DE102011079019B4

DE102011079019B4 - Drehfeldsensor

Info

Publication number: DE102011079019B4
Application number: DE102011079019.5A
Authority: DE
Inventors: Shunji Saruki; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: US20120038351A1; JP2012037466A; DE102011079019A1; JP5062449B2; US8604780B2

Abstract

Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den eine Richtung eines drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass:der Drehfeldsensor umfasst:eine Felderzeugungseinheit, die das drehende Magnetfeld erzeugt, wobei das drehende Magnetfeld ein erstes Teilmagnetfeld in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld in einer zweiten Position aufweist, wobei das erste Teilmagnetfeld und das zweite Teilmagnetfeld in der Richtung um 180° voneinander abweichen und sich in der gleichen Drehrichtung drehen;eine erste Detektionseinheit, die ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position detektiert, wobei das erste angelegte Feld das erste Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; undeine zweite Detektionseinheit, die ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position detektiert, wobei das zweite angelegte Feld das zweite Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist;wobei die erste Detektionseinheit eine erste Detektionsschaltung, die eine Stärke einer Komponente des ersten angelegten Felds in einer ersten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine zweite Detektionsschaltung aufweist, die eine Stärke einer Komponente des ersten angelegten Felds in einer zweiten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt;wobei die zweite Detektionseinheit eine dritte Detektionsschaltung, die eine Stärke einer Komponente in dem zweiten angelegten Feld in einer dritten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine vierte Detektionsschaltung aufweist, die eine Stärke einer Komponente des zweiten angelegten Felds in einer vierten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt;wobei die erste Richtung und die dritte Richtung parallel zueinander verlaufen;wobei die zweite Richtung und die vierte Richtung parallel zueinander verlaufen;wobei jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen mindestens ein magnetisches Detektionselement aufweist;wobei die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen die gleiche Periode aufweisen:wobei das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode abweicht;wobei das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode abweicht;wobei das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode abweicht; undwobei der Drehfeldsensor ferner umfasst:eine erste Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen ein erstes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist;eine zweite Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen ein zweites Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist; undeine dritte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der ersten und zweiten Signale einen Wert des detektierten Winkels, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet, berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Sachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den die Richtung eines drehenden Magnetfelds relativ zu einer Referenzrichtung bildet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In den vergangenen Jahren sind Drehfeldsensoren in großem Umfang zum Detektieren der Drehposition eines Gegenstands bei verschiedenen Anwendungen, wie z. B. zum Detektieren der Drehposition eines Fahrzeuglenkrads, verwendet worden. Drehfeldsensoren werden nicht nur zum Detektieren der Drehposition eines Gegenstands verwendet, sondern auch zum Detektieren einer linearen Verschiebung eines Gegenstands. Systeme, bei denen Drehfeldsensoren verwendet werden, sind typischerweise mit einer Einrichtung (zum Beispiel einem Magneten) zum Erzeugen eines drehenden Magnetfelds versehen, dessen Richtung sich in Zusammenhang mit der Drehung oder der linearen Bewegung des Gegenstands dreht. Bei den Drehfeldsensoren werden magnetische Detektionselemente zum Detektieren des Winkels verwendet, den die Richtung des drehenden Magnetfelds relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Die Drehposition oder die lineare Verschiebung des Gegenstands wird so detektiert.
Es ist ein Drehfeldsensor bekannt, der zwei Brückenschaltungen (Wheatstone-Brückenschaltungen) aufweist, wie im US-Patent Nr. US 6 943 544 B2 dargestellt. Bei diesem Drehfeldsensor weist jede der beiden Brückenschaltungen vier magnetoresistive Elemente (nachstehend als MR-Elemente bezeichnet) auf, die als magnetische Detektionselemente dienen. Jede der Brückenschaltungen detektiert die Stärke einer Komponente des drehenden Magnetfelds in einer Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die Ausgangssignale der zwei Brückenschaltungen unterscheiden sich in der Phase um 1/4 Periode der Ausgangssignale der Brückenschaltungen. Der Winkel, den die Richtung des drehenden Magnetfelds relativ zu einer Referenzrichtung bildet, wird auf der Basis der Ausgangssignale der zwei Brückenschaltungen berechnet.
Bisher sind verschiedene Typen von Drehfeldsensoren vorgeschlagen worden, die ein Paar magnetische Detektionselemente zum Ausgeben eines Paars Detektionssignale mit einer Phasendifferenz von 180° aufweisen. Zum Beispiel wird in JP 2009 - 186 410 A eine Drehdetektionseinrichtung beschrieben, die einen Kodierer und eine Sensoreinheit aufweist. Bei der Drehdetektionseinrichtung weist der Kodierer einen Detektierabschnitt auf, der konzentrisch mit dem Drehmittelpunkt eines Drehelements angeordnet ist. Die magnetische Eigenschaft des Detektierabschnitts wechselt in Umfangsrichtung. Bei der Drehdetektionseinrichtung weist der Detektionsteil der Sensoreinheit ein Paar magnetische Detektionselemente des gleichen Typs auf. Die magnetischen Detektionselemente sind so angeordnet, dass ihre Phase in Umfangsrichtung des Kodierers übereinstimmt und ihre Phase in Richtung des Magnetflusses um 180° voneinander abweicht.
In JP 2009 - 186 410 A ist beschrieben, dass die Ausgangssignale des Paars magnetischer Detektionselemente in einen differenziellen Leitungsempfänger eingegeben werden können, um die Auswirkung eines elektrischen Rauschens zu eliminieren, dem die Übertragungssignale in dem Kabel von außen ausgesetzt sind.
In JP 2005 - 315 696 A ist eine Drehwinkel-Detektionseinrichtung beschrieben, die einen Magneten, welcher sich mit der Drehung eines Drehkörpers dreht, und erste und zweite Gruppen von magnetischen Drehelementen aufweist. Bei der Drehwinkel-Detektionseinrichtung weist der Magnet eine zylindrische Form auf und ist parallel auf zwei Pole oder einen N-Pol und einen S-Pol magnetisiert. Die ersten und zweiten Gruppen von magnetischen Detektionselementen weisen jeweils vier Hall-Vorrichtungen auf, die als die magnetischen Detektionselemente dienen, welche in Abständen von 90° um die Drehachse des Magneten angeordnet sind. Die vier Hall-Vorrichtungen H1 bis H4 der ersten Gruppe von magnetischen Detektionselementen und die vier Hall-Vorrichtungen H5 bis H8 der zweiten Gruppe von magnetischen Detektionselementen sind abwechselnd in Abständen von 45° angeordnet. Die vier Hall-Vorrichtungen H1 bis H4 der ersten Gruppe von magnetischen Detektionselementen geben Signale mit einer Sinuswellenform und einer Phasendifferenz von 90° zueinander aus. Ähnlich geben die vier Hall-Vorrichtungen H5 bis H8 der zweiten Gruppe von magnetischen Detektionselementen Signale mit einer Sinuswellenform und einer Phasendifferenz von 90° zueinander aus.
Die in JP 2005 - 315 696 A beschriebene Drehwinkel-Detektionseinrichtung erzeugt Differenzdaten von den Ausgangssignalen der zwei Hall-Vorrichtungen, die in einem Abstand von 180° voneinander liegen, und detektiert den Drehwinkel des Drehkörpers auf der Basis der Differenzdaten. Insbesondere erzeugt die Drehwinkel-Detektionseinrichtung Differenzdaten H1-H2, H3-H4, H6-H5 und H8-H7 an jeweils vier Paaren von zwei Hall-Vorrichtungen mit einem Abstand von 180°, d. h. H1 und H2, H3 und H4, H5 und H6 sowie H7 und H8. Ein Drehwinkel θ1, der von der ersten Gruppe von magnetischen Detektionselementen detektiert wird, wird aus den Differenzdaten H1-H2 und den Differenzdaten H3-H4 berechnet. Ein Drehwinkel θ2, der von der zweiten Gruppe von magnetischen Detektionselementen detektiert wird, wird aus den Differenzdaten H6-H5 und den Differenzdaten H8-H7 berechnet.
In JP 2005 - 315 696 A ist beschrieben, dass die Erzeugung der Differenzdaten aus den Ausgangssignalen der zwei Hall-Vorrichtungen mit einem Abstand von 180° die Differenz zwischen dem Mittelpunkt des Magneten und dem Mittelpunkt des Hall-Array der acht Hall-Vorrichtungen aufheben kann. In JP 2005 - 315 696 A ist ferner beschrieben, dass der von der ersten Gruppe von magnetischen Detektionselementen detektierte Drehwinkel und der von der zweiten Gruppe von magnetischen Detektionselementen detektierte Drehwinkel miteinander verglichen werden, um das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines anomalen Zustands festzustellen.
Die magnetischen Detektionselemente eines Drehfeldsensors sind manchmal nicht nur dem zum Detektieren vorgesehenen drehenden Magnetfeld ausgesetzt, sondern auch einem anderen Magnetfeld als dem zum Detektieren vorgesehenen drehenden Magnetfeld. Ein solches anderes Magnetfeld als das drehende Magnetfeld wird nachstehend als Rauschfeld bezeichnet. Beispiele für ein Rauschfeld umfassen ein Streumagnetfeld eines Motors und den Magnetismus der Erde. Wenn somit ein Rauschfeld an die magnetischen Detektionselemente angelegt wird, detektieren die magnetischen Detektionselemente ein Verbundmagnetfeld, das aus einer Kombination aus dem drehenden Magnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist. Wenn das zum Detektieren vorgesehene drehende Magnetfeld und das Rauschfeld in der Richtung voneinander abweichen, enthält der von dem Drehfeldsensor detektierte Winkel einen Fehler. Zum Beispiel sei angenommen, dass das zum Detektieren vorgesehene drehende Magnetfeld hinsichtlich der Magnetflussdichte eine Größe von 20 mT aufweist, das Rauschfeld eine Größe aufweist, die äquivalent ist zu dem Erdmagnetismus oder 0,05 mT, und die Richtung des Rauschfelds orthogonal zu der Richtung des zum Detektieren vorgesehenen drehenden Magnetfelds verläuft. In einem solchen Fall weicht die Richtung des Verbundmagnetfelds von der Richtung des zum Detektieren vorgesehenen drehenden Magnetfelds um 0,14° ab. Folglich enthält der von dem Drehfeldsensor detektierte Winkel einen Fehler von 0,14°. Das zeigt, dass, wenn zum Beispiel eine Winkelgenauigkeit (Auflösung) von 0,1° bei dem von dem Drehfeldsensor zu detektierenden Winkel erforderlich ist, selbst der Erdmagnetismus eine extrem große Rauschquelle sein kann.
Zum Reduzieren solcher Fehler, die das Rauschfeld in dem von dem Drehfeldsensor detektierten Winkel hervorruft, besteht eine mögliche Maßnahme darin, die magnetischen Detektionselemente und den Magneten, der das drehende Magnetfeld erzeugt, mit einer in den Drehfeldsensor integrierten magnetischen Abschirmung abzudecken. Wenn die Rauschfeldquelle bekannt ist, kann eine magnetische Abschirmung zwischen der Rauschfeldquelle und den magnetischen Detektionselementen vorgesehen sein. Solche Maßnahmen haben jedoch dahingehend Nachteile, dass dadurch die Ausführung des Drehfeldsensors mit der magnetischen Abschirmung eine große Baugröße aufweist, die Kosten des Drehfeldsensors steigen, und verschiedene Einschränkungen bei den Zusammenbauschritten und beim Einbau des Drehfeldsensors auftreten.
Bei der in JP 2009 - 186 410 A beschriebenen Drehdetektionseinrichtung erzeugt ein elektrisches Rauschen Fehler mit dem gleichen Vorzeichen in den Ausgangssignalen des Paars magnetischer Detektionselemente. Daher können durch das Bestimmen der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Paars magnetischer Detektionselemente von dem elektrischen Rauschen hervorgerufene Fehler in dem detektierten Winkel reduziert werden. Bei der in JP 2009 - 186 410 A beschriebenen Drehdetektionseinrichtung erzeugt jedoch ein Rauschfeld Fehler mit entgegengesetzten Vorzeichen in den Ausgangssignalen des Paars magnetischer Detektionselemente. Das Bestimmen der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Paars magnetischer Detektionselemente kann daher nicht zu einer Reduzierung von von dem elektrischen Rauschen hervorgerufenen Fehlern in dem detektierten Winkel führen.
Bei der in JP 2005 - 315 696 A beschriebenen Drehwinkel-Detektionseinrichtung können durch Erzeugen von Differenzdaten aus den Ausgangssignalen der zwei Hall-Vorrichtungen, die in einem Abstand von 180° voneinander liegen, von dem Rauschfeld hervorgerufene Fehler in dem detektierten Winkel reduziert werden. Zum Erhalten eines detektierten Winkels, d. h. eines Winkels θ1 oder θ2, muss jedoch die Drehwinkel-Detektionseinrichtung mindestens vier magnetische Detektionselemente (Hall-Vorrichtungen) aufweisen, die in Abständen von 90° um die Drehachse des Magnets herum angeordnet sind. Die in JP 2005 - 315 696 A beschriebene Drehwinkel-Detektionseinrichtung hat somit den Nachteil, dass ihre Anwendung auf Fälle beschränkt ist, in denen die vier magnetischen Detektionselemente in Abständen von 90° angeordnet werden können.
EP 1 503 184 A2 stellt eine Fehlererkennungsschaltung bereit. Die Fehlererkennungsschaltung ist in der Lage, einen Drehwinkel-Erkennungssensor davon abzuhalten, fehlerhafte Winkelinformation auszugeben, und einen Fehler mit hoher Genauigkeit erkennen zu können.
Gegenstand der und Übersicht über die Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehfeldsensor bereitzustellen, der es ermöglicht, von einem Rauschfeld hervorgerufene Fehler in detektierten Winkeln zu reduzieren und die Einbauorte magnetischer Detektionselemente zu reduzieren.
Ein Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung detektiert einen Winkel, den die Richtung eines drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Der Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung weist eine Felderzeugungseinheit auf, die das drehende Magnetfeld erzeugt. Das von der Felderzeugungseinheit erzeugte drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld in einer zweiten Position auf. Das erste Teilmagnetfeld und das zweite Teilmagnetfeld weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung. Der Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung weist ferner auf: eine erste Detektionseinheit, die ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position detektiert, wobei das erste angelegte Feld das erste Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; und eine zweite Detektionseinheit, die ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position detektiert, wobei das zweite angelegte Feld das zweite Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist.
Die erste Detektionseinheit weist auf: eine erste Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente des ersten angelegten Felds in einer ersten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine zweite Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente des ersten angelegten Felds in einer zweiten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt. Die zweite Detektionseinheit weist auf: eine dritte Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente in dem zweiten angelegten Feld in einer dritten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine vierte Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente des zweiten angelegten Felds in einer vierten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt. Die erste Richtung und die dritte Richtung verlaufen parallel zueinander. Die zweite Richtung und die vierte Richtung verlaufen parallel zueinander. Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen weist mindestens ein magnetisches Detektionselement auf.
Die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen weisen die gleiche Periode auf. Das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode ab. Das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode ab. Das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode ab.
Der Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung weist ferner auf: eine erste Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen ein erstes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist; eine zweite Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen ein zweites Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist; und eine dritte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der ersten und zweiten Signale einen Wert des detektierten Winkels, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet, berechnet.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung erzeugt die Felderzeugungseinheit ein drehendes Magnetfeld, das das erste Teilmagnetfeld in der ersten Position und das zweite Teilmagnetfeld in der zweiten Position aufweist. Das erste Teilmagnetfeld und das zweite Teilmagnetfeld weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung. Nach der vorliegenden Erfindung erzeugt die erste Arithmetikschaltung auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen ein erstes Signal, das eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist. Ferner erzeugt nach der vorliegenden Erfindung die zweite Arithmetikschaltung auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen ein zweites Signal, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist. Dann berechnet die dritte Arithmetikschaltung auf der Basis der ersten und zweiten Signale einen Wert des detektierten Winkels, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Ein anderes Rauschfeld als das drehende Magnetfeld kann von außen an den Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung angelegt werden. In diesem Fall kann das erste angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld sein, das aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist, und das zweite angelegte Feld kann ein Verbundmagnetfeld sein, das aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist. Wenn ein anderes Rauschfeld als das drehende Magnetfeld von außen an den Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung angelegt wird, weisen die in den Ausgangssignalen der ersten und dritten Detektionsschaltungen von dem Rauschfeld erzeugten Rauschkomponenten einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen auf. Ferner weisen die in den Ausgangssignalen der zweiten und vierten Detektionsschaltungen von dem Rauschfeld erzeugten Rauschkomponenten einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen auf. Folglich ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, von dem Rauschfeld hervorgerufene Fehler in detektierten Winkeln zu reduzieren.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung können die erste Richtung und die dritte Richtung um 180° voneinander abweichen. Die zweite Richtung und die vierte Richtung können um 180° voneinander abweichen.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung kann jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen als das mindestens eine magnetische Detektionselement ein Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente aufweisen. In diesem Fall kann jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweisen, die ein erstes Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente und ein zweites Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente umfasst. Die magnetischen Detektionselemente können magnetoresistive Elemente sein. Jedes der magnetoresistiven Elemente kann aufweisen: eine fixierte Magnetisierschicht, deren Magnetisierrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierrichtung entsprechend der Richtung des daran angelegten Magnetfelds variiert, und eine nicht magnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierschicht und der freien Schicht angeordnet ist. Die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der zweiten Detektionsschaltung können orthogonal zu den Richtungen der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der ersten Detektionsschaltung verlaufen. Die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der vierten Detektionsschaltung können orthogonal zu den Richtungen der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der dritten Detektionsschaltung verlaufen.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung kann das drehende Magnetfeld ferner ein drittes Teilmagnetfeld in einer dritten Position und ein viertes Teilmagnetfeld in einer vierten Position aufweisen. Das dritte Teilmagnetfeld und das vierte Teilmagnetfeld weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung wie der Drehrichtung der ersten und zweiten Teilmagnetfelder. In diesem Fall kann der Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung ferner aufweisen: eine dritte Detektionseinheit, die ein drittes angelegtes Feld in der dritten Position detektiert, wobei das dritte angelegte Feld das dritte Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; und eine vierte Detektionseinheit, die ein viertes angelegtes Feld in der vierten Position detektiert, wobei das vierte angelegte Feld das vierte Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist.
