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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelsensor und betrifft im Spezielleren einen Winkelsensor, der für eine Winkeldetektion mit hoher Genauigkeit geeignet ist.
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Stand der Technik
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In der Vergangenheit wurde ein Hallsensor vorgeschlagen, der ein Hallelement beinhaltet, das in Bezug auf einen auf einer Drehwelle angebrachten Magneten in einer gegenüberliegenden, neutralen Detektionsposition angeordnet ist und einen Rotatonswinkel des Magneten auf der Basis eines von dem Hallelement abgegebenen Signals erfasst (siehe z. B. Patentliteratur 1). Bei dem Winkelsensor ist der rechteckige quaderförmige Magnet in der Mitte der Drehwelle angeordnet, und das Hallelement ist in der Nähe der Außenumfangsfläche der Drehwelle angeordnet. Der Winkelsensor ist dazu ausgebildet, den Rotationswinkel des Magneten in Abhängigkeit von der Stärke eines von dem Magneten an das Hallelement angelegten Magnetfeldes zu berechnen.
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Andererseits wurde ein Magnetsensor vorgeschlagen, der ein GMR-Element (Element mit Riesenmagnetowiderstandseffekt) verwendet, das eine Richtung eines Magnetfeldes von einem Magneten erfasst und ein Ausgangssignal variiert (siehe z. B. Patentliteratur 2). Der das GMR-Element verwendende Magnetsensor variiert das Ausgangssignal auf der Basis einer Veränderung bei einem elektrischen Widerstandswert des GMR-Elements entsprechend der Richtung des Magnetfeldes von dem Magneten.
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Liste des Standes der Technik
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1 ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-151390
- Patentliteratur 2 ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-276983
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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Es kann ins Auge gefasst werden, das GMR-Element (Element mit Riesenmagnetowiderstandseffekt) anstatt des Hallelements bei dem in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-151390 offenbarten Winkelsensor vorzusehen, um den Winkelsensor unter Verwendung des GMR-Elements zu konfigurieren. Wenn jedoch das GMR-Element zum Detektieren einer Richtung eines Magnetfeldes an der Außenumfangsfläche eines Drehkörpers vorgesehen ist, wie bei dem in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-151390 offenbarten Winkelsensor, kann ein Problem dahingehend entstehen, dass der Rotationswinkel des Magneten und die Richtung des an das GMR-Element angelegten Magnetfeldes einander nicht entsprechen und der Rotationswinkel des Magneten nicht korrekt erfasst wird.
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In Anbetracht des Vorstehenden ist es wünschenswert, einen Winkelsensor zu schaffen, der zum Verbessern der Winkeldetektionsgenauigkeit unter Verwendung eines GMR-Elements in der Lage ist.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Winkelsensor geschaffen, der Folgendes aufweist: einen Magneten, der in einem rotationsbeweglichen Drehkörper zusammen mit dem Drehkörper drehbar angebracht ist; ein kreisförmiges Joch, das sich einer Kreisform derart erstreckt, dass es eine Außenumfangsfläche des Magneten um eine Drehwelle des Magneten umschließt, und das einen Aussparungsbereich in einem Teil von diesem in einer Erstreckungsrichtung des kreisförmigen Jochs aufweist; und ein Magnetowiderstandseffekt-Element, das in dem Aussparungsbereich angeordnet ist. Das Magnetowiderstandseffekt-Element erfasst eine Richtung eines Magnetfeldes in Übereinstimmung mit einem Rotationswinkel des Magneten in dem Aussparungsbereich.
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Bei einer derartigen Konfiguration wird durch das kreisförmige Joch, in dem der Aussparungsbereich ausgebildet ist, ein magnetischer Weg gebildet. Wenn z. B. der Magnetpol des Magneten in einer geraden Linie von dem Magnetowiderstandseffekt-Element angeordnet ist, wird ein Teil des magnetischen Flusses von dem Aussparungsbereich in Richtung auf das kreisförmige Joch gezogen, und somit wird der an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegte magnetische Fluss geringer. Bei Rotation des Magneten um 90 Grad aus dieser Position wird der magnetische Fluss durch das kreisförmige Joch gezogen, und somit nimmt der an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegte magnetische Fluss zu. Wenn der Aussparungsbereich dafür sorgt, dass die Stärke des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten gleichmäßig ist, kann der Rotationswinkel des Magneten mit der Richtung des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes in Übereinstimmung gebracht werden, so dass die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert wird.
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Bei dem Winkelsensor gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann die Außenumfangsfläche des Magneten um die Drehwelle des Magneten kreisförmig ausgebildet sein.
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Bei einer derartigen Konfiguration kann z. B. der Rotationswinkel des Magneten selbst bei einem säulenförmigen Magneten oder einem Ringmagneten mit der Richtung des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes in Übereinstimmung gebracht werden.
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Bei dem Winkelsensor gemäß dem genannten Gesichtspunkt der Erfindung kann der Aussparungsbereich eine derartige Spaltbreite aufweisen, dass ein Amplitudenverhältnis einer orthogonalen Komponente eines an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes 1 beträgt.
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Da bei einer solchen Konfiguration das Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes 1 beträgt, lässt sich die Stärke des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes gleichmäßig machen, und zwar unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten.
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Bei dem Winkelsensor gemäß dem genannten Gesichtspunkt der Erfindung kann das kreisförmige Joch mit einer Kreisringform ausgebildet sein. Die Spaltbreite des Aussparungsbereichs kann im Bereich von 1/8 bis 1/12 eines Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs liegen.
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Bei dem Winkelsensor gemäß dem genannten Gesichtspunkt der Erfindung kann die Spaltbreite des Aussparungsbereichs 1/10 des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs betragen.
