DE112012006270B4

DE112012006270B4 - Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012006270B4
Application number: DE112012006270.1T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corporatio Kawano Yuji; c/o Mitsubishi Electric Corporat Tsukamoto Manabu; c/o Mitsubishi Electric Corpora Kobayashi Hiroshi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN104246445A; US9429632B2; JP5752322B2; US20140354270A1; DE112012006270T5; WO2013161027A1; CN104246445B; JPWO2013161027A1

Abstract

Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, umfassend:
einen magnetischen bewegbaren Körper (10), der aus einem magnetischen Körper ausgebildet ist, derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole abwechselnd auftreten, und einen Bereich aufweist, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind; und
einen ersten bis sechsten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6), jeweils einen elektrischen Widerstandswert aufweisend, der mit einer Änderung in einem Feld in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) variiert, wobei:
der erste bis sechste Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6) aus Magnetowiderstandselementen ausgebildet sind, die jeweils eine Spin-Valve-Struktur aufweisen und eine feste Magnetisierungsschicht (3b) enthalten, in der eine Magnetisierungsrichtung bezüglich eines angelegten Felds fixiert ist, eine freie Magnetisierungsschicht (3a), in der eine Magnetisierungsrichtung mit dem angelegten Feld variiert, und eine nicht-magnetische Zwischenschicht (3i), die zwischen der festen Magnetisierungsschicht (3b) und der freien Magnetisierungsschicht (3a) eingeschoben ist;
wobei die Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis vierten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4) ausbilden, Tunnel-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein Isolator sind;
wobei die Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) der jeweiligen Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis sechsten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6) ausbilden, alle in einer gleichen Richtung bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ausgerichtet sind;
wobei der erste und dritte Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R3) an einer Erfassungsposition in einem Bereich A lokalisiert sind;
der zweite und vierte Felderfassungsabschnitt (2R2, 2R4) an einer Erfassungsposition in einem Bereich B lokalisiert sind;
der fünfte Felderfassungsabschnitt (2R5) an einer Erfassungsposition in einem Bereich C lokalisiert ist;
der sechste Felderfassungsabschnitt (2R6) an einer Erfassungsposition in einem Bereich D lokalisiert ist;
wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind,
ein Abstand L(A-B) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich B bezüglich eines konstanten Abstands λ zwischen einem N-Pol und dem nächsten N-Pol oder zwischen einem S-Pol und dem nächsten S-Pol des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ist gegeben durch: L(A-B) = L = λ/n,
der Bereich C befindet sich zwischen dem Bereich A und dem Bereich B, und ein Abstand L(A-C) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich C ist gegeben durch: L(A-C) = L/m = λ/(mn), und
der Bereich D befindet sich entfernt von dem Bereich C in einer Richtung des Bereichs B, und ein Abstand L(C-D) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich C und dem Bereich D ist gegeben durch: L(C-D) = λ/2,
wobei n eine natürliche Zahl gleich zu oder größer als 2 ist und m eine natürliche Zahl ist;
wobei eine Brückenschaltung (20) und eine Korrekturschaltung (30) in Reihe zwischen einem ersten Referenzpotential (Vcc) und einem zweiten Referenzpotential (GND) verbunden sind, wobei in der Brückenschaltung (20) der erste und der zweite Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2), die in Reihe verbunden sind, und der dritte und vierte Felderfassungsabschnitt (2R3, 2R4), die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden sind, und wobei in der Korrekturschaltung (30) der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) parallel verbunden sind; und
ein Signal entsprechend einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) auf Grundlage einer Differenz Vout zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und des zweiten Felderfassungsabschnitts (2R1, 2R2) und eines Mittelpunktpotentials V2 des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts (2R3, 2R4) ausgegeben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, die eine Bewegung eines magnetischen bewegbaren Körpers magnetisch erfasst.
Stand der Technik
Als eine Vorrichtung, die eine Bewegung eines magnetischen bewegbaren Körpers magnetisch erfasst, gibt es eine Erfassungsvorrichtung, die aus einem elektromagnetischen Wandlungselement und einem Magnet besteht. Das elektromagnetische Wandlungselement, auf das hier Bezug genommen wird, ist ein Element mit einem elektrischen Widerstandswert, der mit einem anliegenden Feld variiert, wie zum Beispiel ein MR- (engl. Magneto-Resistance) Element. Da ein Feld, das an das elektromagnetische Wandlungselement angelegt wird, mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers variiert, kann die Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers als eine Varianz des elektrischen Widerstandswerts erfasst werden.
Ein Feldsensor gemäß PTL 1 offenbart zum Beispiel ein Spin-Valve MR-Element für das elektromagnetische Wandlungselement. Das Spin-Valve MR-Element weist erste und zweite ferromagnetische Dünnfilmschichten auf, die durch eine nicht-magnetische Dünnfilmschicht separiert ist. Eine Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen Dünnfilmschicht ist fest bzw. fixiert (feste Magnetisierungsschicht). Die Magnetisierung wird fixiert, indem eine anti-ferromagnetische Dünnfilmschicht (Pinning-Layer) in einen direkten Kontakt mit der festen Magnetisierungsschicht gebracht wird. Eine Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Dünnfilmschicht variiert unterdessen frei mit einem angelegten Feld (freie Magnetisierungsschicht).
Im Vergleich mit einem AMR- (engl. Anisotropic Magneto-Resistance) Element als ein typisches MR-Element, weist das Spin-Valve MR-Element eine große Varianz des elektrischen Widerstandswerts auf (eine Magnetowiderstand-Änderungsrate, und zwar ein MR-Verhältnis), und eine hochsensitive Erfassung wird daher möglich. Das Spin-Valve MR-Element enthält ein GMR- (engl. Giant Magneto-Resistance) Element und ein TMR- (engl. Tunneling Magneto-Resistance) Element. Das TMR-Element erfährt insbesondere in der letzten Zeit Aufmerksamkeit aufgrund dessen großen MR-Verhältnis.
20 zeigt eine Varianz eines elektrischen Widerstandswerts eines Spin-Valve MR-Elements 3. Der elektrische Widerstandswert des Spin-Valve MR-Elements 3 variiert mit einem Winkel, der zwischen einer Magnetisierungsrichtung einer festen Magnetisierungsschicht 3b und einer Magnetisierungsrichtung einer freien Magnetisierungsschicht 3a vorliegt. Wenn eine Richtung eines Felds, das an das Spin-Valve MR-Element 3 angelegt wird, rotiert, erscheint somit eine Varianz des elektrischen Widerstandswerts des Spin-Valve MR-Elements 3 in der Form einer Cosinus-Welle oder einer Sinus-Welle.
21A und 21B sind Konfigurationsansichten zur Darstellung eines Beispiels einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik. Ein Betriebsprinzip, das einem Beispiel der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung unterliegt, die Spin-Valve MR-Elemente 3 verwendet, wie in den 21A und 21B gezeigt, wird nun erläutert. Ein magnetischer bewegbarer Körper 10 ist magnetisiert, so dass N-Pole und S-Pole alternativ auftreten, und weist einen Bereich auf, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind. Die Spin-Valve MR-Elemente 3 sind in einem Bereich A und einem Bereich B von Felderfassungsabschnitten 2 lokalisiert, und zwar in einem Abstand d entfernt von dem magnetischen bewegbaren Körper 10. Ein Abstand zwischen den Bereichen A und B ist gegeben als λ/2 bezüglich eines Magnetisierungsabstands (Abstand zwischen einem N-Pol und einem anderen N-Pol) λ des magnetischen bewegbaren Körpers 10. Felderfassungsabschnitte Ra1 und Ra2 sind ferner in dem Bereich A lokalisiert, und Felderfassungsabschnitte Rb1 und Rb2 sind in dem Bereich B lokalisiert. Die Felderfassungsabschnitte Ra1, Ra2, Rb1 und Rb2 sind derart eingestellt, dass Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten 3b der Spin-Valve MR-Elemente 3, die die jeweiligen Felderfassungsabschnitte ausbilden, alle in einer gleichen Richtung sind, bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers 10, und sind verbunden, um eine Brückenschaltung 20 auszubilden, wie in 22 gezeigt.
Wenn eine Richtung des Felds, das an die Spin-Valve MR-Elemente 3 angelegt wird, in Assoziation mit einer Bewegung (Rotation) des magnetischen bewegbaren Körpers 10 rotiert, variieren die elektrischen Widerstandswerte der Spin-Valve MR-Elemente 3, wie in 20 gezeigt. Eine Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung 20 der in 22 gezeigten Vorrichtung bildet eine Wellenform aus, die nahe an einer Cosinus-Welle oder einer Sinus-Welle ist, wie in 23 gezeigt. Ein Bewegungsabstand s (Rotationswinkel β) des magnetischen bewegbaren Körpers 10 kann auf der Annahme berechnet werden, dass eine Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung eine Cosinus-Welle oder eine Sinus-Welle ausbildet. Bezugnehmend auf 22 ist das Bezugszeichen 40 eine Erfassungsschaltung, das Bezugszeichen 41 eine Differentialverstärkerschaltung und Bezugszeichen 42 eine Signalverarbeitungsschaltung.
