WO2015056439A1 - 回転角センサ - Google Patents

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WO2015056439A1
WO2015056439A1 PCT/JP2014/005195 JP2014005195W WO2015056439A1 WO 2015056439 A1 WO2015056439 A1 WO 2015056439A1 JP 2014005195 W JP2014005195 W JP 2014005195W WO 2015056439 A1 WO2015056439 A1 WO 2015056439A1
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WO
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magnetoresistive
bridge circuit
rotation
rotation angle
elements
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Application number
PCT/JP2014/005195
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孝昌 金原
紀博 車戸
泰行 奥田
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • G—PHYSICS
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • Patent Document 1 a magnetic member in which N poles and S poles are alternately arranged, and one or more pairs of vector detection type magnetoresistive effect elements facing the magnetic pole arrangement surface of the magnetic member, Have been proposed.
  • One or a plurality of pairs of vector detection type magnetoresistive elements are arranged in a line substantially perpendicular to the magnetic pole arrangement direction of the magnetic member. With this arrangement, the phases of the magnetic fluxes transmitted through all the vector detection type magnetoresistance effect elements are the same.
  • both the strength and direction of the magnetic flux transmitted through each vector detection type magnetoresistive element cannot be made the same. Therefore, it has been difficult to detect the rotation state of the magnetic member (rotating body) with high accuracy based on the electrical signal that depends on the resistance value of each vector detection type magnetoresistive element.
  • This disclosure is intended to provide a rotation angle sensor with improved detection accuracy of the rotation state of a rotating body.
  • the rotation angle of the rotating body in which the first magnetic pole portion and the second magnetic pole portion having the same lateral width in the rotation direction are alternately connected along the rotation direction and the outer surface forms a circle is detected.
  • the rotation angle sensor is provided between a free layer whose magnetization direction changes according to a rotating magnetic field generated from the rotating body, a pinned layer whose magnetization direction is fixed, and the pinned layer and the free layer.
  • a plurality of magnetoresistive effect elements whose resistance values vary according to the magnetization directions of the pinned layer and the free layer, respectively.
  • Each of the plurality of magnetoresistive elements is arranged side by side along the rotation direction so that the distance from the outer surface of the rotating body is constant.
  • the magnetization direction of the pinned layer of each of the plurality of magnetoresistive effect elements has one reference line extending perpendicularly to the rotation direction from the rotation center of the rotating body, and the magnetoresistive effect element along the rotation direction. And the total length of the lateral widths of the pair of the first magnetic pole part and the second magnetic pole part adjacent to each other in the rotation direction.
  • a plurality of magnetoresistive elements are arranged side by side along the rotation direction. According to this, unlike the configuration in which the plurality of magnetoresistive elements are arranged in the direction along the reference line perpendicular to the rotation direction instead of the rotation direction, the magnetic flux that passes through the plurality of magnetoresistive elements Are the same strength. However, in the case of this arrangement, the phases of magnetic fluxes transmitted through the plurality of magnetoresistive elements are different.
  • the magnetic flux that passes through the intersection of the reference line and the rotational direction in which the magnetoresistive elements are arranged (hereinafter referred to as reference magnetic flux (BM)) and the magnetic flux that passes through a position away from the reference line in the rotational direction are:
  • the phase is different. Therefore, the magnetization direction of the free layer of each magnetoresistive element is different from the case where it is located on the reference line.
  • the phase deviation from the reference magnetic flux described above is the sum of the length ⁇ of the lateral widths of the first magnetic pole part and the second magnetic pole part, and the separation distance between the reference line and the magnetoresistive effect element along the rotation direction. determined by ⁇ .
  • the magnetization direction of the pinned layer of each of the plurality of magnetoresistive effect elements is determined by the separation distance ⁇ and the length ⁇ , so that the phase shift of the magnetic flux transmitted through the plurality of magnetoresistive effect elements from the reference magnetic flux. Is suppressed.
  • the strength of the magnetic flux passing through the plurality of magnetoresistive elements is the same, and the phase shift is eliminated. Based on the electrical signal that depends on the resistance values of the plurality of magnetoresistive elements, the detection accuracy of the rotational state of the rotating body is improved.
  • the rotating body has the first magnetic pole portions and the second magnetic pole portions that have the same lateral width in the rotation direction alternately connected, and the outer surface has a circular shape. Therefore, the unit rotation amount of the rotating body can be expressed as 360 ° / ⁇ . Further, the reference line and the magnetoresistive element are separated by a separation distance ⁇ . Therefore, the magnetic flux passing through the magnetoresistive effect element is (360 ° / ⁇ ) ⁇ ⁇ obtained by multiplying the reference magnetic flux (BM) by the unit rotation amount 360 ° / ⁇ and the separation distance ⁇ .
  • FIG. 1 is a top view showing positions of a rotation angle sensor and a rotating body according to the first embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged top view showing an enlarged position of the rotation angle sensor and the rotating body
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a bridge circuit assembled by magnetoresistive elements
  • FIG. 4 is a timing chart showing a midpoint potential and a pulse signal.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the magnetization direction of the pinned layer
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the magnetization direction of the free layer
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the magnetization directions of the pinned layer and the free layer
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the magnetization direction of the pinned layer
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the magnetization direction of the free layer
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the magnetization directions of the pinned layer and the free layer
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the magnetization direction of the pinned layer of the comparative configuration
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the magnetization directions of the pinned layer and the free layer of the comparative configuration
  • FIG. 10 is an enlarged top view showing a modification of the rotation angle sensor
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the magnetization direction of the pinned layer determined in the case of the reference line shown in FIG.
  • FIG. 12 is an enlarged top view showing a modification of the arrangement of the magnetoresistive effect element
  • FIG. 13 is an enlarged top view showing a modification of the number of magnetoresistive elements
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a first full-bridge circuit
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing a second full-bridge circuit
  • FIG. 16 is a top view showing a modification of the position of the rotation angle sensor and the rotating body
  • FIG. 17 is a top view showing a modification of the positions of the rotation angle sensor and the rotating body.
  • FIG. 5 the center CP is indicated by a cross, but in FIGS. 6 to 9, the center CP is omitted for the sake of simplicity.