Die dritte Detektionseinheit weist auf: eine fünfte Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente des dritten angelegten Felds in einer fünften Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine sechste Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente des dritten angelegten Felds in einer sechsten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt. Die vierte Detektionseinheit weist auf: eine siebte Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente in dem vierten angelegten Feld in einer siebten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine achte Detektionsschaltung, die die Stärke einer Komponente des vierten angelegten Felds in einer achten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt. Die fünfte Richtung und die siebte Richtung verlaufen parallel zueinander. Die sechste Richtung und die achte Richtung verlaufen parallel zueinander. Jede der fünften bis achten Detektionsschaltungen weist mindestens ein magnetisches Detektionselement auf.
Die Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen weisen die gleiche Periode auf. Das Ausgangssignal der sechsten Detektionsschaltung weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode ab. Das Ausgangssignal der siebten Detektionsschaltung weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode ab. Das Ausgangssignal der achten Detektionsschaltung weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der siebten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode ab.
Der Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung kann ferner aufweisen: eine vierte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der fünften und siebten Detektionsschaltungen ein drittes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der fünften Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der siebten Richtung aufweist; eine fünfte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der sechsten und achten Detektionsschaltungen ein viertes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der sechsten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der achten Richtung aufweist; eine sechste Arithmetikschaltung, die auf der Basis der dritten und vierten Signale einen zweiten Wert des detektierten Winkels, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet, berechnet; und eine siebte Arithmetikschaltung, die auf der Basis eines ersten Werts des detektierten Winkels, der der Wert desjenigen detektierten Winkels ist, welcher von der dritten Arithmetikschaltung berechnet worden ist, und des zweiten Werts des detektierten Winkels, welcher von der sechsten Arithmetikschaltung berechnet worden ist, einen detektierten Wert des Winkels berechnet, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Wenn der Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung die dritten und vierten Detektionseinheiten und die vierten bis siebten Arithmetikschaltungen, wie oben beschrieben, aufweist, kann ein anderes Rauschfeld als das drehende Magnetfeld von außen an den Drehfeldsensor angelegt werden. In diesem Fall kann das erste angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld sein, das aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist. Das zweite angelegte Feld kann ein Verbundmagnetfeld sein, das aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist. Das dritte angelegte Feld kann ein Verbundmagnetfeld sein, das aus einer Kombination aus dem dritten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist. Das vierte angelegte Feld kann ein Verbundmagnetfeld sein, das aus einer Kombination aus dem vierten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist. Hier können die erste Richtung und die dritte Richtung um 180° voneinander abweichen. Die zweite Richtung und die vierte Richtung können um 180° voneinander abweichen. Die fünfte Richtung und die siebte Richtung können um 180° voneinander abweichen. Die sechste Richtung und die achte Richtung können um 180° voneinander abweichen.
Wenn der Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung die dritten und vierten Detektionseinheiten und die vierten bis siebten Arithmetikschaltungen, wie oben beschrieben, aufweist, kann der erste Wert des detektierten Winkels einen ersten Winkelfehler relativ zu einem theoretischen Wert des ersten Werts des detektierten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld gebildet ist, das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld gebildet ist und die Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder eine ideale Drehung ausführen. Der zweite Wert des detektierten Winkels kann einen zweiten Winkelfehler relativ zu einem theoretischen Wert des zweiten Werts des detektierten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld gebildet ist, das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld gebildet ist und die Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder eine ideale Drehung ausführen. In diesem Fall können die ersten und zweiten Winkelfehler periodische Veränderungen mit der gleichen Fehlerperiode in Reaktion auf eine Veränderung der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder erfahren. Die Veränderung des ersten Winkelfehlers kann von einer Veränderung des ersten Werts des detektierten Winkels abhängig sein, und die Veränderung des zweiten Winkelfehlers kann von einer Veränderung des zweiten Werts des detektierten Winkels abhängig sein. Der erste Wert des detektierten Winkels und der zweite Wert des detektierten Winkels können in der Phase um ein ungerades Mehrfaches der 1/2 Fehlerperiode voneinander abweichen.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung können dann, wenn die Veränderung des ersten Winkelfehlers von einer Veränderung des ersten Werts des detektierten Winkels abhängig ist und die Veränderung des zweiten Winkelfehlers von einer Veränderung des zweiten Werts des detektierten Winkels abhängig ist, die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt sein, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode. In diesem Fall kann die Fehlerperiode 1/4 Periode der Ausgangssignale der jeweiligen Detektionsschaltungen sein.
Wenn der erste Wert des detektierten Winkels den ersten Winkelfehler enthält und der zweite Wert des detektierten Winkels den zweiten Winkelfehler enthält, können die ersten und zweiten Winkelfehler periodische Veränderungen mit der gleichen Fehlerperiode in Reaktion auf eine Veränderung der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder erfahren. Die Veränderung des ersten Winkelfehlers kann von einer Veränderung der Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder abhängig sein, und die Veränderung des zweiten Winkelfehlers kann von einer Veränderung der Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder abhängig sein. In diesem Fall können die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt sein, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode. Hier kann die Fehlerperiode 1/2 Periode der Drehung der Richtung des drehenden Magnetfelds sein.
Wenn die Veränderung des ersten Winkelfehlers von einer Veränderung der Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder abhängig ist und die Veränderung des zweiten Winkelfehlers von einer Veränderung der Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder abhängig ist, kann der erste Winkelfehler eine Komponente enthalten, die sich mit der Fehlerperiode in Abhängigkeit von der Veränderung der Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder verändert, und eine Komponente enthalten, die sich mit einer zweiten Fehlerperiode in Abhängigkeit von einer Veränderung des ersten Werts des detektierten Winkels verändert. Der zweite Winkelfehler kann eine Komponente enthalten, die sich mit der Fehlerperiode in Abhängigkeit von der Veränderung der Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder verändert, und eine Komponente enthalten, die sich mit der zweiten Fehlerperiode in Abhängigkeit von einer Veränderung des zweiten Werts des detektierten Winkels verändert. Der erste Wert des detektierten Winkels und der zweite Wert des detektierten Winkels können in der Phase um ein ungerades Mehrfaches der 1/2 zweiten Fehlerperiode voneinander abweichen.
Nach der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, weisen dann, wenn ein Rauschfeld von außen an den Drehfeldsensor angelegt ist, die in den Ausgangssignalen der ersten und dritten Detektionsschaltungen von dem Rauschfeld erzeugten Komponenten einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen auf, und die in den Ausgangssignalen der zweiten und vierten Detektionsschaltungen von dem Rauschfeld erzeugten Komponenten weisen einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen auf. Folglich ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, von dem Rauschfeld hervorgerufene Fehler in detektierten Winkeln zu reduzieren. Die oben beschriebene Funktion der vorliegenden Erfindung wird durch die Anordnung der ersten und zweiten Detektionseinheiten in den ersten und zweiten Positionen bewirkt. Durch die vorliegende Erfindung wird es somit möglich, von dem Rauschfeld hervorgerufene Fehler in detektierten Winkeln zu reduzieren und ferner die Einbauorte der magnetischen Detektionselemente zu reduzieren.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung deutlich.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ein Schaltschema mit Darstellung des Aufbaus des Drehfeldsensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4A zeigt eine erläuternde schematische Darstellung der Definitionen von Richtungen und Winkeln bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4B zeigt eine erläuternde schematische Darstellung der Definitionen von Richtungen und Winkeln bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt ein Wellenformdiagramm mit Darstellung der Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.-
6 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung eines Teils eines MR-Elements in dem Drehfeldsensor in 3.
7 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem ersten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem zweiten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
10 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform der Erfindung.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform der Erfindung.
16 zeigt ein Blockdiagramm mit Darstellung des Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vierten Ausführungsform der Erfindung.
17 zeigt ein Wellenformdiagramm mit Darstellung der Verzerrung der Wellenform der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen des Drehfeldsensors nach der vierten Ausführungsform der Erfindung.
18 zeigt ein Wellenformdiagramm mit Darstellung der Beziehung zwischen einem ersten Wert des detektierten Winkels und einem ersten Winkelfehler bei der vierten Ausführungsform der Erfindung.
19 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung des Vorgangs zum Reduzieren eines Winkelfehlers bei der vierten Ausführungsform der Erfindung.
20 zeigt ein Wellenformdiagramm mit Darstellung der Beziehung zwischen einem Wert des detektierten Winkels und einem Winkelfehler bei der vierten Ausführungsform der Erfindung.
21 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
22 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der fünften Ausführungsform der Erfindung.
23 zeigt ein Wellenformdiagramm mit Darstellung der Beziehung zwischen einem ersten Teilmagnetfeld, einem ersten Wert des detektierten Winkels und einem ersten Winkelfehler bei der fünften Ausführungsform der Erfindung.
24 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung des Vorgangs zum Reduzieren eines Winkelfehlers bei der fünften Ausführungsform der Erfindung.
25 zeigt ein Wellenformdiagramm mit Darstellung der Beziehung zwischen einem Wert des detektierten Winkels und einem Winkelfehler bei der fünften Ausführungsform der Erfindung.
26 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
27 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der sechsten Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Als Erstes wird anhand von 1, 2, 4A und 4B der allgemeine Aufbau eines Drehfeldsensors nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. 2 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. 4A und 4B zeigen erläuternde schematische Darstellungen der Definitionen von Richtungen und Winkeln bei der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Drehfeldsensor 1 nach der vorliegenden Ausführungsform detektiert den Winkel, den die Richtung eines drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Das drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in einer zweiten Position auf. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 1 auf: eine erste Felderzeugungseinheit 2, die das drehende Magnetfeld erzeugt; eine erste Detektionseinheit 10, die ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position detektiert; und eine zweite Detektionseinheit 20, die ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position detektiert. Das erste angelegte Feld weist das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Der Einfachheit halber ist in 1 und 2 die erste Detektionseinheit 10 in einer von dem Pfeil entfernten Position gezeigt, der das erste Teilmagnetfeld MF1 darstellt, und die zweite Detektionseinheit 20 ist in einer von dem Pfeil entfernten Position gezeigt, der das zweite Teilmagnetfeld MF2 darstellt. Tatsächlich befindet sich jedoch die erste Detektionseinheit 10 in der ersten Position, in der das erste Teilmagnetfeld MF1 auftritt, und die zweite Detektionseinheit 20 befindet sich in der zweiten Position, in der das zweite Teilmagnetfeld MF2 auftritt. Die Definitionen von Richtungen und Winkeln werden nachstehend genauer angegeben.
Die Felderzeugungseinheit 2 weist einen Scheibenteil 5 und ein Paar Magnete 3 und 4 auf, die an dem Scheibenteil 5 angebracht sind. Der Scheibenteil 5 ist an einem axialen Ende einer Drehwelle 6 angebracht, die der Gegenstand ist, dessen Drehposition detektiert werden soll. Die Drehwelle 6 dreht sich um ihre Mittelachse. Bei der Drehung dreht sich auch die Felderzeugungseinheit 2 um den Drehmittelpunkt, der die Drehachse der Drehwelle 6 umfasst. Das Paar Magnete 3 und 4 ist in symmetrischen Positionen relativ zu einer gedachten Ebene angeordnet, die den Drehmittelpunkt C aufweist. Hier wird bei dem Scheibenteil 5 die untere Fläche in 1 und 2 als „Unterseite“ bezeichnet, und die obere Fläche in 1 und 2 wird als „Oberseite“ bezeichnet. Sowohl die Ober- als auch die Unterseite des Scheibenteils 5 verlaufen rechtwinklig zu dem Drehmittelpunkt C. Die Magnete 3 und 4 sind an der Oberseite des Scheibenteils 5 befestigt. Das eine Ende der Drehwelle 6 ist an der Unterseite des Scheibenteils 5 befestigt. Bei der Felderzeugungseinheit 2 werden die Magnete 3 und 4 um den Drehmittelpunkt C gedreht, wodurch ein drehendes Magnetfeld auf der Basis des von den Magneten 3 und 4 erzeugten Magnetfelds erzeugt wird.
Jeder der Magnete 3 und 4 weist einen N-Pol und einen S-Pol auf. Die N- und S-Pole des Magneten 3 sind in der Reihenfolge vom S-Pol zum N-Pol von der Oberseite des Scheibenteils 5 aus angeordnet. Die N- und S-Pole des Magneten 4 sind in der Reihenfolge vom N-Pol zum S-Pol von der Oberseite des Scheibenteils 5 aus angeordnet. Die Richtung des von dem Paar Magneten 3 und 4 erzeugten drehenden Magnetfelds dreht sich um den Drehmittelpunkt C bei Drehung der Felderzeugungseinheit 2. In 1 und 2 sind der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 und der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 durch gekrümmte Linien dargestellt, die mit dem Symbol M bezeichnet sind. Der Magnetfluss vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 erzeugt den größten Teil des ersten Teilmagnetfelds MF1 in der ersten Position. Der Magnetfluss vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 erzeugt den größten Teil des zweiten Teilmagnetfelds MF2 in der zweiten Position.
Die ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 sind über der Oberseite des Scheibenteils 5 zwischen den Magneten 3 und 4 angeordnet. Genauer gesagt, befindet sich bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Detektionseinheit 10 in der ersten Position auf dem Drehmittelpunkt C, wo das erste Teilmagnetfeld MF1 auftritt, und die zweite Detektionseinheit 20 befindet sich in der zweiten Position auf dem Drehmittelpunkt C, wo das zweite Teilmagnetfeld MF2 auftritt. In 1 und 2 sind die erste Detektionseinheit 10 und die zweite Detektionseinheit 20 als separate Elemente gezeigt. Die erste Detektionseinheit 10 und die zweite Detektionseinheit 20 können jedoch auch einstückig ausgebildet sein, solange sie sich in der ersten Position bzw. der zweiten Position befinden. Bei der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4. Die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 verläuft vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3. Die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 weichen um 180° voneinander ab. Durch die Drehung der Felderzeugungseinheit 2 drehen sich das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 in der gleichen Drehrichtung.
Anhand von 4A und 4B werden die Definitionen von Richtungen und Winkeln bei der vorliegenden Ausführungsform angegeben. 4A zeigt die Definitionen von Richtungen und Winkeln in der ersten Position. 4B zeigt die Definitionen von Richtungen und Winkeln in der zweiten Position. Als Erstes wird eine Richtung, die parallel zu dem in 1 und 2 gezeigten Drehmittelpunkt C verläuft und von der Oberseite des Scheibenteils 5 entfernt ist, als die Z-Richtung definiert. Als Nächstes werden zwei zueinander orthogonal verlaufende Richtungen auf einer gedachten Ebene, die rechtwinklig zu der Z-Richtung verlaufen, als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. In 4A und 4B ist die X-Richtung als die nach rechts verlaufende Richtung gezeigt, und die Y-Richtung ist als die nach oben verlaufende Richtung gezeigt. Die der X-Richtung entgegengesetzte Richtung ist als die -X-Richtung definiert, und die der Y-Richtung entgegengesetzte Richtung ist als die -Y-Richtung definiert.
Die erste Position befindet sich da, wo die erste Detektionseinheit 10 das erste angelegte Feld detektiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die erste Position auf dem Drehmittelpunkt C über der Oberseite des Scheibenteils 5. Der mit dem Symbol „D1“ bezeichnete Pfeil in 4A zeigt die Richtung, relativ zu der die erste Detektionseinheit 10 die Richtung DM1 des ersten angelegten Felds anzeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform stimmt die Richtung D1 mit der Y-Richtung überein. Das erste angelegte Feld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Die Richtung DM1 des ersten angelegten Felds und die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 drehen sich in 4A im Uhrzeigersinn.
Die zweite Position befindet sich da, wo die zweite Detektionseinheit 20 das zweite angelegte Feld detektiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die zweite Position auf dem Drehmittelpunkt C über der Oberseite des Scheibenteils 5 und befindet sich näher an der Oberseite des Scheibenteils 5 als die erste Position. Der mit dem Symbol „D2“ bezeichnete Pfeil in 4B zeigt die Richtung, relativ zu der die zweite Detektionseinheit 20 die Richtung DM2 des zweiten angelegten Felds anzeigt. Die Richtung D1 und die Richtung D2 weichen um 180° voneinander ab. Bei der vorliegenden Ausführungsform stimmt die Richtung D2 mit der -Y-Richtung überein. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Die Richtung DM2 des zweiten angelegten Felds und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 drehen sich in 4B im Uhrzeigersinn.
Die Referenzposition und die Referenzrichtung können mit der ersten Position bzw. der Richtung D1 oder mit der zweiten Position bzw. der Richtung D2 übereinstimmen oder können jede geeignete Position und Richtung sein, die sich von diesen Positionen und Richtungen unterscheiden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen die Richtung D1 und die Richtung D2 um 180° voneinander ab. Die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 weichen ebenfalls um 180° voneinander ab. Daher ist der Winkel, den die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 relativ zu der Richtung D1 bildet, gleich dem Winkel, den die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 relativ zu der Richtung D2 bildet. Wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 gebildet ist und das zweite Teilmagnetfeld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 gebildet ist, ist der Winkel, den die Richtung DM1 des ersten angelegten Felds relativ zu der Richtung D1 bildet, gleich dem Winkel, den die Richtung DM2 des zweiten angelegten Felds relativ zu der Richtung D2 bildet. Dieser Winkel wird nachstehend durch das Symbol θ dargestellt. 4A und 4B zeigen den Winkel θ. Der Winkel θ wird als positiver Wert ausgedrückt, wenn er im Uhrzeigersinn von der Richtung D1 oder D2 aus betrachtet wird, und er wird als negativer Wert ausgedrückt, wenn er entgegen dem Uhrzeigersinn von der Richtung D1 oder D2 aus betrachtet wird.
Der Drehfeldsensor 1 detektiert Komponenten des ersten angelegten Felds in zwei Referenzrichtungen und Komponenten des zweiten angelegten Felds in zwei Referenzrichtungen, wodurch der Winkel detektiert wird, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Nachstehend wird die Referenzrichtung für eine Komponente des ersten angelegten Felds als erste Richtung bezeichnet. Die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des ersten angelegten Felds wird als zweite Richtung bezeichnet. Die Referenzrichtung für eine Komponente des zweiten angelegten Felds wird als dritte Richtung bezeichnet. Die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des zweiten angelegten Felds wird als vierte Richtung bezeichnet. Die erste Richtung und die dritte Richtung verlaufen parallel zueinander. Die zweite Richtung und die vierte Richtung verlaufen parallel zueinander. Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen insbesondere die erste Richtung und die dritte Richtung um 180° voneinander ab, und die zweite Richtung und die vierte Richtung weichen um 180° voneinander ab.