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Bei einer derartigen Konfiguration kann durch Bestimmen des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs die Spaltbreite des Aussparungsbereichs derart bestimmt werden, dass die Stärke des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten gleichmäßig sein kann. Bei dem Mittendurchmesser des kreisförmigen Jochs handelt es sich um einen Durchmesser, der die Hälfte der Summe aus dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des kreisförmigen Jochs beträgt.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Winkelsensor geschaffen, der Folgendes aufweist: einen Magneten, der in einem rotationsbeweglichen Drehkörper zusammen mit dem Drehkörper drehbar angebracht ist; ein kreisförmiges Joch, das sich in einer Kreisform derart erstreckt, dass es eine Außenumfangsfläche des Magneten um eine Drehwelle des Magneten umschließt, und das eine Mehrzahl von Aussparungsbereichen in Teilen von diesem in einer Erstreckungsrichtung des kreisförmigen Jochs aufweist; und ein Magnetowiderstandseffekt-Element, das in einem der Mehrzahl von Aussparungsbereichen angeordnet ist und eine Richtung eines Magnetfeldes erfasst, das in dem Aussparungsbereich erzeugt wird, in dem das Magnetowiderstandseffekt-Element angeordnet ist.
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Bei einer derartigen Konfiguration wird durch das magnetische Joch, in dem eine Mehrzahl von Aussparungsbereichen ausgebildet ist, ein magnetischer Weg gebildet. Wenn sich der Magnetpol des Magneten beispielsweise in einer geraden Linie von dem Magnetowiderstandseffekt-Element befindet, wird somit ein Teil des magnetischen Flusses von dem Aussparungsbereich in Richtung auf das kreisförmige Joch gezogen, und somit wird der an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegte magnetische Fluss geringer. Wenn der Magnet um 90 Grad aus dieser Position verdreht wird, wird der magnetische Fluss durch das kreisförmige Joch gezogen, und somit nimmt der an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegte magnetische Fluss zu. Wenn durch die Mehrzahl der Aussparungsbereiche die Stärke des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten gleichmäßig sein kann, kann somit der Rotationswinkel des Magneten mit der Richtung des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes in Übereinstimmung gebracht werden, so dass die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert ist Wenn der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der einen Richtung fließt, nahezu der gleiche ist wie der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der umgekehrten bzw. entgegengesetzten Richtung zu der einen Richtung in dem kreisförmigen Joch fließt, kann ferner eine Vormagnetisierung der magnetischen Flussdichte in dem kreisförmigen Joch vermindert werden. Durch Unterdrücken einer Reduzierung bei dem an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten magnetischen Fluss kann somit die Detektionsempfindlichkeit verbessert werden, und eine Leckage des magnetischen Flusses kann verhindert werden.
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Bei dem Winkelsensor gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann die Außenumfangsfläche des Magneten um die Drehwelle des Magneten kreisförmig ausgebildet sein.
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Bei einer derartigen Konfiguration kann z. B. der Rotationswinkel des Magneten selbst bei einem säulenförmigen Magneten oder einem Ringmagneten mit der Richtung des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes in Übereinstimmung gebracht werden.
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Bei dem Winkelsensor gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann die Mehrzahl der Aussparungsbereiche in dem kreisförmigen Joch derart ausgebildet werden, dass ein magnetischer Widerstand eines magnetischen Weges, entlang dem ein magnetischer Fluss durch das kreisförmige Joch in der einen Richtung fließt, im Wesentlichen der gleiche ist wie ein magnetischer Widerstand eines magnetischen Weges, entlang dem ein magnetischer Fluss in einer umgekehrten Richtung zu der einen Richtung durch das kreisförmige Joch fließt.
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Bei einer derartigen Konfiguration kann durch Reduzieren der Vormagnetisierung der magnetischen Flussdichte in dem kreisförmigen Joch und Unterdrücken einer Reduzierung des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten magnetischen Flusses die Detektionsempfindlichkeit verbessert werden, und eine Leckage des magnetischen Flusses kann verhindert werden.
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Bei dem Winkelsensor gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann die Anzahl der Aussparungsbereiche zwei betragen. Die beiden Aussparungsbereiche können an Stellen des kreisförmigen Jochs gebildet sein, die einander unter Zwischenanordnung eines Rotationszentrums des Magneten im Wesentlichen gegenüberliegen.
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Bei einer solchen Konfiguration kann der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der einen Richtung fließt, nahezu gleich dem magnetischen Widerstand des magnetischen Weges gebildet werden, entlang dem der magnetische Fluss in der umgekehrten Richtung zu der einen Richtung in dem kreisförmigen Joch fließt.
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Bei dem Winkelsensor gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung können Spaltbreiten der beiden Aussparungsbereiche derart ausgebildet sein, dass ein Amplitudenverhältnis einer orthogonalen Komponente eines an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes 1 beträgt.
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Da bei einer solchen Konfiguration das Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes 1 beträgt, kann die Stärke des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten gleichmäßig gemacht werden.
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Bei dem Winkelsensor gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann das kreisförmige Joch in einer Kreisringform ausgebildet sein. Die Spaltbreiten der beiden Aussparungsbereiche können im Bereich von 1/8 bis 1/12 eines Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs liegen.