  • FIGS. 6 to 9 the reference magnetic flux BM that passes through the first magnetoresistive effect element 11 is indicated by a solid line arrow, and other magnetoresistive effect elements 12, 21,
  • the magnetic flux passing through each of the lines 22 is indicated by a solid line arrow, and the reference magnetic flux BM is indicated by a dashed line arrow.
  • a plane at the same height position where the rotating body 200 and the rotation angle sensor 100 are arranged is a specified plane, and a direction perpendicular to the specified plane and passing through the rotation center RC of the rotating body 200 is indicated as an axial direction.
  • a direction around the axial direction is indicated as a rotation direction (curved arrow shown in FIG. 1), and a direction extending from the rotation center RC along the specified plane is indicated as a radial direction.
  • the rotation angle sensor 100 detects the rotation state of the rotating body 200 based on the change of the rotating magnetic field whose direction periodically changes with the rotation of the rotating body 200.
  • the rotating body 200 is formed by alternately connecting the first magnetic pole portions 210 and the second magnetic pole portions 220 along the rotation direction, and the outer surface thereof has a circular shape.
  • the first magnetic pole part 210 and the second magnetic pole part 220 have the same lateral width in the rotational direction, and the respective outer surfaces viewed from the radial direction are rectangular. Since the first magnetic pole part 210 has an N pole and the second magnetic pole part 220 has an S pole, a magnetic flux flows from the first magnetic pole part 210 to the second magnetic pole part 220.
  • the rotation angle sensor 100 detects a periodic change caused by rotation of a rotating magnetic field that draws a semicircular locus.
  • the rotating body 200 rotates in the counterclockwise direction and rotates in the clockwise direction.
  • the rotation angle sensor 100 includes a magnetoelectric conversion unit 10 or 20 that converts a change in the direction of magnetic flux into an electric signal, and a calculation unit 50 that calculates the rotation angle of the rotating body 200 based on the output signals of the magnetoelectric conversion units 10 and 20. And having.
  • the 1st magnetoelectric conversion part 10 has the magnetoresistive effect elements 11 and 12 which make a pair
  • the 2nd magnetoelectric conversion part 20 has the magnetoresistive effect elements 21 and 22 which make a pair. As shown in FIGS. 1 and 2, each of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 is arranged side by side along the rotation direction so that the distance from the outer surface of the rotating body 200 is constant. Yes.
  • the first magnetoresistance effect element 11 is located on a reference line BL (a line indicated by a one-dot chain line in FIGS. 1 and 2) extending in the radial direction from the center of rotation RC, and the other magnetoresistance effect elements 12, 21, 22 Each is separated from the reference line BL by a predetermined distance along the rotation direction. More specifically, the second magnetoresistance effect element 12 is separated from the reference line BL by a distance ⁇ 1, the third magnetoresistance effect element 21 is separated from the reference line BL by a distance ⁇ 2, and the fourth magnetoresistance effect element 22 is separated from the reference line. It is separated from BL by a distance ⁇ 3.
  • the separation distance between the first magnetoresistive element 11 positioned at the most upstream and the fourth magnetoresistive element 22 positioned at the most downstream is adjacent in the rotation direction. It is equal to the total length ⁇ of the lateral widths of the pair of first magnetic pole part 210 and second magnetic pole part 220. Strictly speaking, each of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 is arranged in the tangential direction of the midpoint between the first magnetoresistive effect element 11 and the fourth magnetoresistive effect element 22 in the rotation direction.
  • the magnetoresistive elements 11 and 12 included in the first magnetoelectric converter 10 correspond to the first magnetoresistive elements described in the claims, and the magnetoresistive element included in the second magnetoelectric converter 20 is claimed. This corresponds to the second magnetoresistive elements 21 and 22 described in the range.
  • the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 each have a free layer, a pinned layer, and an intermediate layer (not shown).
  • the magnetization direction of the free layer changes according to the applied magnetic field, and the magnetization direction of the pinned layer is fixed.
  • the intermediate layer is made of a nonmagnetic material and is provided between the pinned layer and the free layer.
  • the intermediate layer has conductivity, and each of the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 is a giant magnetoresistive element.
  • Each of the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 has a property that the resistance value fluctuates according to the magnetization directions of the pinned layer and the free layer. Therefore, when the magnetization direction of the free layer varies with the variation of the rotating magnetic field, the resistance values of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 vary.
  • the magnetization directions of the pin layers of the paired magnetoresistive elements 11 and 12 are generally along the radial direction, and the pinned layers of the paired magnetoresistive elements 21 and 22 are generally tangential to the rotational direction in which they are located.
  • the magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements 11 and 12 forming a pair and the magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements 21 and 22 forming a pair are substantially orthogonal to each other.
  • the magnetization directions of the pin layers of the magnetoresistive effect elements 11 and 12 forming a pair are substantially antiparallel to each other, and the magnetization directions of the pin layers of the magnetoresistive effect elements 21 and 22 forming a pair are also approximately antiparallel to each other. Therefore, when the resistance values of the two magnetoresistive elements are opposite to each other, and the resistance value of one of the two magnetoresistive elements decreases, the resistance value of the other increases.
  • the word “abbreviation” or “abbreviation” is used to describe the relationship between the magnetization directions of the pinned layer.
  • a bridge circuit is formed by the magnetoresistive effect elements 11 and 12 forming a pair and the magnetoresistive effect elements 21 and 22 forming a pair, and the midpoint potential is changed to the rotating state of the rotating body 200.
  • a signal based on the input is input to the calculation unit 50.
  • the first half-bridge circuit is assembled by the magnetoresistive effect elements 11 and 12 that form a pair of the first magnetoelectric conversion unit 10, and the magnetoresistive effect element 21 that forms a pair of the second magnetoelectric conversion unit 20. , 22 form a second half bridge circuit.
  • the magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements 11 and 12 forming a pair and the magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements 21 and 22 forming a pair are substantially orthogonal to each other. ing. Therefore, the phase difference between the midpoint potential of the first half bridge circuit (hereinafter referred to as the first midpoint potential) and the midpoint potential of the second half bridge circuit (hereinafter referred to as the second midpoint potential) is approximately 90. If the first midpoint potential is a sine wave, the second midpoint potential is a cosine wave.
