CN104764397B - 磁场旋转检测传感器以及磁编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够抑制检测角度的误差的磁场旋转检测传感器以及磁编码器。对磁铁的旋转进行检测的磁场旋转检测传感器(20)的特征在于，具有构成第一电桥电路(31)的多个第一磁传感器元件(24a～24d)和构成第二电桥电路(32)的多个第二磁传感器元件(25a～25d)，多个第一磁传感器元件(24a～24d)的灵敏度轴(27)和多个第二磁传感器元件(25a～25d)的灵敏度轴(27)朝向相互正交的方向，多个第一磁传感器元件(24a～24d)配置在多个第二磁传感器元件(25a～25d)的内侧。

Description

磁场旋转检测传感器以及磁编码器
技术领域
本发明涉及磁场旋转检测传感器以及磁编码器，特别是涉及能够检测从旋转的磁铁产生的磁场的角度的磁场旋转检测传感器以及磁编码器。
背景技术
在下述专利文献1中，公开了用于对旋转的磁铁的角度进行检测的角度检测装置。图10A是在下述专利文献1所记载的以往例的角度检测装置中使用的磁传感器的俯视图，图10B是以往例的角度检测装置的侧视图。
如图10A所示，磁传感器120具有4个磁电阻效应元件对122a～122d而构成，4个磁电阻效应元件对122a～122d分别由固定磁性层的磁化方向朝向相同方向2个磁电阻效应元件构成。磁传感器120中，磁电阻效应元件对122a与磁电阻效应元件对122d连接而形成第一电桥电路，磁电阻效应元件对122b与磁电阻效应元件对122c连接而形成第二电桥电路。如图10A所示，将构成电桥电路的磁电阻效应元件对122a和磁电阻效应元件对122d连结的假想线、与将磁电阻效应元件对122b和磁电阻效应元件对122c连结的假想线在传感器中心125交叉，磁电阻效应元件对122a～122d相互配置在对角线上。
并且，如图10B所示，磁传感器120相对于磁铁115的旋转平面(XY平面)以角度φ倾斜而配置。由此，从磁铁115产生的磁场与磁传感器120的感磁面交叉，能够使作用于磁电阻效应元件对122a～122d的磁场的x成分的大小与y成分的大小不同。因而，磁传感器120的输出接近于三角波形状，从而使输出的直线性提高，能够高精度地检测磁铁115的旋转角度。
此外，下述专利文献2公开了在圆环状的磁铁的内周侧配置有磁传感器的磁场旋转检测装置。根据专利文献2所记载的磁场旋转检测装置，通过使构成2个电桥电路的多个磁电阻效应元件间的中心与磁铁的中心一致地进行配置，能够提高检测精度。
专利文献1：国际公开第2010/098472号
专利文献2：日本专利第4117175号公报
但是，专利文献1所记载的以往例的角度检测装置110中，将磁传感器120相对于磁铁115的旋转平面倾斜配置是困难的，适用于配置方法或空间受限的产品时会产生制约较大的课题。
图11是表示以往例的角度检测装置的检测角度及检测角度误差的曲线图。图11示出了图10B所示的磁铁115与磁传感器元件120之间的角度φ为0°的情况，即将磁传感器120平行地配置在磁铁115的旋转平面内的情况。
如图11所示，理论上的检测角度表示与磁铁115的旋转角相同的值而成为直线。但是，实测的检测角度相对于理论值产生误差。另外，检测角度误差中，包含从磁铁115产生的磁场自身的角度偏差和磁传感器120的误差成分。
在以往例的角度检测装置110中，在磁传感器元件120面内，产生从磁铁115产生的磁场的方向的偏差。如图10A所示，构成2个电桥电路的磁电阻效应元件对122a～122d相互配置在对角线上，例如，存在作用于磁电阻效应元件对122a及磁电阻效应元件对122d的磁场的方向、与作用于磁电阻效应元件对122b及磁电阻效应元件对122c的磁场的方向不同的情况。在这样的情况下，无法消除来自2个电桥电路的输出的误差成分，产生由磁场方向的偏差引起的检测角度误差。因此，如图11所示，产生如下课题：在磁铁的旋转角为正的情况和为负的情况下误差的绝对值的大小不同，旋转角的检测范围整体的误差变大。
此外，在专利文献2所记载的以往例的角度检测装置中，在产生磁传感器的位置偏差而与磁铁的中心位置不一致的情况等、作用于各磁电阻效应元件的磁场方向产生了偏差的情况下，与图11所示的曲线图同样，产生因磁铁的旋转方向的差异而误差的大小不同、误差的绝对值变大的课题。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明解决上述课题，目的在于提供一种能够抑制检测角度的误差的磁场旋转检测传感器以及磁编码器。
用于解决问题的手段
本发明是对磁铁的旋转进行检测的磁场旋转检测传感器，其特征在于，具有构成第一电桥电路的多个第一磁传感器元件和构成第二电桥电路的多个第二磁传感器元件，上述多个第一磁传感器元件的灵敏度轴与上述多个第二磁传感器元件的灵敏度轴朝向相互正交的方向，上述多个第一磁传感器元件配置在上述多个第二磁传感器元件的内侧。