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Bei einer solchen Konfiguration können durch Festlegen des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs die Spaltbreiten der beiden Aussparungsbereiche bestimmt werden, mit denen eine gleichmäßige Stärke des an das Magnetowiderstandseffekt-Element angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten erzielt werden kann. Bei dem Mittendurchmesser des kreisförmigen Jochs handelt es sich um einen Durchmesser, der die Hälfte der Summe aus dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des kreisförmigen Jochs beträgt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß den Gesichtspunkten der Erfindung kann die Winkeldetektionsgenauigkeit unter Verwendung des Magnetowiderstandseffekt-Elements verbessert werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Winkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Magnetfeldes, das von dem Winkelsensor gemäß einem Vergleichsbeispiel erzeugt wird;
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3A bis 3C Darstellungen zur Veranschaulichung des Zustandsübergangs des Winkelsensors gemäß einem Vergleichsbeispiel;
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4 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer linearen Kennlinie des Winkelsensors gemäß einem Vergleichsbeispiel;
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5A eine Darstellung zur Veranschaulichung des Zustands eines an ein GMR-Element angelegten magnetischen Flusses, wenn sich ein Magnet in einer Ausgangsposition befindet;
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5B eine Darstellung zur Veranschaulichung des Zustands eines an das GMR-Element angelegten magnetischen Flusses, wenn sich der Magnet in einer Position befindet, in der der Magnet um 90 Grad gegenüber der Ausgangsposition verdreht ist;
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6A bis 6C Darstellungen zur Veranschaulichung des Zustandsübergangs des Winkelsensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer linearen Kennlinie des Winkelsensors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ausbildung eines kreisförmigen Jochs des Winkelsensors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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9 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Breitengröße einer Spaltbreite des in 8 gezeigten kreisförmigen Jochs und einem Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente des an das GMR-Element angelegten Magnetfeldes bei dem Winkelsensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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10 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Winkelsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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11 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ausbildung eines kreisförmigen Jochs des Winkelsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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12 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Fließens eines magnetischen Flusses eines Winkelsensors gemäß einem Vergleichsbeispiel;
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13 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Fließens eines magnetischen Flusses eines Winkelsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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14A und 14B Darstellungen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einem Rotationswinkel des Winkelsensors und einer Schwankungsbreite einer magnetischen Flussdichte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben. Bei einem Winkelsensor gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung handelt es sich um einen Winkelsensor, der dazu verwendet wird, einen Winkel einer Kurbelwelle oder dergleichen in einem in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen angebrachten Motor mit hoher Winkeldetektionsgenauigkeit zu berechnen. Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem der Winkelsensor gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung nach Bedarf bei einem Kurbelwinkelsensor Anwendung findet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Winkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Winkelsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Magneten 2 mit Kreisringform, ein kreisförmiges Joch 3, das die Außenumfangsfläche des Magneten 2 umgibt und einen Kerbbereich bzw. Aussparungsbereich 11 in einem Teil von diesem aufweist, sowie ein GMR-Element 4, das als Element mit Magnetowiderstandseffekt dient und in dem Aussparungsbereich 11 des kreisförmigen Jochs 3 angeordnet ist. Ein ringförmiges Befestigungselement 5 ist an der Innenumfangsfläche des Magneten 2 angeordnet, und in der Mitte des Befestigungselements 5 ist eine Befestigungsöffnung 13 gebildet, durch die eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) oder dergleichen eingeführt werden kann.
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Der kreisringförmig ausgebildete Magnet 2 ist an der Außenumfangsfläche des Befestigungselements 5 derart angebracht, dass er dazu nicht relativ drehbar ist. Der Magnet 2, bei dem der Nordpol und der Südpol an zwei einander in Radialrichtung zugewandt gegenüberliegenden Stellen magnetisiert sind, erzeugt ein bogenförmiges Magnetfeld von dem Nordpol zu dem Südpol über das kreisförmige Joch 3 an der Peripherie von diesem. Die Breite des Magneten 2 ist entsprechend der vertikalen Dicke des GMR-Elements 4 vorgegeben. Jedoch kann die Breite des Magneten 2 auch größer vorgesehen sein, solange die Breite von diesem nicht kleiner ist.
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Das kreisförmige Joch 3, das den Aussparungsbereich 11 in einem ringförmigen Bereich 12 aufweist und in einer Frontansicht C-förmig ausgebildet ist, ist mit einem gleichmäßigen Hohlraumspalt angeordnet, der in Radialrichtung zwischen dem kreisförmigen Joch 3 und der Außenumfangsfläche des Magneten 2 gebildet ist. Der ringförmige Bereich 12 und der Aussparungsbereich 11 des kreisförmigen Jochs 3 bilden einen magnetischen Weg des von dem Magneten 2 erzeugten Magnetfeldes und halten somit die Stärke des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes in gleichmäßiger Weise aufrecht, und zwar unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten 2. Der durch das kreisförmige Joch 3 gebildete magnetische Weg im Detail wird im Folgenden beschrieben.
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Das GMR-Element 4, das in dem Aussparungsbereich 11 des kreisförmigen Jochs 3 angeordnet ist, erfasst die Richtung des von dem Magneten 2 erzeugten Magnetfeldes. Das GMR-Element 4 besitzt eine Grundkonfiguration, bei der eine alternierende Vormagnetisierungsschicht (antiferromagnetische Schicht), eine Fixierschicht (gepinnte Magnetschicht), eine nicht-magnetische Schicht und eine freie Schicht (freie Magnetschicht) auf einen Wafer (nicht gezeigt) laminiert sind, und das als Element mit Magnetowiderstandseffekt ausgebildet ist, wobei es sich um eine Art eines GMR-Elements (Element mit Riesenmagnetowiderstandseffekt) handelt, das den Riesenmagnetowiderstandseffekt nutzt.
