DE102011080679B4

DE102011080679B4 - Drehfeldsensor

Info

Publication number: DE102011080679B4
Application number: DE102011080679.2A
Authority: DE
Inventors: Shunji Saruki; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: JP5062450B2; DE102011080679A1; US8659289B2; JP2012037467A; US20120038359A1

Abstract

Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den eine Richtung eines rotierenden magnetischen Feldes in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass:der Drehfeldsensor (1) umfasst:eine Felderzeugungseinheit (2), die ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, wobei das rotierende Magnetfeld ein erstes Teilmagnetfeld (MF1) in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld (MF2) in einer zweiten Position enthält, wobei sich das erste Teilmagnetfeld (MF1) und das zweite Teilmagnetfeld (MF2) in der Richtung um 180° unterscheiden und sich in der gleichen Drehrichtung drehen;eine erste Detektionseinheit (10) zum Detektieren in der ersten Position eines ersten Winkels (81), den eine Richtung eines ersten angelegten Feldes bezüglich einer ersten Richtung (D1) bildet, wobei das erste angelegte Feld das erste Teilmagnetfeld (MF1) als seine Hauptkomponente enthält; undeine zweite Detektionseinheit (20) zum Detektieren in der zweiten Position eines zweiten Winkels (θ2), den eine Richtung eines zweiten angelegten Feldes bezüglich einer zweiten Richtung (D2) bildet, wobei das zweite angelegte Feld das zweite Teilmagnetfeld (MF2) als seine Hauptkomponente enthält;wobei die erste Detektionseinheit (10) eine erste Detektionsschaltung (11) und eine zweite Detektionsschaltung (12), von denen jede wenigstens ein magnetisches Detektionselement enthält, eine Intensität einer Komponente des ersten angelegten Feldes in einer Richtung detektiert und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt; und eine erste Arithmetikschaltung (13), die einen ersten detektierten Winkelwert (θ1s), der ein detektierter Wert des ersten Winkels (01) ist, basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung (11, 12) berechnet, besitzt;die zweite Detektionseinheit (20) eine dritte Detektionsschaltung (21) und eine vierte Detektionsschaltung (22), von denen jede wenigstens ein magnetisches Detektionselement enthält, eine Intensität einer Komponente des zweiten angelegten Feldes in einer Richtung detektiert und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt; und eine zweite Arithmetikschaltung (23), die einen zweiten detektierten Winkelwert (θ2), der ein detektierter Wert des zweiten Winkels (θ2) ist, basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und der vierten Detektionsschaltung (21, 22) berechnet, besitzt;die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen (11, 12, 21, 22) die gleiche Periode besitzen;das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung (12) sich in der Phase vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung (11) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode unterscheidet;das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung (22) sich in der Phase vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung (21) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode unterscheidet; undder Drehfeldsensor (1) ferner eine dritte Arithmetikschaltung (30) umfasst, die basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert (θ1s) und dem zweiten detektierten Winkelwert (θ2s) einen detektierten Wert (8s) berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Drehfeldsensoren und insbesondere einen Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den die Richtung eines rotierenden Magnetfelds bezüglich einer Bezugsrichtung bildet.
In den letzten Jahren sind Drehfeldsensoren umfassend verwendet worden, um die Drehposition eines Objekts in verschiedenen Anwendungen zu detektieren, wie z. B. das Detektieren der Drehposition des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs. Die Drehfeldsensoren werden nicht nur verwendet, um die Drehposition eines Objekts zu detektieren, sondern außerdem, um eine lineare Verschiebung eines Objekts zu detektieren. Die Systeme, die Drehfeldsensoren verwenden, sind typischerweise mit Mitteln (z. B. einem Magneten) zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfelds versehen, dessen Richtung sich zusammen mit der Drehung oder der linearen Bewegung des Objekts dreht. Die Drehfeldsensoren verwenden magnetische Detektionselemente, um den Winkel zu detektieren, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Auf diese Weise wird die Drehposition oder die lineare Verschiebung des Objekts detektiert.
Aus US 6 943 544 B2 ist ein Drehfeldsensor bekannt, der zwei Brückenschaltungen (Wheatstone-Brückenschaltungen) besitzt. Bei diesem Drehfeldsensor enthält jede der zwei Brückenschaltungen vier magnetoresistive Elemente (die im Folgenden als MR-Elemente bezeichnet werden), die als magnetische Detektionselemente dienen. Jede der Brückenschaltungen detektiert die Intensität einer Komponente des rotierenden Magnetfelds in einer Richtung und gibt ein Signal aus, das die Intensität angibt. Die Ausgangssignale der zwei Brückenschaltungen unterscheiden sich in der Phase um 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Brückenschaltungen. Der Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds bezüglich einer Bezugsrichtung bildet, wird basierend auf den Ausgangssignalen der zwei Brückenschaltungen berechnet.
Es sind bereits verschiedenen Typen der Drehfeldsensoren vorgeschlagen worden, die ein Paar magnetischer Detektionselemente zum Ausgeben eines Paars von Detektionssignalen mit einem Phasenunterschied von 180° besitzen. JP 2009- 186 410 A beschreibt z. B. eine Rotationsdetektionsvorrichtung, die einen Codierer und eine Sensoreinheit enthält. In der Rotationsdetektionsvorrichtung besitzt der Codierer einen zu detektierenden Abschnitt, der konzentrisch zur Drehachse eines rotierenden Elements angeordnet ist. Die magnetische Eigenschaft des zu detektierenden Abschnitts ändert sich in der Umfangsrichtung. In der Rotationsdetektionsvorrichtung enthält der Detektionsabschnitt der Sensoreinheit ein Paar magnetischer Detektionselemente des gleichen Typs. Die magnetischen Detektionselemente sind so angeordnet, um in der Umfangsrichtung des Codierers in der Phase übereinzustimmen und sich in der Richtung der Strömung des magnetischen Flusses in der Phase um 180° zu unterscheiden.
JP 2009- 186 410 A beschreibt, dass die Ausgangssignale des Paars von magnetischen Detektionselementen in einen Differenz-Leitungsempfänger eingegeben werden können, um die Wirkung des elektrischen Rauschens zu eliminieren, die die Übertragungssignale in dem Kabel von außen erfahren.
JP 2005- 315 696 A beschreibt eine Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, die einen Magneten, der sich mit der Drehung eines rotierenden Körpers dreht, und eine erste und eine zweite Gruppe magnetischer Detektionselemente enthält. In der Drehwinkel-Detektionsvorrichtung ist der Magnet in einer zylindrischen Form ausgebildet und ist mit zwei Polen oder einem Nordpol und einem Südpol parallel magnetisiert. Sowohl die erste als auch die zweite Gruppe der magnetische Detektionselemente enthalten vier Hall-Vorrichtungen, die als die magnetischen Detektionselemente dienen, die in Intervallen von 90° um die Rotationsachse des Magneten angeordnet sind. Die vier Hall-Vorrichtungen H1 bis H4 der ersten Gruppe der magnetischen Detektionselemente und die vier Hall-Vorrichtungen H5 bis H8 der zweiten Gruppe der magnetischen Detektionselemente sind abwechselnd in Intervallen von 45° angeordnet. Die vier Hall-Vorrichtungen H1 bis H4 der ersten Gruppe der magnetischen Detektionselemente geben Signale mit einer sinusförmigen Signalform mit einem Phasenunterschied von 90° voneinander aus. Ähnlich geben die vier Hall-Vorrichtungen H5 bis H8 der zweiten Gruppe der magnetischen Detektionselemente Signale mit einer sinusförmigen Signalform mit einem Phasenunterschied von 90° voneinander aus. Die in JP 2005- 315 696 A beschriebene Drehwinkel-Detektionsvorrichtung erzeugt Differenzdaten aus den Ausgangssignalen von zwei Hall-Vorrichtungen, die in einem Intervall von 180° liegen, und detektiert den Drehwinkel des rotierenden Körpers basierend auf den Differenzdaten. Genauer erzeugt die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung die Differenzdaten H1 - H2, H3 - H4, H6 - H5 und H8 - H7 an jeweiligen vier Paaren von zwei Hall-Vorrichtungen in einem Intervall von 180°, d. h. H1 und H2, H3 und H4, H5 und H6 und H7 und H8. Ein Drehwinkel Θ1, der durch die erste Gruppe der magnetischen Detektionselemente detektiert wird, wird aus den Differenzdaten H1 - H2 und den Differenzdaten H3 - H4 berechnet. Ein Drehwinkel Θ2, der von der zweiten Gruppe der magnetischen Detektionselemente detektiert wird, wird aus den Differenzdaten H6 - H5 und den Differenzdaten H8 - H7 berechnet.
JP 2005- 315 696 A beschreibt, dass die Erzeugung der Differenzdaten aus den Ausgangssignalen der zwei Hall-Vorrichtungen in einem Intervall von 180° den Unterschied zwischen der Mitte des Magneten und der Mitte der Hall-Anordnung der acht Hall-Vorrichtungen aufheben kann. JP 2005- 315 696 A beschreibt ferner, dass der durch die erste Gruppe der magnetischen Detektionselemente detektierte Drehwinkel und der durch die zweite Gruppe der magnetischen Detektionselemente detektierte Drehwinkel verglichen werden, um das Vorhandensein oder das Fehlen des Auftretens eines anomalen Zustands zu bestimmen.
Die magnetischen Detektionselemente eines Drehfeldsensors erfahren manchmal nicht nur das zu detektierende rotierendende Magnetfeld, sondern außerdem ein Magnetfeld, das von dem zu detektierenden rotierenden Magnetfeld verschieden ist. Ein derartiges Magnetfeld, das von dem rotierenden Magnetfeld verschieden ist, wird im Folgenden als ein Rauschfeld bezeichnet. Beispiele des Rauschfeldes enthalten ein magnetisches Kriechfeld von einem Motor und den Magnetismus der Erde. Wenn ein Rauschfeld so an die magnetischen Detektionselemente angelegt wird, detektieren die magnetischen Detektionselemente ein zusammengesetztes Magnetfeld, das sich aus einer Kombination aus dem rotierenden Magnetfeld und dem Rauschfeld ergibt. Falls sich das zu detektierende rotierende Magnetfeld und das Rauschfeld in der Richtung unterscheiden, enthält der durch den Drehfeldsensor detektierte Winkel irgendeinen Fehler. Es wird z. B. angenommen, dass das zu detektierende rotierende Magnetfeld hinsichtlich der magnetischen Flussdichte eine Größe von 20 mT besitzt, das Rauschfeld eine Größe, die zum Erdmagnetismus äquivalent ist, oder 0,05 mT besitzt und die Richtung des Rauschfelds orthogonal zu der des zu detektierenden rotierenden Magnetfelds ist. In einem derartigen Fall ist die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds von der des zu detektierenden Magnetfelds um 0,14° verschieden. Im Ergebnis enthält der durch den Drehfeldsensor detektierte Winkel einen Fehler von 0,14°. Dies zeigt, dass, falls z. B. eine Winkelgenauigkeit (Auflösung) von 0,1° des zu detektierenden Winkels durch den Drehfeldsensor erforderlich ist, sogar der Erdmagnetismus eine äußerste große Rauschquelle sein kann.
Um einen derartigen Fehler, der sich aus dem Rauschfeld ergibt, in dem durch den Drehfeldsensor detektierten Winkel zu verringern, ist eine mögliche Maßnahme, die magnetischen Detektionselemente und den Magneten, der das rotierende Magnetfeld erzeugt, mit einer magnetischen Abschirmung, die mit dem Drehfeldsensor integriert ist, abzudecken. Falls die Quelle des Rauschfelds bekannt ist, kann eine magnetische Abschirmung zwischen der Quelle des Rauschfelds und den magnetischen Detektionselementen vorgesehen sein. Derartige Maßnahmen besitzen jedoch die Nachteile, die Konstruktion des Drehfeldsensors einschließlich der magnetische Abschirmung im Ausmaß groß zu machen, was die Kosten des Drehfeldsensors vergrößert und den Zusammenbauschritten und der Installation des Drehfeldsensors verschiedene Beschränkungen auferlegt.
Gemäß der in JP 2009- 186 410 A beschriebenen Rotationsdetektionsvorrichtung erzeugt elektrisches Rauschen Fehler mit dem gleichen Vorzeichen in den jeweiligen Ausgangssignalen eines Paars magnetischer Detektionselemente. Deshalb kann das Bestimmen des Unterschieds zwischen den Ausgangssignalen des Paars magnetischer Detektionselemente den sich aus dem elektrischen Rauschen ergebenden Fehler in dem detektierten Winkel verringern. In der in JP 2009- 186 410 A beschriebenen Rotationsdetektionsvorrichtung erzeugt ein Rauschfeld jedoch Fehler mit entgegengesetztem Vorzeichen in den jeweiligen Ausgangssignalen des Paars der magnetischen Detektionselemente. Das Bestimmen des Unterschieds zwischen den Ausgangssignalen des Paars der magnetischen Detektionselemente kann deshalb den sich aus dem Rauschfeld ergebenden Fehler in dem detektierten Winkel nicht verringern.
Gemäß der in JP 2005- 315 696 A beschriebenen Drehwinkel-Detektionsvorrichtung kann die Erzeugung der Differenzdaten aus den Ausgangssignalen der zwei Hall-Vorrichtungen, die in einem Intervall von 180° liegen, den sich aus dem Rauschfeld ergebenden Fehler in dem detektierten Winkel verringern. Um einen detektierten Winkel, d. h. einen Winkel θ1 oder θ2 zu erhalten, benötigt jedoch die Drehwinkel-Detektionsvorrichtung wenigstens vier magnetische Detektionselemente (Hall-Vorrichtungen), die in Intervallen von 90° um die Rotationsachse des Magneten angeordnet sind. Die in JP 2005- 315 696 A beschriebene Drehwinkel-Detektionsvorrichtung besitzt folglich einen Nachteil, dass die Anwendung auf Fälle eingeschränkt ist, in denen die vier magnetischen Detektionselemente in Intervallen von 90° angeordnet werden können.
EP 1 503 184 A2 stellt eine Schaltung zur Fehlererkennung bereit. Das Dokument betrifft eine Fehlererkennungsschaltung für einen Drehwinkelerkennungssensor, der einen Drehwinkel des Lenkrads in einer elektromotorischen Servolenkung erkennt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehfeldsensor zu schaffen, der ermöglicht, den sich aus einem Rauschfeld ergebenden Fehler in einem detektierten Winkel zu verringern und die Installationsorte der magnetischen Detektionselemente zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Drehfeldsensor nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Drehfeldsensor der Erfindung detektiert einen Winkel, den die Richtung eines rotierenden Magnetfelds in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Der Drehfeldsensor der Erfindung enthält eine Felderzeugungseinheit, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Das durch die Felderzeugungseinheit erzeugte rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld in einer zweiten Position. Das erste Teilmagnetfeld und das zweite Teilmagnetfeld unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung. Der Drehfeldsensor der Erfindung enthält ferner eine erste Detektionseinheit und ein zweite Detektionseinheit. Die erste Detektionseinheit ist für das Detektieren in der ersten Position eines ersten Winkels, den die Richtung eines ersten angelegten Feldes bezüglich einer ersten Richtung bildet, vorgesehen. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit ist für das Detektieren in der zweiten Position eines zweiten Winkels, den die Richtung eines zweiten angelegten Feldes bezüglich einer zweiten Richtung bildet, vorgesehen. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente.
Die erste Detektionseinheit besitzt eine erste und eine zweite Detektionsschaltung und eine erste Arithmetikschaltung. Sowohl die erste als auch die zweite Detektionsschaltung enthalten wenigstens ein magnetisches Detektionselement, detektieren die Intensität einer Komponente des ersten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Die erste Arithmetikschaltung berechnet einen ersten detektierten Winkelwert, der ein detektierter Wert des ersten Winkels ist, basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung.
Die zweite Detektionseinheit besitzt eine dritte und eine vierte Detektionsschaltung und eine zweite Arithmetikschaltung. Sowohl die dritte als auch die vierte Detektionsschaltung enthalten wenigstens ein magnetisches Detektionselement, detektieren die Intensität einer Komponente des zweiten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Die zweite Arithmetikschaltung berechnet einen zweiten detektierten Winkelwert, der ein detektierter Wert des zweiten Winkels ist, basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und der vierten Detektionsschaltung.
Die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen besitzen die gleiche Periode. Das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode. Das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode.
Der Drehfeldsensor der Erfindung enthält ferner eine dritte Arithmetikschaltung, die basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert und dem zweiten detektierten Winkelwert einen detektierten Wert berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Gemäß dem Drehfeldsensor der Erfindung erzeugt die Felderzeugungseinheit ein rotierendes Magnetfeld, das das erste Teilmagnetfeld in der ersten Position und das zweite Teilmagnetfeld in der zweiten Position enthält. Das erste Teilmagnetfeld und das zweite Teilmagnetfeld unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung. Gemäß der Erfindung detektiert die erste Detektionseinheit in der ersten Position den ersten Winkel, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit detektiert in der zweiten Position den zweiten Winkel, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente. Basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert, der der detektierte Wert des ersten Winkels ist, und dem zweiten detektierten Winkelwert, der der detektierte Wert des zweiten Winkels ist, berechnet die dritte Arithmetikschaltung einen detektierten Wert, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Ein vom rotierenden Magnetfeld verschiedenes Rauschfeld kann von außen an den Drehfeldsensor der Erfindung angelegt sein. In diesem Fall kann das erste angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld sein, das sich aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld ergibt, während das zweite angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld sein kann, das sich aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld ergibt. Wenn das von dem rotierenden Magnetfeld verschiedene Rauschfeld von außen an den Drehfeldsensor der Erfindung angelegt ist, besitzen der sich aus dem Rauschfeld ergebende Fehler in dem ersten detektierten Winkelwert und der sich aus dem Rauschfeld ergebende Fehler in dem zweiten detektierten Winkelwert Werte mit entgegengesetztem Vorzeichen. Folglich ist es gemäß der Erfindung möglich, den sich aus dem Rauschfeld ergebenden Fehler in dem detektierten Winkel zu verringern.
In dem Drehfeldsensor der Erfindung können die erste Richtung und die zweite Richtung um 180° voneinander verschieden sein.
In dem Drehfeldsensor der Erfindung kann jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen als das wenigstens eine magnetische Detektionselement ein Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen enthalten. In diesem Fall kann jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen eine Wheatstone-Brückenschaltung besitzen, die ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente enthält. Die magnetischen Detektionselemente können magnetoresistive Elemente sein. Jedes der magnetoresistiven Elemente kann eine Schicht mit festgehaltener Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgehalten ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich in Übereinstimmung mit der Richtung eines an sie angelegten Magnetfeldes ändert, und eine unmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festgehaltener Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist, besitzen. Die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der zweiten Detektionsschaltung können zu jenen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der ersten Detektionsschaltung orthogonal sein. Die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der vierten Detektionsschaltung können zu jenen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der dritten Detektionsschaltung orthogonal sein.