Die Richtung D1 und die Richtung D2 können die gleichen sein wie die erste Richtung bzw. die dritte Richtung oder wie die zweite Richtung bzw. die vierte Richtung, oder sie können jede geeignete Richtung sein, die sich von diesen Richtungen unterscheidet.
Als Nächstes wird der Aufbau des Drehfeldsensors 1 anhand von 3 genauer beschrieben. 3 zeigt ein Schaltschema mit Darstellung des Aufbaus des Drehfeldsensors 1. Wie oben beschrieben, weist der Drehfeldsensor 1 die erste Detektionseinheit 10 und die zweite Detektionseinheit 20 auf. Die erste Detektionseinheit 10 detektiert das erste angelegte Feld. Die erste Detektionseinheit 10 umfasst eine erste Detektionsschaltung 11, die die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, welches die Stärke anzeigt, und eine zweite Detektionsschaltung 12, die die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, welches die Stärke anzeigt.
Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert das zweite angelegte Feld. Die zweite Detektionseinheit 20 umfasst eine dritte Detektionsschaltung 21, die die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, welches die Stärke anzeigt, und eine vierte Detektionsschaltung 22, die die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, welches die Stärke anzeigt.
Die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 weisen die gleiche Periode auf. In der nachstehenden Beschreibung wird die Periode der Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 als Periode T bezeichnet. Das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T ab. Das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode T ab. Das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T ab.
Der Drehfeldsensor 1 weist ferner erste bis dritte Arithmetikschaltungen 31, 32 und 33 auf. Die erste Arithmetikschaltung 31 erzeugt auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen 11 und 21 ein erstes Signal, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist. Die zweite Arithmetikschaltung 32 erzeugt auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen 12 und 22 ein zweites Signal, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist. Auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet die dritte Arithmetikschaltung 33 einen Wert des detektierten Winkels θs, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. Die ersten bis dritten Arithmetikschaltungen 31, 32 und 33 können zum Beispiel von einem einzelnen Mikrocomputer implementiert sein. Das Verfahren zum Erzeugen der ersten und zweiten Signale und das Verfahren zum Berechnen von θs werden nachstehend genauer beschrieben.
Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 weist mindestens ein magnetisches Detektionselement auf. Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 kann als das mindestens ein magnetisches Detektionselement ein Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente aufweisen. In diesem Fall kann jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 eine Wheatstone-Brückenschaltung mit einem ersten Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente und einem zweiten Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente aufweisen. Die nachstehende Beschreibung behandelt den Fall, in dem jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 eine solche Wheatstone-Brückenschaltung aufweist.
Die erste Detektionsschaltung 11 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 weist einen Energieversorgungsport V1, einen Masseport G1, zwei Ausgangsports E11 und E12, ein erstes Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R11 und R12 und ein zweites Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R13 und R14 auf. Ein Ende jedes der magnetischen Detektionselemente R11 und R13 ist mit dem Energieversorgungsport V1 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R11 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R12 und dem Ausgangsport E11 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R13 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R14 und dem Ausgangsport E12 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Detektionselemente R12 und R14 ist mit dem Masseport G1 verbunden. Eine Versorgungsspannung von vorbestimmter Größe ist an den Energieversorgungsport V1 angelegt. Der Masseport G1 ist geerdet. Der Differenzdetektor 15 gibt an die erste Arithmetikschaltung 31 ein Signal aus, das der Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E11 und E12 entspricht.
Die zweite Detektionsschaltung 12 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 16 und einen Differenzdetektor 17 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 16 weist einen Energieversorgungsport V2, einen Masseport G2, zwei Ausgangsports E21 und E22, ein erstes Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R21 und R22 und ein zweites Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R23 und R24 auf. Ein Ende jedes der magnetischen Detektionselemente R21 und R23 ist mit dem Energieversorgungsport V2 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R21 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R22 und dem Ausgangsport E21 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R23 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R24 und dem Ausgangsport E22 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Detektionselemente R22 und R24 ist mit dem Masseport G2 verbunden. Eine Versorgungsspannung von vorbestimmter Größe ist an den Energieversorgungsport V2 angelegt. Der Masseport G2 ist geerdet. Der Differenzdetektor 17 gibt an die zweite Arithmetikschaltung 32 ein Signal aus, das der Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E21 und E22 entspricht.
Die dritte Detektionsschaltung 21 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 und einen Differenzdetektor 25 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 weist einen Energieversorgungsport V3, einen Masseport G3, zwei Ausgangsports E31 und E32, ein erstes Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R31 und R32 und ein zweites Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R33 und R34 auf. Ein Ende jedes der magnetischen Detektionselemente R31 und R33 ist mit dem Energieversorgungsport V3 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R31 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R32 und dem Ausgangsport E31 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R33 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R34 und dem Ausgangsport E32 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Detektionselemente R32 und R34 ist mit dem Masseport G3 verbunden. Eine Versorgungsspannung von vorbestimmter Größe ist an den Energieversorgungsport V3 angelegt. Der Masseport G3 ist geerdet. Der Differenzdetektor 25 gibt an die erste Arithmetikschaltung 31 ein Signal aus, das der Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E31 und E32 entspricht.
Die vierte Detektionsschaltung 22 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 26 und einen Differenzdetektor 27 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 26 weist einen Energieversorgungsport V4, einen Masseport G4, zwei Ausgangsports E41 und E42, ein erstes Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R41 und R42 und ein zweites Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente R43 und R44 auf. Ein Ende jedes der magnetischen Detektionselemente R41 und R43 ist mit dem Energieversorgungsport V4 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R41 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R42 und dem Ausgangsport E41 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R43 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R44 und dem Ausgangsport E42 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Detektionselemente R42 und R44 ist mit dem Masseport G4 verbunden. Eine Versorgungsspannung von vorbestimmter Größe ist an den Energieversorgungsport V4 angelegt. Der Masseport G4 ist geerdet. Der Differenzdetektor 27 gibt an die zweite Arithmetikschaltung 32 ein Signal aus, das der Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E41 und E42 entspricht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sämtliche in den Wheatstone-Brückenschaltungen (nachstehend als Brückenschaltungen bezeichnet) 14, 16, 24 und 26 enthaltenen magnetischen Detektionselemente MR-Elemente oder insbesondere TMR-Elemente. Es können GMR-Elemente anstelle der TMR-Elemente verwendet werden. Die TMR-Elemente oder GMR-Elemente umfassen jeweils eine fixierte Magnetisierschicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierrichtung entsprechend der Richtung eines daran angelegten Magnetfelds variiert, und eine nicht magnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierschicht und der freien Schicht angeordnet ist. Bei TMR-Elementen ist die nicht magnetische Schicht eine Tunnelsperrschicht. Bei GMR-Elementen ist die nicht magnetische Schicht eine nicht magnetische leitende Schicht. Die TMR-Elemente oder GMR-Elemente variieren in ihrem Widerstand in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht relativ zu der Richtung der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschicht bildet. Der Widerstand erreicht seinen Minimalwert, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt. Der Widerstand erreicht seinen Maximalwert, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In der nachstehenden Beschreibung werden die in den Brückenschaltungen 14, 16, 24 und 26 enthaltenen magnetischen Detektionselemente als MR-Elemente bezeichnet. In 3 zeigen die ausgemalten Pfeile die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Schichten in den MR-Elementen an. Die nicht ausgemalten Pfeile zeigen die Richtungen der Magnetisierung der freien Schichten in den MR-Elementen an.
Bei der ersten Detektionsschaltung 11 sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R11 und R14 in einer parallel zu der ersten Richtung verlaufenden Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R12 und R13 sind in einer zu der Richtung der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R11 und R14 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E11 und E12 entsprechend der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung. Die erste Richtung dient daher als Referenzrichtung, wenn die erste Detektionsschaltung 11 das erste angelegte Feld detektiert. Die erste Detektionsschaltung 11 detektiert die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R11 und R14 in der X-Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R12 und R13 sind in der -X-Richtung magnetisiert. Bei einem solchen Beispiel ist die erste Richtung die gleiche wie die X-Richtung.
Bei der zweiten Detektionsschaltung 12 sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R21 und R24 in einer parallel zu der zweiten Richtung verlaufenden Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R22 und R23 sind in einer zu der Richtung der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R21 und R24 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E21 und E22 entsprechend der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung. Die zweite Richtung dient daher als Referenzrichtung, wenn die zweite Detektionsschaltung 12 das erste angelegte Feld detektiert. Die zweite Detektionsschaltung 12 detektiert die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R21 und R24 in der Y-Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R22 und R23 sind in der -Y-Richtung magnetisiert. Bei einem solchen Beispiel ist die zweite Richtung die gleiche wie die Y-Richtung.
Bei der dritten Detektionsschaltung 21 sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R31 und R34 in einer parallel zu der dritten Richtung verlaufenden Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R32 und R33 sind in einer zu der Richtung der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R31 und R34 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E31 und E32 entsprechend der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung. Die dritte Richtung dient daher als Referenzrichtung, wenn die dritte Detektionsschaltung 21 das zweite angelegte Feld detektiert. Die dritte Detektionsschaltung 21 detektiert die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R31 und R34 in der -X-Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R32 und R33 sind in der X-Richtung magnetisiert. Bei einem solchen Beispiel ist die dritte Richtung die gleiche wie die X-Richtung.
Bei der vierten Detektionsschaltung 22 sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R41 und R44 in einer parallel zu der vierten Richtung verlaufenden Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R42 und R43 sind in einer zu der Richtung der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R41 und R44 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsports E41 und E42 entsprechend der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung. Die vierte Richtung dient daher als Referenzrichtung, wenn die vierte Detektionsschaltung 22 das zweite angelegte Feld detektiert. Die vierte Detektionsschaltung 22 detektiert die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel sind die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R41 und R44 in der -Y-Richtung magnetisiert, und die fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente R42 und R43 sind in der Y-Richtung magnetisiert. Bei einem solchen Beispiel ist die vierte Richtung die gleiche wie die Y-Richtung.
Ein Beispiel für den Aufbau der MR-Elemente wird nun anhand von 6 beschrieben. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung eines Teils eines MR-Elements in dem Drehfeldsensor 1 in 3. Bei diesem Beispiel weist das MR-Element eine Vielzahl von unteren Elektroden, eine Vielzahl von MR-Filmen und eine Vielzahl von oberen Elektroden auf. Die Vielzahl von unteren Elektroden 42 ist auf einem nicht gezeigten Substrat angeordnet. Jede der unteren Elektroden 42 hat eine lange schmale Form. Zwei untere Elektroden 42, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander angrenzen, weisen einen Spalt zwischen sich auf. Wie in 6 gezeigt, sind MR-Filme 50 auf den Oberseiten der unteren Elektroden 42 nahe in der Längsrichtung entgegengesetzten Enden vorgesehen. Jeder der MR-Filme 50 weist eine freie Schicht 51, eine nicht magnetische Schicht 52, eine fixierte Magnetisierschicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54 auf, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 51 der unteren Elektrode 42 am nächsten ist. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 42 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 54 steht in Austauschkopplung mit der fixierten Magnetisierschicht 53, um die Richtung der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschicht 53 zu fixieren. Die Vielzahl von oberen Elektroden 43 ist über der Vielzahl von MR-Filmen 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 43 hat eine lange schmale Form und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei aneinander angrenzenden MR-Filmen 50 her, die auf zwei unteren Elektroden 42 angeordnet sind, welche in Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander angrenzen. Bei einem solchen Aufbau ist die Vielzahl von MR-Filmen 50 in dem MR-Element in 6 über die Vielzahl von unteren Elektroden 42 und die Vielzahl von oberen Elektroden 43 in Reihe geschaltet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Schichten 51 bis 54 der MR-Filme 50 in einer zu der in 6 gezeigten Reihenfolge umgekehrten Reihenfolge gestapelt sein können.
Der Betrieb und die Funktionen des Drehfeldsensors 1 werden nun anhand von 3, 4A, 4B und 5 beschrieben. Wie oben beschrieben, erzeugt die erste Arithmetikschaltung 31 das erste Signal auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen 11 und 21, und die zweite Arithmetikschaltung 32 erzeugt das zweite Signal auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen 12 und 22. Auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet die dritte Arithmetikschaltung 33 den Wert des detektierten Winkels θs, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es selbst dann, wenn ein anderes Rauschfeld als das drehende Magnetfeld von außen an den Drehfeldsensor 1 angelegt ist, möglich, von dem Rauschfeld hervorgerufene Fehler in dem Wert des detektierten Winkels θs zu reduzieren. Dies wird nachstehend genauer erläutert. In der nachstehenden Beschreibung wird das Rauschfeld als Rauschfeld H_ext bezeichnet.
Als Erstes erfolgt eine Beschreibung der Beziehung zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Detektionsschaltungen 11 und 12 der ersten Detektionseinheit 10 und dem Rauschfeld H_ext. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel verlaufen die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente in der zweiten Detektionsschaltung 12 orthogonal zu den Richtungen der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente in der ersten Detektionsschaltung 11. In einer idealen Situation beschreibt das Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 eine Sinuswellenform, und das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 beschreibt eine Kosinuswellenform. In diesem Fall weicht das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 von dem der ersten Detektionsschaltung 11 in der Phase um 1/4 Periode T, d. h. um π/2 (90°), ab.
Wenn der in 4A gezeigte Winkel θ größer ist als 0° und kleiner als 180°, hat das Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 einen positiven Wert. Wenn der in 4A gezeigte Winkel θ größer ist als 180° und kleiner als 360°, hat das Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 einen negativen Wert. Wenn der in 4A gezeigte Winkel θ größer als oder gleich 0° und kleiner als 90° ist und wenn der Winkel θ größer ist als 270° und kleiner als oder gleich 360°, hat das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 einen positiven Wert. Wenn der Winkel θ größer ist als 90° und kleiner als 270°, hat das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 einen negativen Wert. Nachstehend wird das Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 als sin θ1 bezeichnet, und das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 wird als cos θ1 bezeichnet. Das Ausgangssignal sin θ1 ist ein Signal, das die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung (der X-Richtung) anzeigt. Das Ausgangssignal cos θ1 ist ein Signal, das die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung (der Y-Richtung) anzeigt.
In 4A zeigt der Pfeil mit dem Symbol H_ext die Richtung des Rauschfelds H_ext an, das an die erste Detektionseinheit 10 angelegt ist. Obwohl nicht gezeigt, weist das Rauschfeld H_ext eine erste Komponente in einer zu der X-Richtung parallel verlaufenden Richtung und eine zweite Komponente in der zu der Y-Richtung parallel verlaufenden Richtung auf. Bei dem in 4A gezeigten Beispiel verläuft die erste Komponente des Rauschfelds H_ext in der gleichen Richtung wie der ersten Richtung (d. h. in der X-Richtung), und die zweite Komponente des Rauschfelds H_ext verläuft in der zu der zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung (d. h. in der -Y-Richtung). Wenn das Rauschfeld H_ext angelegt ist, ist das erste angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld, das aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und dem Rauschfeld H_ext gebildet ist. In einem solchen Fall weist das Ausgangssignal sin θ1 eine Rauschkomponente mit einem positiven Wert auf, die von der ersten Komponente des Rauschfelds H_ext hervorgerufen wird, und das Ausgangssignal cos θ1 weist eine Rauschkomponente mit einem negativen Wert auf, die von der zweiten Komponente des Rauschfelds H_ext hervorgerufen wird. Unter Verwendung des in 4A gezeigten Winkels θ können die Ausgangssignale sin θ1 und cos θ1 durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden: $sin θ 1 = sin θ + Es$
$cos θ 1 = cos θ - Ec$
wobei Es die Größe (absoluter Wert) der in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltenen Rauschkomponente ist und Ec die Größe der in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltenen Rauschkomponente ist.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen den Ausgangssignalen der dritten und vierten Detektionsschaltungen 21 und 22 der zweiten Detektionseinheit 20 und dem Rauschfeld H_ext beschrieben. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel verlaufen die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente in der vierten Detektionsschaltung 22 orthogonal zu den Richtungen der fixierten Magnetisierschichten der MR-Elemente in der dritten Detektionsschaltung 21. In einer idealen Situation beschreibt das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 eine Sinuswellenform, und das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 beschreibt eine Kosinuswellenform. In diesem Fall weicht das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 von dem der dritten Detektionsschaltung 21 in der Phase um 1/4 Periode T, d. h. um π/2 (90°), ab.
Wenn der in 4B gezeigte Winkel θ größer ist als 0° und kleiner als 180°, hat das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 einen positiven Wert. Wenn der in 4B gezeigte Winkel θ größer ist als 180° und kleiner als 360°, hat das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 einen negativen Wert. Wenn der in 4B gezeigte Winkel θ größer als oder gleich 0° und kleiner als 90° ist und wenn der Winkel θ größer ist als 270° und kleiner als oder gleich 360°, hat das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 einen positiven Wert. Wenn der Winkel θ größer ist als 90° und kleiner als 270°, hat das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 einen negativen Wert. Nachstehend wird das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 als sin θ2 bezeichnet, und das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 wird als cos θ2 bezeichnet. Das Ausgangssignal sin θ2 ist ein Signal, das die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung (der -X-Richtung) anzeigt. Das Ausgangssignal cos θ2 ist ein Signal, das die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung (der -Y-Richtung) anzeigt.