Liste der Patentliteratur

PTL 1: JP 3 017 061 B2
PTL 2: WO 2009/ 099 054 A1

Druckschrift DE 10 2007 002 705 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen einer Richtungsumkehr einer Relativbewegung zwischen einem periodischen Maßstab zum Definieren eines periodisches Feldes und einer Feldsensoreinrichtung. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Erfassen der Richtungsumkehr der Relativbewegung abhängig von der bestimmten Differenz auf. Die Feldsensoreinrichtung gibt ein erstes und ein zweites Sensorsignal auf das durch den periodischen Maßstab definierte periodische Feld derart aus, dass bei einer ersten Bewegungsrichtung der Relativbewegung das erste Sensorsignal dem zweiten Sensorsignal vorauseilt und bei einer zweiten Bewegungsrichtung der Relativbewegung das zweite Sensorsignal dem ersten Sensorsignal vorauseilt.
Druckschrift WO 2009/ 054 391 A1 bezieht sich auf einen magnetischen Kodierer, der eine multiplizierte Frequenz verwendet.
Druckschrift DE 10 2011 080 679 A1 bezieht sich auf eine Felderzeugungseinheit, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das ein erstes Teilmagnetfeld in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld in einer zweiten Position enthält.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Um einen Erfassungsgenauigkeitsgrad in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung zu erhöhen, die oben beschrieben ist, wird bevorzugt, dass eine Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung in der Vorrichtung eine große Amplitude und eine geringe Verzerrung von einer Cosinus-Welle oder einer Sinus-Welle aufweist. Es wird bevorzugt, TMR-Elemente anzuwenden, die ein großes MR-Verhältnis aufweisen, um die Amplitude einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung zu erhöhen. Das Spin-Valve MR-Element 3 weist Merkmale auf, wonach eine Verzerrung der Wellenform des elektrischen Widerstandswerts im Wesentlichen von Eigenschaften der freien Magnetisierungsschicht 3a aufgrund dessen Betriebsprinzips abhängt, und daher gewünschte Eigenschaften erhalten werden können, indem ein Material der freien Magnetisierungsschicht 3a und ein Substrat der freien Magnetisierungsschicht 3a optimiert wird, was sich auf eine Magnetisierung der freien Magnetisierungsschicht 3a bezieht. Die TMR-Elemente weisen diese Merkmale jedoch ebenfalls auf.
Andererseits weisen die TMR-Elemente eigene Probleme auf. Die TMR-Elemente zeigen eine Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses, wie in 24 gezeigt. Da ein MR-Verhältnis der TMR-Elemente mit einem Anstieg einer angelegten Spannung abnimmt, wenn die Brückenschaltung 20 aus den TMR-Elementen ausgebildet ist, variiert ein MR-Verhältnis mit einer Varianz einer Spannung, die an den jeweiligen Elementen anliegt. Eine derartige Varianz erscheint als eine Verzerrung einer Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung.
Eines der Maßnahmen zum Lösen dieses Problems kann darin bestehen, eine Spannung zu verringern, die an einem Element angelegt wird, indem mehrfache Elemente unter den TMR-Elementen verbunden werden, die die Brückenschaltung 20 ausbilden. Die Anzahl verbundener Elemente ist jedoch ein Faktor, der den elektrischen Widerstandswert der Brückenschaltung 20 bestimmt, und die Anzahl ist bei der tatsächlichen Verwendung beschränkt. Eine weitere Maßnahme ist somit erforderlich, neben der Maßnahme des Einsatzes des oben beschriebenen Verfahrens.
Die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, die oben beschrieben wurde, weist ebenso ein eigenes Problem auf, d.h. Einflüsse einer Verteilung eines Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird, auf die Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung. In dem Betrieb der Vorrichtung, wie in den 21A und 21B gezeigt, sei Q eine Stärke eines Felds H, das erzeugt wird durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 in einer Bewegungsrichtung (Richtung x von 21B) und P sei eine Stärke in einer Radialrichtung (Richtung y von 21B) an einem Punkt a, der einen Abstand d von dem magnetischen bewegbaren Körper 10 ist. Ein Phasenwinkel θ zwischen den Magnetpolen des magnetischen bewegbaren Körpers 10 und dem Bereich A des magnetischen Erfassungsabschnitts 2 bezüglich eines Bewegungsabstands s des magnetischen bewegbaren Körpers 10 weist eine Beziehung, die im Folgenden angegeben wird, mit einem Winkel α eines Felds auf, das an dem Bereich A anliegt. Gleichung (1) ist wie folgt: $θ = (s/ λ) \cdot 2 π$
$Hx = Q \cdot sin θ$
$Hy = P \cdot cos θ$
$tan α = (Q/P) \cdot tan θ .$
Wenn Q/P = 1 ist, stimmt der Phasenwinkel θ mit dem anliegenden Feldwinkel α überein. Es gibt daher keine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung in der Vorrichtung. Wenn andererseits Q/P nicht gleich 1 ist (circa 0,5 bis 0,9), stimmen der Phasenwinkel θ und der anliegende Phasenwinkel α nicht miteinander überein. 25 zeigt eine Beziehung zwischen dem Phasenwinkel θ und dem anliegenden Phasenwinkel α, zum Beispiel, wenn Q/P = 1, 0,7 und 0,5 ist. Wenn Q/P = 0,7 und 0,5 ist, unterliegt die Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung ebenfalls einer Verzerrung, wie in 26 gezeigt, da die Wellenform des elektrischen Widerstandswerts des TMR-Elements einer Verzerrung unterliegt.
PTL 2 offenbart zum Beispiel eine Maßnahme zum Lösen dieses Problems. Eine in dieser Referenz offenbarte Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung erhält ein Signal Vx und ein Signal Vy durch Anwenden einer Analog-zu-DigitalWandlung (A-zu-D-Wandlung) auf Stärken des Felds, das in einer Rotationsrichtung bzw. einer Radialrichtung erfasst wird, und führt eine Korrektur durch, so dass Amplituden der jeweiligen Signale gleich werden, indem das Signal Vx durch einen Korrekturkoeffizienten k multipliziert wird. Gemäß dieser Vorrichtung wird eine Verzerrung unterdrückt, und es kann ein Rotationswinkel mit einem höheren Genauigkeitsgrad erhalten werden. Es wird jedoch eine Schaltungsgröße durch einen A-zu-D-Wandler, eine Berechnungsschaltung des Koeffizienten k, eines Multiplikators usw. erhöht.
Wie oben erläutert, sind Gründe einer Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, die oben beschrieben wurde, eine Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses (eine Verringerung eines MR-Verhältnisses) der TMR-Elemente und eine Verteilung (Q/P< 1) eines Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, die eine genaue Positionsinformation bei einem hohen Genauigkeitsgrad erhalten kann, indem eine Verzerrung eines Signals reduziert wird.
Lösung des Problems
Eine Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der Erfindung enthält einen magnetischen bewegbaren Körper, eine Brückenschaltung, eine Korrekturschaltung und eine Erfassungsschaltung. Der magnetische bewegbare Körper ist magnetisiert, so dass N-Pole und S-Pole abwechselnd auftreten, und weist einen Bereich auf, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind. Die Brückenschaltung ist aus einem ersten, zweiten, dritten und vierten Felderfassungsabschnitt ausgebildet. Die Korrekturschaltung ist aus einem fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt ausgebildet. Die Erfassungsschaltung erfasst eine Position des magnetischen bewegbaren Körpers auf Grundlage einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung. Die Felderfassungsabschnitte sind aus Spin-Valve MR-Elementen ausgebildet, die elektrische Widerstandswerte aufweisen, die mit einer Änderung eines Felds in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers variieren. Magnetisierungsrichtungen fester Magnetisierungsschichten in den jeweiligen Spin-Valve MR-Elementen, die den ersten bis sechsten Felderfassungsabschnitt ausbilden, sind alle in einer gleichen Richtung bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers ausgerichtet. Der erste und dritte Felderfassungsabschnitt befindet sich an einer Erfassungsposition in einem Bereich A. Der zweite und vierte Felderfassungsabschnitt befindet sich an einer Erfassungsposition in einem Bereich B. der fünfte Felderfassungsabschnitt befindet sich an einer Erfassungsposition in einem Bereich C. Der sechste Felderfassungsabschnitt befindet sich an einer Erfassungsposition in einem Bereich D. Beziehungen bezüglich einem konstanten Abstand λ zwischen einem N-Pol und einem anderen N-Pol oder zwischen einem S-Pol und einem anderen S-Pol des magnetischen bewegbaren Körpers, die sich wie folgt ergeben, werden eingerichtet.
Gleichung (2) ist wie folgt:

Ein Abstand L(A-B) zwischen den Erfassungspositionen in A und B ist gegeben durch: L(A-B) = L = λ/n,
ein Abstand L(A-C) zwischen den Erfassungspositionen in A und C ist gegeben durch: L(A-C) = L/m = λ/(mn), und
ein Abstand L(C-D) zwischen den Erfassungspositionen in C und D ist gegeben durch: L(C-D) = λ/2,
wobei n eine natürliche Zahl gleich zu oder größer als 2 ist, und m eine natürliche Zahl ist.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der Erfindung sind die Felderfassungsabschnitte, die die Brückenschaltung ausbilden, derart lokalisiert, um eine Verzerrung einer Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung aufgrund einer Verteilung eines Felds zu reduzieren, das durch den magnetischen bewegbaren Körper erzeugt wird. Die Felderfassungsabschnitte, die die Korrekturschaltung ausbilden, sind ferner lokalisiert, um eine Verzerrung einer Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung aufgrund einer Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses von Spin-Valve MR-Elementen zu reduzieren. Es kann somit eine Positionsinformation mit einem höheren Genauigkeitsgrad erhalten werden.