由此，多个第一磁传感器元件配置在多个第二磁传感器元件的内侧。因而，即使作用于磁场旋转检测传感器的磁场方向产生了偏差，也对配置在内侧的多个第一磁传感器元件和配置在外侧的多个第二磁传感器元件双方作用具有角度误差的磁场。因此，由磁场方向的偏差而产生的各磁传感器元件的检测角度误差通过第一电桥电路及第二电桥电路的各电桥电路被平均化。即，能够防止第一电桥电路或第二电桥电路中的任意一方的角度误差的增大，在整体上降低角度误差。因而，能够抑制磁场旋转检测传感器的检测角度的误差。
优选的是，上述多个第二磁传感器元件构成为具有分开配置的2个磁传感器元件组，上述多个第一磁传感器元件配置为被上述2个磁传感器元件组所夹。由此，即使对夹着第一磁传感器元件的2个磁传感器元件组作用了互不相同的角度的磁场，也由于通过第二电桥电路使检测角度误差平均化而输出，从而能够抑制检测角度的误差。
优选的是，设在上述多个第一磁传感器元件的中心交叉的假想轴为假想X轴和假想Y轴时，上述假想X轴平行于上述第一磁传感器元件的灵敏度轴，上述假想Y轴平行于上述第二磁传感器元件的灵敏度轴，在被上述假想X轴及上述假想Y轴划分出的4个区域中的各个区域，配置上述第一磁传感器元件和上述第二磁传感器元件。由此，在被假想X轴和假想Y轴划分出的4个区域中的各个区域设置有第一磁传感器元件和第二磁传感器元件。因此，磁场方向的偏差引起的检测角度的误差成分被4个区域平均化，从第一电桥电路及第二电桥电路分别输出。此外，在4个区域中的各个区域，由于对第一磁传感器元件和第二磁传感器元件在相同方向上作用磁场，因此在第一电桥电路的输出与第二电桥电路的输出之间，误差成分被平均化。因而，能够可靠地减小检测角度误差。
优选的是，上述多个第一磁传感器元件的重心与上述多个第二磁传感器元件的重心一致。由此，降低作用于第一磁传感器元件的磁场的方向与作用于第二磁传感器元件的磁场的方向的偏差，能够减小检测角度误差。
优选的是，上述磁铁是环状，上述多个第一磁传感器元件以及上述多个第二磁传感器元件与上述磁铁的外周对置而配置。由此，对于从磁铁呈放射状扩展的磁场，能够抑制检测角度的误差，精度良好的检测磁铁的旋转。此外，即使磁铁与各传感器元件之间的距离变动，也能够抑制检测角度误差的产生。
优选的是，上述磁铁是环状，上述多个第一磁传感器元件以及上述多个第二磁传感器元件与上述磁铁的内周对置而配置。由此，当在磁铁的内方配置磁传感器元件来检测磁铁的旋转角度时，在磁铁的中心配置等的制约较少，能够抑制由上述多个第一磁传感器元件及上述多个第二磁传感器元件的错位引起的检测角度的误差。
本发明的磁编码器的特征在于，具有设置为能够旋转的磁铁以及与上述磁铁对置而配置的磁场旋转检测传感器，上述磁场旋转检测传感器具有构成第一电桥电路的多个第一磁传感器元件和构成第二电桥电路的多个第二磁传感器元件，上述多个第一磁传感器元件的灵敏度轴和上述多个第二磁传感器元件的灵敏度轴朝向相互正交的方向，上述多个第一磁传感器元件配置在上述多个第二磁传感器元件的内侧。
由此，多个第一磁传感器元件配置在多个第二磁传感器元件的内侧。因此，即使作用于磁场旋转检测传感器的磁场方向产生了偏差，也对配置在内侧的多个第一磁传感器元件和配置在外侧的多个第二磁传感器元件双方作用具有角度误差的磁场。因此，由磁场方向的偏差而产生的各磁传感器元件的检测角度误差通过第一电桥电路及第二电桥电路的各电桥电路被平均化。即，能够防止第一电桥电路或第二电桥电路中的任意一方的角度误差的增大，在整体上降低角度误差。因而，能够抑制磁场旋转检测传感器的检测角度的误差。
优选的是，本发明的磁编码器中，上述多个第二磁传感器元件构成为具有分开配置的2个磁传感器元件组，上述多个第一磁传感器元件配置为被上述2个磁传感器元件组所夹。
优选的是，本发明的磁编码器中，将在上述多个第二磁传感器元件的中心交叉的假想轴设为假想X轴和假想Y轴时，上述假想X轴平行于上述第一磁传感器元件的灵敏度轴，上述假想Y轴平行于上述第二磁传感器元件的灵敏度轴，在被上述假想X轴及上述假想Y轴划分出的4个区域中的各个区域，配置上述第一磁传感器元件和上述第二磁传感器元件。
优选的是，本发明的磁编码器中，上述磁铁是环状，上述磁场旋转检测传感器与上述磁铁的外周对置而配置。
优选的是，本发明的磁编码器中，上述磁铁是环状，上述磁场旋转检测传感器与上述磁铁的内周对置而配置。
根据本发明的磁场旋转检测传感器以及磁编码器，能够抑制检测角度的误差。
附图说明
图1是示意地表示本发明的实施方式的磁编码器的俯视图。
图2是本实施方式的磁场旋转检测传感器的俯视图。
图3A是本实施方式的第一电桥电路的电路图，图3B是本实施方式的第二电桥电路的电路图。
图4是用于说明本实施方式的磁场旋转检测传感器的作用的示意俯视图。
图5是示意地表示本实施方式的磁场旋转检测传感器的检测角度以及检测角度误差的曲线图。
图6是第一实施例的磁编码器的示意俯视图。
图7A～图7C是第二实施例的磁编码器的示意俯视图。
图8是本实施方式的第一变形例的磁场旋转检测传感器的俯视图。
图9是本实施方式的第二变形例的磁场旋转检测传感器的俯视图。
图10A是构成以往例的角度检测装置的磁传感器的俯视图，图10B以往例的角度检测装置的侧视图。