Wie in 4B gezeigt, ist die zweite Detektionseinheit 20 einem Rauschfeld H_ext ausgesetzt, dessen Richtung und Größe die gleichen sind wie diejenigen des Rauschfelds H_ext, das an die erste Detektionseinheit 10 angelegt ist. Wie oben beschrieben, weist das Rauschfeld H_ext eine erste Komponente in einer zu der X-Richtung parallel verlaufenden Richtung und eine zweite Komponente in der zu der Y-Richtung parallel verlaufenden Richtung auf. Bei dem in 4B gezeigten Beispiel verläuft die erste Komponente des Rauschfelds H_ext in einer zu der dritten Richtung entgegengesetzten Richtung (d. h. in der X-Richtung), und die zweite Komponente des Rauschfelds H_ext verläuft in der gleichen Richtung wie der vierten Richtung (d. h. in der -Y-Richtung). Wenn das Rauschfeld H_ext angelegt ist, ist das zweite angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld, das aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 und dem Rauschfeld H_ext gebildet ist. In einem solchen Fall weist das Ausgangssignal sin θ2 eine Rauschkomponente mit einem negativen Wert auf, die von der ersten Komponente des Rauschfelds H_ext hervorgerufen wird, und das Ausgangssignal cos θ2 weist eine Rauschkomponente mit einem positiven Wert auf, die von der zweiten Komponente des Rauschfelds H_ext hervorgerufen wird. Im Prinzip hat die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente die gleiche Größe wie die Größe Es der in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltenen Rauschkomponente, aber mit einem entgegengesetzten Vorzeichen. Ähnlich hat im Prinzip die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente die gleiche Größe wie die Größe Ec der in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltenen Rauschkomponente, aber mit einem entgegengesetzten Vorzeichen. Unter Verwendung des in 4B gezeigten Winkels θ können die Ausgangssignale sin θ2 und cos θ2 durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt werden: $sin θ 2 = sin θ− Es$
$cos θ 2 = cos θ+ Ec$
5 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung der Wellenformen der Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22. Abschnitte (a) bis (d) in 5 zeigen die Wellenformen der Ausgangssignale sin θ1, cos θ1, sin θ2 bzw. cos θ2. Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 um 180° voneinander ab. Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen die erste Richtung und die dritte Richtung ebenfalls um 180° voneinander ab. Das Ausgangssignal sin θ1 und das Ausgangssignal sin θ2 haben daher die gleiche Phase. Ferner weichen bei der vorliegenden Ausführungsform die zweite Richtung und die vierte Richtung ebenfalls um 180° voneinander ab. Das Ausgangssignal cos θ1 und das Ausgangssignal cos θ2 haben daher die gleiche Phase.
5 zeigt ferner die in den jeweiligen Ausgangssignalen enthaltenen Rauschkomponenten. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist das Rauschfeld H_ext ein gepulstes Rauschfeld, das über einen Zeitraum angelegt ist, welcher ausreichend kürzer ist als die Periode T. Hier weist das Ausgangssignal sin θ1 eine Rauschkomponente mit einem positiven Wert auf, die von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufen wird, und das Ausgangssignal sin θ2 weist eine Rauschkomponente mit einem negativen Wert auf, die von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufen wird. Das Ausgangssignal cos θ1 weist eine Rauschkomponente mit einem negativen Wert auf, die von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufen wird, und das Ausgangssignal cos θ2 weist eine Rauschkomponente mit einem positiven Wert auf, die von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufen wird. Wie aus den Gleichungen (1) und (3) und 5 ersichtlich, hat die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente einen positiven Wert (Es), und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente hat einen negativen Wert (-Es). Wie aus den Gleichungen (2) und (4) und 5 ersichtlich, hat die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente einen negativen Wert (-Ec), und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente hat einen positiven Wert (Es).
Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens, mittels dessen die erste Arithmetikschaltung 31 das erste Signal und die Beziehung zwischen dem ersten Signal und dem Rauschfeld H_ext erzeugt. Auf der Basis des Ausgangssignals sin θ1 der ersten Detektionsschaltung 11 und des Ausgangssignals sin θ2 der dritten Detektionsschaltung 21 erzeugt die erste Arithmetikschaltung 31 das erste Signal sin θs, das eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist. Zum Beispiel können das Ausgangssignal sin θ1 und das Ausgangssignal sin θ2 zu dem ersten Signal sin θs gemittelt werden. In diesem Fall wird unter Anwendung der Gleichungen (1) und (3) das erste Signal sin θs durch die folgende Gleichung (5) angegeben: $\begin{matrix} sin θ= (sin θ 1 + sin θ 2) / 2 \\ = (sin θ+ Es + sin θ - Es) / 2 \\ = sin θ \end{matrix}$
Die Gleichung (5) zeigt, dass das erste Signal sin θs gleich sin θ ist. Wie aus den Gleichungen (1), (3) und (5) ersichtlich, heben sich, da die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen haben, die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente gegenseitig auf, wenn die erste Arithmetikschaltung 31 das erste Signal sin θs erzeugt. Wie aus den Gleichungen (1) und (3) ersichtlich, enthalten sowohl das Ausgangssignal sin θ1, das die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung anzeigt, als auch das Ausgangssignal sin θ2, das die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung anzeigt, sin θ. Das erste Signal sin θs weist daher eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung auf.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwar das Ausgangssignal sin θ1 und das Ausgangssignal sin θ2 in der Gleichung (5) gemittelt werden, das Ausgangssignal sin θ1 und das Ausgangssignal sin θ2 aber auch zu dem ersten Signal sin θs addiert werden können. Auch in diesem Fall heben sich die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente gegenseitig auf.
Als Nächstes wird das Verfahren, mittels dessen die zweite Arithmetikschaltung 32 das zweite Signal und die Beziehung zwischen dem zweiten Signal und dem Rauschfeld H_ext erzeugt, beschrieben. Auf der Basis des Ausgangssignals cos θ1 der zweiten Detektionsschaltung 12 und des Ausgangssignals cos θ2 der vierten Detektionsschaltung 22 erzeugt die zweite Arithmetikschaltung 32 das zweite Signal cos θs, das eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist. Zum Beispiel können das Ausgangssignal cos θ1 und das Ausgangssignal cos θ2 zu dem zweiten Signal cos θs gemittelt werden. In diesem Fall wird unter Anwendung der Gleichungen (2) und (4) das zweite Signal cos θs durch die folgende Gleichung (6) angegeben: $\begin{matrix} cos θ s = (cos θ 1 + cos θ 2) / 2 \\ = (cos θ− Ec + cos θ - Ec) / 2 \\ = cos θ \end{matrix}$
Die Gleichung (6) zeigt, dass das zweite Signal cos θs gleich cos θ ist. Wie aus den Gleichungen (2), (4) und (6) ersichtlich, heben sich, da die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen haben, die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente gegenseitig auf, wenn die zweite Arithmetikschaltung 32 das zweite Signal cos θs erzeugt. Wie aus den Gleichungen (2) und (4) hervorgeht, enthalten sowohl das Ausgangssignal cos θ1, das die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung anzeigt, als auch das Ausgangssignal cos θ2, das die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung anzeigt, cos θ. Das zweite Signal cos θs weist daher eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung auf.
Wie bei dem ersten Signal sin θs können das Ausgangssignal cos θ1 und das Ausgangssignal cos θ2 zu dem zweiten Signal cos θs addiert werden. Auch in diesem Fall heben sich die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente gegenseitig auf.
Als Nächstes wird das Verfahren beschrieben, mittels dessen die dritte Arithmetikschaltung 33 den Wert des detektierten Winkels θs und die Beziehung zwischen dem Wert des detektierten Winkels θs und dem Rauschfeld H_ext berechnet. Auf der Basis des ersten Signals sin θs und des zweiten Signals cos θs berechnet die dritte Arithmetikschaltung 33 den Wert des detektierten Winkels θs, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. Insbesondere berechnet zum Beispiel die dritte Arithmetikschaltung 33 θs unter Anwendung der folgenden Gleichung (7): $\begin{matrix} θ s = atan (sin θ s / cos θ s) \\ = atan (sin θ / cos θ) \\ = θ \end{matrix}$
wobei „atan“ einen Arcustangens darstellt.
Innerhalb des Bereichs von 360° hat θ in der Gleichung (7) zwei Lösungen mit einer Wertdifferenz von 180°. Welche der zwei Lösungen für θ in der Gleichung (7) die richtige Lösung für θ ist, kann anhand der Kombination aus positiven und negativen Vorzeichen für sin θ und cos θ bestimmt werden. Insbesondere ist dann, wenn sin θ einen positiven Wert hat, θ größer als 0° und kleiner als 180°. Wenn sin θ einen negativen Wert hat, ist θ größer als 180° und kleiner als 360°. Wenn cos θ einen positiven Wert hat, ist θ gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° oder größer als 270° und kleiner als oder gleich 360°. Wenn cos θ einen negativen Wert hat, ist θ größer als 90° und kleiner als 270°. Die dritte Arithmetikschaltung 33 ermittelt θ im Bereich von 360° auf der Basis von Gleichung (7) und der vorstehenden Bestimmung der Kombination aus positiven und negativen Vorzeichen für sin θ und cos θ.
Aus der Gleichung (7) ist ersichtlich, dass der Wert des detektierten Winkels θs gleich dem Winkel θ ist. Wie oben beschrieben, heben sich die in den jeweiligen Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten gegenseitig auf, wenn das erste Signal sin θs erzeugt wird, und die in den jeweiligen Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ2 enthaltenen Rauschkomponenten heben sich gegenseitig auf, wenn das zweite Signal cos θs erzeugt wird. Folglich ist es möglich, dass die dritte Arithmetikschaltung 33 θs unter Verwendung des ersten Signals sin θs, das keine Rauschkomponente enthält, und des zweiten Signals cos θs, das keine Rauschkomponente enthält, zu berechnen.
Wenn die Richtung des Rauschfelds H_ext der Richtung in 4A und 4B entgegengesetzt ist, stimmt die Richtung der ersten Komponente des Rauschfelds H_ext mit der -X-Richtung überein, und die Richtung der zweiten Komponente des Rauschfelds H_ext stimmt mit der Y-Richtung überein. Das heißt, dass in einem solchen Fall die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente einen negativen Wert hat, die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente einen positiven Wert hat, die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente einen positiven Wert hat und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente einen negativen Wert hat. Auch in diesem Fall heben sich die in den jeweiligen Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten gegenseitig auf, wenn das erste Signal sin θs erzeugt wird, und die in den jeweiligen Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ2 enthaltene Rauschkomponenten heben sich gegenseitig auf, wenn das zweite Signal cos θs erzeugt wird.
Wenn der Drehfeldsensor nur eine der ersten Detektionseinheit 10 und der zweiten Detektionseinheit 20 aufweist, wird der Wert des detektierten Winkels θs auf der Basis von zwei Ausgangssignalen, die Rauschkomponenten enthalten, berechnet. Nach der vorliegenden Ausführungsform haben in sämtlichen Situationen, einschließlich des vorstehend beschriebenen Beispiels, mit Ausnahme der Rauschkomponenten mit einer Größe von Null die in den jeweiligen Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen, und die in den jeweiligen Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ2 enthaltenen Rauschkomponenten haben einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen. Daher heben sich, wie oben beschrieben, die in den jeweiligen Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten gegenseitig auf, wenn das erste Signal sin θs erzeugt wird, und die in den jeweiligen Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ2 enthaltenen Rauschkomponenten heben sich gegenseitig auf, wenn das zweite Signal cos θs erzeugt wird. Dann werden das erste Signal sin θs, das keine Rauschkomponente enthält, und das zweite Signal cos θs, das keine Rauschkomponente enthält, verwendet, um den Wert des detektierten Winkels θs zu berechnen. Folglich ist es nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in dem detektierten Winkel zu reduzieren.
In der vorstehenden Beschreibung wurde der Fall behandelt, bei dem die Phase des Ausgangssignals cos θ1 von derjenigen des Ausgangssignals sin θ1 um 1/4 Periode T abweicht, die Phase des Ausgangssignals sin θ2 die gleiche ist wie diejenige des Ausgangssignals sin θ1 und die Phase des Ausgangssignals cos θ2 von derjenigen des Ausgangssignals sin θ2 um 1/4 Periode T abweicht. Jedoch kann die Phase des Ausgangssignals cos θ1 von derjenigen des Ausgangssignals sin θ1 um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T abweichen, die Phase des Ausgangssignals sin θ2 kann von derjenigen des Ausgangssignals sin θ1 um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode T abweichen und die Phase des Ausgangssignals cos θ2 kann von derjenigen des Ausgangssignals sin θ2 um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T abweichen. In einem solchen Fall ist es möglich, dass sich die in den jeweiligen Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten gegenseitig aufheben, wenn das erste Signal sin θs erzeugt wird, und dass sich die in den jeweiligen Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ2 enthaltenen Rauschkomponenten gegenseitig aufheben, wenn das zweite Signal cos θs erzeugt wird.
Bei der vorstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente die gleiche Größe aufweisen. Die Rauschkomponenten können jedoch auch unterschiedliche Größen aufweisen. Auch in einem solchen Fall haben der Wert der in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltenen Rauschkomponente und der Wert der in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltenen Rauschkomponente entgegengesetzte Vorzeichen. Daher heben sich beim Berechnen des ersten Signals sin θs unter Anwendung der Gleichung (5) die in den jeweiligen Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten gegenseitig auf. Dadurch wird die Größe der in dem ersten Signal sin θs enthaltenen Rauschkomponente kleiner als das Mittel der Größen der in den Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthaltenen Rauschkomponenten. Da die in dem ersten Signal sin θs enthaltene Rauschkomponente eine kleinere Größe aufweist, wie oben beschrieben, ist es möglich, von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in dem detektierten Winkel zu reduzieren. Ähnlich können die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente unterschiedliche Größen aufweisen. Auch in diesem Fall hat die in dem zweiten Signal cos θs enthaltene Rauschkomponente eine kleinere Größe als das Mittel der Größen der in den Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ1 enthaltenen Rauschkomponenten, und es ist somit möglich, von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in dem detektierten Winkel zu reduzieren.
Die vorliegende Ausführungsform betrifft den Fall, bei dem das Rauschfeld H_ext ein gepulstes Rauschfeld ist. Das Rauschfeld H_ext kann jedoch ein Rauschfeld sein, das keine Veränderung der Größe oder der Richtung über die Zeit erfährt, oder es kann ein Rauschfeld sein, das periodisch in Größe und Richtung variiert. Auch in solchen Fällen ist es möglich, die von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufenen Rauschkomponenten aufzuheben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die erste Detektionseinheit 10, die die ersten und zweiten Detektionsschaltungen 11 und 12 aufweist, in der ersten Position, und die zweite Detektionseinheit 20, die die dritten und vierten Detektionsschaltungen 21 und 22 aufweist, befindet sich in der zweiten Position. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Einbauorte der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 im Vergleich zu einem Fall, bei dem die ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 jeweils in unterschiedlichen Positionen eingebaut sind. Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltung 11, 12, 21 und 22 weist mindestens ein MR-Element auf. Nach der vorliegenden Ausführungsform sind, da die Einbauorte der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 reduziert worden sind, wie oben beschrieben, die Einbauorte der in den Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 enthaltenen MR-Elemente ebenfalls reduziert. Folglich ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Einbauorte der magnetischen Detektionselemente (MR-Elemente) zu reduzieren, wobei von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in dem detektierten Winkel reduziert werden.
[Modifikationsbeispiele]
Es werden nun erste und zweite Modifikationsbeispiele der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Als Erstes erfolgt eine Beschreibung eines Drehfeldsensors 1 nach dem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform anhand von 7. 7 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors 1 nach dem ersten Modifikationsbeispiel. Bei dem ersten Modifikationsbeispiel ist das Paar Magnete 3 und 4 relativ zu dem Drehmittelpunkt C geneigt, so dass sich die Distanz zwischen den Magneten 3 und 4 mit sich vergrößernder Distanz von der Oberseite des Scheibenteils 5 vergrößert. Die N- und S-Pole des Magneten 3 sind schräg zu dem Drehmittelpunkt C angeordnet, und zwar in der Reihenfolge S-Pol und N-Pol in der von der Oberseite des Scheibenteils 5 weg verlaufenden Richtung. Die N- und S-Pole des Magneten 4 sind schräg zu dem Drehmittelpunkt C angeordnet, und zwar in der Reihenfolge N-Pol und S-Pol in der von der Oberseite des Scheibenteils 5 weg verlaufenden Richtung.
In 7 sind der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 und der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 durch die gekrümmte Linie und die gerade Linie dargestellt, die jeweils mit dem Symbol M bezeichnet sind. Die Hauptabschnitte dieser Magnetflüsse sind in 7 nach oben verschoben im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Paar Magnete 3 und 4 nicht relativ zu dem Drehmittelpunkt C geneigt ist (2). Wenn das Paar Magnete 3 und 4 nicht relativ zu dem Drehmittelpunkt C geneigt ist, wie in 2 gezeigt, kann der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 unter der Oberseite der Scheibeneinheit 5 verlaufen. In einem solchen Fall ist es manchmal schwierig, die zweite Detektionseinheit 20 in einer optimalen Position anzuordnen, d. h. in der Position, in der der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 verläuft. Im Gegensatz dazu ist es bei dem ersten Modifikationsbeispiel möglich, die Verteilung der Magnetflüsse so einzustellen, dass der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 über der Oberseite des Scheibenteils 5 verläuft. Dadurch wird der Einbau der zweiten Detektionseinheit 20 in einer optimalen Position vereinfacht.
Bei dem in 7 gezeigten Beispiel können das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterschiedliche Stärken aufweisen. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine Korrekturberechnung unter Berücksichtigung der Stärken des ersten Teilmagnetfelds MF1 und des zweiten Teilmagnetfelds MF2 durchgeführt. Insbesondere wird zum Beispiel eines der der beiden Ausgangssignale sin θ1 und sin θ2 mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert, um ein Paar korrigierte Ausgangssignale zu erzeugen, so dass die korrigierten Ausgangssignale die gleiche Größe haben, wobei keine Rauschkomponente in den Ausgangssignalen sin θ1 und sin θ2 enthalten ist. Das Paar korrigierte Ausgangssignale wird dann zum Erzeugen des ersten Signals sin θs verwendet. Ähnlich wird eines der der beiden Ausgangssignale cos θ1 und cos θ2 mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert, um ein Paar korrigierte Ausgangssignale zu erzeugen, so dass die korrigierten Ausgangssignale die gleiche Größe haben, wobei keine Rauschkomponente in den Ausgangssignalen cos θ1 und cos θ2 enthalten ist. Das Paar korrigierte Ausgangssignale wird dann zum Erzeugen des zweiten Signals cos θs verwendet.