Die oben stehenden und anderen Aufgabe, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung noch ersichtlicher, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
Figurenliste

1 ist eine Konfigurationsansicht einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, um ein Beispiel einer Position bezüglich eines magnetischen bewegbaren Körpers zu zeigen.
2 ist eine Konfigurationsansicht einer anderen Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, um ein anderes Beispiel einer Position bezüglich des magnetischen bewegbaren Körpers zu zeigen.
3 ist eine Konfigurationsansicht eines TMR-Elements, das jeden Felderfassungsabschnitt in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausbildet.
4 ist eine Draufsicht zur Darstellung von Positionen (Erfassungspositionen), an denen die Felderfassungsabschnitte in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform lokalisiert werden.
5 ist ein Verdrahtungsdiagramm zur Darstellung einer Verdrahtung der Felderfassungsabschnitte in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform.
6 ist ein Wellenformdiagramm zur Darstellung einer Ausgabe aufgrund einer Bewegung des magnetischen beweglichen Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform.
7A, 7B und 7C sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, um ein Differenzsignal zwischen einer Differentialausgabe Vout einer Brückenschaltung und „einer Cosinus-Welle“ zu zeigen, durch Einstellen eines Parameters m, der Positionen der Felderfassungsabschnitte für unterschiedliche Werte definiert.
8A und 8B sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform bzw. eine diesbezügliche Vergleichsausführungsform.
9 ist eine Charakteristikansicht zur Darstellung einer Beziehung eines Verhältnisses r eines elektrischen Widerstandswerts einer Korrekturschaltung bezüglich eines elektrischen Widerstandswerts der Brückenschaltung und einer Verzerrung einer Ausgangswellenform in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform.
10A, 10B und 10C sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Ausgabe aufgrund einer Bewegung eines magnetischen bewegbaren Körpers in einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform, um eine Differentialausgabe Vout einer Brückenschaltung zu zeigen, indem ein Parameter n eingestellt wird, der Positionen der Felderfassungsabschnitte für unterschiedliche Werte definiert.

11A, 11B und 11C sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform, um ein Differenzsignal zwischen einer Differenzialausgabe Vout der Brückenschaltung und „einer Cosinus-Welle“ zu zeigen, indem Parameter m und n eingestellt werden, die Positionen der Felderfassungsabschnitte für unterschiedliche Werte definieren.
12A und 12B sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers in den Magnetpositions-Erfassungsvorrichtungen der zweiten Ausführungsform und einer Ausführungsform ohne eine Korrekturschaltung, um ein Differenzsignal zwischen einer Differenzialausgabe Vout der Brückenschaltung und „einer Cosinus-Welle“ zu zeigen.
13 ist eine Draufsicht zur Darstellung von Positionen (Erfassungspositionen), an denen Felderfassungsabschnitte in einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform zu lokalisieren bzw. zu positionieren sind.
14 ist ein Verdrahtungsdiagramm zur Darstellung einer Verdrahtung der Felderfassungsabschnitte in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform.
15A, 15B und 15C sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Ausgabe aufgrund einer Bewegung eines magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform, um eine Differentialausgabe Vout einer Brückenschaltung zu zeigen, indem Parameter n1 und n2, die Positionen der Felderfassungsabschnitte definieren, auf unterschiedliche Werte eingestellt werden.
16A, 16B und 16C sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform, um ein Differenzsignal zwischen einer Differentialausgabe Vout einer Brückenschaltung und „einer Cosinus-Welle“ zu zeigen, indem Parameter n1, n2, m1 und m2, die Positionen der Felderfassungsabschnitte definieren, auf unterschiedliche Werte eingestellt werden.
17A und 17B sind Wellenformdiagramme zur Darstellung einer Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers in den Magnetpositions-Erfassungsvorrichtungen der dritten Ausführungsform bzw. einer Ausführungsform ohne Korrekturschaltungen.
18 ist eine Charakteristikansicht zur Darstellung einer Beziehung eines Verhältnisses r von einem elektrischen Widerstandswert der Korrekturschaltungen bezüglich eine elektrischen Widerstandswerts der Brückenschaltung und einer Verzerrung einer Ausgangswellenform in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform.
19 ist eine Charakteristikvergleichsansicht unter den Magnetpositions-Erfassungsvorrichtungen der Ausführungsform im Stand der Technik, der zweiten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform, und Ausführungsformen ohne die Korrekturschaltungen der zweiten und dritten Ausführungsform.
20 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Varianz eines elektrischen Widerstandswerts von Spin-Valve MR-Elementen.
21A und 21B sind Konfigurationsansichten zur Darstellung eines Beispiels der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik.
22 ist ein Verdrahtungsdiagramm zur Darstellung einer Verdrahtung der Felderfassungsabschnitte, die eine Brückenschaltung in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik ausbilden.
23 ist ein Ausgangswellenformdiagramm aufgrund einer Bewegung eines magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik.
24 ist eine Charakteristikansicht zur Darstellung einer Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses von TMR-Elementen.
25 ist ein Korrelationsdiagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem Parameter Q/P zur Darstellung einer Verteilung eines Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper erzeugt wird, eines Phasenwinkels θ und eines angewendeten Feldwinkels α in Magnetpositions-Erfassungsvorrichtungen der Erfindung.
26 ist ein Wellenformdiagramm zur Darstellung einer Ausgabe aufgrund einer Bewegung eines magnetischen bewegbaren Körpers in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 ist eine Konfigurationsansicht zur Darstellung eines typischen Beispiels einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung. Die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 enthält einen magnetischen bewegbaren Körper 10 und einen Feldsensor 1. Der magnetische bewegbare Körper 10 ist magnetisiert, so dass N-Pole und S-Pole abwechselnd an der Oberfläche auftreten, und weist einen Bereich auf, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind. Hier ist λ als ein Magnetisierungsabstand (ein Abstand zwischen einem N-Pol und einem anderen N-Pol) gegeben. Der Feldsensor 1 ist gegenüberliegend zu dem magnetisch bewegbaren Körper 10 mit einem vorbestimmten Abstand d dazwischen installiert. N-Pole und S-Pole treten abwechselnd in dem magnetischen bewegbaren Körper 10 an einer Oberfläche gegenüberliegend dem Feldsensor 1 auf, wenn sich der magnetische bewegbare Körper 10 bewegt.
2 zeigt ein anderes typisches Beispiel der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung. Diese Zeichnung ist eine Konfigurationsansicht zur Darstellung eines anderen Beispiels der Konfiguration des magnetischen bewegbaren Körpers 10 und einer Position des Feldsensor 1 bezüglich des magnetischen bewegbaren Körpers 10. Der magnetische bewegbare Körper 10 weist einen zylindrischen Magneten auf, und ist magnetisiert, so dass N-Pole und S-Pole abwechselnd an einer peripheren Oberfläche auftreten. Der magnetische bewegbare Körper 10 weist einen Bereich auf, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind, und weist zwei i-Pole (i = 5 in der Zeichnung) bei Magnetisierungsabständen (Abstand zwischen einem N-Pol und einem anderen N-Pol) von λ auf.
1 und 2 weisen keinen wesentlichen Unterschied auf, mit Ausnahme einer Differenz in einer Bewegungskonfiguration des magnetischen bewegbaren Körpers 10. Insbesondere bewegt sich der magnetische bewegbare Körper 10 in 1 linear in unmittelbarere Nähe zu dem Feldsensor 1, wohingegen der magnetische bewegbare Körper 10 in 2 um eine Zentralachse des magnetischen bewegbaren Körpers 10 rotiert. In den beiden Ausführungsformen weist jedoch ein Phasenwinkel θ zwischen den Magnetpolen des magnetischen bewegbaren Körpers 10 und den Felderfassungsabschnitten 2 bezüglich eines Bewegungsabstands s des magnetischen bewegbaren Körpers 10 eine Beziehung, θ = (s/λ)·2π, auf, wie in der obigen Gleichung (1) wiedergegeben. Im Folgenden wird jedoch eine Beschreibung unter Verwendung der Konfiguration gemäß 1 angegeben.
3 ist eine Konfigurationsansicht eines TMR-Elements 3T (Spin-Valve MR-Element), das jeden Felderfassungsabschnitt 2 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung ausbildet. Das TMR-Element 3T ist ein Tunnel-Magnetowiderstandselement, das eine erste und zweite ferromagnetische Dünnfilmschicht 3a und 3b aufweist, die durch eine Isolations-Dünnfilmschicht 3i (nicht-magnetischer Körper) separiert sind. Eine Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen Dünnfilmschicht 3b ist fixiert (magnetisch fixierte Schicht). Die Magnetisierung wird dadurch fixiert, indem eine anti-ferromagnetische Dünnfilmschicht 3d (Pinning-Schicht) in einen direkten Kontakt mit der fixen Magnetisierungsschicht 3b gebracht wird. Eine Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Dünnfilmschicht 3a variiert unterdessen frei mit einem angelegten Feld (freie Magnetisierungsschicht). Ein elektrischer Widerstandswert des TMR-Elements 3T variiert mit einem Winkel, der sich zwischen der Magnetisierungsrichtung der fixen Magnetisierungsschicht 3d und der Magnetisierungsrichtung der freien Magnetisierungsschicht 3a ergibt. Die Magnetisierungsrichtungen der fixen Magnetisierungsschichten 3d in der Erfindung sind alle in einer gleichen Richtung bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers 10.