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Der Winkelsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt eine solche Konfiguration, und ein von dem Magneten 2 erzeugtes äußeres Magnetfeld, d. h. das von dem Magneten 2 erzeugte Magnetfeld, wird an das GMR-Element 4 angelegt. Eine Veränderung bei dem elektrischen Widerstandswert des GMR-Elements 4 wird aufgrund einer Richtung des entsprechenden Magnetfeldes verursacht, und ein Rotationswinkel des Magneten 2 wird anhand der Ausgangsspannung des GMR-Elements 4 festgestellt, in der sich die Veränderung widerspiegelt.
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Im Folgenden wird ein Vergleichsbeispiel beschrieben, um einen Vergleich mit dem Winkelsensor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzunehmen. 2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung des Magnetfeldes, das von einem Winkelsensor gemäß dem Vergleichsbeispiel erzeugt wird. Die 3A bis 3C zeigen Darstellungen zur Veranschaulichung eines Zustandsübergangs des Winkelsensors gemäß dem Vergleichsbeispiel. Ein in den 2 und 3A bis 3C dargestellter Winkelsensor 21 hat die gleiche Konfiguration wie der Winkelsensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, dass das kreisförmige Joch 3 nicht vorgesehen ist. Die Beschreibung der gleichen Konfigurationsmerkmale wird daher nicht wiederholt Pfeile in 2 veranschaulichen magnetische Vektoren in den jeweiligen Magnetfeldern. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind in 2 nur acht magnetische Vektoren dargestellt.
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Bei dem Winkelsensor 21 gemäß dem Vergleichsbeispiel, wie er in 2 gezeigt ist, hat die Stärke des Magnetfeldes ihr Maximum in der Nähe des Nordpols, wenn sich der Nordpol des Magneten 22 in der Ausgangsposition befindet, in der der Nordpol dem GMR-Element 24 zugewandt gegenüberliegt. Die Stärke des Magnetfeldes nimmt an der Stelle, an der der Magnet von dem Nordpol um ca. 45 Grad verdreht ist, auf 72% des maximalen Magnetfeldes ab. Die Stärke des Magnetfeldes nimmt an der Stelle, an der der Magnet um 90 Grad gegenüber dem Nordpol verdreht ist, auf 30% des maximalen Magnetfeldes ab. Ferner steigt die Stärke des Magnetfeldes an der Stelle, an der der Magnet um ca. 135 Grad gegenüber dem Nordpol verdreht ist, wieder auf 72% des maximalen Magnetfeldes an. Die Stärke des Magnetfeldes erreicht dann ihr Maximum an der Stelle, an der der Magnet und 180 Grad gegenüber dem Nordpol verdreht ist. Somit hat die Stärke des Magnetfeldes in der Nähe der beiden Pole ihr Maximum und in den dazwischen liegenden Positionen zwischen den beiden Polen in dem Magnetfeld ihr Minimum.
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Wie in 3A gezeigt ist, stimmt der Rotationswinkel des Magneten 22 mit dem Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors überein, wenn sich der Magnet 22 in der Ausgangsposition befindet. Es wird angenommen, dass die Ausgangsposition einen Winkel von 0 Grad aufweist. Wenn der Magnet 22 um 45 Grad im Uhrzeigersinn verdreht wird, wie dies in 3B gezeigt ist, entsteht eine Winkelabweichung zwischen dem Rotationswinkel des Magneten 22 und dem Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors. Im Spezielleren wird der Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors kleiner als der Rotationswinkel des Magneten 22. Wenn der Magnet 22 um weitere 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie dies in 3C gezeigt ist, stimmt der Rotationswinkel des Magneten 22 wiederum mit dem Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors überein.
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Es ist zwar nicht dargestellt, jedoch stimmt der Rotationswinkel des Magneten 22 mit dem Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors überein, wenn der Magnet 2 um 180 Grad und 270 Grad im Uhrzeigersinn verdreht ist. Wenn der Magnet 22 um 135 Grad, 225 Grad und 315 Grad verdreht wird, tritt wiederum die gleiche Winkelabweichung auf, wie dies in 3B gezeigt ist. Der Grund dafür, dass die Winkelabweichung bei anderen Winkeln als 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad des Rotationswinkels des Magneten 22 auftritt, besteht darin, dass das Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente (einer Komponente in einer X-Richtung und einer Komponente in einer Y-Richtung) des Magnetfeldes nicht 1 beträgt, wenn sich der Rotationswinkel des Magneten 22 ändert.
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Die Beziehung zwischen dem Rotationswinkel des Magneten 22 und dem Detektionswinkel, der von dem GMR-Element 4 erfasst wird, ist in 4 veranschaulicht 4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer linearen Kennlinie des Winkelsensors gemäß dem Vergleichsbeispiel. In 4 veranschaulicht die vertikale Achse den Detektionswinkel, und die horizontale Achse veranschaulicht den Rotationswinkel des Magneten. Eine durchgezogene Linie W1 stellt die lineare Kennlinie dar, und eine gestrichelte Linie W2 stellt eine ideale lineare Kennlinie dar.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist zu verstehen, dass der Detektionswinkel beträchtlich kleiner als der Rotationswinkel des Magneten 22 ist, wenn der Magnet 22 um 45 Grad und 225 Grad verdreht ist, während der Detektionswinkel beträchtlich größer als der Rotationswinkel des Magneten 22 ist, wenn der Magnet 22 um 135 Grad und 315 Grad verdreht ist. Somit ist es für den Winkelsensor 21 gemäß dem Vergleichsbeispiel schwierig, den Rotationswinkel des Magneten 22 in angemessener Weise zu erfassen.