In dem Drehfeldsensor der Erfindung kann der erste detektierte Winkelwert einen ersten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Wertes des ersten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld besteht und die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes eine ideale Rotation ausführt, während der zweite detektierte Winkelwert einen zweiten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Wertes des zweiten Winkels enthalten kann, der erwartet wird, wenn das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld besteht und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds eine ideale Rotation ausführt. Der erste Winkelfehler und der zweite Winkelfehler können in Reaktion auf die Änderungen der Richtungen des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds periodische Änderungen mit der gleichen Fehlerperiode ausführen. Die Änderung des ersten Winkelfehlers kann von einer Änderung des ersten detektierten Winkelwerts abhängen, während die Änderung des zweiten Winkelfehlers von einer Änderung des zweiten detektierten Winkelwerts abhängen kann. Der erste detektierte Winkelwert und der zweite detektierte Winkelwert können sich in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der Fehlerperiode unterscheiden. In diesem Fall können sich die erste Richtung und die zweite Richtung um ein ungeradzahligee Vielfaches von 1/2 der Fehlerperiode in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds unterscheiden. Die Fehlerperiode kann 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen sein.
In dem Drehfeldsensor der Erfindung kann das rotierende Magnetfeld ferner ein drittes Teilmagnetfeld in einer dritten Position und ein viertes Teilmagnetfeld in einer vierten Position enthalten. Das dritte Teilmagnetfeld und das vierte Teilmagnetfeld unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung wie die Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds. In diesem Fall kann der Drehfeldsensor der Erfindung ferner eine dritte Detektionseinheit und eine vierte Detektionseinheit enthalten. Die dritte Detektionseinheit ist für das Detektieren in der dritten Position eines dritten Winkels, den die Richtung eines dritten angelegten Feldes bezüglich einer dritten Richtung bildet, vorgesehen. Das dritte angelegte Feld enthält das dritte Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente. Die vierte Detektionseinheit ist für das Detektierten in der vierten Position eines vierten Winkels, den die Richtung eines vierten angelegten Feldes bezüglich einer vierten Richtung bildet, vorgesehen. Das vierte angelegte Feld enthält das vierte Teilmagnetfeld als seine Hauptkomponente.
Die dritte Detektionseinheit besitzt eine fünfte und eine sechste Detektionsschaltung und eine vierte Arithmetikschaltung. Sowohl die fünfte als auch die sechste Detektionsschaltung enthalten wenigstens ein magnetisches Detektionselement, detektieren die Intensität einer Komponente des dritten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Die vierte Arithmetikschaltung berechnet einen dritten detektierten Winkelwert, der ein detektierter Wert des dritten Winkels ist, basierend auf den Ausgangssignalen der fünften und der sechsten Detektionsschaltung. Die vierte Detektionseinheit besitzt eine siebente und eine achte Detektionsschaltung und eine fünfte Arithmetikschaltung. Sowohl die siebente als auch die achte Detektionsschaltung enthalten wenigstens ein magnetisches Detektionselement, detektieren die Intensität einer Komponente des vierten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Die fünfte Arithmetikschaltung berechnet einen vierten detektierten Winkelwert, der ein detektierter Wert des vierten Winkels ist, basierend auf den Ausgangssignalen der siebenten und der achten Detektionsschaltung. Die Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen besitzen die gleiche Periode. Das Ausgangssignal der sechsten Detektionsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung in der Phase um ein ungeradzahligen Vielfaches von 1/4 der Periode. Das Ausgangssignal der achten Detektionsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgangssignal der siebenten Detektionsschaltung in der Phase um ein ungeradzahligen Vielfaches von 1/4 der Periode.
Der Drehfeldsensor der Erfindung kann ferner eine sechste Arithmetikschaltung und eine siebente Arithmetikschaltung enthalten. Die sechste Arithmetikschaltung berechnet basierend auf dem dritten detektierten Winkelwert und dem vierten detektierten Winkelwert einen detektierten Wert, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. Die siebente Arithmetikschaltung berechnet einen detektierten Wert des Winkels, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet, basierend auf dem durch die dritte Arithmetikschaltung berechneten detektierten Wert und dem durch die sechste Arithmetikschaltung berechneten detektierten Wert.
In diesem Fall, in dem der Drehfeldsensor der Erfindung die dritte und die vierte Detektionseinheit und die sechste und die siebente Arithmetikschaltung, die oben erwähnt worden sind, enthält, kann ein von dem rotierenden Magnetfeld verschiedenes Rauschfeld von außen an den Drehfeldsensor angelegt sein. In diesem Fall kann das erste angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld sein, das sich aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld ergibt. Das zweite angelegte Feld kann ein zusammengesetztes Magnetfeld sein, das sich aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld ergibt. Das dritte angelegte Feld kann ein zusammengesetztes Magnetfeld sein, das sich aus einer Kombination aus dem dritten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld ergibt. Das vierte angelegte Feld kann ein zusammengesetztes Magnetfeld sein, das sich aus einer Kombination aus dem vierten Teilmagnetfeld und dem Rauschfeld ergibt. Hier können sich die erste Richtung und die zweite Richtung um 180° voneinander unterscheiden. Die dritte Richtung und die vierte Richtung können sich um 180° voneinander unterscheiden.
In dem Fall, in dem der Drehfeldsensor der Erfindung die dritte und die vierte Detektionseinheit und die sechste und die siebente Arithmetikschaltung, die oben erwähnt worden sind, enthält, kann der erste detektierte Winkelwert einen ersten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Wertes des ersten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld besteht und die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes eine ideale Rotation ausführt. Der zweite detektierte Winkelwert kann einen zweiten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Wertes des zweiten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld besteht und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds eine ideale Rotation ausführt. Der dritte detektierte Winkelwert kann einen dritten Fehler bezüglich eines theoretischen Wertes des dritten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld besteht und die Richtung des dritten Teilmagnetfelds eine ideale Rotation ausführt. Der vierte detektierte Winkelwert kann einen vierten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Wertes des vierten Winkels enthalten, der erwartet wird, wenn das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld besteht und die Richtung des vierten Teilmagnetfelds eine ideale Rotation ausführt.
Die ersten bis vierten Winkelfehler können in Reaktion auf die Änderungen der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder periodische Änderungen mit der gleichen Fehlerperiode ausführen. Die Änderungen der ersten bis vierten Winkelfehler können jeweils von den Änderungen der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder abhängen. 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 zu einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 der Fehlerperiode äquivalent ist.
In dem Drehfeldsensor der Erfindung kann, wenn die ersten bis vierten detektierten Winkelwerte die obenerwähnten jeweiligen Winkelfehler enthalten, die Fehlerperiode 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des rotierenden Magnetfelds sein. Der erste Winkelfehler kann eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des ersten Teilmagnetfelds abhängig ist, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des ersten detektierten Winkelwertes abhängig ist, ändert, enthalten. Der zweite Winkelfehler kann eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des zweiten Teilmagnetfelds abhängig ist, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des zweiten detektierten Winkelwertes abhängig ist, ändert, enthalten. Der dritte Winkelfehler kann eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des dritten Teilmagnetfelds abhängig ist, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des dritten detektierten Winkelwertes abhängig ist, ändert, enthalten. Der vierte Winkelfehler kann eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des vierten Teilmagnetfelds abhängig ist, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des vierten detektierten Winkelwertes abhängig ist, ändert, enthalten. In diesem Fall können sich der erste detektierte Winkelwert und der zweite detektierte Winkelwert in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der zweiten Fehlerperiode unterscheiden, während sich der dritte detektierte Winkelwert und der vierte detektierte Winkelwert in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der zweiten Fehlerperiode unterscheiden können.
Gemäß der Erfindung besitzen, wie oben beschrieben worden ist, wenn ein Rauschfeld von außen an den Drehfeldsensor angelegt ist, der aufgrund des Rauschfeldes im ersten detektierten Winkelwert auftretende Fehler und der aufgrund des Rauschfeldes im zweiten detektierten Winkelwert auftretende Fehler Werte mit entgegengesetztem Vorzeichen. Folglich ist es gemäß der Erfindung möglich, den sich aus dem Rauschfeld ergebenden Fehler im detektierten Winkel zu verringern. Die vorhergehende Wirkung der Erfindung wird durch die Anordnung der ersten und der zweiten Detektionseinheit in der ersten bzw. der zweiten Position geschaffen. Die Erfindung macht es folglich möglich, den sich aus dem Rauschfeld ergebenden Fehler im detektierten Winkel zu verringern und außerdem die Installationsorte der magnetischen Detektionselemente zu verringern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 einen Stromlaufplan, der die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4A eine erklärende graphische Darstellung, die die Definitionen der Richtungen und der Winkel in der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
4B eine erklärende graphische Darstellung, die die Definitionen der Richtungen und der Winkel in der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
5 eine erklärende graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten angelegten Feld und einem Rauschfeld in der ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch veranschaulicht;
6 eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines MR-Elements in dem in 3 gezeigten Drehfeldsensor zeigt;
7 eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines ersten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform Erfindung zeigt;
8 eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines zweiten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
12 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
15 eine graphische Darstellung der Signalformen, die zeigt, wie die Signalformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen des Drehfeldsensors gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung verzerrt sind;
16 eine graphische Darstellung der Signalformen, die die Beziehung zwischen dem ersten detektierten Winkelwert und einem ersten Winkelfehler in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
17 eine erklärende graphische Darstellung, die die Operation des Verringerns eines Winkelfehlers in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
18 eine graphische Darstellung der Signalformen, die die Beziehung zwischen einem detektierten Winkelwert und einem Winkelfehler in der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
19 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
20 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
21 einen Blockschaltplan, der die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
22 eine graphische Darstellung der Signalformen, die die Beziehung zwischen einem ersten Teilmagnetfeld, einem ersten detektierten Winkelwert und einem ersten Winkelfehler in der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
23 eine erklärende graphische Darstellung, die die Operation des Verringerns eines Winkelfehlers in der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
24 eine graphische Darstellung der Signalformen, die die Beziehung zwischen einem detektierten Winkelwert und einem Winkelfehler in der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
25 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
26 eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

[Die erste Ausführungsform]
Nun werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Zuerst wird auf 1, 2, 4A und 4B Bezug genommen, um die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 4A und 4B sind erklärende graphische Darstellungen, die die Definitionen der Richtungen und der Winkel in dieser Ausführungsform veranschaulichen.
Der Drehfeldsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform detektiert den Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Das rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in einer zweiten Position. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, enthält der Drehfeldsensor 1 eine Felderzeugungseinheit 2, eine erste Detektionseinheit 10 und eine zweite Detektionseinheit 20. Die Felderzeugungseinheit 2 erzeugt das rotierende Magnetfeld. Die erste Detektionseinheit 10 ist vorgesehen, um in der ersten Position einen ersten Winkel zu detektieren, den die Richtung eines ersten angelegten Feldes bezüglich einer ersten Richtung bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit 20 ist vorgesehen, um in der zweiten Position einen zweiten Winkel zu detektieren, den die Richtung eines zweiten angelegten Feldes bezüglich einer zweiten Richtung bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Um der Bequemlichkeit willen ist in 1 und 2 die erste Detektionseinheit 10 in einer Position gezeigt, die von dem Pfeil getrennt ist, der das erste Teilmagnetfeld MF1 repräsentiert, und ist die zweite Detektionseinheit 20 in einer Position gezeigt, die von dem Pfeil getrennt ist, der das zweite Teilmagnetfeld MF2 repräsentiert. In Wirklichkeit befindet sich jedoch die erste Detektionseinheit 10 in der ersten Position, wo das erste Teilmagnetfeld MF1 auftritt, und befindet sich die zweite Detektionseinheit 20 in der zweiten Position, wo das zweite Teilmagnetfeld MF2 auftritt. Die Definitionen der Richtungen und der Winkel werden später ausführlich beschrieben.
Die Felderzeugungseinheit 2 enthält einen Plattenabschnitt 5 und ein Paar von Magneten 3 und 4, die an dem Plattenabschnitt 5 befestigt sind. Der Plattenabschnitt 5 ist an einem axialen Ende einer rotierenden Welle 6 befestigt, die das Objekt ist, dessen Drehposition zu detektieren ist. Die rotierende Welle 6 rotiert um ihre Mittelachse. Bei der Rotation dreht sich die Felderzeugungseinheit 2 außerdem um die Drehachse C einschließlich der Mittelachse der rotierenden Welle 6. Das Paar von Magneten 3 und 4 ist in symmetrischen Positionen bezüglich einer virtuellen Ebene angeordnet, die die Drehachse C enthält. Hier ist für den Plattenabschnitt 5 die Unterseite in 1 und 2 als eine „Bodenfläche“ definiert, während die Oberseite in 1 und 2 als eine „Oberfläche“ definiert ist. Sowohl die Ober- als auch die Bodenfläche des Plattenabschnitts 5 sind senkrecht zur Drehachse C. Die Magneten 3 und 4 sind an der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 befestigt. Das eine Ende der rotierenden Welle 6 ist an der Bodenfläche des Plattenabschnitts 5 befestigt. In der Felderzeugungseinheit 2 drehen sich die Magneten 3 und 4 um die Drehachse C, wodurch ein rotierendes Magnetfeld basierend auf dem durch die Magneten 3 und 4 erzeugten Magnetfeld erzeugt wird.
Jeder der Magneten 3 und 4 besitzt einen N-Pol und einen S-Pol. Der N- und der S-Pol des Magneten 3 sind von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 in der Reihenfolge vom S-Pol zum N-Pol angeordnet. Der N- und der S-Pol des Magneten 4 sind von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 in der Reihenfolge vom N-Pol zum S-Pol angeordnet. Die Richtung des durch das Paar von Magneten 3 und 4 erzeugten rotierenden Magnetfeldes rotiert mit der Rotation der Felderzeugungseinheit 2 um die Drehachse C. In 1 und 2 sind der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 und der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 durch Kurven gezeigt, die durch das Symbol M bezeichnet sind. Der magnetische Fluss vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 erzeugt das meiste des ersten Teilmagnetfelds MF1 in der ersten Position. Der magnetische Fluss vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 erzeugt das meiste des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 in der zweiten Position.
Die erste und die zweite Detektionseinheit 10 bzw. 20 sind über der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 zwischen den Magneten 3 und 4 angeordnet. Spezifischer befindet sich in dieser Ausführungsform die erste Detektionseinheit 10 in der ersten Position auf der Drehachse C, wo das erste Teilmagnetfeld MF1 auftritt, während sich die zweite Detektionseinheit 20 in der zweiten Position auf der Drehachse C befindet, wo das zweite Teilmagnetfeld MF2 auftritt. In 1 und 2 sind die erste Detektionseinheit 10 und die zweite Detektionseinheit 20 als getrennte Elemente gezeigt. Die erste Detektionseinheit 10 und die zweite Detektionseinheit 20 können jedoch miteinander integriert sein, solange wie sie sich in der ersten Position bzw. der zweiten Position befinden. In dieser Ausführungsform verläuft die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1 vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4. Die Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 verläuft vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3. Die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1 und die des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 sind um 180° voneinander verschieden. Die Drehung der Felderzeugungseinheit 2 dreht das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 in der gleichen Drehrichtung.
Unter Bezugnahme auf 4A und 4B werden die Definitionen der Richtungen und der Winkel in dieser Ausführungsform beschrieben. 4A veranschaulicht die Definitionen der Richtungen und der Winkel in der ersten Position. 4B veranschaulicht die Definitionen der Richtungen und der Winkel in der zweiten Position. Zuerst wird eine Richtung, die zu der in 1 und 2 gezeigten Drehachse C parallel ist und die sich von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 entfernt befindet, als die Z-Richtung definiert. Als Nächstes werden zwei wechselseitig orthogonale Richtungen in einer virtuellen Ebene senkrecht zur Z-Richtung als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. In 4A und 4B ist die X-Richtung als die Richtung nach rechts gezeigt, während die Y-Richtung als die Aufwärtsrichtung gezeigt ist. Die zur X-Richtung entgegengesetzte Richtung wird als die -X-Richtung definiert, während die zu der Y-Richtung entgegengesetzte Richtung als die -Y-Richtung definiert wird.
Die erste Position befindet sich dort, wo die erste Detektionseinheit 10 das erste angelegte Feld detektiert. In dieser Ausführungsform befindet sich die erste Position auf der Drehachse C über der Oberfläche des Plattenabschnitts 5. Die erste Richtung D1 ist eine Bezugsrichtung, bezüglich der die erste Detektionseinheit 10 die Richtung DM1 des ersten angelegten Feldes angibt. In dieser Ausführungsform stimmt die Richtung D1 mit der Y-Richtung überein. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die Richtung DM1 des ersten angelegten Feldes und die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1 sollten sich in 4A im Uhrzeigersinn drehen. Der erste Winkel, den die Richtung DM1 des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet, wird durch das Symbol 81 bezeichnet. Der Winkel, den die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1 bezüglich der ersten Richtung D1 bildet, wird durch das (in 4A nicht gezeigte) Symbol 81m bezeichnet. Falls das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 besteht, ist θ1 gleich θ1m. Die Winkel θ1 und θ1m werden in positiven Werten ausgedrückt, wenn sie von der ersten Richtung D1 im Uhrzeigersinn betrachtet werden, und in negativen Werten ausgedrückt, wenn sie von der ersten Richtung D1 entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet werden.
Die zweite Position befindet sich dort, wo die zweite Detektionseinheit 20 das zweite angelegte Feld detektiert. In dieser Ausführungsform befindet sich die zweite Position auf der Drehachse C über der Oberfläche des Plattenabschnitts 5, wobei sie sich näher an der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 als die erste Position befindet. Die zweite Richtung D2 ist eine Bezugsrichtung, bezüglich der die zweite Detektionseinheit 20 die Richtung DM2 des zweiten angelegten Feldes angibt. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um 180° voneinander. In dieser Ausführungsform stimmt die zweite Richtung D2 mit der -Y-Richtung überein. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Die Richtung DM2 des zweiten angelegten Feldes und die Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 sollten sich in 4B im Uhrzeigersinn drehen. Der zweite Winkel, den die Richtung DM2 des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet, wird durch das Symbol θ2 bezeichnet. Der Winkel, den die Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet, wird durch das (in 4B nicht gezeigte) Symbol 82m bezeichnet. Falls das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 besteht, ist θ2 gleich θ2m. Die Winkel θ2 und 82m werden in positiven Werten ausgedrückt, wenn sie von der zweiten Richtung D2 im Uhrzeigersinn betrachtet werden, und in negativen Werten ausgedrückt, wenn sie von der zweiten Richtung D2 entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet werden. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um 180°, wobei sich das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 außerdem in der Richtung um 180° unterscheiden. Deshalb sind die Winkel θ1m und 82m gleich.