  • the calculation unit 50 calculates the rotation angle of the rotating body 200 based on the above-described midpoint potential.
  • the calculation unit 50 has a first threshold value and a second threshold value. As shown in FIG. 4, the calculation unit 50 compares the midpoint potential of the first half bridge circuit with the first threshold value, converts the midpoint potential of the first bridge circuit into a first pulse signal, and outputs the second half bridge. The midpoint potential of the circuit is compared with the second threshold value to convert the midpoint potential of the second bridge circuit into a second pulse signal. The calculation unit 50 counts at least one rising edge or falling edge of the first pulse signal and the second pulse signal, and calculates the rotation angle of the rotating body 200 based on the count number.
  • each of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 has a pinned layer, and the magnetization direction thereof is adjacent to the reference line BL in the rotation direction between the reference line BL and itself and in the rotation direction. It is determined by the combined length ⁇ of the lateral widths of the pair of first magnetic pole part 210 and second magnetic pole part 220. As shown in FIG. 5, each of the magnetoresistive effect elements 11 and 12 extends from the first virtual straight lines VL ⁇ b> 11 and VL ⁇ b> 12 along the radial direction connecting the rotation center RC of the rotating body 200 and its own center CP around the center CP thereof.
  • the second magnetoresistive effect element 12 When the rotating body 200 rotates in the forward direction, the second magnetoresistive effect element 12 is positioned downstream of the reference line BL as shown in FIG. For this reason, the second magnetoresistive element 12 has a phase later than the reference line BL. In order to compensate for this phase lag, the magnetization direction of the pinned layer of the second magnetoresistive element 12 is rotated by ⁇ 1 counterclockwise around the center CP of the second magnetoresistive element 12 from the virtual straight line VL12. When the magnetization direction of the pinned layer of the first magnetoresistive effect element 11 is not rotated as described above, the magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements 11 and 12 are along the radial direction and are antiparallel to each other. It has become a relationship. The magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements 11 and 12 are different by 180 ° ⁇ 1.
  • Each of the magnetoresistive elements 21 and 22 is rotated in the direction rotated by ( ⁇ / 360 °) ⁇ ⁇ around the center CP from the second virtual straight lines VL21 and VL22 along the tangential direction of the rotation direction passing through the center CP.
  • the magnetization direction of the pinned layer is along.
  • the fourth magnetoresistive element 22 is separated from the reference line BL by ⁇ 3.
  • the magnetoresistive elements 21 and 22 are positioned on the downstream side of the reference line BL as shown in FIG. For this reason, the magnetoresistive effect elements 21 and 22 are in a relationship of phases later than the reference line BL.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the third magnetoresistive element 21 rotates ⁇ 2 counterclockwise around the center CP of the third magnetoresistive element 21 from the virtual straight line VL21.
  • the magnetization direction of the pinned layer rotates ⁇ 3 counterclockwise around the center CP of itself from the virtual straight line VL22.
  • the magnetization directions of the pin layers of the magnetoresistive elements 21 and 22 are not rotated as described above, the magnetization directions of the pin layers of the magnetoresistive elements 21 and 22 are in an antiparallel relationship.
  • the magnetization directions of the pinned layers of the magnetoresistive elements 11 and 12 are different from each other by 180 ° ⁇ ( ⁇ / 360 °) ⁇ ( ⁇ 3 ⁇ 2).
  • the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 are arranged side by side along the rotation direction. According to this, unlike the configuration in which a plurality of magnetoresistive elements are arranged in the radial direction rather than in the rotational direction, the strength of the magnetic flux transmitted through each magnetoresistive element is the same. However, in the case of the arrangement described above, the phases of the magnetic fluxes transmitted through the magnetoresistive elements 11, 21, 21, 22 are different.
  • the magnetic flux (hereinafter referred to as the reference magnetic flux BM) that passes through the intersection of the reference line BL and the rotational direction in which the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 are arranged is separated from the reference line BL in the rotational direction.
  • the phase is different from the magnetic flux passing through the position.
  • the magnetization direction of the free layer of the first magnetoresistance effect element 11 faces the same direction as the reference magnetic flux BM.
  • each of the other magnetoresistive elements 12, 21, 22 is away from the reference line BL, the magnetization direction of each free layer faces a direction different from the reference magnetic flux BM.
  • the phase deviation from the reference magnetic flux BM described above is the sum of the width ⁇ of the first magnetic pole part 210 and the second magnetic pole part 220, and the reference line BL and the magnetoresistive effect element along the rotation direction. 11, 12, 21, 22 and the separation distance ⁇ . More specifically, since the second magnetoresistive element 12 is separated by ⁇ 1 downstream from the reference line BL, the magnetization direction of the free layer of the second magnetoresistive element 12 makes the reference magnetic flux BM counterclockwise. It is along the direction rotated by ⁇ 1.
  • the magnetization direction of the free layer of the third magnetoresistive effect element 21 rotates the reference magnetic flux BM counterclockwise by ⁇ 2.
  • the magnetization direction of the free layer of the fourth magnetoresistance effect element 22 rotates the reference magnetic flux BM counterclockwise by ⁇ 3.
  • the phase shift is represented by ⁇ and ⁇ .
  • the magnetization directions of the pinned layers of the plurality of magnetoresistive elements 11, 12, 21, 22 are determined by the separation distance ⁇ and the length ⁇ , and the magnetoresistive elements 11, 21, respectively.
  • the phase shift of 21 and 22 is suppressed.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the second magnetoresistive element 12 is the virtual straight line VL12. Is rotating around the center CP of its own counterclockwise by ⁇ 1.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the third magnetoresistive effect element 21 rotates ⁇ 2 counterclockwise around its center CP from the virtual straight line VL21, and the magnetization direction of the pinned layer of the fourth magnetoresistive effect element 22 becomes In addition, it rotates ⁇ 3 counterclockwise around its center CP from the virtual straight line VL22.