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Im Folgenden wird die Winkeldetektionsgenauigkeit des Winkelsensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. 5A zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands eines magnetischen Flusses, der an das GMR-Element angelegt wird, wenn sich der Magnet in der Ausgangsposition befindet. 5B zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Zustands eines magnetischen Flusses, der an ein GMR-Element angelegt wird, wenn sich der Magnet in der Position befindet, in der der Magnet um 90 Grad gegenüber der Ausgangsposition verdreht ist. Die 6A bis 6C zeigen Darstellungen zur Veranschaulichung des Zustandsübergangs des Winkelsensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In den 5A und 5B ist lediglich der magnetische Fluss in der Nähe des Aussparungsbereichs 11 veranschaulicht.
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Wie in 5A gezeigt ist, wird der magnetische Fluss über den Aussparungsbereich 11 zu dem kreisförmigen Joch 3 gezogen, und somit wird der an das GMR-Element 4 angelegte magnetische Fluss geringer, wenn sich der Nordpol des Magneten 2 in der Ausgangsposition befindet, in der der Nordpol dem GMR-Element 4 zugewandt gegenüberliegt. Andererseits wird in der in 5B dargestellten Weise der magnetische Fluss durch das kreisförmige Joch 3 gezogen, und der an das GMR-Element 4 angelegte magnetische Fluss nimmt somit zu, wenn der Magnet 2 um 90 Grad gegenüber der Ausgangsposition verdreht ist. Somit zieht das kreisförmige Joch 3 in einer Position, in der die Stärke des Magnetfeldes hoch ist, den magnetischen Fluss in Richtung auf das kreisförmige Joch 3 und bildet einen magnetischen Weg zum Verhindern einer Leckage des magnetischen Flusses in einer Position, in der die Stärke des Magnetfeldes gering ist.
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Wie in 6A gezeigt ist, stimmt in diesem Fall, wenn die Ausgangsposition des Magneten 2 mit 0 Grad angenommen wird, der Rotationswinkel des Magneten 2 mit dem Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors bei 0 Grad überein. Wenn der Magnet 2 im Uhrzeigersinn um 45 Grad aus dem vorstehend genannten Zustand verdreht wird, wie dies in 6B gezeigt ist, erreicht der Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors ca. 45 Grad. Wenn der Magnet im Uhrzeigersinn um 90 Grad gegenüber der Ausgangsposition verdreht wird, wie dies in 6C gezeigt ist, wird der Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors ebenfalls 90 Grad. Wenn der Magnet 2 um 135 Grad, 180 Grad, 225 Grad, 270 Grad, 315 Grad oder 360 Grad verdreht wird, stimmt wiederum der Rotationswinkel des Magneten 2 mit dem Magnetfeldwinkel des magnetischen Vektors überein.
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Die Beziehung zwischen dem Rotationswinkel des Magneten 2 und dem Detektionswinkel, der von dem GMR-Element 4 erfasst wird, ist dabei in 7 veranschaulicht. 7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer linearen Kennlinie des Winkelsensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In 7 ist entlang der vertikalen Achse der Detektionswinkel dargestellt, und entlang der horizontalen Achse ist der Rotationswinkel des Magneten dargestellt. Eine durchgezogene Linie W3 stellt die lineare Kennlinie dar, und eine gestrichelte Linie W4 stellt eine ideale lineare Kennlinie dar.
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Wie in 7 gezeigt ist, weist der Winkelsensor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Gefälle auf, das im Wesentlichen gleich dem Gefälle der idealen linearen Kennlinie ist, so dass der Winkelsensor 1 den Rotationswinkel des Magneten 2 ohne Winkelabweichung erfassen kann. Da somit das kreisförmige Jod 3 die Stärke des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes (die Größe des magnetischen Vektors) unabhängig von der Drehstellung des Magneten 2 gleichmäßig bildet, beträgt das Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes 1, und somit kann der Rotationswinkel des Magneten 2 mit dem Magnetfeldwinkel in Übereinstimmung gebracht werden.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Bestimmen der Breitengröße einer Spaltbreite des Aussparungsbereichs in der X-Richtung unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Ausbildung des kreisförmigen Jochs. 9 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Breitengröße der Spaltbreite des in 8 gezeigten kreisförmigen Jochs und dem Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes. In 9 ist entlang der vertikalen Achse das Amplitudenverhältnis aufgetragen, und entlang der horizontalen Achse ist die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 11 aufgetragen.
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Wie in 8 gezeigt ist, betragen der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des kreisförmigen Jochs 3 122 [mm] bzw. 139 [mm]. Bei dem Winkelsensor 1, der das kreisförmige Joch 3 verwendet, wie dies in 9 gezeigt ist, beträgt die Breitengröße ca. 13 [mm], wenn das Amplitudenverhältnis, das man durch Dividieren der Komponente des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes in der Y-Richtung durch die Komponente des Magnetfeldes in der X-Richtung erhält, 1 beträgt. Da somit das Amplitudenverhältnis der orthogonalen Komponente des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes 1 wird, indem die Breitengröße des Aussparungsbereichs 11 auf 13 [mm] gesetzt wird, kann der Rotationswinkel des Magneten 2 mit dem Magnetfeldwinkel in Übereinstimmung gebracht werden.
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Unter der Annahme, dass die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 11 L1 beträgt und der Mittendurchmesser des kreisförmigen Jochs 3 L2 beträgt, erfüllt die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 11 die nachfolgende Gleichung (1). L1 = L2/10 (1)
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Aus der Gleichung (1) ist erkennbar, dass die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 11 bei der Festlegung des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs 3 automatisch festgelegt wird.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel betragen der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des kreisförmigen Jochs 3 139 [mm] bzw. 122 [mm]. Der Mittendurchmesser des kreisförmigen Jochs 3 beträgt somit die Hälfte der Summe des Außendurchmessers und des Innendurchmessers, d. h. 130,5 [mm]. Die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 11 beträgt 1/10 des Mittendurchmessers, d. h. 13,05 [mm]. Somit ist die Breitengröße nahezu die gleiche wie die 13 [mm].