Erste Ausführungsform
4 zeigt Positionen (Erfassungspositionen), an denen Felderfassungsabschnitte 2 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 einer ersten Ausführungsform zu lokalisieren sind. Vier Bereiche, und zwar, ein Bereich A, ein Bereich B, ein Bereich C und ein Bereich D sind als die Erfassungspositionen bereitgestellt. Der Bereich A und der Bereich B sind bei einem Abstand L voneinander entfernt lokalisiert. Der Bereich C ist bei einem Abstand L/m (m ist eine natürliche Zahl) entfernt von dem Bereich A zwischen dem Bereich A und dem Bereich B lokalisiert. Der Bereich D ist von dem Bereich C in einer Richtung des Bereichs D um einen Abstand λ/2 von dem Bereich C entfernt lokalisiert. In diesem Fall wird der Abstand L durch die folgende Gleichung bezüglich des Abstands λ gegeben. Gleichung (3) ist wie folgt: $L = λ /n$
wobei,
ein Widerstand L(A-B) zwischen den Erfassungspositionen in A und B gegeben ist als: L(A-B) = L = λ/n,
ein Abstand L(A-C) zwischen den Erfassungspositionen in A und C gegeben ist als: L(A-C) = L/m = λ/(mn),
wobei n eine natürliche Zahl gleich zu oder größer als 2 und m eine natürliche Zahl ist.
Darüber hinaus befinden sich erste und dritte Felderfassungsabschnitte 2R1 und 2R3 in dem Bereich A, sowie zweite und vierte Felderfassungsabschnitte 2R2 und 2R4 in dem Bereich B, ein fünfter Felderfassungsabschnitt 2R5 in dem Bereich C, und ein sechster Felderfassungsabschnitt 2R6 in dem Bereich D.
5 zeigt eine Verdrahtung der Felderfassungsabschnitte 2 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform. Eine Brückenschaltung 20 und eine Korrekturschaltung 30 sind in Reihe zwischen einer Stromversorgung Vcc und Masse GND verbunden. In der Brückenschaltung 20 sind der erste und der zweite Felderfassungsabschnitt 2R1 und 2R2, die in Reihe verbunden sind, und der dritte und vierte Felderfassungsabschnitt 2R3 und 2R4, die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden. In der Korrekturschaltung 30 sind der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt 2R5 und 2R6 parallel verbunden. Diese Vorrichtung enthält ferner eine Erfassungsschaltung 40, die derart konfiguriert ist, dass eine Differenz von Mittelpunktpotentialen der Brückenschaltung 20, d.h., eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und zweiten Felderfassungsabschnitts 2R1 und 2R2 und ein Mittelpunktpotential V2 des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts 2R3 und 2R4, in eine Differentialverstärkerschaltung 41 eingegeben wird, und eine Position des magnetischen bewegbaren Körpers 10 auf Grundlage einer Ausgabe Vout der Differentialverstärkerschaltung 41 erfasst wird.
Eine Verteilung eines Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform erzeugt wird, ist durch Q/P ≈ 1 gegeben (mit anderen Worten wird ein Fall erläutert, wenn Q/P ≈ 1 ist). In diesem Fall ist eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung aufgrund einer Verteilung des durch den magnetischen bewegbaren Körpers erzeugten Felds extrem gering und n = 2 ist in der obigen Gleichung (3) geeignet (insbesondere, wenn n = 2 ist, sind Elemente an zwei Punkten in gegenüberliegender Phase (180° entfernt lokalisiert) in Bezug zueinander einander lokalisiert, und die Amplitude von Vout erreicht das Maximum). In diesem Fall erscheint eine Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses der TMR-Elemente 3T als eine Verzerrung einer Ausgangswellenform. 6 zeigt ein typisches Beispiel einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers 10 in der ersten Ausführungsform. Dabei ist m = 2 in der obigen Gleichung (3). Die Zeichnung zeigt ebenfalls „eine Cosinus-Welle“, für die eine DC-Komponente, eine Amplitude, eine Frequenz und eine Phase derart angepasst sind, um eine Differenz von einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung zu minimieren.
Die 7A, 7B und 7C zeigen ein Differenzsignal ΔVout zwischen einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung und „der Cosinus-Welle“, indem in der obigen Gleichung (3) m beispielsweise auf unterschiedliche Werte eingestellt wird. Es wird verstanden, dass das Differenzsignal ΔVout, wenn m = 2 ist, eine Minimalamplitude mit einer unterdrückten Verzerrung aufweist, und daher nahe an „der Cosinus-Welle“ ist. Mit anderen Worten wird bevorzugt, dass die Erfassungspositionen der Felderfassungsabschnitte 2, welche die Korrekturschaltung 30 ausbilden, derart sind, dass der Bereich C sich um einen Abstand L/2 entfernt von dem Bereich A zwischen dem Bereich A und dem Bereich B befindet.
Vergleichsausführungsform der ersten Ausführungsform Um die Vorteile der obigen ersten Ausführungsform zu zeigen, wird jetzt eine vergleichende Ausführungsform der ersten Ausführungsform erläutert.
Die erste Ausführungsform ist eine Ausführungsform, die am klarsten Vorteile der Korrekturschaltung 30 zeigt. Eine Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Vergleichsausführungsform ist äquivalent zu der Vorrichtung der ersten Ausführungsform, von der die Korrekturschaltung 30 entfernt ist. Diese Vergleichsausführungsform ist eine Ausführungsform im Stand der Technik, die durch Entfernen des Bereichs C und des Bereichs D von der 4 und der fünften und sechsten Felderfassungsabschnitte 2R5 und 2R6 von 5 erhalten wird. Ein Vergleich wurde erhalten, indem m und n in der ersten Ausführungsform zu: m = 2 und n = 2 eingestellt wurde, und n in der Vergleichsausführungsform n = 2 ist.
Die 8A und 8B zeigen ein Differenzsignal ΔVout zwischen einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung und „der Cosinus-Welle“ in der ersten Ausführungsform bzw. der Vergleichsausführungsform. Es wird verstanden, dass eine Amplitude des Differenzsignals ΔVout in der ersten Ausführungsform kleiner ist als in der Vergleichsausführungsform, und daher eine Verzerrung von „der Cosinus-Welle“ durch die Korrekturschaltung 30 entfernt wird.
Dieses Resultat wird erhalten, da, obwohl ein kombinierter Widerstand der Brückenschaltung 20 aufgrund einer Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses der TMR-Elemente 3T nicht konstant ist, und eine Phase aufweist, die Phase eines kombinierten Widerstands der Korrekturschaltung 30 in einer entgegengesetzten Phase ist und die Phase des kombinierten Widerstands der Brückenschaltung 20 aufhebt.
Um eine Verzerrung einer Ausgangswellenform zu reduzieren, ist es ferner notwendig, dass eine Amplitude einer Wellenform des kombinierten Widerstands der Brückenschaltung 20 nahezu gleich zu einer Amplitude einer Wellenform des kombinierten Widerstands der Korrekturschaltung 30 ist. Folglich werden die vier Felderfassungsabschnitte 2R1, 2R2, 2R3 und 2R4, welche die Brückenschaltung 20 ausbilden, derart ausgebildet, dass die elektrischen Widerstandwerte des ersten und zweiten Felderfassungsabschnitts 2R1 und 2R2 gleich zueinander sind, und die elektrischen Widerstandswerte des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts 2R3 und 2R4 gleich zueinander sind, wenn ein Winkel, der sich zwischen der Magnetisierungsrichtung der fixen Magnetisierungsschicht 3B und der Magnetisierungsrichtung der freien Magnetisierungsschicht 3a einstellt, gleich in den jeweiligen TMR-Elementen 3T ist, welche die Felderfassungsabschnitte 2 ausbilden. Es wird ferner bevorzugt, die vier Felderfassungsabschnitte 2R1, 2R2, 2R3 und 2R4 derart auszubilden, dass die elektrischen Widerstandswerte alle gleich sind. Es wird ferner bevorzugt, die zwei Felderfassungsabschnitte 2R5 und 2R6, welche die Korrekturschaltung 30 ausbilden, derart auszubilden, dass der elektrische Widerstandswert jeweils gleich wird, wenn ein Winkel, der zwischen der Magnetisierungsrichtung der fixen Magnetisierungsschicht 3d und der Magnetisierungsrichtung der freien Magnetisierungsschicht 3a eingestellt ist, gleich in den jeweiligen TMR-Elementen 3T ist, welche die Felderfassungsabschnitte 2 ausbilden. Tunnel-Magnetowiderstandselemente, in denen die dazwischenliegenden Schichten Isolatoren sind, werden als die Magnetowiderstandselemente, welche den ersten bis vierten Felderfassungsabschnitt ausbilden. Es wird bevorzugt, Tunnel-Magnetowiderstandselemente, in denen die dazwischenliegenden Schichten ein Isolator sind, auch als die Magnetowiderstandselemente zu verwenden, welche den fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt ausbilden. Es wird ferner bevorzugt, Riesen-Magnetowiderstandselemente zu verwenden, in denen die dazwischenliegenden Schichten ein nicht-magnetischer Metallkörper sind, für die Magnetowiderstandselemente, welche den fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt ausbilden. Die 9 zeigt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis r eines elektrischen Widerstandswerts von einem Felderfassungsabschnitt 2, der die Korrekturschaltung 30 ausbildet, bezüglich eines elektrischen Widerstandswerts eines Felderfassungsabschnitts 2, der die Brückenschaltung 20 ausbildet (ein Verhältnis der elektrischen Widerstandswerte des ersten Felderfassungsabschnitts 2R1 und des fünften Felderfassungsabschnitts 2R5) = R5/R1, und eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung (Amplitude eines Differenzsignals zwischen einer Differentialausgabe Vout und „der Cosinus-Welle“). r = 0 ist hierbei ein Fall, wenn die Korrekturschaltung 30 fehlt, d.h., die Ausführungsform im Stand der Technik (Vergleichsausführungsform). Indem definiert wird, dass eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung dieser Ausführungsform gleich 1 ist, zeigt die Zeichnung eine normalisierte Verzerrung der Ausgangswellenform der ersten Ausführungsform. Vorteile der Korrekturschaltung 30 werden bestätigt, wenn r in einem Bereich 0 < r ≤1 ist, d.h., 0 < (R5/R1) ≤ 1. In der ersten Ausführungsform sind die Vorteile am signifikantesten, wenn r = 0,3 bis 0,5 ist.