Die Bezugsposition und die Bezugsrichtung können mit der ersten Position bzw. der ersten Richtung D1 oder mit der zweiten Position bzw. der zweiten Richtung D2 übereinstimmen oder sie können irgendeine Position und irgendeine Richtung sein, die von diesen Positionen und Richtungen verschieden sind.
Als Nächstes wird die Konfiguration des Drehfeldsensors 1 unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben. 3 ist ein Stromlaufplan, der die Konfiguration des Drehfeldsensors 1 zeigt. Wie bereits erwähnt worden ist, enthält der Drehfeldsensor 1 die erste Detektionseinheit 10 und die zweite Detektionseinheit 20. Die erste Detektionseinheit 10 besitzt eine erste Detektionsschaltung 11, eine zweite Detektionsschaltung 12 und eine erste Arithmetikschaltung 13. Jede der ersten und zweiten Detektionsschaltungen 11 bzw. 12 detektiert die Intensität einer Komponente des ersten angelegten Feldes in einer Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung 11 bzw. 12 berechnet die erste Arithmetikschaltung 13 einen ersten detektierten Winkelwert θ1s, der ein detektierter Wert des ersten Winkels θ1 ist.
Die zweite Detektionseinheit 20 besitzt im Grunde die gleiche Konfiguration wie die der ersten Detektionseinheit 10. Spezifisch besitzt die zweite Detektionseinheit 20 eine dritte Detektionsschaltung 21, eine vierte Detektionsschaltung 22 und eine zweite Arithmetikschaltung 23. Jede der dritten und vierten Detektionsschaltungen 21 bzw. 22 detektiert die Intensität einer Komponente des zweiten angelegten Feldes in einer Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und der vierten Detektionsschaltung 21 bzw. 22 berechnet die zweite Arithmetikschaltung 23 einen zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der ein detektierter Wert des zweiten Winkels θ2 ist.
Die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 besitzen die gleiche Periode. In der folgenden Beschreibung wird die Periode der Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 als die Periode T bezeichnet. Das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 unterscheidet sich in der Phase vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T. Das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 unterscheidet sich in der Phase vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 in der Richtung um 180°, wobei sich die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 außerdem um 180° unterscheiden. Deshalb besitzen der erste detektierte Winkelwert θ1s und der zweite detektierte Winkelwert θ2s die gleiche Phase.
Der Drehfeldsensor 1 enthält ferner eine dritte Arithmetikschaltung 30, die einen detektierten Wert θs basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert θ1s, der durch die erste Detektionseinheit 10 erhalten wird, und dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der durch die zweite Detektionseinheit 20 erhalten wird, berechnet. Der detektierte Wert θs besitzt eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. In dieser Ausführungsform berechnet die dritte Arithmetikschaltung 30 θs durch die Gleichung (1) im Folgenden. $θ s = (θ 1s + θ 2s) / 2$
Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 enthält wenigstens ein magnetisches Detektionselement. Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 kann als das wenigstens eine magnetische Detektionselement ein in Reihe geschaltetes Paar magnetischer Detektionselemente enthalten. In diesem Fall kann jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 eine Wheatstone-Brückenschaltung besitzen, die ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente enthält. Die folgende Beschreibung beschäftigt sich mit dem Fall, in dem jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 eine derartige Wheatstone-Brückenschaltung besitzt.
Die erste Detektionsschaltung 11 besitzt eine Wheatstone-Brückenschaltung 14 und einen Distanzdetektor 15. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 enthält einen Leistungsversorgungsanschluss V1, einen Masseanschluss G1, zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12, ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R11 und R12 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R13 und R14. Ein Ende jedes magnetischen Detektionselements R11 und R13 ist mit dem Leistungsversorgungsanschluss V1 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R11 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R12 und dem Ausgangsanschluss E11 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R13 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R14 und dem Ausgangsanschluss E12 verbunden. Das andere Ende jedes magnetischen Detektionselements R12 und R14 ist mit dem Masseanschluss G1 verbunden. Eine Leistungsversorgungsspannung mit einer vorgegebenen Größe ist an den Leistungsversorgungsanschluss V1 angelegt. Der Masseanschluss G1 ist geerdet. Der Differenzdetektor 15 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, an die erste Arithmetikeinheit 13 aus.
Die zweite Detektionsschaltung 12 besitzt eine Wheatstone-Brückenschaltung 16 und einen Differenzdetektor 17. Die Wheatstone-Brückenschaltung 16 enthält einen Leistungsversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2, zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22, ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R21 und R22 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R23 und R24. Ein Ende jedes magnetischen Detektionselements R21 und R23 ist mit dem Leistungsversorgungsanschluss V2 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R21 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R22 und dem Ausgangsanschluss E21 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R23 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R24 und dem Ausgangsanschluss E22 verbunden. Das andere Ende jedes magnetischen Detektionselements R22 und R24 ist mit dem Masseanschluss G2 verbunden. Eine Leistungsversorgungsspannung mit einer vorgegebenen Größe ist an den Leistungsversorgungsanschluss V2 angelegt. Der Masseanschluss G2 ist geerdet. Der Differenzdetektor 17 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht, an die erste Arithmetikschaltung 13 aus.
Die dritte Detektionsschaltung 21 besitzt eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 und einen Differenzdetektor 25. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 enthält einen Leistungsversorgungsanschluss V3, einen Masseanschluss G3, zwei Ausgangsanschlüsse E31 und E32, ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R31 und R32 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R33 und R34. Ein Ende jedes magnetischen Detektionselements R31 und R33 ist mit dem Leistungsversorgungsanschluss V3 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R31 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R32 und dem Ausgangsanschluss E31 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R33 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R34 und dem Ausgangsanschluss E32 verbunden. Das andere Ende jedes magnetischen Detektionselements R32 und R34 ist mit dem Masseanschluss G3 verbunden. Eine Leistungsversorgungsspannung mit einer vorgegebenen Größe ist an den Leistungsversorgungsanschluss V3 angelegt. Der Masseanschluss G3 ist geerdet. Der Differenzdetektor 25 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 entspricht, an die zweite Arithmetikschaltung 23 aus.
Die vierte Detektionsschaltung 22 besitzt eine Wheatstone-Brückenschaltung 26 und einen Differenzdetektor 27. Die Wheatstone-Brückenschaltung 26 enthält einen Leistungsversorgungsanschluss V4, einen Masseanschluss G4, zwei Ausgangsanschlüsse E41 und E42, ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R41 und R42 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente R43 und R44. Ein Ende jedes magnetischen Detektionselements R41 und R43 ist mit dem Leistungsversorgungsanschluss V4 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R41 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R42 und dem Ausgangsanschluss E41 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Detektionselements R43 ist mit einem Ende des magnetischen Detektionselements R44 und dem Ausgangsanschluss E42 verbunden. Das andere Ende jedes magnetischen Detektionselements R42 und R44 ist mit dem Masseanschluss G4 verbunden. Eine Leistungsversorgungsspannung mit einer vorgegebenen Größe ist an den Leistungsversorgungsanschluss V4 angelegt. Der Masseanschluss G4 ist geerdet. Der Differenzdetektor 27 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 entspricht, an die zweite Arithmetikschaltung 23 aus.
In dieser Ausführungsform sind alle magnetischen Detektionselemente, die in den Wheatstone-Brückenschaltungen (die im Folgenden als die Brückenschaltungen bezeichnet werden) 14, 16, 24 und 26 enthalten sind, MR-Elemente oder insbesondere TMR-Elemente. Anstelle der TMR-Elemente können GMR-Elemente verwendet werden. Die TMR-Elemente oder die GMR-Elemente besitzen jedes eine Schicht mit festgehaltener Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgehalten ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich in Übereinstimmung mit der Richtung eines an sie angelegten Magnetfeldes ändert, und eine unmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festgehaltener Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist. Für die TMR-Elemente ist die unmagnetische Schicht eine Tunnelbarrierenschicht. Für die GMR-Elemente ist die unmagnetische Schicht eine unmagnetische leitfähige Schicht. Der Widerstand der TMR-Elemente oder der GMR-Elemente ändert sich in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht bezüglich der Richtung der Magnetisierung der Schicht mit festgehaltener Magnetisierung bildet. Der Widerstand erreicht seinen Minimalwert, wenn der vorhergehende Winkel 0° beträgt. Der Widerstand erreicht seinen Maximalwert, wenn der vorhergehende Winkel 180° beträgt. In der folgenden Beschreibung werden die in den Brückenschaltungen 14, 16, 24 und 26 enthaltenen magnetischen Detektionselemente als MR-Elemente bezeichnet. In 3 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen an. Die hohlen Pfeile gegen die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten in den MR-Elementen an.
In der ersten Detektionsschaltung 11 sind die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R11 und R14 in der X-Richtung magnetisiert, während die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R12 und R13 in der -X-Richtung magnetisiert sind. In diesem Fall ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der X-Richtung. Die erste Detektionsschaltung 11 detektiert deshalb die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der X-Richtung und gibt ein Signal aus, das die Intensität angibt. Wenn der in 4A gezeigte erste Winkel θ1 0° und 180° beträgt, ist die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der X-Richtung gleich 0. Wenn der erste Winkel θ1 größer als 0° und kleiner als 180° ist, nimmt die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der X-Richtung einen positiven Wert an. Wenn der erste Winkel θ1 größer als 180° und kleiner als 360° ist, nimmt die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der X-Richtung einen negativen Wert an.
In der zweiten Detektionsschaltung 12 sind die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R21 und R24 in der Y-Richtung magnetisiert, während die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R22 und R23 in der -Y-Richtung magnetisiert sind. In diesem Fall ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der Y-Richtung. Die zweite Detektionsschaltung 12 detektiert deshalb die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der Y-Richtung und gibt ein Signal aus, das die Intensität angibt. Wenn der in 4A gezeigte erste Winkel θ1 90° und 270° beträgt, ist die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der Y-Richtung gleich 0. Wenn der erste Winkel θ1 gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist und wenn der erste Winkel θ1 größer als 270° und kleiner als 360° ist, nimmt die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der Y-Richtung einen positiven Wert an. Wenn der erste Winkel θ1 größer als 90° und kleiner als 270° ist, nimmt die Intensität der Komponente des ersten angelegten Feldes in der Y-Richtung einen negativen Wert an.
In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente in der zweiten Detektionsschaltung 12 orthogonal zu jenen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente in der ersten Detektionsschaltung 11. In einer idealen Situation besitzt das Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 eine Sinus-Signalform, während das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 eine Kosinus-Signalform besitzt. In diesem Fall unterscheidet sich das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 in der Phase um 1/4 der Periode T. Sei hier sin θ1s das Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 und sei cos θ1s das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12, dann kann der erste detektierte Winkelwert θ1s durch die Gleichung (2) im Folgenden berechnet werden. Es wird angegeben, dass „arctan“ den Arkustangens repräsentiert. $θ 1s = arctan (sin θ 1s / cos θ 1s)$
Innerhalb des Bereichs von 360° besitzt θ1s in der Gleichung (2) zwei Lösungen mit einem Unterschied von 180° im Wert. Welche der zwei Lösungen von θ1s in der Gleichung (2) die wahre Lösung für θ1s ist, kann aus der Kombination der positiven und der negativen Vorzeichen von sin θ1s und cos θ1s bestimmt werden. Spezifischer ist, falls sin θ1s einen positiven Wert besitzt, θ1s größer als 0° und kleiner als 180°. Falls sin θ1s einen negativen Wert besitzt, ist θ1s größer als 180° und kleiner als 360°. Falls cos θ1s einen positiven Wert besitzt, ist θ1s gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° oder ist größer als 270° und kleiner als oder gleich 360°. Falls cos θ1s einen negativen Wert besitzt, ist θ1s größer als 90° und kleiner als 270°. Die erste Arithmetikschaltung 13 bestimmt unter Verwendung der Gleichung (2) und basierend auf der vorhergehenden Bestimmung der Kombination der positiven und der negativen Vorzeichen von sin θ1s und cos θ1s θ1s innerhalb des Bereichs von 360°. Es wird angegeben, dass es möglich ist, θ1s nicht nur zu bestimmen, wenn das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 in der Phase um 1/4 der Periode T verschieden ist, sondern außerdem, wenn das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12 vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11 in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T verschieden ist.
In der dritten Detektionsschaltung 21 sind die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R31 und R34 in der -X-Richtung magnetisiert, während die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R32 und R33 in der X-Richtung magnetisiert sind. In diesem Fall ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -X-Richtung. Die dritte Detektionsschaltung 21 detektiert deshalb die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -X-Richtung und gibt ein Signal aus, das die Intensität angibt. Wenn der in 4B gezeigte zweite Winkel θ2 0° und 180° beträgt, ist die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -X-Richtung gleich 0. Wenn der zweite Winkel θ2 größer als 0° und kleiner als 180° ist, nimmt die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -X-Richtung einen positiven Wert an. Wenn der zweite Winkel θ2 größer als 180° und kleiner als 360° ist, nimmt die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -X-Richtung einen negativen Wert an.
In der vierten Detektionsschaltung 22 sind die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R41 und R44 in der -Y-Richtung magnetisiert, während die Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente R42 und R43 in der Y-Richtung magnetisiert sind. In diesem Fall ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -Y-Richtung. Die vierte Detektionsschaltung 22 detektiert deshalb die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -Y-Richtung und gibt ein Signal aus, das die Intensität angibt. Wenn der in 4B gezeigte erste Winkel Θ2 90° und 270° beträgt, ist die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -Y-Richtung gleich 0. Wenn der zweite Winkel θ2 gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist und wenn der zweite Winkel θ2 größer als 270° und kleiner als oder gleich 360° ist, nimmt die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -Y-Richtung einen positiven Wert an. Wenn der zweite Winkel θ2 größer als 90° und kleiner als 270° ist, nimmt die Intensität der Komponente des zweiten angelegten Feldes in der -Y-Richtung einen negativen Wert an.
In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente in der vierten Detektionsschaltung 22 orthogonal zu jenen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der MR-Elemente in der dritten Detektionsschaltung 21. In einer idealen Situation besitzt das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 eine Sinus-Signalform, während das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 eine Kosinus-Signalform besitzt. In diesem Fall unterscheidet sich das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 in der Phase um 1/4 der Periode T. Sei hier sin θ2s das Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 und sei cos θ2s das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22, dann kann der zweite detektierte Winkelwert θ2s durch die Gleichung (3) im Folgenden berechnet werden. $θ 2s = arctan (sin θ 2s / cos θ 2s)$
Auf die gleiche Art wie die oben beschriebene Bestimmung von θ1s bestimmt die zweite Arithmetikschaltung 23 unter Verwendung der Gleichung (3) und basierend auf der Bestimmung der Kombination der positiven und der negativen Vorzeichen von sin θ2s und cos θ2s θ2s innerhalb des Bereichs von 360°. Es wird angegeben, dass es möglich ist, θ2s nicht nur zu bestimmen, wenn das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 in der Phase um 1/4 der Periode T verschieden ist, sondern außerdem, wenn das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22 vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21 in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T verschieden ist.
Die ersten bis dritten Arithmetikschaltungen 13, 23 und 30 können z. B. durch einen einzigen Mikrocomputer implementiert sein.
Nun wird unter Bezugnahme auf 6 ein Beispiel der Konfiguration der MR-Elemente beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines MR-Elements in dem in 3 gezeigten Drehfeldsensor 1 zeigt. In diesem Beispiel besitzt das MR-Element mehrere untere Elektroden, mehrere MR-Schichten und mehrere obere Elektroden. Die mehreren unteren Elektroden 42 sind auf einem nicht gezeigten Substrat angeordnet. Jede der unteren Elektroden 42 besitzt eine lange schlanke Form. Zwischen zwei unteren Elektroden 42, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander angrenzend sind, befindet sich eine Lücke. Wie in 6 gezeigt ist, sind die MR-Schichten 50 auf den Oberflächen der unteren Elektroden 42 in der Nähe der gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung vorgesehen. Jede der MR-Schichten 50 enthält eine freie Schicht 51, eine unmagnetische Schicht 52, eine Schicht 53 mit festgehaltener Magnetisierung und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die freie Schicht 51 am nächsten zur unteren Elektrode 42 befindet. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 42 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material hergestellt. Die antiferromagnetische Schicht 54 befindet sich in Austauschkopplung mit der Schicht 53 mit festgehaltener Magnetisierung, um die Richtung der Magnetisierung der Schicht 53 mit festgehaltener Magnetisierung festzuhalten. Die mehreren oberen Elektroden 43 sind über den mehreren MR-Schichten 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 43 besitzt eine lange schlanke Form und stellt die elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei aneinander angrenzenden MR-Schichten 50 her, die auf zwei unteren Elektroden 42 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander angrenzend sind. Bei einer derartigen Konfiguration sind die mehreren MR-Schichten 50 in dem in 6 gezeigten MR-Element durch die mehreren unteren Elektroden 42 und die mehreren oberen Elektroden 43 in Reihe geschaltet. Es sollte klar sein, dass die Schichten 51 bis 54 der MR-Schichten 50 in einer Reihenfolge gestapelt sein können, die zu der in 6 gezeigten entgegengesetzt ist.
Nun werden der Betrieb und die Wirkungen des Drehfeldsensors 1 unter Bezugnahme auf 3, 4A, 4B und 5 beschrieben. In dem Drehfeldsensor 1 bestimmt die erste Detektionseinheit 10 den ersten detektierten Winkelwert θ1s, der der detektierte Wert des ersten Winkels θ1 ist, basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung 11 bzw. 12. Die zweite Detektionseinheit 20 bestimmt den zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der der detektierte Wert des zweiten Winkels θ2 ist, basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und der vierten Detektionsschaltung 21 bzw. 22. Basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s berechnet die dritte Arithmetikschaltung 30 den detektierten Wert θs, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es selbst dann, wenn ein Rauschfeld, das von dem rotierenden Magnetfeld verschieden ist, von außen an den Drehfeldsensor 1 angelegt ist, möglich, den sich aus dem Rauschfeld ergebenden Fehler in dem detektierten Wert θs zu verringern. Dies wird im Folgenden ausführlich erörtert. In der folgenden Beschreibung wird das Rauschfeld als ein Rauschfeld H_ext bezeichnet. Der mit dem Symbol H_ext in 4A und 4B angegebene Pfeil zeigt ein Beispiel des Rauschfeldes H_ext.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 5 eine Beschreibung der Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten angelegten Feld und dem Rauschfeld H_ext gegeben. 5 ist eine erklärende graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten angelegten Feld und dem Rauschfeld H_ext schematisch veranschaulicht. Beim Fehlen des Rauschfeldes H_ext besteht das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und besteht das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2. In 5 gibt der mit dem Symbol AMF1a bezeichnete Pfeil in diesem Fall das erste angelegte Feld an, während in diesem Fall der mit dem Symbol AMF2a bezeichnete Pfeil das zweite angelegte Feld angibt. Wie in 5 gezeigt ist, unterscheiden sich das erste angelegte Feld AMF1a und das zweite angelegte Feld AMF2a wie bei dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 in der Richtung um 180°.