  • the magnetization directions of the pinned layer and the free layer of the magnetoresistive effect elements 12, 21, and 22 rotate by ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 counterclockwise. Therefore, unlike the configuration in which the magnetization direction of the pinned layer is not rotated according to the separation distance ⁇ from the reference line BL (comparative configuration shown in FIGS. 8 and 9), the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 are used.
  • the angle formed by the magnetization directions of the pinned layer and the free layer of each is the same as when the angle is located on the reference line BL.
  • the strength of the magnetic flux transmitted through the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 becomes the same, and the phase shift is eliminated. Based on the electrical signal (midpoint potential of the bridge circuit) that depends on the resistance values of these magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22, the detection accuracy of the rotating state of the rotating body 200 is improved.
  • the reference line BL and the positions of the magnetoresistive elements 11, 12, 21, 22 can be arbitrarily set.
  • the reference line BL may be determined so as to pass through the middle of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22.
  • the first magnetoresistance effect element 11 is separated by ⁇ 4 from the reference line BL
  • the second magnetoresistance effect element 12 is separated by ⁇ 5 from the reference line BL.
  • the third magnetoresistive element 21 is separated by ⁇ 6 from the reference line BL
  • the fourth magnetoresistive element 22 is separated by ⁇ 7 from the reference line BL.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the first magnetoresistive effect element 11 is rotated by ⁇ 4 clockwise around its center CP from the virtual straight line VL11.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the second magnetoresistive effect element 12 is rotated by ⁇ 5 clockwise around its center CP from the virtual straight line VL12.
  • each of the magnetoresistive effect elements 21 and 22 is located downstream of the reference line BL. For this reason, the magnetoresistive effect elements 21 and 22 have a phase later than that of the reference line BL.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the third magnetoresistive effect element 21 is rotated by ⁇ 6 clockwise around its center CP from the virtual straight line VL21.
  • the magnetization direction of the pinned layer of the fourth magnetoresistive effect element 22 is rotated by ⁇ 7 clockwise around its center CP from the virtual straight line VL22.
  • the first magnetoresistance effect element 11, the second magnetoresistance effect element 12, the third magnetoresistance effect element 21, and the fourth magnetoresistance effect are arranged along the rotation direction.
  • An example in which the elements 22 are arranged in order is shown.
  • the arrangement order of these magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, 22 is not limited to the above example.
  • the first magnetoresistive effect element 11, the third magnetoresistive effect element 21, the fourth magnetoresistive effect element 22, and the second magnetoresistive effect element 12 are arranged in order along the rotation direction. It can also be adopted.
  • the first magnetoelectric conversion unit 10 includes a pair of magnetoresistive effect elements 11 and 12
  • the second magnetoelectric conversion unit 20 includes a pair of magnetoresistive effect elements 21 and 22.
  • An example is shown.
  • the number of pairs of magnetoresistive effect elements forming a pair included in each of the magnetoelectric conversion units 10 and 20 is not limited to the above example, and a plurality of pairs may be used.
  • the first magnetoelectric conversion unit 10 has two pairs of magnetoresistance effect elements 11 to 14, and the second magnetoelectric conversion unit 20 has two pairs of magnetoresistance effect elements 21.
  • a configuration having .about.24 can also be adopted. In this case, as shown in FIG. 14 and FIG.
  • two first half-bridge circuits are formed by two pairs of magnetoresistive effect elements 11 to 14, and these form a first full-bridge circuit.
  • two second half-bridge circuits are formed by the magnetoresistive effect elements 21 to 24 forming two pairs, and the second full-bridge circuit is formed by these.
  • the calculation unit 50 calculates the rotation angle of the rotator 200 based on the midpoint potential of these two full bridge circuits.
  • the separation distance between the first magnetoresistive effect element 11 and the fourth magnetoresistive effect element 22 in the rotation direction is a pair of first magnetic poles adjacent in the rotation direction.
  • An example is shown in which the lateral lengths of the portion 210 and the second magnetic pole portion 220 are equal to the combined length ⁇ .
  • the distance between the first magnetoresistive element 11 and the fourth magnetoresistive element 22 is not limited to the above example.
  • the separation distance of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 in the rotation direction is not limited.
  • magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 are arranged in the tangential direction of the midpoint of the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 in the rotational direction.
  • the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 may be arranged in the rotation direction.
  • the overall shape of the rotating body 200 is not particularly limited. However, as the overall shape of the rotating body 200, an annular shape or a disk shape can be adopted.
  • the intermediate layer has conductivity, and each of the magnetoresistive elements 11, 12, 21, and 22 is a giant magnetoresistive element.
  • each of the magnetoresistive effect elements 11, 12, 21, and 22 is a tunnel magnetoresistive effect element.