Eigenschaftsvergleich, wenn eine Verteilung eines durch den magnetischen bewegbaren Körpers 10 erzeugten Felds gleich Q/P ≈ 1 ist.
9 zeigt die Vorteile der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung im Vergleich mit der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik. Es wird verstanden, dass die erste Ausführungsform vorteilhaft bei der Reduzierung einer Verzerrung der Ausgangswellenform ist. Gemäß der Erfindung wird es somit möglich, die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 bereitzustellen, die in der Lage ist, effektiv eine Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses der TMR-Elemente 3T zu reduzieren, und daher eine genaue Positionsinformation mit eine hohen Genauigkeitsgrad zu erhalten.
Zweite Ausführungsform
In einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 einer zweiten Ausführungsform ist die Anzahl der Erfassungsabschnitte und die Positionen der Felderfassungsabschnitte 2 an den jeweiligen Erfassungspositionen gleich zu jenen in der obigen ersten Ausführungsform. Vier Bereiche, und zwar, ein Bereich A, ein Bereich B, ein Bereich C und ein Bereich D sind an den Erfassungspositionen bereitgestellt. Der Bereich A und der Bereich B sind mit einem Abstand L entfernt voneinander lokalisiert. Der Bereich C befindet sich bei einem Abstand L/m (m ist eine natürliche Zahl) entfernt von dem Bereich A zwischen dem Bereich A und dem Bereich B. Der Bereich D befindet sich entfernt von dem Bereich C in einer Richtung des Bereichs B um einen Abstand λ/2 von dem Bereich C. In diesem Fall wird, wie in der obigen Gleichung (3) gegeben, der Abstand L bezüglich des Abstands λ gegeben als: L = λ/n (n ist eine natürliche Zahl gleich zu oder größer als 2). Der erste und dritte Felderfassungsbereich 2R1 und 2R3 sind ferner in dem Bereich A lokalisiert, der zweite und vierte Felderfassungsbereich 2R2 und 2R4 in dem Bereich B, der fünfte Felderfassungsbereich 2R5 in dem Bereich C und der sechste Felderfassungsbereich 2R6 in dem Bereich D.
Eine Verdrahtung der Felderfassungsabschnitte 2 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der zweiten Ausführungsform ist gleich zu der in der obigen ersten Ausführungsform. Eine Brückenschaltung 20 und eine Korrekturschaltung 30 sind in Reihe zwischen einer Stromversorgung Vcc und Masse GND verbunden. In der Brückenschaltung 20 sind der erste und zweite Felderfassungsabschnitt 2R1 und 2R2, die in Reihe verbunden sind, und der dritten und vierte Felderfassungsabschnitt 2R3 und 2R4, die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden. In der Korrekturschaltung 30 sind der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt 2R5 und 2R6 parallel verbunden. Diese Vorrichtung enthält ferner eine Erfassungsschaltung 40, die eine Position des magnetischen bewegbaren Körpers 10 auf Grundlage einer Differenz von Mittelpunktpotentialen der Brückenschaltung 20 erfasst, d.h., eine Differenz Vout zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und zweiten Felderfassungsabschnitts 2R1 und 2R2 und eines Mittelpunktpotentials V2 des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts 2R3 und 2R4.
Eine Verteilung des Felds, das erzeugt wird durch den magnetischen bewegbaren Körper in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der zweiten Ausführungsform, ist gegeben durch: Q/P = 0,7 (mit anderen Worten wird ein Fall beschrieben, bei dem Q/P = 0, 7 ist). In diesem Fall erscheint eine Verteilung eines Felds, das erzeugt wird durch den magnetischen bewegbaren Körper 10, und eine Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses der TMR-Elemente 3T als eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung. In der zweiten Ausführungsform sind die Erfassungspositionen von jenen in der obigen ersten Ausführungsform geändert, um eine Verzerrung der Ausgangswellenform aufgrund einer Verteilung des durch den magnetischen bewegbaren Körpers 10 erzeugten Felds zu adressieren. Die 10A, 10B und 10C zeigen eine Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers 10 der zweiten Ausführungsform, indem n in der obigen Gleichung (3) beispielhaft auf unterschiedliche Werte eingestellt wird. Hier ist m = 2. Die Zeichnungen zeigen ebenfalls „eine Cosinus-Welle“, für die eine DC-Komponente, eine Amplitude, eine Frequenz und eine Phase angepasst sind, um eine Differenz von einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung zu minimieren.
Die 11A, 11B und 11C zeigen ein Differenzsignal ΔVout zwischen einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung und „der Cosinus-Welle“, indem m und n in der obigen Gleichung (3) beispielhaft auf unterschiedliche Werte eingestellt werden. Es wird verstanden, dass ein Differentialsignal ΔVout, wenn m = n = 3 ist, eine Minimalamplitude mit einer unterdrückten Verzerrung aufweist, und daher nahe an „der Cosinus-Welle“ ist. Wenn Q/P = 0,7 ist, wie in den 10A, 10B und 10C gezeigt, wird eine dritte harmonische Komponente zu einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung hinzugefügt und die Wellenform ist verzerrt, wenn n = 2 ist. Indem n = 3 eingestellt wird, d.h. durch eine Lokalisierung des Bereichs A und des Bereichs B um einen Abstand L = λ/3 entfernt voneinander, wird die dritte harmonische Komponente unterdrückt und die Verzerrung reduziert.
Ausführungsform ohne Korrekturschaltung gemäß zweiter Ausführungsform
Eine Ausführungsform ohne die Korrekturschaltung der zweiten Ausführungsform ist äquivalent zu der zweiten Ausführungsform, von der die Korrekturschaltung 30 entfernt ist. Diese Ausführungsform ist eine Ausführungsform, die erhalten wird durch Entfernen des Bereichs C und des Bereichs D von 4, sowie des fünften und sechsten Felderfassungsabschnitts 2R5 und 2R6 von 5. m und n in der zweiten Ausführungsform sind hier eingestellt zu: m = 3 und n = 3, und n in der Ausführungsform ohne die Korrekturschaltung ist eingestellt als: n = 3. Eine Differenz von der Ausführungsform im Stand der Technik besteht darin, dass die Erfassungspositionen durch n = 3 definiert sind, anstelle von n = 2, und eine dritte harmonische Komponente in einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung unterdrückt wird.
Die 12A und 12B zeigen ein Differenzsignal ΔVout zwischen einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung und „der Cosinus-Welle“ in der zweiten Ausführungsform bzw. die Ausführungsform ohne die Korrekturschaltung. Es wird aus dem Vergleich der zwei Ausführungsformen verstanden, dass eine Verzerrung von „der Cosinus-Welle“ durch die Korrekturschaltung 30 eliminiert wird. in der zweiten Ausführungsform werden ebenfalls die Vorteile der Korrekturschaltung 30 bestätigt. Andererseits gibt es noch immer eine Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Verteilung des Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird.
Dritte Ausführungsform
13 zeigt Positionen (Erfassungspositionen), an denen die Felderfassungsabschnitte 2 in einer Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 einer dritten Ausführungsform lokalisiert sind. Acht Bereiche, und zwar, ein Bereich A, ein Bereich B, ein Bereich C, ein Bereich D, ein Bereich E, ein Bereich F, ein Bereich G und ein Bereich H sind als die Erfassungspositionen bereitgestellt. Der Bereich A und der Bereich B sind mit einem Abstand L1 entfernt voneinander lokalisiert. Der Bereich C ist ein Abstand L1/m1 (m1 ist eine natürliche Zahl) entfernt von dem Bereich A zwischen dem Bereich A und dem Bereich B lokalisiert. Der Bereich D ist von dem Bereich C in einer Richtung des Bereichs B um einen Abstand λ/2 von dem Bereich C entfernt lokalisiert. Darüber hinaus ist der Bereich E von dem Bereich E in eine Richtung des Bereichs B entfernt lokalisiert, und der Bereich A und der Bereich E sind ein Abstand L2 entfernt voneinander lokalisiert. Der Bereich F ist von dem Bereich E in einer Richtung des Bereichs D entfernt lokalisiert und der Bereich E und der Bereich F sind den Abstand L1 entfernt voneinander lokalisiert. Der Bereich G ist ein Abstand L1/m2 (m2 ist eine natürliche Zahl) entfernt von dem Bereich E zwischen dem Bereich E und dem Bereich F lokalisiert. Der Bereich H befindet sich von dem Bereich G in einer Richtung des Bereichs F entfernt, und befindet sich den Abstand λ/2 entfernt von dem Bereich G. In diesem Fall werden die Abstände L1 und L2 durch die folgende Gleichung bezüglich des Abstands λ gegeben. Gleichung (4) ist wie folgt: $L = λ /n,$
wobei,
ein Abstand L(A-B) zwischen Erfassungspositionen in A und B gegeben ist als: L1 = λ/n1,
ein Abstand L(A-C) zwischen Erfassungspositionen in A und C gegeben ist als: L(A-C) = L1/m1 = λ/(m1n1),
ein Abstand L(A-E) zwischen Erfassungspositionen in A und E gegeben ist als: L(A-E) = L2 = λ/n2,
ein Abstand L(E-F) zwischen Erfassungspositionen in E und F gegeben ist als: L(E-F) = L1 = λ/n1, und
ein Abstand L(E-G) zwischen Erfassungspositionen in E und G gegeben ist als: L(E-G) = L1/m2 = λ/(m2n1),
wobei n1 und n2 natürliche Zahlen sind, die gleich zu oder größer als 2 sind und m1 und m2 natürliche Zahlen sind.