Beim Vorhandensein des Rauschfeldes H_ext ist das erste angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld, das sich aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und dem Rauschfeld H_ext ergibt, während das zweite angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 und dem Rauschfeld H_ext ergibt. In 5 zeigt der mit dem Symbol AMF1b bezeichnete Pfeil in diesem Fall das erste angelegte Feld, während der mit dem Symbol AMF2b bezeichnete Pfeil in diesem Fall das zweite angelegte Feld angibt.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten detektierten Winkelwert θ1s bzw. 82s und dem Rauschfeld H_ext beschrieben. Beim Fehlen des Rauschfeldes H_ext ist der erste detektierte Winkelwert θ1s gleich dem Wert des Winkels θ1m, den die Richtung des ersten angelegten Feldes AMF1a, d. h. die Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1, bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Beim Vorhandensein des Rauschfeldes H_ext ist der erste detektierte Winkelwert θ1s gleich dem Wert des Winkels, den das erste angelegte Feld AMF1b, d. h. ein zusammengesetztes Magnetfeld, das sich aus der Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und dem Rauschfeld H_ext ergibt, bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Der Unterschied zwischen dem durch dieses zusammengesetzte Magnetfeld bezüglich der ersten Richtung D1 gebildeten Winkel und dem Winkel θ1m wird durch das Rauschfeld H_ext verursacht und ist für den Fehler im detektierten Winkelwert θ1s verantwortlich. In dieser Ausführungsform wird dieser Fehler als der erste Rauschfehler bezeichnet und durch das Symbol dθ1n bezeichnet. 5 zeigt außerdem dθ1n.
Desgleichen ist beim Fehlen des Rauschfeldes H_ext der zweite detektierte Winkelwert Θ2s gleich dem Wert des Winkels θ2m, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes AMF2a, d. h. die Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes MF2, bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Beim Vorhandensein des Rauschfeldes H_ext ist der zweite detektierte Winkelwert θ2s gleich dem Wert des Winkels, den das zweite angelegte Feld AMF2b, d. h. ein zusammengesetztes Magnetfeld, das sich aus der Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 und dem Rauschfeld H_ext ergibt, bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Der Unterschied zwischen dem durch dieses zusammengesetzte Magnetfeld bezüglich der zweiten Richtung D2 gebildeten Winkel und dem Winkel θ2m wird durch das Rauschfeld H_ext verursacht und ist für den Fehler im detektierten Winkelwert Θ2s verantwortlich. In dieser Ausführungsform wird dieser Fehler als der zweite Rauschfehler bezeichnet und durch das Symbol dθ2n bezeichnet. 5 zeigt außerdem dθ2n.
Der erste Rauschfehler dθ1n wird mit einem positiven Wert ausgedrückt, wenn er vom ersten Teilmagnetfeld MF1 im Uhrzeigersinn betrachtet wird, und mit einem negativen Wert ausgedrückt, wenn er vom ersten Teilmagnetfeld MF1 entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet wird. Andererseits wird wie der erste Rauschfehler dθ1n der zweite Rauschfehler d02n mit einem positiven Wert ausgedrückt, wenn er vom zweiten Teilmagnetfeld MF2 im Uhrzeigersinn betrachtet wird, und mit einem negativen Wert ausgedrückt, wenn er vom zweiten Teilmagnetfeld MF2 entgegen dem Uhrzeigersinn betrachtet wird.
In dem in 5 gezeigten Beispiel ist die Richtung des ersten angelegten Feldes AMF1b von der Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1 um den Absolutwert |dθ1n| des ersten Rauschfehlers dθ1n in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in 5 verschieden. Andererseits ist die Richtung des zweiten angelegten Feldes AMF2b von der Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 um den Absolutwert |dθ2n| des zweiten Rauschfehlers dθ2n in der Richtung im Uhrzeigersinn in 5 verschieden. In diesem Fall werden der erste detektierte Winkelwert θ1s und der zweite detektierte Winkelwert Θ2s durch die folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) ausgedrückt. $θ 1s = θ 1m - | d θ 1n |$
$θ 2s = θ 2m + | d θ 2n |$
Nun wird die Beziehung zwischen dem detektierten Wert θs und dem Rauschfeld H_ext beschrieben. Wie vorher erwähnt worden ist, berechnet die dritte Arithmetikschaltung 30 den detektierten Wert θs basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s unter Verwendung der Gleichung (1). Das Einsetzen der Gleichungen (4) und (5) in die Gleichung (1) ergibt die folgende Gleichung (6). $\begin{matrix} θ s = (θ 1s + θ 2s) / 2 \\ = (θ 1m - | d θ 1n | + θ 2m + | d θ 2n |) / 2 \\ = (θ 1m + θ 2m) / 2 + (- | d θ 1n | + | d θ 2n |) / 2 \end{matrix}$
Wie bereits erwähnt worden ist, sind der Winkel θ1m und der Winkel θ2m gleich. Hier wird der Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet, der durch den Drehfeldsensor 1 zu detektieren ist, als der Winkel θ bezeichnet. Vorausgesetzt, dass der Winkel θ gleich dem Winkel θ1m ist, ist der detektierte Wert θs im Idealfall beim Fehlen des Rauschfeldes H_ext gleich dem Winkel θ. Wie jedoch aus der Gleichung (6) ersichtlich ist, enthält der detektierte Wert θs einen Fehler, der eine Entsprechungsbeziehung sowohl mit dem ersten Rauschfehler dθ1n als auch dem zweiten Rauschfehler dθ2n besitzt. Dieser Fehler ergibt sich aus dem Rauschfeld H_ext.
Nun wird eine Beschreibung bezüglich dessen gegeben, wie diese Ausführungsform die Verringerung des sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehlers in dem detektierten Wert θs erlaubt. In dem in 5 gezeigten Beispiel nimmt der erste Rauschfehler dθ1n einen negativen Wert (-|dθ1n|) an, während der zweite Rauschfehler dθ2n einen positiven Wert (|dθ2n|) annimmt. Demgemäß werden, wenn der detektierte Wert θs unter Verwendung der Gleichung (6) berechnet wird, der Wert des ersten Rauschfehlers dθ1n und der Wert des zweiten Rauschfehlers dθ2n aufgehoben, um den Absolutwert des Fehlers in dem detektierten Wert θs kleiner als sowohl den Absolutwert des ersten Rauschfehlers dθ1n als auch den Absolutwert des zweiten Rauschfehlers d02n zu machen.
Es wird vorausgesetzt, dass die Richtung des Rauschfeldes H_ext zu der in dem in 5 gezeigten Beispiel entgegengesetzt ist. In diesem Fall ist die Richtung des ersten angelegten Feldes AMF1b von der Richtung des ersten Teilmagnetfeldes MF1 um den Absolutwert |dθ1n| des ersten Rauschfehlers dθ1n in der Richtung im Uhrzeigersinn in 5 verschieden, während die Richtung des zweiten angelegten Feldes AMF2b von der Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes MF2 um den Absolutwert |dθ2n| des zweiten Rauschfehlers d02n in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in 5 verschieden ist. Das heißt, in diesem Fall nimmt der erste Rauschfehler dθ1n einen positiven Wert (|dθ1n|) an, während der zweite Rauschfehler d02n einen negativen Wert (-|dθ2n|) annimmt. Außerdem werden in diesem Fall, wenn der detektierte Wert θs berechnet wird, der Wert des ersten Rauschfehlers dθ1n und der Wert des zweiten Rauschfehlers dθ2n aufgehoben, um den Absolutwert des Fehlers in dem detektierten Wert θs kleiner als sowohl den Absolutwert des ersten Rauschfehlers dθ1n als auch den Absolutwert des zweiten Rauschfehlers dθ2n zu machen.
Der Drehfeldsensor könnte nur entweder die erste Detektionseinheit 10 oder die zweite Detektionseinheit 20 enthalten, um entweder den ersten detektierten Winkelwert θ1s oder den zweiten detektierten Winkelwert Θ2s als den detektierten Wert θs bereitzustellen. In diesem Fall ist der in dem detektierten Wert θs enthaltene Fehler entweder der erste Rauschfehler dθ1n oder der zweite Rauschfehler d02n. Im Gegensatz dazu enthält der Drehfeldsensor gemäß dieser Ausführungsform sowohl die erste Detektionseinheit 10 als auch die zweite Detektionseinheit 20, um den detektierten Wert θs unter Verwendung der Gleichung (6) zu berechnen. In dieser Ausführungsform besitzen der erste Rauschfehler dθ1n und der zweite Rauschfehler dθ2n nicht nur in dem obenerwähnten Beispiel Werte mit entgegengesetztem Vorzeichen, sondern außerdem in anderen Fällen, mit Ausnahme dessen, wenn sowohl der erste Rauschfehler dθ1n als auch der zweite Rauschfehler dθ2n 0 sind. Demgemäß wird, wie oben beschrieben worden ist, wenn die dritte Arithmetikschaltung 30 den detektierten Wert θs berechnet, der Absolutwert des in dem detektierten Wert θs enthaltenen Fehlers kleiner als sowohl der Absolutwert des ersten Rauschfehlers dθ1n als auch der Absolutwert des zweiten Rauschfehlers dθ2n. Folglich ist es gemäß dieser Ausführungsform möglich, den sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehler in dem detektierten Winkel zu verringern.
In dieser Ausführungsform befindet sich die erste Detektionseinheit 10, die die erste und die zweite Detektionsschaltung 11 bzw. 12 enthält, in der ersten Position, während sich die zweite Detektionseinheit 20, die die dritte und die vierte Detektionsschaltung 21 bzw. 22 enthält, in der zweiten Position befindet. Dies erlaubt die Verringerung der Installationsorte der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 im Vergleich zu einem Fall, in dem die ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 in jeweils verschiedenen Positionen installiert sind. Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 enthält wenigstens ein MR-Element. Gemäß dieser Ausführungsform sind außerdem die Installationsorte der in den Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 enthaltenen MR-Elemente verringert, weil die Installationsorte der ersten bis vierten Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 verringert sind, wie oben erwähnt worden ist. Folglich macht es diese Ausführungsform möglich, die Installationsorte der magnetischen Detektionselemente (MR-Elemente) zu verringern, während der sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebende Fehler im detektierten Winkel verringert wird.
[Die Modifikationsbeispiele]
Nun werden das erste und das zweite Modifikationsbeispiel dieser Ausführungsform beschrieben. Zuerst wird eine Beschreibung eines Drehfeldsensors 1 des ersten Modifikationsbeispiels der Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors 1 des ersten Modifikationsbeispiels zeigt. In dem ersten Modifikationsbeispiel ist das Paar der Magneten 3 und 4 bezüglich der Drehachse C geneigt, so dass der Abstand zwischen den Magneten 3 und 4 mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 zunimmt. Der N- und der S-Pol des Magneten 3 sind in der Reihenfolge vom S-Pol zum N-Pol in der Richtung weg von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 schräg zur Drehachse C angeordnet. Der N- und der S-Pol des Magneten 4 sind in der Reihenfolge vom N-Pol zum S-Pol in der Richtung weg von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 schräg zur Drehachse C angeordnet.
In 7 sind der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 und der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 durch die Kurve und die Gerade gezeigt, die jede durch das Symbol M bezeichnet sind. Die Hauptteile dieser magnetischen Flüsse sind im Vergleich zu dem Fall, in dem das Paar der Magneten 3 und 4 nicht bezüglich der Drehachse C geneigt ist (2), in 7 nach oben verschoben. Falls das Paar der Magneten 3 und 4 nicht bezüglich der Drehachse C geneigt ist, wie in 2 gezeigt ist, kann der Hauptteil des magnetischen Flusses von dem N-Pol des Magneten 4 zu dem S-Pol des Magneten 3 unter der Oberfläche der Platteneinheit 5 hindurchgehen. In einem derartigen Fall ist es manchmal schwierig, die zweite Detektionseinheit 20 in einer optimalen Position anzuordnen, d. h. der Position, durch die der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 hindurchgeht. Im Gegensatz ist es gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel möglich, die Verteilung der magnetischen Flüsse so einzustellen, dass der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 über der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 hindurchgeht. Dies erleichtert das Installieren der zweiten Detektionseinheit 20 in einer optimalen Position.
Nun wird auf 8 Bezug genommen, um einen Drehfeldsensor 1 des zweiten Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zu beschreiben. 8 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors 1 des zweiten Modifikationsbeispiels zeigt. In dem zweiten Modifikationsbeispiel befindet sich das Paar der Magneten 3 und 4 entfernt von der Oberfläche des Plattenabschnitts 5. Zusätzlich zu den Komponenten der Felderzeugungseinheit 2 der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform enthält die Felderzeugungseinheit 2 dieses Modifikationsbeispiels die Träger 7 und 8, die auf der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 befestigt sind. Die Magneten 3 und 4 sind auf den Trägern 7 bzw. 8 befestigt.
In 8 sind der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 3 zum S-Pol des Magneten 4 und der Hauptteil des magnetischen Flusses vom N-Pol des Magneten 4 zum S-Pol des Magneten 3 durch die Kurven gezeigt, die durch das Symbol M bezeichnet sind. Diese Hauptteile der magnetischen Flüsse sind im Vergleich zu dem Fall, in dem die Magneten 3 und 4 auf der Oberfläche des Plattenabschnitts 5 befestigt sind (2), in 8 nach oben verschoben. Folglich ist es gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel möglich, wie beim ersten Modifikationsbeispiel die zweite Detektionseinheit 20 leicht in einer optimalen Position zu installieren.
[Die zweite Ausführungsform]
Nun wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 ein Drehfeldsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 10 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wie in 9 und 10 gezeigt ist, besitzt der Drehfeldsensor 61 gemäß dieser Ausführungsform anstelle der Felderzeugungseinheit 2 der ersten Ausführungsform eine Felderzeugungseinheit 62.
Die Felderzeugungseinheit 62 besitzt einen ringförmigen Magneten 63. Der Magnet 63 ist an einer rotierenden Welle 66 befestigt, die das Objekt ist, dessen Drehposition zu detektieren ist. In 9 und 10 zeigt die durch das Symbol C bezeichnete strichpunktierte Linie die Drehachse einschließlich der Mittelachse der rotierenden Welle 66. Der Magnet 63 ist durch nicht gezeigte Befestigungsmittel an der rotierenden Welle 66 befestigt, um um die Drehachse C symmetrisch zu sein. Der Magnet 63 dreht sich zusammen mit der rotierenden Welle 66 um die Drehachse C. Im Ergebnis tritt ein rotierendes Magnetfeld basierend auf dem durch den Magneten 63 erzeugten Magnetfeld auf.
Der Magnet 63 enthält eine erste Schicht 63A und eine zweite Schicht 63B. Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Schicht 63A bzw. 63B sind ein oder mehrere Paare von N- und S-Polen abwechselnd in einer Ringform angeordnet. Die erste Schicht 63A und die zweite Schicht 63B sind in der vertikalen Richtung (der Richtung parallel zur Drehachse C) in 9 und 10 gestapelt. Die N-Pole der ersten Schicht 63A sind vertikal an die S-Pole der zweiten Schicht 63B angrenzend angeordnet. Die S-Pole der ersten Schicht 63A sind vertikal an die N-Pole der zweiten Schicht 63B angrenzend angeordnet.
Wie in 9 und 10 gezeigt ist, befinden sich die erste und die zweite Detektionseinheit 10 bzw. 20 außerhalb des äußeren Umfangs des Magneten 63, wobei sie in der Richtung parallel zur Drehachse C angeordnet sind. 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 virtuellen Ebene, die die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 63A und der zweiten Schicht 63B enthält. Die zweite Position liegt unter der virtuellen Ebene. Das rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der ersten Schicht 63A erzeugen das meiste des ersten Teilmagnetfeldes MF1. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der ersten Schicht 63A enthalten einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der ersten und der zweiten Schicht 63A bzw. 63B, die vertikal aneinander angrenzend sind, und einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der ersten Schicht 63A, die in der Drehrichtung aneinander angrenzend sind. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der zweiten Schicht 63B erzeugen das meiste des zweiten Teilmagnetfeldes MF2. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der zweiten Schicht 63B enthalten einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der ersten und der zweiten Schicht 63A bzw. 63B, die vertikal aneinander angrenzend sind, und einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der zweiten Schicht 63B, die in der Drehrichtung aneinander angrenzend sind. In 10 ist der Hauptteil des magnetischen Flusses von einem N-Pol der ersten Schicht 63A zu einem S-Pol der zweiten Schicht 63B durch die durch das Symbol M bezeichnete Kurve gezeigt. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert in der ersten Position den ersten Winkel, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert in der zweiten Position den zweiten Winkel, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 unterscheiden sich um 180° voneinander. Die erste Richtung D1 verläuft z. B. von der Drehachse C zur ersten Detektionseinheit 10.
In dem in 9 gezeigten Beispiel enthalten sowohl die erste Schicht 63A als auch die zweite Schicht 63B fünf Paare von N- und S-Polen. Eine Drehung des Magneten 63 erzeugt fünf Drehungen des ersten Teilmagnetfeldes MF1 und des zweiten Teilmagnetfeldes MF2. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, zu einer fünftel Drehung des Magneten 63, d. h. zu einem Drehwinkel von 72° des Magneten 63, äquivalent.
[Ein Modifikationsbeispiel]
Nun wird ein Modifikationsbeispiel dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors 61 des Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zeigt. Wie in 11 gezeigt ist, besitzt der Drehfeldsensor 61 des Modifikationsbeispiels anstelle der Felderzeugungseinheit 62 eine Felderzeugungseinheit 72.