图11是表示以往例的角度检测装置的检测角度以及检测角度误差的曲线图。
具体实施方式
以下，对于实施方式的磁编码器以及磁场旋转检测传感器，参照附图进行说明。另外，各附图的尺寸适当变更来表示。
图1是示意地表示实施方式的磁编码器的俯视图。如图1所示，本实施方式的磁编码器10构成为，具有环状的磁铁15和与磁铁15对置而配置的磁场旋转检测传感器20。磁铁15设置为，能够以磁铁15的中心位置18为中心而旋转。磁铁15在周向上被磁化为2极，在磁铁15的外侧及内侧产生磁场17。磁场旋转检测传感器20与磁铁15的外周分开地配置，伴随着磁铁15的旋转，作用于磁场旋转检测传感器20的磁场17的方向变化。通过该磁场17的方向的变化，能够对旋转的磁铁15的旋转角度进行检测。
图2是本实施方式的磁场旋转检测传感器的俯视图。如图2所示，本实施方式的磁场旋转检测传感器20构成为，具有在基板29上配置的多个第一磁传感器元件24a～24d以及多个第二磁传感器元件25a～25d。
如图2所示，多个第一磁传感器元件24a～24d的灵敏度轴27－1与多个第二磁传感器元件25a～25d的灵敏度轴27－2朝向相互正交的方向。多个第一磁传感器元件24a～24d的灵敏度轴27朝向X1方向或X2方向，多个第二磁传感器元件25a～25d的灵敏度轴27朝向Y1方向或Y2方向。本实施方式中，将多个第一磁传感器元件24a～24d连接而构成第一电桥电路31，将多个第二磁传感器元件25a～25d连接而构成第二电桥电路32。并且，如图2所示，多个第一磁传感器元件24a～24d配置在多个第二磁传感器元件25a～25d的内侧。
这里，“配置在内侧”的意思是指，在由第二磁传感器元件25a～25d构成的四角区域62的内侧，将由第一磁传感器元件24a～24d构成的四角区域61完全包含在内。
本实施方式中，作为第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d而使用巨磁电阻效应(GMR(Giant Magneto Resistance))元件。GMR元件使用磁电阻效应膜，磁电阻效应膜由包含固定磁性层、自由磁性层等的层叠膜构成。固定磁性层的磁化方向是固定的，固定磁性层的磁化方向是各磁传感器元件24a～24d、25a～25d的灵敏度轴27－1和灵敏度轴27－2的方向。此外，自由磁性层的磁化方向根据磁铁15的磁场17的方向而变化。
本实施方式中，由磁铁15产生的磁场17作用于第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d，当固定磁性层的磁化方向与自由磁性层的磁化方向之间的角度变化，则第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d的电阻值变化。当自由磁性层的磁化方向变化为相对于固定磁性层的磁化方向平行时电阻值减小，相反，当自由磁性层的磁化方向变化为相对于固定磁性层的磁化方向反平行时电阻值增大。
图3A是本实施方式的第一电桥电路的电路图，图3B是第二电桥电路的电路图。如图3A所示，在输入端子(Vdd)与接地端子(GND)之间，由串联连接的第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d以及串联连接的第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c并联连接而构成第一电桥电路31。从串联连接的第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d之间取出中点电压(V1)，并从第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c之间取出中点电压(V2)。中点电压(V1)与中点电压(V2)之间的差分(V1－V2)被差动放大器54放大后作为输出电压(Vout)而输出。此外，如图3B所示，对于第二磁传感器元件25a～25d，也与第一电桥电路31同样地连接，构成第二电桥电路32。
如图2所示，串联连接的磁传感器元件彼此(例如，第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d)由于灵敏度轴27朝向相互相反方向，所以施加了磁场时的电阻值相反地变化。因而，中点电压(V1，V2)变动，差分被放大后作为输出电压(Vout)输出。此外，由于第一磁传感器元件24a～24d的灵敏度轴27－1和第二磁传感器元件25a～25d的灵敏度轴27－2的方向朝向相互正交的方向，所以当磁铁15旋转而磁场17的方向产生了变化时，来自第一电桥电路31的输出和来自第二电桥电路32的输出得到相互差90°相位的输出。