Nun wird anhand von 8 ein Drehfeldsensor 1 nach dem zweiten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 8 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors 1 nach dem zweiten Modifikationsbeispiel. Bei dem zweiten Modifikationsbeispiel ist das Paar Magnete 3 und 4 von der Oberseite des Scheibenteils 5 entfernt angeordnet. Zusätzlich zu den Komponenten der Felderzeugungseinheit 2 der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform weist die Felderzeugungseinheit 2 nach diesem Modifikationsbeispiel Tragelemente 7 und 8 auf, die an der Oberseite des Scheibenteils 5 befestigt sind. Die Magnete 3 und 4 sind an den Tragelementen 7 bzw. 8 angebracht.
In 8 sind der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 und der Hauptabschnitt des Magnetflusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 durch die gekrümmten Linien dargestellt, die mit dem Symbol M bezeichnet sind. Die Hauptabschnitte dieser Magnetflüsse sind in 8 nach oben verschoben im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Magnete 3 und 4 an der Oberseite des Scheibenteils 5 angebracht sind (2). Folglich ist es bei dem zweiten Modifikationsbeispiel möglich, die zweite Detektionseinheit 20 auf einfache Weise in einer optimalen Position einzubauen, wie auch bei dem ersten Modifikationsbeispiel. Ferner ermöglicht es das zweite Modifikationsbeispiel, das Auftreten einer Stärkendifferenz zwischen dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 zu verhindern. Dadurch ist keine oben beschriebene Korrekturberechnung erforderlich.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von 9 und 10 beschrieben. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. 10 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 9 und 10 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 61 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Felderzeugungseinheit 62 anstelle der Felderzeugungseinheit 2 der ersten Ausführungsform auf.
Die Felderzeugungseinheit 62 weist einen ringförmigen Magneten 63 auf. Der Magnet 63 ist an einer Drehwelle 66 angebracht, bei der es sich um den Gegenstand handelt, dessen Drehposition detektiert werden soll. In 9 und 10 zeigt die strichpunktierte Linie, die mit dem Symbol C bezeichnet ist, den Drehmittelpunkt, einschließlich der Mittelachse der Drehwelle 66. Der Magnet 63 ist mit nicht gezeigten Anbringmitteln an der Drehwelle 66 angebracht, so dass er symmetrisch um den Drehmittelpunkt C angeordnet ist. Der Magnet 63 dreht sich zusammen mit der Drehwelle 66 um den Drehmittelpunkt C. Folglich tritt ein drehendes Magnetfeld auf der Basis des von dem Magneten 63 erzeugten Magnetfelds auf.
Der Magnet 63 weist eine erste Schicht 63A und eine zweite Schicht 63B auf. In jeder der ersten und zweiten Schichten 63A und 63B sind ein oder mehrere Paare N- und S-Pole abwechselnd in einer Ringform angeordnet. In 9 und 10 sind die erste Schicht 63A und die zweite Schicht 63B in vertikaler Richtung (der zu dem Drehmittelpunkt C parallel verlaufenden Richtung) gestapelt. Die N-Pole der ersten Schicht 63A sind so angeordnet, dass sie vertikal an die S-Pole der zweiten Schicht 63B angrenzen. Die S-Pole der ersten Schicht 63A sind so angeordnet, dass sie vertikal an die N-Pole der zweiten Schicht 63B angrenzen.
Wie in 9 und 10 gezeigt, befinden sich die ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 außerhalb der Außenperipherie des Magneten 63, und sie sind in der zu dem Drehmittelpunkt C parallel verlaufenden Richtung angeordnet. Die Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10 befindet, ist die erste Position. Die Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20 befindet, ist die zweite Position. Die erste Position liegt über einer gedachten Ebene, die die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 63A und der zweiten Schicht 63B umfasst. Die zweite Position befindet sich unter der gedachten Ebene. Das drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position auf. Magnetflüsse in der Nähe der ersten Schicht 63A erzeugen den größten Teil des ersten Teilmagnetfelds MF1. Die Magnetflüsse in der Nähe der ersten Schicht 63A umfassen einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der ersten und zweiten Schichten 63A und 63B, die vertikal aneinander angrenzen, und einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der ersten Schicht 63A, die in der Drehrichtung aneinander angrenzen. Magnetflüsse in der Nähe der zweiten Schicht 63B erzeugen den größten Teil des zweiten Teilmagnetfelds MF2. Die Magnetflüsse in der Nähe der zweiten Schicht 63B umfassen einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der ersten und zweiten Schichten 63A und 63B, die vertikal aneinander angrenzen, und einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der zweiten Schicht 63B, die in der Drehrichtung aneinander angrenzen. In 10 ist der Hauptabschnitt des Magnetflusses von einem N-Pol der ersten Schicht 63A zu einem S-Pol der zweiten Schicht 63B durch die gekrümmte Linie, die mit dem Symbol M bezeichnet ist, dargestellt. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position. Das erste angelegte Feld weist das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Eine erste Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine dritte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab. Eine zweite Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine vierte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab.
Bei dem in 9 gezeigten Beispiel weist jede der ersten Schicht 63A und der zweiten Schicht 63B fünf Paare N- und S-Pole auf. Eine Drehung des Magneten 63 erzeugt fünf Drehungen des ersten Teilmagnetfelds MF1 und des zweiten Teilmagnetfelds MF2. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer Fünftel Drehung des Magneten 63, d. h. einem Drehwinkel von 72° des Magneten 63.
[Modifikationsbeispiel]
Ein Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform wird nun anhand von 11 beschrieben. 11 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors 61 nach dem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 11 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 61 nach dem Modifikationsbeispiel eine Felderzeugungseinheit 72 anstelle der Felderzeugungseinheit 62 auf.
Die Felderzeugungseinheit 72 weist einen Magneten 73 auf, der in einer Richtung lang ausgebildet ist. Der Magnet 73 führt eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung aus, und zwar zusammen mit einer geraden Bewegung des Gegenstands. Folglich tritt auf der Basis des von dem Magneten 73 erzeugten Magnetfelds ein drehendes Magnetfeld auf. Der Magnet 73 weist eine erste Schicht 73A und eine zweite Schicht 73B auf, von denen jede eine Vielzahl von abwechselnd in einer Linie angeordneten Paaren von N- und S-Polen aufweist. Die erste Schicht 73A und die zweite Schicht 73B sind in 11 in vertikaler Richtung (der zu der Bewegungsrichtung des Magneten 73 orthogonal verlaufenden Richtung) gestapelt. Die N-Pole der ersten Schicht 73A sind so angeordnet, dass sie vertikal an die S-Pole der zweiten Schicht 73B angrenzen. Die S-Pole der ersten Schicht 73A sind so angeordnet, dass sie vertikal an die N-Pole der zweiten Schicht 73B angrenzen.
Wie in 11 gezeigt, befinden sich die ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 neben dem Magneten 73, und sie sind in 11 in der vertikalen Richtung (der Stapelrichtung der ersten Schicht 73A und der zweiten Schicht 73B) gestapelt. Die Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10 befindet, ist die erste Position. Die Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20 befindet, ist die zweite Position. Die erste Position liegt über einer gedachten Ebene, die die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 73A und der zweiten Schicht 73B umfasst. Die zweite Position befindet sich unter der gedachten Ebene. Das drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position auf. Magnetflüsse in der Nähe der ersten Schicht 73A erzeugen den größten Teil des ersten Teilmagnetfelds MF1. Die Magnetflüsse in der Nähe der ersten Schicht 73A umfassen einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der ersten und zweiten Schichten 73A und 73B, die vertikal aneinander angrenzen, und einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der ersten Schicht 73A, die in der Bewegungsrichtung des Magneten 73 aneinander angrenzen. Magnetflüsse in der Nähe der zweiten Schicht 73B erzeugen den größten Teil des zweiten Teilmagnetfelds MF2. Die Magnetflüsse in der Nähe der zweiten Schicht 73B umfassen einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der ersten und zweiten Schichten 73A und 73B, die vertikal aneinander angrenzen, und einen Magnetfluss zwischen zwei unterschiedlichen Polen der zweiten Schicht 73B, die in der Bewegungsrichtung des Magneten 73 aneinander angrenzen. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position. Das erste angelegte Feld weist das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Eine erste Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine dritte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab. Eine zweite Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine vierte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab.
Während sich der Magnet 73 um eine Teilung bewegt, d. h. soviel wie ein Paar N- und S-Pole, führen jedes des ersten Teilmagnetfelds MF1 und des zweiten Teilmagnetfelds MF2 eine Drehung aus. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionseinheiten 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer Teilung des Magneten 73.
Der weitere Aufbau, der Betrieb und die Funktionen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
(Dritte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von 12 beschrieben. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 12 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 81 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Felderzeugungseinheit 82 anstelle der Felderzeugungseinheit 62 der zweiten Ausführungsform auf.
Die Felderzeugungseinheit 82 weist einen ringförmigen Magneten 83 auf. Der Magnet 83 ist an einer Drehwelle 66 angebracht, bei der es sich um den Gegenstand handelt, dessen Drehposition detektiert werden soll. In 12 zeigt die strichpunktierte Linie, die mit dem Symbol C bezeichnet ist, den Drehmittelpunkt, einschließlich der Mittelachse der Drehwelle 66. Der Magnet 83 ist mit nicht gezeigten Anbringmitteln an der Drehwelle 66 angebracht, so dass er symmetrisch um den Drehmittelpunkt C angeordnet ist. Der Magnet 83 dreht sich zusammen mit der Drehwelle 66 um den Drehmittelpunkt C. Folglich tritt ein drehendes Magnetfeld auf der Basis des von dem Magneten 83 erzeugten Magnetfelds auf. Der Magnet 83 ist aus 2n Paaren (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1) von N- und S-Polen gebildet, die abwechselnd in einer Ringform angeordnet sind. Bei dem in 12 gezeigten Beispiel weist der Magnet 83 zwei Paare N- und S-Pole auf.
Wie in 12 gezeigt, sind die ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 in symmetrischen Positionen relativ zu einer gedachten Ebene, die den Drehmittelpunkt C umfasst, mit dem dazwischen liegenden Magneten 83 angeordnet. Die Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10 befindet, ist die erste Position. Die Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20 befindet, ist die zweite Position. Das drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position auf. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position. Das erste angelegte Feld weist das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Eine erste Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine dritte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab. Eine zweite Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine vierte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab.
Bei dem in 12 gezeigten Beispiel erzeugt eine Drehung des Magneten 83 zwei Drehungen des ersten Teilmagnetfelds MF1 und des zweiten Teilmagnetfelds MF2. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer halben Drehung des Magneten 83, d. h. einem Drehwinkel von 180° des Magneten 83.
[Modifikationsbeispiel]
Ein Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform wird nun anhand von 13 beschrieben. 13 zeigt eine Seitenansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors 81 nach dem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 13 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 81 nach dem Modifikationsbeispiel eine Felderzeugungseinheit 92 anstelle der Felderzeugungseinheit 82 auf.
Die Felderzeugungseinheit 92 weist einen Magneten 93 auf, der in einer Richtung lang ausgebildet ist. Der Magnet 93 führt eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung aus, und zwar zusammen mit einer geraden Bewegung des Gegenstands. Folglich tritt auf der Basis des von dem Magneten 93 erzeugten Magnetfelds ein drehendes Magnetfeld auf. Der Magnet 93 ist aus einer Vielzahl von Paaren von N- und S-Polen gebildet, die abwechselnd in einer Linie angeordnet sind.
Wie in 13 gezeigt, befinden sich die ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 neben dem Magneten 93, und sie sind in einer zu der Bewegungsrichtung des Magneten 93 parallel verlaufenden Richtung angeordnet. Die zweite Detektionseinheit 20 befindet sich in einer von der Position der ersten Detektionseinheit 10 um eine halbe Teilung des Magneten 93 versetzten Position. Die Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10 befindet, ist die erste Position. Die Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20 befindet, ist die zweite Position. Das drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position auf. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position. Das erste angelegte Feld weist das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Eine erste Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine dritte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab.
Eine zweite Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine vierte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab.
Während sich der Magnet 93 um eine Teilung bewegt, führen jedes des ersten Teilmagnetfelds MF1 und des zweiten Teilmagnetfelds MF2 eine Drehung aus. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionseinheiten 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer Teilung des Magneten 93.
Der weitere Aufbau, der Betrieb und die Funktionen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor nach der vierten Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von 14 bis 16 beschrieben. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung. 16 zeigt ein Blockdiagramm mit Darstellung des Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung. Als Erstes erfolgt eine Beschreibung des Aufbaus des Drehfeldsensors 101 nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 16 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 101 erste und zweite Verbund-Detektionseinheiten 210A und 210B auf.
Jede der Verbund-Detektionseinheiten 210A und 210B hat den gleichen Aufbau wie den des Drehfeldsensors 1 der ersten Ausführungsform ohne die Felderzeugungseinheit 2. Insbesondere weist die erste Verbund-Detektionseinheit 210A eine erste Detektionseinheit 10A, eine zweite Detektionseinheit 20A, eine erste Arithmetikschaltung 31A, eine zweite Arithmetikschaltung 32A und eine dritte Arithmetikschaltung 33A auf, die den gleichen Aufbau haben wie die erste Detektionseinheit 10, die zweite Detektionseinheit 20, die erste Arithmetikschaltung 31, die zweite Arithmetikschaltung 32 bzw. die dritte Arithmetikschaltung 33. Ähnlich weist die zweite Verbund-Detektionseinheit 210B eine dritte Detektionseinheit 10B, eine vierte Detektionseinheit 20B, eine vierte Arithmetikschaltung 31 B, eine fünfte Arithmetikschaltung 32B und eine sechste Arithmetikschaltung 33B auf, die den gleichen Aufbau haben wie die erste Detektionseinheit 10, die zweite Detektionseinheit 20, die erste Arithmetikschaltung 31, die zweite Arithmetikschaltung 32 bzw. die dritte Arithmetikschaltung 33. Die erste Detektionseinheit 10A befindet sich in einer ersten Position, die zweite Detektionseinheit 20A befindet sich in einer zweiten Position, die dritte Detektionseinheit 10B befindet sich in einer dritten Position und die vierte Detektionseinheit 20B befindet sich in einer vierten Position.
Wie in 14 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 101 nach der vorliegenden Ausführungsform ferner eine Felderzeugungseinheit 102 zum Erzeugen eines drehenden Magnetfelds auf. Die Felderzeugungseinheit 102 hat den gleichen Aufbau wie den der Felderzeugungseinheit 62 der zweiten Ausführungsform. Insbesondere weist die Felderzeugungseinheit 102 einen ringförmigen Magneten 103 auf, der an einer Drehwelle 66 angebracht ist. Der Magnet 103 weist eine erste Schicht 103A und eine zweite Schicht 103B auf, die genauso ausgeführt sind wie die erste Schicht 63A bzw. die zweite Schicht 63B. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist jede der ersten Schicht 103A und der zweiten Schicht 103B zwei Paare N- und S-Pole auf.
Die relative Positionsbeziehung der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A relativ zu dem Magneten 103 ist die gleiche wie die der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 relativ zu dem Magneten 63 bei der zweiten Ausführungsform. Die relative Positionsbeziehung der dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B relativ zu dem Magneten 103 ist ebenfalls die gleiche wie die der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 relativ zu dem Magneten 63 bei der zweiten Ausführungsform. Die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B befinden sich in Positionen, die von den Positionen der ersten bzw. zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu 1/8 Periode der Drehung des drehenden Magnetfelds, d. h. einem elektrischen Winkel von 45°.
Die Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10A befindet, ist die erste Position. Die Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20A befindet, ist die zweite Position. Das drehende Magnetfeld weist ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position auf. Die ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2 werden von dem Magneten 103 nach dem gleichen Prinzip erzeugt wie bei der zweiten Ausführungsform. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10A detektiert ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position. Das erste angelegte Feld weist das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente auf. Die zweite Detektionseinheit 20A detektiert ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position. Das zweite angelegte Feld weist das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente auf. Eine erste Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine dritte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab. Eine zweite Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des ersten angelegten Felds dient, und eine vierte Richtung, die als die Referenzrichtung für eine weitere Komponente des zweiten angelegten Felds dient, weichen um 180° voneinander ab. Die erste Richtung verläuft zum Beispiel von dem Drehmittelpunkt C zu der ersten Detektionseinheit 10A.
Die Position, in der sich die dritte Detektionseinheit 10B befindet, ist die dritte Position. Die Position, in der sich die vierte Detektionseinheit 20B befindet, ist die vierte Position. Das drehende Magnetfeld weist ferner ein drittes Teilmagnetfeld MF3 in der dritten Position und ein viertes Teilmagnetfeld MF4 in der vierten Position auf. Die dritten und vierten Teilmagnetfelder MF3 und MF4 werden von dem Magneten 103 nach dem gleichen Prinzip erzeugt wie die ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2. Das dritte Teilmagnetfeld MF3 und das vierte Teilmagnetfeld MF4 weichen in der Richtung um 180° voneinander ab und drehen sich in der gleichen Drehrichtung wie der der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2.
Die dritte Detektionseinheit 10B detektiert ein drittes angelegtes Feld in der dritten Position. Das dritte angelegte Feld weist das dritte Teilmagnetfeld MF3 als seine Hauptkomponente auf. Die vierte Detektionseinheit 20B detektiert ein viertes angelegtes Feld in der vierten Position. Das vierte angelegte Feld weist das vierte Teilmagnetfeld MF4 als seine Hauptkomponente auf. Nachstehend wird die Richtung, die als eine Referenzrichtung für eine Komponente des dritten angelegten Felds dient, als eine fünfte Richtung bezeichnet, und die Richtung, die als eine Referenzrichtung für eine weitere Komponente des dritten angelegten Felds dient, wird als eine sechste Richtung bezeichnet. Die Richtung, die als eine Referenzrichtung für das vierte angelegte Feld dient, wird als eine siebte Richtung bezeichnet, und die Richtung, die als eine Referenzrichtung für eine weitere Komponente des vierten angelegten Felds dient, wird als eine achte Richtung bezeichnet. Die fünfte Richtung und die siebte Richtung verlaufen parallel zueinander. Die sechste Richtung und die achte Richtung verlaufen parallel zueinander. Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen insbesondere die fünfte Richtung und die siebte Richtung um 180° voneinander ab. Die sechste Richtung und die achte Richtung weichen um 180° voneinander ab. Die fünfte Richtung verläuft zum Beispiel von dem Drehmittelpunkt C zu der dritten Detektionseinheit 10B.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weicht der Winkel, den die Richtung des dritten Teilmagnetfelds MF3 relativ zu der fünften Richtung bildet, von demjenigen Winkel, den die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 relativ zu der ersten Richtung bildet, um einen Winkel ab, der äquivalent ist zu einem elektrischen Winkel von 45°. Ähnlich weicht der Winkel, den die Richtung des vierten Teilmagnetfelds MF4 relativ zu der siebten Richtung bildet, von demjenigen Winkel, den die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 relativ zu der vierten Richtung bildet, um einen Winkel ab, der äquivalent ist zu einem elektrischen Winkel von 45°.