Die Felderzeugungseinheit 72 enthält einen Magneten 73, der in einer Richtung lang ist. Der Magnet 73 führt zusammen mit einer geraden Bewegung des Objekts eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung aus. Im Ergebnis tritt ein rotierendes Magnetfeld basierend auf dem durch den Magneten 73 erzeugten Magnetfeld auf. Der Magnet 73 enthält eine erste Schicht 73A und eine zweite Schicht 73B, von denen jede mehrere Paare von N- und S-Polen besitzt, die abwechselnd in einer Linie angeordnet sind. Die erste Schicht 73A und die zweite Schicht 73B sind in der vertikalen Richtung in 11 (der Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung des Magneten 73) gestapelt. Die N-Pole der ersten Schicht 73A sind zu den S-Polen der zweiten Schicht 73B vertikal angrenzend angeordnet. Die S-Pole der ersten Schicht sind zu den N-Polen der zweiten Schicht 73B vertikal angrenzend angeordnet.
Wie in 11 gezeigt ist, befinden sich die erste und die zweite Detektionseinheit 10 bzw. 20 neben dem Magneten 73, wobei sie in der vertikalen Richtung in 11 (der Stapelrichtung der ersten Schicht 73A und der zweiten Schicht 73B) angeordnet sind. 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 virtuellen Ebene, die die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 73A und der zweiten Schicht 73B enthält. Die zweite Position liegt unter der virtuellen Ebene. Das rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der ersten Schicht 73A erzeugen das meiste des ersten Teilmagnetfeldes MF1. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der ersten Schicht 73A enthalten einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der ersten und der zweiten Schicht 73A bzw. 73B, die vertikal aneinander angrenzend sind, und einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der ersten Schicht 73A, die in der Bewegungsrichtung des Magneten 73 aneinander angrenzend sind. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der zweiten Schicht 73B erzeugen das meiste des zweiten Teilmagnetfeldes MF2. Die magnetischen Flüsse in der Umgebung der zweiten Schicht 73B enthalten einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der ersten und der zweiten Schicht 73A bzw. 73B, die vertikal aneinander angrenzend sind, und einen magnetischen Fluss zwischen zwei verschiedenen Polen der zweiten Schicht 73B, die in der Bewegungsrichtung des Magneten 73 aneinander angrenzend sind. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert in der ersten Position den ersten Winkel, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert in der zweiten Position den zweiten Winkel, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 unterscheiden sich um 180° voneinander. Die erste Richtung D1 verläuft z. B. senkrecht zu der Seitenfläche des Magneten 73, die der ersten Detektionseinheit zugewandt ist, und von dem Magneten 73 zur ersten Detektionseinheit 10.
Während sich der Magnet 73 um eine Teilung bewegt, d. h. soviel wie ein Paar der N- und S-Pole, führen sowohl das erste Teilmagnetfeld MF1 als auch das zweite Teilmagnetfeld MF2 eine Drehung aus. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, zu einer Teilung des Magneten 73 äquivalent.
Die andere Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen dieser Ausführungsform sind die gleichen jene der ersten Ausführungsform.
[Die dritte Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wie in 12 gezeigt ist, besitzt der Drehfeldsensor 81 gemäß dieser Ausführungsform anstelle der Felderzeugungseinheit 62 der zweiten Ausführungsform eine Felderzeugungseinheit 82.
Die Felderzeugungseinheit 82 besitzt einen ringförmigen Magneten 83. Der Magnet 83 ist an einer rotierenden Welle 66 befestigt, die das Objekt ist, dessen Drehposition zu detektieren ist. In 12 zeigt die durch das Symbol C bezeichnete strichpunktierte Linie die Drehachse einschließlich der Mittelachse der rotierenden Welle 66. Der Magnet 83 ist durch nicht gezeigte Befestigungsmittel an der rotierenden Welle 66 befestigt, um um die Drehachse C symmetrisch zu sein. Der Magnet 83 dreht sich zusammen mit der rotierenden Welle 66 um die Drehachse C. Im Ergebnis tritt ein rotierendes Magnetfeld basierend auf dem durch den Magneten 83 erzeugten Magnetfeld auf. Der Magnet 83 umfasst 2n Paare (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1) von N- und S-Polen, die in einer Ringform abwechselnd angeordnet sind. In dem in 12 gezeigten Beispiel enthält der Magnet 83 zwei Paare von N- und S-Polen.
Wie in 12 gezeigt ist, sind die erste und die zweite Detektionseinheit 10 bzw. 20 in symmetrischen Positionen bezüglich einer virtuellen Ebene, die die Drehachse C enthält, mit dem Magneten 83 zwischen ihnen 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 rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert in der ersten Position den ersten Winkel, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert in der zweiten Position den zweiten Winkel, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 unterscheiden sich um 180° voneinander. Die erste Richtung D1 verläuft z. B. von der Drehachse C zur ersten Detektionseinheit 10.
In dem in 12 gezeigten Beispiel erzeugt eine Drehung des Magneten 83 zwei Drehungen des ersten Teilmagnetfeldes MF1 und des zweiten Teilmagnetfeldes MF2. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, zu einer halben Drehung des Magneten 83, d. h. einem Drehwinkel von 180° des Magneten 83, äquivalent.
[Ein Modifikationsbeispiel]
Nun wird ein Modifikationsbeispiel dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors 81 des Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zeigt. Wie in 13 gezeigt ist, besitzt der Drehfeldsensor 81 des Modifikationsbeispiels anstelle der Felderzeugungseinheit 82 eine Felderzeugungseinheit 92.
Die Felderzeugungseinheit 92 enthält einen Magneten 93, der in einer Richtung lang ist. Der Magnet 93 führt zusammen mit einer geraden Bewegung des Objekts eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung aus. Im Ergebnis tritt ein rotierendes Magnetfeld basierend auf dem durch den Magneten 93 erzeugten Magnetfeld auf. Der Magnet 93 umfasst mehrere Paare von N- und S-Polen, die abwechselnd in einer Linie angeordnet sind.
Wie in 13 gezeigt ist, befinden sich die erste und die zweite Detektionseinheit 10 bzw. 20 neben dem Magneten 93 und sind in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Magneten 93 angeordnet. Die zweite Detektionseinheit 20 befindet sich in einer Position, die um eine halbe Teilung des Magneten 93 von der Position der ersten Detektionseinheit 10 versetzt ist. 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 rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10 detektiert in der ersten Position den ersten Winkel, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit 20 detektiert in der zweiten Position den zweiten Winkel, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 unterscheiden sich um 180° voneinander. Die erste Richtung D1 verläuft z. B. senkrecht zu der Seitenfläche des Magneten 93, die der ersten Detektionseinheit 10 zugewandt ist, und von dem Magneten 93 zur ersten Detektionseinheit 10.
Während sich der Magnet 93 um eine Teilung bewegt, führen sowohl das erste Teilmagnetfeld MF1 als auch das zweite Teilmagnetfeld MF2 eine Drehung aus. In diesem Fall ist eine Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, zu einer Teilung des Magneten 93 äquivalent.
Die andere Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen dieser Ausführungsform sind die gleichen jene der zweiten Ausführungsform.
[Die vierte Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration des Drehfeldsensors 101 gemäß dieser Ausführungsform ist im Grunde die gleiche wie die des Drehfeldsensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform ist die Beziehung zwischen der ersten Richtung D1, d. h. der Bezugsrichtung, bezüglich der die erste Detektionseinheit 10 die Richtung des ersten angelegten Feldes angibt, und der zweiten Richtung D2, d. h. der Bezugsrichtung, bezüglich der die zweite Detektionseinheit 20 die Richtung des zweiten angelegten Feldes angibt, von der in der ersten Ausführungsform verschieden. Spezifischer sind die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um ein ungeradzahliges Vielfaches von 45° in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfeldes MF1 bzw. MF2 voneinander verschieden. Um einen derartigen Unterschied zu erreichen, ist in dem in 14 gezeigten Beispiel die zweite Detektionseinheit 20 in einer Orientierung angeordnet, die von der in der ersten Ausführungsform verschieden ist. In dem in 14 gezeigten Beispiel ist die zweite Detektionseinheit 20 in einer Orientierung angeordnet, die aus dem Zustand der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform innerhalb einer virtuellen Ebene senkrecht zur Drehachse C um 45° in der Drehrichtung der Felderzeugungseinheit 2 gedreht ist. Die erste Detektionseinheit 10 befindet sich in der gleichen Orientierung wie in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform. In diesem Fall sind die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um 180° + 45°, d. h. 225° (fünfmal 45°), in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bis MF2 voneinander verschieden. Es sollte klar sein, dass anstelle des Anordnens der zweiten Detektionseinheit 20 in der vorhergehenden Orientierung die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen, die in der zweiten Detektionseinheit 20 enthalten sind, um 45° in der Drehrichtung der Felderzeugungseinheit 2 bezüglich jener der ersten Ausführungsform gedreht sein können. Andernfalls kann die erste Detektionseinheit 10 in einer Orientierung angeordnet sein, die aus dem in 1 gezeigten Zustand innerhalb einer virtuellen Ebene senkrecht zur Drehachse C in der Drehrichtung der Felderzeugungseinheit 2 um -45° gedreht ist. Alternativ können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen, die in der ersten Detektionseinheit 10 enthalten sind, um -45° in der Drehrichtung der Felderzeugungseinheit 2 bezüglich jenen der ersten Ausführungsform gedreht sein.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich der erste detektierte Winkelwert θ1s, d. h. der detektierte Wert des ersten Winkels θ1, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet, und der zweite detektierte Winkelwert θ2s, d. h. der detektierte Wert des zweiten Winkels θ2, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet, in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von π/4 (einem elektrischen Winkel von 45°). In dem in 14 gezeigten Beispiel unterscheiden sich das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 in der Richtung um 180°. Außerdem unterscheiden sich die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 um 225°. Demgemäß unterscheiden sich der erste detektierte Winkelwert θ1s und zweite detektierte Winkelwert 82s in der Phase um π/4 (einen elektrischen Winkel von 45°). In diesem Fall verwendet die dritte Arithmetikeinheit 30 die folgende Gleichung (7), um den detektierten Wert θs zu berechnen, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. $θ s = (θ 1s + θ 2s + π / 4) / 2$
Nun werden der Betrieb und die Wirkungen des Drehfeldsensors 101 beschrieben. In dem Drehfeldsensor 101 berechnet die dritte Arithmetikeinheit 30 unter Verwendung der Gleichung (7) basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert θ1s, der basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung 11 bzw. 12 ersten Detektionseinheit 10 berechnet wird, und dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und vierten Detektionsschaltung 21 bzw. 22 der zweiten Detektionseinheit 20 berechnet wird, den detektierten Wert θs. Der detektierte Wert θs besitzt eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Wie in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben worden ist, besitzen die Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 im Idealfall sinusförmige Signalformen (einschließlich einer Sinus-Signalform und einer Kosinus-Signalform). In Wirklichkeit verzerrt jedoch die Verzerrung der Ausgangssignal-Signalformen der MR-Elemente, die aufgrund der MR-Elemente selbst auftritt, die Signalformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 von einer sinusförmigen Kurve. Beispiele der Situation, in der die Ausgangssignal-Signalformen der MR-Elemente aufgrund der MR-Elemente verzerrt sind, enthalten: wenn sich die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen aufgrund des Einflusses des rotierenden Magnetfeldes oder dergleichen ändern; und wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten in den MR-Elementen aufgrund des Einflusses derartiger Faktoren wie der Formanisotropie und der Koerzitivkraft der freien Schichten nicht mit der Richtung des ersten angelegten Feldes oder des zweiten angelegten Feldes übereinstimmen. 15 veranschaulicht, wie die Signalformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen verzerrt sind. 15 zeigt die Signalform des Ausgangssignals der Detektionsschaltung 12, die für die Detektionsschaltungen 11, 12, 21 und 22 typisch ist. In 15 gibt die horizontale Achse den Winkel θ1 an, während die vertikale Achse das Ausgangssignal cos θ1s der Detektionsschaltung 12 angibt. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet eine ideale sinusförmige Kurve. Die durch die Bezugszeichen 111 und 112 bezeichneten zwei Signalformen zeigen zwei Signalformen, die aufgrund der MR-Elemente verzerrt sind.
Weil die Signalformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 11 und 12 aufgrund der MR-Elemente verzerrt sind, wie oben beschrieben worden ist, enthält der erste detektierte Winkelwert θ1s einen ersten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Werts des ersten Winkels θ1, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 besteht und die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 eine ideale Rotation ausführt. Desgleichen enthält, weil die Signalformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen 21 und 22 aufgrund der MR-Elemente verzerrt sind, der zweite detektierte Winkelwert 82s einen zweiten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Werts des zweiten Winkels θ2, der erwartet wird, wenn das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 besteht und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 eine ideale Rotation ausführt. In dieser Ausführungsform wird der erste Winkelfehler durch das Symbol dθ1 bezeichnet, während der zweite Winkelfehler durch das Symbol dθ2 bezeichnet wird. Der erste Winkelfehler dθ1 und der zweite Winkelfehler dθ2 führen in Reaktion auf die Änderungen der Richtungen des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 periodische Änderungen mit der gleichen Fehlerperiode aus. Die Änderung des ersten Winkelfehlers dθ1 hängt von einer Änderung des ersten detektierten Winkelwerts θ1s ab, während die Änderung des zweiten Winkelfehlers dθ2 von einer Änderung des zweiten detektierten Winkelwerts θ2s abhängt. Wenn die Signalformen der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen verzerrt sind, wie in 15 gezeigt ist, beträgt die Fehlerperiode 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen, d. h. π/2 (einen elektrischen Winkel von 90°).
16 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem ersten Winkelfehler dθ1. In 16 gibt die horizontale Achse den ersten Winkel θ1 an, während die vertikale Achse den ersten Winkel θ1, den ersten detektierten Winkelwert θ1s und den ersten Winkelfehler dθ1 angibt. Um der Bequemlichkeit willen zeigt 16 den Winkel θ1 und den ersten detektierten Winkelwert θ1s auf der vertikalen Achse in Werten nach einer Subtraktion von 180°, falls die tatsächlichen Winkel im Bereich von 90° bis 270° liegen, und in Werten nach einer Subtraktion von 360°, falls die tatsächlichen Winkel im Bereich von 270° bis 360° liegen. In der folgenden Beschreibung werden zu 16 ähnliche graphische Darstellungen auf die gleiche Art wie in 16 gezeigt. Die Beziehung zwischen dem zweiten detektierten Winkelwert 82s und dem zweiten Winkelfehler dθ2 ist die gleiche wie in 16. Für ein müheloses Verstehen zeigt 16 die Signalform des ersten detektierten Winkelwertes θ1s mit einer Betonung der Komponente des Winkelfehlers dθ1. Das Gleiche gilt für die anderen graphischen Darstellungen, die zu 16 ähnlich sind.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich der erste detektierte Winkelwert θ1s und der zweite detektierte Winkelwert θ2s in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der Fehlerperiode, d. h. um ein ungeradzahliges Vielfaches von π/4 (einem elektrischen Winkel von 45°). Um einen derartigen Unterschied zu erreichen, ist diese Ausführungsform so konfiguriert, dass die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 voneinander um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der Fehlerperiode (einem elektrischen Winkel von 45°) in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 voneinander verschieden sind. Es wird z. B. angenommen, dass die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um 225° oder einen Raumwinkel, der zum Fünffachen der 1/2 Fehlerperiode (eines elektrischen Winkels von 45°) in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 äquivalent ist, voneinander verschieden sind. In diesem Fall unterscheiden sich der erste detektierte Winkelwert θ1s und der zweite detektierte Winkelwert θ2s in der Phase um 1/2 der Fehlerperiode, d. h. um π/4 (einen elektrischen Winkel von 45°).
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, den ersten Winkelfehler dθ1 und den zweiten Winkelfehler dθ2 aufzuheben. Dies wird unter Bezugnahme auf 17 und 18 beschrieben. Der Teil (a) der 17 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem ersten Winkelfehler d01, der in 16 gezeigt ist. Der Teil (b) der 17 zeigt die Beziehung zwischen dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s und dem zweiten Winkelfehler dθ2. In dem in 17 gezeigten Beispiel besitzen der erste Winkelfehler dθ1 und der zweite Winkelfehler dθ2 eine Amplitude von ±0,09°. In dieser Ausführungsform ist dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem zweiten detektierten Winkelwert 82s ein Phasenunterschied von einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 der Fehlerperiode, d. h. einem ungeradzahligen Vielfachen von π/4, gegeben. Der detektierte Wert θs des Winkels θ wird dann unter Verwendung des ersten detektierten Winkelwerts θ1s und des zweiten detektierten Winkelwerts θ2s berechnet. Wenn der detektierte Wert θs berechnet wird, besitzen der erste Winkelfehler dθ1 und der zweite Winkelfehler dθ2 folglich entgegengesetzte Phasen. Folglich heben sich der erste Winkelfehler dθ1 und der zweite Winkelfehler dθ2 einander auf.
18 zeigt die Beziehung zwischen dem detektierten Wert θs, der berechnet wird, wie oben beschrieben worden ist, und einem in dem detektierten Wert θs enthaltenen Winkelfehler. In dieser Ausführungsform wird der in dem detektierten Wert θs enthaltene Winkelfehler durch das Symbol dθ bezeichnet. Wie in 18 gezeigt ist, ist der Winkelfehler dθ signifikant kleiner als der erste Winkelfehler dθ1 und der zweite Winkelfehler dθ2. In dem in 18 gezeigten Beispiel besitzt der Winkelfehler dθ eine Amplitude von ±0,02°.
In dieser Ausführungsform wird der detektierte Winkel unter Verwendung der zwei Detektionseinheiten 10 und 20 korrigiert, die genau die gleiche Konfiguration mit Ausnahme der Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen besitzen. Selbst wenn sich die Winkelfehler in den jeweiligen Detektionseinheiten als eine Funktion der Temperatur ändern, ist es deshalb möglich, die Winkelfehler in den jeweiligen Detektionseinheiten, einschließlich temperaturbasierter Variationen der Winkelfehler, aufzuheben, um den detektierten Winkel zu korrigieren. Folglich ist es gemäß dieser Ausführungsform schließlich möglich, einen detektierten Winkelwert mit weniger temperaturbasierten Fehlervariationen zu erhalten.
Das Verfahren zum Berechnen des detektierten Werts θs in dieser Ausführungsform ist das Gleiche wie in der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme, dass der Phasenunterschied zwischen dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem zweiten detektierten Winkelwert Θ2s in dieser Ausführungsform korrigiert wird. Folglich besitzen, wie in Bezug auf die erste Ausführungsform erörtert worden ist, wenn ein Rauschfeld H_ext, das vom rotierenden Magnetfeld verschieden ist, an den Drehfeldsensor 101 von außen angelegt ist, der sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebende erste Rauschfehler dθ1n in dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und der sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebende zweite Rauschfehler dθ2n in dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s Werte mit entgegengesetztem Vorzeichen. Aus dem gleichen Grund wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform macht es diese Ausführungsform folglich möglich, den sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehler in dem detektierten Wert θs zu verringern.