Darüber hinaus befinden sich der erste und der dritte Felderfassungsabschnitt 2R1 und 2R3 in dem Bereich A, der zweite und vierte Felderfassungsabschnitt 2R2 und 2R4 in dem Bereich B, der fünfte Felderfassungsabschnitt 2R5 in dem Bereich C, und der sechste Felderfassungsabschnitt 2R6 in dem Bereich D. Darüber hinaus befinden sich ein siebenter und neunter Felderfassungsabschnitt 2R7 und 2R9 in dem Bereich E, ein achter und zehnter Felderfassungsabschnitt 2R8 und 2R10 in dem Bereich F, ein elfter Felderfassungsabschnitt 2R11 in dem Bereich G und ein zwölfter Felderfassungsabschnitt 2R12 in dem Bereich H. Die Konfigurationen der Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis sechsten Felderfassungsabschnitt ausbilden, sind gleich wie die Konfigurationen, die in der obigen ersten Ausführungsform erläutert wurden, und entsprechen Konfigurationen von Magnetowiderstandselementen, welche die siebente bis zwölfte Felderfassungsabschnitte ausbilden. Magnetisierungsrichtungen der fixen Magnetisierungsschichten in den jeweiligen Magnetowiderstandselementen, die den ersten bis zwölften Felderfassungsabschnitt ausbilden, sind alle in einer gleichen Richtung bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers.
14 zeigt eine Verdrahtung der Felderfassungsabschnitte 2 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der dritten Ausführungsform. Es gibt hier zwei Systeme, wobei jeweils eine Brückenschaltung und eine Korrekturschaltung in Reihe zwischen einer Stromversorgung Vcc und Masse GND verbunden sind. Ein erstes System besteht aus einer ersten Brückenschaltung 21 und einer ersten Korrekturschaltung 31. In der ersten Brückenschaltung 21 sind der erste und zweite Felderfassungsabschnitt 2R1 und 2R2, die in Reihe verbunden sind, und der dritte und vierte Felderfassungsabschnitt 2R3 und 2R4, die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden. In der ersten Korrekturschaltung 31 sind der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt 2R5 und 2R6 parallel verbunden. Ein zweites System besteht aus einer zweiten Brückenschaltung 22 und einer zweiten Korrekturschaltung 32. In der zweiten Brückenschaltung 22 sind der siebente und neunte Felderfassungsabschnitt 2R7 und 2R9, die in Reihe verbunden sind, und der achte und zehnte Felderfassungsabschnitt 2R8 und 2R10, die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden. In der zweiten Korrekturschaltung 32 sind der elfte und zwölfte Felderfassungsabschnitt 2R11 und 2R12 parallel verbunden. Auch diese Vorrichtung enthält eine Erfassungsschaltung 40, die eine Position des magnetischen bewegbaren Körpers 10 auf Grundlage einer Differenz zwischen Mittelpunktpotentialen der Brückenschaltungen 21 und 22 erfasst, insbesondere, eine Differenz Vout zwischen einer Differenz V12, wobei es sich um eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und zweiten Felderfassungsabschnitts 2R1 und 2R2 und einem Mittelpunktpotential V2 des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts 2R3 und 2R4 handelt, und eine Differenz V34, wobei es sich um eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V3 der siebenten und achten Felderfassungsabschnitte 2R7 und 2R8 handelt, und einem Mittelpunktpotential V4, der neunten und zehnten Felderfassungsabschnitte 2R9 und 2R10.
Eine Verteilung des Felds, das erzeugt wird durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 in der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der dritten Ausführungsform ist gegeben als: Q/P = 0,7 (mit anderen Worten wird ein Fall beschrieben, wenn Q/P = 0, 7 ist). In diesem Fall erscheint eine Verteilung des Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird, und eine Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses der TMR-Elemente 3T als eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung. Die dritte Ausführungsform behandelt eine Verzerrung der Ausgangswellenform aufgrund einer Verteilung des Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird, und weist daher die Brückenschaltungen 21 und 22 in zwei Systemen auf, so dass harmonische Komponenten zweier Ordnungen, n1 und n2, im Vergleich mit der obigen zweiten Ausführungsform unterdrückt werden. Die 15A, 15B und 15C zeigen eine Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers 10 in der dritten Ausführungsform, indem zum Beispiel n1 und n2 in der obigen Gleichung (4) auf unterschiedliche Werte eingestellt wird. Hier ist n1 = m1 und n2 = m2. Die Zeichnungen zeigen ebenso „eine Cosinus-Welle“, für die eine DC-Komponente, eine Amplitude, eine Frequenz und eine Phase angepasst sind, um eine Differenz von einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung zu minimieren.
Die 16A, 16B und 16C zeigen ein Differenzsignal ΔVout zwischen einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung und „der Cosinus-Welle“, indem zum Beispiel n1, n2, m1 und m2 in der obigen Gleichung (4) auf unterschiedliche Werte eingestellt wird. In der dritten Ausführungsform werden harmonische Komponenten zweier Ordnungen, wenn n1 = 2 und n2 = 3, d.h. zweite und dritte harmonische Komponenten und somit eine Verzerrung unterdrückt. In der 16A ist n1 > n2 und m2 = n2. Es wird verstanden, dass ein Differenzsignal ΔVout, wenn m2 = 3 ist, eine minimale Amplitude mit einer unterdrückten Verzerrung aufweist, und daher nahe „der Cosinus-Welle“ ist. Die Erfassungspositionen der Felderfassungsabschnitte 2, welche die zweite Korrekturschaltung 32 ausbilden, stehen in Beziehung zu einem Abstand n2 zwischen den Brückenschaltungen 21 und 22 in zwei Systemen, und es wird die Einstellung bevorzugt: n2 = m2, d.h. den Bereich G um einen Abstand L/3 entfernt von dem Bereich E zwischen dem Bereich E und dem Bereich F zu lokalisieren.
Ausführungsform ohne Korrekturschaltungen der dritten Ausführungsform
Eine Ausführungsform ohne die Korrekturschaltungen der dritten Ausführungsform ist äquivalent zu der dritten Ausführungsform, in der die Korrekturschaltungen 31 und 32 entfernt wurden. Diese Ausführungsform ist eine Ausführungsform, die durch Entfernen des Bereichs C, des Bereichs D, des Bereichs G und des Bereichs H aus 13 erhalten wird, und durch Entfernen des fünften und sechsten Felderfassungsabschnitts 2R5 und 2R6 und des elften und zwölften Felderfassungsabschnitts 2R11 und 2R12 von 14. m und n in der dritten Ausführungsform werden hier eingestellt als: : m1 = 2, m2 = 3, n1 = 2 und n2 = 3, und n in der Ausführungsform ohne die Korrekturschaltungen wird eingestellt zu: n1 = 2 und n2 = 3. Eine Differenz von der Ausführungsform ohne der Korrekturschaltung der obigen zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die Brückenschaltung 22 hinzugefügt ist, und die Erfassungspositionen in zwei unterschiedlichen Arten und Weisen durch n = 2 zusätzlich zu n = 3 definiert sind, so dass zweite und dritte harmonische Komponenten in einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung unterdrückt sind.
Die 17A und 17B zeigen ein Differenzsignal ΔVout zwischen einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung und „der Cosinus-Welle“ in der dritten Ausführungsform bzw. die Ausführungsform ohne die Korrekturschaltungen der dritten Ausführungsform. Es wird aus einem Vergleich zwischen den zwei Ausführungsformen verstanden, dass eine Verzerrung von „der Cosinus-Welle“ durch die Korrekturschaltungen 31 und 32 entfernt wird.
18 zeigt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis r eines elektrischen Widerstandswerts von einem Felderfassungsabschnitt 2, der jede der Korrekturschaltungen 31 und 32 ausbildet bezüglich des elektrischen Widerstandswerts von einem Felderfassungsabschnitt 2, der jede der Brückenschaltungen 21 und 22 ausbildet (ein Verhältnis der elektrischen Widerstandswerte des ersten Felderfassungsabschnitts 2R1 und des fünften Felderfassungsabschnitts 2R5 und ein Verhältnis der elektrischen Widerstandswerte des siebenten Felderfassungsabschnitts 2R7 und des elften Felderfassungsabschnitts 2R11) = R5/R1 und R11/R7 und eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltungen (Amplitude eines Differenzsignals zwischen einer Differentialausgabe Vout und „der Cosinus-Welle“. r = 0 ist hier ein Fall, bei dem die Korrekturschaltungen 31 und 32 fehlen. Indem definiert wird, dass eine Verzerrung der Wellenform einer Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung dieser Ausführungsform gleich 1 ist, zeigt die Zeichnung eine normalisierte Verzerrung der Ausgangswellenform der dritten Ausführungsform. Vorteile der Korrekturschaltungen 31 und 32 werden bestätigt, wenn r in einem Bereich 0 < r ≤ 1, d.h., 0 < (R5/R1) ≤ 1 und 0 < (R11/R7) ≤ 1 ist. In der dritten Ausführungsform sind die Vorteile am signifikantesten, wenn r = 0,5 bis 0,8 ist.