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Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird bei dem Winkelsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der magnetische Weg durch das kreisförmige Joch 3 gebildet, in dem der Aussparungsbereich 11 ausgebildet ist. Da somit die Stärke des an das GMR-Element 4 angelegten Magnetfeldes unabhängig von der Rotationsstellung des Magneten 2 gleichmäßig ist, kann der Rotationswinkel des Magneten mit der Richtung des Magnetfeldes in Übereinstimmung gebracht werden, das an das Element mit Magnetowiderstandseffekt angelegt wird, so dass die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert wird.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 11 als 1/10 des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs 3 vorgegeben. Wenn sich der Mittendurchmesser des kreisförmigen Jochs 3 jedoch in dem Bereich von 1/8 bis 1/12 befindet, kann der Winkelsensor 1 derart konfiguriert werden, dass eine zufriedenstellende Winkeldetektionsgenauigkeit verwirklicht wird.
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Im Folgenden wir ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der Winkelsensor gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Winkelsensor gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel darin, dass ein weiterer Aussparungsbereich, in dem das GMR-Element angeordnet wird, vorgesehen ist und ein Aussparungsbereich zum Einstellen des magnetischen Widerstands des magnetischen Weges vorgesehen ist. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede ausführlich beschrieben.
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Der Winkelsensor gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. 10 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Winkelsensors gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 11 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ausbildung eines kreisförmigen Jochs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Wie in 10 gezeigt ist, beinhaltet ein Winkelsensor 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Magneten 32 mit ringförmiger Ausbildung, ein kreisförmiges Joch 33, das die Außenumfangsfläche des Magneten 32 umgibt und das einen ersten Aussparungsbereich 41 und einen zweiten Aussparungsbereich 42 besitzt, die einander über das Zentrum des Magneten 32 hinweg gegenüberliegen, sowie ein GMR-Element 34, das in dem ersten Aussparungsbereich 41 des kreisförmigen Jochs 33 angeordnet ist. Ein ringförmiges Befestigungselement 35 ist an der Innenumfangsfläche des Magneten 32 angeordnet, und eine Befestigungsöffnung 44, durch die eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) oder dergleichen hindurchgeführt werden kann, ist in der Mitte des Befestigungselements 35 ausgebildet.
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In dem kreisförmigen Joch 31 sind der erste Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42 an einander gegenüberliegenden Stellen der Ringeinheit 43 ausgebildet. Die Ringeinheit 43, der erste Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42 des kreisförmigen Jochs 33 bilden einen magnetischen Weg des von dem Magneten 32 erzeugten Magnetfeldes. Die Stärke des an das GMR-Element 34 angelegten Magnetfeldes wird durch den ersten Aussparungsbereich 41 gleichmäßig aufrechterhalten, und zwar unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten 32. Der magnetische Widerstand des magnetischen Weges in dem kreisförmigen Joch 33 wird durch den zweiten Aussparungsbereich 42 eingestellt. Da die Spaltbreiten des ersten Aussparungsbereichs 41 und des zweiten Aussparungsbereichs 42 gleich sind, sind der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss durch den ersten Aussparungsbereich 41 in dem kreisförmigen Joch 33 fließt, und der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss durch den zweiten Aussparungsbereich 42 fließt, derart eingestellt, dass sie gleich sind.
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In diesem Fall sind die Breitengrößen der Spaltbreiten des ersten Aussparungsbereichs 41 und des zweiten Aussparungsbereichs 42 geringfügig kleiner als die Länge, die 1/10 des Mittendurchmessers des vorstehend beschriebenen kreisförmigen Jochs 33 beträgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 11 gezeigt ist, betragen der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des kreisförmigen Jochs 33 126 [mm] bzw. 107 [mm], und die Breitengrößen der Spaltbreiten des ersten Aussparungsbereichs 41 und des zweiten Aussparungsbereichs 42 betragen 10,5 [mm]. Die Breitengrößen der Spaltenbreiten des ersten Aussparungsbereichs 41 und des zweiten Aussparungsbereichs 42 betragen etwa 1/11 des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs 33.
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Im Folgenden wird das Fließen eines magnetischen Flusses in dem kreisförmigen Joch unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. 12 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung des Fließens des magnetischen Flusses des Winkelsensors gemäß einem Vergleichsbeispiel, um diesen Winkelsensor mit dem Winkelsensor gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zu vergleichen. 13 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung des Fließens des magnetischen Flusses des Winkelsensors gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Zuerst wird das Fließen des magnetischen Flusses des Winkelsensors gemäß dem Vergleichsbeispiel beschrieben. Bei dem Winkelsensor 51 gemäß dem Vergleichsbeispiel, wie in 12 gezeigt, ist ein Aussparungsbereich 55 nur in einem Teil eines kreisförmigen Jochs 53 gebildet, und ein GMR-Element 54 ist in dem Aussparungsbereich 55 angeordnet. Da in diesem Fall der Aussparungsbereich 55 nur in einem Teil des kreisförmigen Jochs 53 ausgebildet ist, kommt es zu einer hohen Vormagnetisierung bei dem magnetischen Widerstand entlang dem magnetischen Weg, entlang dem der magnetische Fluss über den Aussparungsbereich 55 (das GMR-Element 54) zurückfließt, sowie entlang dem magnetischen Weg, entlang dem der magnetische Fluss um den Aussparungsbereich 55 herum zurückfließt, in einem Fall, in dem kein Magnetpol des Magneten 52 sich in der gegenüberliegenden Position von dem Aussparungsbereich 55 befindet.