Die andere Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen dieser Ausführungsformen sind sie gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform. Es sollte angegeben werden, dass in dieser Ausführungsform die Felderzeugungseinheit 2 wie in der zweiten oder der dritten Ausführungsform konfiguriert sein kann, wobei die erste und die zweite Detektionseinheit 10 bzw. 20 so angeordnet sind, dass sich die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um ein ungeradzahliges Vielfaches von 45° in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 voneinander unterscheiden.
[Die fünfte Ausführungsform]
Nun wird unter Bezugnahme auf 19 bis 21 ein Drehfeldsensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 19 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zeigt. 21 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Zuerst wird eine Beschreibung der Konfiguration des Drehfeldsensors 121 gemäß dieser Ausführungsform gegeben. Wie in 21 gezeigt ist, besitzt der Drehfeldsensor 121 eine erste und eine zweite zusammengesetzte Detektionseinheit 210A und 210B.
Jede der zusammengesetzten Detektionseinheiten 210A und 210B besitzt die gleiche Konfiguration wie die des Drehfeldsensors 1 der ersten Ausführungsform ohne die Felderzeugungseinheit 2. Spezifisch enthält die erste zusammengesetzte Detektionseinheit 210A eine erste Detektionseinheit 10A, eine zweite Detektionseinheit 20A und eine dritte Arithmetikschaltung 30A, die die gleiche Konfiguration wie die erste Detektionseinheit 10, die zweite Detektionseinheit 20 bzw. die dritte Arithmetikschaltung 30 besitzen. Ähnlich enthält die zweite zusammengesetzte Detektionseinheit 210B eine dritte Detektionseinheit 10B, eine vierte Detektionseinheit 20B und eine sechste Arithmetikschaltung 30B, die die gleiche Konfiguration wie die erste Detektionseinheit 10, die zweite Detektionseinheit 20 bzw. die dritte Arithmetikschaltung 30 besitzen. 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 19 gezeigt ist, enthält der Drehfeldsensor 121 gemäß dieser Ausführungsform ferner eine Felderzeugungseinheit 122 zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfelds. Die Felderzeugungseinheit 122 besitzt die gleiche Konfiguration wie die der Felderzeugungseinheit 62 der zweiten Ausführungsform. Spezifisch besitzt die Felderzeugungseinheit 122 einen ringförmigen Magneten 123, der an einer rotierenden Welle 66 befestigt ist. Der Magnet 123 enthält eine erste Schicht 123A und eine zweite Schicht 123B, die die gleiche Konfiguration wie die erste Schicht 63A bzw. die zweite Schicht 63B besitzen.
Die relative Positionsbeziehung der ersten und der zweiten Detektionseinheit 10A bzw. 20A bezüglich des Magneten 123 ist die gleiche wie die der ersten und der zweiten Detektionseinheit 10 bzw. 20 bezüglich des Magneten 63 in der zweiten Ausführungsform. Die relative Positionsbeziehung der dritten und der vierten Detektionseinheit 10B bzw. 20B bezüglich des Magneten 123 ist außerdem die gleiche wie die der ersten und der zweiten Detektionseinheit 10 bzw. 20 bezüglich des Magneten 63 in der zweiten Ausführungsform. Die dritte und die vierte Detektionseinheit 10B bzw. 20B befinden sich in Positionen, die von den Positionen der ersten bzw. der zweiten Detektionseinheit 10A bzw. 20A um einen Betrag, der zu 1/4 der Periode der Rotation des rotierenden Magnetfelds, d. h. so viel wie einen elektrischen Winkel von 90, äquivalent ist, versetzt sind.
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 rotierende Magnetfeld enthält ein erstes Teilmagnetfeld MF1 in der ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld MF2 in der zweiten Position. Das erste und das zweite Teilmagnetfeld MF1 bzw. MF2 werden durch den Magneten 123 nach dem gleichen Prinzip wie in der zweiten Ausführungsform erzeugt. Das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung.
Die erste Detektionseinheit 10A detektiert in der ersten Position den ersten Winkel, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet. Das erste angelegte Feld enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 als seine Hauptkomponente. Die zweite Detektionseinheit 20A detektiert in der zweiten Position den zweiten Winkel, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet. Das zweite angelegte Feld enthält das zweite Teilmagnetfeld MF2 als seine Hauptkomponente. Die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 unterscheiden sich um 180° voneinander. Die erste Richtung D1 verläuft z. B. von der Drehachse C zur 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 rotierende Magnetfeld enthält ein drittes Teilmagnetfeld MF3 in der dritten Position und ein viertes Teilmagnetfeld MF4 in der vierten Position. Das dritte und das vierte Teilmagnetfeld MF3 bzw. MF4 werden durch den Magneten 123 nach dem gleichen Prinzip wie bei dem ersten und dem zweiten Teilmagnetfeld MF1 bzw. MF2 erzeugt. Das dritte Teilmagnetfeld MF3 und das vierte Teilmagnetfeld MF4 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung wie der des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2.
Die dritte Detektionseinheit 10AB detektiert in der dritten Position einen dritten Winkel, den die Richtung eines dritten angelegten Feldes bezüglich einer dritten Richtung bildet. Das dritte angelegte Feld enthält das dritte Teilmagnetfeld MF3 als seine Hauptkomponente. Die vierte Detektionseinheit 20B detektiert in der vierten Position einen vierten Winkel, den die Richtung eines vierten angelegten Feldes bezüglich einer vierten Richtung bildet.
Das vierte angelegte Feld enthält das vierte Teilmagnetfeld MF4 als seine Hauptkomponente. Die dritte Richtung ist eine Bezugsrichtung, bezüglich der die dritte Detektionseinheit 10B die Richtung des dritten angelegten Feldes angibt. Die vierte Richtung ist eine Bezugsrichtung, bezüglich der die vierte Detektionseinheit 20B die Richtung des vierten angelegten Feldes angibt. Die Definitionen der dritten und der vierten Richtung und des dritten und des vierten Winkels sind wie jene der ersten bzw. der zweiten Richtung und des ersten bzw. des zweiten Winkels, die unter Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben worden sind. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich die dritte Richtung und die vierte Richtung um 180° voneinander. Die dritte Richtung verläuft z. B. von der Drehachse C zur dritten Detektionseinheit 10B.
In dieser Ausführungsform ist der Winkel, den die Richtung des dritten Teilmagnetfelds MF3 bezüglich der dritten Richtung bildet, von dem Winkel, den die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 bezüglich der ersten Richtung bildet, um einen Winkel verschieden, der zu einem elektrischen Winkel von 90° äquivalent ist. Ähnlich ist der Winkel, den die Richtung des vierten Teilmagnetfelds MF4 bezüglich der vierten Richtung bildet, von dem Winkel, den die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 bezüglich der zweiten Richtung bildet, um einen Winkel verschieden, der zu einem elektrischen Winkel von 90° äquivalent ist.
Die erste Detektionseinheit 10A enthält eine erste Detektionsschaltung 11A, eine zweite Detektionsschaltung 12A und eine erste Arithmetikschaltung 13A. Die erste Detektionsschaltung 11A, die zweite Detektionsschaltung 12A und die erste Arithmetikschaltung 13A besitzen die gleiche Konfiguration wie die erste Detektionsschaltung 11, die zweite Detektionsschaltung 12 bzw. die erste Arithmetikschaltung 13 der ersten Ausführungsform. Sowohl die erste als auch die zweite Detektionsschaltung 11A bzw. 12A detektieren die Intensität einer Komponente des ersten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung 11A bzw. 12A berechnet die erste Arithmetikschaltung 13A einen ersten detektierten Winkelwert θ1s, der ein detektierter Wert des ersten Winkels θ1 ist.
Die zweite Detektionseinheit 20A enthält eine dritte Detektionsschaltung 21A, eine vierte Detektionsschaltung 22A und eine zweite Arithmetikschaltung 23A. Die dritte Detektionsschaltung 21A, die vierte Detektionsschaltung 22A und die zweite Arithmetikschaltung 23A besitzen die gleiche Konfiguration wie die dritte Detektionsschaltung 21, die vierte Detektionsschaltung 22 bzw. die zweite Arithmetikschaltung 23 der ersten Ausführungsform. Sowohl die dritte als auch die vierte Detektionsschaltung 21A bzw. 22A detektieren die Intensität einer Komponente des zweiten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und der vierten Detektionsschaltung 21A bzw. 22A berechnet die zweite Arithmetikschaltung 23A einen zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der ein detektierter Wert des zweiten Winkels θ2 ist.
Die dritte Detektionseinheit 10B enthält eine fünfte Detektionsschaltung 11B, eine sechste Detektionsschaltung 12B und eine vierte Arithmetikschaltung 13B. Die fünfte Detektionsschaltung 11B, die sechste Detektionsschaltung 12B und die vierte Arithmetikschaltung 13B besitzen die gleiche Konfiguration wie die erste Detektionsschaltung 11, die zweite Detektionsschaltung 12 bzw. die erste Arithmetikschaltung 13 der ersten Ausführungsform. Sowohl die fünfte als auch die sechste Detektionsschaltung 11B bzw. 12B detektieren die Intensität einer Komponente des dritten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Basierend auf den Ausgangssignalen der fünften und der sechsten Detektionsschaltung 11B bzw. 12B berechnet die vierte Arithmetikschaltung 13B einen dritten detektierten Winkelwert 83s, der ein detektierter Wert des dritten Winkels 83 ist.
Die vierte Detektionseinheit 20B enthält eine siebente Detektionsschaltung 21B, eine achte Detektionsschaltung 22B und eine fünfte Arithmetikschaltung 23B. Die siebente Detektionsschaltung 21B, die achte Detektionsschaltung 22B und die fünfte Arithmetikschaltung 23B besitzen die gleiche Konfiguration wie die dritte Detektionsschaltung 21, die vierte Detektionsschaltung 22 bzw. die zweite Arithmetikschaltung 23 der ersten Ausführungsform. Sowohl die siebente als auch die achte Detektionsschaltung 21B bzw. 22B detektieren die Intensität einer Komponente des vierten angelegten Feldes in einer Richtung und geben ein die Intensität angebendes Signal aus. Basierend auf den Ausgangssignalen der siebenten und der achten Detektionsschaltung 21B bzw. 22B berechnet die fünfte Arithmetikschaltung 23B einen vierten detektierten Winkelwert Θ4s, der ein detektierter Wert des vierten Winkels 84 ist.
Die Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B besitzen die gleiche Periode. In der folgenden Beschreibung wird die Periode der Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B als die Periode T bezeichnet. Das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung 12A unterscheidet sich vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung 11A in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T. Das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung 22A unterscheidet sich vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung 21A in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T. Das Ausgangssignal der sechsten Detektionsschaltung 12B unterscheidet sich vom Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung 11B in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T. Das Ausgangssignal der achten Detektionsschaltung 22B unterscheidet sich vom Ausgangssignal der siebenten Detektionsschaltung 21B in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode T.
Basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert θ1s, der durch die Detektion des ersten angelegten Feldes durch die erste Detektionseinheit 10A erhalten wird, und dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der durch die Detektion des zweiten angelegten Feldes durch die zweite Detektionseinheit 20A erhalten wird, berechnet die dritte Arithmetikschaltung 30A einen detektierten Wert θAs des Winkels, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in einer ersten Bezugsposition bezüglich einer ersten Bezugsrichtung bildet. Der detektierte Wert θAs wird durch das gleiche Verfahren wie der detektierte Wert θs in der ersten Ausführungsform berechnet. Werden die Fehler beiseite gelassen, besitzt der detektierte Wert θAs einen Unterschied von einem konstanten Wert (einschließlich 0) von dem Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Der detektierte Wert θAs besitzt folglich eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Basierend auf dem durch die Detektion des dritten angelegten Feldes durch die dritte Detektionseinheit 10B erhaltenen dritten detektierten Winkelwert θ3s und dem durch die Detektion des vierten angelegten Feldes durch die vierte Detektionseinheit 20B erhaltenen vierten detektierten Winkelwert θ4s berechnet die sechste Arithmetikschaltung 30B einen detektierten Wert θBs des Winkels, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in einer zweiten Bezugsposition bezüglich einer zweiten Bezugsrichtung bildet. Der detektierte Wert θBs wird durch das gleiche Verfahren wie der detektierte Wert θs in der ersten Ausführungsform berechnet. Werden die Fehler beiseite gelassen, besitzt der detektierte Wert θBs einen Unterschied von einem konstanten Wert (einschließlich 0) von dem Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. Der detektierte Wert θBs besitzt folglich eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Wie in 21 gezeigt ist, enthält der Drehfeldsensor 121 ferner eine siebente Arithmetikschaltung 211, die basierend auf dem durch die dritte Arithmetikschaltung 30A berechneten detektierten Wert θAs und dem durch die sechste Arithmetikschaltung 30B berechneten detektierten Wert θBs einen detektierten Wert θs des Winkels berechnet, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. Die siebente Arithmetikschaltung 211 kann z. B. durch einen Mikrocomputer implementiert sein. Die Bezugsposition und die Bezugsrichtung des Drehfeldsensors 121 können mit der ersten Bezugsposition bzw. der ersten Bezugsrichtung oder mit der zweiten Bezugsposition bzw. der zweiten Bezugsrichtung übereinstimmen oder können irgendeine Position und irgendeine Richtung sein, die von diesen Positionen und Richtungen verschieden sind.
Nun wird eine Beschreibung der Konfiguration eines Drehfeldsensors 121 eines Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform gegeben. Wie in 20 gezeigt ist, besitzt der Drehfeldsensor 121 des Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform anstelle der Felderzeugungseinheit 122 eine Felderzeugungseinheit 132. Die Felderzeugungseinheit 132 besitzt die gleiche Konfiguration wie die der Felderzeugungseinheit 72 der zweiten Ausführungsform. Spezifisch enthält die Felderzeugungseinheit 132 einen Magneten 133, der die gleiche Konfiguration wie die des Magneten 73 besitzt. Der Magnet 133 führt zusammen mit einer geraden Bewegung des Objekts in seiner Längsrichtung eine gerade Bewegung aus. Im Ergebnis tritt basierend auf dem durch den Magneten 133 erzeugten Magnetfeld ein rotierendes Magnetfeld auf. Der Magnet 133 enthält eine erste Schicht 133A und eine zweite Schicht 133B, die die gleiche Konfiguration wie die erste Schicht 73A bzw. die zweite Schicht 73B besitzen.
Die relative Positionsbeziehung der ersten und der zweiten Detektionseinheit 10A bzw. 20B bezüglich des Magneten 133 ist die gleiche wie die der ersten bzw. der zweiten Detektionseinheit 10 bzw. 20 bezüglich des Magneten 73 in der zweiten Ausführungsform. Die relative Positionsbeziehung der dritten und der vierten Detektionseinheit 10B bzw. 20B bezüglich des Magneten 133 ist die gleiche wie die der ersten bzw. der zweiten Detektionseinheit 10 bzw. 20 bezüglich des Magneten 73 in der zweiten Ausführungsform. In dem Modifikationsbeispiel befinden sich die dritte und die vierte Detektionseinheit 10B bzw. 20B in Positionen, die um einen Betrag, der zu 1/4 der Periode der Rotation des rotierenden Magnetfelds oder einem elektrischen Winkel von 90°, d. h. soviel wie einer viertel Teilung des Magneten 133, äquivalent ist, von den Positionen der ersten bzw. der zweiten Detektionseinheit 10A bzw. 20A versetzt sind.
Als Nächstes wird eine Beschreibung des Verfahrens gegeben, mit dem die siebente Arithmetikschaltung 211 den detektierten Wert θs berechnet. In dieser Ausführungsform wird der detektierte Wert θAs basierend auf dem durch die Detektion des ersten angelegten Feldes erhaltenen ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem durch die Detektion des zweiten angelegten Feldes erhaltenen zweiten detektierten Winkelwert θ2s berechnet. Außerdem wird der detektierte Wert θBs basierend auf dem durch die Detektion des dritten angelegten Feldes erhaltenen dritten detektierten Winkelwert θ3s und dem durch die Detektion des vierten angelegten Feldes erhaltenen vierten detektierten Winkelwert 84s berechnet. In den in 19 und 20 gezeigten Beispielen sind die dritte Position und die vierte Position um einen Betrag, der zu einem elektrischen Winkel von 90° äquivalent ist, von der ersten Position bzw. der zweiten Position versetzt, wobei sich die Phasen der detektierten Werte θAs und θBs um einen elektrischen Winkel von 90° unterscheiden. In derartigen Beispielen berechnet die siebente Arithmetikschaltung 211 θs durch die Gleichung (8) im Folgenden. $θ s = (θ As + θ Bs + π / 2) / 2$
Nun werden die Wirkungen des Drehfeldsensors 121 beschrieben. Der Drehfeldsensor 121 gemäß dieser Ausführungsform ist für das Verringern der sich aus dem rotierenden Magnetfeld ergebenden Winkelfehler geeignet. Zuerst wird unter Bezugnahme auf 19, 20 und 22 der Grund für das Auftreten der Winkelfehler aufgrund des rotierenden Magnetfelds beschrieben. In dem in 19 gezeigten Beispiel enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 die nicht gezeigten Komponenten Hr und H8. Die Komponente Hr verläuft in der radialen Richtung des Magneten 123. Die Komponente H8 verläuft in der Richtung orthogonal zu Hr in einer Ebene senkrecht zur Drehachse C. In dem in 20 gezeigten Beispiel enthält das erste Teilmagnetfeld MF1 die nicht gezeigten Komponenten Hr und H8. Die Komponente Hr verläuft in der Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung des Magneten 133 in einer virtuellen Ebene senkrecht zur Richtung der Anordnung der ersten Detektionseinheit 10A und der zweiten Detektionseinheit 20B. Die Komponente H8 verläuft innerhalb der vorhergehenden Ebene in der Richtung orthogonal zu Hr.
In dem in 19 oder 20 gezeigten Beispiel wird angenommen, dass das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 besteht, wobei die erste Detektionseinheit 10A die Richtung des ersten angelegten Feldes detektiert, um den ersten detektierten Winkelwert θ1 zu erhalten. 22 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen Hr, H8, θ1s und einem ersten Winkelfehler in diesem Fall. In dieser Ausführungsform wird der erste Winkelfehler durch das Symbol dθ1 bezeichnet. In 22 gibt die horizontale Achse den Winkel θ1 an, während die vertikale Achse Hr, Hθ, θ1s und dθ1 angibt. Für ein müheloses Verstehen zeigt 22 die Signalform des ersten Winkelfehlers dθ1 mit übertrieben dargestellter Amplitude. In dem in 19 oder 20 gezeigten Beispiel führen die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 und die Intensität der Komponente des ersten Teilmagnetfelds MF1 in einer Richtung manchmal keine sinusförmige Änderung aus. In einem derartigen Fall enthält der erste detektierte Winkelwert θ1s den ersten Winkelfehler dθ1 bezüglich eines theoretischen Werts des ersten Winkels θ1, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 besteht und die Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1 eine ideale Rotation ausführt. In diesem Fall ändert sich der erste Winkelfehler dΘ1 in Abhängigkeit von einer Änderung der Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1. Der erste Winkelfehler dθ1 besitzt eine Fehlerperiode von 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des ersten Teilmagnetfelds MF1.