Landscapes

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

　回転体（２００）の回転角を検出する回転角センサは、磁化方向が変化する自由層と、磁化方向が固定されたピン層と、非磁性の中間層とを有する複数の磁気抵抗効果素子（１１～１４，２１～２４）を備える。前記回転体の外側面との離間距離が一定となるように、複数の前記磁気抵抗効果素子は前記回転方向に沿って並んで配置されている。それぞれのピン層の磁化方向は、前記回転体の回転中心（ＲＣ）から前記回転方向に直交するように延びた１つの基準線（ＢＬ）と前記回転方向に沿った前記磁気抵抗効果素子との離間距離（β）、および、前記回転方向において隣接する一対の前記第１磁極部と前記第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さ（α）によって決定されている。

Description

回転角センサ 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１３年１０月１５日に出願された日本出願番号２０１３－２１４９９９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、回転方向に沿って、回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部と第２磁極部とが交互に連結され、外側面が円形を成す回転体の回転角を検出する回転角センサに関するものである。
　従来、例えば特許文献１に示されるように、Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁気部材と、磁気部材の磁極配列面に対向する１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子と、を有する磁気式位置検出装置が提案されている。１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子は、磁気部材の磁極配列方向に対して略垂直に１列配置されている。この配列により、全てのベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が同一となっている。
　上記した特許文献１に記載の磁気式位置検出装置では、１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子が磁極配列方向に対して略垂直に１列配置されている。そのため、全てのベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が同一となっている。しかしながらこの構成の場合、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子と磁気部材との対向間隔が異なるために、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度が異なる。これを解消するために、１対又は複数対のベクトル検知型磁気抵抗効果素子を、磁極配列方向に対して１列配置した構成も考えられる。しかしながらこの配列の場合、全てのベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が異なることとなる。
　以上、示したように、上記した２つのいずれの配列の場合においても、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度と向きの両方を同一とすることができない。そのため、各ベクトル検知型磁気抵抗効果素子の抵抗値に依存する電気信号に基づいて、磁気部材（回転体）の回転状態を高精度に検出することが困難であった。
特開２００６－２３１７９号公報
　本開示は、回転体の回転状態の検出精度が向上された回転角センサを提供することを目的とする。
　本開示の態様において、回転方向に沿って、前記回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部と第２磁極部とが交互に連結され、外側面が円形を成す回転体の回転角を検出する回転角センサは、前記回転体から発生される回転磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化方向が固定されたピン層と、前記ピン層と前記自由層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、前記ピン層と前記自由層それぞれの磁化方向に応じて抵抗値が変動する複数の磁気抵抗効果素子を備える。前記回転体の外側面との離間距離が一定となるように、複数の前記磁気抵抗効果素子それぞれは前記回転方向に沿って並んで配置されている。複数の前記磁気抵抗効果素子それぞれのピン層の磁化方向は、前記回転体の回転中心から前記回転方向に直交するように延びた１つの基準線と前記回転方向に沿った前記磁気抵抗効果素子との離間距離、および、前記回転方向において隣接する一対の前記第１磁極部と前記第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さによって決定されている。
　上記の回転角センサによれば、複数の磁気抵抗効果素子が回転方向に沿って並んで配置されている。これによれば、複数の磁気抵抗効果素子が回転方向ではなく、回転方向に対して垂直な基準線に沿う方向に並んで配置された構成とは異なり、複数の磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度が同一となる。ただしこの配置の場合、複数の磁気抵抗効果素子を透過する磁束の位相が異なる。換言すれば、基準線と磁気抵抗効果素子の並ぶ回転方向との交点を透過する磁束（以下、基準磁束（ＢＭ）と示す）と、基準線から回転方向に離れた位置を透過する磁束とは位相が異なる。したがって各磁気抵抗効果素子の自由層の磁化方向は、自身が基準線上に位置する場合とは異なることとなる。
　しかしながら、上記した基準磁束との位相ズレは、第１磁極部と第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さα、および、回転方向に沿った基準線と磁気抵抗効果素子との離間距離βによって決定される。そのため、本発明では複数の磁気抵抗効果素子それぞれのピン層の磁化方向を離間距離βと長さαとによって決定することで、複数の磁気抵抗効果素子を透過する磁束の基準磁束との位相ズレを抑制している。これにより複数の磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度が同一となるとともに、位相ズレも無くなる。これら複数の磁気抵抗効果素子の抵抗値に依存する電気信号に基づくことで、回転体の回転状態の検出精度が向上される。
　なお、上記したように回転体は回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部と第２磁極部とが交互に連結され、その外側面が円形を成している。そのため回転体の単位回転量は３６０°／αと表すことができる。また、基準線と磁気抵抗効果素子とは離間距離βだけ離れている。そのため磁気抵抗効果素子を透過する磁束は基準磁束（ＢＭ）に対して単位回転量３６０°／αに離間距離βを乗算した（３６０°／α）×βとなる。以上により、複数の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向を（３６０°／α）×βだけ回転させれば、複数の磁気抵抗効果素子を基準磁束が透過しているとみなされる。これにより、複数の磁気抵抗効果素子の位相ズレが抑制される。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第１実施形態に係る回転角センサと回転体の位置を示す上面図であり、 図２は、回転角センサと回転体の位置を拡大して示す拡大上面図であり、 図３は、磁気抵抗効果素子によって組まれたブリッジ回路を示す回路図であり、 図４は、中点電位とパルス信号を示すタイミングチャートであり、 図５は、ピン層の磁化方向を示す模式図であり、 図６は、自由層の磁化方向を示す模式図であり、 図７は、ピン層と自由層の磁化方向を示す模式図であり、 図８は、比較構成のピン層の磁化方向を示す模式図であり、 図９は、比較構成のピン層と自由層の磁化方向を示す模式図であり、 図１０は、回転角センサの変形例を示す拡大上面図であり、 図１１は、図１０に示す基準線の場合に定められるピン層の磁化方向を示す模式図であり、 図１２は、磁気抵抗効果素子の配置の変形例を示す拡大上面図であり、 図１３は、磁気抵抗効果素子の数の変形例を示す拡大上面図であり、 図１４は、第１フルブリッジ回路を示す回路図であり、 図１５は、第２フルブリッジ回路を示す回路図であり、 図１６は、回転角センサと回転体の位置の変形例を示す上面図であり、 図１７は、回転角センサと回転体の位置の変形例を示す上面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
　図１～図９に基づいて、本実施形態に係る回転角センサを説明する。なお図５では中心ＣＰを×印で示すが、図６～図９では図面を簡明とするために中心ＣＰを省略している。また図６，７，９では第１磁気抵抗効果素子１１を透過する基準磁束ＢＭを実線矢印で示し、基準磁束ＢＭとの位相ズレを明示するために、他の磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれを透過する磁束を実線矢印で示すとともに、基準磁束ＢＭを一点鎖線矢印で示している。
　以下においては、回転体２００と回転角センサ１００それぞれが配置された同一の高さ位置における平面を規定平面、規定平面に直交し、回転体２００の回転中心ＲＣを貫く方向を軸方向と示す。また、軸方向の周りの方向を回転方向（図１に示す曲線矢印）と示し、規定平面に沿い、回転中心ＲＣから延びる方向を径方向と示す。