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Da somit der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss um den Aussparungsbereich 55 herum zurückfließt, kleiner wird als der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss über den Aussparungsbereich 55 zurückfließt, liegen die durch gestrichelte Linien angedeuteten Grenzen der magnetischen Wege zusammen in der Nähe des Aussparungsbereichs 55 in Bezug auf die die beiden Magnetpole des Magneten 52 verbindende magnetische Achse. Daher wird der magnetische Fluss in eine Richtung gezogen, in der der magnetische Widerstand in dem kreisförmigen Joch 53 gering ist, und der in Richtung auf den Aussparungsbereich 55 fließende magnetische Fluss wird geringer und der magnetische Fluss, der an das in dem Aussparungsbereich 55 angeordnete GMR-Element angelegt wird, wird geringer, so dass die Detektionsempfindlichkeit geringer wird. Andererseits wird der magnetische Fluss, der in Richtung auf die dem Aussparungsbereich 55 gegenüberliegende Seite fließt, größer, und es kommt zur Sättigung des magnetischen Flusses auf der Seite, die dem Aussparungsbereich 55 in dem kreisförmigen Joch 53 unter Zwischenanordnung des Zentrums des Magneten 52 gegenüberliegt, und es kann zu einer Leckage des magnetischen Flusses in Richtung zur Außenseite des kreisförmigen Jochs 53 kommen.
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Bei dem Winkelsensor gemäß dem Vergleichsbeispiel kann die Winkeldetektionsgenauigkeit dadurch verbessert werden, dass das GMR-Element 54 in dem Aussparungsbereich 55 des kreisförmigen Jochs 53 angeordnet ist, so dass der Rotationswinkel des Magneten 52 mit der Richtung des an das GMR-Element 54 angelegten Magnetfeldes übereinstimmt. Jedoch ist es schwierig, eine ausreichende Detektionsempfindlichkeit zu erzielen.
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Wie in 13 gezeigt ist, sind jedoch bei dem Winkelsensor 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42 derart ausgebildet, dass sie die gleiche Spaltbreite an den Stellen aufweisen, an denen sie einander unter Zwischenanordnung des Magneten 32 gegenüberliegen. Selbst wenn sich kein Magnetpol des Magneten 32 an den gegenüberliegenden Positionen des ersten Aussparungsbereichs 41 und des zweiten Aussparungsbereichs 42 befindet, wird in diesem Fall der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss über den ersten Aussparungsbereich 41 (das GMR-Element 34) zurückfließt, gleich dem magnetischen Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss über den zweiten Aussparungsbereich 42 zurückfließt.
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Da somit der magnetische Widerstand des magnetischen Weges an dem ersten Aussparungsbereich 41 gleich dem magnetischen Widerstand des magnetischen Weges an dem zweiten Aussparungsbereich 42 in dem kreisförmigen Joch 33 ist, liegt die Grenzfläche zwischen den magnetischen Wegen in dem kreisförmigen Joch 33 auf der Verlängerung der magnetischen Achse des Magneten 32. Dadurch wird die Reduziereung bei dem magnetischen Fluss, der in Richtung auf den ersten Aussparungsbereich 41 fließt, unterdrückt, und der magnetische Fluss, der an das in dem ersten Aussparungsbereich 41 angeordnete GMR-Element 34 angelegt wird, nimmt zu, so dass die Detektionsempfindlichkeit bei dem kreisförmigen Joch 33 verbessert ist. Andererseits nimmt der magnetische Fluss, der in Richtung auf den zweiten Aussparungsbereich 42 fließt, ab, und eine Sättigung des magnetischen Flusses auf der Seite des zweiten Aussparungsbereichs 42 ist verhindert, so dass eine Leckage des magnetischen Flusses verhindert ist.
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Bei dem Winkelsensor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42 in dem kreisförmigen Joch 33 ausgebildet, und das GMR-Element 34 ist in dem ersten Aussparungsbereich 41 angeordnet. Auf diese Weise kann die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert werden. Ferner kann die Detektionsempfindlichkeit dadurch verbessert werden, dass die Vormagnetisierung der magnetischen Flussdichte an dem ersten Aussparungsbereich 41 und dem zweiten Aussparungsbereich 42 des kreisförmigen Jochs 33 eliminiert wird.
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Die Schwankungsbreiten der magnetischen Flussdichten des Rotationswinkels des Winkelsensors gemäß dem Vergleichsbeispiel des Winkelsensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in den 14A und 14B veranschaulicht 14A zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ansprechcharakteristik des Winkelsensors gemäß dem Vergleichsbeispiel. 14B zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ansprechcharakteristik des Winkelsensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In den 14A und 14B ist entlang der vertikalen Achse die magnetische Flussdichte aufgetragen, und entlang der horizontalen Achse ist der Rotationswinkel des Magneten aufgetragen. Eine durchgezogene Linie W5 stellt die Y-Richtungs-Komponente des an das GMR-Element angelegten magnetischen Flusses dar. Eine durchgezogene Linie W6 stellt die X-Richtungs-Komponente des an das GMR-Element angelegten magnetischen Flusses dar.
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Wie in den 14A und 14B gezeigt ist, beträgt die Schwankungsbreite der magnetischen Flussdichte des Winkelsensors 51 gemäß dem Vergleichsbeispiel etwa 200 [G], und die Schwankungsbreite der magnetischen Flussdichte des Winkelsensors 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt ca. 380 [G]. Die Schwankungsbreite der magnetischen Flussdichte des Winkelsensors 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt in etwa das Doppelte der Schwankungsbreite der magnetischen Flussdichte des Winkelsensors 51 gemäß dem Vergleichsbeispiel. Somit ist die Detektionsempfindlichkeit verdoppelt.