Eigenschaftsvergleich, wenn eine Verteilung des Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird, gleich Q/P < 1 ist.
19 zeigt die Vorteile der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung im Vergleich mit der Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik.
Eine Verteilung des Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird, ist hier gegeben als: Q/P = 0,7. Die Ausführungsform im Stand der Technik ist die Ausführungsform, die oben als die Vergleichsausführungsform der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Indem definiert wird, dass eine Verzerrung der Wellenform der Differentialausgabe Vout der Brückenschaltung (eine Amplitude eines Differenzsignals zwischen einer Differentialausgabe Vout und „der Cosinus-Welle“) dieser Ausführungsform gleich 1 ist, zeigen die Zeichnungen normalisierte Verzerrungen der Ausgangswellenformen der jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung. Es werden hier die Ausführungsform ohne die Korrekturschaltung der zweiten Ausführungsform, die zweite Ausführungsform, die Ausführungsform ohne die Korrekturschaltungen der dritten Ausführungsform und die dritte Ausführungsform verglichen. Es wird verstanden, dass die jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung die Vorteile zum Reduzieren einer Verzerrung der Ausgangswellenform aufweisen. In der dritten Ausführungsform ist eine Verzerrung der Ausgangswellenform auf circa 1/10 reduziert, verglichen mit der Vergleichsausführungsform. Gemäß der Erfindung wird es somit möglich, die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 bereitzustellen, die effektiv eine Verzerrung einer Ausgangswellenform aufgrund einer Verteilung des Felds, das durch den magnetischen bewegbaren Körper 10 erzeugt wird, und einer Spannungsabhängigkeit eines MR-Verhältnisses der TMR-Elemente 3T reduzieren kann, und daher eine genaue Positionsinformation mit einem hohen Genauigkeitsgrad erhalten kann.
Magnetischer bewegbarer Körper 10
Der magnetische bewegbare Körper 10, welcher die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung ausbildet, kann jeder bewegbare Körper sein, solange dieser aus einem magnetisierten magnetischen Körper ausgebildet ist, an dem N-Pole und S-Pole abwechselnd für den gegenüberliegenden Feldsensor 1 auftreten. Ein Bipolar-Typ ist ebenso verfügbar. Darüber hinaus wurde oben stehend eine Rechteckform (1) und eine Ringform (2) beschrieben. Ebenfalls sind jedoch jene einer Zylinderform oder einer sphärischen Form verfügbar. Eine Verteilung des erzeugten Felds, Q/P, ist ebenfalls nicht beschränkt, und ist normalerweise in dem Bereich von 0,5 bis 1.
Magnetowiderstandselement 3
Wie oben erläutert, wird ein Spin-Valve MR-Element als elektromagnetische Wandlungselemente verwendet, welche die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung ausbilden. Insbesondere werden die TMR-Elemente 3T mit einem großen MR-Verhältnis unter den Spin-Valve MR-Elementen in den Brückenschaltungen 20, 21 und 22 verwendet, welche die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung ausbilden. MR-Elemente außer den TMR-Elementen 3T können alternativ in den Korrekturschaltungen 30, 31 und 32 verwendet werden, welche die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung ausbilden. Zum Beispiel sind ebenso GMR-Elemente verfügbar.
Wie in 2 gezeigt, wird die Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung 100 der Erfindung ebenso verwendet, um einen Rotationswinkel eines rotierenden Körpers zu erfassen. Diese Vorrichtung ist zum Erfassen eines Winkels der Rotationsachse eines Motors geeignet. Diese Vorrichtung ist extensiv als Fahrzeugvorrichtungen anwendbar, zum Beispiel, als eine Winkelerfassungsvorrichtung, die durch einen Lenkwinkelsensor repräsentiert wird. Bezüglich der Konfiguration der Vorrichtung wirkt die Erfindung in einem Fall, bei dem ein Ende der Rotationsachse unzugänglich ist, und ist darüber hinaus durch dessen Konkurrenzfähigkeit mit Drehmelder-Techniken gekennzeichnet.
Es wird verstanden, dass hier offenbarte Ausführungsformen in deren Gesamtheit lediglich Beispiele sind und keiner Beschränkung unterliegen. Bezüglich der Abstände, die als λ und L oben definiert sind, oder der Parameter n und m, welche die Abstände bestimmen, können angenäherte Werte zu dem oben bestimmten Äquivalent gehandhabt werden, solange die hier beschriebenen Vorteile erhalten werden können. Das Gleiche gilt ebenso für Richtungen, wie zum Beispiel eine Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers 10 und einer Magnetisierungsrichtung der TMR-Elemente 3T, oder kennzeichnender Werte, wie zum Beispiel der elektrischen Widerstandswerte des Felderfassungsabschnitts 2 und der TMR-Elemente 3T. Es wird verstanden, dass der Umfang der Erfindung nicht durch die obige Beschreibung bestimmt ist, sondern durch die angehängten Ansprüche, und Bedeutungen, die äquivalent zu dem Umfang der Ansprüche und aller Modifikationen in dem Umfang sind, sind in der Erfindung enthalten.
Die jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung können ohne Beschränkung kombiniert werden und können bei Bedarf im Umfang der Erfindung modifiziert oder weggelassen werden.

Claims

Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, umfassend: einen magnetischen bewegbaren Körper (10), der aus einem magnetischen Körper ausgebildet ist, derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole abwechselnd auftreten, und einen Bereich aufweist, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind; und einen ersten bis sechsten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6), jeweils einen elektrischen Widerstandswert aufweisend, der mit einer Änderung in einem Feld in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) variiert, wobei: der erste bis sechste Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6) aus Magnetowiderstandselementen ausgebildet sind, die jeweils eine Spin-Valve-Struktur aufweisen und eine feste Magnetisierungsschicht (3b) enthalten, in der eine Magnetisierungsrichtung bezüglich eines angelegten Felds fixiert ist, eine freie Magnetisierungsschicht (3a), in der eine Magnetisierungsrichtung mit dem angelegten Feld variiert, und eine nicht-magnetische Zwischenschicht (3i), die zwischen der festen Magnetisierungsschicht (3b) und der freien Magnetisierungsschicht (3a) eingeschoben ist; wobei die Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis vierten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4) ausbilden, Tunnel-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein Isolator sind; wobei die Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) der jeweiligen Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis sechsten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6) ausbilden, alle in einer gleichen Richtung bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ausgerichtet sind; wobei der erste und dritte Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R3) an einer Erfassungsposition in einem Bereich A lokalisiert sind; der zweite und vierte Felderfassungsabschnitt (2R2, 2R4) an einer Erfassungsposition in einem Bereich B lokalisiert sind; der fünfte Felderfassungsabschnitt (2R5) an einer Erfassungsposition in einem Bereich C lokalisiert ist; der sechste Felderfassungsabschnitt (2R6) an einer Erfassungsposition in einem Bereich D lokalisiert ist; wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind, ein Abstand L(A-B) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich B bezüglich eines konstanten Abstands λ zwischen einem N-Pol und dem nächsten N-Pol oder zwischen einem S-Pol und dem nächsten S-Pol des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ist gegeben durch: L(A-B) = L = λ/n, der Bereich C befindet sich zwischen dem Bereich A und dem Bereich B, und ein Abstand L(A-C) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich C ist gegeben durch: L(A-C) = L/m = λ/(mn), und der Bereich D befindet sich entfernt von dem Bereich C in einer Richtung des Bereichs B, und ein Abstand L(C-D) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich C und dem Bereich D ist gegeben durch: L(C-D) = λ/2, wobei n eine natürliche Zahl gleich zu oder größer als 2 ist und m eine natürliche Zahl ist; wobei eine Brückenschaltung (20) und eine Korrekturschaltung (30) in Reihe zwischen einem ersten Referenzpotential (Vcc) und einem zweiten Referenzpotential (GND) verbunden sind, wobei in der Brückenschaltung (20) der erste und der zweite Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2), die in Reihe verbunden sind, und der dritte und vierte Felderfassungsabschnitt (2R3, 2R4), die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden sind, und wobei in der Korrekturschaltung (30) der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) parallel verbunden sind; und ein Signal entsprechend einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) auf Grundlage einer Differenz Vout zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und des zweiten Felderfassungsabschnitts (2R1, 2R2) und eines Mittelpunktpotentials V2 des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts (2R3, 2R4) ausgegeben wird.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: eine Beziehung m = n erfüllt ist.