　回転角センサ１００は、回転体２００の回転に伴って周期的に向きが変動する回転磁界の変化に基づいて、回転体２００の回転状態を検出するものである。図１に示すように、回転体２００は回転方向に沿って第１磁極部２１０と第２磁極部２２０とが交互に連結されて成り、その外側面が円形を成している。第１磁極部２１０と第２磁極部２２０は回転方向の横幅が互いに相等しく、径方向から見たそれぞれの外側面が矩形を成している。第１磁極部２１０はＮ極であり、第２磁極部２２０はＳ極なので、第１磁極部２１０から第２磁極部２２０へと磁束が流れる。隣接する磁極部２１０，２２０間を流れる磁束は、半円形の軌跡を描くように流れる。回転角センサ１００は、この半円形の軌跡を描く回転磁界の回転による周期的な変化を検出する。なお、回転体２００は反時計周りに正転し、時計周りに逆転する。
　回転角センサ１００は、磁束の向きの変化を電気信号に変換する磁電変換部１０，２０と、磁電変換部１０，２０それぞれの出力信号に基づいて回転体２００の回転角を算出する算出部５０と、を有する。第１磁電変換部１０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２を有し、第２磁電変換部２０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２を有する。磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは、図１および図２に示すように、回転体２００の外側面との離間距離が一定となるように回転方向に沿って並んで配置されている。第１磁気抵抗効果素子１１は回転中心ＲＣから径方向に沿って延びる基準線ＢＬ（図１および図２において一点鎖線で示す線）上に位置し、他の磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれは基準線ＢＬから回転方向に沿って所定距離離れている。詳しく言えば、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬと距離β１だけ離間し、第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬと距離β２だけ離間し、第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬと距離β３だけ離間している。なお本実施形態では回転体２００が正転する場合において最上流に位置する第１磁気抵抗効果素子１１と最下流に位置する第４磁気抵抗効果素子２２との離間距離が、回転方向にて隣接する一対の第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さαと等しくなっている。そして磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは、厳密に言えば、回転方向における第１磁気抵抗効果素子１１と第４磁気抵抗効果素子２２の中点の接線方向に並んでいる。なお、第１磁電変換部１０が有する磁気抵抗効果素子１１，１２が特許請求の範囲に記載の第１磁気抵抗効果素子に相当し、第２磁電変換部２０が有する磁気抵抗効果素子が特許請求の範囲に記載の第２磁気抵抗効果素子２１，２２に相当する。
　磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは、図示しないが、自由層と、ピン層と、中間層と、を有する。自由層は印加磁界に応じて磁化方向が変化し、ピン層は磁化方向が固定されている。中間層は非磁性材料から成り、ピン層と自由層との間に設けられている。本実施形態では中間層が導電性を有し、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは巨大磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれはピン層と自由層それぞれの磁化方向に応じて抵抗値が変動する性質を有する。そのため回転磁界の変動に伴って自由層の磁化方向が変動すると、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれの抵抗値が変動する。
　自由層とピン層それぞれの磁化方向が平行の場合に最も抵抗値が低く変動し、反平行の場合に最も高く変動する。対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向はだいたい径方向に沿い、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれのピン層は自身が位置する回転方向の接線方向にだいたい沿っている。そのため、対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２のピン層の磁化方向と、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２のピン層の磁化方向とは略直交の関係となっている。また対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２のピン層の磁化方向は互いに略反平行となり、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２のピン層の磁化方向も互いに略反平行となっている。そのため、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化が反対となり、２つの磁気抵抗効果素子の内の一方の抵抗値が小さくなる場合、他方の抵抗値が大きくなる。なお、上記のように、ピン層の磁化方向の関係を説明するのにだいたいという単語や略という単語を用いたが、それは後で回転角センサ１００の特徴点の説明にて述べるように、正確には磁化方向が径方向、接線方向に沿っていないからである。また、磁化方向は反平行、および、直交の関係ではないからである。上記のように表現したのは、説明を簡便とするために過ぎない。
　図３に示すように、対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２、および、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれによってブリッジ回路が組まれ、その中点電位が回転体２００の回転状態に基づく信号として算出部５０に入力される。第１磁電変換部１０の有する１組の対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２によって第１ハーフブリッジ回路が組まれ、第２磁電変換部２０の有する１組の対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２によって第２ハーフブリッジ回路が組まれている。上記したように対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれが有するピン層の磁化方向と、対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれが有するピン層の磁化方向とは略直交の関係となっている。そのため、第１ハーフブリッジ回路の中点電位（以下、第１中点電位と示す）と第２ハーフブリッジ回路の中点電位（以下、第２中点電位と示す）とは位相差がだいたい９０°（２７０°）あり、第１中点電位を正弦波とすると、第２中点電位は余弦波となる。
　算出部５０は、上記した中点電位に基づいて回転体２００の回転角を算出するものである。算出部５０は、第１閾値と第２閾値とを有する。図４に示すように、算出部５０は第１ハーフブリッジ回路の中点電位と第１閾値とを比較して第１ブリッジ回路の中点電位を第１パルス信号に変換し、第２ハーフブリッジ回路の中点電位と第２閾値とを比較して第２ブリッジ回路の中点電位を第２パルス信号に変換する。算出部５０は、第１パルス信号および第２パルス信号の少なくとも一方の立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジをカウントし、そのカウント数に基づいて回転体２００の回転角を算出する。
　次に、回転角センサ１００の特徴点を説明する。上記したように磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれはピン層を有するが、その磁化方向は、基準線ＢＬと自身との回転方向における離間距離β、および、回転方向にて隣接する一対の第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さαによって決定されている。図５に示すように、磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれは、回転体２００の回転中心ＲＣと自身の中心ＣＰとを結ぶ径方向に沿う第１仮想直線ＶＬ１１，ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて（α／３６０°）×β回転した方向にピン層の磁化方向が沿っている。第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬ上に位置するので、基準線ＢＬとの離間距離はゼロとなっている。そのため、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向は第１仮想直線ＶＬ１１に沿っている。これに対して、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬからβ１離間している。そのため、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は第２仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにてθ１＝（α／３６０°）×β１回転した方向に沿っている。回転体２００が正転する場合、図２に示すように第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬよりも下流側に位置する。そのため、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬよりも位相が遅い関係となっている。この位相遅れを補うために、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ１回転している。なお、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向が上記したように回転していない場合、磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向は径方向に沿い、互いに反平行の関係となっている。磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向は１８０°－θ１異なっている。
　磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは、自身の中心ＣＰを通る回転方向の接線方向に沿う第２仮想直線ＶＬ２１，ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて（α／３６０°）×β回転した方向にピン層の磁化方向が沿っている。第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬからβ２離間している。そのため、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにてθ２＝（α／３６０°）×β２回転した方向に沿っている。また第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬからβ３離間している。そのため、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は第４仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにてθ３＝（α／３６０°）×β３回転した方向に沿っている。回転体２００が正転する場合、図２に示すように磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは基準線ＢＬよりも下流側に位置する。そのため、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは基準線ＢＬよりも位相が遅い関係となっている。この位相遅れを補うために、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ２回転し、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ３回転している。なお、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれのピン層の磁化方向が上記したように回転していない場合、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれのピン層の磁化方向は反平行の関係となっている。磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれのピン層の磁化方向は１８０°－（α／３６０°）×（β３－β２）異なっている。
　次に本実施形態に係る回転角センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２は回転方向に沿って並んで配置されている。これによれば、複数の磁気抵抗効果素子が回転方向ではなく、径方向に並んで配置された構成とは異なり、各磁気抵抗効果素子を透過する磁束の強度が同一となる。ただし上記した配置の場合、各磁気抵抗効果素子１１，２１，２１，２２を透過する磁束の位相が異なる。換言すれば、基準線ＢＬと磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の並ぶ回転方向との交点を透過する磁束（以下、基準磁束ＢＭと示す）と、基準線ＢＬから回転方向に離れた位置を透過する磁束とは位相が異なる。図６に示すように、第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬ上に位置するので、第１磁気抵抗効果素子１１の自由層の磁化方向は、基準磁束ＢＭと同等の向きを向く。しかしながら、他の磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれは基準線ＢＬから離れているので、それぞれの自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭとは異なる方向を向く。
　しかしながら、上記した基準磁束ＢＭとの位相ズレは、第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さα、および、回転方向に沿った基準線ＢＬと磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２との離間距離βによって決定される。詳しく言えば、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬよりも下流側にβ１だけ離間しているので、第２磁気抵抗効果素子１２の自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭを反時計周りにθ１回転した方向に沿っている。同じく、第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬよりも下流側にβ２だけ離間しているので、第３磁気抵抗効果素子２１の自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭを反時計周りにθ２回転した方向に沿っている。また、第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬよりも下流側にβ３だけ離間しているので、第４磁気抵抗効果素子２２の自由層の磁化方向は基準磁束ＢＭを反時計周りにθ３回転した方向に沿っている。このように、各磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の自由層の磁化方向は、自身が基準線ＢＬ上に位置する場合とは異なるが、その位相ズレはαとβとによって表される。
　これに対して、本実施形態では複数の磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれのピン層の磁化方向を離間距離βと長さαによって決定し、各磁気抵抗効果素子１１，２１，２１，２２の位相ズレを抑制している。詳しく言えば、第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬ上に位置するのでピン層の磁化方向を回転させていないが、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ１回転している。同じく、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ２回転し、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて反時計周りにθ３回転している。
　これにより、図７に示すように、磁気抵抗効果素子１２，２１，２２それぞれのピン層および自由層の磁化方向は反時計周りにθ１、θ２、θ３回転する。そのため、ピン層の磁化方向が基準線ＢＬからの離間距離βに応じて回転されていない構成（図８および図９に示す比較構成）とは異なり、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれが有するピン層と自由層の磁化方向の成す角度が基準線ＢＬ上に位置する場合と同一となる。以上により、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２を透過する磁束の強度が同一となるとともに、位相ズレも無くなる。これら磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の抵抗値に依存する電気信号（ブリッジ回路の中点電位）に基づくことで、回転体２００の回転状態の検出精度が向上される。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