图4是用于说明本实施方式的磁场旋转检测传感器20的作用的示意俯视图。如图4所示，以使连结第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d的假想线与连结第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c的假想线交叉的方式配置各第一磁传感器元件24a～24d。将该假想线的交点作为传感器的中心位置28。第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d配置在相对于传感器的中心位置28而180°旋转对称的位置，对于第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c，也同样180°旋转对称地配置。
优选的是上述假想线的交点在各假想线的中心位置相交。因此，从中心位置28到第一磁传感器元件24a的距离与从中心位置28到第一磁传感器元件24c的距离相等。对于第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24d也同样。中心位置28与第一磁传感器元件24a～24d中的所有元件的距离也可以相等。这意味着第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d的重心与第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c的重心一致。另外，第一磁传感器元件24a～24d整体的重心是中心位置28。
此外，对于构成第二电桥电路32的磁传感器元件25a～25d也同样，以使连结第二磁传感器元件25a和第二磁传感器元件25d的假想线与连结第二磁传感器元件25b和第二磁传感器元件25c的假想线交叉的方式配置各第二磁传感器元件25a～25d。
优选的是，中心位置28与第二磁传感器元件25a、25c的距离相等，与第二磁传感器元件25b、25d的距离也相等。中心位置28与第二磁传感器元件25a～25d的距离也可以都相等。由此，第一磁传感器元件24a～24d的重心与第二磁传感器元件25a～25d的重心一致。此外，对于从中心位置28到各元件的距离而言，到第一磁传感器元件24a的距离短于到第二磁传感器元件25a的距离。对于第一磁传感器元件24b和第二磁传感器元件25b、第一磁传感器元件24c和第二磁传感器元件25c、第一磁传感器元件24d和第二磁传感器元件25d，长短关系相同。
如图4所示，将第二磁传感器元件25a～25d彼此连结的假想线的交点与将第一磁传感器元件24a～24d彼此连结的假想线的交点一致。即，配置为，第一磁传感器元件24a～24d的中心位置与第二磁传感器元件25a～25d的中心位置一致。
这样，通过使构成第一电桥电路31的第一磁传感器元件24a～24d的中心位置与构成第二电桥电路32的第一磁传感器元件24a～24d的中心位置一致，能够抑制作用于各传感器元件的磁场方向的偏差，精度良好地对磁场旋转角度进行检测。
图4中，用箭头示出了从磁铁15(在图4中未图示)产生的磁场17作用于磁场旋转检测传感器20的方向。优选的是，从磁铁15(在图4中未图示)产生的磁场17在磁场旋转检测传感器20内沿同一方向均匀一致地分布，以相同角度作用于第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d。但是，实际上，相对于与磁铁15的旋转角度对应的方向的理想磁场19，作用于第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d的磁场17的方向产生偏差(不均匀一致)。磁场17的方向由于不同样而是不均匀一致的，因此根据第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d的位置而会产生少量的差。
这里，如图4所示，将经过各磁传感器元件的中心位置28且与X1－X2方向平行的假想轴设为假想X轴51，将经过磁传感器元件的中心位置28且与Y1－Y2方向平行的假想轴设为假想Y轴52。将由假想X轴51和假想Y轴52划分出的磁场旋转检测传感器20的4个区域设为第一区域20a、第二区域20b、第三区域20c、第四区域20d。
如图4所示，从磁铁15产生的理想磁场19的方向在各区域20a～20d中朝向同一方向。另一方面，实际作用的磁场17的方向在第一区域20a及第四区域20d中相对于理想磁场19而言角度误差较大，在第二区域20b及第三区域20c中相对于理想磁场19而言角度误差较小。这样，有在各区域20a～20d中因磁场17的方向的不均匀一致而产生偏差的情况。
本实施方式的磁场旋转检测传感器20中，如图4所示，多个第一磁传感器元件24a～24d配置在多个第二磁传感器元件25a～25d的内侧。多个第二磁传感器元件25a～25d构成为，具有由位于X1侧的第二磁传感器元件25a、25b构成的磁传感器元件组26a、以及由位于X2侧的第二磁传感器元件25c、25d构成的磁传感器元件组26b。并且，第一磁传感器元件24a～24d配置为，在X1－X2方向上被磁传感器元件组26a、26b所夹。