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Bei dem Winkelsensor 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stärke des an das GMR-Element 34 angelegten Magnetfeldes unabhängig von der Rotationsstellung des Magneten 32 gleichmäßig, da der magnetische Weg in dem kreisförmigen Joch 33 gebildet ist, in dem der ersten Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42 ausgebildet sind. Da der Rotationswinkel des Magneten mit der Richtung des an das Element mit Magnetowiderstandseffekt angelegten Magnetfeldes in Übereinstimmung gebracht werden kann, kann die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert werden. Da der magnetische Widerstand des magnetischen Weges auf der Seite des ersten Aussparungsbereichs 41 ferner der gleiche ist wie der magnetische Widerstand des magnetischen Weges auf der Seite des zweiten Aussparungsbereichs 42 in dem kreisförmigen Joch 33, kann die Vormagnetisierung der magnetischen Flussdichte in dem kreisförmigen Joch 33 verhindert werden. Durch Verhindern, dass der an das Element mit Magnetowiderstandseffekt angelegte magnetische Fluss vermindert wird, kann somit die Detektionsempfindlichkeit verbessert werden, und Leckage des magnetischen Flusses kann verhindert werden.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen weiteren Ausführungsbeispiel ist die Breitengröße der Spaltbreite des Aussparungsbereichs 55 als 1/11 des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs 33 vorgesehen. Eine Realisierung des Winkelsensors 31 mit einer zufriedenstellenden Winkeldetektionsgenauigkeit ist jedoch auch möglich, solange dieser Wert des Mittendurchmessers des kreisförmigen Jochs 33 im Bereich von 1/8 bis 1/12 liegt.
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Gemäß dem vorstehend beschrieben weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42 in dem kreisförmigen Joch 33 ausgebildet, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise können auch drei oder mehr Aussparungsbereiche in dem kreisförmigen Joch 33 gebildet sein, solange der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der einen Richtung des kreisförmigen Jochs 33 fließt, nahezu der gleiche ist wie der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der umgekehrten Richtung zu der genannten einen Richtung fließt.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste Aussparungsbereich 41 und der zweite Aussparungsbereich 42, die die gleiche Spaltbreite aufweisen, an den einander gegenüberliegenden Stellen des kreisförmigen Jochs 33 gebildet, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann die Spaltbreite des zweiten Aussparungsbereichs 42 größer sein als die Spaltbreite des erste Aussparungsbereichs 41, solange der magnetische Widerstand des magnetischen Weges auf der Seite des ersten Aussparungsbereichs 41 nahezu der gleiche ist wie der magnetische Widerstand des magnetischen Weges auf der Seite des zweiten Aussparungsbereichs 42.
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Der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der einen Richtung fließt, ist möglicherweise nicht vollständig der gleiche wie der magnetische Widerstand des magnetischen Weges, entlang dem der magnetische Fluss in der zu der einen Richtung umgekehrten Richtung fließt. Die magnetischen Widerstände der magnetischen Wege können auch nahe beieinander liegen bzw. einander ähnlich sein, solange der an das GMR-Element 34 angelegte magnetische Fluss daran gehindert ist, abzusinken und die Leckage des magnetischen Flusses aus dem kreisförmigen Joch 33 verhindert werden kann.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die GMR-Elemente 4 und 34 als Elemente mit Magnetowiderstandseffekt beschrieben worden, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann auch ein MR-Element oder dergleichen verwendet werden.
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Gemäß den vorstehen beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Magneten 2 und 32 und die kreisförmigen Jochelemente 3 und 33 ringförmig ausgebildet, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Ausbildung beschränkt. Stattdessen können die Magneten und die kreisförmigen Jochelemente auch mit einer polygonalen kreisförmigen bzw. umlaufenden Formgebung ausgebildet sein, solange die Stärke des an die GMR-Elemente 4 und 34 angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel der Magneten 2 und 32 gleichmäßig ist. Ein Teil des kreisförmigen Jochs 3 oder 33 kann durchtrennt sein, solange der magnetische Weg nicht abgeschirmt wird und die Stärke des an das GMR-Element 4 oder 34 angelegten Magnetfeldes unabhängig von dem Rotationswinkel des Magneten 2 oder 32 gleichmäßig ist.
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Bei den offenbarten Ausführungsbeispielen handelt es sich lediglich um exemplarische Ausführungsformen, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Umfang der Erfindung erschließt sich nicht nur aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, sondern auch aus den Ansprüchen, und soll alle Modifikationen mit äquivalenter Bedeutung sowie den Umfang der Ansprüche mit umfassen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann mit den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung der Winkeldetektionsgenauigkeit unter Verwendung des Elements mit Magnetowiderstandseffekt erzielt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei einem Winkelsensor von Nutzen, der eine hohe Winkeldetektionsgenauigkeit benötigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 31
- Winkelsensor
- 2, 32
- Magnet
- 3, 33
- kreisförmiges Joch
- 4, 34
- GMR-Element (Element mit Magnetowiderstandseffekt)
- 5, 35
- Befestigungselement
- 11
- Aussparungsbereich
- 12, 43
- ringförmige Einheit
- 13, 44
- Befestigungsöffnung
- 41
- erster Aussparungsbereich
- 42
- zweiter Aussparungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-151390 [0004, 0005, 0005]
- JP 2006-276983 [0004]