Die erste Detektionseinheit 10A weist eine erste Detektionsschaltung 11A und eine zweite Detektionsschaltung 12A auf. Die erste Detektionsschaltung 11A und die zweite Detektionsschaltung 12A haben den gleichen Aufbau wie die erste Detektionsschaltung 11 bzw. die zweite Detektionsschaltung 12 der ersten Ausführungsform. Die erste Detektionsschaltung 11A detektiert die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die zweite Detektionsschaltung 12A detektiert die Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die erste Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die erste Detektionsschaltung 11A das erste angelegte Feld detektiert. Die zweite Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die zweite Detektionsschaltung 12A das erste angelegte Feld detektiert.
Die zweite Detektionseinheit 20A weist eine dritte Detektionsschaltung 21A und eine vierte Detektionsschaltung 22A auf. Die dritte Detektionsschaltung 21A und die vierte Detektionsschaltung 22A haben den gleichen Aufbau wie die dritte Detektionsschaltung 21 bzw. die vierte Detektionsschaltung 22 der ersten Ausführungsform. Die dritte Detektionsschaltung 21A detektiert die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die vierte Detektionsschaltung 22A detektiert die Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die dritte Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die dritte Detektionsschaltung 21A das zweite angelegte Feld detektiert. Die vierte Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die vierte Detektionsschaltung 22A das zweite angelegte Feld detektiert.
Die dritte Detektionseinheit 10B weist eine fünfte Detektionsschaltung 11 B und eine sechste Detektionsschaltung 12B auf. Die fünfte Detektionsschaltung 11 B und die sechste Detektionsschaltung 12B haben den gleichen Aufbau wie die erste Detektionsschaltung 11 bzw. die zweite Detektionsschaltung 12 der ersten Ausführungsform. Die fünfte Detektionsschaltung 11B detektiert die Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der fünften Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die sechste Detektionsschaltung 12B detektiert die Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der sechsten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die fünfte Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die fünfte Detektionsschaltung 11B das dritte angelegte Feld detektiert. Die sechste Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die sechste Detektionsschaltung 12B das dritte angelegte Feld detektiert.
Die vierte Detektionseinheit 20B weist eine siebte Detektionsschaltung 21B und eine achte Detektionsschaltung 22B auf. Die siebte Detektionsschaltung 21B und die achte Detektionsschaltung 22B haben den gleichen Aufbau wie die dritte Detektionsschaltung 21 bzw. die vierte Detektionsschaltung 22 der ersten Ausführungsform. Die siebte Detektionsschaltung 21B detektiert die Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der siebten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die achte Detektionsschaltung 22B detektiert die Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der achten Richtung und gibt ein Signal aus, das die Stärke anzeigt. Die siebte Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die siebte Detektionsschaltung 21B das vierte angelegte Feld detektiert. Die achte Richtung dient als eine Referenzrichtung, wenn die achte Detektionsschaltung 22B das vierte angelegte Feld detektiert.
Bei dem in 14 gezeigten Beispiel weist jede der ersten Schicht 103A und der zweiten Schicht 103B zwei Paare N- und S-Pole auf. Eine Drehung des Magneten 103 erzeugt zwei Drehungen des ersten Teilmagnetfelds MF1 und des zweiten Teilmagnetfelds MF2. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11 B, 12B, 21B und 22B, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer halben Drehung des Magneten 103, d. h. einem Drehwinkel von 180° des Magneten 103. Die Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21 B und 22B weisen die gleiche Periode auf. In der nachstehenden Beschreibung wird die Periode der Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B als Periode T bezeichnet. Das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12A weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11A um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T ab. Das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21A weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11A um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode T ab. Das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22A weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21A um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T ab. Das Ausgangssignal der sechsten Detektionsschaltung 12B weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung 11B um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T ab. Das Ausgangssignal der siebten Detektionsschaltung 21B weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung 11B um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode T ab. Das Ausgangssignal der achten Detektionsschaltung 22B weicht in der Phase von dem Ausgangssignal der siebten Detektionsschaltung 21B um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode T ab.
Die erste Arithmetikschaltung 31A erzeugt auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen 11A und 21A ein erstes Signal, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist. Die zweite Arithmetikschaltung 32A erzeugt auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen 12A und 22A ein zweites Signal, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist. Auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet die dritte Arithmetikschaltung 33A einen detektierten Wert desjenigen Winkels, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in einer ersten Referenzposition relativ zu einer ersten Referenzrichtung bildet. Nachstehend wird der von der dritten Arithmetikschaltung 33A berechnete detektierte Wert als erster Wert des detektierten Winkels bezeichnet und mit dem Symbol θAs bezeichnet. Der erste Wert des detektierten Winkels θAs wird unter Anwendung des gleichen Verfahrens berechnet wie der Wert des detektierten Winkels θs bei der ersten Ausführungsform. Unter Vernachlässigung von Fehlern weist der erste Wert des detektierten Winkels θAs eine Differenz des konstanten Werts (einschließlich 0) relativ zu demjenigen Winkel auf, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Der erste Wert des detektierten Winkels θAs weist somit eine Übereinstimmungsbeziehung mit demjenigen Winkel auf, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Die vierte Arithmetikschaltung 31B erzeugt auf der Basis der Ausgangssignale der fünften und siebten Detektionsschaltungen 11B und 21B ein drittes Signal, das eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der fünften Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der siebten Richtung aufweist. Die fünfte Arithmetikschaltung 32B erzeugt auf der Basis der Ausgangssignale der sechsten und achten Detektionsschaltungen 12B und 22B ein viertes Signal, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der sechsten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der achten Richtung aufweist. Auf der Basis des dritten Signals und des vierten Signals berechnet die sechste Arithmetikschaltung 33B einen detektierten Wert desjenigen Winkels, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in einer zweiten Referenzposition relativ zu einer zweiten Referenzrichtung bildet. Nachstehend wird der von der sechsten Arithmetikschaltung 33B berechnete detektierte Wert als zweiter Wert des detektierten Winkels bezeichnet und mit dem Symbol θBs bezeichnet. Der zweite Wert des detektierten Winkels θBs wird unter Anwendung des gleichen Verfahrens berechnet wie der Wert des detektierten Winkels θs bei der ersten Ausführungsform. Unter Vernachlässigung von Fehlern weist der zweite Wert des detektierten Winkels θBs eine Differenz des konstanten Werts (einschließlich 0) relativ zu demjenigen Winkel auf, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. Der zweite Wert des detektierten Winkels θBs weist somit eine Übereinstimmungsbeziehung mit demjenigen Winkel auf, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Wie in 16 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 101 ferner eine siebte Arithmetikschaltung 211 auf, die einen Wert des detektierten Winkels θs berechnet, welcher eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition des Drehfeldsensors 101 relativ zu der Referenzrichtung des Drehfeldsensors 101 bildet. Die siebte Arithmetikschaltung 211 berechnet den Wert des detektierten Winkels θs auf der Basis des von der dritten Arithmetikschaltung 30A berechneten ersten Werts des detektierten Winkels θAs und des von der sechsten Arithmetikschaltung 30B berechneten zweiten Werts des detektierten Winkels θBs. Die siebte Arithmetikschaltung 211 kann zum Beispiel von einem Mikrocomputer implementiert sein. Die Referenzposition und die Referenzrichtung des Drehfeldsensors 101 können mit der ersten Referenzposition bzw. der ersten Referenzrichtung oder mit der zweiten Referenzposition bzw. der zweiten Referenzrichtung übereinstimmen, oder sie können jede geeignete Position und Richtung sein, die sich von diesen Positionen und Richtungen unterscheiden.
Es folgt nun eine Beschreibung des Aufbaus eines Drehfeldsensors 101 nach einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 15 gezeigt, weist der Drehfeldsensor 101 nach dem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform eine Felderzeugungseinheit 112 anstelle der Felderzeugungseinheit 102 auf. Die Felderzeugungseinheit 112 hat den gleichen Aufbau wie den der Felderzeugungseinheit 72 der zweiten Ausführungsform. Insbesondere weist die Felderzeugungseinheit 112 einen Magneten 113 mit dem gleichen Aufbau wie dem des Magneten 73 auf. Der Magnet 113 führt eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung aus, und zwar zusammen mit einer geraden Bewegung des Gegenstands. Folglich tritt auf der Basis des von dem Magneten 113 erzeugten Magnetfelds ein drehendes Magnetfeld auf. Der Magnet 113 weist eine erste Schicht 113A und eine zweite Schicht 113B auf, die genauso ausgeführt sind wie die erste Schicht 73A bzw. die zweite Schicht 73B.
Die relative Positionsbeziehung der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A relativ zu dem Magneten 113 ist die gleiche wie die der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 relativ zu dem Magneten 73 bei der zweiten Ausführungsform. Die relative Positionsbeziehung der dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B relativ zu dem Magneten 113 ist ebenfalls die gleiche wie die der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10 und 20 relativ zu dem Magneten 73 bei der zweiten Ausführungsform. Bei dem Modifikationsbeispiel befinden sich die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B in Positionen, die von den Positionen der ersten bzw. zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu 1/8 Periode der Drehung des drehenden Magnetfelds oder einem elektrischen Winkel von 45°, d. h. um eine achtel Teilung des Magneten 113.
Als Nächstes wird das Verfahren beschrieben, mittels dessen die siebte Arithmetikschaltung 211 den Wert des detektierten Winkels θs berechnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet die siebte Arithmetikschaltung 211 den Wert des detektierten Winkels θs auf der Basis des von der dritten Arithmetikschaltung 33A der Verbund-Detektionseinheit 210A berechneten ersten Werts des detektierten Winkels θAs und des von der sechsten Arithmetikschaltung 33B der Verbund-Detektionsschaltung 210B berechneten zweiten Wert des detektierten Winkels θBs. Bei den in 14 und 15 gezeigten Beispielen befinden sich die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B der Verbund-Detektionseinheit 210B in Positionen, die von den Positionen der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A der Verbund-Detektionseinheit 210A um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu einem elektrischen Winkel von 45°. Der durch die Detektion der ersten und zweiten angelegten Felder erhaltene erste Wert des detektierten Winkels θAs weicht daher in der Phase von dem durch Detektion der dritten und vierten angelegten Felder erhaltenen zweiten Wert des detektierten Winkels θBs um einen elektrischen Winkel von 45° ab. Bei solchen Beispielen berechnet die siebte Arithmetikschaltung 211 θs durch Anwendung der folgenden Gleichung (8): $θ s = (θ As + θ Bs + π / 4) / 2$
Als Nächstes werden der Betrieb und die Funktionen des Drehfeldsensors 101 beschrieben. Bei dem Drehfeldsensor 101 berechnet die dritte Arithmetikschaltung 33A den ersten Wert des detektierten Winkels θAs auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals. Das erste Signal wird auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen 11A und 21A erzeugt, und das zweite Signal wird auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen 12A und 22A erzeugt. Bei dem Drehfeldsensor 101 berechnet die sechste Arithmetikschaltung 33B den zweiten Wert des detektierten Winkels θBs auf der Basis des dritten Signals und des vierten Signals. Das dritte Signal wird auf der Basis der Ausgangssignale der fünften und siebten Detektionsschaltungen 11B und 21B erzeugt, und das vierte Signal wird auf der Basis der Ausgangssignale der sechsten und achten Detektionsschaltungen 12B und 22B erzeugt. Auf der Basis des ersten Werts des detektierten Winkels θAs und des zweiten Werts des detektierten Winkels θBs berechnet die siebte Arithmetikschaltung 211 unter Anwendung der Gleichung (8) den Wert des detektierten Winkels θs, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Wie bei der ersten Ausführungsform dargestellt, beschreiben die Wellenformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B idealerweise eine Sinuskurve (einschließlich einer Sinuswellenform und einer Kosinuswellenform). Tatsächlich sind jedoch die Wellenformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B aus einer sinusförmigen Kurve heraus verzerrt, da die Ausgangssignal-Wellenformen der MR-Elemente durch die MR-Elemente verzerrt sind. Beispiele für die Situation, in der die Ausgangssignal-Wellen-form der MR-Elemente durch die MR-Elemente verzerrt sind, umfassen: wenn die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten in den MR-Elementen aufgrund des Einflusses des drehenden Magnetfelds oder Ähnliches variieren; und wenn die Richtungen der Magnetisierung der freien Schichten in den MR-Elementen aufgrund des Einflusses solcher Faktoren wie die Formanisotropie und die Koerzivität der freien Schichten nicht mit der Richtung des ersten angelegten Felds oder des zweiten angelegten Felds übereinstimmen. 17 zeigt die Verzerrung der Wellenform der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen. 17 zeigt die Wellenform des Ausgangssignals der Detektionsschaltung 12A, die repräsentativ ist für die Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11 B, 12B, 21 B und 22B. In 17 ist der Winkel, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der ersten Position relativ zu der Referenzrichtung bildet, durch das Symbol θA dargestellt, und das Ausgangssignal der Detektionsschaltung 12A wird durch das Symbol cos θA1 dargestellt. In 17 zeigt die horizontale Achse den Winkel θA an, und die vertikale Achse zeigt das Ausgangssignal cos θA1 an. Das Bezugszeichen 220 bezeichnet eine ideale sinusförmige Kurve. Die zwei mit den Bezugszeichen 221 und 222 bezeichneten Wellenformen zeigen Wellenformen, die durch die MR-Elemente verzerrt sind.
Wie oben beschrieben, ist die Wellenform der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A und 22A durch die MR-Elemente verzerrt. Der erste Wert des detektierten Winkels θAs enthält daher einen ersten Winkelfehler dθA relativ zu einem theoretischen Wert des ersten Werts des detektierten Winkels θAs, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 gebildet ist, das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 gebildet ist und die Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2 eine ideale Drehung ausführen. Ähnlich ist die Wellenform der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11B, 12B, 21 B und 22B durch die MR-Elemente verzerrt. Der zweite Wert des detektierten Winkels θBs enthält daher einen zweiten Winkelfehler dθB relativ zu einem theoretischen Wert des zweiten Werts des detektierten Winkels θBs, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld MF3 gebildet ist, das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld MF4 gebildet ist und die Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder MF3 und MF4 eine ideale Drehung ausführen. Der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB erfahren periodische Veränderungen mit der gleichen Fehlerperiode in Reaktion auf Veränderungen der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder MF1, MF2, MF3 und MF4. Die Veränderung des ersten Winkelfehlers dθA ist von einer Veränderung des ersten Werts des detektierten Winkels θAs abhängig, und die Veränderung des zweiten Winkelfehlers dθB ist von einer Veränderung des zweiten Werts des detektierten Winkels θBs abhängig. Wenn die Wellenformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen verzerrt sind, wie in 17 gezeigt, beträgt die Fehlerperiode 1/4 Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen, d. h. π/2 (elektrischer Winkel von 90°).
18 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs und dem ersten Winkelfehler dθA. In 18 zeigt die horizontale Achse den Winkel θA an, und die vertikale Achse zeigt den Winkel θA, den ersten Wert des detektierten Winkels θAs und den ersten Winkelfehler dθA an. Der Einfachheit halber zeigt 18 den Winkel θA und den ersten Wert des detektierten Winkels θAs auf der vertikalen Achse in Werten nach einer Subtraktion von 180°, wenn die tatsächlichen Winkel im Bereich von 90° bis 270° liegen, und in Werten nach einer Subtraktion von 360°, wenn die tatsächlichen Winkel im Bereich von 270° bis 360° liegen. In der nachstehenden Beschreibung werden Diagramme, die dem in 18 ähnlich sind, auf die gleiche Weise wie das in 18 dargestellt. Die Beziehung zwischen dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs und dem zweiten Winkelfehler dθB ist die gleiche wie in 18. Zum besseren Verständnis zeigt 18 die Wellenform des ersten Werts des detektierten Winkels θAs mit Heraushebung der Komponente des Winkelfehlers dθA. Das Gleiche gilt für andere Diagramme, die dem in 18 ähnlich sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen der erste Wert des detektierten Winkels θAs und der zweite Wert des detektierten Winkels θBs in der Phase um 1/2 Fehlerperiode voneinander ab, d. h. um π/4 (elektrischer Winkel von 45°). Um eine solche Abweichung zu erreichen, sind bei der vorliegenden Ausführungsform die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt, der äquivalent ist zu 1/2 Fehlerperiode (elektrischer Winkel von 45°). Nach der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den ersten Winkelfehler dθA und den zweiten Winkelfehler dθB aufzuheben. Dies wird anhand von 19 und 20 beschrieben. Teil (a) von 19 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs und dem ersten Winkelfehler dθA in 18. Teil (b) von 19 zeigt die Beziehung zwischen dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs und dem zweiten Winkelfehler dθB. In 19(b) ist der Winkel, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der zweiten Referenzposition relativ zu der zweiten Referenzrichtung bildet, mit dem Symbol θB dargestellt. Bei dem in 19 gezeigten Beispiel weisen der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB eine Amplitude von ± 0,09° auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen der erste Wert des detektierten Winkels θAs und der zweite Wert des detektierten Winkels θBs eine Phasendifferenz in Höhe eines ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode, d. h. eines ungeraden Mehrfachen von π/4, auf. Der Wert des detektierten Winkels wird dann unter Verwendung des ersten Werts des detektierten Winkels θAs und des zweiten Werts des detektierten Winkels θBs berechnet. Beim Berechnen des Werts des detektierten Winkels θs weisen somit der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB entgegengesetzte Phasen auf. Folglich heben sich der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB gegenseitig auf.