通过如图4所示那样配置第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d，在产生了磁场17的方向的偏差的情况下，对于多个第一磁传感器元件24a～24d与多个第二磁传感器元件25a～25d双方，作用具有相同的角度误差的磁场。由磁场方向的偏差产生的第一磁传感器元件24a～24d的检测角度误差通过第一电桥电路31而被平均化，此外，第二磁传感器元件25a～25d的检测角度误差通过第二电桥电路32而被平均化。因此，能够防止第一电桥电路31或第二电桥电路32中的任意一方的误差的增大，在整体上检测角度误差被平均并输出。因而，能够抑制磁场旋转检测传感器20的检测角度的误差。
此外，优选的是，在由假想X轴51及假想Y轴52划分出的4个区域20a～20d中的各个区域，配置有第一磁传感器元件24a～24d和第二磁传感器元件25a～25d。在区域20a中配置有第一磁传感器元件24a和第二磁传感器元件25a，在区域20b中配置有第一磁传感器元件24b和第二磁传感器元件25b，在区域20c中配置有第一磁传感器元件24c和第二磁传感器元件25c，在区域20d中配置有第一磁传感器元件24d和第二磁传感器元件25d。由此，磁场方向的偏差所引起的检测角度的误差成分在4个区域20a～20d中被平均化，并从第一电桥电路31及第二电桥电路32分别输出。此外，由于在4个区域20a～20d中的各个区域对第一磁传感器元件24a～24d和第二磁传感器元件25a～25d在相同方向上作用磁场，所以在第一电桥电路31的输出与第二电桥电路32的输出之间误差成分被平均化。因而，能够可靠地减小检测角度误差。
另外，图4所示的理想磁场19及磁场17的方向是一例，在磁场17的方向的偏差不同的情况下，根据本实施方式，也能够通过如上述那样将误差成分平均化而抑制检测角度误差。
图5是示意地表示本实施方式的磁场旋转检测传感器20的检测角度以及检测角度误差的曲线图。如图5所示，用虚线表示使磁铁15进行360°旋转(－180°～180°)时的理想的检测角度，用实现表示实际的检测角度。以图4所示那样的、磁铁15的磁场方向的偏差为起因，在－180°～0°，检测角度误差产生在正侧，在0°～180°，检测角度误差产生在负侧。并且，如上述那样，本实施方式的磁场旋转检测传感器20中，由于磁场方向的偏差(不均匀一致)所引起的检测角度的误差成分被平均化而输出，所以相对于理想的检测角度，正侧的检测误差(例如约3°)与负侧的检测误差(例如约－3°)的绝对值成为大致相同的大小。因而，能够减小使磁铁15进行1次旋转时的检测误差的绝对值的大小。
(实施例1)
图6是表示第一实施例的磁编码器的示意俯视图。如图6所示，本实施例的磁编码器11具有圆环状的磁铁15以及与磁铁15的外周对置配置的磁场旋转检测传感器20，本实施例的磁场旋转检测传感器20的结构与实施方式的图2至图4所示的磁场旋转检测传感器20相同。在如图6所示那样使磁场旋转检测传感器20的位置在磁铁15的半径方向上不同的情况下，分别评价了使磁铁15旋转了360°度时产生的检测角度误差。
图6所示的位置(A)的磁场旋转检测传感器20与磁铁15的外周之间的距离是3mm，位置(B)的距离是2.8mm，位置(C)的距离是2.6mm。此外，作为比较例，使用图10A所示那样的、利用在同一方向上具有灵敏度轴的多个磁传感器元件对且磁传感器元件对相互交叉地相互配置在对角线上的磁场旋转检测传感器，构成了第一比较例的磁编码器。
下述的表1中，对于第一实施例以及第一比较例的磁编码器，示出了使磁铁15旋转了360°时的检测角度误差。另外，表中的“Max”表示相对于理想检测角度为正侧的检测角度误差的最大值，“Min”表示相对于理想检测角度为负侧的检测角度误差的最大值。“绝对值”表示“Max”的绝对值和“Min”的绝对值之中的最大值(绝对值)，是使磁铁15旋转了360°时产生的最大的检测角度误差。
【表1】
如表1所示，对于实施例1及比较例1中的任一个，都示出了随着磁场旋转检测传感器20的配置靠近磁铁15而检测角度误差变大的倾向。第一比较例中，例如在位置C的情况下，产生了检测角度误差的最大值(MAX)的绝对值与最小值(MIN)的绝对值之差。相对于此，实施例1的磁场旋转检测传感器20中，检测角度误差的最大值(MAX)的绝对值与最小值(MIN)的绝对值示出了相同的值。此外，实施例1的检测角度误差的绝对值相比于比较例1示出了较小的值。
此外，如表1的下段所示，从磁铁15产生的磁场的角度自身相对于磁铁15的旋转角度具有偏差。即，表1所示的实施例1及比较例1的检测角度误差是将磁场旋转检测传感器20的检测角度误差和从磁铁15产生的磁场的角度偏差合计得到的值。下述表2中，示出了将从磁铁15产生的磁场的角度偏差去除后的磁场旋转检测传感器20自身的检测角度误差。
【表2】
如表2所示，实施例1的磁场旋转检测传感器20的检测角度误差与比较例1相比示出了较小的值。实施例1及比较例1都是随着传感器配置靠近磁铁15而检测角度误差变大，但是，在位置B，比较例1的误差的绝对值为1.0°，而实施例1的误差的绝对值为0.1°，在位置C，比较例1的误差的绝对值为2.6°，而实施例1的误差的绝对值为1.1°。
