargestellten Winkelfehler Es ist die Winkelfehlerkomponente, die mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, kleiner als der in 7 dargestellte Winkelfehler Ea und der in 9 dargestellte Winkelfehler Eb. Dies zeigt, dass die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers, der aus den Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, durch Verwendung der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien ermöglicht.
Nun wird ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von B₁ und der einfachen Achsenrichtungen und Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien beschrieben. Zunächst wird die Wellenform des Winkelfehlers Es durch A₁ bestimmt. A₁ ist damit aus der Wellenform des Winkelfehlers Ea erhaltbar.
Damit der Erfassungswinkelwert θs verglichen mit sowohl dem Winkelfehler Ea und dem Winkelfehler Eb einen verkleinerten Winkelfehler enthält, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, wird B₁ derart bestimmt, dass es das gleiche positive oder negative Vorzeichen wie A₁ hat, und so dass der Betrag von (A₁ - B₁) kleiner als der Betrag von A₁ ist. Je kleiner der Betrag von (A₁ - B₁) ist, desto bevorzugter ist er. Der Betrag von (A₁ - B₁) ist bevorzugt kleiner oder gleich ½ des Betrags von A₁.
Wie vorab genannt kann das positive oder negative Vorzeichen von B₁ durch Änderung der einfachen Achsenrichtungen verändert werden, die von den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden. Der Betrag von B₁ hat eine Beziehung zu den Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien. Durch Erhalten, vorab, der Beziehungen zwischen B₁ und den einfachen Achsenrichtungen und den Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien ist es möglich, die einfachen Achsenrichtungen und die Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien auf der Grundlage der erhaltenen Beziehungen zu bestimmen, um einen gewünschten Wert von B₁ zu erhalten.
Vor dem Hintergrund der vorstehenden Informationen ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verkleinerung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF, das von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird. In der vorliegenden Ausführungsform benötigt der Winkelsensor 2 eine Vielzahl von Paaren aus Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 nicht, sondern er benötigt nur ein Paar von Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit eine Verkleinerung des Winkelfehlers im Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF, das von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, ohne Verkomplizierung der Ausgestaltung.
[Zweite Ausführungsform]
Es wird nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 11 bis 14 beschrieben. Die 11 bis 14 veranschaulichen jeweils erste bis vierte Zustände des Winkelsensorsystems 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Die Magnetfelderzeugungseinheit des Winkelsensorsystems 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein Magnet 8, der von dem Magnet 5 der ersten Ausführungsform verschieden ist. Der Magnet 8 umfasst eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind. Die erste Richtung ist die X-Richtung.
In den 11 bis 14 verläuft die X-Richtung nach rechts, die Y-Richtung verläuft nach oben, und die Z-Richtung verläuft aus der Zeichnungsebene heraus. Der Magnet 8 hat eine Seitenfläche 8a, die parallel zur X-Richtung verläuft. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Erfassungseinheit 10 des Winkelsensors 2 derart angeordnet, dass sie der Seitenfläche 8a des Magneten 8 gegenüberliegt. Die 11 bis 14 veranschaulichen eine Vielzahl von Kurven nahe der Seitenfläche 8a des Magneten 8, wobei die Vielzahl von Kurven magnetische Feldlinien darstellen.
Entweder der Winkelsensor 2 oder der Magnet 8 ist in einer Richtung DL parallel zu der ersten Richtung (X-Richtung) als Reaktion auf die Bewegung eines sich bewegenden Körpers (nicht dargestellt) linear bewegbar. Mit anderen Worten ist die Relativposition des Magneten 8 bezüglich der Erfassungsposition PR in der ersten Richtung (X-Richtung) variabel. In dem in 11 dargestellten Beispiel ist die Richtung DL die X-Richtung.
Die Referenzebene in der vorliegenden Ausführungsform ist senkrecht zur Z-Richtung. Wenn sich die Relativposition des Magneten 8 gegenüber der Erfassungsposition PR in der Richtung DL bewegt, dreht sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in 11 entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Zielwinkel θ und der Drehfeldwinkel θM werden aus der Referenzrichtung DR entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet in positiven Werten ausgedrückt, und aus der Referenzrichtung DR im Uhrzeigersinn gesehen in negativen Werten ausgedrückt. Die Definitionen der ersten Richtung D1, der zweiten Richtung D2, der ersten Magnetfeldkomponente MF 1 und der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
Der Winkelsensor 2 erfasst das Drehmagnetfeld MF an der Erfassungsposition PR und erzeugt den Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu dem Zielwinkel θ. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Zielwinkel θ ein Winkel, der die Relativposition des Magneten 8 bezüglich der Erfassungsposition PR darstellt, wobei eine Teilung des Magneten 8 360° beträgt.