Desgleichen enthält, wenn der zweite detektierte Winkelwert θ2s durch die Detektion der Richtung des zweiten angelegten Feldes durch die zweite Detektionseinheit 20A erhalten wird, der zweite detektierte Winkelwert θ2s einen zweiten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Werts des zweiten Winkels θ2, der erwartet wird, wenn das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 besteht und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 eine ideale Rotation ausführt. In dieser Ausführungsform wird der zweite Winkelfehler durch das Symbol dθ2 bezeichnet. In diesem Fall ändert sich der zweite Winkelfehler dθ2 in Abhängigkeit von einer Änderung der Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2. Der zweite Winkelfehler dθ2 besitzt eine Fehlerperiode von 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des zweiten Teilmagnetfelds MF2 .
Desgleichen enthält, wenn der dritte detektierte Winkelwert θ3s durch die Detektion der Richtung des dritten angelegten Feldes durch die dritte Detektionseinheit 10B erhalten wird, der dritte detektierte Winkelwert θ3s einen dritten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Werts des dritten Winkels 83, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld MF3 besteht und die Richtung des dritten Teilmagnetfelds MF3 eine ideale Rotation ausführt. In dieser Ausführungsform wird der dritte Winkelfehler durch das Symbol dθ3 bezeichnet. In diesem Fall ändert sich der dritte Winkelfehler dθ3 in Abhängigkeit von einer Änderung der Richtung des dritten Teilmagnetfelds MF3. Der dritte Winkelfehler dθ3 besitzt eine Fehlerperiode von 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des dritten Teilmagnetfelds MF3.
Desgleichen enthält, wenn der vierte detektierte Winkelwert θ4s durch die Detektion der Richtung des vierten angelegten Feldes durch die vierte Detektionseinheit 20B erhalten wird, der vierte detektierte Winkelwert θ4s einen vierten Winkelfehler bezüglich eines theoretischen Werts des vierten Winkels θ4, der erwartet wird, wenn das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld MF4 besteht und die Richtung des vierten Teilmagnetfelds MF4 eine ideale Rotation ausführt. In dieser Ausführungsform wird der vierte Winkelfehler durch das Symbol dθ4 bezeichnet. In diesem Fall ändert sich der vierte Winkelfehler dθ4 in Abhängigkeit von einer Änderung der Richtung des vierten Teilmagnetfelds MF4. Der vierte Winkelfehler dθ4 besitzt eine Fehlerperiode von 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des vierten Teilmagnetfelds MF4.
Wie vorher beschrieben worden ist, unterscheiden sich das erste Teilmagnetfeld MF1 und das zweite Teilmagnetfeld MF2 in der Richtung um 180°, wobei sie sich in der gleichen Drehrichtung drehen. Das dritte Teilmagnetfeld MF3 und das vierte Teilmagnetfeld MF4 unterscheiden sich in der Richtung um 180° und drehen sich in der gleichen Drehrichtung wie der des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2. Demgemäß besitzen die Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder MF1, MF2, MF3 und MF4 die gleiche Rotationsperiode, wobei die ersten bis vierten Winkelfehler dθ1, dθ2, dθ3 und dθ4 in Reaktion auf die Änderungen der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder MF1, MF2, MF3 und MF4 periodische Änderungen mit der gleichen Fehlerperiode ausführen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 23 und 24 eine Beschreibung gegeben, wie der Drehfeldsensor 121 verwendet werden kann, um die sich aus dem rotierenden Magnetfeld ergebenden Winkelfehler zu verringern. Der Teil (a) der 23 zeigt die Beziehung zwischen dem detektierten Wert θAs und einem Winkelfehler dθA, der in dem detektierten Wert θAs enthalten ist. Der Teil (b) der 23 zeigt die Beziehung zwischen dem detektierten Wert θBs und einem Winkelfehler dθB, der in dem detektierten Wert θBs enthalten ist. In 23 repräsentiert das Symbol θA den Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der ersten Bezugsposition bezüglich der ersten Bezugsrichtung bildet, während das Symbol θB den Winkel repräsentiert, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der zweiten Bezugsposition bezüglich der zweiten Bezugsrichtung bildet. Wie vorher erwähnt worden ist, werden die detektierten Werte θAs und θBs durch das gleiche Verfahren wie der detektierte Wert θs in der ersten Ausführungsform berechnet. Wie in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben worden ist, werden z. B. beide detektierten Werte θAs und θBs durch die in der ersten Ausführungsform angegebene Gleichung (1) berechnet, wenn die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 um 180° voneinander verschieden sind und die dritte Richtung D3 und die vierte Richtung D4 außerdem um 180° voneinander verschieden sind. Wie aus 1 ersichtlich ist, besitzt der detektierte Wert θAs eine Entsprechungsbeziehung sowohl mit dem ersten detektierten Winkelwert θ1s als auch mit dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s. Demgemäß besitzt der in dem detektierten Wert θAs enthaltene Winkelfehler dθA eine Entsprechungsbeziehung sowohl mit dem ersten Winkelfehler dθ1, der in dem ersten detektierten Winkelwert θ1s enthalten ist, als auch mit dem zweiten Winkelfehler dθ2, der in dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s enthalten ist. Die Phasen der Winkelfehler dθ1, dθ2 und dθA sind zueinander gleich. Desgleichen besitzt der in dem detektierten Wert θBs enthaltene Winkelfehler dθB eine Entsprechungsbeziehung sowohl mit dem dritten Winkelfehler dθ3, der in dem dritten detektierten Winkelwert θ3s enthalten ist, als auch mit dem vierten Winkelfehler dθ4, der in dem vierten detektierten Winkelwert θ4s enthalten ist, weil der detektierte Wert θBs eine Entsprechungsbeziehung sowohl mit dem dritten detektierten Winkelwert θ3s als auch mit dem vierten detektierten Winkelwert θ4s besitzt. Die Phasen der Winkelfehler dθ3, dθ4 und dθB sind zueinander gleich.
In dem in 23 gezeigten Beispiel besitzen die Winkelfehler dθA und dθB eine Amplitude von ±0,17°. In dieser Ausführungsform sind die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt, der zu 1/2 der Fehlerperiode (einem elektrischen Winkel von 90°) äquivalent ist, wobei sich die Phasen der detektierten Werte θAs und θBs um 1/2 der Fehlerperiode (einen elektrischen Winkel von 90°) unterscheiden. Deshalb besitzen, wenn der detektierte Wert θs berechnet wird, der Winkelfehler dθA und der Winkelfehler dθB entgegengesetzte Phasen. Folglich heben sich der Winkelfehler dθA und der Winkelfehler dθB gegenseitig auf.
24 zeigt die Beziehung zwischen dem detektierten Wert θs, der berechnet wird, wie oben beschrieben worden ist, und dem in dem detektierten Wert θs enthaltenen Winkelfehler. In 24 repräsentiert das Symbol θ den Winkel, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet, während das Symbol dθ den in dem detektierten Wert θs enthaltenen Winkelfehler repräsentiert. Wie in 24 gezeigt ist, ist der Winkelfehler dθ signifikant kleiner als die Winkelfehler dθA und dθB. In dem in 24 gezeigten Beispiel besitzt der Winkelfehler dθ eine Amplitude von ±0,03°.
In dieser Ausführungsform sind die dritte Position und die vierte Position um einen Betrag, der zu 1/2 der Fehlerperiode äquivalent ist, von der ersten Position bzw. zweiten Position versetzt. Die dritte Position und die vierte Position können jedoch von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt sein, der zu einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 der Fehlerperiode äquivalent ist. In einem derartigen Fall heben sich der Winkelfehler dθA und der Winkelfehler dθB einander auf, um den Winkelfehler dθ, der in dem detektierten Wert θs enthalten ist, signifikant zu verringern.
In dieser Ausführungsform ist der Phasenunterschied zwischen den detektierten Werten θAs und θBs nicht auf einen elektrischen Winkel von 90° eingeschränkt, wobei er irgendeinen Wert besitzen kann. Wird angenommen, dass der Phasenunterschied zwischen den detektierten Werten θAs und θBs β ist, berechnet die siebente Arithmetikschaltung 211 θs durch die folgende Gleichung (9). $θ s = (θ As + θ Bs + β) / 2$
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, die sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehler in den detektierten Werten θAs und θBs zu verringern, selbst wenn ein Rauschfeld H_ext, das von dem rotierenden Magnetfeld verschieden ist, von außen an den Drehfeldsensor 121 angelegt ist. Dies wird im Folgenden ausführlich erörtert. Wenn das Rauschfeld H_ext angelegt ist, ist das erste angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld, das sich aus der Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld MF1 und dem Rauschfeld H_ext ergibt, während das zweite angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus der Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld MF2 und dem Rauschfeld H_ext ergibt. Wie vorher erwähnt worden ist, berechnet die dritte Arithmetikschaltung 30A den detektierten Wert θAs durch das gleiche Verfahren wie den detektierten Wert θs in der ersten Ausführungsform. Demgemäß besitzen der sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebende erste Rauschfehler in dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und der sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebende zweite Rauschfehler in dem zweiten detektierten Winkelwert 82s Werte mit entgegengesetztem Vorzeichen, wie in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben worden ist. Folglich ist es aus dem gleichen Grund wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform möglich, gemäß dieser Ausführungsform den sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehler in dem detektierten Wert ΘAs zu verringern.
Desgleichen ist, wenn das Rauschfeld H_ext angelegt ist, das dritte angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld, das sich aus der Kombination aus dem dritten Teilmagnetfeld MF3 und dem Rauschfeld H_ext ergibt, während das vierte angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus der Kombination aus dem vierten Teilmagnetfeld MF4 und dem Rauschfeld H_ext ergibt. In diesem Fall tritt wie der erste und der zweite Rauschfehler aufgrund des Rauschfeldes H_ext ein dritter Rauschfehler in dem dritten detektierten Winkelwert θ3s und ein vierter Rauschfehler in dem vierten detektierten Winkelwert θ4s auf. Wie vorher erwähnt worden ist, berechnet die sechste Arithmetikschaltung 30B den detektierten Wert θBs durch das gleiche Verfahren wie den detektierten Wert θs in der ersten Ausführungsform. Demgemäß besitzen der dritte Rauschfehler und der vierte Rauschfehler Werte mit entgegengesetztem Vorzeichen. Folglich ist es aus dem gleichen Grund wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform möglich, gemäß dieser Ausführungsform den sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehler in dem detektierten Wert θBs zu verringern.
Die andere Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen dieser Ausführungsform sind die gleichen jene der ersten Ausführungsform.
[Die sechste Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Drehfeldsensor 141 gemäß dieser Ausführungsform kann sowohl eine Winkelfehlerkomponente, die sich aus dem rotierenden Magnetfeld ergibt, als auch eine Winkelfehlerkomponente, die sich aus den MR-Elementen ergibt, verringern.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 25 die Konfiguration des Drehfeldsensors 141 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. 25 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors 141 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration des Drehfeldsensors 141 ist im Grunde die gleiche wie die des Drehfeldsensors 121 gemäß der in 19 gezeigten fünften Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind die erste Richtung D1 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die erste Detektionseinheit 10A die Richtung des ersten angelegten Feldes angibt, und die zweite Richtung D2 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die zweite Detektionseinheit 20A die Richtung des zweiten angelegten Feldes angibt, um ein ungeradzahliges Vielfaches von 45° in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 voneinander verschieden. Desgleichen sind die dritte Richtung D3 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die dritte Detektionseinheit 10B die Richtung des dritten angelegten Feldes angibt, und die vierte Richtung D4 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die vierte Detektionseinheit 20B die Richtung des vierten angelegten Feldes angibt, um ein ungeradzahliges Vielfaches von 45° in der Drehrichtung des dritten und des vierten Teilmagnetfelds MF3 bzw. MF4 voneinander verschieden. Um derartige Unterschiede zu erreichen, sind in dem in 25 gezeigten Beispiel die zweite und die vierte Detektionseinheit 20A bzw. 20B in einer Orientierung angeordnet, die von der verschieden ist, die in 19 gezeigt ist. In dem in 25 gezeigten Beispiel befinden sich sowohl die zweite als auch die vierte Detektionseinheit 20A bzw. 20B in einer Orientierung, die aus dem in 19 gezeigten Zustand in einer virtuellen Ebene senkrecht zur Drehachse C um 45° gedreht ist. Hier sind die zweite und die vierte Detektionseinheit 20A bzw. 20B um eine Achse gedreht, die durch die Mittelpunkte der Detektionseinheiten 20A und 20B hindurchgeht und zur Drehachse C parallel ist. Die erste und die dritte Detektionseinheit 10A bzw. 10B befinden sich in der gleichen Orientierung in 19.
Nun wird auf 26 Bezug genommen, um die Konfiguration eines Drehfeldsensors 141 eines Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zu beschreiben. 26 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors 141 des Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration des Drehfeldsensors 141 des Modifikationsbeispiels ist grundsätzlich die gleiche wie die des Drehfeldsensors 121 des Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform, das in 20 gezeigt ist. In diesem Modifikationsbeispiel besitzen die zweite und die vierte Detektionseinheit 20A bzw. 20B eine Orientierung, die von der in 20 gezeigten verschieden ist. Spezifisch sind die Detektionseinheiten 20A und 20B in einer Orientierung angeordnet, die innerhalb einer virtuellen Ebene, in der die Detektionseinheiten 20A und 20B angeordnet sind, um eine Achse, die durch die Mittelpunkte der Detektionseinheiten 20A und 20B hindurchgeht und die zu der vorhergehenden virtuellen Ebene senkrecht ist, um 45° aus dem in 20 gezeigten Zustand gedreht ist. Die erste und die dritte Detektionseinheit 10A bzw. 10B befinden sich in der gleichen Orientierung wie in 20. Es sollte klar sein, dass anstelle des Anordnens der Detektionseinheiten 20A und 20B in der vorhergehenden Orientierung die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen, die in den Detektionseinheiten 20A und 20B enthalten sind, bezüglich jener der fünften Ausführungsform um 45° gedreht sein können. Andernfalls können die Detektionseinheiten 10A und 10B in einer Orientierung angeordnet sein, die innerhalb einer virtuellen Ebene, in der die Detektionseinheiten 10A und 10B angeordnet sind, um eine Achse, die durch die Mittelpunkte der Detektionseinheiten 10A und 10B hindurchgeht und die zu der virtuellen Ebene senkrecht ist, um -45° aus dem in 20 gezeigten Zustand gedreht ist. Alternativ können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung in den MR-Elementen, die in den Detektionseinheiten 10A und 10B enthalten sind, bezüglich jener der fünften Ausführungsform um -45° gedreht sein.
In den in 25 und 26 gezeigten Beispielen sind die erste Richtung D1 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die erste Detektionseinheit 10A die Richtung des ersten angelegten Feldes angibt, und die zweite Richtung D2 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die zweite Detektionseinheit 20A die Richtung des zweiten angelegten Feldes angibt, um ein ungeradzahliges Vielfaches von 45° in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds MF1 bzw. MF2 voneinander verschieden. Demgemäß ist, wie in Bezug auf die vierte Ausführungsform beschrieben worden ist, die Phase des ersten detektierten Winkelwerts θ1s oder des detektieren Werts des ersten Winkels θ1, den die Richtung des ersten angelegten Feldes bezüglich der ersten Richtung D1 bildet, um ein ungeradzahliges Vielfaches von π/4 (einem elektrischen Winkel von 45°) von der des zweiten detektierten Winkelwerts θ2s oder des detektieren Werts des zweiten Winkels θ2, den die Richtung des zweiten angelegten Feldes bezüglich der zweiten Richtung D2 bildet, verschieden.
Desgleichen sind die dritte Richtung D3 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die dritte Detektionseinheit 10B die Richtung des dritten angelegten Feldes angibt, und die vierte Richtung D4 oder die Bezugsrichtung, bezüglich der die vierte Detektionseinheit 20B die Richtung des vierten angelegten Feldes angibt, um ein ungeradzahliges Vielfaches von 45° in der Drehrichtung des dritten und des vierten Teilmagnetfelds MF3 bzw. MF4 voneinander verschieden. Demgemäß ist, wie in Bezug auf die vierte Ausführungsform beschrieben worden ist, die Phase des dritten detektierten Winkelwerts θ3s oder des detektieren Werts des dritten Winkels θ3, den die Richtung des dritten angelegten Feldes bezüglich der dritten Richtung D3 bildet, um ein ungeradzahliges Vielfaches von π/4 (einem elektrischen Winkel von 45°) von der des vierten detektierten Winkelwerts θ4s oder des detektieren Werts des vierten Winkels θ4, den die Richtung des vierten angelegten Feldes bezüglich der vierten Richtung D4 bildet, verschieden.
In den in 25 und 26 gezeigten Beispielen sind wie bei der fünften Ausführungsform die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt, der zu einem elektrischen Winkel von 90° äquivalent ist, wobei sich die detektierten Werte θAs und θBs in der Phase um einen elektrischen Winkel von 90° unterscheiden.
Nun wird eine Beschreibung des Verfahrens dieser Ausführungsform zum Berechnen des detektierten Wertes θs des Winkels, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet, gegeben. Die erste zusammengesetzte Detektionseinheit 210A dieser Ausführungsform berechnet den detektierten Wert θAs basierend auf dem durch die erste Detektionseinheit 10A erhaltenen ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem durch die zweite Detektionseinheit 20A erhaltenen zweiten detektierten Winkelwert θ2s. Die zweite zusammengesetzte Detektionseinheit 210B dieser Ausführungsform berechnet den detektierten Wert θBs basierend auf dem durch die dritte Detektionseinheit 10B erhaltenen dritten detektierten Winkelwert θ3s und dem durch die vierte Detektionseinheit 20B erhaltenen vierten detektierten Winkelwert 84s. Die detektierten Werte θAs und θBs werden durch das gleiche Verfahren wie der detektierte Wert θs in der vierten Ausführungsform berechnet.
Die siebente Arithmetikschaltung 211 dieser Ausführungsform berechnet den detektierten Wert θs basierend auf den durch die zusammengesetzten Detektionseinheiten 210A und 210B erhaltenen detektierten Werten θAs bzw. θBs. Die siebente Arithmetikschaltung 211 berechnet den detektierten Wert θs auf die gleiche Art wie in der fünften Ausführungsform.