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetowiderstandselemente, die den fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) ausbilden, Tunnel-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein Isolator sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetowiderstandselemente, die den fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) ausbilden, Riesen-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein nicht-magnetischer Metallkörper sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) derart ausgebildet sind, elektrische Widerstandswerte aufzuweisen, die gleich zueinander sind, wenn Winkel, die bestehen zwischen den Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) und den Magnetisierungsrichtungen der freien Magnetisierungsschichten (3a) der Magnetowiderstandselemente, die die Felderfassungsabschnitte (2) ausbilden, gleich sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste bis vierte Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4) derart ausgebildet sind, elektrische Widerstandswerte aufzuweisen, die gleich zueinander sind, und ein elektrischer Widerstandswert R5 des fünften Magnetfeld-Erfassungsabschnitts (2R5) eine Beziehung bezüglich eines elektrischen Widerstandswerts R1 des ersten Felderfassungsabschnitts (2R1) erfüllt, die gegeben ist als: 0 < R5/R1 ≤ 1, wenn Winkel, die zwischen den Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) und den Magnetisierungsrichtungen der freien Magnetisierungsschichten (3a) der Magnetowiderstandselemente, die die Felderfassungsabschnitte (2) ausbilden, gleich sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung, umfassend: einen magnetischen bewegbaren Körper (10), der aus einem magnetischen Körper ausgebildet ist, derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole abwechselnd auftreten, und einen Bereich aufweist, in dem Abstände zwischen den N-Polen und den S-Polen konstant sind; und erste bis zwölfte Felderfassungsabschnitte (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6, 2R7, 2R8, 2R9, 2R10, 2R11, 2R12), die jeweils einen elektrischen Widerstandswert aufweisen, der mit einer Änderung in einem Feld in Assoziation mit einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) variiert, wobei: der erste bis zwölfte Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6, 2R7, 2R8, 2R9, 2R10, 2R11, 2R12) aus Magnetowiderstandselementen besteht, die jeweils eine Spin-Valve-Struktur aufweisen und eine feste Magnetisierungsschicht (3b)enthalten, in der eine Magnetisierungsrichtung bezüglich eines angelegten Felds fixiert ist, sowie eine freie Magnetisierungsschicht (3a), in der eine Magnetisierungsrichtung mit dem angelegten Feld variiert, und eine nicht-magnetische Zwischenschicht (3i), die zwischen der festen Magnetisierungsschicht (3b) und der freien Magnetisierungsschicht (3a) eingeschoben ist; wobei die Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis vierten Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4) ausbilden, und die Magnetowiderstandselemente, die den siebenten bis zehnten Felderfassungsabschnitt (2R7, 2R8, 2R9, 2R10) ausbilden, Tunnel-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein Isolator sind; wobei die Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) der jeweiligen Magnetowiderstandselemente, die den ersten bis zwölften Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2R5, 2R6, 2R7, 2R8, 2R9, 2R10, 2R11, 2R12) ausbilden, alle in einer gleichen Richtung bezüglich einer Bewegungsrichtung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ausgerichtet sind; wobei der erste und dritte Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R3) an einer Erfassungsposition in einem Bereich A lokalisiert sind; der zweite und vierte Felderfassungsabschnitt (2R2, 2R4) an einer Erfassungsposition in einem Bereich B lokalisiert sind; der fünfte Felderfassungsabschnitt (2R5) an einer Erfassungsposition in einem Bereich C lokalisiert ist; der sechste Felderfassungsabschnitt (2R6) an einer Erfassungsposition in einem Bereich D lokalisiert ist; der siebente und neunte Felderfassungsabschnitt (2R7, 2R9) an einer Erfassungsposition in einem Bereich E lokalisiert sind; der achte und zehnte Felderfassungsabschnitt (2R8, 2R10) an einer Erfassungsposition in einem Bereich F lokalisiert sind; der elfte Felderfassungsabschnitt (2R11) an einer Erfassungsposition in einem Bereich G lokalisiert ist; der zwölfte Felderfassungsabschnitt (2R12) an einer Erfassungsposition in einem Bereich H lokalisiert ist; wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind, ein Abstand L(A-B) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich B bezüglich eines konstanten Abstands λ zwischen einem N-Pol und dem nächsten N-Pol oder zwischen einem S-Pol und dem nächsten S-Pol des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ist gegeben durch: L(A-B) = L1 = λ/n1, der Bereich C befindet sich zwischen dem Bereich A und dem Bereich C und ein Abstand L(A-C) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich C ist gegeben durch: L(A-C) = L1/m1 = λ/(m1n1), der Bereich D befindet sich entfernt von dem Bereich C in einer Richtung des Bereichs B und ein Abstand L(C-D) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich C und dem Bereich D ist gegeben durch: L(C-D) = λ/2, der Bereich E befindet sich entfernt von dem Bereich A in der Richtung des Bereichs E und ein Abstand L(A-E) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich A und dem Bereich E ist gegeben durch: L(A-E) = L2 = λ/n2, der Bereich F befindet sich entfernt von dem Bereich E in einer Richtung des Bereichs D und ein Abstand L(E-F) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich E und dem Bereich F ist gegeben durch: L(E-F) = L1 = λ/n1, der Bereich G befindet sich zwischen dem Bereich E und dem Bereich F und ein Abstand L(E-G) zwischen den Erfassungsbereichen in dem Bereich E und dem Bereich G ist gegeben durch: L(E-G) = L1/m2 = λ/(m2n1), und der Bereich H befindet sich entfernt von dem Bereich G in einer Richtung des Bereichs F und ein Abstand L(G-H) zwischen den Erfassungspositionen in dem Bereich G und dem Bereich H ist gegeben durch: L(G-H) = λ/2, wobei n1 und n2 natürliche Zahlen gleich zu oder größer als 2 sind, und m1 und m2 natürliche Zahlen sind; wobei eine erste Brückenschaltung (21) und eine erste Korrekturschaltung (31) in Reihe zwischen einem ersten Referenzpotential (Vcc) und einem zweiten Referenzpotential (GND) verbunden sind, wobei in der ersten Brückenschaltung (21) der erste und zweite Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2), die in Reihe verbunden sind, und der dritte und vierte Felderfassungsabschnitt (2R3, 2R4), die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden sind; wobei eine zweite Brückenschaltung (22) und eine zweite Korrekturschaltung (32) in Reihe zwischen einem dritten Referenzpotential (Vcc) und einem vierten Referenzpotential (GND) verbunden sind, wobei in der zweiten Brückenschaltung (22) der siebente und achte Felderfassungsabschnitt (2R7, 2R8), die in Reihe verbunden sind, und der neunte und zehnte Felderfassungsabschnitt (2R9, 2R10), die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden sind, wobei in der zweiten Korrekturschaltung (32) der elfte und zwölfte Felderfassungsabschnitt (2R11, 2R12) parallel verbunden sind; und ein Signal entsprechend einer Bewegung des magnetischen bewegbaren Körpers (10) ausgegeben wird auf Grundlage einer Differenz Vout zwischen einer Differenz V12, wobei es sich um eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und zweiten Felderfassungsabschnitts (2R1, 2R2) und eines Mittelpunktpotentials V2 des dritten und vierten Felderfassungsabschnitts (2R3, 2R4) handelt, und einer Differenz V34, wobei es sich um eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V3 des siebenten und achten Felderfassungsabschnitts (2R7, 2R8) und einem Mittelpunktpotential V4 des neunten und zehnten Felderfassungsabschnitts (2R9, 2R10) handelt.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: Beziehungen n2 ≠ n1 und m1 = n1 erfüllt sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: Beziehungen n1 > n2 und m2 ÷ n2 erfüllt sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetowiderstandselemente, die den fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) und den elften und zwölften Felderfassungsabschnitt (2R11, 2R12) ausbilden, Tunnel-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein Isolator sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetowiderstandselemente, die den fünften und sechsten Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) und den elften und zwölften Felderfassungsabschnitt (2R11, 2R12) ausbilden, Riesen-Magnetowiderstandselemente sind, in denen die Zwischenschichten (3i) ein nicht-magnetischer Metallkörper sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: der fünfte und sechste Felderfassungsabschnitt (2R5, 2R6) derart ausgebildet sind, elektrische Widerstandswerte aufzuweisen, die gleich zueinander sind, und der elfte und zwölfte Felderfassungsabschnitt (2R11, 2R12) derart ausgebildet sind, elektrische Widerstandswerte aufzuweisen, die gleich zueinander sind, wenn Winkel, die eingestellt sind zwischen den Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) und den Magnetisierungsrichtungen der freien Magnetisierungsschichten (3a) der Magnetowiderstandselemente, die die Felderfassungsabschnitte (2) ausbilden, gleich sind.
Magnetpositions-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste bis vierte Felderfassungsabschnitt (2R1, 2R2, 2R3, 2R4) derart ausgebildet sind, elektrische Widerstandswerte aufzuweisen, die gleich zueinander sind, der siebente bis zehnte Felderfassungsabschnitt (2R7, 2R8, 2R9, 2R10) ausgebildet sind, elektrische Widerstandswerte aufzuweisen, die gleich zueinander sind, ein elektrischer Widerstandswert R5 des fünften Felderfassungsabschnitts (2R5) eine Beziehung bezüglich eines elektrischen Widerstandswerts R1 des ersten Felderfassungsabschnitts (2R1) erfüllt, die gegeben ist als: 0 < R5/R1 ≤ 1, und ein elektrischer Widerstandswert R11 des elften Felderfassungsabschnitts (2R11) eine Beziehung bezüglich eines elektrischen Widerstandswerts R7 des siebenten Felderfassungsabschnitts (2R7) erfüllt, die gegeben ist als: 0 < R11/R7 ≤ 1, wenn Winkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen der festen Magnetisierungsschichten (3b) und den Magnetisierungsrichtungen der freien Magnetisierungsschichten (3a) der Magnetowiderstandselemente, die die Felderfassungsabschnitte (2) ausbilden, gleich sind.