In dem in 11 dargestellten ersten Zustand befindet sich die Erfassungsposition PR in einer gedachten Ebene, die die Grenze zwischen benachbarten N- und S-Polen des Magneten 8 umfasst. In dem ersten Zustand ist der Zielwinkel θ 0°.
Der in 12 gezeigte zweite Zustand ist ein Zustand, bei dem der Magnet 8 um ¼ Teilung gegenüber dem ersten Zustand in der Richtung DL bewegt wurde. In dem zweiten Zustand ist der Zielwinkel θ 90°.
Der in 13 gezeigte dritte Zustand ist ein Zustand, bei dem der Magnet 8 gegenüber dem zweiten Zustand um ¼ Teilung in der Richtung DL bewegt wurde. In dem dritten Zustand ist der Zielwinkel θ 180°.
Der in 14 gezeigte vierte Zustand ist ein Zustand, bei dem der Magnet 8 gegenüber dem dritten Zustand um ¼ Teilung in der Richtung DL bewegt wurde. In dem vierten Zustand beträgt der Zielwinkel θ gleich 270°.
Eine Bewegung des Magneten 8 um ¼ Teilung gegenüber dem vierten Zustand in der Richtung DL führt auf den in 11 gezeigten ersten Zustand 11.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält die erste Magnetfeldkomponente MF1 und die zweite Magnetfeldkomponente MF2 des Drehmagnetfelds MF jeweils die Idealmagnetfeldkomponente und die Fehlermagnetfeldkomponente, wie in der ersten Ausführungsform.
Der Winkelsensor 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Ausgestaltung wie jener in der ersten Ausführungsform. Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. In dem Winkelsensorsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform befindet sich der Winkelsensor 2 näher an der Seitenfläche 8a des Magneten 8 als in der zweiten Ausführungsform.
16 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung des Winkelsensors 2 der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in der zweiten Ausführungsform (der ersten Ausführungsform), sind die freien Schichten aller MR-Elemente, die in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind, mit der ersten magnetischen Anisotropie versehen, und die freien Schichten aller MR-Elemente, die in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind, sind mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen. In 16 entspricht die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 darstellen, der einfachen Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird. Die Hauptachsenrichtung der Ellipsen, die die Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 darstellen, entspricht der einfachen Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl die einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, parallel zu der Y-Richtung. Die einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, ist orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind. Die einfache Achsrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, ist parallel zu den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 enthalten sind.
Die Funktion und Wirkungen des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben. Wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform erläutert wurde verursachen die Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 den Winkelfehler Ea, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, in dem Erfassungswinkelwert θs. Wenn die Wellenformen der Idealmagnetfeldkomponenten MF 10 und MF20 der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 die gleichen sind wie jene der in 6 dargestellten Ausführungsform, kann die Wellenform der Fehlermagnetfeldkomponente MF1a der ersten Magnetfeldkomponente MF1 durch A₁ • cos3θ dargestellt werden, und die Wellenform der Fehlermagnetfeldkomponente MF2a der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 kann durch A₁ • sin3θ dargestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist A₁ insbesondere ein negativer Wert.
17 veranschaulicht die Wellenform des Winkelfehlers Ea, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 resultiert. In 17 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Ea dar. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Phase des Winkelfehlers Ea entgegengesetzt zu jener in der ersten Ausführungsform.
Wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde verursachen die Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 den Winkelfehler Eb, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, in dem Erfassungswinkelwert θs. Dabei sei angenommen, dass hierbei die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 lediglich aus den Idealmagnetfeldkomponenten MF10 bzw. MF20 bestehen. In diesem Fall, falls die Wellenformen der Idealsignalkomponenten S10 und S20 der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 die gleichen sind wie jene der in 8 dargestellten der ersten Ausführungsform, kann die Fehlersignalkomponente des ersten Erfassungssignals S1 durch -B₁ • cos3θ dargestellt werden und kann die Fehlersignalkomponente des zweiten Erfassungssignals S2 durch -B₁ • sin3θ dargestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist B₁ insbesondere ein negativer Wert.
18 zeigt die Wellenform des Winkelfehlers Eb, der lediglich aus den Fehlersignalkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 in dem vorgenannten Fall resultiert. In 18 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Eb dar. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Phase des Winkelfehlers Eb entgegengesetzt zu jener in der ersten Ausführungsform.