Nun werden die Wirkungen des Drehfeldsensors 141 beschrieben. Zuerst wird beschrieben, dass der Winkelfehler manchmal sowohl eine sich aus dem rotierenden Magnetfelds ergebende Winkelfehlerkomponente als auch eine sich aus den MR-Elementen ergebende Winkelfehlerkomponente enthält. In den in 25 und 26 gezeigten Beispielen kann, wie in Bezug auf die fünfte Ausführungsform beschrieben worden ist, jeder der ersten bis vierten detektierten Winkelwerte θ1s, θ2s, θ3s und θ4s eine sich aus dem rotierenden Magnetfeld ergebende Winkelfehlerkomponente enthalten. Wie in Bezug auf die vierte Ausführungsform beschrieben worden ist, kann außerdem jeder der ersten bis vierten detektierten Winkelwerte θ1s, θ2s, θ3s und θ4s eine sich aus den MR-Elementen ergebende Winkelfehlerkomponente enthalten.
Demgemäß können sowohl der erste Winkelfehler dθ1 in dem ersten detektierten Winkelwert θ1s, der zweite Winkelfehler dθ2 in dem zweiten detektierten Winkelwert θ2s, der dritte Winkelfehler dθ3 in dem dritten detektierten Winkelwert θ3s als auch der vierte Winkelfehler dθ4 in dem vierten detektierten Winkelwert θ4s eine erste Fehlerkomponente, die sich aus dem rotierenden Magnetfeld ergibt, und eine zweite Fehlerkomponente, die sich aus den MR-Elementen ergibt, enthalten. Die erste Fehlerkomponente ändert sich in Abhängigkeit von einer Änderung der Richtung des rotierenden Magnetfelds mit einer ersten Fehlerperiode, die gleich 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des rotierenden Magnetfelds, d. h. einem elektrischen Winkel von 180°, ist. Die zweite Fehlerkomponente ändert sich mit einer zweiten Fehlerperiode, die gleich 1/4 der Periode der Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B (siehe 21), d. h. einem elektrischen Winkel von 90°, ist.
In dieser Ausführungsform ist dem ersten detektierten Winkelwert θ1s und dem zweiten detektierten Winkelwert 82s ein Phasenunterschied von einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 der zweiten Fehlerperiode (einem elektrischen Winkel von 45°) gegeben. Außerdem ist dem dritten detektierten Winkelwert θ3s und dem vierten detektierten Winkelwert θ4s ein Phasenunterschied von einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 der zweiten Fehlerperiode (einem elektrischen Winkel von 45°) gegeben. In dieser Ausführungsform werden die detektierten Werte θAs und θBs durch das gleiche Verfahren wie der detektierte Wert θs in der vierten Ausführungsform berechnet. Folglich heben sich gemäß dieser Ausführungsform die zweite Fehlerkomponente des ersten Winkelfehlers dθ1 und die zweite Fehlerkomponente des zweiten Winkelfehlers dθ2 einander auf, wenn der detektierte Wert θAs berechnet wird. Desgleichen heben sich die zweite Fehlerkomponente des dritten Winkelfehlers dθ3 und die zweite Fehlerkomponente des vierten Winkelfehlers dθ4 einander auf, wenn der detektierte Wert θBs berechnet wird.
Wie oben erwähnt worden ist, werden die detektierten Werte θAs und θBs durch das gleiche Verfahren wie der detektierte Wert θs in der vierten Ausführungsform berechnet. Dies macht es möglich, dass, selbst wenn ein Rauschfeld H_ext, das von dem rotierenden Magnetfeld verschieden ist, an den Drehfeldsensor 141 von außen angelegt ist, die sich aus dem Rauschfeld H_ext ergebenden Fehler in den detektierten Werten θAs und θBs verringert werden, wenn die detektierten Werte θAs und θBs berechnet werden.
Außerdem sind in dieser Ausführungsform die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt, der zu 1/2 der ersten Fehlerperiode (einem elektrischen Winkel von 90°) äquivalent ist. In dieser Ausführungsform wird der detektierte Wert θs durch das gleiche Verfahren wie in der fünften Ausführungsform berechnet. Folglich heben sich gemäß dieser Ausführungsform die ersten Fehlerkomponenten des ersten und des zweiten Winkelfehlers dθ1 bzw. dθ2, die in dem detektierten Wert θAs enthalten sind, und die ersten Fehlerkomponenten des dritten und des vierten Winkelfehlers d83 bzw. d04, die in dem detektierten Wert θBs enthalten sind, einander auf, wenn der detektierte Wert θs berechnet wird. Es sollte angegeben werden, dass in dieser Ausführungsform die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position bzw. der zweiten Position um einen Betrag versetzt sein können, der wie in der fünften Ausführungsform zu einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 der ersten Fehlerperiode äquivalent ist.
Die andere Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen dieser Ausführungsform sind die gleichen wie jene der vierten oder der fünften Ausführungsform.

Claims

Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den eine Richtung eines rotierenden magnetischen Feldes in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass: der Drehfeldsensor (1) umfasst: eine Felderzeugungseinheit (2), die ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, wobei das rotierende Magnetfeld ein erstes Teilmagnetfeld (MF1) in einer ersten Position und ein zweites Teilmagnetfeld (MF2) in einer zweiten Position enthält, wobei sich das erste Teilmagnetfeld (MF1) und das zweite Teilmagnetfeld (MF2) in der Richtung um 180° unterscheiden und sich in der gleichen Drehrichtung drehen; eine erste Detektionseinheit (10) zum Detektieren in der ersten Position eines ersten Winkels (81), den eine Richtung eines ersten angelegten Feldes bezüglich einer ersten Richtung (D1) bildet, wobei das erste angelegte Feld das erste Teilmagnetfeld (MF1) als seine Hauptkomponente enthält; und eine zweite Detektionseinheit (20) zum Detektieren in der zweiten Position eines zweiten Winkels (θ2), den eine Richtung eines zweiten angelegten Feldes bezüglich einer zweiten Richtung (D2) bildet, wobei das zweite angelegte Feld das zweite Teilmagnetfeld (MF2) als seine Hauptkomponente enthält; wobei die erste Detektionseinheit (10) eine erste Detektionsschaltung (11) und eine zweite Detektionsschaltung (12), von denen jede wenigstens ein magnetisches Detektionselement enthält, eine Intensität einer Komponente des ersten angelegten Feldes in einer Richtung detektiert und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt; und eine erste Arithmetikschaltung (13), die einen ersten detektierten Winkelwert (θ1s), der ein detektierter Wert des ersten Winkels (01) ist, basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Detektionsschaltung (11, 12) berechnet, besitzt; die zweite Detektionseinheit (20) eine dritte Detektionsschaltung (21) und eine vierte Detektionsschaltung (22), von denen jede wenigstens ein magnetisches Detektionselement enthält, eine Intensität einer Komponente des zweiten angelegten Feldes in einer Richtung detektiert und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt; und eine zweite Arithmetikschaltung (23), die einen zweiten detektierten Winkelwert (θ2), der ein detektierter Wert des zweiten Winkels (θ2) ist, basierend auf den Ausgangssignalen der dritten und der vierten Detektionsschaltung (21, 22) berechnet, besitzt; die Ausgangssignale der ersten bis vierten Detektionsschaltungen (11, 12, 21, 22) die gleiche Periode besitzen; das Ausgangssignal der zweiten Detektionsschaltung (12) sich in der Phase vom Ausgangssignal der ersten Detektionsschaltung (11) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode unterscheidet; das Ausgangssignal der vierten Detektionsschaltung (22) sich in der Phase vom Ausgangssignal der dritten Detektionsschaltung (21) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode unterscheidet; und der Drehfeldsensor (1) ferner eine dritte Arithmetikschaltung (30) umfasst, die basierend auf dem ersten detektierten Winkelwert (θ1s) und dem zweiten detektierten Winkelwert (θ2s) einen detektierten Wert (8s) berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Rauschfeld (H_ext), das von dem rotierenden Magnetfeld verschieden ist, an den Drehfeldsensor (1) angelegt ist; das erste angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld (TM1) und dem Rauschfeld (H_ext) ergibt; und das zweite angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld (TM2) und dem Rauschfeld (H_ext) ergibt.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (D1) und die zweite Richtung (D2) um 180° voneinander verschieden sind.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen (11, 12, 21, 22) als das wenigstens eine magnetische Detektionselement ein Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente enthält.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis vierten Detektionsschaltungen (11, 12, 21, 22) eine Wheatstone-Brückenschaltung (14, 16, 24, 26) besitzt, die ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Detektionselemente enthält.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Detektionselemente magnetoresistive Elemente sind.
Drehfeldsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der magnetoresistiven Elemente eine Schicht mit festgehaltener Magnetisierung, deren Richtung der Magnetisierung festgehalten ist, eine freie Schicht, deren Richtung der Magnetisierung sich in Übereinstimmung mit der Richtung eines an sie angelegten Magnetfeldes ändert, und eine unmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festgehaltener Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist, besitzt.
Drehfeldsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der zweiten Detektionsschaltung (12) zu jenen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der ersten Detektionsschaltung (11) orthogonal sind; und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der vierten Detektionsschaltung (22) zu jenen der Schichten mit festgehaltener Magnetisierung der magnetoresistiven Elemente in der dritten Detektionsschaltung (21) orthogonal sind.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste detektierte Winkelwert (θ1s) einen ersten Winkelfehler (d81) bezüglich eines theoretischen Wertes des ersten Winkels (θ1), der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld (MF1) besteht und die Richtung des ersten Teilmagnetfelds eine ideale Rotation ausführt, enthält; der zweite detektierte Winkelwert (θ2s) einen zweiten Winkelfehler (dθ2) bezüglich eines theoretischen Wertes des zweiten Winkels (θ2), der erwartet wird, wenn das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld (MF2) besteht und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds eine ideale Rotation ausführt, enthält; der erste Winkelfehler (dθ1) und der zweite Winkelfehler (dθ2) in Reaktion auf die Änderungen der Richtungen des ersten und zweiten Teilmagnetfeldes (MF1, MF2) periodische Änderungen mit der gleichen Fehlerperiode ausführen, wobei die Änderung des ersten Winkelfehlers (dθ1) von einer Änderung des ersten detektieren Winkelwerts (θ1s) abhängt und die Änderung des zweiten Winkelfehlers (dθ2) von einer Änderung des zweiten detektieren Winkelwerts (θ2s) abhängt; und der erste detektiere Winkelwert (θ1s) und der zweite detektierte Winkelwert (θ2s) sich in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der Fehlerperiode unterscheiden.
Drehfeldsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Richtung (D1) und die zweite Richtung (D2) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der Fehlerperiode in der Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfeldes (MF1, MF2) unterscheiden.
Drehfeldsensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerperiode 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Detektionsschaltungen beträgt.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der Drehfeldsensor (121) ferner ein drittes Teilmagnetfeld (MF3) in einer dritten Position und ein viertes Teilmagnetfeld (MF4) in einer vierten Position enthält, wobei sich das dritte Teilmagnetfeld (MF3) und das vierte Teilmagnetfeld (MF4) in der Richtung um 180° unterscheiden und sich in der gleichen Drehrichtung wie die Drehrichtung des ersten und des zweiten Teilmagnetfelds (MF1, MF2) drehen; der Drehfeldsensor (121) ferner umfasst: eine dritte Detektionseinheit (10B) zum Detektieren in der dritten Position eines dritten Winkels, den eine Richtung eines dritten angelegten Feldes bezüglich einer dritten Richtung (D3) bildet, wobei das dritte angelegte Feld das dritte Teilmagnetfeld (MF3) als seine Hauptkomponente enthält; und eine vierte Detektionseinheit (20B) zum Detektieren in der vierten Position eines vierten Winkels, den eine Richtung eines vierten angelegten Feldes bezüglich einer vierten Richtung (D4) bildet, wobei das vierte angelegte Feld das vierte Teilmagnetfeld (MF4) als seine Hauptkomponente enthält; die dritte Detektionseinheit (10B) eine fünfte Detektionsschaltung (11B) und eine sechste Detektionsschaltung (12B), von denen jede wenigstens ein magnetisches Detektionselement enthält, eine Intensität einer Komponente des dritten angelegten Feldes in einer Richtung detektiert und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt; und eine vierte Arithmetikschaltung (13B), die einen dritten detektierten Winkelwert (83s), der ein detektierter Wert des dritten Winkels ist, basierend auf den Ausgangssignalen der fünften und der sechsten Detektionsschaltung (11B, 12B) berechnet, besitzt; die vierte Detektionseinheit (20B) eine siebente Detektionsschaltung (21B) und eine achte Detektionsschaltung (22B), von denen jede wenigstens ein magnetisches Detektionselement enthält, eine Intensität einer Komponente des vierten angelegten Feldes in einer Richtung detektiert und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt; und eine fünfte Arithmetikschaltung (23B), die einen vierten detektierten Winkelwert (θ4s), der ein detektierter Wert des vierten Winkels ist, basierend auf den Ausgangssignalen der siebenten und der achten Detektionsschaltung (21B, 22B) berechnet, besitzt; die Ausgangssignale der ersten bis achten Detektionsschaltungen (11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B, 22B) die gleiche Periode besitzen; das Ausgangssignal der sechsten Detektionsschaltung (12B) sich in der Phase vom Ausgangssignal der fünften Detektionsschaltung (11B) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode unterscheidet; das Ausgangssignal der achten Detektionsschaltung (22B) sich in der Phase vom Ausgangssignal der siebenten Detektionsschaltung (21B) um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/4 der Periode unterscheidet; und der Drehfeldsensor (121) ferner umfasst: eine sechste Arithmetikschaltung (30B), die basierend auf dem dritten detektierten Winkelwert (θ3s) und dem vierten detektierten Winkelwert (84s) einen detektierten Wert berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel besitzt, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet; und eine siebente Arithmetikschaltung (211), die basierend auf dem durch die dritte Arithmetikschaltung (30A) berechneten detektierten Wert und dem durch die sechste Arithmetikschaltung (30B) berechneten detektierten Wert einen detektierten Wert des Winkels berechnet, den die Richtung des rotierenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Rauschfeld (H_ext), das von dem rotierenden Magnetfeld verschieden ist, von außen an den Drehfeldsensor angelegt ist; das erste angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem ersten Teilmagnetfeld (MF1) und dem Rauschfeld (H_ext) ergibt; das zweite angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem zweiten Teilmagnetfeld (MF2) und dem Rauschfeld (H_ext) ergibt; das dritte angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem dritten Teilmagnetfeld (MF3) und dem Rauschfeld (H_ext) ergibt; und das vierte angelegte Feld ein zusammengesetztes Magnetfeld ist, das sich aus einer Kombination aus dem vierten Teilmagnetfeld (MF4) und dem Rauschfeld (H_ext) ergibt.
Drehfeldsensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (D1) und die zweite Richtung (D2) um 180° voneinander verschieden sind und die dritte Richtung (D3) und die vierte Richtung (D4) um 180° voneinander verschieden sind.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste detektierte Winkelwert (θ1s) einen ersten Winkelfehler (dθ1) bezüglich eines theoretischen Wertes des ersten Winkels, der erwartet wird, wenn das erste angelegte Feld nur aus dem ersten Teilmagnetfeld (MF1) besteht und die Richtung des ersten Teilmagnetfelds (MF1) eine ideale Rotation ausführt, enthält; der zweite detektierte Winkelwert (θ2s) einen zweiten Winkelfehler (dθ2) bezüglich eines theoretischen Wertes des zweiten Winkels, der erwartet wird, wenn das zweite angelegte Feld nur aus dem zweiten Teilmagnetfeld (MF2) besteht und die Richtung des zweiten Teilmagnetfelds (MF2) eine ideale Rotation ausführt, enthält; der dritte detektierte Winkelwert (θ3s) einen dritten Winkelfehler (dθ3) bezüglich eines theoretischen Wertes des dritten Winkels, der erwartet wird, wenn das dritte angelegte Feld nur aus dem dritten Teilmagnetfeld (MF3) besteht und die Richtung des dritten Teilmagnetfelds (MF3) eine ideale Rotation ausführt, enthält; der vierte detektierte Winkelwert (θ4s) einen vierten Winkelfehler (dθ4) bezüglich eines theoretischen Wertes des vierten Winkels, der erwartet wird, wenn das vierte angelegte Feld nur aus dem vierten Teilmagnetfeld (MF4) besteht und die Richtung des vierten Teilmagnetfelds (MF4) eine ideale Rotation ausführt, enthält; die ersten bis vierten Winkelfehler (dθ1, dθ2, dθ3, d84) in Reaktion auf die Änderungen der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder (MF1, MF2, MF3, MF4) periodische Änderungen mit der gleichen Fehlerperiode ausführen, wobei die Änderungen der ersten bis vierten Winkelfehler (dθ1, dθ2, dθ3, dθ4) jeweils von den Änderungen der Richtungen der ersten bis vierten Teilmagnetfelder (MF1, MF2, MF3, MF4) abhängen; und die dritte Position und die vierte Position um einen Betrag, der zu einem ungeradzahligen Vielfachen von der 1/2 der Fehlerperiode äquivalent ist, von der ersten Position bzw. der zweiten Position verschoben sind.
Drehfeldsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerperiode 1/2 der Periode der Rotation der Richtung des rotierenden Magnetfelds ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkelfehler (dθ1) eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des ersten Teilmagnetfeldes (MF1) abhängt, ändert, und eine Komponente, die sich mit einer zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des ersten detektierten Winkelwerts (θ1s) abhängt, ändert, enthält; der zweite Winkelfehler (dθ2) eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des zweiten Teilmagnetfeldes (MF2) abhängt, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des zweiten detektierten Winkelwerts (θ2s) abhängt, ändert, enthält; der dritte Winkelfehler (dθ3) eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des dritten Teilmagnetfeldes (MF3) abhängt, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des dritten detektierten Winkelwerts (θ3s) abhängt, ändert, enthält; der vierte Winkelfehler (dθ4) eine Komponente, die sich mit der Fehlerperiode, die von der Änderung der Richtung des vierten Teilmagnetfeldes (MF4) abhängt, ändert, und eine Komponente, die sich mit der zweiten Fehlerperiode, die von einer Änderung des vierten detektierten Winkelwerts (θ4s) abhängt, ändert, enthält; der erste detektierte Winkelwert (θ1s) und der zweite detektierte Winkelwert (θ2s) sich in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der zweiten Fehlerperiode unterscheiden; und der dritte detektierte Winkelwert (θ3s) und der vierte detektierte Winkelwert (84s) sich in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von 1/2 der zweiten Fehlerperiode unterscheiden.