20 zeigt die Beziehung zwischen dem Wert des detektierten Winkels θs, der wie oben beschrieben berechnet worden ist, und einem in dem Wert des detektierten Winkels θs enthaltenen Winkelfehler dθ. In 20 ist der Winkel, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet, mit dem Symbol θ dargestellt. Wie in 20 gezeigt, ist der Winkelfehler dθ wesentlich kleiner als der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB. Bei dem in 20 gezeigten Beispiel weist der Winkelfehler dθ eine Amplitude von ± 0,02° auf.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkel θAs und dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs nicht auf 1/2 Fehlerperiode beschränkt ist und ein ungerades Mehrfaches der 1/2 Fehlerperiode sein kann. In einem solchen Fall werden der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB aufgehoben, um den in dem Wert des detektierten Winkels θs enthaltenen Winkelfehler wesentlich zu reduzieren. Zum Beispiel können sich die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B der Verbund-Detektionseinheit 210B in Positionen befinden, die von den Positionen der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A der Verbund-Detektionseinheit 210A um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode in der Drehrichtung der Felderzeugungseinheit 102. Dadurch kann die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs und dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs ein ungerades Mehrfaches der 1/2 Fehlerperiode werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der detektierte Winkel unter Verwendung der zwei Detektionseinheiten 10A und 20A oder 10B und 20B korrigiert, die genau den gleichen Aufbau aufweisen, mit Ausnahme der Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten in den MR-Elementen. Daher ist es selbst dann, wenn die Winkelfehler in den jeweiligen Detektionseinheiten in Abhängigkeit von der Temperatur variieren, möglich, die Winkelfehler in den jeweiligen Detektionseinheiten aufzuheben, einschließlich auf der Temperatur basierender Schwankungen der Winkelfehler, um den detektierten Winkel zu korrigieren. Folglich ist es nach der vorliegenden Ausführungsform schließlich möglich, einen Wert des detektierten Winkels mit weniger auf der Temperatur basierenden Fehlerschwankungen zu erhalten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Wert des detektierten Winkels θAs durch Anwendung des gleichen Verfahrens berechnet wie der Wert des detektierten Winkels θs bei der ersten Ausführungsform. Folglich, wie anhand der ersten Ausführungsform beschrieben, haben dann, wenn ein anderes Rauschfeld H_ext als das drehende Magnetfeld von außen an den Drehfeldsensor 101 angelegt ist, die in den jeweiligen Ausgangssignalen der ersten Detektionsschaltung 11A und der dritten Detektionsschaltung 21A enthaltenen Rauschkomponenten einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen, und die in den jeweiligen Ausgangsignalen der zweiten Detektionsschaltung 12A und der vierten Detektionsschaltung 22A enthaltenen Rauschkomponenten haben einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen. Nach der vorliegenden Ausführungsform ist es daher möglich, aus den gleichen Gründen wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform dargestellt von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs zu reduzieren.
Ähnlich wird bei der vorliegenden Ausführungsform der zweite Wert des detektierten Winkels θBs unter Anwendung des gleichen Verfahrens berechnet wie der Wert des detektierten Winkels θs bei der ersten Ausführungsform. Folglich, wie anhand der ersten Ausführungsform beschrieben, haben dann, wenn ein anderes Rauschfeld H_ext als das drehende Magnetfeld von außen an den Drehfeldsensor 101 angelegt ist, die in den jeweiligen Ausgangssignalen der fünften Detektionsschaltung 11B und der siebten Detektionsschaltung 21B enthaltenen Rauschkomponenten einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen, und die in den jeweiligen Ausgangsignalen der sechsten Detektionsschaltung 12B und der achten Detektionsschaltung 22B enthaltenen Rauschkomponenten haben einen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen. Nach der vorliegenden Ausführungsform ist es daher möglich, aus den gleichen Gründen wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform dargestellt, von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs zu reduzieren. Wie oben beschrieben, ist es nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler in den ersten und zweiten Werten der detektierten Winkel θAs und θBs zu reduzieren. Dadurch wird es möglich, von dem Rauschfeld H_ext hervorgerufene Fehler selbst in dem Wert des detektierten Winkels θs, dem Endergebnis, zu reduzieren.
Der weitere Aufbau, der Betrieb und die Funktionen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform.
[Fünfte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von 21 und 22 beschrieben. 21 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors nach der vorliegenden Ausführungsform. 22 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Drehfeldsensors nach einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Als Erstes erfolgt eine Beschreibung des Aufbaus des Drehfeldsensors 121 nach der vorliegenden Ausführungsform. Der Aufbau des Drehfeldsensors 121 ist grundsätzlich der gleiche wie der des Drehfeldsensors 101 nach der in 14 gezeigten vierten Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 121 weist eine Felderzeugungseinheit 122 zum Erzeugen eines drehenden Magnetfelds anstelle der Felderzeugungseinheit 102 der vierten Ausführungsform auf. Die Felderzeugungseinheit 122 hat den gleichen Aufbau wie den der Felderzeugungseinheit 62 der zweiten Ausführungsform. Insbesondere weist die Felderzeugungseinheit 122 einen ringförmigen Magneten 123 auf, der an einer Drehwelle 66 angebracht ist. Der Magnet 123 weist eine erste Schicht 123A und eine zweite Schicht 123B auf, die genauso ausgeführt sind wie die erste Schicht 63A bzw. die zweite Schicht 63B.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die relative Positionsbeziehung der ersten und zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A relativ zu dem Magneten 123 und diejenige der dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B relativ zu dem Magneten 123 gleich. Die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B befinden sich in Positionen, die von den Positionen der ersten bzw. zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu einer 1/4 Periode der Drehung des drehenden Magnetfelds, d. h. einem elektrischen Winkel von 90°.Die Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10A befindet, ist die erste Position. Die Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20A befindet, ist die zweite Position. Die Position, in der sich die dritte Detektionseinheit 10B befindet, ist die dritte Position. Die Position, in der sich die vierte Detektionseinheit 20B befindet, ist die vierte Position.
Bei der vorliegenden Erfindung weicht der Winkel, den die Richtung des dritten Teilmagnetfelds MF3 relativ zu der fünften Richtung bildet, von demjenigen Winkel, den die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 relativ zu der ersten Richtung bildet, um einen Winkel ab, der äquivalent ist zu einem elektrischen Winkel von 90°. Ähnlich weicht der Winkel, den die Richtung des vierten Teilmagnetfelds MF4 relativ zu der siebten Richtung bildet, von demjenigen Winkel, den die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 relativ zu der vierten Richtung bildet, um einen Winkel ab, der äquivalent ist zu einem elektrischen Winkel von 90°.
Nun erfolgt eine Beschreibung des Aufbaus des Drehfeldsensors 121 nach dem in 22 gezeigten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 121 nach dem Modifikationsbeispiel weist grundsätzlich den gleichen Aufbau auf wie den des Drehfeldsensors 101 nach dem in 15 gezeigten Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 121 weist eine Felderzeugungseinheit 132 anstelle der Felderzeugungseinheit 112 der vierten Ausführungsform auf. Die Felderzeugungseinheit 132 hat den gleichen Aufbau wie den der Felderzeugungseinheit 72 der zweiten Ausführungsform. Insbesondere weist die Felderzeugungseinheit 132 einen Magneten 133 auf, der den gleichen Aufbau hat wie den des Magneten 73. Der Magnet 133 führt eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung aus, und zwar zusammen mit einer geraden Bewegung des Gegenstands. Folglich tritt auf der Basis des von dem Magneten 133 erzeugten Magnetfelds ein drehendes Magnetfeld auf. Der Magnet 133 weist eine erste Schicht 133A und eine zweite Schicht 133B auf, die gleich ausgeführt sind wie die erste Schicht 73A bzw. die zweite Schicht 73B.
Bei diesem Modifikationsbeispiel befindet sich die dritte Detektionseinheit 10B in einer Position, die von der Position der ersten Detektionseinheit 10A um einen Betrag versetzt ist, der äquivalent ist zu 1/4 Periode der Drehung des drehenden Magnetfelds oder einem elektrischen Winkel von 90°, d. h. einer viertel Teilung des Magneten 133. Die vierte Detektionseinheit 20B befindet sich in einer Position, die von der Position der zweiten Detektionseinheit 20A um einen Betrag versetzt ist, der äquivalent ist zu 1/4 Periode der Drehung des drehenden Magnetfelds oder einem elektrischen Winkel von 90°, d. h. einer viertel Teilung des Magneten 133.
Als Nächstes wird das Berechnungsverfahren für den Wert des detektierten Winkels θs der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die ersten und zweiten Werte der detektierten Winkel θAs und θBs durch Anwendung des gleichen Verfahrens wie bei der vierten Ausführungsform berechnet. Bei den in 21 und 22 gezeigten Beispielen sind die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der dritten Position um einen Betrag versetzt, der äquivalent ist zu einem elektrischen Winkel von 90°. Der erste Wert des detektierten Winkels θAs und der zweite Wert des detektierten Winkels θBs weichen in der Phase um einen elektrischen Winkel von 90° ab. Bei solchen Beispielen berechnet die siebte Arithmetikschaltung 211 θs durch Anwendung der folgenden Gleichung (9): $θ s = (θ As + θ Bs + π / 2) / 2$
Es werden nun die Funktionen des Drehfeldsensors 121 beschrieben. Der Drehfeldsensor 121 nach der vorliegenden Ausführungsform ist geeignet zum Reduzieren von von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufenen Winkelfehlern. Als Erstes wird der Grund für das Auftreten von von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufenen Winkelfehlern anhand von 21 bis 23 beschrieben. Bei dem in 21 gezeigten Beispiel weist jedes der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2 nicht gezeigte Komponenten Hr und Hθ auf. Die Komponente Hr verläuft in der radialen Richtung des Magneten 123. Die Komponente Hθ verläuft in der orthogonalen Richtung zu Hr in einer zu dem Drehmittelpunkt C rechtwinklig verlaufenden Ebene. Bei dem in 22 gezeigten Beispiel weist jedes der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2 nicht gezeigte Komponenten Hr und Hθ auf. Die Komponente Hr verläuft in der zu der Richtung der Bewegung des Magneten 133 orthogonalen Richtung in einer zu der Anordnung der ersten Detektionseinheit 10A und der zweiten Detektionseinheit 20A rechtwinklig verlaufenden Ebene. Die Komponente Hθ verläuft in der zu Hr orthogonalen Richtung in der vorgenannten Ebene.
In dem in 21 oder 22 gezeigten Beispiel sei folgende Situation angenommen: Das erste angelegte Feld ist nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 gebildet, die erste Detektionseinheit 10A detektiert die Richtung des ersten angelegten Felds, das zweite angelegte Feld ist nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 gebildet, die zweite Detektionseinheit 20A detektiert die Richtung des zweiten angelegten Felds und der erste Wert des detektierten Winkels θAs wird auf der Basis der Ausgangssignale der Detektionseinheiten 10A und 20A bestimmt. 23 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen Hr, Hθ, θAs und einem ersten Winkelfehler dθA in einem solchen Fall. Es sei darauf hingewiesen, dass 23 Hr und Hθ des ersten Teilmagnetfelds MF1 zeigt. In 23 zeigt die horizontale Achse den Winkel θA an, und die vertikale Achse zeigt Hr, Hθ, θAs und dθA an. Zum besseren Verständnis zeigt 23 die Wellenform des ersten Winkelfehlers dθA mit überspitzter Amplitude. Bei dem in 21 oder 22 gezeigten Beispiel können manchmal die Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2 und die Stärken der Komponenten der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2 in einer Richtung keine sinusförmige Veränderung erfahren. In einem solchen Fall enthält der erste Wert des detektierten Winkels θAs einen ersten Winkelfehler dθA. Die Veränderung des ersten Winkelfehlers dθA ist hier abhängig von einer Veränderung der Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder MF1 und MF2. Der erste Winkelfehler dθA weist eine Fehlerperiode von 1/2 Periode der Drehung der Richtung des drehenden Magnetfelds auf. Es sei ferner die folgende Situation angenommen: Das dritte angelegte Feld ist nur aus dem dritten Teilmagnetfeld MF3 gebildet, die dritte Detektionseinheit 10B detektiert die Richtung des dritten angelegten Felds, das vierte angelegte Feld ist nur aus dem viertem Teilmagnetfeld MF4 gebildet, die vierte Detektionseinheit 20B detektiert die Richtung des vierten angelegten Felds und der zweite Wert des detektierten Winkels θBs wird auf der Basis der Ausgangssignale der Detektionseinheiten 10B und 20B bestimmt. In einem solchen Fall enthält der zweite Wert des detektierten Winkels θBs einen zweiten Winkelfehler dθB, der sich in Abhängigkeit von einer Veränderung der Richtung des drehenden Magnetfelds verändert. Der zweite Winkelfehler dθB weist eine Fehlerperiode von 1/2 Periode der Drehung der Richtung des drehenden Magnetfelds auf.
Als Nächstes wird anhand von 24 und 25 beschrieben, wie der Drehfeldsensor 121 verwendet werden kann, um die von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufenen Winkelfehler zu reduzieren. Teil (a) von 24 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs und dem in dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs enthaltenen ersten Winkelfehler dθA. Teil (b) von 24 zeigt die Beziehung zwischen dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs und dem in dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs enthaltenen zweiten Winkelfehler dθB. Bei dem in 24 gezeigten Beispiel weisen der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB eine Amplitude von ± 0,17° auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt, der äquivalent ist zu 1/2 Fehlerperiode (elektrischer Winkel von 90°), und die Werte der detektierten Winkel θAs und θBs weichen in der Phase um 1/2 Fehlerperiode (einen elektrischen Winkel von 90°) voneinander ab. Daher weisen beim Berechnen des Werts des detektierten Winkels θs der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB entgegengesetzte Phasen auf. Folglich heben sich der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB gegenseitig auf.
25 zeigt die Beziehung zwischen dem Wert des detektierten Winkels θs, der wie oben beschrieben berechnet worden ist, und dem Winkelfehler dθ, der in dem Wert des detektierten Winkels θs enthalten ist. In 25 ist der Winkel, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet, mit dem Symbol θ bezeichnet. Wie in 25 gezeigt, ist der Winkelfehler dθ wesentlich kleiner als der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB. Bei dem in 25 gezeigten Beispiel weist der Winkelfehler dθ eine Amplitude von ± 0,03° auf.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt, der äquivalent ist zu 1/2 Fehlerperiode. Die dritte Position und die vierte Position können jedoch auch um einen Betrag von der ersten Position und der zweiten Position versetzt sein, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode. In einem solchen Fall heben sich der Winkelfehler dθA und der Winkelfehler dθB gegenseitig auf, um den in dem Wert des detektierten Winkels θs enthaltenen Winkelfehler dθ wesentlich zu reduzieren.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs und dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs nicht auf 90° bei einem elektrischen Winkel beschränkt, sie kann jeden geeigneten Wert aufweisen. Bei Annahme, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs und dem zweiten Wert des detektierten Winkels θBs β beträgt, berechnet die siebte Arithmetikschaltung 211 θs durch Anwendung der folgenden Gleichung (10): $θ s = (θ As + θ Bs + β) / 2$
Der weitere Aufbau, der Betrieb und die Funktionen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der vierten Ausführungsform.
[Sechste Ausführungsform]
Es wird nun ein Drehfeldsensor nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Drehfeldsensor 141 nach der sechsten Ausführungsform ist in der Lage, sowohl eine Winkelfehlerkomponente, die von den MR-Elementen hervorgerufen wird, als auch eine Winkelfehlerkomponente, die von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufen wird, zu reduzieren.
Anhand von 26 wird zuerst der Aufbau des Drehfeldsensors 141 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 26 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors 141 nach der vorliegenden Ausführungsform. Der Aufbau des Drehfeldsensors 141 ist grundsätzlich der gleiche wie der des in 21 gezeigten Drehfeldsensors 121 nach der fünften Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform weichen der durch die Detektion der ersten und zweiten angelegten Felder ermittelte erste Wert des detektierten Winkels θAs und der durch die Detektion der dritten und vierten angelegten Felder ermittelte zweite Wert des detektierten Winkels θBs in der Phase um ein ungerades Mehrfaches des elektrischen Winkels von 45° voneinander ab. Um eine solche Differenz zu erhalten, sind bei dem in 26 gezeigten Beispiel die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B in einer anderen Ausrichtung angeordnet als der in 21 gezeigten. Bei dem in 26 gezeigten Beispiel sind die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B jeweils in einer Ausrichtung angeordnet, die um 45° aus dem in 21 gezeigten Zustand gedreht worden ist, und zwar auf einer gedachten Ebene, die rechtwinklig zu dem Drehmittelpunkt C verläuft. Hier sind die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B um eine Achse gedreht, die durch die Mittelpunkte der Detektionseinheiten 10B und 20B und parallel zu dem Drehmittelpunkt C verläuft. Die ersten und zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A befinden sich in der gleichen Ausrichtung wie in 21 gezeigt.
Es wird nun auf 27 Bezug genommen, um den Aufbau eines Drehfeldsensors 141 nach einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben. 27 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Drehfeldsensors 141 nach dem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Der Aufbau des Drehfeldsensors 141 nach dem Modifikationsbeispiel ist grundsätzlich der gleiche wie der des Drehfeldsensors 121 nach dem Modifikationsbeispiel der fünften Ausführungsform in 22. Bei diesem Modifikationsbeispiel haben die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B eine andere Ausrichtung als die in 22 gezeigte. Insbesondere befindet sich die dritte Detektionseinheit 10B in einer Ausrichtung, die um 45° aus dem in 22 gezeigten Zustand gedreht ist auf einer gedachten Ebene, auf der die Detektionseinheiten 10A und 10B angeordnet sind, und zwar um eine Achse, die durch den Mittelpunkt der Detektionseinheit 10B und rechtwinklig zu der gedachten Ebene verläuft. Die vierte Detektionseinheit 20B befindet sich in einer Ausrichtung, die um 45° aus dem in 22 gezeigten Zustand gedreht worden ist auf einer gedachten Ebene, auf der die Detektionseinheiten 20A und 20B angeordnet sind, und zwar um eine Achse, die durch den Mittelpunkt der Detektionseinheit 20B und rechtwinklig zu der gedachten Ebene verläuft. Es sei angemerkt, dass statt des Anordnens der Detektionseinheiten 10B und 20B in der oben beschriebenen Ausrichtung die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten in den MR-Elementen, die in den Detektionseinheiten 10B und 20B enthalten sind, um 45° relativ zu denjenigen der fünften Ausführungsform gedreht sein können. Andernfalls kann sich die Detektionseinheit 10A in einer Ausrichtung befinden, die um -45° aus dem in 22 gezeigten Zustand gedreht ist auf einer gedachten Ebene, auf der die Detektionseinheiten 10A und 10B angeordnet sind, und zwar um eine Achse, die die durch den Mittelpunkt der Detektionseinheit 10A und rechtwinklig zu der gedachten Ebene verläuft. In einem solchen Fall befindet sich die Detektionseinheit 20A ebenfalls in einer Ausrichtung, die um -45° aus dem in 22 gezeigten Zustand gedreht ist auf einer gedachten Ebene, auf der die Detektionseinheiten 20A und 20B angeordnet sind, und zwar um eine Achse, die die durch den Mittelpunkt der Detektionseinheit 20A und rechtwinklig zu der gedachten Ebene verläuft. Alternativ können die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten in den MR-Elementen, die in den Detektionseinheiten 10A und 20A enthalten sind, um -45° relativ zu denjenigen der fünften Ausführungsform gedreht sein.