如上所述，实施例1的磁场旋转检测传感器20通过将第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d的误差平均化来输出检测角度，能够抑制检测角度误差。
此外，如表2所示，实施例1的磁场旋转检测传感器20，即使在磁场旋转检测传感器20与磁铁15之间的距离变化了的情况下，也能够抑制误差的增大。因而，在组装磁场旋转检测传感器20时产生了错位的情况下等，能够抑制检测角度误差的产生。
(实施例2)
图7A～图7C是表示第二实施例的磁编码器的示意俯视图。如图7A～图7C所示，本实施例的磁编码器12具有圆环状的磁铁16以及与磁铁16的内周对置配置的磁场旋转检测传感器20，本实施例的磁场旋转检测传感器20的结构与实施方式的图2至图4所示的磁场旋转检测传感器20相同。图7A～图7C中，示出了将磁场旋转检测传感器20的位置在磁铁16的内侧进行了变更的情况下的示意俯视图。图7A示出了磁场旋转检测传感器20的中心位置28与磁铁16的中心位置18重合地配置的情况，图7B示出了磁场旋转检测传感器20的中心位置28从磁铁16的中心位置18偏移地配置的情况，图7C示出了磁场旋转检测传感器20配置在磁铁16的内周附近的情况。
磁场旋转检测传感器20的Y方向尺寸为0.5mm，X方向尺寸为0.6mm，相对于此，图7B中，中心位置28相对于磁铁中心位置18而言，对X1、Y2方向各偏移0.3mm。此外，图7C中，在X1、Y1方向上各偏移0.5mm。
此外，与第一比较例同样，作为第二比较例，使用图10A所示那样的、利用在同一方向上具有灵敏度轴的多个磁传感器元件对并将其配置为使磁传感器元件对相互交叉的磁场旋转检测传感器，并配置在图7A～图7C的各图所示的位置而得到第二比较例的磁编码器。
下述的表3及表4中，对图7A～图7C分别示出了对使磁铁16旋转了360°时产生的检测角度误差进行评价的结果。表3示出包含从磁铁16产生的磁场的角度偏差在内的检测角度误差的值，表4示出将磁场的角度偏差排除在外的磁场旋转检测传感器20自身的检测角度误差的值。表3及表4的环型磁铁中心位置配置A是图7A所示的配置，配置B是图7B所示的配置，配置C是图7C所示的配置。
【表3】
【表4】
磁铁16的内侧的磁场分布与磁铁16的外周侧相比更均匀一致。因此，分别作用于磁场旋转检测传感器20的第一磁传感器元件24a～24d以及第二磁传感器元件25a～25d的磁场的方向的偏差小，与实施例1相比，检测角度误差的值小。如表3及表4所示，在配置A(图7A)中，实施例2及比较例2都几乎不产生误差。
如表4所示，在配置B(图7B)、配置C(图7C)的情况下产生角度检测误差。如表4所示，实施例2的磁场旋转检测传感器20的检测角度误差的绝对值成为相对于比较例2的检测角度误差的绝对值而言小0.1°的值，即使在本实施例中，检测角度误差也降低。
图8是本实施方式的第一变形例的磁场旋转检测传感器的俯视图。图8所示的第一变形例的磁场旋转检测传感器21中，第一磁传感器元件24a～24d与第二磁传感器元件25a～25d的配置不同。本变形例中，由第二磁传感器元件25a和第二磁传感器元件25c构成1个磁传感器元件组26a，由第二磁传感器元件25b和第二磁传感器元件25d构成另1个磁传感器元件组26b。多个第一磁传感器元件24a～24d配置为，在Y1－Y2方向上被2个磁传感器元件组26a、26b所夹。即，在磁铁15的半径方向上，多个第一磁传感器元件24a～24d被第二磁传感器元件25a～25d所夹。
即使是这样的形态，也与磁场旋转检测传感器20同样，在第二磁传感器元件25a～25d的内侧配置第一磁传感器元件24a～24d。此外，在被假想X轴51、假想Y轴52划分出的各区域21a～21d中分别配置有第一磁传感器元件24a～24d和第二磁传感器元件25a～25d。由此，在从磁铁15产生的磁场17的方向产生了偏差的情况下，由于通过第一磁传感器元件24a～24d及第二磁传感器元件25a～25d将检测角度误差平均化而输出，所以能够降低检测角度误差。
图9是本实施方式的第二变形例的磁场旋转检测传感器的俯视图。如图9所示，第二变形例的磁场旋转检测传感器22中，第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d相对于传感器中心位置28配置为180°旋转对称。在将第一磁传感器元件24a和第一磁传感器元件24d连结的假想线的延长线上，设有第二磁传感器元件25a和第二磁传感器元件25d。同样，第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c相对于中心位置28配置为180°旋转对称。并且，在将第一磁传感器元件24b和第一磁传感器元件24c连结的假想线的延长线上设有第二磁传感器元件25b和第二磁传感器元件25c。
本变形例中，第一磁传感器元件24a～24d也配置在第二磁传感器元件25a～25d的内侧。此外，多个第二磁传感器元件25a～25d构成为，具有由位于X1侧的第二磁传感器元件25a、25b构成的磁传感器元件组26a、以及由位于X2侧的第二磁传感器元件25c、25d构成的磁传感器元件组26b。并且，第一磁传感器元件24a～24d配置为，在X1－X2方向上被磁传感器元件组26a、26b所夹。