Wie in den 17 und 18 dargestellt haben der Winkelfehler Ea und der Winkelfehler Eb eine Phasendifferenz von 90°. In der vorliegenden Ausführungsform ist es somit möglich, den Winkelfehler Ea, der aus den Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, durch Verwendung der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien zu verkleinern, wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen. 19 veranschaulicht ein Beispiel der Wellenform des Winkelfehlers Es des Erfassungswinkelwerts θs. In 19 stellt die horizontale Achse den Zielwinkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler Es dar.
Bei dem in 19 dargestellten Winkelfehler Es ist die Winkelfehlerkomponente, die mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, sowohl kleiner als der in 17 dargestellte Winkelfehler Ea als auch kleiner als der in 18 dargestellte Winkelfehler Eb. Dies zeigt, dass die vorliegende Ausführungsform den Winkelfehler Ea, der aus den Fehlermagnetfeldkomponenten MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF 1 und MF2 resultiert, durch Verwendung der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien verringern kann.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der zweiten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden. Zum Beispiel sind die Magneterfassungselemente in der vorliegenden Erfindung nicht auf Spin-Ventil-MR-Elemente (GMR- und TMR-Elemente) oder ARM-Elemente beschränkt, und können beliebige Magneterfassungselemente sein, die eine Magnetschicht haben, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung eines Drehmagnetfelds variiert. Zum Beispiel können Hall-Elemente, die jeweils eine ferromagnetische Schicht umfassen und ferromagnetische Halleffekte nutzen, als Magneterfassungselemente verwendet werden.
Die magnetische Anisotropie, mit der die Magnetschicht versehen ist, ist nicht auf eine formmagnetische Anisotropie beschränkt und kann eine magnetokristalline Anisotropie oder eine belastungsinduzierte magnetische Anisotropie sein.
Offensichtlich sind angesichts der obigen Lehre viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Daher wird angemerkt, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen in anderen Ausführungsformen als den oben genannten, besonders bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011 [0003]
JP 158488 A [0003]
JP 2011158488 A [0008, 0009]

Claims

Winkelsensorsystem (1), aufweisend: eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition gemäß einem zu erfassenden Winkel variiert; und einen Winkelsensor (2) zur Erfassung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition und Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel, dadurch gekennzeichnet, dass: das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition eine erste Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist, enthält; der Winkelsensor (2) umfasst: eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit (11) zur Erzeugung eines ersten Erfassungssignals mit einer Entsprechung zu dem Cosinus eines Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet; eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit (12) zur Erzeugung eines zweiten Erfassungssignals mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet; und eine Winkelerfassungseinheit (20) zur Erzeugung des Erfassungswinkelwerts auf der Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale, die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit (11) zumindest ein erstes Magneterfassungselement umfasst, das zumindest eine erste Magneterfassungselement eine erste Magnetschicht umfasst, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert, die erste Magnetschicht mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen ist, die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit (12) zumindest ein zweites Magneterfassungselement umfasst, das zumindest eine zweite Magneterfassungselement eine zweite Magnetschicht umfasst, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert, die zweite Magnetschicht mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, die erste und zweite Magnetfeldkomponente jeweils eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Fehlermagnetfeldkomponente enthalten, wobei die Idealmagnetfeldkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, die Fehlermagnetfeldkomponente einen Fehler verursacht, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert, angenommen, dass jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten nur aus der Idealmagnetfeldkomponente besteht, wenn der zu erfassende Winkel mit der vorgegebenen Periode variiert, das erste und zweite Erfassungssignal jeweils eine Idealsignalkomponente und eine Fehlersignalkomponente enthalten, wobei die Idealsignalkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, die Fehlersignalkomponente aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien resultiert und einen Fehler verursacht, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert, und die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien eingestellt sind, es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verkleinerten Fehler zu enthalten, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Fehler, den die Fehlermagnetfeldkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht, als auch dem Fehler, den die Fehlersignalkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Fehler, den die Fehlermagnetfeldkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht, und der Fehler, den die Fehlersignalkomponente in dem Erfassungswinkelwert verursacht, eine Phasendifferenz von 90° haben.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie formmagnetische Anisotropien sind.
Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und eine einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, gleich sind.
Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement jeweils zumindest ein magnetoresistives Element umfassen.
Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet (5) ist, der um eine Mittenachse drehbar ist, die Erfassungsposition außerhalb der Mittenachse liegt, und der zu erfassende Winkel einer Drehposition des Magneten (5) entspricht.
Winkelsensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet (8) ist, der eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind, eine Relativposition des Magneten (8) bezüglich der Erfassungsposition in der ersten Richtung variabel ist, und der zu erfassende Winkel ein Winkel ist, der die Relativposition des Magneten (8) bezüglich der Erfassungsposition darstellt, wobei eine Teilung des Magneten (8) 360° ist.