Als Nächstes wird das Verfahren zum Berechnen des Werts des detektierten Winkels θs der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei den in 26 und 27 gezeigten Beispielen befinden sich wie bei der fünften Ausführungsform die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B in Positionen, die von den Positionen der ersten bzw. zweiten Detektionseinheiten 10A und 20A um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu einem elektrische Winkel von 90°. Bei den in 26 und 27 gezeigten Beispielen befinden sich die dritten und vierten Detektionseinheiten 10B und 20B ebenfalls in einer Ausrichtung, die um 45° gedreht ist, wie oben beschrieben. Der zweite Wert des detektierten Winkels θBs weicht daher in der Phase von dem ersten Wert des detektierten Winkels θAs um einen elektrischen Winkel von 90° + einen elektrischen Winkel von 45° ab, d. h. einen elektrischen Winkel von 135° (dreimal den elektrischen Winkel von 45°). Bei solchen Beispielen berechnet die siebte Arithmetikschaltung 211 den Wert des detektierten Winkels θs durch Anwendung der folgenden Gleichung (11): $θ s = (θ As + θ Bs + π / 2 + π / 4) / 2$
Als Nächstes wird beschrieben, dass der Winkelfehler manchmal sowohl eine von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufene Winkelfehlerkomponente als auch eine von den MR-Elementen hervorgerufene Winkelfehlerkomponente enthält. Bei den in 26 und 27 gezeigten Beispielen kann, wie bei der fünften Ausführungsform beschrieben, jeder der ersten und zweiten Werte des detektierten Winkels θAs und θBs eine von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufene Winkelfehlerkomponente enthalten. Wie bei der vierten Ausführungsform beschrieben, kann jeder der ersten und zweiten Werte des detektierten Winkels θAs und θBs auch eine von den MR-Elementen hervorgerufene Winkelfehlerkomponente enthalten.
Aus diesen Gründen enthält jeder des ersten Winkelfehlers dθA des ersten Werts des detektierten Winkels θAs und des zweiten Winkelfehlers dθB des zweiten Werts des detektierten Winkels θBs manchmal eine von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufene erste Fehlerkomponente und eine von den MR-Elementen hervorgerufene zweite Fehlerkomponente. Die erste Fehlerkomponente verändert sich in Abhängigkeit von einer Veränderung der Richtung des drehenden Magnetfelds mit einer ersten Fehlerperiode, die 1/2 Periode der Drehung der Richtung des drehenden Magnetfelds, d. h. ein elektrischer Winkel von 180°, ist. Die zweite Fehlerkomponente verändert sich mit einer zweiten Fehlerperiode, die 1/4 Periode der Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21 B und 22B (siehe 16), d. h. ein elektrischer Winkel von 90°, ist.
Als Nächstes werden die Funktionen des Drehfeldsensors 141 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte Position, in der sich die dritte Detektionseinheit 10B befindet, und die vierte Position, in der sich die vierte Detektionseinheit 20B befindet, von der ersten Position, in der sich die erste Detektionseinheit 10A befindet, bzw. der zweiten Position, in der sich die zweite Detektionseinheit 20A befindet, um einen Betrag versetzt, der äquivalent ist zu 1/2 ersten Fehlerperiode (elektrischer Winkel von 90°). Beim Berechnen des Werts des detektierten Winkels θs weisen die erste Fehlerkomponente des ersten Winkelfehlers dθA und die erste Fehlerkomponente des zweiten Winkelfehlers dθB somit entgegengesetzte Phasen auf. Folglich heben sich die erste Fehlerkomponente des ersten Winkelfehlers dθA und die erste Fehlerkomponente des zweiten Winkelfehlers dθB gegenseitig auf.
Ferner erhalten bei der vorliegenden Ausführungsform der erste Wert des detektierten Winkels θAs und der zweite Wert des detektierten Winkels θBs eine Phasendifferenz um ein ungerades Mehrfaches der 1/2 zweiten Fehlerperiode (eines elektrischen Winkels von 45°). Beim Berechnen des Werts des detektierten Winkels θs weisen die zweite Fehlerkomponente des ersten Winkelfehlers dθA und die zweite Fehlerkomponente des zweiten Winkelfehlers dθB somit entgegengesetzte Phasen auf. Folglich heben sich die zweite Fehlerkomponente des ersten Winkelfehlers dθA und die zweite Fehlerkomponente des zweiten Winkelfehlers dθB gegenseitig auf.
Bei der oben beschriebenen Vorgehensweise ist es nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, sowohl die von den MR-Elementen hervorgerufene Winkelfehlerkomponente als auch die von dem drehenden Magnetfeld hervorgerufene Winkelfehlerkomponente zu reduzieren.
Bei der vorliegenden Ausführungsform können wie bei der fünften Ausführungsform die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position und der zweiten Position um einen Betrag versetzt sein, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 ersten Fehlerperiode. Der weitere Aufbau, der Betrieb und die Funktionen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der fünften Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen an diesen durchgeführt werden. Zum Beispiel dient die Anordnung der Vielzahl von Detektionseinheiten bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur der Erläuterung. Es können verschiedene Modifikationen an der Anordnung der Vielzahl von Detektionseinheiten innerhalb des Umfangs der in den Patentansprüchen festgelegten Anforderungen durchgeführt werden.
Bei der ersten Ausführungsform können die erste Richtung und die dritte Richtung gleich sein. In einem solchen Fall weicht das Ausgangssignal sin θ2 der dritten Detektionsschaltung 21 von dem Ausgangssignal sin θ1 der ersten Detektionsschaltung 11 in der Phase um 1/2 Periode T, d. h. um π (180°) ab, und die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente, die von der ersten Komponente des Rauschfelds H_ext hervorgerufen worden sind, weisen beide einen positiven Wert (Es) auf. In diesem Fall wird das erste Signal sin θs zum Beispiel durch Subtrahieren des Ausgangssignals sin θ2 von dem Ausgangssignal sin θ1 erhalten. Dadurch können sich die in dem Ausgangssignal sin θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal sin θ2 enthaltene Rauschkomponente gegenseitig aufheben. Ähnlich können die die zweite Richtung und die vierte Richtung gleich sein. In einem solchen Fall kann zum Beispiel das Ausgangsignal cos θ2 der vierten Detektionsschaltung 22 von dem Ausgangssignal cos θ1 der zweiten Detektionsschaltung 12 subtrahiert werden. Dadurch können sich die in dem Ausgangssignal cos θ1 enthaltene Rauschkomponente und die in dem Ausgangssignal cos θ2 enthaltene Rauschkomponente, die von der zweiten Komponente des Rauschfelds H_ext hervorgerufen worden sind, gegenseitig aufheben.

Claims

Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den eine Richtung eines drehenden Magnetfelds in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass: der Drehfeldsensor umfasst: eine Felderzeugungseinheit, die das drehende Magnetfeld erzeugt, wobei das drehende Magnetfeld ein erstes Teilmagnetfeld in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld in einer zweiten Position aufweist, wobei das erste Teilmagnetfeld und das zweite Teilmagnetfeld in der Richtung um 180° voneinander abweichen und sich in der gleichen Drehrichtung drehen; eine erste Detektionseinheit, die ein erstes angelegtes Feld in der ersten Position detektiert, wobei das erste angelegte Feld das erste Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; und eine zweite Detektionseinheit, die ein zweites angelegtes Feld in der zweiten Position detektiert, wobei das zweite angelegte Feld das zweite Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; wobei die erste Detektionseinheit eine erste Detektionsschaltung, die eine Stärke einer Komponente des ersten angelegten Felds in einer ersten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine zweite Detektionsschaltung aufweist, die eine Stärke einer Komponente des ersten angelegten Felds in einer zweiten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt; wobei die zweite Detektionseinheit eine dritte Detektionsschaltung, die eine Stärke einer Komponente in dem zweiten angelegten Feld in einer dritten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine vierte Detektionsschaltung aufweist, die eine Stärke einer Komponente des zweiten angelegten Felds in einer vierten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt; wobei die erste Richtung und die dritte Richtung parallel zueinander verlaufen; wobei die zweite Richtung und die vierte Richtung parallel zueinander verlaufen; wobei jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen mindestens ein magnetisches Detektionselement aufweist; wobei die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen die gleiche Periode aufweisen: wobei das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode abweicht; wobei das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode abweicht; wobei das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode abweicht; und wobei der Drehfeldsensor ferner umfasst: eine erste Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der ersten und dritten Detektionsschaltungen ein erstes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der ersten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der dritten Richtung aufweist; eine zweite Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der zweiten und vierten Detektionsschaltungen ein zweites Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des ersten angelegten Felds in der zweiten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des zweiten angelegten Felds in der vierten Richtung aufweist; und eine dritte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der ersten und zweiten Signale einen Wert des detektierten Winkels, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet, berechnet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem: ein anderes Rauschfeld als das drehende Magnetfeld an den Drehfeldsensor angelegt wird; das erste angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld ist, das aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist, und das zweite angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld ist, das aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Richtung und die dritte Richtung um 180° voneinander abweichen und die zweite Richtung und die vierte Richtung um 180° voneinander abweichen.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen als das mindestens eine magnetische Detektionselement ein Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente aufweist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4, bei dem jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweist, die ein erstes Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente und ein zweites Paar in Reihe geschaltete magnetische Detektionselemente umfasst.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die magnetischen Detektionselemente magnetoresistive Elemente sind.
Drehfeldsensor nach Anspruch 6, bei dem jedes der magnetoresistiven Elemente eine fixierte Magnetisierschicht, deren Magnetisierrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierrichtung entsprechend der Richtung des daran angelegten Magnetfelds variiert, und eine nicht magnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierschicht und der freien Schicht angeordnet ist, aufweist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 7, bei dem: die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der zweiten Detektionsschaltung orthogonal zu denjenigen der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der ersten Detektionsschaltung verlaufen; und die Richtungen der Magnetisierung der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der vierten Detektionsschaltung orthogonal zu denjenigen der fixierten Magnetisierschichten der magnetoresistiven Elemente in der dritten Detektionsschaltung verlaufen.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, bei dem: das drehende Magnetfeld ferner ein drittes Teilmagnetfeld in einer dritten Position und ein viertes Teilmagnetfeld in einer vierten Position aufweist, wobei das dritte Teilmagnetfeld und das vierte Teilmagnetfeld in der Richtung um 180° voneinander abweichen und sich in der gleichen Drehrichtung drehen wie der Drehrichtung der ersten und zweiten Teilmagnetfelder; wobei der Drehfeldsensor ferner umfasst: eine dritte Detektionseinheit, die ein drittes angelegtes Feld in der dritten Position detektiert, wobei das dritte angelegte Feld das dritte Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; und eine vierte Detektionseinheit, die ein viertes angelegtes Feld in der vierten Position detektiert, wobei das vierte angelegte Feld das vierte Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente aufweist; wobei die dritte Detektionseinheit eine fünfte Detektionsschaltung, die eine Stärke einer Komponente des dritten angelegten Felds in einer fünften Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine sechste Detektionsschaltung aufweist, die eine Stärke einer Komponente des dritten angelegten Felds in einer sechsten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt; wobei die vierte Detektionseinheit eine siebte Detektionsschaltung, die eine Stärke einer Komponente in dem vierten angelegten Feld in einer siebten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt, und eine achte Detektionsschaltung aufweist, die eine Stärke einer Komponente des vierten angelegten Felds in einer achten Richtung detektiert und ein Signal ausgibt, das die Stärke anzeigt; wobei die fünfte Richtung und die siebte Richtung parallel zueinander verlaufen; wobei die sechste Richtung und die achte Richtung parallel zueinander verlaufen; wobei jede der fünften bis achten Detektionsschaltungen mindestens ein magnetisches Detektionselement aufweist; wobei die Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen die gleiche Periode aufweisen; wobei das Ausgangssignal der sechsten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode abweicht; wobei das Ausgangssignal der siebten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung um ein ganzzahliges Vielfaches der 1/2 Periode abweicht; wobei das Ausgangssignal der achten Detektionsschaltung in der Phase von dem Ausgangssignal der siebten Detektionsschaltung um ein ungerades Mehrfaches der 1/4 Periode abweicht; und wobei der Drehfeldsensor ferner aufweist: eine vierte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der fünften und siebten Detektionsschaltungen ein drittes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der fünften Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der siebten Richtung aufweist; eine fünfte Arithmetikschaltung, die auf der Basis der Ausgangssignale der sechsten und achten Detektionsschaltungen ein viertes Signal erzeugt, welches eine Übereinstimmungsbeziehung sowohl zu der Stärke der Komponente des dritten angelegten Felds in der sechsten Richtung als auch zu der Stärke der Komponente des vierten angelegten Felds in der achten Richtung aufweist; eine sechste Arithmetikschaltung, die auf der Basis der dritten und vierten Signale einen zweiten Wert des detektierten Winkels, der eine Übereinstimmungsbeziehung zu demjenigen Winkel aufweist, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet, berechnet; und eine siebte Arithmetikschaltung, die auf der Basis eines ersten Werts des detektierten Winkels, der der Wert desjenigen detektierten Winkels ist, welcher von der dritten Arithmetikschaltung berechnet worden ist, und des zweiten Werts des detektierten Winkels, welcher von der sechsten Arithmetikschaltung berechnet worden ist, einen detektierten Wert des Winkels berechnet, den die Richtung des drehenden Magnetfelds in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 9, bei dem: ein anderes Rauschfeld als das drehende Magnetfeld von außen an den Drehfeldsensor angelegt ist; das erste angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld ist, das aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist; das zweite angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld ist, das aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist; das dritte angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld ist, das aus einer Kombination aus dem dritten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist; und das vierte angelegte Feld ein Verbundmagnetfeld ist, das aus einer Kombination aus dem vierten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld gebildet ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die erste Richtung und die dritte Richtung um 180° voneinander abweichen, die zweite Richtung und die vierte Richtung um 180° voneinander abweichen, die fünfte Richtung und die siebte Richtung um 180° voneinander abweichen und die sechste Richtung und die achte Richtung um 180° voneinander abweichen.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem: der erste Wert des detektierten Winkels einen ersten Winkelfehler relativ zu einem theoretischen Wert des ersten Werts des detektierten Winkels enthält, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld gebildet ist, das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld gebildet ist und die Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder eine ideale Drehung ausführen; der zweite Wert des detektierten Winkels einen zweiten Winkelfehler relativ zu einem theoretischen Wert des zweiten Werts des detektierten Winkels enthält, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld gebildet ist, das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld gebildet ist und die Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder eine ideale Drehung ausführen; die ersten und zweiten Winkelfehler periodische Veränderungen mit der gleichen Fehlerperiode in Reaktion auf eine Veränderung der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder erfahren, wobei die Veränderung des ersten Winkelfehlers von einer Veränderung des ersten Werts des detektierten Winkels abhängig ist, die Veränderung des zweiten Winkelfehlers von einer Veränderung des zweiten Werts des detektierten Winkels abhängig ist; und der erste Wert des detektierten Winkels und der zweite Wert des detektierten Winkels in der Phase um ein ungerades Mehrfaches der 1/2 Fehlerperiode voneinander abweichen.
Drehfeldsensor nach Anspruch 12, bei dem die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode.
Drehfeldsensor nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Fehlerperiode 1/4 Periode der Ausgangssignale der jeweiligen Detektionsschaltungen ist.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem: der erste Wert des detektierten Winkels einen ersten Winkelfehler relativ zu einem theoretischen Wert des ersten Werts des detektierten Winkels enthält, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld gebildet ist, das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld gebildet ist und die Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder eine ideale Drehung ausführen; der zweite Wert des detektierten Winkels einen zweiten Winkelfehler relativ zu einem theoretischen Wert des zweiten Werts des detektierten Winkels enthält, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld gebildet ist, das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld gebildet ist und die Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder eine ideale Drehung ausführen; die ersten und zweiten Winkelfehler periodische Veränderungen mit der gleichen Fehlerperiode in Reaktion auf eine Veränderung der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder erfahren, wobei die Veränderung des ersten Winkelfehlers von einer Veränderung der Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder abhängig ist, die Veränderung des zweiten Winkelfehlers von einer Veränderung der Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder abhängig ist; und die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt sind, der äquivalent ist zu einem ungeraden Mehrfachen der 1/2 Fehlerperiode.
Drehfeldsensor nach Anspruch 15, bei dem die Fehlerperiode 1/2 Periode der Drehung der Richtung des drehenden Magnetfelds ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 15 oder 16, bei dem: der erste Winkelfehler eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode in Abhängigkeit von der Veränderung der Richtungen der ersten und zweiten Teilmagnetfelder verändert, und eine Komponente enthält, die sich mit einer zweiten Fehlerperiode in Abhängigkeit von einer Veränderung des ersten Werts des detektierten Winkels verändert; der zweite Winkelfehler eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode in Abhängigkeit von der Veränderung der Richtungen der dritten und vierten Teilmagnetfelder verändert, und eine Komponente enthält, die sich mit der zweiten Fehlerperiode in Abhängigkeit von einer Veränderung des zweiten Werts des detektierten Winkels verändert; und der erste Wert des detektierten Winkels und der zweite Wert des detektierten Winkels in der Phase um ein ungerades Mehrfaches der 1/2 zweiten Fehlerperiode voneinander abweichen.