即使是这样的配置，在从磁铁15产生的磁场17的方向产生了偏差的情况下，也通过第一磁传感器元件24a～24d及第二磁传感器元件25a～25d将检测角度误差平均化而输出，能够降低检测角度误差。
符号说明
10，11，12 磁编码器
15，16 磁铁
17 从磁铁产生的磁场
18 磁铁的中心位置
19 磁铁的理想磁场
20，21，22 磁场旋转检测传感器
20a，21a，22a 第一区域
20b，21b，22b 第二区域
20c，21c，22c 第三区域
20d，21d，22d 第四区域
24a～24d 第一磁传感器元件
25a～25d 第二磁传感器元件
26a、26b 磁传感器元件组
27－1，27－2 灵敏度轴
28 传感器的中心位置
31 第一电桥电路
32 第二电桥电路
51 假想X轴
52 假想Y轴

Claims (17)

1.一种磁场旋转检测传感器，对磁铁的旋转进行检测，其特征在于，
该磁场旋转检测传感器具有构成第一电桥电路的多个第一磁传感器元件和构成第二电桥电路的多个第二磁传感器元件，
上述多个第一磁传感器元件的灵敏度轴和上述多个第二磁传感器元件的灵敏度轴朝向相互正交的方向，
上述多个第一磁传感器元件配置在上述多个第二磁传感器元件的内侧，
来自上述第一电桥电路的输出和来自上述第二电桥电路的输出是相互差90°相位的输出。
2.如权利要求1所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
上述多个第二磁传感器元件构成为具有分开配置的2个磁传感器元件组，上述多个第一磁传感器元件配置为被上述2个磁传感器元件组所夹。
3.如权利要求1或2所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
设在上述多个第一磁传感器元件的中心交叉的假想轴为假想X轴和假想Y轴时，上述假想X轴平行于上述第一磁传感器元件的灵敏度轴，上述假想Y轴平行于上述第二磁传感器元件的灵敏度轴，
在由上述假想X轴及上述假想Y轴划分出的4个区域中的各个区域，配置有上述第一磁传感器元件和上述第二磁传感器元件。
4.如权利要求3所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
上述多个第一磁传感器元件的重心与上述多个第二磁传感器元件的重心一致。
5.如权利要求1所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
在由上述多个第二磁传感器元件构成的四角区域的内侧，由上述多个第一磁传感器元件构成的四角区域被完全包含在内。
6.一种磁场旋转检测传感器，对磁铁的旋转进行检测，其特征在于，
具有：
构成第一电桥电路的第一第一磁传感器元件(24a)～第四第一磁传感器元件(24d)；以及
构成第二电桥电路的第一第二磁传感器元件(25a)～第四第二磁传感器元件(25d)，
上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)配置在上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)的内侧，
上述第一电桥电路由串联连接的第一第一磁传感器元件(24a)和第四第一磁传感器元件(24d)以及串联连接的第二第一磁传感器元件(24b)和第三第一磁传感器元件(24c)并联连接而构成，
上述第二电桥电路由串联连接的第一第二磁传感器元件(25a)和第四第二磁传感器元件(25d)以及串联连接的第二第二磁传感器元件(25b)和第三第二磁传感器元件(25c)并联连接而构成，
在上述第一电桥电路及上述第二电桥电路中，串联连接的磁传感器元件彼此的灵敏度轴朝向相互相反方向，进而，上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)的灵敏度轴和上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)的灵敏度轴的方向朝向相互正交的方向，
以使连结上述第一第一磁传感器元件(24a)和上述第四第一磁传感器元件(24d)的假想线与连结上述第二第一磁传感器元件(24b)和上述第三第一磁传感器元件(24c)的假想线交叉的方式，配置各上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)，
以使连结上述第一第二磁传感器元件(25a)和上述第四第二磁传感器元件(25d)的假想线与连结上述第二第二磁传感器元件(25b)和上述第三第二磁传感器元件(25c)的假想线交叉的方式，配置各上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)，