　本実施形態では第１磁気抵抗効果素子１１が基準線ＢＬ上に位置する例を示した。しかしながら基準線ＢＬと磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれの位置とは任意に設定することができる。例えば図１０に示すように、基準線ＢＬが、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の真ん中を通るように決定しても良い。この場合、第１磁気抵抗効果素子１１は基準線ＢＬからβ４離間し、第２磁気抵抗効果素子１２は基準線ＢＬからβ５離間している。そして第３磁気抵抗効果素子２１は基準線ＢＬからβ６離間し、第４磁気抵抗効果素子２２は基準線ＢＬからβ７離間している。これにより、図１１に示すように、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１１から自身の中心ＣＰ周りにてθ４＝（α／３６０°）×β４回転し、第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにてθ５＝（α／３６０°）×β５回転している。また、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにてθ６＝（α／３６０°）×β６回転し、第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにてθ７＝（α／３６０°）×β７回転している。回転体２００が正転する場合、磁気抵抗効果素子１１，１２それぞれは基準線ＢＬよりも上流側に位置する。そのため、磁気抵抗効果素子１１，１２は基準線ＢＬよりも位相が速い関係となっている。これを補うために、第１磁気抵抗効果素子１１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１１から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ４回転している。同じく第２磁気抵抗効果素子１２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ１２から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ５回転している。これとは異なり、磁気抵抗効果素子２１，２２それぞれは基準線ＢＬよりも下流側に位置する。そのため、磁気抵抗効果素子２１，２２は基準線ＢＬよりも位相が遅い関係となっている。これを補うために、第３磁気抵抗効果素子２１のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２１から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ６回転している。同じく第４磁気抵抗効果素子２２のピン層の磁化方向は、仮想直線ＶＬ２２から自身の中心ＣＰ周りにて時計周りにθ７回転している。
　本実施形態では、図１および図２に示すように、回転方向に沿って、第１磁気抵抗効果素子１１、第２磁気抵抗効果素子１２、第３磁気抵抗効果素子２１、第４磁気抵抗効果素子２２が順に並ぶ例を示した。しかしながらこれら磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の並び順は上記例に限定されない。例えば図１２に示すように、回転方向に沿って、第１磁気抵抗効果素子１１、第３磁気抵抗効果素子２１、第４磁気抵抗効果素子２２、第２磁気抵抗効果素子１２が順に並ぶ構成を採用することもできる。
　本実施形態では、第１磁電変換部１０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子１１，１２を有し、第２磁電変換部２０は１組の対を成す磁気抵抗効果素子２１，２２を有する例を示した。しかしながら、磁電変換部１０，２０それぞれが有する対を成す磁気抵抗効果素子の組数としては上記例に限定されず、複数でも良い。例えば図１３に示すように、第１磁電変換部１０が２組の対を成す磁気抵抗効果素子１１～１４を有し、第２磁電変換部２０が２組の対を成す磁気抵抗効果素子２１～２４を有する構成を採用することもできる。この場合、図１４および図１５に示すように、２組の対を成す磁気抵抗効果素子１１～１４によって第１ハーフブリッジ回路が２つ組まれ、これらによって第１フルブリッジ回路が組まれる。また、２組の対を成す磁気抵抗効果素子２１～２４によって第２ハーフブリッジ回路が２つ組まれ、これらによって第２フルブリッジ回路が組まれる。算出部５０は、これら２つのフルブリッジ回路の中点電位に基づいて、回転体２００の回転角を算出する。
　本実施形態では、図１および図２に示すように、回転方向における第１磁気抵抗効果素子１１と第４磁気抵抗効果素子２２との離間距離が、回転方向にて隣接する一対の第１磁極部２１０と第２磁極部２２０それぞれの横幅の合算された長さαと等しくなっている例を示した。しかしながら、図１６および図１７に示すように、第１磁気抵抗効果素子１１と第４磁気抵抗効果素子２２との離間距離は上記例に限定されない。回転方向における磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の離間距離は限定されない。
　本実施形態では磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれが回転方向における磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２の中点の接線方向に並んでいる例を示した。しかしながら、図１６および図１７に示すように、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれは回転方向に並んでいても良い。
　本実施形態では、回転体２００の全体形状を特に限定しなかった。しかしながら回転体２００の全体形状としては円環形状や円盤形状を採用することができる。
　本実施形態では中間層が導電性を有し、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれが巨大磁気抵抗効果素子である例を示した。しかしながら、中間層が絶縁性を有し、磁気抵抗効果素子１１，１２，２１，２２それぞれがトンネル磁気抵抗効果素子である構成を採用することもできる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 

Claims (8)

  1. 　回転方向に沿って、前記回転方向の横幅が互いに相等しい第１磁極部（２１０）と第２磁極部（２２０）とが交互に連結され、外側面が円形を成す回転体（２００）の回転角を検出する回転角センサであって、
    　前記回転体から発生される回転磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化方向が固定されたピン層と、前記ピン層と前記自由層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、前記ピン層と前記自由層それぞれの磁化方向に応じて抵抗値が変動する複数の磁気抵抗効果素子（１１～１４，２１～２４）を備え、
    　前記回転体の外側面との離間距離が一定となるように、複数の前記磁気抵抗効果素子それぞれは前記回転方向に沿って並んで配置されており、
    　複数の前記磁気抵抗効果素子それぞれのピン層の磁化方向は、前記回転体の回転中心（ＲＣ）から前記回転方向に直交するように延びた１つの基準線（ＢＬ）と前記回転方向に沿った前記磁気抵抗効果素子との離間距離（β）、および、前記回転方向において隣接する一対の前記第１磁極部と前記第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さ（α）によって決定されている回転角センサ。
  2. 　基準線（ＢＬ）と前記磁気抵抗効果素子との離間距離は、βで表され、前記第１磁極部と前記第２磁極部それぞれの横幅の合算された長さは、αで表され、
    　複数の前記磁気抵抗効果素子として、
    　前記回転体の回転中心と各第１磁気抵抗効果素子の中心（ＣＰ）とを結ぶ第１仮想直線（ＶＬ１１、ＶＬ１２）から各第１磁気抵抗効果素子の中心周りにてα／３６０×β度回転した方向に前記ピン層の磁化方向が沿う複数の第１磁気抵抗効果素子（１１～１４）と、
    　各第２磁気抵抗効果素子の中心を通る前記回転方向の接線方向に沿う第２仮想直線（ＶＬ２１、ＶＬ２２）から各第２磁気抵抗効果素子の中心周りにてα／３６０×β度回転した方向に前記ピン層の磁化方向が沿う複数の第２磁気抵抗効果素子（２１～２４）と、を有する請求項１に記載の回転角センサ。
  3. 　複数の前記第１磁気抵抗効果素子の内の少なくとも１組は、前記ピン層の磁化方向が１８０－（α／３６０）×β度異なり、これらによって第１ブリッジ回路が組まれ、
    　複数の前記第２磁気抵抗効果素子の内の少なくとも１組は、前記ピン層の磁化方向が１８０－（α／３６０）×β度異なり、これらによって第２ブリッジ回路が組まれている請求項２に記載の回転角センサ。
  4. 　前記第１ブリッジ回路の中点電位と前記第２ブリッジ回路の中点電位とに基づいて、前記回転体の回転角を算出する算出部（５０）をさらに有する請求項３に記載の回転角センサ。
  5. 　前記算出部は、
    　第１閾値と第２閾値とを有し、
    　前記第１ブリッジ回路の中点電位と前記第１閾値とを比較して前記第１ブリッジ回路の中点電位を第１パルス信号に変換し、
    　前記第２ブリッジ回路の中点電位と前記第２閾値とを比較して前記第２ブリッジ回路の中点電位を第２パルス信号に変換する請求項４に記載の回転角センサ。
  6. 　前記算出部は、前記第１パルス信号および前記第２パルス信号の少なくとも一方の立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジをカウントし、そのカウント数に基づいて前記回転体の回転角を算出する請求項５に記載の回転角センサ。
  7. 　前記第１ブリッジ回路は、１組の対を成す前記第１磁気抵抗効果素子によって組まれた第１ハーフブリッジ回路を少なくとも１つ有し、
    　前記第２ブリッジ回路は、１組の対を成す前記第２磁気抵抗効果素子によって組まれた第２ハーフブリッジ回路を少なくとも１つ有する請求項３～６いずれか１項に記載の回転角センサ。
  8. 　前記第１ブリッジ回路は、前記第１ハーフブリッジ回路を２つ有し、これらによって組まれた第１フルブリッジ回路を有し、
    　前記第２ブリッジ回路は、前記第２ハーフブリッジ回路を２つ有し、これらによって組まれた第２フルブリッジ回路を有する請求項７に記載の回転角センサ。
     
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