由上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)彼此连结的假想线的交点在各假想线的中心位置相交，由上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)彼此连结的假想线的交点在各假想线的中心位置相交，上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)的中心位置与上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)的中心位置一致，
从上述中心位置到上述第一第一磁传感器元件(24a)的距离与从上述中心位置到上述第三第一磁传感器元件(24c)的距离相等，从上述中心位置到上述第二第一磁传感器元件(24b)的距离与从上述中心位置到上述第四第一磁传感器元件(24d)的距离相等，从上述中心位置到上述第一第二磁传感器元件(25a)的距离与从上述中心位置到上述第三第二磁传感器元件(25c)的距离相等，从上述中心位置到上述第二第二磁传感器元件(25b)的距离与从上述中心位置到上述第四第二磁传感器元件(25d)的距离相等，
从上述中心位置到上述第一第一磁传感器元件(24a)的距离比从上述中心位置到上述第一第二磁传感器(25a)的距离短，从上述中心位置到上述第二第一磁传感器元件(24b)的距离比从上述中心位置到上述第二第二磁传感器(25b)的距离短，从上述中心位置到上述第三第一磁传感器元件(24c)的距离比从上述中心位置到上述第三第二磁传感器元件(25c)的距离短，从上述中心位置到上述第四第一磁传感器元件(24d)的距离比从上述中心位置到上述第四第二磁传感器(25d)的距离短。
7.如权利要求6所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
上述中心位置与所有的上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)之间的距离相等，上述中心位置与所有的上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)之间的距离相等。
8.如权利要求6或7所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
上述中心位置到所有的上述第一第一磁传感器元件(24a)～上述第四第一磁传感器元件(24d)的距离比上述中心位置到所有的上述第一第二磁传感器元件(25a)～上述第四第二磁传感器元件(25d)的距离短。
9.如权利要求1或6所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
上述磁铁是环状，上述多个第一磁传感器元件以及上述多个第二磁传感器元件与上述磁铁的外周对置而配置。
10.如权利要求1或6所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
上述磁铁是环状，上述多个第一磁传感器元件以及上述多个第二磁传感器元件与上述磁铁的内周对置而配置。
11.如权利要求1或6所述的磁场旋转检测传感器，其特征在于，
将上述多个第一磁传感器元件以及上述多个第二磁传感器元件的误差平均化来输出检测角度。
12.一种磁编码器，其特征在于，
该磁编码器具有设置为能够旋转的磁铁、以及与上述磁铁对置而配置的磁场旋转检测传感器，
上述磁场旋转检测传感器具有构成第一电桥电路的多个第一磁传感器元件和构成第二电桥电路的多个第二磁传感器元件，
上述多个第一磁传感器元件的灵敏度轴与上述多个第二磁传感器元件的灵敏度轴朝向相互正交的方向，
上述多个第一磁传感器元件配置在上述多个第二磁传感器元件的内侧，
来自上述第一电桥电路的输出和来自上述第二电桥电路的输出是相互差90°相位的输出。
13.如权利要求12所述的磁编码器，其特征在于，
上述多个第二磁传感器元件构成为具有分开配置的2个磁传感器元件组，上述多个第一磁传感器元件配置为被上述2个磁传感器元件组所夹。
14.如权利要求12或13所述的磁编码器，其特征在于，
将在上述多个第二磁传感器元件的中心交叉的假想轴设为假想X轴和假想Y轴时，上述假想X轴平行于上述第一磁传感器元件的灵敏度轴，上述假想Y轴平行于上述第二磁传感器元件的灵敏度轴，
在由上述假想X轴及上述假想Y轴划分出的4个区域中的各个区域，配置上述第一磁传感器元件和上述第二磁传感器元件。
15.如权利要求12或13所述的磁编码器，其特征在于，
上述磁铁是环状，上述磁场旋转检测传感器与上述磁铁的外周对置而配置。
16.如权利要求12或13所述的磁编码器，其特征在于，
上述磁铁是环状，上述磁场旋转检测传感器与上述磁铁的内周对置而配置。
17.如权利要求12所述的磁编码器，其特征在于，
在由上述多个第二磁传感器元件构成的四角区域的内侧，由上述多个第一磁传感器元件构成的四角区域被完全包